KR101112511B1 - 액체용 레귤레이터 - Google Patents

Abstract

1차측의 압력 변동뿐만 아니라, 2차측의 압력 변동에 대하여 우수한 유량 제어의 응답성을 발휘하고, 고정밀도로 유량을 제어할 수 있는 액체용 레귤레이터를 제공한다. 액체용 레귤레이터(10)는, 공기 등에 기체에 의한 조작 압력을 제1 다이어그램(14)으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제1 다이어그램실(16)과, 2차측으로부터 도입된 액체의 압력 변동을 제2 다이어그램(15)으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제2 다이어그램실(17)과, 제1 및 제2 다이어그램실(16, 17)에서 각각 발생한 조정력을 받아서 축 방향으로 슬라이드하는 축부(12)와, 상기 축부(12)와 일체로 동작하여 밸브 개방도를 조정하는 밸브체(13)와, 제1 다이어그램실(16)과 제2 다이어그램실(17) 사이에서 서로 간섭하지 않도록 차단하는 칸막이벽(11a)과, 제1 및 제2 다이어그램실(16, 17) 사이에서 유체의 유통을 차단하는 벨로우즈(22)를 구비하여 구성된다.

레귤레이터, 벨로우즈, 다이어그램, 액체, 밸브, 압력 변동, 유량 제어, 실링

Description

액체용 레귤레이터{LIQUID REGULATOR}

본 발명은, 1차측의 압력 변동은 물론, 2차측의 압력 변동에도 대응하여 액체의 일정 유량 제어 및 감압 제어를 행할 수 있는 액체용 레귤레이터에 관한 것이다.

종래부터, 약액 등의 각종 액체의 유량을 제어하는 액체용 레귤레이터(유량 제어 밸브)가 널리 사용되고 있다. 이와 같은 액체용 레귤레이터의 일반적인 구성에 의하며, 1차측(상류측)의 압력 변동을 다이어프램(diaphragm)으로 받아서, 상기 다이어프램과 일체로 동작하는 밸브체가 액체 유로의 개방도를 조정하여 유량 제어를 행하도록 되어 있다.

최근에서는, 예를 들어 반도체 제조 장치의 웨이퍼 세정 라인에 있어서의 약액 주입 등과 같이, 1차측의 압력 변동뿐만 아니라, 2차측(하류측)의 압력 변동에도 대응 가능하도록, 고정밀도의 유량 제어가 요구되고 있다. 그리고, 2차측의 압력 변동은, 예를 들어 복수개 유로의 합류나 주류(主流)측의 압력 변동 등에 의해 생기는 역압력(back pressure)의 영향, 온도 변화에 수반하는 유체 점도의 변화 등에 기인한 부하 변동이다.

이와 같은 배경하에, 전술한 2차측의 압력 변동에도 대응 가능한 유량 제어 밸브로서, 상하에 유효 면적이 상이한 다이어프램이 존재하는 차압실 내에 2차측의 유체를 도입하여 유량 제어를 행하는 것이 제안되어 있다. 이 경우, 차압실 내에서는 상하의 다이어프램이 동일한 압력 변동을 받게 되고, 따라서, 다이어프램의 면적 차이에 따라 밸브체를 동작시키는 조작력이 발생하므로, 밸브 개방도의 변화에 의해 유량 제어가 행해진다.(예를 들면, 특허 문헌 1 참조)

[특허 문헌 1] 일본국 특개평 11-85287호 공보

그러나, 전술한 특허 문헌 1에 기재된 종래 기술은, 동일한 압력 변동을 받는 다이어프램의 면적 차이에 의해 발생하는 밸브 개방도의 조작력을 이용하여 2차측의 압력 변동에 대응하도록 구성된 것이므로, 2차측의 압력 변동을 확실하게 반영한 유량 제어를 행하기 위해서는 충분한 면적 차이를 확보할 필요가 있다. 즉, 상하의 다이어프램이 동일한 압력 변동을 받으면 서로 반대의 상하 역방향의 힘(밸브체의 개폐 방향에 있어서 역방향의 힘)을 발생시키므로, 면적 차이나 압력 변동이 작은 제어 조건으로는 밸브 개방도를 변화시키기에 필요한 조작력을 충분히 얻을 수 없고, 결과적으로 유량 제어의 응답성에 문제가 생길 우려가 있다.

