KR20000005672A - 무펌프미소유량제어유체분배시스템과방법 - Google Patents

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KR20000005672A
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쿠이-치우 쿼크
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토마스 더블유. 버크맨
일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16N13/06—Actuation of lubricating-pumps
    • F16N13/16—Actuation of lubricating-pumps with fluid drive

Abstract

가압 공기에 의해 유체를 밀폐 가능 유체 저장소로부터 분배 노즐로 공급하고, 가압 공기를 분배 노즐로 공급하며, 분배 노즐로부터 공급되는 유체를 유체 유량 제어 밸브에 의해 조절 가능하게(adjustably) 제어하고, 분배 노즐로부터 공급되는 가압 공기를 공기 유량 제어 밸브에 의해 조절 가능하게 제어함으로써 내부 유체 분배 개구부와 이에 대해 동축의 외부 공기 분배 개구부를 가진 분배 노즐로부터 미소량의 유체를 분배하는 유체 공급 시스템과 방법으로, 미소량의 유체를 분배 노즐로부터 지속적으로 정확하게 분배할 수 있으며 균일하게 침전되어진다.

Description

무펌프 미소유량 제어 유체 분배 시스템과 방법{Pumpless Micro-flow Control Fluid Dispensing System and Method}
본 발명은 일반적으로 유체 공급 시스템과 그 방법에 관한 것으로, 특히 분배 노즐로부터 윤활 유체를 정확하게 분배하는 시스템과 방법에 관한 것이다.
분배 노즐로부터 미소량의 윤활 유체를 정확하게 공급하는 유체 공급 시스템은 널리 알려져 있으며, 예를 들면 가공 작업 중에 윤활 작용과 냉각 작용을 제공하는데 광범위하게 사용되어진다. 윤활 유체는 전형적으로 8시간의 주기 동안에 약 1 액량 온스(약 29.6ml)의 속도로 공급되는데, 이 속도는 특정 윤활 유체나 적용되어지는 조건에 따라 다소 달라진다. 가공 작업 중에 윤활 작용을 하는데 적절한 유체들에는 조지아(Georgia)주 노크로스(Norcross) 소재의 ITW 플루이드 프라덕츠 그룹으로부터 구입할 수 있는 윤활 제품들 가운데 ACCU-LUBE 라인이 포함된다.
여기에 공통으로 양도되어 있는 1982년 8월 24일 허여된 "공구 및 공작물용 초저속 윤활 유량 측정 장치와 방법" 이라는 표제의 미국 특허 제 4,345,668호는, 예를 들면, 단속적인 펄스에 따라 분배 노즐로부터 윤활 유체를 공급하기 위해서 보통 공기 펄스의 연속적 흐름에 의해서 구동되는 공압 유체 분사 펌프를 포함하는 유체 측정 시스템을 개시한다. 미국 특허 제 4,345,668호의 공압 펌프에 의해 공급되는 단속적인 윤활 유체의 펄스를 가변적으로 제어할 수 있지만, 상대적으로 지속적인 윤활 유체의 공급을 제공하는 것이 많은 분야에 적용함에 있어서 바람직하며, 이 윤활 유체는 공작물에 더 균일하게 침전되어진다. 또한, 미국 특허 제 4,345,668호의 공압 펌프와, 특히 이 공압 펌프에 공급되는 공기 펄스의 연속적 흐름은 공기 로직 장치에 의해서 제어되는데, 이것은 상당한 경비가 소요됨을 의미한다. 상기 예시된 공압 펌프 구동 유체 측정 시스템은 조지아(Georgia)주 노크로스 (Norcross)소재의 ITW 플루이드 프라덕츠 그룹으로부터 구입할 수 있는 도포용 제품의 ACCU-LUBE 라인 하에서 이용할 수 있다.
본 발명은 유체 공급 시스템과 방법 분야에서 발생하는 문제들을 해결할 수 있도록 미소량의 유체를 정확하게 분배하는 유체 공급 시스템과 그 방법의 향상을 목적으로 하고 있다.
