KR20190105057A

KR20190105057A - 제어기

Info

Publication number: KR20190105057A
Application number: KR1020197023362A
Authority: KR
Inventors: 게이스케 이시바시; 미치오 야마지; 다다유키 야쿠시진; ?지 오바라; 게이고 고바야시
Original assignee: 가부시키가이샤 후지킨
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2019-09-11
Also published as: US20200018331A1; JP7129096B2; KR102250470B1; US11035493B2; JPWO2018181234A1; TWI757461B; WO2018181234A1; TW201842287A; SG11201908953RA; CN110582661A

Abstract

고압 유체의 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 소형의 제어기를 제공한다. 구동 장치(3)의 작동축(43)과 밸브 스템(15) 사이에, 작동축(43)에 가해지는 힘을 증폭시켜 밸브 스템에 전달하는 동력 전달 장치(4)가 설치되어 있다. 밸브체로서의 다이어프램(14)은 금속제이며, 유체 통로(12b)가 완전히 폐쇄된 상태와, 유체 통로(12b)가 완전히 개방된 상태와, 유체 통로(12b)가 일부 개방된 상태로 변형 가능하게 되어 있다. 구동 장치(3)는 유체 통로(12b)가 일부 개방된 상태에 있어서, 유체 통로(12a, 12b)를 흐르는 유체의 유량에 기초하여, 유량이 일정해지도록 작동축(43)의 위치를 미조정한다.

Description

제어기

본 발명은, 유체의 유량을 제어할 수 있는 제어기에 관한 것으로, 특히 고압 유체를 사용할 때에 적합한 제어기에 관한 것이다.

반도체 제조 분야에서는, 파티클의 발생을 방지하기 위해, 금속 다이어프램의 변형에 의해 유로의 개폐를 행하는 다이어프램 밸브가 제어기로서 적합하게 이용되고 있다.

고압 유체를 사용할 때에 적합한 다이어프램 밸브로서, 특허문헌 1에는, 유체 통로가 설치된 밸브 박스와, 상기 밸브 박스에 설치된 고리형의 밸브 시트에 대해 접촉 또는 이격됨으로써 상기 유체 통로를 개폐하는 다이어프램과, 위치를 변경함으로써 상기 다이어프램을 개방 또는 폐쇄 방향으로 변형시키는 밸브 스템과, 상기 밸브 스템의 위치를 이동시키는 구동 장치와, 구동 장치의 작동축과 밸브 스템 사이에 설치되어 작동축에 가해지는 힘을 증폭시켜 밸브 스템에 전달하는 동력 전달 장치를 구비하고 있는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1의 제어기는, 개방 또는 폐쇄 중 어느 하나의 상태로 하는 개폐 밸브이며, 유체의 유량을 제어할 수는 없다. 유체의 유량을 제어하는 다이어프램 밸브로는, 특허문헌 2에, 액츄에이터에 압전 소자를 사용함으로써, 유체의 유량 제어를 가능하게 한 것이 개시되어 있지만, 압전 소자를 사용한 액츄에이터에서는, 밸브 폐지(閉止)에 필요한 추진력을 얻을 수 없어, 고압 유체에 이용하는 것은 적합하지 않다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제3338972호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허 공개 평7-310842호 공보

특허문헌 1 및 2는 모두, 고압 유체의 유량 제어에 사용하기에는 부적합하며, 종래, 고압 유체의 유량을 제어하는 제어기는 없었다. 또한, 종래의 유체의 유량을 제어하는 제어기는 크기가 커서 소형화가 요구되었다.

본 발명의 목적은, 고압 유체의 유량을 정밀하게 제어할 수 있는 소형의 제어기를 제공하는 것에 있다.

본 발명에 의한 제어기는, 유체 통로가 마련된 밸브 박스와, 상기 밸브 박스에 설치된 고리형의 밸브 시트에 대해 접촉 또는 이격됨으로써 상기 유체 통로를 개폐하는 다이어프램과, 위치를 변경함으로써 상기 다이어프램을 개방 또는 폐쇄 방향으로 변형시키는 밸브 스템과, 상기 밸브 스템의 위치를 이동시키는 구동 장치를 구비하고 있고, 상기 구동 장치의 작동축과 상기 밸브 스템 사이에, 상기 작동축에 가해지는 힘을 증폭시켜 상기 밸브 스템에 전달하는 동력 전달 장치가 설치되되고, 상기 다이어프램은 금속제이며, 상기 유체 통로가 완전히 폐쇄된 상태와, 상기 유체 통로가 완전히 개방된 상태와, 상기 유체 통로가 일부 개방된 상태로 변형 가능하게 되어 있고, 상기 구동 장치는, 상기 유체 통로가 일부 개방된 상태에 있어서, 상기 유체 통로를 흐르는 유체의 유량에 기초하여, 상기 유량이 일정해지도록 상기 작동축의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

