KR101285028B1 - 자성 유체 씰 - Google Patents

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Abstract

밀폐된 챔버 내부로 회전력을 전달하기 위한 자성 유체 씰에 있어서, 상기 자성 유체 씰은 상기 챔버에 장착되는 마운팅 플레이트와, 상기 마운팅 플레이트와 상기 챔버를 관통하여 상기 챔버 내부로 연장하는 일단부와 상기 챔버 외측에 위치되는 타단부 및 상기 마운팅 플레이트에 밀착되는 플랜지를 포함하는 회전축과, 링 형태를 갖고 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에 개재되며 자성 유체를 이용하여 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에서 밀봉을 제공하는 폴 피스 조립체를 포함한다. 상기와 같이 마운팅 플레이트와 플랜지 사이에 폴 피스 조립체가 개재되므로 자성 유체 씰의 전체적인 크기를 충분히 감소시킬 수 있다.

Description

자성 유체 씰{Magnetic Fluid Seal}
본 발명의 실시예들은 자성 유체 씰에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 진공 챔버 또는 압력 챔버 등과 같은 공정 챔버 내부에 배치되는 부품들에 회전력을 전달하며 상기 공정 챔버로부터의 진공 누설 또는 압력 누설을 방지하기 위한 밀봉을 제공하는 자성 유체 씰에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양 전지 등의 제조를 위한 단위 공정들은 진공 챔버 또는 압력 챔버 등과 같이 대기압보다 낮거나 높은 압력으로 유지되는 공정 챔버 내에서 수행될 수 있다. 예를 들면, 기판 상에 박막을 형성하기 위한 증착 공정, 기판 상의 박막을 식각하기 위한 식각 공정, 기판 상의 불순물을 제거하기 위한 세정 공정 등은 밀폐된 챔버 내에서 수행될 수 있으며, 필요에 따라 상기 공정 챔버 내부는 진공 상태 또는 고압 상태로 유지될 수 있다.
상기와 같은 공정 챔버 내에는 상기 기판을 지지하기 위한 척이 배치될 수 있으며, 경우에 따라 상기 척을 이동시키거나 회전시킬 필요가 있다. 상기와 같이 척을 필요에 따라 운동시키는 경우 구동력 예를 들면 회전력을 전달하기 위하여 상기 공정 챔버를 관통하여 회전축이 설치될 수 있으며, 상기 공정 챔버와 회전축 사이에서의 밀봉이 충분히 제공되는 것이 바람직하다.
이 경우, 일반적인 오 링(O-ring), 립씰(Lip Seal), 기계적 씰(Mechanical Seal) 등이 사용될 수도 있으나, 마모에 의한 파티클 발생 문제로 인하여 널리 사용되지는 못하고 있다.
상기 파티클 문제를 해결하기 위하여 일반적으로 자성 유체 씰이 사용될 수 있다. 상기 자성 유체 씰은 영구자석에 의한 자기력을 이용하여 회전축과 공정 챔버에 결합된 하우징 사이에서 다수의 자성 유체를 링 형태로 유지시킴으로써 진공 누설 또는 압력 누설을 방지할 수 있다. 이때, 상기 자성 유체는 다수의 유체 오링들로서 기능할 수 있다.
