KR20060044092A - 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법을 제공한다. 본 발명은 내경을 갖는 실린더하우징과, 실린더하우징의 내경에 운동가능하게 배치되며 내경을 제 1챔버와 제 2챔버로 나누는 피스톤과, 피스톤으로부터 실린더하우징의 외측으로 뻗어 있는 실린더로드를 구비하며, 실린더로드는 내경을 갖는 중공의 파이프형이고, 실린더로드에 충격하중이 가해질 경우, 이를 흡수하는 댐핑수단을 구비하며, 댐핑수단은, 피스톤에 의해 가압되는 제 2챔버내의 작동유가 실린더로드의 내경으로 이동하도록 제 2챔버와 실린더로드의 내경을 연통시키는 피스톤에 형성된 제 1오리피스와; 실린더로드의 내경으로 이동한 작동유가 실린더하우징의 제 1챔버로 배출되도록 실린더로드의 내경과 제 1챔버를 연통시키는 실린더로드에 형성된 제 2오리피스로 구성된다. 그리고 실린더로드의 제조방법은 중공의 파이프를 제조하는 단계와; 중공의 파이프를 열처리하는 단계와; 열처리된 파이프의 표면에 코팅층을 형성하는 단계를 구비한다. 이러한 본 발명에 의하면, 무게는 가볍고 강도는 우수한 실린더로드를 가짐으로써 경량화 및 고강도화가 가능하다. 또한, 별도의 댐핑장치를 구비하지 않고서도 실린더로드에 가해진 충격하중 및 동하중을 완화시킬 수 있으므로 제조비용이 저렴하다. 또한, 실린더로드의 표면은 물론 내부까지 효율좋게 열처리됨으로써 실린더로의 강도와 경도가 우수하다는 장점을 갖는다.

Description

유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법{HYDRAULIC CYLINDER AND METHOD FOR PRODUCING CYLINDER ROD IN HYDRAULIC CYLINDER}
도 1은 본 발명에 따른 유압실린더의 구성을 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명의 유압실린더를 구성하는 실린더로드의 제조방법을 나타내는 블록도,
도 3은 본 발명에 따른 유압실린더의 다른 실시예를 나타내는 블록도,
도 4는 다른 실시예의 유압실린더를 구성하는 댐핑수단의 작동예를 나타내는 작동도이다.
♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣
10: 실린더하우징 12: 내경
12a: 제 1챔버 12b: 제 2챔버
20: 피스톤 30: 실린더로드
32: 내경 34: 외경
36: 흡음재 40: 제 1오리피스
42: 제 2오리피스
본 발명은 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 경량화 및 고강도화가 가능한 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법에 관한 것이다.
유압실린더는 실린더하우징과, 실린더하우징의 내경에 운동가능하게 배치되는 피스톤과, 피스톤으로부터 뻗어서 실린더하우징의 외측으로 연장되는 실린더로드로 구성된다. 이러한 유압실린더는 출입하는 작동유에 의해 신장 및 수축하면서 기계적인 일을 한다.
여기서, 실린더하우징은 높은 강도를 갖는 스틸(Steel)재질로 구성된다. 그리고 피스톤은 실린더하우징의 내벽과 마찰접촉하는 바, 마찰접촉시 실린더하우징의 내경 벽면에 스크래치 등을 발생시키지 않도록 스틸재질의 실린더하우징보다 무른 재질, 예를 들어 구상흑연주철(Spheroidal Graphite Cast Iron)등으로 구성된다. 그리고 실린더로드는 기계적인 일을 하는 과정에서 많은 충격하중과 밴딩하중을 받는 바, 상기 충격하중과 밴딩하중에 의해 휨변형되거나 파손되지 않도록 고강도의 재질, 예를 들어 스틸 재질로 구성된다. 특히, 충격에 대한 저항성과 인성이 향상되도록 그 표면은 열처리, 예를 들면 퀀칭, 템퍼링된다.
그리고 유압실린더는 기계적인 일을 수행하는 과정에서 많은 동하중과 충격하중이 실린더로드에 가해지므로, 실린더로드에 가해진 동하중과 충격하중을 감소시킬 수 있는 댐핑장치들을 구비한다. 이 댐핑장치는 실린더로드에 가해진 동하중과 충격하중을 감소시킴으로써 실린더로드가 변형되거나 손상되는 것을 방지한다.
