KR20030073462A - 증압실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업 전분야에서 널리 사용하는 공압실린더와 유압실린더의 성능과 출력을 향상시킨 증압실린더에 관한 것이다.

종래에는 주로 공압실린더와 유압실린더를 가압용 및 이송용으로 사용으나, 현재는 이송용의 수단이 고급화되어 리니어모터나 서보모터등으로 바뀌는 추세이며, 공압실린더와 유압실린더는 가압용, 체결용 또는 성형용 등으로 많이 사용된다.

또한 기존에는 실린더에 증압기능과, 저출력 고속과 고출력 저속을 위하여는 복잡한 회로나 가변펌프와 그 제어장치 등을 갖춰야 했으나 이 경우 가격도 비싸고 동작성능이 느린 결함이 있는 것이었다.

본 발명은 공압실린더나 유압실린더에 공통으로 적용되는 발명으로 유압실린더에는 작동실(12)에 푸쉬로드(8)와 작동실(4)(6) 및 빠이롯드 밸브(1)로 구성된 증압실로 되어 있다.

그리고 이 증압실은 빠이롯드 밸브(1)에 의하여 선택적으로 작동되어져 무 부하시는 고속으로 피스톤로드(16)가 작동하고, 부하시는 저속 고출력으로 피스톤로드(16)가 작동된다.

Description

증압실린더{Pressor cylinder}

본 발명은 공압실린더나 유압실린더의 개량에 관한 것이다.

일반적으로 공압실린더나 유압실린더는 가압용이나 체결용 및 성형용으로 가장 광범위하게 사용되며, 가격도 비교적 저렴하다.

그러나 종래의 이 분야기술은 저압에는 소구경 공압실린더를 사용했으나 고압에는 대구경 공압실린더를 사용하므로 장치의 비효율을 가져오고 작업시간과 에너지효율이 떨어졌다.

유압실린더도 높은 출력이 요구되면 큰 구경의 실린더나 고압을 선택하여 에너지효율의 저하와 높은 유지보수비용을 가져왔다.

즉 본 발명에 비하면 종래의 기술은 실린더 내경 기준 4배이상 커야하고, 에너지는 3.5배이상 소모되는 등의 단점이 있는 것이었다.

본 발명은 실린더가 가압용이나 체결, 성형용으로 많이 사용되는데 착안하여, 실린더 동작을 분석한 바 이동구간과 가압구간으로 분리될 수 있음을 파악했다.

이동구간에는 큰 출력(실린더에서는 내경)이 필요없으며, 가압구간에만 큰 출력이 필요했다.

따라서 유압실린더에는 근본적으로 이동에 필요한 실린더 내경을 기준하였으며, 가압시에 부족한 출력을 증압실로 해결하고, 구조를 간편하고 반응시간을 줄이기 위하여, 유압압력에 비례하여 작동하는 빠이롯드 밸브로 증압실을 제어하도록 구성했다.

공압실린더에는 유압실린더와 같은 구조이나 단지 작동실에 공압으로 채워지면 공기의 압축성으로 증압의 효과가 떨어지므로 중간에 푸쉬로드를 관통하는 피스톤을 구성하여, 작동실과 구분하고 작동실을 유압유로 충진했다.

또한 저하중인 상태에서 작동피스톤이 전진할 때에는 피스톤의 작동실과 작동피스톤이 위치하는 작동실의 단면적 차이를 푸쉬로드의 가압면이 작동실에서 받는 반력으로 보상되므로 빠이롯드 밸브의 동작전에는 푸쉬로드가 동작하지 못하게구성했다.

도 1 : 본 발명의 유압작동유 동작 기본 종단면구성도

도 2 : 본 발명의 유압작동유 동작 상태도로서, 저부하시 전진동작을 나타낸 종단면구성도

도 3 : 본 발명의 유압작동유 동작 상태도로서, 고부하시 전진동작을 나타낸 종단면구성도

도 4 : 빠이롯드 밸브의 닫힌 상태의 단면구성도

도 5 : 빠이롯드 밸브의 열린 상태의 단면구성도

도 6 : 본 발명의 공압 동작 기본 종단면구성도

도 7 : 본 발명의 공압 동작 상태도로서, 저부하시 전진동작을 나타낸 종단면구성도

도 8 : 본 발명의 공압 동작 상태도로서, 고부하시 전진동작을 나타낸 종단면구성도

도 9 : 체크밸브의 닫힌 상태의 종단면구성도

도 10 : 체크밸브의 열린 상태의 종단면구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1)--빠이롯드 밸브(2)(2')--본체