구동 장치는, 예컨대 공기압 실린더 장치이며, 그 제어는 전기 신호에 비례하여 공기 압력을 무단계로 제어하는 전공(電空) 레귤레이터로 행하는 것이 바람직하다.

동력 전달 장치는, 예컨대 케이싱과, 작동축에 일체로 설치된 원추형의 제1 롤러 받침 부재와, 밸브 스템에 일체로 설치된 제2 롤러 받침 부재와, 양 롤러 받침 부재 사이에 배치된 한 쌍의 롤러 지지체와, 제1 롤러 받침 부재에 마련된 테이퍼면에 접촉하는 한 쌍의 전동(轉動) 롤러와, 제2 롤러 받침 부재의 롤러 받침면에 접촉하는 한 쌍의 압박 롤러를 구비하고, 각 롤러 지지체가, 압박 롤러의 축선에 대하여 제1 롤러 받침 부재의 축선측에 가까운 축을 중심으로 하여 요동할 수 있도록 케이싱에 지지되어 있는 것(증폭형의 동력 전달 장치의 일례)이 된다. 증폭형으로 함으로써 추진력을 작게 할 수 있어, 제어기를 소형화할 수 있다.

이 제어기는, 여러 용도로 사용할 수 있지만, 특히 유체로서 고압 유체를 사용하고, 미세한 스트로크의 제어가 필요한 경우에 사용하기에 적합하다.

증폭형의 동력 전달 장치를 사용한 종래의 제어기는, 개폐를 행하는 것이며, 유체의 유량에 기초하여 다이어프램의 개방도를 조정할 수는 없었다. 고압의 유체의 유량을 제어하는 경우, 밸브 스템의 미세한 이동량을 제어할 필요가 있고, 압전 소자를 사용하는 종래의 제어기는 그것이 불가능했지만, 증폭형의 동력 전달 장치를 사용함으로써, 고압에 대항하여 밸브 스템을 이동시키는 것이 가능할 뿐만 아니라, 작은 스트로크로도 분해능을 크게 할 수 있기 때문에, 밸브 스템의 미세한 이동량의 제어가 가능해진다. 그리고, 이 동력 전달 장치와 유체 통로를 흐르는 유체의 유량에 기초하여 작동축의 위치를 조정하는 구동 장치를 조합함으로써, 고압 유체의 정밀한 유량 제어가 가능해진다. 이것에 의해, 종래 실현되지 않았던 정밀한 제어기(고압 유체용 유량 조정 밸브)를 얻을 수 있다.

상기 구동 장치는, 일단측에 개구된 오목부를 갖는 실린더와, 상기 실린더의 개구를 폐쇄하는 보닛과, 상기 실린더의 상기 오목부 내에 배치된 피스톤과, 상기 피스톤의 선단측에 고정되어 상기 작동축을 압박하는 로드와, 중앙부가 상기 피스톤에 고정되고, 주연부가 상기 실린더와 상기 보닛 사이에 고정되고, 양 고정부 사이에 리턴부를 갖는 다이어프램을 구비하고 있고, 상기 보닛과 상기 다이어프램 사이에 공급된 압축 공기가 상기 다이어프램을 통해 상기 피스톤을 압박함으로써 상기 로드를 이동시키는 공기압 실린더 장치인 것이 바람직하다.

증폭형의 동력 전달 장치와 리턴부를 갖는 다이어프램을 사용한 구동 장치를 조합함으로써, 유체 통로를 개폐하는 다이어프램의 개방도를 0.6 mm 이하의 범위로 적정화하는 것이 가능해진다.

상기 유체 통로는, 상기 밸브 시트로 둘러싸인 개구를 가지며 상기 다이어프램의 중앙부에 면하는 중앙 통로와, 상기 밸브 시트의 직경 방향 외측에 개구를 가지며 상기 다이어프램의 외주연부 근방에 면하는 외측 통로를 갖고 있고, 상기 외측 통로가 상기 유체의 입구 통로가 되고, 상기 중앙 통로가 상기 유체의 출구 통로가 되어 있는 것이 바람직하다.

