KR100928035B1 - 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마그네틱 코일을 이용한 에어 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 몸체 상단에 설치된 마그네틱 코일이 순간적으로 통전되면 코일내부의 플런져가 하방으로 움직이면서 유로를 형성하여 밸브 몸체 안으로 들어와 있던 압축공기가 에어유동로를 경유하여 좌우측 피스톤의 중공으로 유입되어 양 피스톤이 실린더 중앙부를 향하여 이동하기 시작할 때, 실린더 내부에 형성되는 좌/우측 챔버 중 이미 에어가 채워진 챔버와 에어가 채워지지 않은 챔버의 압력차에 의해 어느 한쪽의 피스톤이 다른 쪽 피스톤보다 더 빨리 이동하게 되면서 실린더를 우방향 또는 좌방향으로 이동시키는 절환 작동을 하고, 상기 절환 작동에 따라서 압축공기가 좌측 또는 우측 배출구를 통하여 배출되는 구성을 특징으로 하는 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브에 관한 것이다.

에어 밸브, 마그네틱, 솔레노이드, 순간 통전, 실린더, 피스톤

Description

마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브{Moment Electrified Air Valve Using Magnetic Coil}

도 1 은 본 발명 에어 밸브의 사시도,

도 2 는 본 발명 에어 밸브의 A-A' 선 단면도로서, 도 2a 는 체크 밸브가 폐쇄되고 안티쇼크 밸브가 개방될 경우의 단면도 및 부분 확대도, 도 2b 는 체크 밸브가 개방되고 안티쇼크 밸브가 폐쇄될 경우의 단면도 및 부분 확대도,

도 3 은 본 발명 에어 밸브의 B-B' 선 단면도,

도 4 는 본 발명에 있어서 우측 배출구(C2)로 출력될 경우의 단면도,

도 5 는 도 4로부터 실린더의 우방향 절환 시작 상태의 단면도,

도 6 은 본 발명에 있어서 좌측 배출구(C1)로 출력될 경우의 단면도,

도 7 은 도 6으로부터 실린더의 좌방향 절환 시작 상태의 단면도,
도 8은 안내관(74)의 유로 형성을 도시하는 도로서, 도 8의 (a)는 도 4의 M1부분에 대한 확대도이며, 도 8의 (b)는 도 5의 M3부분에 대한 확대도,
도 9는 좌우측 배기구(E1)(E2)를 통한 배기를 도시하는 도로서, 도 9의 (a)는 도 4의 M2부분에 대한 확대도이며, 도 9의 (b)는 도 6의 M4부분에 대한 확대도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1; 본 발명 에어 밸브

10; 밸브 몸체

20; 마그네틱 코일부

21; 플런져 22; 케이스

23; 케이스 플레이트 24; 마그네틱 코어

25; 삽입공 26; 전극

27; 푸쉬커버

30; 실린더 31; 우측 챔버

32; 좌측 챔버 33; 밀폐용 링

34; 사이드 스페이서 35; 센터 스페이서

36; 챔버 출입공 37; 스페이서 출입공

40; 좌측 피스톤 41; 우측 피스톤

42; 좌측 피스톤 헤드 43; 우측 피스톤 헤드

44; 좌측 피스톤 플랜지 45; 우측 피스톤 플랜지

46; 좌측 피스톤 중공 47; 우측 피스톤 중공

50; 에어 유동로 51; 유동로 폐쇄용 볼

60; 몸체 커버 70; 가이드핀

71; 핀베이스 72; 핀 스프핑

73; 핀 패킹부재 74; 안내관

80; 체크 밸브

81; 체크밸브 스프링 82; 체크밸브 베이스

83; 체크밸브 밀폐부재 84; 제 1 유입로

90; 안티쇼크 밸브

91; 안티쇼크 밸브 플러그 92; 안티쇼크 밸브 스프링

93; 안티쇼크 밸브 피스톤 94; 안티쇼크 밸브 오리피스

95; 제 2 유입로 96; 안티쇼크 밸브 에어유입구

100; 소음기

C1; 좌측 배출구 C2; 우측 배출구

E1; 좌측 배기구 E2; 우측 배기구

S; 에어 유입구

본 발명은 마그네틱 코일을 이용한 에어 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 몸체 상단에 설치된 마그네틱 코일이 순간적으로 통전되면 코일내부의 플런져가 하방으로 움직이면서 유로를 형성하여 밸브 몸체 안으로 들어와 있던 압축공기가 에어유동로를 경유하여 좌우측 피스톤의 중공으로 유입되어 양 피스톤이 실린더 중앙부를 향하여 이동하기 시작할 때, 실린더 내부의 좌측챔버와 우측챔버 중 에어가 이미 채워진 챔버와 에어가 채워지지 않은 챔버의 압력차이로 인하여 어느 한쪽의 피스톤이 다른 쪽 피스톤보다 더 빨리 이동하게 되면서 실린더를 우방향 또는 좌방향으로 이동시키는 절환 작동을 하고, 상기 절환 작동에 따라서 압축공기가 좌측 또는 우측 배출구를 통하여 배출되는 구성을 특징으로 하는 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브에 관한 것이다.

마그네틱 코일을 이용한 에어 밸브중 주로 차량용으로 사용되는 밸브의 경 우, 단일한 유입구를 통하여 유입된 에어를 2 개의 배출구로 절환하여 출력시키기 위하여, 종래에는 하나의 밸브 몸체에 한 개의 마그네틱 코일을 구비한 것으로 NORMAL-OPEN형 밸브 1개와 NORMAL-CLOSE형 밸브 1개를 한 셋트로 조합하여 사용하였다.

상기와 같이 2 개의 마그네틱 코일을 장착한 종래의 에어 밸브는 각각의 마그네틱 밸브가 해당 에어 배출구의 개방 또는 폐쇄 상태가 서로 반대 상태가 되도록 제어하는 방식으로 동작한다. 즉, 한 쪽의 에어 배출구가 개방될 경우에는 다른 쪽의 에어 배출구를 폐쇄하는 방식인데, 이러한 방식은 각각의 마그네틱 밸브들이 항상 개방 또는 폐쇄를 위하여 연속적으로 작동하여야 하므로 계속적인 기전력의 인가를 필요로 한다.

