하이브리드 마이크로/매크로 평판 밸브(HYBRID MICRO/MACRO PLATE VALVE)

(19)대한민국특허청(KR)
(12) 공개특허공보(A)

(51) 。Int. Cl.
F16K 31/00 (2006.01)
F16K 31/12 (2006.01)
(11) 공개번호
(43) 공개일자
10-2007-0012375
2007년01월25일
(21) 출원번호 10-2006-7019759
(22) 출원일자 2006년09월25일
심사청구일자 없음
번역문 제출일자 2006년09월25일
(86) 국제출원번호 PCT/US2005/005963 (87) 국제공개번호 WO 2005/084211
국제출원일자 2005년02월25일 국제공개일자 2005년09월15일
(30) 우선권주장 60/548,563 2004년02월27일 미국(US)
(71) 출원인 알루미나 마이크로 엘엘씨
미국 워싱톤 98226 벨링햄 스위트 제이 미드웨이 레인 1971
(72) 발명자 풀러 에드워드 넬슨
미국 미시간 48158 맨체스터 샤론 밸리 로드 17750
(74) 대리인 차윤근
전체 청구항 수 : 총 20 항
(54) 하이브리드 마이크로/매크로 평판 밸브
(57) 요약
마이크로밸브 기구는 파일롯트 밸브와 파일롯트 작동 밸브를 구비한다. 파일롯트 밸브는 트인구멍을 가진 제1레이어와,
트인구멍과 소통하는 챔버를 가진 제2레이어와, 유체흐름을 제어하는 가동성 부재를 구비한다. 파일롯트 작동 밸브는 3개
평판을 구비한다. 2개 트인구멍과, 압력 적용 및 배출 채널이 파일롯트 작동 밸브의 스플 부분과 소통상태로 있다. 스플은
제2유체원에서 로드(load)로 이동 할 수 있다. 제3평판은 제1유체와 소통하는 제1소스 포트와, 압력 적용 및 배출 채널과,
1개의 제1평판 포트와, 1개의 트인구멍과, 제1저수부와 소통하는 제1포트와, 제2유체원과 소통하는 제2포트 및 로드와
소통하는 로드 포트를 구비한다.
대표도
도 1
특허청구의 범위
청구항 1.
공개특허 10-2007-0012375
- 1 -
챔버와, 상기 챔버와 유체 소통하는 복수개의 포트를 가진 몸체를 형성한 복수개의 레이어와;
제1유체회로에 유체 흐름을 제어하도록 선택적으로 이동되며, 상기 챔버 내에 위치한 가동부분을 함유한 제1밸브의 동작
을 제어하는 마이크로밸브에 있어서;
상기 제1밸브는 유체 흐름이 상기 챔버를 통해 제1유체원에서 나올 때에 제1위치로 이동되고 그리고, 상기 제1밸브는 유
체 흐름이 상기 챔버를 통해 상기 제1밸브로부터 제1유체 저수부로 흐를 때에 제2위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 마
이크로밸브.
청구항 2.
제1항에 있어서, 제1유체회로는 제1유체원과 제1유체 저수부를 함유하며;
상기 가동부분은 선택적인 가동으로: 챔버를 통해 제1유체원에서 나온 유체흐름이 제1밸브를 작동하게 하고 그리고;
제1밸브에서 제1유체 저수부로 흐르는 제1유체흐름이 제1밸브를 비-작동(de-actuate)하게 하는 것을 특징으로 하는 마
이크로밸브.
청구항 3.
제1항에 있어서, 상기 챔버로부터 상기 제1밸브로 흐르는 유체흐름은 제1밸브를 작동하고 그리고 상기 제1밸브로부터 상
기 챔버로 흐르는 유체흐름은 제1밸브를 비-작동하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
청구항 4.
제3항에 있어서, 제2유체 저수부와 로드를 가진 제2유체회로를 부가로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
청구항 5.
제4항에 있어서, 마이크로밸브에 의한 제1밸브의 작동은 제1밸브를 통해 제2소스로부터 나온 유체가 로드로 흘러가게 하
는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
청구항 6.
제5항에 있어서, 마이크로밸브에 의한 제1밸브의 재-작동은 제1밸브를 통해 로드로부터 제2유체 저수부로 유체가 흘러가
게 하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브.
청구항 7.
마이크로밸브 기구는: 제1레이어와, 레이어를 관통하고 형성된 복수개의 구멍을 가진 제3레이어와, 및 제1레이어와 제3레
이어 사이에 위치한 제2레이어를 구비하는 마이크로밸브 파일롯트 밸브와;
제1평판과, 제3평판과, 제1평판과 제3평판 사이에 위치한 제2평판을 구비하는 파일롯트 작동 밸브를 포함하며;
상기 제2레이어는 트인구멍과 유체 소통하는 챔버와, 챔버를 통해 트인구멍 사이에서 흐르는 유체를 선택적으로 제어하는
가동부재를 구비하며;
공개특허 10-2007-0012375
- 2 -
상기 제1평판은 마이크로밸브의 트인구멍과 유체 소통하는 복수개의 포트와, 압력 적용 채널 및, 압력 배출 채널을 구비하
고;
상기 제2평판은 압력 적용 채널과 압력 배출 채널을 구비하며, 상기 양 채널은 파일롯트 작동 밸브의 스플 부분과 유체 소
통하고, 상기 스플 부분은 선택적으로 동작하여 유체가 제2유체원에서 로드로 흘러가게 하며;
상기 제3평판은: 제1유체원과, 압력 적용 채널과, 1개 제1평판 포트, 및 1개의 마이크로밸브 트인구멍과 유체 소통하는 제
1소스 포트와;
제1저수부와, 압력 배출 채널과, 1개의 제1평판 포트, 및 1개의 마이크로밸브 트인구멍과 유체 소통하는 제1저수부 포트
와;
제2유체원과 유체 소통하는 제2소스 포트 및;
로드와 유체 소통하는 로드 포트를 구비하는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 8.
제7항에 있어서, 파이로트 작동 밸브는 매크로-사이즈 밸브인 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 9.
제7항에 있어서, 파이로트 작동 밸브는 평판 밸브인 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 10.
제8항에 있어서, 파이로트 작동 밸브는 평판 밸브인 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 11.
제7항에 있어서, 파이로트 작동 밸브는 스플 밸브인 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 12.
제8항에 있어서, 파이로트 작동 밸브는 스플 밸브인 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 13.
제12항에 있어서, 스플 밸브는 제2평판의 절결부분 내에 위치한 스플을 구비하고, 그리고 상기 절결부 내에서 축선방향 이
동을 하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 14.
공개특허 10-2007-0012375
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제13항에 있어서, 상기 스플은 스플 밸브가 제1트인구멍이 로드 포트와 소스포트 위에 있고 그리고 제2트인구멍이 차단되
어 있을 때에 작동되게 스플을 관통하고 형성된 제1트인구멍과 제2트인구멍을 포함하고, 그리고 상기 스플 밸브는 제1트
인구멍이 로드 위에 있고 그리고 제2트인구멍이 제2저수부 포트 위에 있고 그리고 스플이 공급 포트를 차단할 때에 비-작
동되는 것을 특징으로 하는 마이크로밸브 기구.
청구항 15.
