KR20100100856A - 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브 - Google Patents

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Abstract

솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 흐르는 작동 유체의 유량을 솔레노이드(S)의 여자에 따라서 제어한다. 여자된 솔레노이드(S)에 구동되는 파일럿 밸브(V3)의 파일럿 핀(60)이 보조 파일럿 압력을 조정한다. 보조 밸브(V2)는 보조 파일럿 압력에 따라서 개방도를 변화시켜, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 작동유를 유출시키는 동시에, 그 유량에 따라서 메인 파일럿 압력을 변화시킨다. 메인 밸브(V1)는 메인 파일럿 압력에 따라서 개방도를 변화시켜, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 작동유를 유출시킨다. 유량에 따라서 복수의 밸브가 순차 작동함으로써, 소유량에 대한 정밀도가 높은 유량 제어와 대유량에 대한 응답성이 높은 유량 제어를 실현한다.

Description

솔레노이드 구동 유량 제어 밸브 {SOLENOID DRIVING FLOW RATE CONTROL VALVE}
본 발명은, 여자(勵磁)된 솔레노이드의 추력에 따라서 유체의 유량을 변화시키는 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브에 관한 것이다.
일본 특허청이 2002년에 발행한 일본 특허 출원 공개 제2002-106743호와 2007년에 발행한 일본 특허 출원 공개 제2007-239996호는, 여자된 솔레노이드의 추력에 따라서 밸브의 유통 단면적의 면적을 변화시키는 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브를 개시하고 있다.
이들 종래 기술에 의한 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브는, 파일럿 압력에 따라서 변위되는 포핏을 구비하고, 포핏과 밸브 시트 사이에 형성되고, 유체를 유통시키는 밸브 개구부의 면적을 포핏의 변위에 의해 변화시키고 있다. 파일럿 압력은, 여자된 솔레노이드의 추력에 의해 변위되는 파일럿 핀을 이용하여 조절된다. 밸브 개구부의 면적이 변화되면, 밸브의 유통 저항이 변화되어, 결과적으로 밸브를 유통하는 유체의 유량이 변화된다.
상기한 종래 기술에 의한 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브에 있어서, 대유량시의 응답성과, 소유량에 대한 제어 정밀도를 양립시키는 것은 어렵다. 예를 들어, 대유량에 있어서의 응답성을 높이기 위해, 포핏의 작은 변위에 의해 개구부의 면적이 크게 변화되도록 포핏을 대형화하는 것을 생각할 수 있다. 그러나 포핏의 작은 변위에 의해 개구부의 면적이 크게 변화되면, 소유량의 제어에 있어서는 포핏의 변위 단위가 지나치게 작아져 버린다. 즉, 대유량에 있어서의 응답성과 소유량에 있어서의 제어 정밀도를 모두 만족시키도록, 포핏의 변위와 개구부의 면적 변화의 비율을 결정하는 것은 매우 어렵다.
본 발명의 목적은, 따라서 대유량에 대한 응답성과 소유량에 있어서의 높은 제어 정밀도를 모두 실현 가능한 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브를 제공하는 것이다.
이상의 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 제2 포트로부터 제1 포트로 흐르는 유체의 유량을 여자 전류에 따라서 제어하는 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브에 있어서, 제2 포트와 제1 포트 사이에 개재 장착된, 메인 밸브 시트와, 메인 밸브 시트에 착좌 가능하게 대치하는 메인 포핏을 구비하는 메인 밸브와, 유체압을 메인 밸브 시트를 향해 메인 포핏에 미치게 하는 메인 파일럿실과, 메인 파일럿실을 제2 포트에 접속하는 메인 파일럿 오리피스와, 보조 밸브 시트와, 보조 밸브 시트에 착좌 가능하게 대치하는 보조 포핏을 구비하고, 메인 파일럿실을 제1 포트에 접속하는 보조 밸브와, 유체압을 보조 밸브 시트를 향해 보조 포핏에 미치게 하는 보조 파일럿실과, 보조 파일럿실을 제2 포트에 접속하는 보조 파일럿 오리피스와, 파일럿 밸브 시트와, 파일럿 밸브 시트에 착좌 가능하게 대치하는 파일럿 핀을 구비하고, 보조 파일럿실을 제1 포트에 접속하는 파일럿 밸브와, 여자 전류에 따라서 파일럿 핀을 보조 파일럿 시트에 대해 변위시키는 솔레노이드를 구비하고 있다.
본 발명의 상세 및 다른 특징이나 이점은, 명세서의 이하의 기재 중에서 설명되는 동시에, 첨부된 도면에 도시된다.
도 1은 본 발명에 따른 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 개략 구성도이다.
도 2는 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 종단면도이다.
도 3은 도 2와 직교하는 수직면을 따라 잘라낸 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 종단면도이다.
도 4는 작동유의 일방향의 흐름을 나타내는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 개략 구성도이다.
도 5는 작동유의 역방향의 흐름을 나타내는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 개략 구성도이다.
도 6은 파일럿 핀의 리프트량과, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 유량의 관계를 나타내는 다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 종단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 개략 구성도이다.
도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브의 단면도이다.
도면 중 도 1을 참조하면, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 제1 포트(12)와 제2 포트(13) 사이를 흐르는 유체의 유량을 솔레노이드의 여자 전류에 따라서 제어하는 밸브이다. 이 실시예에서는, 유체에 작동유를 사용한다.
제1 포트(12)의 압력이 제2 포트(13)의 압력보다 높은 경우에는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)로 작동유를 흐르게 하는 동시에, 그 유량을 제어한다. 이 경우에는 제1 포트(12)를 고압 포트, 제2 포트(13)를 저압 포트라 칭한다. 반대로, 제2 포트(13)의 압력이 제1 포트(12)의 압력보다 높은 경우에는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 작동유를 흐르게 하는 동시에, 그 유량을 제어한다. 이 경우에는 제2 포트(13)를 고압 포트, 제1 포트(12)를 저압 포트라 칭한다. 즉, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 쌍방향형의 유량 제어 밸브이다.
제1 포트(12)와 제2 포트(13)는 밸브 하우징(9)에 형성된다. 예를 들어, 제1 포트(12)는 유압원에 접속되고, 제2 포트(13)는 유압원의 유압을 소비하는 유압 부하에 접속된다. 제2 포트(13)를 유압 펌프에 접속하고, 제1 포트(12)를 유압 부하에 접속해도 좋다.
솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는, 내부에 3개의 밸브, 즉 메인 밸브(V1)와, 보조 밸브(V2)와, 파일럿 밸브(V3)를 구비한다.
메인 밸브(V1)는 제1 포트(12)에 면하여 밸브 하우징(9)에 형성된 환상의 메인 밸브 시트(11)와, 밸브 하우징(9)의 내측으로부터 메인 밸브 시트(11)에 착좌하는 원통 형상의 메인 포핏(20)을 구비한다. 메인 포핏(20)은 밸브 하우징(9)에 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어진다. 제2 포트(13)는 메인 포핏(20)의 측면에 면하여 밸브 하우징(9)에 개방된다.
