KR102197785B1 - 유량 조정 밸브 및 이것을 이용한 유체 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

수동 밸브 타입의 소형화를 충분히 살리면서도 그 과제를 해결한 전동 밸브 타입의 유량 조정 밸브를 제공한다. 회전체(15)를 회전시킴으로써 상하 이동체(6)를 상하 이동시키는 회전 장치를 구비한다. 회전 장치는, 회전체(15)의 상단부에 설치되는 종동 기어(14)와, 종동 기어(14)에 맞물리는 구동 기어(13)를 회전시키는 모터(11)를 구비한다. 모터(11)는, 스테핑 서보 모터로 이루어지고, 구동 기어(13)의 하방에 배치되며, 모터(11)의 회전축(34)이 상방으로 연장되고, 그 상단부에 구동 기어(13)가 고정된다.

Description

유량 조정 밸브 및 이것을 이용한 유체 제어 장치
본 발명은 유량 조정 밸브 및 이것을 이용한 유체 제어 장치에 관한 것이다.
유체 제어 장치는 반도체 제조 라인에 있어서 필수적인 컴포넌트이다.
유체 제어 장치에 사용되는 유량 조정 밸브는, 밸브체에 의한 유로 통로의 개방도를 조정하는 상하 이동체에 나사 결합된 회전체를 회전시켜 상기 상하 이동체를 상승 또는 하강시킴으로써 밸브체에 의한 유로 통로의 개방도를 조정하는 구조를 갖는다.
회전체의 회전은, 수동으로 핸들을 돌림으로써 행하는 구조의 것(수동 밸브 타입)과, 전동으로 행하는 구조의 것(전동 밸브 타입)이 있다.
유체 제어 장치는 반도체 제조 라인당 다량으로 사용되고 있다. 게다가, 제조 라인을 컴팩트하게 하기 위해서나 제조 프로세스 조건으로부터의 제약으로 인해 유체 제어 장치는 여유가 없는 공간에 설치되는 경우가 적지 않다.
그 때문에, 수동 밸브 타입에서의 유량 조정은, 예컨대, 유체 제어 장치의 하방의 후미진 곳에 있는 8라인∼14라인의 유량 조정 밸브에 대해, 작업자가 손을 뻗어, 필요하면 거울 등으로 유량 조정 밸브의 눈금을 보면서, 또한 그 라인의 매스 플로우 미터의 유량 표시를 보면서, 약간의 간격의 눈금으로 미묘하게 핸들을 손으로 움직여 조정하지 않으면 안 되었다. 이 작업을 제조 라인에 설치되어 있는 모든 유체 제어 장치에 대해 행할 필요가 있어, 노력과 시간이 드는 번잡한 작업이 되고 있어 소형인 것을 충분히 다 살리지 못하고 있었다.
이에 대해 전동 밸브 타입(예컨대, 특허문헌 1, 2)에서의 유량 조정에는, 유량 조정을 위해서 작업자가 직접 개재하지 않기 때문에, 상기한 바와 같은 수동 밸브 타입에서의 과제는 존재하지 않는다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2001-4062호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성 제8-64490호 공보
그러나, 특허문헌 1의 경우에는, 스테핑 모터를 외장형으로 하고 있기 때문에, 그만큼 장치의 용적이 커지는 과제가 있고, 또한, 특허문헌 2의 경우에는, 내장한 랙 피니언을 구동하여 밸브체의 개폐도를 제어하고 있기 때문에, 랙 피니언의 용적에 더하여 랙의 상하 이동의 용적을 필요로 한다는 과제가 있었다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 수동 밸브 타입의 소형화를 충분히 살리면서도 그 과제를 해결한 전동 밸브 타입의 유량 조정 밸브를 제공하는 것을 주된 목적으로 한다.
본 발명에 의한 유량 조정 밸브는, 유체 통로가 형성되는 몸체와, 상기 유체 통로를 개폐하는 밸브체와, 상승 또는 하강함으로써 상기 밸브체에 의한 상기 유체 통로의 개방도를 조정하는 상하 이동체와, 상기 상하 이동체에 나사 결합되는 회전체와, 상기 회전체를 회전시킴으로써 상기 상하 이동체를 상하 이동시키는 회전 장치를 구비하는 유량 조정 밸브에 있어서, 상기 회전 장치는, 상기 회전체의 일부에 설치되는 종동 기어와, 상기 종동 기어에 맞물리는 구동 기어와, 상기 구동 기어를 회전시키는 모터를 구비하고, 상기 모터는, 스테핑 서보 모터로 이루어지며, 상기 모터의 회전축에 상기 구동 기어가 고정되는 것을 특징으로 하는 것이다.
