KR100394540B1 - 가역유압구동장치및가역유압구동장치용절환밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더의 대향 단부를 송출 도관을 통해 유압원에 연결하고, 절환 밸브를 통해 배출함으로써 자동적으로 왕복 이동하는 유압 피스톤-실린더 구동 장치에 관한 것으로서, 상기 절환 밸브 내부에서 종방향으로 왕복 운동 가능한 스풀은 실린더의 한 단부를 유압원에 그리고 실린더의 다른 단부를 배출 도관에 교대로 연결하는 한 쌍의 통로를 구비한다. 절환 밸브의 양단부에는 코일 스프링을 통해 스풀의 단부에 각각 결합하는 시프트 피스톤이 구비되어 있다. 시프트 피스톤은 스풀 내부의 보어를 통해 자유롭게 연장하는 신장 로드의 대향 단부에 접한다. 바이패스 도관은 실린더의 대향 단부를 송출 도관을 통해 밸브체의 각 단부에 연결시킴으로써, 유압원으로부터 한 송출 도관 내부의 유압이 밸브체의 한 단부에 전달되고, 다른 송출 도관으로부터의 배출 유압이 밸브체의 다른 단부에 전달된다. 배출 도관은 디텐트 핀이 배출 유압에 의하여 스풀 내의 선택된 디텐트까지 이동하여, 스풀을 이동에 대항하여 고정하는 디텐트 도관과 연통한다. 피스톤-실린더 장치가 큰 체적의 구동 장치이면, 제2 절환 밸브가 실린더와 제1 절환 밸브 사이에 개재되어 제1 절환 밸브로부터의 제어에 의하여 고압의 유체를 실린더에 공급할 수 있다.

Description

가역 유압 구동 장치 및 가역 유압 구동 장치용 절환 밸브

본 발명은 유압 구동 장치의 왕복 운동에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면, 유압 피스톤-실린더 장치의 자동 왕복 운동을 수행하기 위한 절환 밸브(switching valve)에 관한 것이다.

지금까지 수압 또는 기타 유압(流壓) 피스톤-실린더 장치의 자동 왕복운동은, 피스톤 로드가 밸브를 기계적으로 작동시켜서 유체가 전후로 절환되게 하는 방법으로 수행되었다. 미국 특허 제4,143,760호 및 제4,619,819호에 이 방법이 개시되어 있다. 몇몇 경우에 있어서, 이러한 절환을 수행하기 위하여 외부 장치를 구비하는 것은 바람직하지 못하였다. 따라서, 밸브는 실린더의 작동 압력을 감지하도록구성되어, 최고 작동 압력보다 약간 높은 예비 설정 압력에 이르면 절환 작용이 일어나 유체의 운동이 반대로 된다. 미국 특허 제2,711,717호에 이 방법이 개시되어 있다. 이 방법에 따른 장치는, 작동 실린더에 대한 부하가 비교적 일정하고 밸브를 질환시키기 위해 압력을 조금만 추가 상승시키면 충분한 경우에는 양호하게 작동한다.

그러나, 상기 밸브 장치는 불균일한 부하가 실린더에 발생하는 경우에는 바람직하지 못하다. 왜냐하면, 밸브가 필요한 최고 압력보다 약간 높은 압력에서 절환되도록 설정하여야 하기 때문이다. 실린더에 부하가 거의 걸리지 않고 또한 작동하는 데 압력도 거의 필요하지 않은 경우에, 밸브가 여전히 최고 압력 설정에서 절환된다면, 절환 시점에서 압력이 크게 상승하게 된다.

예를 들면, 유압 펌프를 구동시키는 데 내연 기관을 사용하는 경우에 실린더에 최대 부하가 걸리면 내연 기관은 거의 간신히 작동한다. 따라서, 이 경우 작동 압력에서 조금만 더 압력이 상승하면 쉽게 밸브가 절환된다. 그러나, 부하가 감소하고 엔진이 공전하고 있는 상태에서, 밸브를 절환시킬 목적으로 압력을 대폭 상승시키려고 하면, 엔진은 최대 부하까지 출력을 증가시키기 전에 정지되거나, 최소한 엔진이 바람직하지 못하게 서지(surge)된다.

기본 개념에 있어서 본 발명은 일 방향으로의 구동 이동의 말기에, 유압 구동 장치로부터 배출되는 유압의 감소를 감지하면 절환되어 상기 구동 장치에 유압을 공급함으로써 반대 방향으로의 이동을 개시시키는 작용을 하는 절환 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 주목적은, 왕복 운동 중 어느 한 방향으로의 구동 장치의 이동 말기에 배출 유압의 감소를 감지함으로써 유압 구동 장치를 절환시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 왕복 운동 중 어느 한 방향으로의 구동 장치의 이동 말기에 유압 구동 장치로부터 배출되는 유압의 감소를 감지하면 상기 유압 구동 장치를 절환시키는 작용을 하는 절환 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 자동적으로 왕복 운동하는 유압 피스톤-실린더 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 경제적인 제조, 유지 및 수선을 위하여 구성을 단순화시킨 유압 절환 밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 전술한 목적 및 기타 목적들과 장점들은, 첨부된 바람직한 실시예의 도면과 관련하여 설명하는 이하의 상세한 설명에서 명확해지게 된다.

