KR102556737B1 - 가스 실린더 - Google Patents

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KR102556737B1
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chamber
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유지 다카쿠와
나오키 신조
아키히로 가자마
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에스엠시 가부시키가이샤
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Abstract

가스 실린더(10)는, 제2 포트에 공급되는 가스의 일부를 수용실(96)에 공급하기 위한 공급통로(120, 132)를 구비한다. 제1 압력실의 압력이 소정압 이하인 경우, 밸브체(92)는, 스프링 부재(94)의 가압력과 수용실(96)의 압력과에 의해, 배출 유로(90)를 차단한다. 제1 압력실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 밸브체(92)는, 제1 압력실의 압력에 의해, 해당 가압력 및 수용실(96)의 압력에 대항하여 변위함으로써, 배출 유로(90)를 연통시킨다.

Description

가스 실린더 {GAS CYLINDER}
본 발명은, 피스톤이 스트로크 엔드에서 정지할 때 해당 피스톤의 움직임을 제동하는 쿠션 기구를 구비한 가스 실린더에 관한 것이다.
종래부터, 가스 실린더에 있어서, 피스톤의 스트로크 엔드에서의 충격을 완화하기 위해 쿠션 기구를 설치하는 것이, 예를 들어, 일본 공개실용신안 실개소61-141804호 공보, 일본 공개실용신안 실개소63-008405호 공보, 일본 공개특허 특개평06-341411호 공보, 및 일본 특허 제3466121호 공보에 개시되어 있다. 이러한 문헌에는, 가스 실린더의 커버에 스로틀 밸브를 내장시키고, 피스톤의 속도(실린더 속도) 등의 가스 실린더의 사용 조건에 맞추어 스로틀 밸브의 개도를 수동 조정함으로써, 스트로크 엔드와 피스톤과의 사이의 압력실(쿠션실)로부터 스로틀 밸브를 통하여 배출되는 가스의 배출량을 조정하는 것이 개시되어 있다.
그런데, 동일한 구조의 가스 실린더가 복수대 설치되는 생산 설비를 취급하는 경우, 각각의 가스 실린더에 대해서 스로틀 밸브의 수동 조정을 행할 필요가 있기 때문에, 담당자의 부담이 커진다.
또, 스로틀 밸브에 대한 수동 조정은, 담당자의 감에 맡겨 있다. 게다가, 나사식의 조정 기구에 의해 스로틀 밸브의 개도를 수동 조정하기 때문에, 생산 설비의 진동 등에 의한 나사의 풀림 유무의 확인 등, 매일 유지보수가 필요하다. 이 결과, 수동 조정을 반복해서 행할 필요가 있다.
또한, 실린더 속도가 고속 사양인 경우, 스로틀 밸브의 개도를 수동 조정하여 가스의 배출량을 줄임으로써, 스트로크 엔드측에서의 실린더 속도를 감속시킬 수 있다. 그렇지만, 가스의 배출량을 줄이면, 쿠션실의 압력이 크게 압축되어 급격하게 상승하고, 피스톤이 진행 방향과는 역방향으로 되밀리는 바운드 현상이 발생한다. 이 결과, 택트 타임이 길어져, 생산 설비의 로스가 발생한다.
이러한 문제에 대해서, 쿠션실의 가스를 배출하는 오리피스부와, 오리피스부와 협력하여 쿠션실의 가스를 배출하는 배출 유로와, 배출 유로를 연통 또는 차단하는 밸브체와, 밸브체의 기단부를 가압하여 해당 밸브체를 변위시키는 것에 의해, 밸브체의 선단부에서 배출 유로를 차단시키는 탄성체를 설치하는 것을 생각할 수 있다.
이 구성에서는, 쿠션실의 압력이 소정의 역치(소정압) 이하인 경우, 탄성체의 가압력에 의해 밸브체는 배출 유로를 차단한다. 이것에 의해, 쿠션실의 가스는 오리피스부를 통해서만 배출된다.
또, 쿠션실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 해당 압력에 의해 밸브체가 가압력에 저항하여 변위하고, 배출 유로를 연통시킨다. 이것에 의해, 쿠션실의 가스는, 오리피스부를 통하여 배출됨과 함께, 배출 유로를 통하여 배출된다.
이 구성에서는, 밸브체를 변위시키기 위한 역치인 소정압이 일정한 경우, 소정의 가압력의 탄성체를 가스 실린더에 설치할 수도 있다. 그렇지만, 유저가 요구하는 사양에 응답하여 소정압을 조정할 필요가 있는 경우, 가압력이 상이한 복수의 탄성체를 미리 준비해 두고, 복수의 탄성체 중에서, 해당 사양에 따른 최적의 가압력을 가지는 탄성체를 선정하여, 선정한 탄성체로 교환할 필요가 있다. 이 결과, 소정압을 변경하기 위한 조정 작업이 번거로운 동시에 비용이 소요된다.
본 발명은, 이러한 과제를 고려하여 이루어진 것으로서, 밸브체를 변위시키기 위한 역치(소정압)을 자동적으로 조정 가능함과 함께, 밸브체에 대한 수동 조정이 불필요하고, 바운드 현상의 발생을 억제하면서, 스트로크 엔드로의 피스톤의 순조로운 도달과 피스톤에 대한 충격의 완화를 실현항 수 있는 가스 실린더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 태양은, 내부에 실린더실이 형성된 실린더 튜브와, 상기 실린더 튜브의 일단을 폐쇄하는 제1 커버와, 상기 실린더 튜브의 타단을 폐쇄하는 제2 커버와, 상기 실린더실을 상기 제1 커버측의 제1 압력실과 상기 제2 커버측의 제2 압력실로 구획하고, 상기 실린더실에서 슬라이딩하는 피스톤과, 상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드와, 상기 제1 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제1 포트와, 상기 제2 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제2 포트와, 적어도 상기 제1 커버측의 스트로크 엔드에서 상기 피스톤이 정지할 때 해당 피스톤의 움직임을 제동하는 쿠션 기구를 구비하는 가스 실린더에 관한 것이다.
상기 쿠션 기구는, 상기 피스톤이 상기 스트로크 엔드에 근접할 때, 상기 제1 압력실과 상기 제1 포트와의 연통상태를 차단하는 연통 차단부와, 상기 제1 압력실의 가스를 배출하는 오리피스부와, 상기 오리피스부와 협력하여 상기 제1 압력실로부터 가스를 배출하는 배출유량 조정부를 갖는다.
상기 배출유량 조정부는, 상기 제1 압력실의 가스를 배출하기 위한 배출 유로와, 상기 배출 유로를 연통 또는 차단하는 밸브체와, 상기 밸브체의 기단부를 가압하여 상기 밸브체를 변위시키는 것에 의해 상기 밸브체의 선단부로 상기 배출 유로를 차단시키는 탄성체와, 가스 수용부를 갖는다.
그리고, 상기 가스 실린더는, 상기 제2 포트에 공급되는 가스의 일부를 상기 가스 수용부에 공급하기 위한 공급통로를 더 구비한다. 여기서, 상기 제1 압력실의 압력이, 상기 탄성체의 가압력과 상기 가스 수용부의 압력에 근거하는 소정압 이하인 경우, 상기 밸브체는, 상기 가압력과 상기 가스 수용부의 압력에 의해, 상기 배출 유로를 차단한다. 한편, 상기 제1 압력실의 압력이 상기 소정압을 넘는 경우, 상기 밸브체는, 상기 제1 압력실의 압력에 의해, 상기 가압력 및 상기 가스 수용부의 압력에 대항하여 변위함으로써, 상기 배출 유로를 연통시킨다.
상기와 같이, 바운드 현상은, 피스톤이 제1 커버측의 스트로크 엔드를 향해 변위할 때, 제1 압력실(쿠션실)의 압력이 크게 압축되어 급격하게 상승함으로써 발생한다. 즉, 바운드 현상은, 쿠션실의 압력에 의한 피스톤의 추력과, 제2 압력실의 압력에 의한 피스톤의 추력과의 밸런스가 무너졌을 때 발생한다.
거기서, 본 발명에서는, 제2 포트로부터 제2 압력실에 공급되는 가스의 일부를, 공급통로를 통하여 가스 수용부에 공급한다. 이것에 의해, 밸브체를 변위시키기 위한 역치인 소정압은, 가스 수용부의 압력, 즉, 제2 포트로부터 제2 압력실에 공급되는 가스의 압력(피스톤의 작동 압력)에 따라 변화한다. 즉, 탄성체의 가압력이 일정해도, 소정압은, 쿠션실의 압력과 가압실의 압력과의 차압에 따라 변화한다.
이와 같이, 본 발명에서는, 가스 수용부의 압력을 이용하여 소정압을 조정한다. 이것에 의해, 제1 압력실의 압력과 제2 압력실의 압력과의 차압을 고려하여, 최적인 가압력의 탄성체를 설치해 두면, 제2 압력실의 압력이 변동해도, 소정압을 자동적으로 조정하는 것이 가능해진다. 즉, 소정압을 조정하기 위한 탄성체의 교환 작업이 불필요해진다.
