KR20150037569A - 유체 구동식 차단 밸브 - Google Patents

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Abstract

본체에 형성된 밸브 시트와, 상기 밸브 시트와 접촉 또는 이격하는 밸브체와, 상기 밸브체와 일체로 연결된 구동부와, 상기 구동부를 구동하기 위한 압축 유체를 공급하는 파일럿 개폐 밸브를 갖는 에어 구동식 차단 밸브에 있어서, 상기 파일럿 개폐 밸브가, (a) 제1 니들 밸브와, 상기 제1 니들 밸브의 개방도를 변경하는 제1 모터와, 상기 파일럿 개폐 밸브측으로부터 상기 구동부측으로 흐르는 압축 유체만을 흘리는 제1 체크 밸브와, (b) 제2 니들 밸브와, 상기 제2 니들 밸브의 개방도를 변경하는 제2 모터와, 상기 구동부측으로부터 상기 파일럿 개폐 밸브측으로 흐르는 압축 유체만을 흘리는 제2 체크 밸브를 갖는다.

Description

유체 구동식 차단 밸브 {FLUID-DRIVEN SHUTOFF VALVE}
본 발명은 본체에 형성된 밸브 시트와, 밸브 시트와 접촉 또는 이격하는 밸브체와, 밸브체와 일체로 연결된 구동부와, 구동부를 구동하기 위한 압축 유체를 공급하는 파일럿 개폐 밸브를 갖는 유체 구동식 차단 밸브에 관한 것이다.
종래, 반도체 제조 장치의 레지스트 공급 장치에 있어서, 석백 밸브와 에어 구동식 차단 밸브를 일체로 형성한 장치가 사용되고 있다. 레지스트 공급 공정에서는, 고정밀도의 레지스트 공급량 제어가 요구되고 있다. 그로 인해, 에어 구동식 차단 밸브의 다이어프램 밸브체의 움직임의 제어(개폐 제어)가 필요했다(예를 들어, 특허문헌 1을 참조). 이 경우, 에어 구동식 차단 밸브의 개폐 제어는 전공 레귤레이터를 사용하고 있다. 전공 레귤레이터라 함은, 일반적으로, 급기용 전자기 밸브와, 배기용 전자기 밸브를 구비하여, 전공 레귤레이터에 공급되는 1차압을 적절히 제어하고, 전기 신호에 의해 2차압을 일정하게 조정하는 것이다.
전공 레귤레이터의 제어에 의해, 다이어프램 밸브체의 움직임을 제어하여, 다이어프램 밸브체에 의해 발생하는 워터 해머 현상을 조정하고 있다.
일본 특허 출원 공개 평5-346185호 공보 일본 특허 출원 공개 평11-82763호 공보 일본 특허 출원 공개 제2004-138178호 공보 일본 특허 제5061258호 공보 일본 특허 출원 공개 제2010-223264호 공보
그러나, 종래의 에어 구동식 차단 밸브에는 다음과 같은 문제가 있었다.
밸브 폐쇄 또는 밸브 개방 신호가 입력된 후 다이어프램 밸브체가 움직이기 시작하기까지가 지연되어, 처리 공정에 시간이 걸리고 있었다.
다이어프램 밸브체의 개폐 시간의 재현성은 전공 레귤레이터의 제어 정밀도에 의해 결정된다. 그로 인해, 다이어프램 밸브체를 폐쇄시킬 때에, 다이어프램 밸브체의 개폐 시간의 재현성에는 편차가 있었다. 이 개폐 시간이라 함은, 밸브가 개방되기 시작하는 타이밍과, 밸브가 폐쇄되기 시작하는 타이밍의 밸브의 이동 속도이다. 최근, 레지스트의 공급 정밀도에 대한 요구가 높아져, 그 편차가 문제가 되고 있고, 석백 밸브의 움직임과의 상대적 관계가 변동된다는 문제가 있었다.
전공 레귤레이터를 오랜 시간 사용하고 있으면, 발열되는 문제가 있었다. 전공 레귤레이터의 발열에 의해, 석백 밸브의 수지제 본체에 변형이 생기면, 상기 편차의 원인이 된다. 또한, 전공 레귤레이터의 발열에 의해, 레지스트액의 특성에 변화가 발생하는 원인이 된다.
다이어프램 밸브를 밸브 시트로부터 이격시켜 밸브 개방할 때에, 응답이 느려, 처리 공정에 시간이 걸리고 있었다. 또한, 재현성이 나빠, 응답 시간에 편차가 있었으므로, 공급하는 레지스트량에 편차가 생기는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다이어프램 밸브체의 개폐 시간의 재현성을 높임과 함께, 밸브 개방 시ㆍ밸브 폐쇄 시의 응답성을 빠르게 할 수 있는 유체 구동식 차단 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 형태의 유체 구동식 차단 밸브는 입구 유로와 출구 유로가 형성된 본체와, 상기 본체에 형성된 밸브 시트와, 상기 밸브 시트와 접촉 또는 이격되는 밸브체와, 상기 밸브체와 일체로 연결된 구동부와, 상기 구동부를 구동하기 위한 압축 유체를 공급하는 파일럿 개폐 밸브를 갖는 유체 구동식 차단 밸브에 있어서, 상기 파일럿 개폐 밸브가, (a) 제1 니들 밸브와, 상기 제1 니들 밸브의 개방도를 변경하는 제1 모터와, 상기 파일럿 개폐 밸브측으로부터 상기 구동부측으로 흐르는 압축 유체만을 흘리는 제1 체크 밸브와, (b) 제2 니들 밸브와, 상기 제2 니들 밸브의 개방도를 변경하는 제2 모터와, 상기 구동부측으로부터 상기 파일럿 개폐 밸브측으로 흐르는 압축 유체만을 흘리는 제2 체크 밸브를 갖고, 상기 제1 및 제2 니들 밸브의 각각은 니들 밸브체와 니들 밸브 시트를 갖고, 상기 제1 모터와 상기 제1 니들 밸브 사이에는 상하 이동 부재가 구비되고, 상기 제2 모터와 상기 제2 니들 밸브 사이에는 상하 이동 부재가 구비되고, 상기 제1 및 제2 모터가 구동함으로써, 상기 상하 이동 부재를 통해 상기 니들 밸브체가 상기 니들 밸브 시트와 상대적으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
(2) 상기 (1)에 기재된 유체 구동식 차단 밸브에 있어서, 바람직하게는 상기 구동부의 피스톤은 다이어프램 방식이고, 상기 제1 및 제2 모터는 스텝핑 모터이다.