도면 중에서 제1도 내지 제6도는 왕복 운동이 본 발명의 절환 밸브에 의하여 자동적으로 제어되는 유압 피스톤-실린더 장치를 도시한다. 상기 장치는 피스톤 로드(12')를 갖는 피스톤(12)을 왕복 운동하도록 수용하고 있는 긴 중공(中空)의 실린더(10)를 구비하고 있다. 유압, 예를 들면 액압이 송출 도관(14, 16)에 의하여 실린더에 공급되고 그로부터 배출된다. 상기 도관은 그 단부 중 하나에 있어서 실린더의 양단부에 있는 급수 포트(servicing ports)와 연통하며, 그 단부 중 다른 하나는 절환 밸브체(18)의 일정 간격을 두고 있는 송출 포트와 연통한다.

절환 밸브체 내부에서 절환 밸브 스풀(20)이 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 스톱링(22, 24) 사이에서 왕복 이동한다. 상기 스풀에는 송출 도관(14, 16)으로의 유체 통로로 작용하는 한 쌍의 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 환형 스풀 통로(26, 28)가 제공되어 있다. 상기 스풀은 후술하는 디텐트 핀(detent pin)과 협력하는 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 환형 디텐트(30, 32)에 의하여, 밸브체 내부에서의 종방향 변위 가운데 선택되는 위치에서 해제 가능하게 고정된다.

스톱 링(22, 24)으로부터 종방향 외측에, 절환 밸브체(18)의 중공 보어(hollow bore)의 양단부에는 시프트 피스톤(34, 36)이 수용되어 있다. 각각의 시프트 피스톤은, 스풀의 대향 외측 단부와 접하도록 관련 스톱 링의 개방 중심부를 통과하여 돌출하도록 형성되어 있는 코일 스프링(38)을 장착한다. 긴 로드(40)가 상기 스풀 내의 종방향 보어를 통해서 활주 가능하도록 연장되어, 양단부가 시프트 피스톤의 마주하는 내부면과 접하도록 구성된다. 상기 밸브체 보어의 양단부는 단부 벽(42)에 의하여 폐쇄되며, 시프트 피스톤은 상기 단부 벽(42)과 스톱 링(22, 24) 사이에 위치하는 내향 돌출 환형 쇼울더(44)와 상기 단부 벽(42) 사이에서 왕복 운동한다.

예를 들면 액압 펌프와 같은 유압 공급원(46)이 유입 도관(48)에 연결된 유입 포트에 의하여 절환 밸브체(18)의 보어에 연결된다. 유압은 유압 공급원(46)으로부터 유입 도관(48) 및 어느 하나의 환형 스풀 통로(26, 28)를 통하여, 실린더(10)로 통하는 송출 도관(14, 16) 중 어느 하나로 송출된다. 예시된 대로, 유압 공급원(46)에서 나온 유압은 스풀이 우측 위치로 이동하면 환형 스풀 통로(26)로 송출되고, 따라서 송출 도관(14)을 통하여 실린더(10)의 피스톤 단부로 송출된다. 그러면 피스톤(12)이 우측으로 이동되어 피스톤 로드(12')가 실린더에서밀려난다. 배출 유체는 실린더의 피스톤 로드 단부로부터 송출 도관(16)과 우측으로 이동한 스풀의 환형 스풀 통로(28)를 통하여 후술하는 배출 장치로 송출된다.

또한, 송출 도관(14)은 바이패스 도관(50)을 통해서, 시프트 피스톤(36)을 수용하는 절환 밸브체(18)의 단부와 연통한다. 후술하는 바와 같이, 유압 공급원(46)에서 나온 유압은 시프트 피스톤(36)을 내부 방향으로 구동시켜 절환 밸브 스풀(20)을 좌측으로 이동시킨다.

유사한 방식으로, 송출 도관(16)은 바이패스 도관(52)을 통해, 시프트 피스톤(34)을 수용하는 절환 밸브체(18)의 단부와 연통한다. 유압 공급원(46)에서 나온 유압은 시프트 피스톤(34)을 내부 방향으로 구동시켜 전환 밸브 스풀(20)을 우측으로 이동시킨다.

여기서 주목할 점은, 배출 유체가 또한 실린더(10)의 어느 한 단부로부터 송출 도관(14, 16) 중 연결된 것과 연통 바이패스 도관(50 또는 52)을 통해서 관련된 시프트 피스톤(34 또는 36)으로 송출된다는 점이다. 그러나, 배출 유체의 압력이 낮기 때문에 시프트 피스톤을 내부 방향으로 이동시키지는 못한다.

배출 유압은 환형 스풀 통로(26)로부터 메인 배출 도관(54)까지 전달된다. 보조 배출 도관(56)은 환형 스풀 통로(28)로부터 메인 배출 도관(54)까지 배출 유체를 전달한다. 상기 메인 배출 도관은 유체 저장조(62)로의 배출 유체의 흐름을 제어하기 위한 니이들 밸브(58)와, 배출 도관에 과도한 배출 유압이 생성되는 것을 방지하기 위한 평행 볼 릴리프 밸브(parallel ball relief valve)(60)를 구비한다.

절환 밸브 스풀(20)의 위치에 따라 환형 디텐트(30 또는 32) 중 어느 하나와정렬되는 디텐트 도관(64)이 메인 배출 도관(54)으로부터 절환 밸브체(18)의 내부까지 연장된다. 후술하는 바와 같이, 메인 배출 도관(54) 내부의 배출 유압의 크기에 응답하여 디텐트 핀(66)이 디텐트 도관(64) 내부에서 이동할 수 있다. 상기 디텐트 핀이 상승해서 어느 하나의 환형 디텐트와 물리게 되면, 절환 밸브 스풀(20)이 절환 밸브체에 고정되어 밸브체 내부에서 종방향으로 이동하지 않게 된다.

