KR101667953B1 - 크라이오펌프의 배플 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고진공 내지 초고진공의 환경을 조성하기 위해 사용되는 크라이오 펌프의 배플 제조 방법에 관한 것이다. 상기 크라이오펌프의 배플 제조 방법은, 얇은 띠 형상을 갖고 길이가 다른 다수의 루버를 마련하는 단계로서, 상기 루버의 일측 단부에는 상기 절개홈이 형성되고, 타측 단부에는 상기 절개홈에 삽입되는 돌출부가 형성되도록 하는 단계; 각각의 상기 루버에서, 상기 절개홈에 상기 돌출부를 삽입하여 상기 루버의 단부끼리 서로 연결하고, 연결 부위를 접합하여 각각의 상기 루버를 크기가 다른 링 형태로 만드는 단계; 길이가 긴 판형을 갖고 다수의 제2 홈이 이격되어 형성된 다수의 바아를 마련하는 단계; 다수의 상기 바아를 방사상으로 이격되게 배열하고, 상기 바아에 형성된 상기 제2 홈에 상기 루버를 끼워, 각각의 상기 루버가 다수의 상기 바아에 의해 지지되도록 하는 단계; 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 배플의 루버를 금형으로 제작하지 않고 얇은 띠 형상으로 제작하여 양 단부를 서로 연결하여 제작하므로, 배플의 생산 비용을 현저히 낮출 수 있고, 그에 따라 전체 크라이오펌프의 제작 비용을 줄일 수 있는 크라이오 펌프의 배플 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

크라이오펌프의 배플 제조 방법 {Method for manufacturing baffle of cryopump}

본 발명은 고진공 내지 초고진공의 환경을 조성하기 위해 사용되는 크라이오 펌프의 배플 제조 방법에 관한 것이다.

크라이오펌프(Cryopump)는 반도체 생산분야를 포함한 여러 산업분야에서 고진공 내지 초고진공의 환경을 조성하기 위해 사용되는 장비이다. 크라이오펌프는 펌프 내부의 온도를 예를 들어, 절대온도 8K(약 -265℃) 정도까지 낮추어 가스 분자들의 운동량을 떨어뜨려 움직이지 못하게 응축 또는 포집하여 진공을 조성한다.

크라이오펌프의 작동원리는 일반 냉동사이클을 이용하고 있으나 냉매로 수소(H₂) 또는 헬륨(He)이 이용된다는 것이 특징이다. 크라이오펌프는 일반적인 에어컨의 냉동시스템과 같이 실내기 역할을 하는 펌프본체와 실외기 역할을 하는 압축기(compressor)를 기본적 구성요소로 한다. 그리고, 온도를 확인할 수 있는 모니터가 추가로 사용된다.

도 1은 종래의 크라이오펌프의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 종래의 크라이오펌프의 배플을 도시하는 도면이다.

크라이오펌프는 펌프 바디(10)와, 이러한 펌프 바디(10)와 플랜지에 의해 연결되는 극저온 냉동기(20)를 포함한다. 극저온 냉동기(20)는 호스(30)를 통해 압축기(40)와 연결된다.

극저온 냉동기(20)는 챔버 형태의 1단 어레이(22)와 연결되고, 1단 어레이(22)의 상부에는 배플(baffle)(23)이 배치된다. 1단 어레이(22)의 내부에는 극저온 냉동기(20)의 상단과 연결된 2단 어레이(24)가 위치된다.

펌프 바디(10)는 게이트 밸브(2)를 통해 진공을 필요로 하는 공정챔버(1)와 연결된다. 게이트 밸브(2)가 개방된 상태에서 크라이오펌프에 의해 공정챔버(1) 내부를 고진공 내지 초고진공으로 만들 수 있다. 배플(23)은 공정챔버(1)로부터 가스들이 이동할 수 있도록 하면서, 직접 들어오는 열 부하는 차단하는 역할을 한다.

