KR102659296B1 - 축을 이용한 동력 전달 효율을 향상시킨 밸브 액추에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 밸브 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸브를 개폐 작동시키는 밸브 액추에이터에 있어서, 부품별 작동의 동력을 전달하는 구동축과 피동체 사이에 탄성 지지링이 개재되어 있는 밸브 액추에이터에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 밸브 액추에이터는, 구동축; 상기 구동축이 끼워져 결합되는 삽입부, 상기 삽입부의 내주면에서 상기 삽입부의 내경보다 큰 내경을 갖게 형성된 끼움홈을 구비한 피동체; 상기 끼움홈에 끼워져 결합하되, 원주방향을 따라 내측으로 돌출되어 상기 구동축의 외주면을 지지하는 복수개의 지지돌부를 구비한 탄성 지지링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

축을 이용한 동력 전달 효율을 향상시킨 밸브 액추에이터{ACTUATOR}

본 발명은 밸브 액추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 밸브를 개폐 작동시키는 밸브 액추에이터에 있어서, 부품별 작동의 동력을 전달하는 구동축과 피동체 사이에 탄성 지지링이 개재되어 있는 밸브 액추에이터에 관한 것이다.

점차로 고도화되는 산업 구조의 개편에 따라 전 산업 분야에 걸쳐, 기존의 개별적인 유인 관리 시스템에서 통합화되고, 무인화된 통합 운영체계로 발전을 함에 따라 이에 상응하여 효율적인 통환 운영체계의 구축이 이루어지고 있으며, 특히 유체의 흐름을 제어하는 밸브 관련 부분에서는 효율적인 제어가 가능한 자동 밸브 및 각종 자동 유량 제어장치의 보급이 급속도로 이루어지고 있다.

이러한 자동 밸브 및 자동 유량 제어장치에 사용되는 전동 액추에이터는 밸브 및 조절용 댐퍼 등을 자동화하는데 꼭 필요한 구동장치로써, 제어부와 부속적인 기어장치, 모터, 각 부품으로 동력을 전달하는 동력 전달수단 등으로 구성되어 있다.

이때 전동 액추에이터의 동력 전달수단의 경우 구동축과 피동체의 끼움 결합으로, 구동체의 동력이 피동체로 전달된다.

밸브 자동 개폐에 직접 관여하는 모터와 웜 사이의 동력 전달 구조를 대표하여 설명하면, 모터 샤프트가 웜 샤프트에 끼워져 결합하며 동력 전달을 위해 모터 샤프트와 웜 샤프트 사이에 키가 끼워져 있다.

그런데 이와 같이 키를 끼워서 모터 샤프트와 웜 샤프트를 서로 연결하였을 때 두 샤프트의 센터가 조금만 벗어나더라도 소음 및 진동이 크게 발생하고 동력 전달 효율이 떨어지는 단점이 있다.

특히 종래에는 모터 샤프트와 웜 샤프트를 견고하게 끼워서 결합하기 위해, 모터 샤프트에 펀칭 작업을 하였는데, 펀칭 작업이 균일하지 않으면서 센터가 틀어져 상기한 단점이 더욱 자주 발생하는 문제점이 있었다.

참고로 전동 액추에이터에 관한 종래 기술로써, 등록특허 10-1415907 등이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 구동축이 끼워져 결합하는 피동체의 삽입부에 키와 별도로 장착되는 탄성 지지링을 개재하여 구동축의 센터를 잡아줘 구동축과 피동체가 동일선 상으로 연결되게 하는 밸브 액추에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 밸브 액추에이터는,

구동축;

상기 구동축이 끼워져 결합되는 삽입부, 상기 삽입부의 내주면에서 상기 삽입부의 내경보다 큰 내경을 갖게 형성된 끼움홈을 구비한 피동체;

상기 끼움홈에 끼워져 결합하되, 원주방향을 따라 내측으로 돌출되어 상기 구동축의 외주면을 지지하는 복수개의 지지돌부를 구비한 탄성 지지링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 밸브 액추에이터에서,

상기 지지돌부는 2개가 이격하여 한 세트를 이루고, 각 지지돌부 세트가 방사상 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 밸브 액추에이터에서,

