KR100453657B1 - 진공내부의 직선이동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공내부의 직선이동장치에 관한 것으로, 양측에 플랜지부가 각각 형성되고 상부에 진공 외부의 대기와 연통되는 연결관을 구비한 몸체부와, 상기 몸체부 일측에 배치되어 스텝모터 및 스크류를 구비한 구동부와, 상기 스크류축에 나사 결합된 체결구가 형성되고 상기 체결구를 내측에 일체로 포함하며 상기 스텝모터의 정/역회전에 따라 스크류축을 따라 좌/우 직선 이동되는 가동너트가 형성되며 상기 가동너트 외주에 일단이 결합되고 타단이 피동체가 결합되는 지지판 측면에 고정되어 지지판을 직선 이동시키기 위한 아암을 구비한 가동부와, 상기 스크류축의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제1 고정부재와, 상기 몸체부 내측에 배치되어 상기 스크류축 일단을 회전 가능하게 지지하는 제2 고정부재와, 상기 제1 고정부재를 고정 지지하기 위한 지지봉과, 상기 제1 고정부재와 가동너트 사이 및 가동너트와 몸체의 플랜지 사이에 각각 밀폐 결합되어 제1 챔버 및 제2 챔버를 형성함과 동시에 상기 가동너트가 직선운동을 할 수 있도록 신축되는 제1 및 제2 주름관과, 상기 스크류축의 양측을 회전 가능하게 지지하는 제1 및 제2 회전가이드로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

진공내부의 직선이동장치{Linear Moving Apparatus in Vacuum System}

본 발명은 진공내부의 직선이동장치에 관한 것으로, 특히 진공 내부에 배치됨과 동시에 장치 내부는 진공 내부와 격리되어 대기압 상태를 유지하도록 하여 부품간 마찰 또는 윤활제로부터 발생하는 미세 입자에 의해 진공계가 손상되는 것을 사전에 방지하며, 부품수를 줄여 간단한 구조로 이루어짐에 따라 공차를 줄여 초정밀 제어가 가능하고 아울러 전력 케이블이 진공 내부에 노출되는 것을 방지하여 케이블로부터 유해가스가 발생되는 것을 방지하며 아울러 저 비용으로 생산 가능한 진공 내부의 직선이동장치에 관한 것이다.

오늘날 일반적으로 내부에 진공상태를 유지하는 시스템 내부에 배치되어 작동하는 직선이동장치 예를 들면, 대형 방사광 가속기 시설 등에서 요구하는 거울 조정장치 및 실틈 조정장치와 같이 분해능이 1마이크로미터 이하의 정밀 직선운동을 부여할 수 있을 정도의 정밀성이 요구된다.

이와 같은 종래의 진공내부의 직선이동장치는 크게 2가지 방식이 적용되고 있으며, 첫 번째 방식은 도 1에 도시된 바와 같이 구동부(1)가 대기 중에 있고 동력전달바(3)에 의해 상기 구동부(1)와 연결되어 거울 등과 같은 피동체(도시하지 않음)를 이동시키기 위한 지지판(6)이 진공 상태의 하우징(4) 내부에 리니어 가이드(5)와 함께 배치되어 상기 진공 외부에 배치된 구동부(1)에 의해 발생된 직선운동을 진공용 벨로우즈(bellows)(2)를 통해 진공내부의 지지판(6)으로 전달하게 된다.

그런데 이 방식의 경우 상기 동력전달바(3)의 길이가 길게 형성되며 이에 따라 발생하게 되는 동력전달바(3)에 소정의 변형이 발생하게 되어 초정밀 직선이동에 제약을 받게 되는데 이와 같은 미세한 변형을 없애기 위해 동력전달바(3)의 부피를 크게 설정하여 전체적으로 부품의 무게가 무거워지게 된다.

