KR101864058B1 - 스로틀 밸브 - Google Patents

Abstract

스로틀 밸브(10)는, 제1 포트(11)와 제2 포트(12)를 연통시키는 연통공(17)을 흐르는 공기의 유량을 스로틀 밸브체(22)에 의해 연속적으로 증감시킨다. 연통공(17)을 갖는 밸브 시트 부재(15)가 하우징(13)에 장착된다. 하우징(13)에 형성된 모터 수용공( 24)에는 전동모터(25)가 장착된다. 스로틀 밸브체(22)는 전동모터 (25)의 모터 축(28)에 의해 축방향으로 구동된다. 모터 수용공(24)과 전동모터(25)의 사이는 대경의 고정 씰 부재(41)에 의해 씰링되고, 모터 축(28)은 소경의 회전 씰 부재(42)에 의해 씰링된다. 이것에 의해 출력이 작은 전동모터에 의해 스로틀 밸브체를 구동할 수 있다.

Description

스로틀 밸브{THROTTLE VALVE}

본 발명은 전동모터에 의해 구동되는 스로틀 밸브체를 갖고, 연통공을 흐르는 공기의 유량을 스로틀 밸브체에 의해 증감시키는 스로틀 밸브에 관한 것이다.

유입측의 포트와 유출측 포트의 사이의 연통공을 흐르는 공기의 유량을 변화 시키도록 한 스로틀 밸브로서는 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 전동식 니들 밸브가 있다. 이 전동식 니들 밸브는 일차측 포트와 이차측 포트를 연통시키는 연통공이 형성된 원통 형상의 밸브체 수용부재와 연통공의 개도(開度)를 변화시키는 니들 밸브 축을 가지고 있다. 니들 밸브 축을 구동하기 위한 전동모터가 밸브 케이스에 취부되어 있다.

(특허문헌 1) JP 5061258 B1

니들 밸브 축을 축방향으로 왕복 운동 가능하게 수용하기 위해, 가이드공이 밸브 케이스에 형성되어 있다. 가이드공 내에 배치된 나사 축, 즉, 회전 구동축은, 수나사를 가지고 있다. 니들 밸브 축은 수나사에 나사 결합, 즉, 나합되는 암나사를 가지고 있다. 이 가이드공은 전동모터의 취부공에 이어져 있다. 씰 부재가 니들 밸브 축의 외주면에 장착되어 있다. 씰 부재는 가이드공과 니들 밸브 축의 사이를 씰링한다.

니들 밸브 축, 즉, 스로틀 밸브체와 이 스로틀 밸브체를 축방향으로 슬라이딩 가능하게 안내하는 가이드공, 즉, 밸브체 안내공의 내주면의 사이를 씰 부재에 의해 씰링하도록 하면, 스로틀 밸브체를 축방향으로 구동하는데는 큰 구동력, 즉, 출력을 필요로 한다. 따라서 스로틀 밸브체를 구동하기 위해서는 구동력이 큰 전동모터를 필요로 하기 때문에, 외형 치수가 큰 전동모터를 사용하게 된다. 따라서 스로틀 밸브를 소형화할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 출력이 작은 전동모터에 의해 스로틀 밸브체를 구동할 수 있도록 하는 데 있다.

본 발명의 스로틀 밸브는, 제1 포트와 제2 포트를 연통시키는 연통공을 갖고, 당해 연통공을 흐르는 공기의 유량을 스로틀 밸브체에 의해 연속적으로 증감시키는 스로틀 밸브로서, 상기 스로틀 밸브체를 축방향으로 구동하는 모터 축을 갖고, 모터 수용공에 장착되는 전동모터와, 상기 모터 수용공과 상기 전동모터의 사이를 씰링하는 대경(大徑)의 고정 씰 부재와, 상기 모터축을 씰링하는 소경(小徑)의 회전 씰 부재를 갖는다.

