KR101367066B1 - 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에어터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 좌,우측 실린더의 좌,우측 피스톤을 이용하여 밸브 구동축을 회전시키되 좌,우측 피스톤의 일측면에 슬라이딩부재가 형성되게 하고, 좌우 슬라이딩면 사이에 밸브 구동축의 작동 로울이 접속되어 상하로 슬라이딩이 이루어지면서 좌우 변위되도록 한 구성에 의해 좌,우측 피스톤이 좌우로 슬라이딩이 되더라도 밸브 구동축과 작동로울은 동일한 설치간격을 유지하도록 하여 동일한 공칭력으로 개도가 이루어지도록 한 수단으로 정확한 비례제어가 이루어질 수 있도록 한 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 몸체에 좌우 양측으로 각각 구비되는 좌,우측 실린더와, 상기 좌,우측 실린더의 좌,우측 피스톤을 이용하여 밸브 구동축을 좌,우 회전시키는 밸브 개폐용 액츄에이터로 이루어지되상기 좌,우측 피스톤의 대향된 내측면에 구비되는 슬라이딩부재와, 상기 슬라이딩부재의 선단부에 슬라이딩면이 형성되고 상기 슬라이딩면사이에는 밸브 구동축의 작동편에 설치된 작동로울이 슬라이드 되게 접속되어 밸브 개폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.

Description

공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에어터{An valve actuator using air compression}
본 발명은 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 좌,우측 실린더의 좌,우측 피스톤을 이용하여 밸브 구동축을 회전시키되 좌,우측 피스톤의 일측면에 슬라이딩부재가 형성되게 하고, 좌우 슬라이딩면 사이에 밸브 구동축의 작동 로울이 접속되어 상하로 슬라이딩이 이루어지면서 좌우 변위되도록 한 구성에 의해 좌,우측 피스톤이 좌우로 슬라이딩이 되더라도 밸브 구동축과 작동로울은 동일한 설치간격을 유지하도록 하여 동일한 공칭력으로 개도가 이루어지도록 한 수단으로 정확한 비례제어가 이루어질 수 있도록 한 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로 액추에이터(actuator)는 작동기, 작동장치로서 시스템을 움직이거나 제어하는 데 쓰이는 기계 장치이다. 다시 말해 전기나 유압, 압축 공기 등을 이용하는 원동 구동장치를 두루 일컫는 용어이며 전류, 작동유압, 기력압 형태로 된 에너지원으로 작동하여 비례제어가 이루어지도록 하고 있다.
그리고 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터는 유체가 흐르는 관의 일측에 밸브가 구비되어 상기 유체의 흐름을 개통하거나 차단하는 역할을 하게 되는데, 상기 밸브의 내부에는 유체를 개통시키거나 차단시키는 밸브 디스크가 형성되어 있고, 상기 밸브 디스크의 일측에는 밸브 구동축이 형성되어 있어, 상기 밸브 구동축을 회전시키게 되면, 이에 일체 형성된 밸브 디스크 또한 회전되어 유체의 흐름을 개폐할 수 있는 구조로 되어 있다.
그러나 종래에는 도 1 및 도 2의 싱글랙 스카치 요크형과 같이 단일체로 된 피스톤(1)에 랙(2)의 핀(3)과 작동롤러(4)가 스카치 요크(5)의 홈(6)안에서 슬라이딩 되면서 작동이 이루어지도록 되어 있는바, 이는 작동초기부터 유격을 가지면서 작동을 하면서 유격이 커지게 되므로 비례제어를 할 때 정역작동시에 커지는 히스테리시스(hysteresis) 때문에 정밀도(accuracy)가 떨어지게 되고, 개폐작동시에는 멈춤 각도가 달라지는 문제점과 함께 작동롤러(4)가 스카치 요크(5)의 홈(6)안에서 슬라이딩 되는 과정에서 발생되는 마모에 의해서도 비례제어의 정확도가 떨어지는 등 문제점이 있다.
즉, 도 1과 같이 밸브 구동축이 반시계방향으로 회전하는 경우에는 밸브 구동축(7)과 작동롤러(4)의 설치간격(L1) 멀어지면서 강한 공칭력의 차이 때문에 비례제어 용도에서는 밸브 특정의 중간개도에서 유체의 다이내믹 토크에 의한 디스크의 흔들림이 발생하여 정확성이 떨어지므로 단순 개폐용 보다 더 큰 공칭력의 작동기가 필요할 뿐만 아니라 작동롤러(4)가 스카치 요크(5)의 홈(6)안에서 슬라이딩 되는 과정에서 발생되는 마모에 의해 발생되는 유격에 의해서도 밸브 개폐의 멈춤 각도가 달라지게 되었다.
