KR20030072458A

KR20030072458A - 마이크로 록밸브

Info

Publication number: KR20030072458A
Application number: KR1020020011317A
Authority: KR
Inventors: 이용권
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2002-03-04
Filing date: 2002-03-04
Publication date: 2003-09-15
Also published as: US6805163B2; US20030164194A1; JP2003254462A; DE10244414B4; KR100461181B1; DE10244414A1

Abstract

본 발명은, 마이크로 록밸브에 관한 것으로서, 에어챔버를 형성하며 상기 에어챔버를 통해 상호 연통된 유입 및 유출포트를 갖는 실린더와; 상기 실린더 내에서 슬라이딩이동가능하도록 마련되어 상기 유입포트 또는 상기 유출포트 중 어느 하나를 차단하며 이동방향을 따라 암나사부가 형성된 플런저와; 상기 암나사부에 맞물리는 수나사부가 형성된 구동축과; 상기 구동축을 정역회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해 저 전력으로 장시간 동안 또한 다수개를 구동할 수도 있으며, 전력소모 없이도 정상 폐쇄(normally closed) 또는 정상오픈(normally open)의 각 상태를 유지할 수 있고 또한 동작소음을 감소시킬 수 있는 마이크로 록밸브를 제공할 수 있다.

더욱이 저전력으로 구동이 가능하기 때문에 소형/경량으로 제작가능하고 모든 소형공압엑츄에이터의 구동 및 제어에 적용가능할 뿐만 아니라 생산코스트 또한 감소시킬 수 있다.

Description

마이크로 록밸브{MICRO LOCK VALVE}

본 발명은, 마이크로 록밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저전력으로 구동이 가능하며, 전력소모 없이도 정상 폐쇄(normally closed) 또는 정상오픈(normally open)의 각 상태를 유지시킬 수 있는 마이크로 록 밸브에 관한 것이다.

산업현장의 자동화는 물론이고, 버스나 전철에서 출입문을 여닫는 것이나 전철이나 각종 차량의 공기 브레이크, 백화점이나 냉장고의 에어커튼, 차량 정비소에서의 에어 공구 등은, 우리 일상생활에서 일반적으로 볼 수 있는 공압 기술들이다.

공압기술이란 공기 압축기를 구동하여 압축공기 에너지를 탄생시키고, 이 압력에너지를 적절하게 제어(일의 크기, 일의 속도, 일의 방향)하여 이것을 액추에이터(actuator)에 공급하여 유효한 기계적인 일로 변환하는 기술이다.

이들 일련의 요소들을 공압기기라 하고, 그 결합체를 공압장치라고 하며, 공압 장치의 기본 시스템은 공기압원 발생 장치, 공기 정화 기기, 배관, 제어 밸브, 구동기기 및 기타 부속기기로 구성된다.

한편, 이러한 공압시스템에서 공기의 방향을 제어하며 시동과 정지, 그리고 흐름의 방향을 변환하기 위해, 즉, 액추에이터에 공급하는 공기 흐름의 방향을 제어하여 액추에이터의 운동방향을 제어하기 위해, 일반적으로 전자밸브가 사용되고 있다.

전자밸브란 방향 변환 밸브와 전자석을 일체화시켜 전자석에 전류를 통전시키거나 또는 단전시키는 동작에 의해 공기 흐름을 변환시키는 밸브의 총칭으로, 일반적으로 솔레노이드 밸브라 부르기도 한다.

그러나, 소형 기계에 공압시스템을 적용하는 경우에는, 소형 액츄에이터와 함께 액츄에이터를 1대1로 제어하기 위한 제어기가 필수적이고 장시간 구동을 위해 저전력타잎이 요구됨에도, 기존의 솔레노이드 밸브를 사용하였을 때에는 소형의 경우에도 약 0.5W 정도의 많은 소비전력이 필요하게 되며 더욱이 공압시스템 구축시 다수의 밸브를 동시에 제어하고자 하는 경우 더 많은 소비전력이 요구된 다는 문제점이 있다.

더욱이 초기상태인 정상 폐쇄(normally closed)를 유지하기 위해서도 계속해서 전력이 소비되고, 초기상태 해제 후 정상오픈(normally open)상태를 유지하기 위해서도 계속해서 전력이 소비되므로 전력소비가 많은 솔레노이드 밸브로 인해 소형 공압시스템의 구성이 제약을 받게 될 수 있다.

