KR100906099B1 - 진공밸브 - Google Patents

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나이토 마사히로
이와타 마코토
아이쿠지 미치노리
이토 신
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씨케이디 가부시키 가이샤
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    • F16K31/1221Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid the fluid acting on a piston one side of the piston being spring-loaded

Abstract

벨로우즈의 내구성을 향상시킬 수 있는 진공밸브를 제공하기 위하여 진공밸브는 제1포트 및 제2포트와, 그 사이에 마련된 밸브시트와, 밸브시트에 접촉 또는 이격되는 밸브체를 구비한 밸브부와, 조작유체가 공급되는 오리피스와, 밸브체에 연결되는 피스톤을 구비하되, 피스톤은 조작유체의 압력변동에 의해 동작되며, 밸브부에 구동력을 부여하는 액츄에이터부와, 밸브체의 직선 왕복운동에 따라 신축하는 벨로우즈를 구비한다. 오리피스는 밸브체 및 피스톤의 동작속도를 벨로우즈 손상을 방지하는 소정 속도가 되도록 유효단면적이 설정되어 있다.

Description

진공밸브{Vacuum Valve}

본 발명은 벨로우즈를 신축시켜면서 밸브의 개폐를 행하는 진공밸브에 관한 것이다.

종래, 예를 들어 반도체 제조장치의 CVD장치에서는 진공용기인 반응실 내의 웨이퍼에 반응실 입구로부터 박막재료를 구성하는 원소로 이루어진 재료 가스를 공급함과 동시에 반응실 출구로부터 진공펌프로 배기함으로써, 반응실 내를 진공상태로 유지하고 있다. 재료가스의 배기속도는 예를 들어 버터플라이식 비례밸브에 의해 제어되는데, 버터플라이식 비례밸브는 배관을 완전히 차단할 수 없다. 따라서, 버터플라이식 비례밸브와 직렬로 ON-OFF식 진공밸브가 배치되어 배관내 유체를 완전 차단하게 된다.

진공밸브의 일례로는 일본 특개2003-83467호 공보에 기재되어 있는 것을 들 수 있다. 여기에 기재된 진공밸브의 단면도를 도 15에 도시했다.

도 15에 도시한 진공밸브(100)는 밸브부(101)에 액츄에이터부(102)의 구동력을 부여해서 밸브 개폐동작을 행한다. 액츄에이터부(102)는 실린더(110)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 피스톤(103)에 출력축(104)을 연결하며, 그 출력축(104)을 실린더(110)의 보스부(111)에 관통해서 축선방향으로 가이드하고 있다. 출력축(104)의 선단부는 보스부(111)로부터 밸브부(101)측으로 돌출되어 있다.

밸브부(101)는 밸브바디(112) 내부로 돌출하는 출력축(104)의 선단부에 밸브체(105)를 고정설치하고, 이 밸브체(105)가 접촉 또는 이격하는 밸브시트(107)를 밸브바디(112)의 제1포트(113)과 제2포트(114)의 사이에 마련하고 있다. 밸브체(105)는 압축스프링(115)에 의해 밸브시트방향으로 항상 바이어스되어 있다. 벨로우즈(108)는 금속제이며, 압축스프링(115)와 출력축(104)를 둘러싸도록 밸브바디(112) 내부에 신축 가능하게 배치되어 있다.

이러한 진공밸브(100)는 피스톤실(109)을 가압하여 압축스프링(115)의 편향력에 대항해서 피스톤(103)을 도면의 상측으로 이동시키면, 밸브체(105)가 밸브시트(107)로부터 이격해서 제1포트(113)와 제2포트(114)를 연통시킨다.

한편, 피스톤실(109)의 가압을 정지하면, 압축스프링(115)의 바이어스력(urging force)으로 피스톤(103)이 도면의 하측으로 이동해서 밸브체(105)를 밸브시트(107)에 접촉시켜 제1포트(113)와 제2포트(114)의 사이를 완전히 차단한다.

이와 같이 밸브 개폐동작을 행할 경우, 벨로우즈(108)는 밸브체(105)의 이동에 따라 신축하여 벨로우즈(108)의 내부와 외부를 기밀하게 구획하기 때문에, 출력축(104)의 슬라이딩부 등에서 발생하는 파티클이 유로 속으로 유입되지 않는다.

그러나, 종래의 진공밸브(100)는 장기간 사용하면, 벨로우즈(108)가 파손되어 유로 속으로 파티클이 유입되는 단점이 발생하고 있었다. 이러한 파손은 밸브 밀폐 시에 밸브체(105)가 밸브시트(107)에 부딪히는 충격에 의해 발생하는 것으로 종래에는 생각되고 있었다.

본 발명자들은 벨로우즈(108)의 내구시험을 반복 실시하던 중 벨로우즈(108)의 대부분이 일정 위치에서 크랙이 발생하고 파괴되는 특성을 발견하였다. 특히 본 발명자들은 밸브 개방 시 밸브체(105)가 실린더(110)의 보스(111)에 부딪힐 때의 충격으로 벨로우즈(108)에 크랙이 발생하고 벨로우즈(108)가 파괴되는 것을 발견하였다.

이에, 본 발명자들은 그 원인을 다음과 같이 생각했다.

벨로우즈(108)는 밸브체(105)의 동작에 따라 자유롭게 신축가능하도록 밸브부(101) 내부에 부동(浮動) 상태로 지지되어 있다. 이 상태에서는, 밸브체(105)가 스트로크 엔드까지 상승해서 보스(111)의 하단부에 충돌하면 그 충격이 실린더(110)로부터 벨로우즈(108)로 전달되는 한편, 밸브체(105)측으로부터 벨로우즈(108)로 전달된다. 이와 같이 벨로우즈(108)에 전달되는 두 개의 충격은 벨로우즈(108)에 대해 서로 다른 방향으로 작용해서 벨로우즈(108)를 상호 반대 방향으로 진동시켜 그 진동에 의해 발생하는 내부응력들이 간섭하고, 그 간섭 부분에 응력이 집중된다고 생각된다. 응력집중은 밸브체(105)가 파이프부재(106)에 충돌할 때마다 벨로우즈(108)의 동일 장소에서 발생하며, 벨로우즈(108)는 일정 위치가 다른 부분에 비해 신속하게 손상된다고 생각된다.

상기 원인에 근거하면, 밸브체(105)가 밸브 개방 동작을 시작할 때의 "동작속도"와, 밸브체(105)가 보스(111)에 충돌했을 때에 신축된 상태의 벨로우즈(108)에 전달되는 "충격가속도"를 조정하면, 벨로우즈(108)의 내구성을 향상시킬 수 있 다고 생각된다. 이에 본 발명자들은 "동작속도"와 "충격가속도"를 변경해서 진공밸브(100)의 수명시험을 행하였다.

수명시험은 동일 벨로우즈·동일 내부구조를 갖는 진공밸브에 대해서 밸브 개폐동작을 소정 횟수 행했을 때 벨로우즈(108)를 손상시키지 않고 목표 수명에 상당하는 목표동작 횟수에 도달하는지의 여부를 조사하는 것으로 하였다. "동작속도"는 밸브바디(112)의 내벽에 설치된 속도센서로 측정하고, "충격가속도"는 밸브체(105)에 설치된 가속도센서로 측정했다. 여기서는 벨로우즈의 종류와 내부구조가 다른 19종류의 진공밸브에 대해 각각 수명시험을 행하였으며, 그 측정결과를 도 16에 나타냈다. 19종류의 진공밸브 중 동일한 결과를 나타내는 것이 있기 때문에, 도면에서는 9개의 마크로 19종류의 진공밸브 결과를 나타냈다.

