KR20150109343A - 공기압축기의 피스톤 몸체 구조 - Google Patents

공기압축기의 피스톤 몸체 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기압축기의 피스톤 몸체 구조에 관한 것으로, 상기 공기압축기의 피스톤 몸체 구조는 공기압축기에 압력 안전 밸브를 별도로 설치하지 않아도 운전 단계에서 배출하는 압축공기가 안전 압력 값의 범위 내에 유지되도록 하는 발명 설계로서, 상기 구조는 주로 피스톤 몸체의 피스톤 헤드에는 상단 부위에서 개방구가 형성되고 안쪽으로 움푹 파이며 밑벽 및 둘레벽이 형성되는 완충용 공기 수용 홈을 구비하여 피스톤 몸체가 공기압축기의 실린더 내에서 왕복식 운동을 할 때 공기 주입체에 대해 안전한 압력 값 범위 내에 유지되도록 함으로써 사용 시의 안전성을 지닐 뿐만 아니라 압력 안전 밸브를 별도로 설치할 필요가 없는 설계에 의해 생산 원가를 절약할 수 있다는 경제적 효과도 얻을 수 있다.

Description

공기압축기의 피스톤 몸체 구조{PISTON BODY CONSTRUCTION OF AIR COMPRESSOR}
본 발명은 공기압축기의 피스톤 몸체 구조에 관한 것으로, 특히 공기압축기의 피스톤 몸체에 작동 중인 압축기에서 배출하는 압축공기가 안전 압력 값 범위 내에 유지될 수 있도록 하는 완충용 공기 수용 홈이 구비되어서 이러한 설계에 의해 종래 공기압축기에 압력 안전 밸브를 별도로 설치하지 않아도 되도록 하고 생산 원가를 절약하는 공기압축기의 피스톤 몸체 구조에 관한 것이다.
공기압축기는 공기를 충전할 물체에 대해 공기를 주입하는 장비로서, 통상 에어 쿠션 및 타이어 등의 공기 주입 용도에 광범위하게 사용되고 있다. 공기압축기의 부피가 작아서 휴대 및 안치가 용이한 동시에 휴대형 직류전원 공급기를 이용하거나 자동차 담배 라이터 소켓에 연결해서 공기압축기의 동력 전원으로 삼을 수 있어 조작 및 사용이 매우 간편하고 쉽다. 도 14 내지 도 16을 참조하면, 일반적으로, 종래 공기압축기의 주요한 기본 구성요소는 실린더(81), 피스톤 몸체(82), 동력 모터(93) 및 동력전달기구로서의 기어(94)와 피니언(95)을 포함한다. 모터(93)가 작동된 후 축에 장착된 피니언(95)을 통해 기어(94)를 구동하고 또한 기어(94) 중의 크랭크 핀(96)으로 피스톤 몸체(82)를 연통시켜서 실린더(81)나 실린더(91) 내부 챔버에서 왕복식 직선운동을 하도록 하고, 이러한 동작에 의해 생성된 고압 공기는 통로(97)(도 16 참조)를 통해 출력되어 공기 주입체 내에 연결되어서 공기 주입이라는 목적을 이루게 된다. 다른 통로(98)(도 16 참조)에는 압력계(도시되지 않음)가 직접 또는 간접 연결되어 사용자가 공기 주입의 압력 값을 육안으로 확인할 수 있도록 한다. 도 14 및 도 15를 참조하면 실린더(81) 내에서 종래 피스톤 몸체(82)의 피스톤 헤드(821)에는 관통되는 환기통로(822)가 구비되고, 도 16을 참조하면 실린더(91) 내에 설치된 피스톤 몸체(92)는 피스톤 헤드(921)가 솔리드(solid) 상태고 관통되는 환기통로가 구비되지 않는다. 그러나 피스톤 몸체(82)나 피스톤 몸체(92)는 모두 실린더(81)나 실린더(91) 내에 장착되며, 상기 공기압축기 장치에는 압력 안전 밸브(84) 및 안전 밸브(도 16의 다른 각도에 위치하기 때문에 도시되지 않음)를 별도로 장착하며, 생성된 고압 공기의 압력 값이 공기 주입체에 설정된 안전 압력 값을 초과한 경우 상기 압력 안전 밸브(84)가 작동되어 공기 저장 챔버(85) 내부의 고압 공기를 장비 밖으로 배출하여 더 이상 공기 주입체 내에 진입하지 못하게 함으로써 공기압축기 장치 및 공기 주입체의 안전성을 보장하도록 한다. 그러나 이러한 압력 안전 밸브를 별도로 장착해야 하기 때문에 제조업체의 생산 원가가 증가하여 경제성에 불리하다.