상기 지지돌부는 사다리꼴 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 밸브 액추에이터에서,

상기 탄성 지지링은 일부가 단절되어 양 측단부가 외측으로 벌어지는 탄성력이 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 밸브 액추에이터는,

피동체에 탄성 지지링을 장착 후 구동축을 끼우는 것만으로 별도의 센터 맞춤 작업 없이도 구동축과 피동체의 결합이 완료되어, 액추에이터의 조립 및 분해 작업이 편리하고, 특히 구동축과 피동체의 센터 맞춤으로 소음 및 진동을 저감시킬 수 있으며, 동력의 전달 효율을 향상시킬 수 있고,

세트 당 2개씩 이루어진 지지돌부가 방사상 배열되어 구동축을 균일하게 잡아주어 결합 후 틀어짐이 발생하지 않으며,

사다리꼴 단면 구조를 통해 지지돌부의 파손을 예방할 수 있으면서,

탄성 지지링의 단절 구조로 탄성력을 보강하면서 키 결합을 가능하게 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 액추에이터 및 요부 확대도.
도 2는 본 발명의 요부 확대도.
도 3은 본 발명의 탄성 지지링을 도시한 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 게시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 밸브 액추에이터를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 1을 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

이하에서는 본 발명에 따른 밸브 액추에이터를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 모터에 의해 밸브가 회전하여 개폐되는 밸브 액추에이터에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명은,

구동축(10);

상기 구동축(10)이 끼워져 결합되는 삽입부(21), 상기 삽입부(21)의 내주면에서 상기 삽입부(21)의 내경보다 큰 내경을 갖게 형성된 끼움홈(22)을 구비한 피동체(20);

상기 끼움홈(22)에 끼워져 결합하되, 원주방향을 따라 내측으로 돌출되어 상기 구동축(10)의 외주면을 지지하는 복수개의 지지돌부(31)를 구비한 탄성 지지링(30)을 포함한다.

본 발명은 액추에이터에서 동력을 전달하는 축 기능을 하는 구조이면 어느 곳에도 적용 가능하다.

일례로 도 1에는 모터(M)의 동력을 웜샤프트(20A)로 전달하여 웜(W)과 웜휠(WH)이 치합된 웜 감속기를 통해 밸브가 90도 회전하여 개폐되는 실시예가 도시되어 있다.

도 1을 참고하면, 상기 구동축(10)은 모터 샤프트(10A)로 구성되고, 상기 피동체(20)는 웜 샤프트(20A)로 구성된다.

상기 모터 샤프트(10A)의 단부가 끼워져 키(K)로 결합되는 삽입부(21)가 상기 웜 샤프트(20A)의 단부 상에 홈 형상으로 형성되어 있으며, 상기 삽입부(21)의 내주면 일측단에 상기 끼움홈(22)이 형성되어 있다.

상기 모터 샤프트(10A)는 상기 웜 샤프트(20A)의 삽입부(21)에 끼워져 키(K)로 고정되어, 상기 웜 샤프트(20A)로 동력을 전달하며, 이때 상기 끼움홈(22)에 끼워진 탄성 지지링(30)이 내측으로 탄성력을 발휘하여, 지지돌부(31)들이 모터 샤프트(10A)의 외주면에 접촉하면서 모터 샤프트(10A)를 정중앙에 위치하게 하여, 모터 샤프트(10A)와 웜 샤프트(20A) 사이의 센터가 맞춰지게 된다.

다른 일례로 도 2의 하부 확대 도면에는 포인트 샤프트(10B)의 회전력을 포인트 캠(20B)에 전달하여, 밸브 개폐 시 포인트 캠(20B)이 회동하면서 리미트 스위치(L)에 센싱되는 실시예가 도시되어 있다.

도면을 참고하면, 상기 구동축(10)은 포인트 샤프트(10B)로 구성되고, 상기 피동체(20)는 포인트 캠(20B)으로 구성된다.

상기 포인트 샤프트(10B)가 관통하여 끼워지는 삽입부(21)가 상기 포인트 캠(20B)의 양면을 관통하여 홀 형상으로 형성되어 있으며, 상기 삽입부(21)의 내주면 일측단에 상기 끼움홈(22)이 형성되어 있다.

