KR101719160B1 - 밸브 액츄에이터 - Google Patents

밸브 액츄에이터 Download PDF

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KR101719160B1
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정재화
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Abstract

본 발명은, 상측 및 하측 각각이 개구되며, 하부 일측에는 공기유입포트(12)가 구비되고, 상단 내면 부위에는 거치단(16)이 형성되는 하우징(10)과; 나선형상으로 내면에 형성되는 고정나사산(22)과, 일정각도 경사져 상측 부위에 형성되는 복수 개의 관통공(24)이 구비되되, 상단모서리를 따라 마련되어 하우징(10)의 거치단(16)에 안치되는 결합단(26)이 구비되는 고정가이드(20)와; 고정가이드(20)의 상단모서리 부위를 가압하며 하우징(10)의 상측 개구부를 밀폐하여 결합되는 커버(30)와; 나선형상으로 상측 외면에 형성되어 고정가이드(20)의 고정나사산(22)과 치합되는 가동나사산(42)과, 상호간에 일정간격 이격되어 내면에 축방향으로 형성되는 복수 개의 가이드단(44)과, 하단모서리부위를 따라 단차져 형성되되 하우징(10)의 공기유입포트(12)와 연결되는 가압면(46)이 구비되어 하우징(10)의 내부에 위치하는 가동가이드(40)와; 고정가이드(20)의 내부공간에 중첩되어 위치하는 판스프링(50)과; 커버(20), 가동가이드(40), 판스프링(50) 각각의 중앙부위를 관통하여 위치하되, 상호간에 일정간격 이격되어 중간부위 외면에 축방향으로 형성되는 복수 개의 가이드홈(64)이 가동가이드(40)의 가이드단(44)에 치합되는 스템(60)을; 포함하는 밸브 엑츄에이터를 제공한다.

