KR20180103270A - 비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜 기체를 흡기 후 배출시키는 비금속 다이어프램의 강한 탄성력을 유지하면서도, 그 두께를 최소화시킬 수 있으며, 고온, 고압의 기체를 장기간 펌핑하더라도 비금속 다이어프램의 파손 내지 헐거움 등이 발생하지 않도록 내구성을 향상시킨 비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에어 펌프는, 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜, 서로 차폐되어 있는 흡기실과 배기실의 각 체크밸브를 순차적으로 개폐하여 기체를 흡기한 후 배출시키는 비금속 다이어프램;을 포함하는 에어 펌프에 있어서, 상기 비금속 다이어프램은, 섬유 소재로 이루어진 내부시트와, 상기 내부시트의 양면에 각각 접착되며 불소를 포함하는 합성수지로 성형된 외부시트로 이루어진 몸체, 상기 몸체의 외부 표면에 코팅된 불소 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프{AIR PUMP EQUIPPED WITH DIAPHRAGM}

본 발명은 비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜 기체를 흡기 후 배출시키는 비금속 다이어프램의 강한 탄성력을 유지하면서도, 그 두께를 최소화시킬 수 있으며, 고온, 고압의 기체를 장기간 펌핑하더라도 비금속 다이어프램의 파손 내지 헐거움 등이 발생하지 않도록 내구성을 향상시킨 비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프에 관한 것이다.

부식성이 높은 가스와 같은 기체를 펌핑하여 공급하는 에어 펌프는, 펌핑 방식에 따라 다양한 종류가 있으며, 이 중 체적 변화를 통해 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜 흡기 후 배출이 이루어지도록 하는 다이어프램을 이용한 에어 펌프가 있다.

이러한 다이어프램은 펌핑하는 기체의 종류나 사용 환경 등에 따라, 코발트기 또는 니켈기 등의 초합금으로 이루어진 금속 다이어프램과, 일반 고무 재질로 이루어진 비금속 다이어프램으로 나뉜다.

이와 관련된 종래 기술로써, 공개특허 제10-2003-0060687호, 공개특허 제10-2005-0106938호, 등록특허 제10-0977343호, 등록특허 제10-1483444호 등에 공개된 바와 같은, 비금속 다이어프램은, 강한 탄성력과 함께, 고온, 고압을 견딜 수 있는 일정 이상의 강도를 갖으면서, 높은 내식성이 요구되며, 비금속 다이어프램의 작동 특성 상 기밀성 확보 역시 매우 중요하다.

특히 에어 펌프의 비금속 다이어프램은, 펌핑하는 기체에 직접 노출되는 구조이기 때문에, 고온, 고압의 기체를 펌핑하는 사용 환경에서는, 일반적인 다른 에어 펌프보다, 더 신뢰할 수 있는 내구성이 요구된다.

종래의 비금속 다이어프램은, 고무 재질이 펌핑 용량에 맞게 통으로 성형하여 이루어지는 것으로, 상기한 바와 같이 강한 탄성력 및 강도를 갖기 위해 비금속 다이어프램 자체의 두께가 두꺼워질 수밖에 없다.

즉, 비금속 다이어프램의 두께를 얇게 하면 강도가 약해져 쉽게 파손 내지 변형이 발생하기 때문에, 이를 방지하기 위해 고무 두께를 두껍게 성형하는 것이 보통이다.

