KR20200032041A - 온도제어 장치 - Google Patents

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Abstract

온도제어 대상의 제어 온도를 복수 단계에 걸쳐 제어한다. 제1 공급 수단(101)으로부터 공급되는 저온 측 유체와 제2 공급 수단(102)으로부터 공급되는 고온 측 유체를 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 의해 혼합하여 온도제어용 유체로서 온도제어 대상에 보내고, 온도제어 대상으로부터 돌아오는 온도제어용 유체를 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 분배하여 제1 및 제2 공급 수단으로 되돌린다. 제1 공급 수단으로부터 제1 유량제어용 삼방 밸브에 공급되지 않는 저온 측 유체를 바이패스 유로를 통해 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)에 의해 제2 유량제어용 삼방 밸브에 의해 분배되는 온도제어용 유체와 함께 제1 공급 수단에 환류시킨다. 한편, 제2 공급 수단으로부터 제1 유량제어용 삼방 밸브에 공급되지 않는 고온 측 유체를 바이패스 유로를 통해 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)에 의해 제2 유량제어용 삼방 밸브에 의해 분배되는 온도제어용 유체와 함께 제2 공급 수단에 환류시킨다.

Description

온도제어 장치
본 발명은 온도제어 장치에 관한 것이다.
종래, 온도제어 장치에 관한 기술로는 예를 들면, 특허문헌 1 등에 개시된 것이 이미 제안되어 있다.
특허문헌 1은 냉각이나 가열을 위해 소모하는 전력을 최소화할 수 있도록 한 반도체 제조 설비를 위한 온도제어 시스템을 제공하는 것을 주목적으로 하여, 반도체 제조 설비의 부하로부터 회수되는 열매체(Coolant)를 냉온 제어하고, 목표 온도에서 공급하는 온도제어 시스템으로서, 저온 열매체와 고온 열매체를 혼합하고 부하에 공급하는 혼합기와; 저온 열매체를 저장하는 제1 열매체 탱크와; 제1 열매체 탱크의 열매체를 냉각시켜 제공하는 제1 열전소자 블록과; 회수 열매체를 냉각시켜 상기 제1 열매체 탱크에 제공하는 제2 열전소자 블록과; 상기 제1 열전소자 블록을 통해 제공되는 냉각한 제1 열매체 탱크의 열매체를 제1 비율로 상기 혼합기에 제공하고, 그 밖의 열매체를 상기 제2 열전소자 블록에 바이패스시켜 제1 열매체 탱크가 회수하도록 하는 제1 3방향 스위칭 밸브와; 고온 열매체를 저장하는 제2 열매체 탱크와; 제2 열매체 탱크의 열매체를 가열하는 제1 히터와; 회수 열매체를 가열하고, 상기 제2 열매체 탱크에 제공하는 제2 히터와; 상기 제1 히터를 통해 가열한 제2 열매체 탱크의 열매체를 제2 비율로 상기 혼합기에 제공하고, 그 밖의 열매체를 상기 제2 히터에 바이패스시켜 제2 열매체 탱크가 회수하도록 하는 제2 3방향 스위칭 밸브와; 부하로부터 회수되는 열매체를 상기 제1 비율로 상기 제2 열전소자 블록에 제공하고, 상기 제2 비율로 상기 제2 히터에 제공하는 제3 3방향 스위칭 밸브를 포함하도록 구성한 것이다.
일본 공개특허공보 특개2015-79930호
본 발명은 제1 공급 수단으로부터 공급하는 저온 측 유체 및 제2 공급 수단으로부터 공급하는 고온 측 유체의 혼합비와, 제1 공급 수단에 환류하는 저온 측 유체 및 제2 공급 수단에 환류하는 고온 측 유체의 분배비를 독립적으로 제어할 수 없는 구성과 비교하여 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비를 높은 정밀도로 제어할 수 있고, 온도제어 대상의 제어 온도를 복수 단계에 걸쳐 제어하는 것이 가능한 온도제어 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
청구항 1에 기재된 발명은 저온 측의 미리 정해진 제1 온도로 조정된 저온 측 유체를 공급하는 제1 공급 수단과,
고온 측의 미리 정해진 제2 온도로 조정된 고온 측 유체를 공급하는 제2 공급 수단과,
상기 제1 공급 수단으로부터 공급되는 상기 저온 측 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 공급되는 상기 고온 측 유체의 유량을 제어하면서 혼합하고 온도제어용 유체로서 온도제어 대상에 공급하는 제1 유량제어용 삼방 밸브와,
상기 온도제어 대상을 유통한 상기 온도제어용 유체를 상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 유량을 제어하면서 분배하는 제2 유량제어용 삼방 밸브와,
상기 온도제어 대상을 유통하여 상기 제2 유량제어용 삼방 밸브에 의해 상기 제1 공급 수단에 분배되는 상기 온도제어용 유체와 상기 제1 공급 수단으로부터 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브에 공급되지 않고 상기 제1 공급 수단에 환류하는 상기 저온 측 유체의 유량을 제어하는 제3 유량제어용 삼방 밸브와,
상기 온도제어 대상을 유통하여 상기 제2 유량제어용 삼방 밸브에 의해 상기 제2 공급 수단에 분배되는 상기 온도제어용 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브에 공급되지 않고 상기 제2 공급 수단에 환류하는 고온 측 유체의 유량을 제어하는 제4 유량제어용 삼방 밸브를 구비하는 온도제어 장치이다.
청구항 2에 기재된 발명은 제1항에 있어서, 상기 제1 공급 수단은,
상기 제1 공급 수단에 환류하는 상기 온도제어용 유체를 냉각하는 제1 냉각 수단과,
상기 제1 냉각 수단에 의해 냉각된 상기 온도제어용 유체를 보조적으로 가열하여 상기 저온 측 유체로서 공급하는 제1 가열 수단과,
상기 제1 가열 수단에 의해 보조 가열된 상기 저온 측 유체를 저장하는 제1 저장 탱크를 구비하는 온도제어 장치이다.
청구항 3에 기재된 발명은 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 공급 수단은,
상기 제2 공급 수단에 환류하는 상기 온도제어용 유체를 냉각하는 제2 냉각 수단과,
상기 제2 냉각 수단에 의해 냉각된 상기 온도제어용 유체를 보조적으로 가열하여 상기 고온 측 유체로서 공급하는 제2 가열 수단과,
상기 제2 가열 수단에 의해 보조 가열된 상기 고온 측 유체를 저장하는 제2 저장 탱크를 구비하는 온도제어 장치이다.
청구항 4에 기재된 발명은 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제3 및 제4 유량제어용 삼방 밸브는 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브의 혼합비에 따라 상기 제1 및 제2 공급 수단으로부터 상기 제1 및 제2 공급 수단으로 귀환시키는 상기 저온 측 유체 및 상기 고온 측 유체의 비율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 온도제어 장치이다.
청구항 5에 기재된 발명은 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 유량제어용 삼방 밸브는,
상기 온도제어용 유로를 유통한 온도제어용 유체가 유입되는 유입구와 상기 온도제어용 유체 중 상기 제1 공급 수단에 분배하는 상기 온도제어용 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 상기 온도제어용 유체 중 상기 제2 공급 수단에 분배하는 상기 온도제어용 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성된 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(valve seat)를 가지는 밸브 본체와,
상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태로부터 닫힘 상태로 전환하도록 상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 미리 정해진 중심각을 가지는 반원통 형상으로 형성되면서 둘레방향을 따른 양 단면(端面)이 곡면 형상 또는 평면 형상으로 형성된 밸브몸체(valve body)와,
상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 온도제어 장치이다.
청구항 6에 기재된 발명은 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 유량제어용 삼방 밸브는,
유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 상기 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성된 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트를 가지는 밸브 본체와,
상기 밸브 본체에 장착되어 상기 제1 및 제2 밸브포트를 각각 형성하는 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재와,
상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태로부터 닫힘 상태로 전환하는 개구부가 형성된 원통 형상의 밸브몸체와,
상기 밸브몸체와 상기 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 상기 밸브몸체가 상기 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부와,
상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 가지는 것을 특징으로 하는 온도제어 장치이다.
본 발명에 의하면, 제1 공급 수단으로부터 공급하는 저온 측 유체 및 제2 공급 수단으로부터 공급하는 고온 측 유체의 혼합비와, 제1 공급 수단으로 귀환하는 저온 측 유체 및 제2 공급 수단으로 귀환하는 고온 측 유체의 분배비를 독립적으로 제어할 수 없는 구성과 비교하여 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비를 높은 정밀도로 제어할 수 있고, 온도제어 대상의 제어 온도를 복수 단계에 걸쳐 제어하는 것이 가능한 온도제어 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 온도제어 장치로서의 항온 유지 장치(칠러 장치)를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 플라스마 처리 장치를 나타내는 절단면 구성도이다.
도 3은 칠러 장치의 제어 온도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시형태 1에 따른 온도제어 장치로서의 항온 유지 장치(칠러 장치)의 동작을 나타내는 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시형태 1에 따른 온도제어 장치로서의 항온 유지 장치(칠러 장치)의 동작을 나타내는 개략 구성도이다.
도 6은 3차원 NAND형 플래시 메모리를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 반도체 웨이퍼의 에칭 공정을 나타내는 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시형태 1에 따른 온도제어 장치로서의 항온 유지 장치(칠러 장치)를 나타내는 배관 구성도이다.
도 9는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 외관 사시도이다.
도 10(a)~(d)는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 각각 정면도, 동(同) 우측면도, 엑추에이터부의 저면도 및 주요부 좌측면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 도 10(a)의 A-A선 단면도이다.
도 12는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 도 10(b)의 B-B선 단면도이다.
도 13은 밸브 본체의 세로 단면도이다.
도 14는 밸브 본체를 나타내는 절단면 구성도이다.
도 15는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 주요부의 절단면 사시도이다.
도 16은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 주요부의 분해 사시도이다.
도 17은 밸브시트를 나타내는 구성도이다.
도 18은 밸브시트와 밸브축의 관계를 나타내는 구성도이다.
도 19는 웨이브 와셔(wave washer)를 나타내는 구성도이다.
도 20은 조정 링을 나타내는 사시 구성도이다.
도 21은 밸브축의 동작을 나타내는 구성도이다.
도 22는 밸브축을 나타내는 구성도이다.
도 23은 밸브축을 나타내는 구성도이다.
도 24는 밸브축을 나타내는 구성도이다.
도 25는 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브의 동작을 나타내는 절단면 구성도이다.
도 26은 본 발명의 실시형태 1에 따른 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브의 동작 특성을 나타내는 그래프이다.
도 27은 본 발명의 실시형태 1에 따른 온도제어 장치로서의 항온 유지 장치(칠러 장치)의 동작을 나타내는 배관 구성도이다.
이하에 본 발명의 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
[실시형태 1]
<칠러 장치의 개략 구성>
도 1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 온도제어 장치의 일례로서의 복수 단계의 온도제어를 가능하게 하는 항온 유지 장치(칠러 장치)를 나타내는 개략 구성도이다.
이 칠러 장치(100)는 예를 들면, 후술하는 바와 같이 플라스마 에칭 처리 등을 수반하는 반도체 제조 장치에 사용되고, 온도제어 대상(워크)(W)의 일례로서의 반도체 웨이퍼 등의 온도를 복수 단계에 걸쳐 일정 온도로 유지하도록 제어하는 것이다.
칠러 장치(100)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 저온 측의 미리 정해진 일정한 온도로 조정된 저온 측 유체를 공급하는 제1 공급 수단의 일례로서의 저온 측 유체 공급부(101)와, 고온 측의 미리 정해진 일정한 온도로 조정된 고온 측 유체를 공급하는 제2 공급 수단의 일례로서의 고온 측 유체 공급부(102)를 구비한다. 저온 측 유체 공급부(101)로부터 공급되는 저온 측 유체와, 고온 측 유체 공급부(102)로부터 공급되는 고온 측 유체는 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)를 통해 혼합비가 조정된 상태에서 혼합되고, 공급 배관(104)에 의해 온도제어용 유체로서 온도제어 대상(워크)(W)을 유지하는 정전 척(ESC: Electro Static Chuck) 등으로 이루어지는 온도제어 수단의 일례로서의 온도조절 대상 장치(105)에 보내진다.
온도조절 대상 장치(105)는 저온 측 유체와 고온 측 유체가 필요한 혼합비로 혼합되어 필요한 온도로 조정된 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로(106)(도 2 참조)를 내부에 가지고 있다. 온도제어용 유로(106)의 유출 측에는 온도제어용 유로(106)를 유통한 온도제어용 유체를 환류 배관(107)을 통해 저온 측 유체 공급부(101)와 고온 측 유체 공급부(102)에 필요한 비율(분배비)로 분배하는 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)를 구비하고 있다.
저온 측 유체 공급부(101)는 상기 저온 측 유체 공급부(101)로부터 저온 측의 혼합 배관(109)을 통해 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급되는 저온 측 유체 중 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급되지 않는 저온 측 유체를 저온 측 유체 공급부(101)에 환류하는 제1 바이패스 배관(110)을 구비하고 있다. 저온 측 유체 공급부(101)의 환류 측에는 온도제어용 유로(106)를 유통하여 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 저온 측의 분배 배관(111)을 통해 저온 측 유체 공급부(101)에 분배되는 온도제어용 유체와, 저온 측 유체 공급부(101)로부터 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급되지 않고 제1 바이패스 배관(110)을 통해 저온 측 유체 공급부(101)에 환류하는 저온 측 유체의 유량을 제어하는 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)가 마련되어 있다.
