KR19980065769A - 에어밸브 및 밸브 제어시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온주입장치의 가스 박스(gas box)내에 설치된 에어 밸브(air valve)의 실질적인 개폐동작을 작업자가 확인할 수 있도록 에어 밸브에 개폐 감지센서를 부착하여 이 감지센서로부터의 감지신호에 따라 주제어부에서 에어 밸브의 동작상태를 디스플레이하도록 한 에어밸브 및 밸브 제어시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 일측에 가스유입부가 형성되고 타측에 가스유출부가 형성되며 상기 가스유입부 및 유출부를 연통시키는 가스통로가 형성된 밸브몸체와; 일측에 공기주입구가 형성되고 상기 공기주입구로 유입되는 공기에 의해 상하이동하는 피스톤을 내포하는 실린더와; 상기 피스톤 상부면과 상기 상부면에 대향하는 상기 실린더의 내측면에 각각 양측이 고정된 코일스프링과; 상기 피스톤의 상하이동에 의한 상기 가스통로의 실질적인 개폐를 감지하기 위한 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어밸브가 개시된다.

Description

에어밸브 및 밸브 제어시스템

본 발명은 에어밸브 및 밸브 제어시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이온주입장치의 가스 박스(gas box)내에 설치된 에어 밸브(air valve)의 실질적인 개폐동작을 작업자가 확인할 수 있도록 에어 밸브에 개폐 감지센서를 부착하여 이 감지센서로부터의 감지신호에 따라 주제어부에서 에어 밸브의 동작상태를 디스플레이하도록 한 에어밸브 및 밸브 제어시스템에 관한 것이다.

이온주입장치의 가스박스내의 공급라인상에는 여러 형태의 밸브들이 설치되어 있다. 예를 들어, 전류가 흐르면 가동철심이 강한 자석이 되는 전자석을 이용한 솔레노이드 밸브(solenoid valve)류의 전자밸브의 작동에 의해 공기가 유입되거나 차단됨에 따라 개폐되는 에어밸브 및 플로우되는 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 유량조절기(Mass Flow Controller; MFC) 등이 사용된다.

도 1을 참조하면, 가스공급장치(2)로부터의 공정가스를 공정설비에 공급하기 위한 공급라인도가 도시되어 있다. 가스박스(5)내에는 가스공급장치(2)와 여기에 연결된 공급라인 및 공급라인상에 설치된 여러 형태의 밸브들, 즉 퍼지밸브 P1, P2, P3, P4와 유량조절기 MFC1, MFC2 및 셧오프 밸브 S1, S2, 바이패스 밸브 B1, B2가 포함되어 있다. 미설명부호 1은 진공발생기를 나타내고 3,4는 각각 레귤레이터와 필터를 나타낸다.

상기 가스박스(5)내의 공급시스템을 간략하게 도식화하면 도 2와 같이 나타낼 수 있다. 도 2를 참조하면, 솔레노이드 밸브(20)는 주제어부(10)에 의해 제어되며, 이 솔레노이드 밸브(20)의 개폐에 따라 공기가 에어밸브(30)에 주입되거나 차단된다. 이에 따라 에어밸브(30)가 개폐되어 가스공급장치(2)로부터 공정가스를 공정설비에 공급하거나 차단한다. 즉, 에어밸브(30)는 주제어부(10)에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브(20)의 에어 커맨드(air command)에 따라 개폐된다.

도 3은 상기 도 2의 공급시스템에 사용되는 일반적인 솔레노이드 밸브를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 하우징(27) 상부 내부에는 소정공간이 형성되어 권선(21)을 감은 철심(28)이 설치되고 철심(28)의 하부에는 일측이 하우징(27)에 고정된 코일스프링(22)의 타측이 고정된 평판 플런저(23)가 설치되어 있다. 또한 하우징(27) 하부 내부에는 일측에 입구(25)가 형성되고 타측에 출구(26)가 형성되어 상호 연통된 공기통로가 형성되어 있다. 공기통로의 중간부에는 공기통로내의 공기흐름을 개폐하는 포핏밸브(24)가 평판 플런저(23)에 연결되어 있다.

