Transcript 공압제어밸브(05-2).

제2절 공압제어밸브
 공압 제어밸브의 개요
 압력 제어 밸브
 유량 제어 밸브
 방향 제어 밸브
 근접 감지 장치
 공압 서버 밸브
 조합 밸 브
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공압 제어 밸브의 개요
압력 조절 – 힘
유량 조절 – 속도
방향 조절 - 방향
2
압력 제어 밸브
가. 압력 제어 밸브의 기능
(1) 힘의 세기

ㅇ 동력 : 압력과 유량의 곱

ㅇ 동력 단위 : kgf/cm2 x cm3/sec 또는
ℓ /min = kgf․m/s
: 압력과 유량을 제어하여 일을 함

ㅇ 힘 : 압력과 면적의 곱

ㅇ 힘의 단위 : kgf/crn2 × cm2 = kgf

ㅇ 압력 제어 밸브
공압 실린더의 피스톤 면적에 일정한 압력을 작용시키면
힘이 발생하여 일을 하는데, 이 힘의 크기를 조절하는데
사용되는 것
3
(2) 압력 제어 밸브의 기능

(가) 감압 기능
공기 압축기에서 발생한 고압의 압축 공기를 적정압력으로 감압하
여 안정된 압축 공기를 공압 기기에 공급하는 기능

(나) 안전 기능
공기 탱크와 공압 회로내의 공기 압력이 규정 이상으로 될 때, 공기
압력이 상승하지 않도록 대기 중으로 혹은 다른 공압 회로 내로 빼
내주는 기능

(다) 작동 순서를 제어하는 기능
공압 회로 내의 공기 압력에 따라 다른 회로의 작동 순서를 제어하
는 기능

(라) 신호처리 기능
공기 압력을 검출해서 설정값과 비교하여 전기 접점을 개폐함으로
써 전기 신호를 내는 기능
4
 압력제어밸브의 기능
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(3) 압력 제어 밸브의 회로 내 역활
① 적정한 공기 압력을 사용하여 압축 공기의 소모를 방지
하고, 공압기기의 내구성 신뢰성을 확보
② 부하의 변동에 따라 변화하는 공기 압력을 일정하게 제어
하여 안정된 압축 공기를 공급.
③ 공압 장치가 설정 압력 이상으로 될 때에 공기를 배출시켜
안전을 도모
④ 전기 신호를 사용하여 공기 압력의 유무를 감시하거나,
각종 기기의 압력 제어
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나. 압력제어밸브의 종류
압력 조절 밸브(pressure regulating valve),
릴리프밸브(relief valve),
시퀀스 밸브(sequence valve),
압력 스위치(pressure valve) 등

