KR20070030612A - 용접형 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브 - Google Patents

용접형 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브 Download PDF

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Abstract

용접형 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브를 제공한다. 상기 벨로우즈 밸브는 수평방향으로 마주보는 제 1 개구부 및 제 2 개구부, 상기 제 1 및 제 2 개구부들과 수직 방향으로 배치된 제 3 개구부를 갖는 T자형 배관이 구비된다. 상기 제 1 및 제 2 개구부들 사이의 상기 T자형 배관 내부에 원통형관 및 용접형 벨로우즈(Welded bellows)가 서로 연통 연결된 구조를 갖는 유체흐름 조절관이 배치된다. 상기 유체흐름 조절관의 일측 단부에 연통 연결되어 상기 T자형 배관의 상기 제 1 개구부를 밀폐시키고, 상기 유체흐름 조절관 내부로 유체를 유출입시켜 상기 유체흐름 조절관을 수축 및 이완시키는 유체압 조절부가 배치된다.
용접형 벨로우즈, 원통형관, 유체흐름 조절관, 유체압 조절부, T자형 배관

Description

용접형 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브{Bellows valve having welded bellows}
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 벨로우즈 밸브를 설명하기 위한 단면개략도들이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 벨로우즈 밸브를 설명하기 위한 단면개략도들이다.
본 발명은 반도체 부품에 관한 것으로, 특히 용접형 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브에 관한 것이다.
일반적으로 반도체장치는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 화학기상증착, 이온주입, 금속증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하는 일련의 과정을 통해 이루어진다. 이들 각 공정을 수행하는 반도체장치 제조설비에는 제조되는 반도체장치의 제품 성능과 제조수율 향상을 위하여 파티클 등의 불순물로부터 웨이퍼를 격리시키도록 하기 위한 사항과 공정이 원활하게 이루어질 수 있도록 하기 위한 사항에 대하여 내부를 진공압 상태로 형성할 것이 요구되고 있다.
이러한 진공압 상태를 형성하기 위한 진공시스템 즉, 공정이 이루어지는 챔버에 대하여 진공압을 제공하기 위한 진공펌프가 진공라인으로 연통 연결되고, 상술한 진공라인 상에는 그 진공압을 인가되는 제어수단에 의해 진공라인을 선택적으로 개폐하도록 하는 밸브가 연통 설치된다. 이렇게 설치되는 밸브의 구성 중 외부로부터 공기 또는 소정의 유체를 공급압력으로 벨로우즈관을 신축 구동토록 함으로써 공정챔버와 진공펌프 사이의 유체 흐름을 차단하도록 하는 벨로우즈 밸브가 사용되는 것이 있으며, 이러한 벨로우즈 벨브에 대한 종래의 기술 구성에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1a 및 도 1b는 종래 기술에 따른 벨로우즈 밸브를 설명하기 위한 단면개략도들이다. 도 1a는 벨로우즈 밸브가 닫혔을 때의 단면개략도이고, 도 1b는 벨로우즈 밸브가 열렸을 때의 단면개략도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 벨로우즈 밸브(100)는 수평방향으로 마주보는 제 1 개구부(105a) 및 제 2 개구부(105b), 상기 제 1 및 제 2 개구부들(105a,105b)과 수직 방향으로 배치된 제 3 개구부(105c)를 갖는 T자형 배관(102)을 구비한다. 