KR20130086967A

KR20130086967A - 유량 조정 장치

Info

Publication number: KR20130086967A
Application number: KR20130004319A
Authority: KR
Inventors: 히라이 카즈키; 이가라시 히로키
Original assignee: 사파스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2012-01-26
Filing date: 2013-01-15
Publication date: 2013-08-05
Also published as: JP5889649B2; EP2620678A3; KR101951698B1; EP2620678A2; US20130206254A1; US9304517B2; JP2013155755A; EP2620678B1

Abstract

내약품성이 뛰어난 수지제의 하우징을 이용하여, 폭넓은 온도범위에서 정확한 유량 조정이 가능한 유량 조정 장치를 제공한다. 수지제의 하우징과, 상기 하우징 내를 기체가 도입되는 기체실측과 유체가 통과하는 유체실측으로 분할하도록 상기 하우징 내에 지지되어, 상기 기체실측과 상기 유체실측과의 압력차에 의해 작동하는 다이어프램과, 상기 다이어프램과 일체로 동작하여 상기 유체실측으로 유도되는 상기 유체의 유량을 조정하는 밸브체를 구비하고, 상기 기체실측은, 상기 다이어프램에 대향한 유체실측의 대향면과의 사이에 상기 다이어프램을 협지하는 협지부재를 가지며, 상기 협지부재는 상기 기체실측의 내주벽에 나사부를 통해 결합된다.

Description

유량 조정 장치{FLOW AMOUNT CONTROL APPARATUS}

본 발명은, 예를 들면, 약액이나 순수(純水) 등의 유량을 제어하는 유량 조정 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 등을 제조하기 위한 약액이나 순수 등의 유체의 유량을 조정하기 위해 사용되는 유량 조정 장치는, 거기에 형성되어 있는 유로에 유체를 유통시키기 위해서 내약품성이 뛰어난 불소수지 등의 수지재료에 의해 형성된 하우징을 구비하고 있다.

그러나, 불소수지는 열팽창 등의 열변형이 크기 때문에, 조정 대상이 되는 유체가 단시간으로 온도변화하거나 외부의 환경온도변화가 발생한 때에는, 하우징이 열팽창하여 열변형된다. 그 때문에, 열변형에 의해 유로를 형성하고 있는 시일(seal)면에 다소의 어긋남이 발생하여 시일구조가 무너질 우려가 있다.

이러한 열변형을 억제하기 위해서, 특허문헌1에는, 수지제의 하우징 내에 하우징 재료보다도 열변형량이 작은 금속성 재료로 이루어진 형상유지수단을 구비하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 특개2004-162774호 공보

특허문헌1에 기재된 발명은, 유로를 통과하는 유체의 최고온도가 약100℃까지이고, 최근 요구되고 있는 약100℃ 이상의 유체를 사용한 경우에는, 불소수지로 이루어진 하우징의 열변형이 더욱 커지고, 금속성의 형상유지수단만으로는 하우징의 변형을 방지할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 내약품성이 뛰어난 수지제의 하우징을 이용하여, 폭넓은 온도범위에서 정확한 유량조정이 가능한 유량 조정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 형태에 따른 유량 조정 장치는, 수지제의 하우징과, 상기 하우징 내를 기체가 도입되는 기체실측과 유체가 통과하는 유체실측으로 분할하도록 상기 하우징 내에 지지되어, 상기 기체실측과 상기 유체실측의 압력차에 의해 작동하는 다이어프램(diaphragm)과, 상기 다이어프램과 일체로 동작하여 상기 유체실측으로 유도되는 상기 유체의 유량을 조정하는 밸브체를 구비하고, 상기 기체실측은 상기 다이어프램에 대향하는 상기 유체실측의 대향면(對向面)과의 사이에 상기 다이어프램을 협지(挾持)하는 협지부재를 가지며, 상기 협지부재는 상기 기체실측의 내주벽에 나사부를 통해 결합된다.

즉, 다이어프램에 대향하는 유체실측의 대향면과 기체실측에 형성된 협지부재와의 사이에 다이어프램을 형성하고, 협지부재를 기체실측의 내주벽에 나사부를 통해 결합하는 것으로 하였다. 이것에 의해, 수지제의 하우징에 열변형이 발생했을 때에도, 협지부재와 유체실측의 대향면과의 사이에 협지된 다이어프램을 하우징의 열변형에 추종시킬 수 있다. 그 때문에, 유로를 흐르는 유체의 온도변화나 설치환경의 온도변화 등에 의해 하우징이 열변형된 경우라도, 유체실측의 대향면과 다이어프램과의 당접(當接)면(시일면)에서의 시일구조를 유지할 수 있다. 따라서, 고온유체의 정확한 유량 조정이 가능하다.

본 발명의 제2 형태에 따른 유량 조정 장치는, 수지제의 하우징과, 상기 하우징 내를 기체가 도입되는 기체실측과 유체가 통과하는 유체실측으로 분할하도록 상기 하우징 내에 지지되어, 상기 기체실측과 상기 유체실측과의 압력차에 의해 작동하는 다이어프램과, 상기 다이어프램과 일체로 동작하여 상기 유체실측으로 유도되는 상기 유체의 유량을 조정하는 다이어프램 일체형 밸브체를 구비하고, 상기 액체실측은 상기 밸브체의 외주에 형성된 밸브체측 다이어프램에 대향한 상기 액체실측의 대향면과의 사이에, 상기 밸브체측 다이어프램을 협지하는 밸브체 구속(拘束) 부재를 가지며, 상기 밸브체 구속 부재는 상기 액체실측의 내주벽에 나사부를 통해 결합된다.