평판 밸브는:
제2평판에 연결된 복수의 포트를 형성한 제1평판과;
챔버를 형성한 제2평판과;
제1유체원에 연결된 제1포트와, 저수부에 연결된 제2포트와, 제2유체원에 연결된 제3포트 및, 로드에 연결된 제4포트를
구비하는 제3평판을 포함하며;
상기 챔버는 제1위치와 제2위치 사이에서 이동할 수 있는 스플을 챔버에 위치시킨 스플을 가지고, 유체 채널은 복수의 포
트와 유체 소통상태로 있으며;
유체 채널 중에 1개는 스플과 제1평판의 복수개의 트인구멍 중의 1개에 제1유체원을 연결하고, 다른 유체 채널은 스플과
제1평판의 트인구멍 중의 1개와 저수부를 연결하고;
스플의 이동은, 제1유체원에서 스플로 그리고 스플에서 저수부로 이동하는 적어도 1개 유체흐름에 발생되고; 그리고
스플의 이동은 제2유체원과 로드 사이에 유체통로를 생성하는 것을 특징으로 하는 평판 밸브.
청구항 16.
제15항에 있어서, 상기 밸브는 매크로-사이즈 인 것을 특징으로 하는 평판 밸브.
청구항 17.
제16항에 있어서, 제1평판의 복수개의 트인구멍은 마이크로밸브와 유체 소통 상태에 있고, 상기 평판 밸브는 평판 밸브용
파일롯트 밸브로서 동작하는 것을 특징으로 하는 평판 밸브.
청구항 18.
제15항에 있어서, 스플은 라운드 스플인 것을 특징으로 하는 평판 밸브.
청구항 19.
제18항에 있어서, 상기 평판 밸브는 다이어프램을 추가로 함유하며, 상기 다이어프램은 스플의 일 단부에 위치한 것을 특
징으로 하는 평판 밸브.
청구항 20.
공개특허 10-2007-0012375
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제19항에 있어서, 상기 유체는 수력 유체와 공기의 하나인 것을 특징으로 하는 평판 밸브.
명세서
기술분야
본 발명은 컨트롤 밸브와 반도체 전기기계적 기구에 관한 것으로서, 특히 가변성 변위(variable displacement) 가스 압축
기용으로 미세가공된(micromachined) 컨트롤 밸브에 관한 것이다.
배경기술
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)는 마이크로미터 범위의 크기를 가진 특징이 있는, 물리적으로 소형인 시스
템으로 분류된다. 이러한 시스템은 전기와 기계 성분을 모두 갖는다. 사용된 "미세기계가공기"용어는 일반적으로 3차원 구
조의 제품과 MEMS기구의 이동 부품을 의미하는 것으로 이해한다. 원래, MEMS는 변형된 집적회로(컴퓨터 칩) 구조기술
(화학적 에칭)과 미세기계가공되는 재료(예, 실리콘 반도체 재료)를 사용하여 이루어진 초소형 기계기구이다. 오늘날에는
미세기계가공 기술과 재료를 보다 많이 활용하고 있다. 본원에 사용된 "마이크로밸브"용어는 마이크로미터 범위에 크기를
가진 외형상의 밸브를 의미하며, 따라서 미세기계가공으로 적어도 부분적으로 형성된 것으로 한정한다. 본원에 사용된 "마
이크로밸브 기구"는 마이크로밸브를 구비하고, 그외 다른 성분을 구비할 수 있는 기구를 의미한다. 만일 마이크로밸브 이
외에 성분이 마이크로밸브 기구에 함유된다면, 나머지 성분들은 미세기계가공된 성분이거나 또는 표준 크기(대형) 성분일
것이다.
유체회로 내부에 유체흐름을 제어하기 위한 다양한 마이크로밸브 기구가 제안되어져 있다. 일반적인 마이크로밸브 기구에
는, 몸체에 의해 이동할 수 있게 지지되고 그리고 폐쇄 위치와 완전 개방 위치와의 사이에서 이동하도록 작동체(actuator)
에 결합되어 동작할 수 있는 변위성(displaceable) 부재 또는 밸브가 포함된다. 폐쇄 위치에 있을 때에, 밸브는 제2유체 포
트와 유체 소통하게 위치한 제1유체 포트를 차단 또는 폐쇄하여서, 유체가 유체 포트 사이에서 흐르는 것을 방지한다. 밸
브가 폐쇄 위치에서 완전 개방 위치로 이동하면서, 유체 포트 사이에서의 유체 흐름량은 증가하게 된다. 발명의 명칭 "직접
작동되는 마이크로밸브 기구"인 미국특허 6,540,203호는, 기술내용이 본원에 참고로 기재된, 위치가 파일롯트 마이크로
밸브에 의해 제어되는 직접 구동식 마이크로밸브와 전기적 작동 파일롯트 마이크로밸브로 구성된 마이크로밸브 기구를 기
재하였다. 발명의 명칭 "전자제어식 트랜스미션용 마이크로밸브"인 미국특허 6,494,804호는, 기술내용이 본원에 참고로
기재된, 유체회로에 유체 흐름을 제어하는 마이크로밸브 기구를 기재하였으며, 오리피스를 통하는 유체 채취로의 사용을
포함하여 압력분할회로를 형성하였다.
변위 부재를 이동시키기에 충분한 힘을 발생하는 동작에 더하여, 작동체는 변위 부재의 의도된 변위에 반대하는 위치이동
할 수 있는 부재에 작용하는 유압을 압도하는 힘을 발휘하여야 한다. 일반적으로 상기 유압은 유체 포트를 통한 유량 비율
의 증가에 따라 증가한다.
가스 압축기는 저압 상태에서 고압 상태로 가스의 상을 변화시키는 것이다. 상기 압축기는 일반적으로 냉매 가스를 활용하
는 A/C(air-conditioning)시스템에 사용된다.
냉매 가스는 고압(방출 압력)에서 압축기에 의해 방출된다. 가스는 콘덴서로 이동하고, 여기서, 고압, 고온 가스가 고압, 저
온으로 농축되고, 상 변화 중에 가스에서 나온 에너지(농축 잠열)는 거부된 열(rejected heat)의 형태로 콘덴서 핀 위를 지
나가는 공기(또는 다른 냉각 매체)로 전해진다. 콘덴서로부터, 액체는 액체 냉매의 유량 비율을 제어하는 팽창기구를 통해
서, 상기 냉매를 기화하여 팽창시키는 기화기로 이동한다. 기화기 코일 위를 지나가는 공기는 열을 냉매에 방출하고, 냉매
의 상 변화에 필요한 에너지(증발 잠열)를 제공한다. 냉각된 공기는 구획실 쪽으로 흘러 나가서 냉각된다. 공기가 냉각되는
정도는 냉매 가스의 팽창 비율에 비례하고 그리고 가스의 팽창 비율은 냉매 가스가 압축기 내에서 압축되는 비율과 관계
있다. 가스 압력은 압축실 내의 피스톤의 변위량에 의해 압축기 내에서 제어된다.
냉각 가스를 활용하는 냉각 시스템의 설계와 관련된 핵심 기술내용은, 콘덴서에서 나온 액체가 물의 빙점 밑에서 증발기를
누르는 양과 온도에서 흐르지 않게 확실히 보장하는 것이다. 만일, 증발기 내에서 가스에 의한 상당량의 열 흡수가 있으면,
증발기 위를 지나가는 공기에서 나온 물의 응축을 통해서 핀과 튜브상에서 발견된 물은 증발기 위에 공기 흐름이 막혀서,
결빙되어, 차량의 탑승석으로 가는, 예를 들어 냉각되는 다른 구역으로 가는 차거운 공기의 흐름을 차단한다. 이러한 이유
공개특허 10-2007-0012375
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로 대부분의 종래 컨트롤 밸브는 눈금을 측정하여 가스의 설정압력에서 압축기로 돌아오는 가스 압력에 기본한 압축기의
행정(변위)을 변경하였다. 상기 가스는 압축기의 흡인구역으로 돌아온다. 압축기의 이러한 구역에서의 압력은 흡인압력으
로 알려져 있다. 그 부근에서 압축기의 행정이 변경되는 소망 흡인 압력은, 설정 흡인 압력으로 알려져 있다.
