KR101593373B1 - 압축공기 정밀제어밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축공기 정밀제어밸브(Compressed Air Throttle Valve)에 관한 것으로, 스로틀러의 스로틀공을 니들의 전방부의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 천공하고 씰링과 접속판을 플런저의 니들에 장착하고 서포터와 코일스프링을 사용하지 아니하여, 압축공기의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있고 씰링의 장착이 용이하고 작동불량이 발생하지 않고 내구성이 좋으며 조립 및 수리가 용이하며 제조 및 유지비용이 절감되는 효과가 있다.

Description

압축공기 정밀제어밸브{Precision Control Valve of Compressed Air}

본 발명은 압축공기 정밀제어밸브(Precision Control Valve of Compressed Air)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축공기의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있고, 구성이 단순하여 작동불량의 염려가 없고 조립 및 수리가 용이하며 제조 및 유지비용이 절감되는 압축공기 정밀제어밸브에 관한 것이다.

도 1 내지 5는 10-1289375호 특허발명에서 압축공기 제어밸브에 관한 도면이다.(단, 설명상의 편의를 위하여 본 설명서에서는 일부 구성의 명칭과 부호를 다르게 부여하여 설명한다.)

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 압축공기 정밀제어밸브는 보통 하우징(Housing)(1), 플런저(Plunger)(2), 스로틀러(Throttler)(3), 씰링(Seal Ring)(4), 서포터(Supporter)(5), 코일스프링(Coil Spring)(6), 접속판(8), 스텝모터(Stepper Motor)(9) 및 제어장치(C)로 구성된다.

상기 하우징(1)의 내부에는 서로 연통되는 3개의 통로, 즉, 내부에 수용된 플런저(2)가 전후로 이동하는 플런저통로(11), 압축공기가 인입되는 인입통로(12) 및 압축공기가 배출되는 배출통로(13)가 형성되어 있다. 하우징(1)의 플런저통로(11)의 전방 부위에 제어장치(C)의 접속핀(Cp)을 삽입하기 위한 핀공(Pin Hole)(14)을 천공하고, 플런저통로(11)의 후부에는 단면이 다각단면형상의 확장부(111)를 형성시킨다.

상기 플런저(2)는 니들(Needle)(21)과 니들(21)의 후단에 연결되는 니들홀더(Needle Holder)(22)로 구성된다. 니들(21)의 전방부(211)는 선단으로 갈수록 점차 가늘어지는 형상으로 구성한다. 니들홀더(22)의 후부에는 플런저통로(11)의 확장부(111)에 대응되는 다각단면형상의 확대부(221)를 형성하고, 니들홀더(22)의 후단에서 전방으로 스텝모터(9)의 샤프트(Shaft)(91)의 외경에 대응되는 연결공(222)을 천공하고, 연결공(222)의 내벽에 나선을 형성시킨다.

상기 스로틀러(3)는 중앙에 스로틀공(Throttle Hole)(31)을 천공하여 상기 배출통로(13)의 내부에 장착한다. 스로틀공(31)은 플런저(2) 니들(21)의 전체적인 외경보다 작지만 니들(21) 전방부(211)의 선단의 외경보다는 큰 관통공이 되도록 천공한다.

상기 씰링(4)은 플런저통로(11) 안쪽에 장착하고 그 뒤쪽에 서포터(5)를 장착하며, 서포터(5)의 뒤쪽에 코일스프링(6)을 장착하고, 코일스프링(6)의 뒤쪽에 접속판(8)을 장착한다.

씰링(4)은 압축공기가 플런저통로(11)로 진입하는 것을 방지하는 역할을 하고, 접속판(8)은 제어장치(C)의 접속핀(Cp)과 접속하면 전기회로를 구성하는 역할을 하며, 코일스프링(6)은 접속판(8)이 접속핀(Cp)으로부터 분리되도록 하는 역할을 하고, 서포터(5)는 씰링(4)과 코일스프링(6)을 지지하는 역할을 한다.

