KR100612591B1 - Pneumatic direction control valve using pzt - Google Patents

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KR100612591B1
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KR1020050013218A
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주민진
이수진
홍승민
문찬영
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주식회사 프로텍
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Abstract

본 발명은 양방향의 압전소자 메커니즘(PZT Mechanism)에 의해 작동하는 밸브에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 밸브몸체(10) 중앙에 스풀(20)(20')을 양분되게 분할하여 대향 삽입하고, 그 외측으로 각각 PZT 메커니즘을 구성하여 상기 PZT 메커니즘의 작동과 함께 공기압에 의해 스풀(20)(20')을 선택적으로 이동 작동하면서 공기의 흐름을 전화하거나 개폐하는 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브를 제공하므로서, 구조 단순화에 의해 생산성 극대화, 소형화로서 상품성을 극대화하고, 또한 고응답성 및 작동성 향상에 의한 사용상의 신뢰도를 극대화함은 물론 고장원인의 최소화에 따른 사용수명의 최대화 등을 이루는데 그 특징이 있다.The present invention relates to a valve actuated by a bidirectional piezoelectric element mechanism (PZT Mechanism), and more specifically, the spools 20 and 20 'are divided into two parts at the center of the valve body 10, and the opposite sides are inserted into the valves. PZT mechanisms are formed on the outside to provide a pneumatic directional control valve using a piezoelectric element to switch or open / close the flow of air while selectively moving and operating the spools 20 and 20 'by air pressure together with the operation of the PZT mechanism. Therefore, by simplifying the structure, it is possible to maximize productivity by minimizing productivity and miniaturization, and to maximize the reliability of use by improving the high response and operability, and to maximize the service life by minimizing the cause of failure. There is this.

압전소자 메커니즘, 밸브, 스풀, 분할, 양방향, 고응답성, 소형화 Piezoelectric Mechanism, Valve, Spool, Split, Bidirectional, High Response, Small

Description

압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브{PNEUMATIC DIRECTION CONTROL VALVE USING PZT}Pneumatic Directional Control Valve using Piezoelectric Element {PNEUMATIC DIRECTION CONTROL VALVE USING PZT}

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 례를 개략적으로 보여주는 구성도.1 to 3 is a schematic view showing an example of the present invention.

도 4는 본 발명의 탄발스프링 설치 예를 보여주는 구성도.Figure 4 is a configuration diagram showing an example of the installation of the bullet spring of the present invention.

도 5 및 도 6은 본 발명의 PZT 메커니즘 설치 예를 보여주는 구성도.5 and 6 is a configuration diagram showing an example installation of the PZT mechanism of the present invention.

도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 예를 개략적으로 보여주는 구성도.7 to 9 is a schematic view showing another example of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

10: 밸브 몸체 12: 입구 포트10: valve body 12: inlet port

20,20': 스풀 25: 기밀링20,20 ': Spool 25: Air tight ring

28: 탄발스프링28: Tanbal spring

본 발명은 양방향의 압전소자 메커니즘(PZT Mechanism)에 의해 작동하는 밸브에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 스풀의 중앙을 양분하여 대향 형성하여 PZT 메커니즘과 공기압에 의해 선택적으로 대향되게 이동작동하는 간단한 구조에 의해 고응답성 및 작동성 향상은 물론 소형화 및 생산성 향상, 고장원인의 최소화에 따 른 사용수명의 최대화 등을 제공하는 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브에 관한 것이다.The present invention relates to a valve operated by a bidirectional piezoelectric element mechanism (PZT Mechanism), and more particularly to a simple structure that is formed by dividing the center of the spool to face oppositely and selectively move by the PZT mechanism and air pressure. The present invention relates to a pneumatic directional control valve using a piezoelectric element that provides high response and operability, as well as miniaturization and productivity, and maximum service life due to minimization of failure causes.

일반적으로 솔레노이드를 이용한 밸브는 전자석의 원리를 이용하여 통전(通電)에 따라 스풀을 일정한 방향으로 이동하므로 가스나 공기등의 흐름을 전환하거나 개폐하도록 이루어진다.In general, the valve using the solenoid is made to switch or open or close the flow of gas or air because the spool moves in a constant direction according to the energization (通電) using the principle of the electromagnet.

이러한 솔레노이드를 이용한 밸브는 전기, 전자, 기계장치 등과 같은 여러 산업분야에 광범위하게 이용되고 있다.Valves using such solenoids are widely used in various industrial fields such as electrical, electronic, and mechanical devices.

