KR20200145873A - 유체 펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 펌프에 관한 것이다. 본 발명은 내부에 작동공간이 만들어지고 상기 작동공간의 한쪽에는 작동유체를 외부로 토출하고 외부로부터 흡입하는 연결포트가 있는 하우징과, 상기 연결포트의 반대편에 해당하는 위치에서 상기 하우징에 조립되고 상기 작동공간을 향한 상면에는 경사면이 있는 사판과, 상기 작동공간에 설치되어 구동샤프트에 의해 회전하고 내부에는 다수개 실린더룸이 구동샤프트와 나란한 방향으로 연장되는 실린더블럭을 포함한다. 그리고, 피스톤유닛은 적어도 그 일부가 상기 실린더룸의 내부에 삽입되어 상기 실린더블럭을 따라 함께 회전함과 동시에 돌출된 한쪽 끝이 상기 사판의 경사면에 맞닿아 사판의 경사면을 타고 승강하면서 작동유체를 압축하거나 흡입하고, 탄성체는 상기 연결포트를 향한 피스톤유닛의 상부에 연결되어 상기 피스톤유닛을 사판 방향으로 탄성지지한다.

Description

유체 펌프{fluid pump}

본 발명은 유체 펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사판과 피스톤 사이를 연결하는 리테이너가 생략된 유체 펌프에 관한 것이다.

일반적인 유체 펌프, 예를 들어 유압 펌프는 한쪽 면이 경사진 사판(Swash Plate)이 회전할 때 위상이 바뀌는 현상을 이용한다. 그 구조를 간단히 살펴보면, 실린더 내부에서 직선이동 동작을 통해 유체 압력을 발생시키는 피스톤은 피스톤 슈를 통해 리테이너에 연결된다. 리테이너는 피스톤 슈를 거는 역할을 하는 것으로, 리테이너가 사판에 맞닿아 있으므로 결과적으로 피스톤은 사판에 밀착될 수 있다. 이때 상기 리테이너는 피스톤을 매개로 하여 상기 실린더에 연결되므로 상기 리테이너도 하우징 내부에서 회전된다.

이러한 종래의 유체 펌프는 리테이너가 사판과 피스톤 슈 사이에 위치하기 때문에 사판의 경사면이 피스톤을 밀거나 당기는 힘을 리테이너가 피스톤에 전달할 수 있다. 예를 들어 실린더 안쪽에 위치한 피스톤은 피스톤 슈를 통해 리테이너에 연결되어 있으므로 리테이너가 사판의 경사면을 따라 회전하는 과정에서 리테이너에 의해 당겨질 수 있다. 보다 정확하게는, 피스톤은 리테이너와 함께 회전하면서 상사점에서 하사점으로 이동할 때 리테이너에 의해 아래쪽, 즉 사판 쪽으로 당겨질 수 있다.

그런데, 이러한 리테이너와 피스톤 슈로 인해 펌프의 전체 부품수와 그에 따른 조립공수가 늘어나고, 펌프의 전체 무게가 무거워지는 문제가 있다. 특히 리테이너-피스톤 슈 사이의 조립과, 피스톤-피스톤 슈 사이의 조립이 필요하고 그 조립은 정교한 작업을 요구하기 때문에 자동화가 어려워 제조비용을 더욱 증가시키는 문제가 있다.

그리고, 리테이너에 피스톤 슈를 끼워야 하는데, 이를 위해 둘 중 어느 하나를 탄성변형이 가능한 재질로 만들거나 리테이너를 다시 다수개의 부품으로 나누어 그 사이에 피스톤 슈를 조립해야 하므로 펌프의 제조용이성이 떨어진다.

또한, 피스톤을 실린더에서 사판 방향으로 당겨내는 과정에서 리테이너와 피스톤 슈의 연결부위에 큰 하중이 가해지고, 그 과정에서 리테이너와 피스톤 슈에 마모가 발생하거나 심할 경우 찢겨져 나가는 문제가 있으며, 과도한 분리력으로 인해 펌프의 효율이 낮아지는 면도 있다.

그리고 종래의 유체 펌프에서는 피스톤과 실린더 사이의 간격을 통해서 작동유체가 누설되기도 하는데, 이를 방지하기 위해서는 피스톤과 실린더 사이에 별도의 실링부재를 설치해야 한다. 그런데 각각의 피스톤마다 실링부재를 설치하는 것은 부품수를 늘릴 뿐 아니라 펌프의 소형화를 어렵게 하는 면이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2012-0126134호 대한민국 공개특허 제10-2006-0060168호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 피스톤과 사판 사이를 연결하는 리테이너를 생략하고, 탄성체를 이용해서 피스톤이 직접 사판에 밀착되도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 피스톤에 결합된 탄성체가 실링 기능을 하도록 하여 작동유체의 누설을 방지하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 내부에 작동공간이 만들어지고 상기 작동공간의 한쪽에는 작동유체를 외부로 토출하고 외부로부터 흡입하는 연결포트가 있는 하우징과, 상기 연결포트의 반대편에 해당하는 위치에서 상기 하우징에 조립되고 상기 작동공간을 향한 상면에는 경사면이 있는 사판과, 상기 작동공간에 설치되어 구동샤프트에 의해 회전하고 내부에는 다수개 실린더룸이 구동샤프트와 나란한 방향으로 연장되는 실린더블럭과, 적어도 일부가 상기 실린더룸의 내부에 삽입되어 상기 실린더블럭을 따라 함께 회전함과 동시에 돌출된 한쪽 끝이 상기 사판의 경사면에 맞닿아 사판의 경사면을 타고 승강하면서 작동유체를 압축하거나 흡입하는 피스톤유닛과, 상기 연결포트를 향한 피스톤유닛의 상부에 연결되어 상기 피스톤유닛을 사판 방향으로 탄성지지하는 탄성체를 포함한다.