전동모터와 전동모터가 장착되는 모터 수용공의 사이는 고정 씰 부재에 의해 씰링된다. 모터 축은 고정 씰 부재보다 작은 직경의 회전 씰 부재에 의해 씰링된다. 이와 같이, 크고 작은 2 개의 씰 부재에 의해 전동모터와 모터 수용공의 씰링과 모터 축의 씰링을 두 단계로 씰링하면 스로틀 밸브체를 구동하기 위한 모터 축에는 큰 부하가 가해지는 일이 없어진다. 이렇게 함으로써 출력이 작은 전동모터에 의해 스로틀 밸브체를 구동할 수 있어, 전동모터를 소형화할 수 있고, 또한 스로틀 밸브를 소형화할 수 있다.

도 1은 일 실시 형태인 스로틀 밸브를 나타낸 단면도이다.
도 2는 종래의 스로틀 밸브를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 스로틀 밸브(10)는, 제1 포트(11)와 제2 포트(12)가 설치된 하우징(13)을 가지고 있다. 하우징(13)은, 거의 직육면체 형상의 블록 재(材)에 의해 형성되어 있다. 제1 포트(11)는 하우징(13)의 일방의 측면에 개구하고, 제2 포트(12)는 타방의 측면에 개구하고 있다. 하우징(13)의 일단부에는 횡단면이 원형인 밸브 시트 수용공(14)이 형성되어 있다. 밸브 시트 부재(15)가 이 밸브 시트 수용공(14) 내에 설치되어 있다. 씰 부재(16)는 밸브 시트 부재(15)의 외주면과 밸브 시트 수용공(14)의 사이를 씰링한다.

제1 포트(11)와 제2 포트(12)를 연통시키는 연통공(17)이, 밸브 시트 부재(15)에 설치되어 있다. 이 연통공(17)은, 반경방향공(17a)과 축방향공(17b)을 갖고 있다. 반경방향공(17a)은 밸브 시트 부재(15)에 반경방향으로 연장되어 제1 포트(11)에 연통한다. 축방향공(17b)은 일단이 반경방향공(17a)에 연통하고, 타단이 밸브 시트 수용공(14)에 개구하고 있다. 제1 포트(11)를 공기 유입측의 포트로 하면, 제1 포트(11)로부터 유입한 공기는 연통공(17)을 통해 제2의 포트(12)로 유출한다. 한편, 제2 포트(12)를 공기 유입측의 포트로 하면, 제2의 포트(12)로부터 유입한 공기는 연통공(17)을 통해 제1의 포트(11)로 유출한다. 제1 포트(11)와 제2 포트(12) 중 어느 것을 유입측의 포트로 해도, 유출하는 공기유량이 조절된다.

관통공(18)이 하우징(13)에 형성되고, 관통공(18)은 길이 방향으로 연장되어 있다. 이 관통공(18)의 일단부는 밸브 시트 수용공(14)에 개구하고, 타단부는 하우징(13)의 타단면에 개구하고 있다. 밸브체 안내공(21)은, 관통공(18)의 밸브 시트 부재(15) 측에 설치되어 있다. 또한, 밸브체 안내공(21)은, 밸브 시트 수용공(14)을 향해 개구하고 있다. 스로틀 밸브체(22)는 이 밸브체 안내공(21)에 장착되어 축방향으로 자유자재로 이동한다. 니들부(23)가 스로틀 밸브체(22)의 선단에 형성되고, 니들부(23)는 선단을 향해 점차 직경이 감소하는 테이퍼 형상을 가지고 있다. 이 니들부(23)는, 연통공(17)의 축방향공(17b) 내에 삽입되어 있다. 유입측 포트에서 유출측의 포트를 향해 흐르는 공기의 유량은, 밸브 시트 부재(15)와 니들부(23)의 사이의 간격의 증감에 의해 연속적으로 증감된다.

모터 수용공(24)은, 밸브체 안내공(21)에 인접하여, 관통공(18)에 설치되어 있다. 이 모터 수용공(24)에는 전동모터(25)가 장착된다. 모터 삽입공(26)은, 하우징(13)의 타단부 측에 설치되고, 모터 수용공(24)에 연통하고 있다. 전동모터(25)는 모터 삽입공(26)으로부터 삽입되어, 모터 수용공(24)에 고정된다. 전동모터(25)는 모터 수용공(24)에 고정되는 모터 케이스(27)를 가지고 있다. 모터 케이스(27)의 선단부로부터는 모터 축(28)이 돌출하고 있다.

