KR20160057082A - 피스톤식 정량펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용적형 펌프 중 다단의 로터리로 구성하여 맥동을 줄인 피스톤식 정량펌프와 관련되며, 실시예는 원호형 벽면을 가지며 나란한 제1실린더공간과 제2실린더공간이 연통되어 실린더 내공간이 형성되어 있는 하우징부, 상기 제1실린더공간과 상기 제2실린더공간에 각기 위치하여 상기 벽면에 접하며, 격벽체로 연결되어 있는 제1피스톤과 제2피스톤을 구비하는 피스톤부 및 상기 제1실린더공간과 상기 제2실린더공간 각각의 중심상에 구비되어 있으며, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 서로 반대되는 방향으로 회전시키는 제1동력축과 제2동력축을 포함한다.

Description

피스톤식 정량펌프{Pistion type metering pump}

본 발명은 용적형 펌프 중 다단의 로터리로 구성하여 맥동을 줄인 피스톤식 정량펌프와 관련된다.

용적형 펌프는 실린더 내에서 작동하는 피스톤이나 로터에 의해 실린더 내의 유체를 유출구로 밀어내는 구조를 가진다. 이러한 하나의 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤이나 로터에 의해 유체를 밀어내도록 작용함으로써 연속적인 유체배출이 이루어지지 못하는 단점이 있다. 이를 해소하고자 쌍을 이루는 실린더를 준비하고 이들을 교호적으로 작동시킴으로써 맥동 현상을 줄이고 있다.

이러한 예시 중 하나로 대한민국 공개특허 제10-2005-0113389호(발명의 명칭 : 4륜원통 포인펌프)가 있다. 종래의 기술에는 상하로 대칭을 이루는 실린더 내에 아령 형태의 피스톤이 샤프트에 의해 편심 회전하면서 실린더 내의 유체를 유출구로 밀어내도록 작용한다. 이때 피스톤의 양단부는 각기 샤프트에 연결되어 있는데, 이들 샤프트는 헬리컬 기어를 사용한 하나의 구동모터에 연결되어 있다. 또한 실린더는 한 쌍의 구비됨으로써 유출구의 맥동을 저감시키는 구조를 채택하고 있다.

종래의 기술에 따른 펌프는 피스톤에 연결된 샤프트가 원운동하는 것인데, 실상 아령형 피스톤의 중심의 궤적은 실린더의 내벽 형상과 피스톤 단부의 원형 형태로 말미암아 타원 곡선을 형성하게 된다. 따라서 종래의 기술에 따른 펌프는 사실상 동작이 불완전하게 이루어지는 것이다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0113389호 (2005.12.02) 대한민국 공개특허 제10-2004-0106695호 (2004.12.18)

본 발명은 피스톤식 정량펌프의 원활한 작동이 가능하도록 구성하여, 작동 효율성과 수명을 증대시키고자 한다. 구체적으로 피스톤에 동력을 전달하는 구조를 간명히 하면서 피스톤의 작동 궤적에 맞추어 동력 전달이 올바르게 이루어지도록 한 피스톤식 정량펌프 구조를 제시한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 원호형 벽면을 가지며 나란한 제1실린더공간과 제2실린더공간이 연통되어 실린더 내공간이 형성되어 있는 하우징부, 상기 제1실린더공간과 상기 제2실린더공간에 각기 위치하여 상기 벽면에 접하며, 격벽체로 연결되어 있는 제1피스톤과 제2피스톤을 구비하는 피스톤부 및 상기 제1실린더공간과 상기 제2실린더공간 각각의 중심상에 구비되어 있으며, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 서로 반대되는 방향으로 회전시키는 제1동력축과 제2동력축을 포함하고, 상기 제1피스톤과 상기 제2피스톤 각각에는 외주면과 동심인 원형의 내측홀이 형성되어 있고, 상기 제1동력축과 상기 제2동력축 각각에는 각 상기 내측홀의 내주면에 접촉하는 동력전달부가 편심되게 결합되어 있는 피스톤식 정량펌프를 제공한다.

여기서 상기 동력전달부의 단면은 타원이고, 상기 타원의 장축은 상기 동력전달부의 중심에서 제1동력축 또는 상기 제2동력축이 편심된 방향과 나란하게 형성될 수 있다.

