KR20060092853A

KR20060092853A - 저충격 가스 스프링

Info

Publication number: KR20060092853A
Application number: KR1020050076241A
Authority: KR
Inventors: 조나단 피 코터
Original assignee: 다이볼트 인터내셔날 인코포레이티드
Priority date: 2004-08-19
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2006-08-23
Also published as: KR101205274B1; EP1628037A1; JP4733464B2; US7559542B2; EP1628037B1; JP2006057845A; US20060055093A1; DE602005024903D1

Abstract

프레스의 서로 관련된 부분들 사이에서 스무드하고 대체로 점진적인 부하 부포를 제공하는 가스 스프링이 가스 챔버의 적어도 일부분을 형성하는 케이싱을 가지고 있다. 하우징이 적어도 부분적으로 상기 케이싱 내에 수용되어 있다. 상기 하우징은 돌출 위치와 후퇴 위치 사이에서 왕복운동을 위해 피스톤 로드 조립체를 수용할 수 있는 크기로 된 관통 보어를 가지고 있다. 피스톤 로드와 공동으로 이동하기 위해 피스톤 리테이너가 부착되어 있다. 피스톤 로드가 피스톤 로드의 돌출 위치를 향하여 이동함에 따라 상기 피스톤 리테이너가 하우징과 맞닿을 때의 압축된 위치와 피스톤 리테이너가 피스톤 리테이너의 후퇴 위치를 향하여 이동하여 하우징과의 결합상태로부터 벗어난 때의 압축되지 않은 위치 사이에서 하우징의 한 단부가 신축한다.

가스 스프링, 가스 챔버, 케이싱, 피스톤 로드, 피스톤 리테이너, 프레스, 하우징

Description

저충격 가스 스프링{LOW IMPACT GAS SPRING}

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

도 1a는 피스톤 로드 조립체가 부분적으로 후퇴 위치에 있는 상태의 도 1과 유사한 도면;

도 2는 도 1의 원형 구역(2)의 부분 확대도;

도 3은 피스톤 로드 조립체가 부분적으로 후퇴 위치에 있는 상태의 도 2와 유사한 도면;

도 4는 도 1의 가스 스프링의 후방 하우징의 사시도;

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 구성된 후방 하우징의 사시도;

도 6은 도 5의 후방 하우징을 포함하는 가스 스프링의 부분 단면도;

도 7은 피스톤 로드 조립체가 부분적으로 후퇴 위치에 있는 상태의 도 6과 유사한 도면; 그리고

도 8a 및 도 8b는 단일체로 구성된 제 1 및 제 2 하우징의 다른 바람직한 실시예의 단면도이다.

본 발명은 대체로 가스 스프링에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가스 스프링의 스트로크의 적어도 일부분 동안 프레스에 작용하는 충격력을 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 하우징과 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 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 피스톤 및 로드는 대체로 완전히 돌출된 위치에 있다. 초기에 상기 피스톤 및 로드는 램이 완전히 돌출된 위치에 도달하기 전에 후퇴된 위치로 이동되어 있다. 따라서, 초기에 가스 스프링은 프레스의 최대힘에 대하여 프레스의 기계식 구동 기구에 비교적 큰 힘을 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(die half)를 이동시켜 가속시키기 시작하기 때문에, 가스 스프링의 초기의 충격 또는 작동은 구동 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 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 프레스가 가스 스프링으로부터 결합해제될 때 즉시 소멸된다. 상기한 바와 같이, 기계식 구동 기구는 보다 큰 충격량 또는 부하 충격을 받기 쉽고, 상기 부하 충격은, 예를 들면, 진동을 유발함으로써 프레스 또는 형성된 부품에 손상을 초래할 수 있다.

예를 들어, 프레스와 같은 기계에 포함된 가스 스프링은, 사용시에, 프레스의 서로 관련된 부분들과 가스 스프링 사이에서 원활하고 대체로 점진적인 부하 분 포를 제공한다. 상기 가스 스프링은 적어도 부분적으로 가스 챔버를 형성하는 케이싱, 상기 케이싱 내에 적어고 부분적으로 배치된 하우징, 그리고 상기 케이싱 내에서 왕복운동하기 위해 수용된 피스톤 로드 조립체를 가지고 있다. 상기 피스톤 로드 조립체는 상기 하우징으로부터 떨어져 있는 후퇴 위치와 상기 하우징과 맞닿아 있는 돌출 위치 사이에서 이동가능한 피스톤 리테이너를 가지고 있다. 상기 하우징은 피스톤 리테이너가 피스톤 리테이너의 돌출 위치로 이동하여 하우징과 맞닿은 때의 압축된 위치와 피스톤 리테이너가 피스톤 리테이너의 후퇴 위치를 향하여 이동하여 하우징과의 결합상태로부터 벗어난 때의 압축되지 않은 위치 사이에서 신축한다. 따라서, 가스 스프링의 하우징은 프레스의 서로 연관된 부분들 사이에서 원활하고 대체로 점진적인 부하 분포를 제공하는데 적어도 부분적으로 기여한다.