모터 축(28)에는, 회전 구동축(31)이 고정되어 있다. 회전 구동축(31)은 나사 부재(32)에 의해 모터 축(28)에 고정되어 있다. 수나사(33)가 회전 구동축(31)의 선단부에 설치되어 있다. 이 수나사(33)는, 스로틀 밸브체(22)에 마련된 암나사(34)에 나합, 즉, 나사결합되어 있다. 따라서 모터 축(28)이 회전 구동축 (31)을 회전시키면, 스로틀 밸브체(22)는 밸브체 안내공(21)을 축방향으로 이동한다. 스로틀 밸브체(22)가 회전 구동축(31)의 회전에 의해 회전하는 것을 방지하기 위해, 스로틀 밸브체(22)는 이면 폭 구조(二面幅構造)를 가지고 있다. 즉, 평탄면 (35)이 밸브체 안내공(21)에 설치되어 있고, 이 평탄면(35)에 접촉하는 평탄면이 스로틀 밸브체(22)의 외주면에 형성되어 있다.

모터 축(28)의 회전은, 회전 구동축(31)을 통해 스로틀 밸브체(22)의 축방향 이동으로 변환된다. 회전 구동축(31)을 형성하지 않고, 모터 축(28)에 수나사(33)를 설치하여, 그 회전을 스로틀 밸브체(22)의 축방향 이동으로 직접 변환해도 좋다.

압축 코일 스프링(36)이 스로틀 밸브체(22)와 밸브 시트 부재(15) 사이에 장착되어 스로틀 밸브체(22)에 축방향의 스프링력을 가한다. 이 압축 코일 스프링 (36)의 일단부는, 밸브 시트 부재(15)의 단면에 당접하고, 압축 코일 스프링(36)의 타단부는, 스로틀 밸브체(22)에 형성된 단부(段部)(37)에 당접하고 있다. 이와 같이, 스로틀 밸브체(22)에 축방향의 스프링력을 가하면 수나사(33)의 회전에 의해 암나사(34)를 통해 스로틀 밸브체(22)를 축방향으로 구동할 때, 나사의 여유에 기인하는 백 래시의 발생이 방지된다. 이를 통해 모터 축(28)이 정방향, 역방향으로 회전할 때의 회전 각도와, 스로틀 밸브체(22)의 축방향 위치가 정확하게 대응하기 때문에 연통공(17)의 개도(開度)를 고정밀도로 설정할 수 있다.

모터 케이스(27)의 선단부에는, 가이드 통(38)이 돌출 형성되어 있고, 모터 축(28)은 가이드 통(38)의 선단으로부터 돌출하고 있다.

모터 수용공(24)과 전동모터(25)의 사이를 씰링하기 위해, 대경의 고정 씰 부재(41)가 모터 수용공(24)에 장착되어 있다. 이 고정 씰 부재(41)는 모터 수용공 (24)의 내주면과 모터 케이스(27)의 단면에 접촉하여, 모터 수용공(24)과 모터 케이스(27)의 사이로부터의 에어 누설을 봉지한다.

모터 축(28)을 씰링하기 위해, 소경(小徑)의 회전 씰 부재(42)가 모터 축 (28)에 장착되어 있다. 이 회전 씰 부재(42)의 외경 치수는, 고정 씰 부재(41)의 외경 치수보다 직경이 작게 되어 있다. 회전 씰 부재(42)는 모터 축(28)과 고정 씰 부재(41)와, 회전 구동축(31)의 단면과 접촉하고 있다. 이 회전 씰 부재(42)는 회전 구동축(31)과 함께 회전 구동된다.

그리고 일반적으로 회전측 부재가 고정측 부재와 슬라이딩하는 경우의 슬라이딩 저항은 아래와 같이 된다. 회전측 부재와 고정측 부재 사이의 슬라이딩 저항에 대항하여, 모터가 회전측 부재를 회전시킬 때에, 그 모터에의 부하는, 두 부재 사이의 단위 길이 당의 슬라이딩 저항과 슬라이딩 부분의 길이와 회전측의 반경의 곱이 되는 것으로 생각된다. 따라서 두 부재 사이의 단위 길이당 슬라이딩 저항이 동일한 경우에는, 슬라이딩 부분의 길이가 짧은 쪽이 모터에의 부하는 작아지고, 회전측의 반경이 n작은 쪽이 모터에의 부하는 작다.

