KR20010044379A - 자석식 가스 스프링 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 스프링에서 댐핑작용을 일으키는 방식에 관계되는 것으로서, 일반적으로 사용되는 오일이나 가스에 의한 댐핑효과를 얻는 것과 달리 본 발명에서는 자석을 이용한 반발력으로서 피스톤이 신장될 시 적절한 댐핑작용이 이루어지도록 하는 기술에 관한 것이며, 이를 위해 본 발명은 일단은 밀폐되어 있고 타단은 개구되며 개구된 단부측에 전주에 걸쳐 동일한 함몰부(150)가 형성되어 있는 튜브(100)와;상기 튜브(100)에 형성된 함몰부(150)의 내측 돌출부에 접촉 지지되어 고정되며 일정한 한극의 자성을 띠게 되는 고정자성체(400)와; 피스톤(200)의 저부에 결합되어 오링(250)의 이동가능거리를 제한함과 동시에 상기 고정자성체(400)와 동일한 극성을 띠고 상기 피스톤(200)이 좌우로 이동됨에 따라 일체로 이동되어 상기 고정자성체(400)와 근접되면 반발력이 생기도록 하는 가변자성체(500);를 포함하여 구성되어 상기 피스톤이 신장되는 경우에 동일한 극성을 가지는 대응되는 자성체의 반발력으로 댐핑이 일어나도록 함을 기술적 요지로 하며, 종래기술에 의한 가스 스프링에서의 문제점인 온도변화에 따른 오일의 점도변화등으로 발생되었던 오일의 유동량 변화 및 이로인해 발생되었던 피스톤의 작용속도 변화등을 방지하여 언제나 일정한 댐핑효과를 얻을 수 있는 자석식 가스 스프링에 관한 것이다.

Description

자석식 가스 스프링{magnetic gas spring}

본 발명은 가스 스프링의 댐핑 개선 기술에 관한 것으로서, 가스 스프링이 신장될 시에 댐핑부족으로 작동 구간 끝부분에서 튀는 현상을 방지하는 기술에 관계되는 것으로 가스 스프링의 오일실측과 이에 대응되는 피스톤측에 동일한 극성을 가지는 자성체를 설치하여 피스톤이 신장되어 상기 두 자성체가 가까워짐에 따라 반발력이 발생되어 댐핑이 일어나도록 하는 기술에 관한 것이다.

종래기술에 따른 가스 스프링은 각종 산업분야에 적용되고 있으며 일례로 자동차의 트렁크 도어에 설치되어 사용되고 있으며, 상기 도어를 오픈할 시에 가스압에 의해 자동으로 열리도록 하고 있다. 종래기술에 의한 가스 스프링은 피스톤이 신장될 시에 발생되는 흔들거림을 방지하기 위해 피스톤에 오리피스 홀을 형성시켜 댐핑이 이루어지게 하거나 튜브내면에 테이프진 돌출부를 형성시켜 댐핑이 이루어지도록 하고 있다.

이하에서는 종래기술에 의한 가스 스프링에 관해 보다 상세히 설명하기로 하며, 도 1은 피스톤에 오리피스 홀을 형성시킨 가스 스프링의 구조를 나타내며 도 2는 튜브내면에 외부로 돌출되며 테이프진 구간이 형성되어진 종래기술에 의한 가스 스프링의 개략적인 구조를 나타내고 있다.

상기의 종래기술에서는 피스톤이 신장되면 로드측 챔버에 위치한 오일 혹은 가스가 오리피스 홀 혹은 외부로 돌출된 경사진 테이프부를 통해 피스톤측 챔버로 이동되면서 댐핑이 일어나도록 하고 있다.

상기한 두개의 종래기술에 따른 가스 스프링은 무거운 도어를 용이하게 열수있도록 하고자 함과 동시에, 도어 오픈시 끝단부에서의 도어 떨림이나 처짐 그리고 급속하게 도어가 오픈되는 것을 방지하는 역할을 하나 오일과 가스가 튜브내부에 주입되어져 사용됨으로써 아래와 같은 문제점이 있다.