본 발명의 몇 가지 바람직한 실시예의 몇가지 목적, 특징 및 장점은 초기에 피스톤 로드 조립체를 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치로부터 변위시키기 위해 필요한 힘을 감소시키고, 프레스가 처음으로 가스 스프링과 맞닿을 때 프레스에 가해지는 충격력을 감소시키고, 프레스가 가스 스프링으로부터 해제될 때 프레스에 가해지는 부하 충격을 감소시키고, 프레스의 유효 수명을 연장시키고, 사용시에 프레스와 가스 스프링의 소음을 감소시키고, 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 1은 기계식 프레스(도시되지 않음)에 사용된 것과 같은 가스 스프링(10)의 하나의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 대체로, 복수의 가스 스프링(10)은, 프레스의 램이 프레스의 다이 조립체 내에 시트 금속 블랭크를 형성하도록 전진할 때 프레스의 램에 의해 각각의 가스 스프링(10)의 피스톤 로드 조립체(14)가 결합되어 구동되도록 기계식 프레스 내에 배치될 수 있다. 상기 프레스는, 예를 들면, 편심된, 크랭크 또는 토글 타입 기계식 프레스로 될 수 있다. 바람직하게는, 초기에 피스톤 로드 조립체(14)가 피스톤 로드 조립체(14)의 돌출 위치로부터 피스톤 로드 조립체(14)의 후퇴 위치를 향하여 이동할 때, 그리고 복귀 스트로크시에 프레스의 램이 피스톤 로드 조립체(14)와의 맞물림 상태가 해제될 때에도 프레스의 램에 가해진 힘이 감소된다. 따라서, 가스 스프링(10)은 프레스의 성형 스트로크 및 복귀 스트로크 동안 프레스에 대한 충격력을 감소시키며, 작동시의 진동 및 소음을 감소시키고, 그 결과 프레스의 다이 조립체에서 균일한 부품을 생산할 수 있는 능력을 향상시키고 프레스와 가스 스프링(10)에 손상을 줄 가능성을 감소시킨다.

가스 스프링(10)은 대체로 원통형의 벽(24)을 가진 케이싱(16)을 가지고 있고, 상기 대체로 원통형의 벽(24)은 통상적으로 폐쇄되어 있는 케이싱의 한 쪽 단부(26)에서 종결되며, 케이싱의 다른 쪽 단부(28)는 피스톤 로드 조립체(14)를 수 용하기 위해 대체로 개방되어 있다. 대체로, 상기 폐쇄 단부(26)는, 예를 들어, 용접 이음에 의해 부착되거나, 상기 원통형의 벽(24)과 일체로 형성되어 있다. 케이싱(16)의 벽(24)은 적어도 부분적으로 가스 챔버(22)를 형성하는 내측 표면(30)과, 외측 표면(32)을 가지고 있다. 상기 벽(24)의 내측 표면(30)은, 조립된 상태로 가스 스프링(1O)을 유지시키기 위해서, 본 명세서에서 하나의 예로서 스냅 링(36)으로 도시된, 리테이너를 수용하기 위해 구성된 둘레방향의 리테이너 그루브(34)를 가지고 있다. 프레스 내에 가스 스프링(10)의 장착 및 위치결정을 용이하게 하기 위해서, 길이방향으로 이격된 한 쌍의 둘레방향의 그루브(38, 40)가 케이싱의 양 단부(26, 28)에 인접한 케이싱(16)의 외측 표면(32)에 형성되어 있다.

가스가 가스 스프링(10) 속으로 유입되도록 하기 위해, 상기 케이싱(16)은, 케이싱(16)의 폐쇄 단부(26)을 관통하여 형성되어 있는 것으로 도시된, 벽(24)의 내측 표면(30)과 외측 표면(32) 사이에 형성된 통로 즉 충전 포트(42)를 가지고 있다. 충전 포트(42) 내에 수용된 충전 밸브(52)는 단방향 밸브로서 작용하여 가스가 가스 스프링(10) 속으로 유입되는 것은 허용하는 반면에, 가스가 예기치 않게 가스 스프링(10)으로부터 배출되는 것을 방지한다. 필요한 경우, 가스 스프링(10) 내에 있는 압축 가스를 배출시키기 위해 충전 밸브(52)가 개방될 수 있는 것이 바람직하다.

