KR100398079B1 - 압력/유량 제어밸브 - Google Patents

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KR100398079B1
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양큉하이
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에스엠씨 가부시키 가이샤
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Abstract

본 발명은 압력/유량 제어밸브에 관한 것이다. 상기 압력/유량 제어밸브는 밸브 개방/폐쇄부(32)를 구비한다. 상기 밸브 개방/폐쇄부(32)는, 일단부에서 대체로 테이퍼되는 횡간 단면을 갖는 탄성 부재(80)와 함께 설치되는 밸브플러그(82), 상기 밸브플러그(82)와 함께 일체적으로 변위가능하게 되면서 예정된 거리만큼 서로로부터 격리되는 한 쌍의 디스크부(88a, 88b) 사이에 배설되는 패킹(90)이 설치되는 스템(86), 및 탄성력의 작용에 따라 상기 밸브플러그(82)를 환형 돌출부(92)상에 착지시키기 위해 상기 스템(86)의 일단부에 고정되는 스프링 부재(76)를 갖는다.

Description

압력/유량 제어밸브{Pressure Flow Rate Control Valve}
본 발명은 실린더와 같은 액츄에이터에 공급되는 또는 액츄에이터로부터 배출되는 압력유체의 압력 및 유량을 제어하는 것이 가능하게 되도록 하는 압력/유량 제어밸브에 관한 것이다.
실린더와 같은 액츄에이터에 공급되는 또는 액츄에이터로부터 배출되는 압력유체의 압력 및 유량을 제어하기 위해 사용되는 압력/유량 제어밸브는 당 업계에 공지되어 있다.
초기 시동 시간의 지연과 관련되는 문제를 해결하기 위해, 본 출원인은압력/유량 조절밸브를 제안한 바 있고, 이러한 압력/유량 조절 밸브는 실린더를 구동하기 위해 실린더의 내부에 공급 압력을 자유 유동 방식으로 신속하게 제공하고 미리 세팅된 압력에 도달될 때까지 상기 실린더로부터 압력을 신속하게 배출시키기 위한 압력제어부, 및 미터-아웃 제어(meter-out control) (일본국 실용신안 공고 제59-12404호 참조)에 기초해서 배기 과정중 스로틀밸브를 조절하므로써 실린더의 이동속도를 제어하기 위한 유량조절부를 구비한다.
본 발명의 목적은 피스톤이 낮은 압력에서 작동개시될 때 제1 실린더챔버(chamber)와 제2 실린더챔버 사이의 압력 차이에 의해 유발되는 시간 손실을 감소시키는 것이 가능하게 되도록 하는 압력/유량 제어밸브를 제공함에 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 압력/유량 제어밸브를 나타낸 사시도;
도 2는 도 1의 II-II 선 수직 단면도;
도 3은 밸브플러그가 변위되어 착지부상에 착지되는 밸브 폐쇄상태를 나타낸부분 수직 단면도;
도 4는 도 1에 도시한 압력/유량 제어밸브를 구성하는 밸브 개방/폐쇄 기구를 나타낸 분해 사시도;
도 5는 도 2의 V-V 선 수직 단면도;
도 6은 도 1에 도시한 압력/유량 제어밸브를 통합하는 유체압력회로의 개략적인 배열을 나타낸 도면;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력/유량 제어밸브를 나타낸 축방향 수직 단면도;
도 8은 도 7의 VIII-VIII 선 측 단면도;
도 9는 도 7에 도시한 압력/유량 제어밸브를 통합하는 유체압력회로의 개략적인 배열을 나타낸 도면;
도 10은 도 7에 도시한 압력/유량 제어밸브의 특성 곡선을 나타낸 도면;
도 11은 예시적인 통상기술에 따른 압력/유량 제어밸브의 특성 곡선을 나타낸 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
12: 제1 밸브바디, 14: 제2 밸브바디, 16: 돌출부, 18: 제3 밸브바디,
22: 튜브 조인트부, 24: 일차 포트, 30: 이차 포트, 32,238: 밸브 개방/폐쇄부,
35: 체크밸브부, 36: 유량조절부, 50: 제2 연통통로, 54: 통로,
56: 제1 연통통로, 76: 스프링 부재, 80: 탄성 부재, 82: 밸브플러그,
86: 스템, 90: 패킹, 92: 환형 돌출부, 202,204,208: 메인 밸브바디,
214: 제1 유량조절부, 216: 제1 체크밸브, 236: 캡 부재, 240: 구멍,
244: 밸브플러그, 246: 착지부, 250: 스프링부재, 264: 제2 유량 조절부,
266: 제2 체크밸브
본 발명의 상기한 목적 및 다른 목적, 특성 및 장점, 일예로서 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 첨부한 도면을 참조로 하여 이하에 상술하기로 한다.
도 1을 참조하면, 도면부호 10은 본 발명의 일실시예에 따른 압력/유량 제어밸브를 나타낸다.
압력/유량 제어밸브(10)는 제2 밸브바디(14) 및 제3 밸브바디(18)를 구비한다. 상기 제2 밸브바디(14)는 대체로 수직한 방향에서 서로 일체로 결합되는 두 개의 대체로 원통형인 부재들로 구성되고 원통형 형상을 가지면서 내부에 끼워지는 제1 밸브바디(12)의 회전 중심 둘레에서 화살표 A의 방향으로 회전가능하게 된다.상기 제3 밸브바디(18)는 대체로 L형의 절곡된 형상을 가지며 상기 제2 밸브바디(14)의 돌출부(16)(도 2 참조)의 회전 중심 둘레에서 화살표 B의 방향으로 회전가능하게 결합된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 링형의 제1 내지 제3 시일부재(seal members)(20a 내지 20c)이 상기 제1 밸브바디(12)의 원주방향 외면상의 환형 홈내에 설치된다. 링형의 제4 시일부재(20d)는 상기 제2 밸브바디(14)의 돌출부(16)상의 환형 홈에 설치된다.
