KR200463508Y1 - 3포트 압전 밸브 - Google Patents

Abstract

본 고안은, 밸브의 작동 정확도를 향상시키고 밸브 전체의 부피를 소형화하는 것이 용이한 구조를 가진 3포트 압전 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 3포트 압전 밸브는, 유체가 출입하도록 형성된 공급포트와 배기포트와 부하포트가 형성되고 그 공급포트, 배기포트, 부하포트와 통하는 밸브 공간이 형성된 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 밸브 공간에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 상기 밸브 몸체에 대한 슬라이딩 위치에 따라 상기 공급포트와 부하포트 또는 상기 부하포트와 배기포트를 연결하도록 형성된 밸브 유로가 형성된 스풀; 상기 밸브 몸체의 밸브 공간 내에 배치되어 상기 스풀이 상기 밸브 공간을 따라 슬라이딩하도록 상기 스풀에 대해 탄성력을 제공하는 탄성 부재; 상기 스풀에 접하도록 상기 밸브 몸체에 설치되어 상기 스풀의 밸브 유로가 상기 공급포트와 부하포트 또는 상기 부하포트와 배기포트를 연결하는 위치로 상기 스풀을 슬라이딩시키는 플런저; 및 상기 밸브 몸체에 설치되며 상기 플런저에 연결되어 압전 소자에 의해 상기플런저를 밀거나 당기도록 작동시키는 압전 엑튜에이터;를 포함하는 점에 특징이 있다.

Description

3포트 압전 밸브{3 PORT PIEZOELECTRIC VALVE}

본 고안은 3포트 압전 밸브에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압전 소자를 이용하여 밸브를 작동하게 함으로써 밸브의 포트를 개폐하는 3포트 압전 밸브에 관한 것이다.

공압 또는 유압회로에서 유체의 흐름을 제어하는 방향제어밸브가 잘 알려져 있다. 방향제어밸브에는 일반적으로 슬라이드 스풀형 밸브가 사용되고 있으며, 스풀의 작동을 위해서 솔레노이드를 사용하는 것이 일반적이다.

방향제어밸브의 하나인 3포트 솔레노이드 밸브는 통상 2개 1조로 공압 또는 유압 액츄에이터의 등의 운동방향을 바꾸는 데 사용되고, 또한 다른 대유량 제어용 밸브를 조작하기 위한 파일럿밸브로서도 폭넓게 응용되고 있다.

그러나 솔레노이드 밸브는 그 특성상 슬라이드 스풀이 선형적으로 움직이지 않도 히스테리시스 곡선을 그리면서 움직이기 때문에 정밀한 작동을 필요로 하는 용도로 사용하기에 부적절한 문제점이 있다. 특히, 다수의 밸브를 연결하여 공압회로를 구성하고 고속으로 작동하도록 밸브들을 연결하는 경우에 솔레노이드 밸브의 비선형 작동 특성은 전체 공압회로의 작동 성능과 정확도를 저하시키는 원인이 된다. 또한, 솔레노이드에서 발생하는 전자기력이 인접하는 다른 밸브에 작용할 수 있기 때문에 공압회로의 오작동을 유발하는 원인이 된다.

또한 솔레노이드에 의해 전자기력을 발생시키기 위해서 코일을 사용하므로 밸브의 부피가 전체적으로 큰 문제점이 있으며, 소형화하기 어려운 단점이 있다.

본 고안은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 밸브의 작동 정확도를 향상시키고 밸브 전체의 부피를 소형화하는 것이 용이한 구조를 가진 3포트 압전 밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 3포트 압전 밸브는, 유체가 출입하도록 형성된 공급포트와 배기포트와 부하포트가 형성되고 그 공급포트, 배기포트, 부하포트와 통하는 밸브 공간이 형성된 밸브 몸체; 상기 밸브 몸체의 밸브 공간에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 상기 밸브 몸체에 대한 슬라이딩 위치에 따라 상기 공급포트와 부하포트 또는 상기 부하포트와 배기포트를 연결하도록 형성된 밸브 유로가 형성된 스풀; 상기 밸브 몸체의 밸브 공간 내에 배치되어 상기 스풀이 상기 밸브 공간을 따라 슬라이딩하도록 상기 스풀에 대해 탄성력을 제공하는 탄성 부재; 상기 스풀에 접하도록 상기 밸브 몸체에 설치되어 상기 스풀의 밸브 유로가 상기 공급포트와 부하포트 또는 상기 부하포트와 배기포트를 연결하는 위치로 상기 스풀을 슬라이딩시키는 플런저; 및 상기 밸브 몸체에 설치되며 상기 플런저에 연결되어 압전 소자에 의해 상기플런저를 밀거나 당기도록 작동시키는 압전 엑튜에이터;를 포함하는 점에 특징이 있다.

