KR100420921B1 - 유체압 실린더 - Google Patents

Abstract

원형의 피스톤 및 비원형의 로드를 개별부품으로서 개별적으로 형성하고, 상기 피스톤을 제 1공기베어링의 원형 베어링구멍과 동심을 이루도록 중심조절함과 아울러, 상기 로드를 제 2공기베어링의 비원형 베어링구멍과 동심을 이루도록 중심조절한 상태에서, 이들 피스톤과 로드를 접착제로 서로 연결하여 일체화한다.

Description

유체압 실린더{FLUID PRESSURE CYLINDER}

본 발명은 서로 연결된 원형의 피스톤 및 비원형의 로드를 본체블럭에 각각 공기베어링으로 변이가능하도록 지지시킨 유체압 실린더에 관한 것이다.

실린더블럭에 설치한 공기베어링에 의해서 피스톤과 로드를 부유상태로 지지한 실린더시스템은 예컨대 일본 특개평11-117912호 공보에 의해서 이미 공지되어 있다.

이미 제안된 실린더시스템은 상기 피스톤과 로드를 공기베어링에 의해서 지지시키고 있기 때문에 이들 부재의 슬라이딩저항을 작게 할 수 있지만, 피스톤과 로드의 외형이 모두 원형이기 때문에, 이들 부재가 스트로크시 등에 회전할 우려가 있다.

그러나, 통상적으로 상기 피스톤 및 로드가 동작 중에 회전을 하게 되면, 상기 동작에 지장을 주므로, 스트로크 시에 있어서의 이들 부재의 회전을 방지할 수 있도록 하는 것이 요구되고 있다.

이와 같이 피스톤과 로드의 회전을 방지하기 위해서는, 단순하게 회전 방지를 위한 수단을 설치하면 좋지만, 상기한 바와 같이 공기베어링에 의해서 피스톤과 로드를 부유상태로 지지시키고 있는 경우에는 그 부유상태에서의 지지기능이 손상되지 않은 기구가 필요하게 된다. 이를 위해서 피스톤에 비해서 단면적이 작은 로드의 단면을 각형으로 하는 것이 간단하면서 적절하지만, 원형의 피스톤과 비원형의 로드를 완전하게 동심을 유지한 상태에서 일체로 형성하는 것은 상당히 곤란하고, 마찬가지로 상기 피스톤을 지지한 원형의 베어링면을 구비한 공기베어링 및 상기 로드를 지지하는 비원형의 베어링면을 구비한 공기베어링을 정확하게 동심으로 가공하는 것도 곤란하다. 따라서, 상기한 바와 같은 원형의 피스톤과 비원형의 로드를 공기베어링으로 동심상으로 지지시키는 것은 상당히 어렵고, 이들을 높은 정밀도로 제조하여 공기베어링에 의한 부유상태에서의 지지를 안정적으로 행하게 할 수 있도록 하기 위해서는 상당히 복잡하고 고정밀도의 제조공정을 필요로 하며, 이것을 저비용으로 용이하게 제조하는 것은 곤란하다.

본 발명의 기술적 과제는 원형의 피스톤과 비원형의 로드를 각각 공기베어링에 의해서 높은 정밀도로 동심상으로 지지시킬 수 있도록 하고, 제조가 용이하고 저비용으로 제조가능한 유체압 실린더를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 의하면, 원형의 베어링구멍을 구비한 제 1공기베어링, 비원형의 베어링구멍을 구비한 제 2공기베어링, 상기 원형 베어링구멍 내에 변이가능하게 수용된 원형의 피스톤 및 상기 비원형 베어링구멍 내에 변이가능하게 수용된 비원형의 로드를 보유하는 유체압 실린더가 제공된다. 게다가, 상기 피스톤과 로드가 개별부품으로서 개별적으로 형성되고, 피스톤이 상기 제 1공기베어링의 원형 베어링구멍과 동심을 이루도록 중심조절함과 아울러, 로드가 제 2공기베어링의 비원형 베어링구멍과 동심을 이루도록 중심조절된 상태에서 이들 피스톤과 로드의 각각의 접합면이 서로 맞대어서 접착제에 의해 서로 연결되서 일체화되어 있다.