작동 형식에 따라
직동형 - 릴리프식, 논브리드식, 브리드식
파일럿형 - 정밀도가 높은 압력 조절
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(1) 압력 조절 밸브
ㅇ 명칭 : 감압 밸브(pressure reducing
valve), 압력 조절기(pressure regulator)
ㅇ 목적 : 공기 압축기에서 생산된 압축 공기
의 압력을 사용 공압장치에 맞는 압력으로 감
압하여 안정된 공압을 공급
ㅇ 기능 : 압력 조절 밸브의 공기 유입구(1차
측)와 토출구(2차측)에서 유량의 변화와 같은
사용 조건의 변동에도 설정 공압의 변동을 최대
한 억제하며, 압축 공기의 습도를 낮추는 기능
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ㅇ 논 브리드식 압력 제어 밸브는 릴리프 밸브시트
에 릴리프 구멍이 없는 구조이며, 브리드식은 릴리
프 밸브시트로부터 항상 소량의 공기를 방출하는 구
조로 되어 신속한 압력의 조절이 가능
ㅇ 파일럿형 압력 제어 밸브
직동형 압력 제어 밸브보다 정밀도가 높은 압력
의 조절을 목적으로 파일럿 기구를 추가
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(나) 압력 제어밸브의 특성
 압력조정 특성, 유량 특성, 압력 특성, 히스테리시스 특성, 릴리프 특성, 감도
특성 등
① 압력조정 특성
압력 제어밸브의 핸들을 돌렸을 때 회전각에 따라 공기 압력이 원활하게 변화
하는 특성
② 유량 특성
2차측 유로를 조여서 유량이 0인 상태에서 공기 압력을 설정한 후에 2차측 유
량을 서서히 증가시켜 가면 (밸브의 핸들로 조작), 2차측 압력은 서서히 저하됨
압력
저하 정도가 작을수록 유량 특성이 좋은 압력 조절 밸브 임.
직동형
보다 파일럿형 이 우수
직동형은
일정유량 이상에서는 2차측 압력이 급격히 저하 되므로 압력강하에
대비하여 설정압력의 6.8kgf/cm2 이내의 범위에서 사용하는 것이 좋음.
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③ 압력 특성
압력 특성은 1차측 압력의 변동에 따라 2차측 압력 변동이
어느 정도 변화하는가 하는 특성
④ 재현성, 히스테리시스 특성과 릴리프 특성
㉮ 재현성 : 1차측의 공기 압력을 일정 공기압으로 설정하고 2차측을 조절
할 때 설정압력의 변동 상태를 확인 하는 것. 즉 장시간 사용 후 변동 상태의
확인
㉯ 히스테리시스 특성 : 압력 제어 밸브의 핸들을 조작하여 공기 압력을 설
정하고 압력을 변동시켰다가, 다시 핸들을 조작하여 원래의 설정값에 복귀시
켰을 때, 최초의 설정 값과의 오차. 이는 밸브의 내부 마찰 등에 그 영향이 크
게 나타남.
㉰ 릴리프 특성 : 2차측 공기의 압력을 외부에서 상승시켰을 때 릴리프 구멍
에서 배기되는 고압의 압력특성을 말하며 감지하지 못하는 영역이 존재 함.
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⑤ 압력 조절 밸브의 사용상 주의점
㉮ 검토 항목을 참고하여 선정
㉯ 밸브 본체의 시트부나 접촉되어 활동하는 부분에 이 물질 의 침입
을 방지할 수 있도록 반드시 필터를 설치
㉰ 2차측 부하에 상응한 밸브를 선택하여 조절 공기 압력의 30～80%
범위 내에서 사용하도록 함
㉱ 압력 조절밸브의 압력, 유량, 히스테리시스 특성 및 재현성 등을
조사
㉲ 사용 목적에 맞는 규격의 밸브를 선정
㉳ 회로 구성상 여러 개의 감압 밸브가 설치되는 경우, 회로전체의 정
상 상태가 유지되도록 주의
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(2) 릴리프 밸브
ㅇ 목적
최고 허용 압력이 초과되면 기기의 파손, 필요 이상의 출력이
발생되므로 이를 방지하기 위하여 공기탱크에 설치
ㅇ 안전 밸브(safty valve)
회로 중의 압력이 최고 사용 압력의 한계를 초과하지 않도록 하는
목적에 사용되며 압력 상승에 의한 회로 중의 기기 파손의 방지, 과다
출력을 방지로 이용
ㅇ 종류 : 구조에 따라 직접 작동형과 간접 작동형
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(가) 직접 작동형 릴리프 밸브
직접 작동형은 포핏(poppet)에 의해 공기를 차단하게 되는데 한쪽
은 회로의 압축 공기와 접해 있고 반대편은 스프링의 반력이 작용되고
있는데, 회로의 압력이 상승하여 설정 공기압에 도달하면 반대편의 스
프링 반력을 이겨 압축공기를 방출함으로서 회로의 안전을 도모