1단 어레이(22)는 온도가 대략 30 내지 80K로 유지되고, 2단 어레이(24)는 10K까지 내려가서 Ar, N₂, O₂와 같은 TypeII 가스들을 응축 및 흡착시킨다. 그리고, H2, Ne과 같은 TypeIII 가스들은 어레이(24)에 부착된 활성탄에 의해 흡착된다.

압축기(40)에서 압축된 냉매 가스(예를 들어, 헬륨)는 호스(30)를 통해 극저온 냉동기(20)로 이동된 후, 극저온 냉동기(20) 내부의 팽창밸브에 의해 팽창되면서 온도가 저하된다. 이를 G-M 냉동원리라 하며, 이를 통해 냉동기의 각 단의 온도는 극저온으로 떨어지고 저압으로 떨어진 냉매는 다시 G-M 냉동원리에 따라 내부 왕복기에서 열교환 과정을 거친 후 저압호스를 통해 압축기로 회수된다.

도 2를 참조하면, 배플(23)은 원형띠 모양의 다수의 루버(23b)와, 이러한 루버(23b)를 고정하기 위한 홈을 갖는 다수의 바아(23a)를 포함한다.

각각의 루버(23b)는 배플(23)의 안쪽으로 갈수록 지름이 줄어드는 형태가 되어, 바아(23a)에 형성되는 홈에 소정의 간격으로 이격되어 끼워진다.

이러한 배플(23)은 금형으로 제작되므로 루버(23b)의 지름에 따라 각각 다른 금형이 필요하게 된다. 또한, 배플(23)의 형상은 다품종 소량 생산되는 크라이오펌프의 설계 사양에 따라 매우 다양한 형태를 갖게 된다.

배플(23)은 동일한 형태가 반복되는 형상을 갖지만, 종래와 같이 배플(23)의 형상에 따라 각각 다른 금형을 제작하여 생산하게 되면, 배플(23)의 제작 비용이 증가하게 된다.

대한민국 특허 출원 제10-2008-0110465호

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 배플의 생산 비용을 낮춤으로써 전체 크라이오펌프의 제작 비용을 줄일 수 있는 크라이오펌프의 배플 제조 방법을 제공하고자 함에 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 크라이오펌프의 배플 제조 방법은, 얇은 띠 형상을 갖고 길이가 다른 다수의 루버를 마련하는 단계로서, 상기 루버의 일측 단부에는 상기 절개홈이 형성되고, 타측 단부에는 상기 절개홈에 삽입되는 돌출부가 형성되도록 하는 단계; 각각의 상기 루버에서, 상기 절개홈에 상기 돌출부를 삽입하여 상기 루버의 단부끼리 서로 연결하고, 연결 부위를 접합하여 각각의 상기 루버를 크기가 다른 링 형태로 만드는 단계; 길이가 긴 판형을 갖고 다수의 제2 홈이 이격되어 형성된 다수의 바아를 마련하는 단계; 다수의 상기 바아를 방사상으로 이격되게 배열하고, 상기 바아에 형성된 상기 제2 홈에 상기 루버를 끼워, 각각의 상기 루버가 다수의 상기 바아에 의해 지지되도록 하는 단계; 를 포함한다.

또한, 상기 루버는 소정의 간격으로 이격되고 길이방향으로 형성된 다수의 제1 홈을 가져서, 상기 바아의 상기 제2 홈과 상기 루버의 상기 제1 홈이 정렬된 상태에서, 상기 루버를 상기 바아 쪽으로 가압하여, 상기 바아에 형성된 상기 제2 홈에 상기 루버가 끼워지고, 상기 루버의 상기 제1 홈에 상기 바아가 끼워지도록 하여, 각각의 상기 루버가 다수의 상기 바아에 의해 지지되도록 한다.

또한, 상기 루버의 상기 일측 단부는 내측으로 절곡되는 단차부를 갖고, 상기 절개홈은 상기 단차부에 형성되어, 상기 절개홈에 상기 돌출부가 삽입된 상태에서 상기 루버의 양 단부는 동일 높이를 유지할 수 있다.

