KR950010263B1 - 유량제어용 자동개폐밸브를 구비한 수도꼭지 - Google Patents

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Description

유량제어용 자동개폐밸브를 구비한 수도꼭지

제1도는 단일밸브체 구조를 구비하고 있는 본 발명의 제1실시예의 유량제어용 자동개폐밸브의 단면측면도.

제2도와 제3도는 제1도의 Ⅰ-Ⅰ선과 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 상기한 밸브의 단면도.

제4도와 제5도는 제1실시예의 밸브에 적용가능한 압전소자의 변형예의 단면도.

제6도는 제1실시예의 밸브에 적용가능한 제어장치의 블록도.

제7도 내지 제9도는 압전액튜에이터의 작동상태를 나타내는 설명도.

제10도는 각각의 압전소자에 전압을 공급하는 방식을 나타내는 타이밍도(timing chart).

제11도는 이중밸브체 구조를 구비하고 있는 본 발명의 제1실시예의 유량제어용 자동개폐밸브의 단면측면도.

제12도는 상기한 밸브의 부분확대도.

제13도는 이중밸브체 구조의 밸브에 적용가능한 제어장치의 블록도.

제14도는 냉수와 탕수(湯水)를 혼합하는 혼합밸브로서 사용된 상기한 밸브의 작동순서를 나타내는 순서도.

제15도는 자동개폐밸브 제1실시예의 변형예 1의 단면측면도.

제16도는 자동개폐밸브 제1실시예의 개량된 변형예 1의 단면측면도.

제17도는 자동개폐밸브 제1실시예의 변형예 2의 단면측면도.

제18a도는 변형예 3의 밸브에 적용가능한 제어장치의 블록도.

제18b도는 전원차단 또는 단선을 검출하는 작동순서를 나타내는 순서도.

제19도는 자동개폐밸브 제1실시예의 변형예 3 및 변형예 4의 단면측면도.

제20도는 전원차단 또는 단선을 검출하는 다른 작동순서를 나타내는 순서도.

제21도는 자동개폐밸브 제1실시예의 변형예 5에 적용가능한 지수(止水)기능이 구비된 제어장치의 블록도.

제22도는 유량제어용 자동개폐밸브가 설치된 본 발명 제2실시예의 수도꼭지를 구비한 세면기의 사시도.

제23도는 수도꼭지의 내부구조를 나타내는 단면도.

제24도는 제23도의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 상기한 자동개폐밸브의 단면도.

제25도는 제23도의 Ⅳ-Ⅳ선의 방향에서 본 상기한 자동개폐밸브의 측면도.

제26도는 본 실시예의 수도꼭지의 변경예를 나타내는 설명도.

제27도는 수도꼭지 제어장치의 블록도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 케이싱 10a : 파일럿개구부

10b : 블리이드개구부 11 : L형슬리이브

12a : 외측개구부 12b : 내측개구부

13 : 급수배관 14 : 격막작동실

15 : L형슬리이브 17 : 유출유로

18 : 2차관 19 : 밸브시이트

20 : 밸브체 A : 압전액튜에이터

B : 압전소자조립체 21,22 : 패킹

C : 제어장치 DC : 구동회로

e,f : 클램핑압전소자 g : 스트로우크압전소자

h : 탄성부재 a : 케이싱앞벽

b : 케이싱뒷벽 c : 케이싱

r : 마이크로프로세서 s : 입력인터페이스

t : 출력인터페이스 u : 기억장치

w : 기동부 v : 액튜에이터 작동버튼스위치

k : 스프링수납실 ℓ,m : 스프링지지판

p : 압축스프링 n : 보조벽

o : 나사축 H : 지지브래킷

H-1 : 지지아암 q : 브레이크슈우

본 발명은 유량제어용 자동개폐밸브에 관한 것이다.

종래, 이와같은 자동개폐밸브로서는 각종 형태의 것이 알려져 있는데, 예를 들어서 솔레노이드를 이용한 전자(電磁)개폐밸브나, 모우터구동의 전동(電動)밸브가 있다.

그리고, 이러한 자동개폐밸브의 밸브체는, 감지기(sensor)나 작동스위치로부터 구동신호 또는 구동출력을 받아, 밸브를 자동적으로 개폐하기 위해서, 솔레노이드 구동체나 구동모우터에 의해 밸브시이트에 접근하거나, 또는 밸브시이트로부터 떨어지도록 이동된다.

그러나, 이와같은 종래의 자동개폐밸브의 액튜에이터는, 구동원이 솔레노이드나 모우터이므로, 밸브의 단순한 개폐는 가능하지만, 밸브체의 작동이 고정도(高精度)로 행해질 수 없어서, 유량제어를 정밀하게 행할 수가 없다.

특히, 소정온도의 혼합수를 얻고자 탕수와 냉수를 혼합하기 위해서는, 밸브체의 작동을 극히 정밀하게 제어해야 할 필요가 있으므로, 소정온도의 혼합수를 생성하는 혼합밸브에 상기한 자동개폐밸브를 사용하는 것은 거의 불가능하거나 또는 극히 곤란하다.

따라서, 본 발명은, 밸브구동수단으로서, 밸브의 개구율과 개구각을 정밀하게 조절하여 유량을 정확하게 제어할 수 있는 압전액튜에이터(piezoelectric actuator)를 사용하여 상기한 종래 밸브의 결점을 해결할 수 있는 자동개폐밸브를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 소정온도의 혼합수를 생성하기 위해 탕수와 냉수의 혼합율을 정밀하고 정확하게 제어할 수 있는 압전액튜에이터가 설치된 혼합밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 콤팩트하게 조립될 수 있어 어느 장소에서도 즉시 용이하게 설치될 수 있는 압전액튜에이터가 구비된 자동개폐밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전원차단 또는 단선시 등과 같은 비상시의 경우에 밸브체를 자동 또는 수동으로 밸브시이트쪽으로 이동시키는 것에 의해 밸브를 완전하게 폐쇄시켜서, 누수를 방지하여 물을 절약할 수 있는 압전액튜에이터가 구비된 자동개폐밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 급수중지모우드 작동시와 같은 비상시의 경우에 스프링의 부세력을 이용하여 밸브체를 자동적으로 이동시키고 클램핑압전소자에의 전압인가를 중지시키는 것에 의해 밸브를 완전하게 폐쇄시켜, 누수를 방지하여 물을 절약할 수 있는 압전액튜에이터가 설치된 자동개폐밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 플런저의 선단을 플런저본체와는 별도의 부재로서 형성하며 밸브체에 부세력을 가하기 위해 스프링에 의하여 부세하여서, 급수배관내에 충격수압이 발생되더라도 플런저의 선단만이 후방으로 이동하여 플런저에 대한 압전소자의 위치가 변하지 않고 유지될 수 있어서, 유량제어작동중에 유량을 정밀하게 조정할 수 있는 압전액튜에이터가 구비된 자동개폐밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 플런저의 선단이 받는 수압을 최소화할 수 있도록 플런저 선단의 직경을 플런저본체의 직경보다 작게 축경(縮經)하여서, 플런저가 압전소자의 작동에 의해 고정도(高精度)로 전진 또는 후퇴될 수 있게 하여 유량을 정밀하게 조정하는 압전액튜에이터가 구비된 자동개폐밸브를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 압전액튜에이터를 구비한 혼합밸브를 그 내부에 콤팩트하게 조합하여서, 설치 고정되는 세면실의 여유공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 수도꼭지를 제공하는 것이다.

요약해서, 본 발명은, 케이싱과, 케이싱의 일측에 형성되어 있는 유입유로와, 케이싱의 타측에 형성되어 있는 유출유로와, 전기한 유입유로와 유출유로를 연결하는 연통유로내에 형성되어 있는 밸브시이트와, 전기한 밸브시이트에 접촉 및 이간(離間) 자재하게 설치되는 밸브체와, 전기한 밸브체가 전기한 밸브시이트에 접촉 및 이간되도록 밸브체를 이동시키는 압전액튜에이터로 구성되는 유량제어용 자동개폐밸브를 개시한다.