피스톤 로드 조립체(14)는 가스 스프링(10)의 길이방향의 축선(12)을 형성하는 대체로 길다란 피스톤 로드(46)를 가지고 있고, 상기 피스톤 로드(46)의 한 쪽 단부(48)는 케이싱(16)으로부터 바깥쪽으로 뻗어있으며 프레스의 램과 작동가능하 게 맞물리도록 형성되어 있고, 상기 피스톤 로드(46)의 다른 쪽 단부(50)는 케이싱(16) 내에 수용되어 있다. 상기 피스톤 로드(46)는 피스톤 로드(46)와 함께 이동하기 위한 확대된 피스톤 리테이너(54)를 수용하기 위해 상기 다른 쪽 단부(50)에 인접한 대체로 둘레방향의 그루브(52)를 가지고 있다.

피스톤 리테이너(54)는 분할된 양쪽 절반부(56, 58)를 가지고 있고, 이 양쪽 절반부들(56, 58) 사이에는 스페이스 즉 간극(도시되지 않음)이 형성되어 있어서 사용시에 가스가 양쪽 절반부(56, 58) 사이를 유동할 수 있다. 피스톤 리테이너(54)는, 피스톤 로드(46)에 의해 지지되어 있을 때, 대체로 환형상이고 바람직하게는 피스톤 로드(46)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어있는 대체로 대향하고 있는 한 쌍의 평탄면(60, 61)을 가지고 있고 대체로 상기 한 쌍의 평탄면(60, 61)은 한 쌍의 평탄면(60, 61) 사이에 형성되어 있는 말단 표면(62)에서 종결된다. 사용시에 피스톤 리테이너(54)의 양쪽 절반부(56, 58)의 각각을 피스톤 로드(46)상에 유지하기 위해서 피스톤 리테이너(54)의 양쪽 절반부(56, 58)의 각각은 대체로 반원형이고 피스톤 로드(46)의 그루브(52) 내에 긴밀하게 수용되도록 구성된 안쪽으로 뻗어있는 쇼울더(64)를 가지고 있다. 피스톤 리테이너(54)를 케이싱(16) 내에서 용이하게 가이드하기 위해서, 양쪽 절반부(56, 58)의 각각이 환형상의 가이드 베어링(68)을 수용하도록 말단 표면(62)으로 뻗어있는 그루브(66)를 가지고 있는 것이 바람직하다. 상기 가이드 베어링(68)은 복합 폴리머로 구성되고 또한 케이싱(16) 내에서 축방향의 왕복운동을 위해 피스톤 로드 조립체(14)를 가이드하기 위해서 케이싱(16)의 내측 표면(30)과 미끄럼이동가능하게 맞물리도록 하는 크기로 되어 있는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 가스 스프링(10)은 피스톤 로드(46)의 축방향의 왕복운동을 가능하게 하는 크기로 된 관통 보어(20)를 가진 하우징(18)을 가지고 있다. 상기 하우징(18)은 적어도 일부분이 케이싱(16) 내에 수용된 환형상의 제 1 하우징(70)과 상기 제 1 하우징(70)에 의해서 하우징(18) 내에 지지된 환형상의 제 2 하우징(72)을 가지고 있다. 상기 제 1 하우징(70)은 대체로 환형상의 벽(74)을 가지고 있고, 이 환형상의 벽(74)의 외측 표면(76)의 적어도 일부분은 케이싱(16)의 내측 표면(30)에 인접하여 긴밀하게 수용될 수 있는 크기로 되어있다. 상기 환형상의 벽(74)은 상대적인 축방향의 운동 즉 왕복운동을 위해 피스톤 로드(46)를 수용할 수 있는 크기의 제 1 직경(D1)을 가진 관통 보어(80)를 적어도 일부분 형성하는 내측 표면(78)을 가지고 있다. 상기 제 1 하우징(70)은 대체로 대향하고 있는 양쪽 단부(82, 84)를 가지고 있고, 한 쪽 단부(82)는 제 1 하우징(70)이 적어도 부분적으로 케이싱(16) 내에 조립될 때에 케이싱(16) 내에 수용된다. 제 1 하우징(70)을 케이싱(16) 내에 용이하게 부착하기 위해서, 제 1 하우징(70)은 케이싱(16)의 그루브(34) 내에 수용된 스냅 링(36)을 수용하도록 배치된 대체로 둘레방향의 그루부(86)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 제 1 하우징(70)과 케이싱(16) 사이에 보다 용이하게 기밀 시일을 형성하기 위해서, 제 1 하우징(70)의 외측 표면(76)에 시일(90)을 수용하기 위한 대체로 둘레방향의 시일 그루브(88)가 형성되어 있다. 상기 시일(90)은 본 명세서에서는 시일 그루브(88)와 케이싱(16)의 내측 표면(30) 사이에서 압축된 O-링으로 도시되 어 있다. 바람직하게는, 제 1 하우징의 외측 표면(76)은 이 외측 표면(76)과 동심적으로 배치되어 있으며 상기 단부(82)에 인접해 있는 폭이 좁은 부분 즉 감소된 직경부(92)를 가지고 있다. 상기 감소된 직경부(92)는 반경방향으로 뻗어있는 환형상의 쇼울더(94)를 형성한다. 제 2 하우징(72)을 제 1 하우징(70)에 보다 용이하게 부착시키기 위해서, 세트스크루, 핀(98) 등을 수용할 수 있는 크기로 된 적어도 하나의 포켓(96)이 감소된 직경부(92) 속으로 반경방향 안쪽으로 형성되는 것이 바람직하다.

