KR20040101376A - 가압식 수용 부재를 구비하는 핀치 밸브 - Google Patents

Abstract

제어 밸브(400)는 탄성중합체 유동 튜브와 액츄에이터(122)를 포함한다. 플런저는 유동 튜브에 인접하여 위치하고 액츄에이터에 작동적으로 연결된다. 기준면은 유동 튜브를 통과하는 유체 흐름을 제어하기 위해 플런저와 기준면 사이에서 탄성중합체 튜브가 압박될 수 있도록 대체로 플런저의 반대편에 위치한다. 가압식 수용 부재(430)는 유동 튜브의 적어도 일부를 둘러싼다. 상기 가압식 수용 부재는 예컨대, 브레이드형 슬리브(braided sleeve), 유동 튜브 주위에 위치한 링, 또는 유동 튜브 주위에 끼워 넣은 제1의 가압식 수용 부재(431)와 제2의 가압식 수용 부재(432)를 포함한다.

Description

가압식 수용 부재를 구비하는 핀치 밸브{PINCH VALVE WITH PRESSURE CONTAINING MEMBER}

유체 이송 시스템은 일반적으로 세 가지의 구성, 즉 유체 추진, 유체 측정 및 제어, 그리고 사용자 인터페이스로 이루어져 있다. 반도체, 제약 및 바이오 산업 등의 많은 산업 분야에서는 통상적으로 낮은 유동률, 마찰을 일으키기 쉬운 화학 유체의 사용, 부식성 화학 유체의 사용, 그리고 오염이 없고, 정확하며, 콤팩트하고, 실시간 유체 이송 및/또는 혼합 시스템의 필요성으로 인한 유체 이송과 관련한 문제점을 겪고 있다.

예컨대, 화학적 기계적 연마(Chemical-Mechanical Planarization; CMP)는 반도체 산업에서 현탁 고체 입자와 반응제를 함유하는 초순수 유체를 웨이퍼 표면과 연마 패드 사이에 제공함으로써 반도체의 웨이퍼 표면을 평탄화시키는 공정을 포함하는 주요한 공정이다. 대부분의 용례에서, 연마 패드는 상기 웨이퍼 표면을 평탄화시키기 위해 반도체에 대해 제어된 속도로 회전한다. 과도한 웨이퍼의 연마는 중요한 웨이퍼 구조를 변형 또는 제거하는 결과를 초래할 수 있다. 반대로, 정도에 미달하는 웨이퍼의 연마는 웨이퍼를 사용 불가능하게 만들 수 있다. 웨이퍼의 연마 속도는 유체의 이송 속도와 연마 작업 중에 이송된 유체의 전체 양에 따라 크게 좌우된다.

정확한 유체 흐름의 제어와 오염이 없는 환경을 필요로 하면서 반도체 산업에 사용되는 또 다른 공정은 포토리소그래피 공정이다. 당업계에 잘 알려진 바와 같이, 상기 포토리소그래피 공정은 레지스트 또는 포토 레지스트로 알려진 감광 폴리머를 웨이퍼 표면에 도포하는 공정이다. 웨이퍼 표면 상에 제작될 구조체의 패턴을 포함하는 포토마스크는 레지스트 피복 웨이퍼와 광원 사이에 배치되어 있다. 광은 레지스트 폴리머를 약화시키거나 강화시킴으로써 레지스트와 반응한다. 상기 레지스트가 빛에 노출된 후, 웨이퍼는 약화된 레지스트를 제거하는 유체 화학물의 도포에 의해 현상된다. 패턴을 적절하게 옮기기 위해서는 정확하고 반복적인 레지스트 이송을 필요로 한다. 어떠한 오물이라도 최종 패턴에 결함을 야기할 것이기 때문에 레지스트는 오염되지 않아야 한다.

이러한 공정의 변형예로는 최종 반도체에 완전체의 부품이 될 필름을 생성하기 위해 웨이퍼 표면에 다수의 새로운 액체를 도포하는 공정이 있다. 이러한 필름의 주된 기능은 도전성 와이어들 사이에서 절연체로서 작용하는 것이다. 다양한 "스핀-온(spin-on)" 재료는 광범위한 화학적 조성과 물리적 특징을 갖는 것으로 평가되고 있다. 리소그래피 공정과 스핀-온 증착의 기본적인 차이점은 필름 내의 어떠한 결함(공극, 기포 또는 입자 등)이 반도체의 구조 내에 영구적으로 매립되어 불량한 소자를 생산하게 되고 반도체 제조업자에 재정적 손실을 입힐 수 있다는 것이다.