먼저, 오일은 온도 변화에 민감하여 온도 변화에 따른 오일의 점도 변화로 인해 오리피스 홀로 빠져나가는 유량이 해당온도에 따라 차이가 발생하게 됨으로써 피스톤이 신장되는 속도가 달라지고 이에 따라 흔들거림이 발생되는 문제점이 있다.

그리고 가스 스프링 내부에 주입되는 가스 역시 온도 변화에 민감하여 온도차가 현저히 나는 곳에서의 사용시는 피스톤의 작동 속도차로 안전사고도 발생할 수 있는 구조이다.

도 3은 오일의 온도와 피스톤의 신장속도와의 관계를 나타낸 그래프이며, 도 4는 질소가스의 온도와 피스톤의 신장속도와의 관계를 나타내는 그래프로서, 도시된 바와 같이 상기 오일 및 질소가스는 온도에 비례하여 피스톤의 신장속도가 증가됨을 알 수 있다.

한편, 종래기술에 의한 가스 스프링은 피스톤이 신장되는 방향과 오일의 위치에 따라 댐핑작용에 큰 차이가 발생되는 관계로 그 설치에 있어서도 상당한 주의가 요구되며 설치장소에 제한이 따르게 되는 문제점도 있다.

도 5는 오일이 피스톤 로드측에 위치해 있고 도어가 상방으로 열리는 경우를 예시한 것으로, 상기 도 5의 조건에서는 도어 오픈시 댐핑효과를 얻을 수 있게 된다. 반면, 도 6은 피스톤측에 오일이 위치되고 도어가 상방으로 열리는 경우를 예시한 것으로, 상기 도 6의 조건에서는 도어 오픈시 전혀 댐핑효과를 얻을 수 없게는 되는 문제점이 있게 되는 것이다.

따라서, 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은 온도의 변화에도 댐핑작용에 변화량이 적으며 오일의 위치에 관계없이 어떠한 위치에서도 댐핑효과를 얻을 수 있는 가스 스프링을 제공하고자 함을 목적으로 한다.

그리고 극한지방이나 열대지방등에서도 원활하게 작동이 가능한 가스 스프링을 제공하고자 함을 또 다른 목적으로 한다.

도 1 - 종래기술에 의한 피스톤에 오리피스홀이 형성된 가스 스프링의 개략도.

도 2 - 종래기술에 의한 튜브내면에 외부로 돌출된 테이프진 구간이 형성된 가스 스프링의 개략도.

도 3 - 종래기술에 의한 오일의 온도와 피스톤의 신장속도관계를 나타낸 도.

도 4 - 종래기술에 의한 질소가스의 온도와 피스톤의 신장속도관계를 나타낸 도.

도 5 - 종래기술에 있어서 오일이 피스톤 로드측에 위치되고 도어가 상방으로 열리는 경우의 예시도.

도 6 - 종래기술에 있어서 오일이 피스톤측에 위치되고 도어가 상방으로 열리는 경우의 예시도.

도 7 - 본 발명의 일 실시예에 따른 자석식 가스 스프링의 개략도.

도 8 - 본 발명에 의한 자석식 가스 스프링에서의 스트로크와 반력과의 관계를 나타낸 도.

도 9 - 종래기술에 의한 가스 스프링에서의 스트로크와 반력과의 관계를 나타낸 도.

