KR101226458B1 - 장시간 동안 이물질의 침투를 방지하는 가스 스프링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 스프링에 관한 것로서, 내부에 대기압보다 높은 압력의 가스로 채워지는 중공부가 형성된 실린더와; 상기 실린더의 중공부 내에서 상기 실린더의 길이 방향을 따라 이동하는 피스톤과; 상기 피스톤으로부터 상기 실린더 외부로 연장 형성된 피스톤 로드와; 상기 실린더의 중공부 내의 상기 개구부에 설치되고, 상기 피스톤 로드가 관통하도록 중앙부에 관통공이 형성되며, 상기 관통공에 관통 설치되는 상기 피스톤 로드의 외주면을 둘러싸는 영역에 상기 관통공으로부터 상기 관통공의 중심을 향하여 돌출되어 접촉하는 원형 접촉부를 구비한 로드 가이드를; 포함하여 구성되어, 상기 개구부를 외측에서 감싸는 보호캡을 구비하지 않고서도 상기 원형 접촉부가 상기 피스톤 로드에 밀착됨으로써 이물질이 외부로부터 상기 실린더 내부로 유입되는 것을 방지하여, 종래 보다 저렴하게 제작할 수 있으면서 외부의 충격이 실린더의 개구부에 작용하더라도 실린더 내에 위치한 로드 가이드가 파손되지 않도록 구성됨에 따라 장시간 동안 신뢰성있는 작동을 보장할 수 있는 가스 스프링을 제공한다.

Description

장시간 동안 이물질의 침투를 방지하는 가스 스프링{DYNAMIC GAS SPRING OF PREVENTING DUSTS FROM BEING INTRODUCED INTO INSIDE OF CYLINDER FOR LONGER LIFETIME}

본 발명은 가스 스프링에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스 스프링의 실린더 바깥쪽에 위치하여 실린더의 개구부를 막는 보호캡을 구비하지 않더라도 가스 스프링의 실린더 내부로 먼지가 유입되는 것을 방지할 수 있는 가스 스프링에 관한 것이다.

일반적으로, 가스 스프링은 밀폐된 실린더 내부에 봉입된 고압 가스의 압력에 의하여 피스톤이 어느 한쪽으로 이동하는 힘이 항상 작용하여, 피스톤이 피스톤 로드가 부착된 쪽으로 스스로 이동하여 신장되려고 하는 특징을 갖는 가스 스프링을 말한다.

보다 상세하게는, 실린더 내부의 피스톤은 고압 가스에 대하여 그 전,후면이 모두 동일한 압력이 가해지지만, 피스톤의 전면(피스톤 로드가 연결된 면)에는 피스톤의 후면(피스톤 로드가 연결되지 않은 면)에 비하여 피스톤 로드의 단면적만큼 작은 단면적에만 고압 가스의 압력이 작용하므로, 피스톤이 후방에서 전방으로 이동하려는 불균형력이 작용한다. 이 불균형력이 피스톤과 실린더 사이의 마찰력 및 피스톤에 관통 형성된 오리피스를 통과하는 유동 저항 등의 힘을 초과하면, 피스톤은 스스로 후방으로부터 전방으로 이동하게 되고, 이에 따라 가스 스프링은 스스로 그 전체 길이가 늘어나게 된다.

이와 같이, 가스 스프링은 실린더 내부의 압축 가스에 의한 압력차에 의하여 피스톤이 이동하는 구동 원리로 작동된다. 이 때, 가스 스프링의 길이가 작아지는 '압축 공정'은 피스톤의 전,후면의 압력차에 의한 불균형력 뿐만 아니라 피스톤과 실린더 사이의 마찰력도 극복해야 하므로, 가스 스프링의 길이가 길어지는 '신장 공정'에 비하여 보다 큰 힘이 요구된다. 도5는 가스 스프링의 스트로크에 따라 필요한 힘의 그래프이다. 도5에 도시된 바와 같이, 마찰력이 없는 이상적인 경우에는 가스 스프링의 스트로크를 압축하거나 신장하는 경우에 Ft-Fc로 표시된 힘을 필요로 하는 데 반하여, 실제 역학계에는 F3와 F1의 차이 또는 F4와 F2와의 차이에 해당하는 마찰력이 작용하므로, 피스톤(20)의 이동에 따른 실린더(11) 내부의 가스의 압축 상태의 변동을 무시한다면, 가스 스프링이 장착된 도어를 열기 위해서는 사용자가 도어를 개방하려고 하는 것에 의하여 가스 스프링에 F2로 표시된 힘이 작용해야 하며, 마찬가지로 가스 스프링이 장착된 도어를 닫기 위해서는 사용자가 도어를 닫으려고 하는 것에 의하여 가스 스프링에 F3으로 표시된 힘이 작용해야 한다.

