KR19990062597A - 금속 다이어프램형 밸브 - Google Patents

Abstract

금속 다이어프램형 밸브는 회전가능한 밸브 스템으로부터 지지되는 밸브시이트 홀더, 금속 다이어프램과 휨 제한기를 포함한다. 그 밸브시이트 홀더는 그 다이어프램과 휨제한기에서 중심구멍을 통하여 위방향으로 확장하는 축을 보유한다.

아치형 쇼울더에 연결되는 고리형 평면부를 보유하는 다이어프램 지지스텝은 밸브시이트 홀더의 축 주위와 그 평면부에 위치하는 다이어프램의 내주가장자리부에 제공된다. 휨제한기는 바닥 평면부로부터 방사상으로 외부로 확장하는 아치형 표면과 다이어프램의 최상면에 마주보는 바닥 평면부를 보유한다.

휨제한기, 다이어프램과 밸브시이트 홀더는 휨제한기의 바닥 평면부와 다이어프램의 내주가장자리부를 통하여 시이트홀더상의 평면부로 확장하는 용접, 즉 밸브실과 축을 위한 통로 사이에 공기조임 시일을 형성하는 용접에 의해 함께 용접된다.

평면부의 방사상의 크기가 다르므로, 휨응력은 밸브가 열리거나 닫히는 것에 따라서 다이어프램의 다른 영역에서 발생한다.

Description

금속 다이어프램형 밸브

본 발명은 유체운송라인, 예컨대 반도체 제조공장에서 유용한 금속 다이어프램형 밸브에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 발명은, 금속 다이어프램의 내주 가장자리부와 다이어프램을 통하여 확장하는 시이트 홀더 사이에 시일을 제공하여, 결과적으로 유체가 최소의 공간에 갇히게 되고, 밸브가 열리고 닫히는 것에 따라서 다이어프램의 다른 부분에서의 휨응력의 분산을 초래하는 시일구조에 관한 것이다.

반도체의 제조에 있어서, 다른 유체, 소위 가스의 정확한 부피를 처리실로 제공할 필요가 빈번하며, 결과로서 상기 유체는 다이어프램에 의하여 제어되는 유체공급라인을 통하여 처리실로 운송된다.

전형적으로, 퍼어즈 유체가 제1유체의 잔액들을 퍼어징(purging)하기 위하여 공급라인에 공급된 후에, 제1유체가 상기 공급라인을 통하여 처리실에 공급된다. 퍼어징 후, 제2유체가 상기 공급라인을 통하여 상기 처리실에 공급된다.

퍼어징의 작용동안에는, 제1유체가 제2유체를 오염시키지 않도록, 공급라인과 밸브에서 제1유체를 가능한 많이 제거하는 것이 바람직하다.

이것을 달성하기 위해서, 밸브내부에는 틈, 즉 유체가 잡혀 있거나 갇혀있게 되어, 퍼어징의 작용동안에 밸브로부터 퍼어징되지 않는 처리실내의 간격, 틈 또는 유동이 없는 공기 공간이 없어야 한다. 반도체의 집적도가 증가함에 따라, 이에 대하여 유체 순도의 증가를 필요로 하며, 틈에 단지 매우 적은 양의 유체도 반도체 생산물의 품질에 막대한 영향을 미치고, 결함있는 부품의 발생수를 증가시킨다.

금속 다이어프램 밸브에 있어서, 유체를 갇아두고 완전한 퍼어징을 방해하는 틈은, 다이어프램을 통하여 확장하는 시이트 홀더에 금속 다이어프램이 장착되는 곳에서 자주 발견된다.

도 6과 도 7은, 미국특허 4,750,709에 공개되어 있는 것과 같은, 금속 다이어프램형 밸브에서 다이어프램의 내주가장자리부를 시이트 홀더로 시일하기 위한 시일 구조를 설명한다.

다이어프램(40)의 내주가장자리부의 끝부분은 용접부(80)에 의해 시이트홀더(78)로 용접되고, 용접부(80)로부터 거리 D만큼 떨어져 위치한 다이어프램의 내주가장자리부는 프레서(82)의 하부면과 시이트홀더(78)의 상부면 사이의 영역인 끼움부(94)에 끼워져 지지되고, 따라서 다이어프램의 작용시에 휨응력이 용접부에 작용하는 것이 방지된다.

도 6과 도 7에 있어서, 참조부호 100은 몸체, 100a는 밸브실, 100b는 밸브시이트, 100c는 유체통로, 50은 보닛, 160은 시이트, 88은 스템, 86은 스템의 하부 끝에 형성된 스크루, 94는 끼움부이다.