상하 이동체, 회전체 및 회전 장치에 의해, 유체 통로의 개방도를 사전 결정된 위치로 설정하는 개방도 설정 수단이 형성된다.
스테핑 서보 모터는, 인코더를 탑재한 스테핑 모터이며, 컨트롤러로부터 발신되는 펄스 신호에 따라, 모터 코일에 흘리는 전류를 전환함으로써, 일정 각도마다 모터의 회전축을 회전시키고, 인코더로부터 현재 위치·속도를 피드백하여, 동작 지령 펄스와의 오차를 수정하면서 클로즈드 루프 제어를 행할 수 있다.
회전 장치는, 회전체의 일부에 설치되는 종동 기어와, 종동 기어에 맞물리는 구동 기어와, 구동 기어를 회전시키는 모터를 구비하고, 모터의 회전축에 구동 기어가 고정됨으로써, 유량 조정 밸브의 전체 치수를 작게 할 수 있고, 또한, 모터가 인코더를 탑재한 스테핑 서보 모터로 이루어짐으로써, 모터 자체를 작게 할 수 있다. 이에 의해, 모터를 사용하는 유량 조정 밸브의 크기를 수동의 것과 같은 정도의 크기로 할 수 있다.
상기 모터는, 상기 회전체에 인접하도록 배치되고, 상기 모터의 회전축이 상방으로 연장되며, 그 상단부에 상기 구동 기어가 고정되는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 모터를 사용하는 유량 조정 밸브를 보다 컴팩트하게 할 수 있다.
예컨대, 상기 모터의 횡단면이 한 변 35㎜ 이하의 정사각형 형상으로 이루어지고, 상기 유량 조정 밸브의 횡단면이 직사각형이며, 그 짧은 변이 36㎜ 이하로 이루어지고, 상기 개방도의 0%로부터 100%까지의 분해능이 2000 펄스 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.
이와 같이 하면, 치수적으로도, 정밀도적으로도, 기존의 수동의 유량 조정 밸브를 대체하기에 충분한 유량 조정 밸브로 할 수 있다.
상기 모터는, 인코더의 신호에 의한 클로즈드 루프에 의해 위치를 제어하는 위치 제어, 회전체의 회전 속도를 제어하는 속도 제어, 토크값이 설정값 이상이 될 때까지 연속 정격 토크 이하에서 상기 회전체를 개방도 0% 방향으로 이동시키는 압박 제어 및 토크를 제어하는 토크 제어의 4가지의 기능을 가지며, 개방도 0% 위치의 검지는, 상기 압박 제어 기능에 의해 행해지고, 사전 결정된 개방도의 설정은, 상기 위치 제어 기능 및 상기 속도 제어 기능에 의해 행해지며, 상기 개방도 0% 위치의 검지 시 및 상기 사전 결정된 개방도의 설정 시에는, 상기 토크 제어 기능에 의해 토크 이상이 판정되는 것이 바람직하다.
속도 제어 기능에 의하면, 상하 이동체의 이동 속도를 손에 의한 조작 속도와 같은 정도로 유지할 수 있어, 속도의 안정성에 의해 내구성을 확보할 수 있다. 또한, 토크 제어 기능에 의하면, 유량 조정 밸브가 완전히 고장 나서 조작할 수 없게 되기 전에, 메인터넌스를 행함으로써, 프로세스 중에 유량 조정 밸브가 파손되는 것을 방지할 수 있어, 프로세스에 막대한 피해를 주는 것이 방지된다. 이렇게 해서, 수동의 것을 전동으로 함으로써 염려되는 과부하에 의한 유량 조정 밸브의 손상을 미연에 방지할 수 있다.
