KR20080015398A

KR20080015398A - 실링구조 및 그 실링구조를 이용한 제어밸브

Info

Publication number: KR20080015398A
Application number: KR1020077024862A
Authority: KR
Inventors: 료스케 초; 요시히로 오가와; 고헤이 후쿠도메
Original assignee: 이글 고오교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2008-02-19
Also published as: US20090278068A1; KR101251974B1; EP1876378B1; JP4888912B2; EP1876378A4; WO2006118051A1; CN101166924A; US7988125B2; EP1876378A1; JPWO2006118051A1

Abstract

본 발명은 베어링부의 안내면과 축부와의 끼워맞춤간의 고압유체측으로부터 저압유체측을 실링하는 실링구조로서, 베어링부의 고압유체측으로 축부를 에워싸는 직경방향의 접촉면을 가지는 실링링수용부와, 실링링수용부에 배치되어 접촉면과 대향하는 측면이 접촉부에 접촉함과 동시에 내주면이 축부의 외주면에 끼워맞춤하여 밀접하는 실링링을 가지며, 실링링은 피밀봉유체의 압력을 받아 탄성변형되더라도 탄성변형된 팽창부분이 실링링수용부의 주면(周面)과 접촉되지 않는 상대 치수로 형성되어 있는 것이다.

Description

실링구조 및 그 실링구조를 이용한 제어밸브{SEAL STRUCTURE AND CONTROL VALVE USING THE SAME}

본 발명은 상대이동하는 축부의 실링링에 의한 슬라이딩 저항을 작게 한 실링구조 및 그실링구조를 이용한 제어밸브에 관한 것으로, 더 상세하게는 예를들어 밸브체의 작동시에 축부와 그 안내공과의 사이로부터 작동유체가 누설되어 밸브실로 흐르는 것을 방지함과 동시에, 축부의 실링링에 대한 슬라이딩 저항을 저감할 수 있는 실링구조와 그 실링구조를 이용한 제어밸브에 관한 것이다.

본 발명의 관련기술로서 솔레노이드밸브가 알려져 있다. 이 솔레노이드밸브는 도6에 도시한 바와 같은 구성이다(예를들어 하기 특허문헌 1 참조). 이 솔레노이드밸브(130)는 예를들어 공조기 등으로 CO₂인 작동유체의 압력과 용량을 제어한다. 이 CO₂를 이용한 냉매사이클에서는 일반적으로 사용압력영역이 종래의 냉매의 압력에 비해 10배 이상의 압력으로 사용된다. 이 때문에 작동하는 스풀(106)이 고압력을 받아 탄성변형된 O링(125)과의 압접에 의한 마찰에 의해 슬라이딩 저항을 증대시킨다. 그리고 스풀(106) 외주면측의 슬라이딩면 사이로부터 작동유체가 누설되는 문제도 야기된다.

도6에 있어서, 솔레노이드밸브(130)의 구성을 간단히 설명한다. 밸브본체(104)에는 도시우측의 부호 130측에 도시 생략하는 솔레노이드부가 밸브본체(104)에 일체로 마련되어 있다. 그리고 솔레노이드부에 전류를 인가함으로써 스풀(106)이 작동한다. 밸브본체(104)에는 축방향으로 관통하는 구멍의 주위에 스풀(106)을 안내하는 슬라이딩면(104A)이 마련되어 있다. 이 도6의 우측 단면이 되어 있지 않는 내부에는 스풀(106)과 일체의 스풀밸브가 마련되어 있으며, 이 스풀밸브에 의해 토출압력의 유체유입포트(112)와 제어실 압력의 유체유출포트(113)와의 유로를 개폐한다.

또한 도시가 생략되어 있으나, 토출압력의 유체유입포트(112)와 흡입압력의 유체유입유출포트(111)와는 중간에 오리피스를 마련한 배관에 의해 연통되어 있다. 이 흡입압력의 유체가 스풀(106)과 슬라이딩면(104A)의 사이로부터 대기압실(107)로 누설되지 않도록 밸브본체(104)에 마련한 오목부와 지지플레이트(126)에 의해 형성된 환상홈에 O링(125)이 장착되어 있다. 그리고 대기압실(107)에는 스프링용 리테이너(109)에 부착된 스프링(109A)이 마련되어 있다. 이 스프링(109A)에 의해 스풀(106)을 솔레노이드부 측으로 탄발(彈發)로 압압(押?)되어 있다.

이와 같이 구성된 솔레노이드밸브(130)에 있어서는 유체유입유출포트(111)의 흡입압력의유체가 스풀(106)과 슬라이딩면(104A)의 틈새로부터 누설되지 않도록 하기 위해, 스풀(106)과 밸브본체(104)에 O링(125)을 약간 틈이 있게 끼워맞춤되어 있다. 이 때문에 흡입압력의 유체가 한쪽으로부터 O링(125)을 직경방향으로 탄성변형시키도록 작용한다. 그리고 솔레노이드부에 인가된 전류에 의해 솔레노이드부가 작동하여 스풀(106)을 작동시키면 O링(125)과의 마찰에 의해 스풀(106)의 슬라이딩 저항이 커진다. 특히 공조기 등에서는 전술한 바와 같이 고압의 흡입압력의 유체를 실링해야 하므로, 이 흡입압력의 유체가 스풀(104)과 슬라이딩면(104A)의 사이로부터 O링(125)에 작용하면 O링(125)을 파손하도록 탄성변형시켜 스풀(106)의 슬라이딩 저항을 점점 증대시킨다. 이 때문에 솔레노이드부에 인가하는 전류의 크기와 스풀(106)의 작동 속도가 비례하지 않게 되고, 솔레노이드밸브(130)에 의해 유체의 용량을 제어하는 응답성이 악화될 우려가 있다. 또한 O링(125)의 내주 실링면은 압접(壓接)되어 마모되므로 실링 능력이 저하된다.

