KR20180080386A

KR20180080386A - 원통캠 동작이 개선된 밸브조립체

Info

Publication number: KR20180080386A
Application number: KR1020170000270A
Authority: KR
Inventors: 조형근
Original assignee: 주식회사 코렌스
Priority date: 2017-01-02
Filing date: 2017-01-02
Publication date: 2018-07-12
Also published as: CN110100088B; KR101926681B1; WO2018124358A1; US20200191070A1; EP3564520A4; CN110100088A; EP3564520A1; US10851724B2; EP3564520B1

Abstract

본 발명에 의한 원통캠 동작이 개선된 밸브조립체는, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며, 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀이 형성된 회전기어; 상단이 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 회전기어와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며, 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈이 둘 이상 형성되는 원통캠; 상기 원통캠과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록, 상기 원통캠의 회전축을 관통하는 포핏샤프트; 상기 포핏샤프트의 하측에 결합되는 밸브시트; 상기 원통캠을 둘러싸는 하우징과 커버; 및 일측이 상기 하우징에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛;을 포함하여 구성된다.

Description

원통캠 동작이 개선된 밸브조립체 {Valve assembly with improved cylindrical-cam operation}

본 발명은 원통캠을 이용하여 회전운동을 직선운동으로 변환시킴으로써 밸브시트를 승강시키는 밸브조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 원통캠이 일측으로 기울어지지 아니하면서 보다 부드럽게 회전운동을 직선운동으로 변환시킬 수 있도록 원통캠 동작이 개선된 밸브조립체에 관한 것이다.

일반적으로 자동차의 배기가스는 연료가 실린더 내에서 고온 고압으로 압축되어 팽창된 다음 배기 매니폴드를 통해 대기 속으로 배출되는 가스이다. 이러한 배기가스는 대부분 수증기와 이산화탄소이며, 그밖에 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질을 포함하고 있다.

배기가스 재순환장치(EGR: Exhaust Gas Recirculation System)는 배기가스 중의 질소산화물을 감소시키는 수단으로서, 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드로 다시 돌려보내어 혼합기가 연소될 때 연소 온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 생성량을 저감한다. 즉, 상기 질소산화물(NOx)은 연소온도를 저하시켜 발생량을 감소시킬 수 있고, 이러한 연소온도는 연소속도의 영향을 가장 많이 받는 것이므로 실린더 혼합기 자체의 공연비를 변화시키지 않고 밀도를 저하시키게 된다. 그러므로 연소속도가 저하되고 연소온도의 상승이 억제되면, 결과적으로 질소산화물을 저감시킬 수 있게 된다.

한편 배기가스 재순환밸브(Exhaust Gas Recirculation Valve, 이하 'EGR 밸브'라 함)는 배기 매니폴드와 흡기매니폴드 사이에 설치되어 공전 및 워밍업 이외의 회전에서만 EGR 밸브의 제어에 의해 통로를 개폐한다. 공전 및 워밍업 전에는 작동되지 않다가 공전 및 워밍업 이외의 회전에서 스로틀 밸브가 열리는 양에 따라 EGR밸브를 열어 엔진의 흡기 매니폴드에 배기가스의 일부를 재순환시켜 가능한 한 엔진 출력의 감소를 최소로 하면서 연소온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 배출량을 감소시키는 역할을 한다.

