KR20140018637A

KR20140018637A - 서보 밸브 장치

Info

Publication number: KR20140018637A
Application number: KR1020120085009A
Authority: KR
Inventors: 박봉근; 조규현; 김재식
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-13
Also published as: KR101421798B1

Abstract

본 발명은 릴(Reel)용 실린더를 작동시키는 유압용 유체의 흐름을 제어하는 서보 밸브 장치에 관한 것으로서, 본 발명의 일 실시형태에 따른 서보 밸브 장치는 유압 실린더의 작동을 제어하는 서보 밸브로서, 유체가 출입되는 다수의 유로가 형성되고, 내부에는 상기 유로들의 개폐를 단속하는 스풀이 내장되는 스풀유닛과; 상기 스풀유닛에 연결되고, 내부에는 전기의 인가에 의해 상기 스풀과 수평방향으로 회동되면서 상기 스풀을 직접 이동시키는 플래퍼가 구비되는 구동유닛을 포함한다.

Description

서보 밸브 장치{SERVO VALVE APPARATUS}

본 발명은 서보 밸브 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 릴(Reel)용 실린더를 작동시키는 유압용 유체의 흐름을 제어하는 서보 밸브 장치에 관한 것이다.

최근, 유량 및 유압의 전자적인 제어의 필요성이 증대함에 따라 각종 전기-유압 서보 밸브가 개발되어 유압을 이용한 항공기 및 자동차, 그리고 포크레인, 트럭, 선박 등의 각종 동력 전달원 기기들에 사용되고 있다. 이러한 전기-유압 서보 밸브 중 정밀 위치 제어용으로 사용되는 서보 밸브의 경우 그 구동 진동자로서는 전자석을 이용한 노즐 플래퍼(nozzle flapper) 타입이 주로 사용되고 있다.

종래에 노즐 플래퍼 타입으로 구성되는 전기-유압 서보 밸브의 구성 및 작동관계에 대해서는 "동특성이 보다 안정된 서보 밸브(공개번호 10-2002-0034473)" 등에서 구체적으로 공지되어 있다.

이러한 서보 밸브는 제철산업에서도 다양한 공정에 사용되는데, 예를 들어 스트립(strip)을 코일링하는 멘드릴 장치에서 스트립과 멘드릴의 센터링을 맞추는 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템(Strip Center Position Control System)에 사용된다.

도 1은 일반적인 서보 밸브가 적용된 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템을 보여주는 도면이고, 도 2a 및 도 2b는 일반적인 서보 밸브의 작동상태를 보여주는 도면이다.

일반적인 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템은 모터(450)와, 상기 모터(450)의 구동에 의해 회전되면서 스트립(S)을 코일링 하는 멘드릴(470)이 구비되고, 상기 모터(450)와 멘드릴(470)은 감속기(420) 및 샤프트(460)를 매개로 연동된다. 이때 감속기(420)와 멘드릴(470)을 좌우로 움직이게 하여 코일링되는 스트립(S)의 센터를 맞추게 되는데 감속기(420)와 멘드릴(470)을 좌우로 움직이게 하기 위하여 상기 감속기(420)는 슬라이드 베어링(440)을 매개로 감속기 베이스(430)에 안착되고, 상기 감속기(420)는 유압 실린더(300)에 의해 좌우 방향으로 슬라이딩 된다.

상기 유압 실린더(300)는 내부에 헤드측 격실(310a) 및 로드측 격실(310b)이 형성되는 실린더 본체(310)와, 상기 실린더 본체(310)에 내장되어 일체로 움직이는 헤드(320) 및 로드(330)로 이루어진다. 이때 상기 헤드측 격실(310a) 및 로드측 격실(310b)은 상기 헤드(320)를 기준으로 구획된다. 그리고, 상기 로드(330)는 연결바(410)를 매개로 감속기(420)에 연결되어 상기 헤드(320) 및 로드(330)의 움직임에 연동하여 감속기(420)가 이동되면서 멘드릴(470)을 일체로 이동시킨다.

