KR20070083556A

KR20070083556A - 유량 조정 밸브

Info

Publication number: KR20070083556A
Application number: KR1020077005837A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 하스누마; 요시히로 우시구사
Original assignee: 사파스고교 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-29
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2007-08-24
Also published as: EP1816380B1; WO2006046612A1; JP5144880B2; EP1816380A4; JP2006153262A; US8292262B2; KR101282925B1; EP1816380A1; US20090072173A1

Abstract

본 발명은, 수나사부와, 상기 수나사부와 나사 결합하는 암나사부 사이에 생기는 백래시를 저감시키거나 없앨 수 있고, 동시에 유량의 이력 현상(hysteresis)을 방지할 수 있는 유량 조정 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다. 유체 입구 및 유체 출구를 구비하는 보디와, 상기 보디에 장착되는 커버와, 상기 보디 및 상기 커버에 의해 형성되는 공간 내에 배치되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 대해서, 나사부를 통하여 접속되는 밸브체를 구비하여 이루어지는 유량 조정 밸브로서, 상기 밸브체를 상기 모터 측, 또는 상기 모터의 반대 측으로 가압하는 가압 부재가 형성되어 있다.

유량 조절 밸브, 이력 현상, 밸브체, 가압 부재, 스러스트 하중, 나사, 로터리 인코더, 스텝핑 모터

Description

유량 조정 밸브{FLOW CONTROL VALVE}

본 발명은, 예를 들면, 화학 공장, 반도체 제조, 식품, 바이오 등의 각종 산업 분야에서의 유체 수송용 배관에 이용되며, 유체의 유량을 제어하는 유량 조정 밸브에 관한 것이다.

유량 조정 밸브로서는, 모터의 회전축을 정회전·역회전시킴으로써, 압지체가 하단에 설치된 승강체를 상승·하강시켜서, 상기 압지체에 의해 유량 조정 튜브가 직경 방향으로 가압되거나, 또는 가압력이 개방되어서 유체의 유량을 조정하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).

[특허 문헌 1]: 일본국 특개 2004-52797호 공보

그러나, 이와 같은 유량 조정 밸브에서는, 모터의 회전축에 설치된 수나사부와, 승강체와 동시에 상승·하강하는 너트부에 설치되어 수나사부와 나사 결합하는 암나사부 사이에 백래시(backlash)가 생겨서, 유량에 이력 현상(hysteresis)이 생기는 문제점이 있었다.

또한, 모터의 회전축과 밸브체를 나사부를 통하여 접속하고, 이에 따라 회전축의 회전을 밸브체의 회전축을 따른 방향의 변위로 변환하도록 구성된 유량 조정 밸브에서는, 밸브체를 가동 범위 내에서 이동시키는 데에는 문제가 생기지 않는다. 그러나, 전술한 바와 같이 구성된 유량 조정 밸브에서는, 밸브체의 가동 범위를 넘어서 모터의 회전축을 더 회전시키면, 예를 들면 나사부가 파고들어가서, 이러한 패임의 정도에 따라서는, 모터를 동작시킬 수 없는 문제가 생길 경우가 있다.

또한, 유량 조정 밸브가, 제어 장치에 의해 밸브체(니들)의 위치 조정이 행해지는 모터 구동식의 니들 밸브인 경우에는, 유량의 정확한 제어를 행하기 위해, 제어 장치가 현재의 밸브체의 위치(즉 니들 밸브의 개방도)를 정확하게 파악할 필요가 있다.

밸브체의 위치는, 예를 들면, 유량 조정 밸브의 동작 개시 시점에서의 밸브체의 위치 정보와, 유량 조정 밸브가 동작을 개시한 시점으로부터 위치 검출을 행한 시점까지의 모터의 회전축의 회전량의 정보에 기초하여 특정될 수 있지만, 모터의 회전축의 회전량을 검출하기 위해서는, 모터보다 고가의 로터리 인코더를 설치할 필요가 있으므로, 유량 조정 밸브의 제작 비용이 매우 높아진다. 또한, 로터리 인코더를 설치하면, 유량 조정 밸브가 대형화된다.

본 발명은, 전술한 바와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 수나사부와, 상기 수나사부와 나사 결합하는 암나사부 사이에 생기는 백래시를 저감시키거나 없앨 수 있으며, 동시에 유량의 이력 현상을 방지할 수 있고, 밸브체를 구동하는 나사부가 파고드는 등의 문제를 확실하게 방지할 수 있으므로, 고가의 로터리 인코더를 이용하지 않고도, 밸브체의 위치를 정확하게 파악할 수 있는 유량 조정 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 이하의 수단을 채용하다.

본 발명은, 유체 입구 및 유체 출구를 구비하는 보디와, 상기 보디에 장착되는 커버와, 상기 보디 및 상기 커버에 의해 형성되는 공간 내에 배치되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 대해서, 나사부를 통하여 접속되는 밸브체를 구비하여 이루어지는 유량 조정 밸브로서, 상기 밸브체를 상기 모터 측, 또는 상기 모터의 반대 측으로 가압하는 가압 부재가 형성되어 있는 유량 조정 밸브를 제공한다.

본 발명에 따르면, 가압 부재에 의해 밸브체가 모터 측, 또는 모터의 반대 측으로 항상 가압되어, 나사부에서의 접촉이 항상 한쪽으로 접촉되는 상태가 되므로, 나사부에 생기는 백래시를 저감시키거나 없앨 수 있어서, 유량의 이력 현상을 방지하거나 없앨 수 있다.

본 발명의 제1 측면은, 상기 발명에 있어서, 상기 밸브체의 주위를 통과하는 유체가 상기 밸브체에 작용하는 힘의 방향과, 상기 가압 부재에 의한 가압력의 방향이 거의 일치하도록, 상기 가압 부재를 설치한 것이다.

이와 같이 설치함으로써, 밸브체의 주위를 통과하는 유체가 밸브체에 작용하는 힘과, 가압 부재에 의한 가압력의 합력이 나사부에 작용하게 되어, 나사부에서의 한쪽으로 접촉하는 힘(마찰력)을 더 높일 수 있으므로, 나사부에 생기는 백래시를 저감시키거나 없앨 수가 있어서, 유량의 이력 현상을 방지하거나 없앨 수 있다.

본 발명의 제2 측면은, 상기 발명에 있어서, 상기 공간 내에서 상기 모터 측과 상기 밸브체 측을 분리시키는 패킹이 형성되어 있는 동시에, 상기 패킹은 기화된 약액이 투과하지 않는 재질로 구성된 것이다.

이와 같이 형성함으로써, 예를 들면, 불소 고무(FKM)로 만들어진 패킹에 의해, 모터 측의 공간과 밸브체 측의 공간이 분리되는 동시에, 밸브체 측의 공간으로부터 모터 측의 공간으로 유체가 유입될 때, 예를 들면, 기화된 불화수소산, 염산, 초산 등의 유입을 차단할 수 있으므로, 모터 측의 공간 내에 배치된 모터의 부식 등을 방지할 수 있으며, 또한, 전술한 바와 같은 패킹을 채용함으로써, 기화된 불화수소산, 염산, 초산 등이 모터 측의 공간으로 유입되지 않으므로, 모터 측의 공간에 배치되는 부품을 금속제로 형성할 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 있어서는, 상기 패킹보다 밸브체 측에 체류하는 유체를 배출하는 배출로가 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 패킹보다 밸브체 측에 체류하는 유체를, 신속하게 유량 조정 밸브의 밖으로 배출시킬 수 있다.

상기 구성에 있어서는, 상기 배출로 내에, 체크 밸브(check valve)가 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다

이와 같이 구성함으로써, 주위의 분위기가 배출로를 통하여 내부로 역류되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제3 측면은, 상기 발명에 있어서, 상기 모터에 위치 결정 기준면이 설치되고, 상기 보디에 상기 모터를 고정하는 고정 부재가 설치되며, 상기 고정 부재가, 상기 모터의 상기 위치 결정 기준면과 접하여, 상기 회전축의 위치와 방향 중 적어도 어느 한쪽을 상기 밸브체의 구동에 적합한 상태로 설정하여 상기 모터를 위치 결정하는 위치 결정면을 구비한다.