1984년에, 가변성 변위 냉매 압축기가 상술된 방식으로 압축기의 펌핑 메카니즘에 피스톤 행정을 변경시키어 시스템을 통
해 냉매 가스의 흐름을 조정하는 것이 도입되었다. 이러한 시스템은 자동차 구동 동력부에 사용되게 설계되어 차량 엔진에
결합된 구동 벨트를 사용하여 압축기를 구동한다. 운전 시에, A/C시스템 로드가 낮으면, 압축기의 피스톤 행정거리가 짧게
되어, 압축기가 엔진 구동 벨트의 회전에 따라서 소량의 냉매를 펌핑 한다. 이러한 구조는 차량 탑승인의 냉방 요구를 만족
시키기에 충분한 냉각작동을 하게 한다. A/C시스템 로드가 높으면, 피스톤 행정거리가 길게되어 엔진 구동 벨트의 회전에
따라서 다량의 냉매를 펌핑 하게 된다.
이러한 종래기술의 가변성 변위 압축기와 종래 공압식 컨트롤 밸브(CV)에 대한 기재가 미국 미시간 디트로이트에 소재하
는 제너널 모터스 코포레이션에게 양도된 스키너의 미국특허 4,428,718호(이하, 스키너의 '718호로 칭함)에서 발견되었
다. 스키너의 '718호의 기재 내용은 본원에 참고 기술로서 개재되었다.
차량의 공기조화계통의 가변식 변위 압축기에 사용된 다른 CV설계에서는 가변식 변위 압축기의 크랭크케이스로의 냉각
가스의 흐름을 제어하는데 솔레노이드-작동 밸브를 이용한다. 그 기재내용이 본원에 참고로서 기재된 수이토우 등의 미국
특허 5,964,578호(이하 수이토우의 578호로 칭함)는 크랭크케이스로 가는 방출 및 흡입 압축가스의 흐름을 제어하는 밸
브부재에서 동작하는 솔레노이드-작동 로드를 가진 CV를 개시하였다. 밸브부재 위치는 종래 공압식 CV와 유사한 형태로
스프링-편향 벨로즈에 의해 부분적으로 설정된다. 증가하는 흡입압력이 벨로즈상에서 작용하여 방출구역에서 크랭크케이
스로 흐르는 가스가 감소된다. 에너지를 받게되면, 솔레노이드-작동 로드가 크랭크케이스로 흐르는 유체의 방출 압력이
감소되도록 밸브 부재를 가압하는 힘을 적용한다. 이러한 구성은 전기적 신호로 솔레노이드 코일에 전해지게 되는 압축기
의 출력 캐퍼서터와 피스톤 행정의 추가 제어를 허용하게 한다.
방출 밸브 동작을 제어하는데 솔레노이드 작동체를 사용하는 다른 CV설계가, 본원에 참고로 그 기술내용이 기재된 히로타
의 미국특허 5,702,235호(이하, 히로타의 '235호라고 칭함)에 기재되어져 있다. 상기 설계에서는, 솔레노이드가 CV에 있
는 압축실에 압축가스의 방출을 허용하는 파일롯트 밸브를 개폐 하는데 사용된다. 압축실은 압축기의 흡입 압력구역과 일
정한 가스 소통을 한다. 밸브 부재는 크랭크케이스로의 방출 및 흡입 압축가스의 흐름을 제어한다. 밸브 부재의 위치는 스
프링 편향력, 밸브부재의 단부상에 작용하는 방출압력의 힘, 그리고 밸브부재의 반대측 단부에 작용하는 압축실 내에서의
압축력을 조화시키어 설정된다. 에너지를 받게 되면, 솔레노이드 작동 파일롯트 밸브는 압축실에서 빠르게 압력이 증가하
게 되며, 밸브부재를 개방하여 크랭크케이스로의 방출 압축가스의 흐름을 증가시킨다.
히로타의 '235호의 CV설계로 이루어진 밸브부재는 흡입구역 압력에 반응하지 않고 그리고 스키너의 '718호의 공압식 CV
또는 수이토우의 '578호의 솔레노이드-이용 CV가 행하는 것과 같이 흡입 압력 설정점에 따른 압축기 변위를 제어하지 않
는다. 히로타의 '235호 CV설계 목적은 크랭크케이스 밸브로의 방출구를 개방하는데 방출 압력가스의 힘을 사용하여, 콤팩
트하고, 경량이며, 저렴한 가격의 솔레노이드의 사용이 이루어지게 하는 것이다.
발명의 상세한 설명
종래기술의 솔레노이드-이용 CV에는 여러 결함이 있었다. 종래기술의 결함 중에서는 사용된 솔레노이드 밸브의 크기가
설치 시에 냉각 시스템에 적합한 팩키지 옵션을 제한한 것이 있다. 그 내용이 본원에 참고기술로서 기재된 챈시 등의 미국
특허출원 60/525,225호에 1개 해결방식이 제안되어져 있다. 다른 해결책은 이하에 기재된 본원의 제안방식에 의해 이루
어진다.
본 발명은 마이크로밸브 파일롯트 밸브와 파일롯트 작동 밸브를 구비하는 마이크로밸브 기구에 관한 것이다. 마이크로밸
브 파일롯트 밸브는 제1레이어와, 레이어를 관통하고 형성된 복수개의 구멍을 가진 제3레이어, 및 제1과 제3레이어 사이
에 위치한 제2레이어를 구비한다. 제2레이어는 상기 구멍과 유체 소통하는 챔버를 구비하고 그리고 구멍 사이와 챔버를
통해 흐르는 유체를 선택적으로 제어하는 가동부재를 구비한다. 파일롯트 작동 밸브는 제1평판, 제3평판, 및 제1평판과 제
3평판과의 사이에 위치한 제2평판을 구비한다. 제1평판은 마이크로밸브의 구멍과 유체 소통하는 복수개의 포트와, 압력
공급 채널, 및 압력배출 채널을 구비한다. 제2평판은 압력적용 채널과 압력배출 채널을 구비하며, 양 채널은 파일롯트 작
동 밸브의 스플(spool) 부분과 유체 소통 상태로 있다. 스플 부분은 제2유체원에서 로드(load)로 흘러갈 수 있도록 선택적
으로 동작한다. 제3평판은 제1유체원과 유체 소통하는 제1소스 포트와, 압력공급 채널과, 1개의 제1평판 포트, 및 1개의
공개특허 10-2007-0012375
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마이크로밸브 구멍을 구비한다. 제3평판의 제1저수부 포트는 제1저수부와, 압력해제 채널과, 1개의 제1평판 포트 및, 1개
의 마이크로밸브 구멍과 유체 소통 상태로 있다. 제3평판의 제2소스 포트는 제2유체원과 유체 소통 상태로 있다. 제3평판
의 로드 포트는 로드와 유체 소통 상태로 있다.
선택적으로, 다른 밸브의 동작을 제어하는 마이크로밸브를 기재하였다. 마이크로밸브는, 몸체가 챔버와 상기 챔버와 유체
소통하는 복수개의 포트를 가진 몸체를 형성하는 복수개의 레이어를 구비한다. 가동 부분은 챔버 내부에 위치하며, 상기
가동 부분은 다른 밸브를 제어하도록 유체가 유체원으로부터 챔버를 통해 흐르는 1개 흐름을 선택적으로 허락하게 동작하
고, 그리고 다른 밸브로부터 유체 저수부로의 유체 흐름을 허락한다. 다른 밸브는 유체가 챔버를 통해서 유체원으로부터
흐를 때에 제1위치로 이동되고 그리고 다른 밸브는 유체가 챔버를 통해서 다른 밸브로부터 흐를 때에 제2위치로 이동된
다.
