KR20060050423A

KR20060050423A - 저충격 가스 스프링

Info

Publication number: KR20060050423A
Application number: KR1020050074094A
Authority: KR
Inventors: 스벤 스텐퀴스트
Original assignee: 다이볼트 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2005-08-12
Publication date: 2006-05-19
Also published as: US7331570B2; DE602005004083T2; US20060033248A1; DE602005004083D1; EP1626194A1; JP2006052848A; EP1626194B1

Abstract

본 발명의 가스 스프링은 제 1 가스 챔버를 형성하는 케이싱 내에서의 후퇴 위치와 돌출 위치 사이의 운동을 위해 수용된 피스톤 로드 조립체를 가지고 있다. 상기 피스톤 로드 조립체는 돌출 위치에 있을 때 자신의 리테이너와 상기 케이싱 중의 일부와 협력하여 적어도 부분적으로 제 1 가스 챔버로부터 분리되어 있으며 또한 제 1 가스 챔버 내의 가스의 압력보다 높은 압력을 가진 상태로 포획된 가스를 가지고 있는 제 2 가스 챔버를 제공하여 초기에 피스톤 로드 조립체를 완전 돌출 위치로부터 후퇴 위치를 향하여 이동시키는데 필요한 힘을 감소시킨다.

가스 스프링, 제 1 가스 챔버, 케이싱, 피스톤 로드 조립체, 리테이너, 제 2 가스 챔버, 프레스의 램, 충전 포트, 체크 밸브

Description

저충격 가스 스프링{LOW IMPACT GAS SPRING}

도 1은 후퇴 위치에서 도시된 피스톤 로드 조립체를 가진 가스 스프링의 바람직한 실시예의 전체 단면도;

도 2는 중간-스트로크 위치에서의 피스톤 로드 조립체를 도시하는 도 1과 유사한 도면;

도 3은 돌출 위치에서의 피스톤 로드 조립체를 도시하는 도 1과 유사한 도면;

도 4는 중간-스트로크 위치에서의 도 1의 가스 스프링의 부분 확대도;

도 5는 피스톤 로드 조립체가 가스 스프링 내에 제 2 가스 챔버를 형성하는 위치로 이동된 상태의 도 4와 유사한 도면;

도 6은 피스톤 로드 조립체가 돌출 위치에 있는 상태의 도 4와 유사한 도면;

도 7은 도 1의 피스톤 로드 조립체의 부분 단면도;

도 8은 도 1의 피스톤 로드 조립체의 슬리브 및 피스톤 로드에 대한 단면도; 그리고

도 9는 리테이너 피스톤의 분할된 양쪽 반부를 나타내는 리테이너 피스톤의 단부도이다.

본 발명은 대체로 가스 스프링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 피스톤 로드 조립체의 스트로크의 적어도 일부분 동안 가스 스프링의 피스톤 로드 조립체에 대한 알짜 힘(net force)을 감소시키도록 구성된 가스 스프링에 관한 것이다.

가스 스프링은 잘 알려져 있으며 시트 금속 스탬핑 작업용 프레스의 다이(die)에 사용되고 있다. 종래의 가스 스프링은 압축 가스를 수용하는 가스 챔버를 가지고 있고, 상기 압축 가스는 가스 스프링의 피스톤과 피스톤 로드에 힘을 가하여 가스 스프링의 피스톤과 피스톤 로드를 돌출 위치로 이동시킨다. 상기 압축 가스는 상기 피스톤과 피스톤 로드가 그 돌출 위치로부터 후퇴 위치로 이동하는 것에 대해 저항한다. 다양한 리테이너와 시일(seal)이 상기 가스 스프링에 제공되어서 가스 스프링의 케이싱 내에 상기 피스톤과 피스톤 로드를 유지시키고 또한 가스 챔버로부터 압축 가스가 누출되는 것을 방지한다.

대체로, 복수의 가스 스프링은 시트 금속 공작물을 냉간 성형하기 위해 다이가 프레스에 의해 폐쇄될 때 다이 조립체의 바인더 링 또는 클램프 링을 시트 금속 공작물과 맞물리게 한다. 기계식 구동 기구로 프레스할 때에는, 이 기계식 구동 기구의 기계적인 장점이 프레스의 램(ram)의 위치에 따라 변하는데, 예를 들어 다이를 완전히 폐쇄하고 공작물을 성형하기 위해 상기 램이 완전히 전진된 위치 다시 말해 돌출 위치로 접근할 때 상기 기계적인 장점은 대체로 크게 증가된다.

상기 프레스의 램이 그 중간-스트로크 위치에 있을 때, 가스 스프링의 피스 톤 및 로드는 대체로 완전히 돌출된 위치에 있다. 초기에 상기 피스톤 및 로드는 램이 완전히 돌출된 위치에 도달하기 전에 상당히 후퇴된 위치로 이동되어 있다. 따라서, 초기에 가스 스프링은 프레스가 발휘할 수 있는 힘에 대하여 프레스의 기계식 구동 기구에 비교적 큰 힘 또는 부하를 가한다. 또한, 프레스의 기계식 구동 기구는 프레스의 기계식 구동 기구가 작동을 개시하여 가스 스프링에 의해 발생된 저항력을 극복하기 전에 프레스의 기계식 구동 기구에 부착된 램 및 다이 절반부(half)를 이동시켜 가속시키기 시작하기 때문에, 가스 스프링의 초기의 충격 또는 작동은 프레스의 상기 기계식 구동 기구에 대해 비교적 큰 크기의 충격량 또는 부하 충격(load spike)을 짧은 시간동안 발생시킨다. 이 부하 충격은 필수적인 프레스의 유지·보수 항목을 증가시킬 수 있고, 그 결과 프레스의 유지 및 보수 비용을 증가시킨다. 몇가지 경우에 있어서는, 상기 부하 충격이 프레스의 기계식 구동 기구를 심각하게 손상시킬 수 있고, 그 결과 프레스의 유효 수명을 단축시킨다.

