KR20240006256A - 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브에 관한 것이다. 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브는 유체의 유동을 위한 제1 경로 유닛(11); 제1 경로 유닛(11)과 유체 이동 가능하도록 연결되고 제1 경로 유닛(11)에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 제2 경로 유닛(12); 제1 경로 유닛(11)을 차단시키면서 상하 이동에 의하여 제2 경로 유닛(12)로 유체를 유도하는 차단 디스크(15); 및 차단 디스크(15)를 상하로 이동시키는 벨로우즈 유닛(14)을 포함한다.

Description

개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브{A Isolation Valve with an Open Enlarging Property}
본 발명은 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브에 관한 것이고, 구체적으로 개폐 단면적 전체가 개방되는 구조를 가진 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브에 관한 것이다.
공정 라인에서 압력 게이지에 의한 압력 측정을 위하여 아이솔레이션 밸브가 설치될 수 있다. 또한 아이솔레이션 밸브(isolation)는 정해진 위치에서 공정 매체의 흐름을 차단하는 유체 취급 시스템에 설치될 수 있다. 이와 같은 기능을 가지는 아이솔레이션 밸브와 관련하여 특허공개번호 10-2005-0104806은 반도체 제조 설비용 아이솔레이션 밸브에 대하여 개시한다. 특허공개번호 10-2014-0090433은 비상시에 유체의 흐름을 차단하는 아이솔레이션 밸브에 대하여 개시한다. 또한 특허공개번호 10-2017-0020988은 진공 공정용 아이솔레이션 밸브에 대하여 개시한다. 아이솔레이션 밸브는 하나의 유체 유동 경로를 개방시키면서 유체를 다른 유동 경로로 유도할 수 있다. 이와 같은 경우 유체가 유도 경로로 자연스럽게 유동될 수 있는 개폐 구조를 가질 필요가 있다. 그러나 선행기술은 이와 같은 구조를 가진 아이솔레이션 밸브에 대하여 개시하지 않는다.
본 발명은 선행기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.
선행기술1: 특허공개번호 10-2005-0104806(삼성전자주식회사. 2005.11.03. 공개) 반도체 제조설비용 아이솔레이션 밸브 선행기술2: 특허공개번호 10-2014-0090433(주식회사 칸, 2014.07.17. 공개) 아이솔레이션밸브 선행기술3: 특허공개번호 10-2017-0020988(이동민, 2017.02.27. 공개) 진공 공정용 아이솔레이션 밸브
본 발명의 목적은 제1 경로를 따라 유동되는 기체를 제2 경로를 유동시키면서 제2 경로가 유체에 대하여 완전히 개방되도록 하는 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브는 유체의 유동을 위한 제1 경로 유닛; 제1 경로 유닛과 유체 이동 가능하도록 연결되고 제1 경로 유닛에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 제2 경로 유닛; 제1 경로 유닛을 차단시키면서 상하 이동에 의하여 제2 경로 유닛으로 유체를 유도하는 차단 디스크; 및 차단 디스크를 상하로 이동시키는 벨로우즈 유닛을 포함한다.
본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 차단 디스크의 이동 거리는 제2 경로 유닛의 내부 직경에 대응되고, 이에 의하여 제2 경로 유닛의 입구 전체가 개방된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 벨로우즈 유닛은 용접 벨로우즈가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 벨로우즈 유닛(14)의 스토로크(stroke)의 거리는 제2 유동 경로(13)의 내부 직경의 1.02 내지 1.2배가 된다.
본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 차단 디스크에 결합된 불소 엘라스토머(fluoroelastomer) 소재의 오링(O-ring)을 더 포함한다.
본 발명에 따른 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브는 밸브 하우징의 입구와 출구의 중심선이 직각이 되고, 이에 의하여 유체의 흐름이 직각으로 변하는 유동 구조에 적용될 수 있다. 본 발명에 따른 밸브는 예를 들어 옆으로부터 아래로 직각으로 방향 전환을 하는 유동 구조에 적용될 수 있고, 기체 또는 점성 유체가 쉽게 흐르도록 하면서 유체가 용도에 적합하게 차단이 되거나 정해진 방향으로 유동이 되도록 한다. 본 발명에 따른 밸브는 배관의 진공 컨덕턴스(vacuum conductance) 향상으로 배기 능력이 개선되도록 한다. 본 발명에 따른 배기 능력의 향상으로 인하여 입자(particle) 개선 효과가 발생되도록 한다. 본 발명에 따른 디스크 오링 식각 방지 효과에 의하여 라이프 타임이 향상되도록 한다. 본 발명에 따른 밸브는 벨로오즈의 노출 방지에 의하여 벨로오즈 표면의 폴리머 집적이 방지되어 벨로오즈의 수명이 향상되면서 누설이 방지되도록 한다. 본 발명에 따른 밸브는 반도체 공정의 진공 챔버를 비롯한 다양한 공정에 적용될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 기하학적 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브의 개폐 상태의 실시 예를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 밸브가 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.
