KR101997107B1 - 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명과 관련된 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는, 인렛포트와 아웃렛포트를 갖는 밸브하우징; 상기 밸브하우징의 내부에서 작동력에 의해 이동되어 상기 인렛포트 또는 상기 아웃렛포트 중 어느 하나인 대상포트의 개방상태와 닫힘상태를 구현할 수 있게 형성된 피스톤구동부와, 신축가능하게 형성되며 상기 인렛포트와 상기 아웃렛포트 사이의 유로 공간에서 상기 피스톤구동부를 차폐시킬 수 있게 형성된 벨로우즈를, 포함하는 작동체 어셈블리; 상기 작동체 어셈블리 또는 상기 밸브하우징에 설치되며, 압력의 변화를 감지할 수 있게 형성된, 리크감지유닛; 상기 작동체 어셈블리와 상기 리크감지유닛 사이를 연결하는 연통유로; 및 상기 작동체 어셈블리의 동작에 의해 연동되게 형성되고, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 상기 연통유로를 개방하여 상기 리크감지유닛이 동작되도록 하고, 상기 피스톤구동부가 상기 개방상태의 위치와 상기 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 상기 연통유로를 차단시켜 상기 리크감지유닛의 오작동을 방지하는, 압력조절부를 포함한다.

Description

리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브{LEAK DETECTABLE ISOLATION VALVE FOR VACUUM PROCESS}
본 발명은 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 공정을 진행하기 위해서는 많은 진공 시스템이 사용된다. 예를 들어, 화학 기상 증착의 경우, 반도체 웨이퍼가 배치된 진공 챔버에 가스를 주입하고 에너지를 전달하여 플라즈마를 발생시키면 웨이퍼에 반응이 일어나면서 박막을 형성한다. 박막의 형성과정에서 발생된 불필요한 반응 부산물은 펌프 및 배관을 통해 배출된다.
이러한 진공 시스템은 진공의 형성이나 유지 또는 보수 등의 상황에서 펌프 및 배관의 진공도를 제어할 수 있게 밸브가 설치된다. 일반적으로 진공 밸브는 유로를 개폐하는 밸브 부재에 실린더 로드를 장착하고, 실린더의 피스톤 운동에 의하여 구동하는 것으로 구성되어 있다. 진공 밸브의 실린더의 구동 방식은 노멀크로스 타입, 노멀오픈 타입, 복동 타입 등이 있으며, 각각의 용도에 맞추어 선정된다.
챔버 내부의 흄(fume)이나 부식성(corrosive) 물질이 포함된 가스를 진공 배기하는 과정에서 밸브 내부, 즉, 오링이나 밀봉요소에 이물질이 부착되기 쉽다. 이러한 부식성 부착물은 밸브의 수명을 단축시키고 펌프에 치명적인 문제를 야기하기도 한다. 밸브 내부의 밀봉요소에 부식성 물질이 부착되는 것을 방지하기 위해 일반적으로 벨로우즈가 사용된다. 벨로우즈는 부식성 가스에 밀봉요소가 노출되는 것을 방지하면서 벨로우즈 내부 공간과 밸브하우징의 내부공간 사이를 분리시킨다. 성형의 면에서 벨로우즈는 복수의 판이 용접되어 성형된 판형 벨로우즈와, 주조 등에 의하여 성형된 것으로 원호형 단면이 중첩된 형태를 갖는 성형 벨로우즈 등이 있다. 전자의 경우, 허용 이완 수축 거리가 긴 반면 수축시 길이가 짧아 설치공간의 면에서 장점이 있으나 제조비용이 높은 반면, 후자의 경우 성형비용은 저렴하나 변형 허용양이 적어 충분한 스트로크를 제공하기 어려운 단점이 있다. 어느 경우이든 벨로우즈는 반복적인 밸브의 개폐 및 부식성 가스의 부착 등에 의해 손상되거나 파열되어 리크를 발생시킬 수 있다. 리크는 장비나 챔버 내에 치명적인 문제를 줄 수 있으므로 발생 즉시 조치되는 것이 바람직하나, 배관계의 어느 부위인지 바로 알기 어렵고 그에 따라 적시에 유지 보수가 되지 못하는 단점에 있다.
관련 선행기술
대한민국 등록특허 제10-1732113호(2017.05.04. 공고)
본 발명은 밸브가 갖는 다양한 개폐상태에서도 리크의 감지가 정확히 이루어지면서도 오작동을 방지할 수 있는 진공 공정용 아이솔레이션 밸브를 제시하는데 그 목적이 있다.