이와 같은 구성을 구비하는 본 발명에 의하면, 원형의 피스톤 및 비원형의 로드를 대응하는 공기베어링과의 사이의 동심을 유지한 상태에서 서로 접착하고 있기 때문에 이들 피스톤 및 로드를 상호간의 동심을 유지한 상태에서 일체로 형성할 필요가 없고, 마찬가지로 원형의 베어링면을 구비한 상기 제 1공기베어링 및 비원형의 베어링면을 구비한 상기 제 2공기베어링을 정확하게 동심으로 가공할 필요도 없다. 이 때문에, 상기 각 부재의 가공이 간단하고, 실린더를 저비용으로 용이하게 제조할 수 있다.

본 발명의 구체적인 실시 형태에 의하면, 상기 피스톤은 접착제를 수용하기 위한 수용부 및 이 수용부 내의 접착제를 피스톤과 로드의 접합면에 공급하기 위한 공급구멍을 구비하고 있다.

더욱 구체적으로는, 상기 피스톤은 내부에 중공부를 보유하는 바닥이 있는 원통형상을 하고 있어서, 상기 중공부가 상기 접착제용의 수용부임과 아울러, 상기 피스톤의 바닥부에 상기 로드를 접착하기 위한 접합면 및 상기 접합면과 상기 중공부을 잇는 상기 공급구멍을 보유하고, 일방의 로드는 그 상단면에 상기 피스톤의 접합면에 접착하기 위한 접합면을 구비하고 있다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는, 유체압 실린더가 상기 피스톤 및 로드를 중심조절하기 위하여 비고정상태로 임시고정하기 위한 임시고정수단을 구비하는 것이다.

상기 임시고정수단으로서 볼트가 될 수 있으며, 상기 볼트는 피스톤의 중공부 내에서 상기 접착제용 공급구멍을 통하여 상기 로드에 비고정상태로 나사부착된다.

상기 로드는 중량을 줄이기 위한 복수의 구멍을 중심대상위치에 형성함으로써 경량화되어 있는 것이 바람직하다.

상기 로드에는 그 선단부에 유체압 또는 진공압을 작용시키기 위한 공기통로를 더 설치할 수 있다.

도 1은 본 발명에 관련된 유체압 실린더의 실시예의 확대종단 단면도,

도 2는 도 1의 실시예의 우측면도,

도 3은 동 좌측면도,

도 4는 동 배면도,

도 5는 동 평면도, 및

도 6은 동 저면도이다.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

1 … 본체블럭 2 … 제 1베어링설치구멍

3 … 제 2베어링설치구멍 4 … 로드통과구멍

6 … 제 1공기베어링 7 … 캡

8 … 고정링 9 … 제 2공기베어링

12 … 피스톤 13 … 로드

14 … 볼트 16 … 베어링용 공기 공급포트

18, 19 … 배출포트 21 … 중량감소구멍

25 … 접착제 26 … 중공부

27 … 공급구멍

도 1에 나타내는 유체압 실린더는 직육면체형상의 본체블럭(1)을 보유하고 있다. 이 본체블럭(1)에는 축선방향의 양단면으로부터 동일 내경을 갖는 원형의 제 1베어링설치구멍(2)과 제 2베어링설치구멍(3)이 동심상으로 개방설치됨과 아울러, 이들 베어링설치구멍(2)과 (3)의 사이의 부분에 양 베어링설치구멍을 서로 연통시키는 소경의 로드통과구멍(4)이 상기 설치구멍(2, 3)과 동심상으로 설치되어 있다.