미국특허 4,750,709에 공개되어 있고, 도 6과 도 7에 나타낸 밸브는 몇가지 단점이 있다. 다이어프램(40)은 용접부(80)로부터 거리 D만큼 떨어져 위치한 끼움부(94)에 끼워지고, 고리형 프레서(82)의 하부면과 시이트홀더(78)의 상부면 전체에 곡선부가 형성되는 상기 시이트홀더(78)의 사이에 지지되기 때문에, 깊숙한 고리형 간격(Go)이 다이어프램의 하부면과 시이트홀더의 상부면 사이에 형성된다.

결과적으로, 유체는 간격 사이에 갇히게 되기 쉬우므로, 밸브의 청정동안에 쉽게 퍼어징되지 않는다. 따라서, 이러한 밸브에서 소위 유체의 교환 또는 퍼어징성능이 좋지 않게 된다.

더욱이, 스크루 구조(86)는 시이트홀더(78)와 프레서(82) 사이에 다이어프램을 클램프하는데 유용하기 때문에, 스크루 조임이 오랜 기간동안의 사용으로 느슨해질 수 있고, 이러한 경우에 다이어프램(40)의 내주가장자리부의 끼워져 지지됨이 느슨하게 된다.

결과적으로, 시이트홀더(78)의 상하이동은 큰 휨응력이 용접부(80)에 작용하게 하는 원인이 된다. 이러한 것은 다이어프램의 내주가장자리부에서의 틈의 형성을 유발한다.

더욱이, 다이어프램(40)은 용접부(80)로부터 바깥쪽으로 거리 D만큼 떨어져 위치한 위치 또는 끼움부(94)에 끼워지기 때문에, 유체는 정상적으로 다이어프램(40)의 하부면과 거리 D이내로 하락하는 시이트홀터(78)의 상부면 사이의 간격(G)으로 흐르지 않게 된다. 그러나, 정상적인 밸브 사용량 동안에 반복적인 수직운동은 끼움부(94)에서 다이어프램의 두께 변화를 일으키므로, 간격(G)의 공기조임이 없어지고, 유체가 그것이 갇히는 간격으로 들어가서 쉽게 제거되지 않는다. 결과적으로, 그 유체의 교환 또는 퍼어징의 실행이 감소하게 된다.

도 6 및 도 7에서 나타내는 밸브는 더 심한 단점을 가지고 있다.

다이어프램(40)은 고리형 끼움부(94)에서 상부 및 하부로부터 프레서(82)와 시이트홀더(78)에 의해 끼워지고, 다이어프램의 휨응력은 다이어프램이 상하로 이동할 때 끼움부의 한점에 집중된다. 결과적으로, 다이어프램은, 시간의 흐름에 따른 다이어프램의 반복적인 운동에 기인한 금속피로의 결과로서, 끼움부 부근에서 틈 또는 파손이 있게 된다.

이와 같이, 다이어프램의 수명을 연장시키는 것이 어렵게 된다.

도 8 및 도 9는 일본 공개 특허 1996-114265에서 공개된 바와 같은 다이어프램 시일구조를 갖는 금속 다이어프램 밸브를 나타낸다. 이 밸브는 밸브 몸체(100), 밸브실(100a), 밸브시이트(100b), 유체통로(100c), 보닛(50), 밸브시이트(160), 부싱(51), 볼(52), 스템(53)과 보닛인서트(54)를 포함한다. 이러한 배열에서, 시이트홀더(91)의 축(91a)은 용접금속재(90)에 중심구멍과 다이어프램(93)의 장착구멍(93a)을 통하여 삽입된다.

다이어프램(93)의 내주가장자리부는 용접금속재(90)의 하부면에 형성된 고리형 평면부(90a)와 시이트홀더(91)의 상부면에 형성된 고리형 평면부(91b) 사이에 배치된다. 다이어프램의 내주가장자리부의 끝부분과 용접금속재(90)의 부분과 다이어프램(93)의 내주가장자리부의 끝부분에 인접하는 시이트홀더는 다이어프램의 내주가장자리의 원주 전체 주위의 용접부(W)에서 함께 용접되므로, 다이어프램, 시이트홀더와 용접금속재가 함께 접합되게 한다.

도 8 및 도 9에서 나타내는 밸브에 있어서, 용접부 바로 외부의 다이어프램의 내주가장자리의 이동은, 금속재(90) 하부면의 평면부(91a)와 시이트홀더(91) 상부면의 평면부(91b)에 대하여 다이어프램의 인접함으로서 제한되거나 방해가 되기 때문에, 다이어프램(93)의 작동동안에 휨응력이 용접부(W)에 작용하는 것이 방지된다. 이러한 배열은, 제어되는 유체가 다이어프램의 내부가장자리부와 시이트홀더의 상부면 사이의 간격에 갇히는 것을 방지하도록 고안된 것이다.

