KR20230032221A - 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프를 개시한다.
본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프는, 내부 중심을 가로지르도록 배치된 회전축을 구비한 모터가 일측에 설치되고, 타측에는 선택적으로 공기가 흡배기되는 챔버를 형성한 실린더; 상기 회전축에 축끼움되어 한 방향 회전을 이루면서 축방향 미끄럼 이동이 가능한 원웨이축; 상기 원웨이축의 외면에 결합되어 연동 회전하는 것으로 외면을 따라 형성된 윤곽홈에 상기 실린더 내측에서 돌출된 고정돌기가 삽입되는 것에 의해 회전변위에 따른 직선변위를 갖는 원통캠; 상기 실린더의 내면에 슬라이드 밀착된 상태에서 원통캠에 연동하여 회전 및 직선 변위를 갖는 것으로, 상기 챔버내에 구비되어 공간을 분할하여 된 제1,2챔버를 형성하고 직선 변위에 의해 각 제1,2챔버의 용적을 가변시키는 플런저;로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 모터의 회전력에 의해 원통캠과 플런저가 연동하여 회전과 동시에 직선 왕복운동을 수행함에 따라 플런저의 전,후 측으로 배치된 제1,2챔버가 순차적으로 공기를 흡입 및 압축하여 배기시키는 작용을 수행함에 따라 연속적인 공기의 흡입과 압축공기를 생성시킬 수 있다.

Description

진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프{Cylinder type NVH vacuum pump for vehicle}

본 발명은 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 회전에 연동하여 직선 왕복운동을 하는 플런저의 전,후측에 각각의 챔버를 구성하여 왕복 운동에 따른 진공압을 연속적으로 생성하도록 하고, 특히 일직선상으로 배치되는 구성을 통해 구동효율을 높이면서 동작의 신뢰성을 보장하면서 소음과 충격을 감소시킬 수 있는 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프에 관한 것이다.

일반적으로 주행 중인 차량의 속도를 감속시키거나 정지시키는 목적으로 사용되는 제동시스템은 운전자의 조작력을 링크나 유압을 이용해서 증대시켜 전달하는 브레이크 페달과, 이 브레이크 페달의 조작력을 받아서 제동력을 발생시키는 제동장치로 구성되며, 운전자가 조작을 가하는 브레이크 페달의 답력을 증가시켜 조작력을 가볍게 하기 위해 진공이나 압축 공기를 이용한 진공펌프가 구성된다.

이러한 제동력을 보조하는 진공펌프는 대형 트럭이나 하중이 많이 나가는 차량은 별도의 진공 콤프레셔를 설치하여 압축공기를 이용하는 하이드로백 방식이 적용되고, 소형의 가솔린 차량의 경우에는 엔진의 소정 위치에 장착되는 동시에 흡기 다기관 부압이 형성되는 서지탱크(Surge Tank)에 연결되어 이를 통해 얻어지는 진공을 이용하는 마스터백 방식이 적용된다.

특히, 소형 차량에 적용되는 마스터백 방식의 진공펌프는 엔진의 부압 형성이 되지 않을 때 구동되어, 서지탱크를 통하여 브레이크 부스터쪽으로 진수해유하며, 대개 공 부압을 공급하는 기능을 수행하며, 대부분 엔진 부압을 보조하는 전동형 진공펌프(EVP, Electric Vacuum Pump)가 사용된다.

통상 소형 차량에 설치되는 전동형 진공펌프의 구조를 살펴보면, 진공압 형성을 위한 챔버가 형성된 본체와, 이 본체의 내부에 구비되어 진공압을 생성하기 위한 구동부로 구성되며, 상기 구동부는 다시 로터 어셈블리(rotor assembly), 스테이터 어셈블리(stator assembly), 하우징 어셈블리(housing assembly) 및 전장부로 구성되며, 상기 로터 어셈블리에는 임펠러(impeller), 마그네트, 로터샤프트 등이 포함되는 구성이고, 상기 스테이터 어셈블리에는 코어, 코일 등이 포함되며, 상기 하우징 어셈블리에는 상기 로터 어셈블리와 스테이터 어셈블리의 지지를 위한 부쉬(bush), 베어링 등이 포함된다. 끝으로 전장부에는 회로기판과 전기도선 등이 구성된다.