직접 작동형 릴리프 밸브의 구조
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(나) 간접 작동형 릴리프 밸브
구성 : 직접 작동형과 달리 주 밸브와 보조 밸브 부분으로 구성
회로의 압력이 설정압에 도달하면 압축 공기와 접해 있는 주 밸브의 미세한
구멍을 통하여 보조 밸브의 포핏이 열리게 되면 주 밸브에 작용하던 배압의 균
형이 무너져 주 밸브가 개방되어 압축 공기를 방출
간접 작동형 릴리프 밸브의 구조
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(다) 직접 작동형과 간접 작동형 릴리프 밸브의 동작 특성
① 직접 작동형과 간접 작동형 릴리프 밸브는 그 기능에서의
역할은 같음
② 직접 작동형의 경우 실제 설정된 압력보다 낮은 압력에서
공기의 방출이 시작
③ 간접 작동형은 설정 압력의 90% 이상에서 릴리프 작용이
일어나므로 직접 작동형에 비해 우수하나 직접 작동형에
비해 응답 시간은 늦어짐
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3) 시권스 밸브
공압이 파일럿 라인 Z에 작동되
어 설정압력에 도달하면 파일럿
스풀(spool)을 움직여 반대쪽에서
작용하는 스프링의 반력을 이기
고 볼 포핏을 개방하여 P에서 A
로 공기의 통로를 열게 됨.
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(5) 압력 스위치
(가) 목적
공압 회로에서 설정 공압에 도달하면
전기 접점을 개폐하여 전기적인 신호를
발생시킴
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3. 유량 제어 밸브
 기능 : 공압 장치에서 액추에이터의 속도에 관한 제어
 목적 : 공압 실린더에 일을 시킬 때 시간이 제어가 필요할 때, 실린
더에 압축공기의 유입되거나 배출되는 유량을 조절.
 용도 : ① 공압 모터와 같이 연속 회전하는 액추에이터는 유량 조
절에 의해 회전수를 제어 ② 이송, 시간제어등
 구조 : 밸브 내부의 공기 통로의 저항, 즉 통로 면적을 가변 하는
(교축)구조
 교축 구조 :
① 오리피스(orifice)형
② 초크(choke)형
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가. 유량 제어 밸브의 종류
① 교축 밸브(throttle valve)
공압 회로의 유량을 일정하게 유지하려 할 때 사용
② 속도 제어 밸브(throttle relief valve, one way flow control valve)
공압 실린더의 속도 제어를 위하여 방향 제어 밸브와 실린더의
중간에 설치
③ 배기 교축 밸브
방향 제어 밸브의 배기구에 설치하여 실린더의 속도를 제어
④ 급속 배기 밸브 (quick releuse valve, quick exhaust valve)
공압 실린더의 배기 유량을 증가시켜 실린더의 속도를 증가
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(1) 교축(throttle) 밸브
 본체 통로와 원추체 간의 틈이 변화하고 통과 유량을 제어 함.
 교축 나사는 설정 후 로크 너트를 고정 시킬 필요가 있음
 공기 압력의 신호 감시나 전달 제어 요소에 이용( 소형)
 회로의 주 라인에 설치되어 공급 공기량의 제어 또는 정지 밸브로 사용( 대
형)
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(2) 속도 제어 밸브
 유량을 조절하고 방향에 따라서 교축 작용을 하는 밸브
 교축 밸브와 체크 밸브를 조합시켜 구성한 속도 조절 밸브
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(가) 속도 제어 방식
공압 실린더나 모터의 제어 회로에서는 속도 제어 밸브가 방향제어 밸
브와 공압 액추에이터 사이에 설치되며 속도 제어 방식에 따라 미터
인 회로, 미터 아웃 회로가 있음.
① 미터 인 제어 방식 : 액추에이터에 공급되는 유량을 제어하는 방식
② 미터 아웃 제어 방식 : 액추에이터에서 배출되는 유량을 제어하는
방식, 미터 인 회로 보다 미터 아웃 회로가 제어성이 우수 함.
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25
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(3) 급속 배기 밸브(quick exhaust valve)

