KR102478314B1 - 유량제어용 삼방 밸브 및 이것을 이용한 온도제어 장치 - Google Patents

Abstract

밸브몸체와 밸브포트 형성 부재의 접촉에 기인한 밸브몸체의 구동 토크의 상승을 억제한다. 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트(9)와 제2 밸브포트(18)가 형성되며, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(8)를 가지는 밸브 본체(6)와, 밸브 본체(6)에 장착되어 제1 및 제2 밸브포트(9)(18)를 각각 형성하는 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재(70)(80)와, 밸브 본체(6)의 밸브시트(8) 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 제1 밸브포트(9)를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환함과 동시에 제2 밸브포트(18)를 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환하는 개구부(44)가 형성된 원통 형상의 밸브몸체(34)와, 밸브몸체(34)와 밸브시트(8)의 간극으로부터 누설된 상기 유체의 압력을 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재(70)(80)에 작용시키고, 밸브몸체(34)가 제1 및 제2 밸브포트(9)(18)를 개폐할 때에 밸브몸체(34)의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부(94)(96)와, 밸브몸체(34)를 회전 구동하는 구동 수단(3)을 구비한다.

Description

유량제어용 삼방 밸브 및 이것을 이용한 온도제어 장치

본 발명은 유량제어용 삼방 밸브 및 이것을 이용한 온도제어 장치에 관한 것이다.

종래, 유량제어용 삼방 밸브에 관한 기술로서, 본 출원인은 특허문헌 1 등에 개시된 것을 이미 제안하고 있다.

특허문헌 1은 제1 유체가 유입되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 제2 유체가 유입되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성되며, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(valve seat)를 가지는 밸브 본체와, 상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환하도록 상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 미리 정해진 중심각을 가지는 반원통 형상으로 형성되면서 둘레방향을 따른 양 단면(端面)이 곡면 형상으로 형성된 밸브몸체(valve body)와, 상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 구비하도록 구성한 것이다.

일본 특허공보 특허제6104443호

본 발명은 밸브몸체와 밸브시트의 간극으로부터 누설된 유체의 압력을 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 밸브몸체가 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부를 가지지 않은 경우와 비교하여, 밸브몸체와 밸브포트 형성 부재의 접촉에 기인한 밸브몸체의 구동 토크의 상승을 억제하는 것이 가능한 유량제어용 삼방 밸브 및 이것을 이용한 온도제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명은 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 상기 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성되며, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트를 가지는 밸브 본체와,

상기 밸브 본체에 장착되어 상기 제1 및 제2 밸브포트를 각각 형성하는 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재와,

상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환하는 개구부가 형성된 원통 형상의 밸브몸체와,

상기 밸브몸체와 상기 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 상기 밸브몸체가 상기 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부와,

상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브이다.

청구항 2에 기재된 발명은 제1 유체가 유입되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 제2 유체가 유입되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성되며, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트를 가지는 밸브 본체와,

상기 밸브 본체에 장착되어 상기 제1 및 제2 밸브포트를 각각 형성하는 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재와,

상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환하는 개구부가 형성된 원통 형상의 밸브몸체와,

상기 밸브몸체와 상기 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 제1 및 제2 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 상기 밸브몸체가 상기 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부와,

상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브이다.

청구항 3에 기재된 발명은 제1항에 있어서, 상기 압력 작용부는 상기 밸브몸체와 상기 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재의 상기 밸브몸체와 반대 측의 면에 작용시키고, 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 의해 상기 밸브몸체를 지지함으로써, 상기 제1 및 제2 밸브포트로부터 유출 또는 유입되는 유체의 압력 차에 의해 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브이다.

청구항 4에 기재된 발명은 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 작용부는 상기 제1 및 제2 밸브포트를 유통하는 유체와 구획되는 유량제어용 삼방 밸브이다.

청구항 5에 기재된 발명은 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재는 상기 밸브몸체에 대하여 접리(接離)하는 방향으로 이동이 자유롭게 장착되고,

상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재의 상기 밸브몸체와 반대 측의 면을 밀어 움직임으로써 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재의 위치를 조정하는 조정 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브이다.

청구항 6에 기재된 발명은 제1항에 있어서, 상기 밸브 본체는 상기 밸브 본체에 대하여 유체를 유통시키는 부재를 접속하기 위한 접속 부재와,

상기 접속 부재와 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재 사이를 밀봉한 상태로 접속하는 제1 및 제2 유로 형성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브이다.

청구항 7에 기재된 발명은 제5항에 있어서, 상기 조정 부재는 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재가 상기 밸브몸체에 대하여 접리하는 방향으로 이동하는 것을 허용하는 탄성 부재를 통해 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재를 밀어 움직이는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브이다.

청구항 8에 기재된 발명은 혼합비가 조정된 저온 측 유체 및 고온 측 유체로 이루어지는 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로를 가지는 온도제어 수단과,

저온 측의 미리 정해진 제1 온도로 조정된 상기 저온 측 유체를 공급하는 제1 공급 수단과,

고온 측의 미리 정해진 제2 온도로 조정된 상기 고온 측 유체를 공급하는 제2 공급 수단과,

상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 접속되고, 상기 제1 공급 수단으로부터 공급되는 상기 저온 측 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 공급되는 상기 고온 측 유체를 혼합하여 상기 온도제어용 유로에 공급하는 혼합 수단과,

상기 온도제어용 유로를 유통한 온도제어용 유체를 상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 유량을 제어하면서 분배하는 유량제어 밸브를 구비하고,

상기 유량제어 밸브로서 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유량제어용 삼방 밸브를 이용한 것을 특징으로 하는 온도제어 장치이다.

청구항 9에 기재된 발명은 혼합비가 조정된 저온 측 유체 및 고온 측 유체로 이루어지는 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로를 가지는 온도제어 수단과,

저온 측의 미리 정해진 제1 온도로 조정된 상기 저온 측 유체를 공급하는 제1 공급 수단과,

고온 측의 미리 정해진 제2 온도로 조정된 상기 고온 측 유체를 공급하는 제2 공급 수단과,

상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 접속되고, 상기 제1 공급 수단으로부터 공급되는 상기 저온 측 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 공급되는 상기 고온 측 유체를 혼합비를 조정하여 상기 온도제어용 유로에 흐르게 하는 유량제어 밸브를 구비하고,

상기 유량제어 밸브로서 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유량제어용 삼방 밸브를 이용한 것을 특징으로 하는 온도제어 장치이다.

본 발명에 의하면, 밸브몸체와 밸브시트의 간극으로부터 누설된 유체의 압력을 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 밸브몸체가 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부를 가지지 않은 경우와 비교하여, 밸브몸체와 밸브포트 형성 부재의 접촉에 기인한 밸브몸체의 구동 토크의 상승을 억제하는 것이 가능한 유량제어용 삼방 밸브 및 이것을 이용한 온도제어 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 정면도, 동 우측면도 및 엑추에이터부의 저면도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 도 2(b)의 A-A선 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 도 2(a)의 B-B선 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 도 2(a)의 C-C선 단면도이다.
도 6은 밸브 본체를 나타내는 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 주요부의 단면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 주요부의 분해 사시도이다.
도 9는 밸브시트를 나타내는 구성도이다.
도 10은 밸브시트와 밸브축의 관계를 나타내는 구성도이다.
도 11은 웨이브 와셔(wave washer)를 나타내는 구성도이다.
도 12는 조정 링을 나타내는 사시 구성도이다.
도 13은 밸브축의 동작을 나타내는 구성도이다.
도 14는 밸브축을 나타내는 구성도이다.
도 15는 밸브축의 동작을 나타내는 구성도이다.
도 16은 밸브축의 동작을 나타내는 구성도이다.
도 17은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브의 동작을 나타내는 단면 구성도이다.
도 18은 본 발명의 실시형태 2에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 단면 구성도이다.
도 19는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 적용한 항온 유지 장치(칠러 장치)를 나타내는 개념도이다.
도 20은 본 발명의 실시형태 2에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 적용한 항온 유지 장치(칠러 장치)를 나타내는 개념도이다.

이하에 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

[실시형태 1]

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 외관 사시도, 도 2(a)(b)(c)는 정면도, 동 우측면도 및 엑추에이터부의 저면도, 도 3은 도 2(b)의 A-A선 단면도, 도 4는 도 2(a)의 B-B선 단면도, 도 5는 도 2(a)의 C-C선 단면도, 도 6은 삼방 밸브형 모터 밸브의 밸브 본체를 나타내는 단면도, 도 7은 삼방 밸브형 모터 밸브의 주요부를 나타내는 단면 사시도, 도 8은 삼방 밸브형 모터 밸브의 주요부를 나타내는 분해 사시도이다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 회전형 3방향 밸브로 구성된다. 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 크게 나누어 하부에 배치된 밸브부(2)와 상부에 배치된 엑추에이터부(3)와, 밸브부(2)와 엑추에이터부(3) 사이에 배치된 실링(sealing)부(4) 및 커플링부(5)로 구성된다.

밸브부(2)는 도 2 내지 도 8에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 대략 직방체 형상으로 형성된 밸브 본체(6)를 구비한다. 밸브 본체(6)에는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 그 한쪽의 측면(도시예에서는 좌측면)에 유체가 유출되는 제1 유출구(7)와, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(8)에 연통되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트(9)가 각각 마련된다.

