KR102210858B1

KR102210858B1 - 유체 제어 밸브

Info

Publication number: KR102210858B1
Application number: KR1020157030470A
Authority: KR
Inventors: 다다히로 야스다; 시게유키 하야시
Original assignee: 가부시키가이샤 호리바 에스텍
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2021-02-02
Anticipated expiration: 2034-10-15
Also published as: WO2015060176A1; CN105144013B; CN105144013A; US10114385B2; JP6499969B2; KR20160070721A; US20160124439A1; JPWO2015060176A1

Abstract

압력이나 유량 등의 유체 제어의 정밀도를 해치지 않고, 내부 용적을 저감할 수 있으며, 예를 들면 하강 응답 성능을 향상시킬 수 있는 유체 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 유체 제어 밸브는, 밸브 시트부(61)와, 상기 밸브 시트부(61)에 대해서 접리 가능하게 마련된 밸브체(4)와, 유체 저항(5)과, 상기 유체 저항(5)을 협지하는 한 쌍의 협지 부재(H)를 구비하며, 상기 유체 저항(5) 및 상기 한 쌍의 협지 부재(H)는, 상기 밸브체(4) 또는 상기 밸브체(4)를 이동시키는 구동 부재의 적어도 일부가 수용되는 밸브 내 공간(S2)을 형성하고 있으며, 유체가 상기 밸브 내 공간(S2)으로부터 상기 유체 저항(5)을 통과하여 외부로 유출하도록 구성했다.

Description

유체 제어 밸브{FLUID CONTROL VALVE}

본 발명은, 유체의 유량 또는 압력을 제어하기 위해서 이용되는 유체 제어 밸브에 관한 것이다.

유체의 유량을 제어하고 싶은 경우, 복수의 유체 제어 기기를 각각 유로 상에 마련하여 유량 제어 장치가 구성되어 있다. 예를 들면 음속(音速) 노즐에 의해 유체의 유량을 제어하는 압력식 유량 제어 장치는, 유로의 상류로부터 차례로 유체 제어 밸브와, 압력 센서와, 유체 저항으로서 작용하는 스로틀(throttle) 기구를 각각 구비하고 있다. 그리고, 이 압력식 유량 제어 장치는, 유체 저항인 스로틀 기구의 전후의 압력이 임계(臨界) 압력비 이하가 되도록 상기 유체 제어 밸브의 개도(開度)가 상기 압력 센서의 측정값에 근거하여 제어된다.

이러한 압력식 유량 제어 장치에 이용되는 스로틀 기구는, 스로틀 이외에 밸브체 및 이 밸브체를 구동하기 위한 액추에이터를 구비한 것이 있다. 특허 문헌 1에 나타내어지는 스로틀 기구는, 오리피스(orifice)가 형성된 내부 유로를 가지는 스로틀 블록과, 상기 오리피스의 협착(狹窄) 부분의 내경을 조절하기 위한 밸브체인 니들(needle)을 구비하고 있다. 또, 특허 문헌 2에 나타내어지는 스로틀 기구는, 내부 유로가 형성된 본체 블록과, 해당 내부 유로에 감합(嵌合, 끼워 맞춤)하도록 장착된 노즐 블록과, 상기 노즐 블록의 하류측 개구에 대해서 접리(接離) 가능하게 마련된 밸브체이며, 폐색(閉塞) 상태에서 하류측으로부터의 가스의 역류를 방지하는 밸브 시트를 구비하고 있다.

그런데, 상술한 바와 같은 유량 제어 장치에서는, 유체 제어 밸브, 압력 센서, 스로틀 기구가 유로 상에 각각 독립하여 마련되어 있으므로, 각 기기(機器)간을 접속하기 위한 유로분만큼 유량 제어 장치 내에서의 내부 용적이 발생해 버린다. 유량 제어 장치 내의 내부 용적이 크게 되면, 예를 들면 밸브를 전폐(全閉)하여 유체가 흐르지 않도록 한 경우에 내부 용적 내에 남아 있는 유체의 양도 많게 된다. 이 때문에, 밸브가 전폐되고 나서 유체의 유량이 거의 없어지기까지 걸리는 시간도 길어져 버린다.

따라서, 유량 제어 장치의 하강 응답 성능(falling response performance)을 향상시키려고 고려한 경우, 종래는 각 기기를 가능한 한 근접시켜 마련하여, 각 기기간을 접속하기 위한 유로를 가늘고 짧게 형성하여, 내부 용적을 작게 하는 것이 행해지고 있었다.

그렇지만, 각 기기간을 접속하는 유로를 너무 가늘고 짧게 하면, 유체 저항 이외의 부분에서 의도하지 않은 압력 손실이 발생할 가능성이 있어, 유량 제어 등의 정밀도가 악화될 우려가 있기 때문에, 일정 레벨 이하의 내부 용적으로 형성하는 것은 곤란했다.

