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KR20000028560A - 유체압실린더장치 - Google Patents

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KR20000028560A
KR20000028560A KR1019990012744A KR19990012744A KR20000028560A KR 20000028560 A KR20000028560 A KR 20000028560A KR 1019990012744 A KR1019990012744 A KR 1019990012744A KR 19990012744 A KR19990012744 A KR 19990012744A KR 20000028560 A KR20000028560 A KR 20000028560A
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와타나베후미오
도쿠시게다카노부
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다카시마 아키히코
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Abstract

본 발명은, 실린더 튜브(11)내를 슬라이딩하는 피스톤(12)에 연결된 피스톤 로드(13)가, 실린더 튜브(11)의 한쪽 끝부에 연결된 로드커버(14)를 관통하여 외부로 돌출하도록 구성된 유체압 실린더장치이다. 로드커버(14)에는, 해당 유체압 실린더장치를 외부 프레임(FM)에 설치하기 위한 설치부(27)와, 설치부(27)와 실린더 튜브(11)로의 연결부와의 사이에 가해지는 축방향의 하중을 검출하여 전기신호로 변환하기 위한 하중변환부가 일체적으로 설치되어 이루어진다. 하중변환부로부터 인출되는 리드선이 이동하지 않으며 더욱 충분한 측정정밀도를 얻을 수 있다.

Description

유체압 실린더장치{HYDRAULIC CYLINDER APPARATUS}
본 발명은 피스톤 로드에 의한 추력을 검출하기 위한 하중변환부를 일체적으로 가진 유체압 실린더장치에 관한 것이다.
종래에 있어서, 유체압 실린더장치는 부품의 압입, 클램프, 첵킹, 롤러가압, 또는 프레스가공 등, 각종 용도에 사용되고 있다. 용도에 따라서는, 유체압 실린더장치의 피스톤 로드의 추력 또는 부하의 하중의 크기를 검출할 필요가 있다.
예를 들어, 부품의 압입에 사용되는 경우에는, 유체압 실린더장치에 의해서 부품을 강하게 눌러 압입을 행함과 동시에, 그 때의 압입력을 측정하여, 압입이 정상으로 행하여졌는 지의 여부를 관리한다.
종래에 있어서, 그와 같은 용도에 사용하기 위해서, 유체압 실린더장치의 피스톤 로드의 선단부에 하중변환기(로드셀)을 설치한 것(일본국 실용신안등록 제2569871호), 또는 헤드커버에 하중변환기를 설치한 것 등이 사용되고 있다.
이와 같이, 피스톤 로드의 선단부에 하중변환기를 설치한 경우에는 부하의 하중을 직접적으로 측정할 수 있기 때문에 고정밀도의 측정을 행할 수 있다. 그러나, 하중변환기로부터 인출되는 리드선이 피스톤 로드의 이동과 동시에 이동하기때문에, 리드선을 이동가능하게 지지할 필요가 있다. 더욱이, 리드선이 이동하기 때문에 단선(斷線)되기 쉽다는 문제가 있다.
또한, 헤드커버에 하중변환기를 설치한 경우에는 부하에 의한 하중에 더하여, 유체압 실린더장치 자체에 작용하는 중력이 하중변환기에 작용한다. 더욱이 유체압 실린더장치를 수평방향으로 설치한 경우에는, 유체압 실린더장치의 헤드쪽의 끝에서 유체압 실린더장치의 전체의 중량을 지지하게 되기때문에, 하중변환기에는, 축방향의 추력뿐만 아니라, 커다란 회전모멘트도 작용한다. 따라서, 측정의 정밀도가 크게 낮아진다.
본 발명은 상술한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 하중변환기로부터 인출되는 리드선이 이동하지 않고도 더욱 충분한 측정정밀도를 얻을 수 있는 유체압 실린더장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 실린더 튜브(11)내를 슬라이딩하는 피스톤(12)에 연결된 피스톤 로드(13)가 상기 실린더튜브(11)의 한쪽 끝부에 연결된 로드커버(14)를 관통하여 외부로 돌출하도록 구성된 유체압 실린더장치로서, 로드커버(14)에는, 해당 유체압 실린더장치를 외부 프레임(FM)에 설치하기 위한 설치부(27) 및 이 설치부(27)와 실린더 튜브(11)로의 연결부 사이에 가해지는 축방향의 하중을 검출하여 전기신호로 변환하기 위한 하중변환부가 일체적으로 설치되어 이루어진다.
