KR101945788B1

KR101945788B1 - 유체압 실린더

Info

Publication number: KR101945788B1
Application number: KR1020120083037A
Authority: KR
Inventors: ? 오리하라; 야스나가 스즈키; 나오키 호시; 히로유키 아사하라
Original assignee: 에스엠시 가부시키가이샤
Priority date: 2011-08-04
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2019-02-08
Anticipated expiration: 2032-07-30
Also published as: TWI586901B; CN102913503A; DE102012015179A1; KR20130017072A; TW201319409A; JP5862098B2; CN102913503B; US20130032027A1; US9038527B2; JP2013036494A

Abstract

본 발명은 유량조정 밸브 등을 이용하지 않더라도, 워크에 작용하는 관성력을 억제하고, 이것에 의하여 워크의 위치 결정 정밀도를 높일 수 있음과 동시에, 피스톤의 스트로크 길이를 유지한 상태에서 전체 길이를 단축할 수 있는 유체압 실린더를 제공하는 것이다. 유체압 실린더(10)는, 실린더 튜브(12)의 선단 개구부를 밀폐하는 칼라 부재(18)와, 실린더 튜브(12)의 후단 개구부에 삽입된 상태에서 상기 후단 개구부를 밀폐하는 엔드 플레이트(22)와, 실린더 튜브(12)의 내주면에 개구되어 압력 유체가 유통하는 제1 포트(28)와, 제2 포트(30)를 구비한다. 엔드 플레이트(22)의 외주 내측 가장자리에는 환형홈(87)이 형성되고, 피스톤(14)은 엔드 플레이트(22)에 접촉함으로써 상기 환형홈(87)과의 사이에서 공간(S2)을 형성함과 동시에 상기 제2 포트(30)의 실린더 튜브(12) 내측의 개구부를 최대 90%까지 밀폐한다.

Description

유체압 실린더{FLUID PRESSURE CYLINDER}

본 발명은 압력 유체의 작용하에서 축선 방향을 따라 피스톤을 위치 변화시키는 유체압 실린더에 관한 것이다.

종래부터, 워크(workpiece) 등의 반송수단으로서, 위치 결정 및 다양한 산업기계를 구동하는 구동 수단으로서 유체압 실린더가 널리 사용되고 있다.

일반적으로, 유체압 실린더는, 유체 공급 포트로부터 공급되는 압력 유체에 의하여 실린더 튜브 내에 설치된 피스톤이 축선 방향을 따라 위치 변화하고, 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드를 통하여 워크의 반송, 위치 결정 등을 행하고 있다(일본공개특허 특개2005-240936호 공보 참조).

이런 종류의 실린더에 관하여 최근에는 유체압 실린더의 소형화, 특히, 피스톤(피스톤 로드)의 스트로크 길이를 유지한 상태에서 유체압 실린더의 축선 방향의 길이(유체압 실린더의 전체 길이)를 단축할 것이 요구되고 있다.

일본공개특허 특개2005-240936호

특허문헌 1에 따른 유체압 실린더에서는, 피스톤이 위치 변화를 개시할 때 및 정지할 때에 워크에 대하여 관성력이 작용한다. 이 때문에, 워크의 종류 등에 따라 상기 관성력에 의하여 상기 피스톤 로드에 대한 상기 워크의 위치가 어긋나 워크의 위치 결정 정밀도가 저하할 가능성이 있다.

이런 종류의 문제점을 극복하기 위하여 유량조정 밸브가 사용되는 일이 있다. 즉, 피스톤이 변위 개시 동작 또는 정지 동작을 행할 때, 유량조정 밸브에 의하여 실린더 튜브 내로의 압력 유체 유입량이나 실린더 튜브로부터의 압력 유체의 유출량을 조정함으로써 워크에 작용하는 관성력을 억제할 수 있다.

그러나, 유량조절 밸브를 조립하는 것 자체 비용이 드는 것과 함께, 상기 유량조정 밸브 등의 제어가 번잡해질 우려가 있다.

본 발명은 이와 같은 과제를 고려하여 만들어진 것으로, 유량조정 밸브 등을 이용하지 않더라도, 워크에 작용하는 관성력을 억제하고, 이것에 의하여 워크의 위치 결정 정밀도를 높일 수 있음과 동시에, 피스톤의 스트로크 길이를 유지한 상태에서 전체 길이를 단축할 수 있는 유체압 실린더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원의 청구항 1에서 특정된 발명은, 실린더 튜브 내에 위치 변화 가능하게 설치된 피스톤과, 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드가 삽입 통과된 상태에서 상기 실린더 튜브의 일단 개구부를 밀폐하는 제1 밀폐부재와, 상기 실린더 튜브의 타단 개구부에 삽입 통과된 상태에서 상기 타단 개구부를 밀폐하는 제2 밀폐부재와, 상기 실린더 튜브의 내주면에 개구되어 압력 유체가 유통하는 제1 포트와 제2 포트를 구비한 유체압 실린더에 있어서, 상기 제1 밀폐부재의 내측 끝면에는, 상기 실린더 튜브의 축선 방향을 따라 상기 피스톤을 향하여 돌출된 원형상 돌출부가 형성되고, 상기 피스톤에는 상기 원형상 돌출부가 밖에서 끼움 결합 가능한 오목부가 형성되며, 상기 제2 밀폐부재의 내주연부에는 환형홈이 형성되고, 상기 피스톤은 상기 제2 밀폐부재에 접촉함으로써 상기 환형홈과의 사이에서 압력받이 챔버를 형성함과 동시에, 상기 제2 포트의 실린더 튜브 내측의 개구부를 최대 90%까지 밀폐하는 것을 특징으로 한다.

