KR20220125217A - 슬라이딩 스풀 밸브의 개선 또는 이와 관련된 개선 및 이를 위한 방법 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 입구 포트와 적어도 하나의 출구 포트 사이에서 유체를 밸브하기 위한 스풀 밸브가 개시되며, 이는 내부에 작동 가능하게 연결된 스풀을 가지는 보어를 구비한다. 상기 보어는 하나 이상의 입구 포트 및 적어도 하나의 출구 포트를 가진다. 적어도 하나의 인보어 씰이 상기 보어에 위치하며, 상기 씰은 씰 외경을 상기 보어의 내경으로 유체 밀봉하고, 선택적으로, 씰 내경을 스풀 외경으로 유체 밀봉한다. 또한, 스페이서 내경에서 스페이서 외경으로 상기 적어도 하나의 입구 포트 또는 상기 적어도 하나의 출구 포트와 유체 연통하는 상기 적어도 하나의 인보어 씰에 인접하여 상기 보어에 위치한 적어도 하나의 스페이서가 제공된다. 상기 스풀은 입구 포트에서 출구 포트로의 흐름을 허용하거나 방지하기 위해 이동한다.

Description

슬라이딩 스풀 밸브의 개선 또는 이와 관련된 개선 및 이를 위한 방법

본 발명은 슬라이딩 스풀 밸브에 관한 것이다.

특히, 전체적으로는 아니나, 본 발명은 공기 또는 유체 작동 도구 또는 기계 등에서 사용하기 위한 슬라이딩 스풀 밸브에 관한 것이다.

슬라이딩 스풀 밸브는 일반적으로 공압식 및 유압식 유체 제어 시스템에 사용된다.

예를 들어, 공압식 또는 유압식 솔레노이드(solenoid), 파일럿(pilot)(공압식 또는 공압식), 스프링 또는 수동 작동식 슬라이딩 스풀 밸브는 공압 액추에이터가 끼워 맞춤된 대형 오일 및 가스 밸브를 제어하기 위해 또는 대형 유압 구동식 건설 장비에서 사용된다.

또한, 공기 작동식 도구 및 네일 건(nail gun)과 같은 장비에서 공압식 트리거 장치를 작동시키기 위해 사용된다.

스풀 밸브는 전형적으로 보어(bore) 내에 포함된 피스톤 등의 형상을 갖고 있다. 피스톤은 보어 내에서 슬라이딩할 수 있고 보어에 대해 유체 밀봉되어 피스톤이 슬라이딩할 수 있도록 하나, 일반적인 사용 조건 하에서 보어에 대해 유체 밀봉된 상태를 유지한다. 그 후, 피스톤의 이동은 보어에 대한 하나 이상의 공급 또는 배기 포트를 개방하여 유체가 보어를 가로질러 또는 이를 따라 하나 이상의 배기 또는 공급 포트로 이동할 수 있도록 한다. 또한, 이렇게 하여, 피스톤은 하나 이상의 공급 또는 배기 포트에서 하나 이상의 배기 또는 공급 포트로의 접근을 차단할 수 있다. 따라서, 이는 개방 또는 폐쇄 밸브 역할을 할 수 있을 뿐만 아니라, 배기 포트 및 입구 포트 배열에 대한 선형 위치에 따라 필요에 따라 유체를 재지정할 수 있다.

피스톤 장착 씰이 자주 사용된다. 이러한 씰은 O링, 립(lip) 씰 또는 유사한 씰로, 예를 들어, 위치 지정 홈 내에서 피스톤에 장착된 다음, 보어와 피스톤 사이에서 압축되어 유체 씰을 형성한다. 유압 시스템에서, 피스톤과 직경이 충분히 근접한 보어 섹션도 작동 유체의 점도가 피스톤과 보어 사이의 갭을 따라 흐름을 크게 제한하기에 충분하기 때문에 씰로서 작용할 수 있다. 이러한 방식에서, 강성 부재가 씰이 될 수 있는 것이 합리적이다.

피스톤 장착 씰에는 여러 문제가 발생한다.

이 중에서 첫 번째는 조립이다. 씰은 위치 지정 홈으로 피스톤에서 위치해야 한다. 이는 피스톤의 형상이 단순하거나, 위치 지정 홈이 피스톤의 한쪽 끝에 근접하고 해당 끝과 해당 0링이 늘어나지 않는 위치 지정 홈 사이에 아무 것도 없을 경우 간단할 수 있다. 그러나, 위치 지정 홈이 피스톤 아래로 더 내려가거나, 조립할 씰이 여러 개 있거나, 작은 직경의 씰이, 예를 들어, 다중 포트 배열에서 피스톤의 큰 섹션에 걸쳐 늘어나야 하는 경우, O링을 제자리로 이동하는 것이 씰이 올바른 위치에 올 때까지 각 위치 지정 홈을 통과해야 하므로 어려울 수 있다. 이는 씰이 O링이고 늘어날 수 있다고 가정한다. O링 여부에 관계 없이 씰이 늘어나지 않거나 매우 제한적으로 늘어나는 경우, 이러한 조립이 불가능하지 않더라도 훨씬 더 어려워서 사용 가능한 설계 옵션이 제한된다. 분할 씰은 O링을 늘리는 것과 유사하게 개방될 수 있으므로 이러한 조립 문제를 해결할 수 있으나, 이러한 씰에는 본질적으로 누출 경로가 있으므로 항상 적용 가능한 것은 아니다.

마찬가지로, 밸브에 유지 보수가 필요한 경우, 씰 제거가 어렵고, 손상 없이 위치 지정 홈에서 씰을 들어올릴 수 있는 제한된 방법으로 인해 완벽하게 사용할 수 있는 경우에도, 씰을 교체해야 하는 경우가 일반적으로 많다.

또한, 위치 지정 홈, 또는 기타 피스톤 기능, 또는 다른 보어 다른 기능은 일반적으로 날카로운 에지를 가지므로, 날카로운 에지 위로 씰을 이동하면 씰이 손상될 수 있으며, 이는 조립 또는 유지 보수 동안 발생한다.

피스톤 장착 씰의 또 다른 단점은 씰이 피스톤에 장착될 경우 조립 동안 피스톤과 함께 보어로 압축되어야 한다는 점이다. 단일 씰의 경우에서도, 이는 하기 언급된 상당한 슬라이딩 마찰을 생성할 수 있으며, 위치 지정 홈 에지, 보어 입구 또는 보어의 다른 특징에서 씰이 손상될 위험이 있다. 씰이 보어와 피스톤 사이에 핀칭(pinching)되어 씰이 작동하지 않거나 누출되거나 사용 수명이 단축되는 경우 더 악화된다.

또한, 피스톤 장착 씰은 스틱션을 줄이기 위해 사용 가능한 씰 크기 및 사용 가능한 씰 선택에 문제가 있다. 스틱션(Stiction)은 보어 내의 슬라이딩 표면에 대해 압축된 씰의 정지 마찰과 관련된 마찰이며, 보어에 대해 피스톤을 움직이기 위해 극복해야 한다. 제한된 씰 선택 옵션은 효과적인 씰을 생성하기 위해 필요한 압축력 요구 사항을 크게 증가시킬 수 있다. 일반적으로, 안정적인 밀봉을 생성하기 위해 필요한 압축이 클수록 스틱션이 커진다. 압축력은 씰을 단면 두께의 상당한 부분에 해당하는 거리만큼 사전로딩해야 하는 경우 유의미하게 더 높아진다. 스틱션이 클수록 보어에 대해 피스톤을 미끄러지게 하기 위해 사용해야 하는 작동 구성 요소, 압력 영역, 힘 또는 메커니즘이 커진다. 이는 충분한 공간이 있거나 높은 작동력을 사용 가능한 대형 기계에서 허용될 수 있다. 그러나, 저비용을 요구하는 장치이나 고전력 액추에이터를 위한 공간이 거의 없는 경우, 또는 사용자 수작업으로 작동시키는 경우에 이는 불리하다.

주어진 압력 등급 및 씰 유형에 대해 씰 스틱션을 줄이는 한 가지 방법은 씰의 (단면 두께에 대한) 절대 또는 상대 압축을 줄이는 것이다. 이를 달성하는 편리한 방법은 더 큰 밀봉 요소를 사용하는 것이다. 씰이 피스톤에 장착되는 경우, 이는 위치 지정 홈의 크기를 증가시키는 방법, 즉 홈을 피스톤 두께로 더 깊고 더 넓게 제조하는 방법으로만 수행될 수 있다. 이는 피스톤의 기계적 강도가 위치 지정 홈의 직경 감소로 인해 손상되기 전까지만 가능하다.

