KR20120007963A - 밸브용 액추에이터 - Google Patents

Abstract

[과제] 전체의 소형화와 부품수의 삭감을 도모하면서 밸브를 작동시키는 추력을 높여 실링성을 향상시켜, 고압 유체용의 밸브에도 적용할 수 있고, 가동시에 걸리는 하중을 분산시켜 내구성을 향상시키고, 내부구조를 단순화하여 부품수를 삭감하고, 밸브로의 조립이나 조정도 용이한 밸브용 액추에이터를 제공한다.
[해결 수단] 에어 구동의 액추에이터로 피스톤(25)의 추력을 확대하여 밸브(35)를 차단하는 추력 확대기구(30)를 내장하는 밸브용 액추에이터이다. 추력 확대기구(30)는, 밸브 구동용 출력축부(26)의 상부의 디스크면(38) 위에 복수의 볼(28)이 배치되고, 볼(28)은 샤프트(43) 하단의 고정 디스크면(50)과, 원추 형상의 테이퍼면 형상부(31)를 갖는 테이퍼면 형상부면(48) 사이에 협지된다. 피스톤(25)의 작동에 의해, 볼(28)이 디스크면(38)과 고정 디스크면(50) 사이를 이동하고, 피스톤(25)의 추력이 출력축부(26)에 확대되어 출력된다.

Description

밸브용 액추에이터{ACTUATOR FOR VALVE}

본 발명은 고압 유체가 흐르는 관로에 사용되는 밸브에 적합한 밸브용 액추에이터에 관한 것으로, 특히, 반도체 제조장치 등의 배관계에 사용되는 메탈 다이어프램 밸브용의 액추에이터에 적합한 밸브용 액추에이터에 관한 것이다.

통상, 반도체 제조장치 등에서 사용되는 메탈 다이어프램 밸브는 금속제 다이어프램과, 수지제 시트 패킹을 갖고, 이 밸브의 상부측에 액추에이터가 탑재되어 있다. 이 액추에이터는 다이어프램의 상부에 배열 설치된 다이어프램 누름체를 직접 가압하여 상하동시키는 스템을 갖고, 이 스템에 의해 다이어프램 누름체를 통하여 다이어프램을 가압 또는 가압 해제함으로써, 다이어프램과 패킹 사이의 유로를 개폐시키는 구조로 되어 있다.

또한 다이어프램 밸브를 고압 유체용으로서 사용하는 경우에는, 밸브체에 의한 밀폐성을 높이기 위하여 액추에이터에 의한 다이어프램 동작시의 추력을 높일 필요가 생긴다. 이 경우, 일반적으로, 고압 유체용의 액추에이터는 피스톤과 실린더를 갖는 기구를 구비하고, 이 피스톤·실린더 기구에 의해 누름체의 추력을 높이도록 되어 있다. 또한 피스톤의 추력을 보다 높이기 위하여, 실린더 구조를 2단이나 3단 등의 복수단으로 설치하는 경우도 있다.

한편, 액추에이터 내에 에어실린더의 추력을 증대하기 위한 기구가 내부에 설치된 메탈 다이어프램 밸브가 알려져 있다. 이 종류의 다이어프램 밸브로서, 예를 들면, 특허문헌 1의 메탈 다이어프램 밸브가 알려져 있다. 이 다이어프램 밸브는 경구(硬球)와 테이퍼 형성 누름 부재를 갖고, 누름 부재를 쐐기로 하여 경구에 작용시켜 다이어프램을 가압력을 증대시키도록 한 것이다.

도 14, 도 15에서는, 동 문헌 1의 다이어프램 밸브와 동일한 내부구조를 갖는 종래의 밸브용 액추에이터를 도시하고 있다. 이 액추에이터 장치(1)는, 볼체(2), 대략 원추형의 경사면(3)을 갖는 작은 직경의 니들(4), 유발 형상의 경사면부(5)를 갖는 통 형상 부재(6), 다이어프램 누름부(7)를 가압하는 누름 부재(8)를 가지고 있다. 이 액추에이터 장치(1)는, 평상시에 보디부(9) 내부에 설치된 스프링 부재(10)의 탄성 반발력에 의해 다이어프램 밸브(11) 내의 다이어프램 밸브체(12)의 폐쇄 상태를 유지하려고 하는, 소위 노멀리 클로즈(NC) 타입으로 되어 있다. 액추에이터 장치(1)의 보디부(9) 내에 압축 에어가 유입되면, 도 15(b)의 상태로부터 보디부(9) 내에 설치된 피스톤부(13)이 상승하고, 이 피스톤부(13)와 함께 니들(4)도 도 15(a)의 상태까지 상승한다. 니들(4)이 상승하면, 이 니들 외주의 경사면(3)을 따라 볼체(2)가 직경축소 방향으로 이동하고, 이 볼체(2)가 통 형상 부재(6)의 경사면부(5)에 가이드 되도록 상방향으로도 이동하여 누름 부재(8)에 의한 가압이 해제되고, 다이어프램 밸브체(12)가 상승하여 밸브 개방 상태가 된다. 이 때, 니들(4)이 상하동할 때의 도시하지 않은 스트로크는 누름 부재가 상하동할 때의 스트로크의 5∼6배 정도로 되어 있다.

이 액추에이터 장치(1)와 다이어프램 밸브(11)를 일체로 편입하는 경우에는, 통 형상 부재(6), 니들(4)이 편입된 액추에이터 장치(1)와 다이어프램 밸브(11) 사이에 볼체(2)를 장착한 상태에서, 이 액추에이터 장치(1)와 다이어프램 밸브(11)를 나사결합에 의해 고착한다. 이 나사결합 위치를 조절함으로써 니들(4), 볼체(2), 누름 부재(8)의 위치관계를 결정한다. 그리고, 액추에이터 장치(1)와 다이어프램 밸브(11)와의 나사결합을 조정하여 위치관계를 맞추고, 다이어프램 밸브체(12)를 밸브 폐쇄 위치에 맞춘 상태에서, 고정용으로 설치한 조절 나사(14)에 의해 일체화하여 밸브 폐쇄 상태로 설정하도록 되어 있다.

그런데, 반도체 제조용의 고압용 메탈 다이어프램 밸브는 고압 유체로의 대응과 아울러 소형화나 비용절감도 요망되고 있다. 이 경우, 액추에이터의 실린더 형상을 종래의 사각으로부터 원형으로 형성함으로써, 소형화와 재료의 삭감에 의한 비용2절감에 대응시키는 경우가 있다.

일본 특공 평8-6828호 공보

그렇지만, 스템으로 다이어프램 누름체를 직접 가압하여 상하동시키는 구조의 액추에이터는, 고압 유체용을 흘리는 경우에 다이어프램 누름체에 의한 추력을 높이는 것이 필요하게 되고, 이 경우, 실린더를 복수단의 구조로 설치하면, 높이 방향의 치수의 증가에 의해 소형화가 어렵게 됨과 아울러, 부품수가 증가하여 내부구조도 복잡화하고 있었다.

한편, 특허문헌 1의 메탈 다이어프램 밸브나 도 14, 15의 액추에이터에 관해서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 누름 부재(8)의 상면측에 볼체(2)를 가이드 하는 니들(4)이 설치되어 있다. 이 때문에, 니들(4)의 이동방향에서 누름 부재(8)가 방해가 되어, 니들(4)의 상하동시의 스트로크가 한정됨으로써, 경사면(3)의 길이도 한정된다. 그리고, 니들(4)의 스트로크를 크게 확보하는 것이 어렵게 되어, 경사면(3)에 의한 볼체(2)의 작동 범위가 좁아져 있었다. 이것에 의해, 니들(4)의 상하이동시의 스트로크는 누름 부재(8)의 상하동시의 스트로크의 5∼6배 정도로 한정되어, 피스톤부(13)에 의한 추력의 확대도 5∼6배 정도가 한계로 되어 있었다.