Description

밸브 액츄에이터{Valve actuator}
본 발명은 밸브 엑츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 밸브유로를 개폐함에 있어 보다 간단한 구조로 장시간 안정적인 작동을 담보할 수 있는 밸브 엑츄에이터에 관한 것이다.
밸브 엑츄에이터는 밸브 일측에 설치되어 디스크 또는 볼밸브와 같은 밸브 유로개폐수단을 일정각도로 회전시키는 장치로서, 종래 전형적인 밸브 엑츄에이터의 일례가 도 3에 개시되어 있다.
종래 밸브 엑츄에이터는, 상측 및 하측 각각이 개구되며 일측부위에 공기유입포트(21)이 마련되는 하우징(10), 하우징(10) 내부에 위치하는 피스톤(30), 하단부위에는 밸브유로개폐수단(202)이 구비되어 피스톤(30)의 하측 중앙부위를 관통하여 삽입되는 스템(203), 피스톤(30)의 내면 및 스템(203)의 외면 사이에 설치되는 코일스프링(37)을 포함하여 이루어진다. 이때, 스템(37)의 상단부위는 피스톤(30) 하측부위를 통해 나선형상으로 가이드되는 구조로 결합된다.
스프링(37)의 탄성력에 의해 밸브바디(201)의 밸브유로가 폐쇄된 상태에서 공기유입포트(21)로부터 고압 공기가 유입되면, 유입되는 고압 공기의 압력에 의해 피스톤(30)은 코일스프링(37) 탄성력을 극복하고 하방으로 이동한다. 피스톤(30)이 하방으로 이동하면, 스템(37)의 상단부위는 피스톤(30)의 하측부위를 통해 나선형상으로 가이드되고 이에 따라 스템(37)이 자연스럽게 일정각도 회전하면, 스템(37)의 하단부위에 구비되는 밸브유로개폐수단(202)가 회전하면서 밸브유로를 개방한다.
공기유입포트(21)를 통한 고압 공기의 공급을 중단하면 코일스프링(37)의 복원력에 의해 피스톤(30)이 상승하게 되며, 스템(37) 역시 피스톤(30)의 하측부위를 통해 반대방향으로 가이드되어 회전한다. 이에 따라 밸브유로개폐수단(202)이 원위치로 복귀하면서 밸브유로를 폐쇄된다. 이처럼, 종래 밸브 엑츄에이터는 밸브유로를 개폐함에 있어 코일스프링의 복원력을 주로 이용하고 있는데, 고압의 유체 흐름을 제어하는 수단으로 코일스프링을 사용하기 위해서는 굵은 코일로 스프링을 제작하거나 또는 일정길이 이상의 코일스프링을 사용할 필요가 있다. 하지만, 이럴 경우 밸브 엑츄에이터의 크기를 증대시켜야 한다는 점에서 여러 가지 문제점을 안고 있다.
대한민국 등록특허 제0752052호
본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 간단한 구조로서 고압의 유체가 흐르는 밸브의 유로를 개폐할 수 있는 밸브 엑츄에이터를 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 상측 및 하측 각각이 개구되며, 하부 일측에는 공기유입포트(12)가 구비되고, 상단 내면 부위에는 거치단(16)이 형성되는 하우징(10)과; 나선형상으로 내면에 형성되는 고정나사산(22)과, 일정각도 경사져 상측 부위에 형성되는 복수 개의 관통공(24)이 구비되되, 상단모서리를 따라 마련되어 하우징(10)의 거치단(16)에 안치되는 결합단(26)이 구비되는 고정가이드(20)와; 고정가이드(20)의 상단모서리 부위를 가압하며 하우징(10)의 상측 개구부를 밀폐하여 결합되는 커버(30)와; 나선형상으로 상측 외면에 형성되어 고정가이드(20)의 고정나사산(22)과 치합되는 가동나사산(42)과, 상호간에 일정간격 이격되어 내면에 축방향으로 형성되는 복수 개의 가이드단(44)과, 하단모서리부위를 따라 단차져 형성되되 하우징(10)의 공기유입포트(12)와 연결되는 가압면(46)이 구비되어 하우징(10)의 내부에 위치하는 가동가이드(40)와; 고정가이드(20)의 내부공간에 중첩되어 위치하는 판스프링(50)과; 커버(20), 가동가이드(40), 판스프링(50) 각각의 중앙부위를 관통하여 위치하되, 상호간에 일정간격 이격되어 중간부위 외면에 축방향으로 형성되는 복수 개의 가이드홈(64)이 가동가이드(40)의 가이드단(44)에 치합되는 스템(60)을; 포함하는 것을 그 기술적 특징으로 한다.
상기 판스프링(50)은 상호간에 접하는 제1판스프링(52)과, 제1판스프링(52) 각각의 내부에 위치하는 제2판스프링(56)으로 이루어질 수 있다.
본 발명은 가동가이드가 고정가이드에 대해서는 나선운동을 이루도록 치합함과 동시에 스템에 대해서는 회전운동을 이루도록 치합하고, 판스프링을 이용하여 가동가이드에 복원력을 제공하는 구성을 제안함으로써, 밸브 엑츄에이터가 소형으로 이루어지더라도 고압의 유체 흐름 제어를 매우 용이하게 수행할 수 있도록 해준다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 엑츄에이터의 개략적인 단면구성도.
도 2a 및 도 2b 각각은 본 발명에 따른 밸브 엑츄에이터의 개략적인 작동구성도.
도 3은 종래 밸브 엑츄에이터의 개략적인 일 구성도.
본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명의 실시예를 상술함에 있어 본 발명의 기술적 특징과 직접적인 관련성이 없거나, 또는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 사항에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 밸브 엑츄에이터의 개략적인 단면구성도로서, 본 발명은 도면에 개시된 것과 같이 하우징(10), 고정가이드(20), 커버(30), 가동가이드(40), 판스프링(50), 스템(60)을 포함하여 이루어지는 특징이 있다. 이들 각 구성을 구체적으로 살펴본다.
하우징(10)은 내부에 일정크기의 수용공간이 마련되며, 상측 및 하측 각각은 개구된다. 하측부위는 미도시된 밸브바디와 결합된다. 하우징(10)의 내부수용공간에서 상측부위의 공간이 하측부위의 공간보다 크게 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 하우징(10)의 하부 일측에는 공기유입포트(12)가 구비되고, 상단 내면 부위에는 거치단(16)이 형성된다. 공기유입포트(12)는 고압의 공기가 유입되는 부분으로서 미도시된 펌프와 연결된다.