또한, 상기 루버는 소정의 곡률로 라운드지는 형태를 갖는다.

또 다른 실시예에 따른 크라이오펌프는 상기 크라이오펌프의 배플 제조 방법에 따라 제조된 배플을 갖는다.

본 발명에 따르면, 배플의 루버를 금형으로 제작하지 않고 얇은 띠 형상으로 하고 양 단부를 서로 연결하여 제작하므로, 배플의 생산 비용을 현저히 낮출 수 있고, 그에 따라 전체 크라이오펌프의 제작 비용을 줄일 수 있는 크라이오 펌프의 배플 제조 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 종래의 크라이오 펌프의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 종래의 크라이오펌프의 배플을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 배플 제조 방법에 따라 제조된 배플을 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 취한 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 루버의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5의 루버에서 양단부가 연결된 상태를 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6에서 루버의 연결 부위의 후면을 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 바아의 구성을 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 중앙판의 구성을 도시하는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

크라이오펌프(Cryopump)는 반도체 생산분야를 포함한 여러 산업분야에서 고진공 내지 초고진공의 환경을 조성하기 위해 사용되는 장비이다. 크라이오펌프는 펌프 내부의 온도를 예를 들어, 절대온도 8K(약 -265℃) 정도까지 낮추어 가스 분자들의 운동량을 떨어뜨려 움직이지 못하게 응축 또는 포집하여 진공을 조성한다. 크라이오펌프의 작동원리는 일반 냉동사이클을 이용하고 있으나 냉매로 수소(H₂) 또는 헬륨(He)이 이용된다는 것이 특징이다.

크라이오펌프에 사용되는 배플은 다품종 소량 생산되는 제품으로, 배플에 들어가는 다수의 루버(louver)를 각각 금형으로 제작하므로 금형 제작 비용으로 인해 전체 생산 비용이 올라가는 문제점이 있다. 본 발명은 크라이오펌프에 사용되는 배플을 저렴한 비용으로 제작하기 위한 방법에 관한 것이다.

도 3은 본 발명의 배플 제조 방법에 따라 제조된 배플을 도시하는 사시도이다. 도 4는 도 3의 A-A' 라인을 따라 취한 개략적인 단면도이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 루버의 구성을 도시하는 도면이다. 도 6은 도 5의 루버에서 양단부가 연결된 상태를 도시하는 도면이다. 도 7은 도 6에서 루버의 연결 부위의 후면을 도시하는 도면이다. 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 바아의 구성을 도시하는 도면이다. 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 중앙판의 구성을 도시하는 도면이다.

본 발명의 배플 제조 방법은 배플(100)에 사용되고 링 형상을 갖는 각각의 루버(110)를 금형으로 제작하는 것이 아니라 얇은 띠 형상으로 된 루버(110)의 양단부를 접합하여 만드는 것이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 방법에서는 먼저, 얇은 띠 형상을 갖고 길이가 다른 다수의 루버(110)를 마련한다. 본 실시예에서, 루버(110)는 소정의 곡률로 라운드지는 얇은 띠 형태를 갖는다.

루버(110)의 일측 단부에는 절개홈(111)이 형성되고, 타측 단부에는 절개홈(110)에 삽입될 수 있도록 돌출부(113)가 형성된다.

또한, 루버(110)는 소정의 간격으로 이격되고 길이방향, 즉 하향으로 형성된 다수의 제1 홈(115)을 가질 수 있다. 제1 홈(115)은 루버(110)의 외측 라인(110a)과 연결되도록 형성되고, 제1 홈(115)의 상단부는 횡으로 약간 연장되어, 전체적으로 제1 홈(115)은 T자 형태를 가질 수 있다.

루버(110)의 일측 단부는 내측으로 절곡되는 단차부(112)를 갖고, 절개홈(111)은 단차부(112)에 형성될 수 있다. 여기서, 내측은 루버(110)의 표면에서 아래쪽 방향을 말하고, 루버(110)의 양단부가 서로 접합되었을 때 안쪽을 말한다.