본 고안의 3포트 압전 밸브는, 솔레노이드를 구비하지 않고 그 작동이 선형적이기 때문에 작동 정확도가 향상되고 다수개를 연결하여 사용하더라도 오작동이 일어나지 않는 장점이 있다.

또한, 본 고안의 3포트 압전 밸브는, 코일로 구성된 솔레노이드를 구비하지 않으므로 밸브의 크기를 소형화하기 용이한 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 고안에 따른 3포트 압전 밸브의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 3포트 압전 밸브의 일부분을 도시한 사시도이다.

이하, 본 고안에 따른 3포트 압전 밸브의 일실시예에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 고안에 따른 3포트 압전 밸브의 일실시예를 설명하기 위한 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 3포트 압전 밸브의 일부분을 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 3포트 압전 밸브는 밸브 몸체(10)와 스풀(20)과 탄성 부재(30)와 플런저(40)를 포함하여 이루어진다.

밸브 몸체(10)에는 3개의 포트가 형성된다. 3개의 포트는 각각 공급포트(P), 부하포트(A)와 그리고 배기포트(R)로 구분된다. 공급포트(P)는 통상의 공압 발생 장치인 에어펌프나 어큐뮬레이터와 연결되어 압축공기를 공급받기 위한 것이다. 부하포트(A)는 에어실린더 등의 액튜에이터나 다른 밸브의 파일럿 포트와 연결되어 압축공기를 출력하거나 그로부터 회수하기 위한 것이다. 배기포트(R)는 그 부하포트(A)를 통해 회수되는 압축공기를 외부로 배기시키기 위한 것이다.

밸브 몸체(10)에는 원통형의 밸브 공간(13)이 형성되고 그 밸브 공간(13) 내에는 스풀(20)이 배치된다. 밸브 공간(13)은 공급포트(P)와 배기포트(R)와 부하포트(A)와 통하도록 형성된다.

스풀(20)은 원기둥 형태로 형성되며 밸브 몸체(10)의 밸브 공간(13) 내에서 슬라이딩 이동 가능하도록 설치된다. 스풀(20)에는 도 3에 도시된 것과 같이 밸브 유로(21)가 형성되어 있으며, 그 밸브 유로(21)는 밸브 공간(13) 내의 위치에 따라 공급포트(P)와 부하포트(A) 또는 부하포트(A)와 배기포트(R)를 연결하도록 형성된다.

밸브 몸체(10)와 스풀(20)은 금속 재질로 형성되는 것이 좋으며, 밸브 공간(13)과 스풀(20) 사이에는 공압의 기밀을 위하여 오링을 설치하는 것 보다는 밸브 공간(13)과 스풀(20) 사이의 치수 공차를 2 ~ 4 ㎛ 로 가공하는 것이 좋다.

밸브 공간(13) 내에 스풀(20)과 밸브 몸체(10) 사이에는 코일 스프링으로 형성된 탄성 부재(30)가 설치된다. 탄성 부재(30)는 도 1을 기준으로 스풀(20)을 밸브 몸체(10)에 대해 오른쪽으로 밀어내도록 탄성력을 제공한다.

스풀(20)의 외면에는 그 길이 방향을 따라 가이드 홈(22)이 형성되어 있으며, 밸브 몸체(10)에는 가이드 핀(11)이 밸브 공간(13)의 내측으로 돌출되도록 설치되어 그 일부분이 가이드 홈(22)에 수용되도록 배치된다. 가이드 핀(11)과 가이드 홈(22)은 스풀(20)이 그 길이 방향으로 밸브 공간(13)에 대해 슬라이딩 이동하는 것은 허용하면서 스풀(20)이 밸브 공간(13) 내에서 회전하는 것은 방지하게 된다.

밸브 몸체(10)의 일측에는 압전 엑튜에이터(50)가 설치되고, 그 압전 엑튜에이터(50)에는 플런저(40)가 연결된다. 플런저(40)는 스풀(20)과 서로 접촉하도록 배치된다. 압전 엑튜에이터(50)의 작동에 따라 플런저(40)는 전진 또는 후진하게 되고 그 플런저(40)의 작동에 따라 스풀(20)은 밸브 공간(13) 내에서 슬라이딩 이동하게 된다.

