WO2010053263A2 - 공기압을 이용한 실린더 구동장치 - Google Patents

공기압을 이용한 실린더 구동장치 Download PDF

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expansion
energy
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하석봉
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Ha Seok-Bong
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    • F01B17/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
    • F01B17/02—Engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01B1/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements
    • F01B1/10—Reciprocating-piston machines or engines characterised by number or relative disposition of cylinders or by being built-up from separate cylinder-crankcase elements with more than one main shaft, e.g. coupled to common output shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
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    • F01B19/04—Positive-displacement machines or engines of flexible-wall type with tubular flexible members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03C—POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINES DRIVEN BY LIQUIDS
    • F03C1/00—Reciprocating-piston liquid engines

Definitions

  • the present invention relates to a cylinder drive device using air pressure, and a plurality of expansion tubes fastened to the crankshaft is filled with high-pressure air and then alternately inflated by expansion energy to move up and down to operate the crankshaft to obtain a rotational motion
  • a device capable of minimizing friction in the structure and offsetting gravity caused by self-gravity acting as a obstacle in lifting and lowering motion, thereby dramatically increasing the efficiency of converting the expansion energy of compressed air into rotational motion. It relates to a cylinder drive device using the increased air pressure.
  • an object of the present invention is to provide a cylinder drive device using high pressure air which can drastically reduce the use of fossil energy as a revolutionary alternative and also maximize energy conversion efficiency.
  • it is possible to operate the expansion energy of the air more efficiently, and structurally minimize the energy loss due to friction to convert to driving energy
  • It has a specific purpose and intent to provide a structure that has value as an alternative energy source by maximizing efficiency in a revolutionary way.
  • the present invention provides a cylinder drive device using a pneumatic pressure is provided with an expansion tube that is repeated expansion and contraction by compressed air to achieve the above object, the auxiliary tube is connected to the expansion tube to supplement the pressure to assist the lifting Is provided.
  • the present invention has a structure that makes a new energy resource by providing a supplementary tube as a creative structure and supplement and improve the Korean Patent Registration No. 0041791 and 0210368 of the applicant.
  • each of the connecting rods fixed to the plurality of expansion tubes is connected to the crank shaft to have a structure capable of smooth rotational movement, the high-pressure air compressed expansion tube is different from the descending force of the expansion tube and auxiliary tube As the expansion and expansion process is repeated by the injection of air pressure by the compression force of the air, the expansion energy of the air generated in the plurality of expansion tubes acts as a force to rotate the crankshaft by interaction with each other, but the conversion efficiency is maximized. There is.
  • the increase in energy efficiency can significantly reduce the depleted fossil energy, and can be utilized as a clean energy by actively using compressed air energy as well as protecting the natural environment. You can create effects. And it has great value as an alternative energy and alternative energy source.
  • 3 and 4 are longitudinal cross-sectional views of a structure installed inside one case
  • valve 7 is a detailed cross-sectional view of the valve.
  • the cylinder drive device using the air pressure includes a plurality of expansion tubes (2) installed inside the case (1), and expand and contract by high pressure air; A connecting rod (3) fixed to each of the flexible tubes (2) and installed through the upper portion of the case (1); A crank shaft 4 which is sequentially fastened to the connecting rod 3 and rotated by a lifting motion of the connecting rod 3;
  • the high pressure tank (6) for supplying high pressure air to the expansion tube (2) through the air line (5) is to improve and improve the cylinder drive device comprising a.
  • the present invention allows the expansion energy of compressed air to be used more efficiently, and has a great feature in the structure of the flexible tube 2 and the auxiliary tube 7 shown in FIGS. 2 to 4.
  • a valve 8 for opening and closing the air flow in the up and down space is installed;
  • the valve 8 is blocked to block the upper and lower spaces in the state where the expansion tube 2 is filled with high pressure air, and has a structure that opens when the expansion tube 2 rises to the top dead center;
  • An auxiliary tube 7 having a spring force for maintaining a compressed state is connected to the valve 8 by a tension spring 9a installed therein, so that when the valve 8 is opened, It is characterized by having a structure in which the compressed air is moved to the auxiliary tube (7).
  • valve (8) shown in the above structure partitions the upper and lower space of the expansion tube (2), a plurality of diaphragm (11) through which a plurality of holes (10a); A moving plate 12 installed in close contact with the diaphragm 11 and having a plurality of through holes 10b corresponding to the through holes 10a, and configured to move through the moving plate 12.
  • the upper and lower spaces of the flexible tube 2 are opened and closed by the structure in which 10a) and the through hole 10b are penetrated or blocked.
  • the valve 8 partitions the upper and lower spaces, and the through hole 10a and the through hole 10b may be formed of two tubular bodies. That is, as a structure in which a small diameter tube is inserted into and moved inside a large tube, the small tube serves as a moving plate 12.
  • valve slide 13 is inserted into the connecting rod (3) located inside the case (1) to be elevated according to the lifting and lowering of the expansion tube (2);
  • a link mechanism 14a is fastened to the valve slide 13 and the moving plate 12 of the valve 8 by a pin and opens and closes the valve 8 as the telescopic tube 2 moves up and down.
  • the auxiliary tube slide 15 is inserted into the lower portion of the valve slide 13 inserted into the connecting rod 3 positioned inside the case 1 to expand and contract the tube 2. Elevate with and without; A link mechanism 14b which is fastened to the auxiliary tube slide 15 and the auxiliary tube 7 by a pin and expands and contracts the auxiliary tube 7 in accordance with the lifting and lowering of the expansion tube 2 is provided.