본원의 청구항 1에서 특정된 발명에 의하면, 피스톤이 제2 밀폐부재에 접촉한 상태에서 예를 들면, 압력 유체 공급원으로부터 제2 포트에 압력 유체를 공급하면, 상기 압력 유체는, 상기 제2 포트의 실린더 튜브 내측의 개구부에만 적당한 정도의 유량으로 밀려들어 가면서 압력받이 챔버에 유입되게 된다. 이것에 의하여 상기 압력받이 챔버로의 압력 유체의 유입량을 적절하게 줄이는 것이 가능하므로, 피스톤의 가속도를 줄일 수 있다. 따라서, 상기 피스톤의 제1 밀폐부재측으로의 변위 개시 동작시에 유량조정 밸브 등을 이용하지 않아도, 워크에 작용하는 관성력을 억제할 수 있다.

또한, 상기 제2 포트로부터 유도된 압력 유체의 작용 하에서 피스톤이 제1 밀폐부재측으로 위치 변화하면, 상기 제1 밀폐부재의 원형상 돌출부가 상기 피스톤의 오목부에 외부로부터 끼움 결합된다. 이것에 의하여, 제1 포트에 유도되는 유체(압력 유체)는, 상기 원형상 돌출부와 상기 오목부의 간격으로 밀려들어 가기 때문에, 상기 제1 밀폐부재와 상기 피스톤 사이에 존재하는 유체의 압력이 높아지고, 상기 피스톤이 감속되는 것이다. 따라서, 피스톤의 제1 밀폐부재측에서의 정지 동작시에, 유량조정 밸브를 이용하지 않아도, 워크에 작용하는 관성력을 억제할 수 있다.

그리고, 상기 제1 포트로부터 유도되는 압력 유체의 작용하에서 상기 피스톤이 제2 밀폐부재측으로 위치 변경하면, 상기 제2 포트의 실린더 튜브 내측의 개구부는 피스톤에 의하여 서서히 감싸지게 된다. 따라서, 상기 제2 포트에 유도되는 유체(압력 유체)는 상기 개구부로 밀려들므로, 상기 제2 밀폐부재와 상기 피스톤 사이에 존재하는 유체의 압력이 높아지고, 상기 피스톤이 서서히 감속하게 된다. 따라서, 피스톤의 제2 밀폐부재측에서의 정지 동작시에 유량조정 밸브를 이용하지 않아도, 워크에 작용하는 관성력을 억제할 수 있다.

그리고, 또한 제1 밀폐부재에 형성된 원형상 돌출부가 피스톤에 형성된 오목부에 외측으로부터 끼움 결합 가능하게 되어 있으므로, 상기 피스톤의 스트로크 길이를 유지한 상태에서 유체압 실린더의 전체 길이가 단축된다.

본원의 청구항 2에서 특정된 발명은, 청구항 1에 기재된 유체압 실린더에 있어서, 상기 피스톤은, 상기 원형상 돌출부에 접촉함으로써 상기 제1 밀폐부재와의 사이에서 압력받이 챔버를 형성함과 동시에, 상기 제1 포트의 상기 실린더 튜브 내측의 개구부를 최대 90%까지 밀폐하는 것을 특징으로 한다.

본원의 청구항 2에서 특정된 발명에 의하면, 피스톤의 제2 밀폐부재측으로의 변위 개시 동작시에 유량조정 밸브를 이용하지 않더라도, 워크에 작용하는 관성력을 억제할 수 있다. 또한, 상기 제2 포트로부터 실린더 튜브 내에 유입되는 압력 유체의 작용하에서 피스톤이 제2 밀폐부재측으로 위치 변경한 때, 상기 제1 포트의 개구부가 상기 피스톤에 의하여 서서히 감싸지게 되므로, 상기 피스톤의 제1 밀폐부재측으로의 정지 동작시에 워크에 작용하는 관성력을 더욱 억제할 수 있다.

본원의 청구항 3에서 특정된 발명은, 청구항 2에 기재된 유체압 실린더에 있어서, 상기 피스톤은, 상기 제2 밀폐부재에 접촉한 상태에서 상기 제2 포트의 상기 실린더 튜브 내측의 개구부를 70% 밀폐하고, 상기 원형상 돌출부에 접촉한 상태에서 상기 제1 포트의 상기 실린더 튜브 내측의 개구부를 70% 밀폐하는 것을 특징으로 한다.

