KR20130114605A - 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브용 피스톤 보어 언더컷부 및 피스톤 보어 언더컷부 제조 방법 - Google Patents

직렬 프로그레시브 디바이더 밸브용 피스톤 보어 언더컷부 및 피스톤 보어 언더컷부 제조 방법 Download PDF

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앤드류 제이. 클라페이크
안토니 제이. 쿠스첼
데인 디. 썰
앤드류 제이. 존슨
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그라코 미네소타 인크.
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Abstract

직렬 프로그레시브 디바이더 밸브는 밸브 본체 및 피스톤들을 포함한다. 밸브 본체는, 유체 유입구, 피스톤 보어들, 배출구 보어들, 포팅 및 언더컷부들을 포함한다. 유체 유입구는 밸브 본체의 외부로 연장한다. 피스톤 보어들은 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 밸브 본체를 통해 연장한다. 각각의 피스톤 보어들은 피스톤을 포함한다. 배출구 보어들은 밸브 본체 내로 연장하며, 각각의 배출구 보어들은 배출구 보어들의 제 1 세트 및 제 2 세트를 포함한다. 포팅은, 고압 유체가 유입구에 가해질 때, 상기 피스톤들 각각이 순서대로 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 왕복운동하도록 피스톤 보어들을 서로 그리고 복수개의 배출구 보어들에 연결하는 복수 개의 경로들을 형성한다. 언더컷부는 각각의 경로와 피스톤 보어 사이 교차부에 위치된다.

Description

직렬 프로그레시브 디바이더 밸브용 피스톤 보어 언더컷부 및 피스톤 보어 언더컷부 제조 방법 {PISTON BORE UNDERCUT AND METHODS OF MANUFACTURING A PISTON BORE UNDERCUT FOR A SERIES PROGRESSIVE DIVIDER VALVE}
본 발명은, 일반적으로 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브들에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 발명은, 유체가 직렬 진행(series progression)하여 다음 배출구 포트로 지향될 수 있도록 배출구 포트들을 플러깅(plugging)하는 피팅들에 관한 것이다.
직렬 프로그레시브 디바이더 밸브들은, 당분야에서 오랜 기간 존재하고 있으며, 가압 유체의 단일의 안정한 입력(input)을 유체의 다중 분배식 버스트(burst)들로 분할하기 위한 기구를 포함한다. 이에 따라, 유체는 단일 유입구 포트에서 밸브 본체에 전달되고, 유체로부터 압력 하에 피스톤들 또는 스풀(spool)들의 어레이의 순환(cyclic) 작동을 통해 다중의 별개의 배출구 포트들에 전달된다. 밸브 출력(output)은 피스톤들의 어레이의 움직임에 기초한 예정된(scheduled) 진행으로 배출구 포트들을 통해 순서대로 순환한다. 예컨대, 종래의 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브들은, 모든 피스톤들의 중심축들이 단일 평면에 배열되는 피스톤들의 어레이를 포함한다. 피스톤의 각각의 단부를 위한 배출구들은, 전형적으로, 피스톤들의 평면에 평행한 평면에 배열된다. 배출구들은 밸브 본체 내로 기계가공된 포팅들의 정교한 시스템을 통해 피스톤들에 연결된다.
피스톤들은 단부 캡들에 의해 둘러싸인 밸브 본체의 보어들 내에서 왕복운동한다. 피스톤들은, 피스톤 각각이 3 개의 로브(lobe)들을 형성하도록, 한 쌍의 축방향으로 이격된 언더컷부들을 자체로 포함한다. 그자체로, 피스톤이 보어 내로 삽입되어 단부 캡들에 의해 둘러싸일 때, 4 개의 압력 챔버들; 피스톤의 각각의 단부에 하나의 단부 챔버 및 피스톤 내에 2 개의 내부 챔버들이 형성된다. 각각의 단부 챔버는 밸브 본체를 통해 연장하는 포팅을 통한 진행시에 다음 피스톤의 내부 챔버로 연결된다. 게다가, 각각의 내부 챔버는 별도의 포팅의 사용을 통해 밸브의 배출구에 연결된다. 이에 따라, 4 개의 피스톤 밸브는 8 개의 배출구들을 포함한다. 고압 유입구 포팅은 각각의 피스톤 보어에, 그리고, 각각의 피스톤의 위치에 따라서 각각의 피스톤의 내부 챔버들 중 하나에 연결된다. 그러나, 피스톤들이 방향을 역전시킬 수 있고 직렬 진행이 무한정(ad infinitum) 계속될 수 있도록, "제 1" 피스톤들의 단부 챔버들이 "마지막" 피스톤의 내부 챔버들에 연결되는 것을 제외하고, 모든 연결부들 및 배출구들은 밸브 본체의 동일 측 및 피스톤들의 동일 단부들에서 만들어진다.
전형적인 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 작동은, 종래 기술, 구체적으로는 단순화된 피스톤 및 배출구 구성을 도시하는 스노우(Snow) 등에게 허여된 미국 특허 제4,312,425호로부터의 도면들을 참조하여 설명된다. 도 1은 복수 개의 블록 본체(10A-10H)로부터 형성된 밸브 본체(10)를 갖는 전형적인 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 사시도이다. 도 2는 피스톤(12A, 12B 및 12C)들을 포함하는 밸브 본체(10)의 개략도이다. 도 1 및 도 2는 동시에 논의된다. 도시된 바와 같이, 피스톤(12A-12C)들 각각은, 도면부호 "14A, 14B, 14C, 16A, 16B, 16C, 18A, 18B 및 18C" 로 각각 나타낸 3 개의 로브들을 포함한다. 로브(14A-18C)들은 각각언더컷부(20A, 20B, 20C, 22A, 22B 및 22C)들을 만든다. 피스톤(12A, 12B 및 12C)들은, 각각 단부 챔버(26A, 26B, 26C, 28A, 28B 및 28C)들을 형성하는 보어(24A, 24B 및 24C)들에서 왕복운동한다. 게다가, 언더컷부(20A-22C)들은 내부 챔버(30A, 30B, 30C, 32A, 32B 및 32C)들을 형성한다. 언더컷부(20A-22C)들 및 이렇게 형성된 챔버 각각은, 밸브 본체(10) 내에 기계가공된 포팅을 통해 밸브 배출구(38A-38F)중 하나 및 다른 언더컷부에 유동식으로(fluidly) 연결된다. 구체적으로는, 내부 펌핑 챔버(30A)는 포팅(36A)을 통해 단부 챔버(26C)에 그리고 포팅(40A)을 통해 배출구(38A)에 유동식으로 연결된다. 내부 펌핑 챔버(30B)는 포팅(36B)을 통해 단부 챔버(26A)에 그리고 포팅(40B)을 통해 배출구(38B)에 유동식으로 연결된다. 내부 펌핑 챔버(30C)는 포팅(36C)을 통해 단부 챔버(26B)에 그리고 포팅(40C)을 통해 배출구(38C)에 유동식으로 연결된다. 내부 펌핑 챔버(32A)는 포팅(36D)을 통해 단부 챔버(26C)에 그리고 포팅(40D)을 통해 배출구(38D)에 유동식으로 연결된다. 내부 펌핑 챔버(32B)는 포팅(36E)을 통해 단부 챔버(28A)에 그리고 포팅(40E)을 통해 배출구(38E)에 유동식으로 연결된다. 내부 펌핑 챔버(32C)는 포팅(36F)을 통해 단부 챔버(28B)에 그리고 포팅(40F)을 통해 배출구(38F)에 유동식으로 연결된다.
고압 포팅(42)은 유입구(44)로부터 보어(24A-24C)로 고압 유체를 분배한다. 고압 포팅(42)은, 로브(16A-16C)들의 위치에 따라서, 유입구(44)를 내부 챔버(30A-32C)에 유동식으로 연결한다. 고압 유체는, 항상, 피스톤(12A-12C)들의 각각의 위치에 따라서, 로브(16A-16C)들의 각각의 일측에 직접 제공된다. 도시된 바와 같이, 고압 유체는 내부 챔버(32A, 30B, 및 30C)에 제공된다. 그자체로, 고압 유체는 또한, 각각 포팅(36D, 36B, 36C)을 통해 단부 챔버(26C, 26A 및 26B)들에 제공된다. 도 2에 도시된 구성 이전에 마지막 피스톤 움직임시에, 저압 유체가 포팅(36F 및 40F)를 통한 피스톤(12B)의 하향 움직임을 통해 포트(38F)로부터 분배된다. 후속하여, 도 2 에 도시된 바와 같이, 고압 유체가 챔버(26B 및 26C)들에 제공된다. 챔버(26B 및 26C)들의 고압 유체는 피스톤(12B 및 12C)들의 움직임을 발생시키지 않는데, 이는 로브(18B 및 18C)들이 보어(24B 및 24C)들의 단부 캡들과 이미 맞물림되었기 때문이다. 그러나, 챔버(26A)의 고압 유체는, 단부 챔버(28A)가 저압 유체를 배출함에 따라 피스톤(12A)의 하향 움직임을 발생시킬 것이다. 포팅(36E)을 통한 단부 챔버(28A)의 저압 유체는, 내부 챔버(32B)의 유체를 포팅(40E)을 통해 배출구(38E) 밖으로 변위시킨다.
