KR102104842B1

KR102104842B1 - 버터플라이식 압력 제어 밸브

Info

Publication number: KR102104842B1
Application number: KR1020157016455A
Authority: KR
Inventors: 야스히토 야마다
Original assignee: 가부시키가이샤 깃츠 에스시티
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2020-04-27
Also published as: US20150292627A1; CN104870872A; CN104870872B; TW201433721A; US9739380B2; JP2014109348A; TWI577909B; WO2014087789A1; JP6014476B2; KR20150090144A

Abstract

진공 영역 내를 압력 제어하는 경우에 매우 적합하며, 동일 구동원으로부터의 동력으로 고실링성을 발휘하면서 미소 유량으로부터 대유량까지 정확하게 유량을 제어하고, 절연 기능을 발휘하여 대기압으로부터 저진공까지 고속으로 압력을 제어하고, 간단한 구조로 소형화한 버터플라이식 압력 제어 밸브를 제공한다. 본 발명은, 유로(4)에 수직 방향으로 회전하는 밸브체(11), 유로 4방향으로 왕복 이동하여 밸브체(11)에 근접 및 이격되는 시트링(12), 시트링(12)을 밸브체(11)로부터 이격시키고 또한 밸브체(11)를 회전시키는 캠 기구(13), 시트링(12)을 밸브체(11) 방향으로 왕복이동시키는 왕복이동 기구(14)를 가지는 밸브 개폐 기구(10)는, 캠 기구(13)에 의해 시트링(12)을 이격시키면서 밸브체(11)를 무슬라이딩 이동으로 회전시키고, 밸브체(11)를 밸브 폐쇄 상태에서 회전시켰을 때 캠 기구(13), 왕복이동 기구(14)에 의해 시트링(12)을 밸브체(11)에 근접 및 이격시켜 유로(4) 내를 압력 제어하고, 동일 구동원으로 구동 가능하게 설치되어 있다.

Description

버터플라이식 압력 제어 밸브{BUTTERFLY PRESSURE CONTROL VALVE}

본 발명은, 예를 들면, 반도체 제조 공정에서, 고(高)실링성을 확보하면서 미소 유량(微小流量)으로부터 대유량(大流量)까지 정확하게 제어하여, 대기압으로부터 저진공까지를 고속으로 압력 제어할 수 있는 절연 기능이 부가된 버터플라이식 압력 제어 밸브에 관한 것이다.

종래부터, 예를 들면, 반도체 제조 공정에서의 진공 용기인 진공 챔버와 진공 펌프와의 사이에는, 절연 기능을 가지는 압력 제어 밸브를 설치하는 경우가 있다. 진공용 절연 밸브는, 진공 챔버로부터 배기하거나 배기를 정지하여 진공 챔버 내를 소정의 진공 압력에 근접하기 위해 사용되고, 이 진공용 절연 밸브에 의해 압력 제어하는 경우, 밸브 폐쇄 시에는 고실링성을 확보하고, 유량 조정 시에는 미소 유량으로부터 대유량까지를 정확하게 제어하고, 대기압으로부터 저진공까지 압력 변화되는 경우에서도 밸브 개방도의 급격한 변화를 억제하여 난류(亂流)를 방지하여 미립자의 비산(飛散)을 막으면서 양호한 정밀도로 또한 고속으로 압력을 제어할 것이 요구된다.

반도체 제조 공정에서 사용되는 진공용 절연 밸브로서는, 구조를 간략화할 수 있는 것이나 발자국성의 우위성 등의 점에서, 버터플라이식의 압력 제어 밸브를 사용하는 것이 유리하게 된다. 이 종류의 진공용 절연 밸브로서, 예를 들면, 특허 문헌 1의 버터플라이식 압력 제어 밸브가 제안되어 있다. 이 압력 제어 밸브는, 유로(流路)의 방향으로 왕복 이동하여 밸브체에 근접 및 이격시키는 것이 가능한 시트링(seat ring)과, 시트링을 밸브체로부터 이격시키는 방향으로 에어를 공급하는 에어 유로와, 시트링을 밸브체 방향으로 가압하는 스프링을 구비한 밸브 개폐 기구를 가지고 있다. 이 밸브에서는, 에어 유로로부터의 에어 공급과 스프링의 가압력에 의해 밸브체에 시트링을 이격시켜, 밸브체를 회전시킴으로써 양호한 정밀도로 유량 제어할 수 있도록 되어 있다.

일본 공개특허 제2010―60133호 공보

그러나, 특허 문헌 1의 버터플라이식 압력 제어 밸브에서는, 보디 측에 장착된 시트링이 전공(電空; electropneumatic) 비례 밸브에 의한 에어 구동에 의해 동작되므로, 이 에어의 압축성에 의한 응답성에는 한계가 있다. 반도체 제조의 배기계에서는, 보다 고속진공 압력 제어가 요구되는 경우가 있고, 에어 구동 이상의 응답성을 발휘하여 미소 유량 시의 동작을 고속으로 실시할 필요가 생기는 경우가 있었다.

