KR100751289B1 - 압전식 유체 제어 밸브 - Google Patents

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윤석진
강종윤
이경우
소형종
김홍희
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한국과학기술연구원
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Abstract

본 발명은 유량과 유체의 방향을 제어하고 기계적 피드백 기능을 가지는 압전식 유체 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 유체입구와 유체출구와 유체입구와 유체출구 사이에 형성된 밸브시트를 가지는 유로를 구비하는 밸브몸체와; 유로를 가로질러 이동하도록 유로 내에 수용되고, 밸브시트에 결합하는 몸체부와, 몸체부에서 연장되는 제1 연장부와, 일단이 유체입구 쪽으로 개방되고 타단이 제1 연장부의 말단에 개방되는 파이로트부와, 파이로트부에 연통하여 상기 제1 연장부의 말단에 형성되는 주노즐을 구비하는 포펫과; 제1 연장부의 말단이 내부로 돌출하도록 밸브몸체에 형성되고, 밸브몸체의 외부로 통하는 출구노즐을 가지는 제어실과; 제어실 내에 위치하고 주노즐을 개폐하기 위한 압전액추에이터와; 포펫을 제어실 쪽으로 가압하기 위한 스프링을 포함하는 압전식 유체 제어 밸브를 제공한다.
유체 제어, 포펫, 제어실, 큐션실, 압전액추에이터, 체크밸브

Description

압전식 유체 제어 밸브{Valve for controlling fluid comprising piezoelectric actuator}
도 1은 종래기술의 나사조절식 압전밸브의 단면도이다.
도 2는 종래기술의 스풀조절식 압전밸브의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전식 유체 제어 밸브의 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 압전식 유체 제어 밸브의 동작 상태를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전식 유체 제어 밸브의 단면도이다.
도 6a는 볼식 체크밸브의 단면도이다.
도 6b는 포펫식 체크밸브의 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 압전식 유체 제어 밸브 110 : 밸브몸체
111a : 유체입구 111b : 유체출구
111c : 밸브시트 112 : 제어실
113 : 큐션실 113a : 스프링
114 : 큐션유로 120 : 포펫
121 : 포펫몸체 122 : 제1 연장부
123 : 제2 연장부 124 : 파이로트부
125 : 주노즐 130 : 압전액추에이터
본 발명은 유체 제어 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 유량과 유체의 방향을 제어하고 기계적 피드백 기능을 가지는 압전식 유체 제어 밸브에 관한 것이다.
관로 내에서 유량과 유동 방향을 제어하기 위한 밸브로서, 밸브를 구동하기 위해 솔레노이드 액추에이터를 채용한 솔레노이드 액추에이터형 밸브가 사용되고 있다. 그러나, 솔레노이드 액추에이터형 밸브의 솔레노이드 액추에이터는 온도변화에 따라 흡인력이 변화하고 에너지 손실과 부피가 크며 전기적 스파크 현상과 마모로 인한 액추에이터의 열화 가능성 등의 문제로 인해 점차 압전액추에이터로 대체되고 있다.
도 1 및 도 2는 종래기술의 압전식 유체 제어 밸브의 단면도이다.
도 1에 도시한 밸브(10)에서는, 유체는 입구(12)에서 들어와 주노즐(12a)을 지나 출구(13)로 유동한다. 압전액추에이터(14)에 전압이 인가되면 압전액추에이터(14)가 변위를 일으켜 주노즐(12a)을 폐쇄하므로, 유체의 출구(13)에의 유동이 차단되어 유체의 흐름방향이 제어된다. 압전액추에이터(14)에 전압 인가가 중단되면 압전액추에이터(14)가 원위치로 복귀하므로, 유체는 주노즐(12a)을 지나 다시 출구(13)로 흐를 수 있게 되어 밸브로서의 기능이 수행된다.
