KR100387921B1

KR100387921B1 - 유체흐름밸브

Info

Publication number: KR100387921B1
Application number: KR1019960700204A
Authority: KR
Inventors: 피터 제이 그린우드; 베네딕트 제이 알리아노; 테논 리; 마틴 엠 바롤리
Original assignee: 카텐 콘트롤즈 인코퍼레이티드
Priority date: 1993-07-16
Filing date: 1994-07-18
Publication date: 2003-09-26
Also published as: EP0708898A1; EP0708898B1; JPH09502243A; EP0708898A4; US5385334A; WO1995002778A1; SG47436A1; DE69423217D1; DE69423217T2; IL110341A; US5482254A; KR960704185A; IL110341A0

Abstract

선호되는 실시예에서, 본체(12)를 갖추고 있고 하부면이 있는 이동성부재(82)를 갖춘 유체흐름밸브(10)에 있어서, 이동성부재(82)는 밸브(10)가 열린위치에 있을때 본체(12)내의 밀봉위치로부터 분리되는 위치와 밸브(10)가 닫힌위치에 있을때 밀봉위치로 이동할 수 있는 위치사이에서 이동할 수 있는데, 밸브(10)가 닫힌 위치에 있을때 본체(12)의 한부분을 밀봉되게 맞물도록 이동성 부재(82)의 하부면의 바깥쪽 외주내에 배치된 환형밀봉부재(100)가 개선되었다.

Description

유체흐름밸브

[도면의 간단한 설명]

제 1 도는 본 발명에 따라 제작된 유체흐름밸브의 측면도이다.

제 2 도는 제 1 도의 밸브의 사시도이다.

제 3 도는 제 1 도의 일부분을 확대하여 자세하게 나타낸다.

부호설명

10...유체흐름밸브 12...본체

14...주입구 튜브 16...배출구 튜브

18...외부실린더각 20...융착부

30...보넷 32...보넷플랜지

34...나사 36...환형플랜지

40...에크미 스템(acme stem) 42...수동핸들

44...나삿니 46...상부보조베어링

48...하부보조베어링 50...고정링

51...환형에더시일(annular weather seal)

60...에크미 너트 62...푸셔판(pusher plate)

64...스러스트 와셔(thrust washer)

66...파형와셔 68...볼트

80...82 의 중공부분 82...시트지지구(seat holder)

83...스러스트 베어링(스러스트 와셔)

84...지지링 90...벨로즈

92,94...림 96...벨로즈플랜지

100...시트삽입물 102...원형그루브

110...플랜지부분 112...중앙부분(하부부분)

114...중간부분 116...교차부분

126...단(step) 122...림

124...환형플랜지 S...유체

본 발명은 일반적으로 밸브들, 특히, 제한됨이 없이, 벨브를 통과하는 유체의 순도를 유지하는 것이 중요한 경우에 유용한 신규한 유체흐름밸브에 관한 것이다.

유체흐름배브들은 유체의 흐름을 제어하는 다양한 경우들에 있어 광범위하게 사용된다. 몇몇 경우에 있어서, 밸브를 통과하는 유체와 순도가 유지되는 것이 중요하다. 이런 경우의 예는 반도체 제조에 있어 가스를 조절하는 것이다.

위에서 언급된 후자와 같은 경우를 위한 공지된 기존의 밸브들은 이 밸브들을 통과하는 가스에 불순물이 유입되도록 허용하는 그 구조상의 단점을 갖는다. 예로, 이런 기존의 밸브들은 Kel-F와 같은 합성물질로 만들어진 상대적으로 큰 디스크 또는 플러그를 밀봉부재로써 채택하고 있다. 이런 상대적으로 큰 부피의 합성물질은 가스를 불순물로써 유입시킬 수 있는 습기를 흡수한다. 다른 가스와 같은 다른 불순물들도 유사하게 흡수될 수 있다. 더구나, 이런 밸브들의 밀봉디스크 또는 플러그들은 유로 내로 돌출하는 헤드를 갖추고 있고, 흐름을 분열시키고 그리고/또는 오염입자 발생을 초래하는 볼트에 의해 부착된다. 또한, 이런 밸브들은 또한 오염입자 발생을 초래하는 다른 돌출부 또는 날카로운 변부를 갖는다.