(3) 상기 (1)에 기재된 유체 구동식 차단 밸브에 있어서, 바람직하게는 입구 유로를 갖는 석백 밸브와 일체로 구성되어, 상기 유체 구동식 차단 밸브의 출구 유로가, 상기 석백 밸브의 상기 입구 유로와 연통하고 있고, 상기 유체 구동식 차단 밸브는 상기 석백 밸브에 연동하고 있다.
(4) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 유체 구동식 차단 밸브에 있어서, 바람직하게는 상기 석백 밸브의 출구 유로에 연통하는 노즐과, 그 선단에 설치된 센서를 더 갖고, 상기 센서에 의해, 상기 노즐에 있어서의 유체의 상태를 검지하고, 이 검지 결과에 기초하여, 상기 제1 니들 밸브의 개방도를 변화시켜, 상기 다이어프램 밸브체의 밸브 폐쇄 속도를 조정하고, 상기 센서의 검지 결과에 기초하여, 상기 제2 니들 밸브의 개방도를 변화시켜, 상기 다이어프램 밸브체의 밸브 개방 속도를 조정한다.
상기 구성 (1)을 갖는 유체 구동식 차단 밸브는 다음과 같은 작용ㆍ효과를 갖는다. 밸브체를 밸브 시트에 접촉ㆍ이격시켜 폐쇄ㆍ개방할 때의 응답을 빠르게 할 수 있어, 처리 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 파일럿 개폐 밸브의 구동 제어를, 전공 레귤레이터와 같은 압력 제어가 아니라, 니들 밸브에 의한 스피드 제어로 할 수 있다. 그로 인해, 다이어프램 밸브체의 개폐 시간의 편차를, 저감시킬 수 있어, 석백 밸브와의 상대적 관계를 안정화할 수 있다. 또한, 다이어프램 밸브체를 밸브 시트로부터 이격시켜 개방할 때의 응답성을 빠르게 할 수 있다.
또한, 니들 밸브체를 니들 밸브 시트에 접촉ㆍ이격시켜 폐쇄ㆍ개방할 때의 응답을 빠르게 할 수 있어, 처리 공정 시간을 단축할 수 있다.
(2)에 기재하는 유체 구동식 차단 밸브는 피스톤의 미끄럼 이동 저항이 낮아, 제어성이 높다. 또한, 스텝핑 모터는 콤팩트하고 저렴하므로, 유체 구동식 차단 밸브 전체의 비용을 삭감할 수 있다.
(3)에 기재하는 유체 구동식 차단 밸브는 유체 구동식 차단 밸브와 석백 밸브의 동작의 타이밍을 맞출 수 있다. 또한, 본 발명에 의한 유체 구동식 차단 밸브는 응답성, 반복 재현성이 높으므로, 단시간에 반복해서 석백 밸브에 의한 공급량 제어가 가능해진다. 또한, 유체 구동식 차단 밸브의 구동부는 전공 레귤레이터와 같이 발열하는 일이 없으므로, 수지제 본체가 변형되는 일이 없고, 또한 열에 의한 레지스트액의 특성 변화가 없다. 이로 인해, 공급하는 레지스트량을 안정화시킬 수 있다.
(4)에 기재하는 유체 구동식 차단 밸브는 니들 밸브의 개방도를 원격 조작에 의해 자동으로 조정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브의 단면도.
도 2는 도 1의 J 화살표도.
도 3은 도 2의 일부 확대도.
도 4는 도 1의 K 화살표도.
도 5는 에어 구동식 차단 밸브의 에어 회로도.
도 6은 에어 구동식 차단 밸브의 폐쇄 동작의 속도를 도시하는 도면.
도 7은 에어 구동식 차단 밸브의 개폐 동작의 속도를 도시하는 도면.
도 8은 종래의 에어 구동식 차단 밸브의 개폐 동작의 속도를 도시하는 도면.
도 9는 에어 구동식 차단 밸브의 개방 동작의 재현성을 도시하는 도면.
도 10은 에어 구동식 차단 밸브의 폐쇄 동작의 재현성을 도시하는 도면.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브와 석백 밸브가 일체로 구성된 단면도.
도 12는 제3 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브의 회로도.
본 발명의 유체 구동식 차단 밸브의 제1 실시 형태에 대해, 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다. 도 1은 제1 실시 형태의 유체 구동식 차단 밸브인 에어 구동식 차단 밸브의 단면도이다. 도 2는 도 1의 J 화살표 방향에서 본 일부 단면도이고, 도 3은 도 2의 W부의 확대도이다. 도 4는 도 1의 K 화살표도이다. 도 5는 에어 구동식 차단 밸브의 에어 회로도이다.
<제1 실시 형태>
(에어 구동식 차단 밸브의 에어 회로)
처음에, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 에어 회로에 대해, 도 5를 사용하여 설명한다.
에어 구동식 차단 밸브(1)의 에어 회로는 에어 급기구(43), 3방향 밸브인 개폐 밸브(45), 니들 밸브(35A), 니들 밸브(35B) 및 에어 구동부(X2)가 직렬로 접속되어 있다. 니들 밸브(35A), 니들 밸브(35B)에는 각각 체크 밸브(33A), 체크 밸브(33B)가 병렬로 접속되어 있다. 체크 밸브(33A)는 파일럿 개폐 밸브(X1)측으로부터 에어 구동부(X2)측으로 흐르는 에어만을 흘린다. 체크 밸브(33B)는 에어 구동부(X2)측으로부터 파일럿 개폐 밸브(X1)측으로 흐르는 에어만을 흘린다. 니들 밸브(35A), 니들 밸브(35B)에는 각각 모터(31A), 모터(31B)가 접속되어 있다. 모터(31A), 모터(31B), 니들 밸브(35A), 니들 밸브(35B), 체크 밸브(33A), 체크 밸브(33B)에 의해, 파일럿 개폐 밸브(X1)가 구성된다.
