KR102042738B1

KR102042738B1 - 공기압 제어 장치 및 조절 밸브

Info

Publication number: KR102042738B1
Application number: KR1020180043883A
Authority: KR
Inventors: 가즈히사 이노우에
Original assignee: 아즈빌주식회사
Priority date: 2017-04-18
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2019-11-08
Also published as: US10481621B2; CN108730602A; JP6864533B2; CN108730602B; JP2018181090A; KR20180117051A; US20180299910A1

Abstract

본 발명은, 압축 코일 스프링이 압축 혹은 신장할 때의 거동의 영향을 받지 않고, 밸브 시트가 정확하게 변위하여 배기 누설이나 조압 불량이 생기지 않는 공기압 제어 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
제1 및 제2 하우징(22, 23)과, 하우징 내를 제1 기실(25)(일측 기실)과 제2 기실(43)(타측 기실)로 구획하는 다이어프램(42)과, 다이어프램(42)에 지지된 밸브 시트(44)를 구비한다. 제1 기실(25)에 배치되어 밸브 시트(44)의 관통 구멍(48)을 개폐하는 밸브체(32)와, 다이어프램(42)에 제2 기실(43)측으로부터 가해지는 힘을 조정하는 조압 기구(압력 조정용 볼트(53), 상부 시트(54))를 구비한다. 제2 기실(43)에 수용되어, 밸브 시트(44)에 설치된 하부 시트(51)(스프링 받침 부재)에 스프링력을 가하는 메인 스프링(41)(압축 코일 스프링)을 구비한다. 밸브 시트(44)와 하부 시트(51) 사이에 베어링(52)이 개재되어 있다.

Description

공기압 제어 장치 및 조절 밸브{AIR PRESSURE CONTROLLER AND CONTROL VALVE}

본 발명은, 다이어프램에 지지된 밸브 시트와, 이 밸브 시트를 바이어스하는 압축 코일 스프링을 구비한 공기압 제어 장치 및 이 공기압 제어 장치를 구비한 조절 밸브에 관한 것이다.

종래, 액추에이터를 공기압에 의해 구동시키는 공기압 기기에 있어서는, 액추에이터의 동작을 제어하기 위해 공기압 제어 장치를 구비하고 있다. 이 종류의 공기압 제어 장치는, 예컨대 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 공기압 공급원으로부터 보내진 공기의 압력을 감압하는 구성이 채용되고 있다.

이 종류의 공기압 제어 장치 중, 구성이 가장 단순한 것으로서, 예컨대 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 감압 밸브(1)가 있다. 도 5에 나타내는 감압 밸브(1)는, 하우징(2) 내를 도 5에 있어서 하측에 위치하는 제1 기실(氣室)(3)과 상측에 위치하는 제2 기실(4)로 구획하는 다이어프램(5)을 구비한다. 제1 기실(3)은, 도시하지 않은 액추에이터의 공기 입구에 접속되어 있다. 또한, 제1 기실(3)은, 도 5에 있어서 가장 아래에 위치하는 상류측 기실(6)에 포핏 밸브(7)를 통해 접속되어 있다. 제2 기실(4)은, 도시하지 않은 연통 구멍에 의해 대기중에 개방되어 있다.

상류측 기실(6)은, 도시하지 않은 공기압 공급원으로부터 고압 공기가 공급된다. 포핏 밸브(7)는, 제1 기실(3)과 상류측 기실(6)을 연통하는 연통 구멍(8)과, 이 연통 구멍(8)의 상류측(도 5에서는 하측)의 개구부를 개폐하는 밸브체(9)와, 이 밸브체(9)를 폐쇄 방향으로 바이어스하는 스프링 부재(10)를 구비하고 있다. 밸브체(9)는, 연통 구멍(8)으로부터 제1 기실(3) 내로 돌출된 핀(11)을 갖고 있다.

다이어프램(5)에는, 밸브 시트(12)와 면적판(13)이 부착되어 있다. 밸브 시트(12)는 다이어프램(5)을 관통하고 있다. 밸브 시트(12)에는, 제1 기실(3)과 제2 기실(4)을 연통하는 관통 구멍(14)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(14)은, 전술한 밸브체(9)의 핀(11)과 동일 축선 상에 위치 부여되어 있다. 관통 구멍(14)의 구멍 직경은, 핀(11)의 외경보다 작다. 이 관통 구멍(14)에서의 핀(11)과 대향하는 개구부는, 개구단으로 향함에 따라서 구멍 직경이 점차 커지는 테이퍼형으로 형성되어 있다. 핀(11)의 선단부는 이 개구부 내에 삽입되어 있다.

면적판(13)은, 압축 코일 스프링(15)의 스프링력을 받기 위한 것이며, 제2 기실(4) 내에서 밸브 시트(12)에 고정되어 있다. 이 면적판(13)에는, 압축 코일 스프링(15)의 내주부 내에 걸리는 복수의 갈고리(16)가 세워져 설치되어 있다.

