KR20090092635A - 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치 및 이를 이용한페인트 분사장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부의 왕복운동장치와, 하부의 분사장치로 구성되어, 유압에 의해 왕복 운동하는 피스톤의 상하부 면적비에 의해 발생하는 압력을 이용하여 페인트를 고압으로 분사하는 분사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤이 상사점 또는 하사점에 도달하였을 때 오일공급 절환밸브를 개폐함으로써 출력을 얻는 유압식 왕복운동장치를 구성하고, 이를 이용하여 저장된 페인트를 압축상태로 분사할 수 있도록 하는 것이다.

이를 위해 본 발명은, 내부에 실린더 갖는 하우징; 상기 실린더의 내부에 일정 구간 왕복이동 가능하게 배치되는 피스톤; 상기 피스톤이 상사점 또는 하사점에 도달하는 것을 감지하는 위치감지수단; 상기 위치감지수단과 연동 되어 피스톤의 위치에 따라 개폐되는 오일공급 절환밸브를 구비한 오일공급부;로 이루어진 왕복운동장치인 것을 특징으로 한다.

Description

위치감지수단이 구비된 왕복운동장치 및 이를 이용한 페인트 분사장치 {Hydraulic motor with detecting position of piston and paint spraying device using of the same}

본 발명은 상부의 왕복운동장치와, 하부의 분사장치로 구성되어, 유압에 의해 왕복 운동하는 피스톤의 상하부 면적비에 의해 발생하는 압력을 이용하여 페인트를 고압으로 분사하는 분사장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 피스톤이 상사점 또는 하사점에 도달하였을 때 오일공급 절환밸브를 제어함으로써 출력을 얻는 유압식 왕복운동장치를 구성하고, 이를 이용하여 저장된 페인트를 압축상태로 분사할 수 있도록 하는 것이다.

항공기, 선박등과 같이 크기가 큰 구조물의 외부를 도장할 때 분사되는 페인트를 이용하여 외부의 도장을 수행하게 되는데, 종래의 페인트 분사장치는 공압 또는 유압을 이용하여 비압축성 유체인 페인트를 외부로 압축상태로 분사하게 된다.

이러한 종래의 분사장치에서 공압을 이용한 분사장치는, 공압 자체에 기인하는 단점이 존재하기 때문에 항상 일정한 압력으로 페인트가 분사되어야 하는 페인팅장치로서는 문제점이 있었다.

즉, 압축성 유체인 공기를 이용하기 때문에 공기 자체에 기인하는 압축상의 단점을 지적할 수 있으며, 이는 압축성 유체인 공기가 항상 일정한 압축력을 제공하지 못하는 문제점 및 시간에 따른 압축력의 편차가 많은 문제점 등이 있었기 때문이다.

나아가 공기의 압축은 압축력 자체의 한계가 있기 때문에 충분한 압축능력을 확복하지 못하였고, 이로 인해 페인트를 고압으로 분사하기 위한 분사능력이 떨어지는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하고자 근래에는 유압을 이용하여 분사에 필요한 압력을 확보하는 유압을 이용한 분사장치가 제안되고 있는데, 이러한 종래의 기술로는 등록특허 제10-0383281호(등록일자 2003년04월24일), " 유압을 이용한 왕복운동장치 및 그것을 이용한 페인트분사장치" (이하 종래기술 1 이라 함)이 있다.

상기 종래기술 1에서는 상부와 하부에서 동일한 압력의 유압을 동시에 실린더 내부로 유입시키고, 상기 실린더의 내부에 배치된 피스톤의 상면과 하면의 면적을 달리 구성하는 것에 의하여 상하 이동 가능하게 하고, 이 때 발생하는 압력을 이용하여 페인트를 외부로 분사하는 것이다.

