KR20190124274A - 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

연속하여 가동하는 설비에서 사용함에 있어서, 연속 사용이 가능한 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법을 제공한다. 유체는 분기로(P1, P2, P3)에 각각 배치된 컨트롤 밸브(5) 중의 어느 하나를 통해 유량 제어되고 있다. 컨트롤 밸브(5)의 감시부(5a)로부터의 신호에 기초하여 컨트롤 밸브(5)의 교환이 필요하다고 판단했을 때, 유량 제어하고 있는 컨트롤 밸브(5)를 폐쇄함과 더불어, 별도의 분기로(P1, P2, P3)에 설치한 컨트롤 밸브(5)를 개방하여 교환전과 동등한 유량 제어를 행한다. 또한, 폐쇄한 컨트롤 밸브(5)의 상류측 및 하류측에 배치한 개폐 밸브(12, 13)도 폐쇄한다.

Description

유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법
본 발명은, 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 제조 장치에서는, 컨트롤 밸브를 구비한 유량 제어 장치가 자주 사용되고 있다(예컨대 특허문헌 1, 특허문헌 2 등).
이러한 유량 제어 장치에서 사용되는 컨트롤 밸브가 고장나면, 반도체의 제조에 큰 문제가 생기기 때문에, 예컨대, 컨트롤 밸브의 작동 횟수를 계측하여, 컨트롤 밸브가 고장나기 전에 컨트롤 밸브를 교환함으로써 반도체의 제조에 악영향이 미치지 않도록 이루어져 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공개 제2017-15167호 공보 특허문헌 2 : 국제 공개 제2018/088326호
그러나, 컨트롤 밸브의 고장 시기는 확실하게 예상할 수 있는 것은 아니며, 또한, 미리 설정된 시기에 교환한다 하더라도, 반도체의 제조를 교환을 위해 중단할 필요가 있어, 연속하여 제조를 할 수 없다는 문제가 있었다. 반도체에 한정되지 않고, 연속하여 가동하는 설비에서 사용되는 유량 제어 장치에는, 연속 사용이 가능한 것이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 연속하여 가동하는 설비에서 사용함에 있어서, 연속 사용이 가능한 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치는, 하나의 유로와, 상기 하나의 유로로부터 복수의 분기로로 분기되는 분기부와, 상기 분기부에서 분기된 상기 분기로에 각각 배치된 컨트롤 밸브와, 상기 컨트롤 밸브의 상태를 감시하는 감시부를 포함하는 유량 제어 장치에 있어서, 유체는 상기 분기로에 각각 배치된 상기 컨트롤 밸브 중의 어느 하나를 통해 유량 제어되고 있고, 상기 컨트롤 밸브의 감시부로부터의 신호에 기초하여 상기 컨트롤 밸브의 교환이 필요하다고 판단했을 때, 유량 제어하고 있는 상기 컨트롤 밸브를 폐쇄함과 더불어, 별도의 분기로에 설치한 컨트롤 밸브를 개방하여 교환전과 동등한 유량 제어를 행함과 더불어, 폐쇄한 컨트롤 밸브의 상류측 및 하류측에 배치한 개폐 밸브도 폐쇄하는 것이다.
유량 제어 장치는, 반도체 제조 장치 등의 연속하여 가동하는 설비에서 사용되며, 컨트롤 밸브를 통해 필요한 유체를 상기 설비에 보낸다. 그리고, 작동중인 컨트롤 밸브를 교환할 필요가 생긴 경우에, 대기 상태에 있는 컨트롤 밸브를 작동 상태로 이행하고, 교환전과 동등한 유량 제어를 행한다. 이 때, 폐쇄한 컨트롤 밸브의 상류측 및 하류측에 배치한 개폐 밸브가 자동적으로 폐쇄되고, 이행시의 유체 누설이 방지된다. 이것에 의해, 유량 제어 장치를 연속 사용할 수 있다.
컨트롤 밸브는, 예컨대, 유로를 구획하는 밸브 바디와, 상기 밸브 바디의 유로를 개폐할 수 있게 마련된 밸브체와, 상기 밸브체에 유로를 개폐시키는 개폐 방향에 있어서, 미리 설정된 상기 밸브체에 유로를 폐쇄시키는 폐쇄 위치와 미리 설정된 상기 밸브체에 유로를 개방시키는 개방 위치 사이에서 이동 가능하게 설치된 상기 밸브체를 조작하는 조작 부재와, 상기 조작 부재를 상기 개방 위치 또는 폐쇄 위치로 이동시키는 메인 액츄에이터와, 상기 개방 위치에 위치 설정된 상기 조작 부재의 위치를 조정하기 위한 조정용 액츄에이터(조정부)를 갖는 것이다.
바람직하게는, 상기 메인 액츄에이터는, 상기 조작 부재를 상기 개방 위치로 이동시키고, 상기 조정용 액츄에이터는, 상기 메인 액츄에이터에 의해 상기 개방 위치에 위치 설정된 상기 조작 부재의 상기 개폐 방향의 위치를 조정하는 구성을 채용할 수 있다.
제어부를 더 설치하고, 상기 제어부는, 상기 감시부로부터의 출력을 수취하여, 상기 감시부로부터의 출력에 기초하는 신호로부터 교환이 필요한지 여부를 판단하는 것이 바람직하다.
