KR102533164B1 - 자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치 - Google Patents

Abstract

자성유체씰이 샤프트에 장착된 상태에서 자성유체씰에 자성유체를 주입할 수 있는 자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치를 개시한다.
자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치는 진공상태로 유지되는 챔버, 챔버 내에 삽입되어 회전되는 샤프트 및 챔버의 입구에 결합되어 샤프트를 감싸고, 샤프트와 챔버 사이를 기밀하도록 구성되는 자성유체씰을 포함하고, 자성유체씰은, 샤프트의 외면에 결합되어 샤프트와 함께 회전되는 관형의 샤프트 자켓, 챔버의 입구에 결합되어 샤프트 자켓의 외면을 감싸고, 일부분이 개폐되도록 구성되는 관형의 하우징, 샤프트 자켓과 하우징 사이에 배치되고, 샤프트 자켓과 함께 회전되면서 샤프트 자켓의 축방향 하중을 분산시키는 베어링, 하우징의 내부에 수납되어 샤프트 자켓의 외면을 감싸고, 샤프트 자켓의 외면과 내면 사이에 자계를 형성하도록 구성되는 자계 형성부, 샤프트 자켓과 자계 형성부 사이의 수용공간에 수용되고, 자계가 형성되면 자기력에 의해 샤프트 자켓의 외면과 자계 형성부의 내면 사이에 링형태의 실링막을 형성하여 샤프트 자켓과 자계 형성부 사이를 기밀하는 자성유체 및 하우징의 일부분이 개방되면 하우징의 내부로 삽입되어 하우징의 반경방향에 대하여 경사지게 배치되고, 수용공간으로 자성유체를 주입하는 주입노즐을 포함한다.

Description

자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치{Device including magnetic fluid seals that can be supplemented with magnetic fluid}

본 발명은 자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 장치, 평판 디스플레이 장치, 태양 전지 등의 제조를 위한 단위 공정들은 진공 챔버 또는 압력 챔버 등과 같은 공정 챔버 내에서 수행될 수 있다.

예를 들면, 기판(예를 들어, 웨이퍼) 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 공정 챔버 내부가 진공 상태 또는 고압 상태로 유지될 수 있다.

공정 챔버 내에는 기판을 지지하기 위한 구조물(Boat)이 배치될 수 있으며, 경우에 따라 구조물을 회전시킬 필요가 있다.

구조물을 필요에 따라 운동시키는 경우 구동력을 전달하기 위하여 공정 챔버를 관통하는 구동축이 설치될 수 있다.

이때, 공정 챔버와 공정 챔버의 외부 공간은 서로 다른 기압을 가지기 때문에, 공정 챔버와 구동축이 결합되는 부위는 밀폐될 필요가 있다.

따라서, 공정 챔버와 구동축이 결합되는 부위에는 구동축의 외면에 결합되어 공정 챔버와 구동축 사이를 밀폐하는 자성유체씰이 배치된다.

자성유체씰은 진공 상태인 공정 챔버에 대기측 동력을 전달할 경우 자성유체를 이용하여 대기측과 진공상태인 공정 챔버 사이를 완벽히 차단하는 것으로, 오링, 메카니컬씰 등과 같은 기계적 마찰 씰링 방식에 비해 파티클의 발생이 없고, 수명이 긴 장점이 있다.

한편, 자성유체씰은 장기간 사용 시 여러 요인들로 인해 내부에 충진된 자성유체가 소실되는 경우가 발생된다.

이의 경우, 공정 챔버와 구동축 사이의 기밀성능이 저하되어 구동축에 진동이 발생되거나, 공정 챔버 내의 기압에 이상이 발생된다.

따라서, 종래에는 자성유체의 손실로 인해 구동축에 진동이 발생되거나, 공정 챔버 내의 기압에 이상이 발생되면, 자성유체씰을 전부 교체하였다.

그러나, 이의 경우 자성유체씰의 교체에 많은 비용이 발생되고, 교체에 많은 시간이 소요되어 유지 및 관리가 용이하지 못한 문제점이 있었다.