그러나, 상기 종래기술 1은 다음과 같은 문제점을 가지고 있는데, 먼저 상기 실린더 내부에 배치된 피스톤이 상하로 일정 구간 왕복이동 할 때 상기 피스톤의 상면 및 하면에서 오일을 공급하는 오일공급부가 형성된 내부스풀과, 상기 실린더의 내부 공간에 밀착된 상태에서 상기 오일공급부에서 유입된 오일이 흐르지 않도록 하고, 상기 내부스풀의 하부 일부가 밀착된 상태로 배치된 외부스풀이 구성되는데, 상기 피스톤이 왕복 운동할 때 상기 외부스풀은 고정된 상태에서 내부스풀이 피스톤과 연동하여 상하로 왕복이동 하게 되고, 이때 상기 내부스풀 및 외부스풀이 마찰하면서 서로 마모되게 된다.

결국 피스톤을 장시간 사용하게 되면 상기 내부스풀 및 외부스풀이 정상적으로 동작하지 못하게 되며, 이를 교체해야 하는 문제점과 이에 따른 유지보수 비용이 추가로 드는 문제점이 있었다.

아울러 상기 내부스풀 및 외부스풀이 마모됨에 따라서 왕복 이동하는 피스톤이 중립(NEUTRAL) 상태에서 정지되어 원활한 작업을 진행할 수 없는 문제점이 있었다.

나아가, 상기 피스톤이 상사점(上死點)에서 하사점(下死點)에 도달했을 때는 행정상태일 때보다도 많은 힘을 필요로 하게 되는데, 상기 내부스풀에서 유입되는 오일은 항상 일정한 압력으로 지속적으로 유입되기 때문에 피스톤을 가압하기 위한 압력을 얻기 위해서는 오일의 충진시간이 필요한 문제점이 있었다.

또한, 필요에 따라 피스톤의 행정거리를 조절하여 페인트에 전해지는 압축력을 조절해야 하는 경우를 대비한 구조가 없어 각각 별도로 제작된 분사장치를 구비해야 하는 문제점이 있었다.

또한, 상기 종래기술 1은 구조가 복잡하여 제조비용이 비싸며 구성요소가 많아 고장시 유지보수 비용이 많이 드는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 실린더에 오일을 공급하기 위한 내부스풀 및 외부스풀을 제거하고, 실린더의 내부에 일정 구간 왕복이동하는 피스톤이 상사점 및 하사점에 도달하는 것을 감지하여 각각의 지점에 교호(交互)적으로 개폐되는 오일공급 절환밸브를 구비하여 상기 피스톤의 왕복운동에 필요한 오일을 공급하여 장시간 사용에도 내부 구성품이 마모되는 것을 방지하여 원활한 압력을 생성할 수 있는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치 및 이를 이용한 페인트 분사장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 실린더의 내부에서 순환된 오일의 온도를 감지하여 일정 온도 이상 상승된 오일의 온도를 냉각하기 위한 냉각부재를 더 구비하여 피스톤이 과열되는 것을 방지할 수 있는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치 및 이를 이용한 페인트 분사장치를 제공하는데 목적이 있다.

또한, 피스톤의 행정거리에 따라 위치감지수단의 위치를 가변할 수 있어 하나의 페인트 분사장치에서 다양한 압력으로 페인트를 분사할 수 있어 하나의 분사장치로 다양한 용도로 사용이 가능하며, 제품이 구성이 간단하여 제조비용을 절감할 수 있으며 유지보수 비용을 낮출 수 있는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치 및 이를 이용한 페인트 분사장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내부에 실린더를 갖는 하우징; 상기 실린더의 내부에 일정 구간 왕복이동 가능하게 배치되는 피스톤; 상기 피스톤이 상사점 또는 하사점에 도달하는 것을 감지하는 위치감지수단; 상기 위치감지수단과 연동되어 피스톤의 위치에 따라 개폐되는 오일공급 절환밸브를 구비한 오일공급부;로 이루어진 왕복운동장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 위치감지수단은 상기 피스톤의 외주면에 결합 된 마그네틱 링과, 상기 실린더의 외측에 구비되며 상기 마그네틱 링의 자력을 감지하는 감지센서로 이루어진 왕복운동장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일공급 절환밸브는 상기 실린더의 상부 및 하부에 각각 구비되며, 상기 피스톤의 위치에 따라 교호(交互)적으로 개폐되는 2방향 컨트롤 밸브(2WAY CONTROL VALVE)인 왕복운동장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오일공급부에는 배출되는 오일의 온도를 감지하는 온도감지센서와, 저장된 오일을 냉각하기 위한 냉각부재가 구비된 순환수단을 포함한 왕복운동장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피스톤의 행정 거리에 따라 상기 감지센서의 위치를 가변 고정하는 고정수단을 포함한 왕복운동장치인 것을 특징으로 한다.