몇몇 공지된 기존의 밸브들의 또다른 단점은, 이 밸브들이 닫힌 위치로 이동될때, 밀봉부재들 사이에 세척작용이 존재하는데, 이런 세척작용은 밀봉부재들의 면으로부터 파편들을 제거하기 위해 제공된다. 이 특징으로 인해, 물론, 밸브들을 관통하는 유체내로 오염 미립자 물질이 놓아질 것이다.

그러나 몇몇 공지된 기존의 밸브들의 또다른 단점은 그 구조로 인해 밸브들이 개선된 구조에 필요한 것보다 더 커질 것이라는 것이다.

따라서, 밀봉부재의 부피가 최소화되는 유체흐름밸브를 제공하는 것이 본 발명의 주요목적이다.

오염입자 발생을 초래할 수 있는 돌출부 또는 날카로온 변부가 전혀 없는 유체흐름밸브를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.

밸브가 닫히고 있을때 밀봉부재들 사이의 세척작용을 제공하지 않는 유체흐름밸브를 제공하는 것이 본 발명의 부가적인 목적이다.

기존의 밸브보다 더 작은 개선된 구조를 갖는 유체흐름밸브를 제공하는 것이 본 발명의 또다른 목적이다.

특별한 특징, 요소, 장점들 뿐만아니라 본 발명의 다른 목적들은 다음 설명과 동봉한 도면들로부터 명백해질 것이다.

본 발명은 선호되는 실시예에서, 본체을 갖춘 그리고 이동성 부재를 갖춘 유체흐름내에 하부면을 제공함으로써 위의 목적들을 달성하는데, 이런 이동성 부재는 밸브가 열린위치에 있을때 본체내의 밀봉위치로부터 분리되는 위치와 밸브가 닫힌 위치에 있을때 밀봉위치로 이동할 수 있는 위치사이에서 이동할 수 있는데, 밸브가 닫힌 위치에 있을때 본체의 일부분을 밀봉되게 맞물도록 이동성부재의 하부면의 바깥쪽 외주내에 배치되는 환형밀봉부재가 개선되었다.

본 발명의 범위를 한정짓고자 하는 것이 아니고 예시하고자 하는 목적으로 제출된 동봉한 도면들을 참고하면 본 발명의 다양한 면들을 더욱 이해하기 쉬울 것이다.

이제 도면들에 대해 언급할 것인데, 유사하거나 동일한 요소들은 다양한 도면들에 걸쳐 일관된 번호를 부여받으며, 도면번호들에 대한 삽입구적인 참조들은 설명되는 요소들이 가장 잘 나타나는 도면을 지적해주는데, 비록 이 요소들이 다른 도면에도 나타나더라도 말이다.

먼저 제 1 과 2 도에는, 참조번호 10 으로 표시되고 본 발명에 따라 제작된 유체흐름밸브가 예시되어 있다. 밸브(10)는 일반적으로 중공의 직사각형 회전입체 형태인 본체(12)를 포함하는데, 이 본체에는 주입구와 배출구 튜브(14, 16)가 각각 용접된다. 일반적으로 중공인, 외부실린더 각(shell, 18)와 인접단부는 타원형 용착부(20)에 의해 한정된 구멍에서 본체(12)의 상부에 비스듬하게 부착된다(제 2 도 참조).

일반적으로 중공인, 설린더형 보넷(30)은 외부각(18)내에 중앙에 축방향으로 배치되고 다수의 나사(34)에 의해 외부각(18)의 말단부에 제거할 수 있게 단단히 고정된 원형 보넷 플랜지(32)에 용접에 의해 단단히 고정되는데, 이 나사들은 외부각의 말단부의 외주둘레에 단단하게 배치된 환형플랜지(36)내로 조여진다.