피스톤(12A-12C)들의 이러한 변위는, 유입구(44)에 고압 유체가 제공되는 한 반복되어, 포팅(36D 및 36A)이 피스톤들의 대향 단부들 상에서 내부 챔버들과 단부 챔버들을 접속하여 축방향 피스톤 위치들의 역전(reversing)을 허용한다. 예컨대, 피스톤(12C)은 하향 이동하여 배출구(38A)를 통해 유체를 밀며, 이후 피스톤(12B)이 하향 이동하여 배출구(38F)를 통해 유체를 밀고, 이후 피스톤(12A)이 하향 이동하여 배출구(38E)를 통해 유체를 밀며, 그리고 이후 피스톤(12C)이 상향 이동하여 배출구(38D)를 통해 유체를 밀며, 이후 피스톤(12B)이 상향 이동하여 배출구(38C)를 통해 유체를 밀고, 마지막으로 피스톤(12A)이 상향 이동하여 배출구(38B)를 통해 유체를 민다.
언급한 바와 같이, 이러한 순환식 움직임을 얻기 위해서, 밸브 본체(10)에는 3 차원 포팅의 정교한 시스템이 제공된다. 이러한 포팅은 일련의 기계가공 작동들, 특히 드릴링을 사용하여 복수 개의 직사각형 블록들에서 만들어진다. 예컨대, 밸브 본체(10)는 도 1에 도시된 바와 같은 블록(10A-10H)들로부터 만들어진다. 블록(10A 및 10E)들은 어레이의 단부 피스톤들 사이에서의 유체 우회(route)에 필요한 포팅을 갖는 "유입구" 및 "단부" 블록들을 포함한다. 중간 블록(10B-10D)들은 서로 동일하며, 피스톤 보어(24A-24C)들을 포함한다. 중간 블록(10F-10H)들은 서로 동일하며, 배출구(38A-38F)들을 포함한다. 중간 블록(10B-10D)들은 중간 블록(10F-10H)들과 쌍을 이루어 피스톤과 배출구 조합을 형성한다. 피스톤들과 배출구 포트들의 수를 변화시키기 위해서, 한 쌍의 중간 블록들이 제거될 수 있다. 그러나, 이러한 작동은, 스크류(46A-46I)들의 제거 및 교체와 같은, 블록들의 지루하고 시간을 소비하는 해체 및 재조립을 필요로 한다. 이러한 조립의 복잡함은 스노우 등에 허여된 전술한 미국 특허 제4,312,425호에서 설명되고 있다.
복수 개의 별도의 중간 블록들의 사용은, 불필요한 "개방 단부식(ended)" 드릴링 작동들에 대한 요구를 감소 또는 제거시킨다. 이러한 드릴링 작동들은 다른 통로들을 연결하도록 의도되지만, 밸브 본체의 외부에 개방된 통로를 만드는 것으로 의도되지는 않는다. 그러나, 제조 제한들에 기인하여, 드릴링 작동들은 필수이며, 개방 단부는 플러깅되어야 한다. 예컨대, 2 개의 평행 포트들은 수직 포트를 드릴링 함으로써 연결될 필요가 있을 수 있다. 그러나, 수직 포트는 밸브 블록의 외부에 개방될 필요가 없다. 이러한 포트들은, 전형적으로, 그루버(Gruber)에게 허여된 미국 특허 제 3,467,222 호에 개시된 바와 같이 적소에 용접된 강구(steel ball)를 사용하여 막히게 된다. 이에 따라, 이러한 방법들은 추가의 제조 단계들을 필요로 하고, 시스템 내로의 잠재적인 누설(leak) 지점들 및 응력(stress) 지점들을 추가로 도입한다.
종래 기술의 직렬 프로그레시브 밸브들의 다른 구성들에서, 배출구 포트(38A-38F)들은 크로스 포팅 및 플러깅을 통해 서로 연결될 수 있다. 특히, 배출구(36C)는 배출구(38A 및 38B)들과 연결되도록 포트화될 수 있다. 유사하게, 배출구(38F)는 배출구(38E및 38D)들과 연결되도록 포트화될 수 있다. 이렇게 구성되면, 배출구(38B)는, 배출구(38C)가 유체의 2 중 샷(shot)을 수용하도록, 배출구(38C) 내로 유체가 방출될 수 있음이 지향되도록 플러깅될 수 있다. 게다가, 배출구(38C)는, 배출구(38A)가 유체의 3 중 샷을 수용하게 구성될 수 있도록 플러깅될 수 있다. 그러나, 중간 블록들을 사용하는 종래의 직렬 프로그레시브 밸브들에서, 배출구(38A)는 플리깅될 수 없는데, 이는 블록(10A-10H)들의 모듈식 블록 설계로 도입될 수 없는 요구되는 포팅의 복잡함에 기인하여 배출구(38A 및 38B)들 사이에 어떠한 포팅도 제공되지 않기 때문이다. 환원하면, 요구되는 포팅은 독특한 구성을 갖는 각각의 중간 블록을 유발할 수 있다. 그자체로, 유체가 라우트될 수 있는 다른 배출구가 존재하지 않기 때문에, 배출구(38A)는 밸브 본체(10)로부터의 유체의 허용을 승인해야만 하는 "마지막 스톱부(last stop)" 배출구가 된다. 배출구(38A, 38B 및 38C)들이 플러깅되었다면, 밸브 본체(10)는 작동을 멈출 것이다. 또한, 배출구(38D)는, 동일한 이유로 "마지막 스톱부" 배출구가 된다.
크로스 포팅은, 유체 유동을 방지하도록 요망되는 피팅들 또는 플러그들을 갖는 출구 포트들의 블록킹을 필요로 한다. 이러한 크로스 포트 피팅들은, Lincoln Industrial, an SKF company 로부터 상업적으로 이용가능한 SSV & SSVM 직렬 밸브들을 위한 Quicklub® 프로그레시브 디바이더 밸브들 브로셔에 도시되어 있다. 그러나, 이러한 피팅들은 수개의 상이한 플러그 및 퍼룰(ferrule) 조합체들의 사용을 필요로 한다. 다른 배출구 조합 방법들은 황동 플러그들의 배출구들 내로의 억지 끼워맞춤(force fitting)을 포함한다. 그러나, 이러한 플러그들은 반복되는 사용 후에 마모되어 효력이 없어지게 된다.
직렬 프로그레시브 디바이더 밸브는 밸브 본체 및 피스톤들을 포함한다. 밸브 본체는, 유체 유입구, 피스톤 보어들, 배출구 보어들, 포팅 및 언더컷부들을 포함한다. 유체 유입구는 밸브 본체의 외부로 연장한다. 피스톤 보어들은 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 밸브 본체를 통해 연장한다. 각각의 피스톤 보어들은 피스톤을 포함한다. 배출구 보어들은 밸브 본체 내로 연장하며, 각각의 배출구 보어들은 배출구 보어들의 제 1 세트 및 제 2 세트를 포함한다. 포팅은, 고압 유체가 유입구에 가해질 때, 상기 피스톤들 각각이 순서대로 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 왕복운동하도록 피스톤 보어들을 서로 그리고 복수개의 배출구 보어들에 연결하는 복수 개의 경로들을 형성한다. 언더컷부는 각각의 경로와 피스톤 보어 사이 교차부에 위치된다.
도 1은 수개의 별도의(discrete) 밸브체 블록들로 제조된 종래 기술의 직렬식(series) 프로그레시브 디바이더 밸브의 사시도이다.
도 2는 수개의 밸브체 블록들을 통해 연장하는 포팅의 네트워크를 경유하여 배출구 보어들과 상호연결되는 피스톤 보어를 나타내는, 도 1의 종래 기술의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브의 개략적인 횡단면도이다.
도 3은 4 개의 피스톤들과 8 개의 배출구들을 갖춘 단일체(unibody) 밸브를 갖는 본 발명의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브를 사용하는 윤활 시스템의 사시도이다.