상기 T자형 배관(102)의 제 2 개구부(105b)는 상기 T자형 배관(102)의 내경 보다 더 좁은 구경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 T자형 배관(102) 내부에 성형 벨로우즈(Formed bellows;110)가 배치된다. 상기 성형 벨로우즈(110)는 상기 제 1 개구부(105a)와 인접한 측은 개방형 단부(117)이고, 상기 제 2 개구부(105b)와 인접한 측은 밀폐형 단부(115)를 갖는다. 상기 성형 벨로우즈(110)는측면의 굴곡모양에 따라 S타입, U타입, 오메가 타입 등으로 구분하며, 도 1a 및 도 1b는 U타입을 도시하였 다.
상기 성형 벨로우즈(110)의 상기 개방형 단부(117)에 연통 연결되어 상기 T자형 배관(102)의 상기 제 1 개구부(105a)를 밀폐시키는 유체압 조절부(120)가 배치된다. 상기 유체압 조절부(120)는 상기 성형 벨로우즈(110) 내부로 유체를 유출입시켜 상기 성형 벨로우즈(110)를 수축 및 이완시키게 된다. 상기 유체압 조절부(120)에 기체를 유입시키는 유입개구부(125a) 및 상기 유체압 조절부(120) 내부의 기체를 흡입하는 흡입개구부(125b)가 배치된다.
따라서, 도 1a에 나타낸 바와 같이 상기 유체압 조절부(120) 내부로 상기 유입개구부(125a)를 통해 기체가 유입(I1)되게 되면 상기 유입된 기체가 상기 유체압 조절부(120)에 연통되어 연결된 상기 성형 벨로우즈(110) 내부로 들어가게 된다(I2). 그 결과, 상기 성형 벨로우즈(110)는 이완되게 되어 상기 성형 벨로우즈(110)의 상기 밀폐형 단부(115)가 상기 T자형 배관(102)의 상기 제 2 개구부(105b)를 내부에서 밀폐시키게 된다.
이와 달리, 도 1b에 나타낸 바와 같이 상기 흡입개구부(125b)를 통해 상기 유체압 조절부(120) 내부의 기체를 흡입(O1)하게 되면 상기 유체압 조절부(120)에 연통되어 연결된 상기 성형 벨로우즈(110) 내부의 기체들도 상기 유체압 조절부(120)를 통해 상기 흡입개구부(125b)로 빠져나오게 된다.(O2). 그 결과, 상기 성형 벨로우즈(110)는 수축되게 되어 상기 T자형 배관(102)의 상기 제 2 개구부(105b) 및 상기 제 3 개구부(105c) 사이의 배관이 열리게 된다. 따라서, 이를 통해 유체흐름(P)이 가능 하게 된다.
상기 성형 벨로우즈(110)는 연신율이 우수한 박판재료를 튜브로 만든 다음 외측에 벨로우즈 성형금형을 넣어 튜브 내부에 고압의 유체압력을 가하여 성형한다. 따라서, 전연성이 우수한 재료만 가능하여 재료선정에 제한을 받는다. 또한, 성형기의 크기 및 파이프 길이에 따라 제작여부가 제한을 받게 된다. 이에 더하여, 상기 성형 벨로우즈(110)는 직진성이 좋지 않으며 수축시 전면 밀착이 불가능하고 1산당 신축량이 적은 단점을 갖는다. 상기 벨로우즈 밸브(100) 동작 시 상기 유체압 조절부(120)를 통해 수 초 안에 상기 성형 벨로우즈(110)의 수축 또는 이완 현상이 발생한다. 따라서, 직진성이 좋지 않을 경우, 상기 T자형 배관(102) 내에서 충돌현상이 발생하여 상기 성형 벨로우즈(110)의 내구성을 저하시킬 수 있게 된다.
상기 성형 벨로우즈(110)는 상기 벨로우즈 밸브(100)의 형태로 반도체장치에 장착되어 반복적으로 수축 이완되게 된다. 그러나, 상기 성형 벨로우즈(110)는 연성가공시 판두께 및 조직의 변화등이 심하여 기말성이 우수하지 못하다. 따라서,상기 성형 벨로우즈(110)는 판두께 및 조직의 변화등으로 인하여 반복적인 신축에 의하여 벨로우즈의 골과 골 사이가 찢어지거나 손상되는 현상이 빈번이 발생되게 된다. 이렇게 벨로우즈가 찢어지거나 손상되면 진공 누설이 발생할 뿐만 아니라 환경성 가스가 누설되는 문제가 발생하게 된다.
