KR102017887B1 - 가스 유출 방지를 위한 가스 실린더, 가스 스프링 및 이의 제조 방법 - Google Patents

가스 유출 방지를 위한 가스 실린더, 가스 스프링 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법은, 중공의 스핀들 내면의 적어도 일부에 실링제를 도포하는 단계; 상기 스핀들의 입구로 상기 스핀들 내면과 접촉하는 실린더 어셈블리를 삽입하여, 상기 실링제를 마찰 도포해 상기 스핀들 내면에 실링제 피막을 형성하는 단계; 및 상기 실링제 피막을 경화하여 상기 스핀들 내면과 접하는 경화막 실린더를 형성하는 단계;를 포함한다.

Description

가스 유출 방지를 위한 가스 실린더, 가스 스프링 및 이의 제조 방법{Gas cylinder, Gas spring for preventing gas leakage and method for manufacturing the same}
본 발명의 실시예는 가스 실린더, 가스 스프링을 구동하기 위한 내부의 압축 가스가 외부로 유출되는 것을 방지하기 위한 가스 실린더, 가스 스프링 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
가스 실린더 또는 가스 스프링은 유압을 이용하여 원하는 길이로 실린더를 고정하거나 힘을 가할 수 있는 장치이다. 가스 실린더 또는 가스 스프링의 내부에는 대개 고압의 질소(N2) 가스가 충전되어 있고, 가스 오픈 핀 또는 밸브를 통해 오리피스(orifice)를 열고 닫아 가스의 유동을 제어하여 전체 길이를 조절하게 된다.
이때 실린더 내부의 압력이 유지되어야 가스 실린더 또는 가스 스프링이 제 성능을 발휘하므로, 가스 실린더 또는 가스 스프링은 외부로의 가스의 유출을 막기 위한 다수의 O-링(ring)을 포함하는 실링 시스템(sealing system)을 가지게 된다.
특허공개공보 제2015-0110124호 (공개일 2015.10.02)
가스 실린더 또는 가스 스프링을 구성하는 스핀들(spindle) 또는 실린더(cylinder)의 제조 공정에서, 내면(inner surface)에 긴 스크래치(scratch) 또는 핀 홀(pin hole)이 형성되는 경우가 자주 발생한다. 이러한 스크래치 또는 핀홀은 육안으로는 잘 식별되지 않으나 완성된 가스 실린더 또는 가스 스프링 내부의 가스가 새어나가는 통로를 제공하는 원인이 된다. 따라서 스크래치(scratch) 또는 핀 홀(pin hole)이 형성된 스핀들 또는 실린더를 가지는 가스 스핀들 또는 가스 스프링은 시간이 지날수록 내부의 가스 압력이 감소하는 문제가 발생한다.
그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법은, 중공의 스핀들 내면의 적어도 일부에 실링제를 도포하는 단계; 상기 실링제를 마찰 도포해 상기 스핀들 내면에 실링제 피막을 형성하는 단계; 및 상기 실링제 피막을 경화하여 상기 스핀들 내면과 접하는 경화막 실린더를 형성하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 상기 스핀들의 입구로 상기 스핀들 내면과 접촉하는 실린더 어셈블리를 삽입하는 단계를 더 포함하고, 상기 실링제 피막을 형성하는 단계 후에, 상기 삽입된 실린더 어셈블리의 하부에 실링제를 도포하는 단계가 더 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 실링제 피막을 형성하는 단계 후에, 상기 스핀들 내부에 오픈 홀더를 삽입하여 상기 실린더 어셈블리 및 상기 스핀들과 결합시키는 단계; 및 상기 오픈 홀더의 일단과 상기 스핀들 내면의 경계에 실링제를 도포하는 단계;가 더 수행될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 오픈 홀더의 일단과 상기 스핀들 내면의 경계에 실링제를 도포하는 단계 후에, 상기 스핀들 내부에 가스 실링 부재를 삽입하는 단계; 및 상기 가스 실링 부재의 일단에 실링제를 도포하는 단계;가 더 수행될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법은, 중공의 스핀들 내면의 제1 영역에 실링제를 도포하는 단계; 상기 스핀들의 내부로 상기 스핀들 내면과 접촉하는 실린더 어셈블리를 삽입하는 단계; 상기 스핀들 내면의 제2 영역에 실링제를 도포하는 단계; 및 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 도포된 상기 실링제를 경화하여 상기 스핀들 내면과 접하는 제1 경화막 링 및 제2 경화막 링을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더는, 중공의 스핀들; 상기 스핀들 내면에 접하고, 실링제를 경화시켜 형성한 경화막 실린더; 상기 경화막 실린더의 내면과 적어도 일부 영역에서 이격된 실린더를 포함하는 실린더 어셈블리;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더는, 중공의 스핀들; 상기 스핀들 내면의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 배치되고, 실링제를 경화시켜 형성한 제1 경화막 링; 및 제2 경화막 링; 상기 스핀들의 내부에서, 상기 제1 경화막 링과 상기 제2 경화막 링 사이에 배치된 실린더 어셈블리;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 가스 실린더는 상기 스핀들의 테이퍼된 내부에 배치된 테이퍼 홀더(haper holder);를 더 포함하고, 상기 제1 경화막 링은, 상기 