한편, 고온 측 유체 공급부(102)는 상기 고온 측 유체 공급부(102)로부터 고온 측의 혼합 배관(113)을 통해 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급되는 저온 측 유체 중 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급되지 않는 고온 측 유체를 고온 측 유체 공급부(102)에 환류하는 제2 바이패스 배관(114)을 구비하고 있다. 고온 측 유체 공급부(102)의 환류 측에는 온도제어용 유로(106)를 유통하여 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 고온 측의 분배 배관(115)을 통해 고온 측 유체 공급부(102)에 분배되는 온도제어용 유체와, 고온 측 유체 공급부(102)로부터 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급되지 않고 제2 바이패스 배관(114)을 통해 고온 측 유체 공급부(102)에 환류하는 고온 측 유체의 유량을 제어하는 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)가 마련되어 있다. 한편, 저온 측 유체 및 고온 측 유체로는, 동일한 열매체(이하, "브라인(brine)"이라고 함.)가 이용된다.
저온 측 유체 공급부(101)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 브라인을 저온 측의 미리 정해진 일정한 온도로 조정하는 냉각 측의 브라인 온도조절 회로(117)를 구비하고 있다. 냉각 측의 브라인 온도조절 회로(117)에는 저온 측의 순환 배관(118)을 통해 증발기(119)의 2차 측이 접속되어 있다. 증발기(119)의 1차 측에는 상기 증발기(119)의 2차 측을 흐르는 브라인을 필요한 온도로 냉각하는 냉동기 회로(120)가 접속되어 있다. 냉동기 회로(120)는 응축기(121)에 의해 응축된 열매체를 팽창시켜 증발기(119)의 1차 측에 보냄으로써 증발기(119)의 2차 측을 흐르는 브라인을 필요한 온도로 냉각한다. 또한, 냉동기 회로(120)를 흐르는 브라인은 응축기(121)에 의해 응축된다. 응축기(121)에는 냉각수 배관(122)을 통해 외부 냉각수(123)가 공급된다.
또한, 고온 측 유체 공급부(102)는 브라인을 고온 측의 미리 정해진 일정한 온도로 조정하는 가온(加溫) 측의 브라인 온도조절 회로(124)를 구비하고 있다. 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)에는 고온 측의 순환 배관(125)을 통해 열교환기(126)가 접속되어 있다. 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)와 열교환기(126) 사이에는 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)로부터 열교환기(126)로 흐르는 열매체를 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)에 바이패스시키는 제3 바이패스 배관(127)이 접속되어 있다. 또한, 제3 바이패스 배관(127)의 유입 측에는 열교환기(126)에 공급하는 온도제어용 유체의 유량과, 열교환기(126)를 바이패스하여 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)에 환류시키는 온도제어용 유체의 유량을 제어하는 제5 유량제어용 삼방 밸브(128)가 개재되어 있다. 열교환기(126)에는 냉각수 배관(122)을 통해 외부 냉각수(123)가 공급된다. 열교환기(126)는 브라인을 냉각한다. 제5 유량제어용 삼방 밸브(128)는 예를 들면, 고온 측의 순환 배관(125)을 흐르는 고온 측 유체의 온도가 미리 정해진 역치 이하인 경우에 상기 고온 측의 순환 배관(125)을 흐르는 고온 측 유체의 일부 또는 전부를 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)에 직접 환류시키도록 열림 정도를 조절한다.
<칠러 장치의 기본적인 동작>
칠러 장치(100)는 기본적으로 다음과 같이 동작한다.
칠러 장치(100)는 도 3에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 온도조절 대상 장치(105)에 공급하는 온도제어용 유체의 온도를 20℃, 30℃, 40℃, 80℃로 하여 복수 단계에 걸쳐 스텝 형상으로(stepwise manner) 변화되도록 제어한다. 여기서, 저온 측 유체 공급부(101)가 공급하는 저온 측 유체의 온도는 예를 들면, 복수 단계의 제어 온도 중 가장 온도가 낮은 약 20℃와 동일한 온도로 설정된다. 또한, 고온 측 유체 공급부(102)가 공급하는 고온 측 유체의 온도는 예를 들면, 복수 단계의 제어 온도 중 가장 온도가 높은 약 80℃와 동일한 온도로 설정된다. 단, 본 실시형태에서는 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 온도가 복수 단계의 제어 온도 중 가장 낮은 온도 및 가장 높은 온도로 한정되는 것은 아니고, 복수 단계의 제어 온도 중 가장 낮은 온도 및 가장 높은 온도보다 낮은 온도 등, 임의의 온도로 설정해도 되는 것은 물론이다.
칠러 장치(100)는 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수 단계의 제어 온도 중 가장 낮은 온도인 20℃로 제어하는 경우, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 고온 측의 혼합 배관(113)을 통해 유입되는 고온 측 유체를 차단하여 고온 측 유체의 유량을 제로로 함과 함께, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 저온 측의 혼합 배관(109)을 통해 유입되는 저온 측 유체를 개방하여 저온 측 유체의 유량을 100%로 한다. 또한, 칠러 장치(100)는 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)로부터 고온 측 유체 공급부(102)에 고온 측의 분배 배관(115)을 통해 분배하는 고온 측 유체를 차단하여 고온 측 유체에 대한 분배량을 제로로 함과 함께, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)로부터 저온 측 유체 공급부(101)에 저온 측의 분배 배관(111)을 통해 분배하는 저온 측 유체를 개방하여 저온 측 유체의 분배량을 100%로 한다. 이에 따라, 칠러 장치(100)는 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 제2 바이패스 배관(114)을 통해 환류하는 고온 측 유체를 개방하여 고온 측 유체 공급부(102)로부터 공급되는 고온 측 유체 전부를 고온 측 유체 공급부(102)에 환류시킨다. 또한, 칠러 장치(100)는 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)에 의해 저온 측 유체 공급부(101)에 제1 바이패스 배관(110)을 통해 환류하는 저온 측 유체를 차단하여 저온 측 유체 공급부(101)로부터 공급되는 저온 측 유체 전부를 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급한다.
그 결과, 온도조절 대상 장치(105)의 온도제어용 유로(106)에는 저온 측 유체 공급부(101)로부터 온도 20℃로 조정된 온도제어용 유체가 공급되고, 온도조절 대상 장치(105)의 온도는 저온 측 유체만으로 이루어지는 온도제어용 유체의 온도인 20℃로 제어된다.
또한, 칠러 장치(100)는 도 5에 나타내는 바와 같이, 복수 단계의 제어 온도 중 가장 높은 온도인 80℃로 제어하는 경우, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 고온 측의 혼합 배관(113)을 통해 유입되는 고온 측 유체를 개방하여 고온 측 유체의 유량을 100%로 함과 함께, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 저온 측의 혼합 배관(109)을 통해 유입되는 저온 측 유체를 차단하여 저온 측 유체의 유량을 제로로 한다. 또한, 칠러 장치(100)는 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)로부터 고온 측 유체 공급부(102)에 고온 측의 분배 배관(115)을 통해 분배하는 고온 측 유체를 개방하여 고온 측 유체에 대한 분배량을 100%로 함과 함께, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)로부터 저온 측 유체 공급부(101)에 저온 측의 분배 배관(111)을 통해 분배하는 저온 측 유체를 차단하여 저온 측 유체에 대한 분배량을 제로로 한다. 이에 따라, 칠러 장치(100)는 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 제2 바이패스 배관(114)을 통해 환류하는 고온 측 유체를 차단하여 고온 측 유체 공급부(102)로부터 공급되는 고온 측 유체 전부를 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급한다. 또한, 칠러 장치(100)는 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)에 의해 저온 측 유체 공급부(101)에 제1 바이패스 배관(110)을 통해 환류하는 저온 측 유체를 개방하여 저온 측 유체 공급부(101)로부터 공급되는 저온 측 유체 전부를 저온 측 유체 공급부(101)에 환류시킨다.
그 결과, 온도조절 대상 장치(105)의 온도제어용 유로(106)에는 고온 측 유체 공급부(102)로부터 온도 80℃로 조정된 온도제어용 유체가 공급되고, 온도조절 대상 장치(105)의 온도는 고온 측 유체만으로 이루어지는 온도제어용 유체의 온도인 80℃로 제어된다.
더욱이, 칠러 장치(100)는 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수 단계의 제어 온도 중 중간 온도인 30℃ 또는 40℃로 제어하는 경우, 온도조절 대상 장치(105)가 목표로 하는 중간 온도에 따라 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)의 열림 정도를 조절하고, 저온 측 유체 공급부(101)로부터 저온 측의 혼합 배관(109)을 통해 공급되는 저온 측 유체와 고온 측 유체 공급부(102)로부터 고온 측의 혼합 배관(113)을 통해 공급되는 고온 측 유체의 혼합비를 필요한 값으로 제어한다. 칠러 장치(100)로부터는 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)의 열림 정도에 따라 혼합된 저온 측 유체 및 고온 측 유체로 이루어지는 온도제어용 유체가 온도조절 대상 장치(105)의 온도제어용 유로(106)에 공급된다. 또한, 칠러 장치(100)는 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)의 열림 정도를 조절하고, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서 혼합되는 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비에 따라 저온 측 유체 공급부(101)와 고온 측 유체 공급부(102)에 분배하는 저온 측 유체와 고온 측 유체의 분배비를 제어한다.
제2 유량제어용 삼방 밸브(108)는 예를 들면, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서의 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 4:6인 경우, 저온 측 유체와 고온 측 유체의 분배비가 동일한 4:6이 되도록 열림 정도를 제어하여 온도제어용 유체를 저온 측 유체 공급부(101)와 고온 측 유체 공급부(102)에 분배한다.
이에 따라, 칠러 장치(100)는 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 제2 바이패스 배관(114)을 통해 환류하는 고온 측 유체의 유량을 제어하여 고온 측 유체 공급부(102)로부터 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 고온 측 유체의 나머지를 고온 측 유체 공급부(102)에 환류시킨다. 마찬가지로, 칠러 장치(100)는 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)에 의해 저온 측 유체 공급부(101)에 제1 바이패스 배관(110)을 통해 환류하는 저온 측 유체의 유량을 제어하여 저온 측 유체 공급부(101)로부터 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 저온 측 유체의 나머지를 저온 측 유체 공급부(101)에 환류시킨다.
상기 예시에서는, 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)는 예를 들면, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서의 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 4:6인 경우, 고온 측 유체 공급부(102)에 제2 바이패스 배관(114)을 통해 환류하는 고온 측 유체와, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 4:6으로 제어한다.
마찬가지로, 상기 예시에서는, 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)는 예를 들면, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서의 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 4:6인 경우, 저온 측 유체 공급부(101)에 제1 바이패스 배관(110)을 통해 환류하는 저온 측 유체와, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 저온 측 유체 공급부(101)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 6:4로 제어한다.
그 결과, 온도조절 대상 장치(105)의 온도제어용 유로(106)에는 저온 측 유체 공급부(101)로부터 공급되는 저온 측 유체와, 고온 측 유체 공급부(102)로부터 공급되는 고온 측 유체가 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)의 열림 정도에 따라 혼합된 온도제어용 유체가 공급되고, 온도조절 대상 장치(105)는 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비에 따라 결정되는 온도제어용 유체의 온도와 동일한 온도로 제어된다.
이와 같이, 칠러 장치(100)는 저온 측 유체 공급부(101)로부터 공급되는 저온 측 유체와 고온 측 유체 공급부(102)로부터 공급되는 고온 측 유체의 혼합비를 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 의해 제어함으로써 혼합 유체인 온도제어용 유체의 온도를 조정하고, 상기 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로(106)를 구비한 온도조절 대상 장치(105)의 온도를 온도조절 대상 장치(105)에 흐르는 온도제어용 유체의 온도인 필요한 온도범위(예를 들면, +20℃~+80℃)에 걸쳐 제어할 수 있다. 한편, 온도조절 대상 장치(105)의 온도는 +20℃~+80℃에 한정되는 것이 아닌, 필요한 온도범위(예를 들면, -20℃~+120℃)에 걸쳐 제어하도록 구성해도 된다.
저온 측 유체 공급부(101)는 예를 들면, -20℃로 설정된 저온 측 유체를 유량 30ℓ/min 및 압력 0.8㎫에서 공급하도록 구성된다. 또한, 고온 측 유체 공급부(102)는 예를 들면, +120℃로 설정된 고온 측 유체를 유량 30ℓ/min 및 압력 0.8㎫에서 공급하도록 구성된다. 저온 측 유체 및 고온 측 유체는 상술한 바와 같이 동일한 유체이다. 저온 측 유체 및 고온 측 유체로 사용되는 열매체(브라인)로는 예를 들면, -30~+120℃ 정도의 온도범위에서 사용 가능한 플로리너트(쓰리엠사: 등록상표) 등의 불소계 불활성 액체, 에틸렌글리콜 등의 유체를 들 수 있다. 단, 온도범위가 +20~+80℃ 정도이면, 저온 측 유체로는 0~1㎫의 압력에서 0~30℃ 정도의 온도로 조정된 물(순수(純水) 등), 및 고온 측 유체로는 50~80℃ 정도의 온도로 조정된 물(순수) 등도 알맞게 사용할 수 있다.
<플라스마 처리 장치의 구성>
칠러 장치(100)가 적용되는 반도체 제조 장치로는 플라스마 처리를 수반하는 플라스마 처리 장치(200)를 들 수 있다.