니이들 밸브(68)가 각각의 바이패스 도관(50 및 52) 내부에 마련되어 관련 시프트 피스톤(34, 36)의 이동 속도비를 제어함으로써, 충분한 배출 유압이 생성되어 디텐트 핀(66)을 어느 하나의 환형 디텐트(30 또는 32)까지 상승시키기 전에 절환 밸브 스풀(20)이 이동하는 것을 방지한다. 평행 볼 체크 밸브(parallel ball check valve)(70)가 배출 유체가 니이들 밸브(68)를 통과하도록 하며, 또한 시프트 피스톤이 종방향 외측으로 후퇴할 때 과도한 배출 유압이 생성되는 것을 방지한다.

절환 밸브체의 작동 및 유압 피스톤-실린더 장치의 자동 왕복 운동은 다음과 같다. 조립체가 제1도에 도시된 상태에 있는 것으로 가정하면, 유압 공급원(46)으로부터 환형 스풀 통로(28)와 송출 도관(16)을 통하여 실린더(10)의 피스톤 로드 단부에 송출되는 유압에 의하여 피스톤(12)이 실린더의 좌측단을 향하여 이동하기 시작한다. 또한 상기 유압은 바이패스 도관(52)과 니이들 밸브(68)를 거쳐 절환 밸브체의 좌측단 및 시프트 피스톤(34)에 송출된다. 그러면 상기 시프트 피스톤(34)이 니이들 밸브(68)에 의해 제어되면서 종방향으로 천천히 내향 이동하여, 코일 스프링(38)을 절환 밸브 스풀(20)의 좌측단에 대해 압축시킨다.

배출 유체가 송출 도관(14)과 환형 스풀 통로(26)를 거쳐 메인 배출도관(54)까지 송출되기 때문에, 배출 유체의 압력은 디텐트 핀(66)의 하단부에 대해 압축되어 결과적으로 상기 핀은 상승하여 절환 밸브 스풀(20) 내부의 정합 환형 디텐트(32)와 물리게 된다. 따라서, 상기 스풀은 종방향 우측으로 이동하지 않도록 고정되어, 천천히 이동하는 시프트 피스톤(34)과 관련된 코일 스프링(38)의 압력에 저항한다.

또한, 배출 유체는 송출 도관(14)으로부터 바이패스 도관(50)과 니이들 밸브(68)를 거쳐 절환 밸브체(18)의 우측단과 시프트 피스톤(36)까지 송출된다. 그러나, 이 배출 유체의 압력은 로드(40)를 통해 시프트 피스톤(34)의 저항에 대항하여 시프트 피스톤을 내향 이동시키는 데에는 불충분하다.

제2도는 실린더(10)의 좌측단에 정지되어 있는 피스톤(12)을 도시한다. 배출 유체가 송출 도관(14) 및 메인 배출 도관(54)으로 유동하는 것이 중단되기 때문에, 디텐트 도관(64) 내부에 배출 유압이 없으므로 디텐트 핀(66)은 환형 디텐트(32)로부터 후퇴한다. 따라서, 유압이 유압 공급원(46)으로부터 바이패스 도관(52)을 거쳐 시프트 피스톤(34)에 작용됨으로써 코일 스프링(38)이 절환 밸브 스풀(20)에 압력을 가하며, 이에 따라 상기 스풀의 우측단이 스톱 링(24)에 접할때까지 상기 스풀을 우측으로 이동시킨다. 이 위치가 제3도에 도시되어 있다.

제3도에 도시된 바와 같이, 이제 유압 공급원(46)은 유입 도관(48)과 환형 스풀 통로(26)를 통하여, 그리고 송출 도관(14)을 통하여 실린더(10)의 좌측 또는 피스톤 단부까지 연통한다. 또한 상기 유압 공급원은 바이패스 도관(50) 및 니이들 밸브(68)를 거쳐 절환 밸브체(18)의 우측단까지 연통함으로써 시프트 피스톤(36)에닿는다. 니이들 밸브(68)가 시프트 피스톤(36)으로 송출되는 유압을 감소시키기 때문에, 상기 시프트 피스톤은 내향 이동하지 않는다.

제4도에서, 피스톤(12)이 유압 공급원(46)으로부터의 유압에 의하여 실린더(10) 내부에서 우측으로 이동하기 시작한다. 따라서, 송출 도관(16), 환형 스풀 통로(28), 보조 배출 도관(56) 및 메인 배출 도관(54)을 통과한 배출 유압이 또한 디텐트 도관(64) 내부의 디텐트 핀(66)의 하단부에 작용한다. 결과적으로 상기 디텐트 핀은 정합 환형 디텐트(30)와 물리도록 상승해서 절환 밸브 스풀(20)이 좌측으로 이동하는 것을 방지하며, 제3도의 위치에서 제4도의 위치로 천천히 내향 이동하는 시프트 피스톤(36)과 관련 코일 스프링(38)의 탄성력에 저항한다.

전술한 바와 같이, 피스톤(12)의 우측 이동에 의한 배출 유압이 충분해져서 디텐트 핀(66)을 환형 디텐트(30)와 물리도록 상승시켜 상기 스풀의 종방향 이동이 방지될 수 있을 때까지, 니이들 밸브(68)는 시프트 피스톤(36)의 좌측 이동을 지연시킨다.

로드(40)를 통한 시프트 피스톤(36)의 힘이 바이패스 도관(52) 내의 감소된 배출 유압보다 크기 때문에, 시프트 피스톤(34)은 단부 벽(42)으로 외향 이동한다.