또한, 본 발명의 목적은 분배 노즐로부터 미소량의 유체, 예를 들면 가공 작업 중의 윤활 유체를 분배하는 새로운 유체 공급 시스템과 경제적인 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 공압 유체 분사 펌프 없이 미소량의 유체를 지속적으로 정확하게 분배해서, 이것에 의해서 유체를 균일하게 분배하고 침전하는 새로운 유체 공급 시스템과 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적 목적은 공기의 흐름과 미소량의 유체 분배를 조절 가능하게(adjustably) 제어할 수 있고, 이전 조정 상태와 간섭이 발생하지 않으면서 상기 공기와 유체의 공급을 중단시킬 수 있는 새로운 유체 공급 시스템과 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 보다 특정의 목적은, 예를 들어 내부 유체 분배 개구부와 이에 대해 동축으로 배치된 외부 공기 분배 개구부가 있는 분배 노즐로부터 미소량의 유체를 분배하는 새로운 유체 공급 시스템과 방법을 제공하는 것으로, 이 시스템의 방법은 일반적으로 가압 공기에 의해 밀폐 가능 유체 저장소로부터 분배 노즐로 유체를 공급하는 것과, 가압 공기를 분배 노즐로 공급하는 것과, 분배 노즐로부터 공급되는 유체를 유체 유량 제어 밸브에 의해 조절 가능하게 제어하는 것과, 분배 노즐로부터 공급된 가압 공기를 공기 유량 제어 밸브에 의해 조절 가능하게 제어하는 것 등을 포함하되, 이에 의해 분배 노즐로부터 지속적으로 정확하게 미소량의 유체를 분배할 수 있으며 균일하게 침전되어진다.
본 발명의 또 다른 특정의 목적은 유체와 공기의 공급 라인을 죄거나 느슨하게 함으로써 분배 노즐로부터의 윤활 유체와 공기의 공급을 정확하게 제어하는 것을 포함하는 미소량의 윤활 유체를 분배하는 새로운 유체 공급 시스템과 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 이들 목적과 다른 목적, 양상, 특징 및 이점은 뒤에 이어지는 발명의 구성 및 작용과 여기에 수반되는 도면들을 주의 깊게 살펴봄에 따라 더욱더 분명해질 것이며, 이 도면들은 이해의 편의를 위해 비례에 맞지 않을 수 있으며, 일반적으로 유사한 구조와 단계는 해당 도면 번호와 지시기호로 참조표시가 되어 있다.
도 1은 분배 노즐로부터 미소량의 윤활 유체를 분배하는데 사용되는 유체공급 시스템 개략도.
도 2a는 이 유체 공급 시스템의 조절 가능 제어 밸브가 적절히 열려있는 상태의 부분 단면도.
도 2b는 이 유체 공급 시스템의 조절 가능 제어 밸브가 적절히 닫혀있는 상태의 부분 단면도.
도 3a는 이 유체 공급 시스템의 온/오프 제어 밸브가 열려있는 상태의 부분 단면도.
도 3b는 이 유체 공급 시스템의 온/오프 제어 밸브가 닫혀있는 상태의 부분 단면도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
2 : 제 1 가압 공기 공급 라인 3 : 제 2 가압 공기 공급 라인
4 : 유체 공급 라인 10 : 무펌프 유체 공급 시스템
20 : 분배 노즐 30 : 밀폐 가능 유체 저장소
40 : 제 1 압력 조절기 50 : 제 2 압력 조절기
60 : 유체 유량 제어 밸브 70 : 공기 유량 제어 밸브
80 : 유체 및 공기 턴-오프 밸브
도 1은 미소량의 윤활 유체를, 예를 들면 가공 작업 중에 윤활 작용을 제공하기 위해 분배 노즐(20)로부터, 분배하는 데 사용할 수 있는 무펌프 유체 공급 시스템(10)이다. 이 시스템(10)은 일반적으로 공기 입구(32)와 유체 출구(34)가 있는 밀폐 가능 유체 저장소(30)를 포함한다. 이 유체 저장소(30)는 부분적으로 유체로 채워질 수 있는데, 이러한 목적 때문에, 예를 들면 도시되지 않지만 널리 알려진 나사와 O-링 형태의 실링 부재로, 그 위에 밀폐적으로 결합되고 분리될 수 있는 뚜껑이나 덮개(36)를 포함하는 것이 바람직하다. 유체 필터(38) 역시 유체 저장소로부터 공급되는 유체를 여과하기 위해서 유체 출구(34)에 근접한 곳에 배치되는 것이 바람직하다.
