KR20200112711A - 유체 제어 밸브 - Google Patents

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KR20200112711A
KR20200112711A KR1020200033201A KR20200033201A KR20200112711A KR 20200112711 A KR20200112711 A KR 20200112711A KR 1020200033201 A KR1020200033201 A KR 1020200033201A KR 20200033201 A KR20200033201 A KR 20200033201A KR 20200112711 A KR20200112711 A KR 20200112711A
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valve
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fluid
tightening
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KR1020200033201A
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요시타다 도이
유즈루 오키타
요지 니이미
히로후미 우에다
츠구미치 후지와라
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

유체 제어 밸브(10)에서는, 실린더실(14)의 피스톤(18)보다 슬라이딩 방향의 일방향 측에 제1 파일럿실(64)이 설치된다. 제1 파일럿실(64)의 내벽에는, 유체를 공급 및 배출 가능한 제1 파일럿 포트(84)의 개구(86)가 설치된다. 피스톤(18)이 밸브개방 위치에 있을 때 제1 파일럿실(64)에는 유체가 수용되며, 이 유체는, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치를 향하여 변위할 때, 개구(86)를 통하여 배출된다. 피스톤(18) 및 밸브 바디(16) 중 적어도 하나에는, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 밸브폐쇄 위치 측으로 변위하기 시작한 후, 개구(86)의 면적보다 작은 유로 단면적을 가지는 조임 유로(104)를 피스톤(18)과 밸브 바디(16)와의 사이에 형성하는 조임부(70)가 설치된다.

Description

유체 제어 밸브 {FLUID CONTROL VALVE}
본 발명은, 조작용 유체를 이용하여 밸브체를 밸브 시트에 대해 이격 또는 착좌시키는 유체 제어 밸브에 관한 것이다.
피(被)제어 유체의 유로에 설치된 밸브 시트에 대해서, 조작용 유체를 이용하여 밸브체를 이격 또는 착좌시킴으로써, 유로 내의 피제어 유체의 유동을 제어하는 유체 제어 밸브가 알려져 있다. 이런 종류의 유체 제어 밸브를, 예를 들어, 피제어 유체에 높은 청정도가 요구되는 반도체의 제조 등의 용도로 이용하는 경우, 유로 내로의 파티클의 혼입을 회피하는 것이 중요하게 된다. 파티클의 일례로서는, 밸브체가 밸브 시트에 착좌할 때의 충격에 의해, 밸브체나 밸브 시트 등으로부터 박리된 박리편을 들 수 있다.
따라서, 상기의 박리편이 발생하는 것 등을 회피할 수 있도록, 예를 들어, 일본특허 제3701367호 공보에는, 밸브체가 밸브 시트에 착좌할 때의 충격을 저감시킬 수 있는 유체 제어 밸브가 제안되어 있다. 이 유체 제어 밸브는, 실린더실 및 댐퍼 부재가 설치된 밸브 바디와 실린더실 내를 슬라이딩하는 피스톤을 갖는다. 피스톤은, 수압면을 가지며, 이 수압면에 조작용 유체 등의 압력에 따른 작동압력이 가해짐으로써, 밸브체와 일체로 변위하여, 밸브체를 밸브 시트에 대해 이격 또는 착좌시킨다.
밸브 바디에 설치된 댐퍼 부재는, 피스톤에 맞닿아 완충 기능을 발휘한다. 상기와 같이 하여 피스톤을 변위시켜 밸브체를 밸브 시트에 접근시킬 때, 밸브체가 밸브 시트에 착좌하기 전에 피스톤과 댐퍼 부재가 맞닿는다. 그리고, 피스톤이 댐퍼 부재를 탄성변형 시키면서 더 변위함으로써 밸브체가 밸브 시트에 착좌한다. 이와 같이, 댐퍼 부재의 탄성력에 대항하여 피스톤이 변위하는 만큼, 밸브체가 느린 속도로 이동하여 밸브 시트에 착좌한다. 이 때문에, 예를 들어, 댐퍼 부재를 개재시키지 않고 피스톤을 변위시키는 경우에 비해 착좌시의 충격을 저감시킬 수 있다. 그 결과, 박리편의 발생 등을 억제하는 것이 가능해진다.
그렇지만, 상기와 같이, 댐퍼 부재의 탄성력에 대항하여 피스톤을 변위시키는 경우, 댐퍼 부재의 탄성력만큼, 밸브체를 밸브 시트에 착좌시키기 위해서 필요한 작동압력이 증가되어 버린다. 이것에 수반하여 수압면의 면적도 증대시킬 필요가 생기기 때문에, 피스톤이나 실린더실 등이 커지게 되고, 나아가서는, 유체 제어 밸브가 대형화될 우려가 있다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 대형화를 억제하면서, 밸브체가 밸브 시트에 착좌할 때의 충격을 저감시키는 것이 가능한 유체 제어 밸브를 제공한다.
본 발명의 일 태양은, 피제어 유체의 유로 및 실린더실이 설치된 밸브 바디와, 작동압력을 받아 상기 실린더실 내를 슬라이딩 방향을 따라 슬라이딩하는 피스톤과, 상기 피스톤과 일체로 변위함으로써 상기 유로에 설치된 밸브 시트에 대해 이격 또는 착좌하여 상기 유로를 개폐하는 밸브체를 구비하는 유체 제어 밸브로서, 상기 실린더실의 상기 피스톤보다 상기 슬라이딩 방향의 일방향 측에 파일럿실이 설치되고, 상기 파일럿실의 내벽에는, 상기 파일럿실에 유체를 공급 및 배출 가능한 포트의 개구가 설치되고, 상기 피스톤이 상기 밸브체를 상기 밸브 시트로부터 이격시키는 밸브개방 위치에 있을 때, 상기 파일럿실에는 상기 유체가 수용되고, 상기 파일럿실 내의 상기 유체는, 상기 피스톤이 상기 밸브체를 상기 밸브 시트에 착좌시키는 밸브폐쇄 위치를 향하여 변위할 때, 상기 개구를 통하여 상기 포트로 배출되고, 상기 피스톤 및 상기 밸브 바디 중 적어도 하나에는, 상기 피스톤이 상기 밸브개방 위치로부터 상기 밸브폐쇄 위치 측으로 변위하기 시작한 후, 상기 개구의 면적보다 작은 유로 단면적을 가지는 조임 유로를 상기 피스톤과 상기 밸브 바디와의 사이에 형성하는 조임부가 설치된다.
이 유체 제어 밸브로는, 피스톤에 대해서, 밸브폐쇄 위치 측을 향하는 밸브폐쇄측 작동압력과, 밸브개방 위치 측을 향하는 밸브개방측 작동압력을 부여하는 것이 가능하게 된다. 밸브개방 위치에 있는 피스톤에 대해서 밸브개방측 작동압력보다 큰 밸브폐쇄측 작동압력이 부여되면, 파일럿실 내의 유체를 개구로부터 포트로 배출하면서 피스톤이 밸브폐쇄 위치 측으로 변위한다. 여기서의 유체로서는, 피스톤을 밸브개방 위치로 변위시킬 수 있도록 파일럿실에 공급되어 있던 조작용 유체, 또는 피스톤이 밸브개방 위치에 있음으로써 파일럿실에 채워져 있던 대기 등을 들 수 있다. 이 때, 파일럿실로부터 포트로 배출되는 유체의 배출 유량을 저감시키면, 파일럿실의 내압이 상승하여, 밸브폐쇄측 작동압력의 크기에 대한 피스톤의 변위 속도가 작아진다.