상기 스텝모터(9)의 샤프트(91) 외주에 플런저(2)의 니들홀더(22) 연결공(222)의 나선에 대응되는 나선을 형성시켜서, 스텝모터(9)의 샤프트(91)를 니들홀더(22)에 나사결합시키고, 탄성바(Tension Bar)(92) 등으로 하우징(1)의 후단부(222)에 스텝모터(9)의 전단부를 결합시켜서 하우징(1)과 스텝모터(9)를 일체화한다.

상기 제어장치(C)는 접속핀(Cp)을 포함하며, 접속핀(Cp)은 하우징(1)의 핀공(14)에 삽입되어 접속판(8)과 접속되면 전기회로를 구성하는 역할을 한다.

위와 같은 종래의 압축공기 정밀제어밸브는 다음과 같이 작동된다.

도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 플런저(2)가 앞쪽으로 최대한 이동된 상태에서는 플런저(2)의 니들(21)이 배출통로(13)에 장착되어 있는 스로틀러(3)의 스로틀공(31)을 폐쇄하여 압축공기가 배출되지 아니한다.

이 때, 플런저통로(11) 내부의 접속판(8)도 최대한 앞쪽으로 이동하여 제어장치(C)의 접속핀(Cp)과 접속되며, 접속핀(Cp)과 서포터(5) 사이의 코일스프링(6)도 최대한 압축된 상태에 있게 된다. 이와 같이, 접속판(8)이 접속핀(Cp)에 접속되면 전기회로가 연결되고 제어장치(C)가 이를 감지한다.

위와 같이 압축공기의 배출이 차단된 상태에서 스텝모터(9)를 가동시키면 스텝모터(9)가 소정의 각도로 회전한다. 스텝모터(9)가 회전하면, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 스텝모터(9)의 샤프트(91)에 나사결합되어 있는 플런저(2)가 후진함에 따라 플런저(2)의 니들(21)의 전방부와 스로틀공(31) 사이에 간격이 발생하고 이 간격을 통하여 압축공기가 배출된다. 동시에, 코일스프링(6)의 탄발력에 의하여 접속판(8)도 후진하여 접속핀(Cp)과 떨어지고, 이에 따라 전기회로가 끊어지고 제어장치(C)가 이를 감지한다.

스텝모터(9)의 회전각도는 입력 펄스신호의 수에 비례하고, 회전속도는 입력 펄스신호의 주파수에 비례하므로, 제어장치(C)에서 입력 펄스신호의 수와 주파수를 조종하여 압축공기의 배출량과 배출시간을 제어한다.

한편, 위와 같은 종래의 압축공기 제어밸브는 스로틀러(3)의 스로틀공(31)은 전 길이에 걸쳐 직경이 같은 단순한 관통공인 반면, 니들(21)의 전방부(211)는 선단으로 갈수록 점차 가늘어지는 형상이어서, 압축공기의 배출량을 정밀하게 제어할 수 없고 플런저(2)가 앞쪽으로 최대한 이동하여도 스로틀공(31)을 완전하게 폐쇄하지 못할 뿐만 아니라 스로틀공(31) 내에서의 니들(21)의 이동도 원활하지 못하는 문제점이 있다. [이러한 문제점을 일부 보완하기 위하여 10-0342542호 특허발명에서는 니들(21) 전방부(211)의 후단에 별도의 차단링(31)을 장착하여 스로틀공(31)이 보다 더 잘 폐쇄되도록 하고 있다.]

또, 위와 같은 종래의 압축공기 제어밸브는 씰링(4)과 서포터(5)가 하우징(1)의 내부 깊숙이 장착되어 있어서, 씰링(4)과 서포터(5)의 장착이 어렵고 마모된 경우에 교체가 어려운 문제점이 있다. 또, 코일스프링(6)을 사용하고 있어 시간의 경과에 따라 코일스프링(6)의 작동불량이 발생하는 등 내구성이 좋지 않고 폐기 또는 수리를 위해 운전이 중지되고 비용이 추가되는 문제점이 있다.

