KR100396773B1 - 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치에 관한 것으로, 본 발명은 실린더가 구비되는 케이싱과, 그 케이싱의 내부에 장착되는 리니어모터와, 그 리니어모터의 가동자에 결합되어 직선으로 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축에 연결되어 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하는 피스톤과, 상기 구동축의 축방향 양단에 각각 결합되어 피스톤의 직진성을 유지시키는 상판스프링 및 하판스프링과, 상기 실린더의 내주면과 피스톤의 외주면 사이에 개재되어 그 실린더와 피스톤 사이의 마모를 방지하는 슬리브를 포함한 리니어 액츄에이터에 있어서, 상기 슬리브의 외주면이나 이 슬리브의 외주면에 대향하는 실린더의 내주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 피스톤의 움직임에 따라 자동 조정 작용(自動調心作用)을 하도록 볼록부가 형성됨으로써, 상기 피스톤과 슬리브 사이의 충돌을 방지하여 마모를 억제하여 피스톤과 슬리브의 충돌로 인한 마찰손실이나 마찰소음 또는 마모를 줄일 수 있다. 또한, 이를 극저온 냉동기 등에 적용하는 경우 실린더에 연결되는 재생기가 마모조각에 의해 막히는 것을 방지하여 유로저항의 증가로 인한 극저온 냉동기의 효율 및 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있다. 또한, 상기 피스톤과 슬리브의 가공오차나 조립오차를 최소한으로 유지하도록 정밀가공 및 정밀조립하여야 하는 부위가 감소됨에 따라 생산비용의 감축 및 생산성의 향상이 기대된다.

Description

리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치{APPARATUS FOR PROTECTING ABRASION OF LINEAR ACTUATOR}

본 발명은 리니어 액츄에이터의 마모 방장치에 관한 것으로, 특히 실린더와 피스톤 사이에서의 마찰손실을 저감시키고자 하는 리니어 액츄에이터의 마모 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 액츄에이터는 실린더의 내부에서 피스톤이 선형운동을 하면서 유체를 흡입 압축하여 토출시키는 것으로, 상기 실린더와 피스톤 사이의 마찰손실을 최소화하는 것이 액츄에이터의 신뢰성을 높이는데 중요한 인자중의 하나로 인식되고 있다.

이를 위해 대부분의 실린더와 피스톤 사이에는 윤활유를 공급하거나 또는 별도의 윤활부재를 개재시켜 피스톤이 원활하게 선형운동을 하도록 유도하는 것이 보통이나, 경우에 따라서는 실린더의 내주면 또는 피스톤의 외주면에 홈파기 가공을 실시하여 그 실린더와 피스톤 사이의 마찰면적을 줄이기도 한다.

도 1은 이러한 리니어 액츄에이터의 하나인 무윤활 리니어 액츄에이터의 일례를 보인 종단면도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 무윤활 리니어 액츄에이터는, 실린더(C)가 구비되는 케이싱(1)과, 그 케이싱(1)의 내부에 장착되는 리니어형 구동모터(2)와, 그 구동모터(2)에 결합되는 구동축(3)과, 그 구동축(3)에 연결되어 실린더(C)의 내부에 삽입되는 피스톤(4)과, 상기 구동축(3)의 상,하단에 각각 결합되는상판스프링(5) 및 하판스프링(6)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 실린더(C)의 내주면에는 윤활성과 내마모성이 우수한 재질로 된 슬리브(7)가 압입 또는 볼트로 결합되어 있다.

상기 피스톤(4)은 통상 알루미늄 재질로 이루어져 원통 또는 원봉 모양으로 형성되고, 상기 슬리브(7)는 피스톤(4)의 외주면으로부터 수십㎛ 정도의 간극을 갖도록 원통형으로 형성되어 있다.

도면중 미설명 부호인 1A는 실린더 케이싱, 1B는 모터 케이싱, 1C는 덮개 케이싱, 2A는 고정자, 8은 고정자 지지부재이다.