조임부는, 피스톤이 밸브개방 위치로부터 밸브폐쇄 위치 측으로 변위하기 시작한 후에, 개구의 면적보다 작은 유로 단면적을 가지는 조임 유로를 피스톤과 밸브 바디와의 사이에 형성한다. 이 조임 유로를 통하여 개구의 외측에 유체가 배출된다. 이 때문에, 밸브 시트에 근접한 밸브체가 착좌하기 전의 단계에서, 파일럿실로부터 배출되는 유체의 배출 유량을 저감시켜, 밸브폐쇄측 작동압력의 크기에 대한 피스톤의 변위 속도를 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 저속으로 밸브체를 밸브 시트에 착좌시킬 수 있어, 밸브체가 밸브 시트에 착좌할 때의 충격을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
또, 조임부에 의해 조임 유로를 형성해도, 해당 조임 유로의 유로 단면적에 따른 유량으로 개구의 외측에 유체를 배출할 수 있다. 즉, 조임 유로를 형성함으로써 상승한 파일럿실의 내압은 곧 저하한다. 이 때문에, 밸브폐쇄측 작동압력을 크게 하지 않고도, 다시 말해서, 피스톤이나 실린더실의 직경을 크게 하지 않고도, 피스톤을 밸브폐쇄 위치까지 변위시킬 수 있다.
이상으로부터, 본 발명에 의하면, 유체 제어 밸브가 대형화하는 것을 억제하면서, 느린 속도로 밸브체를 밸브 시트에 착좌시켜 착좌시의 충격을 저감시킬 수 있다.
상기의 목적, 특징 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 이하의 실시형태의 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.
도 1은, 본 발명의 제1 실시형태에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
도 2는, 도 1의 유체 제어 밸브의 밸브개방시의 주요부 확대 단면도이다.
도 3은, 도 1의 유체 제어 밸브의 밸브폐쇄시의 주요부 확대 단면도이다.
도 4는, 도 1의 변형예에 따른 조임부를 설명하는 주요부 확대 단면도이다.
도 5는, 도 1의 다른 변형예에 따른 조임부의 탄성변형 전의 상태를 설명하는 주요부 확대 단면도이다.
도 6은, 도 5의 조임부의 탄성변형 후의 상태를 설명하는 주요부 확대 단면도이다.
도 7은, 도 5의 조임부가 설치된 피스톤의 사시도이다.
도 8은, 도 1의 변형예에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
도 9는, 도 1의 다른 변형예에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
도 11은, 도 10의 유체 제어 밸브의 밸브개방시의 주요부 개략 단면도이다.
도 12는, 도 11의 유체 제어 밸브의 피스톤이 밸브폐쇄 측에 가까워진 상태를 설명하는 설명도이다.
도 13은, 도 10의 유체 제어 밸브의 밸브폐쇄시의 주요부 개략 단면도이다.
도 14는, 도 10의 변형예에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
도 15는, 도 10의 다른 변형예에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
도 16은, 제2 실시형태의 또 다른 변형예에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
본 발명에 따른 유체 제어 밸브에 대해 바람직한 실시형태를 들어, 첨부의 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 도면에 대해, 동일 또는 유사한 기능 및 효과를 거둘 수 있는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고, 반복되는 설명을 생략하는 경우가 있다.
도 1 ~ 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(10)는, 예를 들어, 도시하지는 않았지만, 반도체 제조장치 등의 유체 관로에 배열설치되는 것으로서 바람직하게 적용 가능하다. 따라서, 이하에서는, 유체 제어 밸브(10)가, 반도체 제조장치의 유체 관로를 흐르는 약액 등을 피(被)제어 유체로 하여, 그 흐름을 제어하는 경우를 예로 들어 설명한다. 그렇지만, 유체 제어 밸브(10)는, 반도체 제조의 용도로 한정되지 않고, 여러 가지의 유체를 피제어 유체로 하여, 그 흐름을 제어하는 것이 가능하다.
도 1에 도시된 바와 같이, 유체 제어 밸브(10)는, 피제어 유체의 유로(12) 및 실린더실(14)이 설치된 밸브 바디(16)와, 실린더실(14) 내를 슬라이딩 방향(화살표 Y1, Y2방향)으로 슬라이딩하는 피스톤(18)과, 피스톤(18)과 일체로 변위함으로써 유로(12)에 설치된 밸브 시트(20)에 대해 이격 또는 착좌하여 유로(12)를 개폐하는 밸브체(22)와, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치를 향하여 가압하는 가압 부재(24)를 주로 구비한다. 즉, 이 유체 제어 밸브(10)는, 가압 부재(24)의 탄성반발력에 의해, 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 항상 착좌시키는 노멀 클로즈 타입이다.
밸브 바디(16)는, 예를 들어, 내식성이나 내약품성이 높은 재료로 형성되고, 바디 본체(26)와, 제1 하우징(28)과, 제2 하우징(30)을 갖는다. 바디 본체(26)의 바람직한 재료의 일례로서는, 퍼플루오로알콕시알칸(PFA), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 스테인리스강(SUS) 등을 들 수 있다. 제1 하우징(28) 및 제2 하우징(30)의 바람직한 재료의 일례로서는, 폴리불화비닐리덴(PVDF), PPS, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 바디 본체(26)는, 화살표 X2측 단부에 일차측 포트(34)가 설치되고, 화살표 X1측의 단부에 이차측 포트(32)가 설치되어, 이러한 일차측 포트(34) 및 이차측 포트(32)의 사이에 화살표 X1, X2방향을 따라 연장되는 유로(12)가 형성되어 있다. 또한, 일차측 포트(34) 및 이차측 포트(32) 각각은, 예를 들어, 상기의 반도체 제조장치의 유체 관로를 형성하는 유체관(미도시) 등에 너트(36)를 통하여 접속 가능하게 된다. 또, 유로(12)는, 일차측 포트(34) 측으로부터 이차측 포트(32) 측을 향해(화살표 X1방향으로) 피제어 유체를 유동 가능하게 할 수도 있고, 이차측 포트(32) 측으로부터 일차측 포트(34) 측을 향해(화살표 X2방향으로) 피제어 유체를 유동 가능하게 할 수도 있다.
바디 본체(26)의 유로(12)의 연장 방향의 대략 중앙에는, 해당 연장 방향과 직교하는 방향(화살표 Y1, Y2방향)을 따라 밸브실 형성부(38)가 설치되어 있다. 밸브실 형성부(38)의 내부에는, 유로(12)와 연통하는 밸브실(40)이 형성된다. 유로(12)는, 일차측 포트(34)와 밸브실(40)을 연통하는 일차측 유로(44)와, 이차측 포트(32)와 밸브실(40)을 연통하는 이차측 유로(42)로 이루어지고, 일차측 유로(44)의 밸브실(40)에 임하는 측의 단부에 밸브 시트(20)가 설치되어 있다.
이 때문에, 밸브체(22)가 밸브 시트(20)에 착좌함으로써, 일차측 포트(34)와 밸브실(40)과의 연통이 차단되고, 이것에 의해, 일차측 포트(34)와 이차측 포트(32)와의 연통이 차단된다. 한편, 밸브 시트(20)로부터 밸브체(22)가 이격됨으로써(도 2 참조), 일차측 포트(34)와 밸브실(40)이 연통하고, 해당 밸브실(40)을 통하여, 일차측 포트(34)와 이차측 포트(32)가 연통한다.
