KR20110109024A

KR20110109024A - 임의로 회전수 조절 가능한 로터리 실린더

Info

Publication number: KR20110109024A
Application number: KR1020100028564A
Authority: KR
Inventors: 안대규
Original assignee: 안대규
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-06

Abstract

본 발명은 출력 축의 회전수 조정 범위가 넓고, 동체의 외부에서 출력 축의 회전수 조정을 간편하게 할 수 있는 로터리 실린더를 제공하는 것으로서, 통상의 유체압 발생수단(24)에 접속된 3상 밸브(22)로부터 유체압을 선택적으로 공급받는 제1 유체통로(18)와 제2 유체통로(20)가 각각 양단에 비치된 동체(2)를 포함하고, 이 동체(2)의 내부 중심에는 양단이 출력 축(4)으로 형성된 스크루(6)를 회전 가능하게 배치함과 아울러, 상기 스크루(6)에는 피스톤(10)의 중심에 고정된 너트부(12)가 나사 연결되고, 상기 피스톤(10)은 동체(2)의 내부에서 스크루(6)에 나란하게 배치되는 가이드 포스트(16)를 따라 안내되도록 배치되어서 회전하지 않고 축 방향으로 왕복 이동하도록 설치됨으로써 상기 제1 유체통로(18), 또는 제2 유체통로(20)를 통해 공급되는 유체압력에 의한 상기 피스톤(10)의 왕복 이동길이에 비례하는 횟수로 상기 스크루(6)가 너트부(12)에 추진되면서 회전하게 되어 있고, 또한 상기 피스톤(10)은 둘레 면에 적어도 하나의 감응요소(26)를 구비하고 상기 동체(2)는 바깥쪽 양단 부근에 각각 상기 감응요소(26)에 반응하여 신호를 출력하는 센서(28)(30)가 비치되어서 상기 3상 밸브(22)를 작동하는 것에 의해 상기 피스톤(10)의 스트로크를 제한할 수 있는 구성으로 된 것이다.

Description

임의로 회전수 조절 가능한 로터리 실린더{rotary cylinder of adjustable free rotation}

본 발명은 로터리 실린더에 관한 것으로서, 특히 실린더의 출력 축에서 감속 작용이 나타나게 되어 있는 임의로 회전수 조절이 가능한 로터리 실린더에 관한 것이다.

자동제어분야에 널리 이용되고 있는 로터리 실린더는 구조에 따라 베인형, 랙-피니언형으로 구분되고 있다.

베인형은 구조가 간단하고 가벼운 이점이 있는 반면, 동체의 안쪽 면과 그 안에 설치된 회전날개 사이에서 압력 누설을 없애려면 정교한 가공을 거쳐야 하기 때문에 기술적으로 어려움이 많은 단점이 있다.

랙-피니언형은 피스톤에 편승하여 왕복 이동하는 랙 기어가 이동 중에 피니언을 회전시킴에 따라 직선운동을 회전운동으로 변환시키는 구조로서 제작이 쉽고 비용도 저렴하여 널리 이용되고 있으나, 이 구조의 단점으로는 크기가 커서 좁은 장소에는 설치할 수 없고 피니언을 통해 나타나는 출력 축의 회전수를 임의로 변경 조절할 수 없는 구조이다.

다음의 특허문헌 1에 개시된 중간 정지형 로터리 실린더는 전형적인 랙-피니언형의 구성을 보여주고 있다. 2개의 피스톤은 상호 마주보는 방향으로 진퇴 하도록 2열로 겹쳐지게 배치되고, 그 사이로 피니언이 위치하여 상기 각 피스톤의 대향 하는 측면으로 형성된 랙 기어와 맞물려 있음에 따라 상기 양 피스톤이 진퇴 운동하면 그 사이의 피니언은 랙 기어에 연동하여 종동 회전하게 된다.

그리고 개시된 로터리 실린더는 스토퍼로 피스톤의 스트로크를 제한할 수 있으므로 피니언의 회전수를 미세 조정할 수 있는 기능도 구비하고 있다.

