KR100522056B1 - 서보액튜에이터 메니폴드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보액튜에이터 메니폴드에 관한 것으로, 그 목적은 직선운동을 하는 유압실린더에 있어서, 실린더 튜브에 접하는 서보액튜에이터의 마찰을 최소화하여 유압실린더의 스틱슬립 현상을 줄여 저속운동 특성을 향상시키는 것과, 오염에 의하여 서보밸브가 손상되는 것을 방지하여 서보밸브뿐만 아니라 유압실린더의 장수명 및 고신뢰성 확보를 위한 메니폴드를 제공하는데 있다.

본 발명의 구성은 서보 밸브, 메니폴드, 서보액튜에이터로 구성되어 유체의 흐름을 제어하는 유압실리더 장치에 있어서, 상기 서보밸브와 서보액튜에이터 사이에 직렬로 배열된, 서보밸브가 장착된 제 1단 메니폴드와 그 하부에 위치한 씰 및 통상의 결합수단으로 결합된 주압력 공급라인이 가공된 제 2단 메니폴드로 구성하여 유체의 흐름을 제어하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

서보액튜에이터 메니폴드{Servo Actuator Manifold}

본 발명은 서보액튜에이터 메니폴드에 관한 것으로, 자세하게는 직선운동을 하는 유압실린더에 있어서, 실린더 튜브에 접하는 피스톤의 마찰을 최소화하여 유압실린더의 스틱슬립 현상을 줄여 저속운동 특성을 향상시키는 것과, 2단으로 구성된 메니폴드와, 메니폴드 내부에 카트리지형 필터를 삽입하여 오염에 의하여 서보밸브가 손상되는 것을 방지하여 서보밸브뿐만 아니라 유압실린더의 장수명 및 고신뢰성 확보를 위한 메니폴드에 관한 것이다.

도 1a는 종래 서보액튜에이터의 개략적인 단면을 보인 구성도, 도 1b는 종래 서보액튜에이터의 유압회로를 보인 구성도로서, 주압력 공급라인을 통하여 기름이 공급되고, 서보밸브(1)에 공급되는 정(+) 혹은 부(-)의 전압(전류)에 의해 서보밸브(1)가 동작하고, 이 서보밸브(1)의 동작에 의하여 압력유가 제 1단 메니폴드(2)의 좌유로(3) 혹은 우유로(4)를 통하여 서보액튜에이터(5)의 좌측실(6) 혹은 우측실(7)로 공급되면 서보액튜에이터(5)가 운동하게 되며, 서보액튜에이터(5)의 부드러운 운동을 유도하여 제어의 정도를 향상시키고, 장수명화을 도모하기 위하여 서보액튜에이터(5)의 로드부(8)에는 압력유를 환상으로 공급하여 소정의 목적을 얻고자하는 유체베어링(9)이 설치되어 있다.

이 유체베어링(9)은 베어링부 압력유 공급라인을 통하여 공급되는 압력유가 베어링 좌유로(10) 및 베어링 우유로(11)의 양쪽에 동시에 공급되고, 공급된 압력유는 로드부(8)의 환상면에 수직으로 작용하여, 언제나 서보액튜에이터(5)를 실린더 본체(12)로부터 마찰이 발생하지 않는 형상을 유지하면서 직선운동을 하게 된다.

상기와 같은 종래의 유체베어링 시스템은 서보액튜에이터(5)의 직선운동의 크기에 관계없이 부드러운 유체베어링(9)을 유지하기 위하여 유체베어링(9) 전단에 베어링 좌,우 오리피스(13,14)가 설치되어 있으며, 유체베어링(9)에서 누설되는 기름을 회수하기 위한 드레인부(15)가 설치되어 있으며, 회수된 기름은 탱크(16)로 되돌려진다.

서보액튜에이터(5)의 역할을 하기 위해서는 유체베어링(9)에 공급되는 압력유가 펄스형태로 공급되어서는 안되며, 라인이 복잡하여 가공이 어렵거나, 라인이 서로 간섭을 일으켜서는 안되기 때문에 베어링 좌,우 오리피스(13,14)를 설치해야 하며,

유체베어링(9)에서 누설되는 기름은 드레인부(15)와 좌,우측실(6,7)이 서로 연결되어 서보액튜에이터(5)의 성능을 저하시켜서도 안되기 때문에 유체베어링(9)의 크기 및 깊이, 드레인부(15)의 크기 및 깊이, 유체베어링(9)과 드레인부(15) 사이의 거리가 매우 중요하며, 이들 인자의 배치가 적절해야 소정의 목적을 달성하는 시스템으로서의 역할을 하는 것이다.

