KR0134885B1 - 금형 스프링구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 완충장치, 특히 금형 프레스에 주로 이용되는 공압 스프링에 관한 것으로서, 미끄럼 시일(Sliding seal)을 이용할 필요가 없도록 높은 내측 유체 압력을 견딜 수 있는 내측 가요성 슬리이브를 이용한 금형 스프링구조에 관한 것으로서, 내측 가스 용기를 형성하는 베이스(base)와 직립원통형 몸체를 가지는 피스톤 부재; 피스톤 부재의 베이스에 장착되고, 상기 피스톤 부재 몸체의 적어도 일부 주위로 연장되는 외측 하우징; 내측 하우징에 가해지는 축방향 힘에 의하여 정상적인 신장 위치에서 수축 위치로 이동가능하고 외측 하우징내에서 망원경식 미끄럼 운동이 가능하도록 장착된 내측 하우징 ; 하나의 개방 단부가 피스톤 부재의 외측단의 외부와 밀봉 연결되고, 다른 개방 단부가 단부캡에 의해 폐쇄되는 한쌍의 개방 단부를 가지는 가요성 슬리이브 ; 공기를 용기내로 보내기 위해 피스톤 부재의 형성된 구멍 ; 내·외측 하우징에 설치되어 내측 하우징이 신장 위치에 도달하면 외측 하우징에 대한 내측 하우징의 미끄럼 운동을 정지시키고, 상기 미끄럼 운동을 하는동안 내·외측 하우징 사이의 횡운동을 제한하도록 서로 결합될 수 있는 플랜지 수단 ; 내측 하우징이 신장과 수축 위치 사이를 이동할 때 마찰접촉을 감소시키기 위해 가요성 슬리이브와 접촉하는 피스톤의 원통형 몸체의 외측 표면 및 내측 하우징의 내측 표면상의 저 마찰표면 수단을 포함한다.

금속성형 프레스에 이용되는 질소금형 스프링을 바로 교체할 수 있고, 진동차단기로 작용하고, 외부 압력조절장치없이 과도한 에너지를 흡수하도록 동적 압력금형의 역할을 하고, 공기누설을 감소시켜 수명이 길고 편심하중에 대한 적응성이 증가하여 안전하고, 염가이며, 조립이 용이한 금형 스프링이다.

Description

금형 스프링 구조

제1도는 개량된 금형 스프링이 3개 장착된 금형 프레스의 개략적 단면도,

제2도는 개량된 금형 스프링의 여러 부품을 나타낸 분해 사시도,

제3도는 신장 위치 또는 정상 정지 위치에서 조립된 상태로 있는 금형 스프링의 확대 수직 단면도,

제4도는 압축 상태에 있는 금형 스프링의 제3도와 유사한 단면도,

제5도는 가요성 슬리이브의 상단부에 기밀 연결된 단부 캡(end cap) 및 밀봉 밴드의 확대 파단 단면도,

제6도는 금형 스프링이 신장 위치에 있을 때 서로 결합되는 내외측 하우징의 반전 단부를 나타낸 확대 파단 단면도.

제7도는 금형 스프링 구조의 다른 실시예를 보인 제3도와 유사한 파단 단면도.

제8도는 제7도의 8-8선 단면도

제9도는 제7, 8도의 금형 스프링에 제거된 스톱링중 하나의 사시도.

제10도는 도시 기술된 금형 스프링의 어느 실시예에서든 이용될 수 있는 저 마찰 슬리이브의 사시도,

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

11 : 가요성 슬리이브12, 66 : 외측 하우징

13, 68 : 내측 하우징19 : 직립 피스톤

27 : 입구30 : 유체실

48, 49, 60 : 반전 단부63, 64 : 스톱 링

75, 76 : 저 마찰 재료의 피복 78 : 저 마찰 슬리이브

본 출원은 1986. 11. 10일 출원되어 계류중인 미국특허출원 제 929, 124호의 부분 계속 출원이다.

본 발명은 완충 장치, 특히 금형 프레스(die press)에 주로 이용되는 공압 스프링에 관한 것이다. 보다 상세히 말해서, 본 발명은 미끄럼 시일(Sliding seal)을 이용할 필요가 없도록 높은 내측유체 압력을 견딜 수 있는 내측 가요성 슬리이브를 이용한 금형 스프링에 관한 것이다.

일반적으로 여러가지 스탬핑(stamping) 작업에 이용되는 대형 금속가공 프레스에는 금속을 원하는 형상으로 성형시키기 위하여, 상부 또는 하부 플래턴(platen)에 장착된 금형에 놓여진 금속 부분과 접촉하는 램이 포함된다. 어떤 프레스에서는 금형이 가동 램에 장착되기도 한다. 이러한 프레스는 금속 부재를 원하는 형상으로 성형시키는 행정에서 수천 파운의 압력을 받는다. 이러한 압력 또는 하중의 대부분은 금속에 의하여 흡수된다. 그러나, 지지 금형, 프레스 플래턴 및 기타 부품으로 전달흡수되는 여러분의 힘 또는 에너지가 항상 존재한다. 금형 플래턴등이 탄성 장착대 또는 스프링으로 지지되지 않으면 프레스에 작용하는 이 여분의 에너지는 프레스 및 그 여러 부품에 매우 빨리 균열 및 파손을 일으킨다. 따라서 이러한 피로 문제를 감소시키기 위하여 금형 및 또는 플래턴 뿐만아니라 유압 또는 공압 램은 스프링같은 완충 장치에 지지된다.