도 4는 6 개의 피스톤들과 12 개의 배출구들을 갖춘 단일체 밸브를 갖는 본 발명의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브의 제 2 실시예의 사시도이다.
도 5는 8 개의 피스톤 어레이의 환상 배열체를 갖춘 단일체 밸브 블록을 갖는 본 발명의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브의 제 3 실시예의 상면도이다.
도 6a는 피스톤 보어에 삽입된 바이패스 피스톤을 도시하는 6-6 섹션을 따라 취한 도 5의 밸브 블록의 제 1 실시예의 개략적인 횡단면도이다,
도 6b는 더미(dummy) 피스톤 보어를 도시하는 6-6 섹션을 따라 취한 도 5의 밸브 블록의 제 2 실시예의 개략적인 횡단면도이다.
도 7은 8 개의 배출구 어레이의 환상 배열체를 갖춘 단일체 밸브 블록을 갖는 본 발명의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브의 제 3 실시예의 측면도이다.
도 8은 밸브 배출구를 연결하는 바이패스 통로들을 도시하는 8-8 섹션을 다라 취한 도 7의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브의 개략적인 횡단면도이다.
도 9는 배출구로부터 제거되는 이중 밀봉식(double-sealed) 크로스-포트 피팅을 도시하는 도 3의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브의 부분적인 분해 사시도이다.
도 10a는 패스-스루(pass-through) 구성의 이중 밀봉식 크로스-포트 피팅의 제 1 실시예의 횡단면도이다.
도 10b는 바이패스(bypass) 구성의 도 10a의 이중 밀봉식 크로스-포트 피팅의 횡단면도이다.
도 11a는 패스-스루 구성의 이중 밀봉식 크로스-포트 피팅의 제 2 실시예의 횡단면도이다.
도 11b는 바이패스 구성의 도 11a의 이중 밀봉식 크로스-포트 피팅의 횡단면도이다.
도 3은 4 개의 피스톤들과 8 개의 배출구들을 갖는 본 발명의 단일체 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브(102)를 사용하는 윤활 시스템(100)의 사시도이다. 윤활 시스템(100)은 또한, 자동식 유체 공급원(104), 수동식 유체 공급원(106), 호스(108A, 108B)들, 및 윤활유 도착지(lubricant destination)(110)를 포함한다. 밸브(102)는, 단일체 밸브 블록(112), 피스톤 스테이션(114A-114D)들, 배출구(116A-116G)들 및 유입구(118)를 포함한다. 수동식 유체 공급원(106)은, 임의의 적절한 피팅을 사용하여 유입구(118)에 연결된다. 예컨대, 유입구(118)는 저어크 피팅(Zerk fitting)을 포함할 수 있고, 수동식 유체 공급원(106)은 그리스 건(grease gun)을 포함할 수 있다. 대안으로, 밸브(102)는 대량의 유체 체적을 고압으로 제공하는 대형 출력 펌프와 같은 자동식 유체 공급원(104)에 연결될 수 있다.
밸브(102)는 배출구(116A-116G)들로의 출력을 제공하는 스테이션(114A-114D)들 내에 배치된 복수 개의 피스톤들을 포함한다. 배출구(116A-116G)들은 복수 개의 도착지들에 유체를 제공하기 위해서 호스들에 접속될 수 있다. 도시된 바와 같이, 호스(108A)는 베어링(120)을 포함하는 유체 도착지(110)에 연결될 수 있다. 예컨대, 베어링(120)은 차량의 휠 베어링 또는 기계의 샤프트 베어링을 포함할 수 있다. 호스(108B)는 다른 휠 상에 다른 베어링 또는 유체를 요하는 기계의 일부의 다른 구성요소에 연결될 수 있다.
밸브(102)는 유입구(118)로부터 단일 입력물을 수용하고, 이 입력물을 다중의 출력물들로 분할한다. 밸브(102)는 또한, 유입구(118)에 대한 대안으로서 사용될 수 있는 밸브(102)의 대향측 상에 위치되는 제 2 유입구(도시 생략)를 포함한다. 단지 7 개의 배출구(116A-116G)들이 도시되어 있지만, 각각의 피스톤(114A-114D)은 2 개의 배출구들에 출력(output)을 제공하며, 하나는 피스톤의 각각의 단부를 향한다. 수동식 유체 공급원(106) 또는 자동식 유체 공급원(104)에 의해 제공되는 압력은, 배출구(116A-116G) 각각에 별도의 출력의 버스트들을 이송하는 사이클로, 밸브(102) 내에서 피스톤들을 구동시킨다. 피스톤들은 유입구(118)에 가압된 유체가 제공되는 한, 연속적인 배출구들로의 사이클 출력 버스트들을 계속한다. 따라서, 세미 트레일러들, 건설 장치, 윈드 터빈들 및 복합 기계류와 같은 안정적인 대량의 윤활 이외에 간헐적인 소량의 윤활을 필요로 하는 다중 목적지들인 경우에 밸브(102)가 전형적으로 유용하다.
밸브(102)는 밸브 블록(112)을 형성하는 재료, 전형적으로 강 또는 일부 다른 금속의 단일 블록으로 포함된다. 밸브(102)는 설명된 실시예들에서 6 개의 표면들을 갖는 평행육면체(parallelepiped) 본체를 포함하지만, 다른 형상들을 포함할 수도 있다. 본 발명에서, 피스톤 스테이션(114A-114D)들은 배출구(116A-116G)들에 수직하게 구성된다. 예컨대, 밸브(102)는 피스톤들을 수용하기 위해 드릴가공된 보어들이 연장하는 피스톤 면(122A, 122B)들을 포함한다. 드릴가공된 보어들은 피스톤들을 유지하고 피스톤 스테이션(114A-114D)들을 형성하기 위해서, 캡(123A-123F)들과 같은 단부 캡들로 플러깅된다. 배출구(116A-116G)들은 배출구 면(124A, 124B)들 내로 연장하는 보어들에 의해 제공된다. 배출구(116A-116G)들은 다른 배출구로의 출력을 라우트하도록 구성되거나 호스들에 연결하도록 구성될 수 있는 피팅들을 포함한다. 예컨대, 배출구(116A-116D)들은 피팅(125A-125D)들을 포함한다.
밸브 블록(112)은, 배출구들과 액티브 배출구들의 수가 상이한 개수들의 피스톤 스테이션들 및 상이한 개수들의 액티브 피스톤 스테이션들을 갖도록 구성될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 밸브 블록(112)은 4 개의 피스톤들과 8 개의 배출구들을 위해 포트되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 블록(112)은 6 개의 피스톤들과 12 개의 배출구들을 위해 포트되어 있다. 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브 블록(112)은 8 개의 피스톤들과 16 개의 배출구들을 위해 포트되어 있다. 도 6a 및 도 6b는 특별한 밸브 블록 구성을 위한 액티브 피스톤 스테이션들과 배출구들의 개수를 감소시키기 위해서 피스톤 스테이션들이 어떻게 우회될 수 있는지를 도시한다. 도 5 및 도 7은 제조를 용이하게 하고 성능을 향상시키기 위해서 밸브 스테이션(114)들과 배출구(116)들이 환상(circular) 패턴들로 어떻게 배열될 수 있는지를 추가로 도시한다. 도 8은 환상으로 배열된 배출구(116)들이 액티브 배출구들의 개수를 감소시키는 것을 가능하게 하도록 크로스 포트 피팅들에 함께 어떻게 배관처리(plumb)될 수 있는지를 도시한다. 도 9 내지 도 11b는 배출구(116)들에 사용될 수 있는 다양한 크로스 포트 피팅들을 도시한다.
도 3 내지 도 11b에 도시된 각각의 구성에서, 피스톤 스테이션(114) 및 배출구(116) 각각은 달리 상세하지 않는 한 유사하다. 일 실시예와 다른 실시예와의 단지 다른점은, 피스톤 스테이션들과 배출구들이 배열되는 원들의 직경과 피스톤들의 개수이다. 명세서 전체에 사용되는 바와 같이, 피스톤 스테이션들, 피스톤들, 배출구들, 단부 캡들 등과 같은 유사한 구성요소들은 공통의 참조 부호를 사용하여 인식된다. 각각의 참조 부호는, 각각의 도면에서 특정된 참조 레터와 연관됨으로써, 이 레터들은 달리 상세하지 않는 한, 다른 도면의 레터에 대응될 필요는 없다. 예컨대, 도 3은 피스톤 스테이션(114A-114D)들을 참조하지만, 도 4는 피스톤 스테이션(114A-114F)들을 참조한다. 도 3의 피스톤 스테이션(114A)은 도 4의 피스톤 스테이션(114A)이 아니지만, 각각은 기능적으로 등가이다.
