KR101996909B1 - 가스 커플링 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단일 동력원을 이용하여 소켓 및 플러그의 결합 및 분리가 자동으로 이루어짐으로써 제작비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 공간소모를 줄일 수 있으며, 편의성을 높일 수 있고, 변환슬리브 및 하우징의 구조변경을 통해 리니어 모터에서 생성되는 직선운동을 직선운동 및 회전운동으로 간단하게 변환시킴으로써 효율성을 극대화시킬 수 있으며, 락킹 슬리브에 접촉되는 슬리브캠의 단부의 길이를 다르게 형성함으로써 슬리브캠의 회전을 통해 락킹 슬리브의 직선운동을 유도하여 별도의 체결수단을 이용하지 않고, 락킹 슬리브의 이동을 제어할 수 있는 가스 커플링 장치에 관한 것이다.

Description

가스 커플링 장치{Gas Coupling Device}

본 발명은 가스 커플링 장치에 관한 것으로서, 상세하게로는 단일 동력원을 이용하여 소켓 및 플러그의 결합 및 분해가 자동으로 견고하게 이루어지는 가스 커플링 장치에 관한 것이다.

일반적으로 커플러(Coupler)는 유체(물, 오일 등) 또는 기체(공기, 수소, 스팀, 가스 등)가 필요한 기구에 유체 또는 기체를 공급 및 이송시키는 호스 및 기구와의 인터페이스를 제공하는 장치이다.

특히, 최근 들어 수소 등의 기체를 연료로 하는 수소연료용 로봇 및 차량에 대한 연구가 급증함에 따라 연료기체 공급의 기밀성 및 효율성을 높이기 위한 커플러에 대한 연구 또한 다양하게 이루어지고 있다.

도 1은 국내공개특허 제10-2013-0091383호(발명의 명칭 : 유체 및 기체 연결용 커플러)에 개시된 유체 및 기체 연결용 커플러의 평면도이다.

도 1의 유체 및 기체 연결용 커플러(이하 종래기술이라고 함)(100)는 플러그(108) 및 소켓(102)을 결합할 때, 스프링으로 탄지되는 슬리브(106)를 ‘B’ 방향으로 이동시켜 (밀어서 이동시켜) 복수의 볼이 외향 이동할 수 있도록 한 다음 소켓(102) 중앙에 형성된 결합공의 중심방향으로 이동하면서 슬리브(106)의 외주에 형성된 결합공에 플러그(108)를 결합시킨 다음 B방향으로 이동되었던 슬리브(106)를 A방향으로 이동시키면 슬리브(106)의 가압부에 의해 복수의 볼이 결합공의 중심방향으로 이동하면서 플러그(108)의 외주에 형성된 걸림홈(112)에 결합되어 플러그(108)와 소켓(102)의 결합이 달성되는 구성의 수동방식으로 사용되어 편의성이 떨어지는 단점을 갖는다.

이와 같이 구성되는 종래기술(100)은 슬리브의 ‘A’ 또는 ‘B’ 방향의 이동에 따라 소켓(102) 및 플러그(108)의 잠금 및 해제가 이루어지기 때문에 기체 공급 시 플러그(108)의 분리가 방지되는 장점을 갖는다.

그러나 종래기술(100)은 소켓(102) 및 플러그(108)의 결속 및 분리가 인력에 의해 이루어지도록 구성되기 때문에 결합 및 분리가 번거롭고 복잡한 단점을 갖는다.

또한 종래기술(100)은 소켓(102) 및 플러그(108)의 결합 및 분리가 자동 운영되도록 구현된다고 가정하더라도, 플러그(108)의 직선운동 및 슬리브(106)의 회전운동을 발생시키기 위한 복수개의 구동원들이 설치되어야하기 때문에 부피소모가 증가할 뿐만 아니라 제작이 복잡한 단점을 갖게 된다.

본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결과제는 단일 동력원을 이용하여 소켓 및 플러그의 결합 및 분리가 자동으로 이루어짐으로써 제작비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 공간소모를 줄일 수 있으며, 편의성을 높일 수 있는 가스 커플링 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 다른 해결과제는 변환슬리브 및 하우징의 구조변경을 통해 리니어 모터에서 생성되는 직선운동을 직선운동 및 회전운동으로 간단하게 변환시킴으로써 효율성을 극대화시킬 수 있는 가스 커플링 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 또 다른 해결과제는 락킹 슬리브에 접촉되는 슬리브캠의 단부의 길이를 다르게 형성함으로써 슬리브캠의 회전을 통해 락킹 슬리브의 직선운동을 유도하여 별도의 체결수단을 이용하지 않고, 락킹 슬리브의 이동을 제어할 수 있는 가스 커플링 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 해결수단은 직선운동을 발생시키는 동력수단을 포함하는 구동부와, 플러그를 포함하여 상기 구동부의 구동에 따라 상기 플러그를 소켓에 결합 또는 분리시키는 도킹부를 포함하는 가스 커플링 장치에 있어서: 상기 도킹부는 수송관; 상기 수송관의 일부 외측에 설치되며, 선단부에 상기 플러그가 결합되되 종단부에 인접한 영역이 상기 구동부에 결합되는 슬라이딩 관; 상기 슬라이딩 관의 일부 외측에 설치되는 변환슬리브; 상기 구동부와 결합되며, 상기 슬라이딩 관의 외측에 설치되는 하우징; 상기 변환슬리브의 선단에 결합되며, 내측에 상기 플러그가 배치되는 슬리브캠을 더 포함하는 것이다.

