KR20150070265A

KR20150070265A - 자체 정렬 피스톤 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150070265A
Application number: KR1020157012314A
Authority: KR
Inventors: 더글라스 밀러; 마이클 티. 랜드럼; 제임스 어빈 쿠퍼
Original assignee: 에스피엑스 코포레이션
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2013-10-11
Publication date: 2015-06-24
Also published as: CN104797792A; US20140102293A1; EP2906794A1; SG11201502878QA; EP2906794A4; WO2014059272A1; CA2888309A1; JP2016502036A

Abstract

피스톤 조립체가 제공된다. 피스톤 조립체는 피스톤 로드; 피스톤 로드에 피벗 가능하게 연결된 피스톤; 및 피스톤 로드가 통과될 수 있도록 그리고 피스톤 로드가 피스톤에 관하여 피벗됨에 따라 피스톤 로드와 함께 회전하도록 구성된 회전 가능한 로드 베어링을 포함할 수 있다. 피스톤 조립체 제조 방법이 제공될 수 있다. 방법은, 피스톤 로드를 피버팅 연결로 피스톤에 부착하는 단계; 피스톤 로드에 대해 회전 가능한 베어링을 제공하는 단계; 및 회전 가능한 베어링으로 피스톤 로드를 지지시키는 단계를 포함할 수 있다.

Description

자체 정렬 피스톤 및 그 제조 방법{SELF ALIGNING PISTON AND MANUFACTURE METHOD THEREOF}

본 발명은 일반적으로 유압 실린더에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 유압 실린더에 내포되는 자체 정렬 실린더 피스톤 및 로드 베어링에 관한 것이다.

유압 실린더(때때로, 램(ram), 잭(jack), 또는 직선 액츄에이터로 칭해짐)는 전형적으로, 실린더 몸체, 단부 캡(end cap), 시일(seal), 피스톤 로드(piston rod) 및 로드 베어링(rod bearing)의 기본 부품들로 설계된다. 로드 베어링과 함께 피스톤 그 자체는, 실린더 조립체가 사용 동안에 마주칠 수 있는, 임의의 편심 부하를 지지하는 역할을 한다. 이러한 편심 부하(측면 부하로도 또한 칭해짐)는 매우 크게 받을 수 있다. 측면 부하가 적절히 지지되지 않는다면 실린더의 내부 부분들의 손상을 초래할 수 있다.

로드 베어링 및 피스톤은 전형적으로 실린더의 길이 방향 축과 고정 정렬되어 있고, 측면 하중이 가해짐에 따라, 실린더 벽들에 대한 피스톤의, 이와 더불어 피스톤 로드와 로드 베어링간의 접촉의 반응점들이 접촉점으로 집중되게 된다. 이것은 반응점들의 베어링 영역을 감소시키고 증가되는 응력이 실린더 또는 로드 및 베어링 재료의 부하 저항성을 쉽게 초과할 수 있다. 이것은 재료가 수율 제한을 넘어 항복 한계(yield limit)를 넘어서 응력을 받게 하여, 재료를 대체시킨다. 실린더에 잠재적으로 손상시킬 수 있는 마손이 전형적으로 초래된다.

따라서, 피스톤 및/또는 피스톤 로드에 놓이는 힘들이 피스톤 로드의 축에 정확히 나란하지 않을 수 있는 피스톤 및 실린더의 기능들을 실행시킬 수 있고 더 큰 베어링 영역들에 걸쳐 부하력들을 배분시킬 수 있는 방법 및/또는 장치를 제공하는 것이 이상적이다. 그러한 자체 정렬 피스톤, 피스톤 로드, 실린더 및 로드 베어링이 유용할 수 있다.

