KR20160062352A - 왕복 회전 실린더 - Google Patents

Abstract

로터(20)와 실린더(10,11) 그리고 구분 판(40)이 가압 실(50)과 감압 실(51)을 구성한다. 기밀을 유지하기 위한 패킹과 압력(오일) 링으로 마무리된다. 왕복 회전 실린더는 실린더(10.11)의 외부가 지지축(60)에 연결 고정되어 움직이지 않고, 가압밸브(171)의 압력 공급과 감압 밸브(181)의 배출 작용으로, 회전체(30)가 회전하고 로터(20)의 양축 끝단에 연결된 회전판(21)에 조립된 작업대(61)가 왕복 회전함으로 대각 회전작동을 구현한다.

Description

왕복 회전 실린더 { Reciprocating rotation cylinder }

본 발명은 공기압이나 유압 또는 액압을 이용한 왕복 운동력을 얻기 위한 압력 기밀 실린더에 관한 것이다. 압력 기기는 기존 산업 기기에 응용사용되고 있는데 굴착기, 지게차, 각종 절단기. 압축기, 운동기구, 생활가전 등 다양한 분에 이용되고 있다. 모터의 회전력을 실린더의 압력이란 부드러운 고 출력으로 변형하여 사용되고 있다. 실린더 기술은 압력을 받는 뼈대 부와 밀폐, 기밀을 유지하는 패킹 또는 압력(오일) 링으로 기술이 발전 되었다.

본 발명의 배경이 되는 기술은 직선 왕복 운동을 하는 실린더 분야이며, 직선운동을 회전운동으로 바꾸기 위한 응용 구조를 갖추는 분야와, 회전 운동은 펌프나 모터 분야로 전개되었다.

특허청 검색기로 아래 선행기술을 조사해 보았다.

①. 에피트로코이드 크랭크 샤프트 기계장치 및 방법,

등록번호 ( 101238194 ) 베네토치 토마스 미아크

②. 유압식 완충 경첩, 등록번호 ( 200219473 ) 이원옥.

③. 도어 개폐용 유압식 플로어 힌지 장치 등록번호 ( 101109574 ) 남선오.

④. 유압식 완력기 등록번호 ( 100727831 ) 이응주 이영진.

⑤. 굴삭기용 텔레스코픽 아암 및 크람쉘 작동 시스템에서의 크람쉘 회전 유압 시스템, 등록번호 ( 200133564 ) 현대중공업.

⑥. 유압식 가변속 드라이브, 등록번호 ( 100396417 )엘레나카노사레보레드.

⑦. 베인유체기계, 등록번호 ( 101056663 ) 윤명관.

⑧. 유체펌프 및 모터, 출원번호 ( 1020040019645 ) 현상한.

상기의 검색자료들은 회전력을 갖춘 펌프나 모터의 구성이었고, ②와③의 경우 경첩의 특성으로 회전체를 이루었으나 외력을 압력으로 완충하는 장치로 내압으로 작업대를 작동시키는 본 발명과 다른 점이 있고, ⑧의 경우는 내부 로터(피스톤 축 - 이하 로터)를 구동하기 위한 회전체를 갖춘 기기의 패킹이나 압력 링의 선행기술로 본다.

실린더 기호로 인정된 왕복 직선 실린더가, 본 발명의 적절한 선행기술이다.

상기한 왕복 직선 실린더의 경우, 기능의 한계와 작업 형상의 공간적 제약조건과, 무게의 단점에도 큰 출력의 우수성으로 다양한 분야에 응용,사용되고 있다. 기능의 한계라 함은 회전력이 필요한 부분에는 직선 기어 로터(20)를 응용하여 실린더 로터의 길이만큼을 회전하게 함을 일컬음이고, 공간적 제약이란 작업대(61)와 분리된 별도 실린더의 설치로 작업기기 설치 공간의 제약을 말함이고, 무게의 한계라 함은 로터(20)에 작업대(61)를 직접 연결하면 로터가 인출되었을 때 로터를 잡아주는 지지력이 현저히 약화 되므로 직접적인 연결이 어려움을 말함이다.

