KR100871477B1

KR100871477B1 - 복합 조인트 유닛

Info

Publication number: KR100871477B1
Application number: KR1020080049428A
Authority: KR
Inventors: 김종인; 이재학; 유대원
Original assignee: 김종인
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2008-05-28
Publication date: 2008-12-05
Also published as: KR20080075462A

Abstract

본 발명은 조인트 내부에 구름요소가 적용되고, 예압방식(pre-loaded)이 적용된 볼 조인트를 이용한 복합 조인트 유닛를 개시한다. 이 복합 조인트는,

접촉구면(112)과, 고정부(116)를 형성한 하부본체(110)와; 내,외주면이 모두 접촉구면(121)(122)을 형성한 반구형상으로 상기 하부본체(110)에 결합되어 접촉구면(112),(122)으로 이루어진 원형공간(124)을 형성하는 상부본체(120); 상기 내부 접촉구면(112)내에 안착 삽입되는 구면부(132)에 일체로 회전축부(131)를 형성한 회동축(130); 이 회동축(130)과 함께 틸팅 회동함과 동시에 상부본체(120)를 슬라이딩 밀봉하기 위하여 저부에 접촉구면(142)을 형성한 커버부재(140); 상기 회동축(130)의 상단을 잠금 고정하기 위한 잠금너트(150); 상기 하부본체(110)와 커버부재(140)사이에 형성된 원형공간(124)에 개재되는 볼베어링(160); 볼 조인트(100); 상기 볼조인트(100)의 하부본체(110)와 연결된 스크류바(300); 상기 스크류바(300)가 회전축(130)과 연결된 모터(230)와, 상기 모터(230)를 회전가능하게 축지한 틸팅 브라켓(220)과, 이 브라켓(220)를 회전가능하게 축고정한 조인트 본체(210)로 이루어진 유니버셜 조인트(200)를 포함하는 복합 조인트 유닛으로서 누적공차가 해소되어 정밀도가 증대되었다.

볼 조인트,복합 조인트 유닛

Description

복합 조인트 유닛{Composite articulated joint unit for use of ball and universal joint}

본 발명은 조인트 내부에 구름요소가 적용되고, 예압방식(pre-loaded)이 적용되어 조인트 내접면에서의 구름성을 향상하여 누적공차가 해소되어 정밀도가 증대됨과 아울러 강도가 증대된 조인트와 이를 이용한 복합 조인트 유닛에 관한 것이다.

일반적으로 여러 용도의 로봇 관절의 구동 관절부분에 가장 많이 사용되는 관절은 유니버셜조인트와 복합 조인트 유닛의 볼 조인트가 많이 사용되고 있다. 이러한 조인트들은 3자 유도로 구성되며, 회전운동과 틸팅운동을 동시에 수행한다.

그러나 이러한 구동조인트들의 공통의 문제점은 누적공차 문제로 인하여 틈새가 발생된다. 이로 인하여 진동,위치제어,마모 및 수명단축등의 문제점으로 발전한다.

일반적으로 알려진 복합 조인트 유닛의 볼 조인트로는 등록실용신안제20-0395773호,제20-0314142호,특허공개번호제10-2000-0055498호등이 알려져 있다.

첨부 도면도 1a,1b에서 도시하는 바와 같이 이러한 알려진 볼조인트들의 공 통점은 베어링셀내에 볼축이 삽입되어 베어링셀에 의하여 둘러싸인 상태에서 슬립 작동하며 회동이 이루어지며, 여러가지 베어링 셀구조가 제공되고 있다.

그러나 틈새 발생에 대한 근본적인 구조의 개선이 없고, 베어링셀과 슬립 접촉이 이루어지는 내접면에서의 윤활성이 부족하며, 누적공차로 인하여 상당한 진동과 마모가 발생되어 수명이 단축되는 문제점을 안고 있었다.

본 발명은 이러한 구동조인트가 갖고 있는 문제점을 개선하여 조인트 내부에 구름요소를 적용하여 내접면에서의 구름성을 향상하며,이로 인하여 누적공차를 해소하며, 조인트를 이루는 전체 커버파트를 밀폐타입으로 하여 예압방식(pre-loaded)으로 윤활제의 봉입이 가능한 볼 조인트와, 구동수단이 마련된 유니버셜조인트를 결합한 복합 조인트 유닛을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 복합 조인트 유닛은,