또, 예를 들면 유량 제어 장치를 구성하는 유체 제어 밸브나 스로틀 기구의 내부의 내부 용적을 저감하고, 하강 응답 성능을 향상시키는 경우도 상술한 것과 동일한 문제가 생길 수 있다. 특히 상술한 스로틀 기구의 구성은, 내부 용적을 저감하는 것을 의도한 것은 아니기 때문에, 무리하게 내부 용적을 작게 하면 스로틀 기구로서의 기능을 크게 해칠 우려가 있다.

특허 문헌 1 : 일본특허공개 평11－265217호 공보 특허 문헌 2 : 일본특허공개 제2000－75931호 공보

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 압력이나 유량 등의 유체 제어의 정밀도를 해치지 않고, 내부 용적을 저감할 수 있으며, 예를 들면 하강 응답 성능을 향상시킬 수 있는 유체 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명의 유체 제어 밸브는, 밸브 시트부와, 상기 밸브 시트부에 대해서 접리(接離) 가능하게 마련된 밸브체와, 유로가 형성된 박판을 적층하여 이루어지는 유체 저항과, 상기 유체 저항을 협지(挾持)하는 한 쌍의 협지 부재를 구비하며, 상기 유체 저항 및 상기 한 쌍의 협지 부재가, 상기 밸브체 또는 상기 밸브체를 이동시키는 구동 부재의 적어도 일부가 수용되는 밸브 내 공간을 형성하고 있으며, 유체가 상기 밸브 내 공간으로부터 상기 유체 저항을 통과하여 외부로 유출하거나, 혹은, 유체가 외부로부터 상기 유체 저항을 통과하여 상기 밸브 내 공간으로 유입하도록 구성되어 있고, 상기 밸브 내 공간에서의 유체의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 구비하며, 상기 압력 센서에서 측정되는 상기 밸브 내 공간의 압력에 기초하여, 상기 밸브 시트부와 상기 밸브체와의 이간 거리가 제어되는 것을 특징으로 한다.

이러한 것이면, 유체 제어 밸브 자체가 상기 유체 저항을 구비하고 있으므로, 유체 제어 밸브의 외부에 예를 들면 유량 측정을 위해서 필요한 압력차를 생기게 하기 위한 유체 저항을 별도로 마련하지 않아도, 유량 제어 장치를 구성하는 것이 가능해진다. 즉, 유체 제어 밸브의 외부에 유체 저항을 마련할 필요가 없기 때문에, 각 기기를 접속하기 위한 유로를 마련할 필요가 없어, 그 만큼의 용적을 삭감할 수 있다.

게다가, 상기 유체 저항 및 상기 한 쌍의 협지 부재가, 상기 밸브체 또는 상기 밸브체를 이동시키는 구동 부재의 적어도 일부가 수용되는 밸브 내 공간을 형성하고 있으며, 유체가 상기 밸브 내 공간으로부터 상기 유체 저항을 통과하여 외부로 유출하거나, 혹은, 유체가 외부로부터 상기 유체 저항을 통과하여 상기 밸브 내 공간으로 유입하도록 구성되어 있으므로, 상기 유체 저항을 상기 유체 제어 밸브 내의 유로에 있어서 그 도중(途中)이 아니라, 유체의 출구 또는 입구 근방에 배치할 수 있다. 이 때문에, 상기 유체 저항이 상기 유체 제어 밸브 내의 유로 등의 내부 공간에서 용적을 취하지 않아, 상기 밸브 내 공간 등의 내부 용적을 작게 형성하는 것이 가능해진다.

게다가, 상기 유체 저항을 상기 한 쌍의 협지 부재에 의해 협지하도록 구성되어 있으므로, 예를 들면 해당 유체 저항을 얇게 형성해도 유체 제어 밸브 내에 고정할 수 있어, 상기 밸브 내 공간을 더 작게 하는 것이 가능해진다.

이와 같이, 본 발명의 유체 제어 밸브라면 종래에 필요했던 유체 제어 밸브와 유체 저항을 접속하기 위한 유로를 생략할 수 있고, 또, 유체 제어 밸브 내에 유체 저항을 마련하면서도 상기 밸브 내 공간의 내부 용적을 작게 형성할 수 있다. 따라서, 상기 밸브체가 상기 밸브 시트부를 폐지(閉止)했을 때에 상기 밸브 내 공간에 잔류하는 유체의 양을 최소한으로 할 수 있으므로, 압력 제어나 유량 제어에 본 발명의 유체 제어 밸브를 사용한 경우의 하강 응답 성능을 향상시킬 수 있다.

삭제

상기 밸브 내 공간의 내부 용적을 가능한 한 작게 하고, 하강 응답성을 향상시키기 쉽게 하려면, 상기 유체 저항이 평판 모양으로 형성된 것이며, 상기 한 쌍의 협지 부재가 각각 상기 유체 저항의 각 면판부(面板部)의 어느 일방에 접촉하여 협지하도록 구성되어 있으면 좋다.

