KR100285080B1

KR100285080B1 - 유압장치

Info

Publication number: KR100285080B1
Application number: KR1019990009811A
Authority: KR
Inventors: 요시다토시유키
Original assignee: 슈조 수세이; 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 1998-03-31
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2001-03-15
Also published as: EP0947751A3; EP0947751A2; US6079694A; EP0947751B1; JP2960390B1; DE69921382T2; DE69921382D1; JPH11280924A; KR19990078152A

Abstract

본 발명은 유압장치에 관한 것으로, 샤프트부재의 원통형 스풀부가 하우징의 원통형 호울내에 동심원상으로 수용되고, 원통형 스풀부가 부드럽게 이동될 수 있는 유압장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

위의 목적달성을 위한 본 발명은, 스풀호울(14)이 형성된 밸브하우징(2)과, 상기 스풀호울(14)에 삽입되는 제1스풀부(22)를 구비하는 스풀(18)과, 상기 스풀호울(14)의 제1호울부(26)에 작동하는 스풀부(22)를 포함하며, 상기 제1스풀부(22)에는 추가적인 유체홈(110)이 형성된 것을 특징으로 한다.

따라서, 한쪽 유체홈(110)에 작용하는 가압유체의 압력은 다른쪽 유체홈(110)에 작용하는 가압유체의 압력보다 높게 된다.

또, 한쪽 밀봉부의 외주면과 인접 유체홈(110)들 사이에 있는 제1호울(26)의 내주면 사이의 제1갭은, 다른쪽 밀봉부의 외주면과 제1호울의 내주면 사이의 제2갭보다 약간 크게 설정된다.

Description

유압장치{Fluid Pressure Device}

본 발명은 가압유체의 공급량을 조절하는 유량제어밸브와 같은 유압장치에 관한 것이다.

유압장치의 일례로서 제어밸브는 밸브하우징과, 이 밸브하우징에 가동적으로 장착되는 스풀을 비롯하여, 상기 밸브하우징내에 함께 형성되는 유입호울과 유출호울을 구비하고 있다.

스풀에는 원통형 스풀부(cylindrical spool portion)가 구비되어 있고, 밸브하우징에는 원통형 호울이 형성되어 있으며, 스풀부는 원통형 호울에 그 축방향으로 가동적으로 삽입된다.

이러한 제어밸브에 있어서, 스풀이 작동되면, 유출호울 외측의 유입호울로부터 유출되는 가압유체, 예를 들면 가압오일에 대하여, 유입호울과 유출호울은 필요에 따라 연통되게 된다.

이와 같은 종류의 제어밸브의 경우, 유체홈(fluid groove)이 스풀부의 외측 외주면에 형성되어 있다. 이 유체홈은 링과 유사한 형상으로 이루어지며, 1개 또는 그 이상의 유체홈이 스풀부의 축방향으로 구비된다.

이러한 식으로 유체홈이 구비됨으로써, 유체홈내에 수용되어 있는 가압유체는 대체로 균일하게 상기 스풀부의 전 범위에 대하여 그 외주면방향으로 작용하게 되어, 외주면 방향으로 작용하는 가압유체의 압력이 균일하게 될 수 있다.

상기 유체홈의 대부분이 이와 같은 방식으로 스풀부에 구비되는 경우, 스풀의 스풀부가 밸브하우징의 원통형 호울과 함께 동심원상으로 배치가 되면, 스풀부의 외주면과 원통형 호울의 내주면 사이에 환상의 갭(annular gap)이 발생되고, 이 환상의 갭을 통해 가압유체가 흐르게 된다. 따라서, 대체로 균일한 유체압이 상기 스풀부에 그 외주면방향으로 작용하게 된다. 그러나, 스풀부가 상기 원통형 호울의 내측을 향해 일탈되고, 스풀부의 일부분이 원통형 호울과 접촉하게 되면, 그리고 스풀부의 거친 가공 정밀도나 구배로 인하여 스풀부의 일측에만 가압유체가 작용하게 되면, 유체압력은 낮은 압력을 받는 스풀부의 일측면에 작용하지 않게 되며, 스풀부의 그 부분은 원통형 호울의 내주면쪽으로 밀리게 된다. 이와 같은 접촉상태가 발생하면, 상기 스풀부를 이동시키기 위해서 큰 힘이 요구되며, 상기 스풀을 부드럽게 이동시키기가 어렵게 된다.