이 압력 제어식 밸브에서는, 에어 구동에 의한 시트링의 동작과 모터 구동에 의한 밸브체의 회전과의 조합에 의해 제어하고 있으므로, 이들 에어 구동계와 기계 구동계에 의한 구조에 의해 내부가 복잡해져 전체가 대형화되는 경향이 있다. 그러므로, 보다 간단한 구조이며 컴팩트한 것이 요구되고 있다.

에어 구동계와 기계 구동계로 나누어져 있으므로, 어떠한 이유로 에어 구동계에 대한 에어 공급이 멈추거나, 정전이 되거나 하는 경우 등의 동력원의 이상(異常) 시에 오동작하기 쉬워지고 있었다. 특히, 에어 공급이 정지한 경우에는, 밸브체가 폐쇄 위치에 없을 때도 시트링만이 강제적으로 폐쇄 위치로 돌아오려고 함으로써, 오동작의 원인으로 될 우려가 있다. 이와 같은 이상 시에는, 긴급하게 안전하게 정지할 수 있는 것이 요구되고 있다.

본 발명은, 상기한 문제점을 감안하여 예의(銳意) 연구의 결과 개발에 이른 것이며, 그 목적으로 하는 바는, 진공 영역 내를 압력 제어하는 경우에 바람직한 버터플라이식 압력 제어 밸브로서, 동일 구동원으로부터의 동력에 의해 고실링성을 발휘하면서 미소 유량으로부터 대유량까지 정확하게 유량을 제어할 수 있고, 절연 기능을 발휘하여 대기압으로부터 저진공까지 고속으로 안전을 확보하면서 압력 제어할 수 있어, 간단한 구조이며 소형화한 버터플라이식 압력 제어 밸브를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 제1항에 관한 발명은, 보디 내의 유로에 대하여 수직 방향으로 회전 가능한 밸브체와, 유로의 방향으로 왕복 이동하여 밸브체에 밸브 시트 실링부를 근접 및 이격시키는 것이 가능한 시트링과, 이 시트링을 밸브체로부터 이격시키고 또한 밸브체를 회전시키는 캠 기구(機構)와, 시트링을 밸브체 방향으로 왕복이동시키는 왕복이동 기구를 구비한 밸브 개폐 기구를 가지고, 이 밸브 개폐 기구는, 캠 기구에 의해 시트링을 밸브체로부터 이격시킨 상태에서 이 밸브체를 무(無)슬라이딩 이동으로 회전시키고, 밸브체를 밸브 폐쇄 상태로 회전시켰을 때 캠 기구와 왕복이동 기구에 의해 시트링을 밸브체에 근접 및 이격시켜 유로 내의 압력을 제어하는 개폐 기구이며, 이 밸브 개폐 기구를 동일 구동원으로 구동 가능하게 설치하는 동시에, 구동원은 모터이며, 모터의 출력축과 동축(同軸)에 캠 기구의 캠 부재를 보디의 외측에 장착하고, 캠 부재에 왕복이동 기구를 동작시켜 시트링을 왕복이동시키기 위한 캠면과, 밸브체를 회전시키는 랙(rack)·피니언 기구를 동작시키기 위한 캠홈을 형성한 버터플라이식 압력 제어 밸브이다.

제2항에 관한 발명은, 왕복이동 기구는, 시트링에 고착된 연접봉(連接棒)과, 시트링을 밸브체 방향으로 가압하는 스프링과, 보디의 외주측에 설치되고, 캠면에 맞닿은 롤러에 의해 유로에 대한 수선(垂線)을 중심으로 회전하는 2개의 4분원형의 레버를 가지고, 캠 부재의 회전에 따라 각 레버가 회전하여 연접봉을 통하여 시트링을 왕복이동시키는 기구인 버터플라이식 압력 제어 밸브이다.

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제3항에 관한 발명은, 랙·피니언 기구를 캠 기구의 하부에 설치하고, 이 랙·피니언 기구는, 보디에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이딩 부재를 가지고, 이 슬라이딩 부재의 상면측에 설치한 핀이 캠홈에 걸어맞추어지고, 또한 중앙 부근에 설치한 랙과 밸브축에 설치한 피니언이 맞물리고, 캠 부재의 회전에 의해 핀과 캠홈을 통하여 슬라이딩 부재가 슬라이딩하고, 이 슬라이딩에 의해 랙과 피니언을 통하여 밸브체를 회전시키는 기구인 버터플라이식 압력 제어 밸브이다.

제4항에 관한 발명은, 캠면을 캠 부재의 외주면(外周面), 캠홈을 캠 부재의 내측에 설치하고, 이들 캠면과 캠홈은, 캠 부재에서의 시트링과 밸브체가 연속적으로 동작하고, 또한 시트링과 밸브체의 상호의 동작이 간섭하지 않는 위치에 형성되어 있는 버터플라이식 압력 제어 밸브이다.

