KR101266120B1

KR101266120B1 - 절환밸브

Info

Publication number: KR101266120B1
Application number: KR1020077024870A
Authority: KR
Inventors: 료스케 초; 요시히로 오가와; 고헤이 후쿠도메
Original assignee: 이글 고오교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2013-05-27
Also published as: US7987871B2; WO2006118052A1; KR20080015399A; JPWO2006118052A1; EP1876380A1; CN101166926B; EP1876380A4; EP1876380B1; JP4981663B2; CN101166926A; US20090038697A1

Abstract

본 발명의 절환밸브는 제1밸브시트와 제1밸브시트와 대향하는 제2밸브시트를 가지는 밸브실과, 밸브실의 제1밸브시트의 주위 내의 제1밸브구(弁口)에 연통하여 제1작동유체를 유입시키는 제1유체통로와, 밸브실에 연통하여 작동유체를 유출 또는 유입시키는 제2유체통로와, 밸브실의 제2밸브시트의 주위 내의 제2밸브구에 연통하여 작동유체를 유출시키는 제3유체통로와, 밸브실에 배치되어 제1밸브시트와 제2밸브시트에 교호로 이접(離接)하는 밸브체와, 밸브체와 연결하는 축부와, 밸브축을 이동가능하게 안내하는 안내공과, 안내공의 주위에 마련된 실링수단의 수용실과, 수용실과 제1유체통로를 연통하는 보조통로와, 축부에 연결하여 솔레노이드로드를 작동시키는 솔레노이드부를 구비하고, 제1밸브시트와 밸브체가 접합하여 제1작동유체의 압력을 받는 제1수압면적과 축부의 수용실 내의 제1작동유체를 받는 제3수압면적을 거의 동일 면적으로 한 것이다.

Description

절환밸브{SELECTOR VALVE}

본 발명은 밸브체의 작동 능력을 향상시킨 절환밸브에 관한 것이다. 특히 솔레노이드부의 작동력에 의해 직접적으로 밸브체를 개폐하도록 함과 동시에, 절환된 유체의 압력이 밸브체의 작동 특성에 영향을 주지 않도록 한 절환밸브에 관한 것이다.

본 발명의 관련기술로서 공조장치 등의 배관에 마련한 삼방(三方)밸브 또는 사방(四方)밸브가 알려져 있다(하기의 특허문헌 1 참조). 그리고 이 공조장치에 있어서의 냉동사이클의 배관 내에는 냉매로서 CO₂등의 작동유체를 유동시킨다. 이 CO₂를 이용한 냉매사이클에 있어서는 일반적으로 사용압력영역이 종래의 냉매에 비해 10배 이상의 압력으로 사용되고 있다. 이 사용압력이 고압이므로 절환밸브에 있어서 각종의 문제점이 야기된다. 도4는 이 공조기의 냉동사이클을 나타낸 것이다. 또한 도5는 공조기의 난방사이클을 나타낸 것이다. 그리고 도6은 이 도5 및 도6의 사이클에 이용되는 삼방밸브의 전 단면도이다.

도4 및 도5에 있어서, 100은 제1삼방밸브(100A)와 제2삼방밸브(100B)로 이루어진 밸브장치이다. 이 밸브장치(100)는 컴프레서(110)로부터의 배관에 연통되어 있다. 또한 밸브장치(100)의 한쪽 배관은 실외열교환기(103)에 연통되어 있다. 그리고 밸 브장치(100)의 다른 쪽 배관은 실내열교환기(105)에 연통되어 있다. 그리고 또한 실외열교환기(103)와 실내열교환기(105)를 연통하는 배관(106)의 도중에는 팽창밸브(104)가 마련되어 있다. 그리고 도4의 냉방사이클에 있어서 작동유체는 시계가 회전하는 방향과는 반대방향으로 흐른다. 또한 도5의 난방사이클에 있어서는 작동유체가 시계가 회전하는 방향과 동일한 방향으로 흐른다. 따라서 밸브장치(100)를 절환함으로써 공조장치의 사이클을 냉방사이클(도4)과 난방사이클(도5)로 구성할 수 있다.

다음에, 도6에 의해 이 냉방과 난방의 사이클에 이용되는 하나의 삼방밸브(100A)에 대해서 설명한다. 삼방밸브(100A)는 밸브본체(200)와 전자밸브(250)로 구성되어 있다. 밸브본체(200)는 제1밸브부(201)와 제2밸브부(211)와 제3밸브부(221)와 제4밸브부(231)로 구성되어 있다.

제1밸브부(201)은 구부(球部)를 마련한 제1밸브체(202)가 제1밸브체구멍(203)에 이동 가능하게 끼워맞춤되어 있다. 이 제1밸브체(202)의 배면측에는 제1 작용공간(206)이 형성되어 있다. 또한 제1작용공간(206)내에는 제1스프링(205)이 배치되어 있다. 이 제1스프링(205)에 의해 제1밸브체(202)를 도시 하방으로 탄발(彈發)로 압압(押壓)하고 있다. 그리고 제1밸브체(202)는 작동 중에 제1밸브시트(204)와 이접(離接)한다.

제2밸브부(211)는 제1밸브부(201)와 대칭으로 배치되어 있다. 그리고 제2밸브체(212)가 제2밸브체구멍(213)에 이동가능하게 끼워맞춤되어 있다. 이 제2밸브체(212)는 제2작용공간(216)내에 배치된 제2스프링(215)에 의해 탄발로 압압되어 있다. 그리고 제2밸브체(212)는 작동 중에 제2밸브시트(214)와 이접한다.

