KR20110009672A

KR20110009672A - 배력개폐밸브

Info

Publication number: KR20110009672A
Application number: KR1020107025251A
Authority: KR
Inventors: 다카시 에지리
Original assignee: 후지쿠라 고무 코교 가부시끼가이샤
Priority date: 2008-05-23
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2011-01-28
Also published as: JP2009281521A; JP5185692B2; CN102037265B; US20110062365A1; TWI456132B; CN102037265A; WO2009142034A1; TW200949111A; US8662469B2; KR101485439B1

Abstract

간이한 구조를 가지고 안정한 배력동작이 가능한 배력기구가 유로를 개폐하는 밸브스템, 밸브스템의 축상에 위치되며 밸브스템에 대해 상대적으로 이동가능한 작동부재 및 작동부재의 이동속도를 감속하고 배력하여 밸브스템에 전달하는 배력기구를 가지는 배력개폐밸브를 포함하는 배력개폐밸브로 달성될 수 있다.
배력기구에는, 작동부재의 축부에 위치되고 밸브스템 측을 향해 직경이 감소하는 축경부가 제공된 전달로드, 밸브스템에 연계되는 누름부재, 누름부재와 누름부재를 이동할 수 있게 지지하는 하우징에 대향되도록 형성되고 바깥쪽 둘레를 따라 점차 간격이 좁아지는 한 쌍의 운동전달면 및 한 쌍의 운동전달면 및 전달로드의 축경부 사이에 접촉되어 개재된 복수의 방사상방향이동체가 제공된다.

Description

배력개폐밸브{Power assisted on/off valve}

본 발명은 작동력을 배력하여 밸브체를 동작시키는 밸브스템에 전달하는 배력개폐밸브(고압밸브)에 관한 것이다.

여러 종류의 이러한 배력개폐밸브가 종래 기술로 알려져 있고 실용화되어 있다. 그러나, 이런 배력개폐밸브는 크기가 크고, 아주 비싼 부품의 가공 정밀도를 요구하며, 또한 장기사용시 안정적인 성능을 얻는 것은 곤란하다.

특허문헌1 : 특허 제3392301호 공보

본 발명의 발명자는 이미 간이한 구조이며 배력작동을 실행할 수 있는 배력개폐밸브로 특허문헌1을 제안하여 특허를 받았다.

본 발명의 목적은 이 특허문헌1의 배력개폐밸브보다 한층 구조가 간이하며 큰 배력작동을 실행할 수 있는 배력개폐밸브를 얻는 것이다.

본 발명은 유로를 개폐하는 밸브스템; 밸브스템의 축상에 위치하여 상기 밸브스템에 대해 상대이동가능한 작동부재; 및 밸브스템과 작동부재의 사이에 개재되고 상기 작동부재의 이동속도를 감속하고 배력하여 밸브스템에 전달하는 배력기구를 가지는 배력개폐밸브에 의해 특징지어진다. 배력기구에는 작동부재의 축부에 위치하여 밸브스템측을 향해 직경이 감소하는 축경부가 제공된 전달로드; 밸브스템에 연계하는 누름부재; 누름부재와 상기 누름부재를 이동할 수 있게 지지하는 하우징을 대향시켜서 형성된 한 쌍의 운동전달면으로서, 한 쌍의 운동전달면 사이의 공간은 바깥쪽 둘레를 향해 점차 좁아지는 한 쌍의 운동전달면; 및 상기 한 쌍의 운동전달면 및 전달로드의 축경부 사이에 접촉시켜 개재된 복수의 방사상방향이동체가 제공된다.

한 쌍의 운동전달면, 전달로드의 축경부 및 복수의 방사상방향이동체는 작동부재의 축방향 이동량을 D로 하고 밸브스템의 축방향 이동량을 d로 할 때, 2<D/d<50을 만족하도록 구성될 수 있다.

작동부재는, 바람직한 실시형태로는 하우징에서 슬라이딩될 수 있게 끼워진 피스톤체를 구비하고, 이 피스톤체는 스프링압력에 의해 밸브스템에 접근하도록 폐밸브방향으로 이동될 수 있고, 공기압력으로 밸브스템에서 멀어지는 개밸브방향으로 이동될 수 있다.

하우징 측의 운동전달면은, 예를 들면, 누름부재의 축선에 대해 직교하는 면을 포함하고, 누름부재 측의 운동전달면은 원뿔면이다.