즉, 종래, 중앙 통로가 입구 통로로, 외측 통로가 출구 통로로 사용되었던 데 비해, 외측 통로가 입구 통로로, 중앙 통로가 출구 통로로 사용되고, 이와 같이 함으로써, 고압 유체라 하더라도 유체 통로가 급격하게 개방되는 것이 방지된다.

상기 중앙 통로의 직경이 상기 외측 통로의 직경 이하로 되어 있는 것이 바람직하다.

종래, 중앙 통로 및 외측 통로는, 유량을 많게 하기 위해 큰 직경으로 되어 있고, 중앙 통로의 직경과 외측 통로의 직경은 거의 동일한 크기로 되어 있었다. 이에 비해, 출구 통로인 중앙 통로의 직경을 작게 함으로써, Cv값을, 예컨대 0.035라는 값으로 할 수 있고, 이렇게 하여 종래 실현되지 않았던 Cv값이 0.0005∼0.035이고 다이어프램 스트로크가 0.002∼0.2 mm인 제어기를 얻을 수 있다.

본 발명의 제어기에 따르면, 증폭형의 동력 전달 장치를 사용함으로써, 고압에 대항하여 밸브 스템을 이동시키는 것뿐만 아니라, 밸브 스템의 미세한 이동량의 제어가 가능해지고, 이것과 유체 통로를 흐르는 유체의 유량에 기초하여 작동축의 위치를 조정하는 구동 장치를 조합함으로써, 고압 유체의 정밀한 유량 제어가 가능해진다. 또한, 소형화도 가능해진다.

도 1은 본 발명에 따른 제어기의 일실시형태를 나타내는 종단면도이며, 유체 통로가 개방된 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1로부터 밸브 스템을 이동시켜 유체 통로가 폐쇄된 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 주요부를 확대한 도면이다.
도 4는 도 2의 주요부를 확대한 도면이다.
도 5는 구동 장치의 상세를 나타내는 종단면도이다.

이하의 설명에서, 상하 및 좌우는 도면의 상하 및 좌우를 말하는 것으로 하다. 이 상하ㆍ좌우는 편의적인 것이며, 제어기의 설치 시에는 상하가 반대로 되거나, 상하가 수평이 되거나 하는 경우가 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제어기를 나타내고 있고, 제어기(1)는 밸브체(2)와, 구동 장치(3)와, 밸브체(2)와 구동 장치(3) 사이에 설치된 동력 전달 장치(4)를 구비하고 있다.

밸브체(2)는 제1 및 제2 유체 통로(12, 13)가 형성된 밸브 박스(11)와, 유체 통로(12, 13) 사이의 연통을 개폐하는 다이어프램(14)과, 다이어프램(14)을 개방 또는 폐쇄 방향으로 변형시키는 밸브 스템(15)과, 너트(17)에 의해 밸브 박스(11)에 부착된 보닛(16)을 갖고 있다.

밸브 박스(11)는 SUS316L제이며, 상측을 향해 개구된 오목부(11a)를 갖고 있다. 제1 유체 통로(12)는 좌측으로 개구된 대직경 통로(12a)와, 대직경 통로(12a)의 우단부에 이어지고, 또한 대직경 통로(12a)보다 소직경이며 오목부(11a)의 바닥면 중앙부에서 개구되어 있는 중앙 통로(12b)로 이루어진다. 제2 유체 통로(13)는 우측으로 개구된 대직경 통로(13a)와, 대직경 통로(13a)의 좌단부에 이어지고, 또한 대직경 통로(13a)보다 소직경이며 오목부(11a)의 바닥면 우측부에서 개구되어 있는 외측 통로(13b)로 이루어진다.

유체는 제2 유체 통로(13)의 대직경 통로(13a)로부터 유입되고, 제1 유체 통로(12)의 대직경 통로(12a)로부터 유출된다.

밸브 박스(11)에는, 제1 유체 통로(12)의 중앙 통로(12b)의 개구를 둘러싸도록, 고리형의 밸브 시트(18)가 설치되어 있다. 밸브 시트(18)가 상측으로 돌출되어 있는 것에 의해, 밸브 박스(11)에서의 밸브 시트(18)의 외주에는, 제2 유체 통로(13)의 외측 통로(13b)에 연통하고 있는 고리형 통로(11b)가 형성되어 있다.

