KR102341512B1 - 다이아프램 밸브와 반도체 제조 장치용 유량 제어 기기 - Google Patents

Abstract

밸브좌의 대직경화나 스트로크의 증대 등에 의한 밸브의 대형화를 피하면서 밸브 유량을 확실하게 증대 가능하며, 게다가, 밸브의 내구성·수명도 유지 내지 향상 가능하게 한, 간이하고 또한 최적으로 구성된 다이아프램 밸브와 반도체 제조 장치용 유량 제어 기기를 제공하는 것에 있다. 즉, 유입 유로와 유출 유로를 갖는 보디의 밸브실에 외측 주위를 가압한 다이아프램과 밸브좌 시트부를 구비하고, 이 다이아프램을 스템의 승강 이동에 의해 밸브실을 개폐 자유롭게 설치한 다이아프램 밸브로서, 이 다이아프램의 형태는 대략 평면 형상의 중앙 영역과, 중앙 영역보다도 외주측이며 또한 곡률 반경이 작은 경계 영역을 갖는 단면 대략 편평 형상을 보이고, 경계 영역은 밸브좌 시트부의 외주측 근방에 위치시킨 다이아프램 밸브이다.

Description

다이아프램 밸브와 반도체 제조 장치용 유량 제어 기기

본 발명은 다이아프램 밸브와 반도체 제조 장치용 유량 제어 기기에 관한 것으로, 특히 밸브좌에 금속제 다이아프램을 직접 접리시켜 밸브 개폐를 행하는 다이렉트 터치형의 메탈 다이아프램 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 제조 프로세스에 있어서의 고순도 가스의 공급 시스템은, 제조 장치의 공간절약화 등의 요청으로, 밸브 등의 각종 유체 제어 장치, 혹은 커플링·블록이나 압력 제어 장치 등의 각종 장치·기기류가 직렬 형상으로 연결되어 1개의 라인 위에 집적화되고, 이것들이 병렬 형상으로 고루 깔리도록 하여 구성되어 있다.

또한, 고순도 가스의 공급 시에는, 소위 파티클 프리나 데드 스페이스 프리와 같은 특성이 엄격하게 요구되는 점에서, 그 배관 계통에 사용되는 제어 밸브로서, 슬라이딩부가 없이 데드 스페이스가 최소한이며, 높은 가스 치환성과 클린성을 구조적으로 충족하기 쉬운 다이아프램형의 제어 밸브(특히 다이렉트 터치형)가 채용되는 경우가 많다. 특히, 공급 유체가 고온 유체나 부식성 가스 등인 경우에는, 내고온성·내식성이 우수한 니켈기나 코발트기의 각종 합금제 메탈 다이아프램이 사용되는 경우가 많다.

한편으로, 최근의 반도체 소자는 점점 미세화·고집적화가 진행됨과 아울러, 실리콘 웨이퍼나 액정 패널 등의 대형화, 혹은 반도체 제조에 있어서의 운영비 저감이나 생산 시스템의 대형화, 또한 수율 향상에 대한 수요의 증가 등에 따라, 반도체 제조 프로세스에 사용되는 각종의 가스에는, 새로운 공급 유량의 증가가 요구되고 있다. 이 때문에, 특히 공급 가스의 제어 밸브로서 사용되는 상기한 바와 같은 다이아프램 밸브에도, 공급 유량의 증가가 필요하게 되고, 이것은 대체로 유로의 대직경화, 즉 밸브의 대형화라고 하는 구조 개량으로 연결되게 된다.

그런데, 다이아프램 밸브는 상기한 바와 같이 다른 기기류와 함께 라인 위에 집적화되고, 게다가 통상은 복수 개소에 설치되므로, 이것을 대형화하면 설치 스페이스도 증대하고, 나아가서는 반도체 제조 장치도 대형화되어 반도체의 제조 비용의 증가 등의 문제를 초래한다. 특히 가로폭 방향으로의 대형화는 밸브의 풋 스페이스 증가를 초래하여, 반도체 제조 장치의 최적화(집적화·공간절약화)에 대해 치명적이게 된다.

이것에 대해, 유로 직경 등 유로 스페이스를 증가시켜 유량의 증가를 도모하면서 밸브실 혹은 밸브 사이즈를 유지나 소형화(배관 부품 등의 다운사이징)하도록 한 경우에는, 스트로크의 증가에 의해 다이아프램의 수명이 저하되거나, 밸브의 내구성이나 기밀성이 저하되는 등의 문제를 초래한다. 따라서, 유량 증대화와 소형화는 서로 상반되는 과제이며, 반도체 제조 프로세스의 배관 계통에 사용되는 다이아프램 밸브에는, 양호한 밸브 폐쇄 실링성은 물론, 이것들의 문제를 동시에 또한 적절하게 해결하는 것이 과제였다. 이러한 과제는 밸브실 내부나 다이아프램 형상 등의 구조에 직결되는 것으로, 관련되는 선행기술로서 특허문헌 1이 제안되어 있다.

특허문헌 1에 개시된 다이아프램 밸브는 시트에 가압·이간되어 밸브 개폐하는 탄성 변형 가능한 구각(球殼) 형상 다이아프램을 구비하고 있고, 보디 오목부 바닥면의 평탄부에, 유체 유출 통로의 오목부의 바닥면에 개구되어 있는 부분을 포함하도록 환상 홈이나 스폿페이싱부가 설치되고, 유체 유출 통로의 단면 형상은 원형 이외에, 타원형, 초승달 형상 등으로 형성되어 있다. 또한 누름 어댑터는 하면 전체가 테이퍼 형상이며, 보디 오목부 바닥면은 원형 평탄부와 그 외주에 줄지어 평탄부에 대하여 움푹 패인 오목부를 가지고 있어, 유로가 폐쇄 상태에서, 다이아프램 외측 주연부의 상면이 누름 어댑터의 테이퍼 형상 하면과 면접촉하고, 외측 주연부의 하면이 보디 오목부 바닥면의 평탄부 외주와 선접촉하도록 구성되어 있다. 동 문헌에서는, 이러한 구성에 의해 소형화된 다이아프램 밸브의 내구성의 저하를 초래하지 않고 유량을 증대하는 것이 도모되어 있다.

또한, 다이아프램의 형상에 관해서는, 특허문헌 2, 3이 제안되어 있다. 특허문헌 2에 개시된 유로 씨일 장치에서는, 밸브 보디는 밸브 베이스와 입구 파이프 및 출구 파이프를 가지고 있고, 다이아프램은 밸브 보디 가장자리부와 커버 가장자리부 사이에 클램프 되어 있다. 또한 다이아프램은 컵 형상을 보이며, 포물 형상의 돔과, 다이아프램 바닥부와 각도를 형성하는 원 형상 림을 갖고, 이 원 형상 림은 경사 환상부로 연장되는 상향의 환상 굴곡부를 갖고, 경사 환상부는 환상 굴곡부를 통하여 돔에 연결되고, 이 환상 굴곡부는 돔의 주연부로 연장되도록 구성되어 있다. 동 문헌에서는, 이러한 구성에 의해 다이아프램의 내구성의 향상 등을 도모하고 있다.

