KR101389960B1

KR101389960B1 - 전동공구용 진동저감장치

Info

Publication number: KR101389960B1
Application number: KR1020120100954A
Authority: KR
Inventors: 이용석; 김동형; 강민성; 이승훈; 길명수; 한정수; 한창수
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2014-04-29
Also published as: KR20140034524A

Abstract

본 발명의 전동공구용 진동저감장치는, 전동공구 장착부가 마련되는 제1 몸체; 상기 제1 몸체와 이격 배치되고 작업자가 파지하기 위한 손잡이부가 마련되는 제2 몸체; 상기 전동공구에 의해 발생하는 진동량을 검출하기 위한 진동 센서부; 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체 사이에 배치되어 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 상호 연결하는 가변형 댐퍼; 및 상기 진동 센서부에 의해 검출되는 진동량에 기초하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 조절하는 컨트롤러;를 포함한다. 본 발명에 의하면, 전동공구에 따라 가변하는 진동에 대해 대처할 수 있으므로 다양한 종류의 전동공구에 적용할 수 있다.

Description

전동공구용 진동저감장치{Vibration suppression device for machine tool}

본 발명은, 전동공구용 진동저감장치 및 이를 포함한 전동공구 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 전동공구의 사용시 작업자에게 전달되는 진동 및 충격을 감소시키기 위한 전동공구용 진동저감장치 및 이를 포함한 전동공구 조립체에 관한 것이다.

전동공구(machine tool)는 소형 전동기로 작동되는 휴대용 공구를 통틀어 이르는 것으로, 산업현장이나 건설현장에 흔히 사용되는 리벳 건, 전기 드릴, 전기 그라인더 등을 말한다.

일반적으로, 전동공구는 사용시 진동 및 충격이 발생하므로 이로 인해 작업자에게 피로감을 주고 근골격계 질환 등을 야기할 수 있다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하고자 종래에 개발된 전동공구는 작동시 발생하는 진동량을 저감시키기 위해 그 내부에 탄성 부재나 완충 부재를 설치하는 구조를 채용하였다.

그러나, 위와 같은 종래의 전동공구는 고정된 탄성 계수나 댐핑 값을 갖는 부재를 사용하고 있기 때문에, 가변하는 진동에 대해 대처할 수 없어 설계된 한 종류의 전동공구에만 적용 가능하고 다양한 종류의 전동공구에 적용하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은, 전동공구에 따라 가변하는 진동에 대해 대처 가능하여 다양한 종류의 전동공구에 적용할 수 있는 전동공구용 진동저감장치 및 이를 포함한 전동공구 조립체를 제공하는 것이다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 전동공구 장착부가 마련되는 제1 몸체; 상기 제1 몸체와 이격 배치되고 작업자가 파지하기 위한 손잡이부가 마련되는 제2 몸체; 상기 전동공구에 의해 발생하는 진동량을 검출하기 위한 진동 센서부; 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체 사이에 배치되어 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 상호 연결하는 가변형 댐퍼; 및 상기 진동 센서부에 의해 검출되는 진동량에 기초하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 조절하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 진동 센서부는, 상기 전동공구가 장착된 상기 제1 몸체의 진동량을 검출하기 위한 제1 진동센서; 및 상기 작업자가 파지하는 상기 제2 몸체의 진동량을 검출하기 위한 제2 진동센서;를 포함할 수 있다.

상기 컨트롤러는, 상기 제1 진동센서에 의해 검출되는 상기 제1 몸체의 진동량과 상기 제2 진동센서에 의해 검출되는 상기 제2 몸체의 진동량을 상호 비교하여 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체가 서로 멀어지는 방향으로 움직이는지 아니면 서로 가까워지는 방향으로 움직이는지 판정하고, 그 판정 결과에 기초하여 상기 가변형 댐퍼에 인가되는 전류를 제어할 수 있다.

상기 컨트롤러는, 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체가 서로 멀어지는 방향으로 움직이는 것으로 판정되면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 증가시키고, 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체가 서로 가까워지는 방향으로 움직이는 것으로 판정되면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하지 않아 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 최소화할 수 있다.