이와 같이 함으로써, 보디에 설치된 고정 부재의 위치 결정면에 대해서 모터의 위치 결정 기준면을 접촉시킴으로써, 모터의 회전축의 위치 또는 방향, 또는 위치와 방향의 양쪽이 밸브체의 구동에 적합한 상태가 되므로, 보디에 대한 모터의 위치 조정 작업, 또는 방향의 조정 작업, 또는 위치 조정 작업과 방향 조정 작업이 불필요하게 된다.

그러므로, 유량 조정 밸브를 제조할 때나 유지 관리할 때, 조립 작업자의 기술 레벨에 관계없이 고정밀의 조립을 용이하고도 신속하게 행할 수 있으며, 생산성, 작업성이 뛰어나고 동시에, 제품마다, 또는 유지 관리 작업마다의 조립 정밀도 등의 편차가 저감되어, 유량 조정 밸브로서 고수준의 성능을 유지할 수 있다.

여기서, 위치 결정 기준면은, 하나의 이상의 곡면, 또는, 적어도 하나의 면이 다른 면과 상이한 방향으로 향하는 복수개의 평면에 의해 구성될 수 있다. 위치 결정 기준면이 곡면인 경우에는, 위치 결정면은 상기 곡면과 동일한 곡율이면서 곡율의 방향이 역방향이 되는 곡면에 의해 구성된다. 위치 결정 기준면이 복수개의 평면인 경우에는, 위치 결정면도 각각의 위치 결정 기준면에 대응하는 복수개의 평면에 의해 구성된다.

상기 구성에 있어서는, 상기 모터의 상기 위치 결정 기준면이 상기 회전축에 평행한 통형면 또는 통형 내면을 이루고, 상기 고정 부재의 상기 위치 결정면이, 상기 밸브체의 구동 방향으로 평행하면서 상기 위치 결정 기준면과 동일한 형상의 통형 내면 또는 통형면을 이루고 있어서, 상기 위치 결정면이 상기 위치 결정 기준면과 접한 상태에서는 상기 회전축의 위치와 방향이 위치 결정되는 것이 바람직하다.

이와 같이 함으로써, 모터의 위치 결정 기준면이 통형면인 경우에는, 고정 부재의 위치 결정면은 위치 결정 기준면과 거의 동일한 형상의 통형 내면이 되고, 모터의 위치 결정 기준면을 고정 부재의 위치 결정면의 내주측에 삽입하여 모터와 고정 부재를 걸어맞추어서, 보디에 대한 모터의 위치와 방향 모두에 대하여 위치 결정한다.

또한, 모터의 위치 결정 기준면이 통형 내면인 경우에는, 고정 부재의 위치 결정면은 위치 결정 기준면과 거의 동일한 형상의 통형면이 되고, 고정 부재의 위치 결정면을 모터의 위치 결정 기준면의 내주측에 삽입하여 모터와 고정 부재를 걸어맞추어서, 보디에 대한 모터의 위치와 방향 모두에 대하여 위치 결정한다.

즉, 모터와 고정 부재가 이른바 인롱(印籠)에 의하여 결합되므로, 모터와 고정 부재를 접속하기만 하면, 보디에 대한 모터의 위치와 방향 모두에 있어서 위치 결정을 행할 수 있으므로, 제조가 용이하게 된다.

본 발명의 제4 측면은, 상기 발명에 있어서, 사전에 설정한 동작 범위 내에서의 상기 밸브체의 이동을 허용하면서 상기 동작 범위의 단부에 도달한 상기 밸브체와 접하여 상기 동작 범위 밖으로 이동하는 것을 규제하는 스토퍼를 설치한 것이다.

이 경우에는, 밸브체의 동작 범위가 사전에 정해져 있고, 밸브체가 동작 범위의 단부(동작 범위와 동작 범위 외의 경계)에 이르면, 스토퍼와 밸브체가 접하게 되어, 밸브체가 더 이상 이동하는 것을 규제하므로, 나사부가 파고드는 등의 문제가 확실하게 방지된다.

상기 유량 조정 밸브에서는, 사전에 설정한 동작 범위가, 밸브체의 실제 가동 범위가 된다.

본 발명의 제5 측면은, 상기 발명에 있어서, 상기 모터의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하며, 상기 제어 장치는, 적어도 상기 밸브체가 상기 가동 범위의 단부 근방에서 상기 단부를 향하여 이동하는 경우에는 상기 모터를 제1 구동 토크로 동작시키고, 상기 밸브체가 상기 가동 범위의 단부로부터 이격되는 경우에는 상기 모터를 상기 제1 구동 토크보다 큰 제2 구동 토크로 동작시키도록 구성된 것이다.

이와 같이 구성함으로써, 밸브체를 가동 범위의 단부로부터 이격시킬 때, 모터의 동작을 제어하는 제어 장치는, 밸브체를 상기 가동 범위의 단부까지 이동시킬 때의 구동 토크(제1 구동 토크)보다 큰 상기 제2 구동 토크로 모터를 동작시킨다.

이에 따라, 상기 유량 조정 밸브에서는, 밸브체가 가동 범위의 단부까지 이동할 때, 나사부에 의한 패임이 생기더라도, 상기 패임에 의한 문제를 용이하게 해소할 수 있다.

여기서, 모터의 구동 토크는 모터에 입력되는 구동 전류의 크기와 비례한다.

따라서, 제어 장치가, 밸브체를 가동 범위의 단부까지 이동시키기 위해서는, 모터의 구동 전류의 출력 제한치를 제1 제한치로 설정하고, 밸브체를 가동 범위의 단부로부터 이격시키기 위해서는, 출력 제한치를 상기 제1 제한치보다 큰 제2 제한치로 설정하도록 구성함으로써, 밸브체를 가동 범위의 단부로부터 이격시킬 때의 모터의 구동 토크를, 밸브체를 상기 가동 범위의 단부까지 이동시킬 때의 모터의 구동 토크보다 크게 설정할 수 있다.

또한, 모터는, 일반적으로, 회전축이 저속으로 회전할수록 회전축을 구동하는 토크가 증대한다.

따라서, 제어 장치가, 밸브체를 가동 범위의 단부까지 이동시키기 위해서는, 모터의 회전축을 제1 회전 속도로 회전시키고, 밸브체를 가동 범위의 단부로부터 이격시키기 위해서는, 상기 제1 회전 속도보다 저속인 제2 회전 속도로 회전시키도록 구성함으로써, 밸브체를 가동 범위의 단부로부터 이격시킬 때의 모터의 구동 토크를, 밸브체를 상기 가동 범위의 단부까지 이동시킬 때의 모터의 구동 토크보다 크게 설정할 수 있다.

본 발명의 제6 측면은, 상기 발명에 있어서, 상기 밸브체가 니들 밸브의 니들을 구성하고 있고, 상기 모터는 입력된 펄스 신호의 펄스수와 비례한 각도 만큼 상기 회전축을 회전시키는 스텝핑 모터이며, 상기 모터의 동작을 제어하여 상기 밸브체의 위치 제어를 행하는 제어 장치가 설치되고, 상기 제어 장치는, 상기 밸브체의 위치 교정을 행할 때, 상기 회전축을, 상기 밸브체가 상기 가동 범위의 일단으로부터 타단까지 이동하는데 필요한 각회전시킬 만큼의 펄스수의 펄스 신호를 상기 모터에 입력하며, 상기 회전축이 정지한 위치에서 상기 밸브체가 상기 가동 범위의 상기 타단에 위치하고 있는 것으로 판정하고, 그 후에는 상기 가동 범위 내에서 상기 밸브체의 위치 제어를 행하도록 구성된 것이다.

이와 같이 구성함으로써, 로터리 인코더를 사용하여 밸브체의 위치를 특정하는 대신, 전원 투입 시 등의 적절한 시기에, 밸브체를 먼저 가동 범위의 타단으로 이동시켜서 그 위치 교정을 행하며, 그 후에는 모터에 입력된 펄스 신호의 펄스수에 기초하여 위치 교정 후의 회전축의 회전량을 얻고, 상기 회전량의 정보에 기초하여 가동 범위의 타단으로부터의 밸브체의 변위량을 구하여, 현재의 밸브체의 위치를 특정한다.