특허문헌 3에는, 밸브의 본네트와 간섭하지 않고, 또한, 플로우 갭을 유지하면서 변형량을 억제하여 수명을 향상시키기 위해, 내측 부분의 곡률 반경을 외측 부분의 곡률 반경보다 2배 이상 정도로 설정한 다이아프램의 형상 등이 개시되어 있다.

또한, 밸브실의 내부 구조 등에 관해서는, 특허문헌 4가 개시되어 있고, 동 문헌에 개시된 메탈 다이아프램 밸브는 중앙부가 상방으로 팽출된 메탈 다이아프램을 구비하고 있고, 밸브실의 하방에 형성되어 유출로에 연통하는 환상 홈과 유출로와의 교차 단면적이 유출로의 단면적보다 큰 경우이며, 환상 홈이 양측면과 바닥면을 구비하고 유출로가 환상 홈의 양측면과 바닥면에 접속되어 유출로의 직경이 환상 홈의 홈 폭보다 크게 한 것과 같은 경우, 또는 환상 홈의 홈 폭보다 단면 원 형상을 보이는 유출로의 직경을 1.5∼2.5배 크게 한 구성이며, 이러한 구성에 의해 밸브실로부터 유출로에 이르는 유로 전체로서 큰 유량을 흘리는 것이 도모되어 있다.

WO2016/002515호 공보 미국 특허등록 제5967492호 공보 미국 특허공개 제2005/0109973호 공보 일본 특허 제4587419호 공보

그렇지만, 유로를 흐르는 유체 유량은 유로 단면적이나 유로 저항에 따라 정해지는 기본 원리에서 보면, 유입 유로와 유출 유로를 갖는 보디의 밸브실에 외측 주위를 가압한 다이아프램과 밸브좌 시트부를 구비하고, 이 다이아프램을 스템의 승강 이동에 의해 밸브실을 개폐 자유롭게 설치한 것과 같은 다이아프램 밸브의 내부 구조에 있어서, 상기 과제의 간이하고 또한 최적의 해결을 도모할 수 있는 구조를 생각하는 경우, 우선, 밸브 개방 시에 유체가 밸브실 내로 유입할 때에 통과하는 다이아프램과 밸브좌 사이에 형성되는 간극으로 규정되는 개구 면적(이 유로 단면적을 이하 「밸브 입구 단면적」이라고 한다.)이 확실하게 확보되는 것이 불가결함과 아울러, 밸브로의 유체의 유입으로부터 유출까지, 즉 유로 구조의 전체에 있어서 유로 단면적이나 유로 저항의 최적화가 필요하다. 또한, 이것과 아울러, 밸브 입구 단면적의 확보, 즉 다이아프램 스트로크를 증대시킬 필요가 있는 것과의 관계에서, 다이아프램의 곡면 형상이나 내구성이 손상되지 않도록 할 필요도 있다.

이에 대하여 특허문헌 1은, 우선, 다이아프램의 형상으로서는 구각 형상만이 개시되어 있으므로, 밸브 입구 단면적을 적절하게 확보할 수 없다. 가령 다이아프램 형상을 구각 형상으로 유지한 채 단면적을 확보하고자 하는 경우에는, 다이아프램 스트로크를 증대시키기 위해 팽출 높이를 높게 하지 않으면 안 되므로, 다이아프램 그 자체를 대형화하지 않으면 안 된다. 따라서, 밸브의 대형화가 불가피한 것으로 됨과 아울러, 다이아프램의 수명의 유지 내지 향상도 도모할 수 없다. 따라서 동 문헌을 참조해도 상기 과제를 적절하게 해결할 수는 없다. 또한, 다이아프램 외측 주연부에 평탄부가 존재하지 않으므로, 적어도 누름 어댑터와 보디 사이의 다이아프램의 협착이 불완전하게 되기 쉽다. 게다가, 다이아프램 외측 주연부의 상면이 누름 어댑터의 테이퍼 형상 하면과 면접촉함과 아울러 다이아프램 외측 주연부의 하면이 보디 오목부 바닥면의 평탄부 외주와 선접촉하도록 하고 있으므로, 밸브 구조가 복잡하게 되고 있다. 따라서 작업성이나 생산성, 메인터넌스성에 난점이 있다고 할 수 있다.

또한, 특허문헌 2에 개시된 다이아프램의 형상은 중앙 영역의 돔부와 외측 주연부의 림부가 각도가 급한 굴곡부나 경사부를 통하여 연결된 편평 컵 형상을 보이고 있다. 이러한 형상은 밸브 입구 단면적을 확보하기 쉬운 형상임과 아울러, 대략 평탄한 중앙 영역의 가요성은 높기 때문에 스템의 승강 이동에 추종하기 쉽지만, 이 가요성 때문에 유체압에 의해 용이하게 상방으로 팽출하기 쉽고, 또한, 굴곡부나 경사부를 갖는 외측 가장자리 부근의 강성이 높으므로, 다이아프램의 중앙부가 확실하게 밸브좌에 밀착 가능하게 하여 양호한 밸브 폐쇄 실링성을 만족시키기 때문에, 밸브좌 직경에 대하여 외측 주연부의 림의 크기가 상당히 대직경의 것을 사용하지 않으면 안 된다. 이 때문에, 밸브실 사이즈의 대형화, 즉 밸브의 대형화가 불가피하게 된다. 게다가, 단면이 원호 형상이 아니므로, 자연 형상으로의 자기 복귀성도 나쁘다. 또한, 다이아프램의 형상 이외의 상기 과제에 관한 점에 대해서도 전혀 개시가 없으므로, 밸브실측에서 유로 단면적을 확보할 수도 없다. 따라서 동 문헌을 참조해도 상기 과제의 해결은 불가능하다.

특허문헌 3에도, 밸브실나 밸브의 대형화의 회피와 유량 증대에 관한 기재나 시사는 없고, 다이아프램의 형상도 상이한 목적을 가지고 단지 내측과 외측의 곡률을 상이한 것으로 설정한 형상에 지나지 않는다. 따라서, 상기 과제를 최적·적절하게 해결 가능한 다이아프램의 구체적 구성을 알 수 없을 뿐만 아니라, 밸브실측에서의 유로 구조 등도 전혀 불분명하다. 따라서 동 문헌을 참조해도 상기 과제는 도저히 해결할 수 없다.

또한, 특허문헌 4에서는, 적어도 환상 홈의 홈 폭보다 유출로의 직경이 클 필요가 있음과 아울러, 환상 홈과 유출로와의 교차 단면적이 유출로의 단면적보다 클 필요가 있으므로, 보디의 대형화, 즉 밸브의 대형화를 초래하기 쉬운 구조라고 할 수 있다. 이것은, 동 문헌에 밸브 사이즈의 유지 내지 소형화에 관한 기재나 시사가 없는 점에서도 뒷받침된다. 또한, 유출입로를 포함하여 밸브실 내부 구조 전체가 비교적 복잡하기 때문에, 적어도 밸브의 생산성이나 메인터넌스성에 난점이 있다고 할 수 있다. 게다가, 밸브실 구조 이외의 상기 과제에 관한 점에 대해서도 전혀 개시가 없다. 따라서 동 문헌을 참조해도 상기 과제의 해결은 불가능하다.