한편, 최근 상기 공정 챔버 내부로 제공되는 신호 라인, 파워 라인 등의 증가와 요구되는 회전력 증가 등에 따라 축경의 증가가 함께 요구되고 있으며, 축경이 증가됨에 따라 회전축을 감싸는 자성 유체 씰의 하우징 및 베어링 등의 크기가 함께 증가되고 있다. 그러나, 상기 자성 유체 씰의 전체적인 크기가 증가될 경우 전체적인 설비의 크기 증가가 수반되므로 이를 방지하기 위한 새로운 형태의 자성 유체 씰이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예들은 전체적인 크기를 감소시킬 수 있는 새로운 형태의 자성 유체 씰을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 밀폐된 챔버 내부로 회전력을 전달하기 위한 자성 유체 씰에 있어서, 상기 자성 유체 씰은 상기 챔버에 장착되는 마운팅 플레이트와, 상기 마운팅 플레이트와 상기 챔버를 관통하여 상기 챔버 내부로 연장하는 일단부와 상기 챔버 외측에 위치되는 타단부 및 상기 마운팅 플레이트에 밀착되는 플랜지를 포함하는 회전축과, 링 형태를 갖고 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에 개재되며 자성 유체를 이용하여 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에서 밀봉을 제공하는 폴 피스 조립체와, 상기 플랜지를 감싸도록 구성되며 상기 회전축을 축방향으로 고정시키기 위하여 상기 챔버 또는 상기 마운팅 플레이트에 장착되는 커버를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴 피스 조립체는, 상기 마운팅 플레이트 또는 플랜지에 형성된 그루브에 삽입되며 상기 플랜지 또는 마운팅 플레이트와 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 내측 및 외측 폴 피스들과, 상기 내측 및 외측 폴 피스들 사이에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 영구자석과, 상기 내측 및 외측 폴 피스들의 돌출부들과 상기 플랜지 또는 마운팅 플레이트 사이에서 상기 영구자석의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지되는 자성 유체를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴 피스 조립체는 상기 내측 또는 외측 폴 피스와 상기 마운팅 플레이트 또는 플랜지 사이에 개재되는 밀봉 부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴 피스 조립체는 상기 마운팅 플레이트에 형성된 제1 그루브에 삽입되는 제1 폴 피스 조립체와 상기 플랜지에 형성된 제2 그루브에 삽입되는 제2 폴 피스 조립체를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 그루브는 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들이 서로 마주하도록 각각 구비될 수 있으며, 상기 자성 유체는 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들 사이에서 자기력에 의해 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 폴 피스 조립체는 상기 제2 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 제1 내측 및 외측 폴 피스들과, 상기 제1 내측 및 외측 폴 피스들 사이에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제1 영구자석을 포함할 수 있고, 상기 제2 폴 피스 조립체는 상기 제1 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 제2 내측 및 외측 폴 피스들과, 상기 제2 내측 및 외측 폴 피스들 사이에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제2 영구자석을 포함할 수 있다. 이때, 상기 자성 유체는 상기 제1 내측 및 외측 폴 피스들의 돌출부들과 상기 제2 내측 및 외측 폴 피스들의 돌출부들 사이에서 상기 제1 및 제2 영구자석들의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1 폴 피스 조립체는 상기 제2 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들을 구비하며 상기 일측면에 대향하는 타측면에 링 형태의 리세스가 형성된 제1 폴 피스와, 상기 제1 폴 피스의 리세스 내에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제1 영구자석을 포함할 수 있으며, 상기 제2 폴 피스 조립체는 상기 제1 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들을 구비하며 상기 일측면에 대향하는 타측면에 링 형태의 리세스가 형성된 제2 폴 피스와, 상기 제2 폴 피스의 리세스 내에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제2 영구자석을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 자성 유체는 상기 제1 폴 피스의 돌출부들과 상기 제2 폴 피스의 돌출부들 사이에서 상기 제1 및 제2 영구자석들의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에는 상기 회전축의 회전이 가능하도록 다수의 볼 또는 롤러들이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 마운팅 플레이트는 일반적인 스러스트 베어링의 고정륜으로서 기능할 수 있으며, 상기 플랜지는 일반적인 스러스트 베어링의 회전륜으로서 기능할 수 있다.
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본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 플랜지와 상기 커버 사이에는 상기 회전축의 회전이 가능하도록 다수의 볼 또는 롤러들이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 플랜지는 일반적인 스러스트 베어링의 회전륜으로서 기능할 수 있으며, 상기 커버는 일반적인 스러스트 베어링의 고정륜으로서 기능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 마운팅 플레이트에는 상기 플랜지의 측면 일부를 감싸도록 구성된 링 형태의 안내 부재가 구비될 수 있으며, 상기 커버는 상기 플랜지의 측면 나머지 부위를 감싸도록 구성될 수 있다. 이 경우, 서로 인접하는 상기 플랜지의 측면, 상기 안내부재의 모서리 부위 및 상기 커버의 모서리 부위 사이에는 상기 회전축의 회전이 가능하도록 다수의 볼 또는 롤러들이 배치될 수 있다. 이 경우, 구조적으로 상기 플랜지는 일반적인 레이디얼 베어링의 내륜으로서 기능할 수 있으며, 상기 안내 부재와 상기 커버는 일반적인 레이디얼 베어링의 외륜으로서 기능할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 일반적인 회전축의 외주면을 감싸는 형태를 갖는 종래의 자성 유체 씰과는 다르게 회전축에 플랜지를 설치하고 상기 플랜지와 챔버에 장착되는 마운팅 플레이트 사이에 폴 피스 조립체를 배치함으로써, 상기 회전축의 축경이 증가되는 경우라도 자성 유체 실의 전체적인 크기 즉 직경과 높이를 충분히 감소시킬 수 있다.