이러한 종래의 솔레노이드 밸브장치는 솔레노이드를 스풀의 일방 또는 양방에 구비하도록 구성된다.Such a conventional solenoid valve device is configured to have a solenoid on one or both sides of a spool.

상기 일방향 솔레노이드 밸브장치는 솔레노이드에 전원이 인가하거나 단속하는 것에 의해 스풀을 이동하거나 원위치 이동시키면서 작동하게 되는 것이다.The one-way solenoid valve device is to operate while moving or repositioning the spool by applying or interrupting power to the solenoid.

또한 상기 양방향 솔레노이드 밸브장치는 솔레노이드에 전원을 인가하거나 단속하는 경우, 또는 솔레노이드중 어느 일측에 전원을 인가하여 플런저를 이동시키므로 스풀을 이동시키면서 작동하게 되는 것이다.In addition, the bidirectional solenoid valve device is operated while moving the spool because the plunger is moved by applying power to the solenoid or intermittent, or by applying power to one side of the solenoid.

그런데, 상기한 종래의 솔레노이드 밸브장치, 특히 양방향 솔레노이드 밸브장치의 경우에 다음과 같은 문제점을 갖고 있었다. By the way, the above-mentioned conventional solenoid valve device, especially the bidirectional solenoid valve device had the following problems.

첫째, 상기 양방향의 솔레노이드, 플런저, 일체형 스풀에 의한 구조로 그 구조가 매우 복잡함은 물론 비대해져 생산성이 저하됨은 물론 소형화를 이루는데 큰 제약을 갖는 문제점이 있었다.First, the structure of the bidirectional solenoid, plunger, integral spool has a problem that the structure is very complicated and enlarged, and the productivity is lowered, and there is a big limitation in achieving miniaturization.

다시 말하여, 솔레노이드는 코일의 유효감김수에 따라 플런저의 추력에 영향 을 받는다. 즉. 밸브부의 단위 면적이 커지면(유량을 증대), 피스톤부의 부하량이 증가하게 되며, 이는 솔레노이드의 코일이 많이 감기게 되어 부피가 커지게 된다.In other words, the solenoid is affected by the thrust force of the plunger depending on the effective number of turns of the coil. In other words. When the unit area of the valve portion is increased (increased flow rate), the load of the piston portion is increased, which causes the coil of the solenoid to be wound up a lot and becomes bulky.

둘째, 상기 스풀이 단일의 구조로 이루어져 솔레노이드에 의해 이동하도록 제어되므로 그 응답성, 다시말하면 솔레노이드에 의한 스풀의 연계작동성이 저하되어 사용상의 신뢰도가 저하되는 문제점이 있었다.Second, since the spool has a single structure and is controlled to move by the solenoid, there is a problem in that its responsiveness, that is, the interoperability of the spool by the solenoid is lowered and reliability in use is lowered.

셋째, 상기 스풀이 단일의 구조로 길게 형성되어 이루어져 분진이나 먼지등이 끼이는 경우에 오작동의 원인이 됨은 물론 수명 저하, 공기누출의 우려 등의 문제점이 있었다.Third, when the spool is formed in a single structure, the spool is formed in a single structure, which may cause malfunctions when dust or dust is caught, as well as a decrease in lifespan and air leakage.

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 작은 공간에서도 큰힘을 얻을 수 있는 PZT의 특성을 이용하여 좁은 공간에 사용이 가능하고 밸브의 크기를 소형화한 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브를 제공함에 있다.The present invention was created to solve the problems of the prior art described above, and can be used in a narrow space by using the characteristics of PZT, which can obtain a large force even in a small space. To provide a directional control valve.

즉, 스풀의 중앙을 양분하여 대향 형성하여 PZT 메커니즘과 공기압에 의해 선택적으로 대향되게 이동작동하도록 하므로서 구조 단순화에 의해 생산성을 극대화함은 물론 소형화로서 상품성을 극대화하는데 그 목적이 있다.That is, the purpose of maximizing productivity by minimizing the structure as well as miniaturization by simplification of the structure by dividing the center of the spool to face the spool to selectively move by opposing the PZT mechanism and air pressure.

또한, 본 발명은 중앙이 양분된 스풀의 대향되는 이동작동으로 고응답성 및 작동성 향상에 의한 사용상의 신뢰도를 극대화함은 물론 고장원인의 최소화에 따른 사용수명의 최대화 등을 이루는데 그 목적이 있다.In addition, the object of the present invention is to maximize the service life by minimizing the cause of failure as well as to maximize the reliability of use by the high response and improved operability by opposing movement operation of the spool divided in the center. have.