그래서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 개발된 것으로, 그 목적으로 하는 바는 밸브좌의 대직경화나 스트로크의 증대 등에 의한 밸브의 대형화를 피하면서 밸브 유량을 확실하게 증대할 수 있고, 게다가, 밸브의 내구성·수명도 유지 내지 향상 가능하게 한, 간이하고 또한 최적으로 구성된 다이아프램 밸브를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 따른 발명은, 유입 유로와 유출 유로를 갖는 보디의 밸브실에 외측 주위를 가압한 다이아프램과 밸브좌 시트부를 구비하고, 이 다이아프램을 스템의 승강 이동에 의해 밸브실을 개폐 자유롭게 설치한 다이아프램 밸브로서, 이 다이아프램의 형태는 대략 평면 형상의 중앙 영역과, 중앙 영역보다도 외주측이며 또한 곡률 반경이 작은 경계 영역을 갖는 단면 대략 편평 형상을 보이고, 경계 영역은 밸브좌 시트부의 외주측 근방에 위치시킨 다이아프램 밸브이다.

청구항 2에 따른 발명은, 밸브좌 시트부의 외주측의 밸브실에는, 깊은 홈이 설치되어 있고, 이 깊은 홈에는 유출 유로와 연통시킨 출구 세로구멍 유로가 설치되고, 이 출구 세로구멍 유로의 개구부로부터 유출 유로를 따라 그 단면 형상이 원호 형상의 긴 구멍 형상인 다이아프램이다.

청구항 3에 따른 발명은 유입 유로와 밸브실을 연통시키는 입구 세로구멍 유로가 설치되고, 깊은 홈의 유로 단면적을 입구 세로구멍 유로 단면적의 1/2 이상으로 한 다이아프램 밸브이다.

청구항 4에 따른 발명은 깊은 홈 내의 외측면은 개구측을 따라 넓어진 경사면이며, 이 경사면에 의해 다이아프램의 외주 위치를 실링하는 다이아프램 씨일부가 단면 사다리꼴 형상으로 형성된 다이아프램 밸브이다.

청구항 5에 따른 발명은 다이아프램 밸브를 반도체 제조 장치의 가스 유로에 적용한 유량 제어 기기로서 사용하는 반도체 제조 장치용 유량 제어 기기이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 본 발명의 다이아프램은 대략 평면 형상의 중앙 영역과, 이 중앙 영역보다도 외주측이며 또한 곡률 반경이 작은 경계 영역을 갖는 단면 대략 편평 형상으로, 경계 영역은 밸브좌 시트부의 외주측 근방에 위치시켰으므로, 이 다이아프램 형상의 단면시에 있어서, 중앙 영역으로부터 경계 영역으로는 매끄러운 곡면으로 연결되게 됨과 아울러, 적어도 밸브좌 중심으로부터 밸브좌 시트부에 걸쳐, 곡률이 완만하게 대략 평면 형상의 다이아프램 하면 영역이 상측으로부터 유입 유로 개구부를 덮도록 다이아프램이 설치된다. 따라서, 필요하게 되는 유량 확보를 위해 밸브 입구 단면적을 증대시켜도(밸브좌 시트부에 대한 다이아프램의 높이를 올려도), 적어도 외측 주위측에서는 우수한 가요성·형상 복귀성을 구비한 단면 대략 구 형상을 유지함과 아울러, 씨일면 영역에서는 양호한 실링성을 구비한 단면 대략 평면 형상을 유지한 채, 다이아프램 중앙부가 상방으로 팽출하는 것과 같은 형상 변형을 극히 억제할 수 있다.

또한, 경계 영역이 상기 위치이므로, 본 발명의 다이아프램의 형상은 단지 중앙측과 외주측과의 곡률을 바꾼 것과 같은 단순 형상이 아니라, 중앙 영역의 범위가 필요한 밸브 폐쇄 실링성을 확보하면서 밸브 입구 단면적을 필요량 증대시킴에 있어서 필요 최소한의 범위로 억제되어 있다. 한편으로, 곡률이 급한 대략 원호 형상의 다이아프램 하면측 영역이 매끄러운 오목 곡면으로 되어 중앙 영역으로부터 외측 주위에 연결되게 되므로, 밸브 입구 단면적을 통과한 유체는 밸브실 내로 원활하게 인도된다. 따라서, 다이아프램의 사이즈·스트로크의 증대, 혹은 밸브실 구조의 대형화, 형상 복귀성의 열화, 밸브 폐쇄 실링성의 악화, 및 유체 저항의 증대를 초래하지 않아, 밸브 입구 단면적을 적절하게 증대 가능하게 되고, 이로써 밸브의 대형화를 확실하게 회피하면서 유량의 증대가 가능하게 된다.

또한, 상기 형상은 다이아프램 스트로크가 동일한 단면 원호 형상의 종래의 다이아프램과 비교하여, 밸브 개폐에 수반되는 다이아프램의 변형량을 저감할 수 있으므로, 다이아프램의 내구성·수명도 유지 내지 향상시킬 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 밸브좌 시트부의 외주측의 밸브실에는, 깊은 홈이 설치되어 있고, 이 깊은 홈에는 유출 유로와 연통시킨 출구 세로구멍 유로가 설치되고, 이 출구 세로구멍 유로의 개구부의 형상이 원호 형상의 긴 구멍 형상이므로, 밸브 입구 단면적에 따라 밸브실 용량을 적절하게 증대·확보할 수 있음과 아울러, 이 밸브실 용량에 따라, 출구 세로구멍 유로의 개구 면적을 적절하게 조정할 수 있다. 따라서, 밸브실로의 유체의 유입량 및 유출량의 수지를 적절하게 정합시킬 수 있으므로, 밸브 전체의 유체 저항을 저하시켜(혹은 Cv값을 향상시켜), 이로서 밸브의 유량을 향상시킬 수 있다.

