차동 보조 복귀 장치를 구비한 직접 작동식 공압 밸브 document_id A220517009195

본 발명은 공압 밸브 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 직접 작동식 공압 밸브에 관한 것이다. 직접 작동식 공압 밸브는 가압 공기의 유동을 조절하는 분야에서 잘 알려져 있다. 직접 작동식 밸브는 단독으로 사용되거나, 일례로 스풀 밸브(spool valve) 및 조절기와 함께 사용될 수 있으며, 이러한 조절기는 압력 클러치, 공기 브레이크, 분할 장치 혹은 작동 공기의 정밀한 조절을 필요로 하는 적용 분야나 여타 다른 공압 장치와 같은 여러 가지 다양한 공압 작동식 장치들의 내외로 유동하는 가압 공기를 조절한다. 이러한 적용 분야에는 일반적으로 2방향, 3방향, 4방향 및 5방향 직접 작동식 밸브 조립체가 사용되고 있다. 이러한 밸브들은 유동 통로가 형성된 밸브 본체를 포함할 수 있다. 유동 통로 내에 밸브 부재가 지지되며, 이 밸브 부재는 액추에이터에 의해 그 밸브 부재에 가해지는 작동력에 직접 응하여 한 위치로부터 다른 위치로 이동될 수 있다. 밸브로 조절되는 여러 가지 작동 장치들과 압력 제공 시스템에 밸브 조립체를 연결시키는 데 다수의 포트들이 사용된다. 액추에이터는 일반적으로 밸브 부재를 유동 통로 내의 소정 위치로 이동시키도록 작동되는 전자기 작동식 솔레노이드이다. 밸브 부재를 알려진 비작동 위치로 편향시키는 데에는 대개 복귀 스프링이 사용된다. 이러한 유형의 밸브들은 고유량과 고속 응답 시간이 요구되는 여러 제조 분야에서 사용되고 있다. 이러한 밸브들에 대한 기술이 진보되면서, 물리적 크기가 감소된 작동 환경에서도 작동할 수 있는 밸브에 대한 수요가 증가하고 있다. 또한, 이러한 밸브는 매우 빠른 사이클 시간에 따라 작동되어야 한다. 하지만, 종래에는 설계상의 난점으로 인해, 밸브 조립체의 크기를 감소시킬 수 있는 범위와 이와 동시에 속도를 증가시킬 수 있는 범위가 제한되었다. 밸브 부재와 유동 통로가 소정 크기 이하로 축소되면, 복귀 스프링의 물리적 크기가 충분하지 못하게 되어, 밸브 부재의 관성력을 극복할 수 있는 기계적 강성이 충분하지 못하게 된다. 또한, 밸브 부재가 액추에이터에 의해 일 방향으로 편향되면, 밸브 부재 밀봉부와 유동 통로의 경계면에 마찰력이 형성되고, 표면 고착 현상이 발생된다. 이러한 마찰력과 표면 고착 현상으로 인해, 밸브 부재가 복귀 방향으로 원활하게 이동하지 못하게 될 수 있으며, 이는 밸브 속도를 저하시키고 밸브 응답 시간을 지연시키게 된다. 만일 복귀 스프링이, 밸브 부재를 작동 위치로부터 신속하게 혹은 효과적으로 이동시킬 수 있도록 하고 액추에이터의 힘이 제거된 경우에 그 밸브 부재를 비작동 위치로 복귀시킬 수 있도록 하는 편향력을 충분히 제공하지 못하게 되면, 작동 장치를 정확하게 조절할 수 없게 된다. 이러한 문제점을 해소하기 위해서, 여러 가지 설계 방안이 도출되었다. 하지만, 본 기술 분야에 제시되었던 여러 가지 설계 방안들을 보면, 이러한 설계 방안들은, 여러 개의 추가 기구나 장치들이 부가되어야 할 뿐만 아니라 밸브를 원거리에 설치하여야 하는 단점들을 갖고 있다. 예를 들어, 본 기술 분야에 제시되었던 한 설계 방안에 따르면, 밸브 부재를 대향 방향들로 이동시키기 위해서 2중 전자기 액추에이터를 사용하고 있다. 따라서, 복귀 스프링은 솔레노이드와 같은 전자기 액추에이터로 대체된다. 하지만, 이러한 해소 방안에 따르면, 제2 솔레노이드 및 그의 관련 부품들이 추가됨으로써 복잡함과 비용이 상승될 뿐만 아니라 또 다른 크기 제한 조건을 부여하게 된다. 또한, 본 기술 분야에서는 양 방향들로 작동하는 단일 전자기 액추에이터가 제시되었다. 하지만, 이러한 액추에이터에는 대형 2중 권취 액추에이터와 추가 전자 회로 및 제어 장치가 필요하게 되어, 상기 액추에이터는 제어되는 공압 작동식 장치에 대해 떨어진 지점에 설치되게 된다. 이렇게 밸브가 떨어져서 위치하게 되면, 밸브를 작동 장치에 매우 근접하게 설치할 수 없게 된다. 이러한 밸브들은 도관이나 여타 다른 유동 통로를 통해 상호 연결되어야 하는데, 이는 별도의 추가 장치와 배관을 필요로 하게 되어 공압 효율의 저하와 시스템 내에서의 라인 손실을 초래할 수 있게 된다. 솔레노이드 액추에이터가 직접 설치된 직접 작동식 밸브가 제시되었으며, 이 직접 작동식 밸브에 따르면, 복귀 스프링이 마찰력과 표면 고착 현상을 극복할 수 있도록 하기 위해서 바이패스 유동의 일부가 밸브 부재의 바이패스 포트를 통해 유동되도록 한다. 이러한 밸브의 예가, 본 발명의 출원인 소유이며 발명의 명칭이 "공기 보조 복귀 장치를 구비한 직접 작동식 공압 밸브(DIRECTLY OPERATED PNEUMATIC VALVE HAVING AN AIR ASSIST RETURN)"인 미국 특허 출원 제10/150,291호에 개시되어 있다. 이러한 바이패스 구성은 효과적이기는 하나, 바이패스 포트의 복잡한 기계 가공이 필요하게 되어, 밸브 비용이 상승하게 된다. 따라서, 더욱 간단한 구성의 직접 작동식 밸브가 필요하다.