KR102151119B1 - 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤은, 피스톤 바디의 양단에 테이퍼 형상을 형성시킴으로써 고압 고속 운전에서 마찰손실을 감소시킬 수 있고, 피스톤 바디의 외주면에 나선형의 스크루 그루브를 형성시킴으로써 고압 저속 운전에서 윤활 작용을 개선할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 피스톤은 저속구간부터 고속구간까지 모두 양호하게 작동될 수 있고, 피스톤과 로터리 실린더 유닛의 수명이 비정상적으로 단축되는 것을 방지할 수 있다.

Description

유압모터 또는 유압펌프의 피스톤{Piston of Hydraulic Motor or Pump}

본 발명은 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유압모터 또는 유압펌프에서 로터리 실린더 유닛의 챔버에 배치되고, 챔버에 형성된 작동유 유압에 의해 밀려나면서 선형운동을 수행하는 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에 관한 것이다.

일반적으로 유압모터는 고압의 작동유에 의해 피스톤이 움직이고, 피스톤은 로터리 실린더 유닛을 회전시키며, 로터리 실린더 유닛은 샤프트를 회전시킨다. 또한, 유압펌프는 샤프트의 회전에 의해 로터리 실린더 유닛이 회전 운동되고, 로터리 실린더 유닛의 회전 운동과 피스톤의 상호 작용되어 작동유를 펌핑할 수 있다. 즉, 유압모터와 유압펌프는 하드웨어 구성이 동일하거나 극히 유사하고 특히 피스톤은 공통으로 적용될 수 있다.

이하에서는 유압모터를 기준으로 설명한다. 유압모터의 구성은 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

첨부도면 도 1은 유압모터를 설명하기 위한 단면도이다. 도 2는 유압모터에서 피스톤과 관련된 주요 구성품을 발췌하여 보인 단면도이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 유압모터는 하우징(10)의 외측에 커버 블록(12)이 씌워져 고정된다. 하우징(10)의 내부에는 샤프트(20)가 회전가능하게 설치되고, 샤프트(20)에는 로터리 실린더 유닛(30)이 설치된다.

로터리 실린더 유닛(30)에는 홀수 개의 챔버(32)가 형성되며, 각 챔버(32)에는 피스톤(40)이 배치된다. 피스톤(40)은 피스톤 바디(44)의 내부에 내부 유로(46)가 형성된다.

또한, 각 피스톤(40)은 슈(60)가 구비되고, 각 슈(60)는 리테이너(50)에 의해 상호간격이 일정하게 유지된다. 피스톤(40)과 슈(60)는 도 2에 나타낸 바와 같이 구면(42, 62) 접촉된다.

하우징(10)의 내부에는 스와시 슬라이드 디스크(70)가 경사진 형태로 구비된다. 스와시 슬라이드디스크(70)에는 상술한 슈(60)가 접하여 슬라이드 운동한다.

또한, 로터리 실린더 유닛(30)과 커버 블록(12)의 사이에는 슬라이드 디스크(72)가 배치된다.

즉, 고압측의 챔버(32)에 고압의 작동유가 제공되면, 피스톤(40)은 챔버(32)에서 확장되는 방향으로 밀려나고, 피스톤(40)은 슈(60)와 연결되고, 슈(60)는 스와시 슬라이드 디스크(70)와 슬라이드 운동하므로 결국 로터리 실린더 유닛(30)이 회전된다. 한편 로터리 실린더 유닛(30)은 샤프트(20)와 스플라인으로 연결되어 있으므로 샤프트(20)가 회전 운동한다.

저압측의 챔버(32)에 저압의 작동유는 피스톤(40)이 챔버(32)에 삽입되는 과정에서 커버블록(12)쪽으로 배출된다.