이러한 양자의 공정은 "트랙(track)" 이라 불리는 툴(tool)에서 행해진다. 트랙의 용도는 정확한 체적의 유체를 고정된 또는 천천히 회전하는 웨이퍼의 표면에 도포하는 것이다. 액체를 적절한 구조로 전환시키기 위해 추가적인 화학적 공정 단계들을 사용할 수 있다. 액체 도포 이후에, 웨이퍼의 회전 속도는 급속하게 증가되어 웨이퍼 표면 상의 액체는 가장자리에서 맴돌게 된다. 매우 얇고 일관된 두께의 액체가 웨이퍼의 중심으로부터 가장자리까지 남게 된다. 액체 두께에 영향을 미치는 몇몇 변수들로는 레지스트 또는 유전체의 점성, 레지스트 또는 유전체 내의 용매 농도, 분배된 레지스트/유전체의 양, 분배 속도 등이 포함된다.

또한, 상기 트랙은 필름 내의 임의의 용매를 제거하는 베이크(bake) 공정을 이용하여 액체를 폴리머로 변환시키는 액체 도포 이후에 추가의 프로세싱 단계를 제공할 것이다. 상기 트랙은 또한 습도 또는 온도의 변화와 화학적 오염물이 필름의 성능에 영향을 미치게 하지 못하도록 웨이퍼 주변의 환경을 제어한다. 트랙 시스템의 성능은 공극, 기포 및 입자에 의해 야기된 필름 내의 결함을 최소화하는 것에 더하여 웨이퍼 표면으로 이송된 액체의 정확도와 반복성에 의해 결정된다.

따라서, 액체 제어 요소는 프로세스 유체(process fluid)의 적절한 이송을 보장해주기 위해 전술한 시스템의 구성 요소들 중 주요한 요소이다. 종래 기술과 관련되는 문제점을 해결하기 위해 효율적이고, 콤팩트하며, 오염이 없는 유체 제어 장치의 필요성이 존재한다.

본 발명은 일반적으로 유체 유동 및 제어에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하자면 가압식 수용 부재를 구비하는 핀치 밸브에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 핀치 밸브를 개략적으로 도시한 도면이며,

도 2는 본 발명의 실시예에 따라 브레이드형 슬리브를 구비한 가압식 수용 부재를 포함하는 핀치 밸브를 도시한 도면이고,

도 3은 브레이드형 슬리브의 일부를 제거한 상태로 도 1의 핀치 밸브의 일부를 개념적으로 도시한 도면이며,

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 압력 유지를 위해 핀치 튜브 주위에 위치한 링을 포함하는 핀치 밸브를 도시한 도면이고,

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 크램쉘 가압식 수용 부재를 포함하는 핀치 밸브를 도시한 도면이며,

도 6은 도 5에 도시된 크램쉘 가압식 수용 부재의 일부를 도시한 사시도이고,

도 7은 크램쉘 가압식 수용 부재를 제거한 상태로 도 5의 밸브를 도시한 도면이며,

도 8 및 도 9는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 핀치 밸브를 사용하는 질량 유동 측정 및 제어 장치를 도시한 블록선도이다.

