상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 진공조절 압력용 밸브는 이하에서 구체적으로 설명하는 바와 같이, 메인포트(mainport)간의 유로의 밸브 받침을 개폐하는 밸브 부재를 구비한 밸브 본체부와, 상기 밸브 부재의 개폐를 조작하는 실린더부와, 상기 밸브 부재의 개도를 설정하는 밸브 개도 조절부와, 진공 챔버의 압력을 검출하는 압력 센서의 출력에 의거하여 상기 밸브 부재의 개도를 제어하는 밸브 제어부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로는 상기 밸브 본체부는, 진공 챔버 및 진공 펌프에 접속하기 위한 제1메인포트 및 제2메인포트와, 이들 양쪽 메인포트를 연결하는 유로와, 그 유로 중에 상기 제1메인포트의 주위를 둘러싸도록 설치된 밸브 받침을 구비한 밸브 하우징(valve housing)과, 그 밸브 하우징 내에 설치되어 있는 상기 밸브 받침을 개폐하는 밸브 부재와, 이 밸브 부재로부터 상기 밸브 하우징의 축선 방향으로 연장되어서 선단(先端)이 실린더부에 도달하는 밸브 샤프트(valve shaft)와, 상기 밸브 부재를 밸브 받침의 폐쇄 방향을 향하여 가압하는 복귀 스프링을 구비한다.
또한 상기 실린더부는, 상기 밸브 샤프트의 선단에 부착된 피스톤과, 이 피스톤에 상기 밸브 부재가 개방하는 방향으로 유체압력을 작용시키는 수압실과, 이 수압실에 파일럿 유체를 급배(給排)하기 위한 파일럿 포트(pilot port)를 구비한다.
또한 상기 밸브 개도 조절부는, 상기 피스톤의 배면(背面)을 향하여 돌출하여 그 피스톤의 이동범위를 제한하는 스토퍼와, 그 스토퍼에 설치된 이동자를 회전-직선운동 변환기구를 통하여 임의의 위치까지 무단계(無段階)로 전후진(前後進) 구동하는 전동모터를 구비한다.
또한 상기 전동모터에서 상기 스토퍼를 변위시켜서 상기 피스톤에 의한 상기 밸브 부재의 개도를 제어하는 밸브 제어부는, 상기 전동모터의 회전량을 검출하는 회전량 센서와, 상기 진공 챔버의 압력을 검출하는 압력 센서와, 상기 파일럿 포트에 파일럿 유체를 급배하는 전자 밸브와, 압력 설정치의 신호 및 상기 압력 센서로부터의 압력신호에 의거하여 밸브 부재의 개도를 적절하게 설정하기 위한 스토퍼 위치에 대한 신호를 상기 전동모터의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러로 출력하고 또한 상기 수압실 내의 유체압력이 피스톤의 구동제어에 필요한 압력이 되도록 제어하기 위한 제어신호를 상기 전자 밸브로 출력하는 메인 컨트롤러와, 그 메인 컨트롤러로부터의 스토퍼 위치에 대한 신호와 상기 회전량 센서로부터의 신호에 의거하여 상기 전동모터를 제어하는 상기 모터 컨트롤러를 구비한다.
상기 구성을 구비하는 진공조절 압력용 밸브에 있어서는, 상기 메인 컨트롤러가, 상기 압력 센서로부터의 압력신호와 주어진 압력 설정치를 비교하여 전동모터의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러로 밸브 부재의 개도를 적절하게 설정하기 위한 스토퍼 위치에 대한 신호를 출력하고, 또한 수압실 내의 유체압력이 피스톤의 구동제어에 필요한 압력이 되도록 제어하기 위한 제어신호를 상기 전자 밸브로 출력하고, 이에 의하여 상기 전동모터가 정회전 또는 역회전하여 상기 스토퍼를 지정된 위치까지 이동시키고, 또한 상기 전자 밸브로부터 실린더부의 수압실 내에 파일럿 유체가 공급되어, 그 파일럿 유체의 유체압력에 의하여 상기 피스톤을 상기 복귀 스프링의 탄성력에 저항하여 상기 스토퍼와 닿는 위치까지 이동하여, 밸브 부재가 필요한 만큼 열린다. 이 밸브 개도는 상기 전동모터의 회전량에 의하여 실질적으로 무단계로 조정할 수 있다. 또한 상기 수압실 내의 파일럿 유체를 배출하여 그 실의 유체압력을 저하시킴으로써, 상기 복귀 스프링의 탄성력으로 상기 밸브 부재를 닫을 수 있다.
