KR101245479B1 - 왕복구동장치 - Google Patents

Abstract

피구동부재를 왕복구동하는 장치에 있어서, 간이한 구성에 의해 피구동부재를 왕복구동하는 힘을 증대시키는 동시에 장치에서의 피구동부재의 축선방향 치수를 축소한다. 피스톤장치(10)는 구동축(22)을 가지는 모터(20)와, 구동축(22)과 동축상의 외주면을 가지며 구동축(22)과 일체회전하는 구동롤러(23)를 구비한다. 피스톤장치(10)는 코일의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하고 또한 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지된 코일스프링(50)을 구비하고 있다. 코일스프링(50)의 코일은 구동롤러(23)의 선단부의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나 있다. 코일의 간극에 구동롤러(23)가 삽입되고 구동롤러(23)의 외주면이 코일의 소선(50a)에 접하고 있다.

Description

왕복구동장치{RECIPROCATING AND DRIVING DEVICE}

본 발명은 피구동부재를 왕복구동하는 장치에 관한 것이다.

종래, 이런 종류의 장치로서 회전구동원의 회전운동을 직선운동으로 변환하는 장치가 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조). 이 특허문헌 1에 기재된 것에서는 모터의 구동축에 대해 동축상으로 소경압축 코일스프링이 연결되고, 이 소경압축 코일스프링이 대경압축 코일스프링에 삽입되어 있다. 소경압축 코일스프링과 대경압축 코일스프링 사이에는, 그 코일스프링들에 접하도록 복수의 볼이 형성되어 있다. 그리고, 모터의 구동에 의해 소경압축 코일스프링이 회전되면, 소경압축 코일스프링의 축선방향으로 대경압축 코일스프링이 직선이동된다.

특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2004-211725호

그런데, 특허문헌 1에 기재된 것에서는 소경압축 코일스프링이 모터의 구동축과 동일한 속도로 회전하기 때문에, 소경압축 코일스프링의 회전토크를 크게 할 수 없고, 나아가서는 대경압축 코일스프링을 왕복구동하는 힘을 크게 할 수 없다. 그래서 모터의 구동축과 소경압축 코일스프링 사이에 감속기구를 형성하는 것도 생각할 수 있지만, 그 경우에는 장치의 대형화나 비용 상승을 피할 수 없다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 것에서는 소경압축 코일스프링의 축선방향의 연장상에 모터가 형성되어 있기 때문에, 장치에서 소경압축 코일스프링의 축선방향 치수가 커진다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 주된 목적은 피구동부재를 왕복구동하는 장치에 있어서, 간이한 구성에 의해 피구동부재를 왕복구동하는 힘을 증대시키는 동시에, 장치에서 피구동부재의 축선방향 치수를 축소하는 것에 있다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 수단을 채용했다.

제1 발명은, 왕복구동장치로서, 구동축을 가지는 모터, 상기 구동축과 동축상의 외주면을 가지며 상기 구동축과 일체회전하는 구동부재, 상기 구동부재의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나는 나선형부를 가지고, 상기 나선형부의 축선을 중심으로 하여 회전 가능 또한 상기 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되는 피구동부재를 구비하고, 상기 나선형부의 상기 간극에 상기 구동부재가 삽입되고 상기 구동부재의 상기 외주면이 상기 나선형부에 접하고 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 모터의 구동축이 회전하면 그 구동축과 동축상의 외주면을 가지는 구동부재가 구동축과 일체회전된다. 여기서 나선형부는 구동부재의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나 있다. 그리고 나선형부의 간극에 구동부재가 삽입되고 구동부재의 외주면이 나선형부에 접하고 있다. 이 때문에 나선형부의 축선방향이 아니라 직경방향으로 모터가 배치되게 되어 왕복구동장치에서 피구동부재의 축선방향 치수를 축소할 수 있다.

또한, 피구동부재는 나선형부의 축선을 중심으로 하여 회전 가능 또한 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 이 때문에, 모터 구동축의 회전과 함께 구동부재가 회전되고 구동부재의 외주면으로부터 나선형부에 마찰력이 작용하면 나선형부가 차례로 밀려나오게 된다. 따라서, 피구동부재는 나선형부의 축선을 중심으로 하여 회전되면서 그 축선방향으로 이동된다. 이 때, 구동부재(구동축)의 회전은 구동부재의 직경과 나선형부의 직경에 따른 감속비로 감속된다. 따라서, 피구동부재에 생기는 회전토크를 모터의 회전토크보다 증대시킬 수 있어 간이한 구성에 의해 피구동부재를 왕복구동하는 힘을 증대시킬 수 있다.

제2 발명은, 상기 나선형부 및 상기 구동부재의 상기 외주면에 서로 미는 힘을 작용시키는 가력수단을 구비하기 때문에 나선형부와 구동부재의 외주면 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 나선형부와 구동부재의 외주면 간의 미끄럼을 억제할 수 있어, 구동부재의 회전토크를 나선형부에 효율적으로 전달할 수 있다.

구체적으로는, 제3 발명과 같이, 상기 가력수단은, 상기 나선형부 싱글을 사이에 두고 상기 구동부재와 반대측의 상기 나선형부의 상기 간극에 삽입된 후방부, 상기 나선형부 싱글이 상기 구동부재의 상기 외주면에 눌리도록 상기 후방부에 힘을 더하는 가력부를 구비한다고 하는 구성을 채용할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 나선형부의 간극 중 나선형부 싱글을 사이에 두고 구동부재와 반대측에 후방부가 삽입되어 있다. 그리고, 가력부에 의해 후방부에 힘이 더해져 나선형부 싱글이 구동부재의 외주면에 눌린다. 따라서, 나선형부와 구동부재의 외주면 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있다.

그리고 제4 발명에서는, 상기 후방부는 상기 나선형부에 접하는 원통형면을 가지고 있으며, 상기 가력부에 의해 상기 원통형면의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 구동부재에 의해 나선형부가 차례로 밀려나올 때 후방부를 회전시킬 수 있어, 나선형부와 후방부의 마찰저항을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 모터의 구동에너지 손실을 감소시킬 수 있다.

또한, 구체적으로는, 제5 발명과 같이, 상기 가력수단은, 상기 나선형부가 상기 구동부재의 상기 외주면에 눌리도록 상기 피구동부재를 바이어스하는 바이어스부를 구비하고, 상기 바이어스부는 상기 피구동부재와 일체회전 가능하게 지지되어 있다고 하는 구성을 채용할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 바이어스부에 의해 피구동부재가 바이어스되고, 나선형부 싱글이 구동부재의 외주면에 눌린다. 따라서, 나선형부와 구동부재의 외주면 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있다. 그리고, 바이어스부는 피구동부재와 일체회전 가능하게 지지되어 있기 때문에, 피구동부재가 회전될 때 바이어스부에 비틀림이 생기는 것을 억제할 수 있다.

제6 발명은 상기 피구동부재에 연결되는 동시에 상기 나선형부의 상기 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지된 왕복운동부재, 상기 왕복운동부재가 상기 나선형부의 상기 축선방향으로 소정 위치보다 더 이동하는 것을 규제하는 제1 규제부, 상기 나선형부와 상기 구동부재의 상기 외주면이 접한 상태를 유지하면서 상기 피구동부재가 소정 회전량보다 더 회전하는 것을 규제하는 제2 규제부를 구비한다.

상기 구성에 의하면, 피구동부재에 왕복운동부재가 연결되어 있고 왕복운동부재는 나선형부의 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 그리고 제1 규제부에 의해 왕복운동부재가 나선형부의 축선방향으로 소정 위치보다 더 이동하는 것이 규제된다.

여기서 피구동부재가 회전 가능한 상태로 왕복운동부재의 이동이 제1 규제부에 의해 규제된 경우에는, 왕복운동부재에 연결된 피구동부재가 축선방향으로의 이동이 규제된 상태로 회전될 우려가 있다. 그 경우, 나선형부가 구동부재에 대해 이동하게 되어 나선형부와 구동부재의 외주면이 떨어질 우려가 있다. 그리고 나선형부와 구동부재의 외주면이 떨어진 상태에서는 구동부재의 회전을 나선형부에 전달할 수 없다.