특히, 반도체 제조 장치의 웨이퍼 세정 라인에서 약액 주입의 유량 제어에 사용되는 도체용 레귤레이터는, 배관 직경이 작은(1/3 ~ 4/3 인치 정도) 유로에 사용되는 경우가 많고, 따라서, 레귤레이터 자체도 소형이 되므로, 충분한 면적 차이를 확보하는 것은 극히 곤란하게 된다.

본 발명은, 전술한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 그 목적은, 비교적 소형의 액체용 레귤레이터라 하더라도, 1차측의 압력 변동 뿐만 아니라, 2차측의 압력 변동에 대해서 유량 제어의 응답성이 우수하고, 고정밀도의 유량 제어가 가능한 액체용 레귤레이터를 제공하는 것이다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 하기의 수단을 채용한다.

본 발명에 따른 액체용 레귤레이터는, 밸브 개방도를 조정하여 통과하는 액체의 유량이 일정하게 되도록 제어하는 액체용 레귤레이터로서, 기체에 의한 조작 압력을 다이어프램으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제1 다이어프램실과, 2차측으로부터 도입된 상기 액체의 압력 변동을 다이어프램으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제2 다이어프램실과, 상기 제1 및 제2 다이어프램실에서 각각 발생한 상기 조정력을 받아서 축 방향으로 슬라이드하는 축부와, 상기 축부와 일체로 동작하여 밸브 개방도의 조정을 행하는 밸브체와, 상기 제1 다이어프램실과 상기 제2 다이어프램실 사이에서 서로 간섭하지 않게 차단하는 칸막이벽과, 상기 제1 다이어프램실과 상기 제2 다이어프램실 사이에서 유체의 유통을 차단하는 실링(sealing) 수단을 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이와 같은 액체용 레귤레이터에 의하면, 기체에 의한 조작 압력을 다이어프램으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제1 다이어프램실과, 2차측으로부터 도입된 상기 액체의 압력 변동을 다이어프램으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제2 다이어프램실과, 상기 제1 및 제2 다이어프램실에서 각각 발생한 상기 조정력을 받아서 축 방향으로 슬라이드하는 축부와, 상기 축부와 일체로 동작하여 밸브 개방도의 조정을 행하는 밸브체와, 상기 제1 다이어프램실과 상기 제2 다이어프램실 사이에서 서로 간섭하지 않게 차단하는 칸막이벽과, 상기 제1 다이어프램실과 상기 제2 다이어프램실 사이에서 유체의 유통을 차단하는 실링 수단을 구비하여 구성되었으므로, 2차측의 압력 변동은, 칸막이벽과 실링 수단에 의해 차단되어 제1 다이어프램실 측에 영향을 끼치지 않는다. 그러므로, 제2 다이어프램실에 도입된 2차측의 압력 변동은, 거의 대부분이 2차측의 압력 변동에 기인하는 밸브 개방도를 조정하는 조정력으로서 축부에 작용하고, 상기 조정력을 없애는 역방향의 작용을 방지하거나, 또는 최소한으로 억제할 수 있다.

본 발명의 액체용 레귤레이터에 있어서는, 상기 다이어프램이 보강 부재를 구비하는 것이 바람직하고, 이에 따라, 다이어프램의 파손이나 변형을 방지할 수 있다.

전술한 본 발명의 액체용 레귤레이터에 의하면, 2차측의 압력 변동이 밸브 개방도를 조정하는 조정력에 악영향을 미치는 역방향의 힘이 되어 작용하는 것을 방지하거나, 또는 최소한으로 억제하고, 비교적 소형의 액체용 레귤레이터라 하더라도, 1차측의 압력 변동뿐만 아니라, 2차측의 압력 변동에 대해서 유량 제어의 응답성이 우수하고, 고정밀도의 유량 제어를 할 수 있는, 현저한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 액체용 레귤레이터의 일실시예를 나타낸 단면도로서, 유량 제어중의 상태를 나타낸다.

