KR20100115362A

KR20100115362A - 펌프

Info

Publication number: KR20100115362A
Application number: KR1020107019307A
Authority: KR
Inventors: 기미히코 미츠다; 야스하루 야마모토
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2010-10-27
Also published as: TW201000771A; WO2009113324A1; CN101960149A; JP2009221938A; JP5291363B2; US20100284796A1; TWI416014B

Abstract

펌프에 있어서, 흡입구(11)와 토출구(12)를 갖는 케이싱(13)내에 볼 베어링(14,15)에 의해 주축(16)을 회전 가능하게 지지하고, 이 주축(16)의 축단부에 임펠러(17)를 연결하고, 캔드 모터(18)에 의해 주축(16)을 거쳐서 임펠러(17)를 구동 회전 가능하게 구성하고, 임펠러(17)에 있어서의 축심방향 전방측에 전방부 슈라우드(44)를 마련하는 동시에, 축심방향 후방측에 후방부 슈라우드(45)를 마련하고, 케이싱(13)과 전방부 슈라우드(44) 사이에 축방향으로 대향하는 소정 간극(47)을 마련하는 동시에, 케이싱(13)과 전방부 슈라우드(44) 사이에 직경방향으로 대향하는 시일부(48, 49)를 마련함으로써, 수명의 연장을 가능하게 한다.

Description

펌프{PUMP}

본 발명은, 예를 들어 초임계 CO₂ 유체 또는 액체 CO₂를 반송하는 펌프에 관한 것이다.

예를 들면, 초임계 CO₂ 유체 또는 액체 CO₂를 반송하는 펌프로서, 반도체 세정용의 순환 펌프가 있다. 최근의 반도체 디바이스의 고집적화에 따라, 웨이퍼의 가공 선폭도 미세화가 요구되고 있어, 현재의 주류인 0.18㎛에 대하여, 장래에는 0.10㎛ 이하로 된다고 예상되고 있다. 그런데, 종래의 초순수 등의 액체를 이용한 반도체 세정 방식에서는, 웨이퍼 건조시에 있어서, 기체와 액체의 계면 장력에 기인하는 모관력(毛管力)에 의해, 웨이퍼에 형성된 레지스트(resist)가 도괴(倒壞)하는 현상(레지스트 도괴)이 생기는 경우가 있다.

이러한 불량을 해소하기 위해서, 종래의 초순수 등의 액체 대신에, 초임계 유체를 이용한 반도체 세정 장치가 개발되고 있다. 초임계 유체는 액체와 비교하여 대단히 높은 침투성을 갖고 있어, 어떤 미세한 구조에도 침투하는 것이다. 또한, 기체와 액체 계면이 존재하지 않으므로, 건조시에 모관력이 작용하지 않는다는 특징을 갖고 있다.

초임계 유체로서는, 주로 이산화탄소(CO₂)가 이용된다. 이산화탄소는 다른 액체 용매와 비교하여, 비교적 온화한 조건, 즉 임계 온도 31.2℃, 임계 압력 7.38MPa에서, 임계 밀도 468kg/㎥이 된다. 또한, 상온, 상압에서는 기체이기 때문에, 상온, 상압으로 복귀하는 것에 의해 가스화하여, 피세정물과 오염물의 분리를 용이하게 할 수 있으므로, 이에 의해 세정후의 피세정물의 건조가 불필요해지는 등, 세정 프로세스의 간략화와 비용 삭감이 가능해진다.

이러한 초임계 CO₂ 유체를 이용한 반도체 세정 장치에서는, 그 초임계 CO₂ 유체는 통상 약 20MPa로 가압되므로, 이것을 순환시켜서 웨이퍼를 세정하기 위한 순환 펌프로서는, 고내압(高耐壓)이어야 하므로, 소위 시일리스 캔드 모터 펌프(sealless canned motor pump) 형식의 것이 이용된다. 또한, 베어링으로서는 볼 베어링이 이용되고, 이것은 반도체의 세정제로서의 양액(揚液)(초임계 CO₂ 유체)중에서 사용된다.