즉, 다이어프램에 대향한 액체실측의 대향면과, 액체실측에 형성된 밸브체 구속 부재와의 사이에 밸브체측 다이어프램을 형성하고, 밸브체 구속 부재를 액체실측의 내주벽에 나사부를 통해 결합하는 것으로 하였다. 이것에 의해, 수지제의 하우징에 열변형이 발생한 때라도, 밸브체 구속 부재와 액체실측의 대향면과의 사이에 협지된 밸브체측 다이어프램을 하우징의 열변형에 추종시킬 수 있다. 그 때문에, 유로를 흐르는 유체의 온도변화나 설치환경의 온도변화 등에 의해 하우징이 열변형된 경우라도 유체실측의 대향면과 밸브체측 다이어프램과의 당접면(시일면)에서의 시일구조를 유지할 수 있다. 따라서, 고온유체의 정확한 유량 조정이 가능하다.

본 발명의 상기 제1 또는 제2 형태에 따른 유량 조정 장치는, 상기 기체실측에 연통하여 상기 하우징의 측벽에 개구하는 미소(微小) 지름의 관통부를 갖는 구성으로 하여도 된다.

상기 구성에 따르면, 하우징의 측벽에 개구하여 기체실측으로 연통하는 미소 지름의 관통부를 형성함으로써, 기체실측 내에 도입된 기체의 일부는 미소 지름의 관통부로부터 하우징 바깥으로 도출된다. 이것에 의해, 기체실측 내에는 기체의 흐름이 생겨서 기체의 체류가 억제된다. 그 때문에, 유로를 흐르는 유체의 온도변화나 설치환경의 온도변화 등에 의해 다이어프램이 열을 갖는 경우라도, 기체실측 내에 생기는 기체의 흐름에 의해 다이어프램을 냉각할 수 있다. 또한, 다이어프램이 냉각됨으로써 그 입열(入熱)에 의해 하우징도 냉각되게 된다. 따라서, 유체실측의 대향면과 다이어프램과의 당접면(시일면)에서의 시일구조를 유지하여 보다 정확한 유체의 유량 조정이 가능하다.

본 발명의 제1 형태에 따른 유량 조정 장치에 의하면, 수지제의 하우징에 열변형이 생긴 경우라도, 협지부재와 유체실측의 대향면과의 사이에 협지된 다이어프램을 하우징의 열변형에 추종시킬 수 있다.

본 발명의 제2 형태에 따른 유량 조정 장치에 의하면, 수지제의 하우징에 열변형이 생긴 경우라도, 밸브체 구속 부재와 액체실측의 대향면과의 사이에 협지된 액체측 다이어프램을 하우징의 열변형에 추종시킬 수 있다.

그 때문에, 본 발명에 의하면, 유로를 흐르는 유체의 온도변화나 설치환경의 온도변화 등에 의해 하우징이 열변형된 경우라도, 유체실측의 대향면과 다이어프램과의 당접면(시일면)에서의 시일구조나 액체실측의 대향면과 밸브체측 다이어프램과의 당접면(시일면)에서의 시일구조를 유지할 수 있다. 따라서, 고온유체의 정확한 유량 조정이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 유량 조정 장치의 구성을 도시한 분해도.
도 2는 도 1에 도시한 유량 조정 장치의 밸브 개방도(開度)가 완전폐쇄 상태인 경우에서의 유량 조정 장치의 종단면 개략 구성도.
도 3은 도 1에 도시한 유량 조정 장치의 밸브 개방도가 완전개방 상태인 경우에 서의 유량 조정 장치의 종단면 개략 구성도.
도 4는 도 2에 도시한 밸브 개방도가 완전폐쇄 상태인 경우에서의 유량 조정 장치의 Ａ부의 부분 확대 구성도.
도 5는 도 1에 도시한 다이어프램의 확대도.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 유량 조정 장치의 종단면 개략 구성도이다.

이하, 본 발명의 일실시형태에 따른 유량 조정 장치의 구성에 대해서, 도 1에 도시하는 분해도와, 도 2 및 도 3에 도시하는 종단면 개략 구성도와, 도 4에 도시하는 부분 확대 구성도와, 도 5에 도시하는 다이어프램의 확대도를 이용하여 설명한다. 또한, 여기서, 도 2는 유량 조정 장치의 밸브 개방도가 완전폐쇄 상태인 경우를 나타내고, 도 3은 유량 조정 장치의 밸브 개방도가 완전개방 상태인 경우를 나타낸다.

도 1에 도시한 바와 같이, 유량 조정 장치(1)는, 반도체 등을 제조하기 위한 약액이나 순수 등의 유체의 유량을 조정하기 위해 이용되는 것으로, 유체의 공급 라인(도시생략)상에 설치되는 것이며, 일반적으로 레규레이터라고도 불리고 있는 것이다.

유량 조정 장치(1)의 외관 형상을 이루고 있는 하우징(10)은, 3개의 각 하우징(10a,10b,10c)을 조합하여 관통볼트(17)(도2 참조)를 이용하여 체결함으로써 구성되어 있다. 이 중, 하우징(10b)은 내약품성이 뛰어난 불소수지에 의해 형성되고, 예를 들면 PTFE나 PFA 등의 재료가 사용되고 있다. 또한, 하우징(10a,10c)에는 예를 들면 PVDF나 PFA 등의 재료가 사용되고 있다.

하우징(10)을 구성하고 있는 각 하우징(10a,10b,10c)에 대해서 설명하면, 하부 하우징(10a)은 PVDF나 PFA 등으로 이루어진 유량 조정 장치(1)의 토대부분이다. 또한, 하부 하우징(10a)의 윗쪽에 위치하고 있는 중간 하우징(10b)은 입구포트(21), 출구포트(24), 제1 공간(22), 제2 공간(23), 중간유로(25)에 의해 구성되어 있는 유로 등을 가지고 있으며, 내약품성이 뛰어난 PTFE나 PFA수지로 이루어진 유량 조정 장치(1)의 중간부분이다.