제5도에서, 피스톤(12)은 실린더(10)의 우측단에 정지해 있다. 송출 도관(16), 환형 스풀 통로(28), 보조 배출 도관(56), 메인 배출 도관(54) 및 디텐트 도관(64) 내부의 배출 유압 감소로 인하여 환형 디텐트(30)로부터 디텐트 핀(66)이 후퇴하게 된다. 유압 공급원(46)으로부터의 유압이 시프트 피스톤(36)이 내향 이동하지 못하게 하는 상태에서, 관련된 코일 스프링(38)은 절환 밸브스풀(20)의 우측단에 힘을 작용시켜 제6도에 도시된 위치까지 좌측으로 이동시킨다.

제6도에서, 유압 공급원(46)으로부터의 유압은 송출 도관(16)을 통해 실린더(10)의 피스톤 로드 단부에, 그리고 바이패스 도관(52)과 니이들 밸브(68)를 통해 시프트 피스톤(34)에 작용된다. 유압이 니이들 밸브(68)를 통해 천천히 계량되기 때문에, 시프트 피스톤(34)은 내향 이동하지 않는다. 또한, 송출 도관(14)과 바이패스 도관(50) 내부의 배출 유압이 감소되어도, 시프트 피스톤(36)은 로드(40)에 의하여 단부벽(42)까지 외향 이동하지 않는다.

다음 작동 단계로서, 유압 공급원(46)으로부터의 유압에 의하여 피스톤(12)이 좌측으로 이동하며, 이에 의하여 디텐트 핀(66)이 상승해서 환형 디텐트(32)와 물린다. 이 위치가 제1도에 도시되어 있으며, 그 위치에서 상기 장치의 또 다른 작동 주기가 시작된다.

제7도는 유압 공급원(46)과 환형 스풀 통로(26, 28)의 용량을 초과하는 압력을 받는 유체 용적을 필요로 하는 대형 피스톤-실린더 장치의 구성을 도시한다. 따라서, 제1 유압 펌프(72)가 제2 절환 밸브(74)를 통해서 실린더(10')에 연결된다. 상기 밸브는 그 내부에서 자유롭게 왕복 운동할 수 있는 스풀을 수용하는 중공의 밸브체(76)를 구비한다. 상기 스풀에는 단부 랜드(end land)(78)와 중앙 랜드(80)가 마련되어, 그 사이에 일정 간격을 두고 있는 환형 스풀 통로(82, 84)를 형성한다. 제1 유압 펌프(72)의 유입 도관(86)은 상기 스풀의 대향 왕복 운동 위치에서 각각의 상기 환형 통로와 연통하도록 구성된다.

실린더(10')의 피스톤 단부는 도관(14')을 거쳐 환형 스풀 통로(82)와 연통하며, 실린더의 피스톤 로드 단부는 송출 도관(16')을 거쳐 환형 스풀 통로(84)와 연통한다. 송출 도관(14)은 환형 스풀 통로(82)에 인접한 중공의 밸브체(76)의 단부와 본 발명의 절환 밸브체의 환형 스풀 통로(26)를 연통시킨다. 송출 도관(16)은 환형 스풀 통로(84)에 인접한 중공의 밸브체(76)의 단부와 환형 스풀 통로(28)를 연통시킨다. 제2 절환 밸브(74)의 메인 배출 도관(54')과 보조 배출 도관(56')은 디텐트 핀(66)을 수용하는 디텐트 도관(64)에 연결되어 있다.

제7도에 도시된 장치의 작동은 다음과 같다. 제7도의 상태에 있어서, 대용량의 유압이 제1 유압 펌프(72)로부터 환형 스풀 통로(84)와 송출 도관(16')을 통해 실린더(10')의 피스톤 로드 단부에 송출된다. 피스톤(12')이 좌측으로 이동하면, 배출 유압이 도관(14'), 환형 스풀 통로(82) 및 메인 배출 도관(54')을 거쳐 디텐트 도관(64)으로 송출된다. 그러면 디텐트 핀(66)이 상승해서 환형 디텐트(32)와 결합함으로써 절환 밸브 스풀(20)을 도시된 좌측 위치에 고정시킨다. 이러한 절환 밸브 스풀(20)의 위치에 있어서, 유압 공급원(46)으로부터의 유압은 환형 스풀 통로(28)와 송출 도관(16)을 통해 제2 절환 밸브(74)의 중공의 밸브체(76) 우측 단부로 전달되어 스풀을 도시된 좌측 위치에 유지시킨다.

피스톤(12')이 실린더(10')의 좌측 단부에 도달하면, 배출 유압은 그 값이 영으로 떨어지고 디텐트 핀(66)은 환형 디텐트(32)로부터 후퇴한다. 유압 공급원(46)으로부터의 유압이 바이패스 도관(52)을 통해 절환 밸브체(18)의 좌측 단부 및 시프트 피스톤(34)까지 전달되어, 상기 시프트 피스톤(34)이 우측으로 이동한다. 상기 시프트 피스톤(34)의 이동에 수반하여, 개재된 코일 스프링(38)을 통해 절환 밸브 스풀(20)이 우측으로 이동하고, 동시에 로드(40)와 시프트 피스톤(36) 또한 우측으로 이동한다. 다음으로 유압 공급원(46)이 환형 스풀 통로(26)와 송출 도관(14)을 통하여 중공의 밸브체(76)의 좌측단과 연통함으로써, 밸브 스풀이 밸브체의 우측단까지 이동된다. 따라서 제1 유압 펌프(72)는 환형 스풀 통로(82)와 도관(14')을 통해 실린더(10')의 좌측단과 연통한다. 따라서 피스톤(12')이 실린더의 우측단을 향하여 이동된다.

피스톤이 우측으로 이동하면, 배출 유압이 송출 도관(16'), 환형 스풀 통로(84), 보조 및 메인 배출 도관(56', 54')을 거쳐 디텐트 도관(64)까지 전달됨으로써 디텐트 핀(66)이 상승하여 환형 디텐트(30)와 결합한다. 따라서 스풀이 좌측으로 이동하는 것이 방지된다.