특허문헌 1 : 특허공개2000-193124호 공보(도3 및 도4)

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 발명이 해결하고자하는 과제는, 실링구조에 있어서 실링링의 실링면이 마모되어 축부와 축부의 안내면과의 사이로부터 피밀봉유체가 누설되는 것을 방지함과 동시에, 축부가 상대이동할 때의 슬라이딩 저항을 작게 하는 것에 있다. 또한 이 실링구조를 마련한 제어밸브에 있어서 밸브체를 작동시키는 축부와, 이 축부를 안내하는 안내면과의 사이로부터 작동유체가 누설되는 것을 방지함과 동시에, 축부의 슬라이딩시의 슬라이딩 저항을 작게 하여 불필요한 힘이 밸브체에 작용하는 것을 방지하여 밸브체의 응답성을 향상시키는 것에 있다.

본 발명은 전술한 바와 같은 기술적과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 기술적 해결수단은 이하와 같이 구성되어 있다.

본 발명에 따른 실링구조는, 베어링부의 안내면과 축부의 끼워맞춤 간의 고압유체측으로부터 저압유체측을 실링하는 실링구조로서, 안내면의 고압유체측에 축부를 에워싸는 직경방향의 접촉면을 가지는 실링링수용부와, 실링링수용부에 배치되어 내주면이 축부의 외주면에 밀접하게 끼워맞춤함과 동시에 접촉면과 대향하는 측면이 접촉면에 접촉하는 실링링을 가지며, 실링링과 실링링수용부와는 피밀봉유체의 압력을 받아 탄성변형되더라도 탄성변형된 팽창부분이 실링링수용부의 주면(周面)에 의해 규제되지 않는 상대 치수로 형성되어 있는 것이다.

또한 본 발명에 따른 실링구조를 이용한 제어밸브는, 작동수단에 의해 밸브체를 개폐하여 작동유체를 유동시키는 제어밸브로서, 밸브체를 가지는 축부와, 축부와 끼워맞춤하여 안내하는 안내면과, 안내면의 축방향의 한쪽에 있으며 상기 축부의 주위에 형성되어 직경방향의 접촉면을 가지는 실링링수용부와, 안내면의 축방향의 다른 쪽에 밸브부와 개폐하여 작동유체를 유동시키는 밸브시트를 가지는 밸브실과, 실링링수용부와 연통하여 작동유체를 도입하는 보조통로를 구비하며, 실링링수용부에는 내주면이 축부의 외주면에 밀접하게 끼워맞춤함과 동시에 접촉면과 대향하는 측면이 접촉면에 접촉하는 실링링을 가지며, 또한 실링링은 피밀봉유체의 압력을 받아 탄성변형되더라도 탄성변형된 팽창부분이 상기 실링링수용부의 주면과 접촉되지 않는 상대 치수로 형성되어 있는 것이다.

본 발명에 따른 실링구조에 따르면, 실링링수용부에 배치된 실링링은 축부의 외주면에 끼워맞춤함과 동시에, 측면이 접촉면에 접촉되어 있으며, 이 실링링이 고압의 작동유체에 의해 압압되어 탄성변형되더라도 탄성변형된 팽창부분이 실링링수용부의 주면과 접촉되지 않는 상대 치수로 형성되어 있으므로, 실링링은 외경방향으로 탄성변형할 수 있다. 이 때문에 실링링은 내주면이 축부와 강하게 접합하는 것을 방지할 수 있으므로, 샤프한 면압을 형성하여 실링 능력을 발휘할 수 있는 효과를 발휘한다. 또한 축부가 실링링과 상대 이동할 때에도 슬라이딩 저항을 작게 하는 것이 가능해진다. 그리고 실링링이 고압의 작동유체에 의해 접촉면에 압압되더라도 실링링의 내주면은 축부와 강하게 접합하지 않으므로, 서로의 슬라이딩면이 마모되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에 실링링은 실링능력의 향상과 함께 내구성이 향상되는 효과를 발휘한다.

또한 본 발명에 따른 실링구조를 이용한 제어밸브에 따르면, 실링링은 축부의 외주면과 실링링수용부의 접촉면에만 접촉된 상태로 배치되어 있다. 또한 실링링수용부는 밸브체측의 작동유체압력과 거의 동일한 작동유체가 흐르는 보조통로와 연통되어 있으므로, 실링링의 축방향 양측이 동일 작동유체압력을 받는다. 이 때문에 실링링에 작동유체압력이 작용하더라도 이 유체압력에 의해 실링링은 외경방향으로 자유롭게 탄성변형할 수 있다. 또한 실링링의 내주면의 실링면은 축방향 양측이 거의 동일 압력이므로 축부와의 밀접(密接)을 약하게 하더라도 고압력을 실링할 수 있다. 그리고 축부의 상대이동시에는 축부의 외주면과 실링링의 내주면과는 강하게 압접되지 않는 구성이므로 슬라이딩 저항도 작아진다. 그 결과 작동수단에 의해 축부를 작동하여 밸브체를 개폐밸브할 때 밸브체의 개폐 응답은 작동수단의 설정력에 따른 작동을 행할 수 있으므로, 밸브체의 개폐에 의한 유량의 제어가 향상되는 효과를 발휘한다.

도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 제어밸브의 전 단면도이다.

도2는 도1에 도시한 실링링수용부와 실링링수용부에 배치한 실링링의 확대단면도이다.

