KR20160064065A - 압력 작동 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다이어프램체의 채터링 동작을 억제할 수 있는 압력 작동 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
압력 작동 밸브(1)는, 복수의 박막 금속(51)이 적층되어 구성되어 있다. 복수의 박막 금속(51)의 각각은, 환형 평판부(53)와 그 내측 가장자리에 연접된 산형의 돌출부(54)를 갖고 있다. 그리고, 밸브 포트(16)가, 이 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)의 이동에 수반하여 개폐되고, 밸브 포트(16)가 폐쇄되는 밸브 폐쇄시에, 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)이 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 이 중앙 부분(C)에 대응하는 위치를 반전 동작 방향측으로 넘어가도록서 배치되고, 이 돌출부(54)의 중앙 부분(C) 이외의 부분이 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 이 중앙 부분(C) 이외의 부분에 대응하는 위치의 앞쪽에 배치되는 형상으로 미리 변형되어 있다.

Description

압력 작동 밸브{PRESSURE ACTUATED VALVE}

본 발명은, 유체의 압력에 의해 다이어프램체를 변형시켜 밸브 포트를 개폐하는 구조를 갖는 압력 작동 밸브에 관한 것이다.

특허문헌 1에 개시된 압력 작동 밸브(801)는, 도 11에 도시하는 바와 같이, 밸브 포트(817) 주위에 설치된 밸브 시트부(818)와, 중앙이 대략 반구형으로 형성되고 판면에 작용하는 압력에 감응하여 스냅 액션식(압력에 따라 어느 변형량까지는 완만히 변형하고, 이 변형량을 초과하면 정해진 변형량까지 단숨에 변형하는 양태)으로 반전 동작하는 스프링성을 갖는 다이어프램체로서의 반전판(823)을 갖고 있다. 즉, 반전판(823)은, 어느 변형량까지는 초기 형상으로 되돌아가고자 하는 방향의 스프링 상수(정(正) 스프링 상수)가 되고, 이 변형량을 초과하면 정해진 변형량에 이를 때까지 반전 동작 방향으로 변형하고자 하는 방향의 스프링 상수(부(負) 스프링 상수)가 된다. 이 반전판(823)은, 정 스프링 상수가 되는 범위 내에서 반전 동작하지 않는 정도로 약간 예변형되어 밸브 시트부에 세게 눌려 배치되어 있다. 이것에 의해, 반전판(823)의 스프링성에 의해 이 반전판(823)의 중앙 부분을 밸브 시트부(818)에 세게 눌러 밸브 폐쇄성을 확보하고 있다.

이 압력 작동 밸브(801)에 의하면, 반전 동작하지 않는 정도로 약간 예변형되어 밸브 시트부에 세게 눌리고 있기 때문에, 양호한 스냅 액션식의 동작을 실현할 수 있어, 개폐 상태가 확실히 신속하게 전환되는 양호한 밸브 특성을 얻을 수 있었다.

특허문헌 1 일본 특허 공개 제2002-71037호 공보

그러나, 전술한 압력 작동 밸브(801)에서는, 반전판(823)이 스냅 액션식으로 반전 동작하기 때문에, 반전판(823)이 반전 동작했을 때에 이 반전판(823)이 수용된 밸브실 내의 유체 압력이 급격히 저하된다. 그리고, 이 유체 압력의 저하에 의해 반전판(823)이 반전 상태로부터 복귀하고, 이 복귀에 의해 밸브실 내의 유체 압력이 높아져 반전판(823)이 재차 반전 동작하며, 반전 동작 및 그 복귀 동작을 반복하여, 유량이 짧은 주기로 증감을 반복하는 채터링 동작을 발생시킬 우려가 있다고 하는 문제가 있었다.

그래서, 본 발명은, 다이어프램체의 채터링 동작을 억제할 수 있는 압력 작동 밸브를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자 등은, 다이어프램체의 동작에 대해서 예의 검토를 거듭한 결과, 단체(單體) 상태에서 스냅 액션식의 동작을 하는 복수의 박막 금속을 적층하여 구성하는 것, 및 미리 특정 형상으로 변형(예변형)시켜 두는 것에 의해, 다이어프램체에 유체 압력이 가해졌을 때, 이 다이어프램체가 압력에 따른 변형 동작(「슬로우 액션식의 동작」이라고도 함)을 하는 것을 발견하여, 본 발명에 이르렀다.

청구항 1에 기재된 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징과 함께 밸브실을 구획하며 이 밸브실 내의 유체 압력에 의해 변형되는 스프링성의 복수의 박막 금속이 적층되어 구성된 다이어프램체와, 상기 밸브 하우징에 설치되고 상기 유체 압력에 의한 상기 다이어프램체의 변형에 수반하여 개폐되는 밸브 포트가 형성된 밸브 시트부를 구비한 압력 작동 밸브로서, 상기 복수의 박막 금속은 각각, 환형 평판부와 이 환형 평판부의 내측 가장자리에 일체로 연접되는 평면에서 봤을 때 원형상이며 일방향으로 산형으로 돌출되는 돌출부를 가지며, 단체 상태에서 상기 돌출부 전체가 초기 형상으로부터 상기 일방향과 반대의 반전 동작 방향을 향해 정해진 반전 동작 시작 위치에 이르는 형상까지 변형되었을 때에 상기 돌출부가 스냅 액션식의 반전 동작을 하도록 형성되고, 상기 돌출부는 각각 동일 방향을 향하도록 하여 서로 적층되며, 상기 다이어프램체는, 상기 복수의 박막 금속 각각의 돌출부를 상기 밸브 포트측을 향하도록 하여 이 다이어프램체의 둘레 가장자리가 상기 밸브 하우징에 고정되고, 상기 밸브 포트는, 이 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분의 이동에 따라서 개폐되며, 상기 밸브 포트가 폐쇄되는 밸브 폐쇄시에, 상기 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분이 상기 반전 동작 시작 위치에서의 이 중앙 부분에 대응하는 위치를 상기 반전 동작 방향측으로 넘어가도록 배치되고, 이 돌출부의 중앙 부분 이외의 부분이 상기 반전 동작 시작 위치에서의 이 중앙 부분 이외의 부분에 대응하는 위치의 앞에 배치되는 형상으로 미리 변형되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 작동 밸브이다.

청구항 2에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 발명에서, 상기 돌출부는, 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접된 복수의 구성 부분을 가지며, 상기 복수의 구성 부분은 각각, 인접하는 다른 상기 구성 부분과 반경 방향의 만곡 정도 또는 상기 환형 평판부에 대한 경사 정도가 서로 상이하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 3에 기재된 발명은, 청구항 2에 기재된 발명에서, 상기 밸브 포트를 개폐하는 밸브체와, 상기 다이어프램체의 변형에 수반하여 상기 밸브 포트가 개폐되도록 이 다이어프램체와 상기 밸브체를 연결하는 원기둥형의 밸브 막대를 더 구비하고, 상기 밸브 막대에서의 상기 다이어프램체측의 단부면의 직경이, 상기 다이어프램체에서의 상기 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속의 돌출부의 중앙에 위치하는 상기 구성 부분의 직경보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 4에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 상기 복수의 박막 금속 사이에, 비압축성 유체가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 발명에서, 상기 복수의 박막 금속으로부터 상기 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속을 제외한 나머지 하나 또는 복수의 상기 박막 금속 중 적어도 하나는, 그 상기 돌출부의 중앙에 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 다이어프램체를 구성하는 복수의 박막 금속은 각각, 환형 평판부와 이 환형 평판부의 내측 가장자리에 일체로 연접되는 평면에서 봤을 때 원형상이며 일방향으로 산형으로 돌출되는 돌출부를 갖고 있다. 복수의 박막 금속은 각각, 단체 상태에서 돌출부 전체가 초기 형상으로부터 상기 일방향과 반대의 반전 동작 방향을 향해 정해진 반전 동작 시작 위치에 이르는 형상까지 변형되었을 때에 상기 돌출부가 스냅 액션식의 반전 동작을 하도록 형성되어 있다. 복수의 박막 금속이, 각각의 돌출부가 동일 방향을 향하도록 하여 서로 적층되어 있다. 다이어프램체가, 복수의 박막 금속 각각의 돌출부를 밸브 포트측을 향하도록 하여 이 다이어프램체의 둘레 가장자리부가 밸브 하우징에 고정되어 있다. 밸브 포트가, 이 밸브 포트에 가장 가까운 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분의 이동에 따라 개폐된다. 그리고, 밸브 포트가 폐쇄되는 밸브 폐쇄시에, 밸브 포트에 가장 가까운 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분이 반전 동작 시작 위치에서의 이 중앙 부분에 대응하는 위치를 반전 동작 방향측으로 넘어가도록 배치되고 이 돌출부의 중앙 부분 이외의 부분이 반전 동작 시작 위치에서의 이 중앙 부분 이외의 부분에 대응하는 위치의 앞에 배치되는 형상으로 미리 변형되어 있다.