도시하지 않은 튜브를 경유하여 (차후에 상술하는) 압력유체 공급원에 연결되는 튜브조인트부(22)는 제3 밸브바디(18)의 일단부에 제공된다. 공지된 소위 원-터치 조인트가 상기 튜브조인트부(22)를 위해 배열된다. 상기 원-터치 조인트는, 밀려짐으로써 상기 튜브조인트(22)로부터 상기 튜브를 분리시키기 위한 분리용 부시(25)를 갖도록 배열되며, 분리용 부시(25)는 대체로 일차 포트(24)로서 작용하는 구멍을 갖는다. 상기 제3 밸브바디(18)에는 제1 통로(26)가 형성되고, 상기 제1 통로(26)는 상기 제3 밸브바디(18)를 따라 절곡되며 상기 일차 포트(24)와 연통된다.
차후에 상술하는 실린더의 포트내로 나사결합되는 숫나사부(28)는 제1 밸브바디(12)의 하단부에서 원주방향 외면상에 형성된다. 대체로 이차 포트(30)로서 작용하는 구멍이 상기 숫나사부(28)의 원주방향 내면에 의해 형성된다. 상기 일차 포트(24)와 이차 포트(30) 사이를 연통시키는 연통통로를 개방/폐쇄시키기 위한 밸브 개방/폐쇄부(32) 및 체크밸브(34)가 배열되는 체크밸브부(35)가, 상기 제1 밸브 바디(12)의 내부에 대체로 동축적으로 제공된다. 상기 일차 포트(24)와 이차포트(30) 사이에서 상기 밸브 개방/폐쇄부(32)에 평행하게 연통 및 연결되는 유량 조절부(36)는 상기 제2 밸브바디(14)의 내부에 제공된다.
상기 튜브조인트부(22) 및 상기 유량조절부(36)는, 상기 튜브조인트부(22)가 상기 제2 밸브바디(14) 내에 배열되고 상기 유량조절부(36)가 상기 제3 밸브바디(18) 내에 제공되도록 서로 교체될 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 유량조절부(36)는 상기 제2 밸브바디(14)에 내부적으로 끼워지는 대체로 원통형의 유지용 부재(38), 상기 유지용 부재(38)의 중심 부분에 형성되는 계단형(stepped) 관통구멍(40)을 따라 연장되며 상기 관통구멍(40) 내에서 회전가능하게 유지되는 조절용 스크루우부재(42), 상기 조절용 스크루우부재(42)의 제1 단부에 결합되는 손잡이부(44), 및 상기 조절용 스크루우 부재(42)를 요구되는 위치에 고정시키기 위한 너트부재(46)를 포함한다. 상기 조절용 스크루우부재(42)의 제1 단부(48)는 테이퍼되는 횡간 단면을 갖도록 형성된다. 상기 조절용 스크루우부재(42)의 상기 제1 단부(48) 및 상기 계단형 관통구멍(40)의 내부벽 표면 사이의 격리 거리는 손잡이부(44)를 이용하여 상기 조절용 스크루우부재(42)의 나사 조임량을 증가시키거나 감소시킴으로써 조절된다. 그러므로, 상기 계단형 관통구멍(40)을 관통하여 유동하는 압력유체는 상기 조절용 스크루우부재(42)의 상기 제1 단부(48) 및 상기 계단형 관통구멍(40)의 상기 내부벽 표면 사이의 격리 거리에 따라 예정된 유속(유량)을 갖도록 교축된다. 상기 계단형 관통구멍(40)의 제1 단부는 상기 제2 밸브바디(14)에 형성되는 제2 통로(제2 연통 통로)(50)와 연통되도록 형성된다.
환형의 제1 챔버(52)이 상기 유지용 부재(38)의 원주방향 외면과 상기 제2 밸브바디(14)의 원주방향 내면 사이에 형성된다. 상기 제1 챔버(52)는 상기 계단형 관통구멍(40)에 대체로 수직한 제3 통로(54)를 경유하여 상기 계단형 관통구멍(40)과 연통되도록 형성된다. 또한, 상기 제1 챔버(52)는 상기 계단형 관통구멍(40)에 대체로 평행하게 연장되는 제4 통로(제1 연통통로)(56)와 연통되도록 형성된다.
본 실시예에 있어서, 도 5에 도시한 바와 같이, 서로 대체로 평행하게 연장되는 상기 제2 통로(50) 및 상기 제4 통로(56)는 예정된 격리 거리 만큼 서로로부터 수직방향을 따라 격리되도록 형성된다. 상기 제4 통로(56)의 상부 내부벽 표면(58a) 및 하부 내부벽 표면(58b)은 상기 제2 밸브바디(14)의 상부 윤곽(60)을 따라 커어브되는 형상을 갖도록 형성된다. 상기 제2 통로(50)의 하부 내부벽 표면(62)은 상기 제2 밸브 바디(14)의 하부 윤곽(64)을 따라 반원형의 형상을 갖도록 형성된다. 상기 제2 통로(50) 및 상기 제4 통로(56)를 상기한 바와 같이 상기 제2 밸브바디(14)의 상부 윤곽(60) 및 하부 윤곽(64)을 각각 따르는 횡간 단면 형상들을 갖도록 형성하므로써, 상기 제2 밸브바디(14)의 벽 두께가 감소될 수 있고, 전체 장치는 작은 크기 및 가벼운 중량을 가질 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 원통형 형상을 갖는, 하부-장착 캡부재(68)는 링부재(66)에 의해 상기 제1 밸브바디(12)의 상부 구멍내에 유지된다. 환형의 제5 및 제6 시일부재(20e, 20f)가 상기 캡부재(68) 및 상기 제1 밸브바디(12)의 내부벽 표면 사이의 환형 홈에 설치된다. 상기 링부재(66)는 상기 제1 밸브바디(12)의 원주방향 내면상에 형성되는 환형의 고정용 폴(pawl)(70)을 환형 홈에 고정시킴으로써상기 제1 밸브바디(12)의 개구부 내에 고정된다.