이와 같은 원리에 의하여, 가스 스프링은 도어 등에 설치되어 도어를 열기 시작하는 작은 힘(F2)만으로도 도어가 열리게 할 수 있으며(스트로크가 증가할수록피스톤을 이동시키는데 필요한 힘은 점점 작아진다), 이에 따라 피스톤 전후면의 힘의 불균형력에 의하여 피스톤이 스스로 이동하는 메커니즘을 구현한다. 따라서, 가스 스프링은 행정 거리(stroke)를 크게 할 수 있고, 소형으로도 큰 하중을 얻을 수 있는 장점을 갖는다. 또한, 가스 스프링은 스스로 그 전체 길이가 늘어나려는 특성을 가지므로, 외부의 작은 충격 등에 의하여 가스 스프링이 압축되는 것에 의하여 가스 스프링이 설치된 도어가 의도하지 않게 닫히는 것을 방지할 수 있다. 무엇보다도 가스 스프링은 피스톤에 형성되는 오리피스의 크기나 형상 또는 실린더 내부에 주입되는 압축 가스의 압력을 조정하는 것에 의하여 가스 스프링이 신장되거나 압축되는 속도를 자유자재로 제어할 수 있는 잇점이 있다.

여기서, 오리피스는 피스톤을 관통하는 구멍(미도시)으로 형성될 수도 있고, 피스톤의 외주면과 실린더의 내주면 사이의 틈새나 피스톤이나 실린더 내벽에 반경 방향으로 요입 형성된 홈(미도시)으로 형성될 수도 있다.

이상에서 간단히 살펴본 바와 같이, 가스 스프링은 차량, 농기계(콤바인 탈곡실 커버, 트랙터 캐빈 커버), 중장비, 복사기, 항공기, 각종 기계, 가구, 건설 분야(배연창, 도어 닫이)에 적용되는 것으로서, 가스 스프링의 일단이 적용 대상의 고정부에 피봇 고정되고, 타단이 이 고정부를 개폐하는 도어에 피봇 고정되어 가스 스프링이 신축되는 것에 의하여 상기 도어의 개폐를 보조하는 역할을 한다.

예를 들어, 도1a 및 도1b에 도시된 자동차(1)의 후방(2)에 위치한 도어(3,4)를 개폐하는 구성을 살펴보면, 가스 스프링(5,5')의 실린더(10)의 일단(10a)은 자동차의 본체(1)에 회동 가능하게 피봇 고정되고, 실린더(10)의 타단(30a)은 자동차의 후방 도어(3)에 회동 가능하게 피봇 고정된다. 도1b의 미설명 부호인 3a는 자동차 본체(1)에 대한 후방 도어(3)의 힌지(hinge)이다.

종래의 가스 스프링(5,5')이 설치된 도어(3)를 사용자가 여는 과정은 다음과 같다. 즉, 사용자가 도어(3)를 잡아당겨 가스 스프링(5)에 작용하는 모멘트가 도어의 개폐에 필요한 힘(F2)보다 커지면, 가스 스프링(5,5')의 실린더(10) 내부의 압축 가스에 의한 불균형력에 의하여 피스톤(20)은 피스톤로드(30)가 연결된 방향으로 이동하고, 이에 따라 가스 스프링(5,5')의 길이가 신장된다. 이 때, 실린더 내부의 고압 가스는 피스톤(20)에 관통 형성된 오리피스(미도시)와 피스톤(20)과 실린더(11) 내벽 사이의 틈새(23b')를 통하여 피스톤의 타측에 위치한 챔버(B)로부터 피스톤의 일측에 위치한 챔버(C)로 유동하면서 피스톤(20)의 이동을 가능하게 하며, 이를 통해 가스 스프링(5,5')의 전체 길이가 신장되므로 도어(3)의 개방을 보조할 수 있게 된다.

그리고, 피스톤 로드(30)가 피스톤(20)에 연결된 상태가 변동되는 것이 아니므로, 피스톤이 실린더 내부에서 이동하는 전체 행정 거리에 걸쳐 일정한 불균형력이 피스톤(20)에 작용하게 된다. 따라서, 피스톤(20)의 이동 중에 감쇠력이 피스톤(20)에 작용하지 않는다면, 가스 스프링의 신장이 완료되는 위치에서 피스톤이 감속되지 않으므로, 도어(3)가 완전히 개방되는 순간에 실린더(10) 내부의 (가스 스프링이 완전히 신장되는 위치인) 타측 단부와 충돌하는 충격에 의하여 사용자에게 불쾌감을 유발하는 충격이나 진동이 발생된다.