또한, 중간 하우징(10b)의 윗쪽에 위치하고 있는 상부 하우징(10c)은, 다이어프램(35)을 중간 하우징(10b)에 고정하는 서포트 너트(support nut)(협지부재)(41)를 중간 하우징(10b)측에 압착하는 동시에, 서포트 너트(41) 및 그 내주측에 형성되는 캡 너트(cap nut)(42)의 윗쪽에 압력실(기체실측)(12)이나, 압력실(12)에 조작용 공기(기체)를 공급하는 조작포트(13) 등을 갖는 PVDF나 PFA 수지로 이루어지는 유량 조정 장치(1)의 윗쪽부분이다.

여기서, 중간 하우징(10b)의 내부에는, 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, 입구포트(21)에 연통하는 개구면(11a)을 갖는 밸브시트(弁座;11)와, 밸브시트(11)의 개구면(11a)에 대하여 연직방향(도 2에서 상하방향)으로 이동하는 밸브체(31)와, 중간 하우징(10b)의 상단에 형성되어 있는 서포트 너트 수용부(40)(도1 참조)에 결합하는 다이어프램(35)과, 밸브체(31)를 밸브시트(11)에 압착되는 스프링(36)이 주로 구비되어 있다.

중간 하우징(10b)에 형성되어 있는 유로는, 입구포트(21)에서 밸브체(31)까지 연통하는 제1 공간(22)(일반적으로 「밸브실」이라고 함)과, 밸브시트(11)와 서포트 너트 수용부(40)(도1 참조)의 저면(40a)과의 사이에 위치하는 제2 공간(23)과, 서포트 너트 수용부(40)의 저면(40a)과 다이어프램(35)의 하면과의 사이에 형성되어 있는 유체측 공간부(유체실측)(29)와, 유체측 공간부(29)에서 출구포트(24)까지 연통하는 중간유로(25)와, 제2 공간(23)과 중간유로(25)와의 사이의 중간 하우징(10b)의 일부에 설치되고, 제2 공간(23)과 중간유로(25)와의 사이를 접속하고 있는 접속유로(30)에 의해 구성되어 있다.

중간 하우징(10b)의 상단면에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 중간 하우징(10b)의 상단으로부터 아래쪽을 향해서 우묵하게 들어가도록 서포트 너트 수용부(40)가 형성되어 있다. 서포트 너트 수용부(40)의 내주벽에는 나사(도시생략)가 형성되어 있고, 서포트 너트(41)의 외주벽에 형성되어 있는 나사(도시생략)와 결합함으로써 나사부(53)(도2 참조)가 형성되며, 서포트 너트 수용부(40)에 서포트 너트(41)를 수용할 수 있게 된다.

서포트 너트 수용부(40)에 수용되어 있는 서포트 너트(41)는 링 형상으로 되어 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 링 형상의 서포트 너트(41)의 내주측에는, 캡 너트(42)가 수용되어 있다. 또한, 서포트 너트(41)의 외주벽에는, 전술한 서포트 너트 수용부(40)의 내주벽에 형성되어 있는 나사와 결합되는 나사가 형성되어 있다. 이 서포트 너트(41)는, 온도 특성이나 기계적 특성이 뛰어난 수지재료로 구성되어 있는 것이 바람직하고, 바람직한 수지재료로서는 예를 들면 PFA, PCTFE, PEEK 등이 있다.

서포트 너트(41)의 내주측에 수용되어 있는 캡 너트(42)의 하단면에는, 다이어프램(35)에 설치되어 있는 볼록부(35a)를 수용할 수 있는 오목부(42a)(도1 참조)가 형성되어 있다. 오목부(42a)는, 그 내주벽에 나사(도시생략)가 형성되어 있고, 볼록부(35a)의 외주벽에 형성되어 있는 나사(도시생략)와 결합된다.

여기서, 캡 너트(42)의 높이(유량 조정 장치(1)의 축방향의 길이)는, 서포트 너트 수용부(40)의 깊이(유량 조정 장치(1)의 축방향의 길이)보다도 짧은 것으로 되어 있다. 그 때문에, 캡 너트(42)의 상단면과 상부 하우징(10c)의 하단면과의 사이에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 기체측 공간부(기체실측)(28)가 형성되게 된다. 이 기체측 공간부(28)는 중간 하우징(10b)의 윗쪽에 상부 하우징(10c)이 설치된 경우에 압력실(12)과 연통하게 된다.

서포트 너트(41)의 하단면 및 캡 너트(42)의 하단면과, 서포트 너트 수용부(40)의 저면(40a)과의 사이에는 다이어프램(35)이 형성되어 있다.

여기서, 본 실시형태에서의 다이어프램(35)의 상세한 구성에 대해서 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다.

다이어프램(35)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 서포트 너트(41)의 하단면 및 캡 너트(42)의 하단면과 서포트 너트 수용부(40)(도1 참조)의 저면(40a)과의 사이에 위치하며, 서포트 너트 수용부(40) 내에 수용가능한 크기로 되어 있다.

또한, 다이어프램(35)의 상면에는 후술하는 투과 방호(防護) 시트(43)가 형성되어 있다.

다이어프램(35)은, 전술한 유체측 공간부(29)와 기체측 공간부(28)와의 사이에 압력차가 생긴 경우에 그 상면에 외력이 가해지고, 후술하는 박막부(35c)를 변위시켜서 다이어프램 기부(기부;基部)(35b)가 연직방향(도4에서 상하방향)으로 이동한다. 이와 같이 다이어프램 기부(35b)가 이동함으로써, 다이어프램(35)에 당접하는 밸브체(31)가 연직방향으로 이동한다. 이것에 의해, 유량 조정 장치(1)의 유로를 통과하는 유체의 유량이 조정된다.