상기 캡부재(68)의 축방향에서 슬라이딩가능하게 되는 밸브 개방/폐쇄 기구(74)는 상기 캡부재(68)에 의해 둘러싸여지는 제2 챔버(72) 내에 제공된다. 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(74)는 상기 캡부재(68)의 내부벽 표면에 고정되는 스프링부재(76)의 탄성력에 의해 항상 하방으로 압압되는 상태에 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 스프링부재(76)의 탄성력(스프링력)은 예정된 값을 갖도록 사전에 세팅된다. 그러나, 나사조임 시스템에 기초해서 상기와 같은 작용을 달성하기 위해, 도시하지 않은 나사부가 상기 캡부재(68) 상에 형성될 수 있다. 따라서, 상기 스프링부재(76)의 탄성력을 자유롭게 조절하므로써 이차 압력을 제어하는 것도 또한 가능하게 된다.
도 2 및 4에 도시한 바와 같이, 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(74)는, 대체로 테이퍼되는 횡간 단면을 갖도록 예컨대 천연고무 및 합성고무와 같은 재료로 제조되는 탄성부재(80)가 그 제1 단부에 설치되는 밸브플러그(82), 및 상기 밸브플러그(82)의 상부 부분에 형성되는 구멍(84) 내에 일체적으로 결합되는 스템(86)을 포함한다. 상기 스템(86)에는 한 쌍의 팽창된 디스크부(88a, 88b)가 형성되고, 상기 한 쌍의 팽창된 디스크부(88a, 88b)는 대체로 동일한 직경을 가지며 예정된 격리 거리만큼 서로로부터 격리된다. 가요성 재료로 제조되면서 대체로 V형의 횡간 단면을 갖는 패킹(90)이 상기 한 쌍의 디스크부(88a, 88b) 사이에 설치된다.
본 실시예에 있어서, 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(74)는 상기 밸브플러그(82)의 제1 단부에 제공되는 상기 탄성부재(80)가 스프링부재(76)의 탄성력의 작용에 따라 상기 제1 밸브바디(12)상에 형성되는 환형 돌출부(92)상에 착지되었을 때, 밸브 폐쇄상태에 있게 된다(도 2 참조). 한편, 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(74)는 상기 밸브플러그(82)의 탄성 부재(80)가 상기 스프링 부재(76)의 탄성력을 극복하면서 상기 환형 돌출부(92)로부터 격리될 때, 밸브 개방상태에 있게 된다(도 3 참조). 상기 환형 돌출부(92)는 상기 밸브플러그(82)를 위한 착지부로서 작용한다. 상기 환형 돌출부(92)는 환형 돌출부(92)의 중심 부분에 형성되는 구멍(94)을 경유하여 상기 이차 포트(30)와 연통되도록 형성된다.
상기 밸브 개방/폐쇄 기구(74)는 상기 밸브플러그(82)의 압력 수납부로서 작용하는 상기 디스크부(88b)의 직경이 착지부로서 작용하는 상기 환형 돌출부(92)의 직경보다 크게 세팅되는 비평형형(unbalance type)에 속한다. 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(74)는 상기 밸브플러그(82)가 상방향으로 변위되고, 상기 밸브플러그(82)가 상기 디스크부(88b)와 상기 환형 돌출부(92) 사이의 압력 수납 면적에 있어서의 차이에 기초해서 상기 착지부(환형 돌출부(92))로부터 격리되도록 설계된다.
상기 밸브플러그(82)를 둘러싸는 제3 챔버(96)는 상기 밸브플러그(82)와 상기 스템(86)의 결합 부분에 형성된다. 상기 제3 챔버(96)는 상기 제4 통로(56) 및 상기 제2 밸브 바디(14) 내에 형성되어 절곡된 형상을 갖는 제5 통로(98)를 경유하여 상기 제1 챔버(52)과 연통되도록 형성된다.
체크 밸브부(35)는 상기 제1 밸브 바디(12)의 구멍의 하부 부분에 설치되고, 그 중심 부분에서 원통형 부재(102)를 갖는다. 상기 원통형 부재(102)에는 축방향으로 연장되는 계단형 관통구멍(100)이 형성된다. 제4 챔버(104)는 상기 제1 밸브 바디(12)의 내부벽 표면과 상기 원통형 부재(102)의 원주방향 상부 외면 사이에 형성된다. 제5 챔버(106)는 상기 제1 밸브바디(12)의 상기 내부벽 표면과 상기 원통형 부재(102)의 원주방향 하부 외면 사이에 형성된다.
설부(tongue)(108)를 갖는 체크밸브(34)는 상기 원통형 부재(102)의 중간 부분에 형성되는 환형 홈에 설치된다. 상기 체크밸브(34)는 이하와 같이 설계된다. 즉, 상기 제4 챔버(104)와 제5 챔버(106) 사이의 연통은 상기 설부(108)가 상기 제4 챔버(104) 측으로부터 공급되는 압력유체의 작용에 따라 상기 제1 밸브바디(12)의 외부 벽표면에 접촉되도록 체크밸브(34)의 변형을 유발함으로써 차단된다. 한편, 상기 설부(108)가 상기 제5 챔버(106) 측으로부터 공급되는 유체압력의 작용에 따라 내측으로 가요적으로 이동될 때, 상기 제4 챔버(104)는 상기 제5 챔버(106)와 연통된다.
상기 제4 챔버(104)는 상기 제2 밸브 바디(14)에 형성되는 상기 제2 통로(50)를 경유하여 상기 유량조절부(36)의 상기 계단형 관통구멍(40)과 연통되도록 형성된다. 상기 제5 챔버(106)는 상기 원통형 부재(102)에 형성되는 구멍(110)을 경유하여 상기 이차 포트(30)와 연통되도록 형성된다.
본 실시예에 따른 압력/유량 제어밸브(10)는 기본적으로 상기한 바와 같이 구성된다. 이하, 이러한 압력/유량 제어밸브(10)의 작동, 작용 및 효과를 설명하기로 한다.
