KR20140063399A

KR20140063399A - 파일럿식 전자 밸브

Info

Publication number: KR20140063399A
Application number: KR1020130120631A
Authority: KR
Inventors: 도모유키 우에노; 이사오 오쿠라
Original assignee: 가부시키가이샤 사기노미야세이사쿠쇼
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-10-10
Publication date: 2014-05-27
Also published as: CN203571179U; JP5648037B2; JP2014098451A; KR101658269B1

Abstract

파일럿식 전자 밸브에 있어서, 피스톤 배후 공간의 압력을 2차측으로 방출하기 쉽게 하여, 피스톤 밸브의 안정된 작동을 실현하며, 완전 개방 유량(완전 개방 Cv값)의 저하를 방지한다.
피스톤 밸브(1)의 파일럿 포트(1a)로부터 2차측 이음매(22)측으로 개방하는 도통로(1b)의 개구부의 둘레에 돌기(11a)를 마련한다. 돌기(11a)에 의해 1차측으로부터의 유체의 흐름의 영향을 억제한다. 돌기(11a)의 길이(d)와 피스톤 밸브(1)의 리프트량(D)의 비(A), 돌기(11a)의 축선(L)에 직각인 면의 면적인 돌기 면적(s)과 주밸브 포트(24a)의 구경 면적(S)의 비(B)를, 0.4≤A≤1.0, 0<B≤0.08로 한다.

Description

파일럿식 전자 밸브{PILOT-TYPE ELECTROMAGNETIC VALVE}

본 발명은, 1차측 이음매와 2차측 이음매 사이의 주밸브 포트에 대향하여 피스톤실 내에 피스톤 밸브를 배치하고, 피스톤 밸브의 파일럿 포트를 파일럿 밸브로 개폐하고, 피스톤실 내의 피스톤 배후 공간의 압력과 1차측 이음매의 압력의 차압을 이용하여 주밸브 포트를 개방으로 하도록 한 파일럿식 전자 밸브에 관한 것이다.

종래, 파일럿식 전자 밸브로서, 예컨대 일본 특허 공개 평성11-344145호 공보(특허문헌 1)에 개시된 것이 있다. 또한, 도 8은 종래의 파일럿식 전자 밸브의 일례를 나타내는 도면이다. 본체부(2)에는, 1차측 이음매(21)와 2차측 이음매(22) 사이에 격벽(23)이 형성되고, 격벽(23)의 상단측에는 주밸브 시트(24)가 형성되어 있다. 주밸브 시트(24)에는 원형 개구를 이루는 주밸브 포트(24a)가 형성되어 있다. 본체부(2)에는 실린더 케이스(3)가 나사 결합함으로써 고착되어 있다.

실린더 케이스(3)의 내측은 원통형의 피스톤실(31)로 되어 있고, 이 피스톤실(31) 내에 대략 원기둥 형상의 피스톤 밸브(4)가 내삽(內揷)되어 있다. 피스톤 밸브(4)는, 금속제의 피스톤부(41)와 그 하단에 배치된 수지제의 시일부(42)를 갖고 있다. 피스톤 밸브(4)의 중심에는 파일럿 포트(4a)와 도통로(4b)가 형성되어 있고, 파일럿 포트(4a)는 도통로(4b)를 통해 2차측 이음매(22)에 도통된다.

전자 구동부(5)는 플런저 튜브(51)의 단부에 흡인자(52)를 고착하며, 플런저 튜브(51) 내에 플런저(53)와, 파일럿 밸브체(6)를 내삽하고 있고, 플런저(53)와 파일럿 밸브체(6)는, 플런저(53)의 보스부(53a)를 파일럿 밸브체의 감합홈(6a)에 헐럽게 끼움으로써 축선(L) 방향으로 약간 여유를 가지고 연결되어 있다. 그리고, 플런저(53)와 파일럿 밸브체(6)는, 플런저 튜브(51) 내에서 축선(L) 방향(상하 방향)으로 미끄럼 이동 가능하게 되어 있다. 파일럿 밸브체(6)와 피스톤 밸브(4) 사이에는 파일럿 밸브 스프링(61)이 압축하여 개재되어 있다. 또한, 플런저(53)와 흡인자(52) 사이에는 플런저 스프링(53b)이 압축하여 개재되어 있다.

전자 구동부(5)의 전자 코일(54)에 통전이 이루어지고 있지 않을 때에는, 파일럿 밸브체(6)의 니들부(6b)가 파일럿 포트(4a)를 밸브 폐쇄 상태로 한다. 전자 코일(54)에 통전이 이루어지면, 플런저(53)가 상승하여, 플런저(53)의 보스부(53a)가 파일럿 밸브체(6)의 상단에 접촉하여 걸어 맞추어진다. 이에 의해, 플런저(53)와 파일럿 밸브체(6)가 함께 상승한다. 그 후, 플런저(53)가 흡인자(52)에 접촉하여 플런저(53)가 정지하고, 파일럿 밸브체(6)는 파일럿 밸브 스프링(61)의 스프링력에 의해 더욱 상승한다.