상기 제어부에서는, 상기 감시부로부터의 출력에 기초하는 신호와 미리 보존되어 있는 데이터를 비교하여, 정상 범위 내로 판단할 수 있는 값인 미리 정해진 값(임계치)을 초과하는 혹은 하회하는 경우, 혹은, 특정한 개폐 횟수를 초과했을 때, 교환이 필요하다고 판단하는 것이 바람직하다.
상기 컨트롤 밸브에는, 각각 개방도를 미조정함으로써 미소한 유량 제어가 가능한 조정부를 구비한 것이 바람직하다.
상기 감시부는, 밸브의 개방도를 측정하는 센서나, 유량 센서, 개폐 횟수를 측정하는 센서, 상기 컨트롤 밸브의 스템의 동작을 검지하는 근접 센서나 변위 센서, 유량 센서, 압력 센서 등으로 이루어진 것이다.
상기 컨트롤 밸브와 상류측에 배치한 상기 개폐 밸브 사이 및 상기 컨트롤 밸브와 하류측에 배치한 상기 개폐 밸브 사이에 각각 퍼지 라인을 배치하고 이 퍼지 라인에 퍼지 밸브를 배치하는 것이 바람직하다.
유량 제어를 행하고 있는 컨트롤 밸브에 대응하는 개폐 밸브는 개방됨으로써 컨트롤 밸브의 작동 상태가 유지되고, 유량 제어를 행하고 있는 컨트롤 밸브에 대응하는 퍼지 밸브는 폐쇄된다. 이 컨트롤 밸브의 교환이 필요해진 경우, 이 컨트롤 밸브에 대응하는 개폐 밸브가 폐쇄됨과 더불어, 교환전에 퍼지 밸브가 개방으로 전환되어 퍼지 라인에 접속되고, 별도의 컨트롤 밸브가 작동 상태가 된다. 이것에 의해, 교환을 안전하고 용이하게 행할 수 있다.
본 발명에 의한 유량 제어 방법은, 하나의 유로와, 상기 하나의 유로로부터 복수의 유로로 분기되는 분기부와, 상기 분기부에서 분기된 분기로에 각각 배치된 컨트롤 밸브와, 상기 컨트롤 밸브의 상태를 감시하는 감시부를 포함하는 유량 제어 장치의 유량 제어 방법에 있어서, 유량 제어를 행하고 있는 상기 컨트롤 밸브의 상태를 상기 감시부에 의해 감시하는 단계 A와, 상기 감시부로부터의 출력에 기초하는 신호로부터 밸브의 교환이 필요한지 여부를 판단하는 단계 B와, 상기 단계 B에서 교환이 필요하다고 판단한 경우, 유량 제어를 행하고 있는 상기 컨트롤 밸브를 폐쇄함과 더불어, 별도의 분기로에 있는 컨트롤 밸브를 개방하여 교환전과 동등한 유량 제어를 시작하는 단계 C와, 상기 폐쇄한 컨트롤 밸브의 전후에 설치한 개폐 밸브를 폐쇄하는 단계 D를 포함하는 것이다.
상기 단계 C에서, 상기 컨트롤 밸브의 개폐 동작의 미조정을 행하는 조정부를 가지며, 유량 조정을 시작한 상기 컨트롤 밸브와 상기 폐쇄한 컨트롤 밸브 간의 기기차 및 분기라인마다의 개체차를 없애도록 조정부에 의해 개폐 동작의 조정을 행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 유량 제어 장치에 의하면, 작동중인 컨트롤 밸브를 교환할 필요가 생긴 경우에, 유량 제어 장치를 정지시키지 않고, 대기 상태에 있는 컨트롤 밸브를 작동 상태로 이행할 수 있기 때문에, 유량 제어 장치를 연속 사용할 수 있다. 따라서, 이 유량 제어 장치를 사용하고 있는 설비에서는, 컨트롤 밸브의 이상의 영향을 받지 않고 가동을 계속할 수 있다.
도 1은, 본 발명에 의한 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법의 일실시형태를 도시하는 배관도이다.
도 2는, 본 발명에 의한 유량 제어 장치에서 사용하는 컨트롤 밸브의 일례를 도시하는 종단면도이다.
도 3은, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 유량 제어 방법을 도시하는 플로우차트이다.
도 4는, 본 발명에 의한 유량 제어 장치의 유량 제어 방법을 밸브 유닛이 2개인 경우에 적용했을 때의 연속 사용 상태를 도시하는 플로우차트이다.
도 5는, 본 발명에 의한 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법의 교환 판단 부분을 도시하는 플로우차트이다.
본 발명의 실시형태를 이하에 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명에 의한 유량 제어 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 하나의 유로(P)와, 하나의 유로(P)로부터 복수의 분기로(P1, P2, P3)로 분기되는 분기부(J1, J2, J3)와, 분기부(J1, J2, J3)에서 분기된 분기로(P1, P2, P3)에 각각 배치된 밸브 유닛(2)과, 각 밸브 유닛(2)의 상태를 제어하는 제어부(3)를 구비하고 있다.
각 밸브 유닛(2)은, 유량 제어 장치(1)의 하류측에 배치되어 있는 장치에 유체를 보낼 때 유량 제어 기능을 갖는 컨트롤 밸브(5)와, 컨트롤 밸브(5)의 교환시에 개방 또는 폐쇄되는 2개의 개폐 밸브(12, 13)와, 컨트롤 밸브(5)의 교환시에 퍼지를 행하기 위해 개폐되는 퍼지 밸브(14, 15)로 이루어진다.