이 추력을 높이기 위해서는 실린더를 복수단으로 설치할 필요가 생기지만, 이 경우, 전체가 대형화됨과 아울러, 부품수도 증가하여 비용상승으로 이어졌다.

상기한 바와 같이 테이퍼 형성된 작은 직경 니들(4)의 경사면(3)의 외주측에 볼체(2)를 배치한 구조이기 때문에, 배치 가능한 볼체(2)의 수가 한정되어, 예를 들면, 3∼4개 정도의 소수개 밖에 배치할 수 없다. 볼이 소수개이면, 가동시에 1개당의 볼체(2)에 걸리는 하중이 커진다. 이 경우에는, 마찰이 증가하여 볼체(2)가 보다 심하게 소모되거나, 이 볼체(2)로부터의 강한 압력으로 통 형상 부재(6)나 누름 부재(8)가 함몰되는 것 등에 의해 내구성이 부족했다.

액추에이터 장치(1)와 다이어프램 밸브(11)를 편입하는 경우, 액추에이터 장치(1)와 다이어프램 밸브(11)를 나사결합에 의해 일체화하고, 이 나사결합 위치에 의해 니들(4), 볼체(2), 누름 부재(8)의 위치관계를 조절하여 다이어프램 밸브체(12)의 밸브 폐쇄 위치를 맞추게 된다. 그 때문에 조정이 번거로워져, 소정의 조정 위치에 고정하기 위한 조정 나사(14)가 필요하게 되어 부품수도 증가하고 있었다.

본 발명은, 상기의 과제점을 해결하기 위하여 개발한 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 전체의 소형화와 부품수의 삭감을 도모하면서, 밸브를 작동시키는 추력을 높임으로써 실링성을 향상시켜 고압 유체용의 밸브에 적용할 수 있고, 게다가, 가동시에 걸리는 하중을 분산시켜 내구성을 향상시키고, 내부구조를 단순화하여 부품수를 삭감하고, 밸브로 조립이나 조정도 용이한 밸브용 액추에이터를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 청구항 1에 따른 발명은, 피스톤으로 작동하는 에어 구동의 액추에이터로 피스톤의 추력을 확대하여 밸브를 차단하는 추력 확대기구를 내장하는 밸브용 액추에이터에 있어서, 추력 확대기구는, 밸브 구동용 출력축부의 상부에 설치한 디스크면 위에 이동 부재인 복수개의 볼을 배치하고, 이들 볼을 액추에이터 본체에 고정한 샤프트 하단의 고정 디스크면과 피스톤의 내측을 도려내어 피스톤의 내주 개구측을 따라 확장한 원추형상의 테이퍼면 형상부를 형성한 테이퍼면 형상부면과의 사이에 협지하여 구성되어 있고, 피스톤의 작동에 의해 디스크면에 재치된 볼이 디스크면과 고정 디스크면 사이를 이동함으로써, 피스톤의 추력을 출력축부에 확대하여 출력하도록 한 밸브용 액추에이터이다.

청구항 2에 따른 발명은, 피스톤으로 작동하는 에어 구동의 액추에이터로 피스톤의 추력을 확대하여 밸브를 차단하는 추력 확대기구를 내장하는 밸브용 액추에이터에 있어서, 추력 확대기구는, 액추에이터 본체에 고정한 샤프트 하단의 고정 부재에 이동 부재인 롤러 캠을 축착하고, 이 롤러 캠의 상단에 설치한 제 1 롤러 부재를, 피스톤의 내측을 도려내어 피스톤의 내주 개구측을 따라 확장한 원추 형상의 테이퍼면 형상부를 형성한 테이퍼면 형상부면에 이동 자유롭게 맞닿게 하고, 롤러 캠의 하단에 설치한 제 2 롤러 부재를 밸브축 구동용 출력축부의 디스크면에 가압하여 피스톤의 추력을 출력축부로 확대하여 출력하도록 한 밸브용 액추에이터이다.

청구항 3에 따른 발명은 밸브를 구동하는 추력 확대기구의 출력 추력을 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄를 향하여 전체 스트로크에서 증가시키도록 한 밸브용 액추에이터이다.

청구항 4에 따른 발명은 테이퍼면 형상부면, 고정 디스크면 및 디스크면의 어느 하나를, 2단의 테이퍼 또는 원호부 또는 곡면부에 형성한 밸브용 액추에이터이다.

청구항 5에 따른 발명은, 샤프트를 액추에이터 본체의 상부에 나사결합하여 고정하고, 이 나사결합 구조에 의해 샤프트를 상하로 조정 가능하게 설치하여 고정 디스크 또는 롤러 캠의 위치를 조정 가능하게 설치한 밸브용 액추에이터이다.

청구항 1에 따른 발명에 의하면, 출력축부 상부의 디스크면 위에 복수개의 볼을 배치하고, 이들 볼을 샤프트 하단의 고정 디스크면과, 피스톤 내주 개구측의 원추 형상의 테이퍼면 형상부면과의 사이에 협지하는 추력 확대기구를 가지고 있기 때문에, 예를 들면, 다이어프램 밸브에서는 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄로 이동하면 다이어프램의 수압 면적과 함께 차단 추력이 증가하지만, 이 차단에 필요한 추력에 맞춘 효율적인 출력 추력을 얻을 수 있어, 밸브 차단을 위한 높은 추력과 큰 류량을 위한 고스트로크화가 가능하다.

이 때, 테이퍼면 형상부를 직선으로 한 경우에는 이 직선부에서의 볼에 의한 확대율이 일정하게 되고, 2단 테이퍼로 한 경우에는 2단의 확대율로 변화될 뿐이기 때문에, 스프링 하중의 감소와 함께 출력 추력도 감소할 우려가 있지만, 테이퍼면 형상부면, 고정 디스크면, 또는 디스크면 중 어느 하나를 곡면으로 형성함으로써 스프링 하중이 감소한 경우에도 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄까지 연속적으로 출력 추력을 증가시키는 것이 가능하게 된다.

복수단의 실린더를 필요로 하지 않고 전체의 소형화와 내부구조를 단순화하여, 부품수의 삭감을 도모하면서 밸브 작동용의 추력을 높여 밸브의 실링성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 고압 유체용의 밸브에 적합하며, 테이퍼면 형상부에 의해 하중을 분산시키고 있기 때문에, 볼이나 피스톤, 고정 디스크면의 소모를 억제하여 내구성을 향상시킬 수 있다. 피스톤, 출력축부, 볼, 샤프트 하단의 고정 디스크면을 본체 내에 일체로 편입하여 유닛화할 수 있기 때문에, 밸브로의 부착이나 부착 후의 조정 등도 용이하게 된다.

청구항 2에 따른 발명에 의하면, 고정 부재에 축착한 롤러 캠의 제 1 롤러 부재가 테이퍼면 형상부면에 이동 자유롭게 맞닿고, 제 2 롤러 부재가 출력축부의 디스크면을 가압하여 피스톤의 추력을 출력축부에 확대하여 출력하는 추력 확대기구를 가지고 있기 때문에, 롤러 캠이 원호운동함으로써 피스톤 내면의 테이퍼면 형상부면이 직선, 또는 곡면의 어느 경우에도, 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄까지 연속적으로 출력 추력을 증가할 수 있다. 이 경우, 효율적인 출력 추력을 얻음으로써 밸브 차단을 위한 높은 추력과 큰 유량을 위한 고스트로크화가 가능하다.