또한 다른 바람직한 실시형태에 의하면, 하중변환부는 축방향의 양쪽 끝단에 설치된 2개의 플랜지부와, 2개의 플랜지부 사이에 있어 이들 플랜지부와 일체로 설치되며, 두께가 얇은 원통형으로 형성되어 탄성변형이 가능한 탄성변형부와, 이 탄성변형부에 설치된 왜곡센서로 이루어진다.
도 1은 본 발명에 관한 제 1실시형태의 유체압 실린더장치의 단면정면도,
도 2는 유체압 실린더장치의 저면도,
도 3은 하중변환기의 왜곡게이지의 근방을 나타내는 단면도,
도 4는 본 발명에 관한 제2 실시형태의 유체압 실린더장치의 정면도,
도 5는 유체압 실린더장치의 저면도,
도 6은 플레이트부재의 단면도,
도 7은 왜곡게이지의 내부회로의 예를 나타내는 도,
도 8은 왜곡게이지의 접속방법의 예를 나타내는 회로도이다.
〔제1의 실시형태〕
도 1은 본 발명에 관한 제 1실시형태의 유체압 실린더장치(1)의 단면정면도, 도 2는 유체압 실린더장치(1)의 저면도, 도 3는 하중변환기(23)의 왜곡게이지(GU1)의 근방을 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2에 있어서, 유체압 실린더장치(1)는, 실린더 튜브(11), 피스톤 (12), 피스톤 로드(13), 커버(14, 15), 4개의 타이볼트(16a~d), 그랜드 메탈(22),하중변환기(23), 플랜지(24) 및 부시(25) 등으로 이루어져 있다.
하중변환기(23)는, 플랜지부(41, 42), 탄성변형부(43) 및 왜곡게이지(GU1, 2…)로 이루어진다. 한쪽의 플랜지부(41)에는 커버(14)와의 연결를 위한 4개의 나사구멍(41a~d)이 설치되어 있고, 다른 한쪽의 플랜지부(42)에는, 플랜지(24)와의 연결을 위한 4개의 나사구멍(42a~d)이 설치되어 있다. 나사 구멍(41a~d)에는, 타이볼트(16a~d)가 각각 나사박음되고, 나사구멍(42a~d)에는 볼트(26a~d)가 각각 나사박음된다. 탄성변형부(43)는, 플랜지부(41, 42)와의 연결부분이 매끄러운 R면으로 마무리된 두께가 얇은 원통형상으로 형성되어, 축방향으로 가해지는 하중의 크기에 비례하여 탄성변형한다.
도 3을 참조하면, 탄성변형부(43)의 바깥 둘레면의 둘레방향의 등각도 위치의 4개소 위치에, 왜곡게이지(GU1, 2…)가 접착제에 의해서 붙여져 있다. 따라서, 왜곡게이지(GU)는, 플랜지부(41, 42)의 사이에 가해지는 축방향의 하중에 따라 왜곡되고 그에 따른 신호를 출력한다. 또, 왜곡게이지(GU)의 리드선은 적당한 케이블을 사용하여 왜곡증폭기 등에 접속된다.
피스톤(12)은 실린더 튜브(11)의 안쪽 둘레면을 슬라이딩한다. 피스톤 로드(13)는 피스톤(12)과 연결되어 일체적으로 이동한다. 피스톤 로드(13)는 커버(14)를 관통하여 외부로 돌출한다.
타이볼트(16a, 16b,…)의 각각의 한쪽 끝단은, 상기한 바와 같이 플랜지부(41)에 설치된 나사 구멍(41a~d)에 나사결합되고, 각각의 다른쪽 끝단은, 커버(15)에 설치된 구멍을 관통한 뒤 너트에 의해서 조여져 있다. 이것에 의해서, 커버(14, 15), 실린더튜브(11) 및 하중변환기(23)가 일체화되어 있다.