각 밸브(11, 12, 13, 14, 15)는, 필요한 센서를 내장한 자동 밸브로 되어 있고, 모든 밸브 유닛(2)의 각 밸브(11, 12, 13, 14, 15)의 상태는, 퍼스널 컴퓨터 등으로 이루어진 제어부(3)에 의해 감시되고 있다.
각 밸브 유닛(2)에는 무선 송수신기(4)가 설치되어 있고, 각 밸브(11, 12, 13, 14, 15)의 데이터는 무선 송수신기(4)를 통해 제어부(3)에 송신되고, 제어부(3)는, 데이터를 처리하여, 무선 송수신기(4)를 통해 각 밸브 유닛(2)의 각 밸브(11, 12, 13, 14, 15)에 필요한 신호를 송신한다. 여기서는 무선 송수신기(4)를 이용하여 제어부(3)와 무선으로 송수신을 행하고 있지만, 이것을 유선에 의해 행하도록 해도 좋다.
밸브 유닛(2)의 수는, 적절한 수로 되어 있지만, 교환이 필요해진 컨트롤 밸브를 신품으로 교환해 놓음으로써, 사용 가능(대기 상태)으로 할 수 있기 때문에, 최저한 필요한 밸브 유닛의 수는 2개이다.
컨트롤 밸브(5)는, 메탈 다이어프램을 밸브체로서 사용하고 있는 다이렉트 터치형의 메탈 다이어프램 밸브로 칭해지는 것이며, 컨트롤 밸브(5)의 상태를 감시하는 감시부(5a)를 갖고 있다.
감시부(5a)는, 상세한 도시는 생략하지만, 컨트롤 밸브(5)의 개방도를 측정하는 센서나, 유량 센서, 개폐 횟수를 측정하는 센서, 컨트롤 밸브의 스템의 동작을 검지하는 근접 센서나 변위 센서, 유량 센서, 압력 센서 등으로 이루어진다.
개폐 밸브(12, 13)는, 컨트롤 밸브(5)의 상류측에 설치되어 컨트롤 밸브(5)로의 유체의 유입을 방지하는 제1 개폐 밸브(12)와, 컨트롤 밸브(5)의 하류측에 설치되어 컨트롤 밸브(5)로부터의 유체의 유출을 방지하는 제2 개폐 밸브(13)로 이루어진다.
퍼지 밸브(14, 15)는, 컨트롤 밸브(5)와 제1 개폐 밸브(12)의 접속 통로로부터 분기되는 통로에 설치된 제1 퍼지 밸브(14)와, 컨트롤 밸브(5)와 제2 개폐 밸브(13)의 접속 통로로부터 분기되는 통로에 설치된 제4 개폐 밸브(15)로 이루어진다.
컨트롤 밸브(5)의 일례를 도 2에 도시한다.
도 2에 있어서, 5는 컨트롤 밸브, 6은 밸브 바디, 20은 밸브체로서의 다이어프램, 38은 다이어프램 누름부, 30은 보닛, 40은 조작 부재, 50은 케이싱, 60은 메인 액츄에이터, 70은 조정 바디, 80은 액츄에이터 누름부, 90은 코일 스프링, 100은 조정용 액츄에이터(조정부)로서의 압전 액츄에이터, 110은 액츄에이터 받침부, 120은 탄성 부재로서의 접시 스프링, OR은 시일 부재로서의 O링을 도시하고 있다.
밸브 바디(6)는, 스테인레스강에 의해 형성되어 있고, 블록형의 밸브 바디 본체(6a)와, 밸브 바디 본체(6a)의 측방으로부터 각각 돌출된 접속부(6b, 6c)를 가지며, 유로(7, 8)를 구획하고 있다. 유로(7, 8)의 일단은, 접속부(6b, 6c)의 단부면에서 각각 개구되고, 타단은 상측이 개방된 오목한 밸브실(9)에 연통하고 있다. 밸브실(9)의 저면에는, 유로(7)의 타단측의 개구 둘레 가장자리에 형성된 장착 홈에 합성 수지(PFA, PA, PI, PCTFE 등)제의 밸브 시트(10)가 감합 고정되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 코킹 가공에 의해 밸브 시트(10)가 장착 홈 내에 고정되어 있다.
다이어프램(20)은, 밸브 바디(6)의 유로(7, 8)를 개폐할 수 있게 설치된 밸브체이며, 밸브 시트(10)의 상측에 설치되어 있고, 밸브실(9)의 기밀을 유지함과 더불어, 그 중앙부가 상하 이동하여 밸브 시트(10)에 접촉 분리되는 것에 의해 유로(7, 8)를 개폐한다. 본 실시형태에서는, 다이어프램(20)은, 특수 스테인레스강 등의 금속제 박판 및 니켈ㆍ코발트 합금 박판의 중앙부를 상측으로 팽창시키는 것에 의해, 위로 볼록한 원호형이 자연 상태의 셸형으로 되어 있다. 이 특수 스테인레스강 박판 3장과 니켈ㆍ코발트 합금 박판 1장이 적층되어 다이어프램(20)이 구성되어 있다.