제 1 하우징(70)은 와이퍼(102)를 유지하기 위해 상기 단부(84)에 인접하여 관통 보어(80)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어있는 둘레방향의 와이퍼 그루브(100)를 가지고 있다. 상기 와이퍼(102)는 피스톤 로드(46)와 결합되어서 오염물질이나 먼지가 제 1 하우징(70)과 피스톤 로드(46) 사이의 가스 스프링(10) 속으로 들어가는 것을 방지한다. 제 1 하우징(70)은 또한 다른 쪽 단부(82)에 인접하여 관통 보어(80)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어있는 대체로 둘레방향의 시일 그루브(104)를 가지고 있다. 상기 시일 그루브(104)는 피스톤 로드(46)와 밀봉적으로 결합되는 로드 시일(rod seal)(106)을 수용할 수 있게 되어있어서 가스 스프링(10) 내의 가스가 피스톤 로드(46)와 제 1 하우징(70) 사이에서 가스 스프링(10)으로부터 누출되는 것을 방지한다. 제 1 하우징(70)은 내측 표면(78)으로부터 반경방향 안쪽으로 뻗어있는 대체로 환형상의 리세스(108)를 가지고 있는 것이 바람직하다. 대체로 상기 리세스(108)는 본 명세서에서 복합 폴리머 저널 베어링으로 나타낸 한 쌍의 축방향으로 이격된 플레인 베어링 즉 저널 베어링(110)의 적어도 하나, 바람 직하게는 한 쌍 모두를 수용할 수 있는 크기로 되어 있다. 상기 베어링(110)을 원하는 위치에 보다 용이하게 유지하기 위해서, 각각의 베어링(110) 상의 반경방향 바깥쪽으로 뻗어있는 리브(rib)(114)를 수용하도록 상기 리세스(108) 내에 한 쌍의 축방향으로 이격된, 대체로 둘레방향의 그루브(112)가 형성되는 것이 바람직하다. 상기 한 쌍의 베어링(110)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(110)에 의해 제공된 증가된 베어링 구역은 케이싱(16) 내에서의 피스톤 로드 조립체(14)의 주행 정렬성(running alignment)을 향상시킴으로써 가스 스프링(10)의 성능을 높인다. 따라서, 가스 스프링(10)의 유효 서비스 수명 및 효율이 증가된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라 구성된 바와 같이, 제 2 하우징(72)은 축방향의 단면으로 대체로 U자 형상의 벽(116)을 가지고 있다. 상기 벽(116)은 적어도 부분적으로 한 쌍의 레그(118, 120)에 의해 형성되고 상기 한 쌍의 레그는 두 개의 레그(118, 120)를 서로 연결하고 관통 보어(124)를 형성하는 중간 벽 즉 만곡부(122)로부터 반경방향 바깥쪽으로 뻗어있다. 제 2 하우징(72)의 관통 보어(124)가 피스톤 로드의 돌출 위치와 후퇴 위치 사이의 피스톤 로드(46)의 전체 이동범위에 걸쳐서 피스톤 로드(46)와 간극을 형성할 수 있는 크기로 되도록 상기 벽(116)은 피스톤 로드(46)로부터 반경방향 바깥쪽으로 이격되어 있는 것이 바람직하다. 따라서, 제 2 하우징(72)은 압축된 위치(도 1)와 압축되지 않은 위치(도 1a) 사이에서 자유롭게 이동할 수 있다. 제 2 하우징의 압축된 위치와 압축되지 않은 위치 사이에서의 이동을 보다 용이하게 하기 위해, 그리고 만곡부(122)와 피스톤 로드(46) 사이의 간섭을 방지하기 위해, 만곡부(122)에 의해 형성된 관통 보어(124)는 제 1 하우징(70)의 관통 보어(80)의 제 1 직경(D1)보다 더 큰 제 2 직경(D2)을 가지는 것이 바람직하다.