또, 본 발명에서는, 제1 압력실의 압력이 소정압 이하인 경우, 탄성체로부터의 가압력과 가스 수용부의 압력에 의해 밸브체의 선단부가 배출 유로를 차단하므로, 쿠션실의 가스는 오리피스부를 통해서만 배출된다. 한편, 제1 압력실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 해당 압력에 의해 밸브체가 가압력 및 가스 수용부의 압력에 대항하여 변위해서 배출 유로를 연통시키므로, 제1 압력실의 가스는 오리피스부를 통하여 배출됨과 함께, 배출 유로를 통하여 배출된다.
이와 같이, 제1 압력실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 2개의 루트로 제1 압력실의 가스가 배출된다. 이것에 의해, 제1 압력실의 가스가 단시간에 배출되어 피스톤을 스트로크 엔드에 신속하고 또한 순조롭게 도달시킬 수 있다. 이 결과, 바운드 현상의 발생을 회피하면서, 가스 실린더의 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 탄성체의 가압력 및 가스 수용부의 압력과 제1 압력실의 압력과의 밸런스(차압)로 밸브체가 변위하는 것에 의해, 배출 유로가 연통상태 또는 차단상태로 전환된다. 이것에 의해, 밸브체에 대한 수동 조정이 불필요하게 된다. 이 결과, 배출 유로가 연통상태인 경우, 제1 압력실의 압력의 크기에 따라, 밸브체의 개도를 서서히 변화시키는 것이 가능해진다.
따라서, 본 발명에서는, 소정압을 자동적으로 조정하는 것이 가능하게 됨과 함께, 밸브체에 대한 수동 조정이 불필요하게 되어, 바운드 현상의 발생을 억제하면서, 스트로크 엔드로의 피스톤의 순조로운 도달과 피스톤에 대한 충격의 완화를 실현하는 것이 가능해진다.
상기의 목적, 특징 및 이점은, 첨부한 도면을 참조하여 설명되는 이하의 실시형태의 설명으로부터 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 본 실시형태에 따른 가스 실린더의 사시도이다.
도 2는 도 1의 가스 실린더의 평면도이다.
도 3은 도 1의 III-III선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 IV-IV선에 따른 일부 단면도이다.
도 5는 도 2의 V-V선에 따른 일부 단면도이다.
도 6은 도 1의 가스 실린더의 동작을 나타내는 일부 단면도이다.
도 7은 도 1의 가스 실린더의 동작을 나타내는 일부 단면도이다.
도 8은 도 1의 가스 실린더의 동작을 나타내는 유체 회로도이다.
도 9는 도 1의 가스 실린더의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 10은 도 1의 가스 실린더의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
도 11은 도 1의 가스 실린더의 동작을 나타내는 타이밍 차트이다.
이하, 본 발명에 따른 가스 실린더에 대해 바람직한 실시형태를 예시로, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.
[1. 본 실시형태의 구성]
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)는, 원통의 실린더 튜브(12)와, 실린더 튜브(12)의 일단을 밀봉(폐쇄)하는 헤드 커버(14)와, 실린더 튜브(12)의 타단을 밀봉(폐쇄)하는 로드 커버(16)를 구비한다. 실린더 튜브(12), 헤드 커버(14) 및 로드 커버(16)는, 가스 실린더(10)의 실린더 본체(18)를 구성한다.
실린더 본체(18)는, 외관상, 헤드 커버(14)로부터 로드 커버(16)로 향하는 방향을 길이방향으로 하는 직육면체 형상으로 형성되어 있다. 또한, 해당 길이방향은, 후술하는 피스톤 로드(20)의 연장방향이며, 가스 실린더(10)의 축방향이다. 또, 실린더 본체(18)에 있어서, 길이방향(연장방향, 축방향)에 직교하는 단면의 네 모서리부는 외측으로 돌출되어 있다.
실린더 튜브(12)의 네 모서리부에는, 길이방향에 연장되는 관통구멍(22)이 각각 형성되어 있다(도 3 참조). 또, 헤드 커버(14)의 네 모서리부에는, 관통구멍(22)과 동축으로, 단차 형상의 관통구멍(24)이 각각 형성되어 있다. 각 관통구멍(24)은, 관통구멍(22)에 연통하는 소직경 부분과, 관통구멍(22)으로부터 이격되도록 소직경 부분에 연통하는 대직경 부분으로 구성된다. 각 관통구멍(24)의 대직경 부분에는, 내벽에 나사가 형성된 통 형상의 연결 부재(26)가 각각 끼워넣어져 있다. 또한, 로드 커버(16)의 네 모서리부에는, 관통구멍(22)과 동축으로, 나사구멍(28)이 각각 형성되어 있다.
각 관통구멍(22)에는, 양단에 나사가 형성된 연결 로드(30)가 각각 삽입되어 있다. 각 연결 로드(30)의 일단측의 나사는, 각 연결 부재(26)의 나사에 나사결합하고 있다. 또, 각 연결 로드(30)의 타단측의 나사는, 나사구멍(28)에 나사결합하고 있다. 따라서, 헤드 커버(14) 및 로드 커버(16)는, 복수의 연결 로드(30)와, 헤드 커버(14) 측의 복수의 연결 부재(26)와, 로드 커버(16)에 형성된 복수의 나사구멍(28)에 의해, 가스 실린더(10)의 축방향으로 연결된다. 또한, 도 3에서는, 대표적으로, 1개의 모서리부에 있어서의 연결 부재(26), 나사구멍(28) 및 연결 로드(30)의 연결 상태를 도시하고 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 헤드 커버(14)의 상면에는, 헤드측 포트(32)가 설치되어 있다. 또, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 로드 커버(16)의 상면에는, 로드측 포트(34)가 설치되어 있다. 로드 커버(16)로부터는 피스톤 로드(20)가 돌출하여 연장하고 있다.
실린더 튜브(12)의 내부에는, 실린더실(36)이 형성되어 있다(도 3 내지 도 8 참조). 실린더실(36)에는, 헤드 커버(14) 측의 스트로크 시단(start end)(스트로크 엔드)과, 로드 커버(16) 측의 스트로크 종단(terminal end)(스트로크 엔드)과의 사이를 축방향으로 슬라이딩하는 피스톤(38)이 배치되어 있다. 피스톤(38)은, 실린더실(36)을 헤드 커버(14) 측의 헤드측 압력실(40)과 로드 커버(16) 측의 로드측 압력실(42)로 구획한다.
피스톤(38)에는 피스톤 로드(20)가 연결되어 있다(도 1 내지 도 3 및 도 8 참조). 피스톤 로드(20)의 일단은 피스톤(38)에 연결되어 있다. 피스톤 로드(20)의 타단은 로드 커버(16)를 관통하여 외부로 돌출하고 있다. 피스톤(38)의 헤드 커버(14) 측에는 헤드측 쿠션 핀(44)이 연결되어 있다(도 3 참조). 피스톤(38)의 로드 커버(16) 측에는 로드측 쿠션 핀(46)이 피스톤 로드(20)의 외주면에 부착되어 있다.
헤드 커버(14)에는, 피스톤(38)이 스트로크 시단에 근접했을 때, 헤드측 쿠션 핀(44)이 삽입되는 오목부 형상의 헤드 커버실(48)이 형성되어 있다. 헤드 커버실(48)의 안쪽에는, 헤드 커버(14) 내를 위쪽으로 관통하는 관통구멍(50)이 형성되어 있다. 관통구멍(50)은 헤드측 포트(32)에 연통하고 있다. 따라서, 헤드측 포트(32)는, 관통구멍(50) 및 헤드 커버실(48)을 통하여, 헤드측 압력실(40)에 대한 가스의 공급 및 배출을 실시한다. 헤드 커버실(48)의 피스톤(38) 측에는, 헤드 커버실(48)에 삽입되는 헤드측 쿠션 핀(44)에 슬라이딩 접촉하는 O링 등의 쿠션 패킹(52)이 설치되어 있다.
로드 커버(16)에는, 피스톤(38)이 스트로크 종단에 근접했을 때, 로드측 쿠션 핀(46)이 삽입되는 오목부 형상의 로드 커버실(54)이 형성되어 있다. 로드 커버실(54)의 안쪽에는, 로드 커버(16) 내를 위쪽으로 관통하는 관통구멍(56)이 형성되어 있다. 관통구멍(56)은 로드측 포트(34)에 연통하고 있다. 따라서, 로드측 포트(34)는, 관통구멍(56) 및 로드 커버실(54)을 통하여, 로드측 압력실(42)에 대한 가스의 공급 및 배출을 실시한다. 로드 커버실(54)의 피스톤(38) 측에는, 로드 커버실(54)에 삽입되는 로드측 쿠션 핀(46)에 슬라이딩 접촉하는 O링 등의 쿠션 패킹(58)이 설치되어 있다.
또한, 헤드측 압력실(40) 및 로드측 압력실(42)에 공급 및 배출되는 가스는, 예를 들어, 에어이다. 따라서, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)는, 예를 들어, 에어 실린더에 적용된다.
