KR101934132B1 - 공기 모터 파일럿 밸브의 왕복 운동시 파편의 발생을 방지하는 방법 - Google Patents

공기 모터 파일럿 밸브의 왕복 운동시 파편의 발생을 방지하는 방법 Download PDF

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수에슈아이 우
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그라코 미네소타 인크.
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Abstract

왕복 운동식 공기 모터의 단부 캡 조립체는 파일럿 밸브 및 단부 캡 본체를 포함한다. 파일럿 밸브는 밸브 스템을 갖는다. 단부 캡 본체는, 공기 모터 로드를 수용하는 중앙 보어, 단부 캡 본체를 통해 밸브 스템이 연장하도록 파일럿 밸브가 배치되는 밸브 보어, 및 단부 캡 본체를 통해 연장하는 공기 포트를 포함한다. 공기 포트는 밸브 스템을 향해서 공기를 지향시키도록 컨투어를 갖는다.

Description

공기 모터 파일럿 밸브의 왕복 운동시 파편의 발생을 방지하는 방법 {METHOD TO PREVENT DEBRIS BUILD-UP ON RECIPROCATING AIR MOTOR PILOT VALVES}
본 발명은, 일반적으로 왕복 운동식 피스톤 펌프들에 관한 것으로, 특히 왕복 운동식 피스톤 펌프들을 구동하기 위해서 사용되는 왕복 운동식 공기 모터들에서 사용되는 파일럿 밸브들에 관한 것이다.
왕복 운동식 피스톤 펌프들은, 통상적으로, 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 압축 공기의 정상류(steady flow)를 적절한 리버싱 밸브 및 한 쌍의 파일럿 밸브들을 사용하여 공기 모터 로드의 선형 왕복 운동으로 전환하는 공기 구동식 모터(air-driven motor)를 포함한다. 공기 모터 로드는, 이후 적절한 체크 밸브들을 사용하여 양쪽 방향들로 펌핑하도록 구성될 수 있는 선형 왕복 운동식 펌프 피스톤을 구동하기 위해서 사용된다. 선형 왕복 운동식 복동(double-acting) 피스톤 펌프들의 이러한 유형들은, 보편적으로 점성이 높은 윤활유들, 예컨대 오일 또는 그리스(grease)를 이송하기 위해서 윤활 분배 시스템들에 사용된다.
리버싱 밸브 자체는, 펌프 피스톤의 왕복 운동 작용을 발생시키기 위해서 소스로부터 공기 모터 내에서 공기 피스톤의 양측면들로 압축 공기를 번갈아 지향시키도록 왕복 운동한다. 리버싱 밸브의 왕복 운동은, 리버싱 밸브의 위치를 공압으로 변화시키도록 체인지 오버 위치들에서 공기 피스톤을 맞물림시키는 2 개의 파일럿 밸브들에 의해 제어된다. 파일럿 밸브들 중 하나와 공기 피스톤의 맞물림은, 소스로부터 리버싱 밸브의 양측면으로의 압축 공기의 지향을 유발한다. 예컨대, 이러한 밸브 조합의 작동은, 타미(Tammy)의 미국 특허 제 3,943,823 호에 개시되어 있다.
공기 모터에 제공된 압축 공기는, 공기 모터 내로의 이러한 입자들의 진입을 방지하기 위한 노력들에도 불구하고, 작은 분진(dust) 및 먼지(dirt) 입자들을 포함할 수 있다. 분진 및 먼지에의 지속적인 노출은 가동 부분들의 성능을 열화시킬 수 있고 궁극적으로 고장을 유발할 수 있다. 파일럿 밸브들은 분당 수백 회의 구동들을 상회하는 사이클릭 작동을 받게 될 수 있는 밸브 스템을 포함한다. 분진 및 먼지는 밸브 스템들 및 밸브 스템들 둘레에 배치되는 시일들이 조기에 마모되는 것을 유발할 수 있다. 파일럿 밸브들의 교체는 고비용이며, 공기 모터의 조작자들에게 불편하다. 따라서, 공기 모터들의 가동 부분들의 마모 수명을 향상시키기 위한 지속적인 요구가 존재한다.
본 발명은 왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체에 관한 것이다. 단부 캡 조립체는 파일럿 밸브 및 단부 캡 본체를 포함한다. 파일럿은 밸브 스템을 갖는다. 단부 캡 본체는 공기 모터 로드를 수용하는 중앙 보어, 밸브 스템이 단부 캡 본체를 통해 연장하도록 파일럿 밸브가 배치되는 밸브 보어, 및 단부 캡 본체를 통해 연장하는 공기 포트를 포함한다. 공기 포트는 밸브 스템을 향해서 공기를 지향시키도록 컨투어(contour)를 갖는다.
도 1은 유체 용기, 공기 소스 및 본 발명의 파일럿 밸브 송풍(blow-off) 시스템을 갖는 공기 모터를 갖춘 선형 용량형 펌프(linear displacement pump)를 포함하는 윤활유 분배 시스템의 개략도이다.
도 2는 공기 모터 조립체에 연결된 펌프 조립체를 도시하는 도 1의 선형 용량형 펌프의 사시도이다.