수명이 긴 것(수명시험의 결과, 목표 수명 횟수에 도달한 것)과 짧은 것(수명시험의 결과, 목표 수명 횟수에 도달하지 못한 것)의 경계선을 그리면, 도 16의 사선부(S) 범위를 나타내게 된다.

이 시험결과에 따르면, 금속 벨로우즈를 구비하는 진공밸브는 "동작속도"가 30mm/s 이상 220mm/s 이하 그리고 "충격가속도"가 도 16의 사선부(S) 범위 내에 있는 경우에, 벨로우즈(108)에 크랙이 발생하기 어렵다는 것이 판명되었다. "동작속도"가 220mm/s를 초과하는 경우는 이것에 대응해서 "충격가속도"가 커지기 때문에, 벨로우즈(108)에 크랙이 발생하기 쉬워진다고 생각된다. 이러한 생각에 따르면, "동작속도"를 작게 하면 "충격가속도"가 작아져서, 벨로우즈(108)에 크랙이 발생하기 어려워진다고 생각된다. 그런데, 실제로는 도 16에 도시한 바와 같이, "동작속 도"가 30mm/s보다 늦고 "충격가속도"가 작은 경우에도, 벨로우즈(16)에 크랙이 발생됨이 판명되었다.

이상의 실험결과에 의해, 본 발명자들은 동일 스트로크의 진공밸브(100)에 대해 "동작속도"가 너무 늦거나 너무 빠르더라도 벨로우즈(108)의 내구성이 저하됨을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은 "동작속도"가 빠르더라도 "충격가속도"를 작게 할 수 있다면, 벨로우즈(108)의 내구성을 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 따라서, "동작속도"를 빠르게 하면서 "충격가속도"를 작게 하는 대책을 진공밸브(100)에 적용하면, 벨로우즈(108)의 수명을 연장시켜 진공밸브(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 진공밸브의 종류에 따라서는 피스톤이 피스톤실 내벽과 충돌하는 것이 있다. 이러한 종류의 진공밸브도 벨로우즈(108)가 상기와 마찬가지로 크랙이 발생해서 파손되는 것을 본 발명자들은 내구시험을 실시해서 확인하였다. 따라서, 이러한 종류의 진공밸브에도 "동작속도"를 빠르게 하면서 "충격가속도"를 작게 하는 대책을 적용한다면, 벨로우즈(108)의 수명을 연장해서 진공밸브(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 벨로우즈의 내구성을 향상시킬 수 있는 진공밸브를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제1포트 및 제2포트와, 그 사이에 마련된 밸브시트와, 이 밸브시트에 접촉 또는 이격되는 밸브체를 구비하는 밸브부와, 조작유체가 공급되는 오리피스와, 밸브체에 연결되는 피스톤을 구비하되, 피스톤은 조작유체의 압력변동에 의해 동작되고, 밸브부에 구동력을 부여하는 액츄에이터부와, 밸브체의 직선 왕복운동에 따라 신축하는 벨로우즈를 구비하며, 오리피스는 밸브체 및 피스톤의 동작속도가 벨로우즈의 손상을 방지하는 소정 속도가 되도록 유효단면적을 설정하고 있는 진공밸브를 제공한다.

본 발명의 다른 태양에 따르면 제1포트 및 제2포트와, 그 사이에 마련된 밸브시트를 포함한 밸브본체와, 밸브시트에 접촉 또는 이격하는 것으로서, 완전 개방 방향으로 이동한 경우에 밸브본체에 걸려 정지하는 밸브체와, 밸브체에 연결하는 출력축을 구비하며, 이 출력축을 통해 밸브체에 구동력을 부여하는 액츄에이터부 와, 출력축을 둘러싸도록 밸브본체 내부에 신축되도록 배치된 벨로우즈와, 밸브체가 밸브본체에 걸릴 경우의 충격을 완화하고, 밸브체가 밸브본체에 걸릴 때의 충격가속도를 저감하여 벨로우즈의 손상을 방지하는 완충부재를 구비하는 진공밸브가 제공된다.

본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 제1포트 및 제2포트와, 그 사이에 마련된 밸브시트를 구비한 밸브본체와, 밸브시트에 접촉 또는 이격하는 밸브체와, 피스톤실과, 피스톤실 내에 슬라이딩되도록 장전된 피스톤과, 이 피스톤에 일체적으로 마련됨과 동시에, 밸브체에 연결된 출력축을 구비하되, 피스톤은 조작유체의 압력변동에 의해 동작되고, 밸브체에 구동력을 부여하는 액츄에이터부와, 출력축을 둘러싸도록 밸브본체 내에 신축되도록 배치된 벨로우즈와, 피스톤 또는 출력축이 축방향으로 이동해서 피스톤실의 내벽에 걸릴 경우의 충격을 완화하고, 피스톤 또는 출 력축이 피스톤실의 내벽에 걸릴 때의 충격가속도를 저감해서, 벨로우즈의 손상을 방지하는 완충기구를 구비하는 진공밸브가 제공된다.

본 발명의 제1실시형태에 따른 진공밸브는 조작유체가 공급되는 오리피스의 유효단면적에 의해 밸브체 및 피스톤의 동작속도가 조정되어 벨로우즈의 손상이 방지되는 한편, 밸브체가 밸브본체의 일부를 이루는 파이프부재에 걸릴 때의 충격가속도를 완충부재에 의해 저감하여 벨로우즈의 손상을 방지하기 때문에, 벨로우즈의 수명을 연장해서 진공밸브의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제2실시형태에 따른 진공밸브는 밸브 개방 시의 동작속도와 더불어 배기측 오리피스로 밸브 밀폐 시의 동작속도를 제어하기 때문에, 벨로우즈에 작용하는 충격을 작게 해서 벨로우즈의 수명을 더욱 연장하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제3실시형태에 따른 진공밸브는 출력축이나 고정너트나 피스톤이 제1폐쇄플레이트에 부딪히는 충격이나 밸브체가 파이프부재에 부딪히는 충격의 충격가속도를 고무 에어쿠션으로 완화하기 때문에, 벨로우즈에 전달되는 진동이 작아지고, 그 결과 벨로우즈는 일정 위치에 응력이 집중해서 크랙이나 균열이 발생하는 것이 줄게 되어 벨로우즈의 수명을 연장해서 진공밸브의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 제4실시형태에 따른 진공밸브는 배기측 오리피스에 의한 배기 유량제어와 더불어 스피드 콘트롤러에 의해 1차실로부터 에어를 배기하는 배기 속도가 조절되기 때문에, 피스톤이 동작하기 시작하는 속도나 피스톤 상승 시에 가속하는 속도를 정밀하게 제어할 수 있어 보다 정확하게 동작속도를 소정 속도로 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 제5실시형태에 따른 진공밸브는 피스톤이나 출력축이나 고정너트가 피스톤실의 내벽을 구성하는 제1폐쇄플레이트에 걸릴 경우의 충격을 최소한으로 억제하여 벨로우즈에 발생하는 진동을 작게 함으로써, 벨로우즈의 수명을 연장하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

이어서, 본 발명에 따른 진공밸브의 일 실시형태에 대해 도면을 참조해서 설명하기로 한다.

(제1실시형태)

도 1은 제1실시형태에 따른 진공밸브(1)의 단면도로서 밸브 밀폐 상태를 나타내며, 도 2a는 제1실시형태에 따른 진공밸브(1)의 단면도로서 완전 개방 상태를 나타내며, 도 2b는 도 2a의 X1부 확대도이다.