압전 엑튜에이터(50)는 압전 소자의 작동에 의해 인가하는 전원의 극성에 따라 신장 또는 수축하게 된다. 즉 압전 소자가 신장 또는 수축함에 따라 그 압전 엑튜에이터(50)에 연결된 플런저(40)가 움직이면서 공급포트(P)와 부하포트(A)를 연결하거나 부하포트(A)와 배기포트(R)를 연결하게 된다.

밸브 몸체(10)에는 푸시 버튼(60)이 설치된다. 도 1을 참조하면, 푸시 버튼(60)은 버튼 몸체(61)와 스프링(62)을 구비한다. 버튼 몸체(61)는 밸브 몸체(10)에 대해 전후진 가능하도록 설치되고, 스프링(62)은 버튼 몸체(61)를 밸브 공간(13)의 외측으로 밀어 내도록 탄성력을 제공한다. 스풀(20)의 끝부분은 도 3에 도시된 것과 같이 테이퍼 가공되어 경사지도록 형성되며, 스풀(20)이 푸시 버튼(60)을 향하여 전진하는 위치에서 스풀(20)의 경사부(23)와 푸시 버튼(60)의 버튼 몸체(61)는 서로 접촉하도록 구성된다. 이때 버튼 몸체(61)를 누르면, 스풀(20)의 경사부(23)가 버튼 몸체(61)에 밀리면서 스풀(20)이 밸브 공간(13)에 대해 후진하게 된다.

이하, 상술한 바와 같이 구성된 3포트 압전 밸브의 작용에 대해 설명한다.

압전 엑튜에이터(50)에 전원을 인가하여 압전 소자가 신장되면 플런저(40)가 스풀(20)을 향하여 전진하게 된다. 플런저(40)에 밀려 스풀(20)도 압전 소자에서 멀어지는 방향으로 밸브 공간(13)을 따라 이동하게 되고, 이때 탄성 부재(30)는 수축하게 된다. 스풀(20)이 밸브 공간(13)을 따라서 움직일 때 스풀(20)의 가이드 홈(22)에는 가이드 핀(11)이 끼워져 있는 상태이므로 스풀(20)은 밸브 공간(13)에 대해 회전이 방지된 상태로 움직이게 된다. 스풀(20)이 밸브 공간(13)의 왼쪽 끝으로 이동하면 밸브 유로(21)에 의해 부하포트(A)와 배기포트(R)가 연결되면서 배기포트(R)로부터 부하포트(A)로 압축공기가 흐르게 되고 공급포트(P)는 스풀(20)에 의해 폐쇄된다.

압전 엑튜에이터(50)에 인가된 전원의 방향을 반대로 바꾸면 압전소자가 수축하면서 플런저(40)를 잡아당기게 된다. 플런저(40)가 우측으로 이동하면 탄성 부재(30)의 탄성력에 의해 스풀(20)은 밸브 공간(13)의 우측으로 미끄러지게 된다. 그에 따라 배기포트(R)는 스풀(20)에 의해 폐쇄되고 공급포트(P)와 부하포트(A)가 서로 연결되면서 부하포트(A)로 공압이 공급된다.

정전이나 다른 이유로 압전 엑튜에이터(50)가 작동하지 않을 경우, 푸시 버튼(60)의 버튼 몸체(61)를 누르면 버튼 몸체(61)에 의해 스풀(20)의 경사부(23)가 밀리면서 스풀(20)이 왼쪽으로 움직인다. 스풀(20)이 밸브 공간(13)의 왼쪽 끝으로 이동하면 밸브 유로(21)에 의해 공급포트(P)가 폐쇄되고 부하포트(A)와 배기포트(R)가 서로 연결된다.

이와 같은 3포트 압전 밸브는 압전 엑튜에이터(50)에 의해 스풀(20)이 움직이기 때문에, 종래의 솔레노이드에 의한 전자기력을 이용하는 밸브에 비해서 작동 성능이 우수한 장점이 있다. 솔레노이드는 그 특성상 히스테리시스 곡선을 그리면서 작동하기 때문에 스풀의 움직임이 비선형적인 문제점이 있다. 그로 인해 그와 같은 솔레토이드 밸브를 다수개 연결하여 공압회로를 구성하면 오작동이 일어나는 경우가 빈번하고 고속으로 작동하는 경우 이러한 문제점이 더욱 자주 발생하나, 본 고안에 따른 3포트 압전 밸브의 경우 솔레노이드 코일을 사용하지 않고 압전 엑튜에이터를 사용하므로 이와 같은 문제점이 발생하지 않는 장점이 있다. 또한, 압전 엑튜에이터는 솔레노이드에 비해 소형화하는 것이 용이하므로 본 고안의 3포트 압전 밸브의 경우 종래의 3포트 밸브에 비해 작게 제작할 수 있는 장점이 있다.