그러나 이렇게 비금속 다이어프램의 두께를 두껍게 하면, 비금속 다이어프램의 탄성 변형을 위해 고출력의 모터가 필요하고, 비금속 다이어프램의 탄성 변형이 반복되면서 고무가 갈라지는 등의 파손이 발생하거나 기밀성을 상실하기 쉽고, 특히 비금속 다이어프램이 고속으로 탄성 변형되면서 부식성이 강한 가스와 같은 기체를 고온, 고압 상태로 펌핑할 경우, 비금속 다이어프램의 수명이 더욱 짧아지는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 장기간 반복된 사용, 특히 고온, 고압의 기체를 펌핑하는 가혹한 환경 하에서 비금속 다이어프램의 수명이 저하되는 것을 방지하도록 내구성을 향상시킬 수 있으며 종래의 비금속 다이어프램보다 강한 탄성력, 강도, 내구성을 보장하면서도, 몸체의 두께를 최소화할 수 있는 비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은, 에어 펌프의 출력 향상 및 원활한 펌핑 작동을 위해 흡기실과 배기실의 각 체크밸브가 순차적으로 고속 개폐되며, 모터의 회전력이 비금속 다이어프램이 장착된 피스톤으로 직접 전달되어 피스톤이 고속으로 직선 왕복 운동하면서 기체를 펌핑하는 에어 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은, 편심 캠의 원심력을 증가시켜 모터의 과부하를 방지할 수 있으며, 특히 흡기된 고온, 고압의 기체로 인해 다이어프램의 배출 압력이 저하되는 것을 방지하여, 배기공에 구비된 체크밸브의 개방이 더욱 정확하고 빠르게 이루어질 수 있는 에어 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은, 캠부의 마찰력을 저감시키는 베어링 디스크의 고정력을 사용 환경에 맞게 조절 가능하여, 베어링 디스크에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있는 에어 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 에어 펌프는,

펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜, 서로 차폐되어 있는 흡기실과 배기실의 각 체크밸브를 순차적으로 개폐하여 기체를 흡기한 후 배출시키는 비금속 다이어프램;을 포함하는 에어 펌프에 있어서,

상기 비금속 다이어프램은,

섬유 소재로 이루어진 내부시트와, 상기 내부시트의 양면에 각각 접착되며 불소를 포함하는 합성수지로 성형된 외부시트로 이루어진 몸체,

상기 몸체의 외부 표면에 코팅된 불소 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 에어 펌프에서,

상기 펌핑 챔버는,

상기 흡기실과 연통되면서 제1 체크밸브가 설치된 흡기공과, 상기 배기실과 연통되면서 제2 체크밸브가 설치된 배기공과, 상기 비금속 다이어프램이 장착되는 개구부를 구비하고,

상기 비금속 다이어프램이 펌핑 챔버의 외측으로 탄성 변형되면, 상기 제2 체크밸브가 폐쇄되면서 상기 제1 체크밸브가 개방되어, 흡기실의 기체가 펌핑 챔버 내로 흡기되고,

상기 비금속 다이어프램이 펌핑 챔버의 내측으로 탄성 변형되면, 상기 제1 체크밸브가 폐쇄되면서 상기 제2 체크밸브가 개방되어, 펌핑 챔버의 기체가 배기실로 배기되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 에어 펌프에서,

상기 비금속 다이어프램을 탄성 변형시키는 작동수단은,

모터,

일단에 상기 비금속 다이어프램이 장착되고, 타단에 캠 장착공이 구비된 피스톤,

상기 캠 장착공에 끼워져 결합되는 캠부와, 상기 캠부의 중심부에서 일측으로 편중된 위치에 형성되어 상기 모터와 동축 회전하는 구동축이 결합되는 축공을 구비하여, 상기 모터의 회전력을 상기 피스톤의 직선 왕복 운동으로 전환하는 편심 캠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

나아가 본 발명에 따른 에어 펌프에서,

상기 편심 캠은, 원심력을 증가시키기 위해, 상기 축공의 중심부에서 일측으로 편중된 위치에 구비된 중량부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 비금속 다이어프램을 구비한 에어 펌프는, 비금속 다이어프램의 몸체가 섬유 소재 및 불소를 포함하는 합성수지의 다층 구조로 접착하여 형성되며, 몸체의 외부 표면에 불소 코팅층을 형성하여, 종래의 비금속 다이어프램보다 얇은 두께를 갖으면서도 탄성 변형에 필요한 유연성 및 기밀성 강화와 탄성 복귀에 필요한 강한 탄성력을 보장함과 동시에 내식성 강화를 통해 내구성을 향상시켜, 고온, 고압의 기체를 펌핑하는 가혹한 환경에서도 비금속 다이어프램의 손상 내지 파손을 방지하고,