그러나, 이러한 종래의 유압실린더는, 무거운 재질로 구성되는 바, 제작시 다루기가 매우 힘들고 번거로우며, 제작 후 운반 및 보관하는 과정에서 많은 어려움을 겪고 있다. 특히, 실린더로드의 경우는 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법 무게의 대부분을 차지하는 바, 유압실린더를 무겁게 하는 원인이 된다. 그리고 무게가 무거운 실린더로드는 이를 운동시키기 위해 많은 량의 작동유가 필요한 바, 유압손실의 원인이 되기도 한다.
또한, 종래의 유압실린더는, 실린더로드를 열처리하는 과정에서, 실린더로드의 내부까지 열처리되지 않는 문제점이 있다. 즉, 실린더로드는 충격하중과 밴딩하중에 대응할 수 있도록 큰 직경을 갖는다. 그런데, 실린더로드의 직경이 크면, 실린더로드를 열처리하는 과정에서 질량효과(mass effect: 재료의 질량 및 단면 치수의 대소에 따라 열처리 효과가 달라지는 정도)에 의해 실린더로드의 내부까지 열처리가 되지 않는 문제점이 있다. 이같은 문제점은 실린더로드의 강도를 약화시켜 실린더로드가 쉽게 변형되거나 절손되는 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 무게는 가볍고 강도는 우수한 실린더로드를 가짐으로써 경량화 및 고강도화가 가능한 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 별도의 댐핑장치를 구비하지 않고서도 실린더로드에 가해진 충격하중 및 동하중을 완화시킬 수 있는 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 표면은 물론 내부까지 효율좋게 열처리됨으로써 강도와 경도가 우수한 실린더로드를 갖는 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법을 제공하는 데 있다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 내경을 갖는 실린더하우징과, 상기 실린더하우징의 내경에 운동가능하게 배치되며 상기 내경을 제 1챔버와 제 2챔버로 나누는 피스톤과, 상기 피스톤으로부터 상기 실린더하우징의 외측으로 뻗어 있는 실린더로드를 구비하는 유압실린더에 있어서, 상기 실린더로드는 내경을 갖는 중공의 파이프형으로 구성되고, 상기 실린더로드에 충격하중이 가해질 경우, 이를 흡수하는 댐핑수단을 더 구비하며, 상기 댐핑수단은, 상기 피스톤에 의해 가압되는 상기 제 2챔버내의 작동유가 상기 실린더로드의 내경으로 이동할 수 있도록 상기 제 2챔버와 상기 실린더로드의 내경을 서로 연통시키는 상기 피스톤에 형성된 제 1오리피스와; 상기 실린더로드의 내경으로 이동한 작동유가 상기 실린더하우징의 제 1챔버로 배출될 수 있도록 상기 실린더로드의 내경과 상기 제 1챔버를 연통시키는 상기 실린더로드에 형성된 제 2오리피스로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 유압실린더의 실린더로드 제조방법은 유압실린더의 실린더로드 제조방법에 있어서, 중공의 파이프를 제조하는 단계와; 제조된 중공의 파이프를 열처리하는 단계와; 열처리된 상기 파이프의 표면에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법의 바람직 한 실시예를 첨부도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 유압실린더의 구성을 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 유압실린더를 구성하는 실린더로드의 제조방법을 나타내는 블록도이다. 먼저, 본 발명에 따른 유압실린더는 실린더하우징(10)을 구비한다. 실린더하우징(10)은 내경(12)을 갖추고 있으며, 이 내경(12)은 프론트커버(14)와 리어커버(16)에 의해 밀폐된다. 여기서, 실린더하우징(10)은 높은 강도를 갖는 스틸(Steel)재질로 구성된다.
그리고 유압실린더는 피스톤(20)을 갖는다. 피스톤(20)은 실린더하우징(10)의 내경(12)에 배치되어 상기 내경(12)을 제 1챔버(12a)와 제 2챔버(12b)로 나누며, 제 1챔버(12a)와 제 2챔버(12b)로 도입되는 작동유에 의해 실린더하우징(10)의 내경(12)을 따라 운동가능하다. 피스톤(20)은 실린더하우징(10)보다 무른 재질, 예를 들어 구상흑연주철 등으로 구성된다.
