KR101577401B1 - 솔레노이드 밸브 - Google Patents

Abstract

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 멤스공정을 적용하여 제작하는 솔레노이드 밸브에 있어서, 멤스공정에 의해 기판형태로 제작되는 밸브하우징;과 상기 밸브하우징의 일측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작되는 유량토출구;와 상기 유량토출구를 온/오프(on/off) 밸브부재; 상기 토출구의 반대측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작되는 유량유입구;와 상기 밸브하우징의 외측을 감싸되, 멤스공정이 아닌 기계공정에 의해 제작되는 솔레노이드 코일;로 이루어져 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작하는 것을 특징으로 한다.
이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 미세한 양을 정해진 지점에 정확하게 분배하며 배출할 수 있어 정밀한 작업에 용이하게 사용되는 솔레노이드 밸브를 제공할 수 있다.

Description

솔레노이드 밸브{Solenoid Valve}

본 발명은 솔레노이드 밸브에 관한 것으로, 보다 상세하게는 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작할 수 있는 솔레노이드 밸브에 관한 것이다.

일반적으로, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems:MEMS)란 반도체 공정, 특히 집적회로 기술을 응용한 마이크로머시닝 기술을 이용하여 ㎛ 단위의 초소형 센서나 액추에이터 및 전기 기계적 구조물을 제작하는 분야이다. 마이크로머시닝 기술에 의하여 제작된 미세 기계는 ㎜ 이하의 크기 및 ㎛ 이하의 정밀도를 구현할 수 있다. 1970년대에는 반도체 제작 기술 및 주변회로를 내장한 집적화된 센서를 개발하기 시작하여, 1980년대 초반에는 스프링, 캔틸레버 등의 미세 기계 요소 등을 제작하였다. 1980년대 후반에는 마이크로 집게, 모터, 기어 등의 기판에서 분리된 미세구조물을 제작하였으며, 1990년대에 이르러서는 센서, 논리회로 및 액추에이터가 집적화된 형태로 발전되고 있다.

마이크로머시닝 기술의 장점은 초정밀 미세 가공을 통하여 소형화, 고성능화, 다기능화, 집적화가 가능하며 안전성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다는 것이다. 아울러, 일체화된 집적 시스템의 구현 가능으로 조립 필요성이 감소되며, 일괄공정으로 제작되므로 값싸게 양산할 수 있다.

마이크로머시닝 기술의 현재 연구중인 응용 분야로는 자기 헤드, 프린터 헤드 등의 정보화 기기 분야, 세포 조작, 진단 및 수술, 인공장기 등의 의료기기분야, 센서, 자율 제어 시스템과 같은 제어계측 기기 분야, 광섬유 통신, 광 스위치, 가변 초점 거울, 마이크로 렌즈 등의 광학 기기 분야, 필터, 노즐, 밸브, 모터 등의 극소형 기계 등을 들 수 있다. 무인 우주선이나 미사일 등에 응용하는 우주 산업, 군수 산업 등에서의 중요도가 커지고 있으며, 자동차 및 각종 가전 제품으로의 응용은 이미 시작되었다.

MEMS에 사용되는 마이크로머시닝 기술은 크게 실리콘 벌크에칭(bulk etching)에 의한 벌크마이크로머시닝(bulk micromachining)과 실리콘 위에 다 결정 실리콘, 실리콘 질화막 및 산화막, 금속막등을 증착하고, 설계된 형상을 따라 식각하여 구조물을 제작하는 표면마이크로머시닝(surface micromachining)으로 나눌 수 있다.

벌크마이크로머시닝은 알칼리 용액이 결정의 방향에 따라 실리콘 단결정을 다른 속도로 식각하는 식각 성질을 이용하는 기술이다. 실리콘 단결정 웨이퍼를 식각하여 원하는 3차원 구조물을 구현할 수 있으며, 정확한 식각 깊이와 형상 제어가 핵심이다. 가속도계 및 각속도계, 초소형 밸브나 노즐, 마이크로 펌프 등의 초소형 유체 소자 등의 제작에 많이 이용되는 기술이다.

