KR100562689B1

KR100562689B1 - 공압식 액츄에이터

Info

Publication number: KR100562689B1
Application number: KR1020000025376A
Authority: KR
Inventors: 이정근
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2006-03-23
Also published as: KR20010104014A

Abstract

다이아프램을 사용하여 공기 챔버를 분할함으로써 작동 유체의 누설을 최소화하여 작동 신뢰성을 향상시킨 공압식 액츄에이터가 개시되어 있다. 상기 공압식 액츄에이터에서, 하우징의 포트와 유체 통로를 통해 내측 챔버 또는 외측 챔버에 공급된 작동 유체에 의해 다이아프램이 압력을 받아 그에 연결된 피스톤을 직선 운동시킨다. 그에 따라 피스톤에 일체로 형성되고 피니언과 맞물려 있는 랙이 피니언을 회전시킨다. 상기 액츄에이터는, 다이아프램을 사용하여 공기 챔버를 분할함으로써, 상기 공기 챔버 사이의 기밀을 확실하게 유지한다. 따라서, 액츄에이터가 작동하는 동안에, 작동 유체의 누설로 인한 액츄에이터의 작동 정지 또는 오작동을 방지할 수 있으며, 그 결과 상기 액츄에이터의 작동 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Description

공압식 액츄에이터{Pneumatic actuator}

도 1은 종래 기술의 일예에 따른 공압식 액츄에이터의 단면도이다.

도 2는 종래 기술의 다른예에 따른 공압식 액츄에이터의 단면도로, 외측 챔버에 작동 유체가 공급된 상태를 나타낸 도면이다.

도 3은 도 2로 나타낸 액츄에이터의 단면도로, 내측 챔버에 작동 유체가 공급된 상태를 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 액츄에이터의 분해사시도이다.

도 5는 도 4로 나타낸 공압식 액츄에이터의 단면도로, 외측 챔버에 작동 유체가 공급된 상태를 나타낸 도면이다.

도 6은 도 4로 나타낸 공압식 액츄에이터의 단면도로, 내측 챔버에 작동 유체가 공급된 상태를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 액츄에이터 110: 하우징

112: 내측 챔버 114a, 114b: 외측 챔버

122a, 122b: 피스톤 122c, 122d: 랙

124a, 124b: 부싱 126: 피니언 샤프트

132a, 132b: 다이아프램 134a, 134b, 134c, 134d: 지지판

136a, 136b: 연결봉 140a, 140b: 캡

본 발명은 액츄에이터(actuator)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 다이아프램을 사용하여 공기 챔버를 분할함으로써 작동 유체의 누설을 최소화하여 작동 신뢰성을 향상시킨 공압 액츄에이터에 관한 것이다.

통상적으로, 액츄에이터는 공기 및 오일과 같은 유체의 유체 에너지를 이용하여 기계적인 작업을 수행하는 기기이다. 공압식 액츄에이터는, 작동 유체로서 압축 공기를 이용하며, 통상적으로, 밸브를 개폐하는데 사용된다.

미합중국 특허 제4,391,184호(1983년 7월 5일자로 켄 야마네에게 허여됨)에는, 압력 챔버와 음압 챔버 사이의 압력차에 의해 작동하는 다이아프램 액츄에이터가 개시되어 있다. 또한, 미합중국 특허 제5,184,852호(1994년 9월 13일자로 브죄른 라스무손에게 허여됨)에는 한정된 각도로 샤프트를 회전시키기 위한 액츄에이터가 개시되어 있다.

도 1은 라스무손의 특허에 따른 액츄에이터(10)의 단면도이다. 도 1을 참조하면, 라스무손의 특허에 따른 액츄에이터(10)는, 원통형 챔버(11)를 구비하는 하우징(12), 상기 원통형 챔버(11)에 배치되어 피니언과 맞물린 랙을 구비하는 피스톤(16), 그리고 상기 하우징(12)의 일측 개구를 밀봉하기 위한 캡(18)으로 구성된 다.