피스톤 장착 씰의 추가 단점은 보어가 마모 표면이 된다는 것이다. 마모 표면이 작동으로 인해 손상되거나 마모되거나 유지 보수 활동으로 인해 손상된 경우, 그 후 내부에 위치한 보어를 갖는 전체 장치를 교체해야 한다. 이는 장비에서뿐만 아니라 노동력, 다중 포트 작동 및 장치가 복잡한 경우에서 비용이 많이 들 수 있다.

대체 조립에서, 보어 내의 기계가공된 홈에 위치하거나 서로의 사이에서 홈을 형성하여 씰을 유지하는 견고하게 연결된 구성 요소 사이에 장착되는 글랜드(gland) 씰이 사용된다.

씰이 보어로 위치되어야 하는 경우, 특히 피스톤 직경 및 보어 직경이 작고 보어가 깊고 씰 두께가 굵고 씰이 많은 경우, 유사한 문제가 발생한다. 이러한 경우, 조립 및 정비는 어렵고 시간 소모적이며 일반적으로 비실용적이다. 보어 장착 씰이 사용되는 경우, 이는 보어의 제조된 홈에 장착된다. 홈은 일반적으로 금속으로 만들어진 보어로 기계가공되나 플라스틱, 금속, 세라믹 또는 다른 적합한 재료로 만들어진 보어로 주조되거나 달리 형성될 수 있다. 다수의 구성 요소가 씰을 제약하기 위해 사용되어, 이로 인해 홈을 형성하는 경우, 해당 구성 요소는 보어에 대해 견고하게 장착된다. 다시, 씰은 씰을 보어 내의 홈으로 위치 지정하고 또는, 피스톤을 조립 동안 홈으로 슬라이딩하거나 분해를 위해 제거하는 경우 손상될 수 있다.

씰이 보어 장착되는 경우, 위치 지정 홈 크기를 늘리는 것이 더 쉬우나, 이를 허용하려면 보어에 충분한 재료가 있어야 한다. 보어의 홈 크기 증가와 관련된 주요 문제는 다음과 같다.

1) 보어가 크지 않은 경우, 홈과 씰 크기가 증가하면 조립이 더 어려워진다.

2) 작은 보어에 깊은 홈을 기계가공하는 것은 어렵고 특수 툴링(tooling)이 필요하며 QA/측정 관점에서 어렵다. 이러한 문제는 다중 포트 밸브를 형성하기 위해 많은 것이 필요할 경우 더 악화된다. 이는 글랜드 또는 글랜드 씰이라고도 하는 보어 장착 씰의 단점이다.

큰 단면적 O링 사용의 추가 이점은 보어와 피스톤을 제조해야 하는 정밀도를 감소시킨다는 것이다. 더 작은 단면의 밀봉 요소가 사용되는 경우, 특히 보어로 제조된 홈에서, 조립하기가 더 쉬우나, 주어진 압력에서 안정적인 밀봉 작동을 위해서 피스톤과 보어 사이의 간격을 더 엄밀하게 제어해야 한다. 압력이 높을수록, 주어진 씰에 대한 간격이 작아야 한다. 더 큰 단면 씰은 얇은 단면 씰보다 더 마모될 수 있으며, 의도한 바와 같이 계속 작동할 수 있다.

따라서, 대형 단면 씰을 사용하고 피스톤 스틱션이 적고 특수 도구나 노동력이 거의 또는 전혀 필요하지 않은 고압 및 저압에 적합한 소형 스풀 밸브의 쉬운 조립, 분해 또는 사용을 가능하게 하는 것이 바람직하다.

또한, 다중 포트 상황에서, 설계는 일반적으로 피스톤 또는 글랜드 장착 씰로 제한되며, 조합은 직경 감소가 사용되지 않는 한 조립 및 분해에서 서로를 오염시킬 수 있으므로 사용될 수 없다. 이들이 사용되는 경우, 이는 처리할 수 있는 설계 및 압력을 다시 제한한다.

특허 명세서, 다른 외부 문서, 또는 다른 정보원이 원용된 본 명세서에서, 이는 일반적으로 본 발명의 특징을 논의하기 위한 맥락을 제공하기 위한 것이다. 달리 구체적으로 언급되지 않는 한, 이러한 외부 문서에 대한 참조는 이러한 문서 또는 이러한 정보 공급원이, 임의의 관할권에서, 선행 기술이거나 해당 기술분야의 통상적인 일반 지식의 일부를 형성한다는 것을 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

본 발명의 목적은 개선된 스풀 밸브를 제공하거나, 스풀 밸브에 대한 설계에서 더 많은 유연성을 제공하거나, 조립, 작동 및 유지 보수 비용을 감소시키거나, 더 소형인 조립을 제공하거나, 상기 단점을 극복하거나, 상기 요구 사항을 해결하거나 또는 최소한 대중에게 유용한 선택을 제공하는 것이다.

제1 측면에서, 본 발명은 적어도 하나의 입구 포트와 적어도 하나의 출구 포트 사이의 유체를 밸브하기 위한 스풀 밸브로 광범위하게 구성될 수 있고, 내부에 작동 가능하게 연결된 스풀을 갖는 보어를 가지며,

적어도 하나의 입구 포트 및 적어도 하나의 출구 포트 중 하나 이상을 가지는 보어,

보어에 위치한 적어도 하나의 인보어 씰로서 적어도 하나의 인보어 씰은 씰 외경을 보어의 내경으로 유체 밀봉하고, 선택적으로 씰 내경을 스풀 외경으로 유체 밀봉하는 인보어 씰,

스페이서 내경에서 스페이서 외경으로 및 적어도 하나의 입구 포트 또는 적어도 하나의 출구 포트와 유체 연통하는 적어도 하나의 인보어 씰에 인접하여 보어에 위치한 적어도 하나의 스페이서,

보어 내에 적어도 하나의 스페이서 및 적어도 하나의 인보어 씰을 유지하는 제거 가능한 유지 구성 요소,

보어의 길이방향 축을 따라 병진하도록 보어 내에 슬라이딩 가능하게 장착된 스풀로 구성되거나, 포함하며, 상기 스풀은,

스풀이 적어도 하나의 인보어 씰에 유체 밀봉하여 적어도 하나의 입구 포트로부터 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 방지하는 제1 위치 및

스풀이 적어도 하나의 인보어 씰로부터 밀봉 해제하여 적어도 하나의 입구 포트로부터 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 허용하는 적어도 제2 위치를 가지며,

스풀 밸브가 밸브를 가로지르는 유체 흐름을 허용하거나 거부하기 위해 형성되도록 한다.

바람직하게는, 밸브는 유체 흐름을 허용하거나 방지하나, 유체 흐름을 변경할 수는 없다.

바람직하게는, 보어 입구 외측에 위치한 제2 인보어 씰이 있다.

바람직하게는, 적어도 하나의 스페이서는 적어도 하나의 입구 포트 또는 적어도 하나의 출구 포트 바로 위에 놓이거나 이와 선형으로 놓여 있고, 이와 유체 연통된다.

바람직하게는, 스풀은 입구의 동일한 또는 다른 포트에서 출구의 동일한 또는 다른 포트로 흐르거나 또는 그 반대로 흐를 수 있도록 허용하거나 이를 방지하는 제3 위치를 가진다.

바람직하게는, 다수의 인보어 씰들이 있다.

바람직하게는, 다수의 인보어 씰들 각각은 선택적으로든 그렇지 않든 각각의 스풀 외경에 밀봉한다.

바람직하게는, 다수의 인보어 씰들 각각의 사이에 스페이서가 있다.

바람직하게는, 스풀은 적어도 하나의 입구 포트 중에서 하나 이상 또는 적어도 하나의 출구 포트 중 하나 이상을 포함한다.

대안적으로, 보어는 모든 입구 포트 및 모든 출구 포트를 포함한다.

바람직하게는, 스풀은 보어 입구에서 또는 보어 입구를 향하여 일 단부에서 액추에이터에 의해 외부적으로 작동된다.

바람직하게는, 스풀은, 예를 들어, 그러나 비제한적으로 스프링과 같은 탄성 요소에 의해 제1 방향으로 편향된다.

바람직하게는, 스풀은 스풀 또는 이의 일부에 대한 유체 압력에 의해 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동된다.

바람직하게는, 스풀은 보어의 외부 입구에 있는 또는 이를 향하는 결합 단부 및 적어도 제1 위치 또는 제2 위치에 대하여 보어 내에 위치하는 결합 단부로부터 말단부인 작동 단부를 가진다.

바람직하게는, 결합 단부는 피스톤이다.

바람직하게는, 액추에이터는 작동 단부에 작용한다.

바람직하게는, 유체 압력이 피스톤에 작용하여 스풀을 제1 위치에서 제2 위치로 또는 그 반대로 슬라이딩시킬 수 있다.

바람직하게는, 스풀 외경 또는 상기 스풀 외경은 지지체 또는 가이드 면으로 작용하는 제1 스페이서의 스페이서 내경에 지지된다.