다이어프램(20)은, 그 둘레 가장자리가 밸브실(9)의 내주면의 돌출부 상에 배치되고, 밸브실(9) 내에 삽입한 보닛(30)의 하단부를 밸브 바디(6)의 나사부(16)에 비틀어 넣음으로써, 스테인레스 합금제의 누름 어댑터(25)를 통해 밸브 바디(6)의 상기 돌출부측으로 압박되고, 기밀 상태로 협지 고정되어 있다. 또한, 니켈ㆍ코발트 합금 박막은 가스 접촉측에 배치되어 있다.
조작 부재(40)는, 다이어프램(20)에 유로(7, 8)를 개폐시키도록 다이어프램(20)을 조작하기 위한 부재이며, 대략 원통형으로 형성되고, 하단측이 폐색부(48)에 의해 폐색되고, 상단측이 개구되어 있고, 보닛(30)의 내주면과 케이싱(50) 내에 형성된 통형부(51)의 내주면에 감합하고, 상하 방향으로 이동 가능하게 지지되어 있다. 또, 도 2에 도시하는 A1, A2는 조작 부재(40)의 개폐 방향이며, A1은 개방 방향, A2는 폐쇄 방향을 도시하고 있다. 본 실시형태에서는, 밸브 바디(6)에 대하여 상방향이 개방 방향(A1)이고, 하방향이 폐쇄 방향(A2)이지만, 실제 사용시에는 이것에 한정되는 것은 아니다.
조작 부재(40)의 하단부면에는 다이어프램(20)의 중앙부 상면에 접촉하는 폴리이미드 등의 합성 수지제의 다이어프램 누름부(38)가 장착되어 있다.
조작 부재(40)의 외주면에 형성된 플랜지부(45)의 상면과 케이싱의 천장면 사이에는, 코일 스프링(90)이 설치되고, 조작 부재(40)는 코일 스프링(90)에 의해 폐쇄 방향(A2)을 향해 항상 압박되어 있다. 이 때문에, 도 2에 도시한 바와 같이, 메인 액츄에이터(60)가 작동하지 않은 상태에서는, 다이어프램(20)은 밸브 시트(10)에 압박되고, 유로(7, 8)의 사이는 폐쇄된 상태로 되어 있다.
코일 스프링(90)은, 케이싱(50)의 내주면과 통형부(51) 사이에 형성된 유지부(52)에 수용되어 있다. 본 실시형태에서는, 코일 스프링(90)을 사용하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 접시 스프링이나 판스프링 등의 다른 종류의 스프링을 사용할 수 있다.
케이싱(50)은, 그 하단부 내주를 보닛(30)의 상단부 외주에 형성된 나사부(36)에 비틀어 넣음으로써 보닛(30)에 고정되어 있다. 또, 보닛(30) 상단부면과 케이싱(50) 사이에는, 고리형의 벌크 헤드(63)가 고정되어 있다.
조작 부재(40)의 외주면과 케이싱(50) 및 보닛(30) 사이에는, 벌크 헤드(63)에 의해 상하로 구획된 실린더실(C1, C2)이 형성되어 있다.
상측의 실린더실(C1)에는, 고리형으로 형성된 피스톤(61)이 감합 삽입되고, 하측의 실린더실(C2)에는, 고리형으로 형성된 피스톤(62)이 감합 삽입되어 있다. 이들 실린더실(C1, C2) 및 피스톤(61, 62)은, 조작 부재(40)를 개방 방향(A1)으로 이동시키는 메인 액츄에이터(60)를 구성하고 있다. 메인 액츄에이터(60)는, 2개의 피스톤(61, 62)을 이용하여 압력의 작용 면적을 증가시키는 것에 의해, 조작 가스에 의한 힘을 증가시킬 수 있도록 되어 있다.
실린더실(C1)의 피스톤(61)의 상측 공간은, 통기로(53)에 의해 대기에 연결되어 있다. 실린더실(C2)의 피스톤(62)의 상측 공간은, 통기로(h1)에 의해 대기에 연결되어 있다.
실린더실(C1, C2)의 피스톤(61, 62)의 하측 공간은 고압의 조작 가스가 공급되기 때문에, O링(OR)에 의해 기밀이 유지되고 있다. 이들 공간은, 조작 부재(40)에 형성된 유통로(41, 42)와 각각 연통하고 있다. 유통로(41, 42)는, 조작 부재(40)의 내주면과 압전 액츄에이터(100)의 케이스 본체(101)의 외주면 사이에 형성된 유통로(Ch)에 연통하고, 이 유통로(Ch)는, 조작 부재(40)의 상단부면과, 케이싱(50)의 통형부(51)와 조정 바디(70)의 하단부면으로 형성되는 공간(SP)과 연통하고 있다. 그리고, 고리형의 액츄에이터 누름부(80)에 형성된 유통로(81)는, 공간(SP)과 조정 바디(70)의 중심부를 관통하는 유통로(71)를 접속하고 있다. 조정 바디(70)의 유통로(71)는, 관조인트(150)를 통해 관(160)과 연통하고 있다.
