전자밸브(Solenoid-Operated Valve)

등록특허 10-0465126
- 1 -
(19)대한민국특허청(KR)
(12) 등록특허공보(B1)
(51) 。Int. Cl.7
F16K 31/06
(45) 공고일자
(11) 등록번호
(24) 등록일자
2005년01월07일
10-0465126
2004년12월27일
(21) 출원번호 10-2001-0084247 (65) 공개번호 10-2002-0055382
(22) 출원일자 2001년12월24일 (43) 공개일자 2002년07월08일
(30) 우선권주장 JP-P-2000-004026492000년12월28일 일본(JP)
(73) 특허권자 에스엠씨 가부시키 가이샤
일본 도쿄 105-8659 미나토구 심바시 1초메 16-4
(72) 발명자 후카노요시히로
일본국 이바라끼껜 300-2493, 쓰쿠바군, 야와라무라, 기누노다이4-쪼메, 2-2 에스엠씨
주식회사 쓰꾸바기쥬츠센타
우치노다다시
일본국 이바라끼껜 300-2493, 쓰쿠바군, 야와라무라, 기누노다이4-쪼메, 2-2 에스엠씨
주식회사 쓰꾸바기쥬츠센타
(74) 대리인 황이남
심사관 : 권영호
(54) 전자밸브
요약
전자밸브는 고무 등의 탄성재료로 형성되고, 다이어프램(50)의 주연부를 유지하며, 상기 다이어프램(50)의 변위에 따
라 굴곡되는 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)를 포함한다. 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)에는 한 쌍의 립부(70a
, 70b)가 형성된다.
대표도
도 2
색인어
탄성링체, 전자밸브
명세서
도면의 간단한 설명
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 전자밸브의 축방향에 따른 종단면도,
도 2는 도 1에 도시된 다이어프램의 일부확대 종단면도,
도 3은 도 1의 오프상태로부터 절환되어 다이어프램이 상승한 온상태를 나타낸 동작설명도,
등록특허 10-0465126
- 2 -
도 4는 종래기술에 의한 전자밸브의 종단면도.
발명의 상세한 설명
발명의 목적
발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술
본 발명은 유체통로를 개폐하는 다이어프램의 루트부에 가해지는 부하를 경감함으로써 상기 다이어프램의 내구성을
향상시킬 수 있는 전자밸브에 관한 것이다.
종래부터, 예를 들어 액츄에이터에 압축공기를 공급하거나, 또는 압축공기를 공기중에 배기함에 따라 압축공기의 흐
름방향을 제어하는 전자밸브가 사용되어 왔다. 상기 전자밸브에는 솔레노이드(전자석)에 의해 밸브플러그를 조작하
는 방식이 일반적으로 채용되고 있다.
도 4에 도시한 바와 같이, 종래기술에 의한 전자밸브는 고정철심(1), 코일(2) 및 가동철심(3; 플런저) 등이 내부에 배
설된 코일하우징(4)과, 한 쌍의 유체출입포트(5a, 5b)사이를 연통하는 밸브시이트(6)를 개폐하는 다이어프램(7)이 배
설된 밸브본체(8)로 구성된다(일본국 특개평 3-61776호 공보 참조).
상기 다이어프램(7)은 밸브시이트(6)에 착지되는 후막부(7a)와, 상기 후막부(7a)와 일체로 형성된 박막부(7b)로 구성
되며, 상기 박막부(7b)의 주연부(peripheral edge)는 밸브본체(8)의 요부(9)에 고착된다.
이 경우, 코일(2)에 통전되는 경우 흡인력이 발생하고, 상기 흡인력에 의해 가동철심(3)이 변위하여 다이어프램(7)이
작동된다.
발명이 이루고자 하는 기술적 과제
그러나, 상기 종래기술에 의한 전자밸브에서는 코일(2)에 대한 여자 또는 비여자작용하에 다이어프램(7)이 가동철심(
3)과 일체로 변위할 때마다, 밸브본체(8)의 요부(9)에 고착된 주연부의 근방(루트부)에 과도한 부하가 가해지기 때문
에 상기 다이어프램(7)의 내구성이 현저하게 열화된다.
또한 코일(2)에 의한 자속밀도를 증가시킴으로써 코일(2)의 흡인작용을 증대시켜 전자밸브의 응답성을 증대시킬 필
요가 있다.