본 발명의 작동에 대해서, 도 3 내지 도 11b의 다양한 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브들은 개략적인 유체 유동 스탠드포인트로부터 도 2를 참조로 설명된 바와 같이 동일한 일반적 방식으로 실행된다. 그러나, 본 발명의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브들은, 신규의 제조 프로세스들과 방법들로부터 제조되는, 다양한 피스톤 챔버들 및 배출구들을 연결하는 도 2에 도시되지 않은 신규의 포팅과 보어 배열체들을 포함한다. 도 2는 일반적인 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브들의 작동의 용이한 설명을 나타낸다. 이에 의해, 본 발명은 도 2에 설명된 모든 것을 실행하지만, 도 2는 도 3 내지 도 11b의 모든 것을 설명하지는 못한다.
도 4는 스테이션(114A-116F) 및 배출구(116A-116J)들이 도시된 6 개의 피스톤 스테이션들과 12 개의 배출구들을 갖는 본 발명의 단일체 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브(102)의 제 2 실시예의 사시도이다. 피스톤 스테이션(114A-114F) 각각은 도 3의 캡(123A-123F)들과 유사한 캡에 의해 폐쇄되는 것으로 도시되어 있다. 유사하게, 배출구(116A-116J)들 각각은, 도 3의 피팅(125A-125D)들과 유사한 피팅에 연결되는 것으로 도시되어 있다. 전술한 바와 같이, 밸브 블록(112)은, 스테이션(114)들과 배출구(116)들이 기계가공되는 재료의 단일편으로 형성된다. 게다가, 유체식 링크 피스톤 스테이션(114)들과 배출구(116)들에 필요한 모든 기계가공 조작은 피스톤 스테이션(114)들과 배출구(116)들을 위해 기계가공된 보어들을 통해 실행될 수 있다. 이러한 기계가공 조작들은, 피스톤 면(122A, 122B) 사이의 피스톤 스테이션(114A-114F)들의 배치 및 배출구면(124A, 124B) 사이의 배출구(116A-116F)들의 배치에 의해 가능하다. 게다가, 기계가공 조작들은, 도 5를 참조하여 논의되는 바와 같이, 환상 패턴에의 피스톤 스테이션(114)들의 배열에 의해 가능하다. 게다가, 환상 패턴에의 배출구(116)들의 배열은, 도 7을 참조하여 논의된 바와 같이, 배출구면 상의 인접한 배출구들 양자로 배출구 각각의 배출구면(124A 또는 124B) 상에 각각의 배출구가 연결되는 것을 허용한다.
도 5는 환상 어레이에 배열된 8 개의 피스톤 스테이션(114A-114H)들을 갖는 밸브 블록(112)을 도시하는 본 발명의 단일체 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브(102)의 제 3 실시예의 상면도이다. 피스톤 스테이션(114A-114H)들 각각은, 피스톤 보어(126A-126H)들 중 하나를 포함한다. 피스톤 스테이션(114A-114H)들은 서클(128)을 따라서 그리고 중심점(130) 둘레에 배열된다. 도 6a는, 피스톤 보어(126A-126C) 및 피스톤 보어(126B) 내로 삽입되는 바이패스 피스톤(132)과 피스톤 보어(126A 및 126C) 내로 삽입되는 피스톤(134A 및 134C)을 도시하는 6-6 섹션에서 취한 도 5의 밸브 블록(112)의 제 1 실시예를 통한 개략적인 횡단면도이다. 피스톤 보어(126A-126C)들에는 단부 캡(123A-123F)들이 제공된다. 도 5 및 도 6a들은 동시에 논의된다.
도 5에서, 피스톤 스테이션(114A-114H)들은, 피스톤 보어(126A-126H)들이 보일 수 있도록 단부 캡(123A-123F)들 없이 도시되어 있다. 피스톤 보어(126A-126H)들은 도 6a에 도시된 바와 같이, 피스톤 면(122B)을 통해 밸브 블록(112)의 피스톤 면(122A) 내로 연장한다. 피스톤 보어(126A-126H)들은 도 6a에서 부분적으로 볼 수 있는 바와 같이, 유체가 하나의 보어로부터 옆의 보어를 통과하도록 허용하게 포팅(porting)의 네트워크에 의해 연결된다. 예컨대, 피스톤 보어(126A-126C)들은 포팅(136, 138A-138D)을 포함한다. 피스톤 보어(126A-126C)들은, 또한 단부 캡(126A-126F)들 및 포팅(138A-138D)의 연결을 용이하게 하기 위해 다른 특징부들을 또한 포함한다. 예컨대, 피스톤 보어(126A-126H)들은, 카운터 보어(140A-140H)들, 언더컷부(142A-142F)들 및 언더컷부(143A-143D)들을 포함한다.
피스톤(134A, 134C)들은, 보어(126A, 126C)들에 삽입되며 단부 캡(123A, 123D)들 및 단부 캡(123C, 123F)들에 의해 각각 내부 밀봉된다. 유사하게는, 바이패스 피스톤(132)이 피스톤 보어(126B) 내로 삽입되고, 단부 캡(123B, 123E)들에 의해 내부 봉입(enclosure)된다. 예컨대, 단부 캡(123A-123F)들은, 정합하는(mating) 스레드들이 라이닝되어 있는 카운터 보어(140A-140C 및 140I-140K)들 내로 나사연결되어 O 링들로 밀봉된다. 인사이드 보어(126A, 126C)들 내측에 있다면, 피스톤(134A, 134C)들은 피스톤들의 단부들과 단부 캡들 사이에 단부 챔버(144A-144D)들을 형성한다. 게다가, 피스톤(134A, 134C)들은 내부 챔버(148A-148D)들을 형성하는 언더컷부(146A-146D)들을 포함한다.
피스톤(134A, 134C)들 및 바이패스 피스톤(132)은 포팅(136)으로부터 고압 유입 유체를 받게 되며, 이 포팅은, 내부 챔버(148A-148D)를 서로 그리고 도시되지 않은 다른 피스톤들의 내부 챔버들로 연결한다. 피스톤(134A, 134C)들은 상기 설명과 일치하는 왕복 운동을 유발하는 단부 챔버(144A, 144C, 144D 및 144F)들 내에서 고압을 받게 된다. 그러나, 바이패스 피스톤(132)은, 왕복 운동이 저지되도록 피스톤 챔버(126B)의 길이에 대해 길이가 실질적으로 동일하다. 상세하게는, 바이패스 피스톤(132)의 단부면들은 단부 캡(123B 및 123E)들과 맞물린다. 바이패스 피스톤(132)은 내부 챔버들을 만드는 언더컷부들을 포함하지 않는다. 바이패스 피스톤(132)은 매우 작은 갭을 갖는 시일을 형성하도록 피스톤 보어(126B)와 실질적으로 동일한 직경을 갖는 중심부(150)를 포함한다. 중심부(150)는, 또한, 갭을 폐쇄하는 O링(152A 및 152B)들을 수용하는 그루브들을 포함한다. 중심부(150)는, 피스톤 보어(126B)를 제 1 및 제 2 유체 통로들로 분할한다. 바이패스 피스톤(132)은 또한, 넥 다운(necked-down) 단부들 또는 유동부(154A 및 154B)들을 포함하며, 이들은 언더컷부(142B 및 142E)들로부터 단부 챔버(144B 및 144E)들로 각각 피스톤 보어(126B) 내측을 연장한다. 그 자체로, 바이패스 피스톤(132)은, 배출구로의 유체의 버스트를 배분하지 않고 피스톤 보어(126A 및 126C)들 사이의 루트에서 피스톤 보어(126B)를 통해 단순 통과시키기 위해서 통로(138A-138D)들로부터의 유체를 승이하는 더미(dummy) 피스톤이다. 피스톤 보어(126B)를 위해 밸브 블록(112) 내에 기계가공된 배출구(116)들은 밀봉된 피팅으로 플러깅된다. 이에 따라, 바이패스 피스톤(132)은, 밸브 블록(112) 및 내부에 기계가공된 포팅의 기하학적 형상의 변화의 필요 없이, 블록(112) 내에 액티브 피스톤 스테이션들 및 액티브 배출구들의 수를 감소시키는 하나의 수단을 제공한다. 이에 따라, 예컨대, 도 5의 밸브 블록(112)은, 8 개의 액티브 피스톤들로부터 7 개의 액티브 피스톤들로 감소될 수 있다. 이렇게 구성됨으로써, 밸브 블록은, 더미 피스톤 및 임의의 밀봉된 피팅들을 제거함으로써 8 개의 액티브 피스톤들로 다시 전환된다.
