KR20200079387A

KR20200079387A - 전공 레귤레이터

Info

Publication number: KR20200079387A
Application number: KR1020180168624A
Authority: KR
Inventors: 이응석; 배일진; 임정택
Original assignee: 충북대학교 산학협력단
Priority date: 2018-12-24
Filing date: 2018-12-24
Publication date: 2020-07-03

Abstract

본 발명은 전공 레귤레이터에 관한 것으로, 유동입구와 유동출구를 가지며 내부에 유동유로가 형성된 본체, 상기 유동입구 측과 연결된 급기밸브, 상기 유동출구 측과 연결된 배기밸브, 상기 급기밸브 및 상기 배기밸브와 연결된 컨트롤러 및 상기 컨트롤러와 연결된 표시부를 포함하며, 상기 급기밸브와 상기 배기밸브는 각각, 내부에 스풀이 배치된 스풀공간과 제어유로가 형성되어 있는 밸브몸체, 상기 밸브몸체 일측에 배치되어 있고 상기 스풀을 작동시키는 제1 솔레노이드 및 상기 밸브몸체 타측에 배치되어 있고 상기 스풀을 작동시키는 제2 솔레노이드를 포함하며, 상기 제1 솔레노이드에 의해 일 방향으로 작동한 상기 스풀은 상기 제2 솔레노이드에 의해 상기 제1 솔레노이드에 의해 작동한 방향과 반대 방향으로 작동한다.

Description

전공 레귤레이터{Electronic Air Regulator}

본 발명은 전공 레귤레이터에 관한 것이다.

반도체 공정 설비에 적용된 유량 제어장치는 스테핑 모터(Stepping Motor)를 적용한 전동밸브 타입이었다. 전동밸브가 고비용의 스테핑 모터, 제어기, 인터록 센서 등 각종 부품이 사용되면서 고가의 제작비용이 발생하였다. 이에 고가의 전동밸브 타입 유량 제어장치는 특정 분야에만 적용되었다.

전동밸브 타입 유량 제어장치는 순간 유량 헌팅 발생 시 피드백(Feedback) 제어로 그 유량을 컨트롤 할 수 없다. 이로 인해 순간 유량 헌팅(토출 초기, 토출 Off, 1차측 압력 급변)은 공정에 영향을 주어 웨이퍼 이 부분은 제품으로 사용 할 수 없어 수율에 영향을 주었다.

순간적 유량 헌팅을 정압밸브에서 잡아 줌으로 순간 유량 헌팅으로 발생되는 문제점을 해 결 할 수 있다. 이에, 정압 밸브 정밀 제어에 필요한 공압 제어용 전공 레귤레이터 개발이 요구되고 있다.

전공 레귤레이터는 피드백 기능이 내장되고 전기, 전자, 기계 기술이 결합된 압력제어밸브이다. 종래의 전공 레귤레이터를 개략적으로 나타낸 도면 [도 1]을 참고하면, 전공 레귤레이터(1)는 A/D변환기(10), 컨트롤러(20), 급기밸브(31), 배기밸브(32), 출력밸브(33) 및 압력 센서(40)를 포함한다.

컨트롤러(20)는 입력신호와 압력센서(40)로부터의 신호를 실시간으로 계산하여 차이 값을 각각 급기밸브(31)와 배기밸브(32)에 전달하여 동작을 유도시킨다. 컨트롤러(20)는 압력센서(40)를 통해 출력밸브(33)의 출력 측의 압력을 읽고 이 값을 피드백 하여 설정된 압력에 도달하도록 급기밸브(31)와 배기밸브(32)의 개폐를 제어한다.

급기밸브(31)와 배기밸브(32)는 솔레노이드 밸브로, 동작은 컨트롤러(20)에서 발생하는 펄스 폭 변조 신호에 의해서 교번하는 방식으로 이루어진다.

급기밸브와 배기밸브는 각각 제어입구와 제어출구가 형성되어 있고 내부에 제어입구와 제어출구를 연결하는 제어유로가 형성된 밸브몸체, 밸브몸체 내부에 배치되어 있고 제어입구와 제어출구를 단속하는 스풀, 밸브몸체 일측에 배치되어 있고 입력된 신호에 따라 발생한 자기장에 의해 동작하여 스풀을 작동시키는 솔레노이드 및 스풀과 연결되어 있고 솔레노이드에서 자기장이 발생하지 않으면 스풀이 원 상태로 복귀하도록 스풀에 탄성력을 가하는 스프링을 포함한다.