플라스마 처리 장치(200)는 도 2에 나타내는 바와 같이, 진공 용기(챔버)(201)를 구비하고 있다. 진공 용기(챔버)(201)의 내부에는 온도제어 대상인 반도체 웨이퍼(W)를 정전적으로 흡착한 상태에서 유지하는 온도제어 수단의 일례로서의 정전 척(129)(ESC: Electro Static Chuck)을 구비하고 있다. 정전 척(129)의 내부에는 칠러 장치(100)로부터의 온도제어용 유체가 흐르는 온도제어용 유로(106)가 마련되어 있다. 또한, 플라스마 처리 장치(200)는 정전 척(129)과 겸용되고, 덮개부에 결합된 하부전극(캐소드 전극)(202)과, 상기 하부전극(202)에 대향하여 배치됨과 함께, 덮개부를 일체적으로 가지는 상부전극(애노드 전극)(203)을 구비하고 있다.
또한, 진공 용기(201)에는 에칭용 활성 가스(반응성 가스)를 도입하기 위한 가스 흡입구(201a)가 개구되어 있다. 상부전극(203)은 외방(外方)으로 연장된 덮개부를 통해 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 또한, 하부전극(202)은 외방으로 연장된 덮개부를 통해 고주파(RF) 발진기(204) 및 블로킹 콘덴서(205)에 접속되어 있다. 고주파(RF) 발진기(204)의 일단(一端)은 접지 전위(GND)에 접속되어 있다. 더욱이, 진공 용기(201)에는 가스 흡입구(201a)와 대향하는 벽에 마련된 창문부의 외측에 에칭용 플라스마를 생성시켜 플라스마 처리에 의한 에칭이 실시될 때의 발광 상태를 감시하는 발광 검출기(206)가 마련되어 있다.
참고로, 플라스마 처리에 의해 활성 가스가 전리된 상태에서는 활성 가스의 플러스 이온이 캐소드 전극으로서의 하부전극(202) 측에 위치하는 온도제어 대상(W)에 끌어 당겨져 에칭에 이용된다. 플라스마 처리에 의해 활성 가스가 전리되어 발생하는 전자는 다양한 행동을 한다. 전자는 온도제어 대상(W)으로 향하는 것 외에, 상부전극(203)을 통해 접지 전위에 흐르는 것이나, 상당 부분이 하부전극(202)을 통해 블로킹 콘덴서(205)에 저장된다.
칠러 장치(100)에 의해 온도가 제어되는 온도제어 대상(W)으로는 예를 들면, 반도체 소자나 플랫패널 디스플레이(FPD), 혹은 태양 전지 등을 들 수 있다. 본 실시형태에서는 온도제어 대상(W)으로서 3차원 NAND형 플래시 메모리에 이용되는 반도체 웨이퍼를 들 수 있다. 3차원 NAND형 플래시 메모리(300)는 도 6에 나타내는 바와 같이, Si 기판(301) 상에 교대로 복수개 적층된 SiO2층(302)과 Poly-Si층(303)을 가지고 있다. SiO2층(302)과 Poly-Si층(303)의 적층 수는 예를 들면, 24층으로 설정되지만, 이보다 많거나 적어도 되는 것은 물론이다. 평판 형상의 Poly-Si층(303)은 NV-MOS의 컨트롤 전극이 되고, SiO2층(302)은 그 사이에 위치하는 절연층이 된다. 복수개 적층된 SiO2층(302)과 Poly-Si층(303)의 적층막에는 최상층으로부터 최하층까지에 걸쳐 관통하는 홀(Hole=구멍)(304)이 에칭 처리에 의해 형성된다. 홀(304)의 개구 치수는 예를 들면, 직경 50㎚ 정도 혹은 그 이하로 설정된다. 홀(304)의 개구 치수와 깊이의 비(애스펙트비)는 50~100 정도, 혹은 그 이상의 값이 된다. 홀(304)의 내부에는 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, SONOS 구조(305)가 형성된다. SONOS 구조(305)는 바깥둘레로부터 동심원 형상으로 배치된 SiO2층(306)과 SiN층(307)과 SiO2층(308)과 Poly-Si층(309)과 중심에 위치하는 SiO2층(310)으로 구성되어 있다. SONOS 구조(305)를 구성하는 SiN층(307)은 상기 SONOS 구조(305)의 전하를 트랩하는 층이 된다. SiO2층(306)은 터널 효과에 의한 전류가 흐르도록 10㎚ 이하의 박막이나 컨트롤·게이트로부터의 전계를 강화하기 위해 극히 얇은 막으로 구성된다. 도면의 세로방향의 Poly-Si층(309)이 MOS의 채널이 되는 부분에서, 통상의 평면 MOS와는 달리 홀(304) 중에서 세로방향으로 배치되어 있어, V-Channel(세로 채널)이라고 불린다. 또한, 컨트롤 전극으로부터의 도통을 상면으로 끌어내기 위해, 칩단에 계단 형상으로 에칭 처리가 실시되어 전극이 꺼내진다.
홀(304)을 형성하는 에칭 처리는 SiO2층(302)과 Poly-Si층(303)의 적층 수가 24층인 경우, 홀(304)의 깊이가 2400㎚ 정도이며, 홀(304)의 직경을 50㎚으로 하면, 애스펙트비는 48(=2400/50)이 된다. 이와 같이, 홀(304)을 형성하는 에칭 처리는 SiO2층(302)과 Poly-Si층(303)을 적층한 물질의 에칭 처리가 된다. 직경 300㎜ 정도의 반도체 웨이퍼(W)의 전면에 걸쳐 에칭 가스(플라스마의 하전 입자)를 수직으로 입사(入射)시킬 필요가 있다.
그러나 홀(304)을 형성하는 에칭 처리는 도 7에 나타내는 바와 같이, 표면에 소정 형상의 개구부를 가지는 마스크(레지스트부)(320)를 형성하여 실시된다. 그 때, 에칭을 실시하는 이온이 마스크(레지스트부)(320)의 개구부의 측면에서 반사되고, 깊이방향이 아닌 홀(304)의 측면을 에칭함으로써, 홀(304)의 개구폭이 통 형상으로 넓어지는 "보잉(bowing)"(321)이라고 불리는 장해 등이 발생하는 것이 알려져 있다.
이와 같은 "보잉"(321)이라고 불리는 에칭 장해를 방지 내지 억제하기 위해서는 에칭 처리의 진행에 따라 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 상승시킴으로써, 마스크(레지스트부)(320)의 개구부 측면에서의 탄소(C)의 부착률을 저감하는 것이 유효하게 되어 있다. 그 때문에, 플라스마 처리 장치(200)에서는 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 제어하는 것이 중요하다.
한편, 도 6 중 부호 311은 스트링 선택선, 312는 비트(bit)선, 313은 컨택트선, 314는 인터커넥트선을 각각 나타내고 있다.
따라서, 애스펙트비가 높은 홀(304)을 균일하게 에칭하고, 3차원 NAND형 플래시 메모리(300)를 제조할 때 수율을 향상시키기 위해서는 도 3에 나타내는 바와 같이, 도달한 에칭 공정에 따라 플라스마 처리 장치(200)의 온도제어 대상(W)의 온도를 예를 들면 20℃, 30℃, 40℃, 80℃로 하여 복수 단계에 걸쳐 연속적으로 제어할 필요성이 생긴다.
또한, 칠러 장치(100)는 복수 단계에 걸쳐 반도체 웨이퍼(W)의 온도를 정밀도 높게 제어하는 것이 가능할뿐 아니라, 목표온도에 도달할 때까지의 전이 시간도 각 에칭 공정에서의 스텝 시간을 충족시키는 것이 바람직하다. 각 에칭 공정에서의 스텝 시간은 에칭 공정의 내용이나 플라스마 처리 장치(200)의 처리 능력에도 의존하지만, 1스텝당 200~300초, 바람직하게는 20℃와 80℃ 사이를 복수 스텝에 걸쳐 1스텝당 100초(0.6℃/초) 정도의 전이시간에서 이행하는 것이 바람직하다.
<칠러 장치의 구체적인 구성>
도 8은 본 실시형태 1에 따른 항온 유지 장치(칠러 장치)를 구체적으로 나타내는 회로도이다.
이 칠러 장치(100)는 상술한 바와 같이, 예를 들면 플라스마 처리 장치(200)(도 2 참조)의 정전 척(129)에 유지되는 온도제어 대상(워크)(W)을 필요한 온도로 제어하기 위해 사용된다. 칠러 장치(100)는 도 8에 나타내는 바와 같이, 냉각 측의 브라인 온도조절 회로(117)로서 증발기(119)의 2차 측을 저온 측의 순환 배관(118)을 통해 흐르는 브라인을 필요한 온도로 가열하는 제1 가열 수단으로서의 제1 히터(130)를 구비하고 있다. 저온 측 유체 공급부(101)의 증발기(119)에서는 상기 저온 측 유체 공급부(101)에 환류된 온도제어용 유체가 본래의 저온 측 유체의 설정 온도(예를 들면, +20℃)보다 낮은 온도(예를 들면, +10~15℃ 정도)로 냉각된다. 제1 히터(130)로는 예를 들면, 전기 히터 등의 가열 수단에 의해 증발기(119)에서 본래의 저온 측 유체의 설정 온도(예를 들면, +20℃)보다 낮은 온도로 냉각된 온도제어용 유체를 본래의 저온 측 유체의 설정 온도로 가열하는 것이 이용된다. 제1 히터(130)는 냉각 측의 브라인 온도조절 회로(117) 및 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)에 공통적으로 마련된 공통 탱크(131)에 접속되어 있다. 공통 탱크(131)로부터는 필요에 따라 제1 히터(130)에 브라인이 공급된다.
제1 히터(130)의 브라인의 유통방향에서의 하류 측에는 저온 측 유체를 온도조절 대상 장치(105)에 공급하는 제1 펌프(132)가 접속되어 있다. 제1 펌프(132)는 도시하지 않은 제어장치에 의해 제1 유량 센서(133)로 검출된 저온 측 유체의 유량에 기초하여 도시하지 않은 인버터 회로에 의해 저온 측 유체의 토출량을 제어한다. 제1 펌프(132)는 예를 들면, 저온 측 유체의 토출량이 일정해지도록 제어된다. 또한, 제1 유량 센서(133)로 검출된 저온 측 유체의 유량에 기초하여 필요에 따라 도시하지 않은 제어장치에 의해 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)의 열림 정도가 제어된다.
제1 펌프(132)의 브라인의 유통방향에서의 하류 측에는 제1 유량계(133)를 통해 제1 저장 수단의 일례로서의 제1 저장 탱크(134)가 접속되어 있다. 제1 저장 탱크(134)는 온도조절 대상 장치(105)에 공급하는 필요한 온도로 조정된 저온 측 유체를 일정량만 저장한다. 제1 저장 탱크(134)의 하류 측에는 제1 바이패스 배관(110)의 공급 측의 분기부에 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 저온 측 유체의 온도를 검출하는 제1 온도검출 수단의 일례로서의 제1 온도 센서(135)가 접속되어 있다. 또한, 저온 측 유체 공급부(101)의 환류 측의 입구에는 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)를 통해 저온 측 유체 공급부(101)에 환류하는 온도제어용 유체의 온도를 검출하는 제1 온도검출 수단의 일례로서의 제2 온도 센서(136)가 접속되어 있다. 제2 온도 센서(136)의 검출값에 기초하여 제1 히터(130)에 의한 저온 측 유체의 가열량 등이 도시하지 않은 제어장치에 의해 제어된다.
칠러 장치(100)는 가온 측의 브라인 온도조절 회로(124)로서, 제2 가열 수단의 일례로서의 증발기(126)의 2차 측에 의해 냉각된 브라인을 필요한 온도로 보조적으로 가열하는 제2 가열 수단으로서의 제2 히터(137)를 구비하고 있다. 고온 측 유체 공급부(102)의 증발기(126)는 고온 측 유체 공급부(102)에 환류된 온도제어용 유체의 온도를 본래의 설정 온도(예를 들면, +80℃)보다 낮은 온도(예를 들면, +70℃ 정도)로 냉각하여 조정한다. 제2 히터(137)로는 예를 들면, 전기 히터 등의 가열 수단에 의해 온도제어용 유체를 필요한 고온 측 유체의 온도로 보조적으로 가열하는 것이 이용된다. 제2 히터(137)는 공통 탱크(131)에 접속되어 있다. 공통 탱크(131)로부터는 필요에 따라 제2 히터(137)에 브라인이 공급된다.
제2 히터(137)의 브라인의 유통방향에서의 하류 측에는 고온 측 유체를 온도조절 대상 장치(105)에 공급하는 제2 펌프(138)가 접속되어 있다. 제2 펌프(138)는 도시하지 않은 제어장치에 의해 제2 유량 센서(139)로 검출된 고온 측 유체의 유량에 기초하여 도시하지 않은 인버터 회로에 의해 고온 측 유체의 토출량을 제어한다. 제2 펌프(139)는 예를 들면, 고온 측 유체의 토출량이 일정해지도록 제어된다. 또한, 제2 유량 센서(139)로 검출된 고온 측 유체의 유량에 기초하여 도시하지 않은 제어장치에 의해 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)의 열림 정도가 제어된다.
제2 펌프(138)의 브라인의 유통방향에서의 하류 측에는 제2 유량계(139)를 통해 제2 저장 수단의 일례인 제2 저장 탱크(140)가 접속되어 있다. 제2 저장 탱크(140)는 온도조절 대상 장치(105)에 공급하는 필요한 온도로 조정된 고온 측 유체를 일정량 저장한다. 제2 저장 탱크(140)의 브라인의 유통방향에서의 하류 측에는 제2 바이패스 배관(114)의 공급 측의 분기부에 고온 측 유체의 온도를 검출하는 제3 온도검출 수단의 일례인 제3 온도 센서(141)가 접속되어 있다. 또한, 고온 측 유체 공급부(102)의 환류 측의 입구에는 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)를 통해 환류하는 온도제어용 유체의 온도를 검출하는 제4 온도검출 수단의 일례인 제4 온도 센서(142)가 접속되어 있다. 제4 온도 센서(142)의 검출값에 기초하여 제2 히터(137)에 의한 고온 측 유체의 가열량 등이 도시하지 않은 제어장치에 의해 제어된다.