본 발명과 관련된 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는, 인렛포트와 아웃렛포트를 갖는 밸브하우징; 상기 밸브하우징의 내부에서 작동력에 의해 이동되어 상기 인렛포트 또는 상기 아웃렛포트 중 어느 하나인 대상포트의 개방상태와 닫힘상태를 구현할 수 있게 형성된 피스톤구동부와, 신축가능하게 형성되며 상기 인렛포트와 상기 아웃렛포트 사이의 유로 공간에서 상기 피스톤구동부를 차폐시킬 수 있게 형성된 벨로우즈를, 포함하는 작동체 어셈블리; 상기 작동체 어셈블리 또는 상기 밸브하우징에 설치되며, 압력의 변화를 감지할 수 있게 형성된, 리크감지유닛; 상기 작동체 어셈블리와 상기 리크감지유닛 사이를 연결하는 연통유로; 및 상기 작동체 어셈블리의 동작에 의해 연동되게 형성되고, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 상기 연통유로를 개방하여 상기 리크감지유닛이 동작되도록 하고, 상기 피스톤구동부가 상기 개방상태의 위치와 상기 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 상기 연통유로를 차단시켜 상기 리크감지유닛의 오작동을 방지하는, 압력조절부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 피스톤구동부는, 상기 밸브하우징에 결합될 수 있게 형성된 실린더블럭; 상기 실린더블럭에 설치되어 공압에 의해 작동될 수 있게 형성되며, 중심에 샤프트가 구비된 피스톤; 상기 샤프트의 선단에 구비되어 상기 샤프트의 왕복에 따라 상기 대상포트를 폐쇄시키거나 개방시킬 수 있게 형성된 밸브디스크; 및 상기 밸브디스크와 상기 실린더블럭 사이에 배치되어 상기 밸브디스크에 탄성력을 제공하는 푸시스프링을, 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 압력조절부는, 상기 피스톤 또는 상기 샤프트에 형성되는 제1캠부; 및 상기 제1캠부에 접촉하며, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 상기 연통유로를 개방시키고 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 상기 연통유로를 차단시킬 수 있도록 상기 연통유로 내에서 이동 가능하게 형성되는, 제1구속부재를, 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는, 일단은 상기 연통유로에 연결되고, 타단은 상기 실린더블럭의 외부로 개방된 벤트홀유로; 상기 제1구속부재에 형성되는 제2캠부; 및 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치에 있을 때 상기 제2캠부에 의하여 상기 벤트홀유로를 막고, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 상기 제2캠부에 의하여 상기 벤트홀유로를 개방시키는, 제2구속부재를, 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1구속부재 및 상기 제2구속부재는 바(bar) 형태로 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 연통유로 및 상기 벤트홀유로는 상기 실린더블럭에 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제1캠부는, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치일 때 상기 제1구속부재가 걸려지는 제1원주홈부; 및 상기 피스톤구동부가 닫힘상태의 위치일 때 상기 제1구속부재가 걸려지는 제2원주홈부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는, 상기 제1구속부재에 탄성력을 제공하는 제1스프링; 및 상기 제1구속부재가 상기 제1원주홈부 또는 상기 제2원주홈부에 맞추어져 있을 때, 상기 제1구속부재가 상기 연통유로를 막을 수 있도록 배치되는 제1오링을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 제2캠부는 상기 피스톤구동부가 개방상태 및 닫힘상탕태의 위치일 때 상기 제2구속부재가 걸려지는 제3원주홈부를 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는, 상기 제2구속부재에 탄성력을 제공하는 제2스프링; 및 상기 제2구속부재가 상기 제3원주홈부에 맞추어져 있을 때, 상기 제2구속부재가 상기 벤트홀유로를 막을 수 있도록 배치되는 제2오링을 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는, 상기 제2구속부재를 지지하는 하우징; 및 상기 제2오링, 상기 제2구속부재 및 상기 제2스프링을 상기 하우징에 순차적으로 삽입한 상태로 나사방식으로 고정시킬 수 있게 형성된 체결스크류를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예로서, 상기 작동체 어셈블리는 상기 벨로우즈의 외측에 상기 벨로우즈의 노출을 차단할 수 있게 형성되는 커버부를 더 포함할 수 있다.
본 발명과 관련된 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브에 의하면, 리크감지유닛을 통해 작동체 어셈블리의 내측공간을 밸브하우징의 내측공간과 분리하는 벨로우즈 등 밀봉요소에서 발생하는 리크를 감지하는 것이므로, 단순히 리크를 억제하기 위한 수단만을 갖는 종래의 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브에 비해 리크의 즉각적인 확인과 대응조치를 취할 수 있게 되어 확대 손실이나 불량을 최소화시킬 수 있다. 또한, 압력조절부에 의하여, 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 연통유로를 개방할 수 있게 되고, 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 연통유로를 차단시킴으로써 작동체 어셈블리가 이동하는 과정에서 자연스럽게 발생되는 압력의 변화를 리크로 잘못 감지하는 것을 방지할 수 있게 되어 정확하고 신뢰성이 있는 리크의 감지가 가능하게 된다.
