KR20140061253A

KR20140061253A - 밸브

Info

Publication number: KR20140061253A
Application number: KR1020130135706A
Authority: KR
Inventors: 요시히로 후카노; 야스노리 시라가
Original assignee: 에스엠씨 가부시키 가이샤
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2014-05-21
Also published as: JP5565641B2; CN103807464B; JP2014095453A; TW201430257A; CN103807464A; FR2998025A1; US20140131597A1; FR2998025B1; TWI535962B; DE102013112354B4; DE102013112354A1; US9062778B2; KR101492515B1

Abstract

밸브의 일례로서 솔레노이드 밸브(10)를 구성하는 밸브 기구(24)는, 솔레노이드 유닛(22)의 여기 작용 하에서 축선방향으로 변위하는 밸브 플러그(58)를 포함하며, 밸브 플러그(58)의 외주면에 형성되는 환형 홈(78)과 밸브 몸체(16) 사이에 배치되는 가요성 다이어프램(60)을 구비한다. 다이어프램(60)은 밸브 플러그(58)의 변위에 수반하여 구부러질 수 있으며 내부 가장자리부(88)에 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)들을 포함한다. 또, 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)들은, 각각, 환형 홈(78)의 내주면(80), 제1 벽면(82) 및 제2 벽면(84)에 맞닿을 수 있다. 또한, 내부 가장자리부(88)는 밸브 플러그(58)의 변위 방향으로 약간 이동 가능하게 환형 홈(78)의 내부에 삽입된다.

Description

밸브 {VALVE}

본 발명은, 밸브 플러그의 개폐동작에 의해 유체통로의 연통상태를 전환시키기 위하여, 압력유체 또는 전류의 공급 하에 변위하는 밸브 플러그를 포함하는 밸브에 관한 것이다.

종래, 밸브는 액츄에이터에 압력유체를 공급함으로써, 혹은 압축공기를 대기중에 배기함으로써 압력유체의 유통상태를 제어하기 위하여 사용되고 있다.

그러한 밸브는, 예를 들어, 일본 특허공개공보 특개2006-083879 호에 개시된 바와 같이, 유체가 유동하는 유체통로를 가지는 몸체와, 이 몸체의 내부에서 변위 가능하게 배치되는 밸브 플러그와, 몸체에 연결되고 전류의 공급시 여기되는 코일을 가지는 솔레노이드 유닛을 구비한다. 자력은 솔레노이드 유닛을 통전시킴으로써 발생되고, 그에 따라 밸브 플러그는 가동철심의 변위에 의해 개방된다. 그리고, 다이어프램은 솔레노이드 유닛과 몸체 사이에 배치된다. 다이어프램의 내주측은 밸브 플러그에 연결되는 축의 환형홈 내에 삽입되는 한편, 다이어프램의 외주측은 몸체와 솔레노이드 유닛 사이에 끼워져, 유체가 유동하는 몸체의 내부와 솔레노이드 유닛 사이의 압력유체의 누출이 방지된다.

일반적으로, 전술한 타입의 밸브와 함께 사용되는 다이어프램은 고무 등과 같은 탄성재료로 형성되고, 밸브 플러그의 변위를 추종하는 가요성을 갖는다. 그렇지만, 그 변위에 수반하여, 밸브 플러그와 함께 다이어프램의 내주측이 일체로 변위함으로써 부하가 생성되고, 이 부하의 반복된 생성에 의해 다이어프램의 동작부에서 크랙이 발생하기 시작하여, 다이어프램의 내구성 저하를 초래한다. 또, 밸브 플러그의 변위시, 다이어프램이 소정량의 변형을 겪으면서 변위하기 때문에, 밸브 플러그의 개폐동작을 수행하기 위해 빠른 속도로 밸브 플러그가 동작하기는 어렵게 된다. 더욱이, 밸브 플러그가 독립적으로 변위하는 경우에 비해, 더욱 큰 구동력이 요구되어, 솔레노이드 유닛에서의 소비전력 증가를 초래한다.

본 발명의 일반적인 목적은, 밸브를 작동시키기 위하여 사용되는 소비전력이나 작동유체의 압력을 저감시키면서, 밸브 플러그를 고속으로 개폐동작시킬 수 있는 동시에, 다이어프램의 내구성을 향상시키고자 하는 것이다.

본 발명은, 밸브가,

압력유체가 공급 및 배출되는 포트들을 갖는 밸브 몸체와;

포트들의 연통상태를 전환시키기 위하여 밸브 몸체의 내부에 변위가능하게 배치되는 밸브 플러그와;

밸브 몸체에 연결되어 전류 또는 작동유체의 공급시 축선방향으로 밸브 플러그를 변위시키는 구동 유닛과;

밸브 플러그와 밸브 몸체 사이에 배치되고, 시트 형상을 갖는 가요성 다이어프램과;

밸브 플러그에 대해 변위 가능하도록 다이어프램을 유지하기 위한 유지부재; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전류 또는 작동유체의 공급에 의해 밸브 플러그의 변위를 야기시키는 구동 유닛을 갖는 밸브에 있어서, 밸브 플러그와 밸브 몸체 사이에 배치되고 시트 형상을 갖는 가요성 다이어프램이 구비되고, 그에 따라 밸브 플러그에 대해 다이어프램의 변위를 허용하는 동안 다이어프램은 유지부재에 의해 유지된다.

