KR100257724B1 - 다단계 스트로크 실린더 - Google Patents

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Abstract

다단계 스트로크 실린더의 후퇴 원위치 복귀시의 면압을 감소하여 응답성을 빠르게 함과 동시에 소형화를 가능하게 하는 것을 과제로한다.
실린더 내에 제 1피스톤(4)과 일체인 슬리브(3)가 축선방향으로 일정한 스트로크를 접동가능하게 끼우고 이 슬리브(3)내에 제 1피스톤과 대향하는 사이 거리를 갖고 접촉하며, 이 접촉위치로부터 슬리브의 타단에 설치된 전진단 스토퍼면(22b)까지 일정한 스트로크로 접동하는 제 2피스톤(5)을 설치하며, 이 제 2피스톤(5)을 상기 제 1피스톤(4)에 항상 접촉하는 방향으로 압착부세하는 스프링(6)을 구비하고, 상기 제 2피스톤(5)에는 실린더 밖으로 돌출한 작동축(7)의 일단이 결합되며, 상기 실린더에 제 1피스톤(4)과 제 2피스톤(5)과의 대향하는 사이에 압력을 급배하는 제 1포트(8)와, 제 1피스톤(4)과 실린더 내단면 사이에 압력을 급배하는 제 2포트(11)를 설치한 다단계 스트로크 실린더에 있어서, 상기 실린더내에 상기 슬리브(3)의 후퇴단을 규제하는 제 1스토퍼면(21a)과 전진단을 규제하는 제 2스토퍼면(21b)을 상기 제1 스토퍼면(21a)과 대향하여 설치하고, 상기 슬리브(3)에는 상기 타단의 전진단 스토퍼면(22b)에 대향하는 후퇴단 스토퍼(22a)를 형성하며, 상기 제 2피스톤(5)에는 상기 전진단 스토퍼면(22b)과 후퇴단 스토퍼(22a)에 접촉하는 플랜지부(5a)을 설치하여 상기 과제를 해결한다.

Description

다단계 스트로크 실린더
제1도는 본 발명의 단면도.
제2도는 종래 구조의 단면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 슬리브 4 : 제1피스톤
4a : 돌기부 5 : 제2피스톤
5a : 플랜지부 6a : 스프링
6b : 스프링 7 : 작동축
8 : 제1포트 9 : 간극
10 : 통로구멍 11 : 제2포트
12 : 간극 13 : 에어제거구멍
20a : 제1하우징 20b : 제2하우징
21a : 제1스토퍼면 21b : 제2스토퍼면
22a : 후퇴단 스토퍼면 22b : 전진단 스토퍼면
본 발명은 스트로크가 다단계로 얻어지는 유체 압력 실린더에 관한 것이다.
디젤 엔진에 있어서, 흡기조리개 밸브가 열리는 정도를 다단적으로 제어하고, 엔진의 부하에 대응한 에어공급을 행하며, 엔진을 최적인 상태로 운전하며, 성연비, 저소음을 실현하고자하는 경우, 흡기조리개 밸브를 작동하는 액튜에이터로서 고압에어에 의한 실린더가 적당하지만 종래 일반적인 다단계 실린더에서는 구조가 복잡하고 실린더 축 길이가 길어지며 한정된 공간의 엔진 룸내의 설치가 곤란하다. 또한 여러개의 작은 실린더를 사용하고 링크 기구에 의해 다단계의 밸브가 열리는 정도의 제어는 가능하지만 이것도 콤팩트한 구성으로는 되지 않고 비용도 높아지는 난점이 있었다.
이와같은 문제점을 해소한 다단계 스트로크가 일본국 실개평3-219103호에 제공되어 있다.
이런 종래의 구조를 제2도에 설명한다. (1)은 실린더, (2)는 상기 실린더의 개구단에 빽빽히 끼워부착되어있는 앤드 캡이다. 상기 실린더(1)내의 일단에는 실린더의 축선에 대하여 직각인 면의 단부에 의한 제 1스토퍼(la)가 형성되어 있다.