에어를 공급할 때, 에어는 에어 급기구(43)로부터, 개폐 밸브(45)를 통해 파일럿 개폐 밸브(X1)에 공급된다. 에어는 주로 체크 밸브(33A)를 통과한다. 체크 밸브(33B)는 역지 밸브이므로, 통과하지 않고, 니들 밸브(35B)를 통과하여, 에어 구동부(X2)에 공급된다.
한편, 에어 구동부(X2)로부터 개폐 밸브(45)를 통해 에어를 배기할 때, 에어는 주로 체크 밸브(33B)를 통과한다. 체크 밸브(33A)는 역지 밸브이므로, 통과하지 않고, 니들 밸브(35A)를 통과하여, 에어 배기구(42)로부터 배기된다.
(에어 구동식 차단 밸브의 구성)
도 5에 도시하는 에어 회로를 실현하기 위한 구체적인 에어 구동식 차단 밸브(1)의 구조를 설명한다. 에어 구동식 차단 밸브(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이 차단 밸브 구동부(X)와, 본체 밸브부(Y)로 구성된다.
본체 밸브부(Y)는 보디(11)를 갖는다. 보디(11)에는 레지스트액이 유입되는 입구 유로(112)와, 레지스트액이 유출되는 출구 유로(113)가 형성되어 있다. 보디(11)의 중앙부에는 밸브 시트(111)가 형성되어 있다.
차단 밸브 구동부(X)는 파일럿 개폐 밸브(X1)와, 에어 구동부(X2)를 갖고 있다.
에어 구동부(X2)는 구동 밸브실(18) 및 실린더(141)가 형성된 보디 하부 부재(14)와 보디 상부 부재(22)를 갖고 있다. 보디 하부 부재(14)와 보디 상부 부재(22) 사이에는 구동 부재(13)가 끼움 지지되어 있다. 구동 부재(13)는 실린더(141) 내를 미끄럼 이동한다. 보디 하부 부재(14)와 보디(11) 사이에는 밸브 시트(111)와 접촉 또는 이격되는 다이어프램 밸브체(12)가 끼움 지지되어 있다.
다이어프램 밸브체(12)의 상부에는 구동 부재(13)가 다이어프램 밸브체(12)와 일체적으로 연결되어 있다. 구동 부재(13)의 외주면에는 오목부(131)가 형성되고, 이 오목부(131)에는 에어가 누설되는 것을 방지하기 위한 O링(15)이 부설되어 있다. 구동 부재(13)의 상부에는 볼록부(132)가 형성되어 있다. 볼록부(132)에는 스프링 보유 지지 부재(16)가 설치되어, 구동 부재(13)에 대해 다이어프램(181)의 내주측을 끼움 지지하고 있다. 스프링 보유 지지 부재(16)의 상면에는 스프링(17)의 일단부가 접촉하고 있다. 스프링(17)의 타단부는 보디 상부 부재(22)에 접촉하고 있다. 다이어프램(181)의 외주측은 보디 상부 부재(22)와 보디 하부 부재(14)에 의해 끼움 지지되어 있다. 보디 하부 부재(14), 구동 부재(13)와 다이어프램(181)에 의해, 구동 밸브실(18)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는 스프링 보유 지지 부재(16)와 다이어프램(181)과 구동 부재(13)에 의해, 본 발명의 피스톤의 일례를 구성하고 있다. 보디 하부 부재(14)의 구동 밸브실(18)의 하측에는 이것에 연통하는 유로(142)가 형성되어 있다. 보디 하부 부재(14)의 일측면에는 내부에 유로(201)가 형성된 유로 보디(20)가 설치되어, O링(19)을 통해 접촉되어 있다. 유로(201)와 유로(142)는 연통되어 있다.
파일럿 개폐 밸브(X1)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 동일한 구조를 갖는 2개의 파일럿 개폐 밸브(X1A), 파일럿 개폐 밸브(X1B)가 병렬로 설치되어 있다. 파일럿 개폐 밸브(X1A)가 개폐 밸브(45)측에 설치되고, 파일럿 개폐 밸브(X1B)가 에어 구동부(X2)측에 설치되어 있다. 파일럿 개폐 밸브(X1)에 의해, 구동 부재(13)를 구동하기 위한 에어를, 에어 구동부(X2)에 급배기한다.
파일럿 개폐 밸브(X1A, X1B)의 구조는 기본적으로 동일하다. 그로 인해, 파일럿 개폐 밸브(X1A)를, 도 3을 사용하여 설명하고, 파일럿 개폐 밸브(X1B)의 설명을 생략한다.
파일럿 개폐 밸브[X1(XlA)]는 보디(38)를 갖고 있다. 보디(38)의 내부에는 고정 부재(40)가 고정되어 있다. 보디(38)의 상면에는 커버(29)가 설치되어 있다. 또한, 커버(29)의 상면에는 모터[31(31A)]가 설치되어 있다. 또한, 하기 설명에서는, 설명을 간략화하기 위해, 각 부재의 부호 말미의 기호[예를 들어, 모터(31A)의 「A」]는 생략한다. 모터(31)의 출력축(311)에는 드라이버(34)가 설치되어 있다. 드라이버(34)는 상하 이동 부재(32)의 상면에 형성된 홈(322)과 걸림 결합되어 있다. 상하 이동 부재(32)의 외주면에는 수나사부(323)가 형성되어 있다. 수나사부(323)는 암나사 부재(39)의 내주면에 형성된 암나사부(391)와 나사 연결되어 있다. 드라이버(34)를 시계 방향으로 회전시키면, 상하 이동 부재(32)는 하방으로 이동한다. 드라이버(34)를 반시계 방향으로 회전시키면, 상하 이동 부재(32)는 상방으로 이동한다.
