KR100348851B1 - 위치검출기능을 가진 전환밸브 - Google Patents

Abstract

밸브부재의 전체스트로크중의 동작위치를 검출할 수 있는 위치검출기능을 가진 전환밸브를 얻는다.

자성부(23a)와 비자성부(23b)로 이루어진 자기눈금(23)을 갖는 검출헤드(21)를 스풀(6)의 단부에 부착하는 동시에, 상기 자기눈금(23)을 판독하는 자기센서(22)를 상기 자기눈금(23)과 대향하는 케이싱(4)부분의 일정위치에 설치한다.

Description

위치검출기능을 가진 전환밸브{DIRECTIONAL CONTROL VALVE HAVING POSITION DETECTING FUNCTION}

본 발명은 스풀 등의 밸브부재의 동작위치를 검출할 수 있는 위치검출기능을 가진 전환밸브에 관한 것이다.

마그넷을 이용해서 스풀의 전환동작을 검출할 수 있도록 한 전환밸브는 예를 들면 일본국 실개평 2-66784호 공보에 개시되어 있는 바와같이 이미 공지된 바이다. 이 공지의 전환밸브는 스풀의 외주에 마그넷을 부착하는 동시에 케이싱에 자기센서를 부착하고, 스풀이 한 쪽의 전환위치로 이동했을 때 마그넷이 자기센서에 근접해서 상기 자기센서가 온으로 되고, 다른 쪽의 전환위치로 이동했을 때 마그넷이 자기센서로부터 떨어져 상기 자기센서가 오프로 되도록 한 것으로, 자기센서의 온·오프에 의해 스풀이 전환된 것을 검출하는 것이다.

그러나, 상기 종래의 전환밸브는 스풀이 스트로크단에 도달했을 때 자기센서에 온 또는 오프의 검출신호를 출력시키는 방식이므로, 스트로크단에 있는 스풀의 위치는 검출할 수 있어도, 스트로크중의 스풀의 위치를 검출할 수는 없었다. 이 때문에, 스풀이 스트로크중에 어떤 이상에 의해 원활하지 않은 불규칙한 작동을 한 경우라도, 그 이상을 검출하는 것은 불가능하고, 고장이나 사고가 발생하기 전에 적절한 대책을 마련하는 것은 곤란하여 보수, 관리의 면에서 문제가 많았다.

게다가, 상기 자기센서는 일반적으로 자속밀도가 일정값을 넘었을 때에 온으로 되고, 다른 일정값을 밑돌았을 때에 오프로 되도록 구성되어 있으므로, 스풀의 구동스트로크시에 마그넷의 접근에 의해 자속밀도가 일정값보다 커지면, 스풀이 스트로크단에 도달하기 전이어도 자기센서는 온으로 되고, 반대로 스풀의 복귀스트로크시에 마그넷의 이간에 의해 자속밀도가 일정값을 밑돌면, 스풀이 복귀스트로크단에 도달하기 전이어도 자기센서는 오프로 된다. 이 때문에 예를 들면, 자기센서가 온 또는 오프로 된 순간에 스풀이 어떤 원인으로 그 위치에 정지한 경우라도, 자기센서로부터는 스풀이 완전하게 전환된 것을 알리는 온·오프신호가 출력될 뿐으로, 그 이상(異常)을 검출할 수는 없었다.

또, 상기 종래의 전환밸브는 마그넷을 스풀외주의 작동유체의 유로속에 설치하고 있으므로, 상기 마그넷이 작동유체와 직접 접촉하게 되고, 이 작동유체속에 수분이나 화학미스트 또는 금속분말과 같은 자성체입자 등이 함유되어 있으면, 이들과 접촉함으로써 상기 마그넷이 녹슬거나 부식하거나 미세입자를 흡착하거나 하여, 자력의 저하에 의한 검출제도의 저하나, 흡착한 미세입자에 의한 밸브부재의 동작불량 등을 발생시키기 쉬웠다.

본 발명의 주요한 기술적 과제는 밸브부재의 전체스트로크중의 동작위치를 검출할 수 있는 위치검출기능을 가진 전환밸브를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 종속적인 기술적 과제는 상기 전환밸브에 있어서, 위치검출수단을 구성하는 부품이 작동유체와 접촉하는 것을 방지해서 상기 작동유체에 의한 영향을배제하고, 우수한 위치검출정밀도와 동작안정성을 유지하는 데에 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전환밸브의 제1실시예를 나타낸 단면도이다.