또한, 하우징 측의 운동전달면은 하우징에 방사상방향으로 형성된 3개의 방사상홈의 베이스면을 구비하도록 구성함으로써, 이 방사상홈에 방사상방향이동체가 끼워지고, 방사상홈에서 적은 거리를 이동하는 방사상방향이동체를 사용해 배력기구를 구성할 수 있다.

누름부재 측의 운동전달면은 누름부재와는 다른 부재인 경질의 링체를 구비하도록 구성함으로써 내구성을 향상시킬 수 있고 교환도 가능하게 된다.

방사상방향이동체로서 강철볼을 사용하는 것이 실제적이다.

원뿔면에 대한 대안으로서, 전달로드의 축경부는 구면의 일부 또는 비구면으로 구성할 수 있다.

본 발명의 배력개폐밸브에 의하면, 배력기구는, 작동부재와 일체인 전달로드에 형성된 축경부, 누름부재 및 하우징과 대향하는 운동전달면 및 축경부와 운동전달면 사이의 접촉을 통해 방사상방향으로 이동하는 이동체로 구성된다. 따라서, 전체적으로 감소된 비용으로 간이한 구조를 가지며, 신뢰성, 내구성이 뛰어난 배력개폐밸브를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 배력개폐밸브의 실시형태를 나타내는 폐밸브상태의 종단면도이다.
도 2는 배력개폐밸브와 다른 개밸브(폐밸브)상태를 나타낸 도 1의 상부만을 그린 단면도이다.
도 3은 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 1 및 도 2의 배력개폐밸브의 하우징의 운동전달면, 누름부재의 운동전달면, 전달로드의 축경부 및 방사상방향이동체(강철볼)를 포함하는 부분의 상세를 나타낸 확대단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 배력개폐밸브의 작동부재(피스톤체)의 스트로크와 출력의 바람직한 관계예를 나타낸 그래프이다.

도시된 실시형태는 상폐형 개폐밸브에 적용된 것이다. 도 1에 나타난 바와 같이, 본 개폐밸브(10)에는 고압탱크(가스실린더)에 착탈되는 가스실린더헤드(20)와 하우징(실린더)(30)이 제공된다.

가스실린더헤드(20)에는 고압탱크에 나사결합되는 나삿니연결접속돌기(21)와 취출나사돌기(22)가 제공된다. 나삿니연결접속돌기(21)의 유로(21a)와 취출나사돌기(22)의 유로(22a)와의 연통부분에 환상밸브좌(23)가 위치되고 이 환상밸브좌(23)가 유로(21a)의 축심에서 중심이 되도록 환상밸브좌(23)가 가스실린더헤드(20)에 형성된다. 이 환상밸브좌(23)에는 환상밸브좌(23)보다 연질로 이루어지고 밀봉성이 높은 환상의 밸브시트(25)가 매립고정되어 있다. 밸브시트(25)는, 예를 들면, PCTFE로 형성될 수 있다.

가스실린더헤드(20)에는 유로(21a)와 동일한 축선상에 금속다이어프램(28)을 끼워 리테이너(27)가 나합 고정되어있다. 이 리테이너(27)에는 금속다이어프램(28)이 끼워진 환상밸브좌(23)(밸브시트(25))에 대해 접근/후퇴하는 개폐밸브체(24)가 빠짐방지된 상태로 슬라이딩할 수 있도록 끼워져 있다. 금속다이어프램(28)은 개폐밸브체(24)가 이동할 수 있게 하면서 개폐밸브체(24)가 환상밸브좌(23)(밸브시트(25))를 누르는 경우 유로(21a, 22a)의 연통을 차단한다(밸브를 잠근다). 개폐밸브체(24)의 도 1의 상단(환상밸브좌(23)와는 반대측 단부)은 외력입력단(24A)을 구성한다.

하우징(30)은 로크링(31)에 의해 서로 결합되는 상부하우징(어퍼실린더)(32)과 하부하우징(로어실린더)(33)을 포함한다. 하부하우징(33)은 리테이너(27)로 고정되게 나사결합되어 있다. 하부하우징(33)(하우징(30))은 리테이너(27)(가스실린더헤드(20))에 착탈이 가능하게 장착된다.

