JP7169709B2 - 真空システム用空気弁ユニット - Google Patents

Description

本発明は空気弁ユニットに関し、特に真空移送システムにおける圧縮空気の供給を制御するために使用される弁ユニットに関する。

一般に真空移送システムは、高速・高圧で供給及び排出される圧縮空気によって作動する真空ポンプと前記真空ポンプの作用によって排気される真空グリッパを含んで形成されるが、前記真空ポンプ及び真空グリッパの内部に発生する真空及び負圧を利用して対象物を吸着し把持した後、ロボティック（ｒｏｂｏｔｉｃ）手段によって決められた位置に移送するように構成される。

当然に前記圧縮空気は適切に供給及び遮断されるが、本発明はその制御のために備えられる空気制御弁に関する。

前記システムで使用されている通常の空気制御弁は、前記弁を駆動する電磁弁のオン・オフに応じて往復動作するスプール（ｓｐｏｏｌ）によって出口の開・閉及び空気の供給・遮断が行われるように構成されている。このような構造の空気制御弁が、特許文献１、特許文献４、特許文献５に開示されている。

図１を参照すると、前記空気制御弁１００の構造では筐体１０１の孔入口１０２に供給された圧縮空気の一部が空気孔１０３内のスプール１０４を加圧・移動させるが、例えば、前記電磁弁１０５はオン（ｏｎ）状態では後方に移動させて出口１０６が開放されるようにし、逆にオフ（ｏｆｆ）状態では前方に移動させて出口１０６が閉鎖されるようにする。

ちなみに、前記出口１０６が開放されたら、前記入口１０２から通路１０３に供給される圧縮空気は前記空気制御弁１００の出口１０６を通過し、続いて真空ポンプ（図示せず）を通過して外部に排出されるが、この過程で前記真空ポンプの吸入ポートに連結されたグリッパの内部空気が吸入されて前記圧縮空気と共に排出されることで、対象物を把持するための真空及び負圧が発生するのである。

このように構成される空気制御弁１００が一般の真空移送システムで実際に有用に使用されていることは事実である。しかし、ここには主に下記２つの問題点がある。

第一、前記電磁弁１０５を制御する手段や方法がない。つまり、前記制御弁１００が電磁弁１０５の動作によって空気通路１０３を開・閉するが、実際にその動作を制御する手段を有しない。例えば、別途の手段を製作して前記制御弁１００に連結することが考えられるが、この場合、前記システムの構成及び設計が複雑になるしかない。

第二、単に一つの空気ラインを有するだけである。移送対象物の効果的な把持及び繰り返しの移送などのために真空生成ラインの増設または生成・破棄ラインの併用などが必要となるが、前記制御弁１００はこのような必要に対応することができない。例えば、多数の前記制御弁１００を並列連結して必要に対応することができるとしても、この場合も同じく前記システムの構成、設計、組立が複雑になるしかない。

このような問題は、結果的に真空移送システムの動作の精密性、迅速性、効率性、そして製作の経済性など、様々な側面で不利な要因となっている。

韓国登録実用実案第０２７４３７１号公報 韓国登録実用実案第０３１０７１３号公報 韓国登録特許第０７３０３２３号公報 韓国登録特許第１０３５１０１号公報 韓国登録特許第１３０３７４９号公報

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。本発明の目的は、真空システムにおいて、外部の排気空間の真空圧レベルを感知して電磁弁を自体的に能動制御する空気弁ユニットを提供しようとすることである。本発明の他の目的は、単一モジュールで複数の空気ラインを有機的に連結することで用途の拡張または多様性を具現する真空システム用空気弁ユニットを提供しようとすることである。

本発明の弁ユニットは、
貫通孔と、前記貫通孔内で軸方向に移動しながら前記孔の出口を開閉するスプールと、一側の空気供給口から前記孔の出口と前記スプール側にそれぞれ延長される第１流路及び第２流路と、を含む本体と、
前記スプール側の第２流路の内に設置され、前記スプールを移動するための空気の供給及び遮断を制御する電磁弁と、
外部の排気空間に連結される圧力感知センサと、前記センサの圧力データを処理する回路部と、を含み、前記データに基づいて前記電磁弁のオン・オフ信号を出力する制御部と、
を含み、
前記空気供給口は、前記本体の外面に互いに異なる方向に複数で形成されて互いに連通すること、
を特徴とする。