이 점에 대하여, 상기 구성에 의하면, 제2 규제부에 의해 나선형부와 구동부재의 외주면이 접한 상태를 유지하면서 피구동부재가 소정 회전량보다 더 회전하는 것이 규제된다. 예를 들어, 왕복운동부재의 이동이 제1 규제부에 의해 규제되기 전에 피구동부재의 회전이 제2 규제부에 의해 규제된다. 이 때문에, 왕복운동부재가 소정 위치보다 더 이동하는 것을 규제하는 제1 규제부를 구비하는 경우에도 나선형부와 구동부재의 외주면이 떨어지는 것을 억제할 수 있어, 구동부재로부터 나선형부에 회전토크를 안정적으로 전달할 수 있다.

제7 발명에서 상기 제2 규제부는 상기 나선형부의 상기 축선방향으로 상기 나선형부를 따라 늘어나는 동시에, 상기 피구동부재와 일체회전 가능하게 형성되어 있고, 상기 피구동부재가 상기 소정 회전량만큼 회전한 경우에 상기 구동부재와 상기 제2 규제부가 닿도록 상기 구동부재 및 상기 제2 규제부가 배치되어 있다.

상기 구성에 의하면, 제2 규제부는 나선형부의 축선방향으로 나선형부를 따라 늘어나는 동시에, 피구동부재와 일체회전 가능하게 형성되어 있다. 이 때문에, 피구동부재가 회전됨에 따라 제2 규제부가 피구동부재와 일체회전된다. 그리고, 피구동부재가 상기 소정 회전량만큼 회전한 경우에 구동부재와 제2 규제부가 닿도록 구동부재 및 제2 규제부가 배치되어 있다. 이 때문에, 피구동부재가 회전하면서 축선방향으로 이동하고 피구동부재가 상기 소정 회전량만큼 회전한 경우에, 제2 규제부가 구동부재에 닿아 피구동부재의 회전이 규제된다. 따라서 간이한 구성에 의해 나선형부와 구동부재의 외주면이 접한 상태를 유지하면서 피구동부재가 소정 회전량보다 더 회전하는 것을 규제할 수 있다.

제8 발명에서 상기 구동부재에는 좁아진 부분이 형성되어 있고, 상기 좁아진 부분의 외주면과 상기 나선형부 싱글의 외주면이 선접촉되어 있다.

상기 구성에 의하면, 구동부재의 좁아진 부분의 외주면과 나선형부 싱글의 외주면은 선접촉되어 있기 때문에, 구동부재와 나선형부 싱글 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있어, 구동부재와 나선형부 싱글 사이의 미끄럼을 억제할 수 있다.

제9 발명에서는 상기 구동부재의 상기 외주면에는 복수의 톱니가 형성되어 있고, 상기 나선형부에 있어서 상기 구동부재의 상기 외주면과 접하는 부분에는 상기 구동부재의 상기 톱니와 서로 맞물리는 복수의 톱니가 형성되어 있다.

상기 구성에 의하면, 구동부재의 외주면에 형성된 톱니가 나선형부에 있어서 구동부재의 외주면과 접하는 부분에 형성된 톱니와 서로 맞물리고 있다. 이 때문에, 구동부재의 회전토크를 나선형부에 효율적으로 전달할 수 있다. 그 결과, 피구동부재에 생기는 회전토크를 더 증대시킬 수 있고, 피구동부재를 왕복구동하는 힘을 더 증대시킬 수 있다.

제10 발명에서는 상기 나선형부의 상기 축선과 상기 구동축의 축선이 직교하고 있기 때문에, 나선형부의 둘레방향에 대해 구동축의 축선, 즉 구동부재의 외주면의 축선이 직교하게 된다. 이 때문에, 구동부재의 회전토크가 전달되는 방향과 나선형부가 밀려나오는 방향을 일치시킬 수 있다. 따라서, 구동부재의 회전토크를 나선형부에 효율적으로 전달할 수 있다.

제11 발명에서 상기 나선형부는 코일스프링에 의해 형성되어 있다고 하는 구성을 채용하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 저렴한 코일스프링에 의해 나선형부를 형성할 수 있는 동시에, 피구동부재로부터 대상물에 힘을 작용시킬 때 코일스프링의 탄성력이 대상물에 작용한 상태로 할 수 있다. 따라서, 피구동부재로부터 대상물에 탄성력을 작용시키는 구성을 채용하면서도 피구동부재를 왕복구동하는 힘을 증대시킬 수 있다.

도 1은 제1 실시형태의 피스톤장치를 나타내는 부분단면도.
도 2는 구동롤러 및 지지롤러와 그 주변을 나타내는 확대도.
도 3은 도 1의 피스톤장치의 변형예를 나타내는 부분단면도.
도 4는 구동롤러 및 지지롤러와 그 주변의 변형예를 나타내는 확대도.
도 5는 구동롤러 및 지지롤러와 그 주변의 다른 변형예를 나타내는 확대도.
도 6은 도 1의 피스톤장치의 다른 변형예를 나타내는 부분단면도.
도 7은 제2 실시형태의 핸드장치를 나타내는 부분단면도.
도 8은 파지기구를 위에서 본 부분 단면도.
도 9는 구동롤러 및 회전방지부와 그 주변을 나타내는 확대도.
도 10은 파지기구의 전폐쇄 상태를 나타내는 부분단면도.
도 11은 구동롤러 및 회전방지 핀과 그 주변을 나타내는 확대도.
도 12는 왕복구동장치의 변형예를 나타내는 정면도.

(제1 실시형태)

이하, 제1 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에서는 벨트컨베이어 등에 적용되며, 반송되는 워크를 피스톤의 왕복구동에 의해 정지시키는 피스톤장치로서 구체화하고 있다.

도 1은 본 실시형태의 피스톤장치(10)를 나타내는 부분단면도이다. 같은 도면에 나타내는 바와 같이, 피스톤장치(10)는 바디(11), 스테핑 모터(20), 실린더(30), 피스톤(40), 코일스프링(50) 등을 구비하고 있다. 또한, 도 1의 상하방향은 피스톤장치(10)가 설치되는 경우의 상하방향과 일치하고 있으며, 피스톤장치(10)는 피스톤(40)을 상하방향으로 왕복구동한다.

바디(11)는 금속재료 등에 의해 원통형으로 형성되어 있다. 바디(11)에 있어서 축선방향의 일단쪽 측부에는 개구부(12)가 형성되어 있고, 축선방향에서 타단에는 실린더(30)가 장착되어 있다. 개구부(12)에는 개구부(21a)를 가지는 브래킷(21)을 통해 스테핑 모터(20; 모터)가 장착되어 있다. 모터(20)는 구동축(22)을 가지고 있으며, 바디(11)의 축선과 구동축(22)의 축선이 수직이 되도록 모터(20)가 바디(11)에 장착되어 있다. 구동축(22)은 브래킷(21)의 개구부(21a) 및 바디(11)의 개구부(12)를 통해 바디(11)의 외부에서 내부로 삽입되어 있다. 구동축(22)의 선단에는 구동롤러(23)가 장착되어 있다. 구동롤러(23; 구동부재)는 원주형으로 형성되어 있으며 구동축(22)과 일체회전한다. 구동롤러(23)의 축선은 구동축(22)의 축선과 일치하고 있다. 구동롤러(23)는 구동축(22)과 동축상의 외주면을 가지고 있다.

실린더(30)는 금속재료 등에 의해 원통형으로 형성되어 있다. 실린더(30)의 축선은 상기 바디(11)의 축선과 일치하고 있다. 실린더(30)의 내부에는 원주형의 피스톤(40)이 삽입되어 있다. 피스톤(40; 왕복운동부재)은 슬라이딩 베어링(31)에 의해 바디(11)의 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 피스톤(40)의 외주면에는 그 축선방향으로 늘어나도록 평면부(40a)가 형성되어 있다. 즉, 피스톤(40)에서 평면부(40a)가 형성된 부분의 단면형상은 "D"자 모양으로 되어 있다. 피스톤(40)에서 평면부(40a)가 형성된 부분의 외주에는 단면형상이 "D"자 모양인 관통구멍을 가지는 회전방지부재(32)가 끼워져 있다. 회전방지부재(32)는 실린더(30)의 상단에 고정되어 있다. 따라서 피스톤(40)은 그 축선을 중심으로 한 회전이 규제된 상태로 축선방향으로 왕복운동 가능하게 되어 있다.

