KR20050069454A - 3포트 솔레노이드밸브 - Google Patents

Abstract

합성수지 사출에 의한 양산이 가능하고 소형화에도 유리한 새로운 구조의 3포트 솔레노이드밸브가 개시되어 있다. 그 솔레노이드밸브는 접합된 2개의 본체블록(10a,10b)으로 이루어지는 밸브본체(10)를 구비하며, 그 본체블록들의 접합부 사이에 형성된 밸브실(40a,40b)을 가진다. 밸브실에는 공급포트와 부하포트 및 배기포트가 관통되며, 그중 공급포트와 부하포트를 교대로 개폐하는 밸브기구(50)가 삽입된다. 밸브기구는 솔레노이드의 플런저(23)와 연동한다. 본체블록들은 각각의 사출금형에 의한 합성수지 성형물로 제작가능하고, 각 밸브실에 삽입되는 밸브기구는 안정적으로 조작되고 관리와 조립도 용이하여 밸브의 수명연장과 성능개선에 효과적이다.

Description

3포트 솔레노이드밸브{Three-port solenoid valve}

본 발명은 3포트 솔레노이드밸브에 관한 것으로, 특히 합성수지 사출에 의한 양산이 가능하고 소형화에도 유리한 새로운 밸브구조를 위한 것이다.

공압 또는 유압회로에서 유체의 흐름을 제어하는 방향제어밸브가 잘 알려져 있다. 방향제어밸브에는 일반적으로 슬라이드스풀형 밸브가 사용되고 있으나, 슬라이드스풀형 밸브는 밸브몸체 내의 원통형 스풀보어가 높은 정밀도로 가공되어야 하고, 특히 그 스풀보어 내에 큰 직경으로 확장되는 밸브실 형상에 의하여 합성수지 사출에 의한 양산이 곤란한 구조적 단점과 함께, 재료로서 수분에 의해 쉽게 부식되기 쉬운 철을 사용할 수 없기 때문에 주로 알루미늄 다이캐스팅에 의한 주조된 후 그 스풀보어와 밸브실 등을 후가공하는 방식으로 제작되고 있어, 재료비가 비싸고 까다로운 제작공정으로 생산성이 떨어지는 등 비경제적이며, 구조적으로도 소형화하는데 매우 불리하다.

방향제어밸브의 하나인 3포트 솔레노이드밸브는 통상 2개 1조로 공압 또는 유압 액츄에이터의 등의 운동방향을 바꾸는데 사용되고, 또한 다른 대유량 제어용 밸브를 조작하기 위한 파일럿밸브로서도 폭넓게 응용되고 있다. 이러한 솔레노이드밸브는 전기신호로 구동되므로 자동운전이나 원격조작 및 비상정지 등이 쉽고, 또 변환이 빠르고 정확한 장점을 가진다. 그러나 솔레노이드에 의한 전자적 추력을 밸브를 직접 움직이는 직동형이어서 대유량보다는 소유량 제어에 적합하다. 따라서 이러한 솔레노이드밸브의 소형화는 바람직한 것이다.

미국특허 6,213,445는 기존 슬라이드스풀형 밸브와 다른 구조로 유체의 흐름을 제어하는 솔레노이드밸브에 관하여 개시한다. 개시된 솔레노이드 밸브는 3개의 포트를 가지며, 그중 공급포트와 배기포트에 대한 밸브시이트와 이 밸브시이트를 개폐하는 2개의 밸브부재를 구비한다. 그 2개의 밸브부재중에 공급포트측 밸시이트용 밸브부재는 솔레노이드의 플런저에 결합된 상태로 조작되고, 배기포트측 밸브부재는 밸브몸체에 형성된 밸브실에 수납되고 그 공급포트측 밸브시이트와는 밸브본체를 관통하는 봉구조물에 의해 상호 연동가능하게 연결되어 있다.