본 발명자는 별도의 압력 안전 밸브가 공기압축기 장치 내에 존재함으로써 생산 원가를 높이게 되는 문제점을 인식하고 또한 공기압축기 장치를 제조할 때 압력 안전 밸브의 보호작용을 필수불가결한 요인으로 삼아야 한다는 점에 착안하여 연구개발 및 설계에 전념하여 결국에는 압력 안전 밸브를 사용하지 않아도 종래 제품에 별도로 구비된 압력 안전 밸브처럼 보호 효과를 구현할 수 있는 공기압축기 장치를 발전했으며, 본 출원은 이렇게 해서 발생하게 되었다.
본 발명에서 해결하고자 하는 기술적 과제는 공기압축기에 압력 안전 밸브를 설치하지 않아도 안전 보호 작용이 구비되는 공기압축기의 피스톤 몸체 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 해결방안은 다음과 같다:
공기압축기의 피스톤 몸체 구조에 있어서, 상기 피스톤 몸체는 피스톤 헤드를 포함하고, 상기 피스톤 헤드는 최고 상단의 평평한 면에서 가상으로 수평 연장된 XY수평 연장면을 지니며, 가상으로 연장된 XY수평면 하방의 피스톤 헤드 실체에는 적어도 하나의 완충용 공기 수용 홈이 형성되고, 상기 완충용 공기 수용 홈은 개구부와 상기 개구부에서 안쪽으로 움푹 파여서 형성되는 밑벽 및 둘레벽을 구비하고, 상기 완충용 공기 수용 홈은 피스톤 몸체가 공기압축기의 실린더 내에서 왕복식 직선운동을 할 때 지속적으로 생성되는 공기 압력이 공기 주입체의 안전 압력 값을 초과하지 않도록 하여 공기압축기는 보호 작용을 하는 압력 안전 밸브를 별도로 설치하지 않아도 된다.
상기 완충용 공기 수용 홈은 개구부 주변의 피스톤 헤드 상단에서 평평한 면의 상단 벽을 형성하고 상단 벽에서 아래로 연장하여 상기 피스톤 헤드의 밑단 벽이 형성되며, 피스톤 헤드의 상단 벽 및 밑단 벽 사이의 외주벽에는 완충용 공기 수용 홈과 연통되지 않는 움푹 파인 링형 요홈이 별도로 형성되고; 피스톤 헤드의 밑단 벽이 피스톤 로드의 제1 단부에 연결되고 이와 동시에 상기 피스톤 로드의 제2 단부에는 피봇 연결용 구멍이 구비되며; 기밀 링이 상기 피스톤 헤드의 링형 요홈 내에 장착된다.
상기 피스톤 헤드에는 복수의 서로 연통되지 않는 상기 완충용 공기 수용 홈을 구비하고 각 완충용 공기 수용 홈은 각각 상이한 형상과 상이한 깊이의 구조를 지닌다.
상기 피스톤 헤드에는 외부에서 피스톤 헤드를 관통하여 완충용 공기 수용 홈 내의 밑단 벽에 이르는 공기 진입구가 구비되고 상기 밑단 벽에는 돌기를 별도로 구비하여 스프링 시트를 고정시키며, 업 스트로크 시 상기 스프링 시트는 공기 진입구를 차폐 시키고 다운 스트로크 시 상기 스프링 시트는 외부 공기에 의해 밀쳐져서 열리면서 외부 공기가 실린더 내부 챔버에 진입하도록 한다.