상기 제1 진동센서는, 상기 제1 몸체에 설치되어 상기 제1 몸체에 대해 제1 진동가속도를 측정하고, 상기 제2 진동센서는, 상기 제2 몸체에 설치되어 상기 제2 몸체에 대해 제2 진동가속도를 측정할 수 있다.

상기 컨트롤러는, 상기 제1 진동센서 및 상기 제2 진동센서로부터 획득한 상기 제1 진동가속도(a1) 및 상기 제2 진동가속도(a2)를 임의의 짧은 시간(Δt)에 대해 적분하여 상기 제1 몸체에 대한 제1 진동속도(v1) 및 상기 제2 몸체에 대한 제2 진동속도(v2)를 산출한 다음, v2(v2-v1)≥0 이면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 증가시키고, v2(v2-v1)＜0 이면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하지 않아 상기 가변형 댐핑 값을 최소화할 수 있다.

상기 가변형 댐퍼에 인가되는 전류의 크기는, 상기 제2 진동속도(v2)와 상기 제1 진동속도(v1)의 차이(v2-v1)에 비례하여 설정될 수 있다.

상기 전동공구용 진동저감장치는, 상기 가변형 댐퍼 주위에 배치되어 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 상호 연결하는 적어도 하나의 스프링 부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 전동공구용 진동저감장치는, 상기 작업자가 상기 전동공구의 동작 방아쇠 또는 동작 버튼을 상기 손잡이부에서 조작하도록 하는 전동공구 조작수단;을 더 포함할 수 있다.

상기 전동공구 조작수단은, 상기 전동공구와 인접하게 마련되어 상기 동작 방아쇠를 당기거나 상기 동작 버튼을 누르는 액추에이터; 및 상기 손잡이부에 마련되어 상기 액추에이터를 구동시키기 위한 신호를 발생시키는 조작 방아쇠 또는 조작 버튼;을 포함할 수 있다.

상기 전동공구 장착부는, 상기 전동공구와 대응하는 형상 및 크기로 형성되어 상기 전동공구와 맞물려서 결합하는 결속 브라켓; 상기 결속 브라켓이 결합된 상기 전동공구가 안착되는 안착 프레임; 및 상기 결속 브라켓이 결합된 상기 전동공구를 상기 제1 몸체에 대해 견고히 고정시키기 위한 클램프;를 포함할 수 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 전동공구; 및 상기 전동공구를 장착하여 상기 전동공구의 작동시 작업자에게 전달되는 진동량을 감소시키는 위와 같은 구성을 갖는 전동공구용 진동저감장치;를 포함하는 것을 특징으로 전동공구 조립체에 의해 달성될 수 있다.

본 발명은, 단순히 전동공구에 고정된 탄성 계수나 댐핑 값을 갖는 부재를 설치하여 전동공구의 진동량을 저감시시키는 종래 기술과 다르게, 진동 센서부를 통해 전동공구에 의해 발생하는 진동량을 검출하고 이에 기초하여 작업자에게 전달되는 진동 및 충격을 최소화하도록 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 조절함으로써, 전동공구에 따라 가변하는 진동에 대해 대처할 수 있으므로 다양한 종류의 전동공구에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치를 포함한 전동공구 조립체의 사시도이다.
도 2는 도 1의 전동공구 조립체에서 전동공구와 전동공구용 진동저감장치가 분리된 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 전동공구 조립체를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.
도 4는 도 3의 전동공구 조립체에서 전동공구와 전동공구용 진동저감장치가 분리된 모습을 나타낸 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치의 제어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치에서 가변형 댐퍼로 사용된 MR 댐퍼의 일반적인 구조 및 작동 원리를 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치의 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치를 포함한 전동공구 조립체의 사시도이고, 도 2는 도 1의 전동공구 조립체에서 전동공구와 전동공구용 진동저감장치가 분리된 모습을 나타낸 분해 사시도이다. 도 3은 도 1의 전동공구 조립체를 다른 각도에서 바라본 사시도이고, 도 4는 도 3의 전동공구 조립체에서 전동공구와 전동공구용 진동저감장치가 분리된 모습을 나타낸 분해 사시도이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치의 제어 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전동공구 조립체(1)는 전동공구(10) 및 전동공구용 진동저감장치(100)를 포함한다. 여기서, '전동공구(machine tool)'는 소형 전동기로 작동되는 휴대용 공구를 통틀어 이르는 것으로, 산업현장이나 건설현장에 흔히 사용되는 리벳 건, 전기 드릴, 전기 그라인더 등이 있다. 첨부된 도면에서는 전동공구의 일 예로 리벳 건(10)을 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 아니한다.