(3)은 실린더(1)내에 축선방향에 점등가능하게 끼워지고, 상기 제 1스토퍼(la)에 접촉하는 범위를 스트로크하는 슬리브이다. 이 슬리브(3)의 일단내에서 상기 제 1스토퍼(la)와는 반대측에 제 1피스톤(4)이 고정설치되고, 타단에는 뒤에 설명하는 제 2피스톤(5)이 접촉하는 제 2스토퍼(3a)가 형성되어있다. 이 제 1스토퍼(4)에는 그 중심부에 슬리브(3)의 타단을 향해 소요길이의 돌기부(4a)가 설치되어있다.
더욱이 상기 슬리브(3)내예는 상기 제 2피스톤(5)이 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에 접촉하여 제 1피스톤(4)과의 사이에 대향 간극(9)을 형성하고 이 위치로부터 상기 계 2스토퍼(3a)에 접촉하는 스트로크로 접동가능하게 끼워져있다. 또한 이 제 2피스톤(5)은 스프링(6)에 의해 통상 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에 접촉하는방향으로 압착부세되어있다. 이 제 2피스톤(5)에 실린더(1)밖으로 돌출하는 작동축(7)의 일단이 결합되어 있다.
상기 실린더(2)에는 제 1피스톤(4)과 제 2피스톤(5)과의 대향 간극(9)에 에어압력을 슬리브(3)에 뚫려진 통로구멍(10)을 통하여 급배하는 제 1포트(8)와 제 2피스톤(4)과 앤드캡(2)과의 간극(12)에 에어압력을 급배하는 제 2포트(11)가 설치되어있다. 또한 (13)은 에어제거구멍을 표시한다.
상기 구조의 동작에 대하여는 원위치 상태는 제 1포트(8) 및 제 2포트(11)중 어느것도 에어 압력이 공급되지 않고, 제2도에 도시된 바와 같이 슬리브(3)는 압축스프링(6)에 의해 압착되고 있는 제 2피스톤(5), 이 제 2피스톤(5)이 돌기부(4a)에 접촉하여 제 1피스톤(4)에 전달되는 압착력에 의해 제2도의 좌단에 위치하고 있는 상태이다.
이 상태에서 제 1포트(8)로부터 에어압력이 제 1피스톤(4)과 제 2피스톤(5)과의 대향간극(9)에 공급되면 제 1피스톤(4)을 왼쪽으로 압착하고, 제 2피스톤을 오른쪽으로 압착한다. 이에 의해 슬리브(3)는 원위치 상태를 유지하고, 제 2피스톤(5)은 스프링(6)을 압축하여 슬리브(3)의 타단에 형성되어있는 제 2스토퍼(3a)에 접촉할 때까지 오른쪽으로 이동한다. 이 제 2피스톤(5) 단독의 스트로크가 제 1단계 스트로크(S1)이다.
다음은 제 2포트(11)로부터 제 1피스톤(4)과 앤드 캡(2)과의 간극(12)에만 에어 압력이 공급되면 제 2피스톤(5)은 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에 접촉한상태로 슬리브(3)가 실린더(1)에 설치 되어있는 제 1스토퍼(la)에 접촉할 때까지 오른쪽으로 이동한다. 이 슬리브(3)의 오른쪽 이동 스트로크가 상기 제1단계 스트로크(S1)보다 큰 제 2단계 스트로크(S2)이다.
또한 이 상태에서 제 1포트(8)로부터 에어압력을 공급하면 제 2피스톤(5)의 제 1단계 스트로크(S1)가 상기 제 2단계 스트로크(S2)에 가해져 최대 스트로크인 제 3단계 스트로크(S3)가 얻어진다.
