KR20150123024A - 로터리 액추에이터 및 이를 구비된 로터리 밸브 - Google Patents

로터리 액추에이터 및 이를 구비된 로터리 밸브 Download PDF

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KR20150123024A
KR20150123024A KR1020140049324A KR20140049324A KR20150123024A KR 20150123024 A KR20150123024 A KR 20150123024A KR 1020140049324 A KR1020140049324 A KR 1020140049324A KR 20140049324 A KR20140049324 A KR 20140049324A KR 20150123024 A KR20150123024 A KR 20150123024A
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rotary actuator
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KR1020140049324A
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강은석
차정훈
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엠티에이치콘트롤밸브(주)
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Abstract

본 발명은 로터리 액추에이터 및 이를 구비된 로터리 밸브에 관한 것으로, 하우징에 내장된 피스톤이 구비된 로터리 액추에이터에 있어서, 피스톤은 둘레를 따라 장착된 기밀부재에 의해 하우징의 내면과 기밀을 유지하도록 배치된 베이스부와, 피스톤의 이동방향인 가로방향으로 베이스부에서 연장되고, 가로방향과 교차하는 세로방향에 대해 베이스부의 단면보다 더 작은 단면을 가지며, 세로방향에 대해 일면에 랙이 형성되면서 타면에 하우징 내면과 접촉하도록 장착된 다수의 가이드를 구비한 랙부를 포함하고, 가이드는 세로방향으로 적어도 2개가 배치되고, 세로방향에 대해 가이드들 간의 이격 거리는 가이드의 세로방향 길이보다 더 길게 형성됨으로써, 가이드와 하우징 내면에 발생하는 접촉면적과 마찰계수를 현저히 감소되고, 피스톤의 정확한 운동과 함께 랙과 피니언의 맞물림이 지속적으로 유지되며, 가이드의 파손이 최소화되도록 한 것이다.

Description

로터리 액추에이터 및 이를 구비된 로터리 밸브{Rotary actuator and rotary valve with thereof}
본 발명은 로터리 액추에이터를 구비한 로터리 밸브 관한 것으로, 보다 상세하게는 로터리 액추에이터의 피스톤과 몸체의 내면 사이에 마찰계수를 최소화하는 가이드가 장착된 로터리 액추에이터 및 이를 구비한 로터리 밸브에 관한 것이다.
일반적으로, 액추에이터는 소정 장치에 연결 설치되어 공압이나 유압에 의해 발생된 전후진력 또는 회전력을 이용하여 통상의 밸브를 개폐하는데 사용된다.
이러한 액추에이터를 구비한 로터리 밸브는 일 예로, 도 1에 도시된 바와 같이 선박의 냉각수 공급시스템에 설치된다. 이 시스템을 보면, 실린더(10)에서 공급된 공압에 의해 동작하는 로터리 밸브(11)는 냉각수탱크(12)에서 엔진(13)으로 유동하는 냉각수의 유동 경로 상에 배치되면서 실린더(10)에서 공급된 공압에 의해 동작하도록 설치되고, 실린더(10)는 엔진(13)에 유입되는 냉각수의 온도를 측정하는 제어기(14)와 포지셔너(15)에 의해 동작하도록 설치되었다.
따라서, 제어기(14)에서 측정된 냉각수의 온도에 따라 포지셔너(15)를 통해 제공된 실린더(10)의 위치에 따라 로터리 밸브(11)가 동작하여 냉각수탱크(12)에서 공급된 냉각수가 직접 엔진(13)에 유입되거나 쿨러(16,cooler)를 경유하여 엔진(13)으로 유입된다.
이러한 로터리 밸브(11)의 동작을 설명하자면, 로터리 액추에이터(미도시)가 구비되고, 이 로터리 액추에이터에 의해 로터리 밸브(11)의 디스크가 동작하여 냉각수의 유동 경로를 설정하도록 이루어진다.