마찬가지로, 공작물이 성형된 후 폐쇄된 다이가 개방되는 동안, 가스 스프링은 비교적 큰 힘 또는 부하를 프레스의 기계식 구동 기구에 가하고, 이 힘은 피스톤 로드가 완전히 돌출될 때 즉시 소멸된다. 상기한 바와 같이, 기계식 구동 기구는 보다 큰 충격량 또는 부하 충격을 받기 쉽다. 상기한 바와 같이, 부하 충격은, 예를 들면, 진동을 유발하거나, 바인더 링을 서로 맞물리는 구성요소에 대해 튀어 오르게 함으로써 프레스에 손상을 초래할 수 있다.

예를 들어, 프레스와 같은 기계에 포함된 가스 스프링은 낮은 온도에서 작동 하고, 사용시에는, 프레스의 상호연결된 부품들 사이에서 원활하고 대체로 점진적인 부하 분포를 제공한다. 상기 가스 스프링은 돌출 위치와 후퇴 위치 사이의 가스 스프링의 전체 스트로크의 경로에 대해서 적어도 일부분 서로 연통되어 있는 제 1 가스 챔버 및 제 2 가스 챔버를 가지고 있다. 상기 가스 스프링은 제 1 가스 챔버의 적어도 일부분을 형성하는 대체로 원통형의 벽을 가진 케이싱을 가지고 있다. 대체로 원통형의 벽을 가진 리테이너는 상기 케이싱 내에 적어도 일부분 수용되어 있다. 상기 리테이너의 벽은 피스톤 로드 조립체가 후퇴 위치와 돌출 위치 사이에서 이동할 때 피스톤 로드 조립체를 적어도 부분적으로 수용하도록 하는 크기로 된 관통 보어를 가지고 있다. 상기 리테이너는 상기 케이싱과 대체로 인접하여 위치된 외측 표면과, 상기 케이싱으로부터 이격되어 있는 표면을 제공하는 폭이 좁은 부분을 가지고 있다. 상기 케이싱으로부터 이격되어 있는 표면은 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치와 후퇴 위치 사이의 피스톤 로드 조립체의 스트로크의 적어도 일부분 동안 제 1 가스 챔버로부터 분리된 제 2 가스 챔버의 적어도 일부분을 형성한다.

적어도 하나의 바람직한 가스 스프링 구조에 있어서, 제 2 가스 챔버는 상기 케이싱의 벽에 의해서 적어도 부분적으로 형성되어 있어서 피스톤 로드 조립체가 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치와 후퇴 위치 사이에서 순환할 때, 적어도 제 2 가스 챔버 내의 가스를 압축시킴으로써 발생된 열은 상기 케이싱의 벽을 통해서 용이하게 전달될 수 있다. 상기한 바와 같이, 가스 스프링의 전체적인 온도가 조절되므로, 그 결과 가스 스프링 구성요소의 작동 온도를 감소시키거나 조절할 수 있고, 각각의 구성요소의 유효 수명 및 가스 스프링의 유효 수명을 연장할 수 있다.

본 발명의 목적, 특징 및 장점은 초기에 피스톤 로드 조립체를 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치로부터 변위시키기 위해 필요한 힘을 감소시키고, 피스톤 로드 조립체가 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치를 향하여 이동함에 따라 피스톤 로드 조립체의 속도를 감소시키고, 프레스가 처음으로 가스 스프링과 맞닿을 때 프레스에 가해지는 충격력을 감소시키고, 프레스와 가스 스프링의 유효 수명을 연장시키고, 사용시에 프레스와 가스 스프링의 소음을 감소시키고, 프레스에 의해 형성된 가공물의 진동 및 이탈을 감소시키고, 가스 스프링 내의 시일의 마모를 감소시켜서 시일의 수명을 연장시키고, 가스 스프링의 작동 온도를 낮추고, 가스 스프링 내의 베어링에 대한 스페이스의 양을 증가시키고, 가스 스프링의 종래의 피스톤 로드 및 실린더에 개장될 수 있고, 서비스 및 수리가 용이하고, 내구성이 있고, 안정성이 보장되고, 비교적 단순한 설계형태이며 제작 및 조립이 경제적이고 사용시에 긴 유효 수명을 가지는 가스 스프링을 제공하는 것을 포함한다.

바람직한 실시예의 상세한 설명

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 장점과 본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 아래의 바람직한 및 최적 모드의 상세한 설명, 청구항 그리고 첨부된 도면에 의해 명확하게 알 수 있다.