볼 조인트; 상기 볼조인트의 하부본체와 연결된 스크류바; 및 상기 스크류바가 회전축과 연결된 모터와, 상기 모터를 회전가능하게 축지한 링형 회동부재와, 이 회동부재를 회전가능하게 축고정한 조인트 본체로 이루어진 유니버셜 조인트를 포함하는 복합 조인트 유닛의 볼 조인트를 이용한 복합 조인트 유닛로서 달성되며,

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 상기 볼조인트는 상단 내측으로 접촉구면을 형성하고, 하방으로 나선축을 연장 형성한 하부본체와, 내,외주면이 모두 접촉구면을 형성한 반구형상으로 상기 하부본체에 결합되어 원형의 접촉내주면을 형성하는 상부본체와, 상기 하부본체의 내부 접촉구면내에 슬라이딩 가능하게 안착 삽입되는 구면부를 이루고 이 구면부에 일체로 회전축부를 형성한 회동축와, 상기 회동축이 상,하부본체에 안착된 상태에서 회전축부가 관통하여 인출되고, 회동축과 함께 틸팅 회동함과 동시에 상부본체를 슬라이 딩 밀봉하기 위하여 상기 상부본체의 외주면 접촉구면에 대응하여 저부에 접촉구면을 형성한 커버부재와, 상기 커버부재를 관통하는 상기 회동축의 상단을 잠금 고정하기 위한 잠금너트와, 상기 하부본체와 커버부재사이에 형성된 원형공간에 상기 회동축의 구면부와의 사이에 개재되는 볼베어링와, 상기 하부본체와 커버부재를 체결하기 위한 체결볼트를 포함하여서 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명 복합 조인트 유닛은 종래 복합 조인트와 볼 조인트가 갖고 있는 문제점을 개선하여 조인트 내부에 구름요소를 적용하여 내접면에서의 구름성을 향상시키며, 동시에 상기와 같은 구름성이 향상되므로서 누적공차가 해소되며,조인트를 이루는 전체 커버파트를 밀폐타입의 예압방(pre-loaded)이 가능하므로서 조인트 운동 강도가 증대된 복합 조인트 유닛을 제공하며, 볼 조인트에 구동수단이 마련된 유니버셜 조인트를 결합한 복합 구동조인트를 제공하므로서 그동안 3축방향 운동기구들에서 비롯되는 복잡한 운동구조를 간단화한 효과를 갖는다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

첨부 도면중 도 2는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 사시도이다.

이 도면에서 도시하는 본 발명 볼조인트는 하부본체(110)와, 이에 결합된 상부본체(120)와, 상부본체(120)에 구면접촉하는 커버부재(140)와, 잠금너트(150)로 이루어진다.

첨부 도면중 도 3은 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 분해사시도이고, 도 4b는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 분해단면도이다.

상기 도면들에 따르는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트는 상,하부본체(110)(120)와 회동축(130)과, 커버부재(140)와, 잠금너트(150)와, 볼베어링(160)과, 체결볼트(170)로 이루어진다.

먼저, 하부본체(110)는 상단 내측으로 접촉구면(112)을 형성하고, 하방으로 고정부(116)를 형성한다. 구체적으로 상방으로 개방되고, 체결공(111a)을 형성한 주연부(111b)를 이루며, 그 내측으로 접촉구면(112)을 형성하는 요입공간(113)을 형성한 상부(111)와, 이 상부의 외측 하방을 연장하되 측면 체결공(114a)을 형성한 안착부(114)와, 이 안착부에서 연장된 고정부(116)를 형성하여서 된다.

상부본체(120)는 내,외주면이 모두 접촉구면(121)(122)을 형성한 반구형상으로 상기 하부본체(110)에 결합되어 접촉구면(112),(122)로서 원형공간(124)을 형성한다. 즉, 내,외주면이 접촉구면(121)(122)을 이루는 반구형상으로 상기 회동축(130)이 소정각도로 틸팅회전 가능하도록 상,하방으로 관통하는 개구부(123)를 형성하여 상기 하부본체(110)에 결합된다.

회동축(130)은 상기 하부본체(110)의 내부 접촉구면(112)내에 슬라이딩 가능하게 안착 삽입되는 구면부(132)를 이루고 이 구면부(132)에 일체로 회전축부(131)를 형성한다. 회동축(130)의 목부에는 오링(180)을 더 구비함이 바람직하다.

커버부재(140)는 상기 회동축(130)이 상,하부본체(110)(120)에 안착된 상태 에서 회전축부(131)가 관통하여 인출되고, 회동축(130)과 함께 틸팅 회동함과 동시에 상부본체(120)를 슬라이딩 밀봉하기 위하여 상기 상부본체(120)의 외주면 접촉구면(122)에 대응하여 저부에 접촉구면(142)을 형성한다.