제 2 하우징(72)은 피스톤 리테이너(54)로부터 멀어지게 레그(118) 중의 하나로부터 축방향으로 뻗어서 제 2 하우징의 한 단부(128)을 형성하는 환형상의 벽(126)을 가지고 있다. 상기 벽(126)은 제 1 하우징(70)의 감소된 직경부(92) 둘레에 수용되는 내측 표면(130)을 가지고 있다. 상기 내측 표면(130)은 감소된 직경부(92) 둘레에 압력 끼워맞춤할 수 있는 크기로 되는 것이 바람직하고, 또한 제 1 하우징(70)의 쇼울더(94)와 맞닿도록 축방향으로 뻗어있는 것이 바람직하다. 제 2 하우징(72)을 제 1 하우징(70)에 보다 용이하게 고정하여 유지시키기 위해서는, 제 1 하우징(70)에는 포켓(96)이 있고, 정렬되었을 때, 핀(98)이 관통 구멍(132)을 통하여 포켓(96) 속으로 부분적으로 삽입되는 것이 바람직하기 때문에 상응하는 갯수의 관통 구멍(132)이 상기 벽(126)에 형성되는 것이 바람직하다. 핀(98)과 이에 상응하는 관통 구멍(132) 및 포켓(96)이 바람직한 요소이긴 하지만 필수적인 것은 아니다. 예를 들면, 핀(98)은 압력 끼워맞춤에 의해 수용될 수 있거나 외부에 나사부가 형성된 세트스크루와 나사식으로 맞물리기 위해 내부에 나사부를 가진 상태로 형성될 수 있다.

도 1a에 잘 도시된 바와 같이, 피스톤 로드 조립체(14)가 제 2 하우징(72)과 압축 맞물림 상태로부터 벗어나도록 이동할 때, 레그(118, 120)는 서로에 대해 경 사져있고 서로로부터 반경방향 바깥쪽으로 발산하여 반경방향 바깥쪽으로 개방되는 환형상의 채널(134)를 형성하고 대체로 약 10 내지 45도, 바람직하게는 20 내지 40도의 개선 각도(included angle)(A)를 가지는 것이 바람직하다. 피스톤 리테이너(54)를 향하여 뻗어있는 레그(120)는 둘레방향의 연속적인 립(136)과 제 2 하우징(72)의 한 단부(140)를 형성하는 하부 표면(138)을 형성한다. 립(136)의 강도와 내구성을 향상시키기 위해서, 립(136)에 인접해 있는 하부 표면(138)의 일부분이 이완된 위치에 있을 때 상기 축에 대체로 수직인 표면을 가지는 것이 바람직하다. 상기와 같이, 초기에 피스톤 리테이너(54)가 레그(120)와 맞물릴 때(도 3), 맞물리는 부분들 사이에 증가된 접촉 구역이 존재한다. 바람직하게는, 립(136)에 인접한 레그(120)의 하부 표면(138)이 적어도 길이방향의 축(12)에 대하여 경사져 있는 부분(142)(도 1a)과 제 2 하우징(72)와 결합하는 피스톤 리테이너(54)의 측면부(60)를 가지고 있다. 대체로, 상기 경사진 부분(142)은 피스톤 리테이너(54)의 측면부(60)에 의해 형성된 수평면으로부터 일정 각도(B)(도 3)로 반경방향 안쪽으로 뻗어 있다. 상기 각도(B)는 2.5도 내지 30도 인 것이 바람직하다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 피스톤 리테이너(54)가 레그(120)와 완전히 결합될 때, 제 2 하우징(72)은 완전히 압축된 위치에 있기 때문에 립(136)의 경사진 부분(142)은 축방향으로 압축되어 피스톤 리테이너(54)의 측면부(60)와 맞닿게 된다. 상기와 같이, 제 2 하우징(72)이 압축된 위치에 있을 때(도 1), 상기 단부들(128, 140)은 제 1 거리(L)를 형성하고 제 2 하우징이 압축되지 않은 위치에 있을 때(도 1a), 상기 단부들(128, 140)은 제 2 거리(M)를 형성하며, 제 1 거리(L)는 제 2 거리(M)보다 짧 다 .

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 벽(116)이 압축된 위치와 압축되지 않은 위치 사이에서 이동할 때 제 2 하우징(72)의 벽(126)의 전체에 걸친 둘레방향의 응력 즉 후프 응력(hoop stress)을 감소시키기 위해서, 만곡부(122)가 둘레방향으로 이격된 복수의 슬롯(146)을 가지는 것이 바람직하다. 상기 슬롯(146)은 양 쪽 레그(118, 120) 중의 적어도 하나 바람직하게는 양 쪽 레그 모두 쪽으로 대체로 반경방향으로 뻗어있어서 제 2 하우징(72) 전체에 걸쳐서 최소의 둘레방향의 응력이 발생한 상태에서 제 2 하우징(72)이 축방향으로 그리고 반경방향으로 신축한다.