상기한 필요들은, 몇몇의 실시예들에 있어서, 피스톤 로드를 실린더내에서의 정렬을 벗어나 이동시키게 하는 일 없이, 피스톤 로드의 축에 정확히 나란하지 않은 로드에 강제적으로 작용할 때 피스톤 로드로 하여금 실린더를 작동시킬 수 있게 하는 자체 정렬 실린더 피스톤 및 로드 베어링을 제공하는 방법 및 장치가 일 양태에 있어서 제공되는, 본 발명에 의해 큰 범위로 충족된다. 로드 및 피스톤 베어링들을 자체 정렬 가능케 하는 것에 의해서, 짝을 이룬 표면들간에 더 많은 베어링 접촉 면적이 달성되고, 그에 의해 집중된 응력 부하를 감소시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 피스톤 조립체가 제공된다. 피스톤 조립체는 피스톤 로드; 피스톤 로드에 피벗 가능하게 연결된 피스톤; 및 피스톤 로드가 통과될 수 있도록 그리고 피스톤 로드가 피스톤에 관하여 피벗됨에 따라 피스톤 로드와 함께 회전하도록 구성된 회전 가능한 로드 베어링을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 피스톤 조립체 제조 방법이 제공될 수 있다. 방법은, 피스톤 로드를 피버팅 연결(pivoting connection)로 피스톤에 부착하는 단계; 피스톤 로드에 대해 회전 가능한 베어링을 제공하는 단계; 및 회전 가능한 베어링으로 피스톤 로드를 지지시키는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 피스톤 조립체가 제공될 수 있다. 피스톤 조립체는, 피스톤을 밀기 위한 수단: 피스톤을 밀기 위한 수단에 피벗 가능하게 연결되는 피스톤; 및 피스톤을 밀기 위한 수단이 통과될 수 있도록 그리고 피스톤을 밀기 위한 수단이 피스톤에 관하여 피벗됨에 따라 피스톤을 밀기 위한 수단과 함께 회전하도록 구성되는 회전 가능한 베어링 수단을 포함한다.

이 명세서의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록, 그리고 당업계에 대한 본 기여가 더 잘 평가될 수 있도록 본 발명의 특정 실시예들이 널찍이 개괄되었다. 물론, 후술될 그리고 본 명세서에 첨부된 청구 범위의 요지를 형성할 본 발명의 추가적인 실시예들이 있다.

이에 관하여, 본 발명의 적어도 하나의 실시예들 상세히 설명하기 전에, 본 발명이, 하기의 설명에서 언급되는 또는 도면들에서 예시되는 구성 요소들의 배열로 그리고 구성의 세부로 그 적용에 있어서 한정되지 않는다는 것이 이해되어진다. 본 발명은 기술된 것에 추가되는 실시예들 및 다양한 방식으로 실시되고 실행되는 것이 가능하다. 또한, 요약서와 함께, 본 명세서에서 채용된 어구와 술어가 설명의 목적을 위한 것이고 한정으로서 간주되어서는 안된다는 것이 이해되어진다.

그와 같이, 당업자는 본 개시가 기초하고 있는 개념이, 본 발명의 몇몇의 목적들을 실시하기 위한 다른 구조들, 방법들 및 시스템들의 설계의 기초로서 즉시로 활용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 청구 범위가 그러한 등가의 구성들을, 그것들이 본 발명의 사상 및 권리 범위로부터 벗어나지 않는 한, 포함하는 것으로 간주되는 것이 중요하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 실린더 및 피스톤 로드의 측면도이다.
도 2는 관련 기술에 따른 유압 실린더 및 피스톤 로드의 단면도이다.
도 3은 관련 기술에 따른 유압 실린더 및 피스톤 로드의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 실린더 및 피스톤 로드의 확대 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 피스톤 로드와 피스톤 및 유압 실린더의 일부의 단면 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 유압 실린더 및 피스톤 로드의 부분 단면 사시도이다.

본 발명이 이제, 동일 참조 번호들이 전체에 걸쳐 동일 파트들을 지시하는, 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 본 발명에 따른 일 실시예는, 피스톤 로드의 축과 직접적으로 나란하지 않은 피스톤 로드에 대한 힘들을 잘 견딜 수 있는 피스톤 로드, 피스톤, 및 유압 실린더를 제공한다.

도 1은 유압 실린더(10)를 예시한다. 도 1에 도시된 유압 실린더(10)는 내부 구조들 유압 실린더(10)가 도시되지 않았으므로, 본 발명에 따른 것일 수 있고, 또는 관련 기술에 따른 것일 수도 있다. 유압 실린더(10)는 실린더 하우징(12), 피스톤 로드(14)와, 유압 입/출구(16) 및 유압 입/출구(18)를 포함한다.

유압 입/출구(16 및 18)는, 피스톤 로드(14)가 실린더 하우징(12)의 내측 방향으로 이동하는지 또는 실린더 하우징(12)의 외측 방향으로 이동하는지의 여부에 좌우되는 유압 유체의 입구 또는 출구이다. 예를 들어, 피스톤 로드(14)가 실린더 하우징(12)쪽으로 내측 방향으로 이동하는 경우에, 피쳐(feature)(18)는 유압 실린더(10)내로의 유압 유체용 입구로서 작용하고 피쳐(16)는 유압 실린더(10)밖으로의 유압 유체의 출구로서 작동한다. 유압 유체가 피쳐(16)내로 펌핑되고 피쳐(16)가 입구로서 기능하는 경우에, 유압 유체는 피스톤 로드(14)에 연결된 (도 1에서는 도시되지 않은) 피스톤을 밀것이고 그에 의해 피스톤 로드(14)를 실린더 하우징(12)밖으로 강제로 밀어낼 것이다. 유압 유체는, 그러한 경우 출구로서 기능할 피쳐(18)를 통해 유압 실린더 하우징(12)의 밖으로 흐를 것이다.

