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KR100426709B1 - 오리피스 내장밸브 - Google Patents

오리피스 내장밸브 Download PDF

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KR100426709B1
KR100426709B1 KR10-2001-7013608A KR20017013608A KR100426709B1 KR 100426709 B1 KR100426709 B1 KR 100426709B1 KR 20017013608 A KR20017013608 A KR 20017013608A KR 100426709 B1 KR100426709 B1 KR 100426709B1
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valve
valve seat
disk
seat body
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KR10-2001-7013608A
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다다히로 오미
니시노코우지
이케다노부카즈
야마지미치오
도히료스케
이데타에이지
히로세타카시
Original Assignee
가부시키가이샤 후지킨
다다히로 오미
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Abstract

반도체 제조장치나 화학품 제조설비에서 사용하는 압력식 유량제어장치를 구비한 가스공급설비 등에 사용하는 오리피스 내장밸브의 제조비용의 인하를 도모함과 아울러, 오리피스의 가공정밀도의 향상 및 밸브조립시에 있어서의 오리피스의 변형의 방지 등을 도모함으로써 우수한 유량제어특성이 얻어지는 오리피스 내장밸브를 제공한다.
그를 위하여, 본 발명에서는 윗쪽이 개방된 밸브실에 연통하는 가스유입로와 가스유출로가 형성된 내열재료제의 밸브본체와, 밸브본체의 밸브실 내에 설치되고, 상기 밸브본체의 가스유출로에 연통하는 가스유출로와 밸브시트가 형성된 합성수지제의 밸브시트체와, 밸브시트체의 가스유출로의 속에 착탈가능하게 설치된 내열재료제의 오리피스 디스크와, 오리피스 디스크에 형성되어 밸브시트체의 가스유출로를 좁히는 오리피스로부터 오리피스 내장밸브의 주요부를 구성하고, 스테인레스제의 오리피스 디스크에 미리 오리피스를 형성함과 아울러, 이 오리피스를 다른 가공에 의해서 형성한 금속제의 오리피스 디스크와 합성수지제의 밸브시트체를 착탈가능하게 조합하고, 금속제의 이너디스크를 통하여 합성수지제의 밸브시트체를 압압 압축시킴으로써 양자를 밸브본체에 기밀하게 조립한다.

Description

오리피스 내장밸브{VALVE WITH A BUILT-IN ORIFICE}
반도체 제조장치나 화학품 제조설비 등에서 사용하는 압력식 유량제어장치를 구비한 가스공급설비로서는, 본 출원인이 먼저 출원한 WO99163412호에 기재된 것이 있다. 이 가스공급설비는 도 9에 나타낸 바와 같이, 오리피스(50)의 상류측 압력(P1)을 오리피스(50)의 하류측 압력(P2)의 약 2배 이상으로 유지한 상태에서 가스의 유량제어를 행하면서 오리피스 대응밸브(51)를 통하여 프로세스(52)로 가스를 공급하도록 한 것이다. 즉, 여기서 사용되고 있는 압력식 유량제어장치(100)는 가스공급원으로부터 가스를 받아들이는 컨트롤밸브(53)와, 컨트롤밸브(53)의 하류측에 설치한 오리피스 대응밸브(51)와, 상기 컨트롤밸브(53)와 오리피스 대응밸브(51)의 사이에 설치한 압력검출기(54)와, 오리피스 대응밸브(51)의 밸브기구부의 하류측에 설치한 오리피스(50)와, 상기 압력검출기(54)의 검출압력(P1)에서 유량을 Qc=KP1(단 K는 정수)로서 연산함과 아울러, 유량지령신호(Qs)와 연산유량(Qc)과의 차를 제어신호(Qy)로서 컨트롤밸브(53)의 구동부(53a)로 출력하는 연산제어장치(55)로 구성되어 있고, 컨트롤밸브(53)의 개폐를 제어하여 압력(P1)을 조정함으로써 프로세스(52)로 공급하는 가스의 유량을 제어하도록 한 것이다.
또한, 도 9에 있어서, 55a는 온도보정회로, 55b는 유량연산회로, 55c는 비교회로, 55d는 증폭회로, 56은 가스입구, 57은 가스출구, 58은 가스온도검출기, 59a·59b는 증폭기, 60a·60b는 A/D변환기이다.