도 1 및 도 2a에 도시한 진공밸브(1)는 종래기술과 마찬가지로 반도체 제조장치에 마련된 반응실과 진공펌프 사이에 버터플라이식 비례밸브와 함께 배치된다. 진공밸브(1)는 벨로우즈(31)를 신축시키면서 밸브 개폐를 행하는 ON-OFF식 차단밸브로서 반응실로부터 가스를 배출하는 배관의 개방과 차단을 제어한다. 진공밸브(1)는 밸브부(2)에 액츄에이터부(3)의 구동력을 부여해서 밸브 개폐를 행한다.

밸브부(2)는 밸브본체(35)에 내장된다. 밸브본체(35)는 제1포트(7)와 제2포 트(8)의 사이에 밸브시트(9)를 마련한 밸브실(5)을 형성하는 것이며, 본 실시형태에서는 밸브바디(4)와 제2폐쇄플레이트(20)와 파이프부재(28)로 구성되어 있다. 밸브바디(4)는 강성 및 내압성을 확보하기 위하여 스테인리스나 탄소강 등의 금속 재질로 한다. 밸브바디(4)는 제2폐쇄플레이트(20)에 의해 닫히며 밸브실(5)을 형성하기 위한 중공부(6)를 구비한다. 중공부(6)에는 밸브바디(4)의 측면으로 개구하는 제1포트(7)가 연통됨과 동시에, 밸브바디(4)의 도면 하면으로 개구하는 제2포트(8)가 연통되어 있다. 밸브바디(4)에는 제2포트(8)가 중공부(6)에 개구하는 개구부의 주위에 마련된 평단면에 의해 밸브시트(9)가 구성되어 있다. 밸브시트(9)에는 밸브체(10)가 접촉 또는 이격된다.

밸브체(10)는 고정플레이트(11)와 지지플레이트(12)의 사이에 형성된 홈에 오링(13)을 장착해서 지지하고 있다. 고정플레이트(11)와 지지플레이트(12)는 강성을 확보하기 위해 스테인리스나 탄소강 등의 금속 재질로 한다. 오링(13)은 밸브시트(9)에 밀착해서 씰력(sealing force)을 발휘하도록 고무 등의 탄성재료를 재질로 한다. 밸브체(10)는 파이프부재(28)의 도면 하단부에 걸려 도면의 상방향 이동이 제한된다. 따라서, 고정플레이트(11)에는 밸브체(10)가 파이프부재(28)에 걸릴 경우의 충격을 완화하기 위한 완충부재(14)가 파이프부재(28)의 도면 하단부에 대응하는 위치에 마련되어 있다.

완충부재(14)는 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이 밸브의 완전 개방 시에 밸브체(10)와 파이프부재(28)의 사이에 약간의 간격을 둔 상태로 밸브체(10)를 정지시키기 위해 경도가 높은 고무나 수지 등의 탄성재료를 재질로 하며, 일단이 고 정플레이트(11)의 도면 상측면으로부터 돌출하도록 마련되어 있다. 여기서, 제1실시형태에서의 완충부재(14)는 경도 90의 우레탄고무를 재질로 사용한 것이다.

도 3은 도 1에 도시한 완충부재(14)의 평면도이다. 도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이다.

완충부재(14)는 환상(環狀)을 이루며, 단면이 대략 장방 형상을 가진다. 완충부재(14)의 내주면에는 환상 돌출부(15)가 중심부를 향해 연장되도록 마련되어 있다.

도 1 및 도 2a, 도 2b에 도시한 바와 같이 고정플레이트(11)의 상단면에는 완충부재(14)를 장착하기 위한 장착홈(16)이 환상으로 형성되어 있다. 장착홈(16)의 내측 측면에는 완충부재(14)의 환상 돌출부(15)를 끼워 넣기 위한 결합홈(17)이 장착홈(16)의 개구부보다 안쪽에 마련되어 있다.

완충부재(14)는 환상 돌출부(15)를 탄성 변형시키면서 장착홈(16)에 압입되며 환상 돌출부(15)가 결합홈(17)의 위치에 도달하면, 환상 돌출부(15)를 복원시켜 결합홈(17)에 결합시킨다. 이 환상 돌출부(15)와 결합홈(17)의 결합관계에 의해, 진공밸브(1)가 밸브 개폐 동작을 행할 경우, 밸브체(10)에 진동이 발생하더라도 완충부재(14)는 고정플레이트(11)로부터 탈락하지 않는다.

한편, 액츄에이터부(3)는 밸브바디(4)에 연결되는 실린더바디(18)에 내장된다. 실린더바디(18)는 내압성을 확보하기 위해 스테인리스나 탄소강 등의 금속 재질로 한다. 실린더바디(18)는 상하로 개구하는 통 형상을 가진다. 실린더바디(18)는 상측 개구부가 금속제의 제1폐쇄플레이트(19)에 의해 닫히며, 하측 개구부가 금 속제의 제2폐쇄플레이트(20)에 닫힘으로써 피스톤실(21)을 형성하고 있다.

피스톤실(21)은 실린더바디(18)에 슬라이딩 가능하게 장착된 피스톤(22)에 의해 1차실(21a)과 2차실(21b)로 구획되어 있다. 피스톤(22)은 내압성과 강성을 확보하기 위해 금속 재질로 하며, 고무나 수지 등의 탄성재료로 이루어지는 씰부재(23)가 외주면에 장착되어 있다. 따라서, 피스톤실(21)은 피스톤(22)에 의해 1차실(21a)과 2차실(21b)로 기밀하게 구획되어 있다. 1차실(21a)은 미도시된 개구부를 통해 대기 개방되어 있다. 2차실(21b)은 실린더바디(18)에 개방 설치된 오리피스(24)를 통해 조작포트(25)로 연통되어 있다. 제1실시형태에서 오리피스(24)는 도 1과 직교하는 방향의 단면이 원 형상으로, 예컨대 실린더바디(18)에 개구하는 개구부의 형상이 원형으로 형성되어 있다.

피스톤(22)의 중심부에는 도면의 하측으로부터 상측으로 금속제 출력축(26)이 관통되어 있다. 출력축(26)은 피스톤(22)의 도면 상측으로 돌출된 부분에 금속제의 고정너트(27)를 체결하여 피스톤(22)과 일체화되어 있다. 여기서, 제1실시형태에서의 고정너트(27)는 출력축(26)의 일부를 구성하는 것으로 한다. 출력축(26)은 제2폐쇄플레이트(20)와 파이프부재(28)에 슬라이딩되도록 설치되며, 선단부가 밸브실(5) 내부로 돌출하고 있다.

파이프부재(28)는 밸브체(10)의 완전 개방 위치를 결정하도록 밸브실(5) 내부에 하단부가 배치되어 있다. 출력축(26)은 파이프부재(28)의 하단부로부터 진퇴 가능하게 돌출하며, 선단부가 밸브체(10)의 중심부를 관통하여 취부너트(29)에 체결되어 밸브체(10)와 일체화되어 있다. 따라서, 피스톤(22)과 밸브체(10)는 출력 축(26)을 통해 일체회되어 일체적으로 직선 왕복 운동한다.

밸브체(10)와 파이프부재(28)의 사이에는 복귀스프링(30)이 가압 설치되어 밸브체(10)를 밸브시트(9) 측을 향해 누르고 있다. 이 가압력에 의해 밸브체(10)가 오링(13)을 눌러 변형시키도록 밸브시트(9)에 가압되고 있어서 씰력이 발생한다. 복귀스프링(30)의 탄성력은 밸브체(10)로부터 출력축(26)을 통해 피스톤(22)으로 전달되어 피스톤(22)에 도면 하측으로 힘을 부여한다.