구체적으로는, 제어 장치는, 밸브체의 위치 교정을 행할 때, 밸브체가 상기 가동 범위의 일단으로부터 타단까지 이동하는데 필요한 각도(이 각도는 유량 조정 밸브의 설계 정보로부터 얻어짐)만큼 모터의 회전축을 회전시키도록, 소정 펄스수의 펄스 신호를 모터에 입력한다.

이에 따라, 회전축의 회전이 종료된 시점에서는, 밸브체는, 위치 교정 작업의 개시 시점에서의 위치(초기 위치)에 관계없이, 가동 범위의 타단에 위치하게 된다. 밸브체의 위치 교정 개시 시점에서 밸브체가 가동 범위의 일단 이외에 위치하고 있는 경우에는, 회전축이 모터에 입력된 펄스 신호의 모든 펄스에 대응하는 각도만큼 회전하기 전에, 밸브체가 가동 범위의 타단에 도달하고, 그 이상 이동할 수 없게 되므로, 그 후에는 나머지 펄스수에 관계없이, 회전축이 회전하지 않는다.

이와 같이 밸브체를 가동 범위의 타단에 위치시킨 후에는, 제어 장치는, 밸브체가 가동 범위의 타단에 위치하고 있는 것으로 판단하여, 가동 범위 내에서 밸브체의 위치 제어가 행해진다.

가동 범위 내에서는, 모터에 입력된 펄스 신호의 모든 펄스에 대응하는 각도로 회전축이 회전하므로, 펄스 신호의 펄스수와 밸브체의 위치 사이에 일정한 관계가 성립한다.

이에 따라, 먼저 밸브체를 가동 범위의 타단에 위치시키고 나서, 그 후에 모터에 입력된 펄스 신호의 펄스수에 기초하여 밸브체의 위치를 특정할 수 있으므로, 로터리 인코더를 이용하지 않고도, 밸브체의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.

본 발명의 제6 측면에 있어서, 상기 제어 장치가, 상기 밸브체의 위치 교정을 행할 때, 상기 회전축을 상기 밸브체가 상기 가동 범위 중 개방 측을 향하여 이동하는 방향으로 회전시키도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 밸브체의 위치 교정을 행할 때, 니들 밸브의 니들을 구성하는 밸브체가, 가동 범위 중의 개방측, 즉 니들 밸브를 구성하는 다른 부재와의 간섭을 회피하는 방향을 향해 이동하므로, 반복적으로 밸브체의 위치 교정을 행하더라도, 밸브체나 니들 밸브 본체가 쉽게 마모되지 않는다.

본 발명의 제7 측면은, 본 발명의 제6 측면에 있어서, 상기 제어 장치가, 적어도 상기 밸브체가 그 가동 범위의 단부 근방에서 상기 단부를 향하여 이동하는 경우에는, 상기 모터의 상기 회전축을 제1 구동 토크로 회전시키고, 상기 밸브체가 상기 가동 범위의 단부로부터 이격되는 경우에는, 상기 모터의 상기 회전축을 상기 제1 구동 토크보다 큰 제2 구동 토크로 회전시키도록 구성된다.

이와 같이 구성함으로써, 밸브체를 가동 범위의 단부로부터 이격시킬 때, 모터의 동작을 제어하는 제어 장치가, 밸브체를 상기 가동 범위의 단부까지 이동시킬 때의 구동 토크(제1 구동 토크)보다 큰 제2 구동 토크로 모터를 동작시킨다.

이에 따라, 상기 유량 조정 밸브에서는, 밸브체가 가동 범위의 단부까지 이동할 때, 나사부에 의하여 패임이 생기더라도, 상기 패임에 의한 문제를 용이하게 해소할 수 있다.

본 발명의 제8 측면은, 상기 발명에 있어서, 상기 모터의 본체 외부에, 상기 회전축에 가해지는 스러스트 하중(thrust force)을 받는 스러스트 베어링을 설치하도록 구성되는 것이 바람직하다.

이와 같이 구성함으로써, 밸브체가 유체의 압력을 받았을 때에 밸브체 및 나사부를 통하여 회전축에 전달된 스러스트 하중이, 모터 본체 외부에 설치된 스러스트 베어링이 받게 되어, 모터 본체를 비켜가므로, 모터 내의 회전축의 지지 구조에 가해지는 부담이 경감되어, 장기에 걸쳐서 모터의 성능을 유지할 수 있다.

본 발명에 따른 유량 조정 밸브에 의하면, 수나사부와, 상기 수나사부와 나사 결합하는 암나사부 사이에 생기는 백러시를 저감시키거나 없앨 수 있고 동시에, 유량의 이력 현상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 제4, 제5, 및 제7 측면에 의하면, 밸브체를 구동하는 나사부의 패임 등에 의한 문제가 확실하게 방지된다.

또한, 본 발명의 제6 측면에 의하면, 고가의 로터리 인코더를 사용하지 않고도, 밸브체의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 니들 밸브(유량 조정 밸브)의 제1 실시예를 나타낸 종단면도이다.

도 2는 도 1의 주요부 확대도이다.

도 3은 본 발명에 의한 니들 밸브의 제2 실시예를 나타낸 도 2 상당 도면이다.

도 4는 모터의 회전축의 회전 각도와 유량의 관계를 나타내는 그래프로서, 도 4의 (a)는 도 1 및 도 2에 나타낸 니들 밸브를 사용하여 측정한 측정 결과, 도 4의 (b)는 종래의 니들 밸브를 사용하여 측정한 측정 결과를 나타내고 있다.

도 5는 본 발명에 의한 니들 밸브의 제3 실시예를 나타낸 종단면도이다.

도 6은 도 5의 일부 확대도이다.

도 7은 본 발명에 의한 니들 밸브의 제4 실시예를 나타낸 종단면도이다.

도 8은 본 발명에 의한 니들 밸브의 제5 실시예를 나타낸 블록도이다.

도 9는 도 8에 나타낸 니들 밸브의 동작을 나타낸 도면이다.

[제1 실시예]

이하, 본 발명에 따른 유량 조정 밸브의 제1 실시예를, 도면을 참조하면서 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서의 유량 조정 밸브(이하, ‘니들 밸브’라 한다)(10)는, 구동부(11), 보디(12), 베이스(13), 및 다이어프램 니들(밸브체)(14)을 주요한 요소로 하여 구성된다.

구동부(11)는, 모터(15), 커플링(16), 슬라이더(17), 스토퍼(18), 패킹(19), 다이어프램 커버(20), 스프링(가압 부재)(21), 커버 플랜지(22), 및 커버(23)를 구비한다.

모터(15)는, 예를 들면, 스텝핑 모터로 이루어진다. 상기 모터(15)의 하면 중앙부에는, 하측으로 돌출하는, 케이블(29)을 통하여 공급된 전력에 의해 정회전·역회전되는 회전축(15a)이 형성되어 있다. 회전축(15a)의 일부에는 평탄한 안착면(15b)이 형성되어 있다. 상기 안착면(15b)에는 후술하는 육각홀 스톱나사(30)의 선단면이 접촉하도록 되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 커플링(16)은, 그 중앙부에 회전축(15a)이 삽입되는 오목부(16a)가 형성되어 있는 원통형의 부재이다. 커플링(16)은, 그 하단부으로부터 하방을 향하여 돌출하는 볼록부(16b)가 형성되어 있고, 이에 따라 전체가 단면에서 보았을 때, 대략 T자형을 이루고 있다. 볼록부(16b)의 외표면에는 수나사부(16c)가 형성되어 있고, 후술하는 슬라이더(17)의 암나사부(17a)와 나사 결합하도록 되어 있다.

커플링(16)의 오목부(16a)를 형성하는 측벽에는, 육각홀 스톱나사(30)를 수용하는 관통공(16d)이 형성되어 있다. 상기 관통공(16d)의 표면에는, 육각홀 스톱나사(30)의 표면에 형성된 수나사부와 나사 결합하는 암나사부가 형성되어 있다. 육각홀 스톱나사(30)의 수나사부가 관통공(16d)의 암나사부와 나사 결합하는 동시에, 육각홀 스톱나사(30)의 선단면이 회전축(15a)의 안착면(15b)과 접촉하도록 육각홀 스톱나사(30)가 관통공(16d)과 나사 결합됨으로써, 커플링(16)이 모터(15)의 회전축(15a)과 고정되도록 되어 있다.