도면을 보다 상세히 고찰하면, 도 1 내지 3에는 후퇴 위치(도 1)와 돌출 위 치 (도 3) 사이에서 왕복운동하기 위해 대체로 원통형의 케이싱(14) 내에 수용된 피스톤 로드 조립체(12)를 포함하고 있는 가스 스프링(10)의 하나의 바람직한 실시예가 도시되어있다. 제 1 가스 챔버(16)는 압축 가스를 수용하기 위해 케이싱(14)과 피스톤 로드 조립체(12) 사이의 적어도 일부분에 형성되어 있다. 피스톤 로드 조립체(12)의 스트로크의 적어도 일부분 동안, 제 2 가스 챔버(18)(도 3, 5 및 6)의 적어도 일부분이 피스톤 로드 조립체(12)와 케이싱(14) 사이에서 형성되어있다. 피스톤 로드 조립체(12)가 후퇴 위치로부터 돌출 위치로, 그리고 다시 후퇴 위치로 되돌아오기까지 완전한 스트로크를 형성할 때, 제 1 가스 챔버(16) 및 제 2 가스 챔버(18)는 피스톤 로드 조립체(12)의 전체에 걸쳐서 최적의 힘과 최적의 압력차를 제공하도록 서로 연통되어서 피스톤 로드 조립체(12)의 전체 스트로크에 걸쳐서 피스톤 로드 조립체(12)의 전체에 대해 비교적 스무드한(smooth) 힘의 분포를 발생시킨다. 따라서, 가스 스프링(10)은, 예를 들면, 기계식 프레스(도시되지 않음)에 사용되어서 프레스의 원활한 작동을 가능하게 하고, 피스톤 로드 조립체(12)의 전체 스트로크의 경로에 걸쳐서 피스톤 로드 조립체(12)의 운동을 개시하고 유지하는데 필요한 힘을 최소화할 수 있다. 상기와 같이, 작동시에 가스 스프링(10)과 프레스에 의해 최소의 진동 및 소음이 발생되고, 그 결과 프레스의 다이(die) 조립체(도시되지 않음)에서 균일한 부품을 생산할 수 있는 능력을 향상시킨다.

대체로, 복수의 가스 스프링(10)은, 각각의 가스 스프링(10)의 피스톤 로드 조립체(12)가 프레스의 다이 조립체 내에 시트 금속 블랭크를 형성하도록 전진할 때 프레스의 램에 의해 작동되도록 기계식 프레스 내에 배치될 수 있다. 상기 프 레스는, 예를 들면, 편심된, 크랭크 또는 토글 타입 기계식 프레스로 될 수 있다. 바람직하게는, 초기에 피스톤 로드 조립체(12)가 피스톤 로드 조립체(12)의 돌출 위치로부터 피스톤 로드 조립체(12)의 후퇴 위치를 향하여 이동할 때, 그리고 복귀 스트로크시에 프레스의 램이 피스톤 로드 조립체(12)와의 맞물림 상태가 해제될 때에도 프레스의 램에 가해진 힘이 감소된다. 상기와 같이 프레스의 램에 가해진 힘이 감소되는 것은, 적어도 부분적으로, 제 2 가스 챔버(18) 내의 가스의 압축으로인해, 제 1 가스 챔버(16) 내의 가스의 힘에 대향하는 힘이 발생되는 것에 기인한다.

가스 스프링(10)의 케이싱(14)은 피스톤 로드 조립체(12)를 수용하기 위해 한 쪽 단부는 캡(22)에 의해 폐쇄되어 있고 다른 쪽 단부(24)는 실질적으로 개방되어 있는 대체로 원통형의 벽(20)을 가지고 있다. 대체로, 상기 캡(22)은, 예를 들어, 용접 이음에 의해 부착되어 밀봉되거나, 상기 원통형의 벽(20)과 일체로 형성되어 있다. 케이싱(14)의 벽(20)은 적어도 부분적으로 제 1 가스 챔버(16)를 형성하는 내측 표면(26)과, 외측 표면(28)을 가지고 있다. 상기 벽(20)의 내측 표면(26)은, 아래에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 조립된 상태에서 가스 스프링(1O)을 유지시키는 스냅 링(32)을 수용하기 위해 구성된 대체로 둘레방향의 리테이너 그루브(30)(도 4 내지 6에 가장 잘 도시되어 있음)를 가지고 있다. 프레스 내에 가스 스프링(10)의 장착 및 위치결정을 용이하게 하기 위해서, 길이방향으로 이격된 한 쌍의 둘레방향의 그루브(34, 36)가 케이싱(14)의 대향하는 양 단부에 인접한 케이싱(14)의 외측 표면(28)에 형성되어 있다.

가스가 가스 스프링(10) 속으로 유입되도록 하기 위해, 상기 케이싱(14)은 케이싱(14)의 대체로 폐쇄된 단부 캡(22)을 관통하여 형성되어 있는 것으로 도시된, 벽의 내측 표면(26)과 외측 표면(28) 사이에 형성된 통로 즉 충전 포트(34)를 가지고 있다. 충전 포트(34) 내에 수용된 충전 밸브(36)는 가스가 가스 스프링(10) 속으로 유입되는 것은 허용하는 반면에, 가스가 충전 포트(34)를 통하여 가스 스프링(10)으로부터 배출되는 것을 방지하는 단방향 밸브로서 작용한다. 필요한 경우, 오퍼레이터는 의도적으로 충전 밸브(36)를 눌러서 가스 스프링(10) 내에 있는 압축 가스의 적어도 일부분을 배출시킬 수 있다.

피스톤 로드 조립체(12)는 대체로 길다란 피스톤 로드(38)를 가지고 있고, 상기 피스톤 로드(38)의 한 쪽 단부(40)는 케이싱으로부터 바깥쪽으로 뻗어있으며 프레스의 램과 맞물리도록 형성되어 있고, 상기 피스톤 로드(38)의 다른 쪽 단부(42)는 케이싱(14) 내에 수용되어 있다. 상기 피스톤 로드(38)는 상기 다른 쪽 단부(42)에 인접한 대체로 둘레방향의 그루브(44)를 가지고 있고, 상기 그루브(44)는 아래에서 피스톤 로드(38)와 함께 이동하기 위한 분할된 양쪽 절반부(48, 49)를 가지고 있는 리테이닝 피스톤(46)(도 9)이라고 칭하는, 확대된 피스톤 헤드를 수용하도록 구성되어 있다. 대체로, 스페이스 즉 간극(50)(도 9)이 리테이닝 피스톤의 양쪽 절반부들(48, 49) 사이에 형성되어 있고, 사용중에 가스가 상기 간극을 통하여 유동할 수 있다.