바람직하게는, 스페이서는 이격되는 각각의 인보어 씰(들)에 대해 분리되어 있다.

대안적으로, 스페이서들 중에서 하나 이상이 이격되는 적어도 하나의 인보어 씰에 연결된다.

바람직하게는, 유체 연통은 스페이서 내경으로부터 스페이서 외경까지 관통하는 적어도 하나의 구멍에 의해 제공된다.

바람직하게는, 외경은 스페이서의 외주 둘레에 함몰 형성되어, 적어도 하나의 구멍으로부터 적어도 하나의 입구 포트, 또는 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 연통을 제공한다.

바람직하게는, 인보어 씰(들)의 구성요소인 스페이서(들)는 일단 보유 구성요소가 제거되면 주요 길이 방향 축을 따라 보어로부터 슬라이딩으로 제거함으로써 제거 가능하다.

바람직하게는, 보유 구성 요소의 제거는 또한 스풀의 제거를 허용한다.

바람직하게는, 보어 사이와 스풀의 외부 표면의 슬라이딩 밀봉 접촉에서 유체 밀봉되는 적어도 하나의 영구적인 인보어 밀봉이 있다.

바람직하게는, 밀봉은 보어의 내경 및 스풀의 외경에 대해 인보어 씰의 반경방향 압력을 통해 달성되며, 다시 말하면 밀봉은 주요 길이 방향 축에 평행한 표면에서 발생한다.

바람직하게는, 인보어 씰(들)은 원형, 정사각형 또는 립 씰 단면 중에서 어느 하나를 가진다.

바람직하게는, 외경의 밀봉 표면의 선단 에지 및/또는 후단 에지는 외경으로 밀봉하고 밀봉 해제할 경우 인보어 씰을 위한 천이를 제공하기 위해 테이퍼링된다.

바람직하게는, 인보어 씰은 보어 또는 스페이서에 직접적으로 길이 방향으로만 압력을 가하나, 직접적으로든 간접적으로든 다른 인보어 씰에는 가하지 않는다.

바람직하게는, 스풀은 길이를 따라 개방되거나 유체에 대한 추가 흐름 통로를 허용하는 스풀 외경에 대해 폐쇄된 하나 이상의 통로를 포함한다.

다른 측면에서, 본 발명은 적어도 하나의 입구 포트와 적어도 하나의 출구 포트 사이의 유체를 밸브하기 위한 스풀 밸브를 제공하는 방법으로 광범위하게 구성될 수 있으며,

상기 방법은,

적어도 하나의 입구 포트 및 적어도 하나의 출구 포트 중에서 하나 이상을 가지는 보어를 제공하고, 보어는 하나의 스풀을 보어 내에서 적어도 부분적으로 선형으로 슬라이딩하는 단계,

적어도 하나의 인보어 씰을 사용하여, 내경과의 사이에서 및 스풀의 외경과의 선택적인 슬라이딩 결합에서 보어의 내경을 밀봉하는 단계,

적어도 하나의 스페이서를 사용하여 보어 내에서 적어도 하나의 인보어 씰을 이격시키는 단계,

적어도 하나의 스페이서가 적어도 하나의 인보어 씰을 유지하도록 보어 내에서 적어도 하나의 인보어 씰, 적어도 하나의 스페이서 및 스풀을 유지하는 단계,

외경이 적어도 하나의 입구 포트로부터 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 허용하기 위해 적어도 하나의 인보어 씰과 떨어져 있는 제1 위치 및 외경이 적어도 하나의 입구 포트로부터 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 방지하기 위해 적어도 하나의 인보어 씰에 대해 밀봉되는 제2 위치 사이에서 선택적으로 슬라이딩 결합하도록 스풀을 슬라이딩하는 단계를 포함하며,

유체 흐름을 제어하는 스풀 밸브가 제공되도록 한다.

바람직하게는, 상기 방법은 반경 방향 힘을 통해 외경을 밀봉하는 단계를 포함한다.

다른 측면에서, 본 발명은 유체를 밸브하기 위한 스풀 밸브로 광범위하게 구성될 수 있으며, 상기 스풀 밸브는,

하나 이상의 입구 및 하나 이상의 출구를 가지는 보어,

보어 내의 슬라이딩으로 작동 가능한 스풀,

보어 내부에 포함된 하나 이상의 인보어 씰로서 인보어 씰은 씰 외경을 보어 내부로 유체 밀봉하고, 선택적으로 씰 내경을 스풀 외경으로 유체 밀봉하는 인보어 씰,

스페이서 내경에서 스페이서 외경으로 및 적어도 하나의 입구 포트 또는 적어도 하나의 출구 포트와 유체 연통하는 적어도 하나의 인보어 씰에 인접하여 보어에 위치한 적어도 하나의 스페이서,

보어 내에 적어도 하나의 스페이서 및 적어도 하나의 인보어 씰을 유지하는 제거 가능한 유지 구성 요소로 구성되거나, 포함하며,

스풀은 적어도 2개의 위치 사이에서 슬라이딩하며, 제1 위치에서는 하나 이상의 입구 중에서 적어도 하나로부터 적어도 하나의 스풀 외경의 인보어 씰의 적어도 하나의 밀봉을 통해 입구 중 적어도 하나 이상으로의 흐름을 방지하고, 제2 위치에서는 하나 이상의 입구 중 적어도 하나로부터 적어도 하나의 스풀 외경의 인보어 씰의 적어도 하나의 밀봉 해제에 의해 출구 중에서 적어도 하나 이상으로의 흐름을 허용한다.

다른 측면에서, 본 발명은 첨부 도면 중 임의의 하나 이상을 참조하여 본문에 설명된 바와 같은 스풀 밸브로 광범위하게 구성된다고 할 수 있다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 첨부 도면 중 임의의 하나 이상을 참조하여 본문에 설명된 바와 같은 스풀 밸브를 제공하는 방법으로 구성된다.

또 다른 측면에서, 본 발명은 첨부 도면 중 임의의 하나 이상을 참조하여 본원에 설명된 바와 같은 기존 스풀 밸브를 정비하거나 개조하기 위한 부품 키트로 구성된다.

본문에서, "및/또는"이라는은 표현은 "및" 또는 "또는", 또는 둘 모두를 의미한다.

본문에서, 명칭 끝의 "(들)"은 명칭의 복수형 및/또는 단수형을 의미한다.

본 명세서에서, "~를 포함하는"이라는 표현은 "~로 적어도 부분적으로 구성되는"을 의미한다. 또한, 본문에서 해당 표현, 각 설명에서 해당 표현에 의해 제시된 특징을 포함하는 설명을 해석할 경우, 모든 것이 존재할 필요가 있으나, 다른 특징도 존재할 수 있다. 관련된 표현, 예컨대, "포함하다" 및 "포함된"은 동일한 방식으로 해석되어야 한다.

또한, 본문에 개시된 숫자의 범위(예를 들어, 1 내지 10)에 대한 언급은 해당 범위 내의 모든 유리수(예를 들어, 1, 1.1, 2, 3, 3.9, 4, 5, 6, 6.5, 7, 8, 9 및 10) 및 또한 해당 범위 내의 유리수의 임의의 범위(예를 들어, 2 내지 8, 1.5 내지 5.5 및 3.1 내지 4.7)에 대한 언급을 포함한다.

위에서 또는 다음에 인용되는 모든 출원들, 특허들 및 간행물들의 전체 개시내용은 참조로서 본문에 원용된다.

또한, 본 발명은 광범위하게는, 개별적으로 또는 집합적으로, 본 명세서에서 지칭되거나 지시된 부분, 요소 및 특징, 상기 부분, 요소 및 특징 중에서 임의의 둘 이상의 임의의 또는 모든 조합으로 구성된다고 할 수 있고, 본 발명과 관련된 해당 기술 분야에 알려진 등가물을 갖는 특정 정수가 본원에 언급된 경우, 이러한 알려진 등가물은 개별적으로 제시된 것처럼 본 명세서에 포함되는 것으로 간주된다.

본 발명의 다른 측면은 단지 예시로서 제공되는 다음의 설명으로부터 및 첨부된 도면들을 참조하여 명확해질 수 있다.