상기 진공조절 압력용 밸브는, 전동모터에 의하여 상기 스토퍼를 이동시켜서 위치를 결정하고 그 스토퍼에 상기 피스톤을 닿게 하여 상기 피스톤의 동작 위치를 제어하고 있기 때문에, 그 스토퍼의 신속하고 정확한 위치결정에 의하여 상기 밸브 부재의 위치를 신속하고 정확하게 결정할 수 있고, 그 때문에 상기 밸브 부재의 개도를 정확하게 제어할 수 있다. 아울러 제어성이 우수하고, 진공 챔버 내의 진공압력을 정확하게 조정할 수 있고, 또한 상기 전동모터는 스토퍼의 위치를 결정하기 위해서만 사용되고 있으므로 소형의 저렴한 것을 이용할 수 있어, 전력절감, 소형화에 의하여 경제성이 우수하다.
본 발명의 구체적인 구성 태양에 있어서는, 상기 회전-직선운동 변환기구가 상기 전동모터의 출력축의 회전을 상기 이동자의 직선운동으로 변환하는 볼 나사로 구성된다.
또한 본 발명의 다른 구체적인 구성 태양에 있어서는, 상기 전자 밸브를 제1 및 제2의 두개의 2포트 밸브로 구성하고, 그 제1밸브의 입력측이 공기압원(空氣壓源)에 접속되고 그 제2밸브의 출력측이 대기로 개방되어, 그 제1밸브의 출력측과 그 제2밸브의 입력측을 상기 파일럿 포트에 접속되게 할 수 있지만, 그 전자 밸브를 단일 3포트 밸브로 구성하고 그 3포트 밸브를 공기압원으로부터의 압축공기를 상기 파일럿 포트에 급배할 수 있도록 접속하게 할 수도 있다.
본 발명의 또 다른 구체적인 구성 태양에 있어서, 상기 전자 밸브를 그 출력압을 조정할 수 없는 단순한 방향절환밸브(方向切換valve)라고 한 경우에는, 상기 메인 컨트롤러가, 전동모터의 구동에 있어서 적어도 밸브 부재의 밸브 개도를 작게 하는 방향으로 전동모터를 구동할 때에는, 상기 수압실의 압력을 배출하고 그 전동모터에 의하여 상기 회전-직선운동 변환기구를 통하여 이동자를 구동하는 구동력을 경감시키는 기능을 구비하는 것으로서 구성된다.
한편 상기 전자 밸브를 파일럿 포트에 공급하는 파일럿 유체의 압력을 제어하여 공급할 수 있는 것이라고 한 경우에는, 전동모터의 구동에 있어서 상기 수압실의 압력을 제어된 일정 압력까지 저하시켜 그 전동모터에 의하여 상기 회전-직선운동 변환기구를 통하여 이동자를 구동하는 구동력을 경감시키는 기능을 상기 메인 컨트롤러가 구비하는 것으로서 구성된다.
상기 메인 컨트롤러에 이러한 기능을 갖게 하면, 상기 전동모터를 스토퍼의 위치결정에만 사용하는 소형의 저렴한 것으로 할 수 있어, 전력절감, 소형화에 의하여 경제성이 보다 우수해진다.
(실시예)
도1은, 본 발명에 관한 진공조절 압력용 밸브의 바람직하고 대표적인 한 실시예를 나타내는 것이다. 이 밸브는 메인포트11, 12사이의 유로13을 개폐하는 밸브 부재15를 구비한 밸브 본체부1과, 상기 밸브 부재15를 개폐 조작하는 실린더부2와, 상기 밸브 부재15의 개도를 설정하는 밸브 개도 조절부3과, 진공 챔버5의 압력을 검출하는 압력 센서60의 출력에 의거하여 상기 밸브 부재15의 개도를 제어하는 밸브 제어부4로 되어 있고, 상기 밸브 본체부1과 실린더부2와 밸브 개도 조절부3은 밸브의 축선L을 따라 직렬로 결합되어 있다.