유체 제어 밸브를 구성하기 위해서 필수의 구성을 이용하면서 상기 밸브 내 공간의 내부 용적을 작게 형성할 수 있도록 하기 위한 구체적인 구성예로서는, 상기 한 쌍의 협지 부재의 일방이, 내부에 유체가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있으며, 상기 내부 유로의 유출 개구의 주위에 상기 밸브 시트부가 형성된 밸브 시트 블록이고, 상기 한 쌍의 협지 부재의 타방이, 상기 밸브체를 상기 밸브 시트부측으로 압압(押壓)하는 탄성체를 유지하는 탄성체 유지 블록이며, 상기 밸브 시트 블록과 상기 탄성체 유지 블록과의 사이에 상기 유체 저항이 협지되도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.

유체 제어 밸브를 구성하는 부재를 고정하여 감에 따라 상기 한 쌍의 협지 부재가 상기 유체 저항을 협지하여, 유체 저항이 소정 위치에 고정되도록 하기 위한 구체적인 구성예로서는, 내부에 유체가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있으며, 상기 내부 유로의 유출 개구의 주위에 상기 밸브 시트부가 형성된 밸브 시트 블록을 더 구비하며, 상기 밸브 시트 블록이, 상기 밸브 시트 블록에 의해서 상기 한 쌍의 협지 부재의 일방이 압압되어, 상기 유체 저항이 상기 한 쌍의 협지 부재에 의해 협지되도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.

상기 유체 제어 밸브를 조립할 때에 상기 유체 저항이 조립 순서의 최종 순서측에서 장착되도록 하고, 상기 유체 저항의 장착 위치의 조정 등을 행하기 쉽게하기 위한 구체적인 구성예로서는, 상기 한 쌍의 협지 부재의 일방이, 내부에 유체가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있으며, 해당 내부 유로의 유입 개구의 주위에 상기 밸브 시트부가 형성된 밸브 시트 블록이고, 상기 한 쌍의 협지 부재의 타방이, 상기 내부 유로를 매개로 하여 상기 밸브체를 압압하는 다이어프램 구조체이며, 상기 밸브 시트 블록과 상기 다이어프램 구조체와의 사이에 상기 유체 저항이 협지되도록 구성되어 있는 것을 들 수 있다.

상기 유체 저항 뿐만 아니라 상기 압력 센서도 마련한 경우에도 상기 유체 제어 밸브 내의 내부 용적이 증가하지 않도록 하려면, 상기 한 쌍의 협지 부재 중 어느 하나가, 상기 압력 센서를 수용하는 수용부와, 상기 수용부와 상기 밸브 내 공간을 연통시키는 연통부를 구비하는 것이라면 좋다.

이와 같이 본 발명의 유체 제어 밸브는, 상기 유체 저항이 상기 한 쌍의 협지 부재에 의해 협지되어 있으므로, 해당 유체 저항을 얇게 형성하여 유지하는 것이 가능해진다. 또, 상기 유체 저항 및 상기 한 쌍의 협지 부재가, 상기 밸브체 또는 상기 밸브체를 이동시키는 구동 부재의 적어도 일부가 수용되는 밸브 내 공간을 형성하고 있으며, 유체가 상기 밸브 내 공간으로부터 상기 유체 저항을 통과하여 외부로 유출하거나, 혹은, 유체가 외부로부터 상기 유체 저항을 통과하여 상기 밸브 내 공간으로 유입하도록 구성되어 있으므로, 상기 유체 저항은 상기 밸브 내 공간을 형성하기 위한 외벽으로 할 수 있어, 상기 유체 저항 자체에 의해 상기 유체 제어 밸브 내의 내부 용적을 점유하지 않도록 할 수 있다. 이들로부터, 상기 유체 제어 밸브 내의 내부 용적을 최대한 작게 형성할 수 있어, 예를 들면 하강 응답성 등을 향상시킬 수 있다. 또, 종래와 같이 각각 마련된 각 기기를 접속하기 위한 유로를 형성할 필요가 없으므로, 각 유로를 너무 가늘고 짧게 한 경우에 의도하지 않은 압력 손실이 발생하고 있던 문제를 애초에 생기지 않도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유체 제어 밸브를 나타내는 모식적 단면도.
도 2는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 유체 제어 밸브를 나타내는 모식적 단면도.
도 3은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 유체 제어 밸브를 나타내는 모식적 단면도.

본 발명의 제1 실시 형태에 관한 유체 제어 밸브(100)에 대해 도 1을 참조하면서 설명한다. 또, 각 도면에서의 유로 등에 나타낸 화살표는 유체의 흐름을 나타내는 것이다.

상기 유체 제어 밸브(100)는, 예를 들면 반도체 제조 프로세스에서 반응 가스나 성분 가스 등의 유체의 유량을 제어하기 위해서 이용되는 것이다. 그리고, 제1 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)는, 유로 상에 1개 마련하는 것만으로 유체의 유량을 제어할 수 있도록 구성되어 있다.

