KR102323804B1 - 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기는 유로가 형성된 본체와, 상기 유로를 개폐시키는 플러그가 단부에 형성되며, 수직으로 이동가능하게 본체 내부에 설치되는 스템과, 상기 스템에 방사형으로 돌출형성되는 접극자와, 상기 접극자가 상하 방향으로 이동을 제한하는 수용공간을 형성시키는 요크와, 상기 요크 하부에 설치되어 상기 스템에 상하 방향의 탄성력을 제공하는 스프링과, 상기 요크 상부에 결합되어 상기 접극자에 일방향의 자기력을 제공하는 영구 자석과, 상기 영구 자석 상부에 설치되어, 상기 접극자에 일방향 및 역방향의 자기력을 제공하는 코일과, 상기 스템의 상부가 수용되며, 스템의 상하 이동을 가이드하는 가이드부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 것을 특징으로 한다.

Description

자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기{mass flow controller}

본 발명은 질량 유량 제어기에 관한 것으로서, 코일과 영구 자석의 자력을 조절하여 유량측정 및 제어할 수 있는 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기에 관한 것이다.

질량 유량 제어기(mass flow controller, MFC)는 장치를 통과하는 유체의 유량과 양을 설정하고, 측정 및 제어하는 장치이다.

유체는 예로써 임의의 종류의 기체, 증기 또는 액체를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.

질량 유량 제어기는 일반적으로 미리 정의된 유량 범위 내에서 유체의 유량을 매우 정밀하게 제어하도록 설계되고 캘리브레이션된다.

반도체 제조와 같은 일부 제조 공정은, 공정 챔버 또는 툴에 운반되고 있는 가스 또는 증기의 유체유량 및 양(질량)에 대한 정밀한 제어를 필요로 한다

이러한 질량 유량 제어기와 관련된 선행기술에는 출원번호 제10-2015-0063610호(출원일: 2015.05.07), 출원번호 제10-2020-7012422호(출원일:2018.10.01) 등이 있다.

이러한, 종래의 질량 유량 제어기는 유량의 신속하고, 정밀한 제어가 어렵ㄷ다는 문제점이 있다.

또한, 코일을 이용한 전자기력을 통해서 밸브의 개폐을 조절하는 솔레노이드 밸브는 밸브의 개폐에는 적합하나, 유체의 선형 제어에는 적합하지 않고, 개폐 동작 시 소음이 심하다는 단점이 있다.

본 발명에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기는 유량의 선형 제어가 가능하고, 정밀한 유량 제어가 가능한 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기는 유로가 형성된 본체와, 상기 유로를 개폐시키는 플러그가 단부에 형성되며, 수직으로 이동가능하게 본체 내부에 설치되는 스템과, 상기 스템에 방사형으로 돌출형성되는 접극자와, 상기 접극자가 상하 방향으로 이동을 제한하는 수용공간을 형성시키는 요크와, 상기 요크 하부에서 스템에 설치되는 스프링 가이드와, 상기 스프링 가이드 상하부에 각각 설치되는 상부 스프링과 하부 스프링을 통해서 상기 스템에 상하 방향의 탄성력을 제공하는 스프링과, 상기 요크 상부에 결합되어 상기 접극자에 일방향의 자기력을 제공하는 영구 자석과, 상기 영구 자석 상부에 설치되어, 상기 접극자에 일방향 및 역방향의 자기력을 제공하는 코일과, 상기 스템의 상부가 수용되며, 스템의 상하 이동을 가이드하는 가이드부를 포함하되, 상기 본체에 유로와 연통되도록 형성된 체결부에는 밀봉 캡이 결합되고, 상기 플러그가 접촉되는 유로에는 플러그 시트가 유로에 형성된 너트부에 볼팅 결합되어, 상기 밀봉 캡을 제거하여 외부에서 상기 플러그 시트를 조작가능한 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 유로의 출력측 압력을 센싱하도록 설치되는 차압센서와, 상기 차압센서를 통해서 상기 코일의 자기력을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기는 영구 자석의 자기력과, 코일의 전자기력을 통해서 스템에 설치된 접극자의 이동을 조절하여 유량의 선형 제어및 정밀 제어가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기를 도시하는 단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기의 작동예시도.
도 3은 도 2의 변화도.
도 4는 도 2의 변화도.
도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기를 도시하는 단면도.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시 예를 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기를 도시하는 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기는 본체(130), 스템(55), 접극자(40), 요크(80), 스프링(30), 영구 자석(20), 코일(10) 및 가이드부(60)를 포함한다.