도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 제어밸브의 요부의 단면도이다.

도4는 도3에 도시한 실링링수용부와 실링링수용부에 배치한 실링링의 확대단면도이다.

도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 실링구조의 단면도이다.

도6은 본 발명과 유사한 관련 기술의 솔레노이드밸브의 일부 단면도이다.

[부호의 설명]

1 제어밸브 2 밸브부 2A 밸브하우징(밸브본체) 3 제1밸브시트

4 제2밸브시트 5 베어링부 5A 안내면 5B 주면 5C 접촉면

6 제1유체통로 6A 제1연통로 7 제2유체통로 7A 제2연통로

8 제3유체통로 8A 제3연통로 9 제어유체통공 10 밸브체

10A 제1밸브면 10B 제2밸브면 11 축부 11A 외주면

11B 로드부 12 감압실 13 감압장치 14 밸브실

15 보조통로 16 도입로 17 실링링수용부 (실링링 수용실)

20 솔레노이드부 21 본체 22 코일부 23 슬리브

23A 내주면 24 가동흡인자 24A 외주면 25 고정흡인자

25A 안내공 26 솔레노이드로드 26A 외주슬라이딩면

30 실링링 30A 내주면 30B 측면 32 회전축

32A 외주면 35 하우징 35A 베어링면 35B 주면

41 제1스프링 42 제2스프링

이하, 본 발명에 따른 실시형태의 실링구조 및 제어밸브를 도면에 의거하여 상세히 설명한다. 그리고 이하에 설명하는 각 도면은 설계도를 기초로 한 정확한 도면이다.

도1은 본 발명에 따른 실시형태를 나타내는 제어밸브의 단면도이다. 도1에 있어서 1은 제어밸브이다. 이 제어밸브(1)는 밸브부(2)와 솔레노이드부(20)를 조합하여 구성한다. 제어밸브(1)는 밸브부(2)의 외경을 형성하는 밸브하우징(밸브본체라고도 한다, 2A)를 마련한다. 이 밸브하우징(2A)은 축심에 밸브실(14)을 마련한다. 이 밸브실(14)을 중심으로 하여 외부로부터 밸브실(14)에 제1작동유체(작동유체라고도 한다, P1)를 유입시키는 제1유체통로(6)를 마련한다. 이 제1유체통로(6)와 밸브실(14)의 사이는 제1연통로(6A)에 형성한다. 제1유체통로(6)에 대해서 주방향(周方向)으로 약 180도의 거리가 떨어진 위치에 밸브실(14)과 연통하는 제2유체통로(7)를 마련하고 있다. 이 제2유체통로(7)로 제1유체통로(6)로부터 유출된 제1작동유체(P1)를 제2작동유체(P2)로서 유입시킨다. 또한 제2유체통로(7)로부터 제2작동유체(P2)를 제3작동유체(P2A)로서 밸브실(14)로 유입시킨다. 그리고 제3작동유체(P2A)의 압력은 제1작동유체(P1)의 압력과 거의 동일한 압력인 경우도 있으나, 제2작동유체(P2)가 유입측에서 작동하여 제1작동유체(P1)의 압력보다 저압으로 되는 경우도 있다. 그리고 제2유체통로(7)로부터 약 145도 떨어진 다른 위치에 밸브 실(14)과 연통하는 제3유체통로(8)를 마련한다. 또한 제2유체통로(7)와 제3유체통로(8)의 사이는 제3연통로(8A)에 형성한다. 이 제3유체통로(8)는 제2유체통로(7)로부터 제3작동유체(P2A)로서 유입한 제4작동유체(P3)를 유출시킨다. 이 제1유체통로(6)와 제2유체통로(7)와 제3유체통로(8)의 밸브하우징(2A)에 있어서의 위치관계는 상술한 바와 같이 한정되는 것은 아니며, 원주상에서 배관하기 쉬운 위치에 간격을 두고 배치하면 된다.

그리고 도시하는 밸브실(14)의 상부의 관통공에는 베어링부(5)를 끼워 결합한다. 그리고 베어링부(5)의 도시 상부에는 2단의 부착공이 마련된다. 이 부착공에는 솔레노이드부(20)를 끼워 결합한다. 또한 베어링부(5)의 도시 상면에는 주면을 따라 방사상으로 복수의 홈상의 절결부를 형성한다. 또한 절결부를 마련한 베어링부(5)의 외주는 밸브하우징(2A)과 솔레노이드부(20)의 결합면 간에 공간부를 형성한다. 이 공간부와 절결부를 도입로(16)에 형성한다. 이 도입로(16)는 보조통로(15)를 통해 제1유체통로(6)와 연통시킨다. 즉, 보조통로(15)는 일단이 제1유체통로(6)에 연통함과 동시에, 타단이 도입로(16)를 통해 실링링수용부(실링링수용실이라고도 한다, 17)와 연통한다. 이 보조통로(15)는 밸브하우징(2A)에 대해서 축방향의 구멍으로서 형성한다. 그리고 이 보조통로(15)는 예를들어 밸브하우징(2A)의 외부에 배관을 마련하여 연통시킬 수도 있다. 그리고 보조통로(15)는 제1유체통로(6)를 흐르는 작동유체(P1)가 유동하여 실링링수용부(17)내로 유입한다. 이 실링링수용부(17)내의 제1작동유체의 압력은 제2연통로(8A)내의 제3작동유체의 압력과 거의 동일한 압력이거나, 제3작동유체의 압력보다 고압이 되는 경우가 보통이다.