나아가 상기 왕복운동장치의 하부에 구비되며, 왕복운동하는 피스톤의 압력에 의하여 페인트를 분사하는 분사부재가 부착된 페인트 분사장치인 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명은 피스톤의 위치를 감지하여 교호적으로 개폐되는 오일공급 절환밸브에 의해 상기 피스톤이 왕복운동함으로서, 장시간 사용에도 마모되는 부품을 줄여 동일한 압력을 지속적으로 유지하여 페인트를 분사할 수 있다.

또한, 피스톤의 행정 거리에 따라 상기 피스톤의 위치를 감지하는 감지센서의 위치를 가변 고정하여 필요한 오일의 양을 조절할 수 있어 하나의 페인트 분사장치에서 다양한 압력으로 페인트를 분사할 수 있는 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 왕복운동장치를 도시한 개략 단면도.

도 2 는 본 발명에 따른 왕복운동장치의 동작상태를 도시한 개략 단면도.

도 3 은 본 발명에 따른 다른 실시예의 왕복운동장치를 도시한 개략 단면도.

도 4 는 본 발명에 따른 분사부재를 도시한 개략 단면도.

< 도면 중 주요부호에 대한 설명 >

1A : 왕복운동장치 1B : 분사부재 P : 페인트 O : 오일

10 : 실린더 11 : 내부 12 : 배출구

20 : 피스톤 21 : 외주면 22 : 결합홈 23 : 패킹링

Ta : 상사점 Tb : 하사점

30 : 위치감지수단 31 : 마그네틱 링 32 : 감지센서

40 : 오일공급부 41 : 오일공급 절환밸브 42 : 순환수단

43 : 온도감지센서 44 : 냉각부재 45 : 오일저장부

50 : 고정수단 51 : 고정볼트 60 : 하우징

110 : 변위로드 101 : 분사공 120 : 연결로드 121 : 패킹부재

122 : 공간부 130 : 고정프레임 140 : 하부피스톤

141 : 내부통로 142 : 방사형통로 150 : 중량부재 160 : 상부케이스

171 : 상부공간부 172 : 하부공간부

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치 및 이를 이용한 페인트 분사장치의 바람직한 구현예를 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 왕복운동장치(1A)의 개략적인 단면도 및 동작상태도로서, 내부에 실린더(10)을 갖는 하우징(60)과 상기 실린더(10)의 내부에서 일정 구간 왕복이동 가능하게 배치되는 피스톤(20)이 위치하며 이때 상기 피스톤(20)에는 상기 실린더(10)과 맞닿는 면에 유입된 오일(O)이 누수 되는 것을 방지하는 패킹링(23)이 결합 된다.

또, 상기 피스톤(20)이 실린더(10)의 내부에서 일정 구간 왕복 이동하면서 상사점(Ta) 또는 하사점(Tb)에 도달할 때 이를 감지하는 위치감지수단(30)이 구비되며, 상기 위치감지수단(30)과 연동 되어 피스톤(20)의 위치에 따라 교호(交互)적으로 개폐되는 오일공급 절환밸브(41)를 구비한 오일공급부(40)로 이루어진다.