특히, 마운팅 플레이트, 커버, 플랜지 등을 베어링의 고정륜과 회전륜 또는 외륜과 내륜 등으로 사용함으로써 상기 자성 유체 씰의 전체적인 크기를 더욱 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 폴 피스 조립체를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 내측 및 외측 폴 피스들을 설명하기 위한 개략적인 저면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 폴 피스 조립체의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 자성 유체 씰들을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명은 본 발명의 실시예들을 보여주는 첨부 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다. 그러나, 본 발명은 하기에서 설명되는 실시예들에 한정된 바와 같이 구성되어야만 하는 것은 아니며 이와 다른 여러 가지 형태로 구체화될 수 있을 것이다. 하기의 실시예들은 본 발명이 온전히 완성될 수 있도록 하기 위하여 제공된다기보다는 본 발명의 기술 분야에서 숙련된 당업자들에게 본 발명의 범위를 충분히 전달하기 위하여 제공된다.
하나의 요소가 다른 하나의 요소 또는 층 상에 배치되는 또는 연결되는 것으로서 설명되는 경우 상기 요소는 상기 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결될 수도 있으며, 다른 요소들 또는 층들이 이들 사이에 게재될 수도 있다. 이와 다르게, 하나의 요소가 다른 하나의 요소 상에 직접적으로 배치되거나 연결되는 것으로서 설명되는 경우, 그들 사이에는 또 다른 요소가 있을 수 없다. 다양한 요소들, 조성들, 영역들, 층들 및/또는 부분들과 같은 다양한 항목들을 설명하기 위하여 제1, 제2, 제3 등의 용어들이 사용될 수 있으나, 상기 항목들은 이들 용어들에 의하여 한정되지는 않을 것이다.
하기에서 사용된 전문 용어는 단지 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 사용되는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 또한, 달리 한정되지 않는 이상, 기술 및 과학 용어들을 포함하는 모든 용어들은 본 발명의 기술 분야에서 통상적인 지식을 갖는 당업자에게 이해될 수 있는 동일한 의미를 갖는다. 통상적인 사전들에서 한정되는 것들과 같은 상기 용어들은 관련 기술과 본 발명의 설명의 문맥에서 그들의 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석될 것이며, 명확히 한정되지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 외형적인 직감으로 해석되지는 않을 것이다.
본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들의 개략적인 도해들인 단면 도해들을 참조하여 설명된다. 이에 따라, 상기 도해들의 형상들로부터의 변화들, 예를 들면, 제조 방법들 및/또는 허용 오차들의 변화들은 예상될 수 있는 것들이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도해로서 설명된 영역들의 특정 형상들에 한정된 바대로 설명되어지는 것은 아니라 형상들에서의 편차들을 포함하는 것이며, 도면들에 설명된 영역들은 전적으로 개략적인 것이며 이들의 형상들은 영역의 정확한 형상을 설명하기 위한 것이 아니며 또한 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것도 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자성 유체 씰(100)은 반도체 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양 전지 등의 제조 공정에서 밀폐된 공정 챔버(10), 예를 들면, 진공 챔버 또는 압력 챔버에 장착되어 상기 공정 챔버(10)의 내부로 구동력, 예를 들면, 회전력을 전달함과 동시에 밀봉을 제공하기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자성 유체 씰(100)은 마운팅 플레이트(102)와 회전축(110) 및 폴 피스 조립체(120)를 포함할 수 있다. 상기 마운팅 플레이트(102)는 상기 공정 챔버(10)에 장착될 수 있다. 예를 들면, 상기 마운팅 플레이트(102)는 상기 공정 챔버(10)의 바닥 패널 또는 측벽에 장착될 수 있다.
상기 회전축(110)은 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 공정 챔버(10)를 관통하여 상기 공정 챔버(10) 내부로 연장하는 일단부(112)와 상기 공정 챔버(10) 외측에 위치되는 타단부(114) 및 상기 마운팅 플레이트(102)에 밀착되는 플랜지(116)를 포함할 수 있다. 특히, 상기 공정 챔버(10) 내부로 회전력을 전달하기 위하여 상기 회전축(110)의 타단부(114)는 모터(미도시)와 같은 구동부에 연결될 수 있으며, 상기 공정 챔버(10) 내부로 연장된 상기 회전축(110)의 일단부(112)는 상기 공정 챔버(10) 내측에서 척(미도시)과 같이 회전력이 요구되는 부품과 연결될 수 있다.