<제1 내지 제5 유량제어용 삼방 밸브의 구성>
칠러 장치(100)는 상술한 바와 같이, 제1 내지 제5 유량제어용 삼방 밸브(103, 108, 112, 116, 128)를 구비하고 있다. 제1 내지 제5 유량제어용 삼방 밸브(103, 108, 112, 116, 128)는 배치에 따라 유입구와 유출구의 관계가 역의 관계가 되는 것 등이 다른 것 이외에, 기본적으로 동일하게 구성되어 있다. 여기서는 혼합 수단으로서의 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)로 이용되는 삼방 밸브형 모터 밸브에 대해 대표로 설명한다.
도 9는 제1 유량제어용 삼방 밸브의 일례로서의 삼방 밸브형 모터 밸브를 나타내는 외관사시도, 도 10(a)(b)(c)(d)는 정면도, 동 우측면도, 엑추에이터부의 저면도 및 밸브부의 정면도, 도 11은 도 10(a)의 A-A선 단면도, 도 12는 도 10(a)의 B-B선 단면도, 도 13은 밸브부의 세로단면도, 도 14는 삼방 밸브형 모터 밸브의 밸브 본체를 나타내는 단면도, 도 15는 삼방 밸브형 모터 밸브의 주요부를 나타내는 절단면 사시도, 도 16은 삼방 밸브형 모터 밸브의 주요부를 나타내는 분해 사시도이다.
삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 회전형 3방향 밸브로서 구성되어 있다. 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 9에 나타내는 바와 같이, 크게 구별하여 하부에 배치된 밸브부(2)와, 상부에 배치된 엑추에이터부(3)와, 밸브부(2)와 엑추에이터부(3) 사이에 배치된 실링부(4) 및 커플링부(5)로 구성되어 있다.
밸브부(2)는 도 10 내지 도 16에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 대략 직육면체 형상으로 형성된 밸브 본체(6)를 구비하고 있다. 밸브 본체(6)에는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 그 한쪽 측면(도시예에서는 좌측면)에 저온 측 유체 등을 구성하는 유체가 유입되는 제1 유입구(7)와, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(8)에 연통되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트(9)가 각각 마련되어 있다.
본 실시형태에서는 제1 유입구(7) 및 제1 밸브포트(9)를 밸브 본체(6)에 직접 마련하는 것이 아닌, 제1 밸브포트(9)를 형성한 제1 밸브포트 형성 부재의 일례인 제1 밸브시트(70)와, 제1 유입구(7)를 형성하는 제1 유로 형성 부재(15)를 밸브 본체(6)에 장착함으로써, 제1 유입구(7) 및 제1 밸브포트(9)를 마련하고 있다.
제1 밸브시트(70)는 도 17에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)의 내측에 배치되는 각통(角筒) 형상으로 형성된 각통부(71)와, 밸브 본체(6)의 외측에 배치되는 원통 형상으로 형성된 원통부(72)와, 각통부(71)와 원통부(72) 사이에 원통부(82) 측을 향해 외경이 커지도록 배치된 테이퍼부(73)를 일체적으로 구비하고 있다. 제1 밸브시트(70)의 각통부(71)의 내부에는 직사각형상(본 실시형태에서는 정방형상)의 절단면을 가지는 각기둥 형상의 제1 밸브포트(9)가 형성되어 있다. 또한, 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 내부에는 제1 유입구(7)를 형성하는 제1 유로 형성 부재(15)의 일단부(一端部)가 밀봉된 상태로 삽입되도록 구성되어 있다. 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)와 제1 유로 형성 부재(15) 사이는 도 12에 나타내는 바와 같이, O링(15a)에 의해 밀봉되어 있다. 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 내주면(內周面)에는 도 17에 나타내는 바와 같이, O링(15a)을 수용하는 오목홈(75)이 마련되어 있다.
제1 밸브시트(70)의 재료로는 예를 들면, 이른바 "슈퍼 엔지니어링 플라스틱"이 사용된다. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 통상의 엔지니어링 플라스틱을 상회하는 내열성이나 고온 시의 기계적 강도를 가지는 것이다. 슈퍼 엔지니어링 플라스틱으로는 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리에테르설폰(PES), 폴리아미드이미드(PAI), 액정 폴리머(LCP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 폴리불화비닐리덴(PVDF), 혹은 이들의 복합 재료 등을 들 수 있다. 한편, 제1 밸브시트(70)의 재료로는 예를 들면, 엔징거 재팬 가부시키가이샤 제품인 절삭가공용 PEEK 수지 소재인 "TECAPEEK"(등록상표), 특히 10% PTFE를 배합하여 미끄럼성이 뛰어난 "TECAPEEK TF 10 blue"(상품명) 등이 알맞게 사용된다.
밸브 본체(6)에는 도 14 및 도 15에 도시되는 바와 같이, 제1 밸브시트(70)의 외부 형상에 대응하고 상기 밸브시트(70)와 상사(相似) 형상의 오목부분(76)이 절삭가공 등에 의해 형성되어 있다. 오목부분(76)은 제1 밸브시트(70)의 각통부(71)에 대응한 각통부(76a)와, 원통부(72)에 대응한 원통부(76b)와, 테이퍼부(73)에 대응한 테이퍼부(76c)를 구비하고 있다. 밸브 본체(6)의 원통부(76b)는 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)보다 길이가 길게 설정되어 있다. 밸브 본체(6)의 원통부(76b)는 후술하는 바와 같이, 제1 압력 작용부(94)를 형성하고 있다. 제1 밸브시트(70)는 밸브 본체(6)의 오목부분(76)에 대하여 밸브몸체로서의 밸브축(34)에 접리하는 방향으로 미소(微小)한 거리이지만 이동이 자유롭게 장착된다.
제1 밸브시트(70)는 밸브 본체(6)의 오목부분(76)에 장착된 상태에서, 제1 밸브시트(70)의 외주면(外周面)과 밸브 본체(6)의 오목부분(76)의 내주면 사이에는 미소한 간극이 형성되어 있다. 밸브시트(8)의 내부에 유입된 유체는 제1 밸브시트(70)의 바깥둘레 영역에 미소한 간극을 통해 누설되어 유입 가능해진다. 또한, 제1 밸브시트(70)의 바깥둘레 영역으로 누설된 유체는 상기 제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 외측에 위치하는 공간으로 이루어지는 제1 압력 작용부(94)에 도입된다. 이 제1 압력 작용부(94)는 유체의 압력을 제1 밸브시트(70)의 밸브축(34)과 반대 측의 면(70a)에 작용시키는 것이다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제1 밸브포트(9)를 통해 유입되는 유체 외에, 후술하는 바와 같이, 제2 밸브포트(18)를 통해 유입되는 유체이다. 제1 압력 작용부(94)는 제1 유입구(7)와의 사이가 제1 유로 형성 부재(15)에 의해 밀봉된 상태에서 구획되어 있다.
밸브시트(8)의 내부에 배치된 밸브축(34)에 작용하는 유체의 압력은 밸브축(34)의 개폐 정도에 의한 유체의 유량에 의존한다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제1 밸브포트(9)와 제2 밸브포트(18)를 통해 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로도 흘러 들어간다(새어 들어간다). 따라서, 제1 밸브시트(70)에 대응한 제1 압력 작용부(94)에는 제1 밸브포트(9)로부터 유입되는 유체 이외에, 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로 흘러 들어간 제2 밸브포트(18)로부터 유입되는 유체도 흘러 들어간다(새어 들어간다).
또한, 제1 밸브시트(70)의 테이퍼부(73)와 오목부분(76)의 테이퍼부(76c) 사이에는 도 11, 도 12 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 미소한 간극이 형성되어 있다. 그 결과, 밸브 본체(6)의 오목부분(76)은 제1 밸브시트(70)를 장착한 상태에서, 테이퍼부(73)와 오목부분(76)의 테이퍼부(76c) 사이의 미소한 간극에 대응한 거리만큼, 상기 밸브시트(70)가 밸브 본체(6)의 내외방향을 따라 수100㎛~수㎜ 정도에 걸쳐 이동(변위)이 자유로우며, 밸브시트(70)의 장착 위치가 조정 가능해진다.
제1 밸브시트(70)의 각통부(71)의 선단에는 도 17(b)에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)에 형성된 원기둥 형상의 밸브시트(8)에 대응한 원기둥 형상의 곡면의 일부를 이루고 평면이 원호(圓弧) 형상인 간극 축소부의 일례로서의 오목부(74)가 마련되어 있다. 오목부(74)의 곡률 반경(R)은 밸브시트(8)의 곡률 반경 또는 밸브축(34)의 곡률 반경과 대략 동일한 값으로 설정된다. 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)는 후술하는 바와 같이, 상기 밸브시트(8)의 내부에서 회전하는 밸브축(34)의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과의 사이에 약간의 간극을 형성하고 있다. 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 상기 제1 밸브시트(70)를 밸브 본체(6)에 장착한 상태에서 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)보다 밸브축(34) 측으로 돌출되도록 장착되거나, 또는 밸브축(34)의 외주면에 접촉하도록 장착된다. 그 결과, 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)과 대향하는 부재로서의 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내면의 간극(G)은 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)가 돌출된 부분만큼 밸브시트(8)의 다른 부분과 비교하여 부분적으로 축소된 값으로 설정된다. 이와 같이, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)은 밸브축(34)과 밸브시트(8)의 내면의 간극(G2)보다 좁은(작은) 필요한 값(G1＜G2)으로 설정되어 있다. 한편, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)은 밸브시트(70)의 오목부(74)가 밸브축(34)에 접촉한 상태, 즉 간극이 없는 상태(간극(G1)=0)이어도 된다.
단, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)가 밸브축(34)에 접촉하는 경우에는 밸브축(34)을 회전 구동할 때에 오목부(74)의 접촉 저항에 의해 밸브축(34)의 구동 토크가 상승할 우려가 있다. 그 때문에, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)가 밸브축(34)에 접촉하는 정도는 밸브축(34)의 회전 토크를 고려하여 조정된다. 즉, 밸브축(34)의 구동 토크가 증가하지 않거나 증가해도 그 증가량이 작고, 밸브축(34)의 회전에 지장이 없을 정도로 조정된다.
제1 유로 형성 부재(15)는 도 16에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 비교적 얇은 두께의 원통 형상으로 형성되어 있다. 제1 유로 형성 부재(15)는 제1 밸브시트(70)의 위치 변동에 관계 없이, 제1 밸브포트(9)에 연통된 제1 유입구(7)를 내부에 형성하고 있다.
제1 밸브시트(70)의 원통부(72)의 축방향을 따른 외측에는 상기 제1 밸브시트(70)가 밸브축(34)에 대하여 접리하는 방향으로 변위하는 것을 허용하면서, 상기 제1 밸브시트(70)를 밸브축(34)에 대하여 접리하는 방향으로 이동하는 것을 허용하는 탄성 부재의 일례로서의 제1 웨이브 와셔(물결 형상 와셔)(16)가 마련되어 있다. 제1 웨이브 와셔(16)는 도 19에 나타내는 바와 같이, 스테인리스나 철, 혹은 인청동 등으로 이루어지고, 정면에 투영한 형상이 필요한 폭을 가지는 원환(圓環) 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제1 웨이브 와셔(16)는 측면 형상이 웨이브 형상(물결 형상)으로 형성되어 있고, 그 두께방향을 따라 탄성 변형이 가능해진다. 제1 웨이브 와셔(16)의 탄성률은 두께나 재질, 혹은 물결의 수 등에 의해 결정된다. 제1 웨이브 와셔(16)는 제1 압력 작용부(94)에 수용되어 있다.
더욱이, 제1 웨이브 와셔(16)의 외측에는 상기 제1 웨이브 와셔(16)를 통해 밸브축(34)과 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)의 간극(G1)을 조정하는 조정 부재의 일례로서의 제1 조정 링(77)이 배치된다. 제1 조정 링(77)은 도 20에 나타내는 바와 같이, 내열성을 가지는 합성 수지 또는 금속에 의해 외주면에 수나사(77a)가 형성되고 상대적으로 길이가 짧게 설정된 원통 형상의 부재로 이루어진다. 제1 조정 링(77)의 외측 단면에는 상기 제1 조정 링(77)을 밸브 본체(6)에 마련된 암나사부(78)에 조여서 장착할 때에, 조임량을 조정하기 위한 도시하지 않은 지그(jig)를 고정하여 상기 제1 조정 링(77)을 회전시키기 위한 오목홈(77b)이 180도 대향하는 위치에 각각 마련되어 있다.
밸브 본체(6)에는 도 14에 나타내는 바와 같이, 제1 조정 링(77)을 장착하기 위한 제1 암나사부(78)가 마련되어 있다. 밸브 본체(6)의 개구 단부에는 바깥둘레를 향해 직경이 확대되도록 테이퍼부(79)가 마련되어 있다. 테이퍼부(79)에는 O링(79a)이 개재된다.
제1 조정 링(77)은 밸브 본체(6)의 암나사부(78)에 대한 조임량을 조정함으로써, 상기 제1 조정 링(77)이 제1 웨이브 와셔(16)를 통해 제1 밸브시트(70)를 내측을 향해 밀어 움직이는 양(거리)을 조정하는 것이다. 제1 조정 링(70)의 조임량을 증가시키면, 제1 밸브시트(70)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 제1 조정 링(77)에 의해 제1 웨이브 와셔(16)를 통해 밀리고, 오목부(74)가 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되어 밸브축(34)에 근접하는 방향으로 변위되며, 상기 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)이 감소한다. 또한, 제1 조정 링(77)의 조임량을 미리 적은 양으로 설정하면, 제1 밸브시트(70)는 제1 조정 링(77)에 의해 밀려 움직이는 거리가 감소하고, 밸브축(34)으로부터 이간된 위치로 배치되며, 제1 밸브시트(70)의 오목부(74)와 밸브축(34)의 간극(G1)이 상대적으로 증대된다. 제1 조정 링(77)의 수나사(77a) 및 밸브 본체(6)의 암나사부(78)는 그 피치가 작게 설정되어 있고, 제1 밸브시트(70)의 돌출량을 미세 조정 가능하게 구성되어 있다.