상기 탄성체에는 한쪽이 연결포트를 향해 개방된 유체공간이 내부에 있고, 상기 피스톤유닛이 사판을 타고 상승하면 상기 유체공간의 체적이 줄어드는 방향으로 압축되었다가 피스톤유닛이 사판을 타고 하강하면 다시 유체공간의 체적이 늘어나는 방향으로 탄성복원된다.

상기 탄성체의 외면에는 탄성체의 외면을 둘러 요철구조가 있고, 상기 요철구조는 탄성체가 압축되는 방향을 따라 다수개가 연속되어 주름관 형상을 만든다.

상기 피스톤유닛은 상기 피스톤유닛의 승강방향으로 연장되는 피스톤몸체와, 상기 사판을 향한 피스톤몸체의 한쪽 끝에 연결되고 외면이 곡면형상인 피스톤볼을 포함한다.

상기 피스톤볼의 반대쪽에 해당하는 피스톤몸체의 상면에는 조립홈이 요입되어 탄성체의 조립돌부가 끼워지거나 밀착상태를 유지한다.

상기 탄성체는 연결포트를 향한 상부에 위치하고 유체공간의 입구가 만들어지는 상단부와, 상기 상단부의 반대편에 위치하고 상기 피스톤유닛의 피스톤몸체 상면에 밀착되는 하단부와, 상기 상단부와 하단부 사이를 연결하고 압축 또는 복원되면서 상기 탄성체 내부의 유체공간의 체적을 가변시키는 압축몸체부로 구성된다.

상기 탄성체의 상단부의 외경은 상기 실린더룸의 내경 보다 크거나 같게 만들어져 상기 상단부의 측면이 실린더룸의 내면에 밀착되고, 상기 탄성체의 압축몸체부의 외경은 실린더룸의 내경 보다 작다.

상기 탄성체의 상단부는 상기 실린더룸의 길이방향을 따라 연장되어 소정의 높이를 갖는다.

상기 피스톤유닛의 피스톤볼은 피스톤몸체에 일체로 만들어지거나, 구형상의 피스톤볼이 상기 피스톤몸체에 조립된다.

상기 피스톤유닛은 상기 실린더블록의 중심에 있는 샤프트결합홈을 둘러 다수개가 배치되는 실린더룸에 각각 끼워지고, 상기 실린더룸은 샤프트결합홈을 중심으로 서로 반경을 달리하여 배치된 다수층의 룸레이어로 구성된다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 유체 펌프에는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 유체 펌프는 피스톤과 사판 사이를 연결하기 위한 리테이너 및 피스톤슈가 생략되고, 탄성체가 피스톤을 사판 방향으로 탄성지지해서 피스톤이 사판에 맞닿도록 구성된다. 이처럼 리테이너와 피스톤슈가 생략되므로 본 발명에 의한 유체 펌프는 부품수와 조립공수가 줄어들어 제조비용이 낮아지는 효과가 있다.

특히, 정교한 작업을 요구되는 리테이너-피스톤 슈 사이의 조립과, 피스톤-피스톤 슈 사이의 조립 전체가 생략되므로, 본 발명에 의하면 유체 펌프의 제조성이 향상될 수 있고, 유지보수도 쉬워지는 효과가 있다.

또한 작동과정에서 큰 하중이 가해지는 리테이너-피스톤 슈 사이의 조립구조 자체가 없어지므로, 유체 펌프의 내구성이 높아지는 효과가 있다.

그리고 본 발명에서 피스톤을 탄성지지하는 탄성체는 내부에 유체공간을 만들되, 유체공간의 입구를 제외한 나머지 부분을 실린더와 구획한다. 즉, 탄성체 자체가 일종의 실링수단이 되어 작동유체의 누설을 방지해주기 때문에 제품의 내구성을 높일 수 있다. 특히, 탄성체는 탄성을 갖는 재질의 특성상 이러한 실링기능을 효과적으로 수행할 수 있다.