또한, 상기와 같은 구성에서는 밸브 구동축(7)의 수동조작시에 피스톤(1)을 끌어당기는 형태로 함께 움직이게 되므로 많은 공칭력이 발생하여 고가의 수동조작기를 필요로 하는 등 문제점이 있다.
한편, 선행기술로서 특허 제10-0567602호로 개시된 공압식 액츄에이터를 이용한 나비밸브 개폐장치에서는 밸브변과, 이 밸브변에 수직방향으로 일체화된 밸브축으로 이루어진 나비밸브, 그리고 상기 나비밸브의 밸브축 상단에 축착고정하되, 중앙에 장공을 가지는 요크와, 그 요크를 내장하는 하우징과, 상기 하우징이 내부에서 가로지른 가이드 바, 상기 가이드 바에 꿰어진 채, 슬라이딩 할 수 있는 가이드 블럭과, 이 가이드 블럭에서 상기 가이드 바와 교차하는 방향으로 축착된 관통핀과, 이 관통핀에 끼워진 부싱을 구비하여, 상기 부싱이 상기 요크의 장공에 결합되도록 한 작동기구 유니트, 그리고 상기한 작동기구 유니트의 하우징에 암나사부를 형성한 후, 그 암나사를 통해 내부를 향해 전/후진 시킬 수 있는 개방각 조절 보울트 및 상기한 작동기구 유니트의 하우징에 암나사부를 형성한 후, 그 암나사를 통해 내부를 향해 전/후진 시킬 수 있는 폐쇄각 조절 보울트, 그리고 상기 작동기구 유니트의 하우징 외측에 고정된 실린더와, 상기 실린더의 내부에서 피스톤 가이드바를 따라 전/후진할 수 있는 피스톤과, 상기 피스톤에 일측 끝단이 연결되고, 그 타측 끝단이 상기한 가이드 블럭에 연결된 피스톤 로드로 이루어진 공압 액츄에이터로 이루어지는 구성으로 이루어져 있다.
이러한 선행기술에서도 밸브축과 함께 회동하는 요크에 장공이 형성되고 요크의 장공에 결합되도록 한 작동기구 유니트로 이루어진 구성이므로 종래의 싱글랙 스카치 요크형과 같이 랙이 상호 구속되는 단일체로 된 피스톤에 랙의 핀과 롤러가 스카치 요크의 홈안에서 슬라이딩 되면서 작동이 이루어지도록 것과 같이 정확도(accuracy)가 떨어지게 되고, 유격의 발생으로 개폐작동시에는 멈춤 각도가 달라지는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 좌,우측 실린더의 좌,우측 피스톤을 이용하여 밸브 구동축을 회전시키되 좌,우측 피스톤이 마주하는 대향면에 슬라이딩부재가 각각 부착되고 슬라이딩부재 외측에 형성된 좌,우측 슬라이딩면 사이에는 밸브 구동축의 편심 작동편 선단에 고정된 작동로울이 접속되어 좌,우 슬라이딩부재가 좌우로 슬라이딩이 반복되어도 밸브 구동축과 작동로울은 동일한 설치간격을 유지하도록 하여 동일한 공칭력으로 개도가 이루어지도록 한 수단으로 정확한 비례제어가 이루어질 수 있도록 한 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터를 제공함에 있다.
본 발명은 몸체에 좌우 양측으로 각각 구비되는 좌,우측 실린더와, 상기 좌,우측 실린더의 좌,우측 피스톤을 이용하여 밸브 구동축을 좌,우 회전시키는 밸브 개폐용 액츄에이터로 이루어지되상기 좌,우측 피스톤의 대향된 내측면에 구비되는 슬라이딩부재와, 상기 슬라이딩부재의 선단부에 슬라이딩면이 형성되고 상기 슬라이딩면사이에는 밸브 구동축의 작동편에 설치된 작동로울이 접속되어 밸브 개폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 밸브 구동축은 몸체의 중앙부에서 좌,우 회전가능하게 구성되고, 상기 밸브구동축의 일측단으로 작동편이 편심 연결되고, 상기 작동편의 선단에 작동로울이 설치되는 구성으로 밸브 개폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 슬라이딩부재는 상하에 각각 복수로 형성되되 슬라이딩부재 사이의 상하 간격은 밸브 구동축이 수용될 수 있는 간격으로 형성되고 상기 슬라이딩부재의 복수로 형성되는 내측 중앙에는 밸브 구동축의 작동편이 동작할 수 있는 작동편 수용부가 형성됨을 특징으로 한다.