나아가 상기 내측홀에는 상기 내측홀의 내주면을 따라 원형의 니들베어링이 장착될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실린더공간, 피스톤의 외주면과 내측홀, 동력축의 주요 구성을 원형으로 가공한 상태에서 동력전달부의 비원형 외주면 가공으로 피스톤식 정량펌프를 제작할 수 있게 한다. 따라서 가공 난이도가 낮아지고 제작 비용이 절약된다. 특히 단면이 피스톤의 이동 궤적에 대응하는 타원형으로 제작된 동력전달부는 작동에 따른 충격 발생이 적으면서 니들 베어링과 함께 장치의 더욱 원활한 작동을 가능케 하는 장점이 있다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피스톤식 정량펌프의 주요부를 나타낸 단면도.
도 2는 도 1에 도시된 실시예의 정면도.
도 3은 도 1에 도시된 실시예의 일부분을 확대한 단면도.
도 4는 도 1에 도시한 실시예를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 5는 도 1에 도시한 실시예의 사용상태를 나타낸 도면.
도 6은 다른 실시예들에 채용된 동력전달부를 나타낸 도면.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 피스톤식 정량펌프의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

또한 이하의 설명에서 '제1', '제2' 등의 용어는 기술적 의미가 동일성 범위에 있는 구성요소를 편의상 구별하기 위하여 사용된다. 즉, 어떠한 하나의 구성은 임의적으로 '제1구성' 또는 '제2구성'으로 명명될 수 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 피스톤식 정량펌프와 관련된다. 참고로 도 3은 주요부를 확대하여 나타낸 것이고, 도 4는 이해를 돕기 위하여 후술하는 동력전달부를 다소 과장되게 변경하여 도시한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 피스톤식 정량펌프(100)는 하우징부(10), 피스톤부(20), 제1동력축(31) 및 제2동력축(32)을 포함한다.

하우징부(10)는 피스톤부(20)가 작동하는 실린더(13)를 구성하는 것으로, 펌핑 대상인 유체가 통과하는 구간이다. 본 발명에서는 도면을 기준으로 왼쪽의 유입구(14)에서 유체가 실린더 내로 유입되고, 오른쪽의 유출구(15)로 펌핑된 유체가 토출된다.

실린더(13)는 상부의 제1실린더공간(131)과 하부의 제2실린더공간(132)으로 구분된다. 제1실린더공간(131)과 제2실린더공간(132)은 원형 단면을 가진다. 제1실린더공간(131)과 제2실린더공간(132)의 각 벽면은 제1실린더공간과 제2실린더공간이 연통되는 연결공간을 제외하고는 원호로 형성되어 있다. 따라서 유입구(14)와 유출구(15)를 가로지는 수평선을 기준으로 하여, 제1실린더공간(131)과 제2실린더공간(132)은 상하로 대칭을 이룬다.

피스톤부(20)는 양단부가 원형 단면인 아령의 형태로, 구체적으로 제1실린더공간(131)에 내접하는 제1피스톤(21), 제2실린더공간(132)에 내접하는 제2피스톤(22) 및 제1피스톤(21)과 제2피스톤(22)을 연결하는 격벽체(23)를 포함한다. 제1,2피스톤과 격벽체는 일체로 제작될 수 있다.

제1피스톤(21)과 제2피스톤(22)의 단면은 격벽체(23)로 연결되는 부분을 제외하고는 원형으로 형성되어 있다. 그에 따라 제1피스톤(21)은 제1실린더공간(131)의 벽면에 선접하고, 제2피스톤(22)은 제2실린더공간(132)의 벽면에 선접할 수 있다.

제1동력축(31)과 제2동력축(32)은 하우징부(10)를 관통하여 실린더 내에 돌출되는 것으로, 후술하는 구동모터의 회전력을 제1피스톤과 제2피스톤 각각에 전달하는 요소 중 하나이다. 도 1에 도시한 바와 같이 제1동력축(31)과 제2동력축(32)의 회전 방향은 서로 반대이다.

제1동력축(31)은 제1피스톤(21)과 연결된다. 제1동력축(31)은 제1실린더공간(131)과 동심상에 위치한다. 마찬가지로 제2동력축(32)은 제2피스톤(22)과 연결되며, 제2실린더공간(132)과 동심상에 위치한다.

도 2를 참고하면, 실린더(13)는 도시한 바와 같이 피스톤식 정량펌프의 좌측과 우측에 한 쌍으로 구비된다. 각각의 실린더(13)에는 같은 형상의 피스톤부(20)가 구비된다. 다만 피스톤부(20)의 초기 장착 위치가 서로 반대방향으로 위상차가 있다. 각 실린더(13)는 제1동력축(31)과 제2동력축(32)을 공유한다. 더 도시하지 아니하였으나 각 실린더에서 교차로 토출되는 유체는 하나의 토출관으로 합쳐진 후 배출됨으로써, 최종 배출되는 유체의 맥동을 저감시킬 수 있다.

