KR20090125829A

KR20090125829A - 히터 내장 밸브

Info

Publication number: KR20090125829A
Application number: KR1020097021790A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 다니카와; 미치오 야마지; 다다유키 야쿠시진; 히로시 후쿠치; 게이스케 이시바시
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2007-04-02
Filing date: 2008-04-01
Publication date: 2009-12-07
Also published as: KR101124138B1; CN101663525B; CN101663525A; IL201058A; TW200848646A; IL201058A0; JPWO2008120788A1; JP4923105B2; US8443830B2; WO2008120788A1; US20100193717A1

Abstract

본 발명은 200℃를 넘는 고온 조건 하에서도 사용할 수 있는 히터 내장 밸브를 제공한다. 피스톤 구동 수단(7)은, 피스톤(6)을 하방으로 이동시키기 위한 상측 압축 공기 도입실(24)과, 피스톤(6)을 상방으로 이동시키기 위한 하측 압축 공기 도입실(25)을 구비한다. 피스톤 시일 수단(8)은, 상측 압축 공기 도입실(24)을 시일하는 상측 벨로우즈(29)와, 하측 압축 공기 도입실(25)을 시일하는 하측 벨로우즈(30)를 구비한다.

Description

히터 내장 밸브{VALVE WITH BUILT-IN HEATER}

본 발명은 히터 내장 밸브에 관한 것으로, 특히 200℃를 넘는 고온 조건에서 사용되는 히터 내장 밸브에 관한 것이다.

히터 내장 밸브로서, 특허문헌 1에는, 유체 통로가 마련된 밸브 박스와, 밸브 박스 상부에 설치된 케이싱과, 유체 통로를 개폐하는 밸브체를 상하 이동시키는 밸브봉과, 케이싱 내에 상하 이동 가능하게 배치되고 밸브봉에 고정된 피스톤과, 피스톤을 상하 이동시키는 피스톤 구동 수단과, 밸브체 근방을 가열하는 히터를 구비하고 있는 것이 개시되어 있다. 히터는, 밸브에 흐르는 가스가 고형화하는 것을 방지하기 위한 것으로, 130℃~150℃로 가열하는 것으로 되어 있다.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 평성 제7-198063호 공보

상기 특허문헌 1의 히터 내장 밸브는, 130℃~150℃로 가열하는 것이며, 200℃를 넘는 고온(예컨대 450℃)에는 견딜 수 없다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 200℃를 넘는 고온 조건 하에서도 사용할 수 있는 히터 내장 밸브를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 히터 내장 밸브는, 유체 통로가 마련된 밸브 박스와, 밸브 박스 상부에 설치된 케이싱과, 유체 통로를 개폐하는 밸브체를 상하 이동시키는 밸브봉과, 케이싱 내에 상하 이동 가능하게 배치되고 밸브봉에 고정된 피스톤과, 피스톤을 상하 이동시키는 피스톤 구동 수단과, 밸브체 근방을 가열하는 가열 수단과, 피스톤과 케이싱 사이를 시일하는 시일 수단을 구비하고 있는 히터 내장 밸브에 있어서, 피스톤 구동 수단은, 피스톤을 하방으로 이동시키기 위한 상측 압축 공기 도입실과, 피스톤을 상방으로 이동시키기 위한 하측 압축 공기 도입실을 갖고, 시일 수단은, 상측 압축 공기 도입실을 시일하는 상측 벨로우즈와, 하측 압축 공기 도입실을 시일하는 하측 벨로우즈를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

가열 수단은, 히터, TC(서모 센서) 등으로 이루어지는 것이며, 히터로서는, 예컨대 전열선이 금속제의 관에 넣어진 카트리지 히터가 바람직하지만, 파이버 글라스재에 전열선을 엮어 넣은 테이프 히터여도 좋고, 그 외에, 시스 히터, 마이크로 히터, 플레이트 히터 등의 여러가지 타입의 히터를 사용할 수 있다. 히터와 함께 온도 제어용 센서(TC)도 밸브에 내장된다.

피스톤은, 압축 공기가 상측 압축 공기 도입실 내에 도입됨으로써, 하방으로 이동되며, 압축 공기가 하측 압축 공기 도입실에 도입됨으로써, 상방으로 이동되고, 이와 같이 상하 양방향을 압축 공기에 의한 작동으로 함으로써, 특성이 온도에 의존하며 또한 내열성이 불안한 재료로 이루어지는 코일 스프링 등이 불필요해진다. 또한, 스프링을 사용한 경우에는, 밸브를 개방으로 할 때에, 스프링이 셋트 길이로부터 줄어들어 셋트 길이 시의 하중보다 큰 하중이 필요해지고, 이에 따라, 하향의 힘을 크게 하는 것이 필요해지는데 비하여, 그 필요가 없기 때문에, 밸브의 소형화가 가능해진다. 이에 덧붙여, 상측 압축 공기 도입실 및 하측 압축 공기 도입실을 모두 벨로우즈로 시일함으로써, 내열성이 불안한 O링이 불필요해진다. 이렇게 해서, 200℃ 이상(예컨대 450℃ 정도)의 고온 사용에 견디는 히터 내장 밸브를 얻을 수 있다.

벨로우즈는 금속제이며, 예컨대 스테인레스강이나 코발트계 합금, 니켈계 합금, 구리기 합금 등에 의해 형성된다. 벨로우즈로서는, 금속 소재로 통을 만들고, 그 내측으로부터 압력을 가하여 외경이 되는 산을 성형한 성형 벨로우즈나, 정밀히 물결 모양으로 프레스한 디스크형의 박육 금속판을, 내측 가장자리·외측 가장자리를 교대로 용접하면서 서로 연결시켜 제작되는 용접 벨로우즈 등이 적절하게 사용된다.

피스톤은, 하단부에 플랜지부를 갖는 대직경부와, 이것의 하방에 연속하는 소직경부로 이루어지며, 케이싱에 대직경 피스톤 수용부 및 이것보다도 소직경의 소직경 피스톤 수용부가 마련되어 있고, 상측 벨로우즈는, 케이싱의 정상벽과 피스톤 대직경부의 플랜지부 사이에 설치되어 있으며, 하측 벨로우즈는, 상측 벨로우즈보다도 소직경으로 되어, 피스톤 소직경부 상단부와 소직경 피스톤 수용부 하단부 사이에 설치되어 있는 경우가 있다.

이와 같이 하면, 상측 압축 공기 도입실에 면하고 있는 피스톤의 면적은, 하측 압축 공기 도입실에 면하고 있는 피스톤의 면적보다도 크고, 또한 하측 압축 공기 도입실의 용적은, 상측 압축 공기 도입실의 용적보다도 작게 된다. 상측의 벨로우즈는, 내외 양측으로부터 압력을 받고, 이에 비하여, 하측의 벨로우즈는, 외측으로부터만 압력을 받으며, 밸브봉의 시일 기능만을 갖고 있으면 되기 때문에, 하측의 벨로우즈를 작게 함으로써, 액츄에이터(피스톤, 피스톤 구동 수단 및 피스톤 시일 수단을 포함하는 부분)의 소형화가 가능해진다.

또한, 피스톤은, 상단부에 플랜지부를 갖는 축부와, 축부의 플랜지부에 상단부가 고정되며 하단부에 플랜지부를 갖는 외통부로 이루어지고, 상측 벨로우즈는 피스톤 외통부의 플랜지부와 이에 대향하는 케이싱의 정상부 사이에 설치되어 있으며, 하측 벨로우즈는 피스톤 축부의 플랜지부와 이에 대향하도록 케이싱에 마련된 벨로우즈 받침부 사이에 설치되어 있는 경우가 있다.

