KR20220138338A - 유체 제어 밸브 - Google Patents

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KR20220138338A
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히사시 야지마
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

제1 다이어프램(36) 및 제2 다이어프램(38)이 밸브체(26)와 몸체(12)와의 사이에 배치되고, 제1 다이어프램과 제2 다이어프램과의 사이에 다이어프램실(46)이 형성되고, 제1 다이어프램은 밸브실(44)과 다이어프램실을 구획하고, 제2 다이어프램은 다이어프램실과 배압실(48)을 구획한다. 그리고, 다이어프램실은 출력 포트(18)에 연통하고, 밸브실 및 배압실은 입력 포트(16)에 연통하고, 제1 다이어프램의 유효 수압면적(Sa)과 제2 다이어프램의 유효 수압면적(Sb)과의 차이가 밸브시트(22)에 있어서의 통로면적(Sc)과 동일하다.

Description

유체 제어 밸브 {FLUID CONTROL VALVE}
본 발명은 유체의 압력 또는 유량을 제어하는 것이 가능한 유체 제어 밸브에 관한 것이다.
종래부터, 2차압을 조정 가능한 다이어프램을 이용한 압력조절 밸브가 알려져 있다. 예를 들어, 일본 공개특허 특개2007-148465호 공보에는, 밸브체부를 밸브시트부에 대해서 접근 이격시키는 압력조절 샤프트를 가지는 감압 밸브가 기재되어 있다. 이 압력조절 샤프트는, 2차압과 압력조절 스프링의 스프링력과의 균형점을 구하여 작동하는 압력조절 다이어프램에 연결되어 왕복운동한다. 이 압력조절 샤프트에는 2차압이 배압으로서 작용하고, 압력조절 샤프트와 홀더와의 사이에는 립 패킹이 배치되어 있다.
또, 일본 공개특허 특개2001-099344호 공보에는, 밸브시트를 개폐하는 밸브부를 가지는 로드부와, 제1 챔버 내에 배치되는 제1 다이어프램부와, 제2 챔버 내에 배치되는 제2 다이어프램부를 구비하는 배압 제어밸브가 기재되어 있다. 이 배압 제어밸브에서는, 제2 다이어프램부의 유효 수압면적이 밸브시트의 유효 면적과 동일하게 되어 있어, 2차측의 부하 변동에 수반하여 로드부가 이동하지 않게 구성되어 있다.
그렇지만, 일본 공개특허 특개2007-148465호 공보의 감압 밸브는, 1차압의 변동에 대해서는 배려가 이루어지지 않았다. 또, 압력조절 샤프트와 립 패킹과의 슬라이딩에 의한 저항이 있어, 분진 발생 등의 문제가 발생한다. 일본 공개특허 특개2001-099344호 공보의 배압 제어밸브도, 1차압의 변동에 대해서는 배려가 이루어지지 않았다.
본 발명은, 전술한 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 유체 제어 밸브는, 입력 포트와 출력 포트를 구비하는 몸체와, 몸체의 밸브시트에 맞닿음 가능한 밸브체를 포함하고, 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램이 밸브체와 몸체와의 사이에 배치된다. 제1 다이어프램과 제2 다이어프램과의 사이에 다이어프램실이 형성된다. 제1 다이어프램은 밸브실과 다이어프램실을 구획하고, 제2 다이어프램은 다이어프램실과 배압실을 구획한다. 다이어프램실은 출력 포트에 연통하고, 밸브실 및 배압실은 입력 포트에 연통한다. 제1 다이어프램의 유효 수압면적과 제2 다이어프램의 유효 수압면적과의 차이가 밸브시트에 있어서의 통로면적과 동일하다. 다이어프램실을 출력 포트에 연통시키고, 밸브실 및 배압실을 입력 포트에 연통시키는 대신에, 다이어프램실을 입력 포트에 연통시키고, 밸브실 및 배압실을 출력 포트에 연통시킬 수도 있다.
또, 본 발명에 따른 유체 제어 밸브는, 입력 포트와 출력 포트를 구비하는 몸체와, 몸체의 밸브시트에 맞닿음 가능한 밸브체를 포함하고, 제1 다이어프램 및 제2 다이어프램이 밸브체와 몸체와의 사이에 배치된다. 제1 다이어프램과 제2 다이어프램과의 사이에 다이어프램실이 형성된다. 제1 다이어프램은 밸브실과 다이어프램실을 구획하고, 제2 다이어프램은 다이어프램실과 배압실을 구획한다. 다이어프램실은 출력 포트에 연통하고, 밸브실 및 배압실은 입력 포트에 연통한다. 밸브체의 일단부는, 몸체의 외측에 배치되고 출력 포트에 연통하는 챔버를 향해, 배압실로부터 연장되어 있다. 제1 다이어프램의 유효 수압면적과 제2 다이어프램의 유효 수압면적과의 차이가 밸브시트에 있어서의 통로면적과 밸브체의 일단부의 단면적과의 차이와 동일하다.
상기 각각의 유체 제어 밸브에 의하면, 1차압 및 2차압의 한쪽 또는 양쪽 모두에 변동이 있어도, 동작을 불안정하게 하는 힘이 밸브체에 가해지지 않고, 안정된 제어 또는 동작이 유지된다.
본 발명에 따른 유체 제어 밸브는, 제1 다이어프램의 유효 수압면적, 제2 다이어프램의 유효 수압면적 및 밸브시트에 있어서의 통로면적의 사이에 소정의 관계를 가지는 것이다. 이 때문에, 1차압 및 2차압의 한쪽 또는 양쪽 모두에 변동이 있어도, 안정된 제어 내지 동작이 유지된다.
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 단면도이다.
도 2는 도 1의 유체 제어 밸브의 일부 확대도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브의 단면도이다.
도 4는 도 3의 유체 제어 밸브의 일부 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시형태에 따른 유체 제어 밸브의 개략 단면도이다.
도 6은 도 5의 유체 제어 밸브의 밸브 모듈의 확대도이다.
이하의 설명에 있어서, 상하의 방향에 관한 용어를 사용할 때는, 편의상, 도면 상에서의 방향을 말하는 것이며, 각 부재의 실제의 배치 등을 한정하는 것은 아니다.
(제1 실시형태)
본 발명의 제1 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(10)에 대해, 도 1 및 도 2를 참조하면서 설명한다. 유체 제어 밸브(10)는 감압 밸브(압력조절 밸브)로서 기능하는 것이다. 유체 제어 밸브(10)는, 몸체(12)와, 보닛(52)과, 그것들 내부에 조립되는 밸런스 기구부 및 압력조절 기구부를 갖는다. 밸런스 기구부는, 밸브체(26), 제1 다이어프램(36), 제2 다이어프램(38) 등에 의해 구성된다. 압력조절 기구부는, 압력조절 샤프트(54), 압력조절 스프링(58), 압력조절 다이어프램(60) 등에 의해 구성된다. 몸체(12)는 본체부(14)와 커버체(24)로 이루어지고, 밸브체(26)는 주 밸브체(28)와 부가 밸브체(30)와 스템(34)으로 이루어진다.
본체부(14)는, 동일축선 상에서 마주보게 배치되는 입력 포트(16) 및 출력 포트(18)를 구비하고 있다. 본체부(14)의 하부에는 커버체(24)가 부착된다. 본체부(14)는 커버체(24)에 의해 폐쇄되는 밸브체 수용실(20)을 갖는다. 밸브체 수용실(20)의 상부는, 입력 통로(14a)를 통하여 입력 포트(16)에 연통함과 함께, 출력 통로(14b)를 통하여 출력 포트(18)에 연통하고 있다. 본체부(14)는, 밸브체 수용실(20)이 출력 통로(14b)에 임하는 부위에 있어서, 밸브시트(22)를 구비한다.