상기 제 1베어링설치구멍(2)에는 원형의 베어링구멍(6a)을 중심부에 구비한 원통형상의 제 1공기베어링(6)이 끼워맞춰짐과 아울러, 상기 베어링설치구멍(2)의 단부를 막은 원형의 캡(7)이 기밀하게 끼워 맞춰지고, 그것들이 고정링(8)에 의해서 고정되어 있다. 또한, 제 2베어링설치구멍(3)에는 정사각형의 베어링구멍 (9a)을 중심부에 구비한 원형의 제 2공기베어링(9)이 끼워맞춰지고, 고정링(10)에 의해서 고정되어 있다.

게다가, 상기 제 1공기베어링(6)의 원형의 베어링구멍(6a) 내에는 도 1에 있어서의 상단측이 개방된 바닥이 있는 원통체의 피스톤(12)이 슬라이딩 가능하게 삽입되고, 또, 제 2공기베어링(9)의 정사각형의 베어링구멍(9a) 내에는, 도 6으로부터 명확해진 바와 같이, 정사각형의 단면을 가지는 로드(13)가 슬라이딩 가능하게 삽입되고 있다. 이들 피스톤(12) 및 로드(13)는 피스톤(12)의 바닥면에 설치된 평탄한 접합면(12a)을 로드(13)의 상단면에 설치된 평탄한 접합면(13a)상에 서로 접하게 설치하고, 후술한 방법으로 이들 접합면에 도포된 접착제에 의해 서로 연결되서 일체화되어 있다.

상기 공기베어링(6, 9)은 다공의 통풍성 소재에 의해 원주상으로 형성되고, 제 1공기베어링(6)에 있어서의 원형 베어링구멍(6a)의 내면의 베어링면은 리머가공에 의해서, 또한 제 2공기베어링(9)에 있어서의 직사각형의 베어링구멍(9a)의 내면의 베어링면은 방전가공에 의해서, 각각 소정의 형상으로 마무리되어 있다. 이들 공기베어링(6, 9)의 베어링면은 서로 동심인 것을 목표로 하여 가공되지만, 특별히 높은 정밀도로 동심으로 할 필요는 없다.

또한, 상기 로드(13)의 단면은 가공이 비교적 용이하고 편하중의 작용이 없다는 등의 이유 때문에, 정사각형이 가장 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 직사각형이나 정다각형 등의 비원형 단면으로 하는 것도 가능하다.

또한, 상기 본체블럭(1)에는, 도 2 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 베어링용 압축공기를 공급하기 위한 베어링용 공기 공급포트(16), 이 공급포트에 연통하여 본체블럭(1)의 축선과 평행하게 연장하는 관통구멍(16a), 이 관통구멍(16a)으로부터 이것과 직교하는 방향으로 연장되는 상하 2개의 관통구멍(16b, 16b)(도 1 참조) 및 관통구멍 (16b, 16b)으로부터 상기 각 공기베어링(6, 9)의 외주면의 대략 중앙위치로 향하여 개구하는 관통구멍(16c)이 설치되어 있다. 그리고, 이 관통구멍(16c)을 통하여 각 공기베어링(6, 9)의 외주면에 공급된 압축공기가 다공의 공기베어링(6, 9)의 내부를 통하여 베어링구멍(6a, 9a) 내에 균일하게 분출함으로써 피스톤(12) 및 로드(13)를 베어링면에 거의 접촉하지 않는 부유상태로 지지하도록 되어 있다.

상기 공기베어링(6, 9)으로부터 외부로 배출되는 공기는 본체블럭(1)에 있어서의 상기 관통구멍(16c)의 상하 양측에 설치한 둘레홈(18a, 19a) 및 이들 둘레홈으로부터 본체블럭(1)의 축선과 평행하게 연장되는 관통구멍(18b, 19b)을 통하여 본체블럭(1)에 개방설치한 베어링공기용 배출포트(18, 19)로부터 외부로 배출된다(도 1 및 도 3 참조). 또한, 상기 각 공기베어링(6, 9)에 있어서의 베어링구멍(6a, 9a)의 내면에는 상기 둘레홈(18a, 19a)과 대응하는 위치에 집기(集氣)홈(6b, 9b)가 각각 설치되어 있다.