등록특허공보 제10-1455248호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 자성유체씰이 샤프트에 장착된 상태에서 자성유체씰에 자성유체를 주입할 수 있는 자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치는 진공상태로 유지되는 챔버; 상기 챔버 내에 삽입되어 회전되는 샤프트; 및 상기 챔버의 입구에 결합되어 상기 샤프트를 감싸고, 상기 샤프트와 상기 챔버 사이를 기밀하도록 구성되는 자성유체씰;을 포함하고, 상기 자성유체씰은, 상기 샤프트의 외면에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전되는 관형의 샤프트 자켓; 상기 챔버의 입구에 결합되어 상기 샤프트 자켓의 외면을 감싸고, 일부분이 개폐되도록 구성되는 관형의 하우징; 상기 샤프트 자켓과 상기 하우징 사이에 배치되고, 상기 샤프트 자켓과 함께 회전되면서 상기 샤프트 자켓의 축방향 하중을 분산시키는 베어링; 상기 하우징의 내부에 수납되어 상기 샤프트 자켓의 외면을 감싸고, 상기 샤프트 자켓의 외면과 내면 사이에 자계를 형성하도록 구성되는 자계 형성부; 상기 샤프트 자켓과 상기 자계 형성부 사이의 수용공간에 수용되고, 상기 자계가 형성되면 자기력에 의해 상기 샤프트 자켓의 외면과 상기 자계 형성부의 내면 사이에 링형태의 실링막을 형성하여 상기 샤프트 자켓과 상기 자계 형성부 사이를 기밀하는 자성유체; 및 상기 하우징의 일부분이 개방되면 상기 하우징의 내부로 삽입되어 상기 하우징의 반경방향에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 수용공간으로 상기 자성유체를 주입하는 주입노즐;을 포함한다.

상기 샤프트 자켓은, 상기 샤프트 자켓의 외면에 돌출 형성되어 상기 베어링이 걸려 지지되는 걸림턱; 및 상기 자계가 형성되면 외면에 상기 자성유체가 정렬되는 요철구조의 스테이지;를 포함하고, 상기 하우징은, 상기 베어링 및 상기 자계 형성부의 외면을 감싸고, 일부분에 상기 주입노즐이 출입 가능한 노즐 출입공이 형성되고, 다른 일부분에 상기 챔버에 결합되는 플랜지가 형성되는 하우징 바디; 상기 노즐 출입공에 결합/분리되어 상기 노즐 출입공을 개폐하는 캡; 및 상기 하우징 바디의 내부에 수용되어 상기 베어링과 상기 자계 형성부 사이에 배치되고, 상기 주입노즐이 사선방향으로 탈착가능하게 결합되어 지지되며, 상기 주입노즐과 상기 수용공간을 연통시키도록 구성되는 링형상의 홀더;를 포함할 수 있다.

상기 홀더는, 상기 하우징의 반경방향에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 주입노즐이 탈착 가능하게 결합되는 노즐 삽입공; 상기 노즐 삽입공과 상기 수용공간을 연통시키고, 상기 노즐 삽입공보다 작은 직경을 가지는 주입공; 상기 홀더의 일단부로부터 함몰 형성되어 상기 노즐 삽입공과 연통되고, 상기 노즐 출입공에 체결된 상기 캡의 일부분이 결합되는 캡 결합홈; 상기 캡 결합홈과 상기 노즐 삽입공 사이에 배치되고, 상기 주입노즐이 삽입되는 방향을 따라 직경의 크기가 점진적으로 감소되는 웨지(wedge) 구조로 형성되어 상기 노즐 삽입공으로 삽입되는 상기 주입노즐을 상기 노즐 삽입공에 정렬시키는 위치 정렬홈; 및 상기 걸림턱의 하면에 걸려 지지되는 걸림홈;을 포함할 수 있다.

상기 자성유체씰은, 상기 주입공과 상기 노즐 삽입공 사이에 배치되고, 상기 주입노즐에 가압되면 내부에 형성된 제1 유로를 개방하여 상기 주입노즐과 상기 주입공을 연통시키도록 구성되는 제1 개폐밸브; 및 상기 주입노즐의 단부에 결합되고, 상기 제1 개폐밸브에 가압되면 내부에 형성된 제2 유로를 개방하여 상기 제1 유로와 상기 주입노즐을 연통시키도록 구성되는 제2 개폐밸브;를 더 포함하고, 상기 제1 개폐밸브는, 상기 주입노즐에 가압되면 축방향으로 수축되면서 반경방향으로 팽창하여 내부에 형성된 상기 제1 유로를 개방하고, 상기 주입노즐의 가압이 해제되면 탄성력에 의해 축방향으로 팽창되면서 상기 제1 유로를 폐쇄하는 탄성체 재질의 제1 밸브본체; 상기 제1 밸브본체의 일부분에 결합되어 상기 노즐 삽입공의 내면에 지지되는 가이드컵; 및 상기 제1 밸브본체의 다른 일부분에 결합되어 상기 가이드컵의 내면에 지지되고, 상기 제1 밸브본체의 변형 시 상기 가이드컵의 내면을 따라 슬라이드 이동되는 슬라이드컵;을 포함하며, 상기 제1 밸브본체는, 상기 노즐 삽입공의 단부에 지지되고, 내부에 상기 제1 유로와 연통되고 상기 자성유체가 유동되는 방향을 따라 직경의 크기가 점진적으로 증가되는 배출구가 형성되는 제1 지지부; 상기 주입노즐의 단부에 지지되고, 내부에 상기 제1 유로와 연통되고 상기 자성유체가 유동되는 방향을 따라 직경의 크기가 점진적으로 감소되는 유입구가 형성되는 제2 지지부; 상기 제1 지지부와 상기 제2 지지부 사이에 배치되고, 수축 및 팽창되면서 내부에 형성된 상기 제1 유로를 개폐하는 개폐부; 상기 제1 지지부와 상기 개폐부 사이에 배치되어 상기 가이드컵의 일부분이 걸려 지지되는 제1 걸림홈; 및 상기 제2 지지부와 상기 개폐부 사이에 배치되어 상기 가이드컵의 다른 일부분이 걸려 지지되는 제2 걸림홈;을 포함하고, 상기 제2 개폐밸브는, 상기 제1 개폐밸브에 가압되면 축방향으로 수축되면서 반경방향으로 팽창하여 내부에 형성된 상기 제2 유로를 개방하고, 상기 제1 개폐밸브로부터 이격되면 탄성력에 의해 축방향으로 팽창되면서 상기 제2 유로를 폐쇄하는 탄성체 재질의 제2 밸브본체; 상기 제2 밸브본체의 일단부에 돌출 형성되고, 상기 유입구에 대응되는 형상을 가지는 웨지돌기; 및 상기 제2 밸브본체의 타단부에 함몰 형성되고, 상기 웨지돌기에 대응되는 형상을 가지는 웨지홈;을 포함할 수 있다.