입구(12)에서 입력되는 유체의 압력으로 인해 압전액추에이터(14)가 탄성변형하지 않게 또한 사용자가 원하는 유량을 얻기 위해 나사(15)가 채용되어 있으며, 나사(15)는 액추에이터(14)에 접촉하도록 배치되어 있다. 압전액추에이터(14)의 최대변위 설정이 나사(15)에 의해 한정된다. 그러나, 도 1에 도시된 밸브(10)에서는, 나사(15)가 직접 압전액추에이터(14)의 압전부재(14a)에 접촉하므로, 압전엑추에이터(14)의 지속적인 운동에 의해 압전엑추에이터의 나사(15)와 접촉하는 부분이 긁히거나 파손되는 문제점이 있다.
도 2에 도시된 밸브(20)는, 상술한 나사에 의한 압전엑추에이터의 파손 문제를 해결하기 위해, 큐션 기능이 가능한 스풀(26)을 개재시켜 유체의 흐름 방향 혹은 유량을 제어한다. 도 2를 참조하면, 스풀(26) 하부에 스프링(27)이 설치되며 스풀(26) 변위의 조절은 나사(25)에 의해서 이루어진다. 스풀(26)의 변위에 따라서 초기의 압전액추에이터(24)와 스풀(26)의 위치 또는 압전엑추에이터(24)의 최대 변위가 결정된다. 압전액추에이터(24)의 계속적인 반복 동작 도중 스프링(27)이 큐션기능을 제공하여 부드러우면서 장수명인 밸브(20)가 제공될 수 있다.
그러나, 상술한 종래기술의 압전식 밸브는 압전액추에이터의 변위 특성만을 이용하여 유체의 방향 또는 유량을 제어하므로, 극소량의 유체를 제어할 뿐 대유량의 유체의 제어가 불가능하며 유량의 제어 범위가 또한 매우 제한적이라는 문제점이 있다. 또한, 상술한 종래기술의 압전식 밸브는 기계적 피드백 기능을 가지지 않고 압전액추에이터의 선형적 특성과 히스테리시스 특성만을 이용하므로, 유체에 대한 비례 제어 특성이 얻어지지 않는다는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 압전액추에이터의 동작에 의해 이동될 수 있는 포펫을 사용해 유체의 방향을 제어하는 압전식 유체 제어 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 포펫에 형성되는 파이로트를 통해 전달되는 압력에 의해 유량을 비례적으로 제어하는 압전식 유체 제어 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 기계적 피드백 기능을 가져 대유량 제어와 히스테리시스가 우수한 압전식 유체 제어 밸브를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 간단한 구조를 가지며 응답성이 향상되고 위험한 환경에서 사용될 수 있는 압전식 유체 제어 밸브를 제공하는 것이다.
위와 같은 목적 및 그 밖의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 압전식 유체 제어 밸브는, 유체입구와 유체출구와 유체입구와 유체출구 사이에 형성된 밸브시트를 가지는 유로를 구비하는 밸브몸체와; 유로를 가로질러 이동하도록 유로 내에 수용되고, 밸브시트에 결합하는 몸체부와, 몸체부에서 연장되는 제1 연장부와, 일단이 유체입구 쪽으로 개방되고 타단이 제1 연장부의 말단에 개방되는 파이로트부와, 파이로트부에 연통하여 상기 제1 연장부의 말단에 형성되는 주노즐을 구비하는 포펫과; 제1 연장부의 말단이 내부로 돌출하도록 밸브몸체에 형성되고, 밸브몸체의 외부로 통하는 출구노즐을 가지는 제어실과; 제어실 내에 위치하고 주노 즐을 개폐하기 위한 압전액추에이터와; 포펫을 제어실 쪽으로 가압하기 위한 스프링을 포함한다.
압전액추에이터는 전압이 인가되지 않을 때 주노즐을 폐쇄하도록 제어실 내에 위치된다. 압전액추에이터는 바이모프 압전액추에이터 또는 적층형 압전벤더로 구성된다.
또한, 포펫은 제1 연장부에 대향하게 몸체부에서 연장되는 제2 연장부를 더 구비하고, 밸브는 밸브몸체에 제2 연장부가 끼워지도록 형성된 큐션실과 유체출구와 큐션실을 연통시키기 위한 큐션유로를 더 포함하며, 스프링은 큐션실 내에 배치된다.