이 유체 제어 밸브(100)는, 개략 직방체(直方體) 형상의 블록체(B)에 형성된 수용 오목부(B3)에 각 부재를 적층하여 감으로써 조립되어진다. 이 블록체(B)의 내부에는, 상기 수용 오목부(B3)에 대해서 유체를 유입시키기 위한 유입 유로(B1)와, 상기 수용 오목부(B3)로부터 유체를 유출시키기 위한 유출 유로(B2)가 내부에 형성되어 있다.

상기 유체 제어 밸브(100)는, 상기 블록체(B)에 조립되어진 상태에서 수용 오목부(B3)의 저면측으로부터, 센서 유지 블록(1), 탄성체 유지 블록(2), 판 스프링(3)(탄성체), 밸브체(4), 유체 저항(5), 밸브 시트 블록(6), 다이어프램 구조체(7), 피에조 스택(piezo stack)(8)을 적층하여 조립되어 있다. 제1 실시 형태에서는, 상기 유체 저항(5)은, 한 쌍의 협지(挾持) 부재(H)인 상기 밸브 시트 블록(6)과 상기 탄성체 유지 블록(2)에 의해 협지되어 있음과 아울러, 상기 밸브체(4)의 하류측에는 상기 유체 저항(5) 및 상기 한 쌍의 협지 부재(H)에 의해서 형성된 상기 밸브체(4)가 수용되는 밸브 내 공간인 하류측 밸브 내 공간(S2)이 형성되어 있다. 또, 상기 밸브체(4)의 상류측에는 상기 밸브 시트 블록(6) 및 상기 다이어프램 구조체(7)에 의해 형성된 상류측 밸브 내 공간(S1)이 형성되어 있다.

즉, 상기 유입 유로(B1)로부터 상기 유체 제어 밸브(100) 내에 유입한 유체는, 상기 상류측 밸브 내 공간(S1)으로부터 상기 밸브 시트 블록(6)과 상기 밸브체(4)와의 사이를 통과하여, 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)으로 유입한다. 그리고, 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)에 유입한 유체는 상기 유체 저항(5)을 통과하여 상기 탄성체 유지 블록(2)의 외주면과 상기 수용 오목부(B3)와의 사이에 형성된 밸브 바깥 공간(S3)으로 유출하여, 최종적으로 상기 유출 유로(B2)로 흘러간다.

각 부에 대해서 상술한다.

상기 센서 유지 블록(1)은, 개략 원통 모양으로 형성되어 있으며, 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)에서의 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(P)를 유지하는 것이다. 이 센서 유지 블록(1)은, 상기 압력 센서(P)가 수용되는 수용부(11)와, 상기 수용부(11)와 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)을 연통시키는 연통부(12)가 형성되어 있다.

상기 탄성체 유지 블록(2)은, 높이 보다도 외경이 큰 개략 두께가 두꺼운 원통 모양으로 형성된 것이며, 그 내주측의 공간에 상기 밸브체(4)를 상기 밸브 시트 블록(6)측으로 압압(押壓)하는 판 스프링(3)을 유지하는 것이다. 이 탄성체 유지 블록(2)의 외경은 상기 수용 오목부(B3)의 내경 보다도 약간 작게 되어 있으며, 상기 탄성체 유지 블록(2)과 상기 수용 오목부(B3)와의 사이에 상기 유출 유로(B2)와 연통하는 상기 밸브 바깥 공간(S3)이 형성되도록 되어 있다.

상기 유체 저항(5)은, 상기 탄성체 유지 블록(2)과 대략 동일한 외경과 내경을 가지는 편평(扁平) 링 모양으로 형성된 리스트릭터 링(restrictor ring)이다. 상기 유체 저항(5)은, 박판을 적층하여 형성되어 있으며, 그 반경 방향으로 미소(微小) 유로가 다수 형성되어 있다. 즉, 이 유체 저항(5)은, 유체가 통과하면 층류 상태로 흐르도록 구성되어 있어, 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)과 상기 밸브 바깥 공간(S3)과의 사이에 압력차를 생기게 하는 것이다. 상기 유체 저항(5)의 면판부는, 한 쌍의 협지 부재(H)인 상기 탄성체 유지 블록(2)과 상기 밸브 시트 블록(6)에 의해서 각각 압압 협지되어 있으며, 그 내측 둘레면 및 외측 둘레면만이 외부로 노출하도록 되어 있다. 따라서, 이 유체 저항(5)의 두께를 얇게 형성하는 것에 의해서 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)의 용적을 작게 형성할 수 있다.

