KR20220124463A - 차량용 밸브 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유로가 형성되고, 상기 유로와 직교방향으로 샤프트홀이 형성되는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징에 마련되는 구동부; 상기 구동부에 연결되는 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되어 상기 유로를 선택적으로 개폐하는 플레이트를 포함하여, 상기 유로를 통과하는 가스의 유동을 제어하는 개폐부; 및 상기 유로 내부에서 상기 플레이트 주변에 배치되어 상기 개폐부가 폐쇄되는 경우 상기 플레이트와 접촉하며, 외주면에 적어도 하나 이상의 평면부를 구비하는 각형 링; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브를 제공한다.

Description

차량용 밸브{A valve for vehicle}

본 발명은 차량용 밸브에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밸브 하우징 내부에서 밸브가 개폐되는 영역에 부식이 발생되는 것을 저감시킬 수 있는 차량용 밸브에 관한 것이다.

차량용 밸브는 차량의 엔진으로 공급되는 공기(신기) 또는 엔진에서 배출되는 배기 가스의 유동량을 제어하기 위해서 마련된다.

이러한 차량용 밸브는 한국등록특허 10-1057066에서 개시된 바와 같이, 하우징과, 하우징에 마련되는 구동부와, 구동부와 연결되며 기어 어셈블리로 구현되는 구동력 전달부와, 구동력 전달부와 연결되어 회동운동을 하는 샤프트와, 하우징 내부에 마련된 유로 내부에서 회동 가능하게 마련되고, 샤프트에 결합되어 샤프트의 회동운동에 따라서 유로의 개도를 조절하고 개폐를 담당하는 밸브 플레이트로 구성된다.

통상적으로 밸브 플레이트는 금속 재질의 원판으로 형성되어 있고, 샤프트의 중앙 영역에 형성된 슬롯에 끼워진 상태에서 볼트와 같은 체결부재에 의하여 결합된다. 그리고, 샤프트의 회전 중심은 유로의 중앙 영역에 배치된다.

이러한 밸브에서 샤프트가 회전을 하여 밸브 플레이트가 유로에서의 유동의 진행방향에 평행하게 되면 완전 개방상태가 되고, 밸브 플레이트가 유로에서의 유동의 진행방향에 대해서 경사지게 배치되되, 밸브 플레이트의 테두리가 유로의 내벽에 닿게 되면 완전 폐쇄 상태가 된다.

그런데, 이러한 완전 개방 상태와 폐쇄 상태가 반복되는 과정에서, 밸브 플레이트와 유로 내벽이 접촉하는 부분에 이물질에 의한 부식이 발생하는 문제점이 지적되고 있다.

한국등록특허 제10-1057066호 (2011.08.09)

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 하우징 내부에 형성된 유로에 부식 발생이 최소화 될 수 있는 재질의 각형 링을 적용한 차량용 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 하우징의 유로에 각형 링을 적용하되, 샤프트가 유로 상에 노출될 수 있도록 각형 링을 선 가공하여 적용한 차량용 밸브를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 유로가 형성되고, 상기 유로와 직교방향으로 샤프트홀이 형성되는 밸브 하우징; 상기 밸브 하우징에 마련되는 구동부; 상기 구동부에 연결되는 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되어 상기 유로를 선택적으로 개폐하는 플레이트를 포함하여, 상기 유로를 통과하는 가스의 유동을 제어하는 개폐부; 및 상기 유로 내부에서 상기 플레이트 주변에 배치되어 상기 개폐부가 폐쇄되는 경우 상기 플레이트와 접촉하며, 외주면에 적어도 하나 이상의 평면부를 구비하는 각형 링; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브를 제공한다.

상기 각형 링은 상기 유로에 대응하도록 내부에 중공부가 마련되고, 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 원통부와, 상기 원통부 상에서 상기 샤프트홀에 대응하는 영역이 관통된 관통홀을 포함할 수 있다.

상기 각형 링은 상기 평면부가 상기 샤프트홀의 위치에 대응하도록 배치될 수 있다.

상기 원통부는 내주면 상에서 내측으로 파인 내부턱을 포함하되, 상기 하우징의 성형이 완료된 후에, 상기 유로와 중공부를 절삭 가공하면서 상기 내부턱이 삭제될 수 있다.

상기 평면부는 상기 원통부의 폭 방향을 따라서 형성되고, 상기 원통부의 원주방향을 따라서 복수개가 서로 등 간격으로 배치될 수 있다.

상기 하우징은 양측 지지구조의 경우, 상기 유로를 중심으로 서로 마주하도록 배치되는 상부 샤프트홀과 하부 샤프트홀을 포함하고, 상기 상부 샤프트홀에는 상기 샤프트의 외주면에 결합되는 니들 베어링과, 상기 니들 베어링의 하부에 배치되는 리테이닝 와셔 및 상부 샤프트홀과 유로 사이를 차폐시키는 씰 부재가 순차적으로 구비되고, 상기 하부 샤프트홀에는 상기 샤프트의 단부를 지지하는 부싱 및 상기 하부 샤프트홀의 단부를 커버하는 캡이 구비될 수 있다.

