KR100980980B1

KR100980980B1 - 다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치

Info

Publication number: KR100980980B1
Application number: KR1020080036916A
Authority: KR
Inventors: 최승열
Original assignee: 현대자동차주식회사
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2010-09-07
Also published as: KR20090111360A

Abstract

본 발명은 다차종 생산라인의 차종절환이 가능한 핀 클램프 장치에 관한 것으로서, 로케이터 역할을 수행하는 하나의 핀 클램프 유닛을 구비하면서 상기 핀 클램프 유닛을 서보모터 및 기어장치를 이용해 대차 베이스에서 원하는 위치로 이동시켜 차종별로 대응 가능하도록 구성됨으로써, 차종 절환용 실린더 및 복잡한 급기 장치가 요구되는 종래의 차종 절환 유닛이 삭제될 수 있는 핀 클램프 장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명의 핀 클램프 장치는, 서보모터와; 차체를 클램핑하는 핀 클램프 유닛과; 상기 서보모터의 회전축에 설치되어 서보모터의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛을 전후방향으로 이동시키기 위한 1단 기어장치와; 상기 서보모터의 회전축에 설치되어 서보모터의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛을 좌우방향으로 이동시키기 위한 2단 기어장치와; 상기 서보모터의 회전축에 설치되어 서보모터의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛을 상하방향으로 이동시키기 위한 3단 기어장치와; 상기 서보모터의 회전축 상에 설치된 각 기어장치의 구동기어를 회전축에 선택적으로 체결하여 서보모터의 회전력이 회전축을 통해 선택된 기어장치의 구동기어에 전달되도록 연결해주는 기어체결수단;을 포함하여 구성된다.

핀 클램프, 서보모터, 회전축, 기어장치, 3단 구동, 다차종, 차종 절환

Description

다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치{Pin clamp apparatus}

본 발명은 핀 클램프 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 로케이터 역할을 수행하는 하나의 핀 클램프 유닛을 구비하면서 상기 핀 클램프 유닛을 서보모터 및 기어장치를 이용해 대차 베이스에서 원하는 위치로 이동시켜 차종별로 대응 가능하도록 구성됨으로써, 차종 절환용 실린더 및 복잡한 급기 장치가 요구되는 종래의 차종 절환 유닛이 삭제될 수 있는 핀 클램프 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 차체조립라인과 같은 자동차 생산라인에서는 부품들을 로봇 등에 의해 용접하기 위하여 부품들을 클램프로 파지하여 작업을 수행하거나, 부품들을 지그에 셋팅하여 조립 또는 가공작업을 수행하게 된다.

이러한 클램프 또는 지그 등의 공구는 인너 패널 또는 아우터 패널 등의 차체가 차종에 따라 다른 형상을 가지므로 이에 부합되는 형상을 가져야 한다.

그런데, 자동차 제조회사는 단일의 차종만을 생산하는 것이 아니라 고객의 층과 취향에 따라 다양한 차종을 생산하므로, 이러한 차종을 모두 충족시키는 설비 를 갖추는 것이 필요하며, 그러기 위해서는 많은 경제적인 부담이 생긴다.

따라서, 가능한 한 많은 차종에 범용적으로 적용될 수 있는 설비를 갖추는 것이 경제적인 측면에서 매우 유리하게 된다.

이에 따라, 자동차 제조회사의 차체 공장에서는 차종 절환이 가능한 대차 시스템 설비를 갖추고 있으며, 이는 차종 절환을 수행하여 차종에 따라 소요되는 다양한 형상의 차체를 차체조립라인을 따라 이송한다.

이와 같이 차종 절환이 가능한 대차 시스템 설비에서도 핀 클램프 장치는 다차종 생산라인에서 하나 이상의 차종에 대응 및 적용할 수 있도록 고안된 것으로, 다양한 형상의 차체를 클램핑할 수 있도록 차종별 여러 개의 핀 클램프를 구비한 핀 클램프 유닛과, 여러 개의 핀 클램프 중 차종에 따라 필요한 핀 클램프를 선택시켜주는 차종 절환 유닛을 조합한 구성으로 되어 있다.

첨부한 도 1은 종래의 대차 시스템을 도시한 사시도로서, 도시한 바와 같이, 통상의 대차 시스템은 차체 하부 지지를 위한 대차(1)에 각각 차체 프론트부, 리어부, 플로어 사이드 멤버부의 홀 규제를 위한 복수의 핀 클램프 장치(10)를 구비하여 구성된다.

그리고, 첨부한 도 2는 종래기술에 따른 핀 클램프 장치의 정면도이고, 도 3은 핀 클램프 유닛과 회전기구, 차종 절환 유닛의 측면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 핀 클램프 장치(10)는 차종별 각각의 핀 클램프(12)를 구비한 핀 클램프 유닛(11), 이 핀 클램프 유닛(11)이 회전될 수 있도록 조립된 회전기구(13)를 포함하며, 차종 절환을 위해 상기 핀 클램프 유닛(11)은 차종 절환 유닛(20)에 의해 회전 구동한다.