상기 종래 구조에서는 슬리브(3) 및 제 2피스톤(5)이 에어에 의해 풀 스트로크인 제 3단계 스트로크(S3)의 전진단으로부터 후퇴단의 원위치에 스프링(6)에 의해 복귀할 때 제 2피스톤(5)으로부터 돌출하고 있는 작동축(7)이 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에 접촉하여 제 1피스톤(4) 및 슬리브(3)를 밀면서 이동한다. 이 때문에 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에 작용하는 면압이 크고, 응답성이 나쁘며, 조기의 후퇴 원위치 복귀동작에 난점이 있다. 또 접지공간 등의 제약으로부터 실린더 보어를 작게하고 소형화하는 것이 과제로 되어 있다.
본 발명의 목적은 후퇴 원위치 복귀시의 면압을 감소하여 응답성을 빠르게함과 동시에 소형화를 가능하게 하는 다단계 스트로크 실린더를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 실린더 내에 축선방향으로 일정한 스트로크로 접동가능하게 끼워진 슬리브와, 이 슬리브내의 일단에 고정한 제 1피스톤과, 이 제 1피스톤과 대향하는 사이거리를 가지고 접촉하고, 이 접촉위치로부터 슬리브의 타단에 설치된 전진단 스토퍼면까지 일정만 스트로크로 슬리브내를 접동하는 제 2피스톤과, 이 제 2피스톤을 상기 제 1피스톤에 항상 접촉하는 방향으로 압착부세하는 스프링을 구비하고, 상기 제 2피스톤에는 실린더 밖으로 돌출하는 작동축의 일단이 결합되고, 상기 실린더에 제 1피스톤과 제 2피스톤과의 대향면간에 압력을 급배하는 제 1포트와, 제 1피스톤과 실린더 내단면 사이에 압력을 급배하는 제 2포트를 설치한 다단계 스트로크 실린더에 있어서, 상기 실린더내에 상기 슬리브의 후퇴단을 규제하는 제 1스토퍼면과 전진단을 규제하는 제 2스토퍼면을 상기 제 1스토퍼면과 대향하여 설치하고 상기 슬리브에는 상기 타단의 전진단 스토퍼면에 대향하는 후퇴단 스토퍼면을 형성하며, 상기 제 2피스톤에는 상기 전진한 스토퍼면과 후퇴단 스토퍼면에 접촉하는 플랜지부를 설치한 것을 특징으로 하는 것이다.
다음 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다 제1도에 있어서, (20a)은 제 1하우징, (20b)은 상기 제 1하우징(20a)에 결합한 제 2하우징이고, 이 제 1, 제 2하우징(20a,20b)에 의해 실린더를 형성하고 있다.
상기 제 1하우징(20a)내에는 슬리브(3)가 축선방향으로 접동가능하게 끼워지고 스프링(6b)에 의해 항상 제 1하우징(20a)의 일단의 후퇴방향으로 압착부세되고있다. 이 슬리브(3)의 일단내에 제 1피스톤(4)이 써클립(23)에 의해 고정설치되어 있다. 이 제 1피스톤(4)에는 그 중심부에 슬리브(3)의 타단을 향해 소요길이의 돌기부(4a)가 설치되어있다.
또한 상기 슬리브(3)내에는 제 2피스톤(5)이 접동가능하게 끼워져있다.
이 제 2피스톤(5)에는 제 2하우징(20b)밖으로 돌출한 작동축(7)(제1도의 예에서는 EGR의 밸브스템)의 일단이 결합되어있다. 상기 제 2피스톤(5)은 스프링(6a)에 의해 항상 제 1피스톤(4)방향으로 압착부세되고, 상기 작동축(7)의 일단이 제 1피스톤(4))의 돌기부(4a)에 접촉하여 제 1피스톤(4)과의 사이에서 대향간극(9)을 형성하고 있다.