밸브실(14)에는 제1유체통로(6)의 축심과 직교하는 제1연통로(6A)의 개구 주위에 제1밸브시트(3)를 마련한다. 또한 제1밸브시트(3)와 대향하는 제3연통로(8A)의 개구 주위에도 제2밸브시트(4)를 마련한다. 그리고 밸브실(14)에는 밸브체(10)를 배치한다. 이 밸브체(10)에 제1밸브시트(3)와 이접(離接)하여 개폐하는 제1밸브면(10A)을 마련한다. 또한 이 밸브체(10)에 제2밸브시트(4)와 이접하여 개폐하는 제2밸브면(10B)을 마련한다. 그리고 밸브체(10)는 밸브실(14)의 내주면과 슬라이딩 가능하게 끼워맞춤하여 제1밸브면(10A)이 제1밸브시트(3)와 밸브 폐쇄할 때에는 제2밸브면(10B)이 제2밸브시트(4)와 밸브 개방한다. 즉 삼방(三方)밸브로서의 밸브체(10)가 작동하면 제1밸브시트(3)와 제2밸브시트(4)가 교호로 개폐하는 구성이다.

또한 밸브체(10)의 밸브실(14)과 슬라이딩하는 하방부는 단부를 이루는 소직경으로 형성하여 제1유체통로(6)와 제2유체통로(7)를 연통시키는 통로로서 제1작동유체(P1)를 통과유입시킨다. 또한 이 소경부의 외주에 제1스프링(42)을 동심(同芯)에 배치한다. 이 제1스프링(42)은 밸브체(10)를 솔레노이드부(20)측으로 탄발로 압압한다. 그리고 밸브체(10)의 슬라이딩하는 대경부에는 축방향으로 관통하는 제2연통로(7A)를 주방향을 따라 복수개 마련한다. 이 제2연통로(7A)는 제2밸브시트(4)가 밸브 개방했을 때 제3연통로(8A)와 연통된다. 또한 제3연통로(8A)는 제3유체통로(8)와 연통하여 외부 배관과 연통된다. 그리고 베어링부(5)는 밸브하우징(2A)과는 별도 부품으로서 밸브하우징(2A)의 관통공에 끼워 결합되어 있는데, 제3연통로(8A)를 내부에 마련할 수 있다면 베어링부(5)를 마련하지 않고 밸브하우징(2A)을 가공하여 내부로 직접 안내면(5A)을 형성해도 좋다. 이 베어링부(5)의 안내면(5A) 의 내경 치수(DX)는 축부(11)의 직경치수(D)와 슬라이딩 가능하게 한 근사 치수로 형성하면 된다. 그리고 밸브하우징(2A)은 황동, 구리, 알루미늄, 스텐레스 등의 금속, 합성수지재 등으로 제작한다.

이 베어링부(5)에 있어서의 안내면(5A)의 도시하는 상부에는 전술한 바와 같이 실링링수용부(17)를 마련한다. 도2는 이 실링링수용부(17)의 부근을 확대하여 나타낸 것이다. 이 실링링수용부(17)는 베어링부(5)의 상면에 안내면(5A)의 내경치수(DX)보다 대직경치수(D2)으로 한 구멍상의 주면(5B)에 의해 오목부로 형성한다. 실링링수용부(17)는 도2로부터 명백한 바와 같이 주면(5B)과 주면(5B)의 구멍 저부의 직경방향을 이루는 접촉면(5C)에 의해 형성한다. 이 실링링수용부(17)에는 고무재제로 단면이 O형의 실링링(30)을 장착한다. 실링링(30)의 접촉면(5C)과 대향하는 측면(30B)은 접촉면(5C)과 접합시킨다. 또한 실링링(30)의 내주면(30A)은 축부(11)의 외주면(11A)에 가볍게 밀접시킨다. 그리고 실링링(30)의 외주면은 작용하는 압력에 의해 탄성변형되더라도 실링링수용부(17)의 주면(5B)과는 항상 접촉되지 않는 치수관계로 형성되어 있다. 그리고 실링링(30)은 축방향으로부터 제1작동유체(P1)압력과 제3작동유체(P3)압력을 대향하여 받으므로, 제1작동유체(P1) 및 제3작동유체(P3)의 압력이 고압이더라도 실링링(30)을 통해 다른 쪽으로의 누설은 적다. 이 때문에 실링링(30)의 내주면(30A)은 축부(11)의 외주면(11A)과 가볍게 밀접할 수 있는 것이다.

축부(11)의 직경치수(D)는 안내면(5A)의 내경 치수(DX)보다도 미소만큼 작게 형성하여 상대 이동할 수 있도록 하고 있다. 그리고 실링링(30)은 도입로(16)로부터 유입된 제1작동유체(P1)가 축부(11)의 외주면(11A)과 안내면(5A)과의 끼워맞춤 사이로부터 밸브실(14)로 누설되는 것을 방지한다. 그리고 이 제1작동유체(P1)는 솔레노이드로드(26)의 외주슬라이딩면(26A)과 고정흡인자(25)의 안내공(25A)과의 틈새측으로 유입되고, 축부(11)의 단면에 작용시켜 축부(11)를 하방으로 밀어내린다. 그리고 이 밀어내리는 힘과 제1작동유체(P1)가 밸브체(10) 및 축부(11)에 작용하여 상방으로 압압하는 힘과를 대항시켜서 균형을 잡는다. 이때 실링링수용부(17)의 주면(5B)의 직경 치수(D2)는 실링링(30)이 작동유체(P1)에 의해 압압되어 탄성변형되더라도 접촉되지 않도록 실링링(30)의 외주면의 직경치수(D1)를 틈새(C)만큼 작아지는 치수관계로 형성한다. 이 때문에 실링링(30)은 제1작동유체(P1)의 압력에 의해 축방향으로 압축되어 직경방향으로 탄성변형되더라도 실링링(30)의 내주면(30A)이 축부(11)의 외주면(11A)과 강하게 압접하는 것을 방지할 수 있다. 특히 실링링(30)의 양측으로부터 압력을 받으면 실링링(30)은 외경방향으로 연장되게 된다. 이 때문에 실링링(30)의 내주면(30A)은 축부(11)와의 압접력을 증가시키는 일 없이 효과적으로 실링할 수 있다. 그 결과 밸브체(10)가 개폐밸브하기 위해 축부(11)가 상하로 슬라이딩할 때 실링링(30)과의 슬라이딩 저항은 작게 할 수 있다.

