KR100927896B1 - 유체제어밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 유체제어밸브에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면 PTFE(폴리 테트라 플루오르 에틸렌)와 매우 유사한 특성을 가지고 있으며 사출성형으로 부품의 성형이 가능하여 생산성 및 성능향상을 동시에 충족시킬 수 있는 불소수지 PFA(테드라 플루오르에틸렌-페르플루오트 알킬비닐에테르 공중합체)를 유체제어밸브(수동밸브 및 자동밸브)의 주 구성품인 바디 및 다이어프램의 CAE(CAPA : Computer Aided Plastics Application)에 적용하여 금형 및 사출 성형조건을 최적화시킴으로써, 부품과 금형설계, 성형조건 설정 등을 보다 용이하도록 하여 초기단계의 시행착오에 따르는 손실비용과 인적, 물적 손실을 줄이고 생산효율을 극대화시킨 유체제어밸브에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 자동유체제어밸브의 보다 용이한 결합을 위해 잠금기능이 추가로 형성된 상하부케이스를 각각 제조함으로써, 제조효율을 향상시킴은 물론, 유체제어밸브(수동 및 자동밸브) 내부에 구성된 다이어프램의 구조를 원활한 유연성 확보 및 반복동작으로 인한 백화현상 혹은 미세한 갈라짐 현상을 방지하도록 원 중심부와 외곽 둘레 사이 중앙위치에 반원형태의 굴곡이 형성되도록 한 것이다.
반도체, 유체제어밸브, PFA, 사출성형

Description

유체제어밸브{FLUID CONTROL VALVE}
본 발명은 반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 유체제어밸브에 관한 것으로써, 유체제어밸브(수동 및 자동밸브)의 바디 및 다이어프램을 PFA(테드라 플루오르에틸렌-페르플루오트 알킬비닐에테르 공중합체) 불소수지로 사출성형함으로써, 생산성 및 성능향상을 극대화시킨 유체제어밸브에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 자동유체제어밸브의 보다 용이한 결합을 위해 잠금기능이 추가로 형성된 상하부케이스를 각각 제조함으로써, 자동유체제어밸브 내부에 형성된 스프링의 장력에 의해 제조효율이 낮아지는 종래의 문제점을 해결함은 물론, 유체제어밸브(수동 및 자동밸브) 내부에 구성된 다이어프램의 구조를 원 중심부와 외곽 둘레 사이 중앙위치에 반원형태의 굴곡을 형성함으로써 원활한 유연성 확보 및 반복동작으로 인한 백화현상 혹은 미세한 갈라짐 현상을 방지하도록 한 유체제어밸브에 관한 것이다.
종래는 반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 유체제어밸브의 주 구 성품인 바디 및 다이어프램을 PTFE(폴리 테트라 플루오르 에틸렌) 기계가공 생산방식을 이용한 것으로, 기밀성을 높이기 위하여 피팅부에 높은 치수 정밀도가 요구됨에 따라 비교적 정밀도가 높은 NC 가공 또는 CNC에 의해 형상을 만드는 정밀기계가공에 의해 생산되고 있는 실정이다.
상기 PTFE는 융점 327℃의 결정성 폴리머로써 연속사용온도 260℃이고 -268℃에서 고온까지 사용할 수 있으며, 내약품성은 유기재료 중에서는 최고로 산, 알칼리, 각종 용제에는 전혀 침해되지 않고, 불소가스, 용융 알칼리금속, 3불호염소 등의 특수약품의 가혹조건에서만 침해되는 재료이다.
그러나 상기 기계가공에 의한 제조방식은 높은 가공정밀도를 달성할 수 있는 장점이 있는데 반면, 현장관리가 어려울 뿐만 아니라 제조원가가 높고 생산성이 낮아 기업체에 상당한 부담이 되고 있는 실정이다.
이처럼 국내ㆍ외 반도체 화학약품용, 순수용 유체의 제어용 다이어프램 밸브는 70%가 수입에 의존하고 있는 실정이며, 국내에서는 PTFE 재료를 이용하여 밸브바디 및 다이어프램을 기계가공에 의해 형상을 제작함으로서 치수 정밀도는 비교적 높으나 낮은 생산성과 가공방식에 따른 장비 및 장비 유지에 필요한 기술자 확보 등의 현장 관리에 애로가 있으므로 사출성형법 등을 적용한 효율적 제조방법으로 변경이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 종래의 자동유체제어밸브는 상하부케이스를 접촉시킨 후, 상부케이스 상부 일측면에 형성된 홀에 나사 등을 이용해 상하부케이스를 결합하는 방법이나, 이러한 종래의 결합 구조는 상부케이스 내부에 구성된 스프링의 장력에 의해 스프 링 장력보다 큰 힘을 주어 상부케이스를 하부케이스에 접촉 고정시켜야하기 때문에 자동유체제어밸브의 제조 어려움 및 제조시간이 늘어나는 등의 효율성이 떨어진다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같이 반도체 유체제어밸브의 제조에 있어 발생되는 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 PTFE와 매우 유사한 특성을 가지고 있으며 사출성형으로 부품의 성형이 가능하여 생산성 및 성능향상을 동시에 충족시킬 수 있는 불소수지 PFA를 유체제어밸브 바디 및 다이어프램의 CAE(CAPA : Computer Aided Plastics Application)에 적용하여 금형 및 사출 성형조건을 최적화시킴으로써, 부품과 금형설계, 성형조건 설정 등을 보다 용이하도록 하여 초기단계의 시행착오에 따르는 손실비용과 인적, 물적 손실을 줄이고 생산효율을 극대화시킨 유체제어밸브를 제공하는데 있다.