피스톤(134A 및 134C)들의 왕복은, 각각의 피스톤 및 그와 연관된 피스톤 보어의 외경 사이에 밀착 공차(close tolerance)들을 필요로 한다. 이에 따라, 보어(126A-126H)들의 기계가공은, 피스톤들과 보어들 사이에서 얻어져야만 하는 밀착 공차들에 기인하여 밸브(102)의 제조시 중요한 단계이다. 예컨대, 피스톤들은, 피스톤에 의해 형성된 내부 챔버들과 단부 챔버들 사이의 유체 누설을 방지하기 위해서 보어(126A-126H)들 내부에 금속-대-금속 밀봉을 형성한다. 이렇게 함으로써, 보어(126A-126H)들 중 각각이, 우선적으로, 드릴을 사용하여 대충 위치된다. 다음으로, 피스톤 스테이션(114A-114H)들 중 각각의 다른 특징부들이 보어(126A-126H)들 내에 기계가공된다. 예컨대, 카운터보어(140A-140H)들은, 카운터보어 커터를 사용하여 형성될 수 있고, 언더컷부(142A-142F)들은 우드러프(Woodruff) 커터를 사용하여 형성될 수 있다. 피스톤 보어(126A-126C)들 제조시 마지막 단계는, 매우 타이트한 공차들을 갖는 매끄러운 보어를 제조하는 보어들의 호닝(honing)단계를 포함한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤 스테이션(114A-114H)들은, 서클(128)을 따라 배열되고, 이 서클은 밸브 블록(112)의 제조를 용이하게 하기 위해 중심점(130) 둘레에 중심을 갖는다. 서클(128)은, 피스톤 면(122A)에 평행한 평면에 연장하며 보어(126A-126H)들 각각에 교차하는 기하학적 경로를 포함한다. 일 실시예에서, 서클(128)은, 보어(126A-126H)들 각각의 중심과 교차하는 원주를 포함한다. 중심점(130)은, 보어(126A-126H)들의 중심들의 각각으로부터 등거리(equidistant)에 있으며, 보어(126A-126H)들은 서클(128)의 원주 둘레에 균등하게 분배된다. 설명되는 바와 같이, 피스톤 보어(126A-126H)들은 환상 어레이로 배열된다. 이는 피스톤 보어(126A-126H)들이 또한 다각형 아웃라인을 갖는 것을 유발한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤 보어(126A-126H)들은 팔각형의 아웃라인으로 배열된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤 보어(126A-126F)들은 육각형의 아웃라인으로 배열된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 피스톤 보어(126A-126D)들은 직사각형 아웃라인으로 배열된다.
중심점(130)은 보어(126A-126H)들을 위한 참조 기계가공점들로서 기계가공 서포트에 삽입될 수 있는 만입부(indentation) 또는 노치를 포함한다. 자세하게는, 밸브 블록(112)은 블록을 고정하고 절삭 공구에 대해 회전하는 크래들 내에 위치된다. 중심점(130)은 각각의 피스톤 스테이션으로부터 고정된 거리로 절삭 공구를 위한 인덱스 지점을 제공한다. 이렇게 함으로써, 절삭 공구를 피스톤 보어 내로 하강(descending) 및 후퇴(retreating)시킴으로써 절삭 공구에 의해, 제 1 러프-컷 피스톤 보어가 호닝가공(hone)될 수 있다. 이후, 크래들은 서클(128)을 따라 피스톤 보어들 사이에 소망하는 공간과 동일한 고정량으로 밸브 블록(112)을 회전한다. 크래들이 회전한다면 절삭 공구에 대한 다음 피스톤 보어의 위치는, 이전 피스톤 보어에 대한 것과 동일하다. 이에 따라, 절삭 공구는 블록(112) 내로 단지 하강하고 추가의 인덱싱 없이 후퇴될 필요가 있다. 프로세스는 각각의 러프 컷 피스톤 보어를 위해 후퇴된다. 서클 둘레에 피스톤 보어들을 위치시킴으로써, 호닝 프로세스가 블록(112) 및 기계가공 장비의 최소한의 재위치결정시킴으로써 정교하게 실행될 수 있다. 게다가, 블록(112)이 위치 블록(112)에 대한 크래들을 위해 요구되는 시간을 균형맞추고 감소시키도록, 중간점(130)이 블록(112)의 중력의 중심에 위치된다.
피스톤 보어(126A-126C)들이 완성된 후, 또는 호닝 단계가 완성되기 이전에, 피스톤(136) 및 포팅(138)이 블록(112) 내로 기계가공된다. 피스톤 보어(126A-126C)들이 피스톤(134A 및 134C)들의 움직임에 대해 위치되고 소망하는 시간에서 개방되도록, 포팅(136)의 기계가공이, 예컨대, 정교한 배치(placement)를 필요로 한다. 예컨대, 유체 체적이 밸브(102) 전체에 균등하게 변위될 수 있도록, 내부 챔버(148A)가 피스톤(134A)의 언더컷부(146A)에 의해 개방됨과 대략적으로 동시에, 내부 챔버(148B)가 언더컷부(146B)에 의해 개방되는 것이 요망된다. 포트(138A-138D)들은, 보어를 제조하기 위해서 드릴 비트가 반드시 이동해야하는 거리에 대한 작은 구멍들이다. 즉, 보어들의 직경은, 보어들의 길이에 비해 작다. 전형적으로, 이러한 환경들 하에서, 드릴 비트는, 드릴 비트가 재료를 통해 진행함에 따라 "워크(walk)"를 갖는 경향이 있다. 이는, 드릴 비트가 피스톤 보어들의 정교한 개방을 위해 요구되는 정확성을 적어도 다소 예측할 수 없는 피스톤 보어를 드릴 비트가 관통할 곳에서 정교한 위치를 예측하게 한다.
도 6b를 참조하면, 본 발명은 드릴 비트 워크(walk)와 관련된 문제점들을 경감시키기 위해서 언더컷부(142C 및 142F)들과 관련하여 2 단 드릴링 프로세스를 사용한다. 포팅(138B 및 138D)은, 각각, 단부 챔버(144A 및 144D)들을 언더컷부(142C 및 142F)들에 연결하는 대각선 통로들을 포함한다. 포팅(138B 및 138D)은, 피스톤 보어(126C) 내측 기계가공 작동들을 실행함으로써 형성된다. 먼저, 포팅(138B 및 138D)은, 각각, 백 보어(156B 및 156D)에 걸쳐 연장하는 포팅의 제 1 길이를 형성하도록 제 1 직경을 갖는 드릴 비트를 이용하여 부분적으로 드릴가공된다. 제 1 직경은, 워킹을 최소화하기 위해서 포팅(138A-138D)의 길이에 대해 길다. 소직경 드릴 비트가 언더컷부(142A-142F)들을 관통하기 위해서 사용되도록, 백 보어(156B 및 156D)들은 피스톤 보어(126C)에 더 밀착하는 거리로 밸브 블록(112) 내로 소직경 드릴 비트가 삽입되는 것을 허용한다. 소직경 드릴 비트는, 워킹을 다시 최소화하기 위해서 전체 길이보다 더 짧은 포팅의 제 2 길이를 단지 횡단할 필요가 있다.
언더컷부(142A-142F)들은 우드러프 커터를 사용하여 정교하게 위치결정되며, 이 커터는 소망하는 위치에서 피스톤 보어(126C)에 바로 인접하여 위치결정될 수 있다. 구체적으로는, 언더컷부(142A-142F)들은, 내부 챔버(148B 및 148C)들이 개방되는 것이 요망되는 정교한 위치에 위치결정된다. 언더컷부(142A-142F)들은 보어의 국부적 단면적을 증가시키는 피스톤 보어(126A)에 인접한 보어를 포함한다. 언더컷부(142A-142F)들은 피스톤 보어(126A 및 126C)들의 원주 둘레를 완벽하게 연장한다. 언더컷부(142A-142F)들은, 이에 의해 교차하기 위해서 드릴 비트들을 위해 더 큰 표면적을 만든다. 구체적으로는, 언더컷부(142A-142F)들은 직각 및 정교한 위치들에서 피스톤 보어(126C)와 교차하는 한 쌍의 수평(도 6b에 대해서) 표면들을 유발한다. 언더컷부(142A-142F)들은, 교차하기 위해서 드릴 비트를 위해 더 큰 타겟을 만드는 단일의 수직(도 6b에 대해서) 표면을 유발한다. 수직 표면의 높이는, 언더컷부(142C 및 142F)와 백 보어(156B 및 145D)를 연결하기 위해서 사용되는 더 작은 직경의 드릴 비트의 직경보다 더 크다. 결과적인 기하학적 형상은 원통형 언더컷부이다. 드릴 비트가 연직(vertical) 표면과 교차하는 정교한 위치는, 언더컷부들이 수평 표면들을 완전히 둘러쌈에 따라 중요하지 않다. 드릴 비트가 연직 표면을 관통하는 한, 포팅(138B)은 내부 통로(148B)와 유체 연결될 것이며, 수평 표면들은 소망하는 위치에서의 연결이 발생하는 것을 보장한다. 이러한 드릴링 및 기계가공 프로세스들은, 아웃오브스펙(out-of-spec)으로 제조되는 밸브 블록(112)들의 수를 감소시키고, 밸브(102)의 볼류메트릭 출력의 정확성을 증가시킨다.