이와 같이 구성되는 종래의 EGR밸브는 고정된 원통캠을 이용하여 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 구조로 구성되는데, 이와 같은 종래의 EGR밸브는 밸브시트가 통로를 개폐시킬 때 상하방향으로 승강 운동만 하는 것이 아니라 회전운동까지 같이 하므로, 밸브시트의 마모가 증가되고 이에 따라 개폐 신뢰성이 낮아진다는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 밸브시트가 통로를 개폐시킬 때 회전운동은 하지 아니하고 승강운동만 하도록 구성되는 밸브조립체(대한민국 등록특허 제10-1604415호)가 본원발명의 출원인에 의해 출원되어 등록된바 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 밸브조립체에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 종래의 밸브조립체 사시도이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 밸브조립체는, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며 중심축 상에 다각형홀(11)이 형성된 회전기어(10)와, 상기 다각형홀(11)에 삽입되는 다각형헤드(22)가 상측에 구비되고 외주면에 비스듬히 경사진 슬라이드홈(21)이 형성되는 원통캠(20)과, 상기 원통캠(20)의 회전 중심부를 관통하는 포핏샤프트(30)와, 상기 포핏샤프트(30)의 하측에 결합되는 밸브시트(40)와, 상기 원통캠(20)을 둘러싸는 하우징(미도시)과, 일측이 상기 슬라이드홈(21)에 슬라이딩 가능한 구조로 삽입되며 타측이 상기 하우징에 고정결합되는 베어링유닛(60)을 포함하여 구성된다.

상기 원통캠(20)의 상측에 구비된 다각형헤드(22)는 회전기어(10)의 다각형홀(11)에 비해 약간 작은 크기로 제작되는바, 상기 원통캠(20)은 회전기어(10)가 회전될 때 상기 회전기어(10)와 일체로 회전되지만, 외부로부터 승강력을 전달받았을 때에는 회전기어(10)에 결합된 상태를 유지하며 독립적으로 상승 또는 하강을 할 수 있게 된다. 즉, 다각형헤드(22)가 다각형홀(11)에 삽입되고 베어링유닛(60)의 일측이 슬라이드홈(21)에 삽입된 상태에서 회전기어(10)가 회전되면, 상기 원통캠(20) 역시 회전기어(10)와 함께 회전을 하게 되며, 베어링유닛(60)의 일측은 슬라이드홈(21)의 길이방향을 따라 슬라이딩하게 된다. 이때, 상기 베어링유닛(60)은 하우징에 고정 결합되어 있으므로 원통캠(20)이 회전을 하게 되는데, 본 발명에 의한 밸브조립체는 이와 같이 원통캠(20)이 회전이나 승강 중 어느 한 동작만을 하는 것이 아니라, 회전과 승강을 동시에 구현하면서 포핏샤프트(30) 및 이에 결합된 밸브시트(40)를 수직방향으로 이동시키도록 구성된다는 점에 구성상의 특징이 있다.

상기 포핏샤프트(30)는 원통캠(20)과 독립적으로 회전될 수 있도록 횡단면이 원형으로 형성되는 봉 형상(원형봉 형상)으로 제작되되, 상기 원통캠(20)과 일체로 승강될 수 있도록 상기 원통캠(20)에 삽입된 부위의 중단에 단턱이 형성되고 상기 원통캠(20)의 상면과 대응되는 지점에는 원반 형상의 플랜지가 장착되도록 구성된다. 따라서 원통캠(20)이 회전을 하면서 승강될 때, 상기 포핏샤프트(30) 및 이에 결합된 밸브시트(40)는 회전은 하지 아니하고 원통캠(20)을 따라 승강만 하게 된다.

그러나 종래의 밸브조립체는 베어링유닛(60)이 원통캠(20)의 일측에 하나만 연결되는바, 베어링유닛(60)이 슬라이드홈(21)을 따라 슬라이딩될 때 베어링유닛(60)이 일측으로 기울어지는 현상이 발생될 수 있다. 또한, 밸브시트(40)가 통로를 여닫을 때 매우 빠른 속도로 승강되므로, 배기가스의 유량을 미세하게 조절하기 어려울 뿐만아니라 밸브시트에 큰 충격이 인가되어 손상의 우려가 있다는 단점도 있다.

또한, 종래의 밸브조립체는 베어링유닛의 제조원가가 높으면서 내구성은 낮다는 문제점과, 포핏샤프트(30)와 마그네트(50)가 별도로 제작된 후 결합되므로 제조공정이 복잡해지고 포핏샤프트(30)로부터 마그네트(50)가 탈거될 우려가 있다는 단점도 있다.