상기 작동편는 슬라이딩부재 사이의 간격에 끼워지되 작동로울이 고정된 작동편의 일측은 마주보는 한 쌍의 슬라이딩부재 끝단 내에 놓여지고, 밸브 구동축과 연결되는 작동편의 타측은 작동편 수용부에 수용되도록 하여 좌,우측 피스톤의 왕복운동에 의해 밸브 구동축을 회전시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이용한 밸브 개폐용 좌,우측 피스톤에 구비되는 슬라이딩부재 사이에 밸브 구동축의 편심 작동편에 설치된 작동로울이 접속되어 좌,우측 피스톤의 왕복운동이 이루어질 수 있게 되므로 항상 밸브 구동축과 동일한 설치간격으로 작동되기 때문에 유격의 발생에 따른 정역동작 상의 히스테리시스에 따른 정확도의 저하가 없을 뿐 아니라 동일한 개도가 이루어져서 정확한 비례제어를 할 수 있는 효과가 있으며, 단순 개폐용 공칭력을 가진 액츄에이터의 용량으로 비례제어용도로 적용함에 무리가 없으므로 경제성이 높다.
또한, 본 발명은 밸브가 마모되더라도 좌우 피스톤의 슬라이딩면에 접속되는 작동로울의 밀착도에 변화(유격)가 발생하지 않으며, 밸브 구동축과 설치간격도 변함없어 정확한 비례제어를 할 수 있는 효과가 있다..
또한, 본 발명은 수동조작시에도 밀어낸 상태에서는 좌,우측 피스톤의 영향을 받지 않고 간편하게 수동조작을 할 수 되므로 종래에 수동조작시에는 좌,우측 피스톤을 항상 끌고 다니는 것에 비해 적은 작동할 수 있게 되므로 수동조작을 용이하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 구성에 따른 밸브 개방 상태를 나타낸 단면도.
도 2는 종래의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 구성에 따른 밸브의 개도를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터가 적용된 복동식을 나타낸 사시도.
도 4는 본 발명에 따른 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 슬라이딩부재와 작동로울을 나타낸 분해 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 슬라이딩부재와 작동로울을 결합상태 사시도.
도 6은 본 발명의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 구성에 따른 밸브 개방 상태를 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 구성에 따른 밸브의 개도를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 구성에 따른 밸브 닫힘 상태를 나타낸 단면도.
도 9는 본 발명의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터의 구성에 따른 수동조작시의 실시예를 나타낸 단면도.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터는, 좌,우측 실린더의 좌,우측 피스톤을 이용하여 밸브 구동축을 회전시키되 동일한 공칭력으로 개도가 이루어지도록 한 수단으로 정확한 비례제어가 이루어질 수 있도록 함에 있다.
본 발명은 몸체(10)에 좌우 양측으로 각각 구비되는 좌,우측 실린더(20L)(20R)와, 상기 좌,우측 실린더(20L)(20R)의 좌,우측 피스톤(22L)(22R)을 이용하여 밸브 구동축(30)을 좌,우 회전시키는 밸브 개폐용 액츄에이터로 이루어지되상기 좌,우측 피스톤(22L)(22R)의 대향된 내측면에 구비되는 슬라이딩부재(23L)(23R)와, 상기 슬라이딩부재(23L)(23R)의 선단부에 슬라이딩면(24L)(24R)이 형성되고 상기 슬라이딩면(24L)(24R)사이에는 밸브 구동축(30)의 작동편(31)에 설치된 작동로울(32)이 접속되어 밸브 개폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 한다.
상기 몸체(10)의 중앙부에는 밸브 구동축(30)이 회전가능하게 구성되어 버터플라이 밸브나 볼 밸브 등을 밸브 구동축(30)에 의해 밸브 개폐가 이루어지도록 되어 있으며, 일측에 통공부(27)가 형성되어 외부 공기가 유통될 수 있게 되어 있다.