언더컷부(143)들은, 다른 방식으로 밸브(102)의 작동을 개선한다. 예컨대, 언더컷부(143A 및 143B)들은 피스톤(134A) 상에 부하를 받는(loading) 지점을 감소시킨다. 예컨대, 도 6b에 도시된 바와 같이, 포팅(165A)은 피스톤(134A)의 측면에서 피스톤 보어(126A)와 교차한다. 이와 같이, 포팅(165I)은 피스톤(134A)의 측면에서 피스톤 보어(126A)와 교차한다. 통상, 언더컷부(143A 및 143B)들 없이, 포팅(165A 및 165I)을 통해서 그리고 내부 챔버(148A 및 148D) 내로 이동하는 유체(피스톤(134A)의 언더컷부(146A 및 146B)가 이와 같이 위치될 때)는, 언더컷부(143A 또는 143B)의 원주의 단지 일부에서 피스톤(134A)에 충격을 가할 것이다. 이러한 불균형(disproportion)은 피스톤 보어(126A) 내에 있는 피스톤(134A)의 왕복운동에 미세한 요동(disturbance)을 유발하여, 피스톤 스테이션(114A)에서의 마모를 증가시킬 것이다. 그러나, 언더컷부(143A 및 143B)들은 피스톤(134A)의 전체 원주 둘레에서의 유입하는 유체의 힘을 분배한다. 그것만으로, 피스톤(134A)의 직선의 왕복 운동은 피스톤 보어(126A)에 대해 반경 방향으로 교란되지는 않는다.
도 6b를 참조하면, 밸브 블록(112)과 내부에 기계가공되는 포팅의 기하학적 형상을 변경시킬 필요 없이 블록(112) 내의 액티브 배출구들과 액티브 피스톤 스테이션들의 수를 감소시키는 제 2 수단이 제공된다. 도 6b의 실시예는, 피스톤 보어(126B)가 피스톤 면(122A)으로부터 피스톤 면(122B)을 통해 연장하지 않는 것을 제외하고는 도 6a의 실시예와 동일한 방식으로 기계가공된다. 게다가, 언더컷부(142B 및 142E)(도 6a)들이 생략된다. 피스톤 보어(126B)는 스터브 보어(158A 및 158B)들에 의해 대체된다. 스터브 보어(158A)는 제 1 위치에서 포팅(138A)과 교차하기에 충분히 멀게 피스톤 면(122A) 내로 연장한다. 스터브 보어(158B)는 제 2 위치에서 포팅(138C)과 교차하기에 충분히 멀게 피스톤 면(122B) 내로 연장한다. 이러한 교차는, 언더컷부(142B 및 142E)가 위치될 위치에서 발생한다. 이러한 시나리오를 제외하고, 언더컷부(142C 및 142F)들이 위치되는 내부 챔버(148B 및 148C)로 유체를 이송하기 위해서, 포팅(138A)으로부터 포팅(138B)까지 그리고 포팅(138C)으로부터 포팅(138D)까지만 유체가 통과할 필요가 있기 때문에, 포팅(138A 및 138C)과 스터브 보어(158A 및 158B)들의 정교한 교차는 필요 없다. 이에 따라, 예컨대, 도 5의 밸브 블록(112)은 8 개의 액티브 피스톤들로부터 7 개의 액티브 피스톤들로 감소될 수 있다.
스터브 보어(158A 및 158B)들은 피스톤 보어(126A 및 126C)들을 기계가공하기 위해서 사용되는 기계가공 명령(machining instruction)들의 서브 세트를 사용하여 밸브 블록(112) 내에 기계가공될 수 있다. 예컨대, 드릴링 피스톤 보어(126B) 대신에, 스터브 보어(158A) 및 스터브 보어(158B)가 기계가공된다. 그러나, 추가의 기계가공 단계들은 카운터보어(140B 및 140J)들 및 포팅(138A 및 138C)을 위한 것과 같이 동일하다. 언더컷부(142B 및 142E)들을 위한 기계가공이 단순 생략된다. 이는, 피스톤 보어의 기계가공에 필요한 엔벨로프(envolope) 내에 끼움장착되는 제거된 재료의 엔벨로프를 갖는 스터브 보어(158A 및 158B)를 유발한다. 따라서, 소망한다면, 스터브 보어(158A 및 158B)의 위치에서 피스톤 보어를 기계가공하기 위한 명령들에 의해 밸브 블록(112)을 단순히 재가공함으로써, 소망하는 스터브 보어(158A 및 158B)들이 피스톤 보어 내로 전환될 수 있다. 구체적으로는, 스터브 보어(158A 및 158B)들 사이에 디바이더를 형성하는 블록(112)의 재료 중 일부는 기계가공되어 떨어져 나가고 언더컷부(142B 및 142E)가 추가될 수 있다.
도 7은 환상 어레이에 배열된 8 개의 배출구(116A-116H)들을 갖는 밸브 블록(112)을 도시하는 본 발명의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브(102)의 제 3 실시예의 측면도이다. 배출구(116A-116H)들 각각은 배출구 보어(160A-160H)들 중 하나를 포함한다. 배출구(116A-116H)들은 서클(162)을 따라서 그리고 유입구(118) 둘레에 배열된다. 배출구 보어(160A-160H)들은 바이패스 통로(164A-164H)들과 포팅(165A-165H)을 연결하며, 이 포팅은 피스톤(134)들의 언더컷부(146A-146F)(도 6a) 중 하나와 맞물리는 언더컷부(143)와의 연결을 위해서 밸브 블록(112) 내로 연장한다. 도 8은 밸브 배출구(160A-160D)들을 연결하는 바이패스 통로(164A-164D)들을 도시하는 8-8 섹션을 따라 취한 도 7의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브(102)의 개략적인 횡단면도이다. 도 8은 배출구(116A-116D)들에 연결되는 크로스 포트 피팅(166A-166D)을 도시한다. 도 7에서, 배출구 보어(160A-160H)들이 보일 수 있도록 크로스 포트 피팅들이 생략된다. 도 7 및 도 8은 동시에 논의된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 배출구 보어(160A-160H)들은 서클(162)을 따라 배열되며, 이 서클은 유입구(118) 주위에 중심을 갖는다. 서클(162)은 배출구 면(124A)에 평행한 평면으로 연장하며 배출구 보어(160A-160H)들의 각각과 교차하는 기하학적 패스를 포함한다. 일 실시예에서, 서클(162)은 보어(160A-160H)들 중 각각의 중심과 교차하는 원주를 포함한다. 유입구(118)는 보어(160A-160H)들의 각각으로부터 등거리(equidistant)이며, 보어(160A-160H)들은 서클(162)의 원주 둘레에 균등하게 분배된다. 설명되는 바와 같이, 보어(160A-160H)들은 환상 어레이로 배열된다. 이는 보어(160A-160H)들이 또한 다각형 아웃라인을 갖는 것을 유발한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 보어(160A-160H)들은 팔각형의 아웃라인으로 배열된다. 그러나, 배출구 보어(160A-160H)들은 진원형(true circular) 어레이에 배열될 필요는 없다. 예컨대, 보어(160A-160H)들은 타원형(oval) 어레이 또는 다각형 어레이 주위에 배열될 수 있다. 그러나, 2 개의 배출구 보어들은, 각각의 피스톤 보어에 정렬되어야만 한다. 구체적으로는, 각각의 배출구가 배출구 면(124A 및 124B)들의 각각에서 배출구들 전부와 연결되는 개방 루프 유체 패스에 연결될 수 있도록, 배출구 보어(160A-160H)들이 선단(proximal) 구성에 배열된다.
