KR20180071261A - 유체 제어 밸브 - Google Patents

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KR20180071261A
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pressure
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KR1020187010472A
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Inventor
히로스케 야마다
켄지 시시도
Original Assignee
에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

유체압 액추에이터의 압력실로부터의 배기를 인출하여 재이용하는 데에 적합한 구조를 갖는 유체 제어 밸브를 제공한다. 유체 제어 밸브는 제 1 포트(11)와 제 2 포트(12) 사이를 연결 통과시키는 급기 유로(14)와, 제 2 포트(12)와 제 3 포트(13) 사이를 연결 통과시키는 배기 유로(15)와, 급기 유로(15)에 설치되는 제 1 체크 밸브(20)와, 배기 유로(15)에 설치되는 제 2 체크 밸브(21)와, 제 2 포트(12)로부터 제 3 포트(13)로의 연결 통과를 개폐하는 밸브체(30)와, 밸브체(30)가 그 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입된 밸브 구멍(22)을 갖고, 배기 유로(15)는 밸브 구멍(22)과 밸브체(30) 사이에 형성된 간극(15b)에 의해 형성되고, 밸브체(30)에는 제 1 포트(11)의 유체압을 밸브체(30)의 폐쇄 방향으로 작용시키는 제 1 수압면과, 제 2 포트(12)의 유체압을 밸브체(30)의 개방 방향으로 작용시키는 제 2 수압면이 형성되어 있다.

Description

유체 제어 밸브
본 발명은 유체 제어 밸브, 예를 들면 유체압원에 연결된 스위칭 밸브와 제 1 및 제 2 압력실을 구비한 복동식 실린더 사이에 배치하기 위한 유체 제어 밸브에 관한 것이다.
피스톤으로 구획된 양쪽의 압력실에 급배기 포트를 각각 설치하고, 유체압원에 연결된 전자 밸브를 스위칭하는 등 하여 급배기 포트를 서로 유체압원에 접속함으로써 피스톤을 유체압으로 왕복 운동시키는 복동식의 유체압 실린더는 종래로부터 일반적으로 알려져 있다.
그런데 이러한 복동식의 유체압 실린더에 있어서는 통상 피스톤을 유체압으로 왕복 운동시켰을 때 배기측의 압력실에 충전된 압축 유체는 피스톤의 이동에 따르는 압력실의 축소에 따라 대기로 배출되어버린다.
그러나 에너지 절약의 관점에서 보면 그러한 유체압 액추에이터의 동작에 따라 압력실로부터 배출되는 압축 공기는 가능한 한 재이용하는 것이 바람직하다.
그래서 특허문헌 1에 있어서는 복동식 실린더의 로드를 진출시키는 데에 있어서 로드측 압력실의 배기를 헤드측 압력실로 환류시켜서 재이용하는 공기압 실린더 장치가 제안되어 있지만, 공압원에 연결되는 스위칭 밸브로서 상기 실린더에 대하여 압축 공기를 급배하는 기능과 배기를 환류시키는 기능을 겸비한 4포트 2위치 스위칭 밸브를 사용하고 있다.
일본 특허공개 평 8-42511호 공보
본 발명의 과제는 유체압 액추에이터의 압력실에 접속함으로써 상기 압력실로부터의 배기를 인출하여 재이용하는 데에 적합한 구조를 갖는 유체 제어 밸브를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서 본 발명에 의한 유체 제어 밸브는 유체압원에 연결된 스위칭 밸브와 헤드측의 제 1 및 압력실 및 로드측의 제 2 압력실을 구비한 복동식의 유체압 실린더 사이에 배치하기 위한 것이며, 상기 스위칭 밸브의 스위칭에 의한 유체압 실린더의 구동에 따라 유체압 실린더의 상기 제 2 압력실로부터 배출되는 압축 유체를 상기 제 1 압력실로 환류시키기 위한 유체 제어 밸브로서, 상기 스위칭 밸브에 접속하기 위한 제 1 포트와, 상기 2 압력실에 접속하기 위한 제 2 포트와, 상기 1 압력실에 접속하기 위한 제 3 포트와, 상기 제 1 포트와 제 2 포트 사이를 연결 통과시키는 급기 유로와, 상기 제 2 포트와 제 3 포트 사이를 연결 통과시키는 배기 유로와, 상기 급기 유로에 설치되어 압축 유체가 상기 제 1 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 2 포트측으로부터 제 1 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 1 체크 밸브와, 상기 배기 유로에 설치되어 압축 유체가 상기 제 2 포트측으로부터 제 3 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 3 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 2 체크 밸브와, 상기 제 2 포트로부터 상기 제 3 포트로의 연결 통과를 개폐하는 밸브체와, 상기 밸브체가 그 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입된 밸브 구멍을 갖고 있으며, 상기 배기 유로는 상기 밸브 구멍과 상기 밸브체 사이에 형성된 간극에 의해 형성되고, 상기 밸브체에는 상기 제 1 포트의 유체압을 상기 밸브체의 폐쇄 방향으로 작용시키는 제 1 수압면과, 상기 제 2 포트의 유체압을 상기 밸브체의 개방 방향으로 작용시키는 제 2 수압면이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 유체 제어 밸브는 압축 유체가 통과하는 제 1 포트, 제 2 포트, 및 제 3 포트와, 상기 제 1 포트와 제 2 포트 사이를 연결 통과시키는 급기 유로와, 상기 제 2 포트와 제 3 포트 사이를 연결 통과시키는 배기 유로와, 상기 급기 유로에 설치되어 상기 압축 유체가 상기 제 1 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 2 포트측으로부터 제 1 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 