본 실시형태에서는 제1 유출구(7) 및 제1 밸브포트(9)를 밸브 본체(6)에 직접 마련하는 것이 아닌, 제1 밸브포트(9)를 형성한 제1 밸브포트 형성 부재의 일례인 제1 밸브시트(70)와, 제1 유출구(7)를 형성하는 제1 유로 형성 부재(15)를 밸브 본체(6)에 장착함으로써 제1 유출구(7) 및 제1 밸브포트(9)를 마련한다.

제1 밸브시트(70)는 도 9에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)의 내측에 배치되고 각통(角筒) 형상으로 형성된 각통부(71)와, 밸브 본체(6)의 외측에 배치되고 원통 형상으로 형성된 원통부(72)와, 각통부(71)와 원통부(72) 사이에 원통부(72) 측을 향해 외경이 커지도록 배치된 테이퍼부(73)를 일체적으로 구비한다. 제1 밸브시트(70)의 각통부(71)의 내부에는 직사각형상(본 실시형태에서는 정방형상)의 절단면을 가지는 각기둥 형상의 제1 밸브포트(9)가 형성된다. 또한, 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 내부에는 제1 유출구(7)를 형성하는 제1 유로 형성 부재(15)의 일단부(一端部)가 밀봉된 상태로 삽입되도록 구성된다. 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)와 제1 유로 형성 부재(15) 사이는 도 4에 나타내는 바와 같이, O링(15a)에 의해 밀봉된다. 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 내주면(內周面)에는 도 9에 나타내는 바와 같이, O링(15a)을 수용하는 오목홈(75)이 마련된다.

제1 밸브시트(70)의 재료로는 예를 들면, 이른바 "슈퍼 엔지니어링 플라스틱"이 사용된다. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 통상의 엔지니어링 플라스틱을 상회하는 내열성이나 고온 시의 기계적 강도를 가지는 것이다. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드이미드(PAI), 액정 폴리머(LCP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 혹은 이들의 복합 재료 등을 들 수 있다. 한편, 제1 밸브시트(70)의 재료로는 예를 들면, 엔징거 재팬 가부시키가이샤 제품의 절삭가공용 PEEK 수지 소재인 "TECAPEEK"(등록상표), 특히 10% PTFE를 배합하여 미끄럼성이 뛰어난 "TECAPEEK TF 10 blue"(상품명) 등이 알맞게 사용된다.

밸브 본체(6)에는 도 6 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 제1 밸브시트(70)의 외부 형상에 대응하고 상기 밸브시트(70)와 상사(相似) 형상의 오목부분(76)이 절삭가공 등에 의해 형성된다. 오목부분(76)은 제1 밸브시트(70)의 각통부(71)에 대응한 각통부(76a)와 원통부(72)에 대응한 원통부(76b)와 테이퍼부(73)에 대응한 테이퍼부(76c)를 구비한다. 밸브 본체(6)의 원통부(76b)는 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)보다 길이가 길게 설정된다. 밸브 본체(6)의 원통부(76b)는 후술하는 바와 같이, 제1 압력 작용부(94)를 형성한다. 제1 밸브시트(70)는 밸브 본체(6)의 오목부분(76)에 대하여 밸브몸체로서의 밸브축(34)에 접리하는 방향으로 미소(微小)한 거리지만 이동이 자유롭게 장착된다.

제1 밸브시트(70)는 밸브 본체(6)의 오목부분(76)에 장착된 상태로, 제1 밸브시트(70)의 외주면(外周面)과 밸브 본체(6)의 오목부분(76)의 내주면 사이에는 미소한 간극이 형성된다. 밸브시트(8)의 내부에 유입된 유체는 제1 밸브시트(70)의 바깥둘레 영역에 미소한 간극을 통해 누설되어 유입 가능해진다. 또한, 제1 밸브시트(70)의 바깥둘레 영역으로 누설된 유체는 상기 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 외측에 위치하는 공간으로 이루어지는 제1 압력 작용부(94)에 도입된다. 이 제1 압력 작용부(94)는 유체의 압력을 제1 밸브시트(70)의 밸브축(34)과 반대 측의 면(70a)에 작용시키는 것이다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제1 밸브포트(9)를 통해 유출되는 유체 외에, 후술하는 바와 같이 제2 밸브포트(18)를 통해 유출되는 유체이다. 제1 압력 작용부(94)는 제1 유출구(7)와의 사이가 제1 유로 형성 부재(15)에 의해 밀봉된 상태로 구획된다.

밸브시트(8)의 내부에 배치된 밸브축(34)에 작용하는 유체의 압력은 밸브축(34)의 개폐 정도에 의한 유체의 유량에 의존한다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제1 밸브포트(9)와 제2 밸브포트(18)를 통해 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로도 흘러 들어간다(새어 들어간다). 따라서, 제1 밸브시트(70)에 대응한 제1 압력 작용부(94)에는 제1 밸브포트(9)로부터 유출되는 유체 이외에, 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로 흘러 들어간 제2 밸브포트(18)로부터 유출되는 유체도 흘러 들어간다(새어 들어간다).

또한, 제1 밸브시트(70)의 테이퍼부(73)와 오목부분(76)의 테이퍼부(76c) 사이에는 도 3, 도 4 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 미소한 간극이 형성된다. 그 결과, 밸브 본체(6)의 오목부분(76)은 제1 밸브시트(70)를 장착한 상태로, 테이퍼부(73)와 오목부분(76)의 테이퍼부(76c) 사이의 미소한 간극에 대응한 거리만큼, 상기 밸브시트(70)가 밸브 본체(6)의 내외방향을 따라 수 100㎛~수 ㎜ 정도에 걸쳐 이동(변위)이 자유로우며, 밸브시트(70)의 장착 위치를 조정할 수 있게 된다.

제1 밸브시트(70)의 각통부(71)의 선단에는 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)에 형성된 원기둥 형상의 밸브시트(8)에 대응한 원기둥 형상의 곡면의 일부를 이루고 평면이 원호(圓弧) 형상인 간극 축소부의 일례로서의 오목부(74)가 마련된다. 오목부(74)의 곡률 반경(R)은 밸브시트(8)의 곡률 반경 또는 밸브축(34)의 곡률 반경과 대략 동일한 값으로 설정된다. 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)는 후술하는 바와 같이, 상기 밸브시트(8)의 내부에서 회전하는 밸브축(34)의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과의 사이에 약간의 간극을 형성한다. 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)는 도 10에 나타내는 바와 같이, 상기 제1 밸브시트(70)를 밸브 본체(6)에 장착한 상태로 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)보다 밸브축(34) 측으로 돌출되도록 장착되거나, 또는 밸브축(34)의 외주면에 접촉하도록 장착된다. 그 결과, 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)과 대향하는 부재로서의 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내면의 간극(G)은 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)가 돌출된 부분만큼 밸브시트(8)의 다른 부분과 비교하여 부분적으로 축소된 값으로 설정된다. 이와 같이, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)은 밸브축(34)과 밸브시트(8)의 내면의 간극(G2)보다 좁은(작은) 필요값(G1＜G2)으로 설정된다. 한편, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)은 밸브시트(70)의 오목부(74)가 밸브축(34)에 접촉한 상태, 즉 간극이 없는 상태(간극(G1)=0)여도 된다.

단, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)가 밸브축(34)에 접촉하는 경우에는 밸브축(34)을 회전 구동할 때에 오목부(74)의 접촉 저항에 의해 밸브축(34)의 구동 토크가 상승될 우려가 있다. 그 때문에, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)가 밸브축(34)에 접촉하는 정도는 밸브축(34)의 회전 토크를 고려하여 조정된다. 즉, 밸브축(34)의 구동 토크가 증가하지 않거나, 증가해도 그 증가량이 작고, 밸브축(34)의 회전에 지장이 없을 정도로 조정된다.

제1 유로 형성 부재(15)는 도 8에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 비교적 얇은 두께의 원통 형상으로 형성된다. 제1 유로 형성 부재(15)는 제1 밸브시트(70)의 위치 변동에 관계 없이, 제1 밸브포트(9)에 연통된 제1 유출구(7)를 내부에 형성한다.

제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 축방향을 따른 외측에는 상기 제1 밸브시트(70)가 밸브축(34)에 대하여 접리하는 방향으로 변위하는 것을 허용하면서, 상기 제1 밸브시트(70)를 밸브축(34)에 대하여 접리하는 방향으로 이동하는 것을 허용하는 탄성 부재의 일례로서의 제1 웨이브 와셔(물결 형상 와셔)(16)가 마련된다. 제1 웨이브 와셔(16)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 스테인리스나 철, 혹은 인청동 등으로 이루어지고, 정면에 투영한 형상이 필요한 폭을 가지는 원환(圓環) 형상으로 형성된다. 또한, 제1 웨이브 와셔(16)는 측면 형상이 웨이브 형상(물결 형상)으로 형성되고, 그 두께방향을 따라 탄성 변형이 가능해진다. 제1 웨이브 와셔(16)의 탄성률은 두께나 재질, 혹은 물결의 수 등에 의해 결정된다. 제1 웨이브 와셔(16)는 제1 압력 작용부(94)에 수용된다.

