KR101134308B1 - 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프에 관한 것이다.
본 발명은, 진공시스템의 내부공간과 연통하는 내부공간을 구비한 진공 용기; 및 전자기력을 발생시켜 기체를 상기 진공 용기의 내부공간으로부터 배기시키는 적어도 하나의 기체배기수단;을 포함하되, 상기 기체배기수단은, 상기 진공 용기의 내부공간에 위치하는 한 쌍의 영구자석; 상기 한 쌍의 영구자석 사이에 위치하는 한 쌍의 음극판; 및 상기 한 쌍의 음극판 사이에 위치하는 적어도 하나의 양극셀;을 포함하고, 상기 영구자석은 그 내부에 존재하는 기체가 상기 진공 용기의 내부공간으로 방출되지 않도록 표면처리된 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프를 제공한다.
이온 펌프, 영구자석, 네오디뮴(DdFeB) 자석, 질화티타늄 코팅, 음극판, 양극셀, 진공 용기, 지지대, 냉각유체, 차폐판

Description

표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프{ION PUMP WITH SURFACE TREATED PERMANENT MAGNET}
본 발명은 초고진공용 이온 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주어진 공간에 존재하는 기체를 이온화하여 배기시키는 스퍼터(sputter) 이온 펌프에 관한 것이다.
진공은 공간의 기체압력이 대기압보다 낮은 상태, 즉 분자밀도가 약
Figure 112009032835464-pat00001
보다 적은 상태를 의미하고, 진공 펌프는 소정의 공간을 진공상태로 만들기 위한 펌프를 의미한다.
진공 펌프는 작동 원리에 따라 포지티브 디스플레이스먼트(positive displacement) 펌프와 엔트랩먼트(entrapment) 펌프로 분류된다. 포지티브 디스플레이스먼트 펌프는 기체를 진공 용기 외부로 제거하는 펌프이고, 엔트렙먼트 펌프는 배기시킨 기체를 여전히 진공 용기나 펌프 속에 남기는 펌프이다. 로터리 펌프, 터보 분자 펌프 등 대부분의 기계적인 펌프는 포지티브 디스플레이스먼트 펌프에 해당하고, 흡착 펌프, 크라이오 펌프, 이온 펌프 등은 엔트렙먼트 펌프에 해당한다.
이중, 이온 펌프는 그 이름에서 짐작할 수 있듯이 기체를 이온화하여 주어진 공간으로부터 기체분자를 제거하는 펌프이다. 이온 펌프는 1900년대 중반에 개발된 이후 지속적으로 발전하여 최근에는 터보 분자 펌프 및 크라이오 펌프와 더불어 초고진공용으로 널리 사용되고 있다. 이하, 종래 기술에 따른 이온 펌프의 구성 및 작동을 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한다. 도 1은 하나의 기체배기수단을 포함하는 종래의 이온 펌프를 도시한 단면도이고, 도 2는 복수의 기체배기수단을 포함하는 종래의 이온 펌프를 도시한 단면도이고, 도 3는 이온 펌프의 작동원리를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
종래의 이온 펌프는 도 1에 도시된 바와 같이 하나의 기체배기수단만을 포함하도록 구비되거나, 진공배기용량을 증가시키기 위해 도 2에 도시된 바와 같이 복수의 기체배기수단을 포함하도록 구비된다. 상기 기체배기수단은 진공 용기(20)의 내부공간(21)에 설치되는 음극판(2, 4) 및 양극셀(3)과, 진공 용기(20)의 외부공간(22)에 설치되는 영구자석(1, 5)을 포함한다. 또한, 상기 이온 펌프는 영구자석(1, 5)에 의해 발생하는 자기장이 외부에 설치된 타 장비에 영향을 미치는 것을 방지하기 위한 자기차폐부재(24)를 포함한다.
이온 펌프의 상단에 형성된 플렌지는 진공시스템(30)의 하단에 형성된 플랜지와 볼트(32) 및 너트(34)를 통해 결합하고, 상기 플랜지들 간에는 금속 개스킷(36)이 설치된다. 진공시스템(30)의 내부공간(31)에 존재하는 자유 기체는 이온 펌프가 작동하는 진공 용기(20)의 내부공간(21)으로 유입되고, 이로써 진공시스템(30)의 내부공간(31)이 진공상태로 유지될 수 있다. 진공 용기(20)의 내부공 간(21)으로 유입된 기체는 기체배기수단에 의해 상기 내부공간(21)으로부터 배기된다. 이하, 상기 내부공간(21)으로 유입된 기체의 배기원리를 구체적으로 설명한다.
