KR100210368B1 - 공기압을 이용한 실린더의 상하 구동장치 - Google Patents

공기압을 이용한 실린더의 상하 구동장치 Download PDF

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Abstract

1. 청구범위에 기재된 발명이 속한 기술분야
공기압을 이용한 회전동력발생장치.
2. 발명이 해결하려고하는 기술적 과제
무공해 에너지인 고압의 에어를 이용하여 실린더유니트를 승강시켜 이에 연결되는 크랭크 샤프트에 회전동력을 발생할 수 있도록 하되, 장치의 내구성과 작동의 신뢰성 등을 제공받을 수 있도록 하고, 마찰저항 및 고압의 에어 누실을 최소화하여 에너지의 절감효과를 득할 수 있도록 함.
3. 발명의 해결방법의 요지
짝수로 구성되는 기체(1a,1b)와, 상기 기체(1a,1b)내에 각기 설치되어 고압탱크(9)에서 에어공급라인(10)을 통하여 전자밸브(39)의 제어에 의해 선택적으로 고압의 에어를 공급받아 에어의 팽창에너지에 의하여 교대로 승강작동을 수행하며 크랭크샤프트(2)를 구동할 수 있는 실린터유니트(4)와, 실린더유니트(4)의 상승운동시 가이딩하며 실린더유니트(4)의 자체하중으로 인한 하강에너지를 상쇄하는 가이드 유니트(5,5')를 구비한 것이다.
4. 발명의 중요한 용도
공기압을 이용한 동력발생장치.

Description

공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치
제1도는 본 발명의 바람직한 하나의 실시예를 도시한 외형사시도.
제2도는 본 발명의 사용상태를 보인 측면도.
제2(a)도는 A부를 확대한 단면도.
제3도는 본 발명의 실린더유니트를 발췌도시한 사시도.
제4도는 본 발명의 가이드유니트를 발췌도시한 분해사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1a,1b : 기체 2 : 크랭크샤프트
3 : 베드 4 : 실린더유니트
5,5' : 가이드유니트 6 : 포스트
7 : 실린더 7a,7b : 개구
8 : 지지간 9 : 고압탱크
10 : 에어공급라인 11 : 튜브
12 : 피스톤 13 : 피스톤샤프트
14 : 볼트 15,16 : 플렌지
17 : 연결부 18 : 포스트
19,19': 프레임 20 : 피니언
21,21' : 슬라이드가이드레일 22,22' : 랙기어
23 : 연결간 24 : 스프링
25,25': 통공 26 : 가이드봉
27 : 고정수단 28 : 횡간
29 : 스프링 30 : 브라켓
31 : 압지레버 32 : 압지로울러
35 : 완충레버 34 : 스프링
본 발명은 공기압을 이용한 실린더구동장치에 관한 것이다.
기존의 동력(특히 회전동력)을 얻기 위한 수단으로는 석유, 석탄, 가스 등의 연료를 사용하여 실린더내의 피스톤을 직선왕복운동시키고, 피스톤의 직선왕복운동을 크랭크샤프트와 커넥팅로드로 연결하여 회전동력을 얻을 수 있도록 한 것으로서, 이러한 장치들의 에너지원은 매장량이 한정되어 있으며, 점차 고갈되는 추세여서 대체에너지원의 개발은 절실한 것이었으며, 그러한 에너지원은 매연, 소음, 폐기물 등의 환경오염 요인을 유발할 뿐만 아니라 경제성이 극히 낮은 다수의 문제점이 있었는바, 본 발명은 상술한 바와같은 기존 회전동력을 얻기 위한 실린더 구동장치가 안고 있는 각종의 문제점을 일소할 수 있는 실린더구동장치를 제공코져 하는 것이다.
본 발명에서는 실린더의 구동 에너지원으로서 고압의 공기가 가지는 팽창에너지를 이용하여 환경오염 요인을 일소할 수 있도록 하였으며, 에너지의 소모를 최소화하여 경제성을 가진 실린더의 구동장치를 제공코져 하는 것이다.