플랜지(24)는, 상기한 바와 같이, 하중변환기(23)의 플랜지부(42)에 설치된 나사 구멍(42a~d)에 볼트(26a~d)에 의해서 연결되어 있다. 플랜지(24)에는 유체압 실린더장치(1)를 프레임(FM)에 설치하기 위한 설치구멍(27, 27…)이 설치되고 있고, 이 설치구멍(27, 27…)을 사용하여 프레임(FM)에 볼트로(도시되지 않음)고정되어 있다.
커버(14, 15)에는, 포트(도시되지 않음)가 설치되어 있고, 이 포트에 압유체를 공급함으로써 피스톤(12)이 상하방향으로 구동되고, 이것과 함께 피스톤 로드(13)가 이동한다.
하중변환기(23)의 안쪽 둘레면과 피스톤 로드(13)와의 사이에는 공간이 설치되어 있다. 이 공간에는 그리스 등을 봉입해 두는 것도 가능하다. 피스톤 로드(13)의 바깥 둘레면은, 부시(25)의 안쪽 둘레면과 가볍게 접촉하는 일이 있으나, 정밀도를 향상시키기 위해서는 접촉하지 않는 것이 바람직하다. 글랜드메탈(22)에는 패킹 겸용의 스크레이퍼(31)가 설치되고, 부시(25)에는 스크레이퍼(32)가 설치되어 있으나, 하중정밀도의 향상을 위해서는 스크레이퍼가 없는 것이 바람직하다.
이어서, 유체압실린더장치(1)의 동작 및 작용을 설명한다.
도 1에 나타내는 상태에서, 포트에 압유체를 공급함으로써 피스톤 로드(13)를 하강방향으로 구동하여, 피스톤 로드(13)의 선단부에 의해 부품을 압입하는 경우에 관하여 설명한다.
유체압 실린더장치(1)의 추력은 거의 압입력과 같으나, 이 추력은 하중변환기(23)에 대하여 축방향으로 가해진다. 이것에 의해서 탄성변형부(43)가 변형되어 왜곡게이지(GU)로부터 신호가 출력된다. 왜곡게이지(GU)의 신호를 연산함으로써, 유체압 실린더장치(1)의 추력(압입력)를 구할 수 있다.
또한, 하중변환기(23)에는 추력이외에, 유체압 실린더장치(1)의 중력이 수직방향 아래쪽으로 가해지나, 이것은 일정하고 공지이기때문에 계산에 의해서 보정할 수 있다.
또한, 하중변환기(23)에 대하여 축방향 이외의 힘이 가해진 경우, 예를 들어굽힘방향의 힘 또는 비틀림 방향의 힘이 가해진 경우에는, 적당한 구성의 왜곡게이지(GU)를 사용하고, 또한 왜곡게이지(GU)의 접속회로를 적당한 회로로 하여 둠으로써, 그와 같은 힘을 소거하여 추력만을 구하는 것이 가능하다.
유체압 실린더장치(1)에 의하면, 하중변환기(23)에 의해서 추력을 용이하게 또한 고정밀도로 측정할 수 있다. 유체압 실린더장치(1)가 동작하였을 때 하중변환기(23)가 이동하지 않기 때문에, 왜곡게이지(GU)의 리드선은 이동하지 않는다. 따라서, 리드선을 고정할 수가 있어 배선이 용이하고, 또한 단선될 우려가 없다.
또한, 피스톤 로드(13)의 표면에 부착된 먼지나 기름은, 2개의 스크레이퍼(31, 32)에 의해서 2단계에 걸쳐 긁어떨어트려지고, 피스톤 로드(13)의 표면이 거의 완전하게 청소되기 때문에, 먼지나 금속가루 등이 실린더튜브(11)의 내부로 들어 가는 일이 없다. 단, 스크레이퍼(32)를 생략하는 것도 가능하다.
또, 왜곡게이지(GU)의 바깥쪽으로 보호를 위한 수지를 도포하거나 또는 커버를 설치하여도 좋다.
〔제2의 실시형태〕
도 4는 본 발명에 관한 제 2실시형태의 유체압 실린더장치(1b)의 정면도, 도 5는 유체압 실린더장치(1b)의 저면도, 도 6은 플레이트부재(51)의 단면도이다. 이들 도면에 있어서, 제 1실시형태의 유체압 실린더장치(1)와 동일한 기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 붙였으며 설명을 생략하거나 또는 간략화하였다.