(4)(4')(6)(6')(12)(12')(14)(14')(22')--작동실

(8)(8')--푸쉬로드(10)(10')(42)(42')--가압부

(16)(16')--작동피스톤(18)--전진용 유압유입구

(18')--전진용 공압유입구(20)(38)--유압통로

(20')(38')--공압통로(24)--복원용 스프링

(28)(28')(46')--피스톤(30)--후진용 유압유입구

(30')--후진용 공압유입구(32)--밸브밀착부

(34')--배기통로(36)(36')--배기공

(40)(42)--가압부(44)(44')--밀폐링

(48')--홈(52')--체크밸브

(54')--스프링(56')--스프링좌대

도 1과 도 6은 본 발명 유압실린더와 공압실린더의 개략적인 기본 종단면구성도로서, 도1에서와 같이 본 발명은 직경이 큰 작동실(4)(6)에 의해 작동하는 피스톤(28)과, 상기 피스톤(28)의 가압부(10)와 직경이 작은 작동실(12)(14)에 의해 작동되는 작동피스톤(16)으로 구성된다.

상기 피스톤(28)은 작동피스톤(16) 후방에 위치하며 전진용 유압유입구(18)는 본체(2) 후방부에 형성하여 작동피스톤(16)의 작동실(12)과는 후방의 유압통로(20)를 통하여 연결되게 하고, 동시에 피스톤(28)의 작동실(4)과도 연결되게 한다.

또한 피스톤(28)의 후진용작동실(6)은 저부하시 빠이롯드 밸브(1)에 차단되어 피스톤(28)을 구속하고, 고부하시 작동피스톤(16)이 끼워진 작동실(12)의 유압유 압력이 상승하여 일정치에 도달하게 되면 빠이롯드 밸브(1)가 작동되어 작동실(6)의 유압유가 유압통로(38)를 통하여 후진용유압유입구(30)로 배출된다.

본체(2)후방에 구성된 전진용 유압유입구(18)를 통과한 유압유는1차적으로 피스톤(28)에 작용하고 계속해서 유압통로(20)를 통하여 작동피스톤(16)의 작동실(12)에 작용하여 작동피스톤(16)을 전진시킨다.

그러나 피스톤(28)은 작동실(4)의 유압유가 피스톤(28)에 작용해도 후진용 작동실(6)의 유압유가 도4에서와 같이 밸브피스톤(26)의 가압부(40)에 작용하여 밸브피스톤(26)의 밸브밀착부(32)가 본체(2)와 밀착되어 작동실(6)의 유압유 이동이차단되므로 피스톤(28)은 전진하지 못한다.

도 2에서와 같이 작동피스톤(16)이 전진중 고부하에 의해 전진이 멈추면 작동실(12) 유압유의 압력이 최대로 상승되고 이 압력이 상대적으로 단면적인 큰 밸브피스톤(26)의 윗쪽 가압부(42)에 작용하면 아랫쪽 가압부(40)의 힘보다 윗쪽 가압부(42)의 힘이 높아지게 되므로 밸브피스톤(26)은 도5에서와 같이 개방된다.

아랫쪽 가압부(40)보다 높아진 윗쪽 가압부(42)의 작용으로 도5에서와 같이 밸브피스톤 (26)은 이동하게 되며 이때 밸브밀착부(32)의 틈이 벌어져 작동실(6)의 유압유는 유압통로(38)과 후진용 유압유입구(30)을 통하여 배출되므로, 피스톤(28)이 전진하며 따라서 피스톤(28)의 푸쉬로드(8)는 밀폐링(44)를 지나 작동실(12)의 유압유를 가압한다.

이때 피스톤(28)의 작동실(4)의 큰 단면에 작용하는 유압유의 전 압력은 상대적으로 작은 단면의 가압부(10)에 집중되고, 이 집중된 힘이 파스칼의 원리에 의하여 작동피스톤(16)의 작동실(12) 전면적에 작용하여 작동피스톤(16)은 큰 힘으로 전진한다.