상기 밸브 시트 블록(6)은, 개략 원통 모양으로 형성된 것이며, 내부에 2개의 내부 유로를 가짐과 아울러, 그 저면에 상기 밸브체(4)가 접촉하는 밸브 시트부(61)가 형성되어 있다. 보다 구체적으로는, 상기 밸브 시트 블록(6)은, 상기 유입 유로(B1)와 연통하는 외측면과 상면에 개구하는 단면 L자 모양으로 형성된 제1 내부 유로(C1)와, 상면과 저면과의 사이를 관통하는 제2 내부 유로(C2)를 가지고 있으며, 상기 제2 내부 유로(C2)의 유출 개구의 근방에 상기 밸브 시트부(61)가 형성되어 있다. 즉, 상기 유입 유로(B1)로부터 유입한 유체는, 상기 밸브 시트 블록(6)의 외측면으로부터 상면측으로 흐르고, 그 후, 상면측으로부터 상기 밸브 시트부(61)가 있는 저면측으로 흘러간다. 그리고, 상기 밸브체(4)는 이 밸브 시트부(61)에 대해서 접리 가능하게 마련되어 있으며, 상기 밸브 시트부(61)와 상기 밸브체(4)와의 이간 거리가 변경됨으로써 유체 제어 밸브(100)로서의 개도가 조절되도록 구성되어 있다.

상기 다이어프램 구조체(7)는, 상기 밸브 시트 블록(6)의 상면측을 상기 상류측 밸브 내 공간(S1)이 형성되도록 밀폐하는 것으로서, 상기 블록체(B)에 대해서 고정되는 개략 링 모양의 고정부(71)와, 상기 제2 내부 유로(C2)를 매개로 하여 상기 밸브체(4)를 압압하여 상기 밸브체(4)를 이동시키는 구동 부재인 플런저부(72)와, 상기 고정부(71)와 상기 플런저부(72)와의 사이를 접속하는 막(膜) 모양 부분인 다이어프램(73)을 구비한 것이다. 상기 고정부(71)를 상기 블록체(B)에 나사에에 의해서 체결하여 가는 것에 의해, 상기 다이어프램 구조체(7)보다도 하층의 부재가 상기 수용 오목부(B3)의 저면으로 압압되어, 상기 한 쌍의 협지 부재(H)에 의해 상기 유체 저항(5)이 소정 위치에 고정되도록 구성되어 있다.

상기 피에조 스택(8)은, 인가되는 전압에 의해서 그 신축량이 제어되는 것 로서, 상기 플런저부(72)의 밸브체(4)의 반대측 단부를 압압함으로써, 상기 밸브체(4)의 위치를 제어하는 것이다.

다음으로 이 유체 제어 밸브(100)만을 이용하여 유체의 유량을 제어하는 경우에 대해 설명한다.

상기 밸브 시트부(61)와 상기 밸브체(4)와의 이간 거리인 상기 유체 제어 밸브(100)의 개도는, 상기 압력 센서(P)에서 측정되는 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)의 압력에 근거하여 측정되는 유체의 측정 유량과, 유저에 의해 설정되는 설정 유량의 편차에 근거하여 제어된다.

보다 구체적으로는, 상기 유출 유로(B2)가 대략 진공압으로 유지되어 있는 챔버에 접속되어 있는 경우, 예를 들면 상기 유체 저항(5)의 상류측에 있는 상기 하류측 밸브 내 공간(S2) 내의 압력의 제곱에 소정의 계수를 곱함으로써 유체의 측정 유량을 산출할 수 있다.

따라서, 상기 유체 제어 밸브(100)가 구비하는 압력 센서(P)의 측정 압력으로부터, 측정 유량을 산출하고, 설정 유량과 측정 유량의 편차가 작게 되도록 상기 피에조 스택(8)에 인가하는 전압을 제어하는 개도 제어부(도시하지 않음)를 컴퓨터등을 이용하여 구성하면, 상기 유체 제어 밸브(100)만을 유로 상에 마련하는 것만으로 유량 제어 장치를 구성할 수 있다.

상술해 온 바와 같이 상기 유체 제어 밸브(100)는, 상기 유체 저항(5) 및 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)의 유체의 압력을 측정하기 위한 압력 센서(P)를 구비하고 있으므로, 예를 들면 유량 제어 장치를 구성하는 경우에 종래와 같이 유로 상에 유체 저항이나 압력 센서(P)를 별도로 마련할 필요가 없다. 따라서, 유로에는 상기 유체 제어 밸브(100)만을 마련하면 되기 때문에, 각 기기를 접속하기 위한 유로를 형성하지 않아도 되어, 유량 제어 장치를 구성하기 위해서 종래에 필요했던 유로분만큼 내부 용적을 작게 할 수 있다.

게다가, 상기 밸브체(4)보다도 하류측에 있는 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)을 상기 한 쌍의 협지 부재(H)와 함께 형성하도록 마련하고 있으므로, 상기 유체 제어 밸브(100) 내의 유로의 최종적인 출구에 상기 유체 저항(5)를 배치할 수 있다. 그리고, 상기 유체 저항(5)은, 편평한 링 모양으로 형성되어 있으며, 상기 한 쌍의 협지 부재(H)에 의해 협지되어 있으므로, 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)의 용적도 작게 형성할 수 있다. 즉, 상기 유체 제어 밸브(100)는 상기 유체 저항(5)을 구비하면서도, 그 내부 용적을 저감할 수 있다.