또한, 유체 제어 밸브는 유체출구에서 제어실로의 유동을 허용하는 체크밸브를 더 포함한다. 체크밸브는 유체출구로 통하는 입구유로와 제어실의 압력에 의해 입구유로를 폐색하는 볼 또는 포펫을 구비한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압전식 유체 제어 밸브에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전식 유체 제어 밸브의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 압전식 유체 제어 밸브(100)는, 일단에 유체입구(111a)와 타단에 유체출구(111b)가 형성된 유로(111)를 가지는 밸브몸체(110)와, 밸브몸체(110) 내에 위치하고 유로(111)의 대해서 수직방향으로 이동 가능하며, 유체입구(111a)에서 유체출구(111b)로의 유체의 유동을 허용하거나 막는 포펫(120)을 포함한다.
유로(111)는 2회 절곡되어 이루어지고, 포펫(120)은 유로(111)의 절곡된 부분에 위치한다. 유로(111)는 포펫(120)이 위치하는 부분에 포펫(120)이 결합하는 밸브시트(111c)를 구비한다.
포펫(120)은 밸브시트(111c)에 결합되거나 분리되어 유체출구(111b)로의 유체의 유동을 허용하거나 막는다. 포펫(120)은 포펫몸체(121)와, 포펫몸체(121)에서 수직으로 유체출구(111b) 쪽으로 연장된 제1 연장부(122)와, 제1 연장부(122)와 대향된 방향으로 포펫몸체(121)로부터 연장된 제2 연장부(123)를 포함한다.
포펫몸체(121)는 밸브시트(111c)를 폐색하도록 구성되어 있다. 상세하게는, 포펫몸체(121)는 밸브시트(111c)에 결합 및 분리하는 전면부(121a)와 전면부(121a)와 대향하는 후면부(121b)를 가진다. 전면부(121a)와 후면부(121b)는 대략 원뿔대 형상으로 이루어져 있고, 단면형상이 마름모꼴이 되도록 서로 결합되어 포펫몸체(121)를 구성한다. 변형예로서, 후면부(121b)는 원판의 형태로 이루어질 수 있다.
포펫몸체(121)는 제1 및 제2 연장부(122, 123)에 의해 유로(111)의 연장방향에 수직한 방향으로 이동 가능하다. 이를 위해, 밸브몸체(110)는 제1 연장부(122)의 연장방향에 형성된 제어실(112)과, 제2 연장부(123)의 연장방향에 형성된 큐션실(113)을 구비한다.
포펫의 제1 연장부(122)의 말단부는 유로(111)를 형성하는 벽을 관통해 제어실(112) 내부로 연장되어 있다. 큐션실(113)은 밸브몸체(110)의 외부에서 유로(111)까지 관통된 보어의 형태이다. 포펫의 제2 연장부(123)는 큐션실(113)에 기밀하게 끼워져 있다. 큐션실(113) 내에서 제2 연장부(123)의 말단부는 스프링(113a)에 의해 가압된다. 스프링(113a)은 밸브몸체(111)의 외부에서 큐션실(113)을 형성하는 보어에 결합되는 고정구(113b)와 제2 연장부(123)의 말단부 사이에 약간 압축되어 설치된다. 고정구(113b)는 큐션실(113)을 형성하는 보어에 기밀 또는 액밀적으로 결합되는 나사의 형태가 될 수 있다. 스프링(113a)의 탄성력에 의해 포펫(120)은 유체출구(111b)와 제어실(112) 쪽으로 가압된다.
포펫몸체(121)는 유로(111)를 따라서 관통되고 유체입구(111a) 측의 유체의 압력을 안내하기 위한 파이로트부(124)를 가진다. 파이로트부(124)는 전면부(121a)와 후면부(121b) 사이에서 유로(111)를 따르는 방향으로 형성된 제1 파이로트부(124a)와, 제1 파이로트부(124a)의 중간 부분에서 제1 연장부(122)를 관통해 제1 연장부(122)의 단부까지 형성된 제2 파이로트부(124b)를 구비한다.
제어실(112) 내로 돌출한 제1 연장부(122)의 말단부에 개방된 제2 파이로트부(124b)의 단부가 주노즐(125)을 형성한다. 제어실(112)에는 제어실(112)의 내부와 밸브몸체(110)의 외부를 통하게 하고 주노즐(125)과 대향하게 위치하는 출구노즐(112a)이 형성되어 있다.