즉, 회동축(130)이 관삽된 상태에서 내부 접촉구면에 슬라이딩 대응하도록 하방측으로 접촉구면(142)이 형성된 개구부(141)를 이루고, 이 개구부(141)와 연통하되 상방으로 축공(144)을 형성한 축부(143)를 돌출 형성하되 외측으로 받침턱부(145)를 형성한다.

잠금너트(150)는 상기 커버부재(140)를 관통하는 상기 회동축(130)의 상단을 잠금 고정하도록 상기 회동축(130)의 상단을 잠금 고정하기 위하여 축공(151)을 형성하고, 그 측면으로 결합홈(152)을 형성한다.

볼베어링(160)은 상기 하부본체(110)와 커버부재(140)사이에 형성된 원형공간(124)에 상기 회동축의 구면부와의 사이에 개재된다.

체결볼트(170)는 상기 하부본체(110)와 커버부재(140)의 사이에 형성된 체결공을 통하여 하부본체(110)와 커버부재(140)를 체결 고정한다.

첨부 도면중 도 4a, 4b는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 단면도와 분해단면도이고, 도 5a,5b는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 작용을 나타내는 사시도이고, 도 6a,6b는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트가 적용된 운동기구의 작용예시도이다.

이 도면들에 따르는 복합 조인트 유닛의 작용을 설명하면 다음과 같다.

본 발명 복합 조인트 유닛은 상기 도면 도 4a,도 4b에서 도시하고, 도 5a, 도5b에서 도시하는 바와 같이 회동축(130)의 구면부(132)가 베어링()을 사이에 두고 상기 상,하부본체(110)(120)의 내부 접촉구면(112)사이에서 여러각도로 슬라이딩 틸팅회전함에 따라 이에 일체로 연결된 회전축부(131)가 자유롭게 틸팅회전한다.

물론 커버부재(140) 역시 상기 회동축(130)의 회전축부(131)와 결합되어 있으므로 회동축(130)과 동시에 커버부재(140)도 틸팅 회동하게 된다.

이러한 회동축의 틸팅 운동 각도는 최대 30°이며, 회전 운동각도는 360°를 제공한다.

이러한 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트는 첨부 도면 도 6a,6b에서 도시하는 바와 같이 수평쟁반과 같은 다양한 평면운동을 요구하는 운동기구에 적용되어 링크작용을 얻게 된다.

그 외에도 이러한 복합 조인트 유닛의 볼 조인트 독립적으로 각 관절부에 적용하므로서 3차원공간에서의 운동재현기구인 국방 및 민간항공기 조종훈련용 비행운동 재현기, 자동차 운동재현기, 선박,승마용 운동재현기, 수술용 장비, 테마파크의 가상현실 재현기, 공작기계용 포지셔닝 테이블, 산업용 로봇의 관절등 다양한 장치에 적용할 수 있다.

첨부 도면중 도 7은 본 발명 볼 조인트를 이용한 복합 조인트 유닛의 개략단면도이고, 도 8a는 본 발명 복합 조인트 유닛의 유니버셜 조인트의 요부 발췌도면이고, 도 8b는 본 발명 복합조인트 유닛의 유니버셜 조인트의 요부 확대단면도이다.

상기 도면에 따르는 본 발명 볼 조인트를 이용한 복합 조인트 유닛은,

복합 조인트 유닛의 볼 조인트(100)와, 상기 볼조인트의 하부본체와 연결된 스크류바(300)와,상기 스크류바(300)가 회전축(130)과 연결된 모터(230)와, 상기 모터(230)를 회전가능하게 축지한 틸팅 브라켓(220)과, 이 브라켓(220)를 회전가능하게 축고정한 조인트 본체(210)로 이루어진 유니버셜 조인트(200)를 포함하여서 된다.

상기 볼 조인트(100)는 전술한 바와 같이 상단 내측으로 접촉구면(112)을 형성하고, 하방으로 고정부(116)를 형성한 하부본체(110)와, 내,외주면이 모두 접촉구면(121)(122)을 형성한 반구형상으로 상기 하부본체(110)에 결합되어 접촉구면(112),(122)으로 원형공간(124)을 형성하는 상부본체(120)와, 상기 하부본체(110)의 내부 접촉구면(112)내에 슬라이딩 가능하게 안착 삽입되는 구면부(132)를 이루고, 이 구면부(132)에 일체로 회전축부(131)를 형성한 회동축(130)과, 상기 회동축(130)이 상,하부본체(110)(120)에 안착된 상태에서 회전축부(131)가 관통하여 인출되고, 회동축(130)과 함께 틸팅 회동함과 동시에 상부본체(120)를 슬라이딩 밀봉하기 위하여 상기 상부본체(120)의 외주면 접촉구면(122)에 대응하여 저부에 접촉구면(142)을 형성한 커버부재(140)와, 상기 커버부재(140)를 관통하는 상기 회동축(130)의 상단을 잠금 고정하기 위한 잠금너트(150)와, 상기 하부본체(110)와 커버부재(140)사이에 형성된 원형공간(124)에 상기 회동축의 구면부와의 사이에 개재되는 볼베어링(160)과, 상기 하부본체(110)와 커버부재(140)를 체결하기 위한 체결볼트(170)로 이루어진다.