제 1 가압 공기 공급 라인(2)은 유체 저장소(30)의 공기 입구(32)에 연결되어 있으며 유체 출구(34)로부터 유체가 공급될 수 있도록 가압 공기를 유체 저장소로 공급한다. 이 가압 공기는 보다 특히 유체 저장소(30)내에 있는 공기실(31)로 공급되는데, 이 공기실은 유체 저장소(30)로부터 분배 노즐(20)로 지속적으로 유체를 공급할 수 있도록 가압할 수 있다. 제 1 가압 공기 공급 라인(2)을 따라서 배치된 제 1 압력 조절기(40)는 유체 저장소(30)에 공급되는 가압 공기를 제 1 압력으로 조절한다. 예시된 실시예에서, 제 1 압력 조절기(40)는 조절이 가능하지 않으며, 고정된 압력 조절기이며, 윤활 작용에 이용되는데 적절한 일 실시예에서, 제 1 압력은 약 5 psi(1 kgf/cm2=14.22334 lbf/in2) 정도이다. 안전상 유체 저장소에 누적될 수 있는 과압력을 감하기 위해서 압력 릴리프 밸브(37)는 밀폐 가능 유체 저장소(30)상에 배치되는 것이 바람직하다.
도 1은 분배 노즐(20)에 가압 공기를 공급하기 위해서 분배 노즐에 연결되어 있는 제 2 가압 공기 공급 라인(3)을 도시하고 있으며, 제 2 압력 조절기(50)는 분배 노즐(20)로 공급되는 가압 공기를 제 2 압력으로 조절하기 위해서 제 2 가압 공기 공급 라인(3)을 따라서 배치되어 있다. 예시된 실시예에서, 제 2 가압 공기 공급 라인(3)은 T형 연결장치(11)에 의해서 제 1 가압 공기 공급 라인(2)에 연결되어 있으며, 예시된 배치도에서 제 2 압력은 제 1 압력보다 더 높다.
도 1은 분배 노즐(20)로 유체를 공급하기 위해서 유체 저장소(30)의 유체 출구(34)와 분배 노즐에 연결되어 있는 유체 분배 공급 라인(4)을 나타내고 있다. 분배 노즐(20)에는 분배 노즐의 내부 유체 분배 개구부(24)에 연결되어 있는 유체 입구(22)와, 유체 분배 개구부(24)에 대해 동축으로 배치되어있는 외부 가압 공기 개구부(28)에 연결되어 있는 공기 입구(26)가 있다. 그래서 내부 유체 분배 개구부(24)로부터의 유체의 흐름은, 널리 알려져 있는 대로, 주위에 배치되어서 외부 공기 분배 개구부(28)로부터 분배되는 동축의 공기의 흐름에 의해 제어된다. 예시된 분배 노즐(20)은 상업적으로 LOC-LINE 노즐로 알려져 있는 조절 가능 디스펜서의 기능을 제공할 수 있도록 다수의 유연하게 연결된 연동 요소들(29)을 갖고 있는데, 이것은 조지아(Georgia)주 노크로스(Norcross)소재의 ITW 플루이드 프라덕츠 그룹에서 구입할 수 있다. 대안적으로 다른 유체 분배 노즐들이 사용될 수도 있으며, 이 분배 노즐들은 예시의 분배 노즐(20)과 동등하다.
도 1은 분배 노즐(20)로부터 공급되는 유체를 조절 가능하게 제어할 수 있도록 하기 위해 유체 공급 라인(4)에 연결된 유체 유량 제어 밸브(60)와, 분배 노즐(20)로부터 공급되는 가압 공기를 조절 가능하게 제어하기 위해 제 2 가압 공기 공급 라인(3)에 연결된 공기 유량 제어 밸브(70)를 나타내고 있으며, 이것들에 의해서 분배 노즐(20)로부터 미소량의 윤활 유체를 분배할 수 있다. 도 1은 또한 공기 공급 라인(3)과 유체 공급 라인(4)에 연결된 일반적인 유체와 공기의 턴-오프 밸브(80)를 나타내고 있으며, 이것에 의해서 유량 제어 밸브들(60과 70)의 조정 상태에 영향을 미치지 않고 공기와 유체의 공급을 차단시키거나 흐르게 할 수 있다.