피스톤체(작동부재)(34)는 O링(34A)을 통해 기밀하게 하우징(30)(하부하우징(33))으로 슬라이딩될 수 있게 끼워져 있다. 이 피스톤체(34)는 피스톤체(34)와 상부하우징(32) 사이에 삽입된 압축스프링(35)에 의해 개폐밸브체(24) 방향으로 이동하도록 바이어스되어있다. 전달로드(36)는 축부상의 피스톤체(34)에 고정되어 있고, 전달로드(36)는 미끄럼베어링(37) 및 O링(38)을 통해 기밀하게 하우징(30)(하부하우징(33))에 의해 슬라이딩될 수 있게 지지 되어있다. 피스톤체(34)와 하부하우징(33) 사이에는 압력실(39)이 구성된다. 소망의 압력을 가진 압축공기가 압축공기원(40A), 레귤레이터(40B) 및 전환밸브(40C)를 통해 압력실(39)로 공급된다.

리테이너(41)에 유지되는 누름부재(42)가 도 1에 보이는 하단부의 하우징(30)(하부하우징(33))에 슬라이딩될 수 있게 끼워져 있다. 이 누름부재(42)의 하단부는 개폐밸브체(24)의 외력입력단(24A)에 접하는 출력단(42A)을 구성한다.

전달로드(36)의 하단부(누름부재(42)측 단부)에는 개폐밸브체(24)측을 향해 감소된 직경을 가지는 축경부(36A)가 형성되어 있다. 서로 격리하는 운동전달면(42B)과 운동전달면(33A)은 축경부(36A)의 주위를 둘러싸도록 누름부재(42)와 하부하우징(33)에 각각 형성되어 있다. 하부하우징(33)에 제공된 운동전달면(33A)은 고정되고 누름부재(42)에 제공된 운동전달면(42B)은 움직일 수 있다.

전달로드(36)의 축경부(36A)는 이 실시형태에서는 구면의 일부(또는 비구면)로 형성된다. 가동 운동전달면(42B)은 누름부재(42)(전달로드(36))의 축선에 직교하는 면이다. 고정 운동전달면(33A)은 운동전달면(42B)과의 간격이 바깥쪽 둘레를 향하는 방향으로 점차 좁게 되는, 누름부재(42)와 동축선을 가지는 원뿔면의 일부로 형성된다. 운동전달면(42B)은 도 3, 및 도 4에 나타난 바와 같이 누름부재(42)에 등각도간격으로 형성된 3개의 방사상홈(42C)의 저면으로 형성되어 있다. 각 방사상홈(42C)은 회전할 수 있게 끼워진 강철볼(방사상방향이동체, 스틸볼)(43)을 가진다. 방사상홈(42C)은 V자 단면홈(42C)(V)(도 4(a)) 또는 원호단면홈42C(R)(도 4(b)) 등 임의형상을 사용할 수 있다. 강철볼(43)은 전달로드(36)의 축경부(36A)와 한 쌍의 운동전달면(33A, 42B)에 동시에 접촉한다. 또한, 운동전달면(33A)은 하부하우징(33)과는 다른 부재로 형성된 내마모성에 뛰어난 경질 링체(33B)에 형성된다. 이 경질 링체(33B)는 하부하우징(33)에 고정된다. 전달로드(36), 누름부재(42) 및 경질 링체(33B)는, 예를 들면, 담금질 가능한 SUJ2, SUS440C 등으로 형성된다. 누름부재(42)의 축부에는 전달로드(36)의 축경부(36A)가 진퇴하는 요부(42D)가 형성된다.

상기 구성의 본 개폐밸브는 다음과 같이 동작한다. 도 2의 오른쪽단은 하우징(30)이 가스실린더헤드(20)에서 제거되고, 피스톤체(34)는 압축스프링(35)의 힘에 의해 하강단에 위치된 상태를 보인다. 피스톤체(34)가 하강단에 있으면 전달로드(36)의 축경부(36A)가 강철볼(43)을 방사상방향 바깥쪽으로 밀어내고 운동전달면(33A)과 운동전달면(42B)의 간격은 바깥쪽으로 갈수록 점차 좁아지기 때문에 강철볼(43)에 의해 누름부재(42)가 아래쪽으로 밀려 마찬가지로 하강단에 위치된다.