모터의 구동축과 동축 회전하는 편심 캠에 의해 비금속 다이어프램이 구비된 피스톤이 직선 왕복 운동하면서, 흡기공과 배기공의 각 체크밸브를 순차적으로 고속 개폐시켜, 에어 펌프의 출력을 향상함과 아울러,

중량부재에 의해 원심력이 향상된 편심 캠의 회전에 따른 압력 작용 방향을 흡기공과 배기공의 각 체크밸브의 개방 방향과 일치시켜 모터의 과부하를 방지하고,

피스톤의 타단이 분리되어 캠 장착공을 형성하는 고정편들의 간격 조절을 통해 베어링 디스크의 고정력을 조절할 수 있어, 베어링 디스크에 가해지는 부하를 감소시켜 고장 발생을 방지함으로써,

비금속 다이어프램을 비롯해 에어 펌프를 구성하는 모든 부품의 사용 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 에어 펌프의 외관 사시도.
도 2, 도 3은 비금속 다이어프램의 작동 상태별 도 1의 A-A 단면도.
도 4는 도 1의 B-B 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 피스톤의 결합 사시도들.
도 6은 도 5의 분해 사시도들.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

또 각 도면에서 구성요소들은 이해의 편의 등을 고려하여 크기나 두께를 과장되게 크거나(또는 두껍게) 작게(또는 얇게) 표현하거나, 단순화하여 표현하고 있으나 이에 의하여 본 발명의 보호범위가 제한적으로 해석되어서는 안 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 에어 펌프를 설명함에 있어 편의를 위하여 엄밀하지 않은 대략의 방향 기준을 도 2 및 도 3을 참고하여 특정하면, 중력이 작용하는 방향을 하측으로 하여 보이는 방향 그대로 상하좌우를 정하고, 다른 도면과 관련된 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서도 다른 특별한 언급이 없는 한 이 기준에 따라 방향을 특정하여 기술한다.

이하에서는 본 발명에 따른 에어 펌프를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

본 발명은, 펌핑 챔버(13) 내의 압력을 변화시켜, 서로 차폐되어 있는 흡기실(11)과 배기실(12)의 각 체크밸브(15)(16)를 순차적으로 개폐하여 기체를 흡기한 후 배출시키는 비금속 다이어프램(30)을 구비한 에어 펌프에 관한 것으로,

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 크게 고온, 고압의 기체를 흡기 후 배출하는 유로가 형성된 챔버 하우징(10)과, 비금속 다이어프램(30)을 작동시키는 모터(21)와 피스톤(22)이 내장되는 모터 하우징(20) 및 피스톤(22)의 작동과 연동하여 펌핑 챔버(13)에 펌핑 압력을 형성하는 비금속 다이어프램(30)을 포함한다.

도면에서는, 본체의 중앙에 모터(21)가 장착되고, 모터(21)의 양측에 각각 챔버 하우징(10)과 모터 하우징(20)이 하나씩 구비되고,

단일 모터(21)의 회전자 양측으로 2 개의 구동축(21a)이 연결되어 각 구동축(21a)에 연결된 피스톤(22)에 의해 2개의 비금속 다이어프램(30)이 동시에 작동하는 실시예가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

먼저 상기 챔버 하우징(10)은, 일측에 흡기구(11a)가 연결된 흡기실(11)이 구비되고, 타측에 배기구(12a)가 연결된 배기실(12)이 구비되고, 흡기실(11)과 배기실(12) 하측에 펌핑 챔버(13)가 구비되어 있다.

상기 흡기실(11)과 배기실(12)은 격벽(11S)에 의해 서로 차폐되어 있으며,

상기 펌핑 챔버(13)는 흡기실(11) 및 배기실(12)과 연통된 상측 개구부에 플레이트(14)가 설치되어 서로 차폐되어 있고, 모터 하우징(20)과 연통된 하측 개구부 둘레에는 비금속 다이어프램(30)의 외측단이 끼워져 결합되는 끼움부(13a)가 구비되어 있다.