많은 공정에서 공통적으로 이용되는 형식의 스프링 중의 하나는 고압질소가 들어있는 실린더에 미끄럼 장착된 피스톤을 이용하는 질소 금형스프링이다. 피스톤 로드에 가해진 프레스 하중 또는 과잉 에너지는 실린더 내의 질소 기체를 압축시켜 프레스 부품에 직접 전달될 하중을 흡수한다. 이 질소 금형 스프링은 피스톤과 실린더벽 사이의 미끄럼 밀봉을 유지해야하는 심각한 문제를 가진다. 이러한 밀봉은 질소의 고압과 실린더 벽을 따른 지속적 미끄럼 운동으로 인하여 기밀 상태를 유지시키기 어렵다.

질소는 공기를 포함하는 대부분의 기체에 비하여 압측비율이 보다 선형적이고, 여러 압력 범위에서 바람직한 결과가 쉽게 계산 및 달성될 수 있으며, 다른 기체처럼 온도의 큰 변화나 단절이 생기지 않으므로 바람직한 기체이다. 그러나, 스프링에 질소를 공급 및 유지시키기 위해서는 추가 비용이 필요하다.

질소 도는 다른 압축성 기체로 충전된 탄성 중합체 블래더(bladder)를 이용한 자체 수용 금형 쿠션(die cushion)을 이용하여 미끄럼 밀봉문제를 해결하려는 시도도 있었다. 이러한 금형 쿠션은 미끄럼 밀봉의 문제는 해소시킬 수 있으나 원하는 압력을 얻기 위해서는 매우 큰 치수의 블래더가 필요하고, 이에 따라 금형 쿠션을 프레스나 기타 장비에 설치하기 위하여 큰 부품이 필요하다. 따라서 금형 쿠션에 의하여 미끄럼 밀봉 문제는 해소되지만 다른 바람직하지 않은 문제, 즉 치수대 압력비의 문제가 생긴다.

본 발명과 관련된 다른 공지 기술은 다음의 특허에 기재되어 있다.

미국 특허 제 894,117호는 가장 유사한 공지 장치로서, 가요성 슬리이브가 내측 부재의 내부에 나사 체결 클램핑 판으로 부착되고, 슬리이브의 타단은 내측 부재에 대하여 망원경식으로 가동 장착된 외측 부재의 내부에 나사 체결판으로 클램핑된 공압 현가 장치이다. 이 특허의 스프링에는 스톱 와셔, 나사로 조작되는 밀봉 클램프, 스프링의 힘을 받은 윤활 패드, 기계 가공 또는 주조된 고가의 금속 부재가 필요하고, 슬리이브의 반전부(rolled portion)는 가동 내측 슬리이브의 하단 주위로 연장되어야 하므로 가요성 슬리이브가 급속히 마모되어 수명이 짧다.

스위스 특허 제216,813호에는 가요성 벨로우즈(bellows)가 환상 크림핑 부재에 의해서 피스톤에 부착되어 있는 망원경식 완충 장치가 기재되어 있다. 가요성 부재의 타단은 고정 하부 하우징의 바닥에 있는 환상링에 부착된다. 가동 상부 하우징은 외측 하우징의 주위로 망원경식으로 장착되고, 가요성 부재는 하우징의 내면과 피스톤의 외면 사이에서 반전된다.

소련 특허 제423,927호에는 벨로우즈와 내측 부재 사이의 유체가 압축되어 벨로우즈가 상향 팽창될 때 내측 고정 부재의 주위에 망원경식으로 상향 이동하는 외측 부재를 가지는 가요성 벨로우즈가 기재되어 있다. 벨로우즈 부재의 일단은 환상 크림핑 링에 의하여 망원경식 부재의 일부에 부착된다.

서독 특허 2,751,430호에는 가요성 슬리이브의 일단이 비교적 고정된 상하부 하우징의 사이에, 그 상단이 환상 피스톤 판에 부착된 장치가 기재되어 있다.

이들 종래의 장치는 그 어느 것도 다음에 기술된 본 발명의 스프링과 유사한 효과를 달성하지 못한다. 따라서 내측 미끄럼시일을 이용하지 않고도 큰 반복 하중을 견딜 수 있고, 압축성 유체로 공기를 이용할 수 있으면서 종래 장치에 비해 필요한 부품수가 매우 적은 개량된 금형 스프링이 필요하다.

