KR101541388B1

KR101541388B1 - 유량조정기

Info

Publication number: KR101541388B1
Application number: KR1020147009353A
Authority: KR
Inventors: 토시노리 닛타
Original assignee: 후지쿠라 고무 코교 가부시끼가이샤
Priority date: 2011-10-20
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2015-08-03
Also published as: WO2013057983A1; CN103890469B; TWI555937B; KR20140064939A; TW201317489A; CN103890469A; US9371933B2; JP2013087905A; JP5684088B2; US20140312256A1

Abstract

유체의 입구포트, 출구포트 및 양 포트를 연통시키는 연통로에 위치하는 밸브시트를 갖는 하우징; 이 하우징에 결합된 플런저가이드통; 선단부에 밸브체를 갖고, 플런저가이드통에 축방향 이동자재로 삽입된 플런저; 플런저를 밸브체가 밸브시트에 당접하는 방향으로 편향되는 스프링수단; 및 이 스프링수단에 맞서 플런저를 밸브를 여는 방향으로 이동시키는 전자수단;을 갖춘 유량조정기에 있어서, 플런저와 플런저가이드통 사이에는, 양자의 축선이 일치한 상태에서 양자를 완전하게 접촉하지 않도록 접동저항을 제로로 하기에 충분한 틈이 존재하는 것, 밸브체는 구로 이루어지는 것, 그 밸브체와 밸브시트의 한편은 강체, 다른 한편은 탄성재료로 이루어지는 것, 스프링수단은, 플런저와 동심인 압축코일스프링으로 이루어지며, 플런저가이드통의 고정부분과, 플런저측의 가동부분과의 사이로 힘껏 잡아 당겨지는 것을 만족하는 히스테리시스를 억제할 수 있는 유량조정기.

Description

유량조정기{FLOW REGULATOR}

본 발명은 전자력에 의한 유량을 조정하는 유량조정기에 관한 것이다.

이런 종류의 유량조정기로써, 밸브체(플런저)를 밸브시트에 탄력적으로 힘을 주어 평상시는 유로를 닫고, 밸브체를 전자력으로 빨아들여 이동시키는 것으로, 밸브를 여는 유량조정기가 알려져 있다. 밸브체의 밸브를 여는 방향으로의 이동량은, 전자력(전류)의 크고 작음으로 조정할 수 있다.

특허문헌 1: EP0565292 A1호 공보 특허문헌 2: 일본 특개 2011-99563호 공보 특허문헌 3: 일본 특개 2007-107451호 공보 특허문헌 4: 일본 특개평 8-270824호 공보

이런 종류의 전자구동 유량조정기(밸브)는, 밸브체를 밸브를 여는 방향으로 이동시킬 때(전류를 증가시켜 갈 때)와, 밸브를 닫는 방향으로 이동시킬 때(전류를 감소시킬 때)에, 같은 전류값이면서, 밸브 열림정도(개도:開度)가 달라지게 되는 히스테리시스가 문제가 되고 있다. 예를 들어 특허문헌 1에서는, 선단부에 밸브체를 갖는 플런저를 플런저가이드 내에 접촉하지 않고 삽입하는 한편, 플런저의 외주 일부와 플런저가이드 내벽과의 사이에 탄성링부재를 개재시키고 있다. 그러나 이 탄성링부재는 히스테리시스의 명백한 원인이 된다. 또 특허문헌 1에서는, 플런저 선단의 밸브체의 밸브시트에 대한 센터링(조심성:調心性)이 보증되지 않으며, 이것이 밸브를 닫을 때의 미세한 밸브누설의 원인이 되고 있다.

본 발명은 간단한 구성으로, 히스테리시스를 억제할 수 있는 전기구동의 유량조정기를 얻는 것을 목적으로 한다. 또 본 발명은, 히스테리시스를 억제하면서, 밸브를 닫을 때의 밸브누설도 최소한으로 할 수 있는 유량조정기를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 히스테리시스를 억제하기 위해, 플런저와 플런저가이드는 접촉하지 않도록 하는(플런저와 플런저가이드에, 그 축선이 일치하고 있을 때 양자 사이로 환상의 틈이 형성되기에 충분한 지름의 차를 주는) 한편, 플런저(밸브체)와 밸브시트와의 조심성은, 코일스프링과, 구상밸브체와 환상밸브시트에 의해 확보한다는 착안에 기초하여 이루어진 것이다.