도 9를 참고하면, 리테이닝 피스톤(46)은, 피스톤 로드(38)에 조립되었을 때, 대체로 환형상이고 바람직하게는 피스톤 로드(38)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗 어있는 한 쌍의 대체로 대향한 평탄면(52, 53)을 가지고 있고, 상기 한 쌍의 대체로 대향한 평탄면(52, 53)은 상기 한 쌍의 대체로 대향한 평탄면(52, 53) 사이에서 대체로 뻗어있는 둘레방향의 표면(54)에서 종결된다. 복수의 가스 포트(56)가 리테이닝 피스톤(46)의 상기 평탄면들(52, 53)의 사이에 형성되어 있다. 상기 가스 포트(56)는, 적어도 부분적으로, 피스톤 로드 조립체(12)의 일부분이 피스톤 로드 조립체(12)의 돌출 위치와 후퇴 위치 사이에서 이동하는 동안 제 1 가스 챔버(16)와 제 2 가스 챔버(18) 사이에서의 가스 유동을 제공한다. 또한, 사용시에 리테이닝 피스톤의 양쪽 절반부들(48, 49)의 각각을 피스톤 로드 상에 유지하기 위해서 리테이닝 피스톤의 양쪽 절반부들(48, 49)의 각각은 대체로 반원형이고 피스톤 로드(38)의 그루브(44) 내에 긴밀하게 수용되도록 구성된 안쪽으로 뻗어있는 쇼울더(58)를 가지고 있다. 리테이닝 피스톤(46)을 케이싱(14) 내에서 용이하게 가이드하기 위해서, 리테이닝 피스톤의 양쪽 절반부들(48, 49)의 각각이 환형상의 가이드 베어링(62)을 수용하도록 둘레방향의 표면(54)에 형성된 그루브(60)를 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 가이드 베어링(62)은 복합 폴리머로 구성되고 또한 케이싱(14) 내에서 축방향의 왕복운동을 위해 피스톤 로드 조립체(12)를 가이드하기 위해서 케이싱(14)의 내측 표면(26)과 미끄럼이동가능하게 맞물리도록 하는 크기로 되어 있는 것이 바람직하다.

도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 리테이닝 피스톤의 양쪽 절반부들(48, 49)의 각각에 환형상의 슬리브(64)를 용이하게 부착하기 위해서, 리테이닝 피스톤의 양쪽 절반부들(48, 49)은 상기 평탄면들(52, 53)의 사이에 형성되어 있는 적어 도 하나의 관통 구멍(도 9에는 한 쌍의 관통 구멍(66)이 도시되어 있음)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 관통 구멍(66)은 나사부가 형성된 파스너(70)를 수용할 수 있는 크기로 되어 있고, 상기 관통 구멍(66)는 상기 하나의 평탄면(53) 속으로 뻗어있는 카운터보어(72)를 가지고 있다. 상기 카운터보어(72)는 각각의 파스너(70)의 확대된 헤드를 수용할 수 있는 크기로 되어 있어서, 파스너(70)의 헤드는 리테이닝 피스톤(46)의 상기 평탄면(53)에 대하여 대체로 동일 평면을 이루거나 상기 평탄면(53)에 대해 오목하게 들어가게 된다.

슬리브(64)는 환형상이고, 리테이닝 피스톤(46)의 상기 평탄면(52)과 맞물리는 하나의 표면(68)과, 자유단에서 종결되는 다른 하나의 표면(69)을 가지고 있다. 슬리브(64)는 리테이닝 피스톤(46) 내의 것과 상응하는 수와 배치상태의 가스 포트(74)를 가지고 있어서, 슬리브(64)가 리테이닝 피스톤(46)에 부착될 때, 슬리브(64) 내의 가스 포트(74)는 리테이닝 피스톤(46) 내의 가스 포트(56)와 축방향으로 정렬된다. 따라서, 아래에서 기술하는 바와 같이, 일정한 조건하에서, 가스는 리테이닝 피스톤(46) 내의 가스 포트(56)와 슬리브(64) 내의 가스 포트(74)를 통하여 대체로 자유롭게 유동한다.