아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브의 실시 예를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브는 유체의 유동을 위한 제1 경로 유닛(11); 제1 경로 유닛(11)과 유체 이동 가능하도록 연결되고 제1 경로 유닛(11)에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 제2 경로 유닛(12); 제1 경로 유닛(11)을 차단시키면서 상하 이동에 의하여 제2 경로 유닛(12)으로 유체를 유도하는 차단 디스크(15); 및 차단 디스크(15)를 상하로 이동시키는 벨로우즈 유닛(14)을 포함한다.
제1 경로 유닛(11)을 따라 유체가 이동될 수 있고, 예를 들어 기체 또는 플라즈마와 같은 유체가 이동될 수 있다. 제1 경로 유닛(11)은 속이 빈 실린더 형상이 될 수 있고, 다양한 유동 경로와 연결될 수 있다. 제시된 실시 예에서 제1 경로 유닛(11)은 아래쪽에서 위쪽으로 연장될 수 있고, 유체는 아래쪽에서 위쪽으로 유동될 수 있다. 제2 경로 유닛(12)은 제1 경로 유닛(11)에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장될 수 있고, 제2 경로 유닛(12)은 속이 빈 실린더 형상이 될 수 있다. 제1 경로 유닛(11)과 제2 경로 유닛(12)은 조절 공간(16)에 의하여 서로 연결될 수 있다. 제1 경로 유닛(11)과 제2 경로 유닛(12)은 서로 다른 내부 직경을 가질 수 있지만 바람직하게 동일 또는 유사한 내부 직경을 가질 수 있고 이에 의하여 동일 또는 유사한 유동 단면적을 가질 수 있다. 제1 경로 유닛(11)의 유동 경로는 차단 디스크(15)에 의하여 차단될 수 있고, 차단 디스크(15)는 절 공간(16)을 따라 상하로 이동되면서 제1 경로 유닛(11)을 개폐시킬 수 있다. 제1 경로 유닛(11)은 전체적으로 속이 빈 실린더 형상이 될 수 있고, 제1 경로 유닛(11)은 상대적으로 큰 직경을 가지면서 제1 경로 유닛(11)과 동일한 방향으로 연장되는 조절 공간(16)과 연결될 수 있다. 그리고 조절 공간(16)의 측면에 제2 경로 유닛(12)이 연결될 수 있다. 조절 공간(16)의 내부에 원판 형상의 차단 디스크(15)가 설치될 수 있고, 차단 디스크(15)는 제1 유동 경로(11)의 차단에 적합한 구조를 가질 수 있다. 차단 디스크(15)는 벨로우즈 유닛(14)의 아래쪽 끝 부분에 결합될 수 있고, 벨로우즈 유닛(14)은 작동 하우징(13)에 의하여 작동될 수 있다. 구체적으로 작동 하우징(13)의 작동에 의하여 벨로우즈 유닛(14)이 상하로 이동되면서 차단 디스크(15)가 상하로 이동되면서 제1 경로 유닛(11)을 개폐시킬 수 있다. 구체적으로 차단 디스크(15)에 의하여 제1 경로 유닛(12)이 차단될 수 있고, 제1 경로 유닛(12)의 개방을 위하여 차단 디스크(15)가 벨로우즈 유닛(14)의 압축에 의하여 위쪽으로 이동될 수 있다. 이에 따라 제1 경로 유닛(11)이 열리면서 제2 경로 유닛(12)과 연결될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 차단 디스크(15)의 이동 거리는 제2 경로 유닛(12)의 내부 직경에 대응되고, 이에 의하여 제2 경로 유닛(12)의 입구 전체가 개방된다. 차단 디스크(15)가 위쪽으로 이동되면서 제2 경로 유닛(12)이 제1 경로 유닛(11)과 유체 이동이 가능하도록 연결될 수 있다. 