암나사 부재(39)는 고정 부재(40)의 상부 내측에 일체적으로 설치되어 있다. 상하 이동 부재(32)의 하부는 니들 밸브체(321)가 형성되어 있고, 니들 밸브체(321)는 아래로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상을 갖는다. 고정 부재(40)에는 니들 밸브 시트(401)가 형성되어 있다. 모터(31)가 구동함으로써, 니들 밸브체(321)와 니들 밸브 시트(401)의 개방도를 변경한다. 즉, 모터(31)로 상하 이동 부재(32)를 상하 이동시킴으로써, 니들 밸브체(321)를 니들 밸브 시트(401)에 대해 상대적으로 이동시킨다. 니들 밸브체(321)가 니들 밸브 시트(401)와 상대적으로 이동함으로써, 니들 밸브체(321)와 니들 밸브 시트(401)의 간극이 변화되고, 개방도를 변경한다. 니들 밸브체(321)와 니들 밸브 시트(401)에 의해 니들 밸브(35)가 구성된다. 모터(31)를 구동하여, 니들 밸브(35)의 개방도 변경을 원격 조작할 수 있으므로, 원격 조작으로 본체 밸브부(Y)의 다이어프램 밸브체(12)가 밸브 시트(111)와 접촉ㆍ이격하는 개폐 속도를 조정할 수 있다.
상하 이동 부재(32)의 중앙 하부 부분의 외주면에는 주위 방향으로 오목부(324)가 형성되어 있고, 에어가 누설되는 것을 방지하기 위한 O링(41)이 설치되어 있다. 고정 부재(40)의 하방은 직경이 작게 되어 있고, 그 외주면에는 체크 밸브(33)가 고정되어 있다. 체크 밸브(33)는 직경 방향 외측으로 우산 형상(도 2, 도 3에서는 상하 역방향의 우산 형상)으로 넓어지는 립부를 갖고, 탄성 변형 가능하다. 체크 밸브(33) 중, 체크 밸브(33A)는 개폐 밸브(45)측으로부터 에어 구동부(X2)의 구동 밸브실(18)측으로 흐르는 에어만을 흘리고, 체크 밸브(33B)는 구동 밸브실(18)측으로부터 개폐 밸브(45)측으로 흐르는 에어만을 흘린다.
보디(38)의 일측면에는 유로 보디(20)가 O링(21)을 통해 접촉하여, 설치되어 있다. 유로 보디(20)의 유로(201)와 보디(38) 내에 형성된 제2 유로(36B)는 연통되어 있다. 제2 유로(36B)와 보디(38) 내에 형성된 제1 유로(37B)는 체크 밸브(33B), 니들 밸브(35B)[니들 밸브체(321B)와 니들 밸브 시트(401B)]를 통해 연통되어 있다. 파일럿 개폐 밸브(X1B)의 제1 유로(37B)와 파일럿 개폐 밸브(X1A)의 제1 유로(37A)는 보디(38)에 형성된 V자 유로(381)에 의해 연통되어 있다. 제1 유로(37A)와 제2 유로(36A)는 체크 밸브(33A), 니들 밸브(35A)[니들 밸브체(321A)와 니들 밸브 시트(401A)]를 통해 연통되어 있다. 따라서, 제2 유로(36A)는 도 1에 도시하는 유로(382)에 연통되고, 개폐 밸브(45)를 통해 에어 급기구(43) 또는 에어 배기구(42)에 연통된다.
차단 밸브 구동부(X)의 측면에는, 도 1에 도시한 바와 같이 커넥터(44)가 배치되어 있고, 10개의 케이블(46)을 갖고 있다. 케이블(46)은 각각 모터(31)와 개폐 밸브(45)에 접속되어 있다. 또한 커넥터(44)의 하방에는, 도 4에 도시한 바와 같이, 에어 급기구(43)와 에어 배기구(42)가 배치되어 있다.
또한 도 3에 도시한 바와 같이, 파일럿 개폐 밸브(X1A)의 니들 밸브체(321A)와 니들 밸브 시트(401A)[도 5의 니들 밸브(35A)에 상당]는 본 발명의 제1 니들 밸브의 일례이고, 모터(31A)는 본 발명의 제1 모터의 일례이고, 체크 밸브(33A)는 본 발명의 제1 체크 밸브의 일례이다. 또한, 파일럿 개폐 밸브(X1B)의 니들 밸브체(321B)와 니들 밸브 시트(401B)[도 5의 니들 밸브(35B)에 상당]는 본 발명의 제2 니들 밸브의 일례이고, 모터(31B)는 본 발명의 제2 모터의 일례이고, 체크 밸브(33B)는 본 발명의 제2 체크 밸브의 일례이다. 또한, 본체 밸브부(Y)는 본 발명의 본체의 일례이다. 구동 부재(13)는 본 발명의 구동부의 일례이다.
(에어 구동식 차단 밸브의 작용ㆍ효과)
처음에, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 폐쇄 동작에 대해 설명한다. 밸브 폐쇄 동작이라 함은, 차단 밸브(1)가 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 될 때의 동작을 말한다. 도 1에 도시하는 개폐 밸브(45)의 전환에 의해, 에어 배기구(42)와 유로(382)가 연통됨으로써, 구동 밸브실(18)에 가득 차 있던 에어는 유로(142), 유로(201)를 통해 파일럿 개폐 밸브(X1A)의 제2 유로(36A)에 배기된다. 이 흐름을 상세하게 설명하면, 도 3에 도시한 바와 같이, 하방으로부터 상방으로 흐르는 에어의 압력에 의해, 파일럿 개폐 밸브(X1B)에 있어서 체크 밸브(33B)의 립부가 직경 방향 내측을 향해 탄성 변형되고, 그것에 의해 제2 유로(36B)를 제1 유로(37B)에 연통시킨다. 이에 의해, 주로 체크 밸브(33B)를 통해, 제2 유로(36B)로부터 제1 유로(37B)로 에어가 배기된다(흐른다).