다이어프램(35)은, 예를 들면 PTFE나 PFA 등의 수지재료에 의해 성형되고, 그 외경(外徑)은 서포트 너트 수용부(40)(도1 참조)의 내경(內徑)과 거의 동일한 거의 원반형상으로 되어 있다. 다이어프램(35)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 거의 중앙부에 형성되어 있는 다이어프램 기부(35b)와, 다이어프램 기부(35b)의 외주 가장자리부에 형성되어 있는 고리형상의 박막부(35c)와, 박막부(35c)의 외주단(外周端)에 형성되어 있는 두꺼운 외주단부(35d)를 가지고 있다. 한편, 박막부(35c)는 다이어프램 기부(35b)보다도 얇은 막으로 되어 있고, 외주단부(35d)는 박막부(35c)보다도 두껍게 되어 있다.

다이어프램 기부(35b)의 상면측의 거의 중앙부에는 윗쪽을 향해서 돌출되어 있는 볼록부(35a)가 형성되어 있다. 또한, 다이어프램 기부(35b)에 형성되어 있는 불록부(35a)의 하면측에는 윗쪽을 향해서 우묵하게 들어가 있는 오목부(35e)가 형성되고 있으며, 별브체(31)의 돌출부(31a)(도4 참조)를 삽입할 수 있게 되어 있다.

유량 조정 장치(1)의 밸브 개방도가 완전개방 상태인 경우에는, 도 3에 도시한 바와 같이, 다이어프램(35)의 박막부(35c)의 하면 및 다이어프램 기부(35b)의 하면이 저면(40a)에 당접하고, 다이어프램 기부(35b)의 하면과 저면(40a)과의 사이에는 유체측 공간부(29)가 형성되지 않게 된다.

여기서, 서포트 너트 수용부(40)는, 예를 들면 도 4에 도시한 바와 같이, 저면(40a)의 반경방향 거의 외측에 단차부(40c)가 형성되고, 이 단차부(40c)보다도 반경방향 거의 내측의 저면(40a)은, 단차부(40c)보다 거의 외측의 저면(40a)보다도 아래쪽으로 우묵하게 들어가 있다.

단차부(40c)보다 반경방향 거의 내측의 저면(40a)에는 보호형상(유지형상)(40d)이 형성되어 있다. 이 보호형상(유지형상)(40d)은 기체측 공간부(28)로 유도된 조작용 공기의 압력에 대하여 다이어프램(35)의 박막부(35c)가 아래쪽으로 변형되었을(휘어졌을) 때, 박막부(35c)의 아래쪽으로의 다른 변형을 억제하여 박막부(35c)의 형상을 유지할 수 있으며, 또한, 박막부(35c)의 형상에 따른 매끈한 형상을 가지고 있다.

또한, 다이어프램(35)을 형성하고 있는 두꺼운 외주단부(35d)의 일부에는, 예를 들면 도 5에 도시한 바와 같이, 그 반경방향 내측에서 외측(도 5에서 우측에서 좌측)을 향해서 관통하는 가스 배출용 구멍(35g)이 형성되어 있다. 이 가스 배출용 구멍(35g)의 일단은, 도 4에 도시한 바와 같이, 서포트 너트 수용부(40)로부터 중간 하우징(10b)의 반경방향 외측을 향해서 관통하는 투과가스 배출용 구멍(26)에 연통하고 있다.

이 가스 배출용 구멍(35g)은, 불산이나 초산 등 가스 투과성이 있는 약액을 통과시킨 경우, 유체측 공간부(29)를 통과한 유체가 휘발함으로써 생기는 부식성 가스가 다이어프램(35)의 박막부(35c)를 투과했을 때, 유량 조정 장치(1) 밖으로 배기하기 위해서 형성되어 있다.

다이어프램(35)의 상면에는, 박막으로 이루어진 박막부(35c)를 보강하여, 박막부(35c)의 형상에 따른 형태로 성형되어 있는 투과 방호 시트(43)가 형성되어 있다. 투과 방호 시트(43)는 그 재질에 유연성이 풍부한 고무판이 채용되고, 유체측 공간부(29)를 유동하는 유체(불산이나 초산 등의 약액)로부터 생기는 부식성 가스가 박막부(35c)를 투과했을 때, 유체측 공간부(29)에서 기체측 공간부(28)로 유입되는 것을 방지하는 역할을 한다. 또한, 투과 방호 시트(43)는 유체측 공간부(29)를 유동하는 유체의 압력에 대한 박막부(35c)의 변형을 충분히 확보하면서, 이 변형에 있어서의 박막부(35c)의 강도를 높게 유지하는 역할도 한다.

투과 방호 시트(43)는, 다이어프램(35)의 형상에 맞춰서 중앙부분이 빠진 원반형상으로 되어 있고, 투과 방호 시트(43)의 상면측의 외주단 및 내주단에는, 서포트 너트(41) 및 캡 너트(42)의 각 하단면이 당접하고 있다. 또한, 투과 방호 시트(43)의 하면측의 외주단은 다이어프램(35)의 외주단부(35d)의 상면에 당접하고 있다. 이것에 의해, 투과 방호 시트(43)의 외주단 및 다이어프램(35)의 외주단부(35d)는, 서포트 너트(41)와 서포트 너트 수용부(40)의 저면(40a)과의 사이에 협지되게 된다.

여기서, 서포트 너트(41)의 내주벽과 캡 너트(42)의 외주벽과의 사이는, 기밀(氣密)로 되어 있지 않기 때문에, 이들 사이로부터 유동한 기체측 공간부(28)로부터의 조작용 공기가 투과 방호 시트(43)의 상면으로 유동하게 된다.