도 2는 도 1에 나타낸 액체용 레귤레이터가 완전히 닫힌 상태를 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명의 액체용 레귤레이터의 적용예로서, 반도체 제조 장치의 웨이퍼 세정 라인의 일례를 나타낸 계통도이다.

도 4는 본 발명에 따른 액체용 레귤레이터에 대하여, 그 성능을 검증한 실험 결과를 나타낸 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 액체용 레귤레이터의 변형예를 나타낸 단면도로서, 완전히 닫힌 상태를 나타낸다.

이하, 본 발명에 따른 액체용 레귤레이터의 일실시예를 도면을 참조하여 설명한다

도 1 및 도 2는, 밸브 개방도를 조정하여 통과하는 액체의 유량이 일정하게 되도록 제어하는 액체용 레귤레이터의 구성예를 나타낸 단면도이다. 그리고, 도 1은 유량 제어 중의 상태, 도 2는 완전히 닫힌 상태를 각각 나타내고 있다.

액체용 레귤레이터(이하, 「레귤레이터」라 한다)(10)의 하우징(11) 내에는, 축부(12)와 일체로 상하 방향의 개폐 동작을 행하여 액체 유로의 단면적을 조정하는 밸브체(13)가 형성되어 있다. 축부(12)는 상하 2개로 분할되고, 상방에 위치하는 상부축(12A)에는 제1 다이어프램(14)의 중앙부가 고정 지지되고, 하방에 위치하는 하부축(12B)에는 제2 다이어프램(15)의 중앙부가 고정 지지되어 있다.

하우징(11) 내에는 3개의 공간부가 형성되고, 축부(12)를 따라 위로부터 순 서대로, 제1 다이어프램(14)을 수납 설치하는 제1 다이어프램실(16)과, 제2 다이어프램(15)을 수납 설치하는 제2 다이어프램실(17)과, 밸브체(13)를 수납 설치하는 유량 제어실(18)로 분할된다.

제1 다이어프램실(16)의 내부는, 제1 다이어프램(14)의 둘레를 하우징(11)에 고정 지지시킴으로써, 상하 2개의 공간으로 분할되어 있다. 제1 다이어프램(14)의 상면측 공간(16A)에는, 공기 등의 조작 기체를 공급하는 조작압 연결구(19)가 형성되어 있다. 상기 조작압 연결구(19)에는, 도시하지 않은 조작 기체 공급관이 접속되어, 불활성 가스인 질소 등이 공급된다. 그리고, 이하의 설명에서는, 조작 기체 공급관으로부터 공급되는 조작 기체로서 공기를 사용하는 것으로 가정한다.

제1 다이어프램(14)의 중앙부(14a)는 두꺼우며, 상부축(12A)과 일체로 형성된 원반형의 다이어프램 베드(20) 상에 고정 지지되어 있다. 상기 다이어프램 베드(20)는, 제1 다이어프램(14)의 보강 부재로서의 기능을 가지는 강성 부재이다. 또한, 제1 다이어프램(14)의 외주부에는, 상하 이동을 스무드하게 하기 위해 다이어프램 베드(20)에 의하여 보강되는 얇은 두께부(14b)가 도넛 형상으로 형성되어 있다. 상기 다이어프램 베드(20)는, 가능한 효과적으로 조작 압력을 받을 수 있도록, 또한, 얇은 두께부(14b)를 보강할 수 있도록, 제1 다이어프램(14)의 상하 운동을 방해하지 않는 범위 이내에서, 가능한 크게 형성되는 것이 바람직하다. 다이어프램 베드(20)는, 최소한 제1 다이어프램(14)의 두꺼운 부분인 중앙부(14a)보다 직경이 크도록 형성될 필요가 있다.