이러한 문제는 원통형 스풀부가 밸브하우징의 원통형 호울에 가동적으로 삽입되는 일반적인 유압장치에서 발생한다.

유체홈이 구비되지 않은 유압장치에서는, 일반적으로 높은 압력을 받는 샤프트씰부(shaft seal portion)의 갭 크기를 증가시키는 것으로 알려져 있다.

그러나, 유압장치가 샤프트씰부만으로 구성되는 경우, 샤프트가 그 축방향으로 이동하면, 갭의 최초 배치 관계가 변경되어, 충분한 밀봉기능을 얻을 수 없으며, 샤프트를 동심원상으로 유지하기 위한 충분한 힘을 얻을 수 없게 되는 등의 문제점들이 있다.

본 발명의 목적은, 샤프트부재의 원통형 스풀부가 하우징의 원통형 호울내에 동심원상으로 수용되고, 원통형 스풀부가 부드럽게 이동될 수 있는 유압장치를 제공하는 데에 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압장치는, 원통형 호울이 형성된 하우징과, 상기 원통형 호울에 삽입되는 원통형 스풀부가 구비된 샤프트부재로 이루어져 있으며, 상기 원통형 스풀부는 상기 원통형 호울내에서 축방향으로 이동될 수 있도록 되고, 상기 원통형 스풀부의 제1부분에 작용하는 가압유체의 압력은 제1부분으로부터 그 축방향으로 분리된 상기 원통형 스풀부의 제2부분에 작용하는 가압유체의 압력보다 높으며, 상기 제1부분과 제2부분의 사이에는 갭씰이 구비되고, 상기 갭씰에는 상기 원통형 스풀부내에서 원주방향으로 유체압력을 균등하게 분배하는 하나 또는 그 이상의 유체홈을 형성함으로써 추가적인 밀봉부가 구비되고, 상기 다수의 밀봉부 가운데 적어도 하나의 밀봉부에서는, 제1부분측의 외주면과 원통형 호울의 내주면 사이의 제1갭이 제2부분측의 외주면과 원통형 호울의 내주면 사이의 제2갭보다 약간 크게 설정되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 갭씰은 상기 원통형 스풀부의 제1부분과 제2부분의 사이에 구비되고, 하나 또는 그 이상의 유체홈에 의해 형성된 다수의 밀봉부를 구비하고 있다.

상기 다수의 밀봉부 가운데 적어도 하나의 밀봉부에 있어서, 제1부분측의 외주면과 원통형 호울의 내주면 사이의 제1갭은 제2부분측의 외주면과 원통형 호울의 내주면 사이의 제2갭보다 약간 크게 설정된다. 따라서, 상기 원통형 스풀부가 원통형 호울에 대하여 비교적 그 반경방향으로 이동하면, 밀봉부에 존재하는 가압유체는 나중에 원래의 위치로 복귀할 정도, 즉 스풀부와 원통형 호울을 동심원상으로 유지시키게 될 정도로 스풀부에 작용한다.

또한, 상기 원통형 스풀부의 제2부분측이 원통형 호울의 내주면과 접촉하더라도, 제1갭은 적어도 하나의 씰에 있어서 원통형 스풀부의 제1부분의 외주면과 내주면 사이에 존재하고, 제1갭내의 가압유체는 원통형 스풀부가 원통형 호울과 동심원상으로 유지되도록 할 정도로 작용한다. 따라서, 원통형 스풀부가 원통형 호울의 내주면과 접촉하더라도 큰 마찰력은 발생하지 않게 되며, 샤프트부재의 밀봉부를 축방향으로 부드럽게 이동시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징은 원통형 호울을 구비한 밸브하우징이고, 상기 샤프트부재는 상기 밸브하우징에 형성된 유체유동로의 개폐를 제어하는 스풀이며, 상기 원통형 스풀부는 상기 스풀에 구비되어 원통형 호울에 그 축방향으로 가동적으로 삽입되는 스풀부인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제어밸브와 같은 밸브하우징에 스풀이 가동적으로 삽입되는 유압장치에 적절하게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유압장치의 일례로서 제어밸브의 일실시예를 나타내는 단면도,