또한 본 발명에서는 리테이너와 피스톤슈가 생략되므로 유체 펌프의 전체 크기가 줄어들고 무게가 감소한다. 이러한 소형화/경량화를 통해서 유체 펌프를 보다 다양한 용도, 예를 들어 완구나 소형로봇 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 장점도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 유체 펌프의 일실시례의 외관을 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 유체 펌프의 일실시례를 구성하는 부품들을 분해하여 보인 사시도.
도 3은 도 2의 일실시례를 다른 각도에서 보인 사시도.
도 4는 도 2의 일실시례를 구성하는 피스톤유닛과 탄성체를 분해하여 보인 사시도.
도 5는 도 2의 일실시례를 구성하는 탄성체가 압축된 상태와 복원된 상태를 각각 보인 사시도.
도 6은 도 1에서 하우징을 제거하고 내부구성을 보인 사시도.
도 7의 도 1의 I-I'선에 대한 단면도.
도 8은 도 7에서 실린더블럭과 피스톤유닛들이 회전한 상태를 보인 단면도.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명은 모터나 엔진 등을 통해 구동샤프트(90)가 회전하고, 구동샤프트(90)의 회전력을 피스톤의 병진운동으로 전환하여 유압 또는 수압을 형성하는 유체 펌프에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 경우 사판(40)과 피스톤유닛(70)을 연결하는 리테이너가 생략되고, 피스톤유닛(70)이 사판(40)에 직접 밀착되어 동작하는 구조이다. 그리고 피스톤유닛(70)은 탄성체(80)에 의해 사판(40) 방향으로 탄성지지됨으로써, 피스톤유닛(70)이 하사면(41b)에 위치할 때 사판(40)에 밀착된 상태로 유지될 수 있다. 참고로 본 발명에서 작동유체는 물이나 기름 등 다양한 유체일 수 있는데, 아래에서는 물을 기준으로 설명기로 한다.

도 1을 보면, 본 발명의 골격은 하우징(10,30)이 만든다. 상기 하우징(10,30)은 대략 원통형상이고, 그 내부에 작동공간(13)이 있다. 상기 하우징(10,30)은 두 개로 구성된다고 볼 수 있는데, 본 실시례에서 상기 하우징(10,30)은 제1하우징(10)과 제2하우징(30)으로 구성된다. 제1하우징(10)과 제2하우징(30)은 서로 조립되면 그 안에 밀폐된 작동공간(13)을 만들어낸다. 상기 작동공간(13)은 대략 원기둥형상이고, 여기에는 실린더블럭(50)이 삽입된다. 제2하우징(30)은 일종의 커버로 볼 수도 있다. 본 실시례에서는 아래에서 설명할 사판(40)이 상기 제2하우징(30)에 일체로 만들어진다.

도 2와 도 3을 참조하여 제1하우징(10)을 보면, 제1하우징(10)의 몸체(11)에는 체결구 등으로 조립하기 위한 제1체결홀(12a,12b)이 여러개 있는데, 일부는 몸체(11)의 상면에 있고 일부는 몸체(11)의 저면에 있다. 상기 제1하우징(10)의 아래쪽으로는 작동공간(13)이 개방되어 있다. 상기 작동공간(13)은 아래쪽으로 개방되어 있지만, 제2하우징(30)이 제1하우징(10)에 조립되면 차폐되는 빈 공간이다.

상기 제1하우징(10)의 상면에는 연결포트(18)가 있다. 상기 연결포트(18)는 외부의 작동유체가 유입되거나, 작동공간(13)에서 압축된 유체가 외부로 배출되는 입/출구다. 상기 연결포트(18)는 한 쌍으로 구성되는데, 제1포트(18a)와 제2포트(18b)는 나란히 배치되어 있다. 상기 제1포트(18a)와 제2포트(18b)는 모두 유체 펌프의 바깥 쪽으로 개방되어 있는데, 제1포트(18a)와 제2포트(18b)는 외부의 장치, 예를 들어 매니퓰레이터(도시되지 않음)나 유체 리저버(fluid reservoir, 도시되지 않음)에 연결될 수 있다. 예를 들어 제1포트(18a)를 통해서 압축된 작동유체가 배출된다면, 제2포트(18b)를 통해서는 외부의 작동유체가 유입될 수 있는 것이다. 물론, 모터가 반대방향으로 회전한다면 이와 반대로 제1포트(18a)를 통해 외부의 작동유체가 유입되고 제2포트(18b)를 통해서 압축된 작동유체가 배출될 수도 있다.

도시되지는 않았으나, 상기 작동공간(13)의 천장에 해당하는 내면에는 연통홈이 있다. 상기 연통홈은 한 쌍으로 구성되어 하나는 제1포트(18a)에 연결되고, 나머지 하나는 제2포트(18b)에 연결된다. 상기 연통홈은 아래에서 설명할 실린더블럭(50)의 입출구(56)와 연결된다. 이에 따라, 한 쌍의 연통홈 중 하나는 피스톤유닛(70)에 의해 압축된 작동유체를 받아 제1포트(18a)(또는 제2포트(18b))에 전달하고, 다른 하나는 제2포트(18b)(또는 제1포트(18a))를 통해 유입된 작동유체를 받아 실린더룸(55) 안쪽으로 전달한다.

상기 제1하우징(10)의 아래쪽에는 제2하우징(30)이 조립된다. 상기 제2하우징(30)은 제1하우징(10)의 아래쪽과 대응하는 형상으로, 작동공간(13)을 차폐한다. 상기 제2하우징(30)의 몸체(31)는 대략 사각틀 형상이고, 가장자리를 따라 다수개의 제2체결홀(32)이 있어서 체결구를 이용해서 제1하우징(10)의 제1체결홀(12b)에 조립될 수 있다. 상기 제2하우징(30)의 중심에는 중심홀(33)이 있어서 구동샤프트(90)의 일부가 통과한다. 중심홀(33)을 통과한 구동샤프트(90)의 끝 부분은 모터(도시되지 않음)에 연결되어 회전할 수 있다.

