KR102266614B1

KR102266614B1 - 피스턴 작동형 로터리 유니언

Info

Publication number: KR102266614B1
Application number: KR1020177000862A
Authority: KR
Inventors: 안톤 에이. 페트로우
Original assignee: 듀블린 캄파니, 엘엘씨
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2021-06-23
Also published as: BR112017001102A2; HK1232278A1; ES2757779T3; CA2955030A1; CA2955030C; EP3169924B1; MX2017000820A; WO2016011350A1; TW201616030A; US20160018031A1; JP2017527750A; US20200049287A1; KR20170031143A; US11602814B2; PL3169924T3; US10502349B2; CN106605094A; BR112017001102B1; CN106605094B; US20200056728A1

Abstract

본 발명은 로터리 유니언에 관한 것으로, 로터리 유니언은 통공을 형성하는 하우징과 개방단부를 가지고 통공에 대하여 방사상 방향으로 편중된 거리에 배치된 피스턴공을 포함한다. 피스턴공은 통공과 유체의 유통이 이루어지지 않도록 격리되어 있다. 씨일캐리어가 통공내에 활동가능하게 배치되고, 피스턴공에 중첩되도록 통공에 대하여 방사상 외측으로 연장된 작동암을 포함한다. 피스턴공내에 활동가능하게 배치된 피스턴은 작동암에 분리가능하게 접속하도록 신장될 수 있으며 피스턴이 피스턴공에 대하여 이동할 때 통공에 대하여 이동하도록 씨일캐리어를 가압할 수 있게 되어 있다.

Description

피스턴 작동형 로터리 유니언 {PISTON ACTUATED ROTARY UNION}

본 발명은 로터리 유니언과 같은 유체커플링장치에 관한 것으로, 특히 로터리 유니언 내에 윤활성 매체 또는 비윤활성 매체의 사용에 관계없이 또는 어떠한 매체도 사용함이 없이 유체압력내에서 작동하는 개선된 씨일제어작동기 기구에 관한 것이다.

본 발명은 2014년 7월 18일자 출원된 미국가특허출원 제62/026,218호의 우선권주장출원이다.

로터리 유니언과 같은 유체커플링장치는, 예를 들어, 금속 또는 플라스틱의 가공, 공작물의 고정, 인쇄, 플라스틱 필름의 제조, 제지, 반도체 웨이퍼의 제조 등의 산업분야와, 펌프나 저장탱크와 같은 고정된 공급원으로부터 공작기계 스핀들, 공작물고정시스템과 같은 회전요소로 유체상의 매체를 전달하여야 하는 다른 산업공정 등의 분야에 이용되고 있다. 이들 분야에서는 때때로 비교적 높은 매체압력, 유량 또는 고속의 공작기계회전속도를 요구하기도 한다.

이러한 분야에 사용되는 로터리 유니언은 냉각이나 가열을 위한 장비 또는 하나 이상의 회전요소를 작동시키기 위한 장비에 사용되는 유체상 매체를 이송한다. 전형적인 유체상 매체는 수성 액체(water based liquid), 유압 또는 냉각 오일 및 공기를 포함한다. 어떤 경우에 있어서, 예를 들어, 유체통로로부터 매체를 뽑아내야 할 때, 로터리 유니언은 진공하에 작동될 수 있다. 로터리 유니언을 이용하는 기계류는 전형적으로 고가이거나 또는 사용중에 교체나 보수가 어려운 베어링, 기어, 전기부품 등과 같은 정밀한 구성요소를 포함한다. 이들 구성요소는 작동중에 부식환경에 놓이거나 로터리 유니언으로부터 누설되거나 배출되는 유체에 노출되는 경우 손상되기 쉽다.

전형적으로 로터리 유니언은 유체상 매체가 공급되는 유입포트를 갖는 것으로서 하우징이라 불리기도 하는 고정부재를 포함한다. 이러한 하우징 내에 비회전씨일부재(non-rotating seal member)가 착설된다. 로터라 불리기도 하는 회전부재는 회전씨일부재(rotating seal member)와 회전구성요소에 유체를 공급하기 위한 유출포트를 포함한다. 비회전씨일부재의 밀폐면은 일반적으로 스프링, 매체압력, 또는 다른 방법에 의하여 회전씨일부재의 밀폐면에 기밀한 접속이 이루어지도록 탄지되어 유니언의 회전구성요소와 비회전구성요소 사이에 밀폐가 이루어질 수 있도록 한다. 이러한 밀폐는 비회전부분과 회전부분 사이의 현저한 누설이 없이 유니언을 통하여 유체상 매체가 전달될 수 있도록 한다. 로터리 유니언을 통과하는 유체상 매체는 결합된 밀폐면을 윤활케함으로써 씨일부재의 마모를 최소화한다. 로터리 유니언이 비윤활성 매체(건조공기와 같은 매체)로 사용되거나 다른 매체 없이 사용될 때, 결합된 밀폐면은 "건식작동" 상태로 작동되어 적절한 윤활의 결핍에 의한 급속한 씨일의 마모가 이루어질 것이다. 장시간의 건식작동은 씨일부재의 심각한 손상을 가져와 일측 또는 양측 씨일부재의 교체에 많은 시간과 비용이 들게 될 것이다.

컴퓨터수치제어(CNC) 밀링 머신, 드릴링 머신, 터닝 머신, 트랜스퍼 라인(transfer lines) 등과 같은 고속의 가공장비는 일반적으로 "스핀들통과 냉각제(through spindle coolant)"로 불리는 냉각 및 윤활을 위한 매체를 직접 툴의 컷팅 엣지(cutting edge)에 공급하기 위한 로터리 유니언을 이용한다. 스핀들통과 냉각제를 이용하는 구성은 고가의 컷팅 툴의 사용수명을 연장시키고, 고속의 절삭속도를 허용함으로써 생산성을 높이며, 툴의 절삭면으로부터 공작물 또는 컷팅 틀에 손상을 줄 수도 있는 절삭칩을 제거한다. 여러 공작물 재료는 전형적으로 최적한 생산성과 성능을 위하여 다양한 매체를 필요로 한다. 예를 들어, 공기 또는 에어로졸 매체는 초경물질의 가공시에 양호한 열제어(thermal control)가 이루어질 수 있도록 하는 반면에, 액체상 냉각제는 알루미늄과 같은 연질의 물질을 가공할 때 양호한 성능을 제공한다. 아울러, 어떤 종류의 공작물에 있어서는 스핀들통과 매체 없이 보다 효율적이고 비용이 적게 드는 작업이 이루어질 수도 있을 것이다.

어떤 경우에 있어서, 씨일이 분리되었을 때, 예를 들어, 툴 스핀들을 교환할 때 커플링 작동유체가 유출되는 것이 방지될 필요가 있다. 이들의 동일한 라인을 따라, 작동유체가 충분한 압력에 이르기 전에 커플링의 회전씨일에 결합되어 흐름이 작동유체와 공기의 혼합을 포함하는 흐름의 개시가 작동유체의 누설이 이루어지지 않도록 하는 것이 요구된다.

