KR101552977B1

KR101552977B1 - 전자 비례 제어 밸브

Info

Publication number: KR101552977B1
Application number: KR1020147001680A
Authority: KR
Inventors: 유코 후나쿠보; 노보루 이토; 마사히로 마츠오
Original assignee: 카와사키 주코교 카부시키 카이샤
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2012-06-11
Publication date: 2015-09-30
Also published as: JP5779019B2; WO2013011623A1; EP2733398B1; CN103608616A; EP2733398A1; JP2013024254A; US20140209826A1; EP2733398A4; CN103608616B; US9388912B2; KR20140024959A

Abstract

전자 비례 솔레노이드(3)로 구동하는 스풀(5)을 전자 비례 솔레노이드(3)의 구동 방향(V)과 반대 방향으로 가압하는 스풀 복귀 스프링(4)으로 가압하고, 상기 스풀(5)의 스트로크 끝단에 기계식 스토퍼(11)를 배치하고, 상기 전자 비례 솔레노이드(3)를 구동하는 제어 전류를 디더 전류로 미세하게 진동시키도록 구성한다. 상기 기계식 스토퍼(11)는 상기 스풀(5)이 기계식 스토퍼(11)에 맞닿은 상태에 있어서도 상기 디더 전류에 의해 상기 스풀(5)을 진동시키는 스토퍼 가압 스프링(12)을 가지고 있도록 한다. 이로써 스풀(5)의 스트로크 끝단에 있어서, 디더 전류로 이력을 줄여 스트로크 끝단을 포함한 전체 제어 범위에 있어서 스풀(5)을 안정적으로 제어할 수 있는 전자 비례 제어 밸브를 구성한다.

Description

전자 비례 제어 밸브{PROPORTIONAL CONTROL SOLENOID VALVE}

본 발명은 전자 비례 유량 제어 밸브, 전자 비례 압력 제어 밸브 등의 전자 비례 제어 밸브에 관한 것이다.

종래, 전자 비례 솔레노이드를 이용한 전자 비례 제어 밸브에서는 스풀(spool) 등의 가동 부품(이하, 총칭하는 경우는 '가동 부품'이라고 한다)을 스프링력이나 유압력에 대항하는 방향으로 솔레노이드의 구동력으로 구동하여 가동 부품의 위치나 힘의 밸런스를 제어함으로써 유량이나 압력을 제어하고 있다.

상기 전자 비례 솔레노이드는 도 6에 나타내는 바와 같이, 인가되는 전류 값(제어 전류 값)과 비례한 구동력을 발생하도록 되어 있으며, 상기 유량이나 압력은 인가 전류에 따라 제어된다. 도면에서는 인가 전류가 정격값인 경우, 솔레노이드 구동력(F3)을 발생하는 예를 나타내고 있다. 또한, 예를 들면, 도 7의 (a),(b)에 나타내는 제1 예의 전자 비례 방향 유량 제어 밸브(101)의 경우, (a)에 나타내는 바와 같이, 밸브 본체(102)에 마련된 스풀 구멍(106) 안을 축 방향으로 이동하는 가동 부품인 스풀(105)이 대기 상태의 중립 위치에서, (b)에 나타내는 바와 같이 전자 비례 솔레노이드(103)가 구동되면, 이 전자 비례 솔레노이드(103)에서 발생한 구동력과 스풀 복귀 스프링(104)의 스프링력이 균형이 잡히도록 스풀(105)이 구동 방향(V)으로 이동한다. 이로써 펌프 포트(P)와 출력 포트(A)의 개구량이 제어되어 펌프 포트(P)에서 출력 포트(A)로 흐르는 유량이 인가 전류에 따라 제어된다. 상기 스풀(105)이 대기 상태로 돌아오면, 출력 포트(A)는 탱크 포트(T)와 연통하도록 되어 있다. 이는 예를 들면, 도 8의 (a),(b)에 나타내는 제2 예와 같이, 양측에 전자 비례 솔레노이드(123)가 설치된 양측 구동 방식의 전자 비례 제어 밸브(121)에서도 마찬가지이며, 전자 비례 솔레노이드(123)에서 발생한 구동 방향(V)의 구동력과, 스풀 복귀 스프링(124)의 스프링력이 균형이 잡히는 위치에 스풀(125)이 구동된다. 상기 도 7과 동일한 구성에는 '20'을 더한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

또한, 예를 들면, 대유량에 대응한 파일럿(pilot)형 전자 비례 유량 제어 밸브의 경우에는 인가 전류에 따라 압력을 제어하는 전자 비례 감압 밸브에 의해 생긴 제어 압력을 파일럿 압력으로서 메인 스풀의 스프링실(室)로 인도하고, 이 파일럿 압력에 의한 힘과, 대항하는 측의 스풀 복귀 스프링의 스프링력이 균형이 잡히는 위치에 메인 스풀이 구동된다. 이와 같이 하여 메인 스풀을 축 방향으로 구동하고, 이에 따라 오일 통로의 개구량이 제어되어 인가 전류에 따른 유량으로 제어된다.

한편, 도 9에 나타내는 바와 같이, 이와 같은 전자 비례 제어 밸브의 비례 솔레노이드에 인가하는 전류는 일반적으로 진동파가 이용되고 있으며, 시간에 대하여 전류값이 변화하고 있다. 이러한 진동 전류는 디더(dither) 전류라고 불리고 있으며, 정해진 진폭을 가진 진동파가 되어 있다. 이와 같은 디더 전류를 제공함으로써 솔레노이드 내부의 가동 부품 및 솔레노이드에 의해 구동되는 가동 부품을 항상 축 방향으로 미세하게 진동시키고, 가동 부품의 슬라이딩 마찰을 감소시키고, 이력(hysteresis)의 감소를 꾀하고 있다.

