KR100286189B1 - 스파이럴 로프 - Google Patents

Abstract

본 발명의 스파이럴 로프(20)는 긴 원주 형상 기체(21)와, 이 원주 형상 기체(21)의 외주면상에 상기 원주 형상 기체(21)의 축중심 주위에 형성된 나선부(22)로 이루어지고, 상기 나선부(22)는 상기 원주 형상 기체(21)의 외주면의 기체 길이 방향을 따라 연장되는 띠 형상의 영역(Z)이 구동 기어(10)의 기어부(13)와 맞물리는 래크부(23)로서 기능하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

스파이럴 로프

본 발명은 예를 들어 자동차용 전동 안테나 장치에 있어서의 신축형 안테나 소자 혹은 각종의 자동 완구 등을 구동하기 위한 액츄에이터용 로프로서 바람직한 스파이럴 로프에 관한 것이다.

일반적으로, 신축형 안테나 소자 등을 구동하기 위한 로프로서는, 로프 외주면의 길이 방향을 따라, 로프 이송용 기어의 기어부에 맞물리는 래크부를 형성한 소위 래크 로프가 사용되고 있다. 이 래크 로프로서는 여러가지의 형상을 갖는 것이 알려져 있지만, 모두 로프 외주면의 일부에 래크부가 존재하고 있기 때문에, 로프 축중심과 직교하는 단면 형상이 비원형인 형상을 이루고 있다.

도 9a 내지 도 9e는 일본 특허 공보 소화 제 61-45933 호에 개시되어 있는 합성수지제 래크 기어(로프)의 형상예를 인용하여 도시한 도면이다. 도 9a 내지 도 9e의 특히 각 좌측에 도시하는 단면도로부터 명백하듯이, 모두 수지제 래크 기어가 축중심과 직교하는 단면 형상은 예외 없이 비원형이다.

상기한 바와 같이, 종래의 래크 로프는 축중심과 직교하는 단면 형상이 비원형으로 방향성을 갖고 있다. 이 때문에 제조하기 어렵고, 비용이 고가가 된다. 또한, 구동 대상물을 래크 로프와 함께 교환하는 경우에 있어서, 래크 로프의 방향성을 특정해야만 한다. 따라서 작업성이 불량하고, 교환 작업 등을 능률적으로 실행할 수 없었다. 또한 래크 로프에 부가되는 응력이 로프 축중심에 대하여 비대칭으로 되기 때문에, 래크 로프의 기계적 강도의 열화가 빠르고, 비교적 짧은 기간에 고장이 발생할 우려가 있었다.

또한 상기 래크 로프의 이송 기구를 특수한 형상의 래크 로프 외형에 적합한 로프 가이드 기구 등을 포함한 구성으로 할 필요가 있다. 이 때문에, 로프 이송 기구 나아가서는 구동력 전달 장치 전체의 구성이 복잡화되는 결점이 있었다.

본 발명의 목적은 제조가 용이하고, 가격이 저렴하게 제작할 수 있으며, 또한 구동 대상물의 교환시 등에 있어서의 취급이 용이하고 교환 작업 등을 능률적으로 실행할 수 있으며, 내구성이 풍부하여 장기간에 걸쳐 안정적으로 사용할 수 있는 스파이럴 로프를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하고 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 스파이럴 로프는 하기와 같이 구성되어 있다. 또한 하기 이외의 본 발명의 특징적인 구성에 대해서는 실시예에서 명확히 한다.