前記電磁弁のオン・オフ信号は、前記制御部から生成されるかまたは外部機器から生成される。

当然に、前記制御部の信号出力によって前記電磁弁はオープン（ｏｐｅｎ）またはクローズ（ｃｌｏｓｅ）される。前記オープンの際に第２流路を通過した空気が前記スプールを移動するが、例えば、この際に移動によって前記出口が開放されたら前記空気は第１流路及び出口を介して排出される。

この際に排出される空気、つまり、圧縮空気は別途に備えられた真空ポンプのエジェクタを高速に通過しながら前記排気空間を吸入・排気して真空が形成されるようにする。

好ましくは、前記孔は互いに疎通する関係に複数個で備えられ、前記電磁弁も各孔に対応して複数で備えられるが、この場合、各電磁弁は前記制御部によって一括にまたは個別に制御される。

この場合、好ましくは、
少なくとも一つの孔は前記エジェクタの入口に延長される真空生成ラインに連結され、他の一つの孔は前記排気空間に延長される破棄ラインに連結され、
前記生成ライン及び前記破棄ラインは前記制御部の各電磁弁の制御によって順次に動作するように、
設計される。

本発明の前記弁ユニットは、外部の排気空間の圧力レベルを感知し処理する制御部を備えて、前記感知された圧力レベルまたは真空度に応じて電磁弁を制御するようにすることで、別途の付加手段なしに自体的に電磁弁及び空気の供給・遮断を能動制御することができるという効果がある。好ましい例において、前記弁ユニットの単一モジュールで複数の空気ラインを有機的に連結することで、例えば、真空生成ラインの増設または生成・破棄ラインの併用などの方法で、用途の拡張及び多様性の要求に簡便な構造で容易に対応することができるという効果がある。

従来の空気制御弁の構成を示す断面図である。 本発明による弁ユニットの外形図である。 図２の分解図である。 図２の組立状態図である。 図２の‘Ａ－Ａ’線の断面図である。 図２の‘Ｂ－Ｂ’線の断面図である。 本発明による弁ユニットの作用を示す図である。 本発明による弁ユニットと真空ポンプの配置図である。 図８の結合図である。

前記に記載または不記載の本発明の「真空システム用空気弁ユニット（以下、「弁ユニット」という）の特徴と作用効果は、以下で添付図面を参照して説明する実施例の記載を介して更に明確になるはずである。図２以下において、本発明の「弁ユニット」が符号１０で示されている。

図２乃至図６を参照すると、本発明の弁ユニット１０は、ブロック状の本体１１と、前記本体１１の一側に提供される電磁弁２１と、前記本体１１の他の一側に備えられ、前記本体１１及び電磁弁２１を含む弁ユニット１０の全体的な動作をコントロールする制御部３１と、を含んで形成される。

詳しくは、前記本体１１は、横方向の貫通孔１２と、前記孔１２内で軸方向に移動しながら前記孔１２の出口１２ｂを開閉するスプール１３と、一側に形成される空気供給口１４から前記孔出口１２ｂ及び前記スプール１３側にそれぞれ延長される第１流路１６及び第２流路１８と、を含む。ちなみに、前記孔１２の入口１２ａはスプール１３の一側端部によって常に閉鎖されている。

符号「１５」は、前記孔１２の内壁に一体に固定されるスプール筐体である。

好ましくは、前記空気供給口１４は本体の外面に互いに異なる方向に複数個で形成され、本体１１の内部で互いに連通して構成される。これは多様な位置や姿勢、角度で空気が供給されるようにすることで、本発明の空気弁１０の使用上の空間的制約を解決するようにする。そして、前記スプール１３及び電磁弁２１の設置または前記第２流路１８の設計の便宜のため、前記本体１１は一定厚さのカバー１７を更に含む。