또한, 디더 전류에 의해 스풀을 항상 축 방향으로 미세하게 진동시키고, 유체 고착 현상(hydraulic lock)의 발생을 억제하고, 가동 부품이 항상 양호한 동작을 하도록 하고 있다. 유체 고착 현상이란, 스풀이 스풀 구멍에 대하여 편심하고, 그 편심한 스풀이 유압에 의해 더욱 스풀 구멍의 측면에 밀어붙여지고, 이 편심 방향의 밀어붙임으로 인하여 스풀이 축 방향으로 작동할 수 없어지는 스풀의 동작 불량(복귀 불량)을 말한다. 이는 상기 파일럿형 전자 비례 제어 밸브의 경우에도, 전자 비례 감압 밸브의 가동 부품이 미세하게 진동함으로써 파일럿 압력이 진동하고, 이 파일럿 압력의 진동으로 인하여 메인 스풀이 미세하게 진동하기 때문에, 이로써 상기 가동 부품의 슬라이딩 마찰 감소 효과 및 유체 고착 현상의 억제 효과를 얻을 수 있다.

이와 같이, 전자 비례 제어 밸브에 있어서는 제어 특성의 이력 감소나 동작 불량의 방지를 위하여 인가 전류에 디더 전류가 제공되고 있다.

또한, 이런 종류의 선행 기술로서, 메인 스풀을 비례 전자 감압 밸브로 제어하는 전자 제어 밸브에 있어서, 이력 성능을 양호하게 하기 위하여, 메인 스풀을 경금속제로 하고, 표면에 경화 처리를 하도록 한 것이 있다(예를 들면, 특허문헌1 참조).

또한, 다른 선행 기술로서, 밸브 본체에 설치된 스풀을 구동하는 전자 비례 감압 밸브를 설치한 조작 밸브도 있다(예를 들면, 특허문헌2 참조).

일본 특허공개공보 2003-148650호 일본 특허공개공보 평06-193767호

그런데, 상기 도 7에 나타내는 전자 비례 제어 밸브(101)에서는 일반적으로, 스풀(105)의 스트로크 끝단에 기계식 스토퍼(mechanical stopper)(111)가 설치되어 있다. 이 예에서는 폐쇄 부재(107)의 내부 끝단면이 기계식 스토퍼(111)가 되어 있다. 그 때문에, 스풀(105)이 스트로크 끝단에서 기계식 스토퍼(111)에 맞닿으면, 디더 전류에 의해 제어 전류를 미세하게 진동시켰다고 하여도 스풀(105)은 진동하지 않고 기계식 스토퍼(111)에 맞닿아서 멈춘 상태가 되어 버린다.

이는 도 8에 나타내는 전자 비례 솔레노이드(123)가 양측에 설치된 전자 비례 제어 밸브(121)의 경우도 마찬가지이며, 스풀(125)이 스트로크 끝단에 도달하여 스풀 복귀 스프링(124)의 복귀 스프링 와셔(130)가 기계식 스토퍼(131)에 맞닿으면, 디더 전류에 의해 제어 전류를 미세하게 진동시켰다고 하여도 스풀(125)은 진동하지 않고 기계식 스토퍼(131)에 맞닿아서 멈춘 상태가 되어 버린다.

그 때문에, 스풀(105,125)이 스트로크 끝단에 있어서 기계식 스토퍼(111,131)에 맞닿으면, 인가 전류가 디더 전류에 의해 미세하게 진동하고 있어도 스풀(105,125)은 기계식 스토퍼(111,131)에 맞닿아서 멈춘 상태가 되어 스트로크 끝단 부근에서의 이력 증대나, 스풀(105,125)의 동작 불량이 생길 우려가 있다. 특히, 스풀의 구동력(스프링력, 파일럿 압력, 솔레노이드력)이 약한 경우는 구동력에 대하여 슬라이딩 저항이나 유체 고착 현상의 힘의 영향이 크고, 상기한 바와 같은 문제가 일어나기 쉽다.

이 대책으로서, 예를 들면, 스풀의 구동력을 크게 하면, 솔레노이드가 커지고 제어 밸브의 사이즈가 커져 버린다. 또한, 스풀의 기계식 스토퍼를 설치하지 않는 구조로 할 수도 있지만, 그 경우에는 스풀의 오버슈트 등으로 인하여 스풀 복귀 스프링이 허용 휨 영역 이상으로 휘고, 스프링의 주저앉음(스프링력 감소)이나 스프링 손상의 우려가 생긴다. 또한, 솔레노이드 자신의 스트로크가 유한하기 때문에, 스풀 복귀 스프링력보다 솔레노이드 구동력의 쪽이 커지면, 솔레노이드 내부의 구동 부재가 기계식 스토퍼에 접촉한다. 스풀 복귀 스프링을 강하게 하여 기계식 스토퍼에 접촉하지 않는 설정으로 할 수도 있지만, 그 경우에는 스프링의 설계가 한정되고, 스풀의 제어 특성이 한정된 것이 되고, 설계의 자유도가 제한된다.

또한, 상기 어떤 선행 기술도, 스풀 스트로크 끝단에 있어서 기계식 스토퍼에 맞닿았을 때의 이력 증대나, 스풀의 복귀 불량이 발생할 우려에 대해 해결할 수 있는 것이 아니다.