본 발명의 스파이럴 로프는 긴 원주 형상 기체(基體)와, 이 원주 형상 기체의 외주면상에 상기 원주 형상 기체의 축중심 주위에 형성된 나선부로 이루어지고, 상기 나선부는 상기 원주 형상 기체의 외주면의 기체 길이 방향을 따라 연장하는 띠 형상의 영역이 구동 기어의 기어부와 맞물리는 래크부로서 기능하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스파이럴 로프를 이용한 피니언·래크식의 구동력 전달 장치의 개략적 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스파이럴 로프의 구동 기어와의 맞물림 관계를 도시한 도면으로 기어측에서 본 부분 정면도,

도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스파이럴 로프의 구동 기어와의 맞물림 관계를 도시하는 부분 측면도,

도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스파이럴 로프를 이용한 피니언·래크식의 구동력 전달 장치의 개략적 구성을 도시하는 정면도,

도 5는 도 4에 도시한 장치의 주요부의 개략 측면도,

도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스파이럴 로프의 구성을 도시하는 측면도,

도 7은 도 6에 도시한 스파이럴 로프의 단면도,

도 8은 도 7의 선 Ⅷ-Ⅷ의 단면도,

도 9a 내지 도 9e는 종래의 합성수지제 래크 기어(로프)의 복수의 형상예를 도시하는 도면.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 구동 기어 13 : 기어부

20 : 스파이럴 로프 21 : 원주 형상 기체

22 : 나선부 23 : 래크부

실시예

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 관한 스파이럴 로프를 이용한 피니언·래크식의 구동력 전달 장치의 개략적 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 있어서 참조부호(10)는 평기어로 이루어지는 로프 이송용 기어로서, 예를 들면 경질의 합성수지 등의 성형 재료에 의해 성형되어 있다. 이 구동 기어(10)는 축(12)을 중심으로 회전하도록 설치된 원반 형상 기체(11)의 외주에 기어부(13)를 설치한 것이며, 모터 등의 동력원(도시하지 않음)에 의해, A 방향으로 정회전 구동하거나 또는 B 방향으로 역회전 구동된다.

도 1에 있어서, 참조부호(20)는 스파이럴 로프로서, 예컨대, 합성수지 등의 가요성 재료에 의해 성형된 것이며, 긴 원주 형상 기체(21)의 외주면에 상기 기체(21)의 축중심 주위(축중심을 거의 중심으로 하는 것이면 무방하고, 정확히 중심이 아니더라도 무방함)에 나선부(22)가 형성되어 있다.

이 나선부(22)는 후술하는 바와 같이 상기 기체 외주면의 기체 길이 방향을 따라 연장되는 띠 형상의 영역은 구동 기어(10)의 기어부(13)와 맞물리는 래크부(23)로서 기능하도록 형성되어 있다. 이 점에 대해서는 하기에 상세히 설명한다.

도 1에 있어서 참조부호(30)는 가압 롤러로서, 상기 스파이럴 로프(20)의 래크부(23)가 구동 기어(10)의 기어부(13)에 대하여 소정 상태(거의 밀착 상태)로 맞물리도록, 스파이럴 로프(20)의 이송 경로를 규제하기 위한 것이다. 이 가압 롤러(30)는 예를 들어 가압 스프링(도시하지 않음)에 의해, 두꺼운 화살표로 도시하는 바와 같이 로프(20)의 배면측을 소정의 가압력으로 구동 기어(10)측으로 가압한다.

도 1에 있어서 참조부호(40)는 로프 가이드로서, 스파이럴 로프(20)의 이송 경로를 안정화하도록 가이드한다. 또한 참조부호(50)는 구동 대상물을 도시한다. 이 구동 대상물(50)로서는, 예컨대, 스파이럴 로프(20)의 선단에 결합되어 상기 로프의 이송 방향으로 슬라이드 동작하는 막대 형상의 구동 대상물(51)이나, 스파이럴 로프(20)의 래크부(23)와 맞물려 회전 동작하는 수동 기어 등으로 이루어지는 구동 대상물(52) 등이 고려된다.

그러므로 지금, 송출 기어인 구동 기어(10)가 도시하지 않은 모터 등의 구동원에 의해 화살표(A 또는 B) 방향으로 회전 동작하면, 그에 따라 스파이럴 로프(20)는 로프 가이드(40)에 안내되어 화살표(A 또는 B) 방향(길이 방향)으로 이송된다. 그렇게 하면, 스파이럴 로프(20)의 선단에 결합되어 있는 구동 대상물(51) 혹은 스파이럴부(23)에 맞물려 있는 수동 기어 등으로 이루어지는 구동 대상물(52)이 상기 로프(20)의 이송 동작에 따라 작동한다.

