KR101250654B1

KR101250654B1 - 유체 제어 장치

Info

Publication number: KR101250654B1
Application number: KR1020127032803A
Authority: KR
Inventors: 다츠시 나베이; 유키에 나카무라
Original assignee: 시케이디 가부시키가이샤
Priority date: 2010-08-20
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-04-03
Also published as: CN103097789A; JP5150009B2; TW201211431A; JPWO2012023342A1; KR20130021404A; US20130142675A1; TWI427230B; WO2012023342A1

Abstract

본 발명은, 유체 제어 장치에 있어서, 밸브체가 밸브 시트 등에 강하게 압박되는 것이나, 모터에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제한다. 유량 조정 장치는 모터의 구동축(111)에 설치된 제1 결합부(90)와, 제1 결합부(90)와 축선 방향으로 상대 이동 가능하며, 제1 결합부(90)와 서로 회전력을 전달하는 제2 결합부(80)를 구비하고 있다. 유량 조정 장치는, 유로(21)의 개방도를 조절하는 밸브체(41)와, 밸브체(41)에 연결되는 동시에, 축선 방향으로 이동 가능하며 또한 축선을 중심으로 하는 회전이 규제된 로드(60)를 구비하고 있다. 유량 조정 장치는, 서로 맞물림 상대 회전에 의해 축선 방향으로 상대적으로 나사 이송되는 수나사부(82) 및 암나사부(64)와, 제2 결합부(80)가 제1 규제 위치보다도 밸브 시트부(24)측으로 이동하는 것을 규제하는 돌출부(51)와, 로드(60)가 제2 규제 위치보다도 밸브 시트부(24)측으로 이동하는 것을 규제하는 제1 실린더(30)를 구비하고 있다.

Description

유체 제어 장치{FLUID CONTROL DEVICE}

본 발명은, 모터의 회전에 기초하여 밸브체의 위치를 제어하는 유체 제어 장치에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 유체 제어 장치로서, 모터의 구동축에 연결된 수나사 부재를 회전시킴으로써, 수나사 부재와 맞물리는 암나사 부재를 수나사 부재의 축선 방향으로 나사 이송하고, 개방 상태에서의 밸브체의 위치를 결정하는 경우가 있다(예를 들어, 특허 문헌 1, 2 참조). 이들 특허 문헌 1, 2에 기재된 것에서는, 밸브체에 연결된 피스톤이, 암나사 부재에 맞부딪침으로써, 개방 상태에 있어서의 밸브체의 정지 위치가 결정된다.

일본 특허 출원 공개 제2003-083466호 공보 일본 특허 출원 공개 제2007-278514호 공보

그런데, 특허 문헌 1, 2에 기재된 것에서는, 암나사 부재를 수나사 부재의 축선 방향으로 나사 이송하여, 개방 상태에 있어서의 밸브체의 개방도를 작게 할 때에, 암나사 부재가 피스톤이나 다른 부재에 접촉될 우려가 있다. 그 경우에는, 밸브체가 밸브 시트 등에 강하게 압박되거나, 암나사 부재의 나사 이송이 규제됨으로써, 모터에 과대한 부하가 걸리거나 할 우려가 있다.

본 발명은, 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 유체 제어 장치에 있어서, 밸브체가 밸브 시트 등에 강하게 압박되는 것이나, 모터에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 채용하였다.

제1 수단은, 구동축을 갖는 모터와, 상기 구동축에 설치된 제1 결합부와, 상기 구동축의 축선 방향을 따라서 상기 제1 결합부에 대하여 상대적으로 이동하고, 상기 제1 결합부로부터 회전력을 받는 제2 결합부와, 유체의 유로 및 밸브 시트부가 설치된 밸브 본체와, 상기 밸브 시트부에 대향하여 설치되고 상기 유로의 개방도를 조절하는 밸브체와, 상기 밸브체에 연결되는 동시에, 상기 축선 방향의 이동이 허용되고, 상기 축선 주위의 회전이 규제된 이동 부재와, 상기 밸브체를 상기 밸브 시트부에 접근하는 방향으로 상기 이동 부재에 힘을 작용시키는 탄성 부재와, 상기 제2 결합부가 제1 규제 위치보다도 상기 밸브 시트부측으로 이동하는 것을 규제하는 제1 규제부와, 상기 이동 부재가 제2 규제 위치보다도 상기 밸브 시트부측으로 이동하는 것을 규제하는 제2 규제부를 구비하고, 상기 제2 결합부 및 상기 이동 부재는, 서로 나사 결합되어 있음으로써, 상대적인 회전으로 상기 이동 부재와 상기 제2 결합부를 상기 축선 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 모터가 구동됨으로써, 모터의 구동축에 설치된 제1 결합부가 회전하게 된다. 그리고, 제1 결합부로부터 제2 결합부에 회전력이 전달되어, 제2 결합부가 회전하게 된다. 또한, 밸브 본체에는 유체의 유로 및 밸브 시트부가 설치되어 있고, 이 밸브 시트부에 대향하여 유로의 개방도를 조절하는 밸브체가 설치되어 있다. 이 밸브체에 이동 부재가 연결되어 있고, 이동 부재는 구동축의 축선 방향으로 이동 가능하며, 또한 축선을 중심으로 하는 회전이 규제된다.

제2 결합부 및 이동 부재의 한쪽과 다른 쪽에, 각각 수나사부 및 암나사부가 설치되어 있다. 이들 수나사부 및 암나사부는 서로 맞물려 있고, 상대 회전함으로써 구동축의 축선 방향으로 상대적으로 나사 이송된다. 그리고, 제2 결합부가 회전하게 됨으로써, 회전이 규제된 이동 부재와 제2 결합부가 상대 회전하게 된다.