이와 같은 구조의 솔레노이드 밸브의 작동을 설명하면, 평상시에는 코일스프링(22)의 인장력에 의해 포핏밸브(24)는 공기통로의 중간부를 막고 있어 공기의 흐름을 저지한다. 이때, 권선(21)에 전류가 인가되면 철심(28)은 강한 자력을 띄게 되어 평판 플런저(23)를 흡인하여 끌어올리고 이에 따라 평판 플런저(23)에 연결된 포핏밸브(24)를 끌어올려 공기통로를 개방하여 공기가 흐르게 한다. 반면에 전류가 끊어지면 평판 플런저(23)는 코일스프링(22)의 인장력에 의해 밀리고 이에 따라 평판 플런저(23)에 연결된 포핏밸브(24)는 하강하여 공기통로를 막게 되어 공기흐름을 차단한다.

도 4는 상기 도 2의 공급시스템에 사용되는 일반적인 에어밸브를 나타내는 단면도로써, 도 4a는 공기가 주입되지 않아 닫혀있는 평상시의 상태를 나타내는 단면도이고, 도 4b는 에어 커맨드로써 공기가 주입되어 열려진 상태를 나타내는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 일반적인 에어밸브는 일측에 가스유입부(36)가 형성되고 타측에 가스유출부(37)가 형성되며 가스유입부(36) 및 유출부(37)를 연통시키는 가스통로(38)가 형성된 밸브몸체(39)와, 일측에 공기주입구(35)가 형성되고 상기 공기주입구(35)로 유입되는 공기에 의해 상하이동하는 피스톤(33)을 내포하는 실린더(32)와, 피스톤(33) 상부면과 이 상부면에 대향하는 실린더(32)의 내측면에 각각 양측이 고정된 코일스프링(34)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 에어밸브의 동작을 설명하면, 도 4a와 같이, 평상시에는 코일스프링(34)의 인장력에 의해 피스톤(33)이 밀려 밸브몸체(39)내에 형성된 공기통로(38)를 막게되어 가스의 공급을 차단한다. 이때, 상기한 바와 같이 솔레노이드 밸브로부터의 에어 커맨드에 따라 공기가 공기주입구(35)로 유입되면, 도 4b와 같이, 피스톤(33)은 코일스프링(34)의 인장력을 극복하고 밀려 올라간다. 이에 따라 가스통로(38)를 열게되어 가스가 공급된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래의 가스공급시스템에 있어서, 각종 밸브에 사용되는 에어밸브들은 전자적으로 플로우량이 제어되는 MFC 등과 달리 실질적인 동작여부를 판단하기가 용이하지 않다. 다시 말해 에어밸브에 에어 커맨드를 제공하는 솔레노이드 밸브에 동작신호가 인가되면 그 자체로 주제어부에서는 에어밸브가 열린 것으로 인식을 하기 때문에 실제적으로 에어밸브가 열렸는지를 판단하기가 용이하지 않다. 즉, 솔레노이드 밸브에의 신호인가 여부로 에어밸브의 개폐여부를 판단하며, 이는 솔레노이드 밸브나 에어밸브가 충분한 신뢰성을 가지고 있다는 조건을 전제로 하고 있다.

그런데 실질적으로 솔레노이드 밸브가 노화되어 오동작을 하는 경우 솔레노이드 밸브에 동작신호가 인가되면 솔레노이드 밸브는 동작을 하지 않게 되고 이에 따라 에어밸브가 열리지 않음에도 불구하고 주제어부에서는 솔레노이드 밸브가 동작하여 에어밸브가 열린 것으로 판단한다. 또한 에어밸브가 노화하는 경우에도 같은 현상이 발생한다.

이와 같이 솔레노이드 밸브나 에어밸브가 노화한 경우, 종래의 시스템으로는 가스공급에 있어 직접적으로 관련된 에어밸브의 개폐여부를 판단하는 것은 매우 곤란하다는 문제점이 발생한다. 또한 가스공급장치를 교환하는 경우 공급라인에 잔류하는 가스를 러핑(roughing)하여 완전히 제거한 것으로 인식하지만 실제적으로는 가스가 잔류하고 있어 교환시에 이 가스가 누출될 위험성이 있다.

또한 프로세스 진행시에도 문제가 발생하는 경우, 원인을 추적하기가 어려워 백업 시간이 증가한다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 개폐동작 여부를 실질적으로 감지할 수 있는 에어밸브를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 개폐동작 여부를 실질적으로 감지할 수 있는 에어밸브를 사용하므로써 가스공급을 보다 신뢰성있게 하고 가스공급장치의 교환을 안정적으로 할 수 있는 밸브 제어시스템을 제공하는데 있다.