도 2를 참조하면 차종에 따라 핀 클램프 유닛(11)이 회전하여 공정에 필요한 핀 클램프(12)가 선택되도록 되어 있으며, 이러한 핀 클램프(12)의 선택 과정에서, 차종 절환 유닛(20)의 푸시앤로테이터(23)에 구비된 로케이션 핀(24)이 핀 클램프 유닛(11)의 로테이션 블록(14)에 결합된 상태에서 전동모터(21)가 회전하고, 이에 전동모터(21)의 회전력이 인덱스(22)를 통해 출력되어 푸시앤로테이터(23)가 회전하면 로케이션 핀(24)에 의해 결합된 로테이션 블록(14)이 회전하면서 핀 클램프 유닛(11)이 회전하도록 되어 있다.

이와 같이 핀 클램프 유닛이 회전하게 되면 현재의 차체 공정에 사용될 핀 클램프가 차체를 클램핑할 수 있는 위치로 이동하게 된다.

그러나, 상기와 같은 다차종 생산라인의 종래 차종 절환 유닛에는 전동모터 외에 차종 절환용 실린더를 구비하며, 이 차종 절환용 실린더를 구동하기 위하여 복잡한 급전 및 급기 장치를 필요로 한다.

이에 종래의 다 차종 생산장치는 그 구성이 매우 복잡하고 또한 많은 부품을 필요로 하였는 바, 설계, 제작 및 조립, 운용에 많은 문제가 발생하였으며, 설비비 및 보전경비 등 운영유지비가 과다하게 소요되는 문제가 있었다.

또한 차종 추가시에는 별도의 유닛을 제작하여 50여 대의 대차를 개조해야 하며, BIW 용접시 공간 부족으로 해당 차종 외 불필요한 타차종 유닛과 간섭이 발생하여 로봇 용접의 티칭 수정을 수반해야 한다.

각 차종별 별도 유닛 및 클램프 잠김단, 풀림단, 파트감지센서 등 전송 커플 러 DOG가 설치되어 설비가 복잡하고, 회전시에 케이블 간섭이나 배관 파손으로 보전성 저하 및 가동율 저하가 발생한다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 로케이터 역할을 수행하는 하나의 핀 클램프 유닛을 구비하면서 상기 핀 클램프 유닛을 서보모터 및 기어장치를 이용해 대차 베이스에서 원하는 위치로 이동시켜 차종별로 대응 가능하도록 구성됨으로써, 차종 절환용 실린더 및 복잡한 급기 장치가 요구되는 종래의 차종 절환 유닛이 삭제될 수 있는 핀 클램프 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 서보모터와; 차체를 클램핑하는 핀 클램프 유닛과; 상기 서보모터의 회전축에 설치되어 서보모터의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛을 전후방향('L' 방향)으로 이동시키기 위한 1단 기어장치와; 상기 서보모터의 회전축에 설치되어 서보모터의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛을 좌우방향('T' 방향)으로 이동시키기 위한 2단 기어장치와; 상기 서보모터의 회전축에 설치되어 서보모터의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛을 상하방향('H' 방향)으로 이동시키기 위한 3단 기어장치와; 상기 서보모터의 회전축 상에 설치된 각 기어장치의 구동기어를 회전축에 선택적으로 체결하여 서보모터의 회전력이 회전축을 통해 선택된 기어장치의 구동기어에 전달되도록 연결해주는 기어체결수단;을 포함하여 구성되는 다차종 생산을 위 한 핀 클램프 장치를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 1단 기어장치는, 상기 서보모터의 회전축에 설치된 1단 구동기어와; 상기 1단 구동기어에 치합되도록 설치된 1단 피니언 기어와; 상기 1단 피니언 기어와 일체로 회전하도록 형성된 1단 캠 기어와; 대차 베이스의 하부 미끄럼 부시 상측에서 전후방향으로 길게 설치되고 상기 1단 캠 기어가 치합된 1단 캠 팔로워;를 포함하며,

상기 1단 캠 팔로워는, 대차 베이스에 고정 설치된 좌우방향 LM 가이드 및 상기 2단 기어장치와 결합되어, 상기 좌우방향 LM 가이드에 의해 전후방향 위치가 고정되면서 좌우방향으로는 상기 2단 기어장치와 함께 일체 이동이 가능하도록 되어 있고,

상기 1단 구동기어 및 1단 피니언 기어의 회전시에 상기 1단 캠 기어가 1단 캠 팔로워를 따라 이동하면서 서보모터 및 회전축, 2단 기어장치 및 3단 기어장치, 핀 클램프 유닛 전체를 전후방향으로 이동 및 안내하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 2단 기어장치는, 상기 서보모터의 회전축에 설치된 2단 구동기어와; 상기 2단 구동기어에 치합되도록 설치된 2단 피니언 기어와; 상기 2단 피니언 기어와 일체로 회전하도록 형성된 2단 캠 기어와; 좌우방향으로 길게 설치되고 상기 2단 캠 기어가 치합된 2단 캠 팔로워;를 포함하며,

