KR20010067424A - 서보모터 작동 로타리 바이패스밸브 - Google Patents

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Abstract

포트 주위에 볼록-오목형 씰을 갖는, 단일 입구와 제1 및 제2출구로 된 원통형 밸빙챔버가 구비된 밸브본체를 갖는 모터 부착 바이패스밸브를 공개한다. 부분 원통형 밸빙 표면을 갖는 로타리 밸빙부재를 상기 밸빙챔버내에 배치하는데, 밸빙 표면은 상기 페이스 씰과 접촉하게 된다. 이어서, 스핀 용접을 통해 모터 하우징을 밸브본체에 용접함으로써, 밸빙부재의 반쪽 축이 모터 하우징내로 연장되고 O-링에 의해 밀봉된 상태로 하여 상기 밸빙챔버를 밀봉한다. 반쪽 축을 상기 모터 및 기어 트레인을 하우징내로 조립한다. 용접을 통해 모터 하우징 위에 커버를 덮어 씌운다.

Description

서보모터 작동 로타리 바이패스밸브{SERVO MOTOR OPERATED ROTARY BYPASS VALVE}
본 발명은 서보모터 작동밸브, 특히, 로타리 밸브부재가 초기위치로부터 점진적으로 움직여 출구들 중 하나로의 흐름을 서서히 차단하는 한편, 그 하나의 출구로 전체 흐름이 다시 집중될 때까지 나머지 출구로 흐름을 분산시키도록 된 단일 입구 및 다수의 출구를 갖고서 전기적으로 작동하는 밸브에 관한 것이다.
이러한 형태의 밸브들은 전형적으로, 작업유체회로(working fluid circuit)에 대한 제어목적으로 흐름의 일부를 분산 또는 바이패스(bypass)시키고, 또한 나머지 흐름을 작업부하회로(working load circuit)로부터 기름통 또는 펌프 등으로 되돌리도록 된 어떤 작동모우드(mode)가 요구되는 유체흐름회로(fluid flow circuit)내에 장치되어 있다.
상기 형태의 바이패스 또는 분산흐름은 자동차 객실내 온도제어 시스템, 전형적으로는 객실 난방용 열교환기 또는 히터코어(heater core)로 향하는 온수(hot water) 또는 엔진 냉각수 흐름을 제어하는데 이용된다. 상기 자동차 객실용 히터에 있어서는, 히터로 향하는 흐름의 일부를 분산 또는 바이패스시키고 나머지 일부를 엔진 냉각수 회로 또는 냉각수 펌프입구로 되돌리는, 히터코어에 대한 온수흐름제어를 필요로 한다. 그러한 장치에는 히터코어에의 온수에 대한 정확한 제어장치가 구비됨으로써 객실내 바람직한 온도제어를 제공한다.
지금까지의 자동차 객실 히터코어용 바이패스밸브는 단순성 및 제조원가 때문에 전형적으로 버터플라이(butterfly) 또는 로타리 베인(vane) 형태이었으나, 폐쇄위치(closed position)와 버터플라이 1/4 개방위치 사이에서 완전흐름(full flow)이 이루어진다고 하는 단점이 있었다. 로타리밸브 움직임에 대한 이와 같은 급진적(high gain) 흐름변화는 상기 밸브내 버터플라이부재로 하여금 그 로타리위치에 대한 매우 미세한 제어를 필요로 하게 한다.
자동차 객실용 전자 제어식 자동온도제어 시스템이 필요하게 되면서, 상기 바이패스 워터밸브(water valve)용 모터 작동식 액츄에이터(actuator)의 실용화는 액츄에이터 출력의 극히 미세한 정도의 응답성(resolution)을 요구하게 되고, 결국 제작이 어려워 밸브 및 히터 시스템 전체의 가격 상승으로 이어졌다.
