KR101288395B1

KR101288395B1 - 고압 펄스 노즐 장치

Info

Publication number: KR101288395B1
Application number: KR1020097005653A
Authority: KR
Inventors: 앤드류 노에스테덴
Original assignee: 발리안트 코포레이션
Priority date: 2006-08-23
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2013-07-22
Also published as: EP2059347A2; CN101553318A; EP2059347A4; CA2661336A1; WO2008023252A2; US7559489B2; DE602007008259D1; MX2009002022A; CN101553318B; ATE476259T1; ES2349707T3; CA2661336C; US20080048048A1; WO2008023252A3; KR20090042327A; EP2059347B1; PL2059347T3

Abstract

공업용 부품을 세정 또는 디버링(deburring)하는 고압 액체 분사 장치는, 가압 액체 소스와 연결할 수 있도록 구성된 유입구, 배출구, 및 유입구를 배출구에 연결하는 유체 통로부를 갖는 노즐 하우징을 포함한다. 유체 통로부의 중간 부분의 둘레에 배치되도록 노즐 하우징 내에 유체 챔버가 형성된다. 유체 챔버를 유체 통로부에 유동적으로(fluidly) 연결하는 하나 이상의 개구부가 노즐 하우징 내에 형성되는 한편, 노즐 하우징 상의 조절 포트가 유체 챔버에 유동적으로 연결된다. 조절 포트는 가변 흐름 가압 액체 소스에 연결되어, 배출구로부터의 분사 원뿔 패턴을 밸브 개방을 함수로 하여 변화시키도록 구성된다.

분사 노즐, 분무 패턴, 가압 액체 소스, 조절 포트, 세정 응용기기

Description

고압 펄스 노즐 장치{HIGH-PRESSURE PULSE NOZZLE ASSEMBLY}

본 발명은 전반적으로 공업용 부품을 세정 및/또는 디버링(deburring)하기 위한 고압 액체 분사 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 분무 패턴을 변화시킬 수 있는 고압 액체 분사 장치에 관한 것이다.

고압 액체 분사 노즐은 각종의 공업용 응용기기에 사용된다. 예컨대, 이러한 노즐은 공업용 부품의 세정 및 디버링 등을 위해 이용된다. 이러한 노즐은 통상적으로 수 천 압력(psi)으로 액체를 분사한다.

그러나, 이러한 공지의 노즐의 한 가지 단점은, 노즐이 고정형(fixed geometry)으로 된다는 것이다. 이와 같이, 부품을 디버링하기 위해 하나의 노즐이 사용되는 한편, 다른 부품을 분무 세척하기 위해서는 다른 노즐이 사용될 것이다. 노즐이 로봇 아암에 의해 조작되는 경우, 상이한 제조 및/또는 세정 작업을 달성하기 위해 노즐을 전환하는 것은, 전체 작업에 주기적인 시간을 추가하게 되어 바람직하지 않다. 또한, 노즐을 하나의 응용기기를 위한 한 가지 유형의 노즐에서 다른 노즐로 전환할 때, 노즐과의 유체 누설 방지 결합(fluid-tight connection)을 보장하기 위해 번거로운 유체 커플링을 채용할 필요가 있다.

특히 세척 응용기기에서의 이들 고정형 노즐의 또 다른 단점은, 세정 작업 동안 이용된 꾸준한 상태의 액체 분사에 의해 과도한 세정액이 소모될뿐만 아니라 취급될 부품을 넘쳐 흐르게 되어 매우 낮은 효율을 나타낸다는 것이다. 이러한 단점은 세정 작업의 비용을 증가시키고, 또한 사용 후의 세정액의 처리에서 환경적인 문제점 및 비용 발생을 야기할 수 있다.

본 발명은 전술한 공지의 장치의 단점의 전부를 해소하는 고압 액체 분사 장치를 제공한다.

본 발명의 고압 액체 분사 장치를 간략하게 설명하면, 본 발명의 고압 액체 분사 장치는, 가압 액체 소스와 연결할 수 있도록 구성된 유입구, 배출구, 및 상기 유입구를 상기 배출구에 연결하는 유체 통로부를 갖는 노즐 하우징을 포함한다. 상기 유체 통로부의 중간 지점에는 벤추리부(venturi section)가 형성되는 것이 바람직하다.

상기 유체 통로부의 중간 부분의 둘레에 배치되도록 상기 노즐 하우징 내에 유체 챔버가 형성된다. 유체 챔버를 상기 유체 통로부에 유동적으로(fluidly) 연결하는 하나 이상, 더욱 대표적으로는 여러 개의 원주상으로 이격된 개구부가 상기 노즐 하우징 내에 형성된다.