이 구성에서도, 상측 압축 공기 도입실에 면하고 있는 피스톤의 면적은, 하측 압축 공기 도입실에 면하고 있는 피스톤의 면적보다도 크고, 또한 하측 압축 공기 도입실의 용적은, 상측 압축 공기 도입실의 용적보다도 작게 된다. 따라서, 상측의 벨로우즈는 내외 양측으로부터 압력을 받고, 이에 비하여, 하측의 벨로우즈는 외측으로부터만 압력을 받으며, 밸브봉의 시일 기능만을 갖고 있으면 되기 때문에, 하측의 벨로우즈를 작게 함으로써, 액츄에이터(피스톤, 피스톤 구동 수단 및 피스톤 시일 수단을 포함하는 부분)의 소형화가 가능해진다. 게다가, 이와 같이 하면, 하측 벨로우즈의 하단면을 상측 벨로우즈의 하단면보다도 약간 하방에 위치시켜, 상측 벨로우즈와 하측 벨로우즈를 상하 거의 같은 위치에 배치하는 것이 가능해지고, 상측 벨로우즈 및 하측 벨로우즈를 수용하기 위한 상하 방향 치수에 대해서도 소형화가 가능해진다.

또한, 피스톤은, 대직경 통부와, 이것의 하방에 연속하는 소직경 통부로 이루어지며, 피스톤 대직경 통부의 내측에는, 상단이 피스톤 대직경 통부의 상단보다도 상방에 있는 제1 상측 벨로우즈가, 피스톤 대직경 통부의 외측에는, 상단이 피스톤 대직경 통부의 상단보다도 상방에 있는 제2 상측 벨로우즈가 각각 배치되어, 각 벨로우즈의 상단부를 지지하는 벨로우즈 받침부가 케이싱의 상부에 설치됨으로써, 피스톤 대직경 통부의 상단면, 케이싱의 상부, 제1 상측 벨로우즈 및 제2 상측 벨로우즈에 의해 상측 압축 공기 도입실이 형성되고, 피스톤 소직경 통부의 외측에 하측 벨로우즈가 배치되어, 그 하단부를 지지하는 벨로우즈 받침부가 케이싱의 둘레벽에 설치됨으로써, 케이싱의 둘레벽, 제2 상측 벨로우즈, 피스톤 대직경 통부의 하단부 및 하측 벨로우즈에 의해 하측 압축 공기 도입실이 형성되어 있는 경우가 있다. 이 경우에, 밸브봉은 중공 형상이며, 그 내부에 가열 수단의 히터 및 센서가 배치되어 있고, 가열 수단의 리드선이 밸브봉의 상단 개구로부터 인출되어, 케이싱의 정상벽으로부터 빼내어지는 것이 바람직하다.

가열 수단의 리드선이 밸브봉의 상단 개구로부터 인출되어, 케이싱의 정상벽으로부터 빼내어지도록 함으로써, 가열 수단이 밸브봉과 함께 상하 이동한 경우 가열 수단의 리드선에의 부담이 경감된다.

상측 압축 공기 도입실 및 하측 압축 공기 도입실의 압축 공기 도입구에는, 조인트가 부착되고, 이 조인트는, 관통 구멍 주연부에 고정된 제1 슬리브와, 제1 슬리브에 회전 가능하게 끼워진 캡너트와, 제1 슬리브에 가스켓을 통해 맞대어진 제2 슬리브와, 제2 슬리브에 끼워져 캡너트에 나사 결합되는 수나사 부재를 구비하고 있는 것이 바람직하다.

이 조인트의 구성은, 히터 내장 밸브가 진공 분위기(예컨대 진공로) 내에 배치되는 경우에 보다 바람직한 것이 된다. 이러한 진공 분위기에서의 사용에 있어서는, 파티클 등이 진공 분위기에 나오는 것을 방지할 필요가 있으며, 금속제 가스켓을 소성 변형시켜 시일하는 구성의 조인트를 사용함으로써, 히터 내장 밸브 내부 분위기의 시일을 확실한 것으로 하고, 히터 내장 밸브 내부에서 발생한 파티클 등을 이 조인트를 사용한 배관에 의해 외부로 배출함으로써, 파티클 등이 진공 분위기에 나오는 것이 방지된다.

마찬가지의 이유로, 가열 수단(히터, TC 등)의 리드선이 삽입되는 관통 구멍이 케이싱에 마련되어, 이 관통 구멍의 주연부에, 가열 수단의 리드선을 외부로 빼내기 위한 조인트가 부착되어 있고, 조인트는, 관통 구멍 주연부에 고정된 제1 슬리브와, 제1 슬리브에 회전 가능하게 끼워진 캡너트와, 제1 슬리브에 가스켓을 통해 맞대어진 제2 슬리브와, 제2 슬리브에 끼워져 캡너트에 나사 결합되는 수나사 부재를 구비하고 있는 것이 바람직하다. 히터 및 리드선 등으로부터는, 승온에 의해 가스 등이 발생하여 이것이 진공 분위기에 나올 수 있기 때문에, 금속제 가스켓을 소성 변형시켜 시일하는 신뢰성이 높은 조인트에 의해 배관(SUS제 배관) 하여, 이러한 가스 등을 외부로 배출함으로써, 히터를 내장한 것에 따르는 진공 분위기의 오염이 확실하게 방지된다.

결국, 가열 수단의 리드선이 삽입되는 관통 구멍이 케이싱에 마련되어, 이 관통 구멍의 주연부에, 가열 수단의 리드선을 외부로 빼내기 위한 조인트가 부착되는 것이 바람직하고, 이 경우에, 가열 수단용의 조인트는 상측 압축 공기 도입실 및 하측 압축 공기 도입실에 배관을 접속하기 위한 조인트와 동일한 구성의 것으로 되는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 가열 수단의 리드선을 외부에 추출하는 것이 용이해지며, 부품의 공통화가 가능해진다.

히터는, 밸브봉에 부착되어 이것과 함께 이동 가능하게 되어도 좋으며, 또한 히터는 케이싱에 고정된 히터 유지 부재에 부착되어, 밸브봉의 이동에 따라 이동하지 않도록 이루어져도 좋다. 전자의 경우에는, 히터의 하단면이 밸브체에 접촉되는 것이 바람직하며, 후자의 경우에는, 밸브봉이 상방으로 이동한 개방 위치에서 히터의 하단면이 밸브체에 접촉되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 히터 내장 밸브에서, 액츄에이터의 슬라이드부에, 윤활성 향상을 위한 코팅이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 액츄에이터의 슬라이드부에는, 통상적으로, 윤활을 위한 그리스가 도포되어 있지만, 일반적인 그리스에서는, 200℃ 정도가 되면 유분이 증발하고, 그 후에는, Ni 분말 등으로 액츄에이터의 슬라이드부의 동작을 유지하고 있다. 유분이 증발하기 어려운 불소계의 그리스에서도 최고 사용 온도(예컨대 360℃ 정도)에서 장기간 사용하고 있으면, 성분이 서서히 증발하는 경향이 있다. 이러한 그리스의 유분 증발은, 윤활 기능의 저하 및 진공로 내의 오염의 원인이 되며, 특수 코팅에 의해 슬라이드성을 향상시킴으로써, 그리스를 없앨 수 있고, 이에 따라, 윤활 기능의 저하 및 진공로 내의 오염이라고 하는 문제를 해소할 수 있다. 코팅하는 부분은, 밸브봉 전체면이 되는 것이 바람직하고, 이에 따라, 밸브봉과 케이싱, 밸브체 등과의 접촉부에서의 윤활 효과가 확보된다.

슬라이드부에 실시되는 코팅은, 무전해 도금 처리에 의한 코팅인 것이 바람직하다. 여기서, 도금층은, 예컨대 니켈-인계, 코발트-인계 등으로 이루어진다. 니켈-인계는 내식성 및 비용이 우수하고, 코발트-인계는 밀착성이 우수하다. 도금층으로서는, 이 외에도 니켈-인-텅스텐계, 니켈-붕소계, 니켈-붕소-텅스텐계 등이 내열성이 우수하기 때문에 바람직하다.

