KR100675747B1

KR100675747B1 - 유량 제어 밸브 및 유량 제어 장치

Info

Publication number: KR100675747B1
Application number: KR1020040087395A
Authority: KR
Inventors: 이가와아키노리; 다케모토쇼지
Original assignee: 도플로 코포레이션 가부시키가이샤
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-10-29
Publication date: 2007-01-29
Also published as: EP1553339A1; ATE399281T1; JP3583123B1; TW200523491A; DE602005007637D1; US7163024B2; US20050145278A1; KR20050072393A; CN1654863A; JP2005196401A; CN100366961C; TWI257985B; EP1553339B1

Abstract

본원발명은 고정밀도의 유체의 유량 제어를 가능하게 하는데 적합한 유량 제어 밸브와 유량 제어 장치를 제공하기 위한 목적을 가진다. 본원발명에 따른 유량 제어 밸브 및 장치에 있어서는, 공기실(6)의 상하 각 개구부에 각각 하나씩 다이아프램(8, 9)이 설치되며, 이 상하 양 다이아프램(8, 9)은 연결축(10)에 의해 연결됨과 아울러, 공기실(6)의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 것으로 한다. 이와 같이 함으로써, 두 개의 다이아프램(8, 9)에 가해지는 힘에 차이가 생기고, 이 힘의 차이에 의해 연결축(10)과 하측 다이아프램(9)의 외면에 설치되어 있는 밸브체(2)가 슬라이딩되어 밸브시트부(55)로부터 떨어지는 것이다.

Description

유량 제어 밸브 및 유량 제어 장치{Flow control valve and flow control apparatus}

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 유량 제어 밸브의 단면도이다.

도 2는 도 1 중 밸브체 주위의 확대도이다.

도 3은 도 1의 유량 제어 밸브를 사용하여 구성한 유량 제어 장치의 설명도이다.

도 4는 도 1의 유량 제어 밸브를 사용하여 구성한 다른 유량 제어 장치의 설명도이다.

도 5는 도 1 및 도 2의 유량 제어 장치에서 사용되고 있는 초음파 유량계의 개략 구성도이다.

도 6은 종래의 유량 제어 밸브의 설명도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 밸브 하우징 2 : 밸브체

2-1 : 상단측 테이퍼부 2-2 : 하단측 테이퍼부

3 : 밸브 베이스 3-1 : 오목부

4 : 중간 하우징 5 : 밸브 캡

6 : 공기실 7-1, 7-2 : 개구부

8 : 제1의 다이아프램(상측 다이아프램)

9 : 제2의 다이아프램(하측 다이아프램)

10 : 연결축 11 : 미끄럼 베어링

12 : 베어링 고정부 13 : 공기 공급로

14 : 오리피스부 15: 공기 빼기 통로

16 : 관통공 17 : 스프링

18 : 스프링 받침 19 : 내부 유로

20 : 밸브실 21 : 상류측 통로

22 : 하류측 통로 23 : 밸브시트부

50, 51 : 다이아프램 52 : 링크봉

53 : 피스톤 54 : 공기 공급 배관

55 : 밸브시트부 56 : 유로

100 : 유량 제어 장치 101 : 액체 공급 장치

102 : 액체 사용장치 103 : 관로

104 : 초음파 유량계 104-1, 104-2 : 진동자

105 : 콘트롤러부 106 : 공기 제어부

108 : 공기 공급원 109 : 공기 공급 배관

V : 유량 제어 밸브

본 발명은 액체의 유량을 적당한 양으로 제어하여 공급하는 각종 장치, 예를 들어 반도체 제조장치에 있어서의 유량 제어 유닛 등에 이용되는 유량 제어 장치와 이것을 구성하는 유량 제어 밸브에 관한 것이다.

종래 유량 제어 밸브로는, 예를 들어 일본 공개특허공보 2003-185053호에 개시되어 있는 다이아프램 밸브가 있다. 일본 공개특허공보 2003-185053호의 다이아프램 밸브는, 도 6에 도시한 바와 같이 상하 2개의 다이아프램(50, 51)을 링크 봉(52)에 의해 연결하고, 또 상측 다이아프램(50)에 피스톤(53)을 연결하여 이루어지는 구성으로서, 피스톤(53)이 공기 공급 배관(54)으로부터의 공기의 압력으로 위쪽으로 이동하면, 이 피스톤(53)의 이동에 이끌려서 상측 다이아프램(50)이 변형하여 밸브시트부(55)에서 떨어져 유체가 흐르는 유로(56)가 개방되는 것이다.

그러나, 상기 일본 공개특허공보 2003-185053호의 다이아프램 밸브에 의하면, 공기 공급 배관(54)으로부터의 공기의 압력을 피스톤(53)에 작용시켜 상측 다이아프램(50)을 변형시키는 구조이기 때문에, 공기의 압력을 변화시켰을 때 압력 변화량이 직접 상측 다이아프램(50)의 변형량과 밸브시트부(55)로부터의 이간량에 반영되어 버려서, 상측 다이아프램(50)의 밸브시트부로부터의 이간량을 미세조정하는 것이 어려우며, 고정밀도의 유량조정을 수행할 수 없다. 이와 같은 다이아프램 밸브 자체의 유량 조정 정밀도가 낮기 때문에, 이러한 다이아프램 밸브를 이용한 유량 제어 장치에 있어서 고정밀도의 유체의 유량 제어는 기대할 수 없다.

종래의 다른 유량 제어 밸브로는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 평11- 161342호에 개시되어 있는 순수의 유량 제어 장치에서 이용되고 있는 파일롯 레귤레이터(pilot regulator)가 있다. 이 파일롯 레귤레이터는 다이아프램에 밸브체가 연결되어 있어서, 다이아프램이 조작압의 작용을 받아 상하로 변위하면, 다이아프램과 일체로 밸브체가 상하 방향으로 이동하는 구조로 되어 있다. 이 때문에 상기 파일롯 레귤레이터에서는 다이아프램을 상하로 변위시키기 위한 조작압의 변화량이 직접 다이아프램의 변위량과 밸브체의 상하 이동량에 반영되기 때문에, 이 파일롯 레귤레이터도 또한 상술한 일본 공개특허공보 2003-185053호의 유량 제어 밸브와 마찬가지로, 고정밀도의 유량 조정을 수행할 수 없다. 이와 같이 파일롯 레귤레이터 자체의 유량 조정 정밀도가 낮기 때문에, 이러한 파일롯 레귤레이터를 이용한 유량 제어 장치에서 고정밀도의 유량 제어는 기대할 수 없다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 고정밀도의 유체의 유량 제어를 가능하게 하는데 적합한 유량 제어 밸브와 유량 제어 장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유량 제어 밸브는, 대향하는 두 개의 개구부를 구비하여 이루어지는 공기실; 상기 공기실의 각 개구부에 각각 설치됨과 아울러, 그 공기실의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램, 상기 두 개의 다이아프램을 연결하는 연결축; 상기 연결축을 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지수단; 상기 공기실의 외측에 마련되며, 유체가 유통하는 내부 유로; 상기 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 슬라이딩 이동함으로써 상기 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 증감 조정하는 밸브체; 상기 공기실 내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기를 공급하는 공기 공급로;를 가지며, 상기 공기 공급로는 그 일단부측이 분기되어 두 개의 분기 관로가 되고, 이 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 한 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 한 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되며, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 다른 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 다른 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 유량 제어 밸브에 있어서는 공기실이 상하 두 개의 개구부를 구비하고, 이 상하 각 개구부에 두 개의 다이아프램이 배치되는 구조, 즉 두 개의 다이아프램이 상하로 대향하는 구조의 것을 포함하는데, 이와 같은 두 개의 다이아프램의 위치관계로만 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 본 발명의 유량 제어 밸브에 있어서는, 두 개의 개구부를 상기 공기실의 좌우 방향으로 대향하여 형성하고, 이 좌우 두 개의 개구부 각각에 하나씩 다이아프램을 설치함으로써 다이아프램이 좌우방향에서 대향하는 구조를 취해도 되고, 이들 이외의 방향에서 상기 두 개의 다이아프램이 대향하도록 구성해도 된다.

