KR100212365B1 - 고속 고부하 실린더 장치 - Google Patents

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히또시 사와무라
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안자키 사토루
고마쓰 세사쿠쇼 가부시키가이샤
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Abstract

고속 실린더(1)와, 이 고속 실린더내에 수용되고 작은 압력 수용 면적을 갖는 제1피스톤(1b)과, 가압 실린더(2)와, 이 가압 실린더내에 수용되고 큰 압력 수용 면적을 갖는 제2피스톤(2b) 및, 상기 고속 실린더(1)와 가압 실린더(2)에 유압을 공급하기 위한 유압 회로를 구비하는 고속 고부하 실린더 장치에 있어서, 상기 제2피스톤(2b)에 의해 가압 실린더(2)내에 형성된 상부 챔버(21)와 하부 챔버(22) 사이를 연통시키기 위해 상기 가압 실린더(2)의 제2피스톤(2b)내에 형성된 연통 통로(2e)와, 파일럿압에 따라 상기 통로(2e)를 개폐하기 위해 상기 통로(2e) 중간에 설치된 시이퀀스 밸브(5)와, 상기 파일럿압을 발생시키는 파일럿 압력원 및, 상기 유압 회로내에서 상기 가압 실린더(2)의 상부 챔버(21)에 유압을 공급하는 배관 중간에 설치된 고속 가압 절환 밸브(12)를 포함하고, 상기 고속 가압 절환 밸브(12)는 고속 동작을 요구할 때에는 폐쇄되어 상기 파일럿압은 상기 시이퀀스 밸브(5)에 공급되지 않고, 상기 고속 가압 절환 밸브(12)는 큰 가압력을 요구할 때에는 개방되어 상기 파일럿압은 상기 시이퀀스 밸브(5)에 공급되는 것을 특징으로 하는 고속 고부하 실린더 장치에 관한 것이다. 이 구성에 의해, 외부 배관을 요구함 없이 고속 동작 및 고부하에 대응하는 동작이 가능하게 된다.

Description

[발명의 명칭]
고속 고부하 실린더 장치
[발명의 상세한 설명]
[발명의 분야]
본 발명은 프레스(press machine)나 공작 기계(machine tool) 등의 구동원(power source)에 사용하기 적합한 고속 고부하 실린더 장치에 관한 것이다.
[배경 기술]
종래 기술에서, 터릿 펀치 프레스(turret punch press) 등과 같은 프레스나 공작 기계등에 사용하기 적합한 고속 고부하 실린더 장치로서 예를 들면 제1도에 도시한 것이 공지되어 있다.
상기 실린더 장치는 고속으로 작동하는 고속 실린더의 피스톤과 고부하에 대응하는 가압 실린더(b)의 피스톤을 피스톤 로드(rod)를 거쳐서 연결하고, 가압 실린더(b)의 상하 챔버(chamber)를 외부에 설치한 배관(d)과 이 배관(d)에 설치된 밸브(c)를 거쳐서 연통하도록 구성된 것이다. 그리고, 고속으로 작동되는 경우에는 밸브(c)를 개방하여 가압 실린더(b)의 상하 챔버를 연통시키고, 유압 회로(f)로부터 유압이 공급되어도 상기 상하 챔버간의 압력 차이가 발생하지 않도록 하여 고속 실린더(a)에 의한 고속 동작을 가능하게 한다. 큰 가압력을 발생시키는 경우에는 밸브(c)를 닫아서 유압 회로(f)로부터 유압이 공급되는 경우 가압 실린더(b)의 상하 챔버사이에서 압력 차이가 발생하도록 하여 가압 실린더(b)에 의한 고부하에 대응하도록 하고 있다. 또한, 제1도중에 g는 유압 펌프, h는 절환(switching) 밸브, i는 탱크(tank)를 각각 도시하고 있다.
그러나, 상기 종래의 실린더 장치에는 가압 실린더(b)의 외부에 밸브(c)나 배관(d)이 설치되어 있기 때문에, 가압 실린더(b)의 스토로크(stroke)가 길게되면 이것에 따라 배관(d)도 길게되고, 한번에 다량의 작동 유체를 흐르게 할 때 유로 저항(fluid path resistance)이 크게 되어 고속 동작을 방해하는 문제점이 있다.