본 발명의 일양태에 따르면, 제어 밸브는 탄성중합체 유동 튜브와, 플런저가 작동 가능하게 연결되어 있는 액츄에이터를 포함한다. 플런저는 유동 튜브에 인접하여 위치하며, 기준면은 유동 튜브를 통과하는 유체 흐름을 제어하기 위해 플런저와 기준면 사이에서 탄성중합체 튜브가 압박될 수 있도록 일반적으로 램(ram)의 반대편에 위치한다. 유동 튜브의 재료는 비교적 연질이기 때문에 유동 튜브는 흐름을 제어하기 위해 플런저와 기준면 사이에서 압박될 수 있다. 몇몇 경우에, 연질의 유동 튜브 재료는 낮은 강도로 인해 낮은 압력 변동률을 지닐 수 있다. 가압식 수용 부재는 유동 튜브의 압력 변동률을 향상시키기 위해 유동 튜브의 적어도 일부 주위에 위치한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 가압식 수용 부재는 예컨대, 브레이드형 슬리브(braided sleeve), 유동 튜브 주위에 위치한 링 또는 하나 이상의 경질의 부재를 포함할 수 있다. 양호한 일실시예에 따르면, 제1 및 제2의 부재가 "크램쉘(clamshell)" 구조로 유동 튜브 주위에 끼워질 수 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 질량 유동 측정 및 제어 장치는 밀폐체와, 이 밀폐체 내에 위치한 유동 측정 장치와, 상기 유동 측정 장치와 유체 소통하는 탄성중합체 유동 튜브를 구비하는 핀치 밸브를 포함한다. 핀치 밸브는 플런저가 작동 가능하게 연결되어 있는 액츄에이터를 구비한다. 플런저는 탄성중합체 튜브에 인접하게 위치하며, 기준면은 플런저와 기준면 사이에서 탄성중합체 튜브가 압박될 수 있도록 일반적으로 플런저의 반대편에 위치한다. 가압식 수용 부재는 탄성중합체 튜브의 적어도 일부 주위에 위치한다.

상기 질량 유동 측정 및 제어 장치는 유량 측정 장치로부터 측정 출력 신호를 수신하는 컨트롤러를 더 포함할 수 있다. 상기 컨트롤러는 세트 포인트(set point) 신호와 측정 출력 신호에 응답하여 제어 출력 신호를 핀치 밸브의 액츄에이터에 제공한다. 양호한 일실시예에 따르면, 핀치 밸브는 밀폐체 내에 위치한다. 다른 실시예에 따르면, 핀치 밸브의 탄성중합체 튜브와 가압식 수용 부재는 밀폐체 외측으로 연장한다. 핀치 밸브의 탄성중합체 튜브는 유동 측정 장치의 하류 또는 상류에 위치해도 좋다.

본 발명의 다른 목적과 장점들은 첨부 도면을 참조한 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있지만, 본 발명의 특정 실시예들은 예로써 도면에 도시되어 있으며, 본 명세서에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 상기 특정 실시예들에 관한 본 명세서에서의 설명은 본 발명을 개시된 형태로 한정하려는 의도는 아니며, 그 반대로 본 발명은 첨부된 청구의 범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 정신 및 영역 내에 속하는 모든 수정례, 등가물 및 변형례를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 예시적인 실시예들은 이하에 설명될 것이다. 간략화를 위하여, 실제의 실시에 따른 모든 특징들을 본 명세서에서 설명하지는 않는다. 물론 전술한 임의의 실제의 실시예의 전개에서, 개발자의 특정한 목표, 예컨대 각각의 실시 때마다 변하게 되는 시스템과 관련되고 사업과 관련된 제약에 따르는 목표를 달성하기 위해 수많은 실시에 맞는 결정을 해야하는 것으로 알려져 있다. 더욱이, 이러한 개발 노력은 복잡하고 시간 소모적이지만, 이러한 개시의 장점을 인식하고 있는 해당 분야의 종사자들에게는 일상적인 임무라는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 실시예에 따른 핀치 밸브(100)가 도 1에 개념적으로 도시되어 있다. 액츄에이터(122)는 탄성중합체 튜브(126)에 인접하여 위치하고 있다. 피스톤 또는 램의 형태로 구성될 수 있는 밸브 플런저(124)는 상기 튜브(126)를 기준면(128)에 반하여 선택적으로 압박하거나 죄어서 유체가 통과하게 될 개구(129)의 크기를 변화시키도록 액츄에이터(122)에 의해 이동된다. 상기 탄성중합체 튜브(126)는 비교적 연질의 재료로 구성되기 때문에 이 튜브는 유체의 흐름 제어하기 위해 플런저(124)와 기준면(128) 사이에서 압축될 수 있다. 몇몇 경우에 있어서, 연질의 탄성중합체 튜브의 재질은 낮은 강도로 인해 낮은 압력 변동률을 지닐 수 있다. 가압식 수용 부재(130)는 튜브(126)의 압력 변동률을 향상시키기 위해 튜브(126)의 적어도 일부 주위에 위치한다.