메인 포핏(20)에는 메인 밸브 시트(11)에 착좌하는 테이퍼부(20b)와, 테이퍼부(20b)의 선단부에 형성되고, 메인 밸브 시트(11)의 내주면에 미끄럼 접촉하는 원통부(20a)가 형성된다.
메인 포핏(20)이 원통부(20a)를 메인 밸브 시트(11)의 내주면에 미끄럼 접촉하여, 테이퍼부(20b)를 메인 밸브 시트(11)에 접한 상태가, 메인 포핏(20)이 밸브 시트(1)에 착좌한 상태이다. 메인 포핏(20)이 메인 밸브 시트(11)에 착좌한 상태에서는, 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)로의 작동유의 흐름도, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름도 차단된다. 한편, 메인 포핏(20)이 메인 밸브 시트(11)로부터 리프트되면, 메인 포핏(20)과 메인 밸브 시트(11) 사이에 환상 간극이 형성되고, 환상 간극을 통해 제1 포트(12)와 제2 포트(13) 사이를 작동유가 유통한다. 메인 포핏(20)은 밸브 하우징(9) 내를 축방향으로 변위시킴으로써 메인 밸브 시트(11)로부터의 리프트량을 변화시켜, 환상 간극의 면적, 즉 개구 면적을 변화시킨다.
메인 밸브 시트(11)에 착좌한 메인 포핏(20)은, 메인 밸브 시트(11)의 내측에 있어서 제1 포트(12)에 노출되는 원형의 수압부(受壓部)를 갖는다. 또한, 메인 밸브 시트(11)의 외측에 있어서 제2 포트(13)에 노출되는 환상의 수압부를 갖는다. 이들 수압부에 작용하는 제1 포트(12) 또는 제2 포트(13)의 압력은 메인 포핏(20)을 리프트 방향, 즉 밸브 개방 방향으로 가압한다.
메인 포핏(20)의 외경(D20)과 밸브 시트(11)의 내경(D11)을 다음 [식 1]을 만족시키도록 설정함으로써, 메인 포핏(20)의 제1 포트(12) 내의 수압 면적과, 제2 포트(13) 내의 수압 면적이 동등해진다.
[식 1]
Figure pct00001
밸브 하우징(9)에는 메인 포핏(20)의 배면에 면하여 메인 파일럿실(21)이 형성된다. 메인 파일럿실(21)은 체크 밸브(34) 및 메인 파일럿 오리피스(24A)를 통해 제1 포트(12)에 접속된다. 메인 파일럿실(21)은 체크 밸브(35)와 오리피스(24B)를 통해 제2 포트(13)에 접속된다. 도면에는 2개의 메인 파일럿 오리피스(24A와 24B)가 도시되어 있지만, 체크 밸브(34)의 하류의 통로(22)와, 체크 밸브(35)의 하류의 통로(23)를 합류시킴으로써, 2개의 메인 파일럿 오리피스(24A와 24B)를 단일의 메인 파일럿 오리피스로 치환할 수 있다. 체크 밸브(34)는 메인 파일럿실(21)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 유출을 차단하고, 체크 밸브(35)는 메인 파일럿실(21)로부터 제2 포트(13)로의 작동유의 유출을 차단한다. 결과적으로, 메인 파일럿실(21)에는 고압 포트를 구성하는 제1 포트(12) 또는 제2 포트(13)의 압력이 메인 파일럿 오리피스(24A 또는 24B)를 통해 도입된다.
메인 포핏(20)은 메인 파일럿실(21)의 메인 파일럿 압력에 의해 메인 밸브 시트(11)를 향해, 즉 밸브 폐쇄 방향으로 가압된다.
밸브 하우징(9)과 메인 포핏(20) 사이에는, 메인 포핏(20)을 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 메인 리턴 스프링(8)이 개재 장착된다.
제1 포트(12) 또는 제2 포트(13)의 작동유 압력이 메인 포핏(20)에 미치는 밸브 개방력이, 메인 파일럿실(21)의 메인 파일럿 압력과 메인 리턴 스프링(8)의 스프링력이 메인 포핏(20)에 미치는 밸브 폐쇄력을 상회하면, 메인 포핏(20)은 메인 밸브 시트(11)로부터 리프트된다.
보조 밸브(V2)는 메인 파일럿실(21)의 메인 파일럿 압력을 제어하는 밸브이다. 보조 밸브(V2)는 메인 포핏(20)의 내측에 설치된다.
보조 밸브(V2)는 메인 포핏(20)의 내측에 설치된 환상의 보조 밸브 시트(31)와, 메인 포핏(20)의 중심부에 메인 포핏(20)과 동심 위치에서 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어지는 보조 포핏(40)을 구비한다.
메인 포핏(20)의 내측에는 보조 포핏(40)의 선단부를 둘러싸는 압력실(48)이 보조 밸브 시트(31)의 외측에 형성된다. 압력실(48)은 메인 포핏(20) 내에 형성된 통로(29)를 통해 항상 메인 파일럿실(21)에 연통된다. 압력실(48)의 압력은 보조 포핏(40)을 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트 방향, 즉 밸브 개방 방향으로 가압한다.
보조 밸브 시트(31)는 원통 형상의 압력 보상 슬리브(81)의 선단부에 형성된다. 압력 보상 슬리브(81)는 메인 포핏(20)의 내측에 보조 포핏(40)과 동축 상에 형성된 미끄럼 이동 구멍에, 보조 밸브 시트(31)를 보조 포핏(40)을 향한 상태에서 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춘다. 보조 밸브 시트(31)와 메인 포핏(20) 사이에는, 보조 밸브 시트(31)를 보조 포핏(40)을 향해 탄성 지지하는 스프링(82)이 개재 장착된다. 압력 보상 슬리브(81)의 작용에 대해서는 이후에 설명한다.
보조 포핏(40)의 내측에는 원통 형상의 내실(49)이 형성된다. 내실(49)은 보조 포핏(40)의 측면에 개구부를 갖고, 개구부에 접속된 체크 밸브(36)를 통해 제2 포트(13)에 연통되고, 동일하게 개구부에 접속된 체크 밸브(37)를 통해 제1 포트(12)에 연통된다. 내실(49)은 보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)에 착좌한 상태에서는 압력실(48)로부터 차단되어 있지만, 보조 밸브 시트(31)로부터 보조 포핏(40)이 리프트됨으로써, 보조 밸브 시트(31)와 보조 포핏(40) 사이에 형성되는 환상 간극을 통해 압력실(48)에 연통된다. 체크 밸브(36)는 제2 포트(13)로부터 내실(49)로의 작동유의 유입을 차단하고, 체크 밸브(37)는 제1 포트(12)로부터 내실(49)로의 작동유의 유입을 차단한다. 이상의 구성에 의해, 내실(49)은 저압 포트를 구성하는 제2 포트(13) 또는 제1 포트(12)에 체크 밸브(36) 또는 체크 밸브(37)를 통해 임의로 작동유를 유출시킨다.