하우징(30)(하부하우징(33))을 가스실린더헤드(20)의 리테이너(27)에 나합하여 장착하면, 압축스프링(35)의 힘에 의해 누름부재(42)의 출력단(42A)이 외력입력단(24A)을 통해 개폐밸브체(24)를 아래쪽으로 민다. 이어서, 금속다이어프램(28)이 환상밸브좌(23)(밸브시트(25))에 장착되어 유로(21a)와 유로(22a) 사이의 유로를 닫는다(가스실린더를 닫는다). 도 1은 이 폐밸브상태를 나타낸다. 또한, 도 2 중앙부의 2개의 도면 중에서, 왼쪽은 신품 밸브시트(25)에 의한 폐밸브상태, 오른쪽은 밸브시트(25)의 마모가 한계에 달했을 때의 폐밸브상태를 나타낸다. 마모한계(밸브시트(25)가 마모해도 폐밸브상태를 유지할 수 있는 한계량)는 알맞은 양으로 설정한다.

본 실시형태에서는 압축스프링(35)에 의한 폐밸브력이 배력되어 누름부재(42)(개폐밸브체(24))에 전달될 수 있다. 즉, 도 5에 나타난 바와 같이, 축경부(36A), 운동전달면(33A) 및 운동전달면(42B)의 작용에 의해 누름부재(42)는 전달로드(36)의 이동량 D 보다 적은 이동량 d만큼 이동될 수 있기 때문에(D>d), 개폐밸브체(24)의 밸브시트(25)는 강한 힘으로 환상밸브(23)를 밀어서 밸브를 닫을 수 있다. 배력비 D/d는 운동전달면(33A)과 운동전달면(42B)의 각도 및 축경부(36A)의 각도에 의해 자유롭게 설정할 수 있다. 구체적으로는 이 배력비 D/d의 값은 약 2부터 50정도로 설정될 수 있다. 도시예에서는 D/d의 값은 각 스트로크점에서 변화하여 D/d=6~11로 설정되어 있다. 운동전달면(33A)와 운동전달면(42B)의 간격은 바깥쪽 둘레에 따라 서서히 감소하는 관계라면 좋으며, 예를 들어, 도시예와는 다르게, 운동전달면(33A)이 축선과 직교되는 면이 될 수 있고, 운동전달면(42B)이 원뿔면으로 될 수 있으며, 운동전달면(33A) 및 운동전달면(42B) 모두 다 원뿔면으로 될 수 있다.

도 2에서는 'A'는 밸브전개상태(도 2의 왼쪽단 도면)부터 밸브폐지점(도 2 왼쪽에서 2번째 도면)까지 피스톤체(36)의 이동량을 나타내고, 'B'는 동밸브폐지점부터 밸브시트 마모한계(도2 오른쪽에서 2번째 도면)까지의 이동량을 나타내고, 'C'는 동마모한계부터 자유상태(도2의 오른쪽단 도면)까지 이동량을 나타내며, 각각의 구간에서의 누름부재(42)의 이동량이 a,b,c로 나타내어지며, A>a, B>b, C>c이다.

도 6은 누름부재(42)(개폐밸브체(24))의 스토로크(mm)와 출력(kN)의 일례를 나타낸 그래프이다. 이 예에서는 전달로드(36)의 축경부(36A)를 구면의 일부(또는 비구면)로 구성하는 것에 의해 밸브폐지점부터 밸브시트 마모한계까지 거의 일정한 폐밸브력을 얻는다.

보다 구체적으로는 전달로드(36) 축경부(36A)의 형상 Fs, 그 위치에서의 스프링반력 Sp, 전달로드(36)의 이동량 Fo, 누름부재(42)의 출력 So은 다음 식을 기초로 누름부재(42)의 이동량을 결정한다.

Fs×Sp=Fo×So

즉, 피스톤체(34)(전달로드(36))가 상단으로부터 단위량씩 하강되면, 각 위치에서의 스프링반력이 요구된다. 또한, 희망출력이 정해지면 상기 식에서 누름부재(42)의 이동량이 얻어질 수 있기 때문에 운동전달면(33A)와 운동전달명(42B) 사이의 각도로부터 강철볼(43)의 방사상방향 이동량이 얻어지고 각각의 강철볼(43)의 탄젠트선을 연결함으로써 축경부(36A)의 형상이 얻어진다. 전달로드(36)의 축경부(36A)는 단순한 원뿔면이어도 충분히 배력작용을 얻을 수 있다.