도 1은 본 발명과 관련된 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브(100)의 외관 사시도
도 2는 도 1의 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브(100)의 부분 분해 사시도
도 3은 도 1의 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브(100)의 부분 단면 사시도
도 4 내지 도 6은 본 발명과 관련된 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브(100)의 단면도들로서, 도 4는 닫힘상태이고, 도 5는 개방상태이며, 도 6은 닫힘상태에서 개방상태로 또는 그 반대방향으로 전환중인 상태를 보임
도 7은 본 발명과 관련된 일 실시예에 따른 리크감지유닛(170)의 분해 사시도
도 8은 본 발명과 관련된 리크감지유닛(170)의 작동상태를 설명하기 위한 단면도
이하, 본 발명과 관련된 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브에 대하여 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
본 발명과 관련된 진공 공정용 밸브는 반도체, 엘시디 등의 제조를 위한 다양한 진공 시스템에서 사용될 수 있다. 일반적으로 반도체 제작을 위한 진공 시스템에서는 공정 챔버, 터보 펌프 및 드라이 펌프 등이 포함되기도 한다. 반도체 등이 배치된 공정 챔버에 가스를 주입하고 일정한 에너지를 전달하여 플라즈마를 발생시키면 박막의 형성 등 각종 프로세스를 진행시킨다. 공정에서 발생된 불필요한 반응물들은 터보 펌프 및 배관을 통해 배출된다. 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는 이러한 터보 펌프의 뒷단 또는 공정 챔버가 대기 상태에서 진공상태로 될 때 등의 상황에서 사용되고 있다. 여기서 진공 공정용 밸브는 '아이솔레이션(isolation) 밸브'라 불리기도 하며, 터보 펌프의 뒷단에 배치되는 진공 공정용 밸브는 '터보 아이솔레이션 밸브' 등으로 불리기도 한다. 본 명세서에서는 편의상 '진공 공정용 아이솔레이션 밸브'라고 칭하기로 한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 진공 공정용 아이솔레이션 밸브(100)는 인렛포트(111)와 아웃렛포트(112)가 각각 형성된 밸브하우징(110)을 갖는다. 밸브하우징(110)은 인렛포트(111)와 아웃렛포트(112) 사이에 내부의 부품들의 작동 공간을 갖도록 중공형으로 형성된다. 인렛포트(111)는 상류의 반응 챔버 등에 연결되며, 아웃렛포트(112)는 하류의 배관이나 펌프장치 등에 연결될 수 있다. 인렛포트(111)와 아웃렛포트(112)는 밸브하우징(110)을 중심으로 도시된 것과 반대의 위치를 가질 수도 있다. 즉, 인렛포트(111)가 밸브하우징(110)의 측면에 배치되고, 아웃렛포트(112)는 밸브하우징(110)의 선단부에 배치되는 것도 가능하다.
밸브 하우징(110)의 후단에는 작동체 어셈블리(120)가 결합되어 있다. 작동체 어셈블리(120)는 공압에 의해 작동될 수 있으며, 작동체 어셈블리(120)의 일측에는 이를 위하여 공압 연결포트(도 3의 122번 참조)가 구비될 수 있다
작동체 어셈블리(120)의 일측에는 아이솔레이션 밸브(100)의 내부에서 발생되는 리크(leak)를 감지할 수 있게 형성된 리크감지 유닛(170)이 설치될 수 있다. 리크감지 유닛(170)은 압력의 변화를 감지하여 이를 전기적으로 변환할 수 있게 구성된다. 리크감지 유닛(170)의 구체적인 구성 및 작용에 대하여는 도 7 이하를 참조하여 후술한다.
도 2에 의하면, 작동체 어셈블리(120)는 밸브하우징(110)의 내부에서 작동력에 의하여 이동되어 인렛포트(111) 또는 아웃렛포트(112) 중 어느 하나인 대상포트의 개방상태와 닫힘상태를 구현할 수 있게 형성된 피스톤구동부를 포함하고 있다. 피스톤구동부는 밸브하우징(110)에 결합될 수 있게 형성된 실린더블럭(121)과, 실린더블럭(121)에 설치되어 공압에 의해 작동될 수 있게 형성되며 중심에 샤프트(132)가 구비된 피스톤(131), 샤프트(132)의 선단에 구비되어 샤프트(132)의 왕복에 따라 대상포트를 폐쇄시키거나 개방시킬 수 있게 형성된 밸브디스크(140) 및, 밸브디스크(140)와 실린더블럭(121) 사이에 배치되어 밸브디스크(140)에 탄성력을 제공하는 푸시스프링(141; 도 4 내지 도 6 참조)을 포함할 수 있다.
