KR100374823B1 - 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치에 관한 것으로, 본 발명은 직선 구동력을 발생시키는 선형모터와 그 선형모터의 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 구동축과 그 구동축에 결합되어 직선 왕복 운동하는 피스톤과 상기 구동축을 지지하는 지지부재가 내부에 장착되고 그 일측에 삽입구멍이 구비된 하우징과, 상기 피스톤이 삽입되어 작동가스를 펌핑하는 실린더구멍이 구비되어 상기 하우징의 삽입구멍에 삽입되는 실린더 블럭과, 상기 하우징의 삽입구멍 내주면과 상기 실린더 블럭사이에 삽입되어 상기 피스톤의 움직임에 따라 상기 실린더 블럭이 능동적으로 움직이도록 실린더 블럭을 탄성 지지하는 탄성지지수단을 포함하도록 구성하여 직선 왕복 구동력을 발생시키는 선형모터의 구동력을 전달받아 피스톤이 실린더부에서 직선 왕복 운동하면서 작동가스를 펌핑시키는 과정에서 상기 피스톤이 실린더부의 중심 선상과 경사진 직선 운동을 하게 될 경우 상기 실린더부가 그에 상응하도록 능동적으로 움직이게 함으로써 상기 피스톤과 실린더부의 마모를 방지할 수 있고, 또한 상기 피스톤과 상대 운동하는 부품들 가공 정밀도 및 조립 공차가 상대적으로 낮아짐으로써 가공 및 조립을 수월하게 할 수 있도록 한 것이다.

Description

무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING FRICTION IN OILLESS TYPE LINEAR ACTUATOR}

본 발명은 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치에 관한 것으로, 특히 선형모터의 직선 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 피스톤의 움직임에 따라 실린더부가 능동적으로 움직이도록 하여 부품의 마모를 방지할 수 있도록 한 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 소형 전자부품 및 초전도체 등의 냉각을 위하여 극저온 냉동기가 주로 사용된다. 상기 극저온 냉동기로는 스터링 냉동기, 맥동관 냉동기 등이 있다.

이와 같은 극저온 냉동기는 선형 엑츄에이터(일명, 펌핑기 또는 리니어 압축기라고 함)에서 펌핑되는 작동가스의 압력 맥동과 질량 유동의 위상차로 인하여 작동가스의 압축과 팽창이 이루어지면서 팽창이 이루어지는 부분이 극저온 상태로 냉각된다. 상기 극저온 냉동기는 작동가스의 특성상 상기 선형 엑츄에이터는 오일이 사용되지 않게 된다.

도 1은 상기 무윤활 선형 엑츄에이터의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 무윤활 선형 엑츄에이터는 실린더부(1)가 구비된 하우징(10)과, 상기 하우징(10)이 삽입되어 밀폐 공간을 형성하는 밀폐케이스(20)와, 상기 프레임(10)에 장착되어 직선왕복 구동력을 발생시키는 선형모터(30)와, 그 선형모터(30)의 가동자(31)에 결합되어 직선 왕복운동을 하는 구동축(40)과, 그 구동축(40)에 연결됨과 아울러 상기 하우징(10)의 실린더부(1)에 삽입되어 상기 구동축(40)과 함께 직선 왕복운동을 하면서 작동가스를 펌핑하는 피스톤(50)과, 상기 하우징(10)에 결합되어 선형모터(30)의 가동자(31)의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 피스톤(50)의 공진 운동을 유발시킴과 아울러 상기 구동축(40)에 결합된 피스톤(50)의 직진성을 유도하는 지지부재(60)를 포함하여 구성된다.

상기한 바와 같은 무윤활 선형 엑츄에이터의 작동은 다음과 같다.