밸브(10)의 내부요소들을 이해하기 위해 이제 제 1 도만을 참조하겠다.

그 말단부에 단단하게 부착된 수동핸들(42) 및 그 말단부를 따라 한정된 나삿니(44)를 갖춘 에크미스템(acme stem, 40)은 보넷(30)내에 중앙에 축방향으로 배치된다. 스템(40)은 보넷의 인접단부의 내주에 배치된 환형의 하부 보조베이링(48)과 보넷의 말단부의 내주내에 배치된 환형의 상부 보조베어링(46)에 의해서 보넷에 대한 방사사의 이동에 저항하여 보넷(30)내에 고정된다. 상부 보조베어링(46)은 고정링(50)에 의해 제자리에 고정된다. 환형웨더시일(annular weather seal, 51)은 에크미스템(40)과 보넷(30)의 말단부를 밀봉적으로 맞문다. 에크미스템(40)의 나삿니(44)가 조여지는 환형 에크미너트(60)는 보넷의 말단부로부터 뻗고 보넷(30)의 인접단부의 내주둘레에 한정된 그루브내에 배치된다. 에크미너트(66)는 나삿니와 임시용접에 의해서 보넷(30)의 말단부에 단단하게 부착된다.

나삿니의 외주상에 평평한 변을 갖는 에크미 나삿니를 사용하면, 하부 보조베어링(48)은 나삿니에 직접 기댈 수 있다. 이것으로 인해 기존외 벨브들에 대한 스템(40)의 길이가 짧아질 수 있는데, 기존의 벨브들은 두개의 방사상의 지지베어링을 스템의 나사홈이 패이지 않은 부분상에 위치시킨다. 기존의 밸브장치는 스템이 불필요하게 길것을 요구한다.

보넷(30)의 주요측에 직각인 변내에 놓이는 디스크형 푸셔판(62)은 에크미스템(40)의 인접단부에 인접하여 배치된다. 푸셔판(62)의 면에 평행한 면내에 놓이는 환형 스러스트 와셔(annular thrust washer, 64)는 푸셔판(62)과 에크미스템(40)의 인접단부사이에 배치되며 에크미스템의 인접단부와 접촉한다. 환형파형 와셔(66)는 스러스트 와셔(64)와 푸셔판(62) 사이에 배치된다. 푸셔판(62)의 하부면내로 원추형으로 구멍이 넓혀진 혜드를 갖출 볼트(68)는 에크미스템(40)의 인접단부내로 그리고 여기에 용접된 택(tack)내로 조여져서 푸셔판과 스러스트 와셔(64)를 축방향으로 고정시키고 에크미너트(60)를 에크미스템의 인접단부에 고정시킨다. 푸셔판(62) 및 에크미스템(40)의 인접단부는 볼트(68)의 헤드아래에 형성된 사각형의 홈이 패이지 않은 허브에 의해서 함께 고정된다.

푸셔판(62)과 스러스트 와셔(64)는 시트지지구(seat holder, *82)의 실린더형의 중앙의 중공부분(80)에 배치되는데, 디스크형의 스러스트 베어링(83)은 푸셔판(62)의 하부표면과 중앙의 중공부분의 바닥사이에 배치된다. 스러스트 와셔(64)와 파형와셔(66)는 중앙의 중공부분의 상부 외주둘레에 한정된 그루브내에 배치된 환형의 지지링(84)에 의해서 중앙의 중공부분(80)내에 고정되는데, 이 지지링의 하부표면은 스러스트 와셔의 상부표면에 기댄다.