대경의 고정 씰 부재(41)의 외경을 D1, 내경을 D2로 하고, 회전 씰 부재(42)의 외경을 d1, 내경을 d2로 하면, 회전 씰 부재(42)의 중심 직경 d3((d1+d2)/2)는, 고정 씰 부재(41)의 중심 직경 D3((D1+D2)/2) 보다 작게 설정되어 있다. 이것에 의해 회전 씰 부재(42)는, 고정 씰 부재(41)의 내주면 측에 접촉한다.

이와 같이, 대경의 고정 씰 부재(41)는 전동모터(25)와 모터 수용공(24)의 사이를 씰링한다. 더욱이, 소경의 회전 씰 부재(42)는, 모터 축(28)과 일체가 되어 회전하여 모터 축(28)을 씰링한다. 모터 축(28)의 회전 시에는, 회전 씰 부재(42)가 고정 씰 부재(41)하고만 슬라이딩 접촉한다. 따라서 회전 씰 부재(42)와 고정 씰링 부재(41)의 사이의 슬라이딩 저항이, 모터 축(28)에의 부하가 된다. 그러나 대경의 고정 씰 부재(41)는 고정되어 있어, 슬라이딩하는 일은 없기 때문에, 그 슬라이딩 저항은 모터 축(28)에의 부하가 되지 않는다. 회전 씰 부재(42)의 중심 직경은 대경의 고정 씰 부재(41)의 중심 직경에 비해 직경이 작게 되어 있기 때문에, 소경의 회전 씰 부재(42)로부터 회전 구동축(31)을 통해 모터 축(28)에 가해지는 부하는 작다. 이것에 의해, 출력이 작은 전동모터(25)를 이용하여도, 스로틀 밸브체(22)는 축방향으로 원활하게 구동되므로, 스로틀 밸브(10)는 소형화된다.

도 2는 비교예를 나타내는 종래의 스로틀 밸브(10a)이고, 도 1에 도시된 부재와 공통되는 부재에는 동일한 부호가 붙여져 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 밸브체 안내공(21)과 스로틀 밸브체(22)의 사이를 씰링하기 위해 스로틀 밸브체(22)에 씰 부재(43)가 장착된다. 그러면 스로틀 밸브체(22)를 축방향으로 이동시킬 때에는, 씰 부재(43)와 밸브체 안내공(21) 사이의 슬라이딩 저항이 전동모터(25)에의 부하가 된다. 더욱이, 도 2의 씰 부재(43)는 스로틀 밸브체(22)의 외주면에 부착되어 있기 때문에, 가압된 공기의 압력에 스로틀 밸브체(22)의 단면적을 곱한 힘이, 스로틀 밸브체(22)에 가해진다. 따라서 스로틀 밸브체(22)를 전진시킬 때에는, 상술한 힘도 전동모터(25)에의 부하가 된다. 이 때문에 스로틀 밸브체(22)를 구동하기 위해, 구동력이 큰 전동모터(25)를 사용할 필요가 있었다.

이에 대해, 도 1에 도시하는 실시형태의 스로틀 밸브(10)에 있어서는, 대경의 고정 씰 부재(41)와 소경의 회전 씰 부재(42)의 2 단의 씰 구조로 하고, 고정 씰 부재(41)와 슬라이딩 접촉하는 회전 씰 부재(42)의 외경을 작게 했다. 이것에 의해 모터에의 부하를 작게 했기 때문에, 스로틀 밸브체(22)는 약간의 구동력에 의해 구동된다. 또한, 슬라이딩 저항이 작기 때문에, 그것에 대항하는 압축 코일 스프링은, 스프링력이 작은 것으로 족하다. 따라서 소형의 전동모터(25)에 의해 스로틀 밸브체(22)를 구동할 수 있고, 스로틀 밸브(10)를 소형화할 수 있다.

