KR20030077767A

KR20030077767A - 롤러 펌프

Info

Publication number: KR20030077767A
Application number: KR1020020016643A
Authority: KR
Inventors: 김원봉
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2003-10-04
Also published as: KR100460668B1

Abstract

본 발명은, 펌프 본체에 내장된 타원형의 내면을 가진 캠링속에서 모터축에 연결된 로터가 회전하면서 캠링의 내면 및 로터 외주면으로 둘러싸인 공간의 움직임을 증감시켜 펌프동작을 이루는 고압펌프에서, 상기 로터는 그 원주방향을 따라 일정 등 간격으로 이격되어 형성되는 복수개의 슬로트들을 형성하고, 상기 슬로트 곡선의 양단부에서 로터 중심으로 연장되는 가이드를 형성하며; 상기 슬로트내에는 각각 회전가능하도록 정렬되는 다수개의 롤러를 구비하고; 상기 캠링은 평형형 구조를 갖추어 상기 로터와 롤러를 타원으로 감싸도록 배치되는 한편; 상기 롤러들은 그 외주면이 상기 로터의 회전에 따라서 그 원심력으로 상기 슬로트로 부터 비출하여 상기 캠링의 타원형 내면을 따라서 자전하면서 회전하여 상기 캠링의 내면 및 로터 외주면으로 둘러싸인 공간의 크기를 증감시켜 펌프동작을 이루도록 구성되는 롤러펌프를 제공한다.

Description

롤러 펌프{Roller Pump}

본 발명은 유체를 가압하는 유압펌프에 관한 것으로, 특히 베인펌프 방식에서 베인 대용으로 롤러을 이용하여 롤러와 캠링간의 선 접촉 구름마찰력으로 캠링의 내면 마모와 접촉 저항을 감소하면서 유압의 누설을 최소화하는 고압 롤러 펌프에 관한 것이다.

일반적으로 종래의 베인펌프(200)는 첨부도면 제12도에 상세히 예시된 바와 같이, 펌프본체(201), 펌프 축(203a), 로터(203), 베인(204), 캠링(202) 및 베어링(미도시)등으로 구성되어 있으며, 타원형의 내면을 가진 캠링(202)속에서 로터(203)가 회전하면 베인(204)과 캠링(202) 내면 및 로터(203) 외주면으로 둘러싸인 공간의 움직임이 증감하여 펌프작용을 한다.

상기 로터(203)는 펌프축(203a)에 고정되어 회전 구동되며, 로터(203) 외주에는 원주방향을 따라 일정 등간격으로 이격 배열되는 복수개의 슬로트(203b)가 형성된다. 슬로트(203b)내에는 복수개의 베인(204)이 삽입되어 방사상의 형태로 정렬되며, 베인(204)의 선단부는 로터(203) 회전 시, 캠링(202)의 내면과 접촉하게 된다.

상기 캠링(202)의 양단 개구부 위치에는 각 개구부를 폐쇄하도록 도시하지 않은 흡입측판과 토출측판이 밀착된다.

상기 로터(203)가 회전하게 되면, 로터(203)의 각 슬로트(203b)에 삽입된 베인(204)이 원심력에 의하여 방사상으로 비출하게 됨으로써, 베인(204)의 선단이 캠링(202)의 타원형 내면에 밀어 붙여진 상태로 회전하게 된다. 이와 같이 캠링(202) 내면과 2개의 인접한 베인(204)으로 둘러 싸인 로터(203) 원주 방향의 체적은 로터(203)의 회전에 따라서 변화한다.

즉, 체적이 증가할 때는 흡입창(206)을 통하여 유체를 흡입하고 체적변화가 감소할 때는 토출창(205)을 통하여 유체를 토출하는 작용을 연속적으로 하여 유체를 토출한다.

이때, 베인(204)이 로터(203)의 슬로트(203b)을 통하여 캠링(202) 내벽으로 고속 진퇴 운동을 하게 되는데, 이러한 경우 베인(204)이 슬로트(203b) 내벽면과 면 접촉 관계가 이루어지므로 오일점성에 의한 접촉저항력이 증가하여 로터(203)의 저속회전 구간(500rpm)에서는 베인(204)의 원심력 불충분에 따른 베인(204)의 불확실한 비출(飛出) 문제가 발생되어 베인펌프의 최저 회전속도가 대략 500rpm 이상으로 정해지는 문제가 있으며, 또한 상기 베인(204)의 면 접촉에 따른 접촉저항 증가로 발열현상 및 동력손실이 일어나게 된다.

또한, 슬로트 (203b) 내면과 베인(204) 사이에 이물질의 침입 시, 슬로트(203b) 내 베인(204)의 반복적 진퇴작용에 따라서 슬로트(203b) 벽면과 베인(204)에 치명적인 긁힌 결함을 지속적으로 야기시키는 이물질의 이차적 영향에 매우 민감한 문제점을 갖고 있었다.

그리고, 종래의 베인펌프(200)는 베인(204)의 선단부가 항상 캠링(202)의 내면과 압상된 채 미끄럼 마찰접촉을 함으로써, 베인(204) 선단부와 캠링(202)의 내면에 심한 마모가 이루어져 베인펌프(200)의 수명을 저하시키는 문제가 있다.

통상적으로, 종래의 베인펌프(200)는 첨부도면 제12도의 예시와 같이, 베인(204)이 캠링(202) 내면에 잘 밀착되도록 토출압을 측판에 형성된 베인 토출 배압유로(207) 및 흡입 배압유로(208)를 통하여 베인(204) 저부에 작용시켜 토출압으로 베인(204)을 캠링(202) 내면에 강하게 밀착시킴으로써 베인(204)의 선단부와 캠링(202) 내면간의 누설을 방지하고, 베인(204)의 선단부가 캠링(202)으로부터 이격되는 현상을 방지하고 있다.