중심을 벗어난 부하, 공차, 부품들의 뒤틀림, 규격에서 벗어나 제조된 부품들 또는 다양한 다른 이유들과 같은 다양한 이유 때문에, 피스톤 로드(14)에 작용하는 힘이 유압 피스톤 로드(14)의 축에 나란하지 않을 수 있다. 화살표(20)는 피스톤 로드(14)에 작용할 수 있는 과장된 예시적인 힘을 예시한다. 피스톤 로드(14)는 피스톤 로드(14)가 이동할 때 이동되는 다른 피쳐들 또는 다양한 기계적 장비에 연결될 수 있다. 이러한 장비로부터의 반동력은 벡터로서 근사되고 도 1에 화살표(20)에 의해 예시된다. 알 수 있듯이, 벡터(20)에 의해 예시되는 힘은 수징 성분(22)을 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 수직 성분(22)은 피스톤 로드(14)에 하향 작용하는 힘으로서 기능한다.

도 2는 유압 실린더(10)의 단면도이다. 유압 실린더(10)는 실린더 하우징(12)내의 내부 보어(bore)(24) 및 입/출구(16 및 18)를 포함할 수 있다. 내부 보어(24)내에 피스톤(26)이 놓여있다. 피스톤(26)은 피스톤 로드(14)에 부착된다. 피스톤 로드(14)는 피스톤(26) 및 로드 베어링(28)에 의해 부분적으로 지지된다. 수직 힘 성분(22)은 도 2 및 도 3에 힘의 화살표들(30 및 32)로서 예시되는 반동력 성분들을 생성할 수 있다.

도 3은 내부 보어(24)내에 위치되는 피스톤 로드(14) 및 피스톤(26)을 내포하는 실린더 하우징(12)의 확대 부분 단면도이다. 입/출구(18)가 또한 도시되어 있다. 반동력의 화살표들(30 및 32)은, 반동력들이 발생되어 내부 보어(24)내에 위치되는 피스톤(26), 피스톤 로드(14)를 유지시키는 곳을 표시한다. 이러한 반동력들(30 및 32)은 내부 보어(24)의 벽(34)에 대해 피스톤 로드(14), 피스톤(26) 및 로드 베어링(28)을 몰아대서 마모점들(36 및 38)을 생성할 수 있다.

유압 피스톤(26) 및 피스톤 로드(14)가 실린더 하우징(12)의 내외로 이동을 계속함에 따라, 마모점들(36 및 38)이 피스톤 로드(14), 내부 보어(24), 피스톤(26) 및/또는 베어링(28)을 따라 마손 또는 다른 유형의 바람직하지 않은 마모를 겪을 수 있다. 그러한 상황을 회피하거나 최소화하기 위해서, 상이한 유형의 피스톤들(40) 및 로드 베어링들(60)이 도 4, 도 5 및 도 6에 관하여 도시되고 기술된 바와 같이 사용될 수 있다.

예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 피스톤(40)이 2개 부분의 피스톤(40)일 수 있고 전면부(42)와 후면부(44)를 포함할 수 있다. 전면부(42) 및 후면부(44)는 소켓 공동(socket cavity)(46)을 규정할 수 있다. 소켓 공동(46)은 일반적으로 둥근 모양 또는 구형(spherical) 모양일 수 있다.

패스너(fastener)(48)들이 전면부(42)를 후면부(44)에 부착시키고 그것은 함께 피스톤(40)을 포함할 수 있다. 전면부(42)와 후면부(44)는 패스너들(48)로 하여금 전면부(42)와 후면부(44)를 부착시킬 수 있게 하는 패스너 보어(50)를 포함할 수 있다. 볼(52)이 피스톤 로드(14)를 피스톤(40)에 연결하는데 사용될 수 있다. 볼(52)은 샤프트(54)에 부착된다. 샤프트(54)는 피스톤 로드(14)의 보어(56)에 위치된다. 샤프트(54)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 나사산들(58)을 통해 보어(56)에 부착될 수 있다.