실린더블럭(121)은 밸브하우징(110)에 결합될 수 있게 형성된 것으로, 후단부에는 실린더실이 구비되고 선단부는 피스톤(131) 및 밸브디스크(140)를 지지하고 가이드할 수 있도록 연장된 형태일 수 있다. 실린더블럭(121)은 하나 또는 복수의 요소의 조립에 의해 구성될 수 있으며 러핑 등을 위하여 다단의 형태로도 형성될 수 있다.
실린더블럭(121)에는 작동체 어셈블리(120)와 리크감지유닛(170) 사이를 연결하는 연통유로(123)가 형성될 수 있다. 연통유로(123)의 내부에는 제1구속부재(153)가 이동 가능하게 배치된다. 제1구속부재(153)에는 후술하는 제3원주홈부(160a)를 갖는 제2캠부(160)가 형성될 수 있다. 연통유로(123)는 설치공간의 크기에 따라, 밸브하우징(110)에 설치공간이 충분한 경우라면 밸브하우징(110)에 형성될 수도 있다.
도 3에 의하면, 작동체 어셈블리(120)의 선단에는 밸브디스크(140)가 설치되어 있다. 밸브디스크(140)는 인렛포트(111)를 폐쇄시키거나 인렛포트(111)로부터 분리되어 인렛포트(111)를 개방시킬 수 있게 구성된다. 밸브디스크(140)의 인렛포트(111)에 접하는 부위에는 기밀을 위한 실링(135)이 구비된다. 만약, 아웃렛포트(112)를 개방 또는 밀폐시키는 타입이라면 밸브하우징(110)는 아웃렛포트(112)를 향할 수 있도록 구성될 수 있다. 실링(135)은 밸브의 개방상태에서 흄이나 부식성 물질의 부착을 최소화할 수 있도록 실링(135)의 전방에 커버 메카니즘(도시되지 않음) 또는 입자 차단벽 구조를 가질 수 있다.
밸브의 닫힘 상태에서는 밸브디스크(140)는 푸시스프링(141)의 탄성력에 의하여 인렛포트(111)를 막는 위치에 놓이게 된다. 공압 연결포트(122)를 통하여 공압이 작동되면 피스톤(131)이 후단 쪽으로 이동하게 되고, 피스톤(131)과 연결된 샤프트(132) 및 밸브디스크(140)는 푸시스프링(141)을 압축하며 인렛포트(111)로부터 분리되어 밸브의 개방상태를 구현한다.
푸시스프링(141)의 주위에는 벨로우즈(143)가 구비된다. 벨로우즈(143)는 신축가능하게 형성되며 인렛포트(111)와 아웃렛포트(112) 사이의 유로 공간에서 피스톤구동부를 차폐시킬 수 있게 형성된다. 벨로우즈(143)에 의해 밸브 하우징(110)의 내측 공간과 푸시스프링(141) 사이는 격리되며, 만약 리크가 있는 경우 푸시스프링(141)이 있는 벨로우즈(143)의 내측 공간의 가스가 밸브 하우징(110)의 내측 공간으로 이동되어 인렛포트(111) 또는 아웃렛포트(112)를 통해 다른 배관 시스템으로 전달되어 문제를 유발할 수 있다. 리크감지유닛(170)은 이러한 리크를 감지할 수 있게 형성된다.
작동체 어셈블리(120)는 벨로우즈(143)의 외측에 벨로우즈(143)의 노출을 차단할 수 있게 형성되는 커버부(145)를 포함할 수 있다. 커버부(145)는 주름이 많고 표면적이 넓은 벨로우즈(143)가 흄이나 부식성 가스가 접촉하여 부착되는 것을 최소화시키고 벨로우즈(143)의 수명을 증대시킨다. 커버부(145)의 가이드 및 기밀을 위하여 벨로우즈(143)의 후단에는 커버부(145)가 끼워지는 가이드블럭(146)이 구비될 수 있다. 실린더블럭(121)에 외팔 지지되어 있는 피스톤구동부의 지지력 약화를 보완하고 장치의 안정성을 위하여 커버부(145)는 가이드블럭(146)에 의하여 지지된다. 그에 따라, 가이드블럭(146)은 커버부(145)가 이동하는 과정에서의 흔들림을 방지한다. 가이드블럭(146)에는 커버부(145)의 이동 안내를 위한 가이드링 및 실링을 구비할 수 있다.
작동체 어셈블리(120)에는 압력조절부(150)가 구비된다. 압력조절부(150)는 작동체 어셈블리(120)의 동작에 의하여 연동되게 형성되며, 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 연통유로(123)를 개방하여 리크감지유닛(170)이 동작되도록 하고, 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 연통유로(123)를 차단시켜 리크감지유닛(170)의 오작동을 방지한다. 연통유로(123)는 벤트홀유로(124)에 연결된다. 벤트홀유로(124)의 일단은 연통유로(123)에 연결되어 있으며 타단은 실린더블럭(121)의 외부로 개방되어 있다. 벤트홀유로(124)의 연결 및 차단을 위하여 제2구속부재(163), 제2캠부(160) 등이 구비된다. 이들의 구성 및 작용에 대하여는 도 4 이하를 참조로 설명한다.