커버체(24)는 위쪽으로 돌출하는 통 모양의 끼워맞춤부(24a)를 가지며, 해당 끼워맞춤부(24a)가 본체부(14)의 하부에 구비된 끼워맞춤 구멍(14c)에 끼워진다. 커버체(24)의 끼워맞춤부(24a)의 상단은, 본체부(14)의 끼워맞춤 구멍(14c)에 이어지는 단차부(14d)와 소정의 간극을 두고 마주본다. 이 간극에, 후술하는 제1 다이어프램(36)의 외주부(36b), 제2 스페이서(42), 및 제2 다이어프램(38)의 외주부(38b)가 배치된다. 커버체(24)의 저부는, 밸브체 수용실(20)을 향해 돌출하는 통 모양의 가이드부(24d)를 구비한다.
주 밸브체(28)는 밸브체 수용실(20) 내에 배치되고, 그 상단면에 밸브시트(22)와 맞닿는 시일 부재(32)를 구비한다. 주 밸브체(28)는, 시일 부재(32)가 장착되는 위쪽의 대직경부(28a)와, 단차부(28b)를 거쳐 대직경부(28a)에 이어지는 아래쪽의 소직경부(28c)를 갖는다. 주 밸브체(28)에는, 스템(34) 및 부가 밸브체(30)가 연결되어 있다. 구체적으로는, 주 밸브체(28)의 대직경부(28a)에 구비된 스템 구멍(28g)에 스템(34)의 하부가 삽입되고, 압입 등의 수단에 의해 양자가 연결된다. 또, 부가 밸브체(30)의 내측에 주 밸브체(28)의 소직경부(28c)가 삽입되고, 나사결합 등의 수단에 의해 양자가 연결된다.
스템(34)은 본체부(14)에 구비된 밸브체 삽입구공(14e)에 삽입된다. 부가 밸브체(30)는 위쪽의 대직경부(30a)와, 단차부(30b)를 거쳐 대직경부(30a)에 이어지는 소직경부(30c)를 갖는다. 부가 밸브체(30)는, 그 소직경부(30c)에 있어서, 커버체(24)의 가이드부(24d)의 내측에 삽입 지지된다. 따라서, 주 밸브체(28), 부가 밸브체(30) 및 스템(34)는, 일체로 이루어지고, 그 축선방향(상하방향)으로 변위 가능하게 되도록 지지되어 있다. 부가 밸브체(30)의 상단은 주 밸브체(28)의 단차부(28b)와 소정의 간극을 두고 마주본다. 이 간극에, 후술하는 제1 다이어프램(36)의 내주부(36a), 제1 스페이서(40), 및 제2 다이어프램(38)의 내주부(38a)가 배치된다. 또한, 커버체(24)의 가이드부(24d)의 내측에는, 후술하는 배압실(48)의 유체가 돌아 들어가고 있다.
부가 밸브체(30)의 단차부(30b)와 커버체(24)의 저면과의 사이에, 커버체(24)의 가이드부(24d)의 외주를 둘러싸도록 하여, 밸브 스프링(50)이 배치된다. 밸브 스프링(50)은, 코일 스프링으로 이루어지고, 부가 밸브체(30)를 위쪽으로 가압한다. 부가 밸브체(30)와 일체인 주 밸브체(28)는, 밸브 스프링(50)의 가압력을 받아, 밸브시트(22)에 맞닿는 방향으로 가압되고 있다.
밸브체 수용실(20) 내에 있어서, 밸브체(26)와 몸체(12)와의 사이에, 제1 다이어프램(36) 및 제2 다이어프램(38)이 배치되어 있다. 이들 다이어프램은 탄성 재료로 박막형상 및 환형상으로 형성되어 있다. 제1 다이어프램(36)의 내주부(36a)와 제2 다이어프램(38)의 내주부(38a)와의 사이에는, 링 형상의 제1 스페이서(40)가 배치되어 있다. 제1 다이어프램(36)의 외주부(36b)와 제2 다이어프램(38)의 외주부(38b)와의 사이에는, 링 형상의 제2 스페이서(42)가 배치되어 있다.
제1 다이어프램(36), 제1 스페이서(40) 및 제2 다이어프램(38)은 주 밸브체(28)의 소직경부(28c)에 삽입된다. 제1 다이어프램(36)의 내주부(36a)는 주 밸브체(28)의 단차부(28b)와 제1 스페이서(40)의 상면과의 사이에 끼워진다. 제2 다이어프램(38)의 내주부(38a)는 부가 밸브체(30)의 상단과 제1 스페이서(40)의 하면과의 사이에 끼워진다. 제1 다이어프램(36)의 외주부(36b)는 본체부(14)의 단차부(14d)와 제2 스페이서(42)의 상면과의 사이에 끼워진다. 제2 다이어프램(38)의 외주부(38b)는 커버체(24)의 끼워맞춤부(24a)의 상단과 제2 스페이서(42)의 하면과의 사이에 끼워진다.
밸브체(26)가 상하방향으로 변위하면, 제1 다이어프램(36)의 내주부(36a)가 밸브체(26)와 함께 변위하고, 제1 다이어프램(36)의 내주부(36a)와 외주부(36b)와의 사이의 박막부(36c)가 변형한다. 마찬가지로, 밸브체(26)가 상하방향으로 변위하면, 제2 다이어프램(38)의 내주부(38a)가 밸브체(26)와 함께 변위하고, 제2 다이어프램(38)의 내주부(38a)와 외주부(38b)와의 사이의 박막부(38c)가 변형한다.
제2 스페이서(42)는 그 내주에 단차부(42a)를 구비한다. 제2 스페이서(42)의 내경은, 제2 다이어프램(38)에 접하는 하면 부근보다, 제1 다이어프램(36)에 접하는 상면 부근이 크게 되어 있다. 따라서, 제1 다이어프램(36)의 변형 영역인 박막부(36c)의 면적은 제2 다이어프램(38)의 변형 영역인 박막부(38c)의 면적보다 크다. 즉, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적은 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적보다 크다. 이 유효 수압면적 차이의 기술적 의의에 대해서는 후술한다.
밸브체 수용실(20)은, 제1 다이어프램(36)의 위쪽의 밸브실(44), 제1 다이어프램(36)과 제2 다이어프램(38)과의 사이의 다이어프램실(46), 및 제2 다이어프램(38)의 아래쪽의 배압실(48)로 구획된다. 밸브실(44)은 입력 통로(14a)를 통하여 입력 포트(16)에 연통한다. 또한, 본 발명에서 말하는 "밸브실"은, 밸브시트(22)에 근접하는 챔버이며, 입력 포트(16)로부터 출력 포트(18)까지 유체가 유통하는 통로의 일부를 구성하는 챔버이다.
제1 스페이서(40)는 직경방향으로 관통하는 복수의 직경방향 구멍(40a)을 갖는다. 이 복수의 직경방향 구멍(40a)의 일단은 다이어프램실(46)에서 개구되어 있다. 주 밸브체(28)는, 소직경부(28c)에 있어서 외주면을 주회하는 환형상 홈(28d)과, 일단이 환형상 홈(28d)에 연결되는 복수의 직경방향 구멍(28e)과, 복수의 직경방향 구멍(28e)의 타단과 연결되는 축 구멍(28f)을 갖는다. 축 구멍(28f)은 스템 구멍(28g)에 이를 때까지 주 밸브체(28)의 축심방향으로 연장되어 있다. 스템(34)은, 직경방향으로 관통하여 양단이 출력 통로(14b)에서 개구되는 직경방향 구멍(34a)과, 해당 직경방향 구멍(34a)에 연통하여 스템(34)의 하단까지 연장되는 축 구멍(34b)을 갖는다.