밸브실 형성부(38)의 화살표 Y1측의 단부에는, O링(46)을 통하여 기밀적으로 제1 하우징(28)이 연결된다. 또, 서로 연결된 밸브실 형성부(38)의 화살표 Y1측 단부와 제1 하우징(28)의 화살표 Y2측 단부와의 사이에는, 밸브체(22)를 포함하여 구성되는 다이어프램 밸브(48)의 외주연부(50)가 끼워져 지지된다.
다이어프램 밸브(48)는, 예를 들어, PTFE, 불화비닐리덴계 불소 고무(FKM), 테트라플루오로에틸렌프로필렌계 불소 고무(FEPM), 에틸렌프로필렌(EPDM) 등의 내식성이나 내약품성이 높은 재료로 형성된다. 또, 다이어프램 밸브(48)는, 상기의 외주연부(50) 및 밸브체(22) 외에, 외주연부(50)와 밸브체(22)와의 사이에 설치되고, 밸브체(22)의 변위에 맞춰 변형 가능한 얇은 부분(52)을 갖는다. 상기와 같이 하여 다이어프램 밸브(48)가 설치됨으로써, 밸브실(40)은, 얇은 부분(52)보다 화살표 Y1측, 및, 얇은 부분(52)보다 화살표 Y2측으로 액밀적으로 나눠진다. 이하에서는, 얇은 부분(52)보다 화살표 Y1측의 밸브실(40)의 공간을 다이어프램실(54)이라고도 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제1 하우징(28)은, 화살표 Y1, Y2방향으로 연장되는 통형상부(56)와, 통형상부(56)의 내벽으로부터 축심 측으로 돌출하는 플랜지부(58)를 갖는다. 통형상부(56)의 플랜지부(58)보다 화살표 Y2측의 부분과, 플랜지부(58)의 화살표 Y2측의 끝면은, 밸브실 형성부(38)와 함께 밸브실(40)을 형성한다. 통형상부(56)의 플랜지부(58)보다 화살표 Y1측의 부분과, 플랜지부(58)의 화살표 Y1측의 끝면은, 제2 하우징(30)과 함께 실린더실(14)을 형성한다.
실린더실(14)의 내부에는, 피스톤(18)의 피스톤 본체부(60)가 배열설치되고, 해당 피스톤 본체부(60)의 외주면과 통형상부(56)의 내벽면이 슬라이딩 가능하게 된다. 피스톤 본체부(60)의 외주면과 통형상부(56)의 내벽면과의 사이에는 O링(62)이 설치된다. 이것에 의해, 실린더실(14)은, 피스톤(18)의 O링(62)보다 슬라이딩 방향의 일측(화살표 Y2측)에 설치된 제1 파일럿실(64)(파일럿실)과, 타측(화살표 Y1측)에 설치된 제2 파일럿실(66)로 구획된다. 또한, 피스톤(18)의 바람직한 재료로서는, 예를 들어, 제1 하우징(28) 및 제2 하우징(30)과 동일한 것을 들 수 있다.
피스톤 본체부(60)의 화살표 Y2측에는, 제1 파일럿실(64)에 임하는 제1 수압면(68)이 설치되어 있다. 또, 피스톤 본체부(60)의 외주측에는, 제1 수압면(68)의 원주방향 일부로부터 화살표 Y2측으로 연장되는 조임부(70)가 설치되어 있다. 또한, 조임부(70)는, 제1 수압면(68)의 원주방향 전체로부터 화살표 Y2측으로 연장되는 링 형상일 수도 있다. 조임부(70)의 상세에 대해서는 후술한다. 피스톤 본체부(60)의 화살표 Y2측 단부로서 직경방향의 중심측에는, 슬라이딩 방향(화살표 Y1, Y2방향)으로 연장되는 로드부(72)가 피스톤 본체부(60)와 일체인 모재로부터 형성되고 있다.
로드부(72)는, 플랜지부(58)의 직경방향 중심 측에 설치된 로드 삽입구멍(74)에 슬라이딩 가능하게 삽입됨과 함께, 해당 로드부(72)의 선단이 밸브실(40) 내에 배치된다. 이 로드부(72)의 선단에 밸브체(22)가 고정됨으로써, 밸브체(22)는 피스톤(18)과 일체로 변위 가능하게 된다.
피스톤 본체부(60)의 화살표 Y1측에는, 제2 파일럿실(66)에 임하는 제2 수압면(76)이 설치되어 있다. 또, 피스톤 본체부(60)의 화살표 Y1측 단부로서, 직경방향의 중심측에는, 인디케이터(78)가 연결되어 있다.
제1 하우징(28)의 통형상부(56)에는, 다이어프램실(54)에 연통하는 호흡 포트(80)가 설치되어 있다. 호흡 포트(80)를 통해서, 다이어프램실(54)은, 대기 개방 상태로 되어 있다. 다이어프램실(54)은, 로드부(72)와 로드 삽입구멍(74)의 내벽과의 사이에 설치된 O링(82)을 통하여 실린더실(14)과의 연통이 차단되어 있다.
또, 통형상부(56)에는, 제1 파일럿실(64)에 연통하는 제1 파일럿 포트(84)(포트)가 설치되어 있다. 즉, 제1 파일럿실(64)의 내벽에는, 제1 파일럿 포트(84)의 개구(86)가 설치되어 있다. 제1 실시형태에서는, 플랜지부(58)의 화살표 Y1측에 수용 오목부(88)가 설치되어 있다. 이 수용 오목부(88)에는, 피스톤(18)이 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시키는 밸브폐쇄 위치에 있을 때, 조임부(70)가 진입한다. 제1 파일럿 포트(84)의 개구(86)는, 수용 오목부(88)의 내측에 임하도록 설치되어 있다.
통형상부(56)의 화살표 Y1측 단부에는, O링(90)을 통하여 기밀적으로 제2 하우징(30)이 연결된다. 구체적으로는, 제2 하우징(30)의 화살표 Y2측 단부에는, 통형상부(56)의 내경보다 작은 외경의 삽입통부(92)가 설치되고, 해당 삽입통부(92)가 통형상부(56)에 안쪽으로 끼워짐으로써 제1 하우징(28)과 제2 하우징(30)이 연결된다. 또, O링(90)은, 통형상부(56)의 내벽과 삽입통부(92)의 외벽과의 사이에 설치된다. 피스톤(18)이 화살표 Y1방향으로 변위할 때, 삽입통부(92)의 끝면(92a)과 피스톤 본체부(60)가 맞닿음으로써, 화살표 Y1방향에 대한 피스톤(18)의 그 이상의 변위가 규제된다.
제2 하우징(30)에는, 인디케이터(78)가 슬라이딩 가능하게 삽입되는 인디케이터 삽입구멍(96)과 SUS 등으로 이루어지는 스프링인 가압 부재(24)가 수용되는 수용홈(98)과, 제2 파일럿실(66)에 연통하는 제2 파일럿 포트(100)가 설치되어 있다.
