KR19980032212A - 토글밸브(Ｔｏｇｇｌｅ Ｖａｌｖｅ) - Google Patents

토글밸브(Ｔｏｇｇｌｅ Ｖａｌｖｅ) Download PDF

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KR19980032212A
KR19980032212A KR1019970031131A KR19970031131A KR19980032212A KR 19980032212 A KR19980032212 A KR 19980032212A KR 1019970031131 A KR1019970031131 A KR 1019970031131A KR 19970031131 A KR19970031131 A KR 19970031131A KR 19980032212 A KR19980032212 A KR 19980032212A
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키소사다시
후지쿠라고무코교가부시끼가이샤
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Abstract

토글밸브는 밸브본체를 밸브대를 향하거나 밸브대로부터 이탈하는 방향으로 움직이는 밸브축과, 밸브축으로부터 분리된 작동부재와, 밸브축에 의해 지지되고 밸브축의 축선을 가로지르지 않고 밸브축의 미끄럼운동방향에 직교하는 방향으로 뻗어있는 축들을 구비한 밸브축롤러들과, 밸브축에 인접한 작동부재의 단부상에 형성된 경사면과, 경사면 및 밸브축롤러들과 접촉하도록 작동부재의 경사면과 밸브축롤러들 사이에 배치된 중간롤러들을 포함하고 있다.
경사면, 중간롤러들 및 밸브축롤러들은 경사면, 중간롤러부재들 및 밸브축롤러부재들을 통해 밸브축을 이동하기 위하여 작동부재가 밸브축을 향해 단위움직임으로 이동될 때, 밸브축이 작동부재의 단위변위량보다 적게 움직이는 구조로 배열되어져 있다.

Description

토글밸브(Ｔｏｇｇｌｅ Ｖａｌｖｅ)
본 발명은 작동력이 증가되어 밸브본체를 작동시키는 밸브축에 전달되는 토글밸브(고압력밸브)에 관한 것이다.
현재까지 여러가지 다양한 형태의 토글밸브들이 알려져 있다. 그러나, 알려진 토글밸브들은 대형이고, 또 그 부품들은 대단히 높은 정밀도의 가공이 요구되어져 왔다. 더우기, 종래의 토글밸브들은 장기간 안정된 성능을 유지하기가 곤란한 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 간단한 구조이면서도 더 오랜기간동안 안정된 작동을 할 수 있는 토글밸브를 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄형 토글밸브의 종단면도로서, 폐쇄위치를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄형 토글밸브의 종단면도로서, 개방위치를 도시하고 있다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 토글밸브의 테이퍼진면, 중간롤러부재 및 밸브축롤러부재의 위치관계를 보여 주기 위한 사시도이다.
도 4는 도 3에 도시한 것과는 다른 테이퍼진면을 구비한 토글밸브의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개방형 토글밸브의 종단면도로서, 개방위치를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 폐쇄형 토글밸브의 종단면도로서, 폐쇄위치를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 폐쇄형 토글밸브의 종단면도로서, 개방위치를 도시하고 있다.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 …… 유로블럭 12, 13 …… 유로접속구
14 …… 밸브접속구 15 …… 환상밸브대
16 …… 금속격판 18 ……개폐밸브본체
21 …… 하우징 22 …… 밸브축
24 …… 밸브축조립체 24a …… 압축스프링
26 …… 작동부재 27 …… 작동축
28 …… 피스톤부재 29 …… 스프링 수납 피스톤부재
30 …… 고정격벽 32 …… 고정멈춤판
35 …… 개폐제어밸브 36 …… 파일럿 압력원
37 …… 압축스프링
위와같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 하우징에 의해 미끄럼 가능하게 지지되고, 밸브본체를 밸브대로부터 그리고 밸브대를 향하여 움직이는 밸브축;
상기 밸브축의 축선과 평행한 방향으로 가동될 수 있도록 하우징에 의해 지지되고, 상기 밸브축으로부터 분리된 작동부재;
상기 밸브축에 의해 지지되고, 밸브축의 축선을 가로지르지 않고 밸브축의 미끄럼이동방향에 직교하는 방향의 축선을 갖는 축을 구비한 밸브축롤러부재;
상기 밸브축에 인접한 작동부재의 단부에 형성된 경사면; 및
상기 밸브축롤러부재의 축선에 평행하게 뻗어있는 축을 구비하고, 경사면과 밸브축롤러부재와 접속하기 위하여 상기 작동부재의 경사면과 밸브축롤러부재 사이에 구성된 중간롤러부재를 포함하는 토글밸브를 제공하는 것이다.