즉 본 발명에서 개시하는 공기압을 이용한 실린더구동장치는 고압의 공기가 가지고 있는 팽창에너지를 이용하되, 피스톤이 내장된 실린더를 다수개(최소한 2개이상)구비하여 팽창할려는 에너지를 가지고 있는 고압공기의 위치를 각각의 실린더 내부에 교대로 위치이동시킴으로서 실린더상으로 출입하는 고압공기의 소모를 최소화하면서, 팽창에너지의 압력에 의해 승강하는 피스톤의 승강직선운동이 크랭크샤프트 등의 회전수단으로 전달될 수 있도록한 것이 주요 특징이며, 상기한 실린더의 승상작동시 마찰로 인한 에너지의 손실을 감소시킴과 동시에 실린더의 승강작동을 보조하여 팽창에너지의 상승운동에 방해요소가 되는 장치가 가진 자중에 의한 하강에너지를 상쇄시킬 수있는 수단 등을 구비하고 있는 것이다.
본 발명에서는 특히 고압 공기의 누설을 최소화하여 장기간 동안 공기의 보충없이도 실린더를 구동할 수 있도록 한데에 첫번째의 주안점을 두었고, 둘째는, 피스톤과 실린더가 승각작동시에 마찰 저향을 최소화할수 있도록 하여 에너지의 손실을 최소화할 수 있도록 하였으며, 셋째는, 구성을 간단히 하여 염가로 양산할 수 있도록 한데에 주안점을 둔 것이다.
이러한 목적달성을 위한 본 발명을 이하의 부수되는 도면과 함께 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1도는 본 발명의 바람직한 일실시예를 보인 전체 외형사시도이며, 제2도는 기체(1a,1b)내부의 구성을 보인 단면도, 제3,4도는 실린더유니트 및 가이드유니트의 발췌사시도로서, 본 발명의 기본적인 원리는 전술한 바와같이 고압의 공기가 가지고 있는 팽창에너지와 위치에너지를 이용하여 회전동력 에너지를 얻을 수 있도록한 것이다.
즉, 기체(1a,1b)는 개략 직사각형 등으로 이루어지고, 2개 이상의 기체(1a,1b)가 횡으로 설치되어 기체(1a,1b)내부에 고압의 에어가 팽창할려는 에너지를 승강운동으로 전환할 수 있는 수단을 내장하고, 이러한 승강 전환 수단의 승강운동을 회전운동으로 전환할 수 있는 크랭크샤프트(2)와 연결설치한다.
기체(1a,1b)의 베드(3)중앙에는 제2도에서 보는 바와같이 상기한 고압의 에어가 가진 팽창에너지를 이용하여 승강운동을 얻을 수 있는 실린더유니트(4)가 설치되고, 실린터유니트(4)의 좌우로는 실린더유니트(4)의 승강작동시 이의 밸런스를 유지하며 승강시의 가이드 역할을 수행함과 동시에 적정의 텐션[즉, 실린더 유니트(4)의 자중으로 하강하려는 힘을 상쇄시킬 수 있는 텐션을 일컫음]을 유지할 수 있는 가이드 유니트(5,5')가 설치된다.
실린더 유니트(4)는 제2,3도에서 보는 바와같이 베드(3)의 중앙에 입설고정된 포스트(6)상에서 승강가능토록 실린더(7)의 하부중심에 일체로 연결된 지지간(8)을 삽설한다.
그리고 실린더(7)내부에는 고압탱크(9)의 에어공급라인(10)과 연결되는 튜브(11)가 설치되고, 이의 상부에는 피스톤(12)이 내삽된다. 실린더(7)내의 튜브더(7)의 하부에는 피스톤(12)이 하부로 압축시 튜브(11)가 적절히 확개될 수 있는 개구(7a,7b)를 형성하는 것이 바람직하다.
상기 튜브(11)의 도시한 예는 단순형 튜브로 구성하였으나, 필요에 따라서는 신축자재되는 자바라형 튜브로 대체할 수 있음은 물론이다.
피스톤(12)의 상부에 연결된 피스톤샤프트(13)에는 연결간(33)이 횡방향으로 고정설치되어 가이트유니트(5,5')와 연결되며, 피스톤샤프트(13)의 상단부는 제1,2도에서 보는 바와같이 크랭크샤프트(2)와 연결된다.
실린더(7)의 상하 플렌지(15,16)의 좌우로는 가이드유니트(5,5')와 연결될수 있는 연결부(17)를 좌우로 각각 형성하여 고압탱크(9)내의 고압의 에어가 튜브(11)내에 충만되어 피스톤(12)이 상승할 때 실린더 유니트(4)와 가이드 유니트(5,5')의 구성부터 살펴본 후 실린더유니트(4)와 가이드유니트(5,5')의 연결관계를 설명키로 한다.