더욱이, 제1 웨이브 와셔(16)의 외측에는 상기 제1 웨이브 와셔(16)를 통해 밸브축(34)과 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)의 간극(G1)을 조정하는 조정 부재의 일례로서의 제1 조정 링(77)이 배치된다. 제1 조정 링(77)은 도 12에 나타내는 바와 같이, 내열성을 가지는 합성 수지 또는 금속에 의해 외주면에 수나사(77a)가 형성되고 상대적으로 길이가 짧게 설정된 원통 형상의 부재로 이루어진다. 제1 조정 링(77)의 외측의 단면에는 상기 제1 조정 링(77)을 밸브 본체(6)에 마련된 암나사부(78)에 조여서 장착할 때에, 조임량을 조정하기 위한 도시하지 않은 지그(jig)를 고정하여 상기 제1 조정 링(77)을 회전시키기 위한 오목홈(77b)이 180도 대향하는 위치에 각각 마련된다.

밸브 본체(6)에는 도 6에 나타내는 바와 같이, 제1 조정 링(77)을 장착하기 위한 제1 암나사부(78)가 마련된다. 밸브 본체(6)의 개구 단부(端部)에는 바깥둘레를 향해 직경이 확대되도록 테이퍼부(79)가 마련된다. 테이퍼부(79)에는 O링(79a)이 개재된다.

제1 조정 링(77)은 밸브 본체(6)의 암나사부(78)에 대한 조임량을 조정함으로써 상기 제1 조정 링(77)이 제1 웨이브 와셔(16)를 통해 제1 밸브시트(70)를 내측을 향해 밀어 움직이는 양(거리)을 조정하는 것이다. 제1 조정 링(70)의 조임량을 증가시키면, 제1 밸브시트(70)는 도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 조정 링(77)에 의해 제1 웨이브 와셔(16)를 통해 밀리고, 오목부(74)가 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되어 밸브축(34)에 근접하는 방향으로 변위되며, 상기 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)이 감소된다. 또한, 제1 조정 링(77)의 조임량을 미리 적은 양으로 설정하면, 제1 밸브시트(70)는 제1 조정 링(77)에 의해 밀려 움직이는 거리가 감소하고, 밸브축(34)으로부터 이간된 위치에 배치되며, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)이 상대적으로 증대된다. 제1 조정 링(77)의 수나사(77a) 및 밸브 본체(6)의 암나사부(78)는 그 피치가 작게 설정되고, 제1 밸브시트(70)의 돌출량을 미세 조정할 수 있게 구성된다.

또한, 밸브 본체(6)의 일측면에는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 유체를 유출시키는 도시하지 않은 배관 등을 접속하기 위해 접속 부재의 일례로서의 제1 플랜지 부재(10)가 4개의 육각구멍이 있는 볼트(11)에 의해 장착된다. 도 8 중 부호 11a는 육각구멍이 있는 볼트(11)가 체결되는 나사 구멍을 나타낸다. 제1 플랜지 부재(10)는 밸브 본체(6)와 마찬가지로 SUS 등의 금속에 의해 형성된다. 제1 플랜지 부재(10)는 밸브 본체(6)의 측면 형상과 대략 동일한 측면이 직사각형상으로 형성된 플랜지부(12)와, 플랜지부(12)의 내측면에 원통 형상으로 돌출되어 마련된 삽입부(13)(도 3 참조)와, 플랜지부(12)의 외측면에 두꺼운 두께의 대략 원통 형상으로 돌출되어 마련되고, 도시하지 않은 배관이 접속되는 배관 접속부(14)를 가진다. 제1 플랜지 부재(10)의 삽입부(13)와 제1 유로 형성 부재(15) 사이는 도 4에 나타내는 바와 같이, O링(13a)에 의해 밀봉된다. 제1 플랜지 부재(10)의 삽입부(13)의 내주면에는 O링(13a)을 수용하는 오목홈(13b)이 마련된다. 배관 접속부(14)의 안둘레는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 21㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/2이나 직경 약 0.58인치의 암나사로 설정된다. 한편, 배관 접속부(14)의 형상은 테이퍼 암나사 혹은 암나사에 한정되는 것은 아니며, 튜브를 장착하는 튜브 피팅 등이어도 되고, 제1 유출구(7)로부터 유체를 유출할 수 있는 것이면 된다.

밸브 본체(6)에는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 그 다른 쪽의 측면(도면 중 우측면)에 유체가 유출되는 제2 유출구(17)와, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(8)에 연통되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트(18)가 각각 마련된다.

본 실시형태에서는 제2 유출구(17) 및 제2 밸브포트(18)를 밸브 본체(6)에 직접 마련하는 것이 아닌, 제2 밸브포트(18)를 형성한 밸브포트 형성 부재의 일례로서의 제2 밸브시트(80)와, 제2 유출구(17)를 형성한 제2 유로 형성 부재(25)를 밸브 본체(6)에 장착함으로써 제2 유출구(17) 및 제2 밸브포트(18)를 마련한다.

제2 밸브시트(80)는 도 9에 부호를 괄호 붙임으로 나타내는 바와 같이, 제1 밸브시트(70)와 마찬가지로 구성된다. 즉, 제2 밸브시트(80)는 밸브 본체(6)의 내측에 배치되는 각통 형상으로 형성된 각통부(81)와, 밸브 본체(6)의 외측에 배치되는 원통 형상으로 형성된 원통부(82)와, 각통부(81)와 원통부(82) 사이에 원통부(82) 측을 향해 외경이 커지도록 배치된 테이퍼부(83)를 일체적으로 구비한다. 제2 밸브시트(80)의 각통부(81)의 내부에는 직사각형상(본 실시형태에서는 정방형상)의 절단면을 가지는 각기둥 형상의 제2 밸브포트(18)가 형성된다. 또한, 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 내부에는 제2 유출구(17)를 형성하는 제2 유로 형성 부재(25)의 일단부가 밀봉된 상태로 삽입되도록 배치된다. 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)와 제2 유로 형성 부재(25) 사이는 도 4에 나타내는 바와 같이, O링(25a)에 의해 밀봉된다. 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 내주면에는 도 9에 나타내는 바와 같이, O링(25a)을 수용하는 오목홈(85)이 마련된다.

밸브 본체(6)에는 도 6 및 도 7에 도시되는 바와 같이, 제2 밸브시트(80)의 외부 형상에 대응하고 상기 밸브시트(80)와 상사 형상의 오목부분(86)이 절삭가공 등에 의해 형성된다. 오목부분(86)은 제2 밸브시트(80)의 각통부(81)에 대응한 각통부(86a)와 원통부(82)에 대응한 원통부(86b)와 테이퍼부(83)에 대응한 테이퍼부(86c)를 구비한다. 밸브 본체(6)의 원통부(86b)는 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)보다 길이가 길게 설정된다. 밸브 본체(6)의 원통부(86b)는 후술하는 바와 같이, 제2 압력 작용부(96)를 형성한다. 제2 밸브시트(80)는 밸브 본체(6)의 오목부분(86)에 대하여 밸브몸체로서의 밸브축(34)에 접리하는 방향으로 미소한 거리지만 이동이 자유롭게 장착된다.

제2 밸브시트(80)는 밸브 본체(6)의 오목부분(86)에 장착된 상태로, 밸브시트(80)의 각통부(81)와 밸브 본체(6)의 각통부(86a) 사이에는 미소한 간극이 형성된다. 밸브시트(8)의 내부에 유입된 유체는 미소한 간극을 통해 제2 밸브시트(80)의 바깥둘레 영역으로 유입할 수 있게 된다. 또한, 제2 밸브시트(80)의 바깥둘레 영역으로 유입된 유체는 상기 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 외측에 위치하는 공간으로 이루어지는 제2 압력 작용부(96)에 도입된다. 이 제2 압력 작용부(96)는 유체의 압력을 제2 밸브시트(80)의 밸브축(34)과 반대 측의 면(80a)에 작용시키는 것이다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제2 밸브포트(18)를 통해 유출되는 유체 외에, 제1 밸브포트(9)를 통해 유출되는 유체가 있다. 제2 압력 작용부(96)는 제2 유출구(17)와의 사이가 제2 유로 형성 부재(25)에 의해 밀봉된 상태로 구획된다.

밸브시트(8)의 내부에 배치된 밸브축(34)에 작용하는 유체의 압력은 밸브축(34)의 개폐 정도에 의한 유체의 유량에 의존한다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제1 밸브포트(9)와 제2 밸브포트(18)를 통해 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로도 흘러 들어간다(새어 들어간다). 따라서, 제2 밸브시트(80)에 대응한 제2 압력 작용부(96)에는 제2 밸브포트(18)로부터 유출되는 유체 이외에 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로 흘러 들어간 제1 밸브포트(9)로부터 유출되는 유체도 유입된다.

또한, 제2 밸브시트(80)의 테이퍼부(83)와 오목부분(86)의 테이퍼부(86c) 사이에는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 미소한 간극이 형성된다. 그 결과, 밸브 본체(6)의 오목부분(86)은 제2 밸브시트(80)를 장착한 상태로, 테이퍼부(83)와 오목부분(86)의 테이퍼부(86c) 사이의 미소한 간극에 대응한 거리만큼, 상기 밸브시트(80)가 밸브 본체(6)의 내외방향을 따라 수 100㎛~수 ㎜ 정도에 걸쳐 이동이 자유로우며, 밸브시트(80)의 장착 위치를 조정할 수 있게 된다. 한편, 제2 밸브시트(80)는 제1 밸브시트(70)와 동일한 재료에 의해 형성된다.