그리고, 플런저(53)에 접촉하고, 파일럿 밸브체(6)가 정지하여 파일럿 포트(4a)가 완전 개방으로 되면, 피스톤 밸브(4) 상부의 피스톤 배후 공간[피스톤실(31)]의 유체가 파일럿 포트(4a)와 도통로(4b)를 통해 2차측 이음매(22)측으로 유출되어, 피스톤 밸브(4) 상부의 피스톤 배후 공간의 압력이 저하한다. 이에 의해, 피스톤 배후 공간의 압력과 피스톤 밸브(4)의 하부의 압력[1차측 이음매(21)의 압력]의 압력차에 의해, 피스톤 밸브(4)가 상승하고, 주밸브 포트(24a)가 완전 개방으로 되어, 1차측 이음매(21)로부터 2차 이음매(22)로 유체가 흐른다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성11-344145호 공보

이러한 종류의 파일럿식 전자 밸브에서는, 피스톤 밸브에 작동하는 피스톤 배후 공간의 압력과 1차측의 압력의 차압을 이용하여 완전 개방 상태가 되도록 하고 있다. 또한, 이 피스톤 밸브가 상승하여 안정된 완전 개방 상태가 되는 동작을 행하는 데 필요한 최저한의 압력차를 이하, 「최저 작동 압력차」라고 한다.

이와 같이, 파일럿식 전자 밸브에서는, 최저 작동 압력차 이상의 압력차가 필요하며, 파일럿 밸브가 개방으로 된 후, 피스톤 배후 공간의 압력이 낮아질 필요가 있다. 그러나, 종래의 파일럿식 전자 밸브에서는, 밸브 개방 시에, 1차측으로부터 흘러오는 유체의 분류(噴流)의 영향에 의해, 피스톤 배후 공간의 압력이 2차측으로 잘 방출되지 않아, 피스톤 밸브를 완전 개방하기 어렵거나(중간 정지 상태), 밸브 개방하기 어려워질(최저 작동 압력차를 만족하지 않는 상태로 될) 우려가 있었다.

또한, 특허문헌 1에는 피스톤 밸브의 2차측의 돌출 부분을 갖는 피스톤 밸브가 개시되어 있지만, 이 돌출 부분은 주밸브 포트의 밸브 개방 초기에 개구 면적을 작게 하기 위해 마련된 것이다. 이 돌출 부분에 의해 1차측으로부터 흘러오는 유체의 분류의 영향을 어느 정도 억제할 수 있지만, 돌출 부분의 상세한 조건의 구체적인 구성은 없어, 개량의 여지를 남기고 있다.

본 발명은, 전술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 파일럿식 전자 밸브에 있어서, 피스톤 밸브가 개방하기 시작하였을 때에 피스톤 배후 공간의 압력을 2차측으로 방출하기 쉽게 하여, 피스톤 밸브의 안정된 작동을 실현하는 것을 과제로 한다.

청구항 1의 파일럿식 전자 밸브는, 1차측 이음매와 2차측 이음매 사이의 주밸브 포트에 대향하여 피스톤실 내에 피스톤 밸브를 배치하고, 피스톤 밸브의 파일럿 포트를 파일럿 밸브로 개폐하고, 피스톤실 내의 피스톤 배후 공간의 압력과 1차측 이음매의 압력의 차압을 이용하여 주밸브 포트를 밸브 개방으로 하도록 한 파일럿식 전자 밸브에 있어서, 상기 피스톤 밸브의 상기 파일럿 포트로부터 상기 2차측 이음매측으로 개방하는 개구부의 둘레에 돌기를 마련하며, 상기 돌기의 길이와 상기 피스톤 밸브의 밸브 폐쇄 상태로부터 완전 개방 상태로 되기까지의 리프트량의 비(A), 상기 돌기의 축선에 직각인 면의 면적인 돌기 면적과 상기 주밸브 포트의 구경 면적의 비(B)가,

0.4≤A≤1.0…(1)

0<B≤0.08…(2)

의 조건을 만족하는 것을 특징으로 한다.

