KR20030007365A - 저압 구동 무마찰 공압 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저압 구동 무마찰 공압실린더에 관한 것이며 실린더의 피스톤 헤드 양측으로 ∩형 챔버를 구성하고 ∩형 챔버 소재를 공기압력에 따른 수축과 신장이 일정한 소재로 하여 탄성체의 탄성변형으로 피스톤 로드의 정밀한 위치제어가 가능하게 함을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 구성은 실린더에 피스톤 로드와 결합된 피스톤 헤드를 끼워 피스톤 헤드 외면과 실린더 내벽간을 볼로 지지하고, 실린더 양 외측의 커버와 실린더 헤드 간에는 신축 소재로 된 ∩형 챔버를 결합하여서 된 구성이다.

이와 같은 본 발명은 실린더 내벽과 피스톤 헤드간의 섭동부에 볼에 의한 구동운동으로 섭동부의 마찰력이 제거되고 압축공기의 압력에 의해서 ∩형 챔버의 신장과 수축이 이루어지게 되므로서 정밀한 위치제어가 가능하게 되므로 고도의 정밀성이 요구되는 산업현장에서 편리하게 사용할 수 있게 되는 특징이 있다.

Description

저압 구동 무마찰 공압 실린더 { The air-pressure cylinder that is low pressure and nonfriction }

본 발명은 저압구동 무마찰 공압실린더에 관한 것이며 공압실린더에서 공기압력으로 ∩형 챔버가 수축과 신장이 이루어지게 하며 챔버(chamber)의 공기량을 제어하여 정밀한 위치제어가 이루어지게 한 것이다.

공압실린더는 공기의 압축성으로 충돌작업이 발생되더라도 압축성의 영향으로 파손의 우려가 없고 안전하게 고속 이동할 수 있는 특징과 과부하시에도 안전한 특징이 있으나 공기의 압축성과 섭동부의 마찰력에 대한 영향으로 위치제어가 어려워 스토퍼와 같은 기계적인 수단을 이용하여 위치를 제어하여 단순한 왕복작업을 수행하는 산업현장에서 자동화 공정에 주로 이용되고 있다.

일예로 도1과 같은 공압실린더가 주로 이용되고 있는데 동 수단은 실린더(a) 내에 피스톤헤드(b)를 내장하고 피스톤헤드(b) 일방에는 로드(c)를 결합하고 실린더(a)의 양외측에는 보디(d)(d′)를 위치시켜 볼트(e)로 결합하여 구성되며 보디(d)(d′)의 주입구에 압축공기를 주입시키면 피스톤헤드(b)의 양측 실린더에 위치되는 챔버에 유입된 공기의 압력에 따라서 압력이 낮은 지점으로 피스톤 헤드(b)가 이동된다.

이 때 피스톤 헤드의 외면에는 오링(e)으로 실린더 내면을 밀봉하고 있으나 마찰력이 발생되고 사용기간이 경과되면서 공기의 누설이 생기게 되며 또한 피스톤 헤드(b)는 실린더 내면과 마찰력은 압축공기의 압력차가 피스톤 헤드의 수압면적의 힘보다 능가할 경우 이동되고 작은 경우에는 멈추는 현상 즉, 스틱슬립(stick slip)현상이 발생되고 동 스틱슬립현상은 공압실린더의 단점으로 작용되어 위치제어를 어렵게 하여 스토퍼를 사용하고 단순 왕복작업을 수행하도록 시스템을 구축하므로서 정밀한 위치제어에는 적용할수가 없게 된다.

이에 본 발명은 종래의 제반결점을 해소하고 실린더 피스톤 헤드의 양방향으로 ∩형 챔버를 구성하고 ∩형 챔버 소재를 공기압력에 따른 수축과 신장이 일정한소재를 이용하여 공기압에 따른 탄성체(elastic rubber)의 탄성변형으로 피스톤 로드의 정밀한 위치제어가 가능한 저압구동 무마찰 공압실린더를 제공함에 목적이 있다.

도1은 종래의 공압 실린더의 종단면도

도2는 본 발명의 종단면도

도3은 본 발명에서 좌측의 ∩형 챔버가 수축된 종단면도

도4는 본 발명에서 우측의 ∩형 챔버가 수축된 종단면도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

1 : 실린더 2 : 피스톤헤드

3 : 피스톤로드4,4a : 실린더 커버

5,5a : ∩형 챔버6 : 볼트

본 발명은 실린더(1)에 피스톤 로드(3)와 결합된 피스톤헤드(2)를 끼우고 피스톤헤드(2) 외면과 실린더(1) 내면 사이에 볼(7)로 지지하고, 실린더(3)의 양외측에는 실린더카버(4)(4a)로 결합하면서 실린더헤드(2) 양측 중심에는 신축소재로 된 ∩형 챔버(5)(5a)를 볼트(6)로 결합하고, ∩형 챔버(5)(5a) 양 외측은 실린더커버(4)(4a)에 볼트(6)로 결합하여서 된 구성이다.

도면 중 미설명 부호 10은 압축공기 통로를 표시한 것이다.

이와 같은 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하면 다음과 같다.