도 2는 도 1에 도시된 제어밸브내 스풀의 제1스풀부에 대한 부분 확대단면도,

도 3은 제1스풀부와 제1호울부가 동심원상으로 수용된 상태에서 가압유체의 압력특성을 설명하는 도면,

도 4는 제1스풀부가 제1호울부와 함께 비교적 우측으로 이동될 때 가압유체의 압력특성을 나타내는 도면,

도 5는 종래구조의 제1스풀부에 작용하는 가압유체의 압력특성을 설명하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

2 : 밸브하우징6 : 상측부

8,10 : 스프링체임버12 : 하측부

14,16 : 스풀호울18,20 : 스풀

22 : 제1스풀부24 : 제2스풀부

25 : 노치홈26 : 제1호울부

28 : 제2호울부30 : 제1체임버

31 : 유체체임버32 : 1차압력측 유동로

34,36 : 2차압력측 유동로38 : 제2체임버

40 : 배출유동로41 : 스로틀 유동로

42,44 : 플러그부재46,48 : 푸쉬로드

54,56 : 스프링수용부재62,64 : 제1스프링부재

70,72 : 제2스프링부재74,76 : 수용홈

78,80 : 헤드90 : 고정부재

94 : 핀96 : 작동레버

98 : 푸싱부재110 : 유체홈

112 : 밀봉부112a : 상류부

112b : 하류부114,116 : 갭

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 유압장치의 일례로서 파일럿 제어밸브의 일실시예를 나타내는 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 파일럿 제어밸브의 스풀의 일부분에 대한 확대단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 파일럿 제어밸브는 밸브하우징(2)을 구비하고 있다. 밸브하우징(2)은 그 상측부(6)에 측방향으로 소정 간격으로 떨어져 배치된 한 쌍의 스프링체임버(8,10)를 구비하고 있으며, 하측부(12)에는 상기 스프링체임버(8,10)와 대응하는 스풀호울(14,16)을 구비하고 있다. 스풀호울(14,16)은 그 단면이 원형으로 이루어지며, 이 스풀호울(14,16)의 상단은 스프링체임버(8,10)와 연통된다.

또한, 상기 밸브하우징(2)에는 하측부(12)에 결합되는 커버부(17)가 구비되어 있다. 스풀호울(14,16)의 하단은 커버부(17)에 의해 폐쇄된다.

샤프트부재로서 스풀(18,20)은 스풀호울(14,16)에 수직하게 가동적으로 결합된다. 스풀(18,20)은 서로 실질적으로 동일한 구조로 이루어져 있으므로, 그 구조중 하나의 구조에 대하여 설명한다. 상기 스풀(18,20)은 그 하단에 제1스풀부(22)를 구비하고 있으며, 중간부분에는 제2스풀부(24)를 구비하고 있다. 제1스풀부(22)와 제2스풀부(24)의 사이에는 환상의 노치홈(25)이 형성되어 있다. 제1스풀부(22)의 환상면(annular surface ; 도 1에서 상부면)과 제2스풀부(24)의 환상면(도 1에서 하부면)은 가압유체가 작용하는 압력수용부로서의 기능을 한다.

본 실시예에 있어서, 제2스풀부(24)의 외경은 제1스풀부(22)의 외경보다 크게 설정이 된다. 따라서, 제2스풀부(24)의 압력수용부(29)의 압력수용범위는 제1스풀부(22)의 압력수용부(27)의 압력수용범위보다 크다. 스풀호울(14,16)은 제1스풀부(22)(원통형 호울을 형성함)의 외경과 상응하는 내경을 갖는 제1호울부(26)와, 제2스풀부(24)의 외경과 상응하는 내경을 갖는 제2호울부(28)를 구비하고 있다.

제2호울부(28)의 내경은 제1호울부(26)의 내경보다 크게 설정된다. 스풀(18,20)의 제1스풀부(22)는 스풀호울(14,16)의 제1호울부(26)에 의해 슬라이드 가능하게 지지됨으로써, 스풀(18,20)은 제1호울부(26)에 의해 가이드됨과 아울러, 수직방향으로 이동된다. 제2스풀부(24)는 스풀(18,20)의 수직이동에 의해 스풀호울(14,16)의 제2호울부(28)내에 슬라이드 가능하게 수용됨과 아울러, 제2호울부(28)에서 가이드된다. 상기 제1스풀부(22) 및 이와 관련된 구조는 후술하는 바와 같다.