서포트 너트(41)의 하단면에는, 유체측 공간부(29)로 유입된 유체의 압력에 대하여 다이어프램(35)의 박막부(35c) 및 박막부(35c)의 상면에 형성된 투과 방호 시트(43)가 윗쪽으로 변형되었을(휘어졌을) 때, 박막부(35c) 및 투과 방호 시트(43)의 윗쪽으로의 다른 변형을 억제하여 이들의 형상을 유지하는 것이 가능하고, 또한, 박막부(35c) 및 투과 방호 시트(43)의 형상에 따른 매끈한 보호형상(유지형상)(41a)이 형성되어 있다.

이와 같이 다이어프램(35)을 중간 하우징(10b)의 상단과의 사이에 협지하는 서포트 너트(41) 및 캡 너트(42)를 끼워서 반대측, 즉, 서포트 너트(41) 및 캡 너트(42)의 윗쪽에 도 2에 도시한 바와 같이 상부 하우징(10c)을 형성함으로써, 밀폐된 기체측 공간부(28) 및 압력실(12)이 형성된다. 이 기체측 공간부(28)는 상부 하우징(10c)에 형성되어 있는 압력실(12)에 연통하고, 압력실(12)은 상부 하우징(10c)의 측벽에 형성되어 있는 조작포트(13)에 연통한다.

상부 하우징(10c)에는, 압력실(12)로부터 반경방향 외측을 향해서 연장되어 상부 하우징(10c)의 측벽으로 개구하는 오리피스(orifice;33)가 형성되어 있다. 오리피스(33)는, 예를 들면, 조작포트(13)의 축방향의 연장선상에 형성되어 있다. 오리피스(33)는, 그 내경이 예를 들면 0.2mm정도이고, 상부 하우징(10c)의 압력실(12)에 공급되는 조작용 공기의 일부를 상부 하우징(10c) 바깥으로 도출(퍼지)하는 것이다. 한편, 오리피스(33)로부터 도출되는 조작용 공기의 유량은 극히 적으며, 유량 조정 장치(1)에 의한 유체의 유량 조정에 영향을 미치지 않는 정도로 되어 있다.

중간 하우징(10b)에 형성되는 밸브체(31)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 그 말단(하단) 근방의 외주부에 다이어프램(밸브체측 다이어프램)(45)이 일체로 형성되어 있다. 다이어프램 일체형의 밸브체(31)는 그 상단에 돌출부(31a)를 가지고 있다.

밸브체(31)에 일체로 형성되어 있는 다이어프램(45)은, 밸브체(31)로부터 반경방향 외측을 향해서 박막부(45c)와, 그 외주단에 박막부(45c)보다도 두꺼운 외주단부(45d)와, 외주단부(45d)의 상면에 형성되어 윗쪽으로 돌출한 고리형상의 고리형상 볼록부(45f)를 가지고 있다.

다이어프램(45)은, 그 외경이, 중간 하우징(10b)의 하단에 형성되어 있는 다이어프램 삽입홈(46)의 내경과 거의 동일하게 되어 있다. 다이어프램(45)은, 중간 하우징(10b)의 아래쪽으로부터 다이어프램 삽입홈(46)으로 삽입되어 수용될 때, 다이어프램(45)에 형성되어 있는 고리형상 볼록부(45f)가 다이어프램 삽입홈(46)의 상면의 외주단에 형성되어 있는 고리형상의 고리형상 오목부(46b)에 끼워맞춰진다. 이러한 밸브체(31)의 말단에는 아래쪽에서 스프링 폴더(47)가 형성되게 된다.

밸브체(31)의 말단에는 아래쪽에서 스프링 폴더(47)가 형성되게 된다. 스프링 폴더(47)의 상면에는, 밸브체(31)에 일체로 형성되어 있는 다이어프램(45)이 제1 공간(22)을 유동하는 유체에 의해 변형되었을 때, 다이어프램(45)의 박막부(45c)의 다른 변형을 억제하여 박막부(45c)의 형상을 유지할 수 있는 보호형상(47a)이 형성되어 있다.

스프링 폴더(47)의 상면측의 거의 중앙부에는, 아래쪽을 향해서 우묵하게 들어가 있는 오목부(47b)가 형성되어 있고, 밸브체(31)의 말단을 삽입할 수 있도록 되어 있다. 또한, 스프링 폴더(47)에는 측벽의 도중에 단차부(47c)가 형성되어 있고, 단차부(47c)로부터 아래쪽의 측벽은 단차부(47c)로부터 윗쪽의 측벽보다도 외경이 작아진다. 이 단차부(47c)로부터 아래쪽의 스프링 폴더(47)의 외주에는 스프링(36)이 형성되게 된다.

단차부(47c)로부터 아래쪽의 측벽의 외주에 스프링(36)이 형성된 스프링 폴더(47)에는, 스프링 폴더(47)의 하단측에서 밸브체 구속 부재(49)가 형성된다. 밸브체 구속 부재(49)는, 하부 하우징(10a)보다도 온도 특성이나 기계적 특성이 뛰어난 수지재료로 구성되어 있는 것이 바람직하고, 바람직한 수지재료로서는 예를 들면 PFA, PCTFE, PEEK 등이 있다.

통(筒)형상의 밸브체 구속 부재(49)는, 그 내주벽과 내주벽에 형성되는 스프링 폴더(47)와의 사이에 스프링(36)이 유지가능하도록 되어 있고, 밸브체 구속 부재(49)의 외주벽의 도중 위치에는 단차부(49a)가 형성되어 있다. 밸브체 구속 부(49)는, 단차부(49a)보다도 윗쪽의 외경이 단차부(49a)보다도 아래쪽의 외경보다 작은 것으로 되어 있다. 단차부(49a)보다도 윗쪽의 밸브체 구속 부재(49)는, 중간 하우징(10b)의 다이어프램 삽입홈(46)에 다이어프램(45)이 수용된 후, 아래쪽으로부터 다이어프램 삽입홈(46)으로 삽입되어 다이어프램 삽입홈(46) 내에 수용가능하도록 되어 있다.