KR 10-1604415 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 원통캠이 회전하면서 승강할 때 일측으로 기울어지지 아니하고, 배기가스 유량을 미세하게 조절할 수 있으며, 베어링유닛의 원가절감 및 내구성 향상이 가능하고, 마그네트의 체결력이 개선된 밸브조립체를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 원통캠 동작이 개선된 밸브조립체는, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며, 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀이 형성된 회전기어; 상단이 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 회전기어와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며, 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈이 둘 이상 형성되는 원통캠; 상기 원통캠과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록, 상기 원통캠의 회전축을 관통하는 포핏샤프트; 상기 포핏샤프트의 하측에 결합되는 밸브시트; 상기 원통캠을 둘러싸는 하우징과 커버; 및 일측이 상기 하우징에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛;을 포함하여 구성된다.

상기 슬라이드홈은, 상기 원통캠의 회전축을 중심으로 상호 반대편에 위치하도록 2개 형성된다.

상기 슬라이드홈은 상측부위의 경사도보다 하측부위의 경사도가 작게 형성된다.

상기 슬라이드홈의 상측부위는 직선으로 형성되고, 상기 슬라이드홈의 하측부위는 아래로 갈수록 경사도가 작아지는 곡선으로 형성된다.

상기 베어링유닛은, 원통 형상으로 형성되며 길이방향 일측이 상기 하우징에 고정결합되고 길이방향 타측은 외경이 작게 형성되는 베어링샤프트와, 상기 베어링샤프트의 길이방향 타측을 둘러싸도록 결합되는 링 형상의 베어링부시와, 상기 베어링부시의 외주면을 둘러싸도록 결합되어 상기 슬라이드홈에 안착되는 롤러로 구성되되, 상기 베어링부시는 상기 슬라이드홈을 향하는 끝단 외경이 상기 롤러의 내경보다 커지도록 확관된 형상으로 형성된다.

상기 포핏샤프트의 상측은 상기 원통캠의 상부로 돌출되고, 상기 포핏샤프트의 상측이 삽입되는 중공관 형상으로 형성되며 상하방향으로 길이를 갖는 슬라이딩돌기가 외측면에 형성되는 가이드파이프와, 상기 가이드파이프의 외측면에 고정 결합되는 마그네트를 더 포함하며, 상기 커버의 내측면에는 상기 슬라이딩돌기가 승강 가능하도록 삽입되는 가이드홈이 형성된다.

상기 가이드파이프는 합성수지로 이루어지며, 상기 가이드파이프와 마그네트는 인서트 사출공법에 의해 일체로 제작된다.

상기 가이드파이프의 내주면에는 금속재의 인서트파이프가 추가로 구비되어, 상기 인서트파이프와 상기 포핏샤프트가 용접에 의해 일체로 결합된다.

본 발명에 의한 밸브조립체는, 원통캠이 회전하면서 승강할 때 일측으로 기울어지지 아니하여 밸브시트의 승강이 안정적으로 이루어질 수 있고, 배기가스 유량을 미세하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라 밸브시트의 손상을 방지할 수 있으며, 베어링유닛의 제조원가 절감 및 내구성 향상이 가능해지고, 마그네트의 체결력이 개선되며 포핏샤프트의 승강방향이 일정하게 유지된다는 장점이 있다.

도 1은 종래의 밸브조립체 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 밸브조립체의 내부구조를 도시하는 단면사시도이다.
도 3은 원통캠에 베어링유닛이 장착되는 구조를 도시하는 사시도이다.
도 4는 원통캠의 측면도이다.
도 5는 슬라이드홈의 경사도를 선형으로 표시한 그래프이다.
도 6 및 도 7은 베어링유닛의 사시도이다.
도 8은 도 7에 도시된 베어링유닛의 단면도이다.
도 9는 가이드파이프의 결합구조를 도시하는 사시도이다.
도 10은 가이드파이프의 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 원통캠 동작이 개선된 밸브조립체의 실시예를 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 밸브조립체의 내부구조를 도시하는 단면사시도이고, 도 3은 원통캠에 베어링유닛이 장착되는 구조를 도시하는 사시도이다.