이때, 제2 결합부가 제1 규제 위치보다도 밸브 시트부측으로 이동하는 것은, 제1 규제부에 의해 규제된다. 이로 인해, 제2 결합부와 이동 부재가 근접하는 방향, 즉 제2 결합부가 제1 규제부로 압박되는 방향으로 구동축을 회전시킴으로써, 밸브 시트부로부터 이격되는 방향으로 이동 부재가 나사 이송된다. 이동 부재에는 탄성 부재에 의해 밸브체를 밸브 시트부에 접근하는 방향의 힘이 작용하게 되어 있다. 이로 인해, 이동 부재가 나사 이송됨으로써, 탄성 부재의 힘에 저항하여 이동 부재가 이동하게 된다. 그리고, 이동 부재의 나사 이송량에 따라서, 밸브 시트부와 밸브체의 거리, 즉 유로의 개방도가 조절된다.

한편, 제2 결합부와 이동 부재가 이격되는 방향으로 구동축을 회전시키면, 밸브 시트부로 접근하는 방향으로 이동 부재가 나사 이송된다. 이때, 이동 부재에는 탄성 부재에 의해 밸브체를 밸브 시트부에 접근하는 방향의 힘이 작용하게 되어 있으므로, 서로 맞물리는 수나사부 및 암나사부를 통하여, 제2 결합부는 제1 규제부에 압박되어 있다. 그리고, 이동 부재가 제2 규제 위치에 도달하면, 이동 부재가 밸브 시트부측으로 이동하는 것이 제2 규제부에 의해 규제된다.

여기서, 제1 결합부와 제2 결합부는, 구동축의 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있다. 이로 인해, 이동 부재의 이동이 규제된 경우에는, 제2 결합부가 회전하게 됨으로써, 제2 결합부가 이동 부재로부터 이격되는 방향, 즉 제2 결합부가 제1 규제부로부터 이격되는 방향으로 나사 이송된다. 따라서, 이동 부재의 이동이 규제된 상태로부터 또한 모터가 구동되었다고 해도, 밸브체가 밸브 시트부에 강하게 압박되는 것이나, 모터에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 밸브체 및 밸브 시트부로부터의 파티클 발생이나, 밸브체 및 밸브 시트부의 변형이나 손상, 모터의 손상 등을 억제할 수 있다.

또한, 제1 결합부와 제2 결합부는 서로 회전력을 전달하는 한편, 제1 결합부와 제2 결합부는 구동축의 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있다. 이로 인해, 이동 부재를 축선 방향으로 나사 이송하는 힘의 반작용이나, 제2 결합부를 제1 규제부로부터 이격되는 방향으로 나사 이송하는 힘의 반작용이, 모터의 구동축에 대하여 축선 방향으로 작용하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 모터의 회전 부하가 증대하는 것을 억제할 수 있어, 모터의 내구성이 저하되는 것이나 모터의 대형화를 억제할 수 있다.

제2 수단에서는, 제1 발명에 있어서, 상기 제2 규제부에는, 상기 제2 규제 위치를 조절하는 스페이서가 형성되어 있고, 상기 제2 규제부에 의해 상기 이동 부재의 이동이 규제된 상태에 있어서, 상기 밸브 시트부와 상기 밸브체 사이에 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 이동 부재가 제2 규제 위치보다도 밸브 시트부측으로 이동하는 것을 규제하는 제2 규제부에 있어서, 스페이서에 의해 제2 규제 위치가 조절된다. 이로 인해, 밸브체를 밸브 시트부에 가장 접근한 상태에 대해서, 밸브 시트부와 밸브체의 간격, 즉 유체의 유통 상태를 정밀히 제어할 수 있다. 또한, 제2 규제부에 의해 이동 부재의 이동이 규제된 상태에 있어서, 밸브 시트부와 밸브체 사이에 간극이 형성되어 있으므로, 밸브체가 밸브 시트부에 접촉하는 것을 피할 수 있다. 그 결과, 밸브체 및 밸브 시트부로부터 파티클이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 특히, 상기 구성은 밸브체가 유로의 개방도를 일정하게 유지한 상태로 사용되는 유량 조정 장치나 압력 조정 장치에 적용하는 것이 유효하다.

제3 수단에서는, 제2 발명에 있어서, 상기 이동 부재의 상기 축선 방향으로의 이동을 안내하는 실린더를 구비하고, 상기 실린더에는, 외부로부터 상기 스페이서를 삽입 가능하게 하는 삽입구가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 이동 부재의 축선 방향으로의 이동이, 실린더에 의해 안내된다. 그리고, 실린더의 외부로부터, 삽입구를 통하여 스페이서를 삽입할 수 있다. 이로 인해, 유체 제어 장치를 조립한 후에, 스페이서에 의해 밸브 시트부와 밸브체의 간격을 정밀히 조정할 수 있다. 따라서, 밸브 본체나 실린더, 이동 부재 등에 높은 치수 정밀도를 요구할 필요가 없어, 비용을 억제하면서 유체의 제어 정밀도를 유지할 수 있다.

제4 수단에서는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부의 한쪽은 직육면체 형상의 삽입부를 구비하고 있고, 다른 쪽은 상기 삽입부를 상기 축선 방향으로 삽입 가능한 오목부를 구비하고 있고, 상기 삽입부의 서로 평행한 외측면과 상기 오목부의 내측면이 간극이 있는 상태로 끼워 맞추고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 따르면, 구동축의 축선 방향에 있어서, 제1 결합부 및 제2 결합부의 한쪽이 구비하는 직육면체 형상의 삽입부를, 다른 쪽이 구비하는 오목부에 삽입할 수 있다. 그리고, 삽입부의 서로 평행한 외측면과 오목부의 내측면이, 간극이 있는 상태로 끼워 맞추고 있다. 이로 인해, 제1 결합부와 제2 결합부를, 구동축의 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 할 수 있는 동시에, 제1 결합부와 제2 결합부에서 서로 회전력을 전달할 수 있다. 따라서, 간이한 구성에 의해, 제1 결합부 및 제2 결합부를 실현할 수 있다.