제어실(112) 내에 주노즐(125)을 개폐하는 압전액추에이터(130)가 배치된다. 압전액추에이터(130)는 주노즐(125)을 폐쇄하여 밸브시트(111c)를 통한 유동을 방지하도록, 또한 주노즐(125)을 개방하여 밸브시트(111c)를 통한 유동을 허용하도록 작용한다. 도 3에 도시되고 본 실시예에 적용된 압전액추에이터(130)는 제어실(112) 내벽에 일단이 고정되고 타단이 자유단으로 되어, 휘어지거나 구부러지면 서 주노즐(125)과 출구노즐(112a)을 개폐한다.
본 실시예에서의 압전액추에이터(130)는 전압이 인가되면 액추에이팅이 일어나도록 구성되며, 바람직하게는 바이모프형 압전액추에이터 또는 적층형 압전벤더로 구성된다. 압전액추에이터(130)는 전압이 인가되지 않는 경우 도 3에 도시된 바와 같이 주노즐(125)을 폐쇄하도록 유지된다. 압전액추에이터(130)에 전압이 인가되면 압전작용에 의해 액추에이팅이 발생하여, 압전액추에이터(130)는 주노즐(125)을 개방한다. 이 경우, 압전액추에이터(130)의 변위 정도는 압전액추에이터(130)에 인가되는 전압에 비례하므로, 압전액추에이터(130)가 주노즐(125)을 개방하는 정도가 또한 압전액추에이터(130)에 인가되는 전압에 비례하게 된다. 본 발명에 적용되는 압전액추에이터(130)가 상기한 바에 한정되는 것은 아니며, 박막의 형태로 주노즐(125)과 출구노즐(112a)을 개폐하도록 제어실(112) 내에 배치될 수도 있다.
밸브몸체(110)는 유체출구(111b)의 압력을 큐션실(113)로 전달하기 위한 큐션유로(114)를 더 가진다. 큐션유로(114)의 일단은 유체출구(111b) 측에 개방되어 있고, 타단은 큐션실(113) 측에 개방되어 있다.
도 3에 도시한 유체 제어 밸브(100)는 유로(111)가 폐쇄되어 유체의 흐름이 발생하지 않는 상태를 나타낸다. 상세하게는, 유체입구(111a) 측에 압력을 가진 유체가 대기하고 있고 압전액추에이터(130)가 주노즐(125)을 폐쇄하고 있는 상황에서는, 제어실(112)의 유체는 출구노즐(112a)을 통해 대기중으로 방출되기 때문에 제어실(112)은 대기압 상태로 되며, 포펫(120)은 스프링(113a)의 탄성력과 포 펫(120)의 후면부(121b)와 전면부(121a) 사이의 압력차에 의한 힘의 불균형으로 인하여 항상 밸브시트(113)와 맞닿아 있게 된다.
도 3에서, 유체입구(111a)의 압력을 Ps, 유체출구(111b)의 압력을 Po, 큐션실(113)의 압력을 Pd, 스프링(113a)의 상수를 Ks, 스프링(113a)의 변위를 xs, 제어실(112)의 압력을 Pc, 포펫(120)의 후면부(121b)의 면적을 Ar, 포펫(120)의 전면부(121a)의 면적을 Af, 포펫(120)의 큐션실(113) 쪽의 큐션실 수압부(123a)의 면적을 Ad, 제어실(112)에 있는 제어실 수압부(122a)의 면적을 Ac라고 한다.
포펫(120)의 후면부(121b)에서 전면부(121a) 쪽으로 향하는 힘은, 스프링에 의한 Ks × xs의 힘과, 큐션실 수압부(123a)에 걸리는 Pd × Ad의 힘과, 후면부(121b)에 걸리는 Ps × Ar의 힘으로 구성된다. 또한, 전면부(121a)에서 후면부(121b) 쪽으로 향하는 힘은 전면부(121a)에 걸리는 Ps × Af의 힘과, 제어실 수압부(122a)에 걸리는 Pc × Ac의 힘으로 구성된다.
따라서, 도 3에 도시된 상태에서는 다음의 수학식 1이 성립한다.