테이퍼 홀더와 상기 실린더 어셈블리의 경계에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 가스 실린더는 상기 스핀들의 입구에서 상기 실린더 어셈블리와 결합하는 오픈 홀더;를 더 포함하고, 상기 제2 경화막 링은, 상기 오픈 홀더와 상기 스핀들의 경계에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링의 제조 방법은, 중공의 실린더의 내부로 상기 실린더 내면과 접촉하는 피스톤 로드 어셈블리를 삽입하는 단계; 상기 실린더 내면의 입구부에 실링제를 도포하는 단계; 상기 실린더 내면에 가스 실링 부재를 삽입하는 단계; 및 상기 실링제를 경화하여 상기 스핀들 내면 및 상기 가스 실링 부재와 접하는 경화막 링을 형성하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링은, 중공의 실린더; 상기 실린더 내부에서 왕복 운동할 수 있는 피스톤 로드 어셈블리; 상기 실린더 내부에 배치되어, 상기 피스톤 로드 어셈블리의 움직임을 제한하는 스페이서; 상기 실린더 내부에 배치되고, 상기 스페이서와 접하는 가스 실링 부재; 상기 가스 실링 부재와 접하며, 상기 실린더의 입구부를 막는 플랜지; 및 상기 스페이서와 상기 가스 실링 부재 사이 또는 상기 가스 실링 부재와 상기 플랜지 사이에 배치되고, 실링제를 경화시켜 형성하여 가스 유출 통로를 막는 경화막 링;을 포함한다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더 및 가스 실린더의 제조 방법에 의하면, 경화막 실린더 및/또는 경화막 링을 통해 실린더 어셈블리의 위, 아래의 틈을 막아 실린더와 스핀들 사이의 챔버를 통해 가스가 새어나가는 것을 방지하여, 실린더 내부의 압력이 시간이 지날수록 감소하는 현상을 최소화할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더에 포함되는 실린더 어셈블리(100) 및 스핀들(200)의 단면도이다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
도 17 및 도 18은 각각 종래의 가스 실린더 및 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 제조된 가스 실린더의 시간에 따른 가스압의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 19 내지 도 21은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 락 타입(lock type)의 가스 스프링을 나타낸 단면도이다.
도 22 내지 도 24는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 타입(free type)의 가스 스프링을 나타낸 단면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용된다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 '위'에 또는 '상'에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 단계는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 단계는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 수행될 수도 있다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더에 포함되는 실린더 어셈블리(100) 및 스핀들(200)의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 실린더 어셈블리(100)는 실린더(110), 피스톤 로드(120), 파이프 홀더 어셈블리(130)를 포함할 수 있다. 실린더(110)는 중공(hollow)의 관으로, 내부에 질소 등의 압축 가스를 충전할 수 있는 공간을 제공한다. 피스톤 로드(120)는 실린더(110) 내부에서 유압에 의해 왕복 운동할 수 있다. 피스톤 로드(120)는 실린더(110)의 중심축(axis)을 따라 배치될 수 있다. 피스톤 로드(120) 일단의 외면은 피스톤 와셔(piston washer), 스프링 링, 홀더 등으로 둘러싸일 수 있는데 이에 관한 자세한 설명은 생략한다.
도 1을 기준으로 실린더(110)의 상부에는 파이프 홀더 어셈블리(130)가 결합된다. 파이프 홀더 어셈블리(130)는 실린더(110)의 한쪽 단을 막아, 실린더(110) 내부의 가스를 밀폐할 수 있다. 파이프 홀더 어셈블리(130)는 파이프 홀더(131), O-링(132)을 포함할 수 있다. 파이프 홀더(131)와 O-링(132)은 실린더(110)보다 지름 방향으로 더 돌출될 수 있다. 파이프 홀더 어셈블리(130)를 구성하는 기타 다른 구성요소의 설명은 생략한다.
도 2를 참조하면, 중공의 관 형상을 가지는 스핀들(200)은 도 1의 실린더 어셈블리(100)를 내부에 고정한다. 스핀들(200)은 도 2의 단면도에서 위아래 방향으로 곧게 이어진 원기둥부(200C) 및 원기둥부(200C)에 대해 일정 각도를 가져 중심축 방향으로 꺾어진 테이퍼부(200T)를 포함할 수 있다. 테이퍼부(200T)의 한쪽 끝은 스핀들(200) 내부에 배치된 구성요소가 빠져나오지 못하도록 컬링(curl)될 수 있다. 이러한 테이퍼부(200T)의 내부에는 테이퍼 홀더(210)가 배치될 수 있다. 테이퍼 홀더(210)는 스핀들(200)의 입구(200I)를 통해 삽입되어 테이퍼부(200T) 내부에 안착될 수 있다.