따라서 본 발명은 구동 부재 또는 가동 부품의 스트로크 끝단에 있어서도, 디더 전류로 이력을 줄이고, 가동 부품의 동작 불량을 억제할 수 있는 전자 비례 제어 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 인가 전류에 의해 구동하는 구동 부재를 갖는 구동 수단과, 상기 구동 부재에 의해 가동하는 가동 부품과, 그 내부에 상기 가동 부품이 가동하는 슬라이딩 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 가동 부품을 상기 구동 부재의 구동 방향과 반대 방향으로 가압하는 복귀 스프링을 구비하고, 상기 구동 수단에의 인가 전류를 디더 전류로 미세하게 진동시키도록 구성한 전자 비례 제어 밸브이며, 상기 구동 부재 또는 상기 가동 부품의 변위를 제한하는 기계식 스토퍼를 구비하고, 상기 기계식 스토퍼는 상기 구동 부재 또는 상기 가동 부품이 기계식 스토퍼에 맞닿은 상태에 있어서 상기 디더 전류에 의해 상기 구동 부재 또는 상기 가동 부품을 진동 가능하게 하는 탄성 부재를 가지고 있는 것을 특징으로 한다. 이 구성에 따라, 구동 부재 또는 가동 부품이 기계식 스토퍼에 맞닿은 상태에서도 탄성 부재에 의해 디더 전류에 의한 구동 부재 또는 가동 부품의 미세 진동을 유지할 수 있으므로 이력을 줄여 가동 부품의 동작 불량을 억제할 수 있다.

또한, 상기 탄성 부재는 상기 구동 부재의 구동 방향과 반대 방향의 가압력을 작용시키는 스토퍼 가압 스프링으로 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 설계가 용이한 스토퍼 가압 스프링의 신축에 따라, 구동 부재 또는 가동 부품이 기계식 스토퍼에 맞닿은 상태에서도 디더 전류에 의해 구동 부재 또는 가동 부품이 미세하게 진동한 상태를 유지할 수 있다.

또한, 상기 스토퍼 가압 스프링의 스프링 상수와 설치 하중은 디더 전류에 의해 상기 구동 부재 또는 상기 가동 부품의 진동 진폭을 확보할 수 있도록 설정되어 있어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 디더 전류에 의한 구동 부재 또는 가동 부품의 미세 진동을 유지할 수 있으므로 이력을 줄이고, 가동 부품의 동작 불량을 억제할 수 있다.

또한, 상기 전자 비례 제어 밸브는 상기 가동 부품의 편측 단부에 상기 구동 수단을 구비한 편측 구동 방식으로 구성되고, 상기 가동 부품 일단부와 상기 밸브 본체 사이에, 상기 기계식 스토퍼와 스토퍼 가압 스프링을 구비하고 있어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 편측 구동 방식의 전자 비례 제어 밸브에 있어서, 구동력을 작용시킨 스트로크 끝단 부근에서의 이력 감소와, 가동 부품의 동작 불량을 억제할 수 있다.

또한, 상기 전자 비례 제어 밸브는 상기 가동 부품의 양단부에 상기 구동 수단을 구비한 양측 구동 방식으로 구성되고, 상기 가동 부품의 양단부와 상기 밸브 본체 사이에, 상기 기계식 스토퍼와 스토퍼 가압 스프링을 구비하고 있어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 양측 구동 방식의 전자 비례 제어 밸브에 있어서, 어느 방향으로 구동력을 작용시켜도 가동 부품의 스트로크 끝단 부근에서의 이력 감소와, 가동 부품의 동작 불량을 억제할 수 있다.

또한, 상기 전자 비례 제어 밸브는 상기 구동 수단 내에 상기 기계식 스토퍼와 스토퍼 가압 스프링을 구비하고 있어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 구동 수단 내에 기계식 스토퍼와 스토퍼 가압 스프링이 설치되기 때문에, 구동 부재의 스트로크 끝단 근처에서의 이력 감소와, 가동 부품의 동작 불량을 억제할 수 있다.

또한, 전자 비례 감압 밸브와 이러한 전자 비례 감압 밸브로 감압한 파일럿 압력으로 구동하는 메인 가동 부품 및 그 내부에 상기 메인 가동 부품이 가동하는 슬라이딩 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 메인 가동 부품을 상기 파일럿 압력이 작용하는 방향과 반대 방향으로 가압하는 복귀 스프링을 구비하고, 상기 전자 비례 감압 밸브에의 인가 전류를 디더 전류로 미세하게 진동시키도록 구성한 파일럿형 전자 비례 제어 밸브이며, 상기 메인 가동 부품의 변위를 제한하는 기계식 스토퍼를 구비하고, 상기 기계식 스토퍼는 상기 메인 가동 부품이 기계식 스토퍼에 맞닿은 상태에 있어서 상기 디더 전류에 의해 상기 메인 가동 부품을 진동 가능하게 하는 탄성 부재를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 파일럿형 전자 비례 제어 밸브이어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 파일럿형 전자 비례 제어 밸브에 있어서도, 메인 가동 부품이 스트로크 끝단에서 기계식 스토퍼에 맞닿아도 디더 전류에 의한 미세 진동을 유지할 수 있으므로 전자 비례 감압 밸브로부터의 파일럿 압력으로 제어되는 메인 가동 부품은 디더 전류에 의한 미세 진동을 유지하여 이력 줄이고, 메인 가동 부품의 동작 불량을 억제할 수 있다.