슬라이더(17)는, 모터(15)의 하단면으로부터 하측으로 연장되는 모터 샤프트(31)에 따라 상승·하강한다. 슬라이더(17)의 양 단부(도면에서 좌우의 단부)(17b)에는, 모터 샤프트(31)의 외주면과 접하는 내주면을 가지는 브랜치부(도시 하지 않음)가 형성되어 있다.

슬라이더(17)의 상측 중앙부에는, 커플링(16)의 볼록부(16b)가 삽입되는 제1 오목부(17c)가 형성되어 있다. 오목부(17c)의 표면에는, 볼록부(16b)의 수나사부(16c)와 나사 결합하는 암나사부(17a)가 형성되어 있다. 상기 암나사부(17a)의 반경 방향 외측에는, 평면에서 보았을 때 주위 방향에 걸쳐서 휠형의 홈(17d)이 형성되어 있다. 상기 홈(17d)에는, 스프링(21)의 일단면(도면에서 하측의 단면)이 수용되도록 되어 있다.

한편, 슬라이더(17)의 하측 중앙부에는, 스토퍼(18)의 볼록부(18a)가 삽입되는 제2 오목부(17e)가 형성되어 있다. 제2 오목부(17e)의 표면에는, 볼록부(18a)의 수나사부(18b)와 나사 결합하는 암나사부(17f)가 형성되어 있다.

이와 같이 구성된 슬라이더(17)는, 모터(15)의 회전축(15a)과 함께 회전하는 커플링(16)에 의해, 모터 샤프트(31)를 따라서 상승·하강하도록 되어 있다.

모터 샤프트(31)는, 나사(32)를 통하여 커버 플랜지(22)에 고정되어 있다.

스토퍼(18)는, 그 중앙부에 다이어프램 니들(14)의 중앙부가 삽입되는 오목부(18c)가 형성되어 있는 원통형 부재이다. 스토퍼(18)는, 그 상단부로부터 상측을 향하여 돌출하는 볼록부(18a)가 형성되어 있고, 이에 따라, 단면에서 보았을 때 전체적으로 대략 T자형을 이루고 있다. 볼록부(18a)의 외표면에는 수나사부(18b)가 형성되어 있고, 슬라이더(17)의 암나사부(17f)와 나사 결합하도록 되어 있다.

즉, 스토퍼(18)는, 상기 볼록부(18a)가 슬라이더(17)의 제2 오목부(17e)와 나사 결합됨으로써, 슬라이더(17)에 고정되고, 슬라이더(17)와 함께 상승·하강하 도록 되어 있다.

스토퍼(18)의 볼록부(18a)를 슬라이더(17)의 제2 오목부(17e)와 나사 결합할 때에는, 패킹(19)의 내주 단부가 스토퍼(18)와 슬라이더(17) 사이에 끼워져서 고정되도록 되어 있다.

패킹(19)은, 그 중앙부에 스토퍼(18)의 볼록부(18a)가 관통하는 환형공을 가지며, 평면에서 보았을 때 도너츠형의 부재이다. 패킹(19)은, 예를 들면, 불소 고무(FKM)로 만들어진다. 상기 패킹(19)은, 그 내주 단부가 스토퍼(18)와 슬라이더(17) 사이에 끼워지고 동시에, 그 외주 단부가 다이어프램 커버(20)와 커버 플랜지(22) 사이에 끼워져서 고정되어 있다.

상기 다이어프램 커버(20) 및 상기 커버 플랜지(22)는, 냄비머리 소형 나사(33)를 통하여 보디(12) 및 베이스(13)에 고정되어 있다(도 1 참조).

다이어프램 커버(20)는, 그 중앙부에 스토퍼(18)의 오목부(18c)를 형성하는 측벽의 외주면을 안내하는 관통공(20a)을 구비하고 있다. 다이어프램 커버(20)는 그 상면 중앙부에 홈부(20b)를 구비하고 있다. 또한, 다이어프램 커버(20)에는, 그 상면과 하면을 연통하는 연통로(20c)가 형성되어 있다.

다이어프램 커버(20)의 하면에는, 다이어프램 니들(14)의 외주 단부에 상측을 향하여 휠형으로 형성된 볼록부(14a)를 수용하는 홈(20d)이 형성되어 있다.

스프링(21)은, 모터(15)의 하단면에 설치된 스프링 받이(34)와, 슬라이더(17)의 홈(17d) 사이에 배치된다. 스프링(21)은, 슬라이더(17)를 항상 하측(커버 플랜지(22) 측)으로 가압하는 압축 코일 스프링이며, 이에 따라 슬라이더(17)의 암나사부(17a)와 커플링(16)의 수나사부(16c)의 백래시가 저감되거나 없어지도록 되어 있다.

커버 플랜지(22)는, 그 중앙부에 슬라이더(17)의 제1 오목부(17c)를 형성하는 측벽의 외주면을 안내하는 관통공(22a)을 구비한다. 커버 플랜지(22)는, 그 하면과 다이어프램 커버(20)의 상면으로 패킹(19)의 외주 단부가 끼워지도록 구성된다. 커버 플랜지(22)의 하단부에는 나사(32)의 헤드부를 수용하는 오목부(22b)가 형성되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 커버(23)는 보디(12)의 상측과 접하여 배치된다. 커버(23)는 그 내부에 상기 구동부(11)를 수용한다. 커버(23)와 케이블(29) 사이에는 케이블 패킹(35)이 설치되어 있다. 커버(23)와 보디(12) 및 다이어프램 커버(20) 사이에는 O링(오링)(36)이 설치되어 있다. 상기 케이블 패킹(35) 및 상기 O링(36)은, 예를 들면, 불소 고무(FKM)로 만들어진다.

보디(12)는 대략 직육면체형으로 형성된다. 보디(12)는, 예를 들면, PTFE(폴리테트라플루오로에틸렌), PCTFE(폴리클로로트리플루오로에틸렌), PFA(테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체) 등의 불소 수지 재료로 이루어진다.

보디(12)의 일측면(도면에서 좌측면)에는 유체 입구부(41)가 형성되어 있다.

보디(12)의 유체 입구부(41)의 반대 측에 위치하는 타측면(도면에서 우측면)에는 유체 출구부(42)가 형성되어 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 보디(12)의 상면 중앙부에는, 유체 입구부(41) 및 유체 출구부(42)와 연통하는 포트(43)가 형성되어 있다. 상기 포트(43)는, 다이어프램 니들(14)이 닫혀 있는 상태(도면에서 실선으로 나타낸 상태)에서 다이어프램 니들(14)의 니들부(14b)를 수용하는 니들 수용부(43a)를 구비하고 있다. 포트(43)는, 다이어프램 니들(14)이 닫혀 있는 상태에서 다이어프램 니들(14)의 다이어프램부(14c)의 하면과 접하는 다이어프램 수용부(43b)를 구비하고 있다.

니들 수용부(43a)는 평면에서 보았을 때 원형을 이루는 오목부로 이루어져 있다. 니들 수용부(43a)의 저면은 수평면을 형성하고 있다. 니들 수용부(43a)의 중앙부에는 유체 입구부(41)와 연통하는 유체 입구(41a)가 형성되어 있다. 다이어프램 수용부(43b)는 니들 수용부(43a)의 반경 방향 외측이면서, 니들 수용부(43a)의 저면보다 상측으로 형성되는 동시에, 반경 방향 내측으로부터 반경 방향 외측을 향해 점점 그 깊이가 얕아지도록 형성된, 평면에서 보았을 때 도너츠형을 이루는 화분형의 공간이다. 또한, 다이어프램 수용부(43b)에는 유체 출구(42a)가 형성되어 있다.