먼저, 전원이 인가되면 상기 선형모터(30)의 작동에 의해 선형모터(30)의 가동자(31)가 직선 왕복 운동하게 되고 상기 가동자(31)의 직선 왕복 구동력이 상기 구동축(40)을 통해 피스톤(50)에 전달되며 상기 피스톤(50)이 구동력을 전달받아 상기 실린더부(1)에서 직선 왕복 운동하면서 작동가스를 펌핑하게 된다. 그리고 상기 지지부재(60)는 판스프링으로 상기 선형모터(30)의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 피스톤(50)의 공진 운동을 유발시키게 될 뿐만 아니라 상기 구동축(40)의 직진 운동을 안내하게 된다.

한편, 상기 무윤활 선형 엑츄에이터가 오일이 공급되지 않은 상태에서 작동하기 위하여 작동 중 부품의 상대운동이 일어나는 실린더부(1)와 피스톤(50)사이의 접촉에 의한 마찰이 발생되지 않도록 해야한다. 상기 실린더부(1)와 피스톤(50)의 접촉을 방지하기 위하여 상기 실린더부(1)에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(50)의 직진성이 확보되어야 할 뿐만 아니라 상기 실린더부(1)의 내경과 상기 피스톤(50)의 외경사이의 동심도가 맞아야 한다. 즉, 상기 피스톤(50)의 동심도와 실린더부의 동심도를일치시키게 되면 상기 피스톤(50)의 외경과 실린더부 내경의 직경차에 대한 1/2의 갭이 존재하게 되어 무급유 운전이 가능하게 된다.

그러나 상기한 바와 같은 종래 구조는 상기 실린더부(1)와 그 실린더부(1)에 삽입되는 피스톤(50)이 마찰 없이 작동하기 위하여 원통 형태의 관통구멍으로 형성된 실린더부(1)와 그 실린더부(1)에 삽입되는 원통 형태의 피스톤(50)이 정밀하게 가공되어야 할 뿐만 아니라 조립 공차가 정확하게 이루어져야 하므로 제작 단가가 매우 고가이고 조립 생산성이 저하되는 단점이 있었다. 또한, 작동 중, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 실린더부(1)에서 직선 왕복 운동하는 피스톤(50)이 외력이나 기타 요인으로 인하여 순간적으로 직선 운동이 이루어지지 않을 경우 그에 대하여 능동적으로 대응하여 작동하지 못하게 되어 상기 실린더부(1)와 피스톤(50)사이의 마모가 발생하게 되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 선형모터의 직선 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 피스톤의 움직임에 따라 실린더부가 능동적으로 움직이도록 하여 부품의 마모를 방지할 수 있도록 한 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치를 제공함에 있다.

도 1은 종래 무윤활 선형 엑츄에이터의 일예를 도시한 정단면도,

도 2는 상기 무윤활 선형 엑츄에이터를 구성하는 피스톤과 실린더부의 이상 작동상태를 도시한 단면도,

도 3은 본 발명의 무윤활 선형 엑츄에이터 마모 방지장치가 구비된 무윤활 선형 엑츄에이터의 단면도,

도 4는 본 발명의 무윤활 선형 엑츄에이터 마모 방지장치를 구성하는 실린더 블럭의 사시도,

도 5는 본 발명의 무윤활 선형 엑츄에이터 마모 방지장치의 작동상태를 나타낸 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

30 ; 선형모터 40 ; 구동축

50 ; 피스톤 60 ; 지지부재

100 ; 하우징 110 ; 하우징 삽입구멍

120 ; 실린더 블럭 122 ; 실린더구멍

123 ; 결합홈 130 ; 환형 링

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 직선 구동력을 발생시키는 선형모터와, 그 선형모터의 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 구동축과, 그 구동축에 결합되어 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 구동축을 지지하는 지지부재가 내부에 장착되고, 그 일측에 삽입구멍이 구비된 하우징과; 상기 피스톤이 삽입되어 작동가스를 펌핑하는 실린더구멍이 구비되어 상기 하우징의 삽입구멍에 삽입되는 실린더 블럭과; 상기 하우징의 삽입구멍 내주면과 상기 실린더 블럭사이에 삽입되어 상기 피스톤의 움직임에 따라 상기 실린더 블럭이 능동적으로 움직이도록 실린더 블럭을 탄성 지지하는 탄성지지수단;을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치가 제공된다.