상기와 같은 종래 무윤활 리니어 액츄에이터는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(2)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(2)의 가동자(2B)에 결합된 구동축(3)이 가동자(2B)와 함께 상판스프링(5) 및 하판스프링(6)에 지지되어 직선으로 왕복운동을 하게 되고, 그 구동축(3)에 일체로 결합된 피스톤(4)이 실린더(C)내 슬리브(7)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입 압축하여 토출시키게 되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 무윤활 리니어 액츄에이터는, 상기 피스톤(4)의 외주면과 슬리브(7)의 내주면 사이에는 일정 정도의 공극이 유지되도록 형성되어 조립되는 것이나, 경우에 따라서는 상기 피스톤(4)와 슬리브(7)의 가공오차나 조립오차에 의해 상기한 피스톤(4)의 외주면과 슬리브(7)의 내주면이 접촉되면서 마찰손실이나 마찰소음 또는 마모가 야기되어 액츄에이터의 효율 및 신뢰성이 저하되고, 이를 극저온 냉동기 등에 적용하는 경우 실린더(C)에 연결되는 재생기(미도시)가 마모조각에 의해 막히면서 유로저항이 발생되어 극저온 냉동기의 효율 및 신뢰성 저하까지 초래하게 되는 문제점이 있었다.

또한, 이를 감안하여 상기 피스톤(4)과 슬리브(7)의 가공오차나 조립오차를 최소한으로 유지하도록 정밀가공 및 정밀조립하여야 하므로 생산비용은 증가되면서도 생산성이 오히려 저하되는 문제점도 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 무윤활 리니어 액츄에이터가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 피스톤과 이에 대응하는 슬리브 사이의 마찰손실이나 마찰소음 또는 피스톤의 마모 등을 최소화할 수 있는 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

또한, 상기 피스톤과 슬리브의 가공 및 조립이 용이한 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치를 제공하려는데도 본 발명의 목적이 있다.

도 1은 종래 무윤활 리니어 액츄에이터를 보인 종단면도.

도 2는 도 1의 "A"부를 상세히 보인 종단면도.

도 3은 본 발명 무윤활 리니어 액츄에이터의 일부를 보인 종단면도.

도 4는 본 발명 무윤활 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치에 대한 동작과정을 보인 상세도.

도 5a 및 도 5b는 본 발명 무윤활 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치에 대한 변형예를 보인 종단면도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

1 : 케이싱 2 : 구동모터

3 : 구동축 4 : 피스톤

5 : 상판스프링 10 : 슬리브

C : 실린더 11,C1 : 볼록부

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 실린더가 구비되는 케이싱과, 그 케이싱의 내부에 장착되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 리니어모터와, 그 리니어모터의 가동자에 결합되어 상기한 가동자와 함께 직선으로 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축에 연결되어 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입하여 압축하는 피스톤과, 상기 구동축의 축방향 양단에 각각 결합되어 피스톤의 직진성을 유지시키는 상판스프링 및 하판스프링과, 상기 실린더의 내주면과 피스톤의 외주면 사이에 개재되어 그 실린더와 피스톤 사이의 마모를 방지하는 슬리브를 포함한 리니어 액츄에이터에 있어서, 상기 슬리브의 외주면이나 이 슬리브의 외주면에 대향하는 실린더의 내주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 피스톤의 움직임에 따라 자동 조정 작용(自動調心作用)을 하도록 볼록부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터이 마모 방지 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명 무윤활 리니어 액츄에이터의 일부를 보인 종단면도이고, 도 4는 본 발명 무윤활 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치에 대한 동작과정을 보인 상세도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 마찰손실 저감장치가 구비된 무윤활 리니어 액츄에이터는, 실린더(C)가 구비되는 케이싱(1)과, 그 케이싱(1)의 내부에 장착되는 리니어형 구동모터(2)와, 그 구동모터(2)의 가동자(2B)에 결합되어 상기한 가동자(2B)와 함께 직선으로 왕복운동을 하는 구동축(3)과, 그 구동축(3)에 연결되어 실린더(C)의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입하여 압축하는 피스톤(4)과, 상기 구동축(3)의 축방향 양단에 각각 결합되어 피스톤(4)의 직진성을 유지시키는 상판스프링(5) 및 하판스프링(미도시)과, 상기 피스톤(4)과 항상 일정 간극을 유지하도록 실린더(C)의 내주면과 피스톤(4)의 외주면 사이에 개재되어 그 실린더(C)와 피스톤(4) 사이의 마모를 방지하는 슬리브(10)를 포함하여 구성된다.