상기 방안을 채택한 본 발명은, 상기 피스톤 몸체의 피스톤 헤드는 관통되는 환기통로를 구비하지 않고 완충용 공기 수용 홈을 구비하며, 피스톤 몸체가 공기압축기의 실린더 내에서 왕복식 직선운동을 할 때 지속적으로 생성되는 공기 압력이 공기 주입체의 안전 압력 값을 초과하지 않도록 하기 때문에 공기압축기는 보호 작용을 하는 압력 안전 밸브를 별도로 설치하지 않아도 공기 주입체가 안전한 압력 값 범위 내에 유지되도록 함으로써 사용 시의 안전성을 지닐 뿐만 아니라 압력 안전 밸브를 별도로 설치할 필요가 없는 설계에 의해 생산 원가를 절약할 수 있다는 경제적 효과도 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 피스톤 몸체의 입체 분해도다.
도 2는 본 발명의 피스톤 몸체의 입체 단면도다.
도 3은 본 발명의 공기압축기 장치의 박스 부재 입체도다.
도 4는 본 발명의 상기 박스 부재의 다른 각도에서의 평면 설명도다.
도 5는 본 발명의 피스톤 몸체가 후퇴 스트로크에서 공기압축기 외부의 공기를 흡입하여 유통 시키는 것을 나타내는 설명도다.
도 6은 본 발명의 피스톤 몸체가 전진 스트로크 운동을 할 때의 압축공기 유통을 나타내는 설명도다.
도 7은 본 발명의 피스톤 몸체가 후퇴 스트로크에서 공기압축기 외부의 공기를 공기 입구로 흡입하여 유통 시키는 것을 나타내는 설명도다.
도 8은 본 발명의 피스톤 몸체가 전진 스트로크 운동을 할 때의 압축공기 유통을 나타내는 설명도다.
도 9는 본 발명의 다른 각도에서의 단면 설명도다.
도 10은 본 발명의 공기압축기 입체도다.
도 11은 본 발명의 피스톤 헤드에 상이한 스타일과 구조를 갖는 완충용 공기 수용 홈이 구비된 것을 나타내는 평면 설명도다.
도 12는 본 발명의 피스톤 몸체의 다른 구조를 나타내는 입체 분해도다.
도 13은 본 발명의 피스톤 몸체의 다른 구조를 나타내는 입체 단면도다.
도 14는 종래 피스톤 몸체가 후퇴 스트로크에서 공기압축기 외부의 공기를 흡입하여 유통 시키는 것을 나타내는 설명도다.
도 15는 종래의 피스톤 몸체가 전진 스트로크 운동을 할 때의 압축공기 유통을 나타내는 설명도다.
도 16은 종래의 피스톤 몸체가 전진 스트로크 운동을 할 때를 다른 각도로 나타내는 설명도다.
이하, 본 발명의 기술수단을 더욱 자세히 설명하기 위해 구체적인 실시예를 결합하여 본 발명을 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 도면은 본 발명의 공기압축기의 피스톤 몸체 구조를 나타낸다. 상기 피스톤 몸체(6)는 피스톤 헤드(61) 및 피스톤 로드(62)를 포함하고, 피스톤 헤드(61)의 최고 상단의 평평한 면에서 가상으로 수평 연장된 XY수평 연장면을 지니며, 가상으로 연장된 XY수평면 하방의 피스톤 헤드(61) 실체에는 개구부(601) 및 상기 개구부(601)에서 안쪽으로 움푹 파여서 형성되는 밑벽(602) 및 둘레벽(603)이 구비된 적어도 하나의 완충용 공기 수용 홈(60)이 형성되고, 상기 완충용 공기 수용 홈(60)은 개구부(601) 주변의 피스톤 헤드(61) 상단에서 평평한 면의 상단 벽(611)을 형성하고 상단 벽(611)에서 아래로 연장하여 상기 피스톤 헤드(61)의 밑단 벽(612)이 형성되며, 피스톤 헤드(61)의 상단 벽(611) 및 밑단 벽(612) 사이의 외주벽에는 완충용 공기 수용 홈(60)과 연통되지 않는 상태의 움푹 파인 링형 요홈(64)이 별도로 형성된다. 피스톤 헤드(61)의 밑단 벽(612)으로 일정한 길이를 갖는 피스톤 로드(62)의 제1 단부(621)에 연결하고 상기 피스톤 로드(62)의 끝단, 즉 제2 단부(622)는 동시에 피봇 연결용 구멍(63)이 구비된다. 오링과 비슷한 작용을 하는 기능을 구비한 기밀 링(65)은 상기 피스톤 헤드(61)의 링형 요홈(64) 내에 장착된다.