전동공구용 진동저감장치(100)는 전동공구(10)를 장착하여 전동공구(10)의 작동시 작업자에게 전달되는 진동량을 감소시키는 장치이다. 전동공구용 진동저감장치(100)에 의해 전동공구(10)를 사용하는 작업자는 피로감을 줄일 수 있고 근골격계 질환 등을 예방할 수 있다. 본 발명에 따른 전동공구용 진동저감장치(100)는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 전동공구(10)가 장착되는 제1 몸체(110), 작업자가 파지하는 제2 몸체(120), 진동 센서부(130), 가변형 댐퍼(140), 스프링 부재(150) 및 컨트롤러(160)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전동공구용 진동저감장치(100)는 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 전동공구 조작수단(170)을 더 포함할 수 있다.

전동공구용 진동저감장치(100)의 제1 몸체(110)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1 베이스부(111) 및 전동공구 장착부(112)를 포함할 수 있다.

제1 베이스부(111)는 전동공구(10)가 장착된 전동공구 장착부(112)를 지지하고 후술할 제2 몸체(120)와 가변형 댐퍼(140) 등에 의해 연결될 수 있다. 이때, 제1 베이스부(111)는 알루미늄 등의 금속 재질로 이루어지고 첨부된 도면들에 도시된 바와 같은 플레이트 형상으로 제공되는 것이 바람직하나, 제1 베이스부(111)의 재질 및 형상은 이에 한정되지 아니한다.

전동공구 장착부(112)는 그 명칭 그대로 전동공구(10)를 장착하기 위한 수단으로, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 결속 브라켓(113), 안착 프레임(114) 및 클램프(115)를 포함할 수 있다. 결속 브라켓(113)은 브라켓 몸체(113a)와 브라켓 덮개(113b)로 구성되는데, 전동공구(10)의 손잡이(11) 부분이 브라켓 몸체(113a)의 내부에 형성된 수용 홈(113c)에 끼워진 상태에서 브라켓 덮개(113b)를 브라켓 몸체(113a)에 볼트 등으로 체결하는 방식으로 전동공구(10)를 견고하게 결속할 수 있다. 이때, 결속 브라켓(113)의 수용 홈(113c)은 장착하고자 하는 전동공구(10)와 맞물리도록 전동공구(10)와 대응하는 형상 및 크기로 형성될 수 있다. 한편, 결속 브라켓(113)은 금속 재질로 제작될 수도 있으나 전동공구(10)와 직접 접촉하는 부분이므로 전동공구(10)의 표면에 흠집 등의 손상이 발생하지 않도록 엔지니어링 플라스틱 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 안착 프레임(114)은 결속 브라켓(113)이 결합된 혹은 채워진 전동공구(10)가 안착되는 부분으로, 결속 브라켓(113)이 채워진 전동공구(10)는 그 손잡이(11) 하단부가 안착 프레임(114)에 형성된 안착 홈(114a)에 삽입된 상태에서 안착 프레임(114)에 의해 지지될 수 있다. 한편, 안착 프레임(114)은 제1 베이스부(111)의 하부에 볼트 등으로 체결될 수 있다. 클램프(115)는 결속 브라켓(113)이 채워진 전동공구(10)를 제1 베이스부(111)에 대해 견고하게 고정시키기 위한 수단으로, 결속 브라켓(113)과 결합한 상태에서, 구체적으로 결속 브라켓(113)의 상부에 끼워진 상태에서 제1 베이스부(111)의 상부에 볼트 등으로 체결될 수 있다. 한편, 안착 프레임(114)과 클램프(115)는 충분한 기계적 강도를 확보하기 위해 제1 베이스부(111)와 마찬가지로 알루미늄 등의 금속 재질로 제작되는 것이 바람직하다. 이와 같은 구성을 갖는 전동공구 장착부(112)는 결속 브라켓(113)만 교체함으로 다양한 형상 및 크기를 갖는 전동공구에 대응할 수 있다는 이점이 있다.

