KR900008966B1

KR900008966B1 - 밸브 장치

Info

Publication number: KR900008966B1
Application number: KR1019850001232A
Authority: KR
Inventors: 마사시 가사야; 다쓰히꼬 아베
Original assignee: 지이제루기기 가부시기가이샤; 모찌즈끼 가즈시게
Priority date: 1984-02-28
Filing date: 1985-02-27
Publication date: 1990-12-15
Also published as: GB2154658A; DE3506978A1; JPH0312663B2; KR850006598A; DE3506978C2; GB2154658B; US4784178A; GB8505041D0; JPS60182351A

Abstract

내용 없음.

Description

밸브 장치

제1도는 본 발명에 따른 실시를 표시하는 단면도.

제2도는 제1도에 표시된 밸브체에 형성된 피착층의 구성을 표시하는 그래프.

제3도는 제1도에 표시된 피착층을 형성하기 위한 이온도금 장치의 구성도.

제4도는 본 발명에 따른 다른 실시를 표시하는 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 연료분사밸브 6 : 노즐몸체

7 : 안내구멍 8 : 니이들밸브

10 : 밸브시이트 26 : 피막층

61 : 소레노이드밸브 63 : 밸브체

65 : 밸브시이트 78 : 피착층

본 발명은 밸브장치에 관한 것이며, 특히 밸브체 및 밸브시이트에 의하여 구성된 온-오프 스위치를 가진 밸브장치에 관한 것이다.

선행기술에서, 밸브장치의 개폐상태를 지시하는 전기신호를 얻기 위하여, 개폐스위치가 밸브체 및 밸브시이트에 의하여 구성된 밸브장치가 널리 사용되었다. 그러한 밸브장치는, 예로서, 밸브장치에 적용된 구동펄스가 목표타이밍과 일치하는 밸브장치의 개폐상태를 만들기 위하여 밸브장치의 개폐상태에 응하여 교정되는 회로를 구동하는 밸브장치를 구성하기 위하여 소용된다. 그것은 역시 연료의 분사타이밍을 지시하는 전기신호를 산출할 수 있는 연료 분사밸브를 구성하기 위하여 소용된다. 그러한 밸브장치로서는 예로서 기계적 스위치가 연료분사의 개시의 타이밍과 니이들밸브의 이동에 응하여 연료분사의 종료의 타이밍을 지시하는 전기신호를 얻기 위하여 니이들밸브와 노즐몸체에 의하여 구성된 연료분사밸브가 미국특허 제 4111178호(DE-OS 2748447에 대응)에 발표되어 있다. 상기 연료분사밸브에서 노즐몸체와 이 노즐몸체의 안내구멍에 원활하게 이동하는 니이들밸브가 도전성 재료(導電性材料)로 되고, 니이들밸브의 외주면은 산화알루미늄의 스퍼터링(sputtering)에 의하여 형성된 절연 필름 또는 약 0.2μm와 0.3μm 간의 두께의 세라믹 절연필름으로 피착된다. 그러나 세라믹의 엷은 필름이 절연필름으로서 사용될때 내구성이 불충분하고, 산화알루미늄의 스퍼터링에 의하여 형성된 절연필름이 사용될때 절연필름은 니이들밸브의 외주면으로부터 박리되기 쉽다. 결과적으로 어느 경우도 장기간에 걸친 안정된 사용은 불가능하다.