본 발명은 유체의 입구포트, 출구포트 및 양 포트를 연통시키는 연통로에 위치하는 밸브시트를 갖는 하우징; 이 하우징에 결합된 플런저가이드통; 선단부에 상기 밸브시트로 접리하는 밸브체를 가지며, 상기 플런저가이드통에 축방향 이동자재로 삽입된 플런저; 상기 플런저를 밸브체가 밸브시트에 당접하는 방향으로 편향되는 스프링수단; 및 이 스프링수단에 맞서 상기 플런저를 밸브를 여는 방향으로 이동시키는 전자수단; 을 갖춘 유량조정기에 있어서, 상기 플런저의 외주면과 플런저가이드통의 내주면과의 사이에는, 양자의 축선이 일치한 상태에서 양자를 완전하게 접촉하지 않고 접동저항을 제로로 하기에 충분한 틈이 존재하는 것; 상기 밸브체는 구(球)로 이루어지며, 그 밸브체와 밸브시트의 한편은 강체, 다른 한편은 탄성재료로 이루어진 것; 및 상기 스프링수단은, 플런저와 동심인 압축코일스프링으로 이루어지며, 플런저가이드통의 고정부분과, 플런저측의 가동부분 사이로 힘껏 잡아 당기는 것;을 특징으로 한다.

플런저의 선단부에는, 그 플런저와는 다른 부재로 이루어지는 밸브체 홀더를 결합하고, 이 밸브체 홀더에, 상기 구로 이루어지는 밸브체의 선단 일부를 밸브시트측으로 돌출시키는 내면 테이퍼공을 형성하며, 상기 밸브체를 이 내면 테이퍼공으로부터 돌출시키는 방향으로 편향되는, 상기 압축코일스프링과 동심의 주밸브압축코일스프링을 설치할 수 있다.

밸브시트는, 하우징에 축방향의 위치조정을 자유자재로 결합한 밸브시트노즐의 밸브체측 단부에 설치하는 것으로, 불감대의 미세한 조정을 할 수 있다.

플런저의 외주면과 플런저가이드통의 내주면과의 사이의 틈은, 구체적으로는 플런저 외경을 3.3~3.7mm, 플런저가이드통 내경을 4.1~4.5mm로 했을 때, 0.2~0.6mm로 한다.

본 발명에 의하면 간단한 구성으로, 히스테리시스를 억제할 수 있으며, 밸브를 닫을 때의 밸브누설도 최소한으로 할 수 있는 전자구동의 유량조정기를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명에 의한 유량조정기의 한 실시형태를 도시하는 종단면도,
도 2는 도 1의 II-II선을 따르는 단면도 및,
도 3은 본 발명에 의한 유량조정기와 비교예의 히스테리시스선도이다.

도 1, 도 2는, 본 발명에 의한 유량조정기(밸브)의 한 실시형태를 도시한다. 블럭상의 하우징(10)에는, 유체의 입구포트(11), 출구포트(12) 및 양 포트를 연통시키는 연통로(13)가 형성되어 있다. 연통로(13)는, 축선(13X)을 갖는 단면원형의 공이며 도면의 하부에 암나사부(13f)를 갖는다. 이 연통로(13)에는, 그 축선(14X)을 축선(13X)으로 일치시킨 원주상의 밸브시트노즐(14)이 삽입되어 있으며, 이 밸브시트노즐(14)의 도면의 하단의 수나사(14m)가 하우징(10)의 암나사부(13f)와 나합한다. 밸브시트노즐(14)은, 암나사부(13f)에 대한 나합위치의 조정에 의해 연통로(13) 내의 축방향위치의 조정을 할 수 있고, 로크너트(육각너트)(15)에 의해, 조정 후의 위치로 고정할 수 있다.

금속(강체)으로 이루어진 밸브시트노즐(14)에는, 그 축선의 축통로(14a)와, 이 축통로(14a)로 연통하는 경통로(14b)가 형성되어 있으며, 축통로(14a)는, 밸브시트노즐(14)의 축방향위치에 구애받지 않고, 입구포트(11)로 연통하고, 경통로(14b)는 출구포트(12)로 연통한다. 축통로(14a)의 선단부는 환상밸브시트(14c)를 구성한다. 부호(16)는, 입구포트(11)로부터 연통로(14a), 경통로(14b)를 거쳐 출구포트(12)에 이르는 유체 이외의 유체누설을 방지하는 O링이다.