따라서, 로터리 밸브(11)의 동작을 제어하는 로터리 액추에이터에 대해 정확한 동작과 더불어 오동작을 방지하면서 수명을 연장하고, 비상시 로터리 액추에이터 또는 로터리 밸브(11)를 수동으로 조작할 수 있는 등의 요구가 제시되었다.
대한민국 등록특허 제0956849호(등록일:2010.04.30.) 대한민국 등록특허 제0979933호(등록일:2010.08.30.) 대한민국 등록특허 제1367693호(등록일:2014.02.20.)
상기된 요구에 상응하여 개발된 본 발명의 목적은, 로터리 액추에이터에서 피스톤과 몸체 사이에 발생하는 마찰계수를 감소시키면서 피스톤이 안정되게 정확한 왕복 운동할 수 있고, 이 로터리 액추에이터를 구비하는 로터리 밸브에 조작밸브를 구비하여 유체의 유동을 수동으로 조작할 수 있도록 한 로터리 액추에이터 및 이를 구비된 로터리 밸브를 제공함에 있다.
상기된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 로터리 액추에이터는 하우징, 하우징에 내장된 피스톤이 구비된 로터리 액추에이터에 있어서, 피스톤은 둘레를 따라 장착된 기밀부재에 의해 하우징의 내면과 기밀을 유지하도록 배치된 베이스부와, 피스톤의 이동방향인 가로방향으로 베이스부에서 연장되고, 가로방향과 교차하는 세로방향에 대해 베이스부의 단면보다 더 작은 단면을 가지며, 세로방향에 대해 일면에 랙이 형성되면서 타면에 하우징 내면과 접촉하도록 장착된 다수의 가이드를 구비한 랙부를 포함하고, 가이드는 세로방향으로 적어도 2개가 배치되고, 세로방향에 대해 가이드들 간의 이격 거리는 가이드의 세로방향 길이보다 더 긴 것을 특징으로 한다.
또한, 가이드는 가로방향에 대해 적어도 2개가 배치되고, 가로방향에 대해 가이드들 간의 이격 거리는 가이드의 가로방향 길이보다 더 긴 것을 특징으로 한다.
또, 가이드의 단면 형상은 4변과 4모서리가 연속된 물결모양이거나, 단면이 원형일 수도 있거나, 삼각, 오각 내지 팔각형 또는 이외의 다각형이거나, 가로부와 세로부가 일정 각도로 상호 교차되고, 교차부위 또는 모서리부위가 각지거나 적어도 하나가 곡면이 형성되며, 가로부와 세로부가 동일한 길이 또는 다른 길이를 갖는 교차형인 것을 특징으로 한다.
그리고, 랙부에는 가이드가 끼워져 고정되고, 단면형상이 원형 또는 가이드의 형상으로 형성된 가이드홈이 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 랙은 가로방향에 대해 랙부의 중심부위에 형성된 경계홈을 중심으로 양측에 각각 형성되고, 경계홈측 일면은 수직으로 형성되고, 반대측면은 내향으로 일정 각도(θ)로 경사져 형성된 것을 특징으로 한다.
또, 하우징의 중앙 부위에 배치되면서 피니언이 형성된 샤프트를 더 구비하고, 피니언은 경계홈의 양측에 형성된 랙과 각각 맞물리도록 구분하여 배치된 것을 특징으로 한다.
그리고, 랙부에서 베이스부와 인접한 부위는 일정 두께(t)와 너비(w)를 가지고, 너비(w)는 랙이 대면하도록 한 쌍의 피스톤이 배치된 상태에서 이웃한 랙부를 미접촉하는 길이를 가지며, 두께(t)는 하우징에 중앙 부위에 배치된 샤프트와 미접촉하는 길이를 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 로터리 액추에이터가 구비된 로터리 밸브는 로터리 액추에이터;와 유체의 유동 경로 상에 배치되는 유입구와 배출구를 구비한 몸체와, 유입구를 개폐하도록 몸체에 내장되면서 로터리 액추에이터에 의해 동작하도록 연계 설치된 디스크를 구비한 밸브부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 로터리 액추에이터에 장착된 샤프트의 자전에 의해 축회전하도록 연계설치된 핸들바와, 핸들바의 축회전에 의해 자전하도록 일측부가 핸들바에 장착된 스템을 더 구비하고, 스템의 일측부에 장착된 디스크가 스템의 자전에 의해 회전하면서 유입구를 개폐하도록 설치된 것을 특징으로 한다.