도 4 및 도 5에 있어서, 커버(14)에는 플레이트부재(51)가 설치된다. 플레이트부재(51)에는 중심에 가까운 부분의 4개소에 나사구멍(66a~d)이 설치되어 있다. 이들 나사구멍(66a~d)에 타이볼트(16a~d)의 한쪽 끝단이 나사로 조여짐으로써 유체압 실린더장치(1b)가 일체화된다.
플레이트부재(51)에는 바깥 둘레에 가까운 부분의 4개소에 설치구멍(67, 67 …)이 설치되어 있다. 이들 설치구멍(67, 67…)을 사용하여, 볼트(5:도시되지 않음)에 의해서 프레임(FM)에 고정된다.
플레이트부재(51)에는 나사구멍(66a~d)과 설치구멍(67, 67…)의 사이를 칸막이하는 것 같은 형태로, 플레이트부재(51)의 표리를 관통하는 2개의 슬릿(61, 62)이 설치되어 있다. 즉, 플레이트부재(51)는 슬릿(61, 62)에 있어서 그 중심부와 바깥 둘레부와의 사이의 가장자리가 끊어져 있다. 또한, 2개의 슬릿(61, 62) 사이를 건너지르도록 2개의 오목부(63, 64)가 설치되어 있다. 오목부(63, 64)에 의해서 그곳에 두께가 얇은 부(63a, 64a)가 형성되어 있다. 두께가 얇은 부(63a, 64a)에는 왜곡게이지(GU1, 2)가 붙여져 있다.
또한, 오목부(63, 64)에는 왜곡게이지(GU)의 리드선을 삽입하여 외부에 인출하기 위한 구멍(69)이 설치되어 있다.
따라서, 나사구멍(66a~d)과 설치구멍(67, 67…)의 사이에 작용하는 힘은 항상 두께가 얇은 부(63a, 64a)에 작용하여, 두께가 얇은 부(63a, 64a)를 탄성변형시킨다. 두께가 얇은 부(63a, 64a)가 변형하면 그 왜곡량에 따라 왜곡게이지(GU)로부터 신호가 출력된다.
즉, 플레이트부재(51)는 본 발명에 있어서의 하중변환기 및 설치부를 구성한다. 유체압 실린더장치(1b)의 추력은 플레이트부재(51)에 붙여진 왜곡게이지 (GU)로 부터의 신호에 의거하여 측정된다.
이 유체압 실린더장치(1b)에 의해서도, 플레이트부재(51)의 왜곡게이지(GU)에 의해서 추력을 용이하게 또한 고정밀도로 측정할 수 있다. 유체압 실린더장치(1b)가 동작하였을 때, 플레이트부재(51)가 이동하지 않기 때문에, 왜곡게이지(GU)의 리드선은 이동하지 않는다.
왜곡게이지(GU)가 오목부(63, 64)에 끼워 넣어져 있기 때문에, 왜곡게이지 (GU)에 대한 외부로 부터의 간섭이 막아진다.
또한, 이 예에서는, 플레이트부재(51)의 한편 표면에 2개의 오목부(63, 64)가 설치되어 있으나, 그 이면(裏面)에도 동일한 오목부를 설치하여 4개의 오목부에 합계 4개의 왜곡게이지(GU)를 설치하여도 좋다.
도 7은 왜곡게이지(GU)의 내부구성의 예를 나타내는 도이며, 도 8은 왜곡게이지 (GU1 ~ 4)의 접속방법의 예를 나타내는 회로도이다.
도 7에 나타내는 왜곡게이지(GU)에서는, 신장 및 수축에 의한 저항치의 증감방향이 서로 다른 2개의 저항소자(A, B)가 설치되어 있다. 예를 들어, 왜곡게이지 (GU)의 전체가 도면의 상하방향으로 신장한 경우에, 저항소자(A)는 저항치가 감소하고 저항소자(B)는 저항치가 증대한다. 이것과는 반대로 상하방향으로 수축한 경우에는, 저항소자(A)의 저항치가 증대하고 저항소자(B)는 저항치가 감소한다.