도시를 생략한 구동모터의 출력축에 구비된 기어(11)는 제1동력축(31) 및 제2동력축(32)과 직교하며 연결되어 있다. 이들 간 연결에는 헬리컬 기어(12)가 사용될 수 있다. 다만 제1동력축(31)과 제2동력축(32)의 헬리컬 기어(12)의 방향이 반대됨으로써 제1동력축(31)과 제2동력축(32)은 서로 반대 방향으로 회전하게 구성된다.

본 발명에서 제1동력축(31)과 제2동력축(32)은 제1피스톤(21) 및 제2피스톤(22)에 직접 연결되어 있지 아니하다. 만일 제1동력축이 제1피스톤과 직접 연결된 상태에서, 제1실린더공간에 제1피스톤이 내접함과 동시에 제2실린더공간에 제2피스톤이 내접하는 조건 하에 제1동력축과 제2동력축을 회전시키면, 제1피스톤의 원형 단면 중심이 형성하는 궤적이 원형이 아니므로, 단순히 원운동만 가능한 제1동력축이나 격벽체 등에서 파손이 발생하거나 제1피스톤과 제1실린더공간의 벽면이 간섭되어 작동이 불가능해진다.

위 조건을 만족하는 제1피스톤(21)과 제2피스톤(22)의 단면 중심의 궤적은 타원을 형성하므로 원운동하는 제1동력축(31)이나 제2동력축(32)과 상기 타원형 궤적의 차이를 보완하는 구성이 요구된다.

본 발명에서는 제1피스톤(21)과 제2피스톤(22) 각각에 외주면과 동심인 원형의 내측홀(h)을 각기 형성하고, 제1동력축(31)과 제2동력축(32) 각각에는 각 내측홀(h)의 내주면에 접촉하는 동력전달부(33)를 결합하고 있다. 이때 제1동력축(31)과 제2동력축(32) 각각은 동력전달부(33)의 중심으로부터 편심되게 동력전달부(33)와 연결되어 있다. 제1동력축과 제2동력축에 연결된 동력전달부는 각각의 동력축과 일체로 회전된다.

동력전달부(33)는 내측홀(h)과 일부에서 접촉하여 제1동력축(31)의 회전력을 제1피스톤(21)에 전달하면서 제1피스톤(21)의 타원형 궤적에 따른 이동에 간섭하지 아니하는 단면 형상을 갖는다.

도 1 내지 도 5에 도시한 실시예에서 동력전달부(33)는 타원형 디스크로, 제1동력축(31)과 제2동력축(32) 각각에 편심되게 장착된다. 여기서 동력전달부(33)의 타원 형상은 제1피스톤(21)과 제2피스톤(22)의 중심이 이동하는 타원 궤적에 맞추어 제작된다.

동력전달부(33)의 다른 실시예들은 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 (a)는 제1동력축(31)이 회전할 때에 내측홀(h)과 접촉하는 상부 우측의 일부분을 곡면으로 형성하고, 그외 부분은 내측홀과 접촉하지 아니하도록 구성한 것이고, (b)는 내측홀(h)과 접촉하는 동력전달부(33)의 일부분에 롤러(331)를 장착하여 접촉에 따른 소재의 마모를 저감시킨 구성이다. 도 6의 실시예들은 제1피스톤의 타원형 이동을 구속하지 아니하면서도, 제1동력축(31)의 원운동을 제1피스톤(21)에 전달할 수 있다.

다시 도 1 내지 도 5로 되돌아와서, 타원형 단면을 가지는 동력전달부(33)는 원형 단면을 갖는 내측홀(h)과의 접촉 면적을 넓게 확보하는 장점이 있다.

구체적으로 피스톤부(20)가 작동함에 따라 내측홀(h)에 접하는 동력전달부(33)의 외주면은, 회전방향에 놓인 타원의 반쪽 부분인데, 제1피스톤(21)이 놓인 위치에 따라 이 반쪽 부분 중 일부분만이 내측홀과 면접된다. 이와 같이 동력전달부(33)와 내측홀의 접촉 면적을 증대시키는 특성은 후술하는 니들 베어링(B)의 장착 시에 니들 베어링의 장착 효과를 증대시킨다.

도 3과 도 4에는 타원의 단면을 가지는 동력전달부(33)가 도시되어 있다.

이때 동력전달부(33)의 타원형 단면에서 장축은 동력전달부(33)의 중심으로부터 동력전달부(33)와 연결되는 제1동력축(31)이 편심된 방향에 따라 놓여진다.

도 5에서 (a)로부터 (c)의 위치로 피스톤부(20)가 작동하고, 이후로 피스톤부(20)는 (d)를 거쳐 다시 (a) 위치로 복귀한다. 제1피스톤(21)이, 도 5의 (b)와 (c)에 도시한 바와 같이, 내측홀(h)의 최우측에 접근하면서 동력전달부(33)의 단축 부분이 내측홀(h)에 접촉하게 된다. 이후 제1피스톤(21)이 내측홀(h)의 최우측에서 최하부로 내려가면서 다시 동력전달부(33)의 장축 부분이 내측홀(h)과 접촉하게 된다.