상기 하우징은 상기 구동부에 인접한 측면이 외부와 연통하도록 형성된 벤트홀을 포함할 수 있다.

상기 하우징은 편측 지지구조의 경우, 상기 샤프트홀에는 상기 샤프트의 외주면에 결합되는 부싱과, 니들 베어링과, 상기 니들 베어링의 하부에 배치되는 리테이닝 와셔 및 상부 샤프트홀과 유로 사이를 차폐시키는 씰 부재가 순차적으로 구비될 수 있다.

상기 하우징은 상기 샤프트홀이 외부와 연통하도록 형성되고, 상기 부싱과 니들 베어링 사이에 위치하는 벤트홀을 포함하고, 상기 부싱과 니들 베어링 사이의 간격은 상기 니들 베어링과 각형 링 사이의 간격 보다 클 수 있다.

또한, 본 발명은 양 측이 개구되고, 일 단면이 원형으로 이루어져 내부에 중공부가 마련되는 각형 링 성형단계; 몰드 내부에서 상기 중공부가 유로 상에 배치되도록 상기 각형 링을 거치하는 단계; 몰드에 모재를 주입하여 하우징을 성형하는 단계; 상기 하우징 내부에 형성된 유로를 가공하는 단계; 및 상기 하우징 내부에 상기 유로와 직교하도록 형성된 샤프트홀을 가공하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브 가공방법을 제공한다.

상기 각형 링을 성형하는 단계는 원통부를 가공하는 단계와, 상기 원통부의 외주면 상에 평면부를 가공하는 단계와, 상기 원통부 내주면 상에 내부턱을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 각형 링을 거치하는 단계는 상기 몰드 내부에 마련된 지그가 상기 각형 링 내부에 형성된 내부턱을 지지하도록 상기 각형 링이 결합되는 단계를 포함할 수 있다.

상기 유로를 가공하는 단계는 상기 유로와 중공부를 황삭, 중삭, 정삭 중 어느 하나 또는 복수개의 절삭 가공이 이루어지는 제1절삭단계를 포함하며, 상기 제1절삭단계는 황삭 가공을 통해서 내부턱이 삭제될 수 있다.

상기 샤프트홀을 가공하는 단계는 황삭, 중삭, 정삭 중 어느 하나 또는 복수개의 절삭 가공이 이루어지는 제2절삭단계와, 상기 제2절삭단계 후에 상기 각형 링의 평면부를 타공하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 샤프트홀을 가공하는 단계는 상기 평면부를 타공하는 단계 이후, 상기 중공부 내주면의 관통홀 주변을 가공하는 제3절삭단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸브에 의하면,

첫째, 개폐부를 편측 또는 양측 지지구조로 선택적으로 적용할 수 있고, 편측 지지구조의 경우 조립성이 증대되고, 이에 따른 제조 비용을 저감시킬 수 있고,

둘째, 인서트 주조 공법으로 이종 재질의 각형 링을 추가함으로써 유로 내 부식 관련 문제점을 해결할 수 있으며,

셋째, 하우징에 벤트홀을 마련하여 응축수가 생성되는 경우에도 이를 신속하게 건조시키거나 외부로 배출시킬 수 있어 구동부 또는 개폐부 주변에서 부식이 발생되는 것을 최소화할 수 있고,

넷째, 각형 링의 외주면에 평면부를 구비하여 샤프트가 삽입되는 관통홀의 가공이 용이하고, 또한 하우징과 각형 링 사이에서 슬립 또는 상대 회전이 발생하는 것을 방지할 수 있으며,

다섯째, 관통홀 상에서 유로와 인접한 주변 영역을 가공함으로써 관통홀 성형 과정에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있고,

여섯째, 플레이트를 고정하는 패스너를 접착제나 레이저 용접으로 고정하기 때문에 패스너의 풀림을 미연에 방지함으로써 불량률을 개선할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 밸브를 도시하는 사시도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 차량용 밸브의 배면을 도시하는 배면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 차량용 밸브를 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 차량용 밸브의 I-I' 단면을 도시하는 종단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 차량용 밸브의 유로 영역을 확대하여 도시하는 부분 확대도이다.
도 6은 도 1에 나타낸 차량용 밸브의 II-II' 단면을 도시하는 횡단면도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 차량용 밸브의 유로 내부에서 플레이트가 더 개방된 상태를 확대하여 도시하는 참고도이다.
도 8은 도 3에 나타낸 차량용 밸브의 각형 링을 도시하는 참고도이다.
도 9는 도 3에 나타낸 차량용 밸브의 III-III' 단면을 도시하는 종단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸브를 제조하는 방법을 도시하는 플로우차트이다.
도 11은 도 10에 나타낸 차량용 밸브의 제조방법에 따라서 각형 링을 제조 순서대로 도시하는 참고도이다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 밸브의 단면을 도시하는 종단면도이다.
도 13은 도 12에 나타낸 하우징의 단면을 도시하는 종단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소 들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다.