상기 경사면, 중간롤러부재 및 밸브축롤러부재는 경사면, 중간롤러부재 및 밸브축롤러부재를 통해 밸브대를 향하여 밸브축을 이동시키기 위하여 작동부재가 밸브축을 향하여 단위움직임으로 이동될 때, 밸브축이 상기 작동부재의 단위움직임보다 작게 움직이는 구조로 배열되어 있다.
이 토글밸브는 밸브축의 축선을 중심으로 회전대칭위치로 구성된 복수의 밸브축롤러들과 중간롤로부재들을 더 포함하고 있다.
밸브축과 밸브축롤러부재들은 밸브축조립체를 포함하고, 밸브축은 작동부재와 동일축선에 있다.
밸브축을 향하여 작동부재를 움직이는 힘은 스프링에 의해 생성될 수 있고, 밸브축으로부터 이탈하는 방향으로 작동부재를 움직이는 힘은 유체압력에 의해 생성된다.
또한, 밸브축을 향하여 작동부재를 움직이는 힘은 유체압력에 의해 생성될 수 있고, 밸브축으로부터 이탈하는 방향으로 작동부재를 움직이는 힘은 스프링에 의해 생성될 수도 있다.
경사면은 원추표면 또는 쐐기형표면으로 제작될 수 있다.
이하에서, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐쇄형토글밸브의 종단면도를 도시하고 있다. 유로블럭(11)은 동일축선상에 배열된 한쌍의 유로접속구들(12, 13)과, 유로접속구들(12, 13)의 축에 직교하는 밸브접속구(14)를 구비하고 있다.
유로접속구들(12, 13)은 내부에 밸브접속구(14)속으로 개방된 유로들(12a, 13a)을 각각 형성하고 있다. 유로(12a)의 개구단에는 환상밸브대(臺 ; 15)가 설치되어 있다.
밸브접속구(14)는 환상밸브대(15)와 유로(13a)의 개구단을 덮고 있는 원판상의 금속격판(16)과, 이 금속격판(16)의 주연부를 파지하는 리테이너(retainer，17)와, 이 리테이너(17)에 의해 이동이 자유롭도록 지지된 개폐밸브본체(18)를 구비하고 있다.
이 실시예에 있어서, 유로(12a)는 고압력유체를 공급하는데 적합하게 되어있고, 환상밸브대(15)는 금속격판(16)의 중앙에 위치하고 있다. 밸브본체(18)는 금속격판(16)의 중앙부로부터 또는 중앙부로 향하여 움직일 수 있도록 되어있다. 밸브본체(18)가 유로(12a)내의 고압력유체에 대항하여 그리고 환상밸브대(15)에 대항하여 압력을 받을 때, 유로들(12a, 13a)사이의 유체연결이 금속격판(16)에 의해 차단된다.
토글밸브(20)의 하우징(21)중 하부하우징(21a)은 밸브접속구(14)의 외주면에 형성된 외부나선(14a)에 의해 밸브접속구(14)의 외주면에 결합되어져 있다. 하우징(21)은 하부하우징(21a)과, 록킹링(21c)에 의해 하부하우징(21a)에 결합된 상부하우징(21b)로 구성된다.
밸브축조립체(24), 한쌍의 중간롤러들(25) 및 작동부재(26)가 도 1 및 도 2에서 하부로부터 순서대로 하우징(21)내에 가동부품들로서 삽입되고 지지되어 있다. 밸브축조립체(24)는 밸브본체(18)를 환상밸브대(15)로부터 그리고 환상밸브대(15)를 향하여 움직이는 밸브축(22)과, 한쌍의 밸브축롤러부재들(23)로 구성되어 있다. 밸브축롤러부재(23)는 각각 중심부에 삽입된 축(23b)을 갖는 롤러(23a)를 구비하고 있다.
