KR101285340B1 - 무급유 소형 공기압축기 - Google Patents

무급유 소형 공기압축기 Download PDF

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air compressor
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손법호
조형석
최윤순
임민수
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주식회사 지엔엠텍
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Abstract

본 발명에 따르면, 압축실을 형성하는 실린더; 외부 동력으로 상기 실린더 내에서 왕복 운동하는 피스톤 어셈블리; 상기 피스톤 어셈블리의 대향 측에 배치되어 상기 실린더의 압축실을 밀폐하며 상기 압축실과 연통하는 제1흡기홀과 제1토출홀이 각각 형성되는 밸브 플레이트와, 상기 밸브 플레이트의 제1토출홀을 개폐하도록 안착되는 탄성부를 갖는 금속 재질의 밸브 받침부와, 상기 밸브 받침부의 상부에 안착되며 상기 제1흡기홀과 제1토출홀에 대응하는 흡기유동부와 토출유동부가 설치되는 고무 재질의 밸브와, 상기 밸브 플레이트의 상단에 체결되되 내부가 상기 흡기유동부와 상기 토출유동부와 각각 대응하여 연통하도록 구획되며 구획부의 양측으로 흡기포트와 토출포트가 설치되는 헤드 플레이트로 구성되는 밸브 어셈블리;를 포함하는 무급유 소형 공기압축기가 제공된다.
이에 의하면, 고무재질의 밸브와 금속 재질의 밸브 받침부를 조합한 구조의 밸브 어셈블리를 제공함으로써 공기 유동시 밸브 개폐에 의해 발생되는 소음을 방지할 수 있으며, 밸브의 변형 방지 등 내구성의 향상으로 소형이면서도 고압용까지 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

무급유 소형 공기압축기 {OILLESS TYPE AIR COMPRESSOR}
본 발명은 무급유 소형 공기압축기에 관한 것이다.
일반적으로 공기압축기는 모터의 회전에 의해 축에 연결된 피스톤 로드의 상.하 운동에 따른 공기의 유입, 유출을 제어하는 장치로서 공기의 유출입을 제어하는 밸브의 구조 및 형상, 재질은 매우 중요한 요소이다.
그 중에서도 1/3 ~ 1마력 크기의 공기압축기용 밸브는 스텐레스 스틸의 재질을 사용하여 밸브 플레이트에 스크루 또는 리벳을 이용하여 체결하며, 보통 이러한 단방향 제어 목적으로 사용되는 밸브는 1.0mm 정도의 두께로 프레스를 이용하여 제작하여 사용되고 있다.
그러나, 소형 공기압축기의 경우 실린더 직경이 작으므로, 밸브 플레이트에 스텐레스 재질의 금속 밸브를 스크루 또는 리벳을 사용하여 고정하는 것이 용이하지 않으므로 보통 고무 재질의 시트형 밸브를 별도의 고정 수단없이 주로 사용한다.
그런데, 상기와 같은 구조를 가지는 종래의 소형 공기압축기용 밸브는 밸브가 고무 재질로 이루어졌기 때문에 장시간 사용될 경우에는 휘거나 찢어지는 등의 열변형이 발생하여 그 개폐동작이 비정상적으로 이루어질 수 있고, 특히 고압용에는 적용할 수 없는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 소형 공기압축기에 적용할 수 있는 최적화(내구성 및 안정성 향상)된 무급유 소형 공기압축기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따른 무급유 소형 공기압축기는,
압축실(11a)을 형성하는 실린더(11);
외부 동력으로 상기 실린더(11) 내에서 왕복 운동하는 피스톤 어셈블리;
상기 피스톤 어셈블리의 대향 측에 배치되어 상기 실린더(11)의 압축실(11a)을 밀폐하며 상기 압축실(11a)과 연통하는 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)이 각각 형성되는 밸브 플레이트(13)와, 상기 밸브 플레이트(13)의 제1토출홀(13b)을 개폐하도록 안착되는 탄성부(14a)를 갖는 금속 재질의 밸브 받침부(14)와, 상기 밸브 받침부(14)의 상부에 안착되며 상기 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)에 대응하는 흡기유동부(15a)와 토출유동부(15b)가 설치되는 고무 재질의 밸브(15)와, 상기 밸브 플레이트(13)의 상단에 체결되되 내부가 상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)와 각각 대응하여 연통하도록 구획되며 구획부의 양측으로 흡기포트(16c)와 토출포트(16d)가 설치되는 헤드 플레이트(16)로 구성되는 밸브 어셈블리;