이와 같은 방식으로 스풀(18,20)을 설치함으로써, 스풀(18,20)의 하단 외측, 즉 스풀호울(14,16)의 제1호울부(26) 하부에 유체체임버(31)가 형성되며, 이 유체체임버(31)내의 가압유체는 상기 스풀(18,20)의 하단 전면(全面)에 작용한다. 스풀(18,20)의 타단은 스프링체임버(8,10)측으로 상향 연장된다.

본 실시예에 있어서, 밸브하우징(2)은 그 하측부(12)에 압력포트로서 제1체임버(30)를 구비한다. 제1체임버(30)는 스풀호울(14,16)의 제1호울부(26)와 연통된다. 제1체임버(30)는 밸브하우징(2)에 구비되는 1차압력측 유동로(32)를 통하여 유체펌프와 같은 유체공급원(도시되지 않음)에 연결된다. 유압액으로서 가압오일과 같은 가압유체는 상기 1차압력측 유동로(32)를 통하여 유체공급원으로부터 제1체임버(30)로 공급된다.

밸브하우징(2)은 그 하측부(12)에 상기 스풀(18,20)에 의해 스위칭방식으로 제어되는 2차압력측 유동로(34,36)를 구비한다. 그중 하나의 2차압력측 유동로(34)는 일측의 스풀호울(14)과 관련하여 구비되는데, 이 스풀호울(14)의 제1,2호울부(26,28)사이에서 연결된다. 예컨대, 상기 2차압력측 유동로(34)는 제어밸브(도시되지 않음)의 스풀제어 파일럿포트(spool control pilot port)에 연결된다.

다른 하나의 2차압력측 유동로(36)는 나머지 스풀호울(16)과 관련하여 구비되는데, 이 스풀호울(16)의 제1,2호울부(26,28)사이에서 연결된다. 예컨대, 상기 2차압력측 유동로(36)는 제어밸브의 스풀제어 역파일럿포트(spool control opposite pilot port)에 연결된다.

밸브하우징(2)의 상측부(6) 중앙부분에는 탱크포트로서 제2체임버(38)가 구비된다. 이 제2체임버(38)는 스프링체임버(8,10)와 연통된다. 제2체임버(38)는 밸브하우징(2)의 하측부(12)에 형성된 배출 유동로(40)를 통하여 유체탱크(도시되지 않음)와 연통되며, 이 제2체임버(38)내의 가압유체는 배출 유동로(40)를 통해 유체탱크로 반송된다.

스풀호울(14,16)의 하단에 위치한 유체체임버(31)는 스로틀 유동로(throttle flow passage;41)를 통해 배출 유동로(40)와 연통되어 있다. 따라서, 유체체임버(31)내의 가압유체도 배출 유동로(40)를 통해 유체탱크로 반송된다.

스프링체임버(8,10)의 상단에는 원통형 플러그부재(cylindrical plug member;42,44)가 배치된다.

이 플러그부재(42,44)에는 로드호울(42a,44a)들이 관통,형성되어 있고, 이 로드호울(42a,44a)에는 푸쉬로드(46,48)가 수직하게 가동적으로 삽입된다.

푸쉬로드(46,48)의 상단은 상기 플러그부재(42,44)로부터 상향 돌출된다. 푸쉬로드(46,48)의 하단은 플러그부재(42,44)로부터 상기 스프링체임버(8,10)로 돌출된다.

스프링체임버(8,10)에는 스프링수용부재(54,56)가 수직하게 가동적으로 수용된다(도 1참조). 이 스프링수용부재(54,56)는 원통형으로 이루어지되, 그 하단면에는 플랜지홈(54a,56a)이 형성되어 있다.