압축 코일 스프링(15)은, 다이어프램(5)을 제1 기실(3)을 향해 바이어스하기 위한 것이며, 전술한 면적판(13)에 일단부가 유지되고, 타단부가 상부 시트(17)에 유지되어 있다.

상부 시트(17)는, 압축 코일 스프링(15)의 타단부와 중첩되는 원판형으로 형성되어 있고, 압력 조정용 볼트(18)의 뾰족한 선단부가 삽입되는 함몰부(17a)를 갖고 있다. 압력 조정용 볼트(18)는 하우징(2)에 나사 결합되어 있다.

이 감압 밸브(1)의 다이어프램(5)은, 압축 코일 스프링(15)의 스프링력과 제1 기실(3) 내의 압력이 균형잡히도록 변위한다. 압축 코일 스프링(15)의 스프링력과 제1 기실(3) 내의 압력이 균형잡힌 상태로부터 제1 기실(3) 내의 압력이 저하하면, 압축 코일 스프링(15)의 스프링력으로 다이어프램(5)이 제1 기실(3)측으로 변위하고, 밸브 시트(12)가 밸브체(9)의 핀(11)에 압박된다. 이때, 핀(11)이 밸브 시트(12)의 관통 구멍(14)을 폐색함으로써, 제1 기실(3)과 제2 기실(4)의 연통 상태가 해소된다. 그리고, 핀(11)이 밸브 시트(12)에 의해 더욱 압박됨으로써, 연통 구멍(8)이 개방되고, 이 연통 구멍(8)을 통하여 공기가 상류측 기실(6)로부터 제1 기실(3)에 유입된다. 이 공기는, 제1 기실(3)로부터 액추에이터에 공급된다.

한편, 제1 기실(3) 내의 압력이 압축 코일 스프링(15)의 스프링력보다 커지면, 다이어프램(5)이 제2 기실(4)측으로 변위하고, 밸브 시트(12)가 밸브체(9)의 핀(11)으로부터 떨어진다. 이 상태에서는, 밸브체(9)가 연통 구멍(8)을 폐쇄하여 상류측 기실(6)과 제1 기실(3)의 연통 상태가 해소된다. 또한, 제1 기실(3) 내의 공기가 관통 구멍(14)을 통하여 제2 기실(4)에 유입되고, 제2 기실(4)로부터 대기중에 배출된다.

특허문헌 1 : 일본 실용 공개 평7-8604호 공보

이와 같이 구성된 감압 밸브(1)에 있어서는, 밸브 시트(12)의 관통 구멍(14)의 중심이 핀(11)의 축선으로부터 약간 틀어져 버려, 관통 구멍(14)과 밸브체(9)의 핀(11) 사이에 간극이 발생하여 배기 누설(블리드)을 일으키는 경우가 있었다. 이 배기 누설은, 출력 압력이 불안정해지는 요인이 되고, 에너지도 손실되게 된다. 또한, 배기음이 소음이 된다고 하는 문제도 있다.

또한, 배기 누설이 생길 때에는 포핏 밸브(7)의 핀(11)의 선단부가 밸브 시트(12)에 반복하여 충돌하는 경우가 있다. 이러한 경우는, 핀(11)과 밸브 시트(12)의 접촉부가 마모되어, 계속적으로 큰 배기 누설이 발생하게 된다. 또한, 핀(11)과 밸브 시트(12)의 접촉부의 마모가 진행되면, 감압 밸브는 조압 불량 상태가 되고, 조정 밸브의 동작 불량(동작하지 않는다, 동작이 느리다 등)이 발생하여, 접속되는 후단 제품군에 영향을 미치는 경우가 있다.

종래, 이러한 배기 누설을 막기 위해, 밸브체(9)의 위치의 안정성을 높게 하거나, 제조 과정에서 밸브체(9)의 핀(11)과 관통 구멍(14)을 동일 축선 상에 위치 부여하는 등의 대책이 실시되고 있다. 그러나, 다이어프램(5)이 고무제이기 때문에, 압축 코일 스프링(15)의 압축시 혹은 신장시의 거동의 영향을 강하게 받고, 밸브 시트(12)의 위치가 변해 버려, 관통 구멍(14)의 중심이 핀(11)의 축선으로부터 약간 틀어진다.

압축 코일 스프링(15)이 압축될 때에는, 주로 이하에 설명하는 3개의 현상이 생긴다.

제1 현상은, 도 6의 (A)에 나타낸 바와 같이 압축 코일 스프링(15)의 중심선(C)과 직교하도록 형성되어 있던 단부면(15a)이, 압축후에는 도 6의 (B)에 나타낸 바와 같이 경사지는 것이다. 압축 코일 스프링(15)의 단부면(15a)이 경사지면, 면적판(13)이나 상부 시트(17)도 이것을 따라서 경사지고, 이에 따라 밸브 시트(12)의 위치가 변해 버린다.