다음에, 제3밸브부(221)는 제2밸브부(211)와 병렬로 배치되어 있다. 제3밸브체(222)는 제3밸브체구멍(223)에 이동 가능하게 배치되어 있다. 이 제3밸브체(222)의 배면측은 제3작용공간(226)에 형성되어 있다. 또한 제3밸브체(222)는 제3작용공간(226)내에 배치된 제3스프링(225)에 의해 탄발로 압압되어 있다. 그리고 제3밸브체(222)는 제3밸브시트(224)와 이접한다.

제4밸브부(231)는 가동흡인자(251)의 선단(先端)에 제4밸브체(232)가 마련되어 있다. 또한 가동흡인자(251)의 배면측은 제4공간부에 형성되어 있음과 동시에, 이 제4공간부에 제4스프링(255)이 배치되어 가동흡인자(251)를 탄발로 압압하고 있다. 이 제4밸브체(232)의 주위는 제4밸브체구멍(233)에 형성되어 있다. 그리고 제4밸브체(232)는 제4밸브시트(234)와 이접한다. 제4밸브체(232)는 가동흡인자(251)와 일체로 작동한다. 이 가동흡인자(251)는 코일부에 흐르는 전류에 따라 고정흡인자(252)에 흡인된다. 그리고 제4밸브체(232)는 제4밸브시트(234)의 밸브구를 개폐한다.

이 밸브본체(200)에는 도시는 생략되어 있으나, 제1밸브체구멍(203)에 연통하는 제1유체유입공이 도6의 단면과 직교하는 방향으로 마련되어 있다. 또한 도시는 생략되어 있으나 제2유체유입공도 도6의 단면과 직교하는 방향으로 마련되어 있다. 그리고 제1밸브시트(204)의 주위의 밸브구와 제2밸브시트(214)의 주위의 밸브구는 제1밸브간연통로(260)에 의해 연통되어 있다. 이 제1밸브간연통로(260)와 직교하는 방향으로는 유체유출공(261)이 형성되어 있다. 그리고 밸브간연통로(260)와 병렬로 제3밸브시트(224)의 밸브구와 제4밸브시트(234)의 밸브구를 연통하는 제2밸브간연통로(263)가 형성되어 있다. 그리고 제2밸브간연통로(263)내에는 핀(227)이 마련되어 있으며, 이 핀(227)의 각 단부가 제3밸브체(222)와 제4밸브체(232)에 각각 접합되어 있다. 그리고 제1밸브간연통로(260)와 제2밸브간연통로(263)는 리턴유로(262)에 의해 연통되어 있다. 그리고 또한 제1작용공간(206)내와 제4밸브체공(233)내는 제1파일럿유로(264)에 의해 연통되어 있다. 또한 제2작용공간(216)내와 제3밸브체공(223)내는 제2파일럿유로(265)에 의해 연통되어 있다.

이와 같이 구성된 삼방밸브(100A)는 전자밸브(250)의 코일에 전류가 흐르면 가동흡인자(251)가 고정흡인자(252)에 흡인되므로, 제4밸브시트(234)의 밸브구가 밸브 열림되고, 제1작동공간(206)과 제1파일럿유로(264)와 리턴유로(262)와 제1밸브간연통로(260)가 연통된다. 이 때문에 제1작동공간(206)의 압력이 저하되면 제1밸브체(202)가 제1밸브시트(204)로부터 이탈하여 밸브 개방된다. 이때 전술한 제1유체유입구로부터 유입된 냉매는 유체유출공(261)으로 유출된다. 반대로 제4밸브체(232)가 제4밸브시트(234)에 밸브 폐쇄되어 있을 때에는 제1밸브체(202)가 밸브 닫힘상태가 되므로, 냉매는 유체유출공(261)으로의 유출이 방지된다. 또한 전자밸브(250)의 코일로의 전류가 차단되면 가동흡인자(251)가 고정흡인자(252)로부터 도시 하방으로 이탈되므로, 가동흡인자(251)에 눌린 핀(227)이 제3밸브체(222)를 압압하여 제3밸브시트(224)로부터 밸브 개방시킨다. 이때 제2유체입구로부터 유입된 냉매는 유체유출공(261)으로 유출된다. 반대로 제3밸브체(222)가 제3밸브시트(224)로 밸브 개방되어 있을 때에는 제2밸브체(212)가 밸브 닫힘상태가 되므로, 냉매는 유체유출공(261)으로의 유출이 방지된다.

이 삼방밸브(100A)는 전자밸브(250)로 흐르는 전류에 의해 제3밸브부(221)와 제4밸브부(231)의 밸브구를 교호로 개폐하여 제1작용공간(206)내와 제2작용공간(216)내의 압력을 가감하고, 제1유체유입공과 제2유체유입공으로부터 유입되는 작동유체의 압력에 의해 제1밸브체(202)와 제2밸브체(212)를 개폐밸브한다. 이 때문에 삼방밸브(100A)의 설정속도에 대해서 실제의 개폐속도가 지연되는 문제가 있다. 또한 제1밸브부(201)와 제2밸브부(211) 이외에 제3밸브부(221)과 제4밸브부(231)를 마련해야 하므로 부품수가 많아져, 삼방밸브(100A)의 부품단가가 상승된다. 이 제3밸브부(221)와 제4밸브부(231)를 전자밸브(250)에 의해 작동시켰을 때의 작동유체에 의해 제1밸브부(201)와 제2밸브부(211)를 작동시키므로, 제1파일럿유로(264) 및 제2파일럿유로(265), 리턴유로(262)등의 가는 유로를 마련해야 하므로, 이 가는 유로의 가공이 곤란해진다. 이 때문에 삼방밸브의 제작코스트가 상승되는 문제가 있다.

