KR100740036B1 - 진공 게이트 밸브 - Google Patents

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KR100740036B1
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gate valve
bellows pipe
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bellows
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조창형
이종찬
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(주)지에스티산업
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Abstract

본 발명은 챔버와 진공펌프 사이에 설치되는 게이트 밸브에 있어서, 챔버 내부의 가스가 배출될 때 게이트 밸브의 액추에이터와 접촉하는 것을 차단시키기 위한 수단을 구비한 진공 게이트 밸브에 관한 것이다.
본 발명의 진공 게이트 밸브는, 유입구와 유출구가 형성된 밸브케이싱과, 유체의 흐름을 개폐하도록 전후진이 가능하게 설치된 밸브판과, 상기 밸브판을 전후진시키기 위한 액추에이터를 포함한다. 또한, 중공의 실린더의 일단이 상기 밸브 케이싱의 유출구 측에 밀봉 고정되어 있으며, 관통구멍이 형성된 플랜지가 상기 실린더의 타단에 밀봉 결합되어 있다. 또한, 외경이 상기 실린더의 내경보다 작은 벨로우즈관의 일단이 플랜지에 결합되어 실린더의 내부로 삽입되어 설치되어 있다. 피스톤실린더는 외경이 상기 실린더의 내경보다 작으며, 일단이 상기 벨로우즈관의 타단에 결합되어 상기 실린더의 내부로 삽입되어 설치되어 있다. 피스톤실린더의 타단부는 자유단으로 외주면이 상기 실린더의 내주면과 슬라이딩 가능하도록 밀봉결합되어 있다. 피스톤실린더에는 외주면 둘레로부터 연장되어 실린더의 내주면과 밀착되도록 형성된 환상의 수압부가 형성되어 있다.
진공, 게이트 밸브, 플랜지, 벨로우즈, 피스톤실린더

Description

진공 게이트 밸브{Vacuum Gate Valve}
도 1은 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브의 일실시예에 있어서 유입구가 폐쇄된 상태를 나타내는 단면도
도 2는 도 1의 진공 게이트 밸브의 유입구가 개방된 상태를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브의 다른 실시예의 단면도
도 4는 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브의 또 다른 실시예의 단면도
<도면 부호의 간단한 설명>
10 밸브케이싱 12 유입구
13 유출구 20 밸브판
30 액추에이터 40 실린더
50 플랜지 60 벨로우즈관
70 피스톤실린더
본 발명은 진공 게이트 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 챔버와 진공펌프 사이에 설치되는 게이트 밸브에 있어서 챔버 내부의 가스가 배출될 때 게이트 밸브의 액추에이터와 접촉하는 것을 차단시키기 위한 수단을 구비한 진공 게이트 밸브에 관한 것이다.
반도체 공정에 사용되는 진공 챔버의 진공을 유지하기 위하여 진공 게이트 밸브가 사용된다. 진공 게이트 밸브를 통하여 배출되는 가스에는 반도체 공정 중에 발생한 여러 가지 부산물이 포함되어 있다. 이러한 부산물은 가스의 배출시 게이트 밸브의 밸브판을 구동하기 위한 액추에이터의 링크나 밸브판이 슬라이딩하는 밸브케이싱 내부면에 부착된다. 링크나 밸브케이싱 내부면에 부착된 부산물이 밸브판이 전후로 이동하는 것을 방해하여, 게이트 밸브가 개폐동작을 하지 못하게 된다.
본 발명은 상기와 같은 게이트 밸브의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 게이트 밸브의 밸브판이 원활하게 전후진 하도록 하기 위하여는, 챔버로부터 배출되는 가스가 밸브판을 전후진 시키는 액추에이터에 접촉하는 것을 차단하기 위한 수단이 필요하다. 가스가 액추에이터에 접촉하는 것을 차단하기 위한 수단은, 게이트 밸브가 개방된 상태(밸브판이 후진된 상태)에서 밸브를 통과하는 가스가 액추에이터에 접촉하는 것을 차단하고, 게이트 밸브를 폐쇄하기 위하여 밸브판을 전진시킬 경우에는 밸브판과 간섭되지 않아야 한다. 즉, 밸브판이 후진된 상태에서 별도의 진공 통로를 제공하여 액추에이터에 가스가 접촉하는 것을 차단하고, 밸브판을 전진할 경우에는 밸브판이 가스의 유입구를 차단하기 위한 공간을 제공하여야 한다.