본 발명의 목적은 현존하는 질소 금형 스프링과 동일한 성능을 가지며, 보다 안전하고 염가이며 전체적 크기가 동일하거나 비슷하고, 주로 금속 가공 프레스에 이용되는 개량된 공압식 금형 스프링을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 금속 성형 프레스에 이용되는 질소 금형 스프링과 바로 교체시킬 수 있는 자체 수용되는 개량된 금형 스프링을 제공하는 것으로, 이는 한쪽 단부가 피스톤 부재에 밀봉 연결되고 다른쪽 단부는 밀봉 캡(sealing cap)에 연결되는 가요성 슬리이브를 이용하여 내측 미끄럼 시일이 필요없으며, 밀봉 캡은 피스톤 부재를 둘러싸는 하부 하이징 내에서 축방향으로 가동 장착된 망원경식 외측 하우징 내에 수용된다.

본 발명의 다른 목적은 내부 압력이 500 내지 1400psi로서 비교적 높고, 작동 특성에 영향을 미치지 않고도 압축성 기체로 공기를 이용할 수 있으며; 가요성 슬리이브가 피스톤의 중공 내부와 함께 내부 유체실을 이루며; 조절기 도는 서지 탱크(surge tank) 같은 보조 장치에 의하여 제어되는 외부 유체원과 피스톤이 연결되어 작용하는 외부 하중에 따라 유체실 내부가 일정한 압력을 유지하여 스프링이 진동차단기로 작용할 수 있거나, 공기가 전부 유체실 내에 유지되고 금형의 움직임에 의하여 압축되어 외부의 압력 조절 장치없이도 과도한 에너지를 흡수하도록 동적 압력 금형의 역할을 할 수 있는 개량된 금형스프링을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 하우징 부재를 신장 또는 정상 작동위치에 유지시키도록 가요성 슬리이브를 둘러싸고 축방향으로 움직일 수 있는 한쌍의 하우징 부재에 기계식 스톱(stop)이 구비되고; 가요성 슬리이브의 양 단부를 밀봉시키는 밀봉 밴드들이 슬리이브의 단부로부터 벗겨지지 않게 내부의 높은 압력을 견딜 수 있도록 하우징 내에 배치되어 있는 개량된 금형 스프링을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 미끄럼 시일이 없고, 이에 따라 공기 누설이 감소하여 수명이 길고 편심 하중에 대한 적응성이 증가하며, 유체 매질로 이제까지 이용되어 왔던 질소 대신 공기를 이용할 수 있으며 더욱 안전하고; 그 부품을 비교적 염가의 판금 부재로 성형하여 용이하게 조립할 수 있는 개량된 금형 스프링을 제공하는 것이다.

상기 목적 및 장점은 본 발령의 개량된 금형 스프링 구조에 의하여 달성되며, 그 특징은 내측 가스 용기를 형성하는 베이스(base)와 직립원통형 몸체를 가지는 피스톤 부재 ; 피스톤 부재의 베이스에 장착되고, 상기 피스톤 부재 몸체의 적어도 일부 주위로 연장되는 외측 하우징; 내측 하우징에 가해지는 축방향 힘에 의하여 정상적인 신장 위치에서 수축 위치로 이동가능하고 외측 하우징내에서 망원경식 미끄럼 운동이 가능하도록 장착된 내측 하우징; 하나의 개방 단부가 피스톤 내부의 외측단의 외부와 필봉 연결되고, 다른 개방 단부가 단부캡에 의해 폐쇄되는 한쌍의 개방 단부를 가지는 가요성 슬리이브; 공기를 용기내로 보내기 위해 피스톤 부재에 형성된 구멍; 내·외측 하우징에 설치되어 내측 하우징이 신장 위치에 도달하면 외측 하우징에 대한 내측 하우징의 미끄럼 운동을 정지시키고, 상기 미끄럼 운동을 하는동안 내·외측 하우징 사이의 횡운동을 제한하도록 서로 결합될 수 있는 플랜지 수단; 내측 하우징이 신장과 수축 위치 사이를 이동할 때 마찰 접촉을 감소시키기 위해 가요성 슬리이브와 접촉하는 피스톤의 원통형 몸체의 외측 표면 및 내측 하우징의 내측 표면상의 저 마찰표면 수단을 포함한다는 것이다.

출원인이 본 발명의 원리를 가장 잘 적용시킬 수 있다고 생각하는 바람직한 실시예가 다음의 설명 및 도면에 나타나 있으며 특허 청구의 범위에 명확하고 상세히 기재되어 있다. 도면 전체에 걸쳐 동일한 부재에는 동일한 번호를 부여하였다.

개량된 금형 스프링이 전체가 부호(1)로 표시되고, 전체가 부호(2)로 표시된 금형 프레스(die press)에 3개 장착된 것이 제1도에 개략적으로 도시되어 있다. 금형 스프링 중의 하나는 프레스의 상판(3)에 장착되고, 둘은 프레스의 하판(5) 내의 공간(4)에 위치한 것으로 나타나 있다. 상형(upper die, 6)은 하형(8)의 형상대로 성형되는 금속 부품(7)과 접촉한다. 제1도는 본 발명의 스프링이 설치되는 한가지 형태를 나타낸 것으로 본 발명의 용도는 여기에 한정되지 않는다.