이러한 볼 베어링에서, 로터에 작용하는 레이디얼(radial) 하중, 및 스러스트(thrust) 하중을 받는다. 또한, 임펠러측과는 반대측의, 축단부측 베어링에 설치한 베어링 예압 스프링에서 예압 하중을 컨트롤하고, 볼 베어링의 소위 공전 미끄러짐(횡방향 미끄러짐) 방지를 도모한다. 또한, 베어링 예압 하중에서 볼 베어링의 레이디얼 방향의 강성(스프링 정수)을 컨트롤하여, 로터의 고유 진동수의 조정도 실행한다.

이러한 펌프로서는, 하기 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.

일본 공개 특허 제 2007-231958 호 공보

그러나, 상술한 종래의 펌프에서, 볼 베어링은, 점성이 낮은 초임계 CO₂ 유체(또는 액체 CO₂)내에서 사용되므로, 양액에 의한 윤활은 기대할 수 없다. 그 때문에, 볼 베어링에서의 마모가 발생하여, 주축 및 임펠러가 회전 축심의 방향을 따라 이동한다. 임펠러는, 그 회전에 의해 흡입구로부터 흡입한 유체를 승압하여 토출구로부터 토출하는 것이며, 토출구로부터 흡입구로의 유체의 역류를 방지하기 위해서, 케이싱과 임펠러 사이에 있어서의 축방향 간극이 대단히 좁게 설정되어 있다. 그런데, 볼 베어링에서의 마모에 의해 주축 및 임펠러가 회전 축심의 방향을 따라 이동하면, 임펠러와 케이싱 사이에서 간섭이 발생하여, 펌프 수명이 저하하여 버린다는 문제가 있다.

본 발명은 상술한 과제를 해결하는 것으로서, 수명의 연장을 가능하게 하는 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 청구항 1의 발명의 펌프는, 흡입구와 토출구를 갖는 케이싱과, 상기 케이싱내에 볼 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 주축과, 상기 주축의 축단부에 연결되는 임펠러와, 상기 주축을 거쳐서 상기 임펠러를 구동 회전 가능한 캔드 모터(canned motor)를 구비하고, 상기 임펠러의 회전에 의해 상기 흡입구로부터 흡입된 유체를 승압하여 상기 토출구로부터 토출하는 펌프에 있어서, 상기 임펠러에 있어서의 축심방향 전방측에 전방부 슈라우드(shroud)가 마련되는 동시에, 상기 임펠러에 있어서의 축심방향 후방측에 후방부 슈라우드가 마련되고, 상기 케이싱과 상기 전방부 슈라우드 사이에 축방향으로 대향하는 소정 간극이 마련되는 동시에, 상기 케이싱과 상기 전방부 슈라우드 사이에 직경방향으로 대향하는 시일부가 마련되는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 2의 발명의 펌프에서는, 상기 시일부는 상기 임펠러에 있어서의 축심방향으로 나란하게 복수 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 3의 발명의 펌프에서는, 상기 케이싱에서, 상기 임펠러로부터의 유체 출구는 디퓨저(diffuser) 및 볼류트실(volute chamber)을 거쳐서 상기 토출구에 연통되고, 상기 디퓨저에 스로틀부가 마련되는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 4의 발명의 펌프에서는, 상기 스로틀부의 형상은 상기 디퓨저의 출구에서의 유체 유출각과, 상기 디퓨저의 출구와 상기 볼류트실의 통로 면적비에 따라서 설정되는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 5의 발명의 펌프에서는, 상기 볼 베어링에 예압을 부여하는 예압 스프링이 마련되고, 상기 예압 스프링은 링 형상을 하는 골판재가 복수 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 6의 발명의 펌프에서는, 상기 임펠러는 회전 구동함으로써 초임계 CO₂ 유체 또는 액체 CO₂를 반송 가능하고, 반도체 세정용 순환 펌프로서 이용되는 것을 특징으로 하고 있다.

