KR102223354B1 - 유량 제어 밸브 및 이것을 사용한 유량 제어 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 유체의 청정도를 보다 높은 상태에서 일정 유량을 유지하고, 게다가 유체 유량 영역의 설정 변경을 가능하게 하는 유량 제어 밸브와, 유량 제어 장치를 제공한다.
[해결 수단] 차압부(15)와 밸브시트(16)를 갖는 밸브 본체부(11)와, 제 1 및 제 2 챔버(21, 22)로 구획하는 제 1 다이아프램(30)과, 제 3 및 제 4 챔버(26, 27)로 구획하고 밸브체(38)를 구비한 제 2 다이아프램(35)과, 제 1 다이아프램(30)과 함께 진퇴 이동하는 제 1 가동부(40)와, 제 2 다이아프램(35)과 함께 진퇴 이동하는 제 2 가동부(50)를 갖고, 제 2 챔버(22)와 제 4 챔버(27) 사이에 접속 챔버(70)를 형성하고, 제 1 및 제 2 가동부(40, 50)의 변동을 서로 전달하는 중간 전달 부재(80)를 배치하고, 차압부(15) 전후의 압력 변동에 의해 밸브체(38)를 밸브시트(16)에 대하여 진퇴 이동시켜 피제어 유체의 유량을 일정하게 유지하도록 하고, 차압 개구부에 대하여 진퇴하는 차압 제어 밸브체와, 차압 제어 밸브체를 진퇴 이동시키는 차압 제어 밸브체 진퇴 수단을 구비한다.

Description

유량 제어 밸브 및 이것을 사용한 유량 제어 장치{FLOW CONTROL VALVE AND FLOW CONTROL SYSTEM USING SAME}

본 발명은 유량 제어 밸브 및 이것을 사용한 유량 제어 장치에 관한 것으로, 특히 소정의 유체 유량으로 가변 가능하게 함과 아울러, 가변 후의 유체 유량을 일정하게 하는 기능을 구비한 유량 제어 밸브와, 당해 유량 제어 밸브를 구비한 유량 제어 장치에 관한 것이다.

반도체의 제조 공정에서는 실리콘 웨이퍼(기판) 표면을 희석한 약액으로 세정하는 처리 등이 행해진다. 이것은 파티클이나 금속 오염물, 산화막 등을 제거하는 것을 목적으로 하고 있고, 복수종의 약액이나 순수를 적당한 비율로 혼합한 처리액이 사용된다. 처리액에는 APM(암모니아와 과산화수소수와 순수), HPM(염산과 과산화수소수와 순수), DHF(불산과 순수), SPM(황산과 과산화수소수) 등을 들 수 있다. 예를 들면, 이 세정 처리가 낱장식(枚葉式)의 장치에서 실시되는 경우, 수평으로 유지되어 회전하고 있는 웨이퍼의 표면에 처리액 등이 공급된다.

낱장식의 세정 장치에서는, 혼합된 처리액이 탱크에 저장되어 있고 그 처리액을 웨이퍼에 공급하는 캐비넷 방식과, 웨이퍼 직전에서 혼합한 처리액을 직접 공급하는 인라인 믹싱 방식이 있다. 장치에는 유체의 혼합부가 있고, 고농도의 약액(원액)이나 순수가 유통하는 배관이 접속되어, 혼합액의 생성이 행해진다. 웨이퍼를 1장씩 처리하는 낱장식의 장치에 의하면 웨이퍼 표면에 공급되는 혼합액은 소량이며, 인라인 방식을 사용하는 경우, 혼합부에 공급되는 약액은 미소량이 된다. 예를 들면, DHF의 생성에서는, 불산과 순수의 유량비는 1:100이며, 순수의 유량이 2.01/min으로 설정되어 있으면, 필요한 불산의 유량은 0.021/min이 된다. 이러한 미소량의 약액을 제어할 필요가 있는 처리에서는, 미미한 유량 변화에 의해 그 세정 효과에 큰 편차가 생겨 버린다. 그 때문에 혼합부에 대하여 약액이나 순수를 고정밀도로 공급할 수 있는 정류량 밸브가 필요하게 된다.

또한 반도체 제조에 있어서의 대규모 집적화, 가공의 미세화가 진행되어, 국제 반도체 기술 로드맵(ITRS)에서, 2014년에 24nm 프로세스로 되는 것이 정해졌다. 프로세스에서 표시되는 숫자(24nm)는 MPU에서의 최하층의 가장 좁은 배선의 피치(선폭+선 간격)의 절반(하프 피치)으로서 정의되어 있다. 이와 같이 배선폭이 정해지는 중에 있어서는, 반도체 제조 공정 내에서의 유체의 유통 경로에 미세한 먼지(파티클)의 혼입은 제품의 수율에 큰 영향을 준다. 파티클은 배선 피치의 4분의 1(2014년의 프로세스의 경우, 12nm) 이하로 할 필요가 있으므로, 유체의 청정도를 유지하면서 유통시키는 부재는 큰 의미를 갖는다.

특허문헌 1에 개시된 정류량 밸브에서는, 동축 상에 배치된 복수의 다이아프램이 피제어 유체의 압력에 대하여 일체로 변동하도록 구성되어 있다. 유입부측에 존재하는 밸브시트에는 각 다이아프램과 일체로 변동하는 밸브체가 밸브의 개폐 동작을 행한다. 이것들에 의해, 정류량 밸브 내에서의 차압이 조절됨으로써 피제어 유체의 유출량을 소정의 유량으로 제어하는 것이 가능하게 된다. 또한 유로 구조는 피제어 유체를 체류시키지 않고, 차압 조절을 간단하게 할 수 있어 응답성이 좋다.

그러나, 미소 유량영역에서 제어를 행하는 경우에는, 좁은 개도(開度)로 밸브체를 진퇴시킬 필요가 있다. 이 정류량 밸브에서는, 복수의 다이아프램이 축부에서 연결되고, 밸브시트가 형성되는 유로 내에 상기 축부를 삽입통과한 구성이다. 이 때문에, 제어시의 밸브체의 동작에 의해, 밸브시트와 밸브체가 슬라이딩할 우려가 있다.

특허문헌 2에 개시된 유량 제어 장치에서는, 1차측 유체에 압력 변동이 발생한 경우에, 제 1 압력 제어 밸브부에 의해 제 1 압력 제어 밸브부의 2차측이 소정 압력으로 유지되어 유량이 제어된다. 한편, 2차측 유체에 압력 변동이 발생한 경우에, 제 2 압력 제어 밸브부에 의해 제 2 압력 제어 밸브부의 1차측이 소정 압력으로 유지되어 유량이 제어된다. 따라서, 유량 제어 장치의 1차측 또는 2차측에서 압력 변동이 발생한 경우이어도, 유체 유량의 안정화를 고정밀도로 실현하는 것이 가능하다.

그렇지만, 상기의 유량 제어 장치에서는 2차측에서 유체의 유출이 정지되는 등에 의해, 유량 제어 장치 내의 유체 압력이 상승한다. 그 때, 제 1 압력 제어 밸브부가 급격한 폐쇄 동작을 행함으로써, 제 1 압력 제어 밸브부의 밸브시트에 대하여 밸브체가 강하게 충돌할 우려가 있다.

종래의 정류량 밸브나 유량 제어 장치에서는, 각각 상기와 같은 작동에 의해 밸브시트와 밸브체 등이 상정 외의 접촉을 하여 발진할 가능성도 염려된다. 그 때문에 미소 유량을 고정밀도로 공급하는 것이 가능하고, 또한 높은 청정도를 유지하는 것이 가능한 장치가 요구되고 있다.

또한, 상기의 요구를 충족시킴과 아울러, 원하는 유량으로 설정을 변경할 수 있고, 게다가 당해 변경 후에도 일정 유량을 유지할 수 있으면, 장치의 집약도 진행된다. 특히, 미소 유량영역에서의 정류량화 및 유량 자체의 제어를 실현하는 장치가 있다면, 지금까지 이상으로 유체 공급의 편리성이 높아지고, 또한 유체의 청정도를 보다 유지할 수 있다. 그래서, 유체 유량의 정류량화 및 유량 자체의 제어를 하나의 장치 내에서 일괄하여 실현하는 새로운 장치가 요망되고 있었다.

일본 특허 제4022438호 공보 (대응특허: US 6805156B2, EP 1321841B1) 일본 특개 2007-102754호 공보 (대응특허: US 2007/0056640A1)

(발명의 개요)

(발명이 해결하고자 하는 과제)

본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 밸브시트와 밸브체 등의 상정 외의 접촉을 억제하여 유체의 청정도를 보다 높은 상태에서 일정 유량을 유지하고, 게다가 유통되는 유체 유량영역의 설정을 변경 가능하게 하여 장치의 집약을 진행시킨 유량 제어 밸브와, 이것을 사용한 유량 제어 장치를 제공한다.