일반적인 종래의 방식은 실린더 본체(12)에 서보밸브(1)를 직접 연결하였으나, 라인의 간섭이 심하고 가공이 복잡하여 동시에 원하는 베어링 좌,우유로(10,11)를 얻을 수가 없어 적용이 어려웠으나, 이를 해결하기 위하여 도 1a, b에 도시한 바와 같이 제 1단 메니폴드(2)를 추가하여 서보액튜에이터 시스템의 성능향상 및 가공성향상을 얻을 수 있는 구조로 개선되었다.

그런데도 불구하고, 가공성향상을 완벽히 실행하지 못하여 베어링부 압력유 공급라인을 별도의 독립된 라인으로 사용하기 때문에 매우 번거로우며, 파워소스로부터 공급되는 기름이 직접적으로 유체 베어링(9)측으로 공급되기 때문에 오염에 민감한 부위인 로드부(8)와 유체베어링(9)측이 성능저하를 유발시킬 수 있으며, 주압력을 공급하기 때문에 충격압력이 직접적으로 유체베어링(9)측에 전달할 우려가 있어 제 2의 오리피스를 베어링부 압력유 공급라인에 설치하는 것이 바람직하나, 이 경우 새로운 부품을 가공하여 삽입하는 수작업을 필요로 하게 된다.

만약에 베어링부 압력유 공급라인을 서보밸브(1)의 주압력 공급라인과 연결하여 사용하고자 하면 서보밸브(1)가 필요로 하는 4개의 포트 외에 새로운 포트를 동일 메니폴드에 추가해야 하므로 가공이 복잡한 제 1단 메니폴드(2)가 요구된다.

가공이 복잡한 제 1단 메니폴드는 최근 산업계에서 요구하는 시스템의 고성능, 에너지절약, 장수명, 고신뢰성, 저가격화를 구현하기 힘들게 되므로 보다 쉬운 가공성과 저가격화 가공이 가능하면서 산업계에서 요구하는 성능들을 모두 수용하는 새로운 구조의 메니폴드가 필요하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 압력구에 의해서 유압이 공급되면 유압실린더 좌·우측에 설치되어 있는 베어링부로 카트리지형 필터를 통하여 유체가 공급되며, 유압서보밸브의 좌(우)방향 작동에 의하여 압력을 가진 유체는 유압실린더의 우(좌)측으로 공급되어 피스톤이 운동을 하게 되어 대상물의 직선운동 및 회전운동을 슬립현상 없이 무마찰 형태로 움직이게 하고, 서보밸브 스풀에 의하여 이루어지는 유로의 방향을 부드럽게 안내하는 역할뿐만 아니라 베어링부로 공급되는 이중 오리피스의 전단에 카트리지 형태의 필터를 내장하여 서보액튜에이터와 서보밸브의 장수명 및 고신뢰성을 유도하는 것으로, 동작이 확실하며, 산업계에 이용분야가 매우 넓은 서보액튜에이터 메니폴드를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명의 구성은 서보 밸브가 장치된 메니폴드, 서보액튜에이터로 구성되어 유체의 흐름을 제어하는 유압실리더 장치의 메니폴드에 있어서,상기 서보밸브와 서보액튜에이터 사이에 직렬로 배열된, 서보밸브가 장착된 제 1단 메니폴드와; 그 하부에 위치한 씰 및 통상의 결합수단으로 결합된 주압력 공급라인이 가공된 제 2단 메니폴드로 구성하여 유체의 흐름을 제어하도록 구성한 것을 특징으로 한다.상기 제 2단 메니폴드는 주압력 공급라인이 연결되어 있으며, 이 라인의 일부는 제 1단 메니폴드로 연결되고, 일부는 서보액튜에이터의 유체베어링부와 연결되어 구성된다.상기 제 2단 메니폴드는 필터 장착용 필터 장착구와 상부 오리피스 구조가 형성되어 있다.상기 제 2단 메니폴드에 설치되는 필터는 분해, 조립작업이 쉬운 카트리지형으로 구성하였다.

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이하 본 발명의 실시예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a는 본 발명 서보액튜에이터의 개략적인 단면을 보인 구성도, 도 2b는 본 발명 서보액튜에이터의 유압회로를 보인 구성도를 도시하고 있는데,

도 2a의 서보액튜에이터 메커니즘은 제 1단 메니폴드(2)와 제 2단 메니폴드(17) 및 서보액튜에이터(5)와 실린더 본체(12)로 이루어져 있어, 종래의 기술을 도시한 도 1a의 서보액튜에이터의 단면도와 비슷하나, 제 2단 메니폴드(17)가 설치되어 있는 것이 큰 특징이며, 제 2단 메니폴드(17)에는 베어링 라인(18)과 카트리지형 필터(19) 및 상부 오리피스(20)가 설치되어 있다.