KR 10-0342542 B KR 10-1289375 B

본 발명은 위와 같은 종래의 압축공기 정밀제어밸브의 문제점을 해결하기 위하여, 압축공기의 배출량을 정밀하게 제어할 수 있고 스로틀공 내에서의 니들의 이동이 원활하며, 씰링의 장착이 용이하고 작동불량이 발생하지 않으며 내구성이 좋은 압축공기 정밀제어밸브를 제공하는데 그 목적이 있다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 압축공기 정밀제어밸브는, 스로틀러의 스로틀공을 니들의 전방부의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 천공하고, 씰링과 접속판을 플런저의 니들에 장착하고 서포터와 코일스프링을 사용하지 아니한다.

본 발명은 스로틀공을 니들의 전방부의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 천공하기 때문에, 압축공기의 배출시에 압축공기의 흐름이 고르고 부드러우며 와류현상이 없고 유량을 섬세하게 조절할 수 있으며, 니들에 별도의 차단링을 장착하지 아니하여도 압축공기의 차단시에 압축공기의 차단이 완전하고, 니들의 이동이 원활하게 되는 효과가 있다.

본 발명은 씰링을 플런저의 니들에 장착하므로 씰링의 장착 및 교체가 용이하고 코일스프링을 사용하지 아니므로 내구성이 향상되는 효과가 있다.

또, 본 발명은 서포터와 코일스프링을 사용하지 아니하여 구성이 보다 단순하고 코일스프링을 교체할 필요가 없어 제조 및 유지비용이 절감되고 교체를 위하여 운전을 정지할 필요가 없게 되는 효과가 있다.

도 1은 종래의 압축공기 제어밸브의 횡단면도이고,
도 2는 도 1의 압축공기 제어밸브의 플런저의 구성도이고,
도 3 및 4는 는 도 1의 압축공기 제어밸브에서 압축공기가 출구로 배출되는 것이 폐쇄된 상태의 [P] 및 [S] 부분의 확대도이며,
도 5 및 6은 는 도 1의 압축공기 제어밸브에서 압축공기가 출구로 배출되는 상태의 [P] 및 [S] 부분의 확대도이다.
도 7은 본 발명의 압축공기 정밀제어밸브의 횡단면도이고,
도 8 및 9는 본 발명의 압축공기 정밀제어밸브의 플런저의 구성도이며,
도 10 내지 13은 본 발명의 압축공기 정밀제어밸브에서 플런저의 전진정도에 에 따른 압축공기 배출제어 설명도이다.

이하 첨부한 실시예의 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 압축공기 정밀제어밸브는, 후부의 다각단면형상의 확장부(111), 대경부(112) 및 소경부(113)로 구성되는 플런저통로(11), 압축공기가 인입되는 인입통로(12) 및 압축공기가 배출되는 배출통로(13)가 내부에 형성되어 있고, 상기 플런저통로(11)의 대경부(112)와 소경부(113)의 연결부에 핀공(14)이 있는 하우징(1),

선단으로 갈수록 점차 가늘어지는 전방부(211)와 후방부(212)로 구성되는 니들(21)과 상기 니들(21)의 후단에 연결되고 후부에 상기 플런저통로(11)의 다각단면형상의 확장부(111)에 대응되는 다각단면형상의 확대부(221)가 있고 후단에서 전방으로 연결공(222)이 천공되어 있으며 상기 연결공(222)의 내벽에 나선이 형성되어 있는 니들홀더(22)로 구성되는 플런저(2),

상기 하우징(1)의 배출통로(13)의 내부에 장착되고 상기 니들(21)의 전방부(211)의 외경의 변화에 대응되는 스로틀공(31)이 있는 스로틀러(3),

상기 플런저(2)의 니들(21)의 후방부(212)에 끼워지는 씰링(4),

상기 플런저(2)의 니들(21)의 후방부(212)의 후단에 끼워지는 접속판(8),

상기 접속판(8)의 직전의 상기 플런저(2)의 니들(21)의 후방부(212)에 끼워져서 상기 접속판(8)을 지지시키는 지지링(7),

상기 플런저(2)의 니들홀더(22)의 연결공(222)의 나선에 대응되는 나선이 샤프트(91)의 외주에 형성된 스텝모터(9), 및

상기 하우징(1)의 핀공(14)에 삽입되는 접속핀(Cp)이 있는 제어장치(C)를 포함한다.