상기 액츄에이터(10)는, 하우징(12)의 원통형 챔버(11)와 연통되는 유출입구(13)와 상기 피스톤(16)과 상기 캡에 의해 한정되는 챔버(11)와 연통되는 유출입구(14)를 포함한다. 상기 유출입구(13, 14)를 통해 유출입하는 압축 공기에 의해 피스톤(16)이 직선운동하여 피니언(17)을 회전시켜, 직선운동을 회전운동으로 변환하게 된다.

도 2와 도 3은, 토모에(TOMOE) 사가 시판하고 있는 공압식 액츄에이터(20)의 개략단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 토모에 사의 액츄에이터(20)는, 하우징(22)내에 랙을 구비하는 한 쌍의 피스톤(24, 26)을 피니언(28)을 중심으로 대향배치하여, 상기 랙이 피니언(28)과 맞물리도록 구성한 점을 제외하고는 상기 라스무손의 특허에 따른 액츄에이터(10)와 동일한 개념으로 구성되었음을 알 수 있다.

토모에 사의 액츄에이터(20) 또한, 압축 공기에 의해 피스톤(24, 26)이 직선 운동함으로써, 피니언(28)을 회전시켜 직선운동을 회전운동으로 변환한다.

그런데, 상술한 라스무손과 토모에 사의 액츄에이터는, 피스톤의 윤활 및 피스톤과 하우징 사이의 기밀을 유지하기 위해 통상적으로 윤활제를 사용한다. 윤활제로는 주로 그리스(grease)를 사용한다. 상기 그리스는 유황 성분을 함유하고 있으며, 그 유황 성분으로 인해 기밀 유지를 위해 피스톤에 장착한 피스톤 링이 경화되어 쉽게 절단되는 경우가 발생한다. 그로 인해, 작동 유체가 누설되어 액츄에이터의 작동이 정지되거나 오작동하는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기의 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 유체의 누설 방지를 위해 윤활제 대신 다이아프램을 사용하여 작동 유체의 누설을 최소화하고 작동 신뢰성을 향상시킨 공압식 액츄에이터를 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 유체가 유출입할 수 있는 통로를 구비하며 원통형의 내측 챔버를 한정하는 하우징; 상기 하우징 내에 활주가능하도록 장착되어 작동 유체의 압력에 따라 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 변환수단; 그리고 상기 하우징의 양단부에 장착되어 상기 하우징의 기밀을 유지하면서 상기 변환수단과의 사이에 외측 챔버를 한정하는 캡을 포함하는 공압식 액츄에이터를 제공한다.

상기 변환수단은, 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 피스톤 조립체와 상기 피스톤 조립체에 연결되어 내측 챔버 또는 외측 챔버에 공급되는 작동 유체의 압력에 의해 상기 피스톤 조립체를 작동시키기 위한 다이아프램 조립체를 구비한다.

다이아프램 조립체는, 다이아프램과 상기 다이아프램을 지지하는 한편 상기 피스톤에 연결하기 위한 지지판과 연결봉으로 구성된다. 상기 다이아프램은 상기 하우징과 상기 캡 사이에 배치되어 상기 하우징의 내측 챔버와 상기 캡에 의해 한정되는 외측 챔버를 분리하고 기밀을 확실하게 유지하는 역할을 한다.

상기 다이아프램은 상기 내측 챔버 또는 외측 챔버에 공급되는 작동 유체의 압력에 의해 상기 외측 챔버 또는 내측 챔버쪽으로 밀이어, 그에 연결된 피스톤을 직선 운동시킨다. 그에 따라, 상기 피스톤의 랙과 맞물리는 피니언이 회전하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공압식 액츄에이터는, 작동 유체의 압력이 피스톤 보다는 다이아프램에 가해져, 압력이 작용하는 방향으로 다이아프램이 이동하게 된다. 따라서, 상기 피스톤의 직선 운동을 원활하게 하기 위하여 상기 피스톤의 외주연과 하우징의 내주연 사이에 윤활제를 제공할 필요가 없다. 그러므로, 상기 다이아프램은 윤활제와 접촉하지 않기 때문에, 그 윤활제에 의해 손상되는 것을 피할 수 있다. 결과적으로, 작동 유체의 누설로 인해 액츄에이터가 정지하거나 오작동하는 것을 방지할 수 있으며 액츄에이터의 작동 신뢰성을 보장할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 액츄에이터(100)에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 액츄에이터(100)의 분해사시도이다.