그래서, 상기 유압 실린더(300)의 헤드측 격실(310a) 및 로드측 격실(310b)에 공급 또는 배출되는 유압을 정밀하게 제어하여 멘드릴(470)이 릴 센터 라인(Reel Center Line)을 기준으로 일정 범위 내에서 움직임이 조절되도록 구성된다.

상기 서보 밸브는 상기 유압 실린더(300)의 헤드측 격실(310a) 및 로드측 격실(310b)에 출입되는 유압을 정밀하게 제어하는 수단으로서, 상기 서보 밸브는 유체가 출입되는 다수의 유로가 형성되고, 내부에는 상기 유로들의 개폐를 단속하는 스풀(spool; 120)이 내장되는 스풀유닛(100)과; 상기 스풀유닛(100)에 연결되고, 내부에는 전기의 인가에 의해 수직방향으로 회동되면서 상기 스풀(120)을 유압에 의해 간접적으로 이동시키는 플래퍼(flapper; 220)가 구비되는 토크 모터 유닛(200)을 포함한다.

특히 상기 스풀유닛(100)은 다수의 유로가 형성되는 스풀 하우징(110)과, 상기 스풀 하우징(110)의 내부에 구비되는 스풀(120) 및 필터(130)를 포함한다. 이때 상기 스풀 하우징(110)에는 유압펌프(117)로부터 유체가 유입되는 유입 유로(113), 상기 유압 실린더(300)의 헤드측 격실(310a)로 연결되는 헤드측 유로(114), 상기 유압 실린더(300)의 로드측 격실(310b)로 연결되는 로드측 유로(115), 스풀 하우징(110) 내부에서 유압탱크(118)로 배출되는 배출 유로(116), 상기 유입 유로(113)에 연결되어 상기 플래퍼(220)의 양측에 형성된 제 1 노즐(250a) 및 제 2 노즐(250b)로 각각 연결되는 제 1 노즐유로(111) 및 제 2 노즐유로(112)가 형성된다.

상기 필터(130)는 상기 유입 유로(113)에 내장되도록 설치된다.

상기 토크 모터 유닛(200)은 상기 플래퍼(220)가 내장되는 토크 모터 하우징(210)과, 상기 플래퍼(220)의 상단 양측을 둘러싸는 코일(230)과, 상기 플래퍼(220)의 상단 양측을 사이에 두고 상하로 배치되는 전자석(240)을 포함하고, 상기 토크 모터 하우징(210)에는 상기 플래퍼(220)의 하단을 사이에 두고 양측에 서로 대향되도록 상기 제 1 노즐(250a) 및 제 2 노즐(250b)이 형성된다.

상기와 같이 구성되는 일반적인 서보 밸브의 작동상태를 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)가 정지된 상태에서는 코일(230)에 제어 전류가 인가되지 않고, 이때 유입 유로(113)로 유입된 유체는 필터(130)를 통과하면서 불순물이 제거된 상태로 제 1 노즐유로(111) 및 제 2 노즐유로(112)를 통하여 제 1 노즐(250a) 및 제 2 노즐(250b)로 일정하게 분기되어 유동되고, 제 1 노즐(250a) 및 제 2 노즐(250b)에서는 유체가 일정하게 분사되면서 플래퍼(220)가 시계방향 또는 반시계방향으로 회동되지 않은 상태로 균형을 유지하게 된다. 이때 헤드측 유로(114), 로드측 유로(115) 및 배출 유로(116)는 스풀(120)에 의해 밀폐된 상태가 유지된다.