상기 제2하우징(30)의 상면에는 사판(40)이 있다. 상기 사판(40)은 피스톤유닛(70)을 승강시키는 부분으로, 한쪽 방향으로 경사지게 만들어진다. 상기 사판(40)은 제2하우징(30)에 일체로 만들어지거나, 별개물로 만들어진 후 제2하우징(30)에 조립될 수 있다. 본 실시례에서 상기 사판(40)은 제2하우징(30)에 일체로 만들어진다. 본 실시례에서 상기 제1하우징(10)과 제2하우징(30)은 모두 합성수지재질로 사출을 통해 만들어진다. 따라서 사판(40)도 제2하우징(30)에 일체로 만들어지는 작업이 쉽게 이루어질 수 있다. 물론, 제1하우징(10), 제2하우징(30) 및 사판(40)은 금속으로 만들어지거나, 이중사출 등을 통해 서로 다른 재질로 만들어질 수도 있다. 도면부호 S1은 제1실링부재로 제1하우징(10)과 제2하우징(30) 사이로 작동유체가 누설되는 것을 방지한다.

상기 사판(40)은 상기 연결포트(18)의 반대편에 해당하는 위치에서 상기 제1하우징(10)에 조립되고 상기 작동공간(13)을 향한 상면에 경사면(41)이 있다. 상기 경사면(41)은 사판(40)을 측면에서 바라보았을 때 한쪽으로 점점 높이가 낮아지는 형상인데, 평면에서 바라보면 대략 링형상이다. 이러한 경사면(41)은 가장 높이가 높은 상사면(41a)과, 가장 높이가 낮은 하사면(41b)으로 구분할 수 있다. 피스톤유닛(70)이 상사면(41a)에 위치하면 실린더룸(55)에서 상승하면서 작동유체를 압축하고, 하사면(41b)에 위치하면 작동유체를 실린더룸(55) 내부로 흡입하게 된다. 도면부호 43은 앞서 중심홀(33)에 연결되는 관통홀로, 작동샤프트가 통과하는 부분이다.

상기 관통홀(43)에는 체결블록(39)이 삽입되는데, 체결블록(39)의 앞에는 제2실링부재(S2)가 위치하여 중심홀(33)을 통해 작동유체가 누설되는 것을 방지한다. 체결블록(39)은 아래에서 설명될 작동샤프트의 플랜지(95)에 의해 아래쪽으로 눌리게 된다.

다음으로 실린더블럭(50)을 보면, 상기 실린더블럭(50)의 몸체(51)는 대략 원통형상이고, 내부에는 상하방향, 즉 구동샤프트(90)와 나란한 방향으로라 다수개의 실린더룸(55)이 있다. 상기 실린더룸(55) 마다 각각 피스톤유닛(70)이 설치된다. 상기 실린더블럭(50)은 구동샤프트(90)에 연결되어 함께 회전하는데, 상기 사판(40)과는 어느 정도 이격되어 있는 상태다. 즉, 상기 실린더블럭(50)은 작동공간(13)의 안쪽에 위치하고, 작동공간(13)의 저면과 마주보는 사판(40)의 경사면(41)은 실린더블럭(50)과 떨어져 있는 것이다.

상기 실린더블럭(50)의 중심에는 샤프트결합홈(52)이 있는데, 상기 샤프트결합홈(52)에는 구동샤프트(90)의 조립헤드(93)가 조립된다. 상기 샤프트결합홈(52)은 원형이 아니라 다각형상의 횡단면을 가져서 조립헤드(93)가 헛돌지 않고 함께 회전할 수 있다. 상기 샤프트결합홈(52)을 중심으로 그 주변을 둘러 다수개의 실린더룸(55)이 만들어지는데, 본 실시례에서 상기 실린더룸(55)은 총 6개이다. 물론, 실린더룸(55)의 개수는 제한이 없다. 예를 들어 상기 실린더룸(55)은 샤프트결합홈(52)을 중심으로 서로 반경을 달리하여 배치된 다수층의 룸레이어로 구성될 수도 있다.

도 2를 보면, 상기 실린더블럭(50)에는 입출구(56)가 있다. 상기 입출구(56)는 각각 실린더룸(55)의 위쪽으로 개방된 부분으로, 앞서 설명한 연통홈에 연결된다. 따라서 상기 실린더블럭(50)의 입출구(56)를 통해 배출된 실린더룸(55)의 압축상태의 작동유체는 제1포트(18a)를 통해 배출되고, 제2포트(18b)로 유입된 외부의 작동유체는 입출구(56)를 통해서 다른 실린더룸(55)으로 흡입된다.