따라서 유압모터는 고압의 작동유가 로터리 실린더 유닛(30)의 고압측 챔버(32)에 제공되면 압력차에 의해 피스톤(40)이 밀려나면서 스와시 슬라이드 디스크(70)와 상호작용에 의해 로터리 실린더 유닛(30)이 회전되고, 로터리 실린더 유닛(30)의 회전에 의해 샤프트(20)가 회전되는 것이다.

다른 한편으로, 하우징(10)과 로터리 실린더 유닛(30)의 사이에는 브레이크 유닛(80)이 구비된다. 브레이크 유닛(80)은 브레이크 피스톤이 브레이크 스프링에 의해 눌러지고 브레이크 피스톤은 로터리 실린더 유닛(30)과 하우징(10)에 구비된 마찰판을 억누른다. 즉, 외부의 힘이 작용되지 않은 경우에 브레이크 스프링의 복원력에 의해 마찰판의 회전이 정지됨으로써 로터리 실린더 유닛(30)의 회전운동은 억제된다. 한편, 하우징(10)과 브레이크 피스톤에 의해 형성되는 챔버에 작동유 유량이 제공되면 브레이크 피스톤은 후퇴되어 마찰판의 이동이 자유롭게 된다. 즉, 제동력을 작동시키고자 할 때에는 브레이크 유닛(80)에 작동유를 제공하지 않을 수 있고, 제동력을 해제하여 로터리 실린더 유닛(30)이 자유롭게 회전되게 할 때에는 브레이크 유닛(80)에 작동유를 제공하는 것이다.

그러나 종래에 알려진 유압펌프의 피스톤(40)은 다음과 같은 문제점이 지적된다.

도 2에서 피스톤(40)이 챔버(32)에서 진출입될 때에 기울어지는 방향으로 압력이 작용될 수 있고, 이러한 기울어진 방향의 압력에 의해 A부분과 B부분에서 국부적으로 면압력이 높게 형성될 수 있다.

또한, 샤프트(20)의 회전속도가 저속이면서 고압으로 운전될 때에, 상술한 A부분과 B부분에서 마찰에 의한 효율저하가 발생된다.

또한, 상술한 마찰에 의해 피스톤(40) 또는 챔버(32)의 내주면에 편마모가 발생될 수 있고, 이로써 수명이 비정상적으로 단축되는 문제점이 있다.

일본 공개 특허공보 특개2010-196614호(2010.09.09.)