청구항 1의 발명의 펌프에 따르면, 흡입구와 토출구를 갖는 케이싱내에 볼 베어링에 의해 주축을 회전 가능하게 지지하고, 이 주축의 축단부에 임펠러를 연결하고, 캔드 모터에 의해 주축을 거쳐서 임펠러를 구동 회전 가능하게 구성하고, 임펠러에 있어서의 축심방향 전방측에 전방부 슈라우드를 마련하는 동시에, 축심방향 후방측에 후방부 슈라우드를 마련하고, 케이싱과 전방부 슈라우드 사이에 축방향으로 대향하는 소정 간극을 마련하는 동시에, 케이싱과 전방부 슈라우드 사이에 직경방향으로 대향하는 시일부를 마련하고 있다. 따라서, 시일부에 의해 토출구로부터 흡입구로의 유체의 역류를 방지할 수 있고, 또한 볼 베어링의 마모에 의해 주축 및 임펠러가 회전 축심방향으로 이동해도, 임펠러와 케이싱 사이에 소정 간극이 마련되어 있으므로, 양자가 간섭하는 일은 없어, 펌프 수명을 연장하는 것이 가능해진다.

청구항 2의 발명의 펌프에 따르면, 시일부를 임펠러에 있어서의 축심방향으로 나란하게 복수 마련하므로, 복수의 시일부에 의해 임펠러와 케이싱 사이에 있어서의 유체의 누설이 저감되어, 토출구로부터 흡입구로의 유체의 역류를 적정하게 방지할 수 있다.

청구항 3의 발명의 펌프에 따르면, 임펠러로부터의 유체 출구를 디퓨저 및 볼류트실을 거쳐서 토출구에 연통하고, 디퓨저에 스로틀부를 마련하므로, 디퓨저의 출구에 있어서의 유체 유출각을 크게 함으로써, 디퓨저의 출구로부터 볼류트실의 입구까지의 손실을 저감할 수 있는 동시에, 임펠러의 이동을 허용하여 간섭을 방지할 수 있다.

청구항 4의 발명의 펌프에 따르면, 스로틀부의 형상을, 디퓨저의 출구에서의 유체 유출각과, 디퓨저의 출구와 볼류트실의 통로 면적비에 따라서 설정하므로, 스로틀부를 적정 형상으로 설정하고, 디퓨저의 출구로부터 볼류트실로 유출하는 유체에 있어서의 직경방향의 속도와 원주방향의 속도의 합계 속도를 감속시킴으로써, 디퓨저 효과, 즉 유체의 속도 에너지(동압)로부터 압력 에너지(정압)로의 변환을 충분히 확보할 수 있어, 펌프 효율을 향상할 수 있다.

청구항 5의 발명의 펌프에 따르면, 볼 베어링에 예압을 부여하는 예압 스프링을 마련하고, 링 형상을 하는 골판재가 복수 적층되어 예압 스프링을 구성하므로, 예압 스프링에 의해 볼 베어링에 예압이 부여됨으로써, 볼 베어링의 공전 미끄러짐을 억제하여 장수명화를 가능하게 할 수 있는 동시에, 골판재를 복수 적층하여 예압 스프링을 구성함으로써, 스프링의 압축값의 변화량에 대한 하중 변화량을 작게 하여, 적정한 예압을 부여할 수 있다.

청구항 6의 발명의 펌프에 따르면, 임펠러를 회전 구동함으로써 초임계 CO₂ 유체 또는 액체 CO₂를 반송 가능하게 하고, 반도체 세정용 순환 펌프로서 이용하므로, 세정후의 피세정물의 건조가 불필요하게 되어, 세정 프로세스의 간략화와 비용 삭감을 가능하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프로서의 반도체 세정 장치용 순환 펌프를 도시하는 단면도,
도 2는 본 실시예의 반도체 세정 장치용 순환 펌프의 주요부를 도시하는 확대도.