피스톤(12')이 실린더(10')의 우측단에 이르면, 송출 도관(16'), 환형 스풀 통로(84), 보조 및 메인 배출 도관(56', 54') 및 디텐트 도관(64)에서의 배출 유압 손실에 의하여 디텐트 핀(66)이 환형 디텐트(30)로부터 후퇴된다. 유압 공급원(46)이 유압을 바이패스 도관(50)을 통해 절환 밸브체(18)의 우측단 및 시프트 피스톤(36)으로 전달하기 때문에, 상기 시프트 피스톤(36)이 좌측으로 이동되고, 이 때 코일 스프링(38), 절환 밸브 스풀(20), 로드(40) 및 시프트 피스톤(34)이 함께 이동된다. 절환 밸브 스풀(20)이 좌측단의 스톱 링(22)으로 이동함으로써 유압 공급원(46)은 환형 스풀 통로(28)와 송출 도관(16)을 통해 밸브체(76)의 우측단까지 유압을 전달한다. 따라서 스풀이 밸브체의 좌측단까지 이동함으로써, 제1 유압펌프(72)가 환형 스풀 통로(84)를 통해 실린더(10')의 우측단까지 연통하게 한다. 그러면 관련 피스톤(12')은 제7도에 도시된 대로 좌측으로 이동하게 된다. 이렇게 장치의 작동 주기가 완료된다.

제8도 내지 제10도는 제7도에 도시된 장치에 있어서, 환형 디텐트(30, 32) 및 디텐트 핀(66), 스프링(38), 로드(40) 및 시프트 피스톤(34, 36)의 조립체를 제9도에 가장 잘 도시된 시프트 제어 밸브(shift control valve)(90)로 대체한 변형예를 나타낸다. 상기 밸브는 한 쌍의 일정 간격을 두고 있는 단부 랜드(92, 94)와, 환형 통로(98)를 형성하는 직경이 감소된 커넥팅 실린더(96)를 구비한다. 상측의 단부 랜드(94)는 직경이 확대되어 파이프(100)의 확대 직경부(100')에 수용되는 피스톤(94')을 형성한다. 상기 파이프(100)는 메인 배출 도관(54')의 연장부이다.

상기 시프트 제어 밸브(90)는 개방 위치 사이에서 파이프(100)와 확대 직경부(100') 내에서 종방향으로 이동 가능하며, 상기 위치에서 환형 통로(98)는 절환 밸브체(18)의 우측단과 연통하는 파이프(102)와, 송출 도관(14')과 연통하는 파이프(104)를 연결시킨다. 파이프(106)는 송출 도관(16')을 절환 밸브체(18)의 좌측단과 연통시킨다.

바이패스 도관(108)은 하단부에서 단부 랜드(92) 하방의 파이프(100)와 연통하고, 상단부에서 피스톤(94')의 피스톤 로드 단부상에 있는 파이프(100)의 확대 직경부(100')와 연통한다. 따라서, 복귀 유압은 단부 랜드(92)의 저면측 상에서뿐만 아니라, 피스톤(94')의 저면측 상에도 가해진다. 이러한 구성에 의하면, 확대된 피스톤(94')을 생략하고 스프링을 직경이 작은 단부 랜드(94)의 상단부에 접하게하면 필요하게 되는 것보다 더욱 강력한 스프링(110)을 피스톤(94')의 상단부와 파이프의 확대 직경부(100')의 폐쇄단(112) 사이에 설치하여 사용할 수 있다. 강력한 스프링을 사용함으로써 시프트 제어 밸브(90)성능의 정확성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.

작동 실린더(10')로부터의 배출 유압은 밸브의 단부 랜드(92)의 하단부와 피스톤(94')의 하단부에 가해져서, 밸브를 코일 스프링(110)의 탄성 저항에 대항하여 파이프(100) 내부에서 상방으로 이동시킨다. 상기 밸브의 단부 랜드(92)는 파이프(102)로부터, 따라서, 절환 밸브체(18)의 우측단으로부터 파이프(104)의 인접 단부를 폐쇄한다.

작동 실린더(10')로부터의 배출 유압이 거의 영으로 감소되고, 피스톤(12')이 실린더의 단부에 접근하면, 코일 스프링(110)은 환형 통로(98)가 파이프(102, 104)를 상호 연통시키는 위치까지 시프트 제어 밸브(90)를 파이프(100) 내부에서 하방으로 이동시킨다.

제8도 내지 제10도에 도시된 바람직한 실시예에서, 절환 밸브 스풀(20)에는 절환 밸브체(18)의 양단부 공간을 상호 연통시키기 위하여 그 길이에 걸쳐 작은 직경의 배출구(114)가 제공되어 있다. 상기 배출구는 파이프(104 또는 106)를 통해 실린더의 한 단부에 작용되는 유압이 그 배출구를 통해 상기 실린더의 대향 단부 공간까지 천천히 배출될 수 있도록 해준다. 따라서, 실린더의 양 단부 공간의 유압이 동일하게 되어, 상기 스풀 주위의 실린더에서 유압이 배출 도관(54) 및 저장조(62)로 천천히 누설되는 경우에 절환 밸브 스풀(20)의 크리프(creep)가 방지된다.