이와 같이 했기 때문에, (i) 다이어프램체를 구성하는 복수의 박막 금속이 각각 단체 상태에서 스냅 액션식의 동작을 하고, 이들 복수의 박막 금속을 적층하여 다이어프램체를 구성하고 있기 때문에, 변형시에 박막 금속 사이에 미끄럼 이동 저항이 생기고, (ii) 또한 밸브 포트의 밸브 폐쇄시에, 이 밸브 포트에 가장 가까운 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분이 미리 반전 동작 시작 위치를 넘어가도록 배치되어 있기 때문에, 복수의 박막 금속 각각의 돌출부의 중앙 부분이 서로 접한 상태가 되어, 박막 금속 사이에 생기는 미끄럼 이동 저항이 더 커져, 스냅 액션식의 동작이 억제된다. 이 때문에 복수의 박막 금속의 각각에서의 스냅 액션식의 동작이 억제됨으로써, 다이어프램체로서 유체 압력에 따른 변형 동작(슬로우 액션식의 동작)이 되기 때문에, 스냅 액션식의 동작과 비교하여, 밸브실 내의 급격한 압력 변동을 억제할 수 있어, 채터링 동작을 억제할 수 있다.

(iii) 또한, 정해진 압력을 초과하면 단숨에 변형하는 스냅 액션식의 동작을 박막 금속간의 미끄럼 이동 저항에 의해 억제하고 있기 때문에, 다이어프램체가 변형되는 것에 의해 각 박막 금속이 단체 상태이면 스냅 액션식의 동작을 하는 정도까지 변형된 경우에서도, 다이어프램체 자체의 스프링 상수는 부의 값이 되지 않고, 이 스프링 상수는 0 또는 0에 가까운 정의 값이 된다. 이 때문에 압력의 변화에 대하여 비교적 큰 변형량을 얻을 수 있다. 이 때문에 유체 압력의 변화량이 작아도 다이어프램체가 크게 변형하기 때문에, 밸브 개방시에 비교적 큰 유량을 확보할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 다이어프램체를 구성하는 복수의 박막 금속의 돌출부가, 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접된 복수의 구성 부분을 가지며, 이들 복수의 구성 부분은 각각, 인접하는 다른 구성 부분과 반경 방향의 만곡 정도 또는 환형 평판부에 대한 경사 정도가 서로 상이하도록 형성되어 있다. 이와 같이 했기 때문에, 예컨대 전체가 원활하게 연속하여 만곡된 반구 형상의 돌출부 등에 비해, 각 구성 부분에 대해서, 이들이 만곡한 형상이면 만곡 정도를, 또는 이들이 일방향(예컨대 반경 방향)에 대해서 평평하면 환형 평판부에 대한 경사 정도를, 각각 별개로 조정할 수 있고, 이것에 의해, 복수의 구성 부분으로 이루어지는 돌출부의 변형 특성에 대해서 보다 폭넓은 범위로 조정할 수 있다. 이 때문에 원하는 변형 특성의 다이어프램체를 용이하게 얻을 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 밸브 포트를 개폐하는 밸브체와, 다이어프램체의 변형에 수반하여 밸브 포트가 개폐되도록 이 다이어프램체와 밸브체를 연결하는 원기둥형의 밸브 막대를 더 구비하고 있다. 그리고, 밸브 막대에서의 다이어프램체측의 단부면의 직경이, 다이어프램체에서의 밸브 포트에 가장 가까운 박막 금속의 돌출부의 중앙에 위치하는 구성 부분의 직경보다 작게 되어 있다. 이와 같이 했기 때문에, 박막 금속의 돌출부의 중앙에 위치하는 구성 부분은 강성이 낮고 변형하기 쉽기 때문에, 이 구성 부분이 다른 박막 금속에 접하기 쉽고, 이 때문에 마찰 저항을 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 스냅 액션식의 동작을 더 억제하여, 유체 압력에 따른 변형 동작(슬로우 액션식의 동작)으로 할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 복수의 박막 금속 사이에, 비압축성 유체가 충전되어 있다. 이와 같이 했기 때문에, 적층된 박막 금속간에 미소한 공간이 존재하고 있었다고 해도, 하나의 박막 금속의 변형이, 비압축성 유체를 통해 인접하는 다른 박막 금속에 전해지기 때문에, 유체 압력에 대한 밸브 개폐의 반응성을 높일 수 있고, 이 때문에 미소한 압력 변화에 대해서도 비교적 큰 변형량을 얻을 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 다이어프램체를 구성하는 복수의 박막 금속으로부터 밸브 포트에 가장 가까운 박막 금속을 제외한 나머지 하나 또는 복수의 박막 금속 중 적어도 하나는, 그 돌출부의 중앙에 관통 구멍이 형성되어 있다. 이와 같이 했기 때문에, 이 관통 구멍의 형상, 크기, 또는 관통 구멍을 형성하는 박막 금속의 수 등을 바꿈으로써, 다이어프램체의 변형 특성에 대해서 보다 폭넓은 범위로 조정할 수 있다. 이 때문에 원하는 변형 특성의 다이어프램체를 용이하게 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 압력 작동 밸브의 종단면도.
도 2는 도 1의 다이어프램체의 구성을 도시하는 단면도.
도 3의 (a)는 도 2의 다이어프램체를 구성하는 박막 금속의 사시도, (b)는 (a)의 X-X 선을 따라 취한 단면도.
도 4는 도 2의 다이어프램체를 구성하는 박막 금속이 단체 상태에 있는 경우에서 압력이 가해졌을 때의 돌출부의 변형 상태를 모식적으로 도시하는 도면으로, (a)는 돌출부가 초기 위치에 있는 초기 상태를 도시하는 도면, (b)는 돌출부 전체가 반전 동작 시작 위치에 있는 상태를 도시하는 도면, (c)는 돌출부가 반전 위치에 있는 상태를 도시한 도면.
도 5는 도 2의 다이어프램체의 예변형 및 변형 동작에 관해서 모식적으로 도시하는 도면으로, (a)는 밸브 폐쇄시의 상태를 도시하는 도면, (b)는 돌출부 전체가 대략 반전 동작 시작 위치에 있는 상태를 도시하는 도면, (c)는 돌출부가 반전 위치에 있는 상태를 도시하는 도면.
도 6은 다이어프램체에 가해지는 유체 압력과 밸브 막대의 이동량의 이동량과의 관계를 모식적으로 도시하는 그래프.
도 7은 도 2의 다이어프램체의 변형예의 구성을 도시하는 단면도(밸브 포트에 가장 가까운 박막 금속을 제외한 다른 박막 금속의 돌출부의 중앙에 관통 구멍이 형성되어 있는 구성).
도 8의 (a)는 도 3의 박막 금속의 제1 변형예의 구성을 도시하는 단면도(오목하게 만곡된 제2 구성 부분을 갖는 구성), (b)는 도 3의 박막 금속의 제2 변형예의 구성을 도시하는 단면도(볼록하게 만곡된 제2 구성 부분을 갖는 구성), (c)는 도 3의 박막 금속의 제3 변형예의 구성을 도시하는 단면도(전체가 원활하게 연속하여 만곡된 반구 형상의 돌출부를 갖는 구성), (d)은 도 3의 박막 금속의 제4 변형예의 구성을 도시하는 단면도(3개의 구성 부분을 갖는 구성).
도 9는 단체 상태의 박막 금속에서의 유체 압력에 대한 변형량(돌출부의 중앙 부분의 이동량)의 관계를 도시하는 그래프.
도 10은 다이어프램체에 가해지는 유체 압력에 대한 밸브 막대의 이동량의 관계를 도시하는 그래프.
도 11은 종래의 압력 작동 밸브의 종단면도.