따라서, 펌프의 흡입구간에서 상기 흡입 배압유로(208)를 통하여 공급되는 토출유압이 슬로트(203b) 벽면과 베인(204)과의 미세한 틈새로 누설됨과 아울러 로터(203)의 중심부를 향하여 로터(203)와 측판간의 미세한 틈새로 틈새량의 3제곱(multiplication)으로 누설되어 펌프 성능의 저하 문제가 되고 있었다.

그리고, 종래의 베인펌프(200)는 측판에 형성된 토출 배압유로(207)와 흡입 배압유로(208)가 오리피스(209)에 의하여 연통관계로 이루어져 있다.

따라서, 이 오리피스(209)를 통하여 펌프의 흡입구간에서 베인(204) 비출에 따른 베인(204) 저부 공간의 체적 증가변화만큼 토출유압으로 충진하게 되면, 펌프의 토출 구간에서 다시 베인(204) 퇴출(退出)에 따른 베인 저부 공간의 체적 감소변화만큼 유체를 가압하는 작용이 이루어지는 일련의 과정이 반복적으로 이루어 지게 된다.

그러므로, 베인펌프의 배제용적에 있어서, 베인(204)의 폭과, 두께, 진퇴량에 해당하는 용적을 차감하는 베인펌프 배제용적을 저하시키는 문제점이 되고 있었다.

따라서, 본 발명은 이와 같은 베인펌프의 상기한 여러 문제점을 해결하고자 안출한 것으로서, 베인방식의 로터에 "U" 형 슬로트를 방사상으로 복수개 형성하여 롤러를 삽입시켜 "U"형 슬로트 내벽과 롤러 사이에 선 접촉과 구름마찰을 이용하여 접촉저항을 감소시킴과 아울러 롤러가 선 접촉 자전함에 따라서, 그 접촉면에 이물질이 끼어서 이들 접촉면을 손상시키는 등의 이물질의 이차적 영향을 억제하는 롤러 펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명은 캠링 내면과 롤러의 선 접촉 자전을 유도한 구름마찰 방식에 따른 캠링의 심각한 마모 문제를 완화 하여 내구성을 크게 향상시킨 롤러 펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 로터 "U"형 슬로트 저부에서 유체를 흡입하고 가압하는 펌프작용을 유발시켜 토출유압을 추가적으로 생산하여 배제용적을 증가시키는 롤러 펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 흡입구역과 토출구역의 경계 구역에서 토출유압의 누설을 최소화하여 유압펌프의 성능을 향상시킴과 아울러 최적의 성능을 발휘하는 고압 유압펌프로서 사용가능한 롤러 펌프를 제공함에 그 목적이 있다.

제 1도는 본 발명에 따른 롤러 펌프의 종단면도;

제2도는 제1도의 A - A'선상에 취한 본 발명 롤러 펌프의 횡단면도;

제3도는 제1도에 예시되는 롤러 펌프 로터의 사시도;

제4도는 제3도의 로터의 중요부 ⓐ를 예시한 일부 측면도;

제5도는 제3도의 로터의 중요부 ⓐ를 예시한 일부 단면도;

제6도는 제1도의 C - C' 선상에서 절취한 토출측판을 예시한 단면도;

제7도는 제1도의 B - B' 선상에서 취한 흡입측판을 예시한 단면도;

제8도는 제6도의 요부 ⓑ의 관계를 예시한 상세도;

제9도는 본 발명의 경계 구역에 있어서 롤러에 작용하는 유체관계를 예시한 설명도;

제10도는 본 발명에 갖춰진 롤러와 캠링 사이에 형성되는 관계를 예시한 설명도;

제11도는 제1도의 로터에 삽입되는 롤러의 사시도;

제12도는 종래의 베인펌프를 예시한 횡단면도이다.

<도면의 주요 부호에 대한 부호 설명>

1 : 롤러 펌프 10 : 펌프본체

11 : 흡입방 12 : 고정핀

13 : 본체커버 14 : 토출구

15 : 토출방 16 : 오일실 링

17 : 흡입구 18, 19 : 베어링

20 : 흡입측판 21 : 흡입창

22 : 흡입 배압창 23 : 토출홈

24 : 토출 배압홈 30 : 토출측판

31 : 흡입홈 32 : 흡입 배압홈

33 : 토출창 34 : 토출 배압창

40 : 로터 42 : 샤프트

50 : U형 슬로트 60 : 롤러

70 : 캠링 80 : 고정볼트

200 : 베인펌프 202 : 캠링

203 : 로터 204 : 베인

205 : 흡입창 206 : 토출창

207 : 흡입 배압유로 208 : 토출 배압유로

209 : 연통로

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 펌프 본체에 내장된 타원형의 내면을 가진 캠링속에서 모터축에 연결된 로터가 회전하면서 캠링의 내면 및 로터 외주면으로 둘러싸인 공간의 움직임을 증감시켜 펌프동작을 이루는 고압펌프에 있어서,

상기 로터는 그 원주방향을 따라 일정 등 간격으로 이격되어 형성되는 복수개의 슬로트들을 형성하고, 상기 슬로트 곡선의 양단부에서 로터 중심으로 연장되는 가이드를 형성하며;

상기 슬로트내에는 각각 회전가능하도록 정렬되는 다수개의 롤러를 구비하고;

상기 캠링은 평형형 구조를 갖추어 상기 로터와 롤러를 타원으로 감싸도록 배치되는 한편;

상기 롤러들은 그 외주면이 상기 로터의 회전에 따라서 그 원심력으로 상기 슬로트로 부터 비출하여 상기 캠링의 타원형 내면을 따라서 자전하면서 회전하여 상기 캠링의 내면 및 로터 외주면으로 둘러싸인 공간의 크기를 증감시켜 펌프동작을 이루도록 구성됨을 특징으로 하는 롤러펌프를 마련함에 의한다.