제8도 내지 제10도의 변형예의 작동에 있어서, 구성 요소가 제8도에 도시된 위치에 있는 것으로 가정하면, 제1 유압 펌프(72)로부터의 유압이 환형 스풀 통로(84)와 송출 도관(16')을 통해 작동 실린더(10')의 우측단까지 전달됨으로써, 피스톤(12')이 좌측으로 이동된다. 실린더(10')의 좌측단으로부터의 배출 유압은 도관(14'), 환형 스풀 통로(82) 및 메인 배출 도관(54')을 통해 단부 랜드(92)의 하단부까지 전달된다. 그러면 밸브가 스프링(110)의 저항에 대항해서 상승되어, 절환 밸브체(18)의 우측단을 폐쇄한다. 따라서, 제1 유압 펌프(72)로부터의 유압이 파이프(106)를 통하여 절환 밸브체(18)의 좌측단에 작용하더라도, 절환 밸브 스풀(20)이 폐쇄된 시프트 제어 밸브(90)에 의해 고정되어 우측으로 이동하지 않게 된다.

피스톤(12')이 실린더(10')의 좌측단에 도달하면, 메인 배출 도관(54') 내부의 배출 유압의 감소에 의하여 환형 통로(98)가 파이프(102, 104)를 연결시킬 때까지 코일 스프링(110)이 밸브를 하방 이동시킨다. 그러면 절환 밸브 스풀(20)이 제1 유압 펌프(72)로부터 파이프(106)를 통과한 유압에 의하여 절환 밸브체(18)의 우측단까지 이동된다. 그러면 유압 공급원(46)으로부터의 유압이 환형 스풀 통로(26)와 송출 도관(14)을 통해 밸브체(76)의 좌측단에 가해져, 제10도에 도시된 바와 같이 스풀의 단부 랜드(78)를 우측단까지 이동시킨다. 이제 제1 유압 펌프(72)로부터의 유압이 환형 스풀 통로(82)와 도관(14')을 거쳐 작동 실린더(10')의 좌측단까지 전달된다. 따라서, 피스톤(12')은 제10도에 도시된 바와 같이 실린더(10')의 우측단을 향하여 이동한다.

실린더(10')의 우측으로부터의 배출 유압은 도관(16'), 환형 스풀 통로(84), 메인 및 보조 배출 도관(54', 56')을 통하여 단부 랜드(92)의 하단부까지 전달되어, 밸브가 상승해서 절환 밸브체(18)의 우측을 폐쇄한다. 그러므로 제1 유압 펌프(72)로부터의 유압이 파이프(104)를 통해 전달되더라도 절환 밸브 스풀(20)은 절환 밸브체(18)의 우측단에 유지된다.

작동 피스톤(12')이 실린더(10')의 우측단에 이르면, 메인 배출 도관(54') 내의 배출 유압의 감소에 의하여 시프트 제어 밸브(90)가 하강하여 환형 스풀 통로(98)는 파이프(102, 104)와 정합한다. 그러면 제1 유압 펌프(72)로부터의 유압이 파이프(104)를 통해서 절환 밸브체(18)의 우측단까지 가해져, 절환 밸브 스풀(20)을 절환 밸브체의 좌측단까지 이동시킨다. 이로써 작동 주기가 완료된다.

전술한 바로부터, 절환 밸브의 작동과 그에 따른 유압 피스톤-실린더 장치의 자동 왕복 운동은, 디텐트 핀(66)의 해제를 수행하기 위하여 디텐트 도관(64) 내에서의 감소된 배출 유압을 감지하는 것에 의존하거나(제1 도 내지 제7도), 시프트 제어 밸브(90)를 이동시켜 파이프(102, 104)를 연결하기 위하여 파이프(100) 내에서의 감소된 배출 유압을 감지하는 것에 의존함(제8도 내지 제10도)을 알 수 있다. 상기 구성에 따라 절환 밸브 스풀(20)이 그 교호의 종방향 위치로 이동할 수 있도록 해줌으로써, 유압이 피스톤(12)의 대향 단부에 안내되어 왕복 운동의 반대 방향으로 피스톤의 이동을 개시시킨다.

전술한 설명이 피스톤-실린더 구동 장치의 왕복 운동에 관한 것이지만, 본발명의 절환 밸브는 가역 회전식 구동 장치의 자동 왕복 운동을 실행시킬 수 있도록 작동될 수도 있음은 당업자에게 명백하다. 회전식 구동 장치의 하우징 내부에 있는 가동 부재가 한 방향으로의 회전 한계에 도달하면, 하우징 내부의 배출 유압 손실로 인해 디텐트 핀(66)이 후퇴되거나 시프트 제어 밸브(90)가 이동되고, 또한 밸브 스풀이 밸브체 내부에서 이동됨에 따라 유압이 가동 부재측으로 안내되어 가동 부재가 반대 방향으로 회전하게 된다.

마찬가지로, 본 발명의 절환 밸브는 구동 장치에 과도한 부하가 걸리면 피스톤-실린더 구동 장치 또는 가역 회전식 구동 장치의 이동을 전환시킬 수 있다. 그러한 경우에, 피스톤 또는 가동 부재의 이동이 정지되면 배출 유압이 손실되고, 따라서 디텐트 핀(66)이 후퇴되거나 시프트 제어 밸브(90)가 이동되며, 차례로 절환 밸브 스풀(20)이 절환되어 피스톤 또는 가동 부재의 이동 방향이 역전된다.

전술한 구성 요소의 크기, 형상, 종류, 갯수 및 배열에 있어서 여러가지 변경이 가능함을 당업자는 알 수 있다. 예를 들면, 환형 디텐트(30, 32) 및 관련 디텐트 핀(66)은, 배출 유압으로 동작되어 스풀과 맞물리고 그 이동을 방지하는 브레이크 메커니즘 또는 기타 형태의 정지 메커니즘으로 대체될 수 있다.