이러한 본 발명의 목적은, 밸브몸체 중앙에 스풀을 양분되게 분할하여 대향 삽입하고, 그 외측으로 각각 PZT 메커니즘을 구성하여 상기 PZT 메커니즘의 작동과 함께 공기압에 의해 스풀을 선택적으로 이동 작동하면서 공기의 흐름을 전환하거나 개폐하는 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브에 의해 달성된다. The object of the present invention is to divide the spool into the central portion of the valve body and insert the spool in opposite directions, respectively, and configure the PZT mechanisms to the outside thereof to selectively move the spool by air pressure together with the operation of the PZT mechanism. It is achieved by a pneumatic direction control valve using a piezoelectric element for switching or opening and closing.

이하, 상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment for achieving the above object of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

즉, 본 발명은 도 1 내지 도 3, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 밸브몸체(10)상의 스풀을 이동하면서 공기 등의 유통을 전환하거나 개폐하는 것에 있어서, That is, the present invention, as shown in Figures 1 to 3, 7 to 9, in switching or opening and closing the distribution of air or the like while moving the spool on the valve body 10,

상기 밸브몸체(10)에는 중앙에 형성된 입구포트(12)의 양측으로 스풀(20)(20')을 양분되게 분할하여 대향되게 삽입하고, 그 외측으로 각각 PZT 메커니즘을 구성하여 상기 PZT 메커니즘의 작동과 함께 입구포트(12)로 주입되는 공기압에 의해 스풀(20)(20')을 선택적으로 이동 작동하도록 이루어진다.The valve body 10 is divided into two sides of the inlet port 12 formed in the center by dividing the spools 20 and 20 'into opposite sides and inserting the PZT mechanisms to the outside to operate the PZT mechanisms. With the air pressure injected into the inlet port 12 is made to selectively move the spool (20, 20 ').

상기 스풀(20)(20')의 내측면에는 기밀유지 및 충격방지를 위해 기밀링(25)을 대향되게 설치하여 구성하게 된다.The inner surface of the spool 20, 20 'is configured to be installed to face the airtight ring 25 for airtightness and shock prevention.

또한, 상기 스풀(20)(20')의 사이에는 도 4에서와 같이 탄발스프링(28)을 탄발적으로 삽입 설치하여 구성하게 된다.In addition, between the spools 20 and 20 ', the carbon spring 28 is elastically inserted and installed as shown in FIG. 4.

또한, 상기 PZT 메커니즘은 도 5 및 도 6에서와 같이 스풀(20)(20')의 외측에서 스풀(20)(20')을 밸브몸체(10)의 내측 중앙으로 이동하도록 작동할 수 있는 구조로서 예를들면 스풀(20)(20')과 수평선상이나 원주상의 외측에 설치 가능하게 된다. In addition, the PZT mechanism is operable to move the spools 20 and 20 'to the inner center of the valve body 10 on the outside of the spools 20 and 20' as shown in FIGS. 5 and 6. For example, it is possible to install on the spool 20, 20 'and the outside on the horizontal line or the circumference.

한편, 본 발명의 제어밸브는 도 1 내지 도 3에서와 같은 일반형의 출구 및 배기포트를 형성하거나 도 7 내지 9에서와 같은 폴드형의 출구 및 배기포트를 형성할 수 있음은 물론 2WAY 또는 3WAY 등을 모두 채택할 수 있게 된다.On the other hand, the control valve of the present invention can form a general type outlet and exhaust port as shown in Figures 1 to 3 or fold-type outlet and exhaust port as shown in Figures 7 to 9 as well as 2WAY or 3WAY, etc. Can be adopted.

미설명부호로서, 26은 탄발스프링(28)이 삽입되도록 형성된 요홈을 나타내는 것이다.As an unexplained reference numeral 26 denotes a groove formed so that the bullet spring 28 is inserted.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.Next will be described the operation and action of the present invention configured as described above.

먼저, 공기등의 유통을 차단하는 중립 상태를 살펴보면 도 1 및 도 7에서와 같이 밸브몸체(10) 양측방에 구비된 PZT 메커니즘은 각각 전원이 인가된다.First, looking at the neutral state to block the flow of air, as shown in Figs. 1 and 7 PZT mechanism provided on both sides of the valve body 10 is each powered.

즉, 상기 밸브몸체(10)내의 스풀(20)(20')은 몸체내측 중앙으로 이동한 위치 즉, 입구포트(12)의 양측방향으로 대향되게 맞닿은 상태를 유지하게 된다.That is, the spools 20 and 20 'in the valve body 10 are maintained in contact with each other in opposite directions of the inlet port 12 at the position moved to the center of the body.