다이어프램(14)은 금속제이며, 구형 셸로 되어 있고, 위로 볼록한 원호형이 자연 상태로 되어 있다. 다이어프램(14)은, 그 주연부가 밸브 박스(11)의 오목부(11a) 바닥면의 돌출된 외주연부에서 지지되고, 위로부터 눌러 어댑터(19)에 압박됨으로써 밸브 박스(11)에 고정되어 있다. 다이어프램(14)의 중앙부는, 밸브 스템(15)의 하단부에 고정된 디스크(20)에 의해 하측으로 압박되어 있고, 디스크(20)의 상하 위치를 조정함으로써, 소정의 개방도가 되어 개방 위치에 유지된다. 제어기(1)는, 이 실시형태에서는 상시 개방형으로 되어 있고, 구동 장치(3)를 작동시켰을 때에 다이어프램(14)의 중앙부가 밸브 시트(18)에 강하게 압박되는 폐쇄 상태가 얻어지도록 되어 있다.

다이어프램(14)은, 예컨대 니켈 합금 박판으로 이루어진 것이며, 원형으로 펀칭하여 중앙부를 상측으로 팽창시킨 구형 셸로 형성된다. 다이어프램(14)은, 스테인리스강 박판으로 이루어진 것 또는 스테인리스강 박판과 니켈ㆍ코발트 합금 박판의 적층체로 이루어진 것이 되는 경우가 있다.

밸브 박스(11)는, 동결 방지 등을 위해, 히터에 의해 가열 가능하게 되어 있고, 구동 장치(3)에 가열의 영향이 미치지 않도록 밸브 스템(15)의 길이가 설정되어 있다.

구동 장치(3)는, 공기압 실린더 장치이며, 도 5에 나타낸 바와 같이, 상측으로 개구된 오목부(21a)를 갖는 실린더(21)와, 실린더(21)의 오목부(21a)에 대향하는 하측으로 개구된 오목부(22a)를 가지며, 실린더(21)와 맞대어 볼트(도시 생략)에 의해 고정된 보닛(22)과, 실린더(21) 및 보닛(22) 모두의 오목부(21a, 22a) 내에 상하 이동 가능하게 배치된 피스톤(23)과, 중앙 관통 구멍의 가장자리(내주연부)가 리테이너(24)를 통해 피스톤(23)의 상면에 고정됨과 더불어, 외주연부가 보닛(22)과 피스톤(23) 사이에 고정되어 있는 다이어프램(25)을 구비하고 있다.

피스톤(23)은 강대(鋼帶)로 형성되어 있고, 관통 구멍을 중앙부에 갖는 정상벽(23a)과, 원통형의 둘레벽(23b)으로 이루어진다. 피스톤(23)의 정상벽(23a) 하면(선단측)에는, 피스톤(23)과 일체로 이동하는 로드(26)가 고정되어 있다. 로드(26)는, 바닥벽(26a) 및 둘레벽(26b)으로 이루어진 원통형으로 되어 있고, 실린더(21)의 바닥벽(21b)에 형성된 관통 구멍(21c)에 삽입 관통되어, 그 바닥벽(26a)의 하부가 실린더(21)의 하면보다 하측으로 돌출되어 있다.

실린더(21)의 바닥벽(21b)과 피스톤(23) 사이에는, 피스톤(23)을 상방향으로 압박하는 압축 코일 스프링(27)이 배치되어 있다.

로드(26)를 안내하는 원기둥형의 가이드(28)가, 피스톤(23)의 정상벽(23a) 중앙의 관통 구멍 및 다이어프램(25) 중앙의 관통 구멍에 삽입 관통되어, 로드(26)의 둘레벽(26b) 내에 위치하도록 배치되어 있고, 나사(29)에 의해 보닛(22)에 고정되어 있다. 가이드(28)의 외주면과 로드(26)의 둘레벽(26b)의 내주면 사이에는 간극이 형성되고, 이 간극에 슬라이드 베어링(30)이 배치되어 있다.