도 3은 공기 모터 조립체, 펌프 조립체 및 밸브 키트의 연결을 도시하는 도 2의 선형 용량형 펌프의 분해도이다.
도 4는 공기 모터 로드 및 피스톤 홀더를 사용하여 펌프 피스톤에 연결되는 공기 모터 피스톤을 도시하는 도 2의 선형 용량형 펌프의 단면이다.
도 5는 공기 모터 조립체, 및 공기 모터 조립체의 저부 캡 내에서 리버싱 밸브 및 파일럿 밸브들의 조립체를 도시하는 밸브 키트의 다른 실시예의 부분 단면이다.
도 6은 본 발명의 송풍 시스템이 설치되는 저부 캡과 파일럿 밸브 조립체의 일 실시예의 평면도이다.
도 7은 송풍 시스템의 구성 및 파일럿 밸브의 조립체를 도시하는 도 6의 저부 캡 및 파일럿 밸브 조립체의 단면도이다.
도 1은 본 발명의 파일럿 밸브 송풍 시스템을 갖는, 유체 용기(12), 공기 소스(14), 분배기(16) 및 선형 용량형 펌프(18)를 포함하는 윤활유 분배(dispensing) 시스템(10)의 개략도이다. 윤활유 분배 시스템(10)에는 공기 배분(distribution) 라인(20)을 통해 공기 소스(14)로부터 가압 공기가 제공된다. 공기 배분 라인(20)은 공기 소스(14)에 직접 연결되는 공기 소스 라인(22)으로 합쳐 이어진다(spliced into). 일 실시예에서, 공기 소스(14)는 압축기를 포함한다. 공기 소스 라인(22)은 다수의 분배기들에 동력공급(powering)을 위해서 다수의 공기 배분 라인들에 연결될 수 있다. 공기 배분 라인(20)은 필터(24)들, 밸브(26)들 및 공기 조절장치(air regulator)(28)와 같은 다른 부품들을 포함한다. 공기 모터 조립체(34)에는 공기 입구(30)에서 공기 배분 라인(20)으로부터 가압 공기가 공급된다. 펌프(18)가 접지부(ground)(32)에 연결된다. 가압 공기는 펌프(18) 내의 공기 모터 조립체(34)를 구동하며, 공기 모터 조립체는 펌프 조립체(36) 내의 피스톤을 구동시킨다. 공기 모터 조립체(34)를 구동시킨 후, 압축 공기는 공기 배기 포트(38)에서 펌프(18)를 나간다.
펌프 조립체(36) 내에서의 피스톤의 작동은, 유체 라인(40)을 통해 용기(12)로부터 오일 또는 그리스와 같은 윤활유를 인출한다. 펌프(18)는 윤활유를 가압하여, 이 윤활유를 분배기(16)에 연결된 배출 라인(42)으로 푸시한다. 분배기(16)는, 조작자에 의해 구동될 때 윤활유를 분배하는 수동 작동식 밸브를 포함한다. 펌프(18)는 아주 고속으로, 전형적으로 분당 대략 수백 사이클들로 작동하여, 펌핑된 유체에서 소망하는 압력들을 성취한다. 이러한 속도들은 공기 모터 조립체(34) 내로의 압축 공기의 아주 높은 압력 유동의 도입을 필요로 한다. 필터(24)들의 존재에도 불구하고, 분진(dust), 먼지(dirt) 및 물입자들과 같은 이물질들이 라인(22)을 통해 공기 모터 조립체(34)에 진입할 수 있다. 이러한 오염물들은 공기 모터 조립체(34)에서 사용되는 밸브들과 같은 이동 부품들의 저하(degradation)를 잠재적으로 가속화시킬 수 있다. 본 발명에서, 송풍 시스템은 공기 모터 조립체(34)의 이동 밸브 부분들을 세정하기 위해서 공기 모터를 통해 이동하는 압축 공기를 사용하여 공기 모터 조립체(34) 내에 제공된다.
도 2는 공기 모터 조립체(34)에 연결된 펌프 조립체(36)를 도시하는 도 1의 선형 용량형 펌프(18)의 사시도이다. 펌프(18)는 또한 공기 입구(30), 유체 입구(44), 유체 출구(46), 공기 모터 실린더(48) 및 리버싱 공기 밸브 키트(50)를 포함한다. 상기 논의된 바와 같이, 압축 공기는 실린더(48) 내의 공기 모터를 구동시키기 위해서 입구(30)에 제공된다. 소비된 공기는 공기 배기 포트(38)에서 펌프(18)로부터 배출된다. 리버싱 공기 밸브 키트(50)는 종래 기술에서 공지된 바와 같이 한 쌍의 파일럿 밸브들과 함께 실린더(48) 내에서 공기 피스톤의 양측면들에 압축 공기를 번갈아(alternately) 제공하는 리버싱 밸브를 포함한다. 오일 또는 그리스와 같은 유체는 유체 입구(44)에서 펌프 실린더(36)의 저부 내로 끌어들여지고(drawn into) 유체 출구(46)에서 배출된다. 본 발명의 송풍 시스템에서, 밸브 키트(50)의 리버싱 밸브로부터 실린더(48) 내로 보내진(route) 압축 공기의 유동은, 압축 공기가 공기 모터 실린더(48)에 진입함에 따라 파일럿 밸브들 중 하나의 밸브의 밸브 스템을 가로질러 지향된다.
