KR101239384B1 - 밸브 작동 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브의 개도량을 자동으로 조절할 수 있는 밸브 작동 액츄에이터에 관한 것이다. 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는, 유로의 개도량을 조절하기 위한 패킹을 갖는 밸브에 결합되어 패킹을 작동시키는 것으로, 밸브에 결합되고 설치 공간을 갖는 하우징, 설치 공간에 설치되고 구동축을 갖는 모터, 모터의 구동력을 제공받아 회전할 수 있도록 구동축과 결합되고 구동축과 편심되도록 배치되는 캠을 갖는 캠기구, 캠이 접촉하는 캠 접촉부 및 하우징의 개방된 부분을 통과하여 밸브의 패킹에 접하는 작동부를 구비하고 설치 공간에 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 밸브 작동체, 모터의 동작을 제어하기 위한 제어회로가 마련된 회로기판을 포함한다. 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 캠의 회전시 밸브 작동체가 직선 이동하여 패킹을 이동시킴으로써 밸브의 개도량을 조절한다.

Description

밸브 작동 액츄에이터{Actuator for driving valve}

본 발명은 밸브 작동 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밸브의 개도량을 자동으로 조절할 수 있는 밸브 작동 액츄에이터에 관한 것이다.

밸브는 유체 라인에 설치되어 다양한 유체의 유량을 제어하는데 사용된다. 밸브는 사용자에 의해 수동으로 개도량이 조절되기도 하지만, 유체의 공급량이 원격 조절되는 시스템에서는 자동으로 제어된다.

예컨대, 자동제어 난방시스템에서 온수의 공급량을 조절하기 위한 온수조절밸브는 그 동작이 자동으로 제어된다. 이를 위해 온수조절 밸브에는 난방이 이루어지는 방의 온도나 방을 난방한 후 회수되는 온수의 온도에 따라 작동하여 온수조절 밸브의 개도량을 자동으로 조절해주는 밸브 작동 액츄에이터가 결합된다.

이러한 밸브 작동 액츄에이터의 일예가 등록실용신안 공보 제368370호(2004년 11월 10일 등록)에 개시되어 있다. 상기 공보에 개시되어 있는 밸브 작동 액츄에이터는 소정 공간을 갖는 하부 체, 하부 체의 상부에 일정 거리 수직 이동할 수 있게 결합된 링체, 링체의 상부에 결합된 캡으로 이루어진 케이스 본체, 캡의 내부에 설치된 모터, 모터와 연결되어 모터의 회전을 감속 회전시키기 위한 복수의 감속기어, 감속기어들에 의해 감속 회전되게 설치된 회전축, 회전축에 결합되며 하부체의 소정 공간에 위치되어 제자리 회전하는 스크류, 스크류에 결합되어 스크류의 회전에 의해 하부 체의 소정 공간에서 상하 방향으로 수직 이동되어 밸브의 개폐 동작을 제어하는 작동체, 감속기어들 중 어느 하나에 등 간격으로 배열되게 설치된 자석들과 자석들이 설치된 감속기어가 회전할 때 자석들 간의 시간 및 회전수, 회전방향을 홀 센서로 체크하여 전자신호로 변환하고 그 전자신호에 의해 제어 값과 구동 값을 연산하여 모터를 제어하는 마이컴을 포함한다.

종래 밸브 작동 액츄에이터는 밸브의 개폐 동작을 제어하기 위한 작동체가 스크류의 동작에 의해 수직 이동하면서 밸브의 유로를 개폐하는 패킹을 수직 이동시키기 때문에, 스크류의 동작이 정밀하게 제어되지 않으면 작동체가 패킹을 과도하게 가압하거나, 패킹을 덜 가압하게 된다. 작동체가 패킹을 과도하게 가압하면 밸브가 손상되는 문제가 발생할 수 있고, 작동체가 패킹을 덜 가압하면 밸브의 유로가 완전히 닫히지 못하는 문제가 발생한다. 또한 액츄에이터의 설치 초기에는 이러한 문제가 발생하지 않더라도 반복적인 사용이 이루어지면 각종 부품들이 마모됨에 따라 밸브의 개도량 조절이 어렵게 될 수 있다.