또한, 밸브 유량 증대를 도모할 때 간이하게 개량 가능한 개소, 즉 밸브 입구 단면적과, 밸브좌 시트부의 외주측의 단면적과, 출구 세로구멍 유로의 단면적이 모두 적절하게 개량되어 있으므로, 유량 증대를 위해 필요한 밸브 구성을 최적화할 수 있다. 또한, 간이하게 개량 가능하므로, 현행품의 용이한 개량·전용이나 부품의 용이한 공통화 등이 가능하게 되어, 새로운 밸브의 설계·제작을 피하여 비용성·메인터넌스성·범용성을 대폭 높이는 것도 가능하게 된다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 유입 유로와 밸브실를 연통시키는 입구 세로구멍 유로가 설치되고, 깊은 홈의 유로 단면적을, 입구 세로구멍 유로 단면적의 1/2 이상으로 했으므로, 깊은 홈의 유로 단면적과 입구 세로구멍 유로 단면적을, 적어도 유로 단면적의 레벨로 정합시킬 수 있다. 따라서, 밸브의 유량을 향상시킬 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 다이아프램의 외측 주연부를 강한 가압력으로 가압해도, 다이아프램 씨일부는 단면 사다리꼴 형상으로 형성되어 있으므로, 가압력에 대한 강도가 증가하여, 가령 고압 대응의 밸브이더라도 내압성을 확보하는 것이 가능하게 되어, 깊은 홈의 유로 단면적의 넓이와 다이아프램 씨일부의 강도를 밸런스 좋게 확보할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 외관을 대형화하지 않고 유량을 향상시키는 것이 가능하게 되고, 게다가 내압성을 확보한 반도체 제조용의 유량 제어 기기를 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시형태의 다이아프램 밸브의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 단면도이다.
도 3은 도 2에 있어서, 유체의 흐름을 모식적으로 도시한 모식도이다.
도 4는 도 1의 주요부를 확대한 일부 확대 단면도이다.
도 5(a)는 본 발명의 자연 상태의 다이아프램이 밸브실 내에 부착된 상태를 모식적으로 도시한 단면도이고, (b)는 종래의 자연상태의 다이아프램이 밸브실 내에 부착된 상태를 모식적으로 도시한 단면도이며, (c)는 (b)에 나타낸 종래의 자연 상태의 다이아프램의 곡률 반경을 작게 한 다이아프램을 모식적으로 도시한 단면도이다.

이하, 본 발명의 1 실시형태의 구조를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 다이아프램 밸브의 단면도이다. 도 2는 도 1의 A-A 단면도이며, 밸브실(2)의 평면시 구조를 도시하고 있다. 도 4는 도 1에 있어서의 다이아프램(1)과 밸브실(2)의 부분을 확대한 일부 확대 단면도이다. 도 5(a)는 본 발명의 다이아프램(1)의 단면과 밸브좌(3)를 모식적으로 도시한 모식도이다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 다이아프램 밸브는 보디(4)에 유입 유로(5)와 유출 유로(6)를 갖고, 보디(4)의 밸브실(2)에는 외측 주위(7)를 가압한 다이아프램(1)과 밸브좌 시트부(8)를 구비하고 있다. 또한, 도 4, 도 5(a)에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 본 발명의 다이아프램(1)(외측 주위(7)을 제외함)의 단면 형상은 대략 평면 형상의 중앙 영역(9)과, 중앙 영역(9)보다도 외주측이며, 또한 곡률 반경이 작은 경계 영역(10)을 갖는 단면 대략 편평 형상이며, 본 예의 구체적 단면 형상은 다이아프램(1)의 중심을 포함한 중앙 영역(9)으로부터 주연측의 경계 영역(10) 부근까지는, 중심 부근을 정점으로 하여 약간의 높이만 돔 형상으로 팽출한 단면 대략 평면 형상의 영역이며, 이 중심측의 영역은 경계 영역(10) 부근에서의 다소 큰 곡률의 단면 대략 원호 형상의 영역을 통하여 외측 주위(7)에 연결되어 있다. 이 때문에 다이아프램(1)의 외관 형상은, 단면을 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 극히 깊이가 얕고 플랜지 가장자리와 평평한 바닥이 완만한 곡면으로 연결된 편평 둥근 접시 형상을 보인다.

이 다이아프램(1)은 밸브 폐쇄시는 외력 작용에 의해 형상 변형되어 밸브좌(3)에 밀착하여 유체를 밀봉할 수 있는 가요성과, 밸브 개방시는 동 도면에 도시하는 자연 상태의 형상으로 자기 복귀 가능한 형상 복귀성을 갖는다. 또한, 다이아프램 밸브란 다이아프램을 사용한 밸브를 의미하는 것으로, 이 때문에, 예를 들면, 승강 이동 수단은 개폐 핸들을 사용한 수동 밸브 이외에, 액추에이터를 사용한 자동 제어 가능한 자동 밸브이어도 되고, 또한, 액추에이터는 공기압에 의한 것이나 전자력에 의한 것이어도 되고, 다이아프램을 사용하는 밸브는 실시에 따라 임의로 선택 가능하다.

도 5(a)에 있어서, 본 예의 밸브좌(3)는 수지(PCTFE)를 소정의 고리 형상으로 성형하여 제작되고, 입구 세로구멍 유로(11)의 밸브실(2)측의 개구부(12)에 설치되어 보디(4)와 일체 형성된 밸브좌 유지용의 환상 홈(13)에 끼워맞추어지고, 이 환상 홈(13)을 크림핑함으로써 고정되어 있다. 밸브좌 시트부(8)는 밸브 폐쇄시에 있어서 가압된 다이아프램(1) 하면에 밀착하는 밸브좌(3) 상측의 씨일면이며, 14는 본 예의 밸브좌 시트부(8)의 내주측, 15는 본 예의 밸브좌 시트부(8)의 외주측을 나타낸다. 또한, S는 다이아프램(1)의 스템 스트로크의 길이(중앙 부분의 상하 방향의 탄성 변형값)를 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 본 예의 밸브좌(3)는 상기한 바와 같이 환상 홈(13)에 크림핑 고정된 수지제 패킹이지만, 소재로서는 상기 이외에 PTFE, PI, PFA 등의 내열성 비금속 부재이어도 되고, 또한 상기 구성 이외에, 금속제 밸브좌나, 보디와 일체 성형된 밸브좌 등이어도 되고, 실시에 따라 임의로 선택 가능하다. 특히, 고경도 금속제 다이아프램과 다이아프램보다 경도가 낮은 SUS316L 등의 금속제 밸브좌로 구성한 경우, 고정밀도의 유량 조정과 함께 높은 내구성과 실링성을 발휘할 수 있다.

도 5(a)에 있어서, H_IN은 밸브좌 시트부(8)의 내주측(14)으로부터 동 도면에 도시하는 자연 상태(높이(S))에 있어서의 다이아프램(1) 하면까지의 거리(내측 높이)를 나타내고, H_OUT도 마찬가지로, 밸브좌 시트부(8)의 외주측(15)으로부터 다이아프램(1) 하면까지의 거리(외측 높이)를 나타내고 있다. 이들 H_IN, H_OUT은 밸브좌(3)와 다이아프램(1) 사이에 형성되는 밸브 입구 단면적(유로 단면적의 높이)을 규정하는 요소이며, 또한 다이아프램(밸브) 스트로크와 거의 동일하다.

도 5(a)에 있어서, 다이아프램(1)에 형성된 중앙 영역(9)은 원 형상의 다이아프램(1)에 있어서 중심 대칭적으로 중심을 포함하도록 형성된 연속 영역이며, 대략 평면 형상이지만 상방에 약간 볼록하게 되는 것과 같은 소정의 곡률 반경으로 규정된 곡면 영역이다. 이 중앙 영역(9)은 스트로크(S)의 길이가 내측 높이(H_IN)(또는 외측 높이(H_OUT))와 거의 동일한 높이로 유지되도록 영역·곡률 반경이 설정되어 있으면 적합하다.