따라서, 밸브 플러그가 구동 유닛의 구동작용 하에서 개폐될 때, 다이어프램은 유지부재의 동작에 의해 밸브 플러그에 대해 변위될 수 있다. 따라서, 다이어그램이 밸브 플러그에 대해 완전히 고정되어 있는 경우에 비해, 밸브 플러그의 변위에 의해 밸브 플러그의 부근에서 생성되는 응력은 저감될 수 있다. 결과적으로, 다이어프램에 가해지는 부하가 경감될 수 있고, 다이어프램의 내구성이 개선될 수 있다. 또, 밸브 플러그가 동작될 때 유지수단이 다이어프램을 변위시킴으로써, 다이어프램의 가동저항(running resistance)(즉, 움직임에 대한 저항)이 저감되기 때문에, 다이어프램과 함께 변위시 밸브 플러그의 구동 부하가 저감될 수 있고 내구성이 개선될 수 있으며, 밸브 플러그는 고속으로 개폐될 수 있고, 구동 유닛이 전류에 의해 구동될 때의 소비전력 또는 구동 유닛이 작동유체에 의해 구동될 때의 작동압력은 억제될 수 있다.

본 발명의 상기 및 또 다른 목적들, 특징들 및 장점들은, 본 발명의 바람직한 실시형태가 예시의 형태로 도시된 첨부 도면들과 관련하여 취해지는, 이어지는 설명으로부터 더욱 분명해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 밸브의 일례로서의 솔레노이드 밸브의 전체 종단면도;
도 2는 도 1의 솔레노이드 밸브의 분해 사시도;
도 3은 도 1의 솔레노이드 밸브에 있어서 밸브 플러그의 부근을 나타내는 확대 단면도;
도 4는 도 3의 솔레노이드 밸브의 개방상태를 나타내는 확대 단면도;
도 5a는 도 3의 조건에 있어서 다이어프램의 내부 가장자리부의 부근을 나타내는 확대 단면도;
도 5b는 도 4의 조건에 있어서 다이어프램의 내부 가장자리부의 부근을 나타내는 확대 단면도;
도 6a 및 도 6b는, 각각, 변형예에 따른 다이어프램이 적용된 솔레노이드 밸브의 확대 단면도; 그리고
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 밸브의 일례로서의 에어-구동식 밸브의 전체 종단면도이다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 솔레노이드 밸브(10)는, 작동유체가 공급되고 배출되는 제1 및 제2 포트(12, 14)들을 갖는 밸브 몸체(16)와, 스페이서(18)를 통하여 밸브 몸체(16)의 일단부에 배치되고, 케이싱(20)을 포함하는 솔레노이드 유닛(22)과, 이 솔레노이드 유닛(22)의 여기 하에서 제1 및 제2 포트(12, 14)들 사이의 연통상태를 상호 전환시키기 위한 밸브 기구(24)를 포함한다.

밸브 몸체(16)는 일단부 측이 개방되어 실질적으로 단면이 U자형상으로 형성되며, 외부로 개방되는 제1 및 제2 포트(12, 14)들은 밸브 몸체(16)의 일측면에 구비된다. 제1 포트(12)는 도시하지 않은 압력유체 공급원에 대해 튜브 등을 통하여 연결되며, 예를 들어 액체 등의 압력유체는 제1 포트(12)에 공급된다. 제2 포트는 도시하지 않은 튜브 등을 통하여 또 다른 장치에 연결된다.

또, 연통실(30) 및 수납실(32)은 실질적으로 밸브 몸체(16)의 중심에 형성된다. 연통실(30)은 제1 및 제2 연통로(26, 28)와 연통한다. 밸브 기구(24)가 수납되는 수납실(32)은 연통실(30)과 연통한다.

그리고, 제1 포트(12)는, 밸브 몸체(16)의 일측면으로부터 축선과 직교방향으로 연장한 후, 대략 중앙부에서 직각으로 절곡하는 제1 연통로(26)를 통하여 연통실(30)의 측면에 연결된다. 한편, 제2 포트(14)는, 밸브 몸체(16)의 일측면으로부터 축선과 직교방향으로 연장하는 제2 연통로(28)를 통하여 연통실(30)의 바닥면에 연결된다.