즉, 밸빙부재(valving member)의 움직임에 대하여 정확한 흐름제어 및 미세한 응답성을 구비한 자동차 객실 히터 시스템용 바이패스 워터밸브를 필요로 하게 되었다. 또한, 밸빙부재의 움직임과, 밸브를 통해 상기 작업부하회로로 향하는 분산흐름 사이에 선형적 관계를 가질 필요성이 있다.
공지의 서보모터 작동 로타리 워터밸브는 모터 드라이브유닛(drive unit)을 밸브본체에 부착하기 위한, 씰링 가스켓(sealing gasket)을 이용하는 별도의 죔기구(fastener)를 필요로 하는데, 이는 누설의 원인이 됨과 동시에 대량 생산 체계하에서는 원가 부담으로 작용하게 되었다. 따라서, 제어의 선형성, 설계의 단순성 및 조립 편의성, 강력한 유체 밀봉성 및 저렴한 제조원가를 갖춘 히터 바이패스 흐름제어용 서보모터 작동 로타리밸브를 필요로 하게 된다.
본 발명은, 서보모터유닛 및 밸브본체간 조립을 위한 별도 죔기구를 필요로 하지 않는 단순 구조를 가지며, 흐름에 대한 선형 응답성을 가지고, 저렴한 제조원가 및 높은 밀봉 신뢰도를 갖는 서보모터 작동 로타리밸브를 제공한다. 본 발명의 서보모터 작동밸브는, 각각의 밸브출구에 구비된 페이스 씰(face seal) 위를 회전하는 부분 원통형 밸빙 표면(valving surface)을 갖는 부분적 밸빙부재가 구비된 원통형 밸빙챔버(valving chamber)를 채택하고 있다. 상기 서보모터는, 하나의 출구를 차단하는 위치로부터 적어도 그 출구를 부분 차단하는 위치로, 또한 점진적으로는 하나의 출구를 완전 개방하고 나머지 출구들을 차단하는 위치로 상기 밸빙부재를 회전시킨다. 밸브본체는 하나의 서브 어셈블리(subassembly) 형태로 상기 밸빙챔버에 조립된 각 출구포트(outlet port)별 밸빙부재 및 페이스 씰을 가지며, 밸빙챔버 및 하우징 사이에는 환형 씰링(seal ring)이 구비되어 있다. 서보모터 하우징은 이어서, 상기 밸빙부재 둘레의 밸브본체상에 하우징을 스핀용접(spin welding)함으로써 본체 서브 어셈블리에 부착된다. 다음으로, 상기 하우징내에 모터 및 기어 트레인(gear train)을 조립해 넣고, 커버(cover)를 용접함으로써 이들을 둘러싼다.
즉, 본 발명의 밸브는 단순한 구조이고, 밀봉성이 우수하면서 또한 저렴한, 선형적으로 응답하는 분산밸브(diverting valve)와, 밸브본체에 대한 서보모터 부착을 위해 스핀용접을 이용하는 밸브챔버를 제공한다.
도 1은 본 발명의 밸브 어셈블리를 나타내는 평면도.
도 2는 상기 도 1의 2-2선 단면도.
도 3은 상기 도 2의 3-3선 단면도.
도 4는 상기 도 1의 4-4선 단면도.
도 5는 상기 도 1의 어셈블리를 나타내는 분해도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
12 : 밸브본체 14 : 밸빙챔버
16 : 입구관 18 : 흡입통로
20 : 주출구관 24 : 히터코어
42 : 밸빙부재 46 : 반쪽 축
50, 52 : 씰부재 62, 64 : 리브
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 밸브 어셈블리는 참조부호 10으로 나타나 있으며, 내부에 흡입통로(18)가 형성된 입구관(16)을 구비한 상태로 형성된 원통형 밸빙챔버(14)를 갖는 밸브본체(12)를 포함한다. 본체(12)는 상기 밸빙챔버와 연통하는 출구통로(22)가 그 내부에 형성된 주출구관(20)을 갖고 있다. 또한, 출구관(20)은 상기 자동차용 히터코어(24) 같은 작동유체 부하회로에의 연결을 위한 것이다. 입구관(16)은 예컨대 엔진(26)의 워터재킷(water jacket)내 탭(tab) 같은 유체원에의 연결을 위한 것이다.