반도체, 제약 및 바이오 산업에 관련된 것과 같은 많은 용례에 있어서, 유체 이송 시스템의 유동 경로(프로세스 유체에 의해 모든 표면들이 젖어 있음)는 사용되는 화학물의 순도를 보호하기 위해 고순도이고, 화학적으로 불활성/내성의 물질로 구성되어야 한다. 만약 금속 이온이 다양한 기계적 그리고 화학적 공정으로 인해 금속 유동 튜브로부터 용해 또는 전이될 경우, 반도체 웨이퍼 제조 공정에 사용된 초순도의 화학물이 오염될 수 있기 때문에 플라스틱이 바람직하다. 플라스틱 재료는 광범위한 프로세스 물질에 대한 내부식성이 있다. 따라서, 고순도 등급의 플라스틱은 일반적으로 불필요한 이온이 프로세스 물질로 전이되는 것을 방지하기 때문에 이러한 산업에서 사용된다. 추가적으로, 플라스틱 유동 튜브의 제조에 필수적인 매끈한 표면 마무리는 튜브에 박테리아가 점착하는 능력과 유체가 유기질 물질로 오염되는 것을 감소시킨다.

이러한 고순도 용례에 있어서, 튜브(126)는 고순도의 탄성중합체 또는 플라스틱으로 구성되는 것이 바람직하다. 적절한 고순도 탄성중합체로는 화학적으로 내성이 있고 적절한 화학 특성을 지니는 실리콘(교차 결합된 폴리실록산)이 있다. 다른 적절한 튜브 물질로는 PVC(염화폴리비닐크롤라이드, Tygon), 폴리프로필렌 및 플루오로카본 러버(Viton)가 있다. PVDF 및 PTFE 등과 같은 불소를 첨가한 다양한 폴리머도 적절할 수 있다. 예컨대, PFA와, PFA 물질을 포함하는 혼합물과, 실리콘은 고순도 용례에서 튜브(126)에 적합한 재료이다. 더욱이, 밸브(100)의 양호한 실시예에 따르면, 정체된 유체가 모일 수 있는 장소가 없고, 또 유체 내에 입자를 생성할 소지가 있는 미끄러지거나 마찰을 일으키는 부품들이 없기 때문에 전술한 구조는 고순도 용례에 특히 적합하다.

상기 튜브의 신축성은 기밀성을 부여하기 위해 튜브의 벽이 임의의 포획된 입자 또는 벽 내부의 결함 부위 둘레와 일치되도록 해준다. 유동 경로는 압력 강하와 난류를 최소화시킬 수 있도록 일직선 형태이다. 상기 유체는 단지 유동 튜브(126)와 접촉하여 다른 밸브 부품들의 마모 또는 부식을 방지하고, 또 반도체 연마 작업 등의 고순도 용례의 경우 프로세스 유체의 오염을 방지한다.

도 2에는 가압식 수용 부재가 유동 튜브(126)를 둘러싸는 브레이드형 슬리브(230)를 포함하는 본 발명의 일실시예에 따른 핀치 밸브(200)가 도시되어 있다. 몇몇 실시예에서, 상기 브레이드형 슬리브는 유동 튜브(126) 전체를 둘러싸고 있다. 도 3에는 브레이드형 슬리브(230)의 일부(232)를 제거한 상태에서 핀치 밸브(201)의 일부가 개략적으로 도시되어 있다. 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 슬리브(230)의 제거된 부분(232)은 밸브 플런저(124)에 인접하기 때문에 밸브 플런저(124)는 압력 격납 슬리브(230)에 접촉하는 대신 유동 튜브(126)와 직접 접촉한다.