본 발명의 유체 제어 장치는, 개방도가 사전 결정된 값으로 설정되는 유량 조정 밸브를 각각 갖는 복수의 라인을 구비한 유체 제어 장치로서, 복수의 라인의 각 유량 조정 밸브가 상기 어느 하나의 유량 조정 밸브로 이루어지고, 상기 각 유량 조정 밸브의 상기 모터의 동작량이 통신 수단에 의해 접속되는 감시 장치에 의해 감시되는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 유체 제어 장치에 의하면, 종래, 수동으로 개방도가 설정되던 유량 조정 밸브를 모터를 사용하여 개방도를 설정할 수 있고, 감시 장치에 의해 모든 유량 조정 밸브의 개방도를 감시할 수 있기 때문에, 유체 제어 장치의 유량 제어 기능을 높일 수 있다.
감시 장치로서는, 퍼스널 컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 등이 사용된다. 통신 수단은, 무선이어도 좋고, 유선이어도 좋으며, 인터넷을 사용해도 좋다.
유량 조정 밸브에는, 토크(회전, 전류) 외에, 화상(동화상), 온도 및/또는 습도, 가속도(진동), 소리 등의 신호를 발신하는 측정 기기가 적절히 추가되어, 감시 장치로부터 조작 지시를 내린 후, 실제로 조작한 바와 같이 동작하고 있는지를 확인할 수 있다. 측정 기기는, 여러 가지 측정 기기 외에, MEMS 센서, 소형 CCD 카메라 등을 이용할 수도 있다. 또한, 감시 장치나 측정 장치 내에 제어 기능을 갖게 함으로써, 목표로 하는 유량으로의 조정을, 자동으로 행하도록 해도 좋다.
본 발명의 유량 조정 밸브에 의하면, 유량 조정 밸브의 상하 치수를 작게 할 수 있고, 모터 자체를 작게 할 수 있기 때문에, 모터를 사용하는 유량 조정 밸브의 크기를 수동의 것과 같은 정도의 크기로 할 수 있다. 따라서, 종래, 수동의 유량 조정 밸브를 사용하고 있어, 유량 조정 밸브용의 스페이스를 넓힐 수 없는 유체 제어 장치에 대해, 이 유량 조정 밸브를 적용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 유량 조정 밸브의 일 실시형태를 도시한 종단면도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 의한 유량 조정 밸브에 있어서의 동작 단계를 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 의한 유량 조정 밸브가 적용된 유체 제어 장치의 일례를 도시한 도면이다.
본 발명의 실시형태를, 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 상하·좌우는, 도 1의 상하·좌우를 말하는 것으로 한다. 또한, 도 2의 상하를 전후라고 하는 것으로 한다. 이 상하·좌우·전후는, 편의적인 것이며, 실제 사용 시에는, 상하를 반대로 하거나, 상하를 수평 방향으로 향하게 하거나 등, 적절히 설정할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유량 조정 밸브(1)는, 유체 유입 통로(2a), 유체 유출 통로(2b) 및 상방을 향해 개구되는 오목부(2c)를 갖는 블록형 몸체(2)와, 몸체(2)의 오목부(2c) 상부에 하단부가 나사 결합되며 그리고 상방으로 연장되는 원통형 보닛(3)과, 유체 유입 통로(2a)의 출구 주연부(周緣部)에 대해 압박 또는 이격되어 유체 유입 통로(2a)를 개폐하는 금속제 다이어프램(밸브체)(4)과, 다이어프램 누름부(5)를 통해 다이어프램(4)을 유체 유입 통로(2a)의 출구 주연부에 대해 압박·이격시키는 상하 이동체(6)와, 개방도 조정 수단(7)을 구비한다.
개방도 조정 수단(7)은, 상하 이동체(6)를 사전 결정된 위치에 위치시켜, 유체 유입 통로(2a)와 유체 유출 통로(2b) 사이의 개방도를 조정하는 것으로, 모터(11)와, 바닥벽(12a), 좌우 측벽(12b) 및 정상벽(12c)으로 이루어지며 그리고 모터(11)를 좌측 절반부에 수납하는, 각진 통 형상의 케이싱(12)과, 기어(13, 14)를 통해 모터(11)에 의해 회전되는 회전체(15)를 구비한다.
보닛(3)은, 그 하단부가 캡 너트(21)에 의해 몸체(2)에 고정되고, 그 중간부가 너트(22)에 의해 케이싱(12)의 바닥벽(12a)의 우측 절반부에 고정된다. 보닛(3)의 상단부에는, 수나사부가 형성되고, 이 수나사부에, 캡 너트(23)가 나사 결합된다.