또한, 제2 결합부를 노출시켜 수동으로 회전시킴으로써, 밸브체의 위치를 수동으로 조절하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 유체 제어 장치의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.

제5 수단과 같이, 제1 내지 제4 중 어느 하나의 발명에 있어서, 상기 모터는, 펄스 전력에 동기하여 회전하는 스텝핑 모터라고 하는 구성을 채용한 경우에는, 모터에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제함으로써, 스텝핑 모터가 탈조하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 위치 조절 정밀도나 제어성이 우수한 스텝핑 모터를 채용하면서, 탈조에 의한 위치 조절 정밀도의 저하를 억제할 수 있다.

도 1은 유량 조정 장치를 도시하는 부분 단면도.
도 2는 도 1의 부분 확대도.
도 3은 삽입구 및 시임을 도시하는 도면.
도 4는 제1 결합부 및 제2 결합부를 도시하는 분해 사시도.
도 5는 유량 조정 장치에 있어서의 밸브체의 개방 동작을 도시하는 부분 확대도.
도 6은 유량 조정 장치에 있어서의 밸브체의 폐쇄 동작을 도시하는 부분 확대도.

이하, 일 실시 형태에 대해서 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 반도체 제조 장치 등에 있어서 액체의 유량을 조정하는 유량 조정 장치로서 구체화하고 있다.

도 1은, 유량 조정 장치(10)를 도시하는 부분 단면도이다.

이 유량 조정 장치(10)(유체 제어 장치)는 밸브 본체(20)와, 제1 실린더(30)와, 제2 실린더(50)와, 모터(110)와, 하우징(120)을 구비하고 있다.

밸브 본체(20)에는, 유체(액체)가 유입되는 유입 포트(25)와, 액체가 유출되는 유출 포트(26)가 설치되어 있다. 밸브 본체(20)는, 내약품성을 갖는 불소 수지, 예를 들어 PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)로 형성되어 있다. 밸브 본체(20)의 내부에는, 유입 포트(25)에 접속된 유로(21)와, 유출 포트(26)에 접속된 유로(23)와, 이들 유로(21, 23)를 접속하는 밸브실(22)이 설치되어 있다. 밸브실(22)은, 원기둥 형상의 공간으로서 형성되어 있고, 밸브 본체(20)의 일면(상면)에 개방되어 있다. 그리고, 유입 포트(25)로부터 소정 압력의 액체가 유입된다.

밸브 본체(20)에 있어서 밸브실(22)이 개방되는 일면(상면)에는, 제1 실린더(30)가 고정되어 있다. 제1 실린더(30)는 범용성의 수지, 예를 들어 PP(Poly Propylene)로 형성되어 있다. 제1 실린더(30)의 내부에는, 원기둥 형상의 제1 수용부(31)가 형성되어 있다. 제1 수용부(31)는, 제1 실린더(30)를 관통하고 있고, 상기 밸브실(22)의 중심 축선과 제1 실린더(30)의 중심 축선은 일치하고 있다. 제1 수용부(31)는 밸브실(22)과 연통하고 있다.

제1 실린더(30)에 있어서 밸브 본체(20)와 반대측의 일면(상면)에는, 제2 실린더(50)가 고정되어 있다. 제2 실린더(50)는 범용성의 수지, 예를 들어 PP(Poly Propylene)로 형성되어 있다. 제2 실린더(50)의 내부에는, 원기둥 형상의 제2 수용부(54)와 원기둥 형상의 제3 수용부(55)가 형성되어 있다. 제2 수용부(54)와 제3 수용부(55)는, 서로 연통하고 있고, 그들의 중심 축선은 상기 제1 수용부(31)의 중심 축선과 일치하고 있다. 제2 수용부(54)는 제2 실린더(50)의 일면(하면)에 개방되어 있고, 제3 수용부(55)는 제2 실린더(50)의 반대측의 일면(상면)에 개방되어 있다. 제2 수용부(54)는, 상기 제1 실린더(30)의 제1 수용부(31)와 연통하고 있다. 제2 수용부(54)의 직경은, 제1 수용부(31)의 직경보다도 크게 되어 있다. 이로 인해, 제1 수용부(31)와 제2 수용부(54) 사이에는 단차가 형성되어 있다.

제2 수용부(54)와 제3 수용부(55) 사이에는, 그들의 내벽이 내측으로 돌출됨으로써, 원환상의 돌출부(51)가 설치되어 있다. 즉, 이 돌출부(51)가, 제2 수용부(54)와 제3 수용부(55)의 경계로 되어 있다.

제2 실린더(50)에 있어서 제3 수용부(55)가 개방되는 일면(상면)에는, 장착부(113)를 통하여 스텝핑 모터(110)(모터)가 고정되어 있다. 모터(110)는 구동 회로(112)를 구비하고 있고, 구동 회로(112)에는 컨트롤러(도시 생략)로부터의 신호선(132)이 접속되어 있다. 그리고, 컨트롤러로부터 구동 회로(112)로 구동 제어 신호(펄스 신호)가 입력되고, 모터(110)의 구동축(111)의 회전 위치가 스텝수에 상당하는 구동 제어 신호에 의해 제어된다. 또한, 제2 실린더(50)의 외주에는 포토 센서(74)가 설치되어 있고, 포토 센서(74)에는 컨트롤러로부터의 신호선(131)이 접속되어 있다. 제1 실린더(30)에 있어서 밸브 본체(20)와 반대측의 일면(상면)에는, 하우징(120)이 고정되어 있다. 이 하우징(120)에 의해, 제2 실린더(50), 모터(110), 포토 센서(74)가 덮여져 있다.