게다가, 상기 압력 센서(P)는 상기 센서 유지 블록(1) 내에 수용되어 있으며, 상기 연통부(12)를 매개로 하여 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)의 압력을 측정할 수 있도록 하고 있으므로, 이 압력 센서(P)를 마련하는 것에 의해서도 내부 용적이 증가하는 것을 방지할 수 있다.

이들로부터, 유체 제어 밸브(100) 단체(單體)로 고려한 경우에도 종래 보다도 그 내부 용적을 작게 할 수 있다.

따라서, 제1 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)를 이용하면 내부 용적이 매우 작은 유량 제어 장치를 구성하는 것이 가능해지므로, 개도가 제로가 되고 나서 실제로 유량이 제로가 되기까지의 하강 시간도 짧게 할 수 있다. 즉, 상기 유체 제어 밸브(100)에 의해서 하강 응답 성능 등의 제어 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 유량 제어 장치를 구성하기 위해서는, 압력 센서(P)나 유체 저항 등의 별도의 부재를 필요로 하지 않기 때문에, 유량 제어 장치를 구성할 때의 부품 코스트도 저감할 수 있다.

다음으로 제2 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)에 대해 도 2를 참조하면서 설명한다. 또, 제1 실시 형태와 공통하는 부재에는 동일 부호를 부여하는 것으로 한다.

제2 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)는, 제1 실시 형태에서는 상기 유체 저항(5)이 상기 밸브 시트 블록(6)과 상기 탄성체 유지 블록(2)과의 사이에 협지되어 있던 것에 대하여, 상기 유체 저항(5)이 상기 탄성체 유지 블록(2)과 상기 센서 유지 블록(1)과의 사이에 협지되어 있는 점이 다르다. 환언하면, 제1 실시 형태에서는 상기 한 쌍의 협지 부재(H)는 상기 밸브 시트 블록(6)과 상기 탄성체 유지 블록(2)이었던 것에 대하여, 제2 실시 형태에서는 상기 한 쌍의 협지 부재(H)는 상기 탄성체 유지 블록(2)과, 상기 센서 유지 블록(1)이다. 그리고, 제2 실시 형태에서도 한 쌍의 협지 부재(H) 및 유체 저항(5)에 의해 형성된 하류측 밸브 내 공간(S2)이, 상기 밸브체(4)가 수용되는 밸브 내 공간에 상당하고, 유체가 하류측 밸브 내 공간으로부터 유체 저항(5)을 통과하여 유체 제어 밸브(100)의 외부로 유출하도록 구성되어 있다.

또, 상기 유체 저항(5)은 상기 탄성체 유지 블록(2)보다도 내경을 작게 한 편평 링 모양으로 형성되어 있다.

이러한 제2 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)라도 제1 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)와 마찬가지로 내부 용적을 작게 하고, 하강 응답 성능을 향상시킬 수 있다.

다음으로 제3 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)에 대해 도 3을 참조하면서 설명한다. 또, 제1 실시 형태와 공통하는 부재에는 동일 부호를 부여하는 것으로 한다.

제1 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)에서는 유체가 상부측으로부터 하부측으로 흐르도록 구성되어 있던 것에 대해서, 제3 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)는 하부측으로부터 상부측으로 유체가 흐르도록 구성되어 있다. 이 흐름의 방향이 역방향으로 되어 있는데 맞추어 제3 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)에서는 상기 유체 저항(5)이 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)을 상기 밸브체(4)의 하류측에 형성하도록, 상기 밸브 시트 블록(6)과 상기 다이어프램 구조체(7)와의 사이에 협지되어 있다. 환언하면, 상기 밸브 시트 블록(6), 상기 유체 저항(5), 및 상기 다이어프램 구조체(7)에 상기 하류측 밸브 내 공간(S2)이 형성되어 있으며, 제3 실시 형태에서는 상기 밸브체(4)를 이동시키는 구동 부재인 플런저부(72)의 적어도 일부가 이 하류측 밸브 내 공간(S2)에 수용되어 있다.

또, 제3 실시 형태에서는 상기 탄성체 유지 블록(2)의 기능을 상기 센서 유지 블록(1)이 겸하도록 되어 있으며, 상기 탄성체 유지 블록(2)은 생략되어 있다.

즉, 제3 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)는 수용 오목부(B3)에 조립된 상태에서 저면측으로부터, 센서 유지 블록(1), 밸브체(4), 밸브 시트 블록(6), 유체 저항(5), 다이어프램 구조체(7)가 마련되어 있다.