1 체크 밸브와, 상기 배기 유로에 설치되어 상기 압축 유체가 상기 제 2 포트측으로부터 제 3 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 3 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 2 체크 밸브와, 상기 제 2 포트로부터 상기 제 3 포트로의 연결 통과를 개폐하는 밸브체와, 상기 밸브체를 개폐하는 개폐 조작부를 갖고, 상기 개폐 조작부가 상기 밸브체에 설치되어 상기 제 1 포트의 유체압을 상기 밸브체의 폐쇄 방향으로 작용시키는 제 1 수압면과 동일하게 상기 밸브체에 설치되어 상기 제 2 포트의 유체압을 상기 밸브체의 개방 방향으로 작용시키는 제 2 수압면을 갖고 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우에 있어서 상기 유체 제어 밸브는 상기 밸브체가 그 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입된 삽입 통과 구멍을 갖고 있고, 상기 배기 유로가 상기 밸브 구멍과 상기 밸브체 사이에 형성된 간극에 의해 형성되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 이 경우에 있어서 상기 밸브체는 단면이 대략 원형인 로드상으로 형성되어 있고, 그 축 방향의 양단에 기단측의 제 1 단과 선단측의 제 2 단을 각각 갖고 있으며, 상기 제 1 단측의 샤프트부와, 상기 샤프트부의 상기 제 2 단측에 연접된 밸브부에 의해 형성되고, 상기 밸브부에 상기 제 2 수압면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이때 상기 밸브체의 샤프트부가 피스톤을 갖고 있고, 그 상기 제 1 단측에 위치하는 상기 제 1 수압면에 의해 구획된 피스톤 압력실에 상기 제 1 포트로부터의 압축 유체를 공급하는 파일럿 유로가 접속되어 있는 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 밸브부는 상기 샤프트부에 연접된 대경부와 상기 대경부의 상기 제 2 단측에 연접되어 상기 대경부보다 최대 지름이 작은 소경부에 의해 구성되어 있고, 상기 대경부와 소경부 사이에 실링 부재를 갖고, 상기 밸브 구멍에는 상기 제 2 포트와 배기 유로 사이에 상기 밸브부의 소경부가 삽입되는 스로틀부가 형성되어 있고, 상기 스로틀부에는 상기 실링 부재를 접리시키는 밸브 시트가 형성되어 있는 것이 바람직하다.
이때 상기 유체 제어 밸브는 상기 밸브부의 개방 시에 상기 제 2 포트로부터 상기 배출 유로로 유입되는 배기의 유량을 조절하기 위한 유량 조절부를 갖고 있으며, 상기 유량 조절부가 상기 밸브체의 샤프트부 주위에 나선상으로 배치된 경사 캠 면과, 동일하게 상기 밸브체의 샤프트부의 주위에 배치되어 상기 밸브부가 개방되었을 때에 상기 경사 캠 면에 접촉해서 상기 밸브체의 제 1 단 방향으로의 이동을 저지하는 스토퍼편을 갖고, 상기 경사 캠 면과 스토퍼편은 상기 밸브체의 축 둘레로 상대적으로 회동 가능하게 되어 있으며, 상기 밸브부의 소경부는 상기 제 2 단을 향해서 서서히 지름이 소경화되는 테이퍼상으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
그리고 상기 밸브체의 샤프트부가 피스톤을 갖고 있고, 그 상기 제 1 단측에 위치하는 상기 제 1 수압면에 의해 구획된 피스톤 압력실에 상기 제 1 포트로부터의 압축 유체를 공급하는 파일럿 유로가 접속되고, 상기 경사 캠 면이 상기 피스톤의 제 1 단측에 있어서 상기 피스톤에 대향시켜서 설치되고, 상기 밸브체가 상기 밸브 구멍에 대하여 둘레 방향으로 회동 가능하게 삽입되어 있고, 상기 스토퍼편이 상기 샤프트부의 외주로부터 상기 피스톤 압력실 내로 돌출되어 있는 것이 더 바람직하다.
(발명의 효과)
본 발명에 의하면 제 2 포트를 유체압 액추에이터의 압력실에 접속함으로써 제 1 포트로부터 제 2 포트를 통과해서 상기 압력실에 압축 유체를 공급할 수 있고, 또한 상기 압력실로부터의 배기를 제 2 포트를 통과해서 제 3 포트로부터 인출하여 재이용에 제공할 수 있다. 예를 들면, 제 2 포트를 복동식의 유체 실린더의 로드측의 압력실에 접속하고, 제 3 포트를 헤드측의 압력실에 접속함으로써 로드의 진출 시에 로드측의 압력실로부터의 배기를 헤드측의 압력실로 환류시켜서 압축 유체의 소비를 억제하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 유량 제어 밸브의 밸브체를 개방한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타내어지는 밸브부 부근의 확대도이다.
도 3은 본 발명의 유량 제어 밸브의 밸브체를 폐쇄한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 유량 조절부 및 그 주변의 구조를 나타내는 정면도이다.
도 5는 본 발명의 유체 제어 밸브를 사용해서 복동식의 유체압 실린더를 제어하는 제어 회로의 일례를 나타내는 회로도이다.
도 6은 헤드측 압력실로부터 로드측 압력실로 압축 유체를 환류할 때의 각 압력실의 유체압과 피스톤의 스트로크량의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 의한 유체 제어 밸브의 일실시형태에 대해서 도면을 사용하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 유체 제어 밸브는 유체압 액추에이터의 압력실에 접속함으로써 상기 압력실로부터의 배기를 인출하여 재이용하는 데에 사용되는 것이다. 그래서 여기에서는 본 발명의 일실시형태에 의한 유체 제어 밸브(10)를 도 5에 나타내는 바와 같이 피스톤(1c)과 로드(1d)를 갖는 복동식의 유체압 실린더(1)에 접속하고, 피스톤(1c)의 진출 시에 이 유체압 실린더(1)의 로드측의 제 2 압력실(1b)로부터 배출되는 배기를 헤드측의 제 1 압력실(1a)로 환류시켜서 재이용하는 경우를 예로 들어서 설명하는 것으로 한다.