본 발명에 따르면, 구동 부재 또는 가동 부픔은 스트로크 끝단에 있어서도 디더 전류에 의한 미세 진동을 유지할 수 있으므로 이력이 감소하고, 가동 부품의 동작 불량을 억제하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 제1 제1 실시예에 따른 전자 비례 제어 밸브의 스풀 부분을 나타내는 도면으로, (a)는 대기 상태의 단면도이고, (b)는 동작 상태(스풀이 스트로크 끝단에 위치하는 상태)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전자 비례 제어 밸브의 스풀 부분을 나타내는 도면으로, (a)는 대기 상태의 단면도이고, (b)는 동작 상태(스풀이 스트로크 끝단에 도달한 상태)의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전자 비례 제어 밸브의 스풀 부분을 나타내는 도면으로, (a)는 대기 상태의 단면도이고, (b)는 동작 상태(스풀이 스트로크 끝단에 도달한 상태)의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 전자 비례 제어 밸브의 구동 부분을 나타내는 도면으로, (a)는 대기 상태의 단면도이고, (b)는 동작 상태(구동 부재가 스트로크 끝단에 도달한 상태)의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 있어서의 솔레노이드 구동력과 스풀 스트로크의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은 전자 비례 제어 밸브의 인가 전류와 구동력의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 종래의 제1 예에 따른 전자 비례 제어 밸브의 스풀 부분을 나타내는 도면으로, (a)는 대기 상태의 단면도이고, (b)는 동작 상태(스풀이 스트로크 끝단에 도달한 상태)의 단면도이다.
도 8은 종래의 제2 예에 따른 전자 비례 제어 밸브의 스풀 부분을 나타내는 도면으로, (a)는 대기 상태의 단면도이고, (b)는 동작 상태(스풀이 스트로크 끝단에 도달한 상태)의 단면도이다.
도 9는 전자 비례 제어 밸브의 인가 전류에 있어서의 디더 전류을 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면에 근거하여 설명한다. 이하의 실시예에서는 전자 비례 제어 밸브로서 유량 제어 밸브를 예로 들고, 그 가동 부품인 스풀의 동작 부분만을 도시하고 설명한다. 또한, 이하의 실시예에서는 탄성 부재로서 코일 스프링을 이용한 스토퍼 가압 스프링을 예로 들어 설명한다. 또한, 이 명세서 및 특허청구범위의 서류 중에 있어서의 좌우 방향 개념은 도 1에 나타내는 상태에 있어서의 좌우 방향의 개념과 일치하는 것으로 한다.

도 1의 (a),(b)에 나타내는 제1 실시예의 전자 비례 제어 밸브(1)는 밸브 본체(2)의 한 쪽(우측)에 전자 비례 솔레노이드(구동 수단)(3)가 설치되고, 다른 쪽(좌측)에 스풀 복귀 스프링(복귀 스프링)(4)이 설치된 편측 구동 방식으로 되어 있다.

도 1의 (a)에 나타내는 대기 상태의 전자 비례 제어 밸브(1)는 밸브 본체(2)에 설치된 스풀 구멍(슬라이딩 구멍)(6) 안을 축 방향으로 이동하는 스풀(5)이, 한 쪽 끝단에 설치된 전자 비례 솔레노이드(3)의 구동 부재(3a)로 구동 방향(V)으로 작용시키는 구동력과, 이 구동력과 대항하도록 다른 쪽 끝단에 설치된 스풀 복귀 스프링(4)의 스프링력이 균형이 이루는 위치에 구동 제어되도록 되어 있다. 이 실시예에서는 밸브 본체(2)에 펌프 포트(P), 출력 포트(A) 및 탱크 포트(T)가 설치되고, 스풀(5)에 형성된 노치(5a,5b)의 개구량에 따라 각 포트(P,A,T) 사이의 유량이 제어 된다.

상기 밸브 본체(2)의 스풀(5)의 스트로크 끝단부인 좌측 끝단부에는 스풀 끝단면(5c)이 맞닿는 기계식 스토퍼(11)(이하, 간단히 '스토퍼'"라고도 한다)가 설치되어 있다.

그리고 이 실시예에서는 상기 스토퍼(11)의 반대 스풀 측에 전자 비례 솔레노이드(3)의 가압 방향과 반대 방향으로 스토퍼(11)를 가압하는 스토퍼 가압 스프링(12)이 설치되어있다. 이 스토퍼 가압 스프링(12)은 밸브 본체(2)에 고정된 폐쇄 부재(7)에 의해 설치되어 있으며, 스토퍼(11)를 밸브 본체(2)에 설치된 스토퍼 계지부(8)를 향하여 가압하고 있다.

도 1의 (b)에 나타내는 작동 상태에서는 상기 전자 비례 제어 밸브(1)의 전자 비례 솔레노이드(3)에 정격 전류가 인가되고, 이 전자 비례 솔레노이드(3)의 구동력으로 스풀(5)이 구동 방향(V)으로 구동되어 스트로크 끝단에 도달하고, 스풀 끝단면(5c)이 스토퍼(11)에 맞닿아 있다. 이 상태의 스풀(5)은 스풀 복귀 스프링(4)과 함께 스토퍼(11)를 전자 비례 솔레노이드(3)의 구동 방향(V)과 반대 방향으로 가압하는 스토퍼 가압 스프링(12)에 의해 구동 방향(V)과 반대 방향으로 가압된다. 그 때문에, 스토퍼(11)에 맞닿은 스풀(5)은 스토퍼 가압 스프링(12)의 신축에 따라 스토퍼(11)와 함께 디더 전류에 의해 축 방향으로 미세하게 진동하게 된다. 요컨대, 스풀(5)은 스토퍼(11)에 맞닿았다고 하여도 그 스토퍼(11)와 함께 축 방향으로 미세하게 진동한 상태가 유지된다. 도면에서는 스토퍼(11)가 스토퍼 계지부(8)에서 떨어진 상태를 과장하여 나타내고 있다. 도시하는 이점쇄선 화살표는 유체의 흐름을 나타내고 있다.

따라서, 스풀(5)이 스트로크 끝단에 도달한 상태에서도, 스토퍼(11)에 맞닿은 스풀(5)은 스토퍼(11)와 함께 디더 전류에 의해 축 방향으로 미세하게 진동한 상태가 유지되므로 스트로크 끝단에 있어서도 이력을 줄이고, 스풀(5)의 동작 불량을 억제할 수 있다.