롤러축(23b)은 밸브축(22)에 직교하고 일체로 구성된 지지판(22a)에 의해 지지되어진다. 밸브축롤러부재들(23) [롤러축(23b)]은 서로 평행하고, 밸브축(22)의축선상에 대하여 대칭으로 배치되어있다. 밸브축롤러부재들(23) [롤러축(23b)]은 밸브축(22)을 가로지르지는 않지만 밸브축(22)의 축선에 직교하도록 뻗어있다. 밸브축 조립체(24)는 밸브축(22)이 금속격판(16)으로부터 멀어지는 방향으로 움직이도록 압축스프링(24a)에 의해 수축되어져 있다.
작동부재(26)는 밸브축(22)과 같은 축의 작동축(27)과, 작동축(27)의 중간부위에 일체로 연결된 피스톤부재(28) 및 작동축(27)의 상단부에 일체로 연결된 스프링수납피스톤부재(29)로 구성되어있다. 피스톤부재(28)는 하우징(21)내에 피스톤부재(28)와 고정격벽(30)사이에 하나의 밸브개방압력실(31a)을 형성한다. 스프링수납피스톤부재(29)는 피스톤부재(29)와 고정멈춤판(32)사이에 다른 밸브개방압력실(31b)을 형성한다. 도 1에 있어서 피스톤부재(28)의 상향이동같은 피스톤부재(28)가 멈춤판(32)에 접촉할 때 하우징(21)내에 있는 고정멈춤판(32)에 의해 제한된다. 파일럿압력(P)이 파일럿압력원(36)에 의해 개폐제어밸브(35), 상부하우징(21b)의 파일럿압력유도구(34) 및 작동축(27)내에 형성된 방사로(33b) 및 축로(33a)를 통해 밸브개방압력실들(31a, 31b)에 미친다.
압축스프링(37)은 작동부재(26)가 밸브축조립체(24)를 향하여 계속적으로 수축되도록 스프링수납피스톤부재(29)와 상부하우징(21b) 사이에 제공되어진다. 경사면부(27a)가 작동부재(26)의 작동축(27)의 전단(도 1의 하단부)에 형성되어져 있다. 한쌍의 중간롤러들(25)은 경사면부(27a)와 밸브축조립체(24)의 밸브축롤러부재들(23)사이에 제공된다. 경사면(27a)은 도 3에 도시된 바와같은 원추면(27a1)으로 형성될 수도 있고, 또는 도 4에 도시한 바와같이 한쌍의 사행판면(斜行板面, 27a2)으로 이루어진 쐐기형표면으로 형성될 수도 있다. 압축스프링(37)은 압축스프링(24a)보다 충분히 더 강하다.
중간롤러들(아이들 롤러부재)(25)는 각각 롤러축(25b)을 내장한 롤러(25a)를 구비하고 있다. 롤러들(25a)은 회전하면서도 축선방향으로 움직이지 않도록 고정격벽(30)의 하단부에 형성된 홈(30a)에 수납되어져 있다. 롤러축들(25b)은 고정격벽(30)의 하부안내면(30b)위에 회전 및 미끄럼이 가능하도록 지지되어져 있다. 아이들 롤러부재들(25)은 밸브축롤러들(23)과 평행하고, 작동축(27)의 경사면(27a)과 밸브축롤러부재들(23) 사이에 위치한다. 작동부재(26)에 작용하는 밸브폐쇄하향압력이 경사면(27a), 중간롤러들(25), 밸브축롤러부재들(23) 및 지지판(22a)을 통해 밸브축(22)에 전달된다. 밸브축롤러부재들(23) 및 중간롤러들(25)은 예를 들면, 저렴하면서도 고정밀도를 갖고 상업적으로 획득가능한 니들베어링으로 제조될 수 있다.
작동축(27)의 경사면(27a)의 경사각과, 중간롤러들(25) 및 밸브축롤러부재들(23)의 외직경 및 초기위치 [즉, 밸브본체(18)가 환상밸브대(15)로부터 멀어지는 때의 위치]는 다음과 같이 결정된다. 즉, 작동부재(26)가 밸브축조립체(24)를 향하여 단위 이동량으로 이동할 때, 뒤따라서 밸브축(22)이 경사면(27a), 중간롤러들(25) 및 밸브축롤러부재들(23)을 통하여 환상밸브대(15)를 향하여 이동하고, 밸브축(22)은 작동부재(26)의 단위이동량보다 적은 이동량으로 이동된다.