다이어프램(93)의 내주가장자리부는 용접금속재(90)에 형성된 고리형 평면부(90a)와 시이트홀더(91)에 형성된 고리형 평면부(90b) 사이에 놓여지기 때문에, 다이어프램의 하부면과 시이트홀더의 상부면 사이에 형성된 간격(G₀)은 대응하는 도 6 및 도 7에서 나타내는 밸브의 간격(G₀)과 비교하여, 좀 더 작은 깊이를 가지며, 이러한 차이는 작은 치수를 가지기 때문에 그 모양으로부터 명백하지가 않다. 결과적으로, 도 8 및 도 9에서 나타내는 밸브에 있어서, 유체는 간격(G₀)에 갇히게 되는 것이 더 조금 갇히게 된다.

더욱이, 다이어프램(93)의 내주가장자리부, 용접금속재(90)와 시이트홀더(91)가 용접에 의하여 접합되기 때문에, 다이어프램의 내주가장자리부의 끝부분으로부터 유체가 샐 위험이 도 6 및 도 7에서 나타내는 밸브의 경우보다 훨씬 적어서 시일 성능이 매우 높다.

또한, 다이어프램의 내주가장자리부가 용접금속부(90)의 평면부(90a)와 시이트홀더(91)의 평면부(91b) 사이로 한정되기 때문에, 축(91a)의 스크류가 느슨해져 시이트홀더가 상하로 약간 이동할 경우, 큰 휨응력이 다이어프램의 용접부(W)에 바로 작용하지 않는다. 이와같이 도 6의 다이어프램(40)과 비교해볼 때, 다이어프램(39)의 용접부(W)에서 틈이 형성되는 것이 더 어렵게 된다.

도 8 및 도 9에서 나타내는 밸브에 있어서, 다이어프램(93)이 상하로 이동할 때, 다이어프램에서의 휨응력은, 용접금속부(90)의 바닥 평면부(90a)의 외부 방사영역과 시이트홀더(91)의 상부 평면부(91b)의 외부 방사영역에 대응하는 부분 또는 최외부인 끼움부(94)에 집중하게 된다.

상기 평면부들은 끼움부(94)의 방사상으로 안쪽에 다이어프램(93)을 지지하지만, 다이어프램은 이 위치의 바깥쪽으로 구부러짐이 없다. 결과적으로, 다이어프램(93)이 반복적으로 작동할 때, 끼움부(94)에 인접하는 다이어프램 부분은 다이어프램의 다른 부분보다 더 일찍 금속피로와 틈이 발생하게 되고, 다이어프램의 수명을 연장시키기가 어렵게 된다.

도 8 및 도 9에서 나타내는 밸브에 있어서, 다이어프램(93)의 하부면과 시이트홀더(91)의 상부 평면부(91b) 사이의 간격은 매우 작으므로, 이들 면 사이의 간격(G₀)에서 어떠한 유체의 축적도 미세하다.

그러나, 정상적인 사용량 동안에 다이어프램의 반복적인 수직운동은 다이어프램의 두께를 점차적으로 감소시키고, 간격(G₀)의 용적도 증가시킨다. 이러한 것은 많은 용량의 유체가 작은 간격으로 들어가는 것을 허용하여, 밸브의 유체 대체성능이 저하된다.

시이트홀더(91)의 상부 평면부(91b)의 길이 치수(ℓ)(도 9)는 상대적으로 크게 선택되고, 상대적으로 큰 중량의 유체가 간격(G)으로 들어가서 유체의 대체성능을 저하시키는 것이 더 심각한 문제로 된다는 점은 유념해야 할 사항이다.

도 8 및 도 9에서 설명되는 밸브는 볼(52), 부싱(51), 보닛인서트(54)와 용접금속재(90)와 같은 많은 수의 부품을 필요로 한다는 점에서 더욱더 단점이 있다.

이들 부품의 조립은 복잡하고 어려우며, 그 조립을 완성하기 위하여 많은 시간과 노동이 필요하게 된다.