제1항에 관한 발명에 의하면, 특히, 진공 영역 내를 압력 제어하는 경우에 바람직한 버터플라이식 압력 제어 밸브이며, 동일 구동원으로부터의 동력에 의해 캠 기구, 왕복이동 기구에 의한 기계적인 동작에 의해 고실링성을 발휘하면서 미소 유량으로부터 대유량까지 연속하여 제어하여 정확하게 유량을 제어할 수 있고, 절연 기능을 발휘하여 대기압으로부터 저진공까지 고속으로 압력을 제어할 수 있고, 특히, 미소 유량 시에서의 시트링의 응답성이 향상됨으로써 고정밀도의 유량 제어가 가능해진다. 동일 구동원으로 밸브 개폐 기구를 구동하고 있으므로, 간단한 구조로 되어 소형화가 가능해져, 비용이나 풋프린트(footprint)의 점에서 유리하게 된다. 정전 등이 생긴 경우라도 시트링과 밸브체가 간섭하지 않고 안전하게 정지할 수 있어, 오동작이나 고장의 발생을 회피할 수 있다.

또한, 캠 부재를 보디의 외측에 설치하고 있으므로, 이 캠 부재가 유로 측에 노출되지 않고, 미립자의 발생이나 반응 생성물의 부착을 방지하여 고순도의 유체(流體)를 유량 제어할 수 있다. 구동원인 모터의 출력축으로부터의 회전에 의해 캠 부재를 회전하고, 이 캠 부재를 통하여 왕복이동 기구를 동작시켜 시트링을 왕복이동시키고, 랙·피니언 기구를 동작시켜 밸브체를 회전시키고 있으므로, 동일한 모터로 1개의 캠 부재를 통하여 시트링의 동작에 의한 밸브 폐쇄 실링 및 미소 유량역에서의 압력 제어가 가능해지고, 또한 밸브체의 회전에 의한 대유량역에서의 압력 제어가 가능하게 된다.

제2항에 관한 발명에 의하면, 왕복이동 기구가 유로 측에 노출되지 않으므로, 미립자의 발생이나 반응 생성물의 부착을 방지할 수 있다. 캠 부재가 밸브 개방 방향으로 회전했을 때는, 이 캠 부재의 회전에 의해 롤러를 통하여 레버에 의해 연접봉을 누르는 방향으로 회전하여 시트링을 밸브체로부터 이격시켜, 캠 부재가 밸브 폐쇄 방향으로 회전했을 때는, 스프링의 탄발 가압력에 의해 시트링을 소정의 위치까지 확실하게 되돌려 고실링성을 발휘하면서 밸브 폐쇄 상태를 유지할 수 있다.

제3항에 관한 발명에 의하면, 캠 부재의 회전을 랙·피니언 기구에 의해 감속하면서 밸브체에 전달할 수 있어, 밸브체의 중간 개도(開度)를 미세하게 제어하여 정확하게 유량 제어할 수 있다. 랙·피니언 기구를 유로 내에 노출시키지 않고 소형화할 수 있으므로, 설치 스페이스를 작게 할 수 있다.

제4항에 관한 발명에 의하면, 시트링과 밸브체를 연속적이면서 또한 간섭하지 않고 동작시킬 수 있어, 캠 부재를 통하여 구동원으로부터의 동력이 기계적으로 밸브체나 시트링에 전달되므로, 밸브 폐쇄로부터 밸브 개방 상태까지 고속이고 또한 순조로운 양호한 정밀도의 유량 제어가 가능하게 된다.

도 1은 본 발명에서의 버터플라이식 압력 제어 밸브의 일 실시형태를 나타낸 일부 생략 단면도(斷面圖)이다.
도 2는 도 1의 일부 절결(切缺) 정면도이다.
도 3은 도 2의 A―A 확대 단면도이다.
도 4의 (a)는 캠 부재를 나타낸 평면도이다. (b)는 (a)의 C―C 단면도이다.
도 5는 도 2의 B―B 확대 단면도이다.
도 6의 (a)는 밸브 폐쇄 시에서의 레버의 상태를 나타낸 일부 확대 평면도이다. (b)는 시트링의 개방 상태에서의 레버의 상태를 나타낸 일부 확대 평면도이다.
도 7은 밸브 폐쇄 시의 상태를 나타낸 설명도이다.
도 8은 시트링의 개방 상태를 나타낸 설명도이다.
도 9는 밸브 개방 시의 상태를 나타낸 설명도이다.

이하, 본 발명에서의 버터플라이식 압력 제어 밸브의 바람직한 실시형태를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도 1, 도 2에 나타낸 본 발명의 버터플라이식 압력 제어 밸브는, 예를 들면, 반도체 제조 공정의 도시하지 않은 관로(管路)의 진공 챔버와 진공 펌프와의 사이의 진공 배기 측에 설치되고, 밸브 본체(1), 액추에이터(2)를 가지고 있다.