우선, 도 6에 도시한 바와 같은 유체압력회로(111)는 본 실시예에 따른압력/유량 제어밸브(10)를 사용하므로써 구성된다. 즉, 상기 압력/유량 제어밸브(10)의 일차 포트(24)는 도시하지 않은 튜브를 사용하므로써 방향 제어밸브(112)에 연결되고, 상기 이차 포트(30)는 실린더(114)의 제1 포트(116a)에 연결된다. 체크밸브가 장치된 감압밸브(117) 및 속도제어밸브(118)는 상기 실린더(114)의 제2 포트(116b) 및 상기 방향제어밸브(112) 사이에 삽입된다. 압력유체 공급원(120)은 상기 방향제어밸브(112)에 연결된다.
상기한 바와 같이 구성된 유체압력회로(111)에 있어서, 압력유체(예컨대, 압축공기)는 상기 압력유체 공급원(120)의 구동작용에 따라 상기 일차 포트(24)를 경유하여 공급된다. 이 상황에서, 상기 밸브플러그(82)는 밸브 폐쇄상태에 있게 되므로써 스프링부재(76)의 탄성력에 따라 상기 환형 돌출부(92)상에 착지된다.
상기 일차 포트(24)를 경유하여 공급되는 압력유체는 상기 제1 통로(26) 및 제1 챔버(52)에 도달하며, 상기 제1 챔버(52)와 연통되는 상기 제4 통로(56) 및 제5 통로(98)를 경유하여 상기 밸브 개방/폐쇄부(32)의 상기 제3 챔버(96) 내로 도입된다. 상기 제3 챔버(96) 내로 도입되는 압력유체는 높은 공급 압력을 갖는다. 상기 압력유체는 상기 밸브플러그(82)를 상방향으로 압압하기 위해 상기 한 쌍의 디스크부(88a, 88b) 및 상기 패킹(90)에 작용하는 파일럿압력(pilot pressure)을 형성한다. 결과적으로, 상기 밸브플러그(82)의 탄성부재(80)는 상기 스프링부재(76)의 탄성력을 극복하면서 상기 환형 돌출부(착지부)(92)로부터 격리되어 밸브 개방상태를 제공한다. 압력유체는 상기 계단형 관통구멍(100) 및 상기 이차 포트(30)를 경유하여 상기 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122)로 공급된다. 피스톤(124)은 화살표 C의 방향에서 종착 단부 위치로 변위된다.
상기 일차 포트(24)로부터 공급되는 압력유체는 상기 제1 통로(26) 및 제1 챔버(52)을 경유하여 상기 유량조절부(36)의 계단형 관통구멍(40)을 통과하고, 상기 체크밸브부(35) 내로 도입된다. 그러나, 상기 압력유체의 유동은 상기 체크밸브(34)의 체킹작용에 따라 차단된다.
이어서, 상기 방향제어밸브(112)의 밸브위치가 상기 방향과 반대되는 방향(화살표 D의 방향)에서 피스톤을 변위시키도록 절환될 때, 밸브플러그(82)는 상기 헤드측 실린더챔버(122) 내의 높은 압력에 기인하여 상기 착지부로부터 격리되는 밸브 개방상태에 있게 된다. 상기 이차 포트(30)로부터 도입되는 압력유체는 상기 환형 돌출부(92)의 구멍(94)을 통과한다. 상기 압력유체는 제3 챔버(96), 제5 통로(98), 제4 통로(56), 제1 챔버(52) 및 제1 통로(26)를 경유하여 상기 방향 제어밸브(112)로부터 대기중으로 신속하게 배기된다.
실린더(114)를 구동하기 위해 상기 포트(116b)를 경유하여 로드측 실린더챔버(126) 내로 공급되는 압력유체의 압력은 상기 포트(116a)로부터 배출되는 압력유체의 압력의 약 절반에 충분히 일치하게 된다. 상기 실린더(114)로 공급되는 압력유체의 동력을 절감하는 것이 가능하게 된다.
그러므로, 상기 이차 압력이 상기 스프링부재(76)의 탄성력에 의해 세팅되는 예정된 압력보다 크지 않은 압력으로 감소될 때, 상기 밸브플러그(82)의 탄성 부재(80)는 상기 환형 돌출부(92)상에 착지되어 밸브 폐쇄상태를 제공한다. 결과적으로, 상기 이차 포트(30)를 관통하도록 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122)로부터 공급되는 압력유체는 상기 원통형 부재(102)의 구멍(110) 및 제5 챔버(106)를 관통하여 유동하며, 체크밸브(34)의 설부(108)를 내측으로 가요적으로 굴곡시킴으로써 체크밸브부(35)를 통과한다. 그 후, 상기 압력유체는 상기 제2 통로(50)를 통과하고 상기 유량조절부(36) 내로 도입된다.
상기 유량조절부(36)내에서, 상기 압력유체는 조절용 스크루우부재(42)의 제1 단부(48)와 계단형 관통구멍(40)의 내부 벽표면 사이의 예정된 격리 거리에 따라 예정된 유량을 갖도록 교축된다. 이어서, 상기 압력유체는 상기 일차 포트(24)로부터 상기 계단형 관통구멍(40)과 연통되는 제3 통로(54), 제1 챔버(52) 및 제1 통로(26)를 경유하여 안내된다. 따라서, 실린더(114)의 피스톤(124)의 변위속도가 제어된다.
상기한 바와 같이, 본 실시예에 있어서는, 헤드측 실린더챔버(122) 내의 고압의 압력유체는, 헤드측 실린더챔버(122)의 압력과 로드측 실린더챔버(126)의 압력이 대체로 동일한 압력으로 유지될 때까지, 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(74)의 밸브 개방상태에서 신속하게 배기된다. 밸브 개방/폐쇄 기구(74)가 밸브 폐쇄상태에 있게 되면, 상기 피스톤(124)은 상기 압력유체의 유량이 상기 유량조절부(36)에 의해 제어되는 상태에서 변위된다. 그러므로, 헤드측 실린더챔버(122)과 로드측 실린더챔버(126) 사이의 압력차에 의해 유발되는 피스톤(124)의 작동지연을 방지하는 것이 가능하게 된다. 상기 작동지연으로부터 파생되는 시간손실을 감소시키는 것도 아울러 가능하게 된다.