이상의 본 발명의 유량 제어 밸브에서는, 공기실에 공급되는 공기의 압력이 수압면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램에 작용한다. 이 때, 두 개의 다이아프램은 각 수압면의 면적이 서로 다르기 때문에, 양 다이아프램에 가해지는 힘에 차이가 생긴다. 이 차이의 힘, 즉, 수압면적이 큰 다이아프램에 가해지는 힘에서 수압 면적이 작은 다이아프램에 가해지는 힘을 뺀만큼의 힘이 상하 양 다이아프램과 연결축으로 된 연결 구조체에 작용하여 그 연결 구조체가 변형 변위한다. 이 변형변위 동작은 수압면적이 큰 다이아프램이 공기실의 바깥쪽을 향해 뻗도록 변형 변위하고, 이 다이아프램의 변형에 이끌려서 연결축이 슬라이딩되고, 또 연결축을 매개로 수압면적이 작은 다이아프램이 공기실의 안쪽을 향해 변형 변위하는 것이다. 그리고, 이와 같은 변형 변위 동작과 동시에, 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 밸브체가 슬라이딩 이동하여 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 증감 조정한다.

이상과 같이 본 발명의 유량 제어 밸브에 있어서는, 두 개의 다이아프램에 가해지는 힘의 차이에 의해 밸브체를 슬라이딩 동작시키는 구조이기 때문에, 밸브체의 슬라이딩 스트로크의 분해능이 높아지고, 고정밀도의 유량 조정을 행하는 것이 가능해진다.

또한 본 발명의 유량 제어 밸브에 의하면, 통상의 공기 밸브와 같이 오링(O-Ring) 등에 의한 격벽을 공기실에 형성하지 않고, 공기실내의 미끄럼 베어링으로 다이아프램의 연결축을 지지한다는 단순한 구조로 비용이 저렴하다.

본 발명의 유량 제어 밸브에서는 수압 면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램을 대향시켜 사용하는데, 이 중 수압면적이 작은 다이아프램의 외측면이 내부 유로에 대면하도록 설치되는 구성을 채용할 수도 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 유체로부터의 압력은 수압면적이 작은 다이아프램의 수압면에 작용하게 되므로, 동일 수압면적의 다이아프램을 사용하는 것과 비교하여 유체로부터의 압력의 영향을 경감할 수 있다는 이점이 있다.

상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 유량 제어 장치는, 유체를 공급하는 관로; 상기 관로의 도중에 설치된 유량 제어 밸브; 상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 유량계; 상기 유량계로 계측한 유량 계측값과 유량 설정값에 기초하여 상기 유량 제어 밸브를 제어함으로써 상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 상기 유량 설정값과 같아지도록 조정하는 제어부;를 구비하고, 상기 유량 제어 밸브는, 대향하는 두 개의 개구부를 구비하여 이루어지는 공기실; 상기 공기실의 각 개구부에 각각 설치됨과 아울러, 그 공기실의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램; 상기 두 개의 다이아프램을 연결하는 연결축; 상기 연결축을 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지수단; 상기 공기실의 외측에 마련되며, 상기 관로에 연통함과 아울러, 상기 관로를 흐르는 유체가 유통하는 내부 유로; 상기 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 슬라이딩 이동함으로써 상기 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 증감 조정하는 밸브체; 상기 공기실내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기를 공급하는 공기 공급로;를 가지며, 상기 공기 공급로는 그 일단부측이 분기되어 두 개의 분기 관로가 되고, 이 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 한 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 한 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되며, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 다른 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 다른 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 유량 제어 장치에서는, 상술한 본 발명의 유량 제어 밸브를 이용하는 것이므로, 고정밀도의 유체의 유량 제어가 가능해지는 것은 물론이고, 이에 더하여, 본 발명의 유량 제어 장치에 의하면, 관로를 흐르는 유체의 현재의 유량 계측값에 기초하여 유량 제어 밸브를 제어하여 유체의 유량을 유량 설정값과 같아지도록 일정하게 조정하는 것이므로, 유량 이외의 다른 요인으로 유체의 유량이 변화해도 그 변화에 충분히 대응할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명의 유량 제어 장치를 구성하는 유량 제어 밸브도 또한, 두 개의 다이아프램이 상하로 대향하는 구조의 것을 포함하는데, 이와 같은 두 개의 다이아프램의 위치 관계로만 한정되는 것은 아니다. 두 개의 다이아프램이 상하로 대향하는 구조를 취하는 경우에는, 상기 공기 공급로의 일단부측이 분기하여 이루어지는 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상측 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 하측 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구된다.

상기 본 발명의 유량 제어 밸브 또는 유량 제어 장치에 있어서, 2개의 다이아프램과 연결축은 일체 성형품으로서 구성되거나, 별도의 부품으로서 구성되거나 할 수 있다. 또한, 이 다이아프램이나 연결축은 불소 수지나 다른 수지 또는 금속 등으로 형성할 수 있다.

상기 본 발명의 유량 제어 밸브 또는 유량 제어 장치에 있어서, 연결축을 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지 수단으로는, 미끄럼 베어링, 구름 베어링 등의 베어링을 적용할 수 있다. 또한, 베어링이라는 일반적인 개념에 포함되지 않는 지지 수단, 예를 들어, 연결축을 통과 같은 형태의 부품에 삽입하고, 그 통 형태의 부품으로 슬라이딩 가능하게 연결축을 지지해도 된다.