도 2의 (a),(b)에 나타내는 제2 실시예의 전자 비례 제어 밸브(21)는 밸브 본체(22)에 마련된 스풀 구멍(26) 내에서 축 방향으로 이동하는 스풀(25)에, 기계식 스토퍼(31)와 스토퍼 가압 스프링(32)을 설치한 편측 구동 방식의 실시예이다. 또한, 상기 제1 실시예와 동일한 구성에는 '20'을 더한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 2의 (a)에 나타내는 대기 상태의 전자 비례 제어 밸브(21)에 있어서의 스풀(25)의 전자 비례 솔레노이드 측에는 스풀(25)과 일체의 플랜지부(33)가 설치되어 있다. 또한, 스풀(25)의 단차부(25e)에는 링 모양의 기계식 스토퍼(31)가 설치되어 있다. 이 기계식 스토퍼(31)는 스풀(25)의 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

그리고, 상기 플랜지부(33)와 스토퍼(31) 사이에, 스토퍼 가압 스프링(32)이 설치되어 있다. 이 스토퍼 가압 스프링(32)에 의해, 스토퍼(31)는 스풀(25)의 단차부(25e)를 향해 가압되고 있다. 또한, 밸브 본체(2)의 스풀 구멍(26)의 끝단부는 스토퍼 계지부(28)가 되어 있다. 이 스토퍼 계지부(28)는 스풀(25)이 스트로크 끝단에 도달하면 스토퍼(31)가 맞닿는 위치가 되어 있다.

도 2의 (b)에 나타내는 동작 상태에서는 상기 전자 비례 제어 밸브(21)의 전자 비례 솔레노이드(23)에 정격 전류가 인가되고, 이 전자 비례 솔레노이드(23)의 구동력으로 스풀(25)이 구동 방향(V)으로 구동되어 스트로크 끝단에 도달하고, 스토퍼(31)가 밸브 본체(22)의 스토퍼 계지부(28)에 맞닿아 있다. 이 스토퍼(31)가 스토퍼 계지부(28)에 맞닿은 상태에 있어서도, 스토퍼 가압 스프링(32)의 신축에 따라 스풀(25)은 축 방향으로 진동 가능하기 때문에, 스풀(25)은 디더 전류에 의해 미세하게 진동한 상태가 유지된다. 도면에서는 스토퍼(31)가 스풀(25)의 단차부(25e)에서 떨어진 상태를 과장하여 나타내고 있다.

따라서 스풀(25)이 스트로크 끝단에 위치하는 상태에서도, 스풀(25)은 디더 전류에 의해 축 방향으로 미세하게 진동한 상태가 유지되므로, 이력을 줄이고, 스풀(25)의 동작 불량을 억제할 수 있다.

도 3의 (a),(b)에 나타내는 제3 실시예의 전자 비례 제어 밸브(41)는 밸브 본체(42)의 양쪽(좌우 양측)에 전자 비례 솔레노이드(43)가 설치된 양측 구동 방식이 되어 있다. 또한, 상기 제1 실시예와 동일한 구성에는 '40'을 더한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 3의 (a)에 나타내는 대기 상태의 전자 비례 제어 밸브(41)는 밸브 본체 (42)에 마련된 스풀 구멍(46) 내에서 축 방향으로 이동하는 스풀(45)이, 양 끝단에 설치된 전자 비례 솔레노이드(43)의 구동 부재(43a)로 구동 방향(V)으로 작용시키는 구동력과, 이 구동력과 대항하도록 양 끝단부에 설치된 스풀 복귀 스프링(44)의 스프링력이 균형이 잡히는 위치에 구동 제어되도록 되어 있다. 이 예에서는 밸브 본체(42)에 복귀 스프링 계지부(49)가 설치되어 있으며, 스풀(45)의 단차부(45e)에 설치된 링 모양의 복귀 스프링 와셔(50)가, 전자 비례 솔레노이드(43)와 복귀 스프링 와셔(50) 사이에 설치된 스풀 복귀 스프링(44)의 스프링력에 의해 복귀 스프링 계지부(49)를 향하여 가압되고 있다. 이 복귀 스프링 와셔(50)는 스풀(45)의 단차부(45e)에 계지되어 있으며, 스풀(45)의 축 방향으로 이동 가능하게 되어 있다.

이 예에서는 밸브 본체(42)의 중앙부에 펌프 포트(P)가 설치되고, 그 양 외측에 제1 출력 포트(A), 제2 출력 포트(B)가 설치되고, 그 외측에 탱크 포트(T)가 각각 설치되어 있다. 양측부에 설치된 전자 비례 솔레노이드(43) 중 하나를 제어함으로써 펌프 포트(P)와 제 1 출력 포트(A) 또는 제2 출력 포트(B)가 연통하도록 되어 있다. 각 포트 사이의 유량은 스풀(45)에 형성된 노치(45a,45b)의 개구량에 따라 제어된다.

그리고, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 이 실시예에서는 밸브 본체(42)에 링 모양의 기계식 스토퍼(51)를 계지하는 스토퍼 계지부(48)를 설치하고, 이 스토퍼 계지부(48)를 향하여 기계식 스토퍼(51)를 전자 비례 솔레노이드(43)와의 사이에 설치한 스토퍼 가압 스프링(52)으로 가압하고 있다. 이와 같이, 이 실시예에서는 전자 비례 솔레노이드(43) 측에서 밸브 본체(42)의 스토퍼 계지부(48)를 향하여 기계식 스토퍼(51)를 스토퍼 가압 스프링(52)으로 가압하고 있다.