복수단의 실린더를 요하지 않아 전체의 소형화와 내부구조를 단순화하여, 부품수의 삭감을 도모하면서 밸브 작동용의 추력을 높여 밸브의 실링성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 고압 유체용의 밸브에 적합하며, 테이퍼면 형상부에 의해 하중을 분산시켜 내구성을 향상시킬 수 있어, 밸브로의 조립이나 조정도 용이하게 된다.

청구항 3에 따른 발명에 의하면, 추력 확대기구의 출력 추력을 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄를 향하여 전체 스트로크에서 증가시킴으로써, 복수단의 실린더를 요하지 않아 전체를 컴팩트화하면서 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄시로의 차단에 요하는 출력 추력을 확실하게 발휘할 수 있어, 고압 유체의 경우에도 고실링성을 발휘할 수 있다. 롤러 캠을 갖는 추력 확대기구로 한 경우에는, 롤러 캠이 원호운동함으로써 밸브 폐쇄측으로 작동할수록 확대율이 커지고, 또한, 테이퍼면 형상부의 곡면 등과 병용해서 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄측으로 작동하면, 더욱 출력 추력이 확대되면서 작동한다. 피스톤, 출력축부, 롤러 캠, 출력축부의 디스크면을 본체 내에 일체로 편입하여 유닛화할 수 있기 때문에, 밸브로의 부착이나 부착 후의 조정 등도 용이하게 된다.

청구항 4에 따른 발명에 의하면, 테이퍼면 형상부면, 고정 디스크 및 디스크면 중 어느 하나를 2단의 테이퍼 또는 원호부 혹은 곡면부에 설치하고, 그 테이퍼 각도를 변경함으로써 피스톤 작동시의 추력의 증가 비율을 변경할 수 있다. 이 경우, 개구측을 깊이측보다도 완만한 테이퍼 각도로 함으로써 밸브 개방측에서는 출력 추력이 작고 밸브 폐쇄측의 근방에서는 출력 추력을 크게 하여 동일한 스프링을 사용한 경우에도 높은 추력과 고스트로크가 얻어진다.

청구항 5에 따른 발명에 의하면, 샤프트를 나사결합 구조에 설치하고 있음으로써, 이 샤프트를 회전시킴으로써 상하동시켜 고정 디스크 또는 롤러 캠을 위치조정 함으로써, 개개의 밸브의 실링 위치의 편차에 따라 밸브 닫힘 위치를 조정할 수 있다. 이 경우, 액추에이터의 상부에 샤프트를 부착하고 있음으로써, 소정 토크로 샤프트를 회전시켜 간단하게 실링 위치를 조정하면서 고정 디스크 또는 롤러 캠을 추력의 확대 개시 위치까지 조일 수 있어, 별도의 조임용 나사 부재 등을 필요로 하지 않기 때문에 부품수를 억제할 수도 있다.

도 1은 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 1 실시예를 도시한 단면도.
도 2는 도 1의 밸브용 액추에이터의 밸브 개방 상태를 도시한 단면도.
도 3은 도 1의 주요부를 도시한 확대 단면도이며, (a)는 밸브 폐쇄 상태를 나타낸 주요부 확대 단면도, (b)는 밸브 개방 상태를 나타낸 주요부 확대 단면도.
도 4는 밸브용 액추에이터의 특성을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 2 실시형태를 도시한 단면도.
도 6은 도 5의 밸브용 액추에이터의 밸브 개방 상태를 도시한 단면도.
도 7은 밸브용 액추에이터의 주요부를 도시한 확대 단면도이며, (a)는 밸브 폐쇄 상태를 나타낸 주요부 확대 단면도, (b)는 밸브 개방 상태를 나타낸 주요부 확대 단면도.
도 8은 밸브체 부근을 도시한 확대 단면도이며, (a)는 밸브 폐쇄 상태를 나타낸 확대 단면도, (b)는 밸브 개방 상태를 나타낸 확대 단면도.
도 9는 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 3 실시형태를 도시한 단면도.
도 10은 도 9의 밸브용 액추에이터의 밸브 폐쇄 상태를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 4 실시형태를 도시한 단면도.
도 12는 도 11의 밸브용 액추에이터의 밸브 개방 상태를 도시한 단면도.
도 13은 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 5 실시형태를 도시한 단면도.
도 14는 종래의 밸브용 액추에이터를 도시한 단면도.
도 15(a)는 도 14의 주요부를 확대한 단면도, (b)는 (a)가 밸브 폐쇄 동작한 상태를 도시하는 주요부 확대 단면도.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하에, 본 발명에서의 밸브용 액추에이터의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다. 도 1, 2에서는, 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 1 실시예를 도시하고 있고, 도 1에 밸브 폐쇄 상태, 도 2에 밸브 개방 상태를 각각 도시하고 있다. 도 3에서는, 밸브의 개폐 상태에서의 주요부 확대 단면도를 도시하고 있다.

도면에 있어서, 밸브용 액추에이터 본체(이하, 액추에이터 본체라고 함)(20)는 실린더(21)와 이 실린더(21)를 씌우기 위한 베이스체(22)를 갖는 보디(23)를 구비하고, 이 보디(23) 내에, 테이퍼면 형상부(31)를 형성한 테이퍼면 형상부면(48), 고정 디스크(27)가 형성된 테이퍼면으로 이루어지는 고정 디스크면(50), 이동 부재인 볼(28)을 갖는 추력 확대기구(30)를 구비하고 있다. 또한, 액추에이터 본체(20)에는, 밸브 구동용 출력축부(26), 디스크(29)가 설치되고, 이 액추에이터 본체(20)에 의해, 외부의 밸브(35)를 구동 가능하게 되어 있다.

테이퍼면 형상부(31)는 액추에이터 본체(20) 내에 설치한 피스톤(25)에 형성되어 있다. 이 테이퍼면 형상부(31)는 피스톤(25)의 내측의 피스톤 내주면(25a)을 도려내어 피스톤(25)의 내주 개구측을 따라 확장한 원추 형상으로 형성되고, 피스톤 내주면(25a)에는 이 테이퍼면 형상부(31)를 포함한 상기 테이퍼면 형상부면(48)이 형성되어 있다. 본 실시형태에서, 테이퍼면 형상부(31)는 개구부측의 제 1 테이퍼면 형상부(31a)와, 이 제 1 테이퍼면 형상부(31a)에 이어지는 제 2 테이퍼면 형상부(31b)로 이루어지는 테이퍼 각도가 상이한 2단으로 설치되어 있다. 도시하지 않지만, 제 1 테이퍼면 형상부(31a)의 테이퍼 각도는 제 2 테이퍼면 형상부(31b)의 테이퍼 각도보다도 완만하게 되어 있다.

테이퍼면 형상부면(48)은 테이퍼에 한정되지 않고, 이것을 2단의 테이퍼 또는 원호부 혹은 곡면부에 형성하도록 해도 된다. 게다가, 테이퍼면 형상부면(48)에 한하지 않고, 고정 디스크면(50) 혹은 후술하는 디스크면인 볼 재치부(38)를 2단의 테이퍼 또는 원호부 혹은 곡면부에 형성할 수도 있다. 어느 경우에도, 테이퍼 각도를 적당한 각도로 설치할 수 있다. 이 경우, 상기한 바와 같이, 작동 방향을 향하여 보다 완만한 경사가 되는 것과 같은 테이퍼 각도로 하는 것이 바람직하다.