따라서, 직진성 및 내구성이 강화되어, 수명이 연장된 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브가 요구되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 따라서, 직진성 및 내구성이 강화되 어, 벨로우즈 밸브의 수명연장에 적합한 용접형 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 용접형 벨로우즈(Welded bellows)를 갖는 벨로우즈 밸브가 제공된다. 상기 벨로우즈 밸브는 수평방향으로 마주보는 제 1 개구부 및 제 2 개구부, 상기 제 1 및 제 2 개구부들과 수직 방향으로 배치된 제 3 개구부를 갖는 T자형 배관이 구비된다. 상기 제 1 및 제 2 개구부들 사이의 상기 T자형 배관 내부에 원통형관 및 용접형 벨로우즈가 서로 연통 연결된 구조를 갖는 유체흐름 조절관이 배치된다. 상기 유체흐름 조절관의 일측 단부에 연통 연결되어 상기 T자형 배관의 상기 제 1 개구부를 밀폐시키고, 상기 유체흐름 조절관 내부로 유체를 유출입시켜 상기 유체흐름 조절관을 수축 및 이완시키는 유체압 조절부가 배치된다.
본 발명의 몇몇 실시예들에서, 상기 T자형 배관의 상기 제 2 개구부는 상기 T자형 배관의 내경 보다 더 좁은 구경을 갖는 것이 바람직하다.
다른 실시예들에서, 상기 원통형관 및 상기 용접형 벨로우즈는 각각 상기 T자형 배관의 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부와 인접하여 배치될 수 있다. 상기 원통형관의 제 1 개구부와 인접한 측은 개방형 단부를 갖고, 상기 용접형 벨로우즈의 상기 제 2 개구부와 인접한 측은 밀폐형 단부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 유체흐름 조절관이 이완되었을 경우, 상기 용접형 벨로우즈의 밀폐형 단부가 상기 T자형 배관의 상기 제 2 개구부를 밀폐시키는 구조일 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 유체흐름 조절관이 수축되었을 경우, 상기 T자형 배관의 상기 제 2 개구부 및 상기 제 3 개구부 사이의 배관이 열리는 구조일 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 상기 유체흐름 조절관의 상기 원통형관의 길이는 상기 제 1 개구부와 상기 제 3 개구부를 갖는 배관 연결부 사이의 길이 보다 짧은 것이 바람직하다.
또 다른 실시예들에서, 상기 유체압 조절부와 연결되어 상기 유체압 조절부 내부로 기체를 유출입시키는 역할을 하는 솔레노이드 밸브가 배치될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 벨로우즈 밸브를 설명하기 위한 단면개략도들이다. 도 2a는 벨로우즈 밸브가 닫혔을 때의 단면개략도이고, 도 2b는 벨로우즈 밸브가 열렸을 때의 단면개략도이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 상기 벨로우즈 밸브(1)는 수평방향으로 마주보는 제 1 개구부(7a) 및 제 2 개구부(7b), 상기 제 1 및 제 2 개구부들(7a,7b)과 수 직 방향으로 배치된 제 3 개구부(7c)를 갖는 T자형 배관(5)을 구비한다. 상기 T자형 배관(5)의 상기 제 2 개구부(7b)는 상기 T자형 배관(5)의 내경 보다 더 좁은 구경을 갖는 것이 바람직하다. 상기 T자형 배관(5) 내부에 유체흐름 조절관(10)이 배치된다. 상기 유체흐름 조절관(10)은 원통형관(10a)과 용접형 벨로우즈(10b)가 서로 연통 연결된 구조를 갖는다. 상기 유체흐름 조절관(10)은 상기 T자형 배관(5)의 상기 제 1 개구부(7a)와 인접한 측은 개방형 단부(17)를 갖고, 상기 제 2 개구부(7b)와 인접한 측은 밀폐형 단부(15)를 갖는다.
상기 유체흐름 조절관(10)의 상기 원통형관(10a)의 길이는 상기 제 1 개구부(7a)와 상기 제 3 개구부(7c)를 갖는 배관 연결부 사이의 길이(L) 보다 짧은 것이 바람직하다. 상기 용접형 벨로우즈(10b)는 플랫(flat)형, 스텝(stepped)형, 싱글 스위프(single sweep)형 또는 네스티드 리플(nested ripple)형 일 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 플랫(flat)형을 예를 들어 도시하였다.