또한 상기 동력전달바(3)가 차지하는 공간에 의하여 이용 가능한 진공 내부 공간이 줄어들게 되며, 아울러 구동부에 의해 가동되는 상기 지지판(6)이 운동시 백래쉬(backlash)되는 현상이 발생하고, 또한 장치를 이루는 부품의 수가 증가함에 따라 구조가 복잡해져서 가공 및 조립 공차가 누적됨에 따라 상기 지지판(6)을 초정밀하게 제어할 수 없는 문제점이 있었다.

한편 다른 종래기술은 구동부 및 가동부가 모두 진공 내부에 배치되어 진공에 적합한 모터와 스크류를 사용하여 직선 운동을 얻는 방식이며, 이 경우에서는 상기 모터를 포함한 모든 부품이 대기 중에서 사용되는 것과 달리 진공용으로 구비해야 하므로 부품의 종류가 다양하지 못하고, 아울러 모터를 포함한 부품에서 진공에 유해한 가스의 발생을 줄이고 윤활제의 사용을 억제하기 위하여 특수재료의 도금과 같은 고가의 표면처리방식을 필요로 하는 문제점이 있었다.

또한 진공 외부에서 내부로 전력을 공급하기 위한 전력 연결구(feedthrough) 등이 필요하게 되고 누전을 방지하기 위한 전선의 피복이 일반적으로 진공에 해로운 가스를 방출하기 쉽고, 진공 내부에서 부품간의 마찰이 일어날 경우 서로 눌러붙는 상황이 발생되어 이에 따라 진공계에 심각한 손상을 줄 수 있고 복구 또한 매우 어려운 문제점이 있었다.

한편 이와 같은 종래의 직선이송장치는 진공 내부에서 사용하는 부품선정에 문제가 있으며 또한 정밀조정이 어려운 경우가 많기 때문에 오늘날 요구되고 있는 초고진공(대기압의 1/100억∼1/10조 기압) 내부에서 사용되는 초정밀 조정 시스템에 사용하는 것에는 제약이 있다.

특히 대형 방사광 시설 등에서 사용되고 있는 정밀 광학 실험장치에 소요되는 거울장치 및 실틈장치의 조정에는 상용 제품의 사용이 거의 불가능하여 전용 장치를 필요할 때마다 설계하여 제작해야 하는 번거롭고 어려운 문제점이 있다.

이 경우 새로 제작되는 조정장치의 대부분은 사용부품의 수가 많고, 그 제작 공정이 매우 복잡하여 이에 따라 고가이며, 세계적으로 한정된 몇 군데의 제작 업체만이 제작 기술을 보유하고 있는 실정이다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 진공 내부에 배치됨과 동시에 장치 내부는 진공 내부와 격리되어 대기압 상태를 유지하도록 하여 부품간 마찰 또는 윤활제로부터 발생하는 미세 입자에 의해 진공계가 손상되는 것을 사전에 방지하며, 부품수를 줄여 간단한 구조로 이루어짐에 따라 공차를 줄여 초정밀 제어가 가능하고 아울러 전력 케이블이 진공 내부에 노출되는 것을 방지하여 케이블로부터 유해가스가 발생되는 것을 방지하며 아울러 저 비용으로 생산 가능한 진공 내부의 직선이동장치를 제공한다.

도 1은 종래의 진공 내부에 배치되는 직선이동장치를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 진공내부의 직선이동장치를 나타내는 분리 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 진공내부의 직선이동장치를 나타내는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 진공내부의 직선이동장치가 리니어 가이드와 상호 고정된 상태를 나타내는 개략 사시도이다.