상기 실린더룸(55)에는 피스톤유닛(70)이 설치된다. 상기 피스톤유닛(70)은 실린더룸(55)에 삽입되어 실린더블럭(50)과 함께 회전하고, 동시에 실린더룸(55) 안에서 승강한다. 보다 정확하게는, 상기 피스톤유닛(70)은 적어도 일부가 상기 실린더룸(55)의 내부에 삽입되어 상기 실린더블럭(50)을 따라 함께 회전함과 동시에 돌출된 한쪽 끝이 상기 사판(40)의 경사면(41)에 맞닿아 사판(40)의 경사면(41)을 타고 승강하면서 작동유체를 압축하거나 흡입하는 것이다.

구체적으로 보면, 피스톤유닛(70)은 승강방향으로 연장되는 피스톤몸체(71)와, 상기 사판(40)을 향한 피스톤몸체(71)의 한쪽 끝에 연결되고 외면이 곡면형상인 피스톤볼(75)을 포함한다. 피스톤몸체(71)는 실린더룸(55)에 대응하는 원기둥형상으로 피스톤몸체(71)는 실린더룸(55)에 삽입된다. 그리고 상기 피스톤볼(75)은 사판(40)의 경사면(41)에 닿아 지지되는 부분이다. 여기서 피스톤볼(75)은 피스톤몸체(71)에 일체로 만들어지거나, 구형상의 피스톤볼(75)이 상기 피스톤몸체(71)에 조립되는 것일 수 있는데, 본 실시례에서는 별개물로 구성된다. 피스톤볼(75)은 마모가 발생하기 쉬운 부분이므로, 높은 내마모성을 위해 피스톤몸체(71) 보다 경도가 높은 재질로 만들어질 수도 있다. 도 4를 보면, 상기 피스톤몸체(71)의 상면에는 조립홈(72)이 있는데, 상기 조립홈(72)에는 아래에서 설명될 탄성체(80)의 조립돌부(85)가 끼워질 수 있다.

상기 피스톤유닛(70)은 피스톤볼(75)이 사판(40)의 경사면(41)에 닿고 있지만, 직접적으로 사판(40)과 결합된 상태는 아니다. 따라서 피스톤유닛(70)이 사판(40)의 경사면(41) 중에서 하사면(41b) 쪽을 향할 때는 피스톤유닛(70)이 실린더룸(55)에서 아래쪽, 즉 경사면(41) 방향으로 돌출되지 않고 실린더룸(55)에 그대로 머물 수가 있다. 이때 피스톤유닛(70)을 사판(40) 방향으로 밀어주기 위해 탄성체(80)가 사용된다. 상기 탄성체(80)는 연결포트(18)를 향한 피스톤유닛(70)의 상부에 연결되어 상기 피스톤유닛(70)을 사판(40) 방향으로 탄성지지해주는 것이다.

도 4에는 탄성체(80)의 구체적인 형상이 도시되어 있다. 탄성체(80)는 그 자체가 탄성이 있는 재질로 만들어지는데, 예를 들어 실리콘, 플랙서블한 재질의 합성수지, 천연고무, 합성고무 또는 이들이 결합된 재질일 수 있다. 탄성체(80)는 대략 원통형상인데, 상기 탄성체(80)에는 한쪽이 연결포트(18)를 향해 개방된 유체공간(83)이 내부에 있다. 상기 피스톤유닛(70)이 사판(40)의 경사면(41)을 타고 상승하면 상기 유체공간(83)의 체적이 줄어드는 방향으로 압축되었다가 피스톤유닛(70)이 경사면(41)을 타고 반대로 하강하면 다시 유체공간(83)의 체적이 늘어나는 방향으로 탄성복원되는 것이다. 도 5에는 탄성체(80)의 압축상태와 복원상태가 도시되어 있는데, 둘의 높이차이는 h1으로 표시되어 있다.

본 실시례에서 상기 탄성체(80)의 외면에는 탄성체(80)의 외면을 둘러 요철구조가 있다. 상기 요철구조는 탄성체(80)가 압축되는 방향을 따라 다수개가 연속되어 주름관 형상을 만드는 것이다. 따라서 탄성체(80)가 압축될 때는 이러한 요철구조들 사이의 폭이 좁아지는 방향으로 변형되어 주름관이 촘촘해진다.

탄성체(80)의 구조를 보다 상세하게 보면, 상기 탄성체(80)는 상단부(82), 하단부(84) 및 압축몸체부(81)로 나눌 수 있다. 상단부(82)는 연결포트(18)를 향한 상부에 위치하고 유체공간(83)의 입구가 만들어지는 부분이고, 하단부(84)는 상기 상단부(82)의 반대편에 위치하고 상기 피스톤유닛(70)의 피스톤몸체(71) 상면에 밀착되는 부분이다. 상기 하단부(84)에는 조립돌부(85)가 돌출되는데, 상기 조립돌부(85)는 상기 피스톤몸체(71)의 조립홈(72)에 끼워진다. 이렇게 되면, 탄성체(80)와 피스톤유닛(70) 사이가 밀착될 수 있다. 이와 달리, 조립돌부(85)와 조립홈(72) 구조가 생략되고, 단순히 둘 사이가 밀착된 상태를 유지할 수도 있다.

