KR101685813B1 - 밸브 내장형 액츄에이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 외부의 진공압이 유입되는 진공 포트와, 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트가 구비되는 액츄에이터 바디와, 상기 액츄에이터 바디의 내부에 구비되고, 전자력에 의해 상기 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브와, 상기 액츄에이터 바디의 내부에 구비되어 상기 대기 포트 개방으로 대기압이 액츄에이터 바디 내부에 작용하면 로드를 밀어내고 상기 진공 포트의 개방으로 진공압이 액츄에이터 바디 내부에 작용하면 밀어낸 로드를 당겨 기계적인 동작을 수행하는 작동부를 포함하는 밸브 내장형 액츄에이터를 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 진공압이 유입되는 진공 포트와 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트가 구비되는 액츄에이터 바디의 내부에 전자력에 의해 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브가 장착됨으로써 진공압에 의해 동작되는 액츄에이터의 성능을 향상시키고, 별개로 구성되었던 밸브가 액츄에이터 내부에 장착되어 밸브와 액츄에어터가 일체화됨으로써 부피를 최소화시킬 수 있으며, 밸브의 폐회로 구조로 자기장의 효율을 높여 밸브의 개폐동작이 정확하게 이루어지는 효과가 있다.

Description

밸브 내장형 액츄에이터 {Actuator Having Valve}
본 발명은 밸브 내장형 엑츄에이터에 관한 것으로서, 좀 더 상세하게는 별개로 구성되었던 밸브가 액츄에이터 내부에 장착되어 액츄에이터와 일체화됨으로써 부피를 최소화시킬 수 있고, 진공압에 의해 동작되는 액츄에이터의 성능을 향상시킬 수 있는 밸브 내장형 액츄에어터에 관한 것이다.
일반적으로 액츄에이터는 전기·유압 및 공기압 등의 에너지를 받아 기계적인 동력으로 출력하는 변환기를 말한다. 이것은 에너지의 양에 따라 출력의 질, 다시 말해서 속도와 힘의 상태를 바꿀 수 있는 기능을 가지고 있다. 그리고, 입력되는 에너지의 종류와 출력되는 기계적인 상태, 구조적인 특징이나 장점, 감속기구나 브레이크 기구 등의 부속 기구에 따라서 그 종류가 다양하다.
여기서, 공기압을 이용한 액츄에이터는 다양한 분야에 적용된다. 일 예로 자동차의 가변흡기시스템(Variable Induction System)에 적용되기도 한다.
가변흡기시스템은 엔진의 회전수에 따라 흡기관의 길이나 단면적을 저속과 고속에 각각 유리한 치수로 변경시키는 장치로서, 저속에서는 흡기관의 흡기유속을 빠르게 하기 위하여 흡기관의 직경은 작고 길이는 길게 하고, 고속에서는 흡기저항을 줄이기 위해 가능한 흡기관의 직경을 크게 하고 길이는 짧게 하여 엔진의 동력 성능 향상에 기여하는 시스템이다.
이러한 가변흡기시스템은 흡기관 내에 설치되는 가변흡기밸브를 개폐하여 흡기관의 길이를 조절하는데, 가변흡기밸브는 엔진의 회전수에 따라 인가되는 제어신호에 의하여 액츄에이터에 의해 개폐된다.
여기서, 액츄에이터는 흡기매니폴드에서 발생되는 진공부압에 의해 동작되는데, 흡기매니폴드와 액츄에이터의 사이에 마련되는 솔레노이드 밸브를 통해 진공부압을 인가받는다. 즉, 솔레노이드 밸브는 흡기매니폴드에서 발생되는 진공부압이 저장되는 진공탱크에 연결되고, 차량의 제어신호에 의해 진공부압을 액츄에이터에 인가 또는 차단하는 부재이다.
하지만, 종래 솔레노이드 밸브 일체형 제품은 배기포트가 흡기매니폴드에 연결되고 흡기포트가 액츄에이터에 연결되기 위해서 액츄에이터와 별도의 몸체로 이루어져 액츄에이터의 상면에 결합되기 때문에 가변흡기장치의 부피가 커지게 된다.