이러한 마그네틱 코일에 대한 연속적인 통전 상태는 배터리방전(전원이 배터리인 경우)을 초래할 뿐만 아니라, 마그네틱 코일의 발열로 패킹(packing)부재들이 쉽게 열화 및 변성을 초래하여 마모로 인한 기밀성이 감소되어 전체적으로 밸브 자체의 내구성이 저하되며 심한 경우에는 차량화재로 까지 이어지는 문제점이 있었다.

또한, 최소 2 개의 마그네틱 코일을 밸브 몸체에 장착하여야 하므로 밸브의 구조가 복잡하여질 뿐만 아니라 안티쇼크밸브를 밸브 몸체와 분리된 별도의 개소에 설치함으로써 배관이 복잡해지고 체결개소가 많아 작업공수가 증가되고 에어누설의 우려가 높아지며, 밸브를 소형화시키는데 한계가 있고 생산성이 저하되고 비용이 증대되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안된 것으로서, 단일한 1 개의 마그네틱 코일만을 사용하여 1 개의 유입구를 통하여 유입되는 압축에어를 2 개의 배출구로 절환하여 출력하되, 상기 마그네틱 코일은 순간 통전 시에만 작동하도록 하여 밸브의 발열을 저하시켜 밸브의 기밀성과 내구성을 향상시키며, 안티쇼크밸브 및 체크밸브를 에어밸브 몸체에 모듈화하여 산업현장에서의 공수를 절감하여 생산성을 향상시킬 수 있는 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브의 구성을 제공하는데 그 기술적 과제가 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 밸브 몸체 상단에 설치된 마그네틱 코일이 순간적으로 통전되면 코일내부의 플런져가 하방으로 움직이면서 유로를 형성하여 밸브 몸체 안으로 들어와 있던 압축공기가 에어유동로를 경유하여 좌우측 피스톤의 중공으로 유입되어 양 피스톤이 실린더 중앙부를 향하여 이동하기 시작할 때, 실린더 내부의 좌측챔버와 우측챔버 중 이미 에어가 채워진 챔버와 에어가 채워지지 않은 챔버의 압력차이로 인하여 어느 한쪽의 피스톤이 다른 쪽 피스톤보다 더 빨리 이동하게 되면서 실린더를 우방향 또는 좌방향으로 이동시키는 절환 작동을 하고, 상기 절환 작동에 따라서 압축공기가 좌측 또는 우측 배출구를 통하여 배출되는 구성을 특징으로 하는 것이다.

이하, 첨부 도면에 기초하여 본 발명의 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브의 구성을 상세하게 설명한다.

도 1 은 본 발명 순간 통전식 에어 밸브의 사시도이고, 도 2 는 본 발명 에어 밸브의 A-A' 선 단면도이고, 도 3 은 본 발명 에어 밸브의 B-B' 선 단면도이다.

도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명 에어 밸브(1)는 밸브 몸체(10)와, 상기 밸브 몸체(10)의 하부에 형성되고 에어를 유입하는 유입구(S)와, 상기 밸브 몸체(10)의 전면 중앙에 형성되고 상기 유입구(S)로부터 유입된 에어가 배출되는 좌측 배출구(C1) 및 우측 배출구(C2)와, 밸브 몸체(10)의 하부에 형성되고 상기 밸브 몸체(10) 내부의 잔류 에어를 배기하는 좌측 배기구(E1) 및 우측 배기구(E2)와, 상기 밸브 몸체(10)의 상부에 형성되는 마그네틱 코일부(20)와, 상기 밸브 몸체(10)의 내부에 설치되고 상기 마그네틱 코일부(20)가 순간 통전될 경우 상기 유입구(S)를 통하여 밸브 몸체(10) 내부로 유입된 에어에 의하여 좌방향 및 우방향으로 교대로 절환되고, 절환된 방향에 따라서 유입된 에어를 상기 좌측 배출구(C1) 또는 우측 배출구(C2)로 교대로 배출하는 실린더(30)와, 상기 실린더의 좌우측 내부로 유동 가능하도록 각각 삽입되는 좌우측 피스톤(40,41)과 상기 밸브 몸체(10)의 하부에 형성되고 상기 밸브 몸체(10) 내의 공기압에 따라서 제 1 유입로(84)를 개폐하는 체크 밸브(80)와, 밸브 몸체(10)의 하부에 형성되고 상기 유입구(S)로부터 에어가 급격하게 밸브 몸체(10)로 유입되는 것을 방지하는 안티 쇼크(Anti-shock) 밸브(90)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 에어 밸브의 구성을 도 2 의 A-A' 선 단면도 및 도 3 의 B-B' 선 단면도를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명 에어 밸브(1)는 밸브 몸체(10) 내부에 형성된 원통형의 공간이 형성 되고 그 공간 속으로 실린더(30)가 내삽되고, 상기 실린더(30)의 내부 공간은 격막에 의하여 두 부분으로 나누어지며, 나누어진 실린더 내부공간은 각각 우측 챔버(31)와 좌측 챔버(32)를 형성한다. 상기 실린더(30)의 외주면에는 좌측/우측 사이드 스페이서(34,34')와 센터 스페이서(35)가 삽입되는데, 상기 스페이서(34,34',35)들은 유입된 에어의 기밀을 유지하기 위한 밀폐용 링(33)들이 밸브 몸체(10) 내부에서 일정한 간격을 유지한 채로 내삽되도록 한다. 또한, 상기 우측 챔버(31) 및 좌측 챔버(32)는 에어를 챔버(31,32) 내부 또는 외부로 출입시키는 챔버 출입공(36)을 적어도 1 개 이상 형성하고 있다. 또한, 상기 스페이서(34,34',35)는 상기 챔버 출입공(36)과 대응되는 위치에 상기 챔버 출입공(36)을 통하여 출입되는 에어를 안내하는 스페이서 출입공(37)을 적어도 1 개 이상 형성하고 있다.

