KR101263236B1 - 에어 하이드로 컨버터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어 하이드로 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면 공압을 동력원으로 하는 구동기 등의 장치에서 유압을 동력원으로 이용할 수 있도록 함으로써 공기압의 단점인 압축 성질을 유압의 장점인 비 압축 성질로 바꿀 수 있도록 함과 동시에, 구동기의 작동 속도를 자유롭게 높은 정밀도로 조절할 수 있도록 하는 에어 하이드로 컨버터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터는 내측에 작동유체가 저장되는 유체저장실이 형성되고, 상기 유체저장실에는 작동유체의 내부를 자유롭게 이동하는 원판디스크가 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

에어 하이드로 컨버터{Air-hydro converters}

본 발명은 에어 하이드로 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면 공압을 동력원으로 하는 구동기 등의 장치에서 유압을 동력원으로 이용할 수 있도록 함으로써 공기압의 단점인 압축 성질을 유압의 장점인 비 압축 성질로 바꿀 수 있도록 함과 동시에, 구동기의 작동 속도를 자유롭게 높은 정밀도로 조절할 수 있도록 하는 에어 하이드로 컨버터에 관한 것이다.

일반적으로 공기압을 이용한 구동기는 누출로 인한 주변 환경오염의 문제가 없고 취급이 용이하여 넓게 이용되어오고 있으나, 공기압의 단점인 압축성 때문에 속도를 정밀하게 제어하여야 하는 분야 즉 절삭 가공 등의 분야에는 공기압을 유압으로 변환하는 하이드로 컨버터가 사용되어오고 있다.

하지만 종래의 하이드로 컨버터는 장시간 사용과 빠른 속도로 사용할 때 동작유압유 속으로 공기가 들어가서 동작유체의 체적이 늘어나서 공기포트로 동작유압유가 넘쳐 나오거나 동작유압유 속으로 들어간 공기 때문에 장점인 비압축성이 단점인 압축성으로 바뀌는 등의 문제가 발생하고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 구동기를 작동시키는 작동유체 내부를 자유롭게 이동하는 디스크를 이용하여 작동유체의 자유표면을 안정시켜서 작동유체 속으로 공기가 혼입되는 것을 방지하고, 작동유체에 혼입된 공기가 자연적으로 소멸되도록 하여 구동기의 동작을 정밀하게 제어할 수 있도록 하는 에어 하이드로 컨버터를 제공함에 있다.

또한, 본 발명은 보조 압력실에 의해 작동유체를 가압하기 위한 공기가 작동유체의 표면을 균일하게 가압시킬 수 있도록 함으로써 작동유체의 출렁거림 현상을 최소화할 수 있는 에어 하이드로 컨버터를 제공함에 다른 목적이 있다.

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상기한 바와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터는,

에어 하이드로 컨버터에 있어서, 내측에 작동유체가 저장되는 유체저장실이 형성되고, 상기 유체저장실에는 작동유체의 내부를 자유롭게 이동하는 원판디스크가 구비된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 에어 하이드로 컨버터에 있어서, 내측에 작동유체가 저장되는 유체저장실과, 상기 유체저장실의 상부에 형성되는 보조압력실 및 상기 보조압력실과 유체저장실의 사이에 형성되는 다수의 공기통로를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 작동유체의 자유표면에는 플로팅디스크가 구비된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 다수의 공기 통로는 방사 대칭 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기 통로의 길이를 직경으로 나눈 값이 0.8을 초과하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조압력실에는 제1 및 제2공기주입구가 형성되고, 상기 유체저장실에는 다수의 액상유체통로가 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 원판 디스크의 재질은 그 비중이 2.0 ~ 3.5인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체저장실에는 작동유체의 자유표면을 기준으로 하여 일측에는 공기주입통로가 형성되고, 타측에는 다수의 액상유체통로가 형성된 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터에 의하면, 유체의 내부를 자유롭게 움직이는 원판 디스크를 이용하여 유체의 자유표면을 안정시킴으로써 작동유체 속으로 공기가 혼입되는 것을 방지하고, 작동유체에 혼입된 공기가 자연히 소멸되도록 하여 로드 구동의 정확성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.

또한, 컨버터의 내부로 투입된 공기가 보조 압력실 내에서 균일한 압력을 갖도록 안정된 후에 다수의 공기통로를 통해 유체저장실로 투입되어 작동유체의 표면을 균일하게 가압시킬 수 있게 되어 작동유체의 출렁거림 현상을 최소화할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.