또한, 종래 솔레노이드 밸브는 흡기매니폴드에서 발생되는 진공부압을 액츄에이터에 인가하기 위해 액츄에이터의 작동방향과 수직이 되는 방향으로 작동되는 구조를 갖고 액츄에어터 외부에 일체화되기 때문에 무게 중심이 고정점으로부터 멀어 진동에 취약하고, 별도의 실링구조를 필요로 하게 되어 솔레노이드 밸브의 구조가 복잡해지며, 아울러 동력성능이 떨어지는 문제점이 있었다.
한국등록특허: 10 - 1480625 (공고일 2015. 01. 09) 한국등록특허: 10 - 0514837 (공고일 2005. 09. 14)
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출 된 것으로서,
본 발명의 목적은 진공압이 유입되는 진공 포트와 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트가 구비되는 액츄에이터 바디의 내부에 전자력에 의해 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브를 장착하여 진공압에 의해 동작되는 액츄에이터의 성능을 향상시키고, 액츄에이터와 밸브를 일체시킴으로써 부피를 최소화시키는 밸브 내장형 액츄에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 밸브의 폐회로 구조로 자기장의 효율을 높여 적은 코일 양으로 기존 제품과 동일한 수준의 자기력을 확보할 수 있고, 액츄에이터의 작동방향과 동일한 방향으로 밸브의 플런저가 유동하여 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐함으로써 밸브의 개폐동작이 정확하게 이루어지는 밸브 내장형 액츄에이터를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터는 외부의 진공압이 유입되는 진공 포트와, 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트가 구비되는 액츄에이터 바디; 상기 액츄에이터 바디의 내부에 구비되고, 전자력에 의해 상기 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브; 및 상기 액츄에이터 바디의 내부에 구비되어 상기 대기 포트 개방으로 대기압이 액츄에이터 바디 내부에 작용하면 로드를 밀어내고 상기 진공 포트의 개방으로 진공압이 액츄에이터 바디 내부에 작용하면 밀어낸 로드를 당겨 기계적인 동작을 수행하는 작동부;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 밸브는 진공압이 유입되는 진공 포트의 유로 하부에 구비되고 상기 대기 포트의 유로와 연결되며 전자력에 의한 유동으로 밸브의 플런저가 상기 로드 작동방향과 동일한 방향으로 유동하여 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로를 교번 상태로 개폐하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 밸브는 외주면에 코일이 감긴 보빈이 수용되는 커버와, 상기 보빈의 내측에 삽입되어 상기 커버의 중앙을 관통하고 내부에 상기 대기포트와 연결되는 대기 유로를 형성하는 코어와, 상기 보빈의 상면에 안착되어 탄성력을 부여하는 밸브스프링과, 상기 밸브스프링에 탄력적으로 지지되어 상기 커버 내부의 폐회로를 구성하고 자기력에 의해 유동하는 플런저(Plunger)와, 상기 플런저의 중앙에 결합되어 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로를 개폐시키는 플런저 실(Plunger Seal)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브는 코어에 형성된 대기 유로가 상기 진공 포트의 유로와 동일선상에 위치되고 상기 코어의 대기 유로 하단에는 상기 대기 포트에 연결되어 대기 유입을 안내하는 튜브가 결합되며, 상기 진공 포트의 유로와 코어의 대기 유로 사이에 상기 플런저 및 플런저 실이 위치되어 전자력에 의한 유동으로 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로를 선택적으로 개폐하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 플런저 실(Plunger Seal)은 진동에 의한 흔들림이 예방되도록 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로에 접촉되는 면 중 어느 일면 또는 양면이 볼록한 형태의 곡면으로 형성되거나 단차 구조로 형성되고, 일면의 중앙에 조립용 기구가 삽입되는 홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여 상기 진공 포트의 내측단 외측면에는 상기 플런저의 유동범위를 제한하는 간극조절부가 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 간극조절부는 상기 액츄에이터 바디로부터 간극 돌기가 돌출되고, 상기 밸브의 플런저에는 상기 간극 돌기가 삽입되는 구멍이 형성되며, 상기 간극돌기는 상기 플런저의 구멍을 통해 상기 코어와 접촉되어 상기 플런저의 유동범위를 제한하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 작동부는 액츄에이터 바디의 외측으로 돌출된 로드를 고정시키는 다이어프램과 상기 다이어프램의 내부에 결합되어 탄성력을 부여하는 스프링으로 구성되고, 상기 밸브는 상기 스프링의 내측에 위치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 밸브는 상기 액츄에이터 바디의 내부에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하고, 상기 밸브의 탈착 구조는 상기 밸브의 외측면에 걸림턱이 형성되고, 상기 바디의 내측벽에 상기 걸림턱을 걸어 고정시키는 걸쇄부가 구비되어 상기 밸브의 걸림턱이 상기 바디의 걸쇄부에 끼움 결합되는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여, 