다음에, 각각의 루버(110)에서 일측 단부를 잡은 상태에서 타측 단부를 회전하여 일측 단부의 절개홈(111)에 타측 단부의 돌출부(113)를 삽입하여 루버(110)의 단부끼리 서로 연결한다. 다음에, 연결 부위를 접합하여 각각의 루버(110)를 크기가 다른 링 형태로 만든다. 루버(110)의 연결 부위는 용접으로 접합될 수 있다.

이때, 루버(110)의 일측 단부가 단차부(112)를 가지고, 절개홈(111)은 단차부(112)에 형성되므로, 도 7에 도시된 바와 같이 절개홈(111)에 돌출부(113)가 삽입된 상태에서 루버(110)의 양 단부는 동일 높이를 유지할 수 있게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 루버(110)의 양 단부가 연결된 상태에서, 루버(110)는 내측으로 모아지도록 소정의 각도로 경사지는 링 형태를 가질 수 있다. 하나의 배플(100)에서, 각각의 루버(110)의 경사지는 각도는 동일하지만, 각각의 루버(110)의 지름은 배플(100)의 중심으로 갈수록 점점 줄어드는 형태가 될 수 있다.

다음에, 도 8에 도시된 바와 같이, 길이가 긴 판형을 갖고 다수의 제2 홈(121)이 이격되어 형성된 다수의 바아(120)를 마련한다. 제2 홈(121)은 소정의 각도로 경사질 수 있다. 제2 홈(121)은 바아(120)의 일부 구간에서는 바아(120)의 상부와 하부에 대칭되게 형성될 수 있다.

다음에, 도 3에 도시된 바와 같이, 다수의 바아(120)를 방사상으로 이격되게 배열하고, 바아(120)의 전방 단부(120a)에 중앙판(130)(도 9 참조)을 끼울 수 있다. 중앙판(130)에는 제3 홈(131)이 형성될 수 있다. 제3 홈(131)은 중앙판(130)의 외측 라인(130a)과 연결되도록 형성되고, 제3 홈(115)의 상단부는 횡으로 약간 연장되어, 전체적으로 제3 홈(131)은 T자 형태를 가질 수 있다.

바아(120)의 전방 단부(120a)에 중앙판(130)을 끼울 때, 제3 홈(131)을 바아(120) 쪽으로 가압한다. 그러면, 제3 홈(131)에 바아(120)가 끼워지게 되어, 중앙판(130)이 다수의 바아(120)에 의해 지지될 수 있다.

다음에, 다수의 바아(120)가 방사상으로 이격되게 배열된 상태에서, 바아(120)에 형성된 제2 홈(121)에 루버(110)를 끼워, 각각의 루버(110)가 다수의 바아(120)에 의해 지지되도록 한다.

이때, 바아(120)의 제2 홈(121)과 루버(110)의 제1 홈(115)이 정렬된 상태에서, 루버(110)를 바아(120) 쪽으로 가압한다. 그러면, 바아(120)에 형성된 제2 홈(121)에 루버(110)가 끼워지고, 루버(110)의 제1 홈(115)에 바아(120)가 끼워지게 되어, 각각의 루버(110)가 다수의 바아(120)에 의해 지지될 수 있다.

각각의 바아(120)에서 동일한 위치의 제2 홈(121)에는 어느 하나의 루버(110)가 지지되고, 다른 위치의 제2 홈(121)에는 다른 루버(110)가 지지되는 식으로, 바아(120)의 제2 홈(121)에는 각각의 루버(110)가 지지된다. 바아(120)와 루버(110)를 견고히 결합하기 위해, 바아(120)와 루버(110)가 결합되는 부분은 예를 들어, 용접에 의해 추가로 접합될 수 있다.

도 3은 본 발명의 배플 제조 방법에 따라 제조된 배플(100)의 형상을 도시한다. 도 4를 참조하면, 바아(120)의 하부에 형성된 제2 홈(121)에도 루버(110)가 끼워져 지지될 수 있다.