이와 같은 충돌에 따른 불쾌감을 해소하기 위하여, 도4a 및 도4b에 도시된 실린더의 내벽에 행정 거리를 따라 구배 홈(13)이 그 깊이를 달리하여 길이 방향으로 형성된다. 이에 대하여 구체적으로 살펴보면, 일반적인 가스 스프링(5)은 내부에 중공부를 구비한 실린더(10)와, 실린더(10) 내부를 왕복 이동하는 피스톤(20)과, 피스톤(20)으로부터 실린더(10)의 외부까지 연장 형성되어 피스톤(20)의 이동에 따라 가스 스프링의 길이가 신축(伸縮)되도록 하는 피스톤 로드(30)와, 피스톤 로드(30)의 이동에도 불구하고 실린더(10) 내부의 압축 가스가 외부로 누설되지 않도록 하면서 피스톤 로드(30)를 안내하도록 실린더(10)의 일단에 고정된 밀봉부(40)로 구성된다.

상기 실린더(10)는 외부와 밀봉된 내부에 질소 압축 가스와 약간의 윤활유가 채워지는 실린더 몸체(11)와, 실린더 몸체(11)가 회동 가능하게 고정되도록 실린더 몸체(11)의 일단에 고정되는 피봇 고정부(12)와, 실린더(11)의 내벽에 피스톤(20)의 행정 길이를 따라 구배 홈(13)이 요입 형성된다.

상기 피스톤 로드(30)는 피스톤(20)으로부터 연장 형성된 로드 몸체(31)와, 피스톤 로드(30)가 회동 가능하게 고정되도록 로드 몸체(31)의 끝단 나사부(31b)에 고정되는 피봇 고정부(32)를 포함한다. 이 피봇 고정부(32)는 도어나 개폐하고자 하는 자동차 등의 고정부 중 어느 다른 하나에 회동 가능하게 피봇 고정된다.

상기 피스톤(20)은 피스톤 로드(30)의 끝단에 위치한 돌출부(31a)에 접촉하도록 피스톤 로드(30)를 관통하여 설치되는 피스톤 스토퍼(21)와, 피스톤 스토퍼(21)에 선단부(23a)가 접촉하도록 피스톤 로드(30)를 관통하여 설치되는 피스톤 본체(23)와, 피스톤 본체(23)의 선단부(23a) 외주부에 끼워져 피스톤(20)의 최외주면을 형성하는 피스톤링(22)과, 피스톤 본체(23)가 제위치에 고정되도록 피스톤 로드 본체(31)의 외주면에 내주면이 끼워지도록 조립되는 스토퍼(24)로 구성된다.

그리고, 피스톤(20)은 그 전후면에 가스 압력이 작용하는 면적의 차이로 인한 불균형력에 의하여 피스톤로드(30)가 부착된 쪽으로 이동하게 되고, 이에 따라 실린더(10) 내부의 압축 가스는 피스톤링(22)의 외주면과 실린더(10)의 내벽 사이의 틈새와 피스톤 본체(23)의 기저부(23b)의 외주면에 형성된 홈(23b')들을 통해 타측 챔버(B)로부터 일측 챔버(C)로 유동하게 된다.

상기 밀봉부(40)는 실린더 몸체(11)의 타단에 고정되어 중앙부에 형성된 관통공을 통해 피스톤 로드(30)가 실린더(10)의 길이 방향으로 곧게 이동하는 것을 안내하는 로드 가이드(41)와, 실린더(10) 내부의 압축 가스가 외부로 누설되지 않도록 이중으로 설치된 씰링 부재(42,43)와, 씰링 부재(42,43)가 제 위치에 위치하도록 실린더 몸체(11)에 내측으로 돌출된 돌기(11d)와 맞물리고 씰링 부재(43)와 접촉하여 설치되는 씰링 부재 스토퍼와, 외부로부터 먼지 등이 실린더(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 보호캡(45)으로 구성된다.

이와 같이 구성된 종래의 가스 스프링(5)은, 도3 내지 도4b에 도시된 바와 같이, 실린더 몸체(11)의 내벽에는 길이 방향을 따라 구배 홈(13)이 요입 형성되고, 이에 의하여 피스톤(20)의 이동 속도가 제어된다. 즉, 가스 스프링(5)이 신장되기 시작하는 압축 위치(도5)로부터 일정 구간까지는 도4b에 도시된 바와 같이 실린더 몸체(11)의 내벽에는 깊은 깊이(h1)의 구배 홈(13)이 형성되지만, 가스 스프링(5)이 완전히 신장되기 이전(예를 들어 50mm 내지 80mm, 도4a)부터는 홈의 깊이를 점점 낮게(h2) 형성하여 피스톤(20)의 전후면에 대하여 불균형력이 일정함에도 불구하고 가스 댐핑력에 의하여 피스톤(20)의 이동 속도가 감속되도록 작동한다.