또한, 다량의 작동 유체를 흐르게 하기 위해서 대경 배관(d)이나 대형 밸브(c)가 필요하게 되어 장치 자체가 고가로 됨과 동시에, 구조도 복잡하게 되기 때문에 유체 누설 등도 발생하기 쉽다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로, 외부 배관을 필요함 없이 고속 동작 및 고부하에 대응하는 동작을 가능하게 한 고속 고부하 실린더 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
[발명의 개시]
상기 및 상기 이외의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예로서, 고속 실린더와, 이 고속 실린더내에 수용되고 작은 압력 수용 면적을 갖는 제1피스톤과, 가압 실린더와, 이 가압 실린더내에 수용되고 큰 압력 수용 면적을 갖는 제2피스톤 및, 상기 고속 실린더와 가압 실린더에 유압을 공급하기 위한 유압 회로를 구비하는 고속 고부하 실린더 장치에 있어서, 상기 제2피스톤에 의해 가압 실린더내에 형성된 상부 챔버와 하부 챔버 사이를 연통시키기 위해 상기 가압 실린더의 제2피스톤내에 형성된 연통 통로와, 파일럿압에 따라 상기 통로를 개폐하기 위해 상기 통로 중간에 설치된 시이퀀스 밸브와, 상기 파일럿압을 발생시키는 파일럿 압력원 및, 상기 유압 회로내에서 상기 가압 실린더의 상부 챔버에 유압을 공급하는 배관 중간에 설치된 고속 가압 절환 밸브를 포함하고, 상기 고속 가압 절환 밸브는 고속 동작을 요구할 때에는 폐쇄되어 상기 파일럿압은 상기 시이퀀스 밸브에 공급되지 않고, 상기 고속 가압 절환 밸브는 큰 가압력을 요구할 때에는 개방되어 상기 파일럿압은 상기 시이퀀스 밸브에 공급되는 것을 특징으로 하는 고속 고부하 실린더 장치가 제공된다.
이 구성에 의하면, 외부에 부착된 배관이나 밸브를 설치할 필요 없이 고속 실린더로 고속 동작을 그리고 가압 실린더로 고부하에 대응하는 동작을 실행할 수 있다.
양호하게는 상기 양 실린더의 피스톤을 피스톤 로드를 거쳐서 연결하고 이 피스톤 로드내에 파일럿압 공급 통로를 설치하고 있다.
[도면의 간단한 설명]
본 발명은 이하의 상세한 설명 및 본 발명의 실시예를 도시한 첨부 도면에 따라 보다 양호하게 이해될 수 있다. 또한, 첨부 도면에 도시한 실시예는 발명을 특정하는 것을 의도하는 것은 아니고, 단순히 설명 및 이해를 용이하게 하는 것이다.
제1도는 종래 기술의 고속 고부하 실린더 장치의 개략도.
제2도는 본 발명에 따른 고속 고부하 실린더 장치의 일실시예의 고속 동작시의 단면도.
제3도는 상기 실시예의 고부하 동작시의 단면도.
제4도는 상기 실시예의 작동 속도의 변화를 도시한 그래프.
[발명을 실시하기 위한 최상의 형태]
이하에서, 본 발명의 고속 고부하 실린더 장치의 일실시예를 제2도 내지 제4도를 참조하면서 설명한다.
제2도에서, A는 본 발명의 장치 본체이고, 이것은 기본적으로 작은 압력 수용 면적을 갖는 고속 실린더(1)의 피스톤 로드(rod)와 큰 압력 수용 면적을 갖는 가압 실린더(2)의 피스톤 로드를 연결하는 것으로 구성되어 있다.