출력축(26)과 파이프부재(28)와 복귀스프링(30)은 벨로우즈(31)에 의해 둘러싸여져 슬라이딩부 등에서 발생하는 파티클이 밸브실(5) 내부로 유입되지 않도록 하고 있다. 벨로우즈(31)는 스테인리스 등의 금속 재질로 하며, 밸브실(5) 내에 신축 가능하게 설치되어 있다. 벨로우즈(31)는 상단부가 환상의 지지부재(32)에 용접되며, 이 지지부재(32)를 밸브바디(4)와 실린더바디(18)에 끼워 결합함으로써 밸브바디(4) 및 실린더바디(18)에 대해 위치 결정되어 있다. 벨로우즈(31)의 하단부는 복귀스프링(30)의 외측에서 고정플레이트(11)에 용접되어 있다.

상기 구성을 가지는 진공밸브(1)는 예를 들어, 제1포트(7)가 진공펌프에 접속되고, 제2포트(8)가 진공용기에 접속된다. 그리고, 조작포트(25)에는 미도시된 조작유체 제어장치가 접속된다.

조작포트(25)에 조작유체를 공급하지 않을 때에는 도 1에 도시한 바와 같이, 복귀스프링(30)의 탄성력에 의해 밸브체(10)가 밸브시트(9)에 접촉하여 제1포트(7)와 제2포트(8) 사이를 차단한다. 따라서, 제2포트(8)로부터 제1포트(7)로 유체가 흐르지 않는다. 따라서, 진공용기는 진공 상태가 되지 않는다.

조작포트(25)에 조작유체를 공급하여 2차실(21b)의 내압이 복귀스프링(30)의 탄성력을 이기면, 도 2a에 도시한 바와 같이 피스톤(22)이 도면의 상측으로 이동해서 밸브체(10)를 밸브시트로부터 이격시켜 완전 개방위치까지 이동시킨다.

그러면, 제1포트(7)와 제2포트(8)가 연통하여 제2포트(8)로부터 제1포트(7)로 유체가 흐른다. 따라서, 진공용기는 진공펌프의 펌프운동에 의해 진공 상태가 된다.

이 후, 2차실(21b)의 조작유체를 배기하고, 복귀스프링(30)의 탄성력이 2차실(21b)의 내압을 이기면, 밸브체(10)가 복귀스프링(30)에 바이어스되면서 하강하여 도 1에 도시된 바와 같이 밸브시트(9)에 접촉한다. 그 결과, 제1포트(7)와 제2포트(8)의 사이가 다시 차단되어 유체가 흐르지 않게 된다. 따라서, 진공용기는 진공 상태가 되지 않게 된다.

그런데, 상기 과제에 기재한 바와 같이, 본 발명자들은 동작속도를 빠르게 하면서 충격가속도를 작게 하는 대책을 진공밸브에 적용함으로써, 벨로우즈의 수명을 연장해서 진공밸브의 내구성을 향상시킬 수 있음을 발견했다. 본 발명자들은 오리피스(24)의 유효단면적에 의해 밸브체(10)의 동작속도를 적정값으로 조정하고, 완충부재(14)에 의해 밸브체(10)가 파이프부재(28)에 걸릴 때의 충격가속도를 적정값으로 조정할 수 있음을 알았다. 이 점에 관해 이하에서 구체적인 예를 들어 설명한다.

예를 들어, 도 16에 도시한 바와 같이 동작속도를 30mm/s ~ 220mm/s로 설정하면, 벨로우즈의 수명을 연장할 수 있다. 그래서, 본 발명자들은 동일 벨로우즈· 다른 내부구조를 갖는 진공밸브 샘플 두 개를 사용해서 단면이 원형상을 이루는 오리피스(24)의 오리피스 직경과 동작속도의 관계를 조사했다. 그 조사결과를 도 5에 도시하였다.

예컨대, 도 5에 도시한 바와 같이 샘플 1은 오리피스 직경을 0.8mm로 하면 동작속도를 약 28mm/s로 조정할 수 있으며, 오리피스 직경을 1.3mm로 하면 동작속도를 약 100mm/s로 조정할 수 있으며, 또한 오리피스 직경을 2.4mm로 하면 동작속도를 약 220mm/s로 조정할 수 있었다.

또한 샘플 2는 오리피스 직경을 0.8mm로 하면 동작속도를 약 43mm/s로 조정할 수 있으며, 오리피스 직경을 1.0mm로 하면 동작속도를 약 68mm/s로 조정할 수 있으며, 또한 오리피스 직경을 1.3mm로 하면 동작속도를 약 112mm/s로 조정할 수 있다.

이 시험결과에 따르면, 내부구조가 다른 샘플 1,2는 모두 오리피스 직경과 동작속도의 사이에 정(正)의 상관관계가 인정된다. 따라서, 진공밸브는 내부구조가 다른 것이라도 오리피스(24)의 오리피스 직경 즉 유효단면적을 조절하면 동작속도를 임의로 설정할 수 있음이 판명되었다.

나아가, 본 발명자들은 동작속도가 벨로우즈(31)의 수명에 끼치는 영향을 조사하기 위하여 수명시험을 실시하였다. 수명시험은 상술한 종래기술과 마찬가지로 동일 벨로우즈·동일 내부구조를 갖는 진공밸브에 대해 밸브 개폐동작을 소정 횟수 행했을 때에 벨로우즈(31)를 손상시키지 않고 목표수명 횟수에 도달하는지의 여부를 조사하는 것으로 하였다. 여기서는 벨로우즈와 내부구조가 각각 다른 여러 종류 의 진공밸브(동일 그룹의 복수 진공밸브는 동일 벨로우즈와 동일 내부구조를 가진다)에 대해서 동작속도를 변경해서 각각 수명시험을 행하고, 목표수명의 달성률, 즉 각 종류의 벨로우즈가 목표수명에 도달한 비율을 조사하여 도 6의 수명시험 결과에 나타냈다.

예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이 동작속도가 220mm/s를 넘어 너무 빠르면, 수명달성률이 0%로 낮다. 그 원인은 밸브체(10)의 동작스트로크가 짧기 때문에, 밸브체(10)의 동작속도가 빠르면 급가속한 채 밸브체(10)가 파이프부재(28)에 부딪히고, 그 강한 충격이 벨로우즈(31)로 전달되어 벨로우즈(31)에 크랙이 발생하기 쉬워지거나 벨로우즈(31)가 파손되기 쉬워지기 때문이라고 생각된다.

또한, 동작속도가 30mm/s 미만으로 늦더라도 수명달성률이 0%로 낮아지는 경우가 있었다. 일반적으로, 동작속도가 느리면 충격가속도가 작아질 거라고 생각되기 때문에 동작속도가 너무 늦어도 수명달성률이 낮다는 시험결과의 원인을 불분명하다.

또한, 동작속도가 40mm/s 전후로 저속이더라도 내부구조의 차이에 의해 수명달성률이 달라지는 것이 있었다.

이 시험결과에 의해 진공밸브의 유효단면적은 진공밸브의 피스톤 직경이나 진공밸브에 미치는 조작압 등의 진공밸브 내부구조나 동작조건과 밸런스가 좋으며, 높은 수명달성률을 얻을 수 있도록 결정할 필요가 있음이 판명되었다.

