KR20130125782A - 주입 밸브 및 주입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 두 개의 밀폐/개방 협력 립들(14)을 구획하기 위해서 중앙부(12)에 적어도 절개부(24)를 구비하는 적어도 부분적으로 탄성 또는 엘라스토머 요소(11)를 포함하는 착색제와 같은 유체 제품을 위한 주입 밸브로서, 립들(14)의 적어도 밀폐 또는 개방 상태를 탐지하기 위해서 적어도 부분적으로 탄성 요소(11)와 결합된 센서 요소(30)를 포함하는 주입 밸브에 관한 것이다.

Description

주입 밸브 및 주입 방법{DOSAGE VALVE AND RELATIVE METHOD}

본 발명은 유체 제품들을 제공하기 위한 장치에 사용될 수 있는 막 형태의 주입 밸브에 관한 것이다.

특히, 주입 밸브는 착색제, 잉크, 페인트 또는 유사 제품들을 제공하기 위한 장치들에 유리하게 적용되나, 액상 제품들 및 약물 등과 같은 유체들의 다른 형태들을 위해서도 적용될 수 있다는 것이 배제될 수는 없다.

본 발명에 따른 주입 밸브는 상기 제품들의 정해진 양을 극도의 정밀도로 전달하는 것을 허락하고, 막힘(blockages)의 위험 및 빈도를 감소시켜서 유지보수를 줄이며, 제공된 착색제 또는 다른 유체 물질 내의 유화 공기 방울들(emulsified air bubbles)에 기인한 영향을 줄인다.

또한, 본 발명은 주입 밸브 및 밸브를 채용하는 제공 장치에 연관된 방법에 관한 것이다.

착색제, 잉크, 페인트 또는 유사 제품들과 같은 유체를 위한 제공 장치의 분야에서, 기어 펌프들, 피스톤 펌프들, 벨로즈 펌프들 등과 결합된 주입 밸브들을 사용하는 것이 공지되어 있다. 주입 밸브들은, 예를 들어 하나 이상의 용기들 내로 유체를 도입하기 위한 제공 노즐 근처인 전달 파이프의 일 단부에 또는 주입 회로 내의 어떤 다른 위치 내에 배치될 수 있다.

주입 밸브는 중공의 관형 몸체에 대해서 실질적으로 중앙 위치에 배치되고, 착색제의 주입량 전달(dosed delivery)을 위한 개방 위치 및 전달을 멈추기 위한 폐쇄 위치를 구비한다.

주입 밸브가 폐쇄될 때 접하고 주입 밸브가 개방될 때 분리되는 서로 대향하는 나이프형(knife-like) 에지들에 의해 구획된 수송 격실을 구비하는 엘라스토머 재료로 이루어진 주입 밸브들이 공지되어 있다.

엘라스토머 재료로 만들어진 이러한 밸브들 중에는, 원반 모양(discoid) 또는 링 형상 막으로 공지된 밸브들과, US 2003/116197 A1에 개시된 것과 같은 소위 "덕빌(duckbill)"인 돔 형태의 밸브들과, 슬리브를 가진 플랜지 형태의 "우산(umbrella)" 밸브들로 알려진 밸브들이 있다.

엘라스토머 형태의 공지된 주입 밸브들의 하나의 난점은 개방 위치 내로의 이동이 원하는 만큼 항상 그리고 일정하게 일어나지 않는다는 것이다. 또한, 통과하는 유체 물질 내에 있을 수 있는 공기 방울들의 존재가 항상 탐지되는 것은 아니다. 예를 들어, 착색제 내에 존재하는 하나 이상의 공기 방울들은 바람직하고 간결한 전달을 방해하고, 혼합에 있어서 부정확성들을 야기해서 최종 색채의 부정확성을 야기한다.

착색제를 주입하기 위한 장치들 내의 적용들은, 반복성 및 정확성에 있어서 최적 성능을 얻으면서, 수천 분의 일 입방 센티미터 범위 내의 액체의 체적들의 주입량으로 그리고 초당 0.5 입방 센티미터 내지 초당 20 입방 센티미터의 흐름율(flow rates)로 수천 입방 센티미터의 범위 내의 체적들의 주입량으로 밸브의 개방을 일으킬 수 있는 시스템들을 필요로 한다는 것이 고려되어야 한다.

