KR20120107624A - 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 피스톤 보어와 피스톤 간에 그리고 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에 발생하는 마찰을 줄임으로써 에너지 손실 및 소음을 줄이고 또한 마모로 인한 수명 단축을 방지할 수 있는 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기에 관한 것이다.
일례로, 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록 및 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 접촉하는 밸브 습동면을 구비한 밸브 플레이트를 포함하는 유압 기기에 있어서, 상기 피스톤 보어의 내주면과 상기 피스톤의 외주면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된 것을 특징으로 하는 유압 기기가 개시되고, 또한 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록 및 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 접촉하는 밸브 습동면을 구비한 밸브 플레이트를 포함하는 유압 기기에 있어서, 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 상기 밸브 플레이트의 밸브 습동면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된 것을 특징으로 하는 유압 기기가 개시된다. 또한 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 적어도 하나의 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록에 있어서, 상기 피스톤의 외주면이 접하는 상기 피스톤 보어의 내주면과 밸브 플레이트의 밸브 습동면과 접촉하는 상기 실린더 블록의 블록 습동면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 블록이 개시된다.

Description

실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기{Cylinder block and hydraulic device having the same}
본 발명은 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기에 관한 것이다.
일반적으로 유압 기기(예로써 유압 펌프 또는 유압 모터)의 유압 부품으로 실린더 블록이 사용된다. 상기 실린더 블록은 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤 보어(bore)가 형성된다.
상기 피스톤은 피스톤 보어 내에 삽입되어 고속으로 직선 왕복운동(피스톤 운동)을 한다. 그러므로 상기 피스톤의 외주면과 피스톤 보어의 내주면은 접촉되어 마찰이 발생한다.
상기 유압 기기 중 유압 펌프는 엔진이나 전기 모터 등으로부터 구동되어지는 기계에너지를 유체(작동유, 예로써 오일)의 압력 에너지로 변환시키는 장치이고, 유압 모터는 유체에너지를 공급받아 기계에너지로 변환시킨다. 상기 유압 펌프 및 유압 모터는 구동축, 실린더 블록 및 밸브 플레이트를 포함한다.
상기 구동축은 케이스에 삽입되어, 케이스 내부에 배치된 실린더 블록과 연결된다. 상기 밸브 플레이트는 케이스에 고정 장착되고, 일면이 상기 실린더 블록의 단면과 접한다. 상기 실린더 블록은 구동축과 함께 회전하게 되고, 또한 상기 실린더 블록은 밸브 플레이트와 면 접촉이 이루어진 상태에서 회전하게 된다. 상기 실린더 블록의 피스톤 보어에 삽입된 피스톤은 구동축 및 실린더 블록의 회전에 의해 피스톤 보어 내에서 직선 왕복운동을 함으로써, 피스톤 보어 내부로 유체를 유입시키거나 또는 피스톤 보어 외부로 유체를 배출시킨다.
그러므로 유압 기기는 피스톤 보어와 피스톤 간에 그리고 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에 마찰이 발생하게 된다. 상기 마찰은 에너지 손실의 원인이 되며 또한 부품이 마모를 일으켜 소음 발생 및 수명 단축의 원인이 되기도 한다.
또한 상기와 같은 유압 기기에서 발생하는 마찰을 줄이기 위해 윤활성 소재를 피스톤 보어와 피스톤 간에 그리고 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에 접합시키기도 한다. 상기 윤활성 소재는 납(Pb)이 포함된 연청동으로 만들어질 수 있는데, 남(Pb)은 환경오염의 문제로 사용이 제한 또는 금지되어 있는 재료이다.
본 발명은 피스톤 보어와 피스톤간에 그리고 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에 발생하는 마찰을 줄임으로써 에너지 손실 및 소음을 줄이고 또한 마모로 인한 수명 단축을 방지할 수 있는 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 중금속인 납(Pb)을 포함하는 윤활성 소재의 사용을 줄여 환경오염을 줄일 수 있는 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 유압 기기는 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록 및 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 접촉하는 밸브 습동면을 구비한 밸브 플레이트를 포함하는 유압 기기에 있어서, 상기 피스톤 보어의 내주면과 상기 피스톤의 외주면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된다.