도 1a는 보어의 내경과의 슬라이딩 밀봉 접촉에서 위치 지정 홈의 전형적인 피스톤 장착 씰을 통한 부분 단면을 도시한다.
도 1b는 도 1a와 유사한 단면을 도시하나, 여기서 씰은 보어에서 글랜드 스타일로 장착되고, 피스톤의 외경과의 슬라이딩 밀봉 접촉에서 있다.
도 1c는 2개의 구성 요소들 사이의 정적 비슬라이딩 면 씰을 도시한다.
도 2는 장치의 보어, 스풀, 인보어 씰, 스페이서, 입구 포트, 출구 포트 및 유지 구성 요소를 도시하는 본 발명에 따른 조립을 통한 수직 단면을 도시한다.
도 3은 도 2와 유사한 도면을 도시하나 등각도이다.
도 4는 도 2 및 도 3의 조립의 분해도를 도시한다.
도 5는 스풀, 스페이서, 인보어 씰 및 구동 요소의 클로즈 업(close up)을 도시한다.
도 6은 스풀의 한 형태를 도시하는 도 5의 분해도를 도시한다.
도 7은 도 5의 단면도를 도시한다.
도 8은 스페이서의 등각도를 도시한다.
도 9는 추가 홈이 있는 등각도(이 경우 공통 볼륨에 대한 대체 버전)를 도시한다.
도 10은 스풀의 한 영역에서 다른 영역으로의 통로인 대체 흐름 통로를 도시하는 도 9와 유사한 추가 대체 스풀의 수직 단면을 도시한다.
도 11은 도 10의 대안적인 흐름 경로의 클로즈 업(close up)을 도시한다.
도 12는 보어와 입구 및 출구 포트를 도시하는 장치를 통한 단면을 도시한다.
도 13a는 제1 위치에 스풀이 있는 수직 단면의 스풀 밸브를 도시한다.
도 13b는 제2 위치에 스풀이 있는 수직 단면의 스풀 밸브를 도시한다.

선형 슬라이딩 또는 스풀 밸브를 위한 밀봉 배열의 유형은 도 1a 내지 도 1c의 부분 단면도에 도시되어 있다. 도 1a는 피스톤(25) 상의 위치 지정 홈(30) 내에 장착된 씰(6)을 도시한다. 피스톤(25) 및 씰(6)은 보어(4) 내에 장착되고, 길이 방향 축(15)을 따라 슬라이딩될 수 있다. 씰(6)은 보어와 피스톤 사이에서 압축되어 제1 압력에서 씰 제1 측(31) 상의 유체를 유지하고, 유체가 제2 압력에서 씰 제2 측(32)으로 이동하는 것을 방지한다.

도 1b는 씰(6)이 보어(4)의 홈(30) 내에 장착되는 점을 제외하면, 도 1a와 유사한 배열을 도시한다. 다시 말하면, 피스톤(25)은 길이 방향 축(15)을 따라 슬라이딩되고, 이 경우에 씰(6)은 피스톤(25)에 대해 고정되어 있다.

비교를 위해, 씰(6)이 홈(30)에 장착되고 2개의 구성 요소들 사이에서 압축되어 제1 측(31)의 제1 압력의 유체가 제2 압력의 제2 측(32)으로 이동하는 것을 다시 방지하는 정적 예가 도 1c에 도시되어 있다.

이제, 바람직한 실시 형태를 도 2 내지 도 13을 참조하여 설명한다. 스풀 밸브(1)는, 예를 들어, 밸브를 통과하는 입구 포트(2)에서 출구(3)까지의 흐름 경로가 다른 안정 위치 중에서 적어도 하나와 구별되는 하나보다 많은 별개의 안정 위치를 갖는 형태의 슬라이딩 또는 선형 작용 이동 유체 제어 밸브이다.

본 발명에 따른 선형 슬라이딩 또는 스풀 밸브(1)가 도 2 내지 도 13에 도시되어 있다.

스풀 밸브(1)의 단면이 도 2 및 도 3에 도시되어 있다. 스풀 밸브(1)는, 예를 들어, 장치 또는 밸브 본체 또는 이와 유사한 본체(33) 내의 보어(4)로 구성된다. 전형적으로, 보어(4)는 단면이 원형이다. 그러나, 다만 대응하는 스풀(5), 씰(6), 스페이서(10)가 확인하고 밸브 삽입할 수 있는 임의의 형상일 수 있다(다음에 설명됨). 보어는 보어(4)와 유체 연통되는 입구 포트(2) 및 2개의 출구 포트(3A 및 3B)를 가진다. 보어(4)는 드릴링, 보어링, 기계가공 또는 본체(33)에서 달리 제조될 수 있다. 도시된 바와 같이, 이는 금속, 폴리머, 세라믹 또는 복합 재료 본체(33)의 단일 또는 다양한 내경(35) 또는 단면일 수 있다. 보어(4)는 한쪽 단부에 도시된 바와 같이 막혀 있고 부분적으로 나사형(34)일 수 있다. 대안적으로, 보어(4)는 양 단부에서 개방된 다음 이에 대해 밀봉된 다른 본체에 의해 폐쇄될 수 있다. 도시된 바와 같이, 보어(4)는 막힌 것일 수 있다. 즉, 보어 입구(20)가 있고 유체 입구(2) 및 출구(3) 외에는 출구가 없다. 다른 형태에서, 보어는 양 단부에서 개방될 수 있다. 즉, 단일 본체(33)를 통하든지 함께 연결된 둘 이상의 본체(33)를 통하든지 각 단부에 하나씩 2개의 보어 입구(20)를 가진다.

유체 입구 포트(들)(2) 및 유체 출구 포트(들)(3)은 보어를 대기, 압력 공급 장치, 밀폐된 볼륨 또는 밸브가 있는 유체(들)를 필요로 하는 흐름 경로에 연결할 수 있다. 도시된 바와 같이, 보어(4)의 길이 방향 축(15)을 따라 분리된 하나 이상의 입구(2) 또는 출구(3)가 있을 수 있고, 입구(2) 및 출구(3)는 보어를 따라 임의의 각도 및 임의의 방향으로 있을 수 있다. 도시된 바와 같이, 입구(2) 및 출구(3)는 보어(4) 둘레, 즉 그 내경(35)으로 개방된다.

보어(4) 내에는 보어(4)의 단면과 일치하는 스풀(5)이 있으나, 이는 보어의 직경으로 축소되어 있다. 도시된 실시 형태에서, 스풀(5)은 스프링과 같은 편향 요소(21)에 의해 위치에서 편향된다. 그러나, 다른 실시 형태에서, 편향 요소가 없을 수 있고, 스풀이 밸브를 필요한 위치로 이동시키기 위해 내부 또는 외부에 관계 없이 액추에이터에 의해 필요한 바와 같이 이동된다. 예를 들어, 액추에이터(19)는 스풀의 결합 단부(46)에 작용할 수 있다. 도시된 형태에서, 편향 요소(21)는 이 경우에 스풀(5)의 스풀 숄더(41) 및 유지 구성 요소(14)의 일부를 지탱한다. 또한, 스풀(4)은 선택적으로 작동 단부(45)에서 피스톤(25)을 가진다(이의 작동은 다음에 설명함). 스풀(5)은 길이 방향 축(15)의 중앙에 위치하고 축(15)을 따라 슬라이딩하거나 병진할 수 있도록 이동 가능하다. 스풀(5)은 외경(9)에 하나 이상의 원통형 밀봉 표면(36)을 가진다. 스풀(5)은 홈 또는 이와 유사한 것을 갖지 않으며, 슬라이딩 축에서 O링 또는 다른 형태의 씰(6)을 유지하지 않는다. 씰 표면(36)은 스풀(5)의 길이 방향 축(15)을 따라 이동 축과 평행하다. 스풀(5)은 일부 방식으로 몸체에 견고하게 연결된 구성 요소, 예를 들어, 보어 입구(20)를 향하는 방향으로 유지 구성 요소(14)를 통해 종축을 따라 양 방향들로의 운동에 대한 제한에 부딪히도록 또는 예를 들어, 반대 방향에서 보어의 몸체를 만나 형상 및 크기가 지정된다.

도시된 바와 같이, 스풀(5)은 씰(6)과 결합하기 위한 랜드(43) 및 씰(6)를 지나는 유체 흐름을 허용하는 언더컷(44)을 제공하는 직경(9)의 여러 변화들을 가진다. 직경 변화의 선단 에지(27) 및 후단 에지(28)는 테이퍼링되거나 도시된 바와 같이 둥글다(29). 그 이유를 간단히 설명한다.

스풀(5)의 추가 변형이 도 9 내지 도 11에 도시되어 있다. 유체 흐름을 허용하는 언더컷 대신에 또는 이에 추가하여, 스풀(5)을 따라 적어도 하나의 통로(47), 바람직하게는, 여러 개의 통로들이 있다. 통로(47)는 도 9에 도시된 바와 같이 공통 체적(50)으로 유체 소통하는 개방 통로(47)를 형성하는 홈으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 통로(47)는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이 스풀의 한 영역에서 다른 영역으로 임의의 방향으로 개구(48) 및 출구(49)를 가지는 연결 유체 통로로서 폐쇄 형성될 수 있다.

통로(47)는, 예를 들어, 스풀(5) 직경이 너무 작아질 경우 유체에 대한 추가 흐름 영역을 허용할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 통로(들)(47)는 흐름 통로가 오직 스풀 외경(9)을 따라 있었던 경우 존재하지 않았을 추가 밸브 기능을 제공하기 위해 하나 이상의 씰 또는 입구 또는 출구 포트가 누락된 추가 흐름 통로를 허용할 수 있다.