상기 액츄에이터 바디의 외측면에는 외부와의 안정된 결합을 위한 마운트가 구비되고, 상기 마운트는 클립구조 또는 체결구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 진공압이 유입되는 진공 포트와 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트가 구비되는 액츄에이터 바디의 내부에 전자력에 의해 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브가 장착됨으로써 진공압에 의해 동작되는 액츄에이터의 성능을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 별개로 구성되었던 밸브가 액츄에이터 내부에 장착되어 밸브와 액츄에어터가 일체화됨으로써 부피를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 밸브의 폐회로 구조로 자기장의 효율을 높여 적은 코일 양으로 기존제품과 동일한 수준의 자기력을 확보할 수 있고, 액츄에이터의 작동방향과 동일한 방향으로 밸브의 플런저가 유동하여 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐함으로써 밸브의 개폐동작이 정확하게 이루어지는 효과가 있다.
또한, 플런저의 유동 범위를 제한하는 간극조절부를 구비함으로서 작동에 따른 플런저의 유동 제어가 용이하고, 치수의 변형이 없어 제품마다 플런저의 유동량이 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 진공 포트 유로와 대기 포트 유로를 폐쇄시키는 플런저 실(Plunger Seal)의 접촉면을 곡면으로 형성하거나 또는 단차 구조로 형성함으로써 진동이 가해지더라고 유로의 폐쇄력을 향상시킬 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터의 외형을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터를 분해 도시한 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 밸브의 내부 구조를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 밸브가 액츄에이터 바디 내부에 결합된 상태를 설명하기 위한 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 밸브가 액츄에이터 바디 내부에 탈착가능하게 결합되는 구조를 설명하기 위한 요부확대 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 간극조절부에 의한 플런저의 유동 범위를 제한하는 구성을 설명하기 위해 도시한 요부확대 단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 마운트의 다른 실시예를 도시한 사시도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터가 동작되는 상태를 도시한 작동도.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터를 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서를 위해서, 도면에서의 동일한 참조번호들은 달리 지시하지 않는 한 동일한 구성 부분을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터의 외형을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터를 분해 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 밸브의 내부 구조를 도시한 단면도이다. 또한, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 밸브가 액츄에이터 바디 내부에 결합된 상태를 설명하기 위한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 밸브가 액츄에이터 바디 내부에 탈착가능하게 결합되는 구조를 설명하기 위한 요부확대 단면도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 간극조절부에 의한 플런저의 유동 범위를 제한하는 구성을 설명하기 위해 도시한 요부확대 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터에서 마운트의 다른 실시예를 도시한 사시도이다.
도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터는 외부의 진공압이 유입되는 진공 포트(110)와 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트(120)가 구비되는 액츄에이터 바디(100)와, 액츄에이터 바디(100)의 내부에 구비되고 전자력에 의해 진공 포트(110)와 대기 포트(120)를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브(200)와, 액츄에이터 바디(100)의 내부에 구비되어 대기 포트(120) 개방으로 대기압이 액츄에이터 바디(100)의 내부에 작용하면 로드를 밀어내고 진공 포트(110)의 개방으로 진공압이 액츄에이터 바디(100)의 내부에 작용하면 밀어낸 로드를 당겨 기계적인 동작을 수행하는 작동부(300)를 포함하여 구성된다.
먼저, 도 1, 도 2에 도시된 바와 같이 액츄에이터 바디(100)는 외부의 진공압이 유입되는 진공 포트(110)와 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트(120)가 구비되는 상부 바디(101)와, 상부 바디(101)의 하부에 결합되고 바닥면의 중앙에 로드(310)를 외측으로 돌출시키기 위한 관통공(103)이 형성되는 하부 바디(102)로 구성된다. 여기서, 진공 포트(110)와 대기 포트(120)는 상부 바디(101)의 상단부에 구비되고, 진공 포트(110)는 외부의 진공 탱크(미도시)와 연결된다.