이 실시예에서, 예를들어, 축방향으로 작동부재(26)의 이동량(M1) 대 축방향으로 밸브축(22)의 이동량(M2)에 대하여 수식으로 표현하면, M1: M2= 1 : 0.2 또는 1 : 0.1 이다. 어떠한 작동상태에서도 중간롤러들(25)은 경사면(27a) 및 밸브축롤러부재들(23)과 접촉하며, 작동부재(26)가 밸브축조립체(24)를 향하여 최하단 위치까지 이동될 때 중간롤러들(25)의 축은 밸브축(22)의 방사방향내에서 결코 밸브축롤러부재들(23)의 축선 바깥쪽에 위치되지는 않는다.
상술한 바와같은 토글밸브의 작동을 보다 구체적으로 설명한다. 밸브개방압력실들(31a, 31b)에 파일럿 압력이 유도되지 않을 때, 작동부재(26)는 압축스프링(37)에 의해 밸브축조립체(24)를 향하여 움직인다. 작동부재(26)의 이동에 기인한 밸브폐쇄력이 작동축(27)의 경사면(27a), 중간롤러들(25) 및 밸브축롤러부재들(23)을 통해 밸브축(22)에 전달된다. 따라서, 밸브축(22)은 밸브본체(18)를 환상밸브대(15)를 향하여 이동시킨다. 결론적으로, 유로(12a)는, 도 1에 도시한 바와같이, 금속격판(16)에 의해 유로(13a)로부터 차단된다. 즉, 밸브는 정상적으로 폐쇄된다.
작동부재(26)의 밸브폐쇄력이 경사면(25)과, 중간롤러들(25) 및 밸브축롤러부재들(23)을 통하여 밸브축(22)에 전달될 때, 밸브축(22)의 이동량이 작동부재(26)의 단위이동량보다 적기 때문에, 압축스프링(37)으로 부터의 작은 스프링힘에 의해서도 강한 밸브폐쇄력을 얻을 수가 있다. 상기에 언급된 실시예들에서, 압축스프링의 스프링력에 비하여 5내지 10배의 밸브폐쇄력이 얻어진다.
밸브를 개방하기 위하여, 개폐제어밸브(35)가 파일럿압력원(36)으로 부터 파일럿압력을 축로(33a) 및 작동축(27)의 방사로(33b)를 통하여 밸브개방실들(31a, 31b)로 유도하기 위하여 개방된다. 파일럿압력이 압축스프링(37)의 스프링력을 초과할 때 작동부재(26)의 상방향움직임이 개시되고, 이어서 밸브본체(18)를 폐쇄위치로 유지하던 힘은 사라진다. 여기서, 유로들(12a, 13a) 사이에 유체가 연통될 수 있도록 하기 위하여 (도 2), 유로(12a)내의 압력에 기인하여 금속격판(16)의 변형이 발생한다.
상기의 실시예는 밸브폐쇄력이 압축스프링에 의하여 발생되는 일반적인 폐쇄형밸브에 적용된다. 본 발명은 밸브폐쇄력이, 도 5에 도시한 바와같이, 파일럿압력에 의해 발생되는 일반적인 개방형밸브에 적용되어질 수도 있다. 도 5에서는, 도 1 및 도 2에 개시된 바와같은 압축스프링(37)은 없고, 도 1 및 도2에서 압축스프링(37)을 지지하는 챔버(31′)가 파일럿압력실로서 작용한다. 파일럿압력이 파일럿압력실들(31′, 31″)에 유입될 때, 작동부재(26)는 밸브를 폐쇄하기 위하여 밸브축(22)을 향하여 움직인다. 도 5에 도시된 제 2실시예에서, 압축스프링(37R)이 예를들면, 밸브개방력을 얻기 위하여 도 1 및 도 2에 도시한 파일럿압력실(31a)내에 제공되어 진다.