실린더커버(4)(4a)의 양측에 형성된 압축공기 통로(10)에 압축공기를 유입하게 되면 ∩형의 챔버(5)(5a)로 압축공기가 유입되면서 양챔버(5)(5a)의 압력범위에 따라 실린더헤드(5)가 이동되면서 피스톤로드(3)가 이동된다.

즉, 도3 또는 도4와 같이 일방향의 ∩형의 챔버에 일정한 압축공기를 공급하면 ∩형 챔버가 압축공기의 공급압력에 비례하여 팽창되어 신장되면서 실린더헤드(2)를 미는 힘이 발생되고 타측의 ∩형 챔버는 압축공기 통로(10)를 통하여 배출되면서 ∩형 챔버의 압력이 감소되어 수축되면서 피스톤헤드(2)를 잡아당기는 힘이 발생되면서 실린더헤드(2)는 ∩형 챔버에 의한 밀고 당기는 힘이 동시에 작동되어 실린더헤드(2)의 외면부에 위치한 볼(7)이 실린더(1) 내면에서 구동마찰로 이동이 이루어지게 된다.

이 때 실린더헤드(2) 양측에 구성된 ∩형 챔버에 공급되는 공기량을 제어하게 되면 정밀한 위치제어가 가능하게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명에서 ∩형 챔버(5)(5a)에 공급되는 공기량을 정밀제어하는데는 PWM(Pulse width modulation) 제어법 또는 VST(Variable samnling time) 제어법 중에서 선택이용하고 솔레노이드 밸브의 개구면적을 조정하므로서 압축공기의 유입량을 미세 조정할 수 있게 되고 정밀조정이 가능하게 된다.

또한 본발명을 수행함에 있어 ∩형 챔버(5)(5a)를 구성하는 소재는 공기압력에 비례하여 신장되고 신축되어야 하고 온도 변화에 영향이 없는 소재를 선택하여야 하며 실리콘 소재가 한 예가 될 수 있다.

또 본 발명은 실린더커버(4)(4a)의 압축공기통로(10)에 압축공기의 유입량의 변화로 ∩형 챔버(5)(5a)의 신축을 변화시켜 피스톤 헤드(2)를 실린더(1)에서 이동시킬 때 피스톤 헤드(2)는 볼(7)이 실린더(1) 내벽에서 지지되고 볼(7)의 구름운동으로 이동을 안내하므로 무부하, 무마찰 상태가 되므로 스틱슬립(stick slip)현상과 같은 섭동부의 마찰력이 발생되지 않아 피스톤 로드(3)의 이동이 원활하게 되고 또 ∩형 챔버에 공급하는 압축공기의 공급량을 정밀하게 제어하므로서 설정 위치에서 정지할 수 있게 되어 정밀한 위치제어가 이루어지게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명은 실린더 면에 위치되는 피스톤 헤드의 외면에 볼에 의한 구름운동이 이루어지게 하여 섭동부의 마찰력을 제거하고, 피스톤 헤드의 양측에는 ∩형 챔버를 실린더 카버에 연결하여 공기압력에 의해 신축이 이루어지게 하므로서정밀한 위치제어를 수행할 수 있게 되므로 구조가 간단하고 제조가 용이하여 양산이 가능하게 되는 것이다.

따라서 이상과 같은 본 발명은 공압실린더에서 실린더와 피스톤 헤드간의 마찰지점에 볼에 의한 구름운동이 이루어지게 되므로서 섭동부에서 발생되는 스틱슬립현상을 해소하고 공기압력으로 ∩형 챔버의 신장과 신축이 이루어지게 되고 미세한 공기압력으로 위치를 제어할 수 있게 되므로 위치제어에 고도의 정밀성이 요구되는 산업현장에서 편리하게 사용할 수 있는 산업상 매우 유용한 발명이다.

Claims (3)

1. 실린더(1)에 피스톤로드(3)와 결합된 피스톤헤드(2)를 끼워 피스톤헤드(2) 외면과 실린더(1) 내면 사이에 볼(7)로 지지하고, 실린더(3)의 양외측에는 실린더커버(4)(4a)로 결합하면서 실린더헤드(2)의 양측 중심에는 신축소재로 된 ∩형 챔버(5)(5a)를 볼트(6)로 각 결합하고, ∩형 챔버(5)(5a) 양외측을 실린더커버(4)(4a)에 볼트(6)로 결합하여서 구성됨을 특징으로 한 저압구동 무마찰 공압실린더
2. 제1항에 있어서,

   실린더(1)와 피스톤헤드(2) 사이의 섭동부에 볼(7)을 지지시켜 볼에 의한 구름운동이 이루어지게 구성함을 특징으로 한 저압 구동 무마찰 공압실린더
3. 제1항에 있어서,

   실린더커버(4)(4a)와 피스톤 헤드(2) 간에 신축소재로 된 ∩형 챔버(5)(5a)를 위치시켜 볼트(6)로 각 결합하여 ∩형 챔버(5)(5a)에 공기 압력에 의한 신축변화로 피스톤로드(2)가 이동되도록 구성함을 특징으로 한 저압구동 무마찰 공압실린더