본 발명은 윤활성 매체 또는 비윤활성 매체의 사용에 관계없이 또는 어떠한 매체도 사용함이 없이 유체압력내에서 작동하는 개선된 씨일제어작동기구인 로터리 유니언을 제공하는데 그 목적이 있다.

한 관점에서, 본 발명은 로터리 유니언에 관한 것이다. 이 로터리 유니언은 매체채널 개방부와 유체의 유통이 이루어지는 통공과, 이러한 통공에 대하여 방사상 방향으로 편중된 거리에 배치된 개방단부를 구비한 피스턴공을 갖는 하우징을 포함한다. 피스턴공은 매체채널 개방부와 통공으로부터 격리되고 작동포트와는 유체의 유통이 이루어지도록 연결되어 있다. 비회전씨일캐리어(non-rotating seal carrier)가 통공내에서 활동가능하게 배치되고, 하우징은 이러한 통공에 연통된 매체채널을 갖는다. 작동암이 비회전씨일캐리어에 연결되고 이로부터 통공에 대하여 방사상 외측으로 연장되어 있다. 작동암은 피스턴공의 개방단부에 적어도 부분적으로 중첩되어 있다. 피스턴은 피스턴공내에 활동가능하게 배치되어 가변피스턴공간이 피스턴과 피스턴공 사이에 형성된다. 가변피스턴공간은 작동포트에 유체의 유통이 이루어지도록 연결되고, 피스턴은 작동포트를 통하여 가하여지는 유체압력이 가변피스턴공간에 존재할 때 통공의 개방단부로부터 외측으로 신장될 수 있게 되어 있다. 피스턴은 이 피스턴이 피스턴공에 대하여 이동될 때 작동암에 분리가능하게 접속하고 작동암과 비회전씨일캐리어를 가압하여 통공에 대하여 이동할 수 있도록 구성된다. 씨일이 비회전씨일캐리어와 통공 사이에 슬라이딩 씨일이 형성될 수 있도록 비회전씨일캐리어의 둘레에 배치된다. 비회전씨일캐리어는 압력하의 유체가 피스턴공내에 존재할 때 하우징에 대하여 신장될 수 있게 구성되어 있다.

다른 관점에서, 본 발명은 로터리 유니언의 작동방법에 관한 것이다. 본 발명은 매체채널 개방부와 유체의 유통이 이루어지는 통공과 이러한 통공에 대하여 방사상으로 편중된 거리에 배치된 개방단부를 구비한 피스턴공을 갖는 하우징을 제공하는 단계를 포함하고, 피스턴공은 매체채널 개방부와 통공으로부터 격리되고 작동포트에 유체의 유통이 이루어지도록 연결된다. 본 발명은 또한 하우징의 통공내에 비회전씨일캐리어를 활동가능하게 배치하는 단계와, 통공에 매체채널을 유체의 유통이 이루어지도록 연결하는 단계를 포함한다. 비회전씨일캐리어에 연결되고 이로부터 통공에 대하여 방사상 외측으로 연장된 작동암이 제공되며 이러한 작동암은 피스턴공의 개방단부에 적어도 부분적으로 중첩된다. 피스턴이 피스턴공내에 활동가능하게 배치되어 가변피스턴공간이 피스턴과 피스턴공 사이에 형성된다. 또한 본 발명의 방법은 피스턴공에 대하여 피스턴을 신장시키는 공압을 제공하기 위하여 작동유체압력이 가변피스턴공간에 나타나도록 작동포트에 작동유체압력을 가하는 단계와, 피스턴공에 대하여 피스턴이 이동할 때 통공에 대하여 이동토록 피스턴과 함께 작동암을 밀어 작동암과 비회전씨일캐리어를 가압하는 단계를 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 로터리 유니언의 한 실시형태의 비회전부분을 보인 정면도.
도 2, 도 3 및 도 7은 도 1에서 보인 로터리 유니언의 두 작동위치에 놓인 것을 보인 단면도.
도 4와 도 5는 로터리 유니언의 제1 실시형태의 두 작동위치에 놓인 것을 보인 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 로터리 유니언의 작동방법을 설명하는 흐름도.
도 8은 본 발명에 따른 다른 실시형태의 단면도.

도면에서 도 1은 로터리 유니언(100)의 비회전부분(101)을 정면도로 보인 것이다. 도 2와 도 3은 로터리 유니언(100)의 두 작동위치를 보인 단면도이다. 도 1-3에서, 로터리 유니언(100)은 회전씨일캐리어(103)의 단부에 연결되고 통상 로터로 불리는 회전씨일부재(102)와, 비회전씨일캐리어(105)의 단부에 연결된 비회전씨일부재(104)를 포함한다. 비회전씨일캐리어(105)는 도 2와 도 3에서 가장 잘 보인 바와 같이 하우징(106)에 대하여 축방향으로 이동할 수 있다. 비록 도 2와 도 3에서는 하우징(106)이 두 부분으로 구성된 것으로 도시되어 있으나, 이는 하우징(106)의 요구된 구조에 따라 단일구성체 또는 둘 이상의 구성체를 이용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 하우징(106)은 구성부품수에 관계없이 단일구성체로 구성된 것이라 할 것이다. 회전씨일부재(102)는 잘 알려진 바와 같이 머신 스핀들(machine spindle)과 같은 회전기계 구성요소(도시하지 않았음)와 결합된다. 하우징(106)은 비회전기계 구성요소(도시하지 않았음)와 결합된다. 세그먼트형 도관, 즉, 매체채널(112)이 도 2와 도 3에서 가장 잘 보인 바와 같이, 회전씨일캐리어(103), 비회전씨일캐리어(105), 그리고 각각 회전 및 비회전씨일부재(102, 104)를 통하여 연장되어 있다.

매체채널(112)의 부분들은 로터리 유니언(100)의 여러 구성요소에 형성되어 회전 및 비회전씨일캐리어(102, 104)가 결합되었을 때, 회전 및 비회전씨일캐리어(103, 105)를 통과하는 유체통로를 제공한다. 이후 로터리 유니언(100)의 작동에 대하여 상세히 설명되고, 도 6의 흐름도에서 설명되는 바와 같이, 매체채널(112)은 선택적으로 회전 및 비회전씨일부재(102, 104)가 서로 결합되었을 때 유체를 밀폐가능하게 가두고, 회전 및 비회전씨일부재(102, 104)가 결합되지 않았을 때 대기측으로 배기하도록 개방될 수 있게 구성되어 있다. 어떤 경우에 있어서는 매체채널(112)은 이에 진공이 가하여져 매체채널(112)로부터 작동유체를 끌어당겨 배출할 수도 있게 되어 있다.