대체로 슬리브(64) 내의 각각의 가스 포트(74)는 단방향 체크 밸브(78)의 수용을 위해 리테이닝 피스톤(46)과 맞물려 있는 슬리브(64)의 상기 표면(68)으로 개방되어 있는 확대된 카운터보어(76)를 가지고 있다. 상기 체크 밸브(78)는 가스가 리테이닝 피스톤(46) 내의 가스 포트(56) 및 슬리브(64) 내의 가스 포트(74)를 통하여 선택적으로 유동하도록 허용하여 압축 가스가 제 1 가스 챔버(16)와 제 2 가 스 챔버(18) 사이에서 유동가능하게 한다. 도 4 내지 도 6에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 체크 밸브는 구형상의 볼과 같은 밸브 헤드(80)를 포함하고 있고, 상기 밸브 헤드는 카운터보어(76) 내에 수용된 인서터(insert)(85)에 의해 형성될 수 있는 밸브 시트(83)에 대해 폐쇄된 위치로 스프링(82)에 의해 유연하게 가압될 수 있다. 밸브 헤드(80) 및 스프링(82)을 유지하기 위해서, 리테이너(87)가 카운터보어(76) 내에 설치될 수 있다. 사용시에, 특히 가스 스프링(10)을 재충전하는 과정 동안에, 충전 포트(34)를 통하여 가스 스프링(10) 속으로 유입된 가스는 최종적으로 피스톤 로드 조립체(12)를 피스톤 로드 조립체(12)의 돌출 위치(도 3)로 이동시킨다. 아래에서 보다 상세하게 설명하는 바와 같이, 피스톤 로드 조립체(12)가 피스톤 로드 조립체(12)의 돌출 위치를 향하여 이동할 때, 제 2 가스 챔버(18)는 제 1 가스 챔버(16)로부터 분리되어 밀봉된다. 제 2 가스 챔버(18) 내의 가스 압력이 제 1 가스 챔버(16) 내의 가스 압력보다 낮게 되는 것을 방지하기 위해, 체크 밸브(78)가 개방되고 그 결과 가스가 체크 밸브(78)를 통하여 제 1 가스 챔버(16)로부터 제 2 가스 챔버(18) 속으로 유동하게 된다. 제 2 가스 챔버(18)와 제 1 가스 챔버(16) 사이의 가스 압력이 평형상태에 도달할 때, 상기 볼(80)은 가스 유동에 대해 체크 밸브(78)를 폐쇄하기 위해서 밸브 시트에 안착되는 위치로 복귀된다.

슬리브(64)는 케이싱(14)의 내측 표면(26)에 대해 긴밀한 슬라이딩 끼워맞춤을 위한 크기로 된 외측 표면(84)과, 이 외측 표면(84)으로부터 반경방향 안쪽으로 이격되어 있는 내측 표면(86)을 가지고 있다. 슬리브(64)의 외측 표면(84)과 케이 싱(14)의 내측 표면(26) 사이에 기밀 시일을 형성하기 위해서, 슬리브(64)가 본 명세서에서는 O-링으로 도시된, 시일(90)을 수용하기 위해 둘레방향의 그루브(88)를 가지는 것이 바람직하다. 슬리브(64)는 리테이닝 피스톤(46)에 부착되어 있는 상태에서, 또한 슬리브(64)는 리테이닝 피스톤(46)으로부터 축방향으로 뻗어서 자유단(69)에서 종결되어 있다. 슬리브(64)의 내측 표면(86)은 피스톤 로드(38)로부터 이격된 상태에서 피스톤 로드(38)와 동심상으로 배치되어 슬리브(64)와 피스톤 로드(38) 사이의 스페이스(92)를 형성하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 내측 표면(86)은 자유단(69)에 인접한 플레어식 표면(flared surface)(94)을 가지고 있고, 그 기능은 아래에서 설명한다.

가스 스프링(10)은 케이싱(14) 내에 지지된 리테이너(96)를 가지고 있다. 상기 리테이너(96)는 대체로 원통형의 벽(98)을 가지고 있고, 상기 벽(98)의 외측 표면(100)은 적어도 부분적으로 케이싱(14)의 내측 표면(26)에 인접하여 긴밀하게 수용될 수 있는 크기로 되어 있다. 상기 벽(98)은 관통 보어(104)를 형성하는 내측 표면(102)을 가지고 있고, 상기 관통 보어(104) 내에서는 피스톤 로드(38)가 미끄럼이동식으로 왕복운동한다. 상기 리테이너(96)는 대체로 대향하고 있는 양 쪽 단부(106, 108)를 가지고 있고, 그 중 한 쪽 단부(108)는 리테이너(96)를 케이싱(14) 내에 조립할 때 케이싱(14)의 개방 단부(24) 내에 수용되어 있다. 리테이너(96)를 케이싱(14) 내에 용이하게 부착하기 위해서는, 리테이너(96)가 케이싱(14)의 그루브(30) 내에 수용된 스냅 링(32)을 수용하도록 배치된 대체로 둘레방향의 그루브(110)를 가지는 것이 바람직하다. 리테이너(96)와 케이싱(14) 사이에 보다 양호한 기밀 시일을 제공하기 위해서는, 대체로 둘레방향의 시일 그루브(112)가 시일(114)의 수용을 위해서 리테이너(96)의 외측 표면(100)에 형성되는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 상기 시일(114)은 시일 그루브(112)와 케이싱(14)의 내측 표면(26) 사이에서 압축된 O-링으로 도시되어 있다.

리테이너(96)의 외측 표면(100)은 이 외측 표면(100)과 동심상으로 배치되어 있으며 상기 단부(108)에 인접한 폭이 좁혀진 부분 다시 말해 감소된 직경부(116)를 가지고 있다. 상기 감소된 직경부(116)는 케이싱(14)과의 사이에 환형상의 스페이스(118)를 형성하고, 상기 스페이스에는 피스톤 로드 조립체(12)가 피스톤 로드 조립체(12)의 완전히 돌출된 위치나 그 인접한 위치에 있을 때 슬리브(64)의 적어도 일부분이 수용된다. 상기 감소된 직경부(116)는 본 명세서에서는 O-링으로 도시된 시일(122)의 수용을 위해 둘레방향의 시일 그루브(120)를 포함하는 것이 바람직하다. 슬리브(64)의 내측 표면(86)이 O-링(122) 위로 지날 때(도 5에 도시된 바와 같이), 상기 O-링(122)은 적어도 부분적으로 압축되어 피스톤 로드 조립체(12)의 스트로크의 적어도 일부분 동안 슬리브(64)와 리테이너(96) 사이에 기밀 시일을 형성하여 제 1 가스 챔버(16)로부터 제 2 가스 챔버(18)를 밀봉한다.