도 1~도 5에 나타내는 바와 같이 이 유체 제어 밸브(10)는 스위칭 밸브(3)에 접속하기 위한 제 1 포트(11)와, 제 2 압력실(1b)에 접속하기 위한 제 2 포트(12)와, 제 1 압력실(1a)에 접속하기 위한 제 3 포트(13)와, 제 1 포트(11)와 제 2 포트(12) 사이를 연결 통과시키는 급기 유로(14)와, 제 2 포트(12)와 제 3 포트(13) 사이를 연결 통과시키는 배기 유로(15)를 갖고 있다.
이들의 제 1~제 3 포트(11~13), 급기 유로(14), 및 배기 유로(15)는 밸브 하우징(50) 내에 형성되어 있다. 이 밸브 하우징(50)은 축(L)(도 1, 도 3에 있어서의 상하 방향으로 연장되는 축이며, 상측을 제 1 단측, 하측을 제 2 단측으로 한다)을 갖는 통상의 간부(幹部)(51a)와, 이 간부(51a)의 측벽으로부터 연장되어 있는 통상의 제 1 및 제 2 지부(枝部)(51b, 51c)로 이루어지는 메인 블록(51)을 갖고 있다. 또한, 밸브 하우징(50)은 제 1 지부(51b)에 대해서 기밀하게 외감되어 상기 제 1 포트(11)를 갖는 제 1 포트 블록(52)과, 간부(51a)의 제 2 단측에 대해서 기밀하게 외감되어 상기 제 2 포트(12)를 갖는 제 2 포트 블록(53)을 갖고 있다. 또한, 상기 제 3 포트(13)는 상기 제 2 지부(51c)에 설치되어 있다. 또한, 간부(51a)의 제 1 단측에는 엔드 캡(54)이 축(L)을 중심으로 하여 회전 가능하게 설치되어 있다.
상기 급기 유로(14)는 제 1 포트 블록(52) 내를 관통하는 제 1 급기 유로(14a)와, 제 1 지부(51b)를 관통하는 제 2 급기 유로(14b)와, 간부(51a)의 제 2 단측에 형성되는 제 3 급기 유로(14c)로 형성되어 있다. 또한, 제 3 급기 유로(14c)에는 유체압원(2)으로부터 공급되는 압축 유체에 대해서 제 1 포트(11)측으로부터 제 2 포트(12)측으로 흐르는 것을 허용하고, 제 2 포트(12)측으로부터 제 1 포트(11)측으로 흐르는 것을 저지하는 제 1 체크 밸브(20)가 설치되어 있다.
한편, 상기 배기 유로(15)는 제 2 지부(51c) 내를 관통하는 제 1 배기 유로(15a)와, 후술하는 로드 삽입 통과 구멍(22)의 제 2 단측에 형성되는 제 2 배기 유로(15b)로 형성되어 있다. 또한, 제 2 배기 유로(15b)에는 제 2 포트(12)측으로부터 제 3 포트(13)측으로 흐르는 것을 허용하고, 제 3 포트(13)측으로부터 제 2 포트(12)측으로 흐르는 것을 저지하는 제 2 체크 밸브(21)가 설치되어 있다.
상기 간부(51a)의 내부에는 이 간부(51a)의 내주벽(51d)에 의해 구획되고, 이 간부(51a)를 길이 방향(축선(L) 방향)으로 관통하는 밸브 구멍으로서의 로드 삽입 통과 구멍(22)과, 이 로드 삽입 통과 구멍(22) 내를 축선(L) 방향으로 슬라이딩 가능한 밸브체(30)가 설치되어 있다. 이 밸브체(30)는 상기 제 2 포트(12)로부터 배기 유로(15b)로의 연결 통과, 즉 제 2 포트(12)로부터 제 3 포트(13)로의 연결 통과를 개폐하기 위한 것이며, 상기 로드 삽입 통과 구멍(22) 내를 축선(L) 둘레로 회동 가능한 단면이 대략 원형인 로드상으로 형성되어 있다. 또한, 이 밸브체(30)는 그 축선(L) 방향의 제 1 단측, 즉 기단측에 형성된 샤프트부(32)와, 제 2 단측, 즉 선단측에 형성된 밸브부(31)로 구성되어 있다. 그리고 샤프트부(32)에는 상기 제 1 포트(11)의 유체압을 밸브체(30)의 폐쇄 방향(제 2 단 방향)으로 작용시키는 제 1 수압면이 형성되고, 밸브부(31)에는 상기 제 2 포트(12)의 유체압을 밸브체(30)의 개방 방향(제 1 단 방향)으로 작용시키는 제 2 수압면이 형성되어 있다. 이때 밸브체(30)의 개폐 시에 관계없이 통상 상기 제 1 수압면의 축선(L) 방향의 수압 면적은 상기 제 2 수압면에 있어서의 축선(L) 방향의 수압 면적보다 크게 형성되어 있다.
상기 로드 삽입 통과 구멍(22)은 제 1 단측에 형성되어 상기 샤프트부(32)를 삽입 통과하는 샤프트 삽입부(22a)와, 제 2 단측에 형성되어 상기 밸브부(31)를 삽입 통과하는 밸브 삽입부(22b)로 구성되어 있으며, 이들 샤프트 삽입부(22a)와 밸브 삽입부(22b)는 양자간을 구획하는 구획벽(23)에 설치된 실링 부재(60)에 의해 기밀하게 구획되어 있다. 그리고 이 밸브 삽입부(22b)는 그 구멍 지름이 상기 밸브부(31)의 최대 지름(후술하는 대경부(33)의 지름)보다 커지도록 형성되어 있고, 이 밸브 삽입부(22b)의 내주벽(51d)과 밸브부(31)의 외주면(즉, 대경부(33)의 외주면) 사이에 형성된 간극에 의해 상기 제 2 배기 유로(15b)가 구성되어 있다.
