KR100704999B1

KR100704999B1 - 시일이 없는 공기 실린더

Info

Publication number: KR100704999B1
Application number: KR1020060031107A
Authority: KR
Inventors: 김영철; 김동수
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2006-04-05
Filing date: 2006-04-05
Publication date: 2007-04-09

Abstract

본 발명은 공기 실린더에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 피스톤 양끝 단에 스텝 또는 테이퍼부를 형성함으로써 고압의 공기가 누설되는 것을 막아주면서 실린더 운동 시 고체 접촉되는 것을 막아주며 피스톤 중앙에는 공기 통로가 형성됨으로써 장시간 사용할 수 있는 시일이 없는 공기 실린더에 관한 것이다.

본 발명에 따른 시일이 없는 공기 실린더는 피스톤부와 베어링부로 구성된 본체와, 상기 본체 내부에 삽입되어 전,후방으로 움직이며 피스톤 헤드와 로드를 포함하는 피스톤으로 구성된 공기 실린더에 있어서, 상기 피스톤의 내부에는 본체의 내부 공간에 형성된 공기를 외부로 배출할 수 있는 공기 배출통로가 구비됨을 특징으로 한다.

또한 피스톤 헤드의 둘레 부분에는 스텝 타입의 함몰부와 원뿔 타입의 테이퍼 부가 더 형성됨을 특징으로 한다.

공기 실린더, 공기 배출통로, 본체

Description

시일이 없는 공기 실린더{Air cylinder not seal}

도 1은 본 발명에 따른 시일이 없는 공기 실린더를 도시한 일부 절개 사시도.

도 2는 도 1의 A-A선 단면도.

도 3은 도 1의 B부 확대도.

도 4는 도 3의 C-C선 단면도.

도 5는 시일이 없는 공기 실린더에 구비된 피스톤이 후방으로 움직인 상태를 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따른 스텝 타입의 함몰부가 구비된 피스톤 헤드를 가지는 시일이 없는 공기 실린더를 도시한 도면.

도 7은 본 발명에 따른 원뿔 타입의 테이퍼부가 구비된 피스톤 헤드를 가지는 시일이 없는 공기 실린더를 도시한 도면.

도 8은 종래의 공기 실린더를 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 공기 실린더

2 : 본체

21 : 피스톤부

22 : 베어링부

23 :연결부

24 : 공기 유입홀

241 : 제1공기 유입홀

242 : 제2공기 유입홀

243 : 제3공기 유입홀

25 : 공기 배출홀

3 : 피스톤

31 : 피스톤 헤드

311 : 함몰부

312 : 테이퍼부

32 : 로드

4 : 공기 배출통로

41 : 유입홀

42 : 배출구

5 : 갭

일반적으로 유체 또는 공기 실린더는 유압이나 공압 등을 통해 그 내부에 구비된 피스톤 헤드에 힘을 전달하여 메카트로닉스 등과 같은 자동화 설비와 첨단시험장비 및 하중 제어시스템 등에 다양하게 사용되고 있는 실정이다.

도 8은 종래의 공기 실린더를 도시한 도면이다.

이에 본 발명에 따른 공기 실린더는 본체(100)와, 상기 본체(100)의 둘레에 다수로 구비된 제1,2,3공기 유입홀(101,102,103)과, 상기 본체(100)의 둘레에 다수로 구비된 제1,2,3공기 배출홀(104,105,106)과, 상기 제1공기 배출홀(104)과 제3공기 배출홀(106)에 연결된 릴리프 밸브(200)와, 상기 본체(100)의 일측에 구비된 피스톤부(107)와, 상기 본체(100)의 타측에 형성된 베어링부(108)와, 상기 피스톤부(107)에 구비된 피스톤 헤드(301)의 후방에 연결되어 전,후 방으로 움직이는 로드(302)를 포함하는 피스톤(300)과, 상기 본체(100)의 내측에 구비되어 상기 로드(302)와 피스톤부(301)에 밀착되어 다수로 구비된 시일(400)과 본체(100)와 로드(302) 사이에 구비된 갭(500)으로 구성됨을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 종래의 공기 실린더의 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