배플(100)은 공정챔버로부터 가스들이 이동할 수 있도록 하면서, 공정챔버로부터 크라이오펌프로 직접 들어오는 열 부하는 차단하는 역할을 한다. 배플(100)에서 루버(110)의 형태에 따라 가스의 이동 및 열 부하를 차단할 수 있는 성능이 좌우되고, 이는 크라이오펌프의 설계 사양이 된다.

그에 따라, 배플(100)에서 루버(110)의 수, 루버(110)가 경사지는 각도, 루버(110)가 이격되는 거리, 루버(110)의 형상은 크라이오펌프의 사양에 따라 설계값이 달라지게 된다.

본 발명에서는, 루버(110)를 금형으로 제작하는 것이 아니라, 길이나 곡률이 다른 얇은 띠 형상의 루버(110)를 치수에 맞게 프레스 가공이나 판금 등으로 제작할 수 있다. 따라서, 루버(110)를 금형으로 제작하는 것에 비해 제작 비용이 현저히 줄어들 수 있다. 이러한 방식으로 배플(100)을 제작하게 되면, 배플(100)의 제작 비용이 현저히 절감되어 전체 크라이오펌프의 제작 비용을 줄일 수 있다.

또한, 배플의 설계 사양이 달라지는 경우에도 그에 맞게 루버(110)를 제작하면 되므로, 다품종 소량 생산되는 배플을 매우 저렴한 비용으로 제작할 수 있게 된다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

100 : 배플
110 : 루버
111 : 절개홈
112 : 단차부
113 : 돌출부
115 : 제1 홈
120 : 바아
121 : 제2 홈
130 : 중앙판
131 : 제3 홈

Claims (5)

1. 크라이오펌프의 배플 제조 방법에 있어서,
   얇은 띠 형상을 갖고 길이가 다른 다수의 루버를 마련하는 단계로서, 상기 루버의 일측 단부에는 절개홈이 형성되고, 타측 단부에는 상기 절개홈에 삽입되는 돌출부가 형성되도록 하는 단계;
   각각의 상기 루버에서, 상기 절개홈에 상기 돌출부를 삽입하여 상기 루버의 단부끼리 서로 연결하고, 연결 부위를 접합하여 각각의 상기 루버를 크기가 다른 링 형태로 만드는 단계;
   길이가 긴 판형을 갖고 다수의 제2 홈이 이격되어 형성된 다수의 바아를 마련하는 단계;
   다수의 상기 바아를 방사상으로 이격되게 배열하고, 상기 바아에 형성된 상기 제2 홈에 상기 루버를 끼워, 각각의 상기 루버가 다수의 상기 바아에 의해 지지되도록 하는 단계;
   를 포함하는 크라이오펌프의 배플 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 루버는 소정의 간격으로 이격되고 길이방향으로 형성된 다수의 제1 홈을 가져서,
   상기 바아의 상기 제2 홈과 상기 루버의 상기 제1 홈이 정렬된 상태에서, 상기 루버를 상기 바아 쪽으로 가압하여, 상기 바아에 형성된 상기 제2 홈에 상기 루버가 끼워지고, 상기 루버의 상기 제1 홈에 상기 바아가 끼워지도록 하여, 각각의 상기 루버가 다수의 상기 바아에 의해 지지되도록 하는 크라이오펌프의 배플 제조 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 루버의 상기 일측 단부는 내측으로 절곡되는 단차부를 갖고, 상기 절개홈은 상기 단차부에 형성되어, 상기 절개홈에 상기 돌출부가 삽입된 상태에서 상기 루버의 양 단부는 동일 높이를 유지할 수 있는 크라이오펌프의 배플 제조 방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 루버는 소정의 곡률로 라운드지는 형태를 갖는 크라이오펌프의 배플 제조 방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 크라이오펌프의 배플 제조 방법에 따라 제조된 배플을 갖는 크라이오펌프.

Images