상기 위치감지수단(30)은 피스톤(20)의 외주면(21)에 결합 된 마그네틱 링(31)과 상기 실린더(10)의 외측에 구비되며 상기 마그네틱 링(31)의 자력을 감지하는 감지센서(32)로 이루어진다.

상기 마그네틱 링(31)은 피스톤(20)의 외주면(21)에 형성된 결합홈(22)에 삽입되도록 환형의 형태로 이루어질 수 있고, 상기 피스톤(20)의 외주면(21)에 삽입되는 형태로 구현될 수도 있다.

즉, 상기 피스톤(20)의 외주면(21)에 결합 된 상태에서 자력을 외부로 발산할 수 있는 형태로 이루어지면 되는 것으로 형태 및 모양의 제한을 받지 않는 것이다.

또한, 외부로 발산하는 자력의 크기는 상기 감지센서(32)에서 수신할 수 있는 정도의 자력을 지니면 되는 것으로서, 일반적으로 사용되고 있는 자석(MAGNET)을 사용하여도 무방한 것이다.

상기 마그네틱 링(31)에서 발산된 자력을 감지하여 상기 피스톤(20)의 위치를 확인하는 감지센서(32)는 상기 실린더(10)의 내부에서 상부 및 하부에 각각 구비되며 감지된 신호를 오일공급 절환밸브(41)를 제어하는 제어부(도면 중 미도시됨)로 전송하여 상기 오일공급 절환밸브(41)가 개폐되도록 한다.

이때, 상기 감지센서(32)는 상기 피스톤(20)의 행정 거리에 따라서 위치를 가변 고정할 수 있도록 고정수단(50)을 구비하는데, 상기 고정수단(50)은 감지센서(32)를 실린더(10)에 고정하는 고정볼트(51)로 이루어져 필요에 따라 이를 해제한 후 조절될 위치에 다시 고정하여 사용하는 것이다.

나아가, 상기 감지센서(32)를 다수개 구비하여 각각의 감지센서(32)를 제어하는 제어부에 의하여 상기 감지센서(32)를 On/Off 함으로서 상기 피스톤(20)의 행정 거리에 대응하도록 구성할 수 있는데,

실린더(10)의 내부에 상기 감지센서(32)를 다수개 구비하여 제어부에 의해 지정된 감지센서(32)만 On 된 상태로 유지하고, 다른 감지센서(32)는 Off 된 상태를 유지하여 On 으로 유지된 상태의 감지센서(32)에서 입력된 신호에 의해 상기 오일공급 절환밸브(41)가 개폐되도록 하는 것이다.

상기 오일공급 절환밸브(41)는 상기 감지센서(32)에서 전달된 신호에 의해 개폐될 때 상기 피스톤(20)의 위치에 따라 교호(交互)적으로 개폐되는 2방향 컨트롤 밸브(2WAY CONTROL VALVE)로서, 상기 피스톤(20)이 상사점(Ta)에 위치하게 되면 상부에 구비된 오일공급 절환밸브(41)가 열리게 되며 동시에 하부의 오일공급 절환밸브(41)는 닫히는 것이다.

즉, 일측의 오일공급 절환밸브(41)가 열리면 타측의 오일공급 절환밸브(41)가 닫히고, 닫힌 오일공급 절환밸브(41)쪽에 유입된 오일(O)이 배출구(12)를 통하여 외부로 배출되는 것이다.

이때, 상기 오일공급 절환밸브(41)는 솔레노이드 밸브(solenoid valve)로 이루어져 상기 감지센서(32)에서 입력되는 신호에 따라 개폐되면서 실린더(10)에 오일(O)을 공급 또는 차단할 수 있는 것이다.

상기 배출구(12)는 상기 실린더(10)에 구비되되 유입된 오일(O)을 오일저장부(45)로 이송하게 되고, 이때 배출되는 오일(O)의 온도를 감지하는 온도감지센서(43)가 구비되어 일정 온도 이상 오일(O)의 온도가 상승하면 상기 오일저장부(45)에 저장된 오일(O)을 냉각하기 위한 냉각부재(44)를 가동하게 된다.