상기 2단 캠 팔로워가 상기 1단 캠 팔로워에 설치된 전후방향 LM 가이드와 결합되어, 상기 2단 구동기어 및 2단 피니언 기어, 2단 캠 기어의 회전시에 1단 캠 팔로와 함께 2단 기어장치 및 3단 기어장치 전체, 서보모터 및 회전축, 핀 클램프 유닛 전체를 좌우방향으로 이동 및 안내하도록 된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 3단 기어 장치는, 상기 서보모터의 회전축에 설치된 3단 구동기어와; 상기 3단 구동기어에 치합되도록 설치된 3단 피니언 기어와; 상기 3단 피니언 기어의 내주에 스크류 결합된 볼 스크류와; 하측으로 상기 볼 스크류가 회전 가능하도록 결합되어 볼 스크류와 상하방향으로 일체로 이동하면서 상부면에 핀 클램프 유닛이 설치된 승강 지지대와; 상기 승강 지지대를 상하방향으로 안내하는 상하방향 LM 가이드가 설치되고, 상기 2단 기어장치와 일체로 결합된 상태에서 상하방향 위치는 고정되면서 2단 기어장치와 함께 전후방향 및 좌우방향으로 이동하는 수직 지지대;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 수직 지지대가 2단 기어장치의 2단 캠 팔로워에 일체로 결합된 것을 특징으로 한다.

또한 상기 기어체결수단은, 상기 서보모터의 회전축에서 각 기어장치의 구동기어 위치에 설치되는 복수의 전자석과; 상기 각 기어장치에 대해 그 구동기어를 구속할 수 있도록, 회전축에서 각 기어장치의 구동기어 위치에 설치되고, 상기 전자석의 작동시에 회전축 원주면 상에서 돌출 작동하여 구동기어의 내주면 키 홈에 체결되는 구속키들;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 본 발명에 따른 핀 클램프 장치에 의하면, 로케이터 역할을 수행하는 하나의 핀 클램프 유닛을 구비하면서 상기 핀 클램프 유닛을 서보모터 및 기 어장치를 이용해 대차 베이스에서 원하는 위치로 이동시켜 차종별로 대응 가능하도록 구성됨으로써, 차종 절환용 실린더 및 복잡한 급기 장치가 요구되는 종래의 차종 절환 유닛이 삭제될 수 있게 된다.

또한 본 발명의 핀 클램프 장치를 이용할 경우, 핀 클램프 유닛을 전후/좌우/상하 방향으로 원하는 양만큼 이동시킬 수 있으므로, 차종 추가시에 원하는 위치값을 제어반에 티칭해놓고 차종 변환 회로만 구성하게 되면 별도 유닛의 추가 없이 대응이 가능하다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 핀 클램프 장치의 구성을 보여주는 정면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 핀 클램프 장치에서 기어장치의 설치상태를 보여주는 평면도이며, 도 6은 본 발명에서 서보모터의 회전축에 설치된 구속키의 작동상태를 보여주는 도면이다.

또한 첨부한 도 7a 및 도 7b는 본 발명에서 3단 기어장치에 의해 핀 클램프 유닛이 상하로 이동한 상태의 단면도 및 요부 정면도이고, 도 8은 본 발명에서 2단 기어장치의 구성을 나타낸 단면도 및 요부 정면도이며, 도 9는 본 발명에서 1단 기어장치의 구성을 나타낸 단면도 및 요부 정면도이다.

또한 첨부한 도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 핀 클램프 장치에서 기어장치 의 작동상태를 보여주는 평면도이다.

본 발명은 다차종 생산라인에서 차종에 따른 다양한 형상의 차체를 클램핑할 수 있는 핀 클램프 장치에 관한 것으로서, 차종 절환용 실린더 및 복잡한 급기 장치가 요구되는 종래의 차종 절환 유닛이 삭제되고, 그 대신 로케이터 역할을 수행하는 하나의 핀 클램프 유닛(160)을 구비하면서 상기 핀 클램프 유닛(160)을 대차 베이스(101)에서 원하는 위치로 이동시켜 차종별로 대응 가능하도록 한 것이다.

특히, 본 발명의 핀 클램프 장치는 하나의 서보모터(110)가 구동함에 의해 상기 핀 클램프 유닛(160)을 전후, 좌우, 상하의 3축 방향('L'/'T'/'H' 방향) 중 어느 한 방향으로 원하는 양만큼 선택 이동 및 위치 조정시킬 수 있도록 구성된다.

우선, 본 발명에서는 하나의 핀 클램프 유닛(160)을 3축의 원하는 방향으로 위치 조정하기 위하여 엔코더 값 검출 및 제어 전원 입력을 통해 정확히 회전량 및 회전각 제어가 가능한 서보모터(110)를 구동원으로 사용하며, 상기 핀 클램프 유닛(160)을 3축 방향('L', 'T' 및 'H' 방향) 중 선택된 어느 한 방향으로 이동시키기 위하여 상기 서보모터(110)의 회전력을 선택된 곳으로 출력하는 3단 구동방식의 기어장치가 사용된다.