또한, 밸브 본체(6)의 일측면에는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 유체를 유입시키는 도시하지 않은 배관 등을 접속하기 위해 접속 부재의 일례로서의 제1 플랜지 부재(10)가 4개의 육각구멍이 있는 볼트(11)에 의해 장착되어 있다. 도 16 중 부호 11a는 육각구멍이 있는 볼트(11)가 체결되는 나사 구멍을 나타내고 있다. 제1 플랜지 부재(10)는 밸브 본체(6)와 마찬가지로 SUS 등의 금속에 의해 형성된다. 제1 플랜지 부재(10)는 밸브 본체(6)의 측면 형상과 대략 동일한 측면이 직사각형상으로 형성된 플랜지부(12)와, 플랜지부(12)의 내측면에 원통 형상으로 돌출되어 마련된 삽입부(13)(도 11 참조)와, 플랜지부(12)의 외측면에 두꺼운 두께의 대략 원통 형상으로 돌출되어 마련되고, 도시하지 않은 배관이 접속되는 배관 접속부(14)를 가지고 있다. 제1 플랜지 부재(10)의 삽입부(13)와 제1 유로 형성 부재(15) 사이는 도 12에 나타내는 바와 같이, O링(13a)에 의해 밀봉되어 있다. 제1 플랜지 부재(10)의 삽입부(13)의 내주면에는 O링(13a)을 수용하는 오목홈(13b)이 마련되어 있다. 배관 접속부(14)의 안둘레는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 21㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/2이나 직경 약 0.58인치의 암나사로 설정되어 있다. 한편, 배관 접속부(14)의 형상은 테이퍼 암나사 혹은 암나사에 한정되는 것은 아니며, 튜브를 장착하는 튜브 피팅 등이어도 되고, 제1 유입구(7)로부터 유체를 유입할 수 있는 것이면 된다.
밸브 본체(6)에는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 그 다른 쪽의 측면(도면 중 우측면)에 유체가 유입되는 제2 유입구(17)와, 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(8)에 연통되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트(18)가 각각 마련되어 있다.
본 실시형태에서는 제2 유입구(17) 및 제2 밸브포트(18)를 밸브 본체(6)에 직접 마련하는 것이 아닌, 제2 밸브포트(18)를 형성한 밸브포트 형성 부재의 일례로서의 제2 밸브시트(80)와, 제2 유입구(17)를 형성한 제2 유로 형성 부재(25)를 밸브 본체(6)에 장착함으로써 제2 유입구(17) 및 제2 밸브포트(18)를 마련하고 있다.
제2 밸브시트(80)는 도 17에 부호를 괄호 부착으로 나타내는 바와 같이, 제1 밸브시트(70)와 동일하게 구성되어 있다. 즉, 제2 밸브시트(80)는 밸브 본체(6)의 내측에 배치되는 각통 형상으로 형성된 각통부(81)와, 밸브 본체(6)의 외측에 배치되는 원통 형상으로 형성된 원통부(82)와, 각통부(81)와 원통부(82) 사이에 원통부(82) 측을 향해 외경이 커지도록 배치된 테이퍼부(83)를 일체적으로 구비하고 있다. 제2 밸브시트(80)의 각통부(81)의 내부에는 직사각형상(본 실시형태에서는 정방형상)의 절단면을 가지는 각기둥 형상의 제2 밸브포트(18)가 형성되어 있다. 또한, 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 내부에는 제2 유입구(17)를 형성하는 제2 유로 형성 부재(25)의 일단부가 밀봉된 상태로 삽입되도록 배치되어 있다. 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)와 제2 유로 형성 부재(25) 사이는 도 12에 나타내는 바와 같이, O링(25a)에 의해 밀봉되어 있다. 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 내주면에는 도 17에 나타내는 바와 같이, O링(25a)을 수용하는 오목홈(85)이 마련되어 있다.
밸브 본체(6)에는 도 14 및 도 15에 도시되는 바와 같이, 제2 밸브시트(80)의 외부 형상으로 대응하고 상기 밸브시트(80)와 상사 형상의 오목부분(86)이 절삭가공 등에 의해 형성되어 있다. 오목부분(86)은 제2 밸브시트(80)의 각통부(81)에 대응한 각통부(86a)와, 원통부(82)에 대응한 원통부(86b)와, 테이퍼부(83)에 대응한 테이퍼부(86c)를 구비하고 있다. 밸브 본체(6)의 원통부(86b)는 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)보다 길이가 길게 설정되어 있다. 밸브 본체(6)의 원통부(86b)는 후술하는 바와 같이, 제2 압력 작용부(96)를 형성하고 있다. 제2 밸브시트(80)는 밸브 본체(6)의 오목부분(86)에 대하여 밸브몸체로서의 밸브축(34)에 접리하는 방향으로 미소한 거리이지만 이동이 자유롭게 장착된다.
제2 밸브시트(80)는 밸브 본체(6)의 오목부분(86)에 장착된 상태에서, 밸브시트(80)의 각통부(81)와 밸브 본체(6)의 각통부(86a) 사이에는 미소한 간극이 형성되어 있다. 밸브시트(8)의 내부에 유입된 유체는 미소한 간극을 통해 제2 밸브시트(80)의 바깥둘레 영역으로 유입할 수 있게 되어 있다. 또한, 제2 밸브시트(80)의 바깥둘레 영역에 유입된 유체는 상기 제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 외측에 위치하는 공간으로 이루어지는 제2 압력 작용부(96)에 도입된다. 이 제2 압력 작용부(96)는 유체의 압력을 제2 밸브시트(80)의 밸브축(34)과 반대 측의 면(80a)에 작용시키는 것이다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제2 밸브포트(18)를 통해 유출되는 유체 외에, 제1 밸브포트(9)를 통해 유출되는 유체가 있다. 제2 압력 작용부(98)는 제2 유입구(17)와의 사이가 제2 유로 형성 부재(25)에 의해 밀봉된 상태에서 구획되어 있다.
밸브시트(8)의 내부에 배치된 밸브축(34)에 작용하는 유체의 압력은 밸브축(34)의 개폐 정도에 의한 유체의 유량에 의존한다. 밸브시트(8)의 내부에 유입되는 유체는 제1 밸브포트(9)와 제2 밸브포트(18)를 통해 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로도 흘러 들어간다(새어 들어간다). 따라서, 제2 밸브시트(80)에 대응한 제2 압력 작용부(96)에는 제2 밸브포트(18)로부터 유입되는 유체 이외에, 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 외주면 사이에 형성되는 미소한 간극으로 흘러 들어간 제1 밸브포트(9)로부터 유입되는 유체도 유입된다.
또한, 제2 밸브시트(80)의 테이퍼부(83)와 오목부분(86)의 테이퍼부(86c) 사이에는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 미소한 간극이 형성되어 있다. 그 결과, 밸브 본체(6)의 오목부분(86)은 제2 밸브시트(80)를 장착한 상태에서, 테이퍼부(83)와 오목부분(86)의 테이퍼부(86c) 사이의 미소한 간극에 대응한 거리만큼, 상기 밸브시트(80)가 밸브 본체(6)의 내외방향을 따라 수100㎛~수㎜ 정도에 걸쳐 이동이 자유로우며, 밸브시트(80)의 장착 위치가 조정 가능하게 되어 있다. 한편, 제2 밸브시트(80)는 제1 밸브시트(70)와 동일한 재료에 의해 형성되어 있다.
제2 밸브시트(80)의 각통부(81)의 선단에는 도 17(b)에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)에 형성된 원기둥 형상의 밸브시트(8)에 대응한 원기둥 형상의 곡면의 일부를 이루고 평면이 원호 형상인 간극 축소부의 일례로서의 오목부(84)가 마련되어 있다. 오목부(84)의 곡률 반경(R)은 밸브시트(8)의 곡률 반경 또는 밸브축(34)의 곡률 반경과 대략 동일한 값으로 설정된다. 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)는 후술하는 바와 같이, 상기 밸브시트(8)의 내부에서 회전하는 밸브축(34)의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과의 사이에 약간의 간극을 형성하고 있다. 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)는 상기 제2 밸브시트(70)를 밸브 본체(6)에 장착한 상태에서 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)보다 밸브축(34) 측으로 돌출되도록 장착되거나 또는 밸브축(34)의 외주면에 접촉하도록 장착된다. 그 결과, 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)과 대향하는 부재로서의 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내면의 간극(G)은 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)가 돌출된 부분만큼 밸브시트(8)의 다른 부분과 비교하여 부분적으로 축소된 값으로 설정된다. 이와 같이, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)은 밸브축(34)과 밸브시트(8)의 내면의 간극(G2)보다 좁은(작은) 필요한 값(G3＜G2)으로 설정되어 있다. 한편, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)은 밸브시트(80)의 오목부(84)가 밸브축(34)에 접촉한 상태, 즉 간극이 없는 상태(간극(G3)=0)이어도 된다.
단, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)가 밸브축(34)에 접촉하는 경우에는 밸브축(34)을 회전 구동할 때에 오목부(84)의 접촉 저항에 의해 밸브축(34)의 구동 토크가 상승할 우려가 있다. 그 때문에, 제2 밸브시트(70)의 오목부(84)가 밸브축(34)에 접촉하는 정도는 초기적으로 밸브축(34)의 회전 토크를 고려하여 조정된다. 즉, 밸브축(34)의 구동 토크가 증가하지 않거나, 증가해도 그 증가량이 작고, 밸브축(34)의 회전에 지장이 없을 정도로 조정된다.
제2 밸브시트(80)의 원통부(82)의 외측에는 상기 제2 밸브시트(80)가 밸브축(34)에 대하여 접리하는 방향으로 변위되는 것을 허용하면서, 상기 제2 밸브시트(80)를 밸브축(34)에 대하여 접촉하는 방향으로 밀어 움직이는 탄성 부재의 일례로서의 제2 웨이브 와셔(파형 와셔)(26)가 마련되어 있다. 제2 웨이브 와셔(26)는 도 19에 나타내는 바와 같이, 스테인리스나 철, 혹은 인청동 등으로 이루어지고, 정면에 투영한 형상이 필요한 폭을 가지는 원환 형상으로 형성되어 있다. 또한, 제2 웨이브 와셔(26)는 측면 형상이 웨이브 형상(물결 형상)으로 형성되어 있고, 그 두께방향을 따라 탄성 변형이 가능하다. 제2 웨이브 와셔(26)의 탄성률은 두께나 재질, 혹은 물결의 수 등에 의해 결정된다. 제2 웨이브 와셔(26)로는 제1 웨이브 와셔(16)와 동일한 것이 사용된다.
더욱이, 제2 웨이브 와셔(26)의 외측에는 상기 제2 웨이브 와셔(26)를 통해 밸브축(34)과 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)의 간극(G3)을 조정하는 조정 부재의 일례로서의 제2 조정 링(87)이 배치된다. 제2 조정 링(87)은 도 20에 나타내는 바와 같이, 내열성을 가지는 합성 수지 또는 금속에 의해 외주면에 수나사(87a)가 형성된 상대적으로 길이가 짧게 설정된 원통 형상의 부재로 이루어진다. 제2 조정 링(87)의 외측의 단면에는 상기 제2 조정 링(87)을 밸브 본체(6)에 마련된 암나사부(88)에 조여서 장착할 때에, 조임량을 조정하기 위한 도시하지 않은 지그를 고정하여 상기 제2 조정 링(87)을 회전시키기 위한 오목홈(87b)이 180도 대향하는 위치에 각각 마련되어 있다.
밸브 본체(6)에는 도 14 및 도 15에 나타내는 바와 같이, 제2 조정 링(87)을 장착하기 위한 제2 암나사부(88)가 마련되어 있다. 밸브 본체(6)의 개구 단부에는 외주를 향해 직경이 확대되도록 테이퍼부(89)가 마련되어 있다. 테이퍼부(89)에는 O링(89a)이 개재된다.
제2 조정 링(87)은 밸브 본체(6)의 암나사부(88)에 대한 조임량을 조정함으로써, 상기 제2 조정 링(877)이 제2 웨이브 와셔(26)를 통해 제2 밸브시트(80)를 내측을 향해 밀어 움직이는 양(거리)을 조정하는 것이다. 제2 조정 링(87)의 조임량을 증가시키면, 제2 밸브시트(80)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 제2 조정 링(87)에 의해 제2 웨이브 와셔(26)를 통해 밀리고, 오목부(84)가 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되어 밸브축(34)에 근접하는 방향으로 변위되고, 상기 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)이 감소한다. 또한, 제2 조정 링(87)의 조임량을 미리 적은 양으로 설정하면, 제2 밸브시트(80)는 제2 조정 링(87)에 의해 밀려 움직이는 거리가 감소하고, 밸브축(34)으로부터 이간된 위치에 배치되며, 제2 밸브시트(80)의 오목부(84)와 밸브축(34)의 간극(G3)이 상대적으로 증대된다. 제2 조정 링(87)의 수나사(87a) 및 밸브 본체(6)의 암나사부(88)는 그 피치가 작게 설정되어 있고, 제2 밸브시트(80)의 돌출량을 미세 조정할 수 있게 구성되어 있다.
