KR101409650B1 - 스위블 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업용 로봇의 본체부에 설치된 정역 회전 가능한 손목부와 작업용 기기 사이에 설치되고, 상기 손목측와 작업용 기기측을 연결하는 유체 전달 경로를 구비한 스위블 조인트로서, 상기 유체 전달 경로가 호스로 이루어지고, 호스가 상기 손목부와 작업용 기기 사이에서 상기 손목부와 일체 회전하는 축부 둘레에 소용돌이 형상으로 여유를 갖고 느슨하게 감기고, 또한 상기 호스 중 일단측은 축부에 대해서 회전 불가능하게 고정되고, 타단측은 상기 축부의 움직임에 따라 이동하는 형태로 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

스위블 조인트{SWIVEL JOINT}

본 발명은 산업용 로봇에서 로봇 본체에 설치된 정역회전 가능한 축부를 갖는 손목부와, 손목부의 선단에 부착된 용접건이나 핸드(hand) 등의 작업용 기기측과의 사이에 설치되고, 손목측으로부터 작업용 기기측으로의 냉각액(예를 들어 물)이나 작업용 오일 등의 유체의 전달을 용이하게 실시하게 하는 스위블 조인트에 관한 것이다.

종래의 스위블 조인트로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-332065호의 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같은 스위블 조인트(30)가 존재한다. 상기 스위블 조인트(30)는 내부통(31), 중간통(32), 외부통(33)의 3개의 부재로 이루어지고, 각각에 형성된 내부통 유로(311), 중간통 유로(321), 외부통 유로(331)를 통하여, 유압 펌프로부터의 작동유(hydraulic oil)가 각 유압 액츄에이터로 공급되고, 또는 각 액츄에이터로부터의 드레인유(drain oil)가 탱크로 흐르는 것으로 하고 있다.

구체적으로는, 액츄에이터로부터의 드레인유가 외부통 유로(331)의 본체부(331a)를 흘러 외측 환형 홈(331c)에 유입되고, 이어서 중간통 유로(321)의 연통 구멍(321c)을 흘러 내측 환형 홈(321d)에 유입되고, 또한 연통 구멍(311c)을 흘러 내부통 유로(311)의 본체부(311a)에 흐르고, 최종적으로는 접속부(311b)에 연결된 드레인 유로를 통하여 탱크로 보내어진다.

여기에서, 상기 내측 환형 홈(321d)이나 외측 환형 홈(331c)에는 각 환형 홈 끼리의 연통 및 드레인유의 누출을 방지하기 위해, 내부통의 외주면이나 중간통의 외주면에 대한 슬라이딩면을 갖는 환형 패킹(O링)(34, 35)이 설치되어 있다.

그러나, 상기 슬라이딩면이나 환형 패킹은 환형 홈을 흐르는 드레인유가 직접 접촉되어, 오일 중의 먼지, 불순물, 마모성 분말에 의해, 슬라이딩면으로의 물림이나 패킹의 마모 촉진이라는 문제를 발생시키고, 스위블 조인트 자체의 수명을 저하시키고 있었다.

또한, 종래의 스위블 조인트에서는 스위블 조인트와 작업용 기기는 양자의 플랜지를 볼트 고정하도록 하여 결합되어 있고, 패킹 등의 손상이 발생하여 교환이 필요해졌을 때에는 볼트를 분리하는 작업을 통하여 작업용 기기를 분리하고 나서 스위블 조인트 자체를 분리하고, 또한 스위블 조인트를 분해하여 패킹 등의 각종 부품을 교환하지 않으면 안되고, 그 교환 작업에는 매우 수고가 들었다.

그래서, 본 발명은 냉각액이나 작업용 오일, 드레인유 등의 유체 전달 경로가 유체 중의 먼지나 불순물 등의 영향을 받지 않고, 높은 시일(seal)성을 유지하고 또한 교환이 필요한 경우에도 외부로부터 용이하게 교환 가능한 스위블 조인트를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명의 스위블 조인트는 상기 과제를 해결하기 위해, 산업용 로봇의 본체부에 설치된 정역회전 가능한 축부를 갖는 손목부와 작업용 기기 사이에 설치되고, 상기 손목측과 작업용 기기측을 연결하는 유체 전달 경로를 구비한 스위블 조인트에 있어서, 상기 스위블 조인트는 축부에 대해서 회전 불가능하게 고정된 고정벽과, 축부와 일체 회전하도록 부착된 격벽을 구비하고, 상기 고정벽에는 개구부가 형성되어 있고 상기 격벽의 내주부에는 절개부가 형성되어 있으며, 상기 유체 전달 경로가 호스로 이루어지고, 호스가 상기 손목부와 작업용 기기 사이에서 상기 손목부와 일체 회전하는 축부 둘레에 소용돌이 형상으로 여유를 갖고 느슨하게 감기고, 상기 절개부에 통과되어 작업기기측에 연장 설치되어 있고, 또한 상기 호스 중 일단측은 상기 고정벽에 고정되고, 타단측은 상기 정역 회전 가능한 축부의 움직임에 따라 이동하는 형태로 고정되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스위블 조인트에서 호스가 손목측으로부터 작업용 기기측으로 유체를 공급하는 유체 공급용 호스와, 작업용 기기측으로부터 손목측으로 유체를 귀환시키는 유체 귀환용 호스로 이루어진 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 어느 하나의 스위블 조인트에서, 호스가 상기 축부와 일체 회전하도록 부착된 격벽에 의해 지지되어 있는 것으로 해도 좋다.