  • a compression spring 16a is provided between the valve slide 13 and the auxiliary tube slide 15, and a compression spring 16b is provided between the auxiliary tube slide 15 and the upper end of the expansion tube 2. Is installed.
  • the compression spring 16a preferably has a smaller spring constant than the compression spring 16b. Therefore, the link mechanism 14a is operated before the link mechanism 14b.
  • a lifting aid 17 is provided to minimize the influence of gravity due to its own weight when the expansion tube 2 is raised.
  • the lifting aid 17 is fitted with an installation rod 18 fixed perpendicularly to the case 1, a pinion gear 19 rotatably fixed to the installation rod 18, and an extension tube fitted to the pinion gear 19.
  • the force to be lowered by the weight of the expansion tube 2 acts to move the rack gear 20b upward by the rack gear 20a and the pinion gear 19, so that the force in the stable position, that is, the vertical direction is balanced. It will maintain the status.
  • the stretch tube 2 is maintained at a constant height up and down so as not to be fully inflated, and the expansion energy of the air is released momentarily so that the stretch tube 2 behaves like a bouncing moment, and this is repeated repeatedly.
  • a release device 21 is provided.
  • the release device 21 is shown in Figures 5 and 6, the upper end is fixed to the upper portion of the expansion tube (2) is installed in the vertical direction, the fixing rod 23 is formed with a fastening groove 22 in the lower portion and; It is fixed to the lower portion of the flexible tube (2), the fixing rod 23 is inserted into the tube body, the clamping groove 24 is fitted to the fastening groove 22 is installed, but the fixing rod 23 is not moved to the top
  • a fixing tube 25 which is fixed so as to be fixed so that the fastening is released only when moving downward; It is installed to protrude to the bottom bottom of the case (1), when the fixing rod 23 is fastened to the fastener 24 and moved to the bottom together, the contact is pushed and rotated by the fastener 24 to be released from the fastening groove 22 It is configured to include a; release projection 26.
  • the height fixing device for fixing the height of the expansion tube (2) in a state in which the expansion tube (2) can be compressed to some extent rather than being completely compressed, so as to have the expansion energy of air even in the compressed state ( 27).
  • the height fixing device 27 is shown in Figure 5, the working rod 28 is fixed to the pinned to the upper portion of the expansion tube (2) is rotated, and the protrusion 29 is provided in the lower portion of the expansion tube (2) and And a link mechanism 14c pivotally pivoted on the actuating rod 28 and the protrusion 29 and pivoted by the actuating rod 28 to secure the expansion tube 2 so that it no longer extends. It is composed.
  • a compression spring 16c is provided between the link mechanism 14c and the protrusion 29 to mitigate impact when the link mechanism 14c is fastened to the protrusion 29.
  • the limiting device is provided to fix the maximum height in a predetermined state in order to prevent the maximum expansion of the expansion tube (2).
  • the limiting device is shown in FIG. 8, and the fastening rod 30 may be configured to connect the upper and lower portions of the flexible tube 2 so that it is no longer extended.
  • the connecting rod 3 is installed vertically inside the expansion tube 2, and has a length that does not reach the bottom surface when the expansion tube 2 is compressed.
  • a lower portion of the connecting rod 3 is inserted into the bottom of the expansion tube 2 to install a guide tube 31a for guiding the lifting, and a vent hole 33a is formed at the lower side of the guide tube 31a. This prevents energy loss due to the pressure resistance of the internal air when the connecting rod 3 moves up and down in the guide pipe 31a.
  • the guide bar 32 is installed vertically on the lower bottom surface of the flexible tube (2), the guide bar 32 is inserted into the inner bottom of the case 1 is provided with a guide tube (31b) for guiding the lifting and lowering
  • a vent hole 33b is drilled in the lower axial surface of the guide tube 31b, and serves to remove resistance due to air pressure when the guide bar 32 is elevated.
  • each case 1 is provided with a structure such as a flexible tube 2, and is supplied with high pressure air from the high pressure tank 6 in sequence to generate rotational force by operating the cylinder, while minimizing energy loss, thereby providing highly efficient rotational force.
  • FIGS. 3 and 4 are vertical cross-sectional views.
  • 3 is a state in which high pressure air is filled in the expansion tube 2 from the high pressure tank 6. When a certain high pressure is charged, it is cut off and no external high pressure air is introduced thereafter. Of course, this is during the construction of a constant stroke, after which if the air pressure decreases, etc., the high-pressure air is charged again.
  • the expansion tube 2 filled with the high pressure air is moved upward by the rotation of the crank shaft 4 by the lowering of the connecting rod 3 of the neighboring expansion tube 2.
  • the extension of the expansion tube 2 causes the auxiliary tube 7 and the rack gear 20a fixed thereto to rise at the same time.
  • Ascending of the rack gear 20a causes the pinion gear 19 to rotate clockwise, whereby the rack gear 20b moves downward.
  • the lifting aid 17 is to prevent the falling by the self-weight of the expansion tube 2 to maintain a balanced state, which is due to the action of the rack and pinion. Therefore, the upward movement of the expansion tube 2 can be made more flexible by this action.
  • the valve slide 13 inserted into the connecting rod 3 is raised to hit the upper lower surface of the case 1. Since then, the flexible tube 2 can be raised to some extent by the compression springs. Subsequently, the auxiliary tube slide 15 moves upward to contact the compression spring 16a compressed at the bottom of the valve slide 13, and then the compression spring 16b also comes in contact with the upper end of the expansion tube 2. Is compressed.