여기서, 유효단면적은 응답성을 양호하게 하기 위해서 높은 수명달성률을 얻을 수 있는 범위로 동작속도를 빠르게 하도록 설정하는 것이 바람직하다.

유효단면적은 다음과 같이 구해진다.

동작속도 V는 수식 1에 의해 구해진다.

Figure 112007080892772-pat00001

V: 밸브체(피스톤)의 동작속도,

L: 밸브체(피스톤)의 동작스트로크,

t: 밸브체(피스톤)의 동작시간을 나타낸다.

그리고, 동작속도 V가 소정의 동작속도 범위(수명달성률 100%를 달성할 수 있는 동작속도 범위, 예컨대 도 16에서는 30mm/s ~ 220mm/s)가 되는 동작시간 t를 수식 1에 의해 산출한다.

여기서, 동작속도 t는 일반적으로 밸브체(10)가 동작하기 시작할 때까지의 시간 t1과, 밸브체(10)가 가속하는 시간 t2와, 밸브체(10)가 등속으로 움직일 때의 시간 t3를 합산해서 구했는데, 진공밸브(1)에서는 밸브체(10)의 동작스트로크가 짧기 때문에(예를 들면 15mm), 동작시간 t를 밸브체(10)가 가속하는 시간 t2와 동일시할 수 있다. 밸브체(10)가 가속하는 시간 t2는 수식 2에 의해 구해진다.

Figure 112007080892772-pat00002

F:부하(N),

f:실린더바디(18)의 마찰력(N),

A1:피스톤(22)의 급기측 수압면적(mm2),

P0:조작포트(25)에 공급하는 조작유체의 급기압력(MPa),

M:부하의 질량(Kg),

L: 밸브체(10)의 동작스트로크(mm),

S2:조작포트(25)측의 오리피스(24) 유효단면적을 나타낸다.

수식 1에 의해 구해진 동작시간 t를 수식 2의 밸브체(10)가 가속하는 시간 t2에 적용해서, 진공밸브(1)의 설계값을 수식 2의 부하 F(N), 실린더바디(18)의 마찰력 f(N), 피스톤(22)의 급기측 수압면적 A1(mm2), 조작포트(25)에 공급하는 조작유체의 급기압력 P0(MPa), 부하 질량 M(Kg), 밸브체(10)의 동작스트로크 L(mm)를 대입하면, 조작포트(25)측 오리피스(24)의 유효단면적 S2가 산출된다.

도 1 및 도 2a에 도시한 제1실시형태의 진공밸브(1)는 부하 F가 3.0N, 실린더바디(18)의 마찰력 f가 50 ~ 70N, 급기측 피스톤 직경이 50mm(흡기측 피스톤 수압면적 A1=2500πmm2), 흡기압력 P0(조작포트(25)에 공급하는 조작유체의 조작압력)가 0.4MPa ~ 0.6MPa, 부하 질량 M이 0.3Kg, 밸브체의 동작스트로크 L이 15mm일 때의 오리피스(24)의 오리피스 직경이 1.8mm가 되는 유효단면적을 설정하고 있다.

한편, 도 16에 도시한 바와 같이 동작속도가 30mm/s ~ 220mm/s일 때에 충격가속도를 사선부(S)의 범위 내로 하면 벨로우즈의 수명이 연장된다. 그래서, 본 발명자들은 동일 벨로우즈·다른 내부구조를 갖는 진공밸브 샘플 3,4를 이용해서 완충부재(14)의 유무와 충격가속도의 관계를 조사했다. 그 측정결과를 도 7에 나타냈다.

도 7에 도시한 바와 같이, 완충부재(14)가 없는 샘플 3은 충격가속도가 약 12G이며, 완충부재가 있는 샘플 3은 충격가속도가 약 4G이었다. 따라서, 샘플 3에서는 완충부재(14)를 마련한 경우의 충격가속도가 완충부재(14)를 마련하지 않은 충격가속도의 약 33% 정도 저감할 수 있었다.

또한 ,완충부재(14)가 없는 샘플 4는 충격가속도가 약 8G이며, 완충부재가 있는 샘플 4는 충격가속도가 약 3.4G 이었다. 따라서, 샘플 4에서는 완충부재(14)를 마련한 경우의 충격가속도가 완충부재(14)를 마련하지 않은 충격가속도의 약 42% 정도 저감할 수 있었다.

나아가, 본 발명자들은 충격가속도가 벨로우즈(31)의 수명에 미치는 영향을 조사하기 위하여 수명시험을 실시했다. 수명시험은 상술한 종래기술과 마찬가지로 동일 벨로우즈·동일 내부구조를 갖는 진공밸브에 대해 밸브 개폐동작을 소정 횟수 행했을 때, 벨로우즈(31)를 손상시키지 않고 목표 수명 횟수에 도달하는지의 여부를 조사하는 것으로 하였다. 여기서는 벨로우즈와 내부구조가 각각 다른 여러 종류의 진공밸브(동일 그룹의 복수 진공밸브는 동일 벨로우즈와 동일 내부구조를 가진다)에 대해서 동작속도를 변경해서 각각 수명시험을 행하고, 목표수명의 달성률, 즉 각 종류의 벨로우즈가 목표수명에 도달한 비율을 조사하여 도 8의 수명시험 결과에 나타냈다.

도 8에 도시한 바와 같이, 충격가속도가 약 80G로 크면 수명달성률이 0%이다. 이것은 밸브체(10)가 파이프부재(28)에 걸리는 충격이 커서 벨로우즈(31)에 발생하는 응력이 커지기 때문이라고 생각된다.

그러나, 충격가속도가 약 8G로 작더라도 수명달성률이 0%가 되는 경우가 있다. 일반적으로 충격가속도가 작으면 벨로우즈(31)의 내부응력도 작아진다고 생각되기 때문에, 충격가속도가 작더라도 벨로우즈(31)의 수명이 짧은 원인은 불분명하다.

또한, 충격가속도가 동일한 정도라도 내부구조의 차이에 의해 수명달성률이 다르다.

따라서, 진공밸브에 완충부재(14)를 설치해서 충격가속도를 작게 하는 경우에는, 피스톤 직경이나 조작압 등의 상기 진공밸브의 내부구조나 동작조건과 밸런스가 좋고, 높은 수명달성률을 얻을 수 있도록 완충부재(14)의 경도나 재질 등을 선택할 필요가 있다. 또한, 벨로우즈(31)의 파손을 방지하기 위해서는 가능한 한 충격가속도를 작게 생성하는 완충부재(14)를 선택하는 것이 바람직하다.

따라서, 제1실시형태의 진공밸브(1)에 의하면 조작유체가 공급되는 오리피스(24)의 유효단면적(오리피스 직경)에 의해 밸브체(10) 및 피스톤(22)의 동작속도가 조정되어 벨로우즈(31) 손상이 방지되기 때문에, 벨로우즈(31)의 수명을 연장해서 진공밸브(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 제1실시형태의 진공밸브(1)에 의하면, 밸브체(10)가 밸브본체(35)의 일부를 이루는 파이프부재(28)에 걸릴 때의 충격가속도를 완충부재에 의해 저감하여 벨로우즈(31)의 손상을 방지하기 때문에, 벨로우즈(31)의 수명을 연장해서 진공밸브(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

특히, 제1실시형태의 진공밸브(1)는 오리피스(24)의 상기 효과와, 완충부재(14)의 상기 효과가 상승적으로 작용하기 때문에, 동작속도를 빠르게 하면서 충격가속도를 작게 하는 것이 가능하여 응답성을 양호하게 유지하면서 벨로우즈(31)의 수명을 장기화할 수 있다.