図面において、前記カバー１７に示された符号１８ａは、前記第２流路１８から延長されて電磁弁２１を連結する延長線路である。

前記電磁弁２１は、前記本体１１の孔１２の入口１２ａ側に配置されて、前記スプール１３側の第２流路１８の内に設置されてスプール１３を移動するための空気の供給及び遮断を制御する手段である。図面において、前記電磁弁２１は孔１２の数に対応して２つの電磁弁２１ａ、２１ｂを含むが、本発明は前記電磁弁２１及び孔１２の個数に限らない。

ここで、前記電磁弁２１は流路を開閉するために通常使用されるソレノイド（ｓｏｌｅｎｏｉｄ）弁であり、弁がオン（ｏｎ）になる際に「オープン」されるとする。

前記制御部３１は、外部の排気空間（図８、９の符号「Ｓ」を参照）に連結される入力感知センサ３２と、前記センサ３２の圧力データを処理する回路部３３と、を含み、前記回路部３３から延長されて電磁弁２１に連結される接続端子３４とを含む。そして、前記感知された圧力データに基づいて前記電磁弁２１のオン・オフ信号を出力する。好ましくは、前記制御部３１は、センサ３２による圧力データを数値処理して外部に表示するディスプレイ、つまり、表示部３５を更に含んで形成される。

符号３７は、前記表示部３５の露出ウィンドウが形成される蓋である。

好ましくは、この際に前記電磁弁２１のオン・オフ信号は前記制御部３１から生成されたものであるが、状況に応じては外部の機器から生成されて制御部３１に伝送されたものであってもよい。符号３６は、外部とのデータ通信または電源接続用のコネクタである。当然に、前記制御部の出力信号によって前記電磁弁２１はオープンまたはクローズされる。

図５及び図７を参照すると、本実施例において、前記空気供給口１４を介して本体１１内に供給される空気、つまり、圧縮空気は、
まず、前記「クローズ」の際には本体１１内に停止・待機しており、
前記「オープン」されたら、第２流路１８を通過し前記スプール１３を加圧して移動させるが（矢印１を参照）、この移動によって前記出口１２ｂが開放されたら前記孔１２を経由する第１流路１６及び出口１２ｂを介して排出（矢印２を参照）され、
更に「クローズ」されたら、第１流路１６内で前記スプール１３に反対する方向に加圧・移動させるが（矢印３を参照）、この移動によって前記出口１２ｂが閉鎖されたら最初のように本体１１内で停止・待機する、
ようになる。

但し、他の実施例においては、前記孔１２の内部にスプール１３支持ばねを設けて、前記「クローズ」の際にスプール１３が前記ばねの弾性によって移動（矢印３の方向）するように設計されてもよい。

また、前記とは逆に、前記「オープン」の際にスプール１３の移動が孔１２の出口１２ｂを閉鎖するように設計されてもよい。これは、例えば、前記スプール１３自体の長さまたはその移動距離を出口１２ｂ側にもう少し長く構成することで簡単に具現される。この場合、圧縮空気は前記「クローズ」の際に第１流路１６を介して排出（矢印２の方向）される。

どの場合であっても、前記第１流路１６及び孔の出口１２ｂに排出される空気は外部の排気空間Ｓを吸入・排気して負圧及び真空を形成するのに使用される。好ましくは、前記排出された空気は、別途に備えられた真空ポンプ４０のエジェクタ４２を高速に通過しながらその排気空間Ｓを吸入及び排気して真空が形成されるようにする。

図８及び図９を参照すると、前記真空ポンプ４０は通常の空気ポンプであって、高速の圧縮空気が貫通する円筒状のエジェクタ（ｅｊｅｃｔｏｒ）４２と、前記エジェクタ４２と疎通する排気空間Ｓまたは真空チェンバと、を含む。真空移送システムにおいては、前記排気空間Ｓとグリッパ４４を連結し、前記排気空間Ｓ及びグリッパ４４に形成される真空及び負圧を利用して対象物を把持する。図面に例示された真空ポンプ４０は、特許文献３に開示されたものである。