상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 로터리 액추에이터에서 피스톤과 하우징 내면 사이에 개재된 가이드의 면적을 축소시킴으로써, 가이드와 하우징 내면에 발생하는 접촉면적과 마찰계수를 현저히 감소되고, 피스톤의 정확한 운동과 함께 랙과 피니언의 맞물림이 지속적으로 유지되며, 가이드의 파손이 최소화되는 효과가 있다.
또, 피스톤에서 랙부가 종래보다 두꺼운 두께 및 너비로 베이스로부터 연장됨으로써, 랙과 피니언의 피로도에 따른 랙부의 파손을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 비상시 또는 필요시 밸브부에 장착된 핸들 및 핸들바를 이용하여 수동으로 디스크를 회전시키면서 유입구로 유입되는 유체의 양을 조절할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 안된다.
도 1은 일반적으로 로터리 밸브가 적용된 선박의 냉각수 공급시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로터리 액추에이터가 개략적으로 도시된 측면도이다.
도 3은 도 2의 로터리 액추에이터의 내부가 도시된 측단면도이다.
도 4a는 도 3에 도시된 피스톤이 도시된 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 가이드의 측면 확대도이다.
도 4c는 도 4a의 정면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 샤프트의 측면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 로터리 액추에이터가 구비된 로터리 밸브가 개략적으로 도시된 측면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 로터리 밸브의 내부가 도시된 측단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있도록 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
<로터리 액추에이터의 구성>
도 2는 본 발명에 따른 로터리 액추에이터가 개략적으로 도시된 측면도이고, 도 3은 도 2의 로터리 액추에이터의 내부가 도시된 측단면도이며, 도 4a는 도 3에 도시된 피스톤이 도시된 사시도이고, 도 4b는 도 4a에 도시된 가이드의 측면 확대도이며, 도 4c는 도 4a의 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 샤프트의 측면도이다.
본 발명에 따른 로터리 액추에이터(100)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(110), 이 하우징(110) 중앙부위에 배치되면서 피니언(121)이 형성된 샤프트(120), 피니언(121)과 맞물리는 랙(135)이 형성된 랙부(134)가 연장 돌출되면서 하우징(110)에 내장된 피스톤(130)을 포함하여 이루어진다. 이 로터리 액추에이터(100)는 공압을 기본으로 이용하지만 설치 장소에 따라 유압을 이용할 수도 있다.
먼저, 하우징(110)은 도 2 및 도 3에서와 같이, 밸브부(200)의 몸체(210, 도 6 참조)에 단단히 고정되고, 상호 대면하여 배치된 피스톤(130)을 이동시키기 위한 유체가 유입되도록 양측에 각각 관통형성된 입구(111)와, 입구(111)를 통해 유입된 유체에 의해 이동된 피스톤(130)을 원위치로 복귀시키기 위해 피스톤(130)에 설치된 탄성부재(112)를 포함한다.
이때, 입구(111)는 외부의 동력원 또는 일 예로 도 1에서의 실린더(10)에 의해 제공되는 유체가 하우징(110)의 내부로 유입되도록 하기 위해 외부의 동력원 또는 실린더(10)와 연계 설치된다.
또한, 탄성부재(112)는 입구(111)로 유입된 유체의 압력에 의해 피스톤(130)이 하우징(110)의 중앙에서 양측으로 밀리면, 이 피스톤(130)을 원위치로 복귀시키기 위한 부재이다.
다음으로, 피스톤(130)은 도 3 내지 도 4c에서와 같이, 하우징(110)의 내부에서 왕복이동하는 베이스부(131)와, 이 베이스부(131)로부터 연장되어 일면에 랙(135)이 형성되면서 타면에 가이드홈(136)이 형성된 랙부(134)를 포함한다. 이 피스톤(130)은 하우징(110)의 양측에 위치되면서 랙부(134)의 랙(135)이 대면하도록 배치된다. 이때, 대면된 한 쌍의 랙(135)은 하우징(110)의 중앙에 배치된 샤프트(120)의 피니언과 맞물린다.