피스톤(40)의 하단부(모터(20)에 가까운 쪽의 단부)에는 스러스트 베어링(33) 및 래디얼 베어링(34)을 사이에 두고 코일스프링(50)의 지지부(51)가 볼트(41)로 체결되어 있다. 지지부(51)는 원판상으로 형성되어 있고, 그 외주에는 가이드 링(52)이 형성되어 있다. 가이드 링(52)의 외주면은 바디(11)의 내주면과 원활하게 슬라이딩 가능하게 되어 있다. 이 때문에, 지지부(51)는 피스톤(40)에 의해 가이드 링(52)을 통하여 피스톤(40)의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 지지부(51)는 피스톤(40)의 왕복운동과 함께 바디(11)의 축선방향으로 가이드 링(52)에 의해 가이드된다. 그 때, 피스톤(40)과 지지부(51) 사이에 작용하는 축선방향의 하중은 스러스트 베어링(33)이 받는다. 또한, 지지부(51)의 외주에는 센서 등에 의해 지지부(51)의 위치를 검출하기 위한 자석(53)이 형성되어 있다.

지지부(51)의 하부(피스톤(40)과 반대측의 부분)에는 상기 코일스프링(50)이 장착되어 있다. 코일스프링(50; 피구동부재)은 그 상단(일단)이 지지부(51)에 의해 코킹되어 지지부(51)의 하부에 고정되어 있다. 코일스프링(50)의 축선은 상기 바디(11)의 축선과 일치하고 있다. 이 때문에, 코일스프링(50)은 지지부(51)를 통하여 코일의 축선을 중심으로 하여 회전 가능, 또한 그 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다.

코일스프링(50)의 코일(나선형부)은 상기 구동롤러(23) 선단부의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나 있다. 즉, 코일의 소선(50a; 싱글)과 소선(50a; 싱글)의 간격은 구동롤러(23) 선단부의 외경보다 넓게 되어 있다. 그리고, 코일의 소선(50a)과 소선(50a)의 간극에 구동롤러(23)의 선단부가 삽입되어 있다. 코일스프링(50)에는 피스톤(40)의 중량, 지지부(51)의 중량, 코일스프링(50)의 자중 등이 하방으로 작용하고 있다.

이 때문에, 코일스프링(50)의 소선(50a)은 구동롤러(23)의 상면(외주면)에 접하고 있다. 즉, 코일스프링(50)은 구동롤러(23)에 의해 지지되어 있다. 바꾸어 말하면, 구동롤러(23)의 외주면이 코일스프링(50)의 소선(50a)에 접하도록 코일의 간극에 구동롤러(23)의 선단부가 삽입되어 있다. 그리고, 그러한 상태가 되도록 모터(20)가 바디(11)에 장착되어 있다. 모터(20)의 구동축(22)의 축선은 코일스프링(50)의 축선과 수직으로 되어 있다.

다음으로, 코일스프링(50)의 소선(50a; 싱글)을 구동롤러(23)에 누르는 구성에 대해 설명한다. 도 2는 구동롤러 및 지지롤러와 그 주변을 나타내는 확대도이며, 같은 도(a)는 같은 도(b)의 A-A선 단면도이다.

같은 도에 나타내는 바와 같이, 구동롤러(23)는 강 등으로 형성되어 있으며, 서로의 축선이 일치한 선단부(25), 원통형부(24), 플랜지부(26)를 구비하고 있다. 원통형의 원통형부(24) 일단에 원주형의 선단부(25)가 형성되어 있으며, 타단에 플랜지형상의 플랜지부(26)가 형성되어 있다. 원통형부(24) 및 플랜지부(26)의 내부에는 모터(20)의 구동축(22)이 삽입되어 있다. 선단부(25)에는 좁아진 부분(25a)이 형성되어 있고, 좁아진 부분(25a)의 외경은 선단부(25)의 축선방향의 중간에 가까워질수록 작아지고 있다. 선단부(25)의 축선을 포함하는 종단면에 있어서, 좁아진 부분(25a)의 곡률반경은 코일스프링(50)에서 소선(50a) 외주면의 곡률반경과 동일하게 되어 있다. 이 때문에, 좁아진 부분(25a)의 외주면과 소선(50a)의 외주면은 선접촉하고 있다.

구동롤러(23)의 외주에는 롤러 홀더(60)가 장착되어 있다. 롤러 홀더(60; 가력부)는 타원판형상으로 형성되어 있고, 그 장축방향으로 2개의 관통구멍이 나란히 형성되어 있다. 2개의 관통구멍의 내주에는 래디얼 베어링(61, 62)이 각각 장착되어 있다. 래디얼 베어링(61, 62)에는 구동롤러(23) 및 지지롤러(63)가 각각 삽입되어 있다. 이 때문에, 구동롤러(23) 및 지지롤러(63)는 롤러 홀더(60)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다.

래디얼 베어링(61)의 단면에 구동롤러(23)의 상기 플랜지부(26)가 닿아 있어 롤러 홀더(60)가 플랜지부(26)의 방향으로 벗어나는 것이 억제되고 있다. 롤러 홀더(60)가 코일스프링(50)의 소선(50a)의 방향으로 벗어나는 것은 소선(50a)에 구동롤러(23)의 좁아진 부분(25a)이 결합됨으로써 억제되고 있다.

지지롤러(63; 후방부)는 강 등에 의해 원주형으로 형성되어 있으며, 서로의 축선이 일치한 원주부(64), 선단부(65)를 구비하고 있다. 선단부(65)에는 좁아진 부분(65a)이 형성되어 있고, 좁아진 부분(65a)의 외경은 선단부(65)의 축선방향의 중간에 가까워질수록 작아지고 있다. 선단부(65; 지지롤러(63))의 축선을 포함하는 종단면에 있어서, 좁아진 부분(65a)의 곡률반경은 코일스프링(50)에서 소선(50a) 외주면의 곡률반경과 동일하게 되어 있다. 이 때문에 좁아진 부분(65a)의 외주면(원통형면)과 소선(50a)의 외주면은 선접촉하고 있다.

원주부(64)의 외주에는 롤러 홀더(60; 래디얼 베어링(62))의 두께보다 약간 넓은 간격을 두고 2개의 홈이 형성되어 있으며, 그 홈들에 각각 스냅 링(66)이 끼워져 있다. 그리고, 래디얼 베어링(62)의 양단면에 스냅 링(66)이 각각 닿아 있어, 지지롤러(63)가 그 축선방향으로 롤러 홀더(60)로부터 벗어나는 것이 억제되고 있다. 코일스프링(50)의 소선(50a)에 지지롤러(63)의 좁아진 부분(65a)이 결합되는 것에 의해서도 지지롤러(63)가 그 축선방향으로 롤러 홀더(60)로부터 벗어나는 것이 억제되고 있다.

지지롤러(63)의 선단부(65) 직경은 구동롤러(23)의 선단부(25) 직경보다 작게 되어 있다. 그리고, 코일의 소선(50a)과 소선(50a)의 간극에 지지롤러(63)의 선단부(65)가 삽입되어 있다. 즉, 코일스프링(50)의 소선(50a; 싱글)을 사이에 두고 구동롤러(23)와 반대측의 코일의 간극에 지지롤러(63)가 삽입되어 있다. 구동롤러(23)의 축선과 지지롤러(63)의 축선은 평행이며, 구동롤러(23)의 축선 및 지지롤러(63)의 축선은 이들 롤러(23, 63)가 접하고 있는 소선(50a)의 축선에 수직으로 되어 있다.

같은 도(a)에 나타내는 바와 같이, 롤러 홀더(60)에서 래디얼 베어링(61)과 래디얼 베어링(62) 사이에는 절결(67)이 형성되어 있다. 절결(67)은 롤러 홀더(60)의 두께방향으로 롤러 홀더(60)를 관통하고 있다. 롤러 홀더(60)는 탄성이 비교적 큰 금속재료 등으로 형성되어 있으며, 절결(67)의 폭을 좁게 하는 방향, 즉 래디얼 베어링(61, 62)끼리 접근시키는 방향의 탄성력을 발생시키고 있다.

이 때문에, 같은 도(b)에 나타내는 바와 같이, 구동롤러(23)와 지지롤러(63)로 코일스프링(50)의 소선(50a)을 협지한 상태에서는 구동롤러(23)의 외주면 및 지지롤러(63)의 외주면이 소선(50a)의 외주면에 눌린다. 바꾸어 말하면, 지지롤러(63)에 의해 소선(50a)이 눌리는 것에 의해 소선(50a)의 외주면이 구동롤러(23)의 좁아진 부분(25a)의 외주면에 눌린다. 또한, 롤러 홀더(60), 래디얼 베어링(61, 62), 지지롤러(63)에 의해 코일스프링(50)의 소선(50a) 및 구동롤러(23)의 외주면에 서로 미는 힘을 작용시키는 가력수단이 구성된다.