또한 종래 밸브 작동 액츄에이터는 작동체를 작동시키기 위한 메카니즘이 복잡하다. 즉 모터의 회전력을 작동체의 직선 이동력으로 전환하기 위해 복수의 감속기어들과 회전축 및 스크류가 필요하고 스크류와 작동체가 나선 결합되어야 한다. 따라서 종래 밸브 작동 액츄에이터는 부품의 수가 많고, 부품 간의 결합 관계가 복잡하며 각 부품들의 제조 공차 및 조립 공차가 정밀하게 관리되어야 하므로, 제조 공정이 복잡하고 제조 비용이 높다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구조가 간단하고 장시간 사용하더라도 밸브의 유로를 개폐하는 패킹를 과도하게 가압하거나 또는 덜 가압함 없이 패킹에 적절한 가압력을 제공하여 밸브의 개도량을 안정적으로 조절할 수 있는 밸브 작동 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는, 유로와 상기 유로의 개도량을 조절하기 위한 패킹을 갖는 밸브에 결합되어 상기 패킹을 작동시키는 것으로, 상기 밸브에 결합되고 설치 공간을 갖는 하우징, 상기 설치 공간에 설치되고 구동축을 갖는 모터, 상기 모터의 구동력을 제공받아 회전할 수 있도록 상기 구동축과 결합되고 상기 구동축과 편심되도록 배치되는 캠을 갖는 캠기구, 상기 캠이 접촉하는 캠 접촉부 및 상기 하우징의 개방된 부분을 통과하여 상기 밸브의 패킹에 접하는 작동부를 구비하고 상기 설치 공간에 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 밸브 작동체, 상기 모터의 동작을 제어하기 위한 제어회로가 마련된 회로기판을 포함하고, 상기 캠의 회전시 상기 밸브 작동체가 직선 이동하여 상기 패킹을 이동시킴으로써 상기 유로의 개도량을 조절한다.

본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 상기 밸브 작동체에 대해 상기 캠이 상기 밸브 작동체를 가압하는 방향과 반대되는 방향으로 탄성력을 가하기 위해 상기 설치 공간에 설치되는 스프링을 더 포함할 수 있다.

상기 밸브 작동체에는 축 삽입구멍이 마련되고, 상기 캠기구는 상기 구동축과 결합되고 상기 축 삽입구멍에 삽입되는 캠 축을 구비하며, 상기 캠은 상기 캠 축에 편심되도록 결합되되, 상기 축 삽입구멍을 사이에 두고 마주하도록 한 쌍이 구비될 수 있다.

본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 상기 모터의 동작을 제어하기 위한 감지 신호를 상기 제어회로에 제공하기 위해 상기 설치 공간에 설치되는 리미트 센서 및 상기 리미트 센서를 작동시키기 위해 상기 캠기구와 함께 회전할 수 있도록 상기 캠기구에 결합되는 센서 작동부재를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 상기 하우징의 상면을 관통하도록 마련되는 관통구멍을 통해 상기 하우징 내부로 삽입되는 중공형의 실린더부와 상기 하우징의 상부 외측에 배치되도록 상기 실린더부의 상부 끝단에 배치되는 휠부를 갖는 조작 핸들 및 상기 실린더부의 내부에 직선 운동은 가능하되 회전 운동은 억제되도록 삽입되고 암나사산을 갖는 리드 너트를 더 포함하고, 상기 밸브 작동체는 상기 캠 접촉부의 상부에 구비되고 외면에 상기 리드 너트의 암나사산에 대응하는 수나사산이 마련되어 상기 리드 너트가 나사 결합되는 나선축부를 구비하며, 사용자가 상기 휠부를 돌리면 상기 리드 너트가 상기 실린더부와 함께 회전하여 상기 리드 너트와 상기 나선축부 사이의 나선 운동에 의해 상기 밸브 작동체가 직선 이동할 수 있다.

본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는, 상기 휠부에 형성된 핀 결합구멍에 슬라이드 이동 가능하게 삽입되는 고정핀, 상기 고정핀에 대해 상기 핀 결합구멍으로부터 밀어내는 방향으로 탄성력을 가하는 스프링, 상기 고정핀이 삽입될 수 있도록 상기 하우징의 상면에 마련되는 핀 고정홈을 더 포함하고, 상기 고정핀이 상기 고정홈에 삽입됨으로써 상기 휠부의 회전이 제한될 수 있다.

상기 하우징의 상면에는 상기 핀 고정홈과 연결되고 핀 고정홈 쪽으로 갈수록 그 깊이가 점진적으로 깊어지는 형상의 경사홈이 마련될 수 있다.

