KR20070098069A - 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부에서 가해지는 진동이나 충격을 감쇠시키는 장치로서 자동차용 현가 시스템을 비롯한 여러 산업분야에서 사용되는 자기 유동성 유체 댐퍼에 적용되어 체적보상 기능을 구비하는 다이어프램에 관한 것으로서, 실린더 튜브와 상기 실린더 튜브의 내부에서 상하로 왕복되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해서 전자기장을 형성하는 피스톤 밸브가 마련되는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램에 있어서 : 내주면과 외주면이 형성되는 환형의 슬라이딩부와 상기 실린더 튜브 내측을 자기 유동성 유체실과 가스실로 구분하기 위하여 상기 슬라이딩부의 내주면 중앙부에 형성되는 격막부를 포함하여 이루어지는 합성고무 재질의 본체 ; 상기 환형의 슬라이딩부 내부에 마련되는 환형 구조체 ;를 포함하여 이루어지는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램에 관한 것을 특징으로 한다.

다이어프램, 본체, 슬라이딩부, 격막부, 환형 구조체, 체적보상부, 걸림부

Description

자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램 {DIAPHRAGM OF DAMPER USING MAGNETO-RHEOLOGICAL FLUID}

도 1은 종래에 기술에 의한 자기 유동성 유체 댐퍼를 나타내는 종단면도,

도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램의 사시도,

도 3은 도 2의 부분 절개 사시도,

도 4는 도 2의 다이어프램이 자기 유동성 유체 댐퍼에 설치된 상태의 종단면도,

도 5는 도 4의 다이어프램의 작동을 나타내는 작동개념도.

＜ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ＞

1 : 자기 유동성 유체 댐퍼 10 : 실린더 튜브

11 : 자기 유동성 유체실 12 : 가스실

13 : 실린더 튜브의 내주면 40 : 피스톤 밸브

100,100' : 다이어프램 200 : 본체

210 : 슬라이딩부 211 : 내주면

212 : 외주면 213 : 삽입홈

220 : 격막부 221 : 체적보상부

300 : 환형 구조체 310 : 걸림부

320 : 환형 구조체의 내주면 400 : 슬라이딩용 링

본 발명은 외부에서 가해지는 진동이나 충격을 감쇠시키는 장치로서 자동차용 현가 시스템을 비롯한 여러 산업분야에서 사용되는 자기 유동성 유체 댐퍼에 적용되어 체적보상 기능을 구비하는 다이어프램에 관한 것이다.

일반적으로 차량용 현가장치에 사용되는 댐퍼는 자동차의 몸체와 차축 사이에 부착되어 자동차 스프링의 인장과 압축 양방향의 운동을 제어함으로서, 주행중 노면에서 받는 진동이나 충격을 흡수하여 차체 또는 화물의 손상을 방지하며 승차감을 향상시켜준다. 즉, 스프링에 발생되는 운동에너지를 흡수하여 열에너지로 바꾸어주는 기능을 함으로서 도로의 접지력, 제동력, 조향력을 향상시키는 한편 바퀴의 마모 감소 및 편안한 승차감을 보장하는 현가장치의 일부이다.

그런데 기존의 수동댐퍼는 고정된 운동제어만 가능하였으나, CDC(Continuous Damping Control)댐퍼를 이용하면 주행 상태에 따라 감쇠력을 조절하여 저속구간에 서의 댐핑제어도 실현 가능하게 된다. 따라서 자동차 성능의 고급화와 고성능화 요구를 충족하기 위한 현가시스템에서는 댐퍼가 공기스프링과 더불어 승차감과 조정 안정성 향상에 결정적인 영향을 미치게 된다.

그러나 현재 반능동 현가장치에 사용되는 기존의 솔레노이드형 가변댐퍼는 소비자들에게 가격대비 성능면에서 만족할만한 승차감을 제공하지 못하고 있으며, 느린 응답특성으로 인해 설계적 관점에서 보면 획기적인 성능개선의 여지가 거의 불가능한 실정이었다.

그리하여 MR유체를 사용한 MR댐퍼가 개발되어 승차감 증대 및 조종안정성의 향상을 기대할 수 있게 되었다.

상기에서 MR유체란 자기 유동성 유체(Magneto Rheological Fluid)로서 광물, 오일 또는 실리콘 오일을 매체로 미크론 크기의 자화 입자를 분산시켜 만든 유체로서, 자기장이 가해지면 점성이 현격하게 변하게 되는 특성을 가지게 된다.