즉, 청구항 1의 발명은 피제어 유체의 유입부에 접속된 유입측 챔버와 피제어 유체의 유출부에 접속된 유출측 챔버 사이의 유로에 설치된 차압부(pressure differential device part)와, 상기 유출측 챔버에 형성된 밸브시트를 갖는 밸브 본체부와, 상기 유입측 챔버에 배치되고, 이 유입측 챔버를 피제어 유체와 접하는 제 1 챔버와 이 제 1 챔버의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 제 2 챔버로 구획하고, 상기 제 1 챔버 내의 유체 압력을 받고 또한 가압 수단에 의해 항상 일정 압력으로 상기 제 1 챔버측으로 가압되는 제 1 다이아프램과, 상기 유출측 챔버에 배치되고 이 유출측 챔버를 피제어 유체와 접하는 제 3 챔버와 이 제 3 챔버의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 제 4 챔버로 구획하고, 상기 제 3 챔버 내의 유체 압력을 받고 또한 상기 밸브시트에 대하여 진퇴 이동하는 밸브체를 구비한 제 2 다이아프램을 갖고, 상기 제 2 챔버에 상기 제 1 다이아프램과 함께 진퇴 이동하는 제 1 가동부가 형성되고, 또한, 상기 제 4 챔버에 상기 제 2 다이아프램과 함께 진퇴 이동하는 제 2 가동부가 형성되고, 상기 제 2 챔버와 상기 제 4 챔버 사이에는 접속 챔버가 형성되고, 이 접속 챔버에 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부와 걸어맞추어져(係合) 하나의 가동부의 변동을 다른 가동부에 전달하는 중간 전달 부재가 배치되어 있고, 상기 차압부 전후의 압력 변동에 의한 상기 제 1 다이아프램 및 상기 제 2 다이아프램의 진퇴 이동에 의해 상기 밸브체를 상기 밸브시트에 대하여 진퇴 이동시켜 피제어 유체의 유량을 일정하게 유지하도록 하고 있음과 아울러, 상기 차압부에는 차압 개구부(pressure differential opening part)가 형성되어 있고, 상기 차압 개구부에 대하여 진퇴함으로써 상기 차압부를 통과하는 피제어 유체의 유량을 제어하는 차압 제어 밸브체(pressure differential control valve element)와, 상기 차압 제어 밸브체를 진퇴 이동시키는 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 2의 발명은 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부가 각각 봉 형상 부재로 이루어지고, 상기 제 1 가동부의 후단과 상기 중간 전달 부재의 제1단(端)이 적어도 일방에 형성된 경사면을 통하여 걸어맞추어져 있음과 아울러, 상기 제 2 가동부의 후단과 상기 중간 전달 부재의 제2단이 적어도 일방에 형성된 경사면을 통하여 걸어맞추어져 있는 청구항 1 에 기재된 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 3의 발명은 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부가 각각 봉 형상 부재로 이루어지고, 상기 중간 전달 부재가 복수개의 볼 부재(球部材)를 가지고 있는 청구항 1에 기재된 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 4의 발명은 상기 가압 수단이 스프링인 청구항 1에 기재된 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 5의 발명은 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 모터인 청구항 1에 기재된 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 6의 발명은 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 가압 기체인 청구항 1에 기재된 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 7의 발명은 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 나사 부재인 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 8의 발명은 상기 차압 개구부가 평탄 형상의 차압 밸브시트로서 형성되고, 또한 상기 차압 밸브시트와 대향하는 상기 차압 제어 밸브체의 선단도 평판 형상의 평판 선단부로서 형성되어 있는 청구항 1에 기재된 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

청구항 9의 발명은, 청구항 1에 기재된 유량 제어 밸브와, 피제어 유체의 유량 검지부와, 연산부를 구비하고, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 유량 검지부가 피제어 유체의 공급부와 피제어 유체의 유체 혼합부 사이의 유체 배관에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치에 관한 것이다.

청구항 10의 발명은 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단을 제어하는 신호를 생성하는 제어부가 설치되는 제 9 항에 기재된 유량 제어 장치에 관한 것이다.

청구항 11의 발명은 상기 연산부가 상기 유량 검지부의 유량 계측값에 기초하여 피드백 제어를 행하는 제 9 항에 기재된 유량 제어 장치에 관한 것이다.

청구항 1의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 피제어 유체의 유입부에 접속된 유입측 챔버와 피제어 유체의 유출부에 접속된 유출측 챔버 사이의 유로에 설치된 차압부와, 상기 유출측 챔버에 형성된 밸브시트를 갖는 밸브 본체부와, 상기 유입측 챔버에 배치되고 이 유입측 챔버를 피제어 유체와 접하는 제 1 챔버와 이 제 1 챔버의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 제 2 챔버로 구획하고, 상기 제 1 챔버 내의 유체 압력을 받고 또한 가압 수단에 의해 항상 일정 압력으로 상기 제 1 챔버측에 가압되는 제 1 다이아프램과, 상기 유출측 챔버에 배치되고 이 유출측 챔버를 피제어 유체와 접하는 제 3 챔버와 이 제 3 챔버의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 제 4 챔버로 구획하고, 상기 제 3 챔버 내의 유체 압력을 받고 또한 상기 밸브시트에 대하여 진퇴 이동하는 밸브체를 구비한 제 2 다이아프램을 갖고, 상기 제 2 챔버에 상기 제 1 다이아프램과 함께 진퇴 이동하는 제 1 가동부가 형성되고, 또한, 상기 제 4 챔버에 상기 제 2 다이아프램과 함께 진퇴 이동하는 제 2 가동부가 형성되고, 상기 제 2 챔버와 상기 제 4 챔버 사이에는 접속 챔버가 형성되고, 이 접속 챔버에 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부와 걸어맞추어져 하나의 가동부의 변동을 다른 가동부에 전달하는 중간 전달 부재가 배치되어 있고, 상기 차압부 전후의 압력 변동에 의한 상기 제 1 다이아프램 및 상기 제 2 다이아프램의 진퇴 이동에 의해 상기 밸브체를 상기 밸브시트에 대하여 진퇴 이동시켜 피제어 유체의 유량을 일정하게 유지하도록 하고 있음과 아울러, 상기 차압부에는 차압 개구부가 형성되어 있고, 상기 차압 개구부에 대하여 진퇴함으로써 상기 차압부를 통과하는 피제어 유체의 유량을 제어하는 차압 제어 밸브체와, 상기 차압 제어 밸브체를 진퇴 이동시키는 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 구비되기 때문에, 밸브시트와 밸브체 등과의 상정 외의 접촉을 억제하여 유체의 청정도를 보다 높은 상태로 일정 유량을 유지하고, 게다가 유통하는 유체 유량영역의 설정을 변경 가능하게 하여 장치의 집약을 진행시킬 수 있다.

청구항 2의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부가 각각 봉 형상 부재로 이루어지고, 상기 제 1 가동부의 후단과 상기 중간 전달 부재의 제1단이 적어도 일방에 형성된 경사면을 통하여 걸어맞추어져 있음과 아울러, 상기 제 2 가동부의 후단과 상기 중간 전달 부재의 제2단이 적어도 일방에 형성된 경사면을 통하여 걸어맞추어져 있기 때문에, 중간 전달 부재에 의한 하나의 가동부로부터 다른 가동부로의 변동의 전달을 원활하게 행할 수 있다.

청구항 3의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부가 각각 봉 형상 부재로 이루어지고, 상기 중간 전달 부재가 복수개의 볼 부재를 구비하고 있기 때문에, 하나의 가동부의 변동을 보다 확실하게 다른 가동부에 전달할 수 있다.

청구항 4의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 가압 수단이 스프링이기 때문에, 저렴하고 또한 간이한 구성으로 제 1 다이아프램을 탄성 가압할 수 있다.

청구항 5의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 모터이기 때문에, 차압 제어 밸브체의 진퇴량을 정밀하게 재현할 수 있다.

청구항 6의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 가압 기체이기 때문에, 차압 제어 밸브체의 진퇴의 응답성을 높일 수 있다.

청구항 7의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 나사 부재이기 때문에, 개도 조정에 관련되는 부재를 간소화하여, 구조를 간단하게 할 수 있다.

청구항 8의 발명에 따른 유량 제어 밸브에 의하면, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 차압 개구부가 평탄 형상의 차압 밸브시트로서 형성되고, 또한 상기 차압 밸브시트와 대향하는 상기 차압 제어 밸브체의 선단도 평판 형상의 평판 선단부로서 형성되어 있기 때문에, 미소 유량영역의 유량 제어에 대응할 수 있어, 축의 벗어남으로부터 밸브체의 밸브시트측으로의 접촉을 막을 수 있다.

청구항 9의 발명에 따른 유량 제어 장치에 의하면, 청구항 1에 기재된 유량 제어 밸브와, 피제어 유체의 유량 검지부와, 연산부를 구비하고, 상기 유량 제어 밸브 및 상기 유량 검지부가 피제어 유체의 공급부와 피제어 유체의 유체 혼합부 사이의 유체 배관에 접속되어 있기 때문에, 장치 전체의 소형화가 진행된다. 또한 피제어 유체와 접촉하는 부재수는 억제되어, 피제어 유체의 청정도는 유지되기 쉽다.

청구항 10의 발명에 따른 유량 제어 장치에 의하면, 청구항 9의 발명에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단을 제어하는 신호를 생성하는 제어부가 설치되기 때문에, 차압 제어 밸브 진퇴 수단의 원활한 제어가 가능하다.

청구항 11의 발명에 따른 유량 제어 장치에 의하면, 청구항 9의 발명에 있어서, 상기 연산부가 상기 유량 검지부의 유량 계측값에 기초하여 피드백 제어를 행하기 때문에, 유량 제어 밸브의 2차측(하류측)에 발생한 유량 변화에 즉시 응답해서, 피제어 유체의 유량의 증감을 행하여, 항상 일정한 유량으로 피제어 유체를 유통시킬 수 있다.

도 1은 제 1 실시예에 따른 유량 제어 밸브의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A선에서의 개략 횡단면도이다.
도 3은 제 1 실시예의 제 1 다이아프램이 전진한 상태의 종단면도이다.
도 4는 제 1 실시예의 제 1 다이아프램이 후퇴한 상태의 종단면도이다.
도 5는 제 1 실시예의 차압 제어 밸브체가 전진한 상태의 종단면도이다.
도 6은 제 1 실시예의 차압 제어 밸브체 부근의 주요부 확대도이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 유량 제어 밸브의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 유량 제어 밸브의 종단면도이다.
도 9는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 유량 제어 밸브의 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 유량 제어 장치를 편입한 기판 처리 장치의 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명에 규정하고, 도시하는 각 실시예의 유량 제어 밸브(10W, 10X, 10Y 및 10Z)는 주로 반도체 제조 공장이나 반도체 제조 장치 등의 유체 관로에 배열 설치되어, 유체의 유통 제어에 사용된다. 구체적으로는, 당해 유량 제어 밸브는 실리콘 웨이퍼의 세정 등에 사용하는 초순수나 불산, 과산화 수소수, 암모니아수, 염산 등의 각종 처리에 사용하는 약액의 유통 유량을 일정하게 하는 기능을 구비한 밸브이다. 그리고, 이것과 동시에, 당해 유량 제어 밸브는 그 내부를 유통하는 유체 유량을 원하는 유량영역으로 가변하는 것도 가능한 밸브이다.