다이어프램(25)의 양 고정부 사이(내주연부와 외주연부 사이)에는, 리턴부(25a)가 설치되어 있다. 리턴부(25a)는, 피스톤(23)의 이동에 따라, 실린더(21)의 내주와 피스톤(23)의 외주 사이를 이동하고, 이것에 의해, 시일성이 확보된 상태에서, 피스톤(23)의 원활한 이동이 가능하게 되어 있다.

보닛(22)에는 압축 공기 도입 통로(31)가 마련되어 있고, 구동원이 되는 압축 공기가 압축 공기 도입 통로(31)를 통해 보닛(22)과 다이어프램(25) 사이에 공급되고, 압축 공기가 다이어프램(25)을 통해 피스톤(23)을 압박함으로써, 피스톤(23)의 선단측에 고정된 로드(26)가 일체로 이동한다.

동력 전달 장치(4)는, 케이싱(41) 내에 수용된 증폭 기구(42)를 갖고 있고, 증폭 기구(42)는, 구동 장치(3)에 의해 상하 이동하는 작동축(43)과, 작동축(43)의 하단부에 일체로 설치된 원추형의 제1 롤러 받침 부재(44)와, 밸브 스템(15)의 상면에 지지되어 밸브 스템(15)과 일체로 상하 이동하는 제2 롤러 받침 부재(45)와, 양 롤러 받침 부재(44, 45) 사이에 배치된 한 쌍의 롤러 지지체(46)와, 각 롤러 지지체(46)에 전동 가능하게 지지되고 제1 롤러 받침 부재(44)에 설치된 테이퍼면(44a)에 접촉하는 한 쌍의 전동 롤러(47)와, 각 롤러 지지체(46)에 전동 가능하게 지지되고 제2 롤러 받침 부재(45)의 수평한 롤러 받침면(45a)에 접촉하는 한 쌍의 압박 롤러(48)를 구비하고 있다.

각 롤러 지지체(46)는, 압박 롤러(48)의 축선에 대하여 제1 롤러 받침 부재(44)의 축선측에 가까운 축선을 갖도록 케이싱(41)에 지지된 편심축(49)을 중심으로 하여 요동할 수 있게 되어 있다.

이 동력 전달 장치(4)에 있어서, 작동축(43)에 가해지는 힘을 F, 제1 롤러 받침 부재(44)의 테이퍼면(44a)의 반각을 α로 하면, 전동 롤러(47)에는 테이퍼면(44a)에 대하여 직각 방향으로 힘이 작용하고, 전후 어느 한쪽의 전동 롤러(47)에 작용하는 이 힘 G는, G=F÷2Sinα가 된다.

전동 롤러(47)에 작용하는 힘 G는, 롤러 지지체(46) 및 압박 롤러(48)를 통해 제2 롤러 받침 부재(45)에 전달된다.

편심축(49)의 축선과 전동 롤러(47)의 축선의 거리를 C, 전동 롤러축(47)의 축선과 편심축(49)의 축선을 연결하는 선과 제1 롤러 받침 부재(44)의 테이퍼면(44a)이 이루는 각을 γ, 압박 롤러(48)의 축선과 편심축(49)의 축선의 수평 거리를 δ, 좌우 어느 한쪽의 압박 롤러(48)가 제2 롤러 받침 부재(45)를 압박하는 아래로 향하는 힘을 N으로 하면, N×δ=G×Cosγ×C가 성립한다. 따라서, 좌우 양쪽의 압박 롤러(48)가 제2 롤러 받침 부재(45)를 압박하는 아래로 향하는 힘, 즉 밸브 스템(15)을 압박하는 아래로 향하는 힘은, 2N=F×Cosγ×C÷Sinα÷δ이 되고, α, γ, δ 및 C를 적당한 값으로 함으로써, 임의의 증폭률(Cosγ×C÷Sinα÷δ)에 의해 작동축(43)에 가해지는 힘을 증폭시켜 밸브 스템(2)에 전달할 수 있다.

예컨대, α=40°, γ=25°, C=12.5, δ=1.5로 하면, 증폭률은 약 12배가 되어, 12배 정도의 큰 힘으로 다이어프램(14)을 압박할 수 있고, 예컨대 압력이 20 MPa 정도인 경우, 300 kgf의 힘이 필요해지지만, 이것의 1/12의 힘으로 유량을 제어할 수 있다. 따라서, 고압의 유체라도, 유체에 의해 다이어프램(14)이 들어 올려지고, 설정치를 초과하여 유체가 유입되고 유출되는 것이 방지된다.