보닛(3)의 하단과 몸체(2) 사이에, 다이어프램(4)의 주연부를 고정하는 누름 어댑터(24)가 설치된다. 누름 어댑터(24)와 다이어프램 누름부(5)의 상단부에 형성되는 플랜지 사이에, 다이어프램 누름부(5)를 상향으로 압박하는 압축 코일 스프링(25)이 설치된다.
회전체(15)는, 하부에 수나사(31a)가 형성되는 축부(31)와, 축부(31)에 씌워지는 내통부(32)와, 내통부(32)의 상부에 씌워지는 외통부(33)를 구비한다.
축부(31)는, 그 상단부가 상방으로 돌출되도록, 내통부(32)에 삽입 관통되고, 축부(31)의 상단부에 나사 결합되는 너트(26)가 체결됨으로써, 축부(31)와 내통부(32)가 결합된다. 또한, 외통부(33)와 내통부(32)는, 외통부(33)에 형성되는 직경 방향으로 관통하는 나사 구멍에 고정 나사(27)가 조여짐으로써 결합된다. 이렇게 해서, 외통부(33)를 회전시킴으로써, 내통부(32) 및 축부(31)도 일체로 회전하도록 이루어진다.
외통부(33)는, 케이싱(12)의 정상벽(12c)의 상면에 고정되는 구름 베어링(28)에 의해 회전 가능하게 케이싱(12)에 지지된다. 외통부(33)의 상단부에는, 원기둥형의 돌출부(33a)가 형성되고, 돌출부(33a)에 종동 기어(14)가 고정 나사(29)에 의해 고정된다.
모터(11)는, 인코더를 탑재한 스테핑 서보 모터이고, 단면이 정사각형인 직육면체 형상으로 이루어지며, 케이싱(12)의 정상벽(12c)의 좌측부에 볼트(30)에 의해 매달린 형태로 부착된다. 모터(11)의 회전축(34)은, 케이싱(12)의 정상벽(12c)으로부터 상방으로 돌출되고, 이 부분에 구동 기어(13)가 고정 나사(35)에 의해 고정된다. 모터(11)에는, 외부 기기와의 접속을 가능하게 하는 단자(11a)가 설치된다.
구동 기어(13) 및 종동 기어(14)는, 모두 상하로 연장되는 축선을 갖고, 좌우에 나란히 배치된다. 구동 기어(13)의 상하 치수는, 종동 기어(14)의 상하 치수보다 크게 이루어지고, 이에 의해, 종동 기어(14)가 상하로 이동하는 경우에도, 양자의 맞물림이 빠지지 않도록 이루어진다.
케이싱(12)의 개구 부분에는, ㄷ-자 형의 사이드 커버(40)가 씌워지고, 작은 나사(41)에 의해 케이싱(12)의 우측벽(12b)에 고정된다. 또한, 케이싱(12)의 정상벽(12c)에는, 정상벽(12c)의 상방에 있는 기어(13, 14)를 덮도록 톱 커버(42)가 씌워지고, 작은 나사(43)에 의해 케이싱(12)의 좌측벽(12b)에 고정된다. 톱 커버(42)는, 아크릴, PET 등으로 형성된 투명한 수지 가공품으로 이루어지고, 외부로부터 기어(13, 14)의 회전 상태를 관찰할 수 있도록 이루어진다. 그리고, 기어(13, 14) 부분에서 트러블이 발생했을 때에는, 톱 커버(42)만을 떼어 내어, 필요한 처리를 행할 수 있다.
보닛(3)의 상단부의 캡 너트(23)의 상방에 약간의 간극을 두고 위치하도록, 환형의 스토퍼(36)가 설치된다. 스토퍼(36)는, 내통부(32)의 외주에 상하 이동 가능하게 끼워 맞춰지고, 상하 방향 사전 결정된 위치에 위치 결정되어 고정 나사(37)에 의해 내통부(32)에 고정된다. 스토퍼(36)는, 회전체(15)가 하강했을 때에 캡 너트(23)의 상면에 접촉하도록 이루어지고, 이에 의해, 유량 조정 밸브(1)의 완전 폐쇄 시로부터의 회전체(15)의 하강이 규제된다.