및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 차량용 밸브를 도시하는 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 차량용 밸브의 배면을 도시하는 배면도이며, 도 3은 도 1에 나타낸 차량용 밸브를 분해하여 도시하는 분해 사시도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 다른 차량용 밸브(100)는 하우징(110)과, 구동부(120)와, 개폐부(130) 및 각형 링(140)을 포함한다.

먼저, 하우징(110)은 본 발명에 따른 차량용 밸브(100)의 외관을 형성하는 부분으로써, 내부에는 후술하는 구동부(120)와 개폐부(130) 및 각형 링(140)이 수용된다.

하우징(110)의 내부에는 내벽에 의하여 공기 또는 가스가 유동하기 위한 공간이 형성되며, 본 실시예에서는 이러한 공기 또는 가스가 유동하기 위한 공간을 유로(流路, 111)라 정의한다.

본 발명의 실시예에 따른 하우징(110) 내부의 유로(111)는 공기가 유동하기 위한 통로이며, 후술하는 개폐부(130)가 유로 상에 장착됨으로써 공기의 유동을 제어할 수 있다.

또한, 하우징(110)은 내부에 샤프트(131)가 설치되는 샤프트홀(112)이 형성된다. 샤프트홀(112)의 일 단부는 유로(111)와 연통하도록 가공된다. 이때, 샤프트홀(112)의 길이방향은 유로(111)의 중심들을 연결한 가상의 연장선(L)과 직교한 방향으로 형성될 수 있다.

그리고, 구동부(120)는 유로에서의 공기 유동을 선택적으로 차단 또는 허용하는 개폐부(130)에 구동력을 제공한다.

구동부(120)는 모터(121)와, 기어부(122) 및 제어부(123)를 포함한다.

모터(121)는 하우징(110) 내부에 형성된 모터 삽입부(113)에 삽입되고, 모터 커버(124)가 모터 삽입부(113)의 주변에 고정되면서 모터(121)를 하우징(110) 상에 고정시킬 수 있다.

기어부(122)는 피니언 기어(122a)와, 감속기어(122b) 및 샤프트 기어(122c)를 포함한다.

피니언 기어(122a)는 모터(121)의 회전축에 결합되어 감속기어(122b)와 치합하도록 배치된다. 감속기어(122b)는 피니언 기어(122a)와 치합하는 제1기어(대경부, 122b1)와, 제1기어(122b1)와 일체로 이루어지고 제1기어(122b1)보다 기어 잇수가 작은 제2기어(소경부, 122b2)를 포함하는 복층기어 형태로 마련된다. 제2기어(122b2)는 샤프트 기어(122c)와 치합하도록 배치된다. 따라서, 최종적으로 샤프트 기어(122c)는 모터 출력 보다 감속되면서 큰 토크를 개폐부(130)에 제공할 수 있다.

제어부(123)는 모터(121)의 회전 또는 샤프트 기어(122c)의 회전을 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(123)는 모터(121)의 회전 방향이나 속도를 제어할 수 있고, 또는 홀센서(125)를 이용하여 샤프트 기어(122c)의 회전상태를 감지할 수도 있다.

하우징(110) 상에서 구동부(120)와 제어부(123)는 하우징 커버(110')에 의해 커버되고, 하우징 커버(110')는 구동부(120)의 일부를 하우징(110)의 반대 편에서 지지할 수도 있다.

그리고, 개폐부(130)는 샤프트(131)와, 플레이트(132)를 포함한다.

샤프트(131)는 일 단부가 샤프트 기어(122c)에 결합되어 샤프트홀(112) 내부에서 회전 가능하도록 배치된다. 샤프트(131)의 일 단부에는 제어부(123)의 홀센서(125)가 회전상태를 감지할 수 있도록 마그넷(133)이 결합될 수 있다.

샤프트홀(112) 내부에는 샤프트(131) 외주면에 결합되어 샤프트(131)를 지지하는 부싱(bushing, 135a)과 니들 베어링(135b) 및 씰 부재(seal, 135c)가 배치될 수 있다. 부싱(135a)은 청동 또는 황동 재질로 이루어질 수 있다. 그리고, 샤프트 기어(122c)와 하우징(110) 사이에는 샤프트 기어(122c)에 복원력을 제공하는 토션 스프링(135d)이 마련된다.

샤프트(131)의 타 단부에는 플레이트(132)가 결합되어 샤프트(131)의 회전에 따라서 플레이트(131)가 유로(111)를 개폐할 수 있다. 그리고, 샤프트(131)의 타 단부 끝단은 유로(111)를 관통하여 반대측 하우징에 삽입되면서 양측 지지구조를 제공한다. 이때 반대측 하우징 내부에는 샤프트홀(112)이 연장되도록 형성되며, 샤프트(131)의 타 단부를 지지하는 부싱(135f)과, 샤프트홀(112)의 단부를 커버하는 캡(135g)이 마련된다. 양측 지지구조는 샤프트(131)의 견고한 회동을 지지할 수 있어 정밀 제어가 필요한 구조에 적합하다.