이하, 첨부도면에 의거 롤러 펌프의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 따른 롤러 펌프(1)는 제 1도 및 제 2도에 상세히 예시된 바와 같이 로터(40)의 원주방향을 따라 일정 등 간격으로 이격되어 형성되는 복수개의 "U"형 슬로트(50)를 구비한다.

그리고, 상기 "U"형 슬로트(50)내 삽입되어 방사상 형태로 정렬되는 복수개의 롤러(60)를 구비하며, 상기 로터(40)와 롤러(60)를 타원으로 감싸는 평형형 캠링(70)을 갖는다.

또한, 상기 캠링(70)은 그 양단 개구부를 폐쇄하는 흡입측판(20)과 토출측판(30)이 밀착 배치되어 있는데, 상기 흡입측판(20)은 베어링(19)을 장착하고, 원호상으로 흡입창(21)과 흡입 배압창(22), 토출홈(23)과 토출 배압홈(24)이 각각 평형 대각 구조로 형성되어 있다.

그리고, 토출측판(30)도 그 중심부에 샤프트(42)가 관통하도록 구성되며 원호상으로 토출창(33)과 토출 배압창(34), 흡입홈(31), 흡입 배압홈(32)이 각각 평형 대각구조로 형성되는 것이다. 또한 펌프 본체(10)는 상기 흡입측판(20)과 캠링(70), 토출측판(30)의 외경을 동심원상으로 순차적으로 감싸며, 상기 흡입측판(20)이 밀착될 수 있는 단차지는 돌출부(10a)에 의해 형성된 흡입방(11)과 유체 유입구(17)를 형성한다.

그리고, 본체커버(13)는 만곡지게 형성된 토출방(15) 및 토출구(14), 베어링(18) 및 오일실 링(16)을 장착하고, 상기 토출측판(30)의 외측을 밀착시키면서 토출측판(30)을 가동측판 구조로 하여 상기 펌프 본체(10)와 볼트(80) 등과 같은 수단으로 결합되도록 하고, 상기 샤프트(42)는 본체커버(13) 및 상기 흡입측판(20)에 장착되는 베어링(18),(19)에 의하여 지지 되어 상기 로터(40)를 구동하는 기능을 갖는 것이다.

미 설명부호 (12)는 고정핀으로 상기의 흡입측판(20)과, 캠링(70), 토출측판(30)을 상호 결합시켜 캠링(70)의 회전을 방지하는 역할을 한다.

첨부도면 제3도, 제4도, 제5도는 본 발명의 롤러 펌프(1)에 갖춰진 로터(40)를 상세하게 예시한 것으로, 로터(40)의 중심에는 샤프트(42)가 조합될 수 있도록 동심원상의 회전구(41)에 키홈(41a) 또는 도시하지 않은 스플라인(spline) 구조가 형성되며, 로터(40)의 원주방향으로 롤러 압상 기구인 "U"형 슬로트(50)가 일정 등 간격으로 이격되어 복수개 형성되어 있다.

그리고, 첨부도면 제4도의 예시와 같이 "U"형 슬로트(50)에 삽입되는 롤러(60) 직경의 1.1 ~ 1.5배 가량으로 "U"형 슬로트(50)의 깊이가 로터(40)의 중심부를 향하여 형성되고, "U"형 슬로트(50) 양단부 곡선부에는 로터(40) 중심을 향하여 상기 "U"형 슬로트(50) 깊이보다 연장되는 또 다른 "U" 형 가이드(51)(52)가 로터(40) 원주에서부터 롤러 직경의 1.3~ 2배 깊이로 각각 형성된다.

첨부도면 제5도는 로터(40)의 "U"형 슬로트(50) 일부 단면도를 예시한 것으로, "U"형 슬로트 양단부에 일정 깊이로 상기 로터(40) 중심을 향하여 "U" 형 곡선이 연장되는 2개의 "U"형 가이드(51),(52)를 예시하고 있다.

일반적으로 롤러(60)의 직경은 종래의 베인 두께보다 크므로 베인펌프 방식의 슬로트처럼 길게 할 경우, 로터(40)의 중심부근에 인접할수록 슬로트와 슬로트의 이웃 하는 이격 거리가 좁아 압력의 고압화에 의해서 슬로트의 강도가 저하되는 문제가 야기된다.

그러므로, 본 발명의 롤러 펌프(1)의 경우, 슬로트의 형상을 "U" 형으로 하여 "U" 형 슬로트(50)의 직선거리(M)를 최소화하는 것이, 이웃하는 또 다른 "U" 형 슬로트(50)와의 직선부 이격거리를 크게 할 수 있어, 슬로트(50)의 강도 확보면에서 바람직하다.

상기 로터(40)의 "U" 형 슬로트(50) 저부 깊이는 원주에서 중심부로 상기 롤러 직경의 1.1 ~ 1.5배가 확보되는데, 이는 첨부도면 제4도의 예시와 같이 롤러(60) 삽입에 따른 롤러(60) 상부와 로터(40) 원주면이 일치할 때, 롤러(60) 저부와 "U"형 슬로트(50) 저부 사이에 일정공간(Z)을 확보하여 롤러(60)의 저부에 토출유압의 배압 작용 시 토출유압의 도입을 원활하게 한 것이다.

상기 "U" 형 슬로트(50) 저부의 곡선부 양단부에서 로터(40) 중심으로 연장된 "U"형 가이드부(51),(52)는 첨부도면 9도에 상세하게 예시된 바와 같이, 토출배압창(34)을 충분히 지나면서 토출유압을 "U" 형 슬로트(50)내 롤러(60) 저부에 원활하게 도입하여 롤러(60)의 배압작용을 원활하게 하고, 또한 흡입 배압홈(32)을 지나면서 오일을 충분히 흡입하는 가이드 기능을 하게 된다.