또한 본 발명에서 상기 하우징은 양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되어 종단부에 인접한 외주면이 고정물에 결합되며, 내부에 상기 변환슬리브가 직선이동 및 회전 가능하도록 설치되며, 후단부에 인접한 상부 내주면에 내측으로 돌출되는 걸림돌부가 형성되며, 외측면에 내외면을 관통하되 길이 방향으로 연장되는 가이드공들이 대향되게 형성되고, 상기 가이드공들의 선단부에 대응되는 내주면에 외측으로 원호를 따라 회동홈이 형성되고, 상기 변환슬리브는 양단부가 개구된 원통 형상으로 형성되어 상기 슬라이딩 관의 일측에 결합되어 상기 슬라이딩 관의 일부 외측에 설치되며, 후단부와 인접한 내주면에 형성되어 상기 하우징의 걸림돌부가 삽입되는 나선 형상의 이동홈이 형성되고, 외측면에 상기 하우징의 상기 가이드공들 각각으로 삽입되는 스토퍼들이 대향되게 형성되고, 상기 하우징의 상기 회동홈은 상기 가이드공들의 선단부에 연결되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 도킹부는 소켓, 걸림볼들 및 락킹 슬리브를 더 포함하고, 상기 플러그는 노즐 형상으로 형성되어 상기 수송관의 선단부에 결합되며, 외주면에 내측으로 안착홈이 원호를 따라 형성되고, 상기 소켓은 후단부에 플러그 삽입홈이 형성되되, 상기 플러그 삽입홈을 형성하는 내주면에 탄설홈들이 간격을 두고 형성되고, 상기 걸림볼들은 상기 탄설홈들 각각에 매설되고, 상기 락킹 슬리브는 양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되어 상기 소켓의 외측에 설치되되 압축수단에 의해 탄발 지지되며, 외력을 받지 않는 경우, 내주면이 상기 소켓의 탄설홈을 밀폐시켜 상기 걸림볼들을 가압하여 상기 걸림볼들을 상기 내측으로 이동시키고, 전방으로 힘을 받는 경우, 상기 소켓의 상기 탄설홈들을 외부로 노출시킴으로써 상기 탄설홈들에 설치된 걸림볼들이 받는 압력을 해제시키는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 락킹 슬리브는 외주면에 외측으로 돌출되는 지지돌부들이 대향되게 형성되고, 상기 슬리브캠은 양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되어 상기 변환슬리브의 선단부에 결합되고, 상기 슬리브캠은 상기 변환슬리브를 향하는 방향을 후방이라고 할 때, 선단부 중 가장 전방을 향하는 위치를 제1 포인트라고 하고, 선단부 중 가장 후방을 향하는 방향의 위치를 제2 포인트라고 할 때, 제1 포인트들이 대향되는 위치에 배치되게 형성되고, 제2 포인트들이 대향되는 위치에 배치되게 형성되고, 상기 슬리브캠은 제1, 2 포인트들이 평면상에서 바라보았을 때, 90°의 각도로 교차되게 형성되는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 슬리브캠은 전방 이동한 후 회동 시 상기 제1 포인트들이 상기 락킹 슬리브의 지지돌부들과 접촉할 때 상기 락킹 슬리브가 전방으로 이동하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서 상기 구동부는 고정플레이트; 상기 고정플레이트의 상면의 일측에 설치되어 직선 운동을 생성하는 리니어 모터; 상기 고정 플레이트의 상면의 타측에 수직 설치되어 상기 하우징이 결합되는 고정브라켓; 상기 리니어모터의 실린더에 결합되며, 상기 슬라이딩 관이 회동 가능하도록 장착되는 이동플레이트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 과제와 해결수단을 갖는 본 발명에 따르면 단일 동력원을 이용하여 소켓 및 플러그의 결합 및 분리가 자동으로 이루어짐으로써 제작비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 공간소모를 줄일 수 있으며, 편의성을 높일 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면 변환슬리브 및 하우징의 구조변경을 통해 리니어 모터에서 생성되는 직선운동을 직선운동 및 회전운동으로 간단하게 변환시킴으로써 효율성을 극대화시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 락킹 슬리브에 접촉되는 슬리브캠의 단부의 길이를 다르게 형성함으로써 슬리브캠의 회전을 통해 락킹 슬리브의 직선운동을 유도하여 별도의 체결수단을 이용하지 않고, 락킹 슬리브의 이동을 제어할 수 있게 된다.