즉, 본 발명의 유량 제어 밸브는 단일 밸브 내에서 정류량 기능과 가변 제어 기능의 2종류의 상이한 기능을 겸비하는 밸브로서 평가된다. 이 때문에, 설치를 위한 장소는 적어진다. 또한 종래, 2개의 밸브로 나뉘어 있던 기능을 집약하고 있기 때문에, 피제어 유체의 배관이 간소화되어, 피제어 유체의 청정도는 높아진다. 특히, 본 발명의 유량 제어 밸브는 실리콘 웨이퍼의 낱장 방식에 의한 세정에 대응한 피제어 유체의 제어에 적합하다. 이하, 제 1 실시예의 유량 제어 밸브(10W)의 구조를 중심으로 각 실시예에 대하여 설명한다.

제 1 실시예의 유량 제어 밸브(10W)는 주로 유체 유량을 일정화하는 정류량 기능을 담당하는 정류량 기능부(CFw)와 원하는 유량영역으로 가변 제어 가능한 가변 제어 기능부(VFw)의 2개소의 부위를 갖는다. 정류량 기능부(CFw)에 포함되는 밸브 본체부(11), 제 1 다이아프램(30) 및 제 2 다이아프램(35) 등과, 가변 제어 기능부(VFw)의 차압 제어 밸브체(120) 등의 주요 부재에는 상기의 피제어 유체에 의한 부식 혹은 피제어 유체의 청정도에 영향을 주지 않는 성질이 요구된다. 이 때문에, 유량 제어 밸브(10W)의 주요 구성 부재는 PTFE, PFA, PVDF 등의 불소 수지 또는 스테인리스강 등의 내식성 금속 혹은 이것들의 조합 등, 그 밖의 내식성 및 내약품성이 높은 재료에 의해 형성된다. 특히, 피제어 유체와 접촉하는 부위의 부재에는 상기의 수지 소재가 사용된다.

도시된 유량 제어 밸브(10W)에서는 불소 수지의 블록으로부터 절삭에 의해 가공, 형성된다. 뒤에 나오는 제 2 내지 제 4 실시예의 유량 제어 밸브(10X, 10Y, 10Z)도 피제어 유체의 청정도에 영향을 주지 않는 점을 고려하여 동일한 불소 수지의 블록으로 구성된다.

유량 제어 밸브(10W)에서, 처음에 정류량 기능부(CFw)의 구성부터 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 밸브 본체부(11)는 피제어 유체의 유입부(12)에 접속된 유입측 챔버(20)와 피제어 유체의 유출부(13)에 접속된 유출측 챔버(25) 사이의 유로에 설치된 차압부(pressure differential device part(venturi constriction part))(15)와, 유출측 챔버(25)에 형성된 밸브시트(16)를 갖는다. 이 밸브 본체부(11)는 복수의 본체 블록(11A, 11B, 11C, 11D)을 조합하여 형성된다. 또한 차압부(15)는 유로 내의 유체 압력을 손실시켜 유입측 챔버(20)와 유출측 챔버(25)의 유체 압력에 차압을 생기게 한다. 도면의 부호 17은 유출측 챔버(25)와 유출부(13)를 접속하는 밸브시트(16)의 유출 개구부이다.

실시예의 밸브 본체부(11)에서는 본체 블록(11A)에 유입부(12), 유출부(13), 차압부(15), 밸브시트(16)가 각각 형성된다. 또한 차압부(15)에 차압 개구부(18)가 형성된다. 본체 블록(11A)과 본체 블록(11B)은 조합되어, 유입측 챔버(20)와 유출측 챔버(25)가 형성된다. 또한 본체 블록(11C)과 본체 블록(11D)은 조합되어 접속 챔버(70)가 형성된다.

유입측 챔버(20)는 제 1 다이아프램(30)에 의해 피제어 유체와 접하는 측이 되는 제 1 챔버(21)와, 제 1 챔버(21)의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 측이 되는 제 2 챔버(22)로 구획된다. 실시예의 제 1 다이아프램(30)은 다이아프램면이 되는 얇은 가동막부(31)와, 가동막부(31)의 외주에 배치되는 외주부(32)로 구성된다. 제 1 다이아프램(30)은 제 2 챔버(22)측에 배치된 제 1 가동부(40)에 접속된다. 외주부(32)는 본체 블록(11A)과 본체 블록(11B) 사이에 협착되어 소정 위치에 고정된다. 도시된 제 1 다이아프램(30)과 제 1 가동부(40)는 기계적인 접속이 아니라 서로 접촉(맞닿음)하고 있을 뿐이다.

제 1 챔버(21)는 본체 블록(11A)에 형성된다. 유입부(12)로부터 차압부(15)에 이르는 유체의 유로가 제 1 챔버(21)에 의해 구성된다. 제 2 챔버(22)는 본체 블록(11B)에 형성된다. 제 1 가동부(40)의 피스톤부(42)를 진퇴 가능하게 하는 실린더부(23)가 제 2 챔버(22)에 형성된다. 도면 중의 부호 24는 제 2 챔버(22)에 접속된 호흡 구멍이다.

제 1 가동부(40)는 봉 형상 부재(41)로 이루어지고, 전단(41a)이 제 1 다이아프램(30)에 맞닿아지고, 제 2 챔버(22)의 실린더부(23)를 관통해서 후단(41b)이 접속 챔버(70) 내에 돌출하여 배치된다. 제 1 가동부(40)는 제 1 다이아프램(30)의 움직임에 맞추어 진퇴 이동한다. 제 1 가동부(40)의 봉 형상 부재(41)(그 후단(41b))는 제 2 챔버(22)를 구성하는 본체 블록(11C)의 유지부(11p) 내에 끼워 삽입되어 유지된다. 그래서, 제 1 가동부(40)의 진퇴 이동은 제 1 다이아프램(30)에 대한 전후 방향(지면에서는 상하방향)의 동작이 된다.

유출측 챔버(25)는 제 2 다이아프램(35)에 의해 피제어 유체와 접하는 측이 되는 제 3 챔버(26)와, 제 3 챔버(26)의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 측이 되는 제 4 챔버(27)로 구획된다. 실시예의 제 2 다이아프램(35)은 다이아프램면이 되는 얇은 가동막부(36)와, 가동막부(36)의 외주에 배치되는 외주부(37)로 구성된다. 제 2 다이아프램(35)은 제 4 챔버(27)측에 배치된 제 2 가동부(50)에 접속된다. 외주부(37)는 본체 블록(11A)과 본체 블록(11B) 사이에 협착되어 고정된다.

제 3 챔버(26)는 본체 블록(11A)에 형성된다. 피제어 유체는 차압부(15), 제어 밸브실(100)의 순으로 유통하고, 제 3 챔버(26)에 접속된 연결 유로(108)에 유입된다. 그래서, 연결 유로(108), 유출 개구부(17)를 통하여 유출부(13)에 이르는 유체의 유로가 제 3 챔버(26)에 의해 구성된다. 제 4 챔버(27)는 본체 블록(11B)에 형성된다. 제 2 가동부(50)의 피스톤부(52)를 진퇴 가능하게 하는 실린더부(28)가 제 4 챔버(27)에 형성된다. 도면 중의 부호 29는 제 4 챔버(27)에 접속된 호흡 구멍이다.

제 2 가동부(50)는 봉 형상 부재(51)로 이루어지고, 봉 형상 부재(51)의 전단(51a)이 제 2 다이아프램(35)에 접속된다. 봉 형상 부재(51)의 후단(51b)은 제 4 챔버(27)의 실린더부(28)를 관통하여 접속 챔버(70) 내에 돌출하여 배치된다. 도시된 제 2 다이아프램(35)과 제 2 가동부(50)는 나사결합 등에 의해 기계적으로 접속된다. 이 제 2 가동부(50)는 제 2 다이아프램(35)의 움직임에 연동하여 진퇴 이동한다. 제 2 가동부(50)의 봉 형상 부재(51)(그 후단(51b))는 제 4 챔버(27)를 구성하는 본체 블록(11C)의 유지부(11q) 내에 끼워 삽입되어 유지된다. 그래서, 제 2 가동부(50)의 진퇴 이동은 제 2 다이아프램(35)에 대한 전후 방향(지면에서는 상하 방향)의 동작으로 된다.

또한 제 2 다이아프램(35)에는 밸브체(38)가 구비된다. 제 2 다이아프램(35)은 제 3 챔버(26) 내의 피제어 유체의 유체 압력을 받고, 밸브시트(16)에 대하여 밸브체(38)을 진퇴 이동시킨다. 밸브체(38)는 밸브시트(16)측을 향해서 돌출하여 형성된 돌출부이며, 실시예에서는 테이퍼 형상으로 형성되어 있다. 밸브체(38)는 밸브시트(16)에 대해 접촉하여 유출 개구부(17)를 폐쇄(밸브 폐쇄)하지는 않고, 항상 적당한 간극을 형성한다. 물론, 제 2 다이아프램(35)에 형성되는 밸브체(38)의 형상은 도시된 원추 형상에 한정되지 않고, 원기둥체 등이 적당하다.

제 1 다이아프램(30) 및 제 2 다이아프램(35)에 의한 유입측 챔버(20) 및 유출측 챔버(25)의 구획으로부터 용이하게 이해할 수 있도록, 유로를 유통하는 피제어 유체의 접촉(접액) 부위는 한정된다. 그 때문에 본 발명의 유량 제어 밸브 내를 유통하는 피제어 유체는 높은 청정도로 유지된다.