이 상태에서는 상기 밸브몸체(10)의 입구포트(12)로 공기압이 작용하여도 스풀(20)(20')의 후퇴이동이 이루어지지 않기 때문에 공기의 내부 유입이 방지되는 밸브 차단 상태를 제공하게 된다.In this state, even if air pressure acts on the inlet port 12 of the valve body 10, since the retreat movement of the spools 20 and 20 'is not made, it provides a valve blocking state to prevent the inflow of air. do.

이와 같은 상태에서 상기 밸브몸체(10) 중앙의 입구포트(12)가 그 좌측에 위치한 출구포트(13)와 연통되게 개방되는 작동을 살펴보면, 도 2 및 도 8에서와 같이 밸브몸체(10)의 우측방에 구비된 PZT 메커니즘의 전원을 인가한 상태를 유지하고, 좌측방에 구비된 PZT 메커니즘은 전원을 단속한 전원해지 상태를 이루게 된다.Looking at the operation in which the inlet port 12 in the center of the valve body 10 is opened in communication with the outlet port 13 located on the left side in such a state, as shown in Figures 2 and 8 The power of the PZT mechanism provided in the right side is maintained, and the PZT mechanism provided in the left side achieves a power off state in which power is interrupted.

즉, 상기 밸브몸체(10)내의 우측 스풀(20')은 몸체내측 중앙으로 이동한 상태를 유지하지만, 좌측 스풀(20)은 외력에 의해 이동가능한 상태가 된다.That is, the right spool 20 'in the valve body 10 remains moved to the center of the body, but the left spool 20 is movable by external force.

이 상태에서 상기 밸브몸체(10)의 입구포트(12)로 공기압이 작용하게 되면, 상기 좌측 스풀(20)은 후퇴이동이 이루어지게 되어 입구포트(12)와 좌측 출구포트(13)를 연통되게 연결하여 공기의 흐름을 제공하게 되는 것이다.When air pressure acts on the inlet port 12 of the valve body 10 in this state, the left spool 20 is retracted to make the inlet port 12 and the left outlet port 13 communicate with each other. By connecting to provide air flow.

특히, 상기 좌우 스풀(20)(20')의 사이로는 탄발스프링(28)이 탄발 설치되어있기 때문에 상기 좌측 스풀(20)은 공기압외에 탄발스프링(28)의 탄발력에 의해서도 후퇴이동하게 되는 것이다.In particular, the left spool 20 is retracted by the repulsive force of the revolving spring 28 in addition to the air pressure because the revolving spring 28 is installed between the left and right spools 20, 20 '. .

이상태에서 상기 밸브를 다시 차단하고자 하는 경우에는 상기 좌측 PZT 메커니즘에 전원을 인가하게 되면, 상기 좌측 스풀(20)이 다시 복귀되면서 좌측 출구포트(13)를 차단하여 공기의 흐름을 차단하며 우측 스풀(20')과 맞닿는 위치로 완전 복귀하게 된다.In this state, if the valve is to be shut off again, when the power is applied to the left PZT mechanism, the left spool 20 is restored again to block the flow of air by blocking the left outlet port 13 and the right spool ( 20 ') to the position where it abuts completely.

이때, 상기 스풀(20)(20')은 내측면에 기밀링(25)을 설치하고 있어 기밀유지 는 물론 충격을 방지하며 원위치 복귀하게 되는 것이다.At this time, the spool 20, 20 'is provided with an airtight ring 25 on the inner side is to maintain the airtight as well as to prevent the impact and to return to the original position.

한편, 상기한 밸브 중립상태에서 밸브몸체(10) 중앙의 입구포트(12)가 그 우측에 위치한 출구포트(13')와 연통되게 개방되는 작동을 살펴보면, 도 3 및 도 9에서와 같이 밸브몸체(10)의 좌측방에 구비된 PZT 메커니즘은 전원을 인가한 상태를 유지하고, 우측방에 구비된 PZT 메커니즘은 전원을 단속한 해지 상태를 이루게 된다.On the other hand, the operation of the inlet port 12 in the center of the valve body 10 in the valve neutral state is opened in communication with the outlet port 13 'located on the right side, as shown in Figure 3 and 9 The PZT mechanism provided in the left side of 10 maintains a state in which power is applied, and the PZT mechanism provided in the right side achieves a canceled state in which power is interrupted.

즉, 상기 밸브몸체(10)내의 좌측 스풀(20)은 몸체내측 중앙으로 이동한 상태 를 유지하지만, 우측 스풀(20')은 외력에 의해 이동가능한 상태가 된다.That is, the left spool 20 in the valve body 10 maintains the state moved to the inner center of the body, but the right spool 20 'is movable by external force.