상기 휠부에는 상기 나선축부의 끝단이 통과할 수 있는 관통구멍이 마련되고, 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 상기 밸브 작동체와 함께 움직일 수 있도록 상기 나선축부의 끝단에 결합되는 인디케이터 및 상기 인디케이터를 덮기 위해 상기 휠부의 상부에 결합되고, 상기 인디케이터가 외부로 드러날 수 있도록 투명 또는 반투명 소재로 이루어지는 인디케이터 캡을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 밸브의 패킹을 이동시켜 밸브를 개폐시키는 밸브 작동체가 캠기구에 의해 작동하므로 구조가 단순하고, 밸브 개폐 동작이 안정적으로 이루어질 수 있다.

또한 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 밸브의 패킹을 이동시키는 밸브 작동체가 스프링에 의해 탄성 지지됨으로써, 밸브 작동체가 패킹을 과도하게 가압하거나 또는 덜 가압하는 문제를 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터는 전원 공급이 차단되면 밸브 작동체가 스프링의 탄성력에 의해 하강하여 밸브의 유로를 차단함으로써 사용자의 의도와는 상관없이 밸브를 통해 유체가 유동하는 것을 막을 수 있다. 또한 전원이 차단된 경우 조작 핸들을 이용하여 밸브 작동체를 이동시켜 밸브를 개폐할 수 있어 비상 상황에서 신속한 대처가 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터가 밸브에 결합된 상태를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터를 나타낸 사시도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터를 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터를 나타낸 측단면도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터의 작용을 설명하기 위한 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터가 밸브에 결합된 상태를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터를 나타낸 사시도이고, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터를 나타낸 분해 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터를 나타낸 측단면도이다.

도 1에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)는 밸브(1)의 개도량을 자동으로 조절하기 위해 밸브(1)에 결합된다. 밸브(1)의 내부에는 내부 유로의 개도량을 조절하기 위한 패킹(미도시)이 상하 이동 가능하게 설치되고, 밸브 작동 액츄에이터(10)는 밸브(1)의 패킹을 이동시킴으로써 밸브(1)의 개도량을 조절한다. 패킹은 밸브(1) 내부에 설치되는 스프링에 의해 상부 방향으로 탄성 지지되는 것으로, 밸브 작동 액츄에이터(10)가 패킹을 가압하면 패킹이 하강하여 밸브(1)가 닫히고, 가압력이 제거되면 패킹은 스프링에 의해 상승하여 밸브(1)가 개방된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)는, 하우징(12), 하우징(12) 내부에 설치되는 모터(30), 모터(30)의 구동력을 제공받아 회전하는 캠기구(33), 하우징 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 밸브 작동체(50), 모터(30)의 동작을 제어하기 위한 제어회로가 마련된 회로기판(76)을 포함한다. 이러한 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)는 캠기구(33)가 회전하여 밸브 작동체(50)를 직선 이동시키고, 밸브 작동체(50)가 밸브(1)의 패킹을 이동시킴으로써 밸브(1)의 개도량을 조절하게 된다.

도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 하우징(11)은 상부 커버(13)와 하부 커버(14)를 포함하고, 하우징(11)의 내부에는 각종 구성요소가 설치되는 설치 공간(15)이 마련된다. 상부 커버(13)는 하부 쪽으로 개방되고 하부 커버(14)는 상부 쪽으로 개방되어 상부 커버(13)와 하부 커버(14)가 결합되면 상부 커버(13)의 내부 공간과 하부 커버(14)의 내부 공간이 연결된다. 상부 커버(13)와 하부 커버(14) 각각의 측면에는 홈(16)이 마련되며, 상부 커버(13)와 하부 커버(14)가 결합될 때 두 개의 홈(16)이 만나 전원 케이블(29) 결합될 수 있는 구멍을 형성한다.

상부 커버(13)에는 상면을 관통하는 관통구멍(17)이 마련되고, 상부 커버(13)의 내면에는 관통구멍(17)에서 하부 방향으로 연장된 스프링 수용부(18)가 구비된다. 그리고 상부 커버(13)의 상면에는 핀 고정홈(19)과 경사홈(20)이 마련된다. 경사홈(20)은 핀 고정홈(19)과 연결되며 핀 고정홈(19) 쪽으로 갈수록 그 깊이가 점진적으로 깊어지는 형상으로 이루어진다.

하부 커버(14)의 하면에는 관통구멍(21)이 마련되고, 관통구멍(21)의 하부에는 밸브 연결부(22)가 구비된다. 밸브 연결부(22)는 양쪽 끝단이 개방된 실린더 형상으로 이루어지고 그 내부 공간이 하부 커버(14)의 관통구멍(21)과 연결된다. 밸브 연결부(22)의 측면에는 체결홈(23;도 6참조)이 마련된다. 밸브 연결부(22)에는 밸브(1)에 결합되는 밸브 결합부재(24)가 결합된다.