도 3은 공기 모터 조립체(34), 펌프 조립체(36) 및 밸브 키트(50)의 연결을 도시하는 도 2의 선형 용량형 펌프(18)의 분해도이다. 공기 모터 조립체(34)는 실린더(48), 공기 피스톤(52), 저부 커버(54), 출구 하우징(56) 및 변위 로드(displacement rod)(58)를 포함한다. 공기 모터 조립체(34)는 공기 피스톤 시일(60), 커버 시일(61), 패스너(62)들, 패스너 시일(63)들, 파일럿 밸브(64A, 64B)들, 레드 시일(red seal)(65A), 출구 하우징 시일(65B), 베어링(66), U컵 시일(68), 커버 패스너(70)들, 로드 패스너(71) 및 로드 와셔(72)를 더 포함한다. 펌프 조립체(36)는 실린더(73), 어댑터(74), 입구 밸브 하우징(76), 피스톤 홀더(78) 및 펌프 피스톤(80)을 포함한다. 펌프 조립체(36)는 스프링 핀(82), 제 1 스프링(83), 제 1 볼(84), 피스톤 시일(85), 실린더 시일(86A, 86B)들, 제 2 스프링(87), 제 2 볼(88) 및 스트레이너(strainer)(89)를 더 포함한다. 볼(84) 및 스프링(83)은 체크 밸브(92)를 형성하는 한편, 볼(88)과 스프링(87)은 체크 밸브(96)를 형성한다. 밸브 키트(50)는 리버싱 밸브(100) 및 공기 매니폴드(102)를 포함한다. 저부 커버 또는 단부 캡(54)은 실린더(48) 내의 파일럿 밸브(64B)의 밸브 스템을 가로질러 리버싱 밸브(100) 및 공기 매니폴드(102)로부터 공기를 보내기 위해서 본 발명의 송풍 시스템을 포함한다. 도 3은 도 4와 함께 보다 상세히 논의될 것이다.
도 4는 공기 모터 로드(58) 및 펌프 홀더(78)를 사용하여 펌프 피스톤(80)에 연결되는 공기 모터 피스톤(52)을 도시하는 도 2의 선형 용량형 펌프(18)의 단면이다. 펌프(18)는 공기 모터 조립체(34), 펌프 조립체(36) 및 밸브 키트(50)를 포함하며, 이들 각각은 도 3을 참조하여 목록화된 부품들을 포함한다. 리버싱 밸브(100)는 밸브 플레이트(115) 및 슬라이딩 컵(116)을 포함한다. 공기 모터 피스톤(52)은 패스너(71) 및 와셔(72)를 사용하여 로드(58)에 연결된다. 시일(103)은 공기가 피스톤(52)과 변위 로드(58) 사이를 통과하는 것을 방지한다. 피스톤(52)은 공기 모터 실린더(48) 내측에서 실린더 벽(90) 내에 머무른다. 피스톤(52)은 피스톤(52)과 실린더 벽(90) 사이에서 포착되는(trapped) 시일(60)을 갖는 실린더 벽(90)에 대항하여 얹혀진다(ride). 밸브 키트(50)의 밸브 매니폴드(102) 및 리버싱 밸브(100)는, 피스톤(52) 중 어느 한쪽 상에서 실린더의 대향 측(90A, 90B)들에 유체식으로 연결된다. 출구 하우징(56)은 복수 개의 패스너(70)들을 통해 실린더(48)에 연결된다. 저부 커버(54)는 복수 개의 패스너(62)들을 통해 출구 하우징(56)에 연결된다. 로드(58)는 저부 커버(54) 및 출구 하우징(56)을 통해 연장한다. 피스톤 실린더(73)는 어댑터(74)를 통해 출구 하우징(56)에 연결된다. 피스톤 홀더(78)는, 피스톤 실린더(73) 내에서 스레드식 연결체 및 핀(82)을 통해 로드(58)에 연결된다. 펌프 피스톤(80)이 임의의 적절한 기계적 연결을 통해 예컨대, 스레드식 맞물림에 의해 피스톤 홀더(78)에 결합된다. 펌프 피스톤은 실린더(73) 내에 잔류한다. 펌프 피스톤(80)이 피스톤(80)과 실린더(73) 사이에서 포착되는 시일(85)을 갖는 펌프 실린더(73)에 대항하여 얹혀진다.
제 1 볼(84) 및 제 1 스프링(83)은 피스톤(80)과 피스톤 홀더(78) 사이에 배치된다. 제 1 스프링(83)은 제 1 체크 밸브 또는 출구 밸브(92)를 형성하도록 피스톤(80)에서 볼 시트에 대항하여 제 1 볼(84)을 편향시킨다. 입구 밸브 하우징(76)이 임의의 적절한 기계적 연결을 통해 예컨대 스레드식 맞물림에 의해 피스톤 실린더(73)에 결합된다. 제 2 볼(88) 및 제 2 스프링(87)은 밸브 하우징(76) 내에 배치되고 플랜지(94)에 의해 유지된다. 제 2 스프링(87)은 제 2 체크 밸브 또는 입구 밸브(96)를 형성하도록 밸브 하우징(76)에서 볼 시트에 대항하여 제 2 볼(88)을 편향시킨다. 스트레이너(89)는 볼(88)과 입구(44) 사이에서 밸브 하우징(76) 내로 강제끼워맞춤(force fit) 또는 스냅 핏(snap fit)된다.