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도 1은 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 A-A'선 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기를 나타낸 단면도.
도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 A-A'선 단면도.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기의 작동관계를 나타낸 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 나타낸 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터의 다른 실시예를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명의 A-A'선 단면도이고, 도 4는 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 4에 나타낸 본 발명의 A-A'선 단면도이고, 도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기의 작동관계를 나타낸 단면도이며, 도 8은 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기의 다른 실시예를 나타낸 단면도이다.

본 발명은 공압을 동력원으로 하는 구동기 등의 장치에서 유압을 동력원으로 이용할 수 있도록 함으로써 공기압의 단점인 압축 성질을 유압의 장점인 비 압축 성질로 바꿀 수 있도록 함과 동시에, 구동기의 작동 속도를 자유롭게 높은 정밀도로 조절할 수 있도록 하는 에어 하이드로 컨버터(30)에 관한 것으로, 먼저 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터(30)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 유체저장실(32)과 원판디스크(36)를 포함하여 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 유체저장실(32)은 구동기(1)에 구비되는 로드(200)에 구동력을 가할 수 있도록 하는 액상의 작동유체를 그 내부에 저장하는 역할을 하는 것으로, 유체저장실(32)의 내부에는 작동유체와, 상기 작동유체의 자유표면에 압력(공압)을 가함으로써 작동유체를 이동시킬 수 있도록 하는 공기가 존재하게 된다.

또한, 상기 유체저장실(32)에는 작동유체의 내부를 자유롭게 이동하는 원판디스크(36)가 설치되는데, 상기 원판디스크(36)는 유체저장실(32)의 내측 중앙부에 설치되는 고정축(31)의 길이방향을 따라 작동유체의 내부에서 상,하로 자유롭게 이동하면서 작동유체의 이동이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 원판디스크(36)는 고리 형상으로 이루어져 고정축(31)의 외측에 끼움 결합되어 로드(200)가 작동유체가 후술할 유체통로(35)와 액상유체통로(34)를 통해 유체저장실(32)로 유입되는 경우, 유체의 급격한 유입을 방지하여 액상 유체가 유체저장실(32)의 내부에서 출렁거리지 않도록 함으로써 작동유체 속으로 공기가 혼입되는 것을 방지하고, 작동유체에 혼입된 공기가 자연히 소멸되도록 할 뿐만 아니라 작동유체가 유체저장실(32)의 상측 단부에 연결 설치된 공기주입통로(33)를 통해 외부로 빠져나가지 않도록 함으로써 액상 유체의 외부로의 유출이 방지되어 로드(200)에 가해지는 압력을 균일화할 수 있게 되는 것이다.

이때, 후술하겠지만, 상기 원판디스크(36)를 이루는 재질은 그 비중이 2.0 이상 3.5 이하가 되도록 하여 유체의 압력에 의한 원판디스크(36)의 움직임을 제한함으로써 원판디스크(36)의 작동 효과를 최대화할 수 있도록 구성되어 있다.

다음, 상기 유체저장실(32)에 저장되어 있는 작동유체의 상단 자유표면에는 플로팅 디스크(37)가 설치될 수도 있는데, 상기 플로팅 디스크(37)는 고리 형상으로 이루어져 유체저장실(32)의 내부에 설치되는 고정축(31)의 외주면에 끼움 결합되어 작동유체의 이동에 따라 자유표면에서 상하로 이동하면서 유체저장실(32)에 저장되어 있는 유체의 출렁거림을 방지함과 동시에 후술할 공기주입통로(33)를 통해 유체저장실(32)의 내측으로 유입되는 공기가 유체에 혼입되는 것을 방지하여 작동유체의 이동이 원활이 이루어지도록 하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 유체저장실(32)에는 공기주입통로(33)와 다수의 액상유체통로(34)가 각각 연결 설치되는데, 먼저 상기 공기주입통로(33)는 유체저장실(32)의 상부, 즉 작동유체의 자유표면을 기준으로 하였을 때 자유표면의 상측에 외부와 연통되도록 형성되어, 유체저장실(32)의 내부로 공기를 주입시킴으로써 작동유체를 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이고, 상기 액상유체통로(34)는 유체저장실(32)의 하부, 즉 작동유체의 자유표면을 기준으로 하였을 때 자유표면의 하측에 형성되어 유체저장실(32)에 저장되어 있는 작동유체가 에어 하이드로 컨버터(30)의 하단부에 외부와 연통되도록 형성된 유체통로(35)를 통해 이동할 수 있도록 하는 통로 역할을 하는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터의 다른 실시예는 도 2에 나타낸 바와 같이, 작동유체가 저장되는 유체저장실(32)의 상부에 작동유체를 가압시키기 위한 공기가 유입되는 보조압력실(38)이 별도로 형성된 것에 특징이 있는 것으로, 상기 보조압력실(38)은 내부로 투입되는 공기를 안정화시키는 역할을 하는 것이다.