밸브부(2)에 있어서의 밸브하우징(2A)의 상단부에 마련한 부착공에는 솔레노이드부(20)의본체(21)의 하단부를 끼워 결합한다. 이 솔레노이드부(20)는 유저(有底)원통상의 슬리브(23)를 동심에 마련한다. 슬리브(23)의 외주측에는 코일부(22)가 감겨져 있다. 그리고 코일부(22)는 본체의 내주면에 부착한다. 그리고 슬리브(23)의 내주면(23A)의 일단측에는 가동흡인자(24)의 외주면(24A)을 이동가능하게 끼워맞춤 한다. 또한 슬리브(23)의 내주면(23A)의 타단측에는 고정흡인자(25)를 끼워 결합한다. 그리고 가동흡인자(24)에는 솔레노이드로드(26)의 일단부를 결합한다. 그리고 솔레노이드로드(26)의 타단면을 축부(11)의 단면에 접하도록 한다. 또한 솔레노이드로드(26)의 외주슬라이딩면(26A)는 고정흡인자(25)의 안내공(25A)과 헐겁게 끼워맞춤한다. 그리고 솔레노이드부(20)의 상부에 결선된 배선을 통해 전류가 코일부(22)로 인가되면 가동흡인자(24)가 고정흡인자(25)에 흡착한다. 또한 전류가 끊어지면 가동흡인자(24)는 제1스프링(42)에 의해 압압되어 고정흡인자(25)로부터 이탈된다. 이와 같이 하여 솔레노이드부(20)에 흐르는 전류의 크기에 따라 가동흡인자(24)는 솔레노이드로드(26)에 의해 밸브체(10)를 제1밸브시트(3)와 제2밸브시트(4)에 대해서 교호로 개폐한다. 그리고 가동흡인자(24)는 제1스프링(42)보다 작은 스프링력의 보조스프링(41)에 의해 밸브체(10)측으로 탄발로 압압되어 있다.

전술한 바와 같이 구성된 제어밸브(1)는 밸브체(10)와 축부(11)를 연결함과 동시에, 솔레노이드로드(26)와 축부(11)를 접면(接面)하여 밸브체(10)를 작동시킨다. 이 밸브체(10)의 개폐시에 밸브체(10)에 제1작동유체(P1)가 작용하면 밸브체(10)를 압압한다. 이 밸브체(10)에 작용하는 제1작동유체(P1)의 불균형한 작용력은 솔레노이드부(20)에 흐르는 전류의 크기에 따라 작동시키는 힘을 부정확하게 한다. 또한 설정된 보조스프링(41)과 제1스프링(2)의 힘에도 영향을 준다. 이 때문에 작동유체(P1)를 밸브체(10)와는 반대의 축부(11)의 단면에도 작용시켜서 제1작동유체(P1)가 밸브체(10)에 작용하는 힘과 상쇄할 수 있도록 한다. 동시에 실링링수용부(17)와 실링링(30)의 구성에 의해 제1작동유체(P1)가 축부(11)와 안내면(5A)의 끼워맞 춤 사이로 누설되는 것을 방지함과 동시에, 실링링(30)의 축부(11)와의 슬라이딩 저항도 저감할 수 있다. 그 결과 밸브체(10)의 개폐는 솔레노이드부(20)의 작용력, 제1스프링(42)의 힘 및 보조스프링(41)의 힘 등의 설정된 힘에 의해 작동하는 것이 가능해진다. 이 때문에 솔레노이드부(20)에 흐르는 전류의 크기에 대응한 작동력에 의해 밸브체(10)의 개폐를 설정대로 작동시킬 수 있다.

도3은 본 발명에 따른 제2실시예의 제어밸브(1)이다. 도3에 있어서, 밸브하우징(2A)에는 관통공의 일단에 큰 구멍을 형성하고 있다. 이 구멍을 막는 지지부를 끼워 결합하여 내부에 감압실(12)을 형성한다. 감압실(12)에는 지지부에 지지된 감압장치(13)를 부착한다. 또한 밸브하우징(2A)의 단부의 외주는 솔레노이드부(20)를 결합시키기 위한 결합부에 형성한다. 그리고 밸브부(2)와 솔레노이드부(20)를 조합하여 제어밸브(1)를 형성한다.

밸브하우징(2A)의 관통공의 각 부에는 감압실(14)에 연통하여 감압실(14)의 직경보다 소직경의 슬라이드공을 연설(蓮設)한다. 그리고 관통공에는 슬라이드공에 연통하는 제어유체통공(9)을 마련한다. 또한 이 관통공의 제어유체통공(9)에 연통하여 제어유체통공(9)보다 대직경의 밸브실(14)을 형성한다. 그리고 관통공의 타단에는 밸브실(14)에 연통하여 고정흡인자(25)의 하측의 플랜지부와 끼워맞춤하는 밸브실(14)보다 대직경의 제1부착공과, 베어링부(5)가 끼워 결합하는 제2부착공을 2단공으로 연설한다. 그리고 밸브실(14)과 제어유체통공(9)의 경계의 개구 주변에는 제1밸브시트(3)를 마련한다. 이 제1밸브시트(3)를 마련한 면은 제어유체통공(9)을 향해 테이퍼면에 형성해도 좋다.