또한 플레이트(14)에는, 흡기실(11)과 펌핑 챔버(13)를 서로 연통시키는 하나 이상의 흡기공(14a)과, 배기실(12)과 펌핑 챔버(13)를 서로 연통시키는 하나 이상의 배기공(14b)이 형성되어 있으며, 흡기공(14a)과 배기공(14b)을 각각 개폐하는 제1 체크밸브(15)와 제2 체크밸브(16)가 구비된다.

제1, 제2 체크밸브(15)(16)는 기체의 흐름을 일방향, 즉 제1 체크밸브(15)는 기체가 흡기실(11)에서 펌핑 챔버(13) 방향으로, 제2 체크밸브(16)는 기체가 펌핑 챔버(13)에서 배기실(12) 방향으로 흐르도록 제어하는 것으로, 도면에서는 흡기공(14a)과 배기공(14b)을 덮는 돔 형상의 개폐막을 구비한 제1, 제2 체크밸브(15)(16)를 확인할 수 있고,

기체의 흐름 방향을 감안하여, 제1 체크밸브(15)는 개폐막이 펌핑 챔버(13) 내에 배치되도록 구비되고, 제2 체크밸브(16)는 개폐막이 배기실(12) 내에 배치되도록 구비되어 있다.

이러한 구성의 본 발명은,

비금속 다이어프램(30)에 의해, 펌핑 챔버(13) 내의 압력이 하강하면 제1 체크밸브(15)가 변형되면서 흡기공(14a)을 개방함과 동시에 제2 체크밸브(16)는 플레이트(14)의 상면에 밀착되어 배기공(14b)을 폐쇄하고,

반대로 비금속 다이어프램(30)에 의해, 펌핑 챔버(13) 내의 압력이 상승하면, 제1 체크밸브(15)가 플레이트(14)의 하면에 밀착되면서 흡기공(14a)을 폐쇄함과 동시에 제2 체크밸브(16)가 변형되면서 배기공(14b)을 개방하여,

흡기구(11a)로 흡입되는 고온, 고압의 기체가, 흡기실(11), 흡기공(14a), 펌핑 챔버(13), 배기공(14b), 배기실(12)을 차례로 경유한 다음, 배기구(12a)로 배출되어, 기체의 펌핑 작용이 이루어진다.

물론 상기 제1, 제2 체크밸브(15)(16)는 기체의 흐름을 일방향으로 제어하는 것이면 족하므로, 공지된 다른 종류의 밸브가 사용되어도 무방하다.

그리고 상기 비금속 다이어프램(30)은, 피스톤(22)의 승하강 작동에 따라 그 모양이 탄성 변형되면서 펌핑 챔버(13)의 체적을 변화시켜, 기체 펌핑을 위한 압력을 변화시키는 링 형상의 부재로써,

중공부를 형성하는 내측단이 제1, 제2 헤드(23A)(23B) 사이에 형성된 장착부(23a)에 끼워지고, 외측단이 펌핑 챔버(13)의 하측 개구부에 구비된 끼움부(13a)에 끼워져, 펌핑 챔버(13)를 기밀 상태로 유지시킨다.

그리고 피스톤(22)의 후진(도면 상 하강)에 의해 비금속 다이어프램(30)이 펌핑 챔버(13) 외측(도면 상 하측)으로 가압되면서 탄성 변형되어, 펌핑 챔버(13) 내의 체적이 커지면, 이에 따라 펌핑 챔버(13) 내의 압력이 하강하면서, 펌핑 챔버(13)에 흡입 압력이 발생하여, 제1 체크밸브(15)의 개방 및 제2 체크밸브(16)의 폐쇄가 이루어져, 흡기실(11)의 기체를 펌핑 챔버(13) 내로 흡기한 후,

피스톤(22)의 전진(도면 상 상승)에 의해 비금속 다이어프램(30)이 펌핑 챔버(13) 내측(도면 상 상측)으로 가압되면서 탄성 변형되면, 피스톤(22)의 제1 헤드와 비금속 다이어프램(30)이 플레이트(14) 방향으로 밀착됨에 따라 펌핑 챔버(13) 내의 체적이 작아지면서 펌핑 챔버(13) 내의 압력이 상승하여, 펌핑 챔버(13)의 배출 압력에 의해 제1 체크밸브(15)의 폐쇄 및 제2 체크밸브(16)의 개방이 이루어져, 펌핑 챔버(13) 내의 기체를 배기실(12)로 배출하게 된다.