제2 현상은, 도 7에 나타낸 바와 같이, 면적판(13)이나 상부 시트(17)가 항상 수직으로 스프링력을 받기 때문에, 이들 부재가 받는 스프링력의 크기가 불균일해지는 것이다. 도 7에서는, 스프링력의 크기를 화살표의 길이로 표현하고 있다. 이와 같이 면적판(13)이나 상부 시트(17)가 받는 스프링력이 균일하지 않으면, 면적판(13)이나 상부 시트(17)가 경사지는 원인이 된다.

제3 현상은, 압축 코일 스프링(15)이 도 8의 (A)에 나타내는 상태로부터 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이 압축됨으로써, 압축 코일 스프링(15)의 양단부가 비틀리는, 소위 「트위스트」하는 것이다. 이 「트위스트」에 의한 회전력이 면적판(13)이나 상부 시트(17)에 전달됨으로써, 다이어프램(5)의 비틀림이나 주름을 발생시켜, 밸브 시트(12)의 위치가 변해 버린다.

상부 시트(17)는, 압력 조정용 볼트(18)에 점접촉의 상태로 접촉하고 있기 때문에, 압축 코일 스프링(15)의 단부면(15a)과 함께 경사지거나 비틀리는 것이 가능하다. 그러나, 상부 시트(17)와 압력 조정용 볼트(18)의 접촉 부분에는, 접촉에 의한 마찰 저항이 있고, 압축 코일 스프링(15)의 반력(스프링력)을 받기 때문에, 큰 마찰력이 발생하여, 상부 시트(17)가 압력 조정용 볼트(18)에 대하여 편심하거나 마모되거나 하여 슬라이딩하기 어려워지는 경우도 있다. 또한, 이 마찰력은, 압력 조정용 볼트(18)의 위치나 압축 코일 스프링(15)의 압축량에 따라 크게 변화하여, 접촉 상태를 불안정하게 하고, 압력 조정용 볼트(18)의 회전력을 증대시킨다. 이 때문에, 이 상부 시트(17)의 경사나 회전으로 전술한 3개의 현상에 따라 생기는 문제를 해소하는 것은 어렵다. 또, 이러한 문제점을 해소하기 위해서는, 면적판(13)이나 상부 시트(17)에 이들 부재의 작동 방향을 규제하는 가이드(도시하지 않음)를 설치하는 것이 고려된다. 그러나, 가이드부의 슬라이딩 저항에 의한 작동력 증가, 가이드의 마모, 슬라이딩부의 긁힘이 발생하기 때문에, 이러한 가이드를 사용하는 것은 불가능하다.

본 발명은 이러한 문제를 해소하기 위해 이루어진 것으로, 압축 코일 스프링이 압축하거나 신장할 때의 거동의 영향을 받지 않고, 다이어프램에 지지된 밸브 시트가 정확하게 변위하여 배기 누설이나 조압 불량이 생기지 않는 공기압 제어 장치 및 이 공기압 제어 장치를 구비한 조절 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 공기압 제어 장치는, 하우징에 지지되고, 하우징 내를 일측 기실과 타측 기실로 구획하는 다이어프램과, 상기 다이어프램을 관통하는 상태로 상기 다이어프램에 지지되고, 상기 일측 기실과 상기 타측 기실을 연통하는 관통 구멍이 형성된 밸브 시트와, 상기 일측 기실에 배치되고, 상기 밸브 시트에 접촉 분리하여 상기 관통 구멍을 개폐하는 밸브체와, 상기 다이어프램에 상기 타측 기실측으로부터 가해지는 힘을 조정하는 조압 기구와, 상기 타측 기실에 수용되고, 상기 밸브 시트에 설치된 스프링 받침 부재에 스프링력을 가하는 압축 코일 스프링을 구비하고, 상기 밸브 시트와 상기 스프링 받침 부재 사이에 베어링이 개재되어 있는 것이다.

본 발명은, 상기 공기압 제어 장치에 있어서, 상기 조압 기구는, 상기 하우징에 나사 결합된 압력 조정용 볼트와, 상기 압축 코일 스프링에 있어서 상기 스프링 받침 부재와는 반대측의 단부에 접촉하는 압박 부재와 상기 압력 조정용 볼트와 상기 압박 부재 사이에 개재된 베어링을 구비하고 있어도 좋다.

본 발명은, 상기 공기압 제어 장치에 있어서, 상기 베어링은 경사와 회전을 허용하는 구면 미끄럼 베어링이어도 좋다.

본 발명에 따른 조절 밸브는, 상기 본 발명에 따른 공기압 제어 장치를 구비한 밸브 포지셔너에 의해 밸브 개방도 제어가 행해지는 것이다.

본 발명에 의하면, 밸브 시트에 대한 스프링 받침 부재의 이동을 베어링이 허용한다. 이 때문에, 밸브 시트는, 압축 코일 스프링이 압축되거나 신장할 때에 생기는 전술한 3개의 현상, 즉 단부면의 경사(제1 현상)와, 스프링력의 불균일성(제2 현상)과, 트위스트에 의한 회전력의 발생(제3 현상) 등의 현상의 영향을 받기 어려워진다.