상기 슬리브(10)는 도 4에 도시된 바와 같이, 피스톤이 미세 간극을 두고 삽입되도록 전체적으로는 원통형으로 형성되나, 그 외주면은 실린더(C) 내주면에 선접촉되어 피스톤(4)의 움직임에 따라 시소(seesaw)운동을 하도록 볼록부(11)가 구면(球面)져 형성된다.

상기 볼록부(11)는 슬리브(10)의 외주면 중앙이 실린더(C)의 내주면과 긴밀하게접촉하도록 평면투영시 진원형 단면으로 형성되는 것이 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

도면중 미설명 부호인 1A는 실린더 케이싱, 1B는 모터 케이싱, 2A는 고정자이다.

상기와 같은 본 발명의 마모 방지장치가 구비된 무윤활 리니어 액츄에이터는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 구동모터(2)에 전원이 인가되면, 그 구동모터(2)의 가동자(2B)가 상판스프링(5) 및 하판스프링(6)에 의해 2점 지지된 구동축(3)과 함께 직선으로 왕복운동을 하게 되고, 그 구동축(3)의 왕복운동에 의해 피스톤(4)이 실린더(C)의 내부에서 왕복운동을 하면서 유체를 흡입하여 압축시키는 일련의 과정을 반복하게 된다.

여기서, 상기 피스톤(4)과 실린더(C)는 서로 일정 간극을 유지하도록 동심상에 조립되어야 하나, 경우에 따라서는 가공오차 또는 조립오차 등에 의해 피스톤(4)이 실린더(C)의 어느 한쪽으로 치우쳐 조립될 수도 있다.

이때, 상기 실린더(C)에는 그 외주면에 구면 형상의 볼록부(11)가 형성되어 실린더의 내주면과 선접촉되는 슬리브(10)가 구비되어 있어 이 슬리브(10)가 피스톤(4)의 움직임에 따라 자동 조심 작용을 하면서 피스톤(4)이 원활하게 왕복운동을 하도록 유도하게 된다.

이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤(4)이 어느 한 쪽으로 치우쳐 전진운동을 하게 되면, 그 피스톤(4)이 삽입된 슬리브(10)가 외주면 중앙의 볼록부(11)를 중심으로 피스톤(4)의 치우친 방향으로 회동을 함으로써 상기 피스톤(4)의 전단과 슬리브(10)의 내주면이 충돌하는 것을 방지하게 된다.

이후, 상기 피스톤(4)이 다시 후진운동을 하는 과정에서도 상기한 슬리브(10)가 그 볼록부(11)를 중심으로 반대방향으로 회동을 하면서 피스톤(4)의 후단과 슬리브(10)의 내주면이 충돌하는 것을 방지하게 되는 것이다.