도 4 내지 도 6은 본 발명과 관련된 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브(100)의 단면도들로서, 도 4는 닫힘상태이고, 도 5는 개방상태이며, 도 6은 닫힘상태에서 개방상태로 또는 그 반대방향으로 전환중인 상태를 보인 것이다.
이들 도면과 같이, 압력조절부(150)는 제1캠부(151), 제1구속부재(153), 제2캠부(160), 제2구속부재(163) 등을 포함할 수 있다.
제1캠부(151)는 피스톤(131) 또는 샤프트(132)에 형성되는 것으로, 피스톤(131)의 이동에 따라 제1구속부재(153)를 이동시킬 수 있게 구성된다. 제1구속부재(153)는 제1캠부(151)에 접촉하며, 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 연통유로(123)를 개방시키고 피스톤구동부가 개방상태와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 연통유로(123)를 차단시킬 수 있도록 연통유로(123) 내에서 이동 가능하게 구성된다. 형상 면에서 제1구속부재(153)는 바(bar) 형태로 형성될 수 있다. 제1캠부(151)는 피스톤구동부가 개방상태의 위치일 때 제1구속부재(153)가 걸려지는 제1원주홈부(152a)와, 피스톤구동부가 닫힘상태의 위치일 때 제1구속부재(153)가 걸려지는 제2원주홈부(152b)를 포함할 수 있다.
제1구속부재(153)의 단부에는 제1구속부재(153)에 탄성력을 제공하는 제1스프링(155) 및, 제1구속부재(153)가 제1원주홈부(152a) 또는 제2원주홈부(152b)에 맞추어져 있을 때, 제1구속부재(153)가 연통유로(123)를 막을 수 있도록 배치되는 제1오링(154)이 각각 구비된다.
이에 따라, 도 4 및 도 5와 같이, 인렛포트(111)가 닫힘상태일 때와 개방상태일 때, 제1구속부재(153)는 제1스프링(155)의 탄성력에 의하여 제1원주홈부(152a) 및 제2원주홈부(152b)에 걸려진 상태이며, 이때 제1오링(154)은 리크감지유닛(170)에 대하여 이격되어 연통유로(123)의 압력이 리크감지유닛(170)에 전달된다. 이와 달리, 도 6과 같이, 피스톤구동부가 개방상태와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때에는 제1구속부재(153)는 제1원주홈부(152a)와 제2원주홈부(152b)의 사이의 구간에 접촉하게 되며, 그에 따라 제1구속부재(153)는 이동하여 제1오링(154)에 의해 리크감지유닛(170)이 연통유로(123)에 대하여 차단되도록 한다. 즉, 피스톤구동부가 개방상태와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때에는 피스톤구동부가 이동되고 그에 따른 압력의 변화는 리크의 여부와 관계없으므로 리크감지유닛(170)에 전달될 수 있는 압력의 변화를 사전에 차단시키는 것이다.
피스톤구동부가 닫힘상태에서 개방상태로 이동시 푸시스프링(141) 쪽의 공기는 벤트홀유로(124)를 통하여 자연스럽게 배출되고, 반대로 개방상태에서 닫힘상태로 이동시 공기가 벤트홀유로(124)을 통하여 푸시스프링(141) 쪽으로 유입될 수 있도록 하며, 피스톤구동부가 닫힘상태와 개방상태의 위치일 때 벤트홀유로(124)를 차단시켜 연통유로(123)가 오로지 리크감지유닛(170)에 연결될 수 있도록 제2캠부(160) 및 제2구속부재(163)가 구비될 수 있다. 제2구속부재(163)도 제1구속부재(153)와 같이 슬라이드 이동되는 바(bar) 형태로 형성될 수 있다.
제2캠부(160)는 제1구속부재(153)에 형성될 수 있다. 도 2 및 도 4와 같이, 제2캠부(160)는 제1구속부재(153)에 형성된 제3원주홈부(160a)를 포함할 수 있다. 제3원주홈부(160a)는 피스톤구동부가 개방상태 및 닫힘상태일 때의 제1구속부재(153)의 위치에 제2구속부재(163)가 결려질 수 있도록 형성된다.
제2구속부재(163)에는 제2스프링(165)에 의하여 탄성력이 작용한다. 제2구속부재(163)의 일측에는 제2구속부재(163)가 제3원주홈부(160a)에 맞추어져 있을 때 제2구속부재(163)가 벤트홀유로(124)를 막을 수 있도록 배치되는 제2오링(164)이 구비된다. 조립의 용이성을 위하여, 제2구속부재(163) 및 제2스프링(165)은 하우징(161)에 의하여 지지되도록 구성될 수 있다. 실린더블럭(121)에는 하우징(161)이 삽입설치되기 위한 설치홀이 형성될 수 있다. 제2오링(164), 제2구속부재(163) 및 제2스프링(165)을 하우징(161)에 순차적으로 삽입한 상태로 나사방식으로 고정시킬 수 있도록 체결스크류(162)가 포함될 수 있다.