도 1∼도 3에 있어서, 밸브 본체(1)의 보디(3) 내에는 유로(4)가 형성되고, 이 유로(4)를 개폐하기 위해 밸브 본체(1)에는 밸브 개폐 기구(10)가 설치되어 있다. 밸브 개폐 기구(10)는, 밸브체(11)와, 시트링(12)과, 캠 기구(13)와, 왕복이동 기구(14)를 구비하고 있다. 또한, 캠 기구(13)와 밸브체(11)와의 사이에는, 랙·피니언 기구(15)가 설치되어 있다.

밸브 개폐 기구(10)에 있어서, 밸브체(11)는, 대략 원판형으로 형성되고, 회전축인 밸브축(21)에 고착 볼트(20)에 의해 장착되고, 이 밸브축(21)에 의해 유로(4)에 대하여 수직 방향으로 회전 가능하도록 되어 있다. 밸브체(11)의 외주측에는 장착홈(22)이 형성되고, 이 장착홈(22)에는 O링(23)이 장착되어 있다. O링(23)은, 시트링(12)의 후술하는 밸브 시트 실링부(25)에 맞닿은 측에 설치되고, 이 O 링(23)에 의해, 밸브 시트 실링부(25)와 밸브체(11)와의 사이가 실링된다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 밸브축(21)의 상부 부근에는 피니언(26)이 장착되고, 이 피니언(26)이 밸브축(21)과 일체로 회전 가능하도록 되어 있다. 도 3에 있어서, 밸브축(21)은, 밸브체(11)의 중심(Q)으로부터 유로 방향으로 편심(偏心)되도록 설치되어 있다. 밸브축(21)의 상단측에는 베어링(27)이 설치되고, 밸브축(21)은 이 베어링(27)에 의해 축지지되어 후술하는 캠 부재(30)와 상대 회전 가능하게 설치되어 있다. 이와 같이, 밸브축(21)은, 구동원인 모터(31)의 출력축(32)과 떼어내진 상태로 되어 있다.

도 3에 있어서, 시트링(12)은, 밸브 시트 실링부(25)를 가지는 통형부(35)와 칼라형부(36)를 가지고 있다. 통형부(35)는, 보디(3) 내의 유로(4) 내를 슬라이딩 이동 가능한 외경(外徑)으로 설치되고, 이 통형부(35)의 밸브체(11) 측에 밸브 시트 실링부(25)가 설치되어 있다. 밸브 시트 실링부(25)는 O링(23)이 접촉 실링 가능하게 시트링(12)의 내주면 측에 형성되고, 내경측(內徑側)으로부터 외경측으로 완만하게 확경(擴徑)되는 테이퍼형으로 형성되어 있다. 도시하지 않지만, 이 테이퍼 각도는, 회전하는 밸브체(11)가 간섭하지 않도록 설정되고, 예를 들면, 10∼15°정도로 설정되어 있으면 된다. 밸브 시트 실링부(25)는, 테이퍼형 이외라도 되고, 예를 들면, 원호형으로 설치되어 있어도 된다. 칼라형부(collar type portion)(36)는, 밸브 시트 실링부(25)의 반대측에 설치되고, 보디(3) 내에 형성된 확경상(擴徑狀)의 안내부(3a)를 이동 가능한 외경으로 형성된다.

시트링(12)은, 안내부(3a)에 칼라형부(36)를 안내하면서 유로(4) 내에 장착되고, 안내부(3a)와 칼라형부(36)와의 사이에 형성되는 간극(間隙)(G)에 의해 유로 4방향으로 왕복 이동 가능하도록 되어, 밸브 시트 실링부(25)가 밸브체(11)의 O링(23)에 근접 및 이격 가능해진다. 시트링(12)과 보디(3)와의 사이에는 O링인 밀봉링(37)이 설치되고, 이 밀봉링(37)에 의해 시트링(12)의 슬라이딩 이동 시에도 유체 누출이 방지된다.

도 1, 도 2에서의 캠 기구(13)는, 시트링(12)을 밸브체(11)로부터 이격시키고, 또한 이 밸브체(11)를 회전시키는 기능을 가지고 있고, 캠 부재(30), 캠팔로워(cam follower)인 롤러(40)를 구비하고 있다. 도 4에 나타낸 캠 부재(30)는, 보디(3)의 외측에 있어서 모터(31)의 출력축(32)에 동축에 장착되고, 모터(31)로부터의 회전력이 입력되어 회전하도록 되어 있다. 캠 부재(30)의 외주측에는 캠면(41), 캠 부재(30)의 내측에는 캠홈(42)이 설치되어 있다.