도 4로 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공압식 액츄에이터(100)는, 유체가 유출입할 수 있는 통로를 구비하며 원통형의 내측 챔버를 한정하는 하우징(110); 상기 하우징(110) 내에 활주가능하도록 장착되어 작동 유체의 압력에 따라 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 변환장치; 그리고 상기 하우징(110)의 양단부에 장착되어 상기 하우징(110)의 기밀을 유지하면서 상기 변환장 치와의 사이에 외측 챔버를 한정하는 캡(140a, 140b)을 포함한다.

상기 하우징(110)은, 소정의 직경을 갖는 챔버(112)를 구비한다. 상기 하우징(110)의 단면 형상은, 다각형으로 대략 8각형이며, 상기 하우징(110)의 내측 챔버(112)는 원형이다. 상기 하우징(110)은, 그 상부 벽부와 하부 벽부에는 각각 소정의 직경을 갖는 관통공이 형성되어 있다. 상기 하우징(110)의 상부 벽부에 형성된 관통공은 상기 하부 벽부에 형성된 관통공 보다 직경이 작다. 상기 하우징(110)의 상부 벽부 및 하부 벽부에 형성된 관통공에는 아래에서 설명하는 피니언 샤프트(126)이 상기 하우징(110)의 내측 챔버(112)를 가로질러 회전가능하게 장착된다.

한편, 상기 하우징(110)의 측벽부 중 일측벽부에는 작동 유체가 유동할 수 있는 유체 통로(110a)가 별도로 형성되어 있다. 상기 유체 통로(110a)는 상기 하우징(110)의 상기 일측벽부의 전체 길이에 걸쳐 종축선 방향으로 상기 일측벽부를 관통 연장한다. 상기 유체 통로(110a)는, 상기 하우징(110)의 양단부에 부착되는 상기 캡(140a, 140b)의 일측벽에 형성된 유체통로와 연통된다. 상기 캡(140a, 140b)에 형성된 유체통로는 상기 캡(140a, 140b)의 내주면에 형성된 홀과 연통된다.

한편, 상기 하우징(110)의 상기 일측벽부 중앙부에는 상기 유체 통로(110a)와 연통되며, 작동 유체가 유출입할 수 있는 제1 포트(110b)가 형성되어 있다. 상기 제1 포트(110b)는 상기 하우징(110)의 상기 일측벽부의 외면에서 상기 유체 통로(110a)까지 상기 일측벽부를 관통하도록 형성된다. 상기 하우징(110)의 상기 일측벽부에는 상기 제1 포트(110b)와 인접한 위치에서 상기 하우징(110)의 챔버(112) 와 직접적으로 연통되며, 작동 유체가 유출입할 수 있는 제2 포트(110c)가 형성되어 있다. 상기 제2 포트(110c)는 상기 하우징(110)의 상기 일측벽부의 외면에서 상기 하우징(110)의 내주면까지 관통하도록 형성된다.

상기 하우징(110)은, 상기 일측벽부를 압축 공기 공급원(도시않됨)에 기밀을 유지하도록 연결함으로써, 상기 압축 공기 공급원으로부터 작동 유체로서 사용되는 압축 공기를 공급받는다.

상기 하우징(110)은, 그 양단부면의 상기 상부 벽부와 상기 양측벽부가 연결되는 모서리와 상기 하부 벽부와 상기 양측벽부가 연결되는 모서리, 즉 네 모서리 각각에 소정의 직경과 깊이를 갖는 나사공이 각각 형성되어 있다. 상기 나사공은, 상기 하우징(110)과 상기 캡(140a, 140b)을 결합할 시, 나사가 결합 고정된다.

상기 변환장치는, 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 피스톤 조립체(122)와 상기 피스톤 조립체(122)에 연결되어 내측 챔버(112) 또는 외측 챔버(114a, 114b)에 공급되는 작동 유체의 압력에 의해 상기 피스톤 조립체(122)를 작동시키기 위한 다이아프램 조립체(124)로 구성된다. 상기 다이아프램 조립체(130)는, 상기 하우징(110)의 벽부와 함께 내측 챔버(112)를 한정하며, 또한 상기 캡(140a, 140b)과 함께 외측 챔버(114a, 114b)를 한정한다.