이하, 본 발명의 극저온 냉동기 단열구조를 첨부도면에 도시한 실시례에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치의 일예가 구비된 무윤활 선형 엑츄에이터를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 무윤활 선형 엑츄에이터는 소정 형상으로 형성된 하우징(100)의 내부에 직선 구동력을 발생시키는 선형모터(30)가 장착되고 상기 선형모터(30)를 구성하는 가동자(31)에 소정의 길이를 갖는 구동축(40)이 연결된다. 그리고 상기 구동축(40)에 소정의 간격을 두고 지지부재(60)가 각각 결합되며 그 지지부재(60)들의 타측은 상기 하우징(100)에 고정 결합된다. 상기 지지부재(60)는 원판 형태의 판스프링으로 이루어지며 그 지지부재(60)는 상기 구동축(40)을 탄성 지지할 뿐만 아니라 그 구동축(40)을 하우징(100)의 중심 선상에 위치하도록 고정하게 된다. 그리고 상기 구동축(40)의 단부에 피스톤(50)이 고정 결합되며 상기 하우징(100)의 외측에 소정 형상으로 형성된 밀폐케이스(20)가 결합되어 하우징(100)의 내부를 밀폐시키게 된다.

그리고 상기 하우징(100)의 일측에 삽입구멍(110)이 형성되며 그 삽입구멍(110)의중심은 상기 구동축(40)의 중심 선상에 위치하도록 형성된다. 그리고 상기 하우징(100)의 삽입구멍(110)에 실린더 블럭(120)이 삽입되고 상기 하우징(100)의 삽입구멍(110)과 실린더 블럭(120)사이에 탄성지지수단이 결합된다.

상기 실린더 블럭(120)은, 도 4에 도시한 바와 같이, 소정의 길이를 갖는 환봉체(121)의 내부에 상기 피스톤(50)이 삽입되는 실린더구멍(122)이 형성되고 상기 환봉체(121)의 양측면과 외주면에 상기 탄성지지수단이 삽입되는 결합홈(123)이 각각 형성되어 이루어진다.

상기 탄성지지수단은 고무 재료로 형성된 다수개의 환형 링(130)으로 이루어진다. 상기 탄성지지수단을 이루는 고무 링은 상기 실린더 블럭(120)의 결합홈에 삽입되어 상기 실린더 블럭(120)의 실린더구멍(122) 중심이 상기 피스톤(50)의 중심과 동일 선상에 위치하도록 지지하게 된다. 뿐만 아니라 상기 탄성지지수단, 즉 환형 링(130)에 의해 상기 실린더 블럭(120)의 반경방향 움직임, 즉 요동 움직임이 능동적으로 지지된다.

상기 탄성지지수단의 다른 변형예로 젤이나 가스 등을 이용하여 상기 실린더 블럭(120)의 움직임을 탄성적으로 지지하게 된다.

그리고 상기 하우징(100)의 일측에 고정판(140)이 결합되며 그 고정판(140)은 하우징(100)의 삽입구멍(110)에 삽입된 실린더 블럭(120)을 지지하게 된다.

상기 피스톤(50)은 상기 실린더 블럭(120)의 실린더구멍(122)에 삽입된다.

이하, 본 발명의 무윤활 선형 엑츄에이터 마모 방지장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 무윤활 선형 엑츄에이터는 전원이 인가됨에 따라 상기 선형모터(30)가 작동하게 되면서 선형모터(30)의 가동자(31)가 직선 왕복 구동력을 발생시키게 되며 상기 가동자(31)의 구동력이 구동축(40)을 통해 피스톤(50)에 전달되면서 그 피스톤(50)이 실린더 블럭(120)의 실린더구멍(122)에서 진선 왕복 운동하게 된다. 상기 피스톤(50)이 실린더 블럭(120)의 실린더구멍(122)에서 직선 왕복 운동하면서 작동가스를 펌핑하게 된다. 그리고 상기 지지부재(60)는 상기 선형모터(30)의 직선 왕복운동을 탄성에너지로 저장하고 그 저장된 탄성에너지를 직선운동으로 변환시키면서 피스톤(50)의 공진 운동을 유발시키게 될 뿐만 아니라 상기 구동축(40)의 직진 운동을 안내하게 된다.