개량된 금형 스프링(1)의 주요 부분은 제2도에 분해 상태로 도시되어 있으며 피스톤 부재(10); 직물 보강 탄성 종합체로 성형된 원통형 가요성 슬리이브(11); 원통형 외측 금속 하우징(12); 원통형 내측 금속 하우징(13); 상하부 크림핑 밴드(15, 14); 슬리이브 밑봉판(16)으로 이루어진다.

제 2, 3도에 도시된 바와 같이 피스톤 부재(10)에는 직립 피스톤(19)과 일체로 성형되는 것이 바람직한 환상 베이스(18)가 포함되고, 직립 피스톤(19)은 유체 저장기(38)의 일부를 이루는 중공 내부(21)로 통하는 상부 개방단(20)을 가진다. 하우징(12)은 원통측벽(17)을 가지며 조립 상태에서 피스톤(19) 주위에 망원경식으로 장착되며, 하우징(12)의 벽에 형성된 관통 구멍(22)을 통하여 베이스에 형성된 나사 구멍(24)까지 연장되는 여러 개의 부착 볼트(23) 또는 다른 체결 수단에 의하여 환상 베이스(18)에 고정된다. 제1도에 도시된 금형 프레스의 공간(4) 내부와 같은 사용될 장비의 일부에 금형 스프링을 장착시키기 위하여 베이스(18)의 바닥에 여러개의 나사구멍(25)을 추가로 형성시킬 수도 있다. 피스톤(19)의 원통형 중실베이스부(28)에는 입구(27)가 형성되어 접속기(29)에 의하여 고압가스원과 연결되어 가스가 중공 내부(21) 및 가요성 슬리이브(11)에 의하여 형성된 고압 유체실(30)내로 공급될 수 있도록 한다. 중공내부(21)와 고압 유체실(30)은 함께 유체 저장기(38)를 구성한다.

가요성 슬리이브(11)는 섬유 또는 직물로 보강된 탄성 종합체로 만들어지는 것이 바람직하며, 상부 개방단(32) 및 하부 개방단(33)을 가진 원통형으로 성형된다. 슬리이브(11)의 하단은 피스톤(19)의 외면에 망원경식으로 장착되고 크림핑(crimping) 밴드(14)에 의하여 밀봉 클램핑된다. 슬리이브(11)의 내측 반전 단부(34)는 크림핑 밴드(14)에 의하여 피스톤(19)의 환상 쇼율더(37)와 인접한 소경 상부(36)에 형성된 여러개의 환상 홈(35)내로 가압된다. 홈(35)과 쇼율더(37)는 슬라이브(11)의 내측 반전 단부(34)가 밴드(14)에 의하여 압축되었을 때 피스톤의 상부(36)와 유체 밀봉 결합되는 것을 보조한다.

가요성 슬리이브(11)의 개방단(32)은 제3도 및 제5도에 잘 도시된 것처럼 밀봉판(16)에 의하여 밀봉된다. 밀봉판(16)은 환상이며 일련의 홈(39)이 형성된 원통 측벽(45)을 가져, 슬리이브(11)의 하단부(34)가 밴드(14)에 의하여 클램핑되는 것과 유사하게 슬리이브(11)의 상단부(40)도 환상 크림핑 밴드(15)에 의하여 클램핑된다. 홈(39)의 상부에는 환상 쇼울더(41)가 형성되어 슬리이브 상단부(40)가 크림핑된 위치에 고정되는 것을 보조한다. 밀봉판(16)의 단벽(42)에는 나사구멍(44)을 가진 중심 보스(43)가 형성되어 금형 또는 기타 정비에 장착되었을 때 단부 캡 및 금형 스프링(1)의 상단을 설치 위치에 부착시킨다.

내측 하우징(13)은 스태핑된 판금으로 성형되는 것이 바람직하며, 상부 환상벅(47)에서 끝나는 원통 측벽(46)을 가진다. 본 발명의 한가지 특징에 의하면 내측 하우징(13)의 하단에는 환상 반전 U형단부(48)가 형성되어 유사한 형상을 가진 외측 하우징(12)의 상부 반전 단부(49)와 결합된다(제6도). 단부 캡(16)의 원통 측벽(45)의 직경은 제5도에 도시된 바와같이 슬리이브(11)의 반전 단부(40)와 함께 크림핑밴드(15)가 그 속에 위치하도록 내측 하우징(13)의 원통 측벽(46)의 내경과 대체로 보완적으로 되어 있다. 이 관계는, 유체저장기(38) 내에서 빠져나가려고 하는 초고압 유체가 벽(46)을 향하여 슬리이브 단부(40) 및 밴드(15)에 힘을 가하지만 강성이 높은 벽(46)에 의하여 움직임이 방지되므로 슬리이브 단부와 홈(39)사이의 밀봉 접촉이 유지되는 것을 보조한다. 따라서 슬리이브(11)의 반전 단부(40)밴드(15)에 의하여 밀봉판(16)에 견고하게 클램핑되는 외에 내측 하우징벽(46)의 내면과 밴드(15)사이의 관계에 의하여 더욱 견고하게 유지된다.