본 발명의 목적은, 밸브체 및 이 밸브체를 안내하는 부재의 안내면간의 전기적 절연상태가 장기간에 걸쳐 안정상태를 유지할 수 있고, 내구성이 우수한 스위치를 가진 밸브장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 구성은, 본체내에 형성된 안내구멍내에서 활동하는 밸브체의 도전성 재료를 사용하여 형성함과 동시에 상기 밸브체의 외주면상에 이 밸브체와 본체와의 사이에 전기적 절연성을 보호하기 위한 피착층(被着層)을 마련하고, 그것에 의하여 밸브체가 본체에 형성된 밸브시이트에 맞닿았을때 본체와 밸브체가 전기적으로 접속되어 스위치를 구성하는 스위치를 가진 밸브장치에 있어서, 상기 피착층이 소요의 금속과 반응가스의 화합물로 만들어지고, 상기 피착층이 금속으로된 금속층을 개재하여서 밸브체의 외주면에 피착(被着)되어 있으며, 또한 상기 피착층은 그 절연도가 밸브체의 표면측으로부터 상기 안내구멍의 벽면측을 향하여 연속적으로 높게 되게끔 이온플레이팅법 등의 물리증착법에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 피착층은, 증발원으로부터 증발된 이온화금속, 예를들면 Zr, Cr, Al 등과 반응가스, 예를들면 O₂, N₂, C₂H₂등과 반응하여 물리증착법에 의하여 그 화합물을 밸브체의 소요의 주위에 피착하여서 절연층을 형성할 경우에 반응가스의 농도를 서서히 높일 수 있게 반응가스 농도의 제어를 행하는 것에 의하여 간단히 얻을 수 있는 것이다. 이 경우, 피착층과 금속층은 다음과 같이 연속적으로 형성할 수가 있다.

예로서, 증발물질로서 지르코늄(Zr)을 선택하여, 반응가스로서, O₂를 선택할때, 상기 피착층과 금속층을 형성함에 있어서 먼저 용기내를 진공으로 하고, 다음에 Zr 이온만의 분위기에서 Zr를 밸브체의 표면에 이온플레이팅법에 의하여 피착시켜 먼저 금속층(Zr)을 형성한다.

다음에 시간의 경과와 동시에 산소(O₂)의 농도를 소정의 비율로서 상승시켜 ZrO₂-x로 되는 부정비성화합물(不定比性化合物)의 상태에서 피착층의 형성을 행하며, 최종적으로 피착층의 표면 부근을 ZrO₂로 하다. 그 결과 얻어진 박막층은 밸브체측(내주면)으로부터 안내구멍측(외주면)을 향해서 산소량이 상승하는 특성이 있다.

이와같이 피착층의 밸브체측의 부분은 금속과의 밀착성이 양호한 저산소량상태 또는 금속등이다. 이 피착층이 금속(Zr)으로 형성된 금속층을 개재하여서 밸브체에 피착되는 것이므로, 절연층으로서 작용하는 피착층과 밸브체 사이의 밀착성이 극히 양호하다. 한편 피착층의 외주면은 단단한 절연물질로 되어 있으므로, 이 피착층에 의하여, 본체와 밸브체의 사이의 전기적 절연을 충분히 지탱할 수가 있고, 내마모성 및 내박리성이 현저히 향상된다. 이 박막층은 반응가스의 농도를 조절하는 외는 종래의 이온플레이팅법에 의하여 형성되고, 제작이 간단하고, 경도와 내구성을 가진 우수한 특성을 가지고 있다.

본 발명은 그것의 다른목적과 장점은 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

제1도에는 본 발명에 의한 연료분사밸브의 일실시예가 일부단면으로 표시되어 있다. 내연기관용의 연료분사밸브(1)는 노즐호울더(2), 중간판(3) 및 노즐(4)을 가지며, 그들은 슬리이브너트(5)에 나사로 끼워진다. 노즐(4)은 노즐몸체(6)와 이 노즐몸체내에 형성한 안내구멍(7)내에 활동이 자유롭게 마련된 침(針)형 밸브체(8)로 구성된다. 밸브체(8) 선단에는 밸브체로서 움직이는 원추부재(9)가 형성되어 있다. 이 원추부재(9)에 대응되는 형상으로 형성된 밸브시이트(10)가 노즐몸체(6)에 형성되어 있다. 밸브시이트(10)의 상측에 형성된 유실(油室)(11)은 연료통로(12)에 연통된다. 밸브체(8)의 상단에 설치되어 있는 도체핀(13)은 연료분사밸브(1)가 닫힌 상태에 있을때 도체스프링시이트(14)에 탄성적으로 연결된다. 노즐호울더(2)내에 이루어진 스프링실(15)에는 코일스프링(16)이 수납되어 있으며, 이 코일스프링(16)의 일단은 절연슬리이브(17)에 끼워진 전극(18)의 하단 원판부(19)를 개재하여 스프링실(15)의 어깨부분(20)에 의하여 지지되고, 타단은, 스프링시이트(14)에 지지되어 있다. 절연슬리이브(17)가 전극(18)괴 도체성 재료로된 노즐호울더(2) 사이의 전기적 절연을 지탱하기 위한 것이며, 노즐호울더(2)의 구멍(21)속에 압입되어도 좋고, 구멍(21)내에 간격을 두고 삽입되어도 좋다. 참조번호(22) 및 (23)은 액밀상태를 지탱하기 위한 0링을 표시한다.