상기 간부(51a)의 제 2 단측의 외주면에는 홈(57)이 형성되어 있으며, 이 홈(57)에 상기 제 1 체크 밸브(20)가 부착되어 있다. 또한, 상기 로드 삽입 통과 구멍(22)의 밸브 삽입부(22b)에 있어서의 상기 제 2 체크 밸브(21)보다 제 2 단측(즉, 제 2 포트(12)측)의 위치에는 내주벽(51d)으로부터 내측 방향(지름 방향)으로 환상의 돌출부(48)가 돌출되어 있다. 그리고 이 돌출부(48)의 제 1 단측을 향하는 면에 의해 상기 밸브부(31)가 접리하는 밸브 시트(44)가 형성되어 있으며, 또한 이 돌출부(48)의 내주에 의해 후술하는 밸브부(31)의 소경부(34)를 삽입 통과하는 것이 가능한 스로틀부(46)가 형성되어 있다.
한편, 상기 밸브부(31)는 상기 샤프트부(32)에 연접된 원기둥상의 대경부(33)와, 대경부(33)의 제 2 단측에 연접되어 이 대경부(33)보다 최대 지름이 작은 소경부(34)에 의해 구성되어 있다. 이 대경부(33)의 외주면에는 홈(58)이 형성되어 있으며, 이 홈(58)에 상술한 제 2 체크 밸브(21)가 부착되어 있다. 또한, 소경부(34)는 제 2 단을 향해서 서서히 지름이 소경화되는 테이퍼상으로 형성되어 있으며, 그 선단에 밸브체(30)의 축선(L) 방향을 법선 방향으로 하는 선단면(36a)이 형성되어 있다. 또한, 대경부(33)와 소경부(34)의 경계인 연접부에는 단차부를 이루는 홈(36b)이 형성되고, 이 홈(36b)에 실링 부재(35)가 부착되어 있다.
이 실링 부재(35)는 밸브체(30)를 제 2 단측으로 이동시킨 상태로 밸브 시트(44)에 접촉되고, 밸브체(30)를 제 1 단측으로 이동시킨 상태로 밸브 시트(44)로부터 멀어지도록 밸브부(31)에 배치되어 있다. 이 때문에 실링 부재(35)와 밸브 시트(44)가 접촉한 상태와 이간한 상태, 즉 밸브부(31)의 폐쇄 상태와 개방 상태에서는 밸브부(31)의 개방 상태인 편이 밸브부(31)의 상기 제 2 수압면에 있어서 유체압이 제 1 단 방향으로 작용하는 면적(수압 면적)이 커진다. 그 결과 밸브체(30)에 작용하는 제 1 단 방향의 바이어싱력이 커지고, 밸브부(31)가 개방하고 나서의 응답성이 향상한다.
한편, 샤프트부(32)는 상기 대경부(33)의 제 1 단측에 연접되고, 이 대경부(33)보다 큰 직경으로 형성된 동체부(38)와, 동체부(38)의 제 1 단측에 연접되고, 간부(51a)의 제 1 단측의 개구로부터 돌출된 축부(39)로 구성되어 있다. 이 동체부(38)에는 외주에 실링 부재(62)를 갖는 피스톤(37)이 설치되어 있고, 이 피스톤(37)에 의해 상술한 로드 삽입 구멍(22)의 샤프트 삽입부(22a)가 제 1 단측의 제 1 구획실(70a)과 제 2 단측의 제 2 구획실(70b)로 구획되어 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서는 상기 피스톤(37)의 실링 부재(62)는 제 2 구획실(70b)측으로부터 제 1 구획실(70a)측으로의 유체의 흐름은 허용하지만, 제 1 구획실(70a)측으로부터 제 2 구획실(70b)측으로의 유체의 흐름은 저지하는 체크 밸브에 의해 구성되어 있다. 이렇게 상기 제 1 구획실(70a)은 상기 피스톤(37)을 제 2 단 방향으로 구동하기 위한 피스톤 압력실을 형성하고 있으며, 그 한편 상기 제 2 구획실(70b)은 대기로 개방되어 있다.
상기 축부(39)는 상기 엔드 캡(54)의 부착 구멍(59)에 감합되어 있고, 엔드 캡(54)은 축부(39)에 대하여 축선(L) 둘레로 고정적으로 설치되어 있다. 즉, 엔드 캡(54)을 축선(L) 둘레로 회전시키면 축부(39)도 동시에 회전하도록 되어 있다.
상기 샤프트 삽입부(22a)에 있어서의 상기 피스톤(37)보다 제 1 단측의 위치에는 환상의 스테이터(41)(나선상으로 경사지는 캠 면(41a)을 갖는 캠 링)가 감합에 의해 고정되어 있으며, 상기 밸브체(30)의 샤프트부(32)가 이 스테이터(41)에 대해서 축선(L) 방향으로 슬라이딩 가능하며, 또한 축선(L) 둘레로 회동 가능하게 내삽되어 있다. 이 스테이터(41)의 제 2 단측의 면에는 도 4에 나타내는 바와 같이 상기 피스톤(37)에 대향하고, 상기 축선(L)을 중심으로 하여 나선상으로 배치된 경사 캠 면(41a)이 샤프트부(32)의 주위에 형성되어 있다. 한편, 상기 샤프트부(32)에 있어서의 동체부(38)의 외주벽으로부터는 이 피스톤(37)의 제 1 단측의 면(37a)으로부터 스테이터(41)측으로 연장되는 스토퍼편(43)이 돌출되어 있다.