상기의 MR유체를 이용한 댐퍼로서, 본 명세서에 일체화된 미국 특허출원공개공보 US2002/0130003호 "MAGNETORHEOLOGICAL DAMPERS WITH IMPROVED WEAR RESISTANCE"가 제시된 바 있다.

도 1은 상기 종래기술에 따른 MR댐퍼를 보여주는 단면도로서, 도시된 바와 같이 MR댐퍼(1)는 소정 크기의 실린더 튜브(10)와, 상기 실린더 튜브(10)의 내부로 끼워져 설치되는 소정 길이의 중공 로드(20)와, 상기 실린더 튜브(10)의 상부 내측에 결합 되어 상기 중공 로드(20)를 안내하는 로드 가이드(30)와 상기 중공 로드(20)의 하단에 결합 되어 상기 실린더 튜브(10)의 내부에서 상하로 왕복운동함과 아울러 외부에서 인가되는 전원에 의해서 전자기장을 형성하는 피스톤 밸브(40)를 포함하여 구성된다.

또한 상기 실린더 튜브(10) 내에는 피스톤 밸브(40)의 하측으로 다이어프램(100')이 설치된다. 상기 다이어프램(100')에 의해 상측으로는 자기유동성 유체인 MR유체가 채워지는 자기 유동성 유체실(11)이 형성되며, 하측에는 질소가스가 채워지는 가스실(12)로 구분된다. 한편, 다이어프램(100')은 실린더 튜브(10) 내에서 체적보상 작용을 하게 된다.

체적보상이란 차량의 주행시 노면의 상태에 따라 상하방향으로 진동이 발생되며 이에 의해 쇽업소버를 구성하는 중공로드(20) 및 피스톤 밸브(40)가 상하 왕복운동을 하게 되는데, 실린더 튜브(10) 내부에 설치되는 다이어프램(100')의 작용에 의해 피스톤 밸브(40)에 의한 압축력이 상쇄되는 것을 의미한다.

그런데 종래의 다이어프램(100')은 격막을 알루미늄 소재의 금속재로 형성함으로 인해, 유연한 구조를 이루지 못하여 적절한 체적보상이 되지 않는 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여 안출된 것으로서, 다이어프램을 금속재가 아닌 합성고무 재질의 본체로 형성하며, 상기 본체 내부에는 환형 구조체를 마련함으로서 체적보상 기능을 구비하면서도 일정강도를 유지할 수 있는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램을 제공하고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실린더 튜브와 상기 실린더 튜브의 내부에서 상하로 왕복되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해서 전자기장을 형성하는 피스톤 밸브가 마련되는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램에 있어서 : 내주면과 외주면이 형성되는 환형의 슬라이딩부와 상기 실린더 튜브 내측을 자기 유동성 유체실과 가스실로 구분하기 위하여 상기 슬라이딩부의 내주면 중앙부에 형성되는 격막부를 포함하여 이루어지는 합성고무 재질의 본체 ; 상기 환형의 슬라이딩부 내부에 마련되는 환형 구조체 ;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 격막부는 상기 자기 유동성 유체실과 상기 가스실의 압력 차이에 따라 상기 자기 유동성 유체실 또는 상기 가스실을 향하여 볼록하게 형성되는 모자형태의 체적보상부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 격막부가 상기 슬라이딩부에 연결되는 부위에 위치한 상기 환형 구조체의 내주면에 중앙을 향하여 돌출되는 걸림부가 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 슬라이딩부의 외주면에 링 형태의 삽입홈이 형성되며, 상기 링 형태의 삽입홈에 상기 슬라이딩부보다 높은 조도를 가지는 테프론 재질의 슬라이딩용 링이 부가되는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 일 실시례에 따른 그 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램을 나타내는 사시도이며, 도 3은 도 2의 부분 절개 사시도이며, 도 4는 도 2의 다이어프램이 적용된 댐퍼의 일부 종단면도이며, 도 5는 도 4의 다이어프램의 작동관계를 나타내는 작동개념도이다.

또한 본 실시례를 설명하기 위하여 자기 유동성 유체 댐퍼의 다른 부분은 도 1의 도면을 참조한다.