본 발명은 유체통로를 개폐하는 다이어프램의 루트부에 가해지는 부하를 경감시킴으로써 다이어프램의 원활한 작동
에 의해 다이어프램의 내구성을 향상시킬 수 있는 전자밸브를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또 본 발명은 가동철심에 가해지는 코일의 흡인작용을 증대시켜 응답성을 증대시킬 수 있는 전자밸브를 제공하는 것
을 목적으로 한다.
발명의 구성 및 작용
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 솔레노이드의 여자작용하에 가동철심을 흡인함으로써 밸브플러그로서 기능하
는 다이어프램을 변위시키는 전자밸브에 있어서, 상기 전자밸브는 탄성재료로 형성되고, 상기 다이어프램의 주연부를
지지하며, 상기 다이어프램의 변위에 따라 굴곡되는 탄성링체가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 탄성링체에는 다이어프램의 변위에 따라 굴곡되는 한 쌍의 립부를 형성할 수 있다.
또 상기 솔레노이드의 하부측에는 외주면을 갖는 플랜지부가 형성된 링체를 설치할 수 있고, 가동철심에 반경외측방
향으로 팽출된 주면을 갖는 환상돌기부가 형성됨에 따라 솔레노이드에 의해 발생하는 자속밀도를 크게 하여 흡인력
을 증대시킬 수 있다.
또한 상기 탄성링체를 전자밸브 본체부를 구성하는 제1 밸브본체와 제2 밸브본체로 형성된 환상요부 내에 유지되도
록 설치할 수 있다.
본 발명에 따르면, 솔레노이드의 여자작용 또는 비여작작용하에 다이어프램의 변위에 따라 상기 다이어프램의 주연
부를 지지하는 탄성링체가 굴곡되기 때문에 상기 다이어프램이 유지되는 루트부에 가해지는 부하가 경감되어 내구성
이 향상된다.
이하, 본 발명의 전자밸브에 대한 적합한 실시예를 첨부 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1에서 참조숫자(10)은 본 발명의 실시에에 의한 전자밸브를 나타낸다.
상기 전자밸브(10)는 중앙부에 장착된 압력유체 공급포트(12)와 상기 압력유체 공급포트(12)를 사이에 두고 좌우로
인접하는 한 쌍의 압력유체 배출포트(14a, 14b)가 형성된 제1 밸브본체(16), 및 환상단부(17)에 의해 상기 제1 밸브
본체(16)의 상부에 일체로 연결된 실질적으로 원통상인 제2 밸브본체(18)를 포함한다.
또한 전자밸브(10)는 상기 제1 밸브본체(16)의 일측면에 일체로 연결된 바닥이 있는 원통형의 본네트(20); 상기 본네
트(20)의 내부에 배설된 솔레노이드부 (22); 및 상기 솔레노이드부(22)의 여자작용하에 압력유체 공급포트(12)와 압
력유체 배출포트(14a, 14b)와의 사이의 연통상태 또는 비연통상태를 절환하는 밸브기구부(24)를 포함한다.
또한 본네트(20)의 하부에는 플랜지부(26)가 형성되고, 상기 플랜지부(26)의 취부홀(미도시)에 볼트(미도시)를 삽입
등록특허 10-0465126
- 3 -
함으로써 전자밸브(10)를 다른 부재(미도시)에 장착할 수 있다. 또 상기 압력유체 공급포트(12) 및 압력유체 배출포
트(14a, 14b) 근방에는 시일부재(28a, 28b)가 장착된다.
솔레노이드부(22)는 본네트(20)의 내부에 내감되고, 바닥이 있는 원통형의 금속제 재료로 형성된 캡부재(32); 상기
캡부재(32)의 내부에 배설되고, 코일(34)이 권취된 보빈(36); 상기 캡부재(32)에 일단부가 연결된 고정철심(38); 상
기 고정철심(38)과 동축상으로 배설되고, 상기 고정철심(38)과의 사이에 내장된 제1 스프링부재(40)의 탄발력 작용
하에 이간하는 방향으로 가압되는 가동철심(42)을 포함한다.