도 2는 도 1의 주요부분의 확대도이다.

도 3은 스풀과 검출헤드의 연결방법의 상세를 나타낸 주요부분의 단면도이다.

도 4는 스풀의 전체 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 주요부분의 단면도이다.

도 6은 자기센서에 의한 검출신호를 나타낸 선도이다.

도 7은 자기센서로부터의 검출신호를 분할해서 얻어지는 펄스신호의 도면이다.

(부호의 설명)

P, A, B, E1, E2…포트 4…케이싱

5…밸브구멍 6…스풀

9…호흡실 12a, 12b…피스톤

20…위치검출기구 21…검출헤드

22…자기센서 23…자기눈금

23a…자성부 23b…비자성부

24…베이스부재

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 전환밸브는 자기눈금을 보유한 검출헤드를 밸브부재와 동기해서 변이하도록 설치하는 동시에, 상기 자기눈금을 판독하는 자기센서를 케이싱부분에 고정적으로 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 전환밸브에 의하면, 밸브부재와 함께 이동하는 자기눈금을 판독함으로써 자기센서로부터는 펄스상의 검출신호가 출력되기 때문에, 이 신호를 카운트함으로써 밸브부재의 전체스트로크중의 동작위치를 검출할 수 있다. 따라서, 각 동작위치와 동작시간과의 관계로부터 밸브부재가 정상적으로 동작했는지의 여부를 판별하는 것이 가능하게 되고, 고장이나 사고가 발생하기 전에 적절한 대책을 마련할 수 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 검출헤드를 밸브부재의 단부에 위치하는 호흡실과 같은 유체유로로부터 차단된 위치에 설치하는 것이 바람직하다.

이것에 의해 자기눈금이 작동유체와 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있으므로, 작동유체속에 수분이나 화학미스트 또는 금속분말과 같은 자성체 입자 등이 함유되어 있어도, 상기 자기눈금이 이들과 접촉해서 녹슬거나 부식하거나 또는 자성체 입자를 흡착하는 일이 없고, 자력의 저하에 의한 위치검출정밀도의 저하나, 흡착한 미세입자에 의한 밸브부재의 동작불량 등을 발생시키는 일이 없다.

본 발명의 구체적인 실시형태에 의하면, 상기 검출헤드가 원주형을 이룬 베이스부재의 외면에 자기눈금을 형성한 구성을 갖고 있고, 상기 밸브부재의 단부에동축상에 부착되어 있다.

본 발명의 다른 구체적인 실시형태에 의하면, 전환밸브가 상기 밸브부재의 적어도 일단측에 파일럿유체압의 작용에 의해 작동해서 상기 밸브부재를 전환하는 피스톤을 보유하고 있고, 이들 피스톤과 밸브부재가 상기 검출헤드를 개재해서 서로 접촉되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전환밸브의 제1실시예를 나타낸 것으로, 여기에 예시된 전환밸브는 한 개의 파일럿밸브(2)로 주 밸브(1)를 전환하는 싱글파일럿식 전환밸브이다.

상기 주 밸브(1)는 5포트밸브로서의 구성을 갖는 것으로, 비자성체 소재로 이루어진 케이싱(4)을 포함하고 있다. 이 케이싱(4)은 직방체상을 한 제1부재(4a)와, 그 일단에 연결되어 파일럿밸브(2)를 부착하기 위한 어댑터를 겸한 제2부재(4b)와, 타단에 연결되어 엔드커버로서 기능하는 제3부재(4c)로 이루어져 있다.

상기 제1부재(4a)의 상하 어느 한 쪽의 면에는 공급포트(P)와 두 개의 배출포트(E1, E2)가 설치되고, 다른 쪽 면에는 두 개의 출력포트(A, B)가 설치되고, 제1부재(4a)의 내부에는 이들 각 포트가 축선방향으로 나란히 개구하는 밸브구멍(5)이 설치되고, 이 밸브구멍(5)안에 유로전환용 밸브부재인 스풀(6)이 슬라이딩가능하게 수용되어 있다.

상기 스풀(6)의 외주에는 상기 각 포트사이를 연결하는 유로끼리를 서로 구획하기 위한 복수의 밀봉부재(7)가 설치되는 동시에, 스풀(6)의 양단부 외주에 상기 스풀(6)의 단부가 면하는 호흡실(9)과 일부 유로와의 사이를 차단하는 단부밀봉부재(8)가 각각 설치되어 있다. 도면중 부호(10)은 스풀(6)의 슬라이딩을 안정화시키기 위한 안내링이다.