(Ks × xs + Pd × Ad + Ps × Ar) > (Ps × Af + Pc × Ac)
위 수학식 1의 좌항은 전면부(121a)와 후면부(121b)를 경계로 후면부(121b)에서 전면부(121a) 쪽을 향하는 힘의 합이며, 우항은 전면부(121a)에서 후면 부(121b) 쪽으로의 힘의 합이다. 도 3에 도시된 상황에서는, 후면부(121b)에서 전면부(121a) 쪽을 향하는 힘이 더 크므로, 포펫(120)의 전면부(121a)가 밸브시트(111c)에 결합하여, 유체입구(111a) 쪽의 유체는 유체출구(111b) 쪽으로 흐르지 못한다.
압전액추에이터(130)에 전원이 인가되면 압전액추에이터(130)에 변위가 발생한다. 위에서 설명한 바와 같이, 바이모프 또는 압전벤터형의 압전액추에이터(130)는 전위가 인가되면, 고정된 일단에 대하여 자유단인 타단이 휘거나 구부러지게 된다. 따라서, 압전액추에이터(130)에 전원이 인가되면, 압전액추에이터(130)가 변위되어, 압전액추에이터(130)는 폐쇄하고 있는 주노즐(125)을 개방하게 된다. 그러면, 제어실(112)에 파이로트부(124)를 통해 유체입구(111a)로부터 압력을 가진 유체가 유입된다.
제어실(112) 내로 유입된 유체의 압력에 의해 Pc × Ac의 힘이 커지므로, 위 수학식 1의 우항의 값이 커져, 전면부(121a)에서 후면부(121b)로 향하는 힘이 후면부(121b)에서 전면부(121a)로 향하는 힘을 초과하면, 포펫(120)이 도 3의 좌측 방향으로 밀려나게 되고, 그에 따라 전면부(121a)와 밸브시트(111c) 사이에 틈이 생겨 유체입구(111a)에서 유체출구(111b) 쪽으로 유체의 흐름이 발생된다. 이러한 관계는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
(Ks × xs + Pd × Ad + Ps × Ar) < (Ps × Af + Pc × Ac)
도 4 유체 제어 밸브(100)의 동작 상태를 나타낸 단면도로서, 압전액추에이터(130)가 최대로 변위되어 출구노즐(112a)이 폐쇄된 상황을 나타낸다. 도 4에 도시된 유체 제어 밸브(100)의 상태에서는 압전액추에이터(130)가 출구노즐(112a)을 폐쇄하고 있기 때문에, 제어실(112) 내에 유체입구(111a)의 압력(Ps)과 동일한 압력이 생성되어 Ps = Pc의 관계가 성립된다.
압전액추에이터(130)에 전압 인가가 중지되면, 압전액추에이터(130)는 초기위치(도 3에 도시된 바와 같이, 주노즐(125)을 폐쇄하는 위치)로 복귀한다. 그러면, 제어실(112) 내의 유체가 출구노즐(112a)을 통해 방출되면서 제어실(112) 내의 압력이 감소하며, 포펫(120)은 스프링(113a)의 가압력에 의해 도면의 우측으로 이동되고, 전면부(121a)가 밸브시트(111c)를 폐색하여 유체입구(111a)에서 유체출구(111b)의 유체의 흐름이 차단된다.
수학식 2로부터, 제어실(112)의 압력(Pc)이 비례적으로 제어되면, 포펫(120)의 변위는 압력(Pc)에 비례하게 일어나므로, 유체입구(111a)에서 유체출구(111b)로의 유량의 흐름이 비례적으로 얻어질 수 있다. 제어실(112) 압력(Pc)의 제어는 주노즐(125)과 출구노즐(112a)을 통하여 흐르는 유량을 적절히 조절하여 달성될 수 있다.