상기 제 1하우징(20a)내에는 제 1피스톤(4)과 제 2피스톤(5)과의 대향간극(9)에 에어를 슬리브(3)에 열린 통로구멍(10)을 통하여 급배하는 제 1포트(8)와, 제 1피스톤(4)과 제 1하우징(20a)의 단면과의 간극(12)에 에어를 급배하는 제 2포트(11)가 설치되어있다. 또한 (13)은 제 2하우징(20b)에 개설(開設)되어있는 에어제거구멍이다.
상기 제 1하우징(20a)내에 상기 슬리브(3)의 후퇴단을 제어하는 제 1스토퍼면(21a)이 또한 제 2하우징(20b)내에는 상기 제 1스토퍼면(21a)과 대향한 전진단을 제어하는 제 2스토퍼면(21b)이 설치되어있다. 이 제 1스토퍼면(21a) 및 제 2스토퍼면(21b)은 제 1하우징(20a) 및 제 2하우징(20b)의 축선에 대하여 직각인 면의 단부형태에 의한 것이다.
또한 상기 슬리브(3)에는 상기 제 2피스톤(5)의 후퇴단을 규제하는 후퇴단 스토퍼면(22a)과, 이 후퇴단 스토퍼면(22a)과 대향한 전진단을 규제하는 전진단 스토퍼면(22b)이 형성되고, 상기 제 2피스톤(5)에 상기 후퇴단 스토퍼면(22b)과 전진단 스토퍼면(22a)에 접촉하는 플랜지부(5a)가 설치되어있다. 상기 후퇴단 스토퍼(22a) 및 전진단 스토퍼면(22b)도 제 1하우징(20a) 및 하우징(3)의 축선에 대하여 직각인 면의 단부형태에 의한 것이다.
다음은 본 발명의 동작에 대하여 설명한다. 원위치 상태는 제 1포트(8) 및 제 2포트(11)중의 어느것도 에어가 공급되지 않고, 제1도에 도시된 바와 같이 슬리브(3)는 스프링(6b)과, 제 2피스톤(5)을 압착하고 있는 스프링(6a)에 의해 제 2피스톤(5)의 플랜지부(5s)가 후퇴단 스토퍼면(22a)에 접촉하고, 또 작동축(7)이 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에 접촉하여 제1도의 상단(후퇴단)에 위치하고 있는 상태이다.
이 상태에서 제 1포트(8)로부터 에어가 제 1피스톤(4)과 제 2피스톤(5)과의 대향간극(9)에 공급되면 제 2피스톤(5)을 아래쪽으로 압착한다. 이것에 의해 슬리브(3)는 원위치상태(후퇴단)를 유지하고, 제 2피스톤(5)은 스프링(7)을 압축하여 슬리브(3)에 형성되어있는 전진단 스토퍼(22b)에 접촉할 때까지 전진 이동한다. 이 제 2피스톤(5)단독의 스트로크가 제 1단계 스트로크(S1)이다.
다음에 제 2포트(11)로부터 제 1피스톤(4)과 제 1하우징(20a)의 단면과의 간극(12)에만 에어가 공급되면, 제 2피스톤(5)은 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에 접촉한 상태로 슬리브(3)가 제 2하우징(20b)에 설치되어있는 제 2스토퍼면(21b)에 접촉할 때까지 하강이동(전진운동)한다. 이 슬리브(3)의 하강운동(전진운동) 스트로크가 상기 제 1단계 스트로크(S1)보다 큰 제 2단계 스트로크(S2)이다.
또 이 상태에서 제 1포트(8)로부터 에어압력을 공급하면 제 2피스톤(5)은 슬리브(3)에 형성되어있는 전진단 스토퍼면(22b)에 접촉할 때까지 전진운동하고 제 1단계 스트로크(S1)가 상기 제 2단계 스트로크(S2)에 가해져 최대스트로크의 제 3단계(S3)가 얻어지기는 것이다.
