KR101718822B1 - 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프 - Google Patents

급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프 Download PDF

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Abstract

다이어프램 펌프는 공급 유로와 체크밸브 시트와 전달 유로 및 토출 유로를 구비하는 용기와, 용기의 내부 공간을 공급 유로와 연결되는 입력측 공간과 전달 유로 및 토출 유로와 연결되는 출력측 공간으로 구획하도록 구성되는 탄성부재를 포함하는 급속 토출밸브 유닛을 구비한다. 탄성부재는 출력측 공간으로부터 입력측 공간으로의 공기의 유입을 방지하기 위한 체크밸브 몸체와, 공기가 공급 유로를 통해 입력측 공간으로 공급되면 토출 유로를 폐쇄하도록 구성되는 토출포트 밸브몸체를 구비한다. 용기는 공급 유로의 단면의 면적보다 더 작은 단면적을 갖고 입력측 공간 내의 가압 공기를 외부로 방출하도록 구성되는 연결 통로를 구비한다.

Description

급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프{Diaphragm Pump Integrally Incuding Quick Discharge Valve Unit}
본 발명은 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프에 관한 것이다.
다이어프램 펌프(diaphragm pump)는 일반적으로 가압 공기를 혈압계와 같은 가압 대상(pressurization target)으로 공급하기 위해 사용된다. 다이어프램 펌프는 탄성 물질로 만들어진 다이어프램 부분을 변형시킴으로써 공기를 가압 대상으로 전달하는 펌프이다. 급속 토출밸브 유닛(quick discharge valve unit)은 이와 같은 다이어프램 펌프의 전달 포트(delivery port)와 일체로 된다. 다이어프램 펌프의 작동이 중지되면, 급속 토출밸브 유닛은 가압 대상 내에 남아있는 가압 공기를 짧은 시간 내에 토출시킨다(예컨대, 일본 특허공개 번호 2012-172577호).
도 6은 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 종래의 다이어프램 펌프의 실예를 나타낸 것이다.
다이어프램 펌프(100)는 복수의 다이어프램 부분(71)을 구비한 다이어프램(7)과, 다이어프램(7)에 형성된 구획부재(8)와, 구획부재(8)에 형성된 급속 토출밸브 유닛(2)을 구비한다.
다이어프램(7)의 다이어프램 부분들(71)과 구획부재(8)는 펌프 챔버들(70)을 형성한다. 복수의 다이어프램 부분들(71)을 순서대로 변형시킴으로써 구획부재(8)에 형성된 흡입 유로(82)를 통해 각 펌프 챔버(70) 내로 들어온 공기가 출력 유로(output passage)(81)로부터 급속 토출밸브 유닛(2)으로 전달된다. 흡입밸브 몸체(75)와 전달밸브 몸체(delivery valve body)(84)는 역류를 방지하기 위한 밸브 몸체들이다.
급속 토출밸브 유닛(2)은 공급 유로(106)를 가진 하부 하우징(10)과 토출 유로(111a)를 가진 상부 하우징(11)을 구비한 용기(vessel)(9)와, 공급 유로(106)를 통해 펌프 챔버(70)에 연결되는 입력측 공간(9a)과 전달 유로(delivery passgae)(113a) 및 토출 유로(111a)에 연결되는 출력측 공간(9b)으로 용기(9)를 구획하는 탄성부재(12)를 구비한다. 탄성부재(12)는 공기가 공급 유로(106)를 통해 입력측 공간(9a)으로 공급되면 토출 유로(111a)를 폐쇄하는 토출포트 밸브몸체(121)와, 하부 하우징(10)에 형성된 체크밸브 시트(seat)(107)와 함께 출력측 공간(9b)으로부터 입력측 공간(9a)으로의 공기의 유입을 방지하기 위한 체크밸브를 형성하는 체크밸브 몸체(122)를 구비한다.
다이어프램 펌프(100)가 작동하는 동안, 구획부재(8)에 형성된 출력 유로(81)로부터 전달되는 공기는 하부 하우징(10)에 형성된 공급 유로(106)를 통해 입력측 공간(9a)으로 공급되고, 체크밸브(197, 122) 및 하부 하우징(10)의 돌출부(108)에 형성된 그루브 연결홀(108b)을 통해 출력측 공간(9b)으로 유동하며, 그리고 돌출 원통부(113)에 형성된 전달 유로(113a)로부터 가압 대상(미도시)으로 전달된다. 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 주어진 값과 같거나 더 낮으면, 체크밸브 몸체(122)와 체크밸브 시트(107)를 구비한 체크밸브는 폐쇄된 채로 유지되고, 공기는 오직 연결홀(108b)을 통해 출력측 공간(9b)으로 유동하여 전달 유로(113a)로부터 가압 대상(미도시)으로 전달된다.