  • the expansion tube 2 is raised by the connecting rod 3 holding the expansion tube 2 by the crank shaft 4.
  • the air moved to the auxiliary tube 7 causes the auxiliary tube 7 to extend, and the extension tube 2 raises the auxiliary tube 7 by the operation of the link mechanism 14b.
  • the auxiliary tube 7 is easily elongated by the action of two dogs.
  • the tension spring 9a installed inside the auxiliary tube 7 plays its role in a later step, which will be described later.
  • the connecting rod 3 While the expansion tube 2 is raised, the lower end of the connecting rod 3 is guided in the state of being inserted into the guide tube 31a installed at the bottom of the expansion tube 2, and the connecting rod is driven by an internal pressure or a negative pressure.
  • the ventilation hole 33a is formed so that the lifting guide of (3) may not be disturbed. Therefore, the internal pressure of the guide tube 31a is always the same as the internal pressure of the expansion tube 2 so as not to be disturbed by the lifting of the connecting rod 3.
  • the guide bar 32 installed in the lower portion of the flexible tube 2 is also inserted into and lifted by the guide tube 31b installed on the lower surface of the case 1, but the ventilation hole 33b is also drilled in the guide tube 31b. Is not disturbed.
  • the expansion tube 2 In the state where the expansion tube 2 is raised, its height is always fixed constantly by the fastening rod 30 as shown in FIG. 8, and the locked tube 2 is maintained by the release device 21 as shown in FIG. 6. . Thus, the expansion tube 2 is in an energy state in which high pressure air is intended to expand.
  • the expansion tube 2 descends again, and the lowering of the expansion tube 2 is accompanied by the rack gear 20a, and the lowering of the rack gear 20a counterclockwise the pinion gear 19.
  • the rack gear 20b is raised.
  • the tension spring 9b is tensioned to have elastic energy, which is used as energy for the expansion tube 2 to rise again in the next step.
  • the link mechanism 14b is relatively spring constant by the compression spring 16b having a large spring constant. Is operated before the link mechanism 14a by the small compression spring 16a. Therefore, the auxiliary tube 7 is operated first. At this time, the auxiliary tube 7 is rapidly compressed by the spring of the tension spring 9a installed therein together with the link mechanism 14b.
  • the fixing rod 23 is free.
  • the fixing rod 23 is a means for compressing and securing the expansion tube 2, as shown in FIG. 5, the release thereof frees the expansion energy of the expansion tube 2, so that the expansion tube 2 is bouncing the ball. It plays a role of jumping up like a climb. And even if the expansion tube 2 is expanded as described above to maintain a constant height by the fastening rod 30 of FIG.
  • the plurality of expansion tubes 2 are sequentially operated by the expansion energy of the compressed air, so that the lifting and lowering actions are organically performed with each other, so that the driving force is obtained by rotating the crank shaft 4.

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Abstract

본 발명의 목적과 취지는 각종 에너지 난국, 경제 난국, 환경 공해 등 시대적으로 더 이상 미룰 수도 없고 방치할 수 없는 전 인류의 생존권에 직결되는 지구촌 총체적 일체의 시급하고도 절박한 불행을 해소하고자 함에 있고, 뿐만 아니라 지구 온난화에 직결되는 각종 화석 연료 등에 대한 의존도 역시 대대적으로 해소하고자 함에 있다. 따라서 본 발명은 에너지 효율을 극대화시킨 장치로서 화석 에너지의 절감과 청정 에너지에 특징이 있는 것으로, 공기압을 이용한 실린더 구동장치로 해결된다. 이와 같은 본 발명은 크랭크축에 체결된 다수 개의 신축 튜브가 고압의 공기로 충진된 후 팽창 에너지에 의해 교대로 팽창되어 승강운동함으로써 크랭크축을 작동시켜 회전운동을 얻을 수 있도록 하고, 그 구조에 있어 마찰을 최소화시키고 승강 운동에 있어서 방해 요인으로 작용하는 자중에 의한 중력을 상쇄시킬 수 있는 장치가 구비되어, 압축 공기의 팽창 에너지가 회전 운동으로 전환되는 효율을 극대적으로 높인, 공기압을 이용한 실런더 구동장치에 관한 것이다. 이와 같은 본 발명은 본 출원인의 한국 특허등록 제0041791호 및 제0210368호를 대대적이고 적극적으로 보완 및 개량하고, 창조적인 구조로서의 보조 튜브를 설치하여 신 에너지 자원을 탄생케 한다. 따라서 기존에는 각종 화석 연료로 동력원을 얻었으나, 본 발명에 의해서 고유가의 되풀이 없는 영원한 에너지 문제를 종식해결하고 안정적 생활과 경제발전이 가능하며 전인류에게 친환경적 신에너지 자원을 제공하게 되어, 기존의 헤아릴 수 없는 모든 동력원의 자원으로 교체 또는 대체할 수 있는 효과가 지대하다고 하겠다. 본 발명에 따르면, 케이스의 내부에 설치되고, 고압의 공기에 의해 신축 운동을 하는 다수 개의 신축 튜브와; 상기 각각의 신축 튜브에 고정되고, 케이스의 상부를 관통하여 설치된 컨넥팅 로드와; 상기 컨넥팅 로드에 순차적으로 체결되어 컨넥팅 로드의 승강 운동에 의해 회전되는 크랭크 축과; 상기 신축 튜브에 에어 라인을 통해 고압의 공기를 공급하는 고압탱크;를 포함하여 구성된 실린더 구동장치에 있어서, 상기 신축 튜브의 내부에 상하 공간으로 구획되게 설치되고, 상하 공간의 공기 흐름을 개폐하는 밸브가 설치되고; 상기 밸브는 신축 튜브가 고압의 공기로 충진된 상태에서는 상하 공간을 차단하도록 막혀 있고, 신축 튜브가 상사점까지 상승하였을 때 열리는 구조를 가지며; 내부에 인장 스프링이 설치되어 압축된 상태를 유지하고자 하는 스프링력이 작용하는 보조 튜브가 상기 밸브에 연결되어, 밸브가 열렸을 때 신축 튜브의 압축공기가 보조 튜브로 이동되는 구조를 가짐을 특징으로 하는, 공기압을 이용한 실린더 구동장치가 제공된다.