코일스프링(16), 가압핀(13), 스프링시이트(14) 및 밸브체(8)는 도전성재료로 형성되어 있으며, 따라서, 전극(18)과 니이들밸브(8)는 가압핀(13), 스프링시이트(14) 및 코일스프링(16)을 개재하여서 도전상태가 된다. 또, 절연슬리이브(24)로 표시된 것은, 코일스프링(16)이 노즐호울더(2)와 전기적 접촉상태로 되는 것을 방지하기 위하여 절연슬리이브이며, 특히 소형의 연료분사밸브에서는 코일스프링(16)과 스프링실(15)의 벽면사이가 좁을때 필요하게 된다. 한편 노즐몸체(6), 중간판(3), 슬리이브너트(5) 및 노즐 호울더(2)도 역시 도전성 재료로 만들어진다. 밸브체(8)의 큰직경부분의 외주면(8a)과 노즐몸체(6)의 안내구멍(7)의 내주면사이의 전기적 절연성을 보존하기 위하여 밸브체(8)의 외주면(8a)을 이온플레이팅법에 의하여 엷은 피착층(26)이 형성되어 있다.

이 실시예에서, 피착층(26)의 표면부근은 산화지르코늄(ZrO₂)으로 만들었지만, 그 내부상태는 제2도에 표시한 바와 같이 밸브체(8)의 표면에 가까와짐에 따라서 피착층(26)내의 산스량(0)이 적어지며, 밸브체(8)의 표면에서는 Zr 만으로 단면구조를 가지고 있다. 즉 밸브체(8)의 표면인 t=0 로부터 t=t₁까지의 영역 I에서는 피착층(26)의 조성은 Zr 만의 금속층이며, 피착층(26)의 외면인 t=t₂로부터 t=t₀까지의 영역 II에서는 절연층에 해당하는 피착층(26)조성은 절연성의 ZrO₂로 되어 있다. 그리하여 t₁＜t＜t₂에 의하여이루어지는 천이영역(遷移領域) III에서는 피착층(26)의 조성은 x가 2로부터 0까지 변화는 ZrO_2-x되는 부정비성화합물(不定比性化合物)영역으로 되어 있다. 그 결과 소요의 금속과 반응가스의 화합물로 되는 절연도는 밸브체(8)로부터 안내구멍(7)의 벽면측을 향해서 연속적으로 높이게 되어 있다.

피착층(26)을 제2도에 표시된 구조로 만들어졌을때 금속층인 영역 I은 금족인 밸브체(8)에 아주 강도의 밑착성을 가지고 피착되고, 한편 영역 II는 밸브체(8)와 노즐몸체(6) 사이의 절연성을 확보하고, 또, 내마모성도 확보할 수가 있다. 그리고, 천이영역 III에 의하여 성질이 다른 영역 I, II를 견고히 결합되게 할 수있으며, 결국 내박리성 및 내마모성 피착층(26)을 형성할 수가 있고 내구성이 우수한 스위치를 가진 연료분사밸브를 구성할 수가 있다.

다음에 제2도에 표시한 바와같이 단면구조를 가진 피착층(26)을 밸브체(8)의 표면에 형성하는 방법에 관하여 제3도를 참조로 하여 설명한다.

진공용기(31)내에 배치된 밸브체(8)는 전류고압원(32)의 음극에 스위치(SW)를 걸쳐 접속되어 있고, 진공용기(31)내의 구획판(33)에 설치된 증발원(蒸發源)(34)이 직교고압원(32)의 양극에 접속되어 있다. 증발원(34)내에는 Zr가 수용되어 있고 전자층(35)으로부터의 전자에 의하여 증발원(34)내의 Zr를 용융, 증발시키는 구성으로 되어 있다. 진공용기(37)내는 진공펌프(36)에 의하여 소요의 진공도가 지탱되게 되어 있다.