밸브 결합부재(24)는 양쪽 끝단이 개방된 실린더 형상으로 이루어지고 밸브(1)와 나사 결합되기 위한 암나사산(25)을 갖는다. 밸브 결합부재(24)가 밸브 연결부(22)에 삽입된 상태에서 클램프(27)가 밸브 연결부(22)의 체결홈(23)을 통해 밸브 결합부재(24)를 가압함으로써 밸브 결합부재(24)는 밸브 연결부(22)에 고정된다. 그리고 밸브 결합부재(24)가 밸브(1)의 결합됨으로써 하우징(12)이 밸브(1)에 단단히 고정될 수 있다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 모터(30)는 하우징(12) 내부에 고정 설치된다. 모터(30)는 외측으로 돌출된 구동축(31)을 갖는다. 구동축(31)의 단면은 D컷 형상 등 비원형의 형상으로 이루어진다.

캠기구(33)는 모터(30)의 구동축(31)에 결합되어 구동축(31)과 함께 회전한다. 캠기구(33)는 제 1 크랭크 캠(34)과 제 2 크랭크 캠(35)으로 구성된다. 제 1 크랭크 캠(34)과 제 2 크랭크 캠(35)은 캠축(36)(37)과 캠축(36)(37)에 편심되도록 결합된 캠(38)(39)을 구비한다. 제 1 크랭크 캠(34)의 캠축(36) 일단에는 구동축(31)의 단면 형상에 대응하는 형상의 축 결합홈(40)이 마련되고, 제 1 크랭크 캠(34)의 캠축(36) 타단에는 결합돌기(41)가 구비된다. 그리고 제 2 크랭크 캠(35)의 일단에는 제 1 크랭크 캠(34)의 결합돌기(41)가 삽입 결합되는 결합홈(42)이 마련되고, 제 2 크랭크 캠(35)의 타단에는 센서 작동부재(43)가 구비된다. 센서 작동부재(43)는 후술할 리미트 센서(78)의 버튼(79)을 누를 수 있는 작동 돌기(44)를 갖는다.

캠기구(33)는 하우징(12) 내부에 고정 설치되는 제 1 축 지지체(46) 및 제 2 축 지지체(47)에 회전 가능하게 지지된다. 각각의 축 지지체(46)(47)에는 캠축(36)(37)이 삽입되는 축 삽입구멍(48)(49)이 마련된다. 제 1 크랭크 캠(34)의 캠(38)과 제 2 크랭크 캠(35)의 캠(39)은 밸브 작동체(50)의 캠 결합부(52)를 사이에 두고 마주하도록 배치되어 밸브 작동체(50)를 동시에 가압하여 이동시킨다. 이렇게 두 개의 캠(38)(39)이 밸브 작동체(50)를 움직이면 밸브 작동체(50)의 이동이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 밸브 작동체(50)는 하우징(12) 내부에 직선 왕복 이동 가능하게 설치된다. 밸브 작동체(50)는 축 삽입구멍(51)이 형성된 캠 결합부(52), 캠 결합부(52)의 상부에 캠 결합부(52)의 폭보다 큰 폭으로 마련된 캠 접촉부(53), 캠 결합부(52)의 하부에 하부 방향으로 연장되도록 마련된 작동부(54) 및 캠 접촉부(53)의 상부에 상부 방향으로 연장되도록 마련된 나선축부(55)를 포함한다. 캠 결합부(52)의 축 삽입구멍(51)에는 캠기구(33)의 캠축(36)이 삽입되고, 한 쌍의 캠(38)(39)은 캠 결합부(52)를 사이에 두고 마주하도록 배치된다.

이러한 밸브 작동체(50)는 캠기구(33)에 의해 상하 방향으로 직선 운동한다. 즉 밸브 작동체(50)는 한 쌍의 캠(38)(39)이 캠 접촉부(53)에 접하여 캠 접촉부(53)를 가압함으로써 움직인다. 캠 접촉부(53)의 상면에는 상부 커버(13)의 스프링 수용부(18) 내부에 수용된 스프링(58)의 하단이 접한다. 스프링(58)은 그 상단이 상부 커버(13)의 내면에 접하여 캠 접촉부(53)에 대해 하강하는 방향으로 탄성력을 가한다. 따라서 밸브 작동체(50)는 캠(38)(39)의 가압력에 의해 상승하고 스프링(58)의 탄성력에 의해 하강하게 된다. 밸브 작동체(50)가 하부 방향으로 움직일 때 밸브 작동체(50)의 작동부(54)는 밸브 연결부(22)의 관통구멍(21) 및 밸브 결합부재(24)의 관통구멍(26)을 통과하여 밸브(1)의 패킹을 가압함으로써 밸브(1) 내 유로의 개도량을 감소시키거나 유로를 차단하게 된다.