밸브 본체(6)의 다른 쪽 측면에는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 유체를 유입시키는 도시하지 않은 배관을 접속하기 위해 접속 부재의 일례로서의 제2 플랜지 부재(19)가 4개의 육각구멍이 있는 볼트(20)에 의해 장착되어 있다. 제2 플랜지 부재(19)는 제1 플랜지 부재(10)와 마찬가지로 SUS 등의 금속에 의해 형성된다. 제2 플랜지 부재(19)는 밸브 본체(6)의 측면 형상과 동일한 측면이 직사각형상으로 형성된 플랜지부(21)와, 플랜지부(21)의 내측면에 원통 형상으로 돌출되어 마련된 삽입부(22)와, 플랜지부(21)의 외측면에 두꺼운 두께의 대략 원통 형상으로 돌출되어 마련되고, 도시하지 않은 배관이 접속되는 배관 접속부(23)를 가지고 있다. 제2 플랜지 부재(19)의 삽입부(22)와 제2 유로 형성 부재(25) 사이는 도 12에 나타내는 바와 같이, O링(22a)에 의해 밀봉되어 있다. 제2 플랜지 부재(19)의 삽입부(22)의 내주면에는 O링(22a)을 수용하는 오목홈(22b)이 마련되어 있다. 배관 접속부(23)의 안둘레는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 21㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/2이나, 직경 약 0.58인치의 암나사로 설정되어 있다. 한편, 배관 접속부(23)의 형상은 배관 접속부(14)와 마찬가지로 테이퍼 암나사 혹은 암나사에 한정되는 것은 아니며, 튜브를 장착하는 튜브 피팅 등이어도 되고, 제2 유입구(17)로부터 유체를 유입할 수 있는 것이면 된다.
한편, 도 11 및 도 12에 나타내는 실시형태에서는 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)를 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)에 걸쳐 장척(長尺)으로 마련한 경우에 대해 도시했는데, 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)는 이보다 짧아도 된다. 즉, 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)는 도 15에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 조정 링(77, 87)의 내측에 각각 배치되는 제1 및 제2 밀봉 부재(97, 98)까지 달하는 상대적으로 짧은 길이로 설정해도 된다. 제1 및 제2 조정 링(77, 87)은 제1 및 제2 웨이브 와셔(16, 26)와 마찬가지로, 제1 및 제2 압력 작용부(96)의 내부에 배치된다. 제1 및 제2 조정 링(77, 87)의 내주면 및 외주면에는 제1 및 제2 유로 형성 부재(15, 25)와의 사이를 밀봉하는 도시하지 않은 O링을 수용하는 오목홈(97a, 98a)이 형성되어 있다. 또한, 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)는 밸브 본체(6)에 마련된 테이퍼부(89)에 개재되는 O링(89a)에 의해 밀봉되는 것이 아닌, 도 15에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)의 플랜지부(12, 21)의 내면에 마련된 오목홈(12a, 21a)에 장착되는 O링(79a, 89a)에 의해 밀봉되도록 구성해도 된다.
여기서, 유체로는 예를 들면, 압력이 0~1㎫, 0~80℃ 정도의 온도로 조정된 물(순수) 등이 알맞게 사용된다. 또한, 유체로는 예를 들면, -20~+120℃ 정도의 온도범위에서, -20℃ 정도의 온도에서도 동결되지 않고, +120℃ 정도에서도 비등하지 않는 플로리너트(등록상표) 등의 불소계 불활성 액체, 에틸렌글리콜 등의 유체가 사용된다.
또한, 밸브 본체(6)에는 도 11에 나타내는 바와 같이, 그 하단면에 유체가 유출되는 제3 밸브포트로서 절단면이 원 형상인 유출구(26)가 개구되어 있다. 밸브 본체(6)의 하단면에는 유체를 유출시키는 도시하지 않은 배관을 접속하기 위해 접속 부재의 일례로서의 제3 플랜지 부재(27)가 4개의 육각구멍이 있는 볼트(28)에 의해 장착되어 있다. 유출구(26)의 하단부에는 제3 플랜지 부재(27)를 장착하기 위해 테이퍼 형상으로 지름이 확대된 테이퍼부(26a)를 통해 원통부(26b)가 개구되어 있다. 한편, 유출구(26)의 하단부에는 도 15에 나타내는 바와 같이, 테이퍼부(26a)를 마련하지 않고 원통부(26b)만을 마련하도록 구성해도 된다. 제3 플랜지 부재(27)는 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)와 마찬가지로 SUS 등의 금속에 의해 형성된다. 제3 플랜지 부재(27)는 밸브 본체(6)의 하단면 형상보다 작은 평면이 직사각형상으로 형성된 플랜지부(29)와, 플랜지부(29)의 상단면에 원통 형상으로 돌출되어 마련된 삽입부(30)와, 플랜지부(29)의 하단면에 두꺼운 두께의 대략 원통 형상으로 돌출되어 마련되고, 도시하지 않은 배관이 접속되는 배관 접속부(31)를 가지고 있다. 배관 접속부(31)의 안둘레는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 21㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/2이나 직경 약 0.58인치의 암나사로 설정되어 있다. 밸브 본체(6)의 유출구(26)의 하단 안둘레 끝에는 제3 플랜지 부재(27)의 플랜지부(29)와의 사이에 O링(32)을 장착하기 위한 모따기(33)가 실시되어 있다. 한편, 배관 접속부(31)의 형상은 테이퍼 암나사 혹은 암나사에 한정되는 것은 아니며, 튜브를 장착하는 튜브 피팅 등이어도 되고, 유출구(26)로부터 유체를 유출할 수 있는 것이면 된다. 한편, 제3 플랜지 부재(27)의 플랜지부(29)의 밀봉 구조는 도 15에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)와 마찬가지로, 플랜지부(29)의 내면에 마련된 도시하지 않은 오목홈에 장착되는 O링에 의해 밀봉되도록 구성해도 된다.
밸브 본체(6)의 중앙에는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)를 장착함으로써 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트(9) 및 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트(18)가 마련되는 밸브시트(8)를 구비하고 있다. 밸브시트(8)는 후술할 밸브몸체의 외부 형상에 대응한 원기둥 형상으로 형성된 빈 공간으로 이루어진다. 또한, 밸브시트(8)의 일부는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에 의해 형성되어 있다. 원기둥 형상으로 형성된 밸브시트(8)는 밸브 본체(6)의 상단면에 관통된 상태로 마련된다. 밸브 본체(6)에 마련되는 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 도 21에 나타내는 바와 같이, 원기둥 형상으로 형성된 밸브시트(8)의 중심축(회전축)(C)에 대하여 축대칭으로 배치되어 있다. 추가로 설명하면, 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 원기둥 형상으로 형성된 밸브시트(8)에 대하여 직교하도록 배치되어 있고, 제1 밸브포트(9)의 한쪽의 끝가장자리는 중심축(C)을 통해 제2 밸브포트(18)의 다른 쪽의 끝가장자리와 대향하는 위치(180도 다른 위치)에 개구되어 있다. 또한, 제1 밸브포트(9)의 다른 쪽의 끝가장자리는 중심축(C)을 통해 제2 밸브포트(18)의 한 쪽의 끝가장자리와 대향하는 위치(180도 다른 위치)에 개구되어 있다. 한편, 도 21에서는 편의상, 밸브시트(8)와 밸브축(34)의 간극은 도시가 생략되어 있다.
또한, 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 도 11 및 도 12에 나타내는 바와 같이, 상기와 같이, 밸브 본체(6)에 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)를 장착함으로써 형성되는 절단면이 정방형상 등의 절단면이 직사각형상으로 형성된 개구부로 이루어진다. 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)는 그 한 변의 길이가 제1 유입구(7) 및 제2 유입구(17)의 직경보다 작게 설정되어 있고, 상기 제1 유입구(7) 및 제2 유입구(17)에 내접하는 절단면이 직사각형상으로 형성되어 있다.
밸브몸체의 일례로서의 밸브축(34)은 도 22에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 외형이 대략 원기둥 형상으로 형성되어 있다. 밸브축(34)은 크게 구별하여, 밸브몸체로서 기능하는 밸브몸체부(35)와, 상기 밸브몸체부(35)의 상하에 각각 마련되어 밸브축(34)을 회전이 자유롭게 지지하는 상하의 축지지부(36, 37)와, 위의 축지지부(36)의 상부에 마련된 실링부(38)와, 실링부(38)의 상부에 테이퍼부(39)를 통해 마련된 커플링부(40)를 일체적으로 구비하고 있다.
상하의 축지지부(36, 37)는 밸브몸체부(35)보다 외경이 작고 동일하거나 다른 직경을 가지도록 설정된 원통 형상으로 각각 형성되어 있다. 아래의 축지지부(37)의 축방향을 따른 길이는 위의 축지지부(36)보다 약간 길게 설정되어 있다. 아래의 축지지부(37)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)에 마련된 밸브시트(8)의 하단부에 베어링(41)을 통해 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 밸브시트(8)의 하부에는 베어링(41)을 지지하는 환상(環狀)의 지지부(42)가 안둘레를 향해 돌출되도록 마련되어 있다. 베어링(41), 지지부(42) 및 제3 밸브포트(26)는 동일한 내경으로 설정되어 있고, 밸브몸체부(35)의 내부에 온도제어용 유체가 저항을 거의 발생시키지 않고 유입되도록 구성되어 있다. 한편, 위의 축지지부(36)에는 스러스트 와셔(thrust washer)(43)가 장착되어 있고, 밸브축(34)이 후술할 실링 케이스(53)에 가압됨으로써 발생하는 부하를 저감시키고 있다.
또한, 밸브몸체부(35)는 도 11 및 도 22(b)에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구높이(H1)보다 높이가 낮은 개구높이(H2)를 가지는 대략 반원통 형상의 개구부(44)가 마련된 원통 형상으로 형성되어 있다. 밸브몸체부(35)의 개구부(44)가 마련된 밸브 동작부(45)는 미리 정해진 중심각(α)(예를 들면, 약 190도)을 가지는 반원통 형상(원통 형상의 부분 중 개구부(44)를 제외한 대략 반원통 형상)으로 형성되어 있다. 밸브 동작부(45)는 개구부(44)의 상하에 위치하는 밸브몸체부(35)를 포함시켜 제1 밸브포트(9)를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환함과 동시에, 제2 밸브포트(18)를 역방향의 열림 상태로부터 닫힘 상태로 전환하도록 밸브시트(8) 내에 또한 밸브시트(8)의 내주면에 금속끼리의 갉음을 방지하기 위해 미소한 간극을 통해 비접촉 상태가 되도록 회전이 자유롭게 배치되어 있다. 밸브 동작부(45)의 상하에 배치된 상하의 밸브축부(46, 47)는 도 22에 나타내는 바와 같이, 밸브 동작부(45)와 동일한 외경을 가지는 원통 형상으로 형성되어 있고, 밸브시트(8)의 내주면에 미소한 간극을 통해 비접촉 상태로 회전이 자유롭게 되어 있다. 밸브 동작부(45) 및 상하의 밸브축부(46, 47), 나아가서는 실링부(38)에 걸친 내부에는 원기둥 형상의 빈 공간(48)이 하단부를 향해 관통한 상태로 마련되어 있다.
또한, 밸브 동작부(45)는 둘레방향(회전방향)을 따른 양 단면(45a, 45b)이 그 중심축(C)과 교차하는(직교하는) 방향을 따른 절단면 형상이 곡면 형상으로 형성되어 있다. 추가로 설명하면, 밸브 동작부(45)는 도 22에 나타내는 바와 같이, 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)의 회전축(C)과 교차하는 절단면 형상이 개구부(44)를 향해 볼록 형상을 이루는 원호 형상으로 형성되어 있다. 양 단부(45a, 45b)의 곡률 반경은 예를 들면, 밸브 동작부(45)의 두께(T)의 1/2로 설정된다. 그 결과, 양 단부(45a, 45b)의 절단면 형상은 반원 형상이 된다.
밸브 동작부(45)는 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)의 회전축(C)과 교차하는 절단면 형상이 원호 형상으로 한정되는 것은 아니며, 둘레방향(회전방향)을 따른 양 단면(45a, 45b)이 곡면 형상으로 형성되어도 된다. 밸브 동작부(45)로는 도 23(b)에 나타내는 바와 같이, 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)의 회전축(C)과 교차하는 절단면 형상이 외주면 측에 위치하는 제1 곡선부(50)와, 내주면 측에 위치하여 제1 곡선부(50)보다 곡률 반경이 작은 제2 곡선부(51)를 매끄럽게 접속한 곡선 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)는 도 23에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)이 회전 구동되어 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)를 개폐할 때에, 유체의 흐름 속에서 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 둘레방향을 따른 단부로부터 돌출되거나 퇴피하도록 이동(회전)함으로써 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)를 열림 상태로부터 닫힘 상태 혹은 닫힘 상태로부터 열림 상태로 이행시킨다. 이 때, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)는 밸브축(34)의 회전 각도에 대한 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구 면적을 한층 더 리니어(직선 형상)로 변화시키기 위해, 절단면 형상이 곡면 형상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)는 이에 한정되지 않고, 도 24에 나타내는 바와 같이, 반지름방향을 따른 평면 형상으로 형성해도 된다. 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)를 평면 형상으로 형성한 경우라도, 밸브축(34)의 회전 각도에 대한 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구 면적을 대략 리니어(직선 형상)로 변화시킬 수 있다.