특허문헌 1 : 특허공개 2004-92779호 공보 (도4, 도5 및 도4 참조)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 발명이 해결하고자하는 과제는 작동시키는 힘에 응답하는 밸브체의 개폐 능력을 향상시키는 것에 있다. 또한 작동유체의 유체통로의 유량직경을 대직경으로도 소직경으로도 제작하는 것이 가능하게 한다. 그리고 절환밸브의 밸브체의 작동 구조를 간단하게 하여 밸브개폐를 확실하게 함과 동시에, 부품수를 적게 하고 또한 제조코스트를 저감하는 것에 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 기술적과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 기술적 해결수단은 이하와 같이 구성되어 있다.

본 발명에 따른 절환밸브는 유입유체통로와 유출유체통로로 연통되는 밸브실을 절환하는 절환밸브로서, 제1밸브시트와 제1밸브시트와 대향하는 제2밸브시트를 가지는 밸브실과, 밸브실의 제1밸브시트의 주위의 제1밸브구에 연통하여 제1작동유체를 유입시키는 제1유체통로와, 밸브실에 연통하여 제1작동유체를 유입시키고 또는 제2작동유체를 유출시키는 제2유체통로와, 밸브실의 제2밸브시트의 주위의 제2밸브구에 연통하여 제3작동유체를 유출시키는 제3유체통로와, 밸브실에 배치되어 제1밸브시트와 제2밸브시트에 교호로 이접하는 밸브체와, 밸브체와 연결하는 축부와, 축부의 이동을 안내하는 안내공과, 안내공의 주위에 마련된 실링수단의 수용실과, 수용실과 제1유체통로를 연통하는 보조통로와, 축부에 연결하는 솔레노이드로드를 작동시켜서 밸브체를 작동시키는 솔레노이드부를 구비하며, 제1밸브시트와 밸브체가 접합한 주위의 내면에서 제1작동유체의 압력을 받는 제1수압면적과, 수용실 내의 제3작동유체의 압력을 받는 축부의 제3수압면적을 거의 동일 면적으로 한 것이다.

이 본 발명의 절환밸브에서는 제1유체통로로부터 유입된 제1작동유체가 작용하는 밸브체의 제1수압면적과, 보조통로로부터 유입된 제1작동유체가 작용하는 실링수단의 수용실 내의 밸브축에 있어서의 제3수압면적을 거의 동일 면적으로 구성하고 있으므로, 제1작동유체에 의해 밸브체를 제1밸브시트로부터 밸브 개방하는 힘과, 수용실 내의 압력에 의해 밸브체를 제1밸브시트에 밸브 개방하는 힘은 대항하여 상쇄한다. 이 때문에 솔레노이드부에 흐르는 설정된 전류의 크기에 따라 밸브체를 밸브 개방하거나 밸브 폐쇄하거나 하는 것이 가능해지므로, 밸브체를 개폐할 때의 응답성이 우수하다. 그리고 밸브체가 작동유체로부터 받는 힘에 영향을 받지 않고 개폐할 수 있으므로, 제1유체통로의 유체통로 단면적과 제2유통로의 유체통로 단면적을 임의의 단면적의 크기로 설계하는 것이 가능해진다. 이 때문에 유사 형상의 절환밸브로 작동유체의 유량이 큰 대형의 절환밸브로 구성하는 것도 가능하며, 작동유체의 유량이 적은 소형의 절환밸브로 구성하는 것도 가능해진다. 또한 제1유체통로로부터 제2유체통로로 제1작동유체를 유동시킬 수 있다. 그리고 제2유체통로로부터 제3유체통로로 제3작동유체를 유동시키는 것이 가능해진다. 또한 밸브체를 밸브실의 중간에 유지하면 제1유체통로로부터 제3유체통로로 제1작동유체를 유동시키는 것도 가능하다. 이 때문에 소형의 절환밸브로 다수의 유통로에 구성할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 절환밸브의 전 단면도이다.

도2는 도1에 도시한 실링링수용부와 실링링수용부에 배치한 실링링의 확대단면도이다.

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 절환밸브의 요부단면도이다.

도4는 본 발명의 다른 종래예의 절환밸브를 부착하는 냉매사이클의 배관도이다.

도5는 본 발명의 다른 종래예의 절환밸브를 부착하는 난방사이클의 배관도이다.

도6은 본 발명에 유사한 관련기술의 절환밸브의 전 단면도이다.

[부호의 설명]

1 절환밸브 2 밸브부 2A 밸브하우징(밸브본체) 3 제1밸브시트

4 제2밸브시트 5 베어링부 5A 안내공 5B 구멍주면 5C 접촉면

6 제1유체통로 6A 제1연통로 7 제2유체통로 7A 제2연통로

8 제3유체통로 8A 제3연통로 10 밸브체 10A 제1밸브면 10B 제2밸브면

11 축부 11A 외주면 14 밸브실 15 보조통로 16 도입로 17 수용실

20 솔레노이드부 21 본체 22 코일부 23 슬리브 23A 내주면

24 가동흡인자 24A 외주면 25 고정흡인자 25A 안내면 26 솔레노이드로드

26A 외주슬라이딩면 30 실링링(실링수단) 30A 내주면 30B 측면

42 제1스프링(제1스프링수단) 41 보조스프링(제2스프링수단) P1 제1작동유체

P2 제2작동유체 P2A 제3작동유체 P3 제4작동유체

이하, 본 발명에 따른 실시형태로서의 절환밸브를 도면에 따라 상세히 설명한다. 그리고 이하에 설명하는 각 도면은 설계도를 근거로 한 정확한 도면이다.