고정가이드(20)는 가동가이드(40)의 이동을 가이드하는 수단으로, 고정나사산(22), 관통공(24), 결합단(26)이 마련된다. 고정나사산(22)은 고정가이드(20)의 내면에 마련되며 나선형상으로 이루어진다. 관통공(24)은 고정가이드(20)의 상부 일측에서 일정각도 경사져 형성되는 복수 개로 이루어진다. 관통공(24)의 일단부위는 고정가이드(20)의 상면에 형성되며 타단부위는 고정가이드(20)의 상부 일측에 형성된다. 결합단(26)은 하우징(10)의 내면 상단부위 거치단(16)에 안치되는 부분으로 고정가이드(20)의 상단모서리를 따라 돌출 형성된다.
커버(30)는 하우징(10)의 상측 개구부를 밀폐하는 수단으로, 고정가이드(20)의 상단모서리 부위를 가압하며 하우징(10)의 상측 부위에 고정결합된다. 커버(30) 중앙부위에는 스템(60)의 상측부위가 삽입되는 관통공이 형성된다.
가동가이드(40)는 고정가이드(20)를 따라 나선운동하는 부분으로, 가동나사산(42), 가이드단(44), 가압면(46)이 마련된다. 가동나사산(42)은 가동가이드(40)의 상측 외면에 형성되며 나선형상으로 이루어져 고정가이드(20)의 고정나사산(22)과 치합된다. 가이드단(44)은 가동가이드(40)의 내면에 구비되며, 도면과 같이 상호간에 일정간격 이격되어 축방향으로 형성된다. 가압면(46)은 가동가이드(40)의 하단모서리부위를 따라 단차져 형성되며, 하우징(10)의 공기유입포트(12)와 연결된다.
판스프링(50)은 복원력을 제공하는 부분으로, 고정가이드(20)의 내부공간에 중첩되어 위치한다. 본 발명이 밸브유로의 개폐를 제어하는 수단으로 판스프링을 제안한 이유는 동일한 크기의 복원력을 제공하는 코일스프링에 비해 보다 협소한 공간에도 용이하게 설치할 수 있기 때문이다. 판스프링(50)의 탄성력에 의해 밸브유로는 폐쇄 상태를 유지하며, 개방된 밸브유로는 판스프링(50)의 복원력에 의해 폐쇄된다. 이와 관련된 내용은 후술한다.
한편, 본 발명은 판스프링(50)이 도면과 같이, 제1스프링(52)을 중첩시켜 배치하되, 각각의 제1스프링(52) 내부에 제2스프링(56)이 위치하는 경우를 배제하지 않는다. 이럴 경우, 판스프링을 이중 구조로 중첩시키게 되면, 동일한 설치 공간이라도 상대적으로 큰 복원력을 제공해 줄 수 있다는 점에서 고압의 유체 흐름 제어가 용이해질 수 있다.
스템(60)은 미도시된 밸브유로개폐수단을 회전시켜 밸브유로를 개폐하는 부분으로, 커버(30), 가동가이드(40), 판스프링(50) 각각의 중앙부위를 관통하여 위치한다. 스템(60)의 외면에는 가동가이드(40)의 가이드단(44)과 치합되는 가이드홈(64)이 형성된다. 가이드홈(64)은 가이드단(44)에 대응하는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다. 미도시된 밸브유로개폐수단은 스템(60)의 하단부위에 마련된다.
상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명의 개략적인 작동구성을 전술한 설명과 첨부된 도 2a 및 도 2b 각각을 참조하여 살펴본다.
도 2a는 밸브유로가 개폐된 상태이다. 이때, 공기유입포트(12)를 통한 고압 공기의 유입은 없으며, 스템(60) 하단부위에 마련되는 밸브유로개폐수단은 판스프링(50)의 탄성력에 의해 밸브유로에 대한 폐쇄상태를 유지한다. 밸브유로를 개방할 필요가 있는 경우에는 도면과 같이 공기유입포트(12)를 통해 고압의 공기를 공급한다.
고압 공기가 공급되면, 공급되는 고압 공기가 가동가이드(40)의 가압면(46)을 밀게 되고(①), 이에 따라 가동가이드(40)는 천천히 상승한다. 가동가이드(40)는 고정가이드(20)와 나사치합되어 있기 때문에 가동가이드(40)는 고정가이드(20)을 따라 나선운동을 하며 상승한다(②). 한편, 가동가이드(40)는 스템(60)과도 치합되어 있기 때문에, 가동가이드(40)가 나선운동을 그리며 상승하면, 스템(60) 역시 서서히 회전운동을 시작한다(③).
즉, 가동가이드(40)는 나선운동하며 상승하고, 스템(60)은 원래의 수직높이를 유지하면서 회전운동하는 것이다. 가동가이드(40)가 나선운동을 하면서 상승하게 되면, 판스프링(50)이 서서히 압축되고, 고정가이드(20) 내면 및 가동가이드(40) 상면 사이 공간에 채워져 있던 공기는 관통공(24)은 하우징(10) 내면과 고정가이드(20) 외면 사이를 거쳐, 하우징(10) 내면과 가동가이드(40) 외면 사이에 형성되는 공간으로 이동한다(④).
유입되는 고압 공기에 의해 판스프링(50)의 탄성력을 극복하며 가동가이드(40)가 최대한 상승하면, 가동가이드(40)와 치합되어 있는 스템(60)도 90°만큼 최대한 회전하게 되고, 이에 따라 스템(60)의 하단부위에 마련되는 밸브유로개폐수단이 밸브유로를 완전히 개방하게 되는데, 도 2b는 이러한 밸브유로의 개방상태를 보여준다.
고압 공기의 유입이 중단되면 판스프링(50)을 압축하는 힘이 제거되고, 이에 따라 가동가이드(40)는 판스프링(50)의 복원력에 의해 전술한 것과 반대 방향으로 나선을 그리며 하강한다. 가동가이드(40)가 나선운동을 하며 하강하면, 가동가이드(40)와 치합되어 있는 스템(60) 역시 반대 방향으로 회전하게 되고, 결국 도 2a와 같이 원위치로 복귀하면서 밸브유로는 다시 폐쇄된다.
이처럼, 본 발명은 밸브유로를 개폐함에 있어 가동가이드를 고정가이드 및 스템과 연동시키되 복원력을 제공하는 수단으로서 판스프링을 매개하는 구성을 제안함으로써, 밸브 엑츄에이터가 작은 크기로 이루어지더라도 고압의 유체 흐름 제어를 용이하게 수행할 수 있게 되는 것이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들에 한정하여 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐이며, 본 발명은 이에 한정되지 않고 여러 다양한 방법으로 변경되어 실시될 수 있으며, 나아가 개시된 기술적 사상에 기초하여 별도의 기술적 특징이 부가되어 실시될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
10 : 하우징 20 : 고정가이드
30 : 커버 40 : 가동가이드
50 : 판스프링 60 : 스템