상기 센서 유지 블록(1)은 상기 유입 유로(B1)에 접속되는 제1 내부 유로(C1)가 형성되어 있으며, 상기 밸브 시트 블록(6)의 상면과 저면을 관통하는 제2 내부 유로(C2)에 연통하도록 되어 있다.

상기 밸브 시트 블록(6)은, 제2 내부 유로(C2)에 개구되고, 상기 센서 유지 블록(1)의 압력 센서(P)가 수용되어 있는 수용부(11)까지를 연통하도록 연통부(12)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 센서 유지 블록(1)의 상면 및 상기 밸브 시트 블록(6)의 저면과의 사이에는 상기 제2 내부 유로의 유입 개구와, 상기 연통부(12)와의 사이가 나누어지도록 상기 밸브 시트 블록(6)의 연통부(12)의 저면측 개구부의 주위와 최외주의 부분에 씰링(SL)이 실시되어 있다.

이러한 제3 실시 형태의 유체 제어 밸브(100)라도, 유체의 흐름을 제1 실시 형태와는 상하 방향에 대해서 역방향으로 하면서, 내부 용적을 작게 구성할 수 있고, 하강 응답 성능을 향상시킬 수 있다.

그 외의 실시 형태에 대해 설명한다.

상기 각 실시 형태에서는, 유체 제어 밸브가 상기 유체 저항 외에 압력 센서를 구비한 것이었지만, 예를 들면 압력 센서를 생략하고, 유체 저항만을 구비한 것이라도 상관없다. 또, 상기 유체 제어 밸브를 이용하여 유량 제어 장치를 구성하는 구체예에 대해 나타냈지만, 예를 들면 압력 제어 장치를 구성하기 위해서 본 발명의 유체 제어 밸브를 이용해도 상관없다.

게다가, 상기 유체 제어 밸브가 2개의 압력 센서를 가지는 것이며, 상기 유체 저항의 전후에서의 유체의 압력을 측정할 수 있도록 구성하고, 보다 정확하게 유량을 측정할 수 있도록 해도 상관없다. 이와 같이 하여, 하류측의 압력에 의하지 않고 유량을 정확하게 측정할 수 있도록 하고, 유체 제어 밸브 단체(單體)로 유체의 질량 유량 또는 체적 유량을 제어할 수 있는 매스 플로우 컨트롤러를 구성해도 괜찮다. 또, 압력 센서는 반드시 상기 센서 유지 블록 내에 수용되어 있을 필요는 없으며, 상기 하류측 밸브 내 공간의 압력을 측정할 수 있도록 그 외의 부재 내에 수용하여 마련해도 좋다.

상기 유체 저항의 구체예로서는, 리스트릭터 링 뿐만 아니라, 그 외의 층류 소자나 음속 노즐 등이라도 상관없다. 요컨대 상기 한 쌍의 협지 부재에 의해 협지되도록 하여 상기 유체 제어 밸브 내에 마련되어 있으면 된다. 또, 각 실시 형태와 마찬가지로 상기 유체 저항이 평판 모양으로 형성되어 있으며, 해당 유체 저항의 면판부를 협지 부재가 압압하도록 하여 고정하면, 상기 유체 저항을 설계대로의 위치에 고정하고, 설계대로의 압력 손실을 발생시킬 수 있다.

상기 각 실시 형태에서는 노멀 클로우즈 타입(normal close type)의 유체 제어 밸브를 예시했지만, 노멀 오픈 타입(normal open type)의 유체 제어 밸브로서 본 발명을 구성하는 것도 가능하다. 상기 유체 저항은, 상기 각 실시 형태가 나타낸 한 쌍의 협지 부재의 조합 뿐만 아니라, 그 외의 부재의 조합에 의해 협지하도록 해도 상관없다.

상기 각 실시 형태에서는, 유체가 밸브 내 공간으로부터 유체 저항을 통과하여 외부로 유출하도록 구성된 유체 제어 밸브를 나타냈지만, 반대로, 유체측이 외부로부터 유체 저항을 통과하여 밸브 내 공간으로 유입하도록 구성한 것이라도 좋다. 환언하면, 상기 한 쌍의 협지 부재 및 유체 저항에 의해 형성되고, 상기 밸브체 또는 상기 밸브체를 이동시키는 구동 부재의 적어도 일부가 수용되는 것이 밸브체의 상류측에 형성되는 상류측 밸브 내 공간이 되도록 구성해도 괜찮다. 이러한 것이라도, 상기 각 실시 형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다.