즉, 전술한 실시예에서 공기주입통로(33)를 통해 유입된 공기가 작동유체의 자유표면에 압력을 가하는 경우, 유입되는 공기의 순간적인 압력에 의해 작동유체의 자유표면에 가해지는 압력이 고르게 분포되지 않는 경향이 있어 플로팅 디스크(37)와 작동유체가 안정화되지 못하고 출렁거리는 현상이 발생할 수 있는 것임에 비해, 상기 보조압력실(38)은 내부로 투입되는 공기를 일차적으로 안정화시킨 후 유체저장실(32)에 공급할 수 있도록 함으로써 보다 균일한 압력의 공기에 의해 작동유체의 자유 표면을 가압시킬 수 있도록 하는 것이다.

그리고, 상기 보조압력실(38)과 유체저장실(32)의 사이에는 다수의 공기통로(39)가 형성되는데, 상기 공기통로(39)는 보조압력실(38)로 유입된 공기를 유체저장실(32)의 내부로 공급하는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 공기통로(39)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 중심부로부터 일정거리 이격되어 등간격으로 다수 개가 형성되는 방사대칭구조로 이루어지는데, 그 이유는 공기통로(39)를 통해 유체저장실(32)로 유입되는 공기가 작동유체의 자유표면을 전체적으로 균일한 압력으로 가압할 수 있도록 함으로써 작동유체의 출렁거림 현상을 방지하여 에어 하이드로 컨버터(30)가 원활히 작동되도록 하기 위한 것이다.

또한, 상기 공기통로(39)는 그 길이와 직경의 비, 즉 공기통로(39)의 길이를 공기통로(39)의 직경으로 나눈 값이 0.8을 초과하도록 형성하는데, 그 이유는 공기통로(39)의 길이와 직경의 비가 0.8 이하인 경우, 즉 공기통로(39)의 길이가 그 직경에 비해 너무 짧게 되면, 보조 압력실(38)에서 유체저장실(32)로 들어오는 공기의 흐름 방향을 조절하지 못하여 자유표면이 출렁거릴 우려가 있기 때문이다.

한편, 상기 보조압력실(38)에는 제1 및 제2공기주입구(33a,33b)가 형성되는데, 상기 제1 및 제2공기주입구(33a,33b)는 유체저장실(32)에 저장되어 있는 작동유체를 가압하기 위한 공기를 보조압력실(38)의 내부로 투입시키는 역할을 하는 것으로, 제1공기주입구(33a)는 보조압력실(38)의 상부에 형성되고, 상기 제2공기주입구(33b)는 보조압력실(38)의 측면에 형성된다.

즉, 상기 제1공기주입구(33a)는 보조압력실(38)의 상부에 형성되어, 제1공기주입구(33a)를 통해 유입되는 공기는 주로 공기통로(39)를 통해 유체저장실(32)의 내부로 유입되고, 보조압력실(38)의 측면에 형성되는 제2공기주입구(33b)를 통해 유입되는 공기는 주로 제1공기주입구(33a)를 통해 유입되는 공기를 안정화시킴으로써 공기통로(39)를 통해 유체저장실(32)의 내부로 유입되는 공기의 압력이 작동유체의 자유표면에 균일하게 작용할 수 있도록 하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기와 같은 에어 하이드로 컨버터(30)의 고정축(31), 액상유체통로(34), 유체통로(35), 원판디스크(36) 및 플로팅 디스크(37)와 같은 구성요소들은 전술한 실시예의 구성요소들과 구성 및 작용효과가 동일하므로 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기(1)는 제1 및 제2에어하이드로 컨버터(300,400)를 이용하여 유압에 의해 로드(200)를 작동시킬 수 있도록 함으로써 공기압의 단점인 압축 성질을 유압의 장점인 비압축 성질로 바꿀 수 있도록 함과 동시에 구동기(1)의 구동방향을 자유롭게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 로드(200)의 작동 속도를 조절할 수 있도록 한 것에 특징이 있는 것으로, 그 구성은 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 작업실린더(100), 로드(200), 제1 및 제2에어하이드로 컨버터(300)(400)를 포함하여 구성된다.