도 5(a)에 있어서, 다이아프램(1)에 형성된 경계 영역(10)은 중앙 영역(9)의 외주측을 중심 대칭적으로 포위하도록 형성된 환상 곡면 영역이며, 또한 이 곡면의 곡률 반경은 중앙 영역(9)의 곡률 반경보다 작게 설정되어 있다. 이 경계 영역(10)은 중앙 영역(9)과 외측 주위(7)를 다이아프램(1)의 외측 주위(7)를 제외한 부분의 형상을 단면 대략 편평 형상으로 유지하면서 매끄럽게 연결할 수 있도록 영역·곡률 반경이 설정되어 있으면 적합하다.

또한, 본 발명의 다이아프램(1)은 경계 영역(10)이 밸브좌 시트부(8)의 외주측(15) 근방에 위치하도록 하고 있다. 본 예에서는, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 외측 높이(H_OUT)가 내측 높이(H_IN)와 거의 동일한 높이가 되는 것과 같은 영역·곡률 반경으로 설정되어 있고, 또한 중앙 영역(9)과 외측 주위(7)는 이 경계 영역(10) 부근을 통하여, 밸브좌(3)와 다이아프램(1)과의 거리가 필요한 유로 단면적(밸브 입구 단면적)을 확보하는 동시에 필요 최소한의 거리를 유지하도록 하면서, 다이아프램(1)이 밸브좌 시트부(8)와 외주측(15) 부근을 상측으로부터 피복하도록 하여 연결되어 있다. 또한, 확보할 유량이 결정되어 있는 경우, 즉 내측 높이(H_IN)(또는 외측 높이(H_OUT))가 결정되어 있는 경우에는, 예를 들면, 도시하지 않지만 밸브좌 시트부(8)의 외주측(15)으로부터의 거리가 H_OUT(또는 H_IN)인 영역이 형성하는 단면시에 있어서의 원호 형상 궤적에 외접하는 것과 같은 오목 곡면으로부터 적당한 영역을 선택해도 된다.

또한, 중앙 영역(9) 및 경계 영역(10)의 어느 1개의 곡률 반경으로 규정된 곡면 형상의 경우에 한정되지 않고, 단면의 전체 형상이 편평 구면 형상이면, 상기 실시형태에 한정되지 않는 것이다.

한편, 도 5(b), (c)는 종래의 다이아프램(1', 1")의 자연 상태의 단면 형상을 각각 모식적으로 도시하고 있으며, 각각 단면 원호 형상이다. 도 5(b)의 S'은 본 발명을 나타낸 도 5(a)에 있어서의 다이아프램 스트로크(S)와 동일한 정도의 길이의 스트로크를 도시하고 있고, 동 도면의 H_{IN '}, H_{OUT '}은 이 스트로크(S')의 경우에 있어서의 내측 높이, 외측 높이를 각각 나타내고 있다. 도 5(b)에 도시하는 바와 같이, 스트로크 S'을 S와 동일한 정도로 설정하면서 단면 원호 형상을 유지한 경우에는, 곡률이 일정하므로 특히 외주측에서 커브가 급해져 외측 높이 H_{OUT '}이 H_OUT과 비교하여 낮아지지 않을 수 없으므로, 밸브 입구 단면적이 작아져 필요 유량을 확보할 수 없게 된다.

또한, 도 5 (c)에 도시하는 바와 같이, 단면 원호 형상에 있어서 외측 높이 H_OUT"을 H_OUT과 동일한 정도로 확보한 경우에는, 다이아프램의 사이즈는 동일하기 때문에, 이 높이의 증분만큼 원호의 곡률이 커지지 않을 수 없고, 특히 중앙측에서 상방으로 팽출하게 되므로 스트로크 S"이 S와 비교하여 높아지지 않을 수 없으므로, 밸브 스트로크의 증대에 의한 밸브의 대형화나 다이아프램의 변형량 증대에 의한 수명의 저하를 초래하게 된다.

이에 대하여 도 5(a)에 도시한 본 발명의 다이아프램(1)의 단면 형상에서는, 높이 H_IN, H_OUT을 확보(밸브 입구 단면적을 확보)하여 필요한 유량 증대가 가능하며, 또한, 전체가 단면 대략 편평 형상을 유지하고 있다. 바꾸어 말하면, 스트로크(S) 높이 H_IN 또는 H_OUT을 각각 동일한 정도로 설정하여 밸브 입구 단면적을 확보함에 있어서 최적화된 단면 형상으로 형성되어 있다. 따라서, 밸브좌 시트부(8)의 상측에서는 다이아프램(1) 하면이 거의 평면 형상이며 경계 영역 하면에서는 매끄럽게 만곡해 있기 때문에, 다이아프램(1)과 밸브좌 시트부(8) 사이가 좁아지지 않아, 넓게 유로·밸브 입구 단면적을 확보하면서도 다이아프램(1) 그 자체의 크기는 최소한으로 할 수 있다. 또한, 이러한 다이아프램(1)의 구조에 의해, 구동시의 다이아프램(1)의 스트로크(다이아프램(1)의 변형량)도 작게 할 수 있어, 높은 내구성도 얻어진다. 게다가, 적어도 외측 주위(7)측에서는 단면 대략 구 형상을 유지하고 있음으로써 높은 형상 복귀성도 확보할 수 있음과 아울러, 매끄러운 접촉면이므로 유체 저항도 작다.

또한, 다이아프램이 종래의 단면 원호 형상(혹은 돔 형상)의 경우, 스템 스트로크에 대하여, 이것보다 작은 다이아프램(밸브) 스트로크밖에 얻어지지 않으므로, 스템 스트로크에 대하여 적은 유량밖에 얻어지지 않기 때문에 효율적이지 않고, 이 점은 다이아프램 형상의 팽출하는 돔이 높을(단면 원호 형상의 곡률 반경이 작을) 수록 비효율적이었지만, 본 발명의 다이아프램(1)은, 상기 구성에 의해, 스템 스트로크와 다이아프램 스트로크가 거의 동일(S와 H_IN 또는 H_OUT이 거의 동일)하므로, 효율적으로 유량 확보 가능하며, 특히 유로가 대구경인 경우에 유량 확보의 효율이 현저하게 된다.

또한, 본 예의 다이아프램(1)은 Co 합금이나 Ni-Co 합금, SUS, 인코넬, 하스텔로이 등의 고경도 금속제 박판을 원형으로 오려내어 중앙을 상방으로 팽출시킨 역접시 형상으로 성형하고, 복수매를 적당히 적층하여 설치되어 있다.

다음에 본 발명의 밸브실(2)의 내부 구조를 설명한다. 도 1, 2, 4에 도시하는 바와 같이, 밸브좌 시트부(8)의 외주측(15)의 밸브실(2)에는, 깊은 홈(16)이 설치되어 있고, 이 깊은 홈(16)에는 유출 유로(6)와 연통시킨 출구 세로구멍 유로(17)가 설치되고, 이 출구 세로구멍 유로(17)의 개구부(18)의 형상이 원호 형상의 긴 구멍 형상이다. 또한 유입 유로(5)와 밸브실(2)을 연통시키는 입구 세로구멍 유로(11)가 설치되어, 깊은 홈(16)의 유로 단면적을 입구 세로구멍 유로(11) 단면적의 1/2 이상으로 하고 있다.