본 발명의 목적은 부품수와 조립시간이 더 적고 제조비용이 더 저렴할 필요가 있는 상기 종래기술의 단점이 없는 금속 다이어프램형 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 다이어프램이 긴 수명을 갖도록 하는 시일구조를 갖는 금속 다이어프램형 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 이러한 면에 따라서, 시이트홀더, 다이어프램과 휨제한기는 다이어프램의 구멍주위을 에워싸는 내주가장자리부에서 함께 용접된다. 상기 휨제한기는 다이어프램의 상측과 마주보는 고리형 평면부를 보유하고, 시이트홀더는 다이어프램의 하측과 마주보는 고리형 평면부를 보유한다. 이들 고리형 평면부의 외경이 다르기 때문에, 휨응력은 다이어프램이 구부러지는 방향에 따라서 다이어프램의 제1 또는 제2 부위에 집중하게 된다. 이것은 금속피로로 인한 다이어프램의 틈의 발생을 지연시키게 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 종래기술에 비하여 우수한 대체성능 또는 청정성능을 나타내는 금속 다이어프램형 밸브를 제공하는 것이다. 본 발명의 이러한 면에 따라서, 휨제한기, 다이어프램과 시이트홀더는, 다이어프램과 시이트홀더의 고리형 평면부 사이에 공기조임 시일을 제공하는 원주의 용접에 의하여 함께 용접되고, 그 용접은, 시이트홀더의 고리형 평면부의 외주로 확장하여 다이어프램과 고리형 평면부 사이에 유체가 갇히게 되는 틈이 존재하지 않게 한다.

본 발명의 또 다른 목적과 이점은, 다음의 상세한 설명과 함께 도면을 토대로 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 금속 다이어프램형 밸브의 일예를 나타내는 수직단면도이다.

도 2는 본 발명에 사용되는 휨제한기의 일예를 나타내는 수직단면도이다.

도 3은 도 1에서 나타내는 금속 다이어프램의 내주가장자리부의 확장된 부분단면도이다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 밸브의 금속 다이어프램의 내주가장자리부의 확장된 부분수직단면도이다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 밸브의 금속 다이어프램의 내주가장자리부의 확장된 부분수직단면도이다.

도 6은 미국특허 4,750,709호에 공개된 것과 같은 종래기술 밸브의 부분수직단면도이다.

도 7은 도 6에서 나타내는 금속 다이어프램의 내주가장자리부의 확장된 부분수직단면도이다.

도 8은 일본 공개 특허 1996-114265호에 공개된 것과 같은 종래기술 밸브의 수직단면도이다.

도 9는 도 8에서 나타내는 금속 다이어프램의 내주가장자리부의 확장된 부분수직단면도이다.

도 1은, 금속 다이어프램(7)의 내주가장자리부, 휨제한기(6)의 내주가장자리부와, 시이트홀더(5)가 용접에 의하여 접합되는 본 발명의 제1실시예에 의한 시일구조를 갖는 금속 다이어프램형 밸브의 수직단면도이다. 상기 용접은, 종래기술에서 이용되던, 다이어프램의 내주가장자리부의 끼워조임(끼움)을 위한 기구 등의 필요성을 없게 한다.

상기 금속 다이어프램 밸브는 유체 입구통로(1a), 유체 출구통로(1b), 밸브실(1c), 밸브시이트(1D)를 포함한다. 보닛 너트(2)는 몸체(1)에 나사조임으로 고정되고, 스템(3)은 보닛 너트에 의하여 나사조임으로 고정되어 수직운동에 대하여 지지된다. 핸들(4)은 스템의 상부 끝에 부착되고, 시이트홀더(5)는 스템의 하부 끝에 부착되어 그것과 함께 수직이동한다. 휨제한기(6)는 중심구멍과 이 구멍을 통하여 확장하는 시이트홀더(5)의 위로 돌출하는 지지축(5a)을 갖는다.

다이어프램에 존재하는 휨제한기(6)는 축(5a)의 하부에 제공되는 지지스텝(5c) 또는 쇼울더에 차례로 위치하게 된다. 보닛 너트가 몸체에 나사조임으로 고정될 때, 금속 다이어프램은 몸체(1)와 보닛 너트(2) 사이에 끼워져 지지되는 외주가장자리부를 보유한다. 다이어프램의 내주가장자리부는 시이트홀더(5)와 휨제한기(6)에 용접된다. ENGAGE

스템(3)은 스테인레스강(SS316)으로 거의 원주형으로 만들어지고, 스템의 하부에 형성되는 확장된 중간부(10a)를 가지는 오목부(10)를 보유한다.

스크류의 나선(3a)은 스템(3)의 외주상에 형성되고, 맞물리는 스크류 나선(2a)은 보닛 너트(2)의 내부상에 형성되어, 스템(3)이 상기 보닛 너트에서 상승할수 있게 지지된다.

스템(3)은 보닛 너트에 대해 스템을 회전시킴으로서 상승되거나 하강될 수 있다. 핸들(4)은 스크류(14)에 의해서 스템에 부착되어, 핸들의 회전은 보닛 너트에 대해 스템을 상승시키거나 하강시킨다.

O-링(9)은 불순물이 보닛 너트(2)와 스템(3) 사이에 들어가는 것을 방지하기 위하여 제공된다.