일반적으로, 브레이드형 슬리브(230)는 밸브(201)의 작동을 방해하지 않는다. 그러나, 브레이드형 슬리브(230)에 사용된 어떤 물질은 밸브 플런저(126)가 그 물질을 영구적으로 변형시키기에 충분히 긴 시간 동안 슬리브 물질에 대하여 압력을 가할 경우 영구적으로 경화될 수도 있다. 이렇게 변형된 구조의 슬리브는 제어와 관련한 문제를 야기할 수 있다. 이러한 형태의 변형은 예컨대, 플런저(124)가 오랜 기간 동안 유동 튜브(126)와 슬리브(230)를 압박하게 되는, 밸브가 정상적인 상태에서 폐쇄되는 구조를 갖게 될 때 일어날 수 있다. 슬리브(230)의 일부(232)를 도면에 도시한 위치로 이동시킴으로써, 브레이드형 슬리브(230)의 압력 격납 특성을 유지하면서 플런저(124)는 유동 튜브(126)와 직접 접촉하게 된다. 슬리브 재료는 소망하는 개구의 기하학적 형상을 얻기 위해 기계적으로 절단(가위, 절단기 등), 열적으로 절단(재료의 풀림 방지를 위해)될 수 있다. 따라서, 슬리브(230)는 튜브(126)를 위한 "홀더"(holder)"로서 작용한다. 슬리브(230)는 또한 유동 튜브(126)를 위한 압력 봉쇄를 행하고, 핀치 밸브 본체 내에 포함된 유동 튜브(126) 부분의 압력 변동률을 증가시킨 채로 유지한다.

도 4에는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 핀치 밸브(300)가 도시되어 있다. 상기 핀치 밸브(300)에 있어서, 가압식 수용 부재는 유동 튜브(126) 주위에 위치한 복수 개의 링(330)을 포함한다. 특정한 일실시예에 따르면, 1mm 폭을 지닌 폴리프로필렌 링들은 액츄에이터(122)의 어느 한측의 유동 튜브(126) 상에서 일정한 간격을 유지하고 있다.

다른 실시예에 있어서, 가압식 수용 부재는 유동 튜브(126) 주위에 위치한 하나 또는 그 이상의 경질의 부재를 포함한다. 예컨대, 유동 튜브(126)는 압력 붕쇄를 행하도록 전술한 경질의 구조체에 의해 형성된 보어를 통해 삽입된다. 이러한 실시예에 있어서, 가압식 수용 부재는 유동 튜브를 둘러싼다. 그러나, 전체 튜브는 반드시 가압식 수용 부재에 의해 수용될 필요가 없다. 튜브의 절반 이상이 둘러싸일 경우, 상당한 압력 봉쇄가 실현될 것이다.

도 5에는 2개의 부품으로 이루어진 경질 부재를 사용하는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 핀치 밸브(400)가 도시되어 있다. 이 핀치 밸브(400)는 상부 부재(431)와 하부 부재(432)로 이루어진 "크램쉘" 모양의 가압식 수용 부재(430)를 포함한다. 도 6에는 상부 부재(431)와 유사한 하부 부재(432)가 도시되어 있다. 도 7에는 가압식 수용 부재(430)의 단지 상부 부재(431)만이 정위치에 있는 핀치 밸브(400)가 도시되어 있다. 상부 부재(431) 및 하부 부재(432) 각각은 유동 튜브(126)의 형상과 일반적으로 일치하는 홈부(440)를 형성하기 때문에, 상부 부재(431)와 하부 부재(432)를 유동 튜브(126) 주위에 끼워 넣을 때, 홈부(440)는 압력 봉쇄를 행하기 위해 유동 튜브(126)를 수용한다.

예시된 실시예에 있어서, 상부 부재(431)와 하부 부재(432)는 액츄에이터(122)의 하부를 수용하는 개구(442)를 추가로 형성한다. 상부 부재(431)와 하부 부재(432)는 가압식 수용 부재(430)를 형성하기 위해 임의의 적절한 수단에 의해 함께 유지된다. 한 실시예에서 클램쉘 가압식 수용 부재(430)를 구비하는 핀치 튜브(126)를 위해 0.25 인치의 실리콘 배관을 사용하여 테스트를 행할 경우, 압력이 200 psig 를 초과할 때까지 핀치 튜브(126)는 파열되지 않았다. 전술한 바와 같이, 2개의 부품으로 이루어진 클램쉘 구조가 전형적이며, 경질의 가압식 수용 부재는 단일의 부재 또는 복수 개의 부재들을 포함해도 좋다.