접속 챔버(70)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 유입측 챔버(20)의 제 2 챔버(22)(실린더부(23))와, 유출측 챔버(25)의 제 4 챔버(27)(실린더부(28))의 쌍방을 연결하는 사이에 형성된다. 그 접속 챔버(70) 속에 중간 전달 부재(80)가 배치된다. 중간 전달 부재(80)는 제 1 가동부(40) 및 제 2 가동부(50)와 걸어맞추어지고, 하나의 가동부(40)(또는 50)에 생긴 변동을 다른 가동부(50)(또는 40)에 전달한다. 제 1 실시예의 중간 전달 부재(80)는 사각 형상의 봉 형상 부재(81w)로 이루어지고(도 2 참조), 접속 챔버(70) 내를 좌우방향(제 1 가동부(40) 또는 제 2 가동부(50)의 진퇴 이동 방향과 직교하는 방향)으로 슬라이딩 한다.

중간 전달 부재(80)의 동작시에 있어서, 중간 전달 부재(80)가 제 1 가동부(40) 또는 제 2 가동부(50)의 진퇴 동작(상하 이동)에 의해 떠올라 버리면, 변동량이 적절하게 전달되지 않게 된다. 그래서, 도시 실시예에서는, 중간 전달 부재(80)는 접속 챔버(70) 내에 수용됨과 아울러, 중간 전달 부재(80)(봉 형상 부재(81w))의 이동 슬라이딩부(80r)는 본체 블록(11D)의 블록 슬라이딩부(11r)의 접촉을 받아, 중간 전달 부재(80)의 떠오름은 억제된다. 이 때문에, 도시된 중간 전달 부재(80)에서는, 봉 형상 부재(81w)의 이동은 좌우방향이 되도록 항상 규제된다.

도시에서 이해되는 바와 같이, 제 1 가동부(40)의 후단(41b)과 중간 전달 부재(80)의 제1단(81a)은 적어도 일방에 형성된 경사면(45(85a))을 통하여 걸어맞추어져 있다. 그리고, 제 2 가동부(50)의 후단(51b)과 중간 전달 부재(80)의 제2단(81b)도 적어도 일방에 형성된 경사면(55(85b))을 통하여 걸어맞추어져 있다. 제 1 실시예에서는, 제 1 가동부(40)의 후단(41b)과 중간 전달 부재(80)의 제1단(81a) 양쪽에 경사면(45(85a))이 형성되고, 제 2 가동부(50)의 후단(51b)과 중간 전달 부재(80)의 제2단(81b)의 양쪽에도 경사면(55(85b))이 형성된다. 그리고, 어느 경사면(45, 55, 85a, 85b)의 경사각도도 45°로 하고 있다.

중간 전달 부재(80)에 의한 각 가동부(40, 50)의 변동의 전달에 대하여 설명한다. 도 2는 도 1의 A-A 부분에서의 횡단면에 상당한다. 단, 가변 제어 기능부(VFw)는 제외하고 나타낸다. 제 1 실시예의 중간 전달 부재(80)는 사각 구멍부(89)를 구비한 봉 형상 부재(81w)이다. 그리고, 가변 제어 기능부(VFw)는 사각 구멍부(89) 내에 배치되고, 본체 블록(11B, 11C, 11D)과 고정된다. 사각 구멍부(89)는 중간 전달 부재(80)의 봉 형상 부재(81w)의 이동방향이 되는 길이 방향으로 가변 제어 기능부(VFw)보다도 큰 간극(89o)을 가지고 있다. 그래서, 가변 제어 기능부(VFw)가 사각 구멍부(89) 내에 배치되어 있어도, 가변 제어 기능부(VFw)는 사각 구멍부(89)와 접촉하지 않고, 중간 전달 부재(80)의 이동은 가변 제어 기능부(VFw)에 의해 영향을 받지 않고 원활하게 슬라이딩 할 수 있다. 물론, 중간 전달 부재(80)에 대하여, 사각 구멍부(89)를 구비한 봉 형상 부재(81w)의 형태라고 하는 것에는 한정되지 않는다. 가변 제어 기능부(VFw)를 피하면서, 각 가동부(40, 50)의 변동을 서로 전달 가능한 구조이면 적당하다.

도 3은 중간 전달 부재(80)가 제 1 가동부(40)의 변동을 제 2 가동부(50)에 전달하는 경우의 예이다. 우선 제 1 가동부(40)가 후퇴한다. 이 때, 중간 전달 부재(80)(봉 형상 부재(81w))는 경사면(45(85a)) 및 접속 챔버(70)의 상방의 블록 슬라이딩부(11r)를 통하여 슬라이딩 한다. 그리고, 중간 전달 부재(80)(봉 형상 부재(81w))는 제 2 가동부(50) 측방향으로 밀어 넣어져 이동한다(도면 중 화살표 참조). 계속해서, 중간 전달 부재(80)는 제 2 가동부(50) 측방향으로 이동함으로써, 제 2 가동부(50)는 경사면(55(85b))을 통하여 슬라이딩 하여 제 2 다이아프램(35)측으로 밀어 넣어짐과 아울러 전진한다(도면 중 화살표 참조).

도 4는 중간 전달 부재(80)(봉 형상 부재(81w))가 제 2 가동부(50)의 변동을 제 1 가동부(40)에 전달하는 경우의 예이다. 우선 제 2 가동부(50)가 후퇴한다. 이 때, 중간 전달 부재(80)는 경사면(55(85b)) 및 접속 챔버(70)의 상방의 블록 슬라이딩부(11r)를 통하여 슬라이딩 한다. 그리고, 중간 전달 부재(80)는 제 1 가동부(40)측(도면의 좌측) 방향으로 이동함으로써, 제 1 가동부(40)는 경사면(45(85a))을 통하여 슬라이딩 하여 제 1 다이아프램(30)측으로 밀어 넣어짐과 아울러 전진한다.

또한 각 경사면(45, 55, 85a, 85b)의 경사각도는 모두 45°로 형성된다. 이 때문에, 중간 전달 부재(80)에 의한 하나의 가동부(40(50))로부터 다른 가동부(50(40))로의 변동의 전달은 원활하게 행해진다. 후기하는 제 2 및 제 3 실시예의 유량 제어 밸브(10X, 10Y)에서도 각각의 걸어맞추어지는 부위의 경사각도는 45°이다.

상기한 바와 같이, 제 1 가동부(40)와 중간 전달 부재(80) 혹은 제 2 가동부(50)와 중간 전달 부재(80)는 서로 슬라이딩 함으로써 변동을 전달하는 구성이다. 이것으로부터, 마찰 저항을 작게 하는 재료가 바람직하고, 필요에 따라 그리스나 코팅 처리 등을 행함으로써 마찰 경감은 가능하다. 이것에 의해, 각 부재(40, 50, 80)끼리의 마찰은 경감되고, 보다 원활하게 변동은 전달된다. 그래서, 유량 제어 밸브(10W)에서는 도 3 및 4에 도시하는 바와 같이, 차압부(15)를 사이에 끼고 그 전후가 되는 제 1 챔버(21) 및 제 3 챔버(26)에서, 피제어 유체의 유체 압력 변동에 따라 제 1 다이아프램(30) 및 제 2 다이아프램(35)은 진퇴 이동한다.

예를 들면, 도 3과 같이, 유량 제어 밸브(10W)의 1차측 압력의 상승에 의해 제 1 다이아프램(30)측의 피제어 유체의 유체 압력이 높아지면, 제 1 가동부(40)는 제 1 다이아프램(30)과 함께 후퇴하고, 그 변동은 중간 전달 부재(80)(봉 형상 부재(81w))를 통하여 제 2 가동부(50)에 전달된다. 이것에 의해, 제 1 다이아프램(30)으로부터 제 2 다이아프램(35)으로 전진 방향(밸브시트(16) 방향)의 하중이 가해진다. 제 2 가동부(50)의 강하를 받아 제 2 다이아프램(35) 및 밸브체(38)는 밸브시트(16)에 대하여 전진하고, 유통 개구부(17)의 개도는 축소된다.

반대로 도 4와 같이, 유량 제어 밸브(10W)의 2차측 압력의 상승에 의해 제 2 다이아프램(35)측의 피제어 유체의 유체 압력이 높아지면, 제 2 다이아프램(35)측에 제 1 다이아프램(30)으로부터의 하중을 되돌리는 방향으로 작용이 가해진다. 제 2 다이아프램(35) 및 제 2 가동부(50)는 밸브체(38)와 함께 밸브시트(16)로부터 후퇴하고, 유통 개구부(17)의 개도가 확대된다. 그리고, 제 2 가동부(50)의 변동이 중간 전달 부재(80)를 통하여 제 1 가동부(40)에 전달되고, 제 1 가동부(40)를 통하여 제 1 다이아프램(30)이 전진한다.

이와 같이, 제 1, 제 2 다이아프램(30, 35)은 차압부(15) 전후의 피제어 유체의 압력 변동을 받는다. 그리고, 제 1 가동부(40) 및 제 2 가동부(50)의 변동은 중간 전달 부재(80)를 통하여 각각에 전달된다. 이 결과, 발생한 변동은 제 2 다이아프램(35)과 밸브체(38)의 진퇴 동작에 정확하게 반영되어, 밸브체(38)는 밸브시트(16)에 대하여 진퇴 이동한다. 그래서, 유출 개구부(17)의 개도(개구량)는 조정되고, 결과적으로 유량 제어 밸브(10W)를 통과하는 피제어 유체의 유량은 일정하게 유지된다.