그리고 상기 엔드 캡(54)을 회동시키면 스테이터(41)가 간부(51a)에 고정되어 있는 상태로 동체부(38)가 엔드 캡(54)과 함께 회동한다. 그 때문에 동체부(38)에 돌출되어 있는 스토퍼편(43)은 스테이터(41)에 대해서 축선(L) 둘레로 회동한다. 이때 스테이터(41)의 경사 캠 면(41a)은 나선상으로 배치되어서 경사면을 형성하고 있기 때문에 엔드 캡(54)의 회동 위치를 조절함으로써 경사 캠 면(41a) 에 대한 스토퍼편(43)의 접촉 위치, 즉 상기 피스톤(37)의 제 1 단 방향으로의 스트로크량을 조절할 수 있다. 그 결과, 밸브체(30)가 제 1 단측의 개방 위치로 이동했을 때에 있어서의 상기 스로틀부(46)의 스로틀량, 즉 제 2 포트(12)로부터 스로틀부(46)를 통과해 배기 유로(15)로 흐르는 유체의 유량을 조절할 수 있다. 이렇게 상기 경사 캠 면(41a)과 스토퍼편(43)은 본 발명에 있어서의 유량 조절부(47)를 구성하고 있다.
또한, 상기 샤프트 삽입부(22a)에는 스테이터(41)의 제 1 단측에 인접해서 환상의 캡 부재(42)가 기밀하게 감합되어 있으며, 상기 밸브체(30)의 샤프트부(32)가 이 캡 부재(42)에 대하여 기밀하게 축선(L) 방향으로 슬라이딩 가능하며, 또한 축선(L) 둘레로 회동 가능하게 내삽되어 있다.
상기 제 1 구획실(70a)과 제 2 급기 유로(14b) 사이에는 제 1 포트(11)로부터의 압축 유체를 공급하는 파일럿 유로(71)가 접속되어 있다. 그 때문에 제 1 포트(11)에 공급되는 압축 유체는 급기 유로(14)를 통해 제 2 포트(12)에 유통될 때에 그 일부가 파일럿 유로(71)를 통해 제 1 구획실(70a)에 공급된다. 그리고 제 1 구획실(70a)에 공급된 압축 유체의 유체압이 상기 피스톤(37)의 제 1 단측에 위치하는 상기 제 1 수압면에 작용함으로써 피스톤(37)이 제 2 단 방향, 즉 밸브체(30)를 폐쇄하는 방향으로 이동한다.
한편, 상기 제 2 구획실(70b)에는 이 피스톤(37)에 대하여 제 1 단 방향(즉, 밸브체(30)의 개방 방향)의 바이어싱력을 부여하는 압축 스프링(25)이 설치되어 있다. 이 압축 스프링(25)은 샤프트 삽입부(22a)와 밸브 삽입부(22b)의 연접 부분(즉, 상기 구획벽(23))에 부착되어 있는 스프링 받이부(24)와 피스톤(37)의 제 2 단측의 면(37b) 사이에 축설되어 있다.
이렇게 상기 샤프트부(32)의 제 1 수압면, 상기 밸브부(31)의 제 2 수압면, 및 이 압축 스프링(25)은 본 발명에 있어서의 개폐 조작부를 구성하고 있다.
여기에서 상기 압축 스프링(25)의 탄성 계수는 적용하는 압축 유체의 압력이나 접속하는 유체압 액추에이터의 필요한 특성 등에 의거하여 적당하게 결정되어야 할 것이다. 단, 상기 밸브부(31)가 착좌해서 폐쇄된 상태에 있어서 압축 스프링(25)과 제 2 수압면에 작용하는 유체압에 의한 제 1 단 방향으로의 바이어싱력의 합이 제 1 수압면에 작용하는 유체압에 의한 제 2 단 방향으로의 바이어싱력보다 작아지도록 설정되어 있다.
또한, 이 압축 스프링(25)은 반드시 설치할 필요성은 없으며, 그것을 생략하고, 상기 제 2 수압면에 작용하는 제 2 포트(12)의 유체압에 의해서만 상기 밸브체(30)를 개방 방향으로 동작시키는 것도 가능하다.
이어서, 도 5와 같이 상기 유체 제어 밸브(10)를 피스톤(1c)과 로드(1d)를 갖는 복동식의 유체압 실린더(1)에 접속함으로써 피스톤(1c)의 진출 시에 이 유체압 실린더(1)의 로드측의 제 2 압력실(1b)로부터 배출되는 배기를 헤드측의 제 1 압력실(1a)로 환류시키는 경우에 있어서의 상기 복유체 제어 밸브(10)의 구체적인 동작에 대하여 설명한다.
여기에서는 상기 유체 제어 밸브(10)는 유체압원(2)에 연결된 스위칭 밸브(3)와 헤드측의 제 1 압력실(1a) 및 로드측의 제 2 압력실(1b)을 갖는 유체압 실린더(1) 사이에 접속되어 있다. 그리고 이 스위칭 밸브(3)와 유체압 실린더(1) 사이에는 스위칭 밸브(3)와 유체 제어 밸브(10)의 제 1 포트(11)를 접속하는 제 1 유로(4a)와, 제 2 압력실(1b)과 유체 제어 밸브(10)의 제 2 포트(12)를 접속하는 제 2 유로(4b)와, 제 1 압력실(1a)과 스위칭 밸브(3)를 접속하는 제 3 유로(4c)와, 이 제 3 유로(4c)와 유체 제어 밸브(10)의 제 3 포트를 접속하는 제 4 유로(4d)가 설치되어 있다. 또한, 제 3 유로(4c)와 제 4 유로(4d)의 접속부와 제 1 압력실(1a) 사이의 제 3 유로(4c)에는 제 1 압력실(1a)로부터 배출되는 압축 유체의 유량을 조절하기 위한 미터 아웃 제어식의 스로틀 밸브(5)가 설치되어 있다.