첨부도면 제6도는 제 1도의 C~C선상에서 취한 롤러 펌프(1)의 토출측판(30)을 예시한 것으로, 토출측판(30)의 중심에는 샤프트가 관통되는 관통구(38)가 천공되며, 토출측판(30)의 외곽 방향으로 원호상의 토출창(33),(33a)이 평형형 구조로 대칭되게 천공 형성되고, 상기 토출창(33),(33a)에 이웃하는 흡입홈(31),(31a)이 원호상으로 평형형의 대칭적 구조로 첨부도면 제1도에 예시되는 흡입홈(31)과 같이 일정 깊이로 만곡되게 형성된다.

상기 토출측판(30)의 토출창(33),(33a) 내측으로 토출 배압창(34),(34a)이 원호상으로 평형형의 대칭적 구조로 첨부도면 제1도에 예시되는 토출 배압창(34)과 같이 천공되며, 상기 토출 배압창(34),(34a)의 양 단부에는 면적이 점진적으로 감소되는 노치부(35)가 형성되고, 또한 토출 배압창(34),(34a)의 내측으로는 일정간격으로 요홈(37)이 미세하게 형성되어 첨부도면 제8도의 예시와 같이 로터(40)와 측판(30)사이에 상기 요홈(37)에 의한 유압 도입 작용으로 로터(40)와 측판(30)사이에 유막 형성이 이루어짐으로써 상기 로터(40)와 측판(30)간의 직접적 접촉이 방지된다.

그리고, 상기 토출측판(30)의 흡입홈(31),(31a) 내측으로 흡입 배압홈(32),(32a)이 원호상으로 평형형의 대칭적 구조로 첨부도면 제1도에 예시되는 흡입 배압홈(32)과같이 일정 깊이로 만곡되게 형성된다.

미 설명부호 36은 고정핀이 결합되는 홈이다.

한편, 첨부도면 제7도는 제 1도의 B~B선상에서 취한 롤러 펌프(1)의 흡입측판(20)을 예시한 것으로, 흡입측판(20)의 중심에는 베어링을 장착하는 베어링홈(28)이 형성되며, 흡입측판(20)의 외곽 방향으로 원호상의 흡입창(21),(21a)이 평형형 구조로 대칭되게 천공 형성되고, 상기 흡입창(21),(21a)에 이웃하는 토출홈(23),(23a)이 원호상으로 평형형의 대칭적 구조로 첨부도면 제1도에 예시되는 토출홈((23)과 같이 일정 깊이로 만곡되게 형성된다.`

상기 흡입측판(20)의 토출홈(23),(23a) 내측으로는 배압 토출홈(24),(24a)이 원호상으로 평형형의 대칭적 구조로 첨부도면 제1도에 예시되는 토출 배압홈(24)과 같이 일정 깊이로 만곡되게 형성되며, 상기 토출 배압홈(24),(24a)의 내측으로는 일정간격으로 요홈(27)이 미세하게 형성되어 첨부도면 제8도의 예시와 같이 로터(40)와 측판(20)사이에 상기 요홈(27)에 의한 유압 도입 작용으로 로터(40)와 측판(20)사이에 유막 형성이 이루어지고, 그에 따라서 상기 로터(40)와 측판(20)간의 직접적인 접촉이 방지된다.

또한, 상기 흡입측판(20)의 흡입창(21),(21a) 내측으로 흡입 배압창(22),(22a)이 원호상으로 평형형의 대칭적 구조로 첨부도면 제1도에 예시되는 흡입 배압창(22)과 같이 연통되게 천공 형성된다.

미 설명부호 부호 (26)은 고정핀이 결합되는 홈이다.

그리고, 본 발명은 상기 흡입측판(20)과 토출측판(30)이 캠링(70)을 사이에 두고마주보면서 배치되며, 상기 토출측판(30)에 형성된 토출창(33),(33a)과 흡입측판(20)에 형성된 토출홈(23),(23a)은 동일한 구조이고, 상기 토출측판(30)에 형성된 토출 배압창(34),(34a)과 흡입측판(20)에 형성된 토출 배압홈(24),(24a)은 서로 동일한 구조이다.

그리고 토출측판(30)에 형성된 흡입홈(31),(31a)과 흡입측판(20)에 형성된 흡입창(21),(21a)은 동일한 구조이고, 토출측판(30)에 형성된 흡입 배압홈(32),(32a)과 흡입측판(20)에 형성된 흡입 배압창(22),(22a)은 동일한 구조이다.

또한, 첨부도면 제 9도는 본 발명에 따른 롤러 펌프(1)의 저압과 고압의 경계 구역간에서, 토출창(33)과 흡입홈(31)의 선단부 위치와, 토출 배압창(34)과 흡입 배압홈(32)의 선단부 위치에 따른 롤러(60)의 비출 압상력의 역학 관계를 예시한 설명도이다. 제9도에서, 상기 로터(40)는 "U"형 슬로트(50)의 양벽면 중심선이 타원형의 캠링(70) 저압과 고압측의 경계 구역 정점 C에 위치하게 될 때, 토출 구역(C~B)으로 토출창(33)의 선단부에 의해 유압의 토출이 이루어지도록 상기 토출창(33)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(50)와 이웃하는 또 다른 "U"형 슬로트(50b) 양벽면 중심선(B)으로 부터 경계구역의 정점 C점으로 첨부도면 제10도에 예시되는 롤러(60) 반지름(R)의 0.3~0.6R 가량 이격되게 토출창(33)의 선단부가 구성된다.