한편, 펌프 챔버(70)로부터 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 증가하면, 공기는 연결홀(108b)을 통해서 뿐만 아니라 체크밸브 몸체(122)와 체크밸브 시트(107)를 구비한 체크밸브를 통해서도 출력측 공간(9b)으로 유동한다.
그러나 만일 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기가 체크밸브 몸체(122)와 체크밸브 시트(107)를 구비한 체크밸브를 통해 출력측 공간(9b)으로 유동하기 시작할 정도의 유량을 가진다면, 체크밸브 몸체(122)와 체크밸브 시트(107)를 구비한 체크밸브가 개방되는 시점에서 입력측 공간(9a)으로부터 출력측 공간(9b)으로 유동하는 공기가 연결홀(108b)을 통과하는 공기에 추가된다. 이것은 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 전달되는 공기의 유량을 증가시키거나 감소시킨다. 그러므로, 만일 가압 대상으로 전달되는 공기의 유량이 감소된다면, 가압대상으로의 가압은 불안정하게 된다.
본 발명의 목적은 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비하고 가압 대상을 더욱 안정적으로 가압할 수 있는 다이어프램 펌프를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 실현하기 위해, 본 발명에 따른 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프는 탄성 변형 가능한 다이어프램부를 구비한 다이어프램;과, 상기 다이어프램에 놓여져서 상기 다이어프램부와 함께 펌프 챔버를 형성하며, 외부로부터 상기 펌프 챔버 내로 들어온 공기가 유동하는 흡입 유로와, 상기 펌프 챔버로부터의 공기 출력(air output)이 유동하는 출력 유로를 구비하는 구획부재;와, 상기 펌프 챔버를 팽창시키고 수축시키기 위해 상기 다이어프램부를 변형시키도록 구성되는 구동 메카니즘(5);과, 상기 구획부재에 형성되고, 공기 출력을 상기 출력 유로로부터 외부 가압 대상으로 전달하고 상기 가압 대상 내에 남아있는 가압 공기를 토출하도록 구성되는 급속 토출밸브 유닛;을 포함하고,
상기 급속 토출밸브 유닛은 상기 출력 유로로부터의 공기 출력이 유동하는 공급 유로 및 체크밸브 시트를 구비하는 제1하우징과, 상기 가압 대상으로 공급될 공기가 유동하는 전달 유로 및 외부로 개방되는 토출 유로를 구비하는 제2하우징을 포함하는 용기(vessel);와, 상기 용기의 내부 공간을 상기 출력 유로로부터의 공기 출력이 상기 공급 유로를 통해 입력되는 입력측 공간과, 상기 전달 유로 및 상기 토출 유로와 연결되는 출력측 공간으로 구획시키는 탄성부재;를 구비하며,
상기 탄성부재는 상기 체크밸브 시트와 함께 상기 출력측 공간으로부터 상기 입력측 공간으로의 공기의 유입을 방지하는 체크밸브를 형성하도록 구성되는 체크밸브 몸체;와, 공기가 상기 공급 유로를 통해 상기 입력측 공간으로 공급될 때 상기 토출 유로를 폐쇄하도록 구성되는 토출포트 밸브몸체;를 포함하며,
상기 제1하우징은 상기 입력측 공간 내의 가압 공기를 외부로 방출시키도록 구성되는 연결 통로를 구비하고, 상기 연결 통로는 종방향에 대해 수직한 상기 공급 유로의 단면의 면적보다 더 작은 단면적을 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프의 배치구조(arrangement)를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예에 따른 다이어프램 펌프가 가압 대상으로 공기를 공급할 때의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 실시예에 따른 다이어프램 펌프가 가압 대상으로의 공기의 공급을 중지한 직후 공기의 유동을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따른 다이어프램 펌프에서 급속 토출밸브 유닛으로부터 토출된 공기의 유동을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프의 공급 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6은 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 종래의 다이어프램 펌프의 배치구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예는 도 1 내지 도 5를 참조하여 아래에서 설명될 것이다.
<급속 토출밸브와 일체화된 다이어프램 펌프의 배치구조>
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 다이어프램 펌프(1000)는 다이어프램 펌프 본체(1)와 급속 토출밸브 유닛(2)을 구비한다.
<다이어프램 펌프 본체의 배치구조>
다이어프램 펌프 본체(1)는 모터(3)와, 모터(3)가 고정되는 케이스(4)와, 케이스(4)에 수용되는 구동 메카니즘(5)과, 케이스(4)에 형성되는 다이어프램 홀더(6)와, 다이어프램 홀더(6)에 의해 지지되는 다이어프램(7)과, 다이어프램(7)에 형성된 구획부재(8)를 구비한다.