피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록 및 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 접촉하는 밸브 습동면을 구비한 밸브 플레이트를 포함하는 유압 기기에 있어서, 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 상기 밸브 플레이트의 밸브 습동면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된다.
상기 딤플은 직경이 50~300㎛일 수 있다. 또한, 상기 딤플은 깊이가 5~200㎛일 수 있다. 또한, 상기 딤플은 5~30%의 밀도로 형성될 수 있다.
상기 유압기기는 유압 펌프 또는 유압 모터일 수 있다.
본 발명에 따른 실린더 블록은 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 적어도 하나의 피스톤 보어가 형성되며, 상기 피스톤의 외주면이 접하는 상기 피스톤 보어의 내주면과 밸브 플레이트의 밸브 습동면과 접촉하는 상기 실린더 블록의 블록 습동면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된다.
상기 딤플은 직경이 50~300㎛일 수 있다. 또한, 상기 딤플은 깊이가 5~200㎛일 수 있다. 또한, 상기 딤플은 5~30%의 밀도로 형성될 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기는 피스톤 보어와 피스톤 간에 그리고 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에 발생하는 마찰을 줄임으로써 에너지 손실 및 소음을 줄이고 또한 마모로 인한 수명 단축을 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 중금속인 납(Pb)을 포함하는 윤활성 소재의 사용을 줄여 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 유압 기기의 단면도이다.
도 2는 도 1의 A영역의 부분 확대도이다.
도 3는 도 1의 B영역의 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 유압 기기를 구성하는 다른 실시 예의 실린더 블록의 단면도이다.
이하에서 실시 예와 첨부한 도면을 통하여 본 발명의 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 유압 기기의 단면도이고, 도 2는 도 1의 A영역의 부분 확대도이고, 도 3은 도 1의 B영역의 부분 확대도이고, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 유압 기기를 구성하는 다른 실시 예의 실린더 블록의 단면도이다.
설명에 앞서, 이하에서는 실린더 블록의 설명을 유압 기기의 설명에서 함께 설명하기로 한다. 또한 상기 유압 기기는 유압 펌프 또는 유압 모터일 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 유압 기기(100)는 케이스(110), 구동축(120), 사판(130), 실린더 블록(140), 밸브 플레이트(150) 및 딤플(160, 170)을 포함한다.
상기 케이스(110)는 유압 기기(100)의 구성 요소들이 장착되는 것으로 내부공간이 형성된다. 상기 케이스(110)는 미들 케이스(111), 미들 케이스(111)의 양 단부에 위치하는 프런트 케이스(113) 및 리어 케이스(115)를 포함한다. 또한 상기 프런트 미들 케이스(111) 및 리어 케이스(115)는 일체로 형성될 수 있다.
상기 구동축(120)은 바 형상으로 상기 케이스(110)의 내부에 배치된다. 상기 구동축(120)은 케이스(110) 내부 중앙에 위치하며, 베어링(121) 등으로 지지되어 회전이 가능하다. 상기 구동축(120)의 일부는 프런트 케이스(113)를 관통하여 노출되며, 노출된 구동축(120)의 일부는 모터와 같은 외부기기(미도시)와 연결되어 구동력을 전달받거나 또는 구동력을 전달한다. 또한 상기 구동축(120)의 외주면 일부에는 스플라인(122)이 형성된다.
상기 사판(130)은 케이스(110) 내부 공간에서 프런트 케이스(113)와 인접하여 고정 장착한다. 또한 상기 사판(130)의 일부(중심부)에는 구동축(120)이 관통된다. 상기 사판(130)의 타면에는 슈 플레이트(131)가 회전 가능하도록 장착되며, 슈 플레이트(131)의 타면에는 슈(133)가 장착된다.