또, 도 9에서는 오리피스 대응밸브(51)와 오리피스(50)가 개별의 것으로서 표현되어 있지만, 현실로는 도 10에 나타낸 바와 같이, 오리피스 대응밸브(51)의 가스출구 유로(S2) 속에 오리피스(50)가 일체적으로 고정되어 있고, 오리피스(50)를 내장한 형식의 밸브(70)(이하, 오리피스 내장밸브(70)라 함)로 되어 있다. 도 10은 상기 종전의 오리피스 내장밸브(70)의 밸브부의 부분확대 단면도이고, 71은 밸브본체, 72는 밸브본체(71)에 뚫어서 설치한 밸브실, 73은 밸브실 내로 삽입하여 부착한 이너디스크(inner disc), 74는 밸브체를 형성하는 금속다이어프램, 76은 PCTFE제(합성수지제)의 밸브착좌용 시트, 76a는 링형상의 밸브시트, 50은 밸브착좌용 시트(76)에 설치한 오리피스, 77은 밸브체 누르개, 78은 샤프트(밸브봉), 79는 스프링, S1은 유체입구 통로, S2는 유체출구 통로이고, 유체입구 통로(S1)에서 화살표 방향으로 유입된 가스는 오리피스(50)를 통하여 유체출구 통로(S2)로부터 유출되어 간다.
즉, 오리피스 내장밸브(70)의 밸브부는 밸브본체(71)에 뚫어 설치한 밸브실(72)의 저면으로 삽입하여 부착한 원반상의 이너디스크(73)와,이너디스크(73)의 중앙부에 설치한 밸브시트체 삽입부착구멍(73a) 내로 기밀상으로 삽입하여 부착한 밸브시트체(76)와, 밸브시트체(76)의 윗쪽에 설치한 금속제의 다이어프램(74)과, 다이어프램(74)을 윗쪽에서 압압하는 밸브체 누르개(77) 등으로 형성되어 있다.
또한, 이너디스크(73)의 외주부에는 가스유입통로(S1)에 연통하는 가스유입구(73b)가 설치되어 있고, 해당 가스유입구(73b)를 통하여 가스가 다이어프램(74)의 아래쪽 공간으로 유입된다.
또, 밸브시트체(76)의 상면에는 링상의 밸브시트(76a)가 뚫어 설치되어 있고, 또한 밸브시트(76a)에 연통하는 가스유출통로(S2)에는 오리피스(50)가 형성되어 있다.
도 11은 상기 도 10에서의 밸브시트체(PCTFE제)(76)의 다른 예를 나타내는 것이고, 밸브시트체(76)를 거의 반상체로 형성하고 그 상면측에 링상의 밸브시트(76a)를 뚫어 설치한다. 그리고, 반상체의 이면측을 원추상으로 절삭 제거하고, 링상의 밸브시트(76a)의 중앙부를 박육상으로 함과 아울러, 해당 박육부에 소구멍상의 오리피스(50)를 뚫어 설치하도록 한 것이다.
본 발명은 반도체 제조장치나 화학품 제조설비 등에서 사용하는 압력식 유량제어장치를 구비한 가스공급설비 등에 사용하는 오리피스 내장밸브에 관한 것이다.
도 1은 제1실시예를 나타내는 오리피스 내장밸브의 요부의 종단면도,
도 2는 오리피스 플레이트 및 오리피스를 나타내는 평면도,
도 3은 제1실시예의 오리피스 내장밸브의 밸브시트체와 오리피스 디스크와 이너디스크와의 이너디스크를 압압하기 전의 높이의 관계를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 관한 오리피스 내장밸브의 요부의 확대종단면도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 관한 오리피스 내장밸브의 요부의 확대종단면도,
도 6은 본 발명의 제4실시예에 관한 오리피스 내장밸브의 요부의 확대종단면도,
도 7은 본 발명의 제5실시예에 관한 오리피스 내장밸브의 요부의 확대종단면도,
도 8은 본 발명의 제6실시예에 관한 오리피스 내장밸브의 요부의 확대종단면도,
도 9는 종전의 압력식 유량제어장치에서의 오리피스 내장밸브의 사용예를 나타내는 도면,
도 10은 종래의 오리피스 내장밸브의 요부의 종단면도,
도 11은 종래의 오리피스 내장밸브의 밸브시트체의 다른 예를 나타내는 종단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
A : 오리피스 내장밸브 Y : 밀봉면
X : 밀봉면 Z : 밀봉면
H1: 틈 H2: 틈
1 : 밸브본체 2 : 밸브시트체
2a : 소경부 2b : 대경부
3 : 오리피스 디스크 3a : 본체
3b : 접시형 오목부 4 : 오리피스 플레이트
5 : 오리피스 6 : 밸브실
7 : 가스유입로 8 : 가스유출로
9 : 이너디스크 10 : 가스유입로
11 : 밸브시트체 삽입부착구멍 11a : 소경부
11b : 대경부 12 : 밸브시트체의 가스유출로
13 : 오리피스 디스크 수납오목부 13a : 고리상 돌출모양
14 : 밸브시트 15 : 오리피스 디스크의 가스유출로
16 : 다이어프램 17 : 다이어프램 누르개
18 : 샤프트 19 : 스프링
20 : 보닛인서트 21 : 보닛
22 : 마개부 23 : 플랜지부
24 : 윗쪽 테이퍼부 25 : 중간 스트레이트부
26 : 아래쪽 테이퍼부 27 : 암나사
28 : 수나사
그런데, 종전의 도 10에 나타내는 오리피스 내장밸브(70)에서는 합성수지제의 밸브시트체(76)의 가스유출통로(S2)의 내벽면에, 끼워넣기용의 홈을 형성하고, 오리피스(50)를 형성한 탄력성을 갖는 원형의 오리피스 플레이트(P)의 외주 가장자리를 상기 끼워넣기용 홈 내로 무리하게 끼워넣음으로써 오리피스 플레이트(P)를 고정하도록 하고 있다.