본 발명의 히터 내장 밸브에 따르면, 피스톤 구동 수단은, 피스톤을 하방으로 이동시키기 위한 상측 압축 공기 도입실과, 피스톤을 상방으로 이동시키기 위한 하측 압축 공기 도입실을 구비하고, 시일 수단은, 상측 압축 공기 도입실을 시일하는 상측 벨로우즈와, 하측 압축 공기 도입실을 시일하는 하측 벨로우즈를 구비하고 있는 것으로 함으로써, 압박 부재로서의 코일 스프링 및 시일 부재로서의 O링을 사용하지 않는 히터 내장 밸브가 실현되고, 그 결과 200℃를 넘는 고온 조건 하에서도 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 히터 내장 밸브의 제1 실시형태를 나타내는 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 히터 내장 밸브의 제2 실시형태를 나타내는 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 히터 내장 밸브의 제3 실시형태를 나타내는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 히터 내장 밸브

2 : 밸브 박스

2a : 유체 유입 통로(유체 통로)

2b : 유체 유출 통로(유체 통로)

3 : 케이싱

4 : 밸브봉

5 : 밸브체

6 : 피스톤

7 : 피스톤 구동 수단

8 : 피스톤 시일 수단

10 : 가열 수단

12 : 케이싱 정상벽

14 : 대직경 피스톤 수용부

16 : 소직경 피스톤 수용부

17 : 대직경부

18 : 소직경부

19 : 플랜지부

24 : 상측 압축 공기 도입실

25 : 하측 압축 공기 도입실

29 : 상측 벨로우즈

30 : 하측 벨로우즈

37 : 카트리지 히터

38 : 히터 리드선

39 : 관통 구멍

40 : 조인트

41 : 제1 슬리브

42 : 캡너트

45 : 제2 슬리브

46 : 수나사 부재

61 : 축부

61a : 플랜지부

62 : 외통부

62a : 플랜지부

63a : 환형 내측 돌출부(벨로우즈 받침부)

64 : 상측 벨로우즈

65 : 하측 벨로우즈

66 : 카트리지 히터

67 : 히터 유지링(히터 유지 부재)

68 : 히터 리드선

71 : 피스톤 대직경 통부

72 : 피스톤 소직경 통부

76 : 제1 상측 벨로우즈

77 : 제2 상측 벨로우즈

78 : 하측 벨로우즈

본 발명의 실시형태를 이하 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에서, 상하 및 좌우는, 각 도면의 상하 및 좌우를 말하는 것으로 한다.

본 발명에 따른 히터 내장 밸브(1)의 제1 실시형태는, 도 1에 도시된 바와 같이, 유체 유입 통로(2a) 및 유체 유출 통로(2b)가 마련된 밸브 박스(2)와, 밸브 박스(2) 상단부에 고정된 케이싱(3)과, 밸브 박스(2) 상부에 상하 이동 가능하게 삽입되고 상부가 케이싱(3) 내에 있는 밸브봉(4)과, 밸브봉(4) 하단부에 달려서 지지되어 밸브봉(4)의 상하 이동에 따라 유체 유입 통로(2a)를 개폐하는 밸브체(5)와, 밸브봉(4) 상단부에 고정된 피스톤(6)과, 피스톤(6)을 상하 이동시키는 피스톤 구동 수단(7)과, 피스톤(6)과 케이싱(3) 사이를 시일하는 피스톤 시일 수단(8)과, 밸브봉(4)과 밸브 박스(2)내 통로(2a, 2b) 사이를 시일하는 밸브봉 시일 수단(9)과, 밸브체(5) 근방을 가열하는 가열 수단(10)을 구비하고 있다.

케이싱(3)은, 정상벽(12)을 구비하며 또한 하향 개구된 통형상의 상측 케이싱(11)과, 상측 케이싱(11)과 밸브 박스(2) 사이에 개재된 통형상의 하측 케이싱(13)을 구비하고 있다.

밸브봉(4) 전체면에는, 니켈-인계의 무전해 도금이 실시되어 있고, 이에 따라, 밸브봉(4)과 케이싱(3) 사이, 밸브봉(4)과 밸브체(5) 사이 및 밸브봉(4)과 피스톤(6)의 결합부(22) 등에 있어서 슬라이드성이 확보되어 있다. 슬라이드성을 확보하기 위해서는, 종래에는 「네버시즈」 등의 그리스가 사용되고 있지만, 이러한 그리스를 사용하면, 고온용의 그리스라도, 그 유분이 증발하여 진공로 내를 오염시킨다고 하는 문제가 있다. 밸브봉(4) 전체면에 무전해 도금을 실시함으로써, 450℃ 이상에서도 슬라이드성이 확보되고, 이렇게 해서, 진공로 내의 오염 원인이 되는 그리스의 사용을 피하고 있다.

피스톤(6)은, 상측 케이싱(11)의 상부 내에서 상하 이동하는 대직경부(17)와, 이것의 하방에 연속하며 상측 케이싱(11)의 하부 내에서 상하 이동하는 소직경부(18)로 이루어진다. 이에 대응하여, 상측 케이싱(11)에는, 상측의 대직경 피스톤 수용부(14)와, 이것의 하방에 단차부(15)를 통해 연속하는 소직경 피스톤 수용부(16)가 마련되어 있다.

피스톤 대직경부(17)는 하단에 플랜지부(19)를 구비하며, 또한 하면 중앙에 오목부(20)를 구비하고 있다. 피스톤 소직경부(18)는 피스톤 대직경부(17)의 오목부(20)에 끼워져 고정되어 있는 플랜지부(21)를 상단부에 구비하고 있다. 피스톤 소직경부(18)의 하단부에는, 밸브봉(4) 상단부를 끼워넣는 결합 오목부(22)가 형성되어 있고, 밸브봉(4)은 그 상단부에 마련된 결합 볼록부(23)가 결합 오목부(22) 내에 끼워 넣어짐으로써, 피스톤 소직경부(18)에 달려서 지지된다.

피스톤 구동 수단(7)은, 외부로부터 도입되는 압축 공기에 의해 피스톤(6)을 하방으로 이동시키기 위한 상측 압축 공기 도입실(24)과, 외부로부터 도입되는 압축 공기에 의해 피스톤(6)을 상방으로 이동시키기 위한 하측 압축 공기 도입실(25)을 구비하고 있다. 상측 압축 공기 도입실(24)은, 피스톤 대직경부(17) 및 플랜지부(19)의 각 상면과 상측 케이싱(11)의 정상벽(12) 사이에 형성되어 있다. 상측 케이싱(11)의 정상벽(12) 중앙부에는, 조인트(26a) 구비 압축 공기 도입구(26)가 마련되어 있다. 하측 압축 공기 도입실(25)은, 피스톤 대직경부(17)의 플랜지부(19)의 하면과 상측 케이싱(11)의 단차부(15) 상면과의 사이에 형성되어 있다. 상측 케이싱(11)의 대직경 피스톤 수용부(14) 둘레벽의 하단부에는, 조인트(27a) 구비 압축 공기 도입구(27)가 마련되어 있다. 이 압축 공기 도입구(27)로부터 하측 압축 공기 도입실(25)에 압축 공기가 유입될 수 있도록, 피스톤 대직경부(17)의 플랜지부(19)의 외주면과 상측 케이싱(11)의 둘레벽 사이에는, 압축 공기 통로가 되는 간극(28)이 형성되어 있다.

피스톤(6)은, 하방 이동 시에는, 피스톤 대직경부(17)의 플랜지부(19)가 상측 케이싱(11)의 단차부(15)에 접촉함으로써, 그 이상의 하방 이동이 방지되어 있고, 상방 이동 시에는, 피스톤 대직경부(17)의 상면이 케이싱 정상벽(12) 하면에 접촉함으로써, 그 이상의 상방 이동이 방지되어 있다.