본 발명에 의한 원통캠(200)을 이용한 밸브조립체는 외부로부터 전달받은 회전력을 직선 이송력으로 변환시켜 밸브시트(400)를 승강시키기 위한 장치로서, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀(110)이 형성된 회전기어(100)와, 상단이 상기 삽입홀(110)에 삽입되어 상기 회전기어(100)와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈(210)이 둘 이상 형성되는 원통캠(200)과, 상기 원통캠(200)과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록 상기 원통캠(200)의 회전축을 관통하는 포핏샤프트(300)와, 상기 포핏샤프트(300)의 하측에 결합되는 밸브시트(400)와, 상기 원통캠(200)을 둘러싸는 하우징(510) 및 커버(520)와, 일측이 상기 하우징(510)에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈(210)에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛(600)을 포함하여 구성된다.

상기 회전기어(100)는 가장자리 부위가 하향 연장된 캡 형상을 이루되, 하향으로 연장된 부위의 외측면에 기어이빨이 형성되어 구동모터(800)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하도록 구성된다. 일반적으로 구동모터(800)의 회전력이 매우 빠르므로 복수 개의 기어를 통해 감속된 이후 상기 회전기어(100)로 전달되도록 구성됨이 바람직하다.

이때 상기 삽입홀(110) 및 이에 삽입되는 원통캠(200)의 상단이 원형으로 형성되면 상기 원통캠(200)과 회전기어(100)가 각각 독립적으로 회전될 수 있으므로, 상기 삽입홀(110)은 원형이 아닌 형상 예를 들어 본 실시예에 도시된 바와 같이 내주면에 돌출부가 형성된 형상으로 형성되고, 상기 원통캠(200) 상단은 상기 삽입홀(110)과 형합되는 형상으로 형성됨이 바람직하다. 상기 삽입홀(110)의 형상은 비원형을 이룰 수 있다면 즉, 원형이 아닌 형상이라면 다각형 형상이나 기타 다양한 형이상학적 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 원통캠(200)의 상단은 회전기어(100)의 삽입홀(110)과 형합되는 형상을 이루되 상기 삽입홀(110)에 비해 약간 작은 크기로 제작되는바, 상기 원통캠(200)은 회전기어(100)가 회전될 때 상기 회전기어(100)와 일체로 회전되지만, 외부로부터 승강력을 전달받았을 때에는 회전기어(100)에 결합된 상태를 유지하며 독립적으로 상승 또는 하강을 할 수 있게 된다. 즉, 원통캠(200) 상단이 삽입홀(110)에 삽입되고 베어링유닛(600)의 타단이 슬라이드홈(210)에 삽입된 상태에서 구동모터(800)가 작동되어 회전기어(100)가 회전되면, 상기 원통캠(200) 역시 회전기어(100)와 함께 회전을 하게 되며, 베어링유닛(600)의 타측은 슬라이드홈(210)의 길이방향을 따라 슬라이딩하게 된다. 이때, 상기 베어링유닛(600)은 하우징(510)에 고정 결합되어 있으므로 원통캠(200)이 회전을 하게 되는데, 본 발명에 의한 밸브조립체는 이와 같이 원통캠(200)이 회전이나 승강 중 어느 한 동작만을 하는 것이 아니라, 회전과 승강을 동시에 구현하면서 포핏샤프트(300) 및 이에 결합된 밸브시트(400)를 수직방향으로 이동시키도록 구성된다. 즉, 상기 포핏샤프트(300)는 원통캠(200)과 독립적으로 회전될 수 있도록 횡단면이 원형으로 형성되는 봉 형상(원형봉 형상)으로 제작되며, 상기 원통캠(200)과 일체로 승강될 수 있도록 상기 원통캠(200)에 삽입된 부위의 중단에 단턱이 형성되고 상기 원통캠(200)의 상면과 대응되는 지점에는 원반 형상의 플랜지가 장착된다. 따라서 원통캠(200)이 회전 및 승강이 동시에 이루어질 때 포핏샤프트(300) 및 밸브시트(400)는 상하방향으로의 승강만 하게 되는데, 이와 같은 작동구조는 종래의 밸브조립체에도 동일하게 적용되고 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기 원통캠(200)이 상승할 때 회전기어(100)는 상승하지 아니하고 원통캠(200)만이 승강해야 하는데, 원통캠(200)의 상측과 삽입홀(110) 간의 마찰력에 의해 회전기어(100)가 원통캠(200)을 따라 승강하는 현상이 발생될 수 있다. 이와 같이 회전기어(100)가 원통캠(200)을 따라 승강하면 작동 소음 및 진동이 증가될 우려가 있으므로, 상기 회전기어(100)의 저면과 하우징(510)의 상면 사이에는 회전기어(100)에 상향 탄성력을 인가하는 리턴스프링(530)이 구비된다. 이와 같이 리턴스프링(530)이 구비되면 상기 회전기어(100)는 항상 커버(520)에 접촉된 상태를 유지하는바, 회전기어(100)가 원통캠(200)을 따라 승강하는 현상이 발생되지 아니하게 된다.