이러한 액츄에이터 바디(100)의 내부에는 진공 포트(110)와 대기 포트(120)를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브(200)가 구비된다.
밸브(200)는 액츄에이터 바디(100) 내부에서 진공압이 유입되는 진공 포트(110)의 유로 하부에 결합되고 대기 포트(120)의 유로와 연결되어 전자력에 의한 유동으로 밸브(200)의 플런저가 로드 작동방향과 동일한 방향으로 유동하여 상기 진공 포트(110)의 유로와 대기 포트(120)의 유로를 교번 상태로 개폐하는 기능을 한다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 밸브(200)는 외주면에 코일이 감긴 보빈(220)이 수용되는 커버(210)와, 보빈(220)의 내측에 삽입되어 커버(210)의 중앙을 관통하고 내부에 대기가 유입되는 대기 유로(231)를 형성하는 코어(230), 보빈(220)의 상면에 안착되어 탄성력을 부여하는 밸브스프링(240)과, 밸브스프링(240)에 탄력적으로 지지되어 커버(210) 내부의 폐회로를 구성하고 전자력에 의해 유동하는 플런저(Plunger)(250)와, 플런저(250)의 중앙에 결합되어 진공 포트(110)의 유로와 대기 포트(120)의 유로를 개폐시키는 플런저 실(Plunger Seal)(260)을 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 밸브(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 액츄에이터 바디(100)의 내부에서 진공압이 유입되는 진공 포트(110)의 내측단 하부에 위치되어 진공 포트(110)의 유로와 코어의 대기 유로(231)가 동일선상에 위치하도록 결합된다.
여기서, 도 5에 도시된 바와 같이 밸브(200)는 액츄에이터 바디(100)의 내부에 탈착 가능하게 결합된다. 여기서, 밸브(200)의 탈착 구조는 밸브(200)의 커버(210) 외측면에 걸림턱(211)이 형성되고, 바디의 내측벽에 밸브의 걸림턱(211)을 걸어 고정시키는 걸쇄부(140)가 구비되어 밸브의 걸림턱(211)이 바디의 걸쇄부(140)에 끼움 결합되는 구조를 포함한다.
그리고, 진공 포트(110)의 유로와 코어의 대기 유로(231) 사이에 밸브의 플런저(250) 및 플런저 실(260)이 위치되어 전원 인가시 전자력에 의한 유동으로 진공 포트(110)의 유로와 대기 포트(120)의 유로를 선택적으로 개폐시킬 수 있게 결합된다.
또한, 코어(230)의 대기 유로(231) 하단에는 액츄에이터 바디(100)의 상단부에 구비된 대기 포트(120)와 연결되어 대기의 유입을 안내하는 튜브(232)가 결합된다. 여기서, 튜브(232)는 액츄에이터 바디에 구비되는 대기포트의 위치에 따라 그 형상이 달라질 수 있다. 예를 들어 대기 포트가 액츄에이터 바디의 상면에 구비되는 경우, 코어의 대기 유로(231) 하단과 액츄에이터 바디(100)의 상면에 구비된 대기 포트(120)를 연결하기 위해 부분 절곡된 U자 형태로 구비될 수도 있고, 대기 포트가 액츄에이터 바디의 상단부 측면에 구비되는 경우 U자 형태의 일측 상단이 외향 절곡된 형태로 구비될 수도 있다.
이에 더하여, 도 6에 도시된 바와 같이 진공 포트의 내측단 외측에는 플런저의 유동범위를 제한하는 간극조절부가 구비된다.
여기서, 간극조절부는 진공 포트(110)의 내측단 외측에서 액츄에이터 바디(100)로부터 돌출되는 간극 돌기(130)와, 밸브(200)의 플런저(250)에 형성되어 간극 돌기(130)가 삽입되는 구멍(251)으로 구성될 수 있다.
즉, 간극조절부의 간극 돌기(130)가 플런저에 형성된 구멍(251)에 삽입되어 밸브의 코어(230)와 접촉되어 일정 간격의 간극을 형성하고, 플런저(250)는 밸브의 코어(230)와 액츄에이터 바디(100)면에 의해 간극 돌기(130)의 돌출 높이만큼 유동범위를 갖게 된다.