케이스(4)는 하나의 개구단부와 하나의 폐쇄단부를 가진 바닥 원통형 부재이다. 이 실시예에 있어서, 케이스(4)의 바닥부는 평면도에서 거의 사각형상을 가진다. 케이스(4)는 예컨대 수지로 만들어진다. 모터(3)는 케이스(4)의 외측으로부터 케이스(4)의 바닥부에 고정된다. 모터(3)의 출력축(3a)은 케이스(4)의 바닥부에 형성된 홀(4a)로부터 케이스(4) 내로 삽입되어 구동 메카니즘(5)에 연결된다.
구동 메카니즘(5)은 모터(3)의 출력축(3a)에 고정되는 크랭크 테이블(crank table)(51)과, 크랭크 테이블(51)에 고정되는 일단부를 가진 구동축(52)과, 구동축(52)에 끼워지는 구동부재(53)를 구비한다. 크랭크 테이블(51)은 예컨대 수지로 만들어진 거의 원주형 부재(columnar member)이다. 구동축(52)의 일단부는 크랭크 테이블(51)의 일 부분에 고정되고, 모터(3)의 출력축(3a)으로부터 편심된다. 구동축(52)은 모터(3)의 출력축(3a)의 축(axis)에 경사지게 되도록 크랭크 테이블(51)에 부착된다. 구동부재(53)는 구동축(52) 주위에서 회전 가능하도록 구동축(52)에 의해 지지된다.
구동부재(53)는 예컨대 수지로 만들어진 부재이다. 구동부재(53)는 비통공(non-through hole)(53c)이 형성된 일단부를 가진 원주형 베이스부(53a)와, 베이스부(53a)의 타단부로부터 베이스부(53a)의 축(axis)에 수직한 방향으로 연장한 구동요소(53b)를 구비한다. 구동요소(53b)는 (후에 기술될) 다이어프램(7)에 형성된 피스톤(72)의 돌출부(73)와 치합하는 록킹홀(locking hole)(53d)을 가진다.
다이어프램 홀더(6)는 케이스(4)의 개방단부에 부착되는 원통부(6b)와, 상단 플레이트(6a)를 구비한 부재이다. 다이어프램 홀더(6)는 예컨대 수지로 만들어진다. 다이어프램 홀더(6)의 상단 플레이트(6a)는 (후에 기술될) 다이어프램(7)의 다이어프램부(71)를 지지하는 지지홀(61)을 가진다. 본 실시예에 있어서, 두 개의 지지홀(61)이 평면도에서 원주방향으로 180°각도의 위치에서 다이어프램 홀더(6)의 상단 플레이트(6a)의 중앙부 주위에 형성된다.
다이어프램(7)은 두 개의 반구형 다이어프램부(semispherical diaphragm portions)(71)와, 두 개의 다이어프램부(71)의 개구부의 가장자리를 연결하는 플랜지(7a)를 구비한다. 두 개의 반구형 다이어프램부(71)는 평면도에서 원주방향으로 180°각도의 위치에서 플랜지(7a)의 중앙부 주위에 형성된다. 다이어프램(7)은 고무와 같은 탄성 재질로 만들어진다. 본 실시예에 있어서, 평면도에서 거의 사각형상을 가진 다이어프램부(71)들과 플랜지(7a)는 일체로 되어 있다.
피스톤(72)은 각 다이어프램부(71)의 상단에 형성된다. 록킹을 위한 돌출부(73)는 각 피스톤(72)의 일단과 일체로 된다. 또한, 각 다이어프램부(71)의 개구단부로부터 플랜지(7a)에 평행하게 연장한 흡입밸브 몸체(75)가 상기 개구단부의 일 부분에 형성된다. 본 실시예에 있어서, 흡입밸브 몸체(75)는 다이어프램(7)과 일체로 된다.
상기와 같은 다이어프램(7)은 다이어프램부들(71)을 다이어프램 홀더(6)의 지지홀들(61) 내로 삽입함으로써 다이어프램 홀더(6)에 부착된다. 다이어프램부들(71)의 돌출부(73)는 구동부재(53)의 록킹홀(53d) 내로 가압된다. 다이어프램(7)을 지지하는 다이어프램 홀더(6)는 케이스(4)의 상부 개구단에 놓여진다.
구획부재(8)는 예컨대 수지로 만들어지고, 평면도에서 사각형상을 가진 플레이트형 부재이다. 구획부재(8)는 다이어프램 홀더(6)의 상단부에 놓여지고, 다이어프램(7)을 다이어프램 홀더(6)와 클램핑시켜서 다이어프램(7)의 각 다이어프램부(71)와 함께 펌프 챔버(70)를 형성한다.