전동공구용 진동저감장치(100)의 제2 몸체(120)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 전술한 제1 몸체(110)와 이격 배치되고 제2 베이스부(121) 및 손잡이부(122)를 포함할 수 있다.

제2 베이스부(121)는 전술한 제1 몸체(110)의 제1 베이스부(111)와 소정의 간격을 두고 나란하게 배치된 상태에서 제1 베이스부(111)와 가변형 댐퍼(140) 등에 의해 연결될 수 있다. 제2 베이스부(121)는 제1 베이스부(111)와 마찬가지로 알루미늄 등의 금속 재질을 갖는 플레이트 형상으로 제공되는 것이 바람직하다.

손잡이부(122)는 작업자가 파지하기 위한 수단으로, 제2 베이스부(121)의 후방에서 연장되어 제2 베이스부(121)와 일체로 형성되거나 별도로 제작되어 제2 베이스부(121)에 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 전동공구 조립체(1)를 사용함에 있어서 작업자는 전동공구(10)의 손잡이(11)를 파지하는 것이 아니라 전동공구용 진동저감장치(100)의 제2 몸체(120)에 구비된 손잡이부(122)를 파지하여 전동공구 조립체(1)를 사용할 수 있다.

진동 센서부(130)는 전동공구(10)에 의해 발생하는 진동량, 즉 진동의 크기를 검출할 수 있다. 진동 센서부(130)는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 제1 진동센서(131) 및 제2 진동센서(132)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 진동 센서부(130)는 진동량을 나타내는 지표 중 하나인 진동 가속도를 측정함으로써 진동량을 검출하는 방식을 취하고 있다. 즉, 진동 센서부(130)를 구성하는 제1 및 제2 진동센서(131,132)는 통상의 가속도 센서로 구현될 수 있다. 다만, 본 발명에서 진동량을 검출하는 방식은 진동 가속도를 측정하는 것에 한정되지 아니한다.

구체적으로, 제1 진동센서(131)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1 몸체(110)의 제1 베이스부(111)에 설치되어 전동공구(10)의 작동시 전동공구(10)가 장착된 제1 몸체(110)의 진동량을 검출할 수 있다. 제2 진동센서(132)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제2 몸체(120)의 제2 베이스부(121)에 설치되어 전동공구(10)의 작동시 작업자 파지하는 손잡이부(122)가 구비된 제1 몸체(110)의 진동량을 검출할 수 있다. 이때, 제1 몸체(110)는 전동공구(10)가 장착되는 부분이므로 제1 진동센서(131)에 의해 검출되는 제1 몸체(110)의 진동량은 실질적으로 전동공구(10)의 진동량이라 할 수 있고, 제2 몸체(120)는 작업자가 파지하는 부분이므로 제2 진동센서(132)에 의해 검출되는 제2 몸체(110)의 진동량은 전동공구(10)의 작동시 작업자에게 전달되는 진동량이라 할 수 있다. 이처럼, 제1 진동센서(131)에 의해 검출되는 진동량과 제2 진동센서(132)에 의해 검출되는 진동량은, 전동공구(10)의 작동시 컨트롤러(160)가 작업자에게 전달되는 진동량을 최소화하는 방향으로 가변형 댐퍼(140)의 댐핑 값을 제어하기 위한 기초 데이터로 사용되는데, 이에 대한 자세한 사항은 후술하기로 한다.

가변형 댐퍼(140)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120) 사이에 배치되어 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)를 상호 연결한다. 구체적으로, 가변형 댐퍼(140)의 일단부는 제1 몸체(110)의 제1 베이스부(111)에 결합되고, 가변형 댐퍼(140)의 타단부는 제2 몸체(120)의 제2 베이스부(121)에 결합될 수 있다. 이러한 가변형 댐퍼(140)는 전동공구(10)가 장착된 제1 몸체(110)의 진동량을 저감 혹은 감쇠시켜 작업자가 파지하는 제2 몸체(120)에 전달할 수 있다. 즉, 가변형 댐퍼(140)는 전동공구(10)가 장착된 제1 몸체(110)의 진동량에 대응하여 작업자가 파지하는 제2 몸체(120)의 진동량을 최소화할 수 있다.