그 후, 제1 유로(37B)로부터 V자 유로(381)를 통해, 파일럿 개폐 밸브(X1A)의 제1 유로(37A)에 에어가 공급된다. 이때, 상방으로부터 하방으로 흐르는 에어의 압력에 의해, 체크 밸브(33A)의 립부가 외측을 향해 탄성 변형되어, 제1 유로(37A)와 제2 유로(36A)의 연통을 차단한다. 한편, 니들 밸브체(321A)는 미리 모터(31A)에 의해 소정의 위치로 설정되어 있고, 통상은 움직이지 않는다. 니들 밸브체(321A)와 니들 밸브 시트(401A) 사이에 소정의 간극이 생겨, 유로가 형성된다. 이에 의해, 니들 밸브 시트(401A)에 형성된 유로를 통해, 제1 유로(37A)로부터 제2 유로(36A)로 에어가 서서히 통과한다. 제2 유로(36A)로부터, 유로(382), 개폐 밸브(45)를 통해, 에어 배기구(42)에서 에어는 배기된다.
여기서, 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)의 폐쇄 동작의 속도에 대해, 종래의 전공 레귤레이터를 사용한 압력 제어에 의한 차단 밸브와 비교하면서, 도 6을 사용하여 설명한다. 도 6 중 3개의 그래프는 종축이 (1) 조작 신호, (2) 구동 밸브실 내의 압력, (3) 다이어프램 밸브체의 밸브 스트로크를 나타내고, 횡축은 모두 시간을 나타내고 있다. (2), (3)의 실선 C는 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)를 나타내고, 파선 D는 종래의 전공 레귤레이터를 사용한 압력 제어에 의한 차단 밸브를 나타낸다.
종래의 차단 밸브에서는, (1) 조작 신호가, 시간 T1에 있어서, 급기 신호로부터 배기 신호로 전환되면, (2) 구동 밸브실 내에서는 압력이 리니어로 저하되기 시작한다. 구동 밸브실 내의 압력이, 다이어프램 밸브체가 하강하기 시작하는 압력 수치, 즉 임계값 E에 도달할 때, (3) 다이어프램 밸브체의 밸브 스트로크가 작아지기 시작한다. 즉, 종래의 차단 밸브의 경우는, 구동 밸브실 내의 압력이 시간 T3에서 임계값 E에 도달하고, 밸브 스트로크도 작아진다. 다음에, 구동 밸브실 내의 압력이, 다이어프램 밸브체가 밸브 시트에 접촉하는 순간의 압력 수치, 즉 임계값 F에 도달할 때, 이 차단 밸브는 폐쇄 상태로 된다. 즉, 종래의 차단 밸브의 경우는, 구동 밸브실 내의 압력이 시간 T4에서 임계값 F에 도달하고, 밸브 폐쇄 상태로 된다. 조작 신호가 전환된 후부터 밸브 스트로크가 변화를 시작할 때까지의 시간을 TK로 나타낸다. 또한, 조작 신호가 전환된 후부터 밸브 폐쇄 상태로 될 때까지의 시간을 TD로 나타낸다.
한편, 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)에서는, (1) 조작 신호가, 시간 T1에 있어서, 급기 신호로부터 배기 신호로 전환되면, (2) 구동 밸브실(18) 내의 압력은 니들 밸브(35)로부터 대기로 개방(연통)될 때의 압력 강하 커브를 그리므로, 구동 밸브실(18) 내로부터 처음에 에어가 한번에 흘러나가, 구동 밸브실(18) 내의 압력은 급격히 내려간다. 그로 인해, 종래의 차단 밸브보다도 빠른 시간 T2에서 구동 밸브실(18) 내의 압력은 임계값 E에 도달한다. 또한, 시간 T2로부터 시간 T3 사이, 즉 밸브 폐쇄 동작 사이, 도 6의 (2)에 도시하는 구동 밸브실(18) 내의 압력의 하강은 종래의 차단 밸브의 구동 밸브실 내 압력의 하강과 동일한 기울기로 감소한다. 또한, 종래의 차단 밸브보다도 빠른 시간 T3에서 구동 밸브실(18) 내의 압력이 임계값 F에 도달하고, 차단 밸브(1)는 폐쇄 상태로 된다. 조작 신호가 전환된 후부터 밸브 스트로크가 변화를 시작할 때까지의 시간을 TH로 나타낸다. 또한, 조작 신호가 전환된 후부터 밸브 폐쇄 상태로 될 때까지의 시간을 TC로 나타낸다.
이것으로부터, 종래의 차단 밸브보다도, 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)의 쪽이, 조작 신호가 전환된 후, 밸브 스트로크가 변화를 시작할 때까지의 시간이 약 2분의 1(TH/TK)로 되고, 밸브 폐쇄 상태로 되는 동안에서의 시간이 약 3분의 2(TC/TD)로 된다. 따라서, 조작 신호가 전환된 후, 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)는 응답성이 매우 높다. 이에 의해, 다이어프램 밸브체(12)를 밸브 시트(111)에 접촉시켜 폐쇄할 때의 응답을 빠르게 할 수 있고, 전공 레귤레이터보다 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)의 쪽이 응답 시간을 빠르게 할 수 있다.
다음에, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 밸브 개방 동작에 대해 설명한다. 밸브 개방 동작이라 함은, 차단 밸브(1)가 밸브 폐쇄 상태로부터 밸브 개방 상태로 될 때의 동작을 말한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 에어 급기구(43)로부터, 개폐 밸브(45) 및 유로(382)를 통해 에어는 파일럿 개폐 밸브(X1A)의 제2 유로(36A)에 공급된다. 하방으로부터 상방으로 흐르는 에어의 압력에 의해, 체크 밸브(33A)의 립부가 직경 방향 내측을 향해 탄성 변형되고, 그것에 의해 제2 유로(36A)를 제1 유로(37A)에 연통시킨다. 에어가 제2 유로(36A)에 공급되는 동안, 체크 밸브(33A)는 항상 탄성 변형되어, 연통이 유지된다. 또한, 니들 밸브체(321A)는 미리 모터(31A)에 의해 소정의 위치로 설정되어 있다. 니들 밸브 시트(401A)와의 사이에는 소정의 간극이 있고, 이에 의해 유로가 형성된다. 주로 체크 밸브(33A)를 통해, 제2 유로(36A)로부터 제1 유로(37A)에 에어가 공급된다.