도 2, 4에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 밸브실(2)에는, 바닥면(19), 내측면(20) 및 외측면(21)을 가진 소정 깊이(F)의 깊은 홈(16)이 고리 형상으로 형성되어 있다. 본 예의 깊이(F)는 개구부(12)로부터 바닥면(19)까지의 높이이며, 도시하는 바와 같이, 밸브좌(3)의 높이의 약 2배 정도로 설정되어 있다. 개구부(12)로부터 하측이며 내측면(20), 외측면(21)과 바닥면(19)에 포위된 영역(M)은 깊은 홈(16)의 유로 단면적이다. 또한, 본 예의 외측면(21)은 바닥면(19)에 대하여 각도(θ)의 경사면으로 되어 있고, 이 외측면(21)의 상단부는 후술의 캡(22)의 다이아프램 가압부(23)와 함께 하측으로부터 다이아프램(1)의 외측 주위(7)를 유지하여 유체가 새지 않게 협착 고정 가능한 다이아프램 씨일부(24)에 연결되어 있다. 다이아프램 씨일부(24)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 외경측에도 홈부(25)가 형성되어 있음으로써 경사면으로 되어 있으므로, 단면 대략 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다. 즉, 깊은 홈(16)의 외측면(21)은 깊은 홈(16)의 상방 개구측을 따라 넓어진 경사면(외측면)(21)이며, 이 경사면(21)에 의해 다이아프램(1)의 외주 위치를 실링하는 다이아프램 씨일부(24)가 단면 사다리꼴 형상으로 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 깊은 홈(16)의 단면 형상 혹은 유로 단면적은 밸브 입구 단면적의 증대에 기인하는 유체 저항의 증가(유량 수지의 조정)에 따라 Cv값을 향상시키기 때문에, 실시에 따라 임의의 형상·단면적으로 설정 가능하며, 상기 구조 이외에, 단면 직사각형 형상이나 사다리꼴 형상, 반원호 형상이나 타원 형상 등이어도 되고, 내외의 측면부나 바닥면부가 형성되어 있지 않은 것과 같은 단면 형상이어도 된다.

또한, 외측면(21)의 경사각도(θ)도 실시에 따라 임의로 설정 가능하지만, 본 예에서는 약 70도 설정하고 있다. 이것은 본 예의 다이아프램(1)의 외측 주위(7)가 후술과 같이 캡(22)의 다이아프램 가압부(23)로 상측으로부터 가압되어 밸브실(2) 내에 협착 고정되는 구조이므로, 밸브가 고압 대응일수록 내압성의 확보를 위해 캡(22)의 가압력을 강화하여 다이아프램 실링성 등을 높일 필요가 있고, 이 때문에, 캡(22)의 강한 가압력에 의해 다이아프램 씨일부(24)가 찌부러질 가능성이 있고, 또한 찌부러진 경우에는, 적어도 찌부러진 분량만큼 다이아프램(1)의 위치가 내려가 밸브 입구 단면적이 좁아져 밸브의 유량 저하를 초래하므로, 다이아프램 씨일부(24)를 단면 사다리꼴 형상에 테이퍼 형성하여 구조적으로 상측으로부터 가압력에 대한 내구성을 확보한 것이다.

그리고, 이 외측면(21)의 경사각도(θ)가 작을수록, 다이아프램 씨일부(24)는 넓은 테이퍼 단면 형상으로 되어 강도를 증가시킬 수 있다. 그 한편으로, 깊은 홈(16) 내의 외측면(21)이 개구측을 따라 넓어진 경사면이므로, 영역(M)의 면적이 좁아져 있어, 각도(θ)를 수직에 가깝게 할수록 영역(M)은 장방형 형상에 근접하여 깊은 홈(16)의 유로 단면적을 넓게 확보 가능하게 된다. 따라서 각도(θ)는 깊은 홈(16)의 유로 단면적의 넓이와 다이아프램 씨일부(24)의 강도의 높이의 쌍방이 밸런스 좋게 확보 가능한 각도이면 최적이며, 본 예에서는 70℃가 이 각도로서 최적이다.

또한, 밸브실(2)의 내부 구조에 관해서는, 깊이(F)를 비교적 얕게 설정하여, 밸브실(2) 내에서의 밸브좌(3)의 높이가 낮아지도록 함으로써, 예를 들면, 다이아프램 씨일부(24)의 높이보다 밸브좌 시트부(8)의 높이가 낮아지도록 설정함으로써 큰 밸브 입구 단면적을 확보하도록 해도 된다.

도 2에 있어서, 깊은 홈(16)에는 유출 유로(6)와 연통시킨 출구 세로구멍 유로(17)가 설치되어 있다. 본 예에서는, 이 출구 세로구멍 유로(17)의 개구부(18)의 형상은 원호 형상의 긴 구멍 형상으로 하고 있고, 또한 출구 세로구멍 유로(17)의 단면적은 유입 유로(5)와 밸브실(2)을 연통시키는 입구 세로구멍 유로(11)의 단면적과 동등 이상으로 하고 있다. 또한, 입구 세로구멍 유로(11) 단면적은 깊은 홈(16)의 유로 단면적의 2배 이하로 하고 있다. 또한, 출구 세로구멍 유로(17)의 개구부(18)의 형상은 상기 이외에, 깊은 홈의 유로 단면적이나 유체 저항의 저감 등에 따라, 깊은 홈(16)을 따르는 것과 같은 초승달 형상이나 타원 형상 등, 임의로 설정 가능하다.

상기 구조에 의해, 본 발명의 다이아프램 밸브에서는, 적어도, 밸브의 대형화나 다이아프램(1)의 특성 열화 등을 수반하지 않고, 다이아프램(1)의 형상(밸브 입구 단면적)에 의해 입구 세로구멍 유로(11)로부터 밸브실(2) 내에 유입하는 유량을 증대 가능하며, 이 유량 증대에 따라, 깊은 홈(16)에 의해 밸브실(2) 내의 용량이 확보되어 다이아프램(1)과 밸브좌 시트부(8)의 사이로부터 밸브실(2)로의 유체 유입 저항이 저하되어 원활하게 되고, 이 깊은 홈(16)에 의한 용량 증대에 따라, 출구 세로구멍 유로(17)의 개구부(18)가 확보되어 깊은 홈(16)으로부터 출구 세로구멍 유로(17)로의 유체 유입 저항도 저하되어 원활하게 된다. 또한, 입구 세로구멍 유로(11)의 단면적, 깊은 홈(16)의 유로 단면적, 출구 세로구멍 유로(17)의 단면적이 서로 적절하게 조정되어 있으므로, 적어도 유량 수지가 정합하고 있다. 또한, 보디(4)의 유입 유로(5)나 유출 유로(6)의 개선(대직경화) 등에 의해서도 유량 증대를 도모할 수 있다. 실제로, 본 예의 다이아프램 밸브에서는 외관 형상을 대형화하지 않고 종래 제품의 Cv값이 0.8 정도이었던 것이 본 예에서는 Cv값을 1.2배 정도로부터 1.5배로 할 수 있었다.