한편, 원통캠(200)은 베어링유닛(600)이 슬라이드홈(210)을 타고 슬라이딩하는 과정에서 승강력을 전달받는데, 베어링유닛(600)이 원통캠(200)의 일측에만 장착되면 베어링유닛(600)을 통해 전달되는 승강력이 원통캠(200)의 어느 일측에만 집중되므로, 상기 원통캠(200)이 일측으로 기울어지는 현상이 발생될 수 있다. 이와 같이 원통캠(200)이 일측으로 기울어지면 원통캠(200)이 하우징(510) 내에서 끼이는 현상이 발생되고, 이에 따라 상기 원통캠(200)이 정상적으로 승강되지 못하여 밸브시트(400)의 개폐가 원활하게 이루어지지 못하는 현상이 발생될 수 있다.

본 발명에 의한 밸브조립체는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 상기 슬라이드홈(210)이 원통캠(200)의 회전축을 중심으로 상호 반대편에 각각 위치하고, 베어링유닛(600) 역시 상기 슬라이드홈(210)이 형성된 지점에 각각 하나씩 설치된다는 점에 구성상의 특징이 있다. 이와 같이 베어링유닛(600)이 원통캠(200)의 양측에 장착되면, 상기 원통캠(200)을 승강시키는 승강력은 원통캠(200)의 양측에 고르게 분배되는바, 상기 원통캠(200)이 어느 일측으로 기울어지지 아니하게 된다는 장점이 있다.

이때, 본 실시예에서는 하나의 원통캠(200) 외주면에 슬라이드홈(210)이 2개 구비되고 베어링유닛(600) 역시 2개 구비되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 슬라이드홈(210)과 베어링유닛(600)의 개수는 3개 이상으로 변경될 수 있다. 물론, 상기 슬라이드홈(210)과 베어링유닛(600)이 3개 이상 구비되는 경우, 상기 슬라이드홈(210)과 베어링유닛(600)은 원통캠(200)의 회전축을 중심으로 방사형으로 배열됨이 바람직하다.