상기 우측 챔버(31) 및 좌측 챔버(32)에 우측 피스톤(41) 및 좌측 피스톤(40)이 챔버 내부에서 유동 가능하도록 각각 삽입된다. 상기 좌측 피스톤(40) 및 우측 피스톤(41)의 일단은 챔버(31,32)에 삽입될 수 있는 크기의 원통형 좌측 피스톤 헤드(42) 및 우측 피스톤 헤드(43)가 형성되고, 타단은 챔버(31,32)의 개구 직경보다 큰 길이의 직경을 가진 좌측/우측 피스톤 플랜지(44, 45)가 형성된다. 또한, 상기 좌측 피스톤(40) 및 우측 피스톤(41)의 내부에는 상기 피스톤 플랜지(44,45)로부터 피스톤 헤드(42,43)에 이르는 좌측 피스톤 중공(46)과 우측 피스톤 중공(47)이 형성되어 있다.

마그네틱 코일부(20)는 전기가 통전(通電)되는 순간에 코일 주위로 자기장이 발생되어 코일 중심에 위치한 철심이 자기력에 의한 운동을 하는 것을 이용하여 밸브 몸체 내부로 압축공기가 유동하기 위한 유로를 형성 또는 차단하기 위한 것으로서, 마그네틱 코어(24)가 케이스(22)에 수납되고, 상기 케이스(22)의 상부에 기전력이 인가되는 전극(26)이 형성되고, 케이스(22)의 바닥 면에 케이스 플레이트(23)가 형성되며, 케이스 플레이트(23)가 밸브 몸체(10)의 상부와 연결됨으로써 마그네틱 코일부(20)가 밸브 몸체(10)에 결합된다. 상기 케이스 플레이트(23)의 중앙에는 후술할 핀 패킹부재(73)가 삽입되는 삽입공(25)이 형성된다.

또한, 상기 마그네틱 코일부(20)는 통전시 케이스(22)의 내부에 수납된 마그네틱 코어(24)에 발생되는 자기장에 의하여 하측으로 운동하는 플런져(21)와, 일 측은 상기 플런져(21)의 바닥 면에 부착되고 타 측은 핀베이스(71)와 접촉되어 플런져(21)의 하강 운동과 연동하여 하강하는 가이드핀(70)과, 상기 가이드핀(70)과 접촉되는 핀 베이스(71)를 포함하고 있다.

상기 핀 베이스(71)의 일단은 상기 가이드핀(70)에 접촉되고 그 타단은 안내관(74)을 형성하고 있다. 상기 안내관(74)은 상기 핀베이스(71)가 하강할 경우 스페이서 출입공(37)의 내부로 진입하여 상기 챔버 출입공(36)으로부터 유입되는 에어를 밸브 몸체(10)에 형성된 에어 유동로(50)로 안내한다.

한편, 상기 핀 베이스(71)는 상기 케이스 플레이트(23)의 삽입공(25)을 통하여 밸브 몸체(10)의 내부 방향으로 부착된 핀 패킹부재(73)의 내부 공간에서 유동되는 것으로서, 상기 핀 패킹부재(73)의 내부의 핀 스프링(72)은 상기 마그네틱 코일부(20)에 기전력이 인가되지 않을 때에는 항상 상기 핀 베이스(71)가 윗방향의 탄성력을 받도록 설치되어 있다.

따라서 가이드핀(70)의 하강에 의하여 핀 베이스(71)의 하강이 종료된 후에는 상기 핀 스프링(72)의 탄성력에 의하여 상기 핀 베이스(71)와 함께 안내관(74) 또한 상승하게 되어 안내관(74)에 형성된 구멍이 막히게 되어 우측 챔버(31) 및 좌측 챔버(32) 내의 에어가 에어 유동로(50) 쪽으로 유입될 수 없게 된다.

한편, 상기 플런져(21)의 상부에는 비상시 에어 밸브(1)를 수동으로 작동시킬 수 있게 하기 위하여, 마그네틱 코일에 기전력을 인가하지 않고도 상기 가이드핀(70)을 강제로 하강시킬 수 있도록 상기 플런져(21)의 상면과 접촉하는 수동 조작용 푸쉬커버(27)가 설치된다. 따라서 상기 푸쉬커버(27)를 누르면 마그네틱 코어(24)에 기전력이 인가되지 않더라도 플런져(21)가 하강하여 이와 연동된 상기 가이드핀(70)이 하강되면서 전술한 내용과 동일한 밸브작동이 이루어지게 된다.

체크 밸브(80)는 체크밸브 베이스(82)와, 상기 체크밸브 베이스(82) 상부에 설치된 체크밸브 스프링(81)과, 상기 스프링(81)의 선단에 부설된 체크밸브 밀폐부재(83)로 이루어지고, 상기 제 1 유입로(84) 및 제 2 유입로(95)로 유입되는 에어의 압력변화에 따라서 작동된다.

즉, 평상시에는 유입구(S)를 통하여 제 2 유입로(95)로 유입된 압축공기가 체크밸브 밀폐부재(83)의 저면에 작용하게 되어 제 1 유입로(84)를 더욱 강하게 막고 있지만, 차량화재와 같은 비상사태가 발생했을 때 사람의 힘에 의한 수동조작이 가능하도록 콤프레서(미도시)와 유입구(S) 사이에 설치된 비상밸브(미도시)를 개방시켜 에어라인 내에 차있던 압축공기를 대기로 방출시킬 때, 에어밸브(1) 내부에 차있던 압축공기를 후술하는 앤티쇼크 밸브(90)를 경유하지 않고 보다 쉽고 빠르게 유입구(S)쪽으로 방출하기 위하여 제 1 유입로(84)를 개방하는 기능을 수행하는 밸브로서, 상기 제 1 유입로(84)와 제 2 유입로(95)가 수직으로 교차되는 곳에 설치된다.