전공 레귤레이터에 적용된 급기밸브와 배기밸브에 각각 스풀을 복귀시키기 위해 스프링이 사용되었으며, 오랜 시간 사용된 스프링은 탄성력이 저하되었다. 스프링의 탄성계수, 내구성 등의 감소로 인해 오작동이 발생하였다. 즉, 스풀의 복귀가 신속하고 정확하게 이루어지지 않게 되면서 전공 레귤레이터의 정밀성이 저하되었다.

공개특허 제10-2017-0121849호 (2017.11.03.) 공개특허 제10-2018-0118343호 (2018.10.31.)

본 발명은 전공 레귤레이터의 급기밸브 및 배기밸브의 스풀을 각각 제1 솔레노이드와 제2 솔레노이드로 작동시켜 전공 레귤레이터의 정밀성을 높이는 기술을 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 전공 레귤레이터는, 유동입구와 유동출구를 가지며 내부에 유동유로가 형성된 본체, 상기 유동입구 측과 연결된 급기밸브, 상기 유동출구 측과 연결된 배기밸브, 상기 급기밸브 및 상기 배기밸브와 연결된 컨트롤러 및 상기 컨트롤러와 연결된 표시부를 포함한다.

상기 급기밸브와 상기 배기밸브는 각각, 내부에 스풀이 배치된 스풀공간과 제어유로가 형성되어 있는 밸브몸체, 상기 밸브몸체 일측에 배치되어 있고 상기 스풀을 작동시키는 제1 솔레노이드 및 상기 밸브몸체 타측에 배치되어 있고 상기 스풀을 작동시키는 제2 솔레노이드를 포함할 수 있다.

상기 제1 솔레노이드에 의해 일 방향으로 작동한 상기 스풀은 상기 제2 솔레노이드에 의해 상기 제1 솔레노이드에 의해 작동한 방향과 반대 방향으로 작동할 수 있다.

상기 스풀이 상기 상기 제1 솔레노이드에 의해 작동하면 상기 제어유로를 벗어나 상기 제어입구와 제어출구가 연결될 수 있다.

상기 스풀이 상기 제2 솔레노이드에 의해 작동하면 상기 제어유로에 위치하여 상기 제어입구와 제어출구가 차단될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 전공 레귤레이터에서 본체와 연결된 급기밸브와 배기밸브가 각각 종래에 스풀의 복귀를 위해 사용한 스프링 배제하고 정확도와 내구성이 우수한 솔레노이드를 적용함으로써 오랜 시간 사용하여도 전공 레귤레이터의 정밀성을 지속적으로 유지할 수 있고 전공 레귤레이터의 신뢰성이 높아진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 급기밸브와 배기밸브가 각각 스풀을 일방향으로 작동시키는 제1 솔레노이드와 일 방향과 반대 방향인 타 방향으로 작동시키는 제2 솔레노이드를 포함하게 되면서 본체를 유동하는 유체의 제어가 정밀하게 이루어진다.

도 1은 종래 전공 레귤레이터를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전공 레귤레이터를 나타낸 개략도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 전공 레귤레이터에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전공 레귤레이터를 나타낸 개략도이다.

도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 전공 레귤레이터(100)는 본체(110), 급기밸브(120), 배기밸브(130), 컨트롤러(130) 및 표시부(140)를 포함한다. 급기밸브(120)와 배기밸브(130)는 각각 제1 솔레노이드(122)와 제2 솔레노이드(123)를 포함한다.

본체(110)는 전공 레귤레이터(100)의 메인을 이루며 유동입구(111a)와 유동출구(111b)가 형성되어 있다. 본체(110) 내부에는 유동입구(111a)와 유동출구(111b)를 연결하는 유동유로(111)가 형성되어 있다. 본체(110) 내부에는 압력 조절을 위한 파일럿 챔버(111c)가 형성되어 있다. 파일럿 챔버(111c)에는 다이어프램(diaphragm)이 배치되어 있다. 파일럿 챔버(111c)는 다이어프램에 의해 상부공간과 하부공간으로 나누어질 수 있다. 유동유로(111)에는 다이어프램(112)과 연결되어 유동유로(111)를 단속하는 유동밸브(113)가 배치되어 있다.