단차부(49a)보다도 아래쪽의 밸브체 구속 부재(49)의 외주벽에는 나사(도시생략)가 형성되어 있다. 밸브체 구속 부재(49)는, 그 외주벽에 형성되어 있는 나사와, 중간 하우징(10b)의 하단에 접속되어 있는 고리형상의 하부 나사부(48)의 내주벽에 형성되어 있는 나사(도시생략)가 결합됨으로써, 하부 나사부(48)의 내측에 수용할 수 있도록 되어 있다.

중간 하우징(10b)의 하단에는 아래쪽에서 윗쪽을 향해서 하부 하우징(10a)이 형성된다. 하부 하우징(10a)의 상면에는 아래쪽을 향해서 우묵하게 들어가 있는 오목부(50)가 형성되어 있다. 오목부(50)는, 그 내경이, 중간 하우징(10b)의 하단에 형성되어 있는 하부 스크류부(48)의 외경과 거의 동일하게 되어 있다. 또한, 오목부(50)의 저면(50a)의 거의 중앙부에는, 밸브체 구속 부재(49)의 내주측에 스프링(36)이 수용되었을 때, 스프링(36)의 하단을 수용할 수 있는 스프링홈부(51)가 형성되어 있다.

하부 하우징(10a)의 오목부(50)에 중간 하우징(10b)의 하부 스크류부(48)를 수용하고, 오목부(50)의 저면(50a)에 형성되어 있는 스프링홈부(51)에 밸브체 구속 부재(49)의 아래쪽으로부터 돌출된 스프링(36)의 하단을 수용함으로써, 중간 하우징(10b)의 하단에 하부 하우징(10a)이 형성되게 된다.

이와 같이, 중간 하우징(10b)에 하부 하우징(10a)을 형성함으로써, 스프링(36)은 전술한 바와 같이, 스프링 폴더(47)의 단차부(47c)와 하부 하우징(10a)의 저면(50a)과의 사이에 배치되고, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 밸브체(31)를 아래쪽에서 윗쪽, 즉, 밸브시트(11)를 향해서 압착시킬 수 있다.

밸브체(31)를 밸브시트(11)를 향해서 압착시킬 수 있는 하부 하우징(10a)에는, 도 1에 도시한 바와 같이, 스프링홈부(51)로부터 반경방향 외측을 향해서 관통하는 오리피스(52)가 형성되어 있다. 또한, 하부 하우징(10a)에는, 그 측벽에 스프링홈부(51)에 연통하여 공기 등이 유통하는 입구포트(도시생략)가 형성되어 있다.

이 입구포트에 공기를 유통시켜서 스프링홈부(51)를 통해 오리피스(52)로부터 하부 하우징(10a) 바깥으로 공기를 퍼지한다. 이것에 의해, 제1 유로(22)를 유통하는 유체에 의한 밸브체(31), 스프링 폴더(47) 및 밸브체 구속 부재(49)의 입열을 냉각할 수 있다.

이와 같이 구성되어 있는 유량 조정 장치(1)에 의한 유체의 유량 조정 방법에 대해서, 도 2에서 도 5를 이용하여 설명한다.

먼저, 도 2에 도시한 바와 같이, 유량 조정 장치(1)의 밸브 개방도가 완전폐쇄 상태에 있어서, 유체의 공급라인으로부터 유량 조정 장치(1)의 입구포트(21)로 유체를 도입한다. 입구포트(21)로 도입된 유체는, 밸브체(31)가 밸브시트(11)에 당접하고 있기 때문에 제1 공간(22)에 채워지게 된다.

다음에, 상부 하우징(10c)에 형성되어 있는 조작포트(13)로부터 조작용 공기를 공급한다. 이것에 의해, 상부 하우징(10c)에 형성되어 있는 압력실(12) 및 압력실(12)에 연통하는 기체측 공간부(28)가 가압된다. 압력실(12) 및 기체측 공간부(28)가 가압됨으로써, 다이어프램(35)이 중간 하우징(10b)의 아래쪽에 형성되어 있는 스프링(36)의 탄성력을 능가하는 힘을 얻어서 아래쪽으로 눌려진다. 그 때문에, 다이어프램(35)을 통해 밸브체(31)가 밸브시트(11)로부터 이간된다. 밸브체(31)가 밸브시트(11)로부터 이간됨으로써, 밸브시트(11)의 개구면(11a)이 개구하여 제1 공간(22)에 채워진 유체가 제2 공간(23)으로 유입된다.

밸브체(31)의 연직방향에서의 이동거리는, 압력실(12) 및 기체측 공간부(28)의 가압의 정도에 따라서 변화된다. 그 때문에, 가압의 정도에 따라서 유량 조정 장치(1)의 밸브 개방도가 조정되게 된다. 이와 같이 밸브 개방도를 조정함으로써, 밸브시트(11)의 개구면(11a)을 통과하는 유체의 유량이 변화하게 된다.

압력실(12) 및 기체측 공간부(28)를 가압하여 유체의 유량을 조정할 때에는, 전술한 바와 같이 다이어프램(35)이 아래쪽으로 눌려진다. 즉, 도 4에 도시하는 다이어프램(35)의 다이어프램 기부(35b) 및 박막부(35c)의 상면에 조작용 공기의 압력이 작용하여, 다이어프램 기부(35b) 및 박막부(35c)가 아래쪽으로 이동한다.

개구면(11a)을 통과한 유체는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제2 공간(23)에서 유체측 공간부(29)로 유입된다. 유체측 공간부(29)로 유입된 유체는 다시 중간유로(25)로 유동된다. 여기서, 제2 공간(23)과 중간유로(25)와의 사이의 중간 하우징(10b)에는, 전술한 바와 같이, 접속유로(30)가 형성된다.