또한, 상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치할 때, 흡입구역(C~A)으로 흡입홈(31)의 선단부에 의해 오일의 흡입이 충분히 이루어지도록 상기 흡입홈(31)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(50)의 또 다른 이웃 하는 "U"형 슬로트(50a) 양벽면 중심선(A)으로 부터 경계구역의 정점 C점으로 첨부도면 제10도에 예시되는 롤러 반지름(R)의 0.5 ~ 1.5R 가량 이격되게 흡입홈(31)의 선단부가 구성된다.

이는 상기 롤러(60)가 캠링(70)의 흡입구역(C~A)에서 상기 경계구역의 정점 C점에 도달하기까지 용적 확대가 이루어지면서 오일을 충분히 흡입하는 구조를 취한 것이다.

상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치할 때, 토출 구역(C~B)으로 토출 배압창(34) 선단부에 의해 유압의 토출이 이루어지도록 상기 토출 배압창(34)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(50)의 "U" 형 가이드부(51) 일측 벽면과 최소 틈새로 일치됨과 아울러 상기 토출 배압창(34)의 선단부에서 면적이 점차적으로 감소하는 노치부(35)가 첨부도면 제10도의 예시와 같이 롤러(60)의 반지름(R)의 0.5 ~ 1.7R 가량 흡입구역(C~A)으로 연장된다.

그리고, 상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치할 때, 흡입구역(C~A)으로 흡입 배압홈(32)의 선단부에 의해 오일의 흡입이 최소의 시간으로 차단 또는 불통(不通)되도록 상기 흡입 배압홈(32)의 선단부가 상기 "U"형 슬로트(50)의 "U"형 가이드부(51) 타측 벽면과 최소의 틈새로 이격되는 흡입 배압홈(32))의 구조를 갖는다.

그러므로, 첨부도면 제9도의 예시와 같이 캠링(70)의 내면과 밀착되는 롤러(60)의 선 접촉이 경계구역인 정점 C점에 도달하기 전인 E점에서 이루어질 때, 상기 토출 배압창(34)의 노치부(35)와 "U"형 슬로트(50)의 "U" 형 가이드(51)와 연통관계가 이루어지고, 또한 "U"형 슬로트(50)의 "U"형 가이드(51) 타측 벽면과 흡입배압홈(32)이 미세한 틈새의 연통관계로 이루어진다.

이때, 상기 롤러(60)는 경계구역의 정점 C점에 도달하기 까지 캠링(70) 내면으로 비출하면서 체적이 증가하는 흡입현상이 이루어지는데 상기의 토출 배압창(34)의 노치부(35)에서 토출되는 토출유압이 "U"형 슬로트(50)의 저부에 도입되어 롤러(60)를 캠링(70) 내면으로 강하게 비출시키고, 극 소량의 토출유압은 상기한 "U"형 슬로트(50)의 "U"형 가이드(51)와 흡입 배압홈(32)의 미세한 틈새의 연통관계 조건으로 흡입 배압홈(32)으로 누설된다.

상기 롤러(60)가 경계구역의 정점 C점에 도달하기 까지 흡입홈(31)의 선단부 이격거리가 충분히 확보되므로, 첨부도면 제10도에 예시되는 점 G-O-K의 면적으로 유체를 충분히 흡입하게 된다.

상기 롤러가 경계구역의 정점 C점에 도달하기 전인 E점에 도달되면 상기의 토출구역(B~C)으로 위치한 또 다른 "U"형 슬로트(50b) 내 삽입된 롤러 정점과 상기 토출창(33)의 선단부가 일치되어 토출유압이 불통되는데, 이때 경계구역에 위치한 롤러(60)는 캠링(70) 내면의 정점 E점에서 경계구역 C점으로 도달하면서 체적 증가의 흡입작용을 하고, 또한 토출구역(B~C)에 위치한 롤러는 캠링(70)의 내면 정점 B점에 도달하기 까지 체적 감소의 토출작용을 하게 됨으로 상기의 체적 증가와 체적 감소의 상쇄작용이 이루어져 상기 토출구역(B~C)으로 유압의 토출작용이 이루어지지 않게 된다.

그리고, 상기 로터(40)의 회전으로 캠링(70)의 내면으로 비출 압상되는 상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점(C)에 위치하게 되면, "U"형 슬로트(50) 내측으로토출 배압창(34)의 노치부(35)에 의한 유압 작용이 이루어져 롤러(60))가 F 라는 작용력으로 상기 캠링(70)의 내면으로 비출 밀착되어 롤러(60)원주면과 캠링(70) 내면간의 유압의 누설을 차단시키고, 또한 상기 롤러(60)가 토출창(33)과 흡입홈(31)의 상기 연통조건에 의하여 토출구역(C~B)의 유압 작용으로 롤러(60)가 F 라는 작용력으로 상기 "U"형 슬로트(50)의 일벽면으로 밀착되어 "U"형 슬로트(50) 내측에서 흡입 경계구역(C~A)으로의 유압 누설이 차단된다.

상기 롤러(60)가 상기 경계구역의 정점 C점에 위치할 때, 또 다른 "U"형 슬로트(50b) 내의 롤러와 토출창(33) 사이에는 첨부도면 제10도의 예시처럼 또 다른 "U"형 슬로트(50b)의 벽면 중심선 B와 정점 C점으로 Lb(0.3 ~ 0.6R)의 거리로 이격되는 점 S-O-P의 토출 면적이 형성된다.

그러므로 상기 로터(40)가 시계방향으로 회전되어 롤러(60)가 경계 구역의 정점 C점에서 토출구역(C~B)으로 이동하게 되면 토출 구역의 체적 감소작용에 따라서 유압이 발생되고, 이 유압의 토출이 상기 토출창(33)의 선단부 조건에 따라서 원활하게 토출 되는데, 만약 상기 Lb의 이격 거리가 0.3R 미만으로 되면 상기 점 S-O-P의 토출 면적이 크게 작아지므로 롤러(60)가 정점 C점에서 토출구역(C~B)으로 이동하면서 발생하는 유압의 토출작용이 원활하게 이루어지지 않게 되어 경계 구역에서 이상 과압이 발생하게 된다.