여기서, 상기 가스 스프링(5)을 오랜 시간 동안 사용하는 과정에서 작동의 신뢰성을 보장하기 위해서는 외부로부터 먼지가 실린더(10)의 내부로 유입되는 것을 방지하는 것이 필요하다. 이를 위하여, 실린더(10) 개구부의 바깥쪽에 실린더의 개구부를 밀폐시키는 보호캡(45)이 설치된다.

이 때, 피스톤 로드(30)가 원활하게 실린더(10) 내로 삽입되거나 인출되는 이동을 구현하기 위해서는 보호캡(45)과 마찰에 의해 간섭받지 않도록 하기 위하여, 보호캡(45)과 피스톤 로드(30)의 사이에는 미세한 틈새를 둘 수 밖에 없었다. 이로 인하여, 보호캡(45)이 실린더(10)의 개구부에 설치되어 있음에도 불구하고, 먼지 등의 유입을 완전히 차단하는 데 한계가 있었다. 따라서, 장시간 동안 가스 스프링(5)을 사용하는 경우에는 외부로부터 먼지 등의 이물질이 실린더 내부로 침투하는 문제점을 근본적으로 해결할 수 없었다.

이 뿐만 아니라, 실린더(10)의 개구부 바깥측에 설치되는 보호캡(45)은 외부에 노출되어 설치됨에 따라, 사용 중 외부의 충격에 의해 손상될 가능성도 상존하는 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 가스 스프링의 실린더 바깥쪽에 위치하여 실린더의 개구부를 막는 보호캡을 구비하지 않더라도 가스 스프링의 실린더 내부로 먼지가 유입되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있는 가스 스프링을 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 보호캡을 구비하지 않음에도 불구하고 이물이 유입되는 것을 로드 가이드의 형상을 새롭게 구성하여 방지함에 따라, 종래에 비하여 저렴하게 가스 스프링을 제작할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 본 발명은 로드 가이드의 형상에 의하여 탄성력이 반영구적으로 유지되도록 할 뿐만 아니라, 피스톤 로드와 접촉 형태로 외기와 물리적으로 완전히 차단함으로써, 이물질이 실린더의 내부의 오일 씰로 침투하는 것을 완전히 방지하여 장시간 동안 신뢰성있는 사용을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 실린더 내부에 위치한 로드 가이드에 의하여 이물질이 실린더 내부로 침투하는 것을 방지함으로써, 외부의 충격이 실린더의 개구부 측에 작동하더라도 실린더 내부에 위치한 로드 가이드가 파손될 가능성이 최소화되어 장시간동안 파손없이 원활한 작동을 구현하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 내부에 대기압보다 높은 압력의 가스로 채워지는 중공부가 형성된 실린더와; 상기 실린더의 중공부 내에서 상기 실린더의 길이 방향을 따라 이동하는 피스톤과; 상기 피스톤으로부터 상기 실린더 외부로 연장 형성된 피스톤 로드와; 상기 실린더의 중공부 내의 상기 개구부에 설치되고, 상기 피스톤 로드가 관통하도록 중앙부에 관통공이 형성되며, 상기 관통공에 관통 설치되는 상기 피스톤 로드의 외주면을 둘러싸는 영역에 상기 관통공으로부터 상기 관통공의 중심을 향하여 돌출되어 접촉하는 원형 접촉부를 구비한 로드 가이드를; 포함하여 구성되어, 상기 원형 접촉부가 상기 피스톤 로드의 외주면에 접촉한 상태로 설치되어 외부로부터 이물질이 상기 실린더 내부로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 가스 스프링을 제공한다.

이는, 피스톤 로드가 곧게 이동하는 것을 안내하는 로드 가이드의 중앙부 관통공을 향하여 탄성을 갖고 접촉하는 원형 접촉부가 형성됨에 따라, 실린더의 개구부 외측에 설치되는 보호캡을 구비하지 않고서도, 외부로부터 먼지 등의 이물질이 실린더의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 이로 인하여 실린더 내부에 설치된 오일씰이 오염되거나 성능이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 구성에 비하여 부품수가 감소되어 보다 저렴하게 제작할 수 있으면서도, 원형 접촉부가 피스톤 로드의 외주면에 매우 작은 면적에 걸쳐 탄성을 갖고 접촉하도록 구성됨에 따라, 피스톤 로드의 원활한 이동을 그대로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 외기와 실린더 내부를 물리적으로 완전히 차단하므로 외부로부터 이물질이 실린더 내부에 유입되는 것을 완전히 방지할 수 있다.