이러한 구성의 종래 기술에 따른 전동형 진공펌프는 그 구조가 복잡할 뿐만 아니라 상기 로터 어셈블리와 스테이터 어셈블리 간의 밸런싱이 불안정하여 동작의 신뢰성이 크게 저하되는 단점이 있을 뿐만 아니라 로터 밸런싱을 보강하기 위해서는 로터 어셈블리 내 로터 샤프트의 최하단에 설치하는 구조가 제안되었으나 조립성이 매우 불량한 폐단이 있었다.

종래기술에 따른 전동형 진공펌와 관련한 선행기술로는 대한민국 등록특허 제10-1738929호(2017.05.17.)를 통해 전동 진공 펌프가 제안된 바 있으며, 그 청구항 2에는 ‘전동 진공 펌프에 있어서, 전기 모터를 포함하여 외부에서 인가되는 전원 또는 엔진에 의하여 구동력을 제공하는 구동 모듈과; 일측에 상기 구동 모듈을 결합 가능하게 마련된 하우징과; 공기가 흡입되는 흡입공과 흡입된 공기가 토출되는 토출공을 구비하고, 상기 하우징의 타측에 결합되는 펌프모듈과; 상기 펌프모듈을 덮도록 상기 하우징에 결합되는 펌프 커버;를 포함하고, 상기 펌프모듈은, 상기 구동 모듈과 결합되어 회전하는 로터와, 상기 로터에 슬라이딩 가능하게 결합된 베인과, 상기 베인의 외측 단부의 회전 경로를 안내하는 캠링과, 상기 캠링과 상기 로터를 사이에 두고 결합되어 공기가 흡입되는 흡입영역과 압축된 공기가 배출되는 토출영역을 구비하고 외관을 형성하는 사이드플레이트를 포함하며, 상기 사이드플레이트가 상기 베인 및 상기 로터와 접촉하는 습동면에는 상기 습동면으로부터 함몰 형성된 이물포집그루브가 형성되고, 상기 로터에는 상기 베인이 출입 가능하게 마련된 슬롯이 포함되고, 상기 이물포집그루브는 상기 로터의 외경과 상기 슬롯의 내측단부를 이은 가상의 원주 사이에 형성된 것을 특징으로 하는 전동 진공 펌프.’가 개시되어 있다.

또 다른 종래기술로는 대한민국 등록특허 제10-2140330호(2020.07.27.)를 통해 전동 진공펌프가 제안된 바 있으며, 그 청구항 1에는 ‘전동 진공 펌프에 있어서, 외부에서 인가되는 전원에 의하여 구동력을 제공하는 모터를 지지하는 모터하우징과; 상기 모터와 결합되는 로터축에 회전 가능하게 결합된 로터와, 상기 로터에 출입 가능하게 결합되는 베인과, 상기 베인의 단부와 접촉되는 캠링과, 상기 캠링과 결합되어 상기 로터 및 상기 베인을 수용하는 사이드플레이트를 구비하여 흡입된 공기를 가압하여 토출구로 배출 가능하게 상기 모터하우징에 결합되는 펌프모듈과; 상기 펌프모듈을 수용하고, 상기 펌프모듈을 향하여 내측에서 돌출 형성된 커버리브를 구비하여 상기 모터하우징과 결합되는 펌프 커버와; 일측은 상기 커버리브에 결합되고 타측은 상기 사이드플레이트에 지지되는 스커트를 갖는 커버고무부재;를 포함하되,상기 커버 리브는 원주를 따라 반경방향으로 분할되어 설정된 폭으로 관통 형성된 복수의 리브슬롯을 구비하고, 상기 커버 리브에는 상기 커버고무부재가 결합 가능하게 외주 판면에서 함몰 형성된 고무부재걸림턱이 형성되어있으며, 상기 커버고무부재가 상기 고무부재걸림턱에 결합되어 상기 리브슬롯을 부분적으로 폐쇄하여 공기의 흐름을 안내하는 커버리브고무틈새를 형성하며, 상기 커버고무부재에는 중공의 띠 형상의 상기 스커트를 가로지르는 판 형상으로 중앙 영역에 관통된 중간홀을 갖는 중간판이 구비되고, 상기 중간홀의 단면적은 상기 커버리브고무 틈새의 단면적보다 큰 것을 특징으로 하는 전동 진공 펌프.’가 개시되어 있다.