이 플랜지홈(54a,56a)과 밸브하우징(2)의 일부분 사이에는 제1스프링부재(62,64)가 개재된다. 상기 제1스프링부재(62,64)는 코일스프링으로 이루어지는데, 스프링수용부재(54,56)는 도 1에 도시된 바와 같이 푸쉬로드(46,48)측을 향해 탄성적으로 상향 편심됨으로써, 스프링수용부재(54,56)는 도 1에 도시된 위치에서 푸쉬로드(46,48)와 접한 상태로 유지된다.

스프링수용부재(54,56)에는 플랜지홈 내측으로 내홈(inner recess;54b,56b)들이 구비되어 있다. 스풀(18,20)의 제2스풀부(24)와 내홈(54b,56b)들 사이에는 제2스프링부재(70,72)가 개재된다. 제2스프링부재(70,72)는 코일스프링으로 이루어져 있으며, 상기 제1스프링부재(62,64)의 내측에 배치된다. 푸쉬로드(46,48)의 하단에는 스풀(18,20)과 상응하는 수용홈(74,76)이 형성되어 있다. 스풀(18,20) 상단의 헤드(78,80)는 스프링수용부재(54,56)에 형성되어 있는 호울(54c,56c)을 관통하여 수용홈(74,76)에 가동적으로 수용된다.

이와 같은 구조로 이루어짐으로써, 제2스프링부재(70,72)는 스풀(18,20)에 작용하여, 스풀(18,20)을 도 1에 도시된 것처럼 푸쉬로드(46,48)로부터 멀어지는 방향으로 탄성적으로 하향 편심시킨다.

이와 같이 작동하여, 상기 헤드(78,80)는 스프링수용부재(54,56)의 상측면에 접하게 되고, 스풀(18,20)은 도 1에서와 같이 비작동위치에 있게 된다. 스풀(18,20)이 비작동위치에 있게 되면, 제1스풀부(22)는 스풀호울(14,16)의 제1호울부(26)에 위치하여 제1체임버(30)와 2차압력측　유동로(34,36)간의 연통상태를 차단함으로써, 제1체임버(30)내의 가압유체가 2차압력측　유동로(34,36)로 유입되지 않도록 하게 된다. 이때, 상기 스풀(18,20)의 제2스풀부(24)는 스프링체임버(8,10)내에 위치하게 되고, 제2체임버(38)와 2차압력측　유동로(34,36)는 상기 스풀(18,20)의 노치홈(25)을 통해 서로 연통되게 되며, 2차압력측　유동로(34,36)내의 가압유체는 제2체임버(38)로 유입된다.

밸브하우징(2)의 상측부(6) 중앙부분에는 고정부재(90)가 나사고정된다. 상기 고정부재(90)의 상단에는 핀(94)이 고정되고, 이 핀(94)에 의해 작동레버(96)의 하단이 고정부재(90)에 연결됨으로써, 작동레버(96)는 도 1에 도시된 것처럼 측방향으로 회전할 수 있게 된다. 상기 작동레버(96)의 하단에는 푸싱부재(98)가 나사고정되는데, 이 푸싱부재(98)는 상기 푸쉬로드(46,48)에 상응하는 작동부(100,102)를 포함한다.

전술한 파일럿밸브에 있어서, 상기 작동레버(96)가 도 1에 도시된 것처럼 중립위치에 있을 때, 푸쉬로드(46,48)는 제1스프링부재(62,64)의 작동에 의해 돌출위치에 있게 되며, 스풀(18,20)은 제2스프링부재(70,72)의 작동에 의해 비작동위치에 있게 된다. 따라서, 스풀(18,20)의 제1스풀부(22)에 의해 제1체임버(30)와 2차압력측　유동로(34,36)간의 연통상태가 차단되지만, 제2체임버(38)와 2차압력측　유동로(34,36)는 상기 스풀(18,20)의 노치홈(25)을 통해 연통되게 되고, 제어밸브(도시되지 않음)의 스풀제어 파일럿포트는 2차압력측　유동로(34,36)와 배출유동로(40)의 제2체임버(38)를 통해 유체탱크(도시되지 않음)와 연통되게 되며, 제어밸브의 스풀은 중립위치에 있게 된다.