그리고, 각형 링(140)은 유로(111) 내부에 삽입 고정된 채로 인서트 주조 방식으로 하우징(110)을 성형하면서 이종 재질의 두 가지 구성을 가지고 하나의 유로(111)를 형성할 수 있다. 이때, 샤프트(131)가 유로(111) 방향으로 연장될 수 있도록 각형 링(140)은 관통홀(141)이 형성된다. 예컨대, 하우징(110)은 가공이 용이하고 가벼운 알루미늄 재질로 이루어지고, 각형 링(140)은 부식에 강한 스테인리스 스틸 재질로 이루어질 수 있다.

플레이트(132)가 샤프트(131)에 결합된 후, 패스너(f)가 플레이트(132)를 관통하여 샤프트(131)에 고정되는데, 패스너(f)의 일 측 또는 타 측에 샤프트(131)와 결합된 면에는 접착제가 도포되거나 레이저 용접이 이루어지면서 샤프트(131)로부터 패스너(f)의 풀림을 방지할 수 있다.

하우징(110) 내부에서 구동부(120) 주변과 하우징 커버(110')가 마주하는 면 또는, 하우징(110)과 하우징 커버(110')가 결합되면서 마주하는 면에는 실링재(114)가 구비될 수 있다.

도 4는 도 1에 나타낸 차량용 밸브의 I-I' 단면을 도시하는 종단면도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 차량용 밸브의 유로 영역을 확대하여 도시하는 부분 확대도이며, 도 6은 도 1에 나타낸 차량용 밸브의 II-II' 단면을 도시하는 횡단면도이고, 도 7은 도 6에 나타낸 차량용 밸브의 유로 내부에서 플레이트가 더 개방된 상태를 확대하여 도시하는 참고도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 샤프트홀(112)은 상부 샤프트홀(112a)과 하부 샤프트홀(112b)을 포함한다. 상부 샤프트홀(112a)에는 샤프트(131) 외주면 상에 결합되는 리테이닝 와셔(retaining washer, 135e)가 지지될 수 있도록 제1단턱(115a)이 마련되고, 씰 부재(135c)가 샤프트(131)에 결합되는 영역에 인접하여 샤프트(131)와 샤프트홀(112) 사이에 최소한의 조립 공차만이 형성되도록 제2단차(115b)가 마련될 수 있다.

하우징(110)은 외부와 연통하도록 형성된 벤트홀(115c)을 포함할 수 있다. 벤트홀(115c)은 하우징(110) 내부에서 응결된 응축수나, 유로(111)에서 샤프트홀(112)로 유입된 공기 또는 수분 등의 이물질이 외부로 배출되도록 안내하여 구동부(120) 방향으로 공기 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다. 보다 바람직하게는 벤트홀(115c)이 구동부(120)와 인접한 하우징(110)의 측벽에 위치할 수 있다. 따라서, 벤트홀(115c)은 구동부 주변에서 발생하는 열을 외부로 배출할 수도 있다.

도 6에 도시된 바와 같이, 플레이트(132)는 각형 링(140) 내주면과 접촉하는 밸브 링(136)을 포함한다. 밸브 링(136)은 플레이트와 각형 링(140) 사이에 직접적인 마찰을 줄이면서 차폐 성능을 향상시킬 수 있다. 밸브 링(136)은 각형 링(140)의 재질 보다 경도가 작고, 탄성을 가지는 재질로 구현될 수 있다. 밸브 링(136)은 피스톤 링 또는 가스킷의 실링 기능을 겸비할 수 있다.

도 6 및 도 7을 살펴보면, 유로(111) 내부에서 플레이트(132)가 회전하면서 밸브 링(136)과 각형 링(140)의 내주면이 접촉을 반복하게 되는데, 이때 밸브 링(136) 또는 플레이트(132)와 각형 링(140) 내주면 사이에는 공기에 포함된 수분과 이물질 등이 일부 쌓일 수 있다. 수분과 이물질이 점점 퇴적되면, 각형 링(140)과 밸브 링(136) 사이에서 부식이 발생하게 되는데, 밸브 링(136)은 각형 링(140) 내주면에 지속적으로 접촉이 이루어지기 때문에 부식의 가능성이 낮고, 통상적으로 각형 링(140) 내주면에 부식이 발생할 수 있다.

이러한 문제점을 방지하기 위한 대책으로 부식에 강한 스테인리스 스틸 재질로 이루어진 각형 링(140)을 하우징(110)의 유로(111) 위치에 거치한 후 인서트 주조 방식으로 유로(111)의 일부를 제조한다.

도 8은 도 3에 나타낸 차량용 밸브의 각형 링을 도시하는 참고도이다.

도 8을 참조하면, 각형 링(140)은 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 원통부(142)와, 원통부(142) 상에서 샤프트(131)가 삽입되는 영역이 관통된 관통홀(141)을 포함한다.

원통부(142)는 소정의 폭을 가지는 링 형상을 가지며, 내부에 유로(111)에 대응하도록 형성된 중공부(143)가 마련된다. 즉, 유로(111)와 중공부(143)는 동일하거나 유사한 크기의 내경을 가질 수 있다.