이와 같이 제1피스톤(21)의 위치에 따라 동력전달부(33)의 외주면 중 일부분이 내측홀(h)에 접촉하고, 제1피스톤(21)은 타원형 궤적을 따라 이동하면서 제1실린더공간(131)의 벽면과 선접촉을 유지할 수 있게 된다. 이러한 작동관계는 회전 방향이 반대인 제2피스톤(22), 제2피스톤(22) 내의 동력전달부(33) 및 제2실린더공간(132)에서도 대칭적으로 이루어진다.

도 1과 도 3을 참고하면, 내측홀(h)에는 원형인 내주면을 따라 원형의 니들 베어링(B)이 장착될 수 있다. 니들 베어링(B)은 내륜은 동력전달부(33)와 접촉하게 된다.

니들 베어링(B)은 동력전달부(33)와 내측홀(h) 사이에 개재되어 마찰에 의한 마모를 저감시킨다. 특히 원형 단면을 갖는 내측홀(h)의 내주면을 따라 원형의 니들 베어링(B)을 장착함으로써 비원형 단면을 가지는 동력전달부(33)의 외주면에 미끄럼 수단을 구비하는 것보다 구성이 간명하고 용이하다.

이러한 니들 베어링(B)은 타원 형상의 동력전달부(33)를 채택하였을 때에, 니들 베어링(B)의 내륜과 동력전달부(33)의 접촉면이 최대로 넓게 확보되므로, 동력전달부(33)와 내륜과의 반복된 이격과 접촉에 의한 니들 베어링(B)의 파손을 최소화할 수 있다. 따라서 장치의 오랜 수명과 원활한 작동을 기대할 수 있게 한다.

본 발명의 실시예는 타원 궤적에 따라 이동하는 제1피스톤(21)의 궤적과 제1동력축(31)의 원형 회전이 불일치하는 점을 고려하여, 비원형을 가지는 동력전달부(33)를 제1동력축(31)과 제1피스톤(21) 사이에 설치하여 해소하고 있다. 이러한 동력전달부(33)는 제1실린더공간(131), 제1피스톤(21)의 외벽 및 내측홀(h), 제1동력축(31) 등의 원형 가공을 그대로 유지한 상태에서, 동력전달부(33)의 외형만을 비원형으로 가공할뿐이므로 가공 난이도가 낮고, 그만큼 제작비용을 저렴하게 한다. 특히 제1피스톤(21)의 이동 궤적에 맞춘 타원형의 동력전달부(33)는 피스톤식 정량펌프(100)의 작동 안정성을 크게 하므로 장치의 작동효율을 증대시킨다.

100 : 피스톤식 정량펌프
10 : 하우징부
11 : 기어 12 : 헬리컬 기어
13 : 실린더 131 : 제1실린더공간 132 : 제2실린더공간
14 : 유입구 15 : 유출구
20 : 피스톤부
21 : 제1피스톤 22 : 제2피스톤 h : 내측홀 23 : 격벽체
31 : 제1동력축 32 : 제2동력축 33 : 동력전달부 331 : 롤러
B : 니들 베어링

Claims (3)

1. 원호형 벽면을 가지며 나란한 제1실린더공간과 제2실린더공간이 연통되어 실린더 내공간이 형성되어 있는 하우징부,
   상기 제1실린더공간과 상기 제2실린더공간에 각기 위치하여 상기 벽면에 접하며, 격벽체로 연결되어 있는 제1피스톤과 제2피스톤을 구비하는 피스톤부,
   상기 제1실린더공간과 상기 제2실린더공간 각각의 중심상에 구비되어 있으며, 상기 제1피스톤과 제2피스톤을 서로 반대되는 방향으로 회전시키는 제1동력축과 제2동력축을 포함하고,
   상기 제1피스톤과 상기 제2피스톤 각각에는 외주면과 동심인 원형의 내측홀이 형성되어 있고,
   상기 제1동력축과 상기 제2동력축 각각에는 각 상기 내측홀의 내주면에 접촉하는 동력전달부가 편심되게 결합되어 있는 피스톤식 정량펌프.
2. 제1항에서,
   상기 동력전달부의 단면은 타원이고,
   상기 타원의 장축은 상기 동력전달부의 중심에서 제1동력축 또는 상기 제2동력축이 편심된 방향과 나란하게 형성되는 피스톤식 정량펌프.
3. 제2항에서,
   상기 내측홀에는
   상기 내측홀의 내주면을 따라 원형의 니들베어링이 장착되어 있는 피스톤식 정량펌프.

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