보조 포핏(40)의 배면에 면하여, 메인 포핏(20)의 내측에는 보조 파일럿실(41)이 형성된다. 보조 파일럿실(41)은 보조 파일럿 오리피스(44A)를 통해 체크 밸브(34)에 접속된다. 보조 파일럿실(41)은 또한, 보조 파일럿 오리피스(44B)를 통해 체크 밸브(35)에 접속된다. 도면에는 2개의 보조 파일럿 오리피스(44A와 44B)가 도시되어 있지만, 체크 밸브(34)의 하류의 통로(22)와, 체크 밸브(35)의 하류의 통로(23)를 합류시킴으로써, 2개의 보조 파일럿 오리피스(44A와 44B)는 단일의 보조 파일럿 오리피스로 치환 가능하다.
보조 포핏(40)은 보조 파일럿실(41)의 보조 파일럿 압력에 의해 보조 밸브 시트(31)를 향해, 즉 밸브 폐쇄 방향으로 가압된다.
하우징(9)과 보조 포핏(40) 사이에는 보조 포핏(40)을 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 보조 리턴 스프링(7)이 개재 장착된다.
보조 포핏(40)에는 메인 파일럿실(21)로부터 통로(29)를 통해 압력실(48)로 도입된 압력이 밸브 개방력으로서 작용한다. 이 밸브 개방력이 보조 파일럿실(41)의 압력과 보조 리턴 스프링(7)의 스프링력이 보조 포핏(40)에 미치는 밸브 폐쇄력을 상회하면, 보조 포핏(40)은 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트된다.
보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트되면, 압력실(48)과 내실(49)이 연통된다. 압력실(48)과 내실(49)이 연통되면, 메인 파일럿실(21)의 작동유가 통로(29), 압력실(48), 내실(49)을 통해, 체크 밸브(36) 또는 체크 밸브(37)를 통해 저압 포트를 구성하는 제2 포트(13) 또는 제1 포트(12)로 유출된다. 그 결과, 오리피스(24A, 24B)의 차압 상당분의 메인 파일럿실(21)의 압력 저하가 일어난다. 메인 파일럿실(21)의 압력 저하는, 보조 포핏(40)의 리프트량, 즉 보조 밸브(V2)의 개방도가 클수록 현저하다. 환언하면, 보조 밸브(V2)의 개방도가 클수록, 메인 밸브(V1)의 메인 포핏(20)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 고압 포트의 압력에 대한 메인 밸브(V1)의 개방도가 커진다.
파일럿 밸브(V3)는 보조 파일럿실(41)의 보조 파일럿압을 제어하는 밸브이다. 파일럿 밸브(V3)는 보조 파일럿실(41)과 내실(49) 사이에 설치된다. 파일럿 밸브(V3)는 보조 포핏(40)의 상단부를 관통하여 형성된 파일럿 밸브 시트(51)와, 보조 파일럿실(41)을 세로 관통하여 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌하는 파일럿 핀(60)을 구비한다.
파일럿 밸브(V3)는 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌한 상태에서는, 보조 파일럿실(41)과 내실(49)의 연통을 차단하고 있다. 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트되면, 보조 파일럿실(41)의 작동유는 내실(49)로 유출되고, 또한 저압 포트를 구성하는 제2 포트(13) 또는 제1 포트(12)에 체크 밸브(36) 또는 체크 밸브(37)를 통해 유출된다. 그 결과, 오리피스(44A, 44B)의 차압 상당분의 보조 파일럿실(41)의 압력 저하가 발생한다. 보조 파일럿실(41)의 압력의 저하는, 파일럿 핀(60)의 리프트량, 즉 파일럿 밸브(V3)의 개방도가 클수록 현저하다. 환언하면, 파일럿 밸브(V3)의 개방도가 클수록, 보조 밸브(V2)의 보조 포핏(40)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 고압 포트의 압력에 대한 보조 밸브(V2)의 개방도가 커진다.
파일럿 핀(60)은 솔레노이드로 구동된다. 솔레노이드에 의한 파일럿 핀(60)의 구동 구조에 대해서는 이후에 설명한다.
도 4를 참조하여, 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)에 이르는 작동유의 흐름에 관한 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)의 동작을 설명한다.
도 4에 있어서는, 제1 포트(12)가 고압 포트를, 제2 포트(13)가 저압 포트를 구성하고, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)로 작동유를 흐르게 하면서 그 유량을 제어한다.
솔레노이드의 여자에 의해 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트되면, 작동유는 제1 포트(12)로부터 체크 밸브(34), 보조 파일럿 오리피스(44A)를 거쳐서 보조 파일럿실(41)로 유입되고, 다시 내실(49)로 유입되어, 체크 밸브(36)로부터 제2 포트(13)로 유출된다. 이때, 메인 파일럿실(21)에는 메인 파일럿 오리피스(24A)를 통해 고압 포트인 제1 포트(12)의 압력이 도입되어 있다.
파일럿 밸브(V3)는 이와 같이 하여 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)로 작동유를 유출시킨다. 파일럿 밸브(V3)의 유량이 증가하면, 보조 파일럿실(41)의 압력이 제1 포트(12)의 압력에 대해 상대적으로 저하된다. 그 결과, 보조 포핏(40)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 통로(29)를 통해 압력실(48)에 작용하는 메인 파일럿실(21)의 압력이 보조 포핏(40)의 밸브 폐쇄력을 상회하면, 보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트되어 보조 밸브(V2)가 개방된다.
보조 밸브(V2)가 개방되면, 메인 파일럿실(21)로부터 통로(29), 압력실(48), 내실(49), 체크 밸브(36)를 통해 제2 포트(13)에 이르는 작동유의 흐름이 형성된다. 즉, 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)로의 작동유의 흐름에 관하여, 파일럿 밸브(V3)를 통과하는 흐름과, 보조 밸브(V2)를 통과하는 흐름이 형성된다.
보조 밸브(V2)의 유량, 즉 제1 포트(12)로부터 메인 파일럿실(21)을 통해 제2 포트(13)로 유출되는 작동유의 유량이 증대되면, 메인 파일럿실(21)의 압력이 제1 포트(12)의 압력에 대해 상대적으로 저하된다. 그 결과, 메인 포핏(20)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 제1 포트(12)의 작동유가 메인 포핏(20)에 미치는 밸브 개방력이 메인 포핏(20)의 밸브 폐쇄력을 상회하면, 메인 포핏(20)이 메인 밸브 시트(11)로부터 리프트되어 메인 밸브(V1)가 개방된다.
메인 밸브(V1)가 개방되면, 제1 포트(12)로부터 메인 포핏(20)과 메인 밸브 시트(11)의 간극을 통해 직접 제2 포트(13)로 유출되는 작동유의 흐름이 형성된다. 이에 의해, 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)로의 작동유의 흐름에 관하여, 파일럿 밸브(V3)를 통한 흐름과, 보조 밸브(V2)를 통한 흐름과, 메인 밸브(V1)를 통한 흐름이 형성된다.
도 5를 참조하여, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)에 이르는 작동유의 흐름에 관한 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)의 동작을 설명한다.
도 5에 있어서는, 제2 포트(13)가 고압 포트를, 제1 포트(12)가 저압 포트를 구성하고, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 작동유를 흐르게 하면서 그 유량을 제어한다.