본 실시예에 있어서, 상기 튜브 조인트부(22)는 튜브와 같은 튜브부재를 탈착가능하게 연결시키기 위해 제공된다. 또한, 상기 튜브부재의 안내 방향에 관한한 상기 튜브부재는 모든 방향에서 자유롭게 안내된다. 따라서, 상기 압력/유량 제어밸브를 사용할 때 편의성이 증대된다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력/유량 제어밸브(200)를 도 7 및 8에 도시한다. 전기한 실시예의 경우에 있어서와 동일한 구성 부품들은 동일한 도면부호를 사용하여 도시하며 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
압력/유량 제어밸브(200)는 제2 밸브바디(204) 및 제3 밸브바디(208)를 구비한다. 상기 제2 밸브바디(204)는 대체로 수직한 방향에서 서로 일체로 결합되는 두 개의 대체로 원통형인 부재들로 구성되고 원통형 형상을 가지면서 내부에 끼워지는 제1 밸브바디(202)의 축선(axis)의 회전 중심 둘레에서 회전가능하게 된다. 상기 제3 밸브바디(208)는 대체로 L형의 절곡된 형상을 가지며 상기 제2 밸브바디(204)의 돌출부(206)(도 8 참조)의 축선의 회전 중심 둘레에서 회전가능하게 결합된다.
상기 제3 밸브바디(208)에는 제6 통로(210)가 형성되고, 상기 제6 통로(210)는 상기 제3 밸브바디(208)를 따라 절곡되며 상기 일차 포트(24)와 연통된다. 대체로 이차 포트(30)로서 작용하는 구멍은 상기 제1 밸브바디(202)의 하단부에 형성된다.
상기 제6 통로(210)와 연통되는 제6 챔버(212) 내로 도입되는 압력유체를 예정된 유량을 갖도록 교축시키고 상기 압력유체를 이차 포트(30)로 안내하기 위한 제1 유량조절부(214), 및 상기 일차 포트(24)로부터 도입되는 압력유체가 상기 이차 포트(30)를 향하여 유동하는 것을 방지하기 위한 제1 체크밸브(216)가 상기 제2밸브바디(204)의 내부에 동축적으로 배열된다.
상기 제1 유량조절부(214)는 제2 밸브바디(204)의 구멍에 끼워지는 제1 캡부재(218), 상기 제1 캡부재(218)의 중심 부분에 형성되는 계단형 관통구멍(220)을 따라 연장되며 상기 계단형 관통구멍(220)내에 회전가능하게 유지되는 제1 조절용 스크루우부재(222), 상기 제1 조절용 스크루우부재(222)의 제1 단부에 결합되는 손잡이부(224), 및 상기 제1 조절용 스크루우부재(222)를 요구되는 위치에 고정시키기 위한 너트부재(226)를 포함한다.
제1 조절용 스크루우부재(222)의 제2 단부(228)는 대체로 테이퍼되는 형상을 갖도록 형성된다. 제1 조절용 스크루우부재(222)의 제2 단부(228)와 상기 계단형 관통구멍(220)의 내부 벽표면 사이의 격리 거리는 상기 손잡이부(224)를 이용하여 상기 제1 조절용 스크루우부재(222)의 나사 조임량을 증가시키거나 감소시킴으로써 조절된다. 그러므로, 상기 일차 포트(24)로부터 공급되는 압력유체는 상기 제1 조절용 스크루우부재(222)의 제2 단부(228)와 상기 계단형 관통구멍(220)의 내부벽 표면 사이의 격리 거리에 따라 예정된 유량을 갖도록 교축된다. 상기 계단형 관통구멍(220)의 제1 단부는 제7 챔버(230)을 경유하여 상기 제1 밸브바디(202) 내에 형성되는 상부 제1 연통통로(232)와 연통되도록 형성된다.
제2 캡부재(236)는 상기 제2 밸브바디(204)의 상부 부분에 유지되며, 그 사이에는 링부재(234)가 개재된다. 밸브 개방/폐쇄부로서 작용하는 밸브 개방/폐쇄 기구(238)는 상기 제2 캡부재(236)를 위해 제공된다.
밸브 개방/폐쇄 기구(238)는 상기 제2 캡부재(236) 내에 형성되는 구멍(240)을 따라 슬라이드된다. 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(238)는 대체로 테이퍼되는 횡간 단면을 갖도록 예컨대 천연고무 및 합성고무와 같은 재료로 제조되는 탄성부재(242)가 그 제1 단부에 설치되는 밸브플러그(244), 상기 밸브플러그(244)를 그 상부에 착지시키기 위해 상기 캡부재(236)상에 형성되는 착지부(246), 상기 제2 캡부재(236)의 나사부에 결합되는 스크루우부재(248), 상기 스크루우부재(248)와 상기 밸브플러그(244)의 사이에 삽입되는 스프링부재(250), 및 상기 스크루우부재(248)를 고정시키기 위한 너트부재(252)를 포함한다. 상기 스크루우부재(248)는 상기 스프링부재(250)의 스프링력을 조절하고 세팅하는 작용을 한다. 대체로 V형 횡간 단면을 갖도록 가요성 재료로 제조되는 패킹(254)은 상기 밸브플러그(244)의 환형 홈에 설치된다.
본 실시예에 있어서, 착지부(246)로서 대체로 작용하는 구멍의 직경은 상기 밸브플러그(244)가 슬라이딩 변위되는 상기 제2 캡부재(236)의 구멍(240)의 직경과 대체로 동일하게 된다. 다시 말하면, 착지부(246)의 구멍의 직경을 제2 캡부재(236)의 구멍(240)의 직경과 대체로 동일하게 세팅하므로써 밸브플러그(244)에 대해 압력수납 면적에 있어서의 차이가 제공되지 않는다. 따라서, 상기 제6 챔버(212)과 연통되는 제7 통로(256)를 경유하여 일차 압력이 도입되는 경우에 있어서도, 밸브플러그(244)는 평형화된 상태에 있게 되며 상기 착지부(246)상에 착지된 상태로 유지된다.