본 발명은 또한, 자동유체제어밸브의 보다 용이한 결합을 위해 잠금기능이 추가로 형성된 상하부케이스를 각각 제조함으로써, 자동유체제어밸브의 제조에 따른 종래의 어려움을 해결함은 물론, 유체제어밸브(수동 및 자동밸브) 내부에 구성된 다이어프램의 구조를 원 중심부와 외곽 둘레 사이 중앙위치에 반원형태의 굴곡이 형성되도록 하여 원활한 유연성 확보 및 반복동작으로 인한 백화현상 혹은 미세한 갈라짐 현상을 방지하도록 한 유체제어밸브를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유체제어밸브는 반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 유체제어밸브(수동 및 자동밸브)에 있어서, 수동유체제어 밸브 및 자동유체제어밸브의 내부에 각각 구성된 바디 및 다이어프램을 PFA 불소수지를 통한 사출성형방식으로 제조한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 자동유체제어밸브는 상부 네모서리에 나사홀이 형성되고, 좌우 일측면에 직사각형 모양의 결합돌기가 각각 형성된 결합부가 하부쪽으로 돌출 형성된 상부케이스; 및 상기 상부케이스 하부에 형성된 결합부와 동일한 직경을 갖는 결합부 홀이 내부 상부에 형성되고 상기 나사홀과 부합되는 상부 네모서리 위치에 4개의 나사홀이 형성되며, 상기 결합부 홀 좌우 일측면에 상기 결합부의 결합돌기와 부합되는 위치에 형성된 결합 가이드 홈이 각각 형성된 하부케이스로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 수동유체제어밸브 및 자동유체제어밸브의 다이어프램은 원 중심부와 외곽 둘레 사이 중앙위치에 응력편차가 최소가 되도록 반원형태의 굴곡을 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 유체제어밸브는 다음과 같은 여러 가지 뛰어난 효과가 있다.
첫째, PFA 밸브 바디 및 다이어프램을 사출성형화 함으로서 온도 및 압력변화 등 환경변화에 대한 액체 특성이 뛰어난 제품을 제조할 수 있다는 잇점이 있다.
둘째, PTFE 재료를 기계 가공하는 기존의 제조방식 대신에 PFA 사출성형으로 제조함으로써 관리항목을 줄일 수 있음은 물론, 균일하고 향상된 품질의 제품을 제조하여 생산성을 향상시킬 수 있다는 잇점이 있다.
셋째, 밸브 바디 및 다이어프램을 사출성형으로 제조함으로서 제조원가(인건비, 원재료비)를 최소화 할 수 있어 제조원가를 낮출 수 있다는 잇점이 있다.
넷째, 사출성형에 의한 제조법으로 생산현장의 효율적 관리가 가능하며, 최소의 생산인력 투입으로 생산 효율을 극대화시킬 수 있다는 잇점이 있다.
다섯째, PFA 제품으로서 기존 PTFE 가공제품에 비해 파티클 발생 억제 및 강도증가로 인한 제품 변형방지 등 품질을 향상시킬 수 있다는 잇점이 있다.
여섯째, 잠금기능이 추가로 형성되도록 자동유체제어밸브의 상하부케이스 구조를 개선함으로써, 자동유체제어밸브의 제조효율을 향상시켯다는 잇점이 있다.
일곱 번째, 다이어프램의 구조를 원 중심부와 외곽 둘레 사이 중앙위치에 반원형태의 굴곡이 형성되도록 함으로써, 보다 원활한 유연성 확보 및 반복동작으로 인한 백화현상 및 미세한 갈라짐 현상을 방지하여 내구성을 향상시켰다는 잇점이 있다.