이 상태에서 필요에 의해 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)를 헤드측 격실(310a) 방향으로 이동시키기 위해서는 도 2a에 도시된 바와 같이 상기 코일(230)에 제어 전류를 인가시킴에 따라 플래퍼(220)를 시계방향으로 회동시킨다. 그리면 플래퍼(220)의 하부영역에 의해 제 1 노즐(250a)이 밀폐되면서 제 1 노즐유로(111)에 공급된 유체의 압력이 증가하게 되고, 제 2 노즐유로(112)에 공급된 유체는 제 2 노즐(250b)를 통하여 분사됨에 따라 상대적으로 제 1 노즐유로(111) 보다 압력이 낮게 유지된다. 이와 같이 제 1 노즐유로(111)와 제 2 노즐유로(112) 사이의 압력차이가 발생됨에 따라 제 1 노즐유로(111) 및 제 2 노즐유로(112) 내의 유체에 의해 양단부가 지지되어 있던 스풀(120)이 좌측에서 우측으로 이동하게 되고 이에 따라 유입 유로(113)와 로드측 유로(115)가 연통되어 유체가 로드측 유로(115)로 유입되고, 헤드측 유로(114)와 배출 유로(116)가 연통되어 헤드측 유로(114)의 유체가 배출 유로(116)를 통하여 유압탱크(118)로 배출되게 된다. 이에 따라 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)가 헤드(320)측으로 이동되도록 제어되는 것이다.

반면에, 도 2a와는 반대로 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)를 로드측 격실(310b) 방향으로 이동시키기 위해서는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 코일(230)에 제어 전류를 인가시킴에 따라 플래퍼(220)를 반시계방향으로 회동시킨다. 그리면 플래퍼(220)의 하부영역에 의해 제 2 노즐(250b)이 밀폐되면서 제 2 노즐유로(112)에 공급된 유체의 압력이 증가하게 되고, 제 1 노즐유로(111)에 공급된 유체는 제 1 노즐(250a)을 통하여 분사됨에 따라 상대적으로 제 2 노즐유로(112) 보다 압력이 낮게 유지된다. 이와 같이 제 1 노즐유로(111)와 제 2 노즐유로(112) 사이의 압력차이가 발생됨에 따라 제 1 노즐유로(111) 및 제 2 노즐유로(112) 내의 유체에 의해 양단부가 지지되어 있던 스풀(120)이 우측에서 좌측으로 이동하게 되고 이에 따라 유입 유로(113)와 헤드측 유로(114)가 연통되어 유체가 헤드측 유로(114)로 유입되고, 로드측 유로(115)와 배출 유로(116)가 연통되어 로드측 유로(115)의 유체가 배출 유로(116)를 통하여 유압탱크(118)로 배출되게 된다. 이에 따라 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)가 로드(330)측으로 이동되도록 제어되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 일반적인 서보 밸브는 고압의 유체를 사용하기 때문에 필터(130)가 막히거나 파손되는 문제가 빈번하게 발생되고, 0.5mm 전후의 직경을 갖는 제 1 노즐(250a) 및 제 2 노즐(250b)의 막힘 및 조기 마모가 발생되며, 제 1 노즐(250a) 및 제 2 노즐(250b)에서 분사되는 분사유가 플래퍼(220)를 직접 가격하여 플래퍼(220)의 외면이 마모되거나 파손되는 현상이 자주 발생되어 서보 밸브가 정밀하게 작동되지 않는 사고가 빈번하게 발생하는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 유압 실린더(300)의 헤드측 격실(310a) 또는 로드측 격실(310b)에 차 있던 유체가 배출 유로(116)를 통해서 순간적으로 배출되는 경우에는 유체가 밀폐상태에서 개방상태로 일순간에 변하기 때문에 배출 유로(116)가 개방된 방향으로 스풀(120)이 이동되는 동안에 순간적인 진동이 발생됨에 따라 스풀(120)의 정밀한 이동을 방해하고, 그에 따른 정확한 헤드(320) 및 로드(330)의 위치제어가 불안정하게 되는 문제점이 있었다.

공개번호 10-2002-0034473 (2002. 05. 09)

본 발명은 유압실린더를 작동시키는 유체의 흐름을 제어하는 스풀의 구동방식을 플래퍼에 의해 직접 이동시키는 방식(직구동방식)으로 구현하여 구조를 단순화시켜 고장 발생을 억제할 수 있는 서보 밸브 장치를 제공한다.