공압 실린더와 방향 제어 밸브 사이에 속도 제어 밸브를 설치 하
여실린더의 속도를 증가할때 사용

에어 탱크 내의 공기를 급히 방출할 필요가 있을 때

이 밸브는 실린더에 직접 연결하거나 가능한한 가깝게 설치
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나.유량 제어 밸브의 사용상 주의점
 유량을 교축 밸브를 사용하여 조절한 후 유속을 음속 이상으로
올라 가지 않도록 할 것.
: 유속이 음속 이하의 조건이 되려면 밸브의 출구 압력을 입구
압력의 1/2 이하로 하지 않을 것.
 유체의 유량만 교축하여 제어하거나, 압력만을 제어 하기는 매우
어려워 유량이 교축되면 압력 또한 동시에 떨어지게 됨.
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다. 속도 제어 밸브의 사용상 주의점
 속도 제어 밸브는 관로의 용접 변화에 따라 제어성이 떨어지기 때
문에 가능한 제어 대상과 가깝게 설치하여야 함.
 밸브의 크기 선택에 주의해야 함. ( 사용하는 공압 액추에이터의 지
름에 맞추어 선정하나, 제어 흐름의 유량 특성이나 자유 흐름의 유량
도 검토해야 함)
 속도 제어의 방식은 공기의 압축성 때문에 가급적 미터 아웃 방식
을 선택하고 설치시에 교축되는 방향을 정확하게 하여야 함.
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바. 속도 제어 밸브의 사용상 주의점
 속도 제어 또는 유량의 조절시에 설정값에 도달해 조정이 끝난 후에
고정용 나사를 고정하여 일정 유량이 제어되게 함.
 속도 제어 밸브는 좁은 틈으로 공기를 유출시키므로 그 틈새가 먼
지나 이물질에 의하여 막히지 않도록 공기 청정화에 각별히 주의를 기
울여야 함.
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4. 방향 제어 밸브
가. 방향제어 밸브의 기능
공기압 회로에 있어서 실린더나 기타의 엑추에이터로 공급하는 공기의
흐름 방향을 변환시키는 밸브
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나. 방향제어 밸브의 기호 표시 방법
 밸브의 표시법
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 밸브의 연결구 표시법
2, 4, 6
12
14
1
3, 5, 7
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다. 방향 제어 밸브의 분류
① 밸브의 기능에 의한분류
② 밸브의 조작방식에 의한 분류
③ 밸브의 구조에 의한 분류
④ 밸브의 포트의 크기에 의한 분류
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가. 기능에 의한 분류
포트수 : 밸브 주관로를 연결하는 접속구
위치의 수 : 밸브의 전환상태의 위치
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나. 조작방식에 의한 분류
4포트 2위치 누름 버튼 조작 스프링 복귀 밸브
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다. 밸브의 구조에 의한 분류
① 포핏식 - 볼 시트, 디스크 시트.
② 슬라이드식 – 세로 슬라이드, 세로평 슬라이드
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1) 포핏 밸브(poppet valves)
① 포핏 밸브의 연결 구는 볼, 디스크, 평판, 원추에 의하여 열리거나
닫힌다
② 밀봉효과가 우수하고 스프링이 파손되어도 유체압으로 닫힌다
③ 구조가 간단하여 먼지 등의 이물질의 영향을 받지 않는다
④ 짧은 거리에서 개폐할 수 있어 전환속도가 빠르다
⑤ 공급 압력이 밸브에 작용하기 때문에 큰 변환 조작이 필요하며 다
방향 밸브가 되면 구조가 복잡하다
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 볼 시트 밸브
구조가 간단하고 가격이 싸다
두개의 제어 위치(열림, 닫힘)와 두개의 연결 구(P.A)를 가지므로
2/2-way, 플랜저를 통한 배출공을 갖는 3/2-way 밸브도 있다
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 디스크 시트 밸브
 밀봉이 우수하고 간단하다
 작은 거리를 움직여도 공기가 통하는 단면적을 충분히 얻을 수 있어