그 후, 제1 유로(37A)로부터 V자 유로(381)를 통해, 파일럿 개폐 밸브(X1B)의 제1 유로(37B)에 에어가 공급된다. 이때, 상방으로부터 하방으로 흐르는 에어의 압력에 의해, 체크 밸브(33B)의 립부가 외측을 향해 탄성 변형되어, 제1 유로(37B)와 제2 유로(36B)의 연통을 차단한다. 니들 밸브체(321B)는 미리 모터(31B)에 의해 소정의 위치로 설정되어 있다. 니들 밸브체(321B)와 니들 밸브 시트(401B) 사이에는 소정의 간극이 있고, 유로가 형성된다. 이에 의해, 니들 밸브 시트(401B)에 형성된 유로를 통해, 제1 유로(37B)로부터 제2 유로(36B)에 에어가 공급된다. 제2 유로(36B)로부터 유로(201), 유로(142)를 통해, 에어는 구동 밸브실(18)에 공급된다. 구동 밸브실(18) 내가 에어로 가득차고, 스프링(17)의 가압력보다 에어의 압력에 의해 발생하는 힘이 커지면, 스프링(17)은 수축하고, 구동 부재(13)는 상방으로 이동한다. 이에 의해, 다이어프램 밸브체(12)는 밸브 시트(111)로부터 이격되어, 개방 상태로 되고, 레지스트액은 입구 유로(112)로부터 출구 유로(113)로 흐른다.
여기서, 에어 구동식 차단 밸브(1)를, 전체의 동작 속도에 대해, 종래의 전공 레귤레이터를 사용한 차단 밸브와 비교하면서, 도 7 및 도 8을 사용하여 설명한다. 도 7은 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)를 사용한 개폐 속도를 도시한 도면이고, 도 8은 종래의 전공 레귤레이터를 사용한 차단 밸브를 사용한 개폐 속도를 도시한 도면이다. 도 7 및 도 8의 3개의 그래프는 종축이 (1) 조작 신호, (2) 차단 밸브(A/V 밸브)의 밸브 개방도, (3) 석백 밸브(S/V 밸브)의 석백량을 나타내고, 횡축은 모두 시간을 나타내고 있다.
시간 TO에서, 조작 신호가 배기 신호로부터 급기 신호로 전환되면, 종래의 차단 밸브는 전공 레귤레이터의 전기적인 제어에 의한 공급 압력의 승압에 시간을 필요로 해, 차단 밸브가 개방 동작에 들어갈 때까지 시간 TJ가 걸린다. 이에 대해, 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)는 개폐 밸브(45)를 전환함과 함께 압력 공급 상태로 되므로, 밸브 개방 동작에 들어갈 때까지 시간 TG가 걸린다. 따라서, 차단 밸브(1)에서는, 시간 TG를, 시간 TJ와 비교하면 약 2분의 1의 시간으로 단축할 수 있다. 따라서, 다이어프램 밸브체(12)를 밸브 시트(111)로부터 이격시켜 개방할 때의 응답 및 다이어프램 밸브체(12)를 밸브 시트(111)에 접촉시켜 폐쇄할 때의 응답을 빠르게 할 수 있다.
또한, 도 6에서 설명한 바와 같이, 조작 신호가 급기 신호로부터 배기 신호로 전환되면, 종래의 차단 밸브는 차단 밸브가 폐쇄 동작에 들어갈 때까지의 시간 TK가 걸린다. 이에 대해, 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)는 폐쇄 동작에 들어갈 때까지의 시간 TH가 걸린다. 시간 TK와 비교하면 약 2분의 1의 시간을 단축할 수 있다.
다음에, 다이어프램 밸브체의 개폐 시간의 재현성에 대해, 밸브 개방 동작을 도시하는 도 9 및 밸브 폐쇄 동작을 도시하는 도 10을 사용하여 설명한다. 도 9 및 도 10은 에어 구동식 차단 밸브(1)의 2차측에 압력 센서를 설치하여, 계측한 결과를 나타낸다. 도 9 및 도 10의 종축은 압력[㎪]ㆍ지령 전압 파형을 나타내고, 횡축은 시간을 나타낸다.
조작 신호가, 레지스트액의 공급 개시 신호로 전환되면(G1로 나타냄), 에어 구동식 차단 밸브(1)는 개방되어, 레지스트액이 입구 유로(112)로부터 출구 유로(113)로 흘러, 2차측의 압력이 높아진다(H1로 나타냄). 이 밸브 개방 동작을 10회 반복한 경우, 파형의 상승의 타이밍이나 경사의 편차는 종래의 에어 구동식 차단 밸브에 비해 반감한다. 마찬가지로, 조작 신호가, 레지스트액의 공급 정지 신호로 전환되면(G2로 나타냄), 에어 구동식 차단 밸브(1)는 폐쇄되어, 레지스트액의 공급은 정지하고, 2차측의 압력은 약해진다(H2로 나타냄). 이는, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 니들 밸브(35)는 미리 소정의 위치에 고정되어, 전공 레귤레이터에 의한 제어와 같은 많은 편차 요인을 캔슬할 수 있으므로, 편차(폭)를 작게 할 수 있기 때문이다. 그로 인해, 밸브 개방 시에 있어서도, 밸브 폐쇄 시에 있어서도, 다이어프램 밸브체(12)의 개폐 시간의 재현성이 높다. 즉, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 구동의 제어를, 전공 레귤레이터와 같은 압력 제어가 아니라, 고정된 니들 밸브(35)에 의한 스피드 제어로 할 수 있으므로, 다이어프램 밸브체(12)의 개폐 시간의 재현성이 높다.