관통홀(141)은 샤프트홀(112)의 내경에 대응하는 크기를 가질 수 있다. 관통홀(141)은 원통부(142)의 적어도 일 측에 배치되고, 원통부(142)의 중심 영역을 관통하도록 형성되는 것이 바람직하다.

원통부(142)는 제1영역(144)과, 제2영역(145) 및 제3영역(146)을 포함한다.

제1영역(144)은 유로(111)의 중심을 연결한 가상의 연장선(도 3 참조, L) 방향을 따라서 원통부(142)의 일 측에 배치되고 두께가 가장 두껍게 형성된다.

제2영역(145)은 원통부(142)의 타 측에 배치되고 제1영역(144)에 비해서 두께가 얇게 형성된다.

제3영역(146)은 제1영역(144)과 제2영역(145) 사이를 연결하는 부분으로 내주면이 곡면 또는 경사면으로 이루어질 수 있다.

즉, 원통부(142)는 제1영역(144) 내지 제3영역(146)의 외경이 동일하되, 내경에 서로 차이가 발생하면서 두께 차이가 발생하게 된다. 원통부(142)의 상세한 가공방법에 대해서는 후기하기로 한다.

원통부(142)는 외주면에 평면부(147)가 마련되고, 제1영역(144)의 내주면에 내부턱(148)이 마련된다.

평면부(147)는 외주면 곡률과 다른 곡면 또는 평면으로 절삭되면서 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 평면부(147)가 소정의 폭을 가지는 평면으로 절삭된 형상을 일 예로 설명한다.

평면부(147)는 일 단면이 원 형상을 가진 각형 링(140)이 하우징(110)과 인서트 주조 과정에서 평면 대 평면으로 접촉하는 구간을 형성할 수 있다. 즉, 하우징(110)과 각형 링(140) 사이에 곡률이 일정한 곡면으로만 접촉하게 되는 경우 이들 사이에 슬립이 발생하거나 소정 각도 상대 회동이 발생할 수 있기 때문에 평면부(147)를 통해서 이를 방지할 수 있다.

또한, 적어도 하나의 평면부(147)는 샤프트홀(112)의 위치에 대응하도록 배치된다. 따라서 원통부(142) 상에서 샤프트홀(112)에 대응하도록 관통홀(141)이 후 가공되는 경우, 샤프트홀(112)에 절삭 공구가 삽입되어 평면부(147)와 접촉하면서 절삭이 이루어진다. 이는 공구가 원통부(142)의 외주면 상에서 곡면에 접촉하여 절삭이 이루어지는 것이 비하여 평면부(147)에 접촉이 이루어지기 때문에 안정적인 타공 위치를 설정할 수 있는 장점이 수반된다. 물론, 평면부(147)는 원통부(142)의 폭 방향을 따라서 형성되면서 원통부(142)의 원주 방향을 따라서 복수개가 서로 등 간격으로 배치되며, 유로(111)를 중심으로 반대측 하우징에 샤프트홀(112)이 형성된 위치에 대응하도록 또 다른 평면부가 배치될 수 있다. 따라서, 평면부(147)는 원통부(142)의 외주면 상에서 샤프트홀(112)의 위치에 대응하는 두 개가 마련되거나, 또는 이와 더불어 등 간격으로 총 네 개의 평면부가 마련되는 것이 바람직하다.

각형 링(140)과 하우징(110)의 인서트 주조 과정에서, 내부턱(148)은 각형 링(140)을 하우징(110)의 유로(111) 상에 고정시킬 때 지그(미도시)가 파지할 수 있는 부분이다. 내부턱(148)은 원통부(142)의 제1영역(144) 내주면 상에 복수개 형성될 수 있다. 즉, 지그가 원통부(142)의 내부턱(148)에 끼워지면서 각형 링(140)을 유로(111) 영역에 거치할 수 있고, 각형 링(140)이 거치된 상태에서 하우징(110)을 성형할 용융된 모재가 채워지면서 하우징(110)의 성형이 완성된다.

각형 링(140)의 제2영역 내주면에는 개폐부(130)가 폐쇄되는 과정에서 플레이트(132) 또는 밸브 링(136)이 접촉될 수 있고, 플레이트(132)의 원활한 개폐작동을 위해서 제2영역(145)은 곡면이나 경사면 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

도 9는 도 3에 나타낸 차량용 밸브의 III-III' 단면을 도시하는 종단면도이다.

도 9에서는 하우징(110)의 종방향을 따라서 샤프트홀(112)과 유로(111)가 일부 절단된 상태를 나타내도, 유로(111) 상에는 각형 링(140)이 생략된 상태를 나타낸다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 하우징(110)은 유로(111) 상에서 평면부(147)와 마주하도록 평면으로 이루어진 평면부 지지부(117)가 돌출된다.

즉, 평면부 지지부(117)는 하우징(110) 성형 과정에서 모재가 평면부(147) 영역에 대면되면서 평면부(147)와 접촉하여 이를 지지함으로써 각형 링(140)의 회전을 방지할 수 있다.