밸브 키트(50)는 리버싱 밸브(100)를 포함하며, 이 밸브는 매니폴드(102)를 통해서, 대안으로 피스톤(52)의 어느 한쪽 상에서 실린더 벽(90)의 대향 측면(90A, 90B)들에 공기를 제공한다. 이에 의해, 로드(58)는, 저부 커버(54) 내부측 베어링(66)에서 선형으로 왕복 운동하도록 구동된다. 시일(60)은 공기가 피스톤(52) 둘레를 통과하는 것을 방지한다. 피스톤(52)은 실린더 벽(90) 내에서 선형으로 왕복 운동하도록 로드(58)에 의해 구동된다. 밸브 키트(50)의 리버싱 밸브는, 종래 기술에서 공지된 바와 같은 파일럿 밸브(64A, 64B)들(도 3)과 피스톤(52)의 충돌에 의해 제어된다. 시일(65B)들은, 저부 커버(54)와 출구 하우징(56) 사이를 밀봉하는 한편, 시일(65A)은 변위 로드(58) 둘레를 밀봉한다. 시일(65A)은 실린더 벽(90)으로부터의 공기가 저부 커버(54)에 진입하는 것을 방지하고, 시일(65B)은 공기가 출구 하우징(56)으로 진입하는 것을 방지한다. 베어링(66)은 로드(58)의 평활한 병진운동(smooth translation)을 용이하게 하며, U컵 시일(68)은 피스톤 실린더(73) 내로부터의 유체가 공기 실린더 벽(90)에 진입하는 것을 방지한다. 로드(58)는 피스톤 홀더(78) 및 펌프 피스톤(80)을 구동하여 입구(44)로부터 유체 출구(46)까지 유체를 펌핑한다.
펌프 조립체(36)는, 체크 밸브(92, 96)들과 함께, 유체가 피스톤(80)의 업 스트로크 및 다운 스트로크(up-stroke and a down-stroke) 양자 모두 상에서 출구(46) 밖으로 펌핑되는 복동식 펌프(double-acting pump)이다. 로드(58)가 업 스트로크 상에서 상방으로(도 4의 배향을 참조함) 이동함에 따라, 피스톤 홀더(78) 및 펌프 피스톤(80)은 스프링 핀(82)과의 맞물림을 통해 상방으로 인출된다. 펌프 피스톤(80)의 상방 이동은, 펌프 실린더(73)의 챔버(73A) 내에서 진공을 발생시키며, 이는 제 2 체크 밸브(96)의 개방 및 입구(44) 및 용기(12)(도 1)의 실린더(73) 내로의 끌어들임을 유발한다. 상세하게는, 볼(88)이 진공에 의해 밸브 하우징(76) 내에서 볼의 볼 시트로부터 멀리 인출되어 스프링(87)의 힘을 극복한다. 또한, 챔버(73A)에서 발생된 진공은, 피스톤(80)에서 그의 볼 시트에 대항하여 볼(84)을 유지하는 것을 도우며, 이는 스프링(83)의 힘을 증가시킨다. 실린더(73)의 챔버(73B) 내에 이미 제공된 임의의 유체는 제 1 체크 밸브(92)를 통해 챔버(73B)로부터 챔버(73A)로 다시 상류로 이동하는 것이 방지된다. 자세하게는, 챔버(73B) 내의 유체는 제 1 체크 밸브(92)의 볼(84)을 통해 홀더(78)에서 홀(98)들(도 3)을 통해 반대방향으로 이동하는 것이 방지된다. 피스톤(80)은 유체가 출구(46)(도 3)를 통해 강제되는 출구 하우징(56)으로 챔버(73B)의 유체를 푸시한다. 다운 스트로크 상에서, 피스톤(80)은 피스톤(80) 내의 개구(99) 내로 챔버(73A) 내에 제공된 유체를 푸시한다. 챔버(73A) 내의 유체로부터 압력이 피스톤(80)에서 볼(84)의 시트로부터 볼을 푸시함에 따라, 유체는 제 1 체크 밸브(92)를 통해 푸시된다. 개구(99)를 통해 통과하고 피스톤 홀더(78)에 진입한 후, 유체는 홀(98)(도 3)들을 통해 챔버(73B) 내로 이동한다. 동시에, 챔버(73B) 내의 유체는 출구(46)(도 3) 밖으로 푸시된다. 이에 의해, 피스톤(80)은 실린더(73) 내에서 왕복 운동을 계속할 수 있어, 업 스트로크들 및 다운 스트로크들 양자 모두에서 유체를 펌핑한다.