상기 지지수단으로 미끄럼 베어링을 채용한 것은, 연결축의 미끄럼 저항이 적고 아주 작은 공기 압력에 의한 고정밀도의 밸브체의 위치 제어가 가능해지므로, 고정밀도의 유량 조정을 행하는데 바람직하다.

게다가, 이 지지 수단은 자기 베어링 등과 같이 비접촉으로 축을 지지하는 수단도 포함한다. 따라서, 자기 베어링 등과 같은 비접촉 축지지 수단으로 슬라이딩 가능하게 연결축을 지지해도 된다.

상기 본 발명의 유량 제어 밸브 또는 유량 제어 장치에서, 상기 "밸브체"에 대해서는 두 개의 다이아프램 중 어느 한 쪽의 다이아프램, 예를 들어 두 개의 다이아프램이 상하로 배치되는 구조의 경우는, 그 하측 다이아프램의 외면에 직접 일체로 설치되도록 구성하고, 상기 "내부 유로"에 대해서는 상기와 같이 밸브체가 설치되어 있는 하측 다이아프램의 외면을 통하도록 구성해도 된다.

이와 같은 구성에 의하면, 내부 유로를 흐르는 액체와 접하는 것은 한 쪽의 하측 다이아프램의 외면뿐이다. 따라서, 그 하측 다이아프램이 금속 등 부식 우려가 있는 재료로 형성되는 경우에도, 하측 다이아프램의 외면에만 부식 방지 수단으로 불소 수지 코팅 등을 실시하기만 해도 된다. 하측 다이아프램의 내면이나 상측 다이아프램의 내외면에 대해서는 가령 이들이 금속으로 형성되어 있다 하더라도 유체와 접촉할 우려는 없으므로, 이러한 부식 방지 수단을 마련할 필요성은 없기 때문에, 이런 점에서 이런 종류의 유량 제어 밸브의 제조 공정수나 제조 비용의 절감을 꾀할 수 있다.

상기 불소 수지는 부식 방지 수단의 일 예로서 이용되는 것이며, 그 이외의 부식 방지 수단으로서의 부식 방지재로 다이아프램의 외면을 보호해도 된다.

상기 본 발명의 유량 제어 장치에 있어서, "상기 유량계로 계측한 유량 계측값과 유량 설정값에 기초하여 상기 유량 제어 밸브를 제어함으로써 상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 상기 유량 설정값과 같도록 조정하는 것"에는, 유량계로 계측한 현재의 유량 계측값이 콘트롤러부에 입력되며, 상기 콘트롤러에서 그 유량 계측값과 유량 설정값을 비교하고, 그 편차에 대해 PID 연산처리를 행하여 공기 제어부에 제어신호를 출력하고, 이 제어 신호에 기초하여 공기 제어부가 공기의 압력 또는 유량을 제어하여 공기실에 공급하는 것이 포함되는 것으로 해도 된다.

또한 상기 본 발명의 유량 제어 장치에서는, 상기 "유량계"를 초음파 유량계로 하고, 이 초음파 유량계를 유량 제어 밸브의 하류쪽에 설치해도 된다. 이 경우, 유량 제어 밸브의 하류쪽 관로의 일부가 초음파 유량계의 초음파 전파 경로가 되는 것으로 해도 된다.

이와 같이 구성하면, 예를 들어, 내부 유로가 하측 다이아프램의 외면을 통하는 경우에, 그 하측 다이아프램이 만일 파손되었을 때, 이 다이아프램의 파손을 조기에 검출할 수 있다는 이점이 있다. 이것은 초음파 유량계에는 계측 불가능해졌을 때 계측 이상 경고를 발하는 기능이 있고, 이 기능을 이용하는 것이다. 즉, 하측 다이아프램이 파손되고, 파손부로부터 공기실의 공기가 내부 유로로 누설되고, 누설되어 나간 공기의 기포가 유량 계측 대상의 유체 속에 혼입한다. 그렇게 하면, 이 기포 때문에 초음파 유량계에서는 초음파를 전파할 수 없어 계측 불가능해지며, 계측 이상 경고가 나오기 때문에 다이아프램의 이상을 바로 감지할 수 있다.

또한 상기 "유량계" 에 대해서는 초음파 유량계 이외의 다른 방식의 유량계 를 채용할 수도 있다.

상기 본 발명의 유량 제어 장치에서, 상기 "유체를 공급하는 관로"에 대해서는 PFA 등의 불소 수지, 염화 비닐, 고무 등으로 이루어진 튜브, 강관, 또는 이들 이외 재질의 관으로 된 관로로 구성해도 된다.

본 발명을 예를 들어 반도체 제조 장치에서 사용할 경우, 본 발명의 유량 제어 밸브나 유량 제어 장치는 세정액, 세정액과 혼합하는 순수, 액상 화학약품 등의 유체의 유량을 일정하게 제어하는 것으로 이용될 수 있다. 또한 본 발명을 예를 들어 화학, 약품 제조 분야에서 사용할 경우, 본 발명의 유량 제어 밸브나 유량 제어 장치는 약액 등의 유체의 유량을 일정하게 제어하는 것으로 이용될 수 있다.

본 발명의 유량 제어 밸브는 또한 유체의 농도, 저항, 압력, 온도 등 유체의 성상(性狀)을 콘트롤하는 용도로 사용할 수 있다. 예를 들어, 약액의 원액과 그 희석액을 혼합조에 공급하여 소정 농도의 약액을 생성하고자 하는 경우에는, 그 혼합조에서 혼합액의 농도를 센서로 검출함과 아울러, 이 센서의 검출값에 기초하여 본 발명의 유량 제어 밸브를 구동하여 혼합조로의 공급원액 혹은 공급희석액의 공급량을 조정하면 된다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 바람직한 형태에 대해 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1에 도시한 유량 제어 밸브(V)는 밸브 하우징(1)내에 밸브체(2) 등의 밸브 구성부품이 수용되어 있다. 본 실시형태에서의 상기 밸브 하우징(1)은 하부에 배치되는 밸브 베이스(3); 상부에 배치되는 밸브 캡(5); 밸브 베이스(3)와 밸브 캡 (5) 사이에 개재되는 통모양의 중간 하우징(4)에 의해 구성되어 있다.

중간 하우징(4)의 통 내부 공간은 공기실(6)로서 마련되어 있다. 이 공기실(6)은 상하로 대향하는 두 개의 개구부(7-1, 7-2)를 가지며, 이 공기실(6)의 상측 개구부(7-1)에 제1의 다이아프램(8)이 설치되고, 상기 공기실(6)의 하측 개구부(7-2)에 제2의 다이아프램(9)이 설치되며, 이 상하 두 개의 다이아프램(8, 9)에 의해 공기실(6)의 상하 개구부(7-1, 7-2)는 각각 막혀 있다.