가스 실린더(10)의 헤드 커버(14) 측에는, 피스톤(38)이 스트로크 시단에서 정지할 때에 해당 피스톤(38)의 움직임을 제동하는 헤드측 쿠션 기구(60)가 설치되어 있다(도 3, 도 4 및 도 8 참조). 또, 가스 실린더(10)의 로드 커버(16) 측에는, 피스톤(38)이 스트로크 종단에서 정지할 때에 해당 피스톤(38)의 움직임을 제동하는 로드측 쿠션 기구(62)가 설치되어 있다(도 3 내지 도 8 참조).
또한, 가스 실린더(10)에는, 쿠션 기구는, 헤드 커버(14)측 및 로드 커버(16)측 중에서, 적어도 한 쪽에 설치되어 있을 수 있다. 또, 스트로크 엔드(스트로크 시단 또는 스트로크 종단)에 피스톤(38)이 정지할 때, 해당 피스톤(38)과 스트로크 엔드와의 사이의 공간(헤드측 압력실(40) 또는 로드측 압력실(42))이 쿠션실이 된다.
헤드측 쿠션 기구(60)는, 피스톤(38)이 스트로크 시단에 근접할 때, 헤드측 압력실(40)과 헤드측 포트(32)와의 연통상태를 차단하는 연통 차단부(64)와, 헤드 커버(14)에 설치되고, 헤드측 압력실(40)의 가스를 배출하는 오리피스부(66)와, 헤드 커버(14)에 설치되고, 오리피스부(66)와 협력하여 헤드측 압력실(40)로부터 가스를 배출하는 배출유량 조정부(68)를 갖는다. 오리피스부(66) 및 배출유량 조정부(68)는, 헤드 커버(14) 내에 있어서, 피스톤 로드(20)에 대해서 위쪽(한 쪽의 측부)에 설치되어 있다.
헤드측 쿠션 기구(60)에 있어서, 연통 차단부(64)는, 헤드측 쿠션 핀(44) 및 쿠션 패킹(52)이다. 헤드측 쿠션 핀(44)과 쿠션 패킹(52)이 슬라이딩 접촉하는 것에 의해, 헤드측 압력실(40)과 헤드측 포트(32)와의 연통상태가 차단된다. 또, 헤드측 쿠션 기구(60)에 있어서, 오리피스부(66)는, 헤드측 압력실(40)에 연통하고, 헤드 커버(14) 내에서 축방향으로 연장하는 상류측의 유로(70)(제1 유로)와, 해당 유로(70)의 하류측에 연결되고, 헤드 커버(14) 내에서 상하방향으로 연장하는 하류측의 유로(72)(제2 유로)와, 해당 유로(72)의 하측과 헤드 커버실(48)을 연통시키고, 유로(72)보다 작은 직경의 오리피스(74)로 구성된다. 따라서, 헤드측 압력실(40)과 헤드측 포트(32)와의 연통상태가 차단되었을 경우, 헤드측 압력실(40)의 가스는, 각 유로(70, 72) 및 오리피스(74)로부터 헤드 커버실(48), 관통구멍(50) 및 헤드측 포트(32)를 통하여 배출된다.
로드측 쿠션 기구(62)는, 피스톤(38)이 스트로크 엔드에 근접할 때, 로드측 압력실(42)과 로드측 포트(34)와의 연통상태를 차단하는 연통 차단부(76)와, 로드 커버(16)에 설치되고, 로드측 압력실(42)의 가스를 배출하는 오리피스부(78)와, 로드 커버(16)에 설치되고, 오리피스부(78)와 협력하여 로드측 압력실(42)로부터 가스를 배출하는 배출유량 조정부(80)를 갖는다. 오리피스부(78) 및 배출유량 조정부(80)는, 로드 커버(16) 내에 있어서, 피스톤 로드(20)에 대해서 위쪽(한 쪽의 측부)에 설치되어 있다.
로드측 쿠션 기구(62)에 있어서, 연통 차단부(76)는, 로드측 쿠션 핀(46)과 쿠션 패킹(58)이다. 로드측 쿠션 핀(46)과 쿠션 패킹(58)이 슬라이딩 접촉하는 것에 의해, 로드측 압력실(42)과 로드측 포트(34)와의 연통상태가 차단된다. 또, 로드측 쿠션 기구(62)에 있어서, 오리피스부(78)는, 로드측 압력실(42)에 연통하고, 로드 커버(16) 내에서 축방향으로 연장하는 상류측의 유로(82)(제1 유로)와, 해당 유로(82)의 하류측에 연결되고, 로드 커버(16) 내에서 상하방향으로 연장하는 하류측의 유로(84)(제2 유로)와, 해당 유로(84)의 하측과 로드 커버실(54)을 연통시키고, 유로(84)보다 작은 직경의 오리피스(86)로 구성된다. 따라서, 로드측 압력실(42)과 로드측 포트(34)와의 연통상태가 차단되었을 경우, 로드측 압력실(42)의 가스는, 각 유로(82, 84) 및 오리피스(86)로부터 로드 커버실(54), 관통구멍(56) 및 로드측 포트(34)를 통하여 외부에 배출된다.
헤드측 쿠션 기구(60) 및 로드측 쿠션 기구(62)에 있어서, 오리피스부(66, 78) 및 배출유량 조정부(68, 80)의 구성은, 대체로 동일한 구성이다. 그 때문에, 이하의 설명에서는, 주로, 로드측 쿠션 기구(62)의 오리피스부(78) 및 배출유량 조정부(80)에 대해, 도 4 내지 도 8을 참조하면서 설명한다. 따라서, 헤드측 쿠션 기구(60) 및 로드측 쿠션 기구(62)에 있어서, 오리피스부(66) 및 배출유량 조정부(68)와, 오리피스부(78) 및 배출유량 조정부(80)와의 사이에서, 동일한 구성요소에 대해서는, 동일한 참조부호를 붙여 설명하는 경우가 있는 것에 유의한다.
배출유량 조정부(80)는, 로드 커버(16) 내에 형성되고, 로드측 압력실(42)의 가스를 외부에 배출하기 위한 배출 유로(90)와, 배출 유로(90)의 도중에 배치된 스풀식의 밸브체(92)와, 밸브체(92)의 일단부를 배출 유로(90)의 상류측으로 가압하는 스프링 부재(94)(탄성체)와, 로드 커버(16) 내에 형성되고, 밸브체(92)의 타단부를 수용 가능한 수용실(96)(가스 수용부)을 갖는다.
배출 유로(90)는, 제1 유로로서의 유로(82)와, 제2 유로로서의 유로(84)와, 유로(84)의 하류측으로부터 상방향으로 연장하고, 유로(84)보다 큰 직경의 유로(98)(제3 유로)와, 유로(98)에 접속되고, 축방향으로 연장하여 관통구멍(56)에 연통하는 유로(100)(제4 유로)로 구성된다. 따라서, 유로(84)와 유로(98)와의 연결 부분은, 단차 형상으로 형성되어 있다. 또, 유로(100)는 관통구멍(56)을 통하여 로드측 포트(34)에 연통하고 있다.
또한, 로드 커버(16) 내에는, 유로(100)와 대략 동축으로, 로드측 압력실(42)로부터 유로(98)를 향해 연장되는 통로(102)가 형성되어 있다. 통로(102)는, 드릴 등으로 유로(100)를 형성하기 위한 버리는 구멍이며, 강철구(104)로 밀봉되어 있다.
유로(98)는, 로드 커버(16)에서 상하방향으로 연장되는 구멍(106)에 의해 형성된다. 즉, 구멍(106)은, 하단(일단)이 유로(84)에 연통하고, 상단(타단)이 로드 커버(16)의 상면에 개구되어 외부로 연통하고 있다. 구멍(106)에는, 복수의 슬리브(107, 108)가 삽입되어 있다.
일측의 슬리브(107)는 구멍(106)의 안쪽(유로(84)측)에 삽입되어 있다. 즉, 슬리브(107)는, 구멍(106)에 있어서의 유로(100) 및 통로(102)의 위치와 유로(84)와의 사이에 배치되어 있다. 타측의 슬리브(108)는, 구멍(106)의 앞쪽에 삽입되어 있다. 즉, 슬리브(108)는, 구멍(106)에 있어서의 유로(100) 및 통로(102)의 위치보다 개구측에 배치되어 있다.
그리고, 슬리브(107, 108)의 내측에는, 밸브체(92)가 상하방향으로 슬라이딩 가능하게 배치되어 있다. 구멍(106)의 상단은 덮개부(110)에 의해 폐쇄되어 있다. 이것에 의해, 구멍(106)에 있어서의 덮개부(110)와 슬리브(108)와의 사이가 수용실(96)로서 형성된다. 또, 구멍(106)에 있어서의 슬리브(108)보다 유로(84)측의 부분이 유로(98)로서 형성된다.
도 5 내지 도 7에서는, 구멍(106)에 2개의 슬리브(107, 108)를 삽입하는 경우를 도시하고 있다. 본 실시형태에서는, 2개의 슬리브(107, 108)를 대신하여, 유로(100) 및 통로(102)에 연통하는 구멍을 가지는 1개의 슬리브를 구멍(106)에 삽입하는 것도 가능하다.