비록 밸브축(22)과 밸브본체(18)가 상기 실시예들에서는 분리된 조각들로 만들어져 있으나, 단일조각으로 만들 수도 있다. 밸브본체(18)와 환상밸브대(15) 사이의 금속격판(16)과 같은 중간부재의 존부는 유로들(12a, 13a)을 통해 공급되는 유체의 종류나 특성에따라 결정되어진다. 더우기, 비록 밸브조립체(24)가 상기 실시예들에서 한쌍의 밸브축롤러부재들(23)로 제공되어져 있지만, 적어도 둘 이상의 밸브축롤러부재들이 원주방향으로, 바람직하기로는 축(22)의 둘레에 등각거리로 공간을 두고 제공될 수도 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주고 있다. 이 실시예는 도 1 내지 도 4의 실시예와 비교하여 다음과같은 점들이 상이하다. 도 1 및 도 2의 실시예에 있는 이중피스톤 대신에 단일피스톤(29)이 채용되어져 있다. 즉, 도 1 및 도 2에서의 피스톤(28)이 없다. 작동축의 면 (27a)의 경사각이 도 1 내지 도 4에 도시된 것 보다는 적다. 즉, 경사면(27a)은 마치 작동부재(27)의 큰 움직임이 비교적 밸브축롤러부재(23)의 적은 움직임을 가져올 수 있는 형태로 배열되어져 있다. 여기서, 보다 큰 힘이 밸브를 폐쇄하기 위하여 얻어질 수 있다.
상기의 기재들로부터 이해할 수 있는 바와같이, 본 발명에 따른 토글메카니즘은 작동부재의 경사면부와, 중간롤러들 및 밸브축롤러들에 의하여 실현된다. 비교적 저렴하며 정밀하게 제조될 수 있으며 상업적으로 획득가능한 니들베어링(Needle Bearings)이 롤러로서 사용되어질 수 있다. 이처럼, 저렴하고, 신뢰성이 있으며 수명이 오래가는 토글밸브가 제공될 수 있다.

Claims (8)

  1. 하우징에 의해 미끄럼 가능하게 지지되고, 밸브본체를 밸브대로부터 그리고 밸브대를 향하여 움직이는 밸브축;
    상기 밸브축의 축선과 평행한 방향으로 가동될 수 있도록 하우징에 의해 지지되고, 상기 밸브축으로부터 분리된 작동부재;
    상기 밸브축에 의해 지지되고, 밸브축의 축선을 가로지르지않고 밸브축의 미끄럼이동방향에 직교하는 방향의 축선을 갖는 축을 구비한 밸브축롤러부재;
    상기 밸브축에 인접한 작동부재의 단부에 형성된 경사면; 및
    상기 밸브축롤러부재의 축선에 평행하게 뻗어있는 축을 구비하고, 경사면과 밸브축롤러부재와 접촉하기 위하여 상기 작동부재의 경사면과 밸브축롤러부재 사이에 구성된 중간롤러부재를 포함하고;
    상기 경사면, 중간롤러부재 및 밸브축롤러부재는 경사면, 중간롤러부재 및 밸브축롤러부재를 통해 밸브대를 향하여 밸브축을 이동시키기 위하여 작동부재가 밸브축을 향하여 단위움직임으로 이동될 때, 밸브축이 상기 작동부재의 단위움직임 보다 작게 움직이는 구조로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 토글밸브.
  2. 제 1항에 있어서, 복수의 밸브축롤러부재들 및 복수의 중간롤러부재들이 상기 밸브축의 축선을 중심으로 회전대칭위치로 구성된 것을 특징으로 하는 토글밸브.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 밸브축과 상기 밸브축롤러부재들은 밸브축조립체를 포함하는 것을 특징으로 하는 토글밸브.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 밸브축은 상기 작동부재에 동일축선에 있는 것을 특징으로 하는 토글밸브.
  5. 제 1항에 있어서, 밸브축을 향하여 상기작동부재를 움직이는 힘은 스프링에 의하여 생성되고, 밸브축으로부터 이탈하는 방향으로 상기 작동부재를 움직이는 힘은 유체압력에 의해 생성되는 것을 특징으로하는 토글밸브.
  6. 제 1항에 있어서, 상기밸브축에 가까이 상기 작동부재를 움직이는 힘은 유체압력에 의해 생성되고, 상기 밸브축으로부터 이탈하는 방향으로 상기 작동부재를 움직이는 힘은 스프링에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 토글밸브.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 경사면은 원추형 표면을 구비한 것을 특징으로 하는 토글밸브.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 경사면은 쐐기형 표면을 구비한 것을 특징으로 하는 토글밸브.
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