상기 언급한 바와 같이 상기 슬라이드홈(210)과 베어링유닛(600)의 개수가 증가할수록 원통캠(200)이 어느 일측으로 기울어지지 아니하고 수직방향으로 승강하는 효과는 향상되지만, 슬라이드홈(210)과 베어링유닛(600)의 개수가 증가할수록 마찰력 역시 증가하는바 원통캠(200)이 원활하게 승강되지 못할 수 있다. 따라서 상기 슬라이드홈(210)과 베어링유닛(600)이 원통캠(200)의 양측에 각각 하나씩만 구비되더라도 원통캠(200)이 어느 일측으로 기울어지는 현상이 발생되지 아니하면, 상기 슬라이드홈(210)과 베어링유닛(600)은 원통캠(200)의 회전축을 중심으로 상호 반대편에 각각 하나씩 구비됨이 바람직하다.

도 4는 원통캠(200)의 측면도이고, 도 5는 슬라이드홈(210)의 경사도를 선형으로 표시한 그래프이다.

밸브시트(400)의 개폐가 빠르게 구현되기 위해서는 슬라이드홈(210)의 경사도가 크게 형성되어야 하는데, 상기 슬라이드홈(210)의 경사도가 크게 형성되면 밸브시트(400)가 유로입구를 빠르게 개폐시키므로 배기가스 유량을 미세하게 조절하기 어렵다는 문제점이 있다. 또한, 밸브시트(400)의 승강속도가 빠르면 밸브시트가 유로입구에 빠르게 부딪히므로 밸브시트(400)가 손상될 수 있다는 문제점도 있다. 물론 슬라이드홈(210)의 경사도를 완만하게 제작하면 밸브시트(400)의 승강속도를 줄일 수 있지만, 이와 같은 경우 밸브시트(400)의 개폐에 많은 시간이 소요된다는 문제가 발생된다.

본 발명에 의한 밸브조립체는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 즉, 밸브조립체가 개폐되는데 소요되는 시간을 기준치 이하로 유지하면서도 밸브시트(400)가 유로입구에 천천히 안착될 수 있도록, 상기 슬라이드홈(210)은 상측부위의 경사도보다 하측부위의 경사도가 작게 형성됨이 바람직하다.

이와 같이 상기 슬라이드홈(210)의 하측 경사도가 완만하게 형성되면, 밸브시트(400)의 전체적인 승강속도는 빠르게 유지하면서 밸브시트(400)가 유로입구에 안착되는 순간에서만 밸브시트(400)의 승강속도를 늦출 수 있으므로, 배기가스 유량을 미세하게 조절할 수 있고 밸브시트(400)의 파손을 방지할 수 있다는 장점이 있다.

이때, 슬라이드홈(210) 중 경사도가 작은 구간이 직선으로 형성되면, 경사도가 큰 구간과 경사도가 작은 구간 사이에 절곡점이 형성되므로 밸브시트(400)의 승강이 부드럽게 이루어지지 아니할 수 있다. 따라서 상기 슬라이드홈(210)의 상측부위는 직선으로 형성되고, 상기 슬라이드홈(210)의 하측부위는 아래로 갈수록 경사도가 작아지는 곡선으로 형성됨이 바람직하다. 상기 슬라이드홈(210)의 각 부위별 경사도는 본 발명에 의한 밸브조립체의 용도 및 밸브시트(400)의 강도 등 여러 조건에 따라 다양하게 변경 적용될 수 있는바, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 6 및 도 7은 베어링유닛(600)의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 베어링유닛(600)의 단면도이다.

본 발명에 포함되는 베어링유닛(600)은 종래의 베어링유닛(60)과 같이 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 원통 형상으로 형성되며 길이방향 일측(도 6에서는 좌측)이 상기 하우징(510)에 고정결합되고 길이방향 타측(도 6에서는 우측)은 외경이 작게 형성되는 베어링샤프트(610)와, 상기 베어링샤프트(610)의 타측을 둘러싸도록 결합되는 볼베어링(620)으로 구성될 수 있다. 그러나 볼베어링(620)은 부품단가가 높으므로 베어링유닛(600)의 전체적인 제조원가를 낮추는데 한계가 있다는 단점이 있다. 또한 기성제품의 볼베어링(620)은 외륜이 크게 제작되므로, 슬라이드홈(210) 및 원통캠(200)을 크게 제작해야 하고, 이에 따라 밸브조립체의 컴팩트화가 어렵다는 단점이 있다.