도 3의 (b)에 나타내는 동작 상태에서는 예를 들면, 전자 비례 제어 밸브(41)의 우측 전자 비례 솔레노이드(43)에 전류를 인가하면, 전자 비례 솔레노이드(43)에 구동 방향(V)의 구동력이 생기고, 이 구동력에 의해 스풀(45)이 좌측 스풀 복귀 스프링(44)의 스프링력에 대항하여 좌방향으로 구동된다. 그리고, 정격 전류를 인가하여 스풀(45)이 스트로크 끝단에 도달하면, 스풀(45)의 복귀 스프링 계지부(49)에 계지된 복귀 스프링 와셔(50)가, 스토퍼 계지부(48)에 계지된 스토퍼(51)가 맞닿는다.

이와 같이 스풀(45)이 복귀 스프링 와셔(50)를 통하여 스토퍼(51)에 맞닿은 상태에서도, 스토퍼 가압 스프링(52)의 신축에 따라 스풀(45)은 복귀 스프링 와셔(50) 및 스토퍼(51)와 함께 축 방향으로 진동 가능하기 때문에, 스풀(45)은 디더 전류에 의해 미세하게 진동한 상태가 유지된다. 도면에서는 스토퍼(51)가 스토퍼 계지부(48)에서 떨어진 상태를 과장하여 나타내고 있다.

따라서, 스풀(45)이 스트로크 끝단에 도달한 상태에서도, 스풀(45)은 디더 전류에 의해 축 방향으로 미세하게 진동한 상태가 유지되므로, 이력을 줄이고, 스풀(45)의 동작 불량을 억제할 수 있다.

도 4의 (a),(b)에 나타내는 제4 실시예의 전자 비례 제어 밸브(61)는 전자 비례 솔레노이드(63)의 내부에 기계식 스토퍼(71)와 스토퍼 가압 스프링(72)을 설치한 실시예이다. 이 실시예의 경우, 기계식 스토퍼(71)가 전자 비례 제어 밸브(61)에 있어서의 가동부의 스토퍼가 되고, 스풀(65)은 다른 스토퍼에 접촉하지 않는 구성으로 함으로써 밸브 본체(62), 스풀(65) 등은 상술한 도 7, 도 8에 나타내는 종래의 구성이어도 좋다. 이 실시예에서는 전자 비례 솔레노이드(63)의 부분만을 도시하고 설명한다. 또한, 상기 제1 실시예와 동일한 구성에는 '60'을 더한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 4의 (a)에 나타내는 대기 상태의 전자 비례 솔레노이드(63)는 여자 코일(63c)이 주위에 설치되고, 그 중앙 부분에는 여자 전류의 크기에 따라 축 방향으로 흡인력을 발생하는 고정 자극(63b)과, 이 고정 자극(63b)에 흡인되어 축 방향으로 이동하는 가동 철심(63d)이 설치되어 있다. 이 가동 철심(63d)은 중심부에 설치된 구동 부재(63a)와 일체적으로 고정 자극(63b)을 향하여 이동한다.

그리고, 상기 가동 철심(63d)의 스트로크 끝단에 원반 모양의 기계식 스토퍼(71)가 설치되어 있다. 이 기계식 스토퍼(71)는 전자 비례 솔레노이드(63) 내에 설치된 스토퍼 계지부(68)에 계지하도록 설치되어 있으며, 상기 고정 자극(63b)과의 사이에 설치된 스토퍼 가압 스프링(72)에 의해 스토퍼 계지부(68)를 향하여 가압되고 있다.

도 4의 (b)에 나타내는 동작 상태는 여자 코일(63c)에 전류가 인가되면, 고정 자극(63b)에 구동 방향(V)을 향하여 흡인력이 발생하고, 이 흡인력에 의해 가동 철심(63d)과 함께 구동 부재(63a)가 구동 방향(V)으로 구동된다. 그리고 정격 전류를 인가하면 가동 철심(63d)이 스트로크 끝단에 도달하여 기계식 스토퍼(71)에 맞닿는다.

이와 같이 가동 철심(63d)이 기계식 스토퍼(71)에 맞닿은 상태에서도, 스토퍼 가압 스프링(72)의 신축에 따라 가동 철심(63d) 및 구동 부재(63a)는 축 방향으로 진동 가능하다. 그 때문에, 이 가동 철심(63d) 및 구동 부재(63a)와 함께 스풀(65)도 디더 전류에 의해 미세하게 진동한 상태가 유지된다. 도면에서는 스토퍼(71)가 스토퍼 계지부(68)에서 떨어진 상태를 과장하여 나타내고 있다.

따라서, 전자 비례 솔레노이드(63)의 가동 철심(63d)이 스트로크 끝단에 도달 한 상태, 즉 스풀(65)이 스트로크 끝단에 도달한 상태에서도, 스풀(65)은 디더 전류에 의해 축 방향으로 미세하게 진동한 상태가 유지되므로 이력을 줄이고, 스풀(65)의 동작 불량을 억제할 수 있다.

다음으로, 도 5에 기초하여 상기 전자 비례 제어 밸브(1,21,41)에 있어서의 전자 비례 솔레노이드(3,23,43)의 구동력과, 스풀(5,25,45)의 스트로크의 관계에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는 상기 제1 실시예에 있어서의 전자 비례 제어 밸브(1)의 부호를 사용하여 설명한다.