여기서, 베이스부(131)는 도 3 및 도 4a에서 보는 바와 같이, 하우징(110)의 내부에 위치하여 이동하는 정도의 크기이고, 둘레에 장착된 다수의 기밀부재에 의해 하우징(110)의 내면과 기밀을 유지하기 위해 둘레에 두께 방향으로 환형상인 다수의 기밀부재가 장착된다. 이때, 기밀부재로는 쿼드링(132)과 포지션링(133)을 포함한다.
그리고, 랙부(134)는 평평한 일면에 랙(135)이 형성되고, 베이스부(131)와 동일하거나 유사한 곡률을 갖는 타면에 가이드(137)가 장착되는 다수의 가이드홈(136)이 형성된다. 여기서, 가이드홈(136)은 도 4a에서와 같이 일정 지름을 갖는 크기로 형성되면서 상호 일정 간격을 갖도록 다수가 형성된다. 또한, 가이드(137)는 도 4a와 도 4b에서와 같이 가이드홈(136)에 장착되는 크기이고, 4변과 4모서리가 연속된 물결모양이면서 4변 또는 4모서리가 오목한 단면형상을 갖는다. 이 가이드(137)는 다른 형상으로, 단면이 원형일 수도 있고, 삼각, 오각 내지 팔각형 등을 포함한 다각형일 수도 있다. 또한, 가이드(137)은 가로부와 세로부가 일정 각도로 상호 교차된 십자형 또는 'X'자형의 교차형상이고, 이러한 형상에 형성된 교차부위 또는 모서리부위가 각지거나 적어도 하나가 곡면이 형성된다. 이때, 가로부와 세로부의 길이가 다를 수도 있다. 여기서, 가이드홈(136)은 단면형상이 원형을 기본으로 하고, 가이드(137)의 형상에 따라 변형될 수도 있다.
여기서, 가이드(137)는 피스톤(130)이 이동하는 방향과 교차하는 방향(이하, y방향이라 함)으로 랙부(134)에 2~3개 정도 배치되고, 또한피스톤(130)이 이동하는 방향(이하, x방향이라 함)으로도 2~3개 정도 배치된다.
또한, 가이드(137)들 간의 간격 길이가 가이드(137)와 하우징(110) 내면 간의 접촉 길이보다 더 길게 형성된다. 자세히 설명하자면, x방향 또는 y방향에서 가이드(137)들 간의 간격 길이는 가이드(137)의 길이보다 더 길다. 즉, 가이드(137)의 x 또는 y축 길이는 가이드(137)들 간의 x 또는 y축 간격 길이보다 더 작다. 이는 가이드(137)의 크기를 작게 하면 당연히 간격이 더 길 수밖에 없는 구조를 표현한 것이고, 이 가이드(137)의 크기를 작게 하는 것은 하우징(110) 내면과의 접촉면적을 최소화하기 위함이다. 물론, 가이드(137)의 단면 물결모양 역시 하우징(110) 내면과의 접촉면적을 감소시키기 위한 형상이다.
이 가이드(137)의 경우 종래의 일 예로, 일정 길이를 가지고, 피스톤(130)의 이동방향과 직교하게 랙부(134)의 일부위에 길게 장착된다. 이러한 종래의 가이드는 피스톤(130)이 이동하는 동안 하우징(110)의 내면과 넓은 면적에서 접촉하기 때문에 마모가 심하였고, 자주 교체해야만 하였다. 반면, 본 발명의 가이드(137)는 짧은 지름이면서 다수의 가이드홈(136)에 측면과 모서리가 물결모양인 가이드(137)가 장착된다. 이로 인해, 가이드(137)와 하우징(110)의 내면이 작은 면적으로 접촉하기 때문에 가이드(137)와 하우징 내면 간의 마찰계수가 최소화되고, 궁극적으로 랙부(134) 즉, 피스톤(130)의 이동이 안정적으로 보장됨은 물론, 마찰계수에 의한 피스톤(130)의 오동작을 방지하면서 가이드(137)의 파손이 최소화되는 효과가 있다. 여기서, 가이드홈(136)은 가이드(137)의 형상과 동일한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 가이드(137)의 변형 예로, 하우징(110) 내면과 점접촉을 이루도록 하우징(110)의 내면과 접촉되는 상부가 볼록하게 형성될 수도 있다. 이는 가이드(137)와 하우징(110) 내면 간의 접촉면적을 최소화하기 위한 형상이다.