Description

공기압을 이용한 실린더 구동장치
본 발명은 공기압을 이용한 실린더 구동장치에 관한 것으로, 크랭크축에 체결된 다수 개의 신축 튜브가 고압의 공기로 충진된 후 팽창 에너지에 의해 교대로 팽창되어 승강운동함으로써 크랭크축을 작동시켜 회전운동을 얻을 수 있도록 하고, 그 구조에 있어 마찰을 최소화시키고 승강 운동에 있어서 방해 요인으로 작용하는 자중에 의한 중력을 상쇄시킬 수 있는 장치가 구비되어, 압축 공기의 팽창 에너지가 회전 운동으로 전환되는 효율을 극대적으로 높인, 공기압을 이용한 실런더 구동장치에 관한 것이다.
[문헌 1] 한국 특허등록 제0041791호, 1991.05.15
[문헌 2] 한국 특허등록 제0210368호, 1999.04.26
현재의 원동기는 석유, 석탄, 가스 등의 화석에너지를 이용하는 것으로, 그 폭발력에 의한 피스톤의 왕복운동을 크랭크를 통하여 회전운동으로 전환하는 구조이다.
그러나 화석 에너지원은 그 매장량이 극히 한정되어 고갈되어 가는 실정에 있고, 또한 그 사용시에 발생되는 오염에 의하여 환경이 파괴되어 가는 실정이다.
따라서 본 발명은 화석에너지의 사용을 대혁명적 대체가능으로 급격히 줄일 수 있고, 또한 에너지 전환 효율을 극대화한 고압의 공기를 이용한 실린더 구동장치를 제공함에 목적이 있다. 특히, 본 출원인의 선 등록 특허발명인 상기 인용문헌 1과 2의 구조를 개량하여, 공기의 팽창 에너지를 보다 효율적으로 운용할 수 있도록 하고, 구조적으로 마찰에 의한 에너지 손실을 극소화시켜 구동 에너지로의 전환 효율을 대혁명적으로 극대화시켜 대체 에너지 자원으로서의 가치를 가지는 구조를 제공함에 구체적인 목적과 취지가 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 압축 공기에 의해 팽창과 수축이 반복되는 신축튜브가, 상기 신축튜브와 연결되어 압력을 보충하여 승강을 보조하는 보조 튜브가 구비된 공기압을 이용한 실린더 구동장치가 제공된다. 이와 같은 본 발명은 본 출원인의 한국 특허등록 제0041791호 및 제0210368호를 대대적이고 적극적으로 보완 및 개량하고, 창조적인 구조로서의 보조 튜브를 설치하여 신 에너지 자원을 탄생케 하는 구조를 가진다.
본 발명에 따르면, 다수 개의 신축튜브에 고정된 각각의 컨넥팅 로드가 크랭크 축에 연결되어 원활한 회전운동이 가능한 구조를 가지고, 고압의 공기로 압축된 신축 튜브가 다른 신축 튜브의 하강력과 보조 튜브의 압축력에 의한 공기압의 주입에 의해 팽창하면서 상승하는 과정이 반복됨으로써, 다수 개의 신축 튜브에서 발생되는 공기의 팽창 에너지가 서로의 상호 작용으로 크랭크 축을 회전시키는 힘으로 작용하되 그 전환 효율이 극대화되는 효과가 있다.
상기와 같은 에너지 효율의 증대는 고갈되는 화석 에너지를 획기적으로 절감할 수 있어, 자연 환경의 보호는 물론이고 압축 공기 에너지의 적극적 이용에 의한 청정 에너지로의 활용이 가능하여 에너지 분야에 있어서 큰 변화의 효과를 창출할 수 있게 된다. 그리고 대체 에너지 및 교체 에너지 자원으로서의 큰 가치를 가지게 된다.