화살표(104,106)로 표시된 바와 같이, 작동레버(96)가 중립위치로부터 우측또는 좌측으로 회전하면, 푸싱부재(98)의 작동부(100,102)는 푸쉬로드(46,48)를 밀어서 푸쉬로드(46,48)와 스프링수용부재(54,56)를 제1스프링부재(62,64)의 탄성적인 편심력에 대하여 하향이동시키게 된다. 스프링수용부재(54,56)가 이동함에 따라, 스풀(18,20)은 제2스프링부재(70,72)의 작용에 의해 하향 이동하게 된다.

스풀(18,20)이 하향 이동될 때, 제1체임버(30)와 2차압력측　유동로(34,36)는 스풀(18,20)의 노치홈(25)을 통해 연통된다. 따라서, 가압유체는 제어밸브의 스풀제어를 위해 제1체임버(30)와 2차압력측유동로(34,36)를 통하여 유체공급원(도시되지 않음)으로부터 일측의 파일럿포트로 공급되며, 제어밸브의 스풀(도시되지 않음)은 유체공급원으로부터 공급되는 가압유체에 의해 중립위치로부터 예정된 방향(또는, 예정된 방향으로부터 반대방향)으로 이동된다. 이 파일럿 제어밸브에 있어서, 유체체임버(31)는 스로틀 유동로(41)를 통해 배출유동로(40)와 연통상태에 있게 된다. 제1스풀부(22)의 외경은 제2스풀부(24)의 외경보다 작게 설정되고, 제1스풀부(22)의 압력수용범위는 제2스풀부(24)의 압력수용범위보다 작다. 따라서, 2차압력측 유동로(34,36)로 공급된 가압유체는 압력수용범위간의 차이 때문에 발생되는 힘에 의해 스풀(18,20)을 윗쪽으로 미는 방향으로 작용한다. 그러므로, 스풀(18,20)은 작동레버(96)의 작동력, 즉 제2스프링부재(70,72)에 의해 하측으로 미는 힘과 2차압력측 유동로(34,36)의 가압오일에 의해 상측으로 미는 힘이 균형을 이루는 위치에 있게 된다.

한편, 스풀(18,20)의 제1스풀부(22)와 그 구조에 대하여 도 1 및 도 2를 참조로 하여 설명하면 다음과 같다.

도 2를 주로 참조하며 설명하면, 본 실시예에 있어서, 제1스풀부(22)는 원통형 스풀부로 이루어지며, 스풀호울(14)의 제1호울부(26)도 원통형 호울로 이루어진다. 제1스풀부(22)의 상단부는 유체공급원으로부터 공급되는 가압유체가 작용하는 제1부분으로서 작동하며, 제1스풀부(22)의 하단부는 배출유동로(40)를 거쳐온 가압유체가 작용하는 제2부분으로서 작동하게 된다. 상기 제1부분과 제2부분 사이에는 축방향(도 1 및 도 2에서 수직방향)으로 서로 이격되어 있는 유체홈(110)이 추가로 구비된다. 각각의 유체홈(110)은 제1스풀부(22)내에 환상으로 형성되고, 인접 유체홈(110)들 사이에는 밀봉부(seal portion;112)가 추가로 형성된다.

밀봉부(112)의 대부분은 제1스풀부(22)의 제1 및 제2부분 사이에서 갭씰(gap seal)을 형성한다. 상기 유체홈(110) 각각의 피치는 대략 1.0∼5.0mm로 설정된다. 만일, 상기 유체홈(110)의 피치가 대략 1.5mm로 설정이 되면, 축방향 유체홈(110)의 폭(W1)은 대략 0.1∼0.5mm로 설정되며, 축방향 밀봉부(112)의 폭(W2)은 대략 1.0∼1.4mm로 설정된다.

본 실시예에서, 유체공급원으로부터 공급되는 가압유체는 제1체임버(30)로 공급되고, 유체체임버(31)는 배출유동로(40)와 연통상태에 있게 된다. 따라서, 제1스풀부(22)의 상단에 작용하는 가압유체의 압력은 제1스풀부(22)의 하단에 작용하는 가압유체의 압력보다 크다.