따라서, 본 발명에 의하면, 압축 코일 스프링이 압축 혹은 신장할 때의 거동의 영향을 받기 어렵고, 다이어프램에 지지된 밸브 시트가 정확하게 변위하여 배기 누설이 없는 공기압 제어 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 조절 밸브는, 압축 코일 스프링의 거동의 영향을 받기 어렵고, 배기 누설이나 조압 불량이 생기지 않는 공기압 제어 장치를 구비한 밸브 포지셔너에 의해 밸브 개방도 제어가 행해진다. 따라서, 개방도를 높은 정밀도로 제어할 수 있으면서 에너지의 손실이 적고, 조정 밸브의 동작 불량이 발생하지 않는, 신뢰성이 높은 조절 밸브를 제공할 수 있다.

도 1은 제1 실시형태에 따른 공기압 제어 장치의 단면도이다.
도 2는 주요부를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 3은 제2 실시형태에 따른 공기압 제어 장치의 단면도이다.
도 4는 공기압 제어 장치를 갖는 조절 밸브의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 5는 종래의 공기압 제어 장치의 단면도이다.
도 6은 압축 코일 스프링의 압축시의 거동을 설명하기 위한 측면도로서, 도 6의 (A)는 압축전의 상태를 나타내고, 도 6의 (B)는 압축후의 상태를 나타낸다.
도 7은 압축 코일 스프링의 압축시에 양단부면으로부터 받는 스프링력의 크기를 설명하기 위한 측면도이다.
도 8은 압축 코일 스프링의 압축시의 비틀림 운동을 설명하기 위한 측면도로서, 도 8의 (A)는 압축전의 상태를 나타내고, 도 8의 (B)는 압축후의 상태를 나타낸다.

(제1 실시형태)

이하, 본 발명에 따른 공기압 제어 장치의 일 실시형태를 도 1 및 도 2에 의해 상세히 설명한다. 이 실시형태에서는, 구성이 가장 단순한 공기압 제어 장치인 감압 밸브에 본 발명을 적용한 예를 나타낸다.

도 1에 나타내는 공기압 제어 장치로서의 감압 밸브(21)는, 고압의 공기를 소정의 압력으로 감압하고, 이 소정 압력의 공기를 액추에이터(도시하지 않음)에 공급하기 위한 것이다.

감압 밸브(21)는, 도 1에서 하측에 위치하는 제1 하우징(22)과, 이 제1 하우징(22)에 부착된 제2 하우징(23)을 구비하고 있다. 이하에서는, 편의상, 도 1에 있어서 하측을 감압 밸브(21)의 일단측으로 하고, 도 1에 있어서 상측을 감압 밸브(21)의 타단측으로 하여 설명한다.

제1 하우징(22)의 일단측에는 상류측 기실(24)이 형성되고, 타단측에는 제1 기실(25)이 형성되어 있다. 상류측 기실(24)은, 도시하지 않은 공기압 공급원에 접속되어 있고, 공기압 공급원으로부터 압력 공기가 공급된다. 제1 기실(25)은, 도시하지 않은 액추에이터의 공기 입구에 접속되어 있다. 상류측 기실(24)과 제1 기실(25) 사이에는, 후술하는 포핏 밸브(26)가 설치되어 있다. 이 실시형태에서는, 제1 기실(25)이 본 발명에서 말하는 「일측 기실」에 해당한다.

포핏 밸브(26)는, 상류측 기실(24)과 제1 기실(25)을 연통하는 연통 구멍(31)과, 이 연통 구멍(31)의 일단측[감압 밸브(21)의 일단측]에 위치하는 개구부를 개폐하는 밸브체(32)와, 이 밸브체(32)를 감압 밸브(21)의 타단측을 향해 바이어스하는 밸브체용 스프링(33)을 구비하고 있다.

연통 구멍(31)은, 제1 하우징(22)에 고정된 밸브 시트 부재(34)에 형성되어 있다. 밸브체(32)는, 연통 구멍(31)의 개구부 내로 일부가 향하는 소정의 형상으로 형성되어 있고, 이 감압 밸브(21)의 축심부에 배치되어 있다. 이 밸브체(32)는, 밸브체용 스프링(33)에 의해 압박됨으로써 연통 구멍(31)의 개구를 폐색한다. 또한, 이 밸브체(32)는, 이 감압 밸브(21)의 일단측으로부터 타단측을 지향하는 방향으로 연장된 원기둥형의 핀(35)을 갖고 있다. 이 핀(35)은, 이동 방향이 어느 정도 규제되도록, 밸브 시트 부재(34)에 형성된 소구멍(36)으로 이동 가능하게 끼워져 있다. 이 핀(35)의 선단부는 밸브 시트 부재(34)로부터 제1 기실(25) 내로 돌출되어 있다. 밸브체용 스프링(33)은, 압축 코일 스프링에 의해 형성되어 있고, 홀더(37)에 의해 제1 하우징(22)에 지지되어 있다.