시이트홀더(5)는 스테인레스강(SS316L)과 같은 금속으로 만들어지고, 또한 위로 돌출하는 원통형 지지축(5a)과, 확장된 하부(5b)를 보유한다. 다이어프램을 지지하기 위한 지지스텝(5c)은 상기 원주형의 지지축(5a)과 하부(5b)와의 경계부분에서 형성된다.

상기 다이어프램 지지스텝은 도 3에서 나타내는 바와 같이 고리형 평면부(5d)와 그것과 함께 연속적으로 형성되는 완만한 아치형 쇼울더(5e)를 보유한다.

고분자 또는 합성수지 또는 금속으로 만들어지는 시이트인서트(시이트)(8)는 상기 하부(5b)의 하단에 제공된다.

지지축(5a)의 상부는 스템(3)에 위치하는 오목부(10)에 삽입되고, 와셔(washer)(11)와 유지링(12)은 상기 축과 상기 스템 사이에서 상대적인 회전을 허용하면서 지지축(5a)을 상기 오목부의 확장된 중간부(10a) 내로 고정시킨다. 스템(3)과 지지축 사이에 마찰을 감소시키기 위하여 지지축(5a)의 상부면과 오목부(10)의 상부 끝면 사이에 베어링(13)이 제공될 수 있다. 몇가지 경우에 있어서 이 베어링은 없어도 된다.

휨제한기(6)(도 2)는 스테인레스강(SS304L)과 같은 금속으로 원반형으로 만들어진다. 삽입구멍(6a)은 휨제한기의 중앙에 제공되고, 시이트홀더(5)의 지지축(5a)(도 1)은 삽입구멍을 통하여 확장한다.

휨제한기(6)의 내주가장자리부(6b)는 약 2mm의 두께(t)로 형성된다. 두께(t)를 가지는 내주가장자리부(6b)의 길이(ℓ)는 금속 다이어프램의 상부면에 휨제한기가 용접되는 용접부(W)(도 3)로 한정된다.

휨제한기의 하부측(도 2에서 보았을 때 좌측)은 길이 ℓ과 거의 같거나 큰 길이 ℓ₀의 고리형 평면부(6c)를 갖는다. 완만한 곡선부(6d)는 평면부(6c)의 외부끝에서부터 휨제한기의 외주까지 위로 연속하게 확장한다.

금속 다이어프램(7)은 복수개(2개 또는 3개)의 접시형상의 극히 얇은 금속판(두께: 약 0.1 내지 0.2mm)을 붙임으로서 형성된다. 상기 판은 스테인레스강, 엘지로이^TM(Elgiloy^TM)와 같은 Co-Ni 합금강 등으로 만들어진다.

엘지로이^TM는, C= 0.15, Mn= 1.5에서 2.5, Ni= 14에서 16, Cr= 19에서 21, Mo= 6에서 8, Be= 0.1 또는 그 이하, Co= 39에서 41, 그리고 Fe= 나머지를 함유한다(함유량은 중량% 단위임). 시이트홀더(5)의 축(5a)을 수용하기 위한 다이어프램의 중앙에는 장착구멍(7a)이 제공된다. 이 실시예에 있어서, 다이어프램(7)의 외경은 약 38mm로 설정된다.

금속 다이어프램(7)의 내주가장자리부는, 도 3에서 나타내는 바와 같이, 휨제한기(6)의 고리형 평면부(6c)와 시이트홀더(5)상의 다이어프램 지지스텝(5c)의 고리형 평면부(5d) 사이에 위치하게 되고, 상기 제한기와 상기 지지스텝 모두에 용접된다.

도 3에서 나타내는 바와 같이, 다이어프램(7)의 내주가장자리부와, 다이어프램(7)의 내주가장자리에 대해 인접하는 휨제한기(6)의 평면부(6c)와, 다이어프램(7)의 내주가장자리부에 인접하는 시이트홀더의 평면부(5d)는 용접부(W)에 의해서 함께 용접된다. 이 용접부는 길이(ℓ)의 부위에서 휨제한기(6)의 원주 전체 주위로 확장하는 링 형상으로 되어 있다. 이것은, 공기조임방식으로, 다이어프램(7)의 내주가장자리부, 휨제한기의 내주가장자리부, 시이트홀더(5)의 평면부(5d)를 전체로 접합시킨다.

도 1 및 도 3을 참조로 하여, 다음과 같은 방식으로 밸브가 작동한다.