피스톤(25)은 대략 원통 형상으로 형성되고, 이 1개의 피스톤이 실린더(21) 내에 왕복이동 가능하게 수납되어 있다. 피스톤(25)의 내외주측에는 O링(32, 33)이 장착되어 있다. 피스톤(25)의 선단측에는 맞닿음부(34)가 형성되고, 이 맞닿음부(34)는 작동시에 베이스체(22)에 맞닿음 가능하게 되어 있다.

밸브 구동용 출력축부(26)는, 누름 부재(37)의 상부에 배열 설치되고, 이 누름 부재(37)는 액추에이터 본체(20)에 부착한 밸브(35)의 밸브체(36)에 직접 접촉하여 구동시키기 위해 설치되어 있다. 출력축부(26)의 고정 디스크(27)와의 대향측에는 디스크(29)가 설치되고, 이 디스크(29)면 위에는 볼 재치부(38)가 형성되어 있다. 출력축부(26)의 하부에는 축부(39)가 형성되고, 이 축부(39)는 베이스체(22)에 형성된 부착구멍(40)에 삽입되어 있고, 이것에 의해 출력축부(26) 전체가 베이스체(22)에 대하여 상하로 이동하도록 되어 있다. 출력축부(26)와 베이스체(22)와의 사이에는 코일스프링(41)이 장착되어 있다. 출력축부(26)는, 코일스프링(41)에 의해, 도 1에서 상방향으로 탄성반발력이 가해지고 있다. 축부(39)의 외주에는 O링(42)이 장착되고, 이 O링(42)에 의해 축부(39)와 베이스체(22) 사이가 실링 된다.

고정 디스크(27)는 샤프트(43)를 통하여 액추에이터 본체(20)의 상부에 고정된다. 그 때, 고정 디스크(27)는 샤프트(43)에 형성된 수나사부(44)와 실린더(21)에 형성된 암나사부(45)와의 나사결합에 의해 출력축부(26)와 대향하도록 배치된다. 이 나사결합 구조에 의해 샤프트(43)를 상하로 이동하여 그 위치를 조정할 수 있고, 고정 디스크(27)의 위치를 조정 가능하게 되어 있다. 이 고정 디스크(27)의 위치조절에 의해 후술하는 바와 같이 밸브 닫힘 위치조정이 가능하게 되어, 밸브(35)와 액추에이터 본체(20)와의 위치맞춤용의 별체의 조정 나사 등을 필요로 하지 않기 때문에, 부품수가 억제되어, 액추에이터 본체 전체를 회전하여 얼라인먼트를 행할 필요도 없다.

샤프트(43)의 내부에는, 액추에이터 본체(20)의 외부와, 피스톤(25)과 베이스체(22) 사이를 연통하는 유입구(46)가 형성되어 있다. 이 유입구(46)를 통하여 액추에이터 본체(20)의 외부로부터 피스톤(25)과 베이스체(22) 사이의 실린더(21) 내에 압축 에어가 공급 가능하게 되어 있다. 샤프트(43)가 나사결합되는 실린더(21)의 상부 부근에는, 압축 에어의 유출구(47)가 형성되어 있다. 이 유출구(47)로부터 실린더(21)와 피스톤(25) 사이에 남은 에어가 배기 가능하게 되어 있다.

액추에이터 본체(20)에 고정된 샤프트(43) 하단의 고정 디스크(27)에는, 디스크(29)와 대향하여 외경방향으로 경사진 전술의 고정 디스크면(50)이 형성되어 있다. 고정 디스크면(50)은, 예를 들면, 도 1에서 수평방향에 대하여 30°의 각도로 형성되어 있다.

볼(28)은, 예를 들면, 강구로 이루어지고, 추력 확대기구(30)의 내부에 복수개 배치된다. 볼(28)은 적당한 수이면 되지만, 적어도 3개 이상 설치하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 8∼12개 정도이면 된다. 이 경우, 출력축부(26)와 고정 디스크(27)가 안정한 상태로 된다.

베이스체(22)에는, 전술한 바와 같이 출력축부(26)의 축부(39)를 삽입할 수 있는 부착구멍(40)이 형성되고, 이 부착구멍(40)에 의해, 출력축부(26)를 작동 방향으로 안내 가능하게 된다. 베이스체(22)의 실린더측 외주에는 수나사부(51)가 형성되고, 이 수나사부(51)는 실린더(21)에 형성된 암나사부(52)와 실링 부재(51a)를 통하여 밀봉 실링 가능하게 나사결합 접합되어 있다. 베이스체(22)의 밸브 장착측에는 수나사(53)가 형성되고, 이 수나사(53)를 통하여 액추에이터 본체(20)가 밸브(35)에 착탈된다.

액추에이터 본체(20)는 피스톤(25)으로 작동하는 에어 구동의 액추에이터로 피스톤(25)의 추력을 확대하여 밸브(35)를 차단하는 추력 확대기구(30)가 내장되어 있다. 추력 확대기구(30) 내에는, 피스톤(25)의 스트로크 중에 테이퍼면 형상부면(48)에 맞닿아 이동하는 상기 볼(28)이 배치된다.

추력 확대기구(30)는 테이퍼면 형상부면(48)의 내측에 설치되어 있다. 이 추력 확대기구(30)는 출력축부(26)의 상부에 설치한 디스크(29)면 위의 볼 재치부(38)에 복수개의 볼(28)이 배치되고, 이들 볼(28)이 고정 디스크면(50)과 테이퍼면 형상부면(48)과의 사이에 협지됨으로써 구성되어 있다. 실린더(21)와 베이스체(22)는 밀봉 상태에서 나사결합되어 액추에이터 본체(20)로서 일체화된다. 피스톤(25)은 상하동 자유롭게 부착되고, 이 피스톤(25)과 실린더(21) 사이에 스프링(55)이 배열 설치되어 있다. 이 스프링(55)에 의해 누름 부재(37)을 가압하는 방향으로 피스톤(25)이 탄성반발되어 있다.

액추에이터 본체(20)의 피스톤(25)을 작동시킨 경우에는, 이 작동에 의해 디스크(29)면 위의 볼 재치부(38)에 재치된 볼(28)이 디스크면인 볼 재치부(38)와 고정 디스크면(50) 사이를 이동한다. 이 이동에 의해, 피스톤(25)의 추력이 출력축부(26)에 확대되어 출력 가능하게 되어 있다. 이 액추에이터 본체(20)의 추력 확대기구(30)에 의한 밸브의 구동시에는, 추력 확대기구(30)의 출력 추력을 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄를 향하여 전체 스트로크에서 증가시키도록 해도 된다.

액추에이터 본체(20)는 1개로 구성한 피스톤(25)의 배면에 부착한 스프링(55)에 의하여 밸브(35)를 폐지하는 구조이며, 스프링(55)의 추력을 추력 확대기구(30)에 의해 출력축부(26)로 확대하여 출력하는 구조의 노멀리 클로즈 타입의 공기압 작동 액추에이터로서 구성되어 있다. 피스톤은 1개에 한정되지 않고, 후술하는 바와 같이 피스톤을 복수단 겹쳐서 구성할 수도 있다.

밸브(35)는 일반적인 구조의 다이어프램 밸브이며, 예를 들면, 도 1에 도시한 구조로 되어 있다. 이 밸브(35)는 1차측 유로(60), 2차측 유로(61)를 갖는 밸브상자(62), 밸브체(36), 밸브시트(64), 누름 부재(37), 보닛(65)을 가지고 있다. 밸브체(36)는, 밸브상자(62)의 소정 위치에 배열 설치되고, 그 상부에 누름용의 누름 부재(37)가 상하로 이동하도록 보닛(65)에 의해 부착되어 있다. 밸브(35)의 액추에이터 본체(20)와의 접속측에는, 수나사(53)와 나사결합 가능한 암나사(66)가 형성되고, 이 암나사(66)와 수나사(53)를 나사결합시킴으로써, 내부에 추력 확대기구(30)를 편입한 액추에이터 본체(20)와 밸브(35)를 원터치로 착탈할 수 있다.