상기와 같은 수단으로 가스의 유동방향으로 신축 가능한 배관을 사용하여 밸브판의 후진시에 배관을 신장시켜서 가스의 통로를 제공하고, 밸브판의 전진시에 배관을 축소시켜서 밸브판이 유입구를 폐쇄하기 위한 공간을 제공할 수 있다. 신축이 가능하고, 진공을 유지할 수 있는 배관으로 벨로우즈관을 사용하는 것이 바람직하다. 벨로우즈관은 내부의 진공을 유지하는 능력이 우수하고, 신축시 탄성 변형을 하도록 되어 있어서 수명이 긴 장점이 있다.
본 발명은 배출가스가 게이트 밸브의 액추에이터와 접촉하는 것을 차단할 수 있는 밸로우즈관을 포함하는 진공 게이트 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 진공 게이트 밸브는, 유체의 유입구와 유출구가 형성된 밸브 케이싱과, 상기 밸브케이싱의 유입구측 내벽에 밀착되어 유체의 흐름을 개폐하도록 전후진이 가능하게 설치된 밸브판과, 상기 밸브판을 전후진시키기 위한 액추에이터를 포함한다. 또한, 양단부의 외주에 각각 관통구멍이 형성된 중공의 실린더의 일단이 상기 밸브케이싱의 유출구측에 밀봉 고정되어 있다. 또한, 관통구멍이 형성된 플랜지가 상기 실린더의 타단에 밀봉 결합되어 있다. 또한, 외경이 상기 실린더의 내경보다 작은 벨로우즈관의 일단이 플랜지에 결합되어 실린더의 내부로 삽입되어 설치되어 있다. 또한, 외경이 상기 실린더의 내경보다 작은 중공의 피스톤실린더의 일단이 상기 벨로우즈관의 타단에 결합되어 상기 실린더의 내부로 삽입되어 설치된다. 또한 피스톤실린더의 타단부는 자유단으로 외주면이 상기 실린더의 내주면과 슬라이딩 가능하도록 밀봉결합되어 있다. 또한 피스톤실린더는 상기 실린 더의 내주면에 의하여 한정되는 공간을 양분하도록, 외주면 둘레로부터 연장되어 실린더의 내주면과 밀착되도록 형성된 환상의 수압부가 형성되어 있다. 상기 실린더의 양단부 외주면에 형성된 관통구멍 중 어느 하나로 주입된 압축공기의 압력이 수압부에 작용하여 피스톤실린더를 전진 또는 후진(상승 또는 하강)시킨다. 또한, 피스톤실린더의 타단은 자유단으로, 실린더 하부에 형성된 관통구멍으로 압축공기를 주입한면 피스톤실린더가 전진하여 벨로우즈관이 늘어난 경우에, 상기 유입구의 내벽에 밀착되어 가스(유체)가 밸브케이싱의 내부공간으로 유출되는 것을 차단하고, 실린더 상부의 관통구멍으로 압축공기를 주입하여 피스톤실린더가 후진(하강)하여 벨로우즈관이 수축된 경우에 밸브판의 전진시 간섭되지 않도록 밸브판의 하부에 위치되도록 되어 있다.
본 발명에 의하면, 게이트 밸브가 개방된 상태에서 피스톤실린더가 상승하여 밸브케이싱의 가스 유입구의 내측벽과 밀착되어 피스톤실린더의 중공, 벨로우즈관, 플랜지의 관통구멍 순서로 배출가스의 통로를 제공하여, 배출가스가 액추에이터와 접촉하는 것을 차단할 수 있게 된다. 또한 피스톤실린더를 하강시켜서 밸브판이 전진할 경우 간섭되지 않도록 하여 게이트 밸브를 폐쇄할 수 있다. 따라서 게이트 밸브가 가스에 포함된 부산물에 노출되는 것을 방지하여 게이트 밸브의 수명을 연장시킬 수 있게 된다.
또한 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브는, 통과하는 유체가 벨로우즈관의 내주면과 접촉하는 것을 차단하도록, 일단이 상기 피스톤실린더의 내부면에 결합되고, 타단이 상기 벨로우즈관의 중공내부를 관통하여 설치된 중공의 차폐실린더를 더 포함하는 것이 바람직하다. 차폐실린더는 밸로우즈관의 내주면이 가스에 노출될 경우 챔버에서 발생한 부산물이 벨로우즈관의 내주면에 부착되는 것을 방지하여 벨로우즈관의 원활한 신축을 확보하기 위한 것이다.