한국 특허등록 제10-0716240호, 도 3a

상술한 중간 정지형 로터리 실린더는 양 피스톤의 전진 작동으로 피니언이 정회전하고 정지상태를 유지하고, 또 후진 작동 시에 피니언은 역회전하고 정지하는 작용을 반복하는 구조로서, 자동 조립공정에서 제품의 좌우 이송, 및 부품 간의 좌우 조립을 오차 없이 수행하게 되는 것이나, 피스톤의 후방부 측면에 형성된 랙 기어가 피니언과 치차 연결되는 위치부터 기밀이 훼손되므로 상기 피스톤의 스트로크는 제한적일 수밖에 없으며, 이에 따라 피니언의 최대 회전수는 적어지게 되는 단점이 있다.

피니언의 최대 회전수가 적으면 그 조절범위도 좁아져서 자동제어 시스템에 응용할 수 있는 분야도 협소하게 된다.

본 발명은 상술한 종래의 로터리 실린더에서 볼 수 있는 문제점을 해결하기 위하여 출력 축의 최대 회전수가 많아 그 조정 범위가 넓고, 또 회전수의 조정을 외부에서 간편하게 할 수 있으며, 부피가 작아 자동 제어 시스템의 어디에도 적용할 수 있는 구성의 임의로 회전수 조절 가능한 로터리 실린더를 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 본 발명의 목적은 양단부에 제1 유체통로와 제2 유체통로를 갖춘 동체의 내부 중심으로 스크루를 회전 가능하게 배치하고 그 양단은 출력 축으로서 상기 동체의 바깥쪽으로 인출시켜 두고, 상기 스크루에는 피스톤을 회전할 수 없게 설치하되, 그 중심에 고정된 너트부를 나사 연결하는 한편, 통상의 유압 발생수단에 3상 밸브를 개재하여 상기 제1 및 제2 유체통로를 접속 연결함으로써, 상기 피스톤이 유체압의 작용으로 스크루를 타고 왕복 이동하는 것에 의해 중심의 너트부가 스크루를 추진하여 정역회전되도록 한 구성으로 구현할 수 있다.

상기 피스톤이 회전되지 않게 하려면, 동체의 내부에 스크루와 나란하게 가이드 포스트를 배치해서 피스톤을 회전하지 않게 안내하거나, 또는 상기 동체와 피스톤을 다각형으로 형성하여 회전할 수 없게 하는 구성으로 구현할 수 있다.

상술한 구성의 본 발명에서, 스크루의 회전수는 동체 내부에서 피스톤이 왕복 이동할 수 있는 유효길이에 비례하도록 한정된다.

또 한편으로 본 발명은 동체의 외부에서 피스톤의 왕복 이동거리, 즉 스트로크를 임의로 조절할 수 있게 할 수 있으며, 더 구체적으로는 상기 피스톤의 둘레 면에 적어도 하나의 감응요소를 설치하고 상기 동체의 바깥쪽 양단 부근에는 각각 상기 감응요소에 반응하였을 때 신호를 출력하는 센서를 위치 이동 가능하게 배치하는 한편, 상기 센서의 신호로 3상 밸브가 작동되도록 구성하면 상기 동체 내부에서 왕복 이동하는 피스톤의 스트로크를 임의로 제한할 수 있다.

본 발명에서, 상기 감응요소는 자석이 적당하고, 상기 센서로는 리드 스위치 또는 근접센서를 채용할 수 있다.

본 발명은 상술한 구성에 의해 다음의 작용 효과를 나타낸다.

출력 축이 스크루의 양단에 형성되어 있고, 이 스크루는 피스톤의 중심 측 너트부에 나사 연결된 구성으로 되어 있음에 따라 상기 출력 축의 회전수가 랙 기어 구조에 비해 현저하게 많아지는 것이므로 회전수 조정범위가 넓게 되는 반면에 구조가 콤팩트하여 부피도 적어지는 이점이 있어서 여러 분야의 자동 조립에 적용될 수 있다.

또, 출력 축의 회전수 설정은 기본적으로 동체 내부에서 피스톤의 왕복 이동거리에 비례하는 것이나, 상기 피스톤의 둘레 면에 감응요소를 설치하고, 동체의 바깥쪽에는 상기 감응요소에 반응하는 센서를 배치하고, 이들 센서의 감응신호로 3상 밸브가 작동되게 하는 구성에 의하면, 상기 피스톤의 왕복 이동에 관계되는 스트로크를 동체의 외부에서 임의로 조절하여 출력 축의 회전수를 증감할 수 있는 효과가 있다.