그리고, 샤프트홀(112) 내부의 제1단턱(115a)과 제2단턱(115b)은 2차가공을 통해서 보다 정밀하게 성형할 수 있다. 예컨대, 제1단턱(115a)과 제2단턱(115b)은 하우징(110)의 성형 과정에서 동시에 가공이 이루어질 수 있고, 가공이 완료된 후 공구(미도시)를 이용하여 제1단턱(115a)과 제2단턱(115b)을 후 가공할 수 있다. 물론, 단턱들이 없는 샤프트홀(112)이 선 가공된 후 공구를 이용하여 제1단턱(115a)과 제2단턱(115b)을 후 가공으로 성형할 수도 있다. 이에 따른 상세한 가공방법에 대해서는 후기하기로 한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸브를 제조하는 방법을 도시하는 플로우차트이고, 도 11는 도 10에 나타낸 차량용 밸브의 제조방법에 따라서 각형 링을 제조 순서대로 도시하는 참고도이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸브의 제조방법(S100)은 각형 링 성형단계(S110)와, 각형 링 거치단계(S120)와, 하우징 성형단계(S130)와, 유로 가공단계(S140) 및 샤프트홀 가공단계(S150)를 포함한다. 여기서 차량용 밸브의 제조방법(S100)은 인서트 주조 방식으로 이루어지는 것을 일 예로 설명하며, 이외 다른 방식으로도 구현될 수 있다.

먼저, 각형 링 성형단계(S110)는 양 측이 개구된 원통부를 가공하는 단계(S111)와, 원통부의 외주면에 평면부를 가공하는 단계(S112) 및 내부턱 가공단계(S113)를 포함한다.

원통부를 가공하는 단계(S111)에서는 소정의 폭을 가지는 원통부를 가공한다. 원통부는 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

이때, 원통부 내부의 중공부는 적어도 하우징 내부에 형성될 유로의 내경 크기 보다 더 작게 형성되는 것이 바람직하다. 원통부는 하우징의 성형이 완료된 다음에 후 가공이 이루어지기 때문에 유로의 내경 보다 크지 않게 제작된다.

평면부 가공단계(S112)는 원통부의 외주면에 복수개의 평면부를 절삭 가공한다. 평면부는 원통부 두께의 50%를 넘지 않는 범위에서 가공되는 것이 바람직하다. 평면부는 중공부를 중심으로 서로 대향하도록 적어도 한 쌍이 배치되고, 본 실시예에서는 두 쌍의 평면부가 중공부의 중심을 기준으로 서로 등 각으로 배치된 것을 일 예로 설명한다.

내부턱 가공단계(S113)는 원통부의 내주면 상에서 내측으로 파인 복수개의 내부턱을 절삭 가공한다. 내부턱은 제3영역(도 8 참조, 144)에서 등 각으로 형성된다.

각형 링 거치단계(S120)는 몰드 내부에서 유로가 형성될 위치에 대응하도록 각형 링을 거치한다. 이때, 도면에 도시하지는 않았지만, 몰드 내부에는 복수의 내부턱을 지지하는 지그가 배치되고, 지그는 하우징의 유로가 형성될 영역에 대응하도록 각형 링을 거치시킨다.

하우징 성형단계(S130)는 몰드 내부에서 각형 링을 제외한 영역에 용융된 모재를 주입하여 하우징을 성형한다. 주입된 모재가 냉각되면 외형을 가진 하우징이 완성된다. 이때, 도 11(a)와 같이, 하우징에는 미완성의 유로와 샤프트홀이 형성된다. 또한, 유로 내부에서는 각형 링의 중공부가 노출된다. 도 11(a)에서는 각형 링을 지지하던 지그가 제거된 상태를 나타낸다.

다음으로, 하우징의 유로와 샤프트홀의 가공이 이루어진다.

유로 가공단계(S140)는 제1절삭단계(S141)와 정삭단계(S142)를 포함한다. 제1절삭단계(S141)는 도 11(b)에 도시된 바와 같이, 원통부의 내주면을 황삭 가공하여 중공부 내경을 증가시킨다. 이때, 중공부의 내경과 유로의 내경이 거의 유사하게 절삭 가공된다. 제1절삭단계(S141)는 황삭, 중삭, 정삭 중 적어도 하나의 절삭 가공을 포함한다.

정삭단계(S142)는 유로와 샤프트홀의 가공이 완료되기 직전에 유로 또는 각형 링의 중공부를 마무리 절삭하는 과정에서 이루어질 수 있다.

이때, 제1절삭단계(S141)에서 내부턱이 삭제될 수 있다. 즉, 원통부의 내경을 증가시키면서 유로의 내경과 유사하게 가공하되, 내부턱이 삭제되도록 가공할 수 있다.

샤프트홀 가공단계(S150)는 제2절삭단계(S151)와, 평면부 타공단계(S152) 및 제3절삭단계(S153)를 포함한다.