조절 포트가 상기 노즐 하우징에 부착되어, 상기 노즐 하우징 내의 통로가 상기 조절 포트를 상기 유체 챔버에 유동적으로 연결한다. 조절 포트는 또한 상기 유체 챔버로부터의 유체를 상기 개구부를 통해 상기 유체 통로부를 거친 유체 흐름 내에 가변적으로 유입시키는 가변 흐름 가압 액체 소스에 연결되도록 구성된다. 이와 같이 함으로써, 상기 노즐 하우징의 배출구로부터의 액체 분사 패턴이, 상기 개구부를 통해 상기 유체 챔버로부터 상기 유체 통로부 내로 흐르는 액체 흐름량을 함수로 하여 변화하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 노즐 하우징에 대한 유입구와 조절 포트 사이에 가변 개방 밸브가 유동적으로 연결된다. 그 결과, 밸브를 가변적으로 개방시킴으로써, 챔버 내로 또한 배출구 캐비티를 가로지르는 메인 유체 흐름 내로 가변 흐름이 제공되어, 분사된 원뿔 패턴을 변화시킨다. 또한, 밸브는 상이한 고정 분사 원뿔 패턴을 얻기 위해 상이한 고정 위치까지 개방되거나, 이와 달리 주기적으로 개방 및 폐쇄되어 노즐 배출구로부터 해당 주기의 가변 분사 원뿔 패턴을 생성할 수도 있다.

본 발명의 고압 액체 분사 장치는 로봇 아암과 함께 사용되는 것이 이로우며, 이 로봇 아암은 하우징의 위치를 조작할뿐만 아니라, 밸브를 가변적으로 개방시킴으로써 분사되는 원뿔 패턴을 제어한다. 이와 같이 밸브 개방을 함수로 하여 상이한 원뿔 패턴을 획득함으로써, 본 발명의 단일 액체 분무 장치는 다수의 상이한 제조 작업 및/또는 세정 작업을 수행하도록 이용될 수 있다.

여러 도면에 걸쳐 동일한 부분에 대해 동일한 도면 부호가 부여되어 있는 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 정독하면, 본 발명을 더욱 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 로봇 아암과 함께 사용되는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 입면도이다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 길이 방향 단면도이다.

도 3은 본 발명의 하나의 동작 모드 또는 하나의 동작 단계를 예시하는 길이 방향 단면도이다.

도 4는 도 3과 유사한 도면으로, 제2 동작 모드 또는 제2 동작 단계를 예시하는 도면이다.

도 5는 도 3 및 도 4와 유사한 도면으로, 본 발명의 또 다른 동작 모드 또는 동작 단계를 예시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 공업용 부품을 세정 또는 디버링하기 위한 본 발명에 따른 고압 액체 분사 장치(10)가 로봇 아암(12)의 자유 선단에 연결된 상태로 도시되어 있다. 통상적인 방식에서는, 로봇 아암(12)은 요구된 제조 및/또는 세정 작업을 위해 고압 액체 분사 장치(10)를 위치시키기 위해 고압 액체 분사 장치(10)의 위치를 조작한다.

도 2를 참조하면, 고압 액체 분사 장치(10)의 일부분이 예시되어 있으며, 이 고압 액체 분사 장치(10)는 몸체부(15) 및 슬리브(28)를 포함하고 또한 신장된 형태로 전반적으로 원형의 형상을 갖는 노즐 하우징(14)을 포함한다. 노즐 하우징(14)의 일단(18)에는 유입구(16)가 형성되어 있고, 그 타단(22)에는 배출구(20)가 형성되어 있다. 신장된 형태의 통로부(24)는 유입구(16)와 배출구(20)를 유동적으로 연결하며, 이 통로부(24)는 유입구(16)와 배출구(20) 사이의 통로부 내의 중간 지점에서의 유체 속도를 증가시키는 벤추리부(26)와, 배출구(20)에 인접해 있는 배출구 캐비티(21)를 포함한다. 이 배출구 캐비티(21)는, 원통부(23)와, 배출구(20)에 대해 개방되어 있는 외향 깔때기부(25)를 포함한다.

슬리브(28)는 노즐 하우징(14)의 타단(22)에 인접한 몸체부(15) 둘레에 배치되어 있다. 슬리브(28)는 슬리브(28)의 각각의 말단에 인접하여 있는 환형 O-링(30)에 의해 몸체부(15)에 유동적으로 밀봉되어 있다. 슬리브(28)와 몸체부(15)는 함께 유체 챔버(32)를 형성하며, 이 유체 챔버(32)는 전반적으로 환형의 형상으로 이루어지고, 통로부(24)의 중간 부분에서 통로부(24)의 둘레에 배치되어 있다. 몸체부(15)는 또한 챔버(32) 내로 연장하여 챔버(32)를 2개의 서브챔버(38, 40)로 분리시키는 외향 연장 환형 배플(34)을 포함한다. 배플(34)의 용도에 대해서는 후술될 것이다.