선택적으로, 평판 밸브가 개재된다. 상기 평판 밸브는 제2평판에 연결된 복수개의 포트를 형성한 제1평판을 구비한다. 제2
평판은 챔버에 위치한 스플을 가진 챔버가 있는 챔버를 형성한다. 상기 스플은 제1위치와 제2위치와의 사이에서 이동할
수 있다. 복수개의 유체 채널은 복수개의 포트와 유체 소통 상태로 있다. 제3평판은 제1유체원과 연결된 제1포트와, 저수
부와 연결된 제2포트를 구비한다. 제3포트는 제2유체원과 연결되고 그리고 제4포트는 로드에 연결된다. 1개 유체 채널은
스플과 제1평판의 복수개의 구멍 중의 1개와 제1유체원을 연결시킨다. 다른 1개 유체 채널은 스플과 제1평판의 구멍 중의
1개와 저수부를 연결시킨다. 상기 스플의 동작은 제1유체원에서 스플로 이동하는 적어도 1개 유체흐름에 의해 발생된다.
스플의 동작은 로드와 제2유체원과의 사이에 유체통로를 생성한다.
본 발명의 여러 목적 및 잇점을 첨부도면을 참고로 이하에 기술되는 설명으로부터 당분야의 기술인은 용이하게 이해할 수
있을 것이다.
실시예
도1은 본 발명에 따르는 밸브 조립체(10)를 설명하는 도면이다. 상기 밸브 조립체는 제1레이어(덮개 평판)(12), 제2레이어
(중앙 평판)(14) 및, 제3레이어(포트 평판)(16)를 구비한다. 이하에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 대략 직사각형 형태로
이루어진 제1레이어(12)는 평판을 관통하여 형성된 복수개의 트인구멍을 가지고, 평판에 부착된 마이크로밸브(24)를 가
진 덮개 평판이다. 제2레이어(14)는, 제1레이어(12)에 대응하는 대략 직사각형 모양과 크기로 이루어지며, 또한 보다 상세
하게는 후술되는 바와 같이 제2레이어(14)의 전방면(18)과 후방면(20) 모두에 형성된 복수개의 채널에 더하여, 레이어를
관통하고 형성된 복수개의 트인구멍을 갖는다. 제1레이어(12)와 제2레이어(14)에 대응하는 대략 직사각형 모양과 크기로
이루어진 제3레이어(16)는, 상세하게는 후술되는 바와 같이 제2레이어(14)를 관통하고 형성된 일부 트인구멍의 위치에 대
응하는 위치에서 레이어를 관통하고 형성된 복수개의 트인구멍을 구비한다.
설명된 실시예에서, 각각의 레이어(12, 14, 16)는 레이어를 관통하고 형성된 4개의 상당히 대형인 구멍(22)을 갖는다. 양
호하게, 각각의 구멍(22)은 적절한 구역에 해당하는 대략 직사각형의 레이어(12, 14, 16)의 4개 코너에 인접하여 배치된
다. 상기 구멍(22)은, 밸브 조립체(10)가 1개 부품으로 있는 유체 시스템에 조화롭게 포함되거나 연결되게, 밸브 조립체
(10)를 다른 기구에 부착하는 일에 더하여 각각의 레이어(12, 14, 16)를 함께 고정시키기 위한 파스너용 관통 구멍(bore
hole)으로 사용된다. 구멍(22)을 포함하는, 중앙 평판(14)과 포트 평판(16)에 형성된 트인구멍은, 에칭, 일반적인 방식의
드릴링 또는 레이저 드릴링, 밀링, 또는 기타 다른 적절한 기계가공법과 같은 임의적인 적절한 방법으로 형성된다. 유사하
게, 중앙 평판(14)에 형성된 채널은 밀링 공정과 같은 적절한 공접법이나 또는 에칭 가공하여 형성된다. 양호하게, 구멍
(22)을 포함하는, 덮개 평판상에 형성된 트인구멍은 에칭 가공법으로 형성된다. 그러나, 임의의 트인구멍과 채널을 적절한
다른 공정을 사용하여 형성할 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다. 레이어(12, 14, 16)는 임의의 적절한 수단으로 형성
된다. 예를 들면, 레이어는 금속제 시트 스톡을 절결하거나 또는 각각의 블랭크로부터 기계가공되어 형성된다. 각종 구멍
과 채널의 외형상은 기계가공 또는 에칭작업으로 부차적으로 형성되거나 또는 다른 방식으로 레이어(12, 14, 16)로 상기
외형상 부분을 형성한다. 선택적으로, 다양한 구멍과 채널 외형상, 또는 다른 바람직한 외형상이 주조 또는 성형공정 중에
레이어(12, 14, 16)의 초기 구조와 함께 레이어(12, 14, 16)에 형성된다. 그러한 외형상은 또한 임의의 유사한 공정, 또는
성형, 주조, 기계가공, 에칭공정을 적절히 조합한 공정을 사용하여 형성할 수도 있다. 레이어(12, 14, 16)는 세라믹, 결정
체, 복합물, 금속, 플라스틱, 또는 유리재료와 같은 임의적인 적절한 재료로 제조된다. 양호한 실시예에서, 레이어(12, 14,
16)는 예상되는 적용물에 적절하게 강(steel)을 사용하는 금속제 이다.
덮개 평판(12)에 형성된 트인구멍은 양호하게 덮개 평판(12)상에 위치되어서, 트인구멍이 마이크로밸브(24)에 형성된 통
로와 대체로 정렬을 이루고 있다. 특정적으로는, 제1세트의 포트(26A, 27A, 28A)가 덮개 평판(12)의 상부부분을 따라서
양호하게 정렬 배치되어, 각각의 포트(26A, 27A, 28A)가 공통 라인(L1)을 따라서 위치되어 있다. 유사하게, 제2세트의 포
트(26B, 27B, 28B)는 양호하게 덮개 평판(12)의 하부부분을 따라서 정렬 배치되어, 각각의 포트(26B, 27B, 28B)가 공통
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라인(L2)을 따라서 위치되어 있다. 제1세트의 포트(26A, 27A, 28A)와 제2세트의 포트(26B, 27B, 28B)와의 사이에 유효
거리는 포트 간에 공간이 마이크로밸브(24)에 형성된 트인구멍의 위치에 대응하도록 있다. 마이크로밸브(24)의 작동에 대
한 설명으로, 포트(26A, 26B)는 양호하게 탱크 포트로 있는 것으로 확인되며, 후술되는 바와 같이 상호 연결된다. 유사하
게, 포트(27A, 27B)는 스플 포트로 있는 것으로 확인되며, 후술되는 바와 같이 상호 연결된다. 유사하게, 포트(28A, 28B)
는 공급 포트로 있는 것으로 확인되며, 후술되는 바와 같이 상호 연결된다. 도시된 바와 같이 마이크로밸브(24)에 형성된
통로와 덮개 평판(12)상에 포트의 상대적 위치를 가지는 이유를 도2를 참고로 하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 덮개
평판(12)상에 형성된 포트는 임의적인 적절한 형태로 배열되어, 밸브 조립체(10)의 적절한 대기부분과 마이크로밸브(24)
의 특정 실시예를 연결하여서 필요한 밸브 조립체(10)의 기능동작을 달성할 수 있는 것임을 이해할 수 있을 것이다.