안티쇼크 밸브(Anti-shock valve)(90)는 상술한 바와 같은 비상사태가 해소되어 기기의 재 작동을 위하여 비상밸브를 원래 위치로 하고 압축공기를 에어밸브(1)로 재공급을 할 때, 압축공기가 챔버(31,32) 내로 급격하게 유입되지 않도록 하여 예기치 않은 기기의 작동으로 인한 부상을 방지하는 기능을 수행하는 것으로서, 안티쇼크 밸브의 몸체를 이루며 밸브 몸체(10)와 결합되는 안티쇼크 밸브 플러그(91)와, 상기 안티쇼크 밸브 플러그(91) 내부에 장착되는 안티쇼크 밸브 피스톤(93)과, 상기 안티쇼크 밸브 피스톤(93)의 중앙부에 형성된 미세 직경의 안티쇼크밸브 오리피스(94)와, 상기 안티쇼크 밸브 플러그(91) 내부에 장착되며 상기 안티쇼크 밸브 피스톤(93)에 탄성력을 부여하는 안티쇼크 밸브 스프링(92)을 포함하고 있다. 안티쇼크밸브 에어유입구(96)는 안티쇼크 밸브 피스톤(93)이 에어 인입로에 형성된 공기압에 의해 뒤로 밀리면서 개방된 관로로서 유입구(S)를 통해 유입된 에어가 제 1 유입로(84)로 빠져나가는 관로이다.

미설명 부호 51 은 에어 유동로(50)의 기밀을 유지하기 위하여 에어 유동로(50)의 외부 홀을 폐쇄하는 볼(51)이고, 60 은 밸브 몸체(10)의 좌측 및 우측을 폐쇄시키는 몸체커버(60)이고, 100 은 좌측 및 우측 배기구(E1,E2)에서 에어가 배기될 때의 소음을 감소시키는 소음기(100)이다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브 작용을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
<초기 상태>
먼저, 초기 상태는 이전의 종료 시점이 좌측 배출구(C1)를 통한 출력 시점이었는지, 아니면 우측 배출구(C2)를 통한 출력 시점이었는지에 따라 결정된다.
도 3은 이전의 종료 시점이 우측 배출구(C2)를 통해 출력이 이루어지고 있었던 것을 도시한 것으로, 이러한 경우 중앙에 위치한 실린더(30)는 도면상 좌측으로 조금 이동하게 되고 이에 따라 제 1 유입로(84)를 통해 유입된 에어는 상기 실린더(30)의 우측 챔버(31)에 채워지게 되며, 이후 우측 배출구(C2)를 통한 출력이 바로 이루어진다.
이와 반대로, 이전의 종료 시점이 좌측 배출구(C1)를 통해 출력이 이루어지고 있었다면, 미도시하였지만 중앙에 위치한 실린더(30)는 다소 우측으로 이동한 상태로 위치되고 이에 따라 제 1 유입로(84)를 따라 유입된 에어는 상기 실린더(30)의 좌측 챔버(32)에 채워지게 되며, 이후 좌측 배출구(C1)를 통한 출력이 이루어지게 되는 것이다.
즉, 이전의 종료시점이 우측배출구(C2)를 통해 이루어져 있었는가, 좌측배출구(C1)를 통해 이루어져 있었는가에 따라, 상기 실린더(30)는 좌 또는 우측으로 이동하게 되고 실린더(30)의 좌 또는 우측으로의 이동에 의해 상기 제1유입로(84)를 통해 유입되는 에어가 우측챔버(31) 또는 좌측챔버(32) 중 어느 하나의 챔버에 채워지게 되며, 에어가 채워지는 챔버 내부의 압력과 에어가 채워지지 않은 챔버 내부의 압력에 의해 상기 실린더(30)의 이동이 결정된다.

<우측 배출구(C2)를 통한 출력 상태>
도 4 는 본 발명에 있어서 우측 배출구(C2)로 출력될 경우의 단면도로서, 도 3에 도시한 바와 같이 상기 실린더(30)가 도면상 좌측으로 이동하여 위치된 상태와 같은 초기 상태에서 상기 제 1 유입로(84)를 따라서 유입된 에어는 상기 실린더(30)의 우측 챔버(31)에 채워지게 되는 바, 이 때 상기 에어가 채워지는 우측 챔버(31)의 내부 압력에 의하여 우측 챔버(31)에 채워지는 에어는 상기 우측 챔버(31)의 내부에서 최대의 체적을 확보하기 위해 도 4에 도시한 바와 같이 상기 실린더(30)와 우측피스톤(41)을 양측으로 밀게 되어 상기 실린더(30)는 도면상 좌측으로 이동하고, 우측 피스톤(41)은 도면상 우측으로 이동하게 된다.
다시 말해, 상기 제1유입로(84)를 따라 유입된 에어가 상기 우측 챔버(31)의 내부에 채워지면, 이 우측챔버(31)의 내부에 채워지는 에어의 압력에 의해 상기 실린더(30)는 도면상 좌측으로 이동하게 되고 상기 우측피스톤(41)은 도면상 우측으로 밀려 이동한다.
상기 실린더(30)의 양단에는 걸림턱이 형성되어 그 최대 이동 가능 구간이 제한되도록 되어 있다.
또한, 상기 제 1 유입로(84)를 따라 유입되는 에어가 챔버 출입공(36)을 통해 우측 챔버(31) 내부로 들어와 채워졌다가 다시 그 이웃한 챔버 출입공(36)을 통해 우측 배출구(C2)로 출력된다.
이때, 도 8의 (a)는 안내관(74)의 유로 형성을 도시하기 위한 도 4의 M1부분에 대한 확대도로서, 상술한 바와 같이 우측 배출구(C2)를 통해 우측챔버(31)의 내부로 채워진 에어가 그 이웃한 챔버 출입공(36)을 통해 출력되면 도 4 및 도 8의 (a)와 같이 마그네틱 코일부(20)의 전극(26)에 기전력이 인가되지 않기 때문에, 핀베이스(71)와 안내관(74)은 핀 스프링(72)에 의하여 상방향으로 탄성 지지되어, 상기 안내관(74) 내부로의 에어 유입이 불가능하다.