상기 주입노즐을 상기 홀더에 결합/분리하도록 구성되는 노즐 이송부;를 더 포함하고, 상기 노즐 이송부는, 상기 주입노즐을 직선 구동시키거나, 원주방향을 따라 회전시키도록 구성되는 레일부; 및 일부분이 상기 레일부에 결합되고, 다른 일부분이 상기 주입노즐에 결합되며, 틸팅 가능하게 형성되는 조절부;를 포함하며, 상기 레일부는, 가이드홈과, 상기 가이드홈을 따라 형성되는 랙기어를 포함하는 레일부재; 상기 레일부재의 상부에 상기 레일부재의 길이방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 케이스; 상기 케이스의 내부에 배치되고, 상기 랙기어에 치합되는 피니언기어; 상기 케이스에 결합되고, 상기 피니언기어를 회전시켜 상기 케이스를 이동시키는 제1 모터; 상기 케이스의 내부에 수용되고, 회전 구동력을 발생시키는 제2 모터; 상기 제2 모터에 의해 회전되는 제1 베벨기어; 상기 제1 베벨기어에 치합되는 제2 베벨기어; 및 일부분은 상기 조절부에 결합되고, 다른 일부분은 상기 제2 베벨기어에 결합되며, 상기 제2 베벨기어에 의해 원주방향을 따라 회전되면서 상기 조절부를 회전시키는 회전 브라켓;을 포함하고, 상기 조절부는, 상기 회전 브라켓에 의해 원주방향을 따라 회전되고, 길이방향을 따라 신축되도록 구성되는 제1 몸체; 상기 제1 몸체로부터 이격 배치되고, 상기 주입노즐이 탈착 가능하게 결합되는 제2 몸체; 및 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 연결하고, 상기 제1 몸체의 중심축에 대하여 상기 제2 몸체를 30도 이상 45도 이하의 각도로 배치시키도록 구성되는 연결체;를 포함하고, 상기 연결체는, 일부분은 상기 제1 몸체에 회전 가능하게 결합되고, 다른 일부분은 상기 제2 몸체에 회전 가능하게 결합되며, 신축되면서 상기 제2 몸체를 회전시키도록 구성되는 실린더들; 및 상기 실린더들의 외면을 감싸고, 상기 실린더들을 외부로부터 보호하는 주름관들;을 포함하며, 상기 실린더들 중 어느 하나의 실린더가 신장되면, 상기 실린더들 중 다른 하나의 실린더는 수축되고, 신장된 실린더의 신장 길이 대비 수축된 실린더의 수축 길이의 상대비는 1:0.3 이상 1:0.5 이하일 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 자성유체씰이 샤프트에 장착된 상태에서 자성유체씰에 자성유체를 주입 가능하므로, 자성유체씰을 교체하지 않고 장기간 사용 가능하여 유지 및 관리가 용이하고, 교체비용 절감할 수 있다.

또한, 자성유체씰을 교체하는 작업에 비하여, 신속히 자성유체씰의 정상화가 가능하므로, 작업성 및 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 자성유체를 공급하는 주입노즐이 경사지게 배치되므로, 자성유체를 유동시키기 위해 고압을 이용하지 않고 자성유체가 높은곳에서 낮은곳으로 흐르도록 하여 수용공간으로 자연스럽게 공급할 수 있다.