이때 상기한 작동에 의해 탄성 변형이 반복되는 상기 비금속 다이어프램(30)은,

섬유 소재로 이루어진 내부시트(31)와, 상기 내부시트(31)의 양면에 각각 접착되며 불소를 포함하는 합성수지로 성형된 외부시트(32)로 이루어진 몸체,

상기 몸체의 외부 표면에 코팅된 불소 코팅층(33)을 포함하여 이루어진다.

상기 내부시트(31)는, 부직포와 같은 섬유 소재로, 비금속 다이어프램의 유연성을 보장하게 되고,

상기 외부시트(32)는, 불소 고무(VITON)와 같은 합성수지로, 비금속 다이어프램의 탄성력을 보장하게 되며,

불소 코팅층(32)은, 불소수지 폴리불화에틸렌(PTFE; Poly Tetra Fluoro Ethylene)계 코팅액으로, 고온, 고압의 공기 접촉에 의한 비금속 다이어프램의 경화나 표면 손상을 방지하게 된다.

특히 불소를 포함한 외부시트(32) 및 불소 코팅층(33)은, 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해, 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성으로 인해, 비금속 다이어프램(30)의 내구성이 향상된다.

따라서 본 발명의 비금속 다이어프램(30)은, 종래의 비금속 다이어프램과 같이 고무류의 합성수지로 이루어진 단일 소재가 아닌, 섬유와 불소 합성수지 및 불소 코팅층으로 이루어진 복합 소재로 제작되어, 고속으로 탄성 변형이 반복되는 비금속 다이어프램(30)의 파손이나 변형이 발생하지 않고, 특히 고온, 고압의 기체가 비금속 다이어프램(30)의 표면에 직접 접촉하더라도 이로 인한 손상이 발생하지 않도록 하여, 비금속 다이어프램(30)의 사용 수명을 연장할 수 있는 효과를 제공한다.

이어서 상기 모터 하우징(20)은, 상기와 같은 비금속 다이어프램(30)을 탄성 변형시키는 작동수단이 내장되는 것으로, 상기 작동수단은,

모터(21),

일단에 상기 비금속 다이어프램(30)이 장착되고, 타단에 캠 장착공(22a)이 구비된 피스톤(22),

상기 캠 장착공(22a)에 끼워져 결합되는 캠부(26A)와, 상기 캠부(26A)의 중심부에서 일측으로 편중된 위치에 형성되어 상기 모터(21)와 동축 회전하는 구동축(21a)이 결합되는 축공(26a)을 구비하여, 상기 모터(21)의 회전력을 상기 피스톤(22)의 직선 왕복 운동으로 전환하는 편심 캠(26)을 포함하여 이루어진다.

상기 모터(21)는 BLDC 모터 등이 사용될 수 있으며, 전원 공급 시 구동축(21a)을 일방향으로 고속 회전시킨다.

상기 피스톤(22)은, 일단(도면 상 상단)에 제1 헤드(23A)와 제2 헤드(23B)가 적층되는 형태로 볼트 결합되어, 제1, 제2 헤드(23A)(23B) 사이에 비금속 다이어프램(30)이 끼워지는 장착부(23a)를 형성하여, 펌핑 챔버(13)를 기밀 상태로 유지하며,

타단에 상기 구동축(21a)에 결합되어 동반 회전하는 편심 캠(26)이 끼워져 결합되는 캠 장착공(22a)이 구비된다.

이때 상기 피스톤(22)은, 상기 캠 장착공(22a)에 베어링 디스크(25)가 장착되고, 이 베어링 디스크(25)에 구동축(21a)이 결합된 편심 캠(26)의 캠부(26A)가 끼워져, 모터(21) 작동 시 캠부(26A)에 의해 발생하는 마찰력을 저감시키며,

이때 사용되는 베어링 디스크(25)는, 볼 베어링, 또는 디스크의 소재 자체가 마찰 계수를 저감시키는 재질로 이루어지는 등 공지된 다양한 종류의 베어링이 사용될 수 있다.