도 2는, 도 1의 부분 확대도이다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 제1 수용부(31)와 제2 수용부(54)에 걸쳐, 원기둥 형상의 로드(60)가 수용되어 있다. 로드(60)는, 내약품성을 갖는 불소 수지, 예를 들어 PVDF(Poly Vinylidene Di Fluoride)로 형성되어 있다. 로드(60)에 있어서 상기 밸브 본체(20)측의 단부에는, 원기둥 형상의 밸브체(41)가 연결되어 있다. 밸브체(41)의 외주연에는, 다이어프램(42)이 설치되어 있다. 다이어프램(42)의 외주연에는, 원환상의 지지부(43)가 설치되어 있다. 그리고, 지지부(43)가, 밸브 본체(20)와 제1 실린더(30)에 끼워져 고정되어 있다. 다이어프램(42)에 의해, 밸브실(22)과 제1 수용부(31)가 구획되어 있고, 밸브실(22) 내의 액체가 제1 수용부(31)로 유입되는 것이 방지되어 있다.

밸브체(41)는, 다른 부분보다도 직경이 큰 직경 확장부(41a)를 구비하고 있다. 밸브 본체(20)에 있어서 유로(21)와 밸브실(22)의 접속부에는, 환형상의 밸브 시트부(24)가 설치되어 있다. 그리고, 밸브 시트부(24)에 대향하도록 밸브체(41)의 직경 확장부(41a)가 배치되어 있다. 밸브 시트부(24)의 벽면과 직경 확장부(41a)의 벽면은 평행하게 되어 있고, 이들 벽면간의 거리는 균일하게 되어 있다.

로드(60)(이동 부재)는, 제1 수용부(31)에 수용된 제1 로드부(61)와, 제2 수용부(54)에 수용된 제2 로드부(62)를 구비하고 있다. 제2 로드부(62)의 직경은, 제1 로드부(61)의 직경보다도 크게 되어 있다. 즉, 제1 로드부(61), 제2 로드부(62)는, 각각 제1 수용부(31), 제2 수용부(54)에 따른 치수로 되어 있다. 로드(60)의 중심 축선과 상기 밸브체(41)의 중심 축선은 일치하고 있다.

제1 로드부(61)의 외주면에는, 원환상의 홈부(65)가 설치되어 있다. 홈부(65)에는, 원환상의 시일 부재(77)가 끼워 맞추어져 있고, 시일 부재(77)에 의해 제1 실린더(30)의 내주면과 제1 로드부(61)의 외주면 사이가 시일되어 있다. 제1 로드부(61)는, 제1 수용부(31)의 내주면에 의해 안내되어, 그 축선 방향으로 미끄럼 이동한다. 이때, 제2 로드부(62)는, 제2 수용부(54) 내에서 그 축선 방향으로 이동한다.

제2 수용부(54)의 내벽의 일부에는, 제2 수용부(54)의 축선 방향으로 연장되는 홈(52)이 형성되어 있다. 이 홈(52)은, 돌출부(51) 부근으로부터 제1 실린더(30)측의 단부까지 연장되어 있다. 로드(60)의 제2 로드부(62)의 외주연에는, 외경 방향으로 연장되는 핀(72)이 설치되어 있다. 이 핀(72)의 선단이 홈(52)에 삽입되어 있고, 제2 로드부(62)는, 그 축선 방향으로 이동 가능함과 동시에, 그 축선을 중심으로 하는 회전이 규제되어 있다.

제2 실린더(50)에 있어서 홈(52)과 대향하는 부분에는, 제2 실린더(50)를 직경 방향으로 관통하는 센서 삽입구(53)가 설치되어 있다. 그리고, 상기 포토 센서(74)의 선단에 설치된 검출부(74a)가, 센서 삽입구(53)로부터 제2 실린더(50)의 내부에 삽입되어 있다. 로드(60)의 제2 로드부(62)의 외주연에는, 외경 방향으로 연장되는 핀(73)이 설치되어 있다. 이 핀(73)의 선단이, 검출부(74a)의 발광부와 수광부 사이에 삽입되어 있고, 발광부로부터 조사된 광이 핀(73)에 의해 차단됨으로써, 밸브체(41)의 완전 개방 위치가 검출된다. 또한, 도 1, 도 2는 밸브체(41)를 최대한 폐쇄하는 측으로 이동시킨 상태를 도시하고 있다.

제2 로드부(62)의 모터(110)측의 단부면에는, 원통 형상의 홈(63)이 형성되어 있다. 홈(63)의 중심 축선과, 제2 로드부(62)[제1 로드부(61)]의 중심 축선은 일치하고 있다. 이 홈(63)의 내부에, 홈(63)의 직경과 대략 동등한 직경을 갖는 스프링(71)(탄성 부재)이 삽입되어 있다. 스프링(71)의 일단부는 홈(63)의 저부에 접하고 있고, 타단부는 돌출부(51)에 접하고 있다. 스프링(71)은 로드(60)와 돌출부(51)에 탄성력을 작용시키고 있고, 로드(60)가 돌출부(51)로부터 이격되는 방향, 즉 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 접근하는 방향으로 로드(60)를 이동시킨다.

제2 로드부(62)에 있어서, 제1 로드부(61)보다도 외경측으로 돌출된 부분은, 제1 실린더(30)의 상면과 대향하고 있다. 이로 인해, 로드(60)가 돌출부(51)로부터 이격되는 방향으로 이동하게 되면, 제2 로드부(62)가 제1 실린더(30)(제2 규제부)에 접촉하여, 로드(60)의 밸브 시트부(24)측으로의 이동이 규제된다. 이때, 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 가장 접근한 상태로 되고, 유로(21)의 개방도가 가장 작게 된 상태, 즉 유출 포트(26)로부터 유출되는 액체의 유량이 가장 적게 된 상태로 된다.