원자재 자체의 문제 또는 조관/인발 공정에서 이물질이 파이프 안의 금형에 접촉하는 등의 원인 등으로 인해, 스핀들(200) 제조 공정 중 스핀들 내면(200IS)에 스크래치(scratch, 200S) 또는 패인 부분(핀홀, pin hole)이 형성되는 경우가 자주 발생한다. 도 2에서는 예시적으로 스핀들(200)의 위, 아래에 각각 미세한 스크래치(200S)가 형성된 것을 예시하였다. 도 2에서는 설명의 편의를 위하여 스크래치(200S)의 크기를 과장하여 표현하였다. 이러한 스크래치(200S) 또는 핀홀은 육안으로는 잘 식별되지 않으나 완성된 가스 실린더 내부의 가스가 새어나가는 통로를 제공하는 원인이 된다. 본 발명의 일 실시예는 이러한 문제를 해결하기 위한 가스 실린더의 제조 방법 및 가스 실린더를 제공한다.
도 3 내지 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법은, 실링제(sealant, S) 도포 단계, 실린더 어셈블리(100) 삽입 및 실링제 피막(301’) 형성 단계, 경화 단계를 포함한다.
도 3을 참조하면, 기 제조된 스핀들 내면(inner surface, 200IS)의 적어도 일부에 액상의 실링제(S)를 도포하는 단계가 수행된다. 실링제(S)는 액상이었다가 공기가 차단되면 경화되어 고체화되는 혐기성(anaerobic) 수지일 수 있다. 실링제(S)는 예컨대 메타크릴레이트에스테르(Methacrylate ester)와 같은 폴리에스테르계 수지 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(Polytetrafluoroethylene,　PTFE)과 같은 불소 수지 등의 물질을 포함할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
실링제(S)는 스핀들(200) 입구(200I)에서 일정 간격 떨어진 곳에 스핀들 내면(200IS)을 따라 링(ring) 형태로 도포될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 일 실시예에서, 실링제(S)는 스핀들(200) 입구(200I)에서 5~10mm 떨어진 곳에 도포될 수 있다. 실링제(S)는 약 1cc~3cc 도포될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것이 아님은 물론이다.
테이퍼 홀더(210)는 실링제(S)를 도포하기 전 또는 직후에 스핀들(200) 내부에 삽입될 수 있다. 도 3에서는 테이퍼 홀더(210)가 이미 삽입된 스핀들(200) 내부에 실링제(S)를 도포하는 것을 예시하였다.
도 4를 참조하면, 실링제(S) 도포 이후 스핀들(200)의 입구로 실린더 어셈블리(100)를 삽입하는 단계가 수행된다. 이때 실린더 어셈블리(100)에 포함되는 파이프 홀더 어셈블리(130)의 폭은 스핀들 내면(200IS)의 폭(지름)과 같을 수 있다. 따라서, 파이프 홀더 어셈블리(130)는 스핀들 내면(200IS)과 접촉할 수 있다. 한편, 실린더(110)는 스핀들 내면(200IS)과 간격을 둔 상태로 삽입될 수 있다. 이러한 실린더(110)와 스핀들 내면(200IS) 사이의 간격은 추후 가스 실린더가 동작할 때 가스가 오갈 수 있는 통로를 제공하게 된다.
파이프 홀더 어셈블리(130)가 스핀들 내면(200IS)과 접촉하므로, 실린더 어셈블리(100)가 스핀들(200) 안쪽으로 삽입하여 들어갈 때, 스핀들 내면(200IS)에 도포되어 있던 실링제(S)를 마찰하여 '밀고 들어'갈 수 있다. 즉 실링제(S)는 실린더 어셈블리(100)에 의해 스핀들 내면(200IS)에 '마찰 도포'될 수 있다.
도 5는 실린더 어셈블리(100)가 스핀들(200) 내부에 끝까지 삽입된 상태를 나타낸다. 액상의 실링제(S)는 도 5를 기준으로 실린더 어셈블리(100)의 상부, 즉 파이프 홀더(131)와 테이퍼 홀더(210)의 경계 영역까지 도포될 수 있다. 실린더 어셈블리(100)에 의해 마찰 도포된 실링제(S)는, 원기둥 모양의 실링제 피막(301’)을 형성할 수 있다. 즉 원기둥 형상의 실링제 피막(301')은 실린더(110)의 바깥쪽을 둘러싸는 형태로 형성된다.
한편, 실링제 피막(301’)은 실린더(110)와는 접촉하지 않을 수 있다. 즉 실링제 피막(301’)과 실린더(110) 사이에는 간격(gap, G)이 형성될 수 있다. 상술하였듯 이러한 간격(G)은 추후 실린더 어셈블리(100)가 왕복 운동하기 위해 필요한 유압을 제공하는 가스가 오갈 수 있는 유로를 제공하게 된다.