캠면(41)은, 캠 부재(30)의 회전 운동을 롤러(40)의 유로 방향으로의 왕복 운동으로 변환하여, 이 롤러(40)를 통하여 왕복이동 기구(14)의 동작에 의해 시트링(12)을 왕복이동시키기 위해 설치된다. 도 4에 있어서, 캠 부재(30)의 회전 전[밸브 전폐(全閉)의 상태]에서의 롤러(40)와의 접점을 0°로 한 경우, 캠면(41) 중, 캠 부재(30)가 시계 방향으로 0° 내지 90°까지 회전할 때의 롤러(40)와의 접점인 원호(45)는 변형 정현(正弦) 곡선, 90° 내지 270°까지의 원호(46)는 점(P)을 중심으로 하는 진원의 일부를 이루는 곡선에 의해 형성된다.

캠홈(42)은, 캠 부재(30)의 회전 운동을 후술하는 핀(47)에 전달하고, 랙·피니언 기구(15)를 동작시켜 밸브체(11)를 회전시키기 위해 설치된다. 도 4에 있어서, 캠홈(42) 중, 캠면(41)의 원호(45)가 롤러(40)와 맞닿을 때[캠 부재(30)가 0° 내지 90°까지 회전할 때]의 핀(47)이 걸어맞추어지는 홈부[도 4의 (a) 중, 270° 내지 0°까지의 범위의 홈](48)는, 점(P)을 중심으로 하는 진원의 일부를 피치 원으로 하는 곡선형의 홈, 캠면(41)의 원호(46)가 롤러(40)와 맞닿을 때[캠 부재(30)가 90°이상으로 회전할 때]의 핀(47)이 걸어맞추어지는 홈부[도 4의 (a) 중, 0° 내지 180°이내까지의 범위의 홈)(49)는, 변형 정현 곡선에 의해 형성된다.

상기한 바와 같이, 캠면(41)의 원호(45, 46)와 캠홈(42)의 홈부(48, 49)가 어긋나게 배치되고, 캠면(41)과 캠홈(42)이, 캠 부재(30)에서의 시트링(12)과 밸브체(11)가 연속하여 동작하고, 또한 상호의 동작이 간섭하지 않는 위치에 형성되어 있으므로, 시트링(12), 밸브체(11) 중 한쪽에서 변형 정현 곡선을 통하여 회전 운동이 직선 운동에 변환되어 있을 때는, 다른 쪽에서는 진원의 일부를 이루는 원호에 의해 운동의 변환이 행해지지 않는다.

도 3에 나타낸 왕복이동 기구(14)는, 시트링(12)을 밸브체(11)의 방향으로 가압하는 기능을 가지고, 연접봉(50), 스프링(51), 레버(52)를 가지고 있다. 연접봉(50)의 일단측은, 볼트(53)에 의해 시트링(12)에 고착되고, 타단측은, 볼트(53)에 의해 원판형의 플레이트 부재(54)에 고착되어 있고, 이 플레이트 부재(54)의 유로 4방향으로의 직선 운동이 연접봉(50)을 통하여 시트링(12)에 전달되어 시트링(12)이 왕복이동하고, 이 시트링(12)이 밸브체(11)에 근접 및 이격된다. 플레이트 부재(54)의 외주측에는 걸림 오목부(55)가 형성되고, 이 걸림 오목부(55)에는, 레버(52)에 고착된 걸림핀(56)이 걸려져 있다.

스프링(51)은, 보디(3)에 형성된 오목형 홈(3b)과 플레이트 부재(54)와의 사이에 탄발 상태로 설치되고, 플레이트 부재(54)에 대하여 시트링(12)을 밸브체(11)의 방향으로 탄발 가압하고 있다. 이 스프링(51)에 의해, 통상 시에는 도 3에 있어서 플레이트 부재(54)가 우측 방향으로 이동함으로써 시트링(12)이 밸브 폐쇄 상태의 밸브체(11)에 밀착 실링된다. 본 실시형태에 있어서는, 스프링(51)이 시트링(12)의 원주 방향으로 등간격(等間隔)으로 8개 장착되어 있지만, 이 스프링(51)의 수를 적절히 증감시켜도 된다.

도 1, 도 2에 있어서, 2개의 레버(52, 52)는 각각 4분 원형으로 설치되고, 베어링(57)을 통하여 축 장착부(58)에 의해 중앙 부근이 보디(3)의 외주측에 장착됨으로써 유로(4)에 대한 수선(L)을 중심으로 회전하도록 되어 있다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 한쪽의 레버(52)에는 캠 부재(30)의 캠면(41)에 맞닿은 롤러(40)가 설치되고, 다른 쪽의 레버(52)에는 롤러(40)에 거는 L자형의 걸림편(59)이 장착되어 있다. 한쪽의 레버(52)에 캠 부재(30)의 변위량이 롤러(40)로부터 전달되면, 이 레버(52)와 걸림편(59)이 롤러(40)에 걸리게 하고 있는 레버(52)가 각각 축 장착부(58)를 중심으로 회전하고, 각 레버(52, 52)의 선단측이 스트로크(S)에 의해 플레이트 부재(54)를 압압(押壓)하는 방향으로 이동하도록 되어 있다. 그리고, 도 6에 있어서는, 2개의 레버(52, 52)를 나타내기 위해, 상이한 방향의 해칭을 기입하고 있다.