먼저, 본체(130)는 유입측(P1) 및 유출측(P2)을 연결하는 유로가 형성되고, 유출측 유로에는 압력을 센싱하도록 설치되는 차압센서(120)가 설치되고, 상기 차압센서(120)를 통해서 상기 코일의 자기력을 조절하는 제어부(110)를 포함한다.

즉, 차압센서(120)를 통해서 유로의 압력 정보를 통해서 제어부(110)가 코일의 전자기력을 조절하여 유로의 개폐 및 개방량을 조절하게 되는 것이다.

다음으로, 스템(55)은 상기 유로를 개폐시키는 플러그(50)가 단부에 형성되며, 수직으로 이동가능하게 본체(130) 내부에 설치된다.

즉, 스템(55)의 수직이동을 통해서 유로의 개폐가 결정되는 것이다.

이러한 스템(55)에는 방사형으로 접극자(40)가 돌출형성되고, 상기 접극자(40)가 상하 방향으로 이동을 제한하는 수용공간(S)을 형성시키는 요크(70)를 상기 접극자(40)의 상하 스트로크가 결정된다.

다음으로, 스프링(30)은 상기 요크(70) 하부에 설치되어 상기 스템(55)에 상하 방향의 탄성력을 제공하고, 영구 자석(20)은 상기 요크(70) 상부에 결합되어 상기 접극자(40)에 일방향의 자기력을 제공하고, 코일(10)은 외부 전원을 통해서 전자기화 되며, 상기 영구 자석(20) 상부에 설치되어, 상기 접극자(40)에 일방향 및 역방향의 자기력을 제공하게 된다.

마지막으로, 가이드부(60)는 상기 스템(55)의 상부가 수용되며, 스템의 상하 이동을 가이드하며, 임의 레디얼 방향으로 편심되는 현상을 방지하게 된다.

이러한 구성의 본 발명에 따른 질량 유량 제어기의 작동 태양에 대해 살펴보기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기의 작동예시도이고, 도 3 내지 도 4는 도 2의 변화도이다.

도 2 내 4에 도시된 바와 같이 흰색 화살표는 영구 자석에 의해서 발생된 자속(magnetic flux)을 나타내며, 검은색 화살표는 전자기화된 코일에 의해서 발생된 자속을 나타낸다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이 영구 자석은 접극자(40)를 위쪽 위치로 놓이게 한다. 스템(55)에는 스프링 가이드(80)가 설치되고, 스프링 가이드(80)의 상하부에는 상부 스프링(32)과 하부 스프링(34)이 각각 설치된다.

이러한 상부 스프링(32)과 하부 스프링(34)은 좁은 면적에서 상당한 탄성력을 제공하기 위하여 접시 스프링을 이용하게 된다.

여기서, 위쪽 위치는 자기력이 스프링의 탄성력보다 크므로 스템이 상측으로 이동하여 유로가 열린 상태이다. 이 상태에서 유로를 닫기 위해서는 코일(10)에 전류가 공급되어야 한다.

도 3에 도시된 바와 같이 코일(10)에 전류가 공급되면, 영구 자석의 자속이 코일에 의한 자속에 의해서 일시적으로 상쇄되면, 스프링의 탄성력이 자기력보다 크게 되고, 접극자(40)는 상부 위치에서 떨어지고 스프링의 탄성력에 의해서 아래 방향으로 가속된다.(정확히는 상부 스프링(32)의 인장력과 하부 스프링의 압축력에 의해서)

이 경우 스템의 단부에 설치된 플러그가 하부에 이동되면서 유로의 개방 면적을 점점 줄이게 된다.

이러한 접극자(40)가 상항 이동 스트로크의 중립 위치를 지나게 되면, 전자기화된 코일은 역방향으로 전류가 인가된다.