를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 밸브 플레이트(13)의 상부에는, 상기 제1흡기홀(13a)과 상기 제1토출홀(13b)의 주변부를 단차지게 형성하는 단차부(13c)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브 플레이트(13)의 제1흡기홀(13a)은, 상기 흡기유동부(15a)의 탄성 회동이 가능하도록 십자형태의 경사면 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브 받침부(14)는, 박판 형태로서 스텐레스 스틸 소재로 제작되며, 상기 탄성부(14a)가 회동가능하도록 'ㄷ'자 형상의 절취부(14a-1)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 밸브(15)에는, 상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)가 회동가능하도록 'ㄷ'자 형상의 절취부(15a-1)(15b-1)가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)에는, 서로 대칭하는 돌기(15c)(15d)가 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드 플레이트(16)에는, 그 하부에 상기 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)을 구획부와 각각 연통시키도록 제2흡기홀(16a)과 제2토출홀(16b)이 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드 플레이트(16)에는, 상기 제2흡기홀(16a)과 제2토출홀(16b)의 주변부를 단차지게 형성하는 단차부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 헤드 플레이트(16)의 제2토출홀(16b)은, 상기 토출유동부(15b)의 탄성 회동이 가능하도록 십자형태의 경사면 구조로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 무급유 소형 공기압축기에 의하면, 고무재질의 밸브와 금속 재질의 밸브 받침부를 조합한 구조의 밸브 어셈블리를 제공함으로써 공기 유동시 밸브 개폐에 의해 발생되는 소음을 방지할 수 있으며, 밸브의 변형 방지 등 내구성의 향상으로 소형이면서도 고압용까지 사용할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 무급유 소형 공기압축기를 보인 도면,
도 2는 도 1의 단면도,
도 3은 도 1의 'A'부분 확대도,
도 4는 도 1의 분해조립도,
도 5는 도 4의 요부 확대도,
도 6은 도 5의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도 및
도 7은 도 5의 Ⅶ-Ⅶ선 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 일 실시예에 따른 무급유 소형 공기압축기에 대해 상세하게 살펴본다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 무급유 소형 공기압축기는 모터 어셈블리와, 컴프레셔 바디(5), 피스톤 어셈블리, 실린더(11), 밸브 어셈블리를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 모터 어셈블리는 브라켓(4)에 의해 수평되게 지지 설치되는 모터(1)와, 상기 모터(1)의 축(1a)에 결합되어 편심회전 가능하게 설치되는 캠부(2)와, 상기 캠부(2)에 연동결합되는 베어링(3)으로 구성된다. 본 실시예에서는 장치의 효율을 위해 단일의 모터(1) 양측으로 캠부(2), 베어링(3), 컴프레셔 바디(5), 피스톤 어셈블리, 실린더(11), 밸브 어셈블리를 각각 동일하게 구현한 것이며, 발명의 사상은 이에 한정되지 않는다.
상기 컴프레셔 바디(5)는 상기 브라켓(4)의 단면 양측으로 스크류 고정되는 한 쌍의 수직연장부(5a)와, 상기 한 쌍의 수직연장부(5a) 사이에 일체로 설치되어 상하 방향의 관통공(5b-1)을 형성하는 사각틀 형상의 바디부(5b)와, 상기 바다부(5b)의 관통공(5b-1) 내부 면에서 수평방향으로 연장 설치되는 안착부(5c)로 구성된다. 이때, 상기 바디부(5b)의 각 모서리에는 볼트 체결공(5b-2)이 형성됨이 바람직하다.
아울러, 상기 피스톤 어셈블리는 하부에 상기 모터 어셈블리의 베어링(3)과 결합되는 링 형상의 환형부(7a)가 구비되며 상부에 상기 실린더(11)의 압축실(11a)에서 상하 왕복운동 가능한 원판 형상의 압축부(7b)가 구비되는 피스톤 로드(7)와, 상기 피스톤 로드(7)의 압축부(7b) 가장자리에 엊혀지는 링 형상의 데프론컵(8)과, 상기 데프론컵(8)을 사이에 두고 상기 압축부(7b)의 상부에 스크루(10)를 통해 일체로 결합되는 피스톤 로드캡(9)을 포함하여 이루어진다. 상기 스크루(10)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤 로드캡(9)을 관통하여 상기 피스톤 로드(7)의 압축부(7b) 중심에 체결된다. 따라서, 상기 피스톤 어셈블리는 상기 피스톤 로드(7)의 상하 운동시 상기 실린더(11) 내의 압축실(11a)을 왕복하면서 압축 공기를 발생시키게 된다.