여기서, '가변형 댐퍼'는 '능동형 댐퍼'라고도 하며 고정된 탄성 계수 또는 댐핑 값을 갖는 통상의 댐퍼와 다르게 댐핑 값의 조절이 가능한 댐퍼를 말한다. 이러한 가변형 댐퍼로는 MR 댐퍼(Magneto-Rheological Damper), ER 댐퍼(Electro-Rheological Damper) 등이 잘 알려져 있는데, 본 실시예에서는 도 6에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 MR 댐퍼(140A)가 가변형 댐퍼(140)로 사용되고 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치에서 가변형 댐퍼로 사용된 MR 댐퍼의 일반적인 구조 및 작동 원리를 설명하기 위한 개략도이다.

도 6을 참조하면, MR 댐퍼(140A)는 MR 유체(141a)가 채워진 실린더 본체(141)와, 실린더 본체(141)에 대해 슬라이드 이동 가능하게 마련되는 실린더 로드(142)와, 실린더 본체(141)의 내부에서 실린더 로드(142)의 일단부에 마련되는 피스톤(143)과, 실린더 본체(141)의 내측벽에 마련되는 마그네틱 초크(144, Magnetic Choke)를 포함할 수 있다. 참고로, 'MR 유체'는 강자성 금속입자를 기름 등의 액체에 섞은 것으로 자기장에 의해 자화되는 금속입자끼리 강하게 끌어당겨 점도가 증가하는 성질을 갖는 것으로 자기장에 의해 점도를 제어할 수 있는 유체를 말한다.

이러한 구성을 갖는 MR 댐퍼(140A)는 도 6에서 실린더 로드(142)에 우측으로 힘을 가하면 실린더 본체(141)의 내부에서 피스톤(143)의 우측에 있는 MR 유체(141a)가 피스톤(143)과 마그네틱 초크(144) 사이에 형성된 오리피스 관(145)을 통해 좌측으로 이동함에 따라 실린더 로드(142)는 우측으로 이동하게 된다. 이때, 피스톤(143)의 외주면에 구비된 코일부(143a)에 와이어(미도시)를 통해 전류를 인가하면 마그네틱 초크(144)와 피스톤(143) 사이에 자기장이 형성되어 오리피스 관(145)을 지나는 MR 유체(141a)는 전류를 인가하지 않을 때보다 어렵게 오리피스 관(145)을 통과하게 되어 결과적으로 MR 댐퍼(140A)의 댐핑 값이 증가하게 된다. 즉, MR 댐퍼(140A)는 인가되는 전류의 크기에 따라 그 댐핑 값이 달리질 수 있다.

다만, 본 발명에서 가변형 댐퍼는 위와 같은 MR 댐퍼에 한정되지 아니하고 어떠한 방식으로든 댐핑 값을 조절 혹은 제어할 수 있는 다양한 종류의 댐퍼로 구현될 수 있음은 물론이다.

스프링 부재(150)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 가변형 댐퍼(140) 주위에 배치되어 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)를 상호 연결한다. 이러한 스프링 부재(150)는 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120) 사이에서 작동하는 가변형 댐퍼(140)에 대해 복원력을 제공하는 동시에, 구조적으로 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)의 안정적인 결합을 유지하도록 한다. 한편, 본 실시예에서는 가변형 댐퍼(140)를 중심으로 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)의 코너 영역에 4개의 스프링 부재(140)가 제공되지만, 본 발명에서 스프링 부재(150)의 개수 및 배치 형태는 적절히 변경될 수 있다.

컨트롤러(160)는 도 5에 도시된 바와 같이 진동 센서부(130)에 의해 검출되는 진동량에 기초하여 가변형 댐퍼(140)의 댐핑 값을 제어할 수 있다. 이러한 컨트롤러(150)는 디지털 신호 프로세서(DSP : Digital Signal Processor), 마이크로 프로세서(Micro Processor) 등으로 구현될 수 있으며, 제1 몸체(110) 또는 제2 몸체(120)에 설치될 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여 컨트롤러(160)가 가변형 댐퍼(140)의 댐핑 값을 제어하는 과정을 설명하기로 한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전동공구용 진동저감장치의 제어 과정을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 7을 참조하면, 진동저감제어의 온(ON) 상태가 유지되는 동안, 컨트롤러(160)는 전동공구(10)가 장착된 제1 몸체(110)에 부착된 제1 진동센서(131)와 작업자가 파지하는 제2 몸체(120)에 부착된 제2 진동센서(132)로부터 임의의 짧은 시간(Δt) 동안 제1 몸체(110)에 대한 제1 진동가속도(a1)와 제2 몸체(120)에 대한 제2 진동가속도(a2)를 획득한다.