또한, 본 발명은, 케이싱과, 케이싱의 일측에 형성되어 있는 냉수유입유로 및 탕수유입유로와, 케이싱의 타측에 형성되어 있는 혼합수유출유로와, 전기한 유입유로와 유출유로를 연결하는 연통유로내에 형성되어 있는 밸브시이트와, 전기한 밸브시이트에 접촉 및 이간자재하게 설치되는 밸브체와, 전기한 밸브체가 전기한 밸브시이트에 접촉 및 이간되도록 밸브체를 이동시키는 압전액튜에이터로 구성되는, 소망온도의 혼합수를 생성하기 위해 냉수와 탕수를 혼합하는 혼합밸브를 개시한다.

또한, 본 발명은, 상술한 혼합밸브를 그 기단부에 설치하여 그 유출구로부터 토출되는 물의 유량 및 온도를 정밀하게 제어할 수 있는 수도꼭지를 개시한다.

이하, 본 발명의 유량제어용 자동개폐밸브가 구비된 수도꼭지에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

제1도에, 단일밸브체구조를 보유하는 유량제어용 자동개폐밸브가 도시되어 있다.

부호(10)는 상자형상의 케이싱을 나타낸다. 케이싱(10)에는 그 한쪽측벽에 양단이 개구된 L형슬리이브(11)가 설치되어 있고, L형슬리이브(11)에는 그 내부에 L형유입유로(12)가 형성되어 있다.

유입유로(12)는 급수배관(13)과 연통되는 외측개구부(12a)와, 격막작동실(diaphragm operating chamber)(14)과 연통되는 내측개구부(12b)를 구비하고 있다.

케이싱(10)의 다른쪽 측벽에는, 양단이 개구된 L형슬리이브(15)가 설치되어 있고, 그 슬리이브(15)는 격벽(16)에 의해 상기한 L형슬리이브(11)와 대략 대칭의 관계가 있다. L형슬리이브(15)내에는, 유출유로(17)가 형성되어 있고, 유출유로(17)는 2차관(18)과 연통되는 외측개구부(17a)와, 격막작동실(14)과 연통되는 내측개구부(17b)를 구비하고 있다.

L형슬리이브(15)의 내측개구부에는 밸브시이트(19)가 형성되어 있어서, 격막으로 이루어진 밸브체(20)가 유출유로(17)의 내측개구부(17b)를 폐쇄하기 위해 밸브시이트(19)에 접촉될 수 있고, 유출유로(17)의 내측개구부(17b)로부터 이간될 수 있다.

즉, 격막으로 이루어진 밸브체(20)에는, 유출유로(17)를 격막작동실과 연통시키는 파일럿개구부(10a)와, 격막작동실을 유입유로(12)에 연통시키는 블리이드개구부(10b)가 설치되어 있다.

그리고, 격막작동실(14)에 인접하는 케이싱(10)의 한쪽 부분에는 압전액튜에이터(A)가 설치되어 있다. 제1도에 도시되어 있는 바와같이, 이 압전액튜에이터(A)는, 압벽(a)과 뒷벽(b)을 구비하고 있는 원통형 액튜에이터케이싱(c)과, 액튜에이터케이싱(c)내에 동심원적으로 또한 축선방향으로 진퇴자재하게 부착되는 플런저(d)와, 플런저(d)의 외주에 동심원적으로 또한 동축상에 설치된 3개의 압전소자(e), (f), (g)로 구성되어 있다.

상기한 구조에서, 플런저(d)는, 밸브체(20)의 후면에 접촉하기 위해 진퇴자재한 말단부를 보유하며, 3개의 압전소자(e), (f), (g)는 압전소자조립체(B)를 구성한다. 이들 압전소자(e), (f), (g)는, 펄스형상전압이 인가될 때에 수축하도록 구성된다. 즉, 한쌍의 클램핑압전소자(e), (f)는, 펄스형상전압이 인가되면 수축하여 플런저(d)를 클램핑하고, 전압이 인가되지 않으면 플런저(d)의 클램핑을 해제한다. 스트로우크(stroke) 압전소자(g)는, 펄스형상전압이 인가되지 않을 때에는, 플런저(d)의 축선방향으로 신장된 상태로 있고, 펄스형상전압이 인가되면 수축되어 축선방향으로의 전체길이가 짧아진다. 플런저(d)는 후술하는 바와같이 각각의 압전소자에 전압을 인가하는 순서를 제어하는 것에 의해 축선방향으로 왕복하게 된다.

제1도와 제2도에 도시되어 있는 바와같이 클램핑압전소자(e), (f)는, 얇은 슬리이브형상의 다수의 압전소자편을 플런저(d)의 축심주위에 접착제로 동심원적으로 적층 또는 접착하여 형성된 것으로, 각 압전소자편에는 그 내측 및 외측에 전극이 부착되어 있다. 따라서, 이러한 구조에 의하여, 각각의 압전소자편에 펄스형상전압이 인가되면, 압전소자편은 반경방향으로 수축하며, 결국 이와같은 압전소자편으로 만들어진 클램핑압전소자(e), (f)도 반경방향으로 수축하여 플런저(d)를 클램프한다.

그리고, 제1도와 제3도에 도시되어 있는 바와같이 스트로우크 압전소자(g)는, 얇은 링형상의 다수의 압전소자편을 동심원적으로 플런저(d)의 주위에 축선방향으로 직각으로 적층 또는 접착하여 형성된 것으로, 각 압전소자편에는 그 내측 및 외측에 전극이 부착되어 있다. 따라서, 이러한 구조에 의하여, 각각의 압전소자편에 펄스형상전압이 인가되면, 압전소자편은 플런저를 따라 축선방향으로 수축하며, 이와같은 압전소자편으로 만들어진 압전소자(g)도 역시 축선방향으로 수축한다. 압전소자편으로는, ABO₃퍼로브스카이트형의 결정구조를 보유하는 강유전재료인 PZT[Pb(Zr, Ti)O₃]계, PLZT[Pb, La(Zr, Ti)O₃]계, 혹은 PZT를 기본으로 한 3성분계로 이루어지는 압전세라믹이 바람직하다.

제1도에서, 부호(h)는 압전소자(e), (f), (g)를 일체로 되는 조립체로 형성하기 위해서, 압전소자(e), (f), (g)를 앞벽(a)쪽으로 부세하기 위해 사용되는 원추형 디스크스프링(coned-disc spring)과 같은 탄성부재를 나타낸다.

상술한 설명에서 압전소자(e), (f), (g)는 그 단면형상이 원형으로 되어 있지만, 그외에도 액튜에이터를 들어 장방형 또는 제4도와 제5도에 도시하는 바와같이 다수의 분할편으로 형성될 수도 있다.

제1도에서, 부호(21), (22)는 압전액튜에이터(A)의 수밀성을 개선하기 위해 U형 단면 또는 Y형단면을 보유하고 있는 패킹을 나타낸다.

플런저(d)는 압전소자(e), (f), (g)에 의해 빈번하게 클램프되어 심한 마모손상을 입으므로, 플런저(d)는 낮은 선팽창계수, 고경도, 고탄성계수, 높은 안티크리이프성, 고내마모성과 고가공성 등의 성질을 보유하는 봉으로 성형되는 것이 바람직한데, 세라믹제의 봉을 플런저(d)로 사용할 수가 있다.