릴리프 밸브(60)는 디텐트 핀과 시프트 피스톤에 작용하는 배출 유체의 스프링 압력을 변화시키기 위하여 조절 나사를 구비할 수 있다. 상기 및 기타 변경이 필요에 따라 본 발명의 정신 및 청구범위의 영역에서 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

제1도 내지 제6도는 본 발명의 특징을 구체화한 유압 피스톤-실린더 장치와 절환 밸브의 종단면도로서, 피스톤의 일주기의 왕복운동 중 여러 단계에 있어서 구성 요소들간의 위치를 도시하는 도면이다.

제7도는 제1 절환 밸브에 연결되어 고압의 유체를 실린더에 공급하고, 제2 절환 밸브에 연결되어 배출 유압을 제2 절환 밸브에 공급함으로써 제1 절환 밸브를 절환시키는 작용을 하는 고유압 피스톤-실린더 구동 장치의 종단면도이다.

제8도는 작동 피스톤이 좌측으로 이동한 상태로 구성 요소가 배열되어 있는, 제7도에 도시된 시스템의 변형예를 도시하는 종단면도이다.

제9도는 제8도에 도시된 스프링 부하식 변속 제어 밸브의 부분 확대단면도이다.

제10도는 작동 피스톤이 우측으로 이동한 상태의 구성 요소 배열을 도시하는 제8도와 유사한 종단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 중공 실린더

46 : 유압 공급원

14, 16 : 송출 도관

18 : 절환 밸브체

20 : 절환 밸브 스풀

22, 24 : 스톱 링

30, 32 : 환형 디텐트(detent)

34, 36 : 시프트 피스톤

50, 52 : 바이패스 도관

68 : 니이들 밸브

64 : 디텐트 도관

66 : 디텐트 핀

Claims (5)

1. 폐쇄 단부가 있는 긴 중공(中空) 밸브체(18);

   상기 밸브체 내에서 종방향으로 왕복 이동할 수 있는 긴 스풀 부재(20);

   상기 스풀 부재 내에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 통로(26, 28);

   상기 스풀 부재 내의 제1 및 제2 유체 통로(26, 28)와 각각 정합하며 가역 유압 구동 장치(10)의 가동 부재(12)의 양측부와 연통하도록 구성되어 있는, 상기 밸브체(18)의 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유압 송출 포트;

   상기 스풀 부재(20)의 종방향 왕복 운동의 한 제한부에서 상기 스풀 부재의 제1 유체 통로(26)와 정합하고, 상기 스풀 부재의 종방향 왕복 운동의 다른 제한부에서 상기 스풀 부재 내의 제2 유체 통로(28)와 정합하도록 구성되어 있으며, 배출 측부가 마련된 유압 공급원(46)과 연통하도록 구성되어 있는 상기 밸브체의 유압 유입 포트;

   상기 유압 유입 포트가 상기 스풀 부재(20)의 제1 및 제2 유체 통로(26, 28) 중 하나와 정합하고 있으면, 상기 스풀 부재의 제1 및 제2 유체 통로(26, 28) 중 다른 것과 각각 정합하도록 상기 밸브체에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 배출 포트;

   상기 배출 포트와 연통하며 상기 유압 공급원의 배출 측부와 연통하도록 구성되어 있는 배출 도관(54);

   상기 밸브체 및 스풀 부재와 동작식으로 연관되고, 배출 도관(54)의 배출 유압으로 작동해서 상기 스풀 부재가 상기 밸브체 내에서 왕복 운동하지 못하도록 잠그고, 상기 배출 도관 내에 배출 유압이 없을 때에는 상기 스풀 부재가 상기 밸브체 내에서 이동할 수 있도록 잠금을 해제하는 작동을 행하는 잠금 수단; 그리고

   상기 스풀 부재를 왕복 운동시키기 위하여 상기 밸브체의 양단부를 유압 공급원과 교대로 연통시키는 수단

   을 구비하는 것인 유압 절환 밸브.
2. 제1에 있어서, 상기 잠금 수단은 상기 스풀 부재(20) 상에 마련되는 한쌍의 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 디텐트(30, 32), 상기 밸브체를 통해 연장되며 상기 스풀 부재가 상기 밸브체 내에서 종방향 왕복 운동 제한부까지 교대로 이동하면 각각의 디텐트와 정합하도록 구성되고 상기 배출 도관(54)과 연통하는 디텐트 핀 보어(64), 그리고 상기 배출 도관 내에 배출 유압이 있으면 정합 디텐트로 향하고 배출 유압이 배출 도관 내에 없으면 정합 디텐트로부터 후퇴하도록 상기 디텐트 핀 보어 내에서 이동 가능한 디텐트 핀(66)을 구비하는 것인 유압 절환 밸브.
3. 제1항의 유압 절환 밸브와, 하우징 내에서 상대적으로 왕복 운동 가능한 가동 부재(12)를 갖는 가역 유압 구동 장치의 조합체를 포함하는 자동 왕복 운동 유압 구동 장치로서, 상기 하우징에는 상기 가동 부재의 왕복 운동 말기에 상기 가동 부재의 양측부와 연통하고 상기 밸브체의 제1 및 제2 유압 송출 포트와 연통하는유압 송출 포트가 마련되는 것인 자동 왕복 운동 유압 구동 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 자동 왕복 운동 유압 구동 장치는 제2 절환 밸브(74)를 구비하며, 이 제2 절환 밸브는,

   폐쇄 단부를 갖는 긴 중공 밸브체(76);

   상기 밸브체 내에서 종방향으로 왕복 운동할 수 있는 긴 스풀 부재(78, 80);

   상기 스풀 부재 내에서 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 통로(82, 84);