솔레노이드의 여자에 의해 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트되면, 작동유는 제2 포트(13)로부터 체크 밸브(35), 보조 파일럿 오리피스(44B)를 거쳐서 보조 파일럿실(41)로 유입되고, 다시 파일럿 밸브(V3)를 통해 내실(49)로 유입되어, 체크 밸브(37)로부터 제1 포트(12)로 유출된다. 이때, 메인 파일럿실(21)에는 메인 파일럿 오리피스(24B)를 통해 제2 포트(13)의 압력이 도입되어 있다.
파일럿 밸브(V3)는 이와 같이 하여 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 작동유를 유출시킨다. 파일럿 밸브(V3)의 유량이 증가하면, 보조 파일럿실(41)의 압력이 제2 포트(13)의 압력에 대해 상대적으로 저하된다. 그 결과, 보조 포핏(40)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 통로(29)를 통해 압력실(48)에 작용하는 메인 파일럿실(21)의 압력이 보조 포핏(40)의 밸브 폐쇄력을 상회하면, 보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트되어 보조 밸브(V2)가 개방된다.
보조 밸브(V2)가 개방되면, 메인 파일럿실(21)로부터 통로(29), 압력실(48), 내실(49), 체크 밸브(37)를 통해 제1 포트(12)에 이르는 작동유의 흐름이 형성된다. 즉, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름에 관하여, 파일럿 밸브(V3)를 통한 흐름과, 보조 밸브(V2)를 통한 흐름이 형성된다.
보조 밸브(V2)의 유량, 즉 제2 포트(13)로부터 메인 파일럿실(21)을 통해 제1 포트(12)로 유출되는 작동유의 유량이 증대되면, 메인 파일럿실(21)의 압력이 제2 포트(13)의 압력에 대해 상대적으로 저하된다. 그 결과, 메인 포핏(20)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 제2 포트(13)의 작동유가 메인 포핏(20)에 미치는 밸브 개방력이 메인 포핏(20)의 밸브 폐쇄력을 상회하면, 메인 포핏(20)이 메인 밸브 시트(11)로부터 리프트되어 메인 밸브(V1)가 개방된다.
메인 밸브(V1)가 개방되면, 제2 포트(13)로부터 메인 포핏(20)과 메인 밸브 시트(11)의 간극을 통해 직접 제1 포트(12)로 유출되는 작동유의 흐름이 형성된다. 이에 의해, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름에 관하여, 파일럿 밸브(V3)를 통한 흐름과, 보조 밸브(V2)를 통한 흐름과, 메인 밸브(V1)를 통한 흐름이 형성된다.
도 6을 참조하여, 상기한 동작을 행하는 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)의 유량 특성을 설명한다.
솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)에 있어서, 메인 밸브(V1)의 메인 포핏(20)의 직경은, 보조 밸브(V2)의 보조 포핏(40)의 직경보다 크고, 보조 포핏(40)의 직경은 파일럿 밸브(V3)의 파일럿 핀(60)의 직경보다 크다. 따라서, 메인 밸브(V1)의 용량, 즉 단위 리프트량당의 유량은 보조 밸브(V2)보다 크고, 보조 밸브(V2)의 용량은 파일럿 밸브(V3)의 용량보다 크다.
파일럿 핀(60)의 리프트량이 제로인 경우에는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)를 구성하는 3개의 밸브(V1-V3)는 모두 폐쇄되어 있어, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)의 유량은 제로이다.
파일럿 핀(60)의 리프트량이 작은 경우에는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)에 있어서 작동유는 파일럿 밸브(V3)만을 유통한다. 파일럿 밸브(V3)는 용량이 작기 때문에, 파일럿 핀(60)의 리프트량의 증대에 대해, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 작은 증가율을 기초로 유량을 증가시킨다.
파일럿 핀(60)의 리프트량이 X1에 도달하면, 보조 밸브(V2)가 개방되어, 이후 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 파일럿 핀(60)의 리프트량의 증대에 대해 보다 큰 증가율을 기초로 유량을 증가시킨다.
파일럿 핀(60)의 리프트량이 X2에 도달하면, 다시 메인 밸브(V1)가 개방되어, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 파일럿 핀(60)의 리프트량의 증대에 대해 보다 최대의 증가율을 기초로 유량을 증가시킨다.
이와 같이, 파일럿 핀(60)의 리프트량이 증가함에 따라, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 유량의 증가율을 상승시킨다. 소유량시에는 파일럿 핀(60)의 변위에 대한 유량의 변화율이 작으므로, 솔레노이드의 여자 전류 제어에 의해, 유량 제어를 고정밀도로 행할 수 있다. 한편, 대유량시에는 파일럿 핀(60)의 변위에 대한 유량 변화율이 크므로, 솔레노이드의 여자 전류 제어에 의해, 유량 제어를 응답성 좋게 행할 수 있다. 이 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)에 따르면, 따라서 대유량에 대한 응답성과 소유량에 있어서의 높은 제어 정밀도를 얻을 수 있다.
도 2와 도 3을 참조하여, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)의 구체적인 구성을 설명한다.
전술한 바와 같이, 통로(22)와 통로(23)를 합류시킴으로써, 도 1에 도시하는 2개의 메인 파일럿 오리피스(24A와 24B)를 단일의 메인 파일럿 오리피스로 치환하고, 2개의 보조 파일럿 오리피스(44A와 44B)를 단일의 보조 파일럿 오리피스로 치환할 수 있다.
이 목적을 위해, 하우징(9)에 축방향으로 미끄럼 이동 자유롭게 수납 장착된 메인 포핏(20)의 상단부에, 메인 파일럿실(21)에 면하여 포핏 헤드(6)가 장착된다. 포핏 헤드(6)는 메인 포핏(20)에 형성된 보조 포핏(40)의 미끄럼 이동 구멍에 메인 파일럿실(21)로부터 침입하여, 메인 파일럿실(21)과 보조 파일럿실(41)을 분리하는 기능을 갖는다.
포핏 헤드(6)에는 메인 포핏(20)에 면한 환상 홈이 형성된다. 이 환상 홈이 파일럿 중계실(64)을 구성한다. 포핏 헤드(6)의 내부에는 헤드실(62)이 형성된다. 헤드실(62)은 포핏 헤드(6)를 관통하는 파일럿 핀(60)과 포핏 헤드(6)의 벽면의 간극을 통해 보조 파일럿실(41)에 연통된다. 체크 밸브(34)의 하류의 통로(22)와 체크 밸브(35)의 하류의 통로(23)는 각각 파일럿 중계실(64)에 개방된다.
포핏 헤드(6)의 내부에는 파일럿 중계실(64)과 메인 파일럿실(21)을 연통하는 메인 파일럿 오리피스(24)와, 파일럿 중계실(64)과 헤드실(62)을 연통하는 보조 파일럿 오리피스(44)가 형성된다.
이상의 구성에 의해 도 1에 도시하는 2개의 메인 파일럿 오리피스(24A와 24B)를 단일의 메인 파일럿 오리피스(24)로 치환하고, 2개의 보조 파일럿 오리피스(44A와 44B)를 단일의 보조 파일럿 오리피스(44)로 치환한다. 또한, 메인 파일럿 오리피스(24)의 유통 단면적은 보조 파일럿 오리피스(44)의 유통 단면적보다 크게 설정한다. 이것은, 메인 파일럿 오리피스(24)를 통과하는 보조 밸브(V2)의 유량이 보조 파일럿 오리피스(44)를 통과하는 파일럿 밸브(V3)의 유량보다 크기 때문이다.
