KR100400979B1 - 역지 밸브 - Google Patents

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Abstract

밸브 시트(11)와 볼(12)과 스토퍼(13)와 밸브 시트(11), 스토퍼(13)를 일체로 조합시키는 연결부재(14)를 설치한다.
연결부재(14)는 밸브 시트(11), 볼(12), 스토퍼(13)보다 연질로 형성함으로써, 정밀한 기계가공을 행하여 밸브 시트(11), 스토퍼(13)에 밀착시키기 때문에 필요한 형상으로 완성시킬 수 있으며, 밸브 시트(11), 볼(12), 스토퍼(13)를 필요충분한 경도로 하여 양호한 밀폐성과 높은 내구성을 실현할 수가 있다.

Description

역지 밸브{Check valve}
본 발명은, 고속고빈도로 작동하며, 높은 내구성을 갖는 역지 밸브에 관한 것이다.
워터 제트 룸의 위입(緯入)용의 플런저 펌프에 넣어지는 역지 밸브는, 매분 1,000회 이상의 고속고빈도로 개폐동작하는 것이 요구되어, 통상 볼의 이동에 의해서 밸브를 개폐하는 볼 밸브 형식이 채용되고 있다.
이것은, 밸브 시트와 볼의 스토퍼와의 사이에 볼을 이동 가능하게 수납하여, 밸브 시트, 스토퍼를 일체로 조합시켜 형성되어 있다. 그리고, 볼의 이동에 의해서 밸브 시트를 개폐함으로써 유체의 흐름을 한 방향으로 허용하여 역류를 저지할 수가 있다.
또한, 밸브 시트는 수지재 또는 동재에 의해서 형성되고 볼, 스토퍼는 각각 수지재, 스테인리스 강재 또는 동재에 의해서 형성되며, 양호한 밀폐성을 실현하는 것이 보통이다.
이러한 종래 기술에 의할 때에는, 수지재는 밀폐성은 양호하지만, 내구성이 뒤떨어지고, 스테인리스 강재나 동재는 수지재보다는 내구성이 우수하지만, 액밀(液密)성이 항상 충분치 못한 문제가 있었다. 볼, 밸브 시트, 스토퍼는 고속고빈도의 개폐동작에 의해서 충격이나 캐비테이션에 의한 변형이나 편마모가 생기는 것을 피할 수 없기 때문이다. 또한 이와 같이 내구성이 뒤떨어지는 재료를 사용하지 않을 수 없는 것은 밸브 시트, 스토퍼를 일체로 조합시킬 때에 양자간의 접합부를 액밀로 하기 위해서, 양자의 접합부를 정밀하게 기계가공하는 것이 필요 불가결하기 때문이다.
그래서, 본 발명의 목적은 이러한 종래 기술의 문제를 감안하여, 밸브 시트, 볼, 스토퍼를 충분하게 경질로 하여, 그것들보다 연질의 연결부재를 통해 밸브 시트, 스토퍼를 조합시킴으로써, 밸브 시트, 스토퍼간의 접합부의 수밀성을 양호하게 유지하면서, 필요한 높은 내구성을 용이하게 실현할 수 있는 역지 밸브를 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 밸브 시트와, 유체의 배압에 의해서 이 밸브 시트를 개폐하는 볼과, 유체 유로가 갖춰져 있으며 상기 볼의 이동량을 제한하는 스토퍼와, 상기 밸브 시트, 스토퍼를 일체로 조합시키는 연결부재를 갖추고 있고, 이 연결부재는, 상기 밸브 시트, 볼, 스토퍼의 경도보다도 낮은 경도로 이루어지는 부재로 구성되어 있는 것을 그 요지로 한다.
또 밸브 시트, 스토퍼는 각각 연결부재에 의해 유지하여도 좋다.
또한, 밸브 시트, 스토퍼의 한쪽과 연결부재와는 분해 가능하게 조합시킬 수가 있다.
그리고 스토퍼, 밸브 시트는, 각각 연결부재에 조합시키는 부연결부재에 의해 유지하여도 좋고, 연결부재, 부연결부재는 분해 가능하게 조합하여도 좋다.