진공용기(31)내에 소요의 진공도가 되면 콕(39)을 열어서 실린더(40)로부터 Ar 가스를 도입하고, 밸브체(8)와 증발원(34) 사이에 직류전압을 인가하여 글로우방전(g1ow 放電)이 일어나게 하는 것으로서, 용기내의 청정이 끝난후, Zr를 증발시켜 이때에 밸브체(8)에 인가된 부(負)의 고압에 의하여 이온화된 Zr가 밸브체(8)의 표면에 퇴적되어 이것에 의하여 영역 I이 형성된다.

표시는 안되어 있지만, Zr의 이온화를 촉진하기 위하여 고주파법 또는 열전자법이 행하여진다. 영역 I의 두께가 소정치까지 도달되면, 콕(37)을 열고, 반응가스인 산소를 실린더(38)로부터 진공용기(31)내에 서서히 유입시킨다. 이것에 의하여 영역 I상에는 ZrO_2-x로 표시된 천이영역 III이 형성되기 시작한다. 진공 용기(31)내의 반응가스의 분압이 시간의 경과에 따라 서서히 증가되게 제어하여 제2도에 표시된 바와 같은 산소량의 경사를 가진 천이영역 III이 형성된다. 마지막으로 ZrO₂가 생성되는 상태로 하고 천이영역 III 상에 ZrO₂로 되는 절연성의 영역 II를 소정의 두께로 형성된다.

이와 같이 종래의 이온플레이팅법을 사용하여 반응가스의 분압을 제어하는 것만으로 제2도에 표시된 구조를 가진 피착층(26)을 용이하게 형성할 수가 있다.

상술한 실시에서, 증발물질로서 Zr를 사용하고, 반응가스로는 O₂를 사용하였지만, 피착층의 재질은 이것에 한정되지 않고 다른 무기절연물질도 대신으로 사용될 수가 있다. 따라서 증발물질로는 Al, Cr, Si 등이 사용되고, 한편 반응가스로는 N₂, C₂H₂등이 사용될 수 있다.

이와 같이 이온플레이팅방법에 의하여 피착층을 형성하면 처리중의 온도가 낮게 즉 550℃ 이하로 일처리된 밸브체(8)는 외곡이 생기지 않고, 또는 담금질할 필요가 없다. 부가하여, 본 발명은 피착처리가 진공용기내에서의 건초시스템에 의하여 수행되므로 공해의 위험이 없다는 우수한 이점을 가지고 있다.

본 발명에 따른 스위치를 가진 밸브장치는 제1도에 표시된 바와같은 실시예에 한정되지 않고 예로서, 소레노이드밸브에도 역시 적용될 수 있다.

제4도는 본 발명을 전자밸브에 적용한 경우의 실시예가 표시되어 있다.

소레노이드밸브(61)는 하부케이스(62)와 이 하부케이스(62)에 고착된 전자구동부(64)와 이 전자구동부(64)에 의하여 구동되는 밸브체(63)를 비치하고 있다. 하부케이스(62)는 도전성 재료로 되어 있고, 밸브체(63)의 선단부(63a)가 맞물리는 밸브시이트(65)와 이 밸브시이트(65)를 개재하여 본체 케이스(62)의 내실(66)에 연통하는 출구(67)와 내실(66)에 연통하는 입구(68)가 형성되어 있다.

전자구동부(64)의 상부케이스(69)는 적의의 고착수단(미표시)에 의하여 하부케이스(62)에 고착되었으며 상부케이스(69)와 하부케이스(62) 사이에 설치한 0링(70)에 의하여 상부케이스(69)와 하부케이스(62) 사이의 액밀상태가 유지되는 소레노이드밸브(61)의 케이스(80)가 형성된다. 상부케이스(69)에는 보빈(71)에 감겨진 소레노이드코일(72)이 설치되어 있으며, 보빈(71)의 중심부에 설치된 비자성 금속재료, 예를들면 놋쇠로 된 원통형 안내부재(73)에 의하여 밸브체(63)가 활동이 자유스럽게 지지 안내되어 있다.