상기 실린더 블록(140)은 사판(130)으로부터 일정거리 이격되어 사판(130)의 타측에 위치한다.
상기 실린더 블록(140)은 원통형상으로 중앙 관통홀(140a), 피스톤 보어(140b) 및 개구부(140c)가 형성된다.
상기 중앙 관통홀(140a)은 실린더 블록(140)의 중심부에 형성되며, 중앙 관통홀(140a)에는 구동축(120)이 관통한다. 상기 중앙 관통홀(140a)의 일부에는 스플라인(S)(도 4 참조)이 형성되어 구동축(120)에 형성된 스플라인(122)과 결합 된다. 그러므로 상기 실린더 블록(140)은 구동축(120)과 일체로 회전한다.
상기 피스톤 보어(140b)는 피스톤(143)이 삽입되는 곳으로 적어도 하나가 중앙 관통홀(140a)의 주변에 형성된다.
상기 개구부(140c)는 각각의 피스톤 보어(140b)의 타측에 형성되어 피스톤 보어(140b)의 내부가 외부와 연통(또는 노출) 되도록 한다. 그러므로 상기 피스톤(143)이 왕복 운동할 때, 유체는 개구부(140c)를 통해 피스톤 보어(140b) 내부로 유입 또는 배출된다.
또한 상기 실린더 블록(140)은 피스톤 보어(140b)의 내주면과 실린더 블록의 타면(140d) 중 적어도 한 곳 이상에는 딤플이 형성된다. 상기 딤플은 제 1 딤플, 제 2 딤플로 명명하고 각각의 도면 부호를 160, 170으로 하고, 이에 대한 설명은 보다 자세히 후술하기로 한다.
또한 상기 실린더 블록(140)은 구상흑연주철, 탄소강, 크롬몰리 저합금강, 질화강등과 같은 철합금, 또는 철합금에 청동 또는 인청동 또는 연청동 또는 황동 또는 고력황동을 추가한 동합금 접합제품, 또는 황동(또는 고력황동) 등의 재질로 형성될 수 있다.
상기 피스톤(143)은 피스톤 보어(140b)에 삽입된다. 상기 피스톤(143)은 피스톤 보어(140b)와 대응되는 형상을 갖는다. 상기 피스톤(143)의 일 단부는 볼 형상으로 슈(shoe)(133)에 회전 가능하도록 장착된다. 그러므로 회전하는 실린더 블록(140)을 따라 피스톤(143)은 회전하게 된다. 상기 피스톤(143)은 일정각도로 기울어진 사판(130)과 연결되어 있기 때문에, 피스톤 보어(140b) 내에서 직선 왕복운동(피스톤 운동)을 하게 된다. 상기 피스톤(143)은 고탄소 크롬 베어링 강재 또는 질화강 등으로 형성될 수 있다.
상기 밸브 플레이트(150)는 타면(150b)이 리어 케이스(115)에 접하여 고정되고, 일면(150a)이 실린더 블록(140)의 타측면(140d)과 접촉한다. 이하에서는 실린더 블록(140)의 타측면(140d)을 블록 습동면(140d)으로, 밸브 플레이트(150)의 타면(150b)을 밸브 습동면(150b)으로 하여 설명하기로 한다.
상기 밸브 플레이트(150)는 플레이트 형상으로, 관통홀 형상의 (흡입 또는 배출)포트(151)가 형성된다. 상기 실린더 블록(140)의 회전 시, 포트(151)는 피스톤 보어(140b)에 형성된 개구부(142)와 연통 됨으로써 피스톤 보어(140b) 내부로 유체(예로써 오일)가 유입(흡입)되거나 또는 피스톤 보어(140b) 내부로부터 유체가 배출된다.