상기 실린더(11)는 내부에 압축실(11a)이 형성될 수 있도록 원형 관 형상으로 이루어지되 상기 컴프레셔 바디(5)의 안착부(5c)에 그 하단이 안착 설치되며, 그 상단에는 오링(12)이 배치된다.
한편, 상기 밸브 어셈블리는 상기 피스톤 로드(7)의 왕복운동에 따른 공기의 유동 압력에 따라 무급유 방식으로서 작동된다.
구체적으로 상기 밸브 어셈블리는 도 5에 도시된 바와 같이, 중심 부근을 관통하는 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)이 각각 구비되어 상기 컴프레셔 바디(5)의 상단에 체결되는 밸브 플레이트(13)와, 상기 밸브 플레이트(13)의 제1토출홀(13b)을 개폐하도록 안착되는 탄성부(14a)를 갖는 금속 재질의 밸브 받침부(14)와, 상기 밸브 받침부(14)의 상부에 안착되며 상기 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)에 대응하는 흡기유동부(15a)와 토출유동부(15b)가 설치되는 고무 재질의 밸브(15)와, 상기 밸브 플레이트(13)의 상단에 체결되되 내부가 상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)와 각각 대응하여 연통하도록 구획되며 구획부의 양측으로 흡기포트(16c)와 토출포트(16d)가 설치되는 헤드 플레이트(16)로 구성된다.
여기서, 상기 밸브 플레이트(13)는 도 6에 도시된 바와 같이, 하부에 오링(12)이 삽입(도 3 참조)되어 상기 실린더(11)를 밀폐하도록 오링 설치홈(13d)이 형성되며, 상부에는 상기 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)의 주변부를 단차지게 형성하는 단차부(13c)가 형성된다. 또한, 상기 밸브 플레이트(13)의 제1흡기홀(13a)은 상기 흡기유동부(15a)의 탄성 회동이 가능하도록 십자형태의 경사면 구조로 이루어져 상기 밸브(15)의 개폐각을 일정한 각도로 제어할 수 있다.
상기 밸브 받침부(14)는 박판 형태로서 스텐레스 스틸 소재로 프레스 공정에 의해 제작되며, 내부에 탄성부(14a)를 형성하도록 'ㄷ'자 형상으로 절취된 절취부(14a-1)가 형성된다. 이러한 밸브 받침부(14)를 밸브(15)와 밸브 플레이트(13) 사이에 개재함으로서 고무재질의 밸브(15)의 파손을 방지할 수 있으며, 고압으로도 사용할 수 있게 된다.
상기 밸브(15)는 도 7에 도시된 바와 같이, 판 상의 고무 재질로 이루어지며, 1.0mm 미만의 두께로 제작된다. 또한, 상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)에는 서로 대칭하는 돌기(15c)(15d)를 각각 구비하여 내구성을 증대시킴으로써 작동시 밸브(15)의 파손을 최소화할 수 있다. 또한, 상기 밸브(15)는 내부에 흡기유동부(15a)와 토출유동부(15b)를 형성하도록 'ㄷ'자 형상으로 절취된 절취부(15a-1)(15b-1)가 각각 형성된다.
이와 같은 상기 밸브(15)는 상기 밸브 플레이트(13)에 그냥 올려놓는 형태로 조립되어 기존 스크루 또는 리벳을 이용하는 조립방식에 비해 조립성이 우수하며, 조립시간을 단축시켜서 생산성 향상을 기대할 수 있다.
상기 헤드 플레이트(16)에는 그 하부에 상기 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)을 구획부와 각각 연통시키도록 제2흡기홀(16a)과 제2토출홀(16b)이 각각 형성된다. 또한, 상기 헤드 플레이트(16) 역시 상기 제2흡기홀(16a)과 제2토출홀(16b)의 주변부를 단차지게 형성하는 단차부(도시 생략)가 형성되며, 상기 제2토출홀(16b)은 상기 토출유동부(15b)의 탄성 회동이 가능하도록 십자형태의 경사면 구조로 이루어져 상기 밸브(15)의 개폐각을 일정한 각도로 제어할 수 있다.
또한, 상기 헤드 플레이트(16)의 상부는 개방되며, 가스킷(17)을 이용하여 헤드커버(18)와 조립되어 실링이 유지된 채 밀폐된다.
미설명된 도면부호인 '19'는 헤드커버(18)와 헤드 플레이트(16), 밸브 플레이트(13) 및 컴프레셔 바디(5)를 일체로 체결하기 위한 고정 스크루이다.
이하, 상술한 본 발명의 무급유 소형 공기압축기의 작용에 대해 살펴본다.
모터(1)의 회전운동에 의해 축(1a)에 결합된 캠부(2) 및 베어링(3)에 의해 피스톤 어셈블리는 상.하 왕복운동을 하게 된다.