또한, 착색제들 내의 고체 입자들의 존재는 주입 밸브의 작동을 변화시킬 수 있으며, 입자들은 나이프형 에지들 사이에 걸린 채로 남아 있고 밸브 자체의 밀봉을 손상시킨다.

공지된 주입 밸브들의 다른 난점은, 용접 밀봉(hermetic seal)을 보장하기 위해서 그리고 착색제의 압력 또는 헤드만의 압력을 대비하기 위해서, 유체 내의 단단한 입자들의 가능한 존재와 결합하여 엘라스토머 링 상의 나이프형 에지에 의해 통상적으로 가해진 접촉 압력은 약 10㎏/㎠ 이다. 이것은 패킹(packing)의 초기의 그리고 영구적인 변형을 야기하고, 밀봉 기능을 손상시킨다.

본 발명의 일 목적은 예를 들어, 착색제, 잉크, 페인트 또는 유사 제품들을 위한 제공 장치를 위해 적용할 수 있는 유체 제품들을 위한 주입 밸브를 달성하는 것으로서, 혼합될 가능성이 있는 어떠한 형태의 착색제를 훌륭한 정확성 및 반복성으로 전달하게 하고 유지보수 작업들이 전혀 필요 없게 하거나 최소화하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 주입 밸브 자체에 접근하기 위해 장치를 개방할 필요 없이 일정하게 제어할 수 있는 유체 제품들을 위한 주입 밸브를 달성하는 것이다.

다른 목적은 착색제 또는 전달될 어떤 다른 유체 제품 내의 공기 방울들의 존재에도 주입을 왜곡하지 않는 것을 허락하는 주입 밸브를 획득하는 것이다.

출원인은, 본 기술분야의 난점들을 극복하기 위해서 그리고 이러한 목적 및 다른 목적들과 이점들을 획득하기 위해서 본 발명을 고안하고, 실험하고 구현했다.

본 발명은 독립 청구항들 내에 제시되고 특징지어지며, 종속 청구항들은 본 발명의 다른 특징들 또는 주요한 발명 사상에 대한 변형들을 설명한다.

본 발명에 따른 주입 밸브는, 전달 파이프와 결합되고 유체 제품을 위한 유입 구멍 및 맞은편 배출 구멍을 구비하는 밸브 몸체와 협력하는 막 형태의 탄성 또는 엘라스토머 요소로 구성된다.

적어도 엘라스토머 요소는 유입 구멍을 향하여 바람직하게 대면하는 적어도 부분적으로 볼록한 표면, 및 밸브의 배출 구멍을 향하여 대면하는 적어도 부분적으로 오목한 맞은편 표면을 포함한다.

또한, 엘라스토머 요소는 볼록한 표면을 오목한 표면과 연결하는 적어도 하나의 관통 노치(through notch)를 구비하고, 노치는 볼록한 표면 상에 작용하는 유체 제품의 압력이 미리 결정된 임계값 아래에 있을 때, 전달을 선택적으로 방해하도록 형성된 두 개의 맞은편 에지들 또는 립들을 구획한다.

본 발명의 일 특징에 따르면, 막 형태의 엘라스토머 요소는, 어떠한 작동기들 또는 다른 형태의 구동 장치를 사용하지 않고, 약 0.2bar의 회로 내 압력의 임계값으로 유체에 의해 가해진 압력에 기인해서만 개방되고 압력이 더 내려갈 때 다시 폐쇄되도록 형성된다.

두 에지들은 볼록한 표면 상에 작용하는 유체 제품의 압력이 임계값을 초과할 때 적어도 제 2 위치로 이동할 수 있고, 제 2 위치에서, 에지들은 배출 구멍을 향하여 제품의 전달 구멍 또는 수송 격실을 구획하기 위해서 부분적으로 분리된다.

이러한 형태로 인해, 본 발명에 따른 주입 밸브는 볼록한 표면 상에 작용하는 유체 제품의 압력의 작용(function)에 따라서 실질적으로 자동적이고 극단적으로 정밀한 개방 작용을 획득하도록 허락한다.

본 발명의 변형예에 따르면, 적어도 세 개, 네 개 또는 그 이상의 에지들을 구획하도록 엘라스토머 요소 상의 노치가 만들어진다.

본 발명에 따르면, 주입 밸브는 적어도 하나의 에지외 결합된 적어도 하나의 센서 요소를 구비하고, 센서 요소는 에지의 개방/밀폐 위치를 탐지한다.