다음으로, 도 1, 2를 참조하여 피스톤장치(10)의 동작을 설명한다.

모터(20)의 구동축(22)이 회전되면 구동축(22)에 장착된 구동롤러(23)가 구동축(22)과 일체회전된다. 여기서, 코일스프링(50)의 소선(50a)은 피스톤(40)의 중량, 지지부(51)의 중량, 코일스프링(50)의 자중 등에 의해 구동롤러(23)의 외주면에 눌려져 있다. 그리고, 롤러 홀더(60)가 발생시키는 탄성력에 기초하여 지지롤러(63)에 의해 소선(50a)이 구동롤러(23) 방향으로 눌리고 소선(50a)의 외주면이 구동롤러(23)의 좁아진 부분(25a)의 외주면에 눌려져 있다.

이 때문에, 구동롤러(23)와 코일스프링(50)의 소선(50a) 사이에 비교적 큰 마찰력이 작용하여, 코일스프링(50)의 소선(50a)이 구동롤러(23)에 의해 차례로 밀려나온다. 이 때, 구동롤러(23)의 좁아진 부분(25a)의 외주면과 소선(50a)의 외주면은 선접촉하고 있기 때문에, 구동롤러(23)와 코일스프링(50)의 소선(50a) 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있어, 구동롤러(23)와 소선(50a) 간의 미끄럼을 억제할 수 있다. 또한, 소선(50a)이 밀려나옴에 따라, 소선(50a)을 사이에 두고 구동롤러(23)와 반대측에서 접하고 있는 지지롤러(63)에 대해 소선(50a)이 이동하게 된다. 여기서, 지지롤러(63)는 롤러 홀더(60)에 래디얼 베어링(62)을 통해 회전 가능하게 지지되어 있기 때문에, 소선(50a)에 의해 지지롤러(63)가 회전되어 소선(50a)과 지지롤러(63) 사이에 작용하는 마찰력이 경감된다.

코일스프링(50)은 코일의 축선을 중심으로 하여 회전 가능 또한 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 이 때문에, 코일스프링(50)의 소선(50a)이 차례로 밀려나오는 것에 의해, 코일스프링(50)은 코일의 축선을 중심으로 하여 회전되면서 그 축선을 따라 상방(실린더(30)의 방향)으로 이동된다. 이 때 구동롤러(23; 구동축(22))의 회전은 구동롤러(23)의 선단부(25) 직경과 코일의 직경에 따른 감속비로 감속된다. 예를 들어, 코일의 직경이 구동롤러(23) 직경의 6배이면 구동롤러(23)가 6회전함으로써 코일스프링(50)이 1회전하고, 그 경우 회전의 감속비는 6이 된다. 그리고, 코일스프링(50)이 1회전하면 코일스프링(50)은 코일의 1 피치분만큼 축선방향으로 이동된다. 코일스프링(50)의 이동량은 모터(20)의 회전스텝수(회전량)에 의해 제어된다.

코일스프링(50)이 상방으로 이동되면, 지지부(51)를 통하여 코일스프링(50)에 연결된 피스톤(40)이 상방으로 이동된다. 이 때, 피스톤(40)은 회전방지부재(32)에 의해 회전이 규제되어 있기 때문에, 피스톤(40)에 대해 코일스프링(50) 및 지지부(51)가 회전한다. 그리고, 피스톤(40)은 그 축선을 중심으로 한 회전이 규제된 상태로 도 1에 이점쇄선으로 나타내는 바와 같이 상방으로 이동된다. 그 결과, 피스톤(40)이 벨트 컨베이어의 벨트 상면보다 돌출되게 되고, 벨트에 의해 반송되는 워크가 피스톤(40)의 측면에 닿아 정지된다.

그 후, 피스톤(40)을 하강시키는 경우에는, 피스톤(40)의 상승시와 역방향으로 모터(20)를 회전시킨다. 이로써, 코일스프링(50)의 소선(50a)이 피스톤(40)의 상승시와 역방향으로 차례로 밀려나온다. 이 때문에, 코일스프링(50)은 코일의 축선을 중심으로 하여 회전되면서 그 축선을 따라 하방으로 이동된다. 그 결과, 실선으로 나타내는 바와 같이 피스톤(40)이 초기위치까지 하강된다.

이상 상세하게 서술한 본 실시형태는 이하의 이점을 가진다.

·모터(20)의 구동축(22)이 회전하면, 그 구동축(22)과 동축상의 외주면을 가지는 구동롤러(23)가 구동축(22)과 일체회전된다. 여기서, 코일스프링(50)의 코일은 구동롤러(23)의 선단부(25) 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나 있다. 그리고, 코일의 간극에 구동롤러(23)의 선단부(25)가 삽입되고, 구동롤러(23)의 외주면이 코일의 소선(50a)에 접하고 있다. 이 때문에, 코일의 축선방향이 아니라 직경방향으로 모터(20)가 배치되게 되어, 피스톤장치(10)에서의 코일스프링(50)의 축선방향 치수를 축소할 수 있다.

·코일스프링(50)은 지지부(51)를 통하여 코일의 축선을 중심으로 하여 회전 가능, 또한 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 이 때문에 모터(20) 구동축(22)의 회전과 함께 구동롤러(23)가 회전되고, 구동롤러(23)의 외주면으로부터 코일에 마찰력이 작용하면 코일의 소선(50a)이 차례로 밀려나오게 된다. 따라서, 코일스프링(50)은 코일의 축선을 중심으로 하여 회전되면서 그 축선방향으로 이동된다. 이 때, 구동롤러(23; 구동축(22))의 회전은 구동롤러(23)의 선단부(25)의 직경과 코일의 직경에 따른 감속비로 감속된다. 따라서, 코일스프링(50)에 생기는 회전토크를 모터(20)의 회전토크보다 증대시킬 수 있어, 간이한 구성에 의해 코일스프링(50), 나아가서는 피스톤(40)을 왕복구동하는 힘을 증대시킬 수 있다.

·피스톤장치(10)는 코일 및 구동롤러(23)의 외주면에 서로 미는 힘을 작용시키는 가력수단을 구비하기 때문에, 코일과 구동롤러(23)의 외주면 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 코일과 구동롤러(23)의 외주면 사이의 미끄럼을 억제할 수 있어, 구동롤러(23)의 회전토크를 코일스프링(50)에 효율적으로 전달할 수 있다. 구체적으로, 가력수단은 코일의 소선(50a)을 사이에 두고 구동롤러(23)와 반대측의 코일의 간극에 삽입된 지지롤러(63)와 코일의 소선(50a)이 구동롤러(23)의 외주면에 눌리도록 지지롤러(63)에 힘을 가하는 롤러 홀더(60)를 구비하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 롤러 홀더(60)에 의해 지지롤러(63)에 힘이 가해져 코일의 소선(50a)이 구동롤러(23)의 외주면에 눌린다.

·지지롤러(63)는 코일의 소선(50a)에 접하는 좁아진 부분(65a; 원통형면)을 가지고 있고, 롤러 홀더(60) 및 래디얼 베어링(62)에 의해 좁아진 부분(65a)의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 따라서, 구동롤러(23)에 의해 코일의 소선(50a)이 차례로 밀려나올 때 지지롤러(63)를 회전시킬 수 있어, 코일의 소선(50a)과 지지롤러(63)의 마찰저항을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 모터(20)의 구동에너지 손실을 감소시킬 수 있다. 그리고, 좁아진 부분(65a)의 외주면과 소선(50a)의 외주면은 선접촉되어 있기 때문에 그들의 접촉압을 저감시킬 수 있어, 지지롤러(63)로부터 소선(50a)에 보다 큰 힘을 작용시키는 것이 가능해진다.

·코일스프링(50)의 축선과 구동축(22)의 축선이 직교하고 있기 때문에, 코일의 둘레방향에 대해 구동축(22)의 축선, 즉 구동롤러(23) 외주면의 축선이 직교하게 된다. 이 때문에, 구동롤러(23)의 회전토크가 전달되는 방향과 코일의 소선(50a)이 밀려나오는 방향을 일치시킬 수 있다. 따라서, 구동롤러(23)의 회전토크를 코일스프링(50)에 효율적으로 전달할 수 있다.