제2 밸브시트(80)의 각통부(81)의 선단에는 도 9(b)에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)에 형성된 원기둥 형상의 밸브시트(8)에 대응한 원기둥 형상의 곡면의 일부를 이루고 평면이 원호 형상인 간극 축소부의 일례로서의 오목부(84)가 마련된다. 오목부(84)의 곡률 반경(R)은 밸브시트(8)의 곡률 반경 또는 밸브축(34)의 곡률 반경과 대략 동일한 값으로 설정된다. 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)는 후술하는 바와 같이, 상기 밸브시트(8)의 내부에서 회전하는 밸브축(34)의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과의 사이에 약간의 간극을 형성한다. 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)는 상기 제2 밸브시트(70)를 밸브 본체(6)에 장착한 상태로 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)보다 밸브축(34) 측으로 돌출되도록 장착되거나 또는 밸브축(34)의 외주면에 접촉하도록 장착된다. 그 결과, 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)과 대향하는 부재로서의 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내면의 간극(G)은 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)가 돌출된 부분만큼 밸브시트(8)의 다른 부분과 비교하여 부분적으로 축소된 값으로 설정된다. 이와 같이, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)은 밸브축(34)과 밸브시트(8)의 내면의 간극(G2)보다 좁은(작은) 필요값(G3＜G2)으로 설정된다. 한편, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)은 밸브시트(80)의 오목부(84)가 밸브축(34)에 접촉한 상태, 즉 간극이 없는 상태(간극(G3)=0)여도 된다.

단, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)가 밸브축(34)에 접촉하는 경우에는 밸브축(34)을 회전 구동할 때에 오목부(84)의 접촉 저항에 의해 밸브축(34)의 구동 토크가 상승될 우려가 있다. 그 때문에, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)가 밸브축(34)에 접촉하는 정도는 초기적으로 밸브축(34)의 회전 토크를 고려하여 조정된다. 즉, 밸브축(34)의 구동 토크가 증가하지 않거나, 증가해도 그 증가량이 작고, 밸브축(34)의 회전에 지장이 없을 정도로 조정된다.

제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 외측에는 상기 제2 밸브시트(80)가 밸브축(34)에 대하여 접리하는 방향으로 변위되는 것을 허용하면서, 상기 제2 밸브시트(80)를 밸브축(34)에 대하여 접촉하는 방향으로 밀어 움직이는 탄성 부재의 일례로서의 제2 웨이브 와셔(파형 와셔)(26)가 마련된다. 제2 웨이브 와셔(26)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 스테인리스나 철, 혹은 인청동 등으로 이루어지고, 정면에 투영한 형상이 필요한 폭을 가지는 원환 형상으로 형성된다. 또한, 제2 웨이브 와셔(26)는 측면 형상이 웨이브 형상(물결 형상)으로 형성되고, 그 두께방향을 따라 탄성 변형이 가능하다. 제2 웨이브 와셔(26)의 탄성률은 두께나 재질, 혹은 물결의 수 등에 의해 결정된다. 제2 웨이브 와셔(26)로는 제1 웨이브 와셔(16)와 동일한 것이 사용된다.

더욱이, 제2 웨이브 와셔(26)의 외측에는 상기 제2 웨이브 와셔(26)를 통해 밸브축(34)과 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)의 간극(G3)을 조정하는 조정 부재의 일례로서의 제2 조정 링(87)이 배치된다. 제2 조정 링(87)은 도 12에 나타내는 바와 같이, 내열성을 가지는 합성 수지 또는 금속에 의해 외주면에 수나사(87a)가 형성된 상대적으로 길이가 짧게 설정된 원통 형상의 부재로 이루어진다. 제2 조정 링(87)의 외측의 단면에는 상기 제2 조정 링(87)을 밸브 본체(6)에 마련된 암나사부(88)에 조여서 장착할 때에, 조임량을 조정하기 위한 도시하지 않은 지그를 고정하여 상기 제2 조정 링(87)을 회전시키기 위한 오목홈(87b)이 180도 대향하는 위치에 각각 마련된다.

밸브 본체(6)에는 도 6 및 도 7에 나타내는 바와 같이, 제2 조정 링(87)을 장착하기 위한 제2 암나사부(88)가 마련된다. 밸브 본체(6)의 개구 단부에는 바깥 둘레를 향해 직경이 확대되도록 테이퍼부(89)가 마련된다. 테이퍼부(89)에는 O링(89a)이 개재된다.

제2 조정 링(87)은 밸브 본체(6)의 암나사부(88)에 대한 조임량을 조정함으로써, 상기 제2 조정 링(87)이 제2 웨이브 와셔(26)를 통해 제2 밸브시트(80)를 내측을 향해 눌러 이동시키는 양(거리)을 조정하는 것이다. 제2 조정 링(87)의 조임량을 증가시키면, 제2 밸브시트(80)는 도 10에 나타내는 바와 같이, 제2 조정 링(87)에 의해 제2 웨이브 와셔(26)를 통해 눌려, 오목부(84)가 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되어 밸브축(34)에 근접하는 방향으로 변위하고, 상기 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)이 감소한다. 또한, 제2 조정 링(87)의 조임량을 미리 적은 양으로 설정하면, 제2 밸브시트(80)는 제2 조정 링(87)에 의해 눌려 이동하는 거리가 감소하고, 밸브축(34)로부터 이간된 위치에 배치되며, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)이 상대적으로 증대된다. 제2 조정 링(87)의 수나사(87a) 및 밸브 본체(6)의 암나사부(88)는 그 피치가 작게 설정되고, 제2 밸브시트(80)의 돌출량을 미세 조정할 수 있게 구성된다.

밸브 본체(6)의 다른 쪽 측면에는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 유체를 유출시키는 도시하지 않은 배관을 접속하기 위해 접속 부재의 일례로서의 제2 플랜지 부재(19)가 4개의 육각구멍이 있는 볼트(20)에 의해 장착된다. 제2 플랜지 부재(19)는 제1 플랜지 부재(10)와 마찬가지로 SUS 등의 금속에 의해 형성된다. 제2 플랜지 부재(19)는 밸브 본체(6)의 측면 형상과 동일한 측면이 직사각형상으로 형성된 플랜지부(21)와, 플랜지부(21)의 내측면에 원통 형상으로 돌출되어 마련된 삽입부(22)와, 플랜지부(21)의 외측면에 두꺼운 두께의 대략 원통 형상으로 돌출되어 마련되고, 도시하지 않은 배관이 접속되는 배관 접속부(23)를 가진다. 제2 플랜지 부재(19)의 삽입부(22)와 제2 유로 형성 부재(25) 사이는 도 4에 나타내는 바와 같이, O링(22a)에 의해 밀봉된다. 제2 플랜지 부재(19)의 삽입부(22)의 내주면에는 O링(22a)을 수용하는 오목홈(22b)이 마련된다. 배관 접속부(23)의 안둘레는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 21㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/2이나, 직경 약 0.58인치의 암나사로 설정된다. 한편, 배관 접속부(23)의 형상은 배관 접속부(14)와 마찬가지로, 테이퍼 암나사 혹은 암나사에 한정되는 것은 아니며, 튜브를 장착하는 튜브 피팅 등이어도 되고, 제2 유출구(17)로부터 유체를 유출할 수 있는 것이면 된다.

한편, 도 3 및 도 4에 나타내는 실시형태에서는 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)를 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)에 걸쳐 장척(長尺)으로 마련한 경우에 대해 도시했는데, 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)는 이보다 짧아도 된다. 즉, 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)는 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 조정 링(77, 87)의 내측에 각각 배치되는 제1 및 제2 밀봉 부재(97, 98)까지 달하는 상대적으로 짧은 길이로 설정해도 된다. 제1 및 제2 조정 링(77, 87)은 제1 및 제2 웨이브 와셔(16, 26)와 마찬가지로, 제1 및 제2 압력 작용부(96)의 내부에 배치된다. 제1 및 제2 조정 링(77, 87)의 내주면 및 외주면에는 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)와의 사이를 밀봉하는 도시하지 않은 O링을 수용하는 오목홈(97a, 98a)이 형성된다. 또한, 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)는 밸브 본체(6)에 마련된 테이퍼부(89)에 개재되는 O링(89a)에 의해 밀봉되는 것이 아닌, 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)의 플랜지부(12, 21)의 내면에 마련된 오목홈(12a, 21a)에 장착되는 O링(79a, 89a)에 의해 밀봉되도록 구성해도 된다.

여기서, 유체로는 예를 들면, 압력이 0~1㎫, 0~80℃ 정도의 온도로 조정된 물(순수(純水) 등) 등이 알맞게 사용된다. 또한, 유체로는 예를 들면, -20~+120℃ 정도의 온도범위에서, -20℃ 정도의 온도에서도 동결되지 않고, +120℃ 정도에서도 비등하지 않는 플로리너트(등록상표) 등의 불소계 불활성 액체, 에틸렌글리콜 등의 유체가 사용된다.