여기서 본체(110)의 세부적인 구성은 공지된 구성의 전공 레귤레이터의 본체와 동일하므로, 자세한 설명은 생략한다

급기밸브(120)는 유동유로(111)의 유동입구(111a)와 연결되어 있으며, 배기밸브(130)는 유동유로(111)의 유동출구(111b)와 연결되어 있다. 급기밸브(120)는 밸브몸체(121), 제1 솔레노이드(122) 및 제2 솔레노이드(123)를 포함한다.

밸브몸체(121)는 일측에 공기가 유입되는 제어입구(121a)가 형성되어 있고, 타측에는 유입된 공기가 배출되는 제어출구(121b)가 형성되어 있다. 밸브몸체(121) 내부에는 제어입구(121a)와 제어출구(121b)를 연결하는 제어유로(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 여기서, 제어입구(121a)는 본체(110)의 유동입구(111a)와 연결되어 있다. 이에 본체(110)로 유입된 공기는 제어입구(121a)를 통해 제어유로로 유입될 수 있다. 그리고 제어출구(121b)는 본체(110)의 파일럿 챔버(111c)의 상부공간 및 배기밸브(130)의 제어입구(131a)와 연결되어 있다. 제어유로를 유동한 공기는 제어출구(121b)를 통해 파일럿 챔버(111c) 내부 또는 배기밸브(130)의 내부로 유입될 수 있다.

한편, 밸브몸체(121)의 내부에는 제어유로가 형성된 방향과 수직한 방향으로 스풀공간이 형성되어 있으며, 스플공간에는 직선 이동하는 스풀이 배치되어 있다. 스풀은 그 작동에 따라 제어입구(121a)와 제어출구(121b)를 차단하거나 연결할 수 있다.

제1 솔레노이드(122)는 밸브몸체(121) 일측에 배치되어 스풀 일측과 연결되어 있다. 제1 솔레노이드(122)에 자기장이 발생하면 제어유로에서 스풀이 벗어날 수 있다. 이때 제어유로를 통해 제어입구(121a)와 제어출구(121b)가 연결되어 제어입구(121a)로 유입된 공기는 제어유로를 유동하여 제어출구(121b)를 통해 배출될 수 있다. 배출된 공기는 챔버(111c)의 상부공간 또는 배기밸브(130) 내부로 유동할 수 있다.

제2 솔레노이드(123)는 밸브몸체(121) 타측에 배치되어 스풀 타측과 연결되어 있다. 제1 솔레노이드(122)에는 자기장이 발생하지 않고, 제2 솔레노이드(123)에 자기장이 발생하면 제어유로를 벗어난 스풀이 제어유로로 복귀할 수 있다. 스풀이 제어유로에 위치하게 되면서 제어입구(121a)와 제어출구(121b)는 차단되어 제어유로로 유입된 공기는 제어출구(121b)로 유동하지 못한다.

배기밸브(130)는, 밸브몸체(131), 제1 솔레노이드(132) 및 제2 솔레노이드(133)를 포함한다. 배기밸브(130)의 밸브몸체(131), 제1 솔레노이드(132) 및 제2 솔레노이드(133)는 급기밸브(120)의 밸브몸체, 제1 솔레노이드 및 제2 솔레노이드와 중복되므로 이하 자세한 설명은 생략한다.

따라서, 전공 레귤레이터(100)에서 본체(110)와 연결된 급기밸브(120)와 배기밸브(130)가 각각 종래에 스풀의 복귀를 위해 사용한 스프링 배제하고 정확도와 내구성이 우수한 솔레노이드를 적용함으로써 오랜 시간 사용하여도 전공 레귤레이터(100)의 정밀성을 지속적으로 유지할 수 있고 전공 레귤레이터(100)의 신뢰성이 높아진다.

컨트롤러(130)는 급기밸브(120) 및 배기밸브(130)와 연결되어 있고 피드백 되는 출력압력에 따라 급기밸브(120)와 배기밸브(130)에 신호를 인가하여 제1 솔레노이드(122, 132), 제2 솔레노이드(123, 133)의 작동을 제어한다.

표시부(140)는 컨트롤러(130)와 연결되어 있으며 피드백 되는 압력을 표시하여 사용자에게 알린다.