또한, 어느 한쪽의 레버(52)의 상부에는 플레이트형의 스위치 편(60)이 장착되고, 액추에이터(2)에는 이 스위치 편(60)에 의해 온(on) 또는 오프(off)되는 리미트 스위치(61)가 설치되어 있다. 레버(52)의 회전 시에는, 스위치 편(60)이 리미트 스위치(61)를 온함으로써 시트링(12)이 개방 동작한 것을 확인 가능하도록 되어 있다.

전술한 밸브 개폐 기구(10)는, 캠 기구(13)에 의해 시트링(12)을 밸브체(11)로부터 이격시킨 상태에서 이 밸브체(11)를 무(無)슬라이딩 이동으로 회전시키고, 밸브체(11)를 밸브 폐쇄 상태로 회전시켰을 때 캠 기구(13)와 왕복이동 기구(14)에 의해 시트링(12)을 밸브체(11)에 근접 및 이격시켜 유로(4) 내의 압력을 제어한다. 이들 캠 기구(13)와 왕복이동 기구(14)는, 모터(31)에 의한 동일 구동원으로 구동 가능하게 설치되어 있다.

도 1에 있어서, 랙·피니언 기구(15)는, 캠 기구(13)의 하부에 설치되고, 슬라이딩 부재(70)와 밸브축(21)에 설치한 전술한 피니언(26)에 의해 구성된다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 슬라이딩 부재(70)는 직사각형으로 형성되고, 보디(3) 상부에 병설된 레일 부재(71)를 따라 보디(3)에 대하여 슬라이딩 가능하게 설치된다. 슬라이딩 부재(70)의 상면측에는 핀(47)이 일체로 장착되고, 이 핀(47)이 캠홈(42)에 걸어맞추어져 있다. 슬라이딩 부재(70)의 중앙 부근에는 긴 구멍(72)이 형성되고, 이 긴 구멍(72)을 따르도록 랙(73)이 일체로 장착되고, 이 랙(73)에 피니언(26)이 맞물려 있다. 이 구성에 의해, 캠 부재(30)가 회전했을 때 핀(47)이 캠홈(42)을 따라 이동하고, 이들 핀(47)과 캠홈(42)을 통하여 슬라이딩 부재(70)가 슬라이딩하고, 이 슬라이딩에 의해 랙(73)과 맞물리는 피니언(26)을 통하여 밸브축(21)이 회전하여 밸브체(11)가 개폐된다.

도 1, 도 2의 액추에이터(2)는, 밸브 본체(1)에 탑재되고, 내부에 탑재한 모터(31)의 출력축(32)으로부터 캠 부재(30)에 회전을 전달 가능하도록 되어 있다. 모터(31)는, 예를 들면, 스테핑 모터가 바람직하고, 이 경우, 양호한 정밀도의 회전 제어에 의한 유량 조절이 가능해진다.

전술한 버터플라이식 압력 제어 밸브는, 테이퍼형의 밸브 시트 실링부(25)를 가지는 시트링(12)이 배관 흐름 방향으로 왕복 동작함으로써 밸브체(11)의 실링 및 미소 유량역에서의 압력 제어를 가능하게 하고, 배관 흐름 방향과 수직 방향으로 장착된 밸브체(11)가 90°회전에 의해 개폐 동작함으로써 대유량역에서의 압력 제어를 가능하게 하고 있다.

이어서, 본 발명의 버터플라이식 압력 제어 밸브의 상기 실시형태에 있어서의 동작을 설명한다.

먼저, 밸브를 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 하는 경우에는, 도 7의 밸브 본체(1)의 밸브 폐쇄 상태에 있어서, 도 7의 (a)의 상태로부터 모터(31)의 출력축(32)을 화살표의 시계 방향으로 회전시키면, 이 출력축(32)의 회전에 의해 캠 부재(30)가 일체로 회전한다. 도 7의 (a), 도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 캠 부재(30)가 0° 내지 90°까지 회전할 때는, 캠면(41)의 원호(45)가 변형 정현 곡선으로 되어 있으므로, 캠 부재(30)와 맞닿아 있는 롤러(40)가 캠 부재(30)의 반경의 증가에 따라 도 7의 (b) 내지 도 8의 (b)의 상태까지 이동하고, 이 롤러(40)와 일체의 레버(52) 및 롤러(40)에 걸려져 있는 레버(52)가, 각각 축 장착부(58)를 중심으로 회전 운동하고, 도 6의 (b)에 나타낸 바와 같이, 각 레버(52, 52)의 선단측이 스트로크(S)로 이동한다. 이 때, 스프링(51)의 가압력에 의해 롤러(40)가 캠 부재(30)에 가압되어 있으므로, 캠 부재(30)의 회전에 의해 레버(52)가 확실하게 작동하고, 이 레버(52)의 회전에 따라 스프링(51)이 압축한다.