이하에, 본 발명의 일 실시형태에 따른 압력 작동 밸브를, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태의 압력 작동 밸브의 종단면도이다. 도 2는, 도 1의 다이어프램체의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 3의 (a)는 도 2의 다이어프램체를 구성하는 박막 금속의 사시도이며, (b)는 (a)의 X-X 선을 따라 취한 단면도이다. 도 4는, 도 2의 다이어프램체를 구성하는 박막 금속이 단체 상태에 있는 경우에서 압력이 가해졌을 때의 돌출부의 변형 상태를 모식적으로 도시하는 도면으로, (a)는 돌출부가 초기 위치에 있는 초기 상태를 도시하는 도면이며, (b)는 돌출부 전체가 반전 동작 시작 위치에 있는 상태를 도시하는 도면이며, (c)는 돌출부가 반전 위치에 있는 상태를 도시하는 도면이다. 도 5는, 도 2의 다이어프램체의 예변형 및 변형 동작에 대해서 모식적으로 도시하는 도면으로, (a)는 밸브 폐쇄시의 상태를 도시하는 도면이며, (b)는 돌출부 전체가 대략 반전 동작 시작 위치에 있는 상태를 도시하는 도면이며, (c)는 돌출부가 반전 위치에 있는 상태를 도시하는 도면이다. 도 6은, 박막 금속에 가해지는 유체 압력과 이 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분의 이동량과의 관계를 모식적으로 도시하는 그래프이다. 또한 이하의 설명에서의 「상하」의 개념은, 도 1에서의 상하에 대응하고 있고, 각 부재의 상대적인 위치 관계를 나타내는 것으로서, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것이 아니다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 압력 작동 밸브(1)는 밸브 하우징(10)과, 밸브 부재(30)와, 코일 스프링(40)과, 다이어프램체(50)와, 스토퍼(60)를 구비하고 있다.

밸브 하우징(10)은, 본체부(11)와, 캡부(20)를 구비하고 있다.

본체부(11)는, 예컨대 놋쇠나 스테인리스강 등의 금속을 이용하여 대략 원기둥형으로 형성되어 있고, 일차측 이음매 접속 구멍(12)과, 이차측 이음매 접속 구멍(13)과, 밸브 수용 공간(14)과, 일차측 포트(15)와, 밸브 포트(16)와, 스프링실(17)과, 연통로(18)와, 밸브 시트부(19)를 구비하고 있다.

일차측 이음매 접속 구멍(12)은, 본체부(11)의 둘레면을 통과하여 형성되어 있다. 이차측 이음매 접속 구멍(13)은, 본체부(11)의 도면중 하측의 단부면을 통과하여 형성되어 있다. 밸브 수용 공간(14)은, 본체부(11)의 도면중 상측의 단부면으로부터 본체부(11) 내에 신장하는 원기둥형의 공간이 되도록 형성되어 있다. 일차측 포트(15)는, 일차측 이음매 접속 구멍(12)과 밸브 수용 공간(14)의 도면중 하부를 연통하도록 형성되어 있다. 밸브 포트(16)는, 이차측 이음매 접속 구멍(13)과 밸브 수용 공간(14)의 도면중 하부를 연통하도록 형성되어 있다. 이차측 이음매 접속 구멍(13)과 밸브 수용 공간(14)과 밸브 포트(16)는, 본체부(11)와 동축이 되도록 배치되어 있다. 본체부(11)에서의 밸브 포트(16)의 주위 부분은, 후술하는 밸브 부재(30)의 볼 밸브(32)가 이좌·착좌되는 밸브 시트부(19)로서 기능한다. 스프링실(17)은, 밸브 수용 공간(14)을 둘러싸도록 하여 이 밸브 수용 공간(14)과 동축에 배치되고, 본체부(11)의 도면중 상측의 단부면으로부터 본체부(11) 내에 신장하는 대략 원통형의 공간이 되도록 형성되어 있다. 바꿔 말하면, 스프링실(17)은 밸브 수용 공간(14) 둘레에 링형의 깊은 홈으로서 형성되어 있다. 연통로(18)는, 상기 일차측 포트(15)와 스프링실(17)을 연통하도록 형성되어 있다.

일차측 이음매 접속 구멍(12)에는 입구 이음매(12a)가 부착되고, 입구 이음매(12a)는 일차측 포트(15)를 통해 밸브 수용 공간(14)에 연통되어 있다. 또한 이차측 이음매 접속 구멍(13)에는 출구 이음매(13a)가 부착되고, 이차측 포트로서의 출구 이음매(13a)의 밸브 포트(16)측의 개구단은 밸브 포트(16)를 통해 밸브 수용 공간(14)에 연통되어 있다. 이것에 의해, 입구 이음매(12a)로부터 본체부(11) 내에 유입된 유체는, 일차측 포트(15), 밸브 수용 공간(14), 밸브 포트(16)를 순차 통과하여, 출구 이음매(13a)로부터 유출된다. 또한 일차측 포트(15)는 연통로(18)를 통해 스프링실(17)에 연통되어 있다. 이것에 의해, 입구 이음매(12a)로부터 유입된 유체는 일차측 포트(15), 연통로(18)를 순차 통과하여, 스프링실(17)에 유입된다.

캡부(20)는, 예컨대 스테인리스강 등의 금속으로 구성되어 있고, 대략 원통형의 둘레벽부(21)와, 둘레벽부(21)의 도면중 상단에 일체로 형성된 플랜지부(22)를 구비하고 있다. 둘레벽부(21)는, 밸브 하우징(10)의 외경과 대략 동일한 직경의 원통형(링형)으로 형성되어 있고, 그 도면중 하단이 본체부(11)의 도면중 상단부에 납땜에 의해 고정되어 부착되어 있다. 캡부(20)는, 후술하는 다이어프램체(50)가 플랜지부(22)에 중첩하여 배치됨으로써, 다이어프램체(50)와 함께 밀폐 공간인 압력실(23)을 구획하고, 이 압력실(23)은 본체부(11)의 밸브 수용 공간(14)과 연속되어 밸브실(25)을 구성한다.

밸브 부재(30)는, 각각 스테인리스강 등의 금속으로 이루어지는 밸브 막대(31)와, 밸브체로서의 볼 밸브(32)와, 스프링 받침(33)을 갖고 있다. 밸브 막대(31)는, 외경이 밸브 하우징(10)의 밸브 수용 공간(14)의 내경과 대략 동일한 원기둥형으로 형성되어 있다. 밸브 막대(31)는, 밸브 수용 공간(14)에 도면중 상하 방향(즉, 본체부의 축 방향)으로 미끄럼 이동 가능하게 수용되어 있다. 밸브 막대(31)의 도면중 위쪽의 단부면은 후술하는 다이어프램체(50)[구체적으로는, 다이어프램체(50)를 구성하는 박막 금속(51)의 돌출부(54)의 제2 구성 부분(56)]에 세게 눌린다. 본 실시형태에서, 이 단부면의 직경은, 그것이 세게 눌리는 제2 구성 부분(56)의 직경보다 작게 되어 있다. 볼 밸브(32)는, 구체 형상으로 형성되어 있고, 밸브 막대(31)의 도면중 하단에 고정되어 부착되어 있다. 볼 밸브(32)는, 밸브 막대(31)와 함께 도면중 상하 방향으로 이동하고, 밸브 하우징(10)의 밸브 시트부(19)에 이좌·착좌되어, 밸브 포트(16)를 개폐한다. 스프링 받침(33)은, 내경이 밸브 막대(31)의 외경과 동일한 원환형으로 형성되어 있고, 밸브 막대(31)의 도면중 상부에 플랜지형으로 고정되어 부착되어 있다.

코일 스프링(40)은 밸브 하우징(10)의 스프링실(17)에 이 스프링실(17)과 동축에 수용되어 있다. 코일 스프링(40)은, 밸브 하우징(10)의 본체부(11)[스프링실(17)의 바닥면]와 밸브 부재(30)의 스프링 받침(33) 사이에 압축 상태로 배치되어 있다. 코일 스프링(40)은, 밸브 막대(31)의 도면중 상단을 후술하는 다이어프램체(50)의 제2 구성 부분(56)[중앙 부분(C)]에 세게 눌리고 있다. 이것에 의해, 밸브 막대(31)는 다이어프램체(50)의 변형에 추종하여, 도면중 상하 방향으로 이동하고, 이것에 수반하여 볼 밸브(32)가 밸브 시트부(19)에 대하여 이좌·착좌된다. 즉, 밸브 막대(31)는, 다이어프램체(50)의 변형에 수반하여 밸브 포트(16)가 개폐되도록 이 다이어프램체(50)와 볼 밸브(32)를 연결한다.