본 발명의 공기압축기 전체 설비 세트(1)의 실제 사용은 도 3 내지 도 6 및 도 10을 참조하도록 한다. 이 중에서 설비 세트(1)는 도 10에 나타낸 바와 같은 상태로서, 상기 설비 세트(1)에는 메인 프레임(10)을 구비하고 상기 메인 프레임(10)은 모터(11)를 고정 시키고 실린더(2)를 설치하며, 동력전달기구 중의 피니언(12)은 기어(13)에 연결되고 기어(13) 상의 편심 핀(15)은 피스톤 몸체(6)의 피스톤 로드(62) 끝단의 피봇 연결용 구멍(63)에 연결된다. 실린더(2)는 실린더 내부 챔버(21) 상단에 상단 벽(22)을 구비하고 상기 상단 벽(22)에는 실린더(2) 상방의 공기 저장부(3)까지 관통되는 통로(23)가 구비되며, 공기 저장부(3)에는 복수의 덕트(31, 32, 33)가 장착된다. 공기 저장부(3) 내의 통로(23)에는 밸브 홀더(34) 및 상기 밸브 홀더(34) 상방에 맞닿는 스프링(36)이 설치된다. 공기 저장부(3) 상의 덕트(31)에는 호스(41)가 연결될 수 있고 덕트(32)에는 압력 표시계(42)를 연결하고 덕트(33)에는 릴리프 밸브 부재(5)를 장착할 수 있고 릴리프 밸브 부재(5)의 안쪽 끝에는 연질캡(51)이 설치된다. 전체 설비 세트(1)는 박스 부재 내에 조립될 수 있으며, 이 중에서 상기 박스 부재(4)는 실체에 전환 스위치(45)를 장착하여 공기압축기를 시동하거나 중지시키는 동작을 하며, 설비 세트(1)의 압력 표시계(42)는 박스 부재(1)의 외면에 노출되고 다른 터치스위치(46) 내측의 굴대(461)는 볼트(52)를 관통하여 공기압축기 상의 릴리프 밸브 부재(5)의 연질캡(51)에 맞닿으며, 공기 주입체가 뚜렷하게 비교적 높은 압력 값을 갖는 상태에서 사용자는 쉽게 터치스위치(46)를 눌러서 릴리프 밸브 부재(5)의 연질캡(51)을 접촉하여 압력을 가해서 상기 연질캡(51)이 압축에 의해 변형되어 공기 주입체의 과잉 압력이 이 릴리프 밸브 부재(5)에 장착된 덕트(33)를 통해 방출된다. 덕트(31)에 연결된 호스(41)는 박스 부재(4) 내에 수납될 수 있으며 또한 개폐용 덮개(47)로 밀폐시켜서 수납의 미관성을 구현한다. 상기 설비 세트(1)는 박스 부재(4) 내에 수납되어 그 외관 상태 및 내부에 관련된 상태는 도 3, 도 4 및 도 9를 동시에 참조하도록 한다.