이후, 삽입된 실린더 어셈블리(100)의 하부에 액상의 실링제(S)를 도포하는 단계가 수행된다. 이때 실링제(S) 도포 전후에는 다른 구성요소를 스핀들 내부에 삽입하는 단계가 수행될 수 있다.
도 6을 참조하면, 실린더 어셈블리(100)가 스핀들(200) 내부에 완전히 삽입된 이후에는 오픈 홀더(401)를 삽입하는 단계가 수행될 수 있다. 오픈 홀더(401)는 가운데 구멍이 형성된 링 형태의 구성요소로, 실린더(110)를 스핀들(200) 내부에 고정하고 피스톤 로드(120)가 왕복할 수 있는 통로를 제공한다. 오픈 홀더(401)는 실린더(110)의 아래쪽에 배치되고, 스핀들 내면(200IS)과 맞닿아 실린더 어셈블리(100), 스핀들(200)과 결합한다. 한편, 실링제 피막(301’)은 오픈 홀더(401)와 실린더(110)가 접하는 경계까지 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 실링제 피막(301’) 형성 이후에는 스핀들(200) 입구(200I)에 액상의 실링제(S)를 도포하는 단계가 수행될 수 있다.
도 7을 참조하면, 스핀들(200) 입구(200I), 예컨대 오픈 홀더(401)의 아래쪽 경계선에는 액상의 실링제(S)가 도포될 수 있다. 이로 인해 오픈 홀더(401)의 아래쪽 면과 실린더(110)의 경계선 사이의 작은 틈이 실링제(S)로 채워질 수 있다.
도 8을 참조하면, 오픈 홀더(401)의 아래에는 가스 실링 부재(402)가 삽입될 수 있다. 가스 실링 부재(402)는 스핀들(200) 내부와 외부의 가스 출입을 차단하는 역할을 수행한다. 가스 실링 부재(402) 역시 가운데가 뚫린 링 형상을 가지며, 피스톤 로드(120)는 가스 실링 부재(402)에 형성된 구멍을 통해 왕복 운동할 수 있다.
도 9를 참조하면, 가스 실링 부재(402)의 아래쪽 경계선에는 액상의 실링제(S)가 도포될 수 있다. 이로 인해 가스 실링 부재(402)의 아래쪽 면과 실린더(110)의 경계선 사이의 작은 틈이 실링제(S)로 채워질 수 있다.
도 10 및 도 11을 참조하면, 가스 실링 부재(402)의 아래에 플랜지(flange, 403)가 삽입된 후 스핀들 입구(200I) 주위의 영역은 플랜지(403)의 외면 형상에 맞도록 컬링(curling)될 수 있다. 한편 스핀들(200)의 반대쪽 단에는 파이프 홀더 어셈블리(130)에 형성된 오리피스(orifice)를 열고 닫을 수 있게 하는 가스 오픈 핀(500)이 삽입될 수 있다.
이후, 실링제 피막(301’) 및 실링제(S)의 경화 단계가 수행된다. 실링제 피막(301’) 및 실링제(S)는 플랜지(403)와 테이퍼 홀더(210) 등으로 인해 밀봉되어 있으므로, 혐기(anaerobic) 조건에서 경화 단계를 수행할 수 있다. 경화 단계는 실온에서 약 24시간 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
경화 단계가 완료되면, 도 12와 같이 스핀들(200)의 내면에는 고체 상태의 경화막 실린더(301C)가 형성된다. 이때 도 12의 위쪽 확대도를 참조하면, 스핀들 내면(200IS)에 형성된 스크래치(200S)로 인한 파이프 홀더 어셈블리(130) 외면과 스핀들 내면(200IS) 사이의 틈 및 테이퍼 홀더(210)의 외면과 스핀들(200) 사이의 틈을 경화막 실린더(301C)가 메우게 된다. 이에 따라, 가스가 새어나갈 수 있는 가스 유출 통로(gas leakage path, GLP)가 경화막 실린더(301C)에 의해 막히게 된다. 이에, 스핀들(200)과 실린더(110) 사이의 챔버(chamber, C)의 가스가 가스 유출 통로(GLP)를 통해 외부로 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
한편 도 12의 아래쪽 확대도를 참조하면, 실린더(110)와 오픈 홀더(401) 주변의 스핀들 내면(200IS)에 스크래치(200S)가 형성된 경우에도, 경화막 실린더(301C)가 스크래치(200S)에 의해 형성된 틈을 메우게 된다. 또한, 경화 공정 시에 경화막 실린더(301C)와 동시에 경화된 경화막 링(302R, 303R)은 이중으로 가스 실링 부재(402)와 스핀들(200) 사이에 형성된 틈을 메우게 된다. 이에 따라, 위쪽 가스 유출 통로(GLP)는 경화막 실린더(301C)에 의해, 아래쪽 위쪽 가스 유출 통로는 경화막 실린더(301C) 및 경화막 링(302R, 303R)에 의해 막히게 된다. 이에, 스핀들(200)과 실린더(110) 사이의 챔버(chamber, C)의 가스가 가스 유출 통로(GLP)를 통해 외부로 새어나가는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도 12의 확대도에서는 설명의 편의를 위해 스핀들(200)과 테이퍼 홀더(210), 실린더 어셈블리(100), 오픈 홀더(401), 가스 실링 부재(402) 사이의 틈을 실제보다 과장하여 표현하였다.