제2 밸브바디(204)의 원주방향으로 연장되는 환형 통로(258)는 상기 착지부(246)의 하방에 형성된다. 상기 환형 통로(258)는 하부측에 배설되는 제2 연통통로(260)를 경유하여 상기 이차 포트(30)와 연통되도록 제공된다. 환형 시일부재(262)가 상기 환형 통로(258)와 상기 제6 챔버(212) 사이에 삽입되어 비-연통상태를 제공하게 된다.
상기 제1 연통통로(232)를 경유하여 도입되는 압력유체를 예정된 유량을 갖도록 교축시키고 상기 압력유체를 상기 이차 포트(30)로 안내하기 위한 제2 유량조절부(264), 및 상기 이차 포트(30)로부터 도입되는 압력유체가 상기 일차 포트(24)를 향하여 유동하는 것을 방지하기 위한 제2 체크밸브(266)가 상기 제1 밸브바디(202)의 내부에 동축적으로 배열된다.
상기 제2 유량 조절부(264)는, 상기 제1 밸브바디(202)의 구멍에 끼워지는 제3 캡부재(268), 상기 제1 밸브바디(202)에 내부적으로 끼워지는 원통형 부재(270)의 구멍 내부를 향하는 제1 단부를 가지며 상기 제3 캡부재(268)의 구멍내에서 회전가능하게 유지되는 제2 조절용 스크루우부재(272), 상기 제2 조절용 스크루우부재(272)의 제2 단부에 결합되는 손잡이부(274), 및 상기 제2 조절용 스크루우부재(272)를 요구되는 위치에 고정시키기 위한 너트부재(276)를 포함한다.
상기 제2 조절용 스크루우부재(272)의 제1 단부(278)는 대체로 테이퍼되는 횡간 단면을 갖도록 형성된다. 상기 제2 조절용 스크루우부재(272)의 제1 단부(278)와 상기 원통형 부재(270)의 내부벽 표면 사이의 격리 거리는 상기 손잡이부(274)를 이용하여 상기 제2 조절용 스크루우부재(272)의 나사 조임량을 증가시키거나 감소시킴으로써 조절된다. 그러므로, 상기 제1 연통통로(232)를 통과한 압력유체는 상기 제1 조절용 스크루우부재(272)의 제1 단부(278)와 상기 원통형부재(270)의 내부 벽표면 사이의 격리 거리에 따라 예정된 유량을 갖도록 교축된다. 상기 제2 포트(30)와 연통되는 다수의 원형 구멍(280)이 상기 원통형 부재(270)의 중간 부분에 형성된다.
제2 체크밸브(266)는 상기 원통형 부재(270)의 제1 단부에 외부적으로 끼워진다. 상기 제2 체크밸브(266)는 상기 이차 포트(30)로부터 공급되고 상기 원형 구멍(280)을 경유하여 도입되는 압력유체의 작용에 따라 변형되며, 이에 따라, 상기 제2 체크밸브(266)의 설부(108)는 제1 밸브바디(202)의 내부 벽표면과 접촉되므로써 상기 일차 포트(24)를 향한 압력유체의 유동을 차단한다. 한편, 상기 설부(108)가 상기 제1 연통통로(232)를 통과하는 압력유체의 작용에 따라 내부를 향하여 그리고 가요적으로 굴곡되면, 상기 제1 연통통로(232)를 통과한 압력유체는 상기 이차 포트(30)로 안내된다.
본 발명의 본 실시예에 따른 압력/유량 제어밸브(200)는 기본적으로 상기한 바와 같이 구성된다. 이하, 이러한 압력/유량 제어밸브(200)의 작동, 작용 및 효과를 설명하기로 한다. 도 10에는 본 발명의 본 실시예에 따른 압력/유량 제어밸브(200)에 있어서 피스톤(124)의 변위량과 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122) 및 로드측 실린더챔버(126)의 압력들 사이의 관계를 나타낸다. PH는 헤드측 실린더챔버(122)의 압력 특성 곡선을 나타내며, PR은 로드측 실린더챔버(126)의 압력 특성 곡선을 나타낸다. 압력/유량 제어밸브(200)의 작동을 상기 특성 곡선들 PH및 PR과 관련시켜 설명하기로 한다.
우선, 도 9에 도시한 바와 같은 유체압력회로(282)는 본 발명의 실시예에 따른 압력/유량 제어밸브(200)를 사용하므로써 구성된다. 상기 유체압력회로(282)에 있어서, 압력유체(예컨대, 압축 공기)는 압력유체 공급원(120)의 구동작용에 따라 상기 일차 포트(24)를 경유하여 공급된다. 이러한 경우에 있어서, 상기 밸브플러그(244)는 밸브 폐쇄위치에 있게 되며, 따라서 스프링부재(250)의 탄성력의 작용에 따라 상기 착지부(246)상에 착지된다.
일차 포트(24)를 경유하여 공급되는 압력유체는 제6 통로(210), 제6 챔버(212) 및 제7 통로(256)를 경유하여 밸브 개방/폐쇄 기구(238)내로 도입된다. 상기한 바와 같이, 착지부(246)의 구멍의 직경을 제2 캡부재(236)의 구멍(240)의 직경과 대체로 동일하게 세팅하므로써 밸브플러그(244)에 있어서 압력 수납 면적의 차이는 발생되지 않는다. 그러므로, 일차 압력이 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(238)에 도입되는 경우에도, 상기 밸브플러그(244)는 평형화된 상태에 있게 되며, 상기 착지부(246) 상에 착지된 상태로 유지된다.