따라서 기존에는 각종 화석 연료로 동력원을 얻었으나, 본 발명에 의해서 고유가에 의한 에너지 문제를 종식하여 안정적 생활과 경제발전이 가능하고 전인류에게 친환경적 신에너지 자원을 제공하게 되어, 기존의 헤아릴 수 없는 모든 동력원의 자원으로 교체 또는 대체할 수 있는 효과가 있다
도 1은 본 발명의 전체 외관 사시도
도 2는 케이스 내부에 설치된 구조의 사시도
도 3과 도 4는 하나의 케이스 내부에 설치된 구조의 종단면도
도 5는 신축 튜브의 해제장치 및 높이 고정장치의 구조도
도 6은 해제장치의 상세도
도 7은 밸브의 상세 단면도
도 8은 제한장치의 구조도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 케이스
2 : 신축 튜브
3 : 컨넥팅 로드
4 : 크랭크 축
5 : 에어 라인
6 : 고압 탱크
7 : 보조 튜브
8 : 밸브
9a, 9b : 인장 스프링
10a, 10b : 통공
11 : 격판
12 : 이동판
13 : 밸브 슬라이드
14a, 14b, 14c : 링크 기구
15 : 보조 튜브 슬라이드
16a, 16b, 16c : 압축 스프링
17 : 승강 보조 장치
18 : 설치봉
19 : 피니언 기어
20a, 20b : 랙 기어
21 : 해제 장치
22 : 체결홈
23 : 고정봉
24 : 걸림쇠
25 : 고정관
26 : 해제돌기
27 : 높이 고정 장치
28 : 작동봉
29 : 돌부
30 : 체결봉
31a, 31b : 가이드관
32 : 가이드바
33a, 33b : 통기공
본 발명에 의한 공기압을 이용한 실린더 구동장치는 케이스(1)의 내부에 설치되고, 고압의 공기에 의해 신축 운동을 하는 다수 개의 신축 튜브(2)와; 상기 각각의 신축 튜브(2)에 고정되고, 케이스(1)의 상부를 관통하여 설치된 컨넥팅 로드(3)와; 상기 컨넥팅 로드(3)에 순차적으로 체결되어 컨넥팅 로드(3)의 승강 운동에 의해 회전되는 크랭크 축(4)과; 상기 신축 튜브(2)에 에어 라인(5)을 통해 고압의 공기를 공급하는 고압 탱크(6);를 포함하여 구성된 실린더 구동장치를 개량하고 개선한 것이다.
즉, 본 발명은 압축 공기의 팽창 에너지를 보다 효율적으로 사용할 수 있도록 하는 것으로, 도 2 내지 도 4에 도시된 신축 튜브(2)와 보조 튜브(7)의 구조에 큰 특징이 있다.
따라서 도 3과 같이 신축 튜브(2)의 경우에는 그 내부에 상하 공간으로 구획되게 설치되고, 상하 공간의 공기 흐름을 개폐하는 밸브(8)가 설치되고; 상기 밸브(8)는 신축 튜브(2)가 고압의 공기로 충진된 상태에서는 상하 공간을 차단하도록 막혀 있고, 신축 튜브(2)가 상사점까지 상승하였을 때 열리는 구조를 가지며; 내부에 인장 스프링(9a)이 설치되어 압축된 상태를 유지하고자 하는 스프링력이 작용하는 보조 튜브(7)가 상기 밸브(8)에 연결되어, 밸브(8)가 열렸을 때 신축 튜브(2)의 압축공기가 보조 튜브(7)로 이동되는 구조를 가짐에 특징이 있다.
그리고 상기의 구조에 나타난 밸브(8)는 도 5와 도 7에 도시된 바와 같이, 신축 튜브(2)의 상하부 공간을 구획하고, 다수 개의 통공(10a)이 뚫린 격판(11)과; 상기 격판(11)에 밀착되게 설치되고, 상기 통공(10a)과 대응되는 다수 개의 통공(10b)이 뚫려 있는 이동판(12);으로 구성되고, 상기 이동판(12)의 이동에 의해 통공(10a)과 통공(10b)이 관통되거나 막히는 구조에 의해 신축 튜브(2)의 상하 공간이 개폐됨을 특징으로 한다.
물론 상기 밸브(8)는 도 5에 도시된 바와 같이, 격판(11)이 상하 공간을 구획하고, 통공(10a)과 통공(10b)이 형성된 것은 두 개의 관체로 이루어질 수도 있다. 즉 직경이 작은 관체가 큰 관체의 내부에 삽입되어 이동되는 구조로서, 작은 관체는 이동판(12)의 역할을 하게 된다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(1)의 내부에 위치된 컨넥팅 로드(3)에 밸브 슬라이드(13)가 삽입되어 신축 튜브(2)의 승강에 따라 승강되고; 상기 밸브 슬라이드(13)와 밸브(8)의 이동판(12)에 핀으로 체결되어, 신축 튜브(2)의 승강에 따라 밸브(8)를 개폐하는 링크 기구(14a)가 설치된다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 케이스(1)의 내부에 위치된 컨넥팅 로드(3)에 삽입된 밸브 슬라이드(13)의 하부에 보조 튜브 슬라이드(15)가 삽입되어 신축 튜브(2)의 승강에 따라 승강되고; 상기 보조 튜브 슬라이드(15)와 보조 튜브(7)에 핀으로 체결되어, 신축 튜브(2)의 승강에 따라 보조 튜브(7)를 신축시키는 링크 기구(14b)가 설치된다.
상기에 있어서, 밸브 슬라이드(13)와 보조 튜브 슬라이드(15)의 사이에는 압축 스프링(16a)이 설치되고, 보조 튜브 슬라이드(15)와 신축 튜브(2)의 상단 사이에는 압축 스프링(16b)이 설치된다. 상기의 압축 스프링(16a)은 압축 스프링(16b)보다 스프링 상수가 작은 것이 바람직하다. 따라서 링크 기구(14a)가 링크 기구(14b)보다 먼저 작동하게 된다.