양극셀(3)과 음극판(2, 4) 간에 인가되는 수천 V의 고전압과 한 쌍의 영구자석(1, 5)에 의해 형성되는 수백 ~ 수천 G의 자기장이 서로 교차하는 전자기장을 만들면서 전자는 양극셀(3) 외부로 도망가지 못하고 전자구름을 형성(페닝방전)한다. 양극셀(3) 내부로 진입한 기체 분자들은 이 전자구름에 의해 이온화되어 고속으로 음극판(2, 4)에 입사하게 된다. 이때 충격에 의해 음극판(2, 4)을 이루고 있던 티타늄 원자가 스퍼터링 되어 양극셀(3) 내벽에 활성 증착 막을 형성하는데, 기체 분자들은 음극판(2, 4)에 입사하여 파묻히거나 이 활성 증착 막과 화학 결합하는 방식으로 상기 내부공간(21)으로부터 배기된다.
현재, 위와 같이 이루어진 이온 펌프의 진공배기성능을 향상시키기 위한 연구들이 업계에서 활발히 진행되고 있다. 그 결과, 음극판(2, 4)의 구조, 종류 등을 변경시키는 기술, 양극셀(3)에 가해지는 고전압을 진공도에 따라 다르게 설정하는 기술, 진공 용기(20)로부터 기체가 미세하게 상기 내부 공간(21)으로 인출되는 현상을 막기 위한 진공 용기(20) 표면 연마 및 코팅 기술 등이 개발되었다. 그러나, 위 기술들에 의하더라도 영구자석(1, 5)으로 페라이트 자석이 사용되고, 영구자석(1, 5)이 진공 용기(20)의 외부에 설치되기 때문에 다음과 같은 문제점이 있다.
페라이트 자석은 가격이 저렴하고, 비교적 높은 온도에서 사용이 가능하며, 제조가 용이하기 때문에 위 기술들은 페라이트 자석을 영구자석(1, 5)으로 사용하고 있다. 그러나, 페라이트 자석은 네오디뮴(NdFeB) 자석 등에 비해 자기력이 매우 약하기 때문에 상대적으로 약한 자기력을 보상할 수 있을 정도의 크기로 형성되어야 한다. 이와 같은 페라이트 자석의 크기는 이온 펌프 전체의 무게와 부피를 증가시키게 되므로 이온 펌프의 이동 및 장착작업에 불편이 따르는 문제가 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 페라이트 자석 대신 네오디뮴 자석을 설치하는 방안을 고려할 수 있다. 그러나, 네오디뮴 자석은 높은 온도에서 자력을 상실하는 특성이 있기 때문에 약 200도 이상의 온도에서 수행되는 진공 용기(20)의 베이킹(baking) 공정을 거치면 네오디뮴 자석의 자기력이 매우 약해지는 문제가 있다. 따라서, 네오디뮴 자석을 영구자석(1, 5)으로 사용하는 방안은 페라이트 자석의 약한 자기력을 보상하기 위한 대안으로 선택되고 있지 못하고 있다.
베이킹 공정이란, 이온 펌프와 진공시스템(30)이 결합되기 전에 외부로부터 진공 용기(20)의 내부로 유입되어 진공 용기(20)의 내면에 흡착된 수분이나 기체들을 약 200도 정도의 가열을 통해 제거하는 가열탈기체 처리 공정, 또는 초기 진공 용기의 제작 시 재료 자체가 가지고 있는 내부 기체들을 약 400 내지 800도 정도의 가열(배큠 파이어링 : vacuum firing)을 통해 제거하는 가열탈기체 처리 공정을 의미한다.
영구자석(1, 5)이 진공 용기(20)의 내부공간(21)에 설치되면 영구자석(1, 5)이 자체적으로 가지고 있는 기공으로부터 기체들이 진공 용기 내부로 방출되기 때문에 이온 펌프의 진공배기성능이 저하된다. 따라서, 위 기술들은 영구자석(1, 5)을 진공 용기(20)의 외부에 설치하고 있다. 그러나, 영구자석(1, 5)이 진공 용기 (20)의 외부에 설치될 경우, 영구자석(1, 5)으로부터 발생한 자기력은 5mm 이상의 두께를 갖는 스테인리스스틸 재질의 진공 용기(20)를 통과하여 양극셀(3)에 도달하여야 하고, 이와 같은 과정에서 자기력의 손실이 발생하게 된다. 따라서, 영구자석(1, 5)은 자기력 손실을 보상할 수 있을 정도의 크기로 형성되어야 하고, 이와 같은 영구자석(1, 5)의 크기는 이온 펌프 전체의 무게와 부피를 증가시키게 되므로 이온 펌프의 이동 및 장착작업에 불편이 따르는 문제가 있다. 또한, 영구자석(1, 5)이 진공 용기(20)의 외부에 설치될 경우, 영구 자석(1, 5)의 설치공간을 확보하기 위해 진공 용기(20)가 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 들쑥날쑥한 형태로 형성되어야 하기 때문에 진공 용기(20)의 제조가 난해한 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래에 비해 향상된 진공배기성능을 발휘할 수 있고, 종래에 비해 적은 무게 및 부피로 제작될 수 있으며, 진공 용기가 종래에 비해 단순한 형태로 제작될 수 있는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프를 제공하는 것을 목적으로 삼고 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 진공시스템의 내부공간과 연통하는 내부공간을 구비한 진공 용기; 및 전자기력을 발생시켜 기체를 상기 진공 용기의 내부공간으로부터 배기시키는 적어도 하나의 기체배기수단;을 포함하되, 상기 기체배기수단은, 상기 진공 용기의 내부공간에 위치하는 한 쌍의 영구자석; 상기 한 쌍의 영구자석 사이에 위치하는 한 쌍의 음극판; 및 상기 한 쌍의 음극판 사이에 위치하는 적어도 하나의 양극셀;을 포함하고, 상기 영구자석은 그 내부에 존재하는 기체가 상기 진공 용기의 내부공간으로 방출되지 않도록 표면처리된 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프를 제공한다.