도5 내지 도8에도 도시된 중앙 평판(14)을 설명하면, 상기 중앙 평판(14)은 덮개 평판(12)에 인접하여 배치된 전방면(18)
과 포트 평판(16)에 인접하여 배치된 후방면(20)을 구비한다. 상기 중앙 평판(14)은 덮개 평판(12)과 포트 평판(16)보다
상대적으로 더 두꺼울 것이다. 그러나, 그러한 치수차이가 필요한 것은 아니다. 제1채널(30), 1쌍의 대각선방향으로 마주
하는 구멍(32A, 32B), 및 1쌍의 대향된 덕트(34A, 34B)가 중앙 평판(14)의 전방면(18)상에 형성된다. 제2채널(36)과, 중
앙 평판(14)을 관통하여 제1채널(30)쪽으로 연장된 구멍이 중앙 평판(14)의 후방면상에 형성된다. 양호하게, 채널(30, 36)
이 중앙 평판(14)의 두께에 절반 보다 낮은 깊이를 갖고 형성되어, 채널(30, 36) 부분이 필요에 의해서는 서로 유체 소통
상태로 있지 않고 중앙 평판(14)의 정반대편상에 위치할 수 있다. 덕트(34A, 34B)가 또한 적절한 깊이를 가지고 형성되고,
상기 덕트(34A, 34B) 각각은 중앙 평판(14)의 두께보다 낮은 깊이를 갖는다. 제2채널(36)은 후술되는 목적에 따라 구멍
(32A, 32B)과 유체 소통상태로 있다. 덕트(34A, 34B)의 양쪽은 중앙 평판(14)의 절결 외부 부분(40)과 유체 소통상태로
있다. 채널(30, 36), 덕트(34A, 34B) 및 구멍(32A, 32B)이 마이크로밸브와 소통하는 제1유체회로의 일 부분으로 있는 것
임을 이해할 수 있을 것이다. 제1유체회로의 동작에 대해서는 후술된다.
절결부(40)는 중앙 평판(14)상에 대략 중앙에 위치되고, 스풀(42)을 수용하는 크기이다. 스플(42)은 대략 직사각형 모양으
로 이루어지고, 스플을 관통하고 형성된 눈물방울 모양의 트인구멍(44)을 갖고, 상기 트인구멍(44)은 협폭 단부와 광폭 단
부를 갖는다. 양호하게, 스플(42)의 두께는 중앙 평판(14)의 두께보다 약간 작아서, 스플(42)은 중앙 평판(14)의 절결부
(40) 내부에서 축선방향으로 이동할 수 있다. 또한, 스플을 통해 구멍(46)이 형성되며, 상기 구멍은 압력 평형기구를 작동
하는 눈물방울모양 트인구멍(44)의 협폭 단부에서 이격 분리된 것이다. 스플(42)은 스프링(51)에 의해 중앙 평판(14)의 덕
트(34A, 34B) 쪽으로 치우쳐 있고, 상기 스프링은 스플(42)의 측면(47)에서 동작한다. 상기 스프링은 플러그(53)에 의해
중앙평판 내부에서 유지된다. 양호하게, 덕트(34A, 34B)를 경유하여 절결부(40)에 유입된 제1유체회로의 유체는, 스플
(42)의 반대측 면(49)상에서 작용한다. 따라서, 후술되는 바와 같이, 유체압력은 스프링(51)의 편향력에 대항하는 스플
(42)의 힘으로, 제2유체원과 로드 사이에 제2유체 회로를 생성한다.
포트 평판(16)을 참고로 하여 보면, 포트 평판에는 공급 구멍(48), 탱크 구멍(50), 로드 구멍(52) 및 방출 구멍(54)이 있다.
공급 구멍(48)은 양호하게 제1유체원(도시 않음)에 연결된다. 탱크 구멍(50)은 양호하게 제1저수부 또는 탱크(도시 않음)
에 연결된다. 양호하게, 공급 구멍(48)과 탱크 구멍(50)은 마이크로밸브(24)에 의해 조절되는 제1유체회로의 일부분으로
제공된다. 로드 구멍(52)과 방출 구멍(54)은 스플 밸브(43)에 의해 조절된 제2유체회로의 일 부분이다. 방출 구멍(54)은
양호하게 압축 유체원(도시 않음)의 방출 단부에 연결된다. 로드 구멍(52)은 양호하게 유압식 작동 로드에 연결된다. 양호
한 실시예에서, 로드 구멍(52)은 가변식 변위 압축기의 크랭크케이스에 연결된다. 예를 들어 본 발명의 작업을 하는데 채
택된 압축기는, 본원에 그 기술내용이 참고로서 기재된 부쓰 등의 미국특허 제6,390,782호에 개시된 것이다. 컨트롤 밸브
가 사용된 마이크로밸브와의 '782호의 특허의 압축기와 컨트롤 밸브의 조합체가 그 내용이 본원에 참고기술로서 기재된
미국의 특허출원번호 60/525,224호에 기재되어 있다. 유압식 작동 기구가 작동용으로 본 발명에 따르는 밸브 조립체(10)
에 연결되어 작동할 것임을 예견할 수 있을 것이다.
다음, 제1유체회로와 상관된 밸브 조립체(10)의 구조와 동작을 설명한다. 도1에서 도면번호 '24'로 지시된 부분이 유체회
로에서 유량을 제어하는 마이크로밸브 기구이다. 마이크로밸브 기구(24)는 각각 제1, 제2 및 제3평판(56, 58, 60)을 구비
한다. 마이크로밸브(24)의 제2평판(58)과, 제2평판(58)의 트인구멍을 통해 볼 수 있는 제3평판(60)의 일 부분이 도2 내지
도4에서 보다 명확하게 볼 수 있다. 제2평판(58)은 제1과 제3평판(56, 60)사이에 부착된다. 양호하게, 각각의 평판(56,
58, 60)은 실리콘과 같은 반도체 재료로 제조된다. 선택적으로, 평판(56, 58, 60)은 유리, 세라믹, 알루미늄, 또는 기타 유
사재료로 제조된다.
본원의 설명에서, 때때로 "폐쇄된" 또는 "덮어진" 또는 "차단된"으로 기재된 밸브를 만들 수 있다. 상기 용어 및 표현은 밸
브 또는 포트를 통한 유체의 흐름이, 잔류하는 누설 유량이 본원에 기술된 마이크로밸브 기구가 이용되어야 하는 적용물체
에서 상당히 사소하게 될 만큼 충분히 낮아진 것으로 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
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마이크로밸브(24)의 제1평판(56)은 제2평판(58)상에 배치된 대응 쌍의 전기적 접촉부(64A, 64B)쪽으로 개방된 1쌍의 트
인구멍(62A, 62B)을 구비한다. 전기적 접촉부(64A, 64B)는 제2평판(58)과 접촉하고 그리고 전기적 접촉부(64A, 64B)사
이에 전류를 통하게 하기 위한 적절한 전력원(도시 않음)에 연결된다. 전기적 접촉부(64A, 64B)가 전기 에너지를 받게 되
면, 작동체(68)의 리브(66)를 통해 전기적 접촉부(64A, 64B) 사이에 전류가 통하게 된다. 순차적으로, 리브(66)는 열 팽창
하게 된다. 리브(66)의 팽창으로, 리브(66)가 신장되어, 차례로 스파인(spine)(70)의 치환이 일어난다. 리브(66)를 통해 공
급된 전류량을 조정하여, 리브(66)의 팽창량을 제어하여, 스파인(70)의 변위량이 제어된다. 마이크로밸브의 작동은 대체
로 본원에 참고 기술로 기재된 PCT국제공보 WO 01/71226호와 휴니컷의 미국특허 6,637,722호에 기술된 작동 메카니즘
과 유사하게 작동한다. 유사하게, 스파인에 부착된 신장 빔의 동작도 '722호에 기술된 동작과 대체로 유사하다. 밸브 조립
체(10)의 덮개 평판(12)에 형성된 포트(26A, 26B, 27A, 27B, 28A, 28B)에 대응하는 복수개의 트인구멍은 마이크로밸브
(24)의 제3평판(60)에 형성된다. 마이크로밸브(24)의 제3평판(60)상에 형성된 트인구멍은 선택적으로 후술되는 바와 같
이 빔의 슬라이더 부분의 위치에 기본하여 덮힘 및 개방 된다.