이와 같이 본 발명은 회전할 수 없고 진퇴 이동만 가능하게 배치되는 피스톤을 스크루에 관통시켜 나사 연결함으로써 상기 피스톤의 왕복 이동에 비례하여 스크루가 정역 회전하게 한 것이므로 회전수를 감소시킬 수 있는 효과도 나타내는 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 측 단면도.
도 2는 도 1의 화살표 Ⅱ-Ⅱ선에 따른 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예를 나타내는 측단면도.
도 4는 도 3의 화살표 Ⅳ-Ⅳ선에 따른 단면도.

이하, 본 발명을 첨부 도면에 따른 바람직한 실시 예로서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 관련된 일 실시 예를 나타내는 단면도로서, 동체(2)의 중심에는 출력 축(4)이 회전 가능하게 지지 되어 있고, 이 출력 축(4)의 중간부는 스크루(6)로 형성되어 있다.

상기 스크루(6)에는 피스톤(10)의 중심에 일체로 설치된 너트부(12)가 나사 맞춤 되어 있고, 또한 피스톤(10)은 양측방에 형성된 가이드 블록(14)이 상기 스크루(6)의 양측으로 나란하게 배치된 가이드 포스트(16)를 타고 안내되도록 배치된다.

동체(2)는 양단부에 각각 제1 유체통로(18)와 제2 유체통로(20)를 구비하고 있으며, 이들은 어느 한쪽이 급기통로일 때 반대쪽은 배기통로가 되어 상기 피스톤(10)은 복동식으로 구동하게 된다.

또한, 피스톤(10)은 도 2로 도시한 바와 같이 그 가장자리가 동체(2)의 안쪽 면과 기밀을 유지하도록 배치됨과 아울러 양 가이드 블록(14)을 관통한 가이드 포스트(16)에 안내되기 때문에 오직 전 후진 이동만 할 뿐 회전할 수는 없게 배치된 것이다.

다시 도 1을 참조하면, 상기 제1 유체통로(18)와 제2 유체통로(20)는 3상 밸브(22)를 개재하여 공압 또는 유압을 일으키는 유체압 발생수단(24)에 접속됨으로써 상기 피스톤(10)은 3상 밸브(22)에 의해 전진, 정지, 후진, 정지의 순으로 작동하게 된다.

즉, 3상 밸브(22)가 유체압 발생수단(24)을 제1 유체통로(18)로 접속시키면 제2 유체통로(20)가 배기통로로 되어 피스톤(10)은 도시한 바와 같이 전진 작동하고, 반대로 3상 밸브(22)가 유체압 발생수단(24)을 제2 유체통로(20)에 접속하면 상기 제1 유체통로(18)가 배기통로로 되어 상기 피스톤(10)은 후진 이동하게 되는 것이며, 다시 3상 밸브(22)가 양 유체통로(18)(20)와 유체압 발생수단(24) 사이를 차단하면 피스톤(10)은 정지하고 있게 되는 것이다.

이와 같은 구성으로 된 본 발명의 로터리 실린더에 있어서, 피스톤(10)이 제1 유체통로(18) 또는 제2 유체통로(20)를 통해 공급되는 유체압의 작용으로 추진될 때, 중심의 너트부(12)는 스크루(6)와의 나사 맞춤을 통해 이를 회전시키게 되고 그 결과로 출력 축(4)은 상기 피스톤(10)의 이동에 종동 하여 회전하게 된다.

이때, 출력 축(4)의 회전수는 스크루(6)의 나사 피치와 피스톤(10)의 스트로크에 따라 증감될 수 있으므로 상기 피스톤(10)의 스트로크 조정으로 출력 축(4)의 회전수를 임의로 지정할 수 있다.

피스톤(10)의 스트로크 조정은 동체(2)의 길이를 길게 혹은 짧게 설정하는 것으로 간단하게 조정할 수 있지만, 이 방식은 출력 축(4)의 회전수를 조정할 수 없는 것이므로 바람직하지 않다.