상기 피스톤 조립체(122)는, 각각 랙(122c, 122d)이 형성되어 있으며 상기 작동 유체의 압력에 의해 직선 운동을 수행하기 위한 한 쌍의 피스톤(122a, 122b)과 상기 하우징(110) 내에서 상기 피스톤(122a, 122b)의 랙(122c, 122d) 사이에 배치되어 상기 랙(122c, 122d)과 맞물리며 상기 피스톤(122a, 122b)이 직선 운동함에 따라 회전 운동을 수행하기 위한 피니언 샤프트(126)를 포함한다.

각각의 상기 피스톤(122a, 122b)은, 소정의 두께를 갖는 원판 형상의 본체와 상기 본체의 일면에서 외측으로 연장되며 피니언(126a, 126b)과 맞물리는 랙(122c, 122d)을 포함한다. 상기 본체의 외주에는 그 외주연을 따라 소정의 폭을 갖는 홈이 형성된다. 상기 피스톤(122a, 122b)의 본체 외주에 형성된 상기 홈의 폭은, 상기 본체 두께의 1/2 보다는 크고 2/3 보다는 작다. 상기 피스톤(122a, 122b) 본체에 형성된 상기 홈에는, 작동 유체의 기밀을 유지하기 위한 시일(123a, 123b)이 장착되거나, 상기 피스톤(122a, 122b)이 원할하게 직선 운동을 하도록 돕기 위한 베어링이 장착된다. 그러나, 상기 본체에 형성된 상기 홈에는 베어링을 장착하여 상기 피스톤(122a, 122b)이 원활하게 이동할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 상기 피스톤(122a, 122b)에 장착되는 베어링은, 합성 수지로 제작하며, 바람직하게는 나일론으로 제작한다.

또한, 상기 피스톤(122a, 122b)의 상기 본체의 중심부에는 관통공이 형성되어 있다. 상기 관통공의 내주면에는 나사가 형성되어 있다. 상기 관통공에는 아래에서 설명하는 다이아프램(132a, 132b)을 상기 피스톤(122a, 122b)에 연결하기 위한 연결봉(136a, 136b)이 삽입되어 상기 피스톤(122a, 122b)의 본체에 나사 결합된다.

상기 랙(122c, 122d)은 상기 피스톤(122a, 122b)과 일체로 형성된다. 상기 피스톤(122a, 122b)의 랙(122c, 122d)은, 상기 하우징(110)의 상기 내주면과 마주한 측면이 상기 하우징(110)의 내주면과 거의 동일한 곡률로 만곡되어 있다. 상기 랙(122c, 122d)은 상기 측면이 만곡된 직사각형의 단면 형상을 갖는다. 상기 랙(122c, 122d)의 상기 만곡된 측면에는 그와 동일한 곡률로 만곡된 부싱(124a, 124b)이 배치된다. 상기 부싱(124a, 124b)은 상기 피스톤(122a, 122b)이 직선 운동을 하는 동안에, 상기 랙(122c, 122d)의 상기 측면과 상기 하우징(110)의 내주면 사이의 마찰로 인해 상기 피스톤(122a, 122b)의 직선 운동이 방해받는 것을 방지하는 베어링 역할을 한다.

또한, 상기 피스톤(122a, 122b)의 랙(122c, 122d)은, 상기 만곡된 측면의 반대편 면에 치부를 구비한다. 상기 랙(122c, 122d)은 상기 치부에 의해 상기 피니언 샤프트(126)에 형성된 피니언(126a, 126b)과 맞물린다.

상기 피니언 샤프트(126)는, 일단부의 직경이 타단부의 직경 보다 크며, 길이는 상기 하우징(110)의 상부 벽부와 하부 벽부 사이의 폭 보다 다소 길다. 상기 피니언 샤프트(126)의 양단부면에는, 축방향으로 나사공이 각각 형성되어 있다. 상기 피니언 샤프트(126)의 중간부에는, 2개의 피니언(126a, 126b)이 소정의 간격을 두고 장착된다. 그러나, 상기 피니언 샤프트(126)에는 하나의 피니언 만을 장착할 수도 있다. 또한, 상기 피니언 샤프트(126)와 상기 피니언(126a, 126b)을 별도로 제작하여 장착할 필요없이 일체로 형성할 수도 있다.