제1 스페이서(40)의 직경방향 구멍(40a)의 타단은 주 밸브체(28)의 환형상 홈(28d)과 연결되어 있다. 주 밸브체(28)의 축 구멍(28f)의 상단은 스템(34)의 축 구멍(34b)의 하단과 마주보고 있다. 이들 제1 스페이서(40)의 직경방향 구멍(40a), 주 밸브체(28)의 환형상 홈(28d), 주 밸브체(28)의 직경방향 구멍(28e), 주 밸브체(28)의 축 구멍(28f), 스템(34)의 축 구멍(34b) 및 스템(34)의 직경방향 구멍(34a)은, 출력 포트(18)의 유체의 압력을 다이어프램실(46)에 도입하는 2차압 도입 통로를 구성하고 있다. 즉, 다이어프램실(46)은 2차압 도입 통로 및 출력 통로(14b)를 통하여 출력 포트(18)에 연통한다.
커버체(24)의 끼워맞춤부(24a)는, 끼워맞춤부(24a)의 외주면을 주회하는 환형상 홈(24b)과, 일단이 환형상 홈(24b)에 연결되고 타단이 배압실(48)에 개구되는 복수의 횡방향 구멍(24c)을 갖는다. 본체부(14)는, 일단이 커버체(24)의 환형상 홈(24b)과 연결되고 타단이 입력 포트(16)와 연결되는 연락 통로(14f)를 갖는다. 이들 커버체(24)의 횡방향 구멍(24c), 커버체(24)의 환형상 홈(24b) 및 본체부(14)의 연락 통로(14f)는, 입력 포트(16)의 유체의 압력을 배압실(48)에 도입하는 1차압 도입 통로를 구성하고 있다. 즉, 배압실(48)은 1차압 도입 통로를 통하여 입력 포트(16)에 연통한다. 또한, 1차압 도입 통로는, 본체부(14)와 커버체(24)의 사이에 배치된 밀봉재(51)에 의해, 외부로부터 기밀로 유지되고 있다.
통 모양의 보닛(52)은, 본체부(14)의 상단부에 부착되고, 본체부(14)로부터 위쪽으로 연장되어 있다. 본체부(14)와 보닛(52)과의 사이에, 탄성 재료로 전체가 박막으로 형성되는 환형상의 압력조절 다이어프램(60)이 배치된다. 압력조절 다이어프램(60)의 외주부(60b)는 본체부(14)의 상면과 보닛(52)의 하면과의 사이에 끼워진다. 압력조절 다이어프램(60)의 중앙에 베이스 홀더(64)가 삽입되고, 베이스 홀더(64)에 원반 형상의 유지 플레이트(66)가 부착된다. 압력조절 다이어프램(60)의 내주부(60a)는 베이스 홀더(64)와 유지 플레이트(66)와의 사이에 끼워진다.
베이스 홀더(64)는 하부 중앙에 오목부(64a)를 갖는다. 본체부(14)로부터 돌출하는 스템(34)의 상단부가 해당 오목부(64a)에 삽입된다. 스템(34)의 상단은 오목부(64a)에 장착된 밀봉재(65)를 통하여 베이스 홀더(64)에 맞닿는다. 베이스 홀더(64)가 상하방향으로 변위하면, 압력조절 다이어프램(60)에 있어서의 내주부(60a)와 외주부(60b)와의 사이의 영역이 변형한다.
압력조절 다이어프램(60)의 하부에는, 압력조절 다이어프램실(62)이 배치되어 있다. 압력조절 다이어프램실(62)은 본체부(14)의 바이패스 통로(14g)를 통하여 출력 통로(14b)와 연통하고 있다. 즉, 압력조절 다이어프램실(62)은 바이패스 통로(14g) 및 출력 통로(14b)를 통하여 출력 포트(18)에 연통한다. 압력조절 다이어프램실(62)은, 베이스 홀더(64)에 장착된 전술한 밀봉재(65)에 의해, 압력조절 다이어프램(60)의 위쪽에 펼쳐지는 보닛(52)의 내부로부터 기밀로 유지된다.
보닛(52)의 내부에는, 압력조절 샤프트(54), 압력조절 스프링(58) 및 압력조절 스프링 시트(56)가 배치되어 있다. 압력조절 샤프트(54)는, 그 축방향 중앙 부근에 플랜지부(54a)를 가지며, 플랜지부(54a)의 아래쪽에 나사부(54b)를 갖는다. 압력조절 샤프트(54)의 상단부는, 보닛(52)으로부터 위쪽으로 돌출하고, 보닛(52)의 상부를 덮는 핸들(68)에 연결되어 있다. 구체적으로는, 바닥을 갖는 통 형상의 핸들(68)의 저부는 통형상 돌출부(68a)를 구비하고, 압력조절 샤프트(54)의 상단부가 이 통형상 돌출부(68a)에 압입 등의 수단에 의해 고정된다.
압력조절 스프링 시트(56)는 압력조절 샤프트(54)의 플랜지부(54a)의 아래쪽에 배치된다. 압력조절 스프링 시트(56)는, 압력조절 샤프트(54)의 플랜지부(54a)에 맞닿음 가능한 환형상의 플레이트부(56a)와, 플레이트부(56a)의 내주연으로부터 축방향으로 연장되는 통부(56b)로 이루어진다. 압력조절 스프링 시트(56)의 통부(56b)는 압력조절 샤프트(54)의 나사부(54b)에 나사결합된다. 압력조절 스프링 시트(56)의 플레이트부(56a)는, 그 외주가 스프라인 등의 회전 멈춤수단에 의해 보닛(52)에 연결된다. 따라서, 압력조절 스프링 시트(56)는 그 축선 주위에서의 회전이 규제되면서, 축선방향(상하방향)으로 변위 가능하게 되도록 보닛(52)에 지지되어 있다.
압력조절 스프링(58)은, 코일 스프링으로 이루어지고, 압력조절 스프링 시트(56)와 유지 플레이트(66)와의 사이에 배치된다. 압력조절 스프링(58)의 스프링 정수는 밸브 스프링(50)의 스프링 정수보다 크다. 작업자가 핸들(68)을 회전시키는 것에 의해 압력조절 샤프트(54)가 회전하면, 압력조절 스프링 시트(56)가 상하방향으로 변위하고, 유지 플레이트(66) 및 베이스 홀더(64)도 같은 방향으로 변위한다.
여기서, 밸브체(26)에 작용하는 유체의 압력에 근거하는 상하방향의 힘에 대해 고찰한다. 입력 포트(16)에 있어서의 압력 즉 1차압을 P1이라고 하고, 출력 포트(18)에 있어서의 압력 즉 2차압을 P2라고 한다. 또, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적을 Sa, 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적을 Sb, 밸브시트(22)에 있어서의 원형의 통로면적(밸브시트(22)의 시트 면적)을 Sc라고 한다. 또한, 제1 다이어프램(36)의 내주부(36a) 및 제2 다이어프램(38)의 내주부(38a)를 지지하는 주 밸브체(28)의 소직경부(28c)의 단면적을 S1이라고 한다.