또한, 구동 밸브실(18)측에 구동 에어의 공급 유량 제어용 니들 밸브(35B)를 설치함으로써, 다이어프램 밸브체(12)를 개방하기 위해 필요한 공급 에어량을 줄일 수 있어, 응답성을 높일 수 있다. 또한, 개폐 밸브(45)측에 구동 에어의 배기 유량 제어용 니들 밸브(35A)를 설치함으로써, 다이어프램 밸브체(12)를 폐쇄하기 위해 필요한 배기 에어량을 니들 밸브(35A)까지의 유로를 포함하여 늘릴 수 있다. 그로 인해, 배기 스피드의 제어성을 높일 수 있다.
이상, 설명한 바와 같이, 본 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)에 따르면, 다이어프램 밸브체(12)를 밸브 시트(111)에 접촉ㆍ이격시켜 폐쇄ㆍ개방할 때의 응답을 빠르게 할 수 있어, 처리 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 파일럿 개폐 밸브(X1)의 구동 제어를, 전공 레귤레이터와 같은 압력 제어가 아니라, 니들 밸브(35)에 의한 스피드 제어로 할 수 있으므로, 다이어프램 밸브체(12)의 개폐 시간의 편차를 저감시킬 수 있다. 또한, 에어 구동식 차단 밸브(1)로부터 석백 밸브로의 유체의 공급 개시ㆍ공급 정지의 타이밍이나 공급 유량의 반복 편차를 저감시킬 수 있다. 또한, 모터(31)에 스텝핑 모터를 채용함으로써, 제어 회로나 제어 신호를 간소화할 수 있어, 파일럿 개폐 밸브(X1)를 콤팩트화하고, 저렴하게 할 수 있다. 또한, 비통전 상태에서는, 상하 이동 부재(32)의 수나사부(323) 및 O링(41)의 보유 지지력에 의해, 니들 밸브(35)의 개방도 변화를 억제하여, 니들 밸브(35)의 개방도를 소정 위치에 고정할 수 있다. 또한, 니들 밸브(35)를 전기적으로 원격 조작할 수 있으므로, 원격 조작으로 에어 구동식 차단 밸브(1)의 개폐 속도를 조정할 수 있다.
<제2 실시 형태>
제2 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브(1)는, 제1 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브(1)와 주된 구성은 동일하다. 따라서, 이하에서는 제1 실시 형태와 다른 구성만 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 동일한 구성물은 동일한 번호로 기재함으로써 설명을 생략한다. 도 11에, 제2 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브(1)의 단면도를 도시한다.
도 11에 도시한 바와 같이, 에어 구동식 차단 밸브(1)는 액 늘어짐 상태를 조정하기 위한 석백 밸브(Z)와 일체로 구성되어 있다. 에어 구동식 차단 밸브(1)의 출구 유로(113)가 석백 밸브(Z)의 입구 유로와 연통되어 있다.
석백 밸브(Z)는 다이어프램 밸브체(62)를 갖고 있다. 다이어프램 밸브체(62)에 의해 공간(61)이 형성되어 있다. 다이어프램 밸브체(62)는 스프링(63)에 의해 상향으로 가압되어 있다. 또한, 에어가 공급되는 밸브실(64)을 갖고 있다. 밸브실(64)에 에어가 공급되면 스프링(63)은 수축하고, 다이어프램 밸브체(62)는 하강하여, 공간(61)은 작아진다. 한편, 밸브실(64)로부터 에어가 배출되면, 스프링(63)은 신장하고, 공간(61)은 커진다. 석백 밸브(Z)는 폐쇄 시에만 필요하므로, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 개방 개시 시부터 폐쇄 개시 시까지의 동안, 다이어프램 밸브체(62)를 하강시켜, 공간(61)을 작게 하고, 폐쇄 시에 석백 동작(유체의 인입)이 가능한 상태로 해 둔다. 즉, 에어 구동식 차단 밸브(1)가 밸브 폐쇄될 때, 석백 밸브(Z)가 연동하여 석백 동작할 수 있는 상태로 해 둔다.
도 7에 도시한 바와 같이, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 개폐 동작의 속도는 종래의 에어 구동식 차단 밸브보다도 빠르다. 종래의 에어 구동식 차단 밸브가 개폐 동작을 행하여, 석백 밸브의 동작이 완료될 때까지(즉, 조작 신호의 전환으로부터 석백 동작의 종료까지)의 1사이클은 시간 TL로 나타난다. 한편, 제2 실시 형태의 에어 구동식 차단 밸브(1)가 개폐 동작을 행하여, 석백 밸브의 동작이 완료될 때까지(즉, 조작 신호의 전환으로부터 석백 동작의 종료까지)의 1사이클은 시간 TL보다도 짧은 시간 TI로 나타난다. 이와 같이, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 응답성이 높아진 것에 의해, 1사이클에 걸리는 시간을 짧게 할 수 있다. 여기서, 시간 TI－시간 TL의 차이는 작다. 그러나, 개폐 동작은 반복해서 행해지므로, 이 차이가 누적되면 그 차는 커진다. 따라서, 처리 공정 시간을 단축할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, 에어 구동식 차단 밸브(1)에 따르면, 에어 구동식 차단 밸브(1)와 석백 밸브(Z)의 동작의 타이밍을 맞출 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 의한 에어 구동식 차단 밸브(1)는 응답성, 반복 재현성이 높기 때문에, 단시간에 반복해서 석백 밸브(Z)에 의한 공급량 제어가 가능해진다. 또한, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 구동 부재(13)는 전공 레귤레이터와 같이 발열되는 일이 없으므로, 수지제 본체가 변형되는 일이 없고, 또한 열에 의한 레지스트액의 특성 변화가 없다. 이로 인해, 공급하는 레지스트량을 안정화시킬 수 있다.