피스톤 시일 수단(8)은, 상측 압축 공기 도입실(24)을 시일하는 금속제 상측 벨로우즈(29)와, 하측 압축 공기 도입실(25)을 시일하는 금속제 하측 벨로우즈(30)를 구비하고 있다. 상측 벨로우즈(29)는, 케이싱 정상벽(12)의 외주연부 하면과 피스톤 대직경부(17)의 플랜지부(19)의 상면에 의해 협지되어 있다. 하측 벨로우즈(30)는, 피스톤 소직경부(18)의 플랜지부(21)의 하면(21a)과 하측 케이싱(13)의 둘레벽 상단부 내주면에 고정된 상측 고정링(벨로우즈 받침부)(31) 상면에 의해 협지되어 있다. 상측 벨로우즈(29)는, 상측 압축 공기 도입실(24)로부터 외향의 압력을 받고, 하측 압축 공기 도입실(25)로부터 내향의 압력을 받는다. 하측 벨로우 즈(30)는, 하측 압축 공기 도입실(25)로부터 내향의 압력만을 받는다. 따라서, 하측 벨로우즈(30)는 상측 벨로우즈(29)보다도 직경을 작게 할 수 있고, 이와 같이 함으로써, 밸브(1)의 소형화가 도모되어 있다.

밸브봉 시일 수단(9)은, 밸브봉(4)보다도 대직경으로 되어 있는 밸브체(5)의 외주연부와 하측 케이싱(13)의 둘레벽 하단부 내주면에 고정된 하측 고정링(벨로우즈 받침부)(32) 하면에 의해 협지되어 있는 금속제 밸브체측 벨로우즈(33)를 구비하고 있다.

각 벨로우즈(29, 30, 33)는, 고정링(31, 32)이나 대응하는 피스톤(6)의 부분에 용접 고정되어 있고, 고정링(31, 32)과 케이싱(3) 사이 등의 시일 필요 부분에는 메탈 가스켓(34, 35, 36)이 설치되어 있다.

가열 수단(10)은, 밸브봉(4)에 있어서 밸브 박스(2) 내에 있는 부분을 둘러싸도록 배치되어 밸브봉(4)과 함께 상하 이동하는 카트리지 히터(37)와, 카트리지 히터(37)의 리드선 및 TC(서모 센서)의 리드선 등으로 이루어지는 히터 리드선(38)과, 히터 리드선(38)을 외부로 빼내기 위해 하측 케이싱(13)의 둘레벽에 마련된 관통 구멍(39)의 주연부에 부착된 조인트(40)를 구비하고 있다.

이 조인트(40)는, 가스 공급용의 배관에서 관과 관을 접속하기 위해 사용되는 것으로, 관통 구멍(39) 주연부에 용접에 의해 고정된 플랜지 구비 제1 슬리브(41)와, 제1 슬리브(41)에 회전 가능하게 끼워진 캡너트(42)와, 제1 슬리브(41)의 좌단부(축방향 외측 단부)에 마련된 플랜지와 캡너트(42) 사이에 개재된 스러스트링(43)과, 제1 슬리브(41)에 가스켓(44)을 통해 맞대어진 플랜지 구비 제2 슬리 브(45)와, 제2 슬리브(45)에 끼워져 캡너트(42)에 나사 결합되는 수나사 부재(46)를 구비하고 있다. 히터 리드선(38)은, 조인트(40) 내에 삽입되어 외부로 빼내어진다. 이렇게 해서, 유체가 흐르는 관끼리를 접속할 때에 사용되는 조인트(40)를 이용하여, 가열 수단의 배선이 처리되어 있다.

카트리지 히터(37)의 하단면은, 밸브체(5)에 접촉되어 있다. 카트리지 히터(37)는, 상세한 도시는 생략하지만, 일단부를 봉하고 타단부를 개구한 금속제의 관과, 관의 내부에 설치된 니크롬선 등의 전열선 및 마그네슘 분말 등의 충전재와, 전열선에 접속된 전극선을 구비하고 있는 것으로, 고출력이며, 고온 가열이 가능하다. 카트리지 히터는, 예컨대 온도 컨트롤에 의한 전압 ON-OFF 제어에 의해 온도 제어된다. 온도 제어용의 센서로서는, 예컨대 백금 박막 온도 센서나 시스형 K타입 열전대 등이 사용된다.

압축 공기 도입구(26, 27)에 설치되는 조인트(26a, 27a)는, 가열 수단(10)에서의 히터 리드선(38)을 외부로 빼내기 위한 조인트(40)와 같은 것으로 되어 있고, 도시한 플랜지 구비 제1 슬리브(47, 50), 캡너트(48, 51) 및 스러스트링(49, 52)으로 이루어지는 한쪽의 조인트 구성 부재에, 도시 생략한 플랜지 구비 제2 슬리브 및 수나사 부재로 이루어지는 다른쪽의 조인트 구성 부재가 가스켓(도시 생략)을 통해 맞대어짐으로써, 히터 내장 밸브(1)가 진공 분위기(예컨대 진공로) 내에 배치되는 경우에, 파티클 등이 진공 분위기에 나오는 것이 방지되어 있다.

본 발명의 히터 내장 밸브(1)에 따르면, 상측 케이싱(11)의 정상벽(12)에 마련된 압축 공기 도입구(26)로부터 상측 압축 공기 도입실(24) 내에 압축 공기를 도 입하면, 피스톤(6)이 하방으로 이동하고, 이에 따라, 밸브봉(4)도 하방으로 이동한다. 그 결과, 도면에 나타내는 바와 같이, 밸브체(5)가 유체 유입 통로(2a)의 상향 개구를 폐쇄한다. 그리고, 상측 압축 공기 도입실(24) 내에의 압축 공기의 도입을 정지하여 배출 가능하게 하며, 상측 케이싱(11)의 둘레벽에 마련된 압축 공기 도입구(27)로부터 하측 압축 공기 도입실(25) 내에 압축 공기를 도입하면, 피스톤(6)이 상방으로 이동하고, 이에 따라, 밸브봉(4)도 상방으로 이동한다. 그 결과, 밸브체(5)가 유체 유입 통로(2a)의 상향 개구로부터 떨어지고, 유체 유입 통로(2a)로부터 도입된 유체는 유체 유출 통로(2b)로부터 배출된다.

상측 압축 공기 도입실(24)로부터 피스톤(6)이 하향으로 받는 힘은, 면적이 큰 피스톤 대직경부(17)가 압축 공기의 압력을 받기 때문에, 상대적으로 크게 되어 있고, 유체 유입 통로(2a)를 폐쇄하기 위한 힘이 큰 것으로 되어 있다. 또한, 하측 압축 공기 도입실(25)의 용적이 상측 압축 공기 도입실(24)의 용적에 비해서 작기 때문에, 하측 압축 공기 도입실(25)에 압축 공기가 도입되는 경우에는, 상향의 힘이 바로 발생하도록 되어 있고, 밸브봉(4)의 상방으로의 이동이 신속한 것으로 되어 있다.

상기 제1 실시형태의 히터 내장 밸브(1)에 따르면, 히터(카트리지 히터)(37)는 밸브봉(4)에 부착되어 있고, 따라서 밸브봉(4)의 승강에 따라, 히터(37)가 이동하도록 되어 있다. 히터(37)는, 반드시 이동할 필요는 없고, 고정되도록 하여도 좋다. 또한, 피스톤(6) 및 피스톤 시일 수단(8)도 상기한 것에 한정되는 것이 아니다. 그 일례를 도 2에 나타낸다.