다이어프램체(50)는, 예컨대 스테인리스강 등의 금속으로 이루어지는 평면에서 봤을 때 원형상의 스프링성을 갖는 복수의 박막 금속(51)이 적층되어 구성되어 있다. 다이어프램체(50)는, 복수의 박막 금속(51)이 적층됨으로써 캡부(20)의 외경과 대략 동일한 직경으로 형성되어 있고, 그 둘레 가장자리가 캡부(20)의 플랜지부(22)에 중첩되어, 이 캡부(20)의 도면중 상측의 개구를 막도록 배치되어 있다. 다이어프램체(50)는, 캡부(20)와 함께 밀폐 공간인 압력실(23)을 구획하고 있다. 이 압력실(23)은, 밸브 부재(30)의 밸브 막대(31)가 밸브 수용 공간(14)에 수용된 상태에서, 밸브 하우징(10)의 스프링실(17), 연통로(18) 및 일차측 포트(15)를 통해 밸브 수용 공간(14)과 연속되어 있다. 또한, 다이어프램체(50)는 그 스프링력에 의해 밸브 폐쇄시에 밸브 막대(31)을 통해 볼 밸브(32)를 밸브 시트부(19)에 세게 누르고 있다. 다이어프램체(50)의 세부 사항에 대해서는 후술한다.

스토퍼(60)는, 예컨대 스테인리스강 등의 금속을 이용하여 다이어프램체(50)와 대략 동일 직경인 평면에서 봤을 때 원형상의 평판으로 형성되어 있다. 스토퍼(60)는, 다이어프램체(50)의 도면중 상측에 중첩하여 배치되어 있어, 다이어프램체(50)의 과잉 변형을 방지한다. 또한, 스토퍼(60)의 중앙 부분에는 관통 구멍(61)이 형성되어 있다.

밸브 하우징(10)의 캡부(20)의 플랜지부(22), 다이어프램체(50) 및 스토퍼(60)는, 각각의 둘레 가장자리부가 용접에 의해 일체가 되도록 서로 고정되어 부착되어 있다.

이상의 구성에 의해, 압력 작동 밸브(1)는 입구 이음매(12a)로부터, 예컨대 R410A 등의 프레온계 등의 냉매(유체)가 유입되고, 이 냉매는 일차측 포트(15), 연통로(18), 스프링실(17) 및 압력실(23)을 통해, 다이어프램체(50)에 압력을 가한다.

이 냉매의 압력(유체 압력)이 미리 설정된 압력 이하인 경우에는, 다이어프램체(50)는 반전 동작 방향(도면중 위쪽)측을 향한 변형을 하지 않고, 다이어프램체(50)에 의해 밸브 막대(31)을 통해 볼 밸브(32)가 밸브 시트부(19)에 세게 눌려, 밸브 포트가 폐쇄된 밸브 폐쇄 상태가 된다. 이 때, 입구 이음매(12a)로부터 유입되는 냉매는 일차측 포트(15)로부터 밸브 수용 공간(14)에 유입되지만, 밸브 폐쇄 상태에서는 볼 밸브(32)가 밸브 포트(16)를 폐쇄하고 있어, 냉매는 출구 이음매(13a)에 흐르지 않는다.

한편, 냉매의 압력이 높아져, 미리 설정된 압력 이상이 되면 다이어프램체(50)가 반전 동작 방향으로 변형되고, 밸브 막대(31)와 볼 밸브(32)는 코일 스프링(40)의 스프링력에 의해 다이어프램체(50)의 변형에 따라 이동한다. 이것에 의해, 밸브 포트(16)가 개방되어 밸브 개방 상태가 된다.

다음에, 다이어프램체(50)의 구성에 대해서 자세히 설명한다.

다이어프램체(50)는, 도 2, 도 3의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 스테인리스강 등의 금속으로 이루어지는 복수의 평면에서 봤을 때 원형상인 박막 금속(51)이 적층되어 구성되어 있고, 복수의 박막 금속(51) 사이의 공간에, 예컨대 비교적 점도가 높은 오일 등의 비압축성 유체(52)가 충전되어 있다. 도 2에서는, 설명의 편의상, 복수의 박막 금속(51) 사이의 공간이 비교적 넓게 도시되어 있지만, 실제 구성에서는 박막 금속(51)의 두께보다 작은 미소한 공간이 된다.

복수의 박막 금속(51)의 각각은 동일 형상으로 형성되어 있고, 평면에서 봤을 때 원환형의 환형 평판부(53)와, 이 환형 평판부(53)의 내측 가장자리에 일체로 연접되는 평면에서 봤을 때 원형상이며 일방향[도 2 및 도 3의 (b)에서 하측]으로 산형으로 돌출되는 돌출부(54)를 구비하고 있다. 돌출부(54)는, 힘이 가해져 있지 않은 초기 형상에서 대략 반구 형상이 되도록 형성되어 있다. 또한 돌출부(54)는, 환형 평판부(53)에 일체로 연접된 환형의 제1 구성 부분(55)과, 제1 구성 부분(55)의 내측 가장자리에 일체로 연접되는 평면에서 봤을 때 원형상인 제2 구성 부분(56)을 구비하고 있다. 제1 구성 부분(55)과 제2 구성 부분(56)은 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접되어 있다. 제1 구성 부분(55)은, 그 둘레 방향 및 반경 방향에 대해서 외측으로 볼록하게 만곡되어 형성되어 있다. 제2 구성 부분(56)은, 원형 평판형으로 형성되어 있다. 즉, 제2 구성 부분(56)은, 제1 구성 부분(55)과 반경 방향의 만곡 정도가 상이하고, 또한 환형 평판부(53)에 대한 경사 정도도 상이하도록 형성되어 있다. 복수의 박막 금속(51)의 각각은, 돌출부(54)가 본체부(11)의 밸브 시트부(19)[즉, 밸브 포트(16)]를 향해 볼록해지도록 배치되고, 서로 적층되고 돌출부(54)가 서로 고정되지 않으며, 현황 평판부(53)가 서로 고정되고 일체화된 상태로 밸브 하우징(10)의 캡부(20)에 부착된다.

박막 금속(51)은, 단체 상태(1장의 상태)에서, 돌출부(54)가 스냅 액션식의 반전 동작(볼록 방향이 반전하는 동작)을 하도록 형성되어 있다. 이 스냅 액션식의 반전 동작에 대해서, 도 4의 (a) 내지 (c)에 모식적으로 도시한다. 즉, 박막 금속(51)은, 돌출부(54)가 외부로부터의 힘이 가해져 있지 않은 초기 위치(P0)에 있는 초기 형상[도 4의 (a)]으로부터 돌출부(54) 전체에 서서히 힘을 가하면 반전 동작 방향(도면중 위쪽)측을 향해 돌출부(54)가 변형되고(돌출량이 적어지도록 변형되고), 이 돌출부(54) 전체가 정해진 반전 동작 시작 위치(P1)[도 4의 (b)]에 이르는 형상까지 변형되면, 단숨에 반전 동작이 행해져, 반전 위치(P2)까지 변형된다[도 4의 (c)].

이러한 박막 금속(51)의 스냅 액션식의 반전 동작은, 돌출부(54)의 변형에 수반하여 행해진다. 즉, 초기 위치(P0)로부터 반전 동작 시작 위치(P1)까지를 정 스프링 상수로 하면, 반전 동작 시작 위치(P1)를 넘어가도록 돌출부(54)가 변형을 하면, 스프링 상수의 값이 반전하여 부 스프링 상수가 되어, 반전 위치(P2)까지 반전 동작을 한다.

복수의 박막 금속(51)은 서로 적층되고 이들 사이에 비압축성 유체(52)가 충전된 상태로 환형 평판부(53)가 서로 고정됨으로써 일체화되어 다이어프램체(50)가 된다. 본 실시형태에서는, 2장의 박막 금속이 적층됨으로써 다이어프램체(50)를 구성하고 있다.