스템(3)이 핸들(4)의 회전에 의해 상하로 이동할 때, 시이트홀더(5)는 상승하거나 하강하고, 시이트(8)는 밸브시이트(1d)에 접하거나 밸브시이트로부터 이탈하여 유체통로(1a)가 열리거나 닫히게 되어, 유체가 유체통로(1a)와 유체통로(1b) 사이로 흐를 수 있게 된다.

밸브의 유체통로(1a)가 열릴 때, 금속 다이어프램(7)은 도 1에서 나타내는 바와 같이, 위로 향하는 곡선부의 초기상태로 되돌아가고, 다이어프램의 내주가장자리에 작용하는 휨응력은 거의 없게 된다. 그러나, 다이어프램(7)이 밸브가 열리는 때에 위로 당겨지게 되면, 아래로 향하는 휨응력이 다이어프램의 내주가장자리부에 작용하게 되어 다이어프램이 지지스템(5c)의 방사상의 바깥쪽에서 아래 방향으로 구부러지려고 한다. 결과적으로 다이어프램의 곡선부는 아치형 쇼울더(5e)에 의하여 시이트홀더(5)상에 지지되게 된다. 즉, 영역(A)(도 3)에서의 다이어프램의 하부면이 쇼울더(5e)에 의해 접촉되고 지지된다.

반면, 밸브가 유체통로(1a)가 닫히도록 작동할 때, 위로 향하는 휨응력이 다이어프램의 내주가장자리부에 작용하게 된다. 이러한 경우, 영역(B)에서의 다이어프램의 상부면이 휨제한기(6)의 곡선부(6d)에 의해 접촉되고 지지된다.

이와 같이, 본 발명의 다이어프램 밸브에 있어서, 종래의 금속 다이어프램형 밸브와는 달리, 다이어프램(7)의 내주가장자리부가 클램프되지 않는다. 대신에, 그 다이어프램의 내주가장자리부는 다이어프램이 구부러질 때, 휨제한기(6)의 곡선부(6d) 또는 시이트홀더(5)의 아치형 쇼울더(5e)에 의해 지지된다.

따라서, 휨응력이 용접부(W)에 바로 작용하는 것은 아니다. 결과적으로, 상기 용접부에 틈과 같은 것이 형성되지 않는다.

다이어프램의 위로 향하는 구부러짐에 대해서 그 구부러짐은 평면부(6c)가 곡선부(6d)의 면과 연결되는 지점(P)에서 시작되지만, 그 다이어프램의 아래로 향하는 구부러짐에 대해서는 평면부(5d)가 아치형 쇼울더(5e)의 표면과 연결되는 지점(F)에서 구부러진다는 점을 주시해야 한다.

시이트홀더에 대해 휨제한기의 고리형 평면부(6c)의 직경은 고리형 평면부(5d)의 직경과 다르기 때문에, 지점(P)과 지점(F)은 시이트 지지축(5a)으로부터 방사상 방향으로 다른 거리(ℓ₀),(ℓ₁)에 위치한다. 이와 같이, 다이어프램(7)은, 다이어프램이 구부러지는 방향에 관계없이 클램프된 부위에 구부러짐이 발생하는 종래의 경우에 비하여 두 개의 다른 위치(A),(B)에서 구부러진다. 따라서, 다이어프램의 수면 또는 내구성이 실질적으로 향상된다.

더욱이, 용접부(W)는 도 3에서 나타내는 바와 같이 다이어프램 지지스텝(5c)의 평면부(5d)의 거의 전 영역을 덮기 때문에, 다이어프램과 지지스텝(5c)과 다이어프램(7)의 하측을 용접부가 연결하는 곳의 바깥쪽에 간격(G₁)이 존재한다. 이것은 유체의 대체성능과 밸브로부터의 폐가스의 퍼어징을 매우 향상시킨다.

또한, 다이어프램(7)의 내주가장자리부, 휨제한기(6)와 시이트홀더는 공기조임방식으로 전체로 접합되기 때문에, 밸브실(1c) 내의 유체가 다이어프램의 내주가장자리부로부터 새어나가는 일이 없고, 시일성능이 극히 향상된다.

도 4는 본 발명의 제2실시예를 나타내는 부분 확장도이다. 이 실시예에 있어서, 휨제한기 하측에서의 평면부(6c)의 길이(ℓ₀)는 도 3의 경우보다 더 짧게 되어 있으므로, 다이어프램(7)의 작동 동안에 다이어프램의 하측에서 구부러지는 영역(A)과 다이어프램의 상측에서의 구부러지는 영역(B)이 도 3의 실시예에 비하여 상호간에 더 가까워지게 된다. 비록 이러한 배열은 구부러지는 방향에 따라서 다이어프램에서의 응력을 분산시킨다는 이점을 감소시키기 쉽지만, 시이트홀더와 휨제한기에 의해서 다이어프램에 제공되는 지지력을 좀 더 동일하게 하기 위한 것이다.