   상기 스풀 부재의 제1 및 제2 유체 통로와 개별적으로 각각 정합하며 가역 유압 구동 장치(10')의 가동 부재(12')의 양측부와 연통하도록 구성되어 있는, 상기 중공 밸브체에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유압 송출 포트;

   상기 스풀 부재의 종방향 왕복 운동의 한 제한부에서 상기 스풀 부재의 제1 유체 통로(82)와 정합하고, 상기 스풀 부재의 종방향 왕복 운동의 다른 제한부에서 상기 스풀 부재의 제2 유체 통로(84)와 정합하도록 구성되어 있으며, 배출 측부가 마련된 유압 공급원(72)과 연통하도록 구성되어 있는 상기 중공 밸브체의 유압 유입 포트;

   상기 유압 유입 포트가 상기 스풀 부재의 제1 및 제2 유체 통로 중 하나와 정합하고 있으면, 상기 스풀 부재의 제1 및 제2 유체 통로 중 다른 것과 각각 정합하도록 상기 밸브체에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 배출 포트;

   상기 배출 포트를 상기 유압 절환 밸브의 잠금 수단과 연통시키는 배출 도관(54', 56', 64); 그리고

   상기 유압 절환 밸브의 제1 및 제2 유압 송출 포트를 상기 제2 절환 밸브의 중공체의 양단부와 연통시키는 제1 및 제2 연결 도관(14, 16)을 구비하는 것인 자동 왕복 운동 유압 구동 장치.
5. 자동 왕복 운동 유압 구동 장치로서,

   하우징(10) 내에서 상대적으로 왕복 운동 가능한 가동 부재(12)를 갖는 가역 유압 구동 장치와,

   상기 가동 부재의 왕복 운동 말기에 상기 가동 부재의 양측부와 연통하는 하우징의 유압 공급 포트와

   유압 절환 밸브를 구비하고,

   상기 유압 절환 밸브는

   가) 폐쇄 단부를 갖는 긴 중공 밸브체(18),

   나) 상기 밸브체 내에서 종방향으로 왕복 운동 가능한 긴 스풀 부재(20),

   다) 상기 스풀 부재에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 통로(26, 28),

   라) 상기 스풀 부재의 제1 및 제2 유체 통로와 각각 정합하도록 밸브체에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유압 송출 포트,

   마) 상기 스풀 부재의 종방향 왕복 운동의 한 제한부에서 상기 스풀 부재내의 제1 유체 통로(26)와 정합하고, 상기 스풀 부재의 종방향 왕복 운동의 다른 제한부에서 상기 스풀 부재 내의 제2 유체 통로(28)와 정합하도록 구성되어 있으며, 배출 측부가 마련된 유압 공급원(46)과 연통하도록 구성되어 있는 상기 밸브체의 유압 유입 포트,

   바) 상기 유압 유입 포트가 상기 스풀 부재의 제1 및 제2 유체 통로 중 하나와 정합하고 있으면, 상기 스풀 부재의 제1 및 제2 유체 통로 중 다른 것과 각각 정합하도록 상기 밸브체에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 배출 포트,

   사) 상기 배출 포트와 연통하며 유압 공급원의 배출 측부과 연통하도록 구성되어 있는 배출 도관(54),

   아) 상기 밸브체 및 스풀 부재와 작동식으로 연관되고, 배출 도관의 배출 유압으로 작동해서 상기 스풀 부재가 상기 밸브체 내에서 왕복 운동하지 못하도록 잠그며, 상기 배출 도관 내에 배출 유압이 없을 때에는 상기 스풀 부재가 상기 밸브체 내에서 이동할 수 있도록 잠금을 해제하는 작동을 행하는 잠금 수단,

   자) 상기 스풀 부재를 왕복 운동시키기 위하여 상기 밸브체의 양단부를 유압 공급원과 교대로 연통시키는 수단

   을 구비하며,

   상기 자동 왕복 운동 유압 구동 장치는 또한 제2 절환 밸브(74)를 구비하고, 이 제2 절환 밸브는

   가) 폐쇄 단부를 갖는 긴 중공 밸브체(76),

   나) 상기 밸브체 내에서 종방향으로 왕복 운동 가능한 긴 스풀 부재(78, 80),

   다) 상기 스풀 부재 내에서 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 통로(82, 84),

   라) 상기 스풀 부재 내의 제1 및 제2 유체 통로와 각각 정합하며 가역 유압 구동 장치의 가동 부재의 양측부와 연통하는, 상기 밸브체에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유압 송출 포트,

   마) 상기 스풀 부재의 종방향 왕복 운동의 한 제한부에서 상기 스풀 부재내의 제1 유체 통로와 정합하고, 상기 스풀 부재의 종방향 왕복 운동의 다른 제한부에서 상기 스풀 부재 내의 제2 유체 통로와 정합하도록 구성되어 있으며, 배출 측부가 마련된 유압 공급원과 연통하도록 구성되어 있는 상기 밸브체의 유압 유입 포트,

   바) 상기 유압 유입 포트가 상기 스풀 부재 내의 제1 및 제2 유체 통로 중 하나와 정합하고 있으면, 상기 스풀 부재 내의 제1 및 제2 유체 통로 중 다른 것과 각각 정합하도록 상기 밸브체에 종방향으로 일정 간격을 두고 있는 제1 및 제2 유체 배출 포트,

   사) 상기 배출 포트를 상기 절환 밸브의 잠금 수단과 연통시키는 배출 도관(54', 56', 64),

   아) 상기 절환 밸브의 제1 및 제2 유압 송출 포트를 상기 제2 절환 밸브의 중공체의 양단부와 연통시키는 제1 및 제2 연결 도관(14, 16)을 구비하는 것인 자동 왕복 운동 장치.