내통부(32)의 하부 외주에 수나사(32a)가 형성되고, 보닛(3)의 상부 내주에, 내통부(32)의 수나사(32a)에 대응하는 암나사(3a)가 형성되며, 보닛(3)과 내통부(32)는, 상대 회전 가능하도록 나사 결합된다.
상하 이동체(6)는, 바닥이 있는 원통형으로 이루어지고, 그 내주에, 회전체(15)의 축부(31)의 수나사(31a)에 나사 결합되는 암나사(6a)가 형성된다. 상하 이동체(6)는, 그 상단부가 내통부(32)의 하단부에 삽입된 상태에서, 축부(31)의 수나사(31a)에 나사 결합된다.
회전체(15)의 축부(31)의 수나사(31a) 및 상하 이동체(6)의 암나사(6a)(제1 나사 결합)는, 보닛(3)의 암나사(3a) 및 내통부(32)의 수나사(32a)(제2 나사 결합)의 나사 피치보다 작은 나사 피치로 이루어진다. 제1 및 제2 나사 결합의 나사의 방향은, 회전체(15)를 회전하여 하강시켰을 때에 상하 이동체(6)가 하강하도록 설정된다.
다이어프램 누름부(5)는, 보닛(3)의 하단부에 형성되는 하향으로 개구된 오목부에 상하 이동 가능하게 삽입된다. 다이어프램 누름부(5)는, 상하 이동체(6)가 하강하면, 이에 눌려 상하 이동체(6)와 일체로 하강하고, 상하 이동체(6)가 상승하면, 압축 코일 스프링(25)의 탄성력에 의해, 상하 이동체(6)와 일체로 상승한다.
상하 이동체(6)의 외주에, 상하 방향으로 연장되는 안내홈(38)이 형성되고, 보닛(3)에, 안내홈(38)을 직경 방향 외측으로부터 향하도록, 상하 방향에 직교하는 방향으로 연장되는 축을 갖는 안내핀(39)이 설치된다. 안내핀(39)의 선단부를 제외한 외주에는, 수나사가 형성되고, 보닛(3)에 형성되는 나사 구멍에 나사 결합됨으로써, 안내핀(39)이 보닛(3)에 고정된다. 안내핀(39)의 선단부는, 안내홈(38)에 끼워 넣어지고, 이에 의해, 상하 이동체(6)는, 보닛(3)에 대해 회전 불가능하게 그리고 상하 방향 이동 가능하게 이루어진다.
개방도 조정 수단(7)에 의하면, 회전체(15)의 외통부(33)를 하강하는 방향으로 회전시킴으로써, 내통부(32) 및 축부(31)가 외통부(33)와 일체로 회전하면서 하강한다. 축부(31)에 나사 결합되는 상하 이동체(6)는, 안내핀(39)이 안내홈(38)에 끼워 넣어짐으로써 회전이 저지된 상태에서 하강한다. 이때, 제1 나사 결합[회전체(15)의 축부(31)의 수나사(31a)와 상하 이동체(6)의 암나사(6a)와의 나사 결합]이 제2 나사 결합[보닛(3)의 암나사(3a)와 내통부(32)의 수나사(32a)와의 나사 결합]의 나사 피치보다 작은 나사 피치로 되어 있음에 따라, 상하 이동체(6)는, 나사 피치의 차이만큼 하강하게 된다. 따라서, 정밀도가 좋은 조정이 가능해진다.
상기한 유량 조정 밸브(1)에 의하면, 모터(11)의 횡단면 형상은, 하나의 변이 25㎜의 정사각형으로 이루어지고, 도 2에 도시된 평면의 크기[커버(40, 42)의 횡단면 형상]에 관해, 그 전후 폭이 36㎜ 이하, 즉, 모터(11)를 추가하여 전동으로 했음에도 불구하고, 수동 밸브에 대해 전후 폭의 증가가 억제된다. 또한, 유량 조정 밸브(1)의 상하 높이에 대해서도, 수동 밸브에 조작용의 공간을 추가한 높이에 대해, 그 증가가 억제된다. 따라서, 수동의 유량 조정 밸브가 사용되고 있는 기존의 유체 제어 장치에 있어서, 배치 스페이스를 증가시키지 않고, 수동의 것을 전동의 유량 조정 밸브(1)로 치환할 수 있다. 한편, 모터(11)의 횡단면 형상은, 하나의 변이 35㎜ 이하의 정사각형으로 해도, 유량 조정 밸브(1)의 평면의 크기[커버(40, 42)의 횡단면 형상]에 관해, 그 전후 폭을 36㎜ 이하로 할 수 있다.