밸브체(92)는 유로(84)로부터 수용실(96)에 걸쳐 배치된 원기둥 형상의 스풀 밸브이다. 밸브체(92)의 외주면에는, 슬리브(107, 108)의 내주면에 슬라이딩 접촉하는 O링 등의 밀봉 부재(112)가 설치되어 있다. 도 5 내지 도 7에는, 일례로서, 밸브체(92)의 외주면의 2개소에 밀봉 부재(112)를 각각 설치한 경우를 도시하고 있다.
스프링 부재(94)는, 수용실(96)에 있어서, 덮개부(110)의 저면의 중심부에 형성된 오목부(114)와, 밸브체(92)의 타단부의 중심부에 형성된 오목부(116)와의 사이에 끼워져 삽입된다. 스프링 부재(94)는, 밸브체(92)를 하방향(유로(84)측)으로 가압한다. 또한, 밸브체(92)의 일단부의 외주면에는, 상방향(유로(98)측)으로부터 하방향(유로(84)측)을 향해 직경이 축소하는 테이퍼(118)가 형성되어 있다.
또, 가스 실린더(10)는, 헤드측 포트(32)로부터 헤드측 압력실(40)에 공급되는 가스의 일부를 수용실(96)에 공급하기 위한 공급통로(120)를 더 구비한다(도 2 및 도 4 내지 도 8 참조). 공급통로(120)는, 헤드 커버실(48)로부터 상방향으로 연장하는 제1 내부통로(122)와, 제1 내부통로(122)로부터 상방향으로 연장하고, 해당 제1 내부통로(122)보다 큰 직경의 제2 내부통로(124)와, 축방향을 따라 연장하고, 일단이 제2 내부통로(124)에 연통하고, 타단이 수용실(96)에 연통하는 제3 내부통로(126)를 갖는다.
제1 내부통로(122)는, 유로(72, 84)와 대략 동일한 내경을 갖는다. 또, 제2 내부통로(124)는, 헤드 커버(14)에서 상하방향으로 연장되는 구멍(128)에 의해 형성된다. 즉, 구멍(128)은, 전술한 구멍(106)과 대략 동일한 내경을 가지며, 하단(일단)이 제1 내부통로(122)에 연통하고, 상단(타단)이 헤드 커버(14)의 상면에서 개구되어 외부로 연통하고 있다. 구멍(128)의 상단은, 덮개부(110)와 동일한 형상의 덮개부(130)에 의해 폐쇄되어 있다. 이것에 의해, 구멍(128)에 있어서의 덮개부(130)와 제1 내부통로(122)와의 사이가 제2 내부통로(124)로서 형성된다.
제3 내부통로(126)는, 헤드 커버(14) 내에서 제2 내부통로(124)에 연통하고, 축방향으로 연장되는 통로와, 실린더 튜브(12) 내에서 축방향으로 연장되는 통로와, 로드 커버(16) 내에서 축방향으로 연장되고 수용실(96)에 연통하는 통로에 의해 구성된다.
또한, 상기의 설명에서는, 가공 비용의 삭감이나, 동일한 덮개부(110, 130)를 공통 부품으로서 사용하는 것을 염두에 두고, 구멍(106)과 동일한 형상의 구멍(128)을 형성하여, 제1 내부통로(122) 및 제2 내부통로(124)를 형성하고 있다. 그 때문에, 본 실시형태에 있어서, 구멍(128)은 구멍(106)과 다른 형상일 수도 있고, 구멍(128)이 1개의 내부통로를 형성할 수도 있다. 즉, 헤드 커버실(48)과 수용실(96)을 연결할 수 있다면, 공급통로(120)(제1 내지 제3 내부통로(122 내지 126))는 어떠한 형상이어도 괜찮다.
이상, 로드측 쿠션 기구(62)의 오리피스부(78) 및 배출유량 조정부(80)와, 공급통로(120)에 대해 설명하였다. 헤드측 쿠션 기구(60)의 오리피스부(66) 및 배출유량 조정부(68)에 대해서는, 예컨대 「로드」라는 용어를 「헤드」로 변경함으로써, 오리피스부(66) 및 배출유량 조정부(68)에 대한 설명이 된다.
또, 헤드측 쿠션 기구(60)의 배출유량 조정부(68)에 대해서도, 도 2에 도시된 바와 같이, 로드측 포트(34)로부터 로드측 압력실(42)에 공급되는 가스의 일부를, 배출유량 조정부(68)의 수용실(96)에 공급하기 위한 공급통로(132)가 더 설치된다. 전술한 바와 같이, 각 구멍(106, 128)은 대략 동일한 내경을 가짐과 함께, 덮개부(110, 130)는 동일한 형상이다. 즉, 가스 실린더(10)에서는, 로드 커버(16)를 피스톤 로드(20)가 관통한다는 점을 제외하고는, 헤드 커버(14)와 로드 커버(16)를 대체로 동일한 형상으로 하고 있다.
공급통로(132)는, 로드 커버(16)측의 구멍(128)에 형성된 제1 내부통로(134) 및 제2 내부통로(136)와, 축방향을 따라 연장하고, 일단이 제2 내부통로(136)에 연통하고, 타단이 배출유량 조정부(68)의 수용실(96)에 연통하는 제3 내부통로(138)를 갖는다. 이 경우, 제1 내지 제3 내부통로(134 내지 138)는, 공급통로(120)를 구성하는 제1 내지 제3 내부통로(122 내지 126)에 대응한다. 이것에 의해, 가스 실린더(10)의 제조의 용이화 및 제조 비용의 삭감이 실현된다.
[2. 본 실시형태의 동작]
이상과 같이 구성되는 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)의 동작에 대해 설명한다. 여기에서는, 도 8에 도시된 바와 같이, 가스 공급원(140)으로부터 전자 밸브(142) 및 헤드측 포트(32)를 통하여 헤드측 압력실(40)에 가스를 공급하고, 한편으로는, 로드측 압력실(42)로부터 로드측 포트(34) 및 전자 밸브(142)를 통하여 가스를 배출함으로써, 로드 커버(16)(제1 커버) 측의 스트로크 종단(스트로크 엔드)에 피스톤(38)을 도달시키는 경우의 로드측 쿠션 기구(62)(쿠션 기구)의 동작에 대해 설명한다. 또한, 전자 밸브(142)는, 예를 들어, 4방향 5포트의 단동형 전자 밸브이며, 배출측의 포트에는, 사일렌서(144)가 접속되어 있다.
본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)의 동작의 설명에 앞서, 비교예의 가스 실린더의 동작에 대해 간단하게 설명한다. 비교예의 가스 실린더는, 수용실(96) 및 공급통로(120, 132)(도 2 및 도 4 내지 도 8 참조)를 가지지 않는 가스 실린더이다. 비교예의 가스 실린더의 동작 설명에서는, 필요에 따라서, 가스 실린더(10)의 구성요소를 이용하여 설명한다.
비교예의 가스 실린더에서도, 우선은, 헤드측 포트(32)(제2 포트)로부터 관통구멍(50) 및 헤드 커버실(48)을 통하여 헤드측 압력실(40)(제2 압력실)로의 가스의 공급을 개시함과 함께, 로드측 압력실(42)(제1 압력실)로부터 로드 커버실(54), 관통구멍(56) 및 로드측 포트(34)(제1 포트)를 통해 가스의 배출을 개시한다. 이것에 의해, 피스톤(38)은 로드 커버(16) 측을 향하여 축방향으로 변위하고, 피스톤 로드(20)는 로드 커버(16)로부터 축방향으로 돌출한다.
다음에, 로드측 쿠션 핀(46)이 로드 커버실(54)에 진입하면, 로드측 쿠션 핀(46)과 로드 커버실(54)의 쿠션 패킹(58)이 슬라이딩 접촉한다. 이것에 의해, 로드 커버실(54)을 통한 로드측 포트(34)와 로드측 압력실(42)과의 연통상태가 차단된다. 이 결과, 로드측 압력실(42)의 압력이 상승한다. 그리고, 비교예의 가스 실린더에서는, 이하의 설명과 같이, 미터-아웃 회로를 이용한 방법으로, 로드측 압력실(42)로부터 가스를 배출한다.
이 경우, 로드측 압력실(42)의 가스는, 오리피스부(78)(2개의 유로(82, 84) 및 오리피스(86)), 로드 커버실(54) 및 관통구멍(56)을 통하여, 로드측 포트(34)로부터 배출된다. 여기서, 로드측 압력실(42)의 압력이 소정의 역치(소정압) 이하인 경우, 밸브체(92)의 일단부는, 스프링 부재(94)의 가압력에 의해, 2개의 유로(84, 98)의 단차 부분에 맞닿는다. 이것에 의해, 유로(84)와 유로(98)와의 연결 부분은 폐쇄되고, 유로(84)와 유로(98)와의 연통상태는 차단된다.