즉, 피스톤 어셈블리의 하향 운동이 이루어지면, 헤드 플레이트(16)의 흡기포트(16c)를 통해 외부 공기가 최초로 유입되며, 유입된 공기는 밸브(15)의 흡기유동부(15a)를 하향 회동시키면서 통과하여 밸브 플레이트(13)의 경사면 구조의 제1흡기홀(13a)로 유동되어 실린더(11)의 압축실(11a)로 유입된다.
공기가 밸브(15)로 흡입되는 순간에는 토출유동부(15b)와 탄성부(14a)는 단차부(13c)에 접촉되며, 밸브 플레이트의 제1토출홀(13b)을 막아 제1토출홀(13b) 측으로는 공기가 유입되지 않는다.
반대로 피스톤 어셈블리의 상향 운동이 이루어지면, 실린더(11)의 압축실(11a)에 유입된 공기는 압축되면서, 밸브 플레이트(13)의 제1토출홀(13b)을 통과하며, 탄성부(14a)와 토출유동부(15b)를 동시에 위로 들어올리며, 제2토출홀(16b)을 통과하여 토출포트(16d)로 유출된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 무급유 소형 공기압축기에 의하면, 고무재질의 밸브와 금속 재질의 밸브 받침부를 조합한 구조의 밸브 어셈블리를 제공함으로써 공기 유동시 밸브 개폐에 의해 발생되는 소음을 방지할 수 있으며, 밸브의 변형 방지 등 내구성의 향상으로 소형이면서도 고압용 공기압축기에도 사용할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나 이에 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
즉, 상기한 일 실시예에서는 밸브 받침부(14)가 제1토출홀(13b)과 토출유동부(15b) 사이에 설치되어 있지만, 높은 진공을 요하는 제품에서는 제2흡기홀(16a)과 흡기유동부(15a) 사이에도 설치되어 높은 진공도를 안정적으로 구현할 수 있다.

Claims (9)

  1. 압축실(11a)을 형성하는 실린더(11);
    외부 동력으로 상기 실린더(11) 내에서 왕복 운동하는 피스톤 어셈블리;
    상기 피스톤 어셈블리의 대향 측에 배치되어 상기 실린더(11)의 압축실(11a)을 밀폐하며 상기 압축실(11a)과 연통하는 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)이 각각 형성되는 밸브 플레이트(13)와, 상기 밸브 플레이트(13)의 제1토출홀(13b)을 개폐하도록 안착되는 탄성부(14a)를 갖는 금속 재질의 밸브 받침부(14)와, 상기 밸브 받침부(14)의 상부에 안착되며 상기 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)에 대응하는 흡기유동부(15a)와 토출유동부(15b)가 설치되는 고무 재질의 밸브(15)와, 상기 밸브 플레이트(13)의 상단에 체결되되 내부가 상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)와 각각 대응하여 연통하도록 구획되며 구획부의 양측으로 흡기포트(16c)와 토출포트(16d)가 설치되는 헤드 플레이트(16)로 구성되는 밸브 어셈블리;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 밸브 플레이트(13)의 상부에는,
    상기 제1흡기홀(13a)과 상기 제1토출홀(13b)의 주변부를 단차지게 형성하는 단차부(13c)가 형성되는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 밸브 플레이트(13)의 제1흡기홀(13a)은,
    상기 흡기유동부(15a)의 탄성 회동이 가능하도록 십자형태의 경사면 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 밸브 받침부(14)는,
    박판 형태로서 스텐레스 스틸 소재로 제작되며, 상기 탄성부(14a)가 회동가능하도록 'ㄷ'자 형상의 절취부(14a-1)가 형성되는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 밸브(15)에는,
    상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)가 회동가능하도록 'ㄷ'자 형상의 절취부(15a-1)(15b-1)가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 흡기유동부(15a)와 상기 토출유동부(15b)에는,
    서로 대칭하는 돌기(15c)(15d)가 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 헤드 플레이트(16)에는,
    그 하부에 상기 제1흡기홀(13a)과 제1토출홀(13b)을 구획부와 각각 연통시키도록 제2흡기홀(16a)과 제2토출홀(16b)이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 헤드 플레이트(16)에는,
    상기 제2흡기홀(16a)과 제2토출홀(16b)의 주변부를 단차지게 형성하는 단차부가 형성되는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 헤드 플레이트(16)의 제2토출홀(16b)은,
    상기 토출유동부(15b)의 탄성 회동이 가능하도록 십자형태의 경사면 구조로 이루어지는 것을 특징으로 하는 무급유 소형 공기압축기.
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