개량된 금형 스프링(1)은 먼저 슬리이브(11)를 피스톤(19)에 밑봉밴드(14)로, 밀봉판(16)을 밴드(15)로 크림핑시키는 비교적 간단한 방법으로 제작된다. 그 다음 슬리이브는 제4도에 도시된 것처럼 피스톤 주위로 수축된다. 그후 외측 하우징(12)이 내측 하우징(13) 둘래에 끼워지고, 결합된 하우징들이 수축된 슬리이브 둘레에 끼워진후, 볼트(23)로 피스톤 베이스(18)에 고정된다.

개량된 금형 스프링(1)의 작동은 제1, 3, 4도에 가장 잘 도시되어 있다. 유체 저장기(38)는 입구(27)를 통하여 주입된 압축 공기로 채워진다. 압축 유체로는 공기가 적합하지만 질소와 같은 다른 기체를 사용하는 것도 본 발명의 개념에 영향을 미치지 않는다. 비록 공기가 다른 유체에 비하여 구하기 쉽고 가격도 낮아 바람직하지만 본 발명은 공기를 사용하는데에만 제한되지 않는다.

정상, 정지 또는 신장 위치로 일컬어지는 제3도의 위치에서 밀봉판(16)에 작용하는 압력은 내측 하우징(13) 내에서 밀봉판(16)을 축방향으로 이동시켜 그 상벽(47)과 접촉하도록 하여 하우징(13)이 제3도의 신장 위치로 가도록 한다. 하우징(13)은 내부 유체 압력 및 맞물려있는 반전 단부(48, 49)에 의하여 이 신장 위치를 유지하고, 반전 단부(48, 49)는 내측 하우징이 신장 위치에 도달하면 내측 하우징(13)의 이동을 정지시킨다.

개량된 금형 스프링의 작동, 특징 및 장점은 제 3, 4도에 가장 잘 도시되어 있다. 내측 하우징(13)이 단벽(47) 또는 피스톤 부재(10)의 베이스 중의 어느 하나에 축방향으로 힘이 작용하면 내측 하우징(13)은 외측 하우징(12)의 원통측벽(17)과 피스톤(19) 사이에 형성된 환상공간(50) 내로 이동하고, 슬리이브(11)는 피스톤(19)의 외면을 따라 아래로 이동한다(제4도). 유체 저장기(38)내의 유체는 압축되어 스프링(1)에 가해진 에너지를 흡수한다. 축방향으로 작용하던 힘이 없어지면 압축된 유체의 내부 압력은 자동적으로 내측 하우징(13)이 제3도의 신장 위치로 복귀하도록 한다.

어떤 경우에는 적절한 도관을 통하여 서지 탱크(surge tank) 조절기등의 보조 장치를 접속기(29)에 부착시켜, 유체실(38)내의 유체가 무제한으로 압축되도록 하는 대신 일정한 압력을 유지하도록 할 수도 있다. 어떤 경우에서든지 금형 스프링(1)은 그 기능을 달성한다. 드물게 금형이 바닥에 닿을 정도로 큰 힘이 금형 스프링에 가해지는 경우에는 내측 하우징(13)의 반전 단부(48)가 베이스(18)의 호나상 쇼율더(51)와 접촉하여 슬리이브(11) 및 그 밀봉 연결의 손상을 방지한다. 이는 이러한 접촉을 방지하기 위하여 가해진 힘을 유체가 흡수하도록 금형이 설계되었기 때문이다.

외측 및 내측 하우징(12, 13)의 이러한 특수한 관계는 금형스프링이 축 방향이 아닌 방향으로 작용하는 힘을 어느 정도 지탱할 수 있도록 하여 매우 안전하고 효과적인 장치가 제공된다. 가상선(53)으로 표시된 내측 하우징(13)의 환상 반전 단부(48)의 외경은 외측 하우징(12)의 원통 측벽(17)의 내경과 거의 동일하다(제6도), 이로 인하여 외측 하우징(12)에 대한 내측 하우징(13)의 과도한 가로 이동이 방지되고 여기 작용하는 어떠한 편심하중도 축방향으로 전달된다.

또 원통 측벽(46)의 내경인 내측 하우징(13)의 내경은 제4도에 도시된 바와같이 슬리이브(11)가 그 주위로 신장 및 절첩될수 있도록 피스톤(19)의 측벽으로부터 충분히 떨어질 수 있기 크기로 되어 있다. 제6도에서 화살표(54)로 표시된 이 거리는 반전 단부(48)의 외주와 외측하우징 벽(17)의 내면 사이의 간격보다 크기 때문에 하우징에 어떤 편심 하중이 작용하여도 반전 단부(48)의 반대쪽 부분(55)이 슬리이브(11)를 피스톤(19)의 외면으로 압착시키기 전에 반전단부(48)의 상향 연장 플랜지(52)가 측벽(17)의 내면과 접촉하게 된다. 또, 반전 단부(48, 49)가 전 원주에 걸쳐 완전하게 맞물리게 되므로 2개의 망원경식으로 결합된 하우징이 분리될 염려없이 유체실(38)내에 고압을 작용시킬 수 있다.