또한, 밸브 본체(6)에는 도 3에 나타내는 바와 같이, 그 하단면에 유체가 유입되는 제3 밸브포트로서 절단면이 원 형상인 유입구(26)가 개구된다. 밸브 본체(6)의 하단면에는 유체를 유입시키는 도시하지 않은 배관을 접속하기 위해 접속 부재의 일례로서의 제3 플랜지 부재(27)가 4개의 육각구멍이 있는 볼트(28)에 의해 장착된다. 유입구(26)의 하단부에는 제3 플랜지 부재(27)를 장착하기 위해 테이퍼 형상으로 지름이 확대된 테이퍼부(26a)를 통해 원통부(26b)가 개구된다. 한편, 유입구(26)의 하단부에는 도 7에 나타내는 바와 같이, 테이퍼부(26a)를 마련하지 않고 원통부(26b)만 마련하도록 구성해도 된다. 제3 플랜지 부재(27)는 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)와 마찬가지로 SUS 등의 금속에 의해 형성된다. 제3 플랜지 부재(27)는 밸브 본체(6)의 하단면 형상보다 작은 평면이 직사각형상으로 형성된 플랜지부(29)와, 플랜지부(29)의 상단면에 원통 형상으로 돌출되어 마련된 삽입부(30)와, 플랜지부(29)의 하단면에 두꺼운 두께의 대략 원통 형상으로 돌출되어 마련되고, 도시하지 않은 배관이 접속되는 배관 접속부(31)를 가진다. 배관 접속부(31)의 안둘레는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 21㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/2이나 직경 약 0.58인치의 암나사로 설정된다. 밸브 본체(6)의 유입구(26)의 하단 안둘레 끝에는 제3 플랜지 부재(27)의 플랜지부(29)와의 사이에 O링(32)을 장착하기 위한 모따기(33)가 되어 있다. 한편, 배관 접속부(31)의 형상은 테이퍼 암나사 혹은 암나사에 한정되는 것이 아니며, 튜브를 장착하는 튜브 피팅 등이어도 되고, 유입구(26)로부터 유체를 유입할 수 있는 것이면 된다. 한편, 제3 플랜지 부재(27)의 플랜지부(29)의 밀봉 구조는 도 7에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)와 마찬가지로, 플랜지부(29)의 내면에 마련된 도시하지 않은 오목홈에 장착되는 O링에 의해 밀봉되도록 구성해도 된다.

밸브 본체(6)의 중앙에는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)를 장착함으로써 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트(9) 및 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트(18)가 마련되는 밸브시트(8)를 구비한다. 밸브시트(8)는 후술할 밸브몸체의 외부 형상에 대응한 원기둥 형상으로 형성된 빈 공간으로 이루어진다. 또한, 밸브시트(8)의 일부는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에 의해 형성된다. 원기둥 형상으로 형성된 밸브시트(8)는 밸브 본체(6)의 상단면에 관통된 상태로 마련된다. 밸브 본체(6)에 마련되는 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 도 13에 나타내는 바와 같이, 원기둥 형상으로 형성된 밸브시트(8)의 중심축(회전축)(C)에 대하여 축대칭으로 배치된다. 추가로 설명하면, 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 원기둥 형상으로 형성된 밸브시트(8)에 대하여 직교하도록 배치되고, 제1 밸브포트(9)의 한쪽의 끝가장자리는 중심축(C)을 통해 제2 밸브포트(18)의 다른 쪽의 끝가장자리와 대향하는 위치(180도 다른 위치)에 개구된다. 또한, 제1 밸브포트(9)의 다른 쪽의 끝가장자리는 중심축(C)을 통해 제2 밸브포트(18)의 한쪽의 끝가장자리와 대향하는 위치(180도 다른 위치)에 개구된다. 한편, 도 13에서는 편의상, 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 간극은 도시가 생략되었다.

또한, 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 도 3 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 상기와 같이, 밸브 본체(6)에 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)를 장착함으로써 형성되는 정방형상 절단면 등의 절단면이 직사각형상으로 형성된 개구부로 이루어진다. 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 그 한 변의 길이가 제1 유출구(7) 및 제2 유출구(17)의 직경보다 작게 설정되고, 상기 제1 유출구(7) 및 제2 유출구(17)에 내접하는 절단면이 직사각형상으로 형성된다.

밸브몸체의 일례로서의 밸브축(34)은 도 14에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 외형이 대략 원기둥 형상으로 형성된다. 밸브축(34)은 크게 나누어, 밸브몸체로서 기능하는 밸브몸체부(35)와, 상기 밸브몸체부(35)의 상하에 각각 마련되어 밸브축(34)을 회전이 자유롭게 지지하는 상하의 축지지부(36, 37)와, 위의 축지지부(36)의 상부에 마련된 실링부(38)와, 실링부(38)의 상부에 테이퍼부(39)를 통해 마련된 커플링부(40)를 일체적으로 구비한다.

상하의 축지지부(36, 37)는 밸브몸체부(35)보다 외경이 작고 동일하거나 다른 직경을 가지도록 설정된 원통 형상으로 각각 형성된다. 아래의 축지지부(37)의 축방향을 따른 길이는 위의 축지지부(36)보다 약간 길게 설정된다. 아래의 축지지부(37)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)에 마련된 밸브시트(8)의 하단부에 베어링(41)을 통해 회전이 자유롭게 지지된다. 밸브시트(8)의 하부에는 베어링(41)을 지지하는 환상의 지지부(42)가 안둘레를 향해 돌출되도록 마련된다. 베어링(41), 지지부(42) 및 제3 밸브포트(26)는 동일한 내경으로 설정되고, 밸브몸체부(35)의 내부에 온도제어용 유체가 저항을 거의 발생시키지 않고 유입되도록 구성된다. 한편, 위의 축지지부(36)에는 스러스트 와셔(thrust washer)(43)가 장착되고, 밸브축(34)이 후술할 실링 케이스(53)에 가압됨으로써 발생하는 부하를 저감시킨다.

또한, 밸브몸체부(35)는 도 3 및 도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구 높이(H1)보다 높이가 낮은 개구 높이(H2)를 가지는 대략 반원통 형상의 개구부(44)가 마련된 원통 형상으로 형성된다. 밸브몸체부(35)의 개구부(44)가 마련된 밸브 동작부(45)는 미리 정해진 중심각(α)(예를 들면, 약 190도)을 가지는 반원통 형상(원통 형상의 부분 중 개구부(44)를 제외한 대략 반원통 형상)으로 형성된다. 밸브 동작부(45)는 개구부(44)의 상하에 위치하는 밸브몸체부(35)를 포함시켜 제1 밸브포트(9)를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환함과 동시에, 제2 밸브포트(18)를 역방향의 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환하도록 밸브시트(8) 내에 또한 밸브시트(8)의 내주면에 금속끼리의 갉음을 방지하기 위해 미소한 간극을 통해 비접촉 상태가 되도록 회전이 자유롭게 배치된다. 밸브 동작부(45)의 상하에 배치된 상하의 밸브축부(46, 47)는 도 14에 나타내는 바와 같이, 밸브 동작부(45)와 동일한 외경을 가지는 원통 형상으로 형성되고, 밸브시트(8)의 내주면에 미소한 간극을 통해 비접촉 상태로 회전이 자유롭다. 밸브 동작부(45) 및 상하의 밸브축부(46, 47), 나아가서는 실링부(38)에 걸친 내부에는 원기둥 형상의 빈 공간(48)이 하단부를 향해 관통한 상태로 마련된다.

또한, 밸브 동작부(45)는 둘레방향(회전방향)을 따른 양 단면(45a, 45b)이 그 중심축(C)과 교차하는(직교하는) 방향을 따른 절단면 형상이 곡면 형상으로 형성된다. 추가로 설명하면, 밸브 동작부(45)는 도 14에 나타내는 바와 같이, 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)의 회전축(C)과 교차하는 절단면 형상이 개구부(44)를 향해 볼록 형상을 이루는 원호 형상으로 형성된다. 양 단부(45a, 45b)의 곡률 반경은 예를 들면, 밸브 동작부(45)의 두께(T)의 1/2로 설정된다. 그 결과, 양 단부(45a, 45b)의 절단면 형상은 반원 형상이 된다.

밸브 동작부(45)는 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)의 회전축(C)과 교차하는 절단면 형상이 원호 형상에 한정되는 것은 아니며, 둘레방향(회전방향)을 따른 양 단면(45a, 45b)이 곡면 형상으로 형성되어도 된다. 밸브 동작부(45)로는 도 15(b)에 나타내는 바와 같이, 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)의 회전축(C)과 교차하는 절단면 형상이 외주면 측에 위치하는 제1 곡선부(50)와, 내주면 측에 위치하여 제1 곡선부(50)보다 곡률 반경이 작은 제2 곡선부(51)를 매끄럽게 접속한 곡선 형상으로 형성하는 것도 가능하다.

밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)는 도 15에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)이 회전 구동되어 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)를 개폐할 때에, 유체의 흐름 속에서, 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 둘레방향을 따른 단부로부터 돌출되거나 또는 퇴피하도록 이동(회전)함으로써 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)를 열림 상태에서 닫힘 상태 혹은 닫힘 상태에서 열림 상태로 바꾼다. 이때, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)는 밸브축(34)의 회전 각도에 대한 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구 면적을 한층 더 리니어(직선 형상)로 변화시키기 위해, 절단면 형상이 곡면 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)는 이에 한정되지 않고, 도 16에 나타내는 바와 같이, 반지름방향을 따른 평면 형상으로 형성해도 된다. 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)를 평면 형상으로 형성한 경우라도, 밸브축(34)의 회전 각도에 대한 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구 면적을 대략 리니어(직선 형상)로 변화시킬 수 있다.