주변에 베치되어 둘러싸는 보넷(30)은 실린더형 증공 벨로즈(90)이다. 벨로즈(90)의 인접단부는 시트지지구의 중앙의 중공부분(80)의 외주둘레에 시트지지구(82)의 상부표면의 연장부로써 형성된 림(92)의 바깥쪽 외주에 단단하게 부착된다. 벨로즈(90)의 말단부는 환형 벨로즈 플랜지(96)의 중앙개구의 하부표면의 연장부로써 형성된 림(94)에 단단하게 부착된다. 벨로즈 플랜지(96)는 보넷 플랜지(32)와 외부각(18)의 말단변부 사이에 단단하게 붙잡히는데, 니켈 박막시일은 벨로즈 플랜지의 하부면상에 배치된다. 환형의 반탄성적인 시트삽입물(100)은 시트지지구(82)의 하부표면의 바깥쪽 외주내에 배치되는데, 이것의 부착수단에 대해서는 아래에서 설명된다.

밸브(10)는 제 1 도에 열린위치로 도시되어 있다. 밸브(10)는 에크미스템(40)을 시계방향으로 회전시키는 수동핸들(42)이 시계방향으로 회전함으로써 열린위치에 놓인다. 이것으로 인해 시트지지구(82)와 여기에 부착된 다른 요소들은 본체(12)내로 전진하여 마침내 시트삽입물(100)이 본체내에 한정된 원형그루브(102)의 변부와 밀봉되게 맞물린다. 이렇게 전진하는 동안, 그안에 시트삽입물을 갖춘 시트지지구(82)는 벨로즈(90)에 의해 회전에 저항하고 스러스트 와셔(83)에 의해 푸셔판(62)의 회전운동으로부터 고립되어서, 시트삽입물이 세척운동없이 원형그루브(102)의 변부를 맞물도록 보장한다. 밸브(10)가 열린위치에 있을때 이 밸브를 통과하는 유체의 유로내에는 밸브(10)외 요소들이 전혀 없는 것이 바람직스럽다는 것에 주목해야 한다. 또한, 유체와 접촉하는 밸브(10)의 모든 요소들은 매끄러우며, 그 위에는 돌출부 또는 날카로운 변부가 전혀 없어서 미립자 오염물의 형성기회를 최소화시킨다는 것에 주목해야 한다.

시트지지구(82)의 구조와 시트지지구에 시트삽입물(100)을 부착시키는 수단을 이해하기 위해 이제 제 3 도를 참조하겠다. 시트지지구(82)는 시트지지구의 바까톡 외주의 상부부분 둘레에 형성된 환형플랜지부분 및 평평한 하부의중앙부분(112)을 포함한다. 플랜지부분(110)과 중앙부분(112)은 경사진 중간부분(114)에 의해서 결합된다. 중앙부분(112)과 중간부분(114) 사이에 바깥쪽으로 부푼 교차부분(116)은 매우 둥글어서, 다른 구조를 초래할 수 있는 어떤 날카로운 돌출부가 없다는 것을 알 수 있다.

시트삽입물(100)은 일반적으로 직사각형 횡단면을 가지며 시트지지구(82)의 플랜지부분(110)의 하부의 외부변부내에 한정된 대응하는 단(step, 120)내로 꼭 맞추어지는데, 시트삽입물의 하부표면은 플랜지 부분의 하부표면과 동일평면상에 있다. 일체형 림(122)은 플랜지부분(110)의 바깥쪽 외주의 하부변부에 매달리며 시트삽입물(100)의 실린더형 외부표면에 인접하여 놓인다. 시트삽입물(100)이 시트지지구(82)상에 설치된 후에, 경사진 내부 표면을 갖춘 환형공구(도시되지 않음)는 시트삽입물(100)의 하부의 외부변부위로 구속되어 림의 말단부를 안쪽으로 굽히고 시트삽입물을 제자리에 고착시킨다.

림(122)은 시트삽입물(100)와 외측을 완전히 덮지는 못하지만, 시트삽입물의 하부의 더 외측의 변부둘레에 형성된 단일체형 환형 플랜지(124)는 림을 넘어 바깥쪽으로 뻗는다. 먼저, 플랜지(124)는 밸브(10)가 조립될때 외부각(18)의 내부표면을 시트지지구(82)가 긁지 못하게 한다. 두번쩨로, 벨트(10)가 사용되면, 플랜지(124)는 충격파를 흡수하여 금속-금속 접촉을 막는다.