본 발명에 포함되는 베어링유닛(600)은 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 원통 형상으로 형성되며 길이방향 일측이 상기 하우징(510)에 고정결합되고 길이방향 타측은 외경이 작게 형성되는 베어링샤프트(610)와, 상기 베어링샤프트(610)의 길이방향 타측을 둘러싸도록 결합되는 링 형상의 베어링부시(630)와, 상기 베어링부시(630)의 외주면을 둘러싸도록 결합되어 상기 슬라이드홈(210)에 안착되는 롤러(640)로 구성될 수 있다. 상기 베어링부시(630)는 내마모성이 우수한 합성수지로 제작되어 상기 롤러(640)가 원활하게 회전될 수 있고, 상기 슬라이드홈(210)을 향하는 끝단 외경이 상기 롤러(640)의 내경보다 커지도록 확관된 형상으로 형성되므로 상기 롤러(640)가 임의로 탈거되지 아니하게 된다.

베어링부시(630)와 롤러(640)는 볼베어링(620)에 비해 부품단가가 낮으므로 베어링유닛(600)의 제조원가를 낮출 수 있다는 장점이 있다. 또한 볼베어링(620)을 베어링부시(630) 및 롤러(640)로 대체시키는 경우, 롤러(640)의 외경을 줄일 수 있어 원통캠(200)의 규격을 줄일 수 있고, 이에 따라 밸브조립체의 컴팩트화가 가능해진다는 장점도 있다.

도 9는 가이드파이프(700)의 결합구조를 도시하는 사시도이고, 도 10은 가이드파이프(700)의 사시도이다.

원통캠(200)의 승강력을 전달받는 포핏샤프트(300)가 원형봉 형상으로 형성된다 하더라도, 포핏샤프트(300)와 원통캠(200) 사이에 마찰력이 일정 수준 이상 형성되면 포핏샤프트(300)가 원통캠(200)을 따라 일정 각도 회전될 수도 있다. 이와 같이 포핏샤프트(300)가 회전하는 것을 강제적으로 방지할 수 있도록 즉, 상기 포핏샤프트(300)가 회전은 절대로 이루어지지 아니하고 승강만이 이루어질 수 있도록, 상기 포핏샤프트(300) 중 원통캠(200)의 상부로 돌출된 부위에 가이드파이프(700)가 추가로 장착될 수 있다.

상기 가이드파이프(700)는 포핏샤프트(300)의 상측이 삽입되는 중공관 형상으로 형성되되 상하방향으로 길이를 갖는 슬라이딩돌기(720)가 외측면에 형성되고, 상기 커버(520)의 내측면에는 상기 슬라이딩돌기(720)가 승강 가능하도록 삽입되는 가이드홈(미도시)이 형성된다. 따라서 상기 포핏샤프트(300)는 가이드파이프(700)가 탈거되거나 파손되지 아니하는 한 회전은 이루어지지 아니하고 상하방향으로의 승강만 이루어지게 된다.

한편, 상기 가이드파이프(700)의 외측면에는 포핏샤프트(300)의 승강거리를 측정하기 위한 마그네트(710)가 장착되는데, 상기 마그네트(710)는 상기 가이드파이프(700)로부터 탈거되지 아니하도록 상기 가이드파이프(700)와 일체로 결합됨이 바람직하다. 예를 들어 상기 가이드파이프(700)가 합성수지로 이루어지는 경우, 상기 마그네트(710)는 인서트 사출공법에 의해 가이드파이프(700)와 일체로 제작될 수 있다. 이와 같이 상기 마그네트(710)가 가이드파이프(700)와 일체로 제작되면 마그네트(710)가 가이드파이프(700)로부터 분리될 우려가 없어지므로, 포핏샤프트(300)의 승강거리를 정확하게 측정할 수 있다는 장점이 있다.