·구동롤러(23)에 의해 차례로 밀려나오는 나선형부로서 코일스프링(50)을 채용하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 저렴한 코일스프링(50)에 의해 나선형부를 형성할 수 있는 동시에, 코일스프링(50)으로부터 대상물에 힘을 작용시킬 때 코일스프링(50)의 탄성력이 대상물에 작용한 상태로 할 수 있다. 따라서, 코일스프링(50)으로부터 대상물에 탄성력을 작용시키는 구성을 채용하면서도 코일스프링(50)을 왕복구동하는 힘을 증대시킬 수 있다.

단, 상기 제1 실시형태를 다음과 같이 변형하여 실시할 수도 있다. 제1 실시형태와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략한다.

·도 3은 도 1의 피스톤장치(10)의 변형예를 나타내는 부분단면도이다. 피스톤(140)의 상단부(코일스프링(50)과 반대측의 단부)에는 플랜지부(142)가 형성되어 있다. 플랜지부(142)는 피스톤(140)이 초기위치(소정 위치)보다 하방으로 이동하면 회전방지부재(32)에 닿게 되어 있다. 그리고, 회전방지부재(32) 및 플랜지부(142; 제1 규제부)에 의해 피스톤(140)이 초기위치보다 하방으로 이동하는 것이 규제된다. 또한, 지지부(51)에는 코일스프링(50)의 축선방향으로 코일스프링(50)의 내주를 따라 늘어나는 핀(154; 제2 규제부)이 코일스프링(50)과 일체회전 가능하게 형성되어 있다. 구동롤러(123)는 도 1의 구동롤러(23)보다 길게 형성되어 있고, 구동롤러(123)의 선단부는 코일스프링(50)의 내주까지 돌출되어 있다. 그리고, 코일스프링(50)이 상방으로부터 초기위치까지 하강한 경우(소정 회전량만큼 회전한 경우)에 구동롤러(123)와 핀(154)이 닿도록 구동롤러(123) 및 핀(154)이 배치되어 있다.

여기서, 코일스프링(50)이 회전 가능한 상태이고 피스톤(140)의 이동이 회전방지부재(32) 및 플랜지부(142)에 의해 규제된 경우에는 피스톤(140)에 연결된 코일스프링(50)이 축선방향으로의 이동이 규제된 상태로 회전할 우려가 있다. 그 경우, 코일스프링(50)의 소선(50a)이 구동롤러(123)에 대해 이동하게 되어 소선(50a)과 구동롤러(123)의 외주면이 떨어질 우려가 있다. 그리고, 소선(50a)과 구동롤러(123)의 외주면이 떨어진 상태에서는 구동롤러(123)의 회전을 소선(50a)에 전달할 수 없다.

이 점에 대하여, 상기 구성에 의하면, 핀(154)에 의해, 소선(50a)과 구동롤러(123)의 외주면이 접한 상태를 유지하면서 코일스프링(50)이 초기위치보다 더 회전하는 것이 규제된다. 즉, 피스톤(140)의 이동이 회전방지부재(32) 및 플랜지부(142)에 의해 규제되기보다도 전에 코일스프링(50)의 회전이 핀(154)에 의해 규제된다. 이 때문에, 피스톤(140)이 초기위치보다 더 이동하는 것을 규제하는 회전방지부재(32) 및 플랜지부(142)를 구비하는 경우에도 코일스프링(50)의 소선(50a)과 구동롤러(123)의 외주면이 떨어지는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 구동롤러(123)로부터 소선(50a)에 회전토크를 안정적으로 전달할 수 있다.

·도 4는 구동롤러(223) 및 지지롤러(265)와 그 주변의 변형예를 나타내는 확대도이다. 즉, 코일 및 구동롤러(223)의 외주면에 서로 미는 힘을 작용시키는 가력수단을 이하와 같이 구성할 수도 있다. 가력수단은 코일의 소선(50a)을 사이에 두고 구동롤러(223)와 반대측의 코일의 간극에 삽입된 지지롤러(63)와, 코일의 소선(50a)이 구동롤러(223)의 외주면에 눌려지도록 지지롤러(63)에 힘을 더하는 롤러 홀더(260) 및 비틀림 스프링(268)을 구비하고 있다.

구동롤러(223) 및 지지롤러(265)는 롤러 홀더(260)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 비틀림 스프링(268)은 구동롤러(223)의 외주에 형성되어 있다. 비틀림 스프링(268)의 일단이 롤러 홀더(260)에 형성된 구멍(269)에 삽입되어 있고, 타단이 브래킷(21)의 개구부(21a)에 닿아 있다. 그리고, 같은 도(b)에 있어서, 비틀림 스프링(268)은 구동롤러(223)를 중심으로 하여 롤러 홀더(260)를 시계방향으로 회전시키도록 롤러 홀더(260)에 회전력을 작용시킨다. 이러한 구성에 의해서도 롤러 홀더(260) 및 비틀림 스프링(268)에 의해 지지롤러(63)에 힘이 가해져 코일의 소선(50a)이 구동롤러(223)의 외주면에 눌린다.

·도 5는 구동롤러(23) 및 지지롤러(63)와 그 주변의 다른 변형예를 나타내는 확대도이다. 같은 도에 나타내는 바와 같이, 코일의 소선(50a)을 사이에 두고 구동롤러(23)와 반대측의 코일의 간극에 복수의 지지롤러(63)를 삽입하도록 해도 된다. 여기에서는 2개의 지지롤러(63)가 간격을 두고 형성되어 있다. 이 경우에도 도 2에 나타낸 가력수단에 준한 구성이나, 도 4에 나타낸 가력수단에 준한 구성을 채용함으로써 코일의 소선(50a)이 구동롤러(23)의 외주면에 눌리게 할 수 있다. 또한, 지지롤러(63) 대신에 코일의 소선(50a)과 슬라이딩하는 슬라이딩부재를 형성할 수도 있다.

·도 6은 도 1의 피스톤장치(10)의 다른 변형예를 나타내는 부분단면도이다. 같은 도에 나타내는 바와 같이, 가력수단의 다른 변형예로서 코일스프링(50)의 소선(50a)이 구동롤러(23)의 외주면에 눌러지도록 코일스프링(50)을 하방(실린더(30)와 반대방향)으로 바이어스하는 인장 스프링(360; 바이어스부)을 구비하고, 인장 스프링(360)이 코일스프링(50)과 일체회전 가능하게 지지되어 있는 구성을 채용할 수도 있다.

회전 핀(361)의 양단부는 바디(11)의 하단부(실린더(30)와 반대측의 단부)의 내주면에 형성된 환형의 홈(362)에 슬라이딩 가능하게 결합되어 있다. 이 때문에, 회전 핀(361)은 코일스프링(50)이 축선방향으로 이동하는 것이 규제된 상태로 코일스프링(50)의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 그리고, 인장 스프링(360)의 일단은 볼트(341)를 통하여 지지부(51)에 고정되어 있고, 타단은 회전 핀(361)을 통하여 바디(11)에 의해 인장 스프링(360)의 축선(코일스프링(50)의 축선)을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 인장 스프링(360)에 의해 코일스프링(50)이 하방으로 바이어스되고, 코일스프링(50)의 소선(50a; 싱글)이 구동롤러(23)의 외주면에 눌린다. 따라서, 소선(50a)과 구동롤러(23)의 외주면 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있다. 그리고, 인장 스프링(360)은 회전 핀(361)을 통하여 바디(11)에 의해 코일스프링(50)과 일체회전 가능하게 지지되어 있기 때문에, 코일스프링(50)이 회전될 때 코일스프링(50)에 비틀림이 생기는 것을 억제할 수 있다. 단, 인장 스프링(360) 대신에 탄성고무 등으로 형성된 인장고무를 채용할 수도 있다.

·가력수단의 다른 변형예로서 구동롤러(23)를 자석으로 형성하는 것에 의해 코일의 소선(50a)이 구동롤러(23)의 외주면에 눌리도록 할 수도 있다.

(제2 실시형태)

이하, 제2 실시형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 본 실시형태에서는 다관절 로봇의 손목에 장착되는 핸드장치로서 구체화하고 있다.

도 7은 본 실시형태의 핸드장치(410)를 나타내는 부분단면도이다. 같은 도에 나타내는 바와 같이, 핸드장치(410)는 바디(411), 스테핑 모터(420), 로드(440), 코일스프링(450), 파지편(444A) 등을 구비하고 있다. 또한, 도 7의 상하방향은 로봇의 기본자세에 있어서 핸드장치(410)가 장착되는 경우의 상하방향과 일치하고 있으며, 이 상태에서는 핸드장치(410)는 로드(440)를 수평방향으로 왕복구동한다.