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 유압모터의 피스톤에 테이퍼 형상을 형성함으로써 고압고속 운전에서 피스톤과 챔버 간의 면압을 균일하게 분산시키고, 피스톤의 외주면에 그루브를 형성함으로써 윤활작용을 개선하여 고압저속 운전에서 마찰 손실을 감소시킬 수 있도록 하는 유압모터의 피스톤을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤은, 중간 부분의 외경의 크기가 가장 크게 형성되고, 피스톤 테일부(106)에 가까울수록 외경의 크기가 감소되고, 피스톤 헤드부(108)에 가까울수록 외경의 크기가 감소되게 형성된 피스톤 바디(104); 상기 피스톤 바디(104)의 헤드 쪽에 볼 형상으로 형성된 볼 헤드(102); 상기 피스톤 바디(104)의 내부에 관통되게 형성된 내부 유로(120); 및 상기 피스톤 바디(104)의 외주면에서 나선형으로 오목하게 형성되어 작동유가 수용되고 상기 작동유에 의해 상기 피스톤 바디(104)의 외주면에 유막이 형성되도록 하는 그루브(110);를 포함한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에서, 상기 그루브(110)는 상기 피스톤 바디(104)의 중간부분에서 상기 피스톤 헤드부(108)쪽으로 편향되어 형성되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에서, 상기 그루브(110)는 폭이 피스톤 헤드부(108) 쪽에서 피스톤 테일부(106)쪽으로 진행될수록 좁아지는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에서, 상기 그루브(110)는 복수로 형성되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에서, 상기 그루브(110)는 나선형으로 형성되고 상기 피스톤 바디(104)의 축선과 평행한 방향으로 보조선을 그었을 때에 상기 보조선에 상기 그루브(110)가 2개 이상이 형성되는 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤에서, 상기 그루브는 나선형으로 형성되어 피스톤과 챔버 간의 상대적인 왕복 운동할 때 작동유에 와류를 형성할 수 있다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤은, 피스톤 헤드부와 피스톤 테일부에 테이퍼 형상을 형성함으로써 고압고속 운전에서 피스톤과 챔버 간의 면압을 균일하게 분산시킬 수 있다. 이로써 챔버와 피스톤이 밀착될 때에 국부적으로 압력이 편중되어 상승되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤은, 피스톤의 외주면에 그루브를 형성함으로써 작동유가 그루브에 수용될 수 있고, 그 작동유에 의해 유막이 형성됨으로써 윤활작용을 개선할 수 있다. 특히 그루브는 나선형으로 형성함으로써 유막이 연속되고 어느 특정한 부분에서 유막이 깨지지 않아 더욱 양호하게 윤활작용을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤은 고압저속 운전에서 마찰 손실을 감소시킬 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤은, 피스톤의 중간 부분의 외경의 크기가 가장 크고 피스톤 테일부 및 피스톤 헤드부에 가까울수록 외경의 크기가 감소되도록 라운드 형상으로 형성됨과 동시에, 피스톤의 외주면에 그루브를 형성함으로써, 라운드 형상에 의해서 챔버와 피스톤이 밀착될 때에 국부적으로 압력이 편중되는 현상을 최대한 방지할 수 있다. 또한, 국부적으로 압력이 편중되는 현상을 최대한 방지하였음에도 압력 집중 현상이 발생될 경우에 피스톤의 외주면에 형성된 그루브를 통해 작동유가 연통되고 이어짐으로써 유막 끊김 현상이 방지될 수 있다. 다시 말해서, 피스톤의 라운드 형상과 피스톤 외주면의 그루브의 조합에 의하여 유막 끊김을 방지하는 효과가 발생한다.

도 1은 유압모터를 설명하기 위한 단면도이다.
도 2는 유압모터에서 피스톤과 관련된 주요 구성품을 발췌하여 보인 단면도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤을 설명하기 위한 도면으로서, 각각 사시도면, 측면도면 및 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압모터의 피스톤을 설명하기 위한 측면도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 크기가 과장되게 도시될 수 있다.

한편, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤에 대해서 설명한다. 첨부도면 도 3 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤을 설명하기 위한 도면으로서, 각각 사시도면, 측면도면 및 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 피스톤 바디(104)의 헤드 쪽에 볼 헤드(102)가 형성되고, 헤드 쪽과 테일 쪽이 관통되게 내부 유로(120)가 형성된다.

볼 헤드(102)는 슈와 구면 결합된다. 내부 유로(120)는 로터리 실린더 유닛의 챔버 쪽에 있는 고압의 작동유가 슈 쪽으로 이동될 수 있도록 경로를 형성한 것이다. 또한, 작동유가 슈 쪽으로 이동되어 슈의 주변과 피스톤(100)의 외주에 채워질 수 있다.

피스톤 바디(104)는 중간 부분의 외경의 크기가 가장 크게 형성된다. 또한, 피스톤 바디(104)는 피스톤 테일부(106)에 가까울수록 외경의 크기가 감소되고, 피스톤 헤드부(108)에 가까울수록 외경의 크기가 감소될 수 있다.

즉, 도 4에 나타낸 바와 같이, 피스톤 바디(104)는 피스톤 테일부(106)쪽으로 소정의 기울기(a1)를 가지고 경사면이 형성되어 테이퍼 형상을 이룬다. 마찬가지로 피스톤 바디(104)는 피스톤 헤드부(108)쪽으로 소정의 기울기(a2)를 가지고 경사면이 형성되어 테이퍼 형상을 이룬다.

