KR101852364B1 - 카운터 발란스 릴리프밸브의 원리를 응용한 고속제어 및 정밀 저속제어가 가능한 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카운터 발란스 릴리프밸브의 작동원리를 응용하여 실린더의 정밀 속도제어가 가능케 한 카운터 발란스 릴리프밸브의 원리를 응용한 고속제어 및 정밀 저속제어가 가능한 실린더에 관한 것으로 피스톤 헤드(11)에 가압시트(12)가 설치되고 유로(13)가 형성되며 하단에 금형(14)이 장착된 메인 피스톤(10)과 일측에 하강포트(21)가 형성된 메인실린더 커버(20)를 일측에 상승포트(31)가 형성되고 그 하단에 상기 유로(13)와 연결된 실린더 드레인포트(32)가 형성된 메인실린더(30)로 결합시키며 상기 메인실린더 커버(20)의 상부 중앙에서 피스톤 헤드(11)부로 연통되게 보조실린더 하우징(40)의 내측에 보조실린더 로드시트(41)가 형성된 보조실린더 로드(42)를 삽입시키고 보조실린더 로드(42)의 상부 내측에 볼 스크류 너트(51)를 설치하여 서보모터(S)에 의해 작동하는 볼 스크류(52)와 연결시켜서 보조실린더 헤드커버(43)로 결합시킨 것을 특징으로 한다.

Description

카운터 발란스 릴리프밸브의 원리를 응용한 고속제어 및 정밀 저속제어가 가능한 실린더{Application of high-speed and low-speed counter control the cylinder as the principle of the balance relief valve}

본 발명은 본 출원인이 선출원한 특허등록출원 제10-2014-0169842호의 카운터 발란스 릴리프밸브(Counter balance relief valve)의 작동원리를 응용한 이용발명으로 실린더의 정밀 속도제어가 가능케 한 카운터 발란스 릴리프밸브의 원리를 응용한 고속제어 및 정밀 저속제어가 가능한 실린더에 관한 것으로 특히 일반 자유단조,성형단조 및 스웨징 머신 등과 같이 고속으로 상승 및 하강작동시킬 수 있는 실린더가 요구되는 장치에 적용이 가능하게 실린더의 응답성을 향상시키면서 유압회로의 구성을 단순,간편하게 하여 실린더로써 충분한 작동 및 고속과 저속의 속도제어가 가능케 하고 소형실린더뿐만 아니라 대형실린더에 더욱 유리하게 적용할 수 있는 실린더에 관한 것이다.

일반적으로 유압실린더는 압력과 유압 등의 유체에너지를 공급받아 힘과 속도를 낼수 있는 기계적 에너지로 변환하는 기기로서 직선운동을 하는 액츄에이터(Actuator)로 그 구조는 유압실린더 튜브조립체와 피스톤조립체 사이의 유효단면(A)에 고압의 압력(P)을 공급하여 힘(F=P*A)을 발생시킬 수 있도록 되어있으며 유체의 밀봉을 위하여 씰(Seal)과 충격을 완화시키기 위한 쿠션 등이 조립된 것이다.

상기한 실린더의 핵심기술은 단순직선 운동을 하는 기기이지만 움직이는 산업기계에 부착되기 때문에 출력밀도(kw/kg)를 높이기 위한 컴팩트한 구조를 만들기 위해 고압 고속화기술,마찰을 최소화하고 유로의 적정설계를 통한 연비를 향상시킬 수 있는 고성능 기술,누유방지를 위한 씰링기술,실린더 끝단에서 큰 관성에 의한 충격을 완화시킬 수 있는 쿠션설계기술,무인자동화를 위한 위치검출기술,장 수명의 확보를 위한 내구성 설계기슬 등이 요구되고 있는 실정이다.

종래의 속도조절 실린더로는 실용신안등록 제20-0261192호(2단 속도조절 실린더)와 특허등록제10-0491394호(2단 속도조절 실린더) 등이 제시되어 있다.

상기 전자의 등록실용신안은 피스톤의 대직경부와 소직경부로 구분된 2단 피스톤으로 형성하고 소직경부가 삽입되는 정속구간부를 배출포트 측에 형성하고 정속구간부의 상하측에 배출포트와 연통되도록 유로를 형성하되,상측 유로 상에는 조절스크류를 설치하고 하측 유로 상에는 체크밸브를 설치란 구조이다.