이하의 설명에서는, 공기실(6)의 상측 개구부(7-1)를 막고 있는 제1의 다이아프램(8)을 "상측 다이아프램"이라고 하고, 상기 공기실(6)의 하측 개구부(7-2)를 막고 있는 제2의 다이아프램(9)을 "하측 다이아프램"이라고 한다.

상측 다이아프램(8)과 하측 다이아프램(9)은 그 지름이 다르며, 본 실시형태의 유량 제어 밸브(V)에서는 상측 다이아프램(8)쪽이 하측 다이아프램(9)보다도 큰 지름으로 형성되어 있다.

구체적으로는 상측 다이아프램(8)은 밸브 캡(5)의 내경과 거의 같은 지름이 되도록 형성되어 있다. 또한 이 상측 다이아프램(8)이 설치되어 있는 공기실(6) 상단의 개구부(7-1)도 상측 다이아프램(8)의 지름에 맞춰 밸브 캡(5)의 내경과 거의 같은 지름으로 크게 개구된 구조로 되어 있다.

한편, 하측 다이아프램(9)은 상측 다이아프램(8)보다 작은 지름으로 형성되어 있다. 이 하측 다이아프램(9)이 설치되어 있는 공기실(6) 하단의 개구부(7-2)도 하측 다이아프램(9)의 지름에 맞춰 공기실(6) 상단의 개구부(7-1)보다 작은 지름으로 개구되는 구조로 되어 있다.

따라서, 상하 양 다이아프램(8, 9)은 모두 상하로 대향하는 내측 대향면이 공기실(6)의 압력을 받는 수압면이 되는데, 그 양 수압면의 면적은 다르다. 즉, 상하 양 다이아프램(8, 9)의 각각의 지름을 비교하면 상측 다이아프램(8)쪽이 큰 지름이고, 또한 각 다이아프램(8, 9)이 설치되어 있는 개구부(7-1, 7-2)의 각 지름을 비교하면 상측 다이아프램(8)이 설치되어 있는 개구부(7-1)쪽이 큰 지름이기 때문에, 본 실시형태의 유량 제어 밸브(V)에서는 상측 다이아프램(8)의 수압 면적이 하측 다이아프램(9)의 수압 면적보다 커지도록 구성되어 있다.

상측 다이아프램(8)과 하측 다이아프램(9)은 공기실(6)의 대략 중앙에 배치되는 연결축(10)에 의해 일체로 연결되어 있다. 연결축(10)에 의한 상하 양 다이아프램(8, 9)의 연결 구조에 대해서는 다양하게 고려될 수 있는데, 본 실시형태에서는 연결축(10)의 하단 외주부에 하측 다이아프램(9)을 일체성형함과 아울러, 그 연결축(10)의 상단부쪽에 상측 다이아프램(8)의 거의 중간부분을 고정함으로써 연결축(10)에 의한 상하 양 다이아프램(8, 9)의 일체화가 꾀해져 있다.

또한 이 연결축(10)은 공기실(6)에 지지 수단으로서 마련된 미끄럼 베어링(11)에 의해 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지되어 있다. 미끄럼 베어링(11)은 공기실(6) 내벽에 마련한 베어링 고정부(12)에 설치 고정되어 있다.

상기 공기실(6)에는 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급된다. 이 공기의 공급계를 설명하면, 본 실시형태의 유량 제어 밸브(V)에서는 중간 하우징(4)의 일부에 공기실(6)에 연통하는 공기 공급로(13)를 형성하고, 이 공기 공급로(13)를 통해 외부로부터 공기실(6)내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되도록 구 성하고 있다. 또한 공기실(6)내에 공급된 공기는 오리피스부(14)를 통해 외부로 빠지도록 구성하고 있다. 오리피스부(14)는 공기실(6)과 외부를 연결하는 공기 빼기 통로(15)의 도중에 마련되어 있다.

밸브 캡(5)의 테두리면에는 관통공(16)이 마련되어 있고, 밸브 캡(5)의 내측 공간은 이 관통공(16)을 통하여 외부에 연통되어 있다. 또한 밸브 캡(5)의 내측 공간에는 스프링(17)이 수용되어 있다. 이 스프링(17)의 하단부쪽은 밸브 캡(5) 내측 공간의 바닥면을 구성하고 있는 상측 다이아프램(8)의 상면에 스프링 받침(18)을 통해 결합되어 있다. 상기 스프링(17)의 상단부측은 밸브 캡(5) 내측 공간의 상부면에 접촉하도록 되어 있다.

상기 스프링(17)은 상측 다이아프램(8)을 아래쪽으로, 즉 하측 다이아프램(9) 방향을 향해 항시 탄성 바이어스되어 있다. 또한, 상측 다이아프램(8)과 하측 다이아프램(9)은 연결축(10)을 통해 일체로 연결되어 있으므로, 하측 다이아프램(9)도, 이 스프링(17)의 힘에 의해 아래쪽으로 항시 탄성 바이어스되어 있다.

공기 공급로(13)를 통해 공기실(6)내에, 예를 들어 압력 제어된 공기가 공급되면, 그 공기의 압력이 상하 양 다이아프램(8, 9)의 각 수압면에 각각 똑같이 작용한다. 이로 인해 상측 다이아프램(8)은 공기실(6) 외측의 위쪽을 향해 압압된다. 한편, 하측 다이아프램(9)은 상측 다이아프램(8)과는 반대로 공기실(6) 외측 아래쪽을 향해 압압된다.

이 때, 하측 다이아프램(9)의 수압 면적에 비해 상측 다이아프램(8)의 수압 면적이 넓으므로, 각각의 다이아프램 전체를 공기실(6) 외측을 향해 압압하는 힘 은, 하측 다이아프램(9)보다도 상측 다이아프램(8)쪽이 더 크다. 이 때문에, 상하 양 다이아프램(8, 9)과 연결축(10)으로 이루어진 연결 구조체에는 상측 다이아프램(8)에 가해지는 힘에서 하측 다이아프램(9)에 가해지는 힘을 뺀 만큼의 힘(이하 "차분의 힘"이라고 한다)이 작용하게 된다.

그리고, 상기와 같은 차분의 힘이 스프링(17)의 힘을 웃돌면, 상하 양 다이아프램(8, 9)과 연결축(10)으로 이루어진 연결 구조체가 스프링(17)의 힘을 거슬러 위쪽을 향해 변형 변위한다. 즉, 상측 다이아프램(8)이 공기실(6) 외측 위쪽을 향해 밖으로 내밀어지도록 변형 변위하고, 이에 이끌려서 연결축(10)과 하측 다이아프램(9)이 위쪽으로 끌어올려지며, 연결축(10)은 슬라이등 베어링(11)에 의해 지지되면서 위쪽으로 슬라이딩 이동하고, 하측 다이아프램(9)은 공기실(6)의 안쪽으로 들어가도록 위쪽으로 변형 변위한다.