도 1은 공정가스를 공정설비에 공급하기 위한 공급라인도

도 2는 종래의 가스박스내 가스 공급시스템

도 3은 일반적인 솔레노이드 밸브를 나타내는 단면도

도 4는 도 2의 공급시스템에 사용되는 일반적인 에어밸브를 나타내는 단면도

도 4a는 공기가 주입되지 않아 닫혀있는 평상시의 상태를 나타내는 단면도

도 4b는 에어 커맨드로써 공기가 주입되어 열려진 상태를 나타내는 단면도

도 5는 본 발명에 의한 가스박스내 가스 공급시스템

도 6은 도 5의 공급시스템에 사용되는 에어밸브를 나타내는 단면도

도 6a는 공기가 주입되지 않아 닫혀있는 평상시의 상태를 나타내는 단면도

도 6b는 에어 커맨드로써 공기가 주입되어 열려진 상태를 나타내는 단면도

도 7은 본 발명에 의한 에어밸브의 단면도

본 발명의 일측면에 따르면, 일측에 가스유입부가 형성되고 타측에 가스유출부가 형성되며 상기 가스유입부 및 유출부를 연통시키는 가스통로가 형성된 밸브몸체와; 일측에 공기주입구가 형성되고 상기 공기주입구로 유입되는 공기에 의해 상하이동하는 피스톤을 내포하는 실린더와; 상기 피스톤 상부면과 상기 상부면에 대향하는 상기 실린더의 내측면에 각각 양측이 고정된 코일스프링과; 상기 피스톤의 상하이동에 의한 상기 가스통로의 실질적인 개폐를 감지하기 위한 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어밸브가 개시된다.

바람직하게 감지수단은 실린더에 고정된 센서몸체와; 센서몸체내에 형성되고 일측이 열린 캐비티와; 캐비티의 일측에 부착되고 중앙에 소정직경의 원형개구가 형성된 하부플레이트와; 캐비티 내부에 형성된 내부접점들과 몸체 외부에 형성된 외부접점들을 각각 연결하는 도전로들과; 캐비티내에서 습동가능하고 내부접점에 접촉하는 접점플레이트와 원형개구를 통해 센서몸체 외부로 노출된 가동로드로 구성된 접점자를 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 주제어부와; 상기 주제어부에 의해 개폐가 제어되는 다수의 전자밸브들과; 상기 전자밸브들 각각의 개폐에 연동하여 가스공급장치로부터의 가스공급을 개폐하는 다수의 에어밸브들과; 상기 에어밸브에 형성되며 상기 에어밸브의 실질적인 개폐를 감지하여 상기 주제어부에 감지신호를 전송하는 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어시스템이 개시된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 구체적으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 밸브 제어시스템은 주제어부(10)와, 주제어부(10)에 의해 개폐가 제어되는 전자밸브(20)와, 전자밸브의 개폐에 연동하여 가스공급장치로부터의 가스공급을 개폐하는 에어밸브(30)와, 에어밸브(30)에 형성되며 에어밸브(30)의 실질적인 개폐를 감지하여 주제어부(10)에 감지신호를 전송하는 감지수단(40)을 포함한다. 또한 바람직하게 감지수단(40)의 감지신호에 따라 에어밸브(30)의 개폐상태를 표시하는 디스플레이장치(50)를 포함한다. 또한 더욱 바람직하게 감지수단(40)의 감지신호에 따라 에어밸브(30)의 상태를 알려주는 경보장치(60)를 더 포함한다.

이와 같은 구성에 있어서, 솔레노이드 밸브(20)는 주제어부(10)에 의해 제어되며, 이 솔레노이드 밸브(20)의 개폐에 따라 공기가 에어밸브(30)에 주입되거나 차단된다. 이에 따라 에어밸브(30)가 개폐되어 가스공급장치(2)로부터 공정가스를 공정설비에 공급하거나 차단한다. 즉, 에어밸브(30)는 주제어부(10)에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브(20)의 에어 커맨드(air command)에 따라 개폐된다.

이때 본 발명에 따르면 에어밸브(30)에 장착된 감지수단(40)은 에어밸브(30)의 실질적인 개폐를 감지하여 감지신호를 주제어부(10)에 보내고 주제어부(10)는 에어밸브(30)의 개폐상태를 디스플레이장치(50), 예를 들어 CRT, LED 등에 디스플레이한다. 또한 주제어부(10)는 감지신호에 근거하여 에어밸브(30)가 솔레노이드 밸브(20)로부터의 에어 커맨드에 대응하여 동작이 되지 않는다고 판단한 경우에는 경보장치(60)를 통해 작업자에게 이를 통보한다.