도 8에 나타내는 회로에서는, 4개의 왜곡게이지(GU1~4)가 브릿지접속되어 있다. 브릿지의 각 노드로서, 각 왜곡게이지(GU)의 공통단자(TC)가 접속되고, 왜곡게이지(GU)의 상호간은, 저항소자(A)끼리, 저항소자(B) 끼리가 각각 접속되어 있다.
노드(EA 와 EB)사이에 10 볼트정도의 일정전압을 인가하여, 노드(UA와 UB)사이에서 출력을 얻는다. 또, 왜곡의 어긋남을 보상하기 위해서, 노드(EA와 UB)사이, 또는 노드(EA와 UA)사이에, 왜곡게이지(GU)와 동일 온도특성을 가지는 저항기를 접속하여도 된다.
또한, 2개의 왜곡게이지(GU)를 사용하는 경우에는, 브릿지의 대향하는 변의 저항소자가, 저항소자(A)끼리, 저항소자(B)끼리로 되도록 하면 된다.
상술한 실시형태에 있어서, 왜곡게이지(GU)로서 여러 가지의 것을 사용할 수 있다. 왜곡게이지(GU)의 리드선의 접속을 위해 적당한 커넥터 또는 단자대(端子臺)를 설치하여도 좋다. 하중변환기(23)의 플랜지부(41, 42)에 대하여 각각 연결하기 위해서 너트를 사용하여도 좋다. 유체압 실린더의 구조, 형상, 치수 등은 여러 가지의 것을 채용할 수 있다.
또한, 하중변환기(25), 탄성변형부(45), 플레이트부재(51), 슬릿(61,62) 또는 유체압 실린더장치(1, 1b)의 구조, 형상, 치수, 재질 등은 본 발명의 취지에 따라 적절히 변경할 수 있다.

Claims (11)

  1. 실린더 튜브내를 슬라이딩하는 피스톤에 연결된 피스톤 로드가, 상기 실린더튜브의 한쪽 끝단부에 연결된 로드커버를 관통하여 외부로 돌출하도록 구성된 유체압 실린더장치로서,
    상기 로드커버에는, 상기 유체압 실린더장치를 외부 프레임에 설치하기 위한 설치부와, 상기 설치부와 상기 실린더 튜브로의 연결부 사이에 가해지는 축방향의 하중을 검출하여 전기신호로 변환하기 위한 하중변환부가 일체적으로 설치되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하중변환부는, 축방향의 양쪽 끝단에 설치된 2개의 플랜지부와,
    상기 2개의 플랜지부 사이에 있어 그들 플랜지부와 일체로 설치되며 두께가 얇은 원통형상으로 형성되어 탄성변형이 가능한 탄성변형부와,
    상기 탄성변형부에 설치된 왜곡센서로 이루어지는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 탄성변형부의 내부 공간에는 그리스가 봉입되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 피스톤 로드의 바깥 둘레면은 상기 하중변환부와 접촉하지 않도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 2개의 플랜지부 중에서 축방향 바깥쪽의 플랜지부에는 설치용 플랜지가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 설치용 플랜지에는 상기 피스톤 로드의 표면을 청소하기 위한 스크레이퍼가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 하중변환부 및 상기 설치부로서 플레이트부재가 설치되고 있고,
    상기 플레이트부재에는, 해당 플레이트부재의 표리에 걸쳐 관통되어 상기 연결부와 상기 설치부와의 사이의 일부를 칸막이하는 슬릿이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 슬릿은, 상기 플레이트부재에, 상기 피스톤 로드를 지나는 선을 중심으로 하여 대칭위치에 2개 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 2개의 슬릿간격은, 상기 피스톤 로드를 중심으로 한 대칭위치인 2개소에서 좁아져 있고, 좁아진 부분이 탄성변형부로 되어있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 탄성변형부에는 오목부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 오목부에는 왜곡센서가 설치되고 있고, 상기 탄성변형부와 상기 왜곡센서에 의해서 상기 하중변환부가 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 유체압 실린더장치.
KR1019990012744A 1998-10-14 1999-04-12 유체압 실린더장치 Expired - Fee Related KR100589747B1 (ko)

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