도 1은 전체 구성 종단면 설명도
도 2는 도 1의 X 화살표시 해당도
도 3은 사용 상태 설명도
도 4는 다른 실시의 형태를 도시한 도 1의 해당도(1)
도 5는 다른 실시의 형태를 도시한 도 1의 해당도(2)
도 6은 다른 실시의 형태를 도시한 구성 설명도
도 7은 다른 실시의 형태를 도시한 도 1의 해당도(3)
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ※
L; 이동량 10; 역지 밸브
11; 밸브 시트 12; 볼
13; 스토퍼 13b; 개구부
13c; 가이드면 14; 연결부재
15; 제 2 연결부재
이러한 발명의 구성에 의할 때에는, 밸브 시트, 스토퍼를 세라믹 등의 경질재료에 의해 형성하여도 연결부재는 밸브 시트, 스토퍼보다 연질이기 때문에 정밀한 기계가공을 행하여 밸브 시트, 스토퍼와 조합시키기 위해서 필요한 형상으로 용이하게 완성할 수 있다. 즉, 밸브 시트, 볼, 스토퍼는 그것들을 필요충분하게 경질로 형성하여, 마모, 파손, 변형 등을 최소로 할 수 있다.
볼은, 예를 들면 질화규소(Si3N4)등의 세라믹에 의해 비커스 경도 Hv≥1600으로 형성하는 것이 좋고, 표면 거칠기 Ra≤0.1㎛로 하는 것이 좋다. 또한, 밸브 시트, 스토퍼는 예를 들면, 인성을 갖고 내마모성이 우수한 산화지르코늄(ZrO2)등의 세라믹에 의해서 비커스 경도 Hv=1400 정도로 형성하는 것이 좋다. 단, 볼이 밀접하는 밸브 시트의 시트면은 표면 거칠기 Ra≤0.1㎛로 하는 것이 좋다. 또한, 밸브 시트는 비커스 경도 Hv≥1400으로 하여도 좋고, 볼의 비커스 경도 이상으로 하여도 좋다. 즉 밸브 시트는, 볼의 접촉 위치가 거의 일정한 데 대해서, 볼은 유체의 흐름에 의해서 조금씩 회전하여 거의 전 표면이 균등하게 밸브 시트에 접촉하기 때문에 밸브 시트를 볼보다 고경도로 함으로써 양자의 마모를 같은 정도로 할 수 있다.
또한, 밸브 시트, 볼, 스토퍼는 각각 초경합금에 의해서 형성하여도 좋고, 또한 금속으로 형성한 후 표층만을 경화처리하여도 좋다. 그리고, 밸브 시트, 스토퍼는 표층을 경질로 하기 위해서 볼과 계합하는 부분에만 세라믹이나 초경합금을 붙여 형성하여도 좋다.
연결부재는, 예를 들면 합성수지재에 의해서 형성한다. 합성수지재는. 예를 들면 폴리아세탈, 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리이미드 등의 엔지니어링 플라스틱이 적합하다. 또한, 연결부재는 합성수지재를 대신해서 합성고무재로부터 형성하여도 좋다.
연결부재에 의해 밸브 시트를 유지하는 구성에 따르면, 밸브 시트는 볼에 의한 폐쇄시의 충격을 그 연결부재에서 흡수할 수가 있다. 한편, 연결부재에 의해 스토퍼를 유지하는 구성에 따르면, 스토퍼는 볼에 의한 개방시의 충격을 연결부재에 의해서 흡수할 수가 있다.
밸브 시트, 스토퍼의 한쪽과 연결부재를 분해 가능하게 조합시키면, 밸브 시트, 스토퍼는 연결부재를 통해 용이하게 분해할 수가 있고, 볼을 포함하는 각 구성부재의 점검, 교환을 간편하게 행할 수 있다.
제 2 연결부재에 의해 스토퍼를 유지할 때에는, 스토퍼는 제 2 연결부재를 통하여 연결부재에 의해서 유지된 밸브 시트와 조합시킬 수 있다. 또한, 제 2 연결부재에 의해 밸브 시트를 유지하면, 밸브 시트는 제 2 연결부재를 통하여 연결부재에 의해서 유지하는 스토퍼와 조합시킬 수 있다.
연결부재, 제 2 연결부재를 분해 가능하게 조합시키면, 양자를 분해함으로써 볼을 포함하는 각 구성부재를 간단하게 보수, 점검할 수가 있다.