다이렉트 다이아프램 밸브의 유량을 향상시키기 위해 내부 구조의 개량을 검토하는 점에서는, 유입 유로(5)와 입구 세로구멍 유로(11), 및 유출 유로(6)에 관해서는 충분한 유로 단면적을 확보하는 것이 가능하므로, 간이하고 또한 최적의 구조개선의 여지로서는, 밸브 입구 단면적(다이아프램과 밸브좌 사이의 영역 면적), 밸브좌(3)의 외주측의 밸브실(2) 내부 구조, 출구 세로구멍 유로(17)의 단면적 3개소를 들 수 있지만, 본 발명에서는 상기 구성에 의해 이들 3개소 모두가 개선되어 적절한 유량 향상이 실현되고 있고, 게다가 외관의 대형화를 피하면서 밸브 내구성도 확보되어 있다. 따라서 본 발명에서는 종래의 과제에 대하여 밸브 구조가 최적화(유로 체적의 최대화)되어 있다.

다음에 본 발명의 다이아프램 밸브의 다른 부분의 구조를 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 다이아프램 밸브는 스템(26)의 승강 이동 수단이 핸들(27)의 수동 밸브이다. 보디(4)는 스테인리스(SUS316L) 등의 금속에 의해 형성되고, 보디(4) 내부에는, 유입 유로(5)와 입구 세로구멍 유로(11)로 형성되는 단면 대략 L자 형상의 1차측 유로와, 유출 유로(6)와 출구 세로구멍 유로(17)로 형성되는 단면 대략 L자 형상의 2차측 유로가 형성되어 있고, 이것들은 전술의 밸브실(2)에 연결되어 있다. 또한 밸브실(2)의 외측 주위측에는, 캡(22)의 외경에 적합하고 이것을 끼워맞춤 가능한 환상 오목부(28)가 형성되어 있다. 또한, 보디(4)나 밸브실(2) 내부의 유체가 접촉하는 접촉면의 전부 또는 일부에, 서브 미크론 레벨의 경면 처리 등의 표면 처리를 시행하도록 해도 된다.

도 1, 4에 있어서, 캡(22)은 스테인리스(SUS304) 등의 금속에 의해 대략 통 형상으로 형성되고, 하단면에는 단면 대략 원호 형상의 요면부(29)와, 그 외주에 다이아프램 가압부(23)가 설치되어 있다. 다이아프램 밸브의 조립시에는, 다이아프램(1)의 외측 주위(7)를 다이아프램 씨일부(24)에 재치하고, 캡(22)의 하부 외주면을 보디(4)의 환상 오목부(28) 내주면에 삽입·끼워 맞추어지게 하여, 캡(22)의 다이아프램 가압부(23)를 다이아프램(1)의 외측 주위(7)의 상측에 설치한다. 이어서, 캡(22)에 설치된 조임 부재(30)(유니언너트)의 암나사부(31)를 보디(4)의 수나사부(32)에 나사결합시키면, 이 나사 결합에 따라 조임 부재(30)가 캡(22)에 설치된 플랜지부(33)를 압동하여 캡(22)을 보디(4)에 조이고, 이 조임에 따라 다이아프램 가압부(23)가 다이아프램(1)의 외측 주위(7)를 상측으로부터 가압하여 고착시킬 수 있다. 또한, 캡(22)의 상부에는 소정의 개폐 표시반(34)도 고착되어 있다.

도 1에 있어서, 핸들(27)은 알루미늄 다이캐스트(ADC12)나 수지 등에 의해 소정 형상으로 성형되고, 가로구멍으로부터 나사결합한 고정나사(35)(육각구멍 부착)로 스템(26)의 상부(36)에 고착되어 있고, 도시하고 있지 않지만, 개폐 표시반(34)을 밸브 상측으로부터 용이하게 시인 가능하게 설치되어 있다. 또한 스템(26)의 하부(37)에는, 접시 스프링(38)과 가압 부재(39)(다이아프램 피스)가 설치되어 있다. 따라서, 본 예의 승강 이동 부재는 스템(26), 핸들(27), 접시 스프링(38), 가압 부재(39)로 구성되어 있다.

도 1에 있어서, 스템(26)은 스테인리스(SUS303) 등의 금속에 의해 대략 봉 형상으로 형성되고, 스템(26)의 외주면에는 캡(22)의 내주면에 설치된 암나사부(40)에 나사결합 가능한 수나사부(41)가 설치되어 있고, 이 수나사부(41)가 암나사부(40)에 대하여 진퇴함으로써, 승강 이동 부재가 스템 스트로크의 범위에서 승강 이동 가능하게 되어 있다. 스템(26)과 캡(22) 사이에는 O링(42)이 설치되어 있고, 스템(26)과 캡(22) 사이를 실링함과 아울러, 스템(26)의 캡(22) 내에서의 슬라이딩(회동)을 원활하게 하고 있다. 또한, 스템(26)의 하부(37)에는 접시 스프링(38)이 설치되고, 스템(26)의 단차부(43)와 가압 부재(39) 사이를 탄성반발(가압 부재(39)를 다이아프램(1)을 향하여 탄성반발)하고 있다. 또한, 가압 부재(39)와 스템(26)의 하단부 사이에는 소정의 클리어런스가 확보되어 있다.

가압 부재(39)는 스테인리스(SUS304) 등의 금속을 재질로 하여, 다이아프램(1)에 다이렉트 터치 가능하게 밸브에 설치되어 있고, 스템(26)(접시 스프링(38))의 회전 스러스트가 다이아프램(1)에 전달되지 않도록 하는 베어링 기구로서의 작용을 가짐과 아울러, 스템(26)과 가압 부재(39) 사이나, 다이아프램(1)과 밸브좌(3) 사이 등에 어느 정도 미스 얼라인먼트가 있는 경우이더라도 가압 부재(39)의 탄성 변형에 의해 오차를 흡수 내지 보정하여, 이것에 의해 밸브 폐쇄시의 밸브좌 시트부(8)에 있어서의 씨일 면압을 둘레 방향으로 균일하게 하는 작용도 갖는다.

또한, 밸브 폐쇄했을 때, 주로 다이아프램(1)의 씨일면과 외측 주위(7) 사이의 영역에 응력 집중하도록 변형하지만, 이 변형된 다이아프램(1)은 가능한 한 가압 부재(39)나 요면부(29)에 부딪히지 않고 자유롭게 변형할 수 있도록 공간이 확보되어 있으면, 강제적인 변형에 의해 다이아프램(1)이 부담하는 불필요한 응력이 저감되어, 응력 집중에 의한 열화나 파괴도 저감되어, 다이아프램(1)의 수명이 향상되기 때문에 적합하다. 이 때문에, 예를 들면, 중심 대칭적인 볼록 곡면 형상으로 형성되어 있는 다이아프램에 접촉하는 가압면부(44)의 형상을, 실링성을 손상시키지 않는 범위에서 중심측보다 외측 가장자리측의 곡률을 크게 하여 외측 가장자리측의 커브를 크게 형성하고, 이러한 형상에 의해 다이아프램(1)의 자유로운 변형을 허용하는 공간(간극(G))을 확보하도록 해도 된다.