보다 상세히 설명하면, 상기 작업실린더(100)는 중앙에 압력챔버(110)가 형성되고, 그 양측 단부에는 외부와 연통되는 제1 및 제2포트(120)(130)가 형성된 것으로, 종래와는 달리 그 전체적인 길이가 짧게 형성되어 있다. 즉, 종래의 작업실린더(100)는 내부에 설치되는 로드(200)를 공압 및 유압에 의해 작동시키기 위한 구성이 모두 작업실린더(100)의 내부에 구비되어 작업실린더(100)의 전체적인 길이 및 크기가 길거나 커야 했던 것임에 비해, 본 발명의 작업실린더(100)에 설치되는 로드(200)는 후술하겠지만 유압에 의해서만 구동되고, 유압을 발생시키기 위한 수단 또한 작업실린더(100)의 외측에 별도로 설치되므로 작업실린더(100)의 전체적인 길이 및 크기를 작게 할 수 있는 것이다.

다음, 상기 로드(200)는 그 일측 단부가 작업실린더(100)의 내측에 설치되고, 타측 단부는 작업실린더(100)의 외측으로 돌출되도록 설치되어 전,후방으로 왕복운동하는 것으로, 로드(200)의 타측 단부에는 유압에 의해 로드(200)를 작동시키는 피스톤(210)이 형성되어 있다.

한편, 상기 작업실린더(100)에 형성된 제1 및 제2포트(120)(130)에는 각각 제1 및 제2에어 하이드로 컨버터(300)(400)가 연결 설치되는데, 상기 제1 및 제2에어하이드로 컨버터(300)(400)는 작업실린더(100)에 형성된 압력챔버(110)의 내측으로 유체를 공급하여 유압에 의해 로드(200)의 타측 단부에 형성된 피스톤(210)을 가압함으로써 로드(200)를 전,후방으로 구동시키는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 제1 및 제2 에어 하이드로 컨버터(300)(400)는 각각 제1 및 제2유체저장실(320)(420)과 제1 및 제2공기주입통로(330)(430)를 포함하여 구성되는데, 상기 제1 및 제2유체저장실(320)(420)은 그 내부에 로드(200)에 구동력을 가할 수 있도록 하는 액상의 유체를 저장하는 역할을 하는 것이고, 상기 제1 및 제2공기주입통로(330)(430)는 각각 제1 및 제2유체저장실(320)(420)의 일측 단부에 외부와 연통되도록 형성되어 제1 및 제2유체저장실(320)(420)의 내부로 공기를 주입시킴으로써 로드(200)의 전진 또는 후진 구동시 제1 및 제2유체저장실(320)(420)에 저장되어 있던 유체를 공압에 의해 작업실린더(100)와 제1 및 제2에어 하이드로 컨버터(300)(400)의 사이에 연결 설치되는 유체통로(350)(450)를 통해 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내부로 유입시키는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 제1 및 제2유체저장실(320)(420)과 유체통로(350)(450)의 사이에는 다수의 액상유체통로(340)(440)가 형성되어 제1 및 제2유체저장실(320)(420)에 저장되어 있는 유체가 유체통로(350)(450)를 통해 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내부로 원활히 이동될 수 있도록 구성되어 있다.

즉, 상기 액상유체통로(340)(440)는 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 및 제2에어 하이드로 컨버터(300)(400)의 하측 단부에 방사상으로 다수 개가 형성되어 제1 및 제2유체저장실(320)(420)에 저장되어 있던 액상 유체가 다수 개의 통로를 통해 흐름의 치우침 없이 고르게 흐를 수 있도록 함과 동시에 유체통로(350)(450)를 통해 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내부로 원활히 이동하도록 하는 역할을 한다.