제2 하우징(23)은, 제1 하우징(22)을 향해 개구된 바닥이 있는 원통형으로 형성되어 있고, 압축 코일 스프링으로 이루어진 메인 스프링(41)이 수용되어 있다. 메인 스프링(41)은, 감압 밸브(21)의 일단측으로부터 타단측을 지향하는 방향과 평행하게 연장된 상태로 감압 밸브(21)의 축심부에 배치되어 있다. 이 메인 스프링(41)을 지지하는 구성은 후술한다. 이 실시형태에서는, 이 메인 스프링(41)이 본 발명에서 말하는 「압축 코일 스프링」에 해당한다.

제2 하우징(23)과 제1 하우징(22) 사이에는, 다이어프램(42)이 끼워진 상태로 유지되어 있다. 이 다이어프램(42)은, 고무 재료에 의해 얇은 판형으로 형성되어 있고, 제1 하우징(22)의 제1 기실(25)과, 제2 하우징(23) 내에 형성된 제2 기실(43)을 구획하고 있다. 제2 기실(43)은, 도시하지 않은 배기 통로에 의해 대기중에 개방되어 있다. 이 실시형태에서는, 제2 기실(43)이 본 발명에서 말하는 「타측 기실」에 해당한다.

다이어프램(42)에는, 포핏 밸브(26)의 밸브체(32)와 대향하는 밸브 시트(44)와, 면적판(45)이 부착되어 있다. 밸브 시트(44)는, 제1 기실(25) 내에 배치되어 다이어프램(42)을 면적판(45)과 협동하여 사이에 끼우는 원판부(46)와, 이 원판부(46)로부터 감압 밸브(21)의 타단측을 향해서 연장되어 다이어프램(42)을 관통하는 원기둥형의 축부(47)에 의해 구성되어 있다. 이 밸브 시트(44)는, 전술한 포핏 밸브(26)의 핀(35)과 동일 축선 상에 위치 부여되어 있다. 밸브 시트(44)의 축부(47)의 축심부에는, 제1 기실(25)과 제2 기실(43)을 연통하는 관통 구멍(48)이 형성되어 있다. 관통 구멍(48)의 구멍 직경은 핀(35)의 외경보다 작다. 관통 구멍(48)에서의 제1 기실(25)측의 개구부(48a)는, 개구단으로 향함에 따라서 구멍 직경이 점차 커지는 테이퍼형으로 형성되어 있다. 핀(35)의 선단부는, 이 테이퍼면으로 이루어진 벽면을 갖는 개구부(48a) 내에 삽입되어 있다.

밸브 시트(44)의 축부(47)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 다이어프램(42)과 면적판(45)을 관통하는 대직경부(47a)와, 이 대직경부(47a)로부터 감압 밸브(21)의 타단측을 향해서 돌출된 소직경부(47b)에 의해 구성되어 있다. 축부(47)의 대직경부(47a)에는 면적판(45)이 고정되어 있다. 면적판(45)은 원판형으로 형성되어 있고, 밸브 시트(44)의 원판부(46)에 다이어프램(42)을 압박하는 상태로 대직경부(47a)에 고정되어 있다. 축부(47)의 소직경부(47b)에는, 후술하는 하부 시트(51)가 설치되어 있다.

하부 시트(51)는, 면적판(45)과 대향하는 대직경부(51a)와, 반대측의 소직경부(51b)로 이루어진 원환판형으로 형성되어 있고, 후술하는 베어링(52)을 통해 밸브 시트(44)의 축부(47)[소직경부(47b)]에 부착되어 있다.

하부 시트(51)의 대직경부(51a)에는, 메인 스프링(41)의 일단면(41a)이 중첩되어 있다. 하부 시트(51)의 소직경부(51b)는, 메인 스프링(41)의 일단부 내에 끼워져 있다. 메인 스프링(41)의 일단부는 이 하부 시트(51)에 지지되어 있다. 이 실시형태에서는, 이 하부 시트(51)가 본 발명에서 말하는 「스프링 받침 부재」에 해당한다.

바닥이 있는 원통형을 나타내는 제2 하우징(23)의 바닥부[감압 밸브(21)의 타단부]에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 압력 조정용 볼트(53)가 나사 결합되어 있다. 이 압력 조정용 볼트(53)는, 이 감압 밸브(21)의 축심부이며, 전술한 핀(35)이나 밸브 시트(44)의 축부(47)와 동일 축선 상에 위치 부여되어 있다.

압력 조정용 볼트(53)의 선단부는, 축심부가 가장 돌출된 뾰족한 형상으로 형성되어 있다. 이 압력 조정용 볼트(53)는, 상부 시트(54)에 접촉하고, 이 상부 시트(54)를 통해 메인 스프링(41)의 타단부를 감압 밸브(21)의 일단측을 향해 압박하고 있다.

상부 시트(54)는, 메인 스프링(41)의 내부에 삽입된 함몰부(54a)와, 이 함몰부(54a)로부터 외측으로 연장되어 메인 스프링(41)의 타단면(41b)에 중첩된 플랜지부(54b)를 갖고 있다. 압력 조정용 볼트(53)는, 함몰부(54a)의 가장 깊어지는 중심부에 접촉하고 있다. 이 때문에, 압력 조정용 볼트(53)의 조임량을 바꾸는 것에 의해, 메인 스프링(41)의 스프링력이 변화하고, 다이어프램(42)에 제2 기실(43)측으로부터 가해지는 힘을 조정할 수 있다.

