연구 및 산업 생산의 많은 진공 공정은 표본 또는 구성품의 환기 지역으로의 이동을 요구합니다. 이것은 세 개 공간 축 방향에서 선형 위치 변경이 될 수 있고, 단일 이동 또는 서로 간의 이동 유형의 결합으로써 축 주위 회전이 될 수 있습니 다.
조작기와 기계적 피드스루는 진공에서의 평행이동 및 회전 을 허용하고, 이들의 구동은 대기 측면에 위치해 있고, 이동 은 진공 밀폐 방식으로 전달됩니다. 여러 가지 다른 작동 및 전송 원칙이 사용되며 각각의 진공 및 어플리케이션 조건을 따릅니다. 금속 멤브레인과 스프링 벨로우즈, 특수 탄성 중합 체 실, 자기 결합 시스템 또는 타동 펌프 실이 밀봉 요소로 사 용될 수 있습니다.
두 개의 개방된 플랜지 연결과 한 개의 개방된 통로를 가진 설계는 조작기라 불리고, 진공 밀폐 플랜지에 설치된 작동기 가 있는 구성품은 기계적 피드스루라 불립니다. 후자는 컴팩 트한 설계가 특징입니다. 조작기는 서로 결합되고 연장될 수 있습니다. 또한 기계적 피드스루는 조작기에 부착되어 다양 한 유형의 이동을 진공에 전달할 수 있고, 그와 함께 다양한 이동 작업에 솔루션을 제공할 수 있습니다. 또한 다른 피드스 루는 예를 들어 전기 또는 유체를 위한 유입구 플랜지에 부착 될 수 있고, 이런 피드스루는 조작기에 의해 직접 어플리케이 션으로 인도될 수 있습니다.
특히 명목 직경이 더 큰 조작기의 플랜지들은 대기 압력 때문 에 상당한 힘을 갖습니다. 플랜지가 진공 하에서 안정적이려 면 조작기 설계 시 플랜지의 내재된 강성이 강조되어야 합니 다. 특별한 설계 과제는 내장 구성품에 의한 외부 부하 및 다 른 부하에 따라 이동을 정확히 전달하는 것입니다. 내장 구성 품은 UHV 범위에서도 사용할 수 있도록 베이크 아웃될 수 있어야 합니다.
적합한 조작기 또는 기계적 실행을 선택할 때 사용자는 업무 의 적합성에 관한 기계적 매개변수를 평가할 수 있기 위하여 중요한 원리를 알아야 합니다.
3.7.1.1 격막 벨로우즈 밀봉 평행이동
멤브레인 벨로우즈는 함께 용접된 개별 판으로 만들어집니 다. 탄성률이 작기 때문에 축 방향 확장이 무척 유연합니다. 벨로우즈는 용접 밀봉 금속 인클로저이며, 가장 높은 UHV 요구조건에 적합합니다.
벨로우즈의 선택과 설계는 요구되는 이동 업무에 따르며, 고 려해야 할 작동 조건은 사용 수명(이동 사이클의 수), 작동 온도, 베이크 아웃 온도, 차압입니다. 수명은 재료 316L로 만 들어진 멤브레인이 최대 50만 사이클, 더 탄성이 있지만 자 기화 가능 재료 350AM인 경우는 최대 1,000만 이동 사이클 입니다.
지정된 사이클 수 이내의 멤브레인 벨로우즈는 정비가 필요 없습니다. 계산된 동작 사이클에 도달한 후에는 교체되어야 합니다. 먼지 및 분진 환경에는 적합하지 않습니다.
멤브레인 벨로우즈는 Z-축, XY-축 및 XYZ-축 정밀 조작기, 포트 얼라이너, 벨로우즈 밀봉 회전 피드스루에 사용됩니다.
격막 벨로우즈가 있는 유닛을 베이크 아웃할 때는 균일한 가 열을 확인하는 것이 중요합니다. 격막 벨로우즈 위에 여러 개 의 히터가 있으면 안 됩니다. 히터는 강한 국부적 가열을 이 끕니다. 왜냐하면 격막 벨로우즈는 질량이 낮고 열 전도를 위 해 공간이 작기 때문입니다. 온도 제어 가열 슬리브가 더 좋 고 더 정교한 대안입니다.
3.7.1.2 벨로우즈 밀봉 회전
소위 캐테일 또는 워블 원리는 벨로우즈(예: 진공과 대기 사 이의 밀폐 격리로 인한 회전 동작)를 이용한 회전 이동 전달 을 허용합니다. 그림 3.25는 이런 피드스루 설계를 보여줍니다. 끝이 크랭크 핀(3)에서 지지되는 앵글 구동 축(1)은 진공 속에서 구동 축 (4)을 회전시킵니다. 용접 밀봉은 워블링 이동을 수행하는 비 회전 벨로우즈 실(2)로 구성되어 있습니다. 구동된 축과 구동 축은 진공에 적합한 건조 윤활로 코팅된 스테인레스강 볼 베 어링에 의해 지지됩니다.
건조 윤활은 수명과 가능한 최대 속도를 증가시킬 뿐만 아니 라 구체가 고온에서 베이크 아웃될 때 고정되는 것을 방지합 니다. 건조 윤활 이외에도 세라믹 구체가 있는 하이브리드 베 어링도 UHV 어플리케이션에 사용될 수 있습니다. 가격이 높 기 때문에 가장 높은 표준에만 사용해야 합니다. 그렇지 않으 면 소량의 탄화수소에 저항하는 고진공 어플리케이션의 경 우 베어링은 진공 적합 그리스로 윤활될 수 있습니다.