그리고 압축몸체부(81)는 상기 상단부(82)와 하단부(84) 사이를 연결하고 압축 또는 복원되면서 상기 탄성체(80) 내부의 유체공간(83)의 체적을 가변시키는 부분이다. 상기 압축몸체부(81)에 유체공간(83)이 있다고 볼 수 있다.

이때, 상기 탄성체(80)의 상단부(82)의 외경은 상기 실린더룸(55)의 내경 보다 크거나 같게 만들어져 상기 상단부(82)의 측면이 실린더룸(55)의 내면에 밀착된다. 이것은 탄성체(80) 그 자체가 일종의 실링수단이 되어 작동유체의 누설을 방지해주기 위한 것으로, 작동유체가 유체공간(83)에만 머물도록 해준다. 이를 통해 내구성은 물론이고 동작신뢰성과 압축효율을 높일 수 있다. 도 7을 참조하면, 이러한 실링기능 향상과 압축방향의 가이드를 위해서 상기 탄성체(80)의 상단부(82)는 상기 실린더룸(55)의 길이방향을 따라 연장되어 소정의 높이를 갖는 것을 볼 수 있다.

이와 달리 상기 탄성체(80)의 압축몸체부(81)의 외경은 실린더룸(55)의 내경 보다 작은 것이 바람직한데, 이것은 압축과정에서 압축몸체부(81)의 요철부가 실린더룸(55)의 내면과 되도록 간섭되지 않고 용이하게 압축될 수 있게 하기 위한 것이다.

한편, 도시되지는 않았지만, 상기 탄성체(80)는 요철부가 없는 원통형상일 수도 있다. 이 경우에도 탄성체(80)의 재질 자체에 의해서 압축/복원이 이루어질 수 있다. 또는 요철부가 있더라도 탄성체(80)의 길이방향을 따라 형성되거나 대각선 방향으로 만들어질 수도 있다. 참고로, 앞선 설명에서는 피스톤유닛(70)과 탄성체(80)를 구분하였지만, 탄성체(80)를 피스톤유닛(70)의 일부로 볼 수도 있다.

마지막으로 구동샤프트(90)를 보면, 구동샤프트(90)는 샤프트몸체(91)의 한쪽에 있는 구동연결부(92)가 모터 등 구동부(도시되지 않음)에 연결되어 회전력을 받고, 다른 쪽에 있는 조립헤드(93)가 실린더블럭(50)에 연결되어 구동부의 회전력을 실린더블럭(50)에 전달한다. 도 1에서 보듯이 구동샤프트(90)가 유체 펌프에 결합된 상태에서 구동연결부(92)는 제2하우징(30)의 바깥쪽으로 돌출된 상태가 된다. 도면부호 95는 플랜지로, 별도의 체결블럭(39)을 실링(S2) 방향으로 눌러준다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시례가 작동하는 모습을 살펴보기로 한다.

도 6에는 도 1에서 하우징(10,30)을 제거하고 내부구성을 보인 사시도가 도시되어 있다. 참고로 도 6에는 사판(40)의 경사면(41) 중에서 상사면(41a)이 좌측에 있고 하사면(41b)이 우측에 있는 상태로 도시되어 있다.

먼저 구동부인 모터에 의해 구동샤프트(90)가 회전한다. 구동샤프트(90)가 화살표 ①방향으로 회전하면, 구동샤프트(90)에 고정되어 있는 실린더블럭(50)이 함께 회전한다. 실린더블럭(50)은 구동샤프트(90)와 같은 방향으로 회전하는데, 화살표 ②는 실린더블럭(50)의 회전방향을 나타낸다. 이때 실린더블럭(50)의 회전축은 구동샤프트(90)가 된다. 다만, 하부하우징(10,30)과, 여기에 설치된 사판(40)은 구동샤프트(90)와 조립되어 있지 않으므로 함께 회전하지 않고 고정된 상태다.

실린더블럭(50)이 회전하면 실린더블럭(50)에 삽입되어 있는 피스톤유닛(70)이 함께 회전한다. 피스톤유닛(70)의 피스톤몸체(71) 중 적어도 일부분은 실린더블럭(50)의 실린더룸(55) 내부에 삽입되어 있기 때문에 상기 실린더블럭(50)이 회전함에 따라 피스톤유닛(70)도 함께 딸려가면서 회전하는 것이다. 상기 다수의 실린더룸(55)에 각각 삽입된 피스톤유닛(70)들은 동시에 회전된다.

그리고 피스톤유닛(70)은 피스톤유닛(70)의 피스톤볼(75)이 사판(40)의 경사면(41)에 닿은 상태로 회전한다. 피스톤볼(75)은 구형상이므로 피스톤유닛(70)과 사판(40)의 경사면(41) 사이의 마찰을 줄여준다. 피스톤유닛(70)이 회전하면 피스톤유닛(70)은 실린더룸(55)에서 승강한다. 피스톤유닛(70)이 하사면(41b)에 상사면(41a)으로 이동함에 따라 피스톤유닛(70)은 사판(40)에 의해 상승하고, 다시 상사면(41a)에서 하사면(41b)으로 이동하면 하강하게 되는 것이다.