공지의 핀치 밸브의 작동은 보통 쌍안정성, 즉 온과 오프이다. 몇몇 공지된 핀치 밸브들은 복수 개의 회전 핸들이 구비되어 있는 수동 액츄에이터를 구비하지만, 이러한 형태의 밸브는 폐쇄 루프 유동 제어에는 도움이 되지 않는다. 다른 핀치 밸브들은 분출된 재료의 양이 밸브가 온 되는 시간에 의해 제어되는 배치 공정(batch process)에서 분출 용례를 위해 사용된다. 이것은 연속 방식으로 유량을 동력학적으로 제어하지 못하게 만든다.

단지 2개의 상태를 갖는 밸브는 밸브 액츄에이터에 가변 전류 또는 전압을 인가함으로써 제어될 수 있다. 일실시예에 따르면, 펄스 폭 변조(PWM : Pulse Width Modulation)가 밸브를 제어하기 위해 사용된다. PWM은 밸브의 기계적 반응 주파수보다 높은 주파수에서 정방형파 신호를 생성시킴으로써 달성된다. 신호의 듀티 사이클(duty cycle)은 상기 장치로 전송되는 적절한 전압 또는 전류를 결정하기 위해 변한다. 예컨대, PWM 신호가 0-12 볼트 사이에서 작동할 경우, 0% 듀티 사이클 = 0 볼트, 50% 듀티 사이클 = 6 볼트, 100% 듀티 사이클 = 12 볼트로 된다. "평균"은 신호가 밸브의 기계적 반응 주파수보다 높은 주파수이기 때문에 발생한다. 밸브의 위치는 공급되는 평균 전류에 기초를 두고 있다. 그 결과로 인해 공급 전압은 신호의 펄스 폭에 비례한다.

신호 주파수가 너무 낮을 경우, 밸브는 펄스화된 유동 출력을 생성하는 온과 오프 신호에 완전히 반응하는 시간을 가질 것이며, 이는 일반적으로 바람직하지 못하다. 전형적인 핀치 밸브 액츄에이터는 솔레노이드이며, 이 솔레노이드는 이것을 폐쇄시키는 데 필요로 하는 전류를 결정하도록 예하중 조절을 행하는 스프링 요소를 구비한다. 밸브 스프링 상의 예하중을 조절하는 것은 밸브의 제어 범위를 향상시킬 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 솔레노이드 플런저 요소는 스프링 현가 플런저로 대체된다. 이 스프링 현가 플런저는 마찰로 인한 비선형 밸브 반응을 최소화시키며, 이는 이용 가능한 솔레노이드 작동식 핀치 밸브에 일반적인 이력 현상과 데드 밴드(dead band)를 최소화시킨다.

PWM 제어식 솔레노이드의 또 다른 접근법은 웜 기어 형태의 수단에 의해 제어된, 결정적인 각도의 회전을 선형 램 드라이브로 옮기는 스테퍼 모터(stepper motor) 액츄에이터를 사용하는 데 있다. 스테퍼 컨트롤러는 아날로그 신호의 입력에 비례하는 특정 수의 스텝(step)을 생성하도록 설계될 수 있다. 백래쉬(backlash)와, 이에 따른 밸브 이력은 백래쉬를 최소화시키는 임의 수의 적절한 웜 기어에 의해 최소화될 수 있다. 스테퍼 모터는 일반적으로 핀치 튜브에 변화를 야기할 수 있는 온도 및 압력 변동에 영향을 받지 않도록 해준다. 스테퍼 모터는 위치를 제어하는 수단이므로 스테퍼는 핀치 튜브의 변화에 영향을 받지 않는다. 핀치 밸브에 있어서, 핀치 튜브는 시스템의 일체형 부품이며, 전류는 밸브 액츄에이터에 인가되고, 이는 작용력을 핀치 튜브에 가해 튜브를 압박한다. 튜브의 특성이 온도 또는 압력에 의해 변할 경우, 튜브가 폐쇄되는 크기와 이에 따른 솔레노이드에 의한 유동률의 크기는 변하게 된다. 더욱이, 스테퍼 액츄에이터는 유체 이송 사이클의 개시에서 세트 포인트를 얻는 것에 대해 신속한 반응을 제공하기 위해 최종 위치에 잔존할 수 있다.