실링부(4)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)을 액밀 상태로 밀봉하는 것이다. 실링부(4)는 SUS 등의 금속에 의해 밸브축(34)을 삽입 통과하는 삽입통과 구멍(52)을 가지는 원통 형상으로 형성된 실링 케이스(53)를 가진다. 실링 케이스(53)는 도 6에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)의 상단면에 마련된 원기둥 형상의 오목부(54)에 배치된다. 실링 케이스(53)는 환상의 실링 부재(55, 56)를 통해 밸브축(34)과의 위치 관계가 정해지고, 위치 결정 핀(58)(도 5 참조)을 통해 후술할 스페이서 부재(59)에 대하여 회전 방지 상태로 고정되는 구조이다. 실링 케이스(53)의 내주면에는 밸브축(34)을 밀봉하는 O링 등으로 이루어지는 2개의 환상의 실링 부재(55, 56)가 상하에 배치된다. 실링 부재(55, 56)로는 예를 들면, 에틸렌프로필렌고무(EPDM)제의 O링이 사용된다. 상방에 위치하는 실링 부재(56)는 누름 부재(56a)에 의해 눌린다. 또한, 실링 케이스(53)는 O링 등으로 이루어지는 환상의 실링 부재(57)에 의해 밸브 본체(6)에 대하여 밀봉된다.

커플링부(5)는 실링부(4)가 내장된 밸브 본체(6)와 엑추에이터부(3) 사이에 배치된다. 커플링부(5)는 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)을 일체로 회전시키는 도시하지 않은 회전축을 연결하기 위한 것이다. 커플링부(5)는 실링부(4)와 엑추에이터부(3) 사이에 배치된 스페이서 부재(59)와, 스페이서 부재(59)의 상부에 고정된 어댑터 플레이트(60)와, 스페이서 부재(59) 및 어댑터 플레이트(60)의 내부에 관통 상태로 형성된 원기둥 형상의 공간(61)에 수용되고, 밸브축(34)과 도시하지 않은 회전축을 연결하는 커플링 부재(62)로 구성된다. 스페이서 부재(59)는 SUS 등의 금속에 의해 밸브 본체(6)와 대략 동일한 평면 형상을 가지며 비교적 높이가 낮은 각통 형상으로 형성된다. 스페이서 부재(59)는 나사 고정 등의 수단에 의해 밸브 본체(6) 및 어댑터 플레이트(60) 쌍방에 고정된다. 또한, 어댑터 플레이트(60)는 도 2(c)에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 평면이 다각형인 판자 형상으로 형성된다. 어댑터 플레이트(60)는 육각구멍이 있는 볼트(63)에 의해 엑추에이터부(3)의 기반(64)에 고정된 상태로 장착된다.

커플링 부재(62)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 금속이나 내열성을 가지는 합성 수지, 혹은 세라믹스 등에 의해 원기둥 형상으로 형성된 것이다. 밸브축(34)의 상단에는 수평방향을 따라 관통하도록 오목홈(65)이 마련된다. 그리고 밸브축(34)은 커플링 부재(62)에 마련된 볼록부(66)를 오목홈(65)에 끼워 맞춤으로써 커플링 부재(62)에 연결 고정된다. 한편, 커플링 부재(62)의 상단에는 수평방향을 따라 관통하도록 오목홈(67)이 마련된다. 도시하지 않은 회전축은 커플링 부재(62)에 마련된 오목홈(67)에 도시하지 않은 볼록부를 끼워 맞춤으로써 커플링 부재(62)에 연결 고정된다. 스페이서 부재(59)는 실링 부재(55, 56)로부터 액체가 누설됐을 때, 삽입통과 구멍(52)을 통해 누설된 액체를 검지하기 위한 개구부(68)를 측면에 가진다. 개구부(68)는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 8㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/16로 설정된다.

엑추에이터부(3)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 평면이 직사각형상으로 형성된 기반(64)을 구비한다. 기반(64)의 상부에는 스테핑 모터나 인코더 등으로 이루어지는 구동 수단을 내장한 직방체 형상의 상자체(box body)로서 구성된 케이싱(90)이 나사(91) 고정에 의해 장착된다. 엑추에이터부(3)의 구동 수단은 제어 신호에 기초하여 도시하지 않은 회전축을 원하는 방향으로 소정의 정밀도로 회전 가능한 것이면 되고, 그 구성은 한정되지 않는다. 구동 수단은 스테핑 모터 및 상기 스테핑 모터의 회전 구동력을 기어 등의 구동력 전달 수단을 통해 회전축에 전달하는 구동력 전달 기구, 및 회전축의 회전 각도를 검출하는 인코더 등의 각도 센서에 의해 구성된다.

한편, 도 2 중 부호 92는 스테핑 모터 측 케이블을, 93은 각도 센서 측 케이블을 각각 나타낸다. 이들 스테핑 모터 측 케이블(92) 및 각도 센서 측 케이블(93)은 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 제어하는 도시하지 않은 제어 장치에 각각 접속된다.

<삼방 밸브형 모터 밸브의 동작>

본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 다음과 같이 하여 유체의 유량이 제어된다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 8에 나타내는 바와 같이, 조립할 때 또는 사용할 때의 조정 시에 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)가 밸브 본체(6)로부터 일단 떼어지고, 조정 링(77, 87)이 외부에 노출된 상태가 된다. 이 상태에서, 도시하지 않은 지그를 이용하여 조정 링(77, 87)의 밸브 본체(6)에 대한 조임량을 조정함으로써, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에서의 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)에 대한 돌출량을 변화시킨다. 조정 링(77, 87)의 밸브 본체(6)에 대한 조임량을 증가시킨 경우에는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)가 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되고, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)이 감소하여, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면이 접촉하기에 이른다. 한편, 조정 링(77, 87)의 밸브 본체(6)에 대한 조임량을 감소시킨 경우에는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)가 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되는 길이가 감소하고, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)이 증가한다.

본 실시형태에서는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)이 10㎛ 미만으로 설정된다. 단, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)은 이 값에 한정되는 것은 아니며, 상기 값보다 작은 값, 예를 들면 간극(G1)=0㎛(접촉 상태)여도 되고, 10㎛ 이상으로 설정해도 된다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 제3 플랜지 부재(27)를 통해 유체가 도시하지 않은 배관을 통해 유입되고, 제1 플랜지 부재(10) 및 제2 플랜지 부재(19)를 통해 유체가 도시하지 않은 배관을 통해 유출된다. 또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 동작을 개시하기 전의 초기 상태에서, 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)함과 동시에 제2 밸브포트(18)를 개방(완전 열림)한 상태가 된다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 엑추에이터부(3)에 마련된 도시하지 않은 스테핑 모터를 소정량만큼 회전 구동시키면, 스테핑 모터의 회전량에 따라 도시하지 않은 회전축이 회전 구동된다. 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 회전축이 회전 구동되면, 상기 회전축에 연결 고정된 밸브축(34)이 회전축의 회전량(회전 각)과 동일한 각도만큼 회전한다. 밸브축(34)의 회전에 따라 밸브 동작부(45)가 밸브시트(8)의 내부에서 회전하고, 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 일단부(45a)가 제1 밸브포트(9)를 서서히 개방하여, 유입구(26)로부터 유입된 유체가 밸브시트(8)의 내부에 유입됨과 함께, 제1 하우징 부재(10)로부터 제1 유출구(7)를 통해 유출된다.

이때, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 타단부(45b)는 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 제2 밸브포트(18)를 개방했기 때문에, 유입구(26)로부터 유입된 유체가 밸브시트(8)의 내부로 유입되어 밸브축(34)의 회전량에 따라 분배됨과 함께, 제2 하우징 부재(19)로부터 제2 유출구(17)를 통해 외부로 유출된다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 15(a)에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)이 회전 구동되어 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 일단부(45a)가 제1 밸브포트(9)를 서서히 개방하면, 밸브시트(8) 그리고 밸브축(34)의 내부를 통해 유체가 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)를 통해 제1 및 제2 유출구(7, 17)를 통해 외부에 공급된다.

또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)가 절단면이 곡면 형상 또는 절단면이 평면 형상으로 형성되기 때문에, 밸브축(34)의 회전 각도에 대하여 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구 면적을 리니어(직선 형상)로 변화시키는 것이 가능해진다. 또한, 밸브 동작부(45)의 양 단부(45a, 45b)에 의해 유량이 규제되는 유체가 층류에 가까운 상태로 유동된다고 생각되고, 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)의 개구 면적에 따라 유체의 분배 비(유량)를 정밀도 높게 제어할 수 있다.

본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 상술한 바와 같이, 초기적으로 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)함과 동시에 제2 밸브포트(18)를 개방(완전 열림)한 상태가 된다.

이때, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)하면, 이상적으로는 유체의 유량이 제로가 될 것이다.

그러나 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 10에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)이 밸브시트(8)의 내주면에 대하여 금속끼리의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 비접촉 상태가 되도록 회전이 자유롭게 배치된다. 그 결과, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에는 미소한 간극(G2)이 형성된다. 그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)한 경우여도 유체의 유량이 제로가 되지 않고, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 존재하는 미소한 간극(G2)을 통해 유체가 소량이지만 제2 밸브포트(18) 측으로 흘러 들어가려고 한다.