상기 공기실(6)의 외측에는 내부 유로(19)가 마련되어 있다. 이 내부 유로(19)는 유량 제어의 대상이 되는 유체가 유통하는 통로로, 밸브 하우징(1)을 구성하는 밸브 베이스(3)측에 천공형성되어 있다. 또한 이 내부 유로(19)는 하측 다이아프램(9)의 외면(9a)을 통하도록 구성되어 있다.

여기서, 상기 내부 유로(19)를 더욱 상세히 설명한다. 본 실시형태의 내부 유로(19)는 밸브체(2)가 설치되는 밸브실(20)과 이 밸브실(20)에 연통하는 상류측 통로(21) 및 하류측 통로(22)로 구성되어 있다.

상기 밸브실(20)은 밸브 베이스(3)의 상면에 형성된 오목부(3-1)와 이 오목부(3-1)의 표면쪽을 막고 있는 하측 다이아프램(9)에 의해 구획되어 형성되고, 하 측 다이아프램(9)의 외면(9a)이 직접 밸브실(20)에 면하는 구조로 되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 밸브실(20)에 연통해 있는 상류측 통로(21)의 일단(21a)은 밸브실(20)의 하부쪽에서 상기 밸브실(20)의 바닥면으로 개구됨과 아울러, 연결축(10)의 축심 연장선상에 위치하도록 형성되어 있다. 그리고, 이 상류측 통로(21)의 일단의 개구부 가장자리에 밸브체(2)의 밸브시트부(23)가 형성되어 있다. 이 상류측 통로(21)의 타단부(21b)쪽은 도시하지 않은 유체 공급계의 상류측, 즉 유체를 공급하는 유체 공급 장치쪽에 연통 접속된다.

상기 밸브실(20)에 연통해 있는 하류측 통로(22)의 일단(22a)은 밸브실(20)의 하부쪽에서 상기 밸브실(20)의 바닥면으로 개구되도록 형성되어 있다. 또한 이 하류측 통로(22)의 타단부(22b)쪽은 도시하지 않은 유체 공급계의 하류측, 즉 유체를 사용하는 유체 사용 장치쪽에 연통 접속된다. 하류측 통로(22)의 일단(22a)은, 예를 들어 밸브실(20)이 측면 등과 같이 밸브실(20)의 바닥면 이외의 면으로 개구되도록 형성해도 된다.

상기 밸브실(20)내의 밸브체(2)는 그 외주에 2단의 테이퍼부(2-1, 2-2)를 갖는 기둥 형상이며, 연결축(10)과 동축으로 배치되어 있다. 또한 이 밸브체(2)는 연결축(10) 하단 바로 아래에 위치하며, 그 후 단부가 하측 다이아프램(9)의 외면(9a)에 직접 일체로 결합되어 있다. 밸브체(2)의 결합 고정 구조로, 본 실시형태에서는 하측 다이아프램(9)의 외면(9a)쪽에서 밸브체(2)의 후단부쪽을 연결축(10) 하단면에 나사로 고정하고 있다. 따라서, 연결축(10)이 상하 방향으로 슬라이딩 이동하면, 이에 연동하여 밸브체(2)도 함께 연결축(10)의 연장 축심선상을 따라 상하로 슬라이딩 이동한다.

또한 이 밸브체(2)의 상단측 테이퍼부(2-1)는 상기 밸브시트부(23)에 접촉하여 실링부를 구성하고, 하단측 테이퍼부(2-2)는 밸브시트부(23)보다 아래쪽의 상류측 통로(21)내에 들어가도록 구성되어 있다.

도 1 및 도 2와 같이, 밸브체(2) 외주의 상단측 테이퍼부(2-1)가 밸브시트부(23)에 접촉해 있는 상태에서 그 밸브체(2)가 위쪽으로 슬라이딩 이동하면, 밸브체(2) 외주의 상단측 테이퍼부(2-1)가 밸브시트부(23)에서 떨어져 내부 유로(19)가 개방된다. 이 때, 밸브체(2)의 슬라이딩 이동량에 비례하여 내부 유로(19)를 흐르는 유체의 유량이 증감된다. 이것은 밸브체(2)가 위쪽으로 슬라이딩 이동한 만큼 밸브체(2)의 주위에 생기는 간격이 커지기 때문이다.

도 1에 도시한 유량 제어 밸브(V)는 내부 유로(19)가 하측 다이아프램(9)의 외면을 통하는 구조로, 하측 다이아프램(9)의 외면(9a)밖에 유체와 접촉하지 않는다. 따라서, 유체에 의해 부식의 우려가 있는 것은 하측 다이아프램(9)의 외면(9a)뿐이기 때문에, 하측 다이아프램(9)의 외면(9a)에만 부식 방지 수단을 마련하면 된다.

상측 다이아프램(8)의 내외면은 공기가 접할 뿐이며 유체에 의한 부식의 우려가 없기 때문에, 비교적 저렴한 고무 등으로도 구성할 수 있다. 하측 다이아프램(9)과 연결축(10)에는 불소 수지, 예를 들어 PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌)로 구성되는데, 이것 이외의 수지 또는 금속으로 구성할 수도 있다.

하측 다이아프램(9)을 금속 등 부식의 우려가 있는 재질로 구성할 경우에는, 하측 다이아프램 외면(9a)이 유체와의 접촉으로 부식되는 것을 방지하기 위해 하측 다이아프램 외면(9a)을 불소 수지로 코팅해도 된다.

이어서, 상기와 같이 구성된 본 실시형태의 유량 제어 밸브의 동작에 대해 도 1을 이용하여 설명한다.

본 실시형태의 유량 제어 밸브(V)에 의하면, 공기실(6)내의 공기압력이 대기압일 때 혹은 대기압보다 높지만 소정값 이하일 때는, 상하 양 다이아프램(8, 9)과 연결축(1)으로 이루어진 연결 구조체 전체가 스프링(17)의 힘으로 아래쪽으로 압압되어, 도 1과 같은 위치에 배치된다. 이 때, 밸브체(2)는 밸브시트부(23)에 밀착하여 내부 유로(19)를 폐쇄하고 있다.

그리고, 소정값 이상의 압력의 공기, 즉, 스프링(17)의 힘보다 상기 차분의 힘을 크게 하는데 필요한 충분한 압력의 공기가, 공기 공급로(13)로부터 공기실(6)내로 공급되면, 그 차분의 힘과 스프링(17)의 힘이 균형을 이룰 때까지 그 차분의 힘에 의해 상하 양 다이아프램(8, 9)과 연결축(10)으로 이루어지는 연결 구조체가 스프링(17)의 힘을 거슬러 위쪽을 향해 변형 변위한다. 즉, 상측 다이아프램(8)은 공기실(6)의 외측 위쪽을 향해 내밀어지도록 변형 변위하고, 이에 이끌려 연결축(10)과 하측 다이아프램(9)은 위쪽으로 끌어올려지며, 연결축(10)은 미끄럼 베어링(11)에 의해 지지되면서 위쪽으로 슬라이딩 이동하고, 그리고, 하측 다이아프램(9)는 공기실(6)의 안쪽으로 들어가도록 위쪽으로 변형 변위한다. 또한 연결축(10)의 위쪽 슬라이딩 이동에 연동하여 밸브체(2)도 함께 위쪽으로 슬라이딩 이동하여 밸브시트부(23)에서 떨어지며, 이에 의해 내부 유로(19)가 개방된다.