그때문에, 오리피스 플레이트(P)를 끼워넣기용의 홈 내로 끼워넣을 때에, 오리피스 플레이트(P)가 변형되기 쉽고, 만일 오리피스 플레이트(P)가 크게 변형되면 이것에 설치한 오리피스(50)도 변형되게 되어, 압력식 유량제어장치의 유량제어특성이 좋지 않게 된다. 그 결과, 도 10의 구조의 오리피스 내장밸브에는 오리피스 플레이트(P)를 견고하게 고정하는 것이 어렵다는 큰 난점이 있다. 또, 오리피스 플레이트(P)를 금속제로 한 경우에, 이것을 간단하고 또한 강고히 고착할 수 있도록 하기 위해서는, 가스유통통로(S2)의 내벽면에 복잡한 구조의 끼워넣기용 홈을 형성할 필요가 있어, 밸브시트체(76)의 가공비가 높아지게 된다.
또한, 고온도의 가스에 의해서 합성수지제의 밸브시트체(76)가 가열된 때에 발생하는 밸브시트체(76)의 변형이나 이너디스크(73)의 압압에 의한 밸브시트체(76)의 변형이, 그대로 직접 오리피스 플레이트(P)에 전달되기 때문에, 밸브시트체(76)가 매우 조금 변형한 것만으로도 오리피스 플레이트(P)에 변형이 발생하여, 오리피스(50)의 형태(구멍의 형상이나 구멍의 내경)가 변함으로써 오리피스 내장밸브의 유량제어특성이 변화한다.
덧붙여서, 도 11과 같은 구성의 오리피스(50)로 한 경우에는, 오리피스(50)가 합성수지제의 밸브시트체(76)를 절삭가공하는 것에 의해 형성되어 있기 때문에, 가공시의 열에 의한 오리피스(50)의 형태의 변화가 커지기 쉽고, 오리피스(50)의형태에 불균형이 발생한다. 그 결과, 이 오리피스 내장밸브를 사용한 압력식 유량제어장치의 유량제어특성에도 불균형이 발생하게 된다.
본 발명은 종전의 오리피스 내장밸브(70)에서의 상술한 바와 같은 과제를 해소하기 위하여 창작된 것이고, ①오리피스 내장밸브의 조립시에 오리피스 플레이트에 변형이 발생하지 않도록 함과 아울러, ②고온가스에 의해서 가열되어도 오리피스 플레이트가 쉽게 변형되지 않도록 함으로써, 이것을 사용한 압력식 유량제어장치의 유량제어특성의 정밀도를 높일 수 있고, ③또한, 오리피스의 교체를 간단히 할 수 있음과 아울러 제조비용의 인하를 가능하게 한 오리피스 내장밸브를 제공하는 것을 본 발명의 주된 목적으로 하는 것이다.
상기 발명의 과제를 달성하기 위하여, 청구항 1의 발명에서는, 윗쪽이 개방된 밸브실에 연통하는 가스유입로와 가스유출로가 형성된 내열재료제의 밸브본체와, 밸브본체의 밸브실 내에 설치되고, 상기 밸브본체의 가스유출로에 연통하는 가스유출로와 밸브시트가 형성된 합성수지제의 밸브시트체와, 밸브시트체의 가스유출로의 속에 착탈가능하게 설치된 내열재료제의 오리피스 디스크와, 오리피스 디스크에 형성되어 밸브시트체의 가스유출로를 좁히는 오리피스로, 오리피스 내장밸브를 형성하고 있다.
또, 청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 있어서, 오리피스 디스크는 중앙부에 밸브시트체의 가스유출로에 연통하는 가스유출로가 설치됨과 아울러, 상단면에 얇은 오리피스 플레이트가 용접된 두꺼운 원반형으로 형성되어 있고, 또한 상기 밸브시트체의 하부에 형성된 오목부 내에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있고, 또한 상기 오리피스 플레이트의 중앙에 오리피스가 형성되어 있는 것으로 하고 있다.
또한, 청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 청구항 2의 발명에 있어서, 가스유입로와 밸브시트체 삽입부착구멍을 형성한 내열재료제의 이너디스크를 밸브본체 밸브실 내로 삽입하고, 해당 이너디스크의 외주 가장자리를 윗쪽에서 압압함으로써 밸브시트체 삽입부착구멍 내로 삽입하여 부착한 밸브시트체와 밸브시트체의 오목부 내로 수납한 오리피스 디스크를 밸브본체에 기밀상으로 고정하도록 하고 있다.