이 실시형태에서는, 압력 조정용 볼트(53)와 상부 시트(54)가 본 발명에서 말하는 「조압 기구」에 해당한다.

전술한 밸브 시트(44)와 하부 시트(51) 사이에 개재된 베어링(52)은, 구면 미끄럼 베어링이다. 이 실시형태에 따른 베어링(52)은, 도 2에 나타낸 바와 같이, 내륜(61)과 외륜(62)을 갖는 것이 이용되고 있다. 내륜(61)은, 밸브 시트(44)의 축부(47)의 소직경부(47b)에 감합 상태로 고정되어 있다. 이 내륜(61)의 외면은, 구면의 일부가 되는 형상으로 형성되어 있다. 외륜(62)은, 내륜(61)에 슬라이딩 가능하게 감합한 상태로 하부 시트(51)의 축심부에 감합 상태로 고정되어 있다. 이와 같이 구면 미끄럼 베어링으로 이루어진 베어링(52)이 밸브 시트(44)와 하부 시트(51) 사이에 개재되어 있는 것에 의해, 하부 시트(51)의 밸브 시트(44)에 대한 경사와 회전이 허용된다.

이와 같이 구성된 감압 밸브(21)에서는, 압력 조정용 볼트(53)가 제2 하우징(23)에 조여지는 것에 의해, 메인 스프링(41)의 스프링력이 증대되고, 제1 기실(25)로부터 액추에이터에 공급되는 공기의 압력이 증대된다. 즉, 메인 스프링(41)의 스프링력으로 밸브 시트(44)가 압박되고, 이 밸브 시트(44)가 포핏 밸브(26)의 핀(35)을 압박하여 포핏 밸브(26)가 개방된다. 포핏 밸브(26)가 개방되는 것에 의해 상류측 기실(24)로부터 고압의 공기가 연통 구멍(31)을 통하여 제1 기실(25)에 유입되고, 이 공기가 액추에이터에 공급된다.

한편, 압력 조정용 볼트(53)가 제2 하우징(23)에 대하여 풀리면, 메인 스프링(41)의 스프링력이 감소하고, 제1 기실(25)의 공기압으로 다이어프램(42)이 압박되어 밸브 시트(44)가 핀(35)과는 반대 방향으로 변위한다. 이때, 밸브 시트(44)가 핀(35)으로부터 이격됨으로써, 포핏 밸브(26)가 폐쇄되고, 제1 기실(25)로의 공기 유입은 정지된다. 또한, 밸브 시트(44)가 핀(35)으로부터 이격되면, 밸브 시트(44)의 관통 구멍(48)이 개구되게 되어, 제1 기실(25) 내의 공기가 관통 구멍(48)을 통하여 제2 기실(43)에 유입되고, 이 제2 기실을 통하여 대기중에 배출된다. 이 때문에, 압력 조정용 볼트(53)의 조임량을 조정함으로써, 액추에이터에 공급되는 공기를 감압된 일정한 압력으로 제어할 수 있다.

이 실시형태에 따른 감압 밸브(21)는, 메인 스프링(41)의 스프링력(스프링 하중)을 축중심 부근에서 지지하는 부분[하부 시트(51)와 밸브 시트(44)의 결합 부분]에 베어링(52)이 개재되어 있다. 이 때문에, 밸브 시트(44)에 대한 하부 시트(51)의 이동을 베어링(52)이 허용하고, 메인 스프링(41)의 압축시 혹은 신장시의 거동이 베어링(52)에 의해 흡수되어 밸브 시트(44)에 전달되는 것을 막을 수 있다.

이 때문에, 밸브 시트(44)는, 메인 스프링(41)이 압축 혹은 신장할 때에 생기는 전술한 3개의 현상을 포함해서 메인 스프링(41)의 거동의 영향을 받기 어려워진다. 즉, 하부 시트(51)의 단부면의 경사(제1 현상)와, 스프링력의 불균일성(제2 현상)과, 트위스트에 의한 회전력의 발생(제3 현상)과, 메인 스프링(41)의 회전력을 받는 상부 시트(54)의 회전 마찰력 및 편심 등의 영향을 받지 않게 된다. 또한, 다이어프램(42)에 경사나 회전에 따르는 응력이 발생하는 것도 억제된다. 또한, 하부 시트(51)가 경사지거나 회전하기 때문에, 상부 시트(54)가 회전하거나 경사지는 것은 적어지고, 상부 시트(54)와 압력 조정용 볼트(53)의 접촉 부분의 마모와 압력 조정용 볼트(53)의 회전력이 저감된다.