누름 부재(37)는 액추에이터 본체(20)의 출력축부(26)의 축방향으로의 출력에 의해 상하동한다. 이 누름 부재(37)의 상하동에 의해 밸브체(36)가 밸브시트(64)에 접리(接離)하여, 1차측 유로(60)와 2차측 유로(61)가 개폐 가능하게 된다.

상기 실시형태에서는, 고정 디스크(27)측에 고정 디스크면(50)을 형성하고 있지만, 출력축부(26)의 볼 재치부(38)에 중심으로부터 방사상으로 도사하지 않은 테이퍼면을 형성하는 것도 가능하다. 이와 같이 고정 디스크(27) 혹은 디스크(29) 중 어느 하나 또는 쌍방에 테이퍼면을 형성하고, 이 테이퍼면과 테이퍼면 형상부면(48)과의 사이에 볼(28)을 협지하여 피스톤(25)의 추력을 출력축부(26)에 확대하여 출력하는 것이 가능하다. 이것은 후술하는 제 2, 제 3 실시형태에 대해서도 동일하다.

도 1, 도 3(a)에 있어서, 전술한 바와 같이 액추에이터 본체(20)는 평상시에는 피스톤(25)과 실린더(21) 사이에 배치된 스프링(55)의 탄성반발력에 의해 피스톤(25)이 축방향의 도면에 있어서의 하방향으로 힘이 가해져 있다. 이 때 맞닿음부(34)가 베이스체(22)에 맞닿아 피스톤(25)의 하방향으로의 이동량이 규제되어, 추력 확대기구(30)에 과대한 힘이 가해지는 것이 방치되어 있다.

피스톤(25)이 하강하면, 복수개 배치된 볼(28)이 피스톤 내주면(25a)에 형성된 테이퍼면 형상부(31)를 따라 내측(내경방향)으로 밀어 넣어지고, 고정 디스크(27)의 고정 디스크면(50)을 따라 이동한다. 이 때, 고정 디스크(27)가 샤프트(43)를 통하여 액추에이터 본체(20) 내의 소정 위치에 고정되어 있기 때문에, 볼(28)이 디스크(29)의 볼 재치부(38)를 반경방향의 내경측으로 이동하면서 이 출력축부(26)를 밀어 내린다.

볼(28)의 축방향의 이동성분은 디스크(29)를 통하여 추력이 확대되어 출력축부(26)로부터 출력된다. 추력 확대기구(30)의 고정 디스크면(50)과 볼(28)은 피스톤(25)의 테이퍼면 형상부면(48)의 내측에 배열 설치되어 있기 때문에, 피스톤(25)과 출력축부(26)가 접촉하지 않아 피스톤(25)의 스트로크나 테이퍼면 형상부(31)를 길게 확보할 수 있다. 이 기구에 의해 피스톤(25)의 스트로크를 길게 할 수 있어, 예를 들면, 스프링(55)의 탄성 반발력을 10∼20배 정도의 추력으로 확대하면서 누름 부재(37)에 전달하고, 이 누름 부재(37)에 의해 밸브체(36)를 밸브시트(64)방향으로 강하게 가압하여 밸브 폐쇄 상태를 유지할 수 있다. 그 때문에 고압 유체에 적합한 높은 실링성을 확보할 수 있다.

도 3(a)에서, 밸브 개방 동작시에 있어서 피스톤(25)으로부터의 하향의 힘(F_1y)이 피스톤(25)과 볼(28)과의 접점(C₁)에 전달될 때에는, 테이퍼면 형상부(31)의 작용에 의해 힘의 방향과 크기가 분력의 법칙으로 분력이 되고, 수평방향의 힘(F_1x)으로 되어 볼(28)에 작용한다. 이 힘(F_1x)은 접점(C₂)에서 볼(28)로부터 고정 디스크(27)에 전달되기 때문에, 이 힘(F_1x)과 상반되는 힘이 고정 디스크(27)로부터 반력(F'_1x)으로서 작용한다. 반력(F'_1x)은, 분력의 법칙에 의해 접점(C₂)에서 하향의 힘(F'_1y)으로 되고, 이 힘(F'_1y)은, 테이퍼면 형상부(31), 고정 디스크면(50)의 테이퍼의 작용에 의해, 도 3의 화살표 방향으로 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄를 향하여 전체 스트로크에서 증가하면서 10∼20배의 추력으로 확대되어 출력 추력으로서 출력된다.

한편, 외부로부터 샤프트(43)의 유입구(46)를 통하여 피스톤(25)과 베이스체(22) 사이에 압축공기를 공급하면, 피스톤(25)이 스프링(55)을 압축하는 방향(도 1에서의 상방향)으로 이동한다. 이 때문에, 고정 디스크면(50)에 의해 외경방향으로 이동하는 힘이 작용하고 있는 볼(28)이 테이퍼면 형상부면(48)을 따라 외경방향으로 이동하고, 출력축부(26)가 코일스프링(41)의 탄성 반발력으로 상방으로 이동하고, 밸브체(36)와 누름 부재(37)는 유로 내를 흐르는 고압 유체의 압력으로 상방으로 이동하여 도 2, 도 3(b)의 밸브 개방 상태로 된다. 그 때, 실린더(21)와 피스톤(25) 사이의 에어가 유출구(47)를 통하여 배기된다.

여기에서, 액추에이터 본체(20)에서 밸브(35)를 개폐 조작하기 전에는, 출력축부(26)의 밸브 폐쇄 위치(도 1에서의 최하위의 상태)와, 밸브체(36)의 밸브 폐쇄 위치를 맞추어 놓을 필요가 있다. 얼라인먼트 시에는, 피스톤(25)을 최하위로 한 상태에서 액추에이터 본체(20)와 밸브(35)를 고정한다. 이어서, 샤프트(43)를 회전시켜, 이 샤프트(43) 선단에 설치된 고정 디스크(27)를 상하동시켜 이 고정 디스크(27)와 출력축부(26)와의 간격을 조정하면서, 출력축부(26)에서 밸브체(36)를 폐쇄 상태로 가압시킨다. 이 때 스프링(55)의 탄성 반발력으로 밸브 폐쇄 상태를 유지하는 세기로 하도록 소정의 토크로 샤프트(43)를 죈다. 이것에 의해 액추에이터 본체(20)의 출력축부(26)와 밸브체(36)의 위치를 맞출 수 있다.

이와 같이, 실린더(21)에 나사결합한 샤프트(43)를 회전시킴으로써 출력축부(26)와 고정 디스크(27)와의 간격을 간단하게 조정하여 밸브체(36)의 실링 위치를 정확하게 조정할 수 있다. 이 경우, 상기한 바와 같이 스프링(55)의 탄성 반발력을 10∼20배 정도의 추력으로 확대되어 출력축부(26)로부터 출력할 수 있다. 예를 들면, 추력을 10배로 확대하는 경우, 출력축부(26)의 이동량이 0.1mm이고 추력 확대기구(30)의 마찰저항을 50%라고 하면, 피스톤(25)의 이동량이 2mm가 된다. 이와 같이, 추력의 확대율로부터 샤프트(43)의 이동량에 대하여 밸브체(36)의 이동량을 파악할 수 있기 때문에, 샤프트(43)의 소정량의 이동보다 용이하게 출력축부(26)를 미세 조정하여 이 출력축부(26)와 밸브체(36)와의 위치를 맞출 수 있다.