하지만, 본 발명의 몇몇 실시예들에 있어서, 나사산들 외에 다른 부착 수단이 사용될 수 있다. 예를 들어, 프레스 피팅(press fitting), 용접 또는 볼(52)을 피스톤 로드(14)에 부착하는 임의의 다른 적절한 방식이 사용될 수 있다. 볼(52)은 피스톤(40)의 후면부(44)와 전면부(42)에 의해 규정되는 소켓 공동(46)내에서 자유롭게 이동되고, 따라서 피스톤 로드(14)로 하여금 피스톤(14)에 관하여 화살표(68)에 의해 표시되는 바와 같이 피벗될 수 있게 한다.

회전 가능 베어링(60)은 또한, 실린더 하우징(12) 또는 피스톤 로드(14)내에 지나친 마모 또는 마손을 일으키지 않고 피스톤에 관하여 피버팅하는 피스톤 로드(14)를 조력하거나 원조하기 위해서 사용되고 회전될 수 있다. 회전 가능 로드 베어링(60)은 둥근 외부 표면(62)을 포함한다. 회전 가능 로드 베어링(60)은 실린더 하우징(12)내에 둥근 소켓(64)내에 내포된다. 회전 가능 로드 베어링(60)의 둥근 표면(62)은, 회전 가능 로드 베어링(60)이 화살표(66)에 의해 예시되는 바와 같이 위치되는 둥근 소켓(64)으로 인해서 회전될 수 있다(도 4 참조). 따라서, 피스톤 로드(14)와 회전 가능 로드 베어링(60) 양쪽의 피버팅 운동 또는 이동은 로드 베어링(14)으로 하여금 피스톤(40)에 관하여 정확히 평행하지 않은 위치에 있을 수 있게 한다.

하지만, 당업자라면, 피스톤 로드(14)가 실린더 하우징(12)내로 이동함에 따라 그것은 자체 정렬할 것이고 피스톤(40)에 관하여 더욱 더 평행해지게 될 것이라는 것을 본 개시를 검토한 후에 이해할 것이다. 하지만, 피스톤 로드(14)는 실린더 하우징(12) 밖으로 이동하고, 그것은 피스톤(40)에 관하여 더욱 더 평행하지 않게 이동할 수 있다. 회전 가능 로드 베어링(60)에는, 유압 실린더(10)의 조건들을 갖는 것에 관하여 내부 보어(24)를 시일링하기 위해서 “오(O)” 링 홈(69)을 가진 “오” 링(67) 세트가 갖추어져 있을 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 유압 실린더(10)를 예시한다. 실린더 하우징(12)의 부분적인 뷰가 입/출구(16)를 따르는 단면으로 예시되어 있다. 피스톤 로드(14)는 내부 보어(24)내에 위치된다.

피스톤 로드(14)는 로드(14)상의 둥근 표면(70)과 더불어 끝난다. 둥근 표면(70)은 피스톤(74)상의 대응하는 둥근 표면(72)에 대해서 버트(butt)한다. 로드(14)상의 대응하는 둥근 표면(70) 및 피스톤(74)상의 둥근 표면(72)은 본 발명에 따라 도시되고 도 6에 도시된 피스톤(14)에 관하여 피스톤 로드(14)가 피벗되거나 이동될 수 있게 한다.

피스톤 로드(14)는 패스너(80)가 패스너 구멍(82)내에 내포되는 영역에 대해 시일을 제공하기 위해 그것들 내에 내포되는 “오” 링 홈(76) 및 “오” 링들(78)을 가질 수 있다.

패스너(80)는 패스너(8)상의 그리고 패스너 구멍(82)내의 나사산들(84)을 통해 피스톤 로드(14)에 부착될 수 있다. 탄력성 와셔(86)와 함께 단일 패스너(80)가 피스톤(74)에 관하여 피스톤 로드(14)의 약간의 움직임을 가능케 할 것이다. 탄력성 와셔(86)는 피스톤 로드(14)가 피스톤(74)에 관하여 이동하거나 피벗될 때 유연할 수 있다.

도 6에 도시된 실시예는 또한 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 회전 가능 로드 베어링(60)을 이용할 수 있다. 도 6에 도시된 실시예에 사용된 피벗 가능 로드 베어링(60)이 도 4 및 도 5에 도시된 것과 유사하거나 동일하기 때문에, 회전 가능 로드 베어링(60)은 도 6에 관하여 추가로 기술되고 나타내어지지 않을 것이다.

본 발명의 많은 특징들 및 장점들이 상세한 설명으로부터 명백하고, 따라서 첨부된 청구 범위에 의해 본 발명의 진정한 사상 및 권리 범위에 속하는 본 발명의 모든 그러한 특징들 및 장점들을 커버하도록 의도된다. 또한, 다수의 변형들 및 변화들이 당업자에게 즉시로 일어날 것이기 때문에, 예시된 기술된 바로 그 구성 및 작동으로 본 발명을 한정하는 것은 바람직하지 않으며, 따라서, 본 발명의 권리 범위에 속하는 모든 적절한 변형들 및 등가들이 의뢰될 수 있다.