밸브 작동체(50)의 나선축부(55)에는 부분적으로 수나사산(56)이 마련된다. 나선축부(55)에는 리드 너트(59)가 나사 결합된다. 리드 너트(59)의 내주면에는 나선축부(55)의 수나사산(56)에 대응하는 암나사산(60)이 마련되고, 외면에는 복수의 가이드 돌기(61)가 구비된다. 리드 너트(59)는 상부 커버(13)에 결합되는 조작 핸들(63)에 결합되어 조작 핸들(63)과 함께 회전한다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 조작 핸들(63)은 상부 커버(13)의 상면에 마련되는 관통구멍(17)을 통해 하우징(12) 내부로 삽입되는 중공형의 실린더부(64)와 하우징(12)의 상부 외측에 배치되도록 실린더부(64)의 상부 끝단에 마련되는 휠부(66)를 포함한다. 실린더부(64)는 양쪽 끝단이 개방된 형상으로 이루어지며, 그 내부 공간이 휠부(66)에 마련된 관통구멍(67)과 연결되도록 휠부(66)의 하부에 배치된다.

리드 너트(59)는 실린더부(64)의 내부에 직선 운동은 가능하되 회전 운동은 억제되도록 삽입된다. 이러한 리드 너트(59)의 움직임을 위해 리드 너트(59)의 외면에는 복수의 가이드 돌기(61)가 구비되고, 실린더부(64)에는 가이드 돌기(61)가 삽입되는 복수의 가이드 홈(65)이 리드 너트(59)의 이동 방향으로 길게 마련된다. 리드 너트(59)가 직선 운동은 가능하되 회전 운동은 억제되도록 하기 위한 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 실린더부(64)의 내면에 가이드 레일을 마련하고, 리드 너트(59)의 외면에 가이드 레일에 대응하는 홈을 형성할 수도 있다.

리드 너트(59)는 실린더부(64)와 평행한 방향으로 외력을 받으면 실린더부(64) 내부에서 직선 이동할 수 있지만, 회전력이 가해지면 홀로 회전하지 못하고 조작 핸들(63)과 함께 회전한다. 따라서 사용자가 휠부(66)를 돌리면 리드 너트(59)도 함께 회전하게 된다. 리드 너트(59)와 나사 결합된 밸브 작동체(50)는 캠축(36)으로 인해 회전할 수 없으므로, 리드 너트(59)가 회전할 때 밸브 작동체(50)는 리드 너트(59)와의 나사 운동에 의해 상승하거나 하강하게 된다. 이와 같이, 조작 핸들(63)을 이용하면 밸브(1)의 개도량을 수동으로 조절할 수도 있고, 밸브 작동체(50)의 스트로크를 미세 조정할 수도 있다.

사용자가 조작 핸들(63)을 이용하여 밸브(1)의 개도량을 수동으로 조절할 때 조작 핸들(63)을 필요 이상으로 돌리면 밸브 작동 액츄에이터(10)의 각종 부품에 과도한 하중이 가해져 부품이 파손될 수 있다. 그리고 사용자가 조작 핸들(63)을 이용하여 밸브 작동체(50)의 스트로크를 미세 조정할 때 밸브 작동체(50)의 초기 위치를 너무 높거나 너무 낮게 설정하면 밸브 작동체(50)의 스트로크가 적정 범위를 벗어나 캠기구(33) 및 밸브 작동체(50)에 의한 밸브(1)의 개폐 동작이 안정적으로 이루어지지 못할 수 있다. 따라서 조작 핸들(63)의 회전 각도는 일정 범위 내로 제한될 필요가 있다.

조작 핸들(63)의 회전 각도를 제한하기 위해 휠부(66)에는 상부 커버(13)의 핀 고정홈(19)에 삽입될 수 있는 고정핀(69)이 장착된다. 고정핀(69)은 휠부(66)에 형성된 핀 결합구멍(68)에 슬라이드 이동 가능하게 삽입된다. 핀 결합구멍(68)에는 고정핀(69)에 대해 핀 결합구멍(68)으로부터 이탈되는 방향으로 탄성력을 가하는 스프링(70)이 배치되어 고정핀(69)은 그 끝단이 핀 결합구멍(68)의 외부로 돌출된다. 고정핀(69)이 핀 고정홈(19)에 삽입되면 조작 핸들(63)은 회전이 억제된다.