상기 폴 피스 조립체(120)는 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 사이에서 밀봉을 제공하기 위하여 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 사이에 개재될 수 있다. 특히, 상기 폴 피스 조립체(120)는 자기력을 이용하여 자성 유체를 링 형태로 유지시킴으로써 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 사이에서 밀봉을 제공할 수 있다.
한편, 상기 공정 챔버(10)와 상기 마운팅 플레이트(102) 사이에는 오링과 같은 밀봉 부재(104)가 개재될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 폴 피스 조립체를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 내측 및 외측 폴 피스들을 설명하기 위한 개략적인 저면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 폴 피스 조립체의 다른 예를 설명하기 위한 개략적인 확대 단면도이다.
도 2를 참조하면, 상기 폴 피스 조립체(120)는 전체적으로 원형 링 형태를 가질 수 있으며 상기 회전축(110)의 일단부(112)를 감싸도록 배치될 수 있다. 한편, 상기 마운팅 플레이트(102)의 일측면에는 상기 폴 피스 조립체(120)가 삽입될 수 있는 그루브(groove)가 구비될 수 있으며, 상기 폴 피스 조립체(120)는 상기 그루브에 삽입되는 내측 폴 피스(122)와 외측 폴 피스(124), 그리고 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124) 사이에 배치되는 영구자석(126)을 포함할 수 있다.
상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 상기 플랜지(116)에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들(122A,124A)을 각각 구비할 수 있다. 상기 영구자석(126)은 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)의 서로 마주하는 측면들에는 도시된 바와 같이 상기 영구자석(126)을 설치하기 위한 걸림턱이 각각 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124) 사이에는 다수의 영구자석들(126)이 링 형태로 즉 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)의 원주 방향을 따라 배치될 수 있다. 이때, 각각의 영구자석들(126)은 도시된 바와 같이 상기 마운팅 플레이트(102)와 평행한 방향으로 N극과 S극이 배치될 수 있으며, 상기 영구자석들(126)에 의해 형성되는 자기장은 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)의 돌출부들(122A,124A)과 상기 폴 피스 조립체(120)에 인접하는 플랜지(116)의 표면 부위를 통하여 폐회로를 구성할 수 있다.
자성 유체(130)는 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)과 상기 플랜지(116) 사이에 배치될 수 있으며, 상대적으로 자속 밀도가 높은 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)의 돌출부들(122A,124A)과 상기 플랜지(116) 사이에서 링 형태로 유지될 수 있다. 상기 자성 유체(130)는 상기 플랜지(116) 즉 상기 회전축(110)이 회전하는 경우에도 자기력에 의해 안정적으로 링 형태를 유지할 수 있다. 상기와 같이 다수의 링 형태로 유지되는 자성 유체(130)는 다수의 유체 오링들로서 기능할 수 있으며, 이에 따라 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 사이에서 충분한 밀봉이 제공될 수 있다.
한편, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)과 상기 마운팅 플레이트(102) 사이를 통한 진공 또는 압력 누설을 방지하기 위하여 도시된 바와 같이 상기 내측 폴 피스(122)와 상기 마운팅 플레이트(102) 사이에는 오링과 같은 밀봉 부재(128)가 개재될 수 있다. 그러나 도시된 바와 달리 상기 밀봉 부재(128)는 상기 외측 폴 피스(124)와 상기 마운팅 플레이트(102) 사이에 개재될 수도 있다. 또한, 도시된 바에 의하면, 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)이 서로 별개의 부품들로 이루어져 있으나, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)은 일체로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124) 사이에는 적어도 하나의 연결 부재(미도시)가 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)과 함께 일체로 성형될 수도 있다.
또 한편으로, 상기와 같이 마운팅 플레이트(102)의 그루브 내에 폴 피스 조립체(120)가 배치되는 경우 상기 마운팅 플레이트(102)는 자속 누설을 감소시키기 위하여 비자성체로 이루어지는 것이 바람직하며, 이와 반대로 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)과 상기 플랜지(116)는 자기장 형성을 위하여 자성체로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 비자성체의 일 예로서 스테인리스 스틸 304 (SUS 304) 재질이 사용될 수 있으며, 상기 자성체의 일 예로서 스테인리스 스틸 630 (SUS 630) 재질이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 상기 폴 피스 조립체(120)는 상기 플랜지(116)에 형성된 그루브 내에 배치될 수도 있다. 즉 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)과 영구자석(126)은 상기 플랜지(116)에 형성된 그루브 내에 배치될 수 있으며, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)의 링형 돌출부들(122A,124A)과 상기 마운팅 플레이트(102) 사이에서 자성 유체(130)가 다수의 링 형태로 유지될 수 있다.