회전씨일캐리어(103)는 CNC 밀링머신의 스핀들과 같은 어떠한 형태의 기계구성요소에 연결 또는 결합될 수 있는 것으로, 회전씨일부재(102)를 지지한다. 회전씨일부재(102)가 비회전씨일부재(104)에 결합될 때 기계적인 페이스 씨일(mechanical face seal)이 형성된다. 이러한 기계적인 페이스 씨일은 비회전씨일캐리어(105)로부터 회전씨일캐리어(103)로, 그리고 이들 캐리어가 연결되는 대응하는 기계구성요소를 통하여 유체상 매체를 전달하기 위한 매체채널(112)를 밀폐하도록 작동한다. 도시된 실시형태에서, 하우징(106)은 비회전형 기계구성요소에 형성된 대응하는 나선개방부에 결합토록 볼트공(109)을 통하여 연장된 볼트(4개의 볼트가 도시됨)에 의하여 비회전부분, 즉, 기계구성요소에 연결가능하다.

회전기계구성요소는 도 2와 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(106)의 일부분 둘레에 배치된 외부씨일(111)이 밀폐가능하게 결합되는 통공이 형성될 수 있다. 마찬가지로, 회전기계구성요소에 형성된 통공은 회전씨일캐리어(103)의 일부분의 둘레에 배치된 외부회전씨일(113)이 밀폐가능하게 결합될 수 있다. 도시된 실시형태에서, 하우징(106)과 비회전씨일캐리어(105) 사이에 2차 씨일(114)이 배치된다. 이러한 2차 씨일(114)은 작동중에 비회전씨일캐리어(105)와 하우징(106) 사이에 밀폐기능을 부여하기 위하여 비회전씨일캐리어(105)에 활동가능하고 밀폐가능하게 결합된다. 도 2 및 도 3의 단면도에서 보인 바와 같이, 2차 씨일(114)은 일반적으로 사각단면을 갖는 것으로 나타내었다. 2차 씨일(114)은 적당한 형태의 슬라이딩 씨일, 예를 들어, U-컵 씨일, O-링 씨일, 립 씨일(lip seal) 등과 같은 씨일로 구현될 수 있다. 매체채널(112)내에 가압매체 또는 진공이 존재할 때, 2차 씨일(114)은 로터리 유니언(100)의 주위환경 또는 다른 부분으로부터 매체채널(112)을 밀폐하도록 작용한다.

도 2 및 도 3에서 단면으로 보인 로터리 유니언(100)의 실시형태에서, 비회전씨일부재(104)는 비회전씨일캐리어(105)에 연결된다. 비회전씨일캐리어(105)는 하우징(106)의 통공(128)내에 활동가능하고 밀폐가능하게 배치되며, 통공(128)의 랜드부분(land)(129)에 활동가능하게 접하는 외경부를 갖는다. 통공(128)은 일반적으로 원통형이고 비회전씨일캐리어(105)와 통공(128) 사이에서 축방향으로 각도상 오정렬이 허용될 수 있도록 이러한 통공의 내경부와 비회전씨일캐리어(105)의 외경부 사이에 약간의 간극이 형성되어 로터리 유니언이 유리하게 조립될 수 있도록 하고 회전기계구성요소와 비회전기계구성요소 사이에서 작동상의 오정렬상태에도 유리하게 적응될 수 있도록 한다. 비회전씨일캐리어(105)의 둘레에 환상으로 연장된 랜드부분(129)의 축방향 길이와 내경의 크기는 특별한 설계상 조건과 각 적용대상의 구성요소 사이의 예상된 오정렬을 감안하여 선택될 수 있다. 하우징(106)에 대하여 비회전씨일부재(104)가 활동할 수 있도록 하는 구조적인 구성은 회전씨일부재(102)에 대한 비회전씨일부재(104)의 선택적인 결합과 분리가 이루어질 수 있도록 하고 이들 회전씨일부재(102)와 비회전씨일부재(104) 사이에 존재할 수도 있는 축방향의 변위를 보상한다.

도 2에서 보인 바와 같이, 회전씨일부재(102)와 비회전씨일부재(104)는 분리된 상태에 있는 것으로 도시되어 있으며, 여기에서 비회전씨일캐리어(105)는 통공(128)내에서 하우징(106)에 대하여 후퇴된 위치에 놓여 있다. 도 3에서 보인 바와 같이, 회전씨일부재(102)와 비회전씨일부재(104)는 결합된 상태에 있으며 비회전씨일캐리어(105)는 통공(128)내에서 하우징(106)에 대하여 신장된 위치에 놓여 있다. 이와 같이 결합된 상태에서, 회전씨일부재(102)와 비회전씨일부재(104) 사이의 접속면(125)에 기계적인 페이스 씨일이 형성된다.

하우징(106)은 매체채널(112)에 액체 또는 기체의 형태인 작동유체를 공급하고 작동채널에 공기를 공급하거나 진공이 이루어져 비회전씨일캐리어(105)가 하우징(106)에 대하여 이동될 수 있도록 하는 통로 또는 개방부를 갖는다. 특히, 하우징(106)에는 이러한 하우징(106)에 형성된 피스턴공(202)에 유체의 유통이 이루어지도록 연결된 작동포트(200)가 형성되어 있다. 피스턴공(202)의 중심선(203)은 도 2에서 보인 바와 같이 통공(128)의 중심선(205)에 대하여 이로부터 벗어난 거리(D)(도 3에 표시함) 만큼 간격을 두고 평행하게 연장되어 있다.

부동(浮動)형 피스턴(206)이 피스턴공(202)내에 활동가능하게 배치되어 있다. 이 부동형 피스턴(206)은 피스턴공(202)내에서 자유롭게 그리고 밀폐가능하게 이동할 수 있는 원통형의 형상을 갖는다. 도시된 실시형태에서, 작동포트에 가하여진 압력하의 공기 또는 다른 유체가 피스턴공에 채워질 것이고 피스턴(206)의 축방향 면에 공압(사용된 유체의 형태에 따라서 유압일 수도 있다)이 가하여져 피스턴(206)이 외측방향으로, 즉, 하우징(106)에 대하여 신장되는 방향으로 가압될 수 있다. 또한, 피스턴이 피스턴공(202)측으로 후퇴할 수 있도록 진공이 가하여질 수도 있다. 작동중에, 하우징(106)에 대하여 피스턴(206)을 신장시키려는 힘은 비회전씨일캐리어(105)에 전달된다. 도시된 특정 실시형태에서, 비회전씨일캐리어(105)에는 통공 중심선(205)에 대하여 비회전씨일캐리어(105)로부터 방사상 외측으로 연장된 작동암(208)이 형성되어 있거나 연결되어 있다. 작동암(208)은 피스턴(206)의 축방향 외측면(210)(도 3에 표시됨)에 접촉하며 피스턴(206)이 신장되게 가압되는 동안에 가압되어 상기 언급된 바와 같이 하우징(206)에 대하여 신장된다. 도시된 실시형태에서, 작동암(208)은 하우징(206)에 형성된 슬로트(207) 또는 채널 내에서 활동될 수 있도록 허용된다. 작동암(208)과 슬로트(207)는 함께 키(key) 결합구조를 형성함으로써 작동중에 비회전씨일캐리어(105)의 회전을 방지한다.

