KR101538109B1 - 스로틀 밸브 - Google Patents

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Abstract

예컨대, 반도체 공정 설비의 유체 흐름 제어 등에 사용하는 스로틀 밸브(throttle valve)가 개시된다. 개시된 스로틀 밸브는, 링(ring) 형태의 플랜지(flange), 플랜지 내측의 개구를 개폐하도록 플랜지에 대해 각도 조정 가능하게 설치되는 플랩퍼(flapper), 플랩퍼가 플랜지에 대해 각도 조정되도록 구동력을 제공하는 것으로, 플랜지 외측에 배치된 모터(motor), 모터를 내부에 수용하는 모터 하우징(motor housing), 모터 하우징 내에서 모터의 일 측에 배치된 것으로, 모터에 전력을 공급하는 회로가 형성된 전력 공급용 회로 보드(circuit board), 모터 하우징 내에서 모터의 타 측에 배치된 것으로, 모터의 동작을 제어하는 신호를 처리하는 신호 처리용 회로 보드, 모터 하우징 내에 배치되며, 전력 공급용 회로 보드 및 신호 처리용 회로 보드와 각각 전기적으로 연결된 인터페이스(interface)용 회로 보드, 및 모터 하우징 내부의 과열을 방지하는 방열 유닛을 구비하는 스로틀 밸브를 제공한다.

Description

스로틀 밸브{Throttle valve}
본 발명은 예컨대, 반도체 공정 설비의 유체 흐름 제어 등에 사용하는 스로틀 밸브(throttle valve)에 관한 것이다.
스로틀 밸브(throttle valve)는 관(管)을 통과하는 유체(통상적으로, 기체)의 유량을 조절하는 밸브로서, 대표적으로 자동차의 기화기에서 사용되고 있으나, 다른 용도로도 사용되고 있다. 예를 들어, 반도체 제조 공정에서 공정 챔버의 압력을 조절하기 위하여 배기관에 스로틀 밸브가 장착된다.
도 1은 반도체 제조 공정에 사용되는 종래의 스로틀 밸브의 일 예를 도시한 개략적인 구성도로서, 이를 참조하면, 종래의 스로틀 밸브(10)는 고리 형태의 플랜지(flange)(11)와, 플랜지(11) 내의 원형 개구를 개폐하는 플랩퍼(flapper)(13)와, 상기 플랩퍼(13)를 개폐 구동하는 모터(미도시)를 내부에 포함하는 모터 박스(15)와, 상기 모터(15)의 작동을 제어하여 플랩퍼(13)가 상기 원형 개구를 개폐하는 개폐 각도를 제어하는 제어 박스(17)를 구비한다. 모터 박스(15)는 플랜지(11)의 일 측에 고정 결합되고, 제어 박스(17)는 플랜지(11) 및 모터 박스(15)와 분리되어 있다.
이와 같은 구조로 인해 상기 스로틀 밸브(10)는 제어 박스(17)를 설치하기 위한 별도의 공간이 요구된다. 또한, 플랩퍼(13)의 동작 반응에 지연이 발생하여 작업 능률 및 양품 수율이 저하될 수도 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0676196호 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0079339호
본 발명은, 플랩퍼의 동작을 제어하기 위한 회로 보드를 모터와 함께 배치하여 콤팩트(compact)하게 구성되는 스로틀 밸브를 제공한다.
또한 본 발명은, 플랩퍼 동작 제어를 위한 구성이 콤팩트(compact)하게 배치되면서도 신호 노이즈(signal noise)로 인한 오작동, 소음 등의 부작용이 없는 스로틀 밸브를 제공한다.
본 발명은, 링(ring) 형태의 플랜지(flange), 상기 플랜지 내측의 개구를 개폐하도록 상기 플랜지에 대해 각도 조정 가능하게 설치되는 플랩퍼(flapper), 상기 플랩퍼가 상기 플랜지에 대해 각도 조정되도록 구동력을 제공하는 것으로, 상기 플랜지 외측에 배치된 모터(motor), 상기 모터를 내부에 수용하는 모터 하우징(motor housing), 상기 모터 하우징 내에서 상기 모터의 일 측에 배치된 것으로, 상기 모터에 전력을 공급하는 회로가 형성된 전력 공급용 회로 보드(circuit board), 상기 모터 하우징 내에서 상기 모터의 타 측에 배치된 것으로, 상기 모터의 동작을 제어하는 신호를 처리하는 신호 처리용 회로 보드, 상기 모터 하우징 내에 배치되며, 상기 전력 공급용 회로 보드 및 상기 신호 처리용 회로 보드와 각각 전기적으로 연결된 인터페이스(interface)용 회로 보드, 및 상기 모터 하우징 내부의 과열을 방지하는 방열 유닛을 구비하는 스로틀 밸브를 제공한다.