이밖에도 고압 유체는 슬리이브(11)에 의하여 유체실(38) 내에 수용되고, 실린더의 내벽과 접촉하여 피스톤을 둘러싸는 밀봉 링 및 피스톤을 이용하는 종래의 금형 스프링 구조와 달리 금형의 2 가동 부재 사이의 미끄럼면 사이에 압력이 작용하지 않으므로 2 하우징이 미끄럼 접촉하는 데 밀봉 수단이 필요없다. 본 발명의 다른 특징은 슬리이브(11)의 단부에 대한 밀봉 밴드(14, 15)의 위치가 내부의 고압에 의하여 밀봉 부재 사이의 밀봉이 손상되는 대신 오히려 도움을 받는 위치에 있다는 것이다. 상술한 바와같이 내부의 고압은 밀봉밴드(15)를 외측으로 밀려고 하지만 그러한 움직임은 내측 하우징 측벽(46)의 내면에 의하여 방지된다. 또, 이 압력은 하부 밀봉밴드(14)를 환상홈(35) 및 피스톤 부재(10)의 쇼율더(37)로 향하여 민다.

따라서 본 발명의 개량된 공기 스프링은 대부분의 공지금형 구조보다 부품의 수 및 가격이 낮고, 현존하는 고압 질소 또는 기타 공압 밀봉의 주 문제점이었던 미끄럼 시일(sliding seal)이 전혀 불필요하면서 매우 효율적인 장치를 제공하며; 이러한 미끄럼 시일이 없음으로 인하여 금형 스프링의 수명이 길어지고; 그 작동 특성을 희생시키지 않고도 유체 매질로 공기를 이용할 수 있고; 가요성 슬리이브와 피스톤 부재 및 상부 밀봉판 사이의 밀봉부에서 공기 누설이 감소되며; 종래의 공지 금형 스프링보다 편심 하중에 대한 융통성이 커진다.

외측 하우징(12)은 내측 하우징(13)을 안내하며, 유체 압력을 흡수하거나 제한하지 않으므로 도시된 것처럼 원통형이 아닌 다른 형상을 가질 수도 있다. 마찬가지로 내측 하우징(13)도 다른 형상을 가질 수 있지만, 측벽(46)이 유체에 의한 반경 방향 외향 압력을 견딜 수 있도록 원통형인 것이 바람직하다. 또 슬리이브(11)의 상부 개방단(32)도 유체가 외부로 새는 것이 방지될 수만 있다면 판(16) 및 밴드(15)가 아닌 다른 수단으로 밀봉시킬 수도 있다.

개선된 금형스프링의 다른 실시예는 전체가 부호(57)로 표시되고, 특히 제 7, 8도에 도시된다. 금형 스프링(57)은 앞서 설명한 금형 스프링(1)과 거의 유사하다. 내측 피스톤(58)의 상단은 가요성 슬리이브(11)가 반전 단부(60)로 부드럽게 전환되도록 부위(59)에서 테이퍼되고, 피스톤(58)의 중공내부(61)는 제 3, 4도에 도시된 피스톤(19)보다 피스톤의 축방향 안쪽으로 더 연장될 수 있다.

개선된 금형스프링(57)의 한 가지 특징에 의하면, 한쌍의 스톱링(63, 64)이 외측 하우징(66)의 원통형 벽(68)의 내측 가장자리와 내측하우징(68)의 원통형벽(67)의 외측 하부환형단에 브레이징되는데, 그중 하나가 제9도에서 사시도로 도시되어 있다.

제7도에 도시된 바와같이 링(63, 64)의 직경은 금형 스프링(1)의 환상 반전단부(48 49)와 유사하게 완전히 신장위치에 도달한 내측 하우징(68)의 외향 운동을 기계적으로 정지시키도록 상호접촉할 수 있게 선정된다.

스톱링(63, 64)은 하우징 벽(65, 67)을 이루는 강철재와는 다른 금속인 청동이나 황동으로 제조된다. 이와같은 비유사 금속은 강철과 청동 도는 황동과 같은 비유사 금속간의 미끄럼 운동의 영향에 비해서, 2종의 유사 금속의 미끄럼에 의해 발생되는 갈바닉 부식과 마모효과를 감소시킨다. 어떤 경우에 있어서는, 금형 스프링(1)의 일체로 형성된 반전 단부(48, 49)에 비해서 별개의 스톱 링(63, 64)을 사용하면 금형스프링(1)의 반전 단부와 마찬가지로 금형 스프링(1)에 대한 동일한 스톱과 중심이탈 제한 기능을 유지시키면서 개선된 금형 스프링(57)의 제작 및 조립을 용이하게 한다. 필요하다면 제7도에 도시된 바와같이 내측 하우징(68)의 상부 개방단내에서 용접부(70)에 의해 고정되는 별개의 환상 상부벽(69)을 개량된 금형 스프링(57)이 가질수 있다.