그리고, 보디(12)의 상면에는, 다이어프램 니들(14)의 외주 단부에 하측을 향하여 휠형으로 형성된 볼록부(14d)를 수용하는 홈(12a)이 형성되어 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 보디(12)의 다른 측면(도면의 깊이측의 면)에는 도시하지 않은 배출구가 형성되어 있다. 보디(12)의 다른 측면에는, 상기 배출구와 다이어프램 커버(20)에 형성된 연통로(20c)와 연통되는 배출로(44)가 형성되어 있다. 상기 배출로(44) 내에는 덕빌(45, duck bill)이 배치되어 있다. 상기 덕빌(45)은, 예를 들면, 불소 고무(FKM)로 만들어진, 이른바 체크 밸브이다.

베이스(13)는, 보디(12)의 하면에 접촉되어 배치되는 판형의 부재이며, 그 하단부에는 냄비머리 소형나사(33)의 헤드부를 수용하는 오목홈(13a)이 형성되어 있다.

본 실시예와 같이 구성된 니들 밸브(10)에, 사용자가 모터(15)를 조작하여, 모터(15)의 회전축(15a)을 일방향(예를 들면, 도 1의 상측으로부터 시계 방향)으로 회전시키면, 상기 회전축(15a)과 함께 커플링(16)도 한쪽 방향으로 회전한다. 커플링(16)이 회전하면, 커플링(16)의 수나사부(16c)와 슬라이더의 암나사부(17a)를 통하여 연결된 슬라이더(17)가 모터 샤프트(31)를 따라 상측으로 이동한다(상승한다). 슬라이더(17)가 상승하면, 스토퍼(18)를 통하여 슬라이더(17)에 연결된 다이어프램 니들(14)의 니들부(14b) 및 다이어프램부(14c)가, 전개(全開) 상태(도 2에서 2점 쇄선으로 나타낸 상태)를 향하여 함께 상승한다. 니들부(14b)가 상승함으로써, 유체 입구(41a)와 니들부(14b) 사이에 간극이 생기고, 밸브가 열린 상태(오픈)가 된다. 이에 따라, 포트(43) 내에 유체가 유입됨과 동시에, 포트(43) 내를 충만시킨 유체가 차례대로 유체 출구(42a)를 통하여 유체 출구부(42)로 배출되기 시작한다.

유체의 유량을 줄이고자 하는 경우나, 밸브 자체를 닫고자 하는 경우에는, 모터(15)를 조작하여, 모터(15)의 회전축(15a)을 다른 쪽 방향(예를 들면, 도 1의 상측으로부터 반시계 방향)으로 회전시키면 된다.

상기한 바와 같이 구성된 본 실시예에 의한 니들 밸브(10)에, 스프링(21)에 의해 슬라이더(17)에 항상 하향(다이어프램 니들(14)의 니들부(14b)가 닫히는 방 향)의 압력이 가해져서, 슬라이더(17)의 암나사부(17a)와 커플링(16)의 수나사부(16c)의 백래시가 저감되거나 없어지도록 되어 있다. 그러므로, 유량에 이력 현상이 생기는 것을 방지할 수 있다.

도 4의 (a)는, 본 실시예에 따른 니들 밸브(10)를 닫은 상태로부터 회전축(15a)을 여는 방향으로 3회전시켜서 전개 상태로 만든 후, 회전축(15a)을 닫는 방향으로 회전시킬 때의 유량을 회전축(15a)의 회전 각도마다 측정한 그래프이다. 그래프 중의 ‘×’는 닫은 상태로부터 여는 상태로 갈 때의 측정치, 그래프 중의 ‘△’은 열린 상태로부터 닫은 상태로 갈 때의 측정치를 나타내고 있다.

도 4의 (b)는, 슬라이더(17)에 하향의 압력을 가하는 스프링(21)을 구비하고 있지 않은 니들 밸브를 닫은 상태로부터 회전축(15a)을 여는 방향으로 3회전시켜서 전개 상태로 만든 후, 회전축(15a)을 닫는 방향으로 회전시켜서, 도 4의 (a)와 마찬가지의 측정을 행한 결과를 나타낸 그래프이다. 그래프 중의 ‘*’는 닫은 상태로부터 열린 상태로 갈 때의 측정치, 그래프 중의 ‘●’는 열린 상태로부터 닫은 상태로 갈 때의 측정치를 나타내고 있다.

이와 같이, 스프링(21)에 의해 슬라이더(17)에 항상 하향의 압력을 가하는 니들 밸브(10)는, 밸브의 개폐에 의한 유량 차, 즉, 유량의 이력 현상을 대폭 저감시키거나 거의 없앨 수 있다.

유체 출구(42a)가 포트(43)의 상측, 즉, 유체 입구(41a)보다 상측으로 형성되어 있으므로, 포트(43) 내에서의 기포의 발생을 저감시키거나 거의 없앨 수 있다.

또한, 다이어프램 니들(14)의 외주 단부에는, 상측을 향하여 볼록부(14a)가 설치되고, 하측을 향해 볼록부(14d)가 형성되어 있다. 이들 볼록부(14a, 14d)는, 각각 다이어프램 커버(20)의 홈(20d), 보디(12)의 홈(12a)에 밀착되어 수용되도록 되어 있다. 그러므로, 다이어프램 니들(14)의 하측으로부터 상측으로 (액상)유체가 유통되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 슬라이더(17)와 스토퍼(18) 사이에는 패킹(19)이 형성되어 있다. 패킹(19)의 내주 단부는 슬라이더(17)와 스토퍼(18) 사이에 끼워지며, 패킹(19)의 외주 단부는 다이어프램 커버(20)와 커버 플랜지(22) 사이에 끼워져 있다. 이에 따라, 패킹(19)의 일면측(도면의 하측)과 다른면측(도면의 상측), 즉, 다이어프램 니들(14) 측과 모터(15) 측을 완전히 분리할 수 있으므로, 모터(15)가 저장되어있는 공간 내에, 기화된 (액상 또는 가스상의) 유체(예를 들면, 불화수소산 등의 약액)가 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

또한, 보디(12)에는, 니들 밸브(10)의 외측과 연통하는 연통로(20c)가 형성되어 있다. 이에 따라, 패킹(19)의 일면 측에 모인 가스상 유체(불화수소산, 염산, 초산 등의 약액이 기화한 가스)를 신속하게 외부로 배출할 수 있으며, 다이어프램 니들(14)의 움직임을 방해하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연통로(20c)가 호흡구가 되어, 다이어프램 니들(14)의 움직임을 스무드하게 할 수 있다.

[제2 실시예]

본 발명에 따른 니들 밸브의 제2 실시예를, 도 3을 사용하여 설명한다.

본 실시예에서의 니들 밸브(50)은, 스프링(21) 대신 스프링(51)이 형성되어 있는 점에서 상기 제1 실시예와 상이하다. 그 외의 구성 요소에 대해서는 상기 제1 실시예와 동일하므로, 여기에서는 이들 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.

상기 제1 실시예와 동일한 부재에는 동일한 부호를 부여하고 있다.

본 실시예에서의 스프링(51)은, 슬라이더(17)와 커버 플랜지(22) 사이에 설치된 압축 코일 스프링이며, 슬라이더(17)를 항상 상측(모터(15) 측)으로 가압한다. 이에 따라, 슬라이더(17)의 암나사부(17a)와 커플링(16)의 수나사부(16c)의 백래시가 저감되거나 없어지게 된다.

전술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 니들 밸브(50)에 의하면, 포트(43) 내를 통과하는 유체가 다이어프램 니들(14)에 미치는 힘의 방향과 스프링(51)이 슬라이더(17)를 가압하는 방향이 일치하게 된다. 그러므로, 유체의 압력 차에 의한 암나사부(17a)와 수나사부(16c)의 백래시의 변동이 거의 생기지 않도록 할 수 있으며, 밸브의 개폐에 의한 유량 차, 즉, 유량의 이력 현상이 거의 생기지 않게 된다.

그 외의 효과에 대하여는 전술한 제1 실시예와 동일하므로 여기서는 그 설명을 생략한다.

전술한 각 실시예에서는 커플링(16)을 통하여 회전축(15a)과 슬라이더(17)를 연결하고 있지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 각각 의 상기 실시예에 있어서, 회전축(15a)의 외표면에 직접 수나사부를 설치하도록 하여, 커플링(16)을 없앨 수도 있다.