수납실(32)은, 밸브 몸체(16)의 일단부 측(화살표 B 방향)에서 개방되고 연통실(30) 쪽인 바닥부에서 연통실(30)에 대하여 직경이 확장되는 제1 단차부(34)와, 이 제1 단차부(34)에 대하여 직경이 확장되는 제2 단차부(36)와, 이 제2 단차부(36)에 대하여 직경이 확장되는 제3 단차부(38)를 포함한다. 제1 단차부(34)는 연통실(30) 측(화살표 B 방향)에 가장 가깝게 배열되고, 제2 단차부(36) 및 제3 단차부(38)는 연통실(30)로부터 이격되는 방향(화살표 A 방향)으로 순차적으로 형성된다.

밸브 몸체(16)의 일단부에는, 개구부를 폐쇄하도록 스페이서(18)가 장착되고, 스페이서(18)를 통하여 상기 일단부에 솔레노이드 유닛(구동 유닛)(22)이 연결된다. 솔레노이드 유닛(22)은, 바닥을 갖는 통형상의 케이싱(20)과, 이 케이싱(20)의 내부에 마련된 코일(40)이 감기는 보빈(42)과, 케이싱(20)의 일단부에 고정된 고정철심(44)과, 보빈(42)의 내측에 배열되어 고정철심(44)으로부터 이격되는 방향(화살표 B 방향)으로 가압되는 가동철심(46)을 포함한다.

보빈(42)은, 그 일단부 및 타단부에 제공되는 한 쌍의 플랜지(48a, 48b)들을 포함한다. 플랜지(48a, 48b)들은 반경 외측 방향으로 직경이 확장한다. 코일(40)은 그 플랜지(48a, 48b)들 사이에서 보빈(42)에 감겨 유지된다.

고정철심(44)은, 예를 들어, 금속제 재료로 실질적으로 원주형상으로 형성된다. 고정철심(44)은 보빈(42)의 내부에 삽입되고, 그 일단부에 형성된 볼록부(50)가 케이싱(20)에 대하여 걸어맞춰짐으로써 고정된다.

가동철심(46)은, 예를 들어, 자성재료로 실질적으로 원주형상으로 형성되고, 고정철심(44)과 동축상으로 배치된다. 고정철심(44) 측과는 반대쪽(화살표 B 방향)인 일단부에는, 한 쌍의 걸어맞춤 홈(52)들이 가동철심(46)의 외주면에 형성된다. 걸어맞춤 홈(52)들은, 가동철심(46)의 축선방향과 직교방향으로 동일 단면 형상으로 관통하도록 형성되어 있다. 또한, 걸어맞춤 홈(52)들은, 가동철심(46)의 중심축선을 중심으로 하여 대칭인 위치에 형성된다.

밸브 기구(24)는, 가동철심(46)의 단부에 연결되는 연결부재(54)와, 밸브 몸체(16)의 수납실(32)에 배치되는 홀더(56)와, 연결부재(54)의 단부에 유지되는 밸브 플러그(58)와, 홀더(56)와 밸브 플러그(58) 사이에 배치되는 다이어프램(60)을 포함한다. 연결부재(54)는 한 쌍의 암(arm)부(62)들을 포함한다. 암 부(62)들은 연결부재(54)의 일단부에 서로 이격되어 형성된다. 가동철심(46) 및 연결부재(54)는, 암 부(62)들이 가동철심(46)의 걸어맞춤 홈(52)들에 걸어맞춰짐으로써, 동축상으로 함께 연결된다. 또, 밸브 플러그(58)의 샤프트(74)가 끼워맞춰지는 끼워맞춤 구멍(64)은, 연결부재(54)의 타단부에서 중앙부에 형성된다.

또, 스프링(66)은 연결부재(54)와 스페이서(18) 사이에 개재된다. 연결부재(54) 및 밸브 부재(70)는, 스프링(66)의 탄성력에 의해서 밸브 몸체(16) 측(화살표 B 방향)으로 가압된다.

홀더(56)는 연결부재(54)의 외측을 덮도록 배치되고, 그 일단부에는 스페이서(18)가 맞닿도록 배치된다. 또, 연결부재(54)는 홀더(56)의 내부에서 변위 가능하게 수납된다. 연결부재(54)의 타단부는 밸브 몸체(16)의 제2 및 제3 단차부(36, 38)에 걸어맞춰지고, 밸브 플러그(58)가 삽입되는 삽입 구멍(68)은 상기 타단부의 중앙에 형성된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 밸브 플러그(58)는, 이 밸브 플러그(58)의 일단부에 형성되는 원통형상의 밸브 부재(70)와, 이 밸브 부재(70)에 대하여 직경이 축소하는 본체부(72)와, 밸브 플러그(58)의 타단부 측에 형성되어 본체부(72)에 연결되는 샤프트(74)를 포함한다. 밸브 플러그(58)의 밸브 부재(70)는 밸브 몸체(16)의 연통실(30)에 수납되고, 시트 부재로서 기능하는 포핏(76)은 밸브 부재(70)의 내부에 설치된다. 포핏(76)은, 고무 등과 같은 탄성재료로 이루어지고, 밸브 부재(70)의 끝면과 실질적으로 동일평면, 또는 약간만 돌출하도록 배치된다.