본원의 청구항 3에서 특정된 발명에 의하면, 피스톤이 제2 밀폐부재에 접촉한 상태에서 제2 포트의 실린더 튜브 내측의 개구부의 30%가 압력받이 챔버에 연통되고, 상기 피스톤이 원형상 돌출부에 접촉한 상태에서 제1 포트의 실린더 튜브 내측의 개구부의 30%가 압력받이 챔버에 연통하므로, 유체압 실린더의 축 방향 길이를 가급적 작게 하여 더욱 소형화할 수 있음과 동시에, 그리스 등의 이물질이 연통부위를 막는 일을 방지할 수 있다.

이상에 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압력 유체 공급원으로부터 제2 포트로 유도되는 압력 유체가 상기 제2 포트의 실린더 튜브 내측의 개구부에만 적절한 정도의 유량으로 밀려들어 압력받이 챔버에 유입되므로, 피스톤의 제1 밀폐부재로의 변위 개시 동작 시에 상기 피스톤의 가속도를 줄일 수 있다. 또한, 상기 피스톤의 제1 밀폐부재측에서의 정지 동작 시에 원형상 돌출부와 오목부의 간격에서 제1 포트로 유도되는 유체가 밀려들므로, 상기 피스톤을 감속시킬 수 있다. 아울러, 상기 피스톤의 제2 밀폐부재측에서의 정지 동작 시에 상기 피스톤에 의하여 제2 포트의 실린더 튜브 내측의 개구부가 서서히 감싸지므로, 상기 피스톤을 서서히 감속시킬 수 있다. 즉, 유량조정 밸브 등을 이용하지 않아도, 워크에 작용하는 관성력을 억제할 수 있고, 이에 따라 워크의 위치 결정을 높은 정밀도로 수행할 수 있다. 그리고, 상기 원형상 돌출부가 상기 오목부에 외측으로부터 끼움 결합 가능하게 되어 있으므로, 피스톤의 스트로크를 유지한 상태에서 유체압 실린더의 전체 길이를 단축할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유체압 실린더의 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체압 실린더의 분해 단면도이다.
도 4는 도 2의 IV-IV선에 따른 단면도이다.
도 5는 피스톤 로드 단부측으로 위치 변경한 상태를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따른 유체압 실린더의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시한 유체압 실린더에서 피스톤 로드 단부측으로 위치 변형한 상태를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명에 따른 유체압 실린더에 관하여 적절한 실시예를 예시하고, 첨부의 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2와 같이, 유체압 실린더(10)는 대략 직사각 형상으로 형성된 통 형상의 실린더 튜브(12)와, 상기 실린더 튜브(12) 내에 슬라이딩 가능하게 설치되는 피스톤(14)과, 상기 피스톤(14)에 연통되는 피스톤 로드(16)와, 상기 실린더 튜브(12)의 선단 개구부(화살표 X1 방향의 개구부)를 막는 칼라(collar) 부재(18, 제1 밀폐부재)와, 상기 칼라 부재(18)가 화살표 X1 방향으로 이동하는 것을 저지하기 위한 멈춤링(20)과, 상기 실린더 튜브(12)의 후단 개구부(화살표 X2 방향의 개구부)를 막는 엔드 플레이트(22, 제2 밀폐부재)를 구비한다.

상기 칼라 부재(18)의 내측 끝면, 엔드 플레이트(22)의 내측 끝면 및 실린더 튜브(12)의 내주면에 의하여 실린더실(24)이 형성되는 것이다(도 2 참조). 칼라 부재(18)의 구조에 관하여는 뒤에서 설명한다.

실린더 튜브(12)는 예를 들면, 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 구성되고, 그 외주면에는 피스톤(14)의 위치를 검출할 수 있는 센서(미도시, 자기 센서)가 장착되는 복수(도 1에서는 8개)의 센서 홈(26)이 실린더 튜브(12)의 축선 방향(화살표 X 방향)을 따라 연장 형성된다.

도 2 및 도 3과 같이, 실린더 튜브(12)에는 중앙으로부터 얼마간 화살표 X1 방향 부근에 위치한 제1 포트(28)와, 화살표 X2 방향의 단부 근방에 위치한 제2 포트(30)가 형성된다.

제1 포트(28)는 나사홈이 새겨진 제1 접속공(32)과, 상기 제1 접속공(32)에 연통하면서 실린더 튜브(12)의 내주면에 개구된 제1 연통공(34)을 가진다. 그리고, 제1 접속공(32)과 제1 연통공(34) 각각의 중심선은 대략 일치한다.

제2 포트(30)는 나사홈이 새겨진 제2 접속공(36)과, 상기 제2 접속공(36)에 연통하면서 실린더 튜브(12)의 내주면에 개구된 제2 연통공(38)을 가진다. 그리고, 상기 제2 연통공(38)의 중심선은 제2 접속공(36)의 중심선보다도 화살표 X2 방향으로 오프셋되어 있다.