한편, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 도 10에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에 오목부(74, 84)가 마련되고, 상기 오목부(74, 84)가 밸브시트(8)의 내주면으로부터 밸브축(34) 측으로 돌출되어, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이의 간극(G1)을 부분적으로 축소한다.

따라서, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)이 밸브시트(8)의 내주면에 대하여 금속끼리의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 비접촉 상태가 되도록 회전이 자유롭게 배치되어도 유체가 제1 밸브포트(9)로부터 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 존재하는 미소한 간극(G2)으로 흘러 들어가는 것이 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면의 간극이 부분적으로 축소된 영역인 간극(G1)에 의해 대폭적으로 제한되어 억제된다.

그 때문에 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)과 대향하는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 간극을 부분적으로 축소하도록 마련된 오목부(74, 84)를 구비하지 않은 삼방 밸브형 모터 밸브와 비교하여, 상기 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 완전 닫힘 시에서의 유체의 누설을 대폭으적으로 억제하는 것이 가능해진다.

바람직하게는 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)를 밸브축(34)의 외주면과 접촉시킴으로써, 간극(G1, G2)을 대폭적으로 축소할 수 있고, 상기 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 완전 닫힘 시에서의 유체의 누설이 대폭적으로 억제된다.

또한 마찬가지로, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제2 밸브포트(18)를 폐색(완전 닫힘)으로 한 경우에도 유체가 제2 밸브포트(18)를 통해 다른 쪽의 제1 밸브포트(9) 측으로 누설되어 유출되는 것을 대폭적으로 억제할 수 있다.

더욱이, 본 실시형태에서는 도 3에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 밸브축(34)과 반대 측의 면(70a, 80a)에 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 유체의 압력을 작용시키는 제1 및 제2 압력 작용부(94, 96)가 마련된다. 그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 13(a)에 나타내는 바와 같이, 열림 정도 0%, 즉 제1 밸브포트(9)가 완전 닫힘의 부근, 및 열림 정도 100%, 즉 제1 밸브포트(9)가 완전 열림의 부근에서 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)가 완전 닫힘에 가까워지면, 상기 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)로부터 유출되는 유체의 양이 대폭적으로 감소한다. 이에 따라, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 완전 닫힘 상태에 가까워지는 밸브포트에서는 유출되는 유체의 압력이 저하된다. 그 때문에, 예를 들면 열림 정도 0%, 즉 제1 밸브포트(9)가 완전 닫힘일 때, 유입구(26)로부터 압력 700㎪ 정도의 유체가 유입되고, 대략 700㎪인채로 제2 밸브포트(18)로부터 유출된다. 이때, 완전 닫힘에 가까운 상태인 제1 밸브포트(9) 측은 출구 측의 압력이 예를 들면 100㎪ 정도까지 저하된다. 그 결과, 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이에 600㎪ 정도의 압력 차가 생긴다.

따라서, 대책을 강구하지 않은 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이의 압력 차에 의해 밸브축(34)이 상대적으로 압력이 낮은 제1 밸브포트(9) 측으로 이동(변위)하고, 밸브축(34)이 베어링(41)에 불균형 접촉한 상태가 된다. 그 때문에, 밸브축(34)을 닫는 방향으로 회전 구동할 때의 구동 토크가 증대되어, 동작 불량을 발생시킬 우려가 있다.

이에 반하여, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 도 17에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 밸브축(34)과 반대 측의 면에 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 누설되는 유체의 압력을 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에 작용시키는 제1 및 제2 압력 작용부(94, 96)가 마련된다. 그 때문에, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이의 압력 차가 생기는 경우여도 상대적으로 압력이 높은 측의 유체의 압력이 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면의 미소한 간극을 통해 제1 및 제2 압력 작용부(94, 96)에 작용한다. 그 결과, 상대적으로 100㎪ 정도로 압력이 낮은 측의 제1 밸브시트(70)는 상기 제1 압력 작용부(94)에 작용하는 상대적으로 압력이 100㎪ 정도로 높은 측의 유체의 압력에 의해, 밸브축(34)을 적정한 위치에 되돌리도록 작용한다. 따라서, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이의 압력 차에 의해 밸브축(34)이 상대적으로 압력이 낮은 제1 밸브포트(9) 측으로 이동(변위)하는 것을 방지 내지 억제하고, 밸브축(34)이 베어링(41)에 의해 매끄럽게 지지된 상태를 유지할 수 있으며, 밸브축(34)을 닫는 방향으로 회전 구동할 때의 구동 토크가 증대되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제1 밸브포트(9)가 완전 열림의 부근, 즉 제2 밸브포트(18)가 완전 닫힘 상태에 가까울 때에도 마찬가지로 동작하고, 밸브축(34)을 회전 구동할 때의 구동 토크가 증대되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.

[실시형태 2]

도 18은 본 발명의 실시형태 2에 따른 유량제어 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 것이다.

본 실시형태 2에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 동일한 유체를 둘로 분배하는 것이 아닌, 다른 2종류의 유체를 혼합하는 혼합용 삼방 밸브형 모터 밸브(1)로서 구성된 것이다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)의 한쪽의 측면에 제1 유체로서의 저온 측 유체가 유입되는 제1 유입구(7)와, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(8)에 연통되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트(9)가 각각 마련된다. 본 실시형태에서는 제1 유출구(7) 및 제1 밸브포트(9)를 밸브 본체(6)에 직접 마련하는 것이 아닌, 제1 밸브포트(9)를 형성한 밸브포트 형성 부재의 일례로서의 제1 밸브시트(70)와, 제1 유입구(7)를 형성한 제1 유로 형성 부재(15)를 밸브 본체(6)에 장착함으로써, 제1 유입구(17) 및 제1 밸브포트(9)를 마련한다.

또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브 본체(6)의 다른 쪽 측면에 제2 유체로서의 고온 측 유체가 유입되는 제2 유입구(17)와, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(8)에 연통되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트(18)가 각각 마련된다. 본 실시형태에서는 제2 유입구(17) 및 제2 밸브포트(18)를 밸브 본체(6)에 직접 마련하는 것이 아닌, 제2 밸브포트(18)를 형성한 밸브포트 형성 부재의 일례로서의 제2 밸브시트(80)와, 제2 유입구(17)를 형성한 제2 유로 형성 부재(25)를 밸브 본체(6)에 장착함으로써, 제2 유입구(17) 및 제2 밸브포트(18)를 마련한다.

또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브 본체(6)의 바닥면에 제1 및 제2 유체가 밸브 본체(6)의 내부에서 혼합된 혼합 유체인 온도제어용 유체가 유출되는 유출구(26)가 개구된다.

여기서, 제1 유체로서의 저온 측 유체 및 제2 유체로서의 고온 측 유체는 온도제어용에 사용되는 유체로서, 상대적으로 온도가 낮은 유체를 저온 측 유체라고 칭하고, 상대적으로 온도가 높은 유체를 고온 측 유체라고 칭한다. 따라서, 저온 측 유체 및 고온 측 유체는 상대적인 것을 의미하고, 절대적으로 온도가 낮은 저온의 유체 및 절대적으로 온도가 높은 고온의 유체를 의미하는 것이 아니다. 저온 측 유체 및 고온 측 유체로는 예를 들면, 압력이 0~1㎫, 0~80℃ 정도의 온도범위에서 0~30℃ 정도의 온도로 조정된 물(순수 등), 및 50~80℃ 정도의 온도로 조정된 물(순수）등이 알맞게 사용된다. 또한, 저온 측 유체 및 고온 측 유체로는 예를 들면, -20~+120℃ 정도의 온도범위에서, -20℃ 정도의 온도에서도 동결되지 않고, +120℃ 정도에서도 비등하지 않는 플로리너트(등록상표) 등의 불소계 불활성 액체, 에틸렌글리콜 등의 유체가 사용된다.

기타 구성 및 작용은 상기 실시형태 1과 마찬가지이므로, 그 설명을 생략한다.

[실시예 1]

도 19는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브를 적용한 항온 유지 장치(칠러 장치)를 나타내는 개념도이다.

이 칠러 장치(100)는 예를 들면, 플라스마 에칭 처리 등을 수반하는 반도체 제조 장치에 사용되고, 온도제어 대상(W)의 일례로서의 반도체 웨이퍼 등의 온도를 일정 온도로 유지하는 것이다. 반도체 웨이퍼 등의 온도제어 대상(W)은 플라스마 에칭 처리 등을 받으면, 플라스마의 생성이나 방전 등에 따라 온도가 상승되는 경우가 있다.

칠러 장치(100)는 온도제어 대상(W)과 접촉하도록 배치되는 온도제어 수단의 일례로서의 테이블 형상으로 구성된 온도제어부(101)를 구비한다. 온도제어부(101)는 혼합비가 조정된 저온 측 유체 및 고온 측 유체로 이루어지는 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로(102)를 내부에 가진다.

온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)에는 개폐 밸브(103)를 통해 혼합 수단(111)이 접속된다. 혼합 수단(111)의 한쪽에는 미리 정해진 저온 측의 설정 온도로 조정된 저온 유체를 저장한 저온 측 항온조(104)가 접속된다. 저온 측 항온조(104)로부터는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에 제1 펌프(105)에 의해 저온 측 유체가 공급된다. 또한, 혼합 수단(111)의 다른 쪽에는 미리 정해진 고온 측의 설정 온도로 조정된 고온 유체를 저장한 고온 측 항온조(106)가 접속된다. 고온 측 항온조(106)로부터는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에 제2 펌프(107)에 의해 고온 측 유체가 공급된다. 혼합 수단(111)은 개폐 밸브(103)를 통해 온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)에 접속된다.