부가적인 힘의 성분 또는 힘의 일부가 하우징(106)에 대하여 비회전씨일캐리어(105)를 신장 또는 이동시키고자 하는 전체의 힘에 영향을 줄 것이다. 예를 들어, 예를 들어, 하우징(106)을 향하는 방향으로 또는 멀어지는 방향으로 비회전씨일캐리어(105)를 탄지하기 위하여 비회전씨일캐리어(105)와 하우징(106) 사이에 스프링(도시하지 않았음)이 부가될 수 있다. 한 실시형태에서, 예를 들어, 이러한 스프링은 통공내에 배치되고 피스턴과 하우징 사이에 연결되어 이들 사이에 힘을 가하여 피스턴이 하우징으로부터 멀어지는 방향으로 또는 하우징을 향하는 방향으로 이동될 수 있도록 할 수 있다. 아울러, 비회전씨일캐리어(105)는 매체채널(112) 내의 유체압력에 노출되고 매체채널(112)내의 유체의 존재하에 이동토록 비회전씨일캐리어(105)를 가압하는 힘을 얻을 수 있도록 하는 순유압면(net hydraulic surface)을 제공하는바, 이는 평형비(balance ratio)라고 불릴 수도 있다.

통공(202) 내에서 피스턴(206)의 운동을 자유롭게 하는 피스턴(206)과 통공(202) 사이의 간극의 크기 또는 치수는 통공(202)의 내부로부터 외부로 유체가 적어도 일부만이 누출되도록 하는 것으로서 내연기관의 실린더 내공과 피스턴 사이에 제공되는 씨일과 유사한 방식으로 조절될 수 있다. 이러한 누출은 작동중에 통공(202)내에서 피스턴(206)이 고착 또는 결착되는 것을 방지하는데 도움이 될 것이다.

작동중에, 피스턴공(202)에 비교적 낮은 공기압력을 가하는 경우, 이는 비회전씨일캐리어(105)가 하우징(106)에 대하여 신장되도록 할 것이다. 환언컨데, 어떠한 유압이 매체에 의하여 비회전씨일캐리어(105)에 작용하여 이러한 비회전씨일캐리어가 하우징(106)에 대하여 축방향으로 이동될 수 있도록 한다 하여도, 피스턴공(202)에 공기압력을 가하는 것은 암(208)을 가압하여 비회전씨일캐리어(206)가 하우징(106)에 대하여 신장될 수 있도록 하는 피스턴(206)을 이용하는 공압(또는 사용된 유체에 따라서, 유압) 선형 피스턴 작동기의 효과를 보일 것이다. 특히, 공기작동포트(200)에 공기를 주입할 때, 이러한 공기의 유동모멘트와 압력이 피스턴공(202)을 채울 것이며, 피스턴(206)과 피스턴공(202) 사이의 간극을 통해 일부의 공기가 누설된다 하여도 공기는 피스턴(206)의 배면을 역동적으로 가압함으로써 비회전씨일캐리어(105)가 하우징(106)에 대하여 신장하는 방향으로 이동될 수 있도록 할 것이다. 바꾸어 말하면, 피스턴공(202)내에 공기압력이 존재하는 한, 하우징(106)을 향한 로터, 즉, 회전씨일캐리어(103)의 축방향 운동은 방지될 것이다. 스냅링(212)이 하우징(106)에 연결되고, 이 스냅링은, 비회전씨일캐리어(105)가 도 3에서 보인 바와 같이 완전히 신장되었을 때, 슬로트(207)의 단부를 통한 암(208)의 접촉에 의하여 하우징(106)에 대한 비회전씨일캐리어(105)의 축방향 외측으로의 운동을 제한하도록 한다.

한 관점에서, 로터리 유니언(100)은 작동중에 2차 씨일의 부분적인 고장 또는 완전한 고장이 있는 경우에 비회전씨일캐리어(105)에 바람직하지 않게 힘이 가하여지는 것을 방지할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 2차 씨일(114)의 밀폐기능의 부분적인 고장 또는 완전한 고장은 매체가 매체채널(112)에서 통공(128)의 랜드부분(129)을 통하여 피스턴(206)의 부근에 이르도록 할 것이다. 만약 많은 양의 매체가 피스턴(206)의 주위에 모여 이를 가압한다면 매체는 피스턴에 유압을 가하고 결국 비회전씨일캐리어에 유압을 가할 것이다. 더욱이, 이러한 유체는 공기작동포트(200)에 연결된 공압시스템에 침범하게 될 것이다. 누설의 경우 이러한 효과를 피하기 위하여, 도 7에서 단면으로 보인 바와 같이, 로터리 유니언(100)은 유체배출구조를 포함한다.

도 7에서, 하우징(106)에 수집채널(214)이 형성되어 있으며, 도시된 실시형태에서 이러한 수집채널은 통공(128)내에 배치되어 있고 이러한 수집채널(214)과 매체채널(112)의 유체유입구측 사이에 2차 씨일(114)이 배치된다. 수집채널(214)은 통공(128)의 전체단면의 둘레에 환상으로 연장되어 있다. 이러한 구조에서, 2차 씨일(114)을 통하여 누설될 수 있는 매체채널(112) 내부로부터의 유체가 수집채널(214)내에 수집된다. 적어도 하나의 배출통로(216)가 하우징(106)에 형성되어 있다. 도시된 실시형태에서는 두개의 배출통로(216)가 형성되어 있다. 각 배출통로(216)는 수집채널(214)과 하우징(106)의 외측부 사이에서 전체가 하우징(106)을 통하여 연장되어 있어 수집채널(214)내에 존재하는 유체는 배출통로(216)를 통하여 로터리 유니언(100)으로부터 배출될 수 있다. 로터리 유니언의 설치방향에 따라서, 유체는 중력에 의하여 또는 부가적인 유체가 수집채널에 부가될 때 유체의 변위에 의하여 배출통로를 통하여 통과할 수 있다. 특히, 배출통로의 존재는 로터리 유니언의 내부에서 누설유체의 압력이 발생되지 않도록 하여 앞서 설명된 바와 같이 로터리 유니언의 작동에 영향을 주지 않도록 한다.