제6도에, 압전액튜에이터(A)의 작동을 제어하는 제어장치(C)가 도시되어 있다. 제어장치(C)는 마이크로프로세서(r)와, 입력인터페이스(s)와, 출력인터페이스(t) 및 클램핑압전소자(e), (f)와 스트로우크압전소자(g)를 구동하기 위한 프로그램을 저장하는 기억장치(u)로 구성되어 있다. 입력인터페이스(s)에는, 액튜에이터 작동버튼스위치(v)가 접속되어 있고, 출력인터페이스(t)에는 액튜에이터구동회로(DC)를 개재하여 압전액튜에이터(A)가 접속되어 있다. 압전액튜에이터(A)의 압전소자(e), (f), (g)를 작동시키기 위한 전압은 전원(PS)으로부터 구동회로(DC)를 경유하여 각각의 소자(e), (f), (g)에 공급된다.

이하, 상술한 유량제어용 자동개폐밸브가 작동되는 방식을 제7도 내지 제10도를 참조하여 상세히 설명한다.

운전자가 기동부(起動部)(w)에 설치되어 있는 제6도의 액튜에이터 작동버튼스위치(v)를 누르면, 출력신호 제어장치(C)에 전달된다. 이 출력신호에 이어서, 제어장치(C)가, 클램핑압전소자(e), (f)와 스트로우크 압전소자(g)를 구동시키는 프로그램을 기억장치(u)로부터 읽어낸 다음, 상기한 프로그램에 의해 구동회로(DC)를 통해 압전소자(e), (f), (g)에 펄스형상전압을 인가한다. 즉, 제7도에 도시한 바와같이, 첫단계에서는, 펄스형상전압을 인가한다. 즉, 제7도에 도시한 바와같이, 첫단계에서는, 펄스형상전압이 클램핑압전소자(f)에 미처 인가되지 않으면, 플런저(d)는 클램프된 상태로 유지되지만, 펄스형상전압이 클램핑압전소자(e)에 인가되면, 소자(e)가 수축하여 플런저(d)는 클램프된 상태에서 해제된다. 계속해서, 제8도에 도시되어 있는 바와같이, 펄스형상전압이 스트로우크압전소자(g)에 인가되면, 소자(g)는, 소자(g)에 인가된 펄스전압의 크기에 대응하는 거리만큼 수축하고, 클램프압전소자(f)에 의해 클램프된 플런저(d)도 소자(g)와 동일한 방향으로 동일거리를 이동한다.

그후, 제9도에 도시되어 있는 바와같이, 펄스형상전압이 클램핑압전소자(f)에 인가되면, 소자(f)가 수축하여 플런저(d)로부터 클램핑력을 해제하고, 스트로우크압전소자(g)에 인가되고 있었던 펄스형상전압이 해제되면 소자(g)가 화살표방향으로 신장함과 아울러 클램핑압전소자(f)도 동일한 방향으로 이동한다.

제10도는 각각의 압전소자(e), (f), (g)에 전압을 인가하는 방식을 나타낸다.

상기한 작동단계는, 플런저(d)가 스트로우크당 ㎛의 단위로 자벌레(inchworm)형상으로 전후방향으로 이동하도록 자동적으로 반복된다. 따라서, 밸브체(20)의 개구율과 개구각을 정밀하게 조정할 수 있어 유량을 정확하게 제어할 수 있다.

즉, 상기한 작동에서, 밸브본체(20)의 이동은 각각 다수의 압전소자편으로 이루어져 있는 클램핑압전소자와 스트로우크압전소자에 펄스형상전압을 인가하는 것에 의해 수행되며, 펄스당 플런저(d)의 이동이 미세하므로, 밸브체(20)의 이동, 즉 밸브개구율 또는 밸브개구각이 정밀하게 조절될 수 있고, 유량도 정밀하게 제어될 수 있다.

상술한 바와같이, 단일밸브체구조로 되어 있는 본 실시예의 유량제어용 자동개폐밸브는 다음과 같은 이점을 보유한다.

① 밸브체(20)가 압전액튜에이터(A)에 의해 이동되므로, 밸브체(20)가 펄스형상전압의 크기에 상응하는 스트로우크당 ㎛단위로 전후로 이동될 수 있어 밸브가 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.

② 밸브체(20)가 압전액튜에이터(A)에 의해 미세하게 이동되므로, 구동모우터에 의해 작동되는 종래의 밸브에 필수적인 감속장치가 불필요하게 되어 밸브가 콤팩트하게 된다.

③ 밸브체(20)가 격막으로 되어 있으므로, 밸브체(20)를 작동시키기 위하여 플런저(d)를 이동시키는데 필요한 구동력이 최소화될 수 있어 전력을 현저하게 절약할 수 있다.

④ 밸브체(20)가 압전액튜에이터(A)에 의해 선운동하게 되므로, 구동모우터에 의해 작동되는 종래의 밸브에 필수적인 회전운동-선운동 변환기구가 불필요하게 되어서 밸브가 콤팩트하게 된다.

제11도 및 제12도에는, 단일밸브체구조로 되어 있는 유량제어용 자동개폐밸브가 도시되어 있다.

부호(60)는 원통형 케이싱을 나타내며, 케이싱(60)에는 케이싱의 한쪽 측벽에 양단이 개구되어 있는 한쌍의 슬리이브(61), (62)가 설치되어 있고, 그 슬리이브(61), (62)는 각각 유입유로(63), (64)를 형성하고 있다. 유입유로(63), (64)는 각각 소정온도의 혼합수를 얻기 위해 혼합밸브내에서 냉수유로와 탕수유로로서 기능하며, 그 유입유로(63), (64)는 각각 냉수공급배관(65) 및 탕수공급배관(66)과 연통되는 외측개구부(63a), (64a)와, 케이싱(60)의 양단에 형성된 격막작동실(67), (68)에 각각 연결된 내측개구부(63b), (64b)로 구성되어 있다.

또, 케이싱(60)의 다른쪽 측벽에는 양단이 개구되어 있는 T형슬리이브(69)가 설치되어 있고, 슬리이브(69)에는 그 내부에 T형유출유로(70)가 형성되어 있다. 유출유로(70)는 혼합밸브내에서 혼합수유로로서의 기능을 수행한다. 유출유로(70)는 혼합수배관(71)에 연통되는 외측개구부(70a)와, 격막작동실(67), (68)에 연통되는 내측개구부(70b), (70c)로 구성되어 있다.

두갈레로 분기되어 있는 T형슬리이브(69)의 내측개구부에는 한쌍의 밸브시이트(72), (73)가 형성되어 있어, 격막으로 이루어져 있는 한쌍의 밸브체(74), (75)가 유출유로(70)의 내측개구부(70b), (70c)를 폐쇄하기 위해 밸브시이트(72), (73)에 접촉가능하게 되어 있고, 내측개구부(70b), (70c)를 개방하기 위해 밸브시이트(72), (73)로부터 이간가능하게 되어 있다.

즉, 격막으로 이루어져 있는 밸브체(74), (75)는, 격막작동실(67), (68)과 유출유로(70)를 연통시키는 한쌍의 파일럿개구부(74a), (75a)와, 유입유로(63), (64)와 격막작동실(67), (68)을 연통시키는 한쌍의 블리이드 개구부(74b), (75b)를 구비하고 있다.

그리고, 케이싱(60)의 양단에는 한쌍의 압전액튜에이터(A-1), (A-1)이 각각 부착되어 있는데, 제11도에 도시되어 있는 바와같이, 압전액튜에이터(A-1)는 제1도에 도시되어 있는 유량제어용 자동개폐밸브의 도면에 설명되어 있는 압전액튜에이터(A)와 거의 동일한 구조로 되어 있다.

제13도에는, 압전액튜에이터(A-1), (A-1)의 작동을 제어하는 제어장치(C-1)가 도시되어 있다. 제어장치(C-1)는 다음의 구조를 제외하고는 제1도의 단일밸브체구조의 압전액튜에이터(A)의 작동을 제어하는 제어장치(C)의 구조와 동일한 구조로 되어 있다.