스파인(70)의 동작은 차례로 신장 빔(72)의 굴곡작용을 일으킨다. 이러한 사실은 신장 빔(72)의 반대편 단부에 부착된 1쌍
의 마주하는 브록커(blocker) 단부(74A, 74B)의 운동을 일으킨다. 상술된 실시예에서, 빔(72)은 대체로 I-형태로 이루어
진다. 그런데, 상기 빔(72)은 임의적인 적절한 소망 형태를 가질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 빔(72)은 브록커(74A,
74B)를 동작시키기 위해 힌지(74)를 중심으로 피벗 운동 한다. 브록커(74A, 74B)의 운동은 마이크로밸브(24)의 포트를
통해 선택적으로 흐르게 하여, 스플 밸브(43)용 파일롯트로서 작용한다. 양호한 실시예에서, 브록커(74A, 74B)는 도2 내
지 도4에 각각 도시된 바와 같이 제1위치, 제2위치, 및 제3위치 사이에서 활주 운동한다. 각각의 브록커(74A, 74B)는 브
록커에 형성된 제1소형 트인구멍(76A, 76B)과, 제2소형 트인구멍(78A, 78B) 및 소형 트인구멍 사이에 형성된 대형 트인
구멍(77A, 77B)을 가진 대략 직사각형 부재이다. 또한, 양호하게 각각의 브록커상에 있는 소형의 트인구멍은 각각의 브록
커(74A, 74B)의 반대편 단부에 형성된다.
빔(70)과 각각의 브록커(74A, 74B)는 빔과 차단부분(도5A에서 도면번호 '136')으로 '722호의 특허에 기재된 것과 대체로
유사한 방식으로 동작한다. 도2에서 설명된 바와 같이, 밸브는 에너지를 잃는 위치에 있다. 이러한 위치에서, 마이크로밸
브(24)는 각각의 스플 포트(27A, 27B)와 유체 소통하는 탱크 포트(26A, 26B)에 의해 개방된다. 이러한 상태는 스플 밸브
(43)의 면(49)으로부터 마이크로밸브(24)를 통해 제1유체회로의 저수부로 유체가 배출되는 압력 방출 위치로 판단한다.
상부 브록커(74A)에 대해 나타낸 바와 같이, 최좌측 트인구멍(76A)은 덮개 평판(12)의 상부 탱크 포트(26A)와 소통하고
그리고 중앙 트인구멍(77A)은 스플 포트(27A)에 개방되어 있다. 하부 브록커(74B)에 대해서는 중앙 트인구멍(77B)이 덮
개 평판(14)상에 스플 포트(27B)에 개방되어 있고 그리고 최우측 트인구멍(76B)은 덮개 평판(14)상에 다른 탱크 포트
(26B)와 소통한다. 도2에 도시된 마이크로밸브 위치에서는, 덮개 평판(12)상에 공급 포트(28A, 28B)에 연결된 트인구멍
(78A, 78B)이 중앙 트인구멍(77A, 77B)과 스플 포트(27A, 27B)로부터 분리되어 있다.
도3은 제1에너지를 받는 위치에 있는 마이크로밸브(24)를 설명하는 도면이다. 마이크로밸브(24)가 에너지를 받게 되면,
각각의 브록커(74A, 74B)가 반대편 측면방향으로 이동한다. 각각의 브록커(74A, 74B)의 위치의 변화는 브록커(74A,
74B)가 탱크와 공급 포트를 덮도록 이동하여 스플 포트(27A, 27B)로부터 공급 포트(28A, 28B)와 탱크 포트(26A, 26B)를
분리시킬 것이다. 압력 유지 위치에서는, 유체가 마이크로밸브(24)를 통해서 덕트(34A, 34B)로 그리고 그에 따라서 스플
밸브(43)로 공급되지 않는다고 판단한다. 유사하게, 압력 유지 위치에서는, 덕트(34A, 34B)로부터 그리고 그에 따라서 스
플 밸브(43)로부터 마이크로밸브(24)를 통해 공급되는 유체가 없으며 그리고, 스플을 벗어나 배출되는 유체도 없다. 따라
서, 상기 스플 밸브는 대체로 고정된 위치에서 유지될 것이다.
도4는 제2에너지를 받는 위치에 있는 마이크로밸브(24)를 설명하는 도면이다. 마이크로밸브에 공급된 에너지는 제1에너
지를 받는 위치에 있을 때에 마이크로밸브로 공급되는 에너지보다 더 많은 에너지이고, 따라서 마이크로밸브(24)에 가해
진 추가 에너지는 브록커(74A, 74B)가 더욱 측방향으로 이동하게 할 것이다. 이러한 위치에서, 마이크로밸브(24)는 압력
증가 위치에 있다. 마이크로밸브의 압력 증가 위치는, 트인구멍(78A, 78B)(덮개 평판(12)상에 형성된 공급 포트(28A,
28B)에 연결됨)와 유체 소통하는 마이크로밸브(24)(덮개 평판(12)상에 형성된 스플 포트(27A, 27B)와 소통)상에 형성된
트인구멍(77A, 77B)에 위치한다. 공급 포트(28A, 28B)에서 나와 마이크로밸브(24)에 유입되는 유체는 양호하게 압축 유
체이고, 마이크로밸브(24)로부터 중앙 평판(14)상에 형성된 덕트(34A, 34B)로 흘러간다. 따라서, 압력 증가 위치에서는,
유체가 스플(42)의 측면(49)상에서 작용하여 스프링의 편향력에 대항하여 스플(42)을 움직이게 한다.
제1유체회로의 일 부품으로서 중앙 평판을 통한 흐름로를 다음에 기재한다. 도5를 참고로 개략적으로는 상술된 중앙 평판
(14)을 설명한다. 마이크로밸브(24)가 압력증가 위치(도4)에 있으면, 공급 포트(28A, 28B)가 스플 포트(27A, 27B)와 유
체 소통하며 그리고 마이크로밸브(24)는 상술된 위치에 있다. 따라서, 공급 구멍(48)을 경유하여 포트 평판(16)에 연결된
고압 유체원은 구멍(38)을 통해 유체를 채널(30)에 공급 할 것이다. 다음, 채널(30)은 마이크로밸브(24)를 통해 흐르는 유
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체가(브록커(74A, 74B)의 트인구멍(77A, 77B)을 통하여 이동하는 유체) 스플 밸브(43)(마이크로밸브의 트인구멍(28A,
28B)을 통해 마이크로밸브(24) 밖으로 이동하는 유체)로 향하게 한다. 상술한 바와 같이, 마이크로밸브(24)의 트인구멍
(28A, 28B)은 각각 유체 덕트(34A, 34B)와 유체 소통하며, 상기 유체덕트는 차례로 제2유체회로에 대해서 후술되는 바와
같이 스플 밸브(43)를 작동하도록 스플(42)의 측면(49)으로 유체흐름이 향하게 한다. 도8은 스플 밸브(43)가 압력증가 위
치에 있을 때에 밸브 조립체(10)의 다른 부분에 대한 스플(42)의 위치를 나타낸 도면이다. 마이크로밸브(24)가 압력증가
위치에 있으면, 방출구멍(54)은 스플 밸브(43)의 로드 구멍(52)으로부터 분리된다.