그리고 유압실린더는 실린더로드(30)를 갖는다. 실린더로드(30)는 일단이 피스톤(20)에 고정되고, 타단이 프론트커버(14)를 관통하여 외부로 뻗어 있다. 이러한 실린더로드(30)는 실린더하우징(10)의 내경(12)을 따라 운동하는 피스톤(20)에 의해 신장과 수축을 반복하면서 기계적인 일을 하게 된다.
한편, 이러한 실린더로드(30)는 내경(32)을 갖는 중공(中空)의 파이프형으로 구성된다. 이는 실린더로드(30)의 무게를 최대한으로 저감시켜 키기 위함이다.
이러한 중공의 실린더로드(30)의 제조방법을 도 2를 참조로하여 살펴보면 다음과 같다. 먼저, 본 발명의 제조방법은 탄소강, 합금강 중 어느 하나로 중공의 파 이프로 제조하는 단계(S101)를 포함한다. 이 단계(S101)는 탄소강 또는 합금강 재질로 구성된 환봉을 가공하여 내경을 갖는 중공의 파이프로 제작하거나, 또는 탄소강, 합금강 등의 재질로 구성된 판재를 파이프 형태로 소성가공한 후, 이음매 부분을 용접하여 제작하거나, 또는 탄소강, 합금강을 이용하여 연속주조에 의한 이음매 없는(seamless pipe) 파이프로 제작한다.
한편, 파이프를 제조하는 단계(S101)에서 파이프의 내경(32) 지름(d)과 외경(34) 지름(D) 비가 0.2∼0.8정도의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 이는 내경(32)과 외경(34)의 비가 0.2∼0.8정도 범위이내에야만 실린더로드(30)의 강도를 약화시키지 않으면서 무게를 가볍게 할 수 있기 때문이다. 아울러 파이프의 재료로서, 탄소강을 사용할 경우, 탄소량이 전체 중량비를 기준으로 0.35∼0.60중량%로 포함된다.
그리고 중공의 파이프 제조가 완료되면, 제조된 중공의 파이프에 적절한 강도를 부여하기 위해 열처리 한다(S103). 열처리는 담금질열처리, 고주파열처리, 침탄열처리 중 어느 하나를 실시한다. 이렇게 열처리된 파이프는 중공의 형태로 구성되므로 표면 뿐만이 아니라 내부까지 완벽하게 열처리되며, 따라서 강도가 월등히 높아진다. 또한 표면경도가 우수하게 되어 밴딩하중 및 충격하중에 우수한 내성을 가지게 된다.
한편, 파이프를 열처리하는(S103) 과정에서, 그 표면경도가 HRC 35∼65정도의 범위를 갖도록 하는 것이 바람직하다. 이는 표면경도가 HRC 35이하이면, 표면에 강도가 부족하여 밴딩응력에 의한 표면 크랙이 발생하여 절손될 우려가 있기 때문이며, 표면경도가 HRC 65이상이면, 내경(32)과 외경(34)의 조건이 d≥0.8D인 경우, HRC 58∼65에 근접하기는 하나, 급격한 충격하중에 대하여 인성이 부족한 성질을 가지며, 따라서 크랙 및 절손의 우려가 있기 때문이다.
그리고 파이프의 열처리가 완료되면, 열처리가 완료된 파이프의 표면에 코팅층을 형성한다(S105). 코팅층 형성은 경질크롬도금처리, 질화처리 중 어느 하나를 선택하여 시행한다. 여기서, 경질크롬도금처리는 파이프의 표면에 경질크롬막을 형성케 함으로써 각종 이물질에 의핸 실린더로드(30)의 부식을 방지한다. 그리고 질화처리는 파이프의 표면에 질화물을 형성하는 것으로, 유입실린더에 설치되는 각종 시일(seal)과의 마찰시 마모특성을 향상시키고 동시에 부식특성도 향상시킨다. 한편, 질화처리는 가스질화, 염욕질화, 이온질화, 플라즈마질화 중 선택된 어느 하나로 시행한다.
다음으로, 파이프의 코팅층 형성이 완료되면, 코팅층이 형성된 파이프의 내,외면을 기계가공 처리한다(S107). 기계가공은, 파이프의 내,외면을 기계 가공처리 함으로써 정밀도를 높여주는 단계이다.