도 6을 보면, 도면을 기준으로 우측의 피스톤유닛(70)은 하사면(41b)에 위치해서 아래쪽으로 돌출된 상태지만, 좌측의 피스톤유닛(70)은 상사면(41a)에 위치해서 실린더룸(55) 안쪽으로 들어가 있는 상태다. 실린더블럭(50)이 연속적으로 회전하면, 좌측의 피스톤유닛(70)은 상사면(41a)에 하사면(41b)으로 이동하면서 사판(40) 방향으로 돌출되고, 우측의 피스톤유닛(70)은 하사면(41b)에서 상사면(41a)으로 이동하면서 실린더룸(55) 안쪽으로 들어간다. 이와 같은 상태가 반복적이고 연속적으로 이루어지면서 피스톤유닛(70)의 승강이 이루어지는 것이다. 화살표 ③은 피스톤유닛(70)의 승강 방향이다.

그리고, 이와 같이 피스톤유닛(70)이 승강하는 과정에서 실린더룸(55) 안에 있는 작동유체가 압축되어 배출되고, 외부로부터 흡입되는 동작이 이루어진다. 도 6에서 좌측의 피스톤유닛(70)의 상승하면서 실린더룸(55) 안에 있는 작동유체를 압축시키면, 압축된 작동유체가 화살표 ④방향으로 이동하여 제1포트(18a)로 배출된다. 그리고 우측의 피스톤유닛(70)이 하강하면서 실린더룸(55) 안의 압력을 낮추면 외부의 작동유체가 제2포트(18b)를 통해 실린더룸(55) 안으로 흡입되어 압축될 준비를 하게 된다.

이때, 피스톤유닛(70)이 하사면(41b)으로 이동할 때 피스톤유닛(70)을 사판(40) 방향으로 밀어주어야 하는데, 이 역할을 탄성체(80)가 한다. 상기 탄성체(80)는 피스톤유닛(70)의 상면에 밀찰되어 피스톤유닛(70)을 아래쪽, 즉 사판(40) 방향으로 밀어내는 방향으로 탄성력을 제공하고 있다. 또한 탄성체(80)는 그 자체가 압축되면서 내부의 유체공간(83)의 체적을 줄여 작동유체를 외부로 배출하는 기능도 하게 된다.

도 7을 보면, 우측에 있는 피스톤유닛(70)의 위쪽에 설치된 탄성체(80)의 유체공간(83)은 상대적으로 체적이 크고, 피스톤유닛(70)이 사판(40) 방향으로 돌출되면서 늘어나 그 내부압력이 낮아진 상태이므로 외부의 작동유체가 흡입된다. 그리고 좌측에 있는 피스톤유닛(70)의 위쪽에 설치된 탄성체(80)의 유체공간(83)은 상대적으로 체적이 작고, 피스톤유닛(70)이 위쪽으로 삽입되면서 줄어들어 내부의 압력이 높아지고, 그 과정에서 작동유체가 배출된다.

이 상태에서 실린더블럭(50)이 계속회전하면 좌측의 피스톤유닛(70)이 하사면(41b)으로 이동하면서 사판(40) 방향으로 돌출되고, 그 과정에서 유체공간(83)의 압력이 낮아져 외부의 작동유체를 받아들이게 된다. 도 8은 도 7에서 실린더블럭(50)이 180도 회전한 상태를 표현한 것이다. 이에 보듯이 사판(40)은 그대로 있지만, 실린더블럭(50)이 회전함에 따라 좌측에 있던 피스톤유닛(70)은 우측으로 이동하여 하사면(41b)에 위치하고, 우측에 있던 피스톤유닛(70)은 좌측으로 이동하여 상사면(41a)에 위치하게 된다.

이때, 피스톤유닛(70)이 하사면(41b)으로 이동할 때 탄성체(80)가 자연스럽게 탄성복원되면서 유체공간(83)이 넓어진다. 탄성체(80)는 앞서 설명한 바와 같이, 그 외면에 요철구조가 있는데, 요철구조는 탄성체(80)가 압축되는 방향을 따라 다수개가 연속되어 주름관 형상을 만든다. 따라서 탄성체(80)가 압축될 때는 이러한 요철구조들 사이의 폭이 좁아지는 방향으로 변형되어 주름관이 촘촘해지고, 큰 탄성복원력을 가질 수 있다.

또한 탄성체(80)는 그 자체가 일종의 실링수단이 되어 작동유체의 누설을 방지해주므로, 작동유체가 유체공간(83)에만 머물도록 해준다. 도 7을 보면, 이러한 실링기능 향상과 압축방향의 가이드를 위해서 상기 탄성체(80)의 상단부(82)는 상기 실린더룸(55)의 길이방향을 따라 연장되어 소정의 높이를 갖는 것을 볼 수 있다.

이와 같은 일련의 동작들은 상기 실린더블럭(50)과 피스톤유닛(70)이 회전함에 따라 연속적으로 이루어지게 되고 흡입 및 토출행정이 반복된다. 이 과정에서 피스톤유닛(70)은 회전과 동시에 승강을 하게 되는데, 피스톤유닛(70)을 사판(40)에 연결하기 위한 리테이너가 없고, 이에 따라 리테이너가 피스톤유닛(70)을 사판(40) 방향으로 잡아당기는 동작도 생략된다. 따라서 리테이너와 피스톤유닛(70) 사이에 가해지던 과도한 외력이 제거되어 펌프가 작동과정에서 손상되거나, 효율이 떨어지는 현상을 막을 수 있다.