제2 접속공(36)의 크기는, 제1 접속공(32)의 크기와 대략 동일하게 설정되고, 제2 연통공(38)의 크기는, 제1 연통공(34)의 크기와 대략 동일하게 설정된다. 이 경우, 제1 접속공(32), 제2 접속공(36)에는 도시하지 않은 외부기구가 접속되고, 예를 들면, 압축 에어 등 압력 유체의 유통에 도움이 된다.

실린더 튜브(12)의 내주면 중, 화살표 X1 방향의 단부에는 칼라 부재(18) 장창용의 제1 홈부(40)와, 멈춤링(20) 장착용의 제2 홈부(42)가 각각 링 형상으로 형성된다. 멈춤링(20)은 C자 형상이며, 칼라 부재(18)가 축 방향으로 이동하는 것을 저지하기 위하여 사용된다.

또한, 실린더 튜브(12)의 내주면 중, 화살표 X2 방향의 단부에는, 엔드 플레이트(22) 장착용의 제3 홈부(44)가 링 형상으로 형성된다. 그리고, 제1 및 제3 홈부(40, 44)의 홈 깊이는 대략 동일하게 설정된다.

피스톤(14)은 화살표 X 방향으로 위치 변경 가능한 상태에서 실린더실(24)내에 설치된다. 따라서, 실린더실(24)은 제1 포트(28)에 연통하는 제1 실린더실(28a)과, 제2 포트(30)에 연통하는 제2 실린더실(24b, 도 5 참조)로 분할된다.

또한, 피스톤(14)은 원판 형상으로 형성된 피스톤 본체(48)와, 상기 피스톤 본체(48) 일측의 단면(배면)으로부터 칼라 부재(18)측으로 돌출된 링 형상 돌출부(50)를 포함한다.

상기 피스톤 본체(48)의 외주 가장자리는 모따기됨과 동시에 이것의 대략 중앙부에는 축선을 따라 관통공(52)이 형성된다.

상기 관통공(52)에는, 피스톤 로드(16)의 일단부가 삽입 통과되는 피스톤 본체(48)와 피스톤 로드(16)가 일체화된다. 상기 피스톤 로드(16)의 타단부는, 칼라 부재(18)를 관통하여 실린더 튜브(12)의 외측으로 연장 형성된다. 그리고, 피스톤 본체(48)에 설치된 링 형상 홈(54)에 수지 등으로 구성된 피스톤 패킹(56)이 장착되고, 링 형상 돌출부(50)에 설치된 링 형상 홈(58)에 자성체(60)가 장착된다. 상기 자성체(60)는, 제1 연통공(34)을 막지않는 위치에 설치된다. 상기 링 형상 돌출부(50)의 형성에 의하여 피스톤 본체(48)의 일단부측에 오목부(62)가 형성되는 것이다.

칼라 부재(18)는 예를 들면, 알루미늄 합금 등의 금속 재료로 구성되고, 그 축심을 따라 피스톤 로드(16)가 관통하는 삽입 통과공(64)이 형성된다.

상기 삽입 통과공(64)은 멈춤링(20)측에서 직경이 확대되어 링 형상 홈(66)이 형성되며, 이 링 형상 홈(66)에 수지 등으로 구성된 로드 패킹(68)이 장착된다. 한편, 삽입 통과공(64)의 엔드 플레이트(22)측에는 칼라 부재(18)에 윤활유를 저장하기 위한 오일 포켓(70)이 형성된다.

상기와 같이 구성된 칼라 부재(18)는 실린더 튜브(12)의 제1 홈부(40)에 장착되는 대직경부(72)와, 실린더 튜브(12)의 내주면에 접촉하는 중직경부(74)와, 상기 중직경부(74)에 연장 설치되는 피스톤(14)의 오목부(62)에 끼움 결합되는 소직경부(76, 원형상 돌출부)를 포함한다.

이 경우, 소직경부(76)의 직경은 상기 오목부(62)의 직경보다도 약간 작게, 그것도 상기 소직경부(76)의 축 방향 길이는 상기 오목부(62)의 깊이보다 길다. 그리고, 칼라 부재(18)에 설치된 링 형상 홈(78)에 수지 등으로 구성되는 O링(80)이 장착된다.

엔드 플레이트(22)는 예를 들면, 알루미늄 등의 금속재료로 구성되고, 상술한 제3 홈부(44)에 장착되는 엔드 플레이트 본체(84)와, 엔드 플레이트 본체(84)의 일측 끝면으로부터 칼라 부재(18)측으로 돌출된 제1 돌출부(86)와, 엔트 플레이트 본체(84)의 타측 끝면으로부터 외측으로 돌출된 제2 돌출부(88)를 포함한다. 그리고, 엔드 플레이트 본체(84), 제1 돌출부(86) 및 제2 돌출부(88)는 일체적으로 형성되는 것이며, 전체적으로 디스크 형상이다.