상부케이스(69)의 상단부에는 절연슬리이브(74)를 통하여 전극(75)이 끼워져 있다.

전극(75)의 일단은 리이드선(76)에 접속되고 전극(75)의 타단은 밸브체(63)의 요홈부(63b)에 수용된 탄발코일 스프링(77)에 접촉되어 있으며, 이 탄발 코일스프링(77)에 의하여 하방으로 부세되고, 소레노이드코일(72)에 구동전류가 흐르지 않은 경우는 밸브시이트(65)의 형상에 상응하는 형상의 선단부(63a)가 밸브시이트(65)에 압축되고, 소레노이드 밸브(61)는 닫은 상태(OFF)가 된다.

한편, 소레노이드코일(72)에 구동전류가 흘러서 소레노이드코일(72) 이 부세되었을때 밸브체(63)에는 전자력이 움직이고, 탄발 코일스프링(77)의 힘에 대항하여 밸브체(63)는 상방으로 움직이고, 밸브체(63)의 선단부(63a)가 밸브시이트(65)로부터 분리되고, 소레노이드 밸브(61)를 연 상태(ON)가 된다.

밸브체(63)와 탄발코일스프링(77)은 공히 도전성 재료로 형성되었으며, 밸브체(63)와 전극(75)은 탄발 코일스프링(77)에 의하여 항상 전기적 접촉상태를 지탱된다. 소레노이드밸브(61)가 개폐하는 것에 의하여 밸브체(63)가 밸브시이트(65)와 접촉, 이탈하는 것을 이용하여서 밸브체(63)와 밸브시이트(65)에 의하여 구성되는 스위치를 구성하기 때문에 밸브체(63)의 접동면에는, 안내부재(73a)와 밸브체(63) 사이의 전기적 절연을 지탱하기 위하여 피착층(78)이 형성되어 있다.

이와 같이 밸브체(63)의 접동면에 피착층(78)을 형성하여 안내부재(73)의 전기적 절연을 지탱할 수 있게 구성하면 밸브체(63)과 상부케이스(69) 사이의 전기적 절연이 확보되고, 소레노이드밸브(61)가 열려져 있어 밸브체(63)가 밸브시이트(65)에서 이탈되어 있을 경우에는 하부케이스(62)와 리이드선(76)은 오프(Off) 상태로 되며, 소레노이드밸브(61)가 닫혀져 있어 밸브체(63)가 밸브시이트(65)에 맞닿았을 경우에는 하부케이스(62)와 리이드선(76)은 온(On)상태로 된다. 즉 밸브체(63)와 밸브시이트(65)에 의하여, 소레노이드밸브(61)의 개폐에 응하여 온-오프(on-off)하는 스위치가 구성된다.

절연슬리이브(74)의 하부에는 플랜지부분(74a)이 형성되어 있고, 밸브체(63)가 소레노이드코일(72)의 부세시에 상승할때에는 밸브체(63)의 상단면이 상부케이스(69)와 접촉할 수가 없게 구성되어 있지만, 밸브체(63)의 상단면에도 피착층을 설치하여도 좋다는 것은 물론이다.

밸브체(63)에 설치하는 피착층(87)은 이온플레이팅법에 의하여 제1도에 표시된 피착층(26)과 모두 동일하게 형성될 수 있다.

이 실시의 경우에 있어서도 내박리성 및 내마모성의 향상을 기할 수가 있고, 절연성 피착층의 내구성을 현저히 개선할 수가 있는 것이다.