뼈대 부(구조부)에 가해지는 압력의 일부가 틈새로 빠져나와 패킹에 작용된다. 패킹은 다시 그 압력을 패킹 접촉부위로 분산 전가하고, 기밀을 유지한다. 둥근 링 형상의 패킹에도 실질적 모서리 압력인 면압이 작용한다.

상기의 문제를 해결하기 위해 로터를 실린더 외부로 인출하지 않고 실린더 내부에서 회전하게 함으로 작업대(61)를 로터(20)에 직접 연결할 수 있다. 작업대에 바로 연결함으로 공간적 제약을 최소화할 수 있고, 회전함으로 별도의 장치를 구현하지 않아도 회전력을 사용할 수 있는 장점이 있다. 로터 회전체(30)를 구현하기 위해서 실린더(10,11)와 로터(20) 사이에 일정 공간을 확보하고, 그 공간을 가압 실(50)과 감압실(51)로 구분하면 상기의 문제를 해결할 수 있다.

원판형 모서리 압력을 받는 기존 로터의 패킹을 본 발명에 적용할 때 사각 모서리 압력의 기밀을 유지할 수 없다. 즉, 사각 모서리 압력을 받는다면 기존의 패킹 형상으로 기밀을 유지할 수 없다. 그래서 패킹의 접촉부위를 넓혀주면 단위 면적당 압력이 줄고, 패킹을 잡아주는 접촉부위가 많아져 패킹 형상을 유지가 용이하여 기밀을 유지할 수 있다. 사각 링 모양 패킹(321,421)은 기밀,압력의 패킹을 지지하는 패킹 홈에 전가하는 면적이 넓어짐으로, 모서리 압력의 지지력이 커진다.

본 발명은 실린더 내부에 가압 실(50)과 감압 실(51)을 구현함으로 실린더와 로터(20)가 대각 회전 작동을 구현하고, 작업대에 준하는 실린더 설치 공간이 필요한 기존 실린더에 비해, 작업대(61)의 끝단에 위치하는 본 발명의 왕복 회전 실린더의 공간적 제약이 최소화된다. 로터(20)의 끝단에 작업대를 직접 연결함으로, 실린더 자체의 무게를 줄일 수 있고, 실린더 내부의 움직임을 작업대(61)의 힘으로 작업에 이용함으로 로터(20)의 상당 부분이 돌출되는 기존의 왕복 직선 실린더에 비해 압력 기밀과 부하에 우수하다.

작업대(61)의 형태에 따라 작업대의 내부에 압력호스를 설치함으로 부식, 마모,파손을 최소화할 수 있고, 작동 유의 유출로 인한 토양 오염과 낭비를 최소화하는 장점이 있다.

도1] 왕복 회전 실리더의 설명도
도2] 회전체 결합형 왕복 회전 실린더의 단면도
도3] 원통형 실린더의 단면도
도4] 로터의 평면도
도5] 회전체의 평면도
도6] 구분 판의 평면도
도7] 왕복 회전 실린더의 결합 설명도
도8] 패킹 설명도

왕복 직선 실린더의 부드럽고 강력한 힘으로 인해, 작업 기기 설치를 위한 공간 확보의 단점과 작업시 불필요한 자체 중량을 더하여 작동하는 에너지 비효율, 그리고 압력호스와 밸브 그리고 노출되는 로터(20-실린더 내부의 압력 전달 피스톤,이하 로터)의 손상에서 오는 패킹이나 실린더 내벽의 마모 등의 단점을 해결하기 위해 경첩 식 대각 회전운동을 하는 왕복 회전 실린더를 구현한다.

다른 회전 각도가 필요할 때 좌우 로터(20)의 끝단을 결합하지 않고, 별도로 함으로 사용의 장점을 극대화 할 수 있지만, 이때는 로터(20)의 내구성을 고려하여 선택할 사항이다.