레버(52)의 선단측이 이동하면, 이 선단측에 장착된 걸림핀(56)이 걸림 오목부(55)를 통하여 플레이트 부재(54)를 압압하고, 이 플레이트 부재(54)로부터 연접봉(50)을 통하여 시트링(12)이 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 직선 운동하고, 이 시트링(12)이 밸브체(11)로부터 스트로크(S)의 분만큼 이격된다.

이 때, 캠홈(42)의 홈부(48)가 점(P)을 중심으로 하는 진원의 일부를 피치 원으로 하는 곡선형의 홈으로 되어 있으므로, 캠 부재(30)의 0° 내지 90°까지의 회전 시에는, 이 회전이 핀(47)에 전달되지 않고, 이로써, 슬라이딩 부재(70)이 도 8의 상태로부터 더 이상 슬라이딩하지 않는다.

이 상태로부터 캠 부재(30)이 도 9의 (a)에 나타낸 바와 같이, 90°이상으로 회전할 때는, 캠면(41)의 원호(46)가 점(P)을 중심으로 하는 진원의 일부를 이루는 곡선에 의해 형성되어 있으므로, 캠 부재(30)와 맞닿아 있는 롤러(40)가 도 8의 (b)의 상태로부터 더 이동하지 않고, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 시트링(12)의 소정의 이격 상태가 유지된다.

한편, 캠홈(42) 측에 있어서는, 홈부(49)가 변형 정현 곡선에 의해 설치되어 있으므로, 도 9의 (b)에 나타낸 바와 같이, 이 홈부(49)를 따라 핀(47)이 이동하면서 슬라이딩 부재(70)가 레일 부재(71)를 따라 직선 운동에 의해 슬라이딩하고, 슬라이딩 부재(70)에 장착된 랙(73)에 의해 피니언(26)이 반시계 방향으로 회전 운동 해 밸브축(21)이 개방 방향으로 회전하고, 밸브체(11)가 개방 상태로 된다. 이 경우, 캠홈(42)의 단부(端部) 측에 핀(47)이 도달했을 때 밸브체(11)가 전개(全開)의 상태로 되도록 캠홈(42)의 길이가 설정되어 있으므로, 도 9의 (c)에 나타낸 바와 같이, 캠 부재(30)가 최대한 회전했을 때 밸브체(11)가 90°회전하여 전개 상태로 된다.

다음에, 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 하는 경우에는, 도 9의 밸브 개방 상태에 있어서, 모터(31)의 출력축(32)을 반시계 방향으로 회전시킨다. 이 출력축(32)의 회전에 의해 캠 부재(30)가 도 8의 (a)의 상태까지 반시계 방향으로 회전하면, 도 8의 (c)에 있어서, 슬라이딩 부재(70)가 밸브 개방 동작과는 반대의 동작으로 슬라이딩하고, 랙(73)과 피니언(26)을 통하여 밸브체(11)가 폐쇄 상태까지 회전한다. 이 때, 시트링(12)은, 캠면(41)의 원호(46)의 형상에 따라 밸브체(11)로부터 이격된 상태로 유지되고 있다.

또한, 캠 부재(30)가 도 7의 (a)의 상태까지 회전하는 경우, 보디(3)와 플레이트 부재(54)와의 사이에 압축되어 있는 스프링(51)의 탄발 가압력에 의해, 롤러(40)가 캠 부재(30)의 반경의 감소에 추종하여 도 8의 (b) 내지 도 7의 (b)의 상태까지 플레이트 부재(54)가 이동하여 밸브 개방 동작과 역방향으로 레버(52)가 회전하고, 이 레버(52)에 연접봉(50)을 통하여 고착된 시트링(12)은, 도 7의 (c)의 상태까지 직선 운동하여 밸브 시트 실링부(25)가 밸브체(11)에 맞닿아 밸브 폐쇄 상태로 된다. 이 밸브 폐쇄 상태에 있어서는, 스프링(51)에 의해 밸브 시트 실링부가 밸브체(11)에 강하게 가압되므로, 고실링성이 발휘된다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 버터플라이식 압력 제어 밸브는, 밸브 개폐 기구(10)의 캠 기구(13), 왕복이동 기구(14), 랙·피니언 기구(15)를 통하여, 시트링(12)을 위치 제어하고, 또한 밸브체(11)를 회전 제어하여 유량 제어하고 있으므로, 밸브 개폐 시의 모든 영역에 있어서 응답성이 높아져, 특히, 시트링(12)을 캠 기구(13)에 의해 왕복 동작하여 미소 유량을 제어 가능하게 하고 있으므로, 양호한 정밀도로 압력 제어할 수 있다.

밸브 개폐 기구(10)를 동일 구동원인 모터(31)로 구동하고 있으므로, 밸브 본체(1)나 액추에이터(2)의 내부 구조를 간략화하여 전체의 컴팩트화가 가능해진다.