상기 편심 캠(26)은, 축공(26a)의 중심부를 기준으로, 일측 외측단까지의 거리가 타측 외측단 거리가 서로 상이하게 형성된 일측 광폭부(26S)와 타측 협폭부(26S)가 형성되어 있는 것으로,

구동축(21a), 즉, 축공(26a)의 중심부를 축으로 캠부(26A)가 일방향으로 회전하여,

광폭부(26S)가 펌핑 챔버(13) 방향으로 회전 이동하면, 피스톤(22)이 전진하여 비금속 다이어프램(30)을 펌핑 챔버(13) 내측으로 가압하여 탄성 변형시키고,

협폭부(26S)가 펌핑 챔버(13) 방향으로 회전 이동하면, 피스톤(22)이 후진하여 비금속 다이어프램(30)을 펌핑 챔버(13) 외측으로 가압하여 탄성 복원시켜,

상기와 같은 펌핑 압력이 발생한다.

즉, 도 3의 상태에서 구동축(21a)에 의해 캠부(26A)가 시계 방향으로 회전하면, 도 2와 같이 광폭부(26S)가 펌핑 챔버(13) 외측으로 하향 회전 이동하면서 피스톤(22)이 하강하게 되고, 이에 따라 제1, 제2 헤드(23A)(23B)의 하강에 의해 비금속 다이어프램(30)이 하측으로 탄성 복원되면서 펌핑 챔버(13)에 흡입 압력이 발생하여, 제1 체크밸브(15)만이 개방되면서 펌핑 챔버(13) 내로 흡기실(11)의 기체를 흡입하고,

이 상태에서 캠부(26A)가 시계 방향으로 계속 회전하면, 도 3과 같이 광폭부(26S)가 펌핑 챔버(13) 내측으로 상향 회전 이동하면서 피스톤(22)이 상승하여, 제1, 제2 헤드(23A)(23B)의 상승에 의해 비금속 다이어프램(30)이 상측으로 탄성 변형되면서 펌핑 챔버(13)에 배출 압력이 발생하여, 제2 체크밸브(16)만이 개방되면서 펌핑 챔버(13) 내의 기체가 배기실(12)로 배출되며,

이렇게 모터(21)의 의한 구동축(21a)의 회전이 고속으로 연속되면, 편심 캠(26)에 의해 피스톤(22)이 직선 왕복 운동을 하면서 흡기 및 배기에 필요한 펌핑 압력을 발생시켜, 기체를 펌핑하여 공급하게 된다.

이러한 편심 캠(26)은, 축공(26a)에 끼워진 구동축(21a)에 너트(26b)가 체결되어 고정되며, 도면에서는 모터(21)와 직결된 구동축(21a)에 편심 캠(26)이 결합되는 것으로 도시되어 있으나, 각종 축 및/또는 기어를 통해 구동축(21a)과 연동하는 종동축에 편심 캠(26)이 결합되는 것도 가능하다.

이때 상기 제2 헤드(23B)는, 상면이 외측 끝단부로 갈수록 펌핑 챔버(13)의 반대편(도면 상 하측)으로 하향 경사진 만곡부(23b)로 형성되어, 제2 헤드(23B)가 펌핑 챔버(13) 내측으로 전진하였을 때, 만곡부(23b)가 비금속 다이어프램(30)의 하면을 적정 각도로 가압하여, 펌핑 챔버(13)의 기밀성을 유지하면서 비금속 다이어 프램(30)이 용이하게 탄성 변형된다.

한편 상기 편심 캠(26)은, 원심력을 증가시키기 위해, 상기 축공(26a)의 중심부에서 일측으로 편중된 위치에 구비된 중량부재(27)를 포함한다.

상기 중량부재(27)는 일정 이상의 무거운 중량을 갖는 부재로써, 편심 캠(26)이 회전할 때 원심력을 증가시켜, 모터(21)의 출력과 별개로 편심 캠(26)의 회전력, 즉 피스톤(22)의 직선 왕복 운동 압력을 향상시킨다.