<우측 배출구(C2)를 통한 출력 상태로부터 실린더의 우방향 절환 시작 상태>
도 5 는 도 4에 도시된 바와 같이 도면상 좌측으로 이동한 상기 실린더(30)의 우방향 절환 시작 상태를 나타낸 단면도이고, 도 8의 (b)는 안내관(74)의 유로 형성을 도시하기 위한 도 5의 M3부분에 대한 확대도이다.
도시된 바와 같이 상기 우측 배출구(C2)를 통해 에어가 출력된 상태에서 좌측 배출구(C1)를 통한 에어 출력 상태로 절환하고자 할 때, 유저가 미도시한 스위치 조작 등을 통해 마그네틱 코일부(20)의 전극(26)에 기전력을 순간적으로 인가시키면 도 5 및 도 8의 (b)와 같이 자화된 마그네틱 코어(24)가 플런져(21)를 하측으로 당기고, 플런져(21)가 하강하면서 그 하부에 연결된 가이드핀(70)이 플런져(21)와 연동되어 함께 하강하게 된다. 그러면, 하강하는 가이드핀(70)의 말단이 핀베이스(71)를 누르게 되고, 핀베이스(71)의 말단에 부설된 안내관(74)이 센터 스페이서(35)의 스페이서 출입공(37)의 내부로 진입하게 된다.

이와 같이 안내관(74)이 센터 스페이서(35)의 스페이서 출입공(37)의 내부로 진입하면, 우측 챔버(31)에 충진되어 있던 에어가 스페이서 출입공(37) 내부로 진입한 안내관(74)을 통하여 에어 유동로(50)로 유입되고, 유입된 에어는 에어유동로(50)를 따라서 이동하여 각각 좌측 피스톤 중공(46) 및 우측 피스톤 중공(47)으로 유입된다.

이때 같은 양의 에어가 좌우측 피스톤의 중공(46)(47)에 유입되어 동일한 힘으로 상기 좌측피스톤(40)과 우측피스톤(41)을 각각 좌측챔버(32)와 우측챔버(31)의 내부측으로 밀더라도 도 5와 같이 좌측 챔버(32)의 내부에는 에어가 유입되어 있지 않고, 우측 챔버(31)에만 에어가 유입되어 있기 때문에, 상기 에어가 이미 채워진 우측챔버(31)측으로 밀려 들어가는 상기 우측피스톤(41) 보다는, 에어가 채워지지 않은 좌측챔버(32)측으로 밀려 들어가는 상기 좌측피스톤(40)이 더 빠르고 센 힘으로 도면상 우측을 향해 움직이면서 상기 좌측피스톤(40)에 형성된 좌측피스톤 플랜지(44) 면이 상기 좌측피스톤(40)에 위치된 상기 실린더(30)의 개구면을 타격하게 되고, 이 타격력에 의하여 상기 실린더(30)가 순간적으로 우측으로 이동한다.
즉, 좌측피스톤(40)과 우측피스톤(41)에 각각 형성된 중공(46)(47)의 내부측으로 상기 에어유동로(50)를 따라서 이동되는 에어가 같은 양으로 유입되더라도, 상기 우측챔버(31)에는 이미 에어가 채워진 상태이고 좌측챔버(32)에는 에어가 채워지지 않은 상태이기 때문에, 좌측챔버(32)측으로 밀려 들어가는 좌측피스톤(40)이 우측챔버(31)측으로 밀려 들어가는 우측피스톤(41)보다 밀려 들어가는 힘에 대한 저항력이 적게 작용되어, 상기 좌측피스톤(40)이 빠르고 센 힘으로 도면상 우측으로 이동되어 상기 좌측피스톤 플랜지(44)면이 도면상 좌측에 형성된 상기 실린더(30)의 개구면을 타격하게 되어 이 타격에 의해 상기 실린더(30)는 도면상 우측으로 이동된다.
또한, 상기 실린더(30)의 개구면이 좌측피스톤 플랜지(44)면에 의해 타격될 때, 상기 우측챔버(31)에 채워진 에어는 우측배출구(C2)측으로 출력되고 이와 같이 우측배출구(C2)측으로 빠르게 에어가 출력됨에 따라 상기 좌측피스톤(40)이 빠르고 세게 실린더(30)의 좌측 개구면을 타격하는 타격력에 의해 우측방향으로 밀리는 실린더(30)의 미는 압력이 상기 실린더(30)의 우측을 밀고 있는 우측피스톤(41)의 미은 압력보다 크게 작용되어 실린더(30)의 우측방향으로 밀림동작이 가능하다.