상기 피니언 샤프트(126)는, 상기 하우징(110)의 하부 벽부에 형성된 관통공을 통해 그 일단부를 관통 연장시켜, 상기 일단부가 상기 하우징(110)의 상부 벽부에 형성된 관통공을 통과하여 상기 하우징(110)의 상부 벽부 밖으로 돌출하도록 장착한다. 이때, 상기 피니언 샤프트(126)의 일단부와 타단부는, 상기 하우징(110)의 상부 벽부와 하부 벽부에 각각 형성된 관통공에 기밀을 유지하면서 회전가능하도록 삽입 장착된다.

상기 피니언 샤프트(126)의 일단부와 타단부에, O 형 링을 먼저 장착한 후, 베어링을 장착한다. 상기 O 형 링은, 상기 하우징(110)의 상부 벽부 및 하부 벽부 각각과 상기 피니언 샤프트(126) 사이의 기밀을 유지하는 데 사용된다. 상기 베어링은 상기 하우징(110)에 대하여 상기 피니언 샤프트(126)를 회전가능하게 지지하는 역할을 한다. 상기 피니언 샤프트(126)를 상기 하우징(110)에 장착한 후에는, 상기 피니언 샤프트(126)의 일단부에 드러스트 베어링과 드러스트 와셔를 외삽하고 단부 캡(138)을 씌운다. 최종적으로, 나사를 상기 단부 캡에 형성된 관통공을 통해 연장시켜 상기 피니언 샤프트(126)의 일단부에 형성된 나사공에 나사결합하여, 상기 단부 캡을 상기 하우징(110)에 대하여 견고하게 고정시킨다.

상기 피니언 샤프트(126)의 탄단부에는, 작동시키고자 하는 대상물, 예컨대 밸브의 밸브축(도시않됨)을 연결할 수 있다. 즉, 상기 밸브축의 말단을 상기 피니언 샤프트(126)에 형성된 나사공의 직경과 같은 직경으로 가공하고 그 말단에 나사를 형성한다. 그 후, 상기 밸브축의 말단을 상기 피니언 샤프트(126)의 타단부에 형성된 나사공에 나사결합함으로써, 상기 피니언 샤프트(126)와 상기 밸브축을 연결한다.

상기 다이아프램 조립체(130)는, 상기 내측 챔버(112)와 상기 외측 챔버(114a, 114b)를 분리하기 위한 다이아프램(132a, 132b), 상기 다이아프램(132a, 132b)를 보호하고 지지하기 위한 두 쌍의 지지판(134a, 134b, 134c, 134d), 그리고 상기 다이아프램(132a, 132b)을 상기 피스톤(122a, 122b)에 연결하기 위한 연결봉(136a, 136b)을 포함한다.

상기 다이아프램(132a, 132b)은, 상기 두 쌍의 지지판(134a, 134b, 134c, 134d) 사이에 배치되어 상기 지지판(134a, 134b, 134c, 134d)에 의해 지지된다. 상기 다이아프램(132a, 132b)은, 합성수지 또는 고무와 같은 탄성체로 제작하며, 원판 형상이다. 상기 다이아프램(132a, 132b)의 직경은, 상기 하우징(110)의 외경과 같거나 그 보다 약간 작다. 상기 다이아프램(132a, 132b)은, 그 중심부에 소정의 직경을 갖는 관통공이 형성되어 있으며, 상기 관통공의 직경은 상기 연결봉(136a, 136b)의 타단부 직경과 같거나 약간 크다.

상기 두 쌍의 지지판(134a, 134b, 134c, 134d)은, 합성수지재 판 또는 금속재 판을 원형으로 가공하여 제작한다. 상기 지지판(134a, 134b, 134c, 134d)의 중심부에는 소정의 직경을 갖는 관통공이 형성되어 있으며, 상기 지지판(134a, 134b, 134c, 134d)에 형성된 관통공의 직경은 상기 다이아프램(132a, 132b)에 형성된 관통공의 직경과 같다. 한편, 상기 지지판(134a, 134b, 134c, 134d)의 직경은, 상기 피스톤(122a, 122b) 본체의 직경 보다 작다. 상기 두 쌍의 지지판(134a, 134b, 134c, 134d) 중 상기 지지판(134a, 134d)의 일면에는 아래에서 설명하는 캡(140a, 140b)의 본체부에 형성된 다수의 리세스에 각각 대응하는 돌출부가 형성되어 있다.