액추에이터 본체(20)에 의한 추력을, 예를 들면, 10배로 확대하고 있는 경우에는, 밸브시트 차단의 이동량이 0.1mm에 대하여 피스톤(25)의 이동량은 1mm가 되어, 밸브시트의 실링 위치에 맞추어 밸브 폐쇄 위치 조정을 실시할 필요가 있다. 그 때는, 상기한 바와 같이 피스톤(25)을 최하위로 한 상태에서 샤프트(43)를 회전 조절하고, 고정 디스크를 피스톤 추력 정도가 발생하는 토크로 죔으로써 간단하게 실링 위치를 조정할 수 있다.

도 4에서는, 도 1의 액추에이터 본체(20)의 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄 동작시의 피스톤(25)의 이동시의 스트로크(실린더 스트로크)(SL)에 대한, 다이어프램 반력(DF), 스프링 하중(SF), 액추에이터 출력 추력(AF)의 변화를 나타내고 있다. 밸브의 완전 개방 상태에서는, 다이어프램 반력(DF1)과, 도 3(b)에 도시한 스프링 하중(SF1)이 가해지면서 액추에이터 출력 추력(AF1)이 얻어진다. 밸브의 완전 폐쇄 상태에서는, 다이어프램 반력(DF2)과, 도 3(a)에 도시한 스프링 하중(SF2)이 가해지면서 액추에이터 출력 추력(AF2)이 얻어진다.

다이어프램 반력(DF)에 대하여, 다이어프램 밸브체(36)는 소위 돔 형상으로 형성되고, 이 돔 부위에서 압력을 받아 추력을 전달하기 때문에, 도 3(b)의 밸브 개방시에 있어서의 다이어프램 반력(DF1)은 제로가 된다. 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 동작시키면, 밸브체(36)의 변형에 따라 유체로부터의 수압(受壓) 면적이 서서히 증가한다. 그리고, 도 3(a)의 밸브 폐쇄시에 있어서는 유체로부터 밸브체(36)가 받는 수압 면적이 최대가 되고, 이 밸브체(36)를 폐지하기 위하여 요하는 다이어프램 반력(DF2)이 최대가 된다.

스프링 하중(SF)에 대해서는, 밸브 개방 상태에서는 피스톤(25)으로 스프링(55)이 압축되어 커지고, 전개시에 있어서 스프링 하중(SF1)이 최대가 된다. 밸브 개방 상태로부터 밸브 폐쇄 상태로 동작시키면 스프링 하중(SF)은 감소하고, 이것에 의해 전달효율이 나빠져, 밸브체(36)를 밸브 폐쇄 방향으로 작동시키는 힘이 약해진다. 도 8에 있어서의 완전 폐쇄시에 있어서는, 실린더 스트로크(SL)에 있어서의 스프링 하중(SF2)이 최소가 된다.

본 발명의 밸브용 액추에이터의 추력 확대기구(30)는, 밸브체(36)가 완전 개방으로부터 완전 폐쇄까지 동작할 때의 밸브 스트로크(L)에 있어서, 밸브 폐쇄방향의 출력 추력(AF)을 전체 스트로크에서 증가시키도록 하고 있기 때문에, 스프링 하중(SF1)이 최대의 전개측에서는 밸브 스트로크(L)를 증가하고, 완전 폐쇄에서는 최대의 출력 추력(AF2)을 출력하는 것이 가능하게 된다.

이와 같이 효율적으로 추력을 확대하여 전달 가능함으로써, 액추에이터 본체(20)를 소형화한 경우에도 고압 밸브의 높은 추력이나 큰 유량을 위한 고스트로크화에 대응할 수 있다. 이 경우, 예를 들면, 액추에이터 본체를 일반적인 액추에이터 직경의 70% 정도의 크기로 설치했을 경우이어도, 일반적인 액추에이터와 동등한 압력·유량에 대응 가능하게 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 밸브용 액추에이터는, 본체(20) 내에 설치한 피스톤(25)의 내주 개구측을 따라 확장되는 원추 형상의 테이퍼면 형상부(31)를 형성한 테이퍼면 형상부면(48)을 형성하고, 피스톤(25)의 스트로크 중에 테이퍼면 형상부(31)에 맞닿아 이동하는 이동 부재(28)를 배치하고, 이 이동 부재(28)를 갖는 추력 확대기구(30)를 통하여 밸브(35)를 폐지하기 위한 출력 추력을 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄를 향해서 전체 스트로크에서 증가시키고 있으므로, 복수단의 실린더 구조를 형성하지 않고 높이 치수를 억제하여 소형화하면서 고압 유체에 대응할 수 있다.

이 경우, 추력 확대기구(30)가, 피스톤(25)의 작동에 의해 볼(28)이 테이퍼면 형상부면(48)과 고정 디스크면(50) 사이를 이동하여 피스톤(25)의 추력을 출력축부(26)에 확대하여 출력하는 기구이므로, 피스톤(25)의 스트로크나 테이퍼면 형상부면(48)을 길게 할 수 있다. 그 때문에, 예를 들면, 피스톤(25)이 니들 형상인 경우와 비교하여 출력축부(26)로부터의 출력 추력을 크게 할 수 있어, 10∼20배의 추력으로 확대하여 보다 고압의 유체에도 대응할 수 있다. 또한 이러한 실린더 구조의 단순화에 의해, 부품수도 삭감할 수 있다. 게다가, 테이퍼면 형상부면(48), 고정 디스크면(50)의 각도를 조정함으로써 출력 추력의 확대배율을 임의로 설정하는 것도 가능하게 된다.

테이퍼면 형상부면(48)을 2단의 테이퍼로 설치하고 있음으로써, 이 테이퍼면 형상부면(48)의 각도를 변경하여 피스톤 작동시의 추력의 증가 비율을 조절할 수 있다. 이 조절에 의해, 예를 들면, 밸브의 밸브 폐쇄 상태의 근방에서는 출력축부의 이동량을 적게 하여 미세 유량을 조정할 수 있어, 밸브가 밸브 개방 상태가 될 때에는 출력축부의 이동량을 크게 해서 밸브 개방 속도를 빠르게 하여 밸브 폐쇄로부터 밸브 개방으로의 전환을 신속하게 실시할 수 있다.

테이퍼면 형상부면(48)의 내측에 고정 디스크면(50)과 볼(28)이 배열 설치되어 있으므로, 볼(28)의 개수를 늘릴 수 있어, 볼(28)의 개수를 늘림으로써 피스톤(25)으로부터의 힘을 분산하여 출력축부(26)에 전달할 수 있다. 그 때문에 볼(28)의 소모를 억제하여 출력축부(26)의 함몰이나 상처 발생을 방지하여, 내구성을 향상시킬 수 있다.

액추에이터 본체(20)를 구성하는 경우에는, 피스톤(25), 출력축부(26), 고정 디스크(27), 볼(28)을 갖는 추력 확대기구(30)를 실린더(21)와 베이스체(22) 내에 편입한 상태에서 일체화할 수 있다. 이 때문에, 미리 액추에이터 본체(20)를 밸브(35)와 별체로 설치하여, 이 밸브(35)와의 편입이나 밸브체(36)의 조정을 용이하게 실시 가능하게 된다.

도 5, 도 6에서는, 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 2 실시형태를 도시하고 있다. 또한, 이후의 실시형태에 있어서, 상기한 실시형태와 동일 부분은 동일 부호에 의해 나타내고, 그 설명을 생략한다.