밸브를 열 때에는 압축공기원(40A), 레귤레이터(40B) 및 스위칭밸브(40C)를 통해 조절된 압축공기만이 압력실(39)로 공급될 필요가 있다. 압축공기압에 의한 힘이 압축스프링(35)의 힘을 이기면 피스톤체(34)와 전달로드(36)가 상승하여 폐밸브력이 소실하기 때문에 가스실린더 내의 고압기체의 압력에 의해 개폐밸브체(24)가 개밸브방향으로 이동하여 개폐밸브체(24)(금속다이어프램(28))가 환상변좌(23)(밸브시트(25))로부터 떨어진다. 그 결과, 밸브가 열리고 가스실린더 내의 압축기체가 유로(21a)에서부터 유로(22a)(취출나사돌기(22)에 나사결합된 고압기체를 사용하는 기구)로 빼낼 수 있다.

본 발명의 배력개폐밸브는, 예를 들어, 고압탱크(가스실린더)의 개폐밸브로써 널리 이용될 수 있다.

10 개폐밸브 20 가스실린더헤드
21 나삿니연결 접속돌기 22 취출나사돌기
21a 22a 유로 23 환상밸브좌
24 개폐밸브체 24A 외력입력단
25 밸브시트 27 리테이너
28 금속다이어프램 30 하우징
32 상부하우징 33 하부하우징
33A 운동전달면 33B 경질 링체
34 피스톤체(작동부재) 34A O링
35 압축스프링 36 전달로드
36A 축경부 37 미끄럼베어링
38 O링 39 압력실
40A 압축공기원 40B 레귤레이터
40C 전환밸브 41 리테이너
42 누름부재 42A 출력단
42B 운동전달면 42C 방사상홈
43 강철볼(방사상방향이동체)

Claims

배력개폐밸브에 있어서,
유로를 개폐하는 밸브스템;
상기 밸브스템의 축상에 위치하여 상기 밸브스템에 대해 상대적으로 이동가능한 작동부재; 및
상기 밸브스템과 상기 작동부재 사이에 개재되고 상기 작동부재의 이동속도를 감속하고 배력하여 상기 밸브스템에 전달하는 배력기구를 포함하며,
상기 배력기구는,
상기 작동부재의 축부에 위치하여 밸브스템 측을 향하여 직경을 감소시키는 축경부가 제공된 전달로드;
상기 밸브스템에 연계된 누름부재;
상기 누름부재와 상기 누름부재를 이동할 수 있게 지지하는 하우징에 대향시켜서 형성된, 바깥쪽 둘레를 향해 점차 간격이 좁아지는 한 쌍의 운동전달면; 및
상기 한 쌍의 운동전달면 및 전달로드의 축경부 사이에 접촉되어 개재된 복수의 방사방향이동체를 포함하는 것을 특징으로 한 배력개폐밸브.
제1항에 있어서, 상기 한 쌍의 운동전달면, 전달로드의 축경부 및 복수의 방사상방향이동체는 2<D/d<50을 만족하도록 결정되고,
D는 작동부재의 축방향 이동량을 나타내고,
d는 밸브스템의 축방향 이동량을 나타내는 배력개폐밸브.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 작동부재는 하우징에 슬라이딩될 수 있게 끼워진 피스톤체를 포함하며, 상기 피스톤체는 스프링압력에 의해 밸브스템에 접근하도록 폐밸브방향으로 이동하고, 상기 피스톤체는 공기압력으로 밸브스템에서 멀어지도록 개밸브방향으로 이동하는 배력개폐밸브.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징 측의 운동전달면은 누름부재의 축선에 대해 직교하는 면을 포함하며, 상기 누름부재 측의 운동전달면은 원뿔면인 배력개폐밸브.
제4항에 있어서, 상기 하우징 측의 운동전달면은 상기 하우징에서 방사방향을 향해 형성된 3개의 방사상홈의 베이스면을 포함하고, 방사홈에 상기 방사상방향이동체가 끼워져 있는 배력개폐밸브.
제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 누름부재 측의 운동전달면은 해당 누름부재와는 다른 부재인 경질 링체를 포함하는 배력개폐밸브.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방사방향이동체는 강철볼인 배력개폐벨브.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전달로드의 축경부는 구면의 일부 또는 비구면을 포함하는 배력개폐밸브.