KR102629916B1 - 2방향 밸브 - Google Patents

Abstract

1차측 포트(20)와 2차측 포트(22)의 연통 상태와 비연통 상태를 전환시키는 2방향 밸브로서, 1차측 포트와 2차측 포트가 설치됨과 함께 내부에 밸브시트부(26)를 가지는 밸브 몸체(12, 14)와, 밸브시트부에 대해서 접촉 및 이탈 가능하도록 밸브 몸체 내에 지지되는 다이어프램 밸브(16)와, 다이어프램 밸브를 변위시키는 구동기구를 구비하며, 다이어프램 밸브는, 밸브시트부의 평탄한 밸브시트면(26a)에 대향하는 환형상 돌기부(56)를 구비함과 함께, 환형상 돌기부의 배후에 장착되는 탄성부재(62)를 구비한다.

Description

2방향 밸브 {TWO-WAY VALVE}

본 발명은, 다이어프램 밸브의 변위에 의해 1차측 포트와 2차측 포트의 연통 상태와 비연통 상태가 전환되는 2방향 밸브에 관한 것이다.

종래로부터, 1차측 포트와 2차측 포트가 형성된 밸브 몸체의 내부에, 1차측 포트와 2차측 포트와의 연통로를 개폐하는 다이어프램 밸브가 설치된 2방향 밸브가 알려져 있다(예를 들어, 일본 특허 제3701367호 공보 참조).

이러한 2방향 밸브에 있어서, 다이어프램 밸브가 밸브시트부에 접촉할 때의 충격을 완화하여 파티클의 발생을 억제하는 기술이 알려져 있다(일본 공개특허공보 특개2015-215028호). 일본 공개특허공보 특개2015-215028호에 개시된 기술은, 다이어프램의 밸브체 표면을 향하여 돌출하는 무단(endless) 형상의 돌기부를 밸브시트부에 설치함과 함께, 다이어프램의 밸브체 표면의 배면측에 탄성부재를 설치하는 것이다. 이 문헌에 의하면, 다이어프램이 밸브시트부에 접촉할 때의 충격은, 돌기부에 접촉한 다이어프램과 함께 변형하는 탄성부재에 의해 흡수된다고 되어 있다.

그렇지만, 일본 공개특허공보 특개2015-215028호의 다이어프램의 밸브체 표면은, 변형이 용이해지도록 박막 형상으로 형성되어 있어, 밸브시트부의 돌기부 형상을 따라 반복하여 변형하는 것에 의해 과도한 신장이 발생해서, 쉽게 파손되게 된다. 또, 밸브체 표면에 영구 왜곡을 포함하는 과도한 신장이 발생하면, 밸브체 표면이 밸브시트부의 돌기부와 접촉하는 위치가 어긋나, 파티클이 발생하기 쉬워지는 것 외에도, 유체 누출(리크)이 발생하여 내구성이 저하할 우려가 있다.

본 발명은, 이러한 과제를 고려하여 이루어진 것으로서, 다이어프램 밸브와 밸브시트부와의 접촉에 의한 파티클의 발생을 억제함과 함께, 다이어프램 밸브의 내구성을 향상시키는 2방향 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 2방향 밸브는, 1차측 포트와 2차측 포트의 연통 상태와 비연통 상태를 전환하는 것으로서, 1차측 포트와 2차측 포트가 설치됨과 함께 내부에 밸브시트부를 가지는 밸브 몸체와, 밸브시트부에 대해서 접촉 및 이탈 가능하도록 밸브 몸체 내에 지지되는 다이어프램 밸브와, 다이어프램 밸브를 변위시키는 구동 기구를 구비한다. 그리고, 다이어프램 밸브는, 밸브시트부의 평탄한 밸브시트면에 대향하는 환형상 돌기부를 구비함과 함께, 환형상 돌기부의 배후에 장착되는 탄성부재를 구비한다.

상기 2방향 밸브에 의하면, 다이어프램 밸브와 밸브시트부와의 접촉에 의한 충격이 탄성부재에 의해 완화되므로, 파티클의 발생이 억제된다. 게다가, 다이어프램 밸브에 설치된 환형상 돌기부가 밸브시트부의 평탄한 밸브시트면에 접촉하므로, 다이어프램 밸브에 국소적인 신장이 발생하지 않고, 다이어프램 밸브의 내구성이 향상된다.

본 발명에 따른 2방향 밸브는, 다이어프램 밸브에 설치된 환형상 돌기부가 밸브시트부에 접촉하여, 환형상 돌기부와 밸브시트부와의 접촉에 의한 충격이 환형상 돌기부의 배후에 장착된 탄성부재에 의해 흡수 및 완화되므로, 파티클의 발생이 억제된다. 게다가, 다이어프램 밸브에 설치된 환형상 돌기부가 밸브시트부의 평탄한 밸브시트면에 접촉하므로, 다이어프램 밸브에 국소적인 신장이 발생하지 않고, 다이어프램 밸브가 파손될 우려가 없는 등, 다이어프램 밸브의 내구성이 향상된다.