이러한 중량부재(27)는 그 종류나 형태에 제한이 없으며, 도면에서는, 편심 캠(26)의 중심부에서 일측으로 돌출 연결된 연장부(26B)에 너트 형상의 중량부재(27)가 볼트(27a)에 의해 결합되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이때 상기 연장부(26B)의 돌출 방향은, 편심 캠(26)에서 축공(26a)이 편중된 동일 방향으로 연장 형성되며, 연장부(26B)의 외측 끝단부에 중량부재(27)가 결합된다.

즉, 축공(26a)의 중심부를 기준으로, 연장부(26B)가 협폭부(26S)가 형성된 방향으로 길게 연결되어, 중량부재(27)가 광폭부(26S)의 반대편에 배치된다.

이렇게 중량부재(27)를 광폭부(26S)의 반대편에 배열하면, 모터(21) 정지 시 중력에 의해 중량부재(27)가 하측을 향한 상태(즉, 광폭부(26S)가 상측을 향한 상태)로 편심 캠(26)이 정지하게 되므로, 비금속 다이어프램(30)이 상측으로 탄성 변형된 형태로 에어 펌프의 작동이 멈추게 되며,

따라서 펌핑 챔버(13)의 기체가 모두 배출됨에 따라, 제1, 제2 체크밸브(15)(16)가 모두 폐쇄된 상태로 유지되어, 모터(21)를 재가동할 때, 상기한 흡기 작용이 바로 발생함으로써, 에어 펌프의 제어 정밀도 내지 반응성을 향상시킬 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 이렇게 중량부재(27)가 광폭부(26S)의 반대편에 배열되면, 펌핑 챔버(13)의 기체를 배기실(12)로 배출할 때, 즉, 피스톤(22)이 상승할 때, 하향 회전하는 중량부재(27)에 중력이 더해지면서 원심력이 보다 커지게 되어, 펌핑 챔버(13)로 흡기된 고온, 고압의 기체 압력에 의해 발생하는 저항력을 상쇄시켜, 모터(21)에 과부하가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

한편 상기 베어링 디스크(25)는 캠 장착공(22a)에서 분리되지 않도록 일정 압력 이상으로 고정되어야 하는데, 이때 베어링 디스크(25)를 고정시키는 압력이 너무 강하면, 구동축(21a)의 회전 시 캠부(26A)와 베어링 디스크(25) 사이에 발생하는 마찰력이 증가함에 따라, 베어링 디스크(25)에 가해지는 부하가 커져, 베어링 디스크(25)의 마모 속도가 빨라질 뿐만 아니라 이로 인한 소음이 커질 수 있다.

이에 본 발명은, 상기 피스톤(22)의 캠 장착공(22a)에, 상기 베어링 디스크(25)에 가해지는 부하를 감소시키는 구조를 도입하였다.

이를 보다 구체적으로 설명하면,

상기 피스톤(22)은, 타단이 서로 분리된 상태로 상기 캠 장착공(22a)을 형성하는 한 쌍의 고정편(22A)과,

이 고정편(22A)들을 관통하여 결합하여 고정편(22A)들 사이의 간격, 즉 캠 장착공(22a)의 크기를 조절하는 조절 볼트(24)를 포함한다.

각 고정편(22A)은, 캠 장착공(22a)을 기준으로 양측으로 분기되어 그 끝단부가 다른 고정편(22A)과 분리되어 있는 것으로,

고정편(22A)들의 끝단부 사이에는 캠 장착공(22a)과 연결되도록, 소정 간격으로 벌어진 이격부(22b)가 형성된다.

그리고 고정편(22A)들로 형성된 캠 장착공(22a)에 베어링 디스크(25)를 끼운 상태에서, 조절 볼트(24)를 고정편(22A)들의 나사공에 체결하면, 고정편(22A)들 사이의 간격을 조절, 즉 캠 장착공(22a)의 크기를 필요에 맞게 변화시킬 수 있게 된다.