또한 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브는, 밸로우즈관의 신축행정을 제한하도록, 일단이 상기 플랜지에 고정되어 상기 실린더와 벨로우즈 사이에 설치된 스토퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 진공 게이트 밸브에 있어서, 벨로우즈관은 성형에 의하여 제작한 주름관을 사용할 수도 있으나, 금속으로 된 복수의 링 형상의 판 스프링을 용접하여 제작된 것을 사용하는 것이 내구성에 있어서 보다 바람직하다.
이하에서는 첨부의 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브의 일실시예에 있어서 유입구가 폐쇄된 상태를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1의 진공 게이트 밸브의 유입구가 개방된 상태를 나타내는 단면도이다.
본 실시예의 진공 게이트 밸브(100)는, 밸브케이싱(10)과 밸브판(20)과 액추에이터(30)를 포함한다. 밸브케이싱(10)에는 대향하는 내측벽에 가스의 유입구(12)와 유출구(13)가 형성되어 있다. 유입구(12)에는 미도시된 챔버에 연결되기 위한 플랜지(15)가 형성되어 있다. 밸브판(20)은 밸브케이싱(10) 내부의 공간(36)에서 전후진 슬라이딩 운동이 가능하도록 설치되어 있으며, 유입구(12)를 폐쇄할 경우에는 액추에이터(30)에 의하여 전진되어 유입구(12) 측 내측벽(14)에 밀착되도 록 되어 있다. 밸브판(20)이 액추에이터(30)에 의하여 후진되어 유입구(12)가 개방되면, 유입구(12)를 통하여 가스가 흐르게 된다.
본 실시예에 있어서, 액추에이터(30)로 공압실린더(31)와 밸브판(20)에 연결된 링크(35)를 사용하나, 이에 한정되는 것은 아니고 밸브판(20)을 전후진 시키기 위한 수단은 어느 것이나 사용이 가능하다. 링크(35)는 일단이 밸브판(20)에 연결되어 있고, 타단은 공압실린더(31)의 피스톤로드(34)에 연결되어 있다. 공압실린더(31)의 피스톤로드(34)는 공압실린더(31) 내부에 슬라이딩 가능하도록 설치된 피스톤(30)에 연결되어 있다. 미설명부호 33, 37은 밀봉을 위한 오링이다.
본 실시예의 진공 게이트 밸브(100)는 유출구(13)에 일단이 밀봉 고정된 중공의 실린더(40)와, 실린더(40)의 타단에 밀봉 고정된 플랜지(50)와, 일단이 플랜지(50)에 용접된 신축가능한 벨로우즈관(60)과, 벨로우즈관(60)의 타단에 용접된 피스톤실린더(70)를 추가로 포함한다. 실린더(40)에는 양단부의 각각의 외주면에 내부와 관통되도록 한 쌍의 관통구멍(41, 42)이 형성되어 있다. 각각의 관통구멍(41, 42) 중 어느 하나에 외부로부터 압축 공기를 공급하여, 내부에 설치된 피스톤 실린더(70)를 전후진(도면을 기준으로 볼 때는 승하강) 시킨다. 피스톤실린더(70)에는 가스가 통과하도록 중공이 형성되어 있으며, 외경은 실린더(40)의 내경보다 작다. 또한 피스톤실린더(70)의 타단부(72)는 자유단으로 외주면이 실린더(40)의 단부에 형성된 단턱(46)의 내주면과 슬라이딩 가능하도록 밀봉결합되어 있다. 또한, 피스톤실린더(70)의 외주면에는 실린더(40)의 내주면에 의하여 한정되는 공간을 양분하도록 외주면 둘레로부터 연장되어 실린더(40)의 내주면과 밀착 되도록 형성된 환상의 수압부(71)가 형성되어 있다. 수압부(71)는 벨로우즈관(60)이 수축한 경우 실린더(40) 하단부의 관통구멍(42)보다는 상부에 위치하고, 벨로우즈관(60)이 신장된 경우 실린더(40) 상단부의 관통구멍(41)보다는 하부에 위치한다. 피스톤실린더(70)의 자유단 측 단부면에는 유입구(12) 측 내측벽(14)과 밀착될 경우 가스가 누설되는 것을 방지하기 위한 오링(73)이 설치되어 있다. 본 실시예에 사용된 벨로우즈관(60)은 금속으로 된 복수의 링 형상의 판 스프링을 연속적으로 용접하여 제작된 것으로, 탄성적으로 신축이 가능하며 수명이 길고 밀봉 능력이 우수하다. 상기 벨로우즈관(60)은 외경이 실린더(40)의 내경보다 작고, 일단이 플랜지(50)가 유출구(13)를 향하는 측면에 용접으로 고정되고, 타단은 피스톤실린더(70)에 용접으로 고정되어 있다. 플랜지(50)에는 가스가 통과하기 위한 관통구멍이 형성되어 있으며, 벨로우즈관(60)의 일단은 상기 관통구멍의 가장자리에 용접 고정된다. 또한 도시된 것과 같이 플랜지(50)에는 외부 배관과 연결을 위한 연결부재(51)가 설치되어 있다. 미설명부호 44, 45, 74는 밀봉을 위한 오링이다.