도 2 및 도 3은 제 1 실시예에 따른 스파이럴 로프(20)의 기어(10)와의 맞물림 상태를 도시하는 도면으로, 도 2는 기어(10)측에서 본 부분 정면도이며, 도 3은 부분 측면도이다.

도 2 및 도 3에 도시하는 바와 같이, 스파이럴 로프(20)의 나선부(22)는 상기 기체 외주면의 기체 길이 방향을 따라 연장되는 띠 형상의 영역(Z)이 구동 기어(10)의 기어부(13)와 맞물리는 래크부(23)로서 기능하도록 형성되어 있다. 이 래크부(23)의 각 맞물림 홈(23a, 23b, 23c 등)은 구동 기어(10)에서의 기어부(13)의 각 맞물림 기어(13a, 13b, 13c 등)에 대해서 통상의 래크와 마찬가지로 그대로 맞물릴 수 있게 된다.

단, 래크부(23)의 각 맞물림 홈(23a, 23b, 23c 등)에 있어서의 각각의 대향 가장자리부끼리는, 예를 들어 맞물림 홈(23b)의 도면부호(M, N)로서 도시한 바와 같이, 로프 길이 방향에 대하여 경사져 있다. 이 때문에, 로프 길이 방향과 직교하도록 형성되어 있는 기어부(13)의 각 맞물림 기어(13a, 13b, 13c 등)의 각 양면과는 로프(20)의 센터 위치로부터 원주 방향으로 약간 어긋난 위치에서 국부적으로 맞물리게 된다.

이 점에 관하여 더욱 상세히 설명한다. 나선부(22)가 V자 홈을 형성한 것일 경우, 스파이럴 로프(20)를 바로 옆에서 투시하면, 도 3에 도시하는 바와 같이 된다. 도시하는 바와 같이, 당연한 것이지만 스파이럴 로프(20)의 외주면상에는 대략 삼각형 형상의 간극(G)이 확인된다. 이 삼각형 형상의 간극(G)에 대하여 구동 기어(10)의 기어부(13)의 기어(13a, 13b, 13c)가 맞물림[도 3에서는 참조부호(13b)가 맞물림]하게 된다. 여기서 기어부(13)의 기어(13b)와, 래크부(23)의 홈(23b)이 접촉하고 있는 영역은 4개의 점(e, f, g, h)으로 나타낼 수 있다.

상기 각 점을 도 2의 정면 도면상에 옮기면 도시하는 바와 같이 된다. 즉, 상기 접촉 영역은 한쪽 가장자리부(M)에 있어서의 점(e 내지 f) 사이 및 다른쪽 가장자리(N)에 있어서의 점(g 내지 h) 사이로 된다. 상기 접촉 영역에 있어서의 각 점(e, f, g, h)이 스파이럴 로프(20)의 센터로부터 도면중 좌우방향(로프 원주방향)으로 약간 어긋난 위치에서 기어(13b)의 도면중 상면 및 하면에 대하여, 각각 접촉하게 된다.

(제 2 실시예)

도 4 및 도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스파이럴 로프를 이용한 피니언·래크식의 구동력 전달 장치의 개략적 구성을 도시한 도면으로, 도 4는 상기 장치의 정면도, 도 5는 상기 장치에 있어서의 주요부의 개략 측면도이다. 이 제 2 실시예는 상술한 스파이럴 로프(20)를 자동차용 전동 안테나 장치의 안테나 소자 구동용 로프에 적용한 예이다.