선택적으로, 분할 스페이서(150)가 양 쪽 레그들(118, 120) 사이에 형성된 채널(134) 내에 수용될 수 있다. 상기 스페이서(150)는 예를 들면 알루미늄, 저급 탄소강과 같은 재료의 분할된 양쪽 절반부들로 구성되고, O-링(154)을 수용할 수 있는 크기로 된 외측 둘레방향의 그루브(152)를 가지고 있는 것이 바람직하다. 대체로 상기 O-링(154)은 조립공정 전체에 걸쳐서 스페이서(150)의 양쪽 절반부를 채널(134) 내에 유지시키도록 작용한다. 상기 스페이서(150)는, 제 2 하우징(72)이 손상을 받는 경우, 제 2 하우징(72)과 피스톤 로드 조립체(14)의 충격을 흡수하거나 완화시키는 작용을 한다. 상기 스페이서(150)는 가스 스프링의 수명이 제 2 하우징(72)의 피로 수명을 초과하는 경우 사용될 수 있다.

피스톤 로드 조립체(14)가 케이싱(16)에 수용되고, 하우징(18)이 스냅 링(36)에 의해 케이싱(16) 내에 유지된 상태에서, 가스 스프링(10)은 충전 포트(42)를 통하여 가스로 충전될 수 있다. 압축 가스는 피스톤 리테이너(54)가 제 2 하우 징(72)과 결합하여 제 2 하우징(72)을 압축하는 피스톤 로드 조립체(14)의 돌출 위치로 피스톤 로드 조립체(14)를 가압하고, 그 결과 피스톤 리테이너(54)에 스프링력을 작용시킨다. 필요한 경우, 스프링율은 상기 레그의 특정 구성을 변경시킴으로써 변경될 수 있다. 사용시의 유효 스프링력은 압축 가스로부터 피스톤에 작용하는 알짜 힘과 동일하고, 몇가지 응용예에 있어서는 대략 10,000 내지 25,000 파운드 정도로 될 수 있다. 바람직하게는, 제 2 하우징에 어떠한 손상을 초래하거나 영구적인 변형을 일으키지 않고서 피스톤에 가해진 가스력에 대해서 제 2 하우징의 휨이 최대로 되는 것이다. 한 가지 바람직한 실시예에 있어서, 제 2 하우징은 17,000 파운드에서 약 0.02 인치 휘어진다.

대체로, 공작물 클램프 링 또는 바인더 링이 돌출된 피스톤 로드(46)의 단부(48)에 놓여 있는 상태에서 복수의 충전된 가스 스프링(10)이 다이 조립체에 수용되어 있다. 상기 다이 조립체는, 한 개의 다이가 프레스의 베드에 부착되어 있고 다른 하나의 다이는 프레스의 램에 부착되는 있는 상태로, 프레스에 수용되어 있다. 프레스의 램이 완전히 후퇴된 위치로부터 전진함에 따라, 가스 스프링(10)에 의해서 상기 클램프 링은 형성될 금속 블랭크와 맞물리게 된다. 다이가 완전히 폐쇄된 위치를 향해 이동되어 상기 블랭크를 성형된 부품으로 성형하거나 스탬핑가공할 때 가스 스프링(10)의 피스톤 로드(46)는 초기에 프레스 램의 힘에 의해 후퇴된다. 상기와 같이, 초기에 프레스 램이 블랭크와 결합할 때, 프레스 램에 작용하는 충격력이 레그(118, 120)에 의해 피스톤 리테이너(54)에 작용된 스프링력으로부터의 조력의 결과로 감소된다. 또한, 다이가 다이의 개방 위치를 향해 이동될 때, 프레스에 대한 충격력은 피스톤 리테이너(54)에 의해 레그(118, 120)가 압축됨에 따라 레그(118, 120)가 점진적으로 로딩(loading)되는 것에 의해 감소된다. 상기와 같이, 프레스에 가해진 부하(load)는 급격한 피크형상을 가지는 것이 아니라, 완만한 부하 곡선을 형성한다. 프레스의 전체 스트로크에 걸쳐서 프레스 및 이와 관련된 구성요소에 대한 충격력의 감소는 가스 스프링(10)과 프레스 조립체 내에서의 마모, 손상, 소음 및 진동을 감소시킨다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따라 구성된 제 2 하우징(200)은 사용시에 피스톤 로드(46)와 간극을 유지할 수 있는 크기로 된 관통 보어(204)를 가진 대체로 원통형의 벽(202)을 가지고 있다. 상기 제 2 하우징(200)은 벽(202)을 관통하여 형성되어 있는 적어도 하나의 바람직하게는 복수의 슬롯(206)을 가지고 있고 또한 상기 벽(202)이 축방향으로 압축될 수 있도록 대체로 대향하고 있는 벽(202)의 상부 단부(208) 및 하부 단부(210)에 의해 경계를 이루거나 폐쇄되는 것이 바람직하다. 상기 벽(202)과 슬롯(206)은 원하는 적용예에 대해 원하는 스프링력, 압축성 및 내구성을 가지도록 원하는 대로 구성될 수 있다. 본 명세서에서는 상기 슬롯(206)이 약 20도 내지 45도의 상부 단부(208) 및 하부 단부(210)에 대한 경사각을 가진 상태로 서로에 대해 나선형으로 배치되어 있는 것으로 도시되어 있다. 주어진 갯수의 슬롯에 대해서, 상부 단부(208) 및 하부 단부(210)에 대한 슬롯의 경사각이 커질수록, 대체로 제 2 하우징(200)이 뻣뻣하게 된다.