또한, 스풀을 직구동방식으로 이동시켜 스풀의 이동이 안정적으로 동작되도록 하여 유압 실린더를 제어 정밀도를 향상시킬 수 있는 서보 밸브 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시형태에 따른 서보 밸브 장치는 유압 실린더의 작동을 제어하는 서보 밸브로서, 유체가 출입되는 다수의 유로가 형성되고, 내부에는 상기 유로들의 개폐를 단속하는 스풀이 내장되는 스풀유닛과; 상기 스풀유닛에 연결되고, 내부에는 전기의 인가에 의해 상기 스풀과 수평방향으로 회동되면서 상기 스풀을 직접 이동시키는 플래퍼가 구비되는 구동유닛을 포함한다.

상기 스풀의 중앙 상면에는 상기 스풀의 길이방향과 수평면상에서 직교되도록 삽입슬롯이 형성되고, 상기 플래퍼는 횡방향으로 설치되는 전기자와; 상기 전기자의 중앙 하면에서 상기 전기자의 길이방향과 수직면상에서 직교되도록 연장되는 작동바와; 상기 작동바의 하단에서 상기 작동바의 수평면상 중심에서 편심되어 하부 방향으로 연장되는 편심돌기로 이루어지며, 상기 편심돌기는 상기 스풀의 삽입슬롯에 인입되도록 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 구동유닛은 상기 플래퍼가 내장되는 플래퍼 하우징과; 상기 플래퍼를 구성하는 상기 전기자의 양측 영역을 각각 둘러싸는 한 쌍의 코일과; 상기 플래퍼를 구성하는 상기 전기자의 양측 단부에서 측부방향으로 이격되어 배치되는 다수의 전자석을 포함하고, 상기 플래퍼는 상기 코일에 인가되는 전류에 의해 상기 전자석 중 선택되는 극성을 갖는 방향으로 상기 전자기가 이동되면서 수평면상에서 회동되고, 상기 전자기의 회동에 연동하여 상기 편심돌기가 수평면상에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되면서 상기 스풀을 수평면상에서 횡방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.

상기 전자석은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전자석이 상기 플래퍼의 전기자 양측 각각의 단부를 사이에 두고 수평면상에서 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.

상기 스풀유닛은 내부에 상기 스풀이 내장되어 횡방향으로 이동되도록 수용공간이 형성되고, 하면을 관통하여 상기 다수의 유로가 서로 이격되어 상기 수용공간과 연통되도록 형성되는 스풀 하우징을 더 포함하고, 상기 스풀 하우징에 형성되는 유로는 상기 유압 실린더의 헤드측 격실과 로드측 격실과 각각 연통되는 헤드측 유로 및 로드측 유로와; 상기 헤드측 유로와 로드측 유로 사이에 배치되어 유체가 배출되는 배출 유로와; 상기 헤드측 유로와 로드측 유로의 외측으로 각각 배치되어 유체가 유입되는 제 1 유입 유로 및 제 2 유입 유로를 포함한다.

상기 배출 유로에는 유동되는 유체의 최소 유량을 보상해 주는 릴리프 밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 종래와 같이 노즐 플래퍼(nozzle flapper) 타입으로 스풀을 작동시키지 않고, 플래퍼의 회동에 의해 직접 작동되는 스풀을 구현하여 구조가 간단한 서브밸브를 구현할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 서브밸브의 제어 및 관리가 용이하면서도 정밀하게 유압을 제어할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 배출 유로 상에 릴리프 밸브를 설치하여 배출 유로 상에 유동되는 유체의 최소 유량을 보존시켜 줌으로써 스풀의 진동과 같이 스풀이 미세하게 오동작되는 것을 방지하여 유압 실린더를 보다 정밀하게 제어함에 따라 작업의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 서보 밸브가 적용된 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템을 보여주는 도면이고,
도 2a 및 도 2b는 일반적인 서보 밸브의 작동상태를 보여주는 도면이며,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서보 밸브 장치가 적용된 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템을 보여주는 도면이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 스풀의 작동원리를 설명하는 도면이며,
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시에에 따른 서보 밸브 장치의 작동상태를 보여주는 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 서보 밸브 장치가 적용된 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템을 보여주는 도면이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 스풀의 작동원리를 설명하는 도면이며, 도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일실시에에 따른 서보 밸브 장치의 작동상태를 보여주는 도면이다.

먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 서보 밸브 장치는 전기-유압 서보 밸브의 일종으로서, 유압 실린더의 작동 제어가 필요한 다양한 분야에 적용되어 사용될 수 있을 것이다.

본 실시예에서는 본 발명의 바람직한 설명을 위하여 서보 밸브 장치가 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템(Strip Center Position Control System)에 적용되는 서보 밸브 장치를 예로 하여 설명하도록 한다. 스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템에 대해서는 앞서 설명하였지만 본 발명의 일실시예에 따른 서보 밸브 장치를 보다 명확하게 설명하기 위하여 다시 한번 그 구성에 대하여 설명한다.

스트립 센터 포지션 컨트롤 시스템은 모터와, 상기 모터(450)의 구동에 의해 회전되면서 스트립(S)을 코일링 하는 멘드릴(470)이 구비되고, 상기 모터(450)와 멘드릴(470)은 감속기(420) 및 샤프트(460)를 매개로 연동된다. 이때 감속기(420)와 멘드릴(470)을 좌우로 움직이게 하여 코일링되는 스트립(S)의 센터를 맞추게 되는데 감속기(420)와 멘드릴(470)을 좌우로 움직이게 하기 위하여 상기 감속기(420)는 슬라이드 베어링(440)을 매개로 감속기 베이스(430)에 안착되고, 상기 감속기(420)는 유압 실린더(300)에 의해 좌우 방향으로 슬라이딩 된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 서보 밸브 장치는 크게 스풀(520)이 내장되는 스풀유닛(500)과, 상기 스풀(520)을 작동시키는 구동유닛(600)을 포함한다.

상기 스풀유닛(500)은 유압 실린더(300)의 작동을 유압의 흐름을 이용하여 제어하는 유닛으로서, 유체가 출입되는 다수의 유로가 형성되는 스풀 하우징(510)과, 상기 스풀 하우징(510)의 내부에서 이동되면서 상기 유로들의 개폐를 단속하는 스풀(520)을 포함한다.

상기 스풀 하우징(510)은 상기 스풀(520)이 내장되는 케이스로서, 그 내부에 상기 스풀(520)이 내장되어 횡방향으로 이동되도록 수용공간이 형성되고, 하면을 관통하여 상기 다수의 유로가 서로 이격되어 상기 수용공간과 연통되도록 형성된다.

상기 스풀 하우징(510)에 형성되는 다수의 유로는 상기 유압 실린더(300)의 헤드측 격실(310a)과 연통되는 헤드측 유로(523)와; 상기 유압 실린더(300)의 로드측 격실(310b)과 연통되는 로드측 유로(524)와; 상기 헤드측 유로(523)와 로드측 유로(524) 사이에 배치되어 유체가 배출되는 배출 유로(525)와; 상기 헤드측 유로(523)와 로드측 유로(524)의 외측으로 각각 배치되어 유체가 유입되는 제 1 유입 유로(522a) 및 제 2 유입 유로(522b)이다.

이때 상기 제 1 유입 유로(522a)와 제 2 유입 유로(522b)는 하나로 합쳐져 유입 유로(522)를 형성한 후 유체를 제공하는 유압펌프(526)에 연결된다.

그리고, 상기 배출 유로(525)는 유체가 배출되는 유압탱크(527)에 연결되고, 상기 배출 유로(525) 상에는 유동되는 유체의 최소 유량을 보상해 주는 릴리프 밸브(528)가 설치된다. 그래서, 상기 릴리프 밸브(528)에 의해 배출 유로(525) 내에 최소한의 유량이 상존하게 함에 따라 배출 유로(525) 내에서 유체가 유압탱크(527)로 급격하게 배출되면서 유량이 급격하게 변화되는 것을 방지하고, 유압탱크(527) 측으로부터 유체가 역류하는 것을 방지한다. 이에 따라 배출 유로(525)에서 유동되는 유체에 의해 스풀(520)이 불안정하게 동작되는 것을 미연에 방지할 수 있는 것이다.