그러나 이들 종래 기술에 따른 전동 진공펌프는 구조가 복잡하여 컴팩트화가 곤란할 뿐만 진공압 생성과정에서 과도한 진동 충격과 소음 발생으로 인한 내구성 저하의 문제점이 있으며, 특히 별도로 제작되는 모터에 로터를 결합하는 구성이어서 소형화 및 형태의 단순화가 곤란하여 결과적으로 이를 적용하는 차량 디자인의 설계 자유도를 저하시키는 단점이 있었다.

특허문헌 1 : 등록특허공보 제10-2105191호(2020.04.21.) 특허문헌2 : 등록특허공보 제10-1298264호(2013.08.13.) 특허문헌3 : 등록특허공보 제10-1738929호(2017.05.17.) 특허문헌4 : 등록특허공보 제10-2140330호(2020.07.27.)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모터와 실린더의 구조를 일직선상으로 배열하여 형태를 단순화함과 아울러 구조를 개선하여 모터의 동력전달의 효율성을 높임으로써 동작의 신뢰성과 내구성을 향상시키고, 또한 형태를 단순화하고 컴팩트화 함으로써 설치 장소에 대한 자유도와 유지보수의 편의성을 개선시킬 수 있는 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프를 제공하는데 있다.

특히, 본 발명은 모터의 회전 구동력에 의해 원통캠이 반복하여 직선 왕복 운동을 수행하고, 이에 연동하여 플런저의 전,후 측으로 마련된 제1,2챔버가 순차적으로 공기를 흡입 및 압축하여 배기시키는 작용을 연속 수행하고, 각 부속품들이 관성력에 의한 연속 동작이 가능함에 따라 소음(noise), 진동(vibration), 및 이로 인한 불쾌감(harshness)인 NVH를 개선하여 이를 장착한 제품에 대한 신뢰성과 소비자의 만족도를 높일 수 있는 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프는, 내부 중심을 가로지르도록 배치된 회전축을 구비한 모터가 일측에 설치되고, 타측에는 선택적으로 공기가 흡배기되는 챔버를 형성한 실린더; 상기 회전축에 축끼움되어 한 방향 회전을 이루면서 축방향 미끄럼 이동이 가능한 원웨이축; 상기 원웨이축의 외면에 결합되어 연동 회전하는 것으로 외면을 따라 형성된 윤곽홈에 상기 실린더 내측에서 돌출된 고정돌기가 삽입되는 것에 의해 회전변위에 따른 직선변위를 갖는 원통캠; 상기 실린더의 내면에 슬라이드 밀착된 상태에서 원통캠에 연동하여 회전 및 직선 변위를 갖는 것으로, 상기 챔버내에 구비되어 공간을 분할하여 된 제1,2챔버를 형성하고 직선 변위에 의해 각 제1,2챔버의 용적을 가변시키는 플런저;로 구성된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 실린더는 내부가 비어 있는 통형상의 부재로 상기 챔버는 상기 플런저를 기준으로 제1챔버와 제2챔버로 구획되고, 상기 제1,2챔버의 각 일측에는 외부의 공기를 흡입 및 배출하기 위한 제1,2흡기포트 및 제1,2배기포트가 연결 형성되고, 각각의 제1,2흡기포트와 제1,2배기포트는 체크밸브에 의해 공기 유동이 단속되도록 구성되고;, 상기 플런저는 상기 원통캠에 연동하여 회전하면서 직선 변위를 갖도록 구비되되 그 외면에는 상기 실린더의 내벽면에 슬라이드 접촉되면서 밀착되는 가스켓이 구비되고;, 상기 실린더 또는 회전축 중 어느 하나 또는 둘 모두에는 상기 원통캠의 직선 이동거리를 규제하기 위한 스토퍼가 구비되고;, 상기 고정돌기는 상기 원통캠의 윤곽홈에 슬라이드 끼움되어 상기 원통캠의 회전시 축방향으로의 변위를 유도하는 것으로 마찰저항을 감소시키도록 끝단부는 곡면 가공되거나 또는 테프론코팅되는 것에 있다.

본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 회전축은 상기 실린더의 내부 중심을 가로질러 축방향으로 배치되되 그 양단은 상기 실린더의 양측면에 축베어링으로 회전 가능하게 축지지되고;, 상기 원웨이축은 상기 회전축에 대하여 일방향 회전을 이루면서 역방향 회전은 규제하고, 축방향 이동은 가능한 선형 회전 오일리스 베어링인 것에 있다.