이에 따라, 모터(15)와 슬라이더(17) 사이의 거리가 짧아지게 할 수 있고, 니들 밸브(10, 50)의 길이 방향의 길이(세로 방향의 길이)가 짧아지게 할 수 있으므로, 밸브의 소형화를 도모할 수 있다.

[제3 실시예]

이하, 본 발명에 따른 니들 밸브의 제3 실시예를, 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다.

본 실시예에 나타내는 니들 밸브(60)는, 제2 실시예에 나타낸 니들 밸브(50)에 있어서, 보디(12)에 대한 모터(15)의 장착 구조를 변경한 것을 주요한 특징으로 한다. 이하, 제2 실시예에서 나타낸 니들 밸브(50)와 마찬가지 또는 동일한 부재에 대하여는 동일한 부호를 사용하여 나타내고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에서 나타내는 니들 밸브(60)에서는, 모터(15)를 보디(12)에 고정시키는 고정 부재로서, 다이어프램 커버(20), 커버 플랜지(22), 및 모터 샤프트(31) 대신, 이들의 구성을 일부 변경한, 다이어프램 커버(70), 커버 플랜지(72), 및 하우징(81)이 이용되고 있다.

본 실시예에서는, 모터(15)의 하단에는, 회전축(15a)의 축선과 그 축선을 일치시켜서 하면(15c)으로부터 하방으로 돌출하는 원기둥부(62)가 형성되어 있다. 상기 원기둥부(62)의 외주면은 제1 위치 결정 기준면(63)이 되어 있다.

모터(15)의 하면(15c)은, 회전축(15a)과 거의 직교하는 평면이 되어 있다.

하우징(81)은, 내부에 모터(15)의 회전축(15a)이 삽입되어 내부에서의 슬라이더(17)의 상하 변위를 허용하는 대략 원통형의 부재이다.

하우징(81)의 상단에는, 모터(15)의 원기둥부(62)가 삽입되는 내측 플랜지(82)가 형성되어 있다. 하우징(81)의 하단에는, 하단면으로부터 하측을 향해 돌출되는 원환형의 돌조(83)가 형성되어 있다. 본 실시예에서, 내측 플랜지(82) 및 돌조(83)의 축선은, 하우징(81)의 축선과 일치한다.

내측 플랜지(82)의 내주면은, 그 내경이 모터(15)의 원기둥부(62)의 외경과 거의 동일한 직경을 가지는 원통 내면 형상으로 되어 있다. 상기 내주면이, 모터(15)의 제1 위치 결정 기준면(63)과 접하여 모터(15)의 축선과 내측 플랜지(82)의 축선이 일치하도록 위치 결정하는 제1 위치 결정면(86)이 되어 있다.

돌조(83)의 내주면은, 제1 위치 결정면(86)의 축선과 그 축선이 일치하는 원통 내면 형상을 이루는 제2 위치 결정 기준면(87)이 되어 있다.

커버 플랜지(72)의 상면에는, 상측으로 돌출되는 원기둥부(73)의 축선과 관통공(22a)의 축선이 일치되어 형성되어 있다. 커버 플랜지(72)의 하면에는, 하측으로 돌출하는 원환형의 돌조(74)가 형성되어 있다.

원기둥부(73)는, 하우징(81)의 돌조(83)의 내주측에 삽입된다. 원기둥부(73)의 외주면은, 하우징(81)의 돌조(83)의 내경과 거의 동일한 직경을 가지는 원통면을 이루고 있다. 상기 외주면은, 하우징(81)의 제2 위치 결정 기준면(87)과 접하여 하우징(81)의 축선과 관통공(22a)의 축선이 일치되도록 위치 결정하는 원통형의 제2 위치 결정면(75)이 되어 있다.

여기서, 커버 플랜지(72)의 상면에 있어서, 원기둥부(73)의 외주측에 위치하는 원환형부는, 관통공(22a)와 거의 직교하는 평면이 되어 있다.

돌조(74)의 내주면은, 제2 위치 결정면(75)의 축선과 그 축선이 일치하는 원통 내면 형상을 이루는 제3 위치 결정 기준면(76)이 되어 있다. 돌조(74)의 선단면(하단면)은 관통공(22a)와 거의 직교하는 평면이 되어 있다.

다이어프램 커버(70)의 상면에는, 상측으로 돌출하는 원기둥부(77)가, 그 축선과 관통공(20a)의 축선이 일치하도록 형성되어 있다.

원기둥부(77)는 커버 플랜지(72)의 돌조(74)의 내주측에 삽입된다. 원기둥부(77)의 외주면은, 커버 플랜지(72)의 돌조(74)의 내경과 직경이 거의 동일한 원통면을 이루고 있다. 상기 외주면은, 커버 플랜지(72)의 제3 위치 결정 기준면(76)과 접하여 커버 플랜지(72)의 축선과 관통공(20a)의 축선이 일치되도록 위치 결정하는 제3 위치 결정면(79)이 되어 있다.

여기서, 다이어프램 커버(70)의 상면에 있어서, 원기둥부(77)의 외주측에 위치하는 원환형부는, 관통공(20a)과 거의 직교하는 평면이 되어 있다.

다이어프램 커버(70)의 외주면은, 보디(12)에 장착되는 커버(23)의 내면과 접하여, 관통공(20a)의 축선과 다이어프램 니들(14)의 축선이 일치되도록 위치 결정되어 있다.

커버 플랜지(72)의 상면에는, 모터(15)의 회전축(15a)의 축선과 거의 평행하게 가이드 핀(84)이 설치되어 있다. 슬라이더(17)는, 브랜치부의 내주면이 모터 샤프트(31)의 외주면 대신, 가이드 핀(84)의 외주면에 접하도록 되어 있으므로, 회전축(15a)과 슬라이더(17)가 함께 회전하는 것을 방지하고 있다.

상기 가이드 핀(84)의 상단에는, 슬라이더(17)의 상측으로 돌출되며, 슬라이 더(17)의 상면이 걸리도록 스토퍼(85)가 형성되어 있다.

스토퍼(85)는, 모터(15)의 회전축(15a)을 회전시켜서 슬라이더(17)를 상승시켰을 때, 슬라이더(17)가 커플링(16)의 볼록부(16b)의 밑부분에 접촉하기 전에 슬라이더(17)를 멈추게 하여, 슬라이더(17)가 더 이상 상승하지 못하도록 규제한다.

이와 같이 구성된 니들 밸브(60)에서는, 보디(12)에 모터(15)를 장착할 때, 모터(15)의 원기둥부(62)를 하우징(81)의 내측 플랜지(82)에 삽입한다. 이에 따라, 모터(15)의 제1 위치 결정 기준면(63)이 하우징(81)의 제1 위치 결정면(86)과 접하여, 모터(15)의 회전축(15a)의 축선이, 하우징(81)의 내측 플랜지(82)의 축선 및 돌조(83)의 축선과 일치하게 된다.

이 상태에서, 하우징(81)의 돌조(83)의 내주측에, 커버 플랜지(72)의 원기둥부(73)를 삽입한다. 이에 따라, 하우징(81)의 제2 위치 결정 기준면(87)이 커버 플랜지(72)의 제2 위치 결정면(75)과 접하여, 하우징(81)의 돌조(83)의 축선이 커버 플랜지(72)의 원기둥부(73), 돌조(74), 및 관통공(22a)의 각각의 축선과 일치하게 된다. 즉, 모터(15)의 회전축(15a)이, 커버 플랜지(72)의 원기둥부(73), 돌조(74), 및 관통공(22a)과 동일한 축이 된다.

이 상태에서, 커버 플랜지(72)의 돌조(74)의 내주측에, 다이어프램 커버(70)의 원기둥부(77)를 삽입한다. 이에 따라, 커버 플랜지(72)의 제3 위치 결정 기준면(76)이 다이어프램 커버(70)의 제3 위치 결정면(79)과 접하여, 커버 플랜지(72)의 돌조(74)의 축선과 다이어프램 커버(70)의 원기둥부(77) 및 관통공(20a)의 각각의 축선과 일치하게 된다. 즉, 모터(15)의 회전축(15a)의 축선이, 다이어프램 커 버(70)의 원기둥부(77) 및 관통공(20a)의 각각의 축선과 일치하게 된다.