상기에 있어서, 도 1 및 도 2 중, 도 1은 개방 상태를 나타내고 있고, 실린더(21)의 하면으로부터의 로드(26)의 하측 돌출량이 상대적으로 작고, 이에 따라 작동축(43)이 상측 위치에 있음으로써, 롤러 지지체(46)의 상단부끼리 접근하고 있고, 제2 롤러 받침 부재(45)가 상측에 위치하고 있다. 도 2는 폐쇄 상태를 나타내고 있고, 실린더(21)의 하면으로부터의 로드(26)의 하측 돌출량이 상대적으로 크고, 이에 따라 작동축(43)이 하측 위치에 있음으로써, 롤러 지지체(46)의 상단부끼리 격리되어 있고, 제2 롤러 받침 부재(45)가 하측에 위치하고 있다. 도 1 및 도 2의 비교로부터, 작동축(43)의 큰 스트로크에 대하여, 밸브 스템(15) 및 디스크(20)의 스트로크의 움직임을 미세한 것으로 할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 3 및 도 4는, 도 1 및 도 2의 주요부를 확대한 것이며, 도 3이 도 1에 대응하는 개방된 상태, 도 4가 도 2에 대응하는 폐쇄된 상태를 나타내고 있다. 도 1 및 도 2에서는, 구동 장치(3)의 로드(26)의 상하 이동 및 동력 전달 장치(4)의 변화를 잘 알 수 있지만, 개폐 상태를 알기 어려운 것으로 되어 있지만, 도 3 및 도 4와 같이 확대하여 도시함으로써, 밸브 스템(15) 및 디스크(20)가 상대적으로 상측 위치에 있고, 다이어프램(14)이 제1 유체 통로(12)의 중앙 통로(12b)의 개구를 개방하도록 변형하고 있는 도 3의 상태와, 밸브 스템(15) 및 디스크(20)가 상대적으로 하측 위치에 있고, 다이어프램(14)이 제1 유체 통로(12)의 중앙 통로(12b)의 개구를 폐쇄하도록 변형하고 있는 도 4의 상태로 변화하는 것을 알 수 있다.

개방 상태에서는, 유체는 제2 유체 통로(13)의 대직경 통로(13a), 제2 유체 통로(13)의 외측 통로(13b) 및 밸브 시트(18)의 외주의 고리형 통로(11b)를 거쳐, 다이어프램(14)과 밸브 박스(11)의 오목부(11a) 바닥면 사이에 유입되고, 제1 유체 통로(12)의 중앙 통로(12b) 및 제1 유체 통로(12)의 대직경 통로(12a)를 거쳐 외부로 유출된다. 유체의 유량은, 도시를 생략한 전공 레귤레이터를 통해 피드백되고, 유량이 증가한 경우에는, 밸브 스템(15) 및 디스크(20)가 유량을 감소시키는 하측으로 이동하고, 유량이 감소한 경우에는, 밸브 스템(15) 및 디스크(20)가 유량을 증가시키는 상측으로 이동하도록 제어함으로써, 적정한 유량이 유지된다.

여기서, 종래의 제어기에서는, 제1 유체 통로(12)가 입구 통로로, 제2 유체 통로(13)가 출구 통로로 되어 있는 데 비해, 상기 제어기(1)에서는, 제2 유체 통로(13)가 입구 통로로, 제1 유체 통로(12)가 출구 통로로서 사용되고 있다. 이것에 의해, 종래의 제어기에서는, 제1 유체 통로(12)의 중앙 통로(12b)의 개구가 면해 있는 다이어프램(14)의 중앙부(소면적 부분)에 고압이 가해지고, 개방된 상태가 된 경우에, 제2 유체 통로(13)의 외측 통로(13b)의 개구가 고리형 통로(11b)를 통해 면해 있는 다이어프램(14)의 외주부(대면적 부분)에 단숨에 고압의 유체가 유입되어 유체 통로가 급격하게 개방되고, 소정의 유량으로 조정할 수 없게 되는 데 비해, 상기 제어기(1)에서는, 다이어프램(14)의 외주부(대면적 부분)에서 항상 압력을 받아 유량을 조정하고 있기 때문에, 고압 유체라 하더라도 유체 통로가 급격하게 개방되고, 단숨에 유체가 유입되어 소정의 유량으로 조정할 수 없게 되는 것이 방지된다.