이상에서와 같이 여러 단계를 통하여 제조된 실린더로드(30)는, 내경(32)을 갖는 중공(中空)의 파이프로 구성됨으로써 무게가 가벼운 특징을 갖는다. 따라서 제작시 다루기가 매우 쉽고 제작 후, 보관 및 운반이 편하다. 또한, 무게가 가벼우므로 이를 운동시키기 위해 많은 량의 작동유가 필요하지 않으며, 따라서 유압손실을 저감시킬 수 있다. 이 밖에도, 중공의 형태이므로 열처리시 표면 뿐만이 아니라 내부도 완전히 경화되므로 전체적인 강도가 우수해진다.
표 1은 본 발명의 제조방법에 의해 제조하되, 내경(32)과 외경(34)의 비를 각각 달리하고, 열처리방법도 각각 달리하며, 표면경도도 각각 달리하여 제작한 후, 이를 하중이 작용하는 위치에 따른 피로시험을 실시해 보았다. 여기서, L은 실린더로드의 최대 행정거리이다.
내경/외경비 하중 작용 위치 시험하중 (톤) 크랙발생유무 표면경도 열처리
0.8 L/2 40 양호 HRC58~61 침탄열처리
0.8 L/2 40
0.8 L 40 크랙발생
0.8 L 40 양호
0.5 L/2 40 양호 HRC45~48 고주파열처리
0.5 L/2 40
0.5 L 40
0.5 L 40
0.2 L/2 40 양호 HRC35~37 담금질열처리
0.2 L/2 40
0.2 L 40
0.2 L 40

표1.중공 실린더로드 피로시험결과
이에 따르면, 실린더로드(30)의 내경(32)과 외경(34)의 비가 0.2~0.8정도의 범위인 것이 가장 바람직한 것으로 나타났다. 그리고 파이프를 열처리하는 과정에서, 그 표면경도가 HRC 35∼65정도의 범위를 갖도록 하는 것이 바람직한 것으로 나타났다. 다만, 내경(32)이 커서 내경(32)과 외경(34)의 비가 클경우에는, 상대적으로 내경(32)의 내벽 두께가 얇아 실린더로드(30)의 표면 경도를 높게 설정해야 하는 것으로 나타났다.
다시, 도 1을 참조하면, 본 발명의 유압실린더는, 실린더로드(30)의 내경(32)에 흡음재(36)가 충전되는 구성을 갖는다. 흡음재(36)는 실린더로드(30)가 충 격을 받을 경우, 내경(32)에서 공명현상이 발생되는 등, 소음 및 이음의 우려가 있으므로 이를 흡음하기 위한 것이다. 이러한 흡음재(36)는 경화성수지, 발포우레탄, 고점도의 윤활유 중 선택된 어느 하나로 구성된다.
한편, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 유압실린더의 다른 실시예가 도시되어 있다. 다른 실시예의 유압실린더는, 실린더로드(30)에 순간적인 충격하중이 가해질 경우, 실린더로드(30)에 가해지는 충격을 흡수하는 댐핑수단을 더 구비한다.
댐핑수단은 실린더하우징(10)의 제 2챔버(12b)와 실린더로드(30)의 내경(32)을 서로 연통시키도록 피스톤(20)에 형성되는 제 1오리피스(40)와, 실린더로드(30)의 내경(32)과 실린더하우징(10)의 제 1챔버(12a)를 연통시키도록 실린더로드(30)의 측벽에 형성되는 제 2오리피스(42)로 구성된다.
여기서, 제 1오리피스(40)는, 실린더로드(30)가 충격하중을 받아 실린더하우징(10)의 내부로 이동함에 따라 피스톤(20)에 의해 가압되는 제 2챔버(12b) 내의 작동유가 실린더로드(30)의 내경(32)으로 이동할 수 있게 한다. 그리고 제 2오리피스(42)는 실린더로드(30)의 내경(32)으로 도입된 작동유가 실린더하우징(10)의 제 1챔버(12a)로 배출될 수 있게 한다.
이러한 댐핑수단에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이 실린더로드(30)가 충격하중을 받아서 이와 연결된 피스톤(20)이 제 2챔버(12b) 내의 작동유를 가압하면, 가압된 작동유가 제 2챔버(12b)로부터 제 1챔버(12a)로 배출될 수 있게 한다. 그리고 가압된 작동유가 제 2챔버(12b)로부터 제 1챔버(12a)로 배출될 수 있게 함으로써, 실린더로드(30) 및 이와 연결된 피스톤(20)이 제 2챔버(12b)로 천천히 이동하 면서 충격을 흡수할 수 있게 한다.