바람직하게 상기 진공 용기의 내부공간에는 상기 적어도 하나의 기체배기수단을 지지하기 위한 지지대가 설치된다.
바람직하게 상기 진공 용기의 내부공간에는 상기 영구자석으로부터 발생하는 자기력이 상기 진공시스템의 내부공간에 영향을 미치는 것을 방지하는 차폐판이 설치된다.
바람직하게 상기 영구자석과 상기 진공 용기는 서로 이격되어 있다.
본 발명은, 진공시스템과 결합하여 진공시스템의 내부공간을 밀폐시키는 밀폐판; 전자기력을 발생시켜 기체를 상기 진공시스템의 내부공간으로부터 배기시키는 적어도 하나의 기체배기수단; 및 상기 진공시스템의 내부공간에 위치하도록 상기 밀폐판에 설치되어 상기 적어도 하나의 기체배기수단을 지지하는 지지대;를 포함하되, 상기 기체배기수단은, 상기 진공시스템의 내부공간에 위치하는 한 쌍의 영구자석; 상기 한 쌍의 영구자석 사이에 위치하는 한 쌍의 음극판; 및 상기 한 쌍의 음극판 사이에 위치하는 적어도 하나의 양극셀;을 포함하고, 상기 영구자석은 그 내부에 존재하는 기체가 상기 진공시스템의 내부공간으로 방출되지 않도록 표면처리된 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프를 제공한다.
바람직하게 상기 표면처리는 상기 영구자석의 표면을 질화티타늄(TiN), 카본, 니켈 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 코팅함으로써 이루어진다.
바람직하게 상기 영구자석은 적어도 하나의 네오디뮴(NdFeB) 자석으로 이루어진다.
바람직하게 상기 지지대는 그 내부로 냉각유체가 흐를 수 있도록 구비된다.
바람직하게 상기 지지대의 상부에는 상기 영구자석으로부터 발생하는 자기력이 상기 진공시스템의 내부공간에 영향을 미치는 것을 방지하는 차폐판이 설치된다.
본 발명에 의하면, 영구자석이 진공 용기의 내부공간 또는 진공시스템의 내부공간에 위치한다. 또한, 영구자석으로 네오디뮴 자석이 사용될 수 있다. 따라서, 종래기술에 비해 이온 펌프의 진공배기성능이 향상되고 이온 펌프의 크기 및 무게가 감소한다.
본 발명에 의하면, 진공 상태에 놓인 영구자석의 내부로부터 기체가 유출되지 않도록 영구자석이 표면처리된다. 따라서, 이온 펌프가 초고진공용으로 구현될 수 있다.
본 발명에 의하면, 진공 용기가 구비될 필요가 없거나 진공 용기가 구비되더라도 그 형상이 종래에 비해 단순하다. 또한, 기체배기수단을 지지하는 지지대를 진공 용기의 바닥 또는 밀폐판에 설치함으로써 이온 펌프의 제작이 완료된다. 또한, 자기차폐부재가 설치되지 않을 수 있다. 따라서, 이온 펌프의 제조가 용이하고, 이온 펌프의 제조에 소요되는 시간 및 비용이 절감될 수 있다.