상기의 목적, 특징 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 이하의 실시형태의 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.

도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 2방향 밸브가 밸브폐쇄 상태에 있을 때의 종단면도이다.
도 2는, 도 1의 C부분 확대도이다.
도 3은, 도 1의 2방향 밸브가 밸브개방 상태에 있을 때의 종단면도이다.
도 4는, 도 1의 2방향 밸브에 이용되는 다이어프램 밸브를 비스듬하게 아래쪽으로부터 보았을 때의 사시도이다.
도 5는, 도 1의 2방향 밸브에 이용되는 다이어프램 밸브를 비스듬하게 위쪽으로부터 보았을 때의 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 2방향 밸브가 밸브개방 상태에 있을 때의 종단면도이다.
도 7은, 도 6의 2방향 밸브가 밸브폐쇄 상태에 있을 때의 종단면도이다.
도 8은, 도 6의 2방향 밸브에 있어서, 피스톤이 하강할 때의 댐퍼 부재의 하중과 변위에 관한 특성을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 2방향 밸브에 대해 복수의 바람직한 실시형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하에 있어서, 상하 방향을 말할 때는 도 1의 화살표 AB 방향을 말한다. 즉, 「위」라고 할 때는 화살표 A 방향을 말하고, 「아래」라고 할 때는 화살표 B 방향을 말한다.

(제1 실시형태)

본 발명의 제1 실시형태에 따른 2방향 밸브(10)에 대해, 도 1 ~ 도 5를 참조하면서 설명한다. 2방향 밸브(10)는, 1차측 포트(20) 및 2차측 포트(22)가 형성된 몸체부(12)와, 몸체부(12)의 상부에 연결되는 보닛(14)과, 다이어프램 밸브(16)와, 피스톤(18)을 포함한다. 몸체부(12)와 보닛(14)은 밸브 몸체를 구성한다.

몸체부(12)는, 알루미늄 합금 등의 금속재료 또는 불소 수지(PFA) 등의 수지재료로 형성된다. 몸체부(12)에는, 압력유체가 유입하는 1차측 포트(20)와 압력유체가 유출하는 2차측 포트(22)가 동축 상에서 대향하도록 설치되어 있다. 1차측 포트(20)에는, 배관 접속용의 1차측 커플링(20a)이 부설되고, 1차측 포트(20)는, 배관을 통하여 도시하지 않은 제1 압력유체 공급원에 접속되고 있다. 2차측 포트(22)에는, 배관 접속용의 2차측 커플링(22a)이 부설되고, 2차측 포트(22)는, 배관을 통하여 도시하지 않은 유체압기기에 접속되고 있다. 또한, 참조부호 24로 나타내는 것은, 밸브 몸체를 고정시키기 위한 베이스 부재이다.

몸체부(12)의 1차측 포트(20)와 2차측 포트(22)와의 중간 부위에는, 밸브시트부(26)를 구비한 내벽 구조(28)가 설치되어 있다. 밸브시트부(26)의 표면은, 다이어프램 밸브(16)가 착좌하는 환형상의 평탄한 밸브시트면(26a)으로 되고, 몸체부(12)에 형성된 상방개구부(30)에 임하고 있다. 밸브시트면(26a)은, 표면 거칠기가 소정 이하의 평활면으로 되어 있는 것이 바람직하다. 1차측 포트(20)로부터 밸브시트부(26)에 이르기까지의 1차측 유로(32)에는, 내벽 구조(28)의 내측 공간이 포함되고, 밸브시트부(26)로부터 2차측 포트(22)에 이르기까지의 2차측 유로(34)에는, 내벽 구조(28)의 외측 공간이 포함되어 있다. 1차측 유로(32)와 2차측 유로(34)는, 다이어프램 밸브(16)가 밸브시트면(26a)로부터 이격되어 있을 때는 서로 연통하고, 다이어프램 밸브(16)가 밸브시트면(26a)에 착좌되어 있을 때는 서로 차단된다.

보닛(14)은, 외측통부(36)와 내측통부(38)에 의한 이중의 통 형상으로 구성되어 있다. 내측통부(38)는, 외측통부(36)의 하부 근처의 부위에서 수평방향으로 연장되는 접속부(40)를 거쳐 이 접속부(40)로부터 위쪽으로 연장되도록 설치되어 있다. 내측통부(38)의 상단부에는, 환형상의 홈부를 통하여 원통형상의 댐퍼 부재(42)가 장착되어 있고, 댐퍼 부재(42)는, 그 일부가 내측통부(38)의 상단면으로부터 위쪽으로 돌출되어 있다. 댐퍼 부재(42)는, 소정의 탄성을 가지며, 예를 들어 합성고무에 의해 형성된다. 외측통부(36)의 상단부에는 상측 환형상 돌출부(36a)가 설치되고, 외측통부(36)의 하단부에는 하측 환형상 돌출부(36b)가 설치되어 있다.