또한, 엔드 플레이트(22)는 실린더 튜브(12)의 후단 개구부를 통하여 상기 실린더 튜브(12) 내에 삽입 배치된 상태에서 상기 실린더 튜브(12)의 일단부를 더욱 쪼임으로써 고정된다. 이때 실린더 튜브(12)에는, 제3 홈부(44)보다도 반경 방향 내측으로 돌출된 장출부(92, 張出部)가 링 형상으로 형성된다. 그리고, 도 5부터 도시된 바와 같이 제2 돌출부(88)의 외주면과 장출부(92) 사이에는 간격(A)이 형성된다.

제1 돌출부(86)의 형성에 의하여 엔드 플레이트 본체(84)의 일측 끝면에 링 형상 홈(87)이 형성되고, 제2 돌출부(88)의 형성에 의하여 상기 엔드 플레이트 본체(84)의 타측 끝면에 링 형상 홈(89)이 형성된다.

제1 및 제2 돌출부(86, 88)의 외경은, 임의로 설정할 수 있다. 본 실시 형태에서는 예를 들면, 제1 돌출부(86)의 외경은 소직경부(76)의 외경과 대략 동일하게 설정하고, 제2 돌출부(88)의 외경은 실린더 튜브(12)의 내경보다도 작게, 그리고 제1 돌출부(86)의 외경보다도 크게 설정된다.

제1 돌출부(86)의 축방향 돌출량은, 제2 연통공(38)의 직경보다도 작게 설정된다. 구체적으로는, 제1 돌출부(86)의 돌출량은 예를 들면, 제2 연통공(38) 내경의 1/3정도 크기로 설정된다. 예를 들면, 제1 도출부(86)의 돌출량은, 소직경부(76)의 돌출량과 링 형상 돌출부(50)의 돌출량의 차와 대략 동일한 크기로 설정하는 것이 바람직하다. 그리고, 제2 돌출부(88)의 돌출량은, 임의로 설정할 수 있으나, 제품 완성시에 실린더 튜브(12)의 끝면(12a)과 일치하는 면이 되는 정도의 돌출량이며, 상세하게는, 제2 돌출부(88)의 돌출량은, 제품 완성시에 상기 제2 돌출부(88)의 외측 끝면(88a)이 상기 실린더 튜브(12)의 끝면(12a)보다도 약간 내측(피스톤(14)측)으로 위치하도록 하는 돌출량이면 바람직하다.

이상과 같이 구성된 유체압 실린더(10)에서는, 피스톤(14)이 칼라 부재(18)를 구성하는 소직경(76)의 내측 끝면에 접촉한 상태(도 5의 상태: 이하, 제1의 상태라 칭하기로 한다.)에서 중직경부(74)의 내주면, 링 형상 돌출부(50)의 내측 끝면 및 실린더 튜브(12)의 내주면으로 감싸진 영역에 공간(S1, 압력받이 챔버)이 형성되는 것이다.

그리고, 도 4와 같이 제1 연통공(34)은 피스톤(14)의 외주면에 임하면서 피스톤(14)의 외주면에 의하여 최대 90%까지 밀폐된다. 이에 따라, 공간(S1, 제1 실린더실(24a))으로의 압력 유체의 유입량이나 제1 실린더실(24a)로부터의 압력 유체의 유출량을 제1 연통공(34)의 개구부에서 적절한 정도로 밀려들게 할 수 있다.

바람직하게는, 제1 연통공(34)은 피스톤(14)의 외주면에 의하여 70% 밀폐되는 것이 좋다. 이에 따라, 제1의 상태에서 제1 연통공(34)의 개구부의 30%가 공간(S1)에 연통하므로, 유체압 실린더(10)의 축방향 길이를 가급적 작게 하여 더욱 소형화에 도움을 주면서 제1 연통공(34)의 개구부 중 상기 공간(S1)과의 연통 부분이 그리스 등의 이물질에 의하여 막히는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

한편, 피스톤(14)이 제1 돌출부(86)의 내측 끝면에 접촉한 상태(도 2의 상태: 이하 제2의 상태라 칭하기로 한다.)에서 피스톤(14)의 상측 끝면, 제1 돌출부(86)의 외주면, 엔드 플레이트 본체(84)의 내측 끝면 및 실린더 튜브(12)의 내주면에 의하여 공간(S2, 압력받이 챔버)이 형성된다. 그리고, 공간(S2)의 체적(용적)은 공간(S1)의 체적(용적)보다 크게 설정된다.

그리고, 제2 연통공(38)은 피스톤(14)의 외주면에 임하면서, 피스톤(14)의 외주면에 의하여 최대 90%까지 밀폐된다. 이에 따라 공간(S2, 제 실린더실(24b))로의 압력 유체의 유입량이나 제2 실린더실(24b)로부터의 압력 유체의 유출량을 제2 연통공(38)의 개구부로 적절한 정도로 밀려들게 할 수 있다.