도 1은 국내공개특허 제10-2013-0091383호(발명의 명칭 : 유체 및 기체 연결용 커플러)에 개시된 유체 및 기체 연결용 커플러의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예인 가스 커플링 장치를 나타내는 사시도이다.
도 3은 도 2의 단면도이다.
도 4는 도 2의 구동부를 나타내는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 도킹부가 결합된 구동부를 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 2의 도킹부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 단면도이다.
도 8은 도 6의 도킹부가 절개된 모습을 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 6의 변환 슬리브를 나타내는 사시도이다.
도 10은 도 9의 측면도이다.
도 11은 도 6의 하우징을 나타내는 사시도이다.
도 12는 도 11의 정면도이다.
도 13은 도 11의 A-A’선을 절단한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 도킹부의 변환슬리브의 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.
도 15는 도 6의 도킹부의 슬리브캠을 나타내는 사시도이다.
도 16은 도 15의 측면도이다.
도 17은 도 6의 커플러를 나타내는 사시도이다.
도 18은 도 17을 절개한 사시도이다.
도 19는 도 17의 단면도이다.
도 20은 도 17의 락킹 슬리브의 동작 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예인 가스 커플링 장치를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2의 단면도이다.

본 발명의 일실시예인 가스 커플링 장치(1)는 1)단일 동력수단(M)을 이용하여 플러그(371) 및 소켓(373)의 결합 및 분리가 이루어짐과 동시에 2)플러그(371) 및 소켓(373)의 수평 및 수직 오차를 절감시켜 기밀성을 유지하기 위한 것입니다.

또한 가스 커플링 장치(1)는 도 2 내지 3에 도시된 바와 같이, 리니어 모터(M)를 포함하여 직선운동을 발생시키는 구동부(5)와, 소켓(373) 및 플러그(371)를 포함하여 구동부(5)의 구동에 따라 소켓(373) 및 플러그(371)의 결합 및 분리가 이루어지는 도킹부(3)로 이루어진다.

도 4는 도 3의 구동부를 나타내는 사시도이고, 도 5는 본 발명의 도킹부가 결합된 구동부를 나타내는 사시도이다.

구동부(5)는 도 4 내지 5에 도시된 바와 같이, 판재로 형성되는 고정 플레이트(51)와, 고정 플레이트(51)의 상면의 일측에 설치되는 리니어 모터(M)와 고정 플레이트(51)의 상면의 타측에 설치되는 고정 브라켓(53)과, 리니어 모터(M)의 이동실린더(50)에 결합되는 이동 플레이트(55)로 이루어진다.

리니어 모터(M)는 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 모터로서, 고정 플레이트(51)의 상면의 일측에 설치된다.

또한 리니어 모터(M)의 이동실린더(50)의 단부는 이동 플레이트(55)와 결합된다. 즉 이동 플레이트(55)는 리니어 모터(M)의 구동에 따라 직선 운동(전진 또는 후진) 한다.

고정 브라켓(53)은 고정 플레이트(51)의 상면의 타측, 상세하게로는 단부에 인접한 지점에 수직 설치되며, 도킹부(3)의 하우징(35)을 지지한다.

이동 플레이트(55)는 중앙에 설치공(551)이 형성된다. 이때 이동 플레이트(55)의 설치공(551)으로는 도킹부(3)의 슬라이딩 관(32)이 결합됨으로써 리니어 모터(M)의 직선운동은 이동실린더(50) -> 이동 플레이트(55) -> 도킹부(3)의 슬라이딩 관(32)으로 전달되게 된다.

이와 같이 본 발명의 구동부(5)는 직선운동을 발생시켜 도킹부(3)의 직선 운동을 제어하는 기능을 갖는다.

도 6은 도 2의 도킹부를 나타내는 사시도이고, 도 7은 도 6의 단면도이고, 도 8은 도 6의 도킹부가 절개된 모습을 나타내는 사시도이다.

도킹부(3)는 도 6 내지 8에 도시된 바와 같이, 수송관(31)과, 슬라이딩 관(32), 변환슬리브(33), 슬리브캠(34), 하우징(35), 플러그(371), 스프링(S), 락킹 슬리브(375), 소켓(373)으로 이루어진다. 이때 플러그(371), 락킹 슬리브(375) 및 소켓(373)을 커플러(37)라고 명칭하기로 한다.

수송관(31)은 내부에 연료기체인 수소가 이동하는 경로가 형성되는 파이프로 형성된다.

또한 수송관(31)은 +X축을 향하는 단부(이하 선단이라고 함)로부터 소정 거리 이격된 지점의 외주면에 외측으로 제1 걸림턱(311)이 원호를 따라 형성된다.