이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 펌프의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 또한, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 펌프로서의 반도체 세정 장치용 순환 펌프를 도시하는 단면도, 도 2는 본 실시예의 반도체 세정 장치용 순환 펌프의 주요부를 도시하는 확대도이다.

본 실시예의 반도체 세정 장치용 순환 펌프는, 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 흡입구(11)와 토출구(12)를 갖는 케이싱(13)과, 이 케이싱(13)내에 볼 베어링(14, 15)에 의해 회전 가능하게 지지되는 주축(16)과, 이 주축(16)의 축단부에 연결되는 임펠러(17)와, 주축(16)을 거쳐서 임펠러(17)를 구동 회전 가능한 캔드 모터(18)를 구비하고, 임펠러(17)의 회전에 의해 흡입구(11)로부터 흡입된 유체를 승압하여 토출구(12)로부터 토출 가능하게 구성되어 있다.

이러한 케이싱(13)은 링 형상을 하는 토출·흡입측 케이싱(21)과 퍼지(purge)측 케이싱(22)이 원통형상을 하는 외통(23)을 사이에 두고 배치되어, 연결 볼트(24)에 의해 연결되고, 흡입·토출측 케이싱(21)의 외측에 매니폴드(25)가 고정되어, 연결 볼트(26)에 의해 연결되어서 구성되어 있다. 그리고, 이 매니폴드(25)에는, 주축(16)의 축심의 연장 축선상에 양액의 흡입구(11)가 형성되고, 이 흡입구(11)의 외주측에 토출구(12)가 형성되어 있다.

볼 베어링(14, 15)은 환형(angular) 볼 베어링으로서, 토출·흡입측 케이싱(21)과 퍼지측 케이싱(22)에 장착되어, 주축(16)을 회전 가능하게 지지하고 있다. 그리고, 이 주축(16)의 축단부에 임펠러(17)가 끼워맞춰지고, 연결 볼트(27)에 의해 고정되어 있다.

또한, 본 실시예에서는, 볼 베어링(14, 15)은 내마모성 및 내식성의 향상, 고속 회전시의 원심 하중을 저감하기 위해서, 내외륜 및 볼에 세라믹 재료(예를 들면, 질화규소 Si₃N₄, 알루미나 Al₂O₃, 탄화규소 SIC 등)를 채용하고 있다. 이와 같이, 베어링 재료를 전체 세라믹으로 함으로써, 외부로부터 들어오는 파티클(particle)에 대한 내마모성도 향상된다. 또한, 드래그(drag) 손실(회전 저항)이 작아지도록 유지기(保持機)의 설계를 실행하고 있다. 이에 의해, 공전 미끄러짐 방지 및 예압 하중(스러스트 베어링 하중)의 저감이 가능하여, 볼 베어링(14, 15)의 장수명화를 도모할 수 있다. 유지기의 재료로서는, 세정제에 대한 내식성, 내마모성, 고속 회전에 대한 강도 확보의 관점에서, PEEK재(polyetheretherketone; 폴리에테르에테르케톤)를 사용하고 있다. 또한, PEEK재 대신에, 스테인리스강이나 섬유 복합재(fiber composite)를 사용해도 좋다.

캔드 모터(18)는 외통(23)의 내주부에 고정된 고정자(28)와, 이 고정자(28)와 대향하도록 주축(16)의 외주부에 마련된 회전자(29)로 구성되어 있다.

한편, 퍼지측 케이싱(22)에는, 주축(16)의 축심의 연장 축선상에, 흡입된 양액의 일부를 토출하는 퍼지구(30)가 형성되어 있다. 또한, 퍼지측 케이싱(22)과 환형 볼 베어링(15) 사이에는, 예압 스프링(31)이 협지되어 있다. 이러한 예압 스프링(31)은 주축(16)의 타단부 주위에 위치하는 링 형상의 골판 스프링을 복수 적층한 것으로 이루어져 있고, 정압 스프링 방식으로서 볼 베어링(15)에 축방향의 예압을 부여하는 것이다.