이하에서는 도 1 및 도 2를 참조하여 본 실시예의 진공 게이트 밸브(100)의 작동에 대하여 설명한다. 도 1에 도시된 것과 같이 밸브판(20)을 전진시켜서 유입구(12)를 차단하고자 할 경우에는, 먼저 실린더(40) 상단부의 관통구멍(41)으로 압축공기를 주입하고, 실린더(40) 하단부의 관통구멍(42)를 개방한다. 압축공기가 주입되면, 실린더(40)의 내주면과 피스톤실린더(70)의 외주면 및 수압부(71)에 의하여 한정되는 공간(A)의 압력이 실린더(40)의 내주면과 벨로우즈관(60)의 외주면에 의하여 한정되는 공간(B)의 압력보다 높아져서 피스톤실린더(70)를 하부로 미는 힘이 작용한다. 피스톤실린더(70)는 벨로우즈관(60)을 수축시키면서 자유단이 벨브판(20)의 하부에 위치하도록 하강한다. 다음으로 공압실린더(31)의 피스톤(32)을 전진시켜서 밸브판(20)이 유입구(12)를 폐쇄하도록 한다.
도 2에 도시된 것과 같이, 진공 게이트 밸브(100)를 개방하고 배출되는 가스가 액추에이터(30)와 접촉하는 것을 차단하도록 하려면, 도 1에 도시된 상태에서 먼저 공압실린더를 후진시킨다. 다음으로, 실린더(40) 하단부의 관통구멍(42)으로 압축공기를 주입하고, 실린더(40) 상단부의 관통구멍(41)를 개방한다. 압축공기가 주입되면, 실린더(40)의 내주면과 벨로우즈관(60)의 외주면에 의하여 한정되는 공간(B)의 압력이 실린더(40)의 내주면과 피스톤실린더(70)의 외주면 및 수압부(71)에 의하여 한정되는 공간(A)의 압력보다 높아져서 피스톤실린더(70)를 상부로 미는 힘이 작용한다. 피스톤실린더(70)는 벨로우즈관(60)을 신장시키면서 자유단의 단부가 밸브케이싱(10)의 유입구(12) 주위의 내측벽(14)과 밀착된다. 따라서, 배출되는 가스는 유입구(12), 피스톤실린더(70)의 중공, 벨로우즈관(60)의 내부, 플랜지(50)의 관통구멍을 통하여 배출되고, 액추에이터(30)가 설치된 밸브케이싱(10)의 내부공간(36)으로 유출되지 않게 된다. 따라서, 부산물이 액추에이터(30)와 접촉하는 것을 차단하여 고장을 방지하게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브의 다른 실시예의 단면도이다. 본 실시예의 진공 게이트 밸브가 도 1에 도시된 진공 게이트 밸브와 다른 점은, 밸로우즈관의 내주면이 가스에 노출될 경우 챔버에서 발생한 부산물이 벨로우즈관의 내주면에 부착되는 것을 방지하기 위한 차폐실린더(80)와 밸로우즈관(60)의 수축행정 을 제한하기 위한 스토퍼(90)를 구비하고 있는 점이다.