또한 수송관(31)은 선단부터 제1 걸림턱(311)까지의 외주면에 나사산(312)이 형성된다.

즉 수송관(31)은 선단부가 플러그(371)의 삽입공으로 삽입되어 나사산 결합되고, 제1 걸림턱(311)에 플러그(371)의 단부가 지지된다.

또한 수송관(31)은 제1 걸림턱(311)으로부터 X축 방향(종단)으로 소정 이격된 지점의 외주면에 외측으로 제2 걸림턱(313)이 원호를 따라 형성된다.

또한 수송관(31)은 제1 걸림턱(311) 및 제2 걸림턱(313) 사이의 지점으로부터 후단부까지의 외주면에 슬라이딩 관(32)이 결합된다. 이때 슬라이딩 관(32)은 전술하였던 이동 플레이트(55)와 결합됨으로써 리니어 모터(M)의 회전에 따라 수송관(31) 및 슬라이딩 관(32)의 직선운동이 제어되게 된다.

슬라이딩 관(32)은 선단부에 인접한 지점에 형성되어 수송관(31)의 외경과 동일한 내경을 갖는 제1 관(321)과, 수송관(31)의 외경보다 큰 내경을 갖는 제2 관(322)과, 제1, 2 관(321), (322)들을 연결하는 지지턱(323)으로 이루어진다.

지지턱(323)은 제1, 2 관(321), (322)들을 연결하며, 수송관(31)과 결합 시 수송관(31)의 제2 걸림턱(313)에 대접되게 설치된다. 이때 지지턱(323) 및 수송관(31)의 제1 걸림턱(311) 사이에는 스프링(S)이 설치됨으로써 수송관(31)을 탄발적으로 지지하게 된다.

제1 관(321)은 수송관(31)의 외경과 동일한 내경으로 형성되며, 리니어 모터(M)의 제어에 따라 수송관(31)의 제1 걸림턱(311) 및 제2 걸림턱(313) 사이에서 직선 운동한다.

이때 제1 관(321)은 리니어 모터(M)의 구동에 따라 전진(+X축) 하는 경우, 스프링(S)이 압축되어 스프링(S)의 압축복원력으로 인해 수송관(31)을 전진 이동시킬 수 있고, 후진(-X축) 하는 경우, 지지턱(323)이 제2 걸림턱(313)을 지지하여 수송관(31)을 후진 이동시킬 수 있게 된다.

다시 말하면, 슬라이딩 관(32)은 수송관(31)과 고정 결합되지 않되, 구동부(5)의 이동 플레이트(55)와 결합되어 리니어 모터(M)의 구동에 따라 직선 운동할 수 있고, 2)제1 관(321)이 제1, 2 걸림턱(311), (313)들 사이에서 이동할 수 있도록 운동범위가 제한된다.

이때 수송관(31)은 슬라이딩 관(32)과 고정 결합되지는 않았으나, 슬라이딩 관(32)이 전진 이동할 때, 스프링(S)의 압축 복원력에 의해 제1 걸림턱(311)이 전방으로 힘을 받게 되어 전진 이동하고, 슬라이딩 관(32)이 후진 이동할 때, 제2 걸림턱(313)이 지지턱(323)에 의해 후방으로 힘을 받게 되어 후진 이동할 수 있게 된다.

도 9는 도 6의 변환 슬리브를 나타내는 사시도이고, 도 10은 도 9의 측면도이다.

도 9와 10의 변환슬리브(33)는 리니어 모터(M)로부터 전달받은 직선운동을 회전운동으로 변환시킨다.

또한 변환슬리브(33)는 양단부가 개구된 원기둥, 상세하게로는 내경이 슬라디이딩 관(32)의 제2 관(322)외경보다 미세하게 큰 원기둥 형상으로 형성되며, 수송관(31)의 제1 걸림턱(311)으로부터 슬라이딩 관(32)의 중간 지점까지의 외측에 둘러싸듯이 설치된다.

이때 변환슬리브(33)의 선단부에 인접한 외주면에는 슬리브캠(34)의 후단부의 내주면이 결합된다.

또한 변환슬리브(33)는 후단부와 인접한 지점으로부터 길이 방향의 중간지점까지 양면을 관통하는 이동홈(331)이 형성된다. 이때 이동홈(331)은 나선 형상으로 형성되며, 길이 방향으로 중간지점까지 형성된다.

또한 변환슬리브(33)의 이동홈(331)으로부터 후술되는 도 12 내지 14의 하우징(35)의 내주면에 돌출 형성된 걸림돌부(352)가 삽입된다.