하우징(10) 위에는, 스토퍼링(21)을 끼워 플런저가이드통(20)이 고정된다. 플런저가이드통(20)의 축선(20X)은, 밸브시트노즐(14)의 축선(14X)과 일치하며, 그 하단부의 대경통상부(20a)는, 하우징(10)의 상단부의 단차원형단부(10a) 내로 삽입되며, 스토퍼링(21)은 하우징(10)에 나사결합되어 있고, 그 플랜지(21f)가 대경통상부(20a)를 단차원형단부(10a)로 밀어넣어 고정한다. 부호(22)는, 대경통상부(20a)와 단차원형단부(10a) 사이를 봉인하는 O링이다.

플런저가이드통(20)의 상부는, 대경통상부(20a)와 동심인 소경통상부(20b)를 구성하며, 이 소경통상부(20b)의 상부에 형성한 암나사부(20f)에, 강자성재로 이루어진 플런저받이 로드(23)의 암나사(23m)가 나합고정된다. 플런저받이 로드(23)의 축방향의 위치는 암나사부(20f)에 대한 수나사(23m)의 나합위치를 변화시키는 것으로 조정할 수 있다. 부호(24)는 그 나합부로부터의 유체누설을 방지하는 O링이다. 플런저받이 로드(23)의 외주에는, 코일하우징(요크)(25)과 코일(26)로 이루어진 솔레노이드(전자수단)(27)가 위치하며, 홀더(28)에 의해 그 위치가 고정된다. 부호(29)는, 플런저받이 로드(23)의 축방향위치를 조정한 후 고정하는 로크너트(육각너트)이다.

플런저가이드통(20)의 소경통상부(20b) 내에는, 강자성재로 이루어진 플런저(30)가 위치한다. 도 2에 강조하여 그린 것처럼, 플런저(30)의 외경과 소경통상부(20b)의 내경과는, 플런저(30)의 축선과 소경통상부(20b)의 축선이 일치한 상태에서, 그 플런저(30)의 외주면과 소경통상부(20b)의 내주면을 완전하게 접촉하지 않게 하여 접동저항을 제로로 하는 충분한 틈(c)이 존재하도록 설정된다. 구체적으로 예를 들어, 플런저(30)의 외경(d)을 3.3~3.7mm로 하고, 소경통상부(20b)의 내경(D)을 4.1~4.5mm로 했을 때, 틈(c)은 0.2~0.6mm((D-d)/2)이다. 보다 바람직하게는, 외경(d)을 3.4~3.6mm, 내경(D)을 4.2~4.4mm로 했을 때, 틈(c)은 0.3~0.5mm이다.

플런저(30)의 선단부(도 1의 하단부)에 형성한 수사부(30m)에는, 밸브체 홀더(31)에 형성한 암나사부(31f)가 동심으로 나합고정된다. 밸브체 홀더(31)는, 암나사부(31f)를 갖는 통상부의 도의 하단에, 축선직교평면부(31p)를 갖으며, 이 축선직교평면부(31p)의 중심부(축선(20X)위)에 내면 테이퍼공(31t)이 형성된다. 이 내면 테이퍼공(31t)은, 중심으로 갈수록 축선직교평면부(31p)와의 사이의 두께를 줄이는 회전대칭형상을 이루며, 그 중심부에는 구상밸브체(32)를 돌출시키는 공(31q)이 형성된다. 또 밸브체 홀더(31)에는, 구상밸브체(32)의 배면으로 유체압을 미치게 하기(구상밸브체(32)의 안팎으로 압력차를 발생시키지 않기) 위한 공기공(31h)이 뚫려있다. 구상밸브체(32)는, 이 실시형태에서는 고무(예를 들어, 실리콘 고무, 니트릴고무, 불소고무)로 이루어져 있으며, 플런저(30)와 구상밸브체(32) 사이에는, 구상밸브체(32)를 내면 테이퍼공(31t)으로부터 돌출시키는 방향으로 편향되는 주밸브압축코일스프링(33)이 삽입된다. 또 플런저가이드통(20)의 대경통상부(20a)(플런저가이드통의 고정부분)와, 밸브체 홀더(31)의 축선직교평면부(31p)(플런저측의 가동부분)를 갖는 플랜저(31r)와의 사이에는, 플런저(30)를 환상밸브시트(14c)측으로 움직일 수 있도록 편향되는, 플런저(30)(주밸브압축코일스프링(33))와 동심인 압축코일스프링(34)이 삽입된다.