한편, 상기 제2부재(4b) 및 제3부재(4c)에는 스풀(6)의 양단이 면하는 위치에 피스톤실(11a, 11b)이 각각 형성되어 있다. 제2부재(4b)에 형성된 제1피스톤실(11a)은 큰 지름이고, 그 안에는 큰 지름의 제1피스톤(12a)이 슬라이딩가능하게 수용되고, 제3부재(4c)에 형성된 제2피스톤실(11b)은 그것보다 작은 지름이고, 그 안에는 작은 지름의 제2피스톤(12b)이 슬라이딩가능하게 수용되어 있다. 그리고, 이들 각 피스톤 중 제2피스톤(12b)은 스풀(6)의 단면에 직접 접촉하고, 이것에 비해, 제1피스톤(12a)은 위치검출기구(20)의 일부를 구성하는 검출헤드(21)를 개재해서 스풀(6)의 단면에 접촉하고 있다.

또, 상기 각 피스톤(12a, 12b)의 배면측, 즉 스풀(6)에 접촉하고 있는 면과는 반대측부분에는 제1파일럿압력실(13a)과 제2파일럿압력실(13b)이 각각 형성되고, 각 피스톤(12a, 12b)과 스풀(6)의 단면사이에는 외부로 개방하는 상기 호흡실(9, 9)이 각각 형성되어 있고, 이들 압력실(13a, 13b)과 호흡실(9, 9)과의 사이는 피스톤(12a, 12b)의 외주에 부착된 피스톤패킹(15, 15)으로 기밀하게 차단되어 있다.

큰 지름의 제1피스톤(12a)측에 있는 제1압력실(13a)은 파일럿유로(16a, 16b)에 의해 상기 파일럿밸브(2) 및 수동조작기구(17)를 개재해서 공급포트(P)에 연이어 통하고, 작은 지름의 제2피스톤(12b)측에 있는 제2압력실(13b)은파일럿유로(16c)를 통해 상기 공급포트(P)에 항시 연이어 통하고 있다.

그리고, 상기 파일럿밸브(2)가 오프인 상태에서 제1압력실(13a)에 파일럿유체가 공급되고 있지 않을 때에는 제2압력실(13b)에 공급되고 있는 파일럿유체압에 의해 제2피스톤(12b)이 밀리므로, 스풀(6)은 도 1에 나타내듯이 좌측이로 이동한 제1전환위치에 있다. 이 상태에서 상기 파일럿밸브(2)가 온으로 되어 제1압력실(13a)에 파일럿유체가 공급되면, 두 개의 피스톤(12a, 12b)의 수압면적의 차에 의해, 제1피스톤(12a)에 작용하는 유체압작용력의 쪽이 제2피스톤(12b)에 작용하는 유체압작용력보다 크므로, 스풀(6)은 이 제1피스톤(12a)에 밀려 우측으로 이동하여 제2전환위치를 차지한다.

또, 상기 수동조작기구(17)는 조작자(17a)를 누름으로써 파일럿유로(16a, 16b)끼리를 직접 접속시켜, 제1압력실(13a)을 공급포트(P)에 연이어 통하게 하는 것으로, 그 조작상태는 파일럿밸브(2)가 온으로 된 경우와 동일하다.

또, 상기 파일럿밸브(2)는 솔레노이드로의 통전에 의해 파일럿유로를 개폐하는 전자조작식 파일럿밸브로서, 그 구성 및 작용은 공지의 것과 동일하므로 그 구체적인 설명은 생략한다.

상기 전환밸브에는 스풀(6)의 동작위치를 검출하기 위한 상기 위치검출기구(20)가 설치되어 있다. 이 위치검출기구(20)는 상기 스풀(6)에 부착된 검출헤드(21)와 케이싱(4)측의 일정위치에 고정적으로 부착되어 상기 검출헤드(21)상의 자기눈금(23)을 판독하는 자기센서(22)를 포함하고 있다.

상기 검출헤드(21)는 도 2 내지 도 4에서 알 수 있듯이, 스풀(6)의 단부와동일 지름이거나 또는 그보다 약간 작은 지름의 원통형을 한 베이스부재(24)의 외면에 자성부(23a)와 비자성부(23b)를 일정한 피치(예를 들면 0.8mm피치)로 축선방향으로 교대로 배치한 상기 자기눈금(23)을 가지는 것으로, 상기 스풀(6)의 단부의 호흡실(9)에 면하는 위치에 상기 검출헤드(21)에 삽입시킨 플러그(25)에서 스풀(6)과 동축상으로 부착되어 있다.