또한, 각 펌프 챔버(70)에 연결된 출력 유로(output passage)(81) 및 흡입 유로(82)가 구획부재(8)에 형성되어 있다. 본 실시예에 있어서, 출력 유로(81)는 구획부재(8)의 거의 중앙부에 형성되어 각 펌프 챔버(70)와 (후술될) 공급 공간(105)를 연결한다. 흡입 유로(82)는 구획부재(8)의 가장자리 가까이에 형성되어 각 펌프 챔버(70)와 (후술될) 흡입 공간(103)을 연결한다. 다이어프램(7)의 흡입밸브 몸체(75)는 펌프 챔버(70)에 형성된 흡입 유로(82)의 개구부에 위치된다. 흡입밸브 몸체(75)는 펌프 챔버(70)로부터 흡입 유로(82)로의 공기의 역류를 조절하는 체크밸브로서 기능한다.
부가해서, 돌출부(83)가 다이어프램(7)과 마주하는 일 면의 반대측의 구획부재(8)의 일 면의 중앙부에 형성된다. 전달밸브 몸체(delivery valve body)(84)가 돌출부(83)에 부착된다. 돌출부(83)에 부착된 전달밸브 몸체(84)는 출력 유로(81)의 상단을 폐쇄함으로써 출력 유로(81)로부터 펌프 챔버(70)로의 공기의 역류를 조절한다.
<급속 토출밸브 유닛의 배치구조>
급속 토출밸브 유닛(2)은 하부 하우징(10)과 상부 하우징(11)을 구비한 용기(vessel)(9)와, 급속 토출밸브(12)를 구비한다. 급속 토출밸브(12)는 용기(9)의 내부 공간을 두 개의 공간, 즉 하부 하우징(10)의 입력측 공간(9a)과 상부 하우징(11)의 출력측 공간(9b)으로 구획한다.
하부 하우징(10)은 예컨대 수지로 만들어지고 평면도에서 거의 사각형상을 가진 플레이트형 부재이다. 원통형 측벽(101)이 하부 하우징(10)의 하면의 외측 가장자리에 형성된다. 원통형 구획부(cylindrical partition)(102)가 하부 하우징(10)의 하면의 중앙부에 형성된다.
전술된 바와 같은 하부 하우징(10)은 구획부재(8)에 놓여지며, 흡입 공간(103)은 하부 하우징(10)의 하면과 측벽(101)과 구획부(102) 및 구획부재(8)의 상면에 의해 형성된다. 흡입 공간(103)은 측벽(101)에 형성된 유입 유로(inflow passage)(104)에 의해 외부와 연결된다. 흡입 공간(103)은 또한 구획부재(8)에 형성된 흡입 유로(82)에 의해 펌프 챔버(70)와 연결된다.
또한, 공급 공간(105)은 하부 하우징(10)의 하면과 구획부(102) 및 구획부재(8)에 의해 형성된다. 공급 공간(105)은 하부 하우징(10)의 거의 중앙부에 형성된 공급 유로(106)를 통해 용기(9)의 입력측 공간(9a)과 연결된다.
하부 하우징(10)의 상면에는 공급 유로(106)의 개구부로부터 이격된 일 위치에 원통형 체크밸브 시트(seat)(107)가 형성되어 있다. 흡입 공간(103)과 용기(9)의 입력측 공간(9a)을 연결하기 위한 연결 통로(connecting path)(300)가 하부 하우징(10)에 형성되어 있다. 연결 통로(300)의 내경은 공급 유로(106)의 내경의 절반 또는 그 미만이 되도록 한정된다. 하부 하우징(10)은 본 발명의 제1하우징에 해당한다.
상부 하우징(11)은 예컨대 수지로 만들어지고, 평면도에서 개방된 하면과 함께 사각형상을 가진 바닥 원통형 부재(bottomed cylindrical member)이다. 토출 원통부(discharge cylinder)(111)와 돌출부(112)가 상부 하우징(11)의 상면에 형성된다. 외부를 향해 개방된 토출 유로(111a)가 토출 원통부(111)에 형성된다. 토출 원통부(111)의 하단면(lower end face)은 토출포트 밸브시트(111b)를 형성한다. 또한, 전달 유로(delivery passage)(113a)를 가진 원형의 돌출 원통부(113)가 돌출부(112)의 상단부에 형성된다. 돌출 원통부(113)에 형성된 전달 유로(113a)는 가압 대상으로 공급되도록 공기를 전달한다. 가압 대상으로 공급될 공기가 통과하는 전달 유로(113a)와 외부를 향해 개방된 토출 유로(111a)를 구비한 상부 하우징(11)은 본 발명의 제2하우징에 해당한다.