경화 공정이 완료된 이후에는 실린더(110) 내부에 가스를 주입하여 가스 실린더 제조 공정을 완료한다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법을 순차적으로 나타낸 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더의 제조 방법은, 중공의 스핀들 내면(200IS) 제1 영역(R1)에 액상의 실링제(S)를 도포하는 단계, 실린더 어셈블리(100)를 삽입하는 단계, 스핀들 내면(200IS) 제2 영역(R2)에 액상의 실링제(S)를 도포하는 단계 및 실링제(S)를 경화하여 경화막 링을 형성하는 단계를 포함한다.
도 13을 참조하면, 우선 중공의 스핀들 내면(200IS) 제1 영역(R1)에 액상의 실링제(S)를 도포하는 단계가 수행된다. 제1 영역(R1)은 테이퍼 홀더(210)의 아랫면과 스핀들(200)이 접하는 지점의 주변 영역을 포함할 수 있다. 실링제(S)는 테이퍼 홀더(210)가 스핀들(200)에 이미 삽입된 상태에서 제1 영역(R1)에 도포될 수 있다. 또는, 실링제(S)가 제1 영역(R1)에 먼저 도포된 이후에 테이퍼 홀더(210)가 삽입될 수도 있다. 한편, 도 13에서는 제1 영역(R1)이 테이퍼 홀더(210)의 아랫면과 스핀들(200)이 접하는 지점의 주변에만 한정된 것으로 표현하였으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 14를 참조하면, 스핀들(200)의 내부로 스핀들 내면(200IS)과 접촉하는 실린더 어셈블리(100)를 삽입하는 단계가 수행된다. 이때 도 14를 기준으로 실린더 어셈블리(100) 윗면과 스핀들(200), 테이퍼 홀더(210) 아랫면의 경계에는 액상의 실링제(S)가 도포된 상태에 있다.
이후, 실린더 어셈블리(100)의 아래에 위치한 스핀들 내면(200IS) 제2 영역(R2)에 액상의 실링제(S)를 도포하는 단계가 수행된다. 도 15를 참조하면, 도 6 내지 도 12에 관련된 내용에서 서술한 것과 비슷하게 오픈 홀더(401), 가스 실링 부재(402), 플랜지(403)가 차례로 삽입된다. 이때 실링제(S)는 도 15를 기준으로 실린더(110)의 아래 쪽에 도포될 수 있다. 즉 실링제(S) 도포 단계는 i) 실린더 어셈블리(100) 삽입 단계 및 오픈 홀더(401) 삽입 단계 사이, ii) 오픈 홀더(401) 삽입 단계 및 가스 실링 부재(402) 삽입 단계 사이, iii) 가스 실링 부재(402) 삽입 단계 및 플랜지(403) 삽입 단계 사이에서 적어도 한 번 수행될 수 있다. 도 15에서는 상술한 ii), iii) 단계에서 각각 실링제(S)를 도포하는 단계가 수행된 것을 예시하였으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 16을 참조하면, 실링제(S)를 경화하여 제1 경화막 링(301R) 및 제2 경화막 링(302R)을 형성하는 단계가 수행된다. 실링제(S)는 플랜지(403)와 테이퍼 홀더(210) 등으로 인해 밀봉되어 있으므로, 혐기(anaerobic) 조건에서 경화 단계를 수행할 수 있다. 경화 단계는 실온에서 약 24시간 수행될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
경화 단계가 완료되면, 도 16과 같이 스핀들(200)의 내면에는 고체 상태의 경화막 링(301R, 302R)이 형성된다. 이때 도 16의 위쪽 확대도를 참조하면, 스핀들 내면(200IS)에 형성된 스크래치(200S)로 인한 파이프 홀더 어셈블리(130)와 실린더(110) 사이 및 테이퍼 홀더(210)와 실린더(110) 사이의 틈을 제1 경화막 링(301R)이 메우게 된다. 이에 따라, 가스가 새어나갈 수 있는 가스 유출 통로(GLP)가 제1 경화막 링(301R)에 의해 막히게 된다.