밸브 본체(1)의 동작 중에 있어서, 정전 등에 의해 모터(31)로부터의 회전력이 정지한 경우에는 캠 부재(30)도 회전을 정지하고, 이 캠 부재(30)를 통하여 시트링(12)과 밸브체(11)가 각각 도중 위치에서 멈추기 때문에, 시트링(12)과 밸브체(11)가 서로 접촉하지 않아, 모터(31)의 회전이 재개했을 때 동작의 도중에 원활하게 동작을 재개할 수 있다.

또한, 캠 기구(13), 왕복이동 기구(14), 랙·피니언 기구(15)를 유로(4) 내에 노출시키지 않고 설치하고 있으므로, 반도체 제조장치에 사용한 경우에도 반응 생성물 등의 부착에 의한 작동 문제점이 쉽게 생기지 않게 되어, 오버홀이나 유지보수도 용이하게 된다.

1; 밸브 본체
3; 보디
4; 유로
10; 밸브 개폐 기구
11; 밸브체
12; 시트링
13; 캠 기구
14; 왕복이동 기구
15; 랙·피니언 기구
21; 밸브축
25; 밸브 시트 실링부
26; 피니언
30; 캠 부재
31; 모터(구동원)
40; 롤러
41; 캠면
42; 캠홈
47; 핀
50; 연접봉
51; 스프링
52; 레버
70; 슬라이딩 부재
73; 랙
L; 수선

Claims

보디 내의 유로(流路)에 대하여 수직 방향으로 회전 가능한 밸브체;
상기 유로의 방향으로 왕복 이동하여 상기 밸브체에 밸브 시트 실링부를 근접 및 이격시키는 것이 가능한 시트링(seat ring);
상기 시트링을 상기 밸브체로부터 이격시키고 또한 상기 밸브체를 회전시키는 캠 기구(機構); 및
상기 시트링을 상기 밸브체 방향으로 왕복이동시키는 왕복이동 기구를 구비한 밸브 개폐 기구;
를 포함하고,
상기 밸브 개폐 기구는, 상기 캠 기구에 의해 상기 시트링을 상기 밸브체로부터 이격시킨 상태에서 상기 밸브체를 무(無)슬라이딩 이동으로 회전시키고, 상기 밸브체를 밸브 폐쇄 상태로 회전시켰을 때 상기 캠 기구와 상기 왕복이동 기구에 의해 상기 시트링을 상기 밸브체에 근접 및 이격시켜 상기 유로 내의 압력을 제어하는 개폐 기구이며,
상기 밸브 개폐 기구를 동일 구동원으로 구동 가능하게 설치하는 동시에, 상기 구동원은 모터이며, 상기 모터의 출력축과 동축(同軸)에 상기 캠 기구의 캠 부재를 상기 보디의 외측에 장착하고, 상기 캠 부재에 상기 왕복이동 기구를 동작시켜 상기 시트링을 왕복이동시키기 위한 캠면과, 상기 밸브체를 회전시키는 랙(rack)·피니언 기구를 동작시키기 위한 캠홈을 형성한,
버터플라이식 압력 제어 밸브.
제1항에 있어서,
상기 왕복이동 기구는, 상기 시트링에 고착된 연접봉(連接棒)과, 상기 시트링을 상기 밸브체 방향으로 가압하는 스프링과, 상기 보디의 외주측에 설치되고, 캠면에 맞닿은 롤러에 의해 상기 유로에 대한 수선(垂線)을 중심으로 회전하는 2개의 4분(四分) 원형의 레버를 구비하고, 상기 캠 부재의 회전에 따라 상기 각 레버가 회전하여 상기 연접봉을 통하여 상기 시트링을 왕복이동시키는 기구인, 버터플라이식 압력 제어 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 랙·피니언 기구를 상기 캠 기구의 하부에 설치하고, 상기 랙·피니언 기구는, 상기 보디에 대하여 슬라이딩 가능한 슬라이딩 부재를 구비하고, 상기 슬라이딩 부재의 상면측에 설치한 핀이 상기 캠홈에 걸어맞추어지고, 또한 중앙 부근에 설치한 랙과 밸브축에 설치한 피니언이 맞물리고, 상기 캠 부재의 회전에 의해 상기 핀과 캠홈을 통하여 상기 슬라이딩 부재가 슬라이딩하고, 상기 슬라이딩에 의해 상기 랙과 피니언을 통하여 상기 밸브체를 회전시키는 기구인, 버터플라이식 압력 제어 밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캠면을 상기 캠 부재의 외주면(外周面), 상기 캠홈을 상기 캠 부재의 내측에 설치하고, 상기 캠면과 상기 캠홈은, 상기 캠 부재에서의 상기 시트링과 상기 밸브체가 연속적으로 동작하고, 또한 상기 시트링과 상기 밸브체의 상호의 동작이 간섭하지 않는 위치에 형성되어 있는, 버터플라이식 압력 제어 밸브.
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