또한, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)과 상기 플랜지(116) 사이를 통한 진공 또는 압력 누설을 방지하기 위하여 상기 내측 폴 피스(122) 또는 외측 폴 피스(124)와 상기 플랜지(116) 사이에는 오링과 같은 밀봉 부재(128)가 개재될 수 있다. 한편, 이 경우 자속 누설을 감소시키기 위하여 상기 플랜지(116)는 비자성체로 이루어질 수 있으며, 상기 내측 및 외측 폴 피스들(122,124)과 상기 마운팅 플레이트(102)는 자기장 형성을 위하여 자성체로 이루어질 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 사이에는 상기 회전축(110)의 회전이 가능하도록 스러스트 볼 베어링이 배치될 수 있다. 그러나, 이 경우 상기 회전축(110)의 직경이 증가할 경우 상기 스러스트 볼 베어링의 크기도 함께 증가하므로 전체적인 자성 유체 씰(100)의 크기가 다소 증가될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전체적으로 상기 자성 유체 씰(100)의 크기를 감소시키기 위하여 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 사이에는 상기 회전축(110)의 회전이 가능하도록 다수의 볼들(140)이 배치될 수 있다. 이 경우, 상기 마운팅 플레이트(102)는 일반적인 스러스트 볼 베어링의 고정륜으로서 기능할 수 있으며, 상기 플랜지(116)는 일반적인 스러스트 볼 베어링의 회전륜으로서 기능할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자성 유체 씰(100)은 상기 플랜지(116)를 감싸도록 구성되며 상기 회전축(110)을 축방향으로 고정시키기 위하여 상기 챔버(10)에 장착되는 커버(150)를 더 포함할 수 있다. 도시된 바에 따르면, 상기 커버(150)가 다수의 체결 볼트들에 의해 상기 마운팅 플레이트(102)를 통하여 상기 챔버(10)에 장착되고 있으나, 상기 커버(150)는 상기 마운팅 플레이트(102)에 장착되고, 상기 마운팅 플레이트(102)는 상기 챔버(10)에 장착되도록 구성될 수도 있다. 이 경우, 상기 플랜지(116)와 커버(150) 사이에는 상기 회전축(110)의 회전이 가능하도록 다수의 볼들(142)이 배치될 수 있다.
한편, 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 그리고, 상기 플랜지(116)와 상기 커버(150) 각각에는 상기 볼들(140,142)이 삽입되는 원형 그루브가 형성될 수 있으며, 상세히 도시되지는 않았으나, 상기 볼들(140,142)을 일정 간격으로 유지시키기 위한 리테이너(미도시)가 상기 마운팅 플레이트(102)와 상기 플랜지(116) 사이, 그리고 상기 플랜지(116)와 상기 커버(150) 사이에 각각 배치될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰(200)은 마운팅 플레이트(202), 회전축(210) 및 폴 피스 조립체(220)를 포함할 수 있다. 상기 마운팅 플레이트(202), 회전축(210) 및 폴 피스 조립체(220)는 도 1 내지 도 4에서 기 설명된 바와 동일 또는 유사하므로 이에 대한 상세 설명은 생략하기로 한다.
상기 마운팅 플레이트(202)에는 상기 회전축(210)의 플랜지(216)의 측면 일부를 감싸도록 구성된 원형 링 형태의 안내 부재(206)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 자성 유체 씰(200)은 상기 플랜지(216)의 나머지 측면 부위를 감싸도록 구성된 커버(250)를 더 포함할 수 있으며 상기 커버(250)는 다수의 볼트들을 통하여 상기 마운팅 플레이트(202) 및/또는 공정 챔버(10)에 장착될 수 있다.
이때, 상기 안내 부재(206), 플랜지(216) 및 커버(250) 사이에는 상기 회전축(210)의 회전이 원활하게 이루어지도록 다수의 볼들(240)이 구비될 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이 서로 인접하는 상기 플랜지(216)의 측면, 상기 안내 부재(206)의 모서리 부위 및 상기 커버(250)의 모서리 부위 사이에는 다수의 볼들(240)이 배치될 수 있으며, 이에 의해 상기 회전축(210)은 축방향으로는 고정되면서 회전이 원활하게 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 안내 부재(206) 및 상기 커버(250)는 일반적인 레이디얼 볼 베어링의 외륜으로 기능할 수 있으며, 상기 플랜지(216)는 일반적인 레이디얼 볼 베어링의 내륜으로서 기능할 수 있다.