표면마이크로머시닝은 실리콘 기판 위에 구조층과 희생층을 증착하고 식각하는 공정을 통해 미세 구조물을 형성한다. 즉 희생층과 구조층을 기판 위에 형성시킨 후 희생층을 식각하여 구조층만 남게 하는 방법이다.

한편, 솔레노이드밸브는 전자 밸브로서, 전기가 통하면 플랜지가 올라가 밸브가 열리고 전기가 차단되면 플랜지 무게에 의하여 자동으로 밸브가 닫히게 되는 원리의 밸브이다.

그러나 종래의 솔레노이드밸브는, 기계공정에 의해서 제작되고, 전기의 유무에 따라 플랜지로 토출구를 온/오프하나, 미세한 양을 정확하게 토출할 수 없는 문제점이 있었다. 이는, 반도체 공정에서와 같이 정밀한 작업이 요구되는 장소에서 미세한 양을 정확하게 조절할 수 없어 작업의 오류와 제품의 불량 등을 초래하는 등 영업손실을 가져오는 단점이 있으며, 그에 따른 해결방안이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 특허공개공보 공개번호 제2002-0036964호

상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 스프링의 탄성력에 의해 밸브부재가 솔레노이드 코일의 전류가 흐름 여부에 따라 채널의 유량토출구를 온/오프시킬 수 있도록 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작함으로써, 미세한 양을 정해진 지점에 정확하게 분배하며 배출할 수 있어 정밀한 작업에 용이하게 사용되는 솔레노이드 밸브를 제공하기 위함이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 멤스공정을 적용하여 제작하는 솔레노이드 밸브에 있어서, 멤스공정에 의해 기판형태로 제작되는 밸브하우징;과 상기 밸브하우징의 일측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작되는 유량토출구;와 상기 유량토출구를 온/오프(on/off)시키며, 자성체가 도금된 밸브부재; 상기 유랑토출구의 반대측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작되는 유량유입구;와 상기 밸브하우징의 외측을 감싸되, 멤스공정이 아닌 기계공정에 의해 제작되는 솔레노이드 코일;로 이루어져 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브부재와 상기 유량유입구의 사이에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작되는 스프링지지부;와 상기 스프링지지부와 밸브부재의 사이에 배치되면서 밸브부재에 탄성력을 부여하되 멤스공정에 의해 제작되는 스프링;이 더 포함되어 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 유량토출구의 앞단에 배치되고, 멤스공정에 의해 제작되되 액체의 공급이 용이하도록 팀침형태의 프로브;를 더 포함하여 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브하우징과 상기 솔레노이드 코일의 사이에 배치되어 밸브하우징을 감싸는 외부하우징:을 더 포함하고, 상기 솔레노이드 코일은, 박스형태로 미리 제작되어 상기 외부하우징에 끼워지도록 형성되어 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 탐침형태의 프로브는, 멤스공정에 의해 상기 밸브하우징과 상기 유량토출구와 상기 유량유입구가 연통된 채널로 가공되어, 유체가 이동하는 탐침형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 밸브하우징과 상기 유량토출구와 상기 유량유입구와 상기 탐침형태의 프로브의 상면에는 유리판이 본딩되어, 상기 밸브하우징 내부의 유체흐름을 관찰가능한 것을 특징으로 한다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 미세한 양을 정해진 지점에 정확하게 분배하며 배출할 수 있어 정밀한 작업에 용이하게 사용되는 솔레노이드 밸브를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 나타낸 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 배면을 나타낸 분해사시도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 솔레노이드 밸브를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브를 나타낸 분해사시도이고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 솔레노이드 밸브의 배면을 나타낸 분해사시도이다.

본 발명의 솔레노이드 밸브는 멤스공정을 적용하여 제작한다. 더욱 바람직하게는, 본 발명의 솔레노이드 밸브는 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 이러한, 본 발명의 솔레노이드 밸브는 밸브하우징(10), 유량토출구(20), 밸브부재(60), 유량유입구(30) 및 솔레노이드 코일(80)을 포함한다.

밸브하우징(10)은 멤스공정에 의해 기판형태로 제작된다.