한편, 제1 다이어프램(14)의 하면측 공간(16B)은, 하우징(11)을 관통하는 연 통구(21)에 의해 대기에 개방되어 있다. 따라서, 제1 다이어프램실(16)에서는, 제1 다이어프램(14)의 상면이 조작압 연통구(19)로부터 공급되는 하향의 조작 압력 P를 받으면서 동시에, 제1 다이어프램(14)의 하면측이 대기에 개방되는 상태가 되도록, 조작 압력 P와 압력을 받는 면적의 곱(product)에 의해 구해지는 조작력(밸브 개방도를 조정하는 조정력)이 상부축(12A)에 작용한다.

상기 상부축(12A)은, 제1 다이어프램실(16)과 제2 다이어프램실(17) 사이에 설치된 칸막이벽(11a)을 관통하고, 제2 다이어프램(15)의 상단면에 놓여진다. 칸막이벽(11a)을 관통하는 상부축(12A)에는, 실링 수단으로서 기능하고, 또 상하 운동에 적합하며, 상하 운동을 행할 때에도 찌꺼기의 발생이 극히 적은 벨로우즈(22)가 삽입 개재되어 있다. 칸막이벽(11a)은, 후술하는 2차측으로부터 받는 압력 변동을 제1 다이어프램실(20)에 영향을 주지 않고, 조작압 연통구(19)로부터 가해지는 조작 압력을 효과적으로 작용시키기 위해 존재하고, 가능한 한 칸막이벽(11a)의 내측에 형성된 관통구(11b)가 작아지도록 한다. 단, 축(12a)의 강도를 고려하면, 상기 관통공(11b)이 너무 작아지는 것은 바람직하지 않다.

또한, 벨로우즈(22)를 삽입 개재함으로써, 제1 다이어프램실(16)과 제2 다이어프램실(17) 사이에서 유체(후술하는 2차측으로부터 도입한 액체 및 그 압력 변동)가 유통하여 영향을 끼치는 것을 방지할 수 있다. 그 때, 제1 다이어프램실(16)은 유체로부터 격리될 수 있으므로, 내약품성을 고려하지 않아도 되어, 제1 다이어프램실(16)을 염가의 일반 수지로 구성할 수 있다.

그리고, 도시한 실시예에서는 벨로우즈(22)를 실링 수단으로서 채용하였지 만, O링(오링) 등 다른 실링 부재를 채용할 수도 있다.

제2 다이어프램실(17)의 내부는, 제2 다이어프램(15)의 둘레를 하우징(11)에 고정 지지시킴으로써, 상하 2개의 공간으로 분할되어 있다. 제2 다이어프램(15)의 상면측 공간(17A)에는, 유량 제어실(18)을 통과한 2차측의 액체를 도입하는 2차 압력 도입구(23)가 형성되어 있다. 상기 2차 압력 도입구(23)에는, 분기 배관(24)이 접속되도록 되어 있다. 상기 분기 배관(24)은, 레귤레이터(10)의 2차측 출구 배관(25)에 형성되어 있는 오리피스(26, orifice)의 하류에서 분기시킨 것이다. 상기 오리피스(26)는, 원하는 설정 유량과 대응하도록 직경을 적절하게 선택하여 사용한다.

제2 다이어프램(15)의 중앙부(15a)는 두껍고, 그 중앙부 상면에 중첩되도록 일체화하여, 원반형의 다이어프램 베드(27)가 고정되어 있다. 상기 다이어프램 베드(27)는, 제2 다이어프램(15)의 보강 부재로서 기능하는 강성 부재이다. 또한, 제2 다이어프램(15)의 외주부에는, 상하 이동을 스무드하게 하기 위해 다이어프램 베드(27)로 보강되는 얇은 두께부(15b)가 도넛 형상으로 형성되어 있다. 상기 다이어프램 베드(27)는, 제2 다이어프램(15)의 상하의 움직임을 방해하지 않고, 제2 다이어프램(15)과 클리어런스(clearance)가 생기도록, 그 선단부가 부호 27a로 나타낸 바와 같이 둥그스럼하게 형성되어 있다.

제2 다이어프램(15)의 중앙부(15a)에는, 하부축(12B)의 상단부가 연결되어 있다. 상기 하부축(12B)에는, 하단부측에 밸브체(13)가 일체로 형성되어 있다.