실링부(4)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)을 액밀 상태로 밀봉하는 것이다. 실링부(4)는 SUS 등의 금속에 의해 밸브축(34)을 삽입 통과하는 삽입 통과 구멍(52)을 가지는 원통 형상으로 형성된 실링 케이스(53)를 가지고 있다. 실링 케이스(53)는 도 14에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(6)의 상단면에 마련된 원기둥 형상의 오목부(54)에 배치되어 있다. 실링 케이스(53)는 환상의 실링 부재(55, 56)를 통해 밸브축(34)과의 위치 관계가 정해지고, 위치 결정 핀(58)(도 13 참조)을 통해 후술할 스페이서 부재(59)에 대하여 회전 방지 상태로 고정되는 구조로 되어 있다. 실링 케이스(53)의 내주면에는 밸브축(34)을 밀봉하는 O링 등으로 이루어지는 2개의 환상의 실링 부재(55, 56)가 상하에 배치되어 있다. 실링 부재(55, 56)로는 예를 들면, 에틸렌프로필렌고무(EPDM)제의 O링이 사용된다. 상방(上方)에 위치하는 실링 부재(56)는 누름 부재(56a)에 의해 눌려 있다. 또한, 실링 케이스(53)는 O링 등으로 이루어지는 환상의 실링 부재(57)에 의해 밸브 본체(6)에 대하여 밀봉되어 있다.
커플링부(5)는 실링부(4)가 내장된 밸브 본체(6)와 엑추에이터부(3) 사이에 배치되어 있다. 커플링부(5)는 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)을 일체로 회전시키는 도시하지 않은 회전축을 연결하기 위한 것이다. 커플링부(5)는 실링부(4)와 엑추에이터부(3) 사이에 배치된 스페이서 부재(59)와, 스페이서 부재(59)의 상부에 고정된 어댑터 플레이트(60)와, 스페이서 부재(59) 및 어댑터 플레이트(60)의 내부에 관통 상태로 형성된 원기둥 형상의 공간(61)에 수용되고, 밸브축(34)과 도시하지 않은 회전축을 연결하는 커플링 부재(62)로 구성되어 있다. 스페이서 부재(59)는 SUS 등의 금속에 의해 밸브 본체(6)와 대략 동일한 평면 형상을 가지며 비교적 높이가 낮은 각통 형상으로 형성되어 있다. 스페이서 부재(59)는 나사 정지 등의 수단에 의해 밸브 본체(6) 및 어댑터 플레이트(60) 쌍방에 고정된다. 또한, 어댑터 플레이트(60)는 도 10(c)에 나타내는 바와 같이, SUS 등의 금속에 의해 대략 평면이 다각형인 판자 형상으로 형성되어 있다. 어댑터 플레이트(60)는 육각구멍이 있는 볼트(63)에 의해 엑추에이터부(3)의 기반(64)에 고정된 상태에서 장착된다.
커플링 부재(62)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 금속이나 내열성을 가지는 합성 수지, 혹은 세라믹스 등에 의해 원기둥 형상으로 형성된 것이다. 밸브축(34)의 상단에는 수평방향을 따라 관통하도록 오목홈(65)이 마련되어 있다. 그리고 밸브축(34)은 커플링 부재(62)에 마련된 볼록부(66)를 오목홈(65)에 감합함으로써 커플링 부재(62)에 연결 고정되어 있다. 한편, 커플링 부재(62)의 상단에는 수평방향을 따라 관통하도록 오목홈(67)이 마련되어 있다. 도시하지 않은 회전축은 커플링 부재(62)에 마련된 오목홈(67)에 도시하지 않은 볼록부를 감합함으로써 커플링 부재(62)에 연결 고정된다. 스페이서 부재(59)는 실링 부재(55, 56)로부터 액체가 누설됐을 때, 삽입 통과 구멍(52)을 통해 누설된 액체를 검지하기 위한 개구부(68)를 측면에 가지고 있다. 개구부(68)는 예를 들면, 그 구경이 직경 약 8㎜의 테이퍼 암나사인 Rc 1/16로 설정되어 있다.
엑추에이터부(3)는 도 10에 나타내는 바와 같이, 평면이 직사각형상으로 형성된 기반(64)을 구비하고 있다. 기반(64)의 상부에는 스테핑 모터(stepping motor)나 인코더 등으로 이루어지는 구동 수단을 내장한 직방체 형상의 상자체(box body)로서 구성된 케이싱(90)이 나사(91) 고정에 의해 장착되어 있다. 엑추에이터부(3)의 구동 수단은 제어 신호에 기초하여 도시하지 않은 회전축을 원하는 방향으로 소정의 정밀도로 회전 가능한 것이면 되고, 그 구성은 한정되지 않는다. 구동 수단은 스테핑 모터 및 상기 스테핑 모터의 회전 구동력을 기어 등의 구동력 전달 수단을 통해 회전축에 전달하는 구동력 전달 기구, 그리고 회전축의 회전 각도를 검출하는 인코더 등의 각도 센서에 의해 구성된다.
한편, 도 10 중 부호 92는 스테핑 모터 측 케이블을, 93은 각도 센서 측 케이블을 각각 나타내고 있다. 이들 스테핑 모터 측 케이블(92) 및 각도 센서 측 케이블(93)은 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 제어하는 도시하지 않은 제어장치에 각각 접속된다.
<삼방 밸브형 모터 밸브의 동작>
본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 다음과 같이 하여 유체의 유량이 제어된다.
삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 16에 나타내는 바와 같이, 조립 시 또는 사용할 때의 조정 시에 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)가 밸브 본체(6)로부터 일단 떼어지고, 조정 링(77, 87)이 외부에 노출된 상태가 된다. 이 상태에서, 도시하지 않은 지그를 이용하여 조정 링(77, 87)의 밸브 본체(6)에 대한 조임량을 조정함으로써, 도 18에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에서의 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)에 대한 돌출량을 변화시킨다. 조정 링(77, 87)의 밸브 본체(6)에 대한 조임량을 증가시킨 경우에는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)가 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되고, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)이 감소하여, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면이 접촉하기에 이른다. 한편, 조정 링(77, 87)의 밸브 본체(6)에 대한 조임량을 감소시킨 경우에는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)가 밸브 본체(6)의 밸브시트(8)의 내주면으로부터 돌출되는 길이가 감소하고, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)이 증가한다.
본 실시형태에서는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)이 10㎛ 미만으로 설정된다. 단, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)와 밸브축(34)의 외주면의 간극(G1)은 이 값에 한정되는 것은 아니며, 상기 값보다 작은 값, 예를 들면 간극(G1)=0㎛(접촉 상태)이어도 되고, 10㎛ 이상으로 설정해도 된다.
삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 플랜지 부재(10, 19)를 통해 유체가 도시하지 않은 배관을 통해 유입되고, 제3 플랜지 부재(27)를 통해 유체가 도시하지 않은 배관을 통해 유출된다. 또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 예를 들면, 동작을 개시하기 전의 초기 상태에서, 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)함과 동시에 제2 밸브포트(18)를 개방(완전 열림)한 상태가 된다.
삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 11에 나타내는 바와 같이, 엑추에이터부(3)에 마련된 도시하지 않은 스테핑 모터를 소정량만큼 회전 구동시키면, 스테핑 모터의 회전량에 따라 도시하지 않은 회전축이 회전 구동된다. 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 회전축이 회전 구동되면, 상기 회전축에 연결 고정된 밸브축(34)이 회전축의 회전량(회전각)과 동일한 각도만큼 회전한다. 밸브축(34)의 회전에 따라 밸브 동작부(45)가 밸브시트(8)의 내부에서 회전하고, 도 23(a)에 나타내는 바와 같이, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 일단부(45a)가 제1 밸브포트(9)를 서서히 개방하여, 제1 하우징 부재(10)로부터 제1 유입구(7)를 통해 밸브시트(8)의 내부에 유입됨과 함께, 유출구(26)로부터 유출된다.
이 때, 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 타단부(他端部)(45b)는 도 23(a)에 나타내는 바와 같이, 제2 밸브포트(18)를 개방하고 있기 때문에, 제1 및 제2 유입구(7, 18)로부터 유입된 유체가 밸브시트(8)의 내부에 유입되어 밸브축(34)의 회전량에 따라 분배됨과 함께, 제3 하우징 부재(31)로부터 유출구(26)를 통해 외부에 유출된다.
삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 23(a)에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)이 회전 구동되어 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 일단부(45a)가 제1 밸브포트(9)를 서서히 개방하면, 밸브시트(8) 및 밸브축(34)의 내부를 통해 유체가 유출구(26)를 통해 외부에 공급된다.
또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브 동작부(45)의 둘레방향을 따른 양 단부(45a, 45b)가 절단면이 곡면 형상 또는 절단면이 평면 형상으로 형성되어 있기 때문에, 밸브축(34)의 회전 각도에 대하여 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)의 개구 면적을 리니어(직선 형상)로 변화시키는 것이 가능해진다. 또한, 밸브 동작부(45)의 양 단부(45a, 45b)에 의해 유량이 규제되는 유체가 층류에 가까운 상태로 유동된다고 생각되고, 제1 밸브포트(9) 및 제2 밸브포트(18)의 개구 면적에 따라 유체의 혼합비(유량)를 정밀도 높게 제어할 수 있다.
본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 상술한 바와 같이, 초기적으로 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)함과 동시에 제2 밸브포트(18)를 개방(완전 열림)한 상태가 된다.
이 때, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)하면, 이상적으로는 유체의 유량이 제로가 될 것이다.
그러나 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 밸브축(34)이 밸브시트(8)의 내주면에 대하여 금속끼리의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 비접촉 상태가 되도록 회전이 자유롭게 배치되어 있다. 그 결과, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에는 미소한 간극(G2)이 형성되어 있다. 그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제1 밸브포트(9)를 폐색(완전 닫힘)한 경우이어도 유체의 유량이 제로가 되지 않고, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 존재하는 미소한 간극(G2)을 통해 유체가 소량이지만 제2 밸브포트(18) 측으로 흘러 들어가려고 한다.
한편, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 도 18에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에 오목부(74, 84)가 마련되어 있고, 상기 오목부(74, 84)가 밸브시트(8)의 내주면으로부터 밸브축(34) 측으로 돌출되어, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이의 간극(G1)을 부분적으로 축소하고 있다.
따라서, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)이 밸브시트(8)의 내주면에 대하여 금속끼리의 갉음을 방지하기 위해, 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 비접촉 상태가 되도록 회전이 자유롭게 배치되어 있어도 유체가 제1 밸브포트(9)로부터 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 존재하는 미소한 간극(G2)으로 흘러 들어가는 것이 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면의 간극이 부분적으로 축소된 영역인 간극(G1)에 의해 대폭적으로 제한되어 억제된다.
그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 밸브축(34)과 상기 밸브축(34)과 대향하는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 간극을 부분적으로 축소하도록 마련된 오목부(74, 84)를 구비하지 않은 삼방 밸브형 모터 밸브와 비교하여, 상기 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 완전 닫힘 시에서의 유체의 누설을 대폭적으로 억제하는 것이 가능해진다.
바람직하게는 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 오목부(74, 84)를 밸브축(34)의 외주면과 접촉시킴으로써, 간극(G1, G2)을 대폭적으로 축소할 수 있고, 상기 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 완전 닫힘 시에서의 유체의 누설이 대폭적으로 억제된다.
또한 마찬가지로, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 밸브 동작부(45)가 제2 밸브포트(18)를 폐색(완전 닫힘)으로 한 경우에도 유체가 제2 밸브포트(18)를 통해 다른 쪽의 제1 밸브포트(9) 측으로 누설되어 유출되는 것을 대폭적으로 억제할 수 있다.
더욱이, 본 실시형태에서는 도 11에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 밸브축(34)과 반대 측의 면(70a, 80a)에 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 유체의 압력을 작용시키는 제1 및 제2 압력 작용부(94, 96)가 마련되어 있다. 그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 도 21(a)에 나타내는 바와 같이, 열림 정도 0% 즉 제1 밸브포트(9)가 완전 닫힘의 부근, 및 열림 정도 100% 즉 제1 밸브포트(9)가 완전 열림의 부근에서 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)가 완전 닫힘에 가까워지면, 상기 제1 및 제2 밸브포트(9, 18)로부터 유출되는 유체의 양이 대폭적으로 감소한다. 이에 따라, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 완전 닫힘 상태에 근접하는 밸브포트에서는 유출되는 유체의 압력이 저하된다. 그 때문에, 예를 들면 열림 정도 0% 즉 제1 밸브포트(9)가 완전 닫힘일 때, 유입구(26)로부터 압력 700㎪ 정도의 유체가 유입되고, 대략 700㎪인채로 제2 밸브포트(18)로부터 유출된다. 이 때, 완전 닫힘에 가까운 상태인 제1 밸브포트(9) 측은 출구 측의 압력이 예를 들면 100㎪ 정도까지 저하된다. 그 결과, 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이에 600㎪ 정도의 압력 차가 생긴다.
따라서, 대책을 강구하지 않은 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이의 압력 차에 의해 밸브축(34)이 상대적으로 압력이 낮은 제1 밸브포트(9) 측에 이동(변위)하고, 밸브축(34)이 베어링(41)에 불균형 접촉한 상태가 된다. 그 때문에, 밸브축(34)을 닫는 방향으로 회전 구동할 때의 구동 토크가 증대되어, 동작 불량을 발생시킬 우려가 있다.