차단 디스크(15)는 위쪽 방향으로 제2 경로 유닛(12)의 직경에 대응되는 거리만큼 이동될 수 있고, 이에 의하여 제2 경로 유닛(12)의 입구가 조절 공간(16)에 대하여 완전히 개방될 수 있다. 이와 같은 제2 경로 유닛(12)의 개방 구조에 의하여 유동 속도가 향상되면서 차단 디스크(15) 또는 벨로우즈 유닛(14)에 입자 또는 이와 유사한 이물질이 집적되는 것이 방지될 수 있다. 이와 같은 차단 디스크(15)의 이동을 위한 벨로우즈 유닛(14)은 용접 벨로우즈가 될 수 있다. 용접 벨로우즈는 성형 벨로우즈에 비하여 압축 및 신장 범위가 크면서 탄성 계수가 상대적으로 작다는 유연성(flexibility)을 가지므로 장착 및 분리가 용이하다는 장점을 가진다. 또한 진동 또는 충격 흡수 능력이 크면서 급격한 압력 변화에 대한 반응이 우수하다는 장점을 가진다. 이와 같은 용접 벨로우즈에 의하여 차단 디스크(15)가 제2 경로 유닛(12)의 직경에 해당하는 스트로크 거리를 가질 수 있다. 벨로우즈 유닛(14)은 다양한 구조를 가질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 2는 본 발명에 따른 밸브의 기하학적 구조의 실시 예를 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 제1 경로 유닛(11)과 제2 경로 유닛(12)은 동일 또는 유사한 구조를 가질 수 있다. 조절 공간(16)은 제1, 2 경로 유닛(11, 12)을 연결하면서 차단 디스크(15)의 이동 공간을 제공하는 기능을 가진다. 조절 공간(16)의 내부 직경(W1)은 제1, 2 경로 유닛(11, 12)의 내부 직경(W3)에 비하여 클 수 있고, 예를 들어 제1, 2 경로 유닛(11, 12)의 내부 직경의 1.2 내지 2.0배가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 작동 하우징(13)의 외부 직경(W2)은 조절 공간(16)의 내부 직경(W1)의 1.2 내지 2.0배가 될 수 있고, 제1 경로 유닛(11)의 중심으로부터 제2 경로 유닛(12)의 끝 부분에 이르는 수평 폭(W4)은 조절 공간(16)의 내부 직경(W1)의 1.2 내지 1.6배가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 밸브의 전체 길이(L1)는 제1 또는 제2 경로 유닛(11 또는 12)의 폭(W3)의 6배 내지 9배가 될 수 있고, 제1 경로 유닛(11)의 한쪽 끝으로부터 제2 경로 유닛(12)의 중심 사이의 거리(L2)는 제1 또는 제2 경로 유닛(11 또는 12)의 폭(W3)의 1.8배 내지 2.1배가 될 수 있다. 또한 제2 경로 유닛(12)의 중심으로부터 작동 하우징(13)의 끝 사이의 거리(L3)는 제1 또는 제2 경로 유닛(11 또는 12)의 5배 내지 6배가 될 수 있다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따르면, 차단 디스크(15)의 스트로크의 길이(SD)는 제2 경로 유닛(12)의 직경(W4)에 비하여 크고, 제2 경로 유닛(12)의 직경(W4)의 1.05 내지 1.2 배가 될 수 있다. 이와 같은 차단 디스크(15)의 스트로크의 길이(SD)에 의하여 제1 경로 유닛(11)이 열린 상태로 되면서 제2 경로 유닛(12)의 입구 전체를 통하여 유체가 유입되면서 제2 경로 유닛(12)과 연결될 수 있다.