이러한 상태와 관련하여, 본 실시예는 다음과 같은 구조를 갖는다. 즉, 제1스풀부(2)의 각 밀봉부(112)의 상류부(고압유체가 작용하는 제1부분의 측면부;112a) 외경은 하류부(저압유체가 작용하는 제2부분의 측면부;112b)의 외경보다 약간 작게 설정되며, 상류부(112a)의 외주면과 제1호울부(26)의 내주면 사이의 갭(114)은 하류부(112b)의 외주면과 제1호울부(26)의 내주면 사이의 갭(116)보다 약간 크게 설정된다. 상기 상류부(112a)와 하류부(112b)의 폭(W3,W4)은 대체로 동일하게 설정된다. 상류부(112a)의 외경과 하류부(112b)의 외경간 차이는 대략 0.001∼0.02mm로 설정될 수 있다(제1스풀부(22)의 외경과 제1호울부(26)의 외경간 차이의 약 1.5배). 상기 외경들간의 차이가 0.001mm보다 작게 되면, 상류부(112a)와 하류부(112b)의 외경들간 차이는 가공 정밀도를 고려하더라도 대체로 제로(zero)가 되고, 상기 밀봉부(112)는 실질적으로 단일 밀봉부재로서의 기능을 할 수 있다. 만일 외경들간의 차이가 0.02mm를 초과하면, 상류부(112a)는 유체홈(110)으로서의 기능을 하게 된다.

제1스풀부(22)의 각 밀봉부(112)가 전술한 바와 같은 구조로 이루어져 있기 때문에, 이들 밀봉부(112)에 작용하는 가압유체의 압력특성은 첨부도면 도 3에 도시된 것과 같이 된다.

즉, 제1스풀부(22)의 상측은 제1체임버(30)와 연통되게 되고, 제1스풀부(22)의 하측은 유체체임버(31)와 연통되게 되므로, 유체홈(110)내의 가압유체의 압력은 상류에 근접함에 따라 증가하고, 하류에 근접함에 따라 감소한다.

이와 같은 상태에서, 제1스풀부(22)의 중앙축과 제1호울부(26)의 중앙축은 동축위치에 있게 되고, 상기 제1스풀부(22)에 작용하는 유체압력의 원주방향에서의 압력분배는 실질적으로 동일하게 되며, 직경방향에서 제1스풀부(22)를 이동시키는 힘은 작용하지 않게 된다. 이러한 상태로부터, 제1스풀부(22)가 도 3에 도시된 것과 같이 비교적 우측으로 이동되면, 상기 밀봉부(112)에 작용하는 가압유체의 압력특성은 도 4에 도시된 것처럼 변화한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1스풀부(22)가 비교적 우측으로 이동하면 제1스풀부(22)의 우측으로부터 작용하는 가압유체의 압력은 증가하고, 도 4의 빗금친 부분에 개략적으로 나타난 것처럼 압력부분(pressure portion)이 증가한다. 그런데, 제1스풀부(22)의 좌측으로부터 작용하는 유체압력은 거의 변화하지 않는다.

결과적으로, 제1스풀부(22)가 도 4에서 처럼 좌측으로 이동함으로써, 제1스풀부(22)는 제1호울부(26)의 내측면과 접촉할 수 없게 되고, 제1스풀부(22)가 축방향으로 이동할 때 마찰저항은 저감될 수 있게 된다.

제1스풀부(22)의 밀봉부(112)가 전술한 바와 같은 구조로 이루어지면, 제1스풀부(22)가 밸브하우징(2)의 제1호울부(26)의 내주면과 접촉하더라도, 접촉되는 부위는 각 밀봉부(112)의 하류부(112b)이고, 상류부(112a)는 제1호울부(26)의 내주면과 접촉하지 않는다.

따라서, 각 밀봉부(112)의 상류부(112a)와 제1호울부(26)의 내주면 사이의 제1갭(114)에 존재하는 가압유체는 제1스풀부(22)에 작용하며, 제1스풀부(22)를 제1호울부(26)와 동심원상으로 유지시킬 정도로 가압유체가 작용하게 된다. 그러므로, 제1스풀부(22)를 제1호울부(26)의 내주면으로 미는 힘이 약화되며, 제1스풀부(22)는 제1호울부(26)를 따라 축방향으로 부드럽게 이동될 수 있게 된다.