마이크로밸브(24)는 도2에서 압력 배출위치로 나타내었다. 밸브 조립체(10)가 이러한 상태에서 작동하게 되면, 브록커
(74A, 74B)는 탱크 포트(26A, 26B)위에 트인구멍(76A, 76B)과 스플 포트(27A, 27B)위에 트인구멍(77A, 77B)과의 사이
에 유체 소통을 허용하도록 동작한다. 압력배출 위치에서, 소스 구멍(48)에 연결된 유체원은 채널(30)과 분리되고 그리고
스플 밸브(43)와 분리된다. 따라서, 방출 구멍(54)은 로드 구멍(52)과 유체 소통하며(도7에 도시) 그리고 압력은 로드까지
증가한다. 그런데, 스플 밸브(43)의 면(49)에서 압력을 배출하기 위해서, 저수조 또는 탱크로의 마이크로밸브(24)를 통한
통로가 개방 된다. 따라서, 스플(42)에 대한 유체압력이 완화되어, 스플(42)이 스프링 편향된 위치(도7)로 복귀하게 한다.
마이크로밸브(24)의 위치는 트인구멍(77A, 77B)을 경유하여 마이크로밸브(24)로 들어오는 유체가 트인구멍(76A, 76B)
을 통해서 흘러 나가도록 있다. 트인구멍(76A, 76B)으로부터, 유체 흐름은 양호하게, 구멍(32A, 32B)에 각각 차례로 연결
된 포트(26A, 26B)를 통해 있다. 도6과 도7에서 가장 잘 볼 수 있는 바와 같이, 구멍(32A, 32B)은 채널(36)과 유체 소통상
태로 있다. 채널(36)은 탱크에 연결된 탱크 구멍(50)과 연결된다. 따라서, 마이크로밸브(24)가 압력 배출 위치로 이동하게
되면, 유량이 스플 밸브(43)로부터 압력을 배출하도록 조절된다. 이러한 위치에서는, 압축유체의 제2유체회로원이 제2유
체회로 로드(스플(42)의 중앙을 통함)와 유체 소통상태에 있다.
도3은 마이크로밸브가 압력유지 위치에 위치되어 있는 것을 나타낸 도면이다. 상기 위치에서는, 탱크와 공급원 모두가 로
드와 분리되어 있다. 따라서, 기본적으로 마이크로밸브(24)를 통한 흐름은 없다. 그러므로, 실질 유체가 스플(42)의 면(49)
으로 흐르지 않아서, 대체로 일정한 수준에서 제2유체회로에서 발생하는 유체 소통의 모든 수준이 유지된다.
제2유체회로의 동작에 대해서 다음에 기술한다. 제2유체회로는 유체가 압축유체원에서 로드로 흐르게 한다. 도7에 도시
된 바와 같이, 스플 밸브(43)는 활성위치에 있다. 이러한 위치에서는, 스프링이 스플(42)을 좌측(도면에서 보았을 때)으로
치우치게 하고 그리고 방출 구멍(54)이 구멍(44) 내측에 로드 구멍(52)과 유체 소통하게 있다. 따라서, 수력 로드가 상술된
'782호 특허와 '224호 특허원에 기재된 바와 같이 활용될 수 있다. 도8에 도시된 바와 같이, 스플 밸브는 비활성 위치에 있
다. 이러한 위치에서는, 제1유체회로에서 나온 유체가 스프링 편향력에 대항하여 스플(42)의 이동을 일으키는 스플(43)의
측면(49)상에서 동작할 것이다. 스프링 편향력에 대한 스플(42)의 이동은 방출 구멍(54)을 스플(42)이 차단하게 할 것이
다. 따라서, 방출 구멍(54)은 로드 구멍(52)에서 분리되어 로드로의 압축유체의 흐름을 막는다. 도8에 설명된 스플 밸브
(43)의 위치에서는, 압력 평형 구멍(46)이 스플(42)의 하부면(그리고 선택적으로 상부면)에 대항하여 동작하여, 유체 압력
이 스플이 상기 평판에 대하여 결합을 일으키는 포트 평판(16)과 덮개 평판(12)에 대하여 스플에 힘을 가하는 것을 방지한
다. 따라서, 스플(42)은 스플 밸브(43)가 동작하는 중에 절결부(40) 내에서 대체로 완만한 전후방향으로의 활주동작을 할
수 있다.
선택적인 다른 실시예에서, 밸브 조립체(10)는, 상술된 밸브 조립체(10)가 설정되어져 있는 방식과 반대하는 방식으로 설
정되어질 수 있어서, 마이크로밸브(24)가 압축유체원에서 스플 밸브(43)로 유체가 흘러가게 하는 정상적인 위치에 있게
되는 것으로 이해되어야 한다. 선택적으로, 밸브 조립체(10)는 적절한 방식으로 개조되어져 본 발명에 따르는 필요한 흐름
형태를 달성할 수 있다.
도9에 도시된 다른 실시예에서는 밸브 조립체(100)가 라운드 스플을 가진 것으로 나타내었다. 이 실시예에서는, 본 발명의
제1실시예와 관련하여 기술된 것과 대체로 동일한 마이크로밸브(도시 않음)가 덮개 평판(102)에 연결된다. 접합 패드
(104)는 양호하게 덮개 평판(102)에 형성되어, 마이크로밸브가 덮개 평판(102)에 매우 용이하게 부착될 수 있다. 또한, 마
이크로밸브의 작동은 양호하게 상술된 마이크로밸브의 작동과 대체로 동일하다. 또한, 복수의 포트(106)가 덮개 평판에
형성되고, 상기 포트는 제1레이어(12)에 대해서 기재된 포트(26A, 26B, 27A, 27B, 28A, 28B)와 대체로 유사하게 설계되
고 작동한다.
도10은 밸브 조립체(100)의 중앙 평판(108)을 상세하게 설명하는 도면이다. 공동(109)은, 스플(110)이 안에 수용되는 중
앙 평판(108)에 형성된다. 도10에 도시된 바와 같이, 마이크로밸브 작동체가 에너지를 받아서, 방출 압력을 스플(110)의
좌측 단부에 적용한다. 또한, 방출 압력은 스플(110)의 중앙과, 반작용 핀(112)의 단부에 형성된 오리피스(114)를 통해 반
작용 핀(112)에도 작용한다. 반작용 핀(112)에 작용하는 방출 압력으로, 흡입 덕트(122)에 의해 생성된 흡입 압력이 스프
링 공동(116)에서 스프링(121)에 생성된다. 스프링(121)은 플러그(53)와 스프링(51)에 대해 상술된 바와 같이, 플러그
(118)에 의해 스플 밸브 조립체(100)에 유지된다. 스플 밸브(100)의 작동은 마이크로밸브를 사용하여 스플(110)의 좌측
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단부(도10에 도시)에 압력을 비례적으로 감소하는 동작으로 스플(110)에서 흐름이 멀어지게 조절한다. 이때, 스플(110)
위치는 스프링(121)과 반작용 핀(112)의 힘에 대한 조절로, 방출 덕트(120a)를 경유하여 크랭크케이스(120)로, 로드에 대
해 방출 압력을 개방하고 그리고 선택적으로 밸브(100)에 의해 공급된 로드에 있는 압축기(도시 않음)를 선택적으로 비-
스트로크(de-stroke) 된다. 마이크로밸브 작동체에 공급되는 전력이 없는, "무동력"고장 모드에서는, 마이크로밸브가 스
플(110)의 좌측단부로 흡입 압력을 돌린다. 따라서, 스프링(121)과 반작용 핀(112)은 좌측으로 스플(110)을 이동하게 한
다. 이러한 동작은 크랭크케이스(120)로의 통로로 방출구를 완전 개방하여 압축기를 재-스트로크 한다. 또한, 스플(110)
의 좌측단부상에 힘에 대한 반작용 핀(112)상에 작은 힘으로 인한 작은 차의 압력(예를 들면 흡입에 대한 방출이 약 10psi)
이 있을 때에도, 스플(110)은 도10에 도시된 바와 같은 위치로 이동될 수 있다. 따라서, 상술된 실시예와 유사한 방식에서
는, 마이크로밸브와 소통하는 포트가 또한 스플(110)에 유체를 공급하는 채널과 소통하여 반작용 핀(112)과 스프링(121)
의 편향력에 대항하여 스플(110)을 이동시킨다. 스플(110)의 위치를 조절하여, 오리피스(114)가 로드로 또는 로드에서 저
수부로 유체를 공급한다. 유체원은 상술된 바와 같이 적절한 소스이다.