한편, 일차 포트(24)를 경유하여 공급되는 압력유체는 제6 통로(210) 및 제6 챔버(212)을 경유하여 제1 유량조절부(214)내로 도입된다. 압력유체는 예정된 유량을 갖도록 교축되고, 그리고나서 제7 챔버(230) 및 제1 연통통로(232)를 경유하여 제2 유량조절부(264)내로 도입된다. 상기 제6 챔버(212)내로 도입되는 압력유체는 상기 제1 체크밸브(216)의 체킹작용에 따라 상기 이차 포트(30)를 향하여 유동되는 것이 방지된다.
제2 유량조절부(264)내로 도입되는 압력유체는 예정된 유량을 갖도록 교축되고, 상기 원형 구멍(280) 및 이차 포트(30)를 경유하여 상기 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122)로 공급된다. 따라서, 피스톤(124)은 화살표 C의 방향에서 제1 종착 단부 위치로 변위된다.
상기한 바와 같이, 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122)로 공급되는 압력유체는 상기 제1 유량조절부(214) 및 상기 제2 유량조절부(264)에 의해 그 유량이 충분한 정도로 교축된다. 그러므로, 로드측 실린더챔버(126)의 압력이 낮은 경우에도 피스톤의 소위 점핑현상(jumping out phenomenon)의 발생을 신뢰성있게 방지하는 것이 가능하게 된다(도 10에 도시한 특성 곡선 A 참조).
이어서, 피스톤(124)이 상기 제1 종착 단부 위치에 도달된 후에, 헤드측 실린더챔버(122)의 압력이 증가된다. 높은 압력의 압력유체가 이차 포트(30), 제2 연통통로(260) 및 환형 통로(258)를 경유하여 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(238)내로 도입된다. 따라서, 상기 밸브플러그(244)는 상방향으로 이동되고 상기 착지부(246)로부터 격리된다. 그러므로, 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(238)는 밸브 개방상태에 있게 된다.
따라서, 일차 포트(24)로부터 도입되는 압력유체는 서로 상호적으로 연통되는 제6 통로(210), 제6 챔버(212), 제7 통로(256), 환형 통로(258), 제2 연통 통로(260), 원형 구멍(280) 및 이차 포트(30)를 경유하여 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122)내로 신속하게 공급된다(도 10에 도시한 특성 곡선 B 참조). 결과적으로, 피스톤(124)이 상기 제1 종착 단부 위치에 도달된 후에, 상기 밸브 개방/폐쇄 기구(238)가 작동되어 높은 압력의 압력유체를 상기 헤드측 실린더챔버(122)에신속하게 공급하는 것이 가능하게 되도록 한다. 그러므로, 예컨대, 본 발명이 도시하지 않은 클램프 실린더에 적용되었을 때, 아암에 의해 가공물을 클램핑하기 위한 힘을 증가시키는 것이 가능하게 된다.
다음에, 방향제어밸브(112)의 밸브 위치가 상기 방향과 반대되는 방향(화살표 D의 방향)으로 피스톤(124)을 변위시키도록 절환될 때, 상기 밸브플러그(244)는 상기 헤드측 실린더챔버(122)내의 높은 압력에 기인하여 상기 착지부(246)로부터 격리되는 밸브 개방상태에 있게 된다. 이차 포트(30)로부터 도입되는 압력유체는 상기 방향 제어밸브(112)로부터 서로 상호적으로 연통되는 원형 구멍(280), 제2 연통통로(260), 환형 통로(258), 제7 통로(256), 제6 챔버(212), 제6 통로(210) 및 일차 포트(24)를 경유하여 대기중으로 신속하게 배기된다(도 10에 도시한 특성 곡선 C 참조).
그러므로, 이차 압력은 상기 스프링부재(250)의 탄성력에 의해 세팅된 예정된 압력보다 크지 않은 압력으로 감소된다. 따라서, 상기 밸브플러그(244)는 상기 착지부(246) 상에 착지되어 밸브 폐쇄상태를 제공하게 된다. 결과적으로, 상기 이차 포트(30)를 통과하도록 상기 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122)로부터 공급되는 압력유체는 제2 유량조절부(264) 및 제1 유량조절부(214)에 의해 예정된 유량을 갖도록 교축되고, 상기 일차 포트(24)로부터 안내된다. 그러므로, 실린더(114)의 피스톤(124)의 변위속도가 제어된다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 본 실시예에 있어서는, 피스톤(124)의 소위 점핑현상의 발생을 신뢰성있게 방지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 피스톤(124)이상기 제1의 종착 단부 위치에 도달된 후에, 상기 일차 압력이 신속하게 공급될 수 있으며 상기 이차 압력은 신속하게 배기될 수 있게 된다. 그러므로, 압력 전달에 있어서의 특정의 지연현상에 기인하여 발생되는 문제가 효과적으로 해결된다.
도 11에는 예시적인 종래의 기술에 따른 압력/유량 제어밸브(도시안됨)의 특성 곡선을 나타낸다. 도 11로부터 명확하게 알 수 있는 바와 같이, 이러한 예시적인 종래의 기술인 경우에 있어서는, 실린더의 헤드측 실린더챔버(122)로 공급되는 압력유체의 압력 값이 급격하게 증가된다. 그러므로, 피스톤(124)의 소위 점핑현상이 발생된다.
반대로, 도 10에 도시한 바와 같이, 본 발명의 본 실시예에 있어서는, 일차 포트(24)로부터 공급되는 압력유체의 유량은 제1 유량조절부(214) 및 제2 유량조절부(264)에 의해 교축된다. 그러므로, 실린더(114)의 헤드측 실린더챔버(122)로 공급되는 압력유체의 압력의 급격한 증가는 억제되며, 피스톤(124)의 소위 점핑현상의 발생이 방지된다.
본 발명은 피스톤의 소위 점핑현상의 발생을 방지할 수 있으며, 일차 압력이 신속하게 공급되고 이차 압력은 신속하게 배기될 수 있기 때문에 압력 전달에 있어서의 특정 지연현상에 기인하여 발생되는 문제가 효과적으로 해결된다.