또한 변환슬리브(33)는 수송관(31)의 제1 걸림턱(311)부터 슬라이딩 관(32)의 제2 관(322)의 일부 영역의 외측에 설치된다. 이때 변환슬리브(33)는 슬라이딩 관(32)의 제2 관(322)과 볼트 체결됨으로써 슬라이딩 관(32)과 함께 이동 또는 회전을 하게 된다.

또한 변환슬리브(33)는 이동홈(331)의 선단부에 인접한 외주면에 스토퍼(333), (333‘)들이 대향되게 돌출 형성된다.

이때 스토퍼(333), (333‘)들은 후술되는 도 11 내지 13의 하우징(35)의 가이드공(353), (353’)들 각각으로 삽입된다.

도 11은 도 6의 하우징을 나타내는 사시도이고, 도 12는 도 11의 정면도이고, 도 13은 도 11의 A-A’선을 절단한 단면도이다.

하우징(35)은 도 11 내지 13에 도시된 바와 같이, 양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되며, 내주면이 변환슬리브(33)의 외측에 둘러싸듯이 설치된다.

이때 변환슬리브(33)는 이동 및 회동이 가능하도록 하우징(35)의 내측에 설치된다.

또한 하우징(35)은 후단부의 외주면에 외측으로 연장되는 연장부(351)가 형성된다. 이때 연장부(351)는 일측이 절개되어 평탄면(3511)이 형성되고, 평탄면(3511)이 전술하였던 도 4와 5의 구동부(5)의 고정 브라켓(53)과 볼트 체결된다.

또한 하우징(35)은 연장부(351)와 인접한 내주면에 내주면으로부터 내측으로 돌출되는 걸림돌부(352)가 형성된다. 이때 걸림돌부(352)는 조립 시 변환슬리브(33)의 이동홈(331)으로 삽입된다.

또한 하우징(35)은 선단부로부터 소정 이격된 지점에 내외면을 관통하는 가이드공(353), (353‘)들이 대향되게 형성된다. 이때 가이드공(353), (353’)들은 소정 길이를 갖도록 형성되고, 변환슬리브(33)의 스토퍼(333), (333‘)들이 각각 삽입됨으로써 하우징(35)의 걸림돌부(352) 및 변환슬리브(33)의 이동홈(331)으로 인해 변환슬리브(33)에 발생하는 회전운동을 상쇄시키는 기능을 수행한다.

또한 하우징(35)은 가이드공(353), (353‘)들의 선단에 대응되는 내주면에 외측으로 원호를 따라 연결되는 회동홈(354)이 형성된다.

이때 회동홈(354)은 가이드공(353), (353‘)들의 선단부에 연결됨으로써 가이드공(353), (353’)들로 삽입된 스토퍼(333), (333‘)들이 선단까지 이동하게 되면, 스토퍼(333), (333‘)들은 회동홈(354)을 따라 회전하게 된다.

또한 하우징(35)의 회동홈(354)의 바닥면의 일측, 상세하게로는 회동홈(354)의 바닥면 중 일측 가이드공(353)과 인접한 바닥면에는 회동방지돌부(355)가 내측으로 돌출 형성된다.

이와 같이 구성되는 하우징(35)은 변환슬리브(33)의 외측에 설치된다. 이때 하우징(35)의 걸림돌부(352)는 변환슬리브(33)의 이동홈(331)으로 삽입되고, 하우징(35)의 가이드공(353), (353‘)들로는 변환슬리브(33)의 스토퍼(333), (333‘)들이 각각 삽입되게 된다.

도 14는 본 발명의 도킹부의 변환슬리브의 동작과정을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명의 구동부(5)는 리니어 모터(M)의 구동에 따라 직선운동 및 회전운동을 발생시키며, 리니어 모터(M)에 의해 생성된 전진 직선운동은 변환슬리브(33)로 전달된다.

변환슬리브(33)는 전진 이동 시 하우징(35)으 걸림돌부(352)가 이동홈(331)으로 삽입된다. 이때 이동홈(331)이 나선 형상으로 형성됨에 따라, 변환슬리브(33)에는 전진운동과 함께 회전운동이 발생하게 되나, 이렇게 발생된 회전운동은 하우징(35)의 가이드공(353), (353‘)들로 삽입된 스토퍼(333), (333‘)들에 의해 상쇄됨에 따라 변환슬리브(33)가 전진 이동하게 된다.

이러한 전진이 지속되어 스토퍼(333), (333‘)들이 가이드공(353), (353‘)들의 선단부로 이동하게 되면, 가이드공(353), (353‘)들의 선단부에 연결되는 회동홈(354)을 따라 스토퍼(333), (333‘)들이 회전함으로써 변환슬리브(33)가 더 이상 전진하지 않고 회전하게 된다.

즉 변환슬리브(33)는 전방을 향하게 힘을 받게 되면, 스토퍼(333), (333‘)들이 가이드공(353), (353‘)들의 선단부로 이동하기 이전까지는 전진하되, 스토퍼(333), (333‘)들이 가이드공(353), (353‘)들의 선단부까지 이동한 이후 회동홈(354)을 따라 이동함에 따라 회전하게 된다.