청구항 4의 발명은 청구항 3의 발명에 있어서, 이너디스크와 밸브시트체와 오리피스 디스크를 조합하고, 밸브시트체 및 오리피스 디스크의 저면을 밸브실의 저면으로 접촉시켰을 때, 이너디스크의 하단면과 밸브실 저면과의 틈(H1)이 밸브시트체의 오목부 상면과 오리피스 디스크의 상면과의 틈(H2)보다 커지도록 하고 있다.
청구항 5의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 오리피스 디스크는 얇은 판상으로 형성되어 있고, 밸브시트체의 하부에 형성한 오목부에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있으며, 또한 오리피스는 상기 오리피스 디스크의 중앙에 형성되어 있는 것으로 한 것이다.
청구항 6의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 오리피스 디스크는 밸브시트체의 가스유출로에 끼워넣어지는 마개부와, 플랜지부를 구비한 플랜지 달린 마개형으로 형성되어 있고, 밸브시트체의 하부에 형성한 오목부에 상기 플랜지부가 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있으며, 또한 오리피스는 상기 오리피스 디스크의 마개부에 형성되어 있는 것으로 한 것이다.
청구항 7의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 오리피스 디스크는 밸브시트체의 가스유출로에 나사식으로 부착되는 마개상으로 형성되어 있고, 또 오리피스는 상기 오리피스 디스크에 형성되어 있는 것으로 한 것이다.
청구항 8의 발며은 청구항 1의 발명에 있어서, 오리피스 디스크는 밸브시트체의 가스유출로에 끼워넣어지는 마개부와, 밸브시트체에 형성된 오목부에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워지는 플랜지부와, 밸브시트체의 가스유출로에 연통하는 가스유출로와, 마개부의 상단에 용접에 의해 고정한 오리피스 플레이트로 플랜지 달린 통형태로 형성되어 있고, 또 오리피스는 상기 오리피스 플레이트에 형성되어 있는 것으로 한 것이다.
청구항 9의 발명은 청구항 1의 발명에 있어서, 오리피스 디스크는 가스유출로에 연통하는 가스유출로를 구비한 두꺼운 원반과 그 상면에 놓은 오리피스 플레이트로 형성되어 있고, 밸브시트체의 하부에 형성된 오목부에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있으며, 또한 오리피스는 상기 오리피스 플레이트에 형성되어 있는 것으로 한 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.
(제1실시예)
도 1은 본 발명의 제1실시예에 관한 오리피스 내장밸브의 요부의 종단면도이고, 도 2는 오리피스 플레이트 및 오리피스를 나타내는 평면도이다.
오리피스 내장밸브(A)는 밸브체(1), 밸브시트체(2), 오리피스 디스크(3) 및 이것에 용접된 오리피스 플레이트(4), 오리피스(5), 이너디스크(9) 등으로 그 주요부가 구성되어 있고, 직접접촉형의 금속다이어프램식 밸브이다.
상기 밸브본체(1)는 스테인레스강(SUS316L)에 의해 형성되어 있고, 밸브실(6)과, 이것에 연통하는 가스유입로(7)와 가스유출로(8)가 형성되어 있다. 즉, 밸브본체(1)에는 윗쪽이 개방된 밸브실(6)이 형성되어 있고, 또 이 밸브실(6)의 저면 일측에는 밸브실(6)에 연통하는 가스유입로(7)가, 또한 저면의 중앙에는 밸브실(6)에 연통하는 가스유출로(8)가 각각 형성되어 있다.
상기 밸브본체(1)의 밸브실(6)에는 이너디스크(9)가 끼워넣어져 있다. 해당 이너디스크(9)는 SUS316L에 의해서 거의 원반형으로 형성되어 있고, 외주 부근의 양측의 위치에는 밸브본체(1)의 가스유입로(7)에 연통하는 가스유입로(10)가 형성되어 있다. 또, 이너디스크(9)의 중앙부에는 밸브시트체(2)를 삽입부착하기 위한 삽입부착구멍(11)이 형성되어 있다.
또한, 해당 삽입부착구멍(11)은 도 1에 나타낸 바와 같이, 상방부의 소경부(11a)와 하방부의 대경부(11b)로 형성되어 있고, 대경부(11b)와 소경부(11a)의 경계부가 밸브시트체(2)를 압압하는 밀봉면(Y)으로 되어 있다.
또, 이너디스크(9)의 외주 가장자리의 상·하 양면은 소위 금속밀봉면으로되어 있다.
상기 밸브시트체(2)는 PCTFE 등의 합성수지에 의해 상방부의 소경부(2a)와 하방부의 대경부(2b)로 이루어지는 짧은 원통형으로 형성되어 있다. 즉, 밸브시트체(2)의 중앙에는 밸브본체(1)의 가스유출로(8)에 연통하는 가스유출로(12)가 설치되어 있다. 또, 이 가스유출로(12)의 아래쪽은 내경을 크게 함으로써 오리피스 디스크(3)를 수납하기 위한 오목부(13)로 되어 있다.