또한, 도시하는 기호는

Ka: 스풀 복귀 스프링의 스프링 상수

Kb: 스토퍼 가압 스프링의 스프링 상수,

X1: 중립 위치에서 스토퍼까지의 스풀 스트로크,

X2: 솔레노이드 정격 전류 인가 때의 스풀 스트로크,

F0: 스풀 복귀 스프링의 설치 하중,

F1 = F0 + Ka · X1: 스토퍼 맞닿음 때의 스풀 복귀 스프링 하중,

F2: 스토퍼 가압 스프링의 설치 하중,

F3: 솔레노이드 정격 전류 인가 때의 솔레노이드 구동력,

ΔF : 디더 전류에 의한 솔레노이드 구동력의 진폭,

ΔX: 구동력의 진폭에 따른 스풀 스트로크의 진폭이다.

도 5에 나타내는 바와 같이, 전자 비례 솔레노이드(3)에 제어 전류를 인가하여 구동력이 상승하였다고 하여도, 스풀 복귀 스프링(4)의 설치 하중(초기 하중)(F0)의 위치까지는 스풀(5)은 동작하지 않는다. 그리고, 설치 하중(F0)을 초과하면, 스풀 복귀 스프링(4)의 스프링 상수(Ka)에 따른 기울기(1/Ka)로 솔레노이드 구동력에 대하여 스풀(5)의 스트로크가 변화한다.

그 후, 스풀(5)이 중립 위치에서 스토퍼(11)에 맞닿는 스풀 스트로크(스트로크 끝단)(X1)로 기계식 스토퍼(11)에 맞닿으면, 그 때의 솔레노이드 구동력이, 스풀 복귀 스프링 하중(F1)에 스토퍼 가압 스프링(12)의 설치 하중(초기 하중)(F2)을 더한 힘(F1 + F2)에 도달할 때까지는 스풀(5)의 스트로크 변화량은 '0'이 된다.

그리고 솔레노이드 구동력이 'F1 + F2'의 힘에 도달하면, 스풀 복귀 스프링(4)의 스프링 상수(Ka)에 더하여 스토퍼 가압 스프링(12)의 스프링 상수(Kb)가 작용한 기울기(1/(Ka + Kb))로 스풀(5)의 스트로크가 변화한다.

그 후, 정격 전류가 인가되어 솔레노이드 구동력이 최대 구동력(정격 전류 인가 때)(F3)이 되었을 때에는 스토퍼(11)를 통하여 스토퍼 가압 스프링(12)을 소정량으로 휘게 한 스풀 스트로크(X2)가 된다. 이 스풀 스트로크(X2)는 스풀(5)이 스토퍼(11)에 맞닿은 스트로크 끝단(X1)에 도달한 후, 필요 이상으로 스트로크하지 않도록 설정된다.

또한, 이 스풀 스트로크(X2)에 위치하는 스풀(5)은 디더 전류에 의한 솔레노이드 구동력의 진폭(ΔF)에 따라 스풀 스트로크(X2)의 위치에서 스트로크 진폭(ΔX)이 확보된다. 이와 같은 2개의 진폭(ΔF,ΔX)을 만족하도록 상기 스토퍼 가압 스프링(12)의 설치 하중(F2)과, 스토퍼 가압 스프링(12)의 스프링 상수(Kb)가 설정된다.

또한, 상기 도 5에 나타내는 스토퍼 가압 스프링의 설치 하중(F2)은 F2 = 0으로 한 쪽이 스트로크 진폭(ΔX)이 커져 큰 디더 전류 효과를 얻을 수 있기 때문에, 스토퍼 가압 스프링(12)의 설계에 의해 F2 = 0으로 하여도 좋다. 이 F2를 '0'으로 함으로써 스풀 복귀 스프링(4)이 스트로크 끝단에 도달할 때까지 휜 후, 연속하도록 스토퍼 가압 스프링(12)을 휘게 할 수 있어(도 5에 나타내는 이점쇄선), 스풀(5)의 스트로크 끝단에 있어서의 디더 전류에 의한 미세 진동의 진폭(ΔX)을 더 크게 할 수 있다.

이상과 같이, 상기 실시예에 있어서의 전자 비례 제어 밸브(1,21,41,61)에 따르면, 스풀(5,25,45,65)이 스트로크 끝단에 위치하는 상태에 있어서도, 스풀(5,25,45,65)은 스토퍼 가압 스프링(12,32,52,72)에 의하여 직류 디더링으로 미세하게 진동한 상태가 유지된다.

따라서, 전자 비례 제어 밸브(1,21,41,61)에 있어서, 스풀(가동 부품)(5,25,45,65)의 스트로크 끝단 부근에서의 이력 감소 효과를 발휘할 수 있는 동시에, 스풀(5,25,45 65)에 동작 불량(복귀 불량)이 발생하지 않도록 할 수 있어 안정된 동작의 전자 비례 제어 밸브(1,21,41,61)를 구성할 수 있다.

또한, 이력 증대 및 동작 불량은 구동력이 약한 구조에서 발생하기 쉽지만, 구동력이 약한 소형의 전자 비례 솔레노이드로 전자 비례 제어 밸브를 구성하여도 이력 증대나 스풀 복귀 불량을 개선할 수 있어 전자 비례 제어 밸브를 컴팩트하게 구성할 수 있다.

또한, 파일럿형 전자 비례 제어 밸브이어도, 메인 스풀을 낮은 파일럿 압력으로 구동하도록 한 스풀 구동력이 작은 제어 밸브를 구성할 수 있기 때문에, 스프링이나 전자 비례 감압 밸브를 작게 한 컴팩트한 파일럿형 전자 비례 제어 밸브를 실현할 수 있다.

또한, 상기 실시예에서는 전자 비례 제어 밸브(1,21,41,61)로서 유량 제어 밸브를 예로 들어 설명했지만, 전자 비례 제어 밸브는 압력 제어 밸브라도 좋고, 유량 제어 밸브에 한정되는 것이 아니다 .