청구항 1의 파일럿식 전자 밸브에 따르면, 상기 (1) 및 (2)의 조건을 만족하기 때문에, 돌기가 1차측으로부터의 유체의 흐름의 영향을 억제하기 때문에 피스톤 배후 공간의 압력을 2차측으로 방출하기 쉬워져, 피스톤 밸브의 안정된 작동을 실현할 수 있으며, 돌기가 주밸브 포트에의 유로를 막는 일도 없고 완전 개방 유량(완전 개방 Cv값)이 저하하는 일도 없다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 파일럿식 전자 밸브의 비통전 시의 종단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태의 파일럿식 전자 밸브의 피스톤 밸브를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시형태의 파일럿식 전자 밸브의 피스톤 밸브의 완전 개방 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 돌기 길이를 리프트량까지 변화시켰을 때의 최저 작동 압력차의 측정 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 있어서의 피스톤 밸브의 완전 개방 시의 유효 개구 면적을 설명하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 있어서의 돌기 길이에 대한 돌기 면적의 상관도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 있어서의 피스톤 밸브의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 종래의 파일럿식 전자 밸브의 일례를 나타내는 종단면도이다.

다음에, 본 발명의 파일럿식 전자 밸브의 실시형태를 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 실시형태의 파일럿식 전자 밸브의 비통전시의 종단면도이고, 도 2는 동일한 파일럿식 전자 밸브의 피스톤 밸브를 나타내는 도면이다. 이 실시형태의 파일럿식 전자 밸브와 상기 도 8에 나타내는 종래의 파일럿식 전자 밸브의 차이는, 실시형태에 있어서의 피스톤 밸브(1)의 형상이며, 도 1에 있어서 상기 도 8과 동일한 요소에는 동일한 부호를 부기하고 있다. 도 1에 있어서, 피스톤 밸브(1) 이외의 다른 요소의 구조 및 동작은 도 8에 대해서 전술한 바와 같으며, 중복하는 상세한 설명은 생략한다.

도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 실시형태에 있어서의 피스톤 밸브(1)는, 금속제(예컨대 놋쇠)의 피스톤부(11)와 그 하단에 배치된 수지제의 시일부(12)를 갖고 있다. 피스톤부(11)의 중심에는 파일럿 포트(1a)와 도통로(1b)가 형성되어 있고, 파일럿 포트(1a)는 도통로(1b)를 통해 2차측 이음매(22)에 도통된다.

또한, 피스톤 밸브(1)[피스톤부(11)]의 주밸브 포트(24a)에 대향하는 면에는, 도통로(1b)의 개구부의 축선(L) 둘레에 원통형으로 돌출한 돌기(11a)가 형성되어 있다. 또한, 돌기(11a)는 시일부(12)의 면으로부터 돌출하는 선단까지의 부분이며, 이 부분의 길이가 「돌기 길이(d)」이다(도 2). 또한, 도 3은 피스톤 밸브(1)의 완전 개방 상태를 나타내는 도면이다. 피스톤 밸브(1)가 피스톤실(31)의 상단에 접촉한 상태가 완전 개방 상태이며, 도 1에 나타내는 길이(D)가 피스톤 밸브(1)의 「리프트량(D)」이다. 또한, 돌기(11a)의 선단의, 축선(L) 둘레의 외주 가장자리로 둘러싸인 원의 면적이 「돌기 면적(s)」이다. 또한, 주밸브 포트(24a)의 구경 면적을 S로 한다.

이상의 구성에 있어서, 피스톤 밸브(1)의 돌기(11a)는, 이하의 조건으로 되어 있다.

d/D=A

s/S=B

0.4≤A≤1.0…(1)

0<B≤0.08…(2)

다음에 돌기(11a)의 돌기 길이(d)를 변화시켜 최저 작동 압력차를 측정한 검증 결과에 대해서 설명한다.

도 4는 돌기 길이(d)를 리프트량(D)까지 변화시켰을 때의 최저 작동 압력차의 측정 결과를 나타내는 도면이다. 횡축의 돌기 길이의 비는 돌기 길이(d)/리프트량(D)의 값(A)으로 나타내고, 종축의 최저 작동 압력차는 A=0.15일 때의 최저 작동 압력차를 1.0로서 규격화한 값이다. 이 측정 결과로부터, 돌기 길이의 비는, 돌기 길이(d)/리프트량(D)의 값(A)이 0.40 이상에서, 효과적으로 최저 작동 압력차를 낮출 수 있는 것이 판명되었다. 또한, 주밸브 포트의 구경, 피스톤 밸브의 직경, 리프트량, 돌기의 형상을 각종의 것을 들어 검증하였는데, 동일한 경향인 것을 확인할 수 있었다.