특히, 센서 요소는 제로 전달(zero delivery)을 가진 비활성 상태에 대해서 적어도 하나의 에지의 위치를 탐지해서, 개방 밸브 상태 그리고 밸브의 개방의 실체(entity), 및 밀폐 밸브 상태를 표시할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 요소는 에지와 단일체(single piece)로 만들어지고 에지 내측에 삽입된다.

본 발명의 바람직한 해결책에서, 센서 요소는 엘라스토머 막 내에 통합되고 삽입된 0.1mm 내지 0.2mm의 범위의 두께를 구비하는 적어도 일 부분을 구비한다. 적어도 센서 요소가 삽입되는 영역 내의 엘라스토머 재료의 두께는 밀리미터(mm) 범위 내에 있다.

다른 바람직한 해결책에서, 센서 요소는 전위차 탐지(potentiometric detection)에 의해서 밸브의 적어도 하나의 에지의 굴곡을 탐지할 수 있는 형태가 된다. 센서 요소는, 개방 에지들의 위치 바로 옆으로 막의 몸체 내로 연장하고, 어떠한 경우라도 에지들의 움직임이 특히 감지되는 영역 내에, 적어도 일 부분을 구비한다.

응용 해결책에서, 전위차 센서는 극단적으로 제한된 굴곡 값들이라도 굴곡되는 순간에 그것의 전도율을 변화하는 전도성 페인트로 처리된 기판으로 구성된다.

또한, 센서 요소는 막의 미소한(micrometric) 움직임들을 극도의 고기능으로 판단할 수 있는 전자 획득 시스템(electronic acquisition system)과 결합된다.

개방 에지들의 위치에 대한 센서 요소의 근접한 결합으로 인해, 그리고, 막의 몸체 내에 삽입된 부분에 기인한 센서 요소의 극도로 제한된 두께로 인해, 그리고, 전도율의 변화의 탐지 특성들로 인해, 본 발명에 따른 센서 요소는 극도로 제한된 양의 주입에 대응하는 극도로 제한된 굴곡이 있을 때에도 극도로 정밀하고 정확한 탐지를 보장할 수 있다.

다른 변형예에 따르면, 센서 요소는 주입 밸브의 개방/밀폐 요소를 구획하는 엘라스토머 막의 재료와 함께 성형된다.

설명된 것과 같이, 개방 위치에서 폐쇄 위치로의 경과에서 최대 굴곡 또는 일반적인 변형을 받는 영역에 가능한 한 가까이 배치된 감지 부분을 구비하는 센서 요소를 제공해서, 탐지의 민감도 및 속도가 최적화된다는 것이 본 발명의 특징이다.

다른 변형예는, 두 개 이상의 센서들이 단일한 하나의 구성으로 통합되는 것을 제공한다.

본 발명의 다른 발전은, 극단적으로 얇고 탄성인 높은 화학 물리학적 성능을 가진 절연 재료로 이루어진 바(bar)로 구성되는 센서 요소를 제공하는 것이고, 그 위에 금속 전기 도체들이 부착되며, 막의 재료 내에 삽입되거나 통합된 적어도 하나의 감지 요소를 센서 요소의 헤드에 수반한다는 것이다.

전기 도체들에 의해서, 밸브의 개방/밀폐 상태를 나타내는 전기 전도율의 값이 발견될 수 있고, 유체 물질의 전달 수단을 통제하는 제어 및 명령 유닛으로 전달될 수 있다.

본 명세서의 내용 중에 포함되어 있음.

- 도 1은 두 개의 마주하는 립들을 가진 본 발명에 따른 주입 밸브의 정면도이다.
- 도 2는 도 1의 주입 밸브의 A-A 단면도이다.
- 도 3 및 4는 도 1의 밸브에 사용된 센서 요소의 측면도 및 사시도를 각각 나타낸다.
- 도 5는 도 1의 밸브를 사용하는 제어 시스템의 블록 선도를 나타낸다.

이하의 설명에서, 착색제, 페인트들 또는 유사한 제품들을 조제하기 위한 장치에 막 형태의 엘라스토머 밸브(10)의 부착에 대한 특정 참조가 이루어질 것이나, 이러한 부착이 본 발명의 분야를 제한하는 것으로 간주해서는 안된다.

밸브(10)는 적어도 부분적으로 엘라스토머 재료로 이루어지고, 본 실시예에서, 굴곡 영역(13)을 구비하는 중앙부(12)를 가진 막 요소(11)를 구비한다.