여기서, 제2 로드부(62)와 제1 실린더(30) 사이에는, 로드(60)의 밸브 시트부(24)측으로의 이동을 규제하는 위치(제2 규제 위치)를 조절하는 시임(75)이 형성되어 있다. 도 3의 (a)는 제2 실린더(50)의 측면도이며, 도 3의 (b)는 시임(75)의 평면도이다.

도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제2 실린더(50)에는, 외부로부터 시임(75)(스페이서)을 삽입하는 것을 가능하게 하는 삽입구(56)가 설치되어 있다. 삽입구(56)는, 제2 실린더(50)의 내외를 관통하고 있고, 제1 실린더(30)와 제2 실린더(50)가 면하는 부분에 설치되어 있다. 도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 시임(75)은 「U」자 형상으로 형성되어 있고, 제1 실린더(30)와 제2 로드부(62) 사이에 삽입되는 두갈래부(75a)와, 원호 형상의 원호부(75b)를 구비하고 있다. 그리고, 원호부(75b)가 로드(60)의 제1 로드부(61)에 접촉할 때, 삽입구(56)로부터 시임(75)이 삽입된다. 이로 인해, 유량 조정 장치(10)를 조립한 후에 삽입구(56)로부터 시임(75)을 삽입할 수 있다.

그리고, 제2 로드부(62)와 제1 실린더(30) 사이에 삽입하는 시임(75)의 두께를 조절함으로써, 로드(60)의 밸브 시트부(24)측으로의 이동이 규제되는 위치를 조절한다. 시임(75)으로서는, 0.2㎜나, 0.1㎜의 두께의 것을, 단수 또는 복수 조합하여 사용한다. 본 실시 형태에서는, 제2 로드부(62)가 시임(75)을 통하여 제1 실린더(30)에 압박된 상태에 있어서, 밸브체(41)의 축선 방향에 있어서의 밸브 시트부(24)와 밸브체(41)의 거리(간극)가 0.2㎜로 되도록 조절하고 있다. 또한, 밸브 시트부(24)와 밸브체(41)의 거리는, 유량 조정 장치(10)의 용도에 따라서 적절하게 조정하면 된다.

도 2로 되돌아가, 제2 로드부(62)에 있어서, 상기 홈(63)으로 둘러싸인 부분은, 내부에 암나사가 형성된 암나사부(64)로 되어 있다. 암나사부(64)는 원통 형상으로 형성되어 있고, 제2 로드부(62)의 축선 방향으로 연장되어 있다. 암나사부(64)와 상기 스프링(71)[홈(63)]은 동축 형상으로 설치되어 있기 때문에, 로드(60)의 축선 방향에 있어서의 이들의 배치 스페이스를 작게 할 수 있다.

제3 수용부(55) 내에, 모터(110)의 구동축(111)이 삽입되어 있다. 구동축(111)에는, 제1 결합부(90)가 설치되어 있다. 제3 수용부(55)와 제2 수용부(54)에 걸쳐, 제1 결합부(90)와 결합하는 제2 결합부(80)가 수용되어 있다. 제1 결합부(90) 및 제2 결합부(80)는 모터(110)의 구동력을 전달 가능한 재료, 예를 들어 스테인리스에 의해 형성되어 있다.

도 4는, 제1 결합부(90) 및 제2 결합부(80)를 도시하는 분해 사시도이다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 제2 결합부(80)는 수나사가 형성된 수나사부(82)와, 수나사부(82)보다도 직경이 큰 헤드부(81)를 구비하고 있다. 제2 결합부(80)는, 전체적으로 마이너스 나사로 유사한 형상을 갖고 있고, 그 축선 방향으로 수나사부(82)가 연장되어 있다. 헤드부(81)에는, 직경 방향으로 연장되는 홈부(83)(오목부)가 형성되어 있다. 홈부(83)의 폭 및 깊이는 일정하게 되어 있고, 홈부(83)의 깊이는 헤드부(81)의 두께와 거의 동등하게 되어 있다. 홈부(83)의 2개의 내측면(80a)은, 서로 평행을 이루는 동시에, 헤드부(81)의 중심 축선으로부터의 거리가 동등하게 되어 있다. 헤드부(81)의 중심 축선과, 수나사부(82)의 중심 축선은 일치하고 있다.

모터(110)의 구동축(111)에는, 제2 결합부(80)의 홈부(83)에 삽입되는 제1 결합부(90)(삽입부)가 설치되어 있다. 제1 결합부(90)는 직육면체 형상으로 형성되어 있고, 그 길이 방향의 중앙부가 구동축(111)에 고정되어 있다. 제1 결합부(90)는, 서로 평행한 외측면(90a)을 구비하고 있다. 구동축(111)의 축선 방향에 있어서의 외측면(90a)의 두께는, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)의 두께보다도 얇게 되어 있다.

제1 결합부(90)의 길이 방향의 길이는, 제2 결합부(80)에 있어서의 헤드부(81)의 직경과 거의 동등하게 되어 있다. 제1 결합부(90)의 폭은, 제2 결합부(80)의 홈부(83)의 폭보다도 약간 좁게 되어 있다. 그리고, 모터(110)의 구동축(111)의 중심 축선과 제2 결합부(80)의 중심 축선을 일치시킨 상태에 있어서, 그 중심 축선 방향을 따라서 제1 결합부(90)가 홈부(83)에 삽입된다. 이에 의해, 제1 결합부(90)의 외측면(90a)과 홈부(83)의 내측면(80a)이, 간극이 있는 상태로 끼워 맞춘다.