이때, 도 4에 도시된 바와 같이 영구 자석과 전자기화된 코일은 접극자(40)를 아래쪽 위치로 접촉시키게 된다.

이러한 아래쪽 위치에서 위쪽 위치로 이동되는 경우에는 역순으로 작동하게 된다.

다음으로, 본 발명에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기의 다른 실시예에 대해 살펴보기로 한다.

가공물에 따라 발생하는 개폐량에 영향을 미치는 공차값과 스템의 이동거리에 따라 달라지는 유로 개폐량을 외부에서 쉽게 조정할 필요가 있다.

즉, 유체의 흐름량을 제어하고 유체의 흐름에 이상 현상이 발생하는 경우 분해하여 유지 및 보수가 가능하여야 하는 것이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 다른 일실시예에 따른 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기를 도시하는 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이 본체(100)에는 유로와 연통되는 체결부(131)가 형성되고, 상기 체결부(131)에는 밀봉 캡(52)이 오링(133)을 통해서 결합된 상태를 유지하게 된다.

즉 평상시에는 밀봉 캡이 결합된 상태로 유체가 흐르게 된다.

앞서 살펴본 바와 같이 플러그 시트(100)의 높이를 조절하여 스템의 이동 거리 편차를 조정하거나, 내부의 이상 흐름을 보수하기 위해서는 밀봉 캡(52)을 제거하고, 외부의 도구를 이용하여 플러그 시트(100)를 조작하여야 한다.

따라서, 플러그(50)가 접촉되는 유로에는 플러그 시트(100)가 너트부(51)를 통해서 볼팅 결합되고, 이러한 플러그 시트(100)는 본체(100)에 형성된 체결부(131)에 결합된 밀봉 캡(52)을 제거하여 외부에서 드라이버(D)를 통해서 쉽게 높이를 조작할 수 있도록 한 것이다.

이상과 같이 본 발명은 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기를 제공하는 것을 주요한 기술적 사상으로 하고 있으며, 도면을 참고하여 상술한 실시 예는 단지 하나의 실시 예에 불과하므로 본 발명의 진정한 범위는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.

10: 코일
20: 영구 자석
30: 스프링
32: 상부 스프링
34: 하부 스프링
40: 접극자
50: 플러그
51: 너트부
52: 밀봉 캡
55: 스템
60: 가이드부
70: 요크
80: 스프링 가이드
100: 플러그 시트
110: 제어부
120: 차압 센서
130: 본체
131: 체결부
133: 오링
D: 드라이버
S: 수용 공간
P1: 유입 유로
P2: 유출 유로

Claims (3)

1. 유로가 형성된 본체와;
   상기 유로를 개폐시키는 플러그가 단부에 형성되며, 수직으로 이동가능하게 본체 내부에 설치되는 스템과;
   상기 스템에 방사형으로 돌출형성되는 접극자와;
   상기 접극자가 상하 방향으로 이동을 제한하는 수용공간을 형성시키는 요크와;
   상기 요크 하부에서 스템에 설치되는 스프링 가이드와;
   상기 스프링 가이드 상하부에 각각 설치되는 상부 스프링과 하부 스프링을 통해서 상기 스템에 상하 방향의 탄성력을 제공하는 스프링과;
   상기 요크 상부에 결합되어 상기 접극자에 일방향의 자기력을 제공하는 영구 자석과;
   상기 영구 자석 상부에 설치되어, 상기 접극자에 일방향 및 역방향의 자기력을 제공하는 코일과;
   상기 스템의 상부가 수용되며, 스템의 상하 이동을 가이드하는 가이드부;를 포함하되,
   상기 본체에 유로와 연통되도록 형성된 체결부에는 밀봉 캡이 결합되고, 상기 플러그가 접촉되는 유로에는 플러그 시트가 유로에 형성된 너트부에 볼팅 결합되어,
   상기 밀봉 캡을 제거하여 외부에서 상기 플러그 시트를 조작가능한 것을 특징으로 하는 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유로의 출력측 압력을 센싱하도록 설치되는 차압센서와;
   상기 차압센서를 통해서 상기 코일의 자기력을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기 부상을 이용한 질량 유량 제어기.
   
3. 삭제

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