이하, 도면을 통해서 발명의 실시의 형태를 설명한다.
도 1은 역지 밸브(10)의 종단면도이고, 도 2는 도 1의 평면도이다. 양 도면에 있어서, 역지 밸브(10)는, 밸브 시트(11), 볼(12), 스토퍼(13), 연결부재(14)를 갖추고 이루어진다. 또, 밸브 시트(11), 스토퍼(13)는 연결부재(14)를 통해 일체로 조합되어 있다.
볼(12)은 세라믹 또는 초경합금에 의해서 형성하는 구(球)체이다.
밸브 시트(11)는 세라믹 또는 초경합금에 의해서 링형으로 형성되어, 볼(12)이 밀접하는 시트면(11a)이 상면측에 형성되어 있다. 시트면(11a)은, 볼(12)과 동일 직경의 구면에 형성되어 있다. 또한 시트면(11a)은 테이퍼면에 형성하여 볼(12)에 선접촉시켜도 좋다.
연결부재(14)는 밸브 시트(11)를 유지하는 단부(유지부; 14a)를 갖고, 밸브 시트(11)의 내경과 동일 내경의 링형으로 형성되어 있다. 또, 연결부재(14)는 볼(12), 밸브 시트(11)보다 연질의 합성수지재 또는 합성고무재에 의해 형성되어 있다. 연결부재(14)에는 상면의 외주측에 감합 리브(14b)가 형성되어 있다. 단부(14a), 감합 리브(14b)는 각각 밸브 시트(11), 스토퍼(13)의 하면의 감합 리브(13e)에 밀착하도록 정밀하게 기계가공되어 있다.
이하, 각부의 구성에 관해서 자세히 설명한다. 스토퍼(13)는 세라믹 또는 초경합금에 의해서 형성되어 있다. 스토퍼(13)의 상부에는, 방사상의 칸막이부(13a, 13a…)를 끼워서 부채형의 개구부 (13b, 13b…)가 형성되어 있다. 각 칸막이부(13a)의 내면에는 볼(12)의 이동량(L)을 제한함과 동시에, 볼(12)을 밸브 시트(11)의 축방향으로 가이드하는 가이드면(13c)이 형성되어 있다. 단, 가이드면(13c, 13c…)은 이동량(L)에 상당하는 길이의 원통면을 갖고, 이 가이드면(13c, 13c)는 볼(12)의 지름과 거의 동일한 직경의 하향의 구면에 연속되고 있다. 또한, 칸막이부(13a, 13a…)가 집합하는 중앙부에는, 스토퍼(13)의 축상에 구멍(13d)이 형성되어 있다. 스토퍼(13)의 하면에는 연결부재(14)의 감합 리브(14b)의 내측에 감합하는 감합 리브(13e)가 형성되어 있다.
스토퍼(13), 연결부재(14)는 감합 리브(13e, 14b)를 통해, 분해 가능하게 일체로 조합되어 있고, 감합 리브(13e)와 스토퍼(13)와의 사이에는 환형의 간극(d)이 형성되어 있다. 이 간극(d)에 공구를 삽입하여 간극(d)을 넓히면 스토퍼(13)와 연결부재(14)를 간단하게 분해할 수가 있다.
역지 밸브(10)는 도 3에 도시하는 바와 같이 플런저부(21), 원통부(22)를 갖는 케이싱(20)의 원통부(22) 내에 상하 한쌍으로서 동방향으로 넣어져(도 1, 도 3), 워터 제트 룸의 위입용의 플런저 펌프를 구성하고 있다.
플런저부(21)는 원통부(22)의 중간부에서 분기하여 형성되어 있다. 플런저부(21)에는 도시하지 않은 구동원을 통해 전후로 움직이는 플런저(21a)가 삽입되어 있다.
흡입측(도 3의 하측)의 역지 밸브(10)는 원통부(22)에 나사결합하는 누름부재(23)를 통해서 원통부(22)의 환상 단부(22a)에 고정되어 있다. 누름부재(23)의 상단 외주의 면취입부(23a)에는, 연결부재(14)와의 사이에 밀봉 부재(24)가 개재되어 있다. 또한, 누름부재(23)에는 도시하지 않은 유체 공급원에 접속하는 관(23b)이 접속되어 있다.