상기 몸체(10)를 중심으로 좌측에는 좌측실린더(20L)가 구비되고 우측에는 우측실린더(20R)가 구비되되 좌,우측 실린더(20L)(20R)는 커버(26)에 의해 밀폐된 구성으로 이루어져 있다. 각 커버의 중앙에 개,폐 완료각도 조절용 나사(볼트 및 로크넛트로 구성)가 설치된다.
상기 몸체(10)를 중심으로 좌측에는 좌측실린더(20L)가 구비되고 우측에는 우측실린더(20R)가 구비되되 좌,우측 실린더(20L)(20R)는 커버(26)에 의해 밀폐된 구성으로 이루어져 있다.
그리고 상기 좌,우측 실린더(20L)(20R)의 좌,우측 피스톤(22L)(22R)은 공압에 의해 좌,우측으로 이동하게 되는 것으로, 이러한 이동수단은 단동식 또는 복동식에 모두 적용하게 됨은 물론이며, 본 발명에 예시된 액츄에이터는 일반적인 복동식에 적용되는 유압공급수단에 따른 구성 실시예를 나타내고 있다.
즉, 상기 좌,우측 실린더(20L)(20R)의 좌,우측 실린더실(21L)(21R)은 연통관로(40)를 통해 연결되어 있고 연통관로(40)는 솔레노이드 전환밸브(41)에 의해 압축공기 공급부(42)의 압축공기가 공급될 수 있는 구성으로 되어 있다. 여기서 상기의 좌,우측이라는 말은 절대적인 의미는 아니고 상대적인 의미로서 설명되고 있다.
상기 밸브 구동축(30)은 몸체(10)의 중앙부에 좌,우측으로 회전가능하게 구성되고 밸브구동축(30)의 일측단에 편심 연결되는 작동편(31)에 작동로울(32)이 설치되어 작동로울(32)에 의해 밸브 개폐가 이루어지도록 한다.
상기 슬라이딩부재(23L)(23R)는 상하에 각각 복수로 형성되되 슬라이딩부재(23L)(23R) 사이의 상하 간격은 밸브 구동축(30)이 수용될 수 있는 간격으로 형성되고 상기 슬라이딩부재(23L)(23R)의 복수로 형성되는 내측 중앙에는 밸브 구동축(30)의 작동편(31)이 동작할 수 있는 작동편 수용부(25)가 형성되어 있다.
상기 작동편(31)은 슬라이딩부재(23L)(23R) 사이의 간격에 끼워지되 작동로울(32)이 고정된 작동편(31)의 일측은 마주보는 한 쌍의 슬라이딩부재(23L)(23R) 끝단 내에 놓여지고, 밸브 구동축(30)과 연결되는 작동편(31)의 타측은 작동편 수용부(25)에 수용되도록 하여 좌,우측 피스톤(22L)(22R)이 왕복운동에 의해 밸브 구동축(30)을 회전시킬 수 있도록 한다.
이와 같이 된 본 발명의 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터에 따른 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 6 내지 도 8은 본 발명에 따른 밸브개도시의 작동실시예를 나타낸 것으로서, 좌,우측 실린더(20L)(20R)의 좌,우측 피스톤(22L)(22R)을 이용하여 밸브 구동축(30)을 회전시키게 되는 경우에 좌,우측 피스톤(22L)(22R)의 대향된 내측면에 구비되는 슬라이딩부재(23L)(23R)의 선단부에 형성된 슬라이딩면(24L)(24R) 사이에는 밸브 구동축(30)의 작동편(31)에 설치된 작동로울(32)이 접속되어 슬라이딩되게 한 수단으로 슬라이딩부재(23L)(23R)의 좌우 이동에 의해 밸브 개폐가 이루어지게 된다.
즉, 밸브 구동축(30) 일측에 편심 연결된 작동편(31) 선단의 작동로울(32)이 고정 설치된 상태에서 작동로울(32)에 의해 슬라이딩부재(23L)(23R)의 슬라이딩이 이루어지게 되는 것으로, 이는 항상 밸브 구동축(30)과 작동로울(32)의 설치간격(L1)(L2)이 항상 동일한 상태에서 밸브 구동축(30)이 회전하게 된다.
이는 좌,우측 피스톤(22L)(22R)에 구비되는 슬라이딩부재(23L)(23R)의 슬라이딩면(24L)(24R) 사이에서 밸브 구동축(30)의 편심 작동편(31)에 설치된 작동로울(32)이 접속되어 밸브 구동축(30)의 회전시에는 밸브 구동축(30)에 작동로울(32)이 슬라이딩면(24L)(24R)의 상,하부로 위치변동을 하면서 좌,우측 피스톤(22L)(22R)의 왕복운동이 이루어질 수 있게 되므로 항상 밸브 구동축(30)과 작동로울(32)은 동일한 설치간격으로 작동되기 때문에 동일한 공칭력으로 개도가 이루어져서 정확한 비례제어를 할 수 있게 된다.