그리고 도4도 참조하여 더 설명한다. 도4는 베어링부(5)의 요부확대도이다. 밸브하우징(2A)의 제2부착공에는 O링을 통해 베어링부(5)를 밀봉으로 끼워 결합한다. 베어링부(5)의 도시 상부에는 실링링수용부(17)를 형성한다. 실링링수용부(17)에는 도1의 베어링부(5)와 동일 형상으로 하여 주면(5B)과 접촉면(5C)을 마련한다. 그리고 단면에는 홈상으로 절결한 도입로(16)를 주면을 따라 등배치로 복수개를 형성한다. 또한 축부(11)의 외주면(11A)의 직경치수(D)와 안내면(5A)의 내경 치수(DX)와, 실링링(30)의 외주면의 직경 치수(D1)와, 주면(5B)의 직경치수(D2)의 관계 치수는 도1의 베어링부(11) 및 실링링(30)과 마찬가지이다. 베어링부(5)의 안내면(5A)은 축부(11)가 상대이동할 때 안내한다. 그리고 실링링수용부(17)에는 실링링(30)을 배치한다. 실링링(30)의 내주면(30A)은 축부(11)의 외주면(11A)과 밀접시킨다. 동시에 실링링(30)의 측면(30B)은 접촉면(5C)과 밀접시킨다. 또한 실링링(30)에 의해 이 축부(11)의 외주면(11A)과 안내면(5A)의 틈새로 작동유체(Ps)가 유입되는 것을 방지한다. 실링링(30)은 단면이 D형으로 형성된 고무 또는 수지재로 형성한다. 이 실링링(30)의 단면이 반원상인 내주면(30A)은 직경 치수(D)이다. 또한 실링링(30)의 외주의 커트 평면과 주면(5B)과의 틈새(C)는 실링링(30)이 작동유체(Ps)의 압력에 의해 평면상으로 탄성 변형되더라도 접촉되지 않는 치수로 형성한다.

이러한 베어링부(5)를 마련한 밸브하우징(2A)에 있어서 밸브하우징(2A)에는 밸브실(14)에연통하는 제2유체통로(7)를 형성한다(도3 참조). 이 제2유체통로(7)로부터 제어유체(Pd)가 유입한다. 이 제2유체통로(7)로부터 유입된 제어유체(Pd)는 밸브 체(10)가 밸브 개방되었을 때 제어유체통공(9)으로 유입된다. 그리고 제어유체통공(9)에는 제2유체통로(7)로부터 밸브 개방시에 유입된 제어유체(Pd)를 도시 생략의 제어실로 유출시키기 위해 제3유체통로(8)를 연설한다. 그리고 제3유체통로(8)도 밸브하우징(2A)의 외주면을 따라 2등분 배치의 부분에 제어유체통공(9)을 마련한다. 그리고 밸브하우징(2A)에는 감압실(12)로부터 실링링수용부(17)로 연통하는 보조통로(15)를 형성한다. 이 보조통로(15)와 실링링수용부(17)의 사이는 도입로(16)에 의해 연통시킨다.

밸브하우징(2A)의 축심을 지나는 관통공에는 축부(11)를 삽통(揷通)한다. 축부(11)에는 슬라이드공과 슬라이딩하는 로드부(11B)와 밸브체(10)를 마련하고 있다. 로드부(11B)의 직경은 축부(11)의 직경치수(D)와 거의 동일한 치수로 형성한다. 로드부(11B) 중 제어유체통공(9)과 끼워맞춤하는 부분은 로드부(11B)의 직경보다 소직경으로 형성하여 제어유체(Pd)를 통과할 수 있는 유통로에 형성한다. 또한 밸브체(10)는 제1밸브시트(3)와 개폐한다. 이 축부(11)의 단면은 솔레노이드(26)의 단면과 접면 상태로 연결되어 있으며, 양 부품은 함께 연동한다.

솔레노이드로드(26)는 슬리브 내로 이동가능하게 배치된 가동흡인자(24)와 일체로 연결한다. 가동흡인자(24)와 대항하는 위치에는 고정흡인자(25)가 슬리브 내에 끼워 결합함과 동시에, 단부가 밸브하우징(2A)의 제1부착공에 끼워 결합한다. 그리고 솔레노이드로드(26)는 고정흡인자(25)의 안내공(25A)과 헐겁게 결합하여 상대이동 가능하게 배치되어 있다. 그리고 솔레노이드로드(26)와 안내공(25A)의 틈새로 도입로(16)로부터의 작동유체(Ps)가 유입가능하게 되어 있다.

다음에, 밸브하우징(2A)의 감압실(12)에는 제1유체통로(6)가 연통된다. 이 제1유체통로(6)는 밸브하우징(2A)의 주면에 2등분배치로 형성되어 있다. 이 제1유체통로(6)에 의해 외부로부터 작동유체(Ps)를 감압실(12)로 도입한다. 작동유체(Ps)는 감압실(12)내에서 감압장치(13)가 수축하도록 작용한다. 그리고 감압장치(13)는 내부의 탄발력과 외부로부터의 작동유체(Ps)의 압축력에 따라 작동하며, 솔레노이드부(20)의 작동과 함께 축부(11)를 작동시킨다. 이 솔레노이드부(20)와 감압장치(13)의 작동에 의해 축부(11)와 일체의 밸브체(10)를 개폐시킨다. 이 솔레노이드부(20)의 흡인력은 코일부에 흐르는 전류의 크기에 비례한다. 도3에 있어서의 제어밸브(1)의 기타 부호는 도1의 부품과 동일하다.