상기 밸브 본체부1은, 실질적으로 원기둥 모양 또는 각기둥 모양을 한 중공(中空)의 밸브 하우징10을 구비하고 있다. 이 밸브 하우징10에는 진공 챔버5에 접속하기 위한 제1메인포트11과 진공 펌프6에 접속하기 위한 제2메인포트12가 설치되어 있고, 상기 제1메인포트11은 밸브 하우징10의 제1단부(端部)10a 측에 있어서 밸브의 축선L 방향으로 개구(開口)하고, 제2메인포트12는 밸브 하우징10의 측면에 상기 축선L과 직교하는 방향으로 개구하고 있다. 또한 상기 밸브 하우징10의 내부에는 상기 양쪽 메인포트11, 12를 연결하는 상기 유로13이 형성된다. 아울러 상기 제1메인포트11에는, 이 유로13으로 개구하는 개구부11a의 주위를 둘러 싸도록 밸브 받침14가 형성되어 있다.
상기 밸브 하우징10의 내부에는 상기 밸브 받침14를 개폐하는 포핏식(poppet式)의 상기 밸브 부재15가 상기 밸브 받침14와 동축(同軸)으로 설치되어 있다. 이 밸브 부재15는 디스크형으로 되어 있어서 전면(前面)의 외주(外周) 근방의 위치에, 상기 밸브 받침14에 붙었다 떨어졌다하는 고리 모양을 한 고무 탄성재제로 만든 밸브 씰부재(valve seal部材)17이 부착되어 있다.
상기 밸브 부재15의 배면 중앙부(背面 中央部)에는 밸브 샤프트20의 기단부가 부착되어 있다. 이 밸브 샤프트20은 밸브 하우징10의 내부를 상기 축선L을 따라 연장되고, 그 선단부는 밸브 본체부1과 실린더부2를 구획하는 분리벽31을 관통하여 그 실린더부2의 내부로 연장되어 피스톤32에 연결되어 있다.
또한 상기 밸브 부재15의 배면에는 스프링 받침22가 형성되어 있고, 이 스프링 받침22와 상기 분리벽31의 사이에 상기 밸브 부재15를 폐쇄하는 방향으로 탄성력을 부여하는 코일 모양의 복귀 스프링23이 설치되어 있다. 이 복귀 스프링23은 동축(同軸)으로 배치된 큰 직경의 제1스프링23a와 작은 직경의 제2스프링23b로 구성되어 있다. 또한 상기 밸브 부재15의 배면에는, 상기 밸브 샤프트20과 그 외주에 결합하는 슬리브(sleeve)21 및 복귀 스프링23의 주위를 둘러 싸고 신축 가능한 벨로우즈(bellows)24가 설치되어 있다. 이 벨로우즈24는 금속 등의 내식성 소재(耐蝕性 素材)로 형성되고, 그 일단이 상기 밸브 부재15의 배면에 부착되고 타단이 밸브 하우징10의 끝 부분과 상기 분리벽31의 사이에 설치된 지지 플레이트25에 부착되어 있어, 상기 밸브 부재15의 개폐에 따라 신축하는 것이다. 또 상기 벨로우즈24의 내측 공간은 도면에 나타나 있지 않은 구멍을 통하여 외부로 개방되어 있다.
상기 실린더부2는 상기 밸브 하우징10의 제2단부10b 측에 동축으로 결합된 실린더 하우징30을 구비하고 있다. 이 실린더 하우징30은 상기 밸브 하우징10과 같은 원기둥 모양 또는 4각기둥 모양을 하고 있어서, 축선L 방향의 일단측에 이 밸브 하우징10과의 사이를 구획하는 상기 분리벽31을 구비하고 또한 내부에 실린더 구멍33을 구비하고, 이 실린더 구멍33의 내부에 상기 피스톤32가 씰부재34와 웨어링(wear ring)35를 사이에 두고 슬라이딩 하도록 수용되어 있다. 그리고 상기한 바와 같이 밸브 샤프트20이 슬라이딩 하여 상기 분리벽31을 관통하여 실린더 구멍33내로 연장되어 그 선단부가 상기 피스톤32에 연결되어 있다.