본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프는 전원을 공급받아 일방향 회전을 이루는 회전축과 이에 축결합되어 회전과 직선운동을 이루는 원통캠과 플런저가 중단 없이 관성 운동에 의해 동작됨에 따라 동작과정에서의 충격이나 진동 발생을 최소화할 수 있어 내구성과 수명을 연장할 수 있을 뿐만 아니라 구동효율을 높일 수 있고 동작의 신뢰성을 보장할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

또한, 본 발명은 모터의 회전력에 의해 원통캠과 플런저가 연동하여 회전과 동시에 직선 왕복운동을 수행함에 따라 플런저의 전,후 측으로 배치된 제1,2챔버가 순차적으로 공기를 흡입 및 압축하여 배기시키는 작용을 수행함에 따라 연속적인 공기의 흡입과 압축공기를 생성시킬 수 있으며, 특히 각 부속품들이 관성력에 의한 효율적인 구동이 가능하므로 소음(noise), 진동(vibration), 및 이로 인한 불쾌감(harshness)인 NVH를 개선할 수 있고, 이를 장착한 제품에 대한 신뢰성과 소비자의 만족도를 높일 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

도 1은 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 내부 구성을 설명하기 위한 부분 절개 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 내부 구성을 나타낸 단면도,
도 4는 도 3의 동작 구성을 설명하기 위한 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 요부 구성을 나타낸 절개 사시도,
도 6은 도 6에 나타낸 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 요부 구성에 대한 횡단면도,
도 7은 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프에서 원웨이축의 실시례를 나타낸 이미지.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

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

여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 내부 구성을 설명하기 위한 부분 절개 사시도이다.

도면에는, 외체를 형성하는 것으로 속이 비어 있는 원통형의 관 형상으로 구비되며 내부 일측에는 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)로 이루어진 챔버가 마련된 실린더(10)와, 이 실린더(10)의 내부 일측에 설치되는 로터와 스테이터 및 회전축(21)으로 이루어진 모터(20)와, 이 모터(20)의 회전축(21)에 축 결합되어 회전과 직선 변위를 갖도록 구비되는 것으로 외면에는 직선변위를 유도하기 위한 윤곽홈(41)이 형성된 원통캠(40) 그리고 상기 원통캠(40)의 일측에 일체로 구비되어 연동하여 회전 및 직선 변위를 갖는 원판 형상으로 제공되는 것으로 상기 챔버(15)내에 설치되어 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)로 구획 분할하되, 외면은 상기 실린더(10)의 내벽면에 미끄럼 접촉되면서 마찰 접촉되는 플런저(50) 그리고 이 플런저(50)의 일측 공간에 형성되는 챔버(15) 그리고 상기 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)에 각각 연결되어 공기를 흡입 및 압축공기를 배기시키는 제1,2흡기포트(11a,11b) 및 제1,2배기포트(12a,12b)로 이루어진 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프(1)가 도시되어 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 내부 구성을 나타낸 단면도이다.

도면에는, 속이 빈 길이재의 관형상으로 제공되되 일측에는 각각 공기를 흡입 및 압축하여 배기시키기 위한 공간인 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)로 이루어진 챔버(15)를 형성한 실린더(10)와, 도면을 기준으로 실린더(10)의 내부공간 좌측에 설치되는 로터(미부호)와 스테이터(미부호) 및 회전축(21)으로 이루어진 모터(20)와, 상기 실린더(10)의 내부 중심을 가로질러 배치되는 회전축(21)의 양단부에 대하여 상기 실린더(10)의 양측부에서 회전 가능하게 축 지지하도록 설치된 축베어링(22)과, 상기 회전축(21)의 일측에 끼움되어 일방향 회전과 함께 직선 변위가 가능하게 구비되는 원웨이축(30)과, 이 원웨이축(30)의 일단에 결합되어 일체로 회전 및 직선 변위를 갖는 것으로 외면에는 축방향으로의 변위를 갖도록 안내하기 위한 윤곽홈(41)이 형성된 원통캠(40)과, 상기 윤곽홈(41)에 슬라이드 끼움되어 축방향 변위를 유도하기 위해 상기 실린더(10)의 내벽면 일측에 돌출 형성된 고정돌기(14)와, 상기 원통캠(40)의 일측에 일체로 구비되되 그 외면은 상기 실린더(10)의 내벽면에 미끄럼 이동이 가능하면서 기밀이 유지될 수 있게 가스켓(51)이 구비된 플런저(50) 그리고 이 플런저(50)에 의해 분할된 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)에 각각 연결되는 것으로 외부로부터 공기를 흡입 또는 압축 공기를 배기하기 위한 제1,2흡기포트 및 제1,2배기포트 그리고 이들 제1,2흡기포트와 제1,2배기포트에 각각 설치되어 일방향으로만 공기가 유동될 수 있도록 하는 체크밸브(13)로 이루어진 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프(1)가 도시되어 있다.