이처럼 간극조절부를 이용하여 플런저(250)의 유동 범위를 제한하면 플런저(250)의 작동에 따른 유동 제어가 용이하고, 치수의 변형이 없어 제품마다 플런저(250)의 유동량을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
또한, 플런저(250)의 중앙에 결합되는 플런저 실(Plunger Seal)(260)은 플런저(250)의 중앙홀 단부에 끼움결합될 수 있도록 외주면을 따라 결합홈(261)이 형성될 수도 있다. 그리고, 진공 포트(110) 유로와 대기 포트(120) 유로의 폐쇄시 폐쇄력을 향상시킬 수 있도록 진공 포트(110)의 유로와 대기 포트(120)의 유로에 접촉되는 면 중 어느 일면 또는 양면이 볼록한 형태의 곡면(262)으로 형성되거나 단차구조로 형성될 수 있다.
여기서, 플런저 실(260)은 유로와 접촉되는 면이 평평한 면을 형성하는 경우, 밸브(200)에 진동이 많이 가해질 때 진동에 의한 흔들림으로 유로의 폐쇄력을 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 플런저 실(260)의 접촉면을 볼록한 형태의 곡면으로 형성하거나 단차 구조로 형성하여 유로의 입구에 살짝 끼움되게 하면 진동이 많이 가해지더라고 그 영향을 받지 않게 함으로서 유로의 폐쇄력을 향상시킬 수 있게 된다.
또한, 플런저 실(260)의 일면 중앙에는 조립용 기구가 삽입되는 홈(263)이 형성된다.
여기서, 플런저 실(260)의 크기가 작을 경우 플런저(250)에 조립하기가 용이하지 않다. 따라서, 플런저 실(260)의 일면 중앙에 핀셋 등의 조립용 기구가 삽입될 수 있는 사이즈만큼 안쪽으로 요입되는 홈(263)을 형성하고, 홈(263)에 핀셋을 끼워 플런저(250)의 중앙홀에 플런저 실(260)을 밀어 넣으면 플런저 실(260)의 외주면에 형성된 결합홈(261)에 플런저 중앙홀 단부가 쉽게 끼움 결합되기 때문에 플런저 실(260)의 조립이 용이 해진다.
또한, 밸브(200)는 보빈을 수용하는 커버(210)와, 밸브스프링(240)에 탄력적으로 지지되어 코어의 상부에 위치하는 캡 형태의 플런저(250)가 커버(210) 내부의 폐회로를 구성하기 때문에 자기장 효율을 높이게 된다. 즉, 적은 코일 양으로 기존제품과 동일한 수준의 자기력을 확보할 수 있고, 코일 양의 감소로 밸브의 부피를 줄일 수 있게 된다.
그리고, 액츄에이터 바디(100) 내부에서 밸브(200)의 하부에는 작동부(300)가 위치된다.
작동부(300)는 다이어프램(310)과, 스프링(320)과 로드(330)를 포함한다.
다이어프램(310)은 내부에 스프링(320)이 안착되도록 일정 깊이로 형성되고, 다이어프램(310)과 스프링(320)의 하단에 로드(330)가 결합된다.
스프링(320)은 하단이 다이어프램(310)의 내부 하단에 고정되고 상단이 밸브(200)의 외측을 경유하여 액츄에이터 바디(100)의 내측 상단부에 고정된다. 즉, 밸브(200)는 스프링(320)의 내측에 위치하게 된다.
여기서, 스프링은 탄성력이 로드(330)를 밀어내는 방향으로 작용하도록 결합된다. 즉, 스프링(320)이 압축되면 다이어프램(310)과 로드(330)가 당겨지고, 압축된 스프링(320)에 복원력이 작용하면 다이어프램(310)과 로드(330)가 원위치로 밀려나게 된다.
여기서, 스프링(320)의 압력은 대기압보다 크고 진공압보다 작다. 따라서, 액츄에이터 바디(100)의 내부에 대기압이 작용하면 스프링(320)은 로드(330)를 밀어내고, 액츄에이터 바디(100)의 내부에 진공압이 작용하면 스프링(320)은 압축되면서 로드(330)를 당기게 된다.