다음에, 로드측 압력실(42)의 압력이 소정압을 넘는 경우, 밸브체(92)는, 해당 압력에 의해, 스프링 부재(94)의 가압력에 대항하여 상방향(유로(98)측)으로 변위한다. 밸브체(92)는, 스풀식의 밸브체이기 때문에, 로드측 압력실(42)의 압력의 크기에 따라, 상방향으로 변위한다. 이것에 의해, 밸브체(92)의 일단부는, 유로(84)와 유로(98)와의 연결 부분으로부터 이격되어, 밸브체(92)의 일단부의 테이퍼(118)와 연결 부분과의 사이에 작은 간극이 형성된다. 이 결과, 2개의 유로(84, 98)가 연통하고, 로드측 압력실(42)의 가스는, 오리피스부(78), 로드 커버실(54) 및 관통구멍(56)을 통하여 로드측 포트(34)로부터 외부로 배출됨과 함께, 각 유로(98, 100) 및 관통구멍(56)을 통하여, 로드측 포트(34)로부터 배출된다. 즉, 로드측 압력실(42)의 압력이 소정압을 넘는 경우, 2개의 루트를 통하여 로드측 압력실(42)의 가스가 배출된다. 또한, 밸브체(92)가 상방향으로 변위함으로써 스프링 부재(94)는 수축한다. 그 후, 피스톤(38)은 스트로크 엔드에 도달한다.
그런데, 종래부터, 가스 실린더에서는, 피스톤(38)의 변위(스트로크)가 일시적으로 헤드 커버(14) 측에 되밀리는 바운드 현상이 발생한다. 바운드 현상은, 피스톤(38)이 스트로크 종단을 향해 변위할 때, 쿠션실인 로드측 압력실(42)의 압력이 크게 압축되어 급격하게 상승함으로써 발생한다. 즉, 바운드 현상은, 쿠션실의 압력(로드측 압력실(42)의 압력)에 의한 피스톤(38)의 추력과, 헤드측 압력실(40)의 압력에 의한 피스톤(38)의 추력과의 밸런스가 무너졌을 때 발생한다. 바운드 현상이 발생하면, 가스 실린더의 택트 타임이 길어지고, 해당 가스 실린더를 적용한 생산 설비의 로스가 발생한다.
거기서, 비교예의 가스 실린더에서는, 상기와 같이, 로드측 압력실(42)의 압력이 소정압을 넘는 경우, 밸브체(92)가 스프링 부재(94)의 가압력에 대항하여 상방향(유로(98)측)으로 변위하고, 2개의 루트로 로드측 압력실(42)의 가스를 배출시키는 것에 의해, 바운드 현상의 발생을 회피한다. 그렇지만, 비교예의 가스 실린더에서는, 소정압은, 스프링 부재(94)의 가압력에만 의존하는 일정값이다. 그 때문에, 유저가 요구하는 사양에 따라 소정압을 조정하는 경우, 가압력이 상이한 복수의 스프링 부재(94)를 미리 준비해 두고, 복수의 스프링 부재(94) 중에서, 해당 사양에 따른 최적의 가압력을 가지는 스프링 부재(94)를 선정하여, 선정한 스프링 부재(94)로 교환할 필요가 있다. 이 결과, 소정압을 변경하기 위한 조정 작업이 번거롭고 비용이 든다.
거기서, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)에서는, 헤드측 포트(32)(제2 포트)로부터 관통구멍(50) 및 헤드 커버실(48)을 통하여 헤드측 압력실(40)(제2 압력실)에 공급되는 가스의 일부를, 공급통로(120)를 통하여 수용실(96)에 공급하는 점에서, 비교예의 가스 실린더와는 상이하다(도 2 및 도 4 내지 도 8 참조). 이것에 의해, 밸브체(92)를 변위시키기 위한 역치인 소정압은, 수용실(96)의 압력, 즉, 헤드측 포트(32)로부터 헤드측 압력실(40)에 공급되는 가스의 압력(피스톤(38)의 작동 압력)에 따라 변화한다. 즉, 스프링 부재(94)의 가압력이 일정하더라도, 소정압은, 쿠션실인 로드측 압력실(42)의 압력과 가압실인 헤드측 압력실(40)의 압력과의 차압에 따라 변화한다.
도 9 내지 도 11은, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)의 동작(실시예)을 나타내는 타이밍 차트이다. Pc는 로드측 압력실(42)의 압력(쿠션 압력)이다. 또, Ph는 헤드측 압력실(40)의 가스의 압력(헤드측 압력, 작동 압력)이다. 또한, 스프링 부재(94)의 가압력은, 소정압과 작동 압력과의 차압(도 9 내지 도 11의 각 실시예에서는, 예를 들어, 0.1MPa)에 따른 가압력으로 설정되어 있다.
도 9의 실시예는 소정압을 0.5MPa로 설정한 경우의 타이밍 차트를 나타낸다. 이 경우, 해당 소정압에 대응하는 작동 압력은 0.4MPa이다. 또, 이 실시예에서는, 쿠션 압력(압력 Pc)이 0.6MPa 정도에 도달하면 바운드 현상이 발생한다.
도 9의 시점 t1에 있어서, 헤드측 포트(32)(제2 포트)로부터 헤드 커버실(48)을 통하여 헤드측 압력실(40)(제2 압력실)로의 가스의 공급을 개시함과 함께, 로드측 압력실(42)(제1 압력실)로부터 로드 커버실(54) 및 로드측 포트(34)(제1 포트)를 통한 가스의 배출을 개시한다. 이 경우, 헤드 커버실(48)에 공급되는 가스의 일부는, 공급통로(120)를 통하여 수용실(96)에 공급된다.
이것에 의해, 시점 t1로부터 시간 경과에 수반하여 Ph가 상승한다. 또, Pc는, 일시적으로 감소하지만, 대체로 소정의 압력을 유지한다. 이것에 의해, 피스톤(38)은 로드 커버(16) 측을 향하여 축방향으로 변위하고, 피스톤 로드(20)는 로드 커버(16)로부터 축방향으로 돌출한다.
다음에, 로드측 쿠션 핀(46)이 로드 커버실(54)에 진입하고, 로드측 쿠션 핀(46)과 로드 커버실(54)의 쿠션 패킹(58)이 슬라이딩 접촉하면, 로드 커버실(54)을 통한 로드측 포트(34)와 로드측 압력실(42)과의 연통상태가 차단된다. 이것에 의해, 로드측 압력실(42)의 압력이 상승한다. 이 경우, 로드측 압력실(42)의 가스는, 도 6과 같이, 오리피스부(78)(2개의 유로(82, 84) 및 오리피스(86)), 로드 커버실(54) 및 관통구멍(56)을 통하여, 로드측 포트(34)로부터 배출된다.
실시예에 있어서, 소정압은, 스프링 부재(94)의 가압력과 수용실(96)의 압력, 즉, 헤드측 압력실(40)의 압력(작동 압력)에 근거하는 압력값이 된다. 또한, 도 9의 실시예에서는, 전술한 바와 같이, 소정압은 0.5MPa 이다. 그 때문에, 로드측 압력실(42)의 압력이 소정압 이하인 경우, 밸브체(92)는, 스프링 부재(94)의 가압력과 수용실(96)의 압력에 의해, 유로(84) 측으로 변위하고, 유로(98)와 유로(84)와의 연결 부분을 폐쇄한다. 이 결과, 유로(84)와 유로(98)의 연통상태가 차단된다.
한편, 로드측 압력실(42)의 압력이 급격하게 상승하여, 시점 t2에서 소정의 작동 압력(0.4MPa)을 넘고, 시점 t3에서 소정압(0.5MPa)을 넘으면, 밸브체(92)는, 스프링 부재(94)의 가압력에 대항하여 상방향(유로(98)측)으로 변위한다.
이것에 의해, 밸브체(92)는 로드측 압력실(42)의 압력의 크기에 따라 상방향으로 변위하고, 밸브체(92)의 일단부는 유로(84)와 유로(98)와의 연결 부분으로부터 이격함으로써, 밸브체(92)의 일단부의 테이퍼(118)와 연결 부분과의 사이에 작은 간극이 형성된다. 이 결과, 2개의 유로(84, 98)가 연통하고, 로드측 압력실(42)의 가스는, 오리피스부(78), 로드 커버실(54) 및 관통구멍(56)을 통하여 로드측 포트(34)로부터 외부로 배출됨과 함께, 각 유로(98, 100) 및 관통구멍(56)을 통하여, 로드측 포트(34)로부터 배출된다.
이와 같이, 소정압을 넘으면, 로드측 압력실(42)의 가스는, 2개의 루트를 통하여 배출된다. 이 결과, 시점 t3 이후, 로드측 압력실(42)의 압력은, 바운드 현상이 발생하는 압력(0.6MPa 정도)에 도달하는 것이 회피된다. 이 경우에도, 밸브체(92)가 상방향으로 변위함으로써, 스프링 부재(94)는 수축한다.
또한, 로드측 압력실(42)의 압력이 더 상승함으로써, 밸브체(92)가 상방향으로 더 변위하고, 밸브체(92)와 테이퍼(118)와의 간극이 커져, 스프링 부재(94)는 더욱 수축한다.