도 4 및 도 5에 있어서, 참조부호(61)는 로프 이송 기구 수용 케이스, 참조부호(62)는 구동 모터, 참조부호(63)는 웜 기어이다. 참조부호(64)는 로프 선단에 장착된 조인트, 참조부호(65)는 직경이 서로 다른 복수개의 도전성 파이프를 서로 미끄럼 운동 가능하게 접속되어 이루어지는 신축형 안테나 소자, 참조부호(66)는 안테나 소자 수납통, 참조부호(67)는 전원 공급부, 참조부호(68)는 전원 코드, 참조부호(69)는 차체벽(F)에 장착하기 위한 장착 기구이다. 또한, 참조부호(71)는 웜 휠로 이루어지는 원반형의 주동측(主動側) 기체, 참조부호(72)는 원반형의 종동측(從動側) 기체, 참조부호(73)는 양 기체간에 개재되어 있는 클러치 요소이다.

그러므로 지금, 케이스(61)내에 수납되어 있는 구동 모터(62)를 정회전시키면, 이 구동 모터(62)의 회전력은 웜 기어(63)를 거쳐서 웜 휠로 이루어지는 원반형의 주동측 기체(71)에 전달된다. 이 때문에 원반형의 주동측 기체(71)는 정회전한다. 이 주동측 기체(71)의 회전력은 클러치 요소(73)를 거쳐서 주동측 기체(71)의 일측면에 대하여 일측면이 대향하도록 배치된 원반형의 종동측 기체(72)에 대하여 마찰하여 전달된다. 종동측 기체(72)가 정회전하면, 그 회전력은 종동측 기체(72)의 외주면에 형성되어 있는 로프 송출 기어[구동 기어(10)에 상당]를 거쳐서 스파이럴 로프(20)로 전달된다. 이 때문에 상기 스파이럴 로프(20)는 화살표(A) 방향으로 송출된다. 그렇게 하면 상기 로프(20)의 선단에 조인트(64)를 거쳐서 기단부가 연결되어 있는 신축형 안테나 소자(65)의 최소 직경 로드(65a)가 수납통(66)의 외부로 압출되어 간다. 이에 따라 신축형 안테나 소자(65)의 다른 로드가 순차적으로 압출되어 가고, 안테나 소자(65)는 신장 상태로 된다.

신축형 안테나 소자(65)가 신장 상태로 되면, 종동측 기체(72)는 그 이상은 회전할 수 없게 되기 때문에 회전이 정지된다. 그런데 주동측 기체(71)는 구동 모터(62)로부터 회전력을 계속해서 인가하기 때문에, 그대로 회전을 계속하려고 한다. 이 결과, 주동측 기체(71)와 종동측 기체(72) 사이에 개재되어 있는 클러치 요소(73)가 빠져, 모터(62), 웜 기어(63), 주동측 기체(71) 등은 공전을 하게 된다.

이 공전할 때에 있어서, 스파이럴 로프(20)에는 방향(A)으로 송출하는 힘이 계속 인가되기 때문에, 신축형 안테나 소자(5)는 충분히 신장된 상태로 된다. 이 다음, 구동 모터(62)의 전원은 차단된다.

다음에 구동 모터(62)를 역회전시키면, 상기의 경우와는 역의 동작이 실행된어, 스파이럴 로프(20)가 화살표(B) 방향으로 이송되고, 안테나 소자(65)는 축소 상태로 된다. 안테나 소자(65)가 축소 상태로 되면, 종동측 기체(72)는 회전을 정지하지만, 주동측 기체(71)는 그대로 회전을 계속하려고 하기 때문에, 이 경우에도 클러치요소(73)가 빠져 주동측 기체(71)로부터도 모터측은 공전을 하게 된다. 그 다음, 구동 모터(62)의 전원은 차단된다.

도 6 내지 도 8은 본 실시예에 있어서 이용되는 스파이럴 로프(20)의 구성을 도시한 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 스파이럴 로프(20)도 제 1 실시예에서 설명한 로프와 마찬가지로 합성수지 등의 가요성 부재에 의해 성형된 것으로서, 직경(φ)(예를 들면 φ=3.2㎜), 길이(L)의 긴 원주 형상 기체(21)의 외주면에, 그 길이 방향을 따라 나선부(22)가 형성된다.