도 2로 되돌아가, 제1 결합부(90)와 제2 결합부(80)는 구동축(111)의 축선 방향으로 상대 이동 가능함과 동시에, 서로 회전력을 전달 가능하게 되어 있다. 제2 결합부(80)의 수나사부(82)는, 제2 로드부(62)[로드(60)]의 암나사부(64)와 맞물려 있다. 로드(60)는 스프링(71)에 의해 밸브 시트부(24)의 방향으로 압박되어 있다. 그리고, 제2 결합부(80)는 수나사부(82) 및 암나사부(64)를 통하여 로드(60)와 연결되어 있다. 이로 인해, 제2 결합부(80)는 로드(60)에 의해 밸브 시트부(24)의 방향으로 인장되어 있다. 제2 결합부(80)가 밸브 시트부(24)의 방향으로 이동하게 되면, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)가 상기 돌출부(51)(제1 규제부)에 접촉하여, 제2 결합부(80)의 밸브 시트부(24)측으로의 이동이 규제된다.

제2 결합부(80)와 돌출부(51) 사이에는, 제2 결합부(80)의 축선 방향으로 작용하는 힘을 받아내는 스러스트 와셔(76)가 설치되어 있다. 이로 인해, 제2 결합부(80)가 수나사부(82)를 중심으로 하여 회전하면, 헤드부(81)와 스러스트 와셔(76)가 원활하게 미끄럼 이동한다. 또한, 제2 결합부(80)를 밸브 시트부(24)의 방향으로 인장되는 힘이, 돌출부(51) 및 스러스트 와셔(76)에 의해 받아내어진다. 이 제2 결합부(80)의 이동이 규제되는 위치가, 제1 규제 위치에 상당한다.

밸브체(41), 로드(60), 제2 결합부(80), 구동축(111)의 각 중심 축선은 모두 일치하고 있다. 제2 결합부(80)의 수나사부(82)와 로드(60)의 암나사부(64)는 상대 회전함으로써 구동축(111)의 축선 방향으로 상대적으로 나사 이송된다. 즉, 제2 결합부(80)가 제1 결합부(90)를 통하여 구동축(111)에 의해 회전하게 됨으로써, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)와 로드(60)의 제2 로드부(62)의 거리가 변경된다. 도 2는, 모터(110)의 구동축(111)의 회전 위치(스텝수)가 기준 위치(기준 스텝수)인 상태를 도시하고 있다. 이 상태에서는, 로드(60)의 제2 로드부(62)가 시임(75)에 접촉하는 동시에, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)가 스러스트 와셔(76)에 접촉되어 있다. 그리고, 제1 결합부(90)의 저부와 제2 결합부(80)의 홈부(83)의 저부 사이에는, 간극(공간)이 형성되어 있다.

다음에, 도 5를 참조하여, 유량 조정 장치(10)에 있어서, 밸브체(41)에 의해 유로(21)의 개방도를 크게 하는 동작에 대해서 설명한다. 스텝핑 모터(110)의 구동축(111)의 구동은, 상기 컨트롤러에 의해 제어된다.

구동축(111)을 도면의 화살표 방향으로 회전시킴으로써, 제1 결합부(90)로부터 제2 결합부(80)로 회전력이 전달된다. 스프링(71)의 탄성력에 의해 제2 결합부(80)는 밸브 시트부(24)의 방향으로 인장되어 있고, 그 이동이 스러스트 와셔(76) 및 돌출부(51)에 의해 규제되어 있다. 또한, 로드(60)가 구동축(111)의 회전 방향으로 회전하는 것은, 제2 실린더(50)의 홈(52)에 삽입된 핀(72)에 의해 규제되어 있다.

따라서, 제2 결합부(80)의 수나사부(82)를 회전시킴으로써, 암나사부(64)가 구동축(111)에 접근하는 방향으로 나사 이송되고, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)와 로드(60)의 제2 로드부(62)가 접근하게 된다. 이에 의해, 로드(60)가 도면의 화살표 방향으로 이동하게 되고, 그에 수반하여 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)로부터 이격되는 방향으로 이동한다. 이로 인해, 밸브 시트부(24)와 밸브체(41)의 거리, 즉 유로(21)의 개방도가 조절되어, 유로(23)로 유출되는 액체의 유량이 조정된다.

여기서, 제1 결합부(90)와 제2 결합부(80)는 구동축(111)의 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있기 때문에, 로드(60)를 축선 방향으로 나사 이송할 때에, 그 힘의 반작용이 구동축(111)에 대하여 축선 방향으로 작용하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 구동축(111)의 회전 위치는, 모터(110)의 스텝수에 기초하여 정밀히 제어되므로, 유로(21)의 개방도를 정밀히 제어할 수 있다.

또한, 로드(60)가 더 이동하게 되어, 포토 센서(74)의 검출부(74a)에 의해 핀(73)이 검출된 경우에는, 밸브체(41)가 완전 개방 위치에 도달하였다고 판단하여, 구동축(111)의 회전을 정지시킨다. 이때, 로드(60)의 제2 로드부(62)와 돌출부(51) 사이에는, 간극이 형성되어 있다. 즉, 제2 로드부(62)가 돌출부(51)에 접촉될 때까지는, 로드(60)를 도면의 화살표 방향으로 이동시키는 것이 가능하지만, 검출부(74a)에 의해 밸브체(41)의 완전 개방 위치가 검출된 경우에는, 그 이상 로드(60)를 이동시키는 것을 금지한다. 이로 인해, 로드(60)가 돌출부(51)에 접촉하는 것을 방지할 수 있어, 모터(110)에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제할 수 있다.

도 6을 참조하여, 유량 조정 장치(10)에 있어서, 밸브체(41)에 의해 유로(21)의 개방도를 작게 하는 동작에 대해서 설명한다. 스텝핑 모터(110)의 구동축(111)의 구동은, 상기 컨트롤러에 의해 제어된다.