이 다이어프램체(50)의 동작에 대해서, 도 5를 참조하여 설명한다. 도 5에서, 밸브 막대(31)에 접해 있는 박막 금속(51)[즉, 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51)]을 부호 51A로 나타내고, 박막 금속(51A)에 적층된 다른 박막 금속(51)을 부호 51B로 나타낸다.

다이어프램체(50)는, 밸브 폐쇄시에 미리 변형된 상태로 배치되어 있다. 구체적으로는, 도 5의 (a)에 모식적으로 도시하는 바와 같이, 볼 밸브(32)가 밸브 시트부(19)에 착좌된 밸브 폐쇄시에 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)이 이 박막 금속(51A)의 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 이 중앙 부분(C)에 대응하는 위치를 반전 동작 방향(도면중 위쪽)측으로 넘어가도록 배치되고, 이 돌출부(54)의 중앙 부분(C) 이외의 부분이 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 중앙 부분(C) 이외의 부분에 대응하는 위치보다 앞쪽(도면중 아래쪽)에 배치되도록 이 돌출부(54)가 변형된 상태로, 환형 평판부(53)가 캡부(20)에 고정되어 있다. 박막 금속(51A)의 변형을 따라, 그것에 적층된 다른 박막 금속(51B)도 변형된 상태가 된다. 이러한 상태에서, 박막 금속(51A)은, 그 돌출부(54) 전체가 반전 동작 시작 위치(P1)에 도달했을 때에 반전 동작하기 때문에, 중앙 부분(C)만이 반전 동작 시작 위치(P1)를 넘어가도록 배치되어 있어도 반전 동작하지 않는다. 다른 박막 금속(51B)에서도 마찬가지이다.

본 실시형태에서, 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)은 이 돌출부(54)의 제2 구성 부분(56)과 일치하도록 구성되어 있다. 물론, 이것에 한정되는 것이 아니라, 중앙 부분(C)의 크기는, 밸브 포트(16)를 개폐하는 다이어프램체로서의 작용 효과를 나타내도록, 압력 작동 밸브의 구성이나 압력 특성 등에 따라, 돌출부(54)의 중심으로부터 이 돌출부의 반경의 1/5 내지 1/2 정도까지의 범위 내에서 적절히 설정된다.

그리고, 도 5의 (a)에 도시하는 밸브 폐쇄시에 밸브 막대(31)는 위치(Q0)에 있고, 그리고, 이 상태로부터 다이어프램체(50)에 가해지는 유체 압력이 서서히 상승하면, 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C) 이외의 부분이 반전 동작 시작 위치(P1)를 향해 서서히 변형되지만, 중앙 부분(C)은 그 위치를 유지하여 밸브 막대(31)는 이동하지 않고 위치(Q0)에 머문다. 그리고, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 돌출부(54) 전체가 반전 동작 시작 위치(P1)에 대략 도달하면, 중앙 부분(C)을 포함하는 돌출부(54) 전체가, 반전 동작 방향을 향해 변형을 시작한다. 이 때, 박막 금속(51A)에 다른 박막 금속(51B)이 적층되어 있기 때문에 이들 사이에 미끄럼 이동 저항이 생기고, 또한 전술한 바와 같이 미리 변형되어 있는 것에 의해 박막 금속(51A)이 다른 박막 금속(51B)에 강하게 눌려, 미끄럼 이동 저항이 더 커진다. 이 때문에 이 미끄럼 이동 저항에 의해 각 박막 금속(51A, 51B)에서의 스냅 액션식의 동작이 억제되어 단숨에 반전 위치(P2)까지 변화하지 않고, 압력 변화에 따라 변형한다. 또한, 박막 금속(51A, 51B)간의 미끄럼 이동 저항에 의해 스냅 액션식의 동작이 억제되어 있기 때문에, 다이어프램체가 변형되는 것에 의해 각 박막 금속이 단체 상태이면 스냅 액션식의 동작을 하는 정도까지 변형된 경우에서도, 다이어프램체 자체의 스프링 상수는 부의 값(반전 동작 방향으로 변형하고자 하는 방향)이 되지 않고, 이 스프링 상수는 0 또는 0에 가까운 정(초기 형상으로 되돌아가고자 하는 방향)의 값이 되며, 이것에 의해, 압력 변화에 대하여 비교적 변형량이 큰 슬로우 액션식의 동작이 된다. 이 때문에 밸브 막대(31)도 이것에 추종하여 이동하여, 도 5의 (c)에 도시하는 바와 같이, 박막 금속(51A)이 반전 위치(P2)까지 변형되어, 밸브 막대(31)가 위치(Q2)에 도달한다. 또한 상기에서는 주로 박막 금속(51A)에 착안하여 변형 동작을 설명했지만, 박막 금속(51A)의 변형에 수반하여, 이 박막 금속(51A)에 적층된 다른 박막 금속(51B)도 마찬가지로 변형한다.

도 6에, 전술한 슬로우 액션식의 동작을 행하는 구성과 종래의 스냅 액션식의 동작을 행하는 구성의 각각에서의 유체 압력에 대한 밸브 막대의 이동량[즉, 박막 금속(51A)의 중앙 부분(C)의 변형량]을 모식적으로 나타내는 그래프를 도시한다.

다이어프램체(50)가 전술한 바와 같이 미리 변형되어 있지 않음으로써 스냅 액션식의 반전 동작을 행하는 종래의 구성에서는, 도 6에서 점선으로 도시하는 바와 같이, 다이어프램체(50)가 미리 변형되어 있지 않기 때문에, 밸브 막대(31)의 초기의 위치는 상기 위치(Q0)보다 낮은 위치(위치(Q2)로부터 보다 멀어진 위치)에 있다. 이 상태로부터, 유체 압력이 서서히 커지면 다이어프램체(50)가 이 유체 압력에 따라 서서히 변형되어, 밸브 막대(31)가 위치(Q2)를 향해 서서히 이동한다. 그리고, 정해진 압력(A1)이 되었을 때에 다이어프램체(50)가 스냅 액션식의 반전 동작을 행하여, 밸브 막대(31)가 위치(Q2)까지 단숨에 이동한다. 이 때문에 밸브실(25) 내의 압력이 급격히 변동하여, 채터링 동작이 생긴다.

한편, 다이어프램체(50)가 전술한 바와 같이 미리 변형되어 있는 것에 의해 슬로우 액션식의 동작을 행하는 본 실시형태의 구성에서는, 도 6에서 실선으로 도시한 바와 같이, 다이어프램체(50)가 미리 변형되어 있기 때문에, 초기 상태에서 밸브 막대(31)가 상기 위치(Q0)에 있다. 이 상태로부터, 유체 압력이 서서히 커지면 다이어프램체(50)를 구성하는 복수의 박막 금속(51)의 돌출부(54)에서의 중앙 부분(C) 이외의 부분이 주로 변형할 뿐으로 이 중앙 부분(C)의 위치는 변화하지 않고, 밸브 막대(31)는 위치(Q0) 그대로가 된다. 그리고, 상기 압력(A1)보다 낮은 정해진 압력(A2)이 되었을 때, 돌출부(54) 전체가 대략 반전 동작 시작 위치(P1)에 달하여, 압력에 따라 비교적 큰 변형량이 되는 슬로우 액션식의 반전 동작을 행하여, 밸브 막대(31)가 위치(Q2)까지 유체 압력에 따라 이동한다. 이 때문에 밸브실(25) 내의 압력이 급격히 변동하지 않아, 채터링 동작이 억제된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 압력 작동 밸브(1)는, 밸브 하우징(10)과, 밸브 하우징(10)과 함께 밸브실(25)을 구획하는, 이 밸브실(25) 내의 유체 압력에 의해 변형되는 스프링성의 복수의 박막 금속(51)이 적층되어 구성된 다이어프램체(50)와, 밸브 하우징(10)에 설치되고, 유체 압력에 의한 다이어프램체(50)의 변형에 따라 개폐되는 밸브 포트(16)가 형성된 밸브 시트부(19)를 구비하고 있다. 다이어프램체(50)를 구성하는 복수의 박막 금속(51)은 각각, 환형 평판부(53)와 이 환형 평판부(53)의 내측 가장자리에 일체로 연접되는 평면에서 봤을 때 원형상이며 일방향으로 산형으로 돌출되는 돌출부(54)를 가지며, 단체 상태에서 돌출부(54) 전체가 초기 형상으로부터 상기 일방향과 반대의 반전 동작 방향을 향해 정해진 반전 동작 시작 위치(P1)에 이르는 형상까지 변형되었을 때에 이 돌출부(54)가 스냅 액션식의 반전 동작을 하도록 형성되고, 돌출부(54)는 각각 동일 방향을 향하도록 하여 서로 적층되어 있다. 다이어프램체(50)는, 복수의 박막 금속(51) 각각의 돌출부(54)를 밸브 포트(16)측에 향하도록 하여 이 다이어프램체(50)의 둘레 가장자리가 밸브 하우징(10)에 고정되고, 밸브 포트(16)는, 이 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)의 이동에 따라 개폐된다. 그리고, 밸브 포트(16)가 폐쇄되는 밸브 폐쇄시에, 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)이 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 이 중앙 부분(C)에 대응하는 위치를 반전 동작 방향측으로 넘어가도록 배치되고 이 돌출부(54)의 중앙 부분(C) 이외의 부분이 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 이 중앙 부분(C) 이외의 부분에 대응하는 위치의 앞쪽에 배치되는 형상으로 미리 변형되어 있다.