前記真空ポンプ４０と連結するために、前記本体１１は一定厚さのカバー１９と、複数の連結用のアダプタ２０と、を更に含む。前記アダプタ２０としては、前記出口１２ｂと真空生成ライン４１及び破棄ライン４３の各連結アダプタ２０ａ、２０ｂと、前記センサ３２と排気空間Ｓの連結アダプタ２０ｃと、を含む。図面符号「Ｃ」は、アダプタ２０ａ、２０ｂを固定するために前記カバー１９を貫通して設置されるクリップである。

図示したように、前記孔１２は互いに疎通する関係で複数で備えられ、前記電磁弁２１も各孔１２に対応して複数で備えられるが、この際、各電磁弁２１ａ、２１ｂは前記制御部３１によって一括にまたは個別に制御される。

そして、この場合、
少なくとも一つの孔１２は前記真空ポンプ４０のエジェクタ４２の入口に延長される真空生成ライン４１に連結され、少なくとも他の一つの孔４２は前記排気空間Ｓに直接延長される破棄ライン４３に連結されるが、
前記生成ライン４１及び破棄ライン４３は、制御部３１の各電磁弁２１ａ、２１ｂの制御によって順次に動作するように、
設計される。

もちろん、複数または全ての孔１２が真空生成ライン４１に連結されて生成ライン４１が増設されてもよい。そうだとしても、実際の真空システムでは、前記排気空間Ｓに対する真空の「生成」とその「破棄」が順次に繰り返されて物品の迅速な移送が行われる。

真空の生成
まず、前記制御部３１は感知圧力（－ｋＰａ）が元の設定レベルに到達する前までに電磁弁「２１ａ」がオン状態に開放されているようにする。それによって空気供給口１４に供給された圧縮空気は真空生成ライン４１を持続的に通過するが、この過程で前記排気空間Ｓに所望のレベルの真空が生成される。前記システムはこの際に真空を利用して対象物を把持し、ロボティック手段などを利用して決められた場所に移送できるようになる。

前記「レベル」は対象物の特性を考慮し、前記表示部３５または制御部３１を操作することで、システムが動作する前に入力及び設定される。そして、前記感知圧力が前記レベルに到達したかまたはシステムの対象物の移送が完了されたら、電磁弁「２１ａ」はオフ状態に閉鎖される。

真空の破棄
次に、前記システムの対象物の移送が完了されたら、前記制御部３１は電磁弁「２１ｂ」をオン状態に開放する。この状態で空気供給口１４に供給された圧縮空気は、真空破棄ライン４３を介して前記排気空間Ｓに直接供給されるが、それによって前記生成された真空が瞬間的に破棄される。すると前記グリッパ４４と対象物が迅速で容易に分離され、本発明の弁ユニット１０と前記真空ポンプ４０は前記システムの次の移送作業のために用意される。

このような方法で本発明の前記弁ユニット１０は真空生成ライン及び破棄ラインを有する真空ポンプに結合され、その内部の排気空間の圧力レベルに対応して圧縮空気の供給・遮断及び真空の生成・破棄を能動的に制御することができる。よって、真空移送システムの動作の精密性、迅速性、効率性などの側面で従来の弁などに比べ非常に効果的である。

また、以上では一つの弁ユニット１０において２つの電磁弁２１ａ、２１ｂと各対応孔１２が２つの空気ライン４１、４３をそれぞれ制御することを説明したが、本発明の前記弁ユニット１０はその個数及び機能に限らず、また、上述したように、必要に応じては前記真空生成ライン４１を増設するかまたは多角化するなどの方法で拡張または変更して利用してもよい。

１０：弁ユニット
１１：本体
１２：孔
１２ａ：入口
１２ｂ：出口
１３：スプール
１４：空気供給口
１５：スプール筐体
１６：第１流路
１７：カバー
１８：第２流路
１８ａ：延長線路
１９：カバー
２０、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ：アダプタ
２１、２１ａ、２１ｂ：電磁弁
３１：制御部
３２：センサ
３３：回路部
３４：端子
３５：表示部
３６：コネクタ
４０：真空ポンプ
４１：生成ライン
４２：エジェクタ
４３：破棄ライン
４４：グリッパ
Ｃ：クリップ
Ｓ：排気空間

Claims (9)