밸브실(44)은 입력 통로(14a)를 통하여 입력 포트(16)에 연통하고 있으므로, 밸브실(44)의 유체의 압력은 1차압(P1)과 동일하다. 다이어프램실(46)은 2차압 도입 통로 및 출력 통로(14b)를 통하여 출력 포트(18)에 연통하고 있으므로, 다이어프램실(46)의 유체의 압력은 2차압(P2)과 동일하다. 배압실(48)은 1차압 도입 통로를 통하여 입력 포트(16)에 연통하고 있으므로, 배압실(48)의 유체의 압력은 1차압(P1)과 동일하다.
제1 다이어프램(36)은 밸브실(44)의 유체의 압력 및 다이어프램실(46)의 유체의 압력을 받는다. 이 때문에, 제1 다이어프램(36)에 연결된 밸브체(26)는, 밸브실(44)의 압력에서 유래하는 아래쪽으로의 힘 P1×(Sa-Sc)를 받는 동시에, 다이어프램실(46)의 유체의 압력에서 유래하는 위쪽으로의 힘 P2×(Sa-S1)를 받는다.
제2 다이어프램(38)은 다이어프램실(46)의 유체의 압력 및 배압실(48)의 유체의 압력을 받는다. 이 때문에, 제2 다이어프램(38)에 연결된 밸브체(26)는, 다이어프램실(46)의 압력에서 유래하는 아래쪽으로의 힘 P2×(Sb-S1)를 받는 동시에, 배압실(48)의 압력에서 유래하는 위쪽으로의 힘 P1×Sb를 받는다. 또, 밸브체(26)은, 출력 통로(14b)에 접하는 주 밸브체(28)의 상면에서 하부에의 힘P2×Sc를 받는다.
유체의 압력에서 유래하여 밸브체(26)에 작용하는 힘은 이상과 같다. 위쪽 방향의 힘의 부호를 정, 아래쪽 방향의 힘의 부호를 부로 하고, 그것들을 모두 가산하여 정리하면, (P1-P2)×(-Sa+Sb+Sc)가 된다.
상기 유체의 압력에서 유래하여 밸브체(26)에 작용하는 힘의 총합(이하 "밸브체 작용력의 총합"이라고 한다)을 실질적으로 영으로 하기 위해, Sa-Sb = Sc로 한다. 즉, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적(Sa)과 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적(Sb)과의 차이가 밸브시트(22)에 있어서의 통로면적(Sc)과 동일해지도록, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적(Sa) 및 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적(Sb)을 설정한다. 이와 같이 설정함으로써, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 크기에 관계없이, 밸브체 작용력의 총합을 실질적으로 영으로 할 수 있다. 따라서, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 변동이 있어도, 동작을 불안정하게 하는 힘이 밸브체(26)에 가해지지는 않는다.
다음에, 핸들(68)에 의한 2차압의 설정 및 압력조절 기구부에 의한 압력조절 작용에 대해 설명한다. 압력조절 다이어프램실(62)은 바이패스 통로(14g) 및 출력 통로(14b)를 통하여 출력 포트(18)에 연통하고 있으므로, 압력조절 다이어프램실(62)의 유체의 압력은 2차압(P2)과 동일하다. 압력조절 다이어프램(60)은 압력조절 다이어프램실(62)의 압력을 받아, 압력조절 다이어프램(60)의 내주부(60a)를 지지하는 베이스 홀더(64)에 대해서 위쪽 방향의 힘을 더한다.
압력조절 스프링(58)은 베이스 홀더(64)에 대해서 아래쪽 방향의 힘을 더하고 있다. 베이스 홀더(64)는 스템(34)에 맞닿아 있고, 밸브 스프링(50)이 밸브체(26)를 통하여 베이스 홀더(64)에 위쪽 방향의 힘을 더하고 있다. 이들 압력조절 스프링(58)에 의한 아래쪽 방향의 힘과 밸브 스프링(50)에 의한 위쪽 방향의 힘은 베이스 홀더(64)의 위치에 의해 정해진다. 압력조절 스프링(58)의 가압력으로부터 밸브 스프링(50)의 가압력을 뺀 것은, 핸들(68)을 회전시킴으로써 조정할 수 있다. 베이스 홀더(64)를 아래쪽에 위치시키는 만큼, 2차압을 큰 값으로 설정할 수 있다.
출력 포트(18)에 접속된 유체압기기(도시하지 않음)가 휴지 상태 또는 정지상태에 있고, 입력 포트(16)에 압력유체가 공급되고 있지 않을 때, 주 밸브체(28)는 밸브시트(22)로부터 크게 이격되어 있다. 이 상태로부터 유체압기기의 가동이 시작되어, 입력 포트(16)에 유체 공급원(도시하지 않음)으로부터 유체가 공급되면, 해당 유체는 밸브시트(22)와 주 밸브체(28)의 사이를 지나 출력 포트(18)를 향해 흐른다. 이것에 의해, 2차압이 서서히 상승하고, 압력조절 다이어프램실(62)의 압력도 서서히 상승한다.
압력조절 다이어프램실(62)의 압력이 상승함에 따라, 베이스 홀더(64)가 위쪽으로 변위하고, 입력 포트(16)로부터 출력 포트(18)를 향해 흐르는 유체의 유량이 감소한다. 그리고, 2차압이 핸들(68)에 의해 설정된 압력에 도달하면, 주 밸브체(28)가 밸브시트(22)에 맞닿아 출력 포트(18)로 향하는 유체의 흐름이 멈춤과 함께, 베이스 홀더(64)의 변위도 멈춘다. 그 후에도, 2차압이 핸들(68)에 의해 설정된 압력을 유지하도록, 압력조절 기구부에 의한 압력조절 작용이 행해진다.
전술한 바와 같이, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 변동이 있어도, 밸브체 작용력의 총합은 실질적으로 영인 채로 있다. 따라서, 작업자가 핸들(68)에 의해 설정한 소망하는 2차압을 유지하기 위해서 필요한 힘의 밸런스가 무너지지 않는다. 이것에 의해, 안정된 압력조절 작용이 행해지고, 출력 포트(18)의 압력이 소망하는 2차압으로 유지된다.
본 실시형태에 의하면, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적(Sa)과 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적(Sb)과의 차이가 밸브시트(22)에 있어서의 통로면적(Sc)과 동일하다. 이 때문에, 1차압 또는 2차압에 변동이 있어도, 안정된 압력조절 작용이 행해지고, 소망하는 2차압을 얻을 수 있다. 또, 밀봉재를 필요로 하는 슬라이딩부가 존재하지 않는 상태로, 밸브체(26)가 축선방향으로 변위 가능하게 지지되어 있다. 이 때문에, 슬라이딩 저항에 의해 동작이 불안정하게 되지 않는 것 외에, 슬라이딩에 의한 분진 발생도 없다.
본 실시형태에서는, 다이어프램실(46)을 출력 포트(18)에 연통시키고, 밸브실(44) 및 배압실(48)을 입력 포트(16)에 연통시켰지만, 다이어프램실(46)을 입력 포트(16)에 연통시키고, 밸브실(44) 및 배압실(48)을 출력 포트(18)에 연통시킬 수도 있다. 그 경우의 밸브체(26)에 작용하는 힘의 총합은 전술한 식 (P1-P2) × (-Sa+Sb+Sc)에 있어서 P1과 P2를 바꿔 넣은 것으로 되고, 그 값을 영으로 하기 위한 조건(Sa-Sb = Sc)에 변화는 없기 때문이다.