다른 실시형태의 로터리 유니언(100)이 도 4와 도 5에 도시되어 있다. 여기에서, 예를 들어 도 2 및 도 3에서 보인 구조와 동일한 구성에 대하여서는 설명을 간명하게 하기 위하여 도면부호를 동일하게 붙였다. 이 실시형태에서, 로터리 유니언(300)은 비회전씨일캐리어(105)에 형성되거나 이에 연결된 제2 암(308)에 대하여 가압되는 제2 피스턴(306)을 포함한다. 제2 피스턴(306)은 하우징(106)에 형성된 제2 피스턴공(302)내에 배치된다. 제2 피스턴공(302)은 상기 언급된 바와 같이 제1 피스턴(206)이 수용되어 있는 피스턴공(202)에 평행하게 배치되어 양측 피스턴(206)(306)에는 비회전씨일캐리어(105)에서 단일방향으로 힘이 가하여질 수 있다. 도시된 실시형태에서, 이들 피스턴(206)(306)은 동일한 구성으로서 크기와 형태가 동일하고 작동중에 동일 또는 공통의 압력원으로부터 공압이 가하여진다. 도시된 바와 같이, 비회전기계구성요소(314)에 형성되고 하우징(106)이 연결되는 조합형 공기통로(312)가 하우징(106) 내에 형성된 채널과 기계구성요소(314)의 표면 사이에 형성된 환상채널(310)에 유체의 유통이 이루어질 수 있도록 연결된다. 이러한 환상채널은 조합형의 공기통로(312)를 제1 및 제2 피스턴공(202, 302)에 연통되게 연결되어 조합형 공기통로에 가하여지는 공기압력이 제1 및 제2 피스턴공(202, 302)에 동일하게 분배된다.

암(208)에 접속하는 제1 피스턴(206)의 경우와 유사하게, 제2 피스턴공(302) 내에 공기압력이 존재할 때, 각 제2 피스턴공(302)에서 운동하는 제2 피스턴(306)은 제2 암(308)에 접속하고 이 제2 암과 비회전씨일캐리어(105)를 가압하도록 작동한다. 두개의 피스턴을 이용하는 이러한 구성에서, 피스턴이 하우징(106)에 대하여 신장하는 방향으로 비회전씨일캐리어(105)를 가압하는 힘은 상기 언급된 로터리 유니언(100)의 경우와 같이 동일한 크기의 단일 피스턴에 가하여지는 힘에 비하여 두 배가 될 것이다. 또한, 도시된 실시형태의 경우와 같은 두개의 피스턴 또는 둘 이상의 피스턴이 사용될 수 있다. 둘 이상의 피스턴은 비회전씨일캐리어에 힘이 대칭으로 가하여져 이러한 비회전씨일캐리어가 활동가능하게 배치되는 하우징의 통공에 대하여 비회전씨일캐리어의 오정렬상태가 감소되거나 방지될 수 있도록 비회전씨일캐리어의 둘레에 대칭이 되게 배열될 수 있다.

로터리 유니언(100 또는 300)의 작동방법에 대한 흐름도가 도 6에 도시되어 있다. 이러한 방법은 본 발명에 따른 로터리 유니언의 한 가능한 작동모드를 설명하기 위한 것으로, 다른 작동모드를 배제하거나 모든 작동모드를 망라하는 것은 아님을 이해하여야 한다. 이 흐름도에서 설명되는 방법은 로터리 유니언의 바람직한 특징을 포함하며, 전부 또는 일부가 각 작동에 특별히 요구되는 조건에 따라서 작동중에 또는 여러 적용단계에서 다수 회 이용될 수 있다.

이러한 방법은 바람직한 작동특성이 각 작동의 작업초기 또는 종료시에 제공될 수 있는 머신 툴에 결합되어 사용되는 로터리 커플링에 적용할 수 있는 것이다. 고려된 작업은 로터리 유니언으로부터 작동매체의 초기화, 사용 및 배출의 싸이클을 포함한다. 고려된 적용분야에서, 작동매체의 누설은 페이스 씨일이 각각 결합되고 분리될 때, 작업의 시작과 종료시에 모두 바람직한 것은 아니다.

상기 언급된 바와 같이, 단계(402)에서 공기흐름이 공기작동포트에 가하여져 앞서 언급된 바와 같이 작동매체가 없는 경우 로터리 씨일이 결합되도록 작용한다. 예를 들어, 공기흐름이 공기작동포트(200 또는 300)에 가하여져 각 피스턴이 비회전씨일캐리어의 암에 대하여 가압되게 하고 피스턴을 하우징에 대하여 밀어 비회전씨일캐리어가 신장되게 하고 회전씨일캐리어(102)와 비회전씨일캐리어(104) 사이에 기계적인 페이스 씨일이 결합될 수 있도록 한다. 씨일이 결합되었을 때, 공기흐름은 단계(404)에서 선택적으로 중단되고, 한 실시형태에서는 단계(406)에서 동시에 또는 그 직후에 매체흐름이 개시될 수 있다. 개방스프링을 포함하는 로터리 유니언의 실시형태에서는 작동매체가 없는 경우 공기흐름의 중단은 씨일이 분리되도록 하며, 이들 실시형태에서 단계(404)는 생략될 수 있다. 개방스프링을 포함하지 않는 실시형태의 경우에 있어서는 마찰과 같은 정적인 힘과 스프링 등과 같은 폐쇄력이 개방력을 극복하여 씨일결합이 유지될 수 있도록 씨일이 분리되지 않도록 한다.

로터리 씨일이 결합되면 작동매체의 흐름이 단계(406)에서 개시된다. 여러 가지 이유에서 작동매체 흐름의 개시전에 씨일의 폐쇄는 바람직한 것이다. 예를 들어, 비록 비압축성 작동매체가 로터리 유니언의 평형비에 기초하여 씨일의 결합이 이루어질 수 있도록 하나, 매체채널내에서 제한된 흐름개시시간 중에 불충분한 유압의 힘은 씨일이 이미 결합되어 있지 않는 한 유체의 누설이 허용될 수 있도록 한다. 단계(402)에서 먼저 씨일이 결합할 수 있도록 공기흐름을 가함으로써, 이러한 바람직하지 않은 유체의 누설에 대하여 보장할 수 있다.

작동작업이 완료되었을 때, 다시 단계(408)에서 공기흐름이 공기작동포트에 가하여진다. 통상적으로, 씨일이 결합될 수 있도록 하는 힘은 씨일의 마모를 줄이기 위하여 작동매체로부터의 유압의 힘과 합쳐지지 않는다. 여기에서, 공기흐름을 가하는 것은 작동유체 흐름과 압력이 감소되어 씨일이 결합된 상태를 유지하는 동안의 제한된 시간에 이루어지는 것이다. 선택적으로, 단계(410)에서 잔여 작동유체를 제거하기 위하여 매체채널에 진공이 가하여지는 한편, 씨일이 결합된 상태를 유지할 수 있도록 공기흐름은 계속 가하여진다. 이와 같이 함으로써, 매체채널의 효과적인 배출이 이루어질 수 있고 유체누설이 방지될 수 있다.

작동유체의 배출이 완료되었을 때, 단계(412)에서 공기작동포트에 대한 공기흐름은 중단되고 선택적으로 진공을 가하는 것으로 대체될 수 있다. 이미 언급된 바와 같이, 공기작동포트에 진공을 가하는 것은 각 피스턴공내에서 피스턴이 후퇴할 수 있도록 하고 씨일의 분리에 대한 장애를 없애는 동시에 피스턴공에 남겨질 수 있는 유체나 다른 부스러기 등을 제거하여 피스턴공을 청정하게 할 수 있도록 한다. 만약 개방스프링이 씨일부재를 멀어지게 하는 방향으로 탄지하기 위하여 사용되는 경우 이러한 공정단계는 요구되지 않을 것이다. 다른 방식으로, 씨일부재의 분리는 회전씨일부재의 축방향 운동에 의하여 수행될 수 있다.