Claims (2)

  1. 상측 및 하측 각각이 개구되며, 하부 일측에는 공기유입포트(12)가 구비되고, 상단 내면 부위에는 거치단(16)이 형성되는 하우징(10)과;
    나선형상으로 내면에 형성되는 고정나사산(22)과, 일정각도 경사져 상측 부위에 형성되는 복수 개의 관통공(24)이 구비되되, 상단모서리를 따라 마련되어 하우징(10)의 거치단(16)에 안치되는 결합단(26)이 구비되는 고정가이드(20)와;
    고정가이드(20)의 상단모서리 부위를 가압하며 하우징(10)의 상측 개구부를 밀폐하여 결합되는 커버(30)와;
    나선형상으로 상측 외면에 형성되어 고정가이드(20)의 고정나사산(22)과 치합되는 가동나사산(42)과, 상호간에 일정간격 이격되어 내면에 축방향으로 형성되는 복수 개의 가이드단(44)과, 하단모서리부위를 따라 단차져 형성되되 하우징(10)의 공기유입포트(12)와 연결되는 가압면(46)이 구비되어 하우징(10)의 내부에 위치하는 가동가이드(40)와;
    고정가이드(20)의 내부공간에 중첩되어 위치하는 판스프링(50)과;
    커버(20), 가동가이드(40), 판스프링(50) 각각의 중앙부위를 관통하여 위치하되, 상호간에 일정간격 이격되어 중간부위 외면에 축방향으로 형성되는 복수 개의 가이드홈(64)이 가동가이드(40)의 가이드단(44)에 치합되는 스템(60)을;
    포함하는 밸브 엑츄에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 판스프링(50)은 상호간에 접하는 제1판스프링(52)과, 제1판스프링(52) 각각의 내부에 위치하는 제2판스프링(56)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 밸브 엑츄에이터.
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