일반적으로, 분배 노즐(20)로부터의 유체의 공급은 유체 유량 제어 밸브(60)의 제 1 가동 몸체 부재와 제 1 고정 몸체 부재 사이에 있는 유체 공급 라인(4)을 조절 가능하게 죄거나 느슨하게 함으로써 정확하게 제어되며, 분배 노즐(20)로부터의 공기의 공급은 공기 유량 제어 밸브(70)의 제 2 가동 몸체 부재와 제 2 고정 몸체 부재 사이에 있는 공기 공급 라인(3)을 조절 가능하게 죄거나 느슨하게 함으로써 정확하게 제어된다.
공기 공급 라인(3)과 유체 공급 라인(4)은 유연한 튜브형 부재가 바람직하며, 가공 작업 중의 윤활 작용에 적절한 예시의 일 실시예에서, 튜브형 부재는, 쇼어 경도의 범위는 적용되는 개별 경우에 따라서 다소 달라질 수도 있지만, 약 40 에서 60 정도의 쇼어 경도 등급을 가지고 있다. 이 튜브형 부재는 외경이 12.7㎜(1/2 inch)이거나 3.175㎜(1/8 inch)인 것이 전형적인데, 이 역시 적용되는 개별 경우에 따라 달라진다.
도 2a와 도 2b는 도 1의 유체 공급 시스템(10)에서 공기와 유체의 흐름을 조절 가능하게 제어하는데 적절한 유량 제어 밸브(100)의 예를 매우 상세히 나타내고 있다. 유량 제어 밸브(100)는 일반적으로 고정 몸체 부재(120)에 대해 조절 가능하게 상대적으로 움직일 수 있는 가동 몸체 부재(110)를 포함하는데, 예를 들면 이것은 하우징의 패널일 수 있다. 가동 몸체 부재(110)는 이 가동 몸체 부재(110)를 관통하여 배치되고 나사와 같은 형태로 맞물려있는 나사형 샤프트(130)에 의해 고정 몸체 부재(120)에 연결되어 있다. 또한 이 나사형 샤프트(130)는 고정 몸체 부재(120)에 있는 개구부(125)를 관통하여 배치되어 있으나, 이 관통부를 통해서 자유 회전이 허용되도록 하기 위해서 나사와 같은 형태로 맞물려 있지는 않다. 도 2a와 도 2b는 나사형 샤프트(130)가 회전함에 따라, 가동 몸체 부재(110)가 고정 몸체 부재(120)에 조절 가능하게 근접하거나 멀어짐으로써 두 몸체 부재(110과 120) 사이에 있는 튜브형 부재(140)를 조절 가능하게 죌 수 있고 이것으로 튜브형 부재를 흐르는 공기와 유체의 흐름을 조절 가능하게 제어할 수 있다.
이 나사형 샤프트(130)는 고정 몸체 부재(120)의 외부 면(122)을 누르는 숄더 부분(132)을 포함한다. 튜브형 부재(140)의 탄성력은 가동 몸체 부재(110)로 하여금 고정 몸체 부재(120)로부터 멀리 편향시키려는, 비록 압축 코일 스프링(137)이러한 효과를 보완해주기 위해서 가동 몸체 부재(110)와 고정 몸체 부재(120)사이에 배치될 수 있지만, 경향이 있다. 나사형 샤프트(130)가 회전하는 동안에 가동 몸체 부재(110)의 회전을 방지하기 위해서, 하나 이상의 가이드 핀(124)이 고정 몸체 부재(120)로부터 가동 몸체 부재(110)의 해당되는 개구부(114)로 뻗쳐져 있다. 나사형 샤프트(130)는 정밀하게 조절할 수 있도록, 예를 들면 2.54㎝(1 inch)당 약20에서 약 60개 정도의 나사산을 가진, 상대적으로 세밀한 나사를 구비하는 것이 바람직하다.