상기 스풀(520)은 상기 스풀 하우징(510)의 내부에 내장되어 횡방향(도 3의 좌우측 방향)으로 이동된다.

특히 상기 스풀(520)은 도 4b에 도시된 바와 같이 중앙 상면에 상기 스풀(520)의 길이방향과 수평면상에서 직교되도록 삽입슬롯(521)이 형성된다. 그래서 후술되는 플래퍼(620)가 상기 삽입슬롯(521)으로 인입되어 결합되고, 플래퍼(620)의 회동에 연동하여 스풀(520)이 직접 이동되는 것이다.

한편, 상기 구동유닛(600)은 상기 스풀(520)을 직접 이동시키는 유닛으로서, 상기 스풀 하우징(510)의 상부에 연결되고, 내부에는 전기의 인가에 의해 상기 스풀(520)과 수평방향으로 회동되면서 상기 스풀(520)을 직접 이동시키는 플래퍼(620)를 포함한다.

상기 플래퍼(620)는 도 4a에 도시된 바와 같이 대략 "T"자 형상으로 형성되는데, 부연하자면, 횡방향으로 설치되는 전기자(621)와; 상기 전기자(621)의 중앙 하면에서 상기 전기자(621)의 길이방향과 수직면상에서 직교되도록 연장되는 작동바(622)와; 상기 작동바(622)의 하단에서 상기 작동바(622)의 수평면상 중심에서 편심되어 하부 방향으로 연장되는 편심돌기(623)로 이루어진다.

또한, 상기 구동유닛(600)은 상기 플래퍼(620)가 내장되는 플래퍼 하우징(610)과; 상기 플래퍼(620)를 구성하는 상기 전기자(621)의 양측 영역을 각각 둘러싸는 한 쌍의 코일(630)과; 상기 플래퍼(620)를 구성하는 상기 전기자(621)의 양측 단부에서 측부방향으로 이격되어 배치되는 다수의 전자석(640)을 더 포함한다.

상기 플래퍼 하우징(610)은 상기 플래퍼(620), 코일(630) 및 다수의 전자석(640)이 내장되는 케이스이다.

상기 코일(630)은 제어 전류를 인가시켜 상기 전자석(640) 사이에 자기력을 발생시킴에 의해 상기 플래퍼(620)가 회동되는 힘을 제공한다.

상기 전자석(640)은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전자석이 상기 플래퍼(620)의 전기자(621) 양측 각각의 단부를 사이에 두고 수평면상에서 서로 이격되어 배치된다.

그래서 상기 플래퍼(620)는 상기 코일(630)에 인가되는 전류에 의해 상기 전자석(640) 중 선택되는 극성을 갖는 방향으로 상기 전기자(621)가 이동되면서 수평면상에서 회동되고, 상기 전기자(621)의 회동에 연동하여 상기 편심돌기(623)가 수평면상에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전된다.

이렇게 편심돌기(623)가 수평면상에서 시계방향 또는 반시계 방향으로 회전되면서 상기 스풀(520)을 수평면상에서 횡방향으로 이동시키는 것이다.

도 4b를 참조하여 플래퍼(620)의 수평면상 회동에 연동된 스풀(520)의 횡방향 이동에 대하여 설명한다.

도 4b의 (a)는 스풀(520)이 중립 위치를 유지하는 상태를 보여주는 도면으로서, 코일(630)에 제어 전류가 인가되지 않으면 상기 플래퍼(620)는 한 쌍의 전자석(640) 사이 중 중앙 위치에 배치된 상태가 유지된다. 이때는 플래퍼(620)의 편심돌기(623)가 스풀(520)의 삽입슬롯(521) 위쪽에 배치된 상태가 유지된다.