상기 서보모터(110)는 제어반의 출력신호를 받아 후술하는 1단, 2단, 3단 기어장치(120,130,140)를 구동시키는 구동원으로서, 각 단의 기어장치에 의해 이동하는 핀 클램프 유닛(160)의 구동원이며, 후술하는 바와 같이 회전축(111) 상에 설치된 각 기어장치(120,130,140)의 구동기어(121,131,141)가 회전축(111)에 체결될 때 해당 기어장치가 서보모터(110)의 회전력을 회전축(111)을 통해 제공받아 구동하면 서 핀 클램프 유닛(160)을 이동시키게 된다.

보다 상세하게는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 서보모터(110)가 최상단에 배치되고, 이 서보모터(110)의 회전축(111)은 수직 하방으로 길게 연장되어 설치된다.

또한 대차 베이스(101) 위에서 서보모터(110)의 구동력을 전달시킬 수 있는 기어장치를 3단 기어 형태로 구성하여, 서보모터(110)가 구동하면, 1단에서는 랙-피니언 방식의 기어장치(120)가 구동하여 전후방향(도면상 'L' 방향)으로 서보모터(110) 및 핀 클램프 유닛(160)을 이동시키고, 2단에서는 또 다른 랙-피니언 방식의 기어장치(130)가 구동하여 좌우방향(도면상 'T' 방향)으로 서보모터(110) 및 핀 클램프 유닛(160)을 이동시키며, 3단에서는 기어 및 볼 스크류(143) 방식의 기어장치(140)가 구동하여 핀 클램프 유닛(160)을 상하방향(도면상 'H' 방향)으로 이동시킨다.

본 발명에서 바람직한 실시예를 나타낸 도 4를 참조하면, 상측으로는 3단 기어장치(140)가, 중간에는 2단 기어장치(130)가, 하측으로는 1단 기어장치(120)가 회전축(111)의 주변으로 상하 배치되어 구성되며, 이들 각 단의 기어장치들이 회전축(111)과 선택적으로 동력 전달 가능하게 연결됨으로써 회전축(111)을 통해 전달되는 서보모터(110)의 회전력으로 핀 클램프 유닛(160)을 이동시키게 된다.

즉, 회전축(111)으로부터 동력 전달이 가능하게 연결된 어느 하나의 기어장치만이 회전축(111)으로부터 선택적으로 회전력을 전달받아 핀 클램프 유닛(160)을 이동시키는 것이며, 이때 선택된 해당 기어장치가 회전축(111)의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛(160)을 정해진 방향으로 직선 이동시키게 된다.

여기서, 서보모터(110)의 구동시에 회전축(111)의 회전력이 1단, 2단, 3단 기어장치(140) 중 선택된 어느 한쪽으로만 전달될 수 있도록, 회전축(111)과 각 단 기어장치의 입력기어를 회전력 전달이 가능하게 선택적으로 연결시켜 주는 기어체결수단(150)이 구비되어야 하는 바, 이는 서보모터(110)의 회전축(111)에 설치된다.

상기 기어체결수단(150)은 외부의 전기적인 제어신호에 의해 회전축(111) 상에 설치된 각 기어장치(120,130,140)의 구동기어(121,131,141)를 선택적으로 체결 또는 단락시켜, 서보모터(110)의 구동력에 의해 1단, 2단, 3단 기어장치(120,130,140)가 별도로 선택 구동되도록 한다.

본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 도 4에서, 상측으로 3단 기어장치(140)가, 중간에는 2단 기어장치(130)가, 하측으로는 1단 기어장치(120)가 회전축(111) 주변으로 배치되어 구성되는데, 각 단의 기어장치는 상기 기어체결수단(150)에 의해 회전축(111)과 선택적으로 회전력 전달/차단이 가능하도록 되어 있다.

이를 위해, 각 단의 기어장치에서 입력기어가 되는 구동기어(121,131,141)가 서보모터(110)의 회전축(111) 상에 설치되며, 이때 회전축(111)의 길이방향을 따라 상측에서부터 3단 기어장치(140)의 구동기어(141), 2단 기어장치(130)의 구동기어(131), 1단 기어장치(120)의 구동기어(121)가 차례로 설치된다.

또한 각 기어장치(120,130,140)의 구동기어(121,131,141)가 회전축(111)의 기어체결수단(150)에 의해 회전축(111)에 회전력 전달이 가능하도록 선택적으로 구속되는 바, 각 기어장치의 구동기어가 회전축에 구속될 때 회전축과 일체로 회전되 게 된다. 즉, 회전축(111)에 구비되는 기어체결수단(150)이 외부로부터 인가되는 전기적인 제어신호에 의해 해당 구동기어(121,131,141)를 회전축(111)과 일체 회전되도록 잡아주어 회전력 전달이 가능해지도록 한다.