또한, 홀더가 주입노즐을 지지 및 고정하도록 구성되므로, 주입노즐이 주변 장비에 간섭되어 주변 장비나 주입노즐이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 홀더에 작동유체를 설정 방향으로 안내하는 주입공이 형성되므로, 자성유체를 정확히 수용공간에 공급할 수 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치의 일부분을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 도 1의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 홀더를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 개폐밸브 및 제2 개폐밸브를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레일부의 일부분을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조절부가 틸팅되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예들에서, 별도로 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명의 실시예에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층"위(on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 장치의 일부분을 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 자성유체(35)의 보충이 가능한 자성유체씰(3)을 포함하는 장치(1000)(이하 '장치(1000)'라 함)는 진공상태로 유지되는 챔버(1), 챔버(1) 내에 삽입되어 회전되는 샤프트(2) 및 챔버(1)의 입구에 결합되어 샤프트(2)를 감싸고, 샤프트(2)와 챔버(1) 사이를 기밀하도록 구성되는 자성유체씰(3)을 포함한다.

자성유체씰(3)은 샤프트(2)에 결합된 상태에서 자성유체(35)를 보충 가능하도록 구성된다.

자성유체씰(3)은 샤프트 자켓(31), 하우징(32), 베어링(33), 자계 형성부(34), 자성유체(35) 및 주입노즐(36)을 포함한다.

샤프트 자켓(31)은 관형태로 형성되어 샤프트(2)의 외면에 결합되고, 샤프트(2)와 함께 회전된다. 예를 들어, 샤프트 자켓(31)의 내면과 샤프트(2)의 외면 사이에는 샤프트 자켓(31)과 샤프트(2) 사이를 기밀할 수 있는 탄성체 재질의 오링이 배치될 수 있다.

도 2는 도 1의 "A" 부분을 확대하여 나타낸 확대도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 샤프트 자켓(31)은 샤프트 자켓(31)의 외면에 반경방향으로 돌출 형성되어 베어링(33)이 걸려 지지되는 걸림턱(311)과, 자계가 형성되면 외면에 자성유체(35)가 정렬되는 요철구조의 스테이지(312)를 포함할 수 있다.

하우징(32)은 관형태로 형성되고, 챔버(1)의 입구에 결합되어 샤프트 자켓(31)의 외면을 감싼다.

하우징(32)은 일부분이 개폐되도록 구성된다.

하우징(32)은 하우징 바디(321), 캡(322) 및 홀더(323)를 포함할 수 있다.

하우징 바디(321)는 관형태로 형성되어 베어링(33) 및 자계 형성부(34)의 외면을 감쌀 수 있다.

하우징 바디(321)의 일부분에는 주입노즐(36)이 출입 가능한 노즐 출입공(321A)이 형성되고, 하우징 바디(321)의 다른 일부분에는 챔버(1)에 결합되는 플랜지(321B)가 형성될 수 있다.

캡(322)은 노즐 출입공(321A)에 결합되거나, 노즐 출입공(321A)으로부터 분리되어 노즐 출입공(321A)을 선택적으로 개폐할 수 있다. 예를 들어, 캡(322)은 노즐 출입공(321A)에 나사 결합되는 헤드부와, 헤드부의 단부에 돌출되어 헤드부가 노즐 출입공(321A)에 체결되면 홀더(323)에 결합되면서 홀더(323)의 유동을 제한하는 돌출부를 포함할 수 있다. 이때, 헤드부에는 공구가 삽입될 수 있도록 공구 결합홈이 형성될 수 있다.

홀더(323)는 하우징 바디(321)의 내부에 수용되어 베어링(33)과 자계 형성부(34) 사이에 배치되고, 샤프트 자켓(31)의 둘레를 감싸는 링형상으로 형성될 수 있다.

홀더(323)는 주입노즐(36)이 사선방향으로 탈착가능하게 결합되어 지지되고, 주입노즐(36)과 수용공간(S)을 연통시키도록 구성될 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 홀더를 나타낸 단면도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 홀더(323)는 노즐 삽입공(323A), 주입공(323B), 캡 결합홈(323C), 위치 정렬홈(323D) 및 걸림홈(323E)을 포함할 수 있다.

노즐 삽입공(323A)은 홀더(323)의 외면으로부터 내부로 함몰되어 하우징(32)의 반경방향에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.

노즐 삽입공(323A)에는 주입노즐(36)이 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 예를 들어, 노즐 삽입공(323A)은 주입노즐(36)의 외경에 대응되는 내경의 크기를 가질 수 있다.