상기 벽(202)은 제 1 하우징(70)의 감소된 직경부(92) 둘레에 압력 끼워맞춤 하기 위한 크기로 된 내측 표면(216)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 제 1 하우징(70)에 대하여 축방향으로 제 2 하우징(200)을 보다 용이하게 배치시키기 위해서, 상기 단부(208)가 제 1 하우징(70)의 쇼울더(94)와 맞닿도록 축방향으로 뻗어있다. 제 2 하우징(200)을 제 1 하우징(70)에 고정하여 유지시키는 것을 보다 용이하게 하기 위해서, 상응하는 갯수의 관통 구멍(218)이 벽(202)에 형성되고 또한 제 1 하우징(70) 내의 포켓(96)과 정렬되도록 배치되는 것이 바람직하다. 상기 관통 구멍(218)은, 예를 들면, 압력 끼워맞춤이나 나사식 결합에 의해 핀(98)을 수용할 수 있는 크기로 되는 것이 바람직하다.

사용시에, 제 2 하우징(200)은, 피스톤 로드 조립체(14)가 피스톤 로드 조립체(14)의 돌출 위치에 있을 때의 압축된 위치(도 6)와 피스톤 리테이너(54)가 상기 단부(210)로부터 결합해제되도록 피스톤 로드 조립체(14)가 피스톤 로드 조립체(14)의 후퇴 위치를 향하여 충분히 이동한 때의 압축되지 않은 위치(도 7) 사이에서 이동한다. 상기와 같이, 제 2 하우징(200)이 압축된 위치(도 6)에 있을 때, 상기 단부들(208, 210)은 제 1 거리(L1)을 형성하고 제 2 하우징(200)이 압축되지 않은 위치(도 7)에 있을 때, 상기 단부들(208, 210)은 제 2 거리(M1)를 형성하며, 상기 제 1 거리(L1)는 상기 제 2 거리(M1)보다 짧다. 제 2 하우징(200)이 압축된 위치와 압축되지 않은 위치 사이에서 이동할 때, 나선형상으로 형성된 슬롯(206)이 압축되거나 압축되지 않는 것으로 인해 상기 벽(202)의 적어도 일부분이 일정한 각도의 비틀림 이동형태로 이동한다. 다른 형태로서는, 상기 실시예에서 기술한 바와 같이, 제 2 하우징(200)이 프레스 램 및 이와 관련된 구성요소에 대한 충격 부 하를 감소시키도록 작용하는 것이고, 따라서 이에 대해서는 더 이상 상세하게 기술하지 않는다.

당해 기술분야의 통상의 전문가는 본 발명의 기술영역 내에 포함된 다른 실시예를 용이하게 파악할 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 기술영역 내에는, 도 8a 및 도 8b에 대체적으로 도시된 바와 같이, 하우징(300) 및 하우징(400)의 각각을 형성하도록 제 1 하우징(7)이 제 2 하우징들(72, 200)의 각각과 일체로 구성하는 것이 포함될 수 있다. 제 2 하우징(200)은 본 명세서에서 대체로 개시된 것과 같이 스프링력 또는 오프셋 형태의 힘(offsetting force)을 제공하기 위해 다른 방식으로 형성되고 배치될 수 있다. 또한, 원하는 특성을 얻기 위해 필요하다면, 다양한 금속 및 폴리머 물질이 제 1 하우징(70) 및 제 2 하우징(72, 200)용으로 사용될 수 있다. 상기 실시예들은 단지 예시적인 것이며 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 발명의 기술영역은 아래의 청구항에 의해 한정된다.