본 발명에 의하면, 진공 용기의 내부공간에 위치하는 영구자석으로부터 발생한 자기력이 진공시스템의 내부공간에 도달하는 것을 방지하는 차폐판, 또는 진공시스템의 내부공간에 위치하는 영구자석으로부터 발생한 자기력이 확산하는 것을 방지하는 차폐판이 설치된다. 따라서, 작동 시 전자의 움직임을 수반하는 진공시스템이 오작동하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 의하면, 적어도 하나의 기체배기수단을 지지하는 지지대가 냉각유체의 통로로 제공된다. 따라서, 베이킹 공정 시 외부에서 가해지는 열에 의해 영구자석이 자기력을 상실할 가능성이 매우 낮다.
이하, 본 발명에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야할 것이다.
< 제1실시예 >
도 4는 본 발명에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프의 제1실시예를 도시한 단면도이다.
본 실시예에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프(100)는 도 4에 도시된 바와 같이 진공 용기(102)와, 하나의 기체배기수단을 포함한다. 그리고, 상기 기체배기수단은 표면처리된 한 쌍의 영구자석(130)과, 한 쌍의 음극판(110)과, 복수의 양극셀(120)을 포함한다.
상기 진공 용기(102)는 진공시스템(30)의 내부공간(31)과 연통하는 내부공간(104)을 구비한다. 진공 용기(102)와 진공시스템(30)은 볼트(32) 및 너트(34)에 의해 결합되고, 진공 용기(102)와 진공시스템(30) 사이에는 외부로부터 기체가 유입되지 못하도록 개스킷(36)이 장착된다. 진공 용기(102)는 일반적으로 스테인리스스틸로 형성되나, 이에 한정되지 않고 본 발명의 출원시 공지된 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 진공 용기(102)에는 본 발명의 출원시 공지된 표면처 리기술이 적용될 수 있다. 상기 진공시스템(30)은 입자가속기, 전자현미경 등과 같이 원활한 작동을 위해 그 내부공간(31)이 진공상태로 유지되어야 하는 장비를 의미한다.
상기 기체배기수단은 전자기력을 발생시켜 기체를 진공 용기(102)의 내부공간(104)으로부터 배기시킨다. 이를 위해 기체배기수단은 한 쌍의 영구자석(130)과, 한 쌍의 음극판(110)과, 복수의 양극셀(120)을 포함한다. 한 쌍의 영구자석(130)은 진공 용기(102)의 내부공간(104)에 설치되어 수백 ~ 수천 G의 자기장을 형성한다. 한 쌍의 음극판(110)은 한 쌍의 영구자석(130) 사이에 위치하고, 일반적으로 티타늄(Ti) 또는 탄탈륨(Ta)으로 이루어진다. 그러나, 배기하고자 하는 기체의 종류에 따라 상기 음극판(110)은 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 복수의 양극셀(120)은 중공이 형성된 원기둥 형태로 형성되고, 한 쌍의 음극판(110) 사이에서 복수의 열과 행을 이룬다. 양극셀(120)의 양 개방면은 한 쌍의 음극판(110)을 향하고, 상기 음극판(110)과 양극셀(120) 간에는 수천 V의 고전압이 인가된다.
음극판(110)과 양극셀(120) 간에 인가되는 수천 V의 고전압과 한 쌍의 영구자석(130)에 의해 형성되는 수백 ~ 수천 G의 자기장은 서로 교차하면서 전자기장을 형성하고, 이로 인해 전자는 양극셀(120) 외부로 도망가지 못하고 전자구름을 형성(페닝방전)한다. 양극셀(120) 내부로 진입한 기체는 이 전자구름에 의해 이온화되어 고속으로 음극판(110)에 입사하게 된다. 이때 충격에 의해 음극판(110)을 이루고 있던 티타늄 또는 탄탈륨 원자가 스퍼터링 되어 양극셀(120) 내벽에 활성 증착 막을 형성하는데, 기체는 음극판(110)에 입사하여 파묻히거나 이 활성 증착 막 과 화학 결합하는 방식으로 상기 내부공간(104)으로부터 배기된다.
앞서 설명한 바와 같이 한 쌍의 영구자석(130)이 진공 용기(102)의 내부공간(104)에 위치하면 영구자석(130)이 진공 용기(102)의 외부에 위치하는 경우에 비해 양극셀(120)에 가해지는 자기력의 세기가 상대적으로 증가하거나, 이온 펌프(100)의 크기 및 무게가 감소한다. 양극셀(120)에 가해지는 자기력의 세기가 상대적으로 증가하면, 이온 펌프(100)의 진공배기성능도 상대적으로 향상되게 된다.
또한, 영구자석(130)이 진공 용기(102)의 내부공간(104)에 위치하면 영구자석(130)의 설치공간을 진공 용기(102)의 외부에 별도로 마련할 필요가 없다. 따라서, 진공 용기(102)가 종래와 달리 반듯하게 형성될 수 있고, 이로써 이온 펌프(100)가 용이하게 제조될 수 있다.