도 6은 상기 도 5의 공급시스템에 사용되는 본 발명에 의한 에어밸브를 나타내는 단면도로써, 도 6a는 공기가 주입되지 않아 닫혀있는 평상시의 상태를 나타내는 단면도이고, 도 6b는 에어 커맨드로써 공기가 주입되어 열려진 상태를 나타내는 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 에어밸브는 일측에 가스유입부(36)가 형성되고 타측에 가스유출부(37)가 형성되며 가스유입부(36) 및 유출부(37)를 연통시키는 가스통로(38)가 형성된 밸브몸체(39)와, 일측에 공기주입구(35)가 형성되고 상기 공기주입구(35)로 유입되는 공기에 의해 상하이동하는 피스톤(33)을 내포하는 실린더(32)와, 피스톤(33) 상부면과 이 상부면에 대향하는 실린더(32)의 내측면에 각각 양측이 고정된 코일스프링(34)으로 구성된다. 또한 피스톤(33)의 상부에는 접촉부재(39)가 돌출형성되어 있고, 바람직하게 실린더(32) 내측벽의 소정위치에는 피스톤(33)의 이동높이를 한정하는 높이제한부(31)가 형성되어 있다.

또한 실린더(32)의 상부에는 벽면을 관통하여 감지센서(40)가 고정되어 있다. 도 7을 참조하면, 실린더(32)의 상부벽에는 센서몸체(47)가 고정되고, 센서몸체(47)내에는 일측이 열린 캐비티(46)가 형성되며, 캐비티(46)의 일측에는 중앙에 소정직경의 원형개구(미도시)가 형성된 하부플레이트(49)가 부착된다. 또한 캐비티(46) 내부로부터 센서몸체(47)의 외측면까지는 캐비티(46) 내부의 접점들(42)과 센서몸체(47) 외부에 형성되고 신호라인(51)과 연결된 외부접점들(41)을 각각 연결하는 도전로들(48)이 형성되어 있다. 캐비티(47)내에는 내부접점(2)에 접촉하는 접점플레이트(43)와 하부플레이트(49)의 원형개구를 통해 센서몸체(47) 외부로 노출된 가동로드(45)로 이루어진 접점자(50)가 슬라이드 가능하게 설치되어 있다. 바람직하게 캐비티(46)내에는 접점자(50)의 접점플레이트(43)와 하부플레이트(49)에 양단이 고정된 코일스프링(44)이 설치된다.

이와 같이 구성된 에어밸브의 동작을 설명하면, 도 6a와 같이, 평상시에는 코일스프링(39)의 인장력에 의해 피스톤(33)이 밀려 밸브몸체(39)내에 형성된 공기통로(38)를 막게되어 가스의 공급을 차단한다. 또한 접점자(50)의 접점플레이트(43)는 코일스프링(44)의 압축력에 의해 캐비티(46)내의 내부접점(42)들로부터 떨어지게 되어 신호라인(51)이 차단된다.

이때, 상기한 바와 같이 솔레노이드 밸브로부터의 에어 커맨드에 따라 공기가 공기주입구(35)로 유입되면, 도 6b와 같이, 피스톤(33)은 코일스프링(34)의 인장력을 극복하고 밀려 올라가며, 가스통로(38)를 열게되어 가스가 공급된다. 또한 피스톤(33)이 밀려 올라감에 따라 피스톤 상부의 접촉부재(39)는 감지센서(40)의 가동로드(45)를 밀어 올려 접점플레이트(43)가 내부접점(42)들에 닿게함으로써 신호라인(51)이 연결되어 주제어부(10)에 신호를 보내게 된다. 그런데 솔레노이드 밸브의 노화 혹은 에어밸브 자체의 고장 등에 의해 공기가 주입된 상태에서 신호라인(51)이 연결되지 않는 경우는, 도 5에 도시된 바와 같이, 감지센서(40)로부터 주제어부(10)로 감지신호가 전송되지 않게 되어 주제어부(10)는 에어밸브가 정상적으로 작용하지 않는 것으로 판단하여 에어밸브(30)의 현재상태를 디스플레이장치(50)에 표시하고, 경보장치(6)를 통해 실질적으로 에어밸브가 동작하지 않았음을 작업자에게 통보한다.