도시된 유량 제어 밸브(10W)의 정류량 기능부(CFw)에서, 제 1 다이아프램(30)은 제 1 챔버(21)) 내의 피제어 유체의 압력을 받고, 동시에 가압 수단(60)에 의한 항상 일정 압력으로 제 1 챔버(21)측으로 가압된다. 구체적으로는, 당해 실시예의 가압 수단(60)은 스프링(61)(코일스프링)이며, 스프링(61)은 제 4 챔버(27)의 실린더부(28) 내에 배치된다. 이 스프링(61)에 의해, 제 2 가동부(50)인 봉 형상 부재(51)는 유출측 챔버(25)로부터 벗어나는 방향으로 탄성 가압된다. 그러면, 도시하여 설명한 바와 같이, 제 2 가동부(50)(봉 형상 부재(51)), 중간 전달 부재(80)(봉 형상 부재(81w)) 및 제 1 가동부(40)(봉 형상 부재(41))로서 나타내는 걸어맞춤 관계의 순에 따라, 스프링의 탄성 가압에 수반되는 동작은 제 1 다이아프램(30)까지 전달된다. 따라서, 제 1 다이아프램(30)에는 유입측 챔버(20)측에 항상 일정한 하중이 가해진다.

제 1 실시예와 같이, 가압 수단(60)(스프링(61))을 제 2 가동부(50)측에 배치하고 있기 때문에, 스프링(61)의 탄성에 의해 피스톤부(52)는 들어 올려지고, 피스톤부(52)와 접속된 제 2 다이아프램(35)도 끌어 올려진다. 그렇다면, 밸브체(38)에는 항상 밸브시트(16)로부터 떨어지는 작용이 발생하여, 밸브체(38)의 밸브시트(16)에의 준비되지 않은 접촉은 회피된다. 또한 가압 수단(60)으로서 스프링(61)을 채용하고 있음으로써, 탄성 바이어스를 위한 기구는 간편하게 되어 그 만큼 저렴하게 할 수 있다.

유량 제어 밸브(10W)의 정류량 기능부(CFw)에 있어서의 피제어 유체의 유량과 유체 압력의 관계에 대하여, 도 1을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 제 1 다이아프램(30)에 가해지는 유체 압력을 「P1」, 제 2 다이아프램(35)에 가해지는 유체 압력을 「P2」, 제 2 다이아프램(35)에 가해지는 유출부(13)측의 유체 압력을 「P3」, 가압 수단(60)에 의해 제 1 다이아프램에 가해지는 하중(스프링(61)의 스프링 하중)을 「SP」, 제 1 다이아프램(30)의 유효 수압 면적을 「S1」, 제 2 다이아프램(35)의 유효 수압 면적을 「S2」, 밸브시트(16)의 유통 개구부(17)의 면적을 「S3」라고 한다. 그리고, 피제어 유체의 유량을 「Q」, 차압부(15)의 개도 면적에 의해 설정되는 유량 계수를 「A」, 차압부(15)의 전후에 발생하는 차압(P1-P2)을 「ΔP」로 나타낸다. 또한, 제 1 다이아프램(30)의 유효 수압 면적(S1)과 제 2 다이아프램(35)의 유효 수압 면적(S2)은 동일하다(S1=S2)고 한다. 또한 다이아프램에 있어서의 유효 수압 면적은 그 가동부인 얇은 막부로 이루어지는 다이아프램면의 가동막부가 유효하게 압력을 받는 면적이다.

제 1 다이아프램(30)을 후퇴시키는 힘(F1), 제 2 다이아프램(35)을 후퇴시키는 힘(F2)은 각각 하기의 식으로 표시된다.

F1=S1×P1

F2=(S2-S3)×P2+S3×P3+SP

여기에서, 밸브시트(16)의 유통 개구부(17)의 면적(S3)을 극히 작게 함으로써, 제 2 다이아프램(35)에 가해지는 유출부(13)측의 유체 압력(P3)은 무시 가능하게 된다. 이것들로부터 밸런스식(F1=F2)은 이하와 같다.

S1×P1=S1×P2+SP

S1(P1-P2)=SP

ΔP=SP/S1

상기의 식으로부터 이해되는 바와 같이, 유량 제어 밸브(10W)의 차압부(15)에 의한 차압(ΔP)은 가압 수단(60)의 하중(SP) 및 제 1 다이아프램(30), 제 2 다이아프램(35)의 유효 수압 면적(S1=S2)에 의해 결정된다. 그래서, 유체의 유량(Q)은 차압(ΔP)에 의해 결정되는 점에서, 하기의 식으로 나타낼 수 있다.

Q=A×√(ΔP) … (i)

= A×√(SP/S1)

따라서, 유량 제어 밸브(10W)의 정류량 기능부(CFw)에서는, 가압 수단(60)의 하중(SP)을 가변으로 함으로써 차압(ΔP)을 변화시켜, 유체의 유량(Q)을 변경시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 가압 수단(60)의 가압량을 변화시키는 방법으로서는 스프링 자체의 교환, 수동 혹은 모터 구동 등에 의해 스프링 하중을 변화시키는 방법이다.

유량 제어 밸브(10W)의 또 하나의 특징인 가변 제어 기능부(VFw)는, 제 1 챔버(21)와 제 3 챔버(26)를 접속하는 사이의 차압부(15)에 있어서, 그 개도(개구량)를 증감하는 기능을 갖는다. 전술의 도 1, 5 및 6 등을 사용하여, 유량 제어 밸브(10W)의 가변 제어 기능부(VFw)를 설명한다.

도시 실시예의 유량 제어 밸브(10W)에서는, 본체 블록(11A)에 제어 밸브실(100)가 형성된다. 제어 밸브실(100)는 제 1 챔버(21)에 접속된 차압부(15)로부터 유입된 피제어 유체가 제 3 챔버(26)에 접속된 연결 유로(108)에 통과하기 위한 쌍방을 연결하는 공간이다. 이 제어 밸브실(100)에 차압 제어 밸브체(120)가 구비된다.

또한 도 6의 차압 제어 밸브체(120) 부근의 확대도에 도시하는 바와 같이, 차압부(15)가 제어 밸브실(100)에 접속되는 부위는 차압 개구부(18)이며, 이 차압 개구부(18)가 차압 제어 밸브체(120)에 대응하는 차압 밸브시트(19)이다. 차압 밸브시트(19)는 제어 밸브실(100)의 본체 블록(11A)측의 바닥면과 동일한 평면이며, 평탄 형상으로 형성된다. 차압 제어 밸브체(120)는 차압 밸브시트(19)와 대향하는 선단부(실링부)(121), 차압 제어 밸브 박막부(123), 차압 제어 밸브 외주부(124) 등을 구비하는 밸브 부착 다이아프램 구조이다. 차압 밸브시트(19)의 평탄 형상에 대응하기 위해, 차압 제어 밸브체(120)의 선단부(121)도 평판 형상으로 형성되어 평판 선단부(122)로 되어 있다. 평판 선단부(122)는 차압 개구부(18)의 개구 직경보다도 큰 직경이다. 차압 제어 밸브 외주부(124)는 본체 블록(11A)과 수용 블록(하우징 블록)(101) 사이에 협착되어 소정 위치에 고정된다.

실시예와 같이, 차압 밸브시트(19)와 함께 차압 제어 밸브체(120)도 평판 선단부(122)로 하고 있는 이유는, 특히 150m1/min 이하, 더욱이 5 내지 20m1/min 이하의 미소 유량영역의 피제어 유체의 유량 제어에 대응하기 위해서이다. 예를 들면, 종래의 니들 밸브에서 미소 유량영역의 유량 제어에 맞추어 부재를 소형화하는 경우, 부재 자신의 공차, 제조나 조립시의 축의 벗어남 등의 요인으로 밸브체가 밸브시트측에 접촉하기 쉬워진다. 그러면, 밸브시트나 밸브체가 깎여서 밸브시트의 개구부의 크기가 변화되어 통과하는 유체 유량이 변화될 우려가 있다. 이것에 대해, 도시 실시예와 같이, 밸브체측과 밸브시트측을 함께 평탄 형상으로 함으로써, 전술의 문제는 회피된다. 물론, 미소 유량영역의 피제어 유체의 유량 제어까지를 원하지 않고, 통상의 유량 제어에 사용하는 경우에는, 기존의 니들 밸브 등을 이용할 수 있다.

차압 제어 밸브체(120)는 접합부(125)를 통하여 조정 피스톤부(111)의 하단인 피스톤 접합부(114)와 접합된다. 차압 제어 밸브체(120)의 선단부(121)의 제어를 정확하게 하는 형편상, 각각은 나사결합 등에 의해 기계적으로 접속된다. 차압 제어 밸브체(120)의 차압 제어 밸브 박막부(123)의 배후측의 공간에 고이는 공기는 호흡 구멍(109)을 통하여 드나든다. 도시의 형편상, 호흡 구멍(109)의 말단은 지면 깊이측으로 통한다(도시 생략).

도 1로 되돌아와, 동 도면 등으로부터 파악되는 바와 같이, 가변 제어 기능부(VFw)에는 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)이 구비된다. 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)은 차압 제어 밸브체(120)를 차압 개구부(18)에 대하여 진퇴 이동시킨다. 도 1 내지 5에 도시하는 제 1 실시예의 유량 제어 밸브(10W)의 가변 제어 기능부(VFw)에서는 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)은 모터(130)이다.

본체 블록(11B) 내에 삽입된 수용 블록(101)의 수용 공간부(103) 중에 피스톤부 스프링(112)을 수반한 조정 피스톤부(111)가 삽입통과되고, 그 상부측에 모터(130)가 배치된다. 조정 피스톤부(111)의 상단의 피스톤 수동부(113)는 모터(130)의 모터 샤프트(회전축)(132)와 회전 가능하게 접속된다. 그리고, 각 부재를 수용 후, 수용 블록(101)에 실링 블록(102)이 씌워진다. 조정 피스톤부(111)의 상단의 피스톤 수동부(113)에는, 조정 피스톤부(111)의 회전 방지를 위한 돌출부(115)가 구비된다. 그리고, 조정 피스톤부(111)는 수용 블록(101)측의 수용 홈부(107)에 삽입된다.