상기 구성의 본 유량제어기는, 다음과 같이 작동한다. 솔레노이드(27)(코일(26))로의 비통전상태에서는, 주밸브압축코일스프링(33)와 압축코일스프링(34)의 힘으로 인해, 구상밸브체(32)는 환상밸브시트(14c)에 착석하여, 입구포트(11)와 출구포트(12) 사이의 연통을 거절한다. 구상밸브체(32)와 환상밸브시트(14c)로 인해 밸브를 닫는 구조는, 구상밸브체(32)의 구형에 의한 구심(조심)작용이 존재하며, 주밸브압축코일스프링(33)과 압축코일스프링(34)에돋 구심(조심)작용이 존재하기 때문에, 밸브를 닫은 상태에서 플런저(30)의 외주면과 소경통상부(20b)의 내주면이 접촉할(플런저(30)가 움직일 때에 접동저항이 발생할) 가능성은 극히 낮다. 또 구상밸브체(32)와 환상밸브시트(14c)의 어느 한 방향(이 실시형태에서는 구상밸브체(32))을 탄성재료로 구성하는 것으로, 밸브를 닫을 때의 유체누설을 최소로 할 수 있다.

이 밸브를 닫은 상태에 있어서, 코일(26)로의 통전을 개시하면, 플런저(30)에 대해 흡인상승력이 작용하기 시작한다. 도 3에 있어서, 시점(x)은, 이 흡인상승력이 주밸브압축코일스프링(33)과 압축코일스프링(34)의 힘을 극복하여, 밸브를 열기 시작하는 시점이다. 코일(26)로의 통전량을 늘리면, 유량이 통전량에 거의 비례하여 증가하고, 반대로 통전량을 줄이면, 유량이 감소한다. 이 통전량증가시와 통전량감소시의 동일전류값의 유량의 차가 히스테리시스이며, 이 차가 작을수록, 유량제어기로써 바람직하다. 도 3의 (A)는, 본 실시형태에 의한 히스테리시스의 예이며, 같은 (B)는, 플런저(30)와 소경통상부(20b)와의 사이에 접동저항이 존재할 경우의 히스테리시스의 예이다. 본 실시형태의 유량제어기는, 히스테리시스가 작은 것이 확인되었다.

도 3에 있어서, 전류를 흘리기 시작하고나서부터 밸브가 열리기 시작하는 시점(x)까지의 밸브가 열리지 않는 전류의 범위(y)는 '불감대'라고 부른다. 이 전류의 범위(y)는, 구상밸브체(32)를 환상밸브시트(14c)로 억누르는 스프링 힘의 초기설정에 의해 조정 가능하다. 본 실시형태에서는, 밸브시트노즐(14)의 축방향의 위치를 조정하는 것으로, 구상밸브체(32)의 환상밸브시트(14c)에 대한 스프링의 누르는 힘의 크고 작음을 더욱 조정할 수 있기 때문에, 전류의 범위(y)를 미세하게 조정할 수 있다.

게다가 본 실시형태에서는, 구상밸브체(32)가 직접적으로는 주밸브압축코일스프링(33)에 의해, 환상밸브시트(14c)로 떠밀리며, 더욱이 압축코일스프링(34)에 의해 환상밸브시트(14c)로 떠밀리는, 이중으로 힘을 가중시키는 구조로 되어 있다.

이 이중으로 힘을 가중시키는 구조에 의하면, 다음 작용을 얻을 수 있다.

1) 주밸브압축코일스프링(33)의 힘에 의해, 구상밸브체(32)를 환상밸브시트(14c)로 계합시켜 구심(플런저(30)의 축선을 소경통상부(20b)의 축선으로 일치시키는 작용)이다.

2) 압축코일스프링(34)의 힘으로 인해 밸브체 홀더(31)(플런저(30))의 축선을 축선(20X)으로 일치시키는 구심이다.

3) 압축코일스프링(34)의 힘으로, 도 3의 전류와 유량의 그래프의 기울기를 조정하며, 코일(26)로의 비통전상태에서, 구상밸브체(32)를 간신히 환상밸브시트(14c)에 접촉(당접)시킨다(반드시 밸브를 닫게 할 필요는 없다).

4) 압축코일스프링(34)의 힘보다 약한 힘의 주밸브코일스프링(33)으로 인해, 구상밸브체(32)를 환상밸브시트(14c)로 착석시켜(밸브를 닫아), 감도를 향상시킨다. 즉 도 3의 불감대의 길이(y)를 작게 할 수 있다.

밸브체 홀더(31)와 주밸브압축코일스프링(33)은 설치하는 것이 바람직하지만, 생략하는 것도 가능하다(플런저(30)의 선단에 직접 구상밸브체(32)를 설치하여 압축코일스프링(34)만으로 구상밸브체(32)(및 플런저(30))를 움직일 수 있도록 편향해도, 일정한 구심작용을 얻을 수 있다).