스풀(5)의 도시된 바와 같은 이러한 변형은 기계가공에 의해 또는 적층 제조에 의해 만들어져 통로(들)(47)를 제공할 수 있다.

도시된 바와 같이, 보어(4) 내에 다수의 인보어 씰(6)들이 있다. 씰 외경(7)은 인접한 보어 내경(35)에 대해 밀봉된다. 씰 내경(8)은 인접한 스풀 외경(9)에 대해 밀봉된다. 씰(6)은 이러한 2개의 직경 사이에서 압축됨에 따라 씰 제1 측(31)에서 씰 제2 측(32)으로 이동하는 유체에 대해 씰을 형성한다. 스풀(5)은 인보어 씰(6)에 대해 선형으로 이동하고, 인보어 씰(6)은 보어(4)에 대해 고정되어 있다. 씰 내경(8)은 적어도 접촉할 경우에 스풀 외경(9)과 슬라이딩 밀봉 접촉한다.

이러한 밀봉 접촉은 적어도 2가지 상황에서 발생할 수 있다. 제1 상황은 인보어 씰(6)이 인보어 씰(6a)과 같은 스풀 외경과 항상 접촉하는 상황이다. 스풀(5)은 인보어 씰에 대해 이동할 것이나, 씰(6a)의 정상적인 작동의 어느 지점에서도 스풀(5)의 씰 표면(36A)에서 자유로울 수 없다. 스풀 밸브는 결코 분리되지 않고 챔버를 영구적으로 분리하거나 흐름 경로를 제거하는 작용을 하는 이러한 유형의 씰(6)을 빈번하게 포함한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 씰(6A)은 인보어 측의 유체가 대기로, 즉 보어 입구(20)로 누출되는 것을 방지하는 기능을 가진다.

밀봉 접촉의 제2 형태인 선택적 밀봉 및 밀봉 해제는 스풀(5)의 병진 및 선택적으로는 스풀 외경(9)의 변화에 기반한다. 도시되고 설명된 스풀(5)은 다양한 감소된 직경 부분(9), 홈 또는 원통형 밀봉 표면(36)에 인접한 내부 흐름 경로를 가질 수 있으며, 이는, 도 13에서 도시된 바와 같이, 스풀(5)이 제1 위치(16)에서 제2 위치(17)로 이동할 경우 선택적인 밀봉 및 밀봉 해제를 허용한다. 도 2 및 3의 적어도 하나의 밀봉 요소(6c 또는 6B)의 경우, 밀봉 표면(36)으로부터 분리될 경우에 스풀(5)의 이동으로 인하여 스풀은 이동 가능한 밀봉 요소의 감소된 직경, 단면 또는 형상 부분을 포위한다. 따라서, 밀봉 표면(36B)은 스풀이 도시된 위치로 정상 작동 하에서 슬라이딩할 경우 인보어 씰(6C)에서 자유로울 수 있다. 도 2 및 도 3에서의 좌측으로의 충분한 병진과 대조적으로, 스풀(5)은 씰(6B)와 떨어져 있을 수 있고, 유체가 도 13a에 도시된 바와 같이, 포트(2)에서 포트(3A)로 통과하도록 허용된다.

밀봉 표면(36)은 스풀(5)의 운동에 평행하고, 씰은 씰을 생성하기 위해 스풀(5)의 이동 방향으로 씰(6)에 압축 하중을 직접 생성하는 것에 의존하지 않고는 의존할 수 없으며, 씰은 보어 내경(35)과 스풀 외경(9) 사이에서 반경 방향으로 씰이 압축되는 것에 의해서만 형성된다. 밀봉 표면(시트)은 내부 원통형 표면 또는 외부 표면일 수 있다. 씰은 씰을 생성하기 위해 이동 요소의 방향으로 씰(6)을 압축하는 이동 요소의 이동에 의한 것이 아니다. 밀봉 위치에 있을 경우, 씰(6)의 탄성 요소는 보어(4)와 스풀(5) 사이에 씰을 생성하기 위해 길이 방향 축(15)에 완전히 수직으로, 즉 반경 방향으로 압축되거나 늘어난다. 즉, 밀봉 해제 상태로부터 씰을 생성하기 위해, 스풀(5)의 이동은 씰(6)이 적절하게 경사진 또는 둥근, 라운드형, 리브형, 또는 특수 기하학적 리드-인(lead-in) 에지 또는 표면(27) 또는 리드-아웃(lead-out) 에지 또는 표면(28)을 갖는 원통형 (또는 다른 국부적으로 일정하고 매끄러운 단면) 밀봉 표면(36)과 만나게 하여 씰(6)의 매끄러운 천이가 밀봉되지 않도록 또는 스풀 (5) 상의 밀봉에 밀봉하지 않도록 한다.

직경 감소의 최대량 또는 신규 도입 흐름 통로 크기는 밀봉 요소(6)의 단면 두께와 관련이 있다. 밀봉 직경과 관련된 직경의 감소 또는 스풀(5)을 통해 또는 스풀(5) 주위에 홈 또는 다른 도입된 흐름 경로의 흐름 면적은 밀봉 요소의 단면 두께를 초과하지 않아야 하며 전형적으로 해당 두께의 작은 부분, 즉 해당 치수의 10% 내지 30%일 것이다.

밀봉 표면(36) 상으로 및 밀봉 표면(36)을 벗어나는 씰(6)의 용이한 전환을 허용하기 위해, 상기 설명한 바와 같이 선단 에지(27) 및 후단 에지(28)는 테이퍼링되거나 라운딩(29)된다. 또한, 이는 조립 및 분해가 용이하고 씰 손상 가능성을 줄이는 유용한 특징이다. 다양한 단면 또는 복합 밀봉 요소가 이러한 응용 분야에서 실행 가능하다.

가장 전형적으로, 씰(6)은 니트릴 고무 또는 다른 폴리머로 만들어진 O링이다. 덜 일반적으로, 씰(6)은 립 씰, 정사각형 섹션 씰과 같은 비원형 섹션 밀봉 요소를 포함할 것이다. 유압 장치에서, 씰(6)은 충분히 효과적인 밀봉을 생성하기 위해 작은 갭 점성 유동을 사용하여 정확하게 제조된 강성 밀봉 면, 특징 또는 본체를 포함할 수 있다. 또한, 재료는 매우 다양할 수 있으며 복합 재료 또는 다수의 재료로 만들어질 수도 있다.

도 8 및 도 5에 도시된 바와 같이, 또한, 보어 씰(6) 사이에 있는, 그리고 이를 분리하는 플로팅 스페이서(10)가 존재한다. 스페이서(10)는 보어 내경(35)에 고정되지 않고, 따라서 부유한다. 대신에, 이는 씰(6)과 유지 구성 요소(14) 사이에 끼워진다(간략히 설명됨). 바람직한 형태에서, 스페이서(10)는 스풀 밸브(1)의 조립의 일부로서 제자리로 슬라이딩할 수 있고, 도 4, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 스풀 밸브(1)의 분해의 일부로서 제자리로 슬라이딩할 수 있다. 일부 형태에서, 스페이서(10)는 보어와 억지 끼워 맞춤될 수 있지만, 이는 조립 및 분해 문제를 야기할 수 있으므로 바람직하지 않다.

스페이서(10), 씰(6), 유지 구성 요소(14) 및 보어 길이는 일단 밸브로 조립되면 씰(6) 및 스페이서(10)가 길이방향 축을 따라 조금만 이동할 수 있도록 크기가 지정된다. 조립의 보어(4) 내의 스페이서(10) 또는 씰(6)의 자유 이동의 양은 압력이 가해지거나 감압될 경우 씰(6)이 스페이서(10)와 정렬되어 있는 포트(2 또는 3)와 상호 작용할 수 있는 이용 가능한 위치가 없도록 충분히 낮다. 조립을 가능하게 하기 위해 자유 이동이 있으나, 이는 일반적으로 밀봉 요소(6)의 단면 두께보다 얇다.

정상 작동 하에 가압되면, 플로팅 스페이서(10)의 자유 이동은 인접한 플로팅 스페이서(들)(10)로부터 이격되어 씰 또는 씰(10)을 압축하는 압력으로 인해 실질적으로 증가할 수 있고, 이에 의해 보어(4) 내에서 추가적인 자유 이동을 허용한다. 이러한 경우, 압력으로 인한 씰(6) 및 인접한 플로팅 스페이서(10)의 이동은 씰(6)이 포트(2 또는 3)와 상호 작용하도록 야기하거나 허용하지 않도록 설계된다.