Claims

피스톤 로드;
상기 피스톤 로드에 피벗 가능하게(pivotally) 연결된 피스톤; 및
상기 피스톤 로드가 통과될 수 있도록 그리고 상기 피스톤 로드가 상기 피스톤에 관하여 피벗됨에 따라 상기 피스톤 로드와 함께 회전하도록 구성된 회전 가능한 로드 베어링(rod bearing)을 포함하는, 피스톤 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 피스톤, 상기 피스톤 로드의 적어도 일부, 및 상기 회전 가능한 로드 베어링을 내포하는 실린더를 더 포함하는, 피스톤 조립체.
청구항 2에 있어서,
상기 회전 가능한 로드 베어링과 상기 실린더 사이에 위치되는 시일(seal)을 더 포함하는, 피스톤 조립체.
청구항 3에 있어서,
상기 시일은 오-링(O-ring)을 포함하는, 피스톤 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 피스톤은 내부 소켓을 규정하고, 상기 피스톤 로드가 상기 소켓내의 볼 조인트를 통해 상기 피스톤에 부착되는, 피스톤 조립체.
청구항 5에 있어서,
상기 피스톤은 2개의 피스(piece)로 이루어지고, 각각의 피스는 소켓의 일부를 포함하는, 피스톤 조립체.
청구항 5에 있어서,
상기 볼 조인트는 나사산(thread)들을 통해 상기 피스톤 로드에 부착되는, 피스톤 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 피스톤 로드는 상기 피스톤의 오목한 표면과 접촉하는 볼록한 표면으로 끝나고, 상기 피스톤 로드가 상기 피스톤에 관하여 피벗될 수 있도록 상기 피스톤 로드의 볼록한 표면이 상기 피스톤의 오목한 표면에 마찰하는, 피스톤 조립체.
청구항 8에 있어서,
상기 피스톤을 상기 피스톤 로드에 연결하는 패스너(fastener)를 더 포함하는, 피스톤 조립체.
청구항 9에 있어서,
상기 피스톤과 상기 패스너의 헤드 사이에 위치되는 탄력성 와셔(resilient washer)를 더 포함하는, 피스톤 조립체.
청구항 1에 있어서,
상기 회전 가능한 로드 베어링은 구형 외부 프로파일(spherical outer profile)을 갖는, 피스톤 조립체.
피스톤 로드를 피버팅 연결(pivoting connection)로 피스톤에 부착하는 단계;
상기 피스톤 로드에 대해 회전 가능한 베어링을 제공하는 단계; 및
상기 회전 가능한 베어링으로 상기 피스톤 로드를 지지시키는 단계를 포함하는, 피스톤 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 피스톤내의 소켓내에서 상기 피스톤 로드상의 볼을 회전시키는 단계를 더 포함하는, 피스톤 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 회전 가능한 베어링을 통해 상기 피스톤 로드를 슬라이딩시키는 단계를 더 포함하는, 피스톤 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 볼 주위에 상기 소켓을 규정하는 상기 피스톤의 2개의 피스를 부착시키는 단계를 더 포함하는, 피스톤 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 볼을 상기 피스톤 로드에 부착시키는 단계를 더 포함하는, 피스톤 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 피스톤 로드의 볼록한 부분을 상기 피스톤의 오목한 부분에 버팅(butting)시키는 단계를 더 포함하는, 피스톤 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 피스톤을 탄력성 와셔에 대해서 죄어지는 패스너로 상기 피스톤 로드에 부착시키는 단계를 더 포함하는, 피스톤 조립체 제조 방법.
청구항 12에 있어서,
상기 로드 베어링은 실질적으로 둥근 외벽을 갖고 상기 로드 베어링을 제 위치에서 회전될 수 있게 하기 위한 찬양적 치수를 갖는 공동(cavity)내에 놓이는, 피스톤 조립체 제조 방법.
피스톤을 밀기 위한 수단:
피스톤을 밀기 위한 상기 수단에 피벗 가능하게 연결되는 피스톤; 및
피스톤을 밀기 위한 상기 수단이 통과될 수 있도록 그리고 피스톤을 밀기 위한 상기 수단이 상기 피스톤에 관하여 피벗됨에 따라 피스톤을 밀기 위한 상기 수단과 함께 회전하도록 구성되는 회전 가능한 베어링 수단을 포함하는, 피스톤 조립체.