가이드유니트(5,5')는 제4도에 분해사시도로 더욱 상세히 개시한 바와같이 포스트(18)상에 상하로 슬라이드 가능하게 프레임(19,19')을 전후로 적정의 간격이 유지되게 볼트(14)등의 수단으로 연결설치하되, 상기 프레임(19,19')상에는 피니언(20)을 회동가능하게 축삽하여 좌우로 슬라이드가이드레일(21,21')상에 상하로 슬라이드 가능하게 설치된 랙기어(22,22')와 상호 맞물림회동토록 구성한다.
그리고 양 랙기어(22,22')는 상호 연결간(23)을 사용하여 스프링(24)으로서 탄력설치토록 하며, 일측의 실린더유니트(4)와 연접하는 랙기어(22')의 상하단으로는 통공(25,25')을 각각 형성하여 상부의 통공(25)은 실린더 유니트(4)의 상부 플렌지(15)좌우단에 형성된 연결부(17)하방에 형성된 가이드봉(26)과 끼움연결되도록 하며, 하부의 통공(25')은 실린더 유니트(4)의 하부 플렌지(16)좌우단에 형성된 연결부(17)하방과 볼팅 또는 리벳팅 등의 고정수단(27)으로 양자를 결합토록 한다. 또한 가이드유니트(5,5')의 프레임(19,19')상부에는 횡간(28)을 설치하여 기체(1a,1b)의 내상부와 스프링(29)으로 상호 탄력설치되도록 하였다.
그리고 실린더유니트(4)의 상부 플렌지(15)상면에는 제3도와 같이 대각선 방향으로 브라켓(30)이 고정되고, 상기한 브라켓(30)에는 개략()형의 압지레버(31)가 핀으로 회동가능케 설치되고,상기 압지레버(31)상에는 이와 연동하며 실린더(7)의 상부플렌지(15)를 선택적으로 압지할 수 있는 압지로울러(32)가 회동가능케 설치된다.
피스톤샤프트(13)에는 제2,3도에서 보는 바와같이 횡방향으로 연결간(33)을 고정하여 연결간(33)의 양단이 가이드유니트(5,5')상부에 고정된 횡간(28)하부에 연접되도록 하여 피스톤샤프트(13)가 상승시 가이드유니트(5,5')도 동시에 상승할 수 있도록한다. 연결간(33)중도에는 가이드유니트(5,5')도 동시에 상승할 수 있도록 한다. 연결간(33)중도에는 가이드유니트(5,5')의 랙기어(22')와 연결되며, 실린더유니트(4)가 상승시 가이드유니트(5,5')가 가지는 하중으로 인한 진동을 부수적으로 완충하기 위한 스프링(34)을 연결간(33)상에 개략()형의 완충레버(35)로서 연결설치한다.
그리고 상기한 피스톤샤프트(13)의 상부, 즉 실린더(7)와 크랭크샤프트(2)중도에는 피스톤샤프트(13)의 승강운동을 전자적으로 제어할 수 있는 통상의 전자브레이크(36)를 설치한다.
도면중의 미설명부호 37은 압지레버(31)단부에 부착되는 로울러.
38은 전자밸브. 39는 포스트가이드하우징을 도시한 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 작용 및 그로 인하여 주어지는 효과를 이하에 상세히 설명키로 한다.
고압탱크(9)내의 고압의 공기를 에어공급라인(10)을 통하여 일측 기체(1a)상의 실린더(7)내부에 내장된 튜브(11)내부로 에어공급라인(10)의 전자밸브(38)를 개방하여 고압의 공기를 공급하면, 튜브(11)내부로 고압의 공기가 유입되면서 투브(11)가 팽창을 하게 되고 이때 실린더(7)내부의 피스톤(12)은 피스톤샤프트(13)상에 설치된 전자프레이크(36)에 의해 정지상태에 있으므로 실린더(7)가 하강을 하게 된다. 실린더(7)의 하강운동은 실린더(7)와 고정수단(27)에 의해 연결된 가이드유니트(5,5')의 일측 랙기어(22')를 하강운동시키게 되어 이와 맞물림된 피니언(20)이 동시회동하여 타측 랙기어(22)를 상승운동시키게 되는 것이다. 그러나 랙기어(22)의 상승운동은 타측 랙기어(22')의 하강, 즉 랙기어(22')와 연결된 실린더유니트(4)의 하강폭은 스프링(24)의 인장폭 한도내에서 제한될 수 밖에 없다.