또한, 복수의 박막 금속(51) 각각의 돌출부(54)는, 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접된 제1 구성 부분(55) 및 제2 구성 부분(56)을 가지며, 이들 제1 구성 부분(55) 및 제2 구성 부분(56)이, 인접하는 다른 구성 부분과 반경 방향의 만곡 정도 또는 환형 평판부(53)에 대한 경사 정도가 서로 상이하도록 형성되어 있다.

또한, 밸브 포트(16)를 개폐하는 볼 밸브(32)와, 다이어프램체(50)의 변형에 수반하여 밸브 포트(16)가 개폐되도록 이 다이어프램체(50)와 볼 밸브(32)를 연결하는 원기둥형의 밸브 막대(31)를 더 구비하고, 밸브 막대(31)에서의 다이어프램체(50)측의 단부면의 직경이, 다이어프램체(50)에서의 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙에 위치하는 제2 구성 부분(56)의 직경보다 작게 되어 있다.

또한, 복수의 박막 금속(51) 사이에, 비압축성 유체(52)가 충전되어 있다.

이상으로부터, 본 실시형태에 의하면, 다이어프램체(50)를 구성하는 복수의 박막 금속(51)은 각각, 환형 평판부(53)와 이 환형 평판부(53)의 내측 가장자리에 일체로 연접되는 평면에서 봤을 때 원형상이며 일방향으로 산형으로 돌출되는 돌출부(54)를 갖고 있다. 복수의 박막 금속(51)은 각각, 단체 상태에서 돌출부(54) 전체가 초기 형상으로부터 상기 일방향과 반대의 반전 동작 방향을 향해 정해진 반전 동작 시작 위치(P1)에 이르는 형상까지 변형되었을 때에 이 돌출부(54)가 스냅 액션식의 반전 동작을 하도록 형성되어 있다. 복수의 박막 금속(51)이, 돌출부(54)가 각각 동일 방향을 향하도록 하여 서로 적층되어 있다. 다이어프램체(50)가, 복수의 박막 금속(51) 각각의 돌출부(54)를 밸브 포트(16)측을 향하도록 하여 이 다이어프램체(50)의 둘레 가장자리가 밸브 하우징(10)에 고정되어 있다. 밸브 포트(16)는, 이 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)의 이동에 따라 개폐된다. 그리고, 밸브 포트(16)가 폐쇄되는 밸브 폐쇄시에, 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)이 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 이 중앙 부분(C)에 대응하는 위치를 반전 동작 방향측으로 넘어가도록 배치되고 이 돌출부(54)의 중앙 부분(C) 이외의 부분이 반전 동작 시작 위치(P1)에서의 이 중앙 부분(C) 이외의 부분에 대응하는 위치의 앞쪽에 배치되는 형상으로 미리 변형되어 있다.

이와 같이 했기 때문에, (i) 다이어프램체(50)를 구성하는 복수의 박막 금속(51)이 각각 단체 상태에서 스냅 액션식의 동작을 하고, 이들 복수의 박막 금속(51)을 적층하여 다이어프램체(50)를 구성하고 있기 때문에, 변형시에 박막 금속(51)간에 미끄럼 이동 저항이 생기며, (ii) 또한 밸브 포트(16)의 밸브 폐쇄시에, 이 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)이 미리 반전 동작 시작 위치(P1)를 넘어가도록 배치되어 있기 때문에, 복수의 박막 금속(51) 각각의 돌출부(54)의 중앙 부분(C)을 서로 접한 상태가 되어, 박막 금속(51)간에 생기는 미끄럼 이동 저항이 더 커져, 스냅 액션식의 동작이 억제된다. 이 때문에 복수의 박막 금속(51)의 각각에서의 스냅 액션식의 동작이 억제됨으로써, 다이어프램체(50)로서 유체 압력에 따른 변형 동작(슬로우 액션식의 동작)이 되기 때문에, 스냅 액션식의 동작과 비교하여, 밸브실(25) 내의 급격한 압력 변동을 억제할 수 있어, 채터링 동작을 억제할 수 있다.

(iii) 또한, 정해진 압력을 초과하면 단숨에 변형되는 스냅 액션식의 동작을 박막 금속(51)간의 미끄럼 이동 저항에 의해 억제하고 있기 때문에, 압력의 변화에 대하여 비교적 큰 변형량을 얻을 수 있다. 이 때문에 유체 압력의 변화량이 작아도 다이어프램체(50)가 크게 변형되기 때문에, 밸브 개방시에 비교적 큰 유량을 확보할 수 있다.

또한, 다이어프램체(50)를 구성하는 복수의 박막 금속(51)의 돌출부(54)가, 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접된 제1 구성 부분(55) 및 제2 구성 부분(56)을 가지며, 이들 제1 구성 부분(55) 및 제2 구성 부분(56)은 각각, 인접하는 다른 구성 부분과 반경 방향의 만곡 정도 또는 환형 평판부(53)에 대한 경사 정도가 서로 상이하도록 형성되어 있다. 이와 같이 했기 때문에, 예컨대 전체가 원활하게 연속하여 만곡된 반구 형상의 돌출부 등에 비해, 각 구성 부분에 대해서, 예컨대 이들이 만곡한 형상이면 만곡 정도를 또는 이들이 일방향(예컨대 반경 방향)에 대해서 평평하면 환형 평판부에 대한 경사 정도를 각각 별개로 조정할 수 있고, 이것에 의해, 제1 구성 부분(55) 및 제2 구성 부분(56)으로 이루어지는 돌출부(54)의 변형 특성에 대해서 보다 폭넓은 범위로 조정할 수 있다. 이 때문에 원하는 변형 특성의 다이어프램체(50)를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 밸브 포트(16)를 개폐하는 볼 밸브(32)와, 다이어프램체(50)의 변형에 수반하여 밸브 포트(16)가 개폐되도록 이 다이어프램체(50)와 볼 밸브(32)를 연결하는 원기둥형의 밸브 막대(31)를 더 구비하고 있다. 그리고, 밸브 막대(31)에서의 다이어프램체(50)측의 단부면의 직경이, 다이어프램체(50)에서의 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 돌출부(54)의 중앙에 위치하는 제2 구성 부분(56)의 직경보다 작게 되어 있다. 이와 같이 했기 때문에, 박막 금속(51)의 돌출부(54)의 중앙에 위치하는 제2 구성 부분(56)은 강성이 낮고 변형하기 쉽기 때문에, 이 제2 구성 부분(56)이 다른 박막 금속(51)에 접하기 쉽고, 이 때문에 마찰 저항을 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 스냅 액션식의 동작을 더 억제하여, 유체 압력에 따른 변형 동작(슬로우 액션식의 동작)으로 할 수 있다.

또한, 복수의 박막 금속(51) 사이에, 비압축성 유체(52)가 충전되어 있다. 이와 같이 했기 때문에, 적층된 박막 금속(51)간에 미소한 공간이 존재하고 있었다고 해도, 하나의 박막 금속(51)의 변형이, 비압축성 유체(52)를 통해 인접하는 다른 박막 금속(51)에 전해지기 때문에, 유체 압력에 대한 밸브 개폐의 반응성을 높일 수 있고, 이 때문에 미소한 압력 변화에 대해서도 비교적 큰 변형량을 얻을 수 있다.