또한, 온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)의 유출 측에는 귀환용 배관이 마련되고, 분배용의 유량제어용 삼방 밸브(1)를 통해 저온 측 항온조(104) 및 고온 측 항온조(106)에 각각 접속된다.

이 칠러 장치(100)는 온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)를 흐른 제어용 유체를 저온 측 항온조(104)와 고온 측 항온조(106)에 각각 분배하기 위해 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 사용한다. 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 스테핑 모터(110)에 의해 밸브축(34)을 회전 구동함으로써, 저온 측 항온조(104)와 고온 측 항온조(106)에 각각 분배하는 제어용 유체의 유량을 제어한다.

한편, 저온 측 항온조(104)로부터 제1 펌프(105)에 의해 공급되는 저온 측 유체와, 고온 측 항온조(106)로부터 제2 펌프(107)에 의해 공급되는 고온 측 유체의 혼합부(111)에는 각 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 유량을 제어한 후에 적절히 혼합하는 혼합 수단이 이용된다. 혼합 수단으로는 물론 상술한 바와 같이, 혼합용의 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 이용해도 된다.

[실시예 2]

도 20은 본 발명의 실시형태 2에 따른 유량제어용 삼방 밸브를 적용한 항온 유지 장치(칠러 장치)를 나타내는 개념도이다.

온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)에는 개폐 밸브(103)를 통해 삼방 밸브형 모터 밸브(1)가 접속된다. 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 제1 플랜지부(10)에는 미리 정해진 저온 측의 설정 온도로 조정된 저온 유체를 저장한 저온 측 항온조(104)가 접속된다. 저온 측 항온조(104)로부터는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에 제1 펌프(105)에 의해 저온 측 유체가 공급된다. 또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 제2 플랜지부(19)에는 미리 정해진 고온 측의 설정 온도로 조정된 고온 유체를 저장한 고온 측 항온조(106)가 접속된다. 고온 측 항온조(106)로부터는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에 제2 펌프(107)에 의해 고온 측 유체가 공급된다. 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 제3 플랜지부(27)는 개폐 밸브(103)를 통해 온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)에 접속된다.

또한, 온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)의 유출 측에는 귀환용 배관이 마련되고, 저온 측 항온조(104) 및 고온 측 항온조(106)에 각각 접속된다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)을 회전 구동하는 스테핑 모터(108)를 구비한다. 또한, 온도제어부(101)에는 상기 온도제어부(101)의 온도를 검지하는 온도 센서(109)가 마련된다. 온도 센서(109)는 도시하지 않은 제어 장치에 접속되고, 제어 장치는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 스테핑 모터(108)의 구동을 제어한다.

칠러 장치(100)는 도 20에 나타내는 바와 같이, 온도제어 대상(W)의 온도를 온도 센서(109)에 의해 검지하고, 상기 온도 센서(109)의 검지 결과에 기초하여 제어 장치에 의해 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 스테핑 모터(108)의 회전을 제어함으로써, 온도제어 대상(W)의 온도를 미리 정해진 설정 온도와 동일한 온도가 되도록 제어한다.

삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 스테핑 모터(108)에 의해 밸브축(34)을 회전 구동함으로써, 저온 측 항온조(104)로부터 제1 펌프(105)에 의해 공급되는 저온 측 유체와, 고온 측 항온조(106)로부터 제2 펌프(107)에 의해 공급되는 고온 측 유체의 혼합비를 제어하고, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)로부터 개폐 밸브(103)를 통해 온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)에 공급하는 저온 측 유체와 고온 측 유체가 혼합된 온도제어용 유체의 온도를 제어한다.

이때, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 회전 각에 따라 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비를 높은 정밀도로 제어할 수 있고, 온도제어용 유체의 온도를 미세 조정하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 사용한 칠러 장치(100)는 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 제어된 소정의 온도로 조정된 온도제어용 유체를 온도제어부(101)의 온도제어용 유로(102)에 흐르게 함으로써, 온도제어부(101)가 접촉하는 온도제어 대상(W)의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다.

밸브몸체와 밸브포트 형성 부재의 접촉에 기인한 밸브몸체의 구동 토크의 상승을 억제하는 것이 가능한 유량 제어 밸브 및 이것을 이용한 온도 제어 장치를 제공할 수 있다.

1: 삼방 밸브형 모터 밸브
2: 밸브부
3: 엑추에이터부
4: 실링부
5: 커플링부
6: 밸브 본체
7: 제1 유입구
8: 밸브시트
9: 제1 밸브포트
10: 제1 플랜지 부재
11: 육각구멍이 있는 볼트
12: 플랜지부
13: 삽입부
14: 배관 접속부
15: O링
16: 제1 웨이브 와셔
17: 제2 유입구
18: 제2 밸브포트
19: 제2 플랜지 부재
20: 육각구멍이 있는 볼트
21: 플랜지부
22: 삽입부
23: 배관 접속부
34: 밸브축
35: 밸브몸체부
45: 밸브 동작부
45a, 45b: 양 단부
70, 80: 제1 및 제2 밸브시트
74, 84: 오목부
94, 96: 제1 및 제2 압력 작용부

Claims (9)

1. 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 상기 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성되며, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(valve seat)를 가지는 밸브 본체와,
   상기 밸브 본체에 장착되어 상기 제1 및 제2 밸브포트를 각각 형성하는 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재와,
   상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환하는 개구부가 형성된 원통 형상의 밸브몸체(valve body)와,
   상기 밸브몸체와 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 상기 밸브몸체가 상기 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부와,
   상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브.
2. 제1 유체가 유입되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 제2 유체가 유입되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성되며, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(valve seat)를 가지는 밸브 본체와,
   상기 밸브 본체에 장착되어 상기 제1 및 제2 밸브포트를 각각 형성하는 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재와,
   상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태에서 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태에서 닫힘 상태로 전환하는 개구부가 형성된 원통 형상의 밸브몸체(valve body)와,
   상기 밸브몸체와 상기 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 제1 및 제2 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 상기 밸브몸체가 상기 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부와,
   상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브.
3. 제1항에 있어서,
   상기 압력 작용부는 상기 밸브몸체와 상기 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재의 상기 밸브몸체와 반대 측의 면에 작용시키고, 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 의해 상기 밸브몸체를 지지함으로써, 상기 제1 및 제2 밸브포트로부터 유출 또는 유입되는 유체의 압력 차에 의해 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브.
4. 제1항에 있어서,
   상기 압력 작용부는 상기 제1 및 제2 밸브포트를 유통하는 유체와 구획되는 유량제어용 삼방 밸브.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재는 상기 밸브몸체에 대하여 접리(接離)하는 방향으로 이동이 자유롭게 장착되고,
   상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재의 상기 밸브몸체와 반대 측의 면을 밀어 움직임으로써 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재의 위치를 조정하는 조정 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브.
6. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 본체는 상기 밸브 본체에 대하여 유체를 유통시키는 부재를 접속하기 위한 접속 부재와,
   상기 접속 부재와 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재 사이를 밀봉한 상태로 접속하는 제1 및 제2 유로 형성 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브.
7. 제5항에 있어서,
   상기 조정 부재는 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재가 상기 밸브몸체에 대하여 접리하는 방향으로 이동하는 것을 허용하는 탄성 부재를 통해 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재를 밀어 움직이는 것을 특징으로 하는 유량제어용 삼방 밸브.
8. 혼합비가 조정된 저온 측 유체 및 고온 측 유체로 이루어지는 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로를 가지는 온도제어 수단과,
   저온 측의 미리 정해진 제1 온도로 조정된 상기 저온 측 유체를 공급하는 제1 공급 수단과,
   고온 측의 미리 정해진 제2 온도로 조정된 상기 고온 측 유체를 공급하는 제2 공급 수단과,
   상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 접속되고, 상기 제1 공급 수단으로부터 공급되는 상기 저온 측 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 공급되는 상기 고온 측 유체를 혼합하여 상기 온도제어용 유로에 공급하는 혼합 수단과,
   상기 온도제어용 유로를 유통한 온도제어용 유체를 상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 유량을 제어하면서 분배하는 유량제어 밸브를 구비하고,
   상기 유량제어 밸브로서 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유량제어용 삼방 밸브를 이용한 것을 특징으로 하는 온도제어 장치.
9. 혼합비가 조정된 저온 측 유체 및 고온 측 유체로 이루어지는 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로를 가지는 온도제어 수단과,
   저온 측의 미리 정해진 제1 온도로 조정된 상기 저온 측 유체를 공급하는 제1 공급 수단과,
   고온 측의 미리 정해진 제2 온도로 조정된 상기 고온 측 유체를 공급하는 제2 공급 수단과,
   상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 접속되고, 상기 제1 공급 수단으로부터 공급되는 상기 저온 측 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 공급되는 상기 고온 측 유체를 혼합비를 조정하여 상기 온도제어용 유로에 흐르게 하는 유량제어 밸브를 구비하고,
   상기 유량제어 밸브로서 제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 유량제어용 삼방 밸브를 이용한 것을 특징으로 하는 온도제어 장치.

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