바람직한 실시예에서, 상기 기어체결수단(150)은, 도 6에 나타낸 바와 같이, 회전축(111)에서 각 기어장치(120,130,140)의 구동기어 위치에 설치되는 복수의 전자석(151a,151b,151c)과, 상기 각 기어장치에 대해 그 구동기어(121,131,141)를 구속할 수 있도록 회전축(111)에서 각 기어장치의 구동기어 위치에 설치되어 상기 전자석(151a,151b,151c)의 작동시에 회전축(111) 원주면 상에서 돌출 작동하도록 설치되는 구속키(152a,152b,152c)들을 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 전자석(151a,151b,151c)들은 구동기어(121,131,141)의 위치를 고려하여 회전축(111)의 내부에 축 길이방향을 따라 소정 간격으로 설치되며, 상기 구속키(152a,152b,152c)들은 회전축(111)의 키 장착홈(154a,154b,154c) 내부에서 전자석(151a,151b,151c) 주변에 설치된 리턴 스프링(153a,153b,153c)에 의해 탄성 지지되어 설치된다.

이때, 외부에서 인가되는 전원에 의해 각 전자석(151a,151b,151c)이 자화되면 전자석의 척력에 의해 리턴 스프링(153a,153b,153c)의 힘을 극복하고 구속키(152a,152b,152c)가 회전축(111)에서 돌출 작동하며, 이때 구속키가 각 구동기어(121,131,141) 내주의 키 홈(155a,155b,155c)에 체결되어 해당 구동기어를 회전축(111)에 구속하게 된다. 반대로 전자석(151a,151b,151c)의 전원이 차단되면, 리턴 스프링(153a,153b,153c)이 구속키(152a,152b,152c)를 당겨주어 회전축(111) 내부로 삽입시키며, 이때 구속키(152a,152b,152c)가 구동기어의 키 홈(155a,155b,155c)으로부터 분리되어 구속기어(121,131,141)의 구속이 해제되게 된다.

구동기어(121,131,141)에 체결된 구속키(152a,152b,152c)는 서보모터(110)의 회전력을 구동기어에 전달하는 역할을 하는데, 1단 기어장치(120)를 구동시킬 경우, 1단 기어장치 위치의 전자석(151a)(이하, 1단 전자석이라 칭함)이 제어반으로부터 전원을 인가받아 자화되며, 이때 그 외측의 구속키(152a)(이하, 1단 구속키라 칭함)가 회전축(111) 원주면에서 돌출되도록 반경방향으로 밀려나가게 되고, 이에 1단 구속키(152a)가 1단 기어장치(120)의 구동기어(121)(이하, 1단 구동기어라 칭함) 내주면의 키 홈(155a)에 삽입되어, 결국 1단 구동기어(121)가 회전축(111)에 체결된다.

이와 마찬가지로, 2단 기어장치 위치의 전자석(151b)(이하, 2단 전자석이라 칭함) 또는 3단 기어장치 위치의 전자석(151c)(이하, 3단 전자석이라 칭함)이 제어반으로부터 전원을 인가받아 자화될 때, 각각의 구속키(152b,152c)가 동일하게 돌출 작동하여 해당 기어장치(130,140)의 구동기어(131,141)(2단 및 3단 구동기어)를 회전축(111)에 체결하며, 이에 2단 기어장치(130) 및 3단 기어장치(140)가 구동하게 된다.

이와 같이 본 발명에서는, 서보모터(110)가 구동하고 그 회전축(111)이 회전할 때, 1단, 2단 및 3단 전자석(151a,151b,151c) 중 어느 하나에 제어반으로부터 선택적으로 전원이 인가되면서 해당 구속키(152a,152b,152c)가 돌출 작동하고, 돌 출 작동한 구속키에 의해 구동기어(121,131,141)가 회전축(111)에 체결되면서, 결국 1단, 2단 및 3단 기어장치(120,130,140) 중 어느 하나가 서보모터(110)의 회전력에 의해 선택적으로 구동하게 된다.

상기 구속키(152a,152b,152c)는 외부로부터 전원이 차단될 경우 리턴 스프링(153a,153b,153c)에 의해 원위치로 복원되면서 회전축(111) 내부로 삽입되고, 이에 회전축(111)과 해당 구동기어(121,131,141) 간의 체결이 해제되면서 회전력 전달이 차단된다.

한편, 1단 기어장치(120)는 1단 구동기어(121)에 치합되도록 설치된 1단 피니언 기어(122)와; 하부 미끄럼 부시(102) 상측에 전후방향('L' 방향)으로 길게 배치된 랙 기어 구조로 되어 있고, 상기 1단 피니언 기어(122)의 하측에 일체 형성된 1단 캠 기어(123)가 치합되어, 상기 1단 구동기어(121) 및 1단 피니언 기어(122)의 회전시에 1단 캠 기어(123)를 안내하는 1단 캠 팔로워(124)를 더 포함한다. 도 5의 평면도를 참조하면, 1단 피니언 기어(122)와 1단 캠 팔로워(124)가 중앙의 1단 구동기어(121) 좌측으로 배치됨을 볼 수 있다.

여기서, 1단 캠 기어(123)는 1단 피니언 기어(122)의 하측에 일체로 형성된 기어로, 1단 피니언 기어(122)와는 일체로 회전하도록 되어 있다. 또한 1단 캠 팔로워(124)는 상측으로 배치된 2단 기어장치(130)의 캠 팔로워(134)(후술하는 2단 캠 팔로워임)와 전후방향 LM 가이드(125)에 의해 연결되어 있다.