첨부 도면중 도 9a, 9b는 본 발명 복합 조인트 유닛이 적용된 운동기구의 작용예시도이다.

상기 도면에서 보는 바와 같이 본 발명 복합 조인트 유닛은 전술한 도 6a, 6b에서의 수평쟁반 운동기와 같은 구조를 가지면서 동력이 제공가능하여 유니버셜 조인트(200)에서의 각 코너부 모터(220)를 구동 제어함으로써 소정의 수평각도 작용이 다양하게 이루어질 수 있다.

즉, 모터(220)중 어느 하나를 통하여 동력을 가하면 이에 축고정된 스크류바가 회전하면서 볼조인트(100)를 당기거나 밀어주게 되어 쟁반의 제1방향이 길이가 신축되며, 이러한 4방향의 모든 모터(220)를 동시에 구동시킬 경우 다양한 쟁반의 수평운동을 얻게 된다. 아울러 이러한 모터 자체 역시 2축방향으로 회동이 이루어지므로서 그 운동방향은 더욱 다양하고 복잡한 운동을 얻게 된다.

도 1a,1b는 종래 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 일예를 나타내고,

도 2는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 사시도이고,

도 3은 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 분해사시도이고,

도 4a, 4b는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트의 단면도와 분해단면도이고,

토 5a,5b는 본 발명 복합 조인트 유닛의 작용을 나타내는 사시도이고,

도 6a,6b는 본 발명 복합 조인트 유닛의 볼 조인트가 적용된 운동기구의 작용예시도이고,

도 7은 본 발명 복합 조인트 유닛의 개략단면도이고,

도 8a는 본 발명 복합 조인트 유닛의 유니버셜 조인트의 요부 발췌도면이고,

도 8b는 본 발명 복합조인트 유닛의 유니버셜 조인트의 요부 확대단면도이고,

도 9a, 9b는 본 발명 복합 조인트 유닛이 적용된 운동기구의 작용예시도이다.

Claims

복합 조인트 유닛에 있어서,

상단 내측으로 접촉구면(112)을 형성하고, 하방으로 고정부(116)를 형성한 하부본체(110)와, 내,외주면이 모두 접촉구면(121)(122)을 형성한 반구형상으로 상기 하부본체(110)에 결합되어 접촉구면(112),(122)으로 원형공간(124)을 형성하는 상부본체(120)와, 상기 하부본체(110)의 내부 접촉구면(112)내에 슬라이딩 가능하게 안착 삽입되는 구면부(132)를 이루고, 이 구면부(132)에 일체로 회전축부(131)를 형성한 회동축(130)과, 상기 회동축(130)이 상,하부본체(110)(120)에 안착된 상태에서 회전축부(131)가 관통하여 인출되고, 회동축(130)과 함께 틸팅 회동함과 동시에 상부본체(120)를 슬라이딩 밀봉하기 위하여 상기 상부본체(120)의 외주면 접촉구면(122)에 대응하여 저부에 접촉구면(142)을 형성한 커버부재(140)와, 상기 커버부재(140)를 관통하는 상기 회동축(130)의 상단을 잠금 고정하기 위한 잠금너트(150)와, 상기 하부본체(110)와 커버부재(140)사이에 형성된 원형공간(124)에 상기 회동축의 구면부와의 사이에 개재되는 볼베어링(160)과, 상기 하부본체(110)와 커버부재(140)를 체결하기 위한 체결볼트(170)로 이루어지는 볼 조인트(100);

상기 볼조인트(100)의 하부본체(110)와 연결된 스크류바(300); 및

상기 스크류바(300)가 회전축(130)과 연결된 모터(230)와, 상기 모터(230)를 회전가능하게 축지한 틸팅 브라켓(220)과, 이 브라켓(220)를 회전가능하게 축고정한 조인트 본체(210)로 이루어진 유니버셜 조인트(200)를 포함하는 복합 조인트 유 닛.