즉, 입력인터페이스(s)에는 액튜에이터 작동버튼스위치(v) 외에도 온도감지기가 접속되어 있고, 출력인터페이스(t)에는 냉수와 탕수의 유량을 제어하기 위한 액튜에이터로서 사용될 수 있는 한쌍의 압전액튜에이터(A-1), (A-1)가 각각 접속되어 있다.

이하, 소정온도의 혼합수를 얻기 위하여 상술한 유량제어용 자동개폐밸브가 작동되는 방식을 제14도에 도시되어 있는 순서도를 참조하여 상세히 설명한다.

첫단계로서, 기동부(w)상의 온도설정버튼을 조작하여 목표온도값(Ts)을 미리 설정한다(1001). 이어서, 자동개폐밸브의 유출측에 생성되는 혼합수의 온도값(Tm)을 검출하여(1002), 제어장치(C-1)에 검출된 온도값(Tm)을 전달한다. 제어장치(C-1)는 목표온도값(Ts)과 검출온도값(Tm) 사이의 편차(Δt)에 기초한 PID제어를 수행하여(1003), 냉수와 탕수의 유량을 각각 제어하기 위해 사용되는 압전액튜에이터(A-1), (A-1)의 구동부에 작동신호를 전달한다.

따라서, 밸브체(74), (75)는 독립적으로 개폐되어 냉수와 탕수를 소요의 혼합비로 혼합한다.

상기한 작동에서, 밸브체(74), (75)는 압전액튜에이터(A-1), (A-1)에 의해 작동되므로, 펄스형상전압이 제7도 내지 제9도에서 설명된 작동단계를 따라 순차적으로 압전소자(e), (f), (g)에 인가되어서, 냉수와 탕수의 혼합비가 소요온도의 혼합수를 얻기 위하여 정밀하게 조정된다.

상기한 실시예에서는, 냉수와 탕수를 혼합하기 위한 혼합밸브로서의 유량제어용 자동개폐밸브를 설명하였지만, 유량제어용 자동개폐밸브는 케이싱의 일단에 단일 유입유로를 설치하고 케이싱의 타단에 복수의 유출유로를 설치하여 수류방향을 한쪽 방향으로부터 다른쪽 방향으로 바꾸기 위한 수류방향제어밸브와 같은 다른 기술분야에 응용될 수 있다.

상술한 바와같이, 이중밸브체구조를 보유하는 본 실시예의 유량제어용 자동개폐밸브는 다음과 같은 이점을 보유한다.

① 밸브체(74), (75)가 압전액튜에이터(A-1), (A-1)에 의해 이동되므로 밸브본체(74), (75)가 압전소자(g)에 인가되는 펄스형상전압의 크기에 상응하는 스트로우크당 ㎛의 단위로 전후로 이동될 수 있어 밸브가 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.

② 밸브체(74), (75)가 압전액튜에이터(A-1), (A-1)에 의해 미세하게 이동되므로, 구동모우터에 의해 작동되는 종래의 밸브에 필수적인 감속장치가 불필요하게 되어 밸브가 콤팩트하게 된다.

③ 밸브체(74), (75)가 격막으로 되어 있으므로, 밸브체(20)를 작동시키기 위하여 플런저(d)를 이동시키는데 필요한 구동력이 최소화될 수 있어 압전액튜에이터(A-1), (A-1)를 작동하는데 필요한 전력을 현저하게 절약할 수 있다.

④ 밸브본체(74), (75)가 압전액튜에이터(A-1)에 의해 선운동하게 되므로, 구동모우터에 의해 작동되는 종래의 밸브에 필수적인 회전운동-선운동 변환기구가 불필요하게 되어서 밸브가 콤팩트하게 된다.

이하, 상기한 유량제어용 자동개폐밸브의 바람직한 변형예를 제15도 내지 제21도를 참조하여 상세히 설명한다.

[변형예 1]

제15도에 도시되어 있는 바와같이, 본 변형예 1의 유량제어용 자동개폐밸브는 제11도에 도시된 상기한 실시예의 유량제어용 자동개폐밸브의 구조와 압전액튜에이터의 구조가 약간 다를 뿐 실제 동일한 구조를 보유하고 있다.

즉, 제15도에 있어서, 부호(k)는, 액튜에이터케이싱(c)의 뒷벽(b)의 외면에 설치되어 있는 스프링수납실을 나타내며, 한쌍의 스프링지지판(ℓ), (m)이 수납실(k)내에 배치되고, 압축스프링(p)이 스프링지지판(ℓ), (m) 사이에 끼워져 배치되어 있다. 스프링지지판(ℓ)은 플런저(d)에 일체로 연결되어 있고, 스프링지지판(m)은 뒷벽(d)에 부착된 보조벽(n)에 나사결합된 나사축(o)에 연결되어 있다.

이러한 구조에 의해, 플런저(d)가 클램프되지 않은 상태일 때에는, 플런저(d)는 압축스프링(p)의 부세력에 의해 완전하게 밸브를 폐쇄하는 최선단 위치에서와 같은 대기위치로 이동된다. 압축스프링(p)의 부세력은 스프링지지판(ℓ), (m) 사이의 간격을 변화시키는 것에 의해 용이하게 조정될 수 있는데, 그러한 간격의 변화는 나사축(o)을 조작하여 수행된다.

제13도에 도시되어 있는 제어장치(C-1)는 본 변형예 1에서도 역시 유량제어용 자동개폐밸브의 작동을 제어하기 위해 사용될 수 있다.

그러나, 본 변형예의 압전소자(e), (f)는, 상술한 제11도의 실시예의 압전소자(e), (f)에 비해 정반대의 방식으로 작동된다. 즉, 클램핑압전소자(e), (f)는, 펄스형상전압이 인가되지 않으면 수축하여 플런저(d)에 클램핑력이 가해지지 않고, 반면에 펄스형상전압이 인가되면 신장되어 플런저(d)를 클램프한다.

따라서, 펄스형상전압이 클램핑압전소자(e), (f)에 인가되지 않으면, 플런저(d)에 대한 클램핑력이 완전하게 해제되어서 플런저(d)는 압축스프링(p)의 부세력에 의해 밸브를 완전히 폐쇄하는 최선단위치로 이동된다.

이하, 본 변형예 1의 상기한 유량제어용 자동개폐밸브가 소요온도의 혼합수를 얻기 위해 작동되는 방식을 제15도를 참조하여 상세히 설명한다.

제14도에 도시되어 있는 유량제어용 자동개폐밸브의 경우에서와 같이, 온도값(Tm)이 제어장치(C-1)에 피이드백되고, 제어장치(C-1)는 온도(Ts)와 온도(Tm) 사이의 편차(Δt)에 기초한 PID제어를 수행하여, 급수량과 급탕량을 제어하기 위해 사용되는 각각의 압전액튜에이터(A-2), (A-2)의 구동부에 작동신호를 전달한다.

따라서, 밸브체(74), (75)가 독립적으로 개폐되어 냉수공급량과 탕수공급량이 소요의 혼합비로 혼합된다.

상기의 작동에서, 밸브체(74), (75)는 압전액튜에이터(A-2), (A-2)에 의해 작동되고, 펄스형상전압은 제7도 내지 제9도에 설명된 작동단계를 따라 순차적으로 압전소자(e), (f), (g)에 인가되므로, 탕수와 냉수의 혼합비는 소망온도의 혼합수를 얻기 위해 정밀하고 정확하게 조정된다.

또, 사고에 의해 전원이 차단되는 경우, 플런저(d)가 클램프되지 않아서, 플런저는 압축스프링(p)의 부세력에 의해 밸브를 완전히 폐쇄하는 최선단위치로 이동하므로, 지속적인 유출에 기인하는 물의 낭비를 방지할 수 있다.

제16도에는, 압전액튜에이터(A-3), (A-3)의 구조가 개량되어 있는 본 실시예 1의 자동개폐밸브의 개량품이 도시되어 있다.