상기 하우징(1)의 내부의 3개의 통로는 서로 연통되며, 플런저(2)가 플런저통로(11) 내부에 수용되어 전후로 이동하면서 압축공기의 배출을 폐쇄하거나 허용한다.

상기 플런저통로(11)는 플런저(2)의 니들홀더(22)의 다각단면형상의 확대부(221)에 대응되는 다각단면형상의 확장부(111), 대경부(112) 및 소경부(113)로 구성되며, 소경부(113)는 그 직경을 플런저(2)의 니들(21)의 후방부(212)의 직경보다는 크게 천공하지만 그 차이가 아주 작게 하여 플런저(2)의 니들(21)의 후방부(212)에 씰링(4)을 끼우면 같아지도록 하여 압축공기가 플런저통로(11)의 내부로 진입하는 것을 방지할 수 잇도록 한다. 플런저통로(11)의 대경부(112)와 소경부(113)의 연결부에 핀공(14)을 천공한다.

상기 플런저(2)는 니들(21)과 니들(21)의 후단에 연결되는 니들홀더(22)로 구성된다. 니들(21)의 전방부(211)는 선단으로 갈수록 점차 가늘어지는 형상으로 구성한다. 니들(21)의 후방부(212)는 도 8 등에 도시된 바와 같이, 그 직경이 서로 다른 2개 이상의 부분이 연이어지는 구성할 수도 있다. 니들(21)의 후방부(212)에는 씰링홈(213)과 지지링홈(214)을 형성시켜서 씰링(4)과 지지링(7)이 제자리에 안착되고 움직이지 않도록 하는 것이 바람직하다.

니들홀더(22)의 후부에는 플런저통로(11)의 다각단면형상의 확장부(111)에 대응되는 다각단면형상의 확대부(221)를 형성한다. 또한, 니들홀더(22)의 후단에서 전방으로 스텝모터(9)의 샤프트(91)의 외경에 대응되는 연결공(222)을 천공하고, 연결공(222)의 내벽에 나선을 형성시킨다.

위와 같이, 플런저(2)의 니들홀더(22)의 후부와 플런저통로(11)의 후부를 다각단면형상이 되도록 구성하는 것은 스텝모터(9)의 샤프트(91)의 회전에 따라 플런저(2)가 회전하는 것을 방지하기 위한 것으로, 회전저지력의 분배를 위하여 6각단면형상으로 하는 것이 바람직하다. 플런저(2)는 전후로 이동만하고 회전하지는 아니하도록 한다.

상기 스로틀러(3)는 중앙에 스로틀공(31)을 천공하여 상기 배출통로(13)의 내부에 장착한다. 스로틀공(31)은 니들(21) 전방부(211)의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 천공한다. 즉, 니들(21) 전방부(211)의 길이방향의 단면이 이루는 각도와 스로틀공(31)의 길이방향의 단면이 이루는 각도가 같도록 한다.

이렇게 스로틀공(31)을 니들(21) 전방부(211)의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 천공하면, 10-0342542호 특허발명에서와 같이 니들(21)의 전방부(211)의 후단에 별도의 차단링을 장착하지 아니하여도, 압축공기 차단시에 압축공기가 누출되지 아니한다. 또, 압축공기의 배출시에는 압축공기의 흐름이 고르고 부드러우며 와류현상이 없고 유량을 섬세하게 조절할 수 있고 니들의 이동이 원활하게 된다. 스로틀공(31)의 길이와 스로틀공(31)을 출입하는 니들(21)의 전방부(211)의 길이를 길게 할수록 보다 섬세한 조절이 가능하게 된다.

상기 씰링(4)은 플런저(2)의 니들(21)에 끼우고, 상기 접속판(8)은 니들(21)의 후단에 끼우며, 접속판(8)의 직전에 지지링(7)을 끼워서 접속판(8)을 지지시킨다. 씰링(4)으로 오링, 유패킹 등을 사용하고, 지지링(7)으로 오링 등을 사용한다.