본체부(72)는 홀더(56)의 삽입구멍(68)에 삽입되고, 반경 내측방향으로 함몰된 환형 홈(홈부)(78)은 본체부(72)와 밸브 부재(70) 사이에 형성된다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 환형 홈(78)은, 단면이 직사각형상으로 형성되고 밸브 플러그(58)의 축선과 실질적으로 평행한 (내벽면으로서의) 내주면(80)과, 이 내주면(80)의 각각의 단부로부터 반경 외측방향으로 연장하는 (내벽면으로서의) 제1 벽면(82) 및 제2 벽면(84)으로 구성된다. 또한, 제1 벽면(82)은 본체부(72) 측(화살표 A 방향)에 형성되고, 제2 벽면(84)은 밸브 부재(70) 측(화살표 B 방향)에 형성되고, 상기 제1 벽면(82) 및 제2 벽면(84)은 내주면(80)에 대하여 각각 직교하고 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본체부(72)에 인접한 샤프트(74)의 부위는 반경 내측방향으로 직경이 감소하여, 연결부재(54)의 끼워맞춤 구멍(64)에 삽입될 때, 샤프트(74)는 끼워맞춤 구멍(64)에 대하여 걸어맞춰짐으로써 연결된다. 이것에 의해, 가동철심(46) 및 밸브 플러그(58)는 연결부재(54)를 통하여 함께 일체로 연결된다. 또, 스프링(66)의 양단부는, 끼워맞춤 구멍(64)으로부터 돌출하는 샤프트(74)의 부위와 스페이서(18)의 돌출부위에 대하여 각각 걸어맞춰진다.

다이어프램(60)은 고무 등과 같은 탄성재료로 원반형상으로 형성된다. 다이어프램(60)은, 그 중심부에 밸브 플러그(58)가 삽입되는 구멍이 형성되고, 이 구멍을 구성하는 내부 가장자리부(88)는 환형 홈(78)에 삽입된다. 또한, 다이어프램(60)은 실질적으로 일정한 두께로 형성되고 가요성을 가지고 있다. 한편, 밸브 몸체(16)의 제1 단차부(34)에 장착됨으로써, 다이어프램(60)의 외부 가장자리부(90)는 밸브 몸체(16)와 홀더(56) 사이에 끼워진다. 이것에 의해, 다이어프램(60)은 연통실(30)과 수납실(32)의 연통을 차단시키고 있다.

도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 내부 가장자리부(88)에는, 내주면(80)에 대하여 반경 내측으로 돌출하는 제1 돌출부(92)와, 내주면(80)에 대하여 직교하는 내부 가장자리부(88)의 일단면 및 타단면으로부터 돌출하는 제2 및 제3 돌출부(94, 96)가 형성된다. 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)는, 단면이 실질적으로 원호형상으로 대략 동일형상으로 형성되고, 내주면, 일단면 및 타단면에 대하여 소정 높이만큼 돌출하도록 형성된다.

그리고, 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)들의 꼭지부(apexes)들은, 환형 홈(78)의 내주면(80), 제1 벽면(82) 및 제2 벽면(84)에 대하여 맞닿음 가능하게 마련된다. 또, 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)들은, 각각 환형상으로 형성되어 있기 때문에, 환형 홈(78)에 대하여 각각 환형상으로 맞닿는다.

도 5a에 도시된 바와 같이, 제2 돌출부(94)의 꼭지부로부터 제3 돌출부(96)의 꼭지부까지의 두께치수 T1은, 환형 홈(78)에 있어서의 제1 벽면(82)과 제2 벽면(84) 사이의 높이치수 T2와 동일하거나, 또는 작게 설정된다(T1 ≤ T2). 즉, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)는 환형 홈(78)에 있어서의 다이어프램(60)의 두께방향(화살표 A 또는 B 방향)의 소정거리만큼 이동 가능하게 장착되고, 제1 돌출부(92)는 환형 홈(78)의 내주면(80)에 대하여 항상 맞닿고, 제2 돌출부(94) 및 제3 돌출부(96) 중 어느 하나는 제1 돌출부(92)를 받침점 즉 지지점으로 하여 환형 홈(78)의 제1 벽면(82) 또는 제2 벽면(84)에 대하여 맞닿는다. 그 결과, 연통실(30)과 수납실(32) 사이의 기밀상태가 유지될 수 있다(도 5a 및 도 5b 참조).

다시 말해서, 환형 홈(78)은, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)를 밸브 플러그(58)의 변위방향(화살표 A 및 B 방향)을 따라 소정거리만큼 이동 가능하게 유지하는 유지수단으로서 기능한다.