도면에서, 압전액튜에이터(A-3), (A-3)의 주요부분을 구성하는 압전소자(e), (f), (g)는 압전소자케이싱(c)내에 배설되어 있는데, 스크로우크압전소자(g)는 지지브래킷(H)과 한쌍의 지지아암(H-1), (H-1)에 의하여 그 중심부가 액튜에이터케이싱(c)의 내벽에 부착되어 있다. 또, 지지아암(H-1), (H-1)에 의하여 그 중심부가 액튜에이터케이싱(c)의 내벽에 부착되어 있다. 또, 지지아암(H-1), (H-1)의 기단은 스트로우크압전소자(g)의 양단에 연결되며, 클램핑압전소자(e), (f)는 그 기단부가 지지아암(H-1), (H-1)의 말단에 연결되어 있다.

제16도에서, 부호(g)는 지지아암(H-1), (H-1)의 말단과 플런저(d)의 외면 사이에 설치되어 있는 브레이크슈우(brake shoe)를 나타내는데, 이러한 브레이크슈우(q)는 펄스형상전압이 압전소자(e), (f)에 인가될 때 플런저(d)를 클램프하기에 충분한 마찰계수와 내마모성을 보유하고 있다.

이와같은 구조에 의해, 본 개량품은 제15도에 도시되어 있는 유량제어용 자동개폐밸브에 비해 다음과 같은 부가적인 이점을 보유한다.

① 압전소자(e), (f), (g)가 지지브래킷(H)과 지지아암(H-1)에 의해 액튜에이터케이싱(c)내에 배치되어 있으므로, 압전소자(e), (f), (g)와 액튜에이터케이싱(c) 사이의 직접적인 접촉이 방지될 수 있다. 따라서, 압전소자(e), (f), (g)가 액튜에이터케이싱(c)과의 사이에 충분한 간격을 두고 설치될 수 있으므로, 클램핑압전소자(e), (f)의 클램핑력과 스트로우크압전소자(g)의 이동가능한 거리가 크게 향상될 수 있다.

또, 액튜에이터케이싱(c)에 클램핑력과 스트로우크력이 직접적으로 가해지지 않으므로, 액튜에이터케이싱(c)을 가볍고 얇은 재료로 제조할 수 있어 압전액튜에이터(A-3), (A-3)가 콤팩트하고 가볍게 제조될 수 있다.

② 본 변형예 1에서, 스트로우크압전소자(g) 뿐만 아니라 클램핑압전소자(e), (f)도, 내주와 외주에 전극이 설치되어 있는 동심링형상인 다수의 얇은 압전소자편을 플런저(d) 주위에 접착제로 접착하여 제조된다. 따라서, 접착작업이 용이하게 행해질 수 있어 압전액튜에이터(A-3), (A-3)의 제조비를 낮출 수가 있고, 또한 압전소자편의 박리현상(peeling-off)도 방지될 수 있다.

제2도에 도시되어 있는 클램핑압전소자(e), (f)는 압전소자편 사이에 원주응력(hoop stress)을 발생시켜, 접착제의 접착강도가 저하되어 압잔소자편의 박리현상이 발생한다.

[변형예 2]

제17도에 도시되어 있는 바와같이, 본 변형예 2의 유량제어용 자동개폐밸브는 압전액튜에이터(A-4), (A-4)의 구조가 약간 다를뿐 제11도에 도시되어 있는 상기한 실시예의 유량제어용 자동개폐밸브의 구조와 실제 동일한 구조로 되어 있다.

즉, 본 변형예에서, 플런저(d)는 중공원통부재로 되어 있으며, 스프링(p-1)에 의해 부세되는 플런저헤드(82)가 설치되어 있다. 보다 상세히 설명하면, 양단에 앞벽(a)과 뒷벽(b)을 구비하고 있는 원통형 액튜에이터케이싱(c)내에, 원통형플런저(d)가 동심적으로 배치되어 케이싱(c)내에서 축선방향으로 왕복운동할 수 있다.

플런저(d)는 그 선단에 원형벽(81)을 보유하고 있으며, 원형벽(81)의 중심에는 플런저헤드(82)가 통과하는 개구부(83)가 형성되어 있다. 플런저헤드(82)는, 소경부(小經部)(82a)와 대경부(大經部)(82b)로 구성되어 있으며, 소경부(82a)는 개구부(83)를 통해 밸브체(74), (75)쪽으로 뻗어 있고, 대경부(82b)는 플런저(d)내에 미끄럼가능하게 배치된다. 대경부(82b)는 플런저(d)의 원형벽(81)에 접촉가능하게 되어 있다.

플런저(d)내에 스프링(p-1)이 배치되고, 그 스프링(p-1)은 플런저헤드(p-1)의 대경부(82b)의 끝면과 액튜에이터케이싱(c)의 뒷벽(b)에 의하여 각각 그 양단이 지지된다.

이러한 구조에 의해, 플런저헤드(82)가 스프링(p-1)에 의해 전방으로 항상 부세되고 있어서, 플런저헤드(82)의 대경부(82b)는 플런저(d)의 원형벽(81)과 접촉하게 된다.

상기한 구조를 보유하는 플런저(d)의 작동방식을 설명하면, 플런저(d)가 전방으로 이동할 때, 스프링(p-1)에 의해 플런저(d)의 원형벽(81)쪽으로 부세되는 플런저헤드(d-1)도 역시 전방으로 동일거리를 이동한다. 한편, 플런저(d)가 후퇴될 때, 플런저(d)의 원형벽(81)이 플런저헤드(82)의 대경부(82b)와 맞물려서 플런저헤드(82)가 플런저(d)와 함께 후퇴된다.

또, 전원이 차단되는 경우 등과 같은 사고에 의해 압전소자(e), (f), (g)로의 펄스형상전압의 인가가 종료되면, 클램핑력이 해제되어 플런저(d)와 플런저헤드(82)가 스프링(p-1), (p-1)의 부세력에 의하여 전방으로 함께 이동한다. 따라서, 밸브체(74), (75)는 밸브시이트(72), (73)와 접촉되어 냉수와 탕수의 유동을 완전하게 폐쇄할 수 있으므로 지속적인 유출에 의한 물의 낭비가 방지될 수 있다.

또한, 플런저헤드(82), (82)가 밸브체(74), (75)와 접촉한 후, 압전소자(e), (f), (g)의 작동에 의해 야기되는 플런저(d)의 전방이동에 따라 플런저(d)가 계속해서 전방으로 이동하는 경우일지라도, 밸브체(74), (75)는, 스트로우크압전소자(g)의 작동에 의해 발생되는 추력(thrust force)보다 훨씬 작은 스프링(p-1), (p-1)의 부세력만을 받는다. 따라서, 이와같은 추력에 의한 밸브체(74), (75)의 손상을 효율적으로 방지할 수 있다.

[변형예 3]

제18a도에 도시되어 있는 바와같이, 본 변형예는, 한쌍의 압전액튜에이터(A-5), (A-5)의 작동을 제어하는 제어장치(C-2)에, 압전액튜에이터(A-5), (A-5)에 접속되는 구동회로(DC)에 공급되는 전원의 차단을 검출하기 위한 회로(POD)가 구비되어 있어서, 압전액튜에이터(A-5), (A-5)가 전원에 이상이 있는 경우일지라도 확실하게 기동되거나 작동될 수 있다는 특징이 있다.

제어장치(C-2)는 다음과 같은 구조를 제외하고는 제10도의 이중밸브체의 압전액튜에이터(A-1), (A-1)의 작동을 제어하는 제어장치(C-1)의 구조와 실제 동일한 구조로 되어 있다.