또한, 도 12a 및 12b에 도시한 바와 같이, 상기 전후방향 LM 가이드(125)는 1단 캠 팔로워(124)와 2단 기어장치(130)의 캠 팔로워(134) 사이에 전후방향('L' 방향)으로 길게 설치되는 것으로, 상기 1단 캠 기어(123)가 1단 캠 팔로워(124)를 따라 이동할 때, 1단 피니언 기어(122) 및 1단 구동기어(121)와 함께 서보모터(110) 및 회전축(111), 2단 기어장치(130) 및 3단 기어장치(140), 핀 클램프 유닛(160) 전체를 전후방향으로 안내하는 역할을 하게 된다.

결국, 1단 피니언 기어(122)와 1단 캠 기어(123)가 1단 구동기어(121)에 의해 회전하는 경우, 1단 캠 기어(123)가 1단 캠 팔로워(124)를 타고 전후방향으로 이동하게 된다.

이때, 2단 기어장치(130) 및 3단 기어장치(140), 서보모터(110) 및 회전축(111), 핀 클램프 유닛(160) 전체가 전후방향 LM 가이드(125)에 의해 안내되어 전후방향('L' 방향)으로 이동하며, 상기 1단 캠 팔로워(124)는 후단부가 후방에 좌우방향('T' 방향)으로 길게 설치된 좌우방향 LM 가이드(135)에 의해 구속되어 있으므로(도 12a 및 12b), 전후방향으로는 위치가 고정된다.

이렇게 1단 캠 팔로워(124)가 전후방향으로 위치가 고정된 상태에서, 1단 캠 기어(123), 1단 피니언 기어(122) 및 1단 구동기어(121), 2단 기어장치(130) 및 3단 기어장치(140), 서보모터(110) 및 회전축(111), 핀 클램프 유닛(160) 전체가 전후방향 LM 가이드(125)를 따라 전후방향으로 이동 및 안내된다.

상기 1단 캠 팔로워(124)가 결합된 좌우방향 LM 가이드(135)는 대차 베이스(101)에 고정 설치된다.

한편, 2단 기어장치(130)는 2단 구동기어(131)에 치합되도록 설치된 2단 피니언 기어(132)와; 중간 미끄럼 부시(103) 상측에 좌우방향('T' 방향)으로 길게 배 치된 랙 기어 구조로 되어 있고, 상기 2단 피니언 기어(132)의 하측에 일체 형성된 2단 캠 기어(133)가 치합되어, 상기 2단 구동기어(131) 및 2단 피니언 기어(132)의 회전시에 2단 캠 기어(133)를 안내하는 2단 캠 팔로워(134)를 더 포함한다. 도 5의 평면도를 참조하면, 2단 피니언 기어(132)와 2단 캠 팔로워(134)가 중앙의 2단 구동기어(131) 전방(도면상 하방)으로 배치됨을 볼 수 있다.

여기서, 2단 캠 기어(133)는 2단 피니언 기어(132)의 하측에 일체로 형성된 기어로, 2단 피니언 기어(132)와는 일체로 회전하도록 되어 있다. 또한 2단 캠 팔로워(134)는 하측으로 배치된 1단 캠 팔로워(124)와 전후방향 LM 가이드(125)에 의해 연결되어 있다.

따라서, 2단 피니언 기어(132)와 2단 캠 기어(133)가 2단 구동기어(131)에 의해 회전하면, 1단 캠 팔로워(124)와 2단 캠 팔로워(134)가 좌우방향 LM 가이드(135)에 의해 안내되어 함께 좌우방향('T' 방향)으로 이동하고(도 12a→도 12b), 결국 1단 캠 팔로워(124)를 포함한 1단 기어장치(120), 2단 기어장치(130) 및 3단 기어장치(140), 서보모터(110) 및 회전축(111), 핀 클램프 유닛(160) 전체가 좌우방향 LM 가이드(135)를 따라 좌우방향으로 함께 이동 및 안내된다.

다음으로, 3단 기어장치(140)는 3단 구동기어(141)에 치합되도록 설치된 3단 피니언 기어(142)와; 상기 3단 피니언 기어(142)의 내주에 스크류 결합된 볼 스크류(143)와; 하측으로 상기 볼 스크류(143)가 회전 가능하도록 결합되어 볼 스크류(143)와 상하방향으로는 일체로 이동하면서 상부면에 핀 클램프 유닛(160)이 설치된 승강 지지대(144)를 더 포함한다. 도 5의 평면도를 참조하면, 3단 피니언 기어(142)가 중앙의 3단 구동기어(131) 우측으로 배치됨을 볼 수 있다.

상기 승강 지지대(144)는 수직 지지대(145)에 상하방향('H' 방향)으로 길게 설치된 상하방향 LM 가이드(146)를 매개로 수직 지지대(145)와 조립되고, 상기 수직 지지대(145)는 2단 캠 팔로워(134) 우측 단부에 일체로 수직 설치된다.