피스톤 몸체(6)가 실린더 내부 챔버(21)에서 공기를 압축시키는 운동 상태에 관해서는 도 5 및 도 6을 동시에 참조하도록 한다. 공기압축기의 피스톤 몸체(6)는 실린더(2) 내에서 왕복식 직선운동을 할 수 있고 피스톤 몸체(6)의 업 스트로크는 실린더 내부 챔버(21)의 공기를 공기 저장부(3)의 공기 저장 챔버(35) 내로 밀어서(도 6 참조) 덕트(31)의 호스(41)를 통해 공기 주입체로 배출하고; 피스톤 몸체(6)의 다운 스트로크는 외부 공기가 피스톤 몸체(6) 및 실린더(2)의 내부 원주벽(24) 사이의 틈새를 통해 실린더 내부 챔버(21)에 진입하도록 하고(도 5 참조), 이와 같은 과정을 반복하면 공기 주입체에 기체를 꽉 채우게 된다. 본 발명의 피스톤 헤드(61)에는 완충용 공기 수용 홈(60)가 구비되었기에 피스톤 몸체(6)가 업 스트로크에서 상방 데드 포인트에 위치할 때 피스톤 헤드(61)의 상단 벽(611)이 실린더 내부 챔버(21) 상단의 상단 벽(22)에 이미 맞닿았지만 완충용 공기 수용 홈(60)의 존재로 인해 공기 수용 홈의 용적에 상당한 압축공기가 실린더 내부 챔버(21) 내에 잔류하는 것을 허용하며, 이러한 설계는 피스톤 몸체(6)가 저항력의 감소로 인해 작동의 순조로움을 더욱 증가할 수 있을 뿐만 아니라 공기 주입 과정에서도 공기 주입체에 대해 안전한 압력 값 범위 내에 유지될 수 있도록 하여 사용 상의 안전성을 지니기에 본 발명은 압력 안전 밸브를 별도록 설치할 필요가 없다. 물론, 본 발명의 피스톤 몸체(6)는 공기 입구(26) 및 스프링 시트(27)가 구비된 실린더(2)에도 응용될 수 있으며(도 7 참조), 피스톤 몸체(6)의 업 스트로크 시 스프링 시트(27)는 상기 공기 입구(26)를 폐쇄시키고; 피스톤 몸체(6)의 다운 스트로크 시 외부 공기는 스프링 시트(27)를 밀어서 공기 입구(26)를 통해 실린더 내부 챔버(21)에 진입하고, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같으며, 이러한 실린더(2)의 피스톤 몸체(6)는 여전히 동일한 효과를 구현할 수 있다.
도 12 및 도 13에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 피스톤 몸체(6)가 실린더(2) 내에서 왕복식 업 스트로크 및 다운 스트로크 운동을 진행하며, 다운 스트로크 시 피스톤 헤드(61)를 이용하여 외부 공기가 실린더 내부 챔버(21)에 진입하도록 할 경우 상기 피스톤 헤드(61)는 외부에서 완충용 공기 수용 홈(60) 내의 밑단 벽(612)까지 관통되는 공기 진입구(66)를 구비하고 상기 밑단 벽(612)에는 스프링 시트(68)를 고정시키기 위한 돌기(67)가 별도로 구비되며, 업 스트로크 시 상기 스프링 시트(68)는 공기 진입구(66)를 차폐 시키고 다운 스트로크 시 상기 스프링 시트(68)는 외부 공기에 의해 밀려서 열리면서 외부 공기가 실린더 내부 챔버(21)에 진입하도록 한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 피스톤 헤드(61)는 복수의 각 완충용 공기 수용 홈(P1, P2, P3)을 구비할 수 있으며 이러한 완충용 공기 수용 홈(P1, P2, P3)은 모두 서로 연통되지 않고 깊이가 서로 다르도록 설계될 수 있다.
상기 내용을 종합해 보면, 본 발명의 피스톤 몸체(6)는 피스톤 헤드(61)에 완충용 공기 수용 홈(60)을 구비하여 전체 공기압축기에 압력 안전 밸브를 별도로 설치하지 않아도 되어 생산 원가를 낮출 수 있을 뿐만 아니라 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 피스톤 몸체(6)가 스트로크 과정에서 더욱 순조롭도록 하고 안전성을 지니도록 하여 본 발명은 신규성과 진보성이 구비된다.