인디케이터(78)는, 예를 들어, PVDF나, PP 등의 재료로 로드 형상으로 형성되고, 인디케이터 삽입구멍(96)의 내부를 화살표 Y1, Y2방향을 따라 피스톤(18)과 일체로 변위한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)이 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시키는 밸브폐쇄 위치에 있을 때, 예를 들어, 인디케이터(78)의 화살표 Y1측의 끝면(78a)과, 제2 하우징(30)의 화살표 Y1측의 끝면(30a)은 동일면으로 배치된다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)의 피스톤 본체부(60)와 삽입통부(92)의 끝면(92a)이 맞닿는 위치, 다시 말해서, 피스톤(18)이 밸브체(22)를 밸브 시트(20)로부터 이격시키는 밸브개방 위치에 있을 때, 인디케이터(78)의 끝면(78a)은, 제2 하우징(30)의 끝면(30a)보다 화살표 Y1측으로 돌출한다.
이 때문에, 인디케이터(78)의 끝면(78a)의 위치를 확인함으로써, 밸브 바디(16) 내에서 밸브체(22)가 밸브 시트(20)에 착좌하고 있는지 아닌지를 알 수 있게 된다. 인디케이터(78)와 인디케이터 삽입구멍(96)의 내벽과의 사이에는 O링(101)이 설치되고, 이것에 의해, 인디케이터 삽입구멍(96)을 통한 실린더실(14)과 외부와의 연통이 차단되어 있다. 또한, 상기한 O링(46, 62, 82, 90, 101) 각각의 바람직한 재료의 일례로서는, FEPM, FKM, EPDM 등을 들 수 있다.
수용홈(98)의 내부는 제2 파일럿실(66)에 연통한다. 수용홈(98)과 피스톤(18)의 제2 수압면(76)과의 사이에는, 가압 부재(24)가 압축된 상태로 배열설치된다. 이것에 의해, 피스톤(18)은, 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시키는 방향(화살표 Y2측)을 향해 항상 탄성적으로 가압된다. 즉, 가압 부재(24)의 탄성반발력이, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치 측에 향하게 하는 밸브폐쇄측 작동압력으로 된다.
이와 같이 노멀 클로즈 타입인 유체 제어 밸브(10)에서는, 제1 파일럿 포트(84)에, 조작용 유체의 공급원(미도시)이 접속된다. 또한, 조작용 유체의 일례로서는 압축공기나, 질소가스 등을 들 수 있다. 조작용 유체의 공급원으로부터 조작용 유체가 공급되고 있지 않은 상태에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가압 부재(24)에 의한 밸브폐쇄측 작동압력에 의해, 피스톤(18)은 밸브폐쇄 위치에 있다. 이 때문에, 밸브체(22)는 밸브 시트(20)에 착좌한 상태이며, 일차측 포트(34)(도 1)와 이차측 포트(32)(도 1)의 연통이 차단되어 있다.
조작용 유체의 공급원으로부터, 제1 파일럿 포트(84) 및 개구(86)를 통하여 제1 파일럿실(64)에 조작용 유체가 공급되면, 제1 파일럿실(64)의 내압이 상승한다. 이것에 의해, 제1 수압면(68)에는, 제1 파일럿실(64) 내의 조작용 유체의 압력에 따른 크기의, 피스톤(18)이 밸브개방 위치 측을 향하도록 하는 밸브개방측 작동압력이 부여된다. 밸브개방측 작동압력이, 가압 부재(24)의 탄성반발력(밸브폐쇄측 작동압력)을 넘어 커지면, 피스톤(18)이 밸브개방 위치를 향하여(화살표 Y1측에) 변위한다. 그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 밸브체(22)가 밸브 시트(20)로부터 이격되어, 일차측 포트(34)(도 1)와 이차측 포트(32)(도 1)가 연통한다.
즉, 피스톤(18)이 밸브개방 위치에 있는 경우, 제1 파일럿실(64)에는, 소정의 압력으로 조작용 유체(유체)가 수용된 상태이다. 조작용 유체의 공급원으로부터의 조작용 에어의 공급을 정지시키면, 제1 파일럿실(64) 내의 조작용 유체는, 개구(86)를 통하여 제1 파일럿 포트(84)의 외부로 배출되기 시작한다.
이것에 의해, 제1 파일럿실(64)의 내압이 저하하면, 제1 수압면(68)에 부여되는 밸브개방측 작동압력이 저하한다. 그리고, 가압 부재(24)를 통하여 제2 수압면(76)에 부여되어 있는 밸브폐쇄측 작동압력보다 밸브개방측 작동압력이 작아지면, 피스톤(18)은 밸브폐쇄 위치를 향하여(화살표 Y2측에) 변위한다. 이 때에도, 파일럿실 내의 조작용 유체는, 개구(86)를 통하여 제1 파일럿 포트(84)로 배출된다.
제2 파일럿 포트(100)는, 제2 파일럿실(66)을 대기 개방하는 호흡 포트로서 기능한다. 이 때문에, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치에 있을 때, 제2 파일럿실(66)에는, 제2 파일럿 포트(100)를 통하여 흡입된 대기가 수용되어 있다. 또한, 유체 제어 밸브(10)의 주변이 대기 이외의 유체로 채워져 있는 경우에는, 해당 유체가 제2 파일럿실(66)에 수용될 수도 있다. 제2 파일럿 포트(100)에는, 조작용 유체의 공급원 등을 접속할 필요가 없기 때문에, 해당 공급원과의 접속용 배관 등을 대신하여, 포트 플러그(102)를 부착시킬 수도 있다. 제2 파일럿 포트(100)의 개구는, 수용홈(98)의 내벽에 설치되어 있다.
여기서, 제1 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(10)에 있어서의 조임부(70)에 대해, 제1 파일럿 포트(84)의 개구(86)와의 관계에서 구체적으로 설명한다. 조임부(70)는, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 밸브폐쇄 위치 측으로 소정거리 변위하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 개구(86) 전체와 제1 파일럿실(64)의 내벽의 개구(86)의 주변부(103)를 덮는다. 이 때, 주변부(103)와 조임부(70) 사이에는, 개구(86)와 제1 파일럿실(64)을 연통함과 함께, 개구(86)의 면적보다 작은 유로 단면적의 조임 유로(104)가 형성된다.
이와 같이 하여 조임 유로(104)가 형성되면, 제1 파일럿실(64) 내의 조작용 유체는, 조임 유로(104)를 통하여 개구(86)의 외측으로 배출되게 된다. 또, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치에 도달한 후에도, 조임 유로(104)를 통하여, 제1 파일럿실(64)과 제1 파일럿 포트(84)가 연통한 상태로 유지된다. 게다가, 제1 파일럿 포트(84)에 공급되는 조작용 유체도, 조임 유로(104)를 통하여 제1 파일럿실(64) 내에 유입하게 된다.
또한, 도 1 ~ 도 3에 도시된 바와 같이, 조임부(70)는, 피스톤(18)과 일체인 모재로부터 형성될 수도 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)과는 별개로 형성된 후에, 피스톤 본체부(60)에 일체화됨으로써 피스톤(18)을 구성하는 것으로 할 수도 있다. 조임부(70)와 피스톤(18)이 별개로 이루어지는 경우, 조임부(70)의 바람직한 재료의 일례로서는, 피스톤(18)과 동일한 수지 재료나, FEPM, FKM, EPDM, 니트릴 고무(NBR), 실리콘 고무 등의 고무 재료나, 폴리우레탄 엘라스토머, 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머(TEEE) 등의 엘라스토머 재료 등을 들 수 있다.