공기 공급로(13)에서 공기실(6)내로 공급되는 공기의 압력을 더 높이면, 상기 차분의 힘이 더욱 커지고, 상하 양 다이아프램(8, 9)의 변형량과, 연결축(10)과 이에 연동하여 이동하는 밸브체(2)의 위쪽으로의 슬라이딩 이동량이 늘어나며, 밸브체(2)가 밸브시트부(23)에서 더욱 떨어지며, 밸브체(2) 주위의 틈이 커진다. 이에 따라, 내부 유로(19)를 흐르는 유체의 유량이 늘어난다. 또한 내부 유로(19)를 흐르는 유체의 유량을 줄이려면, 공기 공급로(13)에서 공기실(6)내로 공급되는 공기의 압력을 낮게 제어하면 된다.

이상과 같이, 도 1의 유량 제어 밸브(V)에 의하면, 상하 두 개의 다이아프램(8, 9)에 가해지는 힘의 차이에 의해 밸브체(2)를 슬라이딩 동작시키는 것이므로, 밸브체(2)의 슬라이딩 스트로크의 분해능이 높아지고, 고정밀도의 유량 조정을 행하는 것이 가능해진다.

또한 도 1의 유량 제어 밸브(V)에서는, 통상의 공기 밸브 등과 같이 오링 등에 의한 격벽을 공기실에 형성하지 않고, 공기실(6)내의 미끄럼 베어링(11)으로 상하 양 다이아프램(8, 9)의 연결축(10)을 슬라이딩 가능하게 지지하는 심플한 구조로 저렴한 비용이며, 또한 이 연결축(10)은 미끄럼 베어링(11)으로 지지되어 슬라이딩되므로, 슬라이딩 저항이 적고, 아주 작은 공기 압력에 의한 고정밀도의 밸브체(2)의 위치 제어가 가능해지며, 고정밀도의 유량 조정을 행하는데 바람직하다.

도 1의 유량 제어 밸브(V)에서는, 수압 면적이 다른 두 개의 다이아프램(8, 9) 중 수압 면적이 작은 하측 다이아프램(9)의 외면쪽이 내부 유로(19)에 면하도록 설치되는 구성을 채용했다. 이 때문에, 유체로부터의 압력은 수압 면적이 작은 하 측 다이아프램(9)의 수압면에 작용하게 되므로, 동일 수압 면적의 다이아프램을 사용하는 것과 비교하여, 유체로부터의 압력의 영향을 경감하는 것이 가능해진다는 이점도 있다.

도 3은 도 1의 유량 제어 밸브(V)를 이용하여 구성한 유량 제어 장치(100)의 설명도이다. 이 도 3의 유량 제어 장치(100)는 액체 공급 장치(101)로부터 액체 사용 장치(102)로 액체를 공급하는 관로(103)의 도중에 도 1의 유량 제어 밸브(V)와 초음파 유량계(104)를 마련한 것이며, 특히 본 실시형태에서는 초음파 유량계(104)를 유량 제어 밸브(V)의 상류측에 설치했다.

즉, 도 3의 유량 제어 장치(100)는 유량 제어 밸브(V)에 마련되어 있는 내부 유로(19)의 상류측 통로(21, 도 1 참조)를 액체 공급 장치(101)측에 접속하고, 상기 내부 유로(19)의 하류측 통로(22, 도 1 참조)를 액체 사용 장치(102)측에 접속함과 아울러, 그 액체 공급 장치(101)와 유량 제어 밸브(V)를 연결하는 관로(103)에 초음파 유량계(104)를 설치한 것이다.

상기 액체 공급 장치(101)는 유량 제어 밸브(V)를 통해 액체 사용 장치(102)에 액체를 공급한다. 또한 상기 액체 사용 장치(102)는 예를 들어 반도체 제조 공정에서의 세정 장치 등과 같이 적절히 제어된 유량의 액체를 사용하여 작업을 수행하는 장치로 생각하면 된다.

상기 초음파 유량계(104)는 초음파를 사용하여 액체의 유량을 계측하는 방법으로, 그 기본 원리는 관로(103)내의 유체의 흐름 방향으로 전파되는 초음파(이하, "정방향 초음파"라고 한다)의 전달시간과, 그 유체의 흐름과는 반대방향으로 전파 되는 초음파(이하, "역방향 초음파"라고 한다)의 전달시간이 다른 것을 이용하여, 각각의 전파시간을 계측하고, 그 전파 시간차로부터 유체의 유속을 산출하는 것이다.

상기 기본 원리에 기초하여 액체의 유량을 계측하는 초음파 유량계(104)는, 계략적으로 도 5와 같이 구성된다. 상기 도면의 초음파 유량계(104)는 서로 대향하여 배치되는 두 개의 진동자(104-1, 104-2)를 갖고, 유량 제어 밸브(V)와 액체 공급 장치(101)측을 접속하는 관로(103)의 일부는, 이 두 개의 진동자(104-1, 104-2)끼리 연결하는 직선의 선분상에 배치된다.

그리고, 이 초음파 유량계(104)에서는 상류측의 진동자(104-1)에서 송신되는 정방향 초음파를 하류측 진동자(104-2)로 수신하고, 이 정방향 초음파가 상류측 진동자(104-1)로부터 하류측 진동자(104-2)에 도달할 때까지의 시간을 계측한다. 또, 하류측 진동자(104-2)에서 송신되는 역방향 초음파를 상류측 진동자(104-1)로 수신하고, 이 역방향 초음파가 하류측 진동자(104-2)에서 상류측 진동자(104-1)에 도달할 때까지의 시간을 계측한다. 마지막으로, 그 두 개의 시간 계측값의 차분인 초음파의 전파시간차로부터 유체의 유속을 산출하여 유량을 구하고 있다.

또한 도 3의 유량 제어 장치(100)는 유량 제어 밸브(V)를 제어하기 위한 제어계를 갖고 있다. 이 제어계는 초음파 유량계(104)로 계측한 유량 계측값과 사용자에 의해 임의로 설정되는 유량 설장값에 기초하여 유량 제어 밸브(V)를 제어하여 관로(103)를 흐르는 유체의 유량을 유량 설정값과 같도록 제어하는 것이며, 이와 같은 유량 제어를 실현하는 수단으로, 이러한 제어계는 수치연산 처리를 수행할 수 있는 콘트롤러부(105)와 전공(電空) 레귤레이터 혹은 비례 전자 밸브 등으로 이루어지는 공기 제어부(106)를 구비한다.