전술한 미국특허에 따른 밸브는 밸브시이트의 이동 스트로크가 아주 짧아도 되므로 솔레노이드의 규모를 줄일 수 있고, 밸브본체와 밸브부재 등의 소형화에도 아주 유리하며, 특히 밸브본체를 사출금형에 의한 합성수지 성형물로 제작가능하여 그 생산성을 높일 수 있는 것이다. 그러나 그 밸브본체의 유로구조가 복잡하기 때문에 금형설계가 까다롭고, 밸브부재가 공급포트와 배기포트측으로 분리되는데 따라 밸브스프링이 추가되는 등 부품이 많이 소요됨은 물론, 그 부품관리와 조립에 어려움이 많은 문제점이 있다. 뿐만 아니라 분리된 밸브부재의 연동구조가 취약하기 때문에 동작중 에러가 많이 발생하는 문제점도 지적되고 있는 것이다.

본 발명의 목적은, 소형화에 유리하고 합성수지 사출에 의한 양산가능한 구조이면서, 공급포트와 배기포트를 하나의 밸브실에서 교호로 개폐토록 하는 구조개선을 통하여 부품수를 줄이고 그 부품관리나 조립도 용이하여 상기한 문제점들이 해소된 3포트 솔레노이드밸브를 제공하려는 것이다.

상기 목적을 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브는, 유체출입을 위한 것으로 공급포트와 부하포트 및 배기포트를 포함하는 복수의 포트와 그 복수의 포트들이 관통하는 밸브실을 가지는 밸브본체, 이 밸브본체와 결합되어 외부의 전기신호로 전자적 추력을 발생하도록 구동되며 그 전자적 추력에 의해 출몰조작되는 플런저를 가지는 솔레노이드기구, 상기 밸브몸체의 밸브실에 이동가능하게 수납되고 상기 솔레노이드기구의 플런저와 연동하여 상기 공급포트와 배기포트를 교대로 개폐하는 밸브기구를 구비하여, 상기 솔레노이드기구의 구동에 따라 상기 공급포트나 부하포트중 하나와 닫히도록 조작되는 것을 그 특징으로 하며, 바람직하게는 상기 밸브본체가 상기 밸브실을 경계로 양분되어 각각 제작되는 2개의 본체블록으로 접합되도록 구성하는 것이다.

상기 솔레노이드기구는 상기 외부의 전기신호로 여자되어 전자적 추력을 발생하는 솔레노이드코일, 이 솔레노이드코일을 감고 있는 코일보빈, 코일보빈에 이동가능하게 삽입되어 솔레노이드코일의 전자적 추력에 의해 당겨지는 상기 플런저, 솔레노이드코일의 전자적 추력이 제거되면 플런저를 탄력적으로 복귀시키는 플런저스프링을 포함하는 형태로 제공될 수 있다.

상기 밸브기구는 상기 밸브실을 관통한 공급포트와 배기포트를 교대로 개폐할 수 있는 양단의 밸브요소를 가진 신축성 재질의 밸브부재, 이 밸브부재를 꼭맞게 끼워넣을 수 있도록 되고 상기 밸브실 내벽을 관통하여 상기 솔레노이드의 플런저 단부와 접촉하여 연동하는 연동돌기를 가지는 밸브홀더, 이 밸브홀더를 탄력적으로 지지하여 상기 플런저에 대항하는 방향으로 미는 밸브스프링을 포함하는 형태로 제공될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 외관을 보인다. 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브는 밸브본체(10)와 솔레노이드기구(20)로 구성된다. 밸브본체(10)는 상호 접합된 2개의 본체블록(10a,10b)으로 이뤄진 것이며, 도시하지 않은 통상의 매니폴드블록(manifold block)에 고정할 수 있도록 볼트고정부(11)를 가진다. 바람직하게는 그 볼트고정부(11)가 대각선 방향으로 첫 번째 본체블록(10a)의 일측면 모서리부와 두 번째 본체블록(10d)의 타측면 모서리부에 반볼록한 원통형으로 형성되어 있고, 반대편 대각선 방향의 대응하는 모서리부에는 그 원통형 볼트고정부(11)의 반볼록한 부분을 알맞게 수용할 수 있는 반원통홈(12)을 가진다. 즉, 다수의 밸브본체(10)를 인접시킨 상태로 매니폴드블록(manifold block)에 설치하는 경우에 밸브본체들의 폭을 최소화하여 그 전체의 점유면적을 줄일 수 있는 것이다.