바디(411)는 금속재료 등에 의해 바닥이 있는 원통형으로 형성되어 있다. 바디(411)의 측부에는 개구부(412)가 형성되어 있고, 바디(411)의 축선방향에서 일단에는 파지기구(470)가 장착되어 있다. 개구부(412)에는 개구부(421a)를 가지는 브래킷(421)을 통해 스테핑 모터(420; 모터)가 장착되어 있다. 모터(420)는 구동축(422)을 가지고 있으며, 바디(411)의 축선과 구동축(422)의 축선이 수직이 되도록 모터(420)가 바디(411)에 장착되어 있다.

구동축(422)은 브래킷(421)의 개구부(421a) 및 바디(411)의 개구부(412)를 통해 바디(411)의 외부에서 내부로 삽입되어 있다. 구동축(422)의 선단에는 구동롤러(423)가 장착되어 있다. 구동롤러(423; 구동부재)는 원주형으로 형성되어 있으며, 구동축(422)과 일체회전한다. 구동롤러(423)의 축선은 구동축(422)의 축선과 일치하고 있다. 구동롤러(423)는 구동축(422)과 동축상의 외주면을 가지고 있다.

바디(411)의 축선방향에서 일단의 중앙에는 관통구멍(414)이 형성되어 있다. 관통구멍(414)의 중심은 상기 바디(411)의 축선과 일치하고 있다. 관통구멍(414)에는 원통형의 작동부재(441)가 삽입되어 있다. 작동부재(441; 왕복운동부재)는 슬라이딩 베어링(435)을 통해 바디(411)에 의해 바디(411)의 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 작동부재(441)의 축선은 바디(411)의 축선과 일치하고 있다. 작동부재(441)의 외주면에는 그 축선방향으로 늘어나도록 키홈(441a)이 형성되어 있다. 키홈(441a)에는 바디(411)에 형성된 관통구멍을 통해 핀(432)의 선단부가 삽입되어 있다. 따라서, 작동부재(441)는 그 축선을 중심으로 한 회전이 규제된 상태로 축선방향으로 왕복운동 가능하게 되어 있다.

작동부재(441)에 있어서, 모터(420)측 단부에는 로드(440)가 고정되어 있다. 로드(440)는 원주형으로 형성되어 있으며, 그 양단부의 외주에는 환형의 메탈 부시(433, 434)가 각각 형성되어 있다. 로드(440)의 메탈 부시(434)가 형성된 측의 단부에는 플랜지(440a)가 형성되어 있다. 플랜지(440a)는 메탈 부시(434)의 측면에 닿아 있어, 로드(440)로부터 메탈 부시(434)가 빠지는 것이 플랜지(440a)에 의해 방지되고 있다.

로드(440)의 외주에 있어서, 메탈 부시(433, 434) 사이에는 코일스프링(450)의 지지부(451)가 형성되어 있다. 지지부(451)는 금속재료 등에 의해 원통형으로 형성되어 있고, 그 일단에는 플랜지부(451a)가 형성되어 있다. 로드(440)의 외주면과 지지부(451)의 내주면 사이에는 약간의 간극(클리어런스)이 마련되어 있다. 플랜지부(451a)의 외주면은 바디(411)의 내주면과 슬라이딩 가능하게 접하고 있다.

지지부(451)의 축선방향 양단부는 메탈 부시(433, 434)를 통하여 로드(440)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 지지부(451)의 축선 및 로드(440)의 축선은 바디(411)의 축선 및 작동부재(441)의 축선과 일치하고 있다. 또한, 지지부(451)의 축선방향에서 양단면의 일부는 메탈 부시(433, 434)의 단면에 각각 닿아 있다. 이 때문에, 로드(440)와 지지부(451) 사이에 작용하는 축선방향의 하중은 메탈 부시(433, 434)가 받는다.

지지부(451)의 플랜지부(451a)에는 상기 코일스프링(450)이 장착되어 있다. 코일스프링(450; 피구동부재)은 그 일단이 플랜지부(451a)에 의해 코킹됨으로써 지지부(451)의 단부에 고정되어 있다. 코일스프링(450)의 축선은 상기 바디(411)의 축선과 일치하고 있다. 이 때문에, 코일스프링(450)은 지지부(451)를 통해 로드(440)에 의해 코일스프링(450)의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한, 코일스프링(450)은 로드(440), 작동부재(441) 및 슬라이딩 베어링(435)을 통해 바디(411)에 의해 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 이 때, 지지부(451)의 플랜지부(451a)는 바디(411)의 내주면에 의해 축선방향으로 가이드된다.

코일스프링(450)의 코일(나선형부)은 상기 구동롤러(423) 선단부(425)의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나 있다. 즉, 코일의 소선(450a; 싱글)과 소선(450a; 싱글)의 간격은 구동롤러(423) 선단부(425)의 외경보다 넓게 되어 있다. 그리고, 코일의 소선(450a)과 소선(450a) 사이의 간극에 구동롤러(423)의 선단부(425)가 삽입되어 있다.

코일스프링(450)의 소선(450a)은 구동롤러(423)의 도 7에서의 우측면(외주면)에 접하고 있다. 즉, 구동롤러(423)의 외주면이 코일스프링(450)의 소선(450a)에 접하도록 코일의 간극에 구동롤러(423)의 선단부(425)가 삽입되어 있다. 그리고, 그러한 상태가 되도록 모터(420)가 바디(411)에 장착되어 있다. 모터(420)의 구동축(422)의 축선은 코일스프링(450)의 축선과 수직으로 되어 있다.

다음으로, 도 8을 함께 참조하여 상기 파지기구(470)에 대해 설명한다. 도 8은 파지기구(470)를 위에서 본 부분단면도이다. 파지기구(470)는 캠부재(443A, 443B), 비틀림 스프링(446), 파지편(444A, 444B) 등을 구비하고 있다.

상기 바디(411)에 있어서, 파지기구(470)의 내부에 상기 작동부재(441)가 삽입되어 있다. 바디(411)에는 작동부재(441)를 사이에 두고 대칭으로 한 쌍의 지지 핀(447)이 형성되어 있다. 또한, 바디(411)에는 작동부재(441)를 사이에 두고 대칭으로 한 쌍의 회전방지 핀(445)이 형성되어 있다. 지지 핀(447)의 축선 및 회전방지 핀(445)의 축선은 작동부재(441)의 축선에 대해 수직으로 되어 있다. 지지 핀(447)의 축선과 회전방지 핀(445)의 축선은 평행하게 되어 있다.

파지편(444A, 444B)은 바디(411)에 의해 작동부재(441)의 축선 및 회전방지 핀(445; 지지 핀(447))의 축선 쌍방에 대해 수직인 방향으로 슬라이드 가능하게 지지되어 있다. 즉, 파지편(444A와 444B)은 서로 근접 및 이간되도록 슬라이드한다. 그리고, 파지편(444A)과 파지편(444B) 사이에 워크를 위치시킴으로써 파지기구(470)는 워크를 파지한다. 또한, 파지편(444A, 444B)에는 상기 지지 핀(447) 및 회전방지 핀(445)과 평행하게 각각 작용 핀(448)이 형성되어 있다.

지지 핀(447)에 의해 캠부재(443A, 443B)가 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 작동부재(441)에는 지지 핀(447), 회전방지 핀(445) 및 작용 핀(448)과 평행하게 결합 핀(442)가 형성되어 있다. 캠부재(443A, 443B)는 결합 핀(442)에 의해서도 각각 회전 가능하게 지지되어 있다. 캠부재(443A, 443B)에는 절결(449)이 각각 형성되어 있다. 절결(449)에는 작용 핀(448)이 슬라이딩 가능하게 결합되어 있다. 캠부재(443A, 443B)가 각각 지지 핀(447)을 중심으로 하여 회전하는 것에 의해, 작용 핀(448)을 통하여 파지편(444A, 444B)이 근접 및 이간되는 방향으로 슬라이드된다.

각 지지 핀(447)에는 비틀림 스프링(446)이 장착되어 있다. 비틀림 스프링(446)의 일단은 회전방지 핀(445)에 닿아 있고, 타단은 작용 핀(448)에 닿아 있다. 각 비틀림 스프링(446)은 지지 핀(447)을 중심으로 하여 작용 핀(448)을 회전시키는 힘을 발생시킨다. 이것에 의해 각 비틀림 스프링(446)에 의해 파지편(444A, 444B)은 서로 이간되는 방향으로 바이어스되어 있다. 이 때, 작동부재(441)에는 작동부재(441)를 파지편(444A, 444B)의 방향으로 이동시키는 힘이 작용하고 있다.