*도면내 주요 부분에 대한 부호설명*

5: 리니어 가이드 6: 지지판

10: 중앙 몸체부 11: 지관

13: 연결관 14: 제1 플랜지부

15: 제2 플랜지부 20: 구동부

21: 스텝모터 22: 회전축

23: 방진부재 24: 지지플랜지

25: 케이스 27: 스크류 축

29: 조인트 30: 가동부

31: 가동너트 33: 체결구

35: 아암 41: 제1 고정부재

42a: 제1 구름베어링 42b: 제2 구름베어링

43: 제1 주름관 43a: 제1 챔버

45: 제2 주름관 45a: 제2 챔버

46a: 제1 회전가이드 46b: 제2 회전가이드

47a,47b: 지지봉 48: 제2 고정부재

50: 연결구

상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 시스템의 진공 내부에 배치되어 리니어 가이드를 따라 슬라이딩 이동하는 피구동체가 결합된 지지판을 초정밀하게 직선 이동시키기 위한 진공내부의 직선이동장치에 있어서, 양측에 플랜지부가 각각 형성되고 상부에 진공 외부의 대기와 연통되는 연결관을 구비한 관형상의 몸체부와, 상기 몸체부 일측에 배치된 스텝모터 및 상기 스텝모터의 일측을 고정시키기 위한 지지플랜지가 상기 몸체부 일측의 플랜지에 대응 결합되고 상기 스텝모터를 포함함과 동시에 몸체부 내측과 동일한 대기압 상태를 이루기 위해 상기 지지플랜지 후단에 밀폐 결합되는 케이스가 형성되고 상기 스텝모터의 일측에 축방향을 따라 연장 형성된 스크류축을 구비한 구동부와, 상기 스크류축에 나사 결합된 가동너트가 형성되고 상기 가동너트를 내측에 일체로 포함하며 상기 스텝모터의 정/역회전에 따라 스크류축을 따라 좌/우 직선 이동되는 체결구가 형성되며 상기 체결구 외주에 일단이 결합되고 타단이 상기 지지판 측면에 고정되어 상기 지지판을 직선 이동시키기 위한 아암을 구비한 가동부와, 상기 스크류축의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제1 고정부재와, 상기 몸체부 내측에 배치되어 상기 스크류축 일단을 회전 가능하게 지지하는 제2 고정부재와, 상기 제1 고정부재에 일단이 결합되고 타단이 몸체부의 플랜지에 결합되어 상기 제1 고정부재를 고정 지지하기 위한 한 쌍의 지지봉과, 상기 제1 고정부재와 가동너트 사이 및 가동너트와 몸체부의 플랜지 사이에 각각 밀폐 결합되어 제1 챔버 및 제2 챔버를 형성함과 동시에 상기 가동너트가 직선운동을 할 수 있도록 신축되는 제1 및 제2 주름관과, 상기 스크류축의 양측을 회전 가능하게 지지하는 제1 및 제2 회전가이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공내부의 직선이동장치를 제공한다.

이 경우 상기 직경이 다른 제1 및 제2 주름관은 내/외부의 압력차에 의해 상기 가동너트를 일방향으로 밀어주도록 하여 상기 가동너트가 백래쉬되는 것을 방지할 수 있도록 제2 주름관이 제1 주름관 보다 큰 직경으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 제1 및 제2 회전가이드는 상기 가동너트의 이동을 제한하도록 미리 설정된 가동너트의 이동구간에 대응한 길이로 설정된다.

또한 상기 몸체부 및 구동부의 내부와 제1 및 제2 챔버가 대기압 상태를 유지함에 따라 진공 시스템 내부의 표면을 일정시간 고온으로 유지함으로써 진공면에 부착된 수분을 배출시키거나, 전체 시스템을 가열시킴에 따라 장치 내부의 부품이 과열되는 것을 방지하도록 상기 연결관을 통해 장치 내부로 가열 공기 또는 냉공기를 공급할 수 있다.

따라서 상기한 본 발명에 있어서는 진공 시스템의 진공 내부에 배치된 상태에서 장치의 내부는 진공 내부와 격리되어 대기압 상태를 유지함에 따라 장치의 가동에 따라 발생하는 부품간 발생하는 미세 입자 및 진공 내부에 노출된 전선의 피복에서 발생하는 유해가스 등을 근본적으로 차단하여 외부로 배출시킬 수 있으며, 아울러 간단한 구조를 이루면서 피동체의 초정밀 제어를 가능하고 저럼한 비용으로 생산할 수 있는 이점이 있다.