유체가 고압인 경우, 밸브 스템(15) 및 디스크(20)의 약간의 상하 이동량으로 유량이 크게 변화하지만, 상기 제어기(1)에서는, 동력 전달 장치(4)에 설치되어 있는 증폭 기구(42)에 의해, 증폭률에 의해 설정되는 큰 힘으로 고압에 대항하여 밸브 스템(15)을 이동시켜 다이어프램(14)을 하측으로 압박하는 것에 더하여, 밸브 스템(15) 및 디스크(20)의 상하 이동량이 구동 장치의 로드(26)의 상하 이동량의 1/증폭률로 작아지므로, 정밀도 높은 제어가 가능해진다.

이렇게 하여, 증폭형의 동력 전달 장치(4)와 공기 실린더 장치인 구동 장치(3)를 사용함으로써, 고압 유체의 정밀한 유량 제어가 가능해지고, 또한 소형화도 가능해진다.

본 발명에 의하면, 고압 유체를 사용할 때에 적합한 유체의 유량을 제어하는 제어기를 얻을 수 있기 때문에, 고압 유체를 이용하는 제조 분야에서의 정밀도 향상에 기여할 수 있다.

1 : 제어기
2 : 밸브체
3 : 구동 장치
4 : 동력 전달 장치
11 : 밸브 박스
12 : 제1 유체 통로
12b : 중앙 통로
13 : 제2 유체 통로
13b : 외측 통로
14 : 다이어프램
15 : 밸브 스템
21 : 실린더
21a : 오목부
22 : 보닛
23 : 피스톤
25 : 다이어프램
25a : 리턴부
26 : 로드

Claims

유체 통로가 마련된 밸브 박스와, 상기 밸브 박스에 설치된 고리형의 밸브 시트에 대해 접촉 또는 이격됨으로써 상기 유체 통로를 개폐하는 다이어프램과, 위치를 변경함으로써 상기 다이어프램을 개방 또는 폐쇄 방향으로 변형시키는 밸브 스템과, 상기 밸브 스템의 위치를 이동시키는 구동 장치를 구비하고 있고, 상기 구동 장치의 작동축과 상기 밸브 스템 사이에, 상기 작동축에 가해지는 힘을 증폭시켜 상기 밸브 스템에 전달하는 동력 전달 장치가 설치되고, 상기 다이어프램은 금속제이며, 상기 유체 통로가 완전히 폐쇄된 상태와, 상기 유체 통로가 완전히 개방된 상태와, 상기 유체 통로가 일부 개방된 상태로 변형 가능하게 되어 있고, 상기 구동 장치는 상기 유체 통로가 일부 개방된 상태에 있어서, 상기 유체 통로를 흐르는 유체의 유량에 기초하여, 상기 유량이 일정해지도록 상기 작동축의 위치를 조정하는 것을 특징으로 하는 제어기.
제1항에 있어서, 상기 구동 장치는, 일단측에 개구된 오목부를 갖는 실린더와, 상기 실린더의 개구를 폐쇄하는 보닛과, 상기 실린더의 상기 오목부 내에 배치된 피스톤과, 상기 피스톤의 선단측에 고정되어 상기 작동축을 압박하는 로드와, 중앙부가 상기 피스톤에 고정되고, 주연부가 상기 실린더와 상기 보닛 사이에 고정되고, 양 고정부 사이에 리턴부를 갖는 다이어프램을 구비하고 있고, 상기 보닛과 상기 다이어프램 사이에 공급된 압축 공기가 상기 다이어프램을 통해 상기 피스톤을 압박함으로써 상기 로드를 이동시키는 공기압 실린더 장치인 것을 특징으로 하는 제어기.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 유체 통로는, 상기 밸브 시트로 둘러싸인 개구를 가지며 상기 다이어프램의 중앙부에 면하는 중앙 통로와, 상기 밸브 시트의 직경 방향 외측에 개구를 가지며 상기 다이어프램의 외주연부 근방에 면하는 외측 통로를 갖고 있고, 상기 외측 통로가 상기 유체의 입구 통로가 되고, 상기 중앙 통로가 상기 유체의 출구 통로가 되어 있는 것을 특징으로 하는 제어기.
제3항에 있어서, 상기 중앙 통로의 직경이 상기 외측 통로의 직경 이하로 되어 있는 것을 특징으로 하는 제어기.