포핏 헤드(6)의 상단부 중앙부에는, 상방으로부터 헤드 슬리브(61)가 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어진다. 헤드실(62)은 포핏 헤드(6)에 형성된 헤드 슬리브(61)의 미끄럼 이동 구멍의 내측에 형성된다.
파일럿 핀(60)은 헤드 슬리브(61)와 포핏 헤드(6)를 관통하여 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌한다.
헤드 슬리브(61)의 상방에 있어서 파일럿 핀(60)은 플런저(66)에 고정된다.
플런저(66)는 하우징(9)의 상단부에 고정된 케이스(67)의 내측의 플런저 실(70)에 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 수용된다. 케이스(67)의 상단부에는 어저스터 스크류(68)가 나사 결합된다. 어저스터 스크류(68)의 선단부는 케이스(67)에 침입하고, 침입 단부와 파일럿 핀(6)의 상단부의 사이에 리턴 스프링(69)이 개재 장착된다. 리턴 스프링(69)은 파일럿 핀(60)을 파일럿 밸브 시트(51)를 향해 탄성 지지한다.
플런저(66)와 포핏 헤드(6) 사이에는 대항 스프링(71)이 개재 장착된다. 대항 스프링(71)은 플런저(66)를 통해 파일럿 핀(60)을 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트하는 방향, 즉 리턴 스프링(69)과 역방향으로 파일럿 핀(60)을 탄성 지지한다. 대항 스프링(71)의 스프링력은 리턴 스프링(69)의 스프링력보다 작게 설정된다.
대항 스프링(71)은 파일럿 핀(60)과 헤드 슬리브(61)의 간극을 통해 배치된다. 이 간극을 통해 플런저실(70)에는 헤드실(62)의 압력이 도입된다. 이 압력은 플런저(66)에 형성된 관통 구멍(65)을 통해, 파일럿 핀(60)과 플런저(66)의 배면에도 작용한다. 여기서 말하는 헤드실(62)의 압력은 보조 파일럿실(41)의 압력과 동등하다.
플런저(66)에는 상하 방향으로부터 헤드실(62)의 압력이 작용한다. 한편, 파일럿 핀(60)에는 헤드실(62)의 압력이, 하방으로부터 보조 파일럿실(41)의 압력이 작용한다. 헤드실(62)은 보조 파일럿실(41)과 항상 연통되어 있으므로, 헤드실(62)의 압력은 보조 파일럿실(41)의 압력과 동등하다. 그러나 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌한 상태에서는, 파일럿 밸브 시트(51)의 내측에 위치하는 파일럿 핀(60)의 선단부에는 보조 파일럿실(41)의 압력이 작용하지 않는다. 즉, 파일럿 핀(60)에 하향으로 작용하는 압력의 수압 면적에 대해, 파일럿 핀(60)에 상향으로 작용하는 압력의 수압 면적이 작기 때문에, 파일럿 핀(60)에는 하향, 즉, 파일럿 밸브 시트(51)를 향한 힘이 작용한다. 이 힘을 수압 면적차에 의한 압박력이라 칭한다.
파일럿 핀(60)에는 리턴 스프링(69)과 대항 스프링(71)의 스프링력의 차와, 수압 면적차에 의한 압박력과의 합력이 밸브 폐쇄력으로서 작용한다.
케이스(67)의 외측에는 솔레노이드(S)가 배치된다. 솔레노이드(S)는 여자 전류에 따른 자기력을 플런저(66)에 미치게 하여, 플런저(66)를 파일럿 핀(60)에 작용하는 밸브 폐쇄력에 저항하여 변위시키고, 플런저(66)에 고정한 파일럿 핀(6)을 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트시킨다.
여기서, 전술한 압력 보상 슬리브(81)가 초래하는 작용을 설명한다.
보조 파일럿실(41)의 압력 상승에 수반하여, 파일럿 핀(60)의 밸브 폐쇄력이 증가하면, 파일럿 핀(60)을 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트시켜 파일럿 밸브(V3)를 개방하기 위해, 솔레노이드(S)에 보다 많은 여자 전류를 공급해야 한다.
한편, 파일럿 핀(60)의 밸브 폐쇄력은, 보조 포핏(40)을 통해 압력 보상 슬리브(81)에 전달된다. 파일럿 핀(60)의 밸브 폐쇄력이 증가하면, 압력 보상 슬리브(81)가 스프링(82)을 휘게 하면서 하방으로 변위된다. 대응하여 보조 포핏(40)도 하방으로 변위되어, 파일럿 핀(60)의 파일럿 밸브 시트(51)에의 착좌 위치가 하방으로 이동한다.
착좌 위치의 이 이동 결과, 파일럿 핀(60)을 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 리턴 스프링(69)이 신장되어, 파일럿 핀(60)을 밸브 개방 방향으로 가압하는 대항 스프링(71)이 휜다. 전자는 후자보다 스프링력이 크므로, 결과적으로 파일럿 핀(60)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 감소하여, 보조 파일럿실(41)의 압력 상승의 영향은 상쇄된다. 압력 보상 슬리브(81)가 초래하는 이 보상 작용에 의해, 보조 파일럿실(41)의 압력 변동에 의존하지 않고, 솔레노이드(S)의 여자 전류와 파일럿 핀(60)의 리프트량의 관계를 일정하게 유지하는 것이 가능해진다. 압력 보상 슬리브(81)와 스프링(82)이 압력 보상 메커니즘을 구성한다.
스프링(82)은 접시 스프링으로 구성된다. 메인 포핏(20)에 형성된, 보조 포핏(40)과 압력 보상 슬리브(81)를 위한 미끄럼 이동 구멍은, 플러그(88)에 의해 밀폐된다. 스프링(82)은 플러그(88)와 압력 보상 슬리브(81)의 하단부 사이에 개재 장착된다. 또한, 메인 포핏(20)과 압력 보상 슬리브(81)와 보조 포핏(40)과 파일럿 핀(60)은 동일축 상에 배치된다.
또한, 압력 보상 슬리브(81)와 보조 포핏(40) 사이에는 대항 스프링(77)이 개재 장착된다. 대항 스프링(77)은 보조 리턴 스프링(7)과 역방향으로 보조 포핏(40)을 탄성 지지한다. 또한 대항 스프링(77)의 스프링력은 보조 리턴 스프링(7)의 스프링력에 의해 작게 설정된다. 보조 포핏(40)은, 보조 리턴 스프링(7)의 스프링력과 대항 스프링(77)의 스프링력의 차에 의해 밸브 폐쇄 방향으로 가압된다.
전술한 바와 같이, 이 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)에 따르면, 대유량에 대한 응답성과 소유량에 있어서의 높은 제어 정밀도를 얻을 수 있다.