이러한 상태는 튜브(11)에 고압의 공기가 주입된 상태에서 전자브레이크(36)가 제동중이므로 피스톤(12)은 상승하지 못하고 대기상태이므로 실린더 유니트(4)의 자중에 의해 고압의 에어가 가진 팽창에너지가 피스톤(13)을 상승운동시키려는 에너지와 상반되는 하중이 작용케 되는 것이며, 이러한 실린더 유니트(4)의 하강에너지를 상쇄(相殺)시키는 역할을 수행하는 것으로 이해될 수 있다.
피스톤샤프트(13)를 제동하고 있던 전자브레이크(36)를 상기한 상태-장치의 하중으로 인한 상승운동에 방해되는 부하가 거의 없는 상태-에서 해제하면 실린더유니트(4)의 하강에너지는 가이드유니트(5,5')에 의해 상쇄된 상태이므로 투브(11)내의 고압의 에어가 가진 팽창에너지는 피스톤(12)에 순간집중적으로 작용하여 피스톤(12)이 고속으로 상승을 하게 되는 것이며, 피스톤(12)의 상승운동은 당연히 피스톤(12)에 고정된 피스톤샤프트(13)를 동시 상승운동시켜 크랭크샤프트(2)를 회전운동시키게 된다.
피스톤샤프트(13)가 상승운동을 할 때 피스톤샤프트(13)상에 고정된 연결간(33)과 양단에서 연접하는 횡간(28)과 고정된 가이드유니트(5,5')역시 상승운동을 하게되며, 가이드유니트(5,5')가 실린더유니트(4)와 동시상승시에 발생할 수 있는 상승속도의 차이-이는 실린더유니트(4)는 고압의 에어가 가진 팽창에너지에 의해 고속으로 상승을 하지면, 가이드유니트(5,5')는 스프링(29)에 의해 하방으로 낙하하려는 하중이 저지된 상태에서 피스톤샤프트(13)에 고정된 연결간(33)에 의해 상승을 하게 되므로 양자의 상승 에너지원은 근본적으로 상시한 것임-에서 발생할 수 있는 진동은 랙기어(22')와 연결되고 연결간(33)에 탄력설치된 완충레버(35)의 스프링(34)이 완충을 하게 되어 실린더유니트(4)및 가이드유니트(5,5')의 동시 상승운동은 무리없이 원할하게 수행될수 있는 것이다. 또한 가이드유니트(5,5')의 상승작동시 프레임(19,19')상에 형성된 포스트가이드하우징(39)이 포스트(18)상을 슬라이드 이동하므로, 상승운동시에 발생할 수 있는 마찰손실은 극소화됨과 동시에 정확한 가이딩으로 작동상의 신뢰성을 제고할 수 있게 되는 것이다.
피스톤샤프트(13)의 상승이 상사점에 이르면 실린더유니트(4)상부에 설치된 압지레버(31)의 로울러(37)가 기체(1a)내상부의 벽면에 연접되면서 하방으로 각운동을 행하게 되고, 이와 연결된 압지로울러(32)가 실린더(7)의 상면을 압지작동케 된다. 이때 고압탱크(9)에서 일측 기체(1a)의 실린더유니트(4)로 공급되던 고압의 에어는 에어공급라인(10)중도에 부착된 전자밸브(38)의 폐쇄작동으로 인하여 중단되고, 타측 기체(1b)의 실린더유니트(4)로 공급되는 에어공급라인(10)의 전자밸브(38)가 개방되어 타측 기체(1b)상의 실린더유니트(4)가 상술한 일측 기체(1a)상의 실린더유니트(4)가 상승하는 동일한 작용에 의하여 상승운동을 하게되며, 일측 기체(1a)의 상승상태를 유지하고 있던 실린더유니트(4)는 크랭크샤프트(2)에 연결되어 있으므로 반대로 하강운동을 하게 되는 것이다.
결국 복수로 설치된 기체(1a,1b)상의 피스톤샤프트(13)가 고압에어에 의한 교대 상승운동으로 크랭크샤프트(2)가 회전운동을 함으로서 소기의 회전동력을 얻게 되는 것이다.