본 발명에 따른 히터 내장 밸브(1)의 제2 실시형태는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 유체 유입 통로(2a) 및 유체 유출 통로(2b)가 마련된 밸브 박스(2)와, 밸브 박스(2) 상단부에 고정된 케이싱(3)과, 밸브 박스(2) 상부에 상하 이동 가능하게 삽입되고 상부가 케이싱(3) 내에 있는 밸브봉(4)과, 밸브봉(4) 하단부에 달려서 지지되어 밸브봉(4)의 상하 이동에 따라 유체 유입 통로(2a)를 개폐하는 밸브체(5)와, 밸브봉(4) 상단부에 고정된 피스톤(6)과, 피스톤(6)을 상하 이동시키는 피스톤 구동 수단(7)과, 피스톤(6)과 케이싱(3) 사이를 시일하는 피스톤 시일 수단(8)과, 밸브봉(4)과 밸브 박스(2)내 통로(2a, 2b) 사이를 시일하는 밸브봉 시일 수단(9)과, 밸브체(5) 근방을 가열하는 가열 수단(10)을 구비하고 있다.

케이싱(3)은, 정상벽(12)을 구비하며 또한 하향 개구된 통형상의 상측 케이싱(11)과, 상측 케이싱(11)과 밸브 박스(2) 사이에 개재된 통형상의 하측 케이싱(13)을 갖고 있다.

밸브봉(4) 전체면에는 니켈-인계의 무전해 도금이 실시되어 있고, 이에 따라, 밸브봉(4)과 케이싱(3) 사이, 밸브봉(4)과 밸브체(5) 사이 및 밸브봉(4)과 피스톤(6)의 결합부 등에 있어서 슬라이드성이 확보되어 있다. 따라서, 제1 실시형태의 것과 마찬가지로, 그리스를 사용하지 않고도, 450℃ 이상에서의 슬라이드성이 확보되어 있다.

피스톤(6)은, 하단부가 밸브봉(4)의 상단부와 결합되어 밸브봉(4)과 함께 상하 이동하는 축부(61)와, 축부(61)와 일체이며 또한 축부(61)와의 사이에 하측 벨로우즈(65)의 배치 공간을 갖는 외통부(62)로 이루어진다. 피스톤 외통부(62)와 상측 케이싱(11) 사이에는, 상측 벨로우즈(64)의 배치 공간이 마련되어 있다. 피스톤 축부(61)의 상단부에는 플랜지부(61a)가 마련되어 있고, 피스톤 축부(61)의 상단면, 플랜지부(61a)의 상면 및 외통부(62)의 상단면이 동일면 상에 있도록, 피스톤 축부(61)의 플랜지부(61a)의 외주연부와 외통부(62)의 상단부가 결합되어 있다. 외통부(62)의 하단부에는 플랜지부(62a)가 마련되어 있다. 피스톤 축부(61)의 하단부에는, 밸브봉(4) 상단부를 끼워넣는 결합 오목부(22)가 형성되어 있고, 밸브봉(4)은 그 상단부에 마련된 결합 볼록부(23)가 결합 오목부(22) 내에 끼워 넣어짐으로써, 피스톤 축부(61)에 달려서 지지되어 있다.

피스톤 구동 수단(7)은, 외부로부터 도입되는 압축 공기에 의해 피스톤(6)을 하방으로 이동시키기 위한 상측 압축 공기 도입실(24)과, 외부로부터 도입되는 압축 공기에 의해 피스톤(6)을 상방으로 이동시키기 위한 하측 압축 공기 도입실(25)을 구비하고 있다. 상측 압축 공기 도입실(24)은, 피스톤(6)의 상면과 상측 케이싱(11)의 정상벽(12)과의 사이에 형성되어 있다. 상측 케이싱(11)의 정상벽(12)에는 조인트(26a) 구비 압축 공기 도입구(26)가 직경 방향으로 연장되어 마련되어 있다. 하측 압축 공기 도입실(25)은, 피스톤 외통부(62)의 플랜지부(62a)의 하면과 이에 대향하도록 상측 케이싱(11)의 하단부에 마련된 내향 플랜지부(63)의 사이에 형성되어 있다. 상측 케이싱(11)의 둘레벽에는, 조인트(27a) 구비 압축 공기 도입구(27)가 마련되어 있다. 이 압축 공기 도입구(27)로부터 하측 압축 공기 도입실(25)에 압축 공기가 유입될 수 있도록, 피스톤 외통부(62)의 플랜지부(62a)의 외주면과 상측 케이싱(11)의 둘레벽 사이에는 압축 공기 통로가 되는 간극(28)이 형 성되어 있다.

각 압축 공기 도입구(26, 27)에 설치되어 있는 각 조인트(26a, 27a)는, 제1 실시형태와 동일한 구성의 것이 사용되고 있다.

피스톤(6)은, 하방 이동 시에는, 피스톤 외통부(62)의 하단면이 상측 케이싱(11)의 내향 플랜지부(63)에 접촉함으로써, 그 이상의 하방 이동이 방지되어 있고, 상방 이동 시에는, 피스톤 축부(61)의 상단면이 케이싱 정상벽(12) 하면에 접촉함으로써, 그 이상의 상방 이동이 방지되어 있다.

피스톤 시일 수단(8)은, 상측 압축 공기 도입실(24)을 시일하는 금속제 상측 벨로우즈(64)와, 하측 압축 공기 도입실(25)을 시일하는 금속제 하측 벨로우즈(65)를 구비하고 있다. 상측 벨로우즈(64)는, 피스톤 외통부(62)의 플랜지부(62a)의 상면과, 이에 대향하도록 마련된 케이싱 정상벽(12)의 하방 돌출부(12a) 하면에 의해 협지되어 있다. 하측 벨로우즈(65)는, 피스톤 축부(61)의 플랜지부(61a) 하면과, 이에 대향하도록 상측 케이싱(11)의 내향 플랜지부(63)에 마련된 환형 내측 돌출부(벨로우즈 받침부)(63a) 상면에 의해 협지되어 있다. 상측 벨로우즈(64)는, 피스톤 외통부(62)와 상측 케이싱(11) 사이에 있으며, 상측 압축 공기 도입실(24)로부터 외향의 압력을 받고, 하측 압축 공기 도입실(25)로부터 내향의 압력을 받는다. 하측 벨로우즈(65)는, 피스톤 축부(61)와 피스톤 외통부(62) 사이에 있으며, 하측 압축 공기 도입실(25)로부터 내향의 압력만을 받는다. 따라서, 하측 벨로우즈(65)는 상측 벨로우즈(64)보다도 직경을 작게 할 수 있고, 이와 같이 함으로써, 밸브(1)의 소형화가 도모되어 있다. 또한, 제1 실시형태의 것에서는, 하측 벨로우 즈(30)의 상단면이 상측 벨로우즈(29)의 하단면보다도 하방에 위치되어져 있지만, 이 실시형태의 것에서는, 하측 벨로우즈(65)의 하단면이 상측 벨로우즈(64)의 하단면보다도 약간 하방에 위치되어져 있을 뿐이며, 상측 벨로우즈(64) 및 하측 벨로우즈(65)를 수용하기 위한 상하 방향 치수에 대해서도 소형화가 도모되어 있다.

가열 수단(10)은, 밸브봉(4) 하부를 둘러싸도록 둘레 방향 등간격으로 배치된 3개의 카트리지 히터(66)와, 3개의 카트리지 히터(66)를 유지하며 하측 케이싱(13) 및 밸브 박스(2)에 걸쳐 고정된 히터 유지링(히터 유지 부재)(67)과, 카트리지 히터(66)의 리드선(68a) 및 TC(서모 센서)의 리드선(68b) 등으로 이루어지는 히터 리드선(68)과, 히터 리드선(68)을 외부로 빼내기 위해 하측 케이싱(13)의 둘레벽에 마련된 관통 구멍(39)의 주연부에 부착된 조인트(40)를 구비하고 있다.