더하여 상기 실린더 블록(140)이 밸브 플레이트(150)와 접하여 회전하므로 보다 효과적인 회전이 이루어질 수 있도록 상기 실린더 블록(140)의 블록 습동면(140d)을 오목하게 형성시키고, 밸브 플레이트(150)의 밸브 습동면(150b)을 실린더 블록(140)의 블록 습동면(140d)과 대응되도록 볼록하게 형성시킬 수 있다(도 4참조, 도 4는 실린더 블록의 다른 실시 예로서 단순히 블록 습동면의 형태를 바꾼 것이므로 동일 도면 부호를 사용하고, 또한 딤플에 대한 표현도 생략한다.).
상기 밸브 플레이트(150)는 실린더 블록(140)과 동일한 재질인 동합금, 철합금, 황동(또는 고력황동)으로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 3을 참조하여 딤플(160, 170)에 관하여 설명하기로 한다. 또한 이하에서는 상기 딤플(160, 170)을 제 1 딤플(160) 및 제 2 딤플(170)로 나누어 설명하기로 하되, 이는 형성된 위치가 달라 각각을 다르게 명명하였을 뿐, 동일한 딤플임을 밝혀 두기로 한다.
상기 제 1 딤플(160)은 상기 피스톤 보어(140b)의 내주면 또는 피스톤(143)의 외주면 중 적어도 한곳에 형성된다. 도면에서는 상기 제 1 딤플(160)이 피스톤 보어(140b)의 내주면과 피스톤(143)의 외주면 모두에 형성된 것을 본 발명의 일실시 예로서 도시하였다.
상기 제 1 딤플(160)은 홈의 형상으로 단면이 원 형상이다. 하지만 제 1 딤플(160)의 단면이 원 형상이란 것은 실시 예일 뿐 이에 한정하는 것은 아니며, 어떠한 형상으로도 가능하다. 상기 제 1 딤플(160)에는 피스톤 보어(140b)에 유입되는 유체가 채워진다. 상기 제 1 딤플(160)에 채워진 유체는 피스톤(143)이 피스톤 보어(140b) 내부에서 직선 왕복 운동을 할 때에 윤활제 역할을 한다.
상기 제 1 딤플(160)은 직경(d)이 50~300㎛이고, 깊이(h)는 5~200㎛인 것이 바람직하다. 상기 제 1 딤플(160)의 직경(d)이 50㎛이하이면 유체(10)가 제 1 딤플 내로 침투하기가 힘들고, 직경(d)이 300㎛이상이면 제 1 딤플(160)을 가공하는 시간이 길어질 뿐만 아니라 유체가 제 1 딤플(160) 내에 저장되지 못하고 유실될 수 있다. 또한 제 1 딤플(160)의 깊이(h)가 5㎛이하이면 유체(10)가 제 1 딤플(160) 내에 저장되지 못하고 유실될 수 있으며, 깊이(h)가 200㎛이상이면 유체(10)가 피스톤 보어(140b)와 피스톤(140)의 접촉면으로부터 멀리 위치하게 되어 윤활제로서의 역할을 할 수 없게 된다.
또한 상기 제 1 딤플(160)은 형성된 면에서 5~30%의 밀도(빽빽함)로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 제 1 딤플(160)의 형성 밀도(차지도)가 5% 이하이면 제 1 딤플(160)에 채워진 유체(10)의 양이 윤활제의 역할을 효과적으로 수행할 수 없으며, 제 1 딤플(160)의 밀도가 30% 이상이면 제 1 딤플(160)에 채워진 유체(10)의 양이 과다하여 피스톤(143)의 왕복운동으로 인해 피스톤(143)의 일단부 쪽(슈(144)가 연결된 쪽)으로 많은 양의 유체(10)가 넘어가게 되어 결함의 원인이 될 수도 있다.
상기 제 2 딤플(170)은 실린더 블록(140)의 블록 습동면(140d)과 밸브 플레이트(150)의 밸브 습동면(150a) 중 적어도 어느 한곳에 형성된다. 도면에서는 상기 제 2 딤플(170)이 실린더 블록(140)의 블록 습동면(140d)과 과 밸브 플레이트(150)의 밸브 습동면(150a) 모두에 형성된 것을 본 발명의 일실시 예로서 도시하였다.