본 발명에서는, 피스톤(10)의 둘레 면에 자석과 같은 감응요소(26)를 적어도 한 곳 이상 배치하고, 동체(2)의 바깥 면 양단 부근으로 상기 감응요소(26)와 조우하였을 때 반응하는 센서(28)(30)를 배치하고, 이들 센서(28)(30)가 반응하였을 때 생성되는 출력신호로 상기 3상 밸브(22)가 작동되게 하는 구성을 채용하고 있다.

자석 등의 감응요소에 반응할 수 있는 센서로는 자력에 스위칭 온 되는 리드 스위치, 또는 자계의 근접 이탈에 따라 변화하는 기전력으로 감응하는 근접 센서 등을 채용할 수 있다.

상술한 구성으로 된 본 발명의 로터리 실린더는 동체(2)의 바깥 면 양단부에서 각 센서(28)(30)의 위치를 변화시키는 것으로 피스톤(10)의 스트로크는 간편하게 조정된다.

도 1에 도시한 상태에서, 3상 밸브(22)가 유체압 발생수단(24)의 유체압이 제1 유체통로(18)로 공급되도록 하면 피스톤(10)은 양 가이드 포스트(16)에 안내되면서 도면의 좌측으로 추진되고, 이 과정에서 스크루(6)는 너트부(12)와의 나사 연결에 의해 회전(정회전)하게 되는 것이며, 그 회전수는 상기 피스톤(10)의 스트로크에 비례하게 된다.

또, 피스톤(10)의 이동이 계속되어 둘레 면의 감응요소(26)가 센서(30)를 감응시키면 상기 센서(30)에서 송출되는 감응신호에 의해 3상 밸브(22)는 정지 작동하고, 다음 번 작동 시에는 유체압 발생수단(24)의 유체압이 제2 유체통로(20)로 공급되게 함으로써 상기 피스톤(10)의 도면상 우측 이동이 시작되어 스크루(6)의 역회전이 개시되는 것이며, 이때의 위치 이동도 감응요소(26)가 센서(28)를 감응시킬 때까지 계속된다.

이와 같이 본 발명에 관련된 로터리 실린더는 동체(2)의 내부 중심에 하나의 스크루(6)를 회전 가능하게 축 지지하고, 이 스크루(6)에 피스톤(10)을 회전할 수 없고 축 방향에 따라 복동 하도록 배치하고, 유체압을 양단의 유체통로(18)(20)에 번갈아 공급함으로써 상기 스크루(6)가 피스톤(10)의 위치 이동거리에 비례하여 회전하는 작용을 나타내는 것이며, 또한 상기 피스톤(10)의 둘레 면에 부착된 감응요소(26)가 동체(2)의 바깥 면 양단 측 센서(28)(30)에 조우하는 간격으로 스트로크를 제한하는 것이므로 상기 스크루(6)의 회전수도 임의로 조절할 수 있는 작용을 갖추고 있다.

본 발명의 로터리 실린더는 스크루(6)에 연속하는 출력 축(4)을 자동 조립라인에서 정해진 길이 범위로 왕복 작동하는 액추에이터의 구동에 효과적으로 사용될 수 있으며, 더 구체적인 예로는 컨베이어에서 방향전환을 위한 승강장치나 테이블 리프터, 자동창고의 입출고장치, 포크 리프터, 볼 부시, 창유리 승강장치 등에 적용되는 랙 잭의 전 후진 작동에 채용될 수 있다.

본 발명의 구성은 상술한 도 1, 2를 참조한 실시 예로 한정되는 것은 아니며, 도 3 및 도 4로 나타낸 다른 실시 예로도 구현할 수 있다.

도 3에 도시한 동체(2)는 내부에 가이드 포스트(16)가 생략된 점이 다를 뿐, 피스톤(10)의 중심에 고정된 너트부(12)가 스크루(6)에 나사 연결된 구성과, 피스톤(10)의 둘레 면에 감응요소(26)가 부착되고 또한 동체(2)의 바깥으로 2개의 유체통로(18)(20)와 센서(28)(30)가 각각 양단 부근으로 배치된 구성, 및 상기 유체통로(18)(20)가 3상 밸브(22)를 경유하여 유체압 발생수단(24)으로 접속 연통하고 있는 구성은 동일하고, 다만 상기 피스톤(10)의 회전을 억제하기 위하여 도 4로 나타낸 바와 같이 동체(2)의 형태와 피스톤(10)의 형태를 라운딩 된 사각형으로 설정한 특징이 있다.

