KR102041509B1 - 실린더 급속 제어 공압회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실린더 급속 제어 공압회로에 관한 것으로서, 보다 상세히는 복동 실린더의 급속 왕복운동이 가능하도록 급속배기장치와, 속도 전환을 위한 직동식 3포트 밸브와 속도 완충을 위한 압력조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로에 관한 것이다.
본 발명은 피스톤 위치센서(21)를 구비한 왕복 실린더(20)와, 상기 왕복 실린더(20)의 내측 피스톤 기준으로 각각의 공간에 공급되는 공기의 압력을 조정하는 방향전환 밸브(10)를 구비한 공압회로에 있어서, 상기 왕복 실린더(20)의 배기관로에 연결된 급속배기밸브(30)와; 상기 급속배기밸브(30)와 연결된 속도조절밸브(40)와; 상기 속도조절밸브(40)와 연결된 3포트 밸브(50)와 압력조절밸브(60);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 공압 실린더의 배기관로에 급속배기 밸브, 3포트 밸브 및 압력조절밸브를 구비하여 공압 실린더의 급속제어 및 감속제어가 가능하며, 간단한 구성으로 제조가 용이하며, 배기되는 공압을 이용한 압력조절밸브는 다른 부가적 장치 없이 안정적으로 감속제어 및 실린더의 충격을 흡수할 수 있다.

Description

실린더 급속 제어 공압회로 {Cylinder Rapid Control Pneumatic Circuit}

본 발명은 실린더 급속 제어 공압회로에 관한 것으로서, 보다 상세히는 복동 실린더의 급속 왕복운동이 가능하도록 급속배기장치와, 속도 전환을 위한 직동식 3포트 밸브와 속도 완충을 위한 압력조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로에 관한 것이다.

공압식 복동 실린더 내지 엑추에어터는 압축공기의 공급으로 반복 왕복 스토로크를 행한다.

일정한 속도로 왕복 운동하는 복동 실린더의 속도를 제어하여, 실린더 가장자리 위치를 제외한 부분의 속도를 높이기 위한 기술이 발달하였다.

통상적으로 복동 실린더의 배기관로에 속도조절밸브를 추가하여 복동 실린더의 속도를 가감속하는 기술을 적용하였다(인용특허문헌 2)

상기 속도조절밸브를 추가함으로써 실린더 끝단부에 속도를 줄이기 위한 안전장치(인용특허문헌 3) 및 보완 공압회로(인용특허문헌 1, 4)가 개발되었다.

그러나, 급속 구간이 더 빠르게 되면서도 실린더 끝단부에서 충격 흡수를 안정적으로 수행할 수 있는 실린더 급속 제어 공압회로 기술이 필요한 실정이다.

1. KR 10-1000899B1, '안전장치가 구비된 상하작동 가감속 공압회로', 등록일자: 2010.12.07. 2. KR 20-1998-060993,'실린더의 구동속도 제어용 공압 회로', 공개일자:1998.11.05. 3. KR 10-2003-0007359A, '에어를 이용한 급속 완충장치 기능을 갖는 스트로크조절용 실린더', 공개일자: 2003.01.23. 4. KR 10-2016-0013741A, '스폿용접기의 공압회로', 공개일자: 2016.02.05.

본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 창안된 것으로서, 공압 실린더의 급속 구간이 더 빠르게 하기 위하여 급속배기 밸브를 사용하였으며, 공압 실린더 끝단부에서 충격 흡수를 위하여 3포트 밸브와 압력제어밸브를 포함하는 실린더 급속 제어 공압회로를 개시하는 것이 본 발명의 목적으로 한다.

상기 발명 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 피스톤 위치센서(21)를 구비한 왕복 실린더(20)와, 상기 왕복 실린더(20)의 내측 피스톤 기준으로 각각의 공간에 공급되는 공기의 압력을 조정하는 방향전환 밸브(10)를 구비한 공압회로에 있어서, 상기 왕복 실린더의 배기관로에 연결된 급속배기밸브(30)와; 상기 급속배기밸브(30)와 연결된 속도조절밸브(40)와; 상기 속도조절밸브(40)와 연결된 3포트 밸브(50)와 압력조절밸브(60);을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로를 개시하고자 한다.

또한, 본 발명의 3포트 밸브(50)는, 직동식 솔레노이드 밸브, 에어오퍼레이트 및 외부 파일럿 솔레이노이드 밸브 방식 중에서 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로를 개시하고자 한다.