보닛(14)의 측면에는, 제1 포트(44) 및 제2 포트(46)가 상하방향으로 거리를 두고 설치되어 있다. 제1 포트(44)는 대기에 개방되고 있는 것에 비해, 제2 포트(46)는 배관을 통하여 도시하지 않은 제2 압력유체 공급원에 접속되어 있다. 제2 포트(46)는, 제1 포트(44)보다 아래쪽에 위치하고, 외측통부(36)와 내측통부(38) 사이에 형성된 공간에 연통하고 있다. 게다가 보닛(14)의 측면에는, 접속부(40)와 대략 동일한 높이 위치에 제3 포트(48)가 설치되어 있고, 제3 포트(48)는 대기에 개방되어 있다.

다이어프램 밸브(16)는, 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 접촉 및 이탈 가능한 본체부(50)와, 밸브 몸체에 지지되는 외주부(52)와, 본체부(50)와 외주부(52)를 접속하는 박막 형상의 다이어프램부(54)로 구성된다. 이들 본체부(50)와 외주부(52)와 다이어프램부(54)는 일체로 형성되고, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 등의 합성수지, 또는, 천연고무 혹은 합성고무를 포함하는 탄성체로 형성된다. 다이어프램 밸브(16)는, 밸브시트부(26)를 포함한 몸체부(12)보다 경도가 낮다.

도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)의 하면에는, 밸브시트부(26)의 평탄한 밸브시트면(26a)에 대향하여 아래쪽으로 돌출하는 단면 반원형상 내지 원호형상의 환형상 돌기부(56)이 설치되고 있다. 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 이 환형상 돌기부(56)가 설치된 부위의 배면측에는, 본체부(50)의 상면으로 개구하는 환형상 오목부(58)가 설치되어 있다. 따라서, 전체적으로 두께가 두꺼운 형상의 본체부(50)는, 환형상 돌기부(56)의 근방에서는 환형상 오목부(58)의 존재로 인해 두께가 얇아지게 되어, 환형상 돌기부(56)의 근방은 변형하기 쉬워지게 된다. 본체부(50)의 상면 중앙에는, 수나사부를 구비한 연결축부(60)가 위쪽으로 연장되도록 설치되어 있다.

본체부(50)의 환형상 오목부(58)에는, 소정의 탄성을 가지는 원통형의 탄성부재(62)가 장착된다. 탄성부재(62)는, 예를 들어, NBR, 우레탄고무 등의 합성고무 또는 천연고무 등에 의해 형성되고, 본체부(50)의 상면측에 부착되는 원판형상의 리테이너(64)에 의해 환형상 오목부(58) 내에 유지된다. 따라서, 탄성부재(62)는, 환형상 돌기부(56) 및 그 근방에 있어서의 본체부(50)의 얇은 두께 형상 부위(thin-walled part)의 배면측을 탄성적으로 지지하고 있다.

탄성부재(62)는, 환형상 오목부(58)에 장착되기 전의 자연상태에 있어서, 그 상하방향(축방향)의 길이가 환형상 오목부(58)의 깊이와 대략 동일하게 되도록 설정되어 있다. 또, 원통형의 탄성부재(62)의 외주면과 내주면은, 위쪽으로 갈수록 서로 근접하는 방향으로 경사하는 테이퍼면으로 형성되어 있다. 따라서, 환형상 오목부(58)의 외주측 벽면과 탄성부재(62)의 외주면과의 사이, 및, 환형상 오목부(58)의 내주측 벽면과 탄성부재(62)의 내주면과의 사이에는, 각각 위쪽으로 갈수록 넓어지는 간극이 존재한다. 이 때문에, 탄성부재(62)는, 축방향으로 압축되었을 때, 환형상 오목부(58) 내에서 용이하게 탄성변형 할 수 있다. 게다가, 탄성부재(62)는, 그 아래쪽(저면측)의 넓은 면적으로, 환형상 돌기부(56) 및 그 근방에 있어서의 본체부(50)의 얇은 두께 형상 부위의 배면측을 지지할 수 있다.

보닛(14)은, 하측 환형상 돌출부(36b)가 몸체부(12)의 상방개구부(30)에 끼워맞춰짐으로써 몸체부(12)에 부착된다. 이 때, 다이어프램 밸브(16)의 외주부(52)는, 보닛(14)의 하측 환형상 돌출부(36b)의 하단면과 몸체부(12)와의 사이에 끼워져 지지된다. 다이어프램 밸브(16)의 다이어프램부(54)는, 밸브 몸체 내에서 변위하는 본체부(50)에 추종하여 굴곡한다.

피스톤(18)은, 보닛(14)의 외측통부(36)에 끼워맞춰지는 대직경부(66)와, 보닛(14)의 내측통부(38)에 끼워맞춰지는 중직경부(68)와, 다이어프램 밸브(16)에 연결되는 소직경부(70)를 갖는다. 피스톤(18)의 대직경부(66)의 외주측에는, 보닛(14)의 외측통부(36)의 내주면에 슬라이딩 접촉하는 제1 씰 부재(67)가 오목홈을 통하여 장착되어 있다. 피스톤(18)의 중직경부(68)의 외주측에는, 보닛(14)의 내측통부(38)의 내주면에 슬라이딩 접촉하는 제2 씰 부재(69)가 오목홈을 통하여 장착되어 있다.