(제2실시형태)

이어서, 본 발명의 진공밸브에 따른 제2실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 9a는 본 발명의 제2실시형태에 따른 진공밸브(1)의 단면도로서, 밸브 밀폐상태를 나타낸다. 도 9b는 도 9a의 X2부 확대도이다. 도 10은 본 발명의 제2실시형태에 따른 진공밸브(1A)의 단면도로서, 완전 개방상태를 나타낸다.

제2실시형태의 진공밸브(1A)는 밸브부(2)측이 아니라 액츄에이터부(3)에 완충부재(14)를 마련해서 "완충기구"를 구성하고 있는 점이 제1실시형태와 상이하다. 또한, 제2실시형태의 진공밸브(1A)는 조작포트(25) 외에 배기포트(41)를 실린더바디(18)에 마련한 점이 제1실시형태와 상이하다. 제2실시형태에서는 제1실시형태와 상이한 점을 중심으로 설명하며, 공통되는 점은 도면에 동일 부호를 붙여 설명을 적절히 할애한다.

도 9a, 도 9b 및 도 10에 도시한 바와 같이, 진공밸브(1A)는 출력축(26)의 도면 상단부 및 고정너트(27A)의 도면 상측면, 피스톤(22)의 도면 상측면보다 도면 상방으로 돌출하도록 완충부재(14)가 고정너트(27A)에 장착되어 있다. 고정너트(27A)에는 완충부재(14)를 장착하기 위한 단차가 마련되고, 완충부재(14)의 환상 돌출부(15)에 걸려 결합되는 걸림홈(43)이 단차의 내측면에 형성되어 있다. 완충부재(14)는 환상 돌출부(15)를 걸림홈(43)에 걸리도록 해서 고정너트(27A)에서 탈락하지 못하도록 장착되어 있다.

또한, 진공밸브(1A)는 1차실(21a)이 배기측 오리피스(42)를 통해 배기포트(41)에 연통되어 있다. 배기포트(41)에는 미도시된 배기 제어장치가 접속되어 배기속도를 조정한다.

상기 구성을 가지는 진공밸브(1A)는 조작포트(25)로부터 조작유체를 공급하여 2차실(21b)의 내압이 복귀스프링(30)을 이기면, 피스톤(22)이 1차실(21a)의 에어를 압축해서 배기포트(41)로부터 배기하면서 상승하여 밸브체(10)를 들어올린다. 그 결과, 밸브체(10)가 밸브시트(9)로부터 이격해서 제1포트(7)와 제2포트(8)가 연통하여 진공용기로부터 진공펌프로 유체를 흘려보낸다. 이때, 오리피스(24)가 조작유체의 급기유량을 규제하여 피스톤(22) 및 밸브체(10)의 동작속도를 소정 속도로 제어하는 한편, 배기측 오리피스(42)가 배기유량을 규제하여 1차실(21a)에 충진된 에어를 압축함으로 인해 에어쿠션 효과를 가져서 출력축(26)이나 고정너트(27A)나 피스톤(22)이 급격하게 상승해서 제1폐쇄플레이트(19)에 충돌하는 것을 방지한다.

여기서, 도 10에 도시한 바와 같이 진공밸브(1A)는 완충부재(14)가 제1폐쇄 플레이트(19)에 부딪힌 상태에서 밸브를 완전 개방하고 있다. 완충부재(14)는 제1폐쇄플레이트(19)에 부딪힐 때에 그 충격을 자신의 탄성력으로 흡수하며, 나아가 고정너트(27A), 출력축(26) 및 피스톤(22)과 제1폐쇄플레이트(19)의 사이에 간격을 형성한다. 그 결과, 금속제의 고정너트(27A)나 출력축(26)이나 피스톤(22)이 금속제의 제1폐쇄플레이트(19)에 부딪혀서 그 충격을 실린더바디(18), 지지부재(32) 등을 통해 벨로우즈(31)로 전달하지 않는다.

따라서, 제2실시형태의 진공밸브에 의하면, 출력축(26), 고정너트(27A) 또는 피스톤(22)이 제1폐쇄플레이트(19)에 걸릴 때의 충격을 완화해서 충격가속도를 작게 하기 때문에, 벨로우즈(31)에 발생하는 진동을 작게 해서 벨로우즈(31)의 수명을 연장시켜 진공밸브(1)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 밸브체(10)는 오리피스(24)에 의해 동작속도를 소정 속도로 제어하고, 게다가 완충부재(14)에 의해 충격가속도를 작게 한 상태로 파이프부재(28)에 충돌한다. 그 결과, 밸브체(10)는 파이프부재(28)에 걸릴 경우의 충격이 작아 없어진다.

한편, 조작유체의 공급을 정지하면, 복귀스프링(30)의 탄성력으로 밸브체(10)가 밀려 내려간다. 복귀스프링(30)의 탄성력은 밸브체(10)와 출력축(26)을 통해 피스톤(22)으로 전달된다. 이때, 배기측 오리피스(42)가 배기포트(41)로부터 1차실(21a)로 급기하는 급기속도를 조정하기 때문에, 피스톤(22)이 급격하게 하강하지 않는다. 따라서, 피스톤(22)과 밸브체(10)는 천천히 하강하여 밸브체(10)가 밸브시트(9)에 접촉할 때의 충격가속도가 작다.

이와 같이 제2실시형태의 진공밸브(1A)는 밸브 개방 시의 동작속도와 더불어 배기측 오리피스(42)로 밸브 밀폐 시의 동작속도를 제어하기 때문에, 벨로우즈(31)에 작용하는 충격을 작게 해서 벨로우즈(31)의 수명을 더욱 연장하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

밸브 밀폐 시의 동작속도는 배기측 오리피스(42)의 유효단면적에 의해 조정된다. 즉, 배기측 오리피스(42)의 유효단면적은 밸브체(10) 또는 피스톤(22)의 밸브 밀폐 시의 동작속도를 벨로우즈 손상을 방지하는 동작속도 범위 내로 조정하도록 상기 수학식 1,2를 이용해서 오리피스(24)의 유효단면적과 마찬가지 수순으로 조정된다. 이에 따르면, 밸브 개방 시와 더불어 밸브 밀폐 시의 동작속도를 벨로우즈 손상을 방지하도록 조정하여 벨로우즈(31)의 수명을 보다 한층 연장할 수 있다.

(제3실시형태)

이어서, 본 발명의 진공밸브에 따른 제3실시형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 도 11a는 본 발명의 제3실시형태에 따른 진공밸브(1B)의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다. 도 11b는 도 11a의 X3부 부확대도이다. 도 12는 본 발명의 제3실시형태에 따른 진공밸브(1B)의 단면도로서, 완전 개방 상태를 나타낸다.

제3실시형태의 진공밸브(1)는 "완충기구"의 일례로서 고무 에어쿠션(51)을 고정너트(27B)에 설치한 점이 제2실시형태와 다르며, 그 외에는 제2실시형태와 동일하다. 여기서는 제2실시형태와 다른 점을 중심으로 설명하며, 공통된 점은 도면에 제2실시형태와 동일한 부호를 붙여 설명을 적절히 할애한다.