한편, 제 2오리피스(42)는 제 1오리피스(40)의 직경보다 작도록 구성된다. 이는 제 2챔버(12b)로부터 실린더로드(30)의 내경(32)으로 도입되는 작동유 보다 실린더로드(30)의 내경(32)으로부터 제 1챔버(12a)로 배출되는 작동유의 유량이 적도록 하기 위함이며, 이는 제 2챔버(12b)로부터 제 1챔버(12a)로 배출되는 작동유량을 작게 함으로써 충격흡수효율을 증대시키기 위함이다.
한편, 다른 실시예에서의 유압실린더에서는, 실린더로드(30)의 내경(32)에 상기한 일실시예의 흡음재(36)가 제거된 상태임은 물론이다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 유압실린더 및 이것의 실린더로드 제조방법은, 무게는 가볍고 강도는 우수한 실린더로드를 가짐으로써 경량화 및 고강도화가 가능하다는 장점을 갖는다. 또한, 별도의 댐핑장치를 구비하지 않고서도 실린더로드에 가해진 충격하중 및 동하중을 완화시킬 수 있으므로 제조비용이 저렴하다는 장점을 갖는다. 또한, 실린더로드의 표면은 물론 내부까지 효율좋게 열처리됨으로써 실린더로의 강도와 경도가 우수하다는 장점을 갖는다.

Claims (8)

  1. 내경(12)을 갖는 실린더하우징(10)과, 상기 실린더하우징(10)의 내경(12)에 운동가능하게 배치되며 상기 내경(12)을 제 1챔버(12a)와 제 2챔버(12b)로 나누는 피스톤(20)과, 상기 피스톤(20)으로부터 상기 실린더하우징(10)의 외측으로 뻗어 있는 실린더로드(30)를 구비하는 유압실린더에 있어서,
    상기 실린더로드(30)는 내경(32)을 갖는 중공(中空)의 파이프형으로 구성되고, 상기 실린더로드(30)에 충격하중이 가해질 경우, 이를 흡수하는 댐핑수단을 더 구비하며,
    상기 댐핑수단은, 상기 피스톤(20)에 의해 가압되는 상기 제 2챔버(12b)내의 작동유가 상기 실린더로드(30)의 내경(32)으로 이동할 수 있도록 상기 제 2챔버(12b)와 상기 실린더로드(30)의 내경(32)을 서로 연통시키는 상기 피스톤(20)에 형성된 제 1오리피스(40)와; 상기 실린더로드(30)의 내경(32)으로 이동한 작동유가 상기 실린더하우징(10)의 제 1챔버(12a)로 배출될 수 있도록 상기 실린더로드(30)의 내경(32)과 상기 제 1챔버(12a)를 연통시키는 상기 실린더로드(30)에 형성된 제 2오리피스(42)로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압실린더.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 실린더로드(30)의 내경(32)에는 흡음재(36)가 충전되며, 상기 흠음재(36)는 화성수지, 발포우레탄, 고점도의 윤활유 중 선택된 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압실린더.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2오리피스(42)의 직경이 상기 제 1오리피스(40)의 직경보다 작도록 구성되는 것을 특징으로 하는 유압실린더.
  4. 유압실린더의 실린더로드 제조방법에 있어서,
    중공의 파이프를 제조하는 단계와;
    제조된 중공의 파이프를 열처리하는 단계와;
    열처리된 상기 파이프의 표면에 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압실린더의 실린더로드 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 파이프는 탄소량이 전체 중량비를 기준으로 0.35∼0.60중량%로 된 탄소강, 합금강 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 유압실린더의 실린더로드 제조방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    상기 중공의 파이프로 제조하는 단계에서, 상기 파이프의 내경과 외경의 비가 0.2∼0,8정도의 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 유압실린더의 실린더로드 제조 방법.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 파이프의 열처리는, 담금질열처리, 고주파열처리, 침탄열처리 중 어느 하나를 선택하여 실시하고, 그 표면경도가 HRC 35∼65정도의 범위를 갖는 것을 특징으로 유압실린더의 실린더로드 제조방법.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 파이프 표면의 코팅은, 경질크롬도금처리, 질화처리 중 어느 하나를 선택하여 실시하는 것을 특징으로 하는 유압실린더의 실린더로드 제조방법.
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