히터 유지링(67)은, 대직경부(69) 및 그 하단에 연속하며 내경이 대직경부(69)와 동일하고 외경이 작은 소직경부(70)로 이루어지는 단차 구비 형상으로 되어 있다. 히터 유지링(67)은, 대직경부(69)의 상하의 중간 부분에 마련된 플랜지부(69a)가 하측 케이싱(13)의 하단부와 밸브 박스(2)의 상단부 사이에 끼워짐으로써 고정되어 있고, 그 직경 방향 중심 부분에는, 상하 이동하는 밸브봉(4)을 안내하는 밸브봉 삽입 구멍(67a)이 마련되어 있다.

3개의 카트리지 히터(66)는 직렬 접속되어 있고, 내열 온도가 500℃ 이상인 절연 비드의 리드선(68a)에 의해 외부 전원과 접속되어 있다. TC(서모 센서)는, 카트리지 히터(66) 근방에 2개 설치되어 있고, 2개의 리드선(68b)에 의해 외부 회로와 접속되어 있다.

카트리지 히터(66)는, 밸브봉(4)이 상방으로 이동한 개방 위치에서 히터(66)의 하단면이 밸브체(5)에 접촉하도록, 그 하단면 위치가 설정되어 있다.

조인트(40)는, 제1 실시형태의 것과 동일한 구성의 것으로 되어 있고, 관통 구멍(39)의 주연부에 용접에 의해 고정된 플랜지 구비 제1 슬리브(41)와, 제1 슬리브(41)에 회전 가능하게 끼워진 캡너트(42)와, 제1 슬리브(41)의 축방향 외측 단부에 마련된 플랜지와 캡너트(42)의 사이에 개재된 스러스트링(43)이 하측 케이싱(13)에 설치되어 있다. 그리고, 도 1에 나타내는 바와 같이, 외부측에 마련되며 제1 슬리브(41)에 가스켓(44)을 통해 맞대어진 플랜지 구비 제2 슬리브(45)와, 제2 슬리브(45)에 끼워져 캡너트(42)에 나사 결합되는 수나사 부재(46)에 의해 외부측과 접속된다.

밸브봉 시일 수단(9)은, 밸브봉(4)보다도 대직경으로 되어 있는 밸브체(5)의 외주연부와, 히터 유지링(67)의 대직경부(69)의 하단면에 의해 협지되어 있는 금속제 밸브체측 벨로우즈(33)를 구비하고 있다.

각 벨로우즈(33, 64, 65)는 용접 고정되어 있고, 시일 필요 부분에는 메탈 가스켓(34, 35, 36)이 설치되어 있다.

본 발명의 히터 내장 밸브(1)에 따르면, 상측 케이싱(11)의 정상벽(12)에 마련된 압축 공기 도입구(26)로부터 상측 압축 공기 도입실(24) 내에 압축 공기를 도입하면, 피스톤(6)이 하방으로 이동하고, 이에 따라, 밸브봉(4)도 하방으로 이동한다. 그 결과, 도면에 나타내는 바와 같이, 밸브체(5)가 유체 유입 통로(2a)의 상향 개구를 폐쇄한다. 그리고, 상측 압축 공기 도입실(24) 내에의 압축 공기의 도 입을 정지하여 배출 가능하게 하고, 상측 케이싱(11)의 둘레벽에 마련된 압축 공기 도입구(27)로부터 하측 압축 공기 도입실(25) 내에 압축 공기를 도입하면, 피스톤(6)이 상방으로 이동하고, 이에 따라, 밸브봉(4)도 상방으로 이동한다. 그 결과, 밸브체(5)가 유체 유입 통로(2a)의 상향 개구로부터 떨어지고, 유체 유입 통로(2a)로부터 도입된 유체는 유체 유출 통로(2b)로부터 배출된다.

상측 압축 공기 도입실(24)로부터 피스톤(6)이 하향으로 받는 힘은, 면적이 큰 피스톤(6) 상면이 압축 공기의 압력을 받기 때문에, 상대적으로 크게 되어 있고, 유체 유입 통로(2a)를 폐쇄하기 위한 힘이 큰 것으로 되어 있다. 또한, 하측 압축 공기 도입실(25)의 용적이 상측 압축 공기 도입실(24)의 용적에 비해서 작기 때문에, 하측 압축 공기 도입실(25)에 압축 공기가 도입되는 경우에는, 상향의 힘이 바로 발생하게 되어 있고, 밸브봉(4)의 상방으로의 이동이 신속한 것으로 되어 있다.

이렇게 해서, 카트리지 히터(66)를 밸브봉(4)과 함께 상하 이동시키지 않는 타입에서도, 200℃를 넘는 고온 조건 하에서 사용 가능한 것을 얻을 수 있다.

도 3은, 제1 실시형태와 마찬가지로 히터(카트리지 히터)를 밸브봉(4)의 승강에 따라 상하 이동시키는 실시형태(제3 실시형태)를 나타내고 있다.

이 실시형태의 히터 내장 밸브(1)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 유체 유입 통로(2a) 및 유체 유출 통로(2b)가 마련된 밸브 박스(2)와, 밸브 박스(2) 상단부에 고정된 케이싱(3)과, 밸브 박스(2) 상부에 상하 이동 가능하게 삽입되며 상부가 케이싱(3) 내에 있는 밸브봉(4)과, 밸브봉(4) 하단부에 달려서 지지되어 밸브봉(4)의 상하 이동에 따라 유체 유입 통로(2a)를 개폐하는 밸브체(5)와, 밸브봉(4) 상단부에 고정된 피스톤(6)과, 피스톤(6)을 상하 이동시키는 피스톤 구동 수단(7)과, 피스톤(6)과 케이싱(3) 사이를 시일하는 피스톤 시일 수단(8)과, 밸브봉(4)과 밸브 박스(2)내 통로(2a, 2b) 사이를 시일하는 밸브봉 시일 수단(9)과, 밸브체(5) 근방을 가열하는 가열 수단(10)을 구비하고 있다.

피스톤(6)은, 하측 케이싱(13)의 상부 내에서 상하 이동하는 대직경 통부(71)와, 이것의 하방에 연속하며 하측 케이싱(13)의 하부 내에서 상하 이동하는 소직경 통부(72)로 이루어진다. 이에 대응하여, 하측 케이싱(13)에는 상측의 대직경 피스톤 수용부(73)와, 이것의 하방에 단차부(74)를 통해 연속하는 소직경 피스톤 수용부(75)가 마련되어 있다.

상측 케이싱(11)은, 그 내경이 피스톤 대직경 통부(71)의 내경보다도 약간 작은 것으로 되어 있고, 그 결과 상측 케이싱(11)의 하면(11a)은 하측 케이싱(13) 의 단차부(74)에 대향하는 환형의 단차면으로 되어 있다. 이에 따라, 상측 케이싱(11)의 하면(11a)과 하측 케이싱(13)의 단차부(74) 사이에, 피스톤 대직경 통부(71) 및 벨로우즈(77)의 배치용 공간이 형성되어 있다.

피스톤 구동 수단(7)은, 외부로부터 도입되는 압축 공기에 의해 피스톤(6)을 하방으로 이동시키기 위한 상측 압축 공기 도입실(24)과, 외부로부터 도입되는 압축 공기에 의해 피스톤(6)을 상방으로 이동시키기 위한 하측 압축 공기 도입실(25)을 구비하고 있다.

피스톤 시일 수단(8)은, 상측 압축 공기 도입실(24)을 시일하는 제1 및 제2 금속제 상측 벨로우즈(76, 77)와, 하측 압축 공기 도입실(25)을 시일하는 금속제 하측 벨로우즈(78)를 구비하고 있다.

피스톤 대직경 통부(71)의 하단부에는 제2 상측 벨로우즈(77)를 받기 위한 플랜지부(71a)가 형성되어 있다. 피스톤 소직경 통부(72)의 상단부에는 플랜지부(72a)가 마련되어 있고, 그 외주연부가 피스톤 대직경 통부(71)의 하단부에 고정되어 있다. 피스톤 소직경 통부(72)의 플랜지부(72a)는, 그 상면에 의해 제1 상측 벨로우즈(76)의 하단부를 받으며, 그 하면에 의해 하측 벨로우즈(78)의 상단부를 받는 벨로우즈 받침부로 되어 있다.