개선된 금형 스프링(57)의 주요 특성중 하나는 저 마찰재료의 피복(75)이 내측하우징 벽(67)의 외측 표면을 형성하고, 이와 유사한 피복(67)이 원통형 피스톤 벽(72)의 외측 표면을 형성한다는 것이다. 적합한 마찰 감소재료는 이 분야에서 잘 알려진 접착 공정에 의해 원통형 표면에 고정되는 테플론이란 상표로 시판중인 폴리테트라플루오르에틸렌이다. 이와같은 저 마찰 표면은 내측 하우징이 신장과 수축 위치 사이를 축 방향으로 왕복할 때 탄성종합체 슬리이브가 반전되거나 미끄러지면서 표면을 따라 용이하게 이동할 수 있도록 한다. 이와같은 저 마찰재료의 피복은 피복되지 않는 경우에 비하여 탄성종합체 슬리이브의 수명을 증가시킨다.

저 마찰 재료의 피복(75, 76)은 본 발명의 개념에 영향을 미치지 않으면서, 별개의 저 마찰 재료의 슬리이브(78, 제10도)로 대체될 수도 있다. 이러한 슬라이브들은 내측 하우징(68)에서 내측 표면에 인접하게 이 분야에서 잘 알려진 수단에 의해 미끄럼 장착 및 고정되고 피스톤 표면(72)의 둘레에 망원경식으로 미끄럼 장착될 수도 있다. 각각의 슬리이브(78)는 저 마찰 재료의 피복(75, 76)과 동일한 기능을 수행하지만, 피스톤 벽과 내측 하우징벽의 피복 처리가 불필요하다. 이들 슬리이브는 금형 스프링이 조립되는 동안에 별도로 설치하기만 하면 된다.

개량된 금형스프링(57)은 앞서 설명된 금형스프링(1)과 동일한 이점을 얻을 수 있다. 개량된 금형 스프링(57)은 앞서 설명한 바와같이, 금형 스프링(1)에 의해 얻어진 이점중의 어떤것도 희생시키지 않으면서, 탄성종합체의 수명을 늘리기 위해 피스톤 외측 표면과 탄성체 슬리이브 및 내측 하우징 표면사이의 미끄럼 및 반전 마찰을 감소시키고, 갈바닉 부식효과를 감소시키는 동시에 축방향 스톱을 제공하기 위해 비유사 금속으로 이루어진 별개의 스톱링을 내·외측 하우징의 벽에 장착시킬 수 있게 한다.

따라서, 본 발명의 개량된 금형 스프링 구조는 상술한 수많은 목적을 달성하고 종래 장치의 많은 결점 및 문제점을 해결하는 새로운 결과를 낳는 효과적이고, 안전하며, 염가의 효율적인 장치를 제공한다.

이상의 설명에서 어떤 용어들은 간단, 명료하게 이해를 돕기위하여 이용되었으나, 이러한 용어들은 설명을 위한 것이므로 종래 기술에 관련된 조건을 넘은 불필요한 제한을 가하는 것이 아니며 넓게 해석되어야 한다.

또, 본 발명의 설명 및 도면은 예를 든 것이므로 본 발명의 범위는 그 세부사항에 의하여 제한되지 않는다.

이상 기술된 본 발명의 특징과 원리, 개량된 금형 스프링의 구조와 용도, 구조적 특징 및 장점, 새롭고 유용한 결과 및 구조, 장치, 부품, 배치, 부재 및 그 조합은 첨부된 특허 청구의 범위에 기재되어 있다.

Claims (16)