이 제2실시예의 제어밸브(1)는 밸브체(10)를 작동시킬 때 밸브체(10)나 로드부(11B)에 작용하는 작동유체(Ps) 또는 제어유체(Pc)의 불필요한 압력에 대해서, 이 압력과 대항하는 작동유체(Ps)의 압력을 실링링수용부(17)로부터 축부(11)의 단면(수압면)에 작용시켜 축부(11)의 전체에 받은 불필요한 압력을 상쇄하는 것이 가능해진다. 동시에 실링링수용부(17)로부터 밸브실(14)로 작동유체(Ps)가 누설되는 것을 실링링(30)에 의해 방지한다. 이 실링링(30)은 축부(11)와의 슬라이딩 저항을 전술한 바와 같이 구성함으로써 저감하는 것이 가능해진다. 그 결과 밸브체(10)는 솔레노이드부(20)의 작용력, 감압장치(13)의 작용력, 스프링력 등의 설정압력에 따라서만 개폐하는 것이 가능해진다. 그리고 밸브체(10)의 제1밸브시트(3)와의 개폐의 응답성이 향상된다.

도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 실링링(30)의 실링구조이다. 이 실링링(30)은 도시 상방으로부터만 피밀봉유체(작동유체)의 압력이 작용하는 경우이다. 이러한 실링구조는 펌프, 공기기계, 압축기, 계기 등에 채용된다. 하우징(35)에는 베어링이 되는 안내면(35A)을 마련한다. 또한 안내면(35A)의 도시 상부에는 오목부의 개구를 지지부(36)에 의해 막도록 하여 실링링수용부(17)를 형성한다. 이 안내면(35A)과 실링링수용부(17)에는 회전축(32)을 관통한다. 그리고 실링링수용부(17)에는 실링링(30)과 백업링(31)을 장착한다. 실링링(30)은 고무재제로 단면이 타원형으로 형성되어 있다. 또한 백업링(31)은 수지재제로 링으로 형성되어 있다. 실링링(30)의 측면(30B)은 백업링(31)과 접합상태로 배치된다. 백업링(31)은 내주면(31A)이 회전축(32)의 외주면(32A) 사이에 미소한 간격으로 형성한다. 그리고 실링링(30)의 단면은 O형으로 형성해도 된다. 또한 실링링(30)의 단면을 6각, 8각상으로 형성해도 된다.

회전축(32)의 외주면(32A)의 직경치수(D)와 실링링(30)의 내주면(30A)의 직경치수는 밀접하여 끼워맞춤하는 치수로 형성한다. 또한 실링링(30)의 외경의 직경치수(D1)는 실링링수용부(17)에 있어서의 주면(35B)의 내경의 직경치수(D2)보다 작게 형성한다. 이 틈새 C(D2-D1/2)는 실링링(30)이 피밀봉유체에 압축되어 탄성변형되더라도 실링링(30)의 외주면이 실링링수용부(17)의 주면(35B)에 접촉되지 않는 크기로 형성되어 있다. 그리고 안내면(35A)의 직경치수(DX)는 회전축(32)의 외주면(32A)의 직경치수(D)보다 약간 크게(약 0.02mm 내지 0.8mm)형성한다. 그리고 실링링(30)의 축방향의 폭(W1)과 백업링(31)의 축방향의 폭(W2)은 W1+W2=W치수로 형성되어 있으며, 실링링수용부(17)의 축방향의 폭(A)보다 작게 형성한다.

실링링(30)의 외주면은 주면(35B)과 틈새(C)를 마련하고 있으므로, 피밀봉유체의 압력을 받더라도 실링링수용부(17)의 주면(35B)에 의해 탄성변형이 규제되지 않게 된다. 이 때문에 실링링(30)의 내주면(30A)이 회전축(32)의 외주면(32A)과 강하게 접촉하여 슬라이딩되는 것을 방지할 수 있다. 그리고 종래에는 실링링(30)이 회전축(32)의 외주면(32A)에 압접하여 회전축(32)의 슬라이딩 저항을 크게 하므로 문제로 되어 있었으나, 이 큰 슬라이딩 저항을 본 발명의 실링링(30)의 실링구조에 의해 저감하는 것이 가능해진다. 그리고 실링링(30)의 슬라이딩 저항이 작은 것은 실링링(30)의 내주면(30A)의 마모를 방지하여 내구 능력을 향상시킨다.

이하, 본 발명에 따른 다른 실시태양의 발명에 대해서 그 구성과 작용 효과를 설명한다.

본 발명에 따른 제1발명의 실링구조를 이용한 제어밸브는, 밸브실에는 상기 밸브시트에 대향하는 대향밸브시트를 가지며, 대향밸브시트의 개구와 연통함과 동시에 보조통로와 연통하는 제1유체통로를 가지며, 또한 대향밸브시트의 개구와 연통가능함과 동시에 밸브시트의 개구와 연통가능한 제2유체통로를 가지며, 제2유체통로에는 밸브시트의 개구를 통해 연통하는 제3연통로를 가지며, 밸브체가 대향밸브시트와 밸브시트를 교호로 개폐하는 것이다.