다음으로, 컨트롤러(160)는 제1 진동가속도(a1) 및 제2 진동가속도(a2)를 임의의 짧은 시간(Δt)에 대해 적분함으로써 제1 몸체(110)에 대한 제1 진동속도(v1) 및 제2 몸체(120)에 대한 제2 진동속도(v2)를 산출한다.

다음으로, 컨트롤러(160)는 제1 진동속도(v1) 및 제2 진동속도(v2)의 크기 및 방향에 따라 가변형 댐퍼(140)에 대한 전류인가 여부를 결정한다. 구체적으로, 컨트롤러(160)는 v2(v2-v1)≥0 이면 가변형 댐퍼(140)에 전류를 인가하고, v2(v2-v1)＜0 이면 가변형 댐퍼(140)에 전류를 인가하지 않을 수 있다.

여기서, 「v2(v2-v1)≥0」인 경우는 예컨대 「v2＞0 and (v2-v1)＞0」인 경우로 제2 몸체(120)의 제2 진동속도(v2)가 양의 방향이고 제1 몸체(110)의 제1 진동속도(v1)보다 큰 값을 가지므로, 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)는 서로 멀어지는 방향으로 움직이고 있음을 의미한다. 이에, 컨트롤러(160)는 가변형 댐퍼(140)에 소정의 전류를 인가하여 가변형 댐퍼(140)의 댐핑 값을 증가시키는 것, 즉 가변형 댐퍼(140)의 감쇠력을 증가시키는 것이 필요하다. 이때, 제2 진동속도(v2)와 제1 진동속도(v1)의 차이(v2-v1)가 클수록 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)가 서로 멀어지는 방향으로의 움직임이 크다는 것을 의미하므로, 가변형 댐퍼(140)에 인가되는 전류의 크기는 제2 진동속도(v2)와 제1 진동속도(v1)의 차이(v2-v1)에 비례하여 설정되는 것이 바람직하다.

반면, 「v2(v2-v1)＜0」인 경우는 예컨대 「v2＞0 and (v2-v1)＜0」인 경우로 제2 몸체(120)의 제2 진동속도(v2)가 양의 방향이고 제1 몸체(110)의 제1 진동속도(v1)보다 작은 값을 가지므로, 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)는 서로 가까워지는 방향으로 움직이고 있음을 의미한다. 이에, 컨트롤러(160)는 가변형 댐퍼(140)에 전류를 인가하지 않음으로써 가변형 댐퍼(140)의 댐핑 값을 최소화시키는 것, 즉 가변형 댐퍼(140)의 감쇠력을 최소화시키는 것이 필요하다.

결론적으로, 컨트롤러(160)는 제1 진동센서(131)에 의해 검출되는 제1 몸체(110)의 진동량과 제2 진동센서(131)에 의해 검출되는 제2 몸체(120)의 진동량을 상호 비교하여 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)가 서로 멀어지는 방향으로 움직이는지 아니면 서로 가까워지는 방향으로 움직이는지 판정하고 그 판정 결과에 기초하여 가변형 댐퍼(140)에 인가되는 전류를 제어할 수 있다. 구체적으로, 컨트롤러(160)는 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)가 서로 멀어지는 방향으로 움직이는 것으로 판정되면 가변형 댐퍼(140)에 소정의 전류를 인가하는데, 이때 가변형 댐퍼(140)에 인가되는 전류의 크기는 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)가 서로 멀어지는 방향으로의 움직임이 클수록 증가한다. 반대로, 컨트롤러(160)는 제1 몸체(110)와 제2 몸체(120)가 서로 가까워지는 방향으로 움직이는 것으로 판정되면 가변형 댐퍼(140)에 전류를 인가하지 않는다.