도1은 본 발명에 따른 제1실시예를 나타낸 절환밸브(1)의 단면도이다. 또한 도2는 실링수단(30)을 나타낸 수용실(17) 영역의 부분단면도이다. 이 절환밸브는 예를들어 도4에 나타낸 냉동사이클 또는 도5에 도시한 바와 같은 난방사이클 등을 흐르는 작동유체의 절환에 적합하다. 도1 및 도2에 있어서, 절환밸브(10)에는 외형을 형성하는 밸브하우징(밸브본체라고도 한다, 2A)을 마련한다. 이 밸브하우징(2A)은 축심에 밸브실(14)를 형성한다. 이 밸브실(14)을 중심으로 하여 외부로부터 밸브실(14)로 제1작동유체(P1)를 유입시키는 제1유체통로(6)를 마련한다. 제1유체통로(6)와 밸브실(14) 사이는 제1연통로(6A)로 형성한다. 제1유체통로(6)와 주방향(周方向)으로 약 180도 회전한 위치에는 밸브실(14)과 연통하는 제2유체통로(7)를 마련한다. 이 밸브실(14)의 제1작동유체(P1)는 제2유체통로(7)로 제2작동유체(P2, 제1작동유체(P1)과 동일한 작동유체이다)로서 유출한다. 또한 제2유체통로(7)로부터 제3작동유체(P2A, 제2작동유체(P2)가 유입상대방에서 작동한 후의 작동유체이다)로서 밸브실(14)로 유입된다. 그리고 제2유체통로(7)의 위치로부터 주방향으로 약145도 회전한 위치에 밸브실(14)와 연통하는 제3유체통로(8)를 마련한다. 그리고 밸브실(14)과 제3유체통로(8) 사이는 제3연통로(8A)로 형성한다. 그리고 제3작동유체(P2A)는 제2유체통로(7)로부터 밸브실(14)로 유입됨과 동시에. 밸브실(14)로부터 제3연통로(8A)를 거쳐 제4작동유체(P3)로서 제3유체통로(8)로 유출된다. 이 각 제1유체통로(6)와 제2유체통로(7)와 제3유체통로(8)의 밸브하우징(2A)에 있어서의 위치관계는 상술한 바와 같이 각도를 한정하는 것이 아니라, 원주상에서 배관하기 쉬운 위치에 간격을 두고 배치하면 된다.

그리고 밸브하우징(2A)에 있어서의 밸브실(14)의 도시하는 상부의 관통공에는 베어링부(5)를 마련한다. 이 베어링부(5)의 축심에는 안내공(5A)을 형성한다. 이 안내공(5A)은 후술하는 축부(11)를 이동가능하게 안내한다. 이 안내공(5A)은 고무 또 는 수지재제의 슬리브상의 얇은 베어링을 베어링부(5)의 내주면에 끼워 결합하여 베어링부(5)에 베어링을 복합재로서 형성할 수도 있다. 이 베어링은 축부(11)를 안내함과 동시에, 실링수단을 겸할 수 있다. 즉 도시 생략된 상술한 베어링은 제1작동유체를 실링함과 동시에 축부(11)도 안내한다. 그리고 밸브하우징(2A)의 베어링부(5)의 도시 상단부에는 2단의 부착공을 마련한다. 이 부착공에는 솔레노이드부(20)의 도시하는 하부를 끼워결합한다. 또한 베어링부(5)의 도시 상면에는 주면(周面)을 따라 복수의 홈상의 절결부를 형성한다. 그리고 절결부를 마련한 베어링부(5)의 외주는 밸브하우징(2A)과 솔레노이드부(20)와의 결합면 사이에 공간부를 형성한다. 이 공간부와 절결부를 도입로(16)에 형성한다. 이 도입로(16)는 보조통로(15)와 통하여 제1유체통로(6)와 연통시킨다. 즉 보조통로(15)는 일단이 제1유체통로(6)에 연통함과 동시에, 타단이 도입로(16)를 통해 후술하는 실링링(실링수단이라고도 한다, 30)의 수용실(17)과 연통한다. 이 보조통로(15)는 밸브하우징(2A)에 대해서 축방향으로 관통하는 구멍으로 형성한다.

밸브실(14)에는 제1유체통로(6)의 축심과 직교하는 제1연통로(6A)의 개구에 제1밸브구를 마련한다. 제1밸브구의 주위는 제1밸브시트(3)이다. 또한 제1밸브시트(3)와 대향하는 제3연통로(8A)의 개구에도 제2밸브구를 마련한다. 이 제2밸브구의 주위는 제2밸브시트(4)이다. 그리고 밸브실(14)에는 밸브체(10)를 배치한다. 이 밸브체(10)에는 제1밸브시트(3)와 이접(離接)하여 제1밸브구를 개폐하는 제1밸브면(10A)을 마련한다. 이 제1밸브면(10A)의 제1밸브시트(3)와 밀접하는 내면은 제1수압면적(A1)이다. 또한 이 밸브체(10)에 제2밸브시트(4)와 이접하여 제2밸브구를 개폐하는 제2밸브면(10B)을 마련한다. 이 제2밸브면(10B)의 제2밸브시트(4)와 밀접하는 내면은 제2수압면적(A2)이다. 그리고 밸브체(10)는 밸브실(14)의 내주면과 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤하여 제1밸브면(10A)이 제1밸브시트(3)와 착좌(着座)할 때에는 제2밸브면(10B)가 제2밸브시트(4)와 밸브 개방한다. 반대로 제1밸브면(10A)이 제1밸브시트(3)와 밸브 개방될 때에는 제2밸브면(10B)이 제2밸브시트(4)에 착좌한다. 이 절환밸브(1)는 삼방밸브로서 기능한다. 즉 밸브체(10)가 상하로 이동하면 제1밸브구와 제2밸브구가 교호로 밸브구를 개폐하는 구성이다.