결국, 상하 위치가 고정된 3단 구동기어(141)와 3단 피니언 기어(142)가 회전하게 되면, 볼 스크류(143)가 회전하면서 상하방향('H' 방향)으로 이동하고, 이때 승강 지지대(144)가 3단 캠 팔로워에 일체로 된 수직 지지대(145)에서 상기 상하방향 LM 가이드(146)를 따라 상하방향으로 이동 및 안내된다.

이하, 도 7a 및 도 7b, 도 10 및 도 11을 참조하여 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 10은 도 5에 비해 핀 클램프 유닛(160)이 'L' 방향 축을 따라 후방으로 이동한 상태를 나타낸 도면으로, 서보모터(110)의 전원이 온(On)된 상태에서 전자석(151a)의 작동에 의해 1단 구속키(152a)가 돌출 작동하고, 이에 1단 구동기어(121)가 서보모터(110)의 회전축(111)에 체결된다.

이 상태에서 회전축(111)과 1단 구동기어(121)가 일체로 회전하여 서보모터(110)의 회전력이 1단 구동기어(121)로 전달되면 1단 피니언 기어(122)와 1단 캠 기어(123)가 회전하고, 이에 1단 캠 기어(123)가 위치 고정된 1단 캠 팔로워(124)의 치를 따라 'L' 방향 축을 따라서 후방(도면상 하방)으로 이동하게 된다.

이때, 2단 캠 팔로워(134)가 전후방향 LM 가이드(125)를 따라 안내되면서 1단 캠 기어(123) 및 1단 피니언 기어(122), 2단 캠 팔로워(134)를 포함한 2단 기어 장치(130), 3단 기어장치(140), 서보모터(110) 및 핀 클램프 유닛(160) 전체가 'L' 방향 축의 후방으로 이동하게 된다.

다음으로, 도 11은 핀 클램프 유닛(160)이 'T' 방향 축을 따라 우측으로 이동한 상태를 나타낸 도면으로, 전자석(151b)의 작동에 의해 2단 구속키(152b)가 돌출 작동하고, 이에 2단 구동기어(131)가 서보모터(110)의 회전축(111)에 체결된다.

이 상태에서 회전축(111)과 2단 구동기어(131)가 일체로 회전하여 서보모터(110)의 회전력이 2단 구동기어(131)로 전달되면 2단 피니언 기어(132)와 2단 캠 기어(133)가 회전하고, 이에 2단 캠 팔로워(134)와 1단 캠 팔로워(124)가 좌우방향 LM 가이드(135)를 따라 안내되면서(도 12a→도 12b) 1단 기어장치(120), 2단 기어장치(130), 3단 기어장치(140), 서보모터(110) 및 핀 클램프 유닛(160) 전체가 'T' 방향 축의 우측으로 이동하게 된다.

다음으로, 도 7b는 도 7a에 비해 핀 클램프 유닛(160)이 'H' 방향 축을 따라 하강한 상태를 나타낸 도면으로, 전자석(151c)에 의해 3단 구속키(152c)가 돌출 작동하고, 이에 3단 구동기어(141)가 서보모터(110)의 회전축(111)에 체결된다.

이 상태에서 회전축(111)과 3단 구동기어(141)가 일체로 회전하여 서보모터(110)의 회전력이 3단 구동기어(141)로 전달되면 3단 피니언 기어(142)가 회전하는 동시에 볼 스크류(143)는 하강하며, 이때 볼 스크류(143)의 상단이 연결된 승강 지지대(144)가 상하방향 LM 가이드(146)를 따라 하강하면서 핀 클램프 유닛(160) 전체가 'H' 방향 축의 하방으로 이동하게 된다.

이와 같이 하여, 본 발명에 따른 핀 클램프 장치에서는, 서보모터(110)의 구 동 및 회전축(111)의 회전량(회전각도)을 제어하고, 각 전자석(151a,151b,151c)의 작동을 제어함으로써, 서보모터(110)의 회전력을 선택된 기어장치로 전달하는 동시에 회전력을 전달받은 기어장치의 구동에 의해 핀 클램프 유닛(160)이 전후('L'), 좌우('T'), 상하('H') 방향 중 어느 한 방향으로 원하는 양만큼 위치 이동할 수 있게 된다.

도 1은 종래의 대차 시스템을 도시한 사시도,

도 2는 종래기술에 따른 핀 클램프 장치의 정면도,

도 3은 종래기술에 따른 핀 클램프 유닛과 회전기구, 차종 절환 유닛의 측면도,

도 4는 본 발명에 따른 핀 클램프 장치의 구성을 보여주는 정면도,

도 5는 본 발명에 따른 핀 클램프 장치에서 기어장치의 설치상태를 보여주는 평면도,

도 6은 본 발명에서 서보모터의 회전축에 설치된 구속키의 작동상태를 보여주는 도면,

도 7a 및 도 7b는 본 발명에서 3단 기어장치에 의해 핀 클램프 유닛이 상하로 이동한 상태의 단면도 및 요부 정면도,

도 8은 본 발명에서 2단 기어장치의 구성을 나타낸 단면도 및 요부 정면도,

도 9는 본 발명에서 1단 기어장치의 구성을 나타낸 단면도 및 요부 정면도,

도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 핀 클램프 장치에서 기어장치의 작동상태를 보여주는 평면도.
도 12a 및 12b는 본 발명에 따른 핀 클램프 장치에서 1단 캠 팔로워와 2단 캠 팔로워의 결합관계를 보여주는 개략적인 사시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 서보모터 120 : 1단 기어장치