제3실시형태의 진공밸브(1B)는 고무 에어큐션(51)을 탄성 변형시켜서 밸브 개방 시의 충격을 완화한다. 고무 에어쿠션(51)은 소성 변형되기 어렵게 불소 고무 등의 탄성력이 있는 고무 재질로 한다. 고무 에어쿠션(51)은 환상을 이루며, 도면 상단 개구부가 도면 하단 개구부보다 작은 산(山) 형상을 이룬다. 고무 에어쿠션(51)은 축방향으로 변형하기 쉽도록 단면이 중앙부로부터 도면 상단부 및 하단부로 갈수록 얇은 두께로 되어 있다. 이러한 고무 에어쿠션(51)은 도면의 하단 개구부가 출력축(26) 주위를 따라 고정너트(27B)에 절개해서 마련된 지지홈(52)에 끼워 결합된 상태로 고정너트(27B)로부터 탈락하지 못하도록 설치된다.

이러한 진공밸브(1B)는 피스톤(22)이 복귀스프링(30)의 탄성력에 대항해서 상승하면, 고무 에어쿠션(51)의 상단부가 제1폐쇄플레이트(19)에 밀착하여 제1폐쇄플레이트(19)와 고정너트(27B) 사이에서 에어를 밀봉한다. 그리고, 피스톤(22)이 더욱 상승하면, 밀봉된 에어가 압축되어 탄성력이 발생된다. 그 결과, 출력축(26)이나 고정너트(27B)나 피스톤(22)이 제1폐쇄플레이트(19)에 부딪히지 않으며, 만일 부딪히더라도 그 충격을 최소한으로 억제한다. 그에 따라 밸브체(10)가 파이프부재(28)에 부딪히는 충격도 완화된다.

따라서, 제3실시형태의 진공밸브(1B)는 출력축(26)이나 고정너트(27B)나 피스톤(22)이 제1폐쇄플레이트(19)에 부딪히는 충격이나 밸브체(10)가 파이프부재(28)에 부딪히는 충격의 충격가속도를 고무 에어쿠션(51)으로 완화하기 때문에, 벨로우즈(31)에 전달되는 진동이 작아진다. 그 결과, 벨로우즈(31)는 일정 위치에 응력이 집중해서 크랙이나 균열이 발생하는 것이 줄게 되어 벨로우즈(31)의 수명을 연장해서 진공밸브(1B)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

(제4실시형태)

이어서, 본 발명의 진공밸브에 따른 제4실시형태에 대해 설명한다. 도 13a는 본 발명의 제4실시형태에 따른 진공밸브(1C)의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다. 도 13b는 도 13a의 X4부 확대도이다.

제4실시형태의 진공밸브(1C)는 "완충기구"의 일례로서 스피드 콘트롤러(61)를 배기포트(41)로 마련한 점이 제2실시형태와 다르며, 그 외에는 제2실시형태와 동일하다. 여기서는, 제2실시형태와 다른 점을 중심으로 설명하며, 공통되는 점은 도면에 제2실시형태와 동일 부호를 붙여 설명을 적절히 할애한다.

제4실시형태의 진공밸브(1C)는 배기측 오리피스(42)에 의한 배기 유량제어와 더불어 스피드 콘트롤러(61)에 의해 1차실(21a)로부터 에어를 배기하는 배기속도가 조절된다. 그 결과, 진공밸브(1C)는 제2실시형태의 진공밸브(1A)와 비교해서, 피스톤(22)이 동작하기 시작하는 속도나 피스톤(22) 상승 시에 가속하는 속도를 정밀하게 제어할 수 있어 보다 정확하게 동작속도를 소정 속도로 제어할 수 있다.

(제5실시형태)

이어서, 본 발명의 진공밸브에 따른 제5실시형태에 대해 도면을 참조해서 설명한다. 도 14는 제5실시형태에 따른 진공밸브(1D)의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다.

제5실시형태의 진공밸브(1D)는 파이프부재(28) 및 복귀스프링(30)을 설치하지 않은 점 및 완충부재(14)를 설치하지 않은 점이 제2실시형태와 다르며, 그 외에는 제2실시형태와 동일하다. 여기서는 제2실시형태와 다른 점을 중심으로 설명하며, 공통된 점은 도면에 제2실시형태와 동일한 참조부호를 붙여 설명을 적절히 할애한다.

제5실시형태의 진공밸브(1D)는 조작포트(25)에 미도시된 조작유체 공급원을 접속함과 동시에, 배기측 포트(41)에도 "완충기구"의 일례로서 조작유체 공급원(미도시)을 접속하여 1차실(21a)의 내압과 2차실(21b)의 내압의 밸런스에 의해 피스톤(22)을 이동시켜서 밸브 개폐동작을 행한다. 그 결과, 진공밸브(1D)는 1차실(21a)의 조작유체를 배기포트(41)에 공급해서 내압을 승압시키고, 2차실(21b)의 조작유체를 조작포트(25)로부터 배기해서 내압을 감압시킴으로써, 피스톤(22)을 하강시켜 밸브 밀폐 동작을 행한다. 따라서, 진공밸브(1D)는 압축스프링(30)을 구비하지 않는다.

또한, 진공밸브(1D)는 에어 가압으로 밸브 개폐를 행한다. 그 결과, 출력축(26)이 안정해서 축선방향으로 직선 왕복운동함과 동시에, 에어압에 의해 피스톤(22)과 밸브체(10)의 정지 위치를 정확하게 제어할 수 있다. 따라서, 진공밸브(1D)는 파이프부재(28)를 구비하지 않는다.

이러한 제5실시형태의 진공밸브(1D)는 조작포트(25)와 배기포트(41)에 접속되는 미도시의 조작유체 제어장치에 의해 1차실(21a)과 2차실(21b)의 내압이 조정된다. 그 결과 진공밸브(1D)는, 밸브 개방 시에는 배기측 오리피스(42)에 의해 1차 실(21a)로부터의 배기유량을 규제하는 외에, 미도시의 조작유체 제어장치에 의해 배기포트(41)로부터 배기되는 배기압력이 제어된다. 그 결과, 조작포트(25)에 조작유체를 공급해서 피스톤(22)을 도면 상측으로 가압했을 때에 1차실(21a)의 에어가 압축되면서 쿠션 역할을 하여 피스톤(22)이 급상승하지 않는다. 그 결과, 피스톤(22)의 동작속도가 보다 한층 느려지게 되어, 피스톤(22)이 급상승해서 출력축(26)이나 고정너트(27) 등을 제1폐쇄플레이트(19)에 거세게 부딪히지 않도록 한다.

따라서, 제5실시형태의 진공밸브(1D)는 에어압을 조정해서 출력축(26)이나 고정너트(27)나 피스톤(22)이 제1폐쇄플레이트(19)에 접촉하기 직전에 피스톤(22)을 정지시키거나 혹은 출력축(26)이나 고정너트(27)나 피스톤(22)이 제1폐쇄플레이트(19)에 접촉했다고 하더라도 1차실(21a)에 충전된 조작유체의 에어쿠션 효과에 의해 그 충격을 최소한으로 할 수 있다. 따라서, 제5실시형태의 진공밸브(1D)에 의하면, 피스톤(22)이나 출력축(26)이나 고정너트(27)가 피스톤실(21)의 내벽을 구성하는 제1폐쇄플레이트(19)에 걸릴 경우의 충격을 최소한으로 억제하여 벨로우즈(31)에 발생하는 진동을 작게 함으로써, 벨로우즈(31)의 수명을 연장하여 내구성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 기술한 형태에 한정되지 않으며, 발명의 취지를 이탈하지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

(1)예를 들어, 상기 실시형태에서는 제2포트(8)로부터 제1포트(7)로 유체를 흘려보내지만, 제1포트(7)에서 제2포트(8)로 유체를 흘려보낼 수도 있다.