밸브(10)는 제한된 크기들을 구비하고, 본 실시예에서, 약 12mm와 약 20mm 사이에 포함되고 유리하게는 약 14mm와 약 17mm 사이에 포함되는 직경 "D", 및 약 5mm의 범위 내의 높이 "H"의 최대 크기를 구비한다.

본 실시예에서, 중앙부(12)에는, 두 개의 맞은편 에지들을 만드는 두 개의 립들(14)을 구획하는 절개부(24)가 있다. 절개부는 약 5mm와 약 8mm 사이에 포함되고 유리하게는 약 6mm와 약 7mm 사이에 포함된 길이를 구비한다.

중앙부(12)의 구조로 인해, 립들(14)은 통상적으로 서로 닫혀서 밀봉된 폐쇄를 만들고; 전달될 착색제에 의해 결정되는 흐름 방향으로 최소 압력 임계값에 도달될 때에만, 립들은 착색제가 통과하는 구획을 만들면서 분리된다. 본 발명에 다른 밸브(10)는 약 0.2bar의 압력 임계값을 구비하고, 이것이 초과될 때, 전달의 방향으로 유체들이 통과하게 하도록 립들(14)이 열린다.

도 2에서 볼 수 있는 것과 같이, 센서 요소(30)는 막 요소(11)를 가진 단일 조각으로 만들어진다. 특히, 센서 요소(30)는 단부들에 감지 요소(15)를 구비하는 지지 바(16)로 구성된다. 본 실시예에서, 감지 요소(15)의 형태 및 위치는 립들(14)의 닫히거나 열린 상태를 알리는 제 1 영역(18) 및 압력에 의해 발생된 오목부(depression)의 실체와 그에 따른 립의 개방의 실체를 탐지하면서 흐름 방향으로의 굴곡의 존재를 알리는 제 2 영역(19)인 막(11)의 두 영역들을 제어하도록 한다.

본 실시예에서, 센서 요소(30)의 감지 요소(15)는 전기 전도성(electric conductivity)의 특성들을 구비해서, 막(11)의 엘라스토머 재료의 굴곡/변형에 의해 야기된 감지 요소의 부분들 중 하나의 어떠한 변형은 전기 전도율에서의 변형을 야기하고 옴(ohms)에 있어서 전기 전도율의 값은 립들(14) 사이의 절개부(24)의 구멍의 실체(entity)와 직접 연관성이 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 바(16)는 막 내에 삽입된 바(16), 특히, 감지 요소(15)가 유체의 압력에 기인한 립들(14)의 개방으로 인해 굴곡될 때 감지 요소의 전도율을 바꾸는 전도성 페인트로 처리된 플라스틱 재료로 만들어진다.

이 경우에, 센서 요소(30)는 감지 요소(15)에 대응하는 부분에 약 0.1mm의 두께를 구비하고, 감지 요소는 막의 영역들(18, 19)의 약 1mm의 두께 내에 삽입된다.

막의 외측의 센서 요소의 단부에는, 강화 및 보강 영역(17)이 있다.

변형예에서, 제 2 영역에서, 감지 요소(15)는 밸브의 개방/밀폐 신호를 발생하기 위해 도시되지 않은 제 2 센서 요소와 협력할 수 있다.

바(16)는 굴곡을 통한 변형에 대한 감도를 강하게 하는(accentuate) 이중 굴곡 형태(각각 영역 A 및 영역 B)를 구비한다.

이러한 전체적인 형태로 인해, 센서 요소(30)는, 대략 수천 분의 일 입방 센티미터(thousandths of a cubic centimeter)인 액체의 투여량(doses)으로 그리고 초당 0.5 입방 센티미터(0.5 cubic centimeters a second) 내지 초당 20 입방 센티미터(20 cubic centimeters a second)까지 흐름율의 면에 있어서 대략 수천 입방 센티미터(thousands of cubic centimeters)의 체적으로, 반복성 및 정확성에 있어서 훌륭한 성능으로 립들(14)의 개방을 결정할 수 있다.

극단적으로 유연성 있는 인쇄 회로가 바(16) 상에 만들어지고, 그것에 의해서, 신호가 처리 수단으로 적절히 전송된다.

예를 들어, 도 4에 개략적으로 도시된 것과 같이, 센서 요소(30)는 제 1 굴곡 영역(18) 및/또는 제 2 굴곡 영역(19)으로부터 도달하는 신호의 존재 또는 부재를 평가할 수 있는 처리 수단(20)에 연결된다.