또, 랙(135)은 도 4c에서와 같이, 평평한 일면에 형성된 경계홈(138)을 중심으로 양측에 각각 형성되고, 이들 랙(135)은 샤프트(120)에 길이방향으로 형성된 한 쌍의 피니언(121)과 맞물린다. 이때, 랙(135)에서 경계홈(138)측 일면은 대략 수직으로 형성되고, 반대측 타면은 내향으로 일정 각도(θ) 경사져 형성된다. 이 각도(θ)는 랙(135)이 샤프트(120)의 피니언(121)과 맞물린 상태에서 이탈되지 않도록 하기 위해 형성된다. 이를 위한 각도(θ)는 10~30° 정도인 것이 바람직하다. 각도(θ)가 10°미만인 경우 랙(135)과 피니언(121)의 접촉면적이 너무 작아 동력 전달에 불리하거나 랙(135)이 파손될 수 있는 위험이 있고, 30°를 초과하는 경우 전달하려는 동력에 비해 너무 넓은 접촉면적이 형성될 수 있다. 또, 랙(135)의 단부측 일부가 피니언(121)과의 접촉에서 벗어나 하우징(110)의 내면과 마찰이 발생할 수 있는 만약의 경우를 회피할 수 있다.
그리고, 도 3 및 도 4a에서와 같이, 베이스부(131)의 일측부에서 연장되는 랙부(134)에서 베이스부(131)에 근접한 부위는 일정 두께(t)와 너비(w)가 형성되며, 이 부위는 베이스부(131)에 대해 접촉면적을 넓히기 위해 아래가 넓은 경사면(139)으로 형성된다. 이 경사면(139)은 오목하거나 볼록한 곡면 또는 직선으로 이루어질 수 있다. 일 예로, 랙부(134)에서 랙(135)이 형성된 일면측의 측면은 직선으로 경사면이 형성되고, 이 경사면과 인접한 양측면은 곡면으로 오목하면서 아래가 넓은 경사면으로 형성된다. 랙부(134)에서 베이스부(131)와 근접한 부위에서의 이러한 일정 두께(t), 너비(w)와 경사면을 갖는 형상은 베이스부(131)로부터 랙부(134)가 파손되어 이탈되는 현상을 최대한 방지하기 위함이다. 물론, 두께(t)와 너비(w)의 길이는 도 3에서와 같이 한 쌍의 피스톤(130)이 대향 배치된 상태에서 이웃한 랙부(134)와 상호 간섭하지 않는 정도이다.
다음으로, 샤프트(120)는 하우징(110)의 중앙 부위에 설치되고, 자전하면서 핸들바(220)를 축회전시키기 위한 부재이다. 이 샤프트(120)에는 높이 방향으로 상호 일정 간격을 갖는 한 쌍의 피니언(121)이 형성되고, 이들 피니언(121)은 하나의 랙부(134)에 형성된 한 쌍의 랙(135)과 각각 맞물린다. 또한, 샤프트(120)를 중심으로 양측에 한 쌍의 랙부(134)가 배치되고, 이들 랙부(134)의 랙(135)은 피니언(121)과 맞물린다.
이 샤프트(120)는 랙(135)과 피니언(121)의 상호 동작에 의해 자전하도록 설치되고, 이 자전운동이 핸들바(220)의 축회전 운동으로 전환되도록 핸들바(220)와 연계 설치된다. 일 예로, 샤프트(120)의 자전운동이 제1링크의 직선운동으로, 이 직선운동이 제2링크의 축회전운동으로, 이 축회전운동이 핸들바(220)의 축회전운동으로 전환되도록 연계 설치된다.