상기 자기눈금(23)을 형성하는 경우, 비자성체로 이루어진 베이스부재(24)를 사용해서 그 외면에 일정한 간격으로 자성체를 매립하도록 해도, 그것과는 반대로, 자성체로 이루어진 베이스부재(24)를 사용해서 그 외면에 일정한 간격으로 비자성체를 매립하도록 해도 좋다. 또, 상기 자성체 또는 비자성체를 매립할 경우에는 도시한 바와 같이 링형상으로 형성한 것을 베이스부재(24)의 전체둘레를 말듯이 매립해도, 짧은 선모양으로 형성한 것을 베이스부재(24)외면의 필요한 영역에만 부분적으로 매립해도 좋다.

이렇게 해서 상기 검출헤드(21)를 단부밀봉부재(8)로 작동유체의 유로로부터 차단된 호흡실(9)에 면하는 위치에 설치함으로써, 자기눈금(23)이 작동유체와 접촉하는 것이 방지되므로, 작동유체속에 수분이나 화학미스트 또는 금속분말과 같은 자성체 입자 등이 함유되어 있다해도, 상기 자기눈금(23)이 이들과 접촉해서 녹슬거나 부식하거나 또는 자성체입자를 흡착하는 일이 없고, 자력의 저하에 의한 검출정밀도의 저하나, 흡착한 미세입자에 의한 스풀(6)의 동작불량 등을 발생시키는 일이 없다.

한편, 상기 자기센서(22)는 케이싱(4)의 제1부재(4a)에 형성된 수용실(26)안에 검출헤드(21)상의 자기눈금(23)을 스풀(6)의 전체스트로크에서 검출할 수 있도록, 상기 자기눈금(23)에 근접해서 부착되어 있다. 이 경우, 상기 수용실(26)의 선단을 단부밀봉부재(8)보다 호흡실(9)측에 가까운 위치에서 밸브구멍(5)에 개구시킴으로써, 자기센서(22)를 자기눈금(23)과 직접 마주 향하도록 해도 좋다. 이렇게 수용실(26)을 호흡실(9)에 통하는 위치에서 밸브구멍(5)안에 개구시켜도 작동유체가 누설되는 일은 없다.

상기 자기센서(22)로서는 자력으로 전기저항값이 변화하는 자기저항소자가 적합하게 사용되고, 이 자기센서가 리드선(22a)으로 신호처리회로(27)에 접속되어 있다. 이 신호처리회로(27)는 자기센서(22)로부터의 판독신호를 증폭하는 증폭회로나, 증폭된 신호를 분할해서 펄스신호로서 출력하는 분할회로 등을 포함하고 있어, 다음과 같은 원리로 스풀의 위치를 검출한다. 또, 이 신호처리회로(27)는 도시한 바와 같이 케이싱(4)상의 적절한 위치에 부착할 수 있다.

즉, 상기 자기센서(22)가 스풀(6)과 함께 이동하는 자기눈금(23)을 판독하면, 이 자기센서(22)로부터 도 6에 나타내는 sin/cos의 파형을 가진 A상과 B상의 2상신호가 출력된다. 이들 파형은 그 1주기분이 자기눈금(23)의 1피치에 상당하고 있다.

상기 신호는 신호처리회로에 보내어져 증폭회로에서 증폭된 후, 분할회로에서 복수개로 분할되고, 도 7에 나타낸 펄스신호가 도시하지 않은 컨택트롤러를 향해 출력된다. 그래서, 이 펄스를 카운터로 계수함으로써, 스풀의 동작위치를 검출할 수 있다.

예를 들면, 자기눈금(23)이 0.8mm피치로 새겨져 있는 경우, 자기센서(22)로부터의 신호를 증폭해서 1/8로 분할하면, 0.1mm/펄스의 90도의 위상차펄스신호가 출력되므로, 0.1mm의 분해능으로 스풀의 위치를 검출할 수 있다. 또, 신호를 1/20으로 분할하면, 0.04mm라는 높은 분해능으로 스풀의 위치를 검출할 수 있다.