또한, 주압력 공급라인도 제 2단 메니폴드(17)에 설치하고, 서보밸브(1)에 입력되는 전압(전류)에 비례한 만큼 제어되는 압력유는 제 2단 메니폴드(17)를 통하여 흐르게 하며, 전술한 제 2단 메니폴드(17)에는 베어링 좌,우 유로(10, 11)와 연결하기 위한 베어링 라인(18)이 설치되어 있어 주압력 공급라인으로부터의 압력유를 직접 사용하며, 이 압력유는 카트리지형 필터(19)와 상부 오리피스(20)를 통하여 베어링 좌,우 유로(10, 11)를 거쳐 유체 베어링(9)부로 공급되어 궁극적으로 이 시스템에서 얻고자 하는 무마찰 특성이 개선되어 시스템 성능을 향상시키게 된다.

이러한 방식은 종래에 별도의 베어링 공급라인을 사용하는 방식에 비하면 구조 및 가격면에서 매우 유리하다.

상기 제 2단 메니폴드(17)에 설치되어 있는 카트리지형 필터(19)는 시스템을 오염으로부터 보호하기 위한 것으로 서보밸브(1) 및 서보액튜에이터(5)의 장수명을 확보하기 위한 것으로 그 역할이 매우 중요하며, 실린더 본체(12)나 혹은 제 1단 메니폴드(2)만을 적용하는 시스템에 있어서는 가공이 매우 어렵고, 유로가 복잡하여 신뢰성 저하 및 가격 상승을 유발하는 문제점이 발생하게 된다.

또한 상부 오리피스(20)는 주압력 공급라인으로부터의 압력유를 직접 사용하는 시스템에서 적절한 베어링 사용압력까지 낮추는 동시에 급격한 충격압이 베어링 라인(18)에 인가되어도 매우 안정적인 압력을 베어링부(9)에 공급하는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서 제공하는 제 1단 및 제 2단 메니폴드(2, 17) 방식에서만 매우 쉽고, 경제적인 가공이 가능하여 시스템 성능향상을 유도할 수 있는 것이다.

도 2b는 도 2a의 메커니즘을 유압회로도로 표현한 것으로 도 1a의 제 1단 메니폴드(2) 방식과 크기에는 차이가 없으나 매우 콤팩트하며, 다기능화가 가능한 장점을 가지고 있다.도시된 바와 같이 제1단 및 제2단 메니폴드의 유로구성에 있어서, 좌.우 유로(3,4)는 서보밸브(1)의 동작에 의해 (가)부가 (나)와 만나게 되면 (나)부의 화살표 방향으로 기름 통로가 생겨 주압력 라인과 탱크라인과 연결되고, (다)부가 (나)부와 만나게 되면 (다)부의 화살표 방향 그림과 같이 바뀌어 주압력 라인과 탱크라인이 연결된다.또한 도시된 바와 같이 베어링 유는 주압력 공급라인으로 공급된 오일의 일부가 카트리지형 필터(19)와 상부 오리피스(20)를 거쳐 베어링 좌.우 유로(10,11)로 공급되며, 공급된 베어링유는 강제적으로 귀환이 되지 않으며, 누설된 기름만이 서보액튜에이터(5)의 좌측실(6) 혹은 우측실(7)로 공급되어진다.

도 3a는 본 발명 제 1 메니폴드의 단면도, 도 3b는 본 발명 제 2단 메니폴드의 단면도를 도시하고 있는데,

도 3a에서 제 1단 메니폴드(2)는 서보밸브(1)에 입력되는 방향성 전압(전류)의 크기에 비례하여 서보액튜에이터 압력유 공급구로 유량이 공급되어 좌, 우유로(3,4)를 통해 좌,우측실(6,7)로 공급됨으로서 서보액튜에이터를 구동하게 되며, 서보액튜에이터에 공급되는 유체의 압력은 압력측정구 1(21a) 및 압력측정구 2(21b)에 의하여 공급압력 및 탱크라인으로 되돌아가는 유체의 압력을 쉽게 체크할 수 있는 구조로 이루어져 있다. 제 1단 메니폴드(2)의 상부에는 서보밸브(1)가 설치되나 편의상 도 3a에서는 도시를 생략한다.

도 3b는 제 2단 메니폴드의 단면도를 나타내는 것으로 주압력 공급라인과 서보액튜에이터(5) 좌우로 기름을 공급하는 압력유 공급구인 좌, 우유로(3, 4)와 카트리지형 필터 장착구(19-1)를 설치하고, 카트리지형 필터 장착구(19-1)에 베어링 압력유 공급라인(18)을 설치하여 콤팩트하게 메니폴드를 장착할 수 있는 구조를 하고 있다.