압전 액츄에이터(100)는, 원통형의 케이스 본체(101)에 도시하지 않은 적층된 압전 소자를 내장하고 있다. 케이스 본체(101)는, 스테인레스 합금 등의 금속제이며, 반구형의 선단부(102)측의 단부면 및 기단부(103)측의 단부면이 폐색되어 있다. 적층된 압전 소자에 전압을 인가하여 신장시킴으로써, 케이스 본체(101)의 선단부(102)측의 단부면이 탄성 변형되고, 반구형의 선단부(102)가 길이 방향으로 변위된다. 적층된 압전 소자의 최대 스트로크를 2d로 하면, 압전 액츄에이터(100)의 신장이 d가 되는 소정 전압 V0을 미리 가해 놓음으로써, 압전 액츄에이터(100)의 전체 길이는 L0이 된다. 그리고, 소정 전압 V0보다 높은 전압을 가하면, 압전 액츄에이터(100)의 전체 길이는 최대 L0+d가 되고, 소정 전압 V0보다 낮은 전압(무전압을 포함)을 가하면, 압전 액츄에이터(100)의 전체 길이는 최소 L0-d가 된다. 따라서, 개폐 방향(A1, A2)에 있어서 선단부(102)로부터 기단부(103)까지의 전체 길이를 신축시킬 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 압전 액츄에이터(100)에 대한 급전은, 배선(105)에 의해 행해진다. 배선(105)은, 조정 바디(70)의 유통로(71) 및 관조인트(150)를 통해 관(160)으로 유도되어 있고, 관(160)의 도중에서 외부로 인출되어 있다.
압전 액츄에이터(100)의 기단부(103)의 개폐 방향의 위치는, 액츄에이터 누름부(80)를 통해 조정 바디(70)의 하단부면에 의해 규정되어 있다. 조정 바디(70)는, 케이싱(50)의 상부에 형성된 나사 구멍(56)에 조정 바디(70)의 외주면에 설치된 나사부를 비틀어 넣고, 조정 바디(70)의 개폐 방향(A1, A2)의 위치를 조정함으로써, 압전 액츄에이터(100)의 개폐 방향(A1, A2)의 위치를 조정할 수 있다.
압전 액츄에이터(100)의 선단부(102)는, 원반형의 액츄에이터 받침부(110)의 상면에 형성된 원추면형의 받침면에 접촉하고 있다. 액츄에이터 받침부(110)는, 개폐 방향(A1, A2)으로 이동 가능하게 되어 있다.
액츄에이터 받침부(110)의 하면과 조작 부재(40)의 폐색부(48)의 상면 사이에는, 탄성 부재로서의 접시 스프링(120)이 설치되어 있다. 도 2에 도시하는 상태에서, 접시 스프링(120)은 이미 어느 정도 압축되어 탄성 변형되어 있고, 이 접시 스프링(120)의 복원력에 의해, 액츄에이터 받침부(110)는 개방 방향(A1)을 향해 항상 압박되어 있다. 이것에 의해, 압전 액츄에이터(100)도 개방 방향(A1)을 향해 항상 압박되고, 기단부(103)의 상면이 액츄에이터 누름부(80)에 압박된 상태로 되어 있다. 이것에 의해, 압전 액츄에이터(100)는, 밸브 바디(6)에 대하여 소정의 위치에 배치된다. 압전 액츄에이터(100)는, 어느 부재에도 연결되어 있지 않기 때문에, 조작 부재(40)에 대하여 개폐 방향(A1, A2)에 있어서 상대적으로 이동 가능하다.
컨트롤 밸브(5)는, 예컨대 연속 생산이 필요한 반도체 제조 장치에서 사용되고 있다. 이 용도의 컨트롤 밸브(5)는, 연속하여 개폐하는 것이 요구되며, 손상전에 다이어프램(20)을 교환하도록, 파단에 이르는 개폐 횟수가 사전에 설정되어 있다. 또한, 내구성이 중요하다는 점에서, 다이어프램 재질 등 고강도의 것을 사용하거나, 밸브 리프트를 작게 하는 등의 내구성 향상책이 채용되고 있다. 그러나, 반도체 제조 장치측에서, 예컨대 유량이 요구되는 경우 등은, 내구성을 희생하여 밸브 리프트를 올리는 등의 대책을 행하는 경우가 있어, 설정 횟수보다 빠르게 고장나는 경우도 있다. 이 경우, 반도체 제조 장치에 의한 연속 생산에 큰 악영향을 미치게 된다.
유량 제어 장치(1)는, 컨트롤 밸브(5)를 통해 필요한 유체를 유량을 조정하여 예컨대 반도체 제조 장치에 보낸다. 이 때, 모든 밸브 유닛(2) 중, 작동 상태에 있는 것은 1개뿐이며, 그 외의 밸브 유닛(2)은, 필요에 따라서 바로 작동 상태로 이행할 수 있는 대기 상태가 된다. 그리고, 작동 상태에 있는 밸브 유닛(2)의 컨트롤 밸브(5)가 고장, 또는 보증하는 내구 횟수를 초과했을 때에, 그것을 감시부(5a)가 검지하여, 그 컨트롤 밸브(5)를 정지시키고, 대기 상태에 있는 밸브 유닛(2)의 컨트롤 밸브(5)가 작동하게 된다.
개폐 밸브(12, 13)는, 컨트롤 밸브(5)가 작동 상태에 있는 경우에는, 개방, 대기 상태에 있는 경우에는 폐쇄된다. 퍼지 밸브(14, 15)는, 통상은 폐쇄되어 있고, 작동 상태의 정지시에, 상기 밸브 유닛(2)의 퍼지를 행하기 위해 개방된다.