상기 스위칭 밸브(3)는 제 2 압력실(1b)에 유체압원(2)으로부터의 압축 유체를 공급하는 제 1 위치 또는 제 1 압력실(1a)에 유체압원(2)으로부터의 압축 유체를 공급하는 제 2 위치에 선택적으로 스위칭할 수 있다.
그래서 우선 스위칭 밸브(3)를 상기 제 1 위치로 스위칭한 경우, 즉 유체압 실린더(1)의 로드(1d)를 후퇴시킨 경우에 대하여 설명한다.
유체압원(2)으로부터 공급되는 압축 유체는 제 1 유로(4a)를 통과해서 상술한 유체 제어 밸브(10)의 제 1 포트(11)에 공급된다. 제 1 포트(11)에 공급된 압축 유체는 상기 제 1 급기 유로(14a), 제 2 급기 유로(14b)를 순차적으로 흐르고, 그 일부가 상술한 파일럿 유로(71)에 공급됨과 아울러, 그 나머지가 상기 제 3 급기 유로(14c)에 공급된다. 제 3 급기 유로(14c)에 공급된 압축 유체는 상기 제 1 체크 밸브(20)를 통과해 제 2 포트(12)로부터 출력되어서 유체압 실린더(1)의 제 2 압력실(1b)에 공급된다. 그 한편, 유체압 실린더(1)의 제 1 압력실(1b)의 압축 공기는 스로틀 밸브(5) 및 스위칭 밸브(3)를 통해 대기로 방출된다.
그리고 파일럿 유로(71)에 유입한 압축 유체는 상술한 피스톤 압력실로서의 제 1 구획실(70a)에 공급된다. 이때 제 1 구획실(70a)에 공급되어 있는 압축 유체의 압력과 제 2 포트(12)로부터 출력되어 있는 압축 유체의 유체압은 실질적으로 동일하다. 그러나 수압 면적의 차에 의해 샤프트부(32)의 제 1 수압면에 작용하는 유체압에 의한 제 2 단 방향(밸브체(30)의 폐쇄 방향)으로의 바이어싱력보다 밸브부(31)의 제 2 수압면에 작용하는 유체압에 의한 제 1 단 방향(밸브체(30)의 개방 방향)으로의 바이어싱력 쪽이 작아져 있다. 게다가 이들 유체압에 의한 바이어싱력의 차가 상기 밸브부(31)가 착좌해서 폐쇄된 상태 있어서의 상기 압축 스프링(25)에 의한 제 1 단 방향으로의 바이어싱력보다 항상 커지도록 설정되어 있다. 그 때문에 도 3에 나타내는 바와 같이 밸브체(30)는 밸브 시트(44)에 착좌한 상태로 상기 제 2 포트(12)와 배기 유로(15) 사이의 연결 통과, 즉 제 2 포트(12)로부터 제 3 포트(13)로의 연결 통과는 폐쇄되어 있다.
이어서, 도 5에 나타내는 바와 같이 스위칭 밸브(3)를 상기 제 2 위치로 스위칭한 경우, 즉 유체압 실린더(1)의 로드(1d)를 진출시킬 경우에 대하여 설명한다.
이 경우에는 제 1 유로(4a)는 스위칭 밸브(3)를 통해 대기로 개방되기 때문에 상기 유체 제어 밸브(10)에 있어서의 제 1 포트(11)로부터 제 1 체크 밸브(20)까지의 급기 유로(14), 파일럿 유로(71), 및 제 1 구획실(70a)도 마찬가지로 대기로 개방된다. 그것에 대하여 제 1 체크 밸브(20)로부터 유체압 실린더(1)의 제 2 압력실(1b)까지의 압축 유체는 상기 제 1 체크 밸브(20)에 의해 제 1 포트(11)측으로 흐르는 것이 저지되고, 그 유체압이 상기 밸브부(31)의 제 2 수압면에 작용해 밸브체(30)를 개방 방향으로 바이어싱한다. 또한, 동시에 상기 압축 스프링(25)에 의해 밸브체(30)는 개방 방향으로 바이어싱되어 있다. 그 때문에 도 1에 나타내는 바와 같이 밸브체(30)는 밸브 시트(44)로부터 이간되어 상기 제 2 포트(12)와 배기 유로(15) 사이의 연결 통과, 즉 제 2 포트(12)로부터 제 3 포트(13)로의 연결 통과가 개방된다.
한편, 제 1 압력실(1a)은 유체압원(2)에 연결 통과되기 때문에 헤드측의 제 1 압력실(1a)에 압축 유체가 공급된다. 그렇게 하면 도 6에 나타내는 바와 같이 헤드측의 제 1 압력실(1a) 내의 압력은 소정값까지 급격하게 상승하고, 유체압 실린더(1)의 피스톤(1c)은 로드측(도 5에 있어서의 우측)으로 이동을 개시한다.