바람직하게는, 제2 연통공(38)은 피스톤(14)의 외주면에 의하여 70% 밀폐되는 것이 좋다. 이에 따라, 제2의 상태에서 제2 연통공(38)의 개구부의 30%가 공간(S2)에 연통하므로, 유체압 실린더(10)의 축방향 길이를 가급적 작게 하여 더욱 소형화에 도움을 주면서 제2 연통공(38)의 개구부 중 상기 공간(S2)과의 연통 부분이 그리스 등의 이물질에 의하여 막히는 것을 방지할 수 있기 때문이다.

본 실시 형태에서는 상술한 바와 같이 실린더 튜브(12)의 일단부를 더욱 조인 상태에서 제2 돌출부(88)의 외주면과 장출부(92) 사이에 간격(A)이 형성되므로, 씰 부재를 설치하지 않아도, 소망하는 씰 성능을 확보할 수 있게 된다. 따라서, 부품 갯수가 감소되므로, 유체압 실린더(10)의 제조 비용을 저감할 수 있다.

또한, 도시하지 않은 링 부재를 상기 간격(A)에 장착함으로써 유체압 실린더(10)의 위치 결정을 간단히 행할 수 있다.

그리고, 화살표 C 방향에 있어서, 제2 돌출부(88)의 외측 끝면(88a)이 실린더 튜브(12)의 끝면(12a)보다도 화살표 X1 방향(피스톤(14)측)으로 약간 어긋나게 위치하므로, 상기 실린더 튜브(12)의 끝면(12a)보다도 화살표 X2 방향으로 상기 제2 돌출부(88)의 외측 끝면(88a)이 위치하도록 엔드 플레이트(22)를 실린더 튜브(12)에 더욱 조이는 경우와 비교하여 유체압 실린더(10)의 전체 길이를 단축할 수 있다.

다음으로, 본 발명에 따름 유체압 실린더(10)의 동작 및 작용에 관하여 설명한다.

제2의 상태에 있어서, 제1 포트(28)를 대기측으로 개방한 상태에서, 도시하지 않은 압력 유체 공급원으로부터 제2 접속공(36)에 압력 유체(예를 들면, 압축 에어)를 공급하면, 상기 압력 유체가 제2 연통공(38)의 실린더 튜브(12) 내측의 개구부에만 적절한 정도(예를 들면, 30% 정도)의 유량으로 밀려들어 공간(S2, 제 실린더실(24b))에 유입된다.

그리고, 상기 공간(S2)으로 유도된 압력 유체의 작용하에서 피스톤(14)이 화살표 X1 방향(선단측)으로 위치 변경한다. 이때, 피스톤(14)의 가속도는 공간(S2)의 압력 유체의 유입량과 비례하므로, 압력 유체의 공급이 개시될 때에 있어서, 피스톤(14)의 가속도는 적절한 정도로 작아지게 된다. 즉, 피스톤(14) 선단측으로의 급격한 이동이 억제된다.

피스톤(14)이 화살표 X1 방향으로 이동하면, 제2 실린더실(24b)에 연통하는 제2 연통공(38)의 개구부 면적 비율이 서서히 커지게 된다. 바꿔 말하면, 제2 연통공(38)의 개구부의 제2 실린더실(24b)에 대한 연통 면적이 서서히 증가하므로, 압력 유체의 상기 제2 실린더실(24b)로의 유입량(단위시간당 유입량)이 서서히 증가하나. 따라서, 피스톤(14)의 가속도가 상승한다.

다음으로, 제2 연통공(38)의 개구부 전부가 제2 실린더실(24b)에 임하도록 되고, 피스톤(14)이 일정한 속도로 화살표 X1 방향으로 위치 변경하게 된다.

이후, 피스톤(14)의 오목부(62)가 칼라 부재(18)의 소직경부(76)에 끼움 결합하도록 링 형상 돌출부(50)와 상기 소직경부(76) 사이의 간격에 의하여 제1 연통공(34)으로 유도되는 유체의 유량이 제한되기 (작아지기) 때문에, 오목부(62) 내의 유체 압력이 점차 높아진다. 따라서, 피스톤(14)의 변위 동작이 제약되기 때문에, 상기 피스톤(14)이 서서히 감속된다. 즉, 오목부(62) 내의 유체가 피스톤(14)의 쿠션 효과(에어 쿠션 효과)로 작용한다.

계속하여, 피스톤(14)이 감속되면서 화살표 X1 방향으로 더욱 위치 변경하면, 제1 연통공(34)의 실린더 튜브(12) 내측의 개구부가 링 형상 돌출부(50)에 의하여 서서히 감싸지게 된다. 따라서 제1 연통공(34)으로 유도되는 제1 실린더실(24a) 내의 유체는, 상기 제1 연통공(34)의 개구부로 밀려들게 되므로, 제1 실린더실(24a) 내의 유체 압력이 높아지고, 상기 피스톤(14)이 더욱 감속된다.

그리고, 피스톤 본체(48)의 오목부(62)를 형성하는 벽부가 소직경부(76)의 내측 끝면에 접촉할 때 피스톤(14)이 정지되는 제1의 상태가 된다(도 5 참조). 이때, 피스톤(14)과 칼라 부재(18) 사이에 공간(S1)이 형성되면서 제1 연통공(34)의 개구부 일부(예를 들면, 70%)가 링 형상 돌출부(50)에 의하여 감싸지게 된다.