〈도면에 사용된 주요부호에 대한 설명〉

100 : 튜브 150 : 함몰부

200 : 피스톤 210 : 피스톤 로드

220 : 피스톤 스토퍼 250 : 오링

260 : 로드 가이드 300 : 오일실

400 : 고정자성체 500 : 가변자성체

상술한 바와 같은 목적달성을 위한 본 발명은, 일단은 밀폐되어 있고 타단은 개구되며 개구된 단부측에 전주에 걸쳐 동일한 함몰부가 형성되어 있는 튜브와; 상기 튜브에 형성된 함몰부의 내측 돌출부에 접촉 지지되어 고정되며 일정한 한극의 자성을 띠게 되는 고정자성체와; 피스톤의 저부에 결합되어 오링의 이동가능거리를 제한함과 동시에 상기 고정자성체와 동일한 극성을 띠고 상기 피스톤이 좌우로 이동됨에 따라 일체로 이동되어 상기 고정자성체와 근접되면 반발력이 생기도록 하는 가변자성체;를 포함하여 구성되어 상기 피스톤이 신장되는 경우에 동일한 극성을 가지는 대응되는 자성체의 반발력으로 댐핑이 일어나도록 함을 기술적 요지로 하는 자석식 가스 스프링에 관한 것이다.

상기 자석식 가스 스프링을 구성함에 있어서 상기 고정자성체와 가변자성체를 제외한 타 부품요소는 비금속 재질로 제조되도록 함이 바람직하다.

그리고 본 발명에 의한 댐핑력은 자석에 의한 반발력에 의해 형성되나 피스톤의 원활한 운동을 위해 소량의 오일도 주입되어야 하며 적정량의 가스가 주입되도록 하여야 한다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 자석식 가스 스프링에 관해 보다 상세히 설명하고자 한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 구성되는 자석식 가스 스프링의 개략적인 구성도를 나타낸다.

도시된 바와 같이, 본 발명은 튜브(100), 피스톤(200), 피스톤 로드(210), 피스톤 스토퍼(220), 오링(o-ring)(250) , 로드가이드(260), 오일실(300), 고정자성체(400) 및 가변자성체(500)로 구성되어지며 외부와 차단되는 상기 튜브(100)의 내부에는 가스와 미량의 오일이 주입된다.

상기 튜브(100)의 일단은 밀폐되어 있고 타단은 개구되며 개구된 단부측에 전주에 걸쳐 동일한 함몰부(150)가 형성되어 있으며, 도시된 바와 같이 상기 튜브(100)에 내부를 향해 돌출되어 형성된 돌출부에는 엔(N)극 혹은 에스(S)극중 하나의 극성을 띠는 고정자성체(400)가 고정 설치되며 상기 고정자성체(400)에 이어서 오일실(oil seal)(300)과 로드가이드(260)가 설치되어진다. 상기 오일실(oil seal)(300)은 튜브내부와 외부를 차단하여 상기 튜브(100)에 주입된 가스와 오일의 누설을 방지하고 있고 상기 로드 가이드(260)는 피스톤 로드(210)를 지지하는 기능을 하게된다.

상기 피스톤 로드(210)의 단부에는 피스톤(200)과 피스톤 스토퍼(220) 그리고 가변자성체(500)가 결합되어지며, 상기 피스톤(200)에 형성된 절곡단 외주면에는 오링(o-ring)(250)이 삽입되어 있다. 도 7에 도시된 것처럼 상기 피스톤(200)의 좌측단에 상기 가변자성체(500)가 결합되어지며 상기 가변자성체(500)는 상기 고정자성체(400)와 동일한 극성을 가지도록 구성된다.

한편, 상기 가변자성체(500)는 상기 피스톤(200)과 결합됨으로써, 상기 오링(o-ring)(250)의 이동가능영역을 제한하는 기능도 하게된다.

이어서, 본 발명의 일 실시예에 의한 자석식 가스 스프링의 작동원리에 대해 살펴보기로 한다. 상기 자석식 가스 스프링이 압축되어져 있는 상태에서는 상기 고정자성체(400)와 가변자성체(500)는 가장 멀리 떨어진 상태로서 상호간에 반발력이 작용치 않게 되나, 상기 자석식 가스 스프링이 신장되는 경우에 있어서는 서로 동일한 극성을 띠는 상기 고정자성체(400)와 가변자성체(500)는 그 거리가 가까워지게 됨에 따라 점차 반발력이 증가하게 되어 보다 부드럽게 신장되며 충격이 발생치 않게 되는 것이다.