도 2를 참조하면, 밸브본체(10)의 본체블록(10a,10b)은 볼트부재(13)를 체결함으로써 한 몸체로 접합된다. 그 볼트부재(13)의 체결을 위해 첫 번째 본체블록(10a)은 나사홈(14a)을 가지며, 두 번째 본체블록(10b)은 그 나사홈(14a)에 일치하는 볼트관통공(14b)을 가지고 있다. 볼트부재(13)로 체결되는 본체블록(10a,10b) 사이의 접합면에는 도 4a 및 4b에 나타난 바와 같이 유체의 누설을 막기 위한 시일링(15)이 개재되어 있다.

밸브본체(10)와 솔레노이드기구(20)는 도 3에 보인 바와 같은 간결한 결합구조로 결합되어 있다. 밸브본체(10)는 첫 번째 본체블록(11)의 전면부 측면에 프레임고정부(16)를 가지고 있고, 솔레노이드기구(20)는 그 프레임고정부(16)을 걸어서 빠지지 않게 벤딩된 걸림편(27a)을 갖는 프레임(27)을 포함한다.

도 4a 및 4b를 참조하면, 밸브본체(10)는 첫 번째 본체블록(10a)에 2개 형성되고 두 번째 본체블록(10b)에 한 개 형성되어진, 총 3개의 포트를 가진다. 3개의 포트는 각각 공급포트 P, 부하포트 A와 그리고 배기포트 R로 구분된다. 공급포트 P는 통상의 공압발생장비인 에어펌프나 어큐뮬레이터와 연결하여 압축공기를 공급받기 위한 것이고, 부하포트 A는 에어실린더 등의 액츄에이터나 다른 밸브의 파일럿 포트와 연결되어 압축공기를 출력하거나 그로부터 회수하기 위한 것이며, 배기포트 R은 그 부하포트 A를 통해 회수되는 압축공기를 외부로 배기시키기 위한 것이다.

밸브본체(10)는 또한 첫 번째 본체블록(10a) 전면에 트여있는 솔레노이드작동실(17), 첫 번째와 두 번째 본체블록(10a,10b) 사이에 형성된 밸브실(40)을 가진다. 즉, 밸브본체(10)를 이루는 2개의 본체블록(10a,10b)은 그 내부에 형성되는 제밸브실(40)을 경계로 양분된 형태로 설계됨으로써, 각각 사출금형에 의한 합성수지 성형물로 제작가능한 것이다.

첫 번째 본체블록(10a)의 솔레노이드작동실(17)에는 솔레노이드기구(20)의 플런저(23) 헤드부분이 플런저스프링(24)과 함께 삽입된다. 솔레노이드기구(20)는 외부의 전기신호에 의해 여자되어 전자적 추력을 발생하는 솔레노이드코일(21), 솔레노이드코일을 감고 있는 코일보빈(22), 상기 플런저(23)와 플런저스프링(24), 고정철심(25), 시일(26), 전술한 바와 같은 프레임(27), 프레임하우징(28), 어댑터플레이트(29)로 구성된다. 여기서 솔레노이드코일(21)은 플런저스프링(24)을 능가하는 전자적 추력으로 플런저(23)를 코일보빈(22) 안쪽으로 끌어당기는 역할을 하고, 플런저스프링(24)은 솔레노이드코일(21)의 전자적 추력에 의해 수축되어 있다가 그 전자적 추력이 제거되면 플런저(23)를 탄력적으로 복귀시키는 역할을 한다. 코일보빈(22) 내에 삽입된 고정철심(25)은 플런저(23)의 스트로크만큼 간격을 두고 고정되고, 그 주위가 시일링(26)으로 둘러져 있다.