이하, 본 발명에 의한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 유체제어밸브의 수동밸브를 나타낸 사시도, 도 2는 도 1의 수동밸브의 바디 및 다이어프램을 나타낸 부분단면도, 도 3은 본 발명의 유체제어밸브의 다른 실시예인 자동밸브를 나타낸 사시도, 도 4는 도 3의 자동밸브의 잠금장치 부분을 나타낸 결합사시도, 도 5는 도 3의 자동밸브의 바디 및 다이어프램을 나타낸 부분단면도, 도 6a는 종래의 유체제어밸브에 사용되는 다이어프램을 나타낸 사시도, 도 6b는 본 발명의 유체제어밸브의 다이어프램을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이 본 발명은 반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 유체제어밸브 즉, 수동유체제어밸브(10) 및 자동유체제어밸브(20) 각각의 바디(11)(27) 및 다이어프램(12)(28)을 PFA(테드라 플루오르에틸렌-페르플루오트 알킬비닐에테르 공중합체) 불소수지 재료를 이용해 사출성형 방식을 통해 제조한다.
상기 PFA는 융점 301℃, 연속 사용온도 260℃이며 사출성형이나 압출성형이 가능하고, 내약품성이나 기타특성은 PTFE와 동일하거나 그와 비슷한 특성을 지닌 불소수지이다. 이러한 상기 PFA 불소수지는 PTFE와 유사한 특성을 지니고 복잡한 성형품도 사출성형으로 제조할 수 있는 장점이 있어 최근에는 반도체 공정 분야에서 급속히 사용되고 있는 재료이다.
상기와 같이 유체제어밸브의 바디(11)(27) 및 다이어프램(12)(28)을 PFA 불소수지를 통한 사출성형 제조를 함으로써, 종래의 PTFE 기계방식에 비해 생산성의 향상은 물론 제조원가를 절감할 수 있다.
본 발명은 또한, 자동유체제어밸브(20)는 상하부케이스(21)(22)가 잠금기능에 의해 결합되도록 제조되며, 이러한 상하부케이스(21)(22)의 구조는 다음과 같다.
상부케이스(21)는 하부에 좌우 일측면에 직사각형모양의 결합돌기(23)가 각각 형성된 결합부(24)가 돌출 형성되고 상부 네모서리에는 나사(도시 생략)등을 통 해 상하부케이스(21)(22)의 체결이 가능하도록 4개의 나사홀(29)이 각각 형성된다.
하부케이스(22)는 상기 하부케이스(22) 내부 상부에는 상기 상부케이스(21) 하부에 형성된 결합부(24)와 동일한 직경을 갖는 결합부 홀(25)이 형성되며 상기 결합부 홀(25) 좌우 일측면에는 상기 결합부(24) 좌우 일측면에 형성된 결합돌기(23)와 부합되는 위치에 결합 가이드홈(26)이 각각 형성되며, 상기 상부케이스(21)의 나사홀(29) 위치와 부합되는 상부면 네모서리에 4개의 나사홈(30)이 각각 형성된다.
상기와 같이 형성된 자동유체제어밸브(20)의 상하부케이스(21)(22) 결합방법은 상부케이스(21)의 결합돌기(23)와 하부케이스(22)의 가이드홈(26)이 부합되도록 하부케이스(22)의 상부 결합부 홀(25)에 상부케이스(21)의 결합부(24)를 삽입시킨 후, 상부케이스(21)를 90°돌려서 결합시킨다. 이에 따라 상기 상부케이스(21) 상부 네모서리에 각각 형성된 4개의 나사홀(29)과 나사홈(30)을 통해 나사(도시 생략) 등을 체결함으로써 상하부케이스(21)(22)의 결합이 완료된다.
상기 상부케이스(21)와 하부케이스(22)의 결합방법에 따라 상기 하부케이스(22) 상부 결합부 홀(25) 좌우 일측면에 각각 형성된 가이드홈(26)은 상부케이스(21) 하부에 형성된 결합부(24)의 결합돌기(23)가 삽입되어 90°돌아갈 수 있도록 상기 결합부(24)가 삽입된 위치에서 90°지점까지 가이드홈이 형성되며, 그 형상은 결합부(24)가 삽입되는 부분을 기점으로 'ㄴ'자 모양으로 형성된다.
도 6a 내지 도6b 도시한 바와 같이 본 발명의 수동 및 자동유체제어밸브(10)(20) 내부에 형성되어 상하 움직임을 통해 바디(11)(27) 내부에 유체가 흐르 도록 하는 다이어프램(12)(28) 구조는 원활한 유연성 확보 및 반복동작으로 인한 백화현상 혹은 미세한 갈라짐 현상을 방지하도록 원 중심부와 외곽 둘레 사이 중앙위치에 반원형태의 굴곡(40)이 형성되도록 한 구조로써, 이러한 구조는 표 1에 나타낸 바와 같이 유한요소해석(ANSYS Workbench 9.0)을 통해 다이어프램의 응력을 분석한 결과 응력편차가 거의 동일하게 나타난 바 종래의 완만한 굴곡(51)을 지닌 다이어프램(50)의 구조에 비해 우수한 결과를 확인할 수 있다.