그리고 이 피스톤(1c)의 로드측으로의 이동에 따라 제 2 압력실(1b)의 체적이 감소하고, 제 2 압력실(1b) 내의 압력이 약간 상승하지만, 제 1 압력실(1a)측에 있어서의 피스톤(1c)의 수압 면적이 제 2 압력실(1b)측에 있어서의 피스톤(1c)의 수압 면적보다 로드(1d)의 횡단면의 면적만큼 크기 때문에 피스톤(1c)은 로드측으로 계속해서 이동한다. 이때 제 2 압력실(1b)로부터 배출된 압축 유체는 상기 배기 유로(15)로부터 제 3 포트(13)를 통해 제 4 유로(4d)로 유입되지만, 상술한 바와 같이 제 2 압력실(1b) 내로부터 배출되는 압축 유체의 압력은 제 1 압력실(1a) 내의 압력보다 약간 높기 때문에 제 4 유로(4d) 내의 압축 유체가 제 3 유로(4c)를 통과해서 제 1 압력실(1a)로 환류된다. 또한, 상기 로드(1d)의 진출 속도를 조정할 경우에는 상기 엔드 캡(54)을 돌려서 상기 스로틀부(46)의 스로틀량, 즉 스로틀부(46)를 통해 흐르는 제 2 압력실(1b)로부터의 배기의 유량을 조절하면 좋다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태의 유량 제어 밸브(10)는 제 2 포트(12)를 유체압 액추에이터인 유체압 실린더(1)의 제 2 압력실(1b)에 접속함으로써 제 1 포트(11)로부터 제 2 포트(12)를 통해 제 2 압력실(1b)로 압축 유체를 공급할 수 있고, 또한 이 제 2 압력실(1b)로부터의 배기를 제 2 포트(12)를 통해 제 3 포트(13)로부터 인출할 수 있다. 그 때문에 이 배기를 효율 좋게 재이용에 제공할 수 있다. 특히, 상술한 바와 같은 복동식의 유체압 실린더(1)에 있어서는 제 2 포트(12)를 제 2 압력실(1b)에 접속하고, 제 3 포트(13)를 제 1 압력실(1a)에 접속함으로써 로드(1d)의 진출 시에 제 2 압력실(1b)로부터의 배기를 제 1 압력실(1a)로 환류시켜서 압축 유체의 소비를 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 유체압 실린더(1)를 구동하는 압축 공기를 이용해서 밸브체(30)를 개폐하도록 구성했기 때문에 제조 비용이나 러닝 비용을 억제하는 것이 가능하다.
그리고 본 실시형태의 유량 제어 밸브(10)에 의하면 로드상의 밸브부(31)에 대경부(33)와 소경부(34)를 설치하고, 그들의 경계에 밸브 시트(44)에 접리시키는 실링 부재(35)를 배치했기 때문에 실링 부재(35)와 밸브 시트(44)가 접촉한 상태와 이간된 상태, 즉 밸브부(31)의 폐쇄 상태와 개방 상태에서는 후자 쪽이 밸브부(31)의 상기 제 2 수압면에 있어서 유체압이 제 1 단 방향으로 작용하는 면적(수압 면적)이 커진다. 그 결과, 밸브체(30)에 작용하는 제 1 단 방향의 바이어싱력이 커지고, 밸브부(31)가 개방하고 나서의 응답성이 향상한다.
또한, 본 실시형태의 유량 제어 밸브(10)에 있어서는 상기 밸브부(31)를 니들 밸브로 하고, 나선상으로 배치된 상기 스테이터(41)의 경사 캠 면(41a)과 그것에 접촉하는 스토퍼편(43)을 축선(L) 둘레로 상대적으로 회동 가능하게 했기 때문에 밸브체(30)를 회동시켜서 경사 캠 면(41a)과 스토퍼편(43)의 접촉 위치를 조절함으로써 상기 밸브체(30)를 개방했을 때의 스로틀부(46)에 있어서의 배기의 유량을 용이하게 제어할 수 있다.
이상, 본 발명에 의한 유량 제어 밸브(10)의 실시형태에 대해서 상세하게 설명해 왔지만, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 설계 변경이 가능하다. 예를 들면, 상술한 실시형태에서는 밸브부(31)를 니들 밸브로 했지만, 반드시 그것에 한정되는 것은 아니며, 포핏 밸브 등 다른 형태의 밸브이어도 좋다.
또한, 본실시형태에서는 경사 캠 면(41a)을 로드 밸브 구멍(22)에 대하여 고정하고, 그것에 접촉시키는 스토퍼편(43)을 밸브체(30)에 고정하고 있지만, 반대로 경사 캠 면(41a)을 밸브체(30)에 대하여 고정하고, 스토퍼편(43)을 로드 삽입 통과 구멍에 고정해도 좋다.