이 접속유로(30)는, 밸브체(31)의 외주에 고리형상으로 형성되어 있는 제2 공간(23)의 둘레방향의 일부와 중간유로(25)와의 사이를 관통하도록 형성되어 있다.이와 같이 형성되어 있는 접속유로(30)의 유량 조정 장치(1)의 축방향의 길이는, 제2 공간(23)의 유량 조정 장치(1)의 축방향의 길이와 거의 동일하게 되어 있다. 제2 공간(23)으로 유입된 유체의 일부는, 제2 공간(23)에서 접속유로(30)를 거쳐 중간유로(25)로 유동된다.

유체측 공간부(29) 및 접속유로(30)에서 중간유로(25)로 유동된 유체는, 출구포트(24)를 향해서 유동되어 송출된다. 이것에 의해, 유량 조정 장치(1)에서의 유체의 유량 조정이 행해지게 된다.

본 실시형태와 같은 유량 조정 장치(1)에 의해 유량이 조정되는 유체로서, 예를 들면 180℃, 500kPa의 고온고압의 유체를 이용한 경우에는, 이러한 유체가 중간 하우징(10b)에 형성되어 있는 각 유로(21, 22, 23, 24, 25, 29, 30)를 통과함으로써 중간 하우징(10b)이 열변형하려고 한다.

여기서, 도 2에 도시한 바와 같이, 다이어프램(35)은, 서포트 너트(41)와 중간 하우징(10b)에 형성되어 있는 서포트 너트 수용부(40)(도1 참조)의 저면(40a)과의 사이에 협지되어 있고, 서포트 너트(41)와 서포트 너트 수용부(40)가 나사부(53)에서 결합되어 있으므로, 중간 하우징(10b)이 열변형된 경우에는 중간 하우징(10b)의 변위하는 움직임과 함께 다이어프램(35)이 추종한다.

또한, 상부 하우징(10c)에는 압력실(12)에 공급된 조작용 공기의 일부를 퍼지하는 오리피스(33)가 형성되어 있다. 이 오리피스(33)로부터 압력실(12) 내에 공급된 조작용 공기의 일부를 상부 하우징(10c) 바깥으로 퍼지함으로써, 압력실(12) 및 압력실(12)에 연통되어 있는 기체측 공간부(28) 내에 공기의 흐름이 생긴다. 그 때문에, 압력실(12) 및 기체측 공간부(28) 내의 기체의 체류를 억제할 수 있다.

이와 같이, 압력실(12) 및 기체측 공간부(28) 내의 기체의 체류가 억제되어 압력실(12) 및 기체측 공간부(28) 내에 공기의 흐름이 생김으로써, 유체측 공간부(29)로 유도된 유체의 열에 의한 다이어프램(35) 및 투과 방호 시트(43)의 입열이 냉각된다. 또한, 다이어프램(35) 및 투과 방호 시트(43)가 냉각됨으로써, 냉각된 입열이 중간 하우징(10b)에 전달되어 중간 하우징(10b)도 냉각할 수 있다.

다음에, 밸브 개방도를 증가시켜서 유량 조정 장치(1)가 완전개방 상태가 된 경우에 대해서 도 3을 이용하여 설명한다.

도 3에 도시한 바와 같이 유량 조정 장치(1)의 밸브 개방도가 완전개방 상태가 된 경우에는, 다이어프램(35)의 다이어프램 기부(35b)가 중간 하우징(10b)의 저면(40a)에 당접한다.

다이어프램 기부(35b)가 저면(40a)에 당접하기 때문에, 제2 공간(23)과 유체측 공간부(29)가 연통하지 않게 된다. 그 때문에, 유체측 공간부(29)에는 유체가 유동하지 않게 되어 유체측 공간부(29)에서 중간유로(25)로의 유체의 유동이 정지한다.

그러나, 유량 조정 장치(1)는, 중간 하우징(10b)의 일부에 접속유로(30)가 형성되어 있기 때문에, 제2 공간(23)으로 유입된 유체가 제2 공간(23)에서 접속유로(30)를 거쳐 중간유로(25)로 유동된다. 이와 같이 하여 접속유로(30)가 형성됨으로써, 유량 조정 장치(1)의 밸브 개방도가 완전개방 상태가 되어 다이어프램 기부(35b)가 저면(40a)에 당접한 경우라도, 최대유량(밸브 개방도가 완전개방 상태인 경우의 유체의 유량)을 출구포트(24)를 향해서 유동하여 송출할 수 있다.

이상과 같이, 본 실시형태에 따른 유량 조정 장치(1)에 의하면, 이하의 작용 효과를 나타낸다.

다이어프램(35)에 대향하는 유체측 공간부(유체실측)(29)를 형성하고 있는 서포트 너트 수용부(40)의 저면(대향면)(40a)과 기체측 공간부(기체실측)(28)에 형성되어 있는 서포트 너트(협지부재)(41)와의 사이에 다이어프램(35)을 형성하고, 서포트 너트 수용부(40)의 내주벽에 나사부(53)를 통해 서포트 너트(41)를 결합하는 것으로 하였다. 이것에 의해, 수지제의 중간 하우징(하우징)(10b)에 열변형이 생긴 경우라도, 서포트 너트(41)와 유체측 공간부(29)를 형성하고 있는 저면(40a)과의 사이에 협지되어 있는 다이어프램(35)을 중간 하우징(10b)의 열변형에 추종시킬 수 있다. 그 때문에, 유로(21, 22, 23, 24, 25, 29, 30)를 흐르는 유체의 온도변화나 설치환경의 온도변화 등에 의해 하우징(10)이 열변형된 경우라도, 유체측 공간부(29)를 형성하고 있는 서포트 너트 수용부(40)의 저면(40a)과 다이어프램(35)과의 당접면(시일면)에서의 시일구조를 유지할 수 있다. 따라서, 고온유체의 정확한 유량 조정을 행할 수 있다.