도 5는 본 발명의 제3실시예에 의한 금속 다이어프램형 밸브의 필수 부분을 나타내는 부분 확장도이다. 이 실시예에 있어서, 휨제한기(6)의 하측에서 평면부(6c)의 길이(ℓ₀)는 제1실시예(도 3)의 경우보다 더 길게 설정되고, 오목부(6e)가 평면부(6c)에 형성되어, 오목부(6e) 영역에서의 한 부분이 다이어프램(7)에 접하게 된다.

도 5의 실시예에 있어서, 다이어프램(7)의 작동 동안에 하측에서 구부러지는 영역(A)과 상측에서 구부러지는 영역(B) 사이의 공간이 더 넓게 되므로, 다이어프램의 수명연장이 더 증가하게 된다.

열고 닫는 내구성 시험은 상기한 제1실시예에 의해 구성된 밸브에 대하여 수행되었다. 다이어프램은 38mm의 외경과 0,1 내지 0.2mm의 두께를 갖는 두 개의 엘지로이^TM(Elgiloy^TM)를 구성으로 하였다. 제어되는 유체의 유체압은 375psi 였다. 상기 밸브는 1초당 1회의 속도로 사이클(Cycle)을 이루고(열리고 닫힌다), 다이어프램은 16470회의 사이클 후에는 틈이 생기거나 고장이 발생하지 않았다.

대조적으로, 종래의 금속 다이어프램형 밸브의 수명은 약 3,000 사이클이다.

비록, 특정의 실시예들이 본 발명의 새로운 면들을 설명하기 위하여 기술되어 졌지만, 부가되는 청구항에서 제한하는 바와 같이, 본 발명의 사상과 범위에서 이탈하지 않으면서 상기 실시예들에 여러 가지 부가 및 변경이 이루어질 수 있다는 것은 자명한 것이다.

본 발명의 금속 다이어프램 밸브에 있어서, 밸브가 닫힐 때, 다이어프램(7)의 내주가장자리부에 작용하는 휨응력은 주로 휨제한기(6)의 하측에서 지지되고, 밸브가 열릴 때, 내주가장자리부에 작용하는 휨응력은 주로 다이어프램 지지스텝(5c)의 아치형 쇼울더(5e)에서 지지된다. 결과적으로, 휨응력이 다이어프램 내주가장자리부의 용접부(W)에 바로 작용하지 않으므로, 용접부(W)에 틈과 같은 것이 형성되지 않는다.

더욱이, 다이어프램(7)의 영역(영역 A 와 B)을 수용하는 휨응력이 서로 다르고, 상호간에 방사상 방향으로 거리를 유지하고 있어, 밸브가 열리거나 닫히는 것에 따라서, 휨응력이 두 개의 영역에 분산된다. 따라서, 금속 다이어프램(7)이 한 지점에서 상하에서부터 클램프되는 종래의 경우와 비교하여, 다이어프램의 파손이 덜 발생되기가 쉽다.

더욱이, 시이트홀더와 축의 결합이 한 지점에서 다이어프램을 클램프하는 스크류 기구에 의해 수행되는 종래의 경우와 비교하여, 밸브를 형성하기 위한 부품의 수가 더 적고, 밸브의 조립이 훨씬 더 쉬워진다.

또한, 금속 다이어프램(7)의 하측과 시이트홀더(5)의 상측 사이의 간격(G₁)이 다이어프램을 클램프하기 위한 구조로 형성되지 않기 때문에, 그 간격이 거의 제로이고, 내부에 갇히게 되는 유체는 거의 없게 된다. 결과적으로, 밸브의 유체 대체성능과 청정/퍼어징 성능이 극히 향상된다.

Claims (14)

1. 금속 다이어프램형 밸브가 유체입구통로, 유체출구통로, 밸브실, 밸브시이트를 보유하는 몸체와, 상기한 몸체에 배치되고 그 내부에 수직으로 자유롭게 이동가능한 스템과, 지지축을 보유하고 상기한 스템의 하부에 결합되는 시이트홀더를 포함하고, 금속 다이어프램이 상기한 밸브실의 상부에 배치되어 밸브실의 위로향하는 구멍을 공기조임 시일하고, 상기한 다이어프램이 상기한 시이트홀더의 지지축에 의해 관통되는 금속 다이어프램형 밸브에 있어서,

   다이어프램 지지스텝이 상부면을 보유하고, 그 상부면의 고리형 평면부와 상기 평면부와 연속하여 형성되는 아치형 쇼울더는 상기 시이트홀더에 제공되며, 다이어프램은 지지축이 확장하는 중앙에 설치된 구멍을 에워싸는 내주가장자리부를 보유하고, 상기 내주가장자리부는 다이어프램 지지스텝의 평면부에 위치하며,