상기 고속 실린더(1)는 그 실린더부(1a)가 브래킷(bracket ; 3)을 거쳐서 가압 실린더(2)의 실린더부(2a)상에 동심적으로 장착되어 있다. 고속 실린더(1)의 실린더부(1a)내에는 피스톤(1b)이 수용되어 있고, 이 피스톤(1b)에 의해 실린더부(1a) 내부는 상부 챔버(chamber; 11)와 하부 챔버(12)로 분할되어 있으며, 피스톤(1b)의 상하면에는 상하 방향으로 피스톤 로드(1c)가 돌출 설치되어 있다.
상방으로 돌출 설치된 피스톤 로드(1c)는 실린더부(1a)의 상방으로 돌출되어 있음과 동시에, 하방으로 돌출된 피스톤 로드(1c)의 선단(tip end)은 가압 실린더(2)의 피스톤 로드(2c) 상단에 연결 소자(4)를 거쳐서 연결되어 있다. 또한, 피스톤 로드(1c)의 내부에는 통로(1d)가 형성되어 있고, 이 통로(passage ; 1d)내로 파일럿압(pilot pressure)이 공급되도록 되어 있다.
상기 가압 실린더(2)의 실린더부(2a)내에도 피스톤(2b)이 수용되어 있고, 이 피스톤(2b)에 의해 실린더부(2a)내부가 상부 챔버(21)와 하부 챔버(22)로 분할되어 있음과 동시에, 피스톤(2b)의 상면에는 중공 피스톤 로드(2c)가, 그리고 하면에는 피스톤 로드(2d)가 돌출 설치되어 있다.
또한, 상방으로 돌출 설치된 중공 피스톤 로드(2c) 내에는 제1밸브 수단인 시이퀀스 밸브(sequence valve ; 5)가 설치되어 있다.
상기 시이퀀스 밸브(5)는 압축 스프링(5b)에 의해 하방으로 편향되고 또한 고속 실린더(1)의 피스톤 로드(1c) 내의 통로(1d)를 통해 공급되는 파일럿압에 의해 동작하는 밸브 본체(5a)를 가지고 있다. 이 밸브 본체(5a)의 폐쇄 동작에 의해 가압 실린더(2)의 상부 챔버(21)와 하부 챔버(22)를 연통하는 피스톤(2b)내의 연통 통로(2e)가 차단되도록 되어 있다.
상기 통로(2e)의 일단부는 중공 피스톤 로드(2c)의 외주부에 형성된 복수의 관통 구멍(2f)을 거쳐서 상부 챔버(21)로 연통되어 있고, 다른 단부는 피스톤(2b)의 외주면으로 개구된 복수의 개구부(2g)로 연통되며, 더욱이 하면으로 개구된 복수의 관통 구멍(2h)을 거쳐서 하부 챔버(22)로 연통되어 있다.
도면 중에, 8은 유압 펌프이고, 이 유압 펌프(8)로부터 배출된 유체는 절환 밸브(switching valve ; 9)로부터 배관(piping ; 10)을 거쳐서 고속 실린더(1) 및 가압 실린더(2)의 상부 챔버(11, 21)와 하부 챔버(12, 22)로 공급됨과 동시에, 가압 실린더(2)의 상부 챔버(21)로 공급하는 배관(11 ; 유로)중간에는 제2밸브 수단인 고속 가압 절환 밸브(12)가 설치되어 있다.
다음에 작용을 설명한다.
본체(A)를 고속으로 작동시키는 경우에는 파일럿압을 오프(off)로 하고 고속 가압 절환 밸브(12)도 오프로 한다.
이 상태에서, 절환 밸브(9)를 한쪽 위치로 절환하여 고속 실린더(1)의 상부 챔버(11)로 유압을 공급하면, 작은 압력 수용 면적을 갖는 고속 실린더(1)의 피스톤(1b)이 제4도에 도시하는 작동 속도 곡선중 「1」로 도시되도록 고속으로 이동하고, 동시에 가압 실린더(2)의 피스톤(2b)도 고속으로 이동된다. 이때, 가압 실린더(2)의 하부 챔버(22)의 유압은 통로(2e)로 부터 시이퀀스 밸브(5)의 밸브 본체(5a)를 밀어올려서 제2도에 도시한 바와 같이 상부 챔버(21)로 유입한다.