상부 커버(13)에 상면에는 핀 고정홈(19) 이외에 경사홈(20)이 마련된다. 경사홈(20)은 핀 고정홈(19) 쪽으로 갈수록 그 깊이가 점진적으로 깊어져 핀 고정홈(19)과 연결된다. 따라서 도 3을 기준으로 볼 때 고정핀(69)이 핀 고정홈(19)에 삽입되면 조작 핸들(63)은 시계 방향으로는 회전할 수 있지만, 반시계 방향으로는 회전할 수 없다. 즉 핀 고정홈(19)에 고정핀(69)이 삽입되면 조작 핸들(63)은 고정핀(69)을 경사홈(20) 쪽으로 이동시키는 방향으로는 회전할 수 있지만 그 반대 방향으로는 회전하지 못한다.

도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 조작 핸들(63)의 휠부(66) 상면에는 인디케이터 캡(72)이 결합된다. 인디케이터 캡(72)은 밸브 작동체(50)의 상부 끝단에 마련되는 고정부(57)에 결합되는 인디케이터(73)를 덮기 위한 것으로 투명 또는 반투명 소재로 이루어진다. 따라서 인디케이터 캡(72) 내부에 위치하는 인디케이터(73)는 인디케이터 캡(72)의 외부로 드러난다. 인디케이터(73)는 디스크 형상으로 이루어지고 밸브 작동체(50)의 고정부(57)가 삽입되는 고정구멍(74)을 갖는다.

인디케이터(73)는 밸브 작동체(50)와 함께 움직이므로, 인디케이터(73)의 위치는 밸브 작동체(50)의 위치를 나타낸다. 인디케이터 캡(72)에는 밸브 작동체(50)의 이동 방향을 따라 복수의 눈금이 일정한 간격으로 마련되어 있어서 사용자는 인디케이터(73)가 위치한 눈금을 보고 밸브 작동체(50)의 위치를 알 수 있다. 특히 사용자는 조작 핸들(63)을 이용하여 밸브 작동체(50)의 스트로크를 미세 조정할 때 인디케이터(73)를 보고 밸브 작동체(50)의 초기 위치를 적절히 설정할 수 있다.

도 3 내지 도 5에 도시된 것과 같이, 회로기판(76)은 제 2 축 지지체(47)의 외측에 고정된다. 회로기판(76)에는 모터(30)의 동작을 제어하기 위한 제어회로가 구비된다. 또한 회로기판(76)에는 캠기구(33)에 결합된 센서 작동부재(43)가 통과할 수 있는 관통구멍(77)이 마련되고, 회로기판(76)의 관통구멍(77) 주위에는 복수의 리미트 센서(78)가 배치된다. 리미트 센서(78)는 외측으로 돌출된 버튼(79)을 구비하며, 센서 작동부재(43)의 작동 돌기(44)가 버튼(79)을 누르면 감지 신호를 발생하여 이를 제어회로에 제공한다.

밸브 작동체(50)의 상하 이동은 캠기구(33)의 회전에 의해 이루어지므로, 복수의 리미트 센서(78)를 적절히 배치하고 캠기구(33)에 결합된 센서 작동부재(43)가 일정 각도에서 리미트 센서(78)의 버튼(79)을 누르도록 하면 밸브 작동체(50)가 특정 높이에 위치할 때 리미트 센서(78)에서 감지 신호를 발생시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)는 두 개의 리미트 센서(78)를 구비한다. 두 개의 리미트 센서(78) 중 어느 하나는 밸브 작동체(50)가 최상부에 위치하는 시점에 센서 작동부재(43)가 그 버튼(79)을 누르는 위치에 배치되고, 다른 하나는 밸브 작동체(50)가 최하부에 위치하는 시점에 센서 작동부재(43)가 그 버튼(79)을 누르는 위치에 배치된다. 리미트 센서(78)가 감지 신호를 제어회로에 제공하면 제어회로는 모터(30)를 정지시킴으로써 밸브 작동체(50)가 설정 범위 내에서만 이동할 수 있도록 한다.

리미트 센서(78)의 종류나 설치 개수, 리미트 센서(78)를 작동시키기 위한 센서 작동부재(43)의 구조는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 예컨대, 리미트 센서(78)는 도시된 것과 같은 기구적 스위치 타입 이외에 자기장이나 빛을 이용하는 것이 이용될 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)의 작용에 대하여 설명한다.