이 제1발명에 따른 실링구조를 이용한 제어밸브에 의하면, 슬라이딩 저항을 작게 한 실링링에 의해 제1유체통로를 흐르는 작동유체의 압력이 밸브체에 작용하는 힘에 대해서, 축부와 반대의 단부에 보조통로를 통해 제1유체통로로부터의 작동유체의 압력을 작용시킴으로써 밸브체의 축방향의 양측의 힘을 상쇄할 수 있다. 이 때 문에 밸브체의 개폐작동에 있어서 밸브체에 작용하는 불필요한 힘을 상쇄하여, 작동수단만에 의해 밸브체를 작동시킬 수 있다. 그리고 밸브체의 밸브시트의 개폐에 대한 응답성을 향상시킬 수 있다. 또한 실링링의 축부와의 슬라이딩 저항을 작게 할 수 있으므로, 작동수단에 따른 밸브체의 응답성을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 제2발명의 실링구조를 이용한 제어밸브는 작동수단이 전류의 크기에 따라 서로 흡인하는 흡인자를 가지는 솔레노이드부로 구성되어 있는 것이다.

이 제2발명의 실링구조를 이용한 제어밸브에 따르면, 솔레노이드부는 전류의 강도에 따라 작동한다. 이 때문에 축부의 저항이 커지면 솔레노이드부의 작동시키는 정도(精度)가 저하된다. 이에 대해서 실링링과 축부와의 슬라이딩 저항을 작게 할 수 있으므로, 솔레노이드부의 전류에 따라 밸브체의 개폐하는 응답성을 발휘시킬 수 있는 효과를 발휘한다.

본 발명에 따른 제3발명의 실링구조를 이용한 제어밸브는 실링링이 고무 또는 수지재제로 단면의 내주면이 원호상으로 형성되어 있는 것이다.

이 제3발명의 실링구조를 이용한 제어밸브에 따르면, 실링링이 고무 또는 수지재제로 형성되어 있으므로, 실링링의 내주의 원호면이 축부의 외주면 및 접촉면과 최소의 접촉면적으로 접합시킬 수 있다. 이 때문에 실링링의 실링면을 샤프한 면압으로 실링 능력을 향상시킬 수 있음과 동시에, 축부의 슬라이딩 저항을 최소로 하여 밸브체의 응답성을 향상시키는 효과를 발휘한다. 동시에 고무 또는 수지재제의 실링링에 의해 마찰저항을 최소로 하여 축부와 안내면과의 틈새로부터 작동유체가 밸브실 측으로 누설되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

이상의 설명과 같이 본 발명의 실링구조 및 실링구조를 이용한 제어밸브는 제어밸브, 공기기계, 압축기 등의 축부와 하우징과의 틈새를 흐르는 피밀봉유체를 실링하는 것에 적합하며, 또한 축부의 슬라이딩 저항을 작게 할 수 있음과 동시에, 축부에 가지는 밸브체의 개폐작동시의 응답성이 우수하므로 유용하다.

Claims

베어링부의 안내면과 축부의 끼워맞춤 간의 작동유체를 실링하는 실링구조로서,

상기 베어링부의 고압작동유체측에 축부를 에워싸는 직경방향의 접촉면을 가지는 실링링수용부와, 상기 실링링수용부에 배치되어 내주면이 상기 축부의 외주면에 밀접하게 끼워맞춤함과 동시에 상기 접촉면과 대향하는 측면이 상기 접촉면에 접촉하는 실링링을 가지며, 실링링과 실링링수용부와는 피밀봉유체의 압력을 받아 탄성변형되더라도 탄성변형된 팽창부분이 실링링수용부의 주면에 의해 규제되지 않는 상대 치수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링구조.
작동수단에 의해 밸브체를 개폐하여 작동유체를 유동시키는 제어밸브로서, 상기 밸브체를 가지는 축부와, 상기 축부와 끼워맞춤하여 안내하는 안내면과, 상기 안내면의 축방향의 한쪽에 있으며 상기 축부의 주위에 형성되어 직경방향의 접촉면을 가지는 실링링수용부와, 상기 안내면의 축방향의 다른 쪽에 상기 밸브체와 개폐하여 상기 작동유체가 흐르는 연통로의 주위에 밸브시트를 가지는 밸브실과, 상기 실링링수용부와 연통하여 작동유체를 도입하는 보조통로를 구비하며, 상기 실링링수용부에는 내주면이 상기 축부의 외주면에 밀접하게 끼워맞춤함과 동시에 상기 접촉면과 대향하는 측면이 상기 접촉면에 접촉하는 실링링을 가지며, 또한 상기 실링링은 작동유체의 압력을 받아 탄성변형되더라도 탄성변형된 팽창부분이 상기 실링 링수용부의 주면에 의해 규제되지 않는 상대 치수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링구조를 이용한 제어밸브.
제2항에 있어서, 상기 밸브실에는 상기 밸브시트에 대향하는 대향밸브시트를 가지며, 상기 대향밸브시트의 개구와 연통함과 동시에 상기 보조통로와 연동하는 제1유체통로를 가지며, 상기 대향밸브시트의 개구와 연통가능하게 함과 동시에 상기 밸브시트의 개구와 연통가능한 제2유체통로를 가지며, 상기 제2유체통로에는 상기 밸브시트의 개구를 통해 연통하는 제3연통로를 가지며, 상기 밸브체가 상기 대향밸브시트와 상기 밸브시트를 교호로 개폐하는 것을 특징으로 하는 실링구조를 이용한 제어밸브.
제2항에 있어서, 상기 작동수단이 전류의 크기에 따라 서로 흡인하는 흡인자를 가지는 솔레노이드부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링구조를 이용한 제어밸브.
제2항에 있어서, 상기 실링링이 고무 또는 수지재제로 단면의 내주면이 원호상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 실링구조를 이용한 제어밸브.