본 발명의 일 실시례에 따른 다이어프램(100)은 자기 유동성 유체 댐퍼(1)의 실린더 튜브(10) 내에 장착된다.

자기 유동성 유체 댐퍼(1)는 종래에서 설명된 바와 같은 구조는 물론 다양한 형태로 변형되어 이용될 수 있다.

다이어프램(100)은 실린더 튜브의 내주면(13)을 따라 슬라이딩되며, 실린더 튜브(10)의 내부를 자기 유동성 유체실과 가스실로 구획한다.

이를 위하여 다이어프램(100)은 크게 합성고무 재질의 본체(200) 및 환형 구조체(300)로 이루어진다.

본체(200)는 합성고무 재질로서, 슬라이딩부(210)와 격막부(220)로 이루어진다. 본체(200)는 실린더 튜브(10)를 따라 슬라이딩 되면서 자기 유동성 유체실(11)과 질소가스실(12)에 의한 압력 차이를 적절하게 체적보상시킨다.

슬라이딩부(210)는 내주면(211)과 외주면(212)이 형성되는 환형의 형태이다.

격막부(220)는 슬라이딩부(210)의 내주면(211) 중앙부에 형성되며, 실린더 튜브(10)의 내측을 자기 유동성 유체실(11)과 가스실(12)로 나뉘게 한다.

또한 격막부(220)에는 자기 유동성 유체실(11)과 가스실(12)의 압력 차이에 따라 자기 유동성 유체실(11) 또는 가스실(12)을 향하여 볼록하게 형성되는 모자형태의 체적보상부(221)가 형성된다.

체적보상부(221)에 의해 피스톤 밸브(40)에 의한 압축력에 의해 발생되는 압력이 분산되게 된다.

한편 환형 슬라이딩부(210)의 내부에는 환형 구조체(300)가 마련된다.

본 실시례에서는 환형 구조체(300)를 알루미늄 재질로 이루어지도록 한다. 환형 구조체(300)에 의해 합성고무 재질로만 이루어지는 본체(200)의 강도가 보강되게 된다. 즉 합성고무 재질의 본체(200)가 유체의 압력이 작용되는 경우에도 환형 구조체(300)에 의하여 그 기본적인 구조를 그대로 유지할 수 있게 된다. 따라서 환형 구조체(300)는 금속 뿐만이 아니라 본체(200)의 형태를 그대로 유지할 수 있을 정도의 강도를 가지는 재료라면 어떤 종류라도 채택될 수 있을 것이다.

한편, 환형 구조체(300)의 내주면에는 중앙을 향하여 걸림부(310)가 돌출형성된다. 걸림부(310)는 다이어프램(100)의 격막부(220)가 슬라이딩부(210)에 연결되는 부위에 형성된다.

걸림부(310)는 본체(200), 특히 격막(220)이 합성고무로 이루어져 있기 때문에 격막(220)에 압력이 걸리는 경우에도 격막(220)과 슬라이딩부(210) 사이의 합성 고무가 늘어나면서 슬라이딩부(210)가 즉각적으로 압력변화에 대응하는 속도가 늦어지는 것을 방지하기 위하여 형성된다.

즉, 걸림부(320)에 의하여 격막(220)에 작용하는 유체 또는 가스의 압력은 슬라이딩부(210)에도 즉각적으로 작용되어 다이어프램(100)이 신속하게 실린더 튜브의 내주면(13)을 따라 이동하게 되어 그 응답속도를 높이게 된다.

슬라이딩부(210)의 외주면(212)에는 링 형태의 삽입홈(213)이 형성된다.

본 발명의 일실시례에 따른 슬라이딩부의 외주면(212)으로는 2개의 삽입홈(213)이 형성되며, 그 개수의 증가는 가감 가능하다.

상기 삽입홈(213)으로는 슬라이딩부(210)보다 높은 조도를 가지는 테프론 재질의 슬라이딩용 링(400)이 삽입되어 실린더 튜브(10) 내에서 다이어프램(100)의 유동을 보다 원활하게 하여 준다.

다음으로 본 발명의 일 실시례에 따른 작용을 설명하기로 한다.

본 발명의 일 실시례에서의 다이어프램(100)은 자기 유동성 유체 댐퍼(1)의 실린더 튜브(10) 내의 하측으로 장착되어 실린더 튜브(10) 내를 자기 유동성 유체실(11)과 가스실(12)로 구분시킨다.(도 1 참조)

다이어프램(100)의 상측에는 중공 로드(20)의 하단에 결합된 피스톤 밸브(40)가 위치된다.(도 1 참조)

피스톤 밸브(40)는 하강하여 MR유체를 가압하게 되면, 가압된 MR유체의 압력은 다이어프램(100)에 전달된다.