이와 같이 상기 실린더(30)가 우측 방향으로 이동되는 절환 작동(우방향 절환)을 하면, 상기 제 1 유입로(84)를 따라서 유입된 에어가 센터 스페이서(35)의 스페이서 출입공(37)을 통하여 실린더(30)의 우측 챔버(31)로 유입되던 것이, 좌측 챔버(32)의 출입공(36)으로 유입되어 좌측 챔버(32)에 채워지게 된다.
<좌측 배출구(C1)를 통한 출력 상태>
도 6 은 본 발명에 있어서 좌측 배출구(C1)로 출력될 경우의 단면도로서, 상술한 바와 같이 도 5와 같은 실린더(30)의 우방향 절환 상태에서 제 1 유입로(84)를 따라서 유입된 에어가 실린더(30)의 좌측 챔버(32)에 채워지게 되면, 이 때 상기 에어가 채워지는 좌측 챔버(32)의 내부 압력에 의하여 좌측 챔버(32)에 채워지는 에어는 상기 우측 챔버(31)의 내부에서 최대의 체적을 확보하기 위해 도 6에 도시한 바와 같이 상기 실린더(30)와 좌측피스톤(40)을 상기 좌측챔버(32)의 내부에서 양측으로 밀게 되어 상기 실린더(30)는 도면상 우측으로 이동하고, 좌측 피스톤(40)은 도면상 좌측으로 이동하게 된다.
이에 따라, 상기 제 1 유입로(84)를 따라 유입된 에어는 챔버 출입공(36)을 통해 좌측 챔버(32)로 들어왔다가 다시 그 이웃한 챔버 출입공(36)을 통해 좌측 배출구(C1)로 출력이 이루어지게 되는 것이다.
이때에도, 마그네틱 코일부(20)의 전극(26)에 기전력이 인가되지 않기 때문에, 핀베이스(71)와 안내관(74)은 핀 스프링(72)에 의하여 상방향으로 탄성 지지되어, 상기 안내관(74) 내부로의 에어 유입이 불가능하다.
이와 함께, 도 9의 (b)는 우측 배기구(E2)를 통한 배기를 도시하기 위한 도 6의 M4부분에 대한 확대도로서, 우방향 절환 작동을 하기 이전부터 우측 챔버(31)에 남아 있던 에어는 도 9의 (b)와 같이 우측 챔버(31)의 출입공(36)을 통하여 우측 배기구(E2)로 배기된다.

<좌측 배출구(C1)를 통한 출력 상태로부터 실린더의 좌방향 절환 시작 상태>
다음으로, 도 7 은 도 6으로부터 실린더의 좌방향 절환 시작 상태의 단면도로서, 상술한 것과 같이 좌측 배출구(C1)를 통한 에어 출력 상태에서 우측 배출구(C2)를 통한 에어 출력 상태로 절환하고자 할 때, 유저가 다시 미도시한 스위치 조작 등을 통해 마그네틱 코일부(20)의 전극(26)에 기전력을 인가시키게 된다.

즉, 도 7과 같이 실린더(30)의 우방향 절환 작동에 따라 좌측 배출구(C1)를 통하여 에어가 배출되는 상태에서 재차 마그네틱 코일부(20)의 전극(26)에 기전력이 순간적으로 인가되면, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이 플런져(21)가 하강하여 핀베이스(71)의 말단에 부설된 안내관(74)이 센터 스페이서(35)의 스페이서 출입공(37)의 내부로 다시 진입한다.

그러면, 유입구(S)로부터 유입되어 챔버 출입공(36)을 통하여 좌측 챔버(31)에 충진되어 있던 에어가 스페이서 출입공(37) 내부로 진입한 안내관(74)을 통하여 에어유동로(50)로 유입되고, 유입된 에어는 에어유동로(50)를 따라서 이동하여 좌측 피스톤(40) 및 우측 피스톤(41)의 좌측 피스톤 중공(46) 및 우측 피스톤 중공(47)으로 유입되는 바, 이 때 상기 제1유입로(84)를 통해 유입되는 에어는 상기 좌측피스톤(40)이 위치되어 있는 좌측챔버(32)측으로 유입되어 좌측챔버(32)의 내부에 에어가 채워지고 우측챔버(31)에는 에어가 채워지지 않은 빈공간으로 형성된다.

따라서, 에어가 채워진 좌측챔버(32)보다 에어가 채워지지 않은 우측챔버(31)에 작용하는 피스톤의 미는 힘에 대한 대항력이 적어지기 때문에, 우측 피스톤(41)이 좌측으로 빠르고 센 힘으로 이동하게 되어, 상기 우측 피스톤(41)의 피스톤 플랜지(45)면이 실린더(30)의 우측 개구면을 타격하고, 이 타격되는 충격력에 의하여 실린더(30)가 순간적으로 좌측으로 이동되어, 제 1 유입로(84)를 따라서 인입된 에어는 다시, 센터 스페이서(35)의 스페이서 출입공(37)를 통하여 우측 챔버(31)의 출입공(36)으로 유입되며, 우측 챔버(31)로 유입된 에어는 우측 배출구(C2)로 출력된다.
따라서, 도 4에 도시한 우측 배출구(C2)를 통한 출력 상태와 동일한 상태가 되어 상기 제 1 유입로(84)를 따라 유입된 에어는 우측 챔버(31)를 경유하여 우측 배출구(C2)로 출력이 이루어지게 되는 것이다.
이때, 도 9의 (a)는 좌측 배기구(E1)를 통한 배기를 도시하기 위한 도 4의 M2부분에 대한 확대도로서, 좌방향 절환 작동을 하기 이전부터 좌측 챔버(32)에 남아 있던 에어는 도 9의 (a)와 같이 챔버 출입공(36)을 통하여 좌측 배기구(E1)로 배기된다. 이는 전술한 실린더의 우방향 절환 시와 동일한 원리이다.

따라서, 본 발명의 순간 통전식 에어 밸브는 상술한 바와 같은 실린더(30)의 좌우 방향으로의 절환 작동에 따라서 좌측 챔버(30) 또는 우측 챔버(31)로 유입된 에어가 좌측 배출구(C1) 또는 우측 배출구(C2)로 배출된다.

한편, 밸브 상부에 있는 수동 조작용 푸쉬커버(27)를 누르게 되면, 마그네틱 코일이 자화될 때와 동일하게 플런져(21)가 하강하여 이와 상기 가이드핀(70)이 하강되므로, 전극(26)에 기전력이 인가되지 않더라도 실린더(30)의 절환 작동을 수동으로 조작할 수 있게 된다.

다음으로, 도 2a 및 도 2b 를 참조하여 본 발명 에어 밸브의 체크 밸브(80) 와 안티쇼크 밸브(90)의 작동을 설명한다. 본 발명에서 체크 밸브(80)는 밸브 몸체(10) 내부 및 제 2 유입로(95)의 공기압과 스프링(81)의 탄력에 따라 제 1 유입로(84)를 개폐하는 기능을 수행하고, 안티쇼크 밸브(90)는 상기 유입구(S)로부터 에어가 급격하게 밸브 몸체(10)로 유입되는 것을 방지하는 기능을 수행하는 것이다.