도 3에, 제어부(3)가 행하는 제어를 플로우차트로 도시한다.
제어부(3)는, 각 밸브 유닛(2) 내의 제어를 행하는 밸브 유닛 제어부(3a)와, 밸브 유닛(2) 간의 제어를 행하는 밸브 유닛간 제어부(3b)를 구비하고 있다.
밸브 유닛 제어부(3a)는, 컨트롤 밸브(5)에 대하여, 초기 설정시에는, 연속하여 개폐한다고 하는 FLAG=0을 부여해 놓고(단계 S1), 예컨대 개폐 횟수가 다이어프램(20)이 파단할 가능성이 높아지는 설정 횟수를 초과한 경우에(단계 S2), 컨트롤 밸브(5)의 교환이 필요하다고 하는 FLAG=1을 부여한다(단계 S3).
FLAG=1은 개폐 횟수에 의해서만 부여되는 것은 아니며, 컨트롤 밸브(5)의 작동 시간이 설정 시간을 초과한 경우나, 컨트롤 밸브(5)에 설치한 감시부(5a)로부터 얻어진 다이어프램(20) 등의 이상 등에 의해 부여하는 경우도 생각된다.
밸브 유닛 제어부(3a)는, 또한, 개폐 밸브(12, 13)에 대하여, 초기 설정시에는, 개폐 밸브(12, 13)를 개방으로 하는 FLAG=0을 부여해 놓음과 더불어(단계 S4), 인터럽트 대기로서 컨트롤 밸브(5)에 대한 FLAG가 0인지 1인지를 감시한다(단계 S5). 그리고, 컨트롤 밸브(5)가 FLAG=0인 동안은, 개폐 밸브(12, 13)가 개방 상태를 유지하고, 컨트롤 밸브(5)가 FLAG=1이 되었을 때에는, 개폐 밸브(12, 13)를 폐쇄로 하는 FLAG=1을 부여한다(단계 S6).
밸브 유닛 제어부(3a)는, 또한, 퍼지 밸브(14, 15)에 대하여, 초기 설정시에는, 폐쇄로 하는 FLAG=0을 부여해 놓음과 더불어(단계 S7), 인터럽트 대기로서 개폐 밸브(12, 13)에 대한 FLAG가 0인지 1인지를 감시한다(단계 S8). 그리고, 개폐 밸브(12, 13)가 FLAG=0인 동안(즉, 컨트롤 밸브(5)가 FLAG=0인 동안)은, 퍼지 밸브(14, 15)가 폐쇄 상태를 유지하고, 개폐 밸브(12, 13)가 FLAG=1이 되었을 때에는, 퍼지 밸브(14, 15)를 개방으로 하여(단계 S9), 퍼지를 행하는 FLAG=1을 부여한다(단계 S10).
밸브 유닛간 제어부(3b)는, 대기 상태에 있는 밸브 유닛(2)에 대하여, 초기 설정시에는, 대기 상태에 있다고 하는 FLAG=0을 부여해 놓음과 더불어(단계 S11), 인터럽트 대기로서 퍼지 밸브(14, 15)에 대한 FLAG가 0인지 1인지를 감시한다(단계 S12). 그리고, 퍼지 밸브(14, 15)가 FLAG=0인 동안(즉, 컨트롤 밸브(5)가 FLAG=0인 동안)은, 대기 상태를 유지하고, 퍼지 밸브(14, 15)가 FLAG=1이 되었을 때에는, 이 밸브 유닛(다음 밸브 유닛)(2)을 작동 상태로 하도록, FLAG=0을 부여한다(단계 S13). 이것에 의해, 다음 밸브 유닛(2)의 밸브 유닛 제어부(3a)는, 그 컨트롤 밸브(5)에 대하여, 단계(S1)로부터 단계(S10)까지를 실행한다. 밸브 유닛간 제어부(3b)는, 작동 상태에 있는 밸브 유닛(2)이 교환되었다고 하는 경보ㆍ교환 연락을 행하고(단계 S14), 또한, 작동 상태에 있던 밸브 유닛(2)에 작동 불가의 상태에 있다고 하는 FLAG=2를 부여한다(단계 S15).
제어부(3)는, 상기 제어를 행하는 것 외에, 과거의 고장 이력 등도 감시하는 것이다.
도 4에, 밸브 유닛(2)이 2개(제1 유닛 및 제2 유닛)인 경우의 연속 사용시에, 각 밸브(11, 12, 13, 14, 15)의 개폐 상태가 어떻게 전환되는지의 플로우차트를 도시한다.
우선, 초기 상태에서는, 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 개방, 제1 유닛의 개폐 밸브(12, 13) : 개방으로 되어 있고, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 폐쇄로 되어 있다. 제2 유닛의 개폐 밸브(12, 13)는, 개방 또는 폐쇄의 어느 것이어도 좋다(단계 S21).
유량 제어를 행하고 있는 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5)의 상태는 감시부(5a)에 의해 감시(측정 및 출력)된다(단계 S22). 그리고, 감시부(5a)로부터의 출력에 기초하는 신호로부터 컨트롤 밸브(5)의 교환이 필요한지 여부가 판단된다(단계 S23).