콘트롤러부(105)에는 초음파 유량계(104)로 계측한 현재의 유량 계측값이 유량 신호(S1)로서 입력됨과 아울러, 사용자 설정의 유량 설정값이 외부 설정 신호(S0)로서 입력된다. 그리고, 이 콘트롤러(105)에서는 두 개의 입력 신호, 즉 유량 신호(S0)(현재의 유량 측정값)와 외부 설정 신호(S1)(유량 설정값)를 비교하고, 그 편차에 대해 PID 연산처리를 수행하여 공기 제어부(106)로 제어신호를 출력한다. 외부 설정 신호(S1)에 대해서는 콘트롤러부(105)의 도시하지 않은 입력부를 통해 입력되어도 된다.

공기 제어부(106)는 공기 공급원(108)과 유량 제어 밸브(V)의 공기 공급로(13)(도 1 참조)를 연결하는 공기 공급 배관(109)의 도중에 마련되며, 또한 공기 공급원(108)로부터의 공기의 압력 혹은 유량을 조절하여 유량 제어 밸브(V)의 공기실(6)에 공급되는 공기의 압력을 제어한다. 이 공기의 압력 제어는 콘트롤러부(105)로부터의 제어신호에 기초하여 행해진다.

공기 제어부(106)에 의한 공기의 압력 제어를 구체적으로 설명한다. 우선, 관로(103)를 흐르는 유체의 유량이 원하는 유량 설정값보다 적은 경우, 즉 초음파 유량계(104)로 계측한 현재의 유량 계측값이 유량 설정값을 밑돌 때는 콘트롤러부(105)로부터 공기 제어부(106)에 대해 유량 제어 밸브(V)의 공기실(6)내의 공기 압력을 소정량 높이는 제어신호가 출력된다. 그 공기 압력이 높아지면, 유량 제어 밸브(V)에 있어서, 상하 양 다이아프램(8, 9)과 연결축(10)으로 이루어지는 연결 구 조체가 제어신호 출력전의 상태로부터 전체적으로 위쪽으로 변형 변위하고, 이에 연동하여 밸브체(2)도 위쪽으로 슬라이딩 이동하므로, 밸브체(2)의 주위에 생기는 틈이 커져서 유량 제어 밸브(V)보다 하류의 유체 유량이 증가하여 유량 설정값에 근접하기 때문이다.

반대로, 관로(103)를 흐르는 유체의 유량이 원하는 유량 설정값보다 많은 경우, 즉 초음파 유량계(104)로 계측한 현재의 유량 계측값이 유량 설정값을 웃돌 때는 콘트롤러부(105)로부터 공기 제어부(106)에 대해 유량 제어 밸브(V)의 공기실(6)내의 공기 압력을 소정량 저하시키는 제어신호가 출력된다. 그 공기의 압력이 저하되면, 유량 제어 밸브(V)에서 상하 양 다이아프램(8, 9)과 연결축(10)으로 이루어지는 연결 구조체가 제어신호 츨력전의 상태로부터 전체적으로 아래쪽으로 변형 변위하고, 이에 의해 밸브체(2)가 아래쪽으로 슬라이딩 이동하고, 밸브체(2)의 주위에 생기는 틈이 작아져서 유량 제어 밸브(V)보다 하류의 유체 유량이 감소하여 유량 설정값에 근접하기 때문이다.

이상과 같이, 본 실시형태의 유량 제어 장치(100)에서는 관로(103)를 흐르는 유체의 현재 유량 계측값에 기초하여 유량 제어 밸브(V)를 제어하여 유체의 유량을 유량 설정값과 동등해지도록 일정하게 조정하는 것이므로, 유량 이외의 다른 요인으로 유체의 유량이 변화했을 경우에도 그 유량을 일정하게 함으로써 충분히 대응할 수 있다.

도 3의 유량 제어 장치에서는, 유량 제어 밸브(V)의 상류측에 초음파 유량계(104)를 설치했는데, 도 4에 도시한 바와 같이, 이 초음파 유량계(104)를 유량 제 어 밸브(V)의 하류측에 설치하도록 구성해도 된다. 이와 같이 구성하면, 예를 들어 하측 다이아프램이 만일 파손되었을 때, 이 다이아프램의 파손을 조기에 검출할 수 있다는 이점이 있다.

즉, 초음파 유량계에는 계측 불가능해졌을 때 계측 이상 경고를 발하는 기능이 있다. 도 4의 유량 제어 장치를 구성하고 있는 도 1의 유량 제어 밸브(V)에 있어서 하측 다이아프램(9)이 파손되고, 파손부로부터 공기실(6)의 공기가 내부 유로(19)로 누설되어 나가고, 누설되어 나간 공기의 기포가 내부 유로(19)를 흐르는 유체, 즉 유량 계측 대상의 유체속에 혼입된다. 그러면, 이 기포 때문에 초음파 유량계(104)에서는 초음파의 전파를 할 수 없어 계측 불가능해지므로, 상기 계측 이상 경고가 나온다. 이로써 하측 다이아프램(9)에 어떤 이상이 발생했다는 것을 즉시 검지 수 있다.

도 3, 도 4의 유량 제어 장치(100)는 액체 공급 장치(101)에서 액체 사용 장치(102)로 액체를 공급하는 관로(103)의 도중에 도 1의 유량 제어 밸브(V)를 설치한 예인데, 이것과는 별도로 반도체 제조 분야에서의 세정 장치 등과 같이, 그 세정 장치 등의 내부에 도 1의 유량 제어 밸브 또는 도 3, 도 4의 유량 제어 장치(100)가 유닛으로 조립되는 경우도 있다. 이 경우는 그 세정 장치 등의 내부에서 약액을 세정 공정으로 공급하는 관로, 즉 약액 공급 라인의 도중에 유량 제어 밸브(V) 또는 유량 제어 장치(100)가 유닛으로서 설치되고, 이 유닛을 경유하여 그 약액의 사용 공정쪽으로 약액이 일정량 공급되도록 구성된다.

상기 실시형태에서는 하측 다이아프램(9)과 연결축(10)을 일체성형한 예에 대해 설명했는데, 하측 다이아프램(9)과 연결축(10)을 별도의 부품으로 형성하고, 그들을 나사 등의 체결 고정 수단으로 일체적으로 접속하도록 구성해도 된다.