유량토출구(20)는 밸브하우징(10)의 일측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작된다.

밸브부재(60)는 유량토출구(20)를 온(on) 또는 오프(off) 시킨다. 이때, 밸브부재(60)는 밸브하우징(10)의 내부에 구비된다.

또한, 밸브부재(60)는 자성체가 도금되어 있는 것이 바람직하다.

유량유입구(30)는 유량토출구(20)의 반대측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작된다.

즉, 유량유입구(30)로 유입되는 유량은 유량토출구(20)로 토출되되, 밸브부재(60)에 의해 토출이 되거나 차단된다.

솔레노이드 코일(80)은 밸브하우징(10)의 외측을 감싼다.

이때, 솔레노이드 코일(80)은 멤스공정이 아닌 기계공정에 의해 제작된다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 스프링지지부(40), 스프링(50)을 더 포함한다.

스프링지지부(40)는 밸브부재(60)와 상기 유량유입구(30)의 사이에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작된다.

스프링(50)은 스프링지지부(40)와 밸브부재(60)의 사이에 배치되면서 밸브부재(60)에 탄성력을 부여한다. 이때, 스프링(50)은 멤스공정에 의해 제작된다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 프로브(21)를 더 포함한다.

프로브(21)는 유량토출구(20)의 앞단에 배치되고, 멤스공정에 의해 제작된다.

이때, 프로브(21)는 액체의 공급 즉, 유량토출구(20)로 용이하게 토출될 수 있도록 팀침형태인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 외부하우징(100)을 더 포함한다.

외부하우징(100)은 밸브하우징(10)과 솔레노이드 코일(80)의 사이에 배치되어 밸브하우징(10)을 감싼다.

이때, 솔레노이드 코일(80)은 박스형태로 미리 제작되어 외부하우징(100)에 끼워지도록 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 밸브하우징(10)과 유량토출구(20)와 유량유입구(30)와 탐침형태의 프로브(21)는 멤스공정에 의해 제작되되 멤스공정에 의해 유체가 이동하는 연통된 채널(70)로 가공된다.

또한, 밸브하우징(10)과 유량토출구(20)와 유량유입구(30)와 탐침형태의 프로브(21)의 상면에는 유리판(110)이 본딩되어 상기 유량유입구(30)로 유입된 유체가 유출되지 않고 상기 채널(70) 내에서 유동하도록 형성된다.

밸브하우징(10)과 유량토출구(20)와 밸브부재(60)와 유량유입구(30)와 스프링지지부(40)와 스프링(50)과 탐침형태의 프로브(21)는 멤스공정에 의해 제작된다.

이때, 밸브하우징(10)과 유량토출구(20)와 유량유입구(30)와 스프링지지부(40)와 프로브(21)의 높이 H1은 동일두께이고, 스프링(50)과 밸브부재(60)의 높이 H2은 동일두께이면서, H1과 H2의 관계는 H1>H2 로 제작된다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 버텀플레이트(120), 탑플레이트(130), 유량공급구(131), 오링(140) 및 유량공급튜브(150)를 더 포함한다.

버텀플레이트(120)는 유량유입구(30)의 아랫면에 접촉되어 배치된다.

탑플레이트(130)는 유량유입구(30)의 윗면에 접촉되어 배치된다.

유량공급구(131)는 탑플레이트(130)의 일측에 유량유입구(30)와 일치되도록 관통형성된다.

오링(140)은 유량공급구(131)와 유량유입구(30) 사이에 기밀을 유지시킨다.

유량공급튜브(150)는 유량공급구(131)에 배치된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는, 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작되는 것이다.

본 발명에 따른 솔레노이드 밸브의 작동관계에 대해서 서술한다.

도 2의 (a1)을 참조하면, 솔레노이드 코일(80)에 전류가 인가되지 않으면, 밸브부재(60)는 스프링(50)의 탄성력에 의해 탄성력 작용 방향으로 밀려난다. 이때, 밸브부재(60)의 끝단은 유량토출구(20)를 폐쇄함에 따라 밸브하우징(10)의 내부에 채워진 액체의 토출이 이루어지지 않는다.