모터(11)에 탑재되는 인코더는, 1회전으로 9600 펄스를 발신하도록 이루어지고, 기어비가 2.2857이며, 모터(11)는 10회전하기 때문에, 모터(11)의 분해능은, 219,427 펄스가 된다. 분해능에 대해서는, 2000 펄스 이상이면, 필요한 정밀도를 얻을 수 있다.
도 3에, 모터(11)의 제어 장치에 의해 행해지는 유량 조정 밸브(1)의 동작 단계를 도시한다.
먼저, 전원을 투입(S1) 후, 퍼스널 컴퓨터 화면으로부터 원점 복귀 버튼을 ON으로 하면(S2), 모터(11)가 구동을 개시한다. 이 시점에서는, 인코더로부터의 신호와 링크할 수 없기 때문에, 클로즈드 루프의 제어를 행할 수 없고, 연속 정격 토크 이하에서 모터(11)를 폐쇄 방향으로 회전시킨다. 이에 의해, 상하 이동체(6)는 폐쇄 방향으로 이동한다(S3). 이때의 제어는, 압박 제어로 이루어지(S4), 설정값의 토크에 도달할 때까지, 상하 이동체(6)는 계속 이동한다. 이때, 토크값은 항상 감시되어 이상인지의 여부가 판정되고(S5), 이상이라고 판정된 경우에는, 경보가 내려져, 모터(11)의 구동이 정지된다.
토크 이상이라고 판정되지 않고, 설정값의 토크에 도달하고, 이 토크가 설정 시간 이상 계속되었을 때에, 상하 이동체(6)가 폐지점에 도달했다(원점 복귀)고 판단한다(S6). 예컨대, 연속 정격 토크에 대한 사전 결정된 값(예컨대 95%) 이상이 되고, 또한, 설정 시간(예컨대 2초) 이상인 경우에 원점 복귀로 된다.
이후, 모터(11)를 개방 방향으로 회전시키고, 이에 의해, 상하 이동체(6)는 개방 방향으로 이동한다(S7). 이때의 제어는, 위치 제어로 이루어지고(S8), 인코더 신호에 기초한 클로즈드 루프의 제어가 행해진다. 이때에는, 속도 제어(S9)도 행해지고, 회전체(15)의 조작 시간이 0.1초∼120초/회전의 범위 내에서 적절한 값으로 설정되며, 이에 의해, 상하 이동체(6)의 이동 속도가 손에 의한 조작 속도와 같은 정도로 유지된다. 토크값은 항상 감시되어 이상인지의 여부가 판정되고(S10), 이상이라고 판정된 경우에는, 경보가 내려져, 모터(11)의 구동이 정지된다. 설정 개방도로 위치 결정하기 위해, 목표의 인코더 위치를 향해 동작할 때, 연속 정격 토크의 1.4배의 순간 최대 토크를 발생시키고, 유량 조정 밸브(1)에 이상이 있어, 정격의 1.4배의 토크에서도 동작하지 않는 경우, 인코더의 목표 포인트와의 편차가 발생하고, 즉시 에러라고 판단된다.
이상이 없는 경우, 설정 개방도에 대응하는 회전량에 도달한 시점에서 모터(11)의 회전이 정지된다(S11). 유량 조정 밸브(1)의 완전 폐쇄∼완전 개방까지의 분해능은, 전술한 바와 같이 약 20만 펄스(2000 펄스 이상)로 이루어져, 개방도 설정의 위치 결정에 있어서, 매우 엄격한 위치 결정을 할 수 있다. 이후, 이 개방도로 유지되도록, 상하 이동체(6)의 위치가 유지된다(S12). 원점 복귀 후에는, 인코더 신호에 의한 클로즈드 루프의 제어를 행하기 때문에, 개방도의 위치 결정을 할 수 있으면, 외적 교란이 없는 한, 그 개방도를 필요 최소한의 토크로 유지할 수 있다. 즉, 최소한의 전류를 흘리기 때문에, 모터(11) 자체의 발열이 거의 없는 것으로 할 수 있다. 퍼스널 컴퓨터 화면에는, 현재의 상황이 계속해서 모니터링되고(S13), 이상이 없으면, 1회분의 프로세스가 종료된다(S14).