이 실시형태에서의 액추에이터는 전술의 실시형태의 액추에이터 본체(20)와 동일하게, 다이어프램 밸브체(36)를 볼(28)을 갖는 추력 확대기구(30)로 추력 확대하면서 스프링(55)의 하중으로 도 8(a)의 밸브 폐쇄 상태로 작동하고, 밀봉된 본체(90) 내에서 에어 압력으로 도 8(b)의 밸브 개방 상태로 작동시키는 노멀리 클로즈 타입의 기구를 갖는 공기압 작동의 밸브용 액추에이터이다.

도 7(a), 도 7(b)에 도시하는 바와 같이, 이 액추에이터 본체(90)에서는, 피스톤(93)의 테이퍼면 형상부면(48)의 테이퍼면 형상부(91)가 원호부에 의해 형성되어 있다. 이 원호부(91)에 볼(28)이 맞닿음으로써, 피스톤(93)을 원활하게 동작시킬 수 있다. 또한, 볼(28)과 이 원호부(91)와의 접촉영역이 길어짐으로써 피스톤(93)을 완만하게 동작시켜 밸브 개방도의 미세 조정이 가능하게 된다.

또한, 원호부(91)는 개구부측의 제 1 원호부(91a)와, 이 제 1 원호부(91a)에 이어지는 제 2 원호부(91b)로 이루어지는 2단의 상이한 테이퍼 각도로 되어 있다. 이 테이퍼 각도는 개구측이 깊이측보다도 완만하게 되어 있고, 즉, 도 7(a)에 있어서, 제 1 원호부(91a)의 테이퍼 각도(θ₁)<제 2 원호부(91b)의 테이퍼 각도(θ₂)의 관계로 되어 있다. 이것에 의해, 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로, 원호부(91)의 각도를 변경하여 피스톤(93) 작동시의 추력의 증가 비율을 조절할 수 있다.

또, 이 실시형태에서의 액추에이터 본체(90)는 피스톤(93)의 상방측에 다른 형상의 피스톤(96)과 실린더부(94)가 설치되어 3단의 피스톤 구조로 설치되어 있다. 샤프트(43)의 내부에는 유입구(46)로부터 분지되는 분지구(95)가 형성되어 있고, 이 분지구(95)를 통하여 피스톤(93)과 실린더부(94) 사이에 압축 에어가 공급된다.

피스톤을 복수단으로 구성한 경우, 피스톤으로부터 1개의 경우보다도 추력을 높이면서 실린더 외경을 작게 하여 폭방향의 사이즈를 컴팩트화할 수 있다. 이 공간절약화에 의해, 좁은 장소에 대해서도 면적을 작게 하여 집적화가 가능하게 된다. 피스톤을 3단 이상으로 설치할 경우에는, 동일한 형상의 피스톤(96)과 실린더부(94)를 겸용할 수 있고, 이것들을 상하로 겹침으로써 부품의 종류의 증가를 막으면서 간단하게 조립할 수 있다.

도 9, 도 10에서는, 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 3 실시형태를 도시하고 있다.

이 액추에이터 본체(70)는 1개의 피스톤(71)과 고정 디스크(27) 사이에 스프링(55)을 배치하고 피스톤(71)의 배면으로부터의 에어 압력을 공급하여 밸브(35)를 폐지하는 구조로 되어 있다. 이것에 의해, 이 액추에이터 본체(70)는 피스톤(71)의 추력을 추력 확대기구(30)에 의해 출력축부(26)에 확대하여 출력하는 구조의 노멀리 오픈 타입으로 되어 있다. 도시하지 않지만, 이 노멀리 오픈 타입의 경우에도, 노멀리 클로즈의 경우와 동일하게 복수단의 피스톤을 겹쳐서 구성할 수 있다.

샤프트(21)의 내부에는, 액추에이터 본체(70)의 외부와, 피스톤(25)과, 보디(23)를 구성하는 실린더(21)와의 사이를 연통하는 에어 유로(72)가 형성되고, 이 에어 유로(72)를 통하여 외부로부터 피스톤(71)과 실린더(21) 사이에 압축공기를 공급하는 것이 가능하게 되어 있다.

피스톤(71)과 실린더(21) 사이에 외부로부터 압축 에어를 공급하면, 피스톤(71)이 스프링(55)의 탄성 반발력에 저항하여 이 스프링(55)을 압축하는 방향(도 9에 있어서의 하방향)으로 작동하고, 볼(28)이 테이퍼면 형상부(31)를 갖는 테이퍼면 형상부면(48)을 따르도록 내경방향으로 이동하고, 출력축부(26)이 코일스프링(41)의 탄성 반발력에 저항하여 하방으로 이동함으로써 출력축부(26)가 하방으로 이동하고, 이 출력축부(26)가 누름 부재(37)를 하방으로 가압하여 도 10의 밸브 폐쇄 상태로 된다. 도 10으로부터 도 9의 밸브 개방 상태로 할 때에는, 유출구(47)로부터 에어를 외부로 빠져나가도록 하면 된다.

도 11, 도 12에서는, 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 4 실시형태를 도시하고 있다. 이 실시형태의 액추에이터 본체(100)는 추력을 확대하기 위한 2개의 롤러 캠(102)을 갖는 추력 확대기구(101)를 구비하고 있다. 각 롤러 캠(102, 102)은 본체(100)에 고정한 샤프트(43)의 하단의 실린더(21) 내에 고정된 고정 부재(105)에 축착되어 있다. 고정 부재(105)는, 샤프트(43)의 선단측에 너트(107)로 부착되고, 부착 후에는 고정 부재(105)가 실린더(21) 내의 소정 위치에 배열 설치된다.

샤프트(43)는 액추에이터 본체(100)의 상부에 상기 실시형태와 마찬가지로 나사결합하여 고정되어 있다. 이 나사결합 구조에 의해, 샤프트(43)가 상하로 조정 가능하게 설치되고, 롤러 캠(102)의 상하위치를 조정 가능하게 되어 있다.

롤러 캠(102)의 상단에는 제 1 롤러 부재(103)가 설치되고, 이 제 1 롤러 부재(103)는 테이퍼면 형상부(91)를 형성한 테이퍼면 형상부면(97)에 이동 자유롭게 맞닿은 상태로 배열 설치되어 있다. 테이퍼면 형상부(91)는 피스톤(108)의 내측의 피스톤 내주면(108a)을 도려내어 피스톤(108)의 내주 개구측을 따라 확장한 원추 형상으로 형성되고, 피스톤 내주면(108a)에는 이 테이퍼면 형상부(91)를 갖는 테이퍼면 형상부면(97)이 형성되어 있다.

한편, 롤러 캠(103)의 하단에는 제 2 롤러 부재(104)가 설치되어 있다. 피스톤(108)으로부터 추력이 전달된 경우에는, 테이퍼면 형상부면(97)에 맞닿은 제 1 롤러(103)에 의해 롤러 캠(102)이 축착부(106)를 중심으로 회전하고, 이 롤러 캠(102)의 회전에 의해 제 2 롤러 부재(104)가 출력축부(26)의 디스크(29)에 가압되고, 피스톤(108)의 추력이 출력축부(26)에 확대되어 출력된다.

피스톤(108)과 실린더(21) 사이에는 2개의 스프링(109, 110)이 설치되어 있고, 이들 스프링(109, 110)의 스프링 정수는, 예를 들면, 제 2 실시형태의 스프링(55)의 스프링 정수보다도 작게 설치되어 있다. 이 경우, 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄로 될 때의 스프링의 하중의 감소가 억제된다.