우선, 피스톤이 전방으로 움직이는 작동 관계를 설명하면, 압축기에 전원을 인가하면 그 내부에 형성된 공기가 노즐을 통해 본체 둘레에 다수로 구비된 제2,3 공기 유입홀을 통해 본체 내부 공간에 형성된 피스톤부와 베어링부에 공기가 공급되면 피스톤 헤드의 타측에 힘이 전달되어 피스톤이 전방으로 움직이고 피스톤부에 일측에 있는 공기는 제1공기 배출홀에 연결된 릴리프 밸프를 통해 빠져 나가게 된다.

한편, 피스톤을 반대 방향으로 움직이고자 할 때는, 피스톤 헤드의 일측과 본체 사이에 있는 제1공기 유입홀에 공기가 공급되면, 피스톤 헤드의 타측과 본체 사이의 공기가 제3공기 배출홀에 연결된 릴리프 밸프를 통해 공기가 빠져나가고 동시에 베어링부에 있는 공기는 제2공기 배출홀과 본체와 로드 사이의 갭을 통해 빠져나가게 되면 피스톤은 후방으로 움직이는 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 종래의 공기 실린더는 공기의 실링을 위해 본체 내측에 다수로 구비된 시일이 피스톤 헤드와 로드가 장기간 작동할 경우 시일의 마모 또는 경화 등으로 인하여 피스톤 헤드의 일측과 타측의 실링이 불안전하여 피스톤 헤드에 일측 및 타측에 힘이 제대로 작용하지 못함으로 인해 피스톤의 작동이 원활하지 않는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 피스톤 양 끝단에 스텝 또는 테이퍼부를 형성함으로써 시일의 역할을 대신하는 구조로 만들어진 본체 내부 공간에 공기 배출통로가 구비됨으로써, 장기간 사용할 수 있는 시일이 없는 공기 실린더를 제공함을 목적으로 한다.

또한 피스톤부와 밀착되는 피스톤 헤드 전,후방 작동에 의해 그 틈새 사이로 공기막이 형성됨으로써 피스톤의 중심을 센터링 시키는 역할을 수행하는 목적도 있다.

본 발명은 이와 같은, 또 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명은 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 시일이 없는 공기 실린더를 도시한 일부 절개 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이며, 도 3은 도 1의 B부 확대도이고, 도 4는 도 3의 C-C선 단면도이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이에 본 발명에 따른 시일이 없는 공기 실린더는 피스톤부(21)와 베어링부(22)로 구성된 본체(2)와, 상기 본체(2) 내부에 삽입되어 전,후방으로 움직이며 피스톤 헤드(31)와 로드(32)를 포함하는 피스톤(3) 과, 상기 피스톤(3)의 내부에는 본체(2)의 내부 공간에 형성된 공기를 외부로 배출할 수 있는 공기 배출통로(4)가 구비됨을 특징으로 한다.

그리고 본 발명의 실시예의 본체(2)는 일측에 형성된 피스톤부(21)와 타측에 형성된 베어링부(22)를 연결하는 연결부(23)로 구성된다.

따라서, 상기 피스톤부(21)에 피스톤 헤드(31)가 구비되어 있고 이 피스톤 헤드(31)의 후방에 고정된 로드(32)가 베어링부(22)와 연결부(23)에 삽입되어 전,후방으로 움직이는 것이다.

더불어, 상기 본체(2)는 중량을 줄일 수 있도록 알루미늄 또는 스텐레이스 재질등과 같은 것으로 제작되는 것이 바람직하다.

또한 본체(2)의 둘레에는 다수로 구비된 제1,2,3 공기 유입홀(241,242,243)을 포함하는 공기 유입홀(24)이 더 구비된다.