한편, 본 발명에서의 도 3은 상기 챔버(15)를 구성하는 제1챔버(15a)는 공간이 압축되어 공내부 공기가 배기되는 상태를 나타낸 것이골, 제2챔버(15b)는 외부로부터 공기를 흡입하는 상태를 나타낸 것이다.

도 4는 도 3의 동작 구성을 설명하기 위한 단면도이다.

도면에는, 모터(20)의 구동에 의해 회전축(21)상에 원웨이축(30)에 의해 회전과 직선 변위를 갖도록 구비된 원통캠(40)과 플런저(50)가 도면을 기준으로 우측으로 이동하여, 상기 챔버(15)를 구성하는 제1챔버(15a)로는 외부 공기가 흡입되는 상태를, 상기 제2챔버(15b)는 내부 공간이 압축되어 내부의 압축공기가 외부로 배기되는 상태가 도시되어 있다.

도 5는 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 요부 구성을 나타낸 절개 사시도이고, 도 6은 도 5에 나타낸 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 요부 구성에 대한 횡단면도이다.

도면에는 전원공급에 의해 구동력을 생성하는 모터(20)의 회전축(21)과, 이 회전축(21)의 외면에 축끼움되되 회전축(21)의 회전에 연동하여 한방향 회전 동작을 하는 원웨이 베어링 또는 라쳇 베어링이라 일컫는 방식의 원웨이축(30)이 구비되며, 이때의 원웨이축(30)은 일방향 회전과 함께 상기 회전축(21)의 축선을 따라 축방향 이동이 가능하게 구비되는 구성이며, 이는 공지의 스러스트 원웨이 베어링이나 선형 회전 오일리스 베어링 등이 사용되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.

이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 구성을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 크게 외체를 형성하고 내부에 구성부품이 설치될 수 있는 공간과 함께 공기의 흡입과 압축이 이루어지는 공간을 제공하는 실린더(10)와, 상기 실린더(10)의 내부 일측에 설치되어 전원을 공급받아 회전 구동력을 생성하는 모터(20)와, 상기 모터(20)의 회전축(21) 상에 축끼움되어 한방향 회전을 이루면서 회전축(21)의 축선을 따라 직선 이동이 가능하게 구비되는 원웨이축(30)과, 이 원웨이축(30)의 일측에 일체로 결합되어 연동하여 회전 및 직선변위를 갖는 원통캠(40)과, 상기 원통캠(40)의 일측에 구비되어 일체로 연동하는 것으로 실린더(10)내에 마련된 챔버(15)의 공간크기를 가변시키는 플런저(50)로 구성된다.

실린더(10)는 양측면이 막혀 있는 속이 빈 원통관 형태로 제공되는 것으로, 내부 일측에는 격벽(16)에 의해 공간이 구획된 챔버(15)를 형성하며, 이 챔버(15)는 다시 후술할 플런저(50)에 의해 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)로 구획된다. 그리고 상기 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)는 각각 외부로부터 공기를 흡입하기 위한 제1흡기포트(11a)와 제2흡기포트(11b)가 연결되고, 또한 내부의 압축된 공기를 외부로 배기시키기 위한 제1배기포트(12a)와 제2배기포트(12b)가 각각 연결되는 구성이며, 이들 제1,2흡기포트(11a,11b)와 제1,2배기포트(12a,12b)는 공기를 한방향으로만 유동될 수 있도록 단속하는 체크밸브(13)가 설치되는 구성이다.