액추에이터 본체(100)는 전술의 추력 확대장치(30)와 동일하게 밸브(35)에 부착 가능하게 되어 있다. 밸브(35)로의 부착시에는, 수나사(53)와 암나사(66)를 나사결합함으로써, 내부에 추력 확대기구(101)를 편입한 액추에이터 본체(100)와, 밸브(35)를 원터치로 착탈할 수 있다.

도 11의 액추에이터 본체(100)에 있어서, 평상시에는 스프링(55)의 탄성 반발력에 의해 피스톤(108)이 하방향으로 힘이 가해진다. 이 피스톤(108)의 하강에 의해 상부측의 롤러(103)가 테이퍼면 형상부면(97)을 따라 회전하면서, 롤러 캠(102)이 축착부(106)를 중심으로 회전한다. 이 때 롤러 캠(102)은, 축착부(106)를 중심으로 하여 세워 설치하는 방향으로 회전하기 때문에, 하부측의 롤러(104)가 회전하면서 디스크(29)를 하방으로 누름으로써 이 롤러(104)에 의해 출력축부(26)가 밀어 내려진다. 그 때, 피스톤(108)으로부터의 추력이 확대되면서 전달된다. 롤러 캠(102)을 사용한 추력 확대기구(101)의 경우에는 동력 변환 효율을 향상시키는 것이 가능하게 되어, 도면에 나타낸 1개의 피스톤에 의해 충분한 추력을 얻을 수 있다. 또한, 이 때에도 볼을 이동 부재로 한 경우와 마찬가지로, 피스톤을 복수단 겹쳐 구성함으로써 추력을 더욱 높이면서 컴팩트화할 수 있다.

도 12에 있어서, 유입구(46)로부터 피스톤(108)과 베이스체(22) 사이에 압축 에어를 공급했을 때에는 피스톤(108)이 스프링(109, 110)을 압축하면서 상승하고, 이것에 따라 상부측의 롤러(103)가 테이퍼면 형상부면(97)에 대하여 회전하면서 롤러 캠(102)이 축착부(106)를 중심으로 좌우로 쓰러지는 방향으로 회전한다. 이것에 의해 하부측의 롤러(104)의 위치가 도 11의 경우보다도 상방측으로 이동하고, 이 이동에 따라 출력축부(26)가 코일스프링(41)의 탄성 반발력으로 상방으로 이동하여 밸브 개방 상태로 된다.

이와 같이, 볼(28) 대신에 롤러 캠(102)을 사용하여 추력 확대기구(101)를 설치할 수 있고, 게다가, 추력 확대기구를 이것들 이외의 구조로 설치할 수도 있다. 이 액추에이터 본체(100)의 경우에도, 전술한 액추에이터 본체(20)의 경우와 마찬가지로, 밸브를 구동하는 추력 확대기구(101)의 출력 추력을 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄를 향하여 전체 스트로크에서 증가시킬 수 있다.

또한 액추에이터 본체(100)는 노멀리 클로즈 타입이지만, 볼(28)을 이용한 추력 확대기구의 경우와 동일하게 노멀리 오픈 타입으로 구성할 수도 있다. 어느 경우에도, 완전 개방으로부터 완전 폐쇄까지의 밸브체(36)의 밸브 폐쇄방향의 출력 추력을 유체압에 의한 반력보다도 항상 큰 상태로 증가시킬 수 있다.

도 13에서는, 본 발명의 밸브용 액추에이터의 제 5 실시형태를 도시하고 있다.

이 액추에이터 본체(80)는, 내부에 추력 확대기구를 갖지 않는 일단의 실린더 구조를 갖는 액추에이터 구조로 되어 있고, 전술한 액추에이터 본체(20, 70)와 동일한 베이스체(22)를 공통화하여 이용한 것이다.

이와 같이, 베이스체(22)를 공통화하여, 내부구조가 상이한 액추에이터 본체(20, 70, 80)를 구성할 수 있기 때문에, 밸브의 용도나 사용 개소 등에 따라 내부구조나 크기가 상이한 액추에이터로서 제품의 부가가치를 높일 수 있다. 게다가, 예를 들면, 메탈 다이어프램 밸브 이외의 상하동에 의해 작동하는 구조의 밸브를 부착하는 것도 가능하며, 어느 경우에 있어서도, 베이스체의 수나사와 밸브의 암나사를 나사결합함으로써 간단하게 착탈 가능한 구성으로 설치할 수 있다.

20 액추에이터 본체
25 피스톤
26 출력축부
27 고정 디스크
28 볼(이동 부재)
29 디스크
30 추력 확대기구
31 테이퍼면 형상부
35 밸브
43 샤프트
48, 97 테이퍼면 형상부면
50 테이퍼면
55 스프링
102 롤러 캠
103 제 1 롤러 부재
104 제 2 롤러 부재
105 고정 부재

Claims (5)

1. 피스톤으로 작동하는 에어 구동의 액추에이터로 피스톤의 추력을 확대하여 밸브를 차단하는 추력 확대기구를 내장하는 밸브용 액추에이터에 있어서, 상기 추력 확대기구는, 밸브 구동용 출력축부의 상부에 설치한 디스크면 위에 이동부재인 복수개의 볼을 배치하고, 이들 볼을 액추에이터 본체에 고정한 샤프트 하단의 고정 디스크면과 피스톤의 내측을 도려내어 피스톤의 내주 개구측을 따라 확장한 원추 형상의 테이퍼면 형상부를 형성한 테이퍼면 형상부면과의 사이에 협지하여 구성되어 있고, 상기 피스톤의 작동에 의해 상기 디스크면에 재치된 상기 볼이 상기 디스크면과 고정 디스크면 사이를 이동함으로써, 상기 피스톤의 추력을 상기 출력축부에 확대하여 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 밸브용 액추에이터.
2. 피스톤에서 작동하는 에어 구동의 액추에이터에서 피스톤의 추력을 확대하여 밸브를 차단하는 추력 확대기구를 내장하는 밸브용 액추에이터에 있어서, 상기 추력 확대기구는, 액추에이터 본체에 고정한 샤프트 하단의 고정 부재에 이동 부재인 롤러 캠을 축착하고, 이 롤러 캠의 상단에 설치한 제 1 롤러 부재를, 피스톤의 내측을 도려내어 피스톤의 내주 개구측을 따라 확장한 원추 형상의 테이퍼면 형상부를 형성한 테이퍼면 형상부면에 이동 자유롭게 맞닿게 하고, 롤러 캠의 하단에 설치한 제 2 롤러 부재를 밸브축 구동용 출력축부의 디스크면에 가압하여 상기 피스톤의 추력을 상기 출력축부에 확대하여 출력하도록 한 것을 특징으로 하는 밸브용 액추에이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 밸브를 구동하는 상기 추력 확대기구의 출력 추력을 밸브 개방으로부터 밸브 폐쇄를 향하여 전체 스트로크에서 증가시키도록 한 것을 특징으로 하는 밸브용 액추에이터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 테이퍼면 형상부면, 고정 디스크면 및 디스크면 중 어느 하나를, 2단의 테이퍼 또는 원호부 혹은 곡면부에 형성한 것을 특징으로 하는 밸브용 액추에이터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 샤프트를 상기 액추에이터 본체의 상부에 나사결합하여 고정하고, 이 나사결합 구조에 의해 상기 샤프트를 상하로 조정 가능하게 설치하여 상기 고정 디스크 또는 롤러 캠의 위치를 조정 가능하게 설치한 것을 특징으로 하는 밸브용 액추에이터.
   

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