작동에 있어서, 로터리 유니언(100 또는 300)는 피스턴공에 대기압보다 약간 높은 압력에서 공기흐름 또는 액체냉각제흐름을 이용함으로써 씨일부재(102 및 104)가 결합될 수 있도록 한다. 여러 관련 파라메타의 크기나 구조의 크기 등은 씨일의 결합과 분리가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 구조를 위하여 선택된 특정 크기에 따라서 달라질 수 있다.

로터리 유니언(500)의 다른 실시형태의 단면이 도 8에 도시되어 있다. 여기에서, 설명을 간명하게 하기 위하여 로터리 유니언(100)의 구성과 동일한 구성에 대하여서는 동일한 도면부호로 표시하였다. 도 8의 단면도는 로터리 유니언(500)의 단면을 보인 것으로, 도 7에서 보인 단면도와 동일한 방향의 단면을 보인 것이다. 도 7과 도 8을 비교하여 보인 바와 같이, 로터리 유니언(500)은 일반적으로 로터리 유니언(100)과 유사하나, 이후 상세히 설명하는 바와 같이 구조상 차이점이 있다.

로터리 유니언(500)에서 한가지 구조상 차이점은 배출구(502)가 부가적으로 구성되어 있는 것으로, 이는 배출통로(216)와 연통되게 배치되고 도시된 바와 같이 매체채널(122)의 중심선을 따라 상기 배출통로에 대하여 수직으로 연장되어 있다. 이러한 부가적인 배출구(502)는 로터리 유니언(500)이 어느 방향에서나 작동될 수 있도록 사용될 때 수집채널(214)로부터 유체가 용이하게 배출될 수 있도록 한다. 아울러, 하우징(106)에는 돌출부(504)가 형성되어 있는바, 이는 도 7에서 보인 실시형태의 하우징(106)에 비하여 하우징(106)의 질량을 줄이고 또한 부가적인 배출구(502)로부터 유체의 배출이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

하우징(106)에 대하여 비회전씨일캐리어(105)가 신장되는 범위를 제한하기 위하여 기계적인 정지수단을 제공하는 것에 대하여, 로터리 유니언(500)은 방사상 외측으로 연장된 플랜지(508)가 형성된 컬러(506)를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 이러한 컬러(506)는 비회전씨일캐리어(105)의 단부에 억지끼워맞춤으로 결합되고 플랜지(508)가 비회전씨일캐리어(105)의 단부로부터 외측으로 돌출되어 있다. 도시된 실시형태에서, 통공(128)은 이러한 통공(128)의 랜드부분(129)에 대하여 방사상 외측으로 배치되고 내부에 간극을 두고 플랜지(508)가 수용되는 단층부(510)를 갖는다. 작동중에, 비회전씨일캐리어(105)는 통공(128)을 따라 활동하면서 하우징(106)에 대하여 신장될 때, 이러한 통공(128)을 따른 비회전씨일캐리어(105)의 이동 또는 변위는 제한되고 플랜지(508)가 단층부(510)와 통공(128)의 랜드부분(129) 사이에 연장된 방사상 연장의 환상면(512)에 접촉할 때 활동운동이 정지된다. 이와 같이, 컬러(506)와 플랜지(508)는 도 2에서 보인 스냅링(212)을 대체하는 것이다. 하우징(106)에 대하여 비회전씨일캐리어(105)의 변위를 제한하기 위하여 컬러(506)와 플랜지(508), 스냅링(212), 또는 어떠한 다른 기계적인 정지수단이 사용되든가 간에, 이러한 변위의 제한은 비회전씨일캐리어가 하우징에 대하여 그 최대신상위치에 도달하였을 때에도 부동형 피스턴이 피스턴공내에서 활동가능하게 유지될 수 있도록 보장하는 것이다.

본 발명에 인용된 공보, 특허출원 및 특허를 포함하는 모든 특허문헌은 각각의 문헌이 개별적으로 또는 참고문헌으로 인용된 것으로 명시되는 바와 동일한 범위에서 본 발명에 참고로 인용되고 그 전체가 여기에 설명된다.

본 발명을 기술하는 문장(특히 청구항의 문장)에서 용어 "이", "그" 및 "저" 등의 유사한 지시용어의 사용은 달리 명시되거나 문맥에 의해 명확하게 모순되지 않는 한 단수 및 양수 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 본 발명에 사용된 "포함한다", "갖는다", 또는 "구성된다" 등의 용어는 다른 언급이 없는 한 개방형 용어(즉, "포함하지만 이에 국한되지 않는다"라는 의미)로 해석되어야 한다. 본 발명에서 어떠한 값의 범위를 열거한 것은 단지 본 발명에서 달리 지시되지 않는 한, 범위 내에 속하는 각각의 개별값을 개별적으로 언급하는 약식 방법으로 작용하기 위한 것이며, 각각의 개별값은 본 명세서에서 개별적으로 인용된 것처럼 명세서에 통합된다. 본 발명의 모든 방법은 본 발명의 문장에서 달리 지시되지 않거나 명백히 부정되지 않는 한 적당한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 모든 실시예 또는 예시적인 언어(예를 들어, "~ 와 같은")의 사용은 본 발명을 보다 잘 이해하기 위하여 사용된 것으로, 달리 정하여지지 않은 한 본 발명의 범위를 제한하기 위한 것은 아니다. 본 명세서의 언어는 본 발명의 실시에 필수적인 것으로 청구되지 않은 요소를 나타내는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명의 바람직한 실시형태는 본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 공지된 최선의 실시형태를 포함하는 것으로 기술되어 있다. 상기 바람직한 실시형태의 변형은 상기 언급된 설명을 읽음으로써 당업자에게 자명해질 수 있다. 본 발명자들은 숙련된 기술자가 그러한 변형을 적절하게 이용할 것으로 기대하고, 발명자들은 본 발명이 본 명세서에 구체적으로 기재된 것과 다르게 실시되도록 의도한다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법률에 의해 허용되는 바에 따라 본 명세서에 첨부된 청구항에 언급된 주제의 모든 변경 및 등가물을 포함한다. 또한, 본원에서 달리 지시되지 않는 경우 또는 문장에 의해 명확하게 부인되지 않는 한, 모든 가능한 변형에서 상기 언급된 요소들의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.