밸브본체(12)는 관(30)을 거쳐, 연결관(34)내에 형성된 2차 또는 바이패스채널(channel)(32), 및 연결관(38)내에 형성된 채널(36)과 연통하는 바이패스 또는 2차 출구통로(28)를 갖고 있다. 연결관(34)은 히터코어(24)의 출구와 같은 상기 작동유체회로로부터의 되돌림부에 연결하기 위한 것이다. 또한, 출구관(38)은 예컨대 엔진냉각수 펌프입구 같은, 상기 유체원으로의 되돌림통로를 제공하기 위한 것이다.
바람직한 실시예에 있어서, 관(16, 20, 34, 38) 및 관(30)을 포함하는 본체(12)는 그 내부에 밸빙챔버(14)를 갖는 상태의 단일체로 성형된다. 통로(28)는 접착성 밀봉재 또는 용접재 같은 적절한 덮개 또는 캡(40)으로 폐쇄되어 있다. 본 발명의 실시예의 경우, 상기 본체, 캡 및 관은, 체적의 약 1/3 정도를 유리입자로 채운 폴리아미드재(polyamide material) 같은 적정 플라스틱재로 만들어져 있다.
로타리 밸빙부재(42)상에는 부분 원통 밸빙 표면(44)이 형성되고, 또한 그로부터 반쪽 축(46)이 구동 표면(48)을 갖는 상태로 연장되어 있다. 반쪽 축(46)상에는 환형 탄성 씰링(66)이 수용되어 기밀상태를 유지한다. 상기 부재(42)는 챔버 (14)로부터 외부로 연장된 반쪽 축(46)과의 회전을 위하여 밸빙챔버(14)내에 수용되어 있다.
탄성 중합체 같은 탄성 밀봉재로 형성된 제1 및 제2볼록-오목(convexo-concave) 또는 부분 원통형 페이스 씰부재(50, 52)가, 상기 밸빙챔버 벽에 구비된한쌍의 홈(54, 56)에 각각 수용되며, 평행 측방 또는 가장자리를 서로 띄운 상태로 배치되어 있다. 씰부재(50, 52)는 각각을 관통하여 형성된 흐름구멍(58, 60)을 갖는데, 그 내부 또는 오목면상에는 홈 둘레를 따라 환형 립(lip) 또는 리브(rib) (62, 64)가 형성되어 있다.
상기 본체(12), 씰(50, 52), 밸빙부재(42) 및 씰링(66)은 참조부호 68의 서브 어셈블리를 구성한다.
참조부호 70으로 나타낸 서보모터 드라이브유닛은 하우징 쉘(shell)(72)과 커버(74)를 포함하는데, 쉘(72)내에는 모터(76)가 장착되어 있다.
상기 모터유닛(70)은 하우징 쉘(72)내의 조립 완성품이다. 하우징 쉘(72)의 바닥에는 구멍(78)이 형성되어 있는데, 이 구멍은 상기 반쪽 축(46) 상방으로 일정 간격을 두고서 위치한다. 상기 하우징 쉘(72)은 밸빙챔버(14) 상방에 고정되고, 또한 서브 어셈블리(68)에 대해 스핀용접을 통해 고정됨으로써 챔버(14)를 밀봉하는 동시에 상기 본체(12)에 대해 하우징 쉘(72)을 고정시킨다. 스핀용접중, 하우징 쉘(72) 및 씰링(66)이 상기 밸빙부재(42)에 대해 회전하며, 또한 씰링(66)이 상기 상기 반쪽 축(46) 및 구멍(78) 사이를 밀봉하게 됨을 이해할 것이다.