압전액추에이터(130)에 인가되는 전압의 크기를 조절하게 되면, 압전액추에이터(130)는 인가 전압에 비례하는 변위를 발생시킨다. 인가 전압이 클수록, 압전 액추에이터(130)의 변위가 크며, 주노즐(125)의 개방 정도가 커진다. 따라서, 인가 전압에 비례하게 제어실(112)로의 유량이 커져, 포펫(120)의 변위가 커진다. 결국, 인가 전압에 비례하게 포펫(120)이 변위하므로, 인가 전압에 비례하는 유량이 유체출구(111b) 측에 실현된다. 또한, 고압의 유체가 제어실(112) 내로 들어오면 그만큼 포펫(120)이 더 변위될 것이므로, 유체입구(111a)의 유체의 압력에 비례하는 유체의 흐름이 달성될 수 있다.
유체출구(111b)와 큐션실(113)를 서로 연결하는 큐션유로(114)에 의해, 유체출구(111b) 쪽의 압력(Po)은 피드백되어 큐션실(113) 내부의 압력(Pd)을 형성한다. 따라서, Pd × Ad에 해당하는 힘이 발생되고, 이 힘은 포펫(120)에 작용한다. 그러므로, 유체출구(111b) 측의 부하변동이나 온도변화에 의한 교란이 발생하면, 교란은 큐션유로(114)를 통해 큐션실(112)로 전달되어, 유체출구(111a) 측의 교란에 의해 전면부(121a)에 작용하는 힘과 큐션실(112)에 작용하는 힘이 상쇄될 수 있다. 따라서, 유체출구(111b) 측의 교란의 경우에도, 압전액추에이터(130)에 인가되는 입력전압에 비례하는 유량이 유체출구(111b) 측에 실현된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압전식 유체 제어 밸브의 단면도이다.
본 실시예의 압전식 유체 제어 밸브(200)는 제1 실시예의 밸브(100)의 구성에 더하여 유체출구의 압력을 대기압 이하로 만들기 위한 체크밸브(240)를 더 구비한다. 제1 실시예의 밸브(100)와 비교하여 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 설명은 생략한다.
압전액추에이터(130)에 전압이 인가되지 않을 경우 유체출구(111b)의 압력(Po)을 대기압 이하로 만들기 위해, 유체출구(111b)의 압력(Po)이 체크밸브(240)를 통하여 방출된다. 따라서, 압전액추에이터(130)에 입력전압이 없는 경우 유체출구(111b)의 압력(Po)은 대기압 이하로 된다. 본 실시예에 따른 유체 제어 밸브(200)는, 체크밸브(240)가 유체출구(111b) 쪽에 설치되는 다른 액추에이터 측에서 압력(Po)이 공급되면 동작하여, 압전액추에이터(130)에 입력전압이 인가되지 않는 경우 자동으로 압력(Po)을 대기압 이하로 떨어뜨림으로써, 유체출구(111b) 쪽에 설치되는 다른 액추에이터의 부하를 경감시켜 시스템 안정화에 유용하다.
도 6a 및 도 6b는 도 5에 도시한 체크밸브(240)의 구체적인 예를 나타낸 단면도이다. 제어실(112)의 압력(Pc)과 유체출구(111b)의 압력(Po)의 상호작용에 의해서 개폐되는 체크밸브로서, 도 6a는 볼식 체크밸브를 도시하고, 도 6b는 포펫식 체크밸브를 도시한다.
도 6a를 참조하면, 볼식 체크밸브(241)는 유체출구(111b)로 통하는 입구유로(241b)와, 제어실(112)에 통하는 조작유로(241c)와, 조작유로(241c) 부근에 형성된 드레인유로(241d)와, 입구유로(241b)와 조작유로(242c) 사이에 놓이는 볼(241a)을 포함한다.
체크밸브(241)의 입구유로(241b)를 통하여 압력(Po)이 전달되면, 볼(241a)이 도면의 우측 방향으로 이동되어 체크밸브(241)의 조작유로(241c)를 폐쇄한다. 그 러면, 체크밸브(241)의 드레인유로(241c)를 통하여 유체가 흐르게 된다.
이와는 반대로, 제어실(112) 내에 압력이 발생하여 유체가 체크밸브(241)의 조작유로(241c)와 드레인유로(241d)를 통하여 흐르게 되면, 유체가 볼(241a)을 도면의 좌측 방향으로 이동시켜 볼(241a)이 체크밸브(241)의 입구유로(241b)를 폐쇄하게 된다.