제2절삭단계(S151)는 도 11(c)에 도시된 바와 같이, 샤프트홀의 내부를 황삭, 중삭, 정삭 중 적어도 하나의 절삭 가공이 이루어진다. 예컨대, 제2절삭단계(S151)는 1차로 황삭 가공, 2차로 중삭 가공, 3차로 정삭 가공이 이루어질 수 있다.

평면부 타공단계(S152)는 제2절삭단계(S151)에서 동시에 수행될 수 있으며, 별도로 평면부의 타공만을 수행할 수도 있다. 평면부 타공단계(S152)는 샤프트홀에 공구를 삽입하여 원통부 상에 관통홀을 형성한다. 이때 관통홀을 가공하는 과정에서 중공부 내측으로 소정의 버(burr)가 발생할 수 있다.

도 11(d)에서와 같이, 제3절삭단계(S153)는 샤프트홀 내주면에 단차를 가공하는 제1챔퍼링 단계(S154)를 포함한다.

제1챔퍼링 단계(S154)는 니들 베어링이나 씰 부재 또는 리테이닝 와셔가 설치될 위치를 챔퍼링 가공한다. 물론, 제1챔퍼링 단계(S154)는 샤프트홀 내부에 배치된 관통홀의 단부를 추가적으로 챔퍼링 할 수도 있다.

또한, 제3절삭단계(S153)는 평면부 타공단계(S152) 이후, 중공부 내주면의 관통홀 주변을 가공하는 제2챔퍼링 단계를 포함한다. 도 11(e)에서와 같이, 제2챔퍼링 단계(S155)는 중공부 내부에서 타공홀 주변에 챔퍼 가공이 이루어지고, 이때 평면부 타공단계(S152)에서 발생한 버를 제거하여 원통부의 내주면이 깔끔하게 가공된다.

제3절삭단계(S153)가 완료되면, 도 11(f)와 같이, 중공부를 정삭하는 단계(S142)가 이루어진다. 이때 중공부의 정삭단계(S142)를 통해서, 제3절삭단계(S153)에서 발생한 이물질들도 모두 제거되고, 중공부와 유로의 내경이 일치화될 수 있다.

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 밸브의 단면을 도시하는 종단면도이고, 도 13은 도 12에 나타낸 하우징의 단면을 도시하는 종단면도이다. 이하에서 전기한 참조부호와 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 나타낸다.

본 발명의 제2실시예에 따른 차량용 밸브(200)는 샤프트(131)의 타 단부 끝단이 유로(111) 상에 노출되어 하우징(210)에 지지되지 않는 편측 지지구조를 제공한다

제1실시예와 달리 하우징(210)의 유로(111) 아래쪽에 하부 샤프트홀이 형성되지 않은 샤프트(131)의 편측 지지구조는 조립이 용이하고, 제조 단가를 절감할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 경우에 따라서 편측 지지구조와 양측 지지구조를 선택적으로 적용할 수 있다.

샤프트홀(112) 내부에는 샤프트의 외주면을 지지하는 부싱(135a)과, 니들 베어링(135b)과, 리테이닝 와셔(135e) 및 씰 부재(135c)가 순차적으로 유로 방향을 향해서 배치된다. 그리고, 샤프트홀(112) 내부에서 니들 베어링(135b)은 각형 링(240)에 인접하게 배치된다. 즉, 니들 베어링(135b)과 부싱(135a) 사이의 거리는 니들 베어링(135b)과 각형 링(240) 사이의 거리(간격) 보다 크게 이루어진다. 따라서, 니들 베어링(135b)이 각형 링(240)에 인접하게 배치되면서 편측 지지구조를 통해서도 안정적으로 샤프트(131)의 회전을 지지할 수 있다.

여기서, 편측 지지구조의 경우 벤트홀(215c)이 샤프트홀(112)와 연통하도록 배치된다. 또한 각형 링(240)은 상부 영역에만 관통홀이 형성되면서 샤프트(131)가 삽입되도록 결합된다.

나머지 하우징(110)과 구동부(120) 및 개폐부의 구조는 전기한 제1실시예의 차량용 밸브와 동일하기 때문에 중복 설명은 생략한다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 차량용 밸브에 의하면, 개폐부를 편측 또는 양측 지지구조로 선택적으로 적용할 수 있고, 편측 지지구조의 경우 조립성이 증대되고, 이에 따른 제조 비용을 저감시킬 수 있고, 인서트 주조 공법으로 이종 재질의 각형 링을 추가함으로써 유로 내 부식 관련 문제점을 해결할 수 있으며, 하우징에 벤트홀을 마련하여 응축수가 생성되는 경우에도 이를 신속하게 건조시키거나 외부로 배출시킬 수 있어 구동부 또는 개폐부 주변에서 부식이 발생되는 것을 최소화할 수 있고, 각형 링의 외주면에 평면부를 구비하여 샤프트가 삽입되는 관통홀의 가공이 용이하고, 또한 하우징과 각형 링 사이에서 슬립 또는 상대 회전이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 관통홀 상에서 유로와 인접한 주변 영역을 가공함으로써 관통홀 성형 과정에서 발생되는 버(burr)를 제거할 수 있고, 플레이트를 고정하는 패스너를 접착제나 레이저 용접으로 고정하기 때문에 패스너의 풀림을 미연에 방지함으로써 불량률을 개선할 수 있는 효과가 있다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의해 결정되어야 한다.