기존 실린더의 로터(20)에 작업대(61)를 직접 연결하지 못하는 이유는 작동시 실린더로부터 로터(20)가 나오면 무게 부하가 실린더 끝단에 치중됨으로 로터를 지지하는 실린더나 로터(20)의 휨으로 패킹 등에 과부하로 인한 파손이나 찌그러짐의 약점이 발생함으로 로터(20 )의 끝단에 작업대(61)를 설치하지 못하는 단점이 있다. 일부 상,하 작동하는 왕복 직선 실린더의 경우 상,하 작동이란 작업의 특성으로 로터 축의 끝단에 작업대를 직결하여 사용된다.

도1]은 왕복 회전실리더의 설명도로 지지 축(60)에 조립 또는 결합된 실린더의 내면에 구분 판(40)으로 가압 실(50)과 감압 실(51)을 형성하여 압력 밸브(17)로 공수되는 압력을 회전력으로 전환하는 회전체(30)가 구성된 로터의 끝단에 회전판(21)을 부착하고, 회전판(21)에 작업대(61)를 설치하여 회전 작동을 보여주는 설명도다. 회전력의 이해를 위한 설명이지만, 회전판(21)을 작업대(61)의 일부로 볼 수도 있다

도2]는 왕복 회전 실린더 내부 단면도이다. 실린더 본체(10)에 로터(20)을 결합하는 것으로, 로터(20)에는 회전체(30)를 결합할 수 있는 회전체 고정 홈(24)과 회전체 고정 구멍(25 - 홀)을 형상시키고, 패킹이 장착된 회전체(30)를 그 고정 홈(24)에 회전체 고정 돌출부(31)를 끼우고, 고정 볼트(251)로 고정 결합한다. 실린더 본체(10)와 덮개(11)에 형상된 로터 받침 부(12)에는 로터를 지지하기 위한 패킹 홈(22)과 회전 베어링의 결합 홈(23)을 형상한다. 구분 판(40)은 실린더 내면과 밀착, 고정되는 면이 실린더의 곡면 형상을 하고, 구분 판 패킹 홈(42)에 패킹(421)을 끼우고, 실린더 내면에 형상한 구분 판 고정 홈(15)에 구분 판 고정 돌출부(41)를 끼우고, 구분 판 고정구멍(16)에 구분 판 고정 볼트(161)로 고정한다. 구분 판 고정 볼트(161)는 실린더 본체(10)의 외면에서 결합한다. 실린더 덮개(11)는 본체 결합부의 끝단에 형성된 압력 링(오일 링) 홈(14)에 압력 링(141)을 끼워서 본체에 결합하고, 로터의 양 끝단에 회전판(21)을 연결한다.

로터는 실린더 본체(10)와 덮개(11)에 형상된 받침 부(12)에 의해 로터 회전 패킹(221)과 회전 베어링(231)으로 지지 되고, 로터에 결합된 회전체(30)와 구분 판(40)에 의해 상호 지지 되고 작동시 로터(20)와 구분 판(40) 그리고 실린더가 맞물려 압력 운동력을 갖게 된다.

패킹은 면 마찰력 즉 작동 움직임이 발생하는 부분에서 기밀을 유지하고, 압력 링은 움직이는 마찰면이 없는 부분에 결합, 고정되어 밀폐 압력을 작용시키는 특징이 있다.

도3] 원통형 실린더의 단면도로 한 방향이 밀폐되어 로터 받침 부(12)가 형성된 원통형 관으로 중앙에는 구분 판 고정 홈(15)이 구성하고, 그 주위로 구분 판 고정 구멍(16 - 홀)과 가압밸브 구(17) 그리고, 감압 밸브 구(18)를 구성한다. 구분판 고정 구멍(16)은 실린더의 바깥면에서 구분 판 고정 볼트(161)로 구분 판(40)을 결합한다. 로터 받침 부(12)의 반대편에는 결합 압력(오일) 링 홈(14)과 덮개 결합부(13)가 구성된다. 실린더 덮개(11)는 결합 압력 링(141)을 조여 결합 될 수 있는 형상으로 된 결합부(13)가 구성되고, 본체의 받침부(12)와 동일한 구성을 갖는다. 본체와 덮개의 받침부(12)는 회전 기밀을 위한 패킹 홈과 원활한 회전을 위한 베어링 홈을 구성한다. 기기에 따라 그 형상을 파이프형 실린더 본체에 실린더 덮개(11)를 양쪽에 결합 구성을 할 수 있다.