본 발명에 따른 액츄에이터(100)를 조립할 시, 상기 지지판(134a, 134d)에 형성된 돌출부와 상기 캡(140a, 140b)의 본체부 사이에는 소정의 탄성력을 갖는 탄성 스프링을 배치할 수도 있다. 상기 캡(140a, 140b)에 상기 탄성 스프링을 배치할 시, 상기 탄성 스프링의 일단부는 상기 지지판(134a, 134d)에 형성된 돌출부에 외삽되며, 그 타단부는 상기 캡(140a, 140b)에 형성된 리세스 내에 수용된다.

상기 연결봉(136a, 136b)은, 소정의 길이를 가진다. 상기 연결봉(136a, 136b)의 일단부에는 플랜지가 형성되어 있으며, 중간부에는 계단부가 형성되어 있고 그 계단부로부터 타단부까지는 나사가 형성되어 있다. 상기 연결봉(136a, 136b)의 타단부는 상기 연결봉(136a, 136b)의 일단부 보다 직경이 작다. 상기 연결봉(136a, 136b)은, 그 일단부측의 상기 플랜지에 맞닻는 위치에서 상기 타단부측으로 소정 길이 만큼에 나사가 형성되어 있다.

도 4 내지 도 6으로 나타낸 바와 같이, 상기 캡(140a, 140b)은, 본체부와 상기 본체부의 일측 연부를 따라 상기 본체부와 일체로 형성된 플랜지부를 포함한다. 상기 캡(140a, 140b)의 본체부는, 단면이 원형으로 그 중심부에는 관통공이 형성되어 있다. 상기 관통공의 내주면에는 나사가 형성되어 있다. 상기 관통공에는, 너트가 장착된 나사를 나사결합시켜, 상술한 피스톤(122a, 122b) 또는 다이아프램(132a, 132b)의 이동거리, 즉 행정을 조절하는 스토퍼로서 사용한다. 또한, 상기 본체부는 그 중심축선을 중심으로 소정의 직경을 갖는 다수의 리세스가 방사상으로 형성되어 있다.

한편, 상기 캡(140a, 140b)의 플랜지부는, 다각형 형상으로 네 모서리에는 상기 캡(140a, 140b)을 상기 하우징(110)에 결합하기 위한 관통공이 각각 형성되어 있다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액츄에이터(100) 의 각 구성 요소의 작용 관계에 대하여 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액츄에이터(100)에 있어서, 먼저 상기 피스톤(122a, 122b)에 상기 베어링을 장착한다. 이어서, 상기 연결봉(136a, 136b)을 상기 피스톤(122a, 122b)의 본체에 형성된 관통공 내로 통과시켜, 상기 연결봉(136a, 136b)의 일단부를 상기 피스톤(122a, 122b) 본체의 관통공에 나사 결합하여 고정한다. 상기 연결봉(136a, 136b)을 상기 피스톤(122a, 122b)에 결합할 시, 상기 연결봉(136a, 136b)의 플랜지와 상기 피스톤(122a, 122b) 사이에 O 형 링을 배치하여 작동 유체가 누설되지 않도록 한다.

상기 피스톤(122a, 122b)에 결합 고정된 상기 연결봉(136a, 136b)의 타단부측에는, 상기 지지판(134a, 134b, 134c, 134d) 중 돌출부가 없는 지지판(134b, 134c)을 먼저 장착하여 상기 연결봉(136a, 136b)의 계단부와 밀착되도록 한다. 이어서, 다이아프램(132a, 132b)을 상기 연결봉(136a, 136b)의 타단부측에 장착하여 미리 장착한 상기 지지판(134b, 134c)에 밀착시킨다. 그 후, 상기 돌출부를 구비하는 지지판(134a, 134d)을 상기 연결봉(136a, 136b)의 타단부측에 장착하여 상기 다이아프램(132a, 132b)에 밀착시킨다. 최종적으로, 상기 연결봉(136a, 136b)의 타단부에 O 형 링과 와셔를 장착하고 너트를 상기 연결봉(136a, 136b)의 타단부에 형성된 나사와 나사결합시켜 상기 지지판(134a, 134b, 134c, 134d)과 그 사이에 배치된 상기 다이아프램(132a, 132b)을 상기 연결봉(136a, 136b)에 견고하게 고정한다.