도 6은 밸브 작동체(50)가 최대로 하강한 상태를 나타낸 것으로, 이때 밸브 작동체(50)의 작동부(54)가 밸브(1)의 패킹을 눌러 밸브(1) 유로를 차단한다. 이 상태에서 밸브 작동체(50)가 캠기구(33)에 의해 상승하면 패킹이 밸브(1)에 설치된 스프링의 탄성력에 의해 상승하여 유로의 개도량이 증가하게 된다.

도 7에 도시된 것과 같이, 캠기구(33)가 회전하여 캠(38)(39)이 밸브 작동체(50)의 캠 접촉부(53)를 밀어 올리면 밸브 작동체(50)가 스프링(58)을 압축시키면서 상승한다. 이때 리드 너트(59)도 밸브 작동체(50)와 함께 상승한다. 밸브 작동체(50)가 상승하면 상술한 것과 같이 밸브(1)의 패킹이 상승하여 밸브(1)의 개도량이 증가한다.

한편, 도 8에 도시된 것과 같이, 사용자가 조작 핸들(63)을 돌리면 리드 너트(59)가 조작 핸들(63)과 함께 회전한다. 이때, 밸브 작동체(50)는 캠축(36)에 의해 회전이 억제되므로 리드 너트(59)와 나선축부(55) 사이의 나사 운동에 의해 상승하게 된다. 물론 밸브 작동체(50)를 반대 방향으로 돌리면 밸브 작동체(50)는 하강하게 된다. 이렇게 조작 핸들(63)를 돌리면 밸브 작동체(50)를 이동시켜 밸브(1)를 수동으로 개폐할 수 있고, 캠기구(33)에 의한 밸브 작동체(50)의 스트로크를 미세 조정할 수 있다.

상술한 것과 같이, 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)는 밸브(1)의 패킹을 이동시키는 밸브 작동체(50)를 스프링(58)이 탄성 지지함으로써, 밸브 작동체(50)가 패킹을 과도하게 가압하거나 또는 덜 가압하는 문제를 줄일 수 있다.

또한 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)는 전원 공급이 차단되면 밸브 작동체(50)가 스프링(58)의 탄성력에 의해 하강하여 밸브(1)의 유로를 차단함으로써 사용자의 의도와는 상관없이 밸브(1)를 통해 유체가 유동하는 것을 막을 수 있다. 또한 전원이 차단된 경우 조작 핸들(63)을 이용하여 밸브 작동체(50)를 이동시켜 밸브(1)를 개폐할 수 있어 비상 상황에서 신속한 대처가 가능하다.

앞에서는 본 발명에 의한 밸브 작동 액츄에이터(10)의 밸브 작동체(50)가 하강할 때 밸브(1) 유로의 개도량이 감소하고, 밸브 작동체(50)가 상승할 때 밸브(1) 유로의 개도량이 증가하는 것으로 설명하였으나, 밸브(1)의 구조에 따라 그 반대가 될 수 있다. 즉, 밸브 작동체(50)가 하강할 때 밸브(1)의 패킹이 유로를 개방하고, 밸브 작동체(50)가 상승할 때 밸브(1)의 패킹이 유로를 폐쇄할 수 있다.

또한 밸브 작동 액츄에이터(10)를 구성하는 구성요소의 구체적인 구조는 도시되고 설명된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 특히 밸브 작동체(50)를 직선 이동시키는 캠기구(33)는 캠 운동을 통해 밸브 작동체(50)를 움직일 수 있는 다른 구조로 변경될 수 있고, 밸브 작동체(50)는 캠기구(33)의 캠 운동에 의해 움직이면서 밸브(1)의 패킹을 가압할 수 있는 다른 구조로 변경될 수 있다. 캠기구(33)와 함께 밸브 작동체(50)에 이동력을 제공하는 스프링(58)은 생략될 수도 있으며, 이 경우 밸브 작동체(50)는 캠기구(33)에 의해 상승 운동 및 하강 운동할 수 있다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 되며, 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한된다. 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량하거나 변경하는 것이 가능하며, 이러한 개량 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10 : 밸브 작동 액츄에이터 12 : 하우징
13 : 상부 커버 14 : 하부 커버
18 : 스프링 수용부 19 : 핀 고정홈
20 : 경사홈 22 : 밸브 연결부
24 : 밸브 결합부재 27 : 클램프
29 : 전원 케이블 30 : 모터
31 : 구동축 33 : 캠기구
34, 35 : 제 1, 2 크랭크 캠 36, 37 : 캠축
38, 39 : 캠 43 : 센서 작동부재
46, 47 : 제 1, 2 축 지지체 50 : 밸브 작동체
52 : 캠결합부 53 : 캠 접촉부
54 : 작동부 55 : 나선축부
58, 70 : 스프링 59 : 리드 너트
63 : 조작 핸들 64 : 실린더부
66 : 휠부 69 : 고정핀
72 : 인디케이터 캡 73 : 인디케이터
76 : 회로기판 78 : 리미트 센서