본 발명의 유량 제어 장치와 이것을 구성하는 유량 제어 밸브는 액체의 유량을 적당한 양으로 제어하여 공급하는 각종 장치, 예를 들어 반도체 제조 장치의 유량 제어 유닛 등으로 사용될 수 있다. 반도체 제조 장치에는 세정 공정 이외에도 액체를 다루는 각종 공정이 존재하는데, 이러한 세정 공정 이외에 액체를 다루는 공정에 있어서 본 발명의 유량 제어 장치를 적용할 수 있다. 또한 본 발명의 유량 제어 장치와 이것을 구성하는 유량 제어 밸브는 이들 반도체 제조 분야뿐만 아니라, 화학 분야나 약품 분야 등을 포함하며, 유체의 유량을 적절히 제어하는 것이 요구되는 각종 분야에서 널리 이용될 수 있다.

또한 본 발명의 유량 제어 장치를 화학, 약품 제조업체 등에서 사용할 때는 콘트롤러(105) 등의 전기적 구성부를 방폭 라인 등 이외에 설치하는 구성도 가능하다.

유량 제어 밸브에 관한 본 발명에 의하면, 고정밀도의 유량 조정이 가능한 유량 제어 밸브가 제공되며, 또한 단순한 구조로 저렴한 비용의 유량 제어 밸브가 제공될 수 있다.

유량 제어 장치에 관한 본 발명에 의하면, 고정밀도의 유체의 유량제어를 행할 수 있으며, 유량 이외의 다른 요인으로 유체의 유량이 변화해도 그 변화에 충분히 대응할 수 있다.

Claims

대향하는 두 개의 개구부를 구비하여 이루어진 공기실;

상기 공기실의 각 개구부에 각각 설치됨과 아울러, 그 공기실의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램;

상기 두 개의 다이아프램을 연결하는 연결축;

상기 연결축을 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지수단;

상기 공기실의 외측에 마련되며, 유체가 유통하는 내부 유로;

상기 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 슬라이딩 이동함으로써 상기 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 증감 조정하는 밸브체;

상기 공기실내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기를 공급하는 공기 공급로;를 가지며,

상기 공기 공급로는 그 일단부측이 분기되어 두 개의 분기 관로가 되고, 이 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 한 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 한 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되며, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 다른 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 다른 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
상하 두 개의 개구부를 구비하여 이루어지는 공기실;

상기 공기실의 상하 각 개구부에 각각 설치됨과 아울러, 그 공기실의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 상하 두 개의 다이아프램;

상기 상하 두 개의 다이아프램을 연결하는 연결축;

상기 연결축을 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지수단;

상기 공기실의 외측에 마련되며, 유체가 유통하는 내부 유로;

상기 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 슬라이딩 이동함으로써 상기 내부 유로를 흐르는 액체의 유량을 증감 조정하는 밸브체;

상기 공기실내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기를 공급하는 공기 공급로;를 가지며,

상기 공기 공급로는 그 일단부측이 분기하여 두 개의 분기 관로가 되고, 이 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 상측 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 상측 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되며, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 하측 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 하측 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 연결축 및 상기 지지 수단은 상기 공기실내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 밸브체는 상기 두 개의 다이아프램 중 어느 한 쪽의 다이아프램의 외면 에 설치되고,

상기 내부 유로는 상기 밸브체가 설치되어 있는 상기 한 쪽의 다이아프램의 외면을 통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
제 4 항에 있어서,

상기 한 쪽의 다이아프램의 외면은 불소 수지 등에 의한 부식 방지 수단으로 보호되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 밸브.
유체를 공급하는 관로;

상기 관로의 도중에 설치된 유량 제어 밸브;

상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 유량계;

상기 유량계로 계측한 유량 계측값과 유량 설정값에 기초하여 상기 유량 제어 밸브를 제어함으로써 상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 상기 유량 설정값과 같도록 조정하는 제어부;를 구비하고,

상기 유량 제어 밸브는,

대향하는 두 개의 개구부를 구비하여 이루어지는 공기실;

상기 공기실의 각 개구부에 각각 설치됨과 아울러, 그 공기실의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램;

상기 두 개의 다이아프램을 연결하는 연결축;

상기 연결축을 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지 수단;

상기 공기실의 외측에 마련되며, 상기 관로에 연통함과 아울러, 그 관로를 흐르는 유체가 유통하는 내부 유로;

상기 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 슬라이딩 이동함으로써 상기 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 증감 조정하는 밸브체;

상기 공기실내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기를 공급하는 공기 공급로;를 가지며,

상기 공기 공급로는 그 일단부측이 분기하여 두 개의 분기 관로가 되고, 이 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 한 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 한 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되며, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 다른 쪽 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 다른 쪽 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
유체를 공급하는 관로;

상기 관로의 도중에 설치된 유량 제어 밸브;

상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 계측하는 유량계;

상기 유량계로 계측한 유량 계측값과 유량 설정값에 기초하여 상기 유량 제어 밸브를 제어함으로써 상기 관로를 흐르는 유체의 유량을 상기 유량 설정값과 동등해지도록 조정하는 제어부;를 구비하고,

상기 유량 제어 밸브는,

상하 두 개의 개구부를 구비하여 이루어지는 공기실;

상기 공기실의 상하 각 개구부에 각각 설치됨과 아울러, 그 공기실의 압력을 받는 수압면의 면적이 서로 다른 두 개의 다이아프램;

상기 상하 두 개의 다이아프램을 연결하는 연결축;

상기 연결축을 그 축심 방향으로 슬라이딩 가능하도록 지지하는 지지 수단;

상기 공기실의 외측에 마련되며, 상기 관로에 연통함과 아울러, 그 관로를 흐르는 유체가 유통하는 내부 유로;

상기 연결축의 슬라이딩 동작에 연동하여 슬라이딩 이동함으로써 상기 내부 유로를 흐르는 유체의 유량을 증감 조정하는 밸브체;

상기 공기실내에 압력 제어 또는 유량 제어된 공기를 공급하는 공기 공급로;를 가지며,

상기 공기 공급로는 그 일단부측이 분기하여 두 개의 분기 관로가 되고, 이 두 개의 분기 관로 중 한 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 상측 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 상측 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되며, 다른 쪽 분기 관로의 출구쪽이 상기 하측 다이아프램의 수압면에 근접하여 대향하도록 개구되고 그 개구부로부터 상기 대향하는 하측 다이아프램의 수압면을 향해 상기 압력 제어 또는 유량 제어된 공기가 공급되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 유량계는 초음파 유량계로 이루어짐과 아울러, 상기 유량 제어 밸브의 하류쪽에 설치되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 연결축 및 상기 지지 수단은 상기 공기실 내에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,

상기 밸브체는 상기 두 개의 다이아프램 중 어느 한 쪽의 다이아프램의 외면에 설치되며,

상기 내부 유로는 상기 밸브체가 설치되어 있는 상기 한 쪽의 다이아프램의 외면을 통하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.
제 10 항에 있어서,

상기 한 쪽의 다이아프램의 외면은 불소 수지 등에 의한 부식 방지 수단으로 보호되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 제어 장치.