상부 하우징(하우징)(10c)의 측벽에 개구하여 압력실(12)에 연통하는 미소지름의 오리피스(관통부)(33)를 형성함으로써, 압력실(12) 내에 도입된 조작용 공기(기체)의 일부가 오리피스(33)에서 상부 하우징(10c) 바깥으로 도출된다. 이것에 의해, 압력실(12) 내에는 조작용 공기의 흐름이 생겨서 조작용 공기의 체류가 억제된다. 여기서, 압력실(12)에 공급된 조작용 공기는 압력실(12)에 연통하는 기체측 공간부(28)로 유도된다. 그 때문에, 중간 하우징(10b)에 형성되어 있는 유로(21, 22, 23, 24, 25, 29, 30)를 흐르는 유체의 온도변화나 설치환경의 온도변화 등에 의해 다이어프램(35)이 열을 가진 경우라도, 압력실(12) 및 기체측 공간부(28) 내에 생기는 조작용 공기의 흐름에 의해 다이어프램(35)을 냉각할 수 있다. 또한, 다이어프램(35)이 냉각됨으로써, 그 입열에 의해 중간 하우징(10b)도 냉각되게 된다. 따라서, 서포트 너트 수용부(40)의 저면(40a)과 다이어프램(35)과의 당접면(시일면)에서의 시일구조를 유지하고, 보다 정확한 유체의 유량 조정을 행할 수 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 하우징(10)은, PVDF, PFA, PTFE 등의 수지재료를 이용하여 성형되어 있는 것으로 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 예를 들면 PPS나 P.P 등의 수지재료라도 좋다.

또한, 본 실시형태의 변형예로서, 밸브체(31)와 밸브시트(11)가 당접하는 것에 의해 생기는 분진(파티클)의 발생을 방지하는 것을 목적으로 하여, 유량 조정 장치(1)의 밸브 개방도를 폐쇄상태로 했을 때, 밸브시트(11)의 개구면(11a)을 약간 개구하기 위해서 밸브체(31)의 상방향의 이동을 규제하는 규제수단을 형성하여도 된다.

도 6에는, 본 발명의 변형예에 따른 유량 조정 장치(100)가 도시되어 있다.

유량 조정 장치(100)에는, 분진의 발생을 방지하기 위해서 밸브체(31)의 상방향의 이동을 규제하는 캡 너트(규제수단)(62)가 형성되어 있다. 이 캡 너트(62)는 전술한 실시형태의 캡 너트(42)(도2 참조)와 높이만 다르다. 즉, 본 변형예의 캡 너트(62)의 높이는 도 2에 도시한 캡 너트(42)보다도 높은(긴) 것으로 되어 있다.

도 6과 같이 캡 너트(62)의 높이를 높게 함으로써, 상부 하우징(10c)의 하면과 캡 너트(62)의 상면을 당접시켜서, 상부 하우징(10c)의 하면과 캡 너트(62)의 상단면과의 사이에 기체측 공간부(28)(도2 참조)가 형성되지 않는 것으로 하였다.그 때문에, 압력실(12)에 조작용 공기가 공급되지 않을 경우(유량 조정 장치(100)의 밸브 개방도가 폐쇄상태)라도, 밸브체(31)가 밸브시트(11)의 개구면(11a)에 대하여 연직방향 윗쪽으로 약간 이동한 상태가 되고, 밸브체(31)와 밸브시트(11)가 당접하지 않게 된다.

밸브체(31)와 밸브시트(11)가 당접하지 않기 때문에 , 전술한 실시형태의 도 2에 도시한 밸브체(31)와 밸브시트(11)가 당접함으로써 생기는 분진(파티클)의 발생을 방지할 수 있다.

1 : 유량 조정 수단
10, 10b : 하우징(하우징, 중간 하우징)
28 : 기체실측(기체측 공간부)
29 : 유체실측(유체측 공간부)
31 : 밸브체
35 : 다이어프램
40a : 대향면(저면)
41 : 협지부재(서포트 너트)
45 : 다이어프램(밸브체측 다이어프램)
53 : 나사부

Claims

수지제의 하우징과,
상기 하우징 내를 기체가 도입되는 기체실측과 유체가 통과하는 유체실측으로 분할하도록 상기 하우징 내에 지지되어, 상기 기체실측과 상기 유체실측과의 압력차에 의해 작동하는 다이어프램과,
상기 다이어프램과 일체로 동작하여 상기 유체실측으로 유도되는 상기 유체의 유량을 조정하는 밸브체를 구비하고,
상기 기체실측은, 상기 다이어프램에 대향한 상기 유체실측의 대향면과의 사이에 상기 다이어프램을 협지하는 협지부재료를 가지며,
상기 협지부재는, 상기 기체실측의 내주벽에 나사부를 통해 결합하는 유량 조정 장치.
수지제의 하우징과,
상기 하우징 내를 기체가 도입되는 기체실측과 유체가 통과하는 유체실측으로 분할하도록 상기 하우징 내에 지지되어, 상기 기체실측과 상기 유체실측과의 압력차에 의해 작동하는 다이어프램과,
상기 다이어프램과 일체로 동작하여 상기 유체실측으로 유도되는 상기 유체의 유량을 조정하는 다이어프램 일체형의 밸브체를 구비하고,
상기 액체실측은, 상기 밸브체의 외주에 형성된 밸브체측 다이어프램에 대향한 상기 액체실측의 대향면과의 사이에, 상기 밸브체측 다이어프램을 협지하는 밸브체 구속 부재를 가지며,
상기 밸브체 구속 부재는, 상기 액체실측의 내주벽에 나사부를 통해 결합하는 유량 조정 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 기체실측에 연통하여 상기 하우징의 측벽에 개구하는 미소지름의 관통부를 갖는 유량 조정 장치.