예시된 실시예에서, 나사형 샤프트(130)의 회전을 용이하게 하기 위해서 나사형 샤프트(130)에는 숄더 부분(132)의 외부 면상에 인접하게 배치된 노브(134)를 포함한다. 숄더 부분(132)과 고정 몸체 부재(120)의 외부면(122) 사이에 마찰에 의한 마모를 감소시키기 위해서 와셔가 대안적으로 배치될 수 있다. 나사형 샤프트(130)의 대항 단부에는 뜻하지 않게 가동 몸체 부재(110)가 분리되거나 분해되는 것을 방지하기 위해서 그 주위에 배치된 고정 너트나 다른 리테이닝 부재(136)를 포함하는 것이 바람직하다. 나사형 샤프트가 회전하는 동안에 마찰력이나 항력(drag)을 부가적으로 더해주기 위해서 고정 너트와 가동 몸체 부재(110)의 외부 표면(112) 사이에 제 2 코일 스프링이 배치될 수 있다.
도 2a와 도 2b는 또한 가동 몸체 부재(110)와 고정 몸체 부재(120) 사이에서 가동 몸체 부재(110)내에 형성된 채널 속에 배치된 튜브형 부재들(140)을 나타내고 있는데, 이 채널은 보다 일반적으로 가동 몸체 부재(110)나 고정 몸체 부재(120) 중 하나의 내부에 혹은 두 몸체 부재 모두의 내부에 배치될 수 있다. 이 채널은 튜브형 부재(140)가 위치되고 유지되도록 하며 또한 이 튜브형 부재가 죄어지는 동안에 발생할 수 있는 과응력을 방지하는 기능을 한다. 예시된 실시예에서, 이 채널은 일반적으로 나사형 샤프트(130)의 양측에 배치된 제 1 채널 부분(115)과 제 2 채널 부분(116)을 포함하며, 도 1에 잘 나타나있는 대로, 튜브형 부재(140)를 채널 부근에서 부분적으로 고리로 만들어서, 가동 몸체 부재(110)에 작용하는 힘들을 균형이되게끔 한다. 튜브형 부재(140)를 수용하는 다수의 채널 부분을 제공하는 것은 또한 이 튜브형 부재(140)의 압축 가능한 길이를 증가시켜 주는데, 이것은 유량 제어의 민감도를 향상시켜준다. 도 2a는 또한 제 1 채널 부분(115)과 제 2 채널 부분(116)에 대해서 반경 바깥방향으로 위치되어 튜브형 부재(140)의 압축 가능한 길이를 더 증가 증가시키는 제 1 외부 채널 부분(117)과 제 2 외부 채널 부분(118)을 나타내고 있으며, 도면의 단순화를 위해서 나타나 있지는 않지만, 이것에 의해 또한 이 외부 채널 부분들(117 과 118)에 튜브형 부재(140)가 위치될 때 나사형 샤프트(130)의 주위를 일반적으로 휘감는 형태가 된다.
도 3a와 3b는 공기 공급 라인(3)과 유체 공급 라인(4)에 연결되어 있는 공기와 유체의 온/오프 밸브(80)의 예를 나타내고 있는데, 이것에 의해서 유량 제어 밸브들(60 과 70)의 조정 상태에 영향을 미치지 않고 공기와 유체의 공급을 차단시키거나 흐르게 할 수 있다. 이 제어 밸브(80)에는 일반적으로 고정 몸체 부재(170)에 대해서 상대적으로 움직일 수 있는 가동 몸체 부재(160)가 포함된다. 이 가동 몸체 부재(160)는 개구부들(162 와 172)을 관통하여 배치되어있는 샤프트(190)에 의해 고정 몸체 부재(170)와 연결되어 있는데, 서로 나사형으로 맞물려 있지는 않다.
예시적인 실시예에서, 이 샤프트(190)에는 가동 몸체 부재(160)상의 상보적 캠 운동 면(164)과 맞물려질 수 있는 캠 운동 면(192)이 있다. 샤프트(190)의 회전운동, 특히 캠 운동 면(164)과 상호 캠 운동을 하는 면(192)의 작용은 가동 몸체 부재(160)로 하여금 고정 몸체 부재(170)에 근접시키거나 멀어지게 해서, 가동 몸체 부재(160)와 고정 몸체 부재(170) 사이의 공기 공급 라인(3)과 유체 공급라인(4)을 죄거나 느슨하게 함으로써 공기 공급 라인(3)과 유체 공급 라인(4)을 차단시키거나 열 수 있다.