제1 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(10)는, 기본적으로는 이상과 같이 구성된다. 이 유체 제어 밸브(10)를 동작시키는 경우, 도시하지 않았지만, 일차측 포트(34) 및 이차측 포트(32) 각각을, 너트(36)를 통하여, 상기의 반도체 제조장치의 유체관에 접속함으로써, 유체 관로에 유체 제어 밸브(10)의 유로(12)를 장착시킨다. 또, 제1 파일럿 포트(84)에 조작용 유체의 공급원을 접속한다.
또한, 유체 관로의 상류 측에 일차측 포트(34)를 접속하고, 또한 유체 관로의 하류 측에 이차측 포트(32)를 접속한 경우, 유로(12)에 대해서 일차측 포트(34) 측으로부터 이차측 포트(32) 측(화살표 X1방향)을 향해 피제어 유체가 유동 가능하게 된다. 한편, 유체 관로의 하류 측에 일차측 포트(34)를 접속하고, 유체 관로의 상류 측에 이차측 포트(32)를 접속한 경우, 유로(12)에 대해서 이차측 포트(32) 측으로부터 일차측 포트(34) 측(화살표 X2방향)을 향해 피제어 유체가 유동 가능하게 된다.
유체 제어 밸브(10)에 의해, 유로(12)를 폐쇄 상태(도 3)로부터 개방 상태(도 2)로 하여, 유체 관로에 피제어 유체를 유동시키는 제어를 행하는 경우, 제1 파일럿 포트(84) 및 개구(86)를 통하여 제1 파일럿실(64)에 조작용 유체를 공급한다. 이와 같이 하여 제1 파일럿실(64)의 내압을 상승시키고, 밸브개방측 작동압력을 밸브폐쇄측 작동압력보다 크게 함으로써, 피스톤(18)을 밸브개방 위치 측으로 변위시킬 수 있다. 이것에 수반하여, 밸브체(22)가 밸브 시트(20)로부터 이격되기 때문에, 서로 연통하는 일차측 포트(34)와 이차측 포트(32), 즉, 개방 상태로 된 유로(12)를 통하여, 유체 관로에 피제어 유체를 유동시키는 것이 가능해진다.
유체 제어 밸브(10)에 의해, 유로(12)를 개방 상태(도 2)로부터 폐쇄 상태(도 3)로 하여, 유체 관로 내의 피제어 유체의 유동을 정지하는 제어를 행하는 경우, 제1 파일럿 포트(84)에 대한 조작용 유체의 공급을 정지한다. 이것에 의해, 제1 파일럿실(64) 내의 조작용 유체가 개구(86)를 통하여 제1 파일럿 포트(84)에 배출되고, 제1 파일럿실(64)의 내압이 저하한다.
이 때문에, 밸브개방측 작동압력이 밸브폐쇄측 작동압력보다 작아져, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치 측으로 변위시킬 수 있다. 이것에 수반하여, 밸브체(22)가 밸브 시트(20)에 착좌됨으로써, 일차측 포트(34)와 이차측 포트(32)와의 연통이 차단되고, 유로(12)가 폐쇄 상태가 되기 때문에, 유체 관로에 있어서의 피제어 유체의 유동을 정지시키는 것이 가능해진다.
유체 제어 밸브(10)에서는, 상기와 같이 하여 유로(12)를 개방 상태로부터 폐쇄 상태로 할 때, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 소정거리 변위하여 밸브폐쇄 위치에 가까워지면, 도 3에 도시된 바와 같이, 조임부(70)가 수용 오목부(88)에 진입한다. 이것에 의해, 조임부(70)는, 수용 오목부(88)의 내측에 임하도록 설치된 개구(86)와 주변부(103)를 덮음으로써, 조임 유로(104)를 형성한다.
이 경우, 조임 유로(104)를 통하여 개구(86)의 외측으로 조작용 유체가 배출되게 되기 때문에, 제1 파일럿실(64)로부터 제1 파일럿 포트(84)로 배출되는 조작용 유체의 배출 유량이 저감된다. 이와 같이 하여 제1 파일럿실(64)의 내압을 상승시킴으로써, 밸브폐쇄측 작동압력의 크기에 대한 피스톤(18)의 변위 속도를 작게 할 수 있다.
즉, 유체 제어 밸브(10)에서는, 밸브 시트(20)에 근접한 밸브체(22)가 착좌되기 전의 단계에서, 제1 파일럿실(64)로부터 배출되는 조작용 유체의 배출 유량을 저감시켜, 피스톤(18)의 변위 속도를 작게 한다. 이것에 의해, 저속으로 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시킬 수 있어, 밸브체(22)가 밸브 시트(20)에 착좌할 때의 충격을 저감시킬 수 있다.
또, 조임부(70)에 의해 조임 유로(104)를 형성하여도, 해당 조임 유로(104)의 유로 단면적에 따른 유량으로 개구(86)의 외측에 조작용 유체를 배출할 수 있다. 즉, 조임 유로(104)를 형성함으로써 상승한 제1 파일럿실(64)의 내압은 곧 저하한다. 이 때문에, 밸브폐쇄측 작동압력을 크게 하지 않고, 다시 말해서, 피스톤(18)이나 실린더실(14)의 직경 등을 크게 하지 않고, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치까지 변위시킬 수 있다.
이상으로부터, 유체 제어 밸브(10)가 대형화하는 것을 억제하면서, 느린 속도로 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시켜 착좌시의 충격을 저감시킬 수 있다.
상기와 같이 하여 착좌시의 충격을 저감시킬 수 있는 것에 의해, 밸브체(22)나 밸브 시트(20) 등으로부터 박리편(미도시)이 생기는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 박리편이 유로(12)에 혼입하는 것을 억제하여 피제어 유체를 청정하게 유지하거나, 밸브체(22) 및 밸브 시트(20)의 내구성을 향항상키는 것이 가능하게 된다.
또, 조임부(70)는, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 밸브폐쇄 위치 측으로 변위하기 시작한 후에, 조작용 유체의 배출 유량을 저감시킨다. 다시 말해서, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 밸브폐쇄 위치 측에 소정거리 변위할 때까지는, 조작용 유체의 배출 유량을 저감시키지 않는다. 이 때문에, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 밸브폐쇄 위치에 어느 정도 가까워질 때까지는 피스톤(18)의 변위 속도가 저하하는 것을 회피하여, 통상의 변위 속도로 피스톤(18)을 변위시킬 수 있다.
따라서, 예를 들어, 밸브체(22)의 착좌시의 충격을 저감시킬 수 있는 피스톤(18)의 변위 속도가 되도록, 미리 면적을 작게 설정한 개구(86)를 제1 파일럿실(64)의 내벽에 설치하는 경우와는 달리, 밸브폐쇄 위치측으로 피스톤(18)이 변위를 개시하고 나서, 밸브체(22)가 착좌할 때까지의 시간차를 저감시킬 수 있다.
게다가, 이 유체 제어 밸브(10)에서는, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치로부터 밸브개방 위치 측으로 변위시키는 경우에도, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치로부터 밸브개방 위치 측을 향해 소정거리 변위할 때까지는, 조임 유로(104)가 형성된 채로 있다. 즉, 조임 유로(104)를 통하여 제1 파일럿실(64)에 조작용 유체가 유입된다. 이것에 의해, 밸브체(22)를 밸브 시트(20)로부터 작은 속도로 이격시킬 수 있다. 그리고, 밸브체(22)를 밸브 시트(20)로부터 이격시킨 후에, 통상의 변위 속도로 피스톤(18)을 밸브개방 위치로 변위시킬 수 있다.