한편 도 16의 아래쪽 확대도를 참조하면, 실린더(110)와 오픈 홀더(401) 주위에 스크래치(200S)가 형성된 경우에도, 실린더(110)의 아래쪽에 배치된 제2 경화막 링(302R)이 스크래치(200S)에 의해 형성된 틈의 적어도 일부를 메우게 된다. 한편, 가스 실링 부재(402) 아래 쪽에는 제3 경화막 링(303R)이 배치될 수도 있다. 제2 경화막 링(302R) 및 제3 경화막 링(303R)은 이중으로 스크래치(200S)에 의해 형성된 틈을 메우게 된다. 이에 따라, 가스가 새어나갈 수 있는 위쪽 가스 샘 통로(GLP)는 제1 경화막 링(301R)에 의해, 아래쪽 가스 샘 통로(GLP)는 제2 경화막 링(303R) (및 제3 경화막 링(303R))에 의해 막히게 된다.
한편, 도 16의 확대도에서는 설명의 편의를 위해 스핀들(200)과 테이퍼 홀더(210), 실린더 어셈블리(100), 오픈 홀더(401), 가스 실링 부재(402) 사이의 틈을 실제보다 과장하여 표현하였다.
경화 공정이 완료된 이후에는 실린더(110) 내부에 가스를 주입하여 가스 실린더 제조 공정을 완료한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 실린더 제조 방법에 의하면, 경화막 실린더(301C) 및 경화막 링(301R, 302R, 303R)을 통해 실린더 어셈블리(100)의 위, 아래의 틈을 막아 실린더(110)와 스핀들(200) 사이의 챔버(C)를 통해 가스가 새어나가는 현상을 방지하여, 실린더(110) 내부의 압력이 시간이 지날수록 감소하는 현상을 최소화할 수 있다.
이와 같은 본 발명의 효과를 확인하기 위해, 본 발명자들은 2017.11.09부터 2018.01.06까지 약 1주일 단위로 종래의 가스 실린더 및 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 제조된 가스 실린더의 시간에 따른 가스압의 변화를 측정하였다. 실험에 사용된 종래의 가스 실린더 및 본 발명의 가스 실린더는 각각 15개였다. 모든 가스 실린더의 스핀들 내면(200IS)에는 일(一)자 형태의 스크래치(200S)가 길게 형성된 상태였다.
도 17 및 도 18은 각각 종래의 가스 실린더 및 본 발명의 일 실시예에 따른 제조 방법에 따라 제조된 가스 실린더의 시간에 따른 가스압의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 17을 참조하면, 15개의 종래의 가스 실린더 중 13개는 가스압이 일정하게 유지되었으나 2개는 가스압이 시간에 따라 감소하였다. 즉 종래의 가스 실린더의 경우 약 13%의 제품에서 가스 유출 현상이 발견되었다. 한편 도 18을 참조하면, 15개의 본 발명 가스 실린더는 모두 가스압이 2달간 일정하게 유지되었다. 즉 본 발명의 제조 방법을 이용하여, 가스 실린더의 불량율을 약 13% 감소시킬 수 있음을 확인할 수 있었다.
도 19 내지 도 21은 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 락 타입(lock type)의 가스 스프링을 나타낸 단면도이다. 가스 스프링은 밸브(valve) 등의 구성요소를 이용해 가스의 유출입을 조절하여 사용자가 원하는 위치에 피스톤을 위치시킬 수 있는 락 타입(lock type)과, 가스의 유출입을 조절할 수 없어 항상 인장되는 방향으로 힘을 가하는 프리 타입(free type)으로 분류될 수 있다. 가스 스프링은 가스의 유출입을 조절하는 구성요소가 피스톤에 위치하거나 아예 없다는 점에서 가스 실린더와 구분될 수 있다.
일 실시예에 따른 가스 스프링(1900)은, 중공의 실린더(1910), 피스톤 로드 어셈블리(1920), 스페이서(1941), 가스 실링 부재(1942), 플랜지(1943)를 포함한다.
도 19를 참조하면, 실린더(1910)는 중공의 관 형상을 가질 수 있다. 실린더(1910)의 일단은 캡(C)에 의해 막혀 있을 수 있으며, 캡(C)은 힌지(H)를 통해 외부의 다른 구성요소와 연결될 수 있다.
실린더(1910)의 내부에는, 왕복 운동할 수 있는 피스톤 로드 어셈블리(1920)가 삽입될 수 있다. 피스톤 로드 어셈블리(1920)는 기다란 관 형태의 피스톤 로드(1922) 및 가스의 유출입을 제어할 수 있는 밸브(1924) 등을 포함한다. 피스톤 로드 어셈블리(1920)의 한쪽 끝단은 실린더(1910)의 내면과 접할 수 있다. 도 19를 기준으로 피스톤 로드의 위쪽에는 압축 가스(G) 및 오일(O)이 채워질 수 있다. 한편, 선택적으로, 피스톤 로드 어셈블리(1920)의 위쪽에는 압축 가스(G)가 채워지는 영역과 오일(O)이 채워지는 영역을 구분하는 프리 피스톤(free piston, FP)이 배치될 수 있다.