구동축(111)을 도면의 화살표 방향(도 5의 역방향)으로 회전시킴으로써, 제1 결합부(90)로부터 제2 결합부(80)로 회전력이 전달된다. 이 경우에는, 제2 결합부(80)의 수나사부(82)를 회전시킴으로써, 암나사부(64)가 밸브 시트부(24)에 접근하는 방향으로 나사 이송되고, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)와 로드(60)의 제2 로드부(62)가 이격되게 된다. 이에 의해, 로드(60)가 도면의 화살표 방향(도 5의 역방향)으로 이동하게 되고, 그에 수반하여 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 접근하는 방향으로 이동한다. 이로 인해, 밸브 시트부(24)와 밸브체(41)의 거리, 즉 유로(21)의 개방도가 조절되어, 유로(23)로 유출되는 액체의 유량이 조정된다.

그리고, 로드(60)의 제2 로드부(62)가 시임(75)에 접촉하고, 시임(75) 및 제1 실린더(30)에 의해 로드(60)의 이동이 규제되면, 밸브체(41)는 밸브 시트부(24)에 가장 접근한 상태로 된다. 이 상태로부터 또한 구동축(111)을 회전시키면, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)와 로드(60)의 제2 로드부(62)가 이격되는 방향으로 상대적으로 나사 이송된다. 여기서, 제1 결합부(90)와 제2 결합부(80)는 구동축(111)의 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있고, 로드(60)의 밸브 시트부(24) 방향으로의 이동은 규제되어 있다. 이로 인해, 구동축(111) 및 제2 결합부(80)의 회전에 의해, 헤드부(81)가 스러스트 와셔(76) 및 돌출부(51)로부터 이격되는 방향, 즉 도면의 화살표 방향으로 제2 결합부(80)가 이동하게 된다.

따라서, 로드(60)의 이동이 규제되고, 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 가장 접근한 상태로 되어도, 제2 결합부(80) 및 구동축(111)의 회전이 규제되지 않는다. 이로 인해, 모터(110)에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제할 수 있어, 모터(110)가 탈조되는 것을 억제할 수 있다. 여기서, 제1 결합부(90)의 저부와 홈부(83)의 저부 사이에는 공간이 형성되어 있기 때문에, 로드(60)의 이동이 규제된 상태로 구동축(111)이 회전하게 되었다고 해도, 제2 결합부(80)를 모터(110)의 방향으로 충분히 릴리프할 수 있다.

또한, 도 1에 도시하는 바와 같이, 유량 조정 장치(10)로부터 하우징(120) 및 모터(110)를 제거함으로써, 제2 결합부(80)를 노출시킬 수 있다. 이로 인해, 제2 결합부(80)를 수동으로 용이하게 회전시킬 수 있어, 밸브체(41)의 위치를 수동으로 조절하는 것이 가능해진다. 이로 인해, 유량 조정 장치(10)의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있다.

이상 상술한 본 실시 형태는 이하의 이점을 갖는다.

ㆍ제1 결합부(90)와 제2 결합부(80)는 구동축(111)의 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있다. 이로 인해, 로드(60)의 이동이 규제된 경우에는, 제2 결합부(80)가 회전하게 됨으로써, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)가 로드(60)의 제2 로드부(62)로부터 이격되는 방향, 즉 제2 결합부(80)의 헤드부(81)가 돌출부(51)로부터 이격되는 방향으로 나사 이송된다. 따라서, 로드(60)의 이동이 규제된 상태로부터 또한 모터(110)가 구동되었다고 해도, 모터(110)에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 모터(110)가 탈조되는 것을 억제할 수 있어, 밸브체(41)의 위치 조절 정밀도가 저하되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 모터(110)의 손상 등을 억제할 수 있다.

또한, 제1 결합부(90)와 제2 결합부(80)는 서로 회전력을 전달하는 한편, 제1 결합부(90)와 제2 결합부(80)는 구동축(111)의 축선 방향으로 상대 이동 가능하게 되어 있다. 이로 인해, 로드(60)를 축선 방향으로 나사 이송하는 힘의 반작용이나, 제2 결합부(80)의 헤드부(81)를 돌출부(51)로부터 이격되는 방향으로 나사 이송하는 힘의 반작용이, 모터(110)의 구동축(111)에 대하여 축선 방향으로 작용하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 모터(110)의 회전 부하가 증대하는 것을 억제할 수 있어, 모터(110)의 내구성이 저하되는 것이나 모터(110)의 대형화를 억제할 수 있다.

ㆍ로드(60)가 제2 규제 위치보다도 밸브 시트부(24)측으로 이동하는 것을 규제하는 제1 실린더(30)의 상면부에 있어서, 시임(75)에 의해 제2 규제 위치가 조절된다. 이로 인해, 밸브체(41)를 밸브 시트부(24)에 가장 근접한 상태에 대해서, 밸브 시트부(24)와 밸브체(41)의 간격, 즉 액체의 유통 상태를 정밀히 제어할 수 있다. 또한, 제1 실린더(30)의 상면부에 의해 로드(60)의 이동이 규제된 상태에 있어서, 밸브 시트부(24)와 밸브체(41) 사이에 간극이 형성되어 있기 때문에, 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 접촉하는 것을 피할 수 있다. 그 결과, 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 강하게 압박되는 것이나, 밸브체(41) 및 밸브 시트부(24)로부터 파티클이 발생하는 것, 밸브체(41)나 밸브 시트부(24)가 변형이나 손상되는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.

ㆍ로드(60)의 축선 방향으로의 이동이, 제1 실린더(30) 및 제2 실린더(50)에 의해 안내된다. 그리고, 제1 실린더(30)의 외부로부터, 삽입구(56)를 통하여 시임(75)을 삽입할 수 있다. 이로 인해, 유량 조정 장치(10)를 조립한 후에, 시임(75)에 의해 밸브 시트부(24)와 밸브체(41)의 간격을 정밀히 조정할 수 있다. 따라서, 밸브 본체(20)나 제1 실린더(30), 로드(60) 등에 높은 치수 정밀도를 요구할 필요가 없어, 비용을 억제하면서 액체의 제어 정밀도를 유지할 수 있다.