상기 냉각부재(44)는 공냉식, 수냉식등의 다양한 냉각방법이 사용될 수 있으며, 미리 지정된 온도로 오일(O)의 온도를 낮추며 동작이 정지되어 불필요한 소비전력의 사용을 줄일 수 있도록 한다.

상기와 같이 이루어진 왕복운동장치의 동작 상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 상부에 구비된 오일공급 절환밸브(41)에서 일정한 압력의 오일(O)을 실린더(10)의 내부로 투입하고, 투입된 오일(O)의 압력에 의해서 상기 피스톤(20)은 하사점(Tb)을 향해서 이동하고, 상기 피스톤(20)에 결합 된 마그네틱 링(31)에서 발신된 자력신호를 상기 실린더(10)의 외측에 구비된 감지센서(32)에서 확인하여 하사점(Tb)에 도달한 피스톤(20)을 확인한 후, 상부의 오일공급 절환밸브(41)는 닫고 하부의 오일공급 절환밸브(41)는 열어서 상기 피스톤(20)을 상사점(Ta)을 향해서 재운동시킨다.

이때, 상기 오일공급 절환밸브(41)가 닫히는 쪽의 실린더(10)에 유입된 오일(O)은 배출구(12)를 통하여 외부로 배출되고, 배출된 오일(O)은 외부에 구비된 오일저장부(45)에 다시 저장된다.

상기와 같이, 상기 피스톤(20)이 상사점(Ta) 또는 하사점(Tb)에 위치하는 것을 감지하여 오일공급 절환밸브(41)를 교호적으로 개폐함으로서 피스톤(20)이 1회 왕복하는 것을 설명하였으며, 상기 피스톤(20)의 이동에 따라 반복적인 왕복운동을 하게 되는 것이다.

나아가, 상기 오일저장부(45)에 저장되는 오일(O)은 피스톤(20)을 운동시키면서 온도가 상승하게 되고 이로 인하여 과열된 오일(O)에 의해 발생하는 문제점을 해결하기 위하여 배출되는 오일(O)의 온도를 감지하는 온도감지센서(43)가 구비되고 상승 된 오일(O)의 온도를 냉각하기 위한 냉각부재(44)가 더 구비된다.

상기 왕복운동장치(1A)를 이용하여 페인트를 분사하는 분사부재(1B)의 구현예를 살펴보면 다음과 같다.

상기 피스톤(20)의 하단부와 연결되는 변위로드(110)가 구비되고, 상기 변위로드(110)는 상기 피스톤(20)과 연동 되어 왕복운동하게 된다.

상기 변위로드(110)는 상부케이스(160)를 관통한 상태로 위치하며, 상기 상부케이스(160)는 일측면에 페인트(P)가 분사되는 분사공(101)을 구비하고, 상기 변위로드(110)와 상기 상부케이스(160) 사이에는 일정한 공간부(122)를 형성하고 있다. 상기 공간부(122)에는 페인트(P)와 같이 분사되는 비압축성유체가 압력이 걸린 상태로 충진되는 곳으로 필요에 따라서 페인트(P)와 혼합되어 분사될 수 있다.

상기 상부케이스(160)와 변위로드(110)가 형성하는 상기 공간부(122)를 밀폐하기 위한 패킹부재(121)가 더 구비되고, 필요에 따라 별도의 방수링을 더 구비하여 밀폐성을 향상시킬 수 있는 것이다.

나아가, 상기 상부케이스(160)는 연결로드(120)를 통하여 고정프레임(130)과 연결되고, 상기 고정프레임(130)은 상기 하우징(60)의 하부에 고정되어 있다.