또한, 솔레노이드 밸브의 전력을 지속적을 공급해야만 각 정상폐쇄 또는 정상오픈 상태를 유지할 수 있기 때문에 전력공급을 중단하였을 때는 각 포지션을 유지하지 못하고 이탈하게 됨에 따라 실린더 내의 플러저가 급격하게 이동하게 되므로 소음이 발생한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 마이크로 록밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 저전력으로 구동이 가능하며, 전력소모 없이도 정상 폐쇄(normally closed) 또는 정상오픈(normally open)의 각 상태를 유지시킬 수 있는 마이크로 록 밸브를제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 록밸브의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 마이크로 록밸브의 정상 폐쇄(normally closed) 상태를 도시한 상태도,

도 3은 본 발명에 따른 마이크로 록밸브의 정상오픈(normally open) 상태를 도시한 상태도,

도 4는 본 발명에 따른 마이크로 록밸브의 정상폐쇄상태로부터 정상오픈상태로 이동하는 상태를 도시한 이동상태도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 마이크로 록밸브 3 : 실린더

5 : 플런저 7 : 구동축

9 : 구동모터 11 : 유입포트

12 : 유출포트 13 : 배기포트

15 : 에어챔버 21 : 암나사부

30 : 수나사부

상기 목적은, 본 발명에 따라, 에어챔버를 형성하며 상기 에어챔버를 통해 상호 연통된 유입 및 유출포트를 갖는 실린더와; 상기 실린더 내에서 슬라이딩이동가능하도록 마련되어 상기 유입포트 또는 상기 유출포트 중 어느 하나를 차단하며 이동방향을 따라 암나사부가 형성된 플런저와; 상기 암나사부에 맞물리는 수나사부가 형성된 구동축과; 상기 구동축을 정역회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브에 의해 달성된다.

여기서, 상기 플런저와 상기 실린더의 내벽면이, 상기 플런저의 이동방향에 대한 가로방향에서 비원형 단면형상을 갖도록 마련된다.

또한, 상기 플런저와 상기 실린더의 내벽면이, 상기 플런저의 이동방향에 대한 가로방향에서 원형단면형상을 가지며, 상기 실린더의 내벽면에는 상기 플런저와 맞물려 상기 플런저의 회전을 방지하며 상기 플런저를 슬라이딩 안내하는 안내키가 마련되어 있도록 구성할 수도 있다.

한편, 상기 유입포트 및 상기 유출포트는, 상기 실린더의 일측에 상호 나란하게 배치되어 있으며, 상기 실린더의 타측에 판면을 관통형성한 배기포트를 더 포함할 수 있다.

그리고, 상기 플런저에는 상기 유입포트의 차단상태에서 상기 유출포트와 상기 에어챔버와 연통시키는 연통공이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 상기 플런저에 결합되며 상기 배기포트를 개폐하는 오링을 더 포함하는 것으로 구성할 수 있다.

한편, 상기 구동모터는 기어드 모터(geared motor)인 것이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 록밸브의 사시도이다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 록밸브(1)는, 내부에 에어챔버(15)를 형성하며 유입포트(11) 및 유출포트(12)와 배기포트(13)를 갖는 실린더(3)와, 실린더(3) 내에서 슬라이딩 이동하는 플런저(5)와, 플런저(5)에 결합되는 구동축(7)과 구동축(7)을 정역회전시키는 구동모터(9)를 갖는다.

실린더(3)는, 내부에 압축공기를 일시수용할 수 있도록 에어챔버(15)가 형성되어 있고 중앙영역에 실린더(3) 내부를 구획하며 소정의 공기통로(16)를 형성하는 격벽(17)이 마련되어 있으며, 에어챔버(15)는 후술할 플런저(5)의 이동방향을 따라 가로방향에서 비원형 단면형상으로써 본 발명에 따른 마이크로 록밸브(1)의 응답속도를 높이기 위해 플런저(5)의 이동거리가 짧게 되도록 형성된다.

실린더(3)는, 일측에는 상호 유입 및 유출포트(11,12)가 마련되어 있고, 타측에는 배기포트(13)가 마련되어 있다.

유입포트(11)는, 압축공기의 입구로서 관형상의 파이프부재로 마련되어, 일측은 공압라인과 연통되며, 타측은 실린더(3)의 에어챔버(15)와 연통하도록 실린더(3)에 설치되어 있다.