한편, 구동샤프트(90)의 회전방향에 따라 하우징(10,30)의 제1포트(18a) 또는 제2포트(18b)가 유체의 입구 또는 출구로 전환될 수 있다. 즉, 실린더블럭(50)이 시계방향으로 회전시 어느 한쪽으로 동작하는 외력을 만들어낸다면, 실린더블럭(50)이 반시계방향으로 회전할 경우에는 그 반대방향으로 동작하는 외력을 만들어낼 수 있는 것이다. 예를 들어 펌프에 연결된 유압실린더의 동작방향이 양쪽으로 만들어질 수 있는 것이다. 이는 사판(40)이 고정되고 실린더블럭(50)이 회전함으로써 얻는 장점으로서, 구동샤프트(90)의 회전방향을 전환함으로써 유체 압력의 형성 방향도 간단히 전환시키는 장점이 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 제1하우징 13: 작동공간
18a, 18c: 제1포트, 제2포트 30: 제2하우징
40: 사판 41: 경사면
50: 실린더블럭 55: 실린더룸
70: 피스톤유닛 71: 피스톤몸체
75: 피스톤볼 80: 탄성체
83: 유체공간 90: 구동샤프트

Claims (10)

1. 내부에 작동공간이 만들어지고 상기 작동공간의 한쪽에는 작동유체를 외부로 토출하고 외부로부터 흡입하는 연결포트가 있는 하우징과,
   상기 연결포트의 반대편에 해당하는 위치에서 상기 하우징에 조립되고 상기 작동공간을 향한 상면에는 경사면이 있는 사판과,
   상기 작동공간에 설치되어 구동샤프트에 의해 회전하고 내부에는 다수개 실린더룸이 구동샤프트와 나란한 방향으로 연장되는 실린더블럭과,
   적어도 일부가 상기 실린더룸의 내부에 삽입되어 상기 실린더블럭을 따라 함께 회전함과 동시에 돌출된 한쪽 끝이 상기 사판의 경사면에 맞닿아 사판의 경사면을 타고 승강하면서 작동유체를 압축하거나 흡입하는 피스톤유닛과,
   상기 연결포트를 향한 피스톤유닛의 상부에 연결되어 상기 피스톤유닛을 사판 방향으로 탄성지지하는 탄성체를 포함하는 유체 펌프.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성체에는 한쪽이 연결포트를 향해 개방된 유체공간이 내부에 있고, 상기 피스톤유닛이 사판을 타고 상승하면 상기 유체공간의 체적이 줄어드는 방향으로 압축되었다가 피스톤유닛이 사판을 타고 하강하면 다시 유체공간의 체적이 늘어나는 방향으로 탄성복원되는 유체 펌프.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 탄성체의 외면에는 탄성체의 외면을 둘러 요철구조가 있고, 상기 요철구조는 탄성체가 압축되는 방향을 따라 다수개가 연속되어 주름관 형상을 만드는 유체 펌프.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤유닛은
   상기 피스톤유닛의 승강방향으로 연장되는 피스톤몸체와,
   상기 사판을 향한 피스톤몸체의 한쪽 끝에 연결되고 외면이 곡면형상인 피스톤볼을 포함하는 유체 펌프.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 피스톤볼의 반대쪽에 해당하는 피스톤몸체의 상면에는 조립홈이 요입되어 탄성체의 조립돌부가 끼워지거나, 피스톤몸체의 상면과 탄성체가 밀착되는 유체 펌프.
   
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄성체는
   연결포트를 향한 상부에 위치하고 유체공간의 입구가 만들어지는 상단부와,
   상기 상단부의 반대편에 위치하고 상기 피스톤유닛의 피스톤몸체 상면에 밀착되는 하단부와,
   상기 상단부와 하단부 사이를 연결하고 압축 또는 복원되면서 상기 탄성체 내부의 유체공간의 체적을 가변시키는 압축몸체부로 구성되는 유체 펌프.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 탄성체의 상단부의 외경은 상기 실린더룸의 내경 보다 크거나 같게 만들어져 상기 상단부의 측면이 실린더룸의 내면에 밀착되고, 상기 탄성체의 압축몸체부의 외경은 실린더룸의 내경 보다 작은 유체 펌프.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 탄성체의 상단부는 상기 실린더룸의 길이방향을 따라 연장되어 소정의 높이를 갖는 유체 펌프.
   
9. 제 4 항에 있어서, 상기 피스톤유닛의 피스톤볼은 피스톤몸체에 일체로 만들어지거나, 구형상의 피스톤볼이 상기 피스톤몸체에 조립되는 유체 펌프.
   
10. 제 1 항에 있어서, 상기 피스톤유닛은 상기 실린더블록의 중심에 있는 샤프트결합홈을 둘러 다수개가 배치되는 실린더룸에 각각 끼워지고, 상기 실린더룸은 샤프트결합홈을 중심으로 서로 반경을 달리하여 배치된 다수층의 룸레이어로 구성되는 유체 펌프.
    

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