본 발명의 스로틀 밸브는, 상기 플랩퍼가 상기 플랜지에 대해 기울어진 각도를 측정하는 각도 측정 센서를 더 구비할 수 있다.
상기 방열 유닛은, 상기 모터 하우징 내부에 배치되며 상기 모터 하우징 외부의 공기를 상기 모터를 향해 송풍하는 제1 방열 팬(fan), 및 상기 모터 하우징 내부에 배치되며 상기 모터 주변의 공기를 상기 모터 하우징 외부로 송풍하는 제2 방열 팬을 구비할 수 있다.
상기 전력 공급용 회로 보드와 상기 신호 처리용 회로 보드의 이격 거리는 50 내지 150 mm 일 수 있다.
상기 인터페이스용 회로 보드는, 상기 모터 하우징의 일 측벽에 형성된 개방된 창을 통해 눌러서 상기 플랩퍼의 작동을 설정하는, 적어도 하나의 세팅용 버튼(setting button), 및 상기 세팅용 버튼을 눌렀을 때의 상태가 시각적으로 표시되는 디스플레이 유닛(display unit)을 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 플랩퍼의 동작을 제어하기 위한 회로 보드를 모터와 함께 배치함으로써 스로틀 밸브 설치의 공간적 제약을 줄일 수 있으며, 플랩퍼의 동작 반응 속도가 빨라져 작업 능률 및 양품 수율이 향상된다.
또한 본 발명은, 별개로 분리된 전력 공급용 회로 보드, 신호 처리용 회로 보드, 인터페이스용 회로 보드를 모터 하우징 내에 구비하되, 전력 공급용 회로 보드와 신호 처리용 회로 보드를 최대한 이격되게 배치하여 RF 노이즈(radio frequency noise)의 영향을 최소화하였다. 따라서 스로틀 밸브 동작의 신뢰성이 향상된다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 스로틀 밸브를 서버(server) 또는 PC에 연결하지 않고도 인터페이스 회로 보드에 탑재된 설정 버튼을 눌러 스로틀 밸브의 동작을 셋팅(setting)할 수 있어, 작업의 편이성이 향상된다.
도 1은 반도체 제조 공정에 사용되는 종래의 스로틀 밸브의 일 예를 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스로틀 밸브를 도시한 사시도 및 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 모터 하우징 내부의 평면도이다.
도 5는 도 2의 모터 하우징의 측면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스로틀 밸브를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스로틀 밸브를 도시한 사시도 및 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 모터 하우징 내부의 평면도이며, 도 5는 도 2의 모터 하우징의 측면도이다. 도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스로틀 밸브(20)는, 플랜지(flange)(21), 플랩퍼(flapper)(23), 모터 하우징(25), 모터(36), 기어 박스(37), 각도 측정 센서(39), 전력 공급용 회로 보드(55), 신호 처리용 회로 보드(58), 인터페이스용 회로 보드(40), 및 방열 유닛을 구비한다.
플랜지(21)는 중앙에 유체가 통과할 수 있게 원형 개구(22)가 형성된 링(ring) 형태의 부재로서, 예컨대, 관(管)과 같은 유체의 통로 내에 끼워진다. 플랩퍼(23)는 상기 플랜지(21) 내측의 원형 개구(22)를 개폐하도록 플랜지(21)에 대해 각도 조정 가능하게 설치된다. 구체적으로, 플랩퍼(23)는 원형 개구(22)의 내측면을 가로지르는 샤프트(24)에 고정 지지되어, 상기 원형 개구(22)를 폐쇄하는 위치(도 3 참조)와, 상기 원형 개구(22)를 완전히 개방하는 위치(도 2 참조)와, 상기 원형 개구(22)를 일부 개방하는 위치로 자세 변경 가능하다. 상기 원형 개구(22)를 폐쇄하는 위치인 때에는 플랜지(21)에 대한 플랩퍼(23)의 각도가 0°이고, 상기 원형 개구(22)를 완전히 개방하는 위치인 때에는 플랜지(21)에 대한 플랩퍼(23)의 각도가 90°이며, 상기 원형 개구(22)를 일부 개방하는 위치인 때에는 플랜지(21)에 대한 플랩퍼(23)의 각도가 0°와 90°사이의 어느 일 각도이다.