씰링(4)은 압축공기가 플런저통로(11)로 진입하는 것을 방지하는 역할을 하고, 지지링(7)은 접속판(8)을 지지시키는 역할을 하며, 접속판(8)은 제어장치(C)의 접속핀(Cp)과 접속하면 전기회로를 구성하는 역할을 한다.

상기 스텝모터(9)의 샤프트(91) 외주에 플런저(2)의 니들홀더(22) 연결공(222)의 나선에 대응되는 나선을 형성시켜서, 스텝모터(9)의 샤프트(91)를 니들홀더(22)에 나사결합시키고, 볼트 등으로 스텝모터(9)의 전단부를 하우징(1)의 후단부(222)에 지지시켜서 하우징(1)과 스텝모터(9)를 일체화한다.

상기 제어장치(C)는 접속핀(Cp)을 포함하며, 접속핀(Cp)은 하우징(1)의 핀공(14)에 삽입되어 접속판(8)과 접속되면 전기회로를 구성하는 역할을 한다.

다음에 본 발명의 압축공기 정밀제어밸브의 작용에 대하여 설명한다.

도 10에 도시된 바와 같이, 플런저(2)가 앞쪽으로 최대한 이동한 상태에서는 플런저(2)의 니들(21)의 전방부(211)가 배출통로(13)에 장착되어 있는 스로틀러(3)의 스로틀공(31)을 완전히 폐쇄하여 압축공기가 배출되지 아니한다. 스로틀공(31)이 니들(21)의 전방부(211)의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 되어 있어 별도의 차단링이 없어도 스로틀공(31)의 폐쇄가 완전하게 된다.

이와 같이, 플런저(2)가 앞쪽으로 최대한 이동한 상태에서는 플런저(2) 니들(21) 후단의 접속판(8)도 최대한 앞쪽으로 이동되어 제어장치(C)의 접속핀(Cp)과 접속되며, 접속판(8)이 접속핀(Cp)에 접속되면 전기회로가 연결되고 제어장치(C)가 이를 감지한다.

위와 같이 압축공기의 배출이 차단된 상태에서 스텝모터(9)를 가동되면 스텝모터(9)가 소정의 각도로 회전한다. 스텝모터(9)가 회전하면, 스텝모터(9)의 샤프트(91)에 나사결합되어 있는 플런저(2)가 후진함에 따라, 도 11 내지 13에 도시된 바와 같이, 니들(21)의 전방부(211)와 스로틀공(31) 사이에 간격이 발생되어 이 간격을 통하여 압축공기가 배출된다. 니들(21)의 후진이 계속됨에 따라 니들(21)의 전방부(211)와 스로틀공(31) 사이의 간격도 점차 커지므로 배출되는 압축공기의 양도 첨차 많아지게 된다.

스로틀공(31)이 니들(21) 전방부(211)의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 되어 있어, 스로틀공(31) 내에서의 니들의 이동이 원활하고 압축공기의 흐름이 고르고 부드러우며 와류현상이 없고 유량을 섬세하게 조절할 수 있고 니들의 이동이 원활하게 된다. 스로틀공(31)의 길이와 스로틀공(31)을 출입하는 니들(21)의 전방부(211)의 길이를 길게 할수록 보다 섬세한 조절이 가능하게 된다.

플런저(2)의 후진에 따라 플런저(2)의 니들(21) 후단의 도접속판(8)도 후진하여 접속핀(Cp)과 떨어지며, 이에 따라 전기회로가 끊어지고 제어장치(C)가 이를 감지하고 스텝모터(9)의 작동을 제어하여 플런저(2)의 후진을 정지시키거나 플런저(2)를 전진시켜서 압축공기의 배출을 제어한다.

플런저(2)의 니들(21)에 끼워져 있는 씰링(4)이 압축공기가 플런저통로(11)의 내부로 진입하는 것을 방지하며, 접속판(8)은 지지링(7)과 니들홀더(22)의 전단부에 의하여 지지되어 있어 플런저(2)가 전후진하여도 그 위치가 변경되지 아니한다.