상기 로드(13)에는, 도 1 및 도 6에 도시된 바와 같이, 축선방향으로 연장되는 2개의 공기통로(20a, 20b) 및 4개의 중량감소구멍(21)이 로드(13)의 축심에 대해서 대칭의 위치에 형성되고 있다. 이것에 대하여 상기 본체블럭(1)에는 상기 공기통로(20a)에 압축공기를 공급하기 위한 공급포트(24a) 및 상기 공기통로(20b)에 진공압을 작용시키기 위한 진공압 포트(24b)가 개방설치되고, 제 2공기베어링(9)의 베어링면에는 상기 공급포트(24a)와 공기통로(20a)를 잇는 홈(22a) 및 진공압 포트(24b)와 공기통로(20b)를 잇는 홈(22b)이 개별적으로 형성되고 있다. 이들 홈 (22a, 22b)은 공기베어링의 축방향으로 길게 형성되고 있고, 그 길이는 로드(13)의 스트로크보다 길게 되어 있으며, 이것에 의해 로드(13)의 스트로크에 관계없이 포트(24a, 24b) 및 공기통로(20a, 20b)를 항상 연통시켜 본체블럭(1)을 통하여 로드(13)의 선단부에 유체압 또는 진공압을 작용시킬 수 있도록 되어 있다.

또, 상기 로드(13)에 복수의 중량감소구멍(21)을 설치하고 피스톤(12)을 바닥이 있는 원통체로 함으로써 이들 부재를 충실체로 한 것에 비해서 경량화할 수 있어 이들 구동을 용이하게 할 수 있다.

또한, 상기 공기통로(20a, 20b) 및 중량감소구멍(21)은 각각 도시한 바와 같이 2개와 4개로 한정되는 것은 아니지만, 로드(13)에 편하중이 작용하지 않도록 로드(13)의 축심에 대해서 대칭인 것이 바람직하다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 본체블럭(1)에는 피스톤(12)으로 구획된 한쌍의 실린더실(15a, 15b)에 압축공기를 공급하기 위한 하강용 공기의 공급포트(23a) 및 상승용 공기의 공급포트(23b)가 설치되어 있다. 그 때문에, 이들 포트(23a, 23b)로부터의 압축공기의 공급에 의해 피스톤(12)을 승강시킬 수 있다.

또한, 본체블럭(1)에는 상기 로드 통과구멍(4)에 시일부재를 설치할 필요를 없게 하고, 로드(13)에 슬라이딩저항이 생기는 것을 방지하기 위하여, 상기 로드통과구멍(4)의 하방에 상기 관통구멍(18b)으로 통하는 배기홈(18c)이 개방설치되어 있다. 이 배기홈(18c)은 상기 포트(24a, 24b)의 개구와 대향하여 설치한 홈(22a, 22b)의 유체가 실린더실(12b)에 유출입하여 피스톤(12)의 구동에 영향을 주는 것도 방지한다.

상기 유체압 실린더에 있어서는, 제 1공기베어링(6)의 원형의 베어링구멍 (6a) 내에 피스톤(12)이 삽입됨과 아울러, 제 2공기베어링(9)의 직사각형의 베어링구멍 (9a) 내에 로드(13)가 삽입되어 있지만, 실제의 실린더의 제조에 있어서는 원형의 상기 피스톤(12) 및 비원형의 상기 로드(13)를 완전하게 동심을 유지한 상태에서 일체로 형성하는 것은 대단히 곤란하고, 또한, 원형의 베어링구멍(6a)을 구비한 상기 공기베어링(6) 및 직사각형의 베어링구멍(9a)을 구비한 상기 공기베어링(9)을 정확하게 동심으로 가공하는 것도 곤란하다. 각 부재를 높은 정밀도로 가공하여 피스톤(12)과 로드(13)의 부유상태에서의 지지를 안정적으로 행하기에는 제조 공정이 복잡하게 되며, 이에 따라 저비용으로 용이하게 제조할 수가 없다.