따라서, 이 유체 제어 밸브(10)에서는, 작은 속도로 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시키는 것과, 작은 속도로 밸브 시트(20)로부터 밸브체(22)를 이격시키는 것의 양쪽 모두가 가능하다. 이 때문에, 밸브체(22)의 개폐시에 피제어 유체에 급격한 압력 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있고, 워터 해머나 캐비테이션 등이 발생하는 것을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 밸브 시트(20)로부터 밸브체(22)가 이격하는 속도 저하를 회피하는 경우에는, 유체 제어 밸브(10)는, 상기의 조임부(70)를 대신하여, 도 5 ~ 도 7에 나타내는 조임부(106)를 구비하는 것으로 할 수도 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 조임부(106)는, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치에 있을 때, 개구(86) 전체 및 주변부(103)를 덮는 탄성편이다. 조임부(106)는, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치로부터 밸브개방 위치 측으로 변위할 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 개구(86)를 통하여 제1 파일럿실(64)에 유입하는 조작용 유체의 압력을 받아 개구(86)로부터 이격되는 방향으로 탄성변형하는 것이 가능하게 된다.
또, 조임부(106)가 주변부(103)를 덮을 때, 제1 파일럿실(64)의 내압과 상관없이 조임 유로(104)가 형성된 상태를 유지하는 것이 가능해지도록, 조임부(106)의 외주에는, 화살표 Y1, Y2방향을 따른 홈 형상의 오목부(108)(도 7)가 형성되어 있다.
또한, 조임부(106)의 외주에는, 오목부(108)를 대신하여, 또는 오목부(108)와 함께, 돌조나 돌기로 이루어지는 볼록부(미도시)가 설치될 수도 있다. 돌조나 돌기의 돌출 단면은, 평면, 구면, 만곡면 등으로 구성되어 있을 수도 있다. 또, 조임부(106)의 외주에 설치되는 오목부(108)나 볼록부의 개수는 특히 한정되는 것은 아니고, 1개일 수도 있고 복수개일 수도 있다. 게다가, 오목부(108)나 볼록부는, 조임부(106) 대신에, 주변부(103)에 설치될 수도 있다.
조임부(106)를 구비하는 유체 제어 밸브(10)에서는, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치로부터 밸브개방 위치 측으로 변위시킬 때, 도 6에 도시된 바와 같이, 조임부(106)를 개구(86)로부터 이격시킬 수 있는 만큼, 조임 유로(104)의 유로 단면적을 크게 할 수 있다. 이것에 의해, 제1 파일럿실(64)에 유입하는 조작용 유체의 유량을 증대시킬 수 있기 때문에, 밸브체(22)가 밸브 시트(20)로부터 이격되는 속도를 크게 할 수 있다. 즉, 이 유체 제어 밸브(10)에서는, 밸브개방 위치로 향하는 피스톤(18)이 변위를 개시하고 나서, 밸브가 개방되기까지 발생하는 시간차를 저감시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치에 있을 때 제1 파일럿실(64)의 내압이 커지면, 탄성편으로 이루어지는 조임부(106)는, 개구(86) 및 주변부(103)를 향하여 가압되는 방향으로 쉽게 변형된다. 이와 같이, 조임부(106)가 개구(86) 및 주변부(103)에 밀어붙여진 경우에도, 조임부(106)와 주변부(103) 사이에 오목부(108) 및 볼록부 중 적어도 하나가 개재됨으로써, 조임부(106)와 주변부(103) 사이에 조임 유로(104)가 형성된 상태를 유지할 수 있다. 이것에 의해, 조임 유로(104)를 통하여, 제1 파일럿실(64)의 내부에 조작용 유체를 양호하게 유입시킬 수 있기 때문에, 피스톤(18)을 밸브개방 위치 측으로 신속하게 변위시키는 것이 가능하게 된다.
도 1 ~ 도 6에 도시된 바와 같이, 유체 제어 밸브(10)는, 노멀 클로즈 타입인 것으로 하였다. 그렇지만, 이것으로 특히 한정되는 것은 아니고, 유체 제어 밸브(10)는, 도 8에 도시된 바와 같이 노멀 오픈 타입일 수도 있고, 도 9에 도시된 바와 같이 복동 타입일 수도 있다. 노멀 오픈 타입 및 복동 타입 중 어느 쪽으로 하는 경우에도, 노멀 클로즈 타입으로 한 경우와 마찬가지로 상기의 작용 효과를 얻을 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 유체 제어 밸브(10)가 노멀 오픈 타입인 경우, 제1 하우징(28)의 플랜지부(58)에 설치된 수용홈(110)에 가압 부재(24)가 수용된다. 수용홈(110)은, 제1 파일럿실(64)에 연통한다. 수용홈(110)과 피스톤(18)의 제1 수압면(68)과의 사이에 가압 부재(24)가 압축된 상태로 배열설치된다. 이것에 의해, 피스톤(18)은, 밸브체(22)를 밸브 시트(20)로부터 이격시키는 방향(화살표 Y1측)을 향해 항상 탄성적으로 가압된다. 즉, 가압 부재(24)의 탄성반발력이, 피스톤(18)을 밸브개방 위치 측으로 향하게 하는 밸브개방측 작동압력이 된다.
또, 노멀 오픈 타입의 유체 제어 밸브(10)에서는, 제2 파일럿 포트(100)에, 조작용 유체의 공급원이 접속된다. 호흡 포트로서 기능하는 제1 파일럿 포트(84)에는 포트 플러그(102)가 설치될 수도 있다. 즉, 노멀 오픈 타입의 유체 제어 밸브(10)에서는, 가압 부재(24)로부터 부여되는 밸브개방측 작동압력에 의해 피스톤(18)이 밸브개방 위치에 있을 때, 제1 파일럿실(64)에는, 제1 파일럿 포트(84)를 통하여 흡입된 대기(유체)가 수용되어 있다. 또한, 유체 제어 밸브(10)의 주변이 대기 이외의 유체로 채워져 있는 경우에는, 해당 유체가 제1 파일럿실(64)에 수용될 수도 있다.
제2 파일럿 포트(100)를 통하여 제2 파일럿실(66)에 조작용 유체가 공급됨으로써, 제2 파일럿실(66) 내의 조작용 유체의 압력에 따른 밸브폐쇄측 작동압력이 피스톤(18)의 제2 수압면(76)에 부여된다.
이 때문에, 피스톤(18)이 밸브개방 위치에 있는 상태에서, 제2 파일럿실(66)에 조작용 유체가 공급됨으로써, 밸브폐쇄측 작동압력이 밸브개방측 작동압력보다 커지면, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치 측으로 변위한다. 이 때, 제1 파일럿실(64)의 대기는, 개구(86)를 통하여 제1 파일럿 포트(84)로 배출된다. 그리고, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 소정거리 변위하여 밸브폐쇄 위치에 가까워지면, 조임부(70)에 의해 조임 유로(104)가 형성되기 때문에, 제1 파일럿실(64)로부터, 조임 유로(104)를 통하여 개구(86)의 외측으로 대기가 배출되게 된다.