그후, 예를 들면 가압 실린더(2)의 피스톤 로드(2d)에 의해 구동되는 금형(die)이 워크(work ; 14)에 접촉하는 순간에 파일럿압 및 고속 가압 절환 밸브(12)를 온(on)으로 하면 파일럿압에 의해 제3도에 도시한 시이퀀스 밸브(5)의 밸브 본체(5a)가 폐쇄됨과 동시에, 가압 실린더(2)의 상부 챔버(21)로도 유압 펌프(8)의 유압이 공급된다.
이것에 의해 큰 압력 수용 면적을 갖는 피스톤(2b)에 유압 펌프(8)의 배출 압력이 작용하여 큰 가압력을 발생함과 동시에, 피스톤(2b)은 제4도중 「m」으로 도시된 바오 같이 감속된다.
그리고, 금형이 워크(14)를 펀칭함과 동시에 파일럿압 및 고속 가압 절환 밸브(12)는 오프로 되고, 절환 밸브(9)는 다른 방향의 위치로 절환된다.
그리고, 금형이 워크(14)를 펀칭함과 동시에 파일럿압 및 고속 가압 절환 밸브(12)는 오프로 되고, 절환 밸브(9)는 다른 방향의 위치로 절환된다.
이것에 의해서 고속 실린더(1)의 하부 챔버(12)로 유압이 공급되면, 제4도중 「n」으로 도시한 바와 같이 고속으로 가압 실린더(2)의 피스톤(2b)이 상승된다. 이때, 가압 실린더(2)의 상부 챔버(21)의 유체는 시이퀀스 밸브(5)의 밸브 본체(5a)를 밀어올려서 하부 챔버(22)로 유입하도록 된다.
이상 상기 동작을 반복하는 것에 의해, 처음에는 고속으로 또한 성형시는 큰 가압력으로 피구동체를 구동할 수 있다.
또한, 상기 동작은 터릿 펀치 프레스(turret punch press)와 같은 워크(14)를 펀칭하는 것에 적합한 동작이지만, 파일럿압이나 고속 가압 절환 밸브(12)의 동작 타이밍을 변화시키는 것에 의해 임의적인 속도 곡선이 얻어진다.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 가압 실린더의 피스톤내에 설치한 시이퀀스 밸브를 파일럿압으로 온(on), 오프(off)하는 것에 의해 고속 동작에서 가압 동작으로 이행하도록 한 것이므로, 종래와 같이 외부에 설치한 배관이나 밸브류를 요구하지 않는다.
따라서, 가압 실린더의 스트로크가 크게 되어도 유로 저항이 증가하여 고속화를 방해하지 않는다. 또한 많은 유량을 흐르게 하기 위해 외부에 설치될 배관이나 밸브를 필요로 하지 않으므로 경제적이다.
또한, 구조가 간단하기 때문에 제작이 용이하고 저가로 제공할 수 있음과 동시에 상기 장치의 유지도 용이한 등의 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 예시적인 실시예에 대해서 설명했지만 도시한 실시예에 관해서 본 발명의 요지 및 범위를 이탈함 없이 각종 변경, 생략, 추가가 가능한 것은 당업자에게 명백하다. 따라서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고 청구범위에 기재된 요소에 의해 한정되는 범위 및 그 균등 범위를 포함하는 것으로 이해되어야만 한다.
[산업상 이용가능성]
이상과 같이, 본 발명에 관한 고속 고부하 실린더 장치는 프레스나 공작 기계의 구동원으로서 극히 유용하다.