상술한 바와 같이, 피스톤 바디(104)의 외형형상에 테이퍼 형상으로 형성시킴으로써 피스톤(100)이 로터리 실린더 유닛의 챔버에서 진출입될 때에 편향된 방향으로 압력을 받더라도 테이퍼 형상만큼 여유를 가지게 된다. 즉, 피스톤 바디(104)에 편하중 또는 국부적으로 집중된 하중이 작용되더라도 그러한 면압력은 고르게 분산된다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 유압모터를 고압 고속 운전할 때에, 피스톤(100)에 작용되는 면하중을 분산시키고 균일화시킴으로써 마찰 손실을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 피스톤 바디(104)의 외주면에서 나선형으로 오목하게 그루브(110)를 형성시킬 수 있다. 그루브(110)는 작동유가 수용될 수 있고, 그러한 작동유에 의해 피스톤(100)의 표면에 유막이 형성된다. 유막은 윤활작용을 향상시키는 작용을 한다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 유압모터를 고압 저속 운전할 때에, 윤활 작용이 개선됨으로써 양호한 운전이 가능하다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 고압 고속 운전에서부터 고압 저속운전에 이르기까지 폭 넓게 적용이 가능하고 나아가 유압모터의 고압화 설계 및 장수명화, 고효율의 시너지 효과를 기재할 수 있게 된다.

한편, 상술한 그루브(110)는 피스톤 바디(104)의 중간부분에서 피스톤 헤드부(108)쪽으로 편향되어 형성되는 것일 수 있다. 즉 고압측의 챔버에서 피스톤(100)이 밀려나게 되는데 이때 스크루 그루부(110)에 수용된 작동유의 의해 유막이 형성됨으로서 피스톤(100)과 챔버 간의 윤활작용을 향상시킬 수 있다.

한편, 피스톤 바디(104)의 피스톤 테일부(106)쪽에는 그루브(110)를 형성시키지 않거나 최소화함으로써 고압측의 챔버에 형성된 고압의 압력이 임의로 누출되는 것이 방지되고, 고압의 에너지가 피스톤(100)을 밀어내는 데에 이용되도록 하는 것이다. 이는 에너지 효율을 높이도록 하는 것으로써 기동 효율을 개선하는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 그루브(110)의 폭이 피스톤 헤드부(108) 쪽에서 피스톤 테일부(106)쪽으로 진행될수록 좁게 형성될 수 있다. 그루브(110)에 작동유가 수용되는데, 피스톤(100)이 고압측 챔버에서 밀려날 때에 그루브(110)의 폭이 변화될수록 그루브(110)에 수용된 작동유의 압력에 변화가 생길 수 있다. 즉, 그루브(110)의 폭이 좁아질 수록 압력이 커질 수 있고, 이로써 피스톤(100)의 중간부분에 갈수록 작동유는 그루부(110)에서 벗어나려는 힘이 생성되어 작동유가 넓게 펼쳐지는 작용효과가 있다. 작동유가 넓게 펼쳐짐으로써 유막은 더욱 양호하게 형성될 수 있고 나아가 챔퍼와 피스톤(100)간의 윤활작용이 개선된다.

다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 그루브(110)가 복수로 형성될 수 있다. 또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 복수로 형성된 그루브(110)는 서로 교차되게 형성될 수도 있다. 이로써 더 많은 작동유 유량을 수용할 수 있고, 대량의 작동유 유량은 윤활 효과를 증대하는 데에 도움이 된다.

또 다른 한편으로, 본 발명의 실시예에 따른 피스톤(100)은 상기 그루브(110)가 피스톤 바디(104)의 축선과 평행한 방향으로 보조선을 그었을 때에 보조선에 그루브(110)가 2개 이상이 형성되는 것일 수 있다. 예컨대, 도 4에 나타낸 중심선을 보조선이라고 가정하면 도 4에는 그루브(110)는 5개가 형성된 것이다. 다른 예로서, 도 5에 나타낸 바와 같이, 어느 특정한 단면에서는 그루브(110)는 4개가 형성된 것이다. 이로써, 피스톤(110)의 피스톤 헤드부(108)의 외주에 작동유 유량을 대량으로 수용하되 유량이 비슷한 비율로 균일화 시킬 수 있게 된다.