상기 후자의 등록특허는 로드커버 측에 배출포트와 연결되는 시트부가 형성되고 상기 배출포트와 실린더를 연결하는 유로가 형성되어 상기 피스톤이 로드커버 측으로 움직일 때 상기 슬리브가 시트부에 밀착되면 상기 유로로 유체가 배출되도록 구성 되었으며 상기 유로에는 조절스크류가 설치되고 상기 피스톤과 슬리브 사이에 스프링을 설치하게 된 구조이다.

상기 전자의 실린더는 피스톤의 구조를 2단으로 변경하고 배출포트와 연통유로를 형성하여 조절스크류와 체크밸브를 설치하여 2단 속도조절을 할 수 있게 한 것으로 기계적인 장치와 체크밸브를 이용하여 단순하게 2단 속도조절하여 수동적인 조작의 불편함과 용량대비 속도조절의 한계가 있는 문제점이 있었다.

상기 후자의 실린더는 상기 전자의 구조와 유사하게 형성되어 기계적인 조작에 의해 조절하는 것으로 산업기기와 공작기계에 등에 적용하여 속도제어를 수행하기 미비한 실린더인 것이다.

또한 기존에 사용되고 있는 고속과 저속의 이중실린더는 대부분 2속의 유압회로가 필요한 것이고 다단 속도제어 역시 복잡한 유압회로의 구성과 다수의 유압밸브가 적용되어 설비의 비용이 증대되는 등의 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 목적으로 창출된 것으로 카운터 발란스 릴리프밸브의 작동원리를 이용하여 고속으로 상승 및 하강작동시킬 수 있는 실린더를 제공하기 위한 목적을 실현하여 실린더의 빠른 응답성과 단순하고 간단한 유압회로의 구성으로 충분한 작동 및 고속과 저속의 정밀 속도제어가 가능케 한 실린더를 제공할 수 있게 하였다.

본 발명은 피스톤 헤드에 가압시트가 설치되고 유로가 형성되며 하단에 금형이 장착된 메인 피스톤과 일측에 하강포트가 형성된 메인실린더 커버를 일측에 상승포트가 형성되고 그 하단에 상기 유로와 연결된 실린더 드레인포트가 형성된 메인실린더로 결합시키며 상기 메인실린더 커버의 상부 중앙에서 피스톤 헤드부로 연통되게 보조실린더 하우징의 내측에 보조실린더 로드시트가 형성된 보조실린더 로드를 삽입시키고 보조실린더 로드의 상부 내측에 볼 스크류 너트를 설치하여 서보모터에 의해 작동하는 볼 스크류와 연결시켜서 보조실린더 헤드커버로 결합시킨 것을 특징으로 한다.

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그러므로 본 발명은 일반 자유단조,성형단조 및 스웨징 머신 등과 같은 각종 산업기계에 적용하여 고속으로 상승 및 하강작동시킬 수 있는 실린더를 제공하고 실린더의 빠른 응답성과 단순,간단한 유압회로의 구성의 유지보수비용을 절감시키며 소형실린더뿐만 아니라 대형실린더에도 적용할 수 있는 등의 효과가 있는 것이다.

도 1 는 본 발명의 하강구조를 설명하기 위한 작동구조 단면도
도 2 는 본 발명의 상승구조를 설명하기 위한 작동구조 단면도

이하 발명의 요지를 첨부된 도면에 연계시켜 그 구성과 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1,2 는 본 발명의 하강 및 상승구조를 설명하기 위한 작동구조 단면도로 상승,하강 어큐뮤레이트와 솔레노이드릴리프밸브(도시없음)를 통하여 압유의 공급과 드레인 작용,서보모터와 볼 스크류에 의한 속도제어 등으로 로드의 고속 상승,하강구조를 설명하기 위하여 도시하였다.