본 발명의 제1 실시형태에 따른 밸브의 일례인 솔레노이드 밸브(10)는, 기본적으로는 전술한 바와 같이 구성된다. 다음에, 솔레노이드 밸브(10)의 동작 및 작용효과에 관하여 설명한다. 도 1은, 코일(40)에 대하여 통전이 이루어지지 않은 비-여기상태로서, 가동철심(46)이 스프링(66)의 탄성력에 의해서 밸브 몸체(16) 측(화살표 B 방향)으로 변위하고, 포핏(76)이 제1 연통로(26)의 개구부를 폐쇄시켜, 제1 포트(12)와 제2 포트(14)와의 연통이 차단된 오프 상태를 나타내고 있다.

이 경우, 도 5a에 도시된 바와 같이, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)에서는, 제1 돌출부(92)가 환형 홈(78)의 내주면(80)에 맞닿고 제2 돌출부(94)가 환형 홈(78)의 제1 벽면(82)에 맞닿음으로써, 상기 제1 및 제2 돌출부(92, 94)의 2 지점에 의해서 연통실(30)과 수납실(32) 사이의 기밀상태가 유지된다.

이와 같은 오프 상태에 있어서, 도시하지 않은 전원을 작동시켜 코일(40)에 통전시킴으로써 이 코일(40)을 여기시키고, 코일(40)의 여기작용시, 가동철심(46)이 고정철심(44) 측(화살표 A 방향)으로 흡인되고, 그것에 수반하여 연결부재(54) 및 밸브 플러그(58)가 일체로 밸브 몸체(16)로부터 이격되는 방향(화살표 A 방향)으로 변위한다. 이것에 의해, 밸브 플러그(58)의 포핏(76)은 제1 연통로(26)의 개구부로부터 이격되고, 제1 연통로(26)와 연통실(30)이 연통함으로써 제1 포트(12)로부터 공급된 압력유체가 제2 포트(14)로 유동하는 온 상태로 된다.

이때, 밸브 플러그(58)의 변위에 수반하여, 다이어프램(60)은 내부 가장자리부(88) 측이 솔레노이드 유닛(22) 측(화살표 A 방향)으로 변위하기 때문에 외부 가장자리부(90)를 지지점으로서 굴곡된다. 또한, 내부 가장자리부(88)가 환형 홈(78)의 내부에서 이동함으로써, 제2 돌출부(84)가 제1 벽면(82)으로부터 이격되고 제3 돌출부(96)가 제2 벽면(84)에 맞닿은 상태로 된다(도 5b 참조). 또한, 제1 돌출부(92)는 환형 홈(78)의 내주면(80)에 대하여 맞닿은 상태로 유지된다.

이것에 의해, 밸브 플러그(58)가 제1 연통로(26)의 개구부로부터 이격된 온 상태에서는, 제1 및 제3 돌출부(92, 96)가 환형 홈(78)에 대하여 맞닿음으로써, 연통실(30)에 공급된 압력유체가 수납실(32) 측(화살표 B 방향)으로 누출되는 것이 방지된다. 더욱 상세하게는, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)에는, 제1 및 제3 돌출부(92, 96)의 2 지점에서 연통실(30)과 수납실(32) 사이의 기밀상태가 유지되고 있다.

이상과 같이, 제1 실시형태에 따르면, 솔레노이드 유닛(22)의 여기작용 하에서 밸브 플러그(58)는 축선방향으로 변위되고, 압력유체의 유통상태를 전환시킬 수 있는 솔레노이드 밸브(10)에 있어서, 다이어프램(60)은 밸브 플러그(58)와 밸브 몸체(16) 사이에 배치되고, 이 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)는 밸브 플러그(58)의 환형 홈(78)에 삽입된다. 이 내부 가장자리부(88)를 밸브 플러그(58)에 대하여 약간만 축선방향(화살표 A 및 B 방향)으로 이동 가능하게 제공함으로써, 그리고 밸브 플러그(58)가 개폐동작할 때 내부 가장자리부(88)가 상기 환형 홈(78) 내에서 이동함으로써, 내부 가장자리부(88)가 밸브 플러그(58)에 대하여 완전하게 고정된 경우와 비교해, 이 내부 가장자리부(88)의 부근에서 밸브 플러그(58)의 변위에 의해서 발생하는 응력이 저감될 수 있다. 그 결과, 다이어프램(60)에 대한 부하가 경감되고, 다이어프램(60)의 내구성이 향상될 수 있다.

또, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)가 밸브 플러그(58)의 개폐동작시 밸브 플러그(58)에 대하여 약간만 이동할 수 있기 때문에, 밸브 플러그(58)의 동작시에 있어서의 다이어프램(60)의 가동저항(running resistance)은 저감될 수 있다. 그 결과, 다이어프램(60)이 밸브 플러그(58)의 동작시 원활하게 변형되면서 밸브 플러그(58)의 움직임을 추종할 수 있기 때문에, 밸브 플러그(58)에 가해지는 구동부하가 저감되고, 솔레노이드 유닛(22)의 소비전력이 억제될 수 있다. 다시 말해서, 종래의 솔레노이드 밸브와 비교하여, 밸브 플러그(59)는 더욱 낮은 소비전력으로 구동될 수 있다.