또한, 상기와 같이 외부의 이물질이 실린더 내부로 유입되는 것을 차단하는 로드 가이드가 실린더의 중공부에 설치됨에 따라, 외부의 충격이 실린더의 개구부에 작용하더라도 로드 가이드가 파손될 가능성이 최소화됨에 따라 외부의 충격이 작용하더라도 내구성이 향상되는 효과를 얻을 수 있다.

이 때, 상기 원형 접촉부의 반경방향으로 바깥측에는 상기 실린더의 길이 방향으로 요입 형성된 탄성홈이 형성되어, 상기 원형 접촉부가 탄성을 갖고 상기 피스톤 로드의 외주면을 가압하는 탄성 복원력을 보다 크게 한다. 이와 같이, 원형 접촉부의 바깥측 둘레에 탄성홈이 형성됨에 따라, 로드 가이드의 중앙부 관통공의 중심을 향하여 원형 접촉부가 보다 큰 탄성력으로 접촉함으로써, 장시간 동안 사용하더라도 일정한 탄성력이 유지될 수 있다.

여기서, 로드 가이드는 PVC, 폴리우레탄, 폴리에스테르 등 합성수지로 형성되어, 상기 원형 접촉부가 탄성홈에 의하여 지속적으로 탄성력을 갖게 된다.

상기 탄성홈은 상기 원형 접촉부의 바깥쪽에서 서로 이격된 다수의 홈으로 형성될 수 있지만, 상기 원형 접촉부를 감싸는 원형 홈으로 형성됨으로써, 보다 높은 탄성력을 구현할 수 있다.

그리고, 상기와 같이 수지 재질로 성형된 로드 가이드는 원형 접촉부의 끝단이 피스톤 로드의 외주면과 접촉하면, 원형 접촉부의 끝단이 탄성력에 의해 변형되면서 좁은 면적에 걸쳐 면접촉하게 된다. 이를 통해, 실린더 내부와 외부를 보다 완전히 차단할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 실린더 중공부 내의 개구부에 피스톤 로드의 외주면을 둘러싸는 영역에 탄성을 갖고 접촉하는 원형 접촉부를 구비한 로드 가이드를 포함하여 구성되어, 실린더 개구부를 외측에서 감싸는 보호캡을 구비하지 않고서도 상기 로드 가이드의 원형 접촉부가 상기 피스톤 로드의 둘레에 접촉한 상태로 설치됨으로써, 이물질이 외부로부터 상기 실린더 내부로 유입되는 것을 완전히 방지할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 로드 가이드의 원형 접촉부에 의하여 피스톤 로드의 직진 방향으로의 삽입 인출 경로가 안내됨에 따라, 가스 스프링의 피스톤 로드가 흔들리지 않고 보다 일정한 경로로 이동하는 잇점도 얻어진다.

그리고, 본 발명은 보호캡을 구비하지 않음에 따라 종래의 구성에 비하여 부품수가 감소되어 보다 저렴하게 가스 스프링을 제작하면서도, 실린더의 내부에 로드 가이드가 설치됨에 따라 외부의 충격이 작용하더라도 실린더 내에 위치한 원형 접촉부의 파손 가능성이 낮아 장시간 동안 내구 수명을 확보할 수 있는 효과가 얻어진다.

그리고, 본 발명은 원형 접촉부의 반경방향으로 바깥측에는 상기 실린더의 길이 방향으로 요입 형성된 탄성홈이 형성되어, 로드 가이드의 중앙부 관통공의 중심을 향하여 원형 접촉부가 보다 탄성력을 갖고 접촉함으로써, 외기와 실린더 내부를 장시간 동안 보다 완전히 차단할 수 있는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

도1a는 차량의 백도어의 개방 상태를 도시한 사시도
도1b는 도1a의 백도어에 장착된 일반적인 가스 스프링의 작용을 도시한 측면도
도2a는 도1b의 가스 스프링의 신장(伸張) 상태의 구성을 도시한 종단면도
도2b는 도1b의 가스 스프링의 압축 상태의 구성을 도시한 종단면도
도3은 도1b의 가스 스프링의 실린더를 도시한 사시도
도4a는 도3의 절단선 4A-4A에 따른 단면도
도4b는 도3의 절단선 4B-4B에 따른 단면도
도5는 가스 스프링의 스트로크에 따라 필요한 힘의 그래프
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링의 구성을 도시한 도면
도7은 도6의 가스 스프링이 압축되고 있는 상태의 구성을 도시한 도면
도8은 도6의 'X'부분의 확대도
도9는 도8의 로드 가이드의 저면도
도10은 도9의 절단선 A-A에 따른 종단면도