그 때문에, 상기 공기베어링(6, 9)은 동심 정밀도를 필요이상으로 고려함이 없이 각 베어링구멍(6a, 9a)의 베어링면을 각각에 적합한 방법으로 개별적으로 가공하여 본체블럭(1)에 조립하고, 또한, 상기 피스톤(12) 및 로드(13)는 그것들을 서로 개별부품으로서 개별적으로 형성한 후, 피스톤(12)을 제 1공기베어링(6)과 동심으로 유지함과 아울러, 로드(13)를 제 2공기베어링(9)과 동심에 유지하여, 그 상태에서 이들 피스톤(12) 및 로드(13)를, 접착제(25)로 서로 고정함으로써 일체화하고 있다.

상기한 바와 같이 피스톤(12) 및 로드(13)를 연결하는 방법으로서, 도시의 예에서는 바닥이 있는 원통체형상을 이루는 상기 피스톤(12)의 중공부(26)를 접착제용 수용부로 하여 그 내부에 접착제(25)를 수용하고, 상기 피스톤(12)의 바닥부에 설치한 공급구멍(27)으로부터 상기 접착제(25)를 접합면(12a, 13a) 사이에 배어 나오게 하여 이들 피스톤(12) 및 로드(13)를 접착하고 있다. 이 때 상기 피스톤(12) 및 로드(13)는 각 공기베어링(6, 9)으로 베어링용 공기공급포트(16)로부터 압축공기를 공급함으로써 각각 부유상태로 지지시켜 두고, 그 상태에서 서로 접착한다.

또한, 상기 피스톤(12)과 로드(13)는 접착시에 서로 분리하는 일이 없도록 이들을 임시고정수단에 의해서 상대적인 변이가 가능하도록 비고정상태로 임시고정해 두고, 그 상태에서 상기 각 공기베어링과의 사이의 중심조절을 한 후, 접착 제(25)가 침투하고 접착되도록 하는 것이 바람직하다. 도시한 실시예에서는 상기 임시고정수단이 볼트(14)로 되어 있고, 이 볼트(14)가 상기 피스톤(12)의 중공부 (26) 내에서 상기 공급구멍(27)을 통하여 상기 로드(13)에 비고정상태로 나사부착되어 있다. 게다가, 최종적으로 이 볼트(14)도 접착제(25)로 상기 피스톤(12) 및 로드(13)에 고정된다. 그 결과, 이들 피스톤(12) 및 로드(13)가 상기 접합면 (12a, 13a)뿐만 아니라, 상기 볼트(14)를 통해서 서로 접착되어 있기 때문에 그 접착강도는 상당히 커진다.

이렇게 상기 피스톤(12) 및 로드(13)를 접착제(25)로 서로 고정함으로써, 본체블럭(1) 내에 장착한 상기 공기베어링(6, 9)이 완전하게 동심이 아니라 하더라도, 이들 축심의 어긋남에 적합하도록 하여 피스톤(12)과 로드(13)를 부유상태에서의 지지기능이 손실되지 않는 상태에 용이하게 연결하고 조립할 수 있다.

또한, 도 1에 있어서의 부호 28은 캡(7)의 내면에 설치되어서 피스톤(12)의 스트로크 단에서의 충격을 완화하는 댐퍼이고, 도 4 및 도 5에 있어서의 부호 29 및 30은 본체블럭(1)을 자동기기 등에 있어서의 적당부재에 설치하기 위한 설치용 나사구멍이다.

상기 구성을 보유하는 유체압 실린더는 공급포트(23a, 23b)로부터 실린더실 (12a, 12b)에 압축공기를 교대로 공급함과 아울러, 베어링용 공기 공급포트(16)로부터 공기베어링(6, 9)에 압축공기를 공급하면, 피스톤(12)과 로드(13)가 부유상태로 지지되면서 상하로 움직인다. 이 경우에, 피스톤(12)을 바닥이 있는 원통체로 하고, 로드(13)에 복수개의 중량감소구멍(21)을 설치하는 등의 수단에 의해서 이들을 경량화하면, 로드(13)를 높은 빈도로 작동시키는 것이 가능해진다.