서브 어셈블리(68)에 대한 하우징 쉘(72)의 스핀용접이 완료되면, 하우징 쉘(72)내에 모터(76)를 넣고 재치대(77, 79) 사이에 고정시킨다. 모터(76)는 하우징 쉘(72)내에 고정된 액슬핀(axle pin)(82)상에 장착된 1단계 종동기어(80)와 맞물리는 외부 웜(worm)을 그 축상에 갖는다. 기어(80)상에는, 역시 하우징 쉘(72)내에 고정된 액슬핀(88)상에 장착된 2단계 기어휠(86)과 맞물리는 1단계 피니언(84)이 구비되어 있다. 기어휠(86)은 상기 반쪽 축(46)상에 수용되는 한편 상기 표면(48)과 구동 연결된 허브(94)를 포함하는 출력축 기어(92)와 맞물리는 2단계 피니언(90)을 갖는다. 출력축 기어 허브(94)는 위치결정 러그(lug)(100) 상방 하우징 쉘(72)에 고정되고, 또한 예컨대 자체내 구멍(102)을 통한 상기 러그의 열박음 (heat staking) 등의 적정 수단을 통해 상기 쉘과 일체화된 데크판(deck plate) (98)에 형성된 구멍(96)내에 지지되어 있다. 필요에 따라서는, 데크판(98)의 저면에 저항(resister)(도시하지 않음)을 구비하고 상기 출력축 기어(92)상의 전기적 와이퍼 접점(wiper contact)(104)으로 와이핑함으로써, 출력축 기어(92) 및 축(46)의 위치 피드백 신호를 제공하기 위한 전위차계(potentiometer)를 형성해도 무방하다.
상기 하우징(72)내 모터(76) 및 관련 기어들의 조립이 완료되면, 그 위에 커버(74)를 올려놓고, 초음파용접(sonic welding) 등의 적정 수단을 통해 하우징(72) 상의 펙(peg)(106)과 결합시켜 고정한다.
본 발명은 이처럼, 원통형 밸빙챔버내 직경방향으로 난 밸브포트들 상방에 배치된 페이스 씰들과 미끄럼 접촉하는 부분 원통형 밸빙 표면을 가지며, 또한 밸빙부재의 로타리위치에 대하여 실질적으로 흐름제어의 선형성을 갖는, 저가이면서 밀봉 신뢰성 높은 바이패스형 로타리밸브를 제공한다. 밸빙부재와 서브 어셈블리로서의 밸브본체내 씰들의 조립 완료후, 밸브본체에 서보모터 하우징 쉘을 스핀용접함으로써 밸빙챔버를 둘러싼다. 이어서, 서보모터 및 기어 트레인을 하우징 쉘내에 조립한다.
이상, 실시예를 바탕으로 본 발명을 설명했으나, 첨부된 특허청구범위내에서의 다양한 수정 또는 변형이 가능함은 물론이다.
즉, 본 발명은 서보모터에의 입력신호에 대한 선형 응답성을 갖는 구조가 간단하며 비교적 제조원가가 저렴하고, 또한 밀봉 신뢰성이 높은 바이패스밸브를 제공하는데, 자동차 객실 온도제어 시스템의 히터코어 워터 바이패스밸브용으로 특히 적당하다.