이에, 노즐 삽입공(323A)에 결합된 주입노즐(36)은 하우징(32)의 반경방향에 대하여 경사지게 배치될 수 있다.

주입공(323B)은 노즐 삽입공(323A)과 수용공간(S)을 연통시키고, 노즐 삽입공(323A)보다 작은 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 주입공(323B)은 노즐 삽입공(323A)에 연통되는 제1 구간, 수용공간(S)에 연통되는 제2 구간 및 제1 구간과 제2 구간을 연결하고, 제1 구간을 흐르는 자성유체(35)의 방향을 전환하여 제2 구간으로 안내하는 적어도 하나의 방향전환 구간을 포함할 수 있다. 방향전환 구간은 곡선형태로 형성될 수 있다.

캡 결합홈(323C)은 홀더(323)의 일단부로부터 함몰 형성되어 노즐 삽입공(323A)과 연통될 수 있다. 캡 결합홈(323C)에는 노즐 출입공(321A)에 체결된 캡(322)의 일부분이 결합될 수 있다.

위치 정렬홈(323D)은 캡 결합홈(323C)과 노즐 삽입공(323A) 사이에 배치되고, 주입노즐(36)이 삽입되는 방향을 따라 직경의 크기가 점진적으로 감소되는 웨지(wedge) 구조로 형성될 수 있다.

이에, 주입노즐(36)은 위치 정렬홈(323D)에 가이드되면서 노즐 삽입공(323A)으로 삽입되어 노즐 삽입공(323A)과 동축 상태로 정렬될 수 있다.

걸림홈(323E)은 홀더(323) 상부에 함몰 형성되어 걸림턱(311)의 하면에 걸려 지지될 수 있다.

도 1을 참조하면, 베어링(33)은 샤프트 자켓(31)과 하우징(32) 사이에 배치되고, 샤프트 자켓(31)과 함께 회전되면서 샤프트 자켓(31)의 축방향 하중을 분산시킨다. 예를 들어, 베어링(33)은 하우징(32)의 축방향을 따라 복수로 배치될 수 있다.

자계 형성부(34)는 하우징(32)의 내부에 수납되어 샤프트 자켓(31)의 외면을 감싸고, 샤프트 자켓(31)의 외면과 내면 사이에 자계를 형성하도록 구성된다.

도면에는 명확히 도시되지 않았으나, 자계 형성부(34)는 하우징 바디(321) 내면에 지지되어 샤프트 자켓(31)의 둘레를 감싸는 폴피스들과, 폴피스들의 외면에 결합되어 하우징 바디(321)와 폴피스들 사이를 기밀하는 스태틱 오링과, 폴피스들 사이에 배치되는 영구자석을 포함할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 자성유체(35)는 샤프트 자켓(31)과 자계 형성부(34) 사이의 수용공간(S)에 수용되고, 자계 형성부(34)에 의해 자계가 형성되면 자기력에 의해 샤프트 자켓(31)의 외면과 자계 형성부(34)의 내면 사이에 링형태의 실링막을 형성하여 샤프트 자켓(31)과 자계 형성부(34) 사이를 기밀한다. 예를 들어, 자성유체(35)는 액체상태를 유지하고, 자성물질을 포함할 수 있다.

주입노즐(36)은 하우징(32)의 일부분이 개방되면 하우징(32)의 내부로 삽입되어 하우징(32)의 반경방향에 대하여 경사지게 배치되고, 수용공간(S)으로 자성유체(35)를 주입한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 개폐밸브 및 제2 개폐밸브를 개략적으로 나타낸 단면도이다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 자성유체씰(3)은 제1 개폐밸브(4) 및 제2 개폐밸브(5)를 더 포함할 수 있다.

제1 개폐밸브(4)는 주입공(323B)과 노즐 삽입공(323A) 사이에 배치되고, 주입노즐(36)에 가압되면 내부에 형성된 제1 유로(41)를 개방하여 주입노즐(36)과 주입공(323B)을 연통시키도록 구성될 수 있다.

제1 개폐밸브(4)는 제1 밸브본체(42), 가이드컵(43) 및 슬라이드컵(44)을 포함할 수 있다.

제1 밸브본체(42)는 수축 및 팽창 가능한 탄성체 재질로 이루어지고, 축방향을 따라 내부에 제1 유로(41)가 형성되는 튜브형태로 형성될 수 있다.

이에, 제1 밸브본체(42)는 주입노즐(36)에 가압되면 축방향으로 수축되면서 반경방향으로 팽창하여 내부에 형성된 제1 유로(41)를 개방하고, 주입노즐(36)의 가압이 해제되면 탄성력에 의해 축방향으로 팽창되면서 제1 유로(41)를 폐쇄할 수 있다.