스로틀 밸브체(22)에 씰 부재(43)를 장착하지 않고, 회전 구동축(31)과 모터 수용공(24)의 사이를 씰링하기 위해, 회전 구동축(31)에 씰 부재를 장착한 스로틀 밸브를 제조하고 스로틀 밸브체(22)의 구동력을 도 1에 도시한 실시형태와 비교하였다. 그 결과, 회전 구동축(31)에 씰 부재를 장착하려면 도 1에 도시한 고정 씰 부재(41)와 거의 동일한 외경의 씰 부재를 이용할 필요가 있다. 그와 같은 씰 부재는, 모터 수용공(24)의 내주면에 슬라이딩 접촉하기 때문에, 슬라이딩 부분의 길이와 회전측의 반경이 크다. 따라서 씰 부재에 의한 전동모터에의 부하가 커져, 전동모터(25)의 출력을 크게 해야 하고, 스로틀 밸브를 소형화할 수 없었다.

본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것이 아니라, 그 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 예를 들어, 밸브 시트 수용공(14)과 밸브체 안내공(21)과 모터 수용공(24)이 형성된 원통부재를 하우징(13)에 장착하도록 해도 좋다.

이 스로틀 밸브는, 공압 작동 기기에 공급되는 압축 공기의 유량을 제어하기 위하여 적용된다.

Claims (4)

1. 제1 포트와 제2 포트를 연통시키는 연통공을 갖고, 당해 연통공을 흐르는 공기의 유량을 스로틀 밸브체에 의해 연속적으로 증감시키는 스로틀 밸브로서,
   상기 스로틀 밸브체를 축방향으로 구동하는 모터 축을 갖고, 모터 수용공에 장착되는 전동모터와,
   상기 모터 수용공에 장착되어 상기 모터 수용공과 상기 전동모터의 사이를 씰링하는 대경(大徑)의 고정 씰 부재와,
   상기 모터축에 장착되어 상기 모터축을 씰링하는 소경(小徑)의 회전 씰 부재를 갖고,
   상기 회전 씰 부재는, 상기 고정 씰 부재와 슬라이딩가능하게 접촉하고,
   상기 회전 씰 부재의 중심 직경은, 상기 고정 씰 부재의 중심 직경 보다 작은 스로틀 밸브.
   
2. 제1 포트와 제2 포트를 연통시키는 연통공을 갖고, 당해 연통공을 흐르는 공기의 유량을 스로틀 밸브체에 의해 연속적으로 증감시키는 스로틀 밸브로서,
   상기 연통공을 갖는 밸브 시트 부재가 장착되고, 상기 스로틀 밸브체를 축방향으로 이동 가능하게 안내하는 밸브체 안내공이 형성된 하우징과,
   상기 스로틀 밸브체를 축방향으로 구동하는 모터 축을 갖고, 상기 밸브체 안내공에 연통되어 상기 하우징에 형성된 모터 수용공에 장착되는 전동모터와,
   상기 모터 수용공에 장착되어 상기 모터 수용공의 내주면과 상기 전동모터의 단면(端面) 사이를 씰링하는 대경(大徑)의 고정 씰 부재와,
   상기 고정 씰 부재 보다 작은 외경을 갖고, 상기 모터축에 장착되어 상기 모터축을 씰링하는 소경(小徑)의 회전 씰 부재를 갖고,
   상기 고정 씰 부재와 상기 회전 씰 부재는 2단의 씰 구조를 형성하고,
   상기 회전 씰 부재는, 상기 고정 씰 부재와 슬라이딩가능하게 접촉하고,
   상기 회전 씰 부재의 중심 직경은, 상기 고정 씰 부재의 중심 직경 보다 작은 스로틀 밸브.
3. 제2항에 있어서, 상기 모터 축에 고정되는 회전 구동축을 갖고, 상기 스로틀 밸브체는 암나사를 가지며, 상기 회전 구동축은 상기 암나사에 나사 결합하는 수나사를 갖는 스로틀 밸브.
   
4. 제1항에 있어서, 상기 스로틀 밸브체에 축방향의 스프링력을 가하는 압축 코일 스프링을 갖는 스로틀 밸브.
   
   

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