그 결과, 노멀 오픈 타입의 유체 제어 밸브(10)에 있어서도, 밸브 시트(20)에 근접한 밸브체(22)가 착좌하기 전의 단계에서, 제1 파일럿실(64)로부터 배출되는 대기의 배출 유량을 저감시켜, 피스톤(18)의 변위 속도를 작게 할 수 있다. 이것에 의해, 저속으로 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시킬 수 있어 밸브체(22)가 밸브 시트(20)에 착좌할 때의 충격을 저감시킬 수 있다.
또, 조임부(70)에 의해 조임 유로(104)를 형성하여도, 해당 조임 유로(104)의 유로 단면적에 따른 유량으로 개구(86)의 외측에 대기를 배출시킬 수 있다. 이 때문에, 밸브폐쇄측 작동압력을 크게 하지 않고도, 다시 말해서, 피스톤(18)이나 실린더실(14)의 직경 등을 크게 하지 않고도, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치까지 변위시킬 수 있다.
즉, 제1 파일럿실(64)로부터 조임 유로(104) 및 개구(86)를 통하여 배출되는 유체가, 도 1 ~ 도 6에 나타내는 노멀 클로즈 타입의 유체 제어 밸브(10)와 같은 조작용 유체이거나, 도 8에 나타내는 노멀 오픈 타입의 유체 제어 밸브(10)와 같은 대기 등이어도 동일하게 상기의 작용 효과를 얻을 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 복동 타입의 유체 제어 밸브(10)는, 가압 부재(24)를 구비하지 않고, 제1 파일럿 포트(84) 및 제2 파일럿 포트(100) 각각에, 조작용 유체의 공급원이 접속된다. 제1 파일럿 포트(84)를 통하여 제1 파일럿실(64)에 조작용 유체가 공급되는 경우에, 제1 파일럿실(64) 내의 조작용 유체의 압력에 따른 밸브개방측 작동압력이 피스톤(18)의 제1 수압면(68)에 부여된다. 제2 파일럿 포트(100)를 통하여 제2 파일럿실(66)에 조작용 유체가 공급되는 경우에, 제2 파일럿실(66) 내의 조작용 유체의 압력에 따른 밸브폐쇄측 작동압력이 피스톤(18)의 제2 수압면(76)에 부여된다.
즉, 도 9에 나타내는 복동 타입의 유체 제어 밸브(10)에서는, 도 1 ~ 도 6에 나타내는 노멀 클로즈 타입의 유체 제어 밸브(10)와 마찬가지로, 제1 파일럿실(64)의 조작용 유체를 조임 유로(104) 및 개구(86)를 통하여 배출할 수 있어, 상기의 작용 효과를 동일하게 얻는 것이 가능하다.
다음에, 도 10 ~ 도 14를 참조하면서, 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(120)에 대해 설명한다. 유체 제어 밸브(120)는, 상기와 같이 피스톤(18)의 외주 측에 설치되는 조임부(70) 대신에, 피스톤(18) 및 밸브 바디(16) 양쪽 모두에 설치된 조임부(122)를 구비한다. 구체적으로는, 도 11 ~ 도 13에 나타내는 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(120)와, 도 2 및 도 3에 나타내는 제1 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(10)는, 피스톤 본체부(60)의 제1 수압면(68) 측의 형상과 플랜지부(58)의 화살표 Y1 측의 형상이 각각 상이한 것 외에는, 동일하게 구성되어 있다.
도 11 ~ 도 13에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)의 제1 수압면(68)(수압면)은, 그 외주측에 설치된 외주측 수압면(124)과 내주 측에 설치된 내주측 수압면(126)을 갖는다. 외주측 수압면(124)과 내주측 수압면(126)과의 사이에는, 면방향이 슬라이딩 방향(화살표 Y1, Y2방향)을 따르는 피스톤 단차면(128)이 형성되어 있다.
제1 파일럿실(64)의 내벽을 구성하는 플랜지부(58)의 화살표 Y1측의 끝면에는, 외주측 수압면(124)에 대향하는 외주측 대향면(130)과, 내주측 수압면(126)에 대향하는 내주측 대향면(132)이 설치되어 있다. 또, 외주측 대향면(130)과 내주측 대향면(132) 사이에는, 화살표 Y1, Y2방향을 따르는 내벽 단차면(134)이 형성되어 있다. 이 내벽 단차면(134)에는, 제1 파일럿 포트(84)의 개구(86)가 설치되어 있다. 즉, 제1 파일럿 포트(84)와 개구(86) 사이에는, 플랜지부(58)를 화살표 X1, X2방향을 따라 관통하는 관통로(136)가 설치되어 있다.
또한, 플랜지부(58)의 관통로(136)가 설치된 부위는, 도 14에 도시된 바와 같이, 밸브 바디(16)의 제1 하우징(28)과는 별개로 형성된 후에, 제1 하우징(28)과 일체화됨으로써 밸브 바디(16)를 구성할 수도 있다.
조임부(122)는, 피스톤 단차면(128) 및 내벽 단차면(134)에 설치된다. 피스톤 단차면(128)은, 피스톤(18)이 밸브개방 위치(도 11)로부터 밸브폐쇄 위치 측으로 변위함으로써, 내벽 단차면(134)에 가까워진다. 그리고, 도 12에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)이 밸브개방 위치로부터 밸브폐쇄 위치 측을 향해 소정거리 변위하면, 피스톤 단차면(128)과 내벽 단차면(134)이 대향하기 시작한다. 이와 같이 하여 서로 대향하는 피스톤 단차면(128) 및 내벽 단차면(134)의 사이에, 개구(86)와 제1 파일럿실(64)을 연통함과 함께, 개구(86)의 면적보다 작은 유로 단면적을 가지는 제1 조임 유로(138)(조임 유로)가 형성된다. 이것에 의해, 제1 파일럿실(64)로부터 배출되는 조작용 유체의 배출 유량을 저감시킬 수 있다.
도 13에 도시된 바와 같이, 피스톤(18)이 밸브폐쇄 위치에 더욱 가까워지면, 피스톤 단차면(128)은, 개구(86)의 전체 및 내벽 단차면(134)의 개구(86)의 주변부(140)를 덮는다. 이 주변부(140)와 피스톤 단차면(128)과의 사이에는, 개구(86)와 제1 파일럿실(64)을 연통함과 함께, 개구(86)의 면적보다 작은 유로 단면적을 가지는 제2 조임 유로(142)(조임 유로)가 형성된다. 이것에 의해, 제1 파일럿실(64)로부터 배출되는 조작용 유체의 배출 유량을 더욱 저감시킬 수 있다.
상기와 같이 구성되는 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(120)에서는, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치 측으로 변위시킬 때, 제1 조임 유로(138)(도 12)와 제2 조임 유로(142)(도 13)가 단계적으로 형성된다. 이것에 의해, 밸브체(22)가 밸브 시트(20)에 착좌하기 전에, 피스톤(18)의 변위 속도를 효과적으로 저감시킬 수 있기 때문에, 보다 확실히 작은 속도로 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시켜, 착좌시의 충격을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
또, 제1 조임 유로(138) 및 제2 조임 유로(142) 양쪽 모두를 통하여 제1 파일럿실(64)로부터 조작용 유체를 배출할 수 있기 때문에, 상기와 같이 하여 상승시킨 제1 파일럿실(64)의 내압을 신속하게 저하시킬 수 있다. 따라서, 밸브폐쇄측 작동압력을 크게 하지 않고도, 다시 말해서, 피스톤(18)이나 실린더실(14)의 직경 등을 크게 하지 않고도, 피스톤(18)을 밸브폐쇄 위치까지 변위시킬 수 있다.