상기와 같이 안내 부재(206), 커버(250) 및 플랜지(216) 사이에 다수의 볼들(240)을 배치함으로써 일반적인 레이디얼 볼 베어링을 사용하는 경우와 비교하여 상기 자성 유체 씰(200)의 전체적인 크기를 크게 감소시킬 수 있다. 한편, 도시되지는 않았으나, 상기 볼들(240)은 리테이너(미도시)에 의해 일정 간격이 유지될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 자성 유체 씰들을 설명하기 위한 개략적인 단면도들이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰(300)의 경우, 도 1에 도시된 자성 유체 씰(100)과는 달리 상기 마운팅 플레이트(302)와 플랜지(316) 사이 그리고 상기 플랜지(316)와 커버(350) 사이에는 다수의 원통형 롤러들(340,342)이 배치될 수 있다. 상기 원통형 롤러들(340,342)은 상기 회전축(310)의 원활한 회전을 위하여 구비될 수 있으며, 상기 회전축(310)에 인가되는 스러스트 하중 뿐만 아니라 레이디얼 하중까지도 충분히 견딜 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 롤러들(340,342)은 상기 회전축(310)의 중심축에 대하여 소정 각도 기울어지도록 배치될 수 있으며, 특히, 원주 방향을 따라 홀수번째 롤러들의 중심축과 짝수번째 롤러들의 중심축은 서로 직교하도록 배치될 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰(400)의 경우, 도 5에 도시된 자성 유체 씰(200)과는 달리 마운팅 플레이트(402)에 구비되는 안내 부재(406), 커버(450) 및 플랜지(416)의 측면 사이에는 다수의 원통형 롤러들(440)이 배치될 수 있다. 상기 원통형 롤러들(440)은 상기 회전축(410)의 원활한 회전을 위하여 구비될 수 있으며, 상기 회전축(410)에 인가되는 레이디얼 하중 뿐만 아니라 스러스트 하중까지도 충분히 견딜 수 있도록 구성될 수 있다. 상기 롤러들(440)은 상기 회전축(410)의 중심축에 대하여 소정 각도 기울어지도록 배치될 수 있으며, 특히, 원주 방향을 따라 홀수번째 롤러들의 중심축과 짝수번째 롤러들의 중심축은 서로 직교하도록 배치될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8을 참조하면, 도시된 자성 유체 씰(500)은 마운팅 플레이트(502)와 회전축(510) 및 폴 피스 조립체(520)를 포함할 수 있다. 상기 회전축(510)은 공정 챔버(10) 내부로 연장하는 일단부(512)와 상기 공정 챔버(10) 외부에 배치되는 타단부(514) 및 상기 마운팅 플레이트(502)에 밀착되는 플랜지(516)를 포함할 수 있다.
상기 폴 피스 조립체(520)는 상기 마운팅 플레이트(502)에 형성된 제1 그루브에 삽입되는 제1 폴 피스 조립체(520A)와 상기 플랜지(516)에 형성된 제2 그루브에 삽입되는 제2 폴 피스 조립체(520B)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 그루브들은 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들(520A,520B)이 서로 마주하도록 각각 구비될 수 있으며, 자성 유체(530)는 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들(520A,520B) 사이에서 다수의 링 형태로 유지될 수 있다.
특히, 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들(520A,520B) 각각은 도 1 내지 도 4를 참조하여 기 설명된 폴 피스 조립체(120)와 실질적으로 동일하게 구성될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 폴 피스 조립체(520A)는 상기 제2 폴 피스 조립체(520B)에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 제1 내측 및 외측 폴 피스들(522A,524A)과, 상기 제1 내측 및 외측 폴 피스들(522A,524A) 사이에 링 형태로 배치되는 제1 영구자석(526A)을 포함할 수 있으며, 상기 제2 폴 피스 조립체(520B)는 상기 제1 폴 피스 조립체(520A)에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 제2 내측 및 외측 폴 피스들(522B,524B)과, 상기 제2 내측 및 외측 폴 피스들(522B,524B) 사이에 링 형태로 배치되는 제2 영구자석(526B)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 자성 유체(530)는 상기 제1 내측 및 외측 폴 피스들(522A,524A)의 돌출부들과 상기 제2 내측 및 외측 폴 피스들(522B,524B)의 돌출부들 사이에서 상기 제1 및 제2 영구자석들(526A,526B)의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지될 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이 상기 제1 및 제2 영구자석들(526A,526B)은 자기장 형성을 위하여 서로 반대 방향으로 극성이 배열될 수 있다.