<제3 실시 형태>
제3 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브(1)는 제2 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브(1)와 주된 구성은 동일하다. 따라서, 제2 실시 형태와 다른 구성만 설명한다. 또한, 제2 실시 형태와 동일한 구성물은 동일한 번호로 기재함으로써 설명을 생략한다. 도 12에, 제3 실시 형태에 관한 에어 구동식 차단 밸브(1)의 회로도를 도시한다.
석백 밸브(Z)는, 도 11에 도시한 바와 같이 출구 유로(114)를 갖는다. 그 출구 유로(114)는, 도 12에 도시한 바와 같이 노즐(65)이 접속되어 있다. 노즐(65)의 선단에 센서(66)가 설치되어 있다. 센서(66)는 제어 장치(67)에 접속되어 있다. 센서(66)가, 노즐(65)에 있어서의 유체의 상태[노즐(65)의 선단구로부터 돌출된 유체의 액면]를 파악(검지)한다. 이 검지 결과에 기초하여, 제어 장치(67)에 의해, 상기 제1 니들 밸브(35A)의 개방도를 변화시켜, 상기 다이어프램 밸브체(12)의 밸브 폐쇄 속도를 조정하거나, 혹은 상기 제2 니들 밸브(35B)의 개방도를 변화시켜, 상기 다이어프램 밸브체(12)의 밸브 개방 속도를 조정한다. 또한, 제어 장치(67)는 레지스트액의 유출 시간을 소정 시간마다 평균값으로서 산출한다. 이 산출한 평균값이 적정 범위로부터 일탈했을 때에, 모터를 원격 조작하여 적성 범위 내에 들어가도록 제어를 행하고 있다. 이에 의해, 에어 구동식 차단 밸브(1)의 니들 밸브(35)의 개방도를 원격 조작에 의해 자동으로 조정할 수 있다.
또한, 상기 각 실시 형태는 단순한 예시에 지나지 않고, 본 발명을 전혀 한정하는 것은 아니다. 따라서, 본 발명은 당연히 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 개량, 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 모터(31)를 사용하고 있지만, 모터(31)에 감속기를 부가하여, 회전 각도를 미세하게 함으로써 미세 조정을 할 수 있다. 또한, 모터(31)의 온도가 지나치게 높아지는 것을 방지하기 위해, 온도 퓨즈를 설치해도 된다. 또한, 모터(31)에 서보 모터를 사용해도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 구동용 유체로서 에어를 사용하고 있지만, 에어 이외의 불활성 가스를 사용해도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 구동용 피스톤을 사용하고 있지만, O링 미끄럼 이동 방식이어도 된다.
예를 들어, 상기 실시 형태에서는 다이어프램 밸브체(12)를 사용하고 있지만, 다이어프램부가 없는 단순한 밸브 시트여도 된다.
1 : 에어 구동식 차단 밸브
12: 다이어프램 밸브체
13 : 구동 부재
31A : 모터
31B : 모터
33A : 체크 밸브
33B : 체크 밸브
35A : 니들 밸브
35B : 니들 밸브
36 : 제2 밸브실
37 : 제1 밸브실
65 : 노즐
66 : 센서
X : 차단 밸브 구동부
X1 : 파일럿 개폐 밸브
X2 : 에어 구동부
Y : 본체 밸브부
Z : 석백 밸브

Claims (4)

  1. 입구 유로와 출구 유로가 형성된 본체와,
    상기 본체에 형성된 밸브 시트와,
    상기 밸브 시트와 접촉 또는 이격하는 밸브체와,
    상기 밸브체와 일체로 연결된 구동부와,
    상기 구동부를 구동하기 위한 압축 유체를 공급하는 파일럿 개폐 밸브를 갖는 유체 구동식 차단 밸브에 있어서,
    상기 파일럿 개폐 밸브가,
    (a) 제1 니들 밸브와, 상기 제1 니들 밸브의 개방도를 변경하는 제1 모터와, 상기 파일럿 개폐 밸브측으로부터 상기 구동부측으로 흐르는 압축 유체만을 흘리는 제1 체크 밸브와,
    (b) 제2 니들 밸브와, 상기 제2 니들 밸브의 개방도를 변경하는 제2 모터와, 상기 구동부측으로부터 상기 파일럿 개폐 밸브측으로 흐르는 압축 유체만을 흘리는 제2 체크 밸브를 갖고,
    상기 제1 및 제2 니들 밸브의 각각은 니들 밸브체와 니들 밸브 시트를 갖고,
    상기 제1 모터와 상기 제1 니들 밸브 사이에는 상하 이동 부재가 구비되고, 상기 제2 모터와 상기 제2 니들 밸브 사이에는 상하 이동 부재가 구비되고, 상기 제1 및 제2 모터가 구동함으로써, 상기 상하 이동 부재를 통해 상기 니들 밸브체가 상기 니들 밸브 시트와 상대적으로 이동하는 것을 특징으로 하는, 유체 구동식 차단 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부의 피스톤은 다이어프램 방식이고,
    상기 제1 및 제2 모터는 스텝핑 모터인 것을 특징으로 하는, 유체 구동식 차단 밸브.
  3. 제1항에 있어서, 입구 유로를 갖는 석백 밸브와 일체로 구성되어, 상기 유체 구동식 차단 밸브의 출구 유로가, 상기 석백 밸브의 상기 입구 유로와 연통하고 있고,
    상기 유체 구동식 차단 밸브는 상기 석백 밸브에 연동되어 있는 것을 특징으로 하는, 유체 구동식 차단 밸브.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 석백 밸브의 출구 유로에 연통하는 노즐과, 그 선단에 설치된 센서를 더 갖고,
    상기 센서에 의해, 상기 노즐에 있어서의 유체의 상태를 검지하고, 이 검지 결과에 기초하여, 상기 제1 니들 밸브의 개방도를 변화시켜, 상기 다이어프램 밸브체의 밸브 폐쇄 속도를 조정하고,
    상기 센서의 검지 결과에 기초하여, 상기 제2 니들 밸브의 개방도를 변화시켜, 상기 다이어프램 밸브체의 밸브 개방 속도를 조정하는 것을 특징으로 하는, 유체 구동식 차단 밸브.
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