단계 S23에 있어서, 교환이 필요해진 경우에는, 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 폐쇄, 제1 유닛의 개폐 밸브(12, 13) : 폐쇄, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 개방, 제2 유닛의 개폐 밸브(12, 13) : 개방으로 전환된다(단계 S24). 교환이 필요하지 않은 경우에는, 단계 S21로 되돌아간다.
단계 S24의 후, 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5)는 새로운 것으로 교환되고, 폐쇄된다(단계 S25).
제1 유닛의 컨트롤 밸브(5)를 교환할 때에는, 개폐 밸브(12, 13) : 폐쇄를 유지한 채로, 컨트롤 밸브(5) : 개방, 퍼지 밸브(14, 15) : 개방으로 하여 퍼지를 행하고, 퍼지 밸브(14, 15) : 폐쇄로 한 후에, 컨트롤 밸브(5)를 교환하고, 또한, 컨트롤 밸브(5) : 개방, 퍼지 밸브(14, 15) : 개방으로 하여 한번 더 퍼지를 행하고, 퍼지 밸브(14, 15) : 폐쇄, 컨트롤 밸브(5) : 폐쇄로 하여 완료된다. 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5)의 교환은, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5)의 교환이 필요해지기 전에 행하면 된다.
단계 S24에서는, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 개방, 제2 유닛의 개폐 밸브(12, 13) : 개방으로 되어 있고, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5)가 유량 제어를 행하고 있는 상태로 되어 있다. 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 폐쇄, 제1 유닛의 개폐 밸브(12, 13)는, 개방 또는 폐쇄의 어느 것이어도 좋다(단계 S26).
단계 S26에 의해, 유량 제어를 행하고 있는 것이 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5)가 되고, 그 상태가 감시부(5a)에 의해 감시(측정 및 출력)된다(단계 S27). 그리고, 감시부(5a)로부터의 출력에 기초하는 신호로부터 컨트롤 밸브(5)의 교환이 필요한지 여부가 판단된다(단계 S28).
단계 S28에 있어서, 교환이 필요해진 경우에는, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 폐쇄, 제2 유닛의 개폐 밸브(12, 13) : 폐쇄, 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 개방, 제1 유닛의 개폐 밸브(12, 13) : 개방으로 전환된다(단계 S29). 교환이 필요하지 않은 경우에는, 단계 S26으로 되돌아간다.
단계 S29의 후, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5)는 새로운 것으로 교환되고, 폐쇄된다(단계 S30). 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5)의 교환은, 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5)와 동일하게 행하면 되며, 또한, 제2 유닛의 컨트롤 밸브(5)의 교환은, 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5)의 교환이 필요해지기 전에 행하면 된다.
단계 S29에서는, 제1 유닛의 컨트롤 밸브(5) : 개방, 제1 유닛의 개폐 밸브(12, 13) : 개방이 되어, 단계 S21과 동일한 상태가 되고, 그 후, 단계 S21로부터 단계 S29가 반복됨으로써, 컨트롤 밸브(5)가 고장나기 전에 교환되고, 유량 제어 장치(1)를 연속 사용할 수 있다.
도 5에, 유량 제어 장치의 유량 제어 방법의 교환 판정 부분의 플로우차트를 도시한다.
교환이 필요한지 여부를 판정함에 있어서는, 우선, 비교 데이터를 읽어들인다(단계 S41). 그리고, 개폐 횟수가 규정치에 도달했는지 어떤지가 판정되고(단계 S42), 규정치에 도달한 경우에는 교환이 필요하다고 판단하여(단계 S48), 그 취지를 출력한다(단계 S49).
이어서, 개방도가 일정 이상 개방되지 않았는지 어떤지가 판정되고(단계 S43), 개방도가 일정 이상 개방되지 않은 경우에는 교환이 필요하다고 판단하여(단계 S48), 그 취지를 출력한다(단계 S49).
이어서, 설정 유량과 측정 유량의 차가 일정 이상인지 어떤지가 판정되고(단계 S44), 차가 일정 이상인 경우에는 교환이 필요하다고 판단하여(단계 S48), 그 취지를 출력한다(단계 S49).
이어서, 내부 압력이 규정 이상인지 어떤지가 판정되고(단계 S45), 내부 압력이 규정 이상인 경우에는 교환이 필요하다고 판단하여(단계 S48), 그 취지를 출력한다(단계 S49).
이어서, 스트로크가 규정치보다 적은지 어떤지가 판정되고(단계 S46), 스트로크가 규정치보다 적은 경우에는 교환이 필요하다고 판단하여(단계 S48), 그 취지를 출력한다(단계 S49).
단계 S42로부터 단계 S46까지의 판정 단계는, 그 실시하는 순서는 상관없다. 단계 S42로부터 단계 S46까지의 판정 단계에서, 전부 NO(사용 가능)라고 판정된 경우, 교환이 불필요하다고 판단하여(단계 S47), 그 취지를 출력한다(단계 S49).