상기 포인트 샤프트(10B)는 상기 포인트 캠(20B)의 삽입부(21)에 끼워져 지지돌부(31)의 마찰력에 의해 고정이 이루어져, 포인트 캠(20B)으로 동력을 전달하며, 이때 상기 끼움홈(22)에 끼워진 탄성 지지링(30)이 내측으로 탄성력을 발휘하여, 지지돌부(31)들이 포인트 샤프트(10B)의 외주면을 정중앙으로 잡아줘 모터 샤프트(10A)와 웜 샤프트(20A) 사이의 센터가 맞춰지게 된다.

이때 -자 드라이버와 같은 롱 노즈 툴을 사용하여 포인트 캠(20B)을 원하는 각도로 회전시켜 조정하면 탄성 지지링(30)에 의해 그 위치가 고정됨에 따라 포인트 캠(20B)의 세팅이 완료되며, 진동 등에 의해 포인트 샤프트(10B)와 포인트 캠(20B)의 결합이 풀리거나 헐거워지지 않게 된다.

또 다른 일례로 도 2의 상부 확대 도면에는 포인트 샤프트(10B)의 회전력을 포인트 샤프트 기어(20C)에 전달하여 밸브 개폐 시 포텐셜미터 기어(42)가 포인트 샤프트 기어(20C)에 의해 회전하는 실시예가 도시되어 있다.

도면을 참고하면, 상기 구동축(10)은 포인트 샤프트(10B)로 구성되고, 상기 피동체(20)는 포인트 샤프트 기어(20C)로 구성된다.

상기 포인트 샤프트(10B)가 관통하여 끼워지는 삽입부(21)가 상기 포인트 샤프트 기어(20C)의 양면을 관통하여 홀 형상으로 형성되어 있으며, 상기 삽입부(21)의 내주면 일측단에 상기 끼움홈(22)이 형성되어 있다.

상기 포인트 샤프트(10B)는 상기 포인트 샤프트 기어(20C)의 삽입부(21)에 끼워져 지지돌부(31)의 마찰력에 의해 고정이 이루어져, 포인트 샤프트 기어(20C)를 거쳐 포텐셜미터 기어(42)로 동력을 전달하며, 이때 상기 끼움홈(22)에 끼워진 탄성 지지링(30)이 내측으로 탄성력을 발휘하여, 지지돌부(31)들이 포인트 샤프트(10B)의 외주면을 정중앙으로 잡아줘 모터 샤프트(10A)와 웜 샤프트(20A) 사이의 센터가 맞춰지게 된다.
그리고 포텐셜미터(40)는 액추에이터 하우징에 고정, 결합되는 장착판(50)에 결합되어 있다.
상기 장착판(50)은 끝단부에 상기 포인트 샤프트(10B)가 걸리는 고리부(51)가 형성되어 있으며, 상기 고리부(51)와 대향하는 위치에서 장착판(50)의 일부가 돌출되게 절곡된 걸림부(52)가 형성되어 있다.
상기 장착판(50)은 오므림 방향으로 탄성력을 발휘하는 토션스프링(53)을 더 포함하여,
상기 토션스프링(53)의 다리부 중 하나가 상기 포인트 샤프트(10B)에 걸리고 상기 토션스프링(53)의 다리부 중 다른 하나가 상기 걸림부(52)에 걸려서, 상기 포인트 샤프트(10B)을 상기 장착판(50) 상에 결속시켜 축 및/또는 기어 연결구조가 틀어지는 것을 방지한다.

상기 탄성 지지링(30)을 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탄성 지지링(30)의 지지돌부(31)는 2개가 이격하여 한 세트를 이루고, 각 지지돌부(31) 세트가 방사상으로 배열되어 있다.

이때 각 지지돌부(31) 세트에서의 지지돌부(31)들 간 너비는, 인접한 지지돌부(31) 세트들 사이의 너비보다 더 좁게 형성되며, 도면에서는 4개의 지지돌부(31) 세트가 일정 간격으로 배열됨에 따라 총 8개의 지지돌부(31)가 돌출되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이러한 지지돌부(31)는 샤프트의 길이방향으로 길게 형성된 장방형으로 이루어지며, 특히 각 지지돌부(31)가 사다리꼴 단면 구조를 갖는다.