따라서, 이 실시형태에 의하면, 메인 스프링(41)이 압축되거나 신장할 때의 거동의 영향을 받지 않기 때문에, 다이어프램(42)에 지지된 밸브 시트(44)가 정확하게 변위하게 되고, 관통 구멍(48)의 중심과 핀(35)의 축선 어긋남이 발생하지 않기 때문에, 배기 누설이나 조압 불량이 생기지 않는 공기압 제어 장치를 제공할 수 있다.

이 실시형태에 따른 감압 밸브(21)(공기압 제어 장치)는, 종래의 공기압 제어 장치에 베어링(52)을 장비하는 것만으로 큰 구조 변경이나 사이즈 확대를 수반하지 않고 실현하는 것이 가능하다. 또한, 하부 시트(51)의 작동 방향을 가이드로 규제하는 구성을 채용하는 경우와는 달리, 가이드부의 슬라이딩 저항, 마모나 슬라이딩부에 긁힘이 발생하는 경우도 없다.

이 실시형태에 따른 베어링(52)은, 경사와 회전을 허용하는 구면 미끄럼 베어링이다. 이 때문에, 메인 스프링(41)의 압축에 따라 생기는 경사와 회전이 모두 밸브 시트(44)에 전달되는 것을 막을 수 있다. 따라서, 이 실시형태에 의하면, 밸브 시트(44)가 항상 밸브체(32)의 축선을 따라서 변위하게 되므로, 배기 누설이나 조압 불량이 생기지 않는 공기압 제어 장치를 제공할 수 있다.

(제2 실시형태)

베어링은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 메인 스프링의 타단부를 지지하는 부분에도 설치할 수 있다. 도 3에 있어서, 도 1 및 도 2에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 관해서는, 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 적절하게 생략한다.

도 3에 나타내는 감압 밸브(71)는, 압력 조정용 볼트(53)와 상부 시트(72) 사이에 베어링(73)이 개재되어 있다.

베어링(73)은, 내륜(74)과, 이 내륜(74)이 감합하는 외륜(75)을 갖는 구면 미끄럼 베어링이다. 내륜(74)은, 압력 조정용 볼트(53)에 축선 방향으로의 이동이 규제되면서 회전 가능해지는 상태로 부착되어 있다. 외륜(75)은, 상부 시트(72)의 축심부에 감합 상태로 고정되어 있다. 이 실시형태에 따른 상부 시트(72)는, 하부 시트(51)와 동일하게 원판형으로 형성되어 있다. 이 실시형태에서는, 상부 시트(72)가 청구항 2에 기재된 발명에서 말하는 「압박 부재」에 해당한다.

또, 이 실시형태에 따른 베어링(73)을 압력 조정용 볼트(53)와 상부 시트(72)에 부착하는 부분의 구조와, 상부 시트(72)의 형상은, 도 3에 나타낸 예에 한정되지는 않고, 적절하게 변경할 수 있다.

이 실시형태에 의하면, 압력 조정용 볼트(53)에 대한 상부 시트(72)의 경사나 회전이 베어링(73)에 의해 흡수되고, 압력 조정용 볼트(53)에 대한 상부 시트(72)의 편심과 마모가 억제되기 때문에, 메인 스프링(41)의 압축 혹은 신장시의 거동의 영향을 한층 더 받기 어려운 공기압 제어 장치를 제공할 수 있다. 또한, 베어링(73)에 의해 마찰 저항이 감소하고, 압력 조정용 볼트(53)의 회전력을 저하시킬 수 있다.

전술한 각 실시형태에서는, 베어링(52, 73)으로서 내륜(61, 74)과 외륜(62, 75)을 갖는, 소위 레이디얼형의 구면 미끄럼 베어링을 사용하는 예를 나타냈다. 그러나, 구면 미끄럼 베어링은, 감압 밸브(21)의 일단측으로부터 타단측을 지향하는 방향을 향해 돌출된 구면과, 이 구면에 슬라이딩 가능하게 감합하는 오목한 곡면을 갖는, 소위 스러스트형의 것이어도 좋다.

또한, 베어링(52, 73)은 구름 베어링이어도 좋다. 이 구성을 채용하는 경우는, 메인 스프링(41)의 압축, 신장시에 생기는 회전력이 베어링(52, 73)에 의해 흡수되게 된다.

전술한 제1 및 제2 실시형태에 나타낸 감압 밸브의 용도로는, 이하의 (1)~(6)에 기재하는 바와 같은 용도가 있다.

(1) 공업 계기와 조절 밸브 등의 공기 공급(프로세서 제어용, 공조 제어용) 조정 밸브(밸브 포지셔너), 압력 발신기.

(2) 공기압 실린더, 모터 등의 구동 장치.

(3) 가스 분석 장치의 가스 송출 기구.

(4) 자동 공작 기계에서의 절단 부스러기 제거, 부품 세정, 공기 척.

(5) 도장용 스프레이건.

(6) 자동 조립 기계의 에어드라이버, 너트러너, 와이어랩핑, 철도 차량용 폐쇄 기계.