배출구 보어(160A-160H)들이 원형 어레이에 배열됨으로써, 이들 보어는 포팅(165A-165H)중 인접한 포팅이 서로 연결되는 것을 허용하도록 서로 충분히 밀착된다. 원형 포팅의 이러한 배열은, 배출구(116A-116H)들이 한 쌍의 표면들, 한 쌍의 표면들에 수직한 배출구 면(124A 및 124B)들, 피스톤 스테이션(114A-114H)들이 제공되는 밸브 면(122A 및 122B)들 상에 제공된다는 사실에 기인하여 허용된다. 이러한 원형 배열체는, 밸브 블록(112)이 더욱 콤팩트한 방식으로 형성되는 것을 허용한다. 이러한 배열체는, 또한 종래 기술에 관하여 상기 언급된 바와 같이, "유입구(inlet)" 블록 및 "단부(end)" 블록을 사용하고자 하는 요구가 회피되며, 본원에 설명하는 바와 같이 배출구들이 연결되는 것을 허용한다. 그 자체만으로, 크로스 포트 피팅이 플러깅될 수 없는 임의의 "마지막 스톱부(last stop)" 를, 밸브(102)가 포함하지는 않는다.
배출구 보어(160A-160H)들은 포팅(165A-165H)으로 연결하기 위해서 멀리까지 단지 배출구 면(124A) 내로 연장한다. 바이패스 통로(164A-164H)의 각각은 배출구 보어(160A-160H)들 중 하나를 포팅(165A-165H)중 인접한 포트에 연결한다. 바이패스 경로(164A-164H)들은, 보어들이 진원을 형성하지 않도록 보어(160A-160H)들의 중심들을 통해 연장할 필요는 없다. 그러나, 바이패스 통로(164A-164H)들은 전술한 다각형 아웃라인을 발생시킨다. 드릴 비트가 배출구 보어(160A-160H)들 내로 삽입되어 포팅(165A-165H)과 교차할 수 있도록, 바이패스 통로(164A-164H)들이 각지게 된다. 바이패스 통로(164A-164H)들은, 포팅(165A-165H)과 함께, 배출구들 중 임의의 배출구로부터 유체가 라우팅할 수 있는 개방형 루프 플로우 패스를 형성한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 배출구 보어(160A-160D)들은 크로스 포트 피팅들에 연결되며, 이들 크로스 포트 피팅들은, 피팅(125A, 125B 및 125D)들이 구성됨에 따라 커플링(168A-168D) 내로의 유체의 유동만을 허용하고, 또는 피팅(125C)이 스레드식 열결체(170)들을 사용하는 플러그(169)를 갖도록 구성됨으로써 플러그의 도움과 함께 바이패스 통로(164A-164D) 내로 유동시키기 위해서 커플링(168A-168D) 내로의 유체의 유동을 허용하도록, 구성될 수 있다.
도 9는 배출구(116A)로부터 제거되는 이중 밀봉식 크로스 포트 피팅(125B)을 도시하는 도 3의 직렬식 프로그레시브 디바이더 밸브(102)의 부분 분해 사시도이다. 크로스 포트 피팅(125B)은, 어댑터(171), 제 1 시일(172) 및 제 2 시일(174)을 포함한다. 도 7에서 참조로 논의된 바와 같이, 배출구(116A-116D)들은 하나의 배출구로부터 다음 배출구로의 유체의 유동을 허용하는 바이패스 통로(164A-164D)들을 포함한다. 그러나, 서로 연결되는 배출구(116A-116D)들을 갖는 것이 항상 소망되는 것은 아니다. 크로스 포트 피팅(125B)의 시일(172 및 174)들은, 배출구 보어(160B)로부터 커플링(168A)을 통해 유체가 유동하거나(도 10a 및 도 11a), 배출구 보어(160B)로부터 플러그(170)를 사용하여 바이패스 통로(164B)를 통해 유체가 유동하는 것을 허용하도록(도 10b 및 도 11b) 구성될 수 있다.
도 10a는 패스 스루 구성의 이중 밀봉식 크로스 포트 피팅(125B)의 제 1 실시예의 단면도이다. 크로스 포트 피팅(125B)은 어댑터(171), 제 1 시일(172) 및 제 2 시일(174)을 포함한다. 어댑터(171)는 제 1 직경부(176A) 및 제 2 직경부(176B)를 포함하는 커플링 세그먼트(176)를 포함한다. 어댑터(171)는, 배출구 호스가 연결될 수 있거나 플러그(170)(도 9)가 끼움장착될 수 있는 커플링(168B)(도 8 및 도 9)을 형성한다. 제 1 직경부(176A)는 축방향 연장부(176)로부터 반경방향 외측방으로 연장하는 링 세그먼트를 포함한다. 제 1 직경부(176A)는 배출구 보어(160B)의 정합 스레드들과 맞물림하는 스레드(178)들을 포함한다. 제 1 직경부(176A)는 커플링 세그먼트(176)에 그루브(179)를 형성한다. 제 2 직경부(176B)는 더 작은 직경을 갖는 제 1 직경부(176A)로부터 축방향 연장부를 포함한다. 제 2 직경부(176B)는 제 2 시일(174)이 위치되는 그루브(180)를 포함한다. 제 1 시일(172)은 배출구 보어(160B)의 챔퍼(chamfer)(184)에 인접한 그루브(179)에 위치된다. 내부 통로(184)가 커플링 세그먼트(176)를 통해 그리고 어댑터(171) 내로 연장되어 커플링(168A)과 교차한다. 이에 따라, 어댑터 세그먼트(176)는 측벽을 둘러싸는 통로(184)를 형성한다.
커플링 세그먼트(176)는, 어댑터(171)가 밸브 블록(112)의 외부와 맞물림하도록 배출구 보어(160B) 내로 삽입된다. 제 1 직경부(176A)의 나사식 맞물림부(178)들은 배출구 보어(160B)의 정합 스레드들과 맞물림한다. 추가로, 내부 통로(184)는 포팅(165B)과 만나고 바이패스 통로는 제 1 직경부(176A)와 만난다. 이렇게 삽입되면, 그루브(179)의 저부와 그루브(180)의 저부는 통로(184)로부터 반경방향으로 멀리 그리고 배출구 보어(160B)를 향해 마주한다.
도시된 실시예에서, 제 1 시일(172)은 그루브(179)의 저부면 둘레에 끼움장착되는 고무 O 링을 포함한다. 피팅(125B)이 배출구 보어(160B)에 조립될 때, 밸브 본체(112)로부터의 유체의 누출을 방지하기 위해서, 그루브(179)와 챔퍼(182) 사이에서 시일(172)이 압축된다. 구체적으로, 바이패스 통로(164B)에 존재하는 유체, 예컨대, 도시 생략된 바이패스 통로(164B)의 단부의 배출구로부터 존재하는 유체가, 밸브 본체(112) 밖으로 확산(migrating)되는 것이 방지된다. 유사하게, 제 2 시일(174)은 그루브(180)의 저부면 둘레에 끼움장착되는 고무 O 링을 포함한다. 다른 실시예들에서, 시일(172 및 174)들은 도 11a 및 도 11b를 참조로 논의된 바와 같이, 다른 형식의 O 링들 또는 다른 형식의 시일들을 포함할 수 있다. 피팅(125B)이 배출구 보어(160B)에 조립될 때, 밸브 본체(112)로부터의 유체의 누출을 방지하기 위해서, 그루브(180)와 배출구 보어(160B) 사이에서 시일(174)이 압축된다. 구체적으로는, 바이패스 통로(164B)에 도달하기 위해서, 포팅(165B)으로부터의 유체가 커플링 세그먼트(176)와 밸브 블록(112) 사이를 통과하는 것이 방지된다. 시일(174)은 유체가 나사식 맞물림부(178)와 맞물림되는 것을 차단한다. 그자체만으로, 포팅(165)으로부터의 모든 유체가 통로(184) 내로 그리고 피팅(125A) 밖으로 직접 라우트된다. 이에 따라, 나사식 맞물림부(170)들을 포함하는 커플링(168A)에 연결되는 호스(도 8)는, 밸브(102)에 의해 분배된 유체를 수용할 것이다. 포팅(165B)으로부터 바이패스 통로(164B) 내로의 유체의 방향 수정(redirect)을 위해서, 시일(174)이 제거되고, 커플링(168A)에 플러그(170)가 캡으로 씌워질 수 있다.