한편, 상기 제1 및 제2유체저장실(320)(420)의 내측 중앙부에는 각각 제1 및 제2고정축(310)(410)이 돌출 형성되고, 상기 제1 및 제2고정축(310)(410)의 외주면에는 제1 및 제2고정축(310)(410)의 길이방향으로 유체의 내부를 자유롭게 이동하는 제1 및 제2원판 디스크(360)(460)가 구비되는데, 상기 제1 및 제2원판디스크(360)(460)는 고리 형상으로 이루어져 제1 및 제2고정축(310)(410)의 외측에 끼움 결합되어 로드(200)가 전방 또는 후방으로 이동하여 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내에 저장되어 있던 유체가 유체통로(350)(450)와 액상유체통로(340)(440)를 통해 제1 및 제2유체저장실(320)(420)로 유입되는 경우, 유체의 급격한 유입을 방지하여 액상 유체가 제1 및 제2유체저장실(320)(420)의 내부에서 출렁거리지 않도록 함으로써 작동유체 속으로 공기가 혼입되는 것을 방지하고, 작동유체에 혼입된 공기가 자연히 소멸되도록 할 뿐만 아니라 작동유체가 제1 및 제2유체저장실(320)(420)의 상측 단부에 연결 설치된 제1 및 제2공기주입통로(330)(430)를 통해 외부로 빠져나가지 않도록 함으로써 액상 유체의 외부로의 유출이 방지되어 로드(200)에 가해지는 압력을 균일화할 수 있게 되는 것이다.

이때, 상기 제1 및 제2원판디스크(360)(460)를 이루는 재질은 그 비중이 2.0 이상 3.5 이하가 되도록 하는 것이 바람직한데, 그 이유는 비중이 2.0 보다 작으면 유체의 압력에 의해 제1 및 제2원판디스크(360)(460)의 움직임이 심하게 되고, 비중이 3.5 보다 크게 되면 유체의 압력에 비해 제1 및 제2원판디스크(360)(460)의 움직임이 약화되어 전술한 제1 및 제2원판디스크(360)(460)의 작동 효과가 떨어지기 때문이다. 또한, 상기 제1 및 제2원판디스크(360)(460)를 형성하기 위한 재질로 두 가지 이상의 재료를 조합하여 사용하는 경우에도 조합된 재질의 평균 비중이 2.0 ~ 3.5가 되어야 함은 물론이다.

다음, 상기 제1 및 제2유체저장실(320)(420)에 저장되어 있는 유체의 상단 자유표면에는 제1 및 제2플로팅 디스크(370)(470)가 설치될 수도 있는데, 상기 제1 및 제2플로팅 디스크(370)(470)는 고리 형상으로 이루어져 제1 및 제2고정축(310)(410)의 외주면에 끼움 결합되어 제1 및 제2유체저장실(320)(420)에 저장되어 있는 유체의 출렁거림을 방지함과 동시에 제1 및 제2공기주입통로(330)(430)를 통해 제1 및 제2유체저장실(320)(420)의 내측으로 유입되는 공기가 유체에 혼입되는 것을 방지하여 작동유체의 이동이 원활이 이루어지도록 하는 역할을 함으로써 로드(200)의 구동이 원활이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

한편, 상기 제1 및 제2공기주입통로(330)(430)에는 제1 및 제2유체저장실(320)(420)의 내부에 공압을 발생시키기 위한 공기주입펌프(500)가 연결 설치되는데, 상기 공기주입펌프(500)는 제1 또는 제2유체저장실(320)(420)의 내부로 선택적으로 공기를 주입함으로써 제1 또는 제2유체저장실(320)(420)에 저장되어 있는 유체를 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내측으로 유입시킴과 동시에 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내측에 위치하던 유체를 제1 또는 제2유체저장실(320)(420)로 회수하도록 함으로써 로드(200)를 전방 또는 후방으로 구동시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.

이때, 상기 제1 및 제2에어 하이드로 컨버터(300)(400)와 공기주입펌프(500)의 사이에는 공기압 방향 전환밸브(600)가 설치되는데, 상기 공기압 방향 전환밸브(600)는 공기주입펌프(500)를 통해 발생되는 공기를 제1 또는 제2유체저장실(320)(420)로 선택적으로 공급함으로써 제1 또는 제2유체저장실(320)(420)의 내부에 공압이 선택적으로 발생될 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 이에 대한 자세한 설명은 후술하도록 하겠다.

또한, 상기 작업실린더(100)에 형성된 제1 및 제2포트(120)(130)와 제1 및 제2에어 하이드로 컨버터(300)(400)의 사이에는 유압방향 전환밸브(700)가 설치되는데, 상기 유압방향 전환밸브(700)는 공기주입펌프(500)를 통해 발생된 공압에 의해 제1 또는 제2유체저장실(320)(420)에 저장되어 있던 유체가 작업실린더(100) 쪽으로 이동하는 경우 상기 유체를 제1 또는 제2포트(120)(130)를 통해 선택적으로 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내부로 유입시킴으로써 로드(200)를 전방 또는 후방으로 구동시킬 수 있도록 하는 역할을 한다.