즉, 제어장치(C-2)에 있어서, 전원차단 또는 단선을 검출하는 회로(POD)가 전원회로(90)와 마이크로프로세서(r)의 인터페이스(s) 사이에 설치되어 있다. 또, 제어장치(C-2)는, 제어장치(C-2)와 구동회로(DC)에 전기를 공급하는 예비축전지(back up battery)(BB)(예비콘덴서도 사용가능)를 포함한다. 회로(POD)와 예비축전지(BB)는 전원(PS)으로부터의 전기가 차단되었을 때 작동되어 마이크로프로세서(r)와 구동회로(DC)를 밸브가 완전히 폐쇄될 때까지 프로그램되어 있는 바와같이 작동시킨다.

제18b도의 순서도를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 전원이 차단되었을 때(1010), 회로(POD)와 예비축전지(BB)가 작동되어(1011), 압전소자(e), (f), (g)에 인가되는 전압을 방전하도록 압전액튜에이터 구동회로(DC)를 작동시킨다(1012). 따라서, 압전소자(e), (f), (g)의 클램핑력이 해제되어(1013), 플런저(d)가, 예를 들어 스프링에 의해 밸브폐쇄방향으로 이동되어 밸브를 폐쇄하여서(1014), 물의 유출이 중지된다(1015).

상기한 변형예에서, 클램핑압전소자(e), (f)는, 펄스형상전압이 소자(e), (f)에 인가될 때, 플런저(d)를 클램프하도록 설계되어 있다. 상기한 회로(POD)는, 펄스형상전압이 인가되지 않을 때, 플런저(d)를 클램프하도록 설계되어 있는 클램핑압전소자(e), (f)를 각각 구비하고 있는 압전액튜에이터(A-5), (A-5)에도 사용될 수가 있다.

제19도에는, 이와같은 압전액튜에이터(A-5), (A-5)가 설치되어 있는 본 변형예 3의 유량제어용 자동개폐밸브가 도시되어 있는데, 이 밸브는 압전액튜에이터(A-5), (A-5)의 구조만 약간 다를뿐 제11도에 도시되어 있는 상기한 실시예의 유량제어용 자동개폐밸브의 구조와 실제 동일한 구조로 되어 있다.

즉, 제19도에 도시된 바와같이, 각각의 압전액튜에이터(A-5)는, 뒷벽(b)의 중심부에 설치되어 있는 탄성수동플런저복귀버튼으로서 도시되어 있는 수동플런저복귀수단(x)을 구비하고 있다. 수동플런저복귀수단(x)을 손가락으로 압압하면, 플런저복귀수단(x)이 플런저(d)쪽으로 돌출하여 강압적으로 플런저(d)의 뒤끝면과 접촉하여, 클램핑압전소자(e) (f)에 의해 플런저(d)에 가해지는 클램핑력에 대항하여 플런저(d)를 전방으로 이동시킨다.

따라서, 전원의 차단 등과 같은 사고에 의하여 유량조절용 자동개폐밸브가 개방된 채 정지되는 경우, 수동플런저복귀수단(x)을 압압하는 것에 의해 밸브를 완전하게 폐쇄시킬 수가 있다.

제20도에 도시되어 있는 순서도에 따라 밸브작동방식을 설명하면, 전원이 차단되었을 때(1020), 회로(POD)가 작동되어(1021), 압전소자구동회로(DC)를 작동시켜 압전소자(e), (f), (g)에 인가된 전압을 방전시킨다(1022). 따라서, 압전소자(e), (f), (g)가 오프(off)되어 클램핑압전소자(e), (f)가 플런저(d)를 클램프 한다(1023). 계속해서, 수동플런저복귀수단(x)을 압압하는 것에 의해 밸브가 완전히 폐쇄될 수 있다(1024), (1025). 상기한 작동에 있어서, 회로(POD)와 구동회로(DC)는 예비축전지(BB)에 의해서도 작동된다.

[변형예 4]

제19도에 도시된 바와같이, 본 변형예는, 플런저(d)가 그 말단부에 소경부(q-1)를 구비하고 있어 수압을 받는 플런저(d)의 끝면적이 가능한 작게될 수 있다는 특징이 있다.

이러한 구조에 의해서, 유량제어용 자동개폐밸브의 압전액튜에이터(A-5), (A-5)가 기동하는 동안, 제어하는 물로부터 플런저(d)가 받는 추력(thrust force)이 최소화될 수 있다. 즉, 플런저(d)의 운동에 좋지 않은 영향을 미치는 추력(수압)이 최소화될 수 있으므로, 압전액튜에이터의 운동이 정확하게 플런저(d)에 전달되어서 그 결과 밸브체(74), (75)의 운동의 제어가 정밀하게 될 수 있다.

[변형예 5]

본 변형예는, 변형예 2에서 설명된 유량제어용 자동개폐밸브의 작동모우드에 지수(止水)모우드가 부가된 것에 그 특징이 있다.

즉, 제21도에 도시된 바와같이, 본 변형예 5의 유량제어용 자동개폐밸브에 사용할 수 있는 제어장치(C-3)는, 지수모우드검출회로(SMD)를 구비하고 있으며, 토수(吐水)버튼스위치(91)와, 손감지기(92) 및 지수버튼스위치(93)가 제어장치(C-3)의 인터페이스(s)에 접속되어 있다.

이러한 구조에 의해, 토수버튼스위치(91)가 눌려지면, 제어장치(C-3)가 전원 또는 구동회로를 작동시켜 펄스형상전압을 압전액튜에이터(A-6), (A-6)에 인가하여 밸브가 개방되도록 하며, 토수버튼스위치(91)가 계속해서 눌려진 상태로 유지되는 동안 지속적으로 펄스형상전압이 압전액튜에이터(A-6), (A-6)에 인가되고, 토수버튼스위치(91)가 오프(off)되면, 압전액튜에이터(A-6), (A-6)로의 펄스형상전압의 공급이 중지된다.

따라서, 토수버튼스위치(91)가 온(on)상태로 유지되는 시간을 설정하는 것에 의해서 토출량을 조정할 수 있다.

또, 손감지기(92)가 손을 감지하면, 소정량의 물이 토출된다.

한편, 손감지기(92)에 의한 손의 감지가 종료되거나 또는 토수버튼스위치(91)를 온(on)으로 한 후 소정시간이 경과되면, 제어장치(C-3)내의 지수모우드검출회로(SMD)가 지수모우드를 검출하여, 제어장치(C-3)가 각각의 압전소자(e), (f), (g)로의 전압인가를 해제하는 신호를 발생시킨다. 따라서, 플런저(d)에 가해지는 클램핑력이 해제되어 플런저(d)가 스프링(p-1)의 부세력에 의해 자동적으로 밸브를 폐쇄하는 방향으로 이동한다.

상술한 바와같이, 변형예 5에서는, 밸브폐쇄작동이 스프링(p-1)에 의해 수행되므로, 물이 완전히 중지되는 위치는 제어장치(C-3)의 작동조건에 관계없이 결정될 수 있어, 밸브작동순서가 상기한 지수위치를 원점으로 하여 프로그램되면, 제어장치(C-3)에 의해 계수(count)되는 구동펄스수에 대응하는 플런저(d)의 작동스위치가 각 지수작동시마다 교정될 수 있다.

따라서, 지수작동후에, 플런저(d)의 운동은 제어장치(C-3)에 의해 다시 정확하게 제어될 수 있다.

즉, 교정 또는 지수작동후에, 밸브의 개구율에 비례하는 소요펄스수의 펄스형상전압이 압전소자(e), (f), (g)에 인가되면, 밸브체(20)는 혼합수의 온도제어를 실시하기 위한 소정의 밸브개방위치로 쉽게 그리고 정확하게 이동된다.

본 변형예에 의하여, 밸브체(20)는 지수위치로 항상 부세되는 힘을 받으며, 밸브체(20)는 클램핑력이 해제될 때 이동하여 밸브시이트(19)를 완전히 폐쇄한다.

그러므로, 본 변형예는 다음과 같은 이점을 보유하고 있다.