더욱이, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)에 구비된 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)들은, 환형 홈(78)의 내주면(80), 제1 벽면(82) 및 제2 벽면(84)에 대하여 환형상으로 선접촉하고 있다. 그로 인해, 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)들은 내주면(80), 제1 벽면(82) 및 제2 벽면(84)에 확실하게 맞닿아 밀봉성을 확보할 수 있고, 내부 가장자리부(88)가 환형 홈(78) 내에서 변위할 때의 미끄럼운동 저항이 억제되고, 축선방향으로의 원활한 변위가 가능하게 될 수 있다. 또, 제1 돌출부(92)가 내주면(80)에 대하여 항상 맞닿고, 밸브 플러그(58)가 개폐될 때 제2 및 제3 돌출부(94, 96) 중 어느 하나가 선택적으로 환형 홈(78)에 대하여 맞닿기 때문에, 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96) 중 2지점을 상시 맞닿게 함으로써 밀봉이 확실하게 수행될 수 있다.

또한, 전술한 실시형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)는, 도 1에 도시된 바와 같이 밸브 몸체(16)가 우측에 배열되고 솔레노이드 유닛(22)이 좌측에 수평방향으로 배열되도록 구성되는 경우가 설명되었다. 그렇지만, 본 발명은 이러한 구조로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 솔레노이드 밸브(10)는, 밸브 몸체(16)를 하부로 하고, 밸브 몸체(16)의 상부에 솔레노이드 유닛(22)이 배치되도록 연직방향으로 연장하도록 배치하여 사용될 수 있다.

또, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)에 마련되는 제1 내지 제3 돌출부(92, 94, 96)들의 형상은, 전술한 바와 같이, 단면이 원호형상으로 형성되는 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 6a 및 도 6b에 도시된 다이어프램(100)과 같이, 그 내부 가장자리부(88)를 단면이 삼각형상으로 형성하고, 내부 가장자리부(88)의 꼭지부에 각각 제1 내지 제3 돌출부(102, 104, 106)들을 형성하도록 할 수 있다. 또한, 제1 돌출부(102)와 제2 돌출부(104) 사이, 그리고 제1 돌출부(102)와 제3 돌출부(106) 사이는, 각각 직선형상으로 연결된다. 또한, 제2 돌출부(104)로부터 제3 돌출부(106)까지의 두께치수와, 환형 홈(78)에 있어서의 제1 벽면(82)과 제2 벽면(84) 사이의 높이치수와의 관계는, 전술한 본 실시형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)의 다이어프램(60)과 마찬가지로 설정된다.

그리고, 밸브 플러그(58)의 개폐에 수반하여 다이어프램(100)의 내부 가장자리부(88)는 환형 홈(78)의 내부에서 이동하여, 밸브 개방시에는, 제2 돌출부(104)가 환형 홈(78)의 제1 벽면(82)으로부터 이격되고, 제3 돌출부(106)가 제2 벽면(84)에 맞닿고, 제1 돌출부(102)가 환형 홈(78)의 내주면(80)에 맞닿은 상태로 된다(도 6b 참조). 이것에 의해, 밸브 몸체(16)의 연통실(30)과 수납실(32) 사이의 기밀상태는 제1 및 제3 돌출부(102, 106)에 의해서 유지된다.

한편, 밸브 플러그(58)가 연통실(30)의 측면에 맞닿은 밸브 폐쇄시에는, 제3 돌출부(106)가 환형 홈(78)의 제2 벽면(84)으로부터 이격되고, 제2 돌출부(104)가 제1 벽면(82)에 맞닿고, 제1 돌출부(102)가 환형 홈(78)의 내주면(80)에 맞닿은 상태로 된다(도 6a 참조). 이것에 의해, 밸브 몸체(16)의 연통실(30)과 수납실(32) 사이의 기밀상태는 제1 및 제2 돌출부(102, 104)에 의해서 유지된다.

다음에, 제2 실시형태에 따른 밸브의 일례로서 에어-구동식 밸브(150)가 도 7에 도시된다. 상술한 제1 실시형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)와 동일한 구성요소에는 동일한 참조부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

제2 실시형태에 따른 에어-구동식 밸브(150)는, 파일롯 에어(작동유체)의 공급 하에서 변위하는 피스톤(152)을 갖는 실린더(154)가 솔레노이드 유닛(22)을 대신하여 구동 유닛으로서 구비되어 있는 점에서, 제1 실시형태에 따른 솔레노이드 밸브(10)와 상이하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 에어 구동식 밸브(150)를 구성하는 실린더(유체 압력 실린더)(154)는, 밸브 몸체(16)의 일단부에 연결되는 실린더 몸체(156)와, 이 실린더 몸체(156)의 내부를 따라 변위 가능하게 배치되는 피스톤(152)과, 실린더 몸체(156)의 단부를 폐쇄 및 밀봉하는 헤드 커버(158)를 포함한다.