상기 변위로드(110)의 하단부는 통형상의 하부피스톤(140)에 나사결합으로 연결되고, 하부피스톤(140)은 내부에 세로방향의 내부통로(141)가 형성되고, 상기 내부통로(141)와 연통할 수 있도록 상단부는 방사형통로(142)가 형성되어 있으며, 상기 내부통로(141)의 상단부는 일정한 중량을 가지는 중량부재(150)가 올려지게 된다.

상기 중량부재(150)는 하부피스톤(140)의 내부통로(141)상에 올려져 내부통로(141)를 막아 페인트(P)와 같은 비압축성유체가 통과하지 못하도록 하고, 중량부재(150)가 상부로 이동하게 되면 내부통로(141)가 방사형통로(142)와 연통되면서 페인트(P)가 이동하게 되는 것이다.

상술한 왕복운동장치(1A)에서 피스톤(20)이 왕복이동하면서 상기 피스톤(20)과 연동되어 변위로드(110)가 왕복이동하게 되고 이러한 왕복운동에 의해 발생하는 압력으로 상부케이스(160)에 충진된 페인트(P)를 분사공(101)을 통하여 외부로 배출함과 동시에 외부에 저장된 페인트(P)를 재충진하게 되는 것이다.

즉, 변위로드(110)가 하방으로 이동하게 되면, 하부피스톤(140)의 상부공간부(171)는 체적이 커지게 되고, 대응되는 위치의 하부공간부(172)는 체적이 줄어들게 된다.

하부공간부(172)의 체적이 줄어들면서 압축력이 발생하게 되고 상부공간부(171)는 팽창되기 때문에 압축이 낮아지게 되며, 이러한 압력차이에 의하여 상기 내부통로(141)를 막고 있던 중량부재(150)가 뜨게 되고 상기 내부통로(141)가 방사형통로(142)와 연통되면서 페인트(P)가 유입된다.

반대로 상기 변위로드(110)가 상방으로 이동하게 되면, 반대의 압축력이 생성되면서 유입된 페인트(P)는 내부통로(141)를 통하여 압축된 상태로 분사공(101)을 통해 외부로 분사되는 것이다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치와 이를 이용한 페인트 분사장치를 설명하였으나, 본 발명은 이러한 설명에 의하여 한정되지 않고 첨부된 특허청구범위가 갖는 사상의 범주 내에서 당업자에 의해서 다양한 변형 및 변경이 가능하며 이러한 변형 및 변경 또한 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (6)

1. 내부에 실린더를 갖는 하우징;

   상기 실린더의 내부에 일정 구간 왕복이동 가능하게 배치되는 피스톤;

   상기 피스톤이 상사점 또는 하사점에 도달하는 것을 감지하는 위치감지수단;

   상기 위치감지수단과 연동 되어 피스톤의 위치에 따라 개폐되는 오일공급 절환밸브를 구비한 오일공급부;로 이루어진 것을 특징으로 하는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치감지수단은,

   상기 피스톤의 외주면에 결합된 마그네틱 링과,

   상기 실린더의 외측에 구비되며, 상기 마그네틱 링의 자력을 감지하는 감지센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 오일공급 절환밸브는

   상기 실린더의 상부 및 하부에 각각 구비되며, 상기 피스톤의 위치에 따라 교호적으로 개폐되는 2방향 컨트롤 밸브(2WAY CONTROL VALVE)인 것을 특징으로 하는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 오일공급부에는

   배출되는 오일의 온도를 감지하는 온도감지센서와,

   저장된 오일을 냉각하기 위한 냉각부재가 구비된 순환수단을 포함한 것을 특징으로 하는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 피스톤의 행정 거리에 따라 상기 감지센서의 위치를 가변 고정하는 고정수단을 포함한 것을 특징으로 하는 위치감지수단이 구비된 왕복운동장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 왕복운동장치의 하부에 구비되며, 왕복운동하는 피스톤의 압력에 의하여 페인트를 분사하는 분사부재가 부착된 것을 특징으로 하는 페인트 분사장치.