KR100241453B1 - 플라워형 코일스프링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플라워형 코일스프링에 관한 것으로, 종래 코일스프링은 나선형으로 감긴 각 턴부가 원형으로 형성되어 있어 외력이 반복적인 작용하는 구조물에 적용시 외력에 의해 압축,인장을 반복하는 과정에서 외력의 일부가 회전력으로 작용하여 코일스프링이 회전하게 됨으로써 이와 결합되는 부품에 마모가 발생될 뿐만 아니라 소정의 고진동 영역에서 서징(Surging) 현상이 발생하게 되어 코일스프링이 사용되는 시스템이 불안정해지는 문제점이 있었는 바, 본 발명은 나선형으로 감긴 각 턴부를 파형으로 형성하여, 외력이 반복적으로 작용할 경우 이 외력에 의해 발생되는 회전력을 파형의 산과 골에 의해 분산시킴과 동시에 접촉면적의 증가로 마찰력이 증가하게 되어 회전을 방지하고, 또한, 서징 진동수를 높일 수 있어 본 발명의 플라워형 코일스프링이 사용되는 시스템의 안정성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

Description

플라워형 코일스프링

본 발명은 코일스프링에 관한 것으로, 특히 외력에 의해 인장, 압축이 반복되는 과정에서 원주방향으로 작용하는 회전력으로 인하여 회전 움직임되는 것을 억제하고, 또한 서징이 발생하는 진동영역을 높일 수 있도록 한 플라워형 코일스프링에 관한 것이다.

일반적으로 스프링은 그 탄성을 이용하여 변형에너지를 축적하거나, 또는 충격을 완화하거나, 또는 작용하는 힘의 크기를 측정하는데 사용된다. 상기 스프링의 종류로는 코일스프링, 나선형 스프링, 판스프링, 등이 있다.

상기 스프링의 한 종류로서 코일스프링은, 도 1에 도시한 바와 같이, 소정의 직경과 길이를 갖는 와이어를 다수회 나선형으로 감은 구조로 이루어진다. 상기 한 번 감긴 모양인 던(turn)부(T)는 소정의 직경을 갖는 원형으로 형성되며, 턴부(T)와 턴부(T)사이의 거리,즉 피치(P)는 일정 간격으로 유지되어 있다. 그리고 상기 코일스프링의 재질은 보통 스프링강이 사용된다.

상기 코일스프링은, 도 2a, 2b에 도시한 바와 같이 외력에 의해 압축, 또는 인장되면서 그 기능을 하게 된다.

상기 코일스프링이 구체적으로 적용되는 곳은 압축기, 자동차의 캠 밸브시스템, 각종 공작기계 등에 적용되며, 그 일예로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 리니어 압축기에서 리니어 모터(M)의 구동력을 피스톤(1)에 전달시키는 마그네트 패들(2)의 양측에 각각 설치된다. 상기 코일스프링은 리니어 모터(M)의 작동으로 인하여 피스톤(1)이 직선 왕복운동하면서 냉매가스를 압축하는 과정에서 인장 또는 압축되면서 모터(M)의 구동력 일부를 탄성에너지로 저장하었다가 방출하게 된다.

상술한 바와 같이, 상기 코일스프링은 인장과 압축을 반복하면서 에너지 저장 역할을 할 뿐만 아니라 충격 및 진동을 흡수하게 된다.

한편, 상기 코일스프링이 압축,인장을 반복하는 과정에서, 코일스프링의 와이어가 나선형으로 감긴 구조로 되어 있어 코일스프링에 원주방향으로 작용하는 힘에 의해 회전력이 발생하게 되며, 이로 인하여 코일스프링이 원주 방향으로 회전 움직임하여 코일스프링을 지지하고 있는 부품과 마모가 발생하게 된다.

또한, 상기 코일스프링은 고진동 영역에서 코일스프링 자체의 고유진동이 유발되어 고주파 탄성 진동을 일으키는 서징(Surging) 현상이 발생하게 되는데, 이 서징이 발생되는 고진동 영역에서는 코일스프링의 오동작, 과도한 진동 전달, 코일스프링의 피로파괴 등이 발생하게 되어 소음/진동 및 시스템의 신뢰성을 저하시키게 된다. 상기 서징이 발생되는 진동영역은 최대한 높도록 설계하여야 하나 상기 서징이 발생되는 진동영역은 코일스프링이 취부될 공간과 스프링 계수가 정해지면 설정된다.

따라서, 본 발명의 목적은 외력에 의해 인장과 압축이 반복되는 과정에서 원주 방향으로 작용하는 회전력으로 인하여 회전움직임하는 것을 최소화하고, 또한 서징이 발생하는 진동영역을 높일 수 있도록 한 플라워형 코일스프링을 제공함에 있다.