상기 유체흐름 조절관(10)의 상기 개방형 단부(17)에 연통 연결되어 상기 T자형 배관(5)의 상기 제 1 개구부(7a)를 밀폐시키는 유체압 조절부(20)가 배치된다. 상기 유체압 조절부(20)는 상기 유체흐름 조절관(10) 내부로 유체를 유출입시켜 상기 용접형 벨로우즈(10b)를 수축 및 이완시키게 된다. 상기 유체압 조절부(20)에 기체를 유입시키는 유입개구부(25a) 및 상기 유체압 조절부(20) 내부의 기체를 흡입하는 흡입개구부(25b)가 배치된다. 상기 유체압 조절부(20)의 상기 유입 및 흡입개구부들(25a,25b)과 연결되어 상기 유체압 조절부(20) 내부로 기체를 유출입시키는 역할을 하는 솔레노이드 밸브(도시하지 않음)가 배치될 수 있다.
도 2a에 나타낸 바와 같이 상기 유체압 조절부(20) 내부로 상기 유입개구부(25a)를 통해 기체가 유입(IN)되게 되면 상기 유입된 기체가 상기 유체압 조절부(20)에 연통되어 연결된 상기 유체흐름 조절관(10) 내부로 들어가게 된다(F1). 그 결과, 상기 용접형 벨로우즈(10b)는 이완되게 되어 상기 유체흐름 조절관(10)의 상기 밀폐형 단부(15)가 상기 T자형 배관(5)의 상기 제 2 개구부(7b)를 내부에서 밀폐시키게 된다.
이와 달리, 도 2b에 나타낸 바와 같이 상기 흡입개구부(25b)를 통해 상기 유체압 조절부(20) 내부의 기체를 흡입(OUT)하게 되면 상기 유체압 조절부(20)에 연통되어 연결된 상기 유체흐름 조절관(10) 내부의 기체들도 상기 유체압 조절부(20)를 통해 상기 흡입개구부(25b)로 빠져나오게 된다.(F2). 그 결과, 상기 용접형 벨로우즈(10b)는 수축되게 되어 상기 T자형 배관(5)의 상기 제 2 개구부(7b) 및 상기 제 3 개구부(7c) 사이의 배관이 열리게 된다. 따라서, 이를 통해 유체흐름(PF)이 가능하게 된다.
상기 용접형 벨로우즈(10b)는 매우 얇은 금속 박판으로 이루어져 있는 주름진 원통형 주름관 형태이다. 주름진 형태는 프레스에서 압연한 얇은 금속판의 낱장을 내.외 연속적으로 용접하여 만든 신축성 있는 주름관이다. 따라서, 기밀성이 우수하다. 제작 공정 상 산과 골 부위에 판두께의 변화나 조직의 변화 등이 발생하지 않으므로 초고진공에서도 사용이 가능하다. 또한, 수축시 전면 밀착이 가능할 정도록 체적 변위량이 크며, 내구성도 우수하다. 따라서, 왕복운동에 의해 발행하는 반복하중 및 피로하중에 잘 견디어 낸다.
상기 용접형 벨로우즈(10b)의 수명은 설계, 제작 및 운전조건에 따라 다르지만 일반적으로 대략 10,000회 왕복으로 설계되며 최소 10,000회 에서 2,000,000이상 수명을 가지는 벨로우즈도 설계 제작이 가능하다.
본 발명에서는 내구성이 우수한 상기 용접형 벨로우즈(10b)를 상기 원통형관(10a)에 연통 연결하여 제작함으로써 상기 유체흐름 조절관(10)의 직진성을 향상시켰다. 구체적으로 설명하면, 상기 유체흐름 조절관(10) 내부로 기체가 유출입 시 상기 원통형관(10a)이 상기 유출입되는 기체들의 직진 방향성을 향상시킬 수 있게 된다. 따라서, 상기 유체흐름 조절관(10)은 상기 원통형관(10a)에 의해 유체흐름 조절관 전체를 벨로우즈로 구성한 것과 비교하여 우수한 직진성을 갖게 된다. 따라서, 상기 T자형 배관(5) 내에서 상기 유체흐름 조절관(10)이 충돌하는 현상을 방지할 수 있게 된다. 결론적으로 상기 벨로우즈 밸브(1)의 수명을 연장시켜 잦은 벨로우즈 밸브의 교체에 따른 비용 및 시간 로스를 감소시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래기술의 벨로우즈 밸브의 벨로우즈에 해당되는 부분을 본 발명에서는 내구성이 우수한 용접형 벨로우즈와 직진성을 향상시킬 수 있는 원통형관을 연통 연결하여 제작함으로써 벨로우즈 밸브의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 따라서, 종래의 잦은 벨로우즈 밸브의 불량을 방지하여 벨로우즈 밸브의 교체작업에 따른 비용 및 시간 로스를 감소시킬 수 있게 된다.