한편, 상기 제1 폴 피스 조립체(520A)와 상기 마운팅 플레이트(502) 사이 그리고 상기 제2 폴 피스 조립체(520B)와 상기 플랜지(516) 사이에는 오링과 같은 밀봉 부재가 각각 개재될 수 있다. 또한, 상기 제1 내측 및 외측 폴 피스들(522A,524B)과 상기 제2 내측 및 외측 폴 피스들(522B,524B)은 자성체로 이루어질 수 있으며, 상기 마운팅 플레이트(502)와 상기 플랜지(516)는 자속 누설을 감소시키기 위하여 비자성체로 이루어질 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 자성 유체 씰을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9를 참조하면, 도시된 자성 유체 씰(600)은 마운팅 플레이트(602)와 회전축(610) 및 폴 피스 조립체(620)를 포함할 수 있다. 상기 회전축(610)은 공정 챔버(10) 내부로 연장하는 일단부(612)와 상기 공정 챔버(10) 외부에 배치되는 타단부(614) 및 상기 마운팅 플레이트(602)에 밀착되는 플랜지(616)를 포함할 수 있다.
상기 폴 피스 조립체(620)는 상기 마운팅 플레이트(602)에 형성된 제1 그루브에 삽입되는 제1 폴 피스 조립체(620A)와 상기 플랜지(616)에 형성된 제2 그루브에 삽입되는 제2 폴 피스 조립체(620B)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 제1 및 제2 그루브들은 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들(620A,620B)이 서로 마주하도록 각각 구비될 수 있으며, 자성 유체(630)는 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들(620A,620B) 사이에서 다수의 링 형태로 유지될 수 있다.
상기 제1 폴 피스 조립체(620A)는 상기 제2 폴 피스 조립체(620B)에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들을 구비하며 상기 일측면에 대향하는 타측면에 링 형태의 리세스가 형성된 제1 폴 피스(622A)와, 상기 제1 폴 피스(622A)의 리세스 내에 링 형태로 배치되는 제1 영구자석(626A)을 포함할 수 있다.
상기 제2 폴 피스 조립체(620B)는 상기 제1 폴 피스 조립체(620A)에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들을 구비하며 상기 일측면에 대향하는 타측면에 링 형태의 리세스가 형성된 제2 폴 피스(622B)와, 상기 제2 폴 피스(622B)의 리세스 내에 링 형태로 배치되는 제2 영구자석(626B)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 자성 유체(630)는 상기 제1 폴 피스(622A)의 돌출부들과 상기 제2 폴 피스(622B)의 돌출부들 사이에서 상기 제1 및 제2 영구자석들(626A,626B)의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지될 수 있다. 특히, 도시된 바와 같이 제1 및 제2 영구자석들(626A,626B)은 그 사이에서 자기장이 형성되도록 서로 반대 극성들이 마주하도록 배치될 수 있다.
한편, 상기 제1 폴 피스 조립체(620A)와 상기 마운팅 플레이트(602) 사이 그리고 상기 제2 폴 피스 조립체(620B)와 상기 플랜지(616) 사이에는 오링과 같은 밀봉 부재가 각각 개재될 수 있다. 또한, 상기 제1 폴 피스(622A)와 상기 제2 폴 피스(622B)는 자성체로 이루어질 수 있으며, 상기 마운팅 플레이트(602)와 상기 플랜지(616)는 자속 누설을 감소시키기 위하여 비자성체로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예들에 따르면, 마운팅 플레이트와 회전축의 플랜지 사이에서 다수의 링 형태로 자성 유체가 유지되므로 종래 기술에 비하여 축경이 증가되더라도 자성 유체 씰의 전체적인 크기는 상대적으로 감소시킬 수 있다. 특히, 회전에 필요한 베어링의 구성에서 고정륜과 회전륜 또는 내륜과 오륜을 제거하고 다수의 볼들 또는 롤러들만 사용함으로써 상기 자성 유체 씰의 전체적인 크기를 더욱 감소시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 공정 챔버 100 : 자성 유체 씰
102 : 마운팅 플레이트 110 : 회전축
116 : 플랜지 120 : 폴 피스 조립체
122 : 내측 폴 피스 124 : 외측 폴 피스
126 : 영구자석 130 : 자성 유체

Claims (10)

  1. 밀폐된 챔버 내부로 회전력을 전달하기 위한 자성 유체 씰에 있어서,
    상기 챔버에 장착되는 마운팅 플레이트;
    상기 마운팅 플레이트와 상기 챔버를 관통하여 상기 챔버 내부로 연장하는 일단부와 상기 챔버 외측에 위치되는 타단부 및 상기 마운팅 플레이트에 밀착되는 플랜지를 포함하는 회전축;
    링 형태를 갖고 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에 개재되며 자성 유체를 이용하여 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에서 밀봉을 제공하는 폴 피스 조립체; 및
