KR102012826B1 - 한 방향 댐퍼 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한 방향 댐퍼에 관한 것으로, 작동유체가 수용되는 작동공간이 형성된 하우징, 상기 작동공간에서 직선이동 할 수 있는 피스톤 및 상기 피스톤과 연결되어 상기 하우징 외부로 노출된 로드를 포함하며, 상기 피스톤은, 일측과 타측이 개방되어 있고 내부에 상기 작동공간과 연결된 유동공간이 형성된 몸체 및 상기 몸체 일측에 배치되어 내부가 상기 유동공간과 연결되어 있고 상기 몸체 일측에서 멀어질수록 그 단면적이 협소해지는 헤드를 포함하고, 상기 로드는 상기 유동공간을 통해 상기 헤드 내부 중앙 부분에 연결되어 있으며, 상기 헤드에는 상기 하우징 일측 내부와 상기 유동공간을 연결하는 적어도 하나의 오리피스홀이 형성될 수 있다.

Description

한 방향 댐퍼{One way damper}

본 발명은 한 방향 댐퍼에 관한 것이다.

일반적으로, 바람이 잘 통하는 장소에서 외부 대기가 빠르게 실내로 유입되면 열려 있는 창문이나 도어가 강하게 닫히게 된다. 그리고 도어 개폐 시 빠른 개방이나 폐쇄 동작으로 심한 충격이 도어 프레임에 가하게 되고 유리가 파손되거나 이에 따른 안전사고, 어린이사고가 발생하게 된다. 또한, 수납을 위해 자동차 트렁크를 여닫을 때 갑작스럽게 닫히며 손을 다치는 등 여러 안전사고가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 도어와 프레임 사이에 댐퍼(Damper)를 설치하여 도어가 닫히고 열리는 속도를 조절하였다. 그러나 위와 같은 댐퍼는 내부에 체크밸브를 설치하여 작동유체의 유동을 제어하였다. 체크밸브 설치로 그 내부 구조가 복잡하며 부품 수 증가로 제조원가 상승의 요인이 되었다.

등록특허 제10-1029861호 (2011.04.11.) 등록특허 제10-1764717호 (2017.07.28.)

본 발명은 작동유체 유동의 저항성을 이용하여 댐핑력을 조절할 수 있는 한 방향 댐퍼를 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 한 방향 댐퍼는, 작동유체가 수용되는 작동공간이 형성된 하우징, 상기 작동공간에서 직선이동 할 수 있는 피스톤 및 상기 피스톤과 연결되어 상기 하우징 외부로 노출된 로드를 포함하며, 상기 피스톤은, 일측과 타측이 개방되어 있고 내부에 상기 작동공간과 연결된 유동공간이 형성된 몸체 및 상기 몸체 일측에 배치되어 내부가 상기 유동공간과 연결되어 있고 상기 몸체 일측에서 멀어질수록 그 단면적이 협소해지는 헤드를 포함하고, 상기 로드는 상기 유동공간을 통해 상기 헤드 내부 중앙 부분에 연결되어 있으며, 상기 헤드에는 상기 하우징 일측 내부와 상기 유동공간을 연결하는 적어도 하나의 오리피스홀이 형성될 수 있다.

상기 피스톤 일측의 작동유체와 타측의 작동유체는 상기 피스톤의 이동방향에 따라 상기 오리피스홀을 통해 유동하고, 상기 피스톤 이동으로 발생하는 작동유체의 마찰은 상기 피스톤이 상기 하우징의 타측에서 일측방향으로 이동할 때보다 일측에서 타측방향으로 이동할 때 더 클 수 있다.

상기 작동공간에 위치하여 상기 피스톤 일측과 마주하는 작동유체 저장부를 더 포함할 수 있다.

상기 한 방향 댐퍼는 상기 피스톤 일측과 상기 작동유체 저장부 사이에 배치된 스토퍼를 더 포함할 수 있고, 상기 스토퍼의 중앙은 관통되어 있으며, 상기 헤드는 상기 스토퍼에 걸릴 수 있다.

상기 헤드의 길이는 상기 몸체의 길이의 1/3일 수 있다.