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대해서는 동일하거나 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링의 구성을 도시한 도면, 도7은 도6의 가스 스프링이 압축되고 있는 상태의 구성을 도시한 도면, 도8은 도6의 'X'부분의 확대도, 도9는 도8의 로드 가이드의 저면도, 도10은 도9의 절단선 A-A에 따른 종단면도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링(100)은 일단이 개방 형성된 개구부로 형성되고 타단이 도어 등에 회전 가능하게 결합되는 힌지(110a)가 형성된 실린더(110)와, 실린더(110)의 중공부 내에서 실린더(110)의 길이 방향으로 이동하는 피스톤(120)과, 피스톤(120)으로부터 개구부를 통해 실린더(110)의 바깥으로 연장된 피스톤 로드(130)와, 피스톤 로드(130)가 곧게 이동하도록 안내하면서 실린더(110)의 내부와 외기를 차단하는 밀폐부(140)로 구성된다.

상기 실린더(110)는 내부에 대기압보다 높은 압력의 가스로 채워지며, 도3 내지 도4b에 도시된 바와 같이 중공부의 내벽에는 길이 방향을 따라 변단면 영역에서 구배홈(13)이 형성되는 것에 의해 상기 중공부의 횡단면적이 변화하도록 형성된다. 이를 통해, 실린더(110)의 중공부에서 피스톤(120)이 움직이기 시작하면, 도5에 도시된 원리에 의하여, 피스톤(120)의 전후면 힘의 불균형력에 의하여 스스로 이동하여 가스 스프링(110)의 길이가 신장되거나 130d로 표시된 방향으로 이동하여 축소된다.

실린더(110)는 원형 파이프의 타단을 밀폐시킨 후, 그 중공부 내에 피스톤 로드(130)와 결합된 피스톤(120)을 삽입한 상태에서 밀폐부(140)의 구성을 위치 고정하는 돌기(111) 및 개구부의 걸림턱(112)을 성형하는 것에 의해 제작된다. 그리고나서, 실린더(110)의 중공부 내에 오일을 주입하고 가스를 충전한다.

상기 피스톤(120)은 피스톤 로드(130)의 끝단에 위치한 돌출부(130b)에 접촉하도록 피스톤 로드(30)를 관통하여 설치되는 피스톤 스토퍼(123)와, 피스톤 스토퍼(123)에 선단면이 접촉하도록 피스톤 로드(130)를 관통하여 설치되는 피스톤 본체(121)와, 피스톤 본체(121)의 선단부의 외주에 끼워져 피스톤(120)의 최외주면을 형성하는 피스톤링(122)과, 피스톤 본체(121)가 제위치에 고정되도록 피스톤 로드 본체(121)의 기저부에 조립되는 스토퍼(124)로 구성된다.

여기서, 피스톤링(122)은 그 내경이 피스톤 본체(121)의 기저부의 외경보다 작으면서 선단부의 외경보다 크게 형성되어 피스톤 본체(121)의 선단부의 외주면에 끼워진다. 이에 따라, 피스톤링(122)의 외주면은 피스톤(20)의 최외주면을 형성하여 실린더(10)의 내벽과 접촉하면서 이동한다. 이 때, 피스톤링(22)의 외주면과 실린더(10)의 내주면 사이에는 오일 등의 윤활제가 도포되어 개재(介在)된다.

상기 피스톤 로드(130)는 피스톤(120)을 일단에 고정하고 이로부터 연장 형성되며, 그 반대편 끝단에는 피봇 고정부(130a)가 형성된다. 이 피봇 고정부(130a)는 도어나 개폐하고자 하는 자동차 등의 고정부 중 어느 다른 하나에 회동 가능하게 피봇 고정된다.

상기 밀봉부(140)는 실린더(110)의 개구부에 설치되어 피스톤 로드(130)가 곧게 이동하도록 안내하면서 외부로부터 이물질이 실린더(110) 내부로 유입되는 것을 차단하는 원형 접촉부(1411)를 구비한 로드 가이드(141)와, 실린더(110) 내부의 가스가 실린더(110)의 바깥으로 누설되는 것을 방지하는 오일 씰(142)과, 피스톤 로드(130)의 외주면에 윤활 오일을 공급할 수 있도록 챔버 내에 오일을 머금도록 구성된 오일 챔버(143)로 구성된다.