유출포트(12)는, 후술할 플런저(5)에 의해 선택적으로 유입포트(11) 및 배기포트(13)와 연통되는 압축공기의 출구로서, 유입포트(11)와 동일형상의 파이프부재로 마련되어, 일측은 공압라인과 연통되며, 타측은 에어챔버(15)와 연통하도록 유입포트(11)와 상호 나란하게 실린더(3)에 설치되어 있다.

한편, 유입 및 유출포트(11,12)와 공압라인과의 결합영역에는 피팅부재(14)가 마련되어 있다. 피팅부재(14)는, 유입 및 유출포트(11,12)가 공압라인과 연통될 수 있도록 유입 및 유출포트(11,12)의 일단부를 공압라인에 피팅시키기 위해 마련되며, 피팅부재(14)의 일측은 유입 및 유출포트(11,12)에 억지끼워맞춤되도록 유입 및 유출포트(11,12)인 파이프부재의 외경보다 작은 내경을 갖도록 마련되어 있고, 피팅부재(14)의 타측은 압축공기의 누수 없이 튜브인 공압라인과 피팅하기 위해 튜브의 내경보다 큰 내경으로 마련되어 있다.

배기포트(13)는, 후술할 플런저(5)에 의해 유출포트(12)와 선택적으로 연통되는 압축공기의 배출구로서, 에어챔버(15)와 연통하도록 실린더(3)의 상부에 판면을 관통형성 되어있다

플런저(5)는, 후술할 구동축(7)에 결합되어 구동축(7)을 따라 실린더(3) 내에서 슬라이딩이동가능 하도록 수용되어 유입포트(11) 또는 유출포트(12) 중 어느 하나를 선택적으로 차단한다.

플런저(5)는 이동방향에 대한 가로방향에서 비원형단면형상을 가지며, 일측은 유입 및 유출포트(11,12)와 접촉되며 타측에는 둘레연부를 따라 마련되어 격벽(17)에 의해 형성되는 공기통로(16)를 개폐하는 연통공(22)이 결합되어 있다.

플런저(5)는, 중앙영역에 판면을 관통형성하여 구동축(7)이 결합될 수 있는 결합구가 형성되어 있으며, 유출포트(12)와 동일축선상으로 대응되는 위치에 유입포트(11) 차단상태에서 유출포트(12)와 배기포트(13)를 연통시킬 수 있는 연통공(22)이 형성되어 있다.

연통공(22)은 플런저(5)의 일면이 유출포트(12) 및 유입포트(11)에 접촉하여 유입포트(11)가 폐쇄하였을 때 유출포트(12)와 에어챔버(15)를 연통시켜 유출포트(12)를 통과한 압축공기를 에어챔버(15)로 유입시킨다.

결합구는, 내부에 암나사부(21)가 형성되어 있으며 후술할 구동축(7)의 수나사부(30)에 맞물리게 된다.

구동축(7)은, 긴 봉형상으로 실린더(3) 내부에 길이방향을 따라 배치되어 일측은 플런저(5)가 결합되며, 타측은 후술할 구동모터(9)에 연결되어 있다.

구동축(7)은, 둘레방향을 따라 수나사부(30)가 형성되어 플런저(5)의 결합구의 암나사부(21)와 맞물리며 구동모터(9)에 의해 정역회전되어 플런저(5)를 실린더(3) 내부에서 슬라이딩이동시킨다.

구동모터(9)는, 기어드 모터로서 구동축(7)을 정역회전시키며, DC모터 또는 초음파모터로 구성할 수 있다.

여기서, 구동모터(9)는, 후술할 정상 폐쇄(normally closed)에서 정상오픈(normally open)상태로 또는 정상오픈(normally open)에서 정상 폐쇄(normally closed)상태로 플런저(5)가 이동되기에 충분한 시간동안만 구동되도록 제어부(미도시)의 제어신호에 의해 제어되며, 이렇게 플런저(5)가 이동하여 정상오픈(normally open)상태 또는 정상 폐쇄(normally closed)상태에 도달하였을 때는 구동모터(9)의 작동이 정지되도록 제어되어 리미터 스위치 등의 센서가 필요 없도록 구성될 수 있다.

또한, 제어신호의 시간은 구동모터(9)의 회전수와 플런저(5)의 이동거리에 따라서 소정 설정되어 있다.

이러한 구성을 갖는 본 발명의 마이크로 록밸브(1)의 작동원리는, 도 2에서와 같이 마이크로 록밸브(1)가 정상 폐쇄(normally closed) 상태일 때와, 도 3에서와 같이 정상오픈(normally open) 상태일 때로 나누어 설명하기로 하며, 여기서 설명의 편의를 위해서 정상폐쇄상태를 마이크로 록밸브(1)가 작동이전의 초기상태로하여 설명하기로 한다.