또한 밸브체(10)의 밸브실(14)과 슬라이딩하는 하방부는 단부(段部)를 이루는 소경부로 형성하여 제1연통로(6A)와 제2유체통로(7)를 연통시키는 통로로서 제1작동유체(P1)를 통과시킨다. 또한 이 소경부의 외주에 제1스프링(42, 제1스프링수단이라고도 한다)을 동심(同芯)에 배치한다. 이 제1스프링(42)은 밸브체(10)를 제2밸브시트(4)측으로 탄발로 압압한다. 그리고 밸브체(10)의 내주면과 슬라이딩하는 대경부(도시하는 밸브체(10)의 상부)에는 축방향으로 관통하는 제2연통로(7A)를 주방향을 따라 복수개 마련한다. 이 제2연통로(7A)는 제2밸브시트(4)의 제2밸브구가 열렸을 때 제3연통로(8A)와 연통한다. 또한 제3연통로(8A)는 제3유체통로(8)와 연통하여 외부의 배관과 연통한다. 그리고 베어링부(5)는 밸브하우징(2A)과는 별도 부품으로서 밸브하우징(2A)의 관통공에 끼워 결합되어 있으므로, 동합금, 소결합금, 수지재료를 가공하여 제작할 수 있다. 이 베어링부(5)의 외주에 환상홈을 마련하여 제3연통로(8A)의 일부로 하고 있다. 그리고 이 베어링부(5)의 환상홈 내와 안내공(5A)을 관통공에 의해 연통시켜 전체를 제3연통로(8A)로 형성한다. 이 관통공은 베어링부(5)의 중심으로부터 방사상으로 환상홈 내에 도달하는 복수개의 구멍에 의해 형성한다. 그리고 베어링부(5)를 마련하지 않고 밸브하우징(2A)에 직접 가공한 안내공(5A)을 마련해도 좋다. 이 베어링부(5)에 마련한 안내공(5A)의 직경치수(A3의 직경)는 베어링부(5)의 내주에 마련한 제3연통로(8A)의 직경(A2의 직경)과 동일 직경치수로 형성하면 된다. 그리고 밸브하우징(2A)은 황동, 구리, 알루미늄, 철 등의 금속, 합성수지재 등으로 제작한다.

이 베어링부(5)에 있어서의 안내공(5A)의 도시하는 상부에는 상술한 바와 같이 실링링(30, 실링수단이라고도 한다)이 부착되는 수용실(17)을 마련한다. 도2는 이 수용실(17)의 영역을 확대하여 나타낸 것이다. 이 수용실(17)은 베어링부(5)의 상면에 안내공(5A)의 내경치수보다 대경치수로 한 구멍주면(5B)내에 오목상으로 형성한다(도2 참조). 또한 실링링(30)의 수용실(17)은 도2로부터 명백한 바와 같이, 구멍주면(5B)과, 구멍저부의 접촉면(5C)에 의해 형성한다. 이 실링링(30)의 수용실(17)에는 고무재제로 단면이 O형의 실링링(30)을 장착한다. 실링링(30)의 직경방향의 일측면(30B)은 접촉면(5C)에 접합시킨다. 또한 실링링(30)의 내주면(30A)은 축부(11)의 외주면(11A)에 가볍게 밀접시킨다.

축부(11)는 솔레노이드로드(26)와 연결한다. 이 축부(11)의 밸브체(10)와 연결하는 측의 축은 소경의 직경(D2)으로 형성되어 솔레노이드로드(26)의 직경(D3)과 거의 동일 직경으로 한다. 또한 축부(11)의 단면적(A3)은 안내공(5A)의 단면적과 거의 동일 면적으로 하는데, 축부(11)의 직경은 안내공(5A)의 직경보다 0.05mm이내의 미소한 치수로 하여 슬라이딩할 수 있도록 한다. 게다가 실링링(30)에 의해 도입로(16)로부터 유입된 제1작동유체(P1)가 축부(11)의 외주면(11A)과 안내공(5A)과의 끼워맞춤 사이로부터 밸브실(14)로 누설되는 것을 방지한다. 그리고 이 제1작동유체(P1)는 솔레노이드로드(26)의 외주슬라이딩면(26A)과 고정흡인자(25)의 안내면(25A)과의 틈새 내로 유입한다. 그리고 제1작동유체(P1)가 축부(11)에 작용한다. 이 제1작동유체(P1)가 축부(11)의 단면적(A3)에 작용하여 눌러내리는 힘과 제1작동유체(P1)가 밸브체(10)의 제1수압면적(A1)에 작용하여 상방으로 압압하는 힘과를 대항시켜 균형을 맞춘다. 그리고 축부(11)의 단면적(A3)과 밸브체(10)의 제1밸브면(10A)과 제1밸브시트(3)와의 접합하는 제1수압면적(A1)은 거의 동일 면적이다. 이때 실링링(30)의 수용실(17)의 구멍주면(5B)은 실링링(30)이 작동유체(P1)에 의해 압압되어 탄성변형되더라도 실링링(30)의 외주면이 접촉하지 않는 크기로 한다. 이 때문에 실링링(30)의 외주면은 제1작동유체(P1)의 압력에 의해 축방향으로 압축되어 직경방향으로 평면상으로 연장되더라도 구멍주면(5B)과 가압 접합되지 않아 실링링(30)의 외주면측이 자유롭게 연장될 수 있으므로, 내주면(30A)은 축부(11)의 외주면(11A)과 강하게 압접되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 밸브체(10)가 개폐밸브하여 축부(11)가 도시하는 상하로 이동할 때 실링링(30)과의 슬라이딩 저항은 작아진다.