(실시예)

첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 진공내부의 직선이동장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도 2는 본 발명에 따른 진공내부의 직선이동장치를 나타내는 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 진공내부의 직선이동장치를 나타내는 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 진공내부의 직선이동장치가 리니어 가이드와 상호 고정된 상태를 나타내는 개략 사시도이다.

먼저, 본 발명에 따른 방사광 가속기 시설 등에 적용되는 거울조정시스템 및 실틈조정시스템과 같이 시스템의 진공 내부에 배치된 직선이동장치는 크게 나누어 내부를 대기압 상태로 유기하기 위해 대기와 연통되며 시스템(도시하지 않음) 내부에 고정된 몸체부(10)와, 몸체부 일측에 배치되어 동력을 발생하기 위한 구동부(20)와, 상기 구동부(20)로부터 동력을 인가 받아 회전운동을 직선운동으로 변환하기 위한 가동부(30) 및 상기 가동부(30)가 직선운동을 할 수 있도록 지지함은 물론 장치의 내부가 대기압 상태를 유지하도록 상기 몸체부(10) 타측에 밀폐 결합된 다수의 부품들로 이루어진다.

상기 몸체부(10)는 도 2 및 도 3과 같이 관형상으로 이루어지며 양측에 각각제1 및 제2 플랜지부(14,15)가 형성되고 일주면에 형성된 지관(支管)(11)에는 시스템이 진공 외부의 대기와 연통되는 연결관(13)이 결합되어 있다.

또한 상기 구동부(20)는 몸체부(10)의 제2 플랜지부(15)와 밀폐 결합된 지지플랜지(24)가 결합되고, 상기 지지플랜지(24) 중앙에는 정/역회전 구동하는 스텝모터(21)의 회전축(22)이 상기 몸체부(10) 내측으로 향하도록 축방향을 따라 일측이 고정된 상태로 지지되어 있다.

이 경우 상기 지지플랜지(24)와 스텝모터(21) 사이에는 상기 스텝모터(21)의 작동에 따라 발생되는 진동이 지지플랜지(24)로 전달되는 것을 차단하기 위한 방진부재(23)가 배치되어 있다.

또한 상기 지지플랜지(24) 후단에는 상기 스텝모터(21)를 포함함과 동시에 상기 몸체부(10)의 내부와 동일한 대기압 상태를 유지하기 위한 케이스(25)가 밀폐 결합되어 있다.

이 경우 조인트(29)에 의해 상기 스텝모터(21)의 회전축(22)에 축방향으로 연장형성된 스크류축(27)이 형성되어 있으며, 상기 스크류축(27)은 일측이 제1 고정부재(41)의 제1 구름베어링(42a)에 회전 가능하게 지지되어 있으며, 타측이 상기 몸체부(10) 내측에 고정된 제2 고정부재(48)의 제2 구름베어링(42b)에 회전 가능하게 결합되어 있다.

한편 가동부(30)는 상기 스크류축(27)에 결합된 가동너트(31)가 형성되고, 상기 가동너트(31)를 내측에 일체로 포함하며 상기 스텝모터(21)의 정/역회전에 따라 스크류축(27)을 따라 좌/우 직선 이동되는 체결구(33)가 형성되며 상기체결구(33)외주에는 일단이 결합되고 타단이 상기 지지판(6) 측면 중앙부에 고정되어 상기 지지판(6)을 리니어 가이드(5)를 따라 직선 이동시키기 위한 아암(35)이 형성되어 있다.

또한 도 2와 같이 상기 제1 고정부재(41)를 고정 지지하기 위해 일단이 상기 제1 고정부재(41)에 결합되고 타단이 몸체부(10)의 제1 플랜지부(14)에 각각 고정된 한쌍의 지지봉(47a,47b)이 축방향을 따라 상호 평행하게 결합되어 있다.