ㆍ구동축(111)의 축선 방향에 있어서, 제1 결합부(90)가 구비하는 직육면체 형상의 삽입부를, 제2 결합부(80)가 구비하는 홈부(83)에 삽입할 수 있다. 그리고, 제1 결합부(90)의 서로 평행한 외측면(90a)과 홈부(83)의 내측면(80a)이, 간극이 있는 상태로 끼워 맞추고 있다. 따라서, 간이한 구성에 의해, 제1 결합부(90) 및 제2 결합부(80)의 기능을 실현할 수 있다.

상기 실시 형태에 한정되지 않고, 예를 들어 다음과 같이 실시할 수도 있다.

ㆍ상기 실시 형태에서는, 제1 결합부(90)에 삽입부를 설치하는 동시에, 제2 결합부(80)에 홈부(83)(오목부)를 형성하도록 하였지만, 제1 결합부(90)에 홈부(오목부)를 형성하는 동시에, 제2 결합부(80)에 삽입부를 설치하도록 해도 좋다.

ㆍ또한, 제1 결합부(90)와 제2 결합부(80)는, 모터(110)의 구동축(111)의 축선 방향으로 상대 이동 가능함과 동시에, 서로 회전력을 전달 가능한 것이면, 그들의 형상을 임의로 변경할 수 있다.

ㆍ상기 실시 형태에서는, 제2 결합부(80)에 수나사부(82)를 설치하는 동시에, 로드(60)에 암나사부(64)를 설치하도록 하였지만, 제2 결합부(80)에 암나사부를 설치하는 동시에, 로드(60)에 수나사부를 설치하도록 해도 좋다.

ㆍ밸브체(41)를 밸브 시트부(24)에 가장 접근한 상태에 있어서, 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 접촉하는 구성을 채용할 수도 있다. 이러한 구성이어도, 제2 결합부(80)를 모터(110)의 방향으로 릴리프함으로써, 밸브체(41)가 밸브 시트부(24)에 강하게 압박되는 것이나, 모터(110)에 과대한 부하가 걸리는 것을 억제할 수 있다.

ㆍ스프링(71)에 한정되지 않고, 고무 재료 등의 탄성 부재, 자석에 의한 반발력을 이용하는 구성 등을 채용해도 좋다.

ㆍ스텝핑 모터(110) 이외의 모터, 예를 들어 서보 모터나 DC 모터를 채용할 수도 있다.

ㆍ유량 조정 장치(10)에 한정되지 않고, 유체의 압력을 조정하는 압력 조정 장치로서 구체화할 수도 있다. 또한, 유체로서, 액체에 한정되지 않고, 기체를 사용할 수도 있다.

10 : 유량 조정 장치
20 : 밸브 본체
21, 23 : 유로
22 : 밸브실
24 : 밸브 시트부
30 : 제1 실린더
41 : 밸브체
50 : 제2 실린더
51 : 돌출부
60 : 로드
64 : 암나사부
80 : 제2 결합부
82 : 수나사부
90 : 제1 결합부
110 : 스텝핑 모터
111 : 구동축

Claims

구동축을 갖는 모터와,
상기 구동축에 설치된 제1 결합부와,
상기 구동축의 축선 방향을 따라서 상기 제1 결합부에 대하여 상대적으로 이동하고, 상기 제1 결합부로부터 회전력을 받는 제2 결합부와,
유체의 유로 및 밸브 시트부가 설치된 밸브 본체와,
상기 밸브 시트부에 대향하여 설치되고 상기 유로의 개방도를 조절하는 밸브체와,
상기 밸브체에 연결되는 동시에, 상기 축선 방향의 이동이 허용되고, 상기 축선 주위의 회전이 규제된 이동 부재와,
상기 밸브체를 상기 밸브 시트부에 접근하는 방향으로 상기 이동 부재에 힘을 작용시키는 탄성 부재와,
상기 제2 결합부가 제1 규제 위치보다도 상기 밸브 시트부측으로 이동하는 것을 규제하는 제1 규제부와,
상기 이동 부재가 제2 규제 위치보다도 상기 밸브 시트부측으로 이동하는 것을 규제하는 제2 규제부를 구비하고,
상기 제2 결합부 및 상기 이동 부재는, 서로 나사 결합되어 있음으로써, 상대적인 회전으로 상기 이동 부재와 상기 제2 결합부를 상기 축선 방향을 따라서 상대적으로 이동시키는 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.
제1항에 있어서,
상기 제2 규제부에는, 상기 제2 규제 위치를 조절하는 스페이서가 형성되어 있고,
상기 제2 규제부에 의해 상기 이동 부재의 이동이 규제된 상태에 있어서, 상기 밸브 시트부와 상기 밸브체 사이에 간극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.
제2항에 있어서,
상기 이동 부재의 상기 축선 방향으로의 이동을 안내하는 실린더를 구비하고,
상기 실린더에는, 외부로부터 상기 스페이서를 삽입 가능하게 하는 삽입구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 결합부 및 상기 제2 결합부의 한쪽은 직육면체 형상의 삽입부를 구비하고 있고, 다른 쪽은 상기 삽입부를 상기 축선 방향으로 삽입 가능한 오목부를 구비하고 있고, 상기 삽입부의 서로 평행한 외측면과 상기 오목부의 내측면이 간극이 있는 상태로 끼워 맞추고 있는 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 모터는, 펄스 전력에 동기하여 회전하는 스텝핑 모터인 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.
제4항에 있어서, 상기 모터는, 펄스 전력에 동기하여 회전하는 스텝핑 모터인 것을 특징으로 하는, 유체 제어 장치.