(2)예를 들어, 상기 실시형태에서는 오리피스(24)의 유효단면적에 의해 적정한 동작속도를 확보함과 동시에, 완충부재(14)나 고무 에어쿠션(51)에 의해 적정한 충격가속도를 확보하도록 했지만, 유효단면적 또는 완충부재(14,51)의 어느 일방에 의해 동작속도만 또는 충격가속도만을 적정값으로 해서 벨로우즈(31)의 수명을 연장하도록 해도 된다.

(3)예를 들어, 상기 제1실시형태의 진공밸브(1)에 있어서, 완충부재(14)를 변경해서 고무 에어쿠션(51)(도 11a,도 11b,도 12 참조)이나 판스프링, 코일스프링 등 자신의 탄성력으로 충격을 완화할 수 있는 것을 사용해도 된다.

(4)예를 들어, 상기 제2실시형태의 진공밸브(1A)에 있어서, 완충부재(14)를 변경해서 판스프링, 코일스프링 등 자신의 탄성력으로 충격을 완화할 수 있는 것을 사용해도 된다.

(5)예를 들어, 상기 제1~ 제4실시형태에서는 완충부재(14)나 에어쿠션(51)을 밸브체(10) 또는 고정너트(27A,27B)에 설치했지만, 파이프부재(28)의 하단부분이나 제1폐쇄플레이트(19)에 완충부재(14)나 고무 에어쿠션(51)을 설치하여, 밸브체(10)와 파이프부재(28)의 사이에서 발생하는 충격이나, 출력축(26) 또는 고정너트(27A,27B), 피스톤(22)과 제1폐쇄플레이트(19)의 사이에서 발생하는 충격을 완화하도록 해도 된다.

(6)예를 들어, 상기 제5실시형태의 진공밸브(1D)의 고정플레이트(11)나 고정너트(27)에 완충부재(14)나 고무 에어쿠션(51)을 설치해도 된다.

(7)예를 들어, 상기 실시형태에서는 오리피스(24)의 단면 형상을 원형으로 했지만, 소정의 유효단면적이라면 그 단면 형상은 타원형, 플라워형, 삼각형, 사각형 등 형상을 한정하지 않는다.

(8)예를 들어, 상기 제1실시형태에서는 밸브본체(35)의 일부를 구성하는 파이프부재(28)에 밸브체(10)가 걸리도록 해서 완전 개방 위치를 결정했었다. 이에 대해 종래기술과 같이 밸브체(10)에 출력축(26)을 삽입하는 파이프부를 설치하고, 그 파이프부를 밸브본체(35)의 일부를 구성하는 제2폐쇄플레이트(20)에 걸리도록 해서 완전 개방 위치를 결정해도 된다. 이 경우, 파이프부의 상단면에 완충부재(14)를 설치해도 되며, 제2폐쇄플레이트(20)의 파이프부에 대응하는 부분에 완충부재(14)를 설치해도 된다.

이상에서 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다.

도 2a는 본 발명의 제1실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 완전 개방 상태를 나타낸다.

도 2b는 도 2a의 X1부 확대도이다.

도 3은 도 1에 도시한 완충부재의 평면도이다.

도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이다.

도 5는 오리피스 직경과 동작속도의 관계를 나타내는 도면으로, 종축은 동작속도(mm/s)를 나타내고 횡축은 오리피스 직경(mm)을 나타낸다.

도 6은 벨로우즈의 수명과 동작속도의 관계를 나타내는 도면으로, 종축은 동작속도(mm/s)를 나타내고 횡축은 수명달성률(%)을 나타낸다.

도 7은 쿠션의 유무와 충격가속도의 관계를 나타내는 도면으로, 종축은 충격가속도(G)를 나타내고 횡축은 쿠션의 유무를 나타낸다.

도 8은 벨로우즈의 수명과 밸브체의 충격가속도의 관계를 나타내는 도면으로, 종축은 충격가속도(G)를 나타내고 횡축은 수명달성률(%)을 나타낸다.

도 9a는 본 발명의 제2실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다.

도 9b는 도 9a의 X2부 확대도이다.

도 10은 본 발명의 제2실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 완전 개방 상태를 나타낸다.

도 11a는 본 발명의 제3실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다.

도 11b는 도 11a의 X3부 확대도이다.

도 12는 본 발명의 제3실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 완전 개방 상태를 나타낸다.

도 13a는 본 발명의 제4실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다.

도 13b는 도 13a의 X4부 확대도이다.

도 14는 본 발명의 제5실시형태에 따른 진공밸브의 단면도로서, 밸브 밀폐 상태를 나타낸다.

도 15는 종래 진공밸브의 단면도이다.

도 16은 수명시험결과를 도시한 도면이다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 제1포트 및 제2포트와, 그 사이에 마련된 밸브시트를 구비한 밸브본체;
    상기 밸브시트에 접촉 또는 이격하는 것으로서, 완전 개방 방향으로 이동한 경우에 상기 밸브본체에 걸려 정지하는 밸브체;
    상기 밸브체에 연결되는 출력축을 구비하며, 상기 출력축을 통해 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 액츄에이터부;
    상기 밸브본체 내에서 신축되도록 상기 출력축을 둘러싸고 배치된 벨로우즈;
    상기 출력축의 바깥 주변에 위치한 파이프; 및
    밸브 완전 개방 상태에서 상기 밸브체가 상기 파이프에 걸릴 경우의 충격을 완화하고, 상기 밸브체가 상기 파이프의 하단부에 걸릴 때의 상기 밸브체의 충격가속도를 저감하여 상기 벨로우즈의 손상을 방지하는 완충부재; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
  3. 제1포트 및 제2포트와, 그 사이에 마련된 밸브시트를 구비한 밸브본체;
    상기 밸브시트에 접촉 또는 이격하는 밸브체;
    피스톤실, 상기 피스톤실 내에 슬라이딩되도록 장전된 소형 피스톤 및 대형 피스톤 및 상기 소형 피스톤에 일체적으로 마련됨과 동시에, 상기 밸브체에 연결된 출력축을 구비하되, 상기 소형 피스톤 및 상기 대형 피스톤은 조작유체의 압력변동에 의해 동작되고, 상기 밸브체에 구동력을 부여하는 액츄에이터부;
    상기 밸브본체 내에서 신축되도록 상기 출력축을 둘러싸고 배치된 벨로우즈; 및
    상기 소형 피스톤 또는 상기 소형 피스톤이 걸리는 상기 피스톤실의 내벽에 부착되고, 상기 소형 피스톤 또는 상기 출력축이 축 방향으로 이동해서 상기 피스톤실의 내벽에 걸릴 경우의 충격을 완화하고, 상기 소형 피스톤이 상기 피스톤실의 내벽에 걸릴 때의 충격가속도를 저감해서, 상기 벨로우즈의 손상을 방지하는 완충기구; 를 구비하는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 액츄에이터부는 조작 포트를 포함하며,
    상기 조작 포트는 오리피스를 포함하고,
    상기 오리피스는 상기 벨로우즈의 손상을 방지하기 위해 상기 밸브체 및 상기 피스톤의 동작속도를 미리 결정된 속도로 제어하도록 결정된 유효단면적을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 액츄에이터부는 조작 포트를 포함하며,
    상기 조작 포트는 오리피스를 포함하고,
    상기 오리피스는 상기 벨로우즈의 손상을 방지하기 위해 상기 밸브체 및 상기 피스톤의 동작속도를 미리 결정된 속도로 제어하도록 결정된 유효단면적을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 진공밸브.
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