이에 더하여, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 액츄에이터 바디(100)의 외측면에는 외부와의 안정된 결합을 위한 마운트(400)가 구비된다. 여기서, 마운트(400)는 도 1에 도시된 바와 같이 클립구조로 구비될 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 같이 체결구조로 구비될 수 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이 마운트(400)의 클립구조는 일 예로서, 슬라이딩 가능하게 결합되는 가이드레일(410)과, 가이드레일의 일측에 걸고리를 걸어 고정시키는 걸고리홈(420)이 구비되는 구조로 구비될 수 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 마운트(400)의 체결구조는 외부와 스크류를 이용해 조립할 수 있는 볼트공(430)이 형성되는 구조로 구비될 수 있다.
즉, 외부의 결합부재를 클립구조의 마운트에 끼우거나 걸어서 조립하거나, 스크류를 마운트의 볼트공에 체결하여 조립할 수 있는 것으로 별도의 조립 부품을 필요로 하지 않게 되며, 진동이 가해지더라도 안정적인 조립이 가능하게 된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 밸브 내장형 액츄에이터가 동작되는 상태를 도시한 작동도이다.
도 8에 도시된 바와 같이 밸브 내장형 액츄에이터는 기본적으로 밸브(200)의 플런저(250)가 밸브스프링(240)의 탄성력에 의해 진공 포트(110)의 유로를 차단하고, 대기 포트(120)의 유로를 개방하여 액츄에이터 바디(100)의 내부에 대기압이 작용하게 된다. 이때, 작동부의 스프링(320)은 압력이 대기압보다 크기 때문에 탄성력이 로드(330)를 밀어내는 방향으로 작용하고 로드(330)는 액츄에이터 바디(100)의 외측으로 최대한 돌출된 상태가 된다.
그리고, 도 8의 상태에서 전원이 인가되면 밸브(200)의 전자력으로 플런저(250)가 유동하여 대기 포트(120)의 유로를 차단하고 진공 포트(110)의 유로를 개방하여 액츄에이터 바디(100)의 내부에 진공압이 작용하게 된다. 이때, 플런저(250)를 지지하는 밸브스프링(240)은 압축된 상태가 되고, 액츄에이터 바디 내부에 구비된 작동부의 스프링(320)은 압력이 진공압보다 작기 때문에 압축되면서 돌출된 상태의 로드(330)를 액츄에이터 바디(100)의 내측으로 당기는 도 9의 상태가 된다.
또한, 도 9의 상태에서 전원이 차단되어 밸브(200)의 전자력이 상실되면 압축된 상태의 밸브스프링(240)이 복원되면서 플런저(250)를 밀어내고, 아울러 플런저(240)는 간극 내에서 이동하여 진공 포트(110)의 유로를 차단하는 동시에 대기 포트(120)의 유로를 개방하여 액츄에이터 바디(100)의 내부에 대기압이 작용하게 한다. 이때, 로드(330)는 스프링(320)의 복원력으로 밀려나 액츄에이터 바디(100)의 외측으로 돌출되는 도 8의 상태가 된다.
이와 같이 본 발명은 진공압이 유입되는 진공 포트와 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트가 구비되는 액츄에이터 바디의 내부에 전자력에 의해 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브가 장착됨으로써 진공압에 의해 동작되는 액츄에이터의 성능을 향상시키게 된다.
또한, 별개로 구성되었던 밸브가 액츄에이터 내부에 장착되어 밸브와 액츄에어터가 일체화됨으로써 부피를 최소화시킬 수 있고, 밸브의 폐회로 구조로 자기장의 효율을 높여 적은 코일 양으로 기존제품과 동일한 수준의 자기력을 확보할 수 있으며, 액츄에이터의 작동방향과 동일한 방향으로 밸브의 플런저가 유동하여 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐함으로써 밸브의 개폐동작이 정확하게 이루어지게 된다.
또한, 플런저의 유동 범위를 제한하는 간극 돌기를 구비함으로서 작동에 따른 플런저의 유동 제어가 용이하고, 치수의 변형이 없어 제품마다 플런저의 유동량을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.
또한, 진공 포트 유로와 대기 포트 유로를 폐쇄시키는 플런저 실(Plunger Seal)의 접촉면을 곡면으로 형성함으로써 진동이 가해지더라고 유로의 폐쇄력을 향상시킬 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정은 균등물들로 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주 되어야 할 것이다.