그리고 본 발명은 밸브의 개도과정에서 밸브 구동축(30)의 편심 작동편(31)에 설치된 작동로울(32)이 마모되더라도 슬라이딩부재(23L)(23R)의 슬라이딩면(24L)(24R)에 밀착되게 접속되어 슬라이딩이 정확하게 이루어지고 밸브 구동축(30)과 작동로울(32)의 설치간격은 변함이 없으므로 정확한 비례제어를 할 수 있게 됨은 물론이다.
그리고 도 9는 밸브 구동축(30)의 수동조작시를 나타낸 것으로서, 좌,우측 실린더실(21L)(21R)을 배기시킨 상태에서 밸브 구동축(30)의 편심 작동편(31)에 설치된 작동로울(32)에 의해 적은 힘으로도 좌,우측 피스톤(22L)(22R)을 좌우로 순차적으로 밀어낼 수 있고, 좌우단으로 밀어낸 상태에서는 좌,우측 피스톤(22L)(22R)의 영향을 받지 않고 간편하게 수동조작을 할 수 있게 되며, 이는 종래에 수동조작시에는 좌,우측 피스톤을 항상 끌고 다니는 것에 비해 적은 공칭력으로 작동할 수 있게 되어 수동조작을 용이하게 할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명은 상기 실시예를 참고하여 설명하였지만 본 발명의 기술사상범위내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.
10 : 몸체 20L,20R : 좌,우측 실린더
21L,21R : 좌,우측 실린더실 22L,22R : 좌,우측 피스톤
23L, 23R : 슬라이딩부재 24L,24R : 슬라이딩면
25 : 작동편 수용부 26 : 커버
27 : 통공부 30 : 밸브 구동축
31 : 작동편 32 : 작동로울
40 : 연통관로 41 : 솔레노이드 전환밸브
42: 압축공기 공급부 L1,L2 : 설치간격

Claims (4)

  1. 몸체(10)에 좌우 양측으로 각각 구비되는 좌,우측 실린더(20L)(20R)와,
    상기 좌,우측 실린더(20L)(20R)의 좌,우측 피스톤(22L)(22R)을 이용하여 밸브 구동축(30)을 좌,우 회전시키는 밸브 개폐용 액츄에이터로 이루어지되
    상기 좌,우측 피스톤(22L)(22R)의 대향된 내측면에 구비되는 슬라이딩부재(23L)(23R)와,
    상기 슬라이딩부재(23L)(23R)의 선단부에 슬라이딩면(24L)(24R)이 형성되고 상기 슬라이딩면(24L)(24R)사이에는 밸브 구동축(30)의 작동편(31)에 설치된 작동로울(32)이 접속되어 밸브 개폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밸브 구동축(30)은 몸체(10)의 중앙부에서 좌,우 회전가능하게 구성되고, 상기 밸브구동축(30)의 일측단으로 작동편(31)이 편심 연결되고, 상기 작동편(31)의 선단에 작동로울(32)이 설치되는 구성으로 밸브 개폐가 이루어지도록 한 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 슬라이딩부재(23L)(23R)는 상하에 각각 복수로 형성되되 슬라이딩부재(23L)(23R) 사이의 상하 간격은 밸브 구동축(30)이 수용될 수 있는 간격으로 형성되고 상기 슬라이딩부재(23L)(23R)의 복수로 형성되는 내측 중앙에는 밸브 구동축(30)의 작동편(31)이 동작할 수 있는 작동편 수용부(25)가 형성됨을 특징으로 하는 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 작동편(31)은 슬라이딩부재(23L)(23R) 사이의 간격에 끼워지되 작동로울(32)이 고정된 작동편(31)의 일측은 마주보는 한 쌍의 슬라이딩부재(23L)(23R) 끝단 내에 놓여지고, 밸브 구동축(30)과 연결되는 작동편(31)의 타측은 작동편 수용부(25)에 수용되도록 하여 좌,우측 피스톤(22L)(22R)의 왕복운동에 의해 밸브 구동축(30)을 회전시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 공압을 이용한 밸브 개폐용 액츄에이터.
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