다른 형태에서, 씰(6)과 스페이서(10)의 길이 방향 압축 끼워 맞춤이 있어서, 씰(6)과 스페이서(10)의 자유 이동이 없으며, 이는 스풀(5)의 병진 동안 씰(6)의 변형 때문이다.

스페이서(10), 씰(6), 입구 포트(2) 및 출구 포트(3)의 배열은 씰이 포트(2 및 3) 위에 위치하지 않도록 되어 있다. 도 2에서 우측에서 좌측으로 작업하는 경우, 씰(6A)은 입구 포트(2)와 떨어져 있고, 스페이서(10A)에 의해 입구 포트(2) 위로 이동하는 것이 방지된다. 마찬가지로, 씰(6C)은 스페이서(10A 및 10B)에 의해 입구 포트(2) 및 출구 포트(3A)와 떨어져 있도록 유지된다. 씰(6B)은 스페이서(10B)에 의해 출구 포트(3A) 위로 이동하는 것이 방지되고 숄더(37)에 의해 출구 포트(3B) 위로 이동하는 것이 방지된다. 이러한 방식으로, 씰(6)은 조립될 경우 보어(4)에서 드릴링되거나 달리 제조된 입구 및 출구(2, 3) 사이 또는 그 너머(그러나 접촉하지 않음)에 위치한다.

도 8에 도시된 스페이서는 스페이서 내경(12) 및 스페이서 외경(13)을 가진다. 설명된 바와 같은 스페이서 외경(13)은 보어 내경(35)과 근접하거나 억지 끼워맞춤되어, 적어도 반경 방향으로 이동하는 것이 대부분 방지된다. 마찬가지로, 스페이서 내경(12)은 스풀 외경(9)과 근접하게 끼워 맞춤된다. 이러한 방식으로, 스페이서는 스풀 외경(9)을 갖는 지지체 또는 가이드 표면(38)을 제공하기 위해 경화되든, 연마되든 또는 코팅되든, 마감처리된 내경(12)을 가질 수 있다. 마찬가지로, 스풀 외경(9)은 씰(6) 및 스페이서(10)에 대해 가능한 한 낮은 마찰 표면을 제공하기 위해 또한, 또는 그 대신에 경화, 연마 또는 달리 코팅될 수 있다.

스페이서(10) 및 그 외경(13) 및 보어 내경(35) 및 숄더(37)는 씰(6)에 의해 포함된 압력에 의해 생성된 힘이 본체 또는 다른 견고하게 장착된 부재로 전달되기 전 다른 씰(6)로 전달되지 않도록 상호 작용한다.

다시 말해, 압력(또는 순 압력)이 포트(2 또는 3)을 향해 보어(4)을 따라 슬라이딩되도록 씰(6)에 작용 시, 씰이 스페이서(10)에 인접한 경우, 해당 스페이서(10)는 씰(6)이 해당 포트(2 또는 3)와 상호 작용할 수 없도록 지지된다. 씰(6)이 포트(2 또는 3)와 결합하는 것을 방지하기 위해 스페이서(10)를 억제하는 힘은, 예를 들어, 숄더(37) 또는 다른 특징으로부터의 보어 자체, 다른 견고하게 장착된 구성 요소 또는 압축에서의 다른 씰(6)에 의해 어딘가에서 도입되어야 한다. 이러한 바람직한 형태는 도 13a 및 도 13b에 예시되며, 여기서 씰(6)은 다른 씰(6)을 (스페이서(10)를 통해) 직접적으로 또는 간접적으로 지지하지 않고, 어떤 위치나 압력 상태에서도 압력의 결과로서 씰(6)에 의해 생성된 힘이 다른 씰(6)을 통해 작용하지 않는다. 따라서, 이상적으로, 씰(6)은 오직 압력을 억제하여 힘을 생성하고, 압력에 의해 생성된 힘을 전달하거나 다른 씰(6)에 작용하지 않는다.

도 13a에서, 스페이서(6A 및 6B)에 작용하는 힘(42)이 길이 방향으로 도시되어 있다. 씰(6A)의 경우, 이러한 힘은 유지 구성 요소(14)에 의해 수득된다. 씰(6B)의 경우, 힘(42)은 스페이서(10B)에 대해 작용하고, 이는 결국 숄더(37A)를 지탱한다. 도 13b에서, 다시 씰(6A)을 위한 힘(42)은 유지 기구(14)에 의해 수득된다. 씰(6C)의 경우, 힘(42)은 숄더(37B)에 직접 지탱하는 씰(6C)에 의해 수득된다.

본 발명에서 씰(6)를 통해 이러한 하중을 전달할 수 있으나, 이는 밀봉 수명 및 작동 용이성 면에서 바람직하다.

바람직한 형태에서, 움직임을 제한하고 압력을 제약하는 방법은 보어(4)의 숄더(37) 또는 다른 견고하게 장착된 구성 요소를 사용하는 것이며, 일반적으로 다른 밀봉에 압축 하중을 가하지 않는다.

도 8에 도시된 바와 같이, 스페이서 내경(12)에서 스페이서 외경(13)까지의 유체 경로(11)가 있다. 도시된 실시 형태에서, 스페이서 내경(12)에서 스페이서 외경까지, 스페이서에 복수의 구멍(39)들이 있으나, 하나면 충분하다. 또한, 바람직한 실시형태에서, 스페이서 외경(13)을 중심으로 원주 방향으로 이어지는 오목부(40)가 있다. 그 결과, 스페이서(10)가 예를 들어, 내경(12) 상에서 유체에 노출될 경우, 유체는 스페이서(10)를 통해 구멍(들)(39)을 통해 스페이서 외경(13)으로 통과할 수 있다. 유체의 흐름을 돕기 위해 일단 외경(13)에 이르면, 스페이서는 스페이서가 위에 놓인 구멍(39)으로부터 입구(2) 또는 출구 포트(3)로의 연통을 제공하기 위해 리세스(40), 홈, 또는 다른 여유를 가진다. 이는 구멍(39)이 항상 각각의 입구 또는 출구 포트 위에 놓이거나 정렬되지 않을 수 있기 때문에 유용하다. 이는 보어(4)를 갖는 스페이서(10)의 복잡한 정렬 도구 또는 기하학적 구조를 가질 필요를 제거한다. 스페이서(10)는 흐름이 스페이서 외경(13) 주위로 그리고 스페이서 두께를 통해 반경 방향으로 허용되도록 홈이 파여지거나, 성형되거나, 천공되거나 또는 달리 제조된다.

유지 구성 요소(14)는 보어(4)에서 스풀(5), 씰(6), 스페이서(10)의 조립을 유지한다. 예를 들어, 도 2 및 도 4에 도시된 실시 형태에서, 이는 나사형 중공 구성요소로, 나사산 방식으로 이의 외부 나사산, 즉, 보어(4)에서 짝을 이루는 내부 나사산을 통해 결합된다. 유지 구성 요소(14)와 스풀 숄더(41) 사이에서 편향 구성요소가 포착되며, 이는 도시된 예에서 스프링이다. 이는 도 2에서 좌측으로 스풀을 편향시킨다. 유지 구성 요소(14) 또는 조립은 조립 상의 씰(5) 및 스페이서(10)의 위치를 지정하기 위해 사용된다. 언급된 바와 같이, 유지 구성 요소(14)는 전형적으로 본체로 직접 나사형으로 결합되어 있으나, 유지장치는 유지 구성 요소(14)와 보어(4) 또는 본체(33) 사이의 임의의 상보적 피팅 또는 비제한적으로 써클립 유지, 베이어넷(bayonet) 또는 유사한 끼워 맞춤, 수직 로킹 스크류 유지, 전단 핀/키 유지, 예를 들어, 플레이트 및 스레드에 의해 외부적으로 끼워 맞춤되거나 본체(33)와 페이스 플레이트 사이에 끼워진 것과 같은 결과적인 압력에 대해 밀봉 또는 스페이서 요소를 지지하기 위해 유사한 방법을 사용할 수 있다. 유지 장치(14) 또는 유지 장치 조립은 편향(21) 사전 압축 조정을 허용하기 위해 나사형 부재를 포함할 수 있다. 이는 작동 압력이 다양할 경우 유용할 수 있다. '힘 편향 스프링'은, 예를 들어, 스틱션을 극복하기 위해 N 상태 사이에서 이동 부재를 이동하기 위해 필요한 하중을 증가시키거나 감소시키기 위해 사용될 수 있다.

설명된 바와 같이, 스풀(5)의 이동은 하나 이상의 입구(2) 및 출구(3) 사이의 유체 경로를 차단하고 차단 해제할 것이며, 따라서 유체에 대한 밸브로서 작용할 것이다. 스풀(5)은 유속을 제어하는 작용을 할 수 없고, 입구에서 출구까지의 경로만 개방하거나 폐쇄할 수 있고, 따라서 밸브는 가변적이지 않으며, 유체 흐름을 허용하거나 거부할 수만 있다.