즉, 조절 볼트(24)의 조임 정도에 따라,

고정편(22A)들 사이의 간격이 좁아지면, 이에 상응하여 캠 장착공(22a)의 크기가 작아지면서, 베어링 디스크(25)를 고정시키는 압력이 증가하고,

고정편(22A)들 사이의 간격이 넓어지면, 이에 상응하여 캠 장착공(22a)의 크기가 커지면서, 베어링 디스크(25)를 고정시키는 압력이 감소하게 된다.

따라서 이러한 구조의 고정편(22A)들 및 조절 볼트(24)를 피스톤(22)에 적용하면, 펌핑하는 기체의 종류나 압력, 베어링 디스크(25)의 마모 정도 등에 따라, 베어링 디스크(25)를 고정시키는 압력을 베어링 디스크(25)가 분리되지 않는 한도 내에서 적정 수준으로 조절할 있으므로, 베어링 디스크(25)에 가해지는 부하를 감소시킬 수 있다.

또한 이렇게 베어링 디스크(25)에 가해지는 부하를 적정 수준으로 감소시켜 유지하면, 모터(21)에 과부하가 발생하는 것을 방지할 수 있게 된다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 에어 펌프를 위주로 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 챔버 하우징 11 : 흡기실
11a : 흡기구 11S : 격벽
12 : 배기실 12a : 배기구
13 : 펌핑 챔버 13a : 끼움부
14 : 플레이트 14a : 흡기공
14b : 배기공 15, 16 : 체크밸브
20 : 모터 하우징 21 : 모터
21a : 구동축 22 : 피스톤
22A : 고정편 22a : 캠 장착공
22b : 이격부 23A, 23B : 헤드
23a : 장착부 23b : 만곡부
24 : 조절 볼트 25 : 베어링 디스크
26 : 편심 캠 26A : 캠부
26B : 연장부 26a : 축공
26b : 너트 26L : 광폭부
26S : 협폭부 27 : 중량부재
27a : 볼트 30 : 비금속 다이어프램
31 : 내부시트 32 : 외부시트
33 : 불소 코팅층

Claims (4)

1. 펌핑 챔버 내의 압력을 변화시켜, 서로 차폐되어 있는 흡기실과 배기실의 각 체크밸브를 순차적으로 개폐하여 기체를 흡기한 후 배출시키는 비금속 다이어프램;을 포함하는 에어 펌프에 있어서,
   
   상기 비금속 다이어프램은,
   섬유 소재로 이루어진 내부시트와, 상기 내부시트의 양면에 각각 접착되며 불소를 포함하는 합성수지로 성형된 외부시트로 이루어진 몸체,
   상기 몸체의 외부 표면에 코팅된 불소 코팅층을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어 펌프.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 펌핑 챔버는,
   상기 흡기실과 연통되면서 제1 체크밸브가 설치된 흡기공과, 상기 배기실과 연통되면서 제2 체크밸브가 설치된 배기공과, 상기 비금속 다이어프램이 장착되는 개구부를 구비하고,
   
   상기 비금속 다이어프램이 펌핑 챔버의 외측으로 탄성 변형되면, 상기 제2 체크밸브가 폐쇄되면서 상기 제1 체크밸브가 개방되어, 흡기실의 기체가 펌핑 챔버 내로 흡기되고,
   상기 비금속 다이어프램이 펌핑 챔버의 내측으로 탄성 변형되면, 상기 제1 체크밸브가 폐쇄되면서 상기 제2 체크밸브가 개방되어, 펌핑 챔버의 기체가 배기실로 배기되는 것을 특징으로 하는 에어 펌프.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 비금속 다이어프램을 탄성 변형시키는 작동수단은,
   모터,
   일단에 상기 비금속 다이어프램이 장착되고, 타단에 캠 장착공이 구비된 피스톤,
   상기 캠 장착공에 끼워져 결합되는 캠부와, 상기 캠부의 중심부에서 일측으로 편중된 위치에 형성되어 상기 모터와 동축 회전하는 구동축이 결합되는 축공을 구비하여, 상기 모터의 회전력을 상기 피스톤의 직선 왕복 운동으로 전환하는 편심 캠을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어 펌프.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 편심 캠은, 원심력을 증가시키기 위해, 상기 축공의 중심부에서 일측으로 편중된 위치에 구비된 중량부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어 펌프.

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