차폐실린더(80)는 일측이 피스톤실린더(70)의 내주면에 결합되어 있고, 타측은 벨로우즈관(60)의 중공 내부를 관통하여 설치되어, 피스톤실린더(70)와 함께 상승 또는 하강하도록 되어 있다. 또한, 스토퍼(90)는 일단이 플랜지(50)의 유입구를 향한 측면에 고정되어 실린더(40)와 벨로우즈관(60) 사이의 공간에 일정한 높이로 설치되어 있다.
도 4는 본 발명에 따른 진공 게이트 밸브의 또 다른 실시예의 단면도이다. 도 4에 도시된 실시예가 도 1에 도시된 실시예와 다른 점은, 벨로우즈관(65)으로 성형된 주름관을 사용한 점이다. 도 1에 도시된 판스프링을 용접하여 제조한 벨로우즈관(60)보다 생산성이 우수하여 저렴하게 제조할 수 있다는 장점이 있다.
앞에서 설명된 실시예의 진공 게이트 밸브는 모두 원형의 단면을 갖는 실린더(40)와 벨로우즈관(60)과 피스톤실린더(70)를 사용하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 사상은 사각형 단면을 갖는 실린더와 벨로우즈관과 피스톤실린더에도 적용된다. 즉, 본 명세서에 있어서 실린더라는 단어의 의미는 단면의 형상이 원형인 것에 국한하는 것이 아니고, 임의의 단면을 갖는 중공의 길이가 긴 부재를 의미하는 것으로 사용한다.
본 발명에 의하면, 신축가능한 벨로우즈관을 구비한 진공 게이트 밸브를 제공하여, 배출가스가 게이트 밸브의 액추에이터와 접촉하는 것을 차단할 수 있게 된다. 따라서, 게이트 밸브의 액추에이터에 배출가스에 포함된 부산물이 부착되는 것을 방지하여 내구성을 증가시키기 된다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

Claims (5)

  1. 유체의 유입구와 유출구가 형성된 밸브 케이싱과, 상기 밸브 케이싱의 유입구측 내벽에 밀착되어 유체의 흐름을 개폐하도록 전후진이 가능하게 설치된 밸브판과, 상기 밸브판을 전후진시키기 위한 액추에이터를 포함하는 게이트 밸브에 있어서,
    일단이 상기 밸브 케이싱의 유출구측에 밀봉 고정되고, 양단부의 외주에 각각 관통구멍이 형성된 중공의 실린더와,
    상기 실린더의 타단에 밀봉 결합되고 관통구멍이 형성된 플랜지와,
    외경이 상기 실린더의 내경보다 작고, 일단이 상기 플랜지에 결합되어 상기 실린더의 내부로 삽입되어 설치된 벨로우즈관과,
    외경이 상기 실린더의 내경보다 작고, 일단이 상기 벨로우즈관의 타단에 결합되어 상기 실린더의 내부로 삽입되어 설치되고, 타단부는 자유단으로 외주면이 상기 실린더의 내주면과 슬라이딩 가능하도록 밀봉결합되어 있으며, 상기 실린더의 내주면에 의하여 한정되는 공간을 양분하도록 외주면 둘레로부터 연장되어 실린더의 내주면과 밀착되도록 형성된 환상의 수압부를 구비하는 중공의 피스톤실린더를 포함하고,
    상기 피스톤실린더의 타단은, 벨로우즈관이 늘어난 경우에 상기 유입구의 내벽에 밀착되어 유체가 밸브 케이싱의 내부로 유출되는 것을 차단하고, 벨로우즈관이 수축된 경우에 밸브판의 전후진이 가능하도록 밸브판의 하부에 위치하도록 된 것을 특징으로 하는 진공 게이트 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    통과하는 유체가 벨로우즈관의 내주면과 접촉하는 것을 차단하도록, 일단이 상기 피스톤실린더의 내부면에 결합되고, 타단이 상기 벨로우즈관의 중공내부를 관통하여 설치된 중공의 차폐실린더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 게이트 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    일단이 상기 플랜지에 고정되어 상기 실린더와 벨로우즈관 사이에 설치된 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 진공 게이트 밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨로우즈관은 금속으로 된 복수의 링 형상의 판 스프링을 용접하여 제작된 것을 특징으로 하는 진공 게이트 밸브.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 벨로우즈관은 성형된 주름관인 것을 특징으로 하는 진공 게이트 밸브.
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