(제2 실시형태)
다음에, 본 발명의 제2 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(80)에 대해, 도 3 및 도 4를 참조하면서 설명한다. 유체 제어 밸브(80)는 감압 밸브(압력조절 밸브)로서 기능하는 것이다. 유체 제어 밸브(80)는, 몸체(82)와, 보닛(52)과, 그것들 내부에 조립되는 밸런스 기구부 및 압력조절 기구부를 갖는다. 밸런스 기구부는 밸브체(100), 제1 다이어프램(106), 제2 다이어프램(108) 등에 의해 구성된다. 몸체(82)는 본체부(84), 제1 커버체(96), 및 제2 커버체(98)로 이루어지고, 밸브체(100)는 주 밸브체(102) 및 부가 밸브체(104)로 이루어진다. 또한, 제1 실시형태의 유체 제어 밸브(10)와 동일 또는 동등한 구성에는 동일한 참조부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.
본체부(84)는 동일축선 상에서 대향하여 배치되는 입력 포트(86) 및 출력 포트(88)를 구비하고 있다. 본체부(84)의 하부에는 제1 커버체(96)가 부착되고, 본체부(84)의 상부에는 제2 커버체(98)가 부착되어 있다. 본체부(84)는 밸브체(100)가 수용되는 밸브체 수용실(90)을 내부에 갖는다. 밸브체 수용실(90)은 입력 통로(84a)를 통하여 입력 포트(86)에 연통함과 함께, 출력 통로(84b)를 통하여 출력 포트(88)에 연통하고 있다.
본체부(84)는 주 밸브체(102)가 삽입되는 개구부(92a)를 가지는 수평벽부(92)를 구비하고 있다. 수평벽부(92)는, 밸브체 수용실(90) 내로 돌출하고, 출력 통로(84b)에 연결되는 출력실(94)이 수평벽부(92)의 아래쪽에 위치한다. 수평벽부(92)는 개구부(92a) 부근의 하면에 밸브시트(92b)를 구비한다. 제1 커버체(96)는, 출력실(94)을 향해 돌출하는 통 모양의 가이드부(96a)를 가지며, 본체부(84)의 하부에 끼워맞춰진다. 출력실(94)의 유체는, 제1 커버체(96)의 가이드부(96a)에 구비된 관통구멍(96b)를 통하여, 가이드부(96a)의 내측으로 돌아 들어가고 있다.
제2 커버체(98)는, 아래쪽으로 돌출하는 통 모양의 끼워맞춤부(98a)를 가지며, 해당 끼워맞춤부(98a)가 본체부(84)의 상부에 구비된 감합구멍(84c)에 끼워맞춰진다. 제2 커버체(98)의 끼워맞춤부(98a)의 하단은, 본체부(84)의 감합구멍(84c)에 이어지는 단차부(84d)와 소정의 간극을 두고 마주본다. 이 간극에, 후술하는 제1 다이어프램(106)의 외주부(106b), 제2 스페이서(112), 및 제2 다이어프램(108)의 외주부(108b)가 배치된다.
주 밸브체(102)는, 본체부(84)의 수평벽부(92)의 아래쪽에 위치하는 제1 플랜지부(102a), 및 수평벽부(92)의 위쪽에 위치하는 제2 플랜지부(102b)를 갖는다. 제1 플랜지부(102a)의 상면에는, 밸브시트(92b)에 맞닿는 시일 부재(103)가 장착되어 있다. 주 밸브체(102)의 제1 플랜지부(102a)보다 아래쪽 부분은 제1 커버체(96)의 가이드부(96a)의 내측에 삽입 지지된다. 제1 플랜지부(102a)의 하면과 제1 커버체(96)의 저면과의 사이에, 제1 커버체(96)의 가이드부(96a)의 외측을 둘러싸도록 하여, 밸브 스프링(120)이 배치된다. 밸브 스프링(120)은 코일 스프링으로 이루어지고, 주 밸브체(102)를 위쪽으로 가압한다.
주 밸브체(102)에는 부가 밸브체(104)가 연결되어 있다. 구체적으로는, 부가 밸브체(104)는, 연결구멍(104b)를 가지는 대직경부(104a)와, 대직경부(104a)로부터 위쪽으로 연장되는 소직경부(104c)로 이루어진다. 주 밸브체(102)의 상부가 부가 밸브체(104)의 연결구멍(104b)에 삽입되고, 나사결합 등의 수단에 의해 양자가 연결된다. 부가 밸브체(104)의 소직경부(104c)는, 제2 커버체(98)의 밸브체 삽입구멍(84e)에 삽입되고, 제2 커버체(98)의 위쪽에 배치되는 압력조절 다이어프램실(62) 내로 연장되고 있다.
주 밸브체(102)의 제2 플랜지부(102b)의 상면은 부가 밸브체(104)의 대직경부(104a)의 하단과 소정의 간극을 두고 대향한다. 이 간극에, 후술하는 제1 다이어프램(106)의 내주부(106a), 제1 스페이서(110), 및 제2 다이어프램(108)의 내주부(108a)가 배치된다. 주 밸브체(102) 및 부가 밸브체(104)는 일체로 이루어지고, 그 축선방향(상하방향)으로 변위 가능하게 되도록 지지되어 있다.
밸브체 수용실(90) 내에 있어서, 밸브체(100)와 몸체(82)와의 사이에, 제1 다이어프램(106) 및 제2 다이어프램(108)이 배치되어 있다. 이러한 다이어프램은 탄성 재료로 박막 형상 및 환 형상으로 형성되어 있다. 제1 다이어프램(106)의 내주부(106a)와 제2 다이어프램(108)의 내주부(108a)와의 사이에는, 링 형상의 제1 스페이서(110)가 배치되어 있다. 제1 다이어프램(106)의 외주부(106b)와 제2 다이어프램(108)의 외주부(108b)와의 사이에는, 링 형상의 제2 스페이서(112)가 배치되어 있다.
제1 다이어프램(106), 제1 스페이서(110) 및 제2 다이어프램(108)은 주 밸브체(102)의 제2 플랜지부(102b)보다 위쪽의 부분에 삽입된다. 제1 다이어프램(106)의 내주부(106a)는 주 밸브체(102)의 제2 플랜지부(102b)와 제1 스페이서(110)의 하면과의 사이에 끼워진다. 제2 다이어프램(108)의 내주부(108a)는 제1 스페이서(110)의 상면과 부가 밸브체(104)의 하단과의 사이에 끼워진다. 제1 다이어프램(106)의 외주부(106b)는 본체부(84)의 단차부(84d)와 제2 스페이서(112)의 하면과의 사이에 끼워진다. 제2 다이어프램(108)의 외주부(108b)는 제2 스페이서(112)의 상면과 제2 커버체(98)의 끼워맞춤부(98a)의 하단과의 사이에 끼워진다.
밸브체(100)가 상하방향으로 변위하면, 제1 다이어프램(106)의 내주부(106a)가 밸브체(100)와 함께 변위하고, 제1 다이어프램(106)의 내주부(106a)와 외주부(106b)와의 사이의 박막부(106c)가 변형한다. 마찬가지로, 밸브체(100)가 상하방향으로 변위하면, 제2 다이어프램(108)의 내주부(108a)가 밸브체(100)와 함께 변위하고, 제2 다이어프램(108)의 내주부(108a)와 외주부(108b)와의 사이의 박막부(108c)가 변형한다.