도 15는 도 6의 도킹부의 슬리브캠을 나타내는 사시도이고, 도 16은 도 15의측면도이다.

도 15와 16의 슬리브캠(34)은 양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성된다.

이때 슬리브캠(34)은 후단부가 전술하였던 도 11의 하우징(35)과 인접하되 이격되게 설치되며, 변환슬리브(33)와 볼트 체결되어 변환슬리브(33)의 직선운동 및 회전운동에 따라 함께 동작하게 된다.
이때 슬리브캠(34)의 선단부 중 가장 전방을 향하는 방향의 위치를 제1 포인트라고 하고, 선단부 중 가장 후방을 향하는 방향의 위치를 제2 포인트라고 할 때, 슬리브캡(34)은 제1 포인트(341), (341')들이 대향되게 형성되고, 제2 포인트(343), (343')들이 대향되게 형성된다.

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또한 인접하는 제1, 2 포인트들은 평면상에서 바라보았을 때, 90°의 각도를 갖도록 형성된다.

또한 슬리브캠(34)은 플러그(371)의 외측에 설치되며, 후진 이동 시 제1 포인트(341), (341‘)들이 플러그(371) 보다 후방에 배치되며, 소켓(373)으로부터 소정 이격되게 배치되게 된다.

도 17은 도 6의 커플러를 나타내는 사시도이고, 도 18은 도 17을 절개한 사시도이고, 도 19는 도 17의 단면도이다.

커플러(Coupler)(37)는 도 17 내지 19에 도시된 바와 같이, 소켓(373), 플러그(371) 및 락킹 슬리브(375)로 이루어진다.

플러그(371)는 내부에 연료기체의 이동경로가 형성되는 노즐 형상으로 형성되며, 후단부에 수송관(31)의 선단부가 나사산 결합된다.

즉 플러그(371)는 수송관(31)의 전진 및 회전에 따라 함께 구동된다.

또한 플러그(371)는 선단부로부터 소정 이격된 지점의 외주면에 내측으로 안착홈(3711)이 원호를 따라 형성된다. 이때 안착홈(3711)으로는 소켓(373)의 걸림볼(B)들이 안착되게 된다.

소켓(373)은 양단부가 개구되며, 후단부에 플러그 삽입홈(3731)이 형성된다.

또한 소켓(373)은 플러그 삽입홈(3731)을 형성하는 내주면에 탄설홈(3732)들이 간격을 두고 형성된다. 이때 탄설홈(3732)들로는 걸림볼(B)들이 각각 삽입된다.

이때 걸림볼(B)들은 락킹 슬리브(375)가 접촉되는 경우 내측으로 이동하여 일부가 탄설홈(3732)들을 통과하여 노출되도록 배치되게 된다.

락킹 슬리브(375)는 양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되며, 소켓(373)의 외측에 설치된다.

또한 락킹 슬리브(375)는 대향되는 외측면에 외측으로 돌출되는 지지돌부(3753)들이 대향되게 형성된다.

또한 락킹 슬리브(375)는 양면을 관통하되 선단부로부터 연결되는 지지홈(3751)이 형성되고, 지지홈(3751)으로는 소켓(373)의 고정돌부(3733)가 삽입된다.

또한 락킹 슬리브(375)는 도면에는 도시되지 않았으나, 압축수단에 의해 탄발 지지되어 전방으로 이동 시 압축복원력에 의해 후방으로 힘을 받게 된다.

즉 락킹 슬리브(375)는 별도의 외력을 받지 않는 경우, 내주면이 소켓(373)의 탄설홈(3732)을 밀폐시키도록 배치됨으로써 탄설홈(3732)에 설치된 걸림볼(B)들이 가압되어 내측으로 이동하게 된다.

또한 락킹 슬리브(375)는 전방으로 힘을 받는 경우, 소켓(373)의 탄설홈(3732)을 외부로 노출시킴으로써 탄설홈(3732)에 설치된 걸림볼(B)들이 받는 압력이 해제되게 된다.

이와 같이 구성되는 커플러(37)는 락킹 슬리브(375)가 전방으로 이동한 상태에서 플러그(371)가 전진 이동하게 되면, 걸림볼(B)들이 외향 이동하게 되고, 이러한 상태에서 플러그(371)를 소켓(373)의 플러그 삽입홈(3731)으로 삽입시킨 이후 락킹 슬리브(375)를 후방으로 이동시키면, 걸림볼(B)들이 락킹 슬리브(375)에 의해 가압되어 내측 이동하여 플러그(371)의 안착홈(3711)으로 안착됨으로써 플러그(371)가 소켓(373)에 견고하게 결합할 수 있게 된다.