이때, 상기 유압방향 전환밸브(700)와 제1 및 제2포트(120)(130)의 사이에는 제1 및 제2속도조절밸브(800)(900)를 각각 연결 설치하여 제1 및 제2포트(120)(130)를 통해 작업실린더(100)의 내부로 유입되거나 작업실린더(100)로부터 외부로 빠져나가는 유체의 속도를 조절함으로써 로드(200)의 구동력 또는 구동세기를 조절할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기(1)의 작동관계를 상세히 설명하기로 한다.

먼저, 구동기(1)를 작동시키기 위해 제1 및 제2에어 하이드로 컨버터(300)(400)에 형성된 제1 및 제2공기주입통로(330)(430)에 연결 설치된 공기주입펌프(500)를 가동시키고, 상기 공기주입펌프(500)로부터 발생된 공기는 제1 및 제2에어 하이드로 컨버터(300)(400)와 공기주입펌프(500)의 사이에 연결 설치된 공기압 방향전환밸브(600)에 의해 제2에어 하이드로 컨버터(400) 측으로만 공급되어 제2유체저장실(420)의 내부에 공압을 발생시킨다.

즉, 공기압 방향전환밸브(600)로 솔레노이드를 이용한 전자밸브가 사용될 경우, 제1에어 하이드로 컨버터(300) 측의 솔레노이드를 통전시키면 공기주입펌프(500)로부터 발생된 공기는 제2에어 하이드로 컨버터(400) 측으로만 공급되어 제2공기주입통로(430)를 통해 제2유체저장실(420)에 저장된 유체의 자유표면에 공압을 발생시킬 수 있게 되고, 제2유체저장실(420)에 저장되어 있던 유체는 공압에 의해 다수의 액상유체통로(440)와 유체통로(450)를 통해 작업실린더(100) 측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 제2유체저장실(420)에 저장된 유체의 자유 표면에 위치하는 제2플로팅 디스크(470)는 제2공기주입통로(430)를 통해 제2유체저장실(420)의 내측으로 유입되는 공기가 유체에 혼입되는 것을 방지함과 동시에 제2공기주입통로(430)를 통해 공급되는 공기에 의한 압력이 유체에 골고루 작용하도록 함으로써 액상유체통로(440)와 유체통로(450)를 통해 배출되는 유체가 압력손실없이 제2공기주입통로(430)를 통해 공급되는 공기의 압력과 거의 동일하게 배출될 수 있도록 하게 된다.

한편, 제2에어 하이드로 컨버터(400)와 작업실린더(100)의 사이에 연결 설치된 유압방향 전환밸브(700)는 작업실린더(100)의 제1포트(120)에 연결 설치될 회로를 작동시킴으로써 제1포트(120)를 통한 작업실린더(100) 내부로의 유체의 유입을 방지하고, 제2유체저장실(420)로부터 공급되는 유체가 제2포트(130)를 통해서만 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내부로 주입되도록 한다.

이와 같이, 제2포트(130)를 통해 압력챔버(110)의 내측으로 유입되는 유체는 도 6에 나타낸 바와 같이, 로드(200)의 단부에 형성된 피스톤(210)의 후방을 가압함으로써 로드(200)를 전방으로 구동시킬 수 있게 된다. 이때, 상기 피스톤(210)과 압력챔버(110)의 내측면 사이에는 오링(220)을 삽입 설치하여 제2포트(130)를 통해 유입된 유체가 피스톤(210)과 압력챔버(110) 사이의 공간부를 통해 전방으로 빠져나가지 않도록 하는 것이 바람직하다.

다음, 작업실린더(100)의 외측 전방으로 돌출된 로드(200)를 작업실린더(100)의 내측 후방으로 구동시키기 위해서는 공기압 방향 전환밸브(600)를 이용하여 공기의 이동 방향을 전환시키게 되는데, 보다 상세히 설명하면 전술한 바와 같이 전자적 제어방식의 공기압 방향 전환밸브(600)를 사용하는 경우, 제2에어 하이드로 컨버터(400) 측의 솔레노이드를 통전시키면 공기주입펌프(500)로부터 발생된 공기는 제1에어 하이드로 컨버터(300) 측으로만 공급되어 제1공기주입통로(330)를 통해 제1유체저장실(320)에 저장된 유체의 자유표면에 공압을 발생시킬 수 있게 되고, 제1유체저장실(320)에 저장되어 있던 유체는 공압에 의해 다수의 액상유체통로(340)와 유체통로(350)를 통해 작업실린더(100) 측으로 이동하게 된다.