제2 스페이서(112)는 그 내주에 단차부(112a)를 구비한다. 제2 스페이서(112)의 내경은, 제2 다이어프램(108)에 접하는 상면 부근보다도, 제1 다이어프램(106)에 접하는 하면 부근이 크게 되어 있다. 따라서, 제1 다이어프램(106)의 변형 영역인 박막부(106c)의 면적은 제2 다이어프램(108)의 변형 영역인 박막부(108c)의 면적보다 크다. 즉, 제1 다이어프램(106)의 유효 수압면적은 제2 다이어프램(108)의 유효 수압면적보다 크다. 이 유효 수압면적 차이의 기술적 의의에 대해서는 후술한다.
밸브체 수용실(90)은, 본체부(84)의 수평벽부(92)의 위쪽에 있어서, 제1 다이어프램(106)의 아래쪽의 밸브실(114), 제1 다이어프램(106)과 제2 다이어프램(108)과의 사이의 다이어프램실(116), 및 제2 다이어프램(108)의 위쪽의 배압실(118)로 구획된다. 밸브실(114)은 입력 통로(84a)를 통하여 입력 포트(86)에 연통한다.
제1 스페이서(110)는 직경방향으로 관통하는 복수의 직경방향 구멍(110a)을 갖는다. 이 복수의 직경방향 구멍(110a)의 일단은 다이어프램실(116)에서 개구되어 있다. 주 밸브체(102)는, 제2 플랜지부(102b)보다 위쪽의 부위에 있어서, 외주면을 주회하는 환형상 홈(102c)과, 일단이 환형상 홈(102c)에 연결되는 복수의 직경방향 구멍(102d)과, 복수의 직경방향 구멍(102d)의 타단과 연결되는 축 구멍(102e)을 갖는다. 축 구멍(102e)은 주 밸브체(102)의 하단까지 주 밸브체(102)의 축심 방향으로 연장되어 있다. 제1 스페이서(110)의 직경방향 구멍(110a)의 타단은 주 밸브체(102)의 환형상 홈(102c)과 연결되어 있다.
제1 스페이서(110)의 직경방향 구멍(110a), 주 밸브체(102)의 환형상 홈(102c), 주 밸브체(102)의 직경방향 구멍(102d), 주 밸브체(102)의 축 구멍(102e)은, 출력 포트(88)의 유체의 압력을 다이어프램실(116)에 도입하는 2차압 도입 통로를 구성하고 있다. 즉, 다이어프램실(116)은, 2차압 도입 통로, 출력실(94) 및 출력 통로(84b)를 통하여 출력 포트(88)에 연통한다.
제2 커버체(98)의 끼워맞춤부(98a)는, 끼워맞춤부(98a)의 외주면을 주회하는 환형상 홈(98b)과, 일단이 환형상 홈(98b)에 연결되고 타단이 배압실(118)에서 개구되는 복수의 횡방향 구멍(98c)을 갖는다. 또, 본체부(84)는, 일단이 제2 커버체(98)의 환형상 홈(98b)과 연결되고 타단이 입력 포트(86)와 연결되는 연락 통로(84f)를 갖는다. 이들 제2 커버체(98)의 횡방향 구멍(98c), 제2 커버체(98)의 환형상 홈(98b) 및 본체부(84)의 연락 통로(84f)는, 입력 포트(86)의 유체의 압력을 배압실(118)에 도입하는 1차압 도입 통로를 구성하고 있다. 즉, 배압실(118)은 1차압 도입 통로를 통하여 입력 포트(86)에 연통한다.
여기서, 밸브체(100)에 작용하는 유체의 압력에 근거하는 상하방향의 힘에 대해 고찰한다. 입력 포트(86)에 있어서의 압력 즉 1차압을 P1이라고 하고, 출력 포트(88)에 있어서의 압력 즉 2차압을 P2라고 한다. 또, 제1 다이어프램(106)의 유효 수압면적을 Sa, 제2 다이어프램(108)의 유효 수압면적을 Sb, 밸브시트(92b)에 있어서의 원형의 통로면적(밸브시트(92b)의 시트 면적)을 Sc라고 한다. 또, 제1 다이어프램(106)의 내주부(106a) 및 제2 다이어프램(108)의 내주부(108a)를 지지하는 주 밸브체(102)의 단면적을 S1이라고 한다. 또한, 제2 커버체(98)의 밸브체 삽입구멍(84e)의 단면적(밸브체(100)의 일단부의 단면적으로서의 부가 밸브체(104)의 소직경부(104c)의 단면적)을 S2라고 한다.
밸브실(114)은 입력 통로(84a)를 통하여 입력 포트(86)에 연통하고 있으므로, 밸브실(114)의 유체의 압력은 1차압(P1)과 동일하다. 다이어프램실(116)은, 2차압 도입 통로, 출력실(94) 및 출력 통로(84b)를 통하여 출력 포트(88)에 연통하고 있으므로, 다이어프램실(116)의 유체의 압력은 2차압(P2)과 동일하다. 배압실(118)은, 1차압 도입 통로를 통하여 입력 포트(86)에 연통하고 있으므로, 배압실(118)의 유체의 압력은 1차압(P1)과 동일하다. 압력조절 다이어프램실(62)은, 본체부(84) 및 제2 커버체(98)에 설치된 바이패스 통로(83)를 통하여 출력 포트(88)에 연통하고 있으므로, 압력조절 다이어프램실(62)의 유체의 압력은 2차압(P2)과 동일하다.
제1 다이어프램(106)은 밸브실(114)의 유체의 압력 및 다이어프램실(116)의 유체의 압력을 받는다. 이 때문에, 제1 다이어프램(106)에 연결된 밸브체(100)는, 밸브실(114)의 압력에서 유래하는 위쪽으로의 힘 P1×(Sa-Sc)를 받는 동시에, 다이어프램실(116)의 유체의 압력에서 유래하는 아래쪽으로의 힘 P2×(Sa-S1)을 받는다.
제2 다이어프램(108)은 다이어프램실(116)의 유체의 압력 및 배압실(118)의 유체의 압력을 받는다. 이 때문에, 제2 다이어프램(108)에 연결된 밸브체(100)는, 다이어프램실(116)의 압력에서 유래하는 위쪽으로의 힘 P2×(Sb-S1)을 받는 동시에, 배압실(118)의 압력에서 유래하는 아래쪽으로의 힘 P1×(Sb-S2)를 받는다. 또, 밸브체(100)는, 주 밸브체(102)의 하단이 출력실(94)에 임하고 있으므로, 위쪽으로의 힘 P2×Sc를 받는 것 외에도, 부가 밸브체(104)의 상단이 압력조절 다이어프램실(62)에 임하고 있으므로, 하부로의 힘 P2×S2를 받는다.
유체의 압력에서 유래하여 밸브체(100)에 작용하는 힘은 이상과 같다. 위쪽 방향으로의 힘의 부호를 정, 아래쪽 방향으로의 힘의 부호를 부로 하고, 그것들을 모두 가산하여 정리하면, (P1-P2)×(Sa-Sb-Sc+S2)가 된다.
상기 유체의 압력에서 유래하여 밸브체(100)에 작용하는 힘의 총합(이하 "밸브체 작용력의 총합" 이라고 한다)을 실질적으로 영으로 하기 위해, Sa-Sb = Sc-S2로 한다. 즉, 제1 다이어프램(106)의 유효 수압면적(Sa)과 제2 다이어프램(108)의 유효 수압면적(Sb)과의 차이가 밸브시트(92b)에 있어서의 통로면적(Sc)과 압력조절 다이어프램실(62) 내로 돌출하는 부가 밸브체(104)의 단면적(S2)과의 차이와 동일해지도록, 제1 다이어프램(106)의 유효 수압면적(Sa) 및 제2 다이어프램(108)의 유효 수압면적(Sb)을 설정한다. 이와 같이 설정함으로써, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 크기에 관계없이, 밸브체 작용력의 총합을 실질적으로 영으로 할 수 있다. 따라서, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 변동이 있어도, 동작을 불안정하게 하는 힘이 밸브체(100)에 가해지지 않는다.