그리고 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 신축 튜브(2)가 상승할 때 그 자중에 의한 중력의 영향을 최소화시키기 위한 승강 보조 장치(17)가 구비된다. 승강 보조 장치(17)는 케이스(1)에 수직으로 고정된 설치봉(18)과, 상기 설치봉(18)에 회전되게 고정설치된 피니언 기어(19)와, 상기 피니언 기어(19)에 치합되고 신축 튜브(2)에 고정설치된 랙 기어(20a)와, 상기 랙 기어(20a)와 피니언 기어(19)를 중심으로 대칭되게 설치된 랙 기어(20b)와, 상기 랙 기어(20a)의 상단과 랙 기어(20b)의 상단을 연결하는 인장 스프링(9b)으로 구성된다.
따라서 신축 튜브(2)의 자중에 의해 내려 오려는 힘은 랙 기어(20a)와 피니언 기어(19)에 의해 랙 기어(20b)를 상부로 이동시키는 작용을 하게 되어 안정된 위치 즉 상하 방향의 힘이 균형을 이룬 상태를 유지하게 된다.
그리고 신축 튜브(2)를 완전히 팽창된 상태가 되지 않도록 상하 일정 높이를 유지하고, 공기의 팽창 에너지를 순간적으로 해제하여 신축 튜브(2)가 순간적으로 튀어 오르듯이 거동할 수 있도록 하고, 이것이 반복 되풀이 되도록 하는 해제 장치(21)가 구비된다. 상기 해제 장치(21)는 도 5와 도 6에 도시되어 있는데, 신축 튜브(2)의 상부에 상단부가 고정되어 수직 방향으로 길게 설치되고, 하부에 체결홈(22)이 형성된 고정봉(23)과; 신축 튜브(2)의 하부에 고정설치되고, 상기 고정봉(23)이 삽입되는 관체이며, 체결홈(22)에 끼워지는 걸림쇠(24)가 설치되되 고정봉(23)이 상부로는 이동되지 않도록 고정하고 하부로만 이동시에 체결이 풀리도록 된 고정관(25)과; 케이스(1)의 하부 바닥에 돌출되게 설치되어, 고정봉(23)이 걸림쇠(24)에 체결되어 함께 하부로 이동되었을 때 걸림쇠(24)에 접촉되어 밀어서 회동시켜 체결홈(22)에서 이탈되게 하는 해제돌기(26);를 포함하여 구성된다.
그리고 신축 튜브(2)가 완전히 압착된 상태가 아니라 어느 정도 더 압착할 수 있는 상태에서 신축 튜브(2)의 높이를 고정하여, 이후 압착된 상태에서도 공기의 팽창 에너지를 가지고 있도록 하는 높이 고정 장치(27)가 구비된다.
상기 높이 고정 장치(27)는 도 5에 도시되어 있는데, 신축 튜브(2)의 상부에 핀으로 고정되어 회동되는 작동봉(28)과, 신축 튜브(2)의 하부에 설치된 돌부(29)와, 상기 작동봉(28)과 돌부(29)에 핀으로 회동되게 축지되고, 작동봉(28)에 의해 회동되어 신축 튜브(2)를 더 이상 확장되지 않게 고정하는 링크 기구(14c)를 포함하여 구성된다. 상기의 링크 기구(14c)와 돌부(29)의 사이에는 압축 스프링(16c)이 설치되어 링크 기구(14c)가 돌부(29)에 체결될 때 충격을 완화하는 역할을 한다.
그리고 신축 튜브(2)의 최대 팽창을 방지하기 위하여 그 최대 높이를 일정 상태로 고정하는 제한장치가 구비된다. 상기 제한장치는 도 8에 도시되어 있는데, 체결봉(30)이 신축 튜브(2)의 상부와 하부를 연결하여 더 이상 신장되지 않도록 하는 구조이면 된다.
그리고 신축 튜브(2)의 내부에는 컨넥팅 로드(3)가 수직으로 설치되되, 신축 튜브(2)의 압축시에 바닥면에 닿지 않는 정도의 길이를 가진다. 그리고 신축 튜브(2)의 바닥에는 컨넥팅 로드(3)의 하부가 삽입되어 승강을 가이드하는 가이드관(31a)이 설치되고, 상기 가이드관(31a)의 하부 측면에는 통기공(33a)이 형성되어 컨넥팅 로드(3)가 가이드관(31a)에서 승강할 때 내부 공기의 압력 저항에 의한 에너지 손실을 방지한다.
그리고 신축 튜브(2)의 하부 밑면에는 가이드바(32)가 수직으로 설치되고, 케이스(1)의 내측 바닥에는 상기 가이드바(32)가 삽입되어 승강을 안내하는 가이드관(31b)이 설치되며, 상기 가이드관(31b)의 하부 축면에는 통기공(33b)이 뚫려 있어, 가이드바(32)의 승강시에 공기 압력에 의한 저항을 제거하는 역할을 한다.
상기와 같은 구조를 가진 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 다수 개가 크랭크 축(4)에 연결되어 구동력을 발생시킨다. 각각의 케이스(1)에는 신축 튜브(2) 등의 구조가 설치되어 있고, 고압 탱크(6)로부터 고압의 공기를 순차적으로 공급받아 실린더 작동으로 회전력을 발생시키되, 에너지 손실을 극소화하여 고효율의 회전력을 얻게 된다.
도 2에 도시된 상태는 각각의 케이스(1) 내부에 설치된 구조를 나타낸 사시도이고, 도 3과 도 4는 수직 단면도이다. 도 3과 같은 상태는 고압 탱크(6)로부터 고압의 공기가 신축 튜브(2)에 충진된 상태이다. 일정한 고압이 충진되면 차단되어 이후부터 외부의 고압 공기는 유입되지 않는다. 물론 이는 일정한 행정을 구성하는 동안이며, 이후 공기압의 저하 등이 발생할 경우 다시 고압의 공기를 충전하게 된다.