1 : 설비 세트 10 : 메인 프레임
11 : 모터 12 : 피니언
13 : 기어 15 : 편심 핀
2 : 실린더 21 : 실린더 내부 챔버
22 : 상단 벽 23 : 통로
24 : 내부 원주벽 26 : 공기 입구
27 : 스프링 시트 3 : 공기 저장부
31 : 덕트 32 : 덕트
33 : 덕트 34 : 밸브 홀더
35 : 공기 저장 챔버 36 : 스프링
4 : 박스 부재 41 : 호스
42 : 압력 표시계 45 : 전환 스위치
46 : 터치스위치 461 : 굴대
47 : 개폐용 덮개 5 : 릴리프 밸브 부재
51 : 연질캡 52 : 볼트
6 : 피스톤 몸체 60 : 완충용 공기 수용 홈
601 : 개구부 602 : 밑벽
603 : 둘레벽 61 : 피스톤 헤드
611 : 상단 벽 612 : 밑단 벽
62 : 피스톤 로드 621 : 제1 단부
622 : 제2 단부 63 : 피봇 연결용 구멍
64 : 링형 요홈 65 : 기밀 링
66 : 공기 진입구 67 : 돌기
68 : 스프링 시트 81 : 실린더
82 : 피스톤 몸체 821 : 피스톤 헤드
822 : 환기통로 83 : 릴리프 밸브
84 : 안전 밸브 85 : 공기 저장 챔버
91 : 실린더 92 : 피스톤 몸체
921 : 피스톤 헤드 93 : 모터
94 : 기어 95 : 피니언
96 : 크랭크 핀 97 : 통로
98 : 통로 901 : 릴리프 밸브

Claims (4)

  1. 공기압축기의 피스톤 몸체 구조에 있어서,
    상기 피스톤 몸체는 피스톤 헤드를 포함하고, 상기 피스톤 헤드는 최고 상단의 평평한 면에서 가상으로 수평 연장된 XY수평 연장면을 지니며, 가상으로 연장된 XY수평면 하방의 피스톤 헤드 실체에는 적어도 하나의 완충용 공기 수용 홈이 형성되고, 상기 완충용 공기 수용 홈은 개구부와 상기 개구부에서 안쪽으로 움푹 파여서 형성되는 밑벽 및 둘레벽을 구비하고, 상기 완충용 공기 수용 홈은 피스톤 몸체가 공기압축기의 실린더 내에서 왕복식 직선운동을 할 때 지속적으로 생성되는 공기 압력이 공기 주입체의 안전 압력 값을 초과하지 않도록 하여 공기압축기는 보호 작용을 하는 압력 안전 밸브를 별도로 설치하지 않아도 되는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 피스톤 몸체 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 완충용 공기 수용 홈은 개구부 주변의 피스톤 헤드 상단에서 평평한 면의 상단 벽을 형성하고 상단 벽에서 아래로 연장하여 상기 피스톤 헤드의 밑단 벽이 형성되며, 피스톤 헤드의 상단 벽 및 밑단 벽 사이의 외주벽에는 완충용 공기 수용 홈과 연통되지 않는 움푹 파인 링형 요홈이 별도로 형성되고; 피스톤 헤드의 밑단 벽이 피스톤 로드의 제1 단부에 연결되고 이와 동시에 상기 피스톤 로드의 제2 단부에는 피봇 연결용 구멍이 구비되며; 기밀 링이 상기 피스톤 헤드의 링형 요홈 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 피스톤 몸체 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤 헤드에는 복수의 서로 연통되지 않는 상기 완충용 공기 수용 홈을 구비하고 각 완충용 공기 수용 홈은 각각 상이한 형상과 상이한 깊이의 구조를 지니는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 피스톤 몸체 구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 피스톤 헤드에는 외부에서 피스톤 헤드를 관통하여 완충용 공기 수용 홈 내의 밑단 벽에 이르는 공기 진입구가 구비되고 상기 밑단 벽에는 돌기를 별도로 구비하여 스프링 시트를 고정시키며, 업 스트로크 시 상기 스프링 시트는 공기 진입구를 차폐 시키고 다운 스트로크 시 상기 스프링 시트는 외부 공기에 의해 밀쳐져서 열리면서 외부 공기가 실린더 내부 챔버에 진입하도록 하는 것을 특징으로 하는 공기압축기의 피스톤 몸체 구조.
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