이하, 본 발명을 사용하는 스풀 밸브(1)의 예를 2위치 3방향 밸브를 도시하는 도 13a 및 13b를 참조하여 설명할 것이다.

도 13b는 유체 압력이 입구 포트(2)를 통해 작용하는 제1 위치(16)의 스풀 밸브(1)를 도시한다. 유체는 입구 포트(2)를 빠져 나와 보어(4)로 들어간다. 스페이서(10A)는 포트(2)에 인접하거나 바로 위에 위치되며, 상기 설명된 구멍(39)을 통해 유체가 검은색 화살표로 도시된 바와 같이 스페이서 외경(13)에서 스페이서 내경(12)으로 통과하는 것을 허용한다. 스풀(5)은 스풀 외경(13)에서 언더컷(44)으로서 감소를 가진다. 이는 유체가 스풀 외경(13)와 떨어져 있는 씰(6B)을 가로질러 스페이서(10A)로부터 스페이서(10B)로 통과하는 것을 허용한다. 스페이서(10B)로부터, 유체는 스페이서 내경(12)으로부터 스페이서 외경(13)으로 통과할 수 있다. 스페이서(10B)는 출구 포트(3B) 위에 위치하고, 따라서, 유체는 필요에 따라 이의 작업을 계속하기 위해 출구 포트(3B)를 통과할 수 있다. 스풀(5)은 외력, 예를 들어, 액추에이터(19)(도시되지 않음) 또는, 예를 들어, 피스톤 면(25)에 대한, 압력에 의해 편향(14)에 대해, 이러한 경우에 이러한 위치에서 유지될 수 있다.

도 13a는 제2 위치(17)의 스풀 밸브(1)를 도시한다. 스풀(5)은 외력, 예를 들어, 편향(21) 또는 액추에이터(19)(도시되지 않음)의 작동 하에서 제1 방향(23)과 반대인 제1 방향(22)으로 길이 방향 축(15)을 따라 병진한다. 이 위치에서, 입구 포트(2)로부터의 유체 압력(24)이 밸브를 통해 이동하는 것이 방지되며, 이는 씰(6A, 6B)의 씰 내경(8)이 스풀 외경(9)의 랜드(43)에 결합되기 때문이다. 대신에, 출구 포트(3B)로부터의 유체 압력(24)은 이제 구멍(39)을 통해 스페이서 외경(13)을 가로질러 스페이서 내경(12)으로 포트(3B) 위로 보어 내경(35)으로 역류할 수 있다. 거기에서, 스풀(5)의 언더컷(44)은 유체가 출구 포트(3A)로 통과하는 것을 허용한다. 이는 포트(3A)를 통해 포트(3B)에서 압력을 완화할 수 있거나, 원하는 바와 같은 다른 흐름 경로일 수 있다.

스풀 밸브는 필요에 따라 임의의 수의 포트를 위해 변형될 수 있으나, 설명된 바와 같이 임의의 수의 형태, 예를 들어, 그러나 비제한적으로, 2위치 5방향 밸브 또는 3위치(제3 위치(18)를 가짐) 위치 X방향 밸브를 취할 수 있다.

보어 및 포트(입구 및 출구) 및 스풀을 갖는 다양한 구성으로 설명된 바와 같은 스페이서(10) 및 씰(6)을 사용하는 도시된 스풀 밸브 또는 이의 변형은 다수의 산업에서 사용될 수 있다. 이는 예를 들어, 그러나 비제한적으로, 오일 및 가스, 수공구, 트랩 및 유체 압력을 신속하게 전달하기 위한 소형 밸브 배열이 필요하고 조립, 분해 및/또는 작동이 용이해야 하는 기타 응용 분야이다.

격리/퍼지(Purge) 스풀 밸브는 때때로 종래의 테더 네일 건(또는 기타 고정) 도구에 대한 완전 공압식 트리거 배열에서 발견된다. 이러한 응용 분야에서, 트리거의 정지 위치에서, 도구의 모든 챔버 또는 챔버의 서브 세트는 전형적으로 공기 호스를 통해 도구에 연결된 압축기 또는 압축기에 의해 공급되는 공기 탱크인 도구의 공기 공급원부터의 가압 공기로 공급된다. 트리거가 활성화되는 (제2 위치로 이동되는) 경우, 도구의 상이한 챔버 세트에 공기 공급원에서 압축 공기가 공급되거나 계속 공급되며, 동시에 이전에 압력을 포함했던 적어도 1개의 챔버에서 공기가 방출된다. 새로운 힘의 균형이 압력 변화로 인해 도구 내에서 이루어지며, 그 후, 이는 작동 주기의 과정 동안 도구가 하는 모든 작업이나 네일을 구동하기 위한 구성 요소의 이동을 초래한다. 트리거가 스프링의 힘, 압력 또는 사용자의 작용에 의해 원래 위치로 돌아오는 경우, 원래 압력 상태가 다시 달성된다.

예를 들어, 수공구 작동에서, 본 발명의 스풀 밸브는 2개의 밸브를 하나의 밸브로, 즉 작동 밸브와 안전 또는 환기 밸브를 조합하여 다시 "코킹(cocking)"될 때까지 작동을 방지한다. 본 발명과 같은 이러한 스풀 밸브(1)는 단일 푸시 버튼 또는 트리거를 사용(즉, 단일 이동 요소[씰을 포함하지 않음]를 사용)하는 작동에 적합한 단일 선형 이동으로 격리 및 퍼지 작업을 모두 수행할 수 있기 때문에 바람직하다.

도 13a 및 13b를 사용하는 다른 형태에서, 스풀 밸브(1)는 도 13b에 도시된 위치가 예를 들어 액추에이터에 의해 또는 사용자에 의해 해당 위치로 이동되고 포트(3A)로 도입되는 압력(즉, 이제 포트(3A)는 입구 포트임)에 의해 해당 위치에서 유지되고 도입 압력은 피스톤(25)에 작용하고 편향(21)보다 큰 순 힘을 가진다. 이러한 구성에서, 밸브는 입구 포트(2)에서 출구 포트(3B)로 또는 그 반대로 허용한다. 포트(3A)의 압력이 제거되거나 감소되는 경우 밸브가 도 13a의 위치로 이동하며, 따라서, 포트(2)에서 포트(3B)로 유체가 이동하는 것을 방지한다. 포트(3B)의 임의의 초과 압력은 포트(3A)로 흐른다.

또한, 본 발명은 본 발명에 기존 스풀 밸브를 개조하기 위한 부품 키트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이는 필요에 따라 스풀(5), 스페이서(들)(10), 인보어 씰(들)(6) 및 선택적으로, 유지 구성요소(14)를 제공할 수 있다. 기존 보어(4)는 이미 적합할 수 있거나, 본 발명을 가능하게 하기 위해 재형성과 같은 재작업이 필요할 수 있다.

스풀을 갖는 보어에 배열된 본 발명의 씰(6) 및 스페이서(10)의 많은 변형이 예상될 수 있고, 이러한 변형이 모두 본 발명에 속한다는 것이 이해되어야 한다.

본 발명의 상술한 설명은 이의 바람직한 형태들을 포함한다. 변정이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 이에 대해 이루어질 수 있다.

Claims (35)