따라서, 코일스프링(450)에는 로드(440), 메탈 부시(434) 및 지지부(451)를 통해 코일스프링(450)을 파지기구(470)의 방향으로 이동시키는 힘이 작용하고 있다. 이것에 의해, 소선(450a)의 외주면이 구동롤러(423)의 외주면에 눌린다. 또한, 지지 핀(447), 비틀림 스프링(446), 작용 핀(448), 회전방지 핀(445), 캠부재(443A, 443B), 결합 핀(442), 작동부재(441), 로드(440), 메탈 부시(434) 및 지지부(451)에 의해, 코일스프링(450)의 소선(450a) 및 구동롤러(423)의 외주면에 서로 미는 힘을 작용시키는 가력수단이 구성된다.

다음으로, 코일스프링(450)이 초기위치(소정 위치)보다 더 회전하는 것을 규제하는 회전고정부에 대해 설명한다. 도 9는 구동롤러(423) 및 회전고정부(454)와 그 주변을 나타내는 확대도이다. 같은 도(a)는 코일스프링(450) 및 지지부(451)를 축선방향에서 본 도이고, 같은 도(b)는 구동롤러(423)의 축선방향으로부터 코일스프링(450) 및 지지부(451)를 본 도이다.

지지부(451)의 플랜지부(451a)에는 코일스프링(450)의 축선방향으로 코일스프링(450)의 외주를 따라 늘어나는 회전고정부(454; 제2 규제부)가 코일스프링(450)과 일체회전 가능하게 형성되어 있다. 구동롤러(423)의 선단부(425)는 코일스프링(450)의 내주까지 돌출되어 있다. 그리고, 코일스프링(450)이 도 9에서의 우측에서 초기위치까지 이동한 경우(소정 회전량만큼 회전한 경우)에 구동롤러(423)와 회전방지부(454)가 닿도록 구동롤러(423) 및 회전고정부(454)가 배치되어 있다.

다음으로, 도 7, 10을 참조하여 핸드장치(410)의 동작을 설명한다. 도 7은 코일스프링(450)이 초기위치에 있는 상태를 나타내고 있다.

코일스프링(450)이 도 7에서 오른쪽에서 왼쪽으로 가는 이동을 정지시킨 후에 축선을 중심으로 하여 회전할 가능성이 있다. 그 경우, 코일스프링(450)의 소선(450a)이 구동롤러(423)에 대해 이동하게 되어 소선(450a)과 구동롤러(423)의 선단부(425)의 외주면이 떨어질 우려가 있다. 그리고 소선(450a)과 구동롤러(423)의 선단부(425)의 외주면이 떨어진 상태에서는 구동롤러(423)의 회전토크를 소선(450a)에 전달할 수 없다.

이 점에 대하여, 상기 회전방지부(454)에 의해 소선(450a)과 구동롤러(423)의 외주면이 접한 상태를 유지하면서 코일스프링(450)이 초기위치보다 더 회전하는 것이 규제된다. 이 때문에, 코일스프링(450)의 소선(450a)과 구동롤러(423)의 외주면이 떨어지는 것을 억제할 수 있어, 구동롤러(423)로부터 소선(450a)에 회전토크를 안정적으로 전달할 수 있다.

모터(420)의 구동축(422)이 회전되면 구동축(422)에 장착된 구동롤러(423)가 구동축(422)과 일체회전된다. 여기서, 상기 비틀림 스프링(446)이 발생시키는 탄성력에 기초하여 코일스프링(450)의 소선(450a)의 외주면이 구동롤러(423)의 선단부(425)의 외주면에 눌린다. 이 때문에 구동롤러(423)와 코일스프링(450)의 소선(450a) 사이에 비교적 큰 마찰력이 작용하여 코일스프링(450)의 소선(450a)이 구동롤러(423)에 의해 차례로 밀려나온다.

코일스프링(450)은 코일의 축선을 중심으로 하여 회전 가능, 또한 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되어 있다. 이 때문에, 코일스프링(450)의 소선(450a)이 차례로 밀려나오는 것에 의해, 코일스프링(450)은 코일의 축선을 중심으로 하여 회전되면서 그 축선을 따라 파지기구(470)와 반대측으로 이동된다. 이 때, 구동롤러(423; 구동축(422))의 회전은 구동롤러(423) 선단부(425)의 직경과 코일의 직경에 따른 감속비로 감속된다. 그리고, 코일스프링(450)이 1회전하면 코일스프링(450)은 코일의 1피치분만큼 축선방향으로 이동된다. 코일스프링(450)의 이동량은 모터(420)의 회전스텝수(회전량)에 의해 제어된다.

코일스프링(450)이 파지기구(470)와 반대측으로 이동되면, 지지부(451) 및 로드(440)를 통해 코일스프링(450)에 연결된 작동부재(441)가 모터(420)측으로 이동된다. 이 때, 작동부재(441)는 키홈(441a) 및 핀(432)에 의해 회전이 규제되어 있기 때문에, 작동부재(441) 및 로드(440)에 대해 코일스프링(450) 및 지지부(451)가 회전한다. 그리고, 작동부재(441)는 그 축선을 중심으로 한 회전이 규제된 상태로, 도 10에 나타내는 바와 같이, 파지기구(470)로부터 떨어지는 측으로 이동된다. 그 결과, 파지기구(470)에서 캠부재(443A, 443B)가 각각 지지 핀(447)을 중심으로 하여 회전되고, 작용 핀(448)을 통해 파지편(444A, 444B)이 근접되는 방향으로 슬라이드된다. 따라서, 파지편(444A)과 파지편(444B) 사이에 워크가 위치되어 파지기구(470)에 의해 워크가 파지된다.

그 후, 워크를 개방하는 경우에는 워크의 파지시와 역방향으로 모터(420)를 회전시킨다. 이로써 코일스프링(450)의 소선(450a)이 워크의 파지시와 역방향으로 차례로 밀려나온다. 이 때문에, 코일스프링(450)은 코일의 축선을 중심으로 하여 회전되면서 그 축선을 따라 파지기구(470)측으로 이동된다. 그 결과, 도 7에 나타내는 바와 같이 코일스프링(450)이 초기위치까지 이동된다.

이상 상세하게 서술한 본 실시형태는 이하의 이점을 가진다. 여기에서는 제1 실시형태와 다른 이점만 서술한다.

·코일스프링(450)에 대해 코일의 축선방향이 아니라 직경방향으로 모터(420)가 배치되게 되어, 핸드장치(410)에서 코일스프링(450)의 축선방향 치수를 축소할 수 있다. 이 때문에, 핸드장치(410)가 다관절 로봇의 손목에 장착된 경우에 로봇의 손목에 작용하는 핸드장치(410)의 중량에 의한 회전모멘트를 감소시킬 수 있다.

·핸드장치(410)는 코일 및 구동롤러(423)의 외주면에 서로 미는 힘을 작용시키는 가력수단을 구비하기 때문에, 코일과 구동롤러(423)의 외주면 사이에 작용하는 마찰력을 증대시킬 수 있다. 따라서, 코일과 구동롤러(423)의 외주면의 미끄럼을 억제할 수 있어 구동롤러(423)의 회전토크를 코일스프링(450)에 효율적으로 전달할 수 있다. 특히, 가력수단은 비틀림 스프링(446) 및 회전방지 핀(445)을 파지기구(470)에 추가하는 것으로 구성되어 있다. 이 때문에, 파지기구(470)의 변경개소를 적게 할 수 있음과 함께 제1 실시형태와 비교하여 구동롤러(423) 부근의 구성을 간결하게 할 수 있다.

·구동롤러(423)에 의해 차례로 밀려나오는 나선형부로서 코일스프링(450)을 채용하고 있다. 이러한 구성에 의하면, 저렴한 코일스프링(450)에 의해 나선형부를 형성할 수 있다. 그리고 파지기구(470)에 의해 워크를 파지할 때 코일스프링(450)의 탄성력이 워크에 작용한 상태를 유지할 수 있다. 따라서, 워크를 탄성적으로 파지할 수 있는 구성을 채용하면서 코일스프링(450)을 왕복구동시키는 힘을 증대시킬 수 있다.