공기 모터 조립체(34)의 작동은, 피스톤(52), 리버싱 밸브(100) 내의 피스톤, 및 파일럿 밸브(46A, 46B)들을 포함하는 복수 개의 부분들의 왕복 운동을 포함한다. 공기 모터 실린더(48) 내의 실린더 벽(90) 및 밸브 키트(50) 내의 공기 매니폴드(102) 내로 파편(debris)이 빨아들여지는 것은 흔한 일이다. 특히, 파편이 매니폴드(102)로부터 통로(108A, 108B)들을 통해 통과된다. 파편이 실린더 벽(90)으로 진입하면, 파편은 저부(bottom) 커버(54) 정상에 수집되는 경향이 있으며, 여기서 파편이 계속해서 빨아들여져서 파일럿 밸브(64B)로부터 분출되어 내부에 있는 시일들의 마모를 유발할 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 파일럿 밸브(64B)에 습기, 파편, 분진 및 먼지가 축적되는 것을 방지하기 위해서 파일럿 밸브(64B)의 밸브 스템을 향해 지향되는 밸브 스템 송풍 시스템을 포함한다.
도 5는 도 2의 것과 유사한 공기 모터 조립체(34) 및 밸브 키트(50)의 다른 실시예의 부분 단면도이며, 공기 모터 조립체(34)의 저부 커버(54) 내의 리버싱 밸브(100) 및 파일럿 밸브(64A, 64B)들의 조립체를 도시한다. 공기 모터 조립체(34)는 실린더(48), 피스톤(52), 저부 커버(54) 및 로드(58)를 포함한다. 밸브 키트(50)는 리버싱 밸브 피스톤(104)을 포함하는 리버싱 밸브(100) 및 공기 매니폴드(102)를 포함한다. 피스톤(104)은 컵(116)(명확성을 위해서 도 5에서 제거되어 있음)을 구동한다.
가압 공기가 가압 공기 소스(14)(도 1)로부터 피스톤(104)의 캐비티(106A, 106B)들에 제공된다. 캐비티(106A, 106B)들은 공통 캐비티를 형성하기 위해서 유체식으로 연결된다. 피스톤(104)의 위치에 따라, 캐비티(106A)가 매니폴드(102) 내의 통로(108A)와 연결되는 한편, 캐비티(106B)는 컵(116)(그의 위치는 도 5에서 화살표로 묘사적으로 도시됨)을 통해 매니폴드(102) 내의 통로(108B)에 연결된다. 슬라이딩 컵(116)은 통로(108A, 108B)를 공기 소스(14)(도 1)에 번갈아 연결한다. 통로(108A)는 챔버(90A)에 유체식으로 연결하도록 실린더(48)를 통해 관통하는 포트(110A)를 포함한다. 통로(108B)는 챔버(90B)에 유체식으로 연결하도록 저부 커버(54)를 통해 관통하는 포트(110B)를 포함한다. 별개로, 블리드 홀(123A, 123B)들을 통해 가압 공기 소스(14)로부터 피스톤(104)의 캐비티(112A, 112B)들에 압축 공기가 제공된다. 파일럿 밸브(64A, 64B)들의 각각과의 피스톤(52)의 맞물림은 제각기 대향하는 캐비티(112B, 112A)에 공기 압력을 배출하며, 이에 의해 피스톤(104)이 활성화된 파일럿 밸브로부터 멀리 그리고 배기된 캐비티를 향해 이동하는 것을 유발한다. 이는 피스톤 캐비티(106A, 106B)들이 압축 공기를 챔버(90A, 90B)들에 번갈아 이송하는 것을 허용한다. 슬라이딩 컵(116)은 공기 배기 포트(38)에서 공기 모터 조립체(34)로부터 공기를 분출하기 위해서 챔버(90A, 90B)들에 번갈아 연결된다.
파일럿 밸브(64B)는, 밸브 본체(118) 및 밸브 스템(120)을 포함한다. 밸브 본체(118)는 입구 홀(122)들 및 출구 홀(124)들을 포함한다. 매니폴드(102)로부터 가압 공기가 입구(122)에서 파일럿 밸브(64A) 내로 지향되어, 피스톤(104)의 반대측 상의 챔버(112A) 도중에, 밸브 본체(118)로부터 밸브 스템(120)을 강제한다. 피스톤(52)이 밸브 스템(120)을 누르면, 챔버(112A) 내의 가압 공기는, 출구 보어(124)를 통해 대기로 방출된다. 동시에, 블리드 홀(123B)은 피스톤(104)의 챔버(112B)에 가압 공기를 제공하며, 이에 의해 피스톤(104)이 상방으로(도 5와 관련하여 파일럿 밸브(64A)를 향하여) 푸시되는 것을 유발하고, 캐비티(106A)를 통로(108B)에 연결하고, 공기 피스톤(52)을 상방으로(도 5와 관련하여 파일럿 밸브(64A)를 향하여) 강제하도록 챔버(90B)를 가압한다. 파일럿 밸브(64A, 64B)들은 블리드 포트(123A, 123B)들을 통해 공급되는 압력보다 상당히 더 높은 속도(rate)로 가압 공기를 빼낸다(bleed). 이러한 리버싱 밸브 및 파일럿 밸브 회로의 작동은, 그라코 미네소타 인크(Graco Minnesota Inc.)에게 양도된 로만(Roman)의 미국 특허 공보 제2012/0060941호에서 추가로 개시되고, 이를 참조로 본원에 포함한다.