또한, 밸브시트체(2)의 소경부(2a)의 상단면에는 고리형의 밸브시트(14)가 돌출설치되어 있다. 상기 오리피스 디스크(3)는 SUS316LW 멜트에 의해서 두꺼운 중공원반상의 본체(3a)와, 이것에 용접을 한 오리피스 플레이트(4)로 형성되어 있다. 오리피스 디스크(3)의 본체(3a)의 중앙부에는 밸브시트체(2)의 가스유출로(12) 및 밸브본체(1)의 가스유출로(8)에 연통하는 가스유출로(15)가 설치되어 있다.
또, 오리피스 디스크의 본체(3a)의 상단면에는 접시형의 오목부(3b)가 형성되어 있고, 이 접시형의 오목부(3b) 내에 오리피스 플레이트(4)가 삽입부착되고, 그 외주단을 오리피스 디스크 본체(3a)로 용접함으로써 오리피스 플레이트(4)가 고착되어 있다.
상기 오리피스 플레이트(4)는 SUS316LW 멜트로 이루어지는 얇은 원판이고, 본 실시예에서는 직경이 3.5㎜φ, 두께가 0.05㎜(50㎛)로 선정되어 있다.
오리피스(5)는 도 2에 나타낸 바와 같이 오리피스 플레이트(4)의 중앙에 형성되어 있고, 밸브시트체(2)의 가스유출로(12)를 좁히는 것이다. 즉, 본 실시예에서는 오리피스 플레이트(4)의 중간정도를 양면 에칭가공함으로써 오리피스(5)가 형성되어 있고, 최소경이 φ0.05㎜이고 최대경이 φ0.07㎜로 하고 있다.
도 3은 상기 밸브본체(1)의 밸브실(6) 내로, 밸브시트체(2)와 오리피스 플레이트(4)를 용접한 오리피스 디스크(3)와 이너디스크(9)를 삽입하였을 때의 3자의 치수관계를 나타낸 것이고, 이너디스크(9)의 외주부 윗쪽으로 하향의 압압력을 가하기 전의 상태를 나타내는 것이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 밸브시트체(2)와 오리피스 디스크(3)와 이너디스크(9)의 3자를 조합하였을 때에, 밸브실(6)의 저면과 이너디스크(9)의 하단면과의 사이에 H1=0.1~0.2㎜의 틈이, 또 밸브시트체(2)의 오리피스 디스크 수납오목부(13)의 천정면과 오리피스 디스크(3)의 상단면과의 사이에 H2=0.02~0.1㎜의 틈이 각각 형성되도록 3자의 치수관계가 선정되어 있다.
그 결과, 이너디스크(9)가 윗쪽에서 압압되면 반드시 밸브시트체(2)가 압축되게 되고, 이것에 의해서 접촉면(Y 및 Z)이 기밀하게 밀봉된다.
또, 틈 H1의 쪽의 틈 H2보다 크기 때문에, 이너디스크(9)의 하단면이 밸브실(6)의 저면에 접촉하면, 반드시 접촉면(X)이 기밀하게 밀봉되게 된다. 상기 밸브시트체(2)와 이너디스크(9)의 윗쪽에는 다이어프램(16), 다이어프램 누르개(17), 샤프트(18), 스프링(19), 구동부(도시하지 않음)가 설치되어 있다.
다이어프램(16)은 스테인레스의 박판으로 형성되어 있고, 밸브시트체(2)의 윗쪽으로 접촉하도록 설치되어 있다. 또, 다이어프램(16)의 외주부는 보닛인서트(20)를 통하여 보닛(21)에 의해 이너디스크(9)와의 사이에 끼워져 있다.
다이어프램 누르개(17)는 다이어프램(16)의 중간정도 윗쪽에 설치되어 있고, 다이어프램(16)을 압압하는 것이다.
샤프트(18)는 다이어프램 누르개(17)에 설치되어 있고, 다이어프램 누르개(17)를 승강시키는 것이다.
스프링(19)은 샤프트(18)를 항상 아래쪽으로 밀어서 다이어프램(16)을 밸브시트체(2)의 밸브시트(14)에 접촉시키는 것이다.
구동부는 밸브본체(1)의 상부에 설치되어 있고, 샤프트(18)를 승강시키는 것이다. 또, 구동부로서는 고속응답형의 솔레노이드나 공기압을 이용한 액추에이터가 사용된다.
다음에, 이와 같은 구성에 기초하여 제1실시예에 관한 오리피스 내장밸브(A)의 작용을 설명한다.
오리피스 내장밸브(A)의 구동부가 작동되면, 스프링(19)에 저항하여 샤프트(18) 및 다이어프램 누르개(17)가 상승되어서 다이어프램(16)의 중간정도가 밸브시트체(2)의 밸브시트(14)에서 분리된다. 그러면, 밸브본체(1)의 가스유입로(7)로부터 유입된 가스는 이너디스크(9)의 가스유입로(10)→밸브시트체(2)의 밸브시트(14)와 다이어프램(16)과의 사이→밸브시트체(2)의 가스유출로(12)→오리피스(5)→오리피스 디스크(3)의 가스유출구(15)를 거쳐 밸브본체(1)의 가스유출로(8)로 유출된다.