이상으로부터, 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(120)에 의해서도, 제1 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(10)와 마찬가지로, 유체 제어 밸브(120)가 대형화하는 것을 억제하면서, 느린 속도로 밸브체(22)를 밸브 시트(20)에 착좌시켜 착좌시의 충격을 저감시키는 것이 가능하게 된다.
또, 도 11 ~ 도 14에 도시된 바와 같이, 유체 제어 밸브(120)는, 노멀 클로즈 타입인 것으로 하였지만, 제2 실시형태에 대해서도 제1 실시형태와 마찬가지로, 유체 제어 밸브(120)를 도 15에 도시된 바와 같이 노멀 오픈 타입으로 할 수도 있고, 도 16에 도시된 바와 같이 복동 타입으로 할 수도 있다.
본 발명은, 상기한 실시형태로 특히 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변형이 가능하다.
예를 들어, 상기의 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(10, 120)는, 인디케이터(78)를 구비하는 것으로 하였지만, 인디케이터(78)를 구비하지 않을 수도 있다. 이 경우, 제2 하우징(30)에는, 인디케이터 삽입구멍(96)을 대신하여, 끝면(30a)에서 개구되지 않는 유저(有底) 구멍(미도시)이 형성될 수도 있다. 또, 유체 제어 밸브(10, 120)는, 인디케이터(78)를 대신해서, 예를 들어, 피스톤(18)의 스트로크 양을 조정하는 것 등에 의해, 유로(12)를 유동하는 피제어 유체의 유량을 조정할 수 있는 유량 조정 기구 등(미도시)을 구비할 수도 있다. 게다가, 유체 제어 밸브(10, 120)가 인디케이터(78) 및 유량 조정 기구를 선택적으로 구비하는 것이 가능하도록, 인디케이터 삽입구멍(96)이 인디케이터(78)와 유량 조정 기구를 공통적으로 부착시킬 수 있는 구성으로 할 수도 있다.
10, 120: 유체 제어 밸브, 12: 유로, 14: 실린더실, 16: 밸브 바디, 18: 피스톤, 20: 밸브 시트, 22: 밸브체, 64: 파일럿실, 68: 수압면, 70, 106, 122: 조임부, 84: 포트, 86: 개구, 103, 140: 주변부, 104, 138, 142: 조임 유로, 108: 오목부, 124: 외주측 수압면, 126: 내주측 수압면, 128: 피스톤 단차면, 130: 외주측 대향면, 132: 내주측 대향면, 134: 내벽 단차면.

Claims (7)

  1. 피제어 유체의 유로(12) 및 실린더실(14)이 설치된 밸브 바디(16)와, 작동압력을 받아 상기 실린더실 내를 슬라이딩 방향을 따라 슬라이딩하는 피스톤(18)과, 상기 피스톤과 일체로 변위함으로써 상기 유로에 설치된 밸브 시트(20)에 대해 이격 또는 착좌하여 상기 유로를 개폐하는 밸브체(22)를 포함하는 유체 제어 밸브(10, 120)로서,
    상기 실린더실의 상기 피스톤보다 상기 슬라이딩 방향의 일방향 측에 파일럿실(64)이 설치되며,
    상기 파일럿실의 내벽에는, 상기 파일럿실에 유체를 공급 및 배출 가능한 포트(84)의 개구(86)가 설치되며,
    상기 피스톤이 상기 밸브체를 상기 밸브 시트로부터 이격시키는 밸브개방 위치에 있을 때, 상기 파일럿실에는 상기 유체가 수용되며,
    상기 파일럿실 내의 상기 유체는, 상기 피스톤이 상기 밸브체를 상기 밸브 시트에 착좌시키는 밸브폐쇄 위치를 향하여 변위할 때, 상기 개구를 통하여 상기 포트로 배출되며,
    상기 피스톤 및 상기 밸브 바디 중 적어도 하나에는, 상기 피스톤이 상기 밸브개방 위치로부터 상기 밸브폐쇄 위치 측으로 변위하기 시작한 후, 상기 개구의 면적보다 작은 유로 단면적을 가지는 조임 유로(104, 138, 142)를 상기 피스톤과 상기 밸브 바디와의 사이에 형성하는 조임부(70, 106, 122)가 설치되는, 유체 제어 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 조임부(70, 106)는, 상기 파일럿실의 내벽과 슬라이딩하는 상기 피스톤의 외주 측에 설치되고, 상기 피스톤이 상기 밸브폐쇄 위치에 있을 때, 상기 개구의 전체 및 상기 파일럿실의 내벽의 상기 개구의 주변부(103)를 덮으며,
    상기 주변부와 상기 조임부 사이에는, 상기 개구와 상기 파일럿실을 연통하는 상기 조임 유로(104)가 형성되는, 유체 제어 밸브.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 밸브폐쇄 위치에 있는 상기 피스톤을 상기 밸브개방 위치 측으로 변위시킬 때, 상기 조임부(106)는, 상기 개구를 통하여 상기 파일럿실에 유입하는 상기 유체의 압력을 받아 상기 개구로부터 이격하는 방향으로 변형 가능한, 유체 제어 밸브.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 조임부는, 상기 피스톤이 상기 밸브폐쇄 위치에 있을 때, 상기 개구의 전체 및 상기 주변부를 덮는 탄성편인, 유체 제어 밸브.
  5. 청구항 3 또는 4에 있어서,
    상기 조임부 및 상기 주변부 중 적어도 하나에는, 상기 조임부가 상기 주변부를 덮을 때, 상기 파일럿실의 내압과 관계없이 상기 조임 유로가 형성된 상태를 유지하는 오목부(108) 및 볼록부 중 적어도 하나가 설치되어 있는, 유체 제어 밸브.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 피스톤은, 상기 파일럿실의 내부에서 상기 작동압력을 받는 수압면(68)을 가지며,
    상기 수압면은, 외주측에 설치된 외주측 수압면(124)과, 내주측에 설치된 내주측 수압면(126)을 갖고, 상기 외주측 수압면과 상기 내주측 수압면과의 사이에는, 면방향이 상기 슬라이딩 방향을 따르는 피스톤 단차면(128)이 형성되며,
    상기 파일럿실의 내벽에는, 상기 외주측 수압면에 대향하는 외주측 대향면(130)과, 상기 내주측 수압면에 대향하는 내주측 대향면(132)이 설치되며,
    상기 외주측 대향면과 상기 내주측 대향면과의 사이에는, 내벽 단차면(134)이 형성되며,
    상기 조임부(122)는, 상기 피스톤 단차면 및 상기 내벽 단차면에 설치되며,
    상기 피스톤이 상기 밸브개방 위치로부터 상기 밸브폐쇄 위치 측으로 변위함으로써, 서로 대향하는 상기 피스톤 단차면 및 상기 내벽 단차면의 사이에 상기 조임 유로(138, 142)가 형성되는, 유체 제어 밸브.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 내벽 단차면에 상기 개구가 설치되며,
    상기 피스톤 단차면은, 상기 피스톤이 상기 밸브폐쇄 위치에 있을 때, 상기 개구의 전체 및 상기 내벽 단차면의 상기 개구의 주변부(140)를 덮으며,
    상기 주변부와 상기 피스톤 단차면과의 사이에는, 상기 개구와 상기 파일럿실을 연통하는 상기 조임 유로(142)가 형성되는, 유체 제어 밸브.
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