피스톤 로드 어셈블리(1920)가 삽입된 후, 상사점을 정하기 위해 실린더(1910)의 일 지점은 안쪽으로 인입될 수 있다. 즉 실린더(1910) 내면의 일 지점은 안쪽으로 돌출될 수 있다. 이 상태에서 가운데가 뚫린 스페이서(1941)를 실린더(1910) 내부에 삽입하면, 스페이서(1941)가 실린더(1910)의 돌출된 지점에 걸리게 되어 위치를 유지할 수 있다.
한편, 스페이서(1941)의 아래에는 스페이서(1941)와 접하는 가스 실링 부재(1942)가 삽입될 수 있다. 가스 실링 부재(1942)는 실린더(1910) 내부와 외부의 가스 출입을 차단하는 역할을 수행한다. 가스 실링 부재(1942) 역시 가운데가 뚫린 링 형상을 가지며, 피스톤 로드 어셈블리(1920)는 가스 실링 부재(1942)에 형성된 구멍을 통해 왕복 운동할 수 있다.
이후, 가스 실링 부재(1942)의 아래에는 가스 실링 부재(1942)와 접하는 플랜지(1943)가 삽입될 수 있다. 플랜지(1943)는 실린더(1910)의 입구부를 막을 수 있다. 플랜지(1943)가 삽입된 후, 실린더(1910)의 입구부 주위 영역은 플랜지(1943)의 외면 형상에 맞도록 컬링(curling)될 수 있다.
도 19를 참조하면, 경화막 링(1930)은 스페이서(1941)와 가스 실링 부재(1942) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대 경화막 링(1930)은 스페이서(1941) 삽입 후 스페이서(1941)의 아랫면과 실린더(1910) 내면의 경계에 실링제를 도포한 후 경화하여 형성할 수 있다.
도 20을 참조하면, 경화막 링(1930)은 가스 실링 부재(1942)와 플랜지(1943) 사이에 배치될 수 있다. 예컨대 경화막 링(1930)은 가스 실링 부재(1942) 삽입 후 가스 실링 부재(1942)의 아랫면과 실린더(1910) 내면의 경계에 실링제를 도포한 후 경화하여 형성할 수 있다.
도 21을 참조하면, 경화막 링(1930)은 스페이서(1941)와 가스 실링 부재(1942) 사이 및 가스 실링 부재(1942)와 플랜지(1943) 사이에 모두 배치될 수 있다. 즉 일 실시예에 따른 가스 스프링은 스페이서(1941)와 가스 실링 부재(1942) 사이에 배치된 제1 경화막 링(1931) 및 가스 실링 부재(1942)와 플랜지(1943) 사이에 배치된 제2 경화막 링(1932)을 포함할 수 있다.
도 19 내지 도 21에서는 스페이서(1941)와 가스 실링 부재(1942)가 하나씩 배치된 것을 예시하였으나, 스페이서(1941)와 가스 실링 부재(1942)는 복수 개 배치될 수도 있다. 이때 경화막 링은 복수 개의 가스 실링 부재(1942)의 경계면의 적어도 일부에 배치될 수 있다.
즉, 실린더(1910) 내부에 스페이서(1941), 가스 실링 부재(1942), 플랜지(1943)가 차례로 삽입될 때, 실링제(S) 도포 단계는 i) 스페이서(1941) 삽입 단계 및 가스 실링 부재(1942) 삽입 단계 사이, ii) 가스 실링 부재(1942) 삽입 단계 및 플랜지(1943) 삽입 단계 사이에서 적어도 한 번 수행될 수 있다.
경화 단계가 완료되면, 실린더(1910)의 내면에는 고체 상태의 경화막 링(1930)이 형성된다. 따라서, 실린더(1910)에 형성된 스크래치(미도시)로 인한 가스 유출 통로(미도시)가 경화막 링(1930)에 의해 막히게 된다.