오리피스 내장밸브(A)의 구동부의 작동이 정지되면, 스프링(19)에 의해 샤프트(18) 및 다이어프램 누르개(17)가 하강되고, 다이어프램(16)의 중간정도가 밸브시트체(2)의 밸브시트(14)에 접촉된다. 그러면, 밸브본체(1)의 가스유입로(7)에서 유입된 가스는, 다이어프램(16)에 의해 차단되어 밸브본체(1)의 가스유출로(8)로 유출되지 않는다.
금속제의 오리피스 디스크(3)를 설치하고, 오리피스 디스크 본체(3a)의 상면에 설치한 접시형 오목부(3b) 내로 금속제의 오리피스 플레이트(4)를 놓고, 그 외주 가장자리를 오리피스 디스크 본체(3a)에 레이저용접하도록 하고 있기 때문에, 오리피스 플레이트(4)를 강고히 또한 간단히 고착할 수 있다.
또, 오리피스 디스크(3)와 밸브시트체(2)와 이너디스크(9)의 가공치수를 도 3과 같이 H1=0.1~0.2㎜, H2=0.02~0.1㎜로 하고 있기 때문에, 이너디스크(9)의 조여넣음에 의해서 각 밀봉면(Y, X, Z)이 확실히 밀봉된다.
또한, 오리피스 플레이트(4)의 부착이 용이하게 됨과 아울러, 오리피스 내장밸브(A)의 조립이 간단하게 된다.
게다가, 조립시에 오리피스 플레이트(4)에 무리한 힘이 가해져서 오리피스 플레이트(4)가 변형되는 일도 없다. 그 때문에, 오리피스(5)의 형태가 변하여 유량제어특성이 변동하는 일도 없다.
(제2실시예)
본 발명의 제2실시예를 도 4에 기초하여 설명한다.
이 제2실시예에서는 합성수지제의 밸브시트체(2)의 하부에 오리피스 디스크(3)를 수용하는 얕은 오목부(13)가, 또 밸브시트체(2)의 하단면에 고리형 돌조(13b)가 형성되어 있다.
오리피스 디스크(3)는 스테인레스강제 얇은 원판으로 하고 있고, 밸브시트체(2)의 오목부(13)에 수용되며, 밸브시트체(2)의 돌조(13b)와 밸브본체(1)의 사이에 끼워져 있다. 또한, 오리피스 디스크(3)는 원판상을 이루고 있고, 직경이 φ3.5㎜이고 두께가 0.05㎜(50㎛)로 하고 있다.
또한, 오리피스 내장밸브(A)의 상기 오리피스 디스크(3)의 유지구조를 제외한 그 외의 구성은 도 1의 제1실시예의 경우와 동일하다.
(제3실시예)
본 발명의 제3시시예를 도 5에 기초하여 설명한다. 이 제3실시예는 제1실시예(도 1)에서의 오리피스 플레이트(4)를 제거하고, 그 대신에 오리피스 디스크(3)에 직접 오리피스(5)를 형성하도록 한 것이다.
즉, 오리피스 디스크(3)는 밸브시트체(2)의 가스유출로(12)에 끼워넣어지는 마개부(22)와, 밸브시트체(2)의 오목부(13)에 수용되어 밸브시트체(2)와 밸브본체(1)의 사이에 끼워지는 플랜지부(23)를 구비하고 있고, 오리피스 디스크(3)의 마개부(22)에 오리피스(5)가 형성되어 있다.
밸브시트체(2)의 하부에는 오리피스 디스크(3)의 플랜지부(23)를 수용하는 오목부(13)와 고리형 돌조(13b)가 형성되어 있고, 오리피스 디스크(3)의 플랜지부(23)가 밸브시트체(2)의 돌조(13b)와 밸브본체(1)의 사이에 밀폐상으로 끼워진다.
오리피스(5)는 오리피스 디스크(3)의 마개부(22)의 중앙부에 형성되고, 아래쪽으로 감에 따라 점차 축경되는 윗쪽의 테이퍼부(24)와, 중간의 스트레이트부(25)와, 아래쪽으로 감에 따라 점차 확경되는 아래쪽의 테이퍼부(26)로 이루어져 있다.
(제4실시예)
본 발명의 제4실시예를, 도 6에 기초하여 설명한다. 이 제4실시예에서는 오리피스 디스크(3)가 밸브시트체(2)의 가스유출로(12)에 나사삽입되는 마개상을 이루고 있고, 이 오리피스 디스크(3)의 중앙에는 오리피스(5)가 형성되어 있다. 즉, 밸브시트체(2)의 가스유출로(12)에는 암나사(27)가 형성되어 있고, 또 오리피스 디스크(3)의 외주에는 상기 암나사(27)에 적합하는 수나사(28)가 형성되어 있다. 오리피스(5)는 오리피스 디스크(3)의 중앙에 형성되어 있고, 아래쪽으로 감에 따라 점차 축경하는 윗쪽의 테이퍼부(24)와, 중앙의 스트레이트부(25)와, 아래쪽으로 감에 따라 점차 확경하는 아래쪽의 테이퍼부(26)로 이루어져 있다.