한편, 토출측(동 도면의 상측)의 역지 밸브(10)는 원통부(22)에 나합하는 누름부재(25)를 통해 환상 단부(22b)에 고정되어 있다. 누름부재(25)의 하단 외주의 면취입부(25a)에는 스토퍼(13)와의 사이에 밀봉 부재(26)가 개재되어 있다. 또한, 누름부재(25)에는 유체를 토출시키는 관(25b)이 접속되어 있다. 누름부재(25)에는, 스토퍼(13)의 개구부(13b), 관(25b)의 내경에 적합한 깔때기형의 리듀서부(25c)가 형성되어 있다. 또한, 누름부재(23, 25)의 각 나사결합 부분에는 도시하지 않은 밀봉재를 장착하여도 좋다.
이렇게 하여 구성된 플런저 펌프(P)는 플런저(21a)가 도 3의 실선의 위치에서 2점 쇄선의 위치까지 후퇴할 때, 플런저(21a)의 유효면적 S, 이동거리 a로서, 흡입측의 역지 밸브(10)를 통해 체적 V = aS 상당의 유체를 원통부(22) 내에 흡인할 수가 있다(동 도면의 화살표 K1 방향). 또한, 플런저(21a)가 역방향으로 전진할 때, 토출측의 역지 밸브(10)을 통해서 동 체적 V의 유체를 원통부(22)로부터 배출시키는 것이 가능하다(동 도면의 화살표 K2 방향). 이때, 흡입동작으로서는 토출측의 역지 밸브(10)는 볼(12)이 밸브 시트(11)를 닫아 유체의 역류를 저지하며, 배출동작으로서는, 흡입측의 역류 밸브(10)는 동일한 방식으로 유체의 역류를 저지한다.
또한, 플런저 펌프(P)는 흡입측을 밑으로 하고 토출측을 위로 함으로써, 플런저(21a)가 정지하고 있을 때, 중력에 의해서 흡입측, 토출측의 각 역지 밸브(10)의 볼(12)이 밸브 시트(11)를 폐쇄하도록 되어 있다. 또한, 밀폐부재(24, 26)는 케이싱(20) 내에 장치된 각 역지 밸브(10)를 수밀구조로 하여 케이싱(20)으로부터의 유체의 누출을 방지한다.
도 4는 본 발명 역지 밸브의 다른 실시 형태를 도시한 것이다. 동 도면에 도시되는 구조로서는, 연결부재(140)는 밸브 시트(110)를 유지하는 대신에 스토퍼(130)를 유지하도록 하고 있다.
연결부재(140)는 그 내면(유지부; 140c)을 정밀하게 기계가공함으로써 스토퍼(130)를 압입하여 유지하도록 되어 있다. 또, 스토퍼(130), 연결부재(140)는 연결부재(140)측의 감합 리브(140b), 밸브 시트(110)측의 감합 리브(110c)를 통해서 밸브 시트(110)에 대하여 분해 가능하게 일체로 조합되어 있다.
또한, 밸브 시트(110)는 도 5에 도시하는 바와 같이 연결부재(141)로 유지하고, 스토퍼(130)는 제 2 연결부재(15)에 의해 유지하여도 좋다.
제 2 연결부재(15)는 연결부재(141)와 동종의 재료에 의해 형성되어 있다. 스토퍼(130), 제 2 연결부재(15)는, 제 2 연결부재(15)의 감합 리브(15a), 연결부재(141)의 감합 리브(141b)를 통해서 연결부재(141), 밸브 시트(111)에 대하여 분해 가능하게 일체로 조합되어 있다. 또, 제 2 연결부재(15)는, 연결부재(141)와 다른 재료에 의해 형성하며, 연결부재(141)보다 연질로 하며, 또는 경질로 하여도 좋다. 또한, 연결부재(141), 제 2 연결부재(15)의 상하 관계를 역으로 하고, 밸브 시트(111)는 제 2 연결부재(15)에 의해 유지하며, 스토퍼(130)는 연결부재(141)에 의해 유지하여도 좋다.