따라서, 제2 다이어프램실(17)에서는, 2차측의 압력 변동이 제2 다이어프 램(15)에 작용함으로써 발생하는 조작력(밸브 개방도를 조정하는 조정력)이 하부축(12B)에 작용한다.

한편, 제2 다이어프램(15)의 하면측 공간(17B)은, 밸브체(13)와 밸브 시트(28) 사이에 형성되는 액체 유로(간극 S)의 개구를 통하여, 유량 제어실(18)과 연통되어 있다.

유량 제어실(18) 내에서는, 밸브체(13)의 하단부측에 하부 벨로우즈(29)를 통하여 하부 밸브축(30)이 연결되어 있다. 하우징(11)과 하부 밸브축(30)의 하단부 사이에는 하부 스프링(31)이 설치되고, 이 결과, 밸브체(13)가 하부 스프링(31)으로부터 항상 위 방향으로 압력을 받도록 구성되어 있다. 그리고, 도면 중의 부호 32는, 유량 제어실(18)과 연통되는 1차측의 액체 도입관이다.

다음에, 전술한 바와 같이 구성되는 레귤레이터(10)의 작용을 유량 제어의 동작과 함께 설명한다.

도 3에 나타낸 계통도는, 레귤레이터(10)를 내장한 반도체 제조 장치의 웨이퍼 세정 라인의 일례를 나타내고 있다. 도시한 세정 라인에서는, 순수(純水)가 흐르는 주배관(1)에 레귤레이터(10)가 장착되고, 레귤레이터(10)의 하류측에는 오리피스(26)가 설치되어 있다. 상기 오리피스(26)의 하류측에서는, 분기 배관(24)이 주배관(1)으로부터 분기되어 레귤레이터(10)의 제2 다이어프램실(17)에 접속되어 있다.

상기 주배관(1)에는, 분기 배관(24)의 분기부로부터 하류측에 개폐 밸브(2)가 설치되고, 상기 개폐 밸브(2)로부터 하류측에는, 각각 상이한 약액 A ~ C를 공 급하는 3개의 약액 배관(3, 4, 5)이 합류하고 있다. 각각의 약액 배관에는 각각 개폐 밸브(3a, 4a, 5a)가 설치되고, 상기 개폐 밸브(3a, 4a, 5a)를 선택적으로 열어서, 주배관(1)의 유량을 제어하여 흐르는 순수에 원하는 약액을 소정량 주입할 수 있다. 즉, 주배관(1)에 일정 유량으로 흐르는 순수에 소정의 약액을 주입하여, 원하는 웨이퍼 세정수을 제조할 수 있다.

그리고, 도면 중의 부호 6은 레귤레이터의 1차측 압력을 측정하는 압력계, 7은 레귤레이터의 2차측 압력을 측정하는 압력계이다.

그런데, 상기 레귤레이터(10)에서는, 먼저 유체를 흘려서 원하는 압력 내지 유량을 얻기 위해, 일정한 공기압(조작 압력 P)으로 제1 다이어프램(14)을 누른다. 상기 공기압에 의해 발생한 조작력은 축(12)으로 전달되고, 상기 축(12)을 통하여, 제2 다이어프램(15)을 눌러서 밸브체(13)를 열게 되므로, 원하는 설정 유량 내지 설정 압력을 레귤레이터(10)의 2차측에서 얻을 수 있다.

이 상태에서는, 제2 다이어프램(15)의 상면에는, 공기압에 의한 조작 압력이 제1 다이어프램(14) 및 축(12)을 통하여 제2 다이어프램(15)를 누르는 힘으로서 작용하고, 제2 다이어프램(15)의 하면에는, 밸브체(13)를 상방(완전히 닫힌 방향)으로 올리고 있는 하부 스프링(31)의 가압력과 1차측의 유체 압력의 합이, 제2 다이어프램(15)를 밀어올리는 힘으로서 작용하고 있고, 이 상태에서 밸런스를 유지하면서 유체를 2차측으로 공급하고 있다.