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그림 3.25: 벨로우즈 밀봉 UHV 회전 피드스루(캐테일 원리)
3.7.1.3 자기 결합 회전과 평행이동
자기 커플링은 용접 밀봉 회전 또는 선형 피드스루에 사용됩 니다. 이들은 진공에서 회전/이동 가능한 자석이 장착된 로터 를 구동하는 외부 정렬 영구 자석들로 구성됩니다. 두 부품 모두 얇은 벽 파이프로 서로 완전히 진공 밀봉되어 있습니다. 내부 및 외부 로터의 자석들 사이의 거리는 이들 사이의 커플 링 힘이 가능한 한 크도록 하기 위하여 가능한 한 짧아야 합 니다. 로터 내부는 이동해야 할 어플리케이션에 연결되어 있 고, 외부 자기 로터는 수동으로 이동하거나 모터로 구동됩니 다. 내부 베어링은 진공에 적합한 건조윤활로 윤활됩니다.
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그림 3.26: 자기 결합 UHV 회전 피드스루
자기 내부 로터 모터
자기 외부 로터 모터
진공 하우징
종종 금속으로 만들어진 고성능 자석이 사마륨 코발트 자석 과 같이 거의 접지되지 않은 채로 사용됩니다. 이것들은 베이 크 아웃 시 발생하는 것처럼 고온에 동시적으로 뛰어난 저항 을 보이는 가능한 한 가장 높은 강도를 보장합니다. 이런 자 기 결합 시스템은 UHV 어플리케이션에 적합합니다. 자기장 이 대부분 차폐되어 있다 해도 자기장 라인의 확산은 완벽하 게 회피될 수 없습니다. 사용자는 따라서 자체 어플리케이션 이 잔류 자기장에 충분히 저항하는지를 확인해야 합니다.
자기 결합 시스템을 사용하면 회전 및 선형 동작 및 동시 회 전/선형 동작이 수행될 수 있습니다. 전송 가능한 변위력과 토크는 자석의 수와 배열에 의해 제한됩니다. 달성 가능한 정 확도는 이동할 질량에 따라 달라집니다. 자기장은 두 커플링 파트너 사이에서 스프링처럼 작용합니다. 외부의 힘이나 토 크가 높을수록 내부 및 외부 로터 사이의 위치 편차는 더 커 집니다. 외부의 힘과 시간이 최대 허용 가능 값과 비교해서 낮을 경우 이동은 매우 정확하게 전달될 수 있습니다.
3.7.1.4 밀봉 탄성 중합체 회전과 평행이동
동적 응력의 영향을 받는 진공 적합 실의 경우 특수한 탄성 중합체 실이 사용되고, 이것들은 종종 FKM (불소 성 중합체) 재료로 만들어집니다. 하우징, 실, 작동기 샤프트 사이의 제 한된 구조 조정은 신중히 행해져야 하고, 표면 마감의 설계 및 실행에도 같은 내용이 적용됩니다.
빈번한 이동 및 밀봉 효과 증가의 경우 탄성 중합체 실은 이 동하는 접촉 포인트에서 윤활되어야 하는데, 이는 마찰을 줄 여주고 빠른 마모를 방지하고 표면의 작은 불순물들을 없애 줍니다. 최대 작동 및 베이크아웃 온도에 적합한 진공 그리스 또는 오일을 선택할 때 이들의 속성이 특히 증기압이 고려되 어야 합니다.
탄성 중합체 밀봉 피드스루는 부분적으로만 구을 수 있습니 다. 또한 그리스의 구성품이나 소량의 탄화수소가 어플리케 이션과 호환 가능한지 검사되어야 합니다. 이런 제한을 고려 할 때 탄성 중합체 밀봉 기계적 피드스루는 진공 품질에 대한 가장 높은 요구가 우선 요구되지 않을 경우 기능적 원칙을 가 진 더 비싼 장치에 대한 경제적 대안을 대표합니다.
연속 작동기 샤프트의 이점은 대기 측면 구동으로 진공 측면 어플리케이션에 직접 연결되는 것입니다. 재생 또는 부하 의 존 위치 설정 오류는 없습니다. 작동기 샤프트의 치수 측정 및 장착에 따라 커다란 부하도 이동될 수 있습니다.
탄성 중합체 밀봉 피드스루를 사용하면 회전 및 선형 동작과 동시 회전/선형 동작이 수행될 수 있습니다.
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그림 3.27: 탄성 중합체 밀봉 회전 피드스루
샤프트
하우징
홈이 파인 볼 베어링
오링
방사상 샤프트 실 링
진공 그리스 저장 탱크
3.7.1.5 펌핑 공간이 있는 슬라이딩 가스켓 경유 회전
자유로운 통과가 가능한 조작기와 서로 자유롭게 회전 가능 한 플랜지를 제조하는 유일한 방법은 슬라이딩 개스킷을 사 용하는 것입니다. 슬라이등 개스킷만으로는 UHV-밀폐 분리 를 제공하지 못하기 때문에 여러 개의 와이어가 직렬로 연결 되고 공간이 비워집니다. 일반적으로 세 개의 특수 PTFE 슬 라이딩 개스킷이 직렬로 설치됩니다. 첫 번째 공간에는 한 개 의 유압 펌프로 충분합니다. 내부에 UHV 조건이 우세하다면 추가 단간 펌프가 요구되며, 여기에 고진공 펌프가 연결됩니 다.