또한, 상기 실시예에서는 탄성 부재인 스토퍼 가압 스프링(12,32,52,72)로서 코일 스프링을 채용하고 있지만, 탄성 부재는 코일 스프링에 한정되지 않고, 예를 들면 판스프링이나 스프링 효과가 있는 다른 부재이어도 좋고, 상기 실시예에 한정되는 것이 아니다.

또한, 상술한 실시예에서는 일 예를 나타내고 있으며, 본 발명의 요지를 해치지 않는 범위에서 다양한 변경은 가능하고, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니다.

본 발명에 따른 전자 비례 제어 밸브는 스풀의 스트로크 끝단을 포함한 전체 제어 범위에 있어서 안정된 제어가 필요한 전자 비례 제어 밸브로서 이용할 수 있다.

1: 전자 비례 제어 밸브
2: 밸브 본체
3: 전자 비례 솔레노이드(구동 수단)
3a: 구동 부재
4: 스풀 복귀 스프링(복귀 스프링)
5: 스풀(가동 부품)
6: 스풀 구멍(슬라이딩 구멍)
7: 폐쇄 부재
8: 스토퍼 계지부
11: 기계식 스토퍼
12: 스토퍼 가압 스프링
21: 전자 비례 제어 밸브
22: 밸브 본체
23: 전자 비례 솔레노이드(구동 수단)
24: 스풀 복귀 스프링(복귀 스프링)
25: 스풀(가동 부품)
26: 스풀 구멍(슬라이딩 구멍)
28: 스토퍼 계지부
31: 기계식 스토퍼
32: 스토퍼 가압 스프링
33: 플랜지부
41: 전자 비례 제어 밸브
42: 밸브 본체
43: 전자 비례 솔레노이드(구동 수단)
44: 스풀 복귀 스프링(복귀 스프링)
45: 스풀(가동 부품)
46: 스풀 구멍(슬라이딩 구멍)
48: 스토퍼 계지부
49: 복귀 스프링 계지부
50: 복귀 스프링 와셔
51: 기계식 스토퍼
52: 스토퍼 가압 스프링
61: 전자 비례 제어 밸브
63: 전자 비례 솔레노이드(구동 수단)
65: 스풀(가동 부품)
71: 기계식 스토퍼
72: 스토퍼 가압 스프링
P: 펌프 포트
A: 출력 포트
B: 출력 포트
T: 탱크 포트
V: 구동 방향

Claims

인가 전류에 의해 구동하는 구동 부재를 갖는 구동 수단과, 상기 구동 부재에 의해 가동하는 가동 부품과, 그 내부에 상기 가동 부품이 가동하는 슬라이딩 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 가동 부품을 상기 구동 부재의 구동 방향과 반대 방향으로 가압하는 복귀 스프링을 구비하고, 상기 구동 수단에의 인가 전류를 디더 전류로 미세하게 진동시키도록 구성한 전자 비례 제어 밸브로서,
상기 가동 부품의 상기 구동 수단측에 설치된 플랜지부와,
상기 가동 부품의 단차부에 설치되어 상기 가동 부품의 변위를 제한하는 기계식 스토퍼와,
상기 플랜지부와 상기 기계식 스토퍼의 사이에 설치되어 상기 기계식 스토퍼를 상기 단차부로 가압하고, 상기 기계식 스토퍼가 상기 밸브 본체에 형성된 스토퍼 계지부에 맞닿은 상태에서 상기 디더 전류에 의해 상기 가동 부품을 진동 가능하게 하는 탄성 부재를 구비하고,
상기 탄성 부재는 상기 구동 부재의 구동 방향과 반대 방향의 가압력을 작용시키는 스토퍼 가압 스프링으로 구성되며,
상기 전자 비례 제어 밸브는 상기 가동 부품의 편측 단부에 상기 구동 수단을 구비한 편측 구동 방식으로 구성되고, 상기 가동 부품 일단부와 상기 밸브 본체 사이에, 상기 기계식 스토퍼와 스토퍼 가압 스프링을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 비례 제어 밸브.
제 1 항에 있어서, 상기 스토퍼 가압 스프링의 스프링 상수와 설치 하중은 디더 전류에 의해 상기 가동 부품의 진동 진폭을 확보할 수 있도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 비례 제어 밸브.
인가 전류에 의해 구동하는 구동 부재를 갖는 구동 수단과, 상기 구동 부재에 의해 가동하는 가동 부품과, 그 내부에 상기 가동 부품이 가동하는 슬라이딩 구멍을 갖는 밸브 본체와, 상기 가동 부품을 상기 구동 부재의 구동 방향과 반대 방향으로 가압하는 복귀 스프링을 구비하고, 상기 구동 수단에의 인가 전류를 디더 전류로 미세하게 진동시키도록 구성한 전자 비례 제어 밸브로서,
상기 구동 부재의 변위를 제한하는 기계식 스토퍼와,
상기 기계식 스토퍼를 가압하고, 상기 구동 부재가 상기 기계식 스토퍼에 맞닿은 상태에서 상기 디더 전류에 의해 상기 구동 부재를 진동 가능하게 하는 탄성 부재를 구비하고,
상기 탄성 부재는 상기 구동 부재의 구동 방향과 반대 방향의 가압력을 작용시키는 스토퍼 가압 스프링으로 구성되며,
상기 전자 비례 제어 밸브는 상기 구동 수단 내에 상기 기계식 스토퍼와 스토퍼 가압 스프링을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 비례 제어 밸브.
제 3 항에 있어서, 상기 스토퍼 가압 스프링의 스프링 상수와 설치 하중은 디더 전류에 의해 상기 구동 부재의 진동 진폭을 확보할 수 있도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 전자 비례 제어 밸브.
삭제
삭제
삭제