이 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 메인 밸브(V1)의 메인 포핏(20)의 내측에 보조 밸브(V2)의 보조 포핏(40)을 수납 장착하고, 보조 포핏(40)에 파일럿 밸브(V3)의 파일럿 밸브 시트(51)를 형성함으로써, 보조 밸브(V2)와 파일럿 밸브(V3)를 메인 포핏(20)의 내측에 수납 장착하고 있다. 오리피스(24와 44), 체크 밸브(34와 35) 등의 기기도 메인 포핏(20)의 내측에 구성된다. 따라서, 상기 종래 기술에 의한 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브와 실질적으로 동일한 사이즈를 기초로, 상기한 바람직한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 상기 구성에 의해 통로 길이가 짧아지므로, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)의 압력 손실을 작게 억제할 수 있다. 단, 보조 포핏(40)을 메인 포핏(20)의 외측에 설치하는 것도 가능하다.
도 7을 참조하여 본 발명의 제2 실시예를 설명한다.
이 실시예에서는, 제1 실시예의 압력 보상 슬리브(81)와 스프링(82) 대신에, 보조 포핏(40)과 파일럿 핀(60) 사이에 압력 보상 슬리브(91)와 스프링(92)을 설치하고 있다. 이 실시예에서는, 압력 보상 슬리브(91)와 스프링(92)이 압력 보상 메커니즘을 구성한다.
중공의 압력 보상 슬리브(91)는 메인 포핏(20)의 보조 포핏(40)의 미끄럼 이동 구멍 내에 미끄럼 이동 가능하게 수납 장착된다. 압력 보상 슬리브(91)의 선단부는 보조 포핏(40)의 내측의 내실(49)에 미끄럼 이동 가능하게 침입한다. 스프링(92)은 접시 스프링으로 구성되고, 압력 보상 슬리브(91)와 보조 포핏(40) 사이에 개재 장착된다. 압력 보상 슬리브(91)는 스프링(92)에 의해 보조 포핏(40)으로부터 이격 방향으로 탄성 지지된다.
파일럿 밸브 시트(51)는 압력 보상 슬리브(91)의 상단부에 형성되고, 파일럿 핀(60)이 상방으로부터 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌한다. 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트되면, 파일럿 밸브 시트(51)의 상방의 보조 파일럿실(41)은 압력 보상 슬리브(91)의 중공부를 통해 내실(49)에 연통된다.
메인 포핏(20)과 압력 보상 슬리브(91)와 보조 포핏(40)과 파일럿 핀(60)은, 동일축 상에 배치된다.
그 밖의 구성은 제1 실시예와 동일하다.
이 실시예에 있어서, 보조 파일럿실(41)의 압력이 상승하면, 압력 보상 슬리브(91)는 스프링(92)에 저항하여 하방으로 이동한다. 이에 의해, 제1 실시예와 마찬가지로, 파일럿 핀(60)을 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 리턴 스프링(69)이 신장되어, 파일럿 핀(60)을 밸브 개방 방향으로 가압하는 대항 스프링(71)이 휜다. 결과적으로, 파일럿 핀(60)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 감소하므로, 보조 파일럿실(41)의 압력 상승의 영향은 상쇄된다. 따라서, 이 실시예에 있어서도, 보조 파일럿실(41)의 압력 변동에 의존하지 않고, 솔레노이드(S)의 여자 전류와 파일럿 핀(60)의 리프트량의 관계를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
도 8과 도 9를 참조하여 본 발명의 제3 실시예를 설명한다.
도 8을 참조하면, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 흐르는 작동유의 유량을 제어할 목적으로 구성된 일방향형의 유량 제어 밸브이다.
솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)는, 내부에 3개의 밸브, 즉 메인 밸브(V1)와, 보조 밸브(V2)와, 파일럿 밸브(V3)를 구비한다.
메인 밸브(V1)는 제1 포트(12)에 면하여 밸브 하우징(9)에 형성된 환상의 메인 밸브 시트(11)와, 밸브 하우징(9)의 내측으로부터 메인 밸브 시트(11)에 착좌하는 원통 형상의 메인 포핏(20)을 구비한다. 메인 포핏(20)은 밸브 하우징(9)에 축방향으로 미끄럼 이동 자유롭게 끼워 맞추어진다. 제2 포트(13)는 메인 포핏(20)의 측면에 면하여 밸브 하우징(9)에 개방된다.
메인 밸브 시트(11)에 착좌한 메인 포핏(20)은, 메인 밸브 시트(11)의 외측에 있어서 제2 포트(13)에 노출되는 환상의 수압부를 갖는다. 이 수압부에 작용하는 제2 포트(13)의 압력은 메인 포핏(20)을 리프트 방향, 즉 밸브 개방 방향으로 가압한다.
밸브 하우징(9)에는 메인 포핏(20)의 배면에 면하여 메인 파일럿실(21)이 형성된다. 메인 파일럿실(21)은 메인 파일럿 오리피스(24B)를 통해 제2 포트(13)에 접속된다.
메인 포핏(20)은 메인 파일럿실(21)의 메인 파일럿 압력에 의해 메인 밸브 시트(11)를 향해, 즉 밸브 폐쇄 방향으로 가압된다.
밸브 하우징(9)과 메인 포핏(20) 사이에는, 메인 포핏(20)을 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 메인 리턴 스프링(8)이 개재 장착된다.
제2 포트(13)의 작동유 압력이 메인 포핏(20)에 미치는 밸브 개방력이, 메인 파일럿실(21)의 메인 파일럿 압력과 메인 리턴 스프링(8)의 스프링력이 메인 포핏(20)에 미치는 밸브 폐쇄력을 상회하면, 메인 포핏(20)은 메인 밸브 시트(11)로부터 리프트된다.
보조 밸브(V2)는 메인 파일럿실(21)의 메인 파일럿 압력을 제어하는 밸브이다. 보조 밸브(V2)는 메인 포핏(20)의 내측에 설치된다.
보조 밸브(V2)는 메인 포핏(20)의 내측에 설치된 환상의 보조 밸브 시트(31)와, 메인 포핏(20)을 중심부로 메인 포핏(20)과 동축적으로 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어지는 보조 포핏(40)을 구비한다.
메인 포핏(20)의 내측에는 보조 밸브 시트(31)의 외측에 보조 포핏(40)의 선단부를 둘러싸는 압력실(48)이 형성된다. 압력실(48)은 메인 포핏(20) 내에 형성된 통로(29)를 통해 항상 메인 파일럿실(21)에 연통된다. 압력실(48)의 압력은 보조 포핏(40)을 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트 방향, 즉 밸브 개방 방향으로 가압한다.
보조 밸브 시트(31)는 원통 형상의 압력 보상 슬리브(81)의 선단부에 형성된다. 압력 보상 슬리브(81)는 메인 포핏(20)의 내측에 보조 포핏(40)과 동축적으로 형성된 미끄럼 이동 구멍에, 보조 밸브 시트(31)를 보조 포핏(40)을 향한 상태에서 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞춘다. 보조 밸브 시트(31)와 메인 포핏(20) 사이에는, 보조 밸브 시트(31)를 보조 포핏(40)을 향해 탄성 지지하는 스프링(82)이 개재 장착된다.