계속해서, 본 실시형태의 작용을 설명한다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 발명의 다이아프램 밸브는 다이아프램(1)을 스템(26)의 승강 이동에 의해 밸브실을 개폐 자유롭게 설치한 다이아프램 밸브이며, 동 도면의 좌측 절반은 완전 개방 상태를 나타내고, 우측 절반은 완전 폐쇄 상태를 나타내고 있다.

도 1에 있어서, 밸브의 완전 개방으로부터 완전 폐쇄까지의 동작을 설명하면, 완전 개방 상태의 핸들(27)을 회동시킴으로써, 스템(26)이 동반 회전하여 수나사부(41)가 캡(22)의 암나사부(40)를 강하하고, 이 강하에 의해 스템(26)의 단차부(43)가 접시 스프링(38)을 거의 비회전 상태를 유지하면서 아래로 밀어 내리고, 이 접시 스프링(38)의 강하에 의해 가압 부재(39)가 하방으로 탄성반발됨으로써 다이아프램(1)을 아래를 향하여 가압하고, 자연 상태이었던 다이아프램(1)의 중심측을 밸브좌 시트부(8)를 향하여 서서히 움푹 들어가게 하여 변형해 갈 수 있다. 이 변형량에 따라 밸브 입구 단면적이 규정되어, 핸들(27)(스템(26))을 스트로크 도중에 걸어지게 함으로써 소정 범위의 유량 조정도 가능하다. 핸들(27)을 더욱 회동하면, 다이아프램(1)이 더욱 가압 변형되어 밸브 입구 단면적이 좁아져 가고, 최종적으로는 다이아프램(1)의 씨일면이 밸브좌 시트부(8)에 밀착하여 밸브의 완전 폐쇄 상태가 된다.

도 5(a)에 도시하는 바와 같이, 밸브 개방시에는 입구 세로구멍 유로(11)로부터 유입된 유체는 다이아프램(1)에 부딪혀 대략 직각 방향으로 확산하도록 밸브실(2)측으로 유입되지만, 그 밸브 입구 단면적은 도 5(b)에 도시한 스템 스트로크가 동일한 정도의 종래의 밸브의 밸브 입구 단면적에 비교하여 크게 확보되어 있다. 또한, 기본적으로는 방향성 없이 밸브실(2) 내로 유체는 유입되므로, 도 3에 도시하는 바와 같이, 고르게 밸브실(1)의 깊은 홈(16) 내로 유체가 유입되고, 이 유체는 깊은 홈(16)에 연통하도록 1개소에 설치된 출구 세로구멍 유로(17)의 개구부(18)로 2방향에서 향하게 된다.

따라서, 적어도 밸브의 유량 균형을 생각함에 있어서는, 입구 세로구멍 유로(11)로부터 밸브실(2)로 유입되는 유량은 2분할되고, 이것들이 각각 동일하도록 하여 2방향으로부터 1개소의 출구 세로구멍 유로(17)에 유입된다고 생각할 수 있으므로, 깊은 홈(16)의 유로 단면적은 입구 세로구멍 유로(11)의 단면적의 1/2 이상으로 확보함으로써, 유입 유로(5)와 밸브실(2) 사이의 유량 수지를 정합시킬 수도 있다. 마찬가지로, 출구 세로구멍 유로(17)의 단면적을 입구 세로구멍 유로(11)의 단면적과 동일한 정도로 설정해 두면, 유입 유로(5)와 유출 유로(6) 사이의 유량 수지를 정합시킬 수도 있다.

이 다이아프램 밸브는 CVD, ALD, 에칭 장치 등의 반도체 제조 장치의 가스 유로에 설치되는 유체 제어 기기에 적용된다. 이 유체 제어 기기는 가스 유로의 도중에 설치되고, 압력 센서, 체크 밸브, 레귤레이터, 매스 플로우 콘트롤러 혹은 본 예에서의 다이아프램 밸브인 개폐 밸브나 그 밖의 부품으로 구성되어 있다. 특히, 본 예의 다이아프램 밸브를 이 유체 제어 기기에 적용함으로써, 컴팩트하면서 유량을 최대한으로 흘리는 것이 가능하며, 게다가 내압성도 우수한 다이아프램 밸브를 포함하는 유체 제어 기기를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 실시형태의 기재에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 특허청구범위에 기재되어 있는 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 변경을 할 수 있는 것이다.

1 다이아프램
2 밸브실
3 밸브좌
4 보디
5 유입 유로
6 유출 유로
7 외측 주위
8 밸브좌 시트부
9 중앙 영역
10 경계 영역
11 입구 세로구멍 유로
15 외주측
16 깊은 홈
17 출구 세로구멍 유로
18 개구부
26 스템

Claims (5)

1. 유입 유로와 유출 유로를 가지는 보디의 밸브실에, 외측 주위가 가압된 다이아프램과, 밸브좌 시트부가 설치되고, 상기 다이아프램이 스템의 승강 이동에 의해 상기 밸브실을 개폐 자유롭게 설치된 다이아프램 밸브로서,
   상기 다이아프램은,
   상기 밸브좌 시트부를 실링하는 위치에 설치되고, 평면 형상의 제1 곡률반경을 가지고 원 형상의 연속 곡면 영역인 중앙 영역과,
   제2 곡률반경을 가지고 상기 중앙 영역의 외주측을 포위하도록 형성된 환상 곡면 영역인 경계 영역을 갖추고,
   상기 제1 곡률반경은 상기 제2 곡률반경보다 크고,
   상기 다이아프램의 비가압 상태에서, 상기 밸브좌 시트부의 내측 가장자리로부터 상기 중앙 영역의 하면까지의 이간 거리를 제1 거리, 상기 밸브좌 시트부의 외측 가장자리로부터 상기 경계 영역의 하면까지의 이간 거리를 제2 거리로 하고,
   상기 제1 곡률반경, 상기 제2 곡률반경 및 상기 중앙 영역의 외경은, 상기 다이아프램이 비가압 상태일 때, 상기 제1 거리 및 상기 제2 거리가 서로 동일하게 되도록 설정되고,
   상기 밸브좌 시트부의 외주측의 상기 밸브실에 홈이 설치되고, 이 홈은 상기 유출 유로와 연통하는 출구 세로구멍 유로를 가지고, 이 출구 세로구멍 유로의 개구는 상기 유출 유로를 따른 단면 내에서 원호 형상의 긴 구멍 형상을 가지고 있고,
   상기 유입 유로와 상기 밸브실의 사이에 이것들을 연통시키는 입구 세로구멍 유로가 설치되고, 상기 홈의 유로 단면적은 상기 입구 세로구멍 유로의 단면적의 1/2 이상으로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아프램 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보디에, 상기 다이아프램의 외측 주위를 실링하는 다이아프램 씨일부가 설치되고, 이 다이아프램 씨일부의 내주측에 이 다이아프램 씨일부의 상면을 향해 경사지도록 상기 홈의 외주면이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 다이아프램 밸브.
3. 반도체 제조 장치용 유량 제어 기기로서, 제1항 또는 제2항에 기재된 상기 다이아프램 밸브가 상기 반도체 제조 장치의 가스 유로에 적용되는 유량 제어 기기로서 사용되는 반도체 제조 장치용 유량 제어 기기.
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