그리고, 도시하지 않은 압력유체 공급원으로부터의 파일롯 에어는 실린더 몸체(156)의 측면에 개구된 공급 포트(160)에 공급되고, 이 파일롯 에어는 실린더 몸체(156)의 내부에 형성된 실린더 실(162)로 공급된다. 피스톤(152)은 헤드 커버(158) 측, 즉 밸브 몸체(16)로부터 이격되는 방향(화살표 A 방향)을 향하여 파일롯 에어에 의해 가압되어 변위된다. 실린더 실(162)은 헤드 커버(158)에 의해서 폐쇄 및 밀봉된다.

피스톤(152)은, 실린더 실(162)의 내부에 마련되는 헤드부(164)와, 이 헤드부(164)의 중심에 접속되어 밸브 몸체(16) 측(화살표 B 방향)을 향하여 돌출하는 로드부(166)를 구비한다. 연결부재(54)가 로드부(166)의 단부에 형성된 한 쌍의 걸어맞춤 홈(52)들에 연결됨으로써, 밸브 플러그(58) 및 피스톤(152)은 일체로 함께 연결된다.

또한, 피스톤 패킹(168)은 피스톤(152)에 있어서의 헤드부(164)의 외주면에서 환형 홈을 통하여 장착되고, 로드 패킹(170)은 로드부(166)의 외주면에서 환형 홈을 통하여 장착되어, 각각 실린더 실(162)의 내벽면에 미끄럼 접촉됨으로써, 실린더 실(162)에 공급되는 파일롯 에어가 외부로 누출되는 것이 방지된다.

다음에, 에어-구동식 밸브(150)의 동작 및 작용효과가 간단하게 설명된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 밸브 플러그(58) 및 피스톤(152)이 스프링(66)의 탄성력에 의해서 밸브 몸체(16) 측(화살표 B 방향)으로 변위하고, 포핏(76)이 제1 연통로(26)의 개구부를 폐쇄하고, 제1 포트(12)와 제2 포트(14) 사이의 연통이 차단된 오프 상태를 초기상태로 하여 설명한다.

이와 같은 오프 상태에 있어서, 도시하지 않은 압력유체 공급원으로부터 공급 포트(160)로 파일롯 에어가 공급됨으로써, 실린더 실(162)에 도입된 파일롯 에어에 의해서 피스톤(152)의 헤드부(164)가 헤드 커버(158) 측(화살표 A 방향)을 향하여 가압되어 변위되고, 이것에 수반하여, 피스톤(152)과 함께 연결부재(54) 및 밸브 플러그(58)가 일체로 변위한다. 그에 따라, 밸브 플러그(58)의 포핏(76)이 제1 연통로(26)의 개구부로부터 이격되고, 제1 연통로(26)와 연통실(30)이 연통함으로써 제1 포트(12)로부터 공급된 압력유체가 제2 포트(14)로 유통하는 온 상태로 된다.

이때, 밸브 플러그(58)의 변위에 수반하여, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88) 측이 실린더(154) 측(화살표 A 방향)으로 변위하기 때문에 다이어프램(60)은 외부 가장자리부(90)를 지지점으로 하여 굴곡한다. 또한, 내부 가장자리부(88)가 환형 홈(78)의 내부에서 이동함으로써, 제2 돌출부(94)가 제1 벽면(82)으로부터 이격되고 제3 돌출부(96)가 제2 벽면(84)에 맞닿은 상태로 된다. 또한, 제1 돌출부(92)는, 환형 홈(78)의 내주면(80)에 대하여 맞닿은 상태로 유지된다. 이것에 의해, 밸브 플러그(58)가 제1 연통로(26)의 개구부로부터 이격된 온 상태에서는, 제1 및 제3 돌출부(92, 96)가 환형 홈(78)에 대하여 맞닿음으로써, 연통실(30)에 공급된 압력유체가 수납실(32) 측(화살표 B 방향)으로 누출되는 것이 방지된다.

이상과 같이, 제2 실시형태에 따르면, 실린더(154)로의 파일롯 에어의 공급 하에서, 밸브 플러그(58)가 축선방향으로 변위되고, 압력유체의 유통상태를 전환시킬 수 있는 에어-구동식 밸브(150)에 있어서, 다이어프램(60)은 밸브 플러그(58)와 밸브 몸체(16) 사이에 배치되고, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)는 밸브 플러그(58)의 환형 홈(78)에 삽입된다. 내부 가장자리부(88)를 밸브 플러그(58)에 대하여 약간만 축선방향(화살표 A 및 B 방향)으로 이동 가능하게 마련함으로써, 그리고 밸브 플러그(58)의 개폐동작시 내부 가장자리부(88)가 상기 환형 홈(78) 내에서 이동함으로써, 내부 가장자리부(88)가 밸브 플러그(58)에 대하여 완전히 고정된 경우와 비교해, 내부 가장자리부(88)의 부근에서 밸브 플러그(58)의 변위에 의해서 발생하는 응력은 저감될 수 있다. 그 결과, 다이어프램(60)에 대한 부하가 경감되고, 다이어프램(60)의 내구성이 향상될 수 있다.