한편, 상기 체크밸브(13)는 한 방향으로 만 공기가 유동될 수 있도록 하는 요소로 상기 제1흡기포트(11a)와 제2흡기포트(11b)에 설치되는 체크밸브는 외부로부터 공기를 흡입하는 경우에는 개방 상태를 유지하면서 내부의 공기가 외부로 유출되지 않도록 폐쇄 작용을 하고, 상기 제1배기포트(12a)와 제2배기포트(12b)에 설치되는 체크밸브는 내부의 공기가 외부로 배출될 수 있도록 관로를 개방하고 반대로 외부의 공기가 유입되는 것을 차단하는 작용을 하는 것으로, 이러한 체크밸브(13)는 공지의 기술에 의해 실시되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

이러한 구성이 실린더(10)는 상기 제1흡기포트(11a)와 제1배기포트(12a) 그리고 제2흡기포트(11b)와 제2배기포트(12b)의 사이에 후술할 플런저(50)가 설치되는 구성이며, 이 플런저(50)의 가동범위 외측에 제1흡기포트(11a)와 제1배기포트(12a) 그리고 제2흡기포트(11b)와 제2배기포트(12b)가 구비되는 구성이며, 이들 제1,2흡기포트(11a,11b)와 제1,2배기포트(12a,12b)가 형성된 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)로 이루어진 챔버(15)의 일측으로는 모터(20)가 설치되는 구성이다.

한편 상기 모터(20)의 상기 모터(20)의 회전축(21)은 상기 실린더(10)의 내부 중심을 가로지르도록 배치되며 양끝단부는 상기 실린더(10)의 양측면 중심부에 축베어링(22)으로 회전 가능하게 지지되는 구성이다. 만약, 상기 모터(20)의 양단을 회전 지지할 필요가 없는 경우에는 모터(20)에서 돌출 연장되는 일측 끝단부에 대해서만 축베어링(22)으로 회전 가능하게 지지하는 구성으로 제공되어도 무방하다.

또한, 상기 실린더(10)의 내면 일측에는 후술할 원통캠(40)의 윤곽홈(41)에 슬라이드 끼움되어 상기 원통캠(40)의 회전시 축방향으로의 변위를 유도하는 고정돌기(14)가 돌출 형성되며, 이때의 상기 고정돌기(14)는 상기 윤곽홈(41)에 삽입되었을 때 마찰저항을 감소시키도록 끝단부는 곡면 가공되거나 또는 테프론 코팅되는 구성이다.

이러한 구성의 실린더(10)는 전체적으로 금속관으로 제공되며, 도면을 기준으로 좌측으로부터 모터(20)가 설치되고, 이 모터(20)의 일측으로는 원통캠(40)과 플런저(50) 그리고 챔버(15)가 위치되는 구성이다.

모터(20)는 외부로부터 전원을 공급받아 회전축(21)을 일방향 구동 회전시키는 구동원으로, 상기 실린더(10)의 내부 일측에 고정 설치되는 구성이다. 이러한 모터(20)의 회전축(21)은 상기 실린더(10)의 중심을 가로질러 배치되는 구성이며 양 끝단은 회전 가능하게 상기 실린더(10)의 양측에 축베어링(22)으로 축 지지되는 구성이다.

이러한 구성의 모터(20)는 공지의 다양한 모터가 사용될 수 있으며, 일례로 회전속도를 조절하기 위한 스테핑 모터나 서보 모터가 사용되거나 또는 감속기가 일체로 구성되는 형태의 모터가 사용되는 것도 가능할 것이다.

원웨이축(30)은 상기 회전축(21)의 외면에 축 끼움되어 한방향 회전을 이루면서 축방향 미끄럼 이동이 가능한 요소이다. 즉, 원웨이축(30)은 공지의 원웨이 베어링 또는 라쳇 베어링이라 일컫는 베어링의 원리가 적용된 것으로 상기 회전축(21)에 축 끼움된 상태에서 상기 회전축(21)이 일방향 회전을 하면 연동하여 같은 방향으로 회전을 이루며, 특히 상기 회전축(21)의 축선을 따라 직선 변위를 갖도록 구비된다.

이러한 원웨이축(30)은 공지의 스러스트 원웨이 베어링이나 선형 회전 오일리스 베어링 등이 사용되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.

원통캠(40)은 상기 원웨이축(30)의 외면에 결합되어 연동하여 회전하는 원통 형상을 갖는 부재로서, 상기 실린더(10)의 내부에 동심원을 이루면서 감소된 지름으로 구비되고, 외면을 따라 윤곽홈(41)을 형성하는 구조이며, 이 윤곽홈(41)에는 상기 실린더(10)의 내측에서 돌출된 고정돌기(14)가 삽입되는 구성이다.

또한, 상기 원통캠(40)은 상기 원웨이축(30)에 대하여 키(49) 결합으로 조립되는 구성이다.