상기 피스톤32의 일면에 있어서 그 피스톤32와 상기 분리벽31과의 사이에는 수압실37이 형성되고, 이 수압실37이 상기 실린더 하우징30의 측면으로 개구하는 파일럿 포트38에 접속되어 있다. 상기 피스톤32의 다른 면측은 외부로 개방하는 호흡실39로 되어 있다.
상기 밸브 개도 조절부3은, 도1에 나타나 있는 바와 같이 상기 실린더 하우징30의 끝부분에 동축으로 결합된 커버 블록40과, 그 내부에 조립되어 상기 피스톤30의 배면에 선단이 접촉하는 원통 모양을 한 스토퍼41과, 그 스토퍼41에 설치된 이동자51을 회전-직선운동 변환기구47을 통하여 축선L 방향의 임의의 위치까지 무단계로 전후진 구동하는 전동모터45를 구비하고 있다.
상기 전동모터45는 정역회전(正逆回轉) 가능한 모터이며, 그 정역회전운동을 왕복 직진 운동으로 변환하는 상기 변환 기구47은, 상기 전동모터45의 출력축46의 회전을 상기 스토퍼41에 설치된 이동자51의 직선운동으로 변환하는 볼 나사로 구성되어 있다.
상기 볼 나사는, 전동모터45의 출력축46에 형성된 나사부50과, 그 나사부50에 비회전의 상태에서 상기 모터45의 출력축46의 축선 방향으로 이동하도록 볼을 사이에 두고 삽입된 너트부52를 구비하는 상기 이동자51로 구성되어 있고, 그 이동자51에 상기 스토퍼41의 기단부가 나사53으로 연결되어 있다.
상기 커버 블록40은 상기 실린더 하우징30과 같은 원기둥 모양 또는 4각기둥 모양을 하고 있고, 상기 모터45는 상기 커버 블록40에 형성된 모터실(motor室)48 내에 설치되어 있고, 상기 변환 기구47은 상기 모터실48과 상기 실린더부2의 호흡실39를 연결하는 중공부(中空部)49 내에 수용되어 있다. 그리고 상기 스토퍼41의 선단41a는 자유단(自由端)이 되어서 상기 중공부49로부터 돌출하여 상기 피스톤32의 배면의 중앙부와 마주보도록 배치되어 있다.
또한 상기 커버 블록40 내에는, 상기 밸브 제어부4의 일부를 구성하고 상기 전동모터45의 출력축46의 회전량을 검출하고 그 신호를 상기 밸브 제어부4로 출력하며 로타리 인코더(rotary encoder)로 이루어지는 회전량 센서54가 설치되어 있다.
밸브 제어부4는 상기 회전량 센서54와, 진공 챔버5의 압력을 검출하는 압력 센서60과, 상기 파일럿 포트38에 파일럿 유체를 공급하고 배출하는 전자 밸브62와, 압력 설정치에 대한 신호 및 상기 압력 센서60으로부터의 압력신호에 의거하여 상기 전동모터45의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러64로 밸브 부재15의 개도를 적절하게 설정하기 위한 스토퍼 위치에 대한 신호를 출력하고 또한 상기 수압실37 내의 유체압력이 피스톤32의 구동제어에 필요한 압력이 되도록 제어하기 위한 제어신호를 상기 전자 밸브62로 출력하는 메인 컨트롤러63과, 그 메인 컨트롤러63으로부터의 스토퍼 위치에 대한 신호와 상기 회전량 센서54로부터의 신호에 의거하여 상기 전동모터45를 제어하는 상기 모터 컨트롤러64를 구비하고 있다.