여기서, 도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 로드 가이드(141)는 실린더(110)의 중공부 내의 개구부 끝단에 설치되며, 실린더(110)의 개구부의 걸림턱(112)의 형상에 부합하는 오목부(141a)가 형성된다. 그리고, 로드 가이드(141)의 중앙부에는 피스톤 로드(130)가 관통하는 관통공(141c)이 형성되며, 관통공(141c)의 상측에는 피스톤 로드(130)가 일직선으로 일정하게 이동하는 것을 안내하는 안내면(141i)이 단턱을 두고 형성된다.

여기서, 안내면(141i)의 내경은 피스톤 로드(130)가 원활하게 직선 이동하는 것을 안내하도록 피스톤 로드의 외경(Ds)과 대략 7/100mm 내지 18/100mm의 틈새(안내면의 내경과 피스톤 로드의 외경의 차이)를 허용한다. 여기서, 안내면(141i)의 내경과 피스톤 로드(130)의 외경(Ds)의 사이 틈새가 이보다 더 작게 설정되면 피스톤 로드(130)의 직선 이동을 방해하면서 마찰력이 높아져 내구 성능이 저하되고, 상기 틈새보다 더 크게 설정되면 피스톤 로드(130)의 직선 이동을 저해하게 된다.

그리고, 로드 가이드(141)의 일측에는 피스톤 로드(130)의 외주면을 둘러싸는 영역에 탄성을 갖고 접촉하는 원형 접촉부(1411)가 형성된다. 로드 가이드(141)는 PVC 등의 수지계열의 소재로 사출 성형되고, 원형 접촉부(1411)의 반경방향으로 바깥측에 실린더(141)의 길이 방향으로 탄성 홈(1412)이 요입 형성된다. 이에 따라, 로드 가이드(141)의 중앙 관통공(141c)에 피스톤 로드(130)가 삽입되면, 원형 접촉부(1411)는 바깥쪽으로 이동하고, 도면부호 1411d로 표시된 방향으로 탄성 복원력이 작용하게 된다.

이 때, 관통공(141c)의 중심을 향하는 원형 접촉부(1411)의 탄성 복원력의 크기를 극대화하기 위하여 원형 접촉부(1411)의 폭(t)은 탄성홈(1412)의 폭(c)의 1/3보다 작게 형성되는 것이 좋다. 또한, 탄성홈(1412)의 깊이는 도10에 도시된 바와 같이 탄성홈(1412)의 폭(c)의 대략 1.0배 내지 5.0배의 깊이로 형성되어, 원형 접촉부(1411)가 좁은 공간 내에서 판스프링과 유사하게 관통공(141c)의 중심을 향하는 방향(1411d)으로 플렉시블한 변위가 허용되어 충분한 탄성력이 피스톤 로드(130)의 외주면 둘레에 작용하도록 한다.

원형 접촉부(1411)는 피스톤 로드(130)의 외주면의 둘레에 걸쳐 접촉한 상태로 유지되지만, 피스톤 로드(130)의 직선 이동을 방해하는 마찰력으로 작용하는 것을 최소화하기 위하여 접촉 면적은 작게 유지된다. 다만, 로드 가이드(141)가 수지 재질로 성형됨에 따라, 원형 접촉부(1411)가 피스톤 로드(130)의 외주면 둘레에 탄성 접촉한 상태에서는, 원형 접촉부(1411)의 끝단부는 탄성 변형되어 피스톤 로드(130)와 면접촉된 상태로 유지된다. 즉, 원형 접촉부(1411)의 끝단부의 탄성 변형을 무시하면 원형 접촉부(1411)는 피스톤 로드(130)와 원형 궤적의 선접촉을 하게 된다. 이를 통해, 외부로부터 먼지 등의 이물질이 실린더(110)의 내부의 오일씰로 유입되는 것을 보다 효과적으로 방지할 수 있다.

이와 같이, 원형 접촉부(1411)의 끝단부(1411s)가 최소한의 면접촉 상태로 피스톤 로드(130)의 외주면과 접촉함에 따라, 피스톤 로드(130)의 원활한 직선 이동을 보장할 수 있으면서, 로드 가이드(141)의 내구 수명이 확보되며, 동시에 피스톤 로드(130)를 안내면(141i)과 원형 접촉부(1411)의 양측에서 안내함에 따라 피스톤 로드(130)가 정해진 직선 경로를 편차없이 보다 균일하게 이동하게 된다.

이를 위하여, 원형 접촉부(1411)의 내경(D2)은 피스톤 로드(130)의 외경(Ds)보다 대략 3/100 내지 7/100mm 정도 작게 형성된다. 그리고, 중앙 관통공(141c)의 중앙부 내경(D1)은 피스톤 로드(130)의 외경보다 충분히 크게 형성된다.