마이크로 록밸브(1)의 정상 폐쇄(normally closed) 상태에서는, 도2에 도시된 바와 같이, 실린더(3)내의 플런저(5)의 일측면이 피팅부재(14)에 의해 공압라인과 연결된 유입포트(11) 및 유출포트(12)에 접촉되어 있게 되는데 이때 유입포트(11)는 플런저(5)에 의해 폐쇄되어 있으며, 유출포트(12)는 플런저(5)의 연통공(22)과 맞닿아 연통공(22)을 통해 실린더(3)의 에어챔버(15)와 연통된다.

이에 압축공기가 유출포트(12)로 유입되어 순차적으로 연통공(22)을 통해 에어챔버(15) 내부로 흐르게 되고 에어챔버(15) 내부와 배기포트(13)는 연통되어 있으므로 에어챔버(15)로 유입된 압축공기는 격벽(17)이 형성하는 공기통로(16)를 지나 배기포트(13)를 통해 배출된다.

즉, 정상폐쇄상태에서는 유입포트(11)는 폐쇄되고, 연통공(22)을 통해 유출포트(12)와 배기포트(13)는 연통되어 공압라인으로부터의 압축공기는 유출포트(12)로부터 배기포트(13)로 흐르게 된다.

마이크로 록밸브(1)의 정상 오픈(normally open) 상태에서는, 도3에 도시된 바와 같이, 실린더(3) 내에서 플런저(5)가 격벽(17)과 인접하게 배치되어 플런저(5)의 연통공(22)이 격벽(17)에 밀착되어 있는데, 이때 유출포트(12) 및 유입포트(11)는 개방된 상태이며 공기통로(16)의 둘레연부에 위치한 연통공(22)에 의해 공기통로(16)가 폐쇄되어 배기포트(13)는 유입 및 유출포트(11,12)와 연통되어 있지 않게 된다.

이에 유입 및 유출포트(11,12)는 에어챔버(15)를 통해 연통되어 있는 상태이므로, 압축공기가 유입포트(11)를 통해 에어챔버(15)로 유입되고, 플런저(5)의 연통공(22)에 의해 공기통로(16)가 폐쇄되어 있어 유입 및 유출포트(11,12)가 배기포트(13)와 연통되지 않은 상태이므로 에어 챔버로 유입된 압축공기는 유출포트(12)를 통해 배출된다.

즉, 정상 오픈상태에서는 배기포트(13)가 유입 및 유출포트(11,12)와 연통되지 않도록 공기유로가 폐쇄되어 있고 유입 및 유출포트(11,12)는 에어챔버(15)를 통해 연통되어 있어 공압라인으로부터 의 압축공기는 유입포트(11)에서 유출포트(12)로 흐르게 된다.

상기에서는 본 발명에 따른 마이크로 록밸브(1)의 정상폐쇄상태와 정상오픈상태에 대해서 설명하였으나, 이하에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 정상폐쇄상태를 마이크로 록밸브(1)의 초기상태로하여 정상오픈상태로 마이크로 록밸브(1)의 포지션이 변화될 때 실린더(3) 내에서의 플런저(5)의 선형이동원리를 설명하기로 한다.

정상폐쇄상태에서 구동모터(9)를 구동하여 구동모터(9)에 연결된 구동축(7)을 정회전시키면 플런저(5)의 암나사부(21)가 구동축(7)의 수나사부(30)에 맞물리면서 구동축(7)을 따라 격벽(17)을 향해 이동하기 시작하여 최종적으로 플런저(5)의 연통공(22)이 격벽(17)에 밀착되므로써 정상오픈상태에 도달하게 된다.

또한 도 4에 도시되어 있지 않으나 정상오픈 상태에서 정상폐쇄상태로 마이크로 록밸브(1)의 포지션을 변화하기 위해서, 구동모터(9)를 구동하여 구동모터(9)에 연결된 구동축(7)을 역회전시키게 되면 플런저(5)의 암나사부(21)가 구동축(7)의 수나사부(30)에 맞물리면서 구동축(7)을 따라 유입 및 유출포트(11,12)를 향해 이동하기 시작하여 최종적으로 플런저(5)가 유입 및 유출포트(11,12)와 접촉되므로써 정상폐쇄상태에 도달하게 된다.