또한, 영구자석(130)이 진공 용기(102)의 내부공간(104)에 설치될 수 있다면 네오디뮴(NdFeB) 자석을 영구자석(130)으로 사용하는 것이 가능하게 된다. 종래에 네오디뮴 자석을 영구자석(130)으로 사용하지 못한 것은 약 200도의 온도에서 수행되는 베이킹(baking) 공정을 거치는 과정에서 자석에 히터가 닿아 자석이 고열에 직접적으로 노출되어 네오디뮴 자석의 자기력이 약해지거나 상실되기 때문이었다. 그러나, 본 발명에서와 같이 영구자석(130)을 진공 용기(102) 내부에 위치시면 베이킹 공정 시 진공 용기(102) 외부에서 가해지는 열은 영구자석(130)에 간접적인 영향만을 미칠 뿐 직접적인 영향은 미치지 않기 때문에 네오디뮴 자석을 영구자석(130)으로 사용할 수 있게 된다. 네오디뮴 자석은 매우 강한 자기력을 발생시킨다. 따라서, 영구자석(130)으로 네오디뮴 자석을 사용할 수 있으면, 이온 펌 프(100)의 진공배기성능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 이온 펌프(100)의 크기 및 무게를 줄일 수 있다.
이와 같이 영구자석(130)이 진공용기(102)의 내부공간(104)에 위치하면 많은 장점들이 발생한다. 그러나, 영구자석(130)이 진공 용기(102)의 내부공간(104)에 위치하여 진공 환경에 노출되면, 영구자석(130)이 자체적으로 가지고 있는 기공으로부터 기체들이 진공 용기(102)의 내부공간(104)으로 방출되기 때문에 이온 펌프(100)의 진공배기성능향상이 제한된다. 따라서, 이온 펌프(100)가 초고진공용으로 구현될 수 없는 문제가 발생한다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해 영구자석(130)은 그 내부에 존재하는 기체가 진공 용기(130)의 내부공간으로 방출되지 않도록 표면처리된다. 이때, 상기 표면처리는 영구자석(130)의 표면에 수 ~ 수십 마이크로미터의 두께로 코팅층(132)을 형성함으로써 이루어진다. 상기 코팅층(132)은 질화티타늄(TiN)을 영구자석(130)의 표면에 코팅함으로써 형성되는 것이 바람직하다. 이는 질화티타늄이 영구자석(130)으로부터 기체가 방출되는 현상을 효과적으로 저지할 수 있기 때문이다. 그러나, 상기 코팅층(132)은 질화티타늄 이외에 카본, 니켈, 알루미늄 등을 코팅함으로써 형성될 수도 있다.
영구자석(130)으로 네오디뮴 자석이 사용될 수 있음은 앞서 설명하였다. 그러나, 이는 예시에 불과할 뿐 영구자석(130)으로 사용될 수 있는 것이 네오디뮴 자석에 한정됨을 의미하는 것은 아니다. 따라서, 영구자석(130)으로는 네오디뮴 자석뿐만 아니라 페라이트(Ferrite) 자석 또는 사마륨 코발트(SmCo) 자석 등도 사용될 수 있다.
일반적으로 자기력은 거리의 제곱에 반비례한다. 따라서, 영구자석(130)의 자기력이 진공 용기(102)의 외부로 확산되는 현상을 최대한 방지하기 위해 영구자석(130)과 진공 용기(102)의 측면은 서로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 이때, 영구자석(130)과 진공 용기(102)의 측면 간 이격 거리는 영구자석(130)의 자기력에 의해 외부에 설치된 타 장비가 영향을 받지 않을 정도로 조절된다. 영구자석(130)과 진공 용기(102)의 측면 간 이격 거리가 이와 같이 형성되면, 영구자석(130)의 자기력을 차단함과 동시에 자기력을 진공 용기(102) 내부에 가두기 위한 자기차폐부재(140)를 진공 용기(102)의 외부에 설치하지 않을 수 있다.
상기 음극판(110)은 영구자석(130)으로부터 소정 간격으로 이격되거나 영구자석(130)에 접한다. 그러나, 양극셀(120)에 가해지는 자기력이 강할수록 이온 펌프(100)의 진공배기성능이 향상된다는 점, 자기력의 세기는 거리에 반비례한다는 점을 고려하면, 이온 펌프(100)의 진공배기성능은 음극판(110)과 영구자석(130)이 가까울수록 향상됨을 알 수 있다. 따라서, 음극판(110)과 영구자석(130)은 서로 접하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 앞서 설명한 바와 같이 영구자석(130)과 진공 용기(102)의 측면 간 거리를 조절하여 영구자석(130)의 자기력이 외부에 설치된 타 장비에 영향을 미치지 않게 할 수 있다. 그러나, 영구자석(130)과 진공 용기(102) 측면 간의 거리 조절이 주위 여건으로 인해 충분하게 이루어질 수 없거나 예측하지 못한 현상이 발생하면 영구자석(130)의 자기력이 외부의 타 장비에 영향을 미칠 수 있다. 따 라서, 자기력의 확실한 차단을 위해 진공 용기(102)의 외부에는 도 4에 도시된 바와 같이 자기차폐부재(140)가 최소한의 두께로 설치되는 것이 바람직하다. 자기차폐부재(140)는 주로 순철로 이루어진다.