에지들의 형태에 의해서 결정되는 전도율의 변형의 형태에 따라서, 처리 수단(20)은 유체 제품을 위한 전달 수단(21) 및/또는 시작/멈춤 수단(22) 및 장치 제어 수단(23)을 통제한다.

또한, 처리 수단(20)으로부터 도달한 신호는 막의 상태 및 막의 조건을 제어하는 역할을 한다.

신호 도달에 따라서, 이러한 제어는 전달 수단(21)에 인가하거나 하지 않을 수 있고, 그것은 시작/멈춤 수단(22)에 인가하거나 하지 않을 수 있으며, 또는, 그것은 주입 밸브(10)의 유지보수 조정(maintenance intervention) 또는 교체를 위한 필요를 나타낼 수 있다.

본 발명에 대한 수정들 및 변형들이 만들어질 수 있고, 그 모두는 첨부된 청구항들에 의해 한정된 보호 범위 내에 들어올 것이 명백하다.

Claims (12)

1. 착색제와 같은 유체 제품을 위한 주입 밸브로서,
   적어도 두 개의 밀폐/개방 협동 립들(14)을 구획하기 위해 중앙부(12)에 적어도 절개부(24)를 구비하는 적어도 부분적으로 탄성인 또는 엘라스토머 요소(11) 및,
   상기 립들(14)의 폐쇄 또는 개방 상태를 탐지하기 위하여 상기 적어도 부분적으로 탄성인 요소와 결합된 센서 요소(30)를 포함하며,
   상기 개방 상태는 상기 유체 제품에 의해 가해진 압력에 의해서 결정되고,
   상기 센서 요소(30)는, 탄성인 또는 엘라스토머 요소(11) 내측에 삽입되고 개방에 따라서 상기 립(14)이 굴곡되는 순간에 전도율의 변화에 의해서 밸브의 적어도 하나의 립(14)의 굴곡을 탐지할 수 있는 적어도 일부(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
2. 제1항에 있어서,
   상기 삽입된 감지 부분 또는 요소(15)는 0.1mm 내지 0.2mm의 범위의 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 센서 요소(30)는 전도성 페인트로 코팅된 플라스틱 재료로 만들어진 바(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 바는 굴곡을 탐지함에 있어서의 감도를 강하게 하기 위해서 두 개의 굴곡 영역들(A, B)을 포함하는 형태를 구비하는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
5. 제1항에 있어서,
   센서 요소(30)의 감지 요소(15)가 삽입되는 탄성 또는 엘라스토머 요소의 부분은 1mm의 범위의 두께를 구비하는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
6. 제1항에 있어서,
   센서 요소(30)는 막(11)의 재료와 함께 성형되는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   센서 요소(30)는 탄성 또는 엘라스토머 요소의 외측의 센서 요소의 단부에 강화 및 보강 영역(17)을 구비하는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
8. 제7항에 있어서,
   상기 센서 요소(30)는 상기 립들(14)의 개방/밀폐 상태에 관하여 상기 센서 요소(30)로부터 정보를 탐지하기 위한 처리 수단(20)과 결합되는 것을 특징으로 하는 주입 밸브.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 것과 같은 주입 밸브(10)에 의해서 유체 제품을 주입하기 위한 방법으로서,
   주입 밸브(10)를 구성하는 적어도 막 요소(11)의 립들(14)의 위치를 센서 요소(30)에 의해 제어하는 것에 의해서, 유체 제품의 전달 및 주입 수단(21)이 제어되고 통제되는 것을 특징으로 하는 유체 제품을 주입하기 위한 방법.
10. 제9항에 있어서,
    주입 밸브(10)를 구성하는 적어도 막 요소(11)의 립들(14)을 센서 요소(30)에 의해 제어하는 것에 의해서, 주입 밸브(10)의 상태들이 결정되고, 조정들 및 조정들의 형태가 확정되는 것을 특징으로 하는 유체 제품을 주입하기 위한 방법.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    막 요소(11)의 적어도 중앙부(12)의 상태를 센서 요소(30)에 의해 제어하는 것에 의해서, 흐름 방향으로의 압력의 존재 또는 부재가 확정되는 것을 특징으로 하는 유체 제품을 주입하기 위한 방법.
12. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 주입 밸브(10)를 구비하는 것을 특징으로 하는 착색제와 같은 유체 제품을 위한 주입 장치.

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