100: 로터리 유니언, 101: 비회전부분, 102: 회전씨일부재, 103: 회전씨일캐리어, 104: 비회전씨일부재, 105: 비회전씨일캐리어, 106: 하우징, 109: 볼트공, 111: 외부씨일, 112: 매체채널, 113: 외부회전씨일, 114: 2차 씨일, 125: 접속면, 128: 통공, 129: 랜드부분, 200: 공기작동포트, 202: 피스턴공, 203: 중심선, 205: 중심선, 206: 부동형 피스턴, 207 슬로트 또는 채널, 208: 작동암, 210: 축방향 외면, 212: 스냅링, 214: 수집채널, 216: 배출통로, 300: 로터리 유니언, 302: 제2 피스턴공, 306: 제2 피스턴, 308: 제2 암, 310: 환상채널, 312: 조합된 공기통로, 314: 기계구성요소, 314: 기계구성요소의 표면, 402, 404, 406, 408, 410, 412: 단계, 500: 로터리 유니언, 502: 배출구, 504: 돌출부, 506: 컬러, 508: 방사상 외측으로 연장된 플랜지, 510: 단층부, 512: 방사상으로 연장된 환상면.

Claims

로터리 유니언(100)에 있어서, 상기 로터리 유니언이
매체채널(112) 개방부와 유체의 유통이 이루어지는 통공(128)과 상기 통공(128)에 대하여 방사상 방향으로 편중된 거리에 배치된 개방단부를 구비한 피스턴공(202)을 갖는 하우징(106);
상기 하우징(106)의 상기 통공(128) 내에서 활동가능하게 배치되고 상기 통공(128)에 연통된 매체채널(112)을 갖는 비회전씨일캐리어(105);
상기 비회전씨일캐리어(105)에 연결되고 상기 비회전씨일캐리어(105)로부터 상기 통공(128)에 대하여 방사상 외측으로 연장되며 상기 피스턴공(202)의 개방단부에 적어도 부분적으로 중첩되는 작동암(208);
상기 피스턴공(202) 내에 활동가능하게 배치되어 상기 피스턴공(202)과의 사이에 가변피스턴공간을 형성하는 피스턴(206)과;
상기 비회전씨일캐리어(105)와 상기 통공(128) 사이에 슬라이딩 씨일을 형성하도록 상기 비회전씨일캐리어(105)의 둘레에 배치되는 씨일;
을 포함하고,
상기 피스턴공(202)은 매체채널(112) 개방부와 상기 통공(128)으로부터 격리되고 작동포트(200)와 유체의 유통이 이루어지도록 연결되어 있으며,
상기 가변피스턴공간은 상기 작동포트(200)에 유체의 유통이 이루어지도록 연결되고, 상기 피스턴(106)은 상기 작동포트(200)를 통하여 가하여지는 유체압력이 상기 피스턴(206)의 상기 가변피스턴공간에 존재할 때 상기 피스턴공(202) 개방단부로부터 외측으로 신장될 수 있게 되어 있으며, 상기 피스턴(206)은 상기 피스턴(206)이 상기 피스턴공(202)에 대하여 이동될 때 상기 작동암(208)에 분리가능하게 접속하고 상기 작동암(208)과 상기 비회전씨일캐리어(105)를 가압하여 상기 통공(128)에 대하여 이동할 수 있도록 구성되고,
상기 비회전씨일캐리어(105)는 압력하의 유체가 상기 피스턴공(202)내에 존재할 때 상기 하우징(106)에 대하여 신장될 수 있게 되며,
상기 피스턴(206)이 상기 작동암(208)에 분리가능하게 접속할 수 있도록 구성되어 상기 피스턴(206)이 상기 피스턴공(202)내에서 자유롭게 이동하고 상기 피스턴(206)의 축방향 외측면(210)이 상기 작동암(208)에 접촉하며,
상기 로터리 유니언이 상기 하우징(106)에 대하여 신장방향으로 상기 비회전씨일캐리어(105)의 이동을 제한하는 기계적인 정지수단을 더 포함하고, 상기 비회전씨일캐리어(105)의 이동이 제한되어 상기 피스턴(206)이 상기 피스턴공(202)내에서 활동가능하게 유지됨을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제1항에 있어서,
상기 하우징(106)내에 형성되고 개방단부를 가지며 상기 피스턴공(202)과 평행하게 연장된 제2 피스턴공(302);
상기 비회전씨일캐리어(105)에 연결되고 상기 비회전씨일캐리어(105)로부터 상기 통공(128)에 대하여 방사상 외측으로 연장되며 상기 제2 피스턴공(302)의 개방단부에 적어도 부분적으로 중첩되는 제2 작동암(308)과;
상기 제2 피스턴공(302) 내에 활동가능하게 배치되어 상기 제2 피스턴공(302)과의 사이에 제2 가변피스턴공간을 형성하는 제2 피스턴(306);
을 더 포함하고,
상기 제2 피스턴(306)은 유체압력이 상기 제2 가변피스턴공간 내에 존재할 때 상기 피스턴(206)의 변위에 일치하는 변위로 상기 제2 피스턴공(302)의 개방단부로부터 외측으로 신장될 수 있게 되어 있으며,
상기 제2 피스턴(306)은 상기 피스턴과 상기 제2 피스턴(306)이 상기 피스턴공(302)에 대하여 이동할 때 상기 제2 작동암(308)에 분리가능하게 접속하고 상기 통공(128)에 대하여 상기 비회전씨일캐리어(105)을 이동시키기 위하여 상기 작동암(208)을 가압하는 상기 피스턴(206)과 협력하여 상기 제2 작동암(308)을 가압할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제2항에 있어서, 상기 작동포트(200)가 가압유체 또는 진공의 공급원에 연결될 수 있고, 상기 작동포트(200)가 상기 피스턴공(202)과 상기 제2 피스턴공(302)을 상기 공급원에 유체의 유통이 이루어질 수 있도록 연결함을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 작동암(208)과 상기 제2 작동암(308)이 상기 비회전씨일캐리어(105)와 상기 통공(128)에 대하여 직경방향으로 대향된 위치에 배치됨을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 통공(128)의 둘레에서 상기 통공(128)에 유체의 유통이 이루어지도록 상기 하우징(106) 내에 형성된 수집채널(214)을 더 포함하고, 상기 수집채널(214)이 상기 씨일(114)과 상기 매체채널(112) 개방부에 대향된 상기 통공의 개방단부 사이에 배치되며, 상기 수집채널(214)이 상기 통공(128)의 전체 단면 둘레에 환상으로 연장되어 상기 씨일(114)을 통과하여 누설된 매체유체를 수집할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제5항에 있어서, 상기 하우징(106) 내에 형성되고 상기 하우징 전체를 통하여 연장된 상기 수집채널(214)로부터 상기 하우징의 외측부로 연장된 하나 이상의 배출통로(216)를 더 포함하고, 하나 이상의 상기 배출통로(216)가 상기 수집채널(214) 내에 존재하거나 수집된 유체를 상기 하우징(106)의 외부로 배출할 수 있게 되어 있음을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제6항에 있어서, 상기 하우징(106) 내에 형성되고 하나 이상의 배출통로(216)에 유체의 유통이 이루어지도록 연결된 하나 이상의 부가적인 배출통로(216)를 더 포함하고, 하나 이상의 상기 부가적인 배출통로(216)가 하나 이상의 상기 배출통로와 상기 하우징(106) 외부의 부가적인 개방부(502) 사이에서 하나 이상의 상기 배출통로(216)에 대하여 경사지게 연장됨을 특징으로 하는 로터리 유니언.