(제3 실시형태)
다음에, 본 발명의 제3 실시형태에 따른 유체 제어 밸브(130)에 대해, 도 5 및 도 6을 참조하면서 설명한다. 유체 제어 밸브(130)는 유량 제어 밸브로서 기능하는 것이다. 유체 제어 밸브(130)는, 밸브 모듈(132)과, 액추에이터 모듈(134)과, 센서 모듈(150)과, 제어 모듈(158)과, 입구 모듈(162)과, 출구 모듈(164)로 이루어진다. 또한, 제1 실시형태의 유체 제어 밸브(10)와 동일 또는 동등한 구성에는 동일한 참조부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.
밸브 모듈(132)은, 몸체(12)의 내부에 조립되는 밸브체(26), 제1 다이어프램(36), 제2 다이어프램(38) 등에 의해 구성되는 밸런스 기구부를 갖는다. 몸체(12)는 본체부(14)와 커버체(24)로 이루어지고, 밸브체(26)는 주 밸브체(28)와 부가 밸브체(30)와 스템(34)으로 이루어진다.
본체부(14)는 동일축선 상에서 마주보게 배치되는 입력 포트(16) 및 출력 포트(18)를 구비하고 있다. 본체부(14)의 하부에는 커버체(24)가 부착된다. 본체부(14)는 커버체(24)에 의해 폐쇄되는 밸브체 수용실(20)을 갖는다. 밸브체 수용실(20)의 상부는, 입력 통로(14a)를 통하여 입력 포트(16)에 연통함과 함께, 출력 통로(14b)를 통하여 출력 포트(18)에 연통하고 있다.
스템(34)의 상단은 출력 통로(14b) 내에 위치한다. 본체부(14)는 출력 통로(14b)와 본체부(14)의 위쪽의 공간을 연통하는 구멍부(14h)를 갖는다. 구멍부(14h)는 스템(34)과 동축 형상으로 배치된다. 후술하는 리니어 모터의 샤프트(144)는 이 구멍부(14h)에 삽입되고 스템(34)의 상단에 맞닿는다.
밸브체 수용실(20)은, 제1 다이어프램(36)의 위쪽의 밸브실(44), 제1 다이어프램(36)과 제2 다이어프램(38)과의 사이의 다이어프램실(46), 및 제2 다이어프램(38)의 아래쪽의 배압실(48)로 구획된다. 밸브실(44)은 입력 통로(14a)를 통하여 입력 포트(16)에 연통한다.
제1 스페이서(40)의 직경방향 구멍(40a), 주 밸브체(28)의 환형상 홈(28d), 주 밸브체(28)의 직경방향 구멍(28e), 주 밸브체(28)의 축 구멍(28f), 스템(34)의 축 구멍(34b) 및 스템(34)의 직경방향 구멍(34a)은, 출력 포트(18)의 유체의 압력을 다이어프램실(46)에 도입하는 2차압 도입 통로를 구성하고 있다. 다이어프램실(46)은 2차압 도입 통로 및 출력 통로(14b)를 통하여 출력 포트(18)에 연통한다.
커버체(24)의 횡방향 구멍(24c), 커버체(24)의 환형상 홈(24b) 및 본체부(14)의 연락 통로(14f)는, 입력 포트(16)의 유체의 압력을 배압실(48)에 도입하는 1차압 도입 통로를 구성하고 있다. 배압실(48)은 1차압 도입 통로를 통하여 입력 포트(16)에 연통한다.
밸브체(26)에 작용하는 유체의 압력에 근거하는 상하방향의 힘은, 제1 실시형태의 유체 제어 밸브(10)의 경우와 동일하고, 간결하게 설명하면 다음과 같다. 입력 포트(16)에 있어서의 압력 즉 1차압을 P1이라고 하고, 출력 포트(18)에 있어서의 압력 즉 2차압을 P2라고 한다. 또, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적을 Sa, 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적을 Sb, 밸브시트(22)에 있어서의 원형의 통로면적(밸브시트(22)의 시트 면적)을 Sc라고 한다. 유체의 압력에서 유래하여 밸브체(26)에 작용하는 힘을 모두 가산한 밸브체 작용력의 총합은, (P1-P2) × (-Sa+Sb+Sc)가 된다.
상기 밸브체 작용력의 총합을 실질적으로 제로로 하기 위해, Sa-Sb = Sc로 한다. 즉, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적(Sa)과 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적(Sb)과의 차이가 밸브시트(22)에 있어서의 통로면적(Sc)과 동일해지도록, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적(Sa) 및 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적(Sb)을 설정한다. 이와 같이 설정함으로써, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 크기에 관계없이, 밸브체 작용력의 총합을 실질적으로 영으로 할 수 있다. 따라서, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 변동이 있어도, 동작을 불안정하게 하는 힘이 밸브체(26)에 가해지지 않는다.
액추에이터 모듈(134)은 밸브 모듈(132)의 위쪽에 배치되어 리니어 모터를 구성한다. 리니어 모터의 고정자는, 밸브 모듈(132)의 몸체(12)에 부착되는 아우터 요크(136)와, 아우터 요크(136)의 내측에 고정되는 전자 코일(138)을 구비한다.
리니어 모터의 가동자는, 센터 요크(140)와 한 쌍의 영구자석(142a, 142b)이 샤프트(144)에 고정되어 구성된다. 축방향(상하방향)으로 착자된 한 쌍의 영구자석(142a, 142b)은 센터 요크(140)를 사이에 개재시키고 같은 극이 마주보도록 배치되어 있다. 전자 코일(138)에 구동 전류가 흐르면, 구동 전류의 방향에 따라 영구자석(142a, 142b) 및 센터 요크(140)에 상방향 또는 하방향의 추력이 발생한다. 이 추력의 크기는 구동 전류의 크기에 비례한다.
가동자의 위쪽에는, 홀 소자, 자기저항 소자 등으로 이루어지는 위치 센서(146)가 배치되어 있다. 가동자의 위치는 위치 센서(146)에 의해 검출되고, 해당 검출 신호는 제어 모듈(158)에 보내진다. 가동자의 하부에는, 홀드 요크(148)가 배치되어 있다. 전자 코일(138)의 비통전시에 있어서도, 하부의 영구자석(142a)과 홀드 요크(148)와의 사이에는 흡인력이 작용한다. 이것에 의해, 샤프트(144)의 하단이 스템(34)에 맞닿은 상태가 유지된다.
센서 모듈(150)은 밸브 모듈(132)의 입력 포트(16)에 부착된다. 센서 모듈(150)은, 밸브 모듈(132)의 입력 포트(16)에 연결되는 주 유로(152)와, 주 유로(152)로부터 분기하는 부 유로(154)와, 부 유로(154)에 임하는 유량 센서(156)를 갖는다. 유량 센서(156)는 주 유로(152)를 흐르는 유체의 유량을 검출하고, 해당 검출 신호는 제어 모듈(158)에 보내진다.