이 결과, 실시예에서는, 시점 t2로부터 시점 t4까지의 시간대에 있어서, 바운드 현상을 발생시키는 일 없이, 피스톤(38)을 스트로크 엔드 측에 신속하게 접근시킬 수 있다. 그 후, 시점 t4에서, 피스톤(38)이 스트로크 엔드에 도달한다.
도 10의 실시예는, 소정압을 0.3MPa로 설정한 경우의 타이밍 차트를 나타낸다. 이 경우, 해당 소정압에 대응하는 작동 압력은 0.2MPa 이다. 또, 이 실시예에서는, 쿠션 압력(압력 Pc)이 0.4MPa 정도에 도달하면 바운드 현상이 발생한다.
도 11의 실시예는, 소정압을 0.7MPa로 설정한 경우의 타이밍 차트를 나타낸다. 이 경우, 해당 소정압에 대응하는 작동 압력은 0.6MPa 이다. 또, 이 실시예에서는, 쿠션 압력(압력 Pc)이 0.8MPa 정도에 도달하면 바운드 현상이 발생한다.
도 10 및 도 11의 실시예에서도, 도 9의 실시예와 마찬가지로, 시점 t2에서 쿠션 압력(압력 Pc)이 급격하게 상승하기 시작하고, 시점 t3에서 소정압에 도달하였을 때, 밸브체(92)가 변위하여 유로(84)와 유로(98)를 연통시킨다. 이것에 의해, 바운드 현상을 발생시키는 일 없이, 피스톤(38)을 스트로크 엔드에 도달시킬 수 있다.
[3. 변형예]
상기의 설명에서는, 오리피스부(78) 및 배출유량 조정부(80)를 로드 커버(16)에 설치함과 함께, 오리피스부(66) 및 배출유량 조정부(68)를 헤드 커버(14)에 설치하는 경우에 대해 설명하였다. 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)는, 오리피스부(78) 및 배출유량 조정부(80)를 실린더 본체(18)에 대해서 외부에 설치하는 것도 가능하다.
또, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)에서는, 공급통로(120, 132)를 실린더 본체(18)에 대해서 외부에 설치하는 것도 가능하다.
또한, 상기의 설명에서는, 스풀식의 밸브체(92)에 대해 설명하였다. 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)에서는, 스풀식의 밸브체(92) 대신에, 다이어프램식, 피봇식 또는 니들식의 밸브체를 이용할 수도 있다. 요점은, 유로(84)(유로(72))와 유로(98)와의 연통 또는 차단이 가능한 밸브체라면, 어떠한 방식의 밸브체라도 채용 가능하다.
[4. 본 실시형태의 효과]
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)는, 내부에 실린더실(36)이 형성된 실린더 튜브(12)와, 실린더 튜브(12)의 일단을 폐쇄하는 제1 커버(헤드 커버(14) 및 로드 커버(16) 중에서 일측의 커버)와, 실린더 튜브(12)의 타단을 폐쇄하는 제2 커버(헤드 커버(14) 및 로드 커버(16) 중에서 타측의 커버)와, 실린더실(36)을 제1 커버측의 제1 압력실(헤드측 압력실(40) 및 로드측 압력실(42) 중에서 일측의 압력실)과 제2 커버측의 제2 압력실(헤드측 압력실(40) 및 로드측 압력실(42) 중에서 타측의 압력실)로 구획하고 실린더실(36)에서 슬라이딩하는 피스톤(38)과, 피스톤(38)에 연결된 피스톤 로드(20)와, 제1 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제1 포트(헤드측 포트(32) 및 로드측 포트(34) 중에서 일측의 포트)와, 제2 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제2 포트(헤드측 포트(32) 및 로드측 포트(34) 중에서 타측의 포트)와, 적어도 제1 커버측의 스트로크 엔드(스트로크 시단 또는 스트로크 종단)에 피스톤(38)이 정지할 때 해당 피스톤(38)의 움직임을 제동하는 쿠션 기구(헤드측 쿠션 기구(60), 로드측 쿠션 기구(62))를 구비한다.
쿠션 기구는, 피스톤(38)이 스트로크 엔드에 근접할 때, 제1 압력실과 제1 포트와의 연통상태를 차단하는 연통 차단부(64, 76)와, 제1 압력실의 가스를 배출하는 오리피스부(66, 78)와, 오리피스부(66, 78)와 협력하여 제1 압력실로부터 가스를 배출하는 배출유량 조정부(68, 80)를 갖는다.
배출유량 조정부(68, 80)는, 제1 압력실의 가스를 배출하기 위한 배출 유로(90)와, 배출 유로(90)를 연통 또는 차단하는 밸브체(92)와, 밸브체(92)의 기단부(타단부)를 가압하여 밸브체(92)를 변위시키는 것에 의해, 밸브체(92)의 선단부(일단부)로 배출 유로(90)를 차단시키는 스프링 부재(94)(탄성체)와, 수용실(96)(가스 수용부)을 갖는다.
그리고, 가스 실린더(10)는, 제2 포트에 공급되는 가스의 일부를 수용실(96)에 공급하기 위한 공급통로(120, 132)를 더 구비한다. 여기서, 제1 압력실의 압력이 스프링 부재(94)의 가압력과 수용실(96)의 압력에 근거하는 소정압 이하인 경우, 밸브체(92)는, 해당 가압력과 수용실(96)의 압력에 의해, 배출 유로(90)를 차단한다. 한편, 제1 압력실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 밸브체(92)는, 제1 압력실의 압력에 의해, 해당 가압력 및 수용실(96)의 압력에 대항하여 변위함으로써, 배출 유로(90)를 연통시킨다.
전술한 바와 같이, 바운드 현상은, 피스톤(38)이 제1 커버측의 스트로크 엔드를 향해 변위할 때, 제1 압력실(쿠션실)의 압력이 크게 압축되어 급격하게 상승함으로써 발생한다. 즉, 바운드 현상은, 쿠션실의 압력에 의한 피스톤(38)의 추력과, 제2 압력실의 압력에 의한 피스톤(38)의 추력과의 밸런스가 무너졌을 때에 발생한다.
거기서, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)에서는, 제2 포트로부터 제2 압력실에 공급되는 가스의 일부를, 공급통로(120)를 통하여 수용실(96)에 공급한다. 이것에 의해, 밸브체(92)를 변위시키기 위한 역치인 소정압은, 수용실(96)의 압력, 즉, 제2 포트로부터 제2 압력실에 공급되는 가스의 압력(피스톤(38)의 작동 압력)에 따라 변화한다. 즉, 스프링 부재(94)의 가압력이 일정하더라도, 소정압은, 쿠션실의 압력과 가압실의 압력과의 차압에 따라 변화한다.
이와 같이, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)에서는, 수용실(96)의 압력을 이용하여 소정압을 조정한다. 이것에 의해, 제1 압력실의 압력과 제2 압력실의 압력과의 차압을 고려하여, 최적인 가압력의 스프링 부재(94)를 설치해 두면, 제2 압력실의 압력이 변동하더라도, 소정압을 자동적으로 조정하는 것이 가능해진다. 즉, 소정압을 조정하기 위한 스프링 부재(94)의 교환 작업이 불필요해진다.
또, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)에서는, 제1 압력실의 압력이 소정압 이하인 경우, 스프링 부재(94)로부터의 가압력과 수용실(96)의 압력에 의해, 밸브체(92)의 일단부가 배출 유로(90)를 차단한다. 이것에 의해, 쿠션실의 가스는, 오리피스부(66, 78)만을 통하여 배출된다.
한편, 제1 압력실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 해당 압력에 의해 밸브체(92)가 가압력 및 수용실(96)의 압력에 대항하여 변위하고, 배출 유로(90)를 연통시킨다. 이것에 의해, 제1 압력실의 가스는, 오리피스부(66, 78)를 통하여 배출됨과 함께, 배출 유로(90)를 통하여 배출된다.
이와 같이, 제1 압력실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 2개의 루트로 제1 압력실의 가스가 배출된다. 이것에 의해, 제1 압력실의 가스가 단시간에 배출되어 피스톤(38)을 스트로크 엔드에 신속하고 또한 순조롭게 도달시킬 수 있다. 이 결과, 바운드 현상의 발생을 회피하면서, 가스 실린더의 응답성을 향상시킬 수 있다.
또한, 스프링 부재(94)의 가압력 및 수용실(96)의 압력과 제1 압력실의 압력과의 밸런스(차압)로 밸브체(92)가 변위하는 것에 의해, 배출 유로(90)가 연통상태 또는 차단상태로 전환된다. 이것에 의해, 밸브체(92)에 대한 수동 조정이 불필요하게 된다. 이 결과, 배출 유로(90)가 연통상태인 경우, 제1 압력실의 압력의 크기에 따라, 밸브체(92)의 개도를 서서히 변화시키는 것이 가능해진다.