위와 같이, 본 발명은 스로틀공을 니들의 전방부의 외경의 변화에 대응되는 관통공으로 천공하기 때문에, 압축공기의 배출시에 압축공기의 흐름이 고르고 부드러우며 와류현상이 없고 유량을 섬세하게 조절할 수 있으며, 니들에 별도의 차단링을 장착하지 아니하여도 압축공기의 차단시에 압축공기의 차단이 완전하고, 니들의 이동이 원활하게 된다.

본 발명은 씰링을 플런저의 니들에 장착하므로 씰링의 장착 및 교체가 용이하고 코일스프링을 사용하지 아니므로 내구성이 향상된다.

또, 본 발명은 서포터와 코일스프링을 사용하지 아니하여 구성이 보다 단순하고 코일스프링을 교체할 필요가 없어 제조 및 유지비용이 절감되고 교체를 위하여 운전을 정지할 필요가 없게 된다.

이상에서 실시예를 토대로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능하다. 따라서 위의 기재 내용에 의하여 본 발명의 범위가 한정되지 아니한다.

또한, 본 발명의 상세한 설명과 특허청구범위에 기재된 도면부호는 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해서 참고로 부기한 것으로, 본 발명은 도면상의 형태로 한정되지 아니한다.

1: 하우징(Housing) 11; 플런저통로
111: 확장부 12: 인입통로
13: 배출통로 14: 핀공(Pin Hole)
2: 플런저(Plunger) 21: 니들(Needle)
211: 전방부 212: 후방부
213: 씰링홈 214: 지지링홈
22: 니들홀더(Needle Holder) 221: 확대부
222: 연결공 3: 스로틀러(Throttler)
31: 스로틀공(Throttle Hole) 4: 씰링(Seal Ring)
5: 서포터(Supporter) 6: 코일스프링(Coil Spring)
7: 지지링 8: 접속판
9: 스텝모터(Stepper Motor) 91: 샤프트(Shaft)
92: 탄성바(Tension Bar) C: 제어장치
Cp: 접속핀

Claims (5)

1. 후부의 다각단면형상의 확장부(111), 대경부(112) 및 소경부(113)로 구성되는 플런저통로(11), 압축공기가 인입되는 인입통로(12) 및 압축공기가 배출되는 배출통로(13)가 내부에 형성되어 있고, 상기 플런저통로(11)의 대경부(112)와 소경부(113)의 연결부에 핀공(14)이 있는 하우징(1),
   선단으로 갈수록 점차 가늘어지는 전방부(211)와 후방부(212)로 구성되는 니들(21)과 상기 니들(21)의 후단에 연결되고 후부에 상기 플런저통로(11)의 다각단면형상의 확장부(111)에 대응되는 다각단면형상의 확대부(221)가 있고 후단에서 전방으로 연결공(222)이 천공되어 있으며 상기 연결공(222)의 내벽에 나선이 형성되어 있는 니들홀더(22)로 구성되는 플런저(2),
   상기 하우징(1)의 배출통로(13)의 내부에 장착되고 상기 니들(21)의 전방부(211)가 출입하는 스로틀공(31)이 있는 스로틀러(3),
   상기 플런저(2)의 니들홀더(22)의 연결공(222)의 나선에 대응되는 나선이 샤프트(91)의 외주에 형성된 스텝모터(9), 및
   상기 하우징(1)의 핀공(14)에 삽입되는 접속핀(Cp)이 있는 제어장치(C)를 포함하는 압축공기 정밀제어밸브에 있어서,
   상기 스로틀러(3)의 스로틀공(31)이 상기 니들(21)의 전방부(211)의 외경의 변화에 대응되는 직경의 관통공으로 구성되고,
   상기 니들(21)의 후방부(212)에 압축공기가 플런저통로(11)로 진입하는 것을 방지하는 씰링(4)이 끼워지며,
   상기 니들(21)의 후방부(212)의 후단에 상기 제어장치(C)의 접속핀(Cp)과 접속되면 전기회로를 구성하는 접속판(8)이 끼워지고,
   상기 니들(21)의 후방부(212) 후단의 상기 접속판(8)의 직전에 상기 접속판(8)을 지지시키는 지지링(7)이 끼워진 것을 특징으로 하는 압축공기 정밀제어밸브
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