단, 상기 제 2 실시형태를 다음과 같이 변형하여 실시할 수도 있다. 제2 실시형태와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략한다.

도 9의 회전방지부(454) 대신에, 도 11에 나타내는 바와 같이, 회전방지 핀(554)을 채용할 수도 있다. 즉, 지지부(451)의 플랜지부(451a)에는 코일스프링(450)의 축선방향으로 코일스프링(450)의 외주를 따라 늘어나는 회전방지 핀(554; 제2 규제부)이 코일스프링(450)과 일체회전 가능하게 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해서도, 회전방지 핀(554)에 의해 코일스프링(450)의 소선(450a)과 구동롤러(423)의 외주면이 접한 상태를 유지하면서 코일스프링(450)이 초기위치보다 더 회전하는 것을 규제할 수 있다.

또한 상기 제 1, 제2 실시형태에 한정되지 않고 예를 들어 다음과 같이 실시할 수도 있다. 제1 실시형태와 동일한 부재에 대해서는 동일한 부호를 붙이는 것에 의해 설명을 생략한다.

·도 1의 코일스프링(50), 구동롤러(23) 또는 도 7의 코일스프링(450), 구동롤러(423) 대신에, 도 12에 나타내는 나선형 부재(650), 구동 톱니바퀴(623)를 채용할 수도 있다. 즉, 구동 톱니바퀴(623; 구동부재)의 외주면에는 복수의 톱니(623a)가 형성되어 있고, 나선형부(651)에서 구동 톱니바퀴(623)의 외주면과 접하는 부분에는 구동 톱니바퀴(623)의 톱니(623a)와 서로 맞물리는 복수의 톱니(651a)가 형성되어 있다. 나선형 부재(650)는 금속재료나 수지 등으로 형성할 수 있다.

상기 구성에 의하면, 구동 톱니바퀴(623)의 외주면에 형성된 톱니(623a)가, 나선형부(651)에 있어서 구동 톱니바퀴(623)의 외주면과 접하는 부분에 형성된 톱니(651a)와 서로 맞물려 있다. 이 때문에, 구동 톱니바퀴(623)의 회전토크를 나선형부(651)에 효율적으로 전달할 수 있다. 그 결과, 나선형 부재(650; 피구동부재)에 발생하는 회전토크를 보다 증대시킬 수 있어 나선형 부재(650)를 왕복구동하는 힘을 더 증대시킬 수 있다.

또한, 코일스프링(50, 450)에서 구동 톱니바퀴(623)의 외주면과 접하는 부분에 구동 톱니바퀴(623)의 톱니(623a)와 서로 맞물리는 복수의 톱니(651a)를 형성할 수도 있다. 그 때 코일스프링(50, 450)의 소선(50a, 450a)의 전체둘레에 구동 톱니바퀴(623)의 톱니(623a)와 서로 맞물리는 복수의 톱니를 형성할 수도 있다.

·상기 제 1, 제2 실시형태에서는 모터(20, 420)의 구동축(22, 422)의 축선을 코일스프링(50, 450)의 축선에 대해 수직으로 했지만 모터(20, 420)의 구동축(22, 422)의 축선을 코일스프링(50, 450)의 축선에 대해 비스듬하게 할 수도 있다.

·스테핑 모터(20, 420; 동기 전동기) 대신에 비동기 전동기를 채용할 수도 있다.

10: 피스톤장치(왕복구동장치) 11, 411: 바디
20, 420: 스테핑 모터(모터) 22: 구동축
23, 123, 223, 423: 구동롤러(구동부재)
30: 실린더 40, 140: 피스톤(왕복운동부재)
50, 450: 코일스프링(피구동부재) 50a, 450a: 소선(싱글)
410: 핸드장치(왕복구동장치) 470: 파지기구
623: 구동 톱니바퀴(구동부재) 650: 나선형 부재(피구동부재)
651: 나선형부

Claims (12)

1. 구동축을 가지는 모터,
   상기 구동축과 동축상의 외주면을 가지며 상기 구동축과 일체회전하는 구동부재,
   상기 구동부재의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나는 나선형부를 가지고, 상기 나선형부의 축선을 중심으로 하여 회전 가능 또한 상기 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되는 피구동부재를
   구비하고,
   상기 나선형부의 상기 간극에 상기 구동부재가 삽입되고 상기 구동부재의 상기 외주면이 상기 나선형부에 접하고 있고,
   상기 나선형부 및 상기 구동부재의 상기 외주면에 서로 미는 힘을 작용시키는 가력수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 왕복구동장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 가력수단은 상기 나선형부 싱글을 사이에 두고 상기 구동부재와 반대측의 상기 나선형부의 상기 간극에 삽입된 후방부, 상기 나선형부 싱글이 상기 구동부재의 상기 외주면에 눌리도록 상기 후방부에 힘을 더하는 가력부를 구비하는 왕복구동장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 후방부는 상기 나선형부에 접하는 원통형면을 가지고 있으며, 상기 가력부에 의해 상기 원통형면의 축선을 중심으로 하여 회전 가능하게 지지되어 있는 왕복구동장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가력수단은 상기 나선형부 싱글이 상기 구동부재의 상기 외주면에 눌리도록 상기 피구동부재를 바이어스하는 바이어스부를 구비하고, 상기 바이어스부는 상기 피구동부재와 일체회전 가능하게 지지되어 있는 왕복구동장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 피구동부재에 연결되는 동시에 상기 나선형부의 상기 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지된 왕복운동부재,
   상기 왕복운동부재가 상기 나선형부의 상기 축선방향으로 소정 위치보다 더 이동하는 것을 규제하는 제1 규제부,
   상기 나선형부와 상기 구동부재의 상기 외주면이 접한 상태를 유지하면서 상기 피구동부재가 소정 회전량보다 더 회전하는 것을 규제하는 제2 규제부
   를 구비하는 왕복구동장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 규제부는 상기 나선형부의 상기 축선방향으로 상기 나선형부를 따라 늘어나는 동시에 상기 피구동부재와 일체회전 가능하게 형성되어 있고,
   상기 피구동부재가 상기 소정 회전량만큼 회전한 경우에 상기 구동부재와 상기 제2 규제부가 닿도록 상기 구동부재 및 상기 제2 규제부가 배치되어 있는 왕복구동장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동부재에는 좁아진 부분이 형성되어 있고,
   상기 좁아진 부분의 외주면과 상기 나선형부 싱글의 외주면이 선접촉되어 있는 왕복구동장치.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 구동부재의 상기 외주면에는 복수의 톱니가 형성되어 있고,
   상기 나선형부에 있어서 상기 구동부재의 상기 외주면과 접하는 부분에는 상기 구동부재의 상기 톱니와 서로 맞물리는 복수의 톱니가 형성되어 있는 왕복구동장치.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 나선형부의 상기 축선과 상기 구동축의 축선이 직교하고 있는 왕복구동장치.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선형부는 코일스프링에 의해 형성되어 있는 왕복구동장치.
11. 구동축을 가지는 모터,
    상기 구동축과 동축상의 외주면을 가지며 상기 구동축과 일체회전하는 구동부재,
    상기 구동부재의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나는 나선형부를 가지고, 상기 나선형부의 축선을 중심으로 하여 회전 가능 또한 상기 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되는 피구동부재를
    구비하고,
    상기 나선형부의 상기 간극에 상기 구동부재가 삽입되고 상기 구동부재의 상기 외주면이 상기 나선형부에 접하고 있고,
    상기 구동부재의 상기 외주면에는 복수의 톱니가 형성되어 있고,
    상기 나선형부에 있어서 상기 구동부재의 상기 외주면과 접하는 부분에는 상기 구동부재의 상기 톱니와 서로 맞물리는 복수의 톱니가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 왕복구동장치.
12. 구동축을 가지는 모터,
    상기 구동축과 동축상의 외주면을 가지며 상기 구동축과 일체회전하는 구동부재,
    상기 구동부재의 외경보다 넓은 간격의 간극을 형성하면서 나선형으로 늘어나는 나선형부를 가지고, 상기 나선형부의 축선을 중심으로 하여 회전 가능 또한 상기 축선방향으로 왕복운동 가능하게 지지되는 피구동부재를
    구비하고,
    상기 나선형부의 상기 간극에 상기 구동부재가 삽입되고 상기 구동부재의 상기 외주면이 상기 나선형부에 접하고 있고,
    상기 나선형부의 상기 축선과 상기 구동축의 축선이 직교하고 있는 것을 특징으로 하는 왕복구동장치.

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