여기서 사다리꼴 단면 구조란, 지지돌부(31)를 수직방향으로 잘랐을 때의 단면은 물론, 지지돌부(31)를 수평방향으로 잘랐을 때의 단면을 포함하는 개념이다.

이에 각 지지돌부(31)는 탄성 지지링(30)의 내주면에서 내측 끝단부로 갈수록 상하좌우 너비가 점감하는 형태의 사다리꼴 단면 구조를 갖게 된다.

또한 상기 탄성 지지링(30)은 일부가 단절되어 양 측단부가 외측으로 벌어지는 탄성력이 발생한다.

이에 상기 탄성 지지링(30)을 상기 끼움홈(22)에 끼우면 탄성 지지링(30)이 오므려지면서 탄성력이 발생함에 따라 탄성 지지링(30)의 외주면이 끼움홈(22)의 내주면에 완전 밀착된다.

이에 각 지지돌부(31)는 끼움홈(22)의 내주면에 대하여 내측 동일한 높이로 돌출되면서 방사상 배열되며, 이 상태에서 상기 구동축(10)을 삽입부(21)를 통해 상기 탄성 지지링(30)에 끼우면, 모든 지지돌부(31)가 상기 구동축(10)의 외주면에 동시 접촉하면서 잡아주게 되어, 결국 구동축(10)과 피동체(20)의 센터가 자동으로 맞춰지게 된다.

이때 상기 탄성 지지링(30)의 단절부(32)에 키(K)가 삽입되어 위치하게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 밸브 액추에이터를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 구동축 10A : 모터 샤프트
10B : 포인트 샤프트
20 : 피동체 20A : 웜 샤프트
20B : 포인트 캠 20C : 포인트 샤프트 기어
21 : 삽입부 22 : 끼움홈
30 : 탄성 지지링 31 : 지지돌부
32 : 단절부
M : 모터 W : 웜
WH : 웜휠
K : 키

Claims (4)

1. 구동축(10);
   상기 구동축(10)이 끼워져 결합되는 삽입부(21), 상기 삽입부(21)의 내주면에서 상기 삽입부(21)의 내경보다 큰 내경을 갖게 형성된 끼움홈(22)을 구비한 피동체(20);
   상기 끼움홈(22)에 끼워져 결합하되, 원주방향을 따라 내측으로 돌출되어 상기 구동축(10)의 외주면을 지지하는 복수개의 지지돌부(31)를 구비한 탄성 지지링(30)을 포함하고,
   상기 구동축(10)은 포인트 샤프트(10B)로 구성되고,
   상기 피동체(20)는 포인트 샤프트 기어(20C)로 구성되며,
   상기 포인트 샤프트(10B)의 일측에 축설되는 회전감지축(41)과, 상기 회전감지축(41)에 결합되고 상기 포인트 샤프트 기어(11)에 치합되어 있는 포텐셜미터 기어(42)를 구비한 포텐셜미터(40)를 더 포함하고,
   상기 포텐셜미터(40)는 액추에이터 하우징에 고정, 결합되는 장착판(50)에 결합되어 있고,
   상기 장착판(50)은 끝단부에 상기 포인트 샤프트(10B)가 걸리는 고리부(51)가 형성되어 있으며, 상기 고리부(51)와 대향하는 위치에서 장착판(50)의 일부가 돌출되게 절곡된 걸림부(52)가 형성되어 있고
   상기 장착판(50)은 오므림 방향으로 탄성력을 발휘하는 토션스프링(53)을 더 포함하여,
   상기 토션스프링(53)의 다리부 중 하나가 상기 포인트 샤프트(10B)에 걸리고 상기 토션스프링(53)의 다리부 중 다른 하나가 상기 걸림부(52)에 걸려서, 상기 포인트 샤프트(10B)를 상기 장착판(50) 상에 결속시키는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지돌부(31)는 2개가 이격하여 한 세트를 이루고, 각 지지돌부(31) 세트가 방사상 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 지지돌부(31)는 사다리꼴 단면 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
   
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탄성 지지링(30)은 일부가 단절되어 양 측단부가 외측으로 벌어지는 탄성력이 발생하는 것을 특징으로 하는 밸브 액추에이터.
   
   

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