   지지축이 관통하는 역 접시형의 휨제한기는 금속 다이어프램의 내주가장자리부상에 설치되고, 상기한 휨제한기는 상기한 평면부와 연속하여 형성되는 곡선부와 금속 다이어프램의 내주가장자리부의 상부면에 대해 인접하는, 두께가 t인 고리형의 얇은 평면부를 보유하고,

   다이어프램, 휨제한기, 그리고 상기한 홀더가 공기조임시일을 형성하도록 접합되게 하기 위해, 상기한 휨제한기의 평면부, 금속 다이어프램의 내주가장자리부, 다이어프램 지지스텝의 평면부가 원주상의 용접에 의해 용접되는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기한 휨제한기 평면부의 외부상의 끝부분의 위치와 다이어프램 지지스텝 평면부의 외부상의 끝부분의 위치가 금속 다이어프램의 방사상의 방향으로 거리를 두고 다른 위치에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
3. 제1항에 있어서, 상기한 휨제한기 평면부의 외부상의 끝부분의 위치가 다이어프램 지지스텝 평면부의 외부상의 끝부분의 위치의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
4. 제2항에 있어서, 상기한 휨제한기의 하측 평면부에 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
5. 제1항에 있어서, 상기한 스템이 나사홈이 있는 보닛 너트에 수직으로 이동가능하도록 나사홈이 있는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
6. 제1항에 있어서, 상기한 시이트홀더가 상기한 밸브실의 하측 밸브시이트에 대해 인접한 시이트를 보유하고 있는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
7. 제1항에 있어서, 상기한 금속 다이어프램이 복수의 얇은 금속판을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
8. 제6항에 있어서, 상기한 금속 다이어프램이 3개의 얇은 에질로이^TM(Egiloy^TM)판으로 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
9. 제1항에 있어서, 중앙에 확장된 중간부를 보유하는 오목부가 스템에 배치되고, 시이트홀더 지지축의 위쪽 부분이 오목부 내에 회전가능하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
10. 제1항에 있어서, 상기 홀더의 지지축의 상부 끝과 상기한 스템에 제공되는 오목부의 상부 끝면 사이에 베이링이 설치되는 것을 특징으로 하는 금속 다아이프램형 밸브.
11. 제2항에 있어서, 상기한 휨제한기 평면부의 외부상의 끝부분의 위치가 금속 다이어프램 지지스텝 평면부의 외부상의 끝부분의 위치의 바깥쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
12. 제2항에 있어서, 상기한 휨제한기의 하측 평면부에 오목부가 형성되는 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
13. 금속 다이어프램형 밸브에 있어서, 중심구멍을 보유하는 구부림이 가능한 금속 다이어프램과, 다이프램의 외주부에 그 다이어프램을 클램프하기 위한 수단과, 상기한 다이어프램을 구부리기 위하여 수직으로 이동가능하며, 그 다이어프램과 휨제한기의 중심구멍을 통하여 위로 확장하는 축부분을 보유하는 밸브 시이트홀더를 구비하고,

    용접으로 상기한 다이어프램을 상기한 휨제한기와상기한 밸브홀더에 고정시키고,

    상기한 밸브시이트 홀더는 다이어프램 지지스텝을 보유하고, 상기한 지지스텝은 상기한 다이어프램의 중심구멍이 위를 향하여 구부러질 때 상기한 다이어프램의 바닥면에 마주보는 고리형 상부 평면부와 상기한 다이어프램을 지지하기 위한 상기한 상부 평면부에 연결되는 아치형 쇼울더를 보유하며,

    상기한 휨제한기는 상기한 다이어프램의 중심구멍이 아랫방향으로 구부러질 때, 상기한 다이어프램을 지지하기 위한 상기한 평면 바닥면에 연결되는 곡선면과 상기한 다이어프램의 최상면에 마주보는 평면 고리형 바닥면을 보유하고,

    상기한 고리형 상부면과 고리형 바닥면은 상기한 다이어프램의 중심이 위방향 또는 아랫방향으로 구부러지는 것에 따라서 제1 및 제2 영역(영역 A 및 B)에서 상기한 다이어프램의 휨응력을 발생시키도록 상대적으로 다른 외경을 보유하는 구성으로 결합되어진 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.
14. 제13항에 있어서, 상기한 용접이 상기한 고리형 최상면의 적어도 하나의 외주영역에서 상기한 다이어프램을 상기한 밸브시이트 홀더에 고정시키는 고리형 용접인 것을 특징으로 하는 금속 다이어프램형 밸브.