제1 밸브본체(42)는 제1 지지부(421), 제2 지지부(422), 개폐부(423), 제1 걸림홈(424) 및 제2 걸림홈(425)을 포함할 수 있다.

제1 지지부(421)는 노즐 삽입공(323A)의 단부에 지지될 수 있다. 제1 지지부(421)의 내부에는 제1 유로(41)와 연통되고 자성유체(35)가 유동되는 방향을 따라 직경의 크기가 점진적으로 증가되는 배출구(421A)가 형성될 수 있다.

제2 지지부(422)는 주입노즐(36)의 단부에 지지될 수 있다. 제2 지지부(422)의 내부에는 제1 유로(41)와 연통되고 자성유체(35)가 유동되는 방향을 따라 직경의 크기가 점진적으로 감소되는 유입구(422A)가 형성될 수 있다.

개폐부(423)는 제1 지지부(421)와 제2 지지부(422) 사이에 배치되고, 수축 및 팽창되면서 내부에 형성된 제1 유로(41)를 개폐할 수 있다.

제1 걸림홈(424)은 제1 지지부(421)와 개폐부(423) 사이에 배치되어 가이드컵(43)의 일부분이 걸려 지지될 수 있다.

제2 걸림홈(425)은 제2 지지부(422)와 개폐부(423) 사이에 배치되어 가이드컵(43)의 다른 일부분이 걸려 지지될 수 있다.

가이드컵(43)은 제1 밸브본체(42)의 일부분에 결합되어 노즐 삽입공(323A)의 내면에 지지될 수 있다. 예를 들어, 가이드컵(43)은 제1 걸림홈(424)에 결려 지지되는 제1 결합고리부와, 노즐 삽입공(323A)의 내면에 지지되는 제1 관부를 포함할 수 있다.

슬라이드컵(44)은 제1 밸브본체(42)의 다른 일부분에 결합되어 가이드컵(43)의 내면에 지지되고, 제1 밸브본체(42)의 변형 시 가이드컵(43)의 내면을 따라 슬라이드 이동될 수 있다. 예를 들어, 슬라이드컵(44)은 제2 걸림홈(425)에 걸려 지지되는 제2 결합고리부와, 가이드컵(43)의 내면에 슬라이드 이동 가능하게 결합되는 제2 관부를 포함할 수 있다.

제2 개폐밸브(5)는 수축 및 팽창 가능한 탄성체 재질로 이루어지고, 축방향을 따라 내부에 제2 유로(51)가 형성되는 튜브형태로 형성될 수 있다.

제2 개폐밸브(5)는 주입노즐(36)의 단부에 결합되고, 제1 개폐밸브(4)에 가압되면 내부에 형성된 제2 유로(51)를 개방하여 제1 유로(41)와 주입노즐(36)을 연통시키도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 제2 개폐밸브(5)는 제1 개폐밸브(4)에 가압되면 축방향으로 수축되면서 반경방향으로 팽창하여 내부에 형성된 제2 유로(51)를 개방하고, 제1 개폐밸브(4)로부터 이격되면 탄성력에 의해 축방향으로 팽창되면서 제2 유로(51)를 폐쇄하는 탄성체 재질의 제2 밸브본체(52)와, 제2 밸브본체(52)의 일단부에 돌출 형성되고, 유입구(422A)에 대응되는 형상을 가지는 웨지돌기(53)와, 제2 밸브본체(52)의 타단부에 함몰 형성되고, 웨지돌기(53)에 대응되는 형상을 가지는 웨지홈(54)을 포함할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레일부의 일부분을 확대하여 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 조절부가 틸팅되는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 장치(1000)는 노즐 이송부(6)를 더 포함할 수 있다.

노즐 이송부(6)는 주입노즐(36)을 홀더(323)에 결합/분리하도록 구성될 수 있다.

노즐 이송부(6)는 레일부(61) 및 조절부(62)를 포함할 수 있다.

레일부(61)는 주입노즐(36)을 직선 구동시키거나, 원주방향을 따라 회전시키도록 구성될 수 있다.

구체적으로, 레일부(61)는, 가이드홈(611A)과, 가이드홈(611A)을 따라 형성되는 랙기어(611B)를 포함하는 레일부재(611), 레일부재(611)의 상부에 레일부재(611)의 길이방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 케이스(612), 케이스(612)의 내부에 배치되고, 랙기어(611B)에 치합되는 피니언기어(613), 케이스(612)에 결합되고, 피니언기어(613)를 회전시켜 케이스(612)를 이동시키는 제1 모터(614), 케이스(612)의 내부에 수용되고, 회전 구동력을 발생시키는 제2 모터(615), 제2 모터(615)에 의해 회전되는 제1 베벨기어(616), 제1 베벨기어(616)에 치합되는 제2 베벨기어(617) 및 일부분은 조절부(62)에 결합되고, 다른 일부분은 제2 베벨기어(617)에 결합되며, 제2 베벨기어(617)에 의해 원주방향을 따라 회전되면서 조절부(62)를 회전시키는 회전 브라켓(618)을 포함할 수 있다.