이러한 제2캠부(160) 및 제2구속부재(163)에 의하여, 도 4 및 도 5와 같이, 피스톤구동부가 닫힘상태 및 개방상태의 위치일 때, 벤트홀유로(124)를 차단시킨다. 반대로, 피스톤구동부가 닫힘상태와 개방상태의 위치의 사이에 있을 때 벤트홀유로(124)를 개방시킨다.
도 7은 본 발명과 관련된 일 실시예에 따른 리크감지유닛(170)의 분해 사시도이다. 본 발명과 관련된 리크감지유닛(170)은, 센서바디부(171, 175, 176), 판막(180), 이동 접점부(185), 고정 접점부(186) 등을 구비할 수 있다. 또한, 리크감지유닛(170)에는 외부단자가 접속 가능하도록 센서바디부(171, 175, 176)의 일측에 형성된 접속부(190)가 구비될 수 있다. 이하, 이들의 구성 및 작용에 대하여 구체적으로 설명한다.
센서바디부(171, 175, 176)는 실린더블록(121)의 연통유로(123)에 체결될 수 있게 형성된다. 센서바디부는 연통유로(123)에 접하는 제1센서바디(171)와, 고정 접점부(186)가 설치되는 제2센서바디(175)를 가질 수 있다. 판막(180)은 제1센서바디(171)와 제2센서바디(175)의 사이에 배치된다.
판막(180)은 배관 부품의 연통유로(123)를 밀폐시킬 수 있게 형성되어 있으며, 연통유로(123)의 압력의 변화에 따라 변형(deformation) 또는 변위(displacement) 가능하게 형성된다. 판막(180)은 고무, 실리콘 고무나 합성 수지 등에 의해 제조될 수 있다. 그러한 구체적인 예로서, 판막(180)은 기밀 특성 및 내구성이 우수한 불소 수지를 함유할 수 있다. 이러한 판막(180)은 센서바디부(171, 175, 176)에 고정되어 연통유로(123)에 작용된 리크에 따른 압력의 변화(배관 부품이 진공시스템에 사용되는 경우 진공 압력(음압)을, 배관 부품이 대기압 이상의 압력을 사용하는 경우 양압을 말한다)에 따라 연통유로(123) 내부 방향으로 변형되거나 그 반대인 외부 방향으로 변형됨으로써 판막(180)에 부착된 이동 접점부(185)의 이동을 유도한다. 제1센서바디(171)에는 판막(180)의 안착을 위하여 판막 안착홈(172)이 형성될 수 있다.
형상 면에서, 판막(180)은 얇은 막 형태로 형성된 막본체(181)와, 막본체(181)의 가장자리를 따라 형성된 링(ring) 형상부(182) 및, 막본체(181)의 중간 부분의 외측에 돌출되게 형성된 결합돌기(183)를 포함할 수 있다. 결합돌기(183)에 이동 접점부(185)가 결합된다. 막본체(181)는 리크가 없는 상태에서는 탄성에 의하여 평평한 상태를 유지하고 진공 리크가 있는 경우 연통유로(123) 쪽으로 중심부분이 빨려 들어가듯이 변형되어 결합돌기(183) 및 이동 접점부(185)가 연통유로(123) 쪽으로 변위되도록 한다. 반대로 양압의 리크가 있는 경우 막본체(181)는 연통유로(123)의 반대 방향으로 변형되어(외측 방향으로 팽창하여) 결합돌기(183) 및 이동 접점부(185)가 연통유로(123)의 반대 쪽으로 변위되도록 한다.
링형상부(182)가 판막 안착홈(173)에 안착되면, 제1센서바디(171) 또는 제2센서바디(175)에 형성된 돌출 지지륜(173)에 의하여 막본체(181)가 팽팽하게 유지된다. 즉, 링형상부(182)는 제1센서바디(171)와 제2센서바디(175) 사이를 기밀하는 요소이고, 막본체(181)는 연통유로(123)을 향하는 내측 공간과 외측 공간을 차단하는 요소이나, 리크가 없는 경우 막본체(181)가 정상적인 위치를 계속해서 유지할 수 있도록 하는 것이 필요하며, 이를 위하여 돌출 지지륜(173)에 막본체(181)가 걸려짐으로써 팽팽하게 하는 것이다.