첨부된 도 8은 본 발명에 의한 자석식 가스 스프링에서의 스트로크(stroke)와 반력과의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 9는 종래기술에 의한 가스 스프링에서의 스트로크(stroke)와 반력과의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 도 8과 도 9를 참조하여 종래기술과 본 발명에서의 댐핑작용에 관해 비교 설명하기로 하며 상기 두개의 그래프는 자동차의 트렁크 도어에 설치되어 사용될 때의 경우를 나타내고 있다.

종래기술을 나타낸 도 9를 설명하면, 가스 스프링이 신장하여 오일이 오리피스 홀을 통과하는 시점이 디(D)점이고, 최대로 신장된 시점은 씨(C)점이 되며 상기 디(D)점과 씨(C)점 사이의 구간이 댐핑구간이 되는 것이다. 상기 그래프에 보이는 것과 같이, 종래기술에 의한 가스 스프링에서는 댐핑이 급격하게 이루어지게 되어 감성품질이 나빠지게 된다.

반면에 본 발명에 의한 자석식 가스 스프링에서는 자기장의 반발력이 작용하는 시점이 에이(A)점이 되며, 도어의 자중과 자기장의 반발력이 같아져 도어가 완전오픈된 상태가 되는 시점이 비(B)점이 된다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자석식 가스 스프링에서는 고정자성체와 가변자성체가 가까워짐에 따라 댐핑효과는 점점 커지게 되는 특성이 있다. 따라서, 도어 오픈 속도는 끝단부에서 부드럽게 감속되어 종래기술에서 발생되었던 도어 흔들림이나 감성품질 저하등이 문제점을 해결할 수 있게되는 것이다.

한편, 상기 고정자성체(400)를 영구자석이 아닌 전자석으로 구성함으로써 가스 스프링이 신장될 시 댐핑이 요구되는 특정시점에서만 자성을 띠게 하도록 구성할 수도 있다.

그리고 상기 고정자성체(400)와 가변자성체(500)를 제외한 타 부품요소는 상기 고정자성체(400) 및 가변자성체(500)에 영향이 없도록 비금속재질로 제작하여 사용함이 좋다.

상술한 바와 같은, 본 발명에 의한 자석식 가스 스프링은 고온이나 저온지역에서도 일정한 댐핑효과를 얻을 수 있어 안정성이 뛰어난 제품을 제공할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 의한 자석식 가스 스프링의 사용으로 소비자에게 보다 우수한 제품을 제공함으로써 소비자 만족도를 향상시킬 수 있게 되는 효과도 또한 있다.

Claims (2)

1. 가스 스프링에 있어서,

   일단은 밀폐되어 있고 타단은 개구되며 개구된 단부측에 전주에 걸쳐 동일한 함몰부가 형성되어 있는 튜브와;

   상기 튜브에 형성된 함몰부의 내측 돌출부에 접촉 지지되어 고정되며 자성을 띠게 되는 고정자성체와;

   피스톤의 저부에 결합되어 오링의 이동가능거리를 제한함과 동시에 상기 고정자성체와 동일한 극성을 띠고 상기 피스톤이 좌우로 이동됨에 따라 일체로 이동되어 상기 고정자성체와 근접되면 반발력이 생기도록 하는 가변자성체;를 포함하여 구성되어 상기 피스톤이 신장되는 경우에 동일한 극성을 가지는 대응되는 자성체의 반발력으로 댐핑이 일어나는 자석식 가스 스프링.
2. 제 1항에 있어서 상기 자석식 가스 스프링은,

   상기 고정자성체와 가변자성체를 제외한 타 요소가 비금속인 것을 특징으로 하는 자석식 가스 스프링.