즉, 상기 윤곽홈(41)은 도면에 나타내 보인 바와 같이 축선 방향으로 변위를 가지면서 폐곡선 형상을 갖도록 형성되며, 이에 상기 원통캠(40)은 회전축(21)의 회전에 의해 일체로 회전하면서 직선 변위를 갖게 되는 것이다.

이러한 구성의 원통캠(40)은 상기 원웨이축(30)에 축끼움으로 결합되어 있는 구성에 의해 일체로 회전되는 구성이며, 상기 윤곽홈(41)은 상기 실린더(10)의 고정돌기(14)가 삽입되어 있는 상태이므로 자연스럽게 회전과 함께 직선 변위를 이루게 된다.

플런저(50)는 상기 원통캠(40)의 일측에 배치되며, 상기 실린더(10)의 내부공간에 마련된 챔버(15)를 양 분할하여 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)를 구획함과 동시에 상기 원통캠(40)에 연동하여 회전과 직선 변위를 갖는 가동부재로서, 외면은 상기 실린더(10)의 내벽면에 슬라이드 밀착되어 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)의 용적을 가변시킴으로써 외부로부터 공기를 흡입하거나 압축공기를 배기하는 역할을 한다.

즉, 플런저(50)는 상기 원웨이축(30)에 끼움 결합으로 구비되며, 상기 원웨이축(30)의 회전과 직선 변위에 연동하여 회전변위와 직선변위를 가지며, 그 외면에는 실린더(10)의 내면에 밀착되어 상기 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)의 공간이 밀폐될 수 있도록 기밀을 유지하는 링 형상의 가스켓(51)이 구비되는 구성이다.

부연 설명을 하면 본 발명에서의 플런저(50)는 도 3 및 도 4에 나타내 보인 바와 같이 상기 원웨이축(30)에 일체로 끼움 결합되면서 원통캠(40)에 연동하는 구성이며, 상기 원웨이축(30)의 회전시 일체로 회전을 이루고, 상기 원통캠(40)이 회전하면서 윤곽홈(41)과 고정돌기(14)의 끼움구조에 의해 직선 변위를 이루는 것에 의해 상기 플런저(50) 역시 직선 변위를 갖게 된다.

따라서 상기 플런저(50)는 도 3과 같이 도면을 기준으로 좌측으로 이동된 상태에서는 제2챔버(15b)의 내부 공간에 대해서는 압축을 하여 내부의 공기가 제2배기포트(12b)를 통해 배기시키고, 제1챔버(15a)의 내부 공간은 상대적으로 확장됨에 따라 제1흡기포트(11a)를 통해 외부 공기를 내부 공간으로 흡입하는 상태를 이루게 된다.

또한 상기 플런저(50)가 도 4에 나타내 보인 바와 같이 우측으로 이동을 하게 되면 도 4에 나타내 보인 바와 같이 제1챔버(15a)의 내부 공간이 증대됨에 따라 제1흡기포트(11a)를 통해 외부로부터 공기를 흡입하고, 제2챔버(15b)는 상대적으로 용적이 압축 감소됨에 따라 내부의 공기가 제2배기포트(12b)를 통해 외부로 배기되는 상태를 이루게 된다.

한편 상기 실린더(10)와 회전축(21) 중 어느 하나 또는 둘 모두에는 상기 원통캠(40)의 직선 이동거리를 규제하기 위한 스토퍼가 구비될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 회전축(21)의 일단에 원통캠(40)의 후퇴 이동을 규제하기 위한 스토퍼(23)가 구성되는 것을 제안하였으며, 본 발명은 이에 한정하지 않고 상기 원통캠(40)의 직선 이동 거리를 규제하기 위하여 상기 실린더(10)의 내벽면에 멈춤용 걸림턱을 돌출 형성하는 것도 가능하다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프의 동작을 설명하면 다음과 같다.

관형상의 실린더(10)의 내부 일측에 설치된 모터(20)에 전원이 인가되면, 상기 모터(20)의 회전축(21)이 일방향으로 회전을 하게 되고, 이 모터(20)의 회전축(21)에 축결합된 원웨이축(30)이 연동하여 일방향 회전을 하게 된다.