모터(130)는 차압 제어 밸브체(120)의 선단부(121)(평판 선단부(122))의 진퇴량을 정밀하게 재현 가능한 한 어느 것을 사용해도 된다. 예를 들면, 공지의 스테핑 모터나 서보 모터가 바람직하게 사용된다. 이외에, 초음파 모터를 사용해도 된다. 실시예는 스테이터, 로터 등의 구동부(131)에 의해 모터 샤프트(132)를 회전하는 공지의 스테핑 모터를 개략적으로 예시한다. 모터 샤프트(132)의 회전 등에 관련되는 나사 등의 부재는 자명하기 때문에 도시를 생략한다. 모터(130)의 구동부(131)에 대한 회전량의 제어는 배선 케이블(133)과 접속된 연산부(7), 제어부(8)를 통하여 실행된다. 이것들에 대해서는, 뒤에 나오는 도 10에서 설명한다. 또한, 각종 모터에는 인코더 등(도시 생략)도 구비된다.

차압 제어 밸브체(120)의 진퇴 동작에 대하여, 도 1, 5, 및 6과 함께 설명한다. 차압 개구부(18)의 개도(개구량)가 큰 상태는 도 1 및 도 6(a)와 대응한다. 차압 제어 밸브체(120)의 선단부(121)(평판 선단부(122))와 차압 밸브시트(19) 사이에 적당한 거리가 유지되어 있다.

다음에 모터(130)의 구동부(131)에서 모터 샤프트(132)가 소정량 회전하고, 동 모터 샤프트(132)를 통하여 조정 피스톤부(111)이 밀어 내려진다. 그러면, 조정 피스톤부(111)와 연동하여 차압 제어 밸브체(120)도 전진한다. 도 5 및 도 6(b)에 도시하는 바와 같이, 선단부(121)(평판 선단부(122))는 차압 밸브시트(19)에 대하여 보다 접근하고, 차압 개구부(18)의 개도(개구량)는 작아진다. 그래서, 유량 제어 밸브(10W)의 차압부(15)를 통과하는 피제어 유체의 유량 자체는 억제된다.

다시 유량을 증가하는 경우, 모터(130)의 구동부(131)에서 모터 샤프트(132)가 소정량 역방향의 회전을 하고, 동 모터 샤프트(132)를 통하여 조정 피스톤부(111)가 밀어 올려지고, 조정 피스톤부(111)과 연동하여 차압 제어 밸브체(120)는 후퇴한다. 선단부(121)(평판 선단부(122))는 차압 밸브시트(19)에 대하여 떨어지고, 도 1 및 도 6(a)에 도시하는 거리로 또 되돌아온다. 이와 같이, 모터(130)의 구동부(131)를 적시에 작동시킴으로써 차압 제어 밸브체(120)를 최적인 위치로 진퇴 이동 가능하게 되고, 차압 개구부(18)의 개도는 조정되어 차압부(15)를 통과하는 피제어 유체의 유량의 증감 조정은 용이하게 된다.

유체의 유량(Q)과 차압(ΔP)의 관계는 전술한 바와 같이 식 (i)로서 표시된다.

Q=A×√(ΔP) … (i)

동 식 (i)에서, 차압(ΔP)을 변화시켜 유량(Q)을 증감시키고자 하는 경우, 유량(Q)은 차압(ΔP)의 1/2승배 변화하게 된다. 이 때문에, 차압(ΔP)의 변화량을 변화시켰다고 해도, 차압(ΔP)의 변화에 걸맞는 분량의 유량(Q)을 변화시키는 것은 어렵다. 또한 차압(ΔP)의 조정은 스프링의 조정 등을 수반하기 때문에 간단하다고 할 수는 없다.

그러나, 식 (i)에서, 유량(Q)은 유량 계수(A)에 대해서는 단순한 비례관계이다. 그렇다면, 유량 계수(A)를 변화시킴으로써 효과적으로 유량(Q)을 변화시킬 수 있다. 즉, 동 식에 있어서의 유량 계수(A)의 증감에 상당하는 사항은 차압 개구부(18)의 개도량이다.

따라서, 유량 제어 밸브(10W)는 정류량 기능부(CFw)에 부가하여 가변 제어 기능부(VFw)를 구비하고 있음으로써, 비교적 용이하게 유량 계수를 변화시킬 수 있다. 따라서, 보다 폭넓게 유량영역의 가변 조정이 가능하게 된다. 또한 차압 개구부(18)의 개도를 조절하는 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)에 모터(130)가 사용되고 있으므로, 용이하게 목적으로 하는 유량영역으로의 변경이 가능하다.

도 7은 제 2 실시예의 유량 제어 밸브(10X)의 종단면도이다. 유량 제어 밸브(10X)에서도, 유체 유량을 일정하게 하는 정류량 기능을 담당하는 정류량 기능부(CFx)와 원하는 유량영역으로 가변 제어 가능한 가변 제어 기능부(VFx)의 2개소의 부위를 갖는다. 도시로부터 이해되는 바와 같이, 제 2 실시예의 유량 제어 밸브(10X)는 제 1 실시예의 유량 제어 밸브(10W)와 비교하여 가변 제어 기능부를 배치하는 위치가 반대이다.

정류량 기능부(CFx) 및 가변 제어 기능부(VFx)에 대하여, 제 1 실시예의 유량 제어 밸브(10W)와 동일한 부호는 동일 부재를 나타내고 있다. 그 때문에 설명은 공통되므로 생략한다. 정류량 기능부(CFx)의 중간 전달 부재(80)에서는, 사각 형상이 아니고, 단순한 봉 형상 부재(81)가 사용된다. 형상은 상이해도, 제 1 다이아프램과 제 2 다이아프램 사이의 진퇴 이동을 서로 연동시키고 있는 점에서는 작용은 동일하다.

제 2 실시예의 유량 제어 밸브(10X)에서도, 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)(모터(130))을 통하여 차압 제어 밸브체(120)의 진퇴 이동이 행해진다. 이것에 의해, 차압부(15)에 접속된 차압 개구부(18)의 개도(개구량)는 조정된다.

도 8은 제 3 실시예의 유량 제어 밸브(10Y)의 종단면도이다. 유량 제어 밸브(10Y)에서는, 유량 제어 밸브(10X)와 동 구조의 유체 유량을 일정하게 하는 정류량 기능을 담당하는 정류량 기능부(CFx)와, 원하는 유량영역으로 가변 제어 가능한 가변 제어 기능부(VFy)의 2개소의 부위를 갖는다. 정류량 기능부(CFx)에 대하여, 제 1 실시예의 유량 제어 밸브(10W), 제 2 실시예의 유량 제어 밸브(10X)와 동일한 부호는 동일 부재를 나타내고 있다. 그 때문에 설명은 공통되므로 생략한다.

제 3 실시예의 유량 제어 밸브(10Y)의 가변 제어 기능부(VFy)는 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)으로서 나사 부재(볼트 부재)(140)를 구비하는 예이다. 유량 제어 밸브(10Y)에서, 차압 제어 밸브체(120)는 실링 블록(102)에 의해 본체 블록(11A)에 협착되어 소정 위치에 고정된다. 그리고, 조정 피스톤부(111)는 피스톤부 스프링(112)과 함께 수용 블록(101) 내에 수용되고 실링 블록(102)에 접속되어 고정된다. 수용 블록(101)의 나사구멍부(142)에 나사 부재(140)의 나사 홈이 삽입통과된다. 부호 143은 고정 너트이다.

조정 피스톤부(111)의 피스톤 수동부(113)는 조정나사(141)의 회전(정회전)에 의해 피스톤부 스프링(112)에 저항하여 밀어 넣어진다. 그 결과, 차압 제어 밸브체(120)는 차압 개구부(18)의 차압 밸브시트(19)에 접근한다. 조정나사(141)를 반대로 회전(역회전)하면, 피스톤부 스프링(112)이 늘어나고, 조정 피스톤부(111)의 피스톤 접합부(114)와 접합된 차압 제어 밸브체(120)를 따라 차압 개구부(18)의 차압 밸브시트(19)로부터 격리된다. 이렇게 하여, 조정나사(141)의 회전에 따라 원하는 차압 개구부(18)의 개도(개구량)를 얻을 수 있다. 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)에 나사 부재(140)를 채용함으로써, 개도 조정에 관련되는 부재를 간소하게 하여, 구조를 간단하게 할 수 있다.

도 9는 제 4 실시예의 유량 제어 밸브(10Z)의 종단면도이다. 유량 제어 밸브(10Z)에서도, 유체 유량을 일정하게 하는 정류량 기능을 담당하는 정류량 기능부(CFz)와 원하는 유량영역으로 가변 제어 가능한 가변 제어 기능부(VFz) 2개소의 부위를 갖는다. 정류량 기능부(CFz)는 지금까지 설명한 정류량 기능부(CFw) 등의 중간 전달 부재(80)로서의 봉 형상 부재(81)를 구비하고 있는 것이 아니라, 중간 전달 부재(83)는 복수개의 볼 부재(84)를 구비하고 있다.

중간 전달 부재(83)가 수용되는 접속 챔버(75)는 유입측 챔버(20)의 제 2 챔버(22)와 유출측 챔버(25)의 제 4 챔버(27) 사이에 쌍방을 연결하도록 만곡한 관로 형상으로 형성된다. 접속 챔버(75)의 원호 형상으로서는 반원 형상이나 반타원 형상 등의 적절한 U자 형상이다. 또한 도시하지 않지만, 접속 챔버(75)의 단면 형상은 정방형 또는 원형이며, 전체 길이에 걸쳐 일정한 간격으로 형성된다.