위에서 논의되고 도 2a에 나타나있는 것처럼, 공기 공급 라인(3)과 유체 공급 라인(4)의 탄성력은 가동 몸체 부재(160)로 하여금 고정 몸체 부재(170)로부터 멀리 편향시키려는, 비록 이러한 효과를 보완하기 위해서 그 사이에 압축 코일 스프링을 배치시킬 수 있지만, 경향이 있다. 역시 위에서 논의된 것처럼, 샤프트(190)가 회전하는 동안 가동 몸체 부재(160)가 회전하는 것을 방지하기 위해서 고정 몸체 부재(170)로부터 하나 이상의 가이드 핀이 가동 몸체 부재(160)의 해당 개구부에 뻗쳐져 있다. 위에서 논의된 것처럼, 공기 공급 라인(3)과 유체 공급 라인(4)이 위치되고 유지되도록 하고 이 공급 라인들이 죄어지는 동안에 걸리는 과응력을 방지하기 위해서 공기 공급 라인(3)과 유체 공급 라인(4)은 가동 몸체 부재(160)나 고정 몸체 부재(170) 중 하나의 내부에 혹은 두 몸체 부재 모두의 내부에 만들어진 각 해당 채널들(166 과 168)에 배치되는 것이 바람직하다.
앞에 기록된 본 발명에 대한 기술은 당업자로 하여금 오늘날 최고의 형태라 여겨지는 것을 만들고 이용할 수 있게 해주는 반면, 당업자는 여기 구체적으로 예시된 실시예의 변형이나 조합 혹은 동등한 것들의 실체를 바로 식별하고 인정하게 해줄 것이다. 그래서 본 발명은 예시된 실시예에 의해서 제한되어지는 것이 아니라 첨부된 청구 범위의 범주와 사상내의 모든 실시예에 의해서 제한되어진다.

Claims (2)

  1. 미소량의 윤활 유체를 분배하는데 사용되는 무펌프 유체 공급 시스템에 있어서,
    공기 입구와 유체 출구를 구비한, 유체가 부분적으로 채워질 수 있는 밀폐 가능한 유체 저장소와,
    상기 유체 저장소의 유체 출구로부터 유체를 공급할 수 있도록 상기 유체 저장소의 공기 입구에 연결되어서 가압 공기를 공급하는 제 1 가압 공기 공급 라인과,
    분배 노즐과,
    가압 공기를 공급할 수 있도록 상기 분배 노즐에 연결된 제 2 가압 공기 공급 라인과,
    상기 분배 노즐로부터 공급되는 가압 공기를 조절 가능하게(adjustably) 제어할 수 있도록 제 2 가압 공기 공급 라인에 연결된 공기 유량 제어 밸브와,
    상기 분배 노즐에 유체를 공급할 수 있도록 상기 유체 저장소의 유체 출구와 상기 분배 노즐에 연결된 유체 분배 공급 라인과,
    상기 분배 노즐로부터 공급되는 유체를 조절 가능하게 제어할 수 있도록 상기 유체 공급 라인에 연결된 유체 유량 제어 밸브를 포함하되,
    이것에 의해서 상기 분배 노즐로부터 미소량의 윤활 유체를 분배할 수 있는 무펌프 유체 공급 시스템.
  2. 무펌프 유체 공급 시스템으로부터 미소량의 유체를 분배하는 방법에 있어서,
    상기 유체 저장소로 공급되는 가압 공기에 의해서 밀폐 가능 유체 저장소로부터 분배 노즐로 유체를 공급하는 단계와,
    가압 공기를 상기 분배 노즐로 공급하는 단계와,
    상기 분배 노즐로부터 공급되는 유체를 유체 유량 제어 밸브에 의해서 제어하는 단계와,
    상기 분배 노즐로부터 공급되는 가압 공기를 공기 유량 제어 밸브에 의해서 제어하는 단계를 포함하되,
    이것에 의해서, 상기 분배 노즐로부터 미소량의 윤활 유체를 지속적으로 분배할 수 있는 방법.
KR1019990017593A 1998-06-12 1999-05-17 무펌프미소유량제어유체분배시스템과방법 KR20000005672A (ko)

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