피스톤(18)의 소직경부(70)에는, 아래쪽으로 개구됨과 함께 암나사부를 가지는 나사구멍(70a)이 설치되어 있다. 다이어프램 밸브(16)는, 본체부(50)의 연결축부(60)가 피스톤(18)의 소직경부(70)의 나사구멍(70a)에 삽입 및 나사결합됨으로써 피스톤(18)에 연결된다. 이 때, 다이어프램 밸브(16)의 연결축부(60)가 삽입되는 리테이너(64)는 피스톤(18)의 소직경부(70)의 하단면과 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)와의 사이에 끼워져 지지된다.

피스톤(18)의 소직경부(70)의 외주에는, 단면 L자 형상의 유지부재(82)가 장착되고, 이 유지부재(82)의 하면과 다이어프램부(54)의 상면과의 사이에 끼워지도록 하여 탄성 지지체(84)가 유지되어 있다. 탄성 지지체(84)는, 예를 들어, NBR, 우레탄고무 등의 합성고무 또는 천연고무 등에 의해, 두께가 두꺼운 링 형상으로 형성되고, 피스톤(18) 및 다이어프램 밸브(16)와 일체로 변위 가능하다.

탄성 지지체(84)는, 밸브 개방시에 있어서, 외주면이 내주면보다 축방향 아래쪽으로 어긋난 자연상태의 형상(무부하시의 형상)을 가지고 있고, 그 상면의 내주 근처의 개소에서 유지부재(82)에 맞닿음과 함께, 그 하면 전체가 다이어프램부(54)에 면접촉 한다(도 3 참조). 또, 탄성 지지체(84)는, 밸브 개방상태로부터 밸브 폐쇄상태로 이행할 때에, 다이어프램부(54)에 의해 외주측이 위쪽으로 눌려 변형되고, 밸브 폐쇄시에 있어서, 그 상면 전체가 유지부재(82)에 맞닿음과 함께, 그 하면 전체가 다이어프램부(54)에 면접촉 한다(도 1 참조). 따라서, 탄성 지지체(84)는, 다이어프램부(54)가 2차측 유로(34) 내의 유체의 압력에 의해 위쪽으로 만곡되는 것을 규제하는 역할을 담당한다.

커버체(72)의 하면으로 돌출되어 설치된 통형상 돌출부(72a)가 보닛(14)의 상측 환형상 돌출부(36a)에 끼워넣어짐으로써, 커버체(72)가 보닛(14)의 상단부에 부착된다. 통형상 돌출부(72a)의 하단에는, 직경방향으로 연장되는 복수의 슬릿(72b)이 설치되어 있다.

보닛(14)의 내부 공간은, 제1 씰 부재(67)를 구비한 피스톤(18)의 대직경부(66)에 의해 상부측 실린더실(74)과 하부측 실린더실(76)로 구획되어 있다. 상부측 실린더실(74)은, 제1 포트(44)를 통하여 대기에 개방되어 있다. 하부측 실린더실(76)은, 보닛(14)의 외측통부(36)와 내측통부(38) 사이에 형성되는 공간을 포함하고, 제2 포트(46)을 통하여 도시하지 않은 제2 압력유체 공급원에 접속되어 있다. 도시하지 않은 전환 밸브를 조작하는 것에 의해, 하부측 실린더실(76)에 제2 압력유체 공급원으로부터 압력유체를 공급하는 것이 가능하고, 또, 하부측 실린더실(76)에 공급된 압력유체를 배출하는 것이 가능하다.

보닛(14)과 다이어프램 밸브(16)와 피스톤(18)에 의해 다이어프램부(54)의 위쪽에 다이어프램실(78)이 구획형성된다. 다이어프램실(78)은, 보닛(14)의 접속부(40)에 형성된 연통구멍(40a) 및 제3 포트(48)를 통하여 대기에 개방되어 있다. 또, 다이어프램실(78)은, 다이어프램 밸브(16)의 외주부(52)가 보닛(14)의 하측 환형상 돌출부(36b)와 몸체부(12)와의 사이에 끼워져 지지됨으로써, 1차측 유로(32) 및 2차측 유로(34)로부터 밀봉되고 있다. 하부측 실린더실(76)은, 제2 씰 부재(69)를 구비하는 피스톤(18)의 중직경부(68)에 의해 다이어프램실(78)로부터 기밀적으로 유지되고 있다. 전술한 유지부재(82) 및 탄성 지지체(84)는, 다이어프램실(78) 내에 배치된다.

상부측 실린더실(74) 내에는, 외경이 상이한 2개의 코일 스프링(80a, 80b)이 동심 형상으로 배치되어 있다. 코일 스프링(80a, 80b)은, 커버체(72)의 아래쪽 면과 피스톤(18)의 표면과의 사이에 장착되어, 피스톤(18)을 아래쪽으로 가압한다. 또한, 코일 스프링(80a, 80b)은, 피스톤(18)의 대직경부(66)의 상면에 설치된 환형상 볼록부(66a)에 의해 직경방향에 위치결정 되어 있다.