그리고, 밸브체(13)의 하부에는 하부 스프링(31)이 존재하므로, 조작 압력 P가 작용하지 않는 경우, 밸브체(13)는 완전히 닫힌 위치가 된다.

전술한 상태에서 1차측의 조작 압력 P가 저감되면, 조작압 연결구(19)로부터 공급되면서, 제1 다이어프램(14) 및 축(12)을 통하여 제2 다이어프램(15)을 누르는 방향으로 제2 다이어프램(15)의 상면에 작용하는 힘은, 밸브체(13)를 위로 들어 올리고 있는 하부 스프링(31)의 힘과 1차측의 유체 압력의 합이며, 제2 다이어프램(15)을 밀어올리는 방향으로, 제2 다이어프램(15)의 하면으로부터 작용하는 힘보다 커진다. 그러므로, 제2 다이어프램(15)이 밸브체(13)를 누르는 방향으로 변형되고, 밸브체(13)와 밸브 시트(28)에 의해 형성되는 유체 유로(간극 S)가 넓혀져서 커지는 상태가 되도록 자동적으로 움직여서 조정된다.

전술한 바와 같은 상태가 되면, 비록 1차측의 조작 압력 P가 저하되더라도, 밸브체(13)가 눌러져서 유체 유로(간극 S)가 커지므로, 2차측으로 더 많은 유체를 공급할 수 있게 되므로, 결과적으로 레귤레이터(10)의 2차측 압력을 일정하게 조정할 수 있다.

또한, 전술한 설명과 반대 상태가 되면, 즉, 1차측의 조작 압력 P가 상승될 때에는, 조작압 연결구(19)로부터 공급되면서, 제1 다이어프램(14) 및 축(12)을 통하여 제2 다이어프램(15)을 누르는 방향으로 제2 다이어프램(15)의 상면에 작용하고 있는 조작력은, 밸브체(13)를 위로 들어 올리고 있는 하부 스프링(31)의 가압력과 1차측의 유체 압력의 합이며, 제2 다이어프램을 밀어올리는 방향으로, 제2 다이어프램(15)의 하면으로부터 작용하는 조작력보다 작아진다. 그러므로, 제2 다이어프램(15)은 밸브체(13)를 밀어올리는 방향으로 변형되고, 밸브체(13)와 밸브 시트(28)에 의해 형성되는 유체 유로(간극 S)를 좁혀서 작아지는 상태로 자동적으로 유도할 수 있다.

그리고, 비록 1차측의 조작 압력 P가 상승하더라도, 밸브체(13)가 밀어올려져서 유체 유로(간극 S)가 작아지게 되어서, 2차측에 과도한 압력이 공급되는 것을 방지하므로, 결과적으로 2차측의 압력을 일정하게 유지할 수 있다.

이어서, 2차측의 압력이 변동되는 경우에 대하여 설명한다. 여기서, 2차측에 존재하는 개폐 밸브(3a, 4a, 5a)가 열림으로써, 유체의 주입에 의해 2차측 압력이 상승한다고 가정한다. 그러면, 2차측 도입구(23)로부터, 2차측의 변동 압력이 피드백되어 제2 다이어프램(15)의 상면에 작용하고, 밸브의 개방도, 즉 밸브체(13)와 밸브 시트(28)에 의해 형성되는 유체 유로(간극 S)가 커지는 방향으로 작용한다. 따라서, 2차측의 압력이 상승하더라도 밸브의 개방도를 크게 함으로써, 더 강한 압력에서도 유체를 공급할 수 있게 되며, 결과적으로 2차측에서는, 동일한 유량을 얻을 수 있다.

단, 2차측 도입구(23)로부터 피드백된 변동 압력은, 마찬가지로 제1 다이어프램(14)에도 작용하게 되어, 결과적으로 밸브의 개방도를 작게하는 방향으로 움직이게 된다. 그러나, 칸막이벽(11a)을 설치하고, 거기에 더하여, 칸막이벽(11a)의 관통구(11b)를 가능한 작게 형성함으로써, 제1 다이어프램(14)에 대한 영향을 가능한 작아지도록 구성하고, 밸브의 개방도를 크게하는 힘, 즉 제2 다이어프램(15)의 상면으로만 피드백된 2차측의 변동 압력이 작용함으로써, 2차측에 일정하고도 동일한 유량을 얻을 수 있다.