따라서, 캔드 모터(18)에 통전하면, 고정자(28)에 대하여 회전자(29)가 회전하고, 이 회전자(29)와 함께 주축(16)이 회전하고, 이것에 연동하여 임펠러(17)가 회전한다. 그러면, 흡입구(11)로부터 양액이 흡입되어, 임펠러(17)의 원심력에 의해 승압되어 토출구(12)측으로 인도되어서 외부로 토출된다. 또한, 흡입구(11)로부터 흡입된 양액의 일부는 볼 베어링(14, 15) 및 캔드 모터(18)내를 통과하여, 이들을 냉각하고 나서 퍼지류로서 퍼지구(30)로부터 토출된다.

이와 같이 구성된 순환 펌프에 있어서, 본 실시예에서는, 임펠러(17)를 폐쇄식(closed)으로 하고, 케이싱(13)에 대하여 주축(16) 및 임펠러(17)를 축심방향에 대하여 소정량만큼 이동 가능하게 지지하는 동시에, 케이싱(13)과 임펠러(17)의 직경방향에서 시일을 형성하고 있다.

즉, 케이싱(13)을 구성하는 흡입·토출측 케이싱(21)은 그 중심부에 흡입구(11)에 연통하는 수용 구멍(41)이 형성되고, 이 수용 구멍(41)의 내주면에 외주 링(42) 및 외주 링(43)이 고정되어 있다. 한편, 임펠러(17)는, 축심방향 전방측에 마련되는 링 형상을 하는 전방부 슈라우드(44)와, 축심방향 후방측에 마련되는 원판형상을 하는 후방부 슈라우드(45) 사이에, 복수의 날개(46)가 원주방향으로 등간격으로 마련되어 구성되어 있다.

이러한 경우, 전방부 슈라우드(44)는 임펠러(17)의 직경방향에 수평인 원판부(44a)와 축방향에 수평인 통부(44b)를 갖고 있다. 그리고, 외주 링(43)[케이싱(13)]의 일단부와 전방부 슈라우드(44)에 있어서의 원판부(44a)의 표면부 사이에, 축방향으로 대향하는 소정 간극(47)이 마련되어 있다. 또한, 외주 링(43)[케이싱(13)]의 내주부와 전방부 슈라우드(44)에 있어서의 통부(44b)의 외주부 사이에, 직경방향으로 대향하는 시일부(48, 49)가 마련되어 있다. 이러한 시일부(48, 49)는 임펠러(17)에 있어서의 직경방향으로 벗어나 있고, 임펠러(17)에 있어서의 축심방향으로 나란하게 마련되어 있다. 또한, 시일부(48, 49)는 복수 마련하는 것이 바람직하고, 2개에 한하지 않고, 3개 이상 마련해도 좋다.

또한, 케이싱(13)에서, 임펠러(17)로부터의 유체 출구(17a)는 디퓨저(51), 볼류트실(52), 연통로(53)를 거쳐서 토출구(12)에 연통되어 있다. 즉, 흡입·토출측 케이싱(21)과 매니폴드(25)의 접합부에는, 임펠러(17)로부터의 유체 출구(17a)가 형성되고, 이 유체 출구(17a)에 연통하여 디퓨저(51)가 형성되어 있다. 이러한 디퓨저(51)는 유체의 속도 에너지(동압)를 압력 에너지(정압)로 변환하는 것이다. 볼류트실(52)은 흡입·토출측 케이싱(21)과 매니폴드(25)의 접합부에 와권(渦卷) 형상으로 형성되어 있고, 일단부가 디퓨저(51)에 연통하고, 타단부가 연통로(53)에 연통하고 있다.