또한 커플러(37)는 분리 시 락킹 슬리브(375)를 다시 전방으로 이동시키면 걸림볼(B)들이 외향 이동하여 플러그(371)의 락킹이 해제되고, 이러한 상태에서 플러그(371)를 후방 이동시킨 후 락킹 슬리브(375)를 원래의 위치로 복귀(후방 이동) 시키면 소켓 및 플러그(371)의 분리가 이루어지게 된다.

도 20은 도 17의 락킹 슬리브의 동작 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

도킹부(3)의 슬리브캠(34)은 도 20에 도시된 바와 같이, 내경이 락킹 슬리브(375)의 외경보다 크게 형성된다.

또한 슬리브캠(34)은 최초 소켓(373) 및 플러그(371)가 분리된 상태(후방 배치된 상태)일 때, 제2 포인트(343), (343‘)들이 락킹 슬리브(375)의 지지돌부(3753)들 각각과 직선상에 배치되도록 설치된다. 이때 슬리브캠(34)은 제1 포인트(341), (341’)들이 락킹 슬리브(375)와 인접하면서 이격되게 배치된다.

이러한 상태에서 리니어 모터(M)의 제어에 따라 전방을 향하여 직선운동이 발생하게 되면, 변환슬리브(33)의 스토퍼(333), (333‘)들이 하우징(35)의 가이드공(353), (353‘)의 선단부를 향하기 이전까지 슬리브캠(34) 또한 전방으로 이동함과 동시에 플러그(371)가 소켓(373)의 플러그 삽입홈(3731)으로 삽입되게 된다.

이때 슬리브캠(34)의 선단부의 제2 포인트(343), (343‘)들은 변환슬리브(33)의 지지돌부(3753)들 각각에 밀접한 위치로 배치되게 된다.

이러한 상태에서 직선운동이 지속되면, 변환슬리브(33)의 스토퍼(333), (333‘)들이 하우징(35)의 회동홈(354)을 따라 이동함으로써 변환슬리브(33)가 회전하게 되고, 이에 따라 슬리브캠(34)도 동일한 각도로 회전하게 된다.

또한 슬리브캠(34)이 90°도로 회전하게 되면, 제2 포인트(343), (343‘)들보다 전방을 향해 돌출된 제1 포인트(341), (341’)들이 지지돌부(3753)들 각각에 접촉됨에 따라 락킹 슬리브(375)가 전방을 향하여 이동하게 된다. 이때 소켓(373)의 걸림볼(B)들은 플러그(371)가 삽입될 때 외향 이동하게 된다.

이러한 상태에서 90° 회전이 더 이루어지게 되면, 다시 제2 포인트(343), (343‘)들이 지지돌부(3753)들에 접촉됨으로써 락킹 슬리브(375)가 후방을 향하여 이동하게 되고, 락킹 슬리브(375)에 의해 걸림볼(B)들이 가압되어 플러그(371)의 안착홈(3711)으로 삽입되어 플러그(371)의 락킹이 이루어지게 된다.

또한 도킹부(3)는 플러그(371)가 락킹 된 상태에서 연료기체의 공급이 완료되면, 리니어 모터(M)의 제어에 따라 생성된 후방 직선운동에 따라 변환슬리브(33)가 역회전하여 락킹 과정의 역순서로 분리가 이루어지게 된다.

이와 같이 본 발명의 일실시예인 가스 커플링 장치(1)는 단일 동력원(M)을 이용하여 소켓(373) 및 플러그(371)의 결합 및 분리가 자동으로 이루어짐으로써 제작비용을 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 불필요한 공간소모를 줄일 수 있으며, 편의성을 높일 수 있게 된다.

또한 본 발명의 가스 커플링 장치(1)는 변환슬리브(33) 및 하우징(35)의 구조변경을 통해 리니어 모터(M)에서 생성되는 직선운동을 직선운동 및 회전운동으로 간단하게 변환시킴으로써 효율성을 극대화시킬 수 있다.

또한 본 발명의 가스 커플링 장치(1)는 락킹 슬리브(375)에 접촉되는 슬리브캠(34)의 단부의 길이를 다르게 형성함으로써 슬리브캠의 회전을 통해 락킹 슬리브의 직선운동을 간단하게 유도할 수 있게 된다.