또한, 본 발명의 압력조절밸브(60)는, 외부 공압 공급회로과; 상기 외부 공압공급회로와 연결된 레귤레이터와; 상기 레귤레이터와 연결된 체크밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로를 개시하고자 한다.

도 1은 종래의 실린더 가감속 공압회로이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예의 공압회로이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분(전기회로, 기타 소요 부품 등과 같은 제반사항)은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기, 색상 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도면에 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 부분 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여, 구성요소별 색상을 도면에서와 같이 표현하였지만 특허 권리 범위는 다양한 색상을 다 포함하는 것이 자명하다.

도면 내지 구성요소의 두께 내지 크기 또한 표현을 명확하게 하기 위하여 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서 설명의 편의를 위하여 일부 부분 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

본 발명은 실린더 급속 제어 공압회로에 관한 것으로서, 보다 상세히는 복동 실린더의 급속 왕복운동이 가능하도록 급속배기장치와, 속도 전환을 위한 직동식 3포트 밸브와 속도 완충을 위한 압력조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로에 관한 것이다.

본 발명은 왕복 실린더(20)의 급속구간을 더 빠르게 되면서도 왕복 실린더(20)의 사점부근에서 속도를 급감속시켜 안정적으로 충격 흡수 할 수 있는 공압회로를 개시하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 3가지 기술을 개시하고자 한다.

첫째, 급속제어를 위해서는 응답성이 우수하고, 공기압력의 영향이 적은 직동식 솔레노이드 방식의 3포트 밸브(50)를 구비하는 것이다.

통상적으로 유량을 제어할때에는 내부 파일럿 솔레노이드 밸브를 사용하지만, 본 발명에서는 직동식 솔레노이브 밸브방식의 3포트 밸브(50)을 사용한다.

그 이유는 상기 3포트 밸브(50)는 배기 관로에 설치 되어, 파일럿 압력이 적어서 내부 파일럿 솔레노이드 밸브는 원활하게 작동하지 하지 않기 때문이다. 따라서, 본 발명에서는 상기 3포트 밸브(50)는 직동식 솔레노이드 밸브 뿐만 아니라 에어오퍼레이트 및 외부 파일럿 솔레이노이드 밸브 방식도 사용할 수 있다.

본 발명에서는 급속 배기이후, 왕복 실린더(20)의 속도를 늦추고 충격을 흡수할 수 있는 에어쿠션을 형성하기 위해서는 응답성과 작동의 안정성이 매우 중요하다.

따라서, 응답성 확보와 배기압력의 영향을 받지 않고 작동할 수 있는 직동식 솔레노이드 밸브, 에어오퍼레이트 및 외부 파일럿 솔레이노이드 밸브 방식 중에서 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 취지는 왕복 실린더의 급속 제어에 있다. 상기 급속 제어의 목적을 달성하기 위해서 3가지 구성요소를 사용하였는데, 하나는 급속배기밸브(30)이며, 다른 하나는 속도 전환을 위한 직동식 3포트밸브(50)와 속도 완충을 위한 압력조절밸브(60)의 적용이다.

보다 구체적으로 설명하면, 첫째, 방향전환밸브(10)보다 직동식 3포트 밸브(50)는 배기 압력에 영향을 받지 않는다. 내부 파일럿 솔레노이드 밸브는 배기압력이 적을 경우 밸브의 개폐가 불안정하게 작동하지만, 직동식 솔레노이드 밸브 방식의 3포트 밸브는 배기압력이 적을때에도 안정적으로 밸브 개폐가 가능하다.

둘째, 상기 급속배기밸브(30)로 급속 배기가 가능한 것이다.

셋째, 상기 압력조절밸브(60)는 배기 압력으로 에어쿠션을 형성해 충격을 흡수하여, 실린더 속도을 급속도로 감속시키는 기능을 가진다.

따라서, 본 발명의 급속제어의 목적을 달성하기 위해서는 속도 전환을 위한 전용의 3포트 밸브(50)가 필요하였으며, 상기 3포트 밸브(50)는 배기 압력의 영향을 적게 받고 안정적으로 구동이 가능한 직동식 솔레노이드 밸브, 에어오퍼레이트 및 외부 파일럿 솔레이노이드 밸브 방식 중에서 하나를 사용하는 것이 바람직하다.

둘째, 배기관로에 급속배기밸브(30)을 연결하는 것이다.

왕복 실린더(20)의 스피드를 높이기 위해서는 배기관로에 있는 공기를 대기중으로 배출시키는 방법을 창안하였다.