    상기 플랜지를 감싸도록 구성되며 상기 회전축을 축방향으로 고정시키기 위하여 상기 챔버 또는 상기 마운팅 플레이트에 장착되는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  2. 제1항에 있어서, 상기 폴 피스 조립체는,
    상기 마운팅 플레이트 또는 플랜지에 형성된 그루브에 삽입되며 상기 플랜지 또는 마운팅 플레이트와 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 내측 및 외측 폴 피스들;
    상기 내측 및 외측 폴 피스들 사이에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 영구자석; 및
    상기 내측 및 외측 폴 피스들의 돌출부들과 상기 플랜지 또는 마운팅 플레이트 사이에서 상기 영구자석의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지되는 자성 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  3. 제2항에 있어서, 상기 폴 피스 조립체는 상기 내측 또는 외측 폴 피스와 상기 마운팅 플레이트 또는 플랜지 사이에 개재되는 밀봉 부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴 피스 조립체는 상기 마운팅 플레이트에 형성된 제1 그루브에 삽입되는 제1 폴 피스 조립체와 상기 플랜지에 형성된 제2 그루브에 삽입되는 제2 폴 피스 조립체를 포함하며, 상기 제1 및 제2 그루브는 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들이 서로 마주하도록 각각 구비되고, 상기 자성 유체는 상기 제1 및 제2 폴 피스 조립체들 사이에서 자기력에 의해 유지되는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1 폴 피스 조립체는,
    상기 제2 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 제1 내측 및 외측 폴 피스들; 및
    상기 제1 내측 및 외측 폴 피스들 사이에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제1 영구자석을 포함하며,
    상기 제2 폴 피스 조립체는,
    상기 제1 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들이 각각 구비된 제2 내측 및 외측 폴 피스들; 및
    상기 제2 내측 및 외측 폴 피스들 사이에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제2 영구자석을 포함하고,
    상기 자성 유체는 상기 제1 내측 및 외측 폴 피스들의 돌출부들과 상기 제2 내측 및 외측 폴 피스들의 돌출부들 사이에서 상기 제1 및 제2 영구자석들의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지되는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1 폴 피스 조립체는,
    상기 제2 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들을 구비하며 상기 일측면에 대향하는 타측면에 링 형태의 리세스가 형성된 제1 폴 피스; 및
    상기 제1 폴 피스의 리세스 내에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제1 영구자석을 포함하며,
    상기 제2 폴 피스 조립체는,
    상기 제1 폴 피스 조립체에 인접하는 일측면에 링 형태를 갖는 다수의 돌출부들을 구비하며 상기 일측면에 대향하는 타측면에 링 형태의 리세스가 형성된 제2 폴 피스; 및
    상기 제2 폴 피스의 리세스 내에 링 형태로 배치되는 적어도 하나의 제2 영구자석을 포함하고,
    상기 자성 유체는 상기 제1 폴 피스의 돌출부들과 상기 제2 폴 피스의 돌출부들 사이에서 상기 제1 및 제2 영구자석들의 자기력에 의해 다수의 링 형태로 유지되는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  7. 제1항에 있어서, 상기 마운팅 플레이트와 상기 플랜지 사이에는 상기 회전축의 회전이 가능하도록 다수의 볼 또는 롤러들이 배치되는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 플랜지와 상기 커버 사이에는 상기 회전축의 회전이 가능하도록 다수의 볼 또는 롤러들이 배치되는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
  10. 제1항에 있어서, 상기 마운팅 플레이트에는 상기 플랜지의 측면 일부를 감싸도록 구성된 링 형태의 안내 부재가 구비되고, 상기 커버는 상기 플랜지의 측면 나머지 부위를 감싸도록 구성되며, 서로 인접하는 상기 플랜지의 측면, 상기 안내부재의 모서리 부위 및 상기 커버의 모서리 부위 사이에는 상기 회전축의 회전이 가능하도록 다수의 볼 또는 롤러들이 배치되는 것을 특징으로 하는 자성 유체 씰.
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