밸브하우징(2A)의 도시하는 상단부에 마련한 부착공에는 솔레노이드부(20)의 본체(21)의 단부를 끼워결합한다. 이 본체(21)에는 유저(有底)원통상의 슬리브(23)을 동심으로 마련한다. 슬리브(23)의 외주측에는 코일부(22)를 장착한다. 그리고 코일부(22)의 외주는 본체(21)의 내주면에 본체(21)와 고정흡인자(25)가 자계의 회로를 형성하도록 끼워결합한다. 그리고 슬리브(23)의 내주면(23A)의 일단측에는 가동흡인자(24)의 외주면(24A)을 이동 가능하게 끼워맞춤한다. 또한 슬리브(23)의 내주면(23A)의 타단부는 고정흡인자(25)와 본체(21)를 결합한 사이에 고정한다. 그리고 가동흡인자(24)에는 솔레노이드로드(26)의 일단부를 결합한다. 그리고 솔레노이드로드(26)의 타단면을 축부(11)의 단면(端面) 에 접면(接面)한다. 또한 솔레노이드로드(26)의 외주슬라이딩면(26A)은 고정흡인자(25)의 안내면(25A)과 이동가능하게 끼워맞춤한다. 그리고 솔레노이드부(20)의 도시하는 상부에 결선된 배선을 통해 전류가 코일부(22)로 인가되면 전류의 강도에 따라 가동흡인자(24)가 고정흡인자(25)로 흡인된다. 또한 전류가 차단되면 가동흡인자(24)는 제1스프링(42)에 의해 탄발되어 고정흡인자(25)로부터 이탈된다. 이와 같이 하여 솔레노이드부(20)에 흐르는 전류의 크기에 따라 가동흡인자(24)는 솔레노이드로드(26)와 연결하는 밸브체(10)를 이동하여 제1밸브시트(3)와 제2밸브시트(4)에 대해서 교호로 이접하고, 교호로 제1밸브구와 제2밸브구를 개폐한다. 그리고 가동흡인자(24)는 보조스프링(41, 제2스프링수단이라고도 한다)에 의해 밸브체(10)측으로 탄발로 압압되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 절환밸브(1)에 있어서, 솔레노이드부(20)에 흐르는 전류가 무인가시에는 밸브체(10)는 F1의 힘에 의해 작동하여 밸브 개방된다. 이 F1은 다음 식과 같은 힘이 된다.

F1=P1ⅹA1-P1ⅹA3+K1-K2가 된다.

따라서 A1=A3이므로 F1=K1-K2가 된다.

단, A1은 제1수압면적

P1은 제1유체통로(6)로부터 도입되는 제1작동유체의 압력

A3은 축부(11)의 단면적

K1은 제1스프링(42)의 힘

K2는 보조스프링(41)의 힘

또한 솔레노이드부(20)에 전류가 인가될 경우에는 밸브체(10)는 F2의 힘에 의해 작동하여 밸브 폐쇄된다. 이 F2는 다음 식과 같은 힘이 된다.

F2=P1ⅹA1-P1ⅹA3+K1-K2+S가 된다.

따라서 A1=A3이므로 F2=K1-K2+S가 된다.
단 S는 솔레노이드부(20)의 흡인력이다.

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이 때문에 밸브체(10)는 작동유체의 힘을 받지 않고 작동할 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 제2실시예의 절환밸브(1)의 요부를 확대하여 나타낸다. 도3에 있어서, 절환밸브(1)의 전체 구성은 도1과 거의 동일하다. 도3이 도1과 다른 점은 밸브체(10)의 제2밸브면(10B)과 제2밸브시트(4)가 접촉하는 내면의 제2수압면적(A2)과 밸브축의 단면적(A3)과 제1수압면적(A1)을 거의 동일 면적으로 한 것이다. 즉 밸브체(10)의 제1밸브면(10A)과 제1밸브시트(3)가 접촉된 내면의 제1수압면적(A1)과, 밸브체(10)의 제2밸브면(10B)과 제2밸브시트(4)가 접촉되는 내면의 제2수압면적(A2)과, 밸브축의 단면적(A3)을 거의 동일 면적으로 한 것이다. 그리고 도3의 기타 구성은 도1과 거의 동일 구성이다.

F1=P1ⅹA1-P1ⅹA3+K1-K2가 된다.

따라서 A1=A3이므로 F1=K1-K2가 된다. 즉 이 항은 제1실시예와 동일하다.

단, A1은 제1수압면적

P1은 제1유체통로(6)로부터 도입되는 제1작동유체의 압력

A3은 축부(11)의 단면적

K1은 제1스프링(42)의 힘

K2는 보조스프링(41)의 힘

다음에 솔레노이드부(20)에 전류가 인가될 경우에는 밸브체(10)는 F2의 힘에 의해 작동하여 밸브 폐쇄한다. 이 F2는 다음 식과 같은 힘이 된다.

F2=P1ⅹA1-P1ⅹA3+P2AⅹA2-P3ⅹA3+K1-K2+S가 된다.

따라서 A1=A2=A3이며, P2A=P3이므로 F2=K1-K2+S가 된다.

단, P2A는 제2유체통로(7)로부터 밸브실(14)로 유입되는 제3 작동유체의 압력, P3는 밸브실(14)로부터 제3연통로(8A)를 통하여 제3 유체통로(8)로 유출되는 제4 작동유체의 압력, S는 솔레노이드부(20)의 흡인력이다.