1: 유체압 실린더 1a: 제 1 압력실
1b: 제 2 압력실 2: 유체압원
3: 스위칭 밸브 10: 유체 제어 밸브
11: 제 1 포트 12: 제 2 포트
13: 제 3 포트 14: 급기 유로
15: 배기 유로 15b: 제 2 배기 유로(간극)
20: 제 1 체크 밸브 21: 제 2 체크 밸브
22: 로드 삽입 통과 구멍 (밸브 구멍) 30: 밸브체
31: 밸브부 32: 샤프트부
33: 대경부 34: 소경부
35: 실링 부재 37: 피스톤
41: 스테이터 41a: 경사 캠 면
43: 스토퍼편 44: 밸브 시트
46: 스로틀부 47: 유량 조절부
70a: 제 1 구획실(피스톤 압력실) 71: 파일럿 유로

Claims (8)

  1. 유체압원에 연결된 스위칭 밸브와 헤드측의 제 1 압력실 및 로드측의 제 2 압력실을 구비한 복동식의 유체압 실린더 사이에 배치하기 위한 것이며, 상기 스위칭 밸브의 스위칭에 의한 유체압 실린더의 구동에 따라 유체압 실린더의 상기 제 2 압력실로부터 배출되는 압축 유체를 상기 제 1 압력실로 환류시키기 위한 유체 제어 밸브로서,
    상기 스위칭 밸브에 접속하기 위한 제 1 포트와,
    상기 2 압력실에 접속하기 위한 제 2 포트와,
    상기 1 압력실에 접속하기 위한 제 3 포트와,
    상기 제 1 포트와 제 2 포트 사이를 연결 통과시키는 급기 유로와,
    상기 제 2 포트와 제 3 포트 사이를 연결 통과시키는 배기 유로와,
    상기 급기 유로에 설치되어 압축 유체가 상기 제 1 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 2 포트측으로부터 제 1 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 1 체크 밸브와,
    상기 배기 유로에 설치되어 압축 유체가 상기 제 2 포트측으로부터 제 3 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 3 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 2 체크 밸브와,
    상기 제 2 포트로부터 상기 제 3 포트로의 연결 통과를 개폐하는 밸브체와,
    상기 밸브체가 그 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입된 밸브 구멍을 갖고 있으며,
    상기 배기 유로는 상기 밸브 구멍과 상기 밸브체 사이에 형성된 간극에 의해 형성되고,
    상기 밸브체에는 상기 제 1 포트의 유체압을 상기 밸브체의 폐쇄 방향으로 작용시키는 제 1 수압면과, 상기 제 2 포트의 유체압을 상기 밸브체의 개방 방향으로 작용시키는 제 2 수압면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  2. 압축 유체가 통과하는 제 1 포트, 제 2 포트, 및 제 3 포트와,
    상기 제 1 포트와 제 2 포트 사이를 연결 통과시키는 급기 유로와,
    상기 제 2 포트와 제 3 포트 사이를 연결 통과시키는 배기 유로와,
    상기 급기 유로에 설치되어 상기 압축 유체가 상기 제 1 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 2 포트측으로부터 제 1 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 1 체크 밸브와,
    상기 배기 유로에 설치되어 상기 압축 유체가 상기 제 2 포트측으로부터 제 3 포트측으로 흐르는 것을 허용하고, 상기 제 3 포트측으로부터 제 2 포트측으로 흐르는 것을 저지하는 제 2 체크 밸브와,
    상기 제 2 포트로부터 상기 제 3 포트로의 연결 통과를 개폐하는 밸브체와,
    상기 밸브체를 개폐하는 개폐 조작부를 갖고,
    상기 개폐 조작부가 상기 밸브체에 설치되어 상기 제 1 포트의 유체압을 상기 밸브체의 폐쇄 방향으로 작용시키는 제 1 수압면과, 동일하게 상기 밸브체에 설치되어 상기 제 2 포트의 유체압을 상기 밸브체의 개방 방향으로 작용시키는 제 2 수압면을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 유체 제어 밸브는 상기 밸브체가 그 축 방향으로 슬라이딩 가능하게 삽입된 삽입 통과 구멍을 갖고 있고, 상기 배기 유로가 상기 밸브 구멍과 상기 밸브체 사이에 형성된 간극에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 밸브체는 단면이 대략 원형인 로드상으로 형성되어 있고, 그 축 방향의 양단에 기단측의 제 1 단과 선단측의 제 2 단을 각각 갖고 있으며, 상기 제 1 단측의 샤프트부와 상기 샤프트부의 상기 제 2 단측에 연접된 밸브부에 의해 형성되고, 상기 밸브부에 상기 제 2 수압면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 밸브체의 샤프트부가 피스톤을 갖고 있고, 그 상기 제 1 단측에 위치하는 상기 제 1 수압면에 의해 구획된 피스톤 압력실에 상기 제 1 포트로부터의 압축 유체를 공급하는 파일럿 유로가 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 밸브부는 상기 샤프트부에 연접된 대경부와, 상기 대경부의 상기 제 2 단측에 연접되어 상기 대경부보다 최대 지름이 작은 소경부에 의해 구성되어 있고, 상기 대경부와 소경부 사이에 실링 부재를 갖고,
    상기 밸브 구멍에는 상기 제 2 포트와 배기 유로 사이에 상기 밸브부의 소경부가 삽입되는 스로틀부가 형성되어 있고,
    상기 스로틀부에는 상기 실링 부재를 접리시키는 밸브 시트가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체 제어 밸브는 상기 밸브부의 개방 시에 상기 제 2 포트로부터 상기 배출 유로로 유입되는 배기의 유량을 조절하기 위한 유량 조절부를 갖고 있으며,
    상기 유량 조절부가 상기 밸브체의 샤프트부 주위에 나선상으로 배치된 경사 캠 면과, 동일하게 상기 밸브체의 샤프트부의 주위에 배치되어 상기 밸브부가 개방되었을 때에 상기 경사 캠 면에 접촉해서 상기 밸브체의 제 1 단 방향으로의 이동을 저지하는 스토퍼편을 갖고,
    상기 경사 캠 면과 스토퍼편은 상기 밸브체의 축 둘레로 상대적으로 회동 가능하게 되어 있으며,
    상기 밸브부의 소경부는 상기 제 2 단을 향해서 서서히 지름이 소경화되는 테이퍼상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 밸브체의 샤프트부가 피스톤을 갖고 있고, 그 상기 제 1 단측에 위치하는 상기 제 1 수압면에 의해 구획된 피스톤 압력실에 상기 제 1 포트로부터의 압축 유체를 공급하는 파일럿 유로가 접속되고,
    상기 경사 캠 면이 상기 피스톤의 제 1 단측에 있어서 상기 피스톤에 대향시켜서 설치되고,
    상기 밸브체가 상기 밸브 구멍에 대하여 둘레 방향으로 회동 가능하게 삽입되어 있고, 상기 스토퍼편이 상기 샤프트부의 외주로부터 상기 피스톤 압력실 내로 돌출되어 있는 것을 특징으로 하는 유체 제어 밸브.
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