본 발명에서, 포트(110B)는 파일럿 밸브(64B)를 가로질러 송풍 공기를 지향시키도록 컨투어를 갖는다(도 5에 도시 생략). 송풍 공기는 밸브 스템(120) 상의 파편, 먼지 및 습기의 형성을 방지한다. 이는, 파일럿 밸브(64B)에서 사용된 시일들의 수명을 증가시킨다. 파일럿 밸브(64B)와 관련하여 설명되어 있지만, 파편 및 먼지 대부분이 저부 커버(54)에서 저부 파일럿 밸브에 축적되기 때문에, 본 발명은 파일럿 밸브(64B) 또는 파일럿 밸브(64A) 중 하나 또는 양자 모두에 적용될 수 있다.
도 6은 본 발명의 송풍 시스템(126)이 설치되는 저부 커버(54) 및 파일럿 밸브(64B)의 조립체의 일 실시예의 평면도이다. 도 7은 파일럿 밸브(64B)의 조립체 및 송풍 시스템(126)의 구성을 도시하는 도 6의 저부 커버(54) 및 파일럿 밸브(64B)의 횡단면도이다. 파일럿 밸브(64B)는 밸브 본체(118), 밸브 스템(120), 밸브 스프링(128), 포핏(poppet)(130), 에너지 흡수 스프링(132) 및 밸브 시일(134)을 포함한다. 송풍 시스템(126)은 컨투어(136), 디플렉터(138) 및 패스너(140)를 포함한다. 디플렉터(138)는 패스너 부분(142), 각진 부분(144) 및 곧은 부분(146)을 포함한다. 저부 커버(54)는 카운터보어(148), 로드 보어(150) 및 밸브 보어(152)(스템 보어(154)를 포함함)를 포함한다. 도 6 및 도 7은 함께 논의될 것이다.
파일럿 밸브(64B)는 로만의 전술한 특허 공보의 상세한 설명 및 배경기술에서 설명되는 바와 같이 작동한다. 예컨대, 공기 모터 조립체(34)의 피스톤(52)은 출구 보어(124)를 커버하기 위해서 제 위치에 포핏(130)을 이동시키도록 밸브 스템(120)을 누른다. 에너지 흡수 스프링(128)은 포핏(130)으로부터 멀리 밸브 스템(120)을 편향시키는 한편, 스프링(128)은 보어(154)를 향해 포핏(130)을 편향시킨다.
가압 공기는 공기 모터 조립체(34)의 작동 중 실린더 벽(90)(도 4)에 진입하도록 포트(110B)를 통해 반경 방향 외방으로 유동한다. 보통은, 종래 기술의 공기 모터들에서, 압축 공기는 파일럿 밸브와의 직접 맞물림 없이 공기 모터 실린더 내로 똑바르게 이동할 것이다. 본 발명에서, 포트(110B)는 파일럿 밸브(64B)와의 직접 맞물림되어 압축 공기를 지향하도록 송풍 시스템(126)을 포함한다. 자세하게는, 포트(110B)는 밸브 스템(120)에 압축 공기를 지향시키도록 컨투어(136)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 컨투어(136)는 포트(110B)로부터 밸브 스템(120)으로 각지게 연장하는 평탄한 표면을 포함한다. 보다 특히, 컨투어(136)는 실린더(48) 내를 관통하는 밸브 스템(120)의 부분의 축에 관하여 둔각(obtuse angle)으로 연장한다. 컨투어(136)는 밸브 스템(120)과 스템 보어(154) 사이의 상호 작용 영역에 근접하게 공기를 지향시키도록 밸브 스템(120)의 베이스를 향해 연장한다. 컨투어(136)는 저부 커버(54)의 표면 및 포트(110B)에서 둥근 에지들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서, 컨투어(136)는 곡선형, 아치형(arcuate), 주름형(corrugated) 또는 물결형(undulating)일 수 있다.
송풍 시스템(126)은, 컨투어(136)를 가로질러 포트(110B)를 나가는 압축 공기를 푸시하는 디플렉터(138)를 더 포함한다. 디플렉터(138) 및 컨투어(136)는 함께, 밸브 스템(120)을 향해서 압축 공기를 이동시키거나(funnel) 향하게 한다(aim). 도시된 실시예에서, 디플렉터(138)는 패스너 부분(142)에서 저부 커버(54)에 체결되는 판금(sheet metal) 스트립을 포함한다. 패스너(140)는 패스너 부분(142)을 통해 연장하여 정합(mating) 보어 내로 나사결합되며, 정합 보어는 저부 커버(54) 내로 디플렉터(138)를 리세스하도록 카운터보어(148)를 포함한다. 각진 부분(144)은 도시된 실시예에서 밸브 스템(120)을 향해서 수렴하는(converge) 유동 경로를 형성하도록 컨투어(136) 위에서 밖으로 연장한다. 곧은 부분(146)은 밸브 스템(120)에 접하는 압축 공기 내로 속도 구배(velocity gradient)를 부여하도록 밸브 스템(120)을 향해 직접 각진 부분(144)으로부터 연장한다.