<로터리 밸브의 구성>
도 6은 본 발명에 따른 로터리 액추에이터가 구비된 로터리 밸브가 개략적으로 도시된 측면도이고, 도 7은 도 6에 도시된 로터리 밸브의 내부가 도시된 측단면도이다.
본 발명에 따른 로터리 액추에이터가 구비된 로터리 밸브는 도 6에 도시된 바와 같이, 유체의 유동 경로 상에 설치되면서 디스크(240)에 의해 개폐하도록 설치된 밸브부(200)와, 디스크(240)를 동작시키도록 설치된 로터리 액추에이터(100)를 포함하여 이루어진다.
밸브부(200)는 도 6 및 도 7에서와 같이, 몸체(210), 이 몸체(210)에 장착되면서 로터리 액추에이터(100)에 의해 동작하도록 설치된 핸들바(220), 이 핸들바(220)의 이동에 의해 자전하도록 설치된 스템(230), 이 스템(230)에 의해 동작하면서 몸체(210)에 내장된 디스크(240)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 몸체(210)는 로터리 액추에이터(100)가 장착되고, 유체의 유동 경로 상에 설치되어 유입구(211)와 배출구(212)를 구비하며, 핸들바(220), 스템(230)과 디스크(240)가 내장된다.
또한, 몸체(210)는 적어도 하나의 철판재를 절단, 절곡과 접합 등의 공정을 통해 제작한다. 이러한 제작에 대해 몸체(210)의 일부 구성요소인 메인바디(214)와 서브바디(215)를 예로 들어 설명하기로 한다. 여기서, 도 7에서와 같이, 메인바디(214)는 유입구(211)와 배출구(212)를 마련한 부위이고, 서브바디(215)는 유입구(211)와 배출구(212)에 장착된 부위를 지칭한다. 이때, 접합하는 방법으로는 용접이 사용된다.
메인바디(214)는 일정 크기의 철판재에 유입구(211)와 배출구(212)를 천공한 다음, 원통형으로 말아서 양단부를 겹쳐서 접합하여 제작한다.
그리고, 서브바디(215)는 철판재를 재단하여 말아서 양단부를 접합하여 제작한다. 이렇게 접합된 서브바디(215)는 일단부에서 타단부로 갈수록 직경이 점점 더 커지는 형상이다. 이 서브바디(215)의 일단 부위를 메인바디(214)의 유입구(211)와 배출구(212)에 접합한다.
이와 같이, 메인바디(214)와 서브바디(215)를 접합하듯이 기타 부위 역시 철판재를 재단하여 상호 접합함으로써 몸체(210)를 제작한다.
다음으로, 핸들바(220)는 로터리 액추에이터(100)에 의해 축회전하도록 연계 설치되고, 몸체(210)의 외부에 장착되고, 몸체(210)에 내장된 스템(230)의 외향 돌출된 일단측 부위에 장착된다. 즉, 핸들바(220)는 로터리 액추에이터(100)에 의해 축회전하면서 스템(230)을 자전시키도록 연계 설치된 것이다. 이 핸들바(220)와 로터리 액추에이터(100)와의 연계 설치는 로터리 액추에이터(100)의 설명 부분에서 자세히 설명하기로 한다.
또, 핸들바(220)의 위치에 따라 디스크(240)가 유입구(211) 및 배출구(212)를 개방한 정도를 육안으로 확인할 수 있도록 한다. 이를 위해 몸체(210)에는 스케일(미도시)이 내장되고, 이 스케일을 외부에서 육안으로 인식할 수 있도록 슬릿(213)이 형성된다. 따라서, 핸들바(220)가 축회전하면 그 위치에서 슬릿(213)을 통한 스케일에 지시된 부호를 확인함으로써, 궁극적으로 디스크(240)가 유입구(211)를 어느 정도 개방했는지 및 유체의 유입량이 어느 정도인지를 알 수 있다.