피스톤 헤드(11)에 가압시트(12)가 설치되고 유로(13)가 형성되며 하단에 금형(14)이 장착된 메인 피스톤(10)과 일측에 하강포트(21)가 형성된 메인실린더 커버(20)를 일측에 상승포트(31)가 형성되고 그 하단에 상기 유로(13)와 연결된 실린더 드레인포트(32)가 형성된 메인실린더(30)로 결합시키며 상기 메인실린더 커버(20)의 상부 중앙에서 피스톤 헤드(11)부로 연통되게 보조실린더 하우징(40)의 내측에 보조실린더 로드시트(41)가 형성된 보조실린더 로드(42)를 삽입시키고 보조실린더 로드(42)의 상부 내측에 볼 스크류 너트(51)를 설치하여 서보모터(S)에 의해 작동하는 볼 스크류(52)와 연결시켜서 보조실린더 헤드커버(43)로 결합시킨 구조이다.

상기 하강포트(21)는 하강 솔레노이드릴리프밸브와 체크밸브를 통하여 연결시키고 상승포트(31)는 상승 어큐뮤레이트를 항상 40kg/cm²을 가지고 있는 상태로 유지되는 구조이다.

도면 중 미설명 부호 (15)는 메인실린더 로드 커버,(44)은 보조실린더 로드 커버이다.

이와 같이 된 본 발명은 카운터 발란스 릴리프밸브의 작동원리를 응용하여 실린더의 정밀 속도제어를 가능케 하기 위하여 메인실린더에 보조실린더를 접목시키고 상승,하강 어큐뮤레이트와 체크밸브를 통하여 압유의 공급과 드레인 작용,서보모터와 볼 스크류에 의한 속도제어 등으로 메인실린더 로드를 고속으로 승강시킬 수 있게 한 카운터 발란스 릴리프밸브의 원리를 응용한 고속제어 및 저속제어가 가능한 실린더를 제공하기 위한 것이다.

상기 본 발명을 설명하기에 앞서 카운터 발란스 릴리프밸브의 승강작동은 압력포트로 압력을 가하면 1룸과 2룸은 오리피스를 통하여 오일의 압력이 동일해지고 이때 카운터 발란스 스풀 스프링의 힘에 의하여 스풀 시트와 바디 시트가 밀착됨과 동시에 압력조정 핸들로 압력포핏 스프링을 눌러서 압력포핏을 밀착시켜 압력을 세팅한 곳까지 동일한 압력의 영향을 받는다.

그리고 압력포트 측의 압력이 압력포핏 스프링보다 높을 경우 압력포핏이 열려 파이로트 아웃을 통하여 탱크 드레인포트로 파이로트 압력이 빠져나가면서 2룸의 압력이 낮아져 카운터 발란스 스풀이 상승하게 되고 상기 압력포트 측의 압력이 압력포핏 스프링보다 낮을 경우 압력포핏이 닫히면서 카운터 발란스 스풀이 하강하여 닫히게 되는 구조이다.

본 발명은 상기와 같은 카운터 발란스 릴리프밸브의 작동원리를 응용하여 창출한 것으로 도 1 내지 도 2 에 의하여 설명하면 다음과 같습니다.

피스톤 헤드(11)와 메인실린더 커버(20)를 메인실린더(30)로 결합시키고 메인실린더 커버(20)의 상부 중앙에서 메인실린더 피스톤 헤드(11) 부로 연통되게 보조실린더 하우징(40)의 내측으로 보조실린더 로드시트(41)가 형성된 보조실린더 로드(42)를 삽입시키고 그 상부 내측에 볼 스크류 너트(51)를 설치하여 상단에 장착된 서보모터(S)에 의해 회전작동하는 볼 스크류(52)와 연결시켜서 보조실린더 헤드커버(43)로 결합시킨 것이다.

상기 메인 피스톤(10)은 상승 및 하강 어큐뮤레이트와 각각의 솔레노이드릴리프밸브를 통하여 압유의 공급 및 드레인시키고 서보모터(S)와 볼 스크류(52)에 의한 속도제어를 하면서 메인 피스톤(10)을 고속으로 상승,하강시킬 수 있게 하였다.

그 작동은 먼저 상승 어큐뮤레이트는 40kg/cm²의 압력을 항상 유지시킨다.

보조실린더의 하강신호와 함께 하강 솔레노이드릴리프밸브도 ON시켜서 상승포트(31)는 상시 40kg/cm²의 힘으로 상부로 밀어 올리고 하강포트(21)는 상시 180kg/cm²의 힘으로 하부로 밀게된다.