100, 200 : 차량용 밸브
110, 210 : 하우징
120 : 구동부
130 : 개폐부
140, 240 : 각형 링

Claims (15)

1. 유로가 형성되고, 상기 유로와 직교방향으로 샤프트홀이 형성되는 밸브 하우징;
   상기 밸브 하우징에 마련되는 구동부;
   상기 구동부에 연결되는 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되어 상기 유로를 선택적으로 개폐하는 플레이트를 포함하여, 상기 유로를 통과하는 가스의 유동을 제어하는 개폐부; 및
   상기 유로 내부에서 상기 플레이트 주변에 배치되어 상기 개폐부가 폐쇄되는 경우 상기 플레이트와 접촉하며, 외주면에 적어도 하나 이상의 평면부를 구비하는 각형 링;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 각형 링은,
   상기 유로에 대응하도록 내부에 중공부가 마련되고, 스테인리스 스틸 재질로 이루어지는 원통부와,
   상기 원통부 상에서 상기 샤프트홀에 대응하는 영역이 관통된 관통홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 각형 링은,
   상기 평면부가 상기 샤프트홀의 위치에 대응하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 원통부는,
   내주면 상에서 내측으로 파인 내부턱을 포함하되,
   상기 하우징의 성형이 완료된 후에, 상기 유로와 중공부를 절삭 가공하면서 상기 내부턱이 삭제되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
5. 청구항 2에 있어서,
   상기 평면부는,
   상기 원통부의 폭 방향을 따라서 형성되고, 상기 원통부의 원주방향을 따라서 복수개가 서로 등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
6. 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징은, 양측 지지구조의 경우,
   상기 유로를 중심으로 서로 마주하도록 배치되는 상부 샤프트홀과 하부 샤프트홀을 포함하고,
   상기 상부 샤프트홀에는 상기 샤프트의 외주면에 결합되는 니들 베어링과, 상기 니들 베어링의 하부에 배치되는 리테이닝 와셔 및 상부 샤프트홀과 유로 사이를 차폐시키는 씰 부재가 순차적으로 구비되고,
   상기 하부 샤프트홀에는 상기 샤프트의 단부를 지지하는 부싱 및 상기 하부 샤프트홀의 단부를 커버하는 캡이 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 구동부에 인접한 측면이 외부와 연통하도록 형성된 벤트홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
8. 청구항 2에 있어서,
   상기 하우징은, 편측 지지구조의 경우,
   상기 샤프트홀에는 상기 샤프트의 외주면에 결합되는 부싱과, 니들 베어링과, 상기 니들 베어링의 하부에 배치되는 리테이닝 와셔 및 상부 샤프트홀과 유로 사이를 차폐시키는 씰 부재가 순차적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 샤프트홀이 외부와 연통하도록 형성되고, 상기 부싱과 니들 베어링 사이에 위치하는 벤트홀을 포함하고,
   상기 부싱과 니들 베어링 사이의 간격은 상기 니들 베어링과 각형 링 사이의 간격 보다 큰 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
10. 양 측이 개구되고, 일 단면이 원형으로 이루어져 내부에 중공부가 마련되는 각형 링 성형단계;
    몰드 내부에서 상기 중공부가 유로 상에 배치되도록 상기 각형 링을 거치하는 단계;
    몰드에 모재를 주입하여 하우징을 성형하는 단계;
    상기 하우징 내부에 형성된 유로를 가공하는 단계; 및
    상기 하우징 내부에 상기 유로와 직교하도록 형성된 샤프트홀을 가공하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브 가공방법.
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 각형 링을 성형하는 단계는,
    원통부를 가공하는 단계와,
    상기 원통부의 외주면 상에 평면부를 가공하는 단계와,
    상기 원통부 내주면 상에 내부턱을 가공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브 가공방법.
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 각형 링을 거치하는 단계는,
    상기 몰드 내부에 마련된 지그가 상기 각형 링 내부에 형성된 내부턱을 지지하도록 상기 각형 링이 결합되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 유로를 가공하는 단계는,
    상기 유로와 중공부를 황삭, 중삭, 정삭 중 어느 하나 또는 복수개의 절삭 가공이 이루어지는 제1절삭단계를 포함하며,
    상기 제1절삭단계는 황삭 가공을 통해서 내부턱이 삭제되는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
14. 청구항 10에 있어서,
    상기 샤프트홀을 가공하는 단계는,
    황삭, 중삭, 정삭 중 어느 하나 또는 복수개의 절삭 가공이 이루어지는 제2절삭단계와,
    상기 제2절삭단계 후에 상기 각형 링의 평면부를 타공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 샤프트홀을 가공하는 단계는,
    상기 평면부를 타공하는 단계 이후, 상기 중공부 내주면의 관통홀 주변을 가공하는 제3절삭단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 밸브.

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