하부측 실린더실(76)에 압력유체가 공급되고 있지 않을 때, 피스톤(18)과 일체로 연결된 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)는, 코일 스프링(80a, 80b)의 탄성반발력에 의해, 그 환형상 돌기부(56)에 있어서 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 맞닿는다. 즉, 다이어프램 밸브(16)는 노멀 클로우즈 밸브(normally closed valve)로서 기능한다.

피스톤(18)은, 대직경부(66)의 상면이 커버체(72)의 통형상 돌출부(72a)에 맞닿는 상사점과, 대직경부(66)의 하면이 댐퍼 부재(42)에 맞닿아 이것을 소정량 압축시키는 하사점과의 사이에 변위 가능하게 되어 있다. 또한, 다이어프램 밸브(16)에 연결된 피스톤(18) 및 피스톤(18)을 위쪽 또는 아래쪽으로 변위시키기 위한 구성은, 다이어프램 밸브(16)를 변위시키는 구동 기구에 상당한다.

본 실시형태에 따른 2방향 밸브(10)는, 기본적으로는 이상과 같이 구성되는 것이며, 이하, 도 1 및 도 3을 참조하면서, 그 작용에 대해 설명한다.

1차측 포트(20)를 제1 압력유체 공급원에 접속함과 함께, 2차측 포트(22)를 유체압기기에 접속하고, 제2 포트(46)를 도시하지 않은 전환 밸브를 통하여 제2 압력유체 공급원에 접속시켜 둔다. 제1 포트(44) 및 제3 포트(48)는, 항상 대기 개방 상태로 되어 있다.

초기 위치에서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 코일 스프링(80a, 80b)의 탄성반발력에 의해 피스톤(18)이 아래쪽으로 가압되어, 다이어프램 밸브(16)의 환형상 돌기부(56)가 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 착좌되어 있고, 1차측 포트(20)와 2차측 포트(22)는 비연통 상태에 있다.

이 초기 상태로부터, 도시하지 않은 전환 밸브가 조작되어 제2 압력유체 공급원으로부터의 압력유체가 제2 포트(46)를 통해서 하부측 실린더실(76)에 공급되면, 피스톤(18)은, 하부측 실린더실(76)에 공급된 유체의 압력에 의해 위쪽으로 가압된다. 이 가압력은 코일 스프링(80a, 80b)의 탄성반발력을 상회하기 때문에, 피스톤(18)은 위쪽으로 변위한다. 그리고, 피스톤(18)에 일체로 연결된 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)가 밸브시트부(26)로부터 이격되어, 1차측 포트(20)와 2차측 포트(22)가 연통한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)은, 대직경부(66)가 커버체(72)의 통형상 돌출부(72a)에 맞닿을 때까지 상승하고, 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)가 밸브시트부(26)로부터 가장 이격된 밸브개방 상태가 된다.

이와 같이 1차측 포트(20)와 2차측 포트(22)가 연통하는 상태에서, 제1 압력유체 공급원으로부터 1차측 포트(20)를 향해 압력유체가 공급된다. 1차측 포트(20)에 공급된 압력유체는, 1차측 유로(32)를 통해서 밸브시트부(26)에 도달하고, 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)과 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)와의 사이에 형성된 간극을 통과한 후, 2차측 유로(34) 및 2차측 포트(22)를 통해서, 유체압기기를 향해 공급된다.

다음에, 전환 밸브가 조작되어, 제2 포트(46)가 대기에 개방되면, 하부측 실린더실(76)에 공급 및 축적된 압력유체가 외부에 배출된다. 이 때문에, 피스톤(18)에 가해지는 힘은, 코일 스프링(80a, 80b)의 탄성반발력이 지배적으로 되어, 피스톤(18)은 아래쪽으로 변위한다. 피스톤(18)에 연결된 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)도 아래쪽으로 변위하여, 본체부(50)의 환형상 돌기부(56)가 밸브시트부(26)의 평탄한 밸브시트면(26a)에 맞닿는다. 이것에 의해, 초기 상태와 같이 밸브폐쇄 상태가 되어, 1차측 포트(20)와 2차측 포트(22)의 연통이 차단된다(도 1 참조). 이 때, 단면이 반원형상 내지 원호형상인 환형상 돌기부(56)의 선단이 밸브시트면(26a)에 대해서 선형으로 접촉하므로, 환형상 돌기부(56)는 가급적으로 높은 면압으로 밸브시트면(26a)에 접촉하게 되어, 높은 밀봉성능이 발휘된다.

본체부(50)의 환형상 돌기부(56)가 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 맞닿았을 때에는, 환형상 돌기부(56)가 밸브시트면(26a)으로부터 위쪽으로 밀려, 환형상 돌기부(56) 근방에 있어서의 본체부(50)의 얇은 두께 형상 부위가 위쪽으로 휘어지도록 변형된다. 그리고, 환형상 돌기부(56) 및 그 근방에 있어서의 본체부(50)의 얇은 두께 형상 부위의 배면측에 배치된 탄성부재(62)는, 위쪽으로 눌려 리테이너(64)와의 사이에 축방향으로 압축되어 탄성변형된다.