리테이너(96)는 와이퍼(126)를 유지하기 위해 상기 단부(106)에 인접하여 있는 둘레방향의 와이퍼 그루브(124)를 가지고 있다. 상기 와이퍼(126)는 립(lip)을 가지고 있고, 상기 립은 피스톤 로드(38)와 맞물려서 리테이너(96)와 피스톤 로드(38) 사이에서 오염물질이나 부스러기가 가스 스프링(10)으로 들어가는 것을 방지한다. 리테이너(96)의 관통 보어(104)는 와이퍼 그루브(124)로부터 축방향으로 이 격된 대체로 둘레방향의 시일 그루브(128)를 가지고 있다. 상기 시일 그루브(128)는 상기 관통 보어로부터 대체로 반경방향 바깥쪽으로 형성되어 있으며 또한 로드 시일(rod seal)(130)을 수용하도록 되어 있고, 상기 로드 시일은 피스톤 로드(38)와 밀봉식으로 맞물려서 가스 스프링(10) 내의 가스가 피스톤 로드(38)와 리테이너(96) 사이에서 가스 스프링(10)으로부터 유출되는 것을 방지한다. 상기 리테이너(96)는 상기 시일 그루브(128)로부터 축방향으로 이격되어 있으며 또한 본 명세서에서는 복합 폴리머 저널 베어링으로 나타내어진 표현된 한 쌍의 축방향으로 이격된 플레인 베어링 즉 저널 베어링(134, 135)을 수용할 수 있는 크기로 되어 있는 대체로 환형상의 리세스(132)를 가지고 있다. 베어링(134, 135)을 제위치에 용이하게 유지하기 위해서, 각각의 베어링(134, 135) 상의 반경방향 바깥쪽으로 뻗어 있는 리브(rib)를 수용하도록 한 쌍의 축방향으로 이격된, 대체로 둘레방향의 그루브(136, 137)가 상기 리세스(132) 내에 형성되어 있다. 상기 한 쌍의 베어링(134, 135)은 그들 사이에 스페이서를 포함하고 있거나, 그렇지 않으면 단일 베어링 또는 2 개 이상의 베어링(도시되지 않음)으로 구성될 수 있다. 상기 한 쌍의 베어링(134, 135)에 의해 제공된 증가된 베어링 구역은 케이싱(14) 내에서의 피스톤 로드 조립체(12)의 주행 정렬성(running alignment)을 향상시킴으로써 가스 스프링(10)의 성능을 높인다. 따라서, 가스 스프링(10)의 유효 서비스 수명 및 효율이 증가된다.

사용시에, 피스톤 로드 조립체(12)는 케이싱(14) 내에 수용되어 있고, 리테이너(96)는 스냅 링(32)에 의해 케이싱(14) 내에 유지되어 있는 상태에서, 가스 스 프링(10)은 충전 포트(34)를 통하여 가스를 충전할 수 있다. 따라서, 가스 스프링(10)은 피스톤 로드 조립체(12)를 피스톤 로드 조립체(12)의 돌출 위치로 유연하게 가압하는 압축 가스의 충전을 유지할 수 있다.

대체로, 복수의 충전된 가스 스프링(10)은 돌출된 피스톤 로드(38)의 단부(40) 상에 설치되어 있는 공작물 클램프 링 또는 바인더 링을 가진 다이 조립체 내에 수용되어 있다. 상기 다이 조립체는 하나의 다이가 프레스의 베드(bed)에 부착되어 있고, 다른 하나의 다이가 프레스의 램에 부착된 상태로 프레스 내에 수용되어 있다. 상기 램이 자신의 완전히 후퇴된 위치로부터 전진함에 따라, 상기 클램프 링은 가스 스프링(10)에 의해 성형될 금속 블랭크와 맞물리게 된다. 가스 스프링(10)의 피스톤 로드(38)는 다이가 금속 블랭크를 성형 부품으로 성형하거나 스탬핑가공하기 위해 자신의 완전히 폐쇄된 위치로 이동할 때 램의 힘을 받는 상태에서 후퇴한다.

피스톤 로드 조립체(12)가 케이싱(14)의 폐쇄된 단부(22)의 바닥부에 닿기 전에 프레스의 램은 자신의 완전히 돌출된 위치에 도달하는 것이 바람직하고, 그 결과 가스 스프링(10)에 대한 손상이 방지된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드 조립체(12)가 피스톤 로드 조립체(12)의 완전히 후퇴된 위치에 있을 때, 제 1 및 제 2 챔버(16, 18)는 서로 연통되어 있으므로 가스 스프링(10) 내의 가스는 리테이닝 피스톤(46)의 전체에 걸쳐서 대체로 일정한 압력상태에 있다. 따라서, 단일의 가스 챔버가 효과적으로 형성된다. 이러한 사실은 대체로 리테이닝 피스톤(46)의 양쪽 절반부들(48, 49) 사이의 가스의 유동에 의해 비롯된 것이고, 또한 슬 리브(64)가 리테이너(96) 내의 시일(122)로부터 맞물림상태가 해제된 것에 의한 것이다.

프레스의 램이 자신의 복귀 스트로크를 개시할 때, 피스톤 로드 조립체(12)는 피스톤 로드(38)의 단부(42)에 작용하는 가스의 힘으로 인해 피스톤 로드 조립체(12)의 돌출 위치를 향하여 이동한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤 로드 조립체(12)의 계속된 스트로크 동안, 슬리브(64)는 케이싱(14)의 내측 표면(26)과 리테이너(96)의 폭이 좁혀진 부분(116) 사이의 스페이스(118)로 들어간다. 슬리브(64)의 내측 표면(86)은 폭이 좁혀진 부분(116) 내의 시일(122)과 맞물리게 되고, 그 결과, 제 2 가스 챔버(18)가 형성되고 제 1 가스 챔버(16)로 밀봉된다.