도11은 도9와 도10에 도시된 밸브 조립체와 대체로 유사한 밸브 조립체를 설명하는 도면이다. 유사한 부품에는 유사 도면
번호를 부여하였다. 밸브 조립체(150)의 작동은 상술된 밸브와 대체로 유사한 것으로 이해할 수 있을 것이다. 도11에서는
특정적으로 밸브 조립체(150)의 중앙 평판(152)이 설명된다. 이 실시예에서, 밸브 조립체(150)는 다이어프램(154)을 구
비하여 밸브 조립체(100)를 개조한 것이다. 다이어프램(154)을 설치한 목적은 스플(110)을 지나가는 누설을 막는 것이다.
또한, 이 실시예에서는, 밸브 조립체(150)의 작동하여 구동하는데 사용된 유체가 압축공기이다. 즉, 밸브 조립체(150)가
공압식으로 작동되는 것이다. 그러나, 본원에 기재된 밸브 조립체에는 적절한 유체가 사용될 수 있는 것으로 이해되어야
한다. 이 실시예에서, 제어 압력은 상술한 바와 같이 마이크로밸브가 될 수 있는 컨트롤 밸브(도시 않음)를 통해 적용된다.
제어 압력은 양호하게 유입구(156)에 의해 적용된다. 높은 압력을 받게 되면, 다이어프램(154)이 도면에서 보았을 때에 우
측으로 스플(110)에 힘을 가한다. 스플(110)의 그러한 동작은 방출 포트(158)와 로드 포트(160)와의 사이에 흐름로를 폐
쇄한다. 따라서, 상술된 바와 같은 크랭크케이스로의 흐름이 대체로 막혀지게 된다. 동시에, 포트(162)와 포트(164)(흡입
덕트) 사이에 흐름로는 개방된다. 이러한 구조는 압축기가 업-스트로크하게 하는 크랭크케이스와 흡입덕트 사이에 흐름을
발생한다. 유입구(156)를 통한 낮은 압력의 적용으로, 반작용 핀(112)의 소형 오리피스(114)를 통한 반작용이 좌측으로
스플에 힘을 가한다. 그러한 이동은 포트(158)와 포트(160)사이에 흐름로를 개방하는 효과를 발생하는 반면에, 포트(162)
와 포트(164)사이에 흐름로를 폐쇄하게 된다. 가변식 피드백은 반작용 핀(112)상에 오리피스(114)를 통해 작용하는 방출
을 변경하여 제공된다. 추가 포트(166)가 또한 이 실시예의 밸브 조립체(150)에 더해져서 흡입부로 다이어프램(154)의 후
방측을 배출한다. 흡입부로의 제2포트(168)는 반작용 핀(112) 근처에 함유되어, 밸브 조립체(150)의 단부에서 유체가 흘
러나오게 한다. 상술된 각종 포트의 방향이 특정 방식으로 나타내어져 있을 지라도, 상기 포트는 임의적인 적절한 방식으
로 지향되어서 사용 필요에 따른 밸브 조립체(150)의 위치와 작동을 편리하게 할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
상술된 실시예가 당기술분야의 기술인이 일 부분을 개조한 수압 유체원 또는 공압 유체원의 어느 하나로 동작할 수 있는
구조로 이해하여야 하며, 본 발명의 기본 모드 및 원리를 양호한 실시예를 통해 기재하였지만, 본 발명은 발명의 정신을 이
탈하지 아니하는 범위 내에서 기재된 특정 실시예를 변경하여 기재할 수 있는 것이다.
도면 번호
10: 밸브 조립체 12: 제1레이어(덮개 평판) 14: 제2레이어(중앙 평판)
16: 제3레이어(포트 평판) 18: 제2레이어의 전방면 20: 제2레이어의 후방면
22:대형 구멍 24: 마이크로밸브 26A,26B: 탱크 포트
27A,27B: 스플 포트 28A,28B: 공급 포트 30: 제1채널
32A,32B: 대향 구멍 34A,34B: 대향 덕트 36: 제2채널
38: 구멍 40: 절결부 42: 스플
43: 스플 밸브 44: 눈물방울모양 구멍 46: 압력 평형 구멍
47: 측면 48: 공급 구멍 49: 반대측면
50: 탱크 구멍 51: 스프링 52: 로드(load) 구멍
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53: 플러그 54: 방출 구멍 56: 제1마이크로밸브 평판
58: 제2마이크로밸브 평판 60: 제3마이크로밸브 평판 62A,62B: 트인구멍
64A,64B: 전기 접점 66: 리브(ribs) 70: 스파인(spine)
72: 신장 빔 74A,74B: 대향 브록커(blocker) 단부
75: 힌지 76A,76B: 제1소형 구멍 77A,77B: 대형 구멍
78A,78B: 제2소형 구멍 100: 밸브 조립체 102: 스플 덮개 평판
104: 접합 패드 109: 공동 110: 스플
112: 반작용 핀 114: 오리피스 116: 스프링 공동
118: 플러그 120: 크랭크케이스 120a: 방출 덕트
121: 스프링 122: 흡입 덕트 150: 밸브 조립체
152: 밸브 조립체의 중앙 평판 154: 다이어프램 156 유입구
158: 방출 포트 160: 로드 포트 162: 포트
164: 흡입 포트 166: 포트 168: 제2흡입 포트
L1: 라인1 L2: 라인2
도면의 간단한 설명
도1은 본 발명에 따르는 밸브 조립체의 분해 사시도이다.
도2는 본 발명에 따르는 밸브 조립체가 사용된 제1위치에 있는 마이크로밸브의 레이어의 평면도이다.
도3은 제2위치로 나타낸 도2에 설명된 파일롯트 마이크로밸브의 레이어의 평면도이다.
도4는 제3위치로 나타낸 도2와 도3에 설명된 파일롯트 마이크로밸브의 레이어의 평면도이다.
도5는 도1에 도시된 밸브 조립체의 중간 레이어의 전방측을 확대하여 나타낸 사시도이다.
도6은 도1과 도5에 도시된 밸브 조립체의 중간 레이어의 후방측(도5에 도시된 전방측의 반대측)을 확대하여 나타낸 사시
도이다.
도7은 제1위치에 밸브의 스플을 가진 도1에 설명된 밸브 조립체의 중간 레이어의 제1측의 평면도이다.
도8은 제2위치에 스플을 가진 도7에 설명된 밸브 조립체의 중간 레이어의 평면도이다.
도9는 본 발명에 따르는 마이크로밸브를 활용하는 밸브 조립체의 다른 실시예의 평면도이다.
도10은 도9에 도시된 밸브 조립체의 중앙 평판의 평면도이다.
도11은 도9에 도시된 밸브 조립체가 사용될 수 있는 밸브 조립체의 중앙 평판의 다른 실시예의 평면도이다.
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도면
도면1
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도면2
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도면3
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도면4
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도면6
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도면7
도면8
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도면9
도면10
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도면11
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