제 1 가동부(40)는 봉 형상 부재(41)로 이루어지고, 전단(41a)이 제 1 다이아프램(30)에 접속됨과 아울러, 제 2 챔버(22)의 실린더부(23)를 관통하여 후단(41b)이 접속 챔버(75)측으로 돌출하여 배치된다. 이 제 1 가동부(40)는 제 1 다이아프램(30)과 함께 진퇴 이동한다. 제 1 가동부(40)(봉 형상 부재(41))는 제 1 규제부(14a)에 의해 제 1 다이아프램(30)에 대하여 전후하는 직동 방향으로 규제된다. 제 1 규제부(14a)는 본체 블록(11C, 11D)에 형성된 벽부이며, 제 1 가동부(40)의 후단(41b)의 측부는 제 1 규제부(14a)에 의해 슬라이딩 가능하게 유지된다.

제 2 가동부(50)는 봉 형상 부재(51)로 이루어지고, 전단(51a)이 제 2 다이아프램(35)에 접속됨과 아울러, 제 4 챔버(27)의 실린더부(28)를 관통하여 후단(51b)이 접속 챔버(75) 내로 돌출하여 배치된다. 이 제 2 가동부(50)는 제 2 다이아프램(35)과 함께 진퇴 이동한다. 도시된 제 2 다이아프램(35)과 제 2 가동부(50)는 나사결합 등에 의해 기계적으로 접속되어 있다. 또한 제 2 가동부(50)(봉 형상 부재(51))는 제 2 규제부(14b)에 의해 제 2 다이아프램(35)에 대하여 전후하는 직동 방향으로 규제된다. 제 2 규제부(14b)도 본체 블록(11C, 11D)에 형성된 벽부이며, 제 2 가동부(50)의 후단(51b)의 측부는 제 2 규제부(14b)에 의해 슬라이딩 가능하게 유지된다.

중간 전달 부재(83)를 구성하는 복수개의 볼 부재(84)는, 제 1 가동부(40) 및 제 2 가동부(50)와 걸어맞추어지고, 하나의 가동부(40(50))의 변동을 다른 가동부(50(40))에 전달한다. 복수개의 볼 부재(84)는 접속 챔버(75)의 내벽에 롤링 또는 슬라이딩 가능하게 유지되고, 접속 챔버(75) 내에서 제 1 가동부(40)의 후단(41b)으로부터 제 2 가동부(50)의 후단(51b)에 걸쳐 서로 연이어 접속된다.

중간 전달 부재(83)에 의한 각 가동부(40, 50)의 변동의 전달에 대하여 설명한다. 중간 전달 부재(83)가 제 1 가동부(40)의 변동을 제 2 가동부(50)에 전달하는 경우, 우선 제 1 가동부(40)가 후퇴한다. 이 때, 제 1 가동부(40)의 후단(41b)과 걸어맞추어져 있는 볼 부재(84a)를 통하여 연이어 접속하는 다른 볼 부재(84)가 제 2 가동부(50)측(도면의 우측) 방향으로 밀어넣어져 이동한다. 그리고, 각 볼 부재(84)가 이동함으로써, 제 2 가동부(50)의 후단(51b)과 걸어맞추어져 있는 볼 부재(84b) 를 통하여 제 2 가동부(50)는 제 2 다이아프램(35)측으로 밀어넣어짐과 아울러 전진한다.

반대로, 중간 전달 부재(83)가 제 2 가동부(50)의 변동을 제 1 가동부(40)에 전달하는 경우, 우선 제 2 가동부(50)가 후퇴한다. 이 때, 제 2 가동부(50)의 후단(51b)과 걸어맞추어져 있는 볼 부재(84b)를 통하여 연이어 접속하는 다른 볼 부재(84)가 제 1 가동부(40)측(도면의 좌측) 방향으로 밀어넣어져 이동한다. 그리고, 각 볼 부재(84)가 이동함으로써, 제 1 가동부(40)의 후단(41b)과 걸어맞추어져 있는 있는 볼 부재(84a)를 통하여 제 1 가동부(40)는 제 1 다이아프램(30)측으로 밀어넣어짐과 아울러 전진한다.

제 1 가동부(40) 및 제 2 가동부(50)는 각각 제 1 규제부(14a), 제 2 규제부(14b)에 의해, 전후 방향으로 직동하도록 규제되어 있다. 이 때문에, 볼 부재(84)와 걸어맞추어져 이동하는 경우에도 옆으로 벗어남 등이 발생하지 않아, 하나의 가동부(40(50))의 변동을 다른 가동부(50(40))에 대하여 낭비 없이 전달할 수 있다.

상기한 바와 같이, 중간 전달 부재(83)(볼 부재(84))는 접속 챔버(75) 내를 롤링 또는 슬라이딩 함으로써 변동을 전달하는 구성이므로, 마찰 저항이 낮은 재료가 바람직하고, 그리스나 코팅 처리 등을 행함으로써 마찰을 경감할 수도 있다. 이것에 의해, 본체 블록(11C, 11D)과 중간 전달 부재(83)(볼 부재(84))의 불필요한 마찰이 경감되어, 보다 원활하게 변동을 전달할 수 있다.

아울러, 도시된 실시예와 같이, 중간 전달 부재(83)의 복수개의 볼 부재(84)의 각각의 사이에 볼 유지 부재(베어링 리테이너)(86)가 개재된다. 볼 부재(84)와 함께 볼 유지 부재(86)가 구비됨으로써, 볼 부재(84)끼리의 접촉에 의한 마찰이 경감되어, 전달 효율이 높아진다.

제 4 실시예의 유량 제어 밸브(10Z)의 가변 제어 기능부(VFz)는 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)으로서 가압 기체(압력 조절 기체)(150)를 사용하는 예이다. 조정 피스톤부(111)는 피스톤부 스프링(151)과 함께 수용 블록(101) 내에 수용되고 실링 블록(102)에 접속되어 고정된다. 피스톤 수동부(113)는 단면으로 보아 T자 형상이며, 그 가장자리는 수용 블록(101)의 내벽(106)과 접하고 있다. 실링 블록(102)에 접속되는 수용 블록(101)에 유입구(104)가 형성된다. 부호 105는 호흡 구멍이다.

가압 기체(150)가 유입구(104)로부터 수용 블록(101)의 수용 공간부(103)로 유입됨으로써, 유입 압력에 따라 조정 피스톤부(111)는 피스톤부 스프링(151)에 저항하여 스프링을 줄어들게 하는 방향으로 작용한다. 그렇다면, 도시의 예에서는, 차압 제어 밸브체(120)는 조정 피스톤부(111)에 접속되어 있기 때문에, 항상 차압 제어 밸브체(120)는 차압 개구부(18)의 차압 밸브시트(19)로부터 격리되는 동작이 된다. 반대로, 차압 제어 밸브체(120)를 보다 차압 밸브시트(19)에 근접시키는 경우, 가압 기체(150)의 유입 압력을 저하시킴으로써 가능하게 된다.

가압 기체(150)의 유입 압력은 전공(電空)변환기(전공 레귤레이터)(155)에 의해 조정된다. 전공변환기의 제어 등에 대해서는 도 10에서 설명한다. 제 4 실시예의 유량 제어 밸브(10Z)는, 차압 제어 밸브 진퇴 수단(110)으로서 가압 기체(150)를 사용하고 있기 때문에, 차압 제어 밸브체(120)의 진퇴량의 조절은 빨라져, 응답성을 높일 수 있다.

지금까지 도시하여 설명한 제 1 실시예 또는 제 4 실시예의 유량 제어 밸브(10W, 10X, 10Y, 10Z)에 있어서, 각 유량 제어 밸브 중의 정류량 기능부와 가변 제어 기능부에 대하여 적당하게 재편성할 수 있다. 예를 들면, 유량 제어 밸브(10W)에서 가변 제어 기능부(VFy나 VFz)로 변경해도 된다. 또한, 본 발명의 유량 제어 밸브는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 구성의 일부를 적당하게 변경하여 실시할 수 있다.

이것으로부터 도 10을 사용하여 전술의 유량 제어 밸브를 편입한 유량 제어 장치에 대하여 설명한다. 도 10의 개략도는 실리콘 웨이퍼(W)를 1장씩 처리하는 낱장 방식의 기판 처리 장치이다. 실리콘 웨이퍼(W)는 스핀 척(1)의 회전반에 재치된다. 실리콘 웨이퍼(W)의 바로 위에 처리액을 방출하는 처리액 노즐(2)이 구비된다. 실리콘 웨이퍼의 세정 등의 처리액은 유체 배관(3)을 통하여 처리액 노즐(2)에 공급된다.

처리액은 유량 제어 밸브에서 설명한 피제어 유체이며, 초순수나, 불산, 과산화 수소수, 암모니아수, 염산 등이다. 각 피제어 유체는 종류마다 공급부(9A, 9B, 9C)에 저장되고, 각각의 공급부에 대응한 유체 배관(3a, 3b, 3c)을 통하여 유체 혼합부(4)에 공급된다. 공급된 피제어 유체는 유체 혼합부(4)에서 균일하게 혼합되고, 유체 배관(3)을 통하여 처리액 노즐(2)에 공급된다. 그리고 피제어 유체의 공급을 제어하는 유량 제어 장치(5A, 5B, 5C)는 도시된 바와 같이, 유체 배관(3a, 3b, 3c)의 관로 중에 접속된다. 각 유량 제어 장치는 종류마다의 피제어 유체의 공급부에 대응한다.