상기 나선부(22)는 도 8에 도시하는 바와 같이 소정의 피치(P)(예컨대, P=5㎜), 깊이(d)(예를 들면 d=1.05㎜), 홈 경사각(θ)(예를 들면 θ=14.5°)을 갖는다.

상기한 바와 같이 구성된 구동력 전달 기구를 구비한 자동차용 전동 안테나 장치에 있어서는, 안테나 소자 신축 조작용의 로프로서 제작이 용이하고 내구성이 풍부한 스파이럴 로프(20)가 이용되기 때문에, 안테나 소자(65)를 안정적이며 또한 정확하게 신축 구동할 수 있다.

또한, 시작품에 대하여 내구 테스트(상온 하에서 매분 1 회의 신축 동작을 장 기간에 걸쳐 연속적으로 실행함으로써 내구 한도 회수를 체크하는 시험)를 실행한 결과, 종래품에 비해서 약 20%나 내구도가 향상되는 것이 확인되었다. 따라서 상기 스파이럴 로프(20)는 장기간에 걸쳐서 안정적으로 소요 기능을 발휘할 수 있다.

(변형예)

실시예에 표시된 스파이럴 로프는 하기의 변형예를 포함하고 있다.

·스파이럴 로프(20)의 나선부(22)의 리드각을 구동 기어(10)의 축중심에 대한 기어부(13)의 기어의 경사에 대응하여 설정한 것.

·스파이럴 로프(20)가 합성수지 등의 가요성 부재 이외의 예를 들어 금속 부재 등으로 형성된 것.

(실시예에 있어서의 특징)

[1] 실시예에 표시된 스파이럴 로프(20)는 긴 원주 형상 기체(21)와, 이 원주 형상 기체(21)의 외주면상에 상기 원주 형상 기체(21)의 축중심 주위(축중심을 거의 중심으로 하는 것이면 무방하고, 정확히 중심이 아니더라도 무방함)에 형성된 나선부(22)로 이루어지고, 상기 나선부(22)는 상기 원주 형상 기체(21)의 외주면의 기체 길이 방향을 따라 연장하는 띠 형상의 영역(Z)이 구동 기어(10)의 기어부(13)와 맞물리는 래크부(23)로서 기능하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 스파이럴 로프(20)는 축중심(O)과 직교하는 단면 형상이 원형으로 원주 방향에 대해서는 방향성을 갖고 있지 않다. 이 때문에 단면 형상이 비원형인 종래의 것에 비교하면, 제조가 용이하고, 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또한 구동 대상물(50)을 스파이럴 로프(20)와 함께 교환하는 경우에 있어서, 상기 로프(20)의 원주 방향에 관한 방위를 특정할 필요가 없다. 따라서 상기 교환에 있어서의 작업성이 양호하고, 교환 작업을 능률적으로 행할 수 있다. 또한 상기 로프(20)에 부가하는 응력은 축중심에 대하여 대칭으로, 한 곳에 집중하는 것을 피하기 때문에, 상기 로프(20)의 기계적 강도가 급격히 열화할 우려가 없고, 내구성이 풍부한 것으로 된다.

[2] 실시예에 표시된 스파이럴 로프(20)는, 상기 [1]에 기재된 로프(20)로서, 또한 래크부(23)가 평 기어의 기어부와 맞물릴 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 스파이럴 로프(20)에 있어서는, 상기 [1]과 마찬가지의 작용 효과를 얻고, 또한 래크부(23)를 특별한 형상으로 할 필요 없이, 통상의 평 기어와 맞물리는 형상으로 하면 무방함으로, 스파이럴 로프(20)의 제작은 한층 더 용이해진다. 또한 적용 범위가 넓어져, 범용성이 풍부하게 된다.

[3] 실시예에 표시된 스파이럴 로프(20)는, 상기 [1]에 기재된 로프(20)로서, 상기 구동 기어(10)의 회전에 따라 길이 방향으로 이송되도록 세트되고, 또한 일부에 결합된 구동 대상물(50)을 이송 동작에 따라 구동하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 스파이럴 로프(20)에 있어서는, 상기 [1]과 마찬가지의 작용 효과를 얻고, 또한 내구성이 우수하고, 대단히 신뢰성 높은 동작을 기대할 수 있기 때문에, 각종 장치의 액츄에이터로서 널리 이용할 수 있다.