밸브본체의 첫 번째 본체블록(10a)에는 또한 그 상면에서 전술한 솔레노이드작동실(17)의 안쪽 끝부분으로 관통하는 버튼홀(18)과 그 본체블록(10a) 전면에서 버튼홀(31)의 중간지점으로 관통하는 핀홀(19)이 형성되어 있다. 버튼홀(18)에 삽입된 푸쉬버튼(30)은 푸쉬조작후 복귀될 수 있도록 버튼스프링(35)에 탄력적으로 지지되며, 경사부(31)와 스토퍼홈(31)을 가진다. 경사부(31)는 솔레노이드작동실(17) 내의 플런저(23) 헤드부분과 근접하게 놓여서 그 푸쉬조작시 플런저(23)를 후방으로 밀치기 위한 것이다. 스토퍼홈(32)은 본체블록(10a)의 핀홀(18)에 끼워진 스토퍼핀(33)에 걸려서 푸쉬버튼(30)이 일정거리 푸쉬조작 가능하되 이탈되지 않게 한다. 푸쉬버튼(30) 주면에 둘러진 시일링(34)은 유체의 누설을 막기 위한 것이다.

첫 번째와 두 번째 본체블록(10a,10b) 사이에 형성된 밸브실(40)은 전후방으로 마주하는 내면의 동일선상에 형성된 밸브시이트(41,43)를 가지며, 그중 일측 밸브시이트(41)의 밸브구멍(42)을 통해 공급포트 P와 연통되고, 타측 밸브시이트(43)의 밸브구멍(44a)을 통해 배기포트 R과 연통된다. 밸브실(40)은 또한 대략 중간지점에서 직접 관통한 부하포트 A와도 연통되어 있다. 도면에 있어서, 부하포트 A는 첫 번째 본체블록(10a)에 형성되어 있으나, 첫 번째와 두 번째 본체블록(10a,10b)의 접합부 위치에 따라 두 번째 본체블록(10b)으로 옮겨져 형성될 수 있는 것이다. 도 5를 참조하면, 밸브실(40)의 배기포트측 밸브시이트(43) 옆으로는 전술한 솔레노이드작동실(17)로 통하는 연동구멍(45)이 형성되어 있다.

상기 밸브실(40)에는 밸브기구(50)가 밸브스프링(57)과 함께 삽입된다. 도 6을 참조하면, 밸브기구(50)는 밸브부재(51)와 밸브홀더(54)로 이루어진다. 밸브부재(51)는 고무와 같은 신축성 재료로 제작된 것으로, 양단에 밸브요소(52,53)을 가지고 있다. 이 밸브부재(51) 양단의 밸브요소(52,53)는 전술한 밸브실의 공급포트측 밸브시이트(41)와 배기포트측 밸브시이트(43)를 교호로 개폐하기 위해 그 양단간 거리가 밸브실내의 밸브시이트간 간격보다 전술한 플런저의 스트로크를 넘지 않은 범위내에서 짧게 설계된다. 밸브홀더(54)는 밸브부재(41)를 꼭맞게 끼워넣을 수 있고 그 양단의 밸브요소(52,53)를 양측으로 돌출시키는 원통형 구조의 합성수지 성형물로 제작된 것으로, 몸체 외주면에 형성된 스프링지지턱(55)과 그 몸체의 일측단에서 연장된 연동돌기(56)를 가진다. 도 5를 참조하면, 밸브기구(50)의 연동돌기(56)는 연동구멍(45)을 통해 솔레노이드작동실(17)에 삽입된 플런저(23)와 접촉한다. 밸브스프링(57)은 전술한 솔레노이드기구의 플런저스프링(24)에 대항하는 방향으로 밸브기구를 지지하는데, 그 플런저스프링(24)보다 약한 탄력을 보유한다.