도 1은 종래 코일스프링의 구조를 도시한 사시도,

도 2a는 종래 코일스프링의 압축상태를 도시한 정면도,

도 2b는 종래 코일스프링의 인장상태를 도시한 정면도,

도 3은 종래 코일스프링이 사용된 밀폐형 압축기의 일부를 도시한 단면도,

도 4a는 본 발명의 플라워형 코일스프링을 도시한 사시도,

도 4b는 본 발명의 플라워형 코일스프링의 턴부를 도시한 사시도,

도 4c는 본 발명의 플라워형 코일스프링의 턴부를 도시한 평면도,

도 5a는 본 발명의 플라워형 코일스프링이 적용된 일예를 도시한 개략적인 압축기의 단면도,

도 5b는 도 5a의 A - A'단면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

T ; 턴부

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 나선형으로 감기는 각 턴부가 파형으로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 플라워형 코일스프링이 제공된다.

상기 파형은 사인파(Sine Wave)형임을 특징으로 하는 플라워형 코일스프링이 제공된다.

이하, 본 발명의 플라워형 코일스프링을 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 플라워형 코일스프링은, 도 4a, 4b, 4c에 도시한 바와 같이, 나선형으로 감기는 각 턴부(T)가 파형으로 형성되어 이루어진다.

상기 코일스프링은 하나의 와이어가 나선형으로 감겨 이루어지며, 감겨지는 각 턴부(T)가 파형으로 형성된다.

상기 파형은 사인파(Sine) 또는 코사인파(Cosine Wave)형으로 형성됨이 바람직하다.

상기 파형을 이루는 산(H)과 골(L)은 중심축 방향으로 형성되며, 각 산(H)이 이루는 외경과 각 골(L)이 이루는 내경은 동심으로 이루도록 형성됨이 바람직하다.

이하, 본 발명의 플라워형 코일스프링의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 플라워형 코일스프링은 일반적인 코일스프링이 사용되는 곳에 모두 사용될 수 있다.

상기 본 발명의 플라워형 코일스프링은 외력에 의해 압축과 인장이 작용할 경우 코일스프링이 나선형으로 감겨져 외력의 일부가 회전력으로 작용하게 된다. 이때 코일스프링의 턴부(T)가 파형으로 형성되어 있어 가해지는 회전력이 각 산(H)과 골(L)에 의해 분산,상쇄됨과 더불어 파형으로 형성됨으로 인하여 접촉면적이 커짐에 따라 마찰력이 증가하여 회전이 방지된다.

또한, 본 발명의 플라워형 코일스프링이 적용될 수 있는 다른 일예로서, 도 5a, 5b에 도시한 바와 같이, 밀폐형 압축기에서 밀폐용기(5)내부에 진동을 발생시키는 질량체(4)를 지지하게 될 경우, 질량체(4)와 밀폐용기(5)사이에 코일스프링으로 지지하게 되는데, 이때 질량체(4)의 하부에 단면이 사각형인 돌출된 지지부(4a)를 형성하고 밀폐용기(5)의 저면에 이에 상응하는 단면이 사각형인 돌출된 지지부(5a)를 형성하며 이 두 개의 지지부(4a,5a)사이에 플라워형 코일스프일을 결합하여 지지하게 된다. 이때 질량체(4)에 진동이 발생할 경우 플라워형 코일스프링의 골에 단면이 사각형인 지지부(4a,5a)의 각 모서리가 걸려 플라워형 코일스프링의 회전이 방지된다.

한편, 본 발명의 플라워형 코일스프링은 종래의 코일스프링과 비교해 보면, 와이어의 직경과 이 와이어가 감김에 의해 이루어지는 외경이 같고, 또한 스프링 상수가 같을 경우, 플라워형 코일스프링이 종래의 코일스프링보다 적은 턴수에서 서징 진동수(Surging Frequency)가 높게 된다.

아래의 표 1은 본 발명의 플라워형 코일스프링과 종래 코일스프링를 비교한 것이다.

플라워형 코일스프링과 종래 코일스프링의 비교표.

	플라워형 코일스프링	종래 코일스프링
스프링 상수(N/m)	2200	2200
서징 징동수(Hz)	654	380
턴(Turn) 수	3.5	7.5
와이어 직경(mm)	1.4	1.4
스프링 외경(mm)	13.4	13.4

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 플라워형 코일스프링은 반복적인 외력이 작용하는 구조물에 사용되어, 외력에 의해 인장과 압축이 반복되는 과정에서 플라워형 코일스프링이 회전되는 것이 방지됨으로써 이와 결합되는 부품들과의 마모를 억제하게 된다.

또한, 본 발명의 플라워형 코일스프링은 서징 진동수를 높일 수 있어 이 플라워형 코일스프링이 사용되는 시스템의 안정성을 확보할 수 있을 뿐만 아니라 적은 턴수로 서징 진동수를 높일 수 있어 재료비를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 나선형으로 감기는 각 턴부가 파형으로 형성되어 이루어짐을 특징으로 하는 플라워형 코일스프링.
2. 제1항에 있어서, 상기 파형은 사인파(Sine Wave)형임을 특징으로 하는 플라워형 코일스프링.

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