이때, 상기 제1유체저장실(320)에 저장된 제1플로팅 디스크(370)의 역할은 전술한 바와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 제1에어 하이드로 컨버터(300)와 작업실린더(100)의 사이에 연결 설치된 유압방향 전환밸브(700)는 작업실린더(100)의 제2포트(130)에 연결 설치된 회로를 작동시킴으로써 제2포트(130)를 통한 작업실린더(100) 내부로의 유체의 유입을 방지하고, 제1유체저장실(330)로부터 공급되는 유체가 제1포트(120)를 통해서만 작업실린더(100)의 압력챔버(110) 내부로 주입되도록 한다.

이와 같이, 제1포트(120)를 통해 압력챔버(110)의 내측으로 유입되는 유체는 로드(200)의 단부에 형성된 피스톤(210)의 전방을 가압함으로써 도 7에 나타낸 바와 같이, 로드(200)를 후방으로 구동시킬 수 있게 되고, 로드(200)가 후방으로 이동함에 따라 피스톤(210)의 후방에 위치하는 유체는 제2포트(130)를 통해 압력챔버(110)의 외부로 유출되어 유체통로(450) 및 액상유체통로(440)를 통해 제2유체저장실(420)로 이동하게 된다.

이때, 제2유체저장실(420)의 내부에 구비되는 제2원판디스크(460)에 의해 압력챔버(110)로부터 제2유체저장실(420)로 유입되는 유체의 급격한 유입이 방지되어 액상 유체가 제2유체저장실(420) 내부에서 출렁거리지 않도록 함으로써 액상 유체가 제2공기주입통로(430)를 통해 제2유체저장실(420)의 외부로 빠져나가지 않게 되고, 원활한 유체의 이동이 이루어지게 된다.

한편, 상기와 같은 피스톤(210)의 전방 가압에 의해 로드(200)가 후방으로 완전히 이동되면 공기압 방향 전환밸브(600)를 작동시켜 공기주입펌프(500)로부터의 공기의 공급방향을 전환시켜 발생된 공기가 다시 제2공기주입통로(430)를 통해 제2에어 하이드로 컨버터(400)의 제2유체저장실(420)로 공급되도록 하여 유체의 자유표면을 가압하도록 함으로써 유체가 전술한 바와 같은 유압방향 전환밸브(700)의 작동에 의해 제2포트(130)를 통해 압력챔버(110)의 내측으로 유입되어 공기주입펌프(500)를 통해 발생되는 공기압과 동일한 압력으로 피스톤(210)의 후방을 가압할 수 있도록 하여 로드(200)를 전방으로 구동시킬 수 있게 되고, 이와 같은 과정의 반복에 의해 로드(200)는 전,후방으로 구동되는 것이다.

또한, 본 발명에 따르면 구동기(1)의 설치각도를 조절하여 상향 및 하향 구동을 포함한 다양한 방향으로의 구동이 가능할 뿐만 아니라, 유압방향 전환밸브(700)와 제1 및 제2포트(120)(130)의 사이에 각각 설치되는 제1 및 제2속도조절밸브(800)(900)를 이용하여 제1 및 제2포트(120)(130)를 통해 압력챔버(110)의 내부로 유입되는 유체의 양 및 속도를 조절함으로써 구동기(1), 즉 로드(200)의 작동속도를 조절할 수 있음은 물론이다.

한편, 도 8에는 도 2에 나타낸 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터(30)의 다른 실시예를 이용한 구동기(1)를 도시하였는데, 이는 제1 및 제2에어하이드로 컨버터(300)(400)로 유체저장실(32)과 보조압력실(38)로 구획되고, 그 사이에 공기통로(39)가 형성된 에어 하이드로 컨버터(30)를 사용한 것이다.