상술한 바와 같이 조립된 상기 피스톤 조립체(122)의 조립이 완료되면, 상기 피스톤(122a, 122b)의 랙(122c, 122d)에 형성된 치부가 서로 대향되도록, 상기 피 스톤(122a, 122b)을 상기 하우징(110)의 양개구에 동시에 상기 하우징(110)의 내측 챔버(112) 내로 밀어 넣는다. 이때, 상기 부싱(124a, 124b)을 상기 랙(122c, 122d))의 상기 만곡된 측면을 감싸도록 배치하여, 상기 피스톤(122a, 122b)을 상기 하우징(110)의 챔버 내로 삽입할 시, 상기 랙(122c, 122d)의 상기 만곡된 측면과 상기 하우징(110)의 내주면 사이에 위치하도록 한다.

상기 피스톤(122a, 122b)을 상기 하우징(110)의 내측 챔버(112) 내에 배치한 후, 상기 피니언 샤프트(126)를 상기 하우징(110)에 결합시킨다. 상기 피니언 샤프트(126)는 상술한 바와 같이 상기 하우징(110)의 하부 벽부에 형성된 관통공을 통해 상기 하우징(110)의 내측 챔버(112)를 가로질러 상기 하우징(110)의 상부 벽부에 일단부가 장착 고정되고, 상기 하부 벽부에 타단부가 장착 고정되도록 한다.

상기 피니언 샤프트(126)를 상기 하우징(110)에 조립할 시, 상기 피니언 샤프트(126)에 장착되거나 그와 일체로 형성된 피니언(126a, 126b)이 상기 각각의 피스톤(122a, 122b)의 랙(122c, 122d)에 형성된 치부와 정확하게 맞물리도록 한다.

상술한 스토퍼를 상기 캡(140a, 140b)에 설치한 후, 최종적으로 상기 하우징(110)의 양단부 각각에 상기 캡(140a, 140b)을 부착하고, 나사를 사용하여 고정한다. 이때, 상기 하우징(110)의 단부면과 상기 캡(140a, 140b) 사이에 상기 다이아프램(132a, 132b)의 연부를 배치하여 기밀을 유지하도록 한다.

한편, 상기 하우징(110)에 캡(140a, 140b)을 부착 고정할 시, 상기 캡(140a, 140b)에 형성된 리세스와 상기 다이아프램 지지판(134a, 134d)에 형성된 돌출부 사이에 탄성 스프링을 배치할 수도 있다.

상술한 바와 같이 조립된 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액츄에이터(100)는, 상기 하우징(110)의 측벽부에 형성된 제1 포트(110b)와 상기 유체 통로(110a)를 통해 상기 캡(140a, 140b)과 상기 다이아프램(132a, 132b)에 의해 한정되는 외측 챔버(114a, 114b) 내로 작동 유체를 공급하면, 상기 작동 유체의 압력에 의해 상기 다이아프램(132a, 132b)과 상기 다이아프램(132a, 132b)에 연결된 상기 피스톤(122a, 122b)이 서로를 향해 이동한다. 이때, 상기 하우징(110)의 벽부와 상기 다이아프램(132a, 132b)에 의해 한정되는 내측 챔버(112)에 남아 있는 작동 유체는 상기 제2 포트(110c)를 통해 배출되며, 또한 상기 피스톤(122a, 122b)이 서로를 향해 이동함에 따라 상기 피스톤(122a, 122b)에 형성된 랙(122c, 122d)에 의해 상기 피니언 샤프트(126)가 시계방향으로 소정 각도 만큼 회전한다. 따라서, 상기 피니언 샤프트(126)에 연결된 밸브축 또한 상기 소정 각도 만큼 회전하여 밸브를 개폐하게 된다.