시트삽입물(100)은 본체(12)내에 그루브(102)의 림과 밀봉을 이루기에 단지 충분한 작은 표면적을 가지는, 기존의 밸브와는 반대로 상대적으로 작은 부피의 습기불순물 또는 다른 불순물들이 흡수되는 상대적으로 작은부피의 물질을 포함한다.시트삽입물(100)의 폭은 시트지지구(82)의 직경의 단지 약 4∼5 퍼센트이다.

밸브(10)가 닫힌위치로 이동될때, 시트삽입물(100)의 평평한 하부표면은 어떤 세척작용없이 그루브(102)의 림을 맞물것이라는 것에 주목하는 것은 중요하다.

위에서 주목되었듯이, 에크미스템(40)의 나삿니부분(44)에 반대로 배치된 하부의 보조베어링(48)을 갖춘 배열은 밸브(10)의 크기를 짧게 한다. 시트지지구(82)의 하부부분(112)위에 시트삽입물(100)을 배치하면 더욱 짧아진다.

밸브(10)의 요소들은 다루어질 유체(s)에 적합한 물질로 만들어지며 시트삽입물(100)은 대부분의 경우에 가급적이면 Kel-F로 만들어진다.

그러므로 앞의 설명에서 명백해진 것들중 위에서 설정된 목적들은 효과적으로 이루어진다는 것을 알 수 있고, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 위의 구조에 어떤 변화가 가해질 수 있기때문에, 위의 설명에 포함되거나 동봉한 도면상에 도시된 모든것들은 단지 예시적일뿐이며 제한적인 의미로 이해되어서는 않된다.

또한, 다음의 청구항들은 여기에서 설명된 본 발명의 일반적이고 특정한 모든 특징들과 본 발명의 범위에 대한 모든 서술을 포함하고자 한다.

Claims

본체(12)를 가지며, 하부표면을 가지고 이동 가능한 시트지지구를 가지며, 밸브(10)가 개방위치에 있을 때 본체(12)내부의 밀봉위치와 이격된 위치 및 밸브(10)가 밀폐위치에 있을 때, 상기 밀봉위치사이에서 상기 시트지지구가 이동할 수 있고, 상기 밸브(10)가 밀폐위치에 있을 때, 상기 본체(12)의 일부분과 밀봉상태로 결합되도록, 상기 시트지지구의 하부표면에 구성된 외측주변부내에 원형의 밀봉부재(100)가 배열되는 유체흐름밸브에 있어서,