① 액튜에이터는, 구동전압이 구동장치로부터 액튜에이터로 인가되지 않을 때, 플런저(d) 또는 밸브체(20)의 클램핑이 해제되도록 구성되거나 제어된다. 그러므로, 유량제어용 자동개폐밸브는, 밸브체와 격막의 위치에 관계없이 압전액튜에이터로의 전압인가를 중지하는 것에 의해 폐쇄될 수 있다.

② 밸브체(74), (75)의 밸브시이트(72), (73)에 가해지는 힘은 스프링(p-1)의 탄성력 또는 부세력을 초과하지 않으므로, 밸브체(74), (75), 밸브시이트(72), (73) 또는 격막에 과도한 힘이나 응력이 가해지는 것이 효과적으로 방지될 수 있어서 이들 부분에 손상의 발생이 방지된다.

③ 완전한 지수위치가 스프링(p-1)의 부세력에 의해 기계적으로 결정되므로, 밸브체가 완전한 지수위치에 도달하는 것을 검출하는 감지기가 불필요하게 되어서 밸브제어순서 프로그램이 간단하게 될 수 있다.

④ 지수위치가 스프링(p-1)의 부세력에 의해 기계적으로 결정되므로, 완전한 지수위치가 원점으로서 설정될 수 있어 제어장치(C-3)에 의해 계산되는 밸브체의 위치가 지수작동시마다 교정될 수가 있다. 따라서, 압전소자(e), (f), (g)의 작동중에 축적되는 위치오차(positional error)가 교정 또는 소거될 수 있어서, 밸브체의 위치가 정확하게 제어될 수 있다.

[실시예 2]

본 실시예는 실시예 1에서 설명된 유량제어용 자동개폐밸브가 구비된 수도꼭지(F)에 관한 것이다.

제22도에, 수도꼭지(F)가 구비한 세면기(W)가 표시되어 있다.

도면에 도시되어 있는 바와같이, 수도꼭지(F)는 세면대(111)에 의해 지지되는 세면보울(washbowl)(110)의 후부상면(110a)에 고정상태로 재치되어 있다.

제23도 및 제24도는 수도꼭지(F)의 내부구조를 나타내고 있는데, 여기서 부호(120)는 수도꼭지본체를 나타내며, 이 수도꼭지본체(120)는, 수직기부(基部)(120a)와, 수직기부(120a)에 일체로 연결되는 기단부와 수직기부(120a)에 대하여 전방으로 경사진 상단부를 보유하는 원통형의 경사토출부(120b)로 구성되어 있다.

수도꼭지본체(120)의 수직기부(120a)에는, 탕수와 냉수를 혼합하는 혼합밸브(M)가 삽입되어 있다.

후술하는 바와같이, 혼합밸브(M)는 냉수공급배관(121)과 탕수공급배관(122)이 혼합밸브(M)의 유입측과 유출측에 각각 연통연결됨과 아울러, 그 유출측이 유출유로(124)의 개단개구부(124b)에 연통연결되며, 유출유로(124)는 그 말단부가 토출구(123)에 연통연결되는 구조로 되어 있다.

제23도로부터 용이하게 이해될 수 있는 바와같이, 수도꼭지본체(120)의 경사토출부(120b)내에는, 격벽(140)에 의해 전기한 경사토출부(120b)를 분할하여 유출유로(124)가 형성되어 있음과 아울러, 유출유로의 상방에는 수밀공간(N)이 형성되어 있으며, 이 수밀공간(N)내에는 제어장치(C-4)가 수납되어 있다.

즉, 수밀공간(N)내에는, 제어장치(C-4)와, 제어장치(C-4)에 제어신호를 전달하는 기동부(起動部)(E), (G)가 적소에 배치되어 있다.

이와같은 방식으로, 본 실시예에 의해, 혼합밸브(M)와 제어장치(C-4)가 수도꼭지본체(120)내에 일체적으로 콤팩트하게 수납되므로, 수도꼭지(F)를 설치하는데 필요한 공간이 최소화될 수 있어 세면실과 같은 실내의 공간이 유용하게 사용될 수 있고, 수도꼭지(F)를 작동시키는데 필요한 전선연결작업이 용이하게 실시될 수 있다.

또, 혼합밸브(M)가 수도꼭지본체(120)의 기단부측에 배치되어 있으므로, 수도꼭지(F)의 안정성이 개선된다.

또한, 탕수와 냉수의 혼합이 수도꼭지본체(120)의 기단부에서 이루어지므로, 충분히 긴 길이의 유출유로(124)가, 혼합밸브(M)와 토출구(123) 사이에 형성되어서, 탕수와 냉수가 유출유로내에서 충분히 혼합되어 소망온도의 토수(吐水)가 생성된다.

본 실시예에서는, 수도꼭지(F)가 설치되는 장소 또는 다른 조건들에 따라 혼합밸브(M), 제어장치(C-4) 및 기동부(E), (G)가 적절한 구조로 이루어질 수 있지만, 다음과 같은 구조가 바람직하다.

먼저, 혼합밸브(M)의 구조를 설명한다. 제24도에서, 부호(130), (131)는 수도꼭지본체(120)의 수직기부(120a) 하단의 양측에 형성된 한쌍의 유입유로를 나타내고 있다. 유입유로(130), (131)는 각각 냉수유로와 탕수유로로서 기능하며, 이들 유로의 하부개구부는 냉수공급배관(121)과 탕수공급배관(122)에 연결되어 있다.

한편, 유입유로(130), (131)는 그 상부개구부가 각각 수도꼭지본체(120)의 수직기부(120a)의 양측벽에 각각 형성된 한쌍의 격실(chamber)(132), (133)에 연결되어 있다. 또, 수도꼭지본체(120)의 수직기부(120a)의 중심부에는 T형상유로(134)가 형성되어 있다. 이 T형상유로(134)는, 혼합밸브(M)의 혼합유로로서 기능하며, 유출유로(124)에 연통되는 외측개구부(134a)와, 2갈레로 분기되어 한쌍의 격실(132), (133)에 연통되는 한쌍의 분기개구부를 보유하고 있다.

또, T형상유로(134)의 분기개구부에는 한쌍의 밸브시이트(135), (136)가 각각 설치되어 있다. 그리고, 격막으로 이루어지는 한쌍의 밸브체(137), (138)는, 수직기부(120a)의 종축을 가로질러 수평방향으로 수도꼭지본체(120)의 수직기부(120a)내에 이동자재하게 배치되어, 혼합밸브(M)를 개폐하기 위하여 밸브시이트(135), (136)와 접촉가능하게 되어 있다.

수도꼭지본체(120)의 수직기부(120a)의 양측벽에는 한쌍의 압전액튜에이터(A-7), (A-7)가 제24도에 도시되어 있는 바와같이 배치되어 있다. 이들 압전액튜에이터(A-7), (A-7)는, 제18도에 도시된 유량제어용 자동개폐밸브의 압전액튜에이터(A-5), (A-5)와 실제 동일한 구조로 되어 있다. 즉, 각각의 압전액튜에이터(A-7), 뒷벽(b)의 중심부에 설치된 수동플런저복귀버튼으로서 설명된 수동플런저복귀수단(x)을 구비하고 있다.

따라서, 유량제어용 자동개폐밸브가 전원차단 등과 같은 사고에 의하여 개방된 상태로 정지되는 경우에, 밸브는 실시예 1의 변형예 4에서 이미 설명된 바와같이 수동플런저복귀수단(x)을 압압하는 것에 의해 완전하게 폐쇄될 수 있다.

또, 제26도에, 압전액튜에이터(A-7), (A-7)의 다른 예가 압전액튜에이터(A-8), (A-8)로 예시되어 있는데, 이 압전액튜에이터(A-8), (A-8)는, 펄스형상전압이 압전소자(e), (f), (g)에 인가되지 않을 때 플런저(d)에 클램핑력이 가해지지 않도록 작동되고, 밸브폐쇄방향으로 플런저(d)에 항상 부세력을 가하는 압축스프링(y)이 플런저(d)의 끝단과 액튜에이터케이싱(c)의 뒷벽(b) 사이에 배치된다.