1. 적어도 하나의 입구 포트와 적어도 하나의 출구 포트 사이의 유체를 밸브하기 위한 스풀 밸브로서, 내부에 작동 가능하게 연결된 스풀을 갖는 보어를 가지며,
   상기 적어도 하나의 입구 포트 및 상기 적어도 하나의 출구 포트 중에서 하나 이상을 가지는 보어,
   상기 보어에 위치하는 적어도 하나의 인보어 씰로서, 상기 적어도 하나의 인보어 씰은 씰 외경을 상기 보어의 내경으로 유체 밀봉하고, 선택적으로 씰 내경을 스풀 외경으로 유체 밀봉하는 인보어 씰,
   스페이서 내경에서 스페이서 외경으로 및 상기 적어도 하나의 입구 포트 또는 상기 적어도 하나의 출구 포트와 유체 연통하는 상기 적어도 하나의 인보어 씰에 인접하여 상기 보어의 주요 길이 방향 축을 따라 부유하기 위한 상기 보어에 위치한 적어도 하나의 스페이서,
   상기 보어 내에 상기 적어도 하나의 스페이서 및 상기 적어도 하나의 인보어 씰을 유지하는 제거 가능한 유지 구성 요소, 그리고
   상기 보어의 길이 방향 축을 따라 병진하도록 상기 보어 내에 슬라이딩 가능하게 장착된 상기 스풀로 구성되거나 이를 포함하며, 상기 스풀은,
   상기 스풀이 상기 적어도 하나의 인보어 씰에 유체 밀봉하여 상기 적어도 하나의 입구 포트로부터 상기 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 방지하는 제1 위치, 그리고
   상기 스풀이 상기 적어도 하나의 인보어 씰로부터의 밀봉 해제하여 상기 적어도 하나의 입구 포트로부터 상기 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 허용하는 적어도 제2 위치를 가지며,
   스풀 밸브가 상기 밸브를 가로지르는 유체 흐름을 허용하거나 거부하기 위해 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브는 유체 흐름을 허용하거나 방지하나, 유체 흐름을 변경할 수는 없는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 보어 입구 외측에 위치한 제2 인보어 씰이 있는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 스페이서는 상기 적어도 하나의 입구 포트 또는 상기 적어도 하나의 출구 포트 바로 위에 놓이거나 이와 선형으로 놓여 있고, 이와 유체 연통되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스풀은 상기 입구의 다른 또는 동일한 포트에서 상기 출구의 동일한 또는 다른 포트로 흐르거나 또는 그 반대로 흐를 수 있도록 허용하거나 이를 방지하는 제3 위치를 가지 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 다수의 인보어 씰들이 있는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
7. 제6항에 있어서, 상기 다수의 인보어 씰들 각각은 선택적으로든 그렇지 않든 각각의 스풀 외경에 대해 밀봉하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 다수의 인보어 씰들 각각의 사이에 스페이서가 있는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스풀은 상기 적어도 하나의 입구 포트 중에서 하나 이상 또는 상기 적어도 하나의 출구 포트 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
10. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 대안적으로, 상기 보어는 모든 상기 입구 포트 및 모든 상기 출구 포트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스풀은 상기 제1 위치에서 다른 위치로 또는 그 반대로 이동하기 위해 보어 입구에서 또는 보어 입구를 향하여 일 단부에서 액추에이터에 의해 외부적으로 작동되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스풀은 예를 들어, 그러나 비제한적으로 스프링과 같은 탄성 요소에 의해 제1 방향으로 편향되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스풀은 상기 스풀 또는 이의 일부에 대한 유체 압력에 의해 상기 제1 방향과 반대인 제2 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스풀은 상기 보어의 외부 입구에 있는 또는 이를 향하는 결합 단부 및 적어도 상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치에 대하여 상기 보어 내에 위치하는 상기 결합 단부로부터 말단부인 작동 단부를 가지는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
15. 제14항에 있어서, 상기 결합 단부는 피스톤인 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
16. 제15항에 있어서, 유체 압력이 상기 피스톤에 작용하여 상기 스풀을 상기 제1 위치에서 상기 제2 위치로 또는 그 반대로 슬라이딩시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 스풀 외경 또는 상기 스풀 외경은 가이드로서 작용하도록 상기 제1 스페이서의 스페이서 내경에서 지지되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스페이서는 이격되는 상기 각각의 인보어 씰(들)에 대해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
19. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 대안적으로 상기 스페이서 중 하나 이상이 이격되는 적어도 상기 하나의 인보어 씰에 연결되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유체 연통은 상기 스페이서 내경으로부터 상기 스페이서 외경까지 관통하는 적어도 하나의 구멍에 의해 제공되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
21. 제20항에 있어서, 상기 외경은 상기 스페이서의 외주 둘레에 함몰 형성되어, 상기 적어도 하나의 구멍으로부터 상기 적어도 하나의 입구 포트, 또는 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 연통을 제공하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인보어 씰(들)의 구성 요소인 스페이서(들)는 일단 상기 보유 구성 요소가 제거되면 주요 길이 방향 축을 따라 상기 보어로부터 슬라이딩으로 제거함으로써 제거 가능한 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보유 구성 요소의 제거는 또한 상기 스풀의 제거를 허용하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 보어 사이와 상기 스풀의 외부 표면의 슬라이딩 밀봉 접촉에서 유체 밀봉되는 적어도 하나의 영구적인 인보어 밀봉이 있는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
25. 제1항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 밀봉은 상기 보어의 내경 및 스풀의 외경에 대해 상기 인보어 씰의 반경 방향 압력을 통해 달성되며, 다시 말하면 밀봉은 주요 길이 방향 축에 평행한 표면에서 발생하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인보어 씰(들)은 원형, 정사각형 또는 립 씰 단면 중에서 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외경의 씰 표면의 선단 에지 및/또는 후단 에지는 상기 외경으로 밀봉 및 밀봉 해제할 경우 상기 인보어 씰을 위한 천이를 제공하기 위해 테이퍼링되는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 인보어 씰은 상기 보어 또는 스페이서에 직접적으로 길이 방향으로 압력을 가하나, 직접적으로든 간접적으로든 다른 인보어 씰에는 가하지 않는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 스풀은 길이를 따라 개방되거나 상기 유체에 대한 추가 흐름 통로를 허용하는 상기 스풀 외경에 대해 폐쇄된 하나 이상의 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
30. 적어도 하나의 입구 포트와 적어도 하나의 출구 포트 사이의 유체를 밸브하기 위한 스풀 밸브를 제공하는 방법으로서, 상기 방법은,
    상기 적어도 하나의 입구 포트 및 적어도 하나의 출구 포트 중에서 하나 이상을 갖는 보어를 제공하고, 상기 보어는 하나의 스풀을 상기 보어 내에서 적어도 부분적으로 선형으로 슬라이딩하는 단계,
    적어도 하나의 인보어 씰을 사용하여, 상기 내경과의 사이에서 및 상기 스풀의 외경과의 선택적인 슬라이딩 결합에서 상기 보어의 내경을 밀봉하는 단계,
    보어의 길이 방향 축을 따라 부유하는 적어도 하나의 스페이서를 사용하여 보어 내에 적어도 하나의 보어내 밀봉을 이격시키는 단계,
    적어도 하나의 스페이서가 상기 적어도 하나의 인보어 씰을 유지하도록 보어 내에서 상기 적어도 하나의 인보어 씰, 상기 적어도 하나의 스페이서 및 상기 스풀을 유지하는 단계, 그리고
    상기 외경이 상기 적어도 하나의 입구 포트로부터 상기 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 허용하기 위해 상기 적어도 하나의 인보어 씰과 떨어져 있는 제1 위치 및 상기 외경이 상기 적어도 하나의 입구 포트로부터 상기 적어도 하나의 출구 포트로의 유체 흐름을 방지하기 위해 상기 적어도 하나의 인보어 씰에 대해 밀봉되는 제2 위치 사이에서 선택적으로 슬라이딩 결합하도록 상기 스풀을 슬라이딩하는 단계를 포함하며,
    유체 흐름을 제어하는 스풀 밸브가 제공되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
31. 제30항에 있어서, 상기 방법은 반경 방향 힘을 통해 외경을 밀봉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
32. 유체를 밸브하기 위한 스풀 밸브로서,
    하나 이상의 입구 및 하나 이상의 출구를 갖는 보어,
    보어 내의 슬라이딩으로 작동 가능한 스풀,
    상기 보어 내부에 포함된 하나 이상의 인보어 씰로서, 상기 인보어 씰은 씰 외경을 상기 보어의 내부로 유체 밀봉하고, 선택적으로 씰 내경을 스풀 외경으로 유체 밀봉하는 인보어 씰,
    스페이서 내경에서 스페이서 외경으로 및 상기 적어도 하나의 입구 포트 또는 상기 적어도 하나의 출구 포트와 유체 연통하는 상기 적어도 하나의 인보어 씰에 인접하여 상기 보어의 길이 방향 축을 따라 부유하기 위한 상기 보어에 위치한 적어도 하나의 스페이서, 그리고
    상기 보어 내에 상기 적어도 하나의 스페이서 및 상기 적어도 하나의 인보어 씰을 유지하는 제거 가능한 유지 구성 요소를 포함하며,
    상기 스풀은 적어도 2개의 위치 사이에서 슬라이딩하고, 제1 위치에서는 상기 하나 이상의 입구 중에서 적어도 하나로부터 적어도 하나의 스풀 외경의 상기 인보어 씰의 적어도 하나의 밀봉을 통해 상기 입구 중에서 적어도 하나 이상으로의 흐름을 방지하고, 제2 위치에서는 상기 하나 이상의 입구 중에서 적어도 하나로부터 적어도 하나의 스풀 외경의 상기 인보어 씰의 적어도 하나의 밀봉 해제에 의해 상기 출구 중에서 적어도 하나 이상으로의 흐름을 허용하는 것을 특징으로 하는 스풀 밸브.
33. 첨부 도면 중에서 임의의 하나 이상을 참조하여 본 출원에 설명된 바와 같은 스풀 밸브.
34. 첨부 도면 중에서 임의의 하나 이상을 참조하여 본 출원에 설명된 바와 같은 스풀 밸브를 제공하는 방법.
35. 첨부 도면 중에서 임의의 하나 이상을 참조하여 본 출원에 설명된 바와 같은 기존 스풀 밸브를 정비하거나 개조하기 위한 부품 키트.

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