게다가, 본 명세서에서 나타낸 유체 저항, 압력 센서가 마련되기 위한 설치 구성 및 방법에 대해서는 유체 제어 밸브에만 한정되지 않고, 그 외의 유체 기기에 이용해도 상관없다. 즉, 상기 설치 구성이, 유체 기기의 내부에 마련되어 있으며, 내부 공간을 형성하는 유체 저항과, 해당 유체 저항에 의해 형성되는 유체 기기의 내부 공간과 연통하는 연통로와, 상기 연통로를 매개로 하여 상기 내부 공간의 압력을 측정하기 위한 압력 센서를 구비한 것이면 좋다. 상기 내부 공간의 용적을 가능한 한 작게 하려면, 상기 유체 저항이, 유체 기기를 구성하는 한 쌍의 협지 부재에 의해 협지하여 고정되고, 상기 압력 센서도 유체 기기를 구성하는 부재 내에 마련되며, 해당 압력 센서와 상기 내부 공간과의 사이를 연통하도록 상기 연통로를 마련하면 좋다. 이러한 것이라면, 종래, 유체 저항이나 압력 센서와는 따로 떨어진 장소에 마련되어 있던 유체 기기에 대해서도, 유체 기기 내에 상기 유체 저항 및 압력 센서를 마련하고, 각 기기를 접속하기 위해서 필요했던 접속용 유로를 없애, 내부 용적을 작게 하여, 측정이나 제어에서의 응답성을 높일 수 있다.

그 외, 본 발명의 취지에 반하지 않는 한에서 여러 가지 변형이나 실시 형태의 조합을 행해도 상관없다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명의 유체 제어 밸브에 의하면, 내부 용적을 최대한 작게 형성할 수 있어, 예를 들면 압력 제어나 유량 제어에서의 하강 응답성 등을 향상시킨 유체 제어 장치를 구성하는 것이 가능해진다.

100 - 유체 제어 밸브 H - 한 쌍의 협지 부재
4 - 밸브체 5 - 유체 저항
6 - 밸브 시트 블록 61 - 밸브 시트부
S2 - 하류측 밸브 내 공간(밸브 내 공간)

Claims

밸브 시트부와,
상기 밸브 시트부에 대해서 접리(接離) 가능하게 마련된 밸브체와,
유로가 형성된 박판을 적층하여 이루어지는 유체 저항과,
상기 유체 저항을 협지(挾持)하는 한 쌍의 협지 부재를 구비하며,
상기 유체 저항 및 상기 한 쌍의 협지 부재가, 상기 밸브체 또는 상기 밸브체를 이동시키는 구동 부재의 적어도 일부가 수용되는 밸브 내 공간을 형성하고 있으며, 유체가 상기 밸브 내 공간으로부터 상기 유체 저항을 통과하여 외부로 유출하거나, 혹은, 유체가 외부로부터 상기 유체 저항을 통과하여 상기 밸브 내 공간으로 유입하도록 구성되어 있고,
상기 밸브 내 공간에서의 유체의 압력을 측정하는 압력 센서를 더 구비하며,
상기 압력 센서에서 측정되는 상기 밸브 내 공간의 압력에 기초하여, 상기 밸브 시트부와 상기 밸브체와의 이간 거리가 제어되는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 유체 저항은 평판 모양으로 형성된 것이며,
상기 한 쌍의 협지 부재가 각각 상기 유체 저항의 각 면판부(面板部) 중 어느 일방에 접촉하여 협지하도록 구성되어 있는 유체 제어 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 협지 부재의 일방이, 내부에 유체가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있으며, 상기 내부 유로의 유출 개구의 주위에 상기 밸브 시트부가 형성된 밸브 시트 블록이고,
상기 한 쌍의 협지 부재의 타방이, 상기 밸브체를 상기 밸브 시트부측으로 압압(押壓)하는 탄성체를 유지하는 탄성체 유지 블록이며,
상기 밸브 시트 블록과 상기 탄성체 유지 블록과의 사이에 상기 유체 저항이 협지되도록 구성되어 있는 유체 제어 밸브.
청구항 1에 있어서,
내부에 유체가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있으며, 상기 내부 유로의 유출 개구의 주위에 상기 밸브 시트부가 형성된 밸브 시트 블록을 더 구비하며,
상기 밸브 시트 블록이, 해당 밸브 시트 블록에 의해서 상기 한 쌍의 협지 부재의 일방이 압압되어, 상기 유체 저항이 상기 한 쌍의 협지 부재에 의해 협지되도록 구성되어 있는 유체 제어 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 협지 부재의 일방이, 내부에 유체가 흐르는 내부 유로가 형성되어 있으며, 해당 내부 유로의 유입 개구의 주위에 상기 밸브 시트부가 형성된 밸브 시트 블록이고,
상기 한 쌍의 협지 부재의 타방이, 상기 내부 유로를 매개로 하여 상기 밸브체를 압압하는 다이어프램 구조체이며,
상기 밸브 시트 블록과 상기 다이어프램 구조체와의 사이에 상기 유체 저항이 협지되도록 구성되어 있는 유체 제어 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 한 쌍의 협지 부재 중 어느 하나가, 상기 압력 센서를 수용하는 수용부와, 상기 수용부와 상기 밸브 내 공간을 연통시키는 연통부를 구비하는 유체 제어 밸브.