도4] 로터 축의 평면도로 작업대(61)가 결합 되는 양 끝단의 회전판(21)과 로터의 원활한 회전을 위한 회전 베어링 홈(23)과 회전 기밀 유지를 위한 패킹 홈(22)이 양쪽에 대칭 구성된다. 패킹 홈의 안쪽(중심부)으로 가압 실(50)과 감압 실(51)을 구성하는 회전체 고정 돌출부(31)가 결합되는 회전체 고정 홈(24)이 구성되고 그 주위로 본 발명의 가 압력을 가장 많이 작용하는 회전체(30)를 단단히 고정 결합하는 회전체 고정 볼트(251)가 결합되는 회전체 고정 구멍(25)이 구성된다.

도5] 회전체의 평면도로 압력 밸브로 공급되는 압력이 가 압력으로 작용하여 로터(20)을 회전시켜 작업대(61)를 작동시키는 압력과 작업대의 부하를 가장 크게 받는 부분이므로, 작용 부하가 클 수 록 회전체(30)의 형상은 원기둥형에 가깝게 만들어야 한다. 그리고 회전체(30)는 가압을 받는 평판이면서 반대면으로 배출 압 작용을 동시에 한다. 회전체(30)가 원통 기둥형에 가까우면 회전판(21)의 왕복 회전력이 작아진다.

그리고 힘을 많이 받는 만큼 가압 실(50) 안의 압력 기밀을 유지하기 위한 패킹의 역할이 커지는데 부하가 크면 패킹의 수나 마찰 면적을 넓게 하여 압력을 분산한다.

도6] 구분 판 평면도로 회전체(30)와 실린더에 패킹으로 전달되는 가압 및 감압을 상호 작용함으로 회전체(30)에 준하는 부하를 받음으로 구분 판 고정 돌출부(41)와 그 고정 볼트(161)로 단단히 고정하여야 한다. 구분 판(40)에 끼워지는 패킹(421)은 형태가 사각형이며, 양쪽 고정 돌출부(41)의 중앙에 위치함으로 실린더와 구분 판(40) 사이의 기밀을 유지한다. 구분판 고정 구멍(16)은 고정 홈(15)의 주변 둘레에 위치하고, 그 결합은 실린더 외면에서 볼트로 고정된다.

도7] 왕복회전 실린더 결합 설명도로 회전체에 회전체 사각 패킹(321)을 끼우고, 회전체 고정 돌출부(31)를 로터의 회전체 고정 홈(24)에 삽입하여 볼트(251)로 결합한다. 그리고, 구분 판의 패킹 홈(42)에 패킹(421)을 끼우고, 실린더 본체(10)의 구분 판 고정 홈(15)에 고정 돌출부(41)를 삽입하여, 실린더 바깥쪽에서 고정볼트(161)로 결합한다. 로터의 회전 베어링 홈(23)에 베어링(231)을 끼우고, 로터 패킹 홈(22)에 패킹(221)을 끼워서, 로터를 본체의 받침부(12)에 삽입 결합한다. 실린더 본체의 결합 압력 링 홈(14)에 압력 링(141)을 끼우고, 패킹(221)과 회전 베어링(231)을 끼운 로터의 덮개 받침부(12)를 로터에 끼워서 덮개 결합부(13)로 결합을 한다. 즉 실린더 본체의 받침부(12)에 로터를 결합하고, 그 축에 덮개의 받침부(12)를 끼워서 본체와 덮개를 결합한다.