가스 스프링(10)은, 피스톤 로드 조립체(12)가 피스톤 로드 조립체(12)의 완전히 돌출된 위치에 있을 때, 제 2 가스 챔버(18)가 최소의 부피를 가지고, 제 2 가스 챔버(18) 내의 가스의 압력이 제 1 가스 챔버(16) 내의 가스의 압력보다 크게 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제 2 가스 챔버(18) 내의 압력은 제 1 가스 챔버(16) 내의 압력보다 현저하게 크고, 가스 스프링(10)은, 슬리브(64)에 작용하는 그리고 그 결과 피스톤 로드 조립체(12)에 작용하는 제 2 가스 챔버(18) 내의 가스의 힘이 제 1 가스 챔버(16) 내의 가스에 의해 작용된 피스톤 로드 조립체(12)에 대해 반대로 작용하는 힘보다 약간 작게 되도록 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 구성은 제 2 가스 챔버(18) 내의 밀봉된 상태의 가스가 제 1 가스 챔버(16) 내의 가스보다 휠씬 작은 표면적(A)(도 8)에 작용하기 때문에 가능하다. 제 2 가스 챔버(18) 내의 가스가 작용하는 유효 표면적(A)은 슬리브(64)의 단부 표면(69)의 면적과 대체로 동일하다. 한편, 제 1 가스 챔버(16) 내의 가스가 작용하는 유효 표면적은 피스톤 로드(38)의 단부(42)에 의해 제공된 면적과 대체로 동일하고, 리테이닝 피스톤(46)의 면적은 슬리브(64)의 표면(68)의 면적과 동일하다. 따라서, 피스톤 로드(38)가 피스톤 로드(38)의 돌출 위치에 있을 때 제 1 가스 챔버(16)로부터 피스톤 로드 조립체(12)에 작용하는 반대방향의 힘을 대략 상쇄시키기 위해서는 제 2 가스 챔버(18)에는 훨씬 큰 가스의 압력이 요구된다

따라서, 피스톤 로드 조립체(12)는 비교적 작은 알짜 힘의 차이에 의해 피스톤 로드 조립체(12)의 완전히 돌출된 위치로 가압되어서 분할된 리테이닝 피스톤(46)의 표면(52)은 리테이너(96)의 단부(108)와 맞물린다(도 4). 가스 스프링(10)이 자신의 완전히 돌출된 위치에 있을 때, 슬리브(64)의 자유단(69)은 미리 정해진 최소의 제 2 가스 챔버 부피를 유지하기 위해서 리테이너(96)로부터 축방향으로 이격된 상태로 유지되는 것이 바람직하다.

피스톤 로드 조립체(12)가 완전히 돌출된 위치에 있을 때 피스톤 로드 조립체(12)에 작용되는 비교적 작은 알짜 힘의 차이의 결과로, 처음에 프레스의 램이 각각의 피스톤 로드 조립체(12)와 맞물려서 피스톤 로드 조립체(12)를 피스톤 로드 조립체(12)의 완전히 돌출된 위치로부터 피스톤 로드 조립체(12)의 후퇴 위치를 향하여 변위시킬 때 프레스의 램은 각각의 가스 스프링(10)으로부터 작은 저항력만을 받는다. 프레스의 램과 피스톤 로드(38)의 결합 상태에 작용하는 감소된 충격력 다시 말해 작은 충격력은 가스 스프링(10)과 프레스 조립체 내에서의 마모, 손상, 노이즈 및 진동을 감소시킨다. 따라서, 가스 스프링(10)과 프레스의 유효 수명이 연장된다.

또한, 가스 스프링(10)의 구조가 피스톤 로드 조립체(12)의 스트로크의 전체에 걸쳐서 대체로 케이싱(14)에 인접해 있는 분할된 리테이닝 피스톤(46)과 슬리브(64)을 가지고 있기 때문에, 리테이닝 피스톤(46)와 슬리브(64) 내에서 발생된 어떠한 열도 대체로 슬리브(64), 리테이닝 피스톤(46) 및 케이싱(14) 사이의 전도를 통해서 가스 스프링(10)으로부터 용이하게 발산된다. 또한, 제 2 가스 챔버(18)가 폭이 좁혀진 부분(116)과 케이싱(14) 사이에 형성되어 있기 때문에, 제 2 가스 챔버(18) 내에서 발생된 어떠한 열도 대체로 케이싱(14)을 통한 전도성 열전달에 의해 가스 스프링(10)으로부터 용이하게 발산된다. 가스 스프링(10) 내에서의 열의 감소는 가스 스프링 구성 부품에 대한 마모의 정도를 낮추는 경향이 있고, 그 결과 서비스를 요하는 빈도가 줄어들게 된다. 부가적으로, 가스 스프링(10)의 유효 수명이 연장되고 가스 스프링(10)을 내장하고 있는 프레스의 반복적으로 정확한 부품을 생산하는 능력이 향상된다.