한편 양단이 상기 제1 고정부재(41)와 체결구(33)의 일측면 사이에 각각 밀폐 결합되는 제1 주름관(43)이 형성되고, 및 상기 체결구(33)의 타측면과 상기 제1 플랜지부(14) 사이에 각각 밀폐 결합된 제2 주름관(45)이 형성되어 있으며, 이 경우 상기 제1 및 제2 주름관(43,45)은 체결구(33)를 중심으로 하여 양측으로 각각 제1 챔버(43a) 및 제2 챔버(45a)를 형성하게 된다.

이때 상기 제1 및 제2 주름관(43,45)은 서로 다른 직경으로 이루어지며 예를 들면 도 3과 같이 제1 주름관(43)이 제2 주름관(45)보다 작은 직경으로 이루어지는 것이 가능하며 이에 따라 대기압 부의 부피가 커지려는 성질에 의해 체결구(33)는 항상 왼쪽으로 일정한 힘을 가하게 된다.

이 경우 상기 가동너트(31)의 구동시 상기 체결구(33)를 제1 챔버(43a) 측으로 밀어주게 되어 가동너트(31)가 백래쉬 되는 현상을 방지할 수 있다.

또한 상기 체결구(33)의 좌우측 이동 방향에 따라 수축되는 제1 및 제2 주름관(43,45)은 체결구(33) 양측에 일측이 각각 밀폐 결합 형성됨에 따라 스크류축(27)이 회전 시 체결구(33)도 회전되려는 성질을 갖고 있는데, 이에 따라지지판이 좌/우 미세 이동의 가능성이 발생한다.

이를 방지하기 위해 도 4와 같이 체결구(33)에 결합된 아암(35)의 타측을 상기 지지판(6)의 중앙에 고정시킴에 따라 정밀 직선운동을 얻을 수 있다.

한편 상기 제1 고정부재(41)와 몸체부(10)는 상기 리니어 가이드(5) 일측에 별도의 연결구(50)에 의해 상호 고정되어 있다.

또한 상기 스크류축(27)을 회전 가능하게 지지하기 위해 제1 및 제2 챔버(43a,45a)에 각각 배치된 제1 및 제2 회전가이드(46a,46b)는 상기 가동너트(31)의 이동을 제어하기 위한 리미트 스위치(도시하지 않음)가 고장이 날 경우, 상기 가동너트(31)의 이동을 물리적으로 제한하도록 미리 설정된 가동너트(31)의 이동구간에 대응한 길이로 설정되는 것이 바람직하다.

더욱이 본 발명의 직선이동장치의 내부는 대기압 상태를 유지하게 되며 이 경우 상기 진공 시스템 내부의 표면을 일정시간 고온으로 유지함으로써 진공 내부의 수분을 배출시킬 경우, 상기 연결관(13)을 통해 직선이동장치의 내부로 가열공기를 공급하여 진공면에 부착된 수분을 증발시켜 제거할 수 있다.

또한 본 장치를 포함한 진공 시스템 전체를 가열시킬 경우 시스템 내부에 장착된 모터 및 전선 등이 과열될 우려가 있을 시는 상기 연결관(13)을 통해 찬 공기를 직선이동장치의 내부로 공급함에 따라 직선이동장치를 이루는 부품이 과열되는 것을 방지하여 제품의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 스텝모터(21)에 전력을 공급하기 위한 전력 케이블(도시하지 않음)은 진공 시스템의 외부로부터 상기 연결관(13)을 통해 몸체부(10)를 거쳐스텝모터(21)에 연결됨에 따라 전력 케이블이 진공 내부에 노출되는 것을 근본적으로 차단시켜 케이블의 피복으로부터 발생되는 유해가스로부터 진공계를 보호할 수 있다.

이에 따라 본 발명에 적용되는 대부분의 부품은 대기압 하에서 사용되는 일반 상용제품을 사용하는 것이 가능하며 이에 따라 별도로 진공상태에서 사용되는 특수코팅처리 부품과 같은 고가의 부품을 사용할 필요가 없으므로 저렴한 비용으로 생산 가능하다.