차단 디스크(15)에 의하여 제1 경로 유닛(11)이 차단된 상태에서 유체의 누설이 방지될 필요가 있고 이를 위하여 차단 디스크(15)에 밀폐 링(21)이 결합될 수 있다. 밀폐 링(21)은 내밀도성, 내플라즈마성, 내화학성, 내열성, 내화학성 또는 이와 유사한 특성을 가질 수 있고 예를 들어 불소 엘라스토머(fluoroelastomer) 소재 또는 과불소 엘라스토머(Perfluoroelastomer) 소재의 오링(O-ring)이 될 수 있다. 밀폐 링(21)은 다양한 소재로 만들어질 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 밸브의 개폐 상태의 실시 예를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 작동 하우징(13)의 내부에 벨로우즈 유닛(14)의 작동을 위한 다양한 부품 또는 소자가 배치될 수 있고, 작동 하우징(13)의 작동에 따라 벨로우즈 유닛(14)이 상하로 이동될 수 있다. 도 3의 좌측 및 우측은 각각 벨로우즈 유닛(14)이 위쪽 방향으로 이동되는 상태 및 완전히 이동된 상태를 각각 나타낸 것이다. 벨로우즈 유닛(14)에 의하여 차단 디스크(15)가 완전히 이동된 상태에서 제2 경로 유닛(12)이 조절 공간(16)에 대하여 완전히 열린 상태가 된다는 것을 알 수 있다. 위에서 설명된 것처럼, 벨로우즈 유닛(14)은 용접 벨로우즈가 될 수 있다. 도 3의 아래쪽에 도시된 것은 벨로우즈 유닛(14)이 용접 벨로우즈가 되는 경우 다이아프램(32a, 32b)은 예를 들어 오스테나이트계 스테인리스 스틸 박판이 될 수 있고, 텅스텐 마이크로 아크 용접 방식으로 비드(31)가 형성될 수 있다. 비드(31)의 높이(H)는 다이아프램 두께의 1.5 내지 2.0이 되고, 비드 너비(W)는 다이아프램 두께의 2.0 내지 2.5배가 될 수 있다. 또한 비트 측면 돌출 길이(SL1, SL2)는 다이아프램 두께의 0.2 내지 0.5배가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 이와 같은 구조로 비드(31)가 형성되어 벨로우즈 유닛(14)이 안정적으로 탄성 변형이 될 수 있다. 비드(31)는 다양한 구조로 만들어질 수 있고 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.
도 4는 본 발명에 따른 밸브가 적용되는 실시 예를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 반도체 제조 공정을 위한 공정 챔버(41)에 슬라이드 도어(42)가 배치될 수 있고, 공정 챔버(41)에 배출 도관이 연결될 수 있다. 배출 도관에 공정 챔버(41)의 내부를 진공 상태로 만들기 위한 터보 펌프(45) 및 드라이 펌프(46)가 설치될 수 있고, 터보 펌프(45)는 제어 수단(451)에 의하여 작동될 수 있다. 가공 챔버(41)와 터보 펌프(45) 사이에 컨트롤러(431)에 의하여 작동이 제어되는 컨트롤 밸브(43) 및 게이트 아이솔레이션 밸브(44)가 설치될 수 있다. 또한 터보 펌프(45)와 드라이 펌프(46) 사이에 본 발명에 따른 밸브(10)가 설치될 수 있다. 또한 가공 챔버(41)와 본 발명에 따른 아이솔레이션 밸브(10)와 드라이 펌프(46)의 사이에 연결 배관이 형성될 수 있다. 그리고 연결 배관에 본 발명에 따른 아이솔레이션 밸브(10)와 동일 또는 유사한 구조를 가지는 게이트 아이솔레이션 밸브(47)가 설치될 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 아이솔레이션 밸브(10)는 반도체 공정 과정에 적용되어 플라즈마의 유동을 차단할 수 있다. 본 발명에 따른 아이솔레이션 밸브(10)는 다양한 산업 공정에 적용될 수 있고 이에 의하여 본 발명은 제한되지 않는다.
위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.
11: 제1 경로 유닛 12: 제2 경로 유닛
13: 작동 하우징 14: 벨로우즈 유닛
15: 차단 디스크 16: 조절 공간

Claims (5)

  1. 유체의 유동을 위한 제1 경로 유닛(11);
    제1 경로 유닛(11)과 유체 이동 가능하도록 연결되고 제1 경로 유닛(11)에 대하여 수직이 되는 방향으로 연장되는 제2 경로 유닛(12);
    제1 경로 유닛(11)을 차단시키면서 상하 이동에 의하여 제2 경로 유닛(12)으로 유체를 유도하는 차단 디스크(15); 및
    차단 디스크(15)를 상하로 이동시키는 벨로우즈 유닛(14)을 포함하는 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서, 차단 디스크(15)의 이동 거리는 제2 경로 유닛(12)의 내부 직경에 대응되고, 이에 의하여 제2 경로 유닛(12)의 입구 전체가 개방되는 것을 특징으로 하는 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브.
  3. 청구항 1에 있어서, 벨로우즈 유닛(14)은 용접 벨로우즈가 되는 것을 특징으로 하는 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브.
  4. 청구항 1에 있어서, 벨로우즈 유닛(14)의 스토로크(stroke)의 거리는 제2 유동 경로(13)의 내부 직경의 1.02 내지 1.2배가 되는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브.
  5. 청구항 1에 차단 디스크(15)에 결합된 불소 엘라스토머(fluoroelastomer) 소재의 오링(O-ring)을 더 포함하는 개방 확장성을 가진 아이솔레이션 밸브.
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