모터 하우징(motor housing)(25)은 플랜지(21)의 외측에 배치된 원통 형상의 부재로서, 내부에 모터(36), 기어 박스(37), 각도 측정 센서(39), 전력 공급용 회로 보드(55), 신호 처리용 회로 보드(58), 인터페이스용 회로 보드(40), 및 방열 유닛이 수용된다. 모터(36)는 플랩퍼(23)가 플랜지(21)에 대해 각도 조정되도록 구동력을 제공한다. 기어 박스(37)는 모터(36)의 샤프트(미도시)의 회전 속도를 일정 비율로 감속하거나 가속하여 플랩퍼(23)의 샤프트(24)에 전달하며, 기어 박스(37)의 출력측 샤프트(미도시)는 모터 하우징(25)의 내측 원형 측벽(26)을 관통하여 상기 플랩퍼 샤프트(24)에 직접 연결된다. 이와 같은 구성으로, 예를 들어, 모터(36)의 샤프트(미도시)가 2 회전(720° 회전)하면 상기 기어 박스(37)의 출력측 샤프트(미도시)와 플랩퍼 샤프트(24)가 1/8 회전(90° 회전)하도록 구성될 수 있다.
각도 측정 센서(39)는 플랩퍼(23)가 플랜지(21)에 대해 기울어진 각도를 측정한다. 구체적으로, 각도 측정 센서(39)는 포토 센서(photo sensor)이고, 상기 기어 박스(37)의 출력측 샤프트(미도시)가 회전함으로 인한 화상(畵像)의 변화를 통해 플랩퍼(23)의 기울어진 각도를 측정한다. 모터(36)와 기어 박스(37)는 플랩퍼 샤프트(24)의 길이 방향으로 연장된 가상의 축선(CL)을 따라 일렬로 배열되고, 기어 박스(37)는 모터 하우징(25)의 내측 원형 측벽(26)에 고정 지지되며, 모터(36)는 기어 박스(37)에 고정 지지된다. 각도 측정 센서(39)는 상기 기어 박스(37)의 출력측 샤프트(미도시)를 에워싸며 상기 내측 원형 측벽(26)에 지지된다.
방열 유닛은, 제1 및 제2 방열 팬(fan)(66, 68)을 구비한다. 제1 방열 팬(66)은 모터 하우징(25) 외부의 공기를 모터(36)를 향해 송풍하며, 모터 하우징(25) 내부에서 모터(36) 위에 배치된다. 제2 방열 팬(68)은 모터(36) 주변의 공기를 모터 하우징(25) 외부로 송풍하며, 모터 하우징(25) 내부에서 모터(36) 아래에 배치된다. 제1 방열 팬(66)과 마주보는 모터 하우징(25)의 일 부분에는 다수의 공기 유입 벤트 홀(vent hole)(34)이 형성되고, 제2 방열 팬(68)과 마주보는 모터 하우징(25)의 다른 일 부분에는 다수의 공기 유출 벤트 홀(미도시)이 형성된다. 제1 및 제2 방열 팬(66, 68)이 작동하면, 공기 유입 벤트 홀(34)을 통해 상온(常溫)의 외부 공기가 모터 하우징(25) 내부로 유입되고, 상온보다 고온의 모터 하우징(25) 내부의 공기는 모터 하우징(25)의 외부로 유출된다. 이로써, 모터 하우징(25) 내의 모터(36), 또는 3개의 회로 보드(40, 55, 58)에 탑재된 소자(electronic element)들의 과열과, 그로 인한 오작동 및 손상이 방지된다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 전력 공급용 회로 보드(55)는 모터(36), 제1 및 제2 방열 팬(66, 68), 및 각도 측정 센서(39)에 전력을 공급하는 회로가 형성된 회로 보드(circuit board)로서, 모터 하우징(25) 내에서 모터(36) 및 기어 박스(37)의 일 측에 배치된다. 신호 처리용 회로 보드(58)는, 모터(36)의 동작을 제어하는 신호, 인터페이스용 회로 보드(40)에 탑재된 디스플레이 유닛(42)을 제어하는 신호, 및 각도 측정 센서(39)의 감지 신호를 처리하는 회로가 형성된 회로 보드로서, 모터 하우징(25) 내에서 모터(36) 및 기어 박스(37)의 타 측에 배치된다. 전력 공급용 회로 보드(55)는 복수의 체결 볼트(61, 62)에 의해 기어 박스(37)의 일 측에 고정 지지되고, 신호 처리용 회로 보드(58)는 복수의 체결 볼트(63, 64)에 의해 기어 박스(37)의 타 측에 고정 지지되며, 상기 한 쌍의 회로 보드(55, 58)는 모터(36)와 기어 박스(37)를 사이에 두고 반대편에 배치된다.