하전 입자 가속기, 전자현미경 등과 같은 진공시스템(30)의 내부공간(31)에서는 진공시스템(30)의 작동 시 전자가 이동하게 된다. 그리고, 영구자석(130)이 진공 용기(102)의 내부공간(104)에 위치하면 자기력이 전자의 움직임에 영향을 미치게 된다. 이와 같은 경우, 진공시스템(30)의 오작동이 유발될 수 있는바, 진공 용기(102)의 내부공간(104)에는 영구자석(130)으로부터 발생하는 자기력이 진공시스템(30)의 내부공간(31)에 영향을 미치는 것을 방지하는 차폐판(160)이 설치되는 것이 바람직하다.
상기 차폐판(160)은 도 4에 도시된 바와 같이 기체배기수단과 진공 용기(102)의 상면 간에 위치하고, 진공 용기(102)의 상면에 고정된 지지봉(162)에 의해 지지된다. 차폐판(160)은 다각형 또는 원형으로 형성되고, 표면처리된 순철로 이루어진다. 또한, 차폐판(160)에는 진공 용기(102)에 사용될 수 있는 재질 또는 표면처리기술이 적용될 수 있다. 상기 지지봉(162)은 이온 펌프(100)의 진공배기성능이 제한되지 않도록 최소의 개수로 이루어진다. 상기 지지봉(162)에는 진공 용기(102)에 사용될 수 있는 재질 또는 표면처리기술이 적용된다.
< 제2실시예 >
도 5는 본 발명에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프의 제2실시예를 도시한 단면도이다. 도 5에 도시된 구성 중 도 4에 도시된 구성과 동일한 것 들은 도 4에 도시된 구성의 도면부호와 동일한 도면부호로 표시되었다.
본 실시예에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프(200)는 도 5에 도시된 바와 같이 진공 용기(102)와, 복수의 기체배기수단을 포함한다. 그리고, 복수의 기체배기수단 각각은 표면처리된 한 쌍의 영구자석(130)과, 한 쌍의 음극판(110)과, 복수의 양극셀(120)을 포함한다.
상기 진공 용기(102)와, 표면처리된 영구자석(130)과, 음극판(110)과, 양극셀(120)에 대한 내용은 제1실시예에 개시된 내용과 동일하다. 또한, 진공 용기(102)의 내부공간(104)에는 차폐판(160)이 설치될 수 있는데, 상기 차폐판(160)에 대한 내용 또한 제1실시예에 개시된 내용과 동일하다. 또한, 경우에 따라 진공 용기(102)의 외부에는 자기차폐부재(140)가 설치될 수 있는데, 상기 자기차폐부재(140)에 대한 내용도 제1실시예에 개시된 내용과 동일하다. 따라서, 이하에서는 이들에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
상기 복수의 기체배기수단은 전자기력을 발생시켜 기체를 진공 용기(102)의 내부공간(104)으로부터 배기시키기 위한 것으로서, 도 5에 도시된 바와 같이 진공 용기(102)의 내부에서 진공 용기(102)의 높이방향을 따라 나열된다. 그리고, 진공 용기(102)의 내부공간(104)에는 위와 같이 나열된 기체배기수단을 지지하는 지지대(150)가 설치된다. 상기 지지대(150)는 전기적 절연상태를 유지하면서 양극셀(120)을 지지한다.
지지대(150)가 진공 용기(102)의 내부에 설치되면, 지지대(150)에 대해 효과적인 베이킹 공정이 이루어지지 못해 지지대(150)의 표면에 여전히 흡착되어 있는 수분이나 기체로 인해 이온 펌프(200)의 진공배기성능을 악화시킬 수 있다. 따라서, 지지대(150)에는 본래의 기능을 수행하는데 필요한 최소한의 부재만이 적용되고, 진공 용기(102)에 사용될 수 있는 재질 또는 표면처리기술이 적용된다.