1:가스 커플링 장치 3:도킹부 5:구동부
31:수송관 33:슬라이딩 관
33:변환슬리브 34:슬리브캠 35:하우징
37:커플러 50:이동실린더 51:고정플레이트
53:고정브라켓 55:이동플레이트 311:제1 걸림턱
313:제2 걸림턱 321:제1 관 322:제2 관
331:이동홈 333:스토퍼 351:연장부
352:걸림돌부 353:가이드공 354:회동홈
355:회동방지돌출부 371:플러그 373:소켓
375:락킹 슬리브

Claims (6)

1. 직선운동을 발생시키는 동력수단을 포함하는 구동부와, 플러그를 포함하여 상기 구동부의 구동에 따라 상기 플러그를 소켓에 결합 또는 분리시키는 도킹부를 포함하는 가스 커플링 장치에 있어서:
   상기 도킹부는
   수송관;
   상기 수송관의 일부 외측에 설치되며, 선단부에 상기 플러그가 결합되되 종단부에 인접한 영역이 상기 구동부에 결합되는 슬라이딩 관;
   상기 슬라이딩 관의 일부 외측에 설치되는 변환슬리브;
   상기 구동부와 결합되며, 상기 슬라이딩 관의 외측에 설치되는 하우징;
   상기 변환슬리브의 선단에 결합되며, 내측에 상기 플러그가 배치되는 슬리브캠을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 커플링 장치.
2. 청구항 제1항에 있어서, 상기 하우징은
   양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되어 종단부에 인접한 외주면이 고정물에 결합되며, 내부에 상기 변환슬리브가 직선이동 및 회전 가능하도록 설치되며, 후단부에 인접한 상부 내주면에 내측으로 돌출되는 걸림돌부가 형성되며, 외측면에 내외면을 관통하되 길이 방향으로 연장되는 가이드공들이 대향되게 형성되고, 상기 가이드공들의 선단부에 대응되는 내주면에 외측으로 원호를 따라 회동홈이 형성되고,
   상기 변환슬리브는
   양단부가 개구된 원통 형상으로 형성되어 상기 슬라이딩 관의 일측에 결합되어 상기 슬라이딩 관의 일부 외측에 설치되며, 후단부와 인접한 내주면에 형성되어 상기 하우징의 걸림돌부가 삽입되는 나선 형상의 이동홈이 형성되고, 외측면에 상기 하우징의 상기 가이드공들 각각으로 삽입되는 스토퍼들이 대향되게 형성되고,
   상기 하우징의 상기 회동홈은 상기 가이드공들의 선단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 가스 커플링 장치.
3. 청구항 제2항에 있어서, 상기 도킹부는 소켓, 걸림볼들 및 락킹 슬리브를 더 포함하고,
   상기 플러그는
   노즐 형상으로 형성되어 상기 수송관의 선단부에 결합되며, 외주면에 내측으로 안착홈이 원호를 따라 형성되고,
   상기 소켓은
   후단부에 플러그 삽입홈이 형성되되, 상기 플러그 삽입홈을 형성하는 내주면에 탄설홈들이 간격을 두고 형성되고,
   상기 걸림볼들은 상기 탄설홈들 각각에 매설되고,
   상기 락킹 슬리브는
   양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되어 상기 소켓의 외측에 설치되되 압축수단에 의해 탄발 지지되며, 외력을 받지 않는 경우, 내주면이 상기 소켓의 탄설홈을 밀폐시켜 상기 걸림볼들을 가압하여 상기 걸림볼들을 상기 내측으로 이동시키고, 전방으로 힘을 받는 경우, 상기 소켓의 상기 탄설홈들을 외부로 노출시킴으로써 상기 탄설홈들에 설치된 걸림볼들이 받는 압력을 해제시키는 것을 특징으로 하는 가스 커플링 장치.
4. 청구항 제3항에 있어서, 상기 락킹 슬리브는 외주면에 외측으로 돌출되는 지지돌부들이 대향되게 형성되고,
   상기 슬리브캠은
   양단부가 개구된 원기둥 형상으로 형성되어 상기 변환슬리브의 선단부에 결합되고,
   상기 슬리브캠은
   상기 변환슬리브를 향하는 방향을 후방이라고 할 때, 선단부 중 가장 전방을 향하는 위치를 제1 포인트라고 하고, 선단부 중 가장 후방을 향하는 방향의 위치를 제2 포인트라고 할 때, 제1 포인트들이 대향되는 위치에 배치되게 형성되고, 제2 포인트들이 대향되는 위치에 배치되게 형성되고,
   상기 슬리브캠은 제1, 2 포인트들이 평면상에서 바라보았을 때, 90°의 각도로 교차되게 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 커플링 장치.
5. 청구항 제4항에 있어서, 상기 슬리브캠은 전방 이동한 후 회동 시 상기 제1 포인트들이 상기 락킹 슬리브의 지지돌부들과 접촉할 때 상기 락킹 슬리브가 전방으로 이동하는 것을 특징으로 하는 가스 커플링 장치.
6. 청구항 제5항에 있어서, 상기 구동부는
   고정플레이트;
   상기 고정플레이트의 상면의 일측에 설치되어 직선 운동을 생성하는 리니어 모터;
   상기 고정 플레이트의 상면의 타측에 수직 설치되어 상기 하우징이 결합되는 고정브라켓;
   상기 리니어모터의 실린더에 결합되며, 상기 슬라이딩 관이 회동 가능하도록 장착되는 이동플레이트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 커플링 장치.

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