[표 1]
Figure 112007067696780-pat00001
상기 유한요소해석의 조건은 변위조건의 경우 다이어프램 상승시 1.5mm, 하강시 1.0mm이며, 압력조건의 경우 다이어프램 하면에 내압 7.0kgf/㎠을 작용시킨다.
본 발명의 상기 다이어프램(12)(28)의 굴곡(40) 형상은 단순히 종래 다이어프램(50)의 구조에서 굴곡(51)의 폭을 좁히고 높이를 높인 구조가 아닌 상기 유한요소해석(ANSYS Workbench 9.0)을 통한 분석 결과에 나타난 바와 같이 응력편차가 최소가 되도록 분석을 통해 구성된 형상이다.
상기 다이어프램(12)(28)은 수동 및 자동유체제어밸브(10)(20) 내부 바디(11)(27)에 흐르는 유체의 밸브역할을 하도록 상기 바디(11)(27) 중앙 즉, 유체 홀(16)(34)에 접촉되도록 구성되어, 상기 수동 및 자동유체제어밸브(10)(20)의 유입구(14)(32)를 통해 유입된 유체의 압력과 수동 및 자동유체제어밸브(10)(20) 상부에 구성된 스프링(13)(31)의 장력 차에 의해 다이어프램(12)(28)의 중심부가 상하로 움직이면서 상기 바디(11)(27)의 유체홀(16)(34)을 온/오프시킴에 따라 상기 유입구(14)(32)를 통해 유입된 유체가 배출구(15)(33)로 흐르도록 하는 것이다.
상기 수동 및 자동유체제어밸브(10)(20)의 바디(11)(27) 직경은 상기 바디(11)(27)에 결합되는 밸브(도시 생략)의 직경보다 크게 제조한다. 이는 바디(11)(27)에 밸브가 밀착되도록 하여 긴밀성을 향상시키기 위함이다.
상기 바디(11)(27)와 밸브의 결합방법을 보다 상세히 설명하면 바디(11)(27) 단부 둘레에 밀착되게 결합되는 밸브의 선부에 열풍을 가하여 밸브의 선부를 확관시켜 바디(11)(27) 단부 외관공간(17)(35)까지 결합시킨 후, 너트(18)(36)를 통해 바디(11)(27)와 체결함으로써 바디(11)(27)와 밸브가 결합되도록 한다.
본 발명은 특정한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적사상의 범주내에서는 수정 및 변형 실기가 가능함은 물론이다.
도 1은 본 발명의 유체제어밸브의 수동밸브를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1의 수동밸브의 바디 및 다이어프램을 나타낸 부분단면도.
도 3은 본 발명의 유체제어밸브의 다른 실시예인 자동밸브를 나타낸 사시도.
도 4는 도 3의 자동밸브의 잠금장치 부분을 나타낸 결합사시도.
도 5는 도 3의 자동밸브의 바디 및 다이어프램을 나타낸 부분단면도.
도 6a는 종래의 유체제어밸브에 사용되는 다이어프램을 나타낸 사시도.
도 6b는 본 발명의 유체제어밸브의 다이어프램을 나타낸 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 수동유체제어밸브 11, 27 : 바디
12, 28 : 다이어프램 13, 31 : 스프링
14, 32 : 유입구 15, 33 : 배출구
16, 34 : 유체홀 20 : 자동유체제어밸브
21 : 상부케이스 22 : 하부케이스
23 : 결합돌기 24 : 결합부
25 : 결합부 홀 26 : 가이드 홈
29 : 나사 홀 30 : 나사 홈

Claims (3)

  1. 반도체 산업에서의 화학약액 라인에 사용되는 수동유체제어밸브(10) 및 자동유체제어밸브(20)에 있어서,
    상기 자동유체제어밸브(20)는
    상부 네모서리에 나사홀(29)이 형성되고, 좌우 일측면에 직사각형 모양의 결합돌기(23)가 각각 형성된 결합부(24)가 하부쪽으로 돌출 형성된 상부케이스(10); 및
    상기 상부케이스(10) 하부에 형성된 결합부(24)와 동일한 직경을 갖는 결합부 홀(25)이 내부 상부에 형성되고 상기 나사홀(29)과 부합되는 상부 네모서리 위치에 4개의 나사홀(30)이 형성되며, 상기 결합부 홀(25) 좌우 일측면에 상기 결합부(24)의 결합돌기(23)와 부합되는 위치에 형성된 결합 가이드 홈(26)이 각각 형성된 하부케이스(22)로 구성된 것을 특징으로 하는 유체제어밸브.
  2. 삭제
  3. 삭제
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