Claims (8)

  1. 수평방향으로 마주보는 제 1 개구부 및 제 2 개구부, 상기 제 1 및 제 2 개구부와 수직 방향으로 배치된 제 3 개구부를 갖는 T자형 배관;
    상기 제 1 및 제 2 개구부들 사이의 상기 T자형 배관 내부에 배치되되, 원통형관 및 용접형 벨로우즈(Welded bellows)가 서로 연통 연결된 구조를 갖는 유체흐름 조절관; 및
    상기 유체흐름 조절관의 일측 단부에 연통 연결되어 상기 T자형 배관의 상기 제 1 개구부를 밀폐시키고, 상기 유체흐름 조절관 내부로 유체를 유출입시켜 상기 유체흐름 조절관을 수축 및 이완시키는 유체압 조절부를 포함하는 벨로우즈 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 T자형 배관의 상기 제 2 개구부는 상기 T자형 배관의 내경 보다 더 좁은 구경을 갖는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통형관 및 상기 용접형 벨로우즈는 각각 상기 T자형 배관의 상기 제 1 개구부 및 상기 제 2 개구부와 인접하여 배치되는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 원통형관의 제 1 개구부와 인접한 측은 개방형 단부를 갖고, 상기 용접형 벨로우즈의 상기 제 2 개구부와 인접한 측은 밀폐형 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 유체흐름 조절관이 이완되었을 경우, 상기 용접형 벨로우즈의 밀폐형 단부가 상기 T자형 배관의 상기 제 2 개구부를 밀폐시키는 구조인 것을 특징으로 하는 벨로우즈 밸브.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체흐름 조절관이 수축되었을 경우, 상기 T자형 배관의 상기 제 2 개구부 및 상기 제 3 개구부 사이의 배관이 열리는 구조인 것을 특징으로 하는 벨로우즈 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체흐름 조절관의 상기 원통형관의 길이는 상기 제 1 개구부와 상기 제 3 개구부를 갖는 배관 연결부 사이의 길이 보다 짧은 것을 특징으로 하는 벨로우즈 밸브.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체압 조절부와 연결되어 상기 유체압 조절부 내부로 기체를 유출입시키는 역할을 하는 솔레노이드 밸브(Solenoid valve)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벨로우즈 밸브.
KR1020050085401A 2005-09-13 2005-09-13 용접형 벨로우즈를 갖는 벨로우즈 밸브 KR20070030612A (ko)

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US11781672B1 (en) 2021-11-29 2023-10-10 Rolls-Royce Plc Valve assembly

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