도 4b의 (a)와 같이 스풀(520)이 중립 위치를 유지하는 상태에서는 스풀(520)이 움직이지 않는다. 이 상태에서 코일(630)에 설정된 크기와 극성을 갖는 제어 전류를 인가하게 되면 도 4b의 (b)와 같이 전자석(640) 중 어느 하나, 예를 들어 좌측의 전자석(640)으로 전기자(621)가 이동됨에 따라 플래퍼(620)가 수평면상에서 시계방향으로 회동되게 된다. 그러면 편심돌기(623)가 시계방향으로 대략 90도 정도 움직이게 되고, 이러한 움직임에 따라 편심돌기(623)가 삽입슬롯(521)의 내벽면을 좌측으로 밀어 스풀(520)을 좌측으로 이동시킨다.

반대로, 도 4b의 (b)의 실시예에서 코일(630)에 인가된 제어 전류와 극성이 다른 제어 전류를 인가하게 되면 도 4b의 (c)와 같이 전자석(640) 중 우측의 전자석(640)으로 전기자(621)가 이동됨에 따라 플래퍼(620)가 수평면상에서 반시계방향으로 회동되게 된다. 그러면 편심돌기(623)가 반시계방향으로 대략 90도 정도 움직이게 되고, 이러한 움직임에 따라 편심돌기(623)가 삽입슬롯(521)의 내벽면을 우측으로 밀어 스풀(520)을 좌측으로 이동시킨다.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 서보 밸브 장치의 작동상태를 도면을 참조하여 설명한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)가 정지된 상태에서는 코일(630)에 제어 전류가 인가되지 않고, 이때 유입 유로(522)로 유입된 유체는 스풀(520)의 단속에 의해 헤드측 유로(523) 및 로드측 유로(524)로 유입되지 않게 되고 이에 따라 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)가 정지된 상태가 유지된다.

한편, 이 상태에서 필요에 의해 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)를 헤드측 격실(310a) 방향으로 이동시키기 위해서는 도 5a에 도시된 바와 같이 상기 코일(630)에 제어 전류를 인가시킴에 따라 플래퍼(620)를 수평면상에서 반시계방향으로 회동시킨다.(도 4b의 (b)) 그리면 플래퍼(620)의 편심돌기(623)에 의해 스풀(520)이 직접 좌측으로 이동되면서 제 2 유입 유로(522b)와 로드측 유로(524)가 연통되면서 유압펌프(526)에서 제공되는 유체가 로드측 격실(310b)로 유입되어 헤드(320) 및 로드(330)가 헤드측 격실(310a) 방향으로 이동된다. 또한 스풀(520)이 좌측으로 이동됨에 따라 헤드측 유로(523)와 배출 유로(525)가 연통되고 헤드(320)가 헤드측 격실(310a) 방향으로 이동됨에 따라 헤드측 격실(310a)에 충진되어 있던 유체가 헤드측 유로(523)와 배출 유로(525)를 순차적으로 거쳐 유압탱크(527)로 배출된다.

반면에, 도 5a와는 반대로 유압 실린더(300)의 헤드(320) 및 로드(330)를 로드측 격실(310b) 방향으로 이동시키기 위해서는 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 코일(630)에 제어 전류를 인가시킴에 따라 플래퍼(620)를 수평면상에서 시계방향으로 회동시킨다.(도 4b의 (c)) 그리면 플래퍼(620)의 편심돌기(623)에 의해 스풀(520)이 직접 우측으로 이동되면서 제 1 유입 유로(522a)와 헤드측 유로(523)가 연통되면서 유압펌프(526)에서 제공되는 유체가 헤드측 격실(310a)로 유입되어 헤드(320) 및 로드(330)가 로드측 격실(310b) 방향으로 이동된다. 또한 스풀(520)이 우측으로 이동됨에 따라 로드측 유로(524)와 배출 유로(525)가 연통되고 헤드(320)가 로드측 격실(310b) 방향으로 이동됨에 따라 로드측 격실(310b)에 충진되어 있던 유체가 로드측 유로(524)와 배출 유로(525)를 순차적으로 거쳐 유압탱크(527)로 배출된다.