전력 공급용 회로 보드(55)와 신호 처리용 회로 보드(58)가 하나의 보드(board)에 형성되어 있거나, 너무 근접하여 배치되면 한 쌍의 회로 보드(55, 58)를 흐르는 신호가 서로 간섭을 일으켜 소위 RF 노이즈(radio frequency noise)가 발생한다. 이로 인해 소음이 발생하기도 하고, 심한 경우 오작동이 발생하기도 한다. 본 발명에서 상기 전력 공급용 회로 보드(55)와 신호 처리용 회로 보드(58)는 서로 분리된 보드(board)에 형성되고, 양 자간 거리(BT)는 50 내지 150 mm 로 충분히 이격되어 있어, 상기 RF 노이즈로 인한 문제가 방지된다.
도 3 내지 도 5를 함께 참조하면, 인터페이스(interface)용 회로 보드(40)는 모터(36)에 근접하여 상기 가상의 축선(CL)을 따라 기어 박스(37) 및 모터(36)와 일렬로 배치된다. 인터페이스용 회로 보드(40)는 제1 및 제2 수형 커넥터(51, 52)를 구비하고, 전력 공급용 회로 보드(55)는 상기 제1 수형 커넥터(51)에 대응되는 슬롯(slot) 형태의 제1 암형 커넥터(56)를 구비하며, 신호 처리용 회로 보드(58)는 상기 제2 수형 커넥터(52)에 대응되는 슬롯 형태의 제2 암형 커넥터(59)를 구비한다. 상기 제1 수형 커넥터(51)가 상기 제1 암형 커넥터(56)에 분리 가능하게 끼워져 인터페이스용 회로 보드(40)와 전력 공급용 회로 보드(55)가 통전(通電) 가능하게 연결되고, 상기 제2 수형 커넥터(52)가 상기 제2 암형 커넥터(59)에 분리 가능하게 끼워져 인터페이스용 회로 보드(40)와 신호 처리용 회로 보드(58)가 통전(通電) 가능하게 연결된다.
인터페이스용 회로 보드(40)는 체결 볼트(미도시)에 의해 모터 하우징(25)의 외측 원형 측벽(27)에 고정 지지된다. 인터페이스용 회로 보드(40)는 디스플레이 유닛(42), 파워 포트(power port)(44), 센서 포트(sensor port)(45), 및 통신 포트(communication port)(46)를 구비하고, 각각 상기 외측 원형 측벽(27)에 형성된 개방된 창(28, 29, 30, 31)을 통해 이들(42, 44, 45, 46)은 모터 하우징(25) 외부로 노출된다. 파워 포트(44)는 스로틀 밸브(20) 외부의 전력 공급기(미도시)와 연결되어 전력이 공급되는 포트이고, 센서 포트(45)는 각도 측정 센서(39)의 감지 신호를 스로틀 밸브(20) 작동 관리용 컴퓨터(미도시)로 송신하기 위해 상기 컴퓨터와 연결되는 포트이다. 통신 포트(46)는 상기 스로틀 밸브(20) 작동 관리용 컴퓨터와 연결되며, 통신 포트(46)를 통해 입력된 스로틀 밸브(20) 작동에 관한 설정(setting)이 스로틀 밸브(20)로 수신되고, 후술할 세팅용 버튼(setting button)(47, 48)을 통해 입력된 스로틀 밸브(20) 작동에 관한 설정이 상기 스로틀 밸브(20) 작동 관리용 컴퓨터로 송신된다.
인터페이스용 회로 보드(40)는 플랩퍼(23)의 작동을 포함하는 스로틀 밸브(20)의 작동을 설정하는 한 쌍의 세팅용 버튼(47, 48)을 더 구비하고, 상기 한 쌍의 세팅용 버튼(47, 48)은 상기 외측 원형 측벽(27)에 형성된 개방된 창(32, 33)을 통해 모터 하우징(25) 외부로 노출된다. 공간적 여유로 충분하지 못하므로 상기 세팅용 버튼(47, 48)은 직경 1 내지 2 mm 의 스틱(stick) 형태로 형성되고, 예컨대, 핀(pin), 스크류 드라이버 등과 같은 기구를 이용하여 눌러 입력하도록 구성되나, 본 발명의 세팅용 버튼은 이러한 형태에 한정되는 것은 아니다.