다시 도 2를 참조하면, 조절 포트(42)가 몸체부(15)에 연결되어 몸체부(15)의 외주로부터 바깥쪽으로 연장하고 있다. 이 조절 포트(42)는 몸체부(15)에 형성된 통로(44)에 의해 서브챔버(38)에 유동적으로 연결되어 있다. 통로(44)를 형성하기 위해, 예컨대 몸체부(15)를 관통하는 길이 방향으로 연장하는 개구부을 뚫고 그 개구부의 외측 끝을 막는 것과 같은 종래의 수단이 이용될 수도 있다.

서브챔버(40)는 몸체부(15)를 관통하여 형성된 하나 이상, 바람직하게는 원주 방향으로 이격된 복수의 개구부(46)에 의해 외측 캐비티(21)의 원통부(25)에 유동적으로 연결된다. 개구부(46)는 횡단면 형상이 외측 캐비티(25)보다 훨씬 더 작다. 도 3을 참조하면, 고압 액체 소스(50)가 하우징 유입구(16)에 유동적으로 연 결된다. 고압 액체 소스(50)는 통상적으로 수 천 압력(psi)의 범위를 갖는다.

우회 통로(52)는 회전 가능한 밸브 부재(56)를 갖는 밸브(54)를 통해 고압 유체 소스(50)를 조절 포트(42)에 유동적으로 연결한다. 도 3에 예시된 구성에서는, 밸브 부재(56)는 우회 통로(52)를 통하여 조절 포트(42) 내로 자유로운 유체 흐름을 허용하는 방향으로 되어 있다.

동작 시에, 도 3에 예시된 위치에 있는 밸브 부재(56)를 이용하면, 고압 유체가 통로부(24)를 통해 유입구(16)로부터 배출구(20)로 흐르게 된다. 이와 동시에, 고압 유체는 조절 포트(42)를 통해 통로(44)를 경유하여 하우징 챔버(32) 내로 흐르게 된다. 하우징 챔버(32)로부터는, 유체가 개구부(46)를 통해 통로부(24)를 거친 메인 스트림 내로 흐르게 된다. 조절 포트(46)를 통한 유체의 흐름은 배출구 캐비티(21) 내의 통로부(24)를 거친 유체 흐름을 요동시키고, 그 결과 비교적 넓은 액체 분무 패턴(60)을 발생시킨다. 더 넓은 폭의 분무 패턴은 처리될 공업용 부품에 가해지는 충격 압력을 낮추게 하며, 그 반대로 좁은 폭의 분무 패턴은 거의 동일한 충격 에너지를 더 협소한 면적에 집중시켜, 국소적인 최고 충격 압력을 야기할 것이다. 이러한 넓은 폭의 분무 패턴은 예컨대 공업용 부품을 세척하기 위한 세척 작업 동안에 유용할 것이다.

액체가 조절 포트(42)를 통해 챔버(32)내로 흐르는 동안, 배플(34)은 챔버(32) 내에서의 유체 요동을 최소화시키는 효과가 있으며, 이로써 유체 흐름에서의 요동은 유체가 개구부(46)를 둘러싸는 서브챔버(40)에 도달할 때쯤에는 효과적으로 제거된다. 이로써, 각각의 개구부(46)를 통해 비교적 균일한 흐름이 달성되 고, 균일한 분무 패턴(60)이 발생된다.

도 4를 참조하면, 매우 제한된 유체 흐름만이 밸브(54)를 통해 조절 포트(42) 내로 흐를 수 있도록 밸브 부재(56)가 회전되어 있다. 이로써, 개구부(46)를 통한 유체 흐름량이 더 작아지게 되어, 배출구(20)로부터의 분무 패턴(60')이 도 3에 예시된 분무 패턴(60)보다 좁아지게 된다.

마찬가지로, 도 5를 참조하면, 조절 포트(42) 내로의 유체 흐름이 차단되도록 밸브 부재(56)가 회전되어 있다. 이 경우, 개구부(46)를 통한 유체 흐름이 발생하지 않으므로, 벤추리부(26)만에 의해 이루어지는 타입의 매우 좁은 폭의 분무 패턴(60")이 발생된다.

밸브(54)가 회전 밸브 부재(56)를 갖는 것으로 예시하였지만, 본 발명의 요지에서 벗어나지 않고서도 조절 포트(42) 내로의 유체 흐름을 제어하기 위해 어떠한 유형의 밸브도 사용될 수 있다.