도 5에 도시된 바와 같이 다이어프램(100)에 전달된 압력은 가장 먼저 상부로 돌출 형성된 체적보상부(221)에 전달되며, 그 압력에 의하여 체적보상부(221)는 가스실(12) 쪽으로 볼록하게 변형 형성되어 체적 보상을 하게 된다.

한편 MR유체의 압력에 따라 슬라이딩부(210)도 실린더 튜브의 내주면(13)을 따라 하측으로 즉각 이동하여야 한다.

그러나 합성고무 재질로 이루어진 격막부(220)만 변형이 되어지고 격막부(220)와 연결되어 있는 슬라이딩부(210)에는 합성고무의 신장으로 인하여 그 압력이 즉각적으로 전달되지 않는 응답성 저하현상이 발생될 수 있게 된다.

이러한 응답성 저하현상을 방지하고자 본 발명의 일 실시례에서는 격막부(220)와 연결되는 부위의 슬라이딩부(210) 내부에 걸림부(310)가 형성되어 있는 환형 구조체(300)를 마련함으로서, 격막부(220)에 걸린 압력에 의하여 다이어프램(100)이 실린더 튜브 내주면(211)을 따라 신속하게 슬라이딩 되도록 한다.

한편, 슬라이딩부(210)의 외주면(212)에 형성된 링 형태의 삽입홈(213)에는 슬라이딩부(210)의 외주면(212)보다 높은 조도를 가지는 테프론 재질의 슬라이딩용 링(400)이 삽입되어 다이어프램(100)이 실린더 튜브 내주면(13)을 따라 슬라이딩 되는 것을 보다 원활하게 할 수 있도록 하게 된다.

상기의 작용은 유체실의 압력이 큰 경우를 상정한 것이며, 가스실의 압력이 클 경우에는 반대로 작용하게 된다.

상기의 실시례는 본 발명의 바람직한 실시례에 불과하며 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

본 발명은 자기 유동성 유체 댐퍼 내에 마련되는 다이어프램을 합성고무 재질로 형성함으로서 보다 적절한 체적보상 효과를 얻을 수 있으며, 또한 합성고무 재질의 본체 구조를 유지하기 위하여 슬라이딩부의 내부에 환형 구조체를 마련함으로서 합성고무 재질에 의해 발생될 수 있는 강도저하를 방지할 수 있게 된다.

그리하여 본 발명이 차량 등에 적용될 경우, 임의 속도구간에서도 감쇠력의 제어가 가능하여 부드러운 구간뿐만 아니라 견고한 구간의 전영역에 걸쳐 연속적인 대응이 가능함으로서 차량의 승차감 및 조종안전성을 크게 향상시키고자 하는 것이다.

Claims (4)

1. 실린더 튜브와 상기 실린더 튜브의 내부에서 상하로 왕복되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해서 전자기장을 형성하는 피스톤 밸브가 마련되는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램에 있어서 :

   내주면과 외주면이 형성되는 환형의 슬라이딩부와 상기 실린더 튜브 내측을 자기 유동성 유체실과 가스실로 구분하기 위하여 상기 슬라이딩부의 내주면 중앙부에 형성되는 격막부를 포함하여 이루어지는 합성고무 재질의 본체 ;

   상기 환형의 슬라이딩부 내부에 마련되는 환형 구조체 ;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 격막부는 상기 자기 유동성 유체실과 상기 가스실의 압력 차이에 따라 상기 자기 유동성 유체실 또는 상기 가스실을 향하여 볼록하게 형성되는 모자형태의 체적보상부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 격막부가 상기 슬라이딩부에 연결되는 부위에 위치한 상기 환형 구조체의 내주면에 중앙을 향하여 돌출되는 걸림부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 슬라이딩부의 외주면에 링 형태의 삽입홈이 형성되며, 상기 링 형태의 삽입홈에 상기 슬라이딩부보다 높은 조도를 가지는 테프론 재질의 슬라이딩용 링이 부가되는 것을 특징으로 하는 자기 유동성 유체 댐퍼의 다이어프램.

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