이상의 실시예에 따른 3포트 솔레노이드밸브는 솔레노이드기구(20)의 솔레노이드코일(21)에 전기신호를 단속함으로써 반복적으로 조작된다. 도 4a는 솔레노이드코일(21)의 전기신호가 인가되지 않은 초기상태를, 도 4b는 그 초기상태에서 솔레노이드코일(21)에 전기신호가 인가된 경우의 변환상태를 나타낸다.

도 4a와 같은 초기상태에서, 플런저(23)는 플런저스프링(24)의 탄력에 의해 솔레노이드작동실(17)쪽으로 이동해 있다. 플런저(23)와 접촉하는 연동돌기(56)를 갖는 밸브기구(50)는 그 플런저(23)에 의해 밀려남으로써, 일측 밸브요소(52)가 밸브실(40)의 공급포트측 밸브시이트(41)에 밀착하여 그 밸브구멍(42)을 막고 있고, 타측 밸브요소(53)가 배기포트측 밸브시이트(43)와 떨어져 그 밸브구멍(44a)을 개방시키고 있다. 따라서 밸브실(40)은 공급포트 P와 차단되고, 부하포트 A와 배기포트 R이 그 밸브실(40)을 통해 연결되어 있으며, 이같은 밸브실(40)을 경유하는 유체(압축공기)의 흐름이 도면에 화살표로 표시되어 있다.

솔레노이드코일(21)에 전기신호가 인가되어 전자적 추력이 발생되면, 도 4b에 나타난 바와 같이, 플런저(23)가 플런저스프링(24)을 억누르고 코일보빈(22)쪽으로 당겨지고, 밸브실(40)의 밸브부재(50)는 밸브스프링(57)의 탄력에 의해 이동하여, 일측 밸브요소(52)가 공급포트측 밸브시이트(41)의 밸브구멍(42)을 개방시키고, 타측 밸브요소(54)가 배기포트측 밸브시이트(43)를 밀착하여 그 밸브구멍(44)을 차단하게 된다. 따라서 밸브실(40)은 배기포트 R과 차단되고, 공급포트 P와 부하포트 A가 그 밸브실(40)을 통해 연결되며, 이같은 밸브실(40)을 경유하는 유체(압축공기)의 흐름이 도면에 화살표로 표시되어 있다.

이러한 동작은 솔레노이드코일(21)의 전기신호를 단속하는 주기에 따라 반복적으로 이행되며, 정전시는 당연히 초기상태로 된다.

한편, 전기신호가 인가되지 않은 도 4a의 초기상태에서 푸쉬버튼(30)을 누르면, 그 눌려진 푸쉬버튼(30)의 경사부(31)에 의해 플런저(23)가 강제로 밀쳐지게 되고, 결국, 전기신호를 인가한 경우처럼 도 4b의 변환상태로 전환된다. 이러한 상태는 푸쉬버튼(30)을 누루고 있는 동안 유지되며, 푸쉬버튼(30)에서 손을 떼면, 강제로 밀쳐진 플런저(23)가 플런저스프링(26)에 의해 복귀되어 초기상태로 되돌아 간다. 즉, 정전시에도 푸쉬버튼(30)을 눌렀다 떼는 수동조작으로 밸브를 조작할 수 있는 것이다.

이상의 실시예는 밸브본체나 그 저면에 형성된 포트 등이 전술한 바 있는 매니폴드블록에 고정하여 사용하기에 적합하도록 되어 있으나, 그 밸브본체의 고정방식이나 포트 배열은 사용환경에 따라 다양하게 변경가능하다. 또한 실시예는 공압용에 관한 것이지만, 본 발명은 구성이나 원리가 공압용과 실질적으로 같은 유압용에도 적용가능함은 물론이다.