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 록밸브는, 에어챔버를 형성하며 상기 에어챔버를 통해 상호 연통된 유입 및 유출포트를 갖는 실린더와; 상기 실린더 내에서 슬라이딩이동가능하도록 마련되어 상기 유입포트 또는 상기 유출포트 중 어느 하나를 차단하며 이동방향을 따라 암나사부가 형성된 플런저와; 상기 암나사부에 맞물리는 수나사부가 형성된 구동축과; 상기 구동축을 정역회전시키는 구동모터를 포함함으로써, 종래의 전력공급을 중단하면 정상폐쇄 또는 정상오픈상태를 유지하지 못할 뿐만 아니라 소음이 많던 솔레노이드밸드와는 달리, 정상폐쇄 및 정상오픈 포지션 유지시에도 전력을 소비하지 않게 되므로 저전력으로 장시간 동안 다수 개를 구동할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따른 마이크로 록밸브(1)는, 정상폐쇄에서 정상오픈상태로또는 정상오픈상태에서 정상폐쇄상태로 포지션을 변경하게 될 때, 종래의 솔레노이드 밸브와 같이 전력공급 중단한 경우 급격하게 포지션을 상실하지 않음으로, 이로 인한 소음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

한편 전술한 실시예에서는 플런저(5)와 실린더(3)의 내벽면이 비원형단면형상이나, 다른 실시예로 플런저와 실린더의 내벽면이, 플런저의 이동방향에 대한 가로방향에서 원형단면형상을 가지며, 플런저에 레일부가 형성되어 있고 실린더의 내벽면에는 플런저의 레일부에 맞물려 플런저의 회전을 방지하며 플런저를 실린더 내부에서 슬라이딩 안내하는 안내키가 마련되어 있도록 구성할 수도 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 플런저(5)와 구동축(7)이 나사결합되어 있으나, 플런저와 구동축을 나사결합되도록 하지 않고 모터를 이용한 슬라이더 크랭크 메카니즘을 이용해 플런저를 슬라이드 운동시키도록 마련하여 고속타입의 마이크로 록밸브를 구성할 수도 있다.

한편, 전술한 실시예에서는 플런저(5)에 연통공(22)이 마련되어 있으나, 플런저에 별도의 연통공을 형성하지 않고 플런저와 실린더 내벽면 사이에 소정의 이격공간을 형성하여 유입포트의 차단상태에서 상기 이격공간을 통해 유출포트와 에어챔버가 연통되도록 할 수도 있다.

한편, 본 발명에 따른 마이크로 록밸브의 크기를 보다 더 최소화하기 위해 mems 기술로 제작될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 저 전력으로 장시간 동안 또한다수개를 구동할 수도 있으며, 전력소모 없이도 정상 폐쇄(normally closed) 또는 정상오픈(normally open)의 각 상태를 유지할 수 있고 또한 동작소음을 감소시킬 수 있는 마이크로 록밸브를 제공할 수 있다.

Claims

에어챔버를 형성하며 상기 에어챔버를 통해 상호 연통된 유입 및 유출포트를 갖는 실린더와;

상기 실린더 내에서 슬라이딩이동가능하도록 마련되어 상기 유입포트 또는 상기 유출포트 중 어느 하나를 차단하며 이동방향을 따라 암나사부가 형성된 플런저와;

상기 암나사부에 맞물리는 수나사부가 형성된 구동축과;

상기 구동축을 정역회전시키는 구동모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브
제1항에 있어서,

상기 플런저와 상기 실린더의 내벽면이, 상기 플런저의 이동방향에 대한 가로방향에서 비원형 단면형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브.
제1항에 있어서,

상기 플런저와 상기 실린더의 내벽면이, 상기 플런저의 이동방향에 대한 가로방향에서 원형단면형상을 가지며, 상기 실린더의 내벽면에는 상기 플런저와 맞물려 상기 플런저의 회전을 방지하며 상기 플런저를 슬라이딩 안내하는 안내키가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브.
제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유입포트 및 상기 유출포트는, 상기 실린더의 일측에 상호 나란하게 배치되어 있으며, 상기 실린더의 타측에 판면을 관통형성한 배기포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브.
제4항에 있어서,

상기 플런저에는 상기 유입포트의 차단상태에서 상기 유출포트와 상기 에어챔버와 연통시키는 연통공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브.
제5항에 있어서,

상기 플런저에 결합되며 상기 배기포트를 개폐하는 오링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브.
제1항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 구동모터는 기어드 모터(geared motor)인 것을 특징으로 하는 마이크로 록밸브.