2차측에 존재하는 개폐 밸브(3a, 4a, 5a)가 닫히고, 2차측의 압력이 저감했 을 때에는, 전술한 설명과 반대의 작용에 의하여, 밸브체(13)를 닫는 방향으로 힘이 작용하고, 결과적으로 2차측에 일정하고도 동일한 유량을 얻을 수 있다.

그런데, 전술한 실시예에서는, 축부(12)는, 2차측에 있어서의 압력 변동을 제1 다이어프램(14)에 영향을 주지 않도록 설치된 칸막이벽(11a)을 관통하고, 상하 2개로 분할되어 있다. 그 때, 상부축(12A)에 삽입 개재된 벨로우즈(22)의 하단면(22a)(도 1의 (b) 참조)과 제2 다이어프램(15) 사이에 간극이 생겨서 압력을 받는 면이 되고, 이 부분에서는 상하 양방향으로 동일한 압력이 작용하게 된다. 그러므로, 2차측의 압력 변동에 대한 제2 다이어프램(15)의 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 감소시키는 원인이 되지만, 축부(12)의 단면적은 다이어프램이 압력을 받는 면적과 비교하여 매우 작으므로, 2차측의 압력 변동을 반영하여 충분한 조작력을 얻을 수 있으므로, 응답성의 면에서 문제되지는 않는다.

그리고, 축부(12)를 일체화하여 상기 밸브 개방도를 조정하는 조정력이 감소되는 것을 방지할 수도 있지만, 그 때에는 칸막이벽(11a)과의 실링 방법이 문제가 된다. 전술한 바와 같이, O링으로 실링할 수도 있지만, 상하 운동 시에 마찰력이 발생하여 응답성이 나빠지고, 또한, 상하 운동할 때마다, O링이 마모되어 찌꺼기가 생기는 문제가 있다. 특히, 반도체 제조 라인 등의 고순도가 요구되는 공정에 있어서는, 찌꺼기의 발생은 매우 큰 문제가 된다.

또한, 전술한 레귤레이터(10)가 밸브 개방도를 제어할 때, 공기압을 사용하는 경우에는, 벨로우즈(22)의 하단면(22a)에 작용하는 2차측의 압력 변동이 1차측의 조정력을 없애는 방향으로 작용할 수도 있으므로, 이것을 고려하여 충분한 조작 력을 확보하기 위해서는, 제1 다이어프램(14)의 압력을 받는 면적을 확대하거나 공기압 공급원의 압력을 높여서 대응할 필요가 있다. 그러나, 소경의 레귤레이터(10)에서는 다이어프램을 대형화하기는 곤란하고, 또한, 공기압 공급원의 압력을 높게 하여 대응하는 경우에도, 하우징이나 다이어프램 자체 등의 내압 성능의 문제나 공급원 확보의 문제가 생긴다.

따라서, 전술한 바와 같이 구성된 레귤레이터(10)와 같이, 2차측의 압력 변동을 받아서 조작력을 발생하는 2차 다이어프램(15)의 유효 면적을 확대하는 것과 동시에, 1차측의 제1 다이어프램실(16)과 2차측의 제2 다이어프램실(17) 사이에서 유체의 유통을 차단하고, 축부(12)를 일체화하는 등으로 구성하여 상호간의 영향을 배제하거나, 또는 분할하는 경우라도 영향을 최소로 하는 것이 중요하게 된다.

또한, 전술한 실시예에 있어서는, 강체로 된 다이어프램 베드(20) 및 상부축(12A)을 일체로 연결한 우산 형상(단면이 대략 T자 형상)을 채용하고, 또한 칸막이벽(11a)의 내측으로 가능한 한 관통구(11b)를 설치하고, 상하 운동에 유리한 벨로우즈(22)를 채용하고 있으므로, 조작 압력 P에 의해 발생하는 하향 조작력을 거의 손실하지 않고, 밸브체(13)로 확실하게 전달하여 동작시킬 수 있다.