즉, 도2b의 카트리지형 필터(19)는 카트리지형 필터 장착구(19-1)에 설치되고, 상부 오리피스(20)는 베어링 압력유 공급라인(18)의 하부에 설치된다.

도 4a는 본 발명 메니폴드의 제 1단 및 제 2단 메니폴드의 결합도, 도 4b는 본 발명 메니폴드 및 서보액튜에이터의 결합도를 도시하고 있는데, 제 1단 및 제 2단 메니폴드를 독립적으로 가공 후, 각 단간의 누설방지를 위하여 제 1, 2단 메니펄드 사이에 단순히 씰(도시 없음)을 장착하므로서 쉽게 결합이 가능함을 보여주는 것이고,

도4b는 복잡하지 않는 가공으로 쉽게 통상적인 결합수단(도시없음)으로 실린더 본체(12)와 결합이 가능한 제 1단 메니폴드 및 제 2단 메니폴드의 결합도를 보여주는 것이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

그러므로 본 발명은 서보액튜에이터 동작과 유체베어링을 위한 동작이 동시에 일어나는 시스템에 있어서, 콤팩트하면서 시스템의 수명연장과 성능향상을 위해 제공되는 2단형 메니폴드를 제공함으로서, 서보밸브의 동작으로 인하여 생겨나는 충격압력은 상부오리피스 및 베어링 좌,우 오리피스에 의하여 저감 시키고, 오염된 기름이 직접적으로 베어링 라인으로 공급되어 상부 오리피스 및 베어링 좌,우 오리피스의 성능을 저하시키고, 결국에는 서보액튜에이터의 성능저하와 서보밸브의 수명저하를 일으키는 것을 방지하기 위하여 카트리지형 필터가 내장되는 제 1, 제 2단의 메니폴드를 제공함으로서, 저속시의 마찰특성 향상, 정확한 동작특성, 장수명 및 고신뢰성을 유도하며, 회전운동 및 직선운동 제어를 필요로 하는 산업계에 이용분야가 매우 넓은 발명인 것이다.

도 1a는 종래 서보액튜에이터의 개략적인 단면을 보인 구성도,

도 1b는 종래 서보액튜에이터의 유압회로를 보인 구성도,

도 2a는 본 발명 서보액튜에이터의 개략적인 단면을 보인 구성도,

도 2b는 본 발명 서보액튜에이터의 유압회로를 보인 구성도,

도 3a는 본 발명 제 1 메니폴드의 단면도,

도 3b는 본 발명 제 2단 메니폴드의 단면도,

도 4a는 본 발명 메니폴드의 제 1단 및 제 2단 메니폴드의 결합도,

도 4b는 본 발명 메니폴드 및 서보액튜에이터의 결합도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(2) : 제 1단 메니폴드 (3, 4) : 좌,우 유로(油路)

(5) : 서보액튜에이터 (9) : 유체 베어링

(10, 11) : 베어링 좌,우 유로 (13, 14) : 베어링 좌, 우 오리피스

(15) : 드레인부 (17) : 제 2단 메니폴드

(18) : 베어링 라인 (19) : 카트리지형 필터

(19-1) : 카트리지형 필터 장착구 (20) : 상부 오리피스

(21a) : 압력측정구_1 (21b) : 압력측정구_2

Claims (5)

1. 서보 밸브가 장치된 메니폴드, 서보액튜에이터로 구성되어 유체의 흐름을 제어하는 유압실리더 장치의 메니폴드에 있어서,

   상기 서보밸브와 서보액튜에이터 사이에 직렬로 배열된, 서보밸브가 장착된 제 1단 메니폴드와; 그 하부에 위치한 씰 및 통상의 결합수단으로 결합된 주압력 공급라인이 가공된 제 2단 메니폴드로 구성하여 유체의 흐름을 제어하도록 구성한 것을 특징으로 하는 서보액튜에이터 메니폴드.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제 2단 메니폴드는 주압력 공급라인이 연결되어 있으며, 이 라인의 일부는 제 1단 메니폴드로 연결되고, 일부는 서보액튜에이터의 유체베어링부와 연결되어 구성된 것을 특징으로 하는 서보액튜에이터 메니폴드.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제 2단 메니폴드는 필터 장착용 필터 장착구와 상부 오리피스 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 서보액튜에이터 메니폴드.
5. 제 4항에 있어서

   상기 제 2단 메니폴드에 설치되는 필터는 분해, 조립작업이 쉬운 카트리지형으로 구성한 것을 특징으로 하는 서보액튜에이터 메니폴드.