1. a) 내측 가스 용기를 형성하는 베이스(base)와 직립원통형 몸체를 가지는 피스톤 부재 ; b) 피스톤 부재의 베이스에 장착되고, 상기 피스톤 부재 몸체의 적어도 일부 주위로 연장되는 외측 하우징 ; c) 내측 하우징에 가해지는 축방향 힘에 의하여 정상적인 신장 위치에서 수축 위치로 이동가능하고 외측 하우징내에서 망원경식 미끄럼 운동이 가능하도록 장착된 내측 하우징 ; d) 하나의 개방 단부가 피스톤 부재의 외측단의 외부와 밀봉 연결되고, 다른 개방 단부가 단부캡에 의해 폐쇄되는 한쌍의 개방 단부를 가지는 가요성 슬리이브 ; e) 공기를 용기내로 보내기 위해 피스톤 부재의 형성된 구멍 ; f)내·외측 하우징에 설치되어 내측 하우징이 신장 위치에 도달하면 외측 하우징에 대한 내측 하우징의 미끄럼 운동을 정지시키고, 상기 미끄럼 운동을 하는동안 내·외측 하우징 사이의 횡운동을 제한하도록 서로 결합될 수 있는 플랜지 수단 ; g) 내측 하우징이 신장과 수축 위치 사이를 이동할때 마찰 접촉을 감소시키기 위해 가요성 슬리이브와 접촉하는 피스톤의 원통형 몸체의 외측 표면 및 내측 하우징의 내측 표면상의 저 마찰표면 수단을 포함하는 금형 스프링 구조.
2. 제1항에 있어서, 상기 내측 하우징을 신장 위치로 이동시키도록 압력 유체에 의해 슬리이브가 축 방향으로 신장되면 단부캡이 내측 하우징의 한 단부벽과 접촉하는 금형스프링 구조.
3. 제1항에 있어서, 피스톤 부재의 베이스와 몸체 그리고 내·외측 하우징이 원통형이며, 가요성 슬리이브의 단부가 환상 밀봉 밴드에 의해 단부캡과 피스톤 부재의 몸체에 연결되는 금형스프링 구조.
4. 제1항에 있어서, 단부캡과 시일링 밴드의 내경이 상부 하우징의 내경과 상보적이고 상기 밀봉 밴드의 외향 운동을 상부하우징이 제한하는 금형스프링 구조.
5. 제4항에 있어서, 가요성 슬리이브가 들어가는 일련의 환상 홈이 형성된 원통형 측벽을 단부캡이 가지는 금형스프링 구조.
6. 제1항에 있어서, 외측 하우징의 상부 개방단과 내측 하우징의 하부 개방단이 플랜지 수단을 형성하는 반전된 가장자리까지 연장되고, 상기 하우징의 반전된 가장자리는 내측하우징이 최대 신장 위치에 있을때 서로 결합되는 금형스프링 구조.
7. 제1항에 있어서, 플랜지 수단이 내측 하우징의 개방단부의 외측과 외측 하우징의 개방단부의 내측에 고정된 한쌍의 환상 스톱링을 포함하고, 내측 하우징의 최대 신장 위치에 있을때 상기 하우징의 링이 서로 결합되는 금형스프링 구조.
8. 제7항에 있어서, 내, 외측 하우징이 강철로 형성되고, 스톱링은 하우징과 다른 금속재로 형성되는 금형스프링 구조.
9. 제1항에 있어서, 피스톤 부재의 직립 원통형 몸체가 상기 몸체의 개방단부에서 원추형의 내향 테이퍼 부위를 이루는 금형스프링 구조.
10. 제1항에 있어서, 저 마찰 표면 수단이 내측 하우징의 내측 표면과 피스톤의 원통형 몸체의 외측 표면에 결합된 저 마찰 재료의 피복인 금형스프링 구조.
11. 제1항에 있어서, 저 마찰 표면 수단이 저마찰 재료로 이루어진 한쌍의 슬리이브이고, 상기 슬리이브중의 하나는 상기 내측 하우징에 망원경식으로 미끄럼 장착되어 상기 하우징의 내측 표면과 인접하게 위치하며, 상기 슬리이브의 다른 하나는 상기 피스톤 부재에 망원경식으로 미끄럼 장착되어 상기 피스톤의 원통형 몸체의 외측 표면에 인접하게 위치하는 금형스프링 구조.
12. a) 내측 가스 용기를 형성하는 베이스(base)와 직립원통형 몸체를 가지는 피스톤 부재 ; b) 피스톤 부재의 베이스에 장착되고, 상기 피스톤 부재 몸체의 적어도 일부 주위로 연장되는 외측 하우징 ; c) 내측 하우징에 가해지는 축방향 힘에 의하여 정상적인 신장 위치에서 수축 위치로 이동가능하고 외측 하우징내에서 망원경식 미끄럼 운동이 가능하도록 장착된 내측 하우징 ; d) 하나의 개방 단부가 피스톤 부재의 외측단의 외부와 밀봉 연결되고, 다른 개방 단부가 단부캡에 의해 폐쇄되는 한쌍의 개방 단부를 가지는 가요성 슬리이브 ; e) 내·외측 하우징에 설치되어 내측 하우징이 신장 위치에 도달하면 외측 하우징에 대한 내측 하우징의 미끄럼 운동을 정지시키고, 상기 미끄럼 운동을 하는 동안 내·외측 하우징 사이의 횡운동을 제한하도록 서로 결합될 수 있는 플랜지 수단 ; f) 내측 하우징이 신장과 수축 위치 사이를 이동할때 마찰 접촉을 감소시키기 위해 가요성 슬리이브와 접촉하는 피스톤의 원통형 몸체의 외측 표면 및 내측 하우징의 내측 표면상의 저 마찰표면 수단을 포함하는 금형 스프링 구조.
13. 제12항에 있어서, 피스톤 부재의 직립 원통형 몸체는 가스용기의 개방단부 주위에 원추형의 하향 테이퍼 표면을 이루고, 가요성 슬리이브가 내측 하우징이 신장된 위치에 있을 때 피스톤 부재 원통형 몸체의 원추형 표면을 따라 연장되는 반전 부재를 가지는 금형스프링 구조.
14. 제13항에 있어서, 내측 하우징이 신장 및 수축 위치 사이를 이동할 때 가요성 슬리이브와 접촉하도록 마찰 감소 재료가 내측 하우징의 내측 및 피스톤 몬체의 외측을 따라 연장된 금형스프링 구조.
15. 제14항에 있어서, 마찰 감소 재료가 테플론이란 상표로 시판되는 폴리테트라플루오르에틸렌인 금형스프링 구조.
16. 제12항에 있어서, 내측 하우징의 단부벽을 가지고, 상기 내측 하우징이 정상신장 위치로 배치되도록 단부캡에 의해 결합되는 금형스프링 구조.

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