이상의 실시예를 통하여 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 밸브본체는 내부의 밸브실을 경계로 양분되어진 본체블록으로 접합되는 구조로 되어 있으며, 각 본체블록은 사출금형에 의한 합성수지 성형물로 제작가능하다. 따라서 본 발명은 밸브의 재료비를 절감하고, 까다로운 후가공을 배제하여 불량률을 낮추며, 대량생산을 가능하여 밸브의 생산원가를 획기적으로 낮출 수 있고 소형화에도 유리한 구조이면서, 밸브본체의 유로구조가 단순하여 금형설계가 용이하고, 부품수가 적고 그 부품관리와 조립도 용이함은 물론, 구조적으로도 밸브부재의 연동구조가 안정되어 동작에러를 거의 일으키지 아니하는 등, 생산성의 극대화와 함께 수명과 성능개선에도 효과적인 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 외관을 보인 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 밸브본체 결합구조를 보인 주요부의 횡단면도.

도 3은 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 밸브본체와 솔레노이드기구의 결합구조를 보인 주요부 측면도.

도 4a는 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 내부구조를 노멀상태로 보인 종단면도.

도 4b는 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 내부구조를 변환상태로 보인 종단면도.

도 5는 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브의 플런저와 밸브기구의 연동구조를 보인 주요부 횡단면도.

도 6은 본 발명에 따른 3포트 솔레노이드밸브에 사용된 밸브기구를 부분 절제한 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 밸브본체 10a,10b : 본체블록

17 : 솔레노이드작동실 20 : 솔레노이드기구

30 : 푸쉬버튼 40 : 밸브실

50 : 밸브기구

Claims (6)

1. 유체출입을 위한 것으로 공급포트와 부하포트 및 배기포트를 포함하는 복수의 포트와 그 복수의 포트가 관통하는 밸브실을 가지는 밸브본체, 이 밸브본체와 결합되어 외부의 전기신호로 전자적 추력을 발생하도록 구동되며 그 전자적 추력에 의해 출몰조작되는 플런저를 가지는 솔레노이드기구, 상기 밸브몸체의 밸브실에 이동가능하게 수납되고 상기 솔레노이드기구의 플런저와 연동하여 거기에 관통한 포트중 상기 공급포트와 배기포트를 교대로 개폐하는 밸브기구를 구비한 3포트 솔레노이드밸브.
2. 청구항 1에 있어서 상기 밸브본체가 상기 밸브실을 경계로 양분되어 각각 제작되는 4개의 본체블록으로 접합되어진 것을 특징으로 하는 3포트 솔레노이드밸브.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 솔레노이드기구가 상기 외부의 전기신호로 여자되어 전자적 추력을 발생하는 솔레노이드코일, 이 솔레노이드코일을 감고 있는 코일보빈, 코일보빈에 이동가능하게 삽입되어 솔레노이드코일의 전자적 추력에 의해 당겨지는 상기 플런저, 솔레노이드코일의 전자적 추력이 제거되면 플런저를 탄력적으로 복귀시키는 플런저스프링을 포함하는 3포트 솔레노이드밸브.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브기구가 상기 밸브실의 공급포트와 배기포트를 교대로 개폐할 수 있는 양단의 밸브요소를 가진 신축성 재질의 밸브부재, 이 밸브부재를 꼭맞게 끼워넣을 수 있도록 되고 상기 제1밸브실 내벽을 관통하여 상기 솔레노이드의 플런저 단부와 접촉하여 연동하는 연동돌기를 가지는 밸브홀더, 이 밸브홀더를 탄력적으로 지지하여 상기 플런저에 대항하는 방향으로 미는 밸브스프링을 포함하는 3포트 솔레노이드밸브.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 밸브본체에 푸쉬조작가능하게 설치되고 그 푸쉬조작에 따라 상기 솔레노이드기구의 플런저를 연동시키는 푸쉬버튼을 포함하는 3포트 솔레노이드밸브.
6. 청구항 4에 있어서, 상기 밸브실에 상기 공급포트와 배기포트로 각각 통하는 밸브구멍을 가지며 그 밸브구멍이 차단될 수 있게 상기 밸브요소를 밀착시킬 수 있는 밸브시이트가 형성되어 있는 3포트 솔레노이드밸브.