이렇게 하여, 상기 유량 제어 장치(1)에 의하면, 병렬형으로 배치된 복수의 밸브 유닛(2) 중의 임의의 것이 작동 상태가 됨과 더불어, 그 작동 상태가 감시되고, 컨트롤 밸브(5)를 교환할 필요가 생긴 경우에는, 대기 상태의 밸브 유닛(2)이 즉시 작동 상태가 된다. 따라서, 이 유량 제어 장치(1)를 사용하여 연속 생산을 행하고 있는 장치에 컨트롤 밸브(5)의 고장에 의한 장애를 발생시키지 않게 된다. 또한, 정지된 컨트롤 밸브(5)로부터, 제어부(3)에 연락하고, 자동적으로 상기 밸브 유닛(2) 내를 퍼지하고, 컨트롤 밸브(5)를 교환하여 대기 상태로 해 놓음으로써, 반영구적으로 밸브 작동을 계속할 수 있다.
반도체 제조 장치 등의 연속하여 가동하는 설비에서 사용되는 유량 제어 장치의 연속 사용이 가능해지기 때문에, 이 유량 제어 장치를 사용하고 있는 설비에 있어서, 컨트롤 밸브의 이상의 영향을 받지 않고 가동을 계속할 수 있다는 이점을 얻을 수 있다.
1 : 유량 제어 장치
2 : 밸브 유닛
3 : 제어부
5 : 컨트롤 밸브
5a : 감시부
12, 13 : 개폐 밸브
14, 15 : 퍼지 밸브
100 : 조정용 액츄에이터(조정부)
P : 유로
P1, P2, P3 : 분기로
J1, J2, J3 : 분기부

Claims (8)

  1. 하나의 유로와,
    상기 하나의 유로로부터 복수의 분기로로 분기되는 분기부와,
    상기 분기부에서 분기된 상기 분기로에 각각 배치된 컨트롤 밸브와,
    상기 컨트롤 밸브의 상태를 감시하는 감시부
    를 포함하는 유량 제어 장치에 있어서,
    유체는 상기 분기로에 각각 배치된 상기 컨트롤 밸브 중의 어느 하나를 통해 유량 제어되고 있고,
    상기 컨트롤 밸브의 감시부로부터의 신호에 기초하여 상기 컨트롤 밸브의 교환이 필요하다고 판단했을 때,
    유량 제어하고 있는 상기 컨트롤 밸브를 폐쇄함과 더불어, 별도의 분기로에 설치한 컨트롤 밸브를 개방하여 교환전과 동등한 유량 제어를 행함과 더불어,
    폐쇄한 컨트롤 밸브의 상류측 및 하류측에 배치한 개폐 밸브도 폐쇄하는, 유량 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서, 제어부를 더 설치하고,
    상기 제어부는,
    상기 감시부로부터의 출력을 수취하고,
    상기 감시부로부터의 출력에 기초하는 신호로부터 교환이 필요한지 여부를 판단하는, 유량 제어 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부에서는, 상기 감시부로부터의 출력에 기초하는 신호와 미리 보존되어 있는 데이터를 비교하여, 미리 정해진 값을 초과한 경우, 혹은, 특정한 개폐 횟수를 초과했을 때, 교환이 필요하다고 판단하는, 유량 제어 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 컨트롤 밸브에는, 각각 개방도를 미조정함으로써 미소한 유량 제어가 가능한 조정부를 구비하는, 유량 제어 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 감시부는, 밸브의 개방도를 측정하는 센서나, 유량 센서, 개폐 횟수를 측정하는 센서, 상기 컨트롤 밸브의 스템의 동작을 검지하는 근접 센서나 변위 센서, 유량 센서, 압력 센서를 포함하는, 유량 제어 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 컨트롤 밸브와 상류측에 배치한 상기 개폐 밸브 사이 및 상기 컨트롤 밸브와 하류측에 배치한 상기 개폐 밸브 사이에 각각 퍼지 라인을 배치하고 이 퍼지 라인에 퍼지 밸브를 배치하는, 유량 제어 장치.
  7. 하나의 유로와,
    상기 하나의 유로로부터 복수의 유로로 분기되는 분기부와,
    상기 분기부에서 분기된 분기로에 각각 배치된 컨트롤 밸브와,
    상기 컨트롤 밸브의 상태를 감시하는 감시부
    를 포함하는 유량 제어 장치의 유량 제어 방법에 있어서,
    유량 제어를 행하고 있는 상기 컨트롤 밸브의 상태를 상기 감시부에 의해 감시하는 단계 A와,
    상기 감시부로부터의 출력에 기초하는 신호로부터 밸브의 교환이 필요한지 여부를 판단하는 단계 B와,
    상기 단계 B에서 교환이 필요하다고 판단한 경우, 유량 제어를 행하고 있는 상기 컨트롤 밸브를 폐쇄함과 더불어, 별도의 분기로에 있는 컨트롤 밸브를 개방하여 교환전과 동등한 유량 제어를 시작하는 단계 C와,
    상기 폐쇄한 컨트롤 밸브의 전후에 설치한 개폐 밸브를 폐쇄하는 단계 D
    를 포함하는 유량 제어 장치의 유량 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 단계 C에서, 상기 컨트롤 밸브의 개폐 동작의 미조정을 행하는 조정부를 가지며, 유량 조정을 시작한 상기 컨트롤 밸브와 상기 폐쇄한 컨트롤 밸브 간의 기기차 및 분기 라인마다의 개체차를 없애도록 조정부에 의해 개폐 동작의 조정을 행하는 단계를 포함하는 유량 제어 방법.
KR1020197028773A 2017-06-22 2018-06-21 유량 제어 장치 및 유량 제어 장치의 유량 제어 방법 KR102242231B1 (ko)

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