한편 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서 공히 배출 유로(525)를 거쳐 유압탱크(527)로 배출되는 유체는 릴리프 밸브(528)에 의해 최소 유량을 보존시켜 줌으로써 스풀(520)의 진동과 같이 스풀(520)이 미세하게 오동작되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

300: 유압 실린더 310: 실린더 본체
310a: 헤드측 격실 310b: 로드측 격실
320: 헤드 330: 로드
410: 연결바 420: 감속기
430: 감속기 베이스 440: 슬라이드 베어링
450: 모터 460: 샤프트
470: 멘드릴 S: 스트립
500: 스풀유닛 510: 스풀 하우징
520: 스풀 521: 삽입슬롯
522: 유입 유로 522a: 제 1 유입 유로
522b: 제 2 유입 유로 523: 헤드측 유로
524: 로드측 유로 525: 배출 유로
526: 유압펌프 527: 유압탱크
528: 릴리프 밸브 600: 구동유닛
610: 플래퍼 하우징 620: 플래퍼
621: 전기자 622: 작동바
623: 편심돌기 630: 코일
640: 전자석

Claims

유압 실린더의 작동을 제어하는 서보 밸브로서,
유체가 출입되는 다수의 유로가 형성되고, 내부에는 상기 유로들의 개폐를 단속하는 스풀이 내장되는 스풀유닛과;
상기 스풀유닛에 연결되고, 내부에는 전기의 인가에 의해 상기 스풀과 수평방향으로 회동되면서 상기 스풀을 직접 이동시키는 플래퍼가 구비되는 구동유닛을 포함하는 서보 밸브 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 스풀의 중앙 상면에는 상기 스풀의 길이방향과 수평면상에서 직교되도록 삽입슬롯이 형성되고,
상기 플래퍼는 횡방향으로 설치되는 전기자와; 상기 전기자의 중앙 하면에서 상기 전기자의 길이방향과 수직면상에서 직교되도록 연장되는 작동바와; 상기 작동바의 하단에서 상기 작동바의 수평면상 중심에서 편심되어 하부 방향으로 연장되는 편심돌기로 이루어지며,
상기 편심돌기는 상기 스풀의 삽입슬롯에 인입되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 서보 밸브 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 구동유닛은 상기 플래퍼가 내장되는 플래퍼 하우징과; 상기 플래퍼를 구성하는 상기 전기자의 양측 영역을 각각 둘러싸는 한 쌍의 코일과; 상기 플래퍼를 구성하는 상기 전기자의 양측 단부에서 측부방향으로 이격되어 배치되는 다수의 전자석을 포함하고,
상기 플래퍼는 상기 코일에 인가되는 전류에 의해 상기 전자석 중 선택되는 극성을 갖는 방향으로 상기 전자기가 이동되면서 수평면상에서 회동되고, 상기 전자기의 회동에 연동하여 상기 편심돌기가 수평면상에서 시계방향 또는 반시계방향으로 회전되면서 상기 스풀을 수평면상에서 횡방향으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 서보 밸브 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 전자석은 서로 다른 극성을 갖는 한 쌍의 전자석이 상기 플래퍼의 전기자 양측 각각의 단부를 사이에 두고 수평면상에서 서로 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 서보 밸브 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 스풀유닛은 내부에 상기 스풀이 내장되어 횡방향으로 이동되도록 수용공간이 형성되고, 하면을 관통하여 상기 다수의 유로가 서로 이격되어 상기 수용공간과 연통되도록 형성되는 스풀 하우징을 더 포함하고,
상기 스풀 하우징에 형성되는 유로는
상기 유압 실린더의 헤드측 격실과 로드측 격실과 각각 연통되는 헤드측 유로 및 로드측 유로와;
상기 헤드측 유로와 로드측 유로 사이에 배치되어 유체가 배출되는 배출 유로와;
상기 헤드측 유로와 로드측 유로의 외측으로 각각 배치되어 유체가 유입되는 제 1 유입 유로 및 제 2 유입 유로를 포함하는 서보 밸브 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 배출 유로에는 유동되는 유체의 최소 유량을 보상해 주는 릴리프 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 서보 밸브 장치.