도 22 내지 도 24는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 프리 타입(free type)의 가스 스프링(2200)을 나타낸 단면도이다. 프리 타입 가스 스프링(2200)의 구조는 밸브(valve)를 가지지 않는다는 점을 제외하고는 상술한 락 타입 가스 스프링(1900)과 유사하므로, 자세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 스프링 제조 방법에 의하면, 경화막 링(1930, 2230)을 통해 피스톤 로드 어셈블리(1920) 아래의 틈을 막아 가스가 새어나가는 현상을 방지하여, 실린더(1910) 내부의 압력이 시간이 지날수록 감소하는 현상을 최소화할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 실린더 어셈블리 110: 실린더
120: 피스톤 로드 130: 파이프 홀더 어셈블리
131: 파이프 홀더 132: O-링
200: 스핀들 200S: 스크래치
210: 테이퍼 홀더 301': 실링제 피막
301C: 경화막 실린더 301R: 제1 경화막 링
302R: 제2 경화막 링 303R: 제3 경화막 링
401: 오픈 홀더 402: 가스 실링 부재
403: 플랜지 500: 가스 오픈 핀
1910: 실린더 1920: 피스톤 로드 어셈블리
1922: 피스톤 로드 1924: 밸브
1930: 경화막 링 1941: 스페이서
1942: 가스 실링 부재 1943: 플랜지

Claims (11)

  1. 중공의 스핀들 내면의 적어도 일부에 실링제를 도포하는 단계;
    상기 실링제를 마찰 도포해 상기 스핀들 내면에 실링제 피막을 형성하는 단계; 및
    상기 실링제 피막을 경화하여 상기 스핀들 내면과 접하는 경화막 실린더를 형성하는 단계;를 포함하는, 가스 실린더의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들의 입구로 상기 스핀들 내면과 접촉하는 실린더 어셈블리를 삽입하는 단계를 더 포함하고,
    상기 실링제 피막을 형성하는 단계 후에,
    상기 삽입된 실린더 어셈블리의 하부에 실링제를 도포하는 단계;를 더 포함하는, 가스 실린더의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들 내면에 실링제 피막을 형성하는 단계에서는, 상기 스핀들의 입구로 상기 스핀들 내면과 접촉하는 실린더 어셈블리를 삽입하여 상기 실링제를 마찰 도포하여 상기 실링제 피막을 형성하고,
    상기 실링제 피막을 형성하는 단계 후에, 상기 스핀들 내부에 오픈 홀더를 삽입하여 상기 실린더 어셈블리 및 상기 스핀들과 결합시키는 단계;
    상기 오픈 홀더의 일단과 상기 스핀들 내면의 경계에 액상의 실링제를 도포하는 단계;를 더 포함하는, 가스 실린더의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 오픈 홀더의 일단과 상기 스핀들 내면의 경계에 실링제를 도포하는 단계 후에,
    상기 스핀들 내부에 가스 실링 부재를 삽입하는 단계; 및
    상기 가스 실링 부재의 일단과 상기 스핀들 내면의 경계에 실링제를 도포하는 단계;를 더 포함하는, 가스 실린더의 제조 방법.
  5. 중공의 스핀들 내면의 제1 영역에 실링제를 도포하는 단계;
    상기 스핀들의 내부로 상기 스핀들 내면과 접촉하는 실린더 어셈블리를 삽입하는 단계;
    상기 스핀들 내면의 제2 영역에 실링제를 도포하는 단계;
    상기 제1 영역 및 상기 제2 영역에 도포된 상기 실링제를 경화하여 상기 스핀들 내면과 접하는 제1 경화막 링 및 제2 경화막 링을 형성하는 단계;를 포함하는, 가스 실린더의 제조 방법.
  6. 중공의 스핀들;
    상기 스핀들 내면에 접하고, 실링제를 경화시켜 형성한 경화막 실린더;
    상기 경화막 실린더의 내면과 적어도 일부 영역에서 이격된 실린더를 포함하는 실린더 어셈블리; 를 포함하는, 가스 실린더.
  7. 중공의 스핀들;
    상기 스핀들 내면의 제1 영역 및 제2 영역에 각각 배치되고, 실링제를 경화시켜 형성한 제1 경화막 링; 및 제2 경화막 링;
    상기 스핀들의 내부에서, 상기 제1 경화막 링과 상기 제2 경화막 링 사이에 배치된 실린더 어셈블리; 를 포함하는, 가스 실린더.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 스핀들의 테이퍼된 내부에 배치된 테이퍼 홀더(haper holder);를 더 포함하고,
    상기 제1 경화막 링은, 상기 테이퍼 홀더와 상기 실린더 어셈블리의 경계에 위치하는, 가스 실린더.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 스핀들의 입구에서 상기 실린더 어셈블리와 결합하는 오픈 홀더;를 더 포함하고,
    상기 제2 경화막 링은, 상기 오픈 홀더와 상기 스핀들의 경계에 위치하는, 가스 실린더.
  10. 중공의 실린더의 내부로 상기 실린더 내면과 접촉하는 피스톤 로드 어셈블리를 삽입하는 단계;
    상기 실린더 내면의 입구부에 실링제를 도포하는 단계;
    상기 실린더 내면에 가스 실링 부재를 삽입하는 단계;
    상기 실링제를 경화하여 상기 실린더 내면 및 상기 가스 실링 부재와 접하는 경화막 링을 형성하는 단계;를 포함하는, 가스 스프링의 제조 방법.
  11. 중공의 실린더;
    상기 실린더 내부에서 왕복 운동할 수 있는 피스톤 로드 어셈블리;
    상기 실린더 내부에 배치되어, 상기 피스톤 로드 어셈블리의 움직임을 제한하는 스페이서;
    상기 실린더 내부에 배치되고, 상기 스페이서와 접하는 가스 실링 부재;
    상기 가스 실링 부재와 접하며, 상기 실린더의 입구부를 막는 플랜지; 및
    상기 스페이서와 상기 가스 실링 부재 사이 또는 상기 가스 실링 부재와 상기 플랜지 사이에 배치되고, 실링제를 경화시켜 형성하여 가스 유출 통로를 막는 경화막 링;을 포함하는, 가스 스프링.
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