보조 포핏(40)의 내측에는 원통 형상의 내실(49)이 형성된다. 내실(49)은 압력 보상 슬리브(81)의 저면에 형성된 관통 구멍(83)과 메인 포핏(20)의 저부에 형성된 관통 구멍(28)을 통해 제1 포트(12)에 항상 연통된다. 보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)에 착좌한 상태에서는 압력실(48)은 밀폐되어 있다. 보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트되면, 압력실(48)은 제1 포트(12)에 연통된다.
보조 포핏(40)의 배면에 면하여, 메인 포핏(20)의 내측에는 보조 파일럿실(41)이 형성된다. 보조 파일럿실(41)은 보조 파일럿 오리피스(44B)를 통해 제2 포트(13)에 접속된다.
보조 포핏(40)은 보조 파일럿실(41)의 보조 파일럿 압력에 의해 보조 밸브 시트(31)를 향해, 즉 밸브 폐쇄 방향으로 가압된다.
하우징(9)과 보조 포핏(40) 사이에는 보조 포핏(40)을 밸브 폐쇄 방향으로 가압하는 보조 리턴 스프링(7)이 개재 장착된다.
보조 포핏(40)에는 메인 파일럿실(21)로부터 통로(29)를 통해 압력실(48)로 도입된 압력이 밸브 개방력으로서 작용한다. 이 밸브 개방력이 보조 파일럿실(41)의 압력과 보조 리턴 스프링(7)의 스프링력이 보조 포핏(40)에 미치는 밸브 폐쇄력을 상회하면, 보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트된다.
보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트되면, 압력실(48)과 제1 포트(12)가 연통된다. 압력실(48)과 제1 포트(12)가 연통되면, 메인 파일럿실(21)의 작동유가 통로(29), 압력실(48) 및 관통 구멍(83과 28)을 통해 제1 포트(12)로 유출된다. 그 결과, 메인 파일럿실(21)의 압력이 저하된다.
파일럿 밸브(V3)는 보조 파일럿실(41)의 보조 파일럿압을 제어하는 밸브이다. 파일럿 밸브(V3)는 보조 파일럿실(41)과 내실(49) 사이에 설치된다. 파일럿 밸브(V3)는 보조 포핏(40)의 상단부를 관통하여 형성된 파일럿 밸브 시트(51)와, 보조 파일럿실(41)을 세로 관통하여 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌하는 파일럿 핀(60)을 구비한다.
파일럿 밸브(V3)는 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌한 상태에서는, 보조 파일럿실(41)과 내실(49)의 연통을 차단하고 있다. 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트되면 보조 파일럿실(41)의 작동유를 내실(49)로부터 제1 포트(12)로 유출시킨다. 그 결과, 보조 파일럿실(41)의 압력이 저하된다.
파일럿 핀(60)은 도 9에 도시하는 솔레노이드(S)로 구동된다. 솔레노이드(S)에 의한 파일럿 핀(60)의 구동 구조는 제1 실시예와 거의 동일하다.
도 8과 도 9에는 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)를 향하는 작동 유체의 흐름이 화살표로 나타내어져 있다.
즉, 솔레노이드(S)의 여자에 의해 파일럿 핀(60)이 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트되면, 작동유는 제2 포트(13)로부터 보조 파일럿 오리피스(44)를 거쳐서 보조 파일럿실(41)로 유입되고, 다시 파일럿 밸브(V3)를 통해 내실(49)로 유입되어, 관통 구멍(83)과 관통 구멍(28)을 통해 제1 포트(12)로 유출된다. 메인 파일럿실(21)에는 메인 파일럿 오리피스(24)를 통해 제2 포트(13)의 압력이 도입되어 있다.
보조 파일럿실(41)을 통해 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 유출되는 작동유의 유량이 증가하면, 보조 파일럿실(41)의 압력이 제2 포트(13)의 압력에 대해 상대적으로 저하된다. 그 결과, 보조 포핏(40)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 통로(29)를 통해 압력실(48)에 작용하는 메인 파일럿실(21)의 압력이 보조 포핏(40)의 밸브 폐쇄력을 상회하면, 보조 포핏(40)이 보조 밸브 시트(31)로부터 리프트되어 보조 밸브(V2)가 개방된다.
보조 밸브(V2)가 개방되면, 메인 파일럿실(21)로부터 통로(29), 압력실(48), 내실(49), 체크 밸브(37)를 통해 제1 포트(12)에 이르는 작동유의 흐름이 형성된다. 즉, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름에 관하여, 파일럿 밸브(V3)를 통한 흐름과, 보조 밸브(V2)를 통한 흐름이 형성된다.
보조 밸브(V2)를 통해 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 유출되는 작동유의 유량이 증대되면, 메인 파일럿실(21)의 압력이 제2 포트(13)의 압력에 대해 상대적으로 저하된다. 그 결과, 메인 포핏(20)에 작용하는 밸브 폐쇄력이 저하되어, 제2 포트(13)의 작동유가 메인 포핏(20)에 미치는 밸브 개방력이 메인 포핏(20)의 밸브 폐쇄력을 상회하면, 메인 포핏(20)이 메인 밸브 시트(11)로부터 리프트되어 메인 밸브(V1)가 개방된다.
메인 밸브(V1)가 개방되면, 제2 포트(13)로부터 메인 포핏(20)과 메인 밸브 시트(11)의 간극을 통해 직접 제1 포트(12)로 유출되는 작동유의 흐름이 형성된다. 이에 의해, 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름에 관하여, 파일럿 밸브(V3)를 통한 흐름과, 보조 밸브(V2)를 통한 흐름과, 메인 밸브(V1)를 통한 흐름이 형성된다.
이와 같이 하여, 이 실시예에 의한 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)에 있어서도 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름에 관하여, 제1 실시예와 마찬가지로 도 6에 나타내는 유량 특성이 얻어진다.
이상의 설명에 관하여 2008년 12월 9일을 출원일로 하는 일본에 있어서의 일본 특허 출원 제2008-312983호의 내용을 본원에 인용에 의해 합체한다.
이상, 본 발명을 몇 개의 특정한 실시예를 통해 설명해 왔지만, 본 발명은 상기한 각 실시예에 한정되는 것이 아니다. 당업자에게 있어서는, 클레임의 기술범위에서 이들 실시예에 다양한 수정 혹은 변경을 가하는 것이 가능하다.
예를 들어, 유체로서 작동유 대신에 수용성 대체액을 사용할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 그 기술적인 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변경을 이룰 수 있는 것은 명백하다.
본 발명의 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브는, 산업 기계나 농업 기계 등, 전기적인 유체 유량 제어를 필요로 하는 기계나 차량에 적합하다.
본 발명의 실시예가 포함하는 배타적 성질 혹은 특징은 이하와 같이 클레임된다.

Claims (18)

  1. 제2 포트(13)로부터 제1 포트(12)로 흐르는 유체의 유량을 여자 전류에 따라서 제어하는 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브(1)에 있어서,
    제2 포트(13)와 제1 포트(12) 사이에 개재 장착된 메인 밸브 시트(11)와, 메인 밸브 시트(11)에 착좌 가능하게 대치하는 메인 포핏(20)을 구비하는 메인 밸브(V1)와.