그리고 상기 최대 스트로크의 제 3단계 스트로크(S3)의 전진단 상태로부터 간극(9,12)에 공급되고 있는 에어를 배출하여 슬리브(3) 및 제 2피스톤(5)을 후퇴단의 원위치에 스프링(6a,6b)의 힘으로 복귀할 때는 제 2피스톤(5)의 플랜지 부(5a)가 슬리브(3)에 형성되어있는 후퇴단 스토퍼(22a)에 접촉하고, 또 동시에 작동축(7)이 제 1피스톤(4)의 돌기부(4a)에도 접촉하며, 이 2개소의 접촉부로 제 1피스톤(4)과 일체의 슬리브(3)와 제 2피스톤(5)을 압축 이동하기 때문에 면압을 감소하고 또 빠르게 후퇴이동하여 응답성이 빠르게 얻어진다.
더욱이 제 2피스톤(5)을 후퇴단과 전진단의 스트로크단을 규제하는 스토퍼 구조를 슬리브(3)에 후퇴단을 규제하는 후퇴단 스토퍼면(22a)과, 이 후퇴단 스토퍼면(22a)과 대향한 전진단을 규제하는 전진단 스토퍼면(22b)을 형성하고, 제 2피스톤(5)에 상기 후퇴한 스토퍼면(22a)과 전진단 스토퍼면(22b)에 접촉하는 플랜지부(5a)를 설치한 구성에 의해 에어의 수압면이 되는 제 1하우징(20a), 즉 실린더 보어와, 슬리브(3), 제 1피스톤(4) 및 제 2피스톤(5)의 지름을 작은 지름으로 할 수 있어 소형화를 가능하게 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 다른 3단계의 스트로크가 짧은 실린더 축 길이와 작은 지름의 실린더 보어에 의해 얻어지고 소형화를 가능하게 하며, 후퇴단의 원위치 복귀에 있어서는 후퇴 누름 이동의 면압을 감소하고, 응답성이 빠르게 얻어지고, 엔진의 흡기조리개 밸브, 배기브레이크 밸브, 배기재순환 장치등, 또는 공작기계를 제어하는 액튜에이서로서 최적인 효과를 가진 것이다.

Claims (1)

  1. 실린더(1)내에 축선방향으로 일정한 스트로크로 접동가능하게 끼워진 슬리브(3)와, 이 슬리브(3)내의 일단에 고정한 제 1피스톤(4)과, 이 제 1피스톤(4)과 대향한 사이 거리를 갖고 접촉하고, 이 접촉위치보다 슬리브(3)의 타단에 설치된 전진단 스토퍼면(22b)까지 일정한 스트로크로 슬리브(3)내를 접동하는 제 2피스톤(5)과, 이 제 2피스톤(5)을 상기 제 1피스톤(4)에 항상 접촉하는 방향으로 압착부세하는 스프링(6)을 구비하고, 상기 제 2피스톤(5)에는 실린더(1)밖으로 돌출하는 작동축의 일단이 결합되고, 상기 실린더(1)에 제 1피스톤(4)과 제 2피스톤(5)과의 대향면 사이에 압력을 급배하는 제 1포트(8)와, 제 1피스톤(5)과 실린더(1) 내단면 사이에 압력을 급배하는 제 2포트(11)를 설치한 다단계 스트로크 실린더에 있어서, 상기 실린더(1)내에 상기 슬리브(3)의 후퇴단을 규제하는 제 1스토퍼면(21a)과 전진단을 규제하는 제2스토퍼면(21b)을 상기 제 1스토퍼면(21a)과 대향하여 설치하고, 상기 슬리브(3)에는 상기 타단의 전진단 스토퍼면(22b)에 대향하는 후퇴단 스토퍼면(22a)을 형성하며, 상기 제 2피스톤(5)에는 상기 전진단 스토퍼면(22b)과 후퇴단 스토퍼면(22a)에 접촉하는 플랜지부(5a)를 설치한 것을 특징으로 하는 다단계 스트로크 실린더.
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