이에 반해, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 도 25에 나타내는 바와 같이, 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)의 밸브축(34)과 반대 측의 면에 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면 사이에 미소한 간극을 통해 누설되는 유체의 압력을 제1 및 제2 밸브시트(70, 80)에 작용시키는 제1 및 제2 압력 작용부(94, 96)가 마련되어 있다. 그 때문에, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이의 압력 차가 생기는 경우이어도, 상대적으로 압력이 높은 측의 유체의 압력이 밸브축(34)의 외주면과 밸브시트(8)의 내주면의 미소한 간극을 통해 제1 및 제2 압력 작용부(94, 96)에 작용한다. 그 결과, 상대적으로 100㎪ 정도로 압력이 낮은 측의 제1 밸브시트(70)는 상기 제1 압력 작용부(94)에 작용하는 상대적으로 압력이 100㎪ 정도로 높은 측의 유체의 압력에 의해, 밸브축(34)을 적정한 위치로 되돌리도록 작용한다. 따라서, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제2 밸브포트(18)와 제1 밸브포트(9) 사이의 압력 차에 의해 밸브축(34)이 상대적으로 압력이 낮은 제1 밸브포트(9) 측으로 이동(변위)하는 것을 방지 내지 억제하고, 밸브축(34)이 베어링(41)에 의해 매끄럽게 지지된 상태를 유지할 수 있으며, 밸브축(34)을 닫는 방향으로 회전 구동할 때의 구동 토크가 증대되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 삼방 밸브형 모터 밸브(1)에서는 제1 밸브포트(9)가 완전 열림의 부근, 즉 제2 밸브포트(18)가 완전 닫힘 상태에 가까울 때에도 마찬가지로 동작하고, 밸브축(34)을 회전 구동할 때의 구동 토크가 증대되는 것을 방지 내지 억제할 수 있다.
도 26은 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 밸브축(34)의 열림 정도에 대한 제1 및 제2 유입구로부터 유입되는 유체, 그리고 유출구로부터 유출되는 유체의 유량계수의 측정값을 나타내는 그래프이다. 동(同)도면 (a)는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 혼합용의 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)로 사용한 경우의 특성을, 동도면 (b)는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 분배용의 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)로 사용한 경우의 특성을 각각 나타내고 있다. 또한, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 분배용의 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)로 사용하는 경우는 유출구가 유입구가 되고, 제1 및 제2 유입구가 제1 및 제2 유출구가 된다. 한편, 도 26에서 제1 및 제2 유입구(7, 18)로부터 유입되는 유체의 압력은 동일한 값으로 설정하고 있다.
한편, 상기와 같이 구성되는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 유량계수(Cv)의 값이 다음 관계식에 의해 구해진다. 여기서, V는 유체의 유량(ℓ/min), G는 유체의 비중(물은 1), ΔP는 차압(㎪)을 각각 나타내고 있다.
Figure pct00001
삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 혼합용의 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)로 이용하는 경우, 차압 ΔP는 제1 유입구(7)의 압력과 유출구(26)의 압력의 차, 및 제2 유입구(18)의 압력과 유출구(26)의 압력의 차를 나타내고 있다. 그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 유량계수(Cv)의 값은 제1 유입구(7) 및 제2 유입구(18) 사이에서 압력 차가 있는 경우와 없는 경우가 다르다.
삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 유량이 대략 동일한 경우, 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 압력을 대략 동일하다고 간주할 수 있다. 그러나 삼방 밸브형 모터 밸브(1)의 밸브축(34)의 열림 정도가 50%로부터 벗어나면, 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 유량이 다르고, 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 압력을 대략 동일하다고 간주할 수 없게 된다. 그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)에 압력 차가 생겨 유량계수(Cv)값의 특성이 변화된다. 그 때문에, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)는 밸브축(34)의 열림 정도에 따라 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 압력이 다르고, 유량계수(Cv)의 값이 도 26으로부터 벗어나게 된다. 따라서, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 예를 들면 혼합용의 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)로 이용한 경우에는 밸브축(34)의 열림 정도에 따라 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 압력이 다르고, 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 도 26에 나타내는 유량계수(Cv)의 값과 다르다.
본 발명자의 연구에 의하면, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 통과하는 유량은 상술한 바와 같이, 유량계수(Cv)값에 의존하지만, 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 압력이 다른 경우에는 유량계수(Cv)값이 변화되고, 목표로 하는 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비를 얻을 수 없게 되는 것이 분명해진다.
따라서, 본 실시형태에서는 도 8에 나타내는 바와 같이, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 혼합용의 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)로 이용하는 경우, 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)의 밸브축(34)의 열림 정도에 따라 제1 유입구(7) 및 제2 유입구(18)로부터 유입되는 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 유량이 다르고, 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 압력이 다른 경우라도 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 의해 혼합되는 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비를 원하는 값에 가깝게 하는 것이 가능해지도록 구성되어 있다.
추가로 설명하면, 본 실시형태에서는 도 27에 나타내는 바와 같이, 삼방 밸브형 모터 밸브(1)로 이루어지는 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)의 밸브축(34)의 열림 정도에 따라, 동일하게 삼방 밸브형 모터 밸브(1)로 이루어지는 제3 및 제4 유량제어용 삼방 밸브(112, 116) 중 적어도 한쪽 밸브축(34)의 열림 정도를 독립적으로 제어하도록 구성되어 있다.
즉, 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)는 도 27에 나타내는 바와 같이, 기본적으로 예를 들면, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서의 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 4:6인 경우, 고온 측 유체 공급부(102)에 제2 바이패스 배관(114)을 통해 환류하는 고온 측 유체와, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 4:6으로 제어한다.
이에 반해, 본 실시형태에서는 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)는 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서의 고온 측 유체와 저온 측 유체의 혼합비가 6:4인 경우이어도, 고온 측 유체 공급부(102)에 제2 바이패스 배관(114)을 통해 환류하는 고온 측 유체와, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 4:6으로 제어하는 것이 아닌, 본선 측인 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 감소시키는 방향으로 제어하고, 예를 들면 5:5로 제어하도록 구성하고 있다.
마찬가지로, 본 실시형태에서는 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)는 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서의 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 4:6인 경우이어도, 고온 측 유체 공급부(102)에 제2 바이패스 배관(114)을 통해 환류하는 고온 측 유체와, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 6:4로 제어하는 것이 아닌, 본선 측인 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 고온 측 유체 공급부(102)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 감소시키는 방향으로 제어하고, 예를 들면 7:3으로 제어하도록 구성하고 있다.
이렇게 함으로써, 본 실시형태에서는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 혼합용의 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)로 이용하는 경우에 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)의 밸브몸체의 열림 정도에 따라 제1 유입구(7) 및 제2 유입구(18)로부터 유입되는 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 유량이 다르고, 제1 유입구(7)와 제2 유입구(18)의 압력이 다른 경우이어도, 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)의 밸브축(34)의 열림 정도를 본래의 4:6이 아닌, 5:5가 되도록 제4 유량제어용 삼방 밸브(116)의 바이패스 측에 흐르는 유체의 유량을 상대적으로 증가시켜 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 고온 측 유체의 유량 비율을 감소시킴으로써, 결과적으로 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 고온 측 유체의 압력을 증가시키고, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 고온 측 유체의 유량을 확보하고 있다.
마찬가지로, 본 실시형태에서는 제3 유량제어용 삼방 밸브(112)는 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에서의 저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비가 4:6인 경우이어도, 저온 측 유체 공급부(101)에 제1 바이패스 배관(110)을 통해 환류하는 저온 측 유체와, 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 저온 측 유체 공급부(101)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 6:4로 제어하는 것이 아닌, 본선 측인 제2 유량제어용 삼방 밸브(108)에 의해 저온 측 유체 공급부(101)에 분배되는 온도제어용 유체의 비율(유량비)을 감소시키는 방향으로 제어하고, 예를 들면 7:3으로 제어함으로써, 결과적으로 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 저온 측 유체의 압력을 증가시키고, 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)에 공급하는 저온 측 유체의 유량을 확보하고 있다.
그 때문에, 칠러 장치(100)에서는 삼방 밸브형 모터 밸브(1)를 혼합용의 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)로 이용하는 경우, 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브(103)의 밸브몸체의 열림 정도에 따라 제1 유입구(7) 및 제2 유입구(18)로부터 유입되는 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 압력이 다르고, 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 유량이 소정의 유량계수(Cv)값으로부터 변화되는 일이 있어도, 제3 및 제4 유량제어용 삼방 밸브(112, 116)의 밸브축(34)의 열림 정도를 본래의 값으로부터 변화시킴으로써, 제1 유입구(7) 및 제2 유입구(18)로부터 유입되는 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 압력을 확보하고, 원하는 저온 측 유체 및 고온 측 유체의 혼합비가 얻어지며, 온도제어 대상의 온도를 정밀도 높게 제어하는 것이 가능해진다.
저온 측 유체와 고온 측 유체의 혼합비를 높은 정밀도로 제어할 수 있고, 온도제어 대상의 제어 온도를 복수 단계에 걸쳐 제어하는 것이 가능해진다.
100: 온도제어 장치
101: 저온 측 유체공급부
102: 고온 측 유체공급부
103: 제1 유량제어용 삼방 밸브
105: 온도조절 대상 장치
108: 제2 유량제어용 삼방 밸브
112: 제3 유량제어용 삼방 밸브
116: 제4 유량제어용 삼방 밸브

Claims (6)

  1. 저온 측의 미리 정해진 제1 온도로 조정된 저온 측 유체를 공급하는 제1 공급 수단과,
    고온 측의 미리 정해진 제2 온도로 조정된 고온 측 유체를 공급하는 제2 공급 수단과,
    상기 제1 공급 수단으로부터 공급되는 상기 저온 측 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 공급되는 상기 고온 측 유체의 유량을 제어하면서 혼합하고 온도제어용 유체로서 온도제어 대상에 공급하는 제1 유량제어용 삼방 밸브와,
    상기 온도제어 대상을 유통한 상기 온도제어용 유체를 상기 제1 공급 수단과 상기 제2 공급 수단에 유량을 제어하면서 분배하는 제2 유량제어용 삼방 밸브와,
    상기 온도제어 대상을 유통하여 상기 제2 유량제어용 삼방 밸브에 의해 상기 제1 공급 수단에 분배되는 상기 온도제어용 유체와 상기 제1 공급 수단으로부터 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브에 공급되지 않고 상기 제1 공급 수단에 환류하는 상기 저온 측 유체의 유량을 제어하는 제3 유량제어용 삼방 밸브와,
    상기 온도제어 대상을 유통하여 상기 제2 유량제어용 삼방 밸브에 의해 상기 제2 공급 수단에 분배되는 상기 온도제어용 유체와 상기 제2 공급 수단으로부터 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브에 공급되지 않고 상기 제2 공급 수단에 환류하는 고온 측 유체의 유량을 제어하는 제4 유량제어용 삼방 밸브를 구비하는, 온도제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공급 수단은,
    상기 제1 공급 수단에 환류하는 상기 온도제어용 유체를 냉각하는 제1 냉각 수단과,
    상기 제1 냉각 수단에 의해 냉각된 상기 온도제어용 유체를 보조적으로 가열하여 상기 저온 측 유체로서 공급하는 제1 가열 수단과,
    상기 제1 가열 수단에 의해 보조 가열된 상기 저온 측 유체를 저장하는 제1 저장 탱크를 구비하는, 온도제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 공급 수단은,
    상기 제2 공급 수단에 환류하는 상기 온도제어용 유체를 냉각하는 제2 냉각 수단과,
    상기 제2 냉각 수단에 의해 냉각된 상기 온도제어용 유체를 보조적으로 가열하여 상기 고온 측 유체로서 공급하는 제2 가열 수단과,
    상기 제2 가열 수단에 의해 보조 가열된 상기 고온 측 유체를 저장하는 제2 저장 탱크를 구비하는, 온도제어 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제3 및 제4 유량제어용 삼방 밸브는 상기 제1 유량제어용 삼방 밸브의 혼합비에 따라 상기 제1 및 제2 공급 수단으로부터 상기 제1 및 제2 공급 수단으로 귀환시키는 상기 저온 측 유체 및 상기 고온 측 유체의 비율을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 온도제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 유량제어용 삼방 밸브는,
    상기 온도제어용 유로를 유통한 온도제어용 유체가 유입되는 유입구와 상기 온도제어용 유체 중 상기 제1 공급 수단에 분배하는 상기 온도제어용 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 상기 온도제어용 유체 중 상기 제2 공급 수단에 분배하는 상기 온도제어용 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성된 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트(valve seat)를 가지는 밸브 본체와,
    상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태로부터 닫힘 상태로 전환하도록 상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 미리 정해진 중심각을 가지는 반원통 형상으로 형성되면서 둘레방향을 따른 양 단면(端面)이 곡면 형상 또는 평면 형상으로 형성된 밸브몸체(valve body)와,
    상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 가지는 것을 특징으로 하는, 온도제어 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 내지 제4 유량제어용 삼방 밸브는,
    유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제1 밸브포트와 상기 유체가 유출되고 절단면이 직사각형상인 제2 밸브포트가 형성된 원기둥 형상의 빈 공간으로 이루어지는 밸브시트를 가지는 밸브 본체와,
    상기 밸브 본체에 장착되어 상기 제1 및 제2 밸브포트를 각각 형성하는 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재와,
    상기 밸브 본체의 밸브시트 내에 회전이 자유롭게 배치되고, 상기 제1 밸브포트를 닫힘 상태로부터 열림 상태로 전환함과 동시에 상기 제2 밸브포트를 열림 상태로부터 닫힘 상태로 전환하는 개구부가 형성된 원통 형상의 밸브몸체와,
    상기 밸브몸체와 상기 밸브시트의 간극으로부터 누설된 상기 유체의 압력을 상기 제1 및 제2 밸브포트 형성 부재에 작용시키고, 상기 밸브몸체가 상기 제1 및 제2 밸브포트를 개폐할 때에 상기 밸브몸체의 위치가 변동되는 것을 억제하는 압력 작용부와,
    상기 밸브몸체를 회전 구동하는 구동 수단을 가지는 것을 특징으로 하는, 온도제어 장치.
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