이 상태에서 상기 밸브몸체(10)의 입구포트(12)로 공기압이 작용하게 되면, 상기 우측 스풀(20)은 후퇴이동이 이루어지게 되어 입구포트(12)와 우측 출구포트(13')를 연통되게 연결하여 공기의 흐름을 제공하게 되는 것이다.When air pressure acts on the inlet port 12 of the valve body 10 in this state, the right spool 20 is retracted to communicate the inlet port 12 and the right outlet port 13 '. It will be connected to provide a flow of air.

이상태에서 상기 밸브를 다시 차단하고자 하는 경우에는 상기 우측 PZT 메커니즘에 전원을 인가하게 되면, 상기 우측 스풀(20')이 다시 복귀되면서 우측 출구포트(13')를 차단하여 공기의 흐름을 차단하며 좌측 스풀(20)과 맞닿는 위치로 완전 복귀하게 되는 것이다.In this state, if the valve is to be shut off again, when the power is applied to the right PZT mechanism, the right spool 20 'is restored again and the right outlet port 13' is blocked to block the flow of air. It is to be completely returned to the position in contact with the spool (20).

따라서, 본 발명은 상기한 스풀(20)(20')의 중앙을 양분되게 분할하여 각각 작동하도록 한 구조와 또한 탄발스프링(28)의 반발력에 의해 작동하도록 한 구조에 의해서 공기압 의해 밸브의 전환 및 개폐 작동이 고응답으로 작동하게 되는 것이다.Accordingly, the present invention is to switch the valve by pneumatic pressure by the structure to divide the center of the spool (20, 20 '), and to operate by the repulsive force of the carbon spring (28) The opening and closing operation is operated in response.

뿐만라니아 밸브몸체(10)내의 좌우 스풀(20)(20')과 PZT 메커니즘으로 구성된 단순한 구조에 의해 밸브의 소형화를 이룸으로서 상품성을 극대화함은 물론 생산성 향상을 이루게 되는 것이다.In addition, by the simple structure composed of the left and right spools 20, 20 'and the PZT mechanism in the valve body 10, the miniaturization of the valve is achieved to maximize productivity and improve productivity.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 제어밸브는 스풀의 중앙을 양분하여 대향 형성하여 PZT 메커니즘과 공기압에 의해 선택적으로 대향되게 이동작동하도록 하므로서 구조 단순화에 의해 생산성 극대화 효과가 있고,As described above, the control valve of the present invention has the effect of maximizing productivity by simplifying the structure by dividing the center of the spool so as to face the spool to selectively move by the PZT mechanism and air pressure.

특히, 소형화가 가능하여 상품성을 극대화할 수 있으며, 또한 고응답성 및 작동성 향상에 의한 사용상의 신뢰도를 극대화함은 물론 고장원인의 최소화에 따른 사용수명의 최대화가 제공된다.In particular, it is possible to miniaturize to maximize the marketability, and also to maximize the reliability of use by high response and improved operability, as well as to maximize the service life of the failure cause.

Claims (3)

밸브몸체(10)상의 스풀을 이동하면서 공기 등의 유통을 전환하거나 개폐하는 것에 있어서, In switching or opening / closing the flow of air or the like while moving the spool on the valve body 10, 상기 밸브몸체(10)에는 중앙에 형성된 입구포트(12)의 양측으로 스풀(20)(20')을 양분되게 분할하여 대향되게 삽입하고, 그 외측으로 각각 PZT 메커니즘을 구성하여 상기 PZT 메커니즘의 작동과 함께 입구포트(12)로 주입되는 공기압에 의해 스풀(20)(20')을 선택적으로 이동 작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브.The valve body 10 is divided into two sides of the inlet port 12 formed in the center by dividing the spools 20 and 20 'into opposite sides and inserting the PZT mechanisms to the outside to operate the PZT mechanisms. Pneumatic direction control valve using a piezoelectric element, characterized in that configured to selectively move the spool by the air pressure injected into the inlet port (12). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스풀(20)(20')의 내측면에는 기밀유지 및 충격방지를 위해 기밀링(25)을 대향되게 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브.Pneumatic direction control valve using a piezoelectric element, characterized in that the inner surface of the spool (20) (20 ') is installed to face the airtight ring 25 for airtightness and shock prevention. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 스풀(20)(20')의 사이에는 탄발스프링(28)을 탄발적으로 삽입 설치하여 구성된 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 공기압 방향 제어밸브.Pneumatic directional control valve using a piezoelectric element, characterized in that configured between the spool (20, 20 ') is installed by inserting a carbon spring (28) elastically.
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