이와 같이 본 발명에 따르면, 에어밸브에 에어 커맨드를 제공하는 솔레노이드 밸브에 동작신호가 인가되면 그 자체로 주제어부에서는 에어밸브가 열린 것으로 인식하는 종래의 구조와는 달리 에어밸브 자체에 동작 감지센서를 부착하여 에어밸브의 실질적인 동작여부를 감지함으로써 가스공급을 보다 신뢰성있게 하고 가스공급장치의 교환을 안정적으로 할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면 주제어부와, 주제어부에 의해 개폐가 제어되는 전자밸브와, 전자밸브의 개폐에 연동하여 가스공급장치로부터의 가스공급을 개폐하는 에어밸브와, 에어밸브에 형성되며 에어밸브의 실질적인 개폐를 감지하여 주제어부에 감지신호를 전송하는 감지수단을 포함하고, 바람직하게 감지수단의 감지신호에 따라 에어밸브의 개폐상태를 표시하는 디스플레이장치 및 에어밸브의 상태를 알려주는 경보장치를 포함함으로써, 솔레노이드 밸브나 에어밸브가 노화한 경우에도 가스공급에 있어 직접적으로 관련된 에어밸브의 개폐여부를 판단할 수 있고, 또한 가스공급장치를 교환하는 경우 공급라인에 잔류하는 가스를 확실하게 러핑(roughing)하여 완전히 제거할 수 있어 교환시에 가스가 누출될 위험성이 없다. 또한 프로세스 진행시에 문제가 발생하는 경우, 원인을 추적하기가 용이해져 백업 시간이 감소한다.

Claims (11)

1. 일측에 가스유입부가 형성되고 타측에 가스유출부가 형성되며 상기 가스유입부 및 유출부를 연통시키는 가스통로가 형성된 밸브몸체와; 일측에 공기주입구가 형성되고 상기 공기주입구로 유입되는 공기에 의해 상하이동하는 피스톤을 내포하는 실린더와; 상기 피스톤 상부면과 상기 상부면에 대향하는 상기 실린더의 내측면에 각각 양측이 고정된 코일스프링과; 상기 피스톤의 상하이동에 의한 상기 가스통로의 실질적인 개폐를 감지하기 위한 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 감지수단은 상기 실린더에 고정된 센서몸체와; 상기 센서몸체내에 형성되고 일측이 열린 캐비티와; 상기 일측에 부착되고 중앙에 소정직경의 원형개구가 형성된 하부플레이트와; 상기 캐비티 내부에 형성된 내부접점들과 상기 몸체 외부에 형성된 외부접점들을 각각 연결하는 도전로들과; 상기 캐비티내에서 습동가능하고 상기 내부접점에 접촉하는 접점플레이트와 상기 원형개구를 통해 상기 센서몸체 외부로 노출된 가동로드로 구성된 접점자를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어밸브.
3. 제 2 항에 있어서, 일측이 상기 하부플레이트에 고정되고 타측이 상기 가동로드의 접점플레이트에 고정된 코일스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에어밸브.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 피스톤의 상부에는 상기 가동로드와 접촉하는 접촉부재가 형성된 것을 특징으로 하는 에어밸브.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 실린더 내측벽의 소정위치에는 상기 피스톤의 이동높이를 한정하는 높이제한부가 형성된 것을 특징으로 하는 에어밸브.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 높이제한부는 환형상인 것을 특징으로 하는 에어밸브.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 소정위치는 상기 접촉부재가 상기 가동로드를 밀어올려 상기 접점플레이트가 상기 내부접점들에 접촉하는 위치인 것을 특징으로 하는 에어밸브.
8. 주제어부와; 상기 주제어부에 의해 개폐가 제어되는 다수의 전자밸브들과; 상기 전자밸브들 각각의 개폐에 연동하여 가스공급장치로부터의 가스공급을 개폐하는 다수의 에어밸브들과; 상기 에어밸브에 형성되며 상기 에어밸브의 실질적인 개폐를 감지하여 상기 주제어부에 감지신호를 전송하는 감지수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어시스템.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 전자밸브는 솔레노이드 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어시스템.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 감지수단의 감지신호에 따라 상기 에어밸브의 개폐상태를 표시하는 디스플레이장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어시스템.
11. 제 8 항에 있어서, 상기 감지수단의 감지신호에 따라 상기 에어밸브의 상태를 알려주는 경보장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 제어시스템.