상기 전자 밸브62는 제1 및 제2의 두개의 2포트 밸브62a, 62b로 구성되어, 그 제1밸브62a의 입력측이 공기압원65에 접속되고 그 제2밸브62b의 출력측이 대기로 개방되고, 그 제1밸브62a의 출력측과 그 제2밸브62b의 입력측을 접속하는 관로(管路)66이 관로67을 통하여 상기 파일럿 포트38에 접속되어 있다.
상기 제1 및 제2의 2포트 밸브62a, 62b는 상기 메인 컨트롤러63으로부터의 제어신호에 의하여 개폐되지만, 공기압원65로부터 상기 수압실37로 공급되는 파일럿 유체를 그 제1밸브62a에 의하여 통과시키거나 차단시키고, 또한 상기 수압실37로부터 배출되는 파일럿 유체를 그 제2밸브62b에 의하여 통과시키거나 차단시킴으로써 이들 밸브62a, 62b를, 출력압력을 조정하지 않는 하나의 3포트 방향절환밸브로서 기능하게 할 수 있다.
그 때문에 상기 제1 및 제2의 2포트 밸브62a, 62b 대신에 단일 3포트 밸브를 이용하여, 그 3포트 밸브를 공기압원65로부터의 압축공기를 상기 파일럿 포트38로 공급하고 배출할 수 있도록 접속할 수도 있다.
한편 상기 메인 컨트롤러63으로부터의 제어신호에 의하여 상기 제1 및 제2밸브62a, 62b를 짧은 시간간격으로 개폐하고, 그 개폐 시간을 적당하게 조정함으로써 공기압원65로부터 수압실37로 공급하는 압축공기를 공기압원의 압력보다도 낮은 임의의 압력으로 조정하여 공급할 수 있다.
상기 제1 및 제2의 2포트 밸브62a, 62b 대신에 단일 3포트 밸브를 사용하는 경우에도, 그 3포트 밸브에 압력조정 기능이 있게 하여 그것을 메인 컨트롤러63으로 제어함으로써 공기압원65로부터의 압축공기를 상기 파일럿 포트38로 압력을 조정하면서 공급할 수 있다.
상기 구성을 구비하는 진공조절 압력용 밸브에 있어서, 상기 진공 챔버5의 압력을 내리기 위하여 상기 밸브 받침14를 개방할 때에는, 상기 메인 컨트롤러63에 있어서 상기 압력 센서60으로부터의 압력신호와 그 메인 컨트롤러63에 주어진 압력 설정치를 비교하고, 전동모터45의 구동을 제어하는 모터 컨트롤러64로 밸브 부재15의 개도를 적절하게 설정하기 위한 스토퍼 위치(전동모터의 회전량)의 신호가 출력된다. 이에 따라 모터 컨트롤러64에 의한 제어에 의하여 상기 전동모터45가 정회전 또는 역회전하고, 회전-직선운동 변환기구47을 통하여 상기 스토퍼41을 지정된 위치까지 이동시킨다. 상기 스토퍼41의 위치는, 항상 회전량 센서54에 있어서 전동모터45의 회전량으로서 검출되어, 그것이 상기 모터 컨트롤러64로 피드백(feed back) 된다.
한편 상기 전자 밸브62는 상기 메인 컨트롤러63으로부터의 신호에 의하여 구동되어, 밸브 부재15를 상기 스토퍼41에 의하여 설정된 개도까지 여는 경우에는 상기 제1의 전자 밸브62a를 열고, 제2의 전자 밸브62b를 닫음으로써, 수압실37에 파일럿 유체가 공급되어 그 파일럿 유체의 유체압력에 의하여 상기 피스톤32가 복귀 스프링23의 탄성력에 저항하여 스토퍼41과 닿는 위치까지 이동하여, 밸브 부재15가 필요한 만큼 열린다. 이 밸브 개도는 메인 컨트롤러63에 있어서 상기 압력 센서60으로부터의 압력신호에 의거하여 상기 전동모터45의 회전량을 변경하여 상기 스토퍼41의 설정 위치를 변경함으로써 실질적으로 무단계로 조정할 수 있는 것이다.