이러한 작동피스톤(16)의 전진동작은 작동실(12)의 내부 유압유에 의한 힘보다 큰 저항력이 작동피스톤(16)에 작동하거나, 피스톤(28)의 작동실(6)의 유압유가 다 빠지고 더 이상 피스톤(28)이 전진을 못할때 멈추게 된다.

작동피스톤(16)과 푸쉬로드(8)의 후진작동은 후진용 유압유입구(30)로 유압유를 주입하면 작동실(14)에서 작동피스톤(16)을 후진시키는 힘이 작용하고, 이와 동시에 작동실(12)의 내부유압유의 압력이 상승하여, 푸쉬로드(8)의 가압부(10)에작용함과 동시에, 후진용 유압유입구(30)와 유압통로(38)을 통과한 유압유가 빠이롯드 밸브(1)에 도달한다.

빠이롯드 밸브(1)에 도달한 유압유는 밸브피스톤(26)의 밸브밀착부 (32)에 작용하고 이 힘이 밸브피스톤(26)의 복원용 스프링(24)의 복원력보다 크게 되어 밸브피스톤(26)의 밸브밀착부(32)가 벌어져 도5에서왁 같이 유압유가 작동실(6)로 유입되어 피스톤(28)을 후진시킨다.

따라서 후진시에 먼저 피스톤(28)이 최대후진점에 도달하고, 연이어 작동피스톤(16)이 최대후진점에 도달하게 된다.

도6 내지 도10은 공압을 이용한 동작상태를 도시한 것이다.

즉 피스톤(28')은 작동피스톤(16') 후방에 위치하며 전진용 공압유입구(18')는 본체(2') 후방부에 형성하여 작동피스톤(16')의 작동실(12')과는 후방의 연결통로(20')를 통하여 연결되게 하고, 동시에 피스톤(28')의 작동실(4')과도 연결되게 한다.

푸쉬로드(8')에 관통되는 피스톤(46')으로 작동실(12')과 작동실(22')을 분리하여 작동실(12')에는 유압유를 넣어 작동실(22')의 공압이 피스톤(46')에 작용하여 작동실(12')의 유압유에 작용토록 구성했다.

또한 작동피스톤(16')의 후진시 작동실(12')의 유압유가 피스톤(46')에 작용하여 작동실(22')의 공기를 압축토록 하였다.

상기에서 작동실(12')의 유압유에서 기포가 발생할 경우 이를 배기하기 위한 체크밸브(52')가 도9에서와 같이 구성되어 있으며, 상기 체크밸브(52')는 작동피스톤(16')이 전진시는 작동실(22')의 공압의 압력으로 피스톤(46')에 밀착되며, 작동피스톤(16')이 후진시나 작동실(12')의 내압이 기포발생으로 상승할 경우에는 도10에서와 같이 스프링(54')을 밀어내어 피스톤(46')과 체크밸브(52')가 개방되고 이때 작동실(12')의 기포는 작동실(22')과 공압통로(20')와 전진용 공압유입구(18')로 배기된다.

작동실(14')(12')사이에 홈(48')과 배기통로(34')를 형성하여 작동실(14')의 공압이 작동실(12')로 유입되는 것을 방지할 수 있게 구성되어 있다.

저부하인 상태에서 작동피스톤(16')의 전진시 작동실(6')의 피스톤(28') 단면이 작동실(4')의 피스톤(28')의 단면보다 작아 공압의 압축성으로 푸쉬로드(8')가 전진할 우려는 작동실(12')에 위치하는 푸쉬로드(8')의 가압부(10') 반력으로 해결된다.

또한 피스톤(28')의 후진용 작동실(6')은 작동피스톤(16')이 저부하 전진시 빠이롯트 밸브(1)에 차단되어 피스톤(28')을 구속하고, 고부하 전진시 작동실(12')의 유압유 압력이 상승하게 됨과 동시에 작동실(22')의 공압이 상승하여, 일정치에 도달하게 되면 빠이롯드 밸브(1)가 작동하여 작동실(6')의 공압이 공압통로(38')와 후진용 공압유입구(30')로 배출되도록 구성했다.

따라서 도6에서와 같이 전진용 공압유입구(18')를 통하여 공압이 유입되면 공압이 피스톤(28')에 작용하고 계속해서 공압통로(20')을 통하여 유입되면 작동실(22')의 피스톤(46')를 전진시키게 되며, 피스톤(46')이 작동피스톤(16')의 작동실(12')에 작용하여 작동피스톤 (16')을 전진시킨다.