상술한 바와 같이 구성된 절환밸브(1)는 밸브체(10)와 축부(11)를 연결함과 동시에, 솔레노이드로드(26)와 축부(11)를 접면하여 밸브체(10)를 작동시킨다. 가령 이 밸브체(10)의 개폐시에 밸브체(10)에 제1작동유체(P1)가 작용하면 밸브체(10)를 솔레노이드부(20)측으로 압압하게 된다. 이 밸브체(10)에 제1작동유체(P1)의 불균형한 작용력이 작용할 때에는 솔레노이드부(20)에 흐르는 전류의 크기에 따라 작동시키는 힘을 부정확하게 할 우려가 있다. 또한 설정된 제1스프링(42)과 보조스프링(41)의 힘에도 영향을 줄 우려가 있다. 이 때문에 본 발명에서는 제1작동유체(P1)를 밸브체(10)와는 반대의 축부(11)의 단면(端面) 에도 작용시켜 제1작동유체(P1)가 밸브체(10)에 작용하는 힘과 상쇄할 수 있도록 한다. 동시에 수용실(17)과 실링링(30)의 구성에 의해 제1작동유체(P1)가 축부(11)와 안내공(5A)과의 끼워맞춤 사이로 누설되는 것을 방지함과 동시에, 실링링(30)의 축부(11)와의 슬라이딩 저항도 저감할 수 있다. 그 결과, 밸브체(10)의 개폐는 솔레노이드부(20)의 흡인력, 제1스프링(42) 및 보조스프링(41)의 각 스프링력에 의해 작동하는 것이 가능해진다. 이 때문에 솔레노이드부(20) 및 각 스프링(41),(42)의 작동력에 의해 작동유체의 불필요한 압력을 받지 않고 밸브체(10)의 개폐를 설정대로 작동시키는 것을 기대할 수 있다. 특히 밸브체(10)의 개폐시에 작동유체가 밸브체(10)에 작용하여 불편하게 만드는 불필요한 압력이나, 밸브체(10)를 작동시킬 때의 슬라이딩 저항을 작게 할 수 있으므로, 솔레노이드부(20)의 흡인력은 코일부(22)에 흐르는 전류의 크기(강도)에 비례하여 작동시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

이하, 본 발명에 따른 다른 실시형태의 발명에 대해서 그 구성과 작용효과를 설명한다.

본 발명에 따른 제1발명의 절환밸브는 밸브체의 제1수압면적과, 축부의 제3수압면적과, 제2밸브시트와 밸브체의 제2밸브면이 접합하는 주위의 내면에서 제3작동유체의 압력을 받는 제2수압면적을 거의 동일 면적으로 한 것이다.

이 제1발명의 절환밸브에 따르면, 제1밸브시트에 밸브체가 접합하여 제1작동유체의 압력을 받는 제1수압면적과, 수용실에 내재하는 밸브축의 제3수압면적과, 제2밸 브시트에 밸브체가 접합하여 제3작동유체의 압력을 받는 제2수압면적을 거의 동일 면적으로 구성하였으므로, 밸브축의 제3수압면적과 밸브체의 제1수압면적에 작용하는 작동유체의 압력에 의한 축방향의 힘은 대항하여 상쇄된다. 또한 제2수압면적에 있어서의 축의 상하방향에 작용하는 작동유체의 힘은 대항하여 상쇄된다. 즉 밸브체 및 축부에 작용하는 작동유체의 모든 힘은 축방향에서 대항하여 균형을 이룬다. 이 때문에 밸브체는 솔레노이드부의 작동력 또는 밸브체를 작동시키는 스프링수단만의 힘으로 작동시킬 수 있다. 그 결과, 설정된 작동하는 힘에 의해 밸브체의 작동시의 개폐의 응답 능력이 우수하다.

본 발명에 따른 제2발명의 절환밸브는 솔레노이드부가 밸브체를 제1밸브시트에 밸브 폐쇄시키는 흡인력에 대항하여 밸브체를 제1밸브시트로부터 밸브 개방하는 제1스프링수단과, 제1스프링수단에 대향하는 제2스프링수단을 가지는 것이다.

이 제2발명의 절환밸브에 따르면, 솔레노이드부에 의한 작동력만으로 밸브체를 작동하면이 작동력이 작은 범위에서는 외력에 의해 밸브체가 진동하는 일이 있다. 그러나 밸브체와 밸브축에 있어서 제1스프링수단과 제2스프링수단을 대항시킴으로써 밸브체의 진동이나 요동을 방지할 수 있는 효과를 발휘한다. 그 때문에 교통수단 등에 있어서의 공조기나 진동하는 장치에 부착하는 것을 가능하게 한다.

본 발명에 따른 제3발명의 절환밸브는 축부의 밸브체에 연결하는 측의 외경 치수를 솔레노이드로드의 외경 치수와 거의 동일 치수로 한 것이다.

이 제3발명의 절환밸브에 따르면, 밸브축의 밸브체에 연결하는 외경을 밸브축용의 안내공의 내경 치수보다 가는 외경 치수로 하여 제3유체통로와 밸브실과의 경계 에 제2밸브구를 형성한 것이므로, 제2유체통로와 제3유체통로를 밸브체를 통해 연통시키는 것이 가능해진다. 그리고 축부와 끼워맞춤하여 안내하는 안내공을 베어링에 적합한 재료로 이루어진 베어링부에 마련하는 것도 가능해지므로, 베어링부와 축부의 긁힘이나 마모를 방지하여 밸브본체를 저렴한 재료로 제작하는 것이 가능해진다. 동시에 제3유통로의 가공이 용이해짐과 동시에, 축부의 외주측에 형성한 연통로에 의해 제2유체통로와 제3유체통로를 연통하는 것이 가능해진다. 그리고 제1밸브시트와 제2밸브시트를 밸브체를 통해 대향한 구성으로 할 수 있다.