급속 토출밸브(12)는 전체적으로 고무와 같은 탄성 재질로 만들어진 탄성부재이며, 평면도에서 거의 사각형상을 가진 플레이트 내에 형성된다. 급속 토출밸브(12)의 가장자리 주위에 형성된 지지부(124)가 하부 하우징(10)과 상부 하우징(11) 사이에서 샌드위치되어서 이에 의해 용기(9)의 내부 공간을 입력측 공간(9a)과 출력측 공간(9b)으로 구획시킨다. 또한, 급속 토출밸브(12)는 상부 하우징(11)의 토출 원통부(111)에 형성된 토출 유로(111a)를 폐쇄하는 토출포트 밸브몸체(121)와, 하부 하우징(10)에 형성된 체크밸브 시트(107)와 함께 출력측 공간(9b)으로부터 입력측 공간(9a)으로의 공기의 유입을 방지하기 위한 체크밸브를 형성하는 체크밸브 몸체(122)를 구비한다. 더 구체적으로, 급속 토출밸브(12)는 토출 원통부(111)의 토출포트 밸브시트(111b)와 마주하는 일 위치에 형성된 토출포트 밸브몸체(121)와, 체크밸브 시트(107)와 마주하는 일 위치에 형성된 체크밸브 몸체(122)와, 토출포트 밸브몸체(121)와 체크밸브 몸체(122) 사이에 형성되어 이들을 결합시키는 결합부(123)와, 토출포트 밸브몸체(121)와 체크밸브 몸체(122)와 결합부(123) 주위에 형성된 지지부(124)를 구비한다. 토출포트 밸브몸체(121)와 체크밸브 몸체(122)와 결합부(123) 및 지지부(124)는 일체로 된다.
토출포트 밸브몸체(121)는 디스크 형상의 토출포트 밸브본체(121a)와, 토출포트 밸브본체(121a) 주위에 형성된 토출포트 밸브본체 지지부(121b)를 구비한다. 토출포트 밸브본체(121a)는 입력측 공간(9a)과 출력측 공간(9b) 사이의 관계에 따라 압력에 의해 선택적으로 상부 하우징(11)의 토출포트 밸브시트(111b) 또는 하부 하우징(10)의 상면과 접촉한다.
토출포트 밸브본체(121a)는 토출포트 밸브본체 지지부(121b)보다 더 두껍게 형성되며, 토출포트 밸브본체(121a)가 압력에 의해 토출포트 밸브시트(111b) 또는 하부 하우징(10)과 접촉할 때 변형이 발생하지 않을 정도의 강성을 가진다. 한편, 토출포트 밸브본체 지지부(121b)는 유연성이 있도록 곡선의 종방향 단면형상을 가진다.
체크밸브 몸체(122)는 상향으로 돌출한 절두 원추 원통형상(truncated conical cylindrical shape)을 가진다. 체크밸브 몸체(122)의 상부 바닥에 있는 개구부의 내경은 체크밸브 시트(107)의 외경과 동일하게 만들어진다. 따라서, 급속 토출밸브와 일체로 된 다이어프램 펌프(1000)가 구동되지 않으면, 체크밸브 몸체(122)의 상부 바닥의 선단부의 내부는 체크밸브 시트(107)의 원주면과 맞붙는다. 또한, 체크밸브 몸체(122)의 하부 바닥에 있는 개구부의 내경은 체크밸브 시트(107)의 기단부(proximal end portion)의 외경보다 더 크게 만들어진다. 그러므로, 체크밸브 몸체(122)의 하부 바닥의 내면은 체크밸브 시트(107)의 원주면으로부터 이격된다. 체크밸브 몸체(122)는 체크밸브 시트(107)와 함께 체크밸브를 형성하여서, 용기(9)의 입력측 공간(9a)으로부터 출력측 공간(9b)으로의 공기의 유출은 허용하고, 용기(9)의 출력측 공간(9b)으로부터 입력측 공간(9a)으로의 공기의 유입은 방지한다.
급속 토출밸브 유닛(2)을 조립하기 위해, 급속 토출밸브(12)는 먼저 체크밸브 시트(107)가 체크밸브 몸체(122) 내로 삽입된 상태에서 하부 하우징(10)의 상면에 놓여진다. 그리고 나서 상부 하우징(11)의 토출포트 밸브시트(111b)가 토출포트 밸브몸체(121a)와 마주하고 돌출부(112)가 체크밸브 시트(107) 및 체크밸브 몸체(122)와 마주하도록 상부 하우징(11)이 하부 하우징(10)에 놓여진다.
결과적으로, 급속 토출밸브(12)의 지지부(124)는 하부 하우징(10)의 상면과 상부 하우징(11)의 하면 사이에서 샌드위치되어 용기(9) 내에서 지지된다. 따라서, 급속 토출밸브(12)는 용기(9)의 내부 공간을 공급 유로(106)에 연결된 입력측 공간(9a)과 토출 유로(111a) 및 전달 유로(113a)에 연결된 출력측 공간(9b)으로 구획시킨다.