이러한 일련의 과정중에 상기 피스톤이 가공오차 또는 조립오차에 의해 어느 한쪽으로 치우쳐 왕복운동을 하게 되더라도 그 피스톤과 실린더 사이에 개재되는 슬리브가 피스톤의 움직임에 따라 회동을 하면서 자동 조정 작용을 하게 되므로 피스톤과 슬리브의 마찰에 의한 마모 및 성능저하 또는 소음발생 등이 최대한 억제될 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 변형예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일례에서는 슬리브(10)의 외주면이 구면으로 형성되는 것이었으나, 본 변형예는 도 5a에 도시된 바와 같이 슬리브(10)의 외주면에 대응되는 실린더(C)의 내주면에 볼록부(C1)가 구면져 형성되는 것으로, 이 경우에도 피스톤(4)이 가공오차 또는 조립오차에 의해 치우쳐 왕복운동을 하게 되더라도 상기한 슬리브(10)가 실린더의 중앙 볼록부(C1)를 중심으로 시소운동을 하면서 피스톤(4)과 슬리브(10)의 중심을 자동을 일치시키게 된다.

또한, 도 5b에 도시된 바와 같이 실린더(C)의 내주면과 슬리브(10)의 외주면에 모두 볼록부(11)(C1)가 구면져 형성될 수도 있다. 이 경우는 상기 실린더(C)의 볼록부(C1)와 슬리브(10)의 볼록부(11)가 서로 대응됨에 따라 피스톤(4)에 대한 자동 조정 작용의 범위가 더욱 폭넓어질 수 있다.

이외에도 도면에 도시하지는 않았으나, 여러 형태의 변형예들이 존재할 수 있다. 이를테면 볼록부의 위치가 슬리브의 전방측 또는 후방측으로 치우친다거나, 또는 실린더나 슬리브의 대응면 중앙에 원띠모양의 구면 돌기를 형성할 수도 있는 등 본 발명의 기술적 사상이 속하는 범위내에서 다양하게 실시할 수 있다.

본 발명에 의한 리니어 액츄에이터의 마모 방지장치는, 슬리브의 외주면 또는 이에 대응되는 실린더의 내주면에 구면지게 볼록부가 형성하여 피스톤의 움직임에 따라 슬리브와 피스톤의 중심이 자동으로 일치되도록 함으로써, 상기 피스톤과 슬리브 사이의 충돌을 방지하여 마모를 억제하고, 이를 통해 피스톤과 슬리브의 충돌로 인한 마찰손실이나 마찰소음 또는 마모를 줄여 액츄에이터의 효율 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

또한, 이를 극저온 냉동기 등에 적용하는 경우 실린더에 연결되는 재생기가 마모조각에 의해 막히는 것을 방지하여 유로저항의 증가로 인한 극저온 냉동기의 효율 및 신뢰성 저하를 미연에 방지할 수 있다.

또한, 상기 피스톤과 슬리브의 가공오차나 조립오차를 최소한으로 유지하도록 정밀가공 및 정밀조립하여야 하는 부위가 감소됨에 따라 생산비용의 감축 및 생산성의 향상이 기대된다.

Claims (4)

1. 실린더가 구비되는 케이싱과, 그 케이싱의 내부에 장착되어 가동자가 직선으로 왕복운동을 하는 리니어모터와, 그 리니어모터의 가동자에 결합되어 상기한 가동자와 함께 직선으로 왕복운동을 하는 구동축과, 그 구동축에 연결되어 상기 실린더의 내부에서 직선으로 왕복운동을 하면서 유체를 흡입하여 압축하는 피스톤과, 상기 구동축의 축방향 양단에 각각 결합되어 피스톤의 직진성을 유지시키는 상판스프링 및 하판스프링과, 상기 실린더의 내주면과 피스톤의 외주면 사이에 개재되어 그 실린더와 피스톤 사이의 마모를 방지하는 슬리브를 포함한 리니어 액츄에이터에 있어서,

   상기 슬리브의 외주면이나 이 슬리브의 외주면에 대향하는 실린더의 내주면 중에서 적어도 어느 한 쪽에는 피스톤의 움직임에 따라 자동 조정 작용(自動調心作用)을 하도록 볼록부가 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터이 마모 방지 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 볼록부는 그 외주면 또는 내주면이 진원형 단면 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 리니어 액츄에이터의 마모 방지 장치.
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