본 발명에 의하면 밸브체(64)의 도면에 형성하는 피착층(78)은 상술한 바와 같이 소요의 금속과 반응가스의 화합물로 된 피착층을 소요의 금속으로 형성된 금속층을 개재하여 밸브의 외주면에 물리증착법에 의하여 피착되어서 구성되고, 더우기, 피착층은 그 절연도가 연속적으로 변화될 수 있게 구성되어 있는 것이므로, 절연부분으로서 움직이는 피착층의 되측부분은 내마모성이 우수한 견고한 절연층으로서 형성되고, 피착층의 내측부분은 그 조성이 금속층을 향해서 연속적으로 변화하고, 내측에 있어서는 금속층과 대체로 동일 조성으로 되기 때문에 피착층은 금속층을 개재하여 밸브체에 확실하게 밀착되므로 내마모성과 내박리성이 우수한 피착층을 얻을 수가 있다.

또 상술한 피착층은 물리증착법에 의하여 간단하게 형성할 수가 있으므로 제조코스트가 낮다. 더우기 본 발명에 따르면 영역 I 및 II의 두께가 그들 각각의 목적을 실현하기에 적당히 결정될 수 있으며, 이들 두께는 각각 소요의 밸브장치를 위한 설계명세서에 따라 유리하게 결정될 수 있다.

결과적으로 천이영역 III의 가장 의부의 절연지향은 영역 II과 실질적으로 동일하여 영역 II을 생략하는것이 가능하다. 동일하게 천이영역 III의 가장내부의 성질은 금속영역(I)의 그것과 실질적으로 동일하게 하여 어느 경우에는 영역(I)의 두께를 영으로 감소하는 것이 가능하다.

Claims

밸브장치의 본체내에 형성된 안내구멍내에서 활동하는 밸브체를 도전성 재료를 사용해서 형성함과 동시에 밸브체의 외주면상에 밸브체와 본체 사이의 전기적 절연성을 지탱하기 위한 피착층을 설치하고, 이것에 의하여 밸브체가 본체에 형성한 밸브시이트와 맞닿았을때에 본체와 밸브체가 전기적으로 접속되는 스위치가 구성된 밸브장치에 있어서 상기 피착층이 소요의 금속과 반응가스의 화합물로 형성되고, 상기 피착층이 금속으로 형성된 금속층을 개재하여 밸브체의 외주면에 피착되어 있고, 또한 상기 피착층은 그 절연도가 밸브체의 표면측으로 부터 안내구멍의 벽면측을 향하여 연속적으로 점차 높이게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸브장치.
제1항에 있어서, 피착층은 물리증착법에 의하여 형성되는 밸브장치.
제2항에 있어서, 물리증착법은 이온플레이팅법인 밸브장치.
제1항에 있어서, 피착층의 가장 내측면은 소요의 금속으로 형성되는 밸브장치.
제1항에 있어서, 피착층의 가장 외주면은 소요의 금속과 소요의 반응가스의 반응에 의하여 얻어진 절연성 화합물로 형성되는 밸브장치.
제1항에 있어서, 피착층의 가장 내주면은 소요의 금속으로 형성되는 밸브장치.
제1항에 있어서, 피착층의 중간부분은 소요의 금속과 소요의 반응가스의 부정비성 화합물로 형성되는 밸브장치.
제7항에 있어서, 금속은 Zr, Cr 및 Al로 구성되는 군으로부터 선택된 한 재료인 밸브장치.
제7항에 있어서, 소요의 반응가스는 O₂, N₂및 C₂H₂로 구성되는 군으로부터 선택된 한 부재인 밸브장치.
제4항에 있어서, 피착층은 그 전기적저항이 두께의 방향에서 점차적으로 변하고 소요의 두께의 금속영역이 소요의 금속으로 형성되는 천이영역을 가지는 밸브장치.
제10항에 있어서, 피착층은 이온플레이팅법으로 형성되는 밸브장치.
제7항에 있어서, 소요가스의 농도는 피착층을 형성하는 동안 조절되는 밸브장치.
제10항에 있어서, 피착층은 천이영역의 가장 외주면에 소요의 두께의 절연영역을 더욱 가지며, 절연 영역은 소요의 금속과 소요의 반응가스의 반응에 의하여 얻어진 절연성 화합물로 형성되는 밸브장치.
제13항에 있어서, 피착층은 이온플레이팅법으로 형성되는 밸브장치.
제14항에 있어서, 소요의 반응가스의 분압은 피착층을 형성하는 동안 점차적으로 변하는 밸브장치.