따라서, 본 실시형태에 따른 가스 실린더(10)에서는, 소정압을 자동적으로 조정하는 것이 가능하게 됨과 함께, 밸브체(92)에 대한 수동 조정이 불필요하게 되어, 바운드 현상의 발생을 억제하면서, 스트로크 엔드로의 피스톤(38)의 순조로운 도달과 피스톤(38)에 대한 충격의 완화를 실현시키는 것이 가능해진다.
이 경우, 오리피스부(66, 78) 및 배출유량 조정부(68), 80는, 제1 커버(헤드 커버(14) 또는 로드 커버(16))에 설치되므로, 가스 실린더(10)의 구성요소를 한정된 스페이스 내에 집약하여 배치할 수 있다.
또, 공급통로(120, 132)는, 실린더 튜브(12) 내에서 실린더실(36)을 따라 연장하고, 일단이 제2 포트에 연통하고, 타단이 수용실(96)에 연통하는 제1 내지 제3 내부통로(122 내지 126, 134 내지 138)(내부통로)를 갖는다. 이것에 의해, 제2 포트로부터 수용실(96)에 가스를 용이하게 공급할 수 있다. 또, 제1 내지 제3 내부통로(122 내지 126, 134 내지 138)가 가스 실린더(10) 내에 형성되므로, 공급통로를 외부에 설치할 필요가 없다.
또, 가스 실린더(10)에 있어서, 제1 포트는 제1 커버에 설치되고, 제2 포트는 제2 커버에 설치되어 있다. 이 경우, 배출 유로(90)는, 제1 압력실에 연통하는 유로(70, 82)(제1 유로)와, 유로(70, 82)의 하류측에 접속되는 유로(72, 84)(제2 유로)와, 유로(72, 84)의 하류측에 접속되고 유로(72, 84)보다 큰 직경의 유로(98)(제3 유로)와, 유로(98)에 접속되고 제1 포트에 연통하는 유로(100)(제4 유로)로 구성된다. 밸브체(92)는 유로(72, 84)보다 큰 직경이며, 일단부가 유로(98)에 배치된다.
그리고, 제1 압력실의 압력이 소정압 이하인 경우, 스프링 부재(94)의 가압력 및 수용실(96)의 압력에 의해 밸브체(92)가 유로(72, 84) 측으로 변위하고, 유로(72, 84)와 유로(98)와의 연결 부분을 밸브체(92)의 일단부가 폐쇄하는 것에 의해, 유로(72, 84)와 유로(98)와의 연통상태가 차단된다. 한편, 제1 압력실의 압력이 소정압을 넘는 경우, 밸브체(92)가 제1 압력실의 압력에 의해 가압력 및 수용실(96)의 압력에 대항하여 유로(98) 측으로 변위함으로써, 밸브체(92)의 일단부가 연결 부분으로부터 이격되고, 유로(72, 84)와 유로(98)가 연통한다.
이것에 의해, 바운드 현상의 발생을 효과적으로 억제할 수 있는 동시에, 스트로크 엔드에의 피스톤(38)의 순조로운 도달을 용이하게 실현할 수 있다.
또, 밸브체(92)의 일단부에 있어서의 해당 연결 부분의 개소에는, 유로(98)로부터 유로(72, 84)를 향해 직경이 축소되는 테이퍼(118)가 형성되어 있다. 이것에 의해, 가스의 압력에 따라 밸브체(92)가 변위할 때, 밸브체(92)의 개도를 서서히 변화시킬 수 있다.
또, 오리피스부(66, 78)는, 제1 압력실로부터 유로(70, 82) 및 유로(72, 84)를 통하여 흐르는 가스를 제1 포트에서 배출하는 오리피스(74, 86)을 갖는다. 이것에 의해, 제1 커버(헤드 커버(14) 또는 로드 커버(16)) 내의 유로의 수를 줄이면서, 해당 제1 커버의 가공을 용이하게 할 수 있다.
또, 밸브체(92)를 스풀식의 밸브체로 하고, 밸브체(92)의 타단부를 수용실(96)에 수용 가능하게 함으로써, 배출 유로(90)의 연통 또는 차단을 효율적으로 실시하는 것이 가능해진다.
또, 수용실(96)은, 외부로 연통함과 함께, 덮개부(110)에 의해 폐쇄되고, 덮개부(110)와 밸브체(92)와의 사이에 스프링 부재(94)가 끼워져 삽입되어 있다. 이것에 의해, 제1 커버 내에 스프링 부재(94)를 용이하게 배치할 수 있다.
또, 제1 커버에는, 일단이 유로(72, 84)에 연통하고, 타단이 외부에 연통하는 구멍(106)이 형성되어 있다. 구멍(106)에는, 슬리브(107, 108)가 삽입되고, 슬리브(107, 108)의 내측에는, 밸브체(92)가 슬라이딩 가능하게 배치되어 있다. 이 경우, 구멍(106)이 덮개부(110)에 의해 폐쇄됨으로써, 구멍(106)에 있어서의 덮개부(110) 측의 부분이 수용실(96)로서 형성된다. 그리고, 구멍(106)에 있어서의 유로(72, 84) 측의 부분이 유로(98)로서 형성된다.
이것에 의해, 유로(98) 및 수용실(96)을 용이하게 형성할 수 있다. 또, 구멍(106)에 슬리브(107, 108)를 삽입함으로써, 구멍(106)의 가공 정밀도를 슬리브(107, 108)로 흡수하는 것이 가능해진다. 이 결과, 슬리브(107, 108)의 내측을 따라, 밸브체(92)를 순조롭게 슬라이딩시킬 수 있다.
또, 밸브체(92)의 외주면에는, 슬리브(107, 108)의 내주면에 슬라이딩 접촉하는 밀봉 부재(112)가 설치되어 있다. 이것에 의해, 유로(98)와 수용실(96)과의 사이를 확실히 밀봉함과 함께, 밸브체(92)를 포함한 가스 실린더(10)의 수명을 증가시킬 수 있다.
또, 오리피스부(66, 78) 및 배출유량 조정부(68, 80)은, 제1 커버 내에서, 피스톤 로드(20)에 대해 한 쪽 측부에 모여서 배치되어 있다. 이것에 의해, 제1 커버의 4개의 면 중에서, 3개의 면을 가스 실린더(10)의 부착면으로 할 수 있다. 이 결과, 한정된 스페이스에 복수대의 가스 실린더(10)를 집약하여 배치하는 것이 가능해진다. 또, 가스 실린더(10)의 제조가 용이하게 된다. 또한, 현행 제품과의 사이에서, 외관 치수의 호환성을 유지하는 가스 실린더(10)를 실현할 수 있다.
또한, 스프링 부재(94)는, 밸브체(92)의 타단부를 가압하는 스프링 부재이다. 이것에 의해, 가스 실린더(10)의 저비용화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명은, 전술한 실시형태에 한정되지 않으며, 이 명세서의 기재 내용에 근거하여, 다양한 구성을 채택할 수 있는 것은 물론이다.