상측 압축 공기 도입실(24)을 시일하는 제1 및 제2 상측 벨로우즈(76, 77)는, 상대적으로 소직경의 제1 상측 벨로우즈(76)가 피스톤 대직경 통부(71)의 내측에, 상대적으로 대직경의 제2 상측 벨로우즈(77)가 피스톤 대직경 통부(71)의 외측에 각각 배치되어 있다. 제1 상측 벨로우즈(76)는, 피스톤 대직경 통부(71)의 상 단보다도 상방 위치에서 그 상단부가 상측 케이싱(11)의 내주에 마련된 고정링(벨로우즈 받침부)(79)에 고정되어 있으며, 그 하단부가 피스톤 소직경 통부(72)의 플랜지부(72a) 상면에 고정되어 있음으로써, 상측 케이싱(11)과 피스톤(6) 사이에 협지되어 있다. 제2 상측 벨로우즈(77)는. 피스톤 대직경 통부(71)의 상단보다도 상방 위치에서 그 상단부가 벨로우즈 받침부를 겸하는 상측 케이싱(11)의 하면(11a)에 고정되며, 그 하단부가 피스톤 대직경 통부(71)의 플랜지부(71a)에 고정되어 있음으로써, 상측 케이싱(11)과 피스톤(6) 사이에 협지되어 있다.

이렇게 해서, 상측 벨로우즈(76, 77)가 2개 설치되고, 피스톤 대직경 통부(71)의 상단면, 상측 케이싱(11), 제1 상측 벨로우즈(76) 및 제2 상측 벨로우즈(77)에 의해 환형의 상측 압축 공기 도입실(24)이 형성되어 있다.

하측 벨로우즈(78)는, 피스톤 소직경 통부(72)의 외측에 배치되어, 그 상단부가 피스톤 소직경 통부(72)의 플랜지부(72a) 하면에 고정되고, 그 하단부가 하측 케이싱(13)의 하단부 부근의 둘레벽에 마련된 고정링(벨로우즈 받침부)(80)에 고정되어 있음으로써, 하측 케이싱(13)과 피스톤(6) 사이에 협지되어 있다. 그리고, 하측 케이싱(13)의 둘레벽, 제2 상측 벨로우즈(77), 피스톤 대직경 통부(71)의 하단부 및 하측 벨로우즈(78)에 의해 하측 압축 공기 도입실(25)이 형성되어 있다.

상측 케이싱(11)의 둘레벽에는, 조인트(26a) 구비 L자형 압축 공기 도입구(26)가 마련되어 있다. 압축 공기 도입구(26)는 조인트(26a)가 설치되는 일단측이 직경 방향 외측으로 개구되며, 타단 개구가 축방향 하향 연장되어, 제2 상측 벨로우즈(77)보다도 직경 방향 내측에서, 상측 케이싱(11)의 하면에 개구되어 있다. 하측 케이싱(13)의 대직경 피스톤 수용부(73) 둘레벽의 하단부에는, 조인트(27a) 구비 압축 공기 도입구(27)가 마련되어 있다. 이 압축 공기 도입구(27)로부터 하측 압축 공기 도입실(25)에 압축 공기가 유입될 수 있도록, 피스톤 대직경 통부(71)의 플랜지부(71a)의 외주면과 하측 케이싱(13)의 둘레벽 사이에는, 압축 공기 통로가 되는 간극(28)이 형성되어 있다.

피스톤(6)은, 하방 이동 시에는, 피스톤 대직경 통부(71)의 하단면이 하측 케이싱(13)의 단차부(74) 상면에 접촉함으로써, 그 이상의 하방 이동이 방지되어 있고, 상방 이동 시에는, 피스톤 대직경 통부(71)의 상단면이 상측 케이싱(11)의 하면(11a)에 접촉함으로써, 그 이상의 상방 이동이 방지되어 있다.

밸브봉 시일 수단(9)은, 밸브봉(4)보다도 대직경으로 되어 있는 밸브체(5)의 외주연부와 하측 케이싱(13)의 둘레벽 하단부 내주면에 고정된 고정링(벨로우즈 받침부)(32) 하면에 의해 협지되어 있는 금속제 밸브체측 벨로우즈(33)를 구비하고 있다.

밸브봉(4)은, 밸브체(5)를 하단에 구비하는 하부 통형체(81)와, 하부 통형체(81)의 상단부 내주에 설치되어 있는 암나사부에 나사 결합되어 있는 수나사부를 하단부 외주에 갖는 상부 통형체(82)로 이루어지고, 상단이 개구된 중공 형상으로 되어 있다.

가열 수단(10)은, 중공 형상으로 된 밸브봉(4) 내부에 배치되어 밸브봉(4)과 함께 상하 이동하는 카트리지 히터(83)와, 카트리지 히터(83)의 리드선 및 TC(서모 센서)의 리드선 등으로 이루어지는 히터 리드선(84)과, 히터 리드선(84)을 외부로 빼내기 위해 케이싱 정상벽(12)에 마련된 관통 구멍(85) 주연부에 부착된 조인트(40)를 구비하고 있다.

밸브봉(4)의 상부 통형체(82)는, 하부 통형체(81)에 나사 결합됨으로써, 그 선단이 카트리지 히터(83)의 상단에 접촉하도록 이루어져 있다. 또한, 밸브봉(4)의 상부 통형체(82)의 상단부에는 플랜지부(82a)가 마련되어 있고, 이 플랜지부(82a)의 하면이 피스톤 소직경 통부(72)의 플랜지부(72a)의 상면에 마련된 단차면(72b)에 접촉하고 있다. 상부 통형체(82)를 하부 통형체(81)에 나사 결합되게 함으로써, 피스톤 소직경 통부(72)가 밸브봉(4)의 상부 통형체(82)의 플랜지부(82a) 하면과 하부 통형체(81)의 상단면 사이에 협지되고, 이렇게 해서, 중심 어긋남이 발생하기 어렵게 하여, 하부 통형체(81) 및 상부 통형체(82)로 이루어지는 밸브봉(4)과 피스톤 대직경 통부(71) 및 피스톤 소직경 통부(72)로 이루어지는 피스톤(6)이 일체화되어 있다.

히터 리드선(84)을 외부로 빼내기 위한 조인트(40)는, 설치 위치는 다르지만 제1 실시형태의 것과 동일한 구성의 것으로 되어 있고, 관통 구멍(39) 주연부에 용접에 의해 고정된 플랜지 구비 제1 슬리브(41)와, 제1 슬리브(41)에 회전 가능하게 끼워진 캡너트(42)와, 제1 슬리브(41)의 축방향 외측 단부에 설치된 플랜지와 캡너트(42)와의 사이에 개재된 스러스트링(43)이 케이싱 정상벽(12)에 설치되어 있다. 그리고, 도 1에 나타낸 바와 같이, 외부측에 설치되어 제1 슬리브(41)에 가스켓(44)을 통해 맞대어진 플랜지 구비 제2 슬리브(45)와, 제2 슬리브(45)에 끼워져 캡너트(42)에 나사 결합되는 수나사 부재(46)에 의해 외부측과 접속된다.

이렇게 해서, 히터 리드선(84)은 카트리지 히터(83) 및 센서로부터 상방으로 연장되어, 그대로 상방으로 빼내어지고 있으며, 밸브봉(4)이 상하 이동하였을 때의 히터 리드선(84)에의 부담이 적은 것으로 되어 있다.

각 벨로우즈(33, 76, 77, 78)는 용접 고정되어 있고, 시일 필요 부분에는 메탈 가스켓(34, 35, 36)이 설치되어 있다.