컨투어(136)와 디플렉터(138) 사이의 유동 경로는, 수렴할 필요는 없으며 일반적으로 균일한 횡단면적을 가질 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 컨투어(136) 및 디플렉터(138)는, 밸브 스템(120)을 향해 압축 공기를 가속화하기 위해서 수렴-발산 노즐을 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 디플렉터(138)는 플라스틱과 같은 금속 이외의 다른 재료들로 포함될 수 있다. 다른 실시예들에서, 디플렉터(138)는 도시된 3 개의 평탄하고 각진 부품들을 갖는 것보다는 완전히 평탄하거나 곡선형일 수 있다. 도시된 실시예에서, 컨투어(136)는 보어(150)에 외접하는(circumscribing) 저부 커버(54)의 원형 형상을 추적하기 위해서 원주 부품을 갖고 연장한다. 그러나, 다른 실시예들에서, 제조의 용이함을 위해, 컨투어(136)가 원주 부품을 갖는 것보다는 스템 보어(154)를 향해 곧게 연장할 수 있다.
본 발명의 대안의 실시예에서, 컨투어(136)는 저부 커버(54)에서 보다는 파일럿 밸브(64B)를 향해서 마주하는 피스톤(52)의 표면에 위치될 수 있다. 예컨대, 포트(110B)로부터 반경 방향으로 유동하는 공기가 피스톤(52)에서 컨투어(136) 내로 유입하여 파일럿 밸브(64B)를 향해서 반대로 180°로 재지향되도록, 컨투어(136)는 아치형 압입부(indentation)를 포함할 수 있다. 환언하면, 피스톤(52) 내의 컨투어(136)는 포트(110B)와 파일럿 밸브(64B) 사이의 거리와 동일한 작은 측방향 거리로 포트(110B)로부터 공기를 안내하면서, 동시에 유동의 축 방향을 역전시킨다. 이에 따라, 피스톤(52)이 체인지 오버 위치에 도달하여 파일럿 밸브(64B)와 맞물림 하는 경우, 피스톤(52)이 밸브 근처에 있다면, 분출되는 공기(a burst of air)가 밸브에 이송된다.
본 발명의 송풍 시스템은, 밸브 스템(120) 및 저부 커버(54) 상에 먼지, 파편 및 습기가 축적되는 것을 방지 및 억제하기 위한 저렴하고 완전한 방법을 제공한다. 이는, 스템 보어(154)를 통해 오염물들이 끌어당겨지고 이후 밸브 시일(134)에 맞닿아 마모되는 것을 방지한다. 이에 따라, 밸브 시일(134)의 마모 수명은, 증가되며, 이는 밸브 시일(134)을 대체하는 것과 연관된 비용 그리고 손실된 생산성 시간을 감소시킨다. 송풍 시스템은 추가의 부품들을 필요로 하지 않으며, 미리 설치되어, 펌프(18)의 조작자에 의해 취해져야 하는 동작을 필요로 하지 않는다.
본 발명이 바람직한 실시예들을 참조로 하여 설명되고 있지만, 당업자들은, 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어나지 않으면서 형태 및 상세가 변화될 수 있음을 인식할 것이다.

Claims (22)

  1. 왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체로서,
    상기 단부 캡 조립체는, 밸브 스템을 갖는 파일럿 밸브 및 단부 캡 본체를 포함하며,
    상기 단부 캡 본체는, 공기 모터 로드를 수용하는 중앙 보어, 단부 캡 본체를 통해 밸브 스템이 연장하도록 파일럿 밸브가 배치되는 밸브 보어, 단부 캡 본체를 통해 연장하며, 밸브 스템을 향해서 공기를 지향시키도록 컨투어(contour)를 갖는 공기 포트, 및 공기 포트를 돌출시키기(overhang) 위해서 단부 캡 본체에 연결되는 유동 디플렉터를 포함하고,
    상기 유동 디플렉터는, 컨투어에 상감처리(inlaid) 되도록 단부 캡 본체 내에서 카운터보어에 체결되는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨투어는 공기 포트와 밸브 스템 사이를 연장하는 각진 표면을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨투어는 밸브 스템과 둔각을 형성하도록 단부 캡 본체로부터 연장하는 밸브 스템의 일정 부분을 향해 공기 포트로부터 연장하는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 컨투어는 평탄한,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 디플렉터는 밸브 스템을 향해서 공기 포트로부터 공기 유동을 재배향시키도록 성형되는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 유동 디플렉터는, 상기 카운터보어에 체결되는 판금 스트립을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 디플렉터는,
    상기 밸브 스템을 향해서 각지게 연장하는 제 1 부분, 및
    상기 단부 캡 본체에 평행하게 제 1 부분으로부터 연장하는 제 2 부분을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일럿 밸브는,
    상기 밸브 스템이 연장하는 내부 보어를 갖는 밸브 본체,
    상기 내부 보어 내에서 밸브 스템에 의해 상호교차되는 공기 통로, 및
    내부 보어 밖으로 밸브 스템을 편향시키는 밸브 스프링을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 파일럿 밸브는,
    상기 밸브 스템을 맞물림 하도록 밸브 본체 내에 배치되는 포핏(poppet), 및
    상기 밸브 스템과 포핏 사이에 배치되는 에너지 흡수 스프링을 더 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    실린더를 형성하도록 단부 캡에 연결되는 공기 모터 하우징,
    상기 단부 캡 본체의 중앙 보어를 통해 실린더 내로 연장하는 공기 모터 로드, 및
    상기 실린더 내의 공기 모터 로드에 연결되는 공기 모터 피스톤을 더 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터용 단부 캡 조립체.