이 경우, 환형상 오목부(58)의 벽면과 탄성부재(62)의 테이퍼면과의 사이에 간극이 마련되어 있으므로, 탄성부재(62)는 용이하게 변형된다. 본체부(50)의 환형상 돌기부(56)가 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 맞닿았을 때에 받는 부하(충격)는, 탄성부재(62)의 넓은 저면측으로부터 탄성부재(62) 전체에 분산되도록 전달되어, 효과적으로 흡수된다. 게다가, 본체부(50)의 얇은 두께 형상 부위에 대해서 국부적으로 큰 응력이 작용하지는 않는다.

이와 같이, 본체부(50)가 밸브시트부(26)에 맞닿았을 때에 생기는 충격이 흡수되어 완화되므로, 본체부(50)와 밸브시트부(26)의 접촉에 수반하여 밸브시트부(26)보다 경도가 낮은 본체부(50)가 마모되는 것에 따른 파티클의 발생이 억제된다. 따라서, 1차측 유로(32)에서 2차측 유로(34)로 향해 흐르는 압력유체에 파티클이 혼입되는 것이 억제된다. 또, 본체부(50)에 국소적인 응력 집중이 생기지 않기 때문에, 본체부(50)가 손상을 입지 않는다. 또한, 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)을 소정의 평활면으로 하는 것도, 파티클 억제에 도움이 된다.

그런데, 본체부(50)의 환형상 돌기부(56)가 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 맞닿는 것보다도 조금 빠른 타이밍으로, 피스톤(18)의 대직경부(66)가 보닛(14)의 내측통부(38)의 상단부에 장착된 댐퍼 부재(42)에 맞닿는다. 댐퍼 부재(42)는, 그 탄성작용에 의해 피스톤(18)의 속도를 감속시킴과 함께, 피스톤(18)의 아래쪽으로의 변위를 규제한다. 피스톤(18)에 일체로 연결된 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)의 속도도 감속되고, 본체부(50)의 환형상 돌기부(56)는, 해당 감속된 속도로 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 맞닿으므로, 파티클의 발생이 더욱 억제된다.

(제2 실시형태)

다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 2방향 밸브(90)에 대해, 도 6 ~ 도 8을 참조하면서 설명한다. 제2 실시형태는, 댐퍼 부재 및 그 주변의 구조가 제1 실시형태와는 상이하다. 또한, 제2 실시형태에 따른 2방향 밸브(90)에 있어서, 상술한 2방향 밸브(10)와 동일 또는 동등한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.

제2 실시형태의 댐퍼 부재(92)는 접시 스프링으로 구성되어 있다. 보닛(14)의 내측통부(38)의 상단면에는, 환형상 돌출부(93)가 형성됨과 함께, 환형상 돌출부(93)의 내측에 제1 테이퍼면(94)이 형성되어 있다. 제1 테이퍼면(94)은, 안쪽을 향함에 따라 아래쪽으로 경사지는 테이퍼면이다. 댐퍼 부재(92)는, 환형상 돌출부(93)의 내측에 배치되고, 댐퍼 부재(92)의 외주연부는, 환형상 돌출부(93)와 제1 테이퍼면(94) 사이의 단차부에 걸어맞춰진다.

댐퍼 부재(92)는, 환형상 돌출부(93)의 상단측에 고정되는 판 형상의 링 플레이트(95)에 의해 유지된다. 링 플레이트(95)의 내주측의 하면에는, 제2 테이퍼면(96)이 형성되어 있다. 제2 테이퍼면(96)은, 안쪽을 향함에 따라 위쪽으로 경사지는 면이며, 그 경사각은, 제1 테이퍼면(94)의 경사각과 대략 동일하다. 댐퍼 부재(92)는, 그 상면이 제2 테이퍼면(96)을 따르도록 하여 접촉하는 「팔(八)자」형상의 무부하 상태(도 6 참조)와, 그 하면이 제1 테이퍼면(94)을 따르도록 하여 접촉하는 「역 팔(八)자」형상의 무부하 상태(도 7 참조)와의 사이에 변형 가능하다.

피스톤(18)의 중직경부(68)의 외주면에는, 원주방향으로 복수의 돌기부(97)가 등간격으로 설치되어 있다. 예를 들어, 복수의 돌기부(97)는, 90도 간격으로 합계 4개가 설치된다. 복수의 돌기부(97)는, 댐퍼 부재(92)의 내주연부에 위쪽으로부터 맞닿아, 댐퍼 부재(92)를 「팔(八)자」형상으로부터 「역 팔(八)자」형상으로 반전시킬 수 있고, 또, 댐퍼 부재(92)의 내주연부에 아래쪽으로부터 맞닿아, 댐퍼 부재(92)를 「역 팔(八)자」형상으로부터 「팔(八)자」형상으로 반전시킬 수 있다.