입구 모듈(162)은 센서 모듈(150)의 주 유로(152)의 상류측에 부착된다. 출구 모듈(164)은 밸브 모듈(132)의 출력 포트(18)에 부착된다. 도시하지 않은 압력 공급원으로부터 입구 모듈(162)에 공급된 유체는, 센서 모듈(150)의 주 유로(152)를 통해, 밸브 모듈(132)의 입력 포트(16)에 공급된다. 밸브 모듈(132)의 출력 포트(18)로부터 출력되는 유체는, 출구 모듈(164)을 통해, 도시하지 않은 유체 기기를 향해 출력된다. 입력 포트(16)로부터 출력 포트(18)로 향하는 유체의 유량은 상기 유량 센서(156)에 의해 검출된다.
제어 기판(160)을 구비한 제어 모듈(158)은, 유량 센서(156)의 검출 신호 및 위치 센서(146)의 검출 신호에 근거하여, 전자 코일(138)에 대한 통전량을 피드백 제어한다. 구체적으로는, 우선, 유량 센서(156)의 검출 신호에 근거하는 실제 유량값을 목표 유량값과 비교하여, 목표 밸브 개도(밸브체의 목표 위치)를 산출한다. 다음에, 위치 센서(146)에 근거하는 실제 밸브 개도를 해당 목표 밸브 개도와 비교하여, 전자 코일(138)에 대한 통전량을 산출하고, 전자 코일(138)에 소정의 구동 전류를 흘리기 위한 구동 신호를 출력한다.
전술한 바와 같이, 1차압(P1) 및 2차압(P2)의 한쪽 또는 양쪽 모두에 변동이 있어도, 동작을 불안정하게 하는 힘이 밸브체(26)에 가해지지 않는다. 이 때문에, 리니어 모터의 전자 코일(138)에 대한 통전 제어는, 말하자면 외란에 의한 영향이 없는 안정된 것이 된다. 따라서, 전자 코일(138)에서의 발열을 가급적 억제할 수 있다.
본 실시형태에 의하면, 제1 다이어프램(36)의 유효 수압면적(Sa)과 제2 다이어프램(38)의 유효 수압면적(Sb)과의 차이가 밸브시트(22)에 있어서의 통로면적(Sc)과 동일하다. 이 때문에, 1차압 또는 2차압에 변동이 있어도, 동작을 불안정하게 하는 힘이 밸브체(26)에 가해지지 않고, 리니어 모터의 전자 코일(138)에서의 발열을 가급적 억제할 수 있다.
본 발명은, 전술한 실시형태에 한정하지 않고, 본 발명의 요지를 벗어남 없이, 다양한 구성을 채택할 수 있다.

Claims (8)

  1. 입력 포트(16)와 출력 포트(18)를 구비하는 몸체(12)와, 상기 몸체의 밸브시트(22)에 맞닿음 가능한 밸브체(26)를 포함하는 유체 제어 밸브(10)로서,
    제1 다이어프램(36) 및 제2 다이어프램(38)이 상기 밸브체와 상기 몸체와의 사이에 배치되고, 상기 제1 다이어프램과 상기 제2 다이어프램과의 사이에 다이어프램실(46)이 형성되고, 상기 제1 다이어프램은 밸브실(44)과 상기 다이어프램실을 구획하고, 상기 제2 다이어프램은 상기 다이어프램실과 배압실(48)을 구획하고, 상기 다이어프램실은 상기 출력 포트에 연통하고, 상기 밸브실 및 상기 배압실은 상기 입력 포트에 연통하고, 상기 제1 다이어프램의 유효 수압면적과 상기 제2 다이어프램의 유효 수압면적과의 차이가 상기 밸브시트에 있어서의 통로면적과 동일한 유체 제어 밸브.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 다이어프램의 내주부와 상기 제2 다이어프램의 내주부와의 사이에 스페이서(40)가 배치되고, 상기 다이어프램실은 상기 스페이서 및 상기 밸브체에 구비된 2차압 도입 통로를 통하여 출력 포트에 연통하는 유체 제어 밸브.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 다이어프램의 외주부와 상기 제2 다이어프램의 외주부와의 사이에 스페이서(42)가 배치되고, 상기 스페이서가 그 내주에 단차부(42a)를 구비함으로써, 상기 제1 다이어프램의 유효 수압면적이 상기 제2 다이어프램의 유효 수압면적보다 크게 되어 있는 유체 제어 밸브.
  4. 청구항 1에 있어서,
    출력 포트에 연통하는 압력조절 다이어프램실(62)을 구획하는 압력조절 다이어프램(60)을 구비하고, 압력조절 다이어프램의 내주부가, 상기 밸브체를 구성하는 스템(34)에 맞닿는 베이스 홀더(64)와 압력조절 스프링(58)의 일단을 지지하는 유지 플레이트(66)와의 사이에 끼워져, 감압 밸브로서 기능하는 유체 제어 밸브.
  5. 청구항 1에 있어서,
    전자 코일(138)에의 통전을 제어하는 것에 의해 상기 밸브체의 개도를 제어하는 리니어 모터가 배치되고, 리니어 모터의 가동자를 구성하는 샤프트(144)가 상기 밸브체에 맞닿는 유체 제어 밸브.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 입력 포트로부터 상기 출력 포트로 향하는 유체의 유량을 검출하는 유량 센서(156)를 구비하고, 상기 유량 센서에 의해 검출되는 실제 유량값이 목표 유량값으로 되도록 피드백 제어를 행하는 유체 제어 밸브.
  7. 입력 포트와 출력 포트를 구비하는 몸체와, 상기 몸체의 밸브시트에 맞닿음 가능한 밸브체를 포함하는 유체 제어 밸브로서,
    제1 다이어프램 및 제2 다이어프램이 상기 밸브체와 상기 몸체와의 사이에 배치되고, 상기 제1 다이어프램과 상기 제2 다이어프램과의 사이에 다이어프램실이 형성되고, 상기 제1 다이어프램은 밸브실과 상기 다이어프램실을 구획하고, 상기 제2 다이어프램은 상기 다이어프램실과 배압실을 구획하고, 상기 다이어프램실은 상기 입력 포트에 연통하고, 상기 밸브실 및 상기 배압실은 상기 출력 포트에 연통하고, 상기 제1 다이어프램의 유효 수압면적과 상기 제2 다이어프램의 유효 수압면적과의 차이가 상기 밸브시트에 있어서의 통로면적과 동일한 유체 제어 밸브.
  8. 입력 포트(86)와 출력 포트(88)를 구비하는 몸체(82)와, 상기 몸체의 밸브시트(92b)에 맞닿음 가능한 밸브체(100)를 포함하는 유체 제어 밸브(80)로서,
    제1 다이어프램(106) 및 제2 다이어프램(108)이 상기 밸브체와 상기 몸체와의 사이에 배치되고, 상기 제1 다이어프램과 상기 제2 다이어프램과의 사이에 다이어프램실(116)이 형성되고, 상기 제1 다이어프램은 밸브실(114)과 상기 다이어프램실을 구획하고, 상기 제2 다이어프램은 상기 다이어프램실과 배압실(118)을 구획하고, 상기 다이어프램실은 상기 출력 포트에 연통하고, 상기 밸브실 및 상기 배압실은 상기 입력 포트에 연통하고, 상기 밸브체의 일단부는, 상기 몸체의 외측에 배치되고 상기 출력 포트에 연통하는 챔버를 향해 상기 배압실로부터 연장되어 있고, 상기 제1 다이어프램의 유효 수압면적과 상기 제2 다이어프램의 유효 수압면적과의 차이가 상기 밸브시트에 있어서의 통로면적과 상기 밸브체의 일단부의 단면적과의 차이와 동일한 유체 제어 밸브.
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