이어서, 상기 원웨이축(30)의 일측에 결합 구비된 원통캠(40)은 상기 원웨이축(30)에 연동하여 일방향 회전을 하게 되고, 이때 원통캠(40)의 외면에 형성된 윤곽홈(41)은 상기 실린더(10)의 내면에 돌출 형성된 고정돌기(14)에 의해 구속되어 있음에 따라 결국 원통캠(40)은 윤곽홈(41)의 궤적을 따라 직선 이동을 이루어 도 3과 도 4와 같은 상태를 반복 동작하게 된다.

따라서 상기 원통캠(40)의 일측에 일체로 구비되어 연동하여 회전과 직선변위를 갖는 플런저(50)는 상기 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)에 대한 용적변위를 순차적으로 작용함에 따라 제1챔버(15a)와 제2챔버(15b)의 내부 공간으로 공기를 순차 흡입 및 압축공기를 배기시키는 작용을 반복하게 된다.

이러한 구성의 본 발명은 모터(20)와 회전축(21) 그리고 원웨이축(30)과 원통캠(40)은 관성력에 의해 한 방향으로 회전을 이룸에 따라 종전의 기술에 비해 충격음이나 진동 발생이 현저하게 낮출 수 있으며, 특히 플런저(50)는 단순히 직선 변위를 통해 챔버(15) 내부를 압축 및 복원하는 것이 아니라 회전하면서 직선변위를 가지므로 실린더(10) 내벽면에 대한 마찰 저항을 감소시킬 수 있어 동작의 안정성과 내구성을 높일 수 있다.

한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1 : 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프
10 : 실린더 11a,11b : 제1,2흡기포트
12a,12b : 제1,2배기포트 13 : 체크밸브
14 : 고정돌기 15a,15b : 제1,2챔버
16 : 격벽 20 : 모터
21 : 회전축 23 : 스토퍼
30 : 원웨이축 40 : 원통캠

Claims (3)

1. 내부 중심을 가로지르도록 배치된 회전축을 구비한 모터가 일측에 설치되고, 타측에는 선택적으로 공기가 흡배기되는 챔버를 형성한 실린더;
   상기 회전축에 축끼움되어 한 방향 회전을 이루면서 축방향 미끄럼 이동이 가능한 원웨이축;
   상기 원웨이축의 외면에 결합되어 연동 회전하는 것으로 외면을 따라 형성된 윤곽홈에 상기 실린더 내측에서 돌출된 고정돌기가 삽입되는 것에 의해 회전변위에 따른 직선변위를 갖는 원통캠;
   상기 실린더의 내면에 슬라이드 밀착된 상태에서 원통캠에 연동하여 회전 및 직선 변위를 갖는 것으로, 상기 챔버내에 구비되어 공간을 분할하여 된 제1,2챔버를 형성하고 직선 변위에 의해 각 제1,2챔버의 용적을 가변시키는 플런저;로 구성된 것을 특징으로 하는 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 실린더는 내부가 비어 있는 통형상의 부재로 상기 챔버는 상기 플런저를 기준으로 제1챔버와 제2챔버로 구획되고, 상기 제1,2챔버의 각 일측에는 외부의 공기를 흡입 및 배출하기 위한 제1,2흡기포트 및 제1,2배기포트가 연결 형성되고, 각각의 제1,2흡기포트와 제1,2배기포트는 체크밸브에 의해 공기 유동이 단속되도록 구성되고;,
   상기 플런저는 상기 원통캠에 연동하여 회전하면서 직선 변위를 갖도록 구비되되 그 외면에는 상기 실린더의 내벽면에 슬라이드 접촉되면서 밀착되는 가스켓이 구비되고;,
   상기 실린더 또는 회전축 중 어느 하나 또는 둘 모두에는 상기 원통캠의 직선 이동거리를 규제하기 위한 스토퍼가 구비되고;,
   상기 고정돌기는 상기 원통캠의 윤곽홈에 슬라이드 끼움되어 상기 원통캠의 회전시 축방향으로의 변위를 유도하는 것으로 마찰저항을 감소시키도록 끝단부는 곡면 가공되거나 또는 테프론코팅되는 것을 특징으로 하는 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 회전축은 상기 실린더의 내부 중심을 가로질러 축방향으로 배치되되 그 양단은 상기 실린더의 양측면에 축베어링으로 회전 가능하게 축지지되고;,
   상기 원웨이축은 상기 회전축에 대하여 일방향 회전을 이루면서 역방향 회전은 규제하고, 축방향 이동은 가능한 선형 회전 오일리스 베어링인 것을 특징으로 하는 진동·소음 저감을 위한 편심복동 실린더형 진공펌프.

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