유량 제어 장치(5A, 5B, 5C)에는 유량 제어 밸브(10), 피제어 유체의 유량 검지부(6), 연산부(7)가 구비된다. 또한, 유량 제어 밸브 내의 차압 제어 밸브체 진퇴 수단을 제어하는 신호를 생성하는 제어부(8)도 구비된다. 유량 제어 밸브(10), 유량 검지부(6), 연산부(7) 및 제어부(8)는 신호선(s)에 의해 접속되어 있다. 그래서, 유량 제어 장치(5A)를 예로 하면, 유량 제어 밸브(10) 및 유량 검지부(6)는 피제어 유체의 공급부(9A)와 피제어 유체의 유체 혼합부(4) 사이의 유체 배관(3a)에 접속되어 있다. 도시된 유량 제어 장치와 같이, 피제어 유체의 유량 제어에 관련되는 부재는 유량 제어 밸브뿐이다. 이 때문에, 장치 전체의 소형화도 가능하게 된다. 또한 피제어 유체와 접촉하는 부재수는 억제되어, 피제어 유체의 청정도가 유지되기 쉽다.

유량 제어 밸브(10)는 도시하여 설명한 10W, 10X, 10Z의 어느 것을 사용해도 된다. 유량 검지부(6)는 유량 제어 밸브(10)의 2차측(하류측)의 유량을 검지하는 공지의 유량계이다. 예를 들면, 차압식 유량계, 초음파식 유량계 등이다. 연산부(7)는 마이크로컴퓨터나 PLC(프로그래머블·로직·콘트롤러) 등의 공지의 연산 장치이다. 연산부(7)는 외부로부터의 지시, 또는 유량 검지부(6)에 의해 검출한 피제어 유체의 유량 계측값의 변화에 따라 유량 제어 밸브(10)의 유량 제어를 위한 신호를 생성한다.

제어부(8)는 차압 제어 밸브 진퇴 수단의 스테핑 모터, 서보 모터 등의 구동에 필요한 펄스 발신기, 콘트롤러, 드라이버 등이다. 차압 제어 밸브 진퇴 수단이 가압 기체인 경우, 제어부(8)는 전공 변환기이며, 소정 압력으로 조정된 가압 기체가 당해 제어부로부터 가변 제어 기능부에 공급된다. 제어부(8)는 유량 제어 밸브(10) 내의 차압 제어 밸브 진퇴 수단으로서 모터 또는 가압 기체를 사용할 때에 불가결하다. 특히, 차압 제어 밸브 진퇴 수단인 모터의 회전량의 원활한 제어 또는 가압 기체의 공급 압력의 조정 등의 구체적인 동작 제어에 있어서 중요하다.

유량 검지부(6)로부터 유량 제어 밸브(10)에 이르는 신호의 흐름의 일례를 들면, 대략 다음과 같다. 유체 배관 중의 피제어 유체의 유량 변화는 유량 검지부(6)를 통하여 계측되고, 그 신호는 연산부(7)에 송신된다. 연산부(7)에서는, 유량의 변화에 대응한 차압 개구부(18)(차압 밸브시트(19))의 개도로 하기 위해, 차압 제어 밸브체(120)의 최적의 진퇴 위치가 산출된다. 아울러, 모터의 동작을 위한 동작 신호가 생성된다. 그리고, 동작 신호가 연산부(7)로부터 제어부(8)로 송신된다. 제어부(8)에서는, 구체적으로 모터를 구동시키기 위한 펄스 신호가 생성되고, 이 펄스 신호는 모터 구동 전류로 변환된다. 그리고, 모터 구동 전류는 유량 제어 밸브(10) 내의 차압 제어 밸브 진퇴 수단인 모터에 송신된다. 그래서, 모터는 규정량 회전한다. 이렇게 하여, 차압 제어 밸브체(120)는 차압 개구부(18)에 대하여 최적량 진퇴한다.

유량 검지부(6)로부터 유량 제어 밸브(10)에 이르는 신호의 흐름으로부터 이해되는 바와 같이, 연산부(7)는 유량 검지부(6)의 유량 계측값에 기초하여 피드백 제어를 실행한다. 따라서, 유량 제어 밸브(10)의 2차측(하류측)에 발생한 유량 변화에 즉시 응답하여, 피제어 유체의 유량의 증감을 행하여, 항상 일정한 유량으로 피제어 유체를 유통시킬 수 있다. 특히, 유량 제어 밸브(10)는 미소 유량 영역의 유체에도 대응할 수 있어, 피제어 유체의 정밀 제어에 적합하다. 또한, 연산부(7)와 제어부(8)를 집약하여 연산 제어 유닛으로 해도 된다.

본 발명에 개시하는 유량 제어 밸브는 유통하는 유체의 압력 변화에 대하여 예민하게 반응하여 정류량화를 실현할 수 있고, 게다가 유체의 청정도를 보다 높은 상태로 유지할 수 있다. 동시에, 피제어 유체의 유체 유량 영역을 변경하는 기능도 구비한다. 아울러, 본 발명에 개시된 유량 제어 밸브를 구비한 유량 제어 장치는 부재간의 집약이 진행되어 소형화가 가능합니다. 따라서, 반도체 제조 분야, 연료전지 등의 극히 정밀한 유량 제어 또한 고청정도가 요구되는 용도에 적합하다.

5A, 5B, 5C 유량 제어 장치
6 유량 검지부
7 연산부
8 제어부
10, 10W, 10X, 10Y, 10Z 유량 제어 밸브
11 밸브 본체부
12 유입부
13 유출부
15 차압부
16 밸브시트
18 차압 개구부
19 차압 밸브시트
20 유입측 챔버
21 제 1 챔버
22 제 2 챔버
23 실린더부
25 유출측 챔버
26 제 3 챔버
27 제 4 챔버
28 실린더부
30 제 1 다이아프램
35 제 2 다이아프램
38 밸브체
40 제 1 가동부
41 봉 형상 부재
45 경사면
50 제 2 가동부
51 봉 형상 부재
55 경사면
60 가압 수단
61 스프링
70, 75 접속 챔버
80, 83 중간 전달 부재
81, 81w 봉 형상 부재
84 볼 부재
85a, 85b 경사면
100 제어 밸브시트
101 수용 블록
102 실링 블록
108 연결 유로
110 차압 제어 밸브체 진퇴 수단
111 조정 피스톤부
120 차압 제어 밸브체
121 선단부(실링부)
122 평판 선단부
130 모터
140 나사 부재
150 가압 기체
155 전공 변환기(전공 레귤레이터)
CFw, CFx, CFz 정류량 기능부
VFw, VFx, VFy, VFz 가변 제어 기능부

Claims (11)

1. 피제어 유체의 유입부에 접속된 유입측 챔버와 피제어 유체의 유출부에 접속된 유출측 챔버 사이의 유로에 설치된 차압부와, 상기 유출측 챔버에 형성된 밸브시트를 갖는 밸브 본체부와,
   상기 유입측 챔버에 배치되고 이 유입측 챔버를 피제어 유체와 접하는 제 1 챔버와 이 제 1 챔버의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 제 2 챔버로 구획하고, 상기 제 1 챔버 내의 유체 압력을 받고 또한 가압 수단에 의해 항상 일정 압력으로 상기 제 1 챔버측에 가압되는 제 1 다이아프램과,
   상기 유출측 챔버에 배치되고 이 유출측 챔버를 피제어 유체와 접하는 제 3 챔버와 이 제 3 챔버의 배면측이 되고 피제어 유체와 접하지 않는 제 4 챔버로 구획하고, 상기 제 3 챔버 내의 유체 압력을 받고 또한 상기 밸브시트에 대하여 진퇴 이동하는 밸브체를 구비한 제 2 다이아프램을 갖고,
   상기 제 2 챔버에 상기 제 1 다이아프램과 함께 진퇴 이동하는 제 1 가동부가 형성되고, 또한 상기 제 4 챔버에 상기 제 2 다이아프램과 함께 진퇴 이동하는 제 2 가동부가 형성되고,
   상기 제 2 챔버와 상기 제 4 챔버 사이에는 접속 챔버가 형성되고, 이 접속 챔버에 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부와 걸어맞추어져 하나의 가동부의 변동을 다른 가동부에 전달하는 중간 전달 부재가 배치되어 있고, 상기 차압부 전후의 압력 변동에 의한 상기 제 1 다이아프램 및 상기 제 2 다이아프램의 진퇴 이동에 의해 상기 밸브체를 상기 밸브시트에 대하여 진퇴 이동시켜 피제어 유체의 유량을 일정하게 유지하도록 하고 있음과 아울러,
   상기 차압부에는 차압 개구부가 형성되어 있고,
   상기 차압 개구부에 대하여 진퇴함으로써 상기 차압부를 통과하는 피제어 유체의 유량을 제어하는 차압 제어 밸브체와,
   상기 차압 제어 밸브체를 진퇴 이동시키는 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부가 각각 봉 형상 부재로 이루어지고, 상기 제 1 가동부의 후단과 상기 중간 전달 부재의 제1단이 적어도 일방에 형성된 경사면을 통하여 걸어맞추어져 있음과 아울러, 상기 제 2 가동부의 후단과 상기 중간 전달 부재의 제2단이 적어도 일방에 형성된 경사면을 통하여 걸어맞추어져 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 가동부 및 상기 제 2 가동부가 각각 봉 형상 부재로 이루어지고, 상기 중간 전달 부재가 복수개의 볼 부재를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가압 수단이 스프링인 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 모터인 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 가압 기체인 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단이 나사 부재인 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 차압 개구부가 평탄 형상의 차압 밸브시트로서 형성되고, 또한 상기 차압 밸브시트와 대향하는 상기 차압 제어 밸브체의 선단도 평판 형상의 평판 선단부로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
9. 제 1 항에 기재된 유량 제어 밸브와, 피제어 유체의 유량 검지부와, 연산부를 구비하고,
   상기 유량 제어 밸브 및 상기 유량 검지부가 피제어 유체의 공급부와 피제어 유체의 유체 혼합부 사이의 유체 배관에 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 차압 제어 밸브체 진퇴 수단을 제어하는 신호를 생성하는 제어부가 설치되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 연산부가 상기 유량 검지부의 유량 계측값에 기초하여 피드백 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
    
    

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