또한, 밸브(54)는 사전 설정된 위치로 선택적으로 또한 가변적으로 개방 및 폐쇄되어 요구된 분무 패턴(60∼60")을 발생할 수도 있을 것이다. 그러나, 이와 반대로, 밸브(54)는 예컨대 밸브 부재(56)의 연속 회전에 의해 연속적으로 개방 및 폐쇄되어, 도 3에 예시된 비교적 넓은 분무 패턴(60)에서부터 도 5에 예시된 폭이 좁은 분무 패턴(60")까지 연속적으로 변화하는 분무 패턴을 발생할 수도 있다. 세척 응용기기와 같은 다수의 응용기기에서, 실제의 세척 작업은 분무 패턴을 연속적으로 변화시킴으로써 더욱 효과적으로 달성될 수 있다.

전술한 설명으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 단지 조절 포트 내로 의 유체 흐름을 제어하는 밸브를 조정함으로써 액체 분사 패턴이 조정될 수 있는 신규의 액체 분무 장치를 제공한다. 그에 따라, 노즐 장치(10)는, 도 1에 예시된 로봇 아암(12)에 의해 조작되는 경우, 밸브 부재를 조정함으로써 비교적 넓은 분무(60)의 것으로 조정될 수 있다. 후속하여, 밸브 부재를 단지 도 5에 예시된 위치로 조정함으로써, 노즐 하우징(14)을 물리적으로 변경시키지 않고서도 디버링 동작과 같은 다른 제조 동작을 위해 더 높은 압력의 분무가 이용될 수 있다.

이상 본 발명을 설명하였지만, 첨부된 청구범위의 사상에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 요지에서 벗어나지 않고서도 본 기술 분야에 속하는 당업자에 의해 다수의 수정이 이루어질 수 있음은 명백하다.

Claims

공업용 부품을 세정 또는 디버링(deburring)하는 고압 액체 분사 장치에 있어서,

가압 액체 소스와 연결할 수 있도록 구성된 유입구, 배출구, 및 상기 유입구를 상기 배출구에 연결하고 또한 상기 배출구에 인접하여 배출구 캐비티를 형성하는 유체 통로부를 갖는 노즐 하우징;

상기 노즐 하우징 내에 형성되고, 상기 배출구 캐비티의 중간 부분의 둘레에 배치되는 유체 챔버;

상기 노즐 하우징 내에 형성되고, 상기 유체 챔버를 상기 유체 통로부에 유동적으로(fluidly) 연결하는 하나 이상의 개구부; 및

상기 노즐 하우징 상의 조절 포트와, 상기 조절 포트를 상기 유체 챔버에 유동적으로 연결하는 상기 노즐 하우징 내의 통로

를 포함하며,

상기 조절 포트는 가변 개방 밸브를 통하여 가압된 액체 소스에 연결되어, 상기 가변 개방 밸브의 개구를 변화시켜 상기 배출구로부터의 분무 패턴을 변화시키도록 구성되는,

고압 액체 분사 장치.
삭제
제1항에 있어서,

상기 유체 챔버 내에 배치되어, 상기 유체 챔버 내에 2개의 서브챔버를 형성하는 배플을 더 포함하는, 고압 액체 분사 장치.
제3항에 있어서,

상기 통로는 상기 서브챔버 중의 하나의 서브챔버에 대해 개방되어 있고, 상기 개구는 상기 서브챔버 중의 다른 서브챔버에 대해 개방되어 있는, 고압 액체 분사 장치.
제1항에 있어서,

상기 하나 이상의 개구는 원주상으로 이격된 복수의 개구를 포함하는, 고압 액체 분사 장치.
제1항에 있어서,

상기 유체 통로부를 따라 중간 위치에 형성된 벤추리부(venturi)를 더 포함하는, 고압 액체 분사 장치.
제6항에 있어서,

상기 하나 이상의 개구는 상기 벤추리부와 상기 배출구 사이의 위치에서 상기 유체 통로부에 대해 개방되어 있는, 고압 액체 분사 장치.
제1항에 있어서,

상기 노즐 하우징은, 상기 유체 통로부가 관통하여 형성되는 몸체부와, 상기 몸체부 둘레에 배치된 슬리브를 포함하며, 상기 유체 챔버가 상기 몸체부와 상기 슬리브 사이에 형성되는, 고압 액체 분사 장치.
제1항에 있어서,

상기 밸브를 주기적으로 개방 및 폐쇄시켜 상기 배출구로부터의 분무 패턴을 조정하는 수단을 더 포함하는, 고압 액체 분사 장치.
제1항에 있어서,

상기 노즐 하우징은 로봇 아암에 의해 운반되는, 고압 액체 분사 장치.