한편, 종래 제어밸브의 경우에는, 유체홈(110A)이 제1스풀부(22A)내에 형성될 때, 축방향으로 거의 일정한 외경을 갖는 밀봉부(112A)가 형성되고, 제1스풀부(22A)에 작용하는 가압유체의 압력특성은 도 5에 도시된 것과 같이 된다. 즉, 밀봉부(112A)내 가압유체의 압력은 상측 유체홈(110A)으로부터 하측 유체홈(110A)쪽으로 갈수록 점차적으로 경감된다. 이 경우, 제1스풀부(22A)가 밸브하우징의 제1호울부의 내주면과 접촉하면, 접촉부간에 가압유체가 존재하지 않게 된다. 따라서, 접촉부의 반대쪽에 위치하는 가압유체는 제1스풀부(22A)를 제1호울부의 내주면쪽으로 더욱 더 밀어낼 정도로 작용하며, 제1스풀부(22)를 축방향으로 이동시키기 위해서는 큰 힘이 요구된다.

이상에서, 본 발명에 따른 유압장치의 일례로서 제어밸브를 실시예로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 실시예가 가능하다.

예컨대, 제1스풀부(22)에 다수의 유체홈(110)이 구비되고, 이들 유체홈(110)의 관련 구조가 전술한 실시예에 적용되더라도, 본 발명은 여기에만 한정되는 것은 아니며, 단일 유체홈이 구비되어 있고 밀봉부가 형성되어 있는 구조에도 적용될 수 있다.

또, 전술한 실시예에서 유체홈이 구비됨으로써 형성된 각 밀봉부의 상류부와 하류부가 약간 다른 외경을 갖더라도, 모든 밀봉부가 이러한 구조로 이루어질 필요는 없으며, 적어도 하나의 밀봉부가 이러한 형태로 형성되면 바람직한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 전술한 실시예에서 밀봉부(112)의 상류부(112a)가 원통형으로 이루어지고, 축방향으로 거의 동일한 외경을 갖더라도, 상류부(112a)에 테이퍼를 형성함으로써 그 외경이 하류부측으로 갈수록 점증되도록 할 수도 있다.

또한, 전술한 실시예는 파일럿 제어밸브를 기본으로 하여 설명하였지만, 본 발명은 여기에만 한정되는 것은 아니고, 스풀의 작동에 의해 유량을 제어하는 유량 제어밸브 및 가압유체의 압력을 예정된 압력으로 감압시키는 감압밸브와 같은 여타의 유압장치에도 적용될 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유압장치는, 샤프트부재가 축방향으로 이동할 때, 충분한 밀봉기능을 얻을 수 있고, 작은 힘으로도 샤프트부재를 하우징의 원통형 호울내에 동심원상으로 유지시킬 수 있으며, 원통형 스풀부가 브드럽게 이동될 수 있는 효과를 갖는다.

Claims

원통형 호울이 형성된 하우징과, 상기 원통형 호울에 삽입되는 원통형 스풀부가 구비된 샤프트부재를 구비하고 있으며, 상기 원통형 스풀부는 상기 원통형 호울내에서 축방향으로 이동될 수 있고, 상기 원통형 스풀부의 제1부분에 작용하는 가압유체의 압력은 제1부분으로부터 그 축방향으로 분리된 상기 원통형 스풀부의 제2부분에 작용하는 가압유체의 압력보다 높으며, 상기 제1부분과 제2부분의 사이에는 갭씰이 구비되어 있으며, 상기 갭씰에는 상기 원통형 스풀부내에서 원주방향으로 유체압력을 균등하게 분배하는 하나 또는 그 이상의 유체홈을 형성함으로써 추가적인 밀봉부가 구비되고, 상기 다수의 밀봉부 중 하나 이상의 밀봉부에서는, 제1부분측의 외주면과 원통형 호울의 내주면 사이의 제1갭이 제2부분측의 외주면과 원통형 호울의 내주면 사이의 제2갭보다 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 유압장치.
제1항에 있어서, 상기 하우징은 원통형 호울을 구비한 밸브하우징이고, 상기 샤프트부재는 상기 밸브하우징에 형성된 유체 유동로의 개폐를 제어하는 스풀이며, 상기 원통형 스풀부는 상기 스풀에 구비되어 상기 원통형 호울에 그 축방향으로 가동적으로 삽입되는 스풀부인 것을 특징으로 하는 유압장치.