이때 상승포트(31)의 단면적과 압력이 피스톤 헤드(11)부 쪽보다 작으므로 그로 인하여 하강하게 된다.

즉,도 1 과 같이 메인 피스톤의 가압시트(12)가 보조실린더의 로드시트(41)에 밀착하게 되어 하강을 하게 되고 상승포트(31) 쪽의 오일은 하강을 통하여 상승 어큐뮤레이트로 드레인된다.

그리고 도 2 와 같이 메인 피스톤의 가압시트(12)가 보조실린더의 로드시트(41)에서 이격되면 오일이 화살표의 흐름과 같이 탱크실린더 드레인포트(32)로 오일이 드레인되면서 메인 피스톤(10)의 피스톤 헤드(11)부의 하강포트(21)는 상승포트(31) 보다 압력이 낮아 상승을 하게 되는 것이다.

상기의 속도제어는 서보모터(S)와 볼 스크류(52)를 이용하여 정밀한 제어를 구현할 수 있는 것이다.

상기 서보모터(S)의 구동력으로 볼 스크류(52)를 정,역회전시키고 볼 스크류(52)의 하단은 보조실린더 로드(42)의 상부 내측에 설치된 볼스크류 너트(51)와 결합되어 있어 볼 스크류(52)의 정회전 또는 역회전 작동시 볼 스크류 너트(51)가 보조실린더 로드(42)와 함께 상승 및 하강작동을 하는 것이다.

상기한 작동과 같이 보조실린더가 필요한 속도로 하강을 하게 되면 보조실린더의 로드시트(41)와 메인 피스톤(10)의 가압시트(12)가 하강포트(21)의 압력과 유량으로 인하여 상승포트(31)의 압력과 하강포트(21)의 압력이 서로 상충하면서 보조실린더의 로드시트(41)와 메인 피스톤(10)의 가압시트(12)가 서서히 밀착을 하면서 보조실린더의 속도에 맞추어 내려오게 되는 것이다.

이때 메인 피스톤(10)의 선단에 타격이나 가압 등의 부하가 닫게 되면 보조실린더의 로드시트(41)와 메인 피스톤(10)의 가압시트(12)가 완전히 밀착되게 되어 메인 피스톤(10)의 가압시트(12)가 완전히 막히게 되면서 피스톤 헤드(11) 쪽에는 압력이 급상승하여 가압을 하게 되는 것이다.

보조실린더가 고속으로 상승,하강작동을 하여도 상승,하강 솔레노이드릴리프밸브가 빈번한 작동을 하지 않고 작업시작에 한 번만 작동하고 작업이 종료될 때 작동을 멈추고 상승,하강 어큐뮤레이트와 조합하여 사용하기 때문에 속도,압력,쇼크 완충작용을 할 수 있어 쇼크가 발생하지 않는다.

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.

10: 메인 피스톤 11: 피스톤 헤드
12: 가압시트 13: 유로
14: 금형 20: 메인실린더 커버
21: 하강포트 30: 메인실린더
31: 상승포트 32: 실린더 드레인포트
41: 보조실린더 로드시트 42: 보조실린더 로드
43: 보조실린더 헤드커버 51: 볼 스크류 너트
52: 볼 스크류 S: 서보모터

Claims (2)

1. 피스톤 헤드(11)에 가압시트(12)가 설치되고 유로(13)가 형성되며 하단에 금형(14)이 장착된 메인 피스톤(10)과 일측에 하강포트(21)가 형성된 메인실린더 커버(20)를 일측에 상승포트(31)가 형성되고 그 하단에 상기 유로(13)와 연결된 실린더 드레인포트(32)가 형성된 메인실린더(30)로 결합시키며 상기 메인실린더 커버(20)의 상부 중앙에서 피스톤 헤드(11)부로 연통되게 보조실린더 하우징(40)의 내측에 보조실린더 로드시트(41)가 형성된 보조실린더 로드(42)를 삽입시키고 보조실린더 로드(42)의 상부 내측에 볼 스크류 너트(51)를 설치하여 서보모터(S)에 의해 작동하는 볼 스크류(52)와 연결시켜서 보조실린더 헤드커버(43)로 결합시킨 것을 특징으로 하는 카운터 발란스 릴리프밸브의 원리를 응용한 고속제어 및 정밀 저속제어가 가능한 실린더.
   
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