도 8 및 도 9에는 본 발명에 따른 핀치 밸브(100)를 이용하는 유동 측정 및 제어 장치(110)가 개략적으로 도시되어 있다. 상기 측정 및 제어 장치(110)는 유체 입구와 출구(102, 103)를 구비하는 밀폐체(101)를 포함한다. 유동 측정 장치(112)는 이 밀폐체(101)에 배치되어 있다. 양호한 실시예에 따르면, 유동 측정 장치(112)는 코리올리(Coriolis) 질량 유량계를 포함한다.

고순도 용례에서, 유량계(112)는 불필요한(예컨대, 금속) 이온을 프로세스 물질로 이송함으로써 야기된 프로세스 유체의 오염을 방지하기 위해 고순도 플라스틱재로 구성된 유동 튜브를 구비하는 것이 바람직하다. 적절한 고순도 플라스틱재로는 PFA, PVDF 및 PTFE가 있다. 전술한 바와 같이, 핀치 밸브(100)는 또한 이온이 프로세스 물질로 전이하는 것을 방지하도록 고순도 플라스틱재로 구성된 부품들을 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 블록선도에 따르면, 밸브(100)가 상기 밀폐체(101) 내에 완전히 자리하는 것으로 도시되어 있다. 몇몇 실시예에 있어서, 밸브의 일부 또는 밸브 전체는 도 2, 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에서와 같이 밀폐체(101)의 외측면에 부착되어 있다.

컨트롤러(114)는 유량계(112)로부터 세트 포인트 신호와 출력 신호를 수신한다. 이 컨트롤러(114)는 유량계로부터 나온 신호의 조건을 설정하고 처리하며, 세트 포인트와 측정된 유동률의 비교에 기초하여 프로세스 물질의 유동량을 변화시키기 위해 핀치 밸브(100)에 제어 신호를 출력한다. 컨트롤러(114)로 입력되는 세트 포인트는 통상적으로 0-5V, 4-20mA 신호 또는 디지털 신호 등과 같은 전기 신호이다. 공압 세트 포인트 인터페이스가 또한 사용될 수 있다. 적절한 세트 포인트 발생기는 펜실베니아주 소재의 레드 라이온 컨트롤로즈 오브 요크(Red Lion Controls of York)에서 시판하는 모델 P48 프로세스 컨트롤러이다.

상기 컨트롤러(114)는 또한 추가의 신호가 컨트롤러(114)로 전송되는 밸브 오버라이드(valve override)로서 일반적으로 공지된 특징을 지닐 수 있다. 이러한 오버라이드 신호는 컨트롤러(114)로 하여금 세트 포인트를 무시하고 밸브(100)를 완전히 개방 또는 폐쇄시키도록 해준다. 이러한 특징은 종종 유동을 차단하거나 시스템을 퍼지(purge)시키기 위해 사용된다. 도 8을 참조하면, 상기 컨트롤러(114)는 밀폐체(101) 내측에 위치한 상태로 도시되어 있으며, 완전한 일체형으로 된 유동 제어 시스템을 제공한다. 그러나, 다른 실시예에 따라 컨트롤러(114)를 밀폐체(101) 외측에 설치해도 좋다.

상기 핀치 밸브(100)는 장치(110)를 통과하는 흐름을 조절하며, 또한 라인압(line pressure)의 변화에 대한 완충기를 제공한다. 핀치 밸브(100)는 도 8에 도시된 바와 같은 질량 유동계(112)의 상류에 또는 도 9에 도시된 실시예에서와 같이 하류에 위치될 수 있다. 일반적으로, 사용 중에 가장 큰 압력 변화를 보이게 될 측면에 밸브(100)가 설치되도록 하는 것이 바람직할 수 있다. 이것은 압력 변화 및 변동으로부터 유량계(112)를 보호하는 역할을 한다.