또한, 로터리 밸브가 수동으로 전환된 경우, 핸들바(220)를 수작업으로 조작할 수 있도록 핸들바(220)의 일단측 부위에 핸들(221)이 장착된다. 이 핸들(221)을 파지하여 핸들바(220)를 축회전시킬 수 있다.
다음으로, 스템(230)은 도 7에서와 같이, 핸들바(220)의 운동을 디스크(240)에 전달하기 위한 부재로서, 일단측 부위가 핸들바(220)와 장착되고, 타측 부위가 디스크(240)와 장착된다. 이 스템(230)은 핸들바(220)의 축회전에 의해 자전하면서 디스크(240)를 회전시키도록 연계 설치된다.
다음으로, 디스크(240)는 유입구(211) 또는 배출구(212)를 개폐하기 위한 부재로서, 유입구(211)와 배출구(212) 사이에 배치되면서 스템(230)의 타측 부위에 회전하도록 설치된다. 즉, 디스크(240)는 스템(230)의 자전에 의해 회전하면서 유입구(211)를 개폐하고, 스템(230)의 자전 각도에 따라 유입구(211)를 일부 또는 완전 개폐하도록 설치된다.
<작동>
먼저, 외부 동력원 또는 일 예로 도 1의 실린더(10)에서 유체가 하우징(110)으로 유동하게 되고, 이 유체가 하우징(110)에 입구(111)를 통해 유입되어 피스톤(130)을 밀게 되면 피스톤(130)의 랙(135)과 샤프트(120)의 피니언(121)이 맞물린 상태에서 회전하여 샤프트(120)가 자전한다.
다음으로, 이 샤프트(120)의 자전 각도에 따라 핸들바(220)가 일정 각도만큼 축회전한다. 이때, 핸들바(220)의 축회전 거리 또는 각도는 몸체(210)에 내장된 스케일과 이를 외부에서 육안으로 볼 수 있는 슬릿(213)에 의해 확인 가능하다. 이를 통해 디스크의 축회전으로 인한 유입구(211)의 개방 정도를 확인할 수 있다.
끝으로, 핸들바(220)의 축회전이 핸들바(220)에 장착된 스템(230)을 자전시키고, 이 스템(230)이 자전하면서 디스크(240)를 회전시킨다. 이 디스크(240)의 회전에 의해 유입구(211) 가 일부 또는 완전 개폐된다.
여기서, 유체의 유동량 즉, 유입구(211)의 개방정도를 조절하기 위해 하우징(110)의 입구(111)에 제공하는 공압을 조정하면 탄성부재(112)의 복원력에 의해 피스톤(130)의 위치가 가변되고, 랙(135)과 피니언(121)에 의한 샤프트(120)의 자전각도, 핸들바(220)의 축회전 각도, 스템(230)의 자전 각도 및 디스크(240)의 회전 각도가 변경되도록 하면 된다.
한편, 비상시 또는 필요에 의해 수동모드로 전환하게 되면, 핸들(221)에 외력을 가하여 핸들바(220)를 축회전시켜, 스템(230)을 통해 디스크(240)를 회전시킨다. 이때, 디스크(240)가 유입구(211) 또는 배출구(212)에 대해 개폐하는 정도는 인디케이터와 슬릿(213)을 통해 핸들바(220)의 회전 각도 또는 거리를 확인함으로써 조절 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100:액추에이터 110:하우징
111:입구 112:탄성부재
120:샤프트 121:피니언
130:피스톤 131:베이스부
132:쿼드링 133:포지션링
134:랙부 135:랙
136:가이드홈 137:가이드
138:경계홈 139:경사면
200:밸브부 210:몸체
211:유입구 212:배출구
213:슬릿 214:메인바디
215:서브바디 220:핸들바
221:핸들 230:스템
240:디스크.