그리고, 이 디퓨저(51)에 스로틀부가 마련되어 있다. 즉, 디퓨저(51)는 임펠러(17)로부터의 유체 출구(17a)측의 입구부의 유로 폭(W₁)(유로 면적)에 대하여, 볼류트실(52)측으로의 출구부의 유로 폭(W₂)(유로면적)이 좁게 (작게) 형성됨으로써, 스로틀부를 구성하고 있다. 즉, 디퓨저(51)의 입구부를 출구부에 대하여 크게 함으로써, 소정 간극(47)에 의한 임펠러(17)의 축심방향으로의 이동을 허용하여, 압력 유체를 적정하게 디퓨저(51)에 도입할 수 있다.

이러한 디퓨저(51)에 있어서의 스로틀부의 형상, 즉 경사 각도는 디퓨저(51)의 출구부로부터의 유체 유출각(α)과, 디퓨저(51)에 있어서의 출구부의 통로 면적과 볼류트실(52)의 면적의 면적비(Y)에 따라서 설정된다. 디퓨저(51)로부터 볼류트실(52)로 흐르는 유체는 디퓨저(51)의 접선에 대하여 유체 유출각(α)을 갖고 있고, 그 속도(V)는, 원주방향 속도(Vθ)와 직경방향 속도(Vm)로 나누어진다. 볼류트실(52)의 면적비(Y)는 디퓨저(51)에서의 출구부의 통로 면적(Ad)과 볼류트실(52)의 면적(Av)의 비율(Y=Ad/Av)이다.

일반적으로, 디퓨저(51)의 출구부로부터 볼류트실(52)의 입구부까지의 마찰 손실과, 디퓨저(51)의 토출 속도와 볼류트실(52)의 유입 속도의 속도차에 기인하는 손실로부터 보아서, 유체 유출각(α)을 15° 정도로 함으로써, 펌프 최대 효율을 확보할 수 있다. 또한, 볼류트실(52)의 설단부(舌端部)에서의 손실은 볼류트실(52)의 설단부의 장착각과 유체 유출각의 차이가 지나치게 크면 생긴다. 볼류트실(52)의 설단부에는 두께가 있으므로, 볼류트실(52)의 설단부의 장착각을 몇 도 (작은 각도)로 하는 것은 곤란하기 때문이다.

그 결과, 본 실시예에서는, 디퓨저(51)에 스로틀부가 마련되므로, 디퓨저(51)의 출구부에 있어서의 유체 유출각(α)을 크게 함으로써, 손실을 저감한다. 또한, 디퓨저(51)에서의 입구부의 폭을 크게 함으로써, 임펠러(17)의 축방향의 이동을 허용한다. 이 경우, 디퓨저(51)를 조이면, 직경방향 속도(Vm)는 상승하지만, 원주방향 속도(Vθ)는 각운동량 보존에 의해 감속(자유 와류)한다. 따라서, 이 직경방향 속도(Vm)와 원주방향 속도(Vθ)의 합계 속도가 감속하는 정도까지 조임 형상으로 한다.

따라서, 임펠러(17)가 회전하면, 흡입구(11)로부터 양액이 흡입되고, 임펠러(17)의 원심력에 의해 승압된다. 이러한 승압된 양액은 유체 출구(17a)로부터 디퓨저(51)를 통과함으로써, 유체의 속도 에너지가 압력 에너지로 변환되어, 볼류트실(52)로 흐르고, 연통로(53)를 통해서 토출구(12)로부터 외부로 토출된다. 이 때, 케이싱(13)과 임펠러(17)는 시일부(48, 49)에 의해 직경방향에서 시일되어 있으므로, 임펠러(17)에 의해 승압된 양액은 흡입구(11)로 누설하는 일없이, 유체 출구(17a)로부터 디퓨저(51)로 적정하게 흐른다.

또, 주축(16) 및 임펠러(17)가 소정 간극(47)에 의해 축심방향으로 이동해도, 시일부(48, 49)에 의해 외주 링(43)과 전방부 슈라우드(44)의 위치 관계가 변위하지 않기 때문에, 양액이 흡입구(11)로 누설하는 일없이, 디퓨저(51)로 적정하게 흐른다.