이러한 구조에 의해, 전원차단과 같은 사고가 발생하였을 때, 플런저(d)에 가해지는 클램핑력이 해제되어, 플런저(d)가 전방으로 이동하여 밸브를 완전히 폐쇄한다.

이하, 수도꼭지본체(120)의 경사토출부(120b)내에 설치된 압전액튜에이터(A-7), (A-7)의 작동을 제어하는 제어장치(C-4)와, 전기한 제어장치(C-4)에 제어신호를 전달하는 기동부(E), (G)에 대하여 상세히 설명한다.

제23도에 도시되어 있는 바와같이, 수밀공간(N), 즉 제어장치 수납공간내에는 약간의 가요성(flexibility)이 있는 인쇄회로기판(150)이 배설되고, 제어장치(C-4)는 인쇄회로기판(150)위에 배치된다.

기동부(E)의 구조를 설명하면, 이 기동부(E)는, 경사토출부(120b)의 말단부에 설치된 다수의 터치스위치(touch switch)로 구성되어 있다. 즉, 제25도에 도시되어 있는 바와같이, 경사토출부(120b)의 선단에 설치되고 스위치부착공간(151) 위에 위치되는 경사벽(152)에는, 전원스위치(153)와, 혼합온도설정스위치(154) 및 혼합유량설정스위치(155)를 포함하는 다수의 터치스위치가 부착되어 있다.

그리고, 터치스위치(153), (154), (155)의 조작에 의해, 혼합밸브(M)가 제어장치(C-4)를 개재하여 작동되어, 소망온도 및 소망유량의 혼합수가 토출구(123)로부터 토출된다.

또, 터치스위치(153), (154), (155)가 설치되어 있는 경사벽(152) 위에는, 탄성박막판(resilient thin membrane sheet)으로 이루어지는 작동표시판(156)이 제23도에 도시되어 있는 바와같이 접착되어 있어, 수도꼭지(F) 사용자가 작동표시판(156)상의 작동표시를 읽어 터치스위치(153), (154), (155)를 확실하게 조작할 수 있다.

또, 기동부(G)는, 경사토출부(120b)의 하부둘레벽의 토출구(123) 근방부위에 설치된다. 기동부(G)는, 경사토출부(120b)내에 일체로 형성된 감지기부착슬리이브(160)와, 이 감지기부착슬리이브(160)내에 설치되는 손감지기(161)로 구성된다. 이와같은 구성에 의해서, 사용자가 손을 토출구(123) 아래로 내밀면, 손감지기(161)가 손을 감지하여 감지신호를 발생시켜 그 감지신호를 제어장치(C-4)로 전달하고, 제어장치(C-4)는 전기한 감지신호에 기초하여 혼합밸브(M)의 압전액튜에이터(A-7), (A-7)에 제어신호를 전달하여 온도 및 유량을 제어해서 토출작동을 개시한다.

손감지기(161)로서는 2중형 광집속센서(dual-type light focusing sensor)가 사용될 수 있다.

제23도에서, 부호(170)는 온도감지기를 나타내며, 온도감지기(170)의 감지소자는 유출유로(124)의 말단부쪽으로 뻗어있다. 부호(171)는 방수덮개를 나타낸다.

상기한 구성에 의해, 온도감지기(170)는 혼합수의 온도(Tm)를 검출하고, 제어장치(C-4)는 온도(Tm)와 온도설정스위치(154)에 의해 미리 설정된 소정온도(Ts) 사이의 온도차(ΔT)에 기초하여 PID제어를 수행해서 압전액튜에이터(A-7), (A-7)의 구동회로에 제어신호를 전달한다.

제23도에 도시된 바와같이, 도선보호관(10)이, 제어장치수납공간(N)까지 뻗어 있어서, 제어장치(C-4) 및 터치스위치(153), (154), (155)에 각각 접속되는 다수의 도선들이 모두 도선보호관(180)에 의해 보호된다.

제어장치(C-4)의 구조를 나타내는 제27도에 있어서, 입력인터페이스(s)에는 전원스위치(153), 온도설정스위치(154), 유량설정스위치(155), 손감지기(161), 및 온도감지기(170)가 접속되어 있고, 출력인터페이스(t)에는 냉수와 탕수를 각각 제어하는 압전액튜에이터(A-7), (A-7)가 접속되어 있다.

이하, 상기한 구성을 보유하는 수도꼭지(F)가 작동되는 방식에 대해 제23도, 제24도 및 제27도를 참조하여 상세히 설명한다.

제27도에 도시되어 있는 바와같이, 혼합수의 소망온도 및 소망유량이 온도설정스위치(154) 및 유량설정스위치(155)를 조작하는 것에 의해 미리 설정된다. 그후, 사용자가 토출구(123)에 손을 내밀면 손감지기(161)가 손을 감지하여 감지신호를 출력으로서 발생시킨다. 이 감지신호에 기초하여, 제어장치(C-4)는 기억장치(u)로부터 압전소자(e), (f), (g)의 작동순서프로그램을 읽어내고, 이 프로그램과, 감지온도와 설정온도 사이의 차이 및, 검출유량과 설정유량 사이의 차이에 기초하여, 제어장치(C-4)가 PID제어를 수행해서, 혼합밸브(M)에 의해 생성되어 토출구(123)로부터 토출되는 혼합수의 온도와 유량을 조절한다.

상기한 작동에 있어서, 압전액튜에이터의 설치에 의해 플런저(d)가 자벌레처럼 펄스당 수 ㎛의 스트로우크로 전방 또는 후방으로 이동될 수 있어서, 밸브체(137), (138)의 개구율이 정확하고 정밀하게 될 수 있으므로, 그 결과, 혼합수의 온도와 유량이 정확하고 정밀하게 제어할 수 있어, 소망온도와 소망유량의 혼합수가 토출구(123)로부터 토출된다.

혼합수의 온도 또는 유량의 변경은, 온도설정스위치(154) 또는 유량설정스위치(155)를 조작하는 것에 의해 용이하게 수행될 수 있다.

본 실시예에서, 유출유로(124)내에 유량검출감지기를 설치하는 것에 의해, 실제 유량을 검출할 수 있고, 이 검출된 유량값에 기초하여 제어장치(C-4)가 혼합수의 유량을 보다 효율적으로 제어할 수 있다.

Claims (3)

1. 그 말단부에 토출구(123)가 설치되어 있는 수도꼭지본체(120)와, 전기한 수도꼭지본체(120)의 기단부에 삽입설치되어 있는 자동개폐밸브로서의 혼합밸브(M)로 구성되며, 전기한 혼합밸브(M)는, 일측에 유입유로(130), (131)를 보유하고 타측에 유출유로(124)를 보유하며, 전기한 유입유로 및 유출유로가, 밸브시이트(135), (136)가 형성되어 그 내부에 배설되는 연통부(134)를 개재하여 서로 연통연결되어 있는 케이싱과, 전기한 케이싱내에, 전기한 밸브시이트(135), (136)에 접촉 및 이간자재하도록 부착되어서 전기한 연통부를 통해 유동하는 급수의 유량을 조절하기 위해 전기한 밸브시이트에 접촉하는 밸브체(137), (138)와, 전기한 밸브체를 작동시키는 압전액튜에이터(A-7)로 구성되어 있는 유량제어용 자동개폐밸브를 구비한 수도꼭지.
2. 제1항에 있어서, 전기한 수도꼭지본체(120)내에는 유출유로(124)가 설치되고, 전기한 혼합밸브(M)의 작동을 제어하는 제어장치(C-4)가 전기한 유출유로를 따라 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량제어용 자동개폐밸브를 구비한 수도꼭지.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전기한 밸브체(137), (138)는 격막으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 유량제어용 자동개폐밸브를 구비한 수도꼭지.