통상적으로는 속도조절밸브(40)를 사용하지만, 본 발명에서는 대기중으로 공기를 배출시키는 것이 가장 우수한 성능을 가지므로 급속배기밸브(30)를 왕복실린더(20)의 배기관에 연결하였다.

셋째, 3포트 밸브(50)와 압력조절밸브(60)를 적용하는 것이다.

상기 급속배기 밸브(30)로 급속으로 빨라진 실린더를 안정적으로 감속하기 위해서는 역압을 공급하는 장치 내지 공압을 이용한 완충장비를 부가적으로 설치하는 것이 일반적이다.

그러나, 본 발명에서는 상기 부가장치를 사용하지 않고, 관로내에서 일정한 공압을 유지하는 압력조절밸브(60)을 창안하게 되었다.

왕복실린더(20)의 피스톤위치 센서(21)로부터 감속을 위한 구간에 진입하게 되면, 속도 전환을 위해 3포트 밸브(50)가 작동 후 압력조절밸브(60)가 작동하게 된다.

상기 압력조절밸브(60)은 배기관로에서 유입되는 배기 공기압력을 축적하여 고속으로 작동하는 피스톤의 충격을 흡수하는 공기 스프링 기능을 수행한다. 그로 인해 부가장치 없이도 왕복실린더(20)의 충격을 흡수하고, 안정적으로 감속시킬 수가 있다.

또한 직동식 3포트 밸브(50)로 인하여 유입되는 배기 공기압력에 영향이 없이 작동이 잘되므로, 배기 유량을 제어하여 왕복 실린더의 속도의 급감과 에어쿠션을 형성할 수 있는 압력 제어가 가능하다.

따라서, 상기 3가지 기술로 본 발명은 급속제어 구간의 확보와 아울러 안정적 감속이 가능한 왕복실린더 급속 제어 공압회로를 개시하고자 한다.

도 1은 종래의 실린더 가감속 공압회로이다.

도 1은 대한민국 등록특허 제10-1000899호에서 개시하고 있는 기술로서, 정전이나 라인 측에 에어가 꺼지는 등과 같은 비상사태 발생시 에어실린더의 작동을 중간정지하는 안전시스템에 관한 것이며, 속도조절수단을 통해 에어실린더의 전, 후진 속도를 감속시키는 감속구간을 갖도록 함으로써 고하중 장비의 충격에 따른 소음 및 파손 발생을 예방하는 기술을 개시하고 있다.

도 1에서 나타낸 것과 같이, 통상적으로 에어 실린더(S)을 제어하기 위하여 주방향전환밸브(20)와, 속도 제어를 위하여 속도조절 밸브(3)를 사용한다.

통상적인 속도조절밸브는 교축밸브에 체크밸브를 붙인 구조로, 공압회로 엑추에이터의 스피드를 조정하는 간단한 기구로서 배기되는 공기유량을 조절하여 엑추에이터 속도를 제어한다.

상기 속도조절밸브를 급속제어서 많이 적용하는데, 본 발명에서는 기존의 급속제어보다 더 빠른 속도를 제어할 수 있는 기술을 개시하고자 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예의 공압회로이다.

도 2를 참조하며, 본 발명의 실린더 급속 제어 공압회로는, 피스톤 위치센서(21)를 구비한 왕복 실린더(20)와, 상기 왕복 실린더(20)의 내측 피스톤 기준으로 각각의 공간에 공급되는 공기의 압력을 조정하는 방향전환 밸브(10)를 구비한 공압회로에 있어서, 상기 왕복 실린더의 배기관로에 연결된 급속배기밸브(30)와; 상기 급속배기밸브(30)와 연결된 속도조절밸브(40)와; 상기 속도조절밸브(40)와 연결된 3포트 밸브(50)와 압력조절밸브(60);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 3포트 밸브(50)는, 상기 방향전환 밸브(10)의 공압회로 내경보다 큰 배관 내경을 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 방향전환 밸브(10)는 메인 방향 전환 밸브에 해당되며, 전반적인 왕복 실린더(20)의 작동 상태를 제어한다.

상기 급속 배기 밸브(30)는 배관이나 방향제어 밸브의 저항을 피하고, 저항이 적은 단락 상태로 공기를 대기 중으로 방출하여 공압 실린더 내지 액추에이터의 속도를 증가시킬 목적으로 사용된다.

상기 속조조절밸브(40)는 배기관로의 공기유량을 조절하며, 상기 3포트 밸브(50)로 배기 공기를 유입되도록 한다.