한편, 도시하지 않은 절환 밸브의 절환 작용하에 압력 유체의 공급을 제2 포트(30)로부터 제1 포트(28)로 바꾸게 되면, 상기 압력 유체 공급원으로부터 제1 접속공(32)에 압력 유체가 공급되고, 상기 압력 유체가 제1 연통공(34)의 실린더 튜브(12) 내측의 개구부에만 적절한 정도(예를 들면, 30% 정도)의 유량으로 밀려들어 공간(S1, 제1 실린더실(24a))에 유입된다.

그리고, 상기 공간(S1)으로 유도된 압력 유체의 작용하에서 피스톤(14)이 화살펴 X2 방향(후단측)으로 위치 변경한다. 이때, 피스톤(14)의 가속도는, 공간(S1)의 압력 유체의 유입량과 비례하므로, 피스톤(14)의 변위 개시 동작 시에 피스톤(14)의 가속도는 적절한 정도로 작아지게 된다.

그리고, 이 경우, 공간(S1)의 체적이 공간(S2)의 체적보다도 작게 설정되어 있으므로, 피스톤(14)의 엔드 플레이트(22)측으로의 변위 동작 시 가속도는 피스톤(14)의 칼라 부재(18)측으로의 변위 동작 개시 시의 보다도 크게 된다.

피스톤(14)이 화살표 X2 방향으로 이동하면, 제1 실린더실(24a)에 연통하는 제1 연통공(34)의 개구부 면적비율이 서서히 커지게 되는, 바꿔 말하면, 제1 연통공(34) 개구부의 제1 실린더실(24a)에 대한 연통 면적이 서서히 증가하므로, 압력 유체의 상기 제1 실린더실(24a)로의 유입량(단위시간당 유입량)이 서서히 증가한다. 이에 따라, 피스톤(14)이 서서히 가속되는 것이다.

그리고, 제1 연통공(34)의 개구부 전부가 제1 실린더실(24a)에 임하도록 되고, 피스톤(14)이 일정한 속도로 화살표 X2 방향으로 위치 변경하게 된다.

이후, 피스톤(14)이 화살표 X2 방향으로 위치 변경함으로써, 제2 연통공(38)의 실린더 튜브(12) 내측의 개구부가 피스톤(14)에 의하여 서서히 감싸지게 된다. 따라서, 제2 연통공(38)으로 유도되는 제2 실린더실(24b) 내의 유체는, 상기 제2 연통공(38)의 개구부로 밀려들게 되므로, 제2 실린더실(24b) 내의 유체 압력이 높아지고, 상기 피스톤(14)은 감속된다.

그리고, 피스톤 본체(48)의 상면이 제1 돌출부(86)의 내측 끝면에 접촉할 때 피스톤(14)이 정지되는 제2의 상태로 복귀한다. 이와 같이 하여, 실린더실(24)에 내장된 피스톤(14)을 축선 방향을 따라 왕복 운동시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 유체압 실린더(10)를 사용하면, 피스톤(14)의 변위 개시 동작시(워크의 변위 개시 시) 및 피스톤(14)의 정지 동작 시(워크의 정지 시), 워크에 작용하는 관성력을 적절하게 억제할 수 있다. 따라서, 실린더실(24)로의 압력 유체의 유입량을 조정 가능한 유량조정 밸브 등을 이용하지 않아도, 상기 워크의 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

본 실시 형태에 따른 유체압 실린더(10)에 의하면, 피스톤(14)을 화살표 X1 방향으로 위치 변경시킬 때 오목부(62)를 소직경부(76)에 외측으로부터 끼움 결합시킬 수 있으므로, 상기 오목부(62) 및 소직경부(76)를 설치하지 않은 경우와 비교하여 피스톤(14)의 스트로크를 유지한 상태로 유체압 실린더(10)의 전체 길이를 단축할 수 있다.

(변형예)

다음으로, 변형예에 따른 유체압 실린더(100)에 관하여 도 6 및 도 7을 참조하면서 설명한다. 그리고, 본 변형예는, 상술한 실시 형태와 공통된 구성에는 동일한 참조부호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다.

도 6과 같이 본 변형예에 따른 유체압 실린더(100)에서는 칼라 부재(102)를 구성하는 소직경부(104)와, 피스톤(106)을 구성하는 링 형상 돌출부(108)의 구조가 다르다. 구체적으로는, 소직경부(104)의 끝면(피스톤 본체(48)에 대향하는 면)에는, 바이패스 공(110)이 형성되어 있으며, 상기 소직경부(104)의 외주면에 형성된 링 형상 홈(112)에 수지 등으로 구성된 O링(114)이 장착된다. 바이패스 공(110)은 소직경부(104)의 외주면 중 링 형상 홈(112)보다도 중직경부(74)측의 부위로 개구된다.