상기 디스플레이 유닛(42)에는 상기 세팅용 버튼(47, 48)을 눌렀을 때의 상태가 시각적으로 표시된다. 스로틀 밸브(20)의 작업자는 세팅용 버튼(47, 48)을 적절한 순서에 따라 누르고, 이를 디스플레이 유닛(42)으로 확인함으로써 스로틀 밸브(20)를 현장에서 점검하면서 동시에 스로틀 밸브(20)의 설정을 초기화하거나, 변경할 수 있다. 따라서, 스로틀 밸브(20)에 이상을 발견했을 때 상기 스로틀 밸브(20) 작동 관리용 컴퓨터(미도시)로 다시 가서 설정을 변경할 필요가 없어 작업 편의성이 향상된다.
상기 한 쌍의 세팅용 버튼(47, 48) 중 하나는 디스플레이 유닛(42)에 표시되는 항목을 이동 및 변경하는 스크롤 버튼(scroll button)이고, 다른 하나는 디스플레이 유닛(42)에 표시된 항목을 선택하는 기능 버튼(function button)일 수 있다. 디스플레이 유닛(42)은 다수의 LED(light emitting diode)가 행렬로 배열된 LED 어레이(LED array)이나, 본 발명의 디스플레이 유닛은 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 LCD 패널(liquid crystal display panel)과 같은 평면 디스플레이 패널일 수도 있다. 한편, 인터페이스용 회로 보드(40)는 모터 하우징(25) 외부에서 식별 가능한 적어도 하나의 상태 표시 램프(49)를 구비하여, 전력 및 신호의 수신 상태가 정상적인지를 직관적으로 확인할 수 있도록 해 준다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
20: 스로틀 밸브 21: 플랜지
23: 플랩퍼 25: 모터 하우징
36: 모터 37: 기어 박스
39: 각도 측정 센서 40: 인터페이스용 회로 보드
42: 디스플레이 유닛 55: 전력 공급용 회로 보드
58: 신호 처리용 회로 보드 66, 68: 방열 팬

Claims (5)

  1. 링(ring) 형태의 플랜지(flange);
    상기 플랜지의 원형 개구의 내측면을 가로지르도록 배치된 샤프트;
    상기 플랜지 내측의 개구를 개폐하도록 상기 샤프트에 결합되어서 플랜지에 대해 각도 조정 가능하게 설치되는 플랩퍼(flapper);
    상기 플랩퍼가 상기 플랜지에 대해 각도 조정되도록 구동력을 제공하는 것으로, 상기 플랜지 외측에 상기 샤프트의 길이방향으로 배치된 모터(motor);
    상기 모터를 내부에 수용하도록 상기 샤프트의 길이방향으로 배치된 모터 하우징(motor housing);
    상기 모터 하우징 내에서 상기 샤프트의 길이방향으로 상기 모터의 일 측에 배치된 것으로, 상기 모터에 전력을 공급하는 회로가 형성된 전력 공급용 회로 보드(circuit board);
    상기 모터 하우징 내에서 상기 샤프트의 길이방향으로 상기 모터의 타 측에 배치된 것으로, 상기 모터의 동작을 제어하는 신호를 처리하는 신호 처리용 회로 보드;
    상기 모터 하우징 내에 배치되며, 상기 전력 공급용 회로 보드 및 상기 신호 처리용 회로 보드와 각각 전기적으로 연결되도록 상기 샤프트의 길이방향과 교차하는 방향으로 배치되어서, 통신 포트를 포함하는 인터페이스(interface)용 회로 보드; 및,
    상기 모터 하우징 내부의 과열을 방지하는 방열 유닛;을 구비하고,
    상기 전력 공급용 회로 보드 및 상기 신호 처리용 회로 보드는 적어도 50mm 이상 이격된 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 플랩퍼가 상기 플랜지에 대해 기울어진 각도를 측정하는 각도 측정 센서;를 더 구비한 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 방열 유닛은, 상기 모터 하우징 내부에 배치되며 상기 모터 하우징 외부의 공기를 상기 모터를 향해 송풍하는 제1 방열 팬(fan), 및 상기 모터 하우징 내부에 배치되며 상기 모터 주변의 공기를 상기 모터 하우징 외부로 송풍하는 제2 방열 팬을 구비하는 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전력 공급용 회로 보드와 상기 신호 처리용 회로 보드의 이격 거리는 50 내지 150 mm 인 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 인터페이스용 회로 보드는, 상기 모터 하우징의 일 측벽에 형성된 개방된 창을 통해 눌러서 상기 플랩퍼의 작동을 설정하는, 적어도 하나의 세팅용 버튼(setting button), 및 상기 세팅용 버튼을 눌렀을 때의 상태가 시각적으로 표시되는 디스플레이 유닛(display unit)을 구비하는 것을 특징으로 하는 스로틀 밸브.
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