130 : 2단 기어장치 140 : 3단 기어장치

Claims

서보모터(110)와;

차체를 클램핑하는 핀 클램프 유닛(160)과;

상기 서보모터(110)의 회전축(111)에 설치되어 서보모터(110)의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛(160)을 전후방향('L' 방향)으로 이동시키기 위한 1단 기어장치(120)와;

상기 서보모터(110)의 회전축(111)에 설치되어 서보모터(110)의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛(160)을 좌우방향('T' 방향)으로 이동시키기 위한 2단 기어장치(130)와;

상기 서보모터(110)의 회전축(111)에 설치되어 서보모터(110)의 회전력을 직선력으로 변환하여 핀 클램프 유닛(160)을 상하방향('H' 방향)으로 이동시키기 위한 3단 기어장치(140)와;

상기 서보모터(110)의 회전축(111) 상에 설치된 각 기어장치의 구동기어를 회전축(111)에 선택적으로 체결하여 서보모터(110)의 회전력이 회전축(111)을 통해 선택된 기어장치의 구동기어에 전달되도록 연결해주는 기어체결수단(150);

을 포함하여 구성되는 다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 1단 기어장치(120)는,

상기 서보모터(110)의 회전축(111)에 설치된 1단 구동기어(121)와,

상기 1단 구동기어(121)에 치합되도록 설치된 1단 피니언 기어(122)와;

상기 1단 피니언 기어(122)와 일체로 회전하도록 형성된 1단 캠 기어(123)와;

전후방향으로 길게 설치되고 상기 1단 캠 기어(123)가 치합된 1단 캠 팔로워(124);

를 포함하며,

상기 1단 캠 팔로워(124)는, 대차 베이스(101)에 고정 설치된 좌우방향 LM 가이드(135) 및 상기 2단 기어장치(130)와 결합되어, 상기 좌우방향 LM 가이드(135)에 의해 전후방향 위치가 고정되면서 좌우방향으로는 상기 2단 기어장치(130)와 함께 일체 이동이 가능하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치.
청구항 2에 있어서,

상기 2단 기어장치(130)는,

상기 서보모터(110)의 회전축(111)에 설치된 2단 구동기어(131)와;

상기 2단 구동기어(131)에 치합되도록 설치된 2단 피니언 기어(132)와;

상기 2단 피니언 기어(132)와 일체로 회전하도록 형성된 2단 캠 기어(133) 와;

좌우방향으로 길게 설치되고 상기 2단 캠 기어(133)가 치합된 2단 캠 팔로워(134);

를 포함하며,

상기 2단 캠 팔로워(134)가 상기 1단 캠 팔로워(124)에 설치된 전후방향 LM 가이드(125)와 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치.
청구항 1에서 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 3단 기어장치(140)는,

상기 서보모터(110)의 회전축(111)에 설치된 3단 구동기어(141)와;

상기 3단 구동기어(141)에 치합되도록 설치된 3단 피니언 기어(142)와;

상기 3단 피니언 기어(142)의 내주에 스크류 결합된 볼 스크류(143)와;

상부에는 핀 클램프 유닛(160)이 설치되어 있고, 하부에는 볼 스크류(143)가 회전가능한 구조로 결합되어 있으며, 상기 볼 스크류(143)와 상하방향으로 일체로 이동가능한 승강 지지대(144)와;

상기 승강 지지대(144)를 상하방향으로 안내하는 상하방향 LM 가이드(146)가 설치되고, 상기 2단 기어장치(130)와 일체로 결합된 상태에서 상하방향 위치는 고정되면서 2단 기어장치(130)와 함께 전후방향 및 좌우방향으로 이동하는 수직 지지대(145);

를 포함하는 것을 특징으로 하는 다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치.
청구항 4에 있어서,

상기 수직 지지대(145)가 2단 기어장치(130)의 2단 캠 팔로워(134)에 일체로 결합된 것을 특징으로 하는 다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치.
청구항 1에 있어서,

상기 기어체결수단(150)은,

상기 서보모터(110)의 회전축(111)에서 각 기어장치의 구동기어 위치에 설치되는 복수의 전자석(151a,151b,151c)과;

상기 각 기어장치에 대해 그 구동기어를 구속할 수 있도록, 회전축(111)에서 각 기어장치의 구동기어 위치에 설치되고, 상기 전자석(151a,151b,151c)의 작동시에 회전축(111) 원주면 상에서 돌출 작동하여 구동기어의 내주면 키 홈(155a,155b,155c)에 체결되는 구속키(152a,152b,152c)들;

을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다차종 생산을 위한 핀 클램프 장치.