반응시간이 짧다
 먼지에 민감하지 않기 때문에 내구성이 좋다
 3/2-way 밸브는 운동 속도가 아주 작은경우에는 실제적인 작업 없
이 많은 압축 공기가 대기로 방출된다
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2) 슬라이드 밸브
내면을 정밀히 가공한 원통에 홈이 있는 스풀을 끼워 슬리브의 내측으로 이동
해서 그위치에 따라 유로의 연결상태를 변환하도록 되어 있다
 밸브가 압력에 따른 힘을 받지 않기 때문에 작은힘 으로 밸브 변환이 가능
 스풀의 형상에 따라 복잡한 변환 기능을 간단하게 할 수 있어 솔레노이드 밸
브등 자동밸브에 사용한다
 단점으로 메탈 실의 경우 미끄럼 면에 작은 틈새가 있어 소량의 공기 누출
 미끄럼 면이 정밀한 치수로 가공되어 이물질 침입을 방지하여야 한다
 공기압질의 관리및 윤활유 관리를 하여야한다
 패킹 실의 경우 공기 누출은 없지만 재질에 따라 급유가 필요한 것이 있다
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 세로 슬라이드 밸브
이 밸브는 구조가 간단하다. 작동에 요구되는 힘은 포핏 밸브에서와 같
이 스프링이나 압축공기에 의한 반력이 없으므로 작다. 수동, 기계적,
전기적 및 공압 등과 같은 모든 형태의 작동 방법을 택할 수 있으나 작
동거리는 크며 스풀과 틀의 내경이 0.002 - 0.004mm를 초과하면 누
출 손실이 크다
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43
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 세로 평 슬라이드 밸브
밸브를 전환하기 위한 파일럿 스풀을 갖고 있으나 각 선들은 별도의
평 슬라이드에 의해 연결되거나 분리되며 평 슬라이드가 내장된 스
프링이나 압축공기에 의하여 조절이 되므로 마모가 일어나도 밀봉이
된다. 파일럿 스풀 자체는 O링에 의하여 밀봉된다
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다) 판 슬라이드 밸브
일반적으로 손이나 발로 작동시킬 수 있게 만들어져 있다. 이 밸브는 주로
3/3-way 밸브나 4/3-way 밸브로 만들어지며 실린더의 피스톤 로드가 행정
거리 범위내의 임의의 거리에 멈추는 것이 가능하다
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솔레노이드 밸브( Solenoid valve)
전기 신호에 의해 전자석의 힘을 이용하여 밸브를 움직이는 전환밸브
로 솔레노이드부와 밸브부로 되어있다
- 직접 제어밸브(직동식) : 자력이 충분하지 못하여 작은 곳에 사용하
며 스윗칭 시간이 느리다
- 서보 제어밸브(간접작동) : 파일럿 솔레노이드 밸브와 공기로 작동
되는 주밸브로 구성되어 있다
※ 솔레노이드 크기를 작게 하기 위하여 파일럿 솔레노이드 밸브와 공기로
작동되는 주 밸브로 구성
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라. 포트의 크기에 의한 분류
1) 오리피스의 크기 : 밸브 내부 통로의 가장 좁게 교축된 부분을 말하며 원형
일 경우 지름의 크기로 표시하며 원형이 아닐 경우 원형 단면으로 환산한다
2) 배관 접속 구의 크기 : 접속 구의 입구 지름으로 결정하는 것으로 밸브의 호
칭지름이라 한다
인치호칭
미터호칭
1/8
6A
1/4
8A
3/8
10A
1/2
15A
3/4
20A
1
25A
3) 밸브의 유량계수( Cv ) : 15도의 물을 밸브의 입구와 출구의 압력차
0.07Kg/cm2 의 상태로 1분간에 유출된 양을 미국의 갈론 단위로 표시한 수치
이다
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마. 방향 제어 밸브의 특성
1) 유량특성 : 전환밸브의 저항, 유체의 유통능력을 나타내는 척도로
입구압력을 변화 시켰을 때 출구의 압력 상태와 유량의 관계를 표시하
며 그 값으로는 Cv값 또는 유효 단면적(밸브의 호칭치수) 등의 용량
값으로 표시
2) 누출량 : 공기의 누출은 실 기구(seal mechanism)에 의해서 다르
다. 패킹 실에서는 거의 0에 가까우며 큰 경우라도 수십 cc/min 이다
메탈 실(metal seal)에서는 어느 정도 허용하나 그 범위는 수십 - 수천
cc/min 이다