피스톤(18)이 하강할 때의 댐퍼 부재(92)의 하중과 변위에 관한 특성을 도 8에 나타낸다. 세로축은, 댐퍼 부재(92)가 피스톤(18)을 위쪽으로 밀어내려고 하는 힘의 크기를 나타내고, 가로축은, 피스톤(18)의 상사점을 기준으로 하는 피스톤(18)의 아래쪽으로의 변위량을 나타내고 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)가 밸브시트부(26)로부터 가장 이격된 밸브개방 상태에 있어서, 댐퍼 부재(92)의 표면은 링 플레이트(95)의 제2 테이퍼면(96)을 따르도록 하여 접촉함과 함께, 피스톤(18)의 돌기부(97)는 댐퍼 부재(92)의 내주연부의 정확히 위쪽에 위치하고 있다. 이 상태로부터, 하부측 실린더실(76)의 압력유체가 외부에 배출되면, 피스톤(18)은, 코일 스프링(80a, 80b)의 탄성반발력을 받아 아래쪽으로 변위한다.

이 경우, 피스톤(18)의 돌기부(97)가 댐퍼 부재(92)의 내주연부를 아래쪽으로 눌러 내리기 때문에, 피스톤(18)은, 댐퍼 부재(92)로부터 위쪽으로 밀려 되돌아가는 방향의 반력을 받는다. 이 반력은, 도 8에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)의 변위량이 δ일 때, 즉, 본체부(50)의 환형상 돌기부(56)가 밸브시트부(26)의 밸브시트면(26a)에 정확히 도달하였을 때(정확히 맞닿았을 때, 즉 맞닿은 순간에) 극대값을 갖는다. 이렇게 하여, 피스톤(18)의 변위량이 δ에 이를 때까지의 사이에, 피스톤(18) 및 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)는 충분히 감속되고, 환형상 돌기부(56)는, 해당 감속된 속도로 밸브시트면(26a)에 맞닿는다. 이것에 의해, 파티클 억제 효과가 더욱 높아진다.

그리고, 피스톤(18)의 변위량이 δ를 넘으면, 댐퍼 부재(92)는 「팔(八)자」형상으로부터 「역 팔(八)자」형상으로 반전하여, 댐퍼 부재(92)가 피스톤(18)을 밀어 되돌리려는 힘은 단번에 소실된다. 따라서, 코일 스프링(80a, 80b)의 탄성반발력은, 그대로, 밸브시트면(26a)에 대한 환형상 돌기부(56)의 가압력으로서 작용한다. 이 때문에, 코일 스프링(80a, 80b)의 스프링력을 그만큼 크게 설정하지 않아도, 높은 밀봉성능을 확보할 수 있다.

결국, 피스톤(18)의 돌기부(97)는, 「역 팔(八)자」형상으로 된 댐퍼 부재(92)를 내측으로부터 눌러 펼쳐지도록 변형시키면서 댐퍼 부재(92)의 내주연부를 타고 넘어, 돌기부(97)가 이 내주연부의 아래쪽에 위치하면 피스톤(18)이 하사점에 도달한다(도 7 참조).

그 후, 압력유체가 하부측 실린더실(76)에 공급되어 피스톤(18)이 위쪽으로 변위하면, 피스톤(18)의 돌기부(97)가 댐퍼 부재(92)의 내주연부를 위쪽으로 밀어 올려, 댐퍼 부재(92)를 「역 팔(八)자」형상으로부터 「팔(八)자」형상으로 반전시킨다. 피스톤(18)의 돌기부(97)는, 「팔(八)자」형상이 된 댐퍼 부재(92)를 내측으로부터 눌러 펼쳐지도록 변형시키면서 댐퍼 부재(92)의 내주연부를 타고 넘어, 돌기부(97)가 이 내주연부의 위쪽에 위치하면 피스톤(18)이 상사점에 도달한다(도 6 참조).

또한, 피스톤(18)의 돌기부(97)는, 「팔(八)자」형상의 댐퍼 부재(92)의 내주연부에 대해서는 아래쪽으로부터 위쪽으로 넘어갈 수 있지만, 위쪽으로부터 아래 쪽으로 넘어갈 수 없다. 마찬가지로, 피스톤(18)의 돌기부(97)는, 「역 팔(八)자」형상의 댐퍼 부재(92)의 내주연부에 대해서는, 위쪽으로부터 아래쪽으로 넘어갈 수 있지만, 아래쪽으로부터 위쪽으로 넘어갈 수 없다.

상술한 실시형태에서는, 코일 스프링(80a, 80b)의 탄성반발력으로 다이어프램 밸브(16)를 폐쇄하도록 구성하였지만, 코일 스프링(80a, 80b) 등의 스프링 부재를 설치하는 대신에, 상부측 실린더실(74)에 압력유체를 공급하여 다이어프램 밸브(16)를 폐쇄하도록 할 수도 있다. 이 경우, 커버체(72)의 통형상 돌출부(72a)에 설치된 슬릿(72b)은, 해당 압력유체의 통로를 확보하는 역할을 수행한다. 또, 스프링 부재를 하부측 실린더실(76)에 배치함과 함께 상부측 실린더실(74)의 압력을 제어하여 다이어프램 밸브(16)를 개폐하는 노멀 오픈 밸브로 할 수도 있다. 또, 다이어프램 밸브를 변위시키는 구동기구로서, 솔레노이드 기구 등, 전기적인 수단을 이용할 수도 있다.