이상, 본 발명에 대해서, 바람직한 실시형태를 들어 설명했지만, 본 발명의 압력 작동 밸브는 전술한 실시형태의 구성에 한정되는 것이 아니다.

예컨대 전술한 실시형태에서는, 다이어프램체(50)를 구성하는 복수의 박막 금속(51)이 각각 동일 형상으로 형성된 것이었지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 도 7에 도시하는 바와 같이, 복수의 박막 금속(51)[1장의 박막 금속(51A), 3장의 박막 금속(51C)]이 적층되어 있고, 밸브 포트에 가장 가까운 박막 금속(51A) 이외의 다른 복수의 박막 금속(51C)에는 중앙에 관통 구멍(58)이 형성된 구성의 다이어프램체(50A)로 하여도 좋다. 바꿔 말하면, 복수의 박막 금속(51)으로부터 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)을 제외한 나머지의 박막 금속(51C) 중 적어도 하나는, 그 돌출부(54)의 중앙에 관통 구멍(58)이 형성되어 있어도 좋다. 이와 같이 함으로써, 이 관통 구멍(58)의 형상, 크기, 또는 관통 구멍(58)을 형성하는 박막 금속(51)의 수 등을 바꿈으로써, 다이어프램체(50A)의 변형 특성에 대해서 보다 폭넓은 범위로 조정할 수 있다. 이 때문에 원하는 변형 특성의 다이어프램체를 용이하게 얻을 수 있다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 다이어프램체(50)가 2장의 박막 금속(51)(51A, 51B)이 적층되어 구성되어 있는 것이었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 3장 이상의 박막 금속(51)이 적층되어 구성되어 있어도 좋다. 또한, 다이어프램체(50)는, 복수의 박막 금속(51) 사이에 비압축성 유체(52)가 충전되어 구성되어 있는 것이었지만, 이것에 한정되는 것이 아니라, 비압축성 유체(52)를 생략한 구성으로 하여도 좋다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 박막 금속(51)의 돌출부(54)가 환형의 제1 구성 부분(55)과 원형 평판형의 제2 구성 부분(56)을 구비한 구성이지만, 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 구성 부분(55)에 대하여 오목형으로 형성된 제2 구성 부분(56D)을 갖는 박막 금속(51D)으로 하여도 좋고, 또는 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 구성 부분(55)에 대하여 만곡 정도를 작게 한(곡률을 크게 한) 볼록형의 제2 구성 부분(56E)을 갖는 박막 금속(51E)으로 하여도 좋다. 또는 도 8의 (c)에 도시하는 바와 같이, 전체가 원활하게 연속하여 만곡된 반구 형상의 돌출부(54F)를 갖는 박막 금속(51F)으로 하여도 좋다. 또는 도 8의 (d)에 도시하는 바와 같이, 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접되어 있는 제1 구성 부분(55G), 제2 구성 부분(56G) 및 제3 구성 부분(57G)을 구비하고, 제1 구성 부분(55G), 제2 구성 부분(56G) 및 제3 구성 부분(57G)이 반경 방향으로 평평하게 형성되며, 인접하는 다른 구성 부분과 환형 평판부(53)에 대한 경사 정도가 상이하도록 형성된 돌출부(54G)를 구비한 박막 금속(51G)으로 하여도 좋다. 즉, 다이어프램체를 구성하는 박막 금속은, 본 발명의 목적에 반하지 않는 한, 그 돌출부가 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접된 복수의 구성 부분을 가지며, 복수의 구성 부분은 각각, 인접하는 다른 구성 부분과 반경 방향의 만곡 정도 또는 환형 평판부에 대한 경사 정도가 서로 상이하도록 형성되어 있어도 좋다. 또는 그 돌출부가, 전체가 원활하게 연속하여 만곡된 형상으로 형성되어 있어도 좋다.

또한, 전술한 실시형태에서는, 밸브실(25) 내의 유체 압력에 의해 변형되는 다이어프램체(50)에 연동하여 이동하는 밸브 부재(30)를 통해 간접적으로 밸브 포트(16)를 개폐하는 구성이지만 이것에 한정되는 것이 아니다. 예컨대 도 11의 종래의 압력 작동 밸브의 구성과 같이, 다이어프램체가 직접 밸브 시트부에 세게 눌리고, 다이어프램체의 변형에 의해 직접적으로 밸브 포트를 개폐하는 구성으로 하여도 좋다.

또한, 전술한 실시형태는 본 발명의 대표적인 형태를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명은, 실시형태에 한정되는 것이 아니다. 즉, 당업자는 종래 공지의 지견에 따라, 본 발명의 골자를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변형하여 실시할 수 있다. 이러한 변형에 의해서도 또한 본 발명의 압력 작동 밸브의 구성을 구비하는 한, 물론, 본 발명의 범주에 포함되는 것이다.

다음에, 본 발명자 등은, 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 전술한 압력 작동 밸브(1)에 대해서 예변형량이 상이한 구성의 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2를 제작하여, 각 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에 대해서, 다이어프램체(50)에 부여된 압력에 대한 밸브 막대(31)의 이동량[즉, 다이어프램체(50)의 변형량]을 확인하는 시험을 행하였다.

우선, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서 이용하는 박막 금속(51)의 구체적 구성에 대해서 설명한다. 이 박막 금속(51)은 스테인리스강판으로부터 직경 20 ㎜의 원판을 펀칭하고, 이 원판의 중앙을 대략 반구형으로 쳐서 나오게 하여 도 3의 (a), (b)에 도시하는 형상으로 하였다. 이 박막 금속(51)은 외경(D1)이 20 ㎜, 내경(D2)이 14 ㎜인 환형 평판부(53)와, 환형 평판부(53)의 내측 가장자리에 일체로 연접된 직경(D2)이 14 ㎜인 돌출부(54)를 가지며, 두께(T)가 0.15 ㎜로 형성되어 있다. 이 박막 금속(51)의 돌출부(54)는, 외경(D2)이 14 ㎜, 내경(D3)이 4 ㎜인 환형의 제1 구성 부분(55)과, 직경(D3)이 4 ㎜인 원형 평판형의 제2 구성 부분(56)을 가지며, 환형 평판부(53)로부터의 돌출부(54)를 쳐서 나오게 하는 높이[환형 평판부(53)로부터 제2 구성 부분(56)까지의 높이(H)]를, 0.84 ㎜로 하고 있다.

도 9에, 이 박막 금속(51)의 단체 상태에서의 압력에 대한 변형량의 관계의 그래프를 도시한다. 도면 중, 점선 테두리 안이 스냅 액션식의 반전 동작을 행하는 변형량의 범위이며, 이 박막 금속(51)[실선의 그래프(실시예 1, 2, 비교예 1, 2)]에서는, 0.22 ㎜ 내지 0.65 ㎜가 된다. 또한 참고로, 상기 구성의 박막 금속(51)에서 쳐서 나오게 하는 높이(H)만 0.71 ㎜ 또는 0.64 ㎜로 변경된 박막 금속[일점쇄선의 그래프(참고예 1), 및 점선의 그래프(참고예 2)]에 대해서도 그래프를 도시하고 있다. 참고예 1에서는, 상기 범위는 0.18 ㎜ 내지 0.60 ㎜가 되고, 참고예 2에서는 0.21 ㎜ 내지 0.75 ㎜로 되어 있다.

(실시예 1)

전술한 박막 금속(51)을 2장 적층하고 이들 사이에 비압축성 유체(52)를 충전하여 다이어프램체(50)를 제작하고, 이 다이어프램체(50)에서의 밸브 포트(16)에 가장 가까운 박막 금속(51A)의 중앙 부분(C)의 예변형량이 0.37 ㎜가 되도록 하여, 이 다이어프램체(50)를 장착한 압력 작동 밸브(1)를 제작하고, 이것을 실시예 1로 하였다.[즉, 예변형량을 전술한 스냅 액션식의 반전 동작을 행하는 변형량의 범위 내(0.22 ㎜ 내지 065 ㎜)로 하였다.]