결국, 체크밸브(241)의 개방은 유체출구(111a)의 압력에 의해서 이루어지고, 폐쇄는 제어실(112) 내의 압력에 의해서 이루어진다.
도 6b에 나타낸 체크밸브(242)는 도 6a의 체크(241)밸브와 동일한 작동을 수행하는 구조이며, 내부에 볼대신 포펫(242a)을 구비한다. 포펫(242a)의 몸체는 조작유로(242c) 내에 끼워져 있고, 포펫(242a)의 머리는 입구유로(242b)를 막으면서 드레인 유로(242d)를 통해 들어오는 유체의 압력을 받을 수 있도록 원뿔형으로 형성되어 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 압전식 유체 제어 밸브는 다음과 같은 효과를 가진다.
첫 째, 종래기술의 솔레노이드 액추에이터를 사용하는 밸브에 비해 단순한 구조를 가지는 유체 제어 밸브가 제공된다.
둘 째, 압전액추에이터의 구조와 적층형태 및 주노즐의 크기를 변경함으로써, 소형과 대형의 유체 제어 밸브가 용이하게 제작될 수 있다.
셋 째, 온도변화에 따라서 특성변화가 없기 때문에, 정밀한 유체기계 제어분 야에 적용될 수 있다.
넷 째, 종래기술의 나사방식이나 스풀방식에 의해 구동되는 압전밸브에 비해 마찰에 의한 열화특성이 발생하지 않기 때문에, 장수명 사용이 가능한 유체 제어 밸브가 제공된다.
다섯 째, 파이로트부의 압력을 적절히 이용하면 정밀한 비례특성이 얻어질 수 있으므로, 산업기계 비례제어 분야에 매우 유용한 유체 제어 밸브가 제공된다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 유체입구와 유체출구와 상기 유체입구와 유체출구 사이에 형성된 밸브시트를 가지는 유로를 구비하는 밸브몸체와;
    상기 유로를 가로질러 이동하도록 상기 유로 내에 수용되고, 상기 밸브시트에 결합하는 몸체부와, 상기 몸체부에서 연장되는 제1 연장부와, 일단이 상기 유체입구 쪽으로 개방되고 타단이 상기 제1 연장부의 말단에 개방되는 파이로트부와, 상기 파이로트부에 연통하여 상기 제1 연장부의 말단에 형성되는 주노즐을 구비하는 포펫과;
    상기 제1 연장부의 말단이 내부로 돌출하도록 상기 밸브몸체에 형성되고, 상기 밸브몸체의 외부로 통하는 출구노즐을 가지는 제어실과;
    상기 제어실 내에 위치하고 상기 주노즐을 개폐하기 위한 압전액추에이터와;
    상기 포펫을 상기 제어실 쪽으로 가압하기 위한 스프링
    을 포함하는 유체 제어 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압전액추에이터는 전압이 인가되지 않을 때 상기 주노즐을 폐쇄하도록 상기 제어실 내에 위치된 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  3. 제2항에 있어서, 상기 압전액추에이터가 바이모프 압전액추에이터인 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  4. 제2항에 있어서, 상기 압전액추에이터가 적층형 압전벤더인 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 포펫은 상기 제1 연장부에 대향하게 상기 몸체부에서 연장되는 제2 연장부를 더 구비하고,
    상기 밸브는 상기 제2 연장부가 끼워지도록 상기 밸브몸체에 형성된 큐션실과, 상기 유체출구와 상기 큐션실을 연통시키기 위한 큐션유로를 더 포함하며,
    상기 스프링은 상기 큐션실 내에 배치된 것을 특징으로 하는
    유체 제어 밸브.
  6. 제1항에 있어서, 상기 유체출구에서 상기 제어실로의 유동을 허용하는 체크밸브를 더 포함하는 유체 제어 밸브.
  7. 제6항에 있어서, 상기 체크밸브는 상기 유체출구로 통하는 입구유로와 상기 제어실의 압력에 의해 상기 입구유로를 폐색하는 볼을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  8. 제6항에 있어서, 상기 상기 체크밸브는 상기 유체출구로 통하는 입구유로와 상기 제어실의 압력에 의해 상기 입구유로를 폐색하는 포펫을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
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