또, 상술한 실시형태에서는, 다이어프램 밸브(16)의 본체부(50)에 하나의 환형상 돌기부(56)를 설치하였지만, 2 이상의 환형상 돌기부를 동심 형상으로 설치할 수도 있다. 이 경우, 만일, 하나의 환형상 돌기부에서 유체의 누출이 발생하더라도, 다른 환형상 돌기부가 이것을 백업할 수 있다.

또, 상술한 실시형태에서는, 밸브시트부(26)를 포함하는 몸체부(12)의 경도보다 다이어프램 밸브(16)의 경도를 낮은 것으로 하였지만, 예를 들어, 다이어프램 밸브(16)와 밸브시트부(26)를 모두 비교적 경도가 높은 불소수지(PFA)로 형성하여, 양자를 동일한 경도로 할 수도 있다.

또, 댐퍼 부재로서, 제1 실시형태에서는 예를 들어 합성고무에 의해 형성되는 원통형의 댐퍼 부재를 이용하고, 제2 실시형태에서는 접시 스프링을 이용하였만, 댐퍼 부재의 형상(스프링의 종류)이나 재질에 대해서는 이것만으로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 2방향 밸브는, 상술의 실시형태에 한정하지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 형태를 채택할 수 있는 것은 물론이다.

10, 90: 2방향 밸브, 12: 몸체부, 14: 보닛, 16: 다이어프램 밸브, 18: 피스톤, 20: 1차측 포트, 22: 2차측 포트, 26: 밸브시트부, 26a: 밸브시트면, 42, 92: 댐퍼 부재, 54: 다이어프램부, 56: 환형상 돌기부, 58: 환형상 오목부, 62: 탄성부재, 84: 탄성 지지체

Claims (9)

1차측 포트(20)와 2차측 포트(22)의 연통 상태와 비연통 상태를 전환하는 2방향 밸브로서,
상기 1차측 포트와 상기 2차측 포트가 설치됨과 함께 내부에 밸브시트부(26)를 가지는 밸브 몸체(12, 14)와, 상기 밸브시트부에 대해서 접촉 및 이탈 가능하도록 상기 밸브 몸체 내에 지지되는 다이어프램 밸브(16)와, 상기 다이어프램 밸브를 변위시키는 구동기구를 구비하며,
상기 다이어프램 밸브는, 상기 밸브시트부의 평탄한 밸브시트면(26a)에 접촉 및 이탈 가능한 두께가 두꺼운 형상의 본체부와, 상기 밸브 몸체에 지지되는 외주부와, 상기 본체부와 상기 외주부를 접속하는 박막 형상의 다이어프램부를 가지며,
상기 본체부에는 상기 밸브시트면에 대향하는 환형상 돌기부(56)가 설치됨과 함께, 상기 환형상 돌기부의 배후에 환형상 오목부(58)가 설치되어, 상기 본체부의 상기 환형상 돌기부의 근방이 두께가 얇은 형상으로 되고, 상기 환형상 오목부에 탄성부재(62)가 장착되는 2방향 밸브.

삭제

청구항 1에 있어서,
상기 탄성부재는 원통형상으로 형성되며, 상기 탄성부재의 외주면과 내주면은 상기 환형상 돌기부로부터 멀어질수록 서로 근접하는 방향으로 경사지는 테이퍼면으로 되어 있으며, 상기 환형상 오목부의 벽면과 상기 탄성부재와의 사이에는 상기 환형상 돌기부로부터 멀어질수록 넓어지는 간극이 마련되어 있는 2방향 밸브.

청구항 1에 있어서,
상기 다이어프램 밸브의 다이어프램부(54)에 면접촉하여 상기 다이어프램부의 만곡을 규제하는 탄성 지지체(84)가 설치되어 있는 2방향 밸브.

청구항 1에 있어서,
상기 환형상 돌기부가 동심 형상으로 복수 설치되어 있는 2방향 밸브.

청구항 1에 있어서,
상기 구동 기구는, 상기 다이어프램 밸브에 연결되는 피스톤(18)을 포함하는 2방향 밸브.

청구항 6에 있어서,
상기 다이어프램 밸브가 폐쇄되는 방향으로 이동하는 상기 피스톤에 맞닿는 댐퍼 부재(42, 92)가 상기 밸브 몸체에 설치되는 2방향 밸브.

청구항 7에 있어서,
상기 댐퍼 부재는 접시 스프링으로 구성되는 2방향 밸브.

청구항 8에 있어서,
상기 환형상 돌기부가 상기 밸브시트면에 정확하게 도달할 때, 상기 접시 스프링에 의한 상기 피스톤을 밀어 되돌리려는 힘이 극대값을 갖는 2방향 밸브.

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