도 4에, 상기한 유량 조정 밸브(1)를 구비한 유체 제어 장치(50)의 일례를 도시한다.
이 유체 제어 장치(50)는, 유량 조정 밸브(1) 및 이 상류측에 설치되는 매스 플로우 미터(51)를 8라인분 구비하고, 유체 제어 장치(50)의 하류측에 배치되는 에피택셜 장치 등의 반도체 제조 장치에 각 유량 조정 밸브(1)를 통해 사전 결정된 유량으로 된 유체를 공급한다.
유체 제어 장치(50)는, 또한, 유량 조정 밸브(1) 및 매스 플로우 미터(51)의 8라인분에 접속되는 컨트롤 박스(52)와, 퍼스널 컴퓨터(감시 장치)(53)와, 경보 출력 수단으로서의 페트라이트(등록 상표)(54)를 구비한다.
컨트롤 박스(52)에는, 각 유량 조정 밸브(1) 및 각 매스 플로우 미터에 접속되는 PLC(Programmable Logic Controller), 전원, 무선 송수신기, 모터 구동 기판 등이 탑재된다.
페트라이트(등록 상표)(54)는, 정상 동작 시에, 녹색 램프를 점등시키고, 각 유량 조정 밸브(1)에 탑재된 모터(11) 중 어느 것인가가 이상으로 되었을 때에는, 녹색과 적색의 양방을 점등시키며, PLC 고장 및 전원 오프 시에는, 녹색과 적색의 양방 모두를 소등시킨다.
컨트롤 박스(52)와 각 유량 조정 밸브(1)는, 합계 8개의 밸브 케이블(55)에 의해 접속되고, 컨트롤 박스(52)와 각 매스 플로우 미터(51)는, 합계 8개의 L형 커넥터(56a) 부착 MFM 케이블(56)에 의해 접속되며, 컨트롤 박스(52)와 퍼스널 컴퓨터(53)는, LAN 케이블(57)에 의해 접속되고, 컨트롤 박스(52)와 페트라이트(등록 상표)(54)는, 경보용 케이블(58)에 의해 접속된다. 각 케이블(55, 56, 57, 58)의 길이는, 예컨대 5 m 정도로 된다.
퍼스널 컴퓨터(53)로부터는, 모든 유량 조정 밸브(1)에 대해, 개방도의 설정과 유량의 모니터링을 행할 수 있다.
이 유체 제어 장치(50)에 의하면, 각 유량 조정 밸브(1)의 개방도를 일괄적으로 관리할 수 있다. 또한, 토크 등의 데이터를 퍼스널 컴퓨터(53)에 보존해 둠으로써, 초기 데이터와 현재 데이터의 비교가 가능해져, 유량 조정 밸브(1)의 열화 상태를 평가할 수 있다. 또한, 보존한 개방도값 등의 재이용이 가능해져, 개방도의 설정이 용이해진다.
상기에 있어서, 퍼스널 컴퓨터(53)는, 태블릿이나 스마트폰 등의 적절한 단말(감시 장치)로 치환하는 것도 가능하고, 이들 감시 장치는, 유체 제어 장치(50)의 설치 장소로부터 떨어진 원격으로부터의 조작이 가능한 것으로 할 수도 있다.
각 유량 조정 밸브(1)에는, 토크를 측정하는 기능에 더하여, 여러 가지 센서를 편입시켜도 좋다. 예컨대, MEMS 마이크로폰을 편입시킴으로써, 유량 조정 밸브(1)의 구동 동작을 원격으로 파악하여, 토크 신호와 함께, 유량 조정 밸브(1)의 구동의 이상을 판단할 수 있다. 또한, 소형 CCD를 편입시킴으로써, 구동 시의 기어(13, 14)의 동작이 원격으로 보여지도록 하여, 이상의 유무를 판단할 수 있다. 또한, MEMS 습도 센서를 편입시킴으로써, 모터(11) 주변의 습도가 정상인지를 판단할 수 있다. 또한, MEMS 온도 센서를 편입시킴으로써, 모터(11) 주변의 온도가 정상인지를 판단할 수 있다. 또한, MEMS 가속도 센서를 편입시킴으로써, 모터(11) 자체의 진동이 정상인지를 판단할 수 있다.