또한, 만약 상기 Lb의 이격 거리가 상술한 노치부(35)의 거리 0.6R 이상이라면, 상기 점 S-0-P의 토출 면적이 상술한 노치부(35)의 면적보다 크게 되므로 롤러(60)가 흡입구역(C~A)에서 정점 C점에 도달하기 전에 상기 토출창(33)의 선단부 조건에 의하여 토출창(33)에 이미 발생되었던 토출유압이 롤러(60)에 작용하므로 롤러(60)가 캠링(70) 내벽에서 이격되어 "U"형 슬로트(50)내로 퇴출함에 따른 토출구역(C~B)의 토출유압이 흡입구역(C~A)으로 토출하는 성능 저하의 문제점이 발생된다.

그리고, 또한 롤러(60)가 경계 구역 정점 C점에서 강하게 캠링(70)의 내벽에 비출 충돌하는 문제가 발생하게 된다.

한편, 상기 롤러(60)가 상기 흡입구역(C~A)에서 경계구역 정점 C점에 도달하게 되면 흡입홈(31)의 선단부와 또 다른 "U"형 슬로트(50a) 내의 롤러(60) 중심선 간에는 충분한 이격거리(Lc)에 따른 점 G-O-K의 흡입면적이 확보되므로, 상기 롤러(60)가 흡입구역(C~A)에서 정점 C점에 도달하는 체적 증가작용으로 유체를 충분히 흡입할 수 있게 된다.

만약, 상기한 이격거리(Lc)가 0.5R 미만이어서 충분치 못하면 흡입면적이 작아지므로 상기 흡입구역(C~A)의 체적 증가시, 유체에 혼입된 공기가 분리되는 캐비테인션(cavitation) 문제와 펌프 성능을 저하시키는 문제가 발생하게 된다.

그리고, 롤러(60)가 상기 경계 구역의 정점 C점에 도달하게 되면 "U"형 슬로트(50)의 "U"형 가이드부(51)와 흡입 배압홈(32)이 최소의 틈새로 불통관계가 이루어지며, 상기 토출 배압창(34)의 선단부에서 노치(35)가 상기 흡입 배압홈(32)을 향하여 La(0.5~1.7R) 거리 만큼 형성되므로 상기 토출 배압창(34)과 흡입 배압홈이 상기 노치(35)에 의하여 적당한 시간으로 연통관계가 이루어진다.

그러므로, 상기 롤러(60)가 흡입구역(C~A)에서 정점 C점에 도달하면서 캠링(70) 내면으로 비출하는 롤러(60)에 의하여 "U"형 슬로트(50) 저부 내측과 롤러(60) 저부사이에 발생하는 체적증가에 따른 유체의 흡입작용이 상기 토출 배압창(34)의 토출유압으로 이루어진다.

상기 토출 배압창(34)에 형성된 노치(35)의 크기(La)가 상기한 토출창(33)의 선단부 이격거리(Lb)보다 작거나 같으면 롤러(60)가 정점 C점에 도달할 시, 상술한 바와 같이 롤러(60)가 캠링(70) 내면으로부터 이탈하는 문제가 발생되고, 또한 상기 노치(35)의 크기(La)가 1.7R 이상으로 지나치게 클 경우, 상기 노치(35)에 의한 토출 배압창(34)과 흡입 배압홈(32)의 연통 시간이 길어지므로 토출 배압창(34)의 토출유압이 흡입 배압홈(32)으로 다량 토출되는 롤러 펌프(1)의 성능 저하 문제가 발생된다.

상기와 같이 구성된 본 발명은, 첨부도면 제2도에 예시되는 바와 같이 평형형 구조를 갖춤으로서, 본 발명의 롤러 펌프(1)는 로터(40)가 시계방향으로 회전되면 제3유압실(③)의 캠링(70) 내면이 우측에서 좌측으로 확장하게 되므로 "U"형 슬로트(50) 내에 삽입된 롤러(60)가 상기 로터(40)의 회전력에 의한 원심력으로 캠링(70) 내면으로 비출하여 이웃하는 또 다른 "U"형 슬로트(50)내의 비출하는 롤러(60)와 롤러(60)사이의 캠링(70)내면과 로터(40)외주면으로 용적이 증가되는 흡입펌프 작용이 이루어져 흡입홈(31) 또는 제7도에 예시되는 흡입창(21)을 통하여 유체를 흡입하게 된다. 그리고, 아울러서 상기 롤러(60)가 캠링(70)으로 비출하면서 "U"형 슬로트(50) 저부와 롤러(60) 사이에서 용적이 확장되는 펌프작용이 동시에 이루어지므로 흡입 배압홈(32), 또는 제7도에 예시되는 흡입 배압창(22)을 통하여 "U"형 슬로트(50) 저부로 유체를 흡입하게 된다.

상기와 같이 로터(40)의 시계방향 회전으로 본 발명의 롤러 펌프(1)의 제4유압실(④)에는 캠링(70)의 내면이 좌측에서 우측으로 감소하는 형상을 하고 있으므로, 로터(40)의 원심력으로 롤러(60)는 캠링(70) 내면에 밀착된 채 "U"형 슬로트(50) 내로 퇴출하게 되면서 2곳의 "U"형 슬로트(50) 내 롤러와 롤러 사이에서 캠링(70) 내면과 로터(40) 외주면 간으로 용적이 감소하는 유체 가압 작용의 펌프 작용이 이루어져 토출창(33)을 통하여 유체를 토출하게 됨과 아울러, 상기 롤러(60)가 "U"형 슬로트(50) 내부로 퇴출하면서 롤러(60)와 "U"형 슬로트(50) 저부 사이에 용적이 감소되는 유체 가압작용이 추가적으로 이루어져 토출 배압창(34)을 통하여 유체를 토출하게 된다.