10: 가스 실린더, 12: 실린더 튜브, 14: 헤드 커버(제1 커버, 제2 커버), 16: 로드 커버(제1 커버, 제2 커버), 20: 피스톤 로드, 32: 헤드측 포트(제1 포트, 제2 포트), 34: 로드측 포트(제1 포트, 제2 포트), 36: 실린더실, 38: 피스톤, 40: 헤드측 압력실(제1 압력실, 제2 압력실), 42: 로드측 압력실(제1 압력실, 제2 압력실), 60: 헤드측 쿠션 기구(쿠션 기구), 62: 로드측 쿠션 기구(쿠션 기구), 64, 76: 연통 차단부, 66, 78: 오리피스부, 68, 80: 배출유량 조정부, 90: 배출 유로, 92: 밸브체, 94: 스프링 부재(탄성체), 96: 수용실(가스 수용실), 120, 132: 공급통로

Claims (12)

  1. 내부에 실린더실이 형성된 실린더 튜브와,
    상기 실린더 튜브의 일단을 폐쇄하는 제1 커버와,
    상기 실린더 튜브의 타단을 폐쇄하는 제2 커버와,
    상기 실린더실을 상기 제1 커버측의 제1 압력실과 상기 제2 커버측의 제2 압력실로 구획하고, 상기 실린더실에서 슬라이딩하는 피스톤과,
    상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드와,
    상기 제1 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제1 포트와,
    상기 제2 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제2 포트와,
    적어도 상기 제1 커버측의 스트로크 엔드에 상기 피스톤이 정지할 때에 해당 피스톤의 움직임을 제동하는 쿠션 기구
    를 포함하는 가스 실린더에 있어서,
    상기 쿠션 기구는, 상기 피스톤이 상기 스트로크 엔드에 근접할 때, 상기 제1 압력실과 상기 제1 포트와의 연통상태를 차단하는 연통 차단부와, 상기 제1 압력실의 가스를 배출하는 오리피스부와, 상기 오리피스부와 협력하여 상기 제1 압력실로부터 가스를 배출하는 배출유량 조정부를 가지며,
    상기 배출유량 조정부는, 상기 제1 압력실의 가스를 배출하기 위한 배출 유로와, 상기 배출 유로를 연통 또는 차단하는 밸브체와, 상기 밸브체의 기단부를 가압하여 상기 밸브체를 변위시키는 것에 의해, 상기 밸브체의 선단부로 상기 배출 유로를 차단시키는 탄성체와, 가스 수용부를 가자며,
    상기 가스 실린더는 상기 제2 포트에 공급되는 가스의 일부를 상기 가스 수용부에 공급하기 위한 공급통로를 더 포함하며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 탄성체의 가압력과 상기 가스 수용부의 압력에 근거하는 소정압 이하인 경우, 상기 밸브체는, 상기 가압력과 상기 가스 수용부의 압력에 의해, 상기 배출 유로를 차단하며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 소정압을 넘는 경우, 상기 밸브체는, 상기 제1 압력실의 압력에 의해, 상기 가압력 및 상기 가스 수용부의 압력에 대항하여 변위함으로써, 상기 배출 유로를 연통시키며,
    상기 오리피스부 및 상기 배출유량 조정부는 상기 제1 커버에 설치되며,
    상기 제1 포트는 상기 제1 커버에 설치되며,
    상기 제2 포트는 상기 제2 커버에 설치되며,
    상기 배출 유로는, 상기 제1 압력실에 연통하는 제1 유로와, 상기 제1 유로의 하류측에 접속되는 상류측을 갖는 제2 유로와, 상기 제2 유로의 하류측에 접속되는 상류측을 갖고 상기 제2 유로보다 큰 직경을 갖는 제3 유로와, 상기 제3 유로의 하류측에 접속되는 상류측을 갖고 상기 제1 포트에 연통하는 제4 유로로 구성되며,
    상기 밸브체는, 상기 제2 유로보다 큰 직경이고, 선단부가 상기 제3 유로에 배치되며,
    상기 밸브체는, 상기 제3 유로 내에서 상기 제3 유로를 따라, 상기 제2 유로와 상기 제3 유로와의 연결 부분에 대해 전진 및 후퇴 방향으로 변위 가능하며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 소정압 이하인 경우, 상기 가압력 및 상기 가스 수용부의 압력에 의해 상기 밸브체가 상기 제2 유로 측으로 변위하고, 상기 제2 유로와 상기 제3 유로와의 상기 연결 부분을 상기 밸브체의 선단부가 폐쇄하는 것에 의해, 상기 제2 유로와 상기 제3 유로와의 연통상태가 차단되며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 소정압을 넘는 경우, 상기 밸브체가 상기 제1 압력실의 압력에 의해 상기 가압력 및 상기 가스 수용부의 압력에 대항하여 상기 제3 유로 측으로 변위함으로써, 상기 밸브체의 선단부가 상기 연결 부분으로부터 이격되어 상기 제2 유로와 상기 제3 유로가 연통하며,
    상기 오리피스부는 상기 제1 압력실로부터 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 통하여 흐르는 가스를, 상기 제3 유로를 통과하지 않고도, 상기 제1 포트에 배출하는 오리피스를 가지는, 가스 실린더.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 공급통로는, 상기 실린더 튜브 내에서 상기 실린더실을 따라 연장하고, 일단이 제2 포트에 연통하고, 타단이 상기 가스 수용부에 연통하는 내부통로를 가지는, 가스 실린더.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브체의 선단부에 있어서의 상기 연결 부분의 위치에는, 상기 제3 유로로부터 상기 제2 유로를 향해 직경이 축소되는 테이퍼가 형성되어 있는, 가스 실린더.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 밸브체는 스풀을 포함하며,
    상기 가스 수용부는 상기 스풀의 기단부를 수용 가능한, 가스 실린더.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스 수용부는, 외부에 연통함과 함께, 덮개부에 의해 폐쇄되며,
    상기 덮개부와 상기 스풀과의 사이에는 상기 탄성체가 끼워져 삽입되어 있는, 가스 실린더.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 커버에는, 일단이 상기 제2 유로에 연통하고, 타단이 외부에 연통하는 구멍이 형성되며,
    상기 구멍에는 슬리브가 삽입되며,
    상기 슬리브의 내측에는 상기 스풀이 슬라이딩 가능하게 배치되며,
    상기 구멍이 상기 덮개부에 의해 폐쇄됨으로써, 상기 구멍에 있어서의 상기 덮개부 측의 부분이 상기 가스 수용부로서 형성되고, 상기 구멍에 있어서의 상기 제2 유로 측의 부분이 상기 제3 유로로서 형성되는, 가스 실린더.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 스풀의 외주면에는, 상기 슬리브의 내주면에 슬라이딩 접촉하는 밀봉 부재가 설치되어 있는, 가스 실린더.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 오리피스부 및 상기 배출유량 조정부는, 상기 제1 커버 내에서, 상기 피스톤 로드에 대해 한 쪽 측부에 모여서 배치되어 있는, 가스 실린더.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 탄성체는 상기 밸브체의 기단부를 가압하는 스프링 부재인, 가스 실린더.
  10. 내부에 실린더실이 형성된 실린더 튜브와,
    상기 실린더 튜브의 일단을 폐쇄하는 제1 커버와,
    상기 실린더 튜브의 타단을 폐쇄하는 제2 커버와,
    상기 실린더실을 상기 제1 커버측의 제1 압력실과 상기 제2 커버측의 제2 압력실로 구획하고, 상기 실린더실에서 슬라이딩하는 피스톤과,
    상기 피스톤에 연결된 피스톤 로드와,
    상기 제1 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제1 포트와,
    상기 제2 압력실에 가스를 공급 및 배출하는 제2 포트와,
    적어도 상기 제1 커버측의 스트로크 엔드에 상기 피스톤이 정지할 때에 해당 피스톤의 움직임을 제동하는 쿠션 기구
    를 포함하는 가스 실린더에 있어서,
    상기 쿠션 기구는, 상기 피스톤이 상기 스트로크 엔드에 근접할 때, 상기 제1 압력실과 상기 제1 포트와의 연통상태를 차단하는 연통 차단부와, 상기 제1 압력실의 가스를 배출하는 오리피스부와, 상기 오리피스부와 협력하여 상기 제1 압력실로부터 가스를 배출하는 배출유량 조정부를 가지며,
    상기 배출유량 조정부는, 상기 제1 압력실의 가스를 배출하기 위한 배출 유로와, 상기 배출 유로를 연통 또는 차단하는 밸브체와, 상기 밸브체의 기단부를 직접 가압하여 상기 밸브체를 변위시키는 것에 의해, 상기 밸브체의 선단부로 상기 배출 유로를 차단시키는 탄성체와, 가스 수용부를 가자며,
    상기 밸브체는 상기 가스 수용부 내에 수용되며,
    상기 가스 실린더는 상기 제2 포트에 공급되는 가스의 일부를 상기 가스 수용부에 공급하기 위한 공급통로를 더 포함하며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 탄성체의 가압력과 상기 가스 수용부의 압력에 근거하는 소정압 이하인 경우, 상기 밸브체는, 상기 가압력과 상기 가스 수용부의 압력에 의해, 상기 배출 유로를 차단하며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 소정압을 넘는 경우, 상기 밸브체는, 상기 제1 압력실의 압력에 의해, 상기 가압력 및 상기 가스 수용부의 압력에 대항하여 변위함으로써, 상기 배출 유로를 연통시키며,
    상기 오리피스부 및 상기 배출유량 조정부는 상기 제1 커버에 설치되며,
    상기 제1 포트는 상기 제1 커버에 설치되며,
    상기 제2 포트는 상기 제2 커버에 설치되며,
    상기 배출 유로는, 상기 제1 압력실에 연통하는 제1 유로와, 상기 제1 유로의 하류측에 접속되는 상류측을 갖는 제2 유로와, 상기 제2 유로의 하류측에 접속되는 상류측을 갖고 상기 제2 유로보다 큰 직경을 갖는 제3 유로와, 상기 제3 유로의 하류측에 접속되는 상류측을 갖고 상기 제1 포트에 연통하는 제4 유로로 구성되며,
    상기 밸브체는, 상기 제2 유로보다 큰 직경이고, 선단부가 상기 제3 유로에 배치되며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 소정압 이하인 경우, 상기 가압력 및 상기 가스 수용부의 압력에 의해 상기 밸브체가 상기 제2 유로 측으로 변위하고, 상기 제2 유로와 상기 제3 유로와의 연결 부분을 상기 밸브체의 선단부가 폐쇄하는 것에 의해, 상기 제2 유로와 상기 제3 유로와의 연통상태가 차단되며,
    상기 제1 압력실의 압력이 상기 소정압을 넘는 경우, 상기 밸브체가 상기 제1 압력실의 압력에 의해 상기 가압력 및 상기 가스 수용부의 압력에 대항하여 상기 제3 유로 측으로 변위함으로써, 상기 밸브체의 선단부가 상기 연결 부분으로부터 이격되어 상기 제2 유로와 상기 제3 유로가 연통하며,
    상기 오리피스부는 상기 제1 압력실로부터 상기 제1 유로 및 상기 제2 유로를 통하여 흐르는 가스를, 상기 제3 유로를 통과하지 않고도, 상기 제1 포트에 배출하는 오리피스를 가지는, 가스 실린더.
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