상기 시트지지구주위에 형성된 플랜지부분(110)내부에 상기 밀봉부재(100)가 배열되고, 이동가능한 상기 시트지지구의 하부표면이 평평한 중앙부분(112) 및 중간부분(114)을 포함하고, 상기 중간부분(114)은 상기 중앙부분(112) 및 상기 플랜지부분(110)과 교차하며 연결되고, 상기 중앙부분(112) 및 중간부분(114)의 교차부분(116)이 매끄럽고 둥글게 구성되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제1항에 있어서, 추가로 스템(40)의 외측단부에서 매끄러운 부분을 가지고 스템(40)의 내측단부에서 나사부분(44)을 가진 스템(40)이 구성되며, 상기 밀봉부재(100)가 상기 스템(40)의 내측단부와 작동하며 부착되고, 상기 스템(40)이 회전운동하여 상기 밸브(10)가 개방위치 및 밀봉위치사이에서 이동하며, 스템(40)의 반경방향운동에 대해 스템을 지지하기 위하여 상부의 보조베어링(46)이 스템의 상기 매끄러운 부분에 대해 배열되고, 스템(40)의 반경방향운동에 대해 스템을 지지하기위하여 하부의 보조베어링(48)이 스템의 나사부분(44)에 대해 배열되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밀봉부재(100)가 단(step)(120)내부에 배열되고, 상기 단은 상기 시트지지구의 외측주변부에 형성된 하측변부내에 구성되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 3항에 있어서, 상기 단(120)의 단면형상이 상기 밀봉부재(100)의 단면형상과 일치하고, 상기 시트지지구가 림(122)을 포함하고, 상기 시트지지구에 형성된 적어도 일부분의 외측주변부와 근접한 위치에서, 상기 림(122)이 상기 시트지지구의 외측주변부로부터 매달려 구성되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 4항에 있어서, 상기 시트지지구의 외측주변부너머로 연장구성되고 원형인 일체구조의 플랜지가 상기 밀봉부재(100)에 구성되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 4항에 있어서, 상기 밀봉부재(100)를 제 위치에 고정하기 위하여, 상기 림(122)의 외측단부가 상기 시트지지구의 중심을 향해 구부러져 구성되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 이동 가능한 상기 시트지지구가 매끄러운 표면을 가지며, 밸브를 통과하는 유체와 접촉하는 돌출부 또는 날카로운 변부들을 가지지 않는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 상기 시트지지구의 하부표면으로부터 상기 밀봉부재(100)가 축방향으로 이격되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밀봉부재(100)가 하부표면을 가지고, 밀봉부재(100)의 하부표면과 시트지지구의 하부표면이 일치하도록 상기 밀봉부재(100)가 시트지지구내부에 배열되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 상기 시트지지구가 밀봉위치로 이동할 때, 밀봉상태로 결합되는 본체(12)의 상기 부분 및 밀봉부재(100)사이에서 와이핑(wiping)작용없이, 밀봉부재(100)가 본체(12)의 상기 부분과 밀봉상태로 연결되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 본체(12)의 상기 부분이 본체(12)내부에 형성된 그루브(102)구조의 림이고, 상기 시트지지구가 밀봉위치로 이동할 때, 밀봉부재(100)의 평평한 면이 상기 그루브와 연결되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 밀봉부재(100)의 폭이 상기 시트지지구의 폭의 4퍼센트 내지 5퍼센트인 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밸브(10)가 직사각형의 입체형상을 가진 중공구조의 본체를 가지고, 상기 본체의 주축위에 본체의 마주보는 면들에서 상기 본체가 유입개구부 및 유출개구부를 가지며, 중공구조의 원통형 외부각이 상기 본체에 부착되고, 상기 외부각의 주축이 상기 본체의 주축과 경사각을 이루며 배열되며, 상기 본체 및 상기 외부각이 경사를 이루며 공통의 타원형 개구부에서 연결되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 상기 시트지지구의 외측주변부너머로 연장구성되는 단일체형 부분이 상기 밀봉부재(100)에 구성되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 원형의 밀봉부재(100)와 바로 근접한 위치에서 일치하는 면위에 상기 하부표면의 일부분과 연결되는 밀봉면이 상기 밀봉부재(100)에 구성되고, 상기 하부표면의 일부분 및 밀봉부재(100)의 밀봉면사이에 틈새가 없는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 1항에 있어서, 상기 밀봉부재(100)를 관통하는 볼트없이 상기밀봉부재(100)가 상기 시트지지구에 부착되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.
제 2항에 있어서, 상기 시트지지구의 상부표면 및 푸셔판(62)과 접촉하고 상부표면 및 푸셔판(62)사이에 배열된 스러스트베어링(83)이 구성되고, 상기 스템(40)의 외측단부 및 푸셔판(62)사이에 배열된 스러스트와셔(64)가 구성되며, 상기 스러스트와셔 및 푸셔판(62)을 상기 스템(40)의 외측단부에 고정하기 위한 수단이 구성되고, 상기 스러스트와셔 및 푸션판(62)사이에 배열된 원형의 파형 와셔가 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 유체흐름밸브.