로터(40)가 계속적으로 시계방향으로 회전되면 "U"형 슬로트(50) 내부에 삽입된 롤러(60)는 "U"형 슬로트(50) 내벽면과 선 접촉관계로 이루어져 있으므로 접촉 저항력이 크게 감소되어 로터(40)의 회전에 따른 롤러(60)의 비출 원심력이 크게 되어 로터(40)의 저속 회전 구간에서도 용이하게 롤러(60)가 비출하는 잇점이 있다.

그리고, 또한 롤러(60)가 저압과 고압의 경계구역에서 로터(40)의 회전에 의한 롤러(60)의 비출 원심력과 첨부 도면 제9도의 예시와 같이 토출 배압창(34)의 배압 유압작용력 F에 의하여 캠링(70) 내면에 선 접촉으로 견고히 밀착되면서 로터(40)의 회전 반대방향으로 자전 운동을 하게 되므로 캠링(70) 내면과 롤러(60) 사이에는 롤러(60)의 구름 마찰력이 이루어져 캠링(70)의 내면과 롤러(60)의 원주 마모가 크게 완화된다. 동시에 상기 "U"형 슬로트(50) 내벽면과 상기 롤러(60)가 선 접촉을 하게 되어 롤러(60)의 접촉 저항이 크게 감소되고, 또한 "U"형 슬로트(50) 내벽면에서 롤러(60)의 선 접촉과 자전 운동이 동시에 이루어지므로 롤러(60) 자전에 의한 "U"형 슬로트(50) 벽면과 롤러(60) 사이에 이물질이 끼어서 이들 접촉면을 손상시키는 등의 이물질 영향은 반복적으로 이루어지지 않게 되어 이물질에 대한 이차적 영향이 크게 완화된다.

본 발명은 평형형 구조의 롤러 펌프(1)이므로, 첨부도면 제2도의 제1유압실(①)은 상기한 제3유압실(③)의 흡입작용과 동일한 흡입작용이 이루어지고, 또한 제2유압실(②)은 상기한 제4유압실(④)의 토출작용과 동일한 토출작용이 이루어진다.

그리고, 본 발명의 롤러 펌프(1)는 로터(40)의 회전으로 유체를 흡입하는 작용이 이루어지면 첨부도면 제1도에 도시된 바와 같이, 펌프본체(10)의 흡입구(17) 및 흡입방(11)을 통하여 유체가 흡입측판(20)의 흡입창(21)과 흡입 배압창(22)으로 흡입 이송된다.

그리고, 롤러 펌프(1)의 로터(40) 회전으로 유체를 토출하는 작용이 이루어지면 첨부도면 제1도에 도시되는 토출창(33) 및 토출 배압창(34)을 통하여 본체커버(13)의 토출방(15)과 토출구(14)로 유체가 토출하게 되는데, 여기서 상기 토출측판(30)과 상기 토출방(15) 사이에는 오링 등과 같은 수단에 의하여 토출 유체의 외부누설이 차단되고, 토출방(15)의 토출 유압에 의하여 토출측판(30)이 캠링(70)측으로 가압되는 가동측판구조로 된 것이다.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 롤러 펌프(1)는 로터(40)의 "U"형 슬로트 내 삽입된 롤러와 캠링 내면사이에서 선 접촉과 롤러 자전에 의한 구름 마찰력이 이루어지기 때문에 캠링의 내면과 롤러 외주면사이에서 마모가 크게 완화된다.

그리고, "U"형 슬로트 내면과 롤러 간에 선 접촉에 의한 접촉 저항이 크게 감소되므로 로터(40) 회전에 따른 롤러의 원심력이 크게 되어 저속 회전 구간에서도 롤러 펌프(1)의 펌프 작용이 가능하게 되며, 접촉 저항 감소에 따른 동력 손실과 발열을 감소할 수 있으며, 이물질이 끼어서 이들 접촉면을 손상시키는 등의 이물질에 의한 이차적 영향을 크게 감소 시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 롤러가 "U"형 슬로트 내부로 퇴출하면서 유체를 가압하는 펌프작용이 추가적으로 이루어지므로 펌프의 배제용적 감소가 없으며, 저압과 고압의 경계 구역에서 토출 유압의 누설이 최소화됨으로서 우수한 성능의 고압펌프에 유리하다.

Claims

펌프 본체(10)에 내장된 타원형의 내면을 가진 캠링(70)속에서 모터축에 연결된 로터(40)가 회전하면서 캠링(70)의 내면 및 로터(40) 외주면으로 둘러싸인 공간의 움직임을 증감시켜 펌프동작을 이루는 고압펌프에 있어서,

상기 로터(40)는 그 원주방향을 따라 일정 등 간격으로 이격되어 형성되는 복수개의 슬로트(50)들을 형성하고, 상기 슬로트(50) 곡선의 양단부에서 로터(40) 중심으로 연장되는 가이드를 형성하며;

상기 슬로트(50)내에는 각각 회전가능하도록 정렬되는 다수개의 롤러(60)를 구비하고;

상기 캠링(70)은 평형형 구조를 갖추어 상기 로터(40)와 롤러(60)를 타원으로 감싸도록 배치되는 한편;