그리고 상기 피스톤(50)이 선형모터(30)의 직선 구동력을 전달받아 상기 실린더 블럭(120)의 실린더구멍(122)에서 직선 왕복 운동하면서 작동가스를 펌핑하는 과정에서, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 피스톤(50)의 중심이 상기 실린더 블럭(120)의 실린더구멍(122) 중심과 동일 선상으로 직선 운동하지 않고 경사지게 움직일 경우 상기 실린더 블럭(120)이 상기 탄성지지수단에 의해 지지되어 상기 피스톤(50)의 경사 움직임에 능동적으로 움직이게 됨과 아울러 충격을 흡수함으로써 상기 실린더 블럭(120)의 실린더구멍(122) 내주면과 피스톤(50)과의 마모를 방지하게 된다. 즉, 상기 실린더 블럭(120)이 탄성지지수단에 의해 반경 방향으로의 요동 움직임이 가능하게 되어 피스톤(50)의 경사 움직임에 대하여 능동적으로 움직이게 됨으로써 실린더 블럭(120)과 피스톤(50)의 마모를 방지하게 된다

또한 상기 실린더 블럭(120)과 하우징(100)의 삽입구멍(110)사이에 탄성지지수단이결합되므로 상기 피스톤(50)과 실린더 블럭(120)간의 조립 공차가 상대적으로 크게 될 뿐만 아니라 가공 정밀도도 상대적으로 낮게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치는 직선 왕복 구동력을 발생시키는 선형모터의 구동력을 전달받아 피스톤이 실린더부에서 직선 왕복 운동하면서 작동가스를 펌핑시키는 과정에서 상기 피스톤이 실린더부의 중심 선상과 경사진 직선 운동을 하게 될 경우 상기 실린부가 그에 상응하도록 능동적으로 움직이게 됨으로써 상기 피스톤과 실린더부의 마모를 방지하게 되어 부품의 파손을 억제할 수 있다.

또한, 상기 피스톤과 상대 운동하는 부품들 가공 정밀도 및 조립 공차가 상대적으로 정확하지 않아도 됨으로써 가공 및 조립이 수월하게 되어 제작 비용을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 조립 생산성을 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 직선 구동력을 발생시키는 선형모터와, 그 선형모터의 구동력을 전달받아 직선 왕복 운동하는 구동축과, 그 구동축에 결합되어 직선 왕복 운동하는 피스톤과, 상기 구동축을 지지하는 지지부재가 내부에 장착되고, 그 일측에 삽입구멍이 구비된 하우징과;

   상기 피스톤이 삽입되어 작동가스를 펌핑하는 실린더구멍이 구비되어 상기 하우징의 삽입구멍에 삽입되는 실린더 블럭과;

   상기 하우징의 삽입구멍 내주면과 상기 실린더 블럭사이에 삽입되어 상기 피스톤의 움직임에 따라 상기 실린더 블럭이 능동적으로 움직이도록 실린더 블럭을 탄성 지지하는 탄성지지수단;을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 탄성지지수단은 고무 재료로 형성된 다수개의 환형 링으로 이루어진 것을 특징으로 하는 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 실린더 블럭은 소정의 길이를 갖는 환봉체의 내부에 상기 피스톤이 삽입되는 실린더구멍이 형성되고 상기 환봉체의 양측면과 외주면에 상기 탄성지지수단이 삽입되는 결합홈이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 무윤활 선형 엑츄에이터의 마모 방지장치.