도 2의 (a2)를 참조하면, 이때, 솔레노이드 코일(80)에 전류가 흐르면, 자기력을 발생하여 자성체가 도금된 밸브부재(60)가 스프링지지부(40)를 향해 이동하게 된다. 이때, 밸브부재(60)의 이동력은 스프링(50)의 탄성력보다 큰 것이 바람직하다. 이에 따라, 밸브부재(60)의 끝단은 유량토출구(20)와 이격되고, 유량토출구(20)가 개방된다. 그리고 밸브하우징(10)이 내부에 채워진 액체는 유량토출구(20)를 통해 토출된다.

또한, 솔레노이드 코일(80)에 인가되는 전류가 차단되면, 스프링(50)의 탄성력 즉 복원력에 의해 밸브부재(60)는 원위치로 되돌아오고, 유량토출구(20)를 다시 폐쇄한다.

따라서, 본 발명에 따른 솔레노이드 밸브는 스프링(50)의 탄성력에 의해 밸브부재(60)가 솔레노이드 코일(80)의 전류가 흐름 여부에 따라 채널(70)의 유량토출구(20)를 온/오프시킬 수 있으므로, 미세한 양을 정해진 지점에 정확하게 분배하며 배출할 수 있어 정밀한 작업에 용이하게 사용된다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 밸브하우징 20: 유량토출구
21: 프로브 30: 유량유입구
40: 스프링지지부 50: 스프링
60: 밸브부재 70: 채널
80: 코일 100: 외부하우징
110: 유리판 120: 버텀플레이트
130: 탑플레이드 131: 유량공급구
140: 오링 150: 유량공급튜브

Claims (6)

1. 멤스공정을 적용하여 제작하는 솔레노이드 밸브에 있어서,
   멤스공정에 의해 기판형태로 제작되는 밸브하우징;과
   상기 밸브하우징의 일측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작되는 유량토출구;와
   상기 유량토출구를 온/오프(on/off)시키며, 자성체가 도금된 밸브부재;
   상기 유랑토출구의 반대측에 배치되면서 멤스공정에 의해 제작되는 유량유입구;와
   상기 밸브부재와 상기 유량유입구의 사이에 배치되면서 멤스공정에 의해 기판형태로 제작되는 스프링지지부;와
   상기 스프링지지부와 밸브부재의 사이에 배치되면서 밸브부재에 탄성력을 부여하되 멤스공정에 의해 기판형태로 제작되는 스프링;과
   상기 유량토출구의 앞단에 배치되고, 멤스공정에 의해 기판형태로 제작되되 액체의 공급이 용이하도록 팀침형태의 프로브;와
   상기 밸브하우징의 외측을 감싸되, 멤스공정이 아닌 기계공정에 의해 제작되는 솔레노이드 코일;로 이루어져 멤스공정과 기계공정에 의해 제작하되,
   상기 기판형태인 밸브하우징과, 상기 기판형태인 유량토출구와, 기판형태인 상기 유량유입구와, 상기 기판형태인 스프링지지부와, 상기 기판형태인 프로브의 두께는 동일한 두께로 H1이고, 상기 기판형태인 밸브부재와 상기 기판형태인 스프링은 또다른 동일두께로 H2 이며, H1>H2 로 제작되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 밸브하우징과 상기 솔레노이드 코일의 사이에 배치되어 밸브하우징을 감싸는 외부하우징:을 더 포함하고,
   상기 솔레노이드 코일은, 박스형태로 미리 제작되어 상기 외부하우징에 끼워지도록 형성되어 멤스공정과 기계공정에 의해 제작되는 부품을 적용하여 제작하는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 탐침형태의 프로브는,
   멤스공정에 의해 상기 밸브하우징과 상기 유량토출구와 상기 유량유입구가 연통된 채널로 가공되어, 유체가 이동하는 탐침형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 밸브하우징과 상기 유량토출구와 상기 유량유입구와 상기 탐침형태의 프로브의 상면에는 유리판이 본딩되어, 상기 밸브하우징 내부의 유체흐름을 관찰가능한 것을 특징으로 하는 솔레노이드 밸브.

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