도8] 패킹 설명도로 회전체와 구분판의 사각 패킹(321.421) 형태를 도시하였고, 원형 패킹(221)의 단면을 추가 도시하였다. 패킹의 단면에서 보듯이 패킹 홈에 끼워지는 부분과 가압에 의해 마찰 면에 접하는 부분의 형상이 날개(중앙 홈) 형태이다. 압력이 중앙 홈에 작용을 하면 홈의 날개 부가 미세하게 벌어져 틈새에 작용하는 압력을 줄여 기밀을 크게 한다.

힘의 전달 과정은 지지 축(60)에 결합 된 왕복 회전 실린더의 가압밸브(171)로 공급된 압력은 가압 실(50)을 가압하고, 구분 판(40)의 고정력에 대항하는 회전체(30)가 감압 실(51) 방향으로 회전 압력을 받게 되고,감압 밸브(171)로 압력이 빠져나가며, 그 회전 압력은 로터(10)을 회전시키고, 로터의 회전은 양 끝단에 결합된 회전판(21)에 전달되어, 작업대(61)를 경첩 식으로 왕복 회전 운동을 한다. 회전판에 작업대를 설치하는 위치에 따라 회전 크기가 달라진다.

가압 실(50)이 최대 가압 치에 이르면 로터(10)와 구분 판(40)의 각도 상 밀착 부가 작아지고, 패킹(421)의 날개 형 형상이 회전체(30)의 최대치 각도에서 역 날개 형 형상이 되므로 가압력이 감압 실(51)로 빠지기 쉬운 형상이 되므로 기기 보호와 적정 기밀 유지가 이루어진다.

`

10. 실린더 본체 11. 실린더 덮개
12. 받침 부(베어 링및 패킹) 13. 덮개 결합부
14. 결합 압력(오일) 링 홈 141. 압력(오일) 링
15.구분 판 고정 홈
16.구분 판 고정 구멍(홀) 161. 구분 판 고정 볼트
17.가압밸브 구 171. 가압밸브
18. 감압밸브 구 181. 감압밸브
20. 로터(피스톤 축) 21. 회전판
22. 로터 패킹 홈 221.로터 원형 패킹
23. 회전 베어링 홈 231. 회전 베어링
24. 회전체 고정 홈
25.회전체 고정 구멍(홀) 251. 회전체 고정 볼트
30. 회전체 31. 회전체 고정 돌출부
32. 회전체 패킹 홈 321. 회전체 사각 패킹
40. 구분 판 41. 구분 판 고정 돌출부
42. 구분 판 패킹 홈 421. 구분 판 사각 패킹
50. 가압 실 51. 감압 실
60. 지지 축 61. 작업대

Claims (3)

1. 왕복 직선 실린더의 장점과 경첩원리를 결합한 왕복 회전 실린더는 지지축(60)에 결합되는 실린더(10.11)에 가압 실(50)과 감압 실(51)을 구분하는 구분 판(40)을 구성하고, 축 중앙부에 압력에 의해 가압 면과 감압 면을 양면에 갖는 로터 회전체(30)를 구성함으로 가압밸브(171)에서 공급되는 압력을 패킹과 오일링으로 기밀 가압하고, 감압밸브(181)로 기 공급되었던 압력을 배출되게 함으로 가압력을 운동에너지로 완성하는 것으로, 작동 레버에 따라 동일 밸브가 가압과 감압을 반복함으로 로터(20)의 회전을 왕복하게 하고 그 왕복 회전을 회전판(21)에 결합한 작업대(61)가 움직이게 하는 압력 작동 실린더 구조를 특징으로 하는 왕복 회전 실린더.
2. 상기 청구항 1에서 패킹 홈(42)에 사각 패킹(421)을 결합하고, 실린더에 형상된 구분판 고정 홈(15)에 고정 돌출부(41)를 결합하고, 실린더 외부의 고정구멍(16)에서 볼트(161)로 고정되어 가압 실(50)과 감압 실(51)을 구분할 수 있는 구분 판(40)을 특징으로 하는 왕복 회전 실린더
3. 상기 청구항 1에서 작업 동력의 크기에 따라 다양한 형상을 할 수 있는 회전체(30)를 특징으로 하는 왕복 회전 실린더

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