또한, 링 형상 돌출부(108)의 내주면 중, 상기 바이패스 공(110)의 개구부(116)에 대응하는 부위에는, 화살표 X1 방향을 향함에 따라 외경측으로 넓어지는 테이퍼부(118)가 형성된다.

본 변형예에 따른 유체압 실린더(100)에 의하면, 제2 접속공(36)에 압력 유체를 공급하여 피스톤(106)을 화살표 X1 방향으로 위치 변경시키면, 피스톤(106)의 오목부(62)가 칼라 부재(102)의 소직경부(104)에 끼움 결합된다. 이때, 끼움 결합의 초기 단계에서는 링 형상 돌출부(108) 및 소직경부(104) 사이의 간격과 바이패스 공(110)에 의하여 제1 연통공(34)으로 유도되는 유체의 유량이 제한되어 피스톤(106)이 서서히 감속된다.

그리고, 도 7과 같이 피스톤(106)이 화살표 X1 방향으로 더욱 위치 변경하면, O링(114)이 링 형상 돌출부(108)의 내주면에 슬라이딩 접촉하여 상기 간격의 유체 유통을 차단하기 때문에, 바꿔 말하면, 피스톤(106)의 오목부(62) 내 유체가 바이패스 공(110)만을 유통하도록 하기 때문에, 제1 연통공(34)으로 유도되는 유체의 유량이 더욱 제한된다. 따라서, 피스톤(106)이 더욱 감속되는 것이다. 즉, 상기 바이패스 공(110)은 피스톤(106)의 쿠션 효과(에어 쿠션 효과)로 작용한다. 그리고, 이때 상기 개구부(116)로부터 유도된 유체는 상기 테이퍼부(118)에 의하여 링 형상 돌출부(108)와 중직경부(74) 사이의 간격으로 적절히 안내된다.

본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하는 일이 없이 다양한 구성을 채택하여 얻을 수 있음은 물론 가능할 것이다.

10...유체압 실린더 12...실린더 튜브
14...피스톤 16...피스톤 로드
18...칼라 부재(제1 밀폐부재) 22...엔드 플레이트(제2 밀폐부재)
28...제1 포트 30...제2 포트
62...오목부 76...소직경부(원형상 돌출부)
87...환형홈 S1~S3...공간

Claims

실린더 튜브 내에 위치 변화 가능하게 설치된 피스톤과,
상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드와,
상기 피스톤 로드가 삽입 통과된 상태에서 상기 실린더 튜브의 일단 개구부를 밀폐하는 제1 밀폐부재와,
상기 실린더 튜브의 타단 개구부에 삽입 통과된 상태에서 상기 타단 개구부를 밀폐하는 제2 밀폐부재와,
상기 실린더 튜브의 내주면에 개구되어 압력 유체가 유통하는 제1 포트와 제2 포트를 구비한 유체압 실린더에 있어서,
상기 제1 밀폐부재의 내측 끝면에는, 상기 실린더 튜브의 축선 방향을 따라 상기 피스톤을 향하여 돌출된 원형상 돌출부가 형성되며,
상기 피스톤은 상기 제1 밀폐부재 측으로 돌출된 링 형상 돌출부를 포함하고, 상기 링 형상 돌출부에 의해 상기 피스톤에는 상기 원형상 돌출부가 밖에서 끼움 결합 가능한 오목부가 형성되며,
상기 제2 밀폐부재의 내주연부에는 환형홈이 형성되며,
상기 피스톤은, 상기 제2 밀폐부재에 접촉함으로써 상기 환형홈과의 사이에서 압력받이 챔버를 형성하고, 상기 원형상 돌출부에 접촉함으로써 상기 제1 밀폐부재와의 사이에서 압력받이 챔버를 형성하며,
상기 원형상 돌출부의 상기 피스톤에 대향하는 끝면에는, 바이패스 공이 형성되고, 상기 바이패스 공은 상기 원형상 돌출부의 외주면에 형성된 개구부에서 개구되며,
상기 링 형상 돌출부의 내주면 중, 상기 바이패스 공의 개구부에 대응하는 부위에는 외경측으로 넓어지는 테이퍼부가 형성되는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
청구항 1에 있어서,
상기 유체압 실린더에 있어서,
상기 피스톤은, 상기 제2 밀폐부재에 접촉한 상태에서 상기 제2 포트의 상기 실린더 튜브 내측의 개구부를 최대 90%까지 밀폐하고, 상기 원형상 돌출부에 접촉한 상태에서 상기 제1 포트의 상기 실린더 튜브 내측의 개구부를 최대 90%까지 밀폐하는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.
청구항 2에 있어서,
상기 유체압 실린더에 있어서,
상기 피스톤은, 상기 제2 밀폐부재에 접촉한 상태에서 상기 제2 포트의 상기 실린더 튜브 내측의 개구부를 70% 밀폐하고, 상기 원형상 돌출부에 접촉한 상태에서 상기 제1 포트의 상기 실린더 튜브 내측의 개구부를 70% 밀폐하는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더.