그리고 상기 베어링부(22)는 피스톤(3)에 구성된 로드(32)후방에 장착된 정압 베어링(저널 베어링)등이 로드(32)의 외경을 감쌈으로써, 본체 둘레에 구비된 공기 유입홀을 통해 그 내부 공간에 공급된 공기에 의해 피스톤이 전,후방으로 작동될 경우 로드의 기울어지는 것을 방지할 수 있다.

즉 정압 베어링(저널 베어링)에 의해 로드(32)와 본체 내부가 평행하게 유지되고, 공기 유입홀에 공급된 공기에 의해 피스톤부에 구비된 피스톤 헤드가 전,후방으로 움직이면서 피스톤부와 밀착되는 피스톤 헤드의 양측면에 유막이 형성되어 피스톤을 중심으로 센터링하는 역할을 함으로써, 로드와 본체의 내측면 및 피스톤의 접촉을 방지할 수 있는 것이다.

한편, 본 발명에 따른 시일이 없는 공기 실린더의 구성인 공기 배출통로(4)는 상기 피스톤 헤드(31)의 둘레 부분에 다수로 형성된 유입홀(41)과, 상기 유입홀(41)에 연결되며 상기 로드(32)내부 공간에 형성된 배출구(42)로 구성된다.

즉 노즐(미도시)을 통해 본체(2) 둘레에 다수로 구비된 제1,2,3 공기 유입홀을 통해 본체 내부 공간인 피스톤부와 베어링부에 공기가 공급되면 내부 압력이 상승과 동시에 힘이 피스톤 헤드의 일측과 타측에 발생하여 피스톤이 전,후로 이동하며 피스톤부의 공기는 공기 배출통로와 공기 배출홀 및 로드와 본체 사이의 갭(5)을 통해 피스톤부와 베어링부의 공기가 외부로 배출되는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 시일이 없는 공기 실린더의 작동 관계를 설명하면 다음과 같다.

도 5는 시일이 없는 공기 실린더에 구비된 피스톤이 후방으로 움직인 상태를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤이 전방으로 움직이는 작동 관계를 설명하면, 압축기(미도시)에 전원을 인가하면 그 내부에 형성된 공기가 압축기에 연결된 노즐(미도시)을 통해 본체(2) 둘레에 구비된 제2,3공기 유입홀(242,243)을 통해 피스톤부(21)의 타측과 베어링부(32)로 공기가 공급된다.

그러면 피스톤부(21)의 타측과 베어링부(22)에 형성된 공기가 지속적으로 공급됨으로 압력이 상승됨에 따라 피스톤 헤드(31)의 타측에 힘이 발생하여 피스톤(3)이 전방으로 움직이게 된다.

이때, 피스톤부(21)의 일측 공간에 있는 공기는 압축되면서 실린더 내경과 피스톤 사이에 공기막이 형성되어 시일의 역할을 대신 수행하면서 피스톤 헤드(31)의 유입홀(41)을 통해 미소량의 공기가 누출되게 된다.

피스톤부(21)의 일측 공간에 있는 공기와 피스톤부(21)의 타측에 공급된 공기가 피스톤 헤드(31)에서 만나게 됨으로써, 피스톤부(21)의 타측에 공급된 공기가 피스톤부(21)의 일측 공간으로 넘어가지 못하고 유입홀(41)을 통해 빠져 나가게 된다. 또한 이렇게 됨으로써 피스톤 헤드(31)와 본체(2) 사이에는 항상 공기막이 형성되어 직접적인 접촉이 일어나지 않게 된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 상기 피스톤 헤드(31)의 양측 둘레에는 시일의 역할을 수행하면서 로드(32)의 평형 상태를 유지하기 위한 한 쌍의 스텝 타입으로 형성된 함몰부(311)로 더 구비된다.