그러나 피스톤(28')은 작동실(4')의 공압이 피스톤(28')에 작용해도 피스톤(28')의 후진용 작동실(6') 공압이 밸브피스톤(26)의 가압부(40)에 작용하여 밸브피스톤(26)의 밸브밀착부(32)가 본체(2')와 밀착되어 작동실(6')의 공압 이동을 차단하게 되므로 푸쉬로드(8')는 전진하지 못한다.

밸브피스톤(26)은 작동피스톤(16')이 전진중 고부하에 의하여 전진이 멈추면 작동실(12')의 유압유가 피스톤(46')의 전진을 정지시키고, 따라서 작동실(22')의 공압은 상승하게 되고 이 압력이 밸브피스톤(26)의 아랫쪽 가압부(40)보다 상대적으로 단면적이 큰 밸브피스톤(26)의 윗쪽 가압부(42)에 작용하면 아랫쪽 가압부 (40)의 힘보다 윗쪽 가압부(42)의 힘이 높아진다.

도8과 같이 밸브피스톤(26)의 아랫쪽 가압부(40)보다 윗쪽 가압부(42)의 힘이 높아지면 도5에서와 같이 밸브피스톤(26)은 이동하며 이때 밸브밀착부(32)의 틈이 벌어져 작동실(6')의 공압은 공압통로(38')와 후진용 공압유입구(30')를 통하여 배출되므로, 푸쉬로드(8')는 전진하여 밀폐링(44')을 지나 작동실(12')의 유압유를 가압한다.

이때 피스톤(28')이 끼워진 작동실(4')의 큰 단면에 작용하는 공압의 힘이 상대적으로 작은 단면의 가압부(10')에 집중되고,이 집중된 힘이 파스칼의 원리에 의하여 작동피스톤(16')의 작동실(12')에 위치한 유압유의 전 면적에 작용하여 작동피스톤(16')은 큰 힘으로전진한다.

이러한 작동피스톤(16')의 전진 동작은 작동실(12')의 내부 유압유에 의한 힘보다 더 큰 저항력이 작동피스톤(16')에 작동하거나 피스톤(28')의 작동실(6')의공압이 다 빠지고 더 이상 피스톤(28')이 전진을 못할 때 멈추게 된다.

작동피스톤(16')과 푸쉬로드(8')의 후진작동은 후진용 공압유입구(30')로 공압을 주입하면 작동실(14')에서 작동피스톤(16')을 후퇴시키는 힘이 작용하고, 이와 동시에 작동실(12')의 내부 유압유의 압력이 상승하여, 푸쉬로드(8')의 가압부(10')에 작용함과 동시에, 피스톤(46')이 작동실(22')에 작용하며, 또한 후진용 공압유입구(30')와 공압통로(38')를 통과한 공압이 빠이롯드 밸브(1)에 도달한다.

빠이롯드 밸브(1)에 도달한 공압이 밸브피스톤(26)의 밸브밀착부(32)에 작용하고 이 힘이 밸브피스톤(26)의 복원용 스프링(24)의 복원력보다 크게되므로 도5에서와 같이 밸브피스톤(26)의 밸브밀착부(32)가 벌어져 공압이 작동실(6')로 들어가 피스톤(28')을 후진시킨다.

따라서 후진시에 먼저 피스톤(28')이 최대 후진점에 도달하고, 연이어 작동피스톤(16')이 최대 후진점에 도달하게 되어 다음 동작을 대기하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 작은 직경의 실린더로 큰 힘을 발휘토록 하였으며, 실린더의 직경이 작아 효율도 높으며, 충진량이 적어 속도도 빨라진다.

또한 저부하인 상태에서 적은 힘으로 접촉하므로 상대적으로 충격이 적은 이점이 있다.

더구나, 공압식이나 유압식을 불문하고 기존의 실린더와 같은 직경으로 비교하면 큰 힘을 낼 수 있으므로, 유압실린더를 공압실린더로 대치할 수 있으며, 고압을 사용하는 유압설계를 저압으로 바꿀 수 있으므로, 소음과 보전 등에 매우 유리하다.