[4] 실시예에 표시된 스파이럴 로프(20)는, 상기 [3]에 기재된 로프(20)로서, 구동 대상물(50)이 자동차용 전동 안테나 장치에 있어서의 신축형 안테나 소자인 것을 특징으로 한다.

상기 스파이럴 로프(20)에 있어서는, 상기 [3]과 마찬가지의 작용 효과를 얻고, 또한 비교적 엄격한 환경하에 놓여진 자동차용 전동 안테나 장치에 있어서의 신축형 안테나 소자를, 장기간에 걸쳐 안정적이고 또한 정확하게 신축 구동할 수 있다.

[5] 실시예에 표시된 스파이럴 로프(20)는, 상기 [3]에 기재된 로프(20)로서, 나선부(22)의 리드각이 구동 기어(10)의 축중심에 대한 기어부(13)의 기어의 경사에 대응하여 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 스파이럴 로프(20)에 있어서는, 상기 [3]과 마찬가지의 작용 효과를 얻고, 또한 스파이럴 로프(20)의 래크부(23)에 있어서의 기어의 경사와 구동 기어(10)의 기어부(13)에 있어서의 기어의 경사가 보다 넓은 범위에 걸쳐 일치하게 된다. 이 때문에 기어부(13)와 래크부(23)의 맞물림부에 있어서의 접촉 압력이 맞물림부 전역으로 분산되어, 응력의 국부적 집중을 피할 수 있다. 따라서, 기어부(13)와 래크부(23)의 맞물림 부위에 있어서의 소모가 최소한으로 억제되고, 내구성이 더욱 향상하게 된다.

[6] 실시예에 표시된 스파이럴 로프(20)는, 상기 [1]에 기재한 로프(20)로서, 또한 합성수지 등의 가요성 부재에 의해 일체적으로 성형된 것을 특징으로 한다.

상기 스파이럴 로프(20)에 있어서는, 상기 [1]과 마찬가지의 작용 효과를 얻고, 또한 성형 가공이 용이하기 때문에, 스파이럴 로프(20)의 제작은 더욱 용이하게 된다. 또한 부재가 가요성을 갖고 있기 때문에, 로프(20)를 회전 드럼 등에 권취하거나 되감기하는 것이 용이하고, 좁은 공간내에 설치하는 경우 등에 있어서 적합하다.

본 발명에 따르면, 축중심과 직교하는 단면 형상이 원형이고, 원주 방향에 관해서는 방향성을 갖고 있지 않기 때문에, 제조가 용이하고, 가격이 저렴하게 제작할 수 있으며, 또한 구동 대상물을 교환할 때 등에 있어서의 취급이 용이하고 교환 작업 등을 능률적으로 실행할 수 있으며, 또한 내구성이 풍부하고 장기간에 걸쳐 안정적으로 사용할 수 있는 스파이럴 로프를 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 긴 원주 형상 기체(21)와, 상기 원주 형상 기체(21)의 외주면상에 상기 원주 형상 기체(21)의 축중심 주위에 형성된 나선부(22)로 이루어지며,

   상기 나선부(22)는 상기 원주 형상 기체(21)의 외주면의 기체 길이 방향을 따라 연장되는 띠 형상의 영역(Z)이, 구동 기어(10)의 기어부(13)와 맞물리는 래크부(23)로서 기능하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스파이럴 로프(20).
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 구동 기어(10)의 회전에 따라 길이 방향으로 이송되도록 세트되고, 또한 일부에 결합된 구동 대상물(50)을 이송 동작에 따라 구동하도록 설치된 것을 특징으로 하는 스파이럴 로프(20).
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 나선부(22)의 리드각이 상기 구동 기어(10)의 축중심에 대한 기어부(13)의 기어의 경사에 대응하여 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 스파이럴 로프(20).