    유체압을 메인 밸브 시트(11)를 향해 메인 포핏(20)에 미치게 하는 메인 파일럿실(21)과,
    메인 파일럿실(21)을 제2 포트(13)에 접속하는 메인 파일럿 오리피스(24, 24B)와,
    보조 밸브 시트(31)와, 보조 밸브 시트(31)에 착좌 가능하게 대치하는 보조 포핏(40)을 구비하고, 메인 파일럿실(21)을 제1 포트(12)에 접속하는 보조 밸브(V2)와,
    유체압을 보조 밸브 시트(31)를 향해 보조 포핏(40)에 미치게 하는 보조 파일럿실(41)과,
    보조 파일럿실(41)을 제2 포트(13)에 접속하는 보조 파일럿 오리피스(44, 44B)와,
    파일럿 밸브 시트(51)와, 파일럿 밸브 시트(51)에 착좌 가능하게 대치하는 파일럿 핀(60)을 구비하고, 보조 파일럿실(41)을 제1 포트(12)에 접속하는 파일럿 밸브(V3)와,
    여자 전류에 따라서 파일럿 핀(60)을 보조 파일럿 시트(51)에 대해 변위시키는 솔레노이드(S)를 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  2. 제1항에 있어서, 보조 밸브 시트(31)의 단면적은 메인 밸브 시트(11)의 단면적보다 작게 설정되는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보조 파일럿 오리피스(44, 44B)의 단면적은 메인 파일럿 오리피스(24, 24B)의 단면적보다 작게 설정되는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 메인 포핏(20)이 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어지는 밸브 하우징(9)을 더 구비하고, 메인 포핏(20)은 원통 형상으로 형성되고, 보조 포핏(40)은 메인 포핏(20)의 내주에 동심적 또한 축방향으로 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어지는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  5. 제4항에 있어서, 보조 밸브 시트(31)는 메인 포핏(20)의 내측에 설치되고, 파일럿 밸브(V3)와 제1 포트(12)를 접속하는 내실(49)이 보조 포핏(40)의 내측에 형성되는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  6. 제5항에 있어서, 파일럿 핀(60)은 보조 포핏(40)과 동축 상에 배치되는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  7. 제6항에 있어서, 파일럿 핀(60)에 고정되고, 솔레노이드(S)의 자기력에 따라서 변위하는 플런저(66)를 더 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 파일럿 핀(60)을 파일럿 밸브 시트(51)를 향해 가압하는 리턴 스프링(69)을 더 구비하고, 솔레노이드(S)는 여자 전류에 따라서 파일럿 핀(60)을 파일럿 밸브 시트(51)로부터 리프트시키도록 구성되는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  9. 제8항에 있어서, 파일럿 핀(60)을 파일럿 밸브 시트(51)로부터 멀어지는 방향으로 가압하는 대항 스프링(71)을 더 구비하는 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브이며,
    상기 대항 스프링(71)의 스프링력은 리턴 스프링(69)의 스프링력보다 작은, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 보조 파일럿실(41)의 압력을 이용하여 파일럿 핀(60)을 파일럿 밸브 시트(51)를 향해 가압하는 오일실(70)과, 오일실(70)의 압력 상승에 수반하여, 파일럿 밸브 시트(51)를 리턴 스프링(69)이 신장되는 방향으로 변위시키는 압력 보상 메커니즘(81, 82, 91, 92)을 더 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  11. 제10항에 있어서, 파일럿 밸브 시트(51)는 보조 포핏(40)에 형성되고, 압력 보상 메커니즘(81, 82, 91, 92)은 보조 포핏(40)에 대치하는 보조 밸브 시트(31)를 형성한, 메인 포핏(20)에 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추어지는 압력 보상 슬리브(81)와, 압력 보상 슬리브(81)를 보조 포핏(40)을 향해 탄성 지지하는 스프링(82)을 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  12. 제10항에 있어서, 압력 보상 메커니즘(81, 82, 91, 92)은, 보조 포핏(40)의 내측에 일단부를 미끄럼 이동 가능하게 끼워 맞추는 압력 보상 슬리브(91)와, 압력 보상 슬리브(91)를 보조 포핏(40)에 대해 축방향으로 탄성 지지하는 스프링(92)을 구비하고, 파일럿 밸브 시트(51)는 압력 보상 슬리브(91)의 다른 일단부에 형성되는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  13. 제4항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 메인 파일럿실(21)과 보조 파일럿실(41)을 분리하는, 메인 포핏(20)에 고정된 포핏 헤드(6)를 더 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  14. 제13항에 있어서, 포핏 헤드(6)와 보조 포핏(40) 사이에 개재 장착되고, 보조 포핏(40)을 보조 밸브 시트(31)를 향해 탄성 지지하는 보조 리턴 스프링(7)을 더 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 메인 파일럿 오리피스(24)와 보조 파일럿 오리피스(44)는 포핏 헤드(6)에 설치되는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 포트(12)가 제2 포트(13)보다 고압인 경우에, 제1 포트(12)로부터 제2 포트(13)로의 작동유의 흐름을 허용하면서, 그 유량 제어를 행하는 쌍방향 유량 제어 메커니즘을 더 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  17. 제16항에 있어서, 쌍방향 유량 제어 메커니즘은 메인 파일럿실(21)을 제1 포트(12)에 접속하는 제2 메인 파일럿 오리피스(24A)와, 보조 파일럿실(41)을 제1 포트(12)에 접속하는 제2 보조 파일럿 오리피스(44A)와, 제1 포트(12)로부터 제2 메인 파일럿 오리피스(24A) 및 제2 보조 파일럿 오리피스(44A)로의 작동유의 흐름 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(34)와, 제2 포트(13)로부터 제1 메인 파일럿 오리피스(24B) 및 제1 보조 파일럿 오리피스(44B)로의 작동유의 흐름 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(35)와, 파일럿 밸브(V3) 및 보조 밸브(V2)로부터 제2 포트(13)로의 작동유의 흐름을 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(36)와, 파일럿 밸브(V3) 및 보조 밸브(V2)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름을 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(37)를 구비하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
  18. 제16항에 있어서, 메인 파일럿실(21)과 보조 파일럿실(41)을 분리하는, 메인 포핏(20)에 고정된 포핏 헤드(6)를 더 구비하고, 쌍방향 유량 제어 메커니즘은 메인 포핏(20)과 포핏 헤드(6) 사이에 형성된 파일럿 중계실(64)과, 제1 포트(12)로부터 파일럿 중계실(64)로의 작동유의 흐름 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(34)와, 제2 포트(13)로부터 파일럿 중계실(64)로의 작동유의 흐름을 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(35)와, 파일럿 밸브(V3) 및 보조 밸브(V2)로부터 제2 포트(13)로의 작동유의 흐름을 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(36)와, 파일럿 밸브(V3) 및 보조 밸브(V2)로부터 제1 포트(12)로의 작동유의 흐름을 허용하고, 역방향의 흐름을 저지하는 체크 밸브(37)를 구비하고, 메인 파일럿 오리피스(24)는 파일럿 중계실(64)과 메인 파일럿실(21)을 접속하고, 보조 파일럿 오리피스(44)는 파일럿 중계실(64)과 보조 파일럿실(41)을 접속하는, 솔레노이드 구동 유량 제어 밸브.
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