또, 플런저받이 로드(23)의 도 1의 하단부와, 플런저(30)의 상단부와의 사이의 갭(g)의 크기는, 솔레노이드(27)에 의해 플런저(30)의 흡인력의 크기에 관계한다. 이 갭(g)의 크기는, 소경통상부(20b)의 암나사부(20f)에 대한 플런저받이 로드(23)의 수나사(23m)의 나합량 및 로크너트(29)에 의해 조정할 수 있다.

이상의 실시형태에서는, 구상밸브체(32)를 고무제로 하고, 밸브시트(14c)(밸브시트노즐(14))를 금속(강체)로 했지만, 밸브체를 강구로 하고, 밸브시트를 고무제로 해도 같은 작용을 얻을 수 있다.

본 발명의 전자구동의 유량조정기는, 히스테리시스를 억제할 수 있으며, 밸브를 닫을 때의 밸브누설도 최소한으로 할 수 있기 때문에, 일반유체회로에 적용하기에 알맞다.

10 : 하우징
11 : 입구포트
12 : 출구포트
13 : 연통로
14 : 밸브시트노즐
14c : 환상밸브시트(밸브시트)
15 : 로크너트
16 : O링
20 : 플런저가이드통
21 : 스토퍼링
22 : O링
23 : 플런저받이 로드
25 : 코일 하우징
26 : 코일
27 : 소렐노이드
29 : 로크너트
30 : 플런저
31 : 밸브체 홀더
31t 내면 테이퍼공
32 : 구상밸브체(밸브체)
33 : 주밸브압축코일스프링
34 : 압축코일스프링(스프링수단, 코일스프링)

Claims

유체의 입구포트, 출구포트 및 양 포트를 연통시키는 연통로에 위치하는 밸브시트를 갖는 하우징;
이 하우징에 결합된 플런저가이드통;
선단부에 상기 밸브시트로 접리하는 밸브체를 갖고, 상기 플런저가이드통에 축방향 이동자재로 삽입된 플런저;
상기 플런저를 밸브체가 밸브시트에 당접하는 방향으로 편향되는 스프링수단; 및
이 스프링수단에 맞서 상기 플런저를 밸브를 여는 방향으로 이동시키는 전자수단을 갖춘 유량조정기에 있어서,
상기 플런저의 외주면과 플런저가이드통의 내주면과의 사이에는, 양자의 축선이 일치한 상태에서 양자를 완전하게 접촉하지 않도록 접동저항을 제로로 하기에 충분한 틈이 존재하는 것;
상기 밸브체는 구로 이루어지며, 그 밸브체와 밸브시트의 한편은 강체, 다른 한편은 탄성재료로 이루어지는 것; 및
상기 스프링수단은, 플런저와 동심인 압축코일스프링으로 이루어지며, 플런저가이드통의 고정부분과, 플런저측의 가동부분과의 사이에 연장형성되고,
상기 플런저의 선단부에는, 그 플런저와는 다른 부재로 이루어지는 밸브체 홀더가 결합되어 있으며, 이 밸브체 홀더는, 상기 구로 이루어지는 밸브체의 선단 일부를 밸브시트측으로 돌출시키는 내면 테이퍼공을 갖으며, 상기 밸브체를 이 내면 테이퍼공으로부터 돌출시키는 방향으로 편향되는, 상기 압축코일스프링과 동심인 주밸브압축코일스프링이 추가로 설치되며,
상기 밸브시트는, 하우징에 축방향의 위치조정을 자유자재로 결합한 밸브시트노즐의 밸브체측 단부에 설치됨으로써, 구상 밸브체의 밸브시트에 대한 스프링의 누르는 힘을 조정할 수 있어 상기 전자수단에 전류를 흘리기 시작하고부터 밸브가 열리기 시작하는 시점까지의 밸브가 열리지 않는 전류의 범위(y)를 미세하게 조정할 수 있고, 상기 주밸브코일스프링의 힘이 상기 압축코일스프링의 힘보다 약한 것을 특징으로 하는 유량조정기.
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제 1항에 있어서, 상기 플런저의 외주면과 플런저가이드통의 내주면과의 사이의 틈은, 플런저 외경을 3.3~3.7mm, 플런저가이드통 내경을 4.1~4.5mm로 했을 때, 0.2~0.6mm인 유량조정기.