(제3 실시형태)

본 발명에 따른 조절 밸브의 일 실시형태를 도 4에 의해 상세히 설명한다. 도 4에 있어서, 도 1~도 3에 의해 설명한 것과 동일 혹은 동등한 부재에 관해서는, 동일한 부호를 붙이고 상세한 설명을 적절하게 생략한다.

도 4에 나타내는 조절 밸브(81)는, 밸브 본체(82)와, 이 밸브 본체(82)에 브래킷(83)을 통해 지지된 액추에이터(84)와, 브래킷(83)에 지지된 밸브 포지셔너(85)를 구비하고 있다.

밸브 본체(82)는, 밸브체(도시하지 않음)를 갖고 있다. 이 밸브체는, 구동축(86)을 통해 액추에이터(84)에 접속되어 있다.

액추에이터(84)는, 공기압에 의해 구동축(86)을 구동시키는 것이다. 공기압은, 밸브 포지셔너(85)로부터 공기관(87)을 통해 공급된다.

밸브 포지셔너(85)는, 전술한 제1 실시형태에서 나타낸 감압 밸브(21) 혹은 제2 실시형태에서 나타낸 감압 밸브(71)를 구비하고 있고, 이 감압 밸브(21)(71)에 의해 소정의 압력으로 감압된 공기가 공급된다. 감압 밸브(21)(71)는, 공기압 공급원(88)에 접속되어 있고, 이 공기압 공급원(88)으로부터 압력 공기가 공급된다.

밸브 포지셔너(85)는, 조절 밸브(81)의 현재의 개방도가 목표 개방도와 일치하도록, 액추에이터(84)에 공급하는 공기압의 크기를 제어한다. 즉, 이 조절 밸브(81)는, 감압 밸브(21)(71)를 구비한 밸브 포지셔너(85)에 의해 밸브 개방도 제어가 행해지는 것이다. 감압 밸브(21)(71)는, 전술한 바와 같이 압축 코일 스프링[메인 스프링(41)]의 거동의 영향을 받기 어렵고, 배기 누설이나 조압 불량이 없는 것이다.

따라서, 이 실시형태에 의하면, 개방도를 높은 정밀도로 제어할 수 있으면서 에너지의 손실이 적고, 조정 밸브의 동작 불량이 발생하지 않는, 신뢰성이 높은 조절 밸브를 제공할 수 있다.

전술한 실시형태에서는, 본 발명을 감압 밸브(21, 71)에 적용하는 예를 나타냈다. 그러나, 본 발명은 다른 공기압 제어 장치, 예컨대 액추에이터의 포지셔너에 사용되는 파일럿 릴레이 등에 적용할 수도 있다. 파일럿 릴레이에 본 발명을 적용하는 경우는, 조압 기구로서 제2 기실(43)에 압력 공기를 공급하고, 이 공기 압력으로 다이어프램(42)을 압박하는 것을 사용할 수 있다.

21, 71 : 감압 밸브 22 : 제1 하우징
23 : 제2 하우징 25 : 제1 기실(일측 기실)
32 : 밸브체 41 : 메인 스프링(압축 코일 스프링)
42 : 다이어프램 43 : 제2 기실(타측 기실)
44 : 밸브 시트 48 : 관통 구멍,
51 : 하부 시트(스프링 받침 부재) 52, 73 : 베어링
53 : 압력 조정용 볼트(조압 기구) 54 : 상부 시트(조압 기구)
72 : 상부 시트(압박 부재) 81 : 조절 밸브
85 : 밸브 포지셔너.

Claims

하우징에 지지되고, 하우징 내를 일측 기실(氣室)과 타측 기실로 구획하는 다이어프램과,
상기 다이어프램을 관통하는 상태로 상기 다이어프램에 지지되고, 상기 일측 기실과 상기 타측 기실을 연통하는 관통 구멍이 형성된 밸브 시트와,
상기 일측 기실에 배치되고, 상기 밸브 시트에 접촉 분리하여 상기 관통 구멍을 개폐하는 밸브체와,
상기 다이어프램에 상기 타측 기실측으로부터 가해지는 힘을 조정하는 조압(調壓) 기구와,
상기 타측 기실에 수용되고, 상기 밸브 시트에 설치된 스프링 받침 부재에 스프링력을 가하는 압축 코일 스프링
을 구비하고,
상기 밸브 시트와 상기 스프링 받침 부재 사이에 베어링이 개재되어 있고,
상기 베어링은, 상기 밸브 시트에 대한 상기 스프링 받침 부재의 경사와 회전을 허용하는 구면(球面) 미끄럼 베어링인 것인 공기압 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 조압 기구는,
상기 하우징에 나사 결합된 압력 조정용 볼트와,
상기 압축 코일 스프링에 있어서 상기 스프링 받침 부재와는 반대측의 단부에 접촉하는 압박 부재와,
상기 압력 조정용 볼트와 상기 압박 부재 사이에 개재된 베어링을 구비하는 것을 특징으로 하는 공기압 제어 장치.
삭제
제1항 또는 제2항에 기재된 공기압 제어 장치를 구비한 밸브 포지셔너에 의해 밸브 개방도 제어가 행해지는 조절 밸브.