상기 가동철심(42)의 하부측에는 반경외측방향으로 팽출됨으로써 주면(42a)를 갖는 환상돌기부(42b)가 형성되고,
상기 환상돌기부(42b)는 판상부재(후술함)의 요부내에 고정된다. 또 상기 가동철심(42)의 일단부에는 하방측으로 돌
출되는 로드부(42c)가 형성된다. 또한 상기 가동철심(42)에는 바닥이 있는 원통형의 홀부(44)가 형성되고, 상기 홀부
(44)에는 일단부가 제1 스프링부재(40)에 고착되고, 타단부가 고정철심(38)에 당접하는 섭동부재(46)가 변위자재하
게 설치된다.
상기 코일(34)의 하부측에는 상기 가동철심(42)이 삽통하는 홀부를 가지며, 금속제 재료로 구성된 링체(48)가 캡부재
(32)에 의해 유지되도록 설치된다. 상기 링체(48)에는 캡부재(32)의 내벽면을 따라 폭넓은 외주면(48a)을 갖는 플랜
지부 (48b)가 형성된다.
상기 본네트(20)와 캡부재(32)와의 사이에는 과여자회로를 포함하는 기판(49)이 배설되어 있다. 이 과여자회로는 콘
덴서와 저항(미도시)이 병렬 접속된 CR회로로 구성되고, 코일(34)에 인가되는 전압을 증폭하는 기능을 한다.
밸브기구부(24)는, 예를 들어 불소수지 등의 수지제 재료로 형성되고, 가동철심(42)의 로드부(42c)에 연결되는 후막
부(50a), 및 상기 후막부(50a)와 일체로 형성된 박막부(50b)로 이루어진 다이어프램(50); 가동철심(42)의 하부측에
연결되고, 상기 가동철심(42)과 일체로 변위자재하게 설치되며, 스토퍼로서 기능하는 환상돌기부(54a)가 형성된 판
상부재(54); 상기 다이어프램(50)의 후막부(50a)에 장착되는 변위부재(56); 상기 변위부재(56)와 다이어프램(50)과
의 사이에 내장되고, 고무 등의 탄성재료로 형성됨으로써 박막부(50b)를 보호하는 탄성부재(58); 및 링체(48)와 변위
부재(56)와의 사이에 개재된 제2 스프링부재(60)를 포함한다.
상기 다이어프램(50)은 제1 밸브본체(16)에 형성된 착지부(62)에 대해 착지되거나, 또는 착지부(62)로부터 이간됨으
로써 압력유체 공급포트(12)와 압력유체 배출포트(14a, 14b)사이를 연통하는 통로(64)를 개폐자재하게 설치할 수 있
다.
제1 밸브본체(16)와 제2 밸브본체(18)에 형성된 환상요부(66) 내에, 예를 들어 고무 등의 탄성재료로 형성된 제1 탄
성링체(68a)와 제2 탄성링체(68b)가 일체로 유지된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 탄성링체(68a)와 제2 탄성링체(68b) 사이에는 다이어프램(50)의 박막부(50b)의
주연부가 협지되고, 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)의 한 쌍의 링부(70a, 70b)가 다이어프램(50)의 박막부(50b
)와 일체로 굴곡됨으로써 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)에 의해 유지된 다이어프램(50)의 루트부(72)에 대한
부하를 경감할 수 있다.
바꿔 말하면, 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)의 립부(70a, 70b)에 스프링특성을 갖게함으로써 다이어프램(50)을 유
지하고 있는 루트부(72)에 가해지는 부하를 억제하여 상기 다이어프램(50)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
한 쌍의 립부(70a, 70b) 각각은 환상요부(66) 내에 유지되는 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)로부터 소정 길이로 내
경방향을 따라 돌출한 박막부를 갖는다. 립부(70a, 70b)의 일단부는 상부에 장착된 제2 본체(18)의 내벽면과 실질적
으로 평평하게 설치된다(도 2참조).
도 2에 도시한 바와 같이, 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)의 내부에는 다이어프램(50)의 주연부에 접촉하여 시
일기능을 갖는 다수의 돌기부(74)가 형성된다. 또한 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)에 형성된 파형부(76: wave
-shaped sections)는 환상요부(66) 내에 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)가 유지될 때 릴리이브(relieves)로서
기능한다.
또 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)를 분리하여 구성하지 않고, 일체로 형성할 수 있다. 또 제2 스프링부재(60)의 스프
링력이 제1 스프링부재(40)의 스프링력보다 크도록 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 전자밸브(10)는 기본적으로 이상과 같이 구성되며, 이어서 그 동작 및 작용효과에 대해서
설명한다.