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마. 방향 제어 밸브의 특성
3)작동압력 : 최고 사용 압력은 7Kg/cm2이며 최저 사용 압력은 대기
압이고 2 포트인 경우 1Kg/cm2 이상이며 3 이상의 포트 에서는
2Kg/cm2 이상이 된다
4) 응답시간 특성 : 밸브에 입력 신호가 가해진 시간부터 출력이 어느
규정 값에 이를 때까지의 시간을 말하며 인력이나 기계 조작 밸브는 문
제가 없으나 솔레노이드 밸브등은 응답 시간이 중요하다
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바) 방향 제어 밸브의 취급시 주의사항
 제원압력의 범위내에서 사용한다. 특히 저압에서 사용하는 경우에는 최저
작동 압력에 주의한다
 방향 제어 밸브를 선정할 때에는 압력이나 유량조건에 맞는 것을 선택한다
 방향 제어 밸브의 유량을 검토하는 경우 제어 밸브의 배관이나 이음등을 포
함하여 검토한다
 공급공압회로에서 반드시 여과기를 사용하여 먼지, 응축수 등을 확실하게
제거한다
 무급유 제원이 아니 밸브는 반드시 윤활기를 사용한다. 이때는 터빈오일 1
종 또는 2종을 사용한다
 진동이 있는 곳에는 되도록 부착하지 않는다
 온도는 통상 5도 – 60도 사용한다
 솔레노이드 밸브의 조작전압은 ±10%의 법위에 있어야 한다
 솔레노이드 밸브의 통전 시간이 길면 코일이 소손되거나 패킹류에 경화기
일어난다
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4. 그밖의밸브
가) 체크밸브(check valae)
한쪽 방향으로의 공기의 흐름을 완전히 차단하며 반대방향으로는 적은 압력
손실로 흐르게 한다
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4. 그밖의밸브
나) 셔틀밸브(shuttle valve)
이 밸브는 양 제어 밸브 또는 양 체크 밸브라고도 하며 2개소 이상의 방향으
로부터의 흐름을 1개소로 합칠때 사용한다
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4. 그밖의밸브
다) 2압 밸브
이 밸브는 2개의 입구 X와 Y가 있으며 1개의 출구 A가 있다. 압축 공기가 2개
의 입구 X와 Y에 모두 흐를 때 출구 A에 공기가 흐른다
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4. 그밖의밸브
라) 급속배기 밸브(Quick-exhaust valve)
급속배기 밸브는 실린더의 피스톤 속도를 증가시키는데 사용된다 . 이 밸브는
특히 단동 실린더에서 귀환 행정 시간을 감소 시켜줄 수 있다
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4. 그밖의밸브
마) 차단밸브(shutr valve, stop cock)
공기의 흐름을 차단하거나 흐르게 한다 . 구조에 따라 글로우브 배브, 게이트
밸브, 콕 등이 있다
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5. 근접 감지 장치
가. 공기 베리어(air barrier)
 자유 분사의 원리에 의하여 작동되며
1개의 분사 노즐과 짝을 이루는 수신 노
즐로 구성
두노즐은 입력포트(Px)에 0.15bar 정
도의 공압이 공급되며 최대 공급 압력은
분사노즐에 4bar 수신노즐에 0.5bar
P의 공기압력이 충돌하여 수신노즐 A
에 출력신호를 준다
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나. 중간 단속 분사 감지기
방향 센서는 배압의 원리에 의하여 작동되며 물체의 존재 유무 및 작은 간
극의 감지도 가능, 감지거리는 1 – 6mm 정도
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다. 반향 센서
반향 센서는 존재 유무 및 작은 간극의 감지도 가능, 감지거리는 1 – 6mm
정도, Px에 0.2bar 의 압축공기를 공급하고 공기가 방해를 받게 되면 a 통
로에 압력이 발생한다
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라. 배압감지기
배압감지기는 물체의 최종 위치를 확인하는 곳에 효과적이므로 리미트 스
위치나 스토퍼로 사용된다
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69
70
71
72
73
74
75