100: 액츄에이터 바디 101: 상부 바디
102: 하부 바디 103: 관통공
110: 진공 포트 120: 대기 포트
130: 간극 돌기 140: 걸쇄부
200: 밸브 210: 커버
211: 걸림턱 220: 보빈
230: 코어 231: 대기 유로
232: 튜브 240: 밸브스프링
250: 플런저 251: 구멍
260: 플런저 실 261: 결합홈
262: 곡면 263: 홈
300: 작동부 310: 다이어프램
320: 스프링 330: 로드
400: 마운트

Claims (10)

  1. 외부의 진공압이 유입되는 진공 포트와, 외부의 대기압이 유입되는 대기 포트가 구비되는 액츄에이터 바디; 상기 액츄에이터 바디의 내부에 구비되고, 전자력에 의해 상기 진공 포트와 대기 포트를 교번 상태로 개폐하여 대기압이나 진공압의 유입을 제어하는 밸브; 및 상기 액츄에이터 바디의 내부에 구비되어 상기 대기 포트 개방으로 대기압이 액츄에이터 바디 내부에 작용하면 로드를 밀어내고 상기 진공 포트의 개방으로 진공압이 액츄에이터 바디 내부에 작용하면 밀어낸 로드를 당겨 기계적인 동작을 수행하는 작동부;를 포함하고,
    상기 밸브는 외주면에 코일이 감긴 보빈이 수용되는 커버와, 상기 보빈의 내측에 삽입되어 상기 커버의 중앙을 관통하고 내부에 상기 대기포트와 연결되는 대기 유로를 형성하는 코어와, 상기 보빈의 상면에 안착되어 탄성력을 부여하는 밸브스프링과, 상기 밸브스프링에 탄력적으로 지지되어 상기 커버 내부의 폐회로를 구성하고 자기력에 의해 유동하는 플런저(Plunger)와, 상기 플런저의 중앙에 결합되어 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로를 개폐시키는 플런저 실(Plunger Seal)을 포함하며, 진공압이 유입되는 진공 포트의 유로 하부에 구비되고 상기 대기 포트의 유로와 연결되며 전자력에 의한 유동으로 밸브의 플런저가 상기 로드 작동방향과 동일한 방향으로 유동하여 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로를 교번 상태로 개폐하는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 코어에 형성된 대기 유로가 상기 진공 포트의 유로와 동일선상에 위치되고 상기 코어의 대기 유로 하단에는 상기 대기 포트에 연결되어 대기 유입을 안내하는 튜브가 결합되며, 상기 진공 포트의 유로와 코어의 대기 유로 사이에 상기 플런저 및 플런저 실이 위치되어 전자력에 의한 유동으로 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로를 선택적으로 개폐하는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 플런저 실(Plunger Seal)은 진동에 의한 흔들림이 예방되도록 상기 진공 포트의 유로와 대기 포트의 유로에 접촉되는 면 중 어느 일면 또는 양면이 볼록한 형태의 곡면으로 형성되거나 단차 구조로 형성되고, 일면의 중앙에 조립용 기구가 삽입되는 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 진공 포트의 내측단 외측면에는 상기 플런저의 유동범위를 제한하는 간극조절부가 구비되는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 간극조절부는 액츄에이터 바디로부터 돌출되는 간극 돌기와, 상기 밸브의 플런저에 형성되어 상기 간극 돌기가 삽입되는 구멍으로 구성되며, 상기 간극 돌기는 상기 플런저의 구멍을 통해 상기 코어와 접촉되어 상기 플런저의 유동범위를 제한하는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동부는 액츄에이터 바디의 외측으로 돌출된 로드를 고정시키는 다이어프램과 상기 다이어프램의 내부에 결합되어 탄성력을 부여하는 스프링으로 구성되고, 상기 밸브는 상기 스프링의 내측에 위치되는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 액츄에이터 바디의 내부에 탈착 가능하게 결합되는 것을 특징으로 하고, 상기 밸브의 탈착 구조는 상기 밸브의 외측면에 걸림턱이 형성되고 상기 바디의 내측벽에 상기 걸림턱을 걸어 고정시키는 걸쇄부가 구비되어 상기 밸브의 걸림턱이 상기 바디의 걸쇄부에 끼움 결합되는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액츄에이터 바디의 외측면에는 외부와의 안정된 결합을 위한 마운트가 구비되고, 상기 마운트는 클립구조 또는 체결구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브 내장형 액츄에이터.
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