한편, 로드 가이드(141)는 실린더(110)의 걸림턱(112)과 맞닿도록 단턱진 요입부(141a)가 형성되고, 도10을 기준으로 상기 요입부(141a)의 상측에는 몸체(141m)로부터 방사상으로 접촉 원호체(141b)가 돌출 형성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링은, 실린더(110)의 중공부 내의 개구부에 피스톤 로드(110)의 외주면을 둘러싸는 영역에 탄성 복원력으로 가압하는 원형 접촉부(1411)가 구비된 로드 가이드(141)를 포함하여 구성됨에 따라, 실린더 개구부를 외측에서 감싸는 종래의 보호캡을 구비하지 않고서도 로드 가이드(141)의 원형 접촉부(1411)가 피스톤 로드(130)의 외주면에 밀착됨으로써, 외부로부터 이물질이 실린더(110)의 내부로 유입되는 것을 방지하여, 종래 보다 적은 부품수로도 보다 완전한 차단 특성을 확보할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에 따른 가스 스프링(100)은 원형 접촉부(1411)의 반경방향으로 바깥측에는 상기 실린더의 길이 방향으로 요입 형성된 탄성홈(1412)이 형성되어, 로드 가이드(141)의 중앙부 관통공(141c)의 중심을 향하는 방향(1411d)으로 원형 접촉부(1411)가 탄성 복원력을 작용하게 됨으로써, 장시간 동안 사용하더라도 일정한 탄성력이 유지되어 장시간 동안 탄성력이 저하되지 않고 우수한 차단 특성을 확보할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링(100)은 상기 로드 가이드(141)가 실린더(110)의 중공부 내에 설치됨에 따라, 외부의 충격이 작용하더라도 로드 가이드(141)의 손상이 방지되어, 장시간동안 신뢰성있는 작동을 보다 완전하게 보장할 수 있는 잇점이 얻어진다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

100: 가스 스프링 110: 실린더
120: 피스톤 130: 피스톤 로드
140: 밀봉부 141: 로드 가이드
1411: 원형 접촉부 1412: 탄성홈

Claims (5)

1. 내부에 대기압보다 높은 압력의 가스로 채워지는 중공부가 형성되고, 일단의 개구부에 걸림턱(112)이 형성된 실린더(110)와;
   상기 실린더(110)의 중공부 내에서 상기 실린더(110)의 길이 방향을 따라 이동하는 피스톤(120)과;
   상기 피스톤(120)으로부터 상기 실린더(110) 외부로 연장 형성된 피스톤 로드(130)와;
   상기 걸림턱(112)에 부합하는 형상의 오목부(141a)가 형성되어 상기 실린더(110)의 중공부 내의 상기 개구부에 설치되고, 상기 피스톤 로드(130)가 관통하도록 중앙부에 관통공(141c)이 형성되며, 상기 관통공(141c)에 관통 설치되는 상기 피스톤 로드(130)의 외주면을 둘러싸는 영역에 상기 관통공(141c)으로부터 상기 관통공(141c)의 중심을 향하여 돌출되되 상기 피스톤 로드(130)의 외경(Ds)보다 더 작은 직경(D2)을 갖도록 돌출 형성되어 상기 피스톤 로드(130)에 접촉하는 원형 접촉부(1411)를 구비하고, 상기 원형 접촉부(1411)의 반경방향으로 바깥 둘레에는 상기 실린더(110)의 길이 방향으로 요입 형성된 탄성홈(1412)이 원형으로 형성되어, 상기 원형 접촉부(1411)가 탄성을 갖고 상기 피스톤 로드(130)의 외주면과 면접촉하되, 상기 원형 접촉부(1411)의 폭(t)은 상기 탄성홈(1412)의 폭(c)의 1/3보다 작게 형성되고, 상기 탄성홈(1412)의 깊이는 상기 탄성홈(1412)의 폭(c)의 1배 내지 5배의 깊이로 형성되며, 상기 탄성홈(1412)은 깊이 방향을 따라 점진적으로 폭(c)이 점점 작아지는 반타원 형상이고, 수지 재질로 일체 사출 성형되는 로드 가이드(141)와;
   상기 실린더의 개구부에 설치된 상기 로드 가이드의 안쪽에 설치된 오일씰(142)을;
   포함하여 구성되어, 상기 원형 접촉부(1411)가 상기 피스톤 로드(130)의 외주면에 탄성을 갖고 면접촉한 상태로 설치되어 외부로부터 이물질이 상기 실린더(110) 내부로 유입되는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
   
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