전술한 모터(3)와 케이스(4)와 다이어프램 홀더(6)와 다이어프램(7)과 구획부재(8) 및 급속 토출밸브 유닛(2)은 이 순서대로 적층되어 일체로 된다. 인접한 부재들을 고정시키기 위해 접착제가 사용될 수 있지만, 예컨대 모터(3)를 향해 급속 토출밸브 유닛(2)을 밀도록 급속 토출밸브 유닛(2)을 케이스(4)에 고정시키는 스프링을 사용하는 것도 또한 가능하다.
<급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프의 동작>
전술한 바와 같이 구성되는 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프(1000)에서 모터(3)가 회전하면, 구동축(52)이 모터(3)의 출력축(3a)에 대해 경사진 상태에서 크랭크 테이블(51)에 고정된 구동축(52)이 회전하며, 구동축(52)에 의해 지지되는 구동부재(53)의 구동요소(53b) 및 구동요소(53b)에 의해 록킹된 피스톤들(72)이 모터(3)의 출력축(3a)에 평행한 방향을 따라, 즉 도면의 수직방향으로 왕복 운동한다. 따라서, 구동 메카니즘(5)은 모터(3)의 회전운동을 피스톤들(72)의 수직 왕복운동으로 변환시킨다.
피스톤들(72)의 수직 왕복운동은 두 다이어프램부(71)를 변형시켜서 두 펌프 챔버(70)가 교대로 팽창하고 수축한다. 펌프 챔버(70)가 팽창하면, 부압 상태(negative-pressure state)에서 하부 하우징(10)의 유입 유로(104)로부터 흡입 공간(103) 및 흡입 유로(82)를 통해 공기가 펌프 챔버(70) 내로 흡입된다.
한편, 펌프 챔버(70)가 수축하면, 펌프 챔버(70)의 내부 공기압이 상승하여서, 도 2에 도시된 바와 같이 펌프 챔버(70) 내의 공기가 전달밸브 몸체(84) 및 공급 유로(106)를 통해 출력 유로(81)로부터 용기(9)의 입력측 공간(9a)으로 출력된다.
모터(3)의 속도가 낮으면, 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기는 흡입 공간(103) 및 유입 유로(104)를 통해 하부 하우징(10)의 연결 통로(300)로부터 외부로 방출된다. 그러나, 모터(3)의 속도가 증가함에 따라, 펌프 챔버(70)가 팽창 및 수축을 반복하는 속도(rate)가 증가하여서 다이어프램 펌프 본체(1)로부터 급속 토출밸브 유닛(2)의 용기(9)의 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 증가한다.
연결 통로(300)의 내경은 공급 유로(106)의 내경보다 더 작으므로, 공급 유로(106)로부터 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량은 흡입 공간(103) 및 유입 유로(104)를 통해 하부 하우징(10)의 연결 통로(300)로부터 외부로 방출되는 공기의 유량보다 더 크다. 그 결과로, 입력측 공간(9a)의 압력은 출력측 공간(9b)의 압력보다 더 높게 되며, 이에 따라 토출포트 밸브몸체(121)의 토출포트 밸브본체(121a)는 상부 하우징(11)의 토출포트 밸브시트(111b)를 향해 밀려진다. 따라서, 토출 원통부(111)의 토출 유로(111a)가 폐쇄되어서 토출 유로(111a)와 돌출 원통부(113)의 전달 유로(113a)가 단락된다.
그러나, 체크밸브 시트(107)와 체크밸브 몸체(122)를 구비한 체크밸브는 다이어프램 펌프 본체(1)로부터 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 소정의 유량을 초과할 때까지 폐쇄되기 때문에, 돌출 원통부(113)의 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 어떠한 공기도 전달되지 않는다.
모터(3)의 속도가 더 상승하고 다이어프램 펌프 본체(1)로부터 급속 토출밸브 유닛(2)의 용기(9)의 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 소정의 유량을 초과하면, 입력측 공간(9a)의 내부 압력은 체크밸브 몸체(122)의 탄성력을 초과하여서 체크밸브 몸체(122)의 상부 바닥의 선단부가 하부 하우징(10)의 체크밸브 시트(107)의 원주면으로부터 분리된다. 따라서, 다이어프램 펌프 본체(1)로부터 급속 토출밸브 유닛(2)의 용기(9)의 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 일부는 흡입 공간(103) 및 유입 유로(104)를 통해 하부 하우징(10)의 연결 통로(300)로부터 외부로 방출되고, 나머지 공기는 체크밸브 몸체(122)와 체크밸브 시트(107) 사이에 형성되는 갭을 통해 입력측 공간(9a)으로부터 출력측 공간(9b)으로 유동하여서 돌출 원통부(113)의 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 전달된다.