본 발명에 따른 제4발명의 절환밸브는 수용실에 마련되는 실링수단이 축부와 압접하지 않도록 하여 실링하는 것이다.

이 제4발명의 절환밸브에서는 수용실에 마련되는 실링수단이 작동유체의 압력에 의해 밸브축과 압접하지 않도록 구성되어 있으므로, 축부의 이동시의 슬라이딩 저항을 작게 하여, 솔레노이드부에 흐르는 전류가 작을 때에도 밸브체를 전류의 강도에 따라 원활하게 개폐밸브하는 것이 가능해진다. 이 때문에 밸브체의 개폐의 응답성이 향상된다.

이상과 같이 본 발명의 절환밸브는 공기기계, 압축기 등의 유체회로의 절환밸브로서 이용되어 개폐밸브의 응답성의 향상과 저렴한 제품으로서 유용하다. 특히 작동유체의 불균형한 압력을 받지 않도록 하여 작동하는 밸브체로 구성하여, 작동하는 밸브체의 응답성이 우수한 능력을 발휘하는 절환밸브로서 유용하다. 또한 유체통로를 임의의 크기로 제작가능하게 하여 제작코스트를 저감할 수 있는 대형 또는 소형의 절환밸브로서 유용하다.

Claims

유입유체통로와 유출유체통로에 연통하는 밸브실을 절환하는 절환밸브로서,

제1밸브시트와 상기 제1밸브시트와 대향하는 제2밸브시트를 가지는 밸브실과,

상기 밸브실의 상기 제1밸브시트의 주위의 제1밸브구에 연통하여 작동유체를 상기 밸브실로 유입시키는 제1유체통로와,

상기 밸브실에 연통하여 상기 밸브실로부터 작동유체를 유출시키거나 또는 상기 밸브실로 유입시키는 제2유체통로와,

상기 밸브실의 제2밸브시트의 주위의 제2밸브구에 연통하여 작동유체를 상기 밸브실로부터 유출시키는 제3유체통로와,

상기 밸브실에 배치되어 상기 제1밸브시트와 상기 제2밸브시트를 교호로 이접하는 밸브체와,

상기 밸브체와 연결하는 축부와,

상기 축부의 이동을 안내하는 안내공이 형성된 베어링부와,

상기 베어링부의 상면의 상기 안내공의 주위에 마련되고 구멍주면과 구멍저면에 의해 형성된 오목상의 수용실과,

측면이 상기 수용실의 상기 구멍저면에 접촉하고, 내주면이 상기 축부의 외주면에 접촉하며, 외주면이 상기 수용실의 상기 구멍주면에는 접촉하지 않고, 상기 밸브실과 상기 수용실의 사이를 실링하는 실링수단과,

상기 수용실과 상기 제1유체통로를 연통하는 보조통로와,

상기 축부에 연결하여 솔레노이드로드를 작동시키는 솔레노이드부를 구비하며,

상기 제1밸브시트와 상기 밸브체가 접합된 주위의 내면에서 상기 제1 유체통로부터의 작동유체의 압력을 받는 상기 밸브체의 제1수압면적과, 상기 수용실 내의 상기 제1 유체통로로부터의 작동유체의 압력을 받는 상기 축부의 제3수압면적을 거의 동일 면적으로 한 절환밸브.
제1항에 있어서, 상기 밸브체의 상기 제1수압면적과, 상기 축부의 상기 제3수압면적과, 상기 제2밸브시트와 상기 밸브체의 제2밸브면이 접합하는 주위의 내면에서 제2작동유체의 압력을 받는 제2수압면적을 거의 동일 면적으로 한 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제1항에 있어서, 상기 솔레노이드부가 상기 밸브체를 상기 제1밸브시트에 밸브 폐쇄시키는 흡인력에 대항하여 상기 밸브체를 상기 제1밸브시트로부터 밸브 개방하는 제1스프링수단과, 상기 제1스프링수단에 대향하는 제2스프링수단이 더 구비한 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제2항에 있어서, 상기 솔레노이드부가 상기 밸브체를 상기 제1밸브시트에 밸브 폐쇄시키는 흡인력에 대항하여 상기 밸브체를 상기 제1밸브시트로부터 밸브 개방하는 제1스프링수단과, 상기 제1스프링수단에 대향하는 제2스프링수단이 더 구비한 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제1항에 있어서, 상기 축부의 상기 밸브체에 연결하는 측의 외경 치수를 상기 솔레노이드로드의 외경 치수와 거의 동일 치수로 한 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제2항에 있어서, 상기 축부의 상기 밸브체에 연결하는 측의 외경 치수를 상기 솔레노이드로드의 외경 치수와 거의 동일 치수로 한 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제3항에 있어서, 상기 축부의 상기 밸브체에 연결하는 측의 외경 치수를 상기 솔레노이드로드의 외경 치수와 거의 동일 치수로 한 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제4항에 있어서, 상기 축부의 상기 밸브체에 연결하는 측의 외경 치수를 상기 솔레노이드로드의 외경 치수와 거의 동일 치수로 한 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제1항에 있어서, 상기 수용실의 상기 구멍주면은 상기 실링수단이 작동유체에 의해 압압되어 탄성변형할 때, 상기 실링수단의 상기 외주면이 접촉되지 않는 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 절환밸브.
제1항에 있어서, 상기 베어링부는 상기 제1 유체통로와 상기 제2 유체통로와 상기 제3유체통로와 상기 밸브실이 형성된 밸브하우징에 취부된 것을 특징으로 하는 절환밸브.