한편, 밸브 몸체(10)와 플런저(40)는 각가 금속 재질로 형성되고 밸브 공간(13)과 플런저(40) 사이에는 오링이 설치되지 않은 상태로 치수 공차가 2 ~ 4 ㎛ 인 것이 좋다. 밸브 공간(13)과 플런저(40) 사이의 치수 공차가 2 ㎛ 보다 작은 경우에는 밸브 공간(13)과 플런저(40) 사이의 공간이 너무 작아서 밸브를 움직이는데 소요되는 에너지가 많이 필요하게 될 수 있다. 밸브 공간(13)과 플런저(40) 사이의 치수 공차가 4 ㎛ 보다 큰 경우에는 그 사이의 공간으로 공압이 누출되어 밸브의 작동 효율을 떨어뜨릴 수 있다.

상술한 바와 같이 플런저(40)를 금속 재질로 구성하는 경우 합성수지 재질의 경우에 비해 고정밀도로 플런저(40)를 가공하는 것이 용이하고 밸브의 작동 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 또한, 플런저(40)와 밸브 공간(13) 사이에 오링을 설치하는 경우, 시간의 경과에 따라 오링이 마모되면서 밸브의 작동 성능이 떨어질 수 있으나 상술한 바와 같이 오링을 사용하지 않으면 장기간 사용하여도 밸브의 작동 성능이 일정하게 유지되므로 사용수명이 늘어나는 장점이 있다.

이상 본 고안에 따른 3포트 압전 밸브에 대해 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나 본 고안의 범위가 앞에서 설명하고 도시한 형태로 한정되는 것은 아니다.

10: 밸브 몸체 20: 스풀
30: 탄성 부재 40: 플런저
50: 압전 엑튜에이터 60: 푸시 버튼

Claims (4)

1. 유체가 출입하도록 형성된 공급포트와 배기포트와 부하포트가 형성되고 그 공급포트, 배기포트, 부하포트와 통하는 밸브 공간이 형성된 밸브 몸체;
   상기 밸브 몸체의 밸브 공간에 슬라이딩 가능하게 설치되며, 상기 밸브 몸체에 대한 슬라이딩 위치에 따라 상기 공급포트와 부하포트 또는 상기 부하포트와 배기포트를 연결하도록 형성된 밸브 유로가 형성된 스풀;
   상기 밸브 몸체의 밸브 공간 내에 배치되어 상기 스풀이 상기 밸브 공간을 따라 슬라이딩하도록 상기 스풀에 대해 탄성력을 제공하는 탄성 부재;
   상기 스풀에 접하도록 상기 밸브 몸체에 설치되어 상기 스풀의 밸브 유로가 상기 공급포트와 부하포트 또는 상기 부하포트와 배기포트를 연결하는 위치로 상기 스풀을 슬라이딩시키는 플런저; 및
   상기 밸브 몸체에 설치되며 상기 플런저에 연결되어 압전 소자에 의해 상기플런저를 밀거나 당기도록 작동시키는 압전 엑튜에이터;를 포함하고,
   상기 밸브 몸체의 밸브 공간은 원통형으로 형성되어 있으며, 그 밸브 공간의 내측으로 돌출된 가이드 핀이 마련되어 있으며,
   상기 스풀은 원기둥 형태로 형성되고, 그 길이 방향을 따라 상기 밸브 몸체의 가이드 핀이 수용되는 가이드 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 3포트 압전 밸브.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 밸브 몸체에 설치되어 푸시 조작에 따라 상기 상기 스풀을 상기 밸브공간에 대하여 진퇴시키는 푸시 버튼;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 3포트 압전 밸브.
4. 제3항에 있어서,
   상기 밸브 몸체와 스풀은 금속 재질로 되어 있으며, 상기 스풀과 밸브 몸체 사이에는 오링(O-ring)이 설치되지 않으며, 상기 밸브 공간과 스풀 사이의 공차는 2 ~ 4 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 3포트 압전 밸브.

Images