이동 접점부(185)는 도전성을 가지며, 결합돌기(183)에 구속되게 결합됨으로써 막본체(181)의 변형 또는 변위에 따라 이동이 가능하게 된다. 이동 접점부(185)는 판상으로 형성될 수 있으며, 이동 접점부(185)의 중간에는 관통홀이 형성될 수 있다. 이동 접점부(185)는 결합돌기(183)에 삽입된 후 접착(접착제 또는 융착 등에 의하여 부착하는 방법을 말한다)에 의해 고정될 수 있다. 이동 접점부(185)가 결합돌기(183)에 결합되면, 이동 접점부(185)는 판막(180)의 막본체(181)의 변형 또는 변위에 따라 결합돌기(183)의 돌출방향으로 이동하게 된다.
고정 접점부(186)는 연통유로(123)에 리크가 없는 경우 이동 접점부(185)에 대하여 이격된 상태로 위치되고, 리크가 발생함으로써 판막(180)의 변형 또는 변위가 있는 경우 이동 접점부(185)가 접촉할 수 있도록 센서바디부에 고정되게 설치된다.
고정 접점부(186)는, 이동 접점부(185)의 일측에 위치되는 제1핀부(188)와, 이동 접점부(185)의 타측에 위치되는 제2핀부(189) 및, 제1핀부(188)와 제2핀부(189)를 일체로 연결하는 연결부(187)를 포함할 수 있다.
고정 접점부(186)는 한 쌍이 상호 평행하게 이격된 상태로 제2센서바디(175)에 고정될 수 있다.
제2센서바디(175)의 상부에는 제3센서바디(176)이 설치된다. 절연을 위하여 제2센서바디(175)가 레진과 같은 재질로 형성될 경우 변형이나 변성의 여지가 있고, 그에 따라 이동 접점부(185)와 고정 접점부(186)의 안정적인 기능 구현을 저해할 수 있으므로, 제3센서바디(176)를 통하여 제2센서바디(175)를 견고하게 가압함으로써 이와 같은 문제를 해결할 수 있다.
도 8은 본 발명과 관련된 리크감지유닛(170)의 작동상태를 설명하기 위한 단면도들로서, (a)는 내부에서 리크가 없는 상태이고, (b)는 내부에서 진공 리크가 있는 상태이며, (c)는 내부에서 양압 리크가 있는 상태를 각각 나타낸다.
이들 도면에 도시된 것과 같이, 배관 부품에 조립이 된 상태에서 판막(180)에 의해 그 하부 공간과 상부 공간이 차폐된다. 막본체(181)의 중간에 형성된 결합돌기(183)에 이동 접점부(185)가 고정되어 있으며, 이동 접점부(185)의 양단은 고정 접점부(186)의 제1핀부(188)과 제2핀부(189)의 사이에 위치된다. 도 8의 (a)와 같이, 배관 부품의 내부에서 리크가 없는 경우 이동 접점부(185)의 양단은 고정 접점부(186)의 제1핀부(188) 및 제2핀부(189)에 접촉되지 않는다. 만약, (b)와 같이 내부에서 진공 리크가 있는 경우 막본체(181)도 내부 방향으로 변형되고 그에 따라 이동 접점부(185)도 하방으로 변위된다. 그에 의해 이동 접점부(185)의 양단이 고정 접점부(186)의 양 제2핀부(189)에 각각 접촉하여 전기적으로 연결된다. 외부 단자를 통하여 접속한 외부의 장치 또는 서버에서 이와 같은 전기적 변화를 감지하여 리크를 알 수 있게 된다. 반대로, (c)와 같이 양압의 리크가 있는 경우, 이동 접점부(185)의 양단이 고정 접점부(186)의 상부의 양 제1핀부(188)에 각각 접촉하여 전기적으로 연결되어 리크 발생 여부를 외부에서 알 수 있게 된다.
이와 같이, 판막의 결합돌기(183)에 이동 접점부(185)를 고정한 상태로 두고 막본체(181)의 변위 또는 변형 작용에 의해 이동 접점부(185)가 이동되도록 함으로써 고정되어 있는 고정 접점부(186)를 통하여 아이솔레이션 밸브(100)의 작동체 어셈블리(120)에서 발생하는 리크를 감지하는 것이다.
이상에서 설명한 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브는 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되지 않는다. 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수 있다.