상기한 본 발명에 있어서는 진공 시스템의 내부에 배치된 상태에서 직선이동장치의 내부는 대기압 상태를 유지함에 따라 장치의 가동에 따라 발생하는 부품간 발생하는 미세 입자 및 진공 내부에 노출된 전선의 피복에서 발생하는 유해가스 등을 근본적으로 차단시킬 수 있으며, 아울러 간단한 구조를 이루면서 피동체의 초정밀 제어를 가능하고 저럼한 비용으로 생산할 수 있는 이점이 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (4)

1. 시스템의 진공 내부에 배치되어 리니어 가이드를 따라 슬라이딩 이동하는 피구동체가 결합된 지지판을 초정밀하게 직선 이동시키기 위한 진공내부의 직선이동장치에 있어서,

   양측에 플랜지부가 각각 형성되고 상부에 진공 외부의 대기와 연통되는 연결관을 구비한 관형상의 몸체부와,

   상기 몸체부 일측에 배치된 스텝모터 및 상기 스텝모터의 일측을 고정시키기 위한 지지플랜지가 상기 몸체부 일측의 플랜지에 대응 결합되고 상기 스텝모터를 포함함과 동시에 몸체부 내측과 동일한 대기압 상태를 이루기 위해 상기 지지플랜지 후단에 밀폐 결합되는 케이스가 형성되고 상기 스텝모터의 일측에 축방향을 따라 연장 형성된 스크류축을 구비한 구동부와,

   상기 스크류축에 나사 결합된 가동너트가 형성되고 상기 가동너트를 내측에 일체로 포함하며 상기 스텝모터의 정/역회전에 따라 스크류축을 따라 좌/우 직선 이동되는 체결구가 형성되며 상기 체결구 외주에 일단이 결합되고 타단이 상기 지지판 측면에 고정되어 상기 지지판을 직선 이동시키기 위한 아암을 구비한 가동부와,

   상기 스크류축의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제1 고정부재와,

   상기 몸체부 내측에 배치되어 상기 스크류축 일단을 회전 가능하게 지지하는 제2 고정부재와,

   상기 제1 고정부재에 일단이 결합되고 타단이 몸체부의 플랜지에 결합되어 상기 제1 고정부재를 고정 지지하기 위한 한 쌍의 지지봉과,

   상기 제1 고정부재와 가동너트 사이 및 가동너트와 몸체부의 플랜지 사이에 각각 밀폐 결합되어 제1 챔버 및 제2 챔버를 형성함과 동시에 상기 가동너트가 직선운동을 할 수 있도록 신축되는 제1 및 제2 주름관과,

   상기 스크류축의 양측을 회전 가능하게 지지하는 제1 및 제2 회전가이드로 구성되는 것을 특징으로 하는 진공내부의 직선이동장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 직경이 다른 제1 및 제2 주름관은 내/외부의 압력차에 의해 상기 가동너트를 일방향으로 밀어주도록 하여 상기 가동너트가 백래쉬되는 것을 방지할 수 있도록 제2 주름관이 제1 주름관 보다 큰 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 진공내부의 직선이동장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 회전가이드는 상기 가동너트의 이동을 제한하도록 미리 설정된 가동너트의 이동구간에 대응한 길이로 설정되는 것을 특징으로 하는 진공내부의 직선이동장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 몸체부 및 구동부의 내부와 제1 및 제2 챔버가 대기압 상태를 유지함에 따라 진공 시스템 내부의 표면을 일정시간 고온으로 유지함으로써 진공면에 부착된 수분을 배출시키거나, 전체 시스템을 가열시킴에 따라 장치 내부의 부품이 과열되는 것을 방지하도록 상기 연결관을 통해 장치 내부로 가열 공기 또는 냉공기를 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 진공내부의 직선이동장치.