따라서, 스풀(6)이 정상적으로 동작했을 때의 동작신호와 각 동작위치와의 관계 등, 자동제어나 보수, 관리 등에 필요한 데이터를 컨트롤러에 미리 입력해 두고, 검출결과를 이들 데이터와 비교함으로써, 스풀(6)의 동작이 정상인지 아닌지를 판별할 수 있고, 이것에 의해, 고장전에 그 전조를 검지해서 예방처치를 할 수 있게 되어 고장이나 사고 등의 발생에 의해 기기의 운전을 장시간 정지하게 되는 사태를 미연에 방지할 수 있다.

또, 검출된 스풀(6)의 동작위치나 동작시간 등은 디스플레이장치에 수치나 그래프 등으로 표시할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예를 나타낸 것으로, 이 제2실시예가 상기 제1실시예와 상위한 점은, 제1실시예에서는 케이싱(4)의 제1부재(4a)에 자기센서(22)를 부착하고 있는 점에 비해, 이 제2실시예에서는 센서부착용 전용 제4부재(4d)를 제1부재(4a)와 제2부재(4b)사이에 끼워서 설치하고, 이 제4부재(4d)에 자기센서(22)를 부착한 점이다.

상기 이외의 구성 및 작용에 대해서는 제1실시예와 동일하므로, 이들의 설명은 생략한다.

상기 각 실시예에서는 밸브부재로서 스풀이 나타내어져 있지만, 밸브부재는이러한 스풀에 한정되지 않는다. 예를 들면, 포핏타입의 밸브부재이어도 좋고, 특히, 적어도 일단부에 밸브구멍안을 슬라이딩하는 슬라이딩부와 호흡실을 보유하고 있고, 이 슬라이딩부에 호흡실과 유체유로와의 사이를 차단하는 단부 밀봉부재를 가지고 있는 것이면 본 발명을 적합하게 적용할 수 있다.

또한, 전환밸브의 타입에 대해서도 실시예에 있는 싱글 파일럿식의 것에 한정되는 것은 아니고, 더블 파일럿식 전환밸브이어도 좋고, 또는 전자적 또는 기계적인 구동수단에 의해 스풀이 직접 구동되는 직동형의 전환밸브이어도 좋다.

이상으로 상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 밸브부재와 동기해서 변이하는 자기눈금과, 이 자기눈금을 판독하는 자기센서를 설치함으로써, 밸브부재의 전체스트로크중의 동작위치를 검출할 수 있다.

또, 상기자기눈금을 작동유체의 유로로부터 차단된 장소에 설치함으로써, 상기 자기눈금이 작동유체와 접촉하는 것을 방지해서 작동유체속에 수분이나 화학미스트 또는 금속분말과 같은 자성체 입자 등이 함유되어 있는 경우라도, 상기 자기눈금이 녹슬거나 부식되거나, 자성체입자의 흡착 등이 발생되지 않도록 하고, 우수한 위치검출정밀도와 동작안정성을 유지할 수 있다.

Claims (5)

1. 복수의 포트와;

   상기 각 포트가 개구하는 밸브구멍과;

   상기 포트 및 밸브구멍을 보유한 케이싱과;

   상기 밸브구멍안에 슬라이딩가능하게 수용된 유체유로전환용 밸브부재와;

   상기 밸브부재를 구동하기 위한 구동수단과;

   자성부와 비자성부를 교대로 배치한 자기눈금을 보유하고, 상기 밸브부재와 동기해서 변이하도록 설치된 검출헤드와;

   상기 검출헤드에 대응하는 케이싱부분에 설치되고, 상기 검출헤드의 자기눈금을 판독하는 자기센서를 보유하는 것을 특징으로 하는 위치검출기능을 가진 전환밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 검출헤드가 유체유로로부터 차단된 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 전환밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 검출헤드가 원주형을 이룬 베이스부재의 외면에 자기눈금을 형성한 구성을 갖고 있고, 상기 밸브부재의 단부에 동축상으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전환밸브.
4. 제2항에 있어서, 상기 유체유로로부터 차단된 검출헤드의 설치장소가, 상기 밸브부재의 단부가 면하는 위치에 형성된 호흡실이고, 또 상기 검출헤드가 원주형을 이룬 베이스부재의 외면에 자기눈금을 형성한 구성을 갖고 있고, 밸브부재의 단부의 상기 호흡실에 면하는 위치에 동축상으로 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 전환밸브.
5. 제3항에 있어서, 상기 전환밸브가 상기 밸브부재의 적어도 일단측에 파일럿유체압의 작용에 의해 작동해서 상기 밸브부재를 전환하는 피스톤을 보유하고, 한 쪽의 피스톤과 밸브부재가 상기 검출헤드를 개재해서 서로 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 전환밸브.