Claims (6)

  1. 압력/유량 제어밸브에 있어서, 제1 단부에 형성되는 이차 포트(30)를 구비하면서 원통형 형상을 갖도록 성형되는 제1 밸브바디(12),
    대체로 서로 수직한 방향에서 일체로 결합되는 두 개의 원통형 부재를 포함하고 상기 제1 밸브바디(12)의 회전 중심 둘레에서 회전가능하게 되는 제2 밸브바디(14),
    대체로 절곡된 L형 형상을 갖도록 성형되며 상기 제2 밸브바디(14)의 돌출부(16)의 회전 중심 둘레에서 회전가능하게 되는 제3 밸브바디(18),
    상기 제3 밸브바디(18) 내에 배열되고 튜브부재를 일차 포트(24)에 탈착가능하게 연결시키기 위한 튜브조인트가 제공되는 튜브조인트부(22),
    상기 일차 포트(24)와 연통되는 통로(54)를 관통하여 유동하는 압력유체를 조절하여 예정된 유량을 얻기 위해 상기 제2 밸브바디(14)내에 배열되는 유량조절부(36),
    상기 일차 포트(24)와 이차 포트(30) 사이의 연통이 가능하게 되도록 제1 연통통로를 개방/폐쇄시키기 위해 상기 제1 밸브바디(12)의 제1 단부측에 배열되는 밸브 개방/폐쇄부(32), 및
    상기 이차 포트(30)로부터 상기 유량조절부(36)로 지향되는 상기 압력유체만이 제2 연통통로를 경유하여 그리고 그 자신을 관통하여 유동되는 것을 허용하기 위해 상기 제1 밸브바디(12)의 제2 단부측에 배열되는 체크밸브부(35)를 구비하고;
    상기 밸브 개방/폐쇄부(32)는 제1 단부에서 테이퍼되는 횡간 단면이 형성되는 탄성부재(80)를 갖는 밸브플러그(82), 밸브플러그(82)와 일체적으로 변위되기 위한 패킹(90)이 설치되는 스템(86), 상기 제1 밸브바디(12)의 내부 벽표면 상에 형성되는 환형 돌출부(92)를 향하여 상기 밸브플러그(82)를 압압하기 위해 상기 스템(86)의 제1 단부에 고정되는 스프링 부재(76)를 포함하고;
    상기 밸브플러그(82)가 상기 스프링부재(76)의 탄성력의 작용에 따라 상기 환형 돌출부(92)상에 착지되었을 때 밸브 폐쇄상태가 주어지며, 상기 밸브플러그(82)가 파일럿 압력을 제공하기 위해 상기 일차 포트(24)로부터 공급되는 상기 압력유체를 사용하므로써 상기 스프링부재(76)의 상기 탄성력을 극복하면서 상기 환형 돌출부(92)로부터 격리되었을 때 밸브 개방상태가 주어지는 것을 특징으로 하는 압력/유량 제어밸브.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 일차 포트(24)는 상기 튜브부재가 탈착가능하게 연결되는 상기 튜브조인트부(22)에 제공되며, 상기 튜브부재는 모든 방향에서 탈착가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 압력/유량 제어밸브.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 제1 연통통로는 단면이 원호상으로 되어 있고, 상기 제2 연통통로는 단면이 반원상으로 되어 있으며, 상기 제1 연통통로와 제2 연통통로는 각각 직경방향으로 소정 거리만큼 떨어져 형성되는 것을 특징으로 하는 압력/유량 제어밸브.
  4. 압력/유량 제어밸브에 있어서, 이차 포트(30) 및 제2 유량조절부(264)를 갖는 제1 밸브바디(202),
    밸브 개방/폐쇄부(238) 및 제1 유량조절부(214)를 갖는 제2 밸브바디(204),
    일차 포트(24)를 갖는 제3 밸브바디(208)를 구비하고,
    상기 밸브 개방/폐쇄부(238)는 상기 일차 포트(24)와 상기 이차 포트(30)와의 연통로를 개폐하는 것이고,
    상기 제1 유량조절부(214)는 상기 일차 포트(24)로부터 상기 이차 포트(30)쪽으로 압력유체가 유통하는 것을 저지하는 제1 체크밸브(216)를 가지며, 상기 일차 포트(216)로부터 도입된 압력유체를 소정의 유량으로 조정하는 것이고,
    상기 제2 유량조절부(264)는 상기 이차 포트(30)로부터 상기 일차 포트(24)쪽으로 압력유체가 유통하는 것을 저지하는 제2 체크밸브(266)를 가지며, 상기 제1 유량조절부(214)를 통과한 압력유체를 다시 소정의 유량으로 조정하는 것이고,
    상기 밸브 개방/폐쇄부(238)와, 제1 유량조절부 및 제2 유량조절부(214, 264)는 상기 일차 포트(24)와 이차 포트(30)와의 사이에 각각 병렬로 연통접속되도록 설치되는 것을 특징으로 압력/유량 제어밸브.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 밸브 개방/폐쇄부(238)가, 상기 메인 밸브바디(204)에 설치되는 캡부재(236), 상기 캡부재(236)의 구멍(240)을 따른 슬라이딩 변위를 위한 밸브플러그(244), 상기 밸브플러그(244)를 그 상부에 착지시키기 위한착지부(246), 및 상기 착지부(246)를 향하여 상기 밸브플러그(244)를 압압하기 위한 스프링부재(250)를 포함하고, 상기 밸브플러그(244)의 슬라이딩 이동을 위한 상기 캡부재(236)의 상기 구멍(240)이 상기 착지부(246)의 직경과 대체로 동일하게 세팅되는 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 압력/유량 제어밸브.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 일차 포트(24)는 튜브부재가 탈착가능하게 연결되는 튜브조인트부(22)에 제공되며, 상기 튜브부재는 모든 방향에서 탈착가능하게 부착되는 것을 특징으로 하는 압력/유량 제어밸브.












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