(제5실시예)
보 발명의 제5실시예를 도 7에 기초하여 설명한다. 이 제5실시예는 도 1에 나타낸 오리피스 디스크(3)의 형상을 도 7와 같은 플랜지 달린 통형상으로 형성하고, 오리피스 디스크(3)의 본체(3a)에 고착한 오리피스 플레이트(4)의 높이위치를 윗쪽으로 들어올리도록 한 것이다.
즉, 오리피스 디스크(3)는 밸브시트체(2)의 가스유출로(12)에 끼워넣어지는 마개부(22)와, 밸브시트체(2)에 형성된 오목부(13)에 수용되고, 밸브시트체(2)와 밸브본체(1)의 사이에 끼워지는 플랜지부(23)와, 밸브시트체(2)의 가스유출로(12)에 연통하는 가스유출로(15)를 구비한 플랜지 달린 통형상으로 형성되어 있다. 오리피스 플레이트(4)는 오리피스 디스크(3)의 본체의 상단면에 형성된 단이 달린 접시형 오목부(3b) 속에 배치되고, 레이저용접에 의해 고정되어 있다. 그리고, 오리피스 플레이트(4)에 오리피스(5)가 형성되어 있다.
(제6실시예)
본 발명의 제6실시예를 도 8에 기초하여 설명한다. 이 제6실시예는 도 8에 나타낸 바와 같이 오리피스 플레이트(4)를 합성수지제의 밸브시트체(2)와 오리피스 디스크(3)의 본체(3a)와의 사이에서 끼워누르도록 한 것이고, 도 1의 제1실시예에서의 레이저용접을 생략하도록 한 것이다.
즉, 오리피스 디스크(3)를 형성하는 본체(3a)와 얇은 원판형의 오리피스 플레이트(4)는 밸브시트체(2)의 오목부(13) 내에 끼워넣어져 있고, 밸브본체(1)와 밸브시트체(2)에 의해 끼워져 있다.
오리피스 디스크(3)의 가스유출로(15)는 밸브시트체(2)의 가스유출로(12)와 동일직경의 스트레이트부와, 아래쪽으로 감에 따라 점차 확경하는 테이퍼부로 이루어져 있다. 또한, 오리피스 디스크(3)는 스테인레스강(SUS316L)제이지만, 이것을 밸브시트체(2)와 같은 PFA등의 합성수지제로 하는 것도 가능하다.
또한, 상기 각 실시예에서는 오리피스 내장밸브(A)를 압력식 유량제어장치를 구비한 가스공급설비용의 것으로 하고 있지만, 이 오리피스 내장밸브(A)는 다른 용도로도 사용할 수 있는 것은 물론이다.
또, 상기 각 실시예에서는 밸브시트체(2)를 이너디스크(9)를 통하여 밸브본체(1)에 부착하도록 하고 있지만, 직접 밸브본체(1)에 부착하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 각 실시예에서는 오리피스 디스크(3)를 금속제로 하고 있지만, 세라믹제로 하는 것도 가능하다.
또한 상기 각 실시예에서는, 오리피스 플레이트(4)의 두께를 0.05㎜로 하고 있지만, 그 이외의 두께이어도 좋다.
그리고, 상기 각 실시예에서는 오리피스(5)를 양면 에칭가공에 의해 형성하고 있지만, 편면 에칭가공이나 기계가공, 방전가공 등에 의해 형성하여도 좋다. 마찬가지로, 오리피스(5)의 직경은 0.05㎜로 하고 있지만, 그 이외의 직경이어도 좋은 것은 물론이다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 이룰 수 있다.
(1) 오리피스 내장밸브(A)의 주요부를 밸브본체, 밸브시트체, 오리피스 디스크, 오리피스 및 이너링 등으로 구성하고, 또 밸브시트체와는 별체의 내열재료제의 오리피스 디스크를 밸브시트체의 가스유출로에 착탈가능하게 설치하고, 이 오리피스 디스크에 오리피스를 형성하였기 때문에 열적인 변형이 적어져서 정밀도가 높은 유량특성을 얻을 수 있다.
(2) 밸브시트체와는 별도로 내열재료제의 오리피스 디스크를 형성하고, 이 오리피스 디스크를 밸브시트체의 가스유출로에 착탈가능하게 설치하도록 하였기 때문에 오리피스 디스크에 미리 오리피스를 형성할 수 있다.