Claims (8)

1. 유로와 상기 유로의 개도량을 조절하기 위한 패킹을 갖는 밸브에 결합되어 상기 패킹을 작동시키는 밸브 작동 액츄에이터에 있어서,
   상기 밸브에 결합되고, 설치 공간을 갖는 하우징;
   상기 설치 공간에 설치되고, 구동축을 갖는 모터;
   상기 모터의 구동력을 제공받아 회전할 수 있도록 상기 구동축과 결합되고, 상기 구동축과 편심되도록 배치되는 캠을 갖는 캠기구;
   상기 캠이 접촉하는 캠 접촉부 및 상기 하우징의 개방된 부분을 통과하여 상기 밸브의 패킹에 접하는 작동부를 구비하고, 상기 설치 공간에 직선 왕복 이동 가능하게 설치되는 밸브 작동체; 및
   상기 모터의 동작을 제어하기 위한 제어회로가 마련된 회로기판;을 포함하고,
   상기 캠의 회전시 상기 밸브 작동체가 직선 이동하여 상기 패킹을 이동시킴으로써 상기 유로의 개도량을 조절하는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 작동체에 대해 상기 캠이 상기 밸브 작동체를 가압하는 방향과 반대되는 방향으로 탄성력을 가하기 위해 상기 설치 공간에 설치되는 스프링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 밸브 작동체에는 축 삽입구멍이 마련되고,
   상기 캠기구는 상기 구동축과 결합되고 상기 축 삽입구멍에 삽입되는 캠 축을 구비하며,
   상기 캠은 상기 캠 축에 편심되도록 결합되되, 상기 축 삽입구멍을 사이에 두고 마주하도록 한 쌍이 구비되는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 모터의 동작을 제어하기 위한 감지 신호를 상기 제어회로에 제공하기 위해 상기 설치 공간에 설치되는 리미트 센서; 및
   상기 리미트 센서를 작동시키기 위해 상기 캠기구와 함께 회전할 수 있도록 상기 캠기구에 결합되는 센서 작동부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징의 상면을 관통하도록 마련되는 관통구멍을 통해 상기 하우징 내부로 삽입되는 중공형의 실린더부와 상기 하우징의 상부 외측에 배치되도록 상기 실린더부의 상부 끝단에 배치되는 휠부를 갖는 조작 핸들; 및
   상기 실린더부의 내부에 직선 운동은 가능하되 회전 운동은 억제되도록 삽입되고, 암나사산을 갖는 리드 너트;를 더 포함하고,
   상기 밸브 작동체는 상기 캠 접촉부의 상부에 구비되고 외면에 상기 리드 너트의 암나사산에 대응하는 수나사산이 마련되어 상기 리드 너트가 나사 결합되는 나선축부를 구비하며,
   사용자가 상기 휠부를 돌리면 상기 리드 너트가 상기 실린더부와 함께 회전하여 상기 리드 너트와 상기 나선축부 사이의 나선 운동에 의해 상기 밸브 작동체가 직선 이동하는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 휠부에 형성된 핀 결합구멍에 슬라이드 이동 가능하게 삽입되는 고정핀;
   상기 고정핀에 대해 상기 핀 결합구멍으로부터 밀어내는 방향으로 탄성력을 가하는 스프링; 및
   상기 고정핀이 삽입될 수 있도록 상기 하우징의 상면에 마련되는 핀 고정홈;을 더 포함하고,
   상기 고정핀이 상기 고정홈에 삽입됨으로써 상기 휠부의 회전이 제한되는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 하우징의 상면에는 상기 핀 고정홈과 연결되고 핀 고정홈 쪽으로 갈수록 그 깊이가 점진적으로 깊어지는 형상의 경사홈이 마련되는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   상기 휠부에는 상기 나선축부의 끝단이 통과할 수 있는 관통구멍이 마련되고,
   상기 밸브 작동체와 함께 움직일 수 있도록 상기 나선축부의 끝단에 결합되는 인디케이터; 및
   상기 인디케이터를 덮기 위해 상기 휠부의 상부에 결합되고, 상기 인디케이터가 외부로 드러날 수 있도록 투명 또는 반투명 소재로 이루어지는 인디케이터 캡;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 작동 액츄에이터.

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