도 4는, 전술한 바와 같이 구성된 레귤레이터(10)에 대하여, 그 성능을 검증한 실험 결과를 나타내고 있다. 본 실험에서는, 사용 유체(액체)를 물로 설정하고, 유체 온도 20℃, 환경 온도 상온의 조건으로, 3종류의 조작 압력 P(20kPa, 35kPa, 50kPa)에 대하여 역압력 P2와 유량 Q의 관계를 측정하였다. 그리고, 초기 설정으로서, 1차 압력 P1을 300kPa, 오리피스(26)의 직경을 8mm로 하였다.

도 4에 나타낸 실험 결과를 보면, 3종류의 조작 압력 P의 어느 경우에도, 역압력 P2가 증가하여 유량 Q가 대략 일정하게 유지되는 것을 알 수 있다. 즉, 전술한 바와 같이 구성된 레귤레이터(10)를 사용함으로써, 2차측의 압력 변동에 따른 밸브 개방도의 조정이 적절하게 실시되어, 원하는 유량 Q를 유지하도록 응답성이 우수한 일정 유량 제어가 행하여지는 것을 알 수 있다. 또한, 이와 같은 일정 유량 제어는, 유량과 압력 사이에 상관 관계가 있으므로, 2차측의 압력 변동에 따른 밸브 개방도의 조정이 적절히 실시되어, 감압 제어도 가능한 것을 의미하고 있다.

이어서, 상기 레귤레이터(10)의 변형예를 도 5에 나타내고 설명한다. 그리고, 전술한 실시예의 레귤레이터(10)와 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이 변형예는, 하우징(11)의 외부가 되는 2차측 출구 배관(25)에 설치한 오리피스(26) 및 분기 배관(24)을 하우징(11) 내에 내장한 경우의 구성예를 나타내고 있다. 도시한 레귤레이터(10’)는, 유량 제어실(18)의 하류측이 되는 하우징(11’)에, 오리피스(26’) 및 분기 배관(24’)을 내장한 경우의 레귤레이터(10’)에 대한 구성예를 나타낸 것이다.

이와 같이 일체형으로 구성되면, 라인에서의 조립이나 취급이 용이하게 된다.

그리고, 본 발명은 전술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 적절하게 변경될 수 있다.

본 발명의 액체용 레귤레이터(10, 10’)에, 2차측의 압력 변동이 밸브 개방도를 조정하는 조정력에 나쁜 영향을 끼치는 역방향의 힘이 되어 작용하는 것을 방지 또는 최소한으로 억제할 수 있으므로, 비교적 소형의 액체용 레귤레이터에 대하여도, 1차측의 압력 변동뿐만 아니라, 2차측의 압력 변동에 관한 유량 제어의 응답성이 우수하여, 고정밀도로 유량을 제어할 수 있다.

Claims (2)

1. 유로 상에 배치되어, 밸브 개방도를 조정하여 통과하는 액체의 유량이 일정하게 되도록 제어하는 액체용 레귤레이터에 있어서,

   기체에 의한 조작 압력을 다이어프램으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제1 다이어프램실과,

   상기 유로의 하류측의 액체의 압력 변동을 다이어프램으로 받아서 밸브 개방도를 조정하는 조정력을 발생시키는 제2 다이어프램실과,

   상기 제1 및 제2 다이어프램실에서 각각 발생한 상기 조정력을 받아서 축 방향으로 슬라이드하는 축부와,

   상기 축부와 일체로 동작하여 밸브 개방도의 조정을 행하는 밸브체와,

   상기 제1 다이어프램실과 상기 제2 다이어프램실 사이에서 서로 간섭하지 않도록 차단하는 칸막이벽과,

   상기 제1 다이어프램실과 상기 제2 다이어프램실 사이에서 유체의 유통을 차단하는 실링(sealing) 수단

   을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 액체용 레귤레이터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 다이어프램이, 상기 다이어프램을 보강해주는 원반형의 다이어프램 베드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체용 레귤레이터.

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