상기 로드의 외부둘레 지름은 상기 몸체 내부둘레 지름보다 작고, 상기 오리피스홀은 상기 헤드의 꼭지점을 벗어나 상기 로드가 상기 헤드와 연결된 지점과 상기 헤드가 상기 몸체와 연결된 지점 사이에 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 피스톤이 하우징 타측에서 일측방향으로 이동할 때 피스톤의 헤드가 콘 형상으로 형성되어 작동유체의 마찰이 최소화되어 작동유체의 유동이 매끄럽다. 반면, 피스톤이 하우징 일측에서 타측방향으로 이동할 때 피스톤 내부에서 작동유체의 마찰이 증가하게 되어 피스톤의 이동은 매끄럽지 못하고 뻑뻑하게 된다. 이에, 작동유체 유동의 저항성을 이용하여 댐핑력을 조절하므로 체크밸브 등을 사용하지 않으므로 한 방향 댐퍼의 구조를 간소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 한 방향 댐퍼를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 분해 단면도.
도 3은 도 1의 피스톤이 하우징 타측에서 일측으로 이동하는 상태를 나타낸 개략도.
도 4는 도 3의 피스톤 이동에 따른 수치해석 모델링.
도 5는 도 1의 피스톤이 하우징 일측에서 타측으로 이동하는 상태를 나타낸 개략도.
도 6은 도 5의 피스톤 이동에 따른 수치해석 모델링.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 한 방향 댐퍼에 대하여 도 1 및 도 2를 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 한 방향 댐퍼를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 분해 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참고하면, 본 실시예에 따른 한 방향 댐퍼(1), 하우징(10), 피스톤(30) 및 로드(40)를 포함하며 유체 유동의 저항성을 이용하여 댐핑력을 조절한다.

하우징(10)의 내부에는 작동유체가 수용되는 작동공간(11)이 형성되어 있으며, 하우징(10) 일측은 막혀 있고 타측은 개방되어 있다. 그러나 하우징(10) 일측도 개방될 수 있다. 하우징(10)의 일측 내부에는 작동유체 저장부(50)가 형성되어 있다. 하우징(10)의 개방된 부분에는 로드 관통홀(21)이 형성된 캡(20)이 분리할 수 있게 결합되어 있다. 캡(20)과 하우징(10)은 나사방식으로 결합되어 있다. 하우징(10) 일측이 개방된 경우 하우징(10) 일측에도 캡(도시하지 않음)이 결합될 수 있다.

피스톤(30)은 몸체(31) 및 헤드(32)를 포함하며 작동공간(11)에서 직선이동 할 수 있다.

몸체(31)의 외부둘레는 작동공간(11)의 내부둘레와 접하며 내부에는 유동공간(311)이 형성되어 있다. 피스톤(30)이 작동공간(11)에서 움직일 수 있도록 몸체(31)의 외부둘레 지름은 하우징(10) 내부둘레 지름보다 작다. 그러나 몸체(31)의 외부둘레 지름과 하우징(10) 내부둘레 지름은 같을 수 있다. 몸체(31)와 하우징(10) 사이로 작동유체가 유동하지 않도록 몸체(31)의 외부둘레에는 실링부재(도시하지 않음)가 배치되어 있다. 유동공간(311)은 몸체(31) 내부를 관통하며 작동공간(11)의 작동유체는 유동공간(311)을 유동할 수 있다.

헤드(32)는 몸체(31)의 일측에 형성되어 있으며 작동유체 저장부(50)와 마주한다. 헤드(32)는 몸체(31)의 일측에서 멀어질수록 그 단면적은 점진적으로 작아진 형태로 형성되어 있다. 이에 헤드(32)는 콘 형태로 형성되어 있으며, 헤드(32)의 내부 공간은 유동공간(311)과 연결되어 있다.

헤드(32)에는 작동공간(11)과 유동공간(311)을 연결하는 오리피스홀(321)이 형성되어 있다. 오리피스홀(321)은 헤드(32)의 원주방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 오리피스홀(321)의 지름 및 개수에 따라 한 방향 댐퍼(1)의 댐핑력은 달라질 수 있다. 이에 오리피스홀(321)의 지름 및 개수는 한 방향 댐퍼(1)의 설계에 따라 달라질 수 있다. 오리피스홀(321)은 로드(40)가 헤드(32)와 연결된 지점과 헤드(32)가 몸체(31)와 연결된 지점 사이에 형성되어 있다. 이에 오리피스홀(321)은 유동하는 작동유체는 로드(40)와 간섭되지 않는다. 헤드(32)의 길이는 몸체(31)의 길이 1/3일 수 있다. 헤드(32)의 길이는 한 방향 댐퍼(1)의 설계에 따라 달라질 수 있다.

로드(40)는 기설정된 길이를 가지며 일단은 헤드(32)의 내부둘레와 연결되어 있고 타단은 로드 관통홀(21)을 통해 하우징(10) 외부로 노출되어 있다. 로드(40)의 외부둘레 지름은 몸체(31)의 내부둘레 지름보다 작다. 작동공간(11)의 작동유체는 로드(40)의 외부둘레와 몸체(31) 내부둘레 사이를 유동할 수 있다. 한편, 로드 관통홀(21)의 둘레에는 로드(40)와 접하는 실링부재(도시하지 않음)가 배치되어 있다.