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제1항에 있어서, 상기 기계적인 정지수단이 상기 비회전씨일캐리어(105)에 연결되고 상기 비회전씨일캐리어(105)로부터 방사상 외측으로 연장된 플랜지(508)를 포함하고, 상기 플랜지(508)는 상기 비회전씨일캐리어(105)가 상기 하우징(106)에 대하여 신장될 때 상기 통공의 단층부(510)에 접속함을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 통공(128)이 원통형이고 상기 통공(128)의 내경부와 상기 비회전씨일캐리어(105)의 외경부 사이에 간극을 형성하며, 상기 간극은 상기 비회전씨일캐리어(105)와 상기 통공(128) 사이에 축방향으로 각도상 오정렬이 허용될 수 있도록 하고, 상기 로터리 유니언이 회전 및 비회전 기계구성요소인 회전씨일캐리어(103)와 상기 비회전씨일캐리어(105) 사이의 조립 및 작동상 오정렬 상태를 수용할 수 있도록 함을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제11항에 있어서, 상기 비회전씨일캐리어(105)와 상기 통공(128)이 상기 통공(128)을 따라 축방향 길이를 갖는 원통형 랜드부분(129) 표면을 따라 활동가능하게 결합되고, 상기 원통형 랜드부분(129) 표면의 축방향 길이와 내경부의 크기가 상기 비회전씨일캐리어(105)와 상기 통공(128) 사이의 오정렬을 수용할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 로터리 유니언.
제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 피스턴(206)이 상기 피스턴공(202)에 헐거운 끼워맞춤으로 결합되는 부동형 피스턴이고 작동중에 상기 피스턴공(202)으로 작동유체가 누설됨을 특징으로 하는 로터리 유니언.
로터리 유니언의 작동방법에 있어서, 상기 방법이
매체채널(112) 개방부와 유체의 유통이 이루어지는 통공(128)과 상기 통공(128)에 대하여 방사상으로 편중된 거리에 배치된 개방단부를 구비한 피스턴공(202)을 가지며 상기 피스턴공(202)은 상기 매체채널(112) 개방부와 상기 통공(128)으로부터 격리되고 작동포트(200)에 유체의 유통이 이루어지도록 연결되는 하우징(106)을 제공하는 단계;
상기 하우징(106)의 상기 통공(128)내에 비회전씨일캐리어(105)를 활동가능하게 배치하고 상기 통공(128)에 매체채널(112)을 유체의 유통이 이루어지도록 연결하는 단계;
상기 비회전씨일캐리어(105)에 연결되고 상기 비회전씨일캐리어(105)로부터 상기 통공(128)에 대하여 방사상 외측으로 연장되며 상기 피스턴공(202)의 개방단부에 적어도 부분적으로 중첩되는 작동암(208)을 제공하는 단계;
피스턴(206)을 상기 피스턴공(202)에 활동가능하게 배치하여 상기 피스턴(206)과 상기 피스턴공(202) 사이에 가변피스턴공간이 형성되도록 하는 단계;
작동유체압력이 상기 가변피스턴공간에 나타나도록 상기 작동포트(200)에 작동유체압력을 가하고 상기 피스턴공(202)에 대하여 상기 피스턴(206)을 신장시키는 공압을 제공하는 단계;
상기 피스턴공(202)에 대하여 상기 피스턴(206)이 이동할 때 상기 통공(128)에 대하여 이동토록 상기 피스턴(206)과 함께 상기 작동암(208)을 밀어 상기 작동암(208)과 상기 비회전씨일캐리어(105)를 가압하고 상기 피스턴(206)이 상기 작동암(208)에 분리가능하게 접속할 수 있도록 하며 상기 피스턴(206)이 상기 피스턴공(202)내에서 자유롭게 이동하고 상기 피스턴(206)의 축방향 외측면(210)이 상기 작동암(208)에 접촉하도록 하는 단계와;
상기 비회전씨일캐리어(105)의 이동이 제한되어 상기 피스턴(206)이 상기 피스턴공(202)내에서 활동가능하게 유지되도록 상기 하우징(106)에 대하여 신장방향으로 상기 비회전씨일캐리어(105)의 이동을 제한하는 기계적인 수단을 제공하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 로터리 유니언의 작동방법.
제14항에 있어서,
상기 하우징(106) 내에 형성되고 개방단부를 가지며 상기 피스턴공(202)과 평행하게 연장된 제2 피스턴공(302)을 제공하는 단계;
상기 비회전씨일캐리어(105)에 연장되고 상기 비회전씨일캐리어(105)로부터 상기 통공(128)에 대하여 방사상 외측으로 연장되며 상기 제2 피스턴공(302)의 개방단부에 적어도 부분적으로 중첩되는 제2 작동암(308)을 제공하는 단계;
상기 제2 피스턴공(302)과의 사이에 제2 가변피스턴공간이 형성될 수 있도록 하고 유체압력이 상기 제2 가변피스턴공간내에 존재할 때 상기 피스턴(206)의 변위와 일치하는 변위로 상기 제2 피스턴공(302)의 개방단부로부터 외측으로 신장되는 제2 피스턴(306)을 상기 제2 피스턴공(302) 내에 활동가능하게 배치하는 단계와;
상기 피스턴(206)과 상기 제2 피스턴(306)이 상기 피스턴공(202)에 대하여 이동할 때 상기 제2 작동암(308)이 상기 통공(128)에 대하여 상기 비회전씨일캐리어(105)을 이동시키기 위하여 상기 작동암(208)을 가압하는 상기 피스턴(206)과 협력하여 가압되도록 상기 제2 피스턴(306)을 상기 제2 작동암(308)에 분리가능하게 접속하는 단계를
더 포함함을 특징으로 하는 로터리 유니언의 작동방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 피스턴(206)이 상기피스턴공(202) 측으로 후퇴하도록 상기 작동포트(200)에 진공을 가하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 로터리 유니언의 작동방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 비회전씨일캐리어(105)와 상기 통공(128) 사이에서 누설된 유체를 상기 통공(128)의 둘레에서 상기 하우징(106) 내에 형성되고 상기 통공(128)과 연통하는 수집채널(214)에 수집하는 단계를 더 포함하고, 상기 수집채널(214)이 상기 통공(128)의 전체 단면 둘레에 환상으로 연장됨을 특징으로 하는 로터리 유니언의 작동방법.
제17항에 있어서, 상기 하우징(106) 내에 형성되고 상기 하우징(106) 전체를 통하여 상기 수집채널(214)로부터 상기 하우징(106)의 외측부로 연장된 하나 이상의 배출통로(216)를 통하여 상기 수집채널(214)에 수집된 유체를 배출하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 로터리 유니언의 작동방법.
제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 피스턴(206)이 상기 피스턴공(202) 내에서 활동가능하게 유지되도록 상기 하우징(106)에 대하여 신장방향으로 상기 비회전씨일캐리어(105)의 변위를 기계적으로 제한하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 로터리 유니언의 작동방법.
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