본 발명의 히터 내장 밸브(1)에 따르면, 상측 케이싱(11)에 마련된 압축 공기 도입구(26)로부터 상측 압축 공기 도입실(24) 내에 압축 공기를 도입하면, 피스톤(6)이 하방으로 이동하고, 이에 따라, 밸브봉(4)도 하방으로 이동한다. 그 결과, 도면에 나타내는 바와 같이, 밸브체(5)가 유체 유입 통로(2a)의 상향 개구를 폐쇄한다. 그리고, 상측 압축 공기 도입실(24) 내로의 압축 공기의 도입을 정지하여 배출 가능하게 하며, 상측 케이싱(11)의 둘레벽에 마련된 압축 공기 도입구(27)로부터 하측 압축 공기 도입실(25) 내에 압축 공기를 도입하면, 피스톤(6)이 상방으로 이동하고, 이에 따라, 밸브봉(4)도 상방으로 이동한다. 그 결과, 밸브체(5)가 유체 유입 통로(2a)의 상향 개구로부터 떨어지고, 유체 유입 통로(2a)로부터 도입된 유체는 유체 유출 통로(2b)로부터 배출된다.

제3 실시형태의 히터 내장 밸브(1)에 따르면, 제1 실시형태와 마찬가지로, 카트리지 히터(83)를 밸브봉(4)과 함께 상하 이동시키는 것이 가능하게 되고, 이 경우에 과제가 되는 히터 리드선(84)의 처리에 있어서, 히터 리드선(84)이 상방으로 빼내어지고 있음으로써, 제1 실시형태의 것에 비해서, 밸브봉(4)이 상하 이동하였을 때의 히터 리드선(84)에의 부담이 적은 것으로 되어 있고, 200℃를 넘는 고온 조건 하에서의 사용에 보다 알맞은 것으로 되어 있다.

본 발명에 따르면, 200℃를 넘는 고온에는 견딜 수 없다고 하는 종래의 히터 내장 밸브의 문제가 해소되기 때문에, 히터 내장 밸브의 적용 범위를 대폭 확대할 수 있다.

Claims

유체 통로가 마련된 밸브 박스와, 밸브 박스 상부에 설치된 케이싱과, 유체 통로를 개폐하는 밸브체를 상하 이동시키는 밸브봉과, 케이싱 내에 상하 이동 가능하게 배치되고 밸브봉에 고정된 피스톤과, 피스톤을 상하 이동시키는 피스톤 구동 수단과, 밸브체 근방을 가열하는 가열 수단과, 피스톤과 케이싱 사이를 시일하는 시일 수단을 구비하는 히터 내장 밸브로서,

피스톤 구동 수단은, 피스톤을 하방으로 이동시키기 위한 상측 압축 공기 도입실과, 피스톤을 상방으로 이동시키기 위한 하측 압축 공기 도입실을 구비하고, 시일 수단은, 상측 압축 공기 도입실을 시일하는 상측 벨로우즈와, 하측 압축 공기 도입실을 시일하는 하측 벨로우즈를 구비하는 것을 특징으로 하는 히터 내장 밸브.
제1항에 있어서, 피스톤은, 하단부에 플랜지부를 갖는 대직경부와, 이것의 하방에 연속하는 소직경부를 포함하며, 케이싱에, 대직경 피스톤 수용부 및 이것보다도 소직경의 소직경 피스톤 수용부가 마련되어 있고, 상측 벨로우즈는, 케이싱의 정상벽과 피스톤 대직경부의 플랜지부와의 사이에 설치되며, 하측 벨로우즈는, 상측 벨로우즈보다도 소직경으로 되어 있고, 피스톤 소직경부의 상단부와 소직경의 피스톤 수용부의 하단부와의 사이에 설치되는 것인 히터 내장 밸브.
제1항에 있어서, 피스톤은, 상단부에 플랜지부를 갖는 축부와, 축부의 플랜 지부에 상단부가 고정되며 하단부에 플랜지부를 갖는 외통부를 포함하고, 상측 벨로우즈는, 피스톤 외통부의 플랜지부와 이에 대향하는 케이싱의 정상부 사이에 설치되며, 하측 벨로우즈는, 피스톤 축부의 플랜지부와 이에 대향하도록 케이싱에 마련된 벨로우즈 받침부 사이에 설치되는 것인 히터 내장 밸브.
제1항에 있어서, 피스톤은, 대직경 통부와, 이것의 하방에 연속하는 소직경 통부를 포함하며, 피스톤의 대직경 통부의 내측에는, 상단이 피스톤의 대직경 통부의 상단보다도 상방에 있는 제1 상측 벨로우즈가, 피스톤의 대직경 통부의 외측에는, 상단이 피스톤 대직경 통부의 상단보다도 상방에 있는 제2 상측 벨로우즈가 각각 배치되고, 각 벨로우즈의 상단부를 지지하는 벨로우즈 받침부가 케이싱의 상부에 마련됨으로써, 피스톤의 대직경 통부의 상단면, 케이싱의 상부, 제1 상측 벨로우즈 및 제2 상측 벨로우즈에 의해 상측 압축 공기 도입실이 형성되며, 피스톤의 소직경 통부의 외측에 하측 벨로우즈가 배치되고, 그 하단부를 지지하는 벨로우즈 받침부가 케이싱의 둘레벽에 마련됨으로써, 케이싱의 둘레벽, 제2 상측 벨로우즈, 피스톤의 대직경 통부의 하단부 및 하측 벨로우즈에 의해 하측 압축 공기 도입실이 형성되는 것인 히터 내장 밸브.
제4항에 있어서, 밸브봉은 중공 형상으로 이루어지며, 그 내부에 가열 수단의 히터 및 센서가 배치되어 있고, 가열 수단의 리드선이 밸브봉의 상단 개구로부터 인출되어, 케이싱의 정상벽으로부터 빼내어지는 것인 히터 내장 밸브.
제1항에 있어서, 가열 수단의 리드선이 삽입되는 관통 구멍이 케이싱에 마련되고, 이 관통 구멍의 주연부에, 가열 수단의 리드선을 외부로 빼내기 위한 조인트가 부착되며, 조인트는 상측 압축 공기 도입실 및 하측 압축 공기 도입실에 배관을 접속하기 위한 조인트와 동일한 구성으로 되어 있는 것인 히터 내장 밸브.
제6항에 있어서, 가열 수단의 리드선을 외부로 빼내기 위한 조인트는, 관통 구멍 주연부에 고정된 제1 슬리브와, 제1 슬리브에 회전 가능하게 끼워진 캡너트와, 제1 슬리브에 가스켓을 통해 맞대어진 제2 슬리브와, 제2 슬리브에 끼워져 캡너트에 나사 결합되는 수나사 부재를 구비하는 것인 히터 내장 밸브.
제1항에 있어서, 슬라이드부에 특수 코팅이 실시되는 것인 히터 내장 밸브.
제8항에 있어서, 특수 코팅은 무전해 도금 처리에 의한 코팅인 것인 히터 내장 밸브.
제9항에 있어서, 무전해 도금층은, 니켈-인계, 코발트-인계, 니켈-인-텅스텐계, 니켈-붕소계 및 니켈-붕소-텅스텐계 중 어느 하나로 이루어지는 것인 히터 내장 밸브.
제1항에 있어서, 가열 수단은 밸브봉에 부착되어 이것과 함께 이동 가능하게 되어 있는 히터를 구비하고, 히터의 하단면이 밸브체에 접촉되는 것인 히터 내장 밸브.
제1항에 있어서, 가열 수단은, 케이싱에 고정된 히터 유지 부재에 부착되어, 밸브봉의 이동에 따라 이동하지 않는 히터를 구비하고, 밸브봉이 상방으로 이동한 개방 위치에서 히터의 하단면이 밸브체에 접촉되는 것인 히터 내장 밸브.