피스톤(30)이 하우징(10) 타측에서 일측으로 이동하면 헤드(32)와 작동유체 저장부(50) 사이의 작동유체는 오리피스홀(321)을 통해 유동공간(311)으로 유입되어 몸체(31)와 캡(20) 사이의 작동공간(11)으로 유동할 수 있다. 이와 반대로, 피스톤(30)이 하우징(10) 일측에서 타측으로 이동하면 몸체(31)와 캡(20) 사이의 작동유체는 유동공간(311)으로 유입되어 오리피스홀(321)을 통해 헤드(32)와 작동유체 저장부(50) 사이의 작동공간(11)으로 유동할 수 있다.

이에, 피스톤(30) 일측(헤드와 작동유체 저장부 사이)의 작동유체와 타측(몸체(31)와 캡 사이)의 작동유체는 피스톤(30)의 이동방향에 따라 오리피스홀(321)과 유동공간(311)을 통해 유동한다. 이때, 헤드(32) 내부면이 작동유체로부터 받는 압력은 헤드(32) 외부면이 작동유체로부터 받는 압력보다 크다.

한편, 피스톤(30)이 하우징(10) 타측에서 일측으로 이동할 때 헤드(32)가 작동유체 저장부(50)와 접촉하지 않도록 작동유체 저장부(50)와 근접한 작동공간(11) 부분에는 스토퍼(60)가 배치되어 있다. 스토퍼(60)는 하우징(10) 내부둘레와 연결되어 있으며 피스톤(30)의 이동거리를 한정한다. 스토퍼(60)는 헤드(32)와 마주하며, 헤드(32)의 꼭지점과 마주하는 스토퍼(60) 중앙 부분에는 유동홀(61)이 형성되어 있다. 유동홀(61)의 지름은 몸체(31)의 외부둘레 지름보다 작다. 이에 헤드(32)의 일부분은 유동홀(61)의 둘레와 접할 수 있다. 유동홀(61)을 통해 작동유체 저장부(50)의 작동유체는 작동공간(11)으로 유입될 수 있다. 그러나 작동공간(11)의 작동유체는 유동홀(61)을 통해 작동유체 저장부(50)로 유입될 수 있다.

다음은 도 3 내지 도 6을 참고하여 위에서 설명한 한 방향 댐퍼의 작용에 대하여 설명한다.

먼저, 도 3 및 도 4를 참고하여 피스톤이 하우징 타측에서 일측으로 이동하는 상태를 설명한다.

하우징(10)의 일측은 제1 대상물(도시하지 않음)과 연결되어 있고 로드(40)의 타측은 제2 대상물(도시하지 않음)과 연결되어 있다. 여기서, 제1 대상물과 제2 대상물은 링크, 힌지 등으로 연결되어 있으며, 한 방향 댐퍼(1)는 제1 대상물과 제2 대상물 사이에 위치한다.

하우징(10) 타측에 위치한 피스톤(30)이 일측으로 이동하면 헤드(32)의 외부둘레는 피스톤(30)과 작동유체 저장부(50) 사이에 수용된 작동유체로부터 압력을 받는다. 이때 헤드(32)의 콘 형상에 의해 헤드(32)는 많은 작동유체로부터 많은 압력을 받지 않는다. 작동유체는 오리피스홀(321)을 통해 유동공간(311)으로 유입되어 피스톤(30)과 캡(20) 사이의 작동공간(11)으로 유동한다. 작동유체의 유동으로 피스톤(30)은 하우징(10) 내부 타측에서 일측 방향으로 이동할 수 있다. 헤드(32)가 스토퍼(60)에 접하면 피스톤(30)는 이동하지 않는다.

도 4에서 나타낸 바와 같이 피스톤(30) 주변에서 작동유체의 유동을 나타내는 유선(stream line)이 와류 없이 매끄럽게 형성된 것을 볼 수 있고, 작동유체의 마찰을 나타내는 와류는 몸체(31)의 끝 부분에서 형성된 것을 볼 수 있다. 와류가 형성되는 부분은 피스톤(30)의 이동에 간섭되지 않는다. 이에 피스톤(30)이 하우징(10) 내부 타측에서 일측방향으로 이동할 때 작동유체의 마찰이 최소화된 상태에서 신속하게 이동할 수 있다.