부가적으로, 가스 스프링(10)의 성능을 더욱 향상시키기 위해서, 증가된 베어링 구역이 리테이너(96) 내의 환형상의 리세스(132) 위에 제공된다. 이러한 구성은 로드 시일(130)을 리테이너(96)의 단부(106)와 케이싱(14)의 단부(24)에 대체로 인접하게 배치시킴으로써 가능하게 된다. 따라서, 로드 시일(130)로부터 축방향으로 이격된 관통 보어(104)의 구역은 베어링(134, 135)의 편입을 대체로 자유롭게할 수 있다. 피스톤 로드(38)에 작용하는 베어링 표면적의 증가는 피스톤 로드 (38)를 리테이너(96) 내에서 원하는 정렬 상태로 유지시키는 역할을 하고, 그 결과 가스 스프링(10)의 유효 수명이 연장된다. 부가적으로, 피스톤 로드(38)를 원하는 축방향의 위치에 유지시킴으로써, 반복적으로 정확하게 부품을 형성하는 능력이 향상된다. 또한, 임의의 충격력으로부터 로드 시일(130)을 일정 거리를 유지시킴으로써, 로드 시일(130)의 수명이 연장되고, 그 결과 가스 스프링(10)의 수명이 연장된다.

당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술 영역에 포함된 수정 실시 형태, 변경 실시 형태 및 다른 실시 형태를 창작해 낼 수 있다. 상기한 실시예는 예시를 위한 것이지 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다. 본 발명의 기술 영역은 아래의 청구항에 의해 한정된다.

상기와 같은 구성에 따르면, 초기에 피스톤 로드 조립체를 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치로부터 변위시키기 위해 필요한 힘을 감소시키고, 피스톤 로드 조립체가 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치를 향하여 이동함에 따라 피스톤 로드 조립체의 속도를 감소시키고, 프레스가 처음으로 가스 스프링과 맞닿을 때 프레스에 가해지는 충격력을 감소시키고, 프레스와 가스 스프링의 유효 수명을 연장시키고, 사용시에 프레스와 가스 스프링의 소음을 감소시키고, 프레스에 의해 형성된 가공물의 진동 및 이탈을 감소시키고, 가스 스프링 내의 시일의 마모를 감소시켜서 시일의 수명을 연장시키고, 가스 스프링의 작동 온도를 낮추고, 가스 스프링 내의 베어링에 대한 스페이스의 양을 증가시키고, 가스 스프링의 종래의 피스톤 로드 및 실린 더에 개장될 수 있고, 서비스 및 수리가 용이하고, 내구성이 있고, 안정성이 보장되고, 비교적 단순한 설계형태이며 제작 및 조립이 경제적이고 사용시에 긴 유효 수명을 가지는 가스 스프링을 제공할 수 있다.

Claims

가스 스프링으로서,

제 1 가스 챔버의 적어도 일부분을 형성하는 케이싱;

상기 케이싱 내에 적어도 일부분이 수용되어 있으며 돌출 위치와 후퇴 위치 사이에서 이동가능한 피스톤 로드 조립체; 그리고

상기 케이싱 내에 수용된 리테이너를 포함하고 있고,

상기 리테이너는 상기 케이싱으로부터 이격되어 있는 적어도 일부분을 가지고 있어서 상기 케이싱과 상기 리테이너의 적어도 일부분 사이에 제 2 가스 챔버의 적어도 일부분을 형성하고, 상기 제 2 가스 챔버는 피스톤 로드 조립체가 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치에 있을 때 제 1 가스 챔버로부터 실질적으로 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 1 항에 있어서, 상기 피스톤 로드 조립체는 상기 케이싱 내에 수용되어 있는 확대된 피스톤 헤드 및 상기 피스톤 헤드로부터 축방향으로 뻗어 있는 대체로 환형상의 슬리브를 포함하고 있고, 상기 슬리브의 적어도 일부분은 피스톤 로드 조립체가 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치에 있을 때 상기 케이싱과 상기 리테이너의 적어도 일부분 사이의 제 2 가스 챔버 내에 수용될 수 있는 크기로 되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 1 항에 있어서, 상기 리테이너는 제 2 가스 챔버의 적어도 일부분을 형성하도록 상기 케이싱으로부터 이격되어 있는 감소된 직경부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 피스톤 로드 조립체는, 피스톤 로드 조립체가 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치에 있을 때 상기 케이싱으로부터 이격되어 있는 상기 리테이너의 적어도 일부분을 수용할 수 있는 크기로 된 공간을 형성하는 슬리브의 내측 표면으로부터 이격되어 있는 외측 표면을 가지고 있는 피스톤 로드를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 슬리브는 대체로 대향하고 있는 양 단부를 가지고 있고, 상기 양 단부 사이에는 적어도 하나의 가스 포트가 형성되어 있으며, 선택적으로 가스 유동을 허용하도록 상기 적어도 하나의 가스 포트 내에는 체크 밸브가 수용되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 1 항에 있어서, 상기 리테이너의 적어도 일부분은 상기 케이싱과 상기 리테이너 사이에 기밀 시일을 적어도 일부분 형성하도록 상기 케이싱과 실질적으로 맞물려서 접촉하고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 리테이너의 적어도 일부분에 의해 지지되어 있으며 피스톤 로드 조립체의 적어도 일부분이 피스톤 로드 조립체의 후퇴 위치와 돌출 위치 사이에서 이동하는 동안 상기 슬리브와 맞물리도록 되어있는 시일을 더 포함하고 있어서 상기 슬리브와 상기 시일이 맞물렸을 때 상기 리테이너와 상기 슬리브 사이에 실질적인 기밀 시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 슬리브에 의해 지지되어 있으며 상기 케이싱과 맞물리도록 배치되어 있는 시일을 더 포함하고 있어서 상기 슬리브와 상기 케이싱 사이에 실질적인 기밀 시일을 형성하는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 슬리브는 별개의 부품으로서 상기 피스톤 헤드에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 슬리브는 상기 슬리브와 상기 케이싱 사이에 전도성 열전달을 제공하는 케이싱의 내측 표면과 연통하고 있는 외측 표면을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.