한편, 모터(3)의 속도가 감소하면, 공급 유로(106)로부터 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 감소하여서 입력측 공간(9a)의 내부 압력은 감소한다. 따라서, 체크밸브 몸체(122)의 선단부와 체크밸브 시트(107)의 원주면 사이의 갭은 감소한다. 그러므로, 이 갭을 통해 돌출 원통부(113)의 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 전달되는 공기의 유량은 감소한다.
도 5는 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프의 공급 특성의 실예를 나타낸 것이다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 급속 토출밸브 유닛을 구비한 종래의 다이어프램 펌프의 공급 특성과 연결 통로(300)가 하부 하우징(10)에 형성되어 있는 급속 토출밸브 유닛을 구비한 다이어프램 펌프의 공급 특성은 모터(3)의 속도가 1,000 rpm 또는 그 이상이면 거의 동일하다. 그러나 종래의 다이어프램 펌프에서 모터(3)의 속도가 1,000 rpm 또는 그 미만이면, 급속 토출밸브 유닛(2)의 용기(9)의 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량은 적어서 가압 대상으로 공급되는 공기의 유량은 비선형적이다.
반면에, 본 실시예에 따른 다이어프램 펌프에서 모터(3)의 속도가 500 rpm 또는 그 미만이면, 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 대부분은 흡입 공간(103) 및 유입 유로(104)를 통해 하부 하우징(10)의 연결 통로(300)로부터 외부로 방출된다. 따라서, 거의 어떠한 공기도 돌출 원통부(113)의 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 전달되지 않는다.
그러나, 모터(3)의 속도가 500 rpm을 초과하면, 공급 유로(106)로부터 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량은 흡입 공간(103) 및 유입 유로(104)를 통해 연결 통로(300)로부터 외부로 방출되는 공기의 유량보다 더 많게 된다. 그러므로, 급속 토출밸브 유닛(2)의 용기(9)의 입력측 공간(9a)의 압력은 출력측 공간(9b)의 압력보다 더 높게 되어서 토출포트 밸브몸체(121)의 토출포트 밸브본체(121a)가 상부 하우징(11)의 토출포트 밸브시트(111b)를 향해 밀려지고, 이에 의해 토출 원통부(111)의 토출 유로(111a)를 폐쇄한다.
모터(3)의 속도가 더 상승하면, 체크밸브 몸체(122)의 상부 바닥의 선단부는 하부 하우징(10)의 체크밸브 시트(107)의 원주면으로부터 분리되어서, 급속 토출밸브 유닛(2)으로 공급되는 공기가 체크밸브 몸체(122)와 체크밸브 시트(107) 사이에 형성되는 갭으로부터 출력측 공간(9b)으로 유동하여 돌출 원통부(113)의 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 전달된다. 이러한 상태에서, 체크밸브 몸체(122)와 체크밸브 시트(107) 사이에 형성되는 갭을 통해 유동하는 공기의 유량은 모터(3)의 속도에 대해, 즉 다이어프램 펌프 본체(1)로부터 급속 토출밸브 유닛(2)으로 공급되는 공기의 유량에 대해 거의 선형적으로 변한다. 그 결과로, 가압 대상은 안정적으로 가압된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 그 후에 모터(3)를 멈춤으로써 용기(9)의 입력측 공간(9a)으로의 공기의 공급이 중단되면, 입력측 공간(9a)의 내부 압력이 대기압보다 더 높은 상태에서 입력측 공간(9a) 내의 공기는 흡입 공간(103) 및 유입 유로(104)를 통해 연결 통로(300)로부터 외부로 방출된다.
이와 동시에, 가압 대상으로 공급된 공기는 돌출 원통부(113)의 전달 유로(113a)로부터 용기(9)의 출력측 공간(9b)으로 역류하여서 용기(9)의 출력측 공간(9b)의 압력은 입력측 공간(9a)의 압력보다 더 높게 된다. 그 결과로, 토출포트 밸브몸체(121)의 토출포트 밸브본체(121a)가 하향으로 밀려진다. 따라서, 도 4에 나타낸 바와 같이, 출력측 공간(9b)이 토출 유로(111a)에 의해 외부와 연결되어서, 가압 대상으로부터 용기(9)의 출력측 공간(9b)으로 역류된 공기는 짧은 시간 내에 토출 유로(111a)를 통해 외부로 토출된다.