1. 貫通孔（１２）と、前記孔（１２）内で軸方向に移動しながら前記孔（１２）の出口（１２ｂ）を開閉するスプール（１３）と、一側の空気供給口（１４）から前記出口（１２ｂ）とスプール（１３）側にそれぞれ延長される第１流路（１６）及び第２流路（１８）と、を含む本体（１１）と、
   前記第２流路（１８）の内に設置され、前記スプール（１３）を移動するための空気の供給及び遮断を制御する電磁弁（２１）と、
   外部の排気空間（Ｓ）に連結される圧力感知センサ（３２）と、前記圧力感知センサ（３２）の圧力データを処理する回路部（３３）と、を含み、前記圧力データに基づいて前記電磁弁（２１）のオン・オフ信号を出力する制御部（３１）と、
   を含み、
   前記空気供給口（１４）は、前記本体（１１）の外面に互いに異なる方向に複数で形成されて互いに連通すること、
   を特徴とする真空システム用空気弁ユニット。
2. 前記電磁弁（２１）のオン・オフ信号は、前記制御部（３１）から生成されることを特徴とする請求項１に記載の真空システム用空気弁ユニット。
3. 前記電磁弁（２１）は、前記制御部（３１）が出力するオンまたはオフ信号によってオープン（ｏｐｅｎ）またはクローズ（ｃｌｏｓｅ）され、
   前記「オープン」の際に第２流路１８を通過した空気が前記スプール（１３）を移動するが、
   この際、スプール（１３）の移動によって前記出口（１２ｂ）が開放されたら、前記空気は第１流路（１６）及び出口（１２ｂ）を介して排出されること、
   を特徴とする請求項１に記載の真空システム用空気弁ユニット。
4. 前記制御部（３１）は、
   前記回路部（３３）から電磁弁（２１）に連結される接続端子（３４）と、前記圧力感知センサ（３２）による圧力データを数値処理して外部に表示する表示部（３５）と、
   を更に含むこと、
   を特徴とする請求項１に記載の真空システム用空気弁ユニット。
5. 前記空気供給口（１４）を介して本体（１１）内に供給される空気は、
   まず、前記「クローズ」の際には本体（１１）内に停止・待機しており、
   前記「オープン」されたら、第２流路（１８）を通過し前記スプール（１３）を加圧して移動させるが、この移動によって前記出口（１２ｂ）が開放されたら前記孔（１２）を経由する第１流路（１６）及び出口（１２ｂ）を介して排出され、
   更に「クローズ」されたら、第１流路（１６）内で前記スプール（１３）に反対する方向に加圧・移動させるが、この移動によって前記出口（１２ｂ）が閉鎖されたら最初のように本体（１１）内で停止・待機する、
   ようになる、
   を特徴とする請求項３に記載の真空システム用空気弁ユニット。
6. 前記孔（１２）は互いに疎通する関係に複数で備えられるが、この際、各孔（１２）に対応する電磁弁（２１ａ、２１ｂ）は、前記制御部（３１）によって一括にまたは個別に制御されることを特徴とする請求項１に記載の真空システム用空気弁ユニット。
7. 前記出口（１２ｂ）を介して排出される空気は、別途に備えられた真空ポンプ（４０）のエジェクタ（４２）を高速で通過しながら前記排気空間（Ｓ）を吸入・排気して真空が形成されるようにすることを特徴とする請求項３に記載の真空システム用空気弁ユニット。
8. 前記孔（１２）は互いに疎通する関係に複数で備えられるが、この際、各孔（１２）に対応する複数の電磁弁（２１ａ、２１ｂ）は、前記制御部（３１）によって一括にまたは個別に制御されることを特徴とする請求項７に記載の真空システム用空気弁ユニット。
9. 少なくとも一つの孔（１２）は前記エジェクタ（４２）に延長される真空生成ライン（４１）に連結され、少なくとも他の一つの孔（１２）は前記排気空間（Ｓ）に延長される破棄ライン（４３）に連結されるが、前記各ライン（４１、４３）は前記制御部（３１）の各電磁弁（２１ａ、２１ｂ）の制御によって順次に動作するように設計されることを特徴とする請求項８に記載の真空システム用空気弁ユニット。

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