상기 제 2 딤플(170)은 홈의 형상으로 내부에 유체(10)가 채워진다. 상기 제 2 딤플(170)에 채워진 유체는 윤활제 역할을 하는 것으로, 실린더 블록(140)의 회전 시, 실린더 블록(140)의 블록 습동면(140d)과 밸브 플레이트(150)의 밸브 습동면(150a) 사이에서 발생하는 마찰을 줄여준다. 상기 제 2 딤플(170)은 제 1 딤플(160)과 형성된 위치가 다르기 때문에 명칭을 달리했을 뿐 제 1 딤플(160)과 동일하므로 제 2 딤플(170)의 직경(d), 깊이(h) 및 밀도에 관한 설명은 생략하기로 한다.
또한 상기 제 1 딤플(160) 및 제 2 딤플(170)은 스크린 인쇄 방식, 금형 가공 방식, V-커팅 방식 및 레이저 패턴 가공 방식 등을 이용하여 형성시킬 수 있다.
그러므로 본 발명의 실시 예에 따른 실린더 블록 및 이를 포함한 유압 기기는 피스톤 보어와 피스톤 간에, 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에 발생하는 마찰을 줄임으로써 에너지 손실 및 소음을 줄이고 또한 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한 상기 유압 기기에 사용되는 중금속의 양(실린더 블록 및 밸브 플레이트의 재료가 동합금 접합 제품으로써 연청동을 사용한 경우)을 딤플이 형성된 만큼 줄일 수 있으며, 또는 상기 피스톤 보어와 피스톤 간에 그리고 실린더 블록과 밸브 플레이트 간에 윤활성 소재를 접합시키지 않아도 되기 때문에 실린더 블록 및 밸브 플레이트의 재료가 동합금 접합 제품으로써 연청동을 사용하지 않는다면 중금속이 유압기기 형성에 전혀 사용되지 않기 때문에 환경오염을 줄일 수 있는 효과가 있다.
본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100 : 유압 기기 110 : 케이스
120 : 구동축 130 : 사판
140 : 실린더 블록 150 : 밸브 플레이트
160 : 제 1 딤플 170 : 제 2 딤플

Claims (10)

  1. 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록 및 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 접촉하는 밸브 습동면을 구비한 밸브 플레이트를 포함하는 유압 기기에 있어서,
    상기 피스톤 보어의 내주면과 상기 피스톤의 외주면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된 것을 특징으로 하는 유압 기기.
  2. 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록 및 상기 실린더 블록의 블록 습동면과 접촉하는 밸브 습동면을 구비한 밸브 플레이트를 포함하는 유압 기기에 있어서,
    상기 실린더 블록의 블록 습동면과 상기 밸브 플레이트의 밸브 습동면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된 것을 특징으로 하는 유압 기기.
  3. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 딤플은 직경이 50~300㎛인 것을 특징으로 하는 유압 기기.
  4. 제 1 항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 딤플은 깊이가 5~200㎛인 것을 특징으로 하는 유압 기기.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 딤플은 5~30%의 밀도로 형성된 것을 특징으로 하는 유압 기기.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유압기기는 유압 펌프 또는 유압 모터인 것을 특징으로 하는 유압기기.
  7. 피스톤이 삽입되어 왕복 운동하는 적어도 하나의 피스톤 보어가 형성된 실린더 블록에 있어서,
    상기 피스톤의 외주면이 접하는 상기 피스톤 보어의 내주면과 밸브 플레이트의 밸브 습동면과 접촉하는 상기 실린더 블록의 블록 습동면 중 적어도 한 곳에는 복수개의 딤플이 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 딤플은 직경이 50~300㎛인 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 딤플은 깊이가 5~200㎛인 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 딤플은 5~30%의 밀도로 형성된 것을 특징으로 하는 실린더 블록.
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