기존의 부스터 회로나 부스터실린더는 외부 센서나 설정치로서 증압했으나, 증압회로의 구조상 증압시는 증압비 만큼 비례하여 속도가 늦어지는 폐단이 있었으나, 본 발명은 피스톤이큰 부하를 받을 때에 증압회로가 동작하므로 증압시의 속도가 늦어지는 시간을 최대한으로 축소할 수 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims (6)

1. 본체(2)내에 직경이 큰 작동실(4)(6)에 의해 작동되는 피스톤(28)과, 직경이 작은 작동실(12)(14)에 의해 작동되는 작동피스톤(16)을 차례로 설치하여, 본체(2) 후방에 전진용 유압유입구(18)가 작동실(4)(12)과 유압통로(20)로 연결되게 하되, 상기 피스톤(28)의 푸쉬로드(8)의 상승시는 단차에 의해 작동실(12)을 연결하는 통로를 차단하게 하며, 작동실(6)내에는 빠이롯드 밸브(1)의 밸브피스톤(26)과 일체로 구성된 빌브밀착부(32)가 스프링(24)과 작동실(6)의 유압유의 압력으로 본체(2)와 밀착되거나, 밸브피스톤(26)에 작용하는 가압부(40)(42)에 의해 밸브밀착부(32)가 벌어지게하여, 작동실(6)의 유압유가 선택적으로 제어되게 하므로서 작동피스톤(16)이 저부하로 작동하다 고부하시는 보다 큰 힘이 작용되게 함을 특징으로 하는 증압실린더.
2. 본체(2')내에 직경이 큰 작동실(4')(6')에 의해 작동되는 피스톤(28')과, 직경이 작은 작동실(12')(14')에 의해 작동되는 작동피스톤(16') 및 푸쉬로드(8')에 관통되는 피스톤(46')과 작동실(22')을 차례로 설치하되, 상기 작동실(12')에는 유압유를 넣고 본체(2') 후방에 전진용 공압유입구(18')가 작동실(4')(22')과 공압통로(20)로 연결되게 하고, 상기 피스톤(28')에 구성된 푸쉬로드(8')의 전진시는 단차에 의해 작동실(12')을 연결하는 통로를 차단하게 하며, 작동실(6')내에는 빠이롯드 밸브(1)의 밸브피스톤(26)과 일체로 구성된 밸브밀착부(32)가 스프링(24)과작동실(6')의 공압의 압력으로 본체(2')와 밀착되거나, 밸브피스톤(26)에 작용하는 가압부(40)(42)에 의해 밸브밀착부(32)가 벌어지게하여, 작동실(6')의 공압을 선택적으로 제어되게 하므로서 작동피스톤(6')이 저부하로 작용하다 고부하시는 보다 큰 힘이 작용되게 함을 특징으로 하는 증압실린더.
3. 제1항에 있어서, 빠이롯드 밸브(1)의 밸브피스톤(26)이 작동실(12)(6)과 접하게 구성하여 가압부(40)(42)과 작동실(6)(12)의 상호작용에 의하여 유입되는 유압에 비례하여 선택적으로 푸쉬로드(8)를 제어하고, 스프링(24)과 더불어 후진용 유압유입구(30)와 유압통로(38)를 통한 유압유를 통과시키는 체크밸브의 역할도 겸함을 특징으로 하는 증압실린더.
4. 제2항에 있어서, 빠이롯드 밸브(1)의 밸브피스톤(26')이 작동실(22')(6')과 접하게 구성되어 가압부(40)(42)과 작동실(6')(22')의 상호작용에 의하여 유입되는 공압에 비례하여 선택적으로 푸쉬로드(8')를 제어하고, 스프링(24)과 더불어 후진용 공압유입구(30')와 공압통로(38')를 통한 공압을 통과시키는 체크밸브의 역할도 겸함을 특징으로 하는 증압실린더.
5. 제2항에 있어서, 작동피스톤(16') 내부에는 관통하는 배기통로(34')와 홈 (48')을 형성하여, 작동실(14')의 공압이 작동실(12')로 유입되는 것을 방지함을 특징으로 하는 증압실린더.
6. 제2항에 있어서, 피스톤(46')에 작동실(12')(22')과 접하는 스프링좌대(56') 및 체크밸브(52')를 구성하여 작동실(12')에서 발생하는 기포를 배기함을 특징으로 하는 증압실린더.