조절부(62)는 일부분이 레일부(61)에 결합되고, 다른 일부분이 주입노즐(36)에 결합되며, 틸팅 가능하게 형성될 수 있다.

구체적으로, 조절부(62)는 회전 브라켓(618)에 의해 원주방향을 따라 회전되고, 길이방향을 따라 신축되도록 구성되는 제1 몸체(621), 제1 몸체(621)로부터 이격 배치되고, 주입노즐(36)이 탈착 가능하게 결합되는 제2 몸체(622) 및 제1 몸체(621)와 제2 몸체(622)를 연결하고, 제1 몸체(621)의 중심축에 대하여 제2 몸체(622)를 30도 이상 45도 이하의 각도로 배치시키도록 구성되는 연결체(623)를 포함할 수 있다.

여기서, 연결체(623)는 일부분은 제1 몸체(621)에 회전 가능하게 결합되고, 다른 일부분은 제2 몸체(622)에 회전 가능하게 결합되며, 신축되면서 제2 몸체(622)를 회전시키도록 구성되는 실린더들(623A)과, 실린더들(623A)의 외면을 감싸고, 실린더들(623A)을 외부로부터 보호하는 주름관들(623B)을 포함할 수 있다.

이에, 실린더들(623A) 중 어느 하나의 실린더가 신장되면, 실린더들(623A) 중 다른 하나의 실린더는 수축될 수 있다.

예를 들어, 신장된 실린더의 신장 길이 대비 수축된 실린더의 수축 길이의 상대비는 1:0.3 이상 1:0.5 이하일 수 있다.

한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 본 장치(1000)는 홀더(323)가 수용되는 공간의 압력을 감지하도록 구성되는 압력 감지계(미도시)와, 주입노즐(36)에 자성유체(35)를 공급하도록 구성되는 유체 공급부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

압력 감지계는 통상의 압력 게이지 혹은 압력 센서로 적용될 수 있다.

이에. 압력 감지계에 의해 홀더(323)가 수용되는 공간의 압력 변화가 감지되면, 노즐 출입공(321A)이 개방되고, 노즐 이송부(6)에 의해 주입노즐(36)이 이송되어 홀더(323)에 결합될 수 있다.

유체 공급부는 자성유체(35)를 설정된 양만큼 공급하도록 설정될 수 있다. 유체 공급부에서 자성유체(35)가 설정량 만큼 공급되면, 노즐 출입공(321A)을 폐쇄한 후, 홀더(323)가 수용되는 공간의 압력을 다시 감지하고, 이의 결과에 따라 자성유체(35)를 추가로 공급하거나, 자성유체(35)의 공급을 멈출 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 자성유체씰(3)이 샤프트(2)에 장착된 상태에서 자성유체씰(3)에 자성유체(35)를 주입 가능하므로, 자성유체씰(3)을 교체하지 않고 장기간 사용 가능하여 유지 및 관리가 용이하고, 교체비용 절감할 수 있다.

또한, 자성유체씰(3)을 교체하는 작업에 비하여, 신속히 자성유체씰(3)의 정상화가 가능하므로, 작업성 및 생산성이 향상될 수 있다.

또한, 자성유체(35)를 공급하는 주입노즐(36)이 경사지게 배치되므로, 자성유체(35)를 유동시키기 위해 고압을 이용하지 않고 자성유체(35)가 높은곳에서 낮은곳으로 흐르도록 하여 수용공간(S)으로 자연스럽게 공급할 수 있다.

또한, 홀더(323)가 주입노즐(36)을 지지 및 고정하도록 구성되므로, 주입노즐(36)이 주변 장비에 간섭되어 주변 장비나 주입노즐(36)이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 홀더(323)에 작동유체를 설정 방향으로 안내하는 주입공(323B)이 형성되므로, 자성유체(35)를 정확히 수용공간(S)에 공급할 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