이와 같이 본 실시예의 펌프에 있어서는, 흡입구(11)와 토출구(12)를 갖는 케이싱(13)내에 볼 베어링(14, 15)에 의해 주축(16)을 회전 가능하게 지지하고, 이 주축(16)의 축단부에 임펠러(17)를 연결하고, 캔드 모터(18)에 의해 주축(16)을 거쳐서 임펠러(17)를 구동 회전 가능하게 구성하고, 임펠러(17)에 있어서의 축심방향 전방측에 전방부 슈라우드(44)를 마련하는 동시에, 축심방향 후방측에 후방부 슈라우드(45)를 마련하고, 케이싱(13)과 전방부 슈라우드(44) 사이에 축방향으로 대향하는 소정 간극(47)을 마련하는 동시에, 케이싱(13)과 전방부 슈라우드(44) 사이에 직경방향으로 대향하는 시일부(48, 49)를 마련하고 있다.

따라서, 시일부(48, 49)에 의해 토출구(12)로부터 흡입구(11)로의 유체의 역류를 방지할 수 있고, 또한 볼 베어링(14, 15) 등의 마모에 의해 주축(16) 및 임펠러(17)가 회전 축심방향으로 이동해도, 임펠러(17)와 케이싱(13) 사이에 소정 간극(47)이 마련되어 있으므로, 양자가 간섭하는 일은 없어, 펌프 수명을 연장하는 것이 가능해진다.

또, 본 실시예의 펌프에서는, 시일부(48, 49)를 임펠러(17)에 있어서의 축심방향으로 나란하게 복수 마련하고 있다. 따라서, 복수의 시일부(48, 49)에 의해 임펠러(17)와 케이싱(13) 사이에 있어서의 유체의 누설이 저감되어, 토출구(12)로부터 흡입구(11)로의 유체의 역류를 적정하게 방지할 수 있다.

또, 본 실시예의 펌프에서는, 임펠러(17)로부터의 유체 출구(17a)를 디퓨저(51) 및 볼류트실(52)을 거쳐서 토출구(12)에 연통하고, 디퓨저(51)에 스로틀부를 마련하고 있다. 따라서, 임펠러(17)의 유체 출구(17a)로부터 디퓨저(51)로 유출하는 유체에 있어서의 원주방향의 속도와 직경방향의 속도의 합계 속도가 감속하는 것에 의해, 디퓨저(51)에서 유체의 속도 에너지(동압)를 압력 에너지(정압)로 적정하게 변환할 수 있다.

이 때, 디퓨저(51)에 스로틀부가 마련되어 있고, 디퓨저(51)의 출구부에 있어서의 유체 유출각(α)을 크게 함으로써, 손실을 저감할 수 있다. 또한, 디퓨저(51)에 있어서의 입구부의 폭을 크게 함으로써, 임펠러(17)의 축방향의 이동에 의한 임펠러 출구의 디퓨저 입구에 있어서의 손실을 저감할 수 있다.

또, 디퓨저(51)에 있어서의 스로틀부의 형상을, 디퓨저(51)의 출구부로부터의 유체 유출각과, 디퓨저(51)의 출구부와 볼류트실(52)의 입구부의 통로 면적비에 따라서 설정하고 있다. 따라서, 스로틀부를 적정 형상으로 설정함으로써, 디퓨저(51)에 있어서의 직경방향의 속도가 증속하지만, 원주방향의 속도가 감속하여, 그 합계 속도가 감속하므로, 결과적으로 디퓨저(51)에서 감속하여 유체의 속도 에너지를 압력 에너지로 적정하게 변환할 수 있고, 또한 볼류트실(52)에 있어서의 유체의 속도를 적정하게 하는 것에 의해, 펌프 효율을 향상할 수 있다.