또한, 본체블럭(1)에 설치한 가압공기용의 공급포트(24a)를 압축공기원에 접속함과 아울러, 진공압 포트(24b)를 진공원에 접속하면, 로드(13)에 설치한 공기통로(20a, 20b)에 의해서 로드(13)의 선단으로부터 압축공기를 배출하거나 로드 (13)에 의해서 원하는 워크를 흡착할 수 있다.

이상에 상술한 본 발명에 의하면, 원형의 피스톤과 비원형의 로드를 각각 공기베어링에 의해서 높은 정밀도로 동심상으로 지지시키는 것이 가능하고, 또한, 상기피스톤과 로드 및 각 공기베어링의 가공이나 본체블럭으로의 조립이 용이하고, 유체압 실린더를 저비용으로 제조할 수 있다.

Claims (8)

1. 본체블럭(1), 상기 본체블럭(1)의 축선상의 일측에 설치된 제 1공기베어링(6) 및 타측에 설치된 제 2공기베어링(9), 상기 제 1공기베어링(6)의 내부에 형성된 원형의 베어링구멍(6a), 상기 제 2공기베어링(9)의 내부에 형성된 비원형의 베어링구멍(9a), 상기 원형의 베어링구멍(6a) 내에 변이가능하게 수용된 원형의 피스톤(12), 상기 비원형의 베어링구멍(9a) 내에 변이가능하게 수용된 비원형의 로드(13), 및 상기 각 공기베어링(6,9)의 베어링구멍(6a,9a) 내에 압축공기를 공급하기 위한 기구를 구비하고,

   상기 피스톤(12)과 로드(13)가 개별부품으로서 개별적으로 형성되고, 피스톤(12)이 상기 제 1공기베어링(6)의 원형의 베어링 구멍(6a)과 동심을 이루도록 중심조절됨과 아울러, 로드(13)가 제 2공기베어링(9)의 비원형 베어링구멍(9a)과 동심을 이루도록 중심조절된 상태에서 각각의 접합면(12a,13a)이 서로 맞대어져서 접착제(25)에 의해 서로 접착하여 일체화되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
2. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤(12)이 접착제(25)를 수용하기 위한 수용부 및 상기 수용부 내의 접착제(25)를 피스톤(12)과 로드(13)와의 접합면(12a,13a)에 공급하기 위한 공급구멍(27)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
3. 제 2항에 있어서, 상기 피스톤(12)은 내부에 중공부(26)을 구비하는 바닥이 있는 원통형상을 하고 있고, 상기 중공부(26)는 상기 접착제(25)용의 수용부임과 아울러, 상기 피스톤(12)의 바닥부에 상기 로드(13)를 접착하기 위한 접합면(12a) 및 상기 접합면(12a)과 상기 중공부(26)를 잇는 상기 공급구멍(27)을 구비하고, 일방의 로드(13)가 그 상단면에 상기 피스톤(12)의 접합면(12a)에 접착하기 위한 접합면(13a)을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
4. 제 1항에 있어서, 상기 피스톤(12) 및 로드(13)를 중심조절하기 위해 비고정상태로 임시고정하기 위한 임시고정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
5. 제 3항에 있어서, 상기 피스톤(12) 및 로드(13)를 중심조절하기 위해 비고정상태로 임시고정하기 위한 임시고정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
6. 제 5항에 있어서, 상기 임시고정수단이 볼트(14)로 이루어져 있고, 상기 볼트(14)는 피스톤(12)의 중공부(26) 내에서 상기 접착제(25)용 공급구멍(27)을 통해서 상기 로드(13)에 비고정상태로 나사부착되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
7. 제 1항에 있어서, 상기 로드(13)는 중량을 줄이기 위한 복수의 중량감소구멍(21)을 중심대상위치에 형성함으로써 경량화되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
8. 제 1항에 있어서, 상기 로드(13)는 그 선단부에 유체압 또는 진공압을 작용시키기 위한 공기통로(20a, 20b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.