즉, 상기 제1 및 제2에어하이드로 컨버터(300)(400)에는 각각 제1 및 제2유체저장실(320)(420)과 제1 및 제2보조압력실(380)(480)이 형성되고, 상기 제1 및 제2유체저장실(320)(420)과 제1 및 제2보조압력실(380)(480)의 사이에는 제1 및 제2공기통로(390)(490)이 형성되어 공기주입구를 통해 제1 및 제2보조압력실(380)(480)로 유입되는 공기가 제1 및 제2공기통로(390)(490)를 통해 제1 및 제2유체저장실(320)(420)로 유입되도록 하여 작동유체의 자유표면을 균일한 압력으로 가압할 수 있도록 한 것으로, 상기한 내용을 제외한 다른 구성들의 작동관계는 전술한 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 에어 하이드로 컨버터를 이용한 구동기(1)에 의하면 제1 및 제2에어하이드로 컨버터(300)(400)를 이용하여 유압에 의해 로드(200)를 작동시킬 수 있도록 함으로써 공기압의 단점인 압축 성질을 유압의 장점인 비압축 성질로 바꿀 수 있고, 로드(200)를 가압하기 위한 유체를 저장하는 장치를 작동실린더(100)와 별도로 구성하여 구동기(1)의 전체적인 길이를 줄임으로써 구동기(1)의 설치에 대한 위치적인 제약을 줄임과 동시에 구동기(1)의 작동방향을 자유롭게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 컨버터의 내부로 투입된 공기가 보조 압력실(38) 내에서 균일한 압력을 갖도록 안정된 후에 다수의 공기통로(39)를 통해 유체저장실(32)로 투입되어 작동유체의 표면을 균일하게 가압시킬 수 있게 되어 작동유체의 출렁거림 현상을 최소화할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.

전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

본 발명은 에어 하이드로 컨버터에 관한 것으로, 보다 상세히 설명하면 공압을 동력원으로 하는 구동기 등의 장치에서 유압을 동력원으로 이용할 수 있도록 함으로써 공기압의 단점인 압축 성질을 유압의 장점인 비 압축 성질로 바꿀 수 있도록 함과 동시에, 구동기의 작동 속도를 자유롭게 높은 정밀도로 조절할 수 있도록 하는 에어 하이드로 컨버터에 관한 것이다.

1 : 구동기 30 : 에어 하이드로 컨버터
31 : 고정축 32 : 유체저장실
33 : 공기주입통로 33a : 제1공기주입구
33b : 제2공기주입구 34 : 액상유체통로
35 : 유체통로 36 : 원판디스크
37 : 플로팅 디스크 38 : 보조압력실
39 : 공기통로 100 : 실린더
110 : 압력챔버 120 : 제1포트
130 : 제2포트 200 : 로드
210 : 피스톤 220 : 오링
300 : 제1에어 하이드로 컨버터 310 : 제1고정축
320 : 제1유체저장실 330 : 제1공기주입통로
340, 440 : 액상유체통로 350, 450 : 유체통로
360 : 제1원판디스크 370 : 제1플로팅 디스크
380 : 제1보조압력실 390 : 제1공기통로
400 : 제2에어 하이드로 컨버터 410 : 제2고정축
420 : 제2유체저장실 430 : 제2공기주입통로
460 : 제2원판디스크 470 : 제2플로팅 디스크
480 : 제2보조압력실 490 : 제2공기통로
500 : 공기주입펌프 600 : 공기압 방향전환 밸브
700 : 유압 방향전환 밸브 800 : 제1속도조절밸브
900 : 제2속도조절밸브

Claims (15)

1. 에어 하이드로 컨버터에 있어서,
   내측에 작동유체가 저장되되, 작동유체의 자유표면을 기준으로 하여 상부에 공기주입통로가 형성되고, 하부에는 유체통로가 형성되는 유체저장실과,
   상기 유체저장실의 내측에 구비되어 작동유체의 유동에 의해 작동유체의 내부를 자유롭게 이동하는 원판디스크를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 에어 하이드로 컨버터.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 유체저장실의 상부에는 공기주입통로와 연통되는 보조압력실이 형성되고, 상기 보조압력실과 유체저장실의 사이에는 다수의 공기통로가 형성된 것을 특징으로 하는 에어 하이드로 컨버터.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 작동유체의 자유표면에는 플로팅디스크가 구비된 것을 특징으로 하는 에어 하이드로 컨버터.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 다수의 공기 통로는 방사 대칭 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 에어 하이드로 컨버터.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 공기 통로의 길이를 직경으로 나눈 값이 0.8을 초과하는 것을 특징으로 하는 에어 하이드로 컨버터.
   
6. 제 2항에 있어서,
   상기 공기주입통로는 보조압력실의 상부에 형성되는 제1공기주입구와, 보조압력실의 측면에 형성되는 제2공기주입구로 이루어지고, 상기 유체저장실과 유체통로의 사이에는 다수의 액상유체통로가 형성된 것을 특징으로 하는 에어 하이드로 컨버터.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 원판 디스크의 재질은 그 비중이 2.0 ~ 3.5인 것을 특징으로 하는 에어 하이드로 컨버터.
   
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