또, 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)가 밸브 플러그(58)의 개폐시에 이 밸브 플러그(58)에 대하여 약간만 이동될 수 있기 때문에, 밸브 플러그(58)의 동작시에 있어서의 다이어프램(60)의 가동저항은 저감될 수 있다. 그 결과, 밸브 플러그(58)를 작동시킬 때에 다이어프램(60)이 원활하게 변형되면서 밸브 플러그(58)의 움직임을 추종할 수 있기 때문에, 밸브 플러그(58)에 가해지는 구동부하가 저감될 수 있고, 실린더(154)로 공급되는 파일롯 에어의 작동압력이 억제될 수 있다. 다시 말해서, 종래의 에어-구동식 밸브와 비교하여, 밸브 플러그(58)는 더욱 낮은 작동압력으로 구동될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 밸브는 전술한 실시형태에 한정되지 않는다. 첨부된 청구항들에 설정된 바와 같은 본 발명의 범주를 일탈함 없이, 다양한 변경 및 수정이 실시형태들에 대해 이루어질 수 있다.

10: 솔레노이드 밸브
16: 밸브 몸체
18: 스페이서
20: 케이싱
22: 솔레노이드 유닛
24: 밸브 기구
30: 연통실
32: 수납실
44: 고정철심
46: 가동철심
56: 홀더
58: 밸브 플러그
60, 100: 다이어프램
66: 스프링
70: 밸브 부재
76: 포핏
78: 환형 홈
88: 내부 가장자리부
92, 102: 제1 돌출부
94, 104: 제2 돌출부
96, 106: 제3 돌출부
150: 에어-구동식 밸브
152: 피스톤
154: 실린더
156: 실린더 몸체
158: 헤드 커버
160: 공급 포트
162: 실린더 실

Claims

압력유체가 공급되고 배출되는 포트(12, 14)들을 갖는 밸브 몸체(16)와;
포트(12, 14)들의 연통상태를 전환시키기 위하여 밸브 몸체의 내부에서 변위 가능하게 배치되는 밸브 플러그(58)와;
밸브 몸체(16)에 연결되고 구동 유닛에 대한 전류 또는 작동유체의 공급시 축선방향으로 밸브 플러그(58)를 변위시키는 구동 유닛과;
밸브 플러그(58)와 밸브 몸체(16) 사이에 배치되는 시트 형상의 가요성 다이어프램(60)과;
밸브 플러그(58)에 대하여 변위 가능하게 다이어프램(60)을 유지시키기 위한 유지 부재;
를 포함하는 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 유지 부재는, 밸브 플러그(58)의 외주면에 형성되고 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)가 삽입되는 홈(78)을 포함하며, 밸브 플러그(58)의 변위 방향으로의 홈(78)의 폭치수는 내부 가장자리부(88)의 두께치수와 동일하거나 큰 밸브.
청구항 2에 있어서,
홈(78)의 내벽면(80, 82, 84)들을 향하여 돌출하는 돌출부(92, 94, 96)들은 다이어프램(60)의 내부 가장자리부(88)에 형성되며, 다이어프램(60)은 돌출부(92, 94, 96)들을 통하여 내벽면(80, 82, 84)에 맞닿는 밸브.
청구항 3에 있어서,
상기 돌출부(92, 94, 96)들은:
홈(78) 내에서 내주측의 내벽면(80)에 맞닿는 제1 돌출부(92)와;
밸브 플러그(58)의 변위 방향으로 적어도 하나의 내벽면(82, 84)에 맞닿는 제2 돌출부(94)와;
밸브 플러그(58)의 변위 방향으로 다른 내벽면(82, 84)에 맞닿는 제3 돌출부(96); 를 포함하며,
제1 돌출부(92)는 홈(78)에 대하여 항상 맞닿아 있고, 제2 돌출부(94) 및 제3 돌출부(96)는 밸브 플러그(58)의 변위에 의해 어느 하나가 홈(78)에 대하여 맞닿는 밸브.
청구항 4에 있어서,
제2 돌출부(94) 및 제3 돌출부(96) 중 어느 하나는 밸브 플러그(58)의 변위 방향에 따라 제1 돌출부(92) 주위에서 변위하는 밸브.
상기 돌출부(94, 96)들은 단면이 원호형상인 밸브.
청구항 4에 있어서,
상기 돌출부(94, 96)들은 단면이 삼각형상인 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 구동 유닛은, 여기시 축선방향으로 밸브 플러그(58)를 변위시키는 솔레노이드 밸브(10)를 포함하는 밸브.
청구항 1에 있어서,
상기 구동 유닛은, 작동유체의 공급시 축선방향으로 밸브 플러그(58)를 변위시키는 유체 압력 실린더(154)를 포함하는 밸브.