본 실시예에 따르면 앞서 제1실시예에서 설명한 효과뿐만 아니라 이온 펌프(200)의 제조가 용이한 효과와 이온 펌프(200)의 제조에 소요되는 시간이 종래에 비해 단축되는 효과가 추가적으로 발생한다. 종래에는 형상이 복잡한 진공 용기가 제조된 후, 상기 진공 용기의 외부에 영구자석이 설치되고 진공 용기의 내부에 음극판 및 양극셀이 설치되어야 이온 펌프의 제조가 완료된다. 그러나, 본 실시예에 따르면 종래의 진공 용기에 비해 그 형상이 단순한 진공 용기(102)가 제조된 후, 기체배기수단을 지지하고 있는 지지대(150)가 진공 용기(102)의 바닥에 설치되면 이온 펌프(200)의 설치가 완료된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 이온 펌프(200)의 제조가 용이할 뿐만 아니라 그 제조에 소요되는 시간이 종래에 비해 단축되게 된다.
한편, 앞서 제1실시예에서 설명한 바에 따르면, 베이킹 공정 시 진공 용기(102) 외부에서 가해지는 열은 영구자석(130)에 간접적인 영향만을 미칠 뿐 직접적인 영향은 미치지 않기 때문에 네오디뮴 자석을 영구자석(130)으로 사용할 수 있게 된다. 그러나, 베이킹 공정 시 진공 용기(102) 외부에서 가해지는 열에 의해 네오디뮴 자석이 자기력을 상실할 가능성을 더욱 낮추기 위해 지지대(150)는 그 내부로 냉각유체가 흐를 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.
이와 같은 경우, 지지대(150)는 도 5에 도시된 바와 같이 진공 용기(102)의 바닥을 관통하고, 그 관통부위는 완전하게 밀폐된다. 그리고, 진공 용기(102)의 외부로 노출된 부위 중 일부로는 냉각유체가 유입되고 나머지 일부로는 냉각유체가 유출될 수 있도록 지지대(150)의 적어도 일부에는 중공이 형성된다. 상기 중공을 통해 냉각유체가 흐르면 지지대(150)가 냉각되고, 지지대(150)가 냉각되면 지지대(150)와 접하고 있는 영구자석(130)이 냉각된다.
< 제3실시예 >
도 6은 본 발명에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프의 제3실시예를 도시한 단면도이다. 도 6에 도시된 구성 중 도 4 및 도 5에 도시된 구성과 동일한 것들은 도 4 및 도 5에 도시된 구성의 도면부호와 동일한 도면부호로 표시되었다.
본 실시예에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프(300)는 도 6에 도시된 바와 같이 밀폐판(170)과, 복수의 기체배기수단과, 지지대(150)를 포함한다. 그리고, 복수의 기체배기수단 각각은 표면처리된 한 쌍의 영구자석(130)과, 한 쌍의 음극판(110)과, 복수의 양극셀(120)을 포함한다.
상기 표면처리된 영구자석(130)과, 음극판(110)과, 양극셀(120)에 대한 내용은 제1실시예에 개시된 내용과 동일하다. 또한, 지지대(150)에 대한 내용은 제2실시예에 개시된 내용과 동일하다. 따라서, 이하에서는 이들에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
본 실시예에 따른 이온 펌프(300)는 진공 용기를 구비하지 아니하고 밀폐판(170)을 포함한다. 상기 밀폐판(170)은 진공시스템(30)과 결합하여 진공시스 템(30)의 내부공간(31)을 밀폐하기 위한 것으로서, 진공시스템(30)의 개구를 완전하게 밀폐할 수 있는 크기의 평판 형태로 이루어진다. 도 6에 도시되어 있지는 않으나, 상기 밀폐판(170)과 진공시스템(30)의 결합방법은 앞서 제1실시예 및 제2실시예의 진공 용기와 진공시스템의 결합방법과 동일하다. 즉, 나이프 에지(knife-edge)를 갖는 밀폐판(170)과 진공시스템(30)의 입구 플랜지는 볼트 및 너트에 의해 결합된다. 또한, 제1실시예 및 제2실시예에 설명된 바와 같이 밀폐판(170)과 진공시스템(30) 사이에는 외부로부터 기체가 유입되지 못하도록 개스킷이 장착된다. 밀폐판(170)에는 제1실시예의 진공 용기(102)에 사용될 수 있는 재질 또는 표면처리기술이 적용된다.
한편, 상기 지지대(150)는 도 6에 도시된 바와 같이 밀폐판(170)을 관통하고, 그 관통부위는 완전하게 밀폐된다. 또한, 차폐판(160)은 도 6에 도시된 바와 같이 지지대(150)의 상부에 위치하고, 지지대(150)의 상단에 고정된 지지봉(162)에 의해 지지된다. 차폐판(160)의 형상 및 재질, 지지봉(162)의 개수 및 재질은 제1실시예에 설명된 것과 동일하다.