다이어프램 커버(70)는, 보디(12)에 대해서, 관통공(20a)이 다이어프램 니들(14)의 축선과 그 축선이 일치되도록 위치 결정되므로, 모터(15)의 회전축(15a)의 축선도, 다이어프램 니들(14)의 축선과 일치하게 된다.

이와 같이, 본 실시예에서 나타내는 니들 밸브(60)에서는, 모터(15), 하우징(81), 커버 플랜지(72), 및 다이어프램 커버(70)가, 각각 이른바 인롱에 의하여 결합된다. 그러므로, 이들 부재를 접속하기만 하면, 보디(12)에 대한 모터(15)의 위치와 방향의 양쪽에 대하여 위치 결정되어, 다이어프램 니들(14)의 구동에 적합한 상태가 되므로, 보디(12)에 대한 모터(15)의 위치 조정 작업 및 방향의 조정 작업이 불필요하게 된다.

그러므로, 상기 니들 밸브(60)는, 제조 및 유지 관리 시에 조립 작업자의 기술 레벨에 관계없이, 고정밀의 조립을 용이하고 신속하게 행할 수 있으므로, 생산성 및 작업성이 뛰어나며, 제품마다, 또는 유지 관리 작업마다의 조립 정밀도의 편차가 저감되어, 유량 조정 밸브로서의 성능을 고수준으로 유지할 수 있다.

여기서, 각각의 상기 위치 결정 기준면은, 전술한 바와 같은 통형면이나 통형 내면에 한정되지 않고, 하나 이상의 곡면, 또는, 적어도 하나의 면이 다른 면과 상이한 방향으로 향하는 복수개의 평면에 의해 구성될 수 있다. 위치 결정 기준면이 곡면인 경우에는, 대응하는 위치 결정면은 상기 곡면과 동일한 곡율이면서, 또한 곡율의 방향이 역방향이 되는 곡면에 의해 구성된다.

모터나 고정 부재에 설치된 위치 결정 기준면이 복수개의 평면일 경우에는, 이것에 결합되는 부재의 위치 결정면도 각 위치 결정 기준면에 대응하는 복수개의 평면에 의해 구성된다.

상기 니들 밸브(60)에서는, 슬라이더(17)가 함께 회전되는 것을 방지하는 가이드 핀(84)에 스토퍼(85)가 형성되어 있다. 이에 따라, 슬라이더(17)를 상승시킬 때에 슬라이더(17)와 커플링(16)의 볼록부(16b)의 밑부분과의 간섭이 방지되어, 이들의 패임 등의 문제가 확실하게 방지되고, 항상 양호한 동작을 행할 수 있다.

본 실시예의 특징적 구성은, 제2 실시예에 나타낸 니들 밸브(50)에 한정되지 않고, 제1 실시예에 나타낸 니들 밸브(10)에 적용될 수 있다.

[제4 실시예]

이하, 본 발명에 따른 니들 밸브의 제4 실시예를, 도 7을 참조하면서 설명한다.

본 실시예에 나타낸 니들 밸브(90)는, 제3 실시예에 나타낸 니들 밸브(60)에 있어서, 모터(15)의 모터 본체(15d) 외부에, 회전축(15a)에 가하는 스러스트 하중을 받는 스러스트 베어링(91)을 설치한 것을 주요한 특징으로 한다. 이하, 제3 실시예에 나타낸 니들 밸브(50)와 마찬가지 또는 동일한 부재에 대하여는 동일한 부호를 사용하여 나타내고, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에서는, 모터(15)의 원기둥부(62)의 하면과 커플링(16)의 상면 사이에 스러스트 베어링(91)이 설치되어 있다.

이와 같이 구성되는 니들 밸브(90)에서는, 다이어프램 니들(14)이 유체의 압력을 받았을 때, 원래 다이어프램 니들(14), 슬라이더(17), 및 커플링(16)을 통하 여 회전축(15a)에 전달되어야할 스러스트 하중이, 모터 본체(15d) 외부에 설치된 스러스트 베어링(91)이 받게 되어, 모터 본체(15d)를 비켜간다. 그러므로, 모터(15) 내의 회전축(15a)의 지지 구조에 가하는 부담이 경감되어, 장기간에 걸쳐서 모터(15)의 성능을 유지할 수 있다.

본 실시예의 특징적 구성은, 제3 실시예에 나타낸 니들 밸브(60)에 한정되지 않고, 제1 실시예에 나타낸 니들 밸브(10)나 제2 실시예에 나타낸 니들 밸브(50)에 적용될 수 있다.

[제5 실시예]

이하, 본 발명에 따른 니들 밸브의 제5 실시예를, 도 8 및 도 9를 참조하면서 설명한다.

본 실시예에 나타낸 니들 밸브(101)는, 제1 내지 제4 실시예 중 어느 하나에 나타낸 니들 밸브에 있어서, 모터(15)로서 스텝핑 모터를 사용하고, 또한 모터(15)의 동작을 제어하는 제어 장치(102)를 설치한 것을 주요한 특징으로 한다.

제어 장치(102)는, 다이어프램 니들(14)을 위치 교정할 때, 모터(15)의 회전축(15a)을, 다이어프램 니들(14)이 그 가동 범위의 일단으로부터 타단까지 이동하는데 필요한 각회전시킬 만큼의 펄스수의 펄스 신호를 모터(15)에 입력하고, 회전축(15a)이 정지한 위치에서 다이어프램 니들(14)이 가동 범위의 상기 타단에 위치하고 있는 것으로 판정하여, 그 후에 가동 범위 내에서 다이어프램 니들(14)의 위치 제어를 행하도록 구성되어 있다.

구체적으로는, 제어 장치(102)는, 다이어프램 니들(14)을 위치 교정할 때, 다이어프램 니들(14)이 그 가동 범위의 일단으로부터 타단까지 이동하는데 필요한 각도(이 각도는 니들 밸브(101)의 설계 정보로부터 얻어진다)만큼 모터(15)의 회전축(15a)을 회전시키도록, 소정 펄스수의 펄스 신호를 모터(15)에 입력한다.

본 실시예에서는, 도 9에 나타낸 바와 같이, 제어 장치(102)는, 다이어프램 니들(14)을 위치 교정할 때, 회전축(15a)을 다이어프램 니들(14)이 가동 범위 중 개방측(도 1, 도 2, 도 3, 도 5 및 도 7에서의 상측)을 향하여 이동하는 방향으로 회전시켜서, 다이어프램 니들(14)을 전개 위치까지 이동시킨다.

이에 따라, 회전축(15a)의 회전이 종료한 시점에서는, 다이어프램 니들(14)은, 위치 교정 작업의 개시 시점에서의 위치(초기 위치)에 관계없이, 가동 범위의 타단에 위치하게 된다. 다이어프램 니들(14)의 위치 교정 개시 시점에서 다이어프램 니들(14)이 가동 범위의 일단 이외에 위치하고 있는 경우에는, 회전축(15a)이 모터(15)에 입력된 펄스 신호의 모든 펄스에 대응하는 각도만큼 회전하기 전에, 다이어프램 니들(14)이 가동 범위의 타단에 도달하고, 그 이상 이동할 수 없게 된다. 그러므로, 그 후에는 나머지 펄스수에 관계없이, 회전축(15a)이 회전하지 않는다.

이와 같이 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 타단에 위치시킨 후에는, 제어 장치(102)는, 다이어프램 니들(14)이 가동 범위의 타단에 위치하고 있는 것으로 판단하여, 가동 범위 내에서 다이어프램 니들(14)의 위치 제어가 행해진다.

본 실시예에서는, 제어 장치(102)는, 회전축(15a)이 정지한 후에, 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 일단(전폐 위치)까지 이동시킬 만큼의 펄스수의 펄스 신호를 모터(15)에 입력하고, 회전축(15a)이 정지한 위치를 다이어프램 니들(14)의 위치 제어의 원점으로 한다. 그 후에는, 제어 장치(102)는, 다이어프램 니들(14)을 사전에 설정한 동작 범위 내로 이동시키고, 필요한 제어를 행한다.

다이어프램 니들(14)이 가동 범위 내에 있는 경우에는, 모터(15)에 입력된 펄스 신호의 모든 펄스에 대응하는 각도로 회전축이 회전한다. 그러므로, 펄스 신호의 펄스수와 다이어프램 니들(14)의 위치 사이에 일정한 관계가 성립한다.