이상에서 상세히 살표본 바와같이 본 발명의 고압의 공기에너지가 가지고 있는 팽창에너지를 복수개의 기체(1a,1b)내에 내장된 실린더유니트(4)상의 튜브(11)로 교대로 공급하여 실린더유니트(4)의 교대 상승운동으로 회전동력을 구 할 수 있으므로, 기존의 석유, 석탄에너지 등으로 회전동력을 얻는 동력발생장치에 비하여 매연,소음,폐기물 등의 환경저해 요인을 획기적으로 일소할 수 있는 것이다.
이하의 부수되는 특허청구의 범위에 본 발명에서 보호받고져 하는 기술의 범위가 개시될 것이지만, 단순히 일부장치물을 등가물로 치환하거나, 위치를 변경하는등 당해업계에 숙달된 자에 의하여 용이하게 변경실시할 수 있는 실시예 역시 본 발명과 기본적인 기술구성을 같이하는 한 본 발명과 동일한 기술이라 할 것이다.

Claims (7)

  1. 짝수로 구성되는 기체(1a,1b)내에 각기 설치되어 고압탱크(9)에서 에어공급라인(10)을 통하여 전자밸브(38)의 제어에 의해 선택적으로 고압의 에어를 공급받아 에어의 팽창에너지에 의하여 교대로 승강작동을 수행함으로서 크랭크샤프트(2)를 구동하는 실린더유니트(4)로 구성된 공지의 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치에 있어서, 상기 실린더 유니트(4)의 상승운동시 가이딩하며 실린더유니트(4)의 자체하중으로 인한 하강에너지를 상쇄하는 가이드유니트(5,5')를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치.
  2. 제1항에 있어서; 상기 실린더유니트(4)의 실린더(7)내부에는 고압탱크(9)로부터 공급되는 고압의 에어가 급송되는 튜브(11)를 구비하여 에어의 손실을 최소화 할 수 있도록한 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치.
  3. 제1항에 있어서; 상기 실린더유니트(4)의 상하 플렌지(15,16)좌우로는 연결부(17)를 형성하여 가이드유니트(5,5')를 구성하는 전후 프레임(19,19')상간에 설치된 슬라이드가이드레일(21')상에 승강가능케 설치된 랙기어(22')의 하단과 고정수단(27)으로 상호 연결하되, 상기 랙기어(22')는 프레임(19,19')에 회전 가능케 설치된 피니언(20)과 맞물림되어 타측의 슬라이드레일(21)에 승강가능케 설치된 랙기어(22)와 상호 역방향으로 승강할 수 있도록 하며, 상기 랙기어(22,22')는 연결간(23)을 사용하여 스프링(24)으로 탄력설치함으로서 실린더유니트(4)의 하중으로 인한 하강에너지가 스프링(24)에 의해 상쇄될 수 있도록 한 구성한 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치.
  4. 제1항에 있어서; 상기 실린더유니트(4)의 피스톤(12)과 연결된 피스톤샤프트(13)상부에는 연결간(33)을 횡설하여 기체(1a,1b)에 스프링(29)으로 탄력설치된 가이드 유니트(5,5')상에 고정된 횡간(28)과 연접되도록 하여 실린더 유니트(4)가 승강시 동시 승강할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치.
  5. 제1항에 있어서; 상기 가이드유니트(5,5')의 프레임(19,19')상에는 포스트가이드하우징(39)을 설치하여 기체(1a,1b)상에 전후로 입설된 포스트(18)상을 실린 더유니트(4)와 동시승강할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치.
  6. 제1항에 있어서; 상기 실린더유니트(4)의 실린더(7)상면에는 실린더(7)가 상사점에서 하강운동으로 전환될 수 있도록 기체(1a,1b)의 내상부와 선택적으로 연접할 수 있는 압지로울러(32)를 가진 압지레버(31)를 브라켓(30)으로 각운동가능케 설치한 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치.
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서; 상기 실린더 유니트(4)의 피스톤 샤프트(13)상에 고정된 연결간(33)에는 가이드 유니트(5,5')의 랙기어(22')와 연결되며 스프링(34)에 의해 탄력 설치되는 완충레버(35)를 설치하여 실린더유니트(4)가 상승시 가이드유니트(5,5')와의 진동을 완충할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 공기압을 이용한 실린더의 상하구동장치.
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