또 다른 한편으로, 그루브(110)는 나선형으로 형성되어 피스톤(100)과 로터리 실린더 유닛의 챔버 간의 상대적인 왕복 운동할 때 작동유에 와류를 형성할 수 있다. 즉, 작동유에 와류를 형성시킴으로써 작동유는 넓게 펼쳐질 수 있고, 나아가 유막의 끊김 현상을 좀 더 효과적으로 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤(100)은, 피스톤 헤드부(108)와 피스톤 테일부(106)에 테이퍼 형상을 형성함으로써 고압고속 운전에서 피스톤과 챔버 간의 면압을 균일하게 분산시킬 수 있다. 이로써 로터리 실린더 유닛의 챔버와 피스톤(100)이 밀착될 때에 국부적으로 압력이 편중되어 상승되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤(100)은, 피스톤(100)의 외주면에 나선형상의 그루브(110)를 형성함으로써 작동유가 그루브(110)에 수용될 수 있고, 그 작동유에 의해 유막이 형성됨으로써 윤활작용을 개선할 수 있다. 특히 나선형으로 그루브(110)를 형성함으로써 유막이 연속되고 어느 특정한 부분에서 유막이 깨지지 않아 더욱 양호하게 윤활작용을 구현할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 유압모터의 피스톤은 고압저속 운전에서 마찰 손실을 감소시킬 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

본 발명에 따른 피스톤은 작동유의 제공에 의해 샤프트를 회전시키도록 하는 유압모터 또는 유압펌프에 이용될 수 있다.

10: 하우징 12: 커버 블록
20: 샤프트 30: 로터리 실린더 유닛
40: 피스톤 50: 리테이너
60: 슈
70: 스와시 슬라이드 디스크(swash slide disk)
72: 슬라이드 디스크 80: 브레이크 유닛
100: 피스톤 102: 볼 헤드
104: 피스톤 바디 106: 피스톤 테일부
108: 피스톤 헤드부 110: 스크루 그루브
120: 내부 유로

Claims (5)

1. 중간 부분의 외경의 크기가 가장 크게 형성되고, 피스톤 테일부에 가까울수록 외경의 크기가 감소되고, 피스톤 헤드부에 가까울수록 외경의 크기가 감소되게 형성된 피스톤 바디;
   상기 피스톤 바디의 헤드 쪽에 볼 형상으로 형성된 볼 헤드;
   상기 피스톤 바디의 내부에 관통되게 형성된 내부 유로; 및
   상기 피스톤 바디의 외주면에서 오목하게 형성되어 작동유가 수용되고 상기 작동유에 의해 상기 피스톤 바디의 외주면에 유막이 형성되도록 하는 그루브(110);
   를 포함하고,
   상기 그루브(110)는 폭이 피스톤 헤드부 쪽에서 피스톤 테일부쪽으로 진행될수록 좁아지는 것을 특징으로 하는 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 그루브(110)는 상기 피스톤 바디의 중간부분에서 상기 피스톤 헤드부쪽으로 편향되어 형성되는 것
   을 특징으로 하는 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤.
   
3. 삭제
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
   상기 그루브(110)는 복수로 형성되어, 상기 복수 개의 그루브들이 상호 교차되는 것을 특징으로 하는 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 그루브(110)는 나선형으로 형성되고 상기 피스톤 바디의 축선과 평행한 방향으로 보조선을 그었을 때에 상기 보조선에 상기 그루브(110)가 2개 이상이 형성되는 것을 특징으로 하는 유압모터 또는 유압펌프의 피스톤.

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