전동공구 조작수단(170)은 작업자가 전동공구(10)의 동작 방아쇠(13)를 전동공구용 진동저감장치(100)의 손잡이부(122)에서 조작하도록 하는 수단이다. 한편, 본 실시예에서 전동공구(10)는 동작 방아쇠(13)의 당김에 의해 작동되도록 구성되지만, 이와 다르게 전동공구(10)는 동작 버튼(미도시)의 누름에 의해 작동되도록 구성될 수도 있다. 구체적으로, 전동공구 조작수단(170)은 전동공구(10)와 인접하게 마련되어 동작 방아쇠(13)를 당기거나 동작 버튼(미도시)를 누르는 액추에이터(171)와, 전동공구용 진동저감장치(100)의 손잡이부(122)에 마련되어 액추에이터(171)를 구동시키기 위한 신호를 발생시키는 조작 버튼(175)을 포함할 수 있다. 이때, 전동공구 조작수단(170)의 액추에이터(171)는 전술한 컨트롤러(160)에 의해 제어될 수 있다. 한편, 조작 버튼(175)은 조작 방아쇠(미도시) 구조로 대체될 수 있다. 이러한 전동공구 조작수단(170)에 의해 작업자는 전동공구(10)를 직접 잡지 않고서도 전동공구용 진동저감장치(100)의 손잡이부(122)를 파지한 손으로 조작 버튼(175)을 누름으로써 전동공구(10)를 작동시킬 수 있으므로, 전동공구 조립체(1)의 사용 편의성이 향상될 수 있다.

예컨대, 액추에이터(171)는 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 제1 몸체(110)에 결합되는 서보 모터(172)와, 서보 모터(172)에 의해 회전되는 구동 휠(173)과, 전동공구(10)의 동작 방아쇠(13)를 교차하여 배치된 상태에서 일측이 구동 휠(173)에 권취되고 타측이 제1 몸체(110)에 고정되는 구동 와이어(174)를 포함할 수 있다. 이때, 구동 와이어(174)의 타측은 제1 몸체(110)에 형성된 와이어 결속구(119)에 삽입 고정될 수 있다. 이러한 구성을 갖는 액추에이터(171)는 작업자에 의해 조작 버튼(175)이 눌러지면 서보 모터(172)가 작동하여 구동 휠(173)이 회전하고 이로 인해 구동 와이어(174)가 구동 휠(173) 쪽으로 당겨짐에 따라 전동공구(10)의 동작 방아쇠(13) 또한 당겨질 수 있다. 다만, 본 발명에서 액추에이터(171)는 본 실시예에서 개시하고 와이어 구동 메커니즘에 한정되지 아니하고 다른 다양한 구동 메커니즘으로 대체될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전동공구용 진동저감장치 및 이를 포함한 전동공구 조립체는, 단순히 전동공구에 고정된 탄성 계수나 댐핑 값을 갖는 부재를 설치하여 전동공구의 진동량을 저감시시키는 종래 기술과 다르게, 진동 센서부를 통해 전동공구에 의해 발생하는 진동량을 검출하고 이에 기초하여 컨트롤러가 작업자에게 전달되는 진동 및 충격을 최소화하도록 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 조절함으로써, 전동공구에 따라 가변하는 진동에 대처할 수 있으므로 다양한 종류의 전동공구에 적용할 수 있다.

본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 전동공구 조립체
10 : 전동공구
11 : 손잡이 13 : 동작 방아쇠
100 : 전동공구용 진동저감장치
110 : 제1 몸체 111 : 제1 베이스부
112 : 전동공구 장착부 113 : 결속 브라켓
114 : 안착 프레임 115 : 클램프
120 : 제2 몸체 121 : 제2 베이스부
122 : 손잡이부 130 : 진동 센서부
131 : 제1 진동센서 132 : 제2 진동센서
140 : 가변형 댐퍼 140A : MR 댐퍼
150 : 스프링 부재 160 : 컨트롤러
170 : 전동공구 조작수단 171 : 액추에이터
172 : 서보 모터 173 : 구동 휠
174 : 구동 와이어 175 : 조작 버튼