반대로, 상기 하우징(110)의 측벽부에 형성된 제2 포트(110c)를 통해 상기 캡(140a, 140b)과 상기 다이아프램(132a, 132b)에 의해 한정되는 내측 챔버(112) 내로 작동 유체를 공급하면, 상기 작동 유체의 압력에 의해 상기 다이아프램(132a, 132b)과 상기 다이아프램(132a, 132b)에 연결된 상기 피스톤(122a, 122b)이 서로로부터 멀어지는 방향으로 이동한다. 이때, 상기 캡(140a, 140b)과 상기 다이아프램(132a, 132b)에 의해 한정되는 외측 챔버(114a, 114b)에 남아 있는 작동 유체는 상기 유체 통로(110a)와 상기 제1 포트(110b)를 통해 배출되며, 또한 상기 피스톤(122a, 122b)이 서로로부터 멀어지는 방향으로 이동함에 따라 상기 피스톤(122a, 122b)에 형성된 랙(122c, 122d)에 의해 상기 피니언 샤프트(126)가 반시계방향으로 상기 소정 각도 만큼 회전한다. 따라서, 상기 피니언 샤프트(126)에 연결된 밸브축 또한 상기 소정 각도 만큼 회전하여 밸브를 개폐하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 액츄에이터(100)에 있어서, 상기 작동 유체는 상기 다이아프램(132a, 132b)에 직접적으로 압력을 가하므로, 상기 피스톤(122a, 122b)과 상기 하우징(110)의 내주면 사이의 기밀을 유지할 필요가 없다. 따라서, 상기 피스톤(122a, 122b)과 상기 하우징(110)의 내주면 사이의 기밀을 유지하고 상기 피스톤(122a, 122b)을 원활하게 이동시키는 데 필요한 윤활제, 즉 그리스가 불필요하다.

따라서, 상술한 바와 같이 상기 액츄에이터가 작동하여 그에 연결된 밸브를 개폐할 시, 상기 다이아프램이 상기 그리스와 같은 윤활제에 의해 손상될 염려가 전혀 없으며, 그 결과 상기 다이아프램의 사용 수명이 연장되는 효과가 있다.

또한, 상기 외측 챔버와 상기 내측 챔버 사이 및 상기 챔버와 외부 사이를 상기 다이아프램이 밀봉하고 있어, 작동 유체의 누설 현상이 전혀 발생하지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 액츄에이터는 항상 정확하게 작동하여, 향상된 작동 신뢰성을 확보할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.

Claims

유체가 유출입할 수 있는 통로를 구비하며 원통형의 내측 챔버를 한정하는 하우징;

상기 하우징 내에 활주가능하도록 장착되어 작동 유체의 압력에 따라 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 변환수단; 그리고

상기 하우징의 양단부에 장착되어 상기 하우징의 기밀을 유지하면서 상기 변환수단과의 사이에 외측 챔버를 한정하는 캡을 포함하며,

상기 변환수단은, 직선운동을 회전운동으로 변환하기 위한 피스톤 조립체와 상기 피스톤 조립체에 연결되어 내측 챔버 또는 외측 챔버에 공급되는 작동 유체의 압력에 의해 상기 피스톤 조립체를 작동시키기 위한 다이아프램 조립체를 구비하는 것을 특징으로 하는 공압식 액츄에이터.
제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 조립체는, 각각 랙이 형성되어 있으며 상기 작동 유체의 압력에 의해 직선 운동을 수행하기 위한 한 쌍의 피스톤과 상기 하우징 내에서 상기 피스톤의 랙 사이에 배치되어 상기 랙과 맞물리며 상기 피스톤이 직선 운동함에 따라 회전 운동을 수행하기 위한 피니언 샤프트를 포함하며, 상기 피스톤의 외주연에는 상기 피스톤이 상기 하우징 내에서 직선 운동하는 것을 돕기 위한 베어링이 장착되는 것을 특징으로 하는 공압식 액츄에이터.
제 1 항에 있어서, 상기 다이아프램 조립체는, 상기 내측 챔버와 상기 외측 챔버를 분리하기 위한 다이아프램, 상기 다이아프램를 보호하고 지지하기 위한 한 쌍의 지지판, 그리고 상기 다이아프램을 상기 피스톤에 연결하기 위한 연결봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 공압식 액츄에이터.