그 결과, 오리피스의 세공(細孔)가공이 비교적 용이하게 가능함과 아울러, 오리피스 플레이트를 정확하고 또한 확실하게 오리피스 디스크에 용접할 수 있고,또한 비용절감도 가능하게 된다.
(3) 밸브시트체와는 별개로 내열재료제의 오리피스 디스크를 형성하고, 이것을 밸브시트체의 가스유출로에 착탈가능하게 설치하도록 하였기 때문에, 밸브시트체를 공통부품으로서 사용가능하다. 그 결과, 크기가 다른 오리피스를 형성한 각종의 오리피스 디스크를 모두 갖추어서 설치하면, 이것을 교환하는 것 만으로 필요에 따른 유량 레인지(range)를 용이하게 설정할 수 있다.
(4) 오리피스 디스크를 본체와 오리피스 플레이트에 의해 형성하고, 그리고 오리피스 플레이트에 오리피스를 형성하도록 하고 있기 때문에, 오리피스 플레이트의 두께가 예를 들면 50㎛라는 식으로 얇아도 가스압력에 의해 변형하는 일이 없어진다.
(5) 금속제의 오리피스 플레이트에 양면 에칭가공에 의해 오리피스를 형성하도록 하면 오리피스의 직경을 작게 할 수 있고, 예를 들면 φ50㎛ 정도의 세공가공을 쉽게 행할 수 있다.

Claims (9)

  1. 윗쪽이 개방된 밸브실에 연통하는 가스유입로와 가스유출로가 형성된 내열재료제의 밸브본체와, 밸브본체의 밸브실 내에 설치되고, 상기 밸브본체의 가스유출로에 연통하는 가스유출로와 밸브시트가 형성된 합성수지제의 밸브시트체와, 밸브시트체의 가스유출로 속에 착탈가능하게 설치된 내열재료제의 오리피스 디스크와, 오리피스 디스크에 형성되어 밸브시트체의 가스유출로를 좁히는 오리피스를 구비한 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  2. 제1항에 있어서, 오리피스 디스크는 중앙부에 밸브시트체의 가스유출로에 연통하는 가스유출로가 설치됨과 아울러, 상단면에 얇은 오리피스 플레이트가 용접된 두꺼운 원반형으로 형성되어 있고, 또한 상기 밸브시트체의 하부에 형성된 오목부 내에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있으며, 또한 상기 오리피스 플레이트의 중앙에 오리피스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 가스유입로와 밸브시트체 삽입부착구멍을 형성한 내열재료제의 이너디스크를 밸브본체 밸브실 내로 삽입하고, 그 이너디스크의 외주 가장자리를 윗쪽에서 압압함으로써 밸브시트체 삽입부착구멍 내로 삽입하여 부착한 밸브시트체와 밸브시트체의 오목부 내로 수납한 오리피스 디스크를 밸브본체에 기밀하게 고정하도록 한 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  4. 제3항에 있어서, 이너디스크와 밸브시트체와 오리피스 디스크를 조합하고, 밸브시트체 및 오리피스 디스크의 저면을 밸브실의 저면으로 접촉시켰을 때, 이너디스크의 하단면과 밸브실 저면과의 틈(H1)이 밸브시트체의 오목부 상면과 오리피스 디스크의 상면과의 틈(H2)보다 커지도록 한 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  5. 제1항에 있어서, 오리피스 디스크는 얇은 판상으로 형성되어 있고, 밸브시트체의 하부에 형성한 오목부에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있으며, 또한 오리피스는 상기 오리피스 디스크의 중앙에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  6. 제1항에 있어서, 오리피스 디스크는 밸브시트체의 가스유출로에 끼워넣어지는 마개부와 플랜지부를 구비한 플랜지 달린 마개형으로 형성되어 있고, 밸브시트체의 하부에 형성한 오목부에 상기 플랜지부가 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있으며, 또한 오리피스는 상기 오리피스 디스크의 마개부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  7. 제1항에 있어서, 오리피스 디스크는 밸브시트체의 가스유출로에 나사식으로부착되는 마개상으로 형성되어 있고, 또 오리피스는 상기 오리피스 디스크에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  8. 제1항에 있어서, 오리피스 디스크는 밸브시트체의 가스유출로에 끼워넣어지는 마개부와, 밸브시트체에 형성된 오목부에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워지는 플랜지부와, 밸브시트체의 가스유출로에 연통하는 가스유출로와, 마개부의 상단에 용접에 의해 고정한 오리피스 플레이트에 의해 플랜지 달린 통형태로 형성되어 있고, 또 오리피스는 상기 오리피스 플레이트에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
  9. 제1항에 있어서, 오리피스 디스크는 가스유출로에 연통하는 가스유출로를 구비한 두꺼운 원반과 그 상면에 놓인 오리피스 플레이트로 형성되어 있고, 밸브시트체의 하부에 형성된 오목부에 수용되어 밸브시트체와 밸브본체의 사이에 끼워져 있으며, 또한 오리피스는 상기 오리피스 플레이트에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오리피스 내장밸브.
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