이때, 상기 가이드파이프(700)가 합성수지로 제작되면 가이드파이프(700)가 금속재의 포핏샤프트(300)에 견고하게 결합되기 어려워진다는 문제가 발생된다. 본 발명에 포함되는 가이드파이프(700)는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 금속재의 인서트파이프(730)가 내주면에 구비될 수 있다.

상기 인서트파이프(730)는 인서트 사출공법에 의해 가이드파이프(700)와 일체로 제작되는바, 상기 언급한 바와 같이 금속재의 인서트파이프(730)가 가이드파이프(700) 내주면에 구비되면, 상기 인서트파이프(730)와 포핏샤프트(300)를 용접시킴으로써 가이드파이프(700)와 포핏샤프트(300)를 견고하게 결합시킬 수 있다는 장점이 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 회전기어 110 : 삽입홀
200 : 원통캠 210 : 슬라이드홈
300 : 포핏샤프트 400 : 밸브시트
510 : 하우징 520 : 커버
530 : 리턴스프링 600 : 베어링유닛
610 : 베어링샤프트 620 : 볼베어링
630 : 베어링부시 640 : 롤러
700 : 가이드파이프 710 : 마그네트
720 : 슬라이딩돌기 730 : 인서트파이프
800 : 구동모터

Claims

외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며, 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀이 형성된 회전기어;
상단이 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 회전기어와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며, 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈이 둘 이상 형성되는 원통캠;
상기 원통캠과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록, 상기 원통캠의 회전축을 관통하는 포핏샤프트;
상기 포핏샤프트의 하측에 결합되는 밸브시트;
상기 원통캠을 둘러싸는 하우징과 커버; 및
일측이 상기 하우징에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛;
을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 슬라이드홈은, 상기 원통캠의 회전축을 중심으로 상호 반대편에 위치하도록 2개 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 슬라이드홈은 상측부위의 경사도보다 하측부위의 경사도가 작은 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
청구항 3에 있어서,
상기 슬라이드홈의 상측부위는 직선으로 형성되고, 상기 슬라이드홈의 하측부위는 아래로 갈수록 경사도가 작아지는 곡선으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 베어링유닛은, 원통 형상으로 형성되며 길이방향 일측이 상기 하우징에 고정결합되고 길이방향 타측은 외경이 작게 형성되는 베어링샤프트와, 상기 베어링샤프트의 길이방향 타측을 둘러싸도록 결합되는 링 형상의 베어링부시와, 상기 베어링부시의 외주면을 둘러싸도록 결합되어 상기 슬라이드홈에 안착되는 롤러로 구성되되,
상기 베어링부시는, 상기 슬라이드홈을 향하는 끝단 외경이 상기 롤러의 내경보다 커지도록 확관된 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 포핏샤프트의 상측은 상기 원통캠의 상부로 돌출되고,
상기 포핏샤프트의 상측이 삽입되는 중공관 형상으로 형성되며 상하방향으로 길이를 갖는 슬라이딩돌기가 외측면에 형성되는 가이드파이프와, 상기 가이드파이프의 외측면에 고정 결합되는 마그네트를 더 포함하며,
상기 커버의 내측면에는 상기 슬라이딩돌기가 승강 가능하도록 삽입되는 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
청구항 6에 있어서,
상기 가이드파이프는 합성수지로 이루어지며,
상기 가이드파이프와 마그네트는 인서트 사출공법에 의해 일체로 제작되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
청구항 7에 있어서,
상기 가이드파이프의 내주면에는 금속재의 인서트파이프가 추가로 구비되어,
상기 인서트파이프와 상기 포핏샤프트가 용접에 의해 일체로 결합되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.