다음으로 도 5 및 도 6을 참고하여 피스톤이 하우징 일측에서 타측으로 이동하는 상태를 설명한다.

하우징(10) 일측 내부에 위치한 피스톤(30)이 타측으로 이동하면 헤드(32)의 내부둘레는 유동공간(311)의 작동유체로부터 압력을 받는다. 작동유체는 오리피스홀(321)을 통해 피스톤(30)과 작동유체 저장부(50) 사이로 유동한다. 이에 피스톤(30)과 캡(20) 사이의 작동유체가 유동공간(311)과 오리피스홀(321)을 통해 피스톤(30)과 작동유체 저장부(50) 사이로 유동하게 되면서 피스톤(30)은 하우징(10) 일측에서 타측으로 이동할 수 있다.

피스톤(30)이 이동할 때 도 6에서 나타낸 바와 같이 피스톤(30) 주변에서 작동유체의 유동을 나타내는 유선이 매끄럽지 못하고 많은 와류가 발생하는 것을 볼 수 있다. 와류 발생으로 작동유체마찰이 증가하며 작동유체마찰은 피스톤(30)의 이동을 방해하게 된다. 이에 피스톤(30) 이동은 매끄럽지 못하고 뻑뻑하게 되어 피스톤(30)은 하우징(10) 타측에서 일측방향으로 이동하는 속도보다 일측에서 타측방향으로 이동하는 속도가 더디다. 이에 피스톤(30)이 하우징(10) 일측에서 타측방향으로 이동할 때 댐핑력이 높아질 수 있다.

따라서, 체크밸브 등을 사용하지 않고 작동유체 유동의 저항성을 이용하여 댐핑력을 조절할 수 있으며 한 방향 댐퍼의 구조를 간소화할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1: 한 방향 댐퍼 10: 하우징
11: 작동공간 20: 캡
21: 로드 관통홀 30: 피스톤
31: 몸체 311: 유동공간
32: 헤드 321: 오리피스홀
40: 로드 50: 작동유체 저장부
60: 스토퍼 61: 유동홀

Claims (6)

1. 내부에는 작동유체가 수용되는 작동공간이 형성되어 있으며 일측은 막혀 있고 타측은 개방되어 있는 하우징,
   상기 하우징의 개방된 타측에 나사방식으로 분리할 수 있게 결합되어 있고 로드 관통홀이 형성된 캡,
   상기 작동공간에서 직선이동 할 수 있는 피스톤
   상기 작동공간에 위치하여 상기 피스톤 일측과 마주하는 작동유체 저장부,
   상기 피스톤 일측과 상기 작동유체 저장부 사이에 배치되어 있고 중앙이 관통되어 있는 스토퍼 및
   상기 피스톤과 연결되어 상기 로드 관통홀을 통해 상기 하우징 외부로 노출된 로드를 포함하며,
   상기 피스톤은,
   일측과 타측이 개방되어 있고 내부에 상기 작동공간과 연결된 유동공간이 형성된 몸체 및
   상기 몸체 일측에 배치되어 내부가 상기 유동공간과 연결되어 있고 상기 몸체 일측에서 멀어질수록 그 단면적이 협소해지며 길이가 상기 몸체의 길이의 1/3이고, 상기 스토퍼에 걸리는 헤드
   를 포함하고,
   상기 로드는 상기 유동공간을 통해 상기 헤드 내부 중앙 부분에 연결되어 있으며, 상기 헤드에는 상기 하우징 일측 내부와 상기 유동공간을 연결하는 적어도 하나의 오리피스홀이 형성되어 있고, 상기 오리피스홀은 상기 로드와 상기 헤드가 연결된 지점과 상기 헤드와 상기 몸체가 연결된 지점 사이에 형성되어 있는
   한 방향 댐퍼.
2. 제1항에서,
   상기 피스톤 일측의 작동유체와 타측의 작동유체는 상기 피스톤의 이동방향에 따라 상기 오리피스홀을 통해 유동하고, 상기 피스톤 이동으로 발생하는 작동유체의 마찰은 상기 피스톤이 상기 하우징의 타측에서 일측방향으로 이동할 때보다 일측에서 타측방향으로 이동할 때 더 큰
   한 방향 댐퍼
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에서,
   상기 로드의 외부둘레 지름은 상기 몸체 내부둘레 지름보다 작고, 상기 오리피스홀은 상기 헤드의 꼭지점을 벗어나 상기 로드가 상기 헤드와 연결된 지점과 상기 헤드가 상기 몸체와 연결된 지점 사이에 형성되어 있는
   한 방향 댐퍼.

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