도 2a 는 체크 밸브가 폐쇄되고 안티쇼크 밸브가 개방될 경우의 단면도 및 부분 확대도이고, 도 2b 는 체크 밸브가 개방되고 안티쇼크 밸브가 폐쇄될 경우의 단면도 및 부분 확대도를 나타낸 것이다.

먼저, 도 2a 에 도시된 바와 같이 좌/우측 챔버(30,31)의 에어가 완전히 배기된 조건에서는, 제 1 유입로(84)에 체크밸브 밀폐부재(83)는 챔버(30,31)로부터의 압력이 작용하지 않으므로 체크밸브 스프링(81)의 탄성력에 의하여 제 1 유입로(84)를 폐쇄하고 있게 되며, 이러한 상태에서 에어 유입구(S)로 에어가 유입되면 제 2 유입로(95)를 통하여 에어는 안티쇼크 밸브 플러그(91) 쪽으로 이동하여 안티쇼크밸브 피스톤(93)에 형성된 미세 직경의 안티쇼크밸브 오리피스(94)를 통하여 제 1 유입로(84)로 유입되고, 시간이 경과함에 따라 제 1 유입로(84) 내의 공기압이 증가하여 마침내 안티쇼크 밸브 스프링(92)의 탄성력을 초과하게 되면 안티쇼크밸브 피스톤(93)을 밀어내면서 형성된 안티쇼크밸브 에어유입구(96)를 통해 제 1 유입로(84)로의 에어공급이 이루어진다.

다음은 비상시 비상밸브(미도시)의 조작에 의한 에어밸브(1) 내부에 차있던 압축공기를 보다 빠르게 방출하기 위한 체크밸브(80)의 작동을 설명한다. 체크밸 브(80)는 상기 제 1 유입로(84) 및 제 2 유입로(95)로 유입되는 에어의 압력변화에 따라서 작동된다.

즉, 평상시에는 유입구(S)를 통하여 제 2 유입로(5)로 유입된 압축공기가 체크밸브 밀폐부재(83)의 저면에 작용하게 되어 제 1 유입로(84)를 더욱 강하게 막게 되지만, 차량화재와 같은 비상사태가 발생했을 때 사람의 힘에 의한 기기의 수동조작이 가능하도록 콤프레서(미도시)와 유입구(S) 사이에 설치된 비상밸브(미도시)를 개방시켜 에어라인 내에 차있던 압축공기를 대기로 방출시키면, 유입구(S)쪽에는 대기압 상태가 되고 밸브내부는 이미 들어와 있던 압축공기의 영향으로 압력이 높은 상태이므로 밸브 내의 공기가 안티쇼크 밸브 피스톤(93)을 밀어 내고 방출되던지 체크밸브 밀폐부재(83)를 밀어내고 방출되던지 해야 하는데, 체크밸브 스프링(81)의 강도가 안티쇼크 밸브스프링(92)의 그것보다 훨씬 약하므로 안티쇼크 밸브(90)를 경유하지 않고 체크밸브 밀폐부재(83)를 밀어내고 제 2 유입로(95)를 통해 유입구(S)쪽으로 신속하게 대기로 방출된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 효과는 종래의 연속적인 전기 입력신호에 의하여 NORMAL CLOSE형 및 NORMAL OPEN형 2 개의 마그네틱 밸브를 조합하여 실린더의 작동을 제어하던 것과는 달리, 마그네틱 코일부도 1 개만을 사용하고 하나의 밸브 몸체에 체크밸브와 안티쇼크밸브를 일체화/모듈화 함으로써, 에어배관이 간단해 지고 체결 개소가 줄어들게 되어 생산현장에서의 작업공수가 줄어들고 장착성이 향상되며 에어누설의 우려 또한 현저히 감소되며, 종래기술에 비해 마그네틱 밸브가 차지하는 공간이 콤팩트하게 되는 효과가 있다.

또한, 순간적인 전기신호를 사용하여 에어유로를 절환하게 되므로, 종래 연속적으로 통전시켜야 했을 때 발생되는 배터리 방전의 문제점과 발열로 인한 화재발생 가능성 및 부품열화로 인한 밸브기밀성이 떨어지는 것을 방지하여, 안전성과 부품 내구성 및 신뢰도를 향상시키고 수명을 획기적으로 연장하는 효과를 가지는 진보한 발명인 것이다.

Claims (5)

1. 마그네틱 코일을 이용하여 유로를 개폐하는 통상의 에어밸브에 있어서,

   에어를 유입하는 유입구(S)와, 상기 유입구(S)로부터 유입된 에어가 배출되는 좌측 배출구(C1) 및 우측 배출구(C2)와, 밸브 내의 잔류 에어를 배기하는 좌측 배기구(E1) 및 우측 배기구(E2)와, 상기 유입구(S)로부터 유입된 에어가 유동하기 위한 에어유동로(50)와, 유로 절환을 위하여 밸브 내부에 구비되는 실린더(30)와, 상기 실린더(30)의 외주면으로 에어 유입구(S)로부터 유입된 에어를 상기 에어유동로(50)에 공급하기 위한 센터 스페이서(35)와 상기 실린더(30)로 에어를 유입 또는 배출시키기 위한 좌측/우측 사이드 스페이서(34,34')와, 상기 실린더(30)의 양단으로 좌우로 유동 가능하도록 각각 삽입되는 좌측 피스톤(40) 및 우측 피스톤(41)을 구비하는 밸브 몸체(10)와, 상기 밸브 몸체(10)의 상부에 구비되며 상기 에어 유입구(S)를 경유하여 상기 센터 스페이서(35)까지 유입된 에어가 상기 에어유동로(50)에로 공급될 수 있는 유로를 개폐하기 위한 마그네틱 코일부(20)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마그네틱 코일부(20)는, 케이스(22)의 내부에 수납된 마그네틱 코어(24)와 상기 마그네틱 코어(24)의 전자력에 의하여 하측으로 운동하는 플런 져(21)와, 상기 케이스(22)의 밑면으로 핀 패킹부재(73)가 삽입되는 삽입공(25)이 형성된 케이스 플레이트(23)와, 일측은 상기 플런져(21)의 바닥 면에 접하고 타측은 후술하는 핀 베이스(71)와 접촉되어 플런져(21)의 하강 운동과 연동하여 하강하는 가이드핀(70)과, 일단은 상기 가이드 핀(70)과 접촉하며 타단은 스페이서 출입공(37)의 내부로 진입하여 에어가 에어유동로(50)로 유동할 수 있는 유로가 구비된 안내관(74)이 형성되어 있고 핀 패킹부재(73)의 내부에 설치된 핀 스프링(72)에 의한 탄성력에 의하여 유동되는 핀 베이스(71)를 포함하는 것이고,