상기 배기(51)는 배기구와 소음기를 기능을 포함하며, 배기저항이 적어 변환밸브의 변환 성능에 영향을 주지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 3포트 밸브(50)는, 상기 방향전환 밸브(10)의 공압회로 내경보다 큰 배관 내경을 구비하는 것을 특징으로 한다.

큰 내경을 구비한 3포트 밸브(50)의 적용은 3가지 이점이 있다.

하나는 급속배기 가능한 것이며, 다른 하나는 왕복 실린더(20)의 급감속을 용이하게 유도할 수 있기 때문이며, 마지막으로 상기 3포트 밸브(50)와 방향전환밸브(10)를 분리함으로서, 급속제어 및 감속제어의 독립성을 확보할 수 있고, 개별제어가 가능한 것이 특징이다.

또한, 상기 3포트 밸브(50)는 방향전환밸브(10)보다 큰 내경을 구비함으로서 공기유량 제어에 유리하며, 2배 이상의 넓은 범위의 유량제어가 가능하다.

상기 압력조절밸브(60)은 릴리프 밸브로서, 공압 회로내의 압력을 설정 목표압력으로 유지하는 기능을 가진다.

상기 왕복 실린더(20)가 사점(Dead Center)에 도달하기 전의 일정구간에서 급속으로 진행하는 피스톤을 감속시켜서 피스톤 충격이 발생하지 않아야 한다.

따라서, 왕복실린더(20)의 충격 흡수를 위한 스프링 기능을 수행하기 위하여 릴리프 밸브를 구비하여, 피스톤 끝단부에 배기관로의 배출되는 공압을 일정하게 유지함으로서 에어쿠션 효과를 형성하여 실린더 운동의 사점에서의 피스톤 충격을 안정적으로 흡수한다.

상기 충격흡수이후, 내부에 잔류하는 공기는 배기(61)로 통하여 배출한다.

상기 압력조절밸브(60)는 배기압력이 설정 압력보다 낮은 경우, 상기 에어쿠션을 형성하기 위하여, 상기 압력조절밸브(60)는, 외부 공압 공급회로과; 상기 외부 공압공급회로와 연결된 레귤레이터와; 상기 레귤레이터와 연결된 체크밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 외부 공압공급회로와 연결된 레귤레이터는 공기압력을 조절하기 위한 것이며, 상기 체크밸브는 압력조절밸브(60)와 연결된 공압회로의 압력이 외부 공압 공급회로로 유출되는 것을 방지하기 위함이다.

상기의 구성으로, 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 급속배기 밸브, 3포트 밸브 및 압력조절밸브를 구비함으로써, 간단한 구성으로, 제작이 용이하고, 급속제어와 안정적인 감속제어가 가능하다.

둘째, 배기압력을 이용한 압력조절밸브는 다른 부가적 장치 없이 안정적으로 실린더의 충격을 흡수할 수 있다.

셋째, 직동식 3포트밸브를 사용함으로써, 배기압력의 영향을 받지 않는다.

10: 방향전환 밸브, 20: 왕복 실린더, 21: 실린더 위치센서
30: 급속배기밸브, 40: 속도조절밸브,
50: 3포트 밸브, 51: 배기
60: 압력조절밸브, 61: 배기
100: 실린더 급속 제어 공압회로

Claims (3)

1. 피스톤 위치센서(21)를 구비한 왕복 실린더(20)와, 상기 왕복 실린더(20)의 내측 피스톤 기준으로 각각의 공간에 공급되는 공기의 압력을 조정하는 방향전환 밸브(10)를 구비한 공압회로에 있어서,
   상기 왕복 실린더(20)의 배기관로에 연결된 급속배기밸브(30)와;
   상기 급속배기밸브(30)와 연결된 속도조절밸브(40)와;
   상기 속도조절밸브(40)와 연결된 3포트 밸브(50)와 압력조절밸브(60);을 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로.
   
2. 1항에 있어서,
   상기 3포트 밸브(50)는,
   직동식 솔레노이드 밸브, 에어오퍼레이트 및 외부 파일럿 솔레이노이드 밸브 방식 중에서 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로.
   
3. 1항에 있어서,
   상기 압력조절밸브(60)는,
   외부 공압 공급회로과;
   상기 외부 공압공급회로와 연결된 레귤레이터와;
   상기 레귤레이터와 연결된 체크밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 실린더 급속 제어 공압회로.
   

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