또, 본 실시예의 펌프에서는, 볼 베어링(14, 15)에 예압을 부여하는 예압 스프링(31)을 마련하고, 링 형상을 하는 골판재가 복수 적층되어 이 예압 스프링(31)을 구성하고 있다. 따라서, 예압 스프링(31)에 의해 볼 베어링(14, 15)에 예압이 부여됨으로써, 볼 베어링(14, 15)의 공전 미끄러짐을 억제하여 장수명화를 가능하게 할 수 있는 동시에, 골판재를 복수 적층하여 예압 스프링(31)을 구성함으로써, 스프링의 압축값의 변화량에 대한 하중 변화량을 작게 하여, 적정한 예압을 부여할 수 있다.

또, 본 실시예의 펌프에서는, 임펠러(17)를 회전 구동함으로써 초임계 CO₂ 유체 또는 액체 CO₂를 반송 가능하게 하고, 반도체 세정용 순환 펌프로서 이용하는 것에 의해, 세정후의 피세정물의 건조가 불필요하게 되어, 세정 프로세스의 간략화와 비용 삭감을 가능하게 할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는, 본 발명의 펌프를 반도체 세정 장치용 순환 펌프로서 설명했지만, 통상의 원심 펌프에 적용해도 좋다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명에 따른 펌프는, 케이싱과 전방부 슈라우드 사이에 축방향으로 대향하는 소정 간극을 마련하는 동시에, 케이싱과 전방부 슈라우드 사이에 직경방향으로 대향하는 시일부를 마련함으로써, 유체의 누설과 구성 부재의 마모를 억제하여 수명의 연장을 가능하게 하는 것이며, 어떠한 펌프에도 적용할 수 있다.

11 : 흡입구 12 : 토출구
13 : 케이싱 14, 15 : 볼 베어링
16 : 주축 17 : 임펠러
18 : 캔드 모터 31 : 예압 스프링
44 : 전방부 슈라우드 45 : 후방부 슈라우드
46 : 날개 47 : 소정 간극
48, 49 : 시일부 51 : 디퓨저
52 : 볼류트실

Claims

흡입구와 토출구를 갖는 케이싱과,
상기 케이싱내에 볼 베어링에 의해 회전 가능하게 지지되는 주축과,
상기 주축의 축단부에 연결되는 임펠러와,
상기 주축을 거쳐서 상기 임펠러를 구동 회전 가능한 캔드 모터를 구비하고, 상기 임펠러의 회전에 의해 상기 흡입구로부터 흡입된 유체를 승압하여 상기 토출구로부터 토출하는 펌프에 있어서,
상기 임펠러에 있어서의 축심방향 전방측에 전방부 슈라우드가 마련되는 동시에, 상기 임펠러에 있어서의 축심방향 후방측에 후방부 슈라우드가 마련되고,
상기 케이싱과 상기 전방부 슈라우드 사이에 축방향으로 대향하는 소정 간극이 마련되는 동시에, 상기 케이싱과 상기 전방부 슈라우드 사이에 직경방향으로 대향하는 시일부가 마련되는 것을 특징으로 하는
펌프.
제 1 항에 있어서,
상기 시일부는 상기 임펠러에 있어서의 축심방향으로 나란하게 복수 마련되는 것을 특징으로 하는
펌프.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 케이싱에서, 상기 임펠러로부터의 유체 출구는 디퓨저 및 볼류트실을 거쳐서 상기 토출구에 연통되고, 상기 디퓨저에 스로틀부가 마련되는 것을 특징으로 하는
펌프.
제 3 항에 있어서,
상기 스로틀부의 형상은 상기 디퓨저의 출구에서의 유체 유출각과, 상기 디퓨저의 출구와 상기 볼류트실의 통로 면적비에 따라서 설정되는 것을 특징으로 하는
펌프.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
상기 볼 베어링에 예압을 부여하는 예압 스프링이 마련되고, 상기 예압 스프링은 링 형상을 하는 골판재가 복수 적층되어 구성되는 것을 특징으로 하는
펌프.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
상기 임펠러는 회전 구동함으로써 초임계 CO₂ 유체 또는 액체 CO₂를 반송 가능하고, 반도체 세정용 순환 펌프로서 이용되는 것을 특징으로 하는
펌프.