도 1은 코일(34)에 대해 전류를 공급하지 않는 비여자상태를 나타내며, 다이어프램(50)이 착지부(62)에 착지되어 압
력유체 공급포트(12)와 압력유체 배출포트(14a, 14b) 사이의 연통이 차단된 오프상태를 나타낸다.
상기와 같은 오프상태에서 전원(미도시)을 가하여 코일(34)에 통전함으로써 상기 코일(34)이 여자되고, 그 여자작용
에 의해 가동철심(42)이 고정철심(38)측으로 흡인되어 도 3에 도시한 바와 같이, 전자밸브(10)가 오프상태에서 온상
태로 절환된다.
즉, 제1 및 제2 스프링부재(40, 60)의 스프링력에 저항하여 가동철심(42)이 고정철심(38)측으로 미소 거리만큼 변위
하고, 판상부재(54) 및 변위부재(56)가 가동철심(42)과 일체로 상승한다. 그 때, 스토퍼로서 기능하는 판상부재(54)
의 환상돌기부(54a)가 링체(48)에 당접함으로써 변위종단위치가 된다.
따라서, 가동철심(42)의 변위작용하에 다이어프램(50)이 착지부(62)로부터 이간됨으로써 도 3에 도시한 바와 같이,
압력유체 공급포트(12)와 압력유체 배출포트(14a, 14b)가 연통한 온상태가 된다. 그 결과 압력유체 공급포트(12)로
부터 도입된 압력유체는 다이어프램(50)과 착지부(62) 사이의 간격을 통과한다. 또한 통로(64) 및 압력유체 배출포트
(14a, 14b)를 통해 압력유체가 유체기기(미도시)에 공급된다.
본 실시예에서는 다이어프램(50)의 박막부(50b)의 주연부가 고무 등의 탄성재료로 형성된 제1 탄성링체(68a)와 제2
탄성링체(68b)사이에 협지되고, 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)의 한 쌍의 립부(70a, 70b)가 다이어프램(50)의
박막부(50b)와 일체로 굴곡됨으로써 상기 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)에 의해 유지되는 다이어프램(50)의 루트
등록특허 10-0465126
- 4 -
부(72)에 대한 부하를 경감할 수 있다.
바꿔말하면, 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)의 립부(70a, 70b)가 스프링으로서 기능하고, 다이어프램(50)의 박막부(
50b)의 변위에 대응하여 굴곡자재하게 설치됨으로써 다이어프램(50)이 유지된 루트부(72)에 대해 가해지는 부하를
억제하여 상기 다이어프램(50)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시예서는 코일(34)의 하부측에서 광대한 외주면(48a)을 갖는 플랜지부(48b)가 형성된 링체(48)를 설치하
고, 가동철심(42)에 반경외측방향으로 팽출된 주면(42a)을 갖는 환상돌기부(42b)를 형성함으로써 코일(34)에 의한
자속밀도를 크게 할 수 있고, 코일(34)의 흡인작용을 증대시킬 수 있다. 그 결과, 전자밸브(10)의 고속응답성을 증대
시킬 수 있다.
바꿔말하면, 금속제 재료로 구성된 가동철심(42)의 환상돌기부(42b)에 형성된 주면(42a)과, 금속제 재료로 이루어진
링체(48)의 플랜지부(48b)에 형성된 외주면(48a)에 의해 그 표면적을 증대시킴에 따라 코일(34)에 의해 발생하는 자
속밀도가 커지고, 코일(34)에 대한 흡인력을 증대시킬 수 있다.
또한 솔레노이드부(22)가 온상태가 될 때 고정철심(38)과 가동철심(42)과의 사이에는 미소한 틈새(78; 도 3 참조)가
형성되고, 상기 고정철심(38)과 가동철심(42)이 접촉하지 않도록 설치되어 있다. 온상태에서 고정철심(38)과 가동철
심(42) 사이에 틈새(78)가 형성되도록 미리 가동철심(42)의 축방향을 따른 크기가 정밀하게 설정되어 있다.
따라서, 고정철심(38)과 가동철심(42) 사이의 당접음이 발생하는 것을 방지하여 정온성을 유지할 수 있다. 따라서 본
실시예에 의한 전자밸브(10)를, 예를 들어 병원, 음향시설 등과 같이 정온성을 유지해야 하는 환경에 적합하게 사용할
수 있다.