고압의 공기가 충전된 신축 튜브(2)는 이웃한 다른 신축 튜브(2)의 컨넥팅 로드(3)의 하강에 의한 크랭크 축(4)의 회전에 의해 상부로 이동하게 된다. 신축 튜브(2)의 상승은 이에 고정된 보조 튜브(7)와 랙 기어(20a)가 동시에 상승하게 된다. 상기 랙 기어(20a)의 상승은 피니언 기어(19)를 시계방향으로 회전시키고, 이에 의해 랙 기어(20b)가 하강하는 운동이 이루어진다.
물론 승강 보조 장치(17)는 신축 튜브(2)의 자중에 의한 하강을 방지하여 균형 상태를 유지하도록 하는데, 이는 랙과 피니언에 의한 작용에 의한다. 따라서 이러한 작용에 의하여 신축 튜브(2)의 상승 운동이 보다 유연하게 이루어질 수 있게 된다.
그리고 신축 튜브(2)의 상승이 이루어지는 동안, 컨넥팅 로드(3)에 삽입된 밸브 슬라이드(13)가 상승하여 케이스(1)의 상부 하면에 부딪히게 된다. 이후 부터라도 신축 튜브(2)가 압축스프링들에 의하여 어느 정도 더 상승할 수 있게 된다. 그리고 순차적으로 보조 튜브 슬라이드(15)가 상부로 이동하여 밸브 슬라이드(13)의 하부에서 압축된 압축 스프링(16a)과 접촉하고, 이어 압축 스프링(16b)도 신축 튜브(2)의 상단부와 접촉되면서 압축된다.
상기와 같이 신축 튜브(2)가 상승하는 것은 신축 튜브(2)를 고정하고 있는 컨넥팅 로드(3)가 크랭크 축(4)에 의해 상승함으로써 이루어진다.
신축 튜브(2)의 상승과 함께 밸브 슬라이드(13)의 상승으로, 이에 연결된 링크 기구(14a)가 작동하게 되고, 도 7과 같이 링크 기구(14a)의 작동으로 이동판(12)이 왼쪽으로 이동하게 된다. 이동판(12)의 통공(10b)과 격판(11)의 통공(10a)이 겹치게 되면, 신축 튜브(2)의 공기는 도 3과 같이 보조 튜브(7)로 이동하게 된다.
보조 튜브(7)로 이동된 공기는 보조 튜브(7)을 신장시키게 되고, 또한 신축 튜브(2)의 상승에 의해 링크 기구(14b)의 작동으로 보조 튜브(7)가 신장하게 되는데, 상기 두 개의 작용으로 보조 튜브(7)는 용이하게 신장된다.
보조 튜브(7)의 내부에 설치된 인장 스프링(9a)은 이후 단계에서 그 역할을 하는 것으로 이는 후술된다.
신축 튜브(2)가 상승하는 동안 컨넥팅 로드(3)의 하단부는 신축 튜브(2)의 바닥에 설치된 가이드관(31a)에 삽입된 상태에서 승강이 안내되는데, 내부 압력이나 부압에 의해 컨넥팅 로드(3)의 승강 안내가 방해되지 않도록 통기공(33a)이 형성되어 있다. 따라서 가이드관(31a)의 내부 압력은 항상 신축 튜브(2)의 내부 압력과 동일하여 컨넥팅 로드(3)의 승강에 방해받지 않게 된다.
물론 신축 튜브(2)의 하부에 설치된 가이드바(32) 또한 케이스(1) 내부 하면에 설치된 가이드관(31b)에 삽입되어 승강하나, 가이드관(31b)에도 통기공(33b)가 뚫려 있어 거동에는 방해받지 않는다.
그리고 신축 튜브(2)가 상승하는 상태에서는 도 8과 같이 체결봉(30)에 의해 그 높이가 항상 일정하게 고정되어 있고, 도 6과 같이 해제 장치(21)에 의해 잠금된 상태를 유지하게 된다. 따라서 신축 튜브(2)에는 고압의 공기가 팽창하려는 에너지 상태로 있게 된다.
신축 튜브(2)가 상사점까지 상승한 후에는 다시 하강하게 되고, 신축 튜브(2)의 하강은 랙 기어(20a)와 함께 하고, 랙 기어(20a)의 하강은 피니언 기어(19)를 반시계방향으로 회전시키고, 이에 의해 랙 기어(20b)는 상승하게 된다. 이 때 인장 스프링(9b)은 인장 되면서 탄성 에너지를 가지게 되는데, 이는 다음 단계에서 다시 신축 튜브(2)가 상승하는데 에너지로 이용된다.
그리고 신축 튜브(2)의 하강은 밸브 슬라이드(13)외 보조 튜브 슬라이드(15)를 자유 상태로 회복시키게 되는데, 스프링 상수가 큰 압축 스프링(16b)에 의해 링크 기구(14b)가 상대적으로 스프링 상수가 작은 압축 스프링(16a)에 의한 링크 기구(14a)보다 먼저 작동하게 된다. 따라서 보조 튜브(7)가 먼저 작동하게 되는데, 이 때 링크 기구(14b)와 함께 그 내부에 설치된 인장 스프링(9a)의 스프링에 의해 보조 튜브(7)는 급격히 압축된다.