도 10b는 도 10a의 이중 밀봉식 크로스 포트 피팅(125B)의 바이패스 구성의 단면도이다. 도 10b에서, 시일(174)은 그루브(180)로부터 제거되지만, 시일(172)은 그루브(179)에 남아 있다. 플러그(170)는, 어댑터를 통한 유체 흐름을 차단하기 위해서, 커플링(168A) 내에 나사결합된다. 그 자체만으로, 포팅(165B)은 바이패스 통로(164B)와 유체 연결된다. 제 2 직경부(176B)는, 유체가 사이를 통과할 수 있도록, 제 2 직경부(176B)를 바로 둘러싸는 배출구(160B)의 부분보다 약간 작은 직경을 갖는다. 또한, 제 2 직경부(176B)는, 유체 흐름이 제 1 시일(172)을 향해 이동하는 것이 방지되도록, 제 1 직경부(176A)의 직경보다 더 작은 직경을 갖는다. 또한, 제 1 직경부(176A)는, 바이패스 통로(164B)를 향해 유체가 다시(back) 편향하도록 각진 숄더부(186)를 포함한다. 그러나, 유체는, 시일(172)의 존재에 의해 배출구(160B)와 어댑터(171) 사이에서 유동하는 것이 계속해서 방지된다. 그 자체만으로, 유체는 포팅(165B)으로부터 바이패스 통로(164B)로 유동하여 상이한 배출구와 결합하여 밸브 블록(112)을 나간다.
도 11a는 이중 밀봉식 크로스 포트 피팅(125B)의 제 2 실시예의 패스 스루 구성의 단면도이다. 도 11b는 도 11a의 이중 밀봉식 크로스 포트 피팅(125B)의 바이패스 구성의 단면도이다. 도 11a 및 도 11b의 실시예에서, 피팅(125B)은, 도 10a 및 도 10b의 실시예가 채널(180)을 세이브하는 것과 같은 동일한 특징부들 전부를 포함한다. 게다가, 도 11a 및 도 11b에서, 시일(174)은 시일(188)과 마주하도록 스위치된다. 페이스(face) 시일(188)은 부분(176B)에 외접(circumscribe)하며, 제 1 부분(176A)의 축방향 표면(190)과 맞물린다. 피팅(125B)이 보어(160B)에 나사결합될 때, 페이스 시일(188)은 축방향 표면(190)과 보어(160B)의 대응하는 축방향 표면 사이에서 압축된다. 도시된 실시예에서, 페이스 시일(188)은 일반적으로 평탄한 축방향으로 마주하는 표면들을 갖는 중합체 페이스 시일을 포함한다. 구체적으로는, 페이스 시일(188)은, 종래 기술에 공지된 바와 같이, 중합체 와셔(washer)가 둘레에 끼움장착되는 내부 금속 링을 포함한다.
본 발명이 바람직한 실시예들을 참조로 기술되어 있지만, 당업자들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 형태 및 상세에 대해 변화들이 만들어질 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (20)

  1. 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브로서,
    밸브 본체를 포함하며,
    상기 밸브 본체는
    상기 밸브 본체의 외부로 연장하는 유체 유입구,
    제 1 단부로부터 제 2 단부까지 상기 밸브 본체를 통해 연장하며 각각이 피스톤을 포함하는 복수 개의 피스톤 보어들,
    상기 밸브 본체 내로 연장하는 복수 개의 배출구 보어들,
    포팅, 및
    언더컷부를 포함하며,
    상기 복수 개의 배출구 보어들은 배출구 보어들의 제 1 세트 및 배출구 보어들의 제 2 세트를 포함하며,
    상기 포팅은, 고압 유체가 유입구에 가해질 때, 상기 피스톤들 각각이 순서대로 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 왕복운동하도록 피스톤 보어들을 서로 그리고 복수개의 배출구 보어들에 연결하는 복수 개의 경로(passageway)들을 형성하며,
    상기 언더컷부는 각각의 경로와 피스톤 보어 사이의 교차부에 위치되는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 언더컷부는, 상기 피스톤 보어의 횡단면적을 증가시키기 위해서, 피스톤 보어에 인접한 보이드(void)를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 보이드는, 피스톤 보어의 직경을 직각으로 증가시키기 위해서 축방향 길이를 따라 피스톤 보어를 둘러싸는 원통형 보이드를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  4. 제 3 항에 있어서,
    피스톤 보어들을 서로 연결하는 경로들은, 제 1 피스톤 보어의 단부로부터 인접한 제 2 피스톤 보어의 언더컷부로 연장하는 대각선 구멍들을 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 대각선 구멍들은, 각각
    제 1 직경을 가지며 제 1 피스톤 보어의 단부로부터 밸브 본체 내로 연장하는 제 1 길이, 및
    상기 제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 가지며 제 1 길이로부터 인접한 제 2 피스톤 보어의 언더컷부로 연장하는 제 2 길이를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 언더컷부의 축방향 길이는 제 2 직경 보다 더 큰,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 밸브 본체는 복수 개의 면(face)들을 갖는 평행육면체형 블록을 포함하며,
    상기 복수 개의 피스톤 보어들의 각각은 제 1 의 대향 면들 쌍 사이를 연장하며,
    상기 배출구 보어들의 제 1 및 제 2 세트는 제 2 의 대향 면들 쌍 사이에 동일하게 분포되는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 의 대향 면들 쌍은 상기 제 1 의 대향 면들 쌍에 수직한,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 밸브 본체는 단일 재료 부분을 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 피스톤 보어들은 상기 제 1 의 대향 면들 쌍에 평행한 평면으로 연장하는 제 1 순환 패스를 따라 배열되며, 상기 제 1 순환 패스는 동일한 예각 길이들로 상기 피스톤 보어들 각각의 중심에 교차하는 원주를 갖는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 배출구 보어들은 상기 제 2 의 면들 쌍에 평행한 평면으로 연장하는 제 2 순환 패스를 따라 배열되며, 상기 제 2 순환 패스는 동일한 예각 길이들로 상기 배출구 보어들 각각의 중심에 교차하는 원주를 갖는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  12. 제 1 항에 있어서,
    각각의 피스톤은,
    상기 피스톤 보어를 통해 연장하여 피스톤 보어 내의 제 1 단부 챔버의 일부를 형성하는 제 1 단부면,
    상기 피스톤 보어를 통해 연장하여 피스톤 보어 내의 제 2 단부 챔버의 일부를 형성하는 제 2 단부면,
    상기 피스톤 보어를 통해 연장하여 피스톤 보어 내의 제 1 내부 챔버의 일부를 형성하는 제 1 언더컷부, 및
    상기 피스톤 보어를 통해 연장하여 피스톤 보어 내의 제 2 내부 챔버의 일부를 형성하는 제 2 언더컷부를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  13. 제 12 항에 있어서,
    복수 개의 경로(passageway)들을 형성하는 포팅은, 각각의 피스톤을 위해서,
    상기 내부 챔버들 각각을 별도의 배출구에 연결하는 제 1 및 제 2 경로들, 및
    상기 내부 챔버들 각각을 단부 챔버에 연결하는 제 3 및 제 4 경로들을 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 언더컷부는, 피스톤들의 추가의 왕복운동과 협력하도록 피스톤의 언더컷부들이 경로에 연결되는 지점에서 피스톤 보어를 따라 위치되는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브.
  15. 직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 제조 방법으로서,
    평행육면체형 밸브 블록 내로 제 1 단부로부터 제 2 단부까지 복수 개의 피스톤 보어들을 드릴링하는 단계,
    제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 복수 개의 피스톤 보어들의 복수 개의 언더컷부들을 기계가공하는 단계, 및
    피스톤 보어들을 서로 연결하며 각각이 피스톤 보어의 단부로부터 언더컷부로 연장하는 복수 개의 통로(passage)들을 기계가공하는 단계를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    복수 개의 언더컷부들을 기계가공하는 단계는, 언더컷부들을 기계가공하기 위해서 우드러프(Woodruff) 공구를 사용하는 단계를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    복수 개의 언더컷부들을 기계가공하는 단계는, 피스톤 보어의 횡단면적을 증가시키기 위해서 피스톤 보어에 인접한 보이드를 기계가공하는 단계를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 보이드는, 직각으로의 피스톤 보어의 직경을 증가시키기 위해서 축방향 길이를 따라 피스톤 보어를 둘러싸는 원통형 보이드를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 복수 개의 통로들을 기계가공하는 단계는,
    제 1 피스톤 보어의 단부로부터 밸브 본체로 연장하는 제 1 직경을 갖는 제 1 길이를 기계가공하는 단계, 및
    제 1 직경보다 작은 제 2 직경을 가지며 제 1 길이로부터 인접한 제 2 피스톤 보어의 언더컷부로 연장하는 제 2 길이를 기계가공하는 단계를 포함하는,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 언더컷부의 축방향 길이는 제 2 직경 보다 더 큰,
    직렬 프로그레시브 디바이더 밸브의 제조 방법.
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