전술한 특정 실시예들은 단지 예시적인 것으로, 본 발명은 본 명세서에 교시된 장점을 가지면서, 상이하지만 동등한 방법으로 변형 및 실시될 수 있다는 것으로 당업자들은 이해해야 한다. 더욱이, 청구범위에 기재된 사항 이외에, 본 명세서에 도시된 구조 또는 설계의 세부 내용으로 한정하려는 의도는 없다. 따라서, 전술한 특정의 실시예들은 변형 또는 수정될 수 있으며, 이러한 변형례들 모두는 본 발명의 영역과 정신에 속하는 것으로 고려되어야 한다. 따라서, 본 명세서에서 청구하고자 하는 보호 대상은 아래의 청구 범위에 기재되어 있다.

Claims (12)

1. 탄성중합체 유동 튜브와;

   액츄에이터와;

   상기 탄성중합체 유동 튜브에 인접하여 위치하고 상기 액츄에이터에 작동적으로 연결된 플런저와;

   상기 탄성중합체 유동 튜브를 통과하는 유체 흐름을 제어하기 위해 플런저와 기준면 사이에서 탄성중합체 유동 튜브가 압박될 수 있도록 대체로 상기 플런저의 반대편에 위치하는 기준면과;

   상기 탄성중합체 유동 튜브의 적어도 일부 주변에 위치한 가압식 수용 부재

   를 포함하는 제어 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 가압식 수용 부재는 브레이드형 슬리브(braided sleeve)를 포함하는 것인 제어 밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기 가압식 수용 부재는 복수 개의 링을 포함하는 것인 제어 밸브.
4. 제1항에 있어서, 상기 가압식 수용 부재는 탄성중합체 유동 튜브의 적어도 일부를 수용하는 경질의 부재를 포함하는 것인 제어 밸브.
5. 제4항에 있어서, 상기 경질의 부재는 탄성중합체 유동 튜브 주변에 끼워 넣은 제1 및 제2의 부재를 포함하는 것인 제어 밸브.
6. 밀폐체와;

   상기 밀폐체 내에 위치한 유동 측정 장치와;

   핀치 밸브

   를 포함하며, 상기 핀치 밸브는 상기 유동 측정 장치와 유체 소통하는 탄성중합체 유동 튜브와, 상기 탄성중합체 유동 튜브에 인접하여 위치하고 액츄에이터에 작동적으로 연결된 플런저와, 상기 플런저와 기준면 사이에서 상기 탄성중합체 튜브가 압박될 수 있도록 대체로 상기 플런저의 반대편에 위치하는 기준면을 구비하는 액츄에이터와, 상기 탄성중합체 유동 튜브의 적어도 일부 주변에 위치한 가압식 수용 부재를 포함하는 질량 유동 측정 및 제어 장치.
7. 제6항에 있어서, 유량 측정 장치로부터 측정 출력 신호를 수신하는 컨트롤러와, 세트 포인트(setpoint) 신호와 측정 출력 신호에 응답하여, 제어 출력 신호를 핀치 밸브의 액츄에이터에 제공하는 컨트롤러를 포함하는 질량 유동 측정 및 제어 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 핀치 밸브는 밀폐체 내에 위치하는 것인 질량 유동 측정 및 제어 장치.
9. 제6항에 있어서, 상기 핀치 밸브의 탄성중합체 유동 튜브와 상기 가압식 수용 부재는 밀폐체 외측으로 연장하는 것인 질량 유동 측정 및 제어 장치.
10. 제6항에 있어서, 상기 핀치 밸브의 탄성중합체 유동 튜브는 유동 측정 장치의 하류에 위치하는 것인 질량 유동 측정 및 제어 장치.
11. 제6항에 있어서, 상기 핀치 밸브의 탄성중합체 유동 튜브는 유동 측정 장치의 상류에 위치하는 것인 질량 유동 측정 및 제어 장치.
12. 탄성중합체 유동 튜브와;

    상기 탄성중합체 유동 튜브에 인접하여 위치하고 액츄에이터에 작동적으로 연결된 플런저와, 상기 탄성중합체 유동 튜브를 통과하는 유체 흐름을 제어하기 위해 상기 플런저와 기준면 사이에서 상기 탄성중합체 튜브가 압박될 수 있도록 대체로 램(ram)의 반대편에 위치하는 기준면을 구비하는 액츄에이터와;

    상기 탄성중합체 유동 튜브의 압력 봉쇄를 위한 수단

    을 포함하는 것인 제어 밸브.