1000. 장치
1. 챔버
2. 샤프트
3. 자성유체씰
S. 수용공간
31. 샤프트 자켓
311. 걸림턱
312. 스테이지
32. 하우징
321. 하우징 바디
321A. 노즐 출입공
321B. 플랜지
322. 캡
323. 홀더
323A. 노즐 삽입공
323B. 주입공
323C. 캡 결합홈
323D. 위치 정렬홈
323E. 걸림홈
33. 베어링
34. 자계 형성부
35. 자성유체
36. 주입노즐
4. 제1 개폐밸브
41. 제1 유로
42. 제1 밸브본체
421. 제1 지지부
421A. 배출구
422. 제2 지지부
422A. 유입구
423. 개폐부
424. 제1 걸림홈
425. 제2 걸림홈
43. 가이드컵
44. 슬라이드컵
5. 제2 개폐밸브
51. 제2 유로
52. 제2 밸브본체
53. 웨지돌기
54. 웨지홈
6. 노즐 이송부
61. 레일부
611. 레일부재
611A. 가이드홈
611B. 랙기어
612. 케이스
613. 피니언기어
614. 제1 모터
615. 제2 모터
616. 제1 베벨기어
617. 제2 베벨기어
618. 회전 브라켓
62. 조절부
621. 제1 몸체
622. 제2 몸체
623. 연결체
623A. 실린더들
623B. 주름관들

Claims (3)

1. 진공상태로 유지되는 챔버;
   상기 챔버 내에 삽입되어 회전되는 샤프트; 및
   상기 챔버의 입구에 결합되어 상기 샤프트를 감싸고, 상기 샤프트와 상기 챔버 사이를 기밀하도록 구성되는 자성유체씰;을 포함하고,
   상기 자성유체씰은,
   상기 샤프트의 외면에 결합되어 상기 샤프트와 함께 회전되는 관형의 샤프트 자켓;
   상기 챔버의 입구에 결합되어 상기 샤프트 자켓의 외면을 감싸고, 일부분이 개폐되도록 구성되는 관형의 하우징;
   상기 샤프트 자켓과 상기 하우징 사이에 배치되고, 상기 샤프트 자켓과 함께 회전되면서 상기 샤프트 자켓의 축방향 하중을 분산시키는 베어링;
   상기 하우징의 내부에 수납되어 상기 샤프트 자켓의 외면을 감싸고, 상기 샤프트 자켓의 외면과 내면 사이에 자계를 형성하도록 구성되는 자계 형성부;
   상기 샤프트 자켓과 상기 자계 형성부 사이의 수용공간에 수용되고, 상기 자계가 형성되면 자기력에 의해 상기 샤프트 자켓의 외면과 상기 자계 형성부의 내면 사이에 링형태의 실링막을 형성하여 상기 샤프트 자켓과 상기 자계 형성부 사이를 기밀하는 자성유체; 및
   상기 하우징의 일부분이 개방되면 상기 하우징의 내부로 삽입되어 상기 하우징의 반경방향에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 수용공간으로 상기 자성유체를 주입하는 주입노즐;을 포함하고,
   상기 샤프트 자켓은,
   상기 샤프트 자켓의 외면에 돌출 형성되어 상기 베어링이 걸려 지지되는 걸림턱; 및
   상기 자계가 형성되면 외면에 상기 자성유체가 정렬되는 요철구조의 스테이지;를 포함하고,
   상기 하우징은,
   상기 베어링 및 상기 자계 형성부의 외면을 감싸고, 일부분에 상기 주입노즐이 출입 가능한 노즐 출입공이 형성되고, 다른 일부분에 상기 챔버에 결합되는 플랜지가 형성되는 하우징 바디;
   상기 노즐 출입공에 결합되거나 상기 노즐 출입공으로부터 분리되어 상기 노즐 출입공을 선택적으로 개폐하는 캡; 및
   상기 하우징 바디의 내부에 수용되어 상기 베어링과 상기 자계 형성부 사이에 배치되고, 상기 주입노즐이 사선방향으로 탈착가능하게 결합되어 지지되며, 상기 주입노즐과 상기 수용공간을 연통시키도록 구성되는 링형상의 홀더;를 포함하며,
   상기 홀더는,
   상기 하우징의 반경방향에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 주입노즐이 탈착 가능하게 결합되는 노즐 삽입공;
   상기 노즐 삽입공과 상기 수용공간을 연통시키고, 상기 노즐 삽입공보다 작은 직경을 가지는 주입공;
   상기 홀더의 일단부로부터 함몰 형성되어 상기 노즐 삽입공과 연통되고, 상기 노즐 출입공에 체결된 상기 캡의 일부분이 결합되는 캡 결합홈;
   상기 캡 결합홈과 상기 노즐 삽입공 사이에 배치되고, 상기 주입노즐이 삽입되는 방향을 따라 직경의 크기가 점진적으로 감소되는 웨지(wedge) 구조로 형성되어 상기 노즐 삽입공으로 삽입되는 상기 주입노즐을 상기 노즐 삽입공에 정렬시키는 위치 정렬홈; 및
   상기 걸림턱의 하면에 걸려 지지되는 걸림홈;을 포함하는, 자성유체 보충이 가능한 자성유체씰을 포함하는 장치.
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