도 5는 피스톤 밸브의 완전 개방 시의 유효 개구 면적을 설명하는 도면이며, 도 5는 피스톤 밸브의 완전 개방 시의 상태를 나타내고 있다. 피스톤 밸브(1)의 돌기(11a)의 단부로부터 주밸브 포트(24a)의 개구 단부까지의 거리(H)에 대응하는 선분을 P라고 하면, 축선(L)을 회전 중심으로 하고 선분(P)을 모선으로 하는 회전체(원추대)의 측면의 면적이 유효 개구 면적이다. 이 유효 개구 면적이 주밸브 포트(24a)의 구경 면적보다 작으면, 돌기(11a)가 주밸브 포트(24a)의 유량을 저하시켜 버린다. 따라서, 완전 개방 시의 유효 개구 면적이 주밸브 포트(24a)의 구경 면적보다 크면, 돌기(11a)는 완전 개방 유량(완전 개방 Cv값)을 저하시키는 일이 없다.

도 6은 돌기 길이에 대한 돌기 면적의 상관도이며, 횡축은 도 4와 마찬가지로 돌기 길이의 비를 돌기 길이(d)/리프트량(D)의 값(A)으로서 나타낸 것이며, 종축은 돌기 면적의 비를 돌기 면적(s)/개구 면적(S)의 값(B)으로 나타낸 것이다. 또한, 도면 중의 곡선은, 완전 개방 시의 유효 개구 면적이 구경 면적(S)과 같은 상태를 나타내는 곡선이다. 따라서, 이 곡선의 하측의 영역이면, 돌기(11a)는 완전 개방 유량(완전 개방 Cv값)을 저하시키는 일이 없다. 이 영역 중, 도 4에서 설명한 값(A)이 0.40 이상인 영역은, 도면에 사선으로 나타낸 영역이며, 이 영역을 규정하는 돌기 면적의 값(B)은,

0<B≤0.08의 조건을 만족하는 것이다.

이상의 검증으로부터, 피스톤 밸브(1)의 돌기(11a)를 상기 (1) 및 (2)의 조건을 만족하도록 설정하고 있다. 따라서, 돌기(11a)가 주밸브 포트(24a)에의 유로를 막는 일도 없고 완전 개방 유량(완전 개방 Cv값)이 저하하는 일도 없다. 또한, 완전 폐쇄 시에는, 돌기(11a)는 주밸브 포트(24a) 내에 있으며, 개방하기 시작할 때에 1차측으로부터 주밸브 포트(24a)에 유체의 분류가 생기지만, 이 분류가 파일럿 포트를 막는 것을 돌기(11a)에 의해 저지할 수 있다. 따라서, 피스톤 배후 공간의 압력을 2차측으로 방출하기 쉬워져, 피스톤 밸브(1)의 안정된 작동을 실현할 수 있다.

도 7은 피스톤 밸브(1)의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 7의 (A)는 돌기(11a)의 직경을 크게(돌기 면적을 크게) 한 예이다. 도 7의 (B)는 돌기(11a)의 직경을 작게(돌기 면적을 작게) 한 예이다. 도 7의 (C)는 시일부(12)를 피스톤부(11)의 내경 부분에서 코오킹하여 고정한 것이다. 도 7의 (D)는 시일부(12)를 별도 부품으로 억제하여 피스톤부(11)의 내경 부분에서 코오킹하여 고정한 것이다. 도 7의 (E)는 시일부(12)에 돌기(11a)를 형성하며, 시일부(12)를 피스톤부(11)의 외경 부분에서 코오킹하여 고정한 예이다.

1 피스톤 밸브
1a 파일럿 포트
1b 도통로
11 피스톤부
11a 돌기
12 시일부
2 본체부
21 1차측 이음매
22 2차측 이음매
24 주밸브 시트
24a 주밸브 포트
3 실린더 케이스
31 피스톤실
31a 내벽
5 전자 구동부
51 플런저 튜브
52 흡인자
53 플런저
54 전자 코일
6 파일럿 밸브체
6b 니들부
L 축선

Claims

1차측 이음매와 2차측 이음매 사이의 주밸브 포트에 대향하여 피스톤실 내에 피스톤 밸브를 배치하고, 피스톤 밸브의 파일럿 포트를 파일럿 밸브로 개폐하고, 피스톤실 내의 피스톤 배후 공간의 압력과 1차측 이음매의 압력의 차압을 이용하여 주밸브 포트를 밸브 개방으로 하도록 한 파일럿식 전자 밸브로서,
상기 피스톤 밸브의 상기 파일럿 포트로부터 상기 2차측 이음매측으로 개방하는 개구부의 주위에 돌기를 마련하며,
상기 돌기의 길이와 상기 피스톤 밸브의 밸브 폐쇄 상태로부터 완전 개방 상태가 되기까지의 리프트량의 비(A), 상기 돌기의 축선에 직각인 면의 면적인 돌기 면적과 상기 주밸브 포트의 구경 면적의 비(B)가,
0.4≤A≤1.0…(1)
0<B≤0.08…(2)
의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 파일럿식 전자 밸브.