상기 롤러(60)들은 그 외주면이 상기 로터(40)의 회전에 따라서 그 원심력으로 상기 슬로트(50)로 부터 비출하여 상기 캠링(70)의 타원형 내면을 따라서 자전하면서 회전하여 상기 캠링(70)의 내면 및 로터(40) 외주면으로 둘러싸인 공간의 크기를 증감시켜 펌프동작을 이루도록 구성됨을 특징으로 하는 롤러 펌프.
제1항에 있어서, 상기 캠링(70)에는 그 양단 개구부를 폐쇄하는 흡입측판(20)과 토출측판(30)이 밀착 배치되고;

상기 흡입측판(20)은 원호상으로 흡입창과 흡입 배압창, 토출홈과 토출 배압홈이평형 대각 구조로 형성되며;

상기 토출측판(30)은 원호상으로 토출창과 토출 배압창, 흡입홈, 흡입 배압홈이 평형 대각구조로 형성되면서 중심부에 샤프트가 관통하도록 구성되는 한편;

상기 흡입측판(20)과 캠링(70), 토출측판(30)의 외경을 동심원상으로 감싸는 펌프 본체(10)가 상기 흡입측판(20)이 밀착될 수 있는 돌출부에 의해 흡입방과 유입구를 형성함을 특징을 갖는 롤러 펌프.
제1항에 있어서, 상기 펌프 본체(10)와 결합되는 본체커버(13)는 만곡지게 요홈으로 형성된 토출방 및 토출구가 형성되고, 베어링 및 오일실 링을 장착하여 상기 토출측판의 외측을 밀착시키면서 토출측판(30)을 가동측판 구조로 하고;

상기 토출측판(30)에 대향한 흡입측판(20)은 상기 본체커버의 베어링에 지지되어 로터(40)를 회전시키는 샤프트등을 포함하여 유체를 흡입하도록 구성됨을 특징을 갖는 롤러 펌프.
제2항에 있어서, 상기 흡입측판(20) 및 토출측판(30)은, 로터(40)의 "U"형 슬로트(50)에 삽입된 롤러(60)가 상기 캠링(70) 내면에 비출되어 토출측과 흡입측의 경계구역 정점에 위치할 때, 토출 구역으로 토출창 및 토출홈 선단부에 의해 유압의 토출이 이루어지고;

상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 흡입구역으로 흡입창 및 흡입홈 선단부에 의해 유체의 흡입이 충분히 이루어지며;

상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 토출 구역으로 토출 배압창 및 토출 배압홈 선단부에 의해 유압의 토출이 최소 틈새로 연통되고;

상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 토출 구역으로 상기 토출 배압창의 선단부에서 점차적으로 면적이 감소하는 노치부에 의하여 상기 토출창 및 토출홈의 유압 토출 시점보다 우선적으로 "U"형 슬로트(50)내로 유압의 토출이 이루어지며; 그리고,

상기 롤러(60)가 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 흡입구역으로 흡입 배압창 및 흡입 배압홈 선단부에 의해 "U" 형 슬로트(50)내로 유체의 흡입이 최소 틈새로 불통되도록 형성되어짐을 특징으로 하는 롤러 펌프.
제 2항에 있어서, 상기 토출측판(30) 및 흡입측판(20)들은, 상기 슬로트(50) 양 벽면의 중심선이 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 토출구역으로 상기 슬로트(50)와 이웃하는 또 다른 슬로트(50) 양벽면 중심선에서 상기 정점을 향하여 롤러(60) 반지름의 0.3~0.6배의 이격거리로 토출창 및 토출홈의 선단부가 형성되고;

상기 슬로트(50) 양 벽면의 중심선이 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 흡입구역으로 상기 슬로트(50)와 이웃하는 또 다른 슬로트(50) 양벽면 중심선에서 상기 정점을 향하여 롤러(60) 반지름의 0.5~1.5배의 이격거리로 흡입창 및 흡입홈의 선단부가 형성되며;

상기 슬로트(50) 양 벽면의 중심선이 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 토출구역으로 토출 배압창 및 토출 배압홈의 선단부가 상기 슬로트(50)의 가이드 일측 벽과최소틈새로 연통되면서, 상기 토출 배압창의 선단부에 흡입구역을 향하여 면적이 점차적으로 감소하는 노치가 상기 롤러(60) 반지름의 0.5~1.7배의 이격거리로 구성되는 한편;

상기 슬로트(50) 양 벽면의 중심선이 상기 경계구역 정점에 위치할 때, 흡입구역으로 흡입 배압창 및 흡입 배압홈의 선단부가 상기 슬로트(50)의 가이드 타측 벽과 최소 틈새로 불통되도록 구성되어 저압과 고압의 경계구역에서 토출 유체의 누설을 감소시켜 성능이 우수한 압력 유체를 토출하는 것을 특징으로 하는 롤러 펌프.
제 5항에 있어서, 상기 토출측판(30)은 토출 배압창 내측에서 토출측판(30) 중심으로 향하는 미세한 요홈이 일정 간격으로 형성되고;

상기 흡입측판(20)은 그 토출 배압홈 내측에서 흡입측판(20) 중심으로 향하는 미세한 요홈이 일정 간격으로 형성되어 상기 로터(40)와의 사이에서 토출 유체가 도입되어 유막 형성에 따른 성능이 우수한 압력 유체를 토출하는 것을 특징으로 하는 롤러 펌프.
제 1항에 있어서, 상기 롤러(60)를 삽입시키는 로터(40)의 슬로트(50) 저면이 상기 로터(40) 원주면으로부터 로터(40) 중심을 향하여 상기 롤러(60) 지름의 1.1~1.5배의 깊이로 형성되어 상기 롤러(60) 저부와 상기 슬로트(50) 저부 사이에 배압 유체가 원활하게 도입되고, 상기 가이드가 로터(40)의 원주로부터 로터 중심을 향하여 상기 롤러(60) 지름의 1.3~2배의 깊이로 형성되어 성능이 우수한 압력유체를 토출하는 것을 특징으로 하는 롤러 펌프.