  12. 공기 피스톤,
    상기 피스톤으로부터 연장하는 구동(drive) 로드,
    실린더 벽을 형성하는 공기 모터 하우징으로서, 상기 실린더 벽의 대향 단부들에 위치되는 제 1 및 제 2 단부 벽들, 상기 구동(drive) 로드를 수용하고 제 1 단부 벽을 통해 연장하는 중앙 보어, 제 1 단부 벽과 제 2 단부 벽을 통해 제각기 연장하는 제 1 및 제 2 공기 통로, 상기 제 1 단부 벽과 제 2 단부 벽을 통해 제각기 연장하는 제 1 밸브 보어 및 제 2 밸브 보어를 포함하는, 공기 모터 하우징,
    상기 제 1 공기 통로 및 제 2 공기 통로에 압축 공기를 번갈아 제공하는 리버싱 밸브,
    상기 제 1 밸브 보어 및 제 2 밸브 보어에 제각기 배치되는 제 1 파일럿 밸브 및 제 2 파일럿 밸브, 및
    제 1 단부 벽에 연결되는 유동 디플렉터를 포함하며,
    상기 제 1 공기 통로는 제 1 파일럿 밸브를 향해 공기 유동을 지향하도록 컨투어링하는 것을 포함하고,
    상기 유동 디플렉터는 기류(airflow)를 상기 컨투어링으로부터 제 1 파일럿 밸브까지 이동시키기(funnel)위해서 상기 컨투어링에 상감처리(inlaid)되도록 제 1 단부 벽내에서 카운터보어에 체결되는,
    왕복 운동식 공기 모터.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 공기 모터 하우징은,
    상기 제 1 단부 벽을 포함하는 단부 캡, 및 공기 모터 실린더를 포함하며,
    상기 공기 모터 실린더는,
    단부 캡을 수용하는 제 1 단부 및 제 2 단부를 갖는 측벽, 및
    상기 제 2 단부에 부착되는 제 2 단부 벽을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 파일럿 밸브는, 상기 제 1 밸브 보어에 배치된 밸브 본체, 상기 밸브 본체로부터 연장하는 밸브 스템, 및 상기 밸브 본체 밖으로 밸브 스템을 편향시키는 밸브 스프링을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 공기 통로의 컨투어링(contouring)은,
    상기 실린더 벽으로 연장하는 제 1 파일럿 밸브의 밸브 스템의 일부분의 축선과 함께 둔각을 형성하도록 제 1 공기 통로로부터 파일럿 밸브까지 연장하는 평탄 표면을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터.
  16. 삭제
  17. 왕복 운동식 공기 모터 내의 밸브 스템으로부터 오염물들을 제거하는 방법으로서,
    피스톤 실린더를 통해 연장하는 제 1 포트 및 제 2 포트를 통해 공기 모터 피스톤의 양측면들로 압축 공기를 번갈아(alternately) 이송하기 위해서 리버싱 밸브를 왕복 운동시키는 단계,
    상기 실린더 내에서 공기 모터 피스톤의 양측면들과 맞물리는 제 1 밸브 스템 및 제 2 밸브 스템을 제각기 갖는 제 1 파일럿 밸브 및 제 2 파일럿 밸브를 사용하여 리버싱 밸브를 활성화하는 단계, 및
    상기 제 1 밸브 스템을 가로질러 제 1 포트로부터 송풍 공기를 지향시키는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 밸브 스템을 가로질러 제 1 포트로부터 송풍 공기를 지향시키는 단계는, 상기 제 1 밸브 스템을 향해서 제 1 포트로부터 공기를 안내하는 컨투어를 가로질러 송풍 공기를 통과시키는 단계, 및 상기 제 1 포트를 돌출시키고(overhanging) 상기 컨투어에 상감처리(inlaid)되도록 제 1 포트가 연장하여 통과하는 상기 피스톤 실린더의 표면내에서 카운터보어에 체결되는 디플렉터에 의해 상기 컨투어로부터 상기 제 1 밸브 스템을 향해서 송풍 공기를 회전시키는 단계를 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터 내의 밸브 스템으로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  18. 삭제
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨투어는 제 1 포트로부터 제 1 밸브 스템을 향해서 연장하는 평탄한 각진 표면을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터 내의 밸브 스템으로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  20. 삭제
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 디플렉터는, 컨투어를 가로질러 각진 제 1 부분, 및 상기 제 1 밸브 스템에 수직한 제 1 부분으로부터 연장하는 제 2 부분을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터 내의 밸브 스템으로부터 오염물들을 제거하는 방법.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 컨투어는 제 1 포트로부터 공기를 수용하고 제 1 밸브 스템을 향해 공기를 회전시키는 공기 모터 피스톤의 성형된 표면을 포함하는,
    왕복 운동식 공기 모터 내의 밸브 스템으로부터 오염물들을 제거하는 방법.
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