따라서 보조 튜브(7)의 내부에 있던 압축공기는 다시 신축 튜브(2)로 이동되고, 이어서 압축 스프링(16a)의 작용에 의한 링크 기구(14a)의 작동으로 밸브(8)가 닫기게 되어, 신축 튜브(2)의 내부는 초기 고압의 상태로 환원된다.
그리고 신축 튜브(2)가 하강하여 도 6에 도시된 바와 같이 걸림쇠(24)가 케이스(1)의 바닥에 돌출된 해제돌기(26)에 의해 회동되면, 고정봉(23)이 자유 상태가 된다. 고정봉(23)은 도 5에 도시된 바와 같이, 신축 튜브(2)을 압축하여 고정하는 수단이므로, 이의 해제는 신축 튜브(2)의 팽창 에너지를 해방시켜, 신축 튜브(2)가 공이 튀어 오르듯이 튀어 오르게 하는 역할을 한다. 그리고 상기와 같이 신축 튜브(2)가 팽창을 하더라도 도 8의 체결봉(30)에 의해 일정한 높이를 유지하게 된다.
상기와 같이, 다수 개의 신축 튜브(2)가 순차적으로 압축 공기의 팽창 에너지에 의해 작동하여 상승과 하강 작용이 서로 유기적으로 이루어짐으로써, 크랭크 축(4)을 회전시켜 구동력을 얻게 된다.

Claims (5)

  1. 케이스(1)의 내부에 설치되고, 고압의 공기에 의해 신축 운동을 하는 다수 개의 신축 튜브(2)와; 상기 각각의 신축 튜브(2)에 고정되고, 케이스(1)의 상부를 관통하여 설치된 컨넥팅 로드(3)와; 상기 컨넥팅 로드(3)에 순차적으로 체결되어 컨넥팅 로드(3)의 승강 운동에 의해 회전되는 크랭크 축(4)과; 상기 신축 튜브(2)에 에어 라인(5)을 통해 고압의 공기를 공급하는 고압 탱크(6);를 포함하여 구성된 실린더 구동장치에 있어서, 상기 신축 튜브(2)의 내부에 상하 공간으로 구획되게 설치되고, 상하 공간의 공기 흐름을 개폐하는 밸브(8)가 설치되고; 상기 밸브(8)는 신축 튜브(2)가 고압의 공기로 충진된 상태에서는 상하 공간을 차단하도록 막혀 있고, 신축 튜브(2)가 상사점까지 상승하였을 때 열리는 구조를 가지며; 내부에 인장 스프링(9a)이 설치되어 압축된 상태를 유지하고자 하는 스프링력이 작용하는 보조 튜브(7)가 상기 밸브(8)에 연결되어, 밸브(8)가 열렸을 때 신축 튜브(2)의 압축공기가 보조 튜브(7)로 이동되는 구조를 가짐을 특징으로 하는, 공기압을 이용한 실린더 구동장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 밸브(8)는 신축 튜브(2)의 상하부 공간을 구획하고, 다수 개의 통공(10a)이 뚫린 격판(11)과; 상기 격판(11)에 밀착되게 설치되고, 상기 통공(10a)과 대응되는 다수 개의 통공(10b)이 뚫려 있는 이동판(12);으로 구성되고, 상기 이동판(12)의 이동에 의해 통공(10a)과 통공(10b)이 관통되거나 막히는 구조에 의해 신축 튜브(2)의 상하 공간이 개폐됨을 특징으로 하는, 공기압을 이용한 실린더 구동장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 케이스(1)의 내부에 위치된 컨넥팅 로드(3)에 밸브 슬라이드(13)가 삽입되어 신축 튜브(2)의 승강에 따라 승강되고; 상기 밸브 슬라이드(13)와 밸브(8)의 이동판(12)에 핀으로 체결되어, 신축 튜브(2)의 승강에 따라 밸브(8)를 개폐하는 링크 기구(14a)가 설치됨을 특징으로 하는, 공기압을 이용한 실린더 구동장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 케이스(1)의 내부에 위치된 컨넥팅 로드(3)에 삽입된 밸브 슬라이드(13)의 하부에 보조 튜브 슬라이드(15)가 삽입되어 신축 튜브(2)의 승강에 따라 승강되고; 상기 보조 튜브 슬라이드(15)와 보조 튜브(7)에 핀으로 체결되어, 신축 튜브(2)의 승강에 따라 보조 튜브(7)를 신축시키는 링크 기구(14b)가 설치됨을 특징으로 하는, 공기압을 이용한 실린더 구동장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 신축 튜브(2)에는 해제 장치(21)가 설치되고; 상기 해제 장치(21)는 신축 튜브(2)의 상부에 상단부가 고정되어 수직 방향으로 길게 설치되고 하부에 체결홈(22)이 형성된 고정봉(23), 신축 튜브(2)의 하부에 고정설치되고 상기 고정봉(23)이 삽입되는 관체이며 체결홈(22)에 끼워지는 걸림쇠(24)가 설치되되 고정봉(23)이 상부로는 이동되지 않도록 고정하고 하부로만 이동시에 체결이 풀리도록 된 고정관(25), 케이스(1)의 하부 바닥에 돌출되게 설치되어 고정봉(23)이 걸림쇠(24)에 체결되어 함께 하부로 이동되었을 때 걸림쇠(24)에 접촉되어 밀어서 회동시켜 체결홈(22)에서 이탈되게 하는 해제돌기(26)를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는, 공기압을 이용한 실린더 구동장치.
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