상기에 있어서, 모터(11) 및 기어(13, 14)(즉 회전 장치) 이외의 구성은, 도시된 것에 한정되지 않고, 여러 가지 유량 조정 밸브의 구성으로 변경할 수 있다. 또한, 유체 제어 장치(50)에 대해서도, 도시된 것에 한정되지 않고, 여러 가지 유체 제어 장치에 대해, 상기한 모터(11) 및 기어(13, 14)를 구비한 유량 조정 밸브를 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 수동 밸브 타입의 소형화를 충분히 살리면서도 그 과제를 해결한 전동 밸브 타입의 유량 조정 밸브가 얻어지기 때문에, 이 유량 조정 밸브를 사용하는 유체 제어 장치 및 이 유체 제어 장치를 사용하는 반도체 제조 라인의 성능 향상에 기여할 수 있다.
1: 유량 조정 밸브 2: 몸체
2a: 유체 유입 통로(유체 통로) 2b: 유체 유출 통로(유체 통로)
4: 다이어프램(밸브체) 6: 상하 이동체
11: 모터(회전 장치) 13: 구동 기어(회전 장치)
14: 종동 기어(회전 장치) 15: 회전체
34: 회전축 50: 유체 제어 장치
53: 퍼스널 컴퓨터(감시 장치)

Claims (5)

  1. 유체 통로가 형성되는 몸체와, 상기 유체 통로를 개폐하는 밸브체와, 상승 또는 하강함으로써 상기 밸브체에 의한 상기 유체 통로의 개방도를 조정하는 상하 이동체와, 상기 상하 이동체에 나사 결합되는 회전체와, 상기 회전체를 회전시킴으로써 상기 상하 이동체를 상하 이동시키는 회전 장치를 구비하는 유량 조정 밸브에 있어서,
    상기 회전 장치는, 상기 회전체의 일부에 설치되는 종동 기어와, 상기 종동 기어에 맞물리는 구동 기어와, 상기 구동 기어를 회전시키는 모터를 구비하고,
    상기 모터는, 스테핑 서보 모터로 이루어지며, 상기 모터의 회전축에 상기 구동 기어가 고정되고,
    상기 종동 기어와 일체로 회전하는 상기 회전체가 케이싱에 고정된 보닛 내부에 상하 이동 가능하도록 나사 결합되는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 모터는, 상기 회전체에 인접하도록 배치되고, 상기 모터의 회전축이 상방으로 연장되며, 그 상단부에 상기 구동 기어가 고정되는 것인, 유량 조정 밸브.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 모터의 횡단면이 한 변 35㎜ 이하의 정사각형 형상으로 이루어지고, 상기 유량 조정 밸브의 횡단면이 직사각형이며, 그 짧은 변이 36㎜ 이하로 이루어지고, 상기 개방도의 0%로부터 100%까지의 분해능이 2000 펄스 이상으로 이루어지는 것인, 유량 조정 밸브.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 모터는, 인코더의 신호에 의한 클로즈드 루프에 의해 위치를 제어하는 위치 제어, 회전체의 회전 속도를 제어하는 속도 제어, 토크값이 설정값 이상이 될 때까지 연속 정격 토크 이하에서 상기 회전체를 개방도 0% 방향으로 이동시키는 압박 제어, 및 토크를 제어하는 토크 제어의 4가지의 기능을 가지며,
    개방도 0% 위치의 검지는, 상기 압박 제어 기능에 의해 행해지고, 사전 결정된 개방도의 설정은, 상기 위치 제어 기능 및 상기 속도 제어 기능에 의해 행해지며, 상기 개방도 0% 위치의 검지 시 및 상기 사전 결정된 개방도의 설정 시에는, 상기 토크 제어 기능에 의해 토크 이상이 판정되는 것인, 유량 조정 밸브.
  5. 개방도가 사전 결정된 값으로 설정되는 유량 조정 밸브를 각각 갖는 복수의 라인을 구비하는 유체 제어 장치로서,
    복수의 라인의 각 유량 조정 밸브가, 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 기재된 유량 조정 밸브로 이루어지고, 상기 각 유량 조정 밸브의 상기 모터의 동작량이 통신 수단에 의해 접속되는 감시 장치에 의해 감시되는 것을 특징으로 하는 유체 제어 장치.
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