이와 같이 동체(2)와 피스톤(10)의 형태를 사각형으로 형성함에 따라 상기 피스톤(10)은 회전하지 않고 스크루(6)를 따라 왕복 이동하게 되고, 그 결과로 너트부(12)가 스크루(6)를 회전시켜 상술한 실시 예에서와 동일한 작동을 나타내게 된다.

또, 이 실시 예에서 동체(2)와 피스톤(10)은 육각형과 팔각형을 포함하는 다각형으로도 실시될 수 있다.

2: 동체 4: 출력 축
6: 스크루 10: 피스톤
12: 너트부 14: 가이드 블록
16: 가이드 포스트 18: 제1 유체통로
20: 제2 유체통로 22: 3상 밸브
24: 유체압 발생수단 26: 감응요소
28: 센서

Claims

통상의 유체압 발생수단(24)에 접속된 3상 밸브(22)로부터 유체압을 선택적으로 공급받는 제1 유체통로(18)와 제2 유체통로(20)가 각각 양단에 비치된 동체(2)를 포함하고, 이 동체(2)의 내부 중심에는 양단이 출력 축(4)으로 형성된 스크루(6)를 회전 가능하게 배치함과 아울러, 상기 스크루(6)에는 피스톤(10)의 중심에 고정된 너트부(12)가 나사 연결되고, 상기 피스톤(10)은 동체(2)의 내부에서 스크루(6)에 나란하게 배치되는 가이드 포스트(16)를 따라 안내되도록 배치되어서 회전하지 않고 축 방향으로 왕복 이동하도록 설치됨으로써 상기 제1 유체통로(18), 또는 제2 유체통로(20)를 통해 공급되는 유체압력에 의한 상기 피스톤(10)의 왕복 이동길이에 비례하는 횟수로 상기 스크루(6)가 너트부(12)에 추진되면서 회전하는 구성으로 이루어진 임의로 회전수 조절 가능한 로터리 실린더.
통상의 유체압 발생수단(24)에 접속된 3상 밸브(22)로부터 유체압을 선택적으로 공급받는 제1 유체통로(18)와 제2 유체통로(20)가 각각 양단에 비치된 동체(2)를 포함하고, 이 동체(2)의 내부 중심에는 양단이 출력 축(4)으로 형성된 스크루(6)를 회전 가능하게 배치함과 아울러, 상기 스크루(6)에는 피스톤(10)의 중심에 고정된 너트부(12)가 나사 연결되고, 상기 피스톤(10)은 동체(2)와 함께 다각형상으로 형성되어서 회전하지 않고 스크루(6)를 타고 축 방향으로 왕복 이동하도록 설치됨으로써 상기 제1 유체통로(18), 또는 제2 유체통로(20)를 통해 공급되는 유체압력에 의한 피스톤(10)의 왕복 이동길이에 비례하는 횟수로 상기 스크루(6)가 너트부(12)에 추진되면서 회전하는 구성으로 이루어진 임의로 회전수 조절 가능한 로터리 실린더.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 피스톤(10)은 둘레 면에 적어도 하나의 감응요소(26)를 구비하고 상기 동체(2)는 바깥쪽 양단 부근에 각각 상기 감응요소(26)에 반응하여 신호를 출력하는 센서(28)(30)가 비치되어서 상기 3상 밸브(22)를 작동하는 것에 의해 상기 피스톤(10)의 스트로크가 제한되는 것을 특징으로 하는 임의로 회전수 조절 가능한 로터리 실린더.
청구항 3에 있어서,
상기 감응요소(26)는 자석으로 되고, 상기 센서(28)(30)는 리드 스위치 또는 근접센서로 되는 것을 특징으로 하는 임의로 회전수 조절 가능한 로터리 실린더.