<다른 실시예들>
상기의 실시예에서, 입력측 공간(9a)과 흡입 공간(103)을 연결하기 위한 연결홀(300)이 하부 하우징(10)에 형성되어 있는 실예가 기술되었다. 그러나, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는다. 예컨대, 연결홀(300) 대신에, 일단이 입력측 공간(9a)으로 개방되고 타단이 외부로 개방된 연결 통로를 형성하는 것도 또한 가능하며, 이에 의해 흡입 공간(103)을 사용하지 않고 급속 토출밸브 유닛의 입력측 공간(9a)과 외부를 직접 연결시킨다.
또한, 상기의 실시예는 실예로서 다이어프램 펌프 본체(1)가 두 개의 펌프 챔버(70)를 구비한 케이스를 선택함으로써 설명되었다. 그러나, 본 발명은 이것으로 제한되지 않는 바, 하나의 펌프 챔버 또는 세 개 이상의 펌프 챔버를 구비한 다이어프램 펌프 본체에도 적용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 펌프 챔버(70)로부터 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 소정의 유량과 같거나 적으면, 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기는 연결 통로(300)를 통해 외부로 방출되고, 어떠한 공기도 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 전달되지 않는다. 한편, 펌프 챔버(70)로부터 입력측 공간(9a)으로 공급되는 공기의 유량이 소정의 유량을 초과하면, 공기는 밸브 시트(107) 및 밸브 몸체(122)를 경유하여 전달 유로(113a)로부터 가압 대상으로 안정적으로 전달된다. 그러므로, 급속 토출밸브 유닛이 일체로 구비되더라도, 공기가 가압 대상으로 전달되는 동안 가압 대상은 안정적으로 가압될 수 있다.

Claims (3)

  1. 급속 토출밸브 유닛을 일체로 구비한 다이어프램 펌프에 있어서,
    탄성 변형 가능한 다이어프램부(71)를 구비한 다이어프램(7);과,
    상기 다이어프램에 놓여져서 상기 다이어프램부와 함께 펌프 챔버(70)를 형성하며, 외부로부터 상기 펌프 챔버 내로 들어온 공기가 유동하는 흡입 유로(82)와, 상기 펌프 챔버로부터의 공기 출력(air output)이 유동하는 출력 유로(81)를 구비하는 구획부재(8);와,
    상기 펌프 챔버를 팽창시키고 수축시키기 위해 상기 다이어프램부를 변형시키도록 구성되는 구동 메카니즘(5); 및
    상기 구획부재에 형성되고, 공기 출력을 상기 출력 유로로부터 외부 가압 대상으로 전달하고 상기 가압 대상 내에 남아있는 가압 공기를 토출하도록 구성되는 급속 토출밸브 유닛(2);을 포함하고,
    상기 급속 토출밸브 유닛은
    상기 출력 유로로부터의 공기 출력이 유동하는 공급 유로(106) 및 체크밸브 시트(107)를 구비하는 제1하우징(10)과, 상기 가압 대상으로 공급될 공기가 유동하는 전달 유로(113a) 및 외부로 개방되는 토출 유로(111a)를 구비하는 제2하우징(11)을 포함하는 용기(9);와,
    상기 용기의 내부 공간을 상기 출력 유로로부터의 공기 출력이 상기 공급 유로를 통해 입력되는 입력측 공간(9a)과, 상기 전달 유로 및 상기 토출 유로와 연결되는 출력측 공간(9b)으로 구획시키는 탄성부재(12);를 구비하며,
    상기 탄성부재는
    상기 체크밸브 시트와 함께 상기 출력측 공간으로부터 상기 입력측 공간으로의 공기의 유입을 방지하는 체크밸브를 형성하도록 구성되는 체크밸브 몸체(122);와,
    공기가 상기 공급 유로를 통해 상기 입력측 공간으로 공급될 때 상기 토출 유로를 폐쇄하도록 구성되는 토출포트 밸브몸체(121);를 포함하며,
    상기 제1하우징은 상기 입력측 공간 내의 가압 공기를 외부로 방출시키도록 구성되는 연결 통로(300)를 구비하고, 상기 연결 통로는 종방향에 대해 수직한 상기 공급 유로의 단면의 면적보다 더 작은 단면적을 가진 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구획부재(8)와 상기 제1하우징(10)은 상기 유입 유로(104)를 통해 외부와 연결되는 흡입 공간(103)을 형성하고, 상기 흡입 공간은 상기 흡입 유로(82)를 외부에 연결시키며,
    상기 연결 통로(300)는 상기 입력측 공간을 상기 흡입 공간과 연결하고, 상기 입력측 공간으로 개방되는 일단과 상기 흡입 공간으로 개방되는 타단을 가지는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연결 통로(300)는 상기 입력측 공간과 외부를 연결하고, 상기 입력측 공간으로 개방되는 일단과 상기 외부로 개방되는 타단을 가지는 것을 특징으로 하는 다이어프램 펌프.
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