Claims (9)

  1. 하우징(110), 상기 하우징(110)에 내장된 피스톤(130)이 구비된 로터리 액추에이터에 있어서,
    상기 피스톤(130)은 둘레를 따라 장착된 기밀부재에 의해 하우징(110)의 내면과 기밀을 유지하도록 배치된 베이스부(131)와, 상기 피스톤(130)의 이동방향인 가로방향으로 상기 베이스부(131)에서 연장되고, 가로방향과 교차하는 세로방향에 대해 베이스부(131)의 단면보다 더 작은 단면을 가지며, 세로방향에 대해 일면에 랙(135)이 형성되면서 타면에 하우징(110) 내면과 접촉하도록 장착된 다수의 가이드(137)를 구비한 랙부(134)를 포함하고,
    상기 가이드(137)는 세로방향으로 적어도 2개가 배치되고, 세로방향에 대해 상기 가이드(137)들 간의 이격 거리는 상기 가이드(137)의 세로방향 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 로터리 액추에이터.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가이드(137)는 가로방향에 대해 적어도 2개가 배치되고, 가로방향에 대해 상기 가이드(137)들 간의 이격 거리는 상기 가이드(137)의 가로방향 길이보다 더 긴 것을 특징으로 하는 로터리 액추에이터.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 가이드(137)의 단면 형상은 4변과 4모서리가 연속된 물결모양이거나, 단면이 원형일 수도 있거나, 삼각, 오각 내지 팔각형 또는 이외의 다각형이거나, 가로부와 세로부가 일정 각도로 상호 교차되고, 교차부위 또는 모서리부위가 각지거나 적어도 하나가 곡면이 형성되며, 가로부와 세로부가 동일한 길이 또는 다른 길이를 갖는 교차형인 것을 특징으로 하는 로터리 액추에이터.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 랙부(134)에는 가이드(137)가 끼워져 고정되고, 단면형상이 원형 또는 상기 가이드(137)의 형상으로 형성된 가이드홈(136)이 구비된 것을 특징으로 하는 로터리 액추에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 랙(135)은 상기 가로방향에 대해 상기 랙부(134)의 중심부위에 형성된 경계홈(138)을 중심으로 양측에 각각 형성되고, 상기 경계홈(138)측 일면은 수직으로 형성되고, 반대측면은 내향으로 일정 각도(θ)로 경사져 형성된 것을 특징으로 하는 로터리 액추에이터.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징(110)의 중앙 부위에 배치되면서 피니언(121)이 형성된 샤프트(120)를 더 구비하고,
    상기 피니언(121)은 한 쌍의 상기 피스톤(130)에 각각 형성된 랙(135)들이 맞물리도록 구분하여 배치된 것을 특징으로 하는 로터리 액추에이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 랙부(134)에서 상기 베이스부(131)와 인접한 부위는 일정 두께(t)와 너비(w)를 가지고, 상기 너비(w)는 상기 랙(135)이 대면하도록 한 쌍의 피스톤(130)이 배치된 상태에서 이웃한 상기 랙부(134)를 미접촉하는 길이를 가지며, 상기 두께(t)는 상기 하우징(110)에 중앙 부위에 배치된 샤프트(120)와 미접촉하는 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 로터리 액추에이터.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 로터리 액추에이터(100);와
    유체의 유동 경로 상에 배치되는 유입구(211)와 배출구(212)를 구비한 몸체(210)와, 상기 유입구(211)를 개폐하도록 몸체(210)에 내장되면서 상기 로터리 액추에이터(100)에 의해 동작하도록 연계 설치된 디스크(240)를 구비한 밸브부(200);를 포함하는 로터리 액추에이터를 구비한 로터리 밸브.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 로터리 액추에이터(100)에 장착된 샤프트(120)의 자전에 의해 축회전하도록 연계설치된 핸들바(220)와, 상기 핸들바(220)의 축회전에 의해 자전하도록 일측부가 핸들바(220)에 장착된 스템(230)을 더 구비하고,
    상기 스템(230)의 일측부에 장착된 디스크(240)가 상기 스템(230)의 자전에 의해 회전하면서 상기 유입구(211)를 개폐하도록 설치된 로터리 액추에이터를 구비한 로터리 밸브.
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