즉 함몰부가 형성된 피스톤 헤드가 전,후방으로 이동할 시에는 피스톤 헤드에 형성된 스텝이 마치 스텝 베어링의 동압적 역할을 수행함으로써, 피스톤 헤드에 작용하는 반경 방향의 힘이 증가하여 피스톤 헤드와 본체 내면의 접촉을 방지할 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 있어서 상기 피스톤 헤드(31)의 양측 둘레에는 시일의 역할을 수행하면서 로드(32)의 평형 상태를 유지하기 위한 한 쌍의 원뿔 타입으로 형성된 테이퍼부(312)로 더 구비됨을 특징으로 한다.

즉 테이퍼부가 형성된 피스톤 헤드가 전,후방으로 움직임에 의해 피스톤 헤드에 형성된 원뿔 타입이 마치 테이퍼부 베어링의 동압력 역할을 수행함으로써 피 스톤 헤드와 본체 내면에 공기층이 형성됨으로써, 피스톤 헤드에 작용하는 반경 방향의 힘이 증가하여 피스톤 헤드와 본체 내면의 접촉을 방지할 수 있다.

반대로, 피스톤이 후방으로 움직이는 작동 관계를 설명하면, 피스톤(3)이 후방으로 움직일 때 제1공기 유입홀(421)을 통해 공급된 공기는 피스톤 헤드(31)의 일측에 힘으로 작동함과 동시에 피스톤(3)에 형성된 공기 배출통로(4)를 통해 공기가 외부로 배출되며 피스톤부(21)의 타측과 베어링부의 공기는 유입홀(41)과 공기 배출홀(25) 및 본체(2)와 로드(32)사이에 형성된 갭(5)을 통해 공기가 외부로 배출되면서 피스톤(3)이 후방으로 움직이는 것이다.

그러므로, 피스톤(3)에 형성된 공기 배출통로(4)가 구비됨으로써, 본체의 피스톤부와 밀착되는 피스톤 헤드의 양측면에 유막이 형성되어 피스톤의 중심을 유지할 수 있어 잔 고장이 발생되는 것을 예방할 수 있는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 피스톤 양 끝단에 스텝 또는 테이퍼부를 형성함으로써 시일의 역할을 대신하는 구조로 만들어진 본체 내부 공간에 공기 배출통로가 구비됨으로써, 장기간 사용할 수 있는 효과가 있다.

또한 피스톤부와 밀착되는 피스톤 헤드 전,후방 작동에 의해 그 틈새 사이로 공기막이 형성됨으로써, 피스톤의 중심을 센터링 시키는 역할을 수행하는 효과도 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지 만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양하고 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 특허청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims

피스톤부(21)와 베어링부(22)로 구성된 본체(2)와, 상기 본체(2) 내부에 삽입되어 전,후방으로 움직이며 피스톤 헤드(31)와 로드(32)를 포함하는 피스톤(3)으로 구성된 공기 실린더(1)에 있어서,

상기 피스톤(3)의 내부에는 본체(2)의 내부 공간에 형성된 공기를 외부로 배출할 수 있는 공기 배출통로(4)가 구비됨을 특징으로 하는 시일이 없는 공기 실린더.
제 1항에 있어서,

상기 공기 배출통로(4)는 상기 피스톤 헤드(31)의 둘레 부분에 다수로 형성된 유입홀(41)과,

상기 유입홀(41)에 연결되며 상기 로드(32) 내부 공간에 형성된 배출구(42)로 구성됨을 특징으로 하는 시일이 없는 공기 실린더.
제 2항에 있어서,

상기 피스톤 헤드(31)의 양측 둘레에는 시일의 역할을 수행하면서 로드(32)의 평형 상태를 유지하기 위한 한 쌍의 스텝 타입으로 형성된 함몰부(311)로 더 구비됨을 특징으로 하는 시일이 없는 공기 실린더.
제 2항에 있어서,

상기 피스톤 헤드(31)의 양측 둘레에는 시일의 역할을 수행하면서 로드(32)의 평형 상태를 유지하기 위한 한 쌍의 원뿔 타입으로 형성된 테이퍼부(312)로 더 구비됨을 특징으로 하는 시일이 없는 공기 실린더.