100: 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브
110: 밸브하우징 111: 인렛포트
112: 아웃렛포트 120: 작동체 어셈블리
121: 실린더블럭 122: 공압 연결포트
123: 연통유로 124: 벤트홀유로
131: 피스톤 132: 샤프트
135: 실링 140: 밸브디스크
141: 푸시스프링 143: 벨로우즈
145: 커버부 146: 가이드블럭
150: 압력조절부 151: 제1캠부
152a: 제1원주홈부 152: 제1원주홈부
153: 제1구속부재 154: 제1오링
155: 제1스프링 160: 제2캠부
160a: 제3원주홈부 161: 하우징
162: 체결스크류 163: 제2구속부재
164: 제2오링 165: 제2스프링
170: 리크감지유닛

Claims (12)

  1. 인렛포트와 아웃렛포트를 갖는 밸브하우징;
    상기 밸브하우징의 내부에서 작동력에 의해 이동되어 상기 인렛포트 또는 상기 아웃렛포트 중 어느 하나인 대상포트의 개방상태와 닫힘상태를 구현할 수 있게 형성된 피스톤구동부와, 신축가능하게 형성되며 상기 인렛포트와 상기 아웃렛포트 사이의 유로 공간에서 상기 피스톤구동부를 차폐시킬 수 있게 형성된 벨로우즈를, 포함하는 작동체 어셈블리;
    상기 작동체 어셈블리 또는 상기 밸브하우징에 설치되며, 압력의 변화를 감지할 수 있게 형성된, 리크감지유닛;
    상기 작동체 어셈블리와 상기 리크감지유닛 사이를 연결하는 연통유로; 및
    상기 작동체 어셈블리의 동작에 의해 연동되게 형성되고, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 상기 연통유로를 개방하여 상기 리크감지유닛이 동작되도록 하고, 상기 피스톤구동부가 상기 개방상태의 위치와 상기 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 상기 연통유로를 차단시켜 상기 리크감지유닛의 오작동을 방지하는, 압력조절부를 포함하는, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤구동부는,
    상기 밸브하우징에 결합될 수 있게 형성된 실린더블럭;
    상기 실린더블럭에 설치되어 공압에 의해 작동될 수 있게 형성되며, 중심에 샤프트가 구비된 피스톤;
    상기 샤프트의 선단에 구비되어 상기 샤프트의 왕복에 따라 상기 대상포트를 폐쇄시키거나 개방시킬 수 있게 형성된 밸브디스크; 및
    상기 밸브디스크와 상기 실린더블럭 사이에 배치되어 상기 밸브디스크에 탄성력을 제공하는 푸시스프링을, 포함하는 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 압력조절부는,
    상기 피스톤 또는 상기 샤프트에 형성되는 제1캠부; 및
    상기 제1캠부에 접촉하며, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치 및 닫힘상태의 위치에 있을 때 상기 연통유로를 개방시키고 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 상기 연통유로를 차단시킬 수 있도록 상기 연통유로 내에서 이동 가능하게 형성되는, 제1구속부재를, 포함하는 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  4. 제3항에 있어서,
    일단은 상기 연통유로에 연결되고, 타단은 상기 실린더블럭의 외부로 개방된 벤트홀유로;
    상기 제1구속부재에 형성되는 제2캠부; 및
    상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치에 있을 때 상기 제2캠부에 의하여 상기 벤트홀유로를 막고, 상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치와 닫힘상태의 위치의 사이에 있을 때 상기 제2캠부에 의하여 상기 벤트홀유로를 개방시키는, 제2구속부재를, 더 포함하는 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1구속부재 및 상기 제2구속부재는 바(bar) 형태로 형성된, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 연통유로 및 상기 벤트홀유로는 상기 실린더블럭에 형성된, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1캠부는,
    상기 피스톤구동부가 개방상태의 위치일 때 상기 제1구속부재가 걸려지는 제1원주홈부; 및
    상기 피스톤구동부가 닫힘상태의 위치일 때 상기 제1구속부재가 걸려지는 제2원주홈부를 포함하는, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1구속부재에 탄성력을 제공하는 제1스프링; 및
    상기 제1구속부재가 상기 제1원주홈부 또는 상기 제2원주홈부에 맞추어져 있을 때, 상기 제1구속부재가 상기 연통유로를 막을 수 있도록 배치되는 제1오링을 더 포함하는, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제2캠부는 상기 피스톤구동부가 개방상태 및 닫힘상탕태의 위치일 때 상기 제2구속부재가 걸려지는 제3원주홈부를 포함하는, 진공공정용 아이솔레이션 밸브.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2구속부재에 탄성력을 제공하는 제2스프링; 및
    상기 제2구속부재가 상기 제3원주홈부에 맞추어져 있을 때, 상기 제2구속부재가 상기 벤트홀유로를 막을 수 있도록 배치되는 제2오링을 더 포함하는, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2구속부재를 지지하는 하우징; 및
    상기 제2오링, 상기 제2구속부재 및 상기 제2스프링을 상기 하우징에 순차적으로 삽입한 상태로 나사방식으로 고정시킬 수 있게 형성된 체결스크류를 더 포함하는, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
  12. 제2항에 있어서,
    상기 작동체 어셈블리는 상기 벨로우즈의 외측에 상기 벨로우즈의 노출을 차단할 수 있게 형성되는 커버부를 더 포함하는, 리크감지가 가능한 진공 공정용 아이솔레이션 밸브.
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