본 실시예에서는 다이어프램(50)의 주연부를 굴곡자재하게 유지하는 제1 및 제2 탄성링체(68a, 68b)를 전자밸브(10
)에 적용하여 설명하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 전자밸브(10) 이외에 각종 다이어프램이 배설되는 감압
밸브 등의 각종 밸브 또는 유체압기기에 적용할 수 있다.
발명의 효과
본 발명에 따르면, 다이어프램의 주연부를 유지하는 탄성링체의 립부에 스프링특성을 갖게 하고, 다이어프램의 변위
에 대응하여 굴곡자재하게 설치됨에 따라 다이어프램의 루트부에 대해 가해지는 부하를 억제하여 상기 다이어프램의
내구성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 실시예에서는 금속제 재료로 구성되는 가동철심의 환상 돌기부에 형성된 주면과, 금속제 재료로 구성되는 링
체의 플랜지부에 형성된 외주면에 의해 그 표면적을 증대시킴에 따라 솔레노이드에 의해 발생하는 자속밀도가 커지
고, 솔레노이드에 의한 흡인력을 증대시킬 수 있다.
(57) 청구의 범위
청구항 1.
솔레노이드(22)의 여자작용하에 가동철심(42)을 흡인함에 따라 밸브플러그로서 기능하는 다이어프램(50)을 변위시
키는 전자밸브에 있어서, 상기 전자밸브는 탄성재료로 형성되고, 상기 다이어프램(50)의 주연부를 유지하며, 상기 다
이어프램(50)의 변위에 따라 굴곡되는 탄성링체가 설치되고,
상기 탄성링체는 제1 탄성링체(68a)와 제2 탄성링체(68b)로 구성되며, 상기 제1 탄성링체(68a)와 제2 탄성링체(68b
)의 사이에는 상기 다이어프램(50)의 주연부가 개재되며.
상기 제1 탄성링체(68a)와 제2 탄성링체(68b)에는 상기 다이어프램(50)의 주연부에 접촉하는 돌기부(74)가 형성되
는 것을 특징으로 하는 전자밸브.
청구항 2.
삭제
청구항 3.
삭제
청구항 4.
제1항에 있어서, 상기 제1 탄성링체(68a)와 제2 탄성링체(68b)에는 상기 다이어프램(50)의 변위에 따라 굴곡되는 한
쌍의 립부(70a, 70b)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자밸브.
청구항 5.
제1항에 있어서, 상기 제1 탄성링체(68a)와 제2 탄성링체(68b)에는 파형부(76)가 형성되는 것을 특징으로 하는 전자
밸브.
청구항 6.
제4항에 있어서, 상기 립부(70a, 70b)는 상기 제1 탄성링체(68a) 및 제2 탄성링체(68b)로부터 소정 거리만큼 반경내
방향으로 돌출된 박막부를 가지며, 상기 립부(70a, 70b)는 스프링으로서 기능하는 것을 특징으로 하는 전자밸브.
청구항 7.
제1항에 있어서, 주전자밸브본체는 제1 밸브본체(16)과 제2 밸브본체(18)로 구성되며, 상기 탄성링체는 상기 제1 밸
브본체(16)와 제2 밸브본체(18)에 의해 환상요부 내에 유지되는 것을 특징으로 하는 전자밸브.
청구항 8.
등록특허 10-0465126
- 5 -
제1항에 있어서, 상기 솔레노이드부(22)의 하부측에는 외주면(48a)을 갖는 플랜지부(48b)가 형성된 링체(48)가 설치
되고, 상기 가동철심(42)에 반경외측방향으로 팽출된 주면(42a)을 갖는 상기 환상돌기부(42b)가 형성되는 것을 특징
으로 하는 전자밸브.
청구항 9.
제1항에 있어서, 상기 제1 탄성링체(68a)와 상기 제2 탄성링체(68b)는 각각 서로 분리되어 있는 것을 특징으로 하는
전자밸브.
청구항 10.
제1항에 있어서, 상기 제1 탄성링체(68a)와 상기 제2 탄성링체(68b)는 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 전자밸
브.
도면
도면1
등록특허 10-0465126
- 6 -
도면2
등록특허 10-0465126
- 7 -
도면3
등록특허 10-0465126
- 8 -
도면4