한편, 본 실시예에 따른 전공 레귤레이터(100)는 압력센서(150)를 더 포함할 수 있다.

압력센서(150)는 유동유로(111)의 유동출구(111b)에서 배기되는 공기의 압력을 측정하며 컨트롤러(130)와 연결되어 있다.

본 실시예에 따르면, 전공 레귤레이터(100)는 입력신호가 증가하면 급기밸브(120)의 제1 솔레노이드(122)에 자기장이 발생하고, 제2 솔레노이드(123)에는 자기장이 발생하지 않는다. 그리고 배기밸브(130)의 제1 솔레노이드(132)에는 자기장이 발생하지 않고 제2 솔레노이드(133)에 자기장이 발생한다. 이에 제어유로의 제어입구(121a)와 제어출구(121b)가 연결되어 유입된 공기는 급기밸브(120)를 유동하여 챔버(111c)의 상부공간으로 유입되어 다이어프램(112) 상면에 압력을 가한다. 압력에 의해 다이어프램(112)은 하강하며 이와 연결된 유동밸브(113)가 열리면서 공급압력의 일부는 출력압력이 된다. 출력압력은 압력센서(150)를 통해서 컨트롤러(130)에 피드백 된다.

한편, 배기밸브(130)의 제1 솔레노이드(132)에 자기장이 발생하고, 제2 솔레노이드(133)에는 자기장이 발생하지 않으면 급기밸브(120)를 유동한 공기는 배기밸브(130)로 유입되어 배기될 수 있다.

이때 제1 솔레노이드(122, 132)에서 자기장이 발생하지 않고 제2 솔레노이드(123, 133)에서 자기장이 발생하여 제2 솔레노이드(123, 133)가 작동하면 제어공간을 벗어난 스풀은 원상태로 복귀하여 제어공간에 위치하게 된다. 이에 제어유로의 제어입구(121a, 131a)와 제어출구(121b, 132b)는 차단된다.

본 실시예에 따르면 급기밸브(120)와 배기밸브(130)가 각각 제1 솔레노이드(122, 132)에 의해 작동한 스풀이 제2 솔레노이드(123, 133)의 작동으로 복귀하게 되므로 종래에 스풀의 복귀를 위해 사용한 스프링보다 전공 레귤레이터를 오랜 시간 사용하여도 정밀도를 유지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 전공 레귤레이터 110: 본체
111: 유동유로 111a: 유동입구
111b: 유동출구 111c: 파일럿 챔버
112: 다이어프램 113: 유동밸브
120: 급기밸브 130: 배기밸브
121, 131: 밸브몸체 121a, 131a: 제어입구
121b, 132b: 제어출구 122, 132: 제1 솔레노이드
123, 133: 제2 솔레노이드 130: 컨트롤러
140: 표시부 150: 압력센서

Claims

전공 레귤레이터에서,
유동입구와 유동출구를 가지며 내부에 유동유로가 형성된 본체,
상기 유동입구 측과 연결된 급기밸브,
상기 유동출구 측과 연결된 배기밸브,
상기 급기밸브 및 상기 배기밸브와 연결된 컨트롤러 및
상기 컨트롤러와 연결된 표시부
를 포함하며,
상기 급기밸브와 상기 배기밸브는 각각,
내부에 스풀이 배치된 스풀공간과 제어유로가 형성되어 있는 밸브몸체,
상기 밸브몸체 일측에 배치되어 있고 상기 스풀을 작동시키는 제1 솔레노이드 및
상기 밸브몸체 타측에 배치되어 있고 상기 스풀을 작동시키는 제2 솔레노이드
를 포함하며,
상기 제1 솔레노이드에 의해 일 방향으로 작동한 상기 스풀은 상기 제2 솔레노이드에 의해 상기 제1 솔레노이드에 의해 작동한 방향과 반대 방향으로 작동하는
전공 레귤레이터.
제1항에서,
상기 스풀이 상기 상기 제1 솔레노이드에 의해 작동하면 상기 제어유로를 벗어나 상기 제어입구와 제어출구가 연결되며, 상기 스풀이 상기 제2 솔레노이드에 의해 작동하면 상기 제어유로에 위치하여 상기 제어입구와 제어출구가 차단되는 전공 레귤레이터.