   상기 실린더(30)는 그 내부 공간이 격막에 의하여 두 부분으로 나뉘어져서 우측 챔버(31)와 좌측 챔버(32)를 형성하고, 상기 챔버(31,32)가 위치한 실린더 외주면에는 에어를 출입시키 위한 챔버 출입공(36)이 형성된 것이고,

   상기 스페이서(34,34',35)는 상기 챔버 출입공(36)을 통하여 출입되는 에어가 유동할 수 있도록 챔버 출입공(36)과 대응되는 위치에 스페이서 출입공(37)이 형성된 것이고,

   상기 좌측 피스톤(40) 및 우측 피스톤(41)은 그 일측은 각각의 챔버(31,32)내로 삽입될 수 있는 크기의 좌측 피스톤 헤드(42) 및 우측 피스톤 헤드(43)가 형성되고, 타측은 챔버(31,32)의 개구부보다 큰 직경의 좌측/우측 피스톤 플랜지(44,45)가 형성되고, 상기 피스톤 플랜지(44,45)의 바닥면으로부터 개구되어 헤드(42,43)의 내부에 이르는 좌측 피스톤 중공(46)과 우측 피스톤 중공(47)이 형성된 것임을 특징으로 하는 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브.
3. 제 1 항에 있어서, 밸브 몸체(10) 내부에 일단은 유입구(S)로부터 유입된 에어를 챔버(31,32)로 안내하기 위하여 센터 스페이서(35)의 스페이서 출입공(37)과 연결되고 타단은 체크 밸브(80) 및 안티쇼크 밸브(90)와 연결되는 제 1 유입로(84)와,

   상기 체크 밸브(80)는, 체크밸브 베이스(82)와, 상기 체크밸브 베이스(82) 상부에 설치된 체크밸브 스프링(81)과, 상기 체크밸브 스프링(81)의 탄성력과 제 1 유입로(84) 및 제 2 유입로(95)의 압력변화에 따라서 상승 또는 하강하여 제 1 유입로(84)와 상기 제 2 유입로(95)사이를 개방 또는 차단하는 체크밸브 밀폐부재(83)를 포함하며,

   상기 안티쇼크 밸브(90)는, 밸브 몸체(10)와 결합되는 안티쇼크 밸브 플러그(91)와, 제 1 유입로(84) 및 제 2 유입로(95)의 공기압력 변화에 따라서 안티쇼크밸브 에어 유입구(96)를 개방 또는 차단하는 안티쇼크 밸브 피스톤(93)과, 상기 안티쇼크 밸브 플러그(91)내부에 장착되며 상기 안티쇼크 밸브 피스톤(93)에 탄성력을 부여하는 안티쇼크 밸브 스프링(92)과, 상기 안티쇼크밸브 에어 유입구(96)가 닫혀있을 때 공급된 압축공기가 제 1 유입로(84)로 유입되는 통로 역할을 하기 위하여 상기 안티쇼크 밸브 피스톤(93)에 형성된 미세 직경의 안티쇼크밸브 오리피스(94)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브.
4. 제 2 항에 있어서, 밸브 몸체(10) 내부에 일단은 유입구(S)로부터 유입된 에어를 챔버(31,32)로 안내하기 위하여 센터 스페이서(35)의 스페이서 출입공(37)과 연결되고 타단은 체크 밸브(80) 및 안티쇼크 밸브(90)와 연결되는 제 1 유입로(84)와,

   상기 체크 밸브(80)는, 체크밸브 베이스(82)와, 상기 체크밸브 베이스(82) 상부에 설치된 체크밸브 스프링(81)과, 상기 체크밸브 스프링(81)의 탄성력과 제 1 유입로(84) 및 제 2 유입로(95)의 압력변화에 따라서 상승 또는 하강하여 제 1 유입로(84)와 상기 제 2 유입로(95)사이를 개방 또는 차단하는 체크밸브 밀폐부재(83)를 포함하며,

   상기 안티쇼크 밸브(90)는, 밸브 몸체(10)와 결합되는 안티쇼크 밸브 플러그(91)와, 에어 유입구(S) 및 제 1 유입로(84)의 공기압력 변화에 따라서 안티쇼크밸브 에어 유입구(96)를 개방 또는 차단하는 안티쇼크 밸브 피스톤(93)과, 상기 안티쇼크 밸브 플러그(91)내부에 장착되며 상기 안티쇼크 밸브 피스톤(93)에 탄성력을 부여하는 안티쇼크 밸브 스프링(92)과, 상기 안티쇼크밸브 에어 유입구(96)가 닫혀있을 때 공급된 압축공기가 제 1 유입로(84)로 유입되는 통로 역할을 하기 위하여 상기 안티쇼크 밸브 피스톤(93)에 형성된 미세 직경의 안티쇼크밸브 오리피스(94)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 마그네틱 코일을 이용한 순간 통전식 에어 밸브.
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