Claims (5)

  1. 고속 실린더(1)와, 이 고속 실린더내에 수용되고 작은 압력 수용 면적을 갖는 제1피스톤(1b)과, 가압 실린더(2)와, 이 가압 실린더내에 수용되고 큰 압력 수용 면적을 갖는 제2피스톤(2b) 및, 상기 고속 실린더(1)와 가압 실린더(2)에 유압을 공급하기 위한 유압 회로를 구비하는 고속 고부하 실린더 장치에 있어서, 상기 제2피스톤(2b)에 의해 가압 실린더(2)내에 형성된 상부 챔버(21)와 하부 챔버(22) 사이를 연통시키기 위해 상기 가압 실린더(2)의 제2피스톤(2b)내에 형성된 연통 통로(2e)와, 파일럿압에 따라 상기 통로(2e)를 개폐하기 위해 상기 통로(2e) 중간에 설치된 시이퀀스 밸브(5)와, 상기 파일럿압을 발생시키는 파일럿 압력원 및, 상기 유압 회로내에서 상기 가압 실린더(2)의 상부 챔버(21)에 유압을 공급하는 배관 중간에 설치된 고속 가압 절환 밸브(12)를 포함하고, 상기 고속 가압 절환 밸브(12)는 고속 동작을 요구할 때에는 폐쇄되어 상기 파일럿압은 상기 시이퀀스 밸브(5)에 공급되지 않고, 상기 고속 가압 절환 밸브(12)는 큰 가압력을 요구할 때에는 개방되어 상기 파일럿압은 상기 시이퀀스 밸브(5)에 공급되는 것을 특징으로 하는 고속 고부하 실린더 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양 실린더(1,2)의 피스톤(1b,2b)은 피스톤 로드(1c,2c)를 거쳐서 연결되고, 이 피스톤 로드(1c,2c)내에 파일럿압 공급 통로(1d)가 설치된 것을 특징으로 하는 고속 고부하 실린더 장치.
  3. 고속 고부하 실린더 장치에 있어서, 작은 유효 면적을 갖는 제1피스톤(1b)과, 이 제1피스톤(1b)에 의해 고속 실린더(1)의 내부에 형성된 제1 및 제2유체 챔버(11,12)를 구비하는 고속 실린더(1)와, 상기 고속 실린더(1)의 제1피스톤(1b)과 협동하고 큰 유효 면적을 가지며 제3 및 제4유체 챔버(21,22)와 연통시키기 위해 연통 통로(2e)를 형성하는 제2피스톤(2b)과, 이 제2피스톤(2b)에 의해 고압 실린더(2)의 내부에 형성된 제3 및 제4유체 챔버(21,22)를 구비하는 고압 실린더(2)와, 유압을 이에 공급하기 위해 상기 고속 실린더(1)와 고압 실린더(2)에 연결되고, 유압을 이에 공급하기 위해 상기 제3 및 제4유체 챔버(21,22)중에 하나와 연통하는 유로(1)를 구비하는 유압 회로와, 상기 제3 및 제4유체 챔버(21,22)사이에서의 연통을 선택적으로 실행하고 차단하기 위해 연통 통로(2e)내에 수용된 제1밸브 수단(5) 및, 상기 제3 및 제4유체 챔버(21,22)사이에서의 연통을 선택적으로 실행하고 차단하기 위해 상기 제1밸브 수단(5)의 위치를 제어하고, 상기 제1밸브 수단(5)을 고속 모드 작동시 개방 위치로 그리고 고부하 모드 작동시 폐쇄 위치로 작동시키는 제1밸브 제어 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 고부하 실린더 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 유압 회로와 상기 제3 및 제4유체 챔버(21,22)중에 하나와의 사이에서 연통을 선택적으로 실행하고 차단하기 위해 상기 유로(11)내에 수용되고, 상기 고부하 모드 작동중에 상기 유압 회로와 상기 제3 및 제4유체 챔버(21,22)중에 하나와의 사이에서 연통을 실행하기 위한 위치에 배치된 제2밸브 수단(12)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 고부하 실린더 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제1 및 제2피스톤(1b,2b)은 상기 제1밸브 수단(5)과 연통하는 축방향으로 돌출 설치된 관통 개구(1d)의 일단부에 형성된 일체식 피스톤 로드(1c,2c)를 통해 연결되고, 상기 축방향으로 돌출 설치된 관통 개구(1d)의 다른 단부는 상기 고부하 모드중에 상기 제1밸브 수단(5)을 폐쇄 위치로 배치하기 위해 파일럿압을 공급하도록 파일럿 압력원에 연결된 것을 특징으로 하는 고속 고부하 실린더 장치.
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