상기와 같은 구성에 따르면, 초기에 피스톤 로드 조립체를 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치로부터 변위시키기 위해 필요한 힘을 감소시키고, 프레스가 처음으로 가스 스프링과 맞닿을 때 프레스에 가해지는 충격력을 감소시키고, 프레스가 가스 스프링으로부터 해제될 때 프레스에 가해지는 부하 충격을 감소시키고, 프레스의 유효 수명을 연장시키고, 사용시에 프레스와 가스 스프링의 소음을 감소시키고, 내구성이 있고, 안정성이 보장되고, 비교적 단순한 설계형태이며 제작 및 조립이 경제적이고 사용시에 긴 유효 수명을 가지는 가스 스프링을 제공할 수 있다.

Claims

가스 챔버의 일부분을 형성하는 케이싱;

돌출 위치와 후퇴 위치 사이에서 왕복운동하기 위해 상기 케이싱 내에 적어도 부분적으로 수용된 피스톤 로드와, 상기 피스톤 로드에 의해 지지되는 피스톤 리테이너를 가지고 있는 피스톤 로드 조립체; 그리고

상기 케이싱 내에 적어도 부분적으로 수용된 하우징을 포함하고 있고,

상기 하우징은 상기 피스톤 로드 조립체가 피스톤 로드 조립체의 돌출 위치와 후퇴 위치 사이에서 왕복운동할 때 상대적인 이동을 위해 상기 피스톤 로드를 수용할 수 있는 크기로 형성된 관통 보어를 가지고 있고, 상기 케이싱 내에 수용된 하우징의 단부를 형성하는 둘레방향으로 뻗어있는 레그는 상기 피스톤 리테이너와 마주 대하고 있으며 또한 상기 피스톤 리테이너가 자신의 돌출 위치에 있고 상기 레그와 맞닿을 때의 압축된 위치와 상기 피스톤 로드가 자신의 후퇴 위치를 향하여 이동하여 상기 레그와의 결합상태를 벗어날 때의 압축되지 않은 위치 사이에서 신축하는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 제 1 하우징과 제 2 하우징을 가지고 있고, 상기 제 2 하우징은 상기 피스톤 리테이너와 마주 대하는 한 쪽 단부와 상기 피스톤 리테이너로부터 멀어지는 쪽으로 향하는 다른 쪽 단부를 가지고 있고, 상기 레그는 상기 제 2 하우징의 일부분으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 하우징은 외측 표면과 감소된 직경부를 가지고 있고 상기 감소된 직경부와 상기 외측 표면 사이에는 쇼울더가 형성되어 있으며, 상기 제 2 하우징은 상기 감소된 직경부 둘레에 수용될 수 있는 크기로 된 환형상의 벽을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 3 항에 있어서, 상기 환형상의 벽은 제 2 하우징의 한 쪽 단부를 형성하고, 제 2 하우징의 상기 한 쪽 단부는 상기 제 1 하우징과 제 2 하우징이 서로 부착될 때 상기 쇼울더와 맞닿는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 하우징은 반경방향 안쪽으로 뻗어있는 포켓을 가진 감소된 직경부를 가지고 있고, 상기 제 2 하우징은 상기 감소된 직경부 둘레에 수용될 수 있는 크기로 된 환형상의 벽과 상기 포켓과 정렬하도록 배치된 관통 구멍을 가지고 있고, 또한 상기 제 1 하우징과 제 2 하우징을 서로 부착된 관계로 고정시키는 것을 용이하게 하기 위해 상기 관통 구멍과 상기 포켓에 수용될 수 있는 크기로 된 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 1 항에 있어서, 상기 레그는 상기 단부에 인접한 환형상의 채널을 부분적으로 형성하고 상기 채널에 수용될 수 있는 크기로 된 환형상의 쿠션을 더 포함하 는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 길이방향의 축을 가지고 있고 상기 레그는 상기 레그의 압축된 위치와 압축되지 않은 위치 사이에서 용이하게 이동하기 위해 상기 축에 대하여 경사져 있으며 상기 피스톤 리테이너로부터 이격되어 있는 부분을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 제 1 하우징과 상기 제 2 하우징은 단일체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 2 항에 있어서, 상기 제 2 하우징은 상기 피스톤 로드로부터 반경방향 바깥쪽으로 이격되어 있는 대체로 U자 형상의 벽을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 9 항에 있어서, 상기 U자 형상의 벽은 적어도 부분적으로 한 쌍의 레그에 의해 형성되고 상기 U자 형상의 벽은 상기 피스톤 로드를 수용할 수 있는 크기로 된 관통 보어를 형성하고, 상기 U자 형상의 벽은 상기 레그들 중의 적어도 하나의 레그를 관통하여 형성된 복수의 둘레방향으로 이격된 슬롯을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.
제 1 항에 있어서, 상기 하우징은 벽의 신축을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 슬롯이 형성된 벽을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 가스 스프링.