또한, 스토퍼의 칸막이부(a, a…)는 도 6(A)에 도시한 종단면도, 도 6(B)의 화살표 Y로 도시하는 바와 같이, 개구부(131b)를 구획하는 것과 같은 구성으로 하지 않고 개구부(131b)의 지름방향으로 돌출되게 고정하여도 좋다.
이 경우, 개구부(131b)는 유효개구면적을 크게 하고, 유체의 유로 저항을 작게 할 수가 있다.
더욱이 도 7에 도시하는 바와 같이, 밸브 시트(112)와 스토퍼(132)는, 스토퍼(132)의 감합 리브(132e)와 밸브 시트(112)의 감합 리브(11c)의 사이에 링형의 연결부재(142)를 개재함으로써, 분해 가능하게 일체로 조합시킬 수도 있다. 단, 감합 리브(132e)의 높이는 연결부재(142)의 높이보다 낮게 형성되어 있고, 밸브 시트(112), 스토퍼(132)의 사이에는, 간극(d)이 형성되는 것으로 한다.
이상의 설명에 있어서, 밸브 시트를 연결부재 또는 제 2 연결부재로 유지할때(도 1, 도 5 및 도 6참조), 밸브 시트를 연결부재 또는 제 2 연결부재에 접착하여도 좋고, 연결부재 또는 제 2 연결부재에 인서트 성형하여도 좋다. 또한, 스트퍼를 연결부재 또는 제 2 연결부재로 유지할 때(도 4, 도 5 참조), 스토퍼를 연결부재 또는 제 2 연결부재에 접착하여도 좋고, 또는 연결부재 또는 제 2 연결부재에 인서트 성형하여도 좋다.
또한 본 발명은, 워터 제트 룸의 위입용의 플런저 펌프에 적용하는 이외에, 다른 임의의 용도의 유체의 제어용에 적용할 수가 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 밸브 시트, 스토퍼를 일체로 조합시키는 연결부재를 설치하고, 연결부재는 밸브 시트, 볼, 스토퍼보다 연질로 형성함으로써, 정밀한 기계가공을 행하여 밸브 시트, 스토퍼와 조합시키기 위해서 필요한 형상으로 완성시킬 수가 있으므로 밸브 시트, 볼, 스토퍼는 필요충분한 경도의 재료를 사용하여 양호한 밀폐성을 장기간에 걸쳐 유지할 수가 있고, 고속고빈도로 작동시키더라도 높은 내구성을 용이하게 실현할 수 있는 우수한 효과가 있다.또한, 연결부재는 그것에 접하는 밸브 시트, 스토퍼 또는 부연결부재에 대하여 분해가능하게 조합시킴으로써, 양호한 보수성(保守性)을 더불어 실현할 수가 있다.

Claims (8)

  1. 밸브 시트와, 유체의 배압에 의해서 해당 밸브 시트를 개폐하는 볼과, 유체 유로가 갖추어져 있고 상기 볼의 이동량을 제한하는 스토퍼와, 상기 밸브 시트, 스토퍼를 일체로 조합시키는 연결부재를 갖추고 있으며, 상기 밸브 시트에는 상기 볼이 밀접하는 시트 면이 형성되어 있고, 상기 연결부재는 상기 밸브 시트, 볼, 스토퍼의 경도보다도 낮은 경도로 이루어지는 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 역지 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밸브 시트는, 상기 연결부재에 형성된 유지부를 통해 밸브 케이싱에 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 역지 밸브.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼는, 상기 연결부재에 형성된 유지부를 통해 밸브 케이싱에 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 역지 밸브.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 스토퍼 및 상기 밸브 시트는 늘리거나 조일 수 있는 누름 부재에 의해서 밸브 케이싱 내에 고정되어 있는 역지 밸브
  5. 제 1 항 내지 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 밸브 시트, 스토퍼의 한 쪽과 상기 연결부재와는 분해가능하게 조합되어 있는 것을 특징으로 하는 역지 밸브.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 밸브 시트가, 상기 연결부재에 조합되는 제 2 연결부재에 의해 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 역지 밸브.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 스토퍼가, 상기 연결부재에 조합되는 제 2 연결부재에 의해 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 역지 밸브.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서, 상기 연결부재와 상기 제 2 연결부재는 분해가능하게 조합되어 있는 것을 특징으로 하는 역지 밸브.
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