(실시예 2)

실시예 1에서, 다이어프램체(50)에서의 박막 금속(51A)의 중앙 부분(C)의 예변형량을 0.57 ㎜로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일한 구성으로서 제작하고, 이것을 실시예 2로 하였다.[즉, 예변형량을 전술한 스냅 액션식의 반전 동작을 행하는 변형량의 범위 내(0.22 ㎜ 내지 0.65 ㎜)로 하였다.]

(비교예 1)

실시예 1에서, 다이어프램체(50)에서의 박막 금속(51A)의 중앙 부분(C)의 예변형량을 0.18 ㎜로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일한 구성으로 하여 제작하고, 이것을 비교예 1로 하였다.[즉, 예변형량을 전술한 스냅 액션식의 반전 동작을 행하는 변형량의 범위 외(0.22 ㎜ 내지 0.65 ㎜)로 하였다.]

(비교예 2)

실시예 1에서, 다이어프램체(50)에서의 박막 금속(51A)의 중앙 부분(C)의 예변형량을 0.00 ㎜(예변형 없음)로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일한 구성으로 하여 제작하고, 이것을 비교예 2로 하였다.[즉, 예변형량을 전술한 스냅 액션식의 반전 동작을 행하는 변형량의 범위 외(0.22 ㎜ 내지 0.65 ㎜)로 하였다.]

(밸브 막대의 이동량 측정)

전술한 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2의 압력 작동 밸브(1)에서, 입구 이음매(12a)로부터 유입되는 유체의 압력에 대한 밸브 막대(31)의 이동량을 측정하여, 이하의 판정 기준에 기초하여 판정을 행하였다.

○… 그래프중에 종축과 평행한 변화를 하는 부분이 없고, 스냅 액션식의 동작을 하지 않는다.

×… 그래프중에 종축과 평행한 변화를 하는 부분이 있고, 스냅 액션식의 동작을 한다.

도 10에 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서의 유체 압력에 대한 밸브 막대의 이동량의 측정 결과의 그래프를 도시한다. 이하에, 실시예 1, 2 및 비교예 1, 2에서의 판정 결과를 나타낸다.

실시예 1…○

실시예 2…○

비교예 1…×

비교예 2…×

실시예 1, 2에서는, 스냅 액션식의 동작을 하지 않고, 도 10의 그래프로부터 명백한 바와 같이, 압력에 따라 밸브 막대(31)의 이동량, 즉 다이어프램체(50)의 변형량이 변화하고 있다. 즉, 슬로우 액션식의 동작을 행하고 있다. 한편, 비교예 1, 2에서는, 스냅 액션식의 동작을 하고 있고, 도 10의 그래프로부터 명백한 바와 같이, 정해진 압력에서, 밸브 막대(31)의 이동량이 어느 압력에서 급격히(종축 방향으로 평행하게) 변화하고 있다. 즉, 스냅 액션식의 동작을 하고 있다.

이것으로부터, 실시예 1, 2에서는, 유체 압력에 따라 밸브 막대(31)가 이동하기 때문에 급격한 유량의 증감이 생기지 않는 것을 알 수 있고, 채터링 동작이 억제된다. 한편, 비교예 1, 2에서는, 정해진 유체 압력에서 밸브 막대(31)가 크게 이동하기 때문에 급격한 유량의 증감이 생기는 것을 알 수 있고, 채터링 동작이 발생한다.

이와 같이, 실제 동작 결과로부터도, 본 발명이 유량의 증감을 반복하는 채터링 동작을 억제할 수 있는 효과를 나타내는 것이 명백해졌다.

1: 압력 작동 밸브, 10: 밸브 하우징, 16: 밸브 포트, 19: 밸브 시트부, 25: 밸브실, 30: 밸브 부재, 31: 밸브 막대, 32: 볼 밸브(밸브체), 40: 코일 스프링, 50, 50A: 다이어프램체, 51, 51A 내지 51G: 박막 금속, 52: 비압축성 유체, 53: 환형 평판부, 54, 54F, 54G: 돌출부, 55, 55G: 제1 구성 부분, 56, 56D, 56E, 56G: 제2 구성 부분, 57G: 제3 구성 부분, 58: 관통 구멍, C: 돌출부의 중앙 부분, P0: 돌출부의 초기 위치, P1: 돌출부의 반전 동작 시작 위치, P2: 돌출부의 반전 위치, Q0: 돌출부의 초기 위치 및 반전 동작 시작 위치에 대응하는 밸브 막대의 위치, Q2: 돌출부의 반전 위치에 대응하는 밸브 막대의 위치

Claims (5)

1. 밸브 하우징과, 상기 밸브 하우징과 함께 밸브실을 구획하며 상기 밸브실 내의 유체 압력에 의해 변형되는 스프링성의 복수의 박막 금속이 적층되어 구성되는 다이어프램체와, 상기 밸브 하우징에 설치되고 상기 유체 압력에 의한 상기 다이어프램체의 변형에 수반하여 개폐되는 밸브 포트가 형성된 밸브 시트부와, 상기 밸브 포트를 개폐하는 밸브체를 구비한 압력 작동 밸브로서,
   상기 복수의 박막 금속은 각각, 환형 평판부와 상기 환형 평판부의 내측 가장자리에 일체로 연접되는 평면에서 봤을 때 원형상이며 일방향으로 산형으로 돌출되는 돌출부를 가지며, 단체(單體) 상태에서 상기 돌출부 전체가 초기 형상으로부터 상기 일방향과 반대의 반전 동작 방향을 향해 정해진 반전 동작 시작 위치에 이르는 형상까지 변형되었을 때에 상기 돌출부가 상기 일방향으로 돌아가려는 스프링성으로부터 상기 반전 동작 방향으로 단숨에 변형하려는 스프링성으로 되는 스냅 액션식의 반전 동작을 하도록 형성되고, 상기 돌출부는 각각 동일 방향을 향하도록 하여 서로 적층되며,
   상기 다이어프램체는, 상기 복수의 박막 금속 각각의 돌출부를 상기 밸브 포트측을 향하도록 하여 상기 다이어프램체의 둘레 가장자리가 상기 밸브 하우징에 고정되고,
   상기 밸브 포트는, 상기 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분의 이동에 따라 개폐되며,
   상기 다이어프램체가, 상기 밸브 포트가 폐쇄되는 밸브 폐쇄시에, 상기 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속의 돌출부의 중앙 부분이 상기 반전 동작 시작 위치에서의 상기 중앙 부분에 대응하는 위치를 상기 반전 동작 방향측으로 넘어가도록 배치되고, 상기 돌출부의 중앙 부분 이외의 부분이 상기 반전 동작 시작 위치에서의 상기 중앙 부분 이외의 부분에 대응하는 위치의 앞쪽에 배치되는 형상으로, 또한 상기 다이어프램체의 스프링성이 상기 일방향으로 돌아가려는 방향으로 있도록, 상기 다이어프램체와 상기 밸브체를 연결하는 밸브 막대 또는 상기 밸브 시트부에 직접 세게 눌러지는 것에 의해 미리 탄성변형되어, 상기 밸브 하우징에 고정되어 있고, 그 결과 상기 스냅 액션식의 동작의 제어되는 유체압력에 따라 변형 동작하는 것을 특징으로 하는 압력 작동 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는, 동심형으로 배치되고 반경 방향으로 순차 연접되는 복수의 구성 부분을 가지며,
   상기 복수의 구성 부분은 각각, 인접하는 다른 상기 구성 부분과 반경 방향의 만곡 정도 또는 상기 환형 평판부에 대한 경사 정도가 서로 상이하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 작동 밸브.
3. 제2항에 있어서,
   상기 다이어프램체의 변형에 수반하여 상기 밸브 포트가 개폐되도록 상기 다이어프램체와 상기 밸브체를 연결하는 원기둥형의 밸브 막대를 더 구비하고,
   상기 밸브 막대에서의 상기 다이어프램체 측의 단부면의 직경이, 상기 다이어프램체에서의 상기 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속의 돌출부의 중앙에 위치하는 상기 구성 부분의 직경보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 작동 밸브.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 박막 금속 사이에, 비압축성 유체가 충전되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 작동 밸브.
5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 박막 금속으로부터 상기 밸브 포트에 가장 가까운 상기 박막 금속을 제외한 나머지 하나 또는 복수의 상기 박막 금속 중 적어도 하나는, 그 상기 돌출부의 중앙에 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 압력 작동 밸브.

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