이에 따라, 본 실시예의 니들 밸브(101)에서는, 우선 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 타단에 위치시키고, 그 후에 모터(15)에 입력한 펄스 신호의 펄스수에 기초하여 다이어프램 니들(14)의 위치를 특정할 수 있게 되어, 로터리 인코더를 이용하지 않고도, 다이어프램 니들(14)의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 다이어프램 니들(14)를 위치 교정할 때, 다이어프램 니들(14)이, 가동 범위 중에서 개방측, 즉 니들 밸브(101)의 니들 수용부(43a)와의 간섭을 피하는 방향으로 이동한다. 그러므로, 다이어프램 니들(14)의 위치 교정이 반복되어도, 다이어프램 니들(14) 및 보디(12)에 쉽게 마모가 생기지 않는다.

여기서, 본 실시예에서 나타낸 기술을, 제1 또는 제2 실시예에서 나타낸 니들 밸브에 적용하는 경우에는, 제어 장치(102)가, 적어도 다이어프램 니들(14)이 그 가동 범위의 단부 근방에서 단부를 향하여 이동하는 경우에는 모터(15)의 회전축(15a)을 제1 구동 토크로 회전시키고, 다이어프램 니들(14)이 가동 범위의 단부로부터 이격되는 경우에는 모터(15)의 회전축(15a)을 제1 구동 토크보다 큰 제2 구동 토크로 회전시키도록 구성될 수도 있다.

이 경우에는, 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 단부로부터 이격시킬 때, 모터(15)의 동작을 제어하는 제어 장치(102)가, 다이어프램 니들(14)을 그 가동 범위의 단부까지 이동시킬 때의 구동 토크(제1 구동 토크)보다 큰 제2 구동 토크로 모터(15)를 동작시킨다.

이에 따라, 상기 니들 밸브에서는, 다이어프램 니들(14)이 가동 범위의 단부까지 이동될 때, 나사부의 패임이 생기더라도, 상기 패임에 의한 문제를 용이하게 해소할 수 있다.

모터(15)의 구동력은, 모터(15)에 공급되는 구동 전류와 비례한다.

그래서, 제어 장치(102)를, 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 단부까지 이동시킬 때는 모터(15)의 구동 전류의 출력 제한치를 제1 제한치 V1으로 설정하고, 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 단부로부터 이격시킬 때는 출력 제한치를 제1 제한치 V1보다 큰 제2 제한치 V2로 설정하도록 구성함으로써, 전술한 바와 같은 제어를 실현할 수 있다.

모터(15)에 있어서, 회전축(15a)이 저속으로 회전할수록 회전축(15a)을 구동하는 토크가 증대한다.

그래서, 제어 장치(102)를, 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 단부까지 이동시키기 위하여 모터(15)의 회전축(15a)을 제1 회전 속도 R1으로 회전시키고, 다이어프램 니들(14)을 가동 범위의 단부로부터 이격시키기 위하여 제1 회전 속도 R1보다 저속의 제2 회전 속도 R2로 회전시키도록 구성함으로써, 전술한 바와 같은 제어를 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 유량 제어 밸브는, 수나사부와, 상기 수나사부와 나사 결합하는 암나사부 사이에 생기는 백래시를 저감시키거나 없앨 수 있으며, 동시에 유량의 이력 현상을 방지할 수 있고, 밸브체를 구동하는 나사부가 파고드는 등의 문제를 확실하게 방지할 수 있으므로, 고가의 로터리 인코더를 이용하지 않고도, 밸브체의 위치를 정확하게 파악할 수 있다.

Claims

유체 입구 및 유체 출구를 구비하는 보디와, 상기 보디에 장착되는 커버와, 상기 보디 및 상기 커버에 의해 형성되는 공간 내에 배치되는 모터와, 상기 모터의 회전축에 대해서, 나사부를 통하여 접속되는 밸브체를 구비하여 이루어지는 유량 조정 밸브로서,

상기 밸브체를 상기 모터 측, 또는 상기 모터의 반대 측으로 가압하는 가압 부재가 구비되어 있는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브체의 주위를 통과하는 유체가 상기 밸브체에 작용하는 힘의 방향과, 상기 가압 부재에 의한 가압력의 방향이 거의 일치하도록, 상기 가압 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,

상기 공간 내에 있어서 상기 모터 측과 상기 밸브체 측을 분리하는 패킹이 구비되어 있는 동시에, 상기 패킹은 기화된 약액이 투과하지 않는 재질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제3항에 있어서,

상기 패킹보다 밸브체 측에 체류한 유체를 배출하는 배출로가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제4항에 있어서,

상기 배출로 내에, 체크 밸브(check valve)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,

상기 모터에 위치 결정 기준면이 구비되고,

상기 보디에 상기 모터를 고정하는 고정 부재가 구비되며,

상기 고정 부재는, 상기 모터의 상기 위치 결정 기준면과 접하여 상기 회전축의 위치와 방향 중 적어도 어느 한쪽을 상기 밸브체의 구동에 적합한 상태로 하여 상기 모터를 위치 결정하는 위치 결정면을 구비하는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제6항에 있어서,

상기 모터의 상기 위치 결정 기준면이 상기 회전축에 평행한 통형면 또는 통형 내면을 이루고,

상기 고정 부재의 상기 위치 결정면은, 상기 밸브체의 구동 방향으로 평행하면서 상기 위치 결정 기준면과 동일한 형상의 통형 내면 또는 통형면을 이루고 있 으며, 상기 위치 결정면이 상기 위치 결정 기준면과 접한 상태에서는, 상기 회전축의 위치와 방향이 위치 결정되는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,

사전에 설정한 동작 범위 내에서의 상기 밸브체의 이동을 허용하면서 상기 동작 범위의 단부에 도달한 상기 밸브체와 접하여 상기 동작 범위 밖으로의 이동을 규제하는 스토퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,

상기 모터의 동작을 제어하는 제어 장치를 구비하고,

상기 제어 장치는, 적어도 상기 밸브체가 그 가동 범위의 단부 근방에서 상기 단부를 향하여 이동하는 경우에는 상기 모터를 제1 구동 토크로 동작시키고, 상기 밸브체가 상기 가동 범위의 단부로부터 이격되는 경우에는 상기 모터를 상기 제1 구동 토크보다 큰 제2 구동 토크로 동작시키는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,

상기 밸브체는 니들 밸브의 니들을 구성하고 있고,

상기 모터는, 입력된 펄스 신호의 펄스수와 비례한 각도만큼 상기 회전축을 회전시키는 스텝핑 모터이며,

상기 모터의 동작을 제어하여 상기 밸브체의 위치 제어를 행하는 제어 장치가 구비되고,

상기 제어 장치는, 상기 밸브체를 위치 교정할 때, 상기 회전축을 상기 밸브체가 그 가동 범위의 일단으로부터 타단까지 이동하는데 필요한 각회전시킬만큼의 펄스수의 펄스 신호를 상기 모터에 입력하고, 상기 회전축이 정지한 위치에서 상기 밸브체가 상기 가동 범위의 상기 타단에 위치하고 있는 것으로 판정하며, 그 후에는 상기 가동 범위 내에서 상기 밸브체의 위치 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제10항에 있어서,

상기 제어 장치는, 상기 밸브체를 위치 교정할 때, 상기 회전축을 상기 밸브체가 상기 가동 범위 중 개방 측을 향하여 이동하는 방향으로 회전시키는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제10항에 있어서,

상기 제어 장치는, 적어도 상기 밸브체가 그 가동 범위의 단부 근방에서 상기 단부를 향하여 이동하는 경우에는 상기 모터를 제1 구동 토크로 동작시키고,

상기 밸브체가 상기 가동 범위의 단부로부터 이격되는 경우에는, 상기 모터를 상기 제1 구동 토크보다 큰 제2 구동 토크로 동작시키는 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.
제1항에 있어서,

상기 모터의 모터 본체 외부에, 상기 회전축에 가하는 스러스트 하중(thrust force)을 받는 스러스트 베어링을 설치한 것을 특징으로 하는 유량 조정 밸브.