본 실시예에 따르면 기체배기수단이 진공시스템(30)의 내부공간(31)에 위치하기 때문에 기체배기수단이 진공 용기의 내부에 위치하는 경우, 또는 영구자석(130)이 진공 용기의 외부에 위치하는 경우에 비해 이온 펌프(100)의 진공배기성능이 더욱 향상시될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 종래의 진공 용기에 비해 적은 양의 부재로 제조될 수 있는 밀폐판(170)이 진공 용기에 갈음하여 사용되기 때문에 이온 펌프(300) 의 제조비용이 절감될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 이온 펌프(300)의 제조가 용이한 효과와 이온 펌프(300)의 제조에 소요되는 시간이 종래에 비해 단축되는 효과가 발생한다. 종래에는 형상이 복잡한 진공 용기가 제조된 후, 상기 진공 용기의 외부에 영구자석이 설치되고 진공 용기의 내부에 음극판 및 양극셀이 설치되어야 이온 펌프의 제조가 완료된다. 그러나, 본 실시예에 따르면 종래의 진공 용기에 비해 그 형상이 매우 단순한 밀폐판(170)이 제조된 후, 기체배기수단을 지지하고 있는 지지대(150)가 밀폐판(170)의 바닥에 설치되면 이온 펌프(300)의 제조가 완료된다. 따라서, 본 실시예에 따르면, 이온 펌프(300)의 제조가 용이할 뿐만 아니라 그 제조에 소요되는 시간이 종래에 비해 단축되게 된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 하나의 기체배기수단을 포함하는 종래의 이온 펌프를 도시한 단면도이다.
도 2는 복수의 기체배기수단을 포함하는 종래의 이온 펌프를 도시한 단면도이다.
도 3는 이온 펌프의 작동원리를 설명하기 위한 개략 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프의 제1실시예를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프의 제2실시예를 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프의 제3실시예를 도시한 단면도이다.

Claims (8)

  1. 진공시스템의 내부공간과 연통하는 내부공간을 구비한 진공 용기;
    전자기력을 발생시켜 기체를 상기 진공 용기의 내부공간으로부터 배기시키는 복수의 기체배기수단들; 및
    상기 진공 용기의 내부공간에 설치되어 상기 복수의 기체배기수단들을 상기 진공 용기와 이격시킨 상태로 지지하는 지지대;를 포함하되,
    상기 기체배기수단들 각각은,
    상기 진공 용기의 내부공간에 위치하는 한 쌍의 영구자석;
    상기 한 쌍의 영구자석 사이에 위치하는 한 쌍의 음극판; 및
    상기 한 쌍의 음극판 사이에 위치하는 적어도 하나의 양극셀;을 포함하고,
    상기 영구자석은 그 내부에 존재하는 기체가 상기 진공 용기의 내부공간으로 방출되지 않도록 표면처리며,
    상기 지지대는 그 내부로 냉각유체가 흐를 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 진공 용기의 내부공간에는 상기 영구자석으로부터 발생하는 자기력이 상기 진공시스템의 내부공간에 영향을 미치는 것을 방지하는 차폐판이 설치되는 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프.
  4. 진공시스템과 결합하여 진공시스템의 내부공간을 밀폐시키는 밀폐판;
    전자기력을 발생시켜 기체를 상기 진공시스템의 내부공간으로부터 배기시키는 복수의 기체배기수단들; 및
    상기 진공시스템의 내부공간에 위치하도록 상기 밀폐판에 설치되어 상기 복수의 기체배기수단들을 상기 진공시스템과 이격시킨 상태로 지지하는 지지대;를 포함하되,
    상기 기체배기수단들 각각은,
    상기 진공시스템의 내부공간에 위치하는 한 쌍의 영구자석;
    상기 한 쌍의 영구자석 사이에 위치하는 한 쌍의 음극판; 및
    상기 한 쌍의 음극판 사이에 위치하는 적어도 하나의 양극셀;을 포함하고,
    상기 영구자석은 그 내부에 존재하는 기체가 상기 진공시스템의 내부공간으로 방출되지 않도록 표면처리되며,
    상기 지지대는 그 내부로 냉각유체가 흐를 수 있도록 구비되는 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프.
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 표면처리는 상기 영구자석의 표면을 질화티타늄(TiN), 카본, 니켈 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 코팅함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프.
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 영구자석은 적어도 하나의 네오디뮴(NdFeB) 자석인 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프.
  7. 삭제
  8. 제4항에 있어서,
    상기 지지대의 상면에는 상기 영구자석으로부터 발생하는 자기력이 상기 진공시스템의 내부공간에 영향을 미치는 것을 방지하는 차폐판이 결합된 것을 특징으로 하는 표면처리된 영구자석을 구비한 이온 펌프.
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