또한 상기 제1 및 제2의 전자 밸브62a, 62b의 절환(切換)에 의하여 상기 수압실37 내의 파일럿 유체를 배출하여 그 실의 유체압력을 저하시킴으로써, 상기 복귀 스프링23의 탄성력으로 밸브 부재15를 닫을 수 있다.
상기 전동모터45는 스토퍼41의 위치조정에만 사용하기 때문에 가급적 소형의 저렴한 것으로 하는 것이 좋지만, 이 경우에 그 스토퍼41에 피스톤32의 구동력이 작용하고 있는 상태에서는, 전동모터45를 회전 구동하여 스토퍼41의 위치조정을 하는 것은 곤란하다. 또한 볼 나사로 구성되는 회전-직선운동 변환기구47에도 큰 부담을 주게 된다.
이러한 문제에 대처하기 위하여, 상기 메인 컨트롤러63에, 전동모터45의 구동에 있어서 적어도 밸브 부재15의 밸브 개도를 작게 하는 방향으로 전동모터45를 구동할 때에는 상기 수압실37의 압력을 배출 즉 저하시켜 그 전동모터45에 의하여 상기 회전-직선운동 변환기구47을 통하여 이동자51을 구동하는 구동력을 경감시키는 기능을 갖게 할 수 있다. 또, 밸브 부재15의 밸브 개도를 작게 하는 방향으로 전동모터45를 구동할 때 뿐만 아니라, 역방향으로 전동모터45를 구동할 때에도 마찬가지로 수압실37의 압력을 배출 즉 저하시킬 수 있다.
또한 상기 전자 밸브62가, 전술한 바와 같이 파일럿 포트38에 공급하는 파일럿 유체의 압력을 제어하여 공급할 수 있는 것인 경우에는, 전동모터45의 구동에 있어서 상기 수압실37의 압력을 제어된 일정 압력까지 저하시켜 그 전동모터45에 의하여 상기 회전-직선운동 변환기구47을 통하여 이동자51을 구동하는 구동력을 경감시키는 기능을 상기 메인 컨트롤러63에 갖게 할 수 있다. 또 밸브 부재15의 밸브 개도를 크게 하는 방향으로 전동모터45를 구동할 때에는, 필요 없으면 수압실37의 압력을 배출 즉 저하시키지 않아도 좋다.
또한 이 파일럿 유체의 압력을 제어하는 경우에는, 수압실37에 파일럿 유체를 공급하여 피스톤32를 스토퍼41로 밀 때에, 그 수압실37에 공급하는 압력을 제어하여, 스토퍼41을 지지하는 상기 회전-직선운동 변환기구47이나 전동모터45에 대하여 작용하는 피스톤32의 구동력의 부담을 경감시킬 수 있다. 이 경우에 수압실37에 그 내부의 압력을 검출하는 압력 센서를 설치하고, 그 검출 압력을 메인 컨트롤러63에 피드백 할 수도 있다.
상기 구성을 구비하는 진공조절 압력용 밸브는, 모터 컨트롤러64에 의하여 제어되는 전동모터45에 의하여 상기 스토퍼41을 이동시켜서 정확하게 그 위치를 결정하고, 그 스토퍼41에 피스톤32를 닿게 하여 상기 피스톤32의 동작 위치를 제어하고 있기 때문에, 스토퍼41의 신속하고 정확한 위치결정에 의하여 상기 밸브 부재15의 위치를 신속하고 정확하게 결정할 수 있고, 상기 밸브 부재15의 개도를 정확하게 제어할 수 있다. 아울러 제어성이 우수하고, 또한 상기 전동모터45는 스토퍼41의 위치를 결정하기 위해서만 사용되고 있으므로 소형의 저렴한 것을 사용할 수 있어, 전력절감, 소형화에 의하여 경제성이 우수하다.
이상에 있어서 본 발명의 진공조절 압력용 밸브에 대하여 상세히 설명했지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 특허청구범위에 기재된 발명의 정신을 일탈하지 않는 범위에서, 설계에 있어서 다양한 변경을 할 수 있다.