Claims (14)

  1. (a) 입구포트와 제1 및 제2출구포트와 연통하는 밸빙챔버를 갖는 밸브본체와;
    (b) 제1 및 제2출구포트 주위로 상기 밸빙챔버내에 배치된 탄성 베이스 씰 부재와;
    (c) 상기 씰부재와 점진적으로 미끄럼 접촉하는 씰링부재를 가지며, 상기 제1출구포트를 적어도 부분적으로 차단하는 위치와 상기 제2출구포트를 적어도 부분적으로 차단하는 위치 사이에서 회전운동하는, 밸빙챔버내에 회전 가능 상태로 배치된 밸빙부재와;
    (d) 상기 회전운동을 위하여 밸빙부재와 구동 연결된 출력부재를 갖는 스핀용접을 통해 상기 밸브본체에 고정된 하우징을 포함하는 전기작동 서보모터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 서보모터 작동 로타리밸브 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서보모터는 초음파용접을 통해 상기 하우징에 고정된 커버부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 밸브본체, 밸빙부재 및 씰부재들은 상기 스핀용접에 앞서 서브 어셈블리를 구성하는 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 밸브본체는 상기 입구포트를 그 내부에 갖는 입구관과, 상기 제1출구포트를 그 내부에 갖는 제1출구관과, 상기 제2출구포트를 그 내부에 갖는 제2출구관을 포함하는 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제2출구관은 양쪽으로 갈라진 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밸빙부재는 상기 씰링부재 및 하우징 사이의 회전 씰링을 위한 환형 씰부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 상기 각각의 페이스 씰부재는 관통구멍이 구비된 볼록-오목 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리.
  8. 제7항에 있어서, 상기 각각의 페이스 씰부재는 상기 밸빙부재 씰링 표면과 접촉하는 상기 구멍 주위에 환형 리브를 갖는 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리.
  9. (a) 입구포트와 제1 및 제2출구포트를 갖는 밸빙챔버가 구비된 밸브본체를 형성하는 단계와;
    (b) 상기 각각의 출구포트 주위에 탄성 씰을 배치하는 단계와;
    (c) 상기 밸빙챔버내에 밸브부재를 배치하고, 밸브부재와 상기 씰을 결합하여 서브 어셈블리를 형성하는 단계와;
    (d) 상기 하우징을 상기 밸브본체에 스핀용접함으로써 서보모터 하우징을 상기 서브 어셈블리에 부착하는 단계와;
    (e) 용접후 상기 하우징내에 모터를 장착하고 상기 밸브부재와 구동 연결하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리 제작 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 서보모터 부착단계는, 상기 하우징내 서보모터 배치후 하우징에 카버를 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보모터 작동밸브 어셈블리 제작방법.
  11. (a) 입구포트와 제1 및 제2출구를 갖는 밸빙챔버가 구비된 밸브본체를 제공하는 단계와;
    (b) 상기 밸빙챔버내에 회전 가능 밸빙부재를 배치하는 단계와,
    (c) 상기 입구포트를 엔진 냉각수회로 출구에 연결하며, 상기 제1 및 제2출구중 하나를 히터코어 입구에 연결하고, 또한 제1 및 제2출구중 다른 하나를 히터코어 출구 및 상기 엔진 냉각수회로 되돌림부에 연결하는 단계와;
    (d) 상기 제1 및 제2출구 주위에 씰을 배치하고 상기 밸브부재 주위를 회전씰링하는 단계와;
    (e) 모터에 전력을 인가하고, 상기 제1 및 제2출구에 대해 밸빙부재를 회전시켜, 상기 밸브부재의 회전위치에 대한 상기 히터코어 및 엔진 되돌림부로의 흐름을 비례적으로 제어하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 입구 및 출구를 갖는 자동차 객실 히터코어로의 온수흐름제어방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 밸브본체에 밸빙챔버를 구비하는 단계는 원통형 챔버를 형성하는 단계를 포함하며, 또한 상기 회전 가능 밸빙부재를 배치하는 단계는 밸빙부재상에 원통형 표면 일부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입구 및 출구를 갖는 자동차 객실 히터코어로의 온수흐름제어방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 밸브본체를 구비하고 밸빙부재를 배치하는 단계는 상기 밸브본체내에 밸빙부재가 구비된 밸브 서브 어셈블리를 형성하고, 스핀용접을 통해 모터 드라이브유닛 하우징을 상기 본체에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입구 및 출구를 갖는 자동차 객실 히터코어로의 온수흐름제어방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 회전 가능 밸빙부재를 배치하는 단계는 상기 밸빙부재 및 하우징 사이에 탄성 환형 페이스 씰을 배치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입구 및 출구를 갖는 자동차 객실 히터코어로의 온수흐름제어방법.
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