Claims

전동공구 장착부가 마련되는 제1 몸체;
상기 제1 몸체와 이격 배치되고 작업자가 파지하기 위한 손잡이부가 마련되는 제2 몸체;
상기 전동공구에 의해 발생하는 진동량을 검출하기 위한 진동 센서부;
상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체 사이에 배치되어 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 상호 연결하는 가변형 댐퍼; 및
상기 진동 센서부에 의해 검출되는 진동량에 기초하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 조절하는 컨트롤러;를 포함하되,
상기 진동 센서부는,
상기 전동공구가 장착된 상기 제1 몸체의 진동량을 검출하기 위한 제1 진동센서; 및
상기 작업자가 파지하는 상기 제2 몸체의 진동량을 검출하기 위한 제2 진동센서;를 포함하고,
상기 컨트롤러는,
상기 제1 진동센서에 의해 검출되는 상기 제1 몸체의 진동량과 상기 제2 진동센서에 의해 검출되는 상기 제2 몸체의 진동량을 상호 비교하여 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체가 서로 멀어지는 방향으로 움직이는지 아니면 서로 가까워지는 방향으로 움직이는지 판정하고, 그 판정 결과에 기초하여 상기 가변형 댐퍼에 인가되는 전류를 제어하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
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제1항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체가 서로 멀어지는 방향으로 움직이는 것으로 판정되면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 증가시키고,
상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체가 서로 가까워지는 방향으로 움직이는 것으로 판정되면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하지 않아 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 최소화하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 진동센서는, 상기 제1 몸체에 설치되어 상기 제1 몸체에 대해 제1 진동가속도를 측정하고,
상기 제2 진동센서는, 상기 제2 몸체에 설치되어 상기 제2 몸체에 대해 제2 진동가속도를 측정하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
제5항에 있어서,
상기 컨트롤러는,
상기 제1 진동센서 및 상기 제2 진동센서로부터 획득한 상기 제1 진동가속도(a1) 및 상기 제2 진동가속도(a2)를 임의의 짧은 시간(Δt)에 대해 적분하여 상기 제1 몸체에 대한 제1 진동속도(v1) 및 상기 제2 몸체에 대한 제2 진동속도(v2)를 산출한 다음, v2(v2-v1)≥0 이면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 증가시키고, v2(v2-v1)＜0 이면 상기 가변형 댐퍼에 전류를 인가하지 않아 상기 가변형 댐핑 값을 최소화하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
제6항에 있어서,
상기 가변형 댐퍼에 인가되는 전류의 크기는, 상기 제2 진동속도(v2)와 상기 제1 진동속도(v1)의 차이(v2-v1)에 비례하여 설정되는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
제1항에 있어서,
상기 전동공구용 진동저감장치는,
상기 가변형 댐퍼 주위에 배치되어 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 상호 연결하는 적어도 하나의 스프링 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
전동공구 장착부가 마련되는 제1 몸체;
상기 제1 몸체와 이격 배치되고 작업자가 파지하기 위한 손잡이부가 마련되는 제2 몸체;
상기 전동공구에 의해 발생하는 진동량을 검출하기 위한 진동 센서부;
상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체 사이에 배치되어 상기 제1 몸체와 상기 제2 몸체를 상호 연결하는 가변형 댐퍼;
상기 진동 센서부에 의해 검출되는 진동량에 기초하여 상기 가변형 댐퍼의 댐핑 값을 조절하는 컨트롤러; 및
상기 작업자가 상기 전동공구의 동작 방아쇠 또는 동작 버튼을 상기 손잡이부에서 조작하도록 하는 전동공구 조작수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
제9항에 있어서,
상기 전동공구 조작수단은,
상기 전동공구와 인접하게 마련되어 상기 동작 방아쇠를 당기거나 상기 동작 버튼을 누르는 액추에이터; 및
상기 손잡이부에 마련되어 상기 액추에이터를 구동시키기 위한 신호를 발생시키는 조작 방아쇠 또는 조작 버튼;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.
제1항에 있어서,
상기 전동공구 장착부는,
상기 전동공구와 대응하는 형상 및 크기로 형성되어 상기 전동공구와 맞물려서 결합하는 결속 브라켓;
상기 결속 브라켓이 결합된 상기 전동공구가 안착되는 안착 프레임; 및
상기 결속 브라켓이 결합된 상기 전동공구를 상기 제1 몸체에 대해 견고히 고정시키기 위한 클램프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동공구용 진동저감장치.