본 발명의 스위블 조인트는 상술한 바와 같이 냉각액이나 작업용 오일, 드레인유 등의 유체 전달 경로가 호스에 의해 형성되어 있으므로, 높은 시일성을 갖고 또한 호스내를 흐르는 유체가 회전축 등에 직접 접촉되지 않으며, 액 중의 먼지나 불순물 등의 영향을 받지 않고 호스 내를 원활하게 흐르게 할 수 있고, 호스의 교환이 필요한 경우에도 외부로부터 용이하게 교환할 수 있다.

도 1은 본 발명의 스위블 조인트의 일부 단면도,

도 2는 본 발명의 스위블 조인트의 일부 단면 사시도,

도 3은 도 1의 A-A 단면도,

도 4는 도 1의 B-B 단면도,

도 5는 호스가 작업용 기기에 접속된 상태를 도시한 사시도, 및

도 6은 호스의 직경 변화를 도시한 설명도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 회전부 2: 유체 공급용 호스

3: 유체 귀환용 호스 4: 격벽

5: 고정벽 6: 절개홈

7: L자형 관이음매

이하에, 본 발명의 스위블 조인트를 실시하기 위한 가장 좋은 형태로서의 실시예에 대해서 도면에 따라서 상세하게 설명한다.

도 1은 스위블 조인트의 일부 단면도, 도 2는 스위블 조인트의 일부 단면 사시도, 도 3은 도 1의 A-A 단면도, 도 4는 도 1의 B-B 단면도, 도 5는 호스(2,3)가 작업용 기기에 접속된 상태를 도시한 사시도, 도 6은 호스의 직경 변화를 도시한 설명도이다.

〔스위블 조인트의 전체 구성에 대해서〕

상기 스위블 조인트는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 산업용 로봇의 손목부(W)를 구성하는 회전축(W1)과 일체 회전 가능하게 접속되는 회전부(1)의 외주 둘레에 소용돌이 형상으로 여유를 갖고 느슨하게 감기는 복수의 호스(2, 3), 상기 복수의 호스(2, 3)를 다단으로 수용 가능하게 하는 복수의 격벽(4), 및 상기 격벽(4)의 외주부에서 상기 호스(2, 3)의 일단측을 회전 불가능하게 고정하는 고정벽(5)을 구비한다.

또한, 상기 스위블 조인트는 도시하지 않지만, 축부에 대해서 회전 불가능하게 손목부(W)의 외측에 고정된 고정부(W2)와 회전부(1) 사이에, 로봇 본체측으로부터 작업용 기기에 전력을 공급할 수 있도록 원반형 슬립링과 브러시로 이루어진 전력 공급 수단을 구비하는 것으로 해도 좋다.

또한, 상기 회전부(1)의 선단에는 도 5에 도시한 바와 같이 로봇손이나 용접건 등의 작업용 기기가 부착된다.

여기에서, 이 실시예 1에서의 회전부(1)의 회전[(손목부(W)의 회전축(W1)의 회전]은 정역회전 및 회동을 포함하는 개념이다.

〔호스(2, 3), 격벽(4), 고정벽(5)에 대해서〕

호스(2, 3)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 로봇 본체측으로부터 작업용 기기측으로 냉각액(예를 들어, 물)이나 작업용 오일 등의 유체를 공급하는 3개의 유체 공급용 호스(2)와, 작업용 기기에서 가열된 냉각액이나 드레인유 등을 작업용 기기측으로부터 로봇 본체측에 귀환시키는 3개의 유체 귀환용 호스(3)의 2종류로 이루어진다. 상기 호스(2, 3)는 튜브로 해도 좋고, 수지나 고무, 금속관 등 가요성을 갖는 부재로 형성되고, 그 내부를 유체가 흐르는 것으로 하고 있다.

격벽(4)은 7매의 도우넛 형상의 금속판으로 이루어지고, 상기 격벽(4)의 각각의 도우넛 형상의 금속판(7)이 회전부(1) 둘레에 서로 간격을 두고 부착되어 6개의 환형 공간을 형성하고, 상기 환형 공간 내에 호스(2, 3)를 각각 수용하는 것으로 하고 있다. 환형 공간내는 호스(2, 3)를 소용돌이 형상으로 느슨하게 감은 상태에서의 회전부(1)의 회전 동작에 따른 호스의 직경 변화나 이동을 허용하는 정도의 공간을 갖는 것으로 하고 있다. 또한, 격벽(4)은 도 1에 도시한 바와 같이, 그 내주측에서 나사 등의 고정 수단에 의해 회전부(1)에 고정되어 있으므로, 회전부(1)와 함께 회전 가능하게 되어 있다. 또한, 각 격벽(4)의 내주부에는 180°간격으로 2개의 절개홈(6)이 설치되어 있고, 회전부(1)에 감겨진 호스(2, 3)의 타단측은 상기 절개홈(6)을 통하여 회전부(1)의 하류측에 접속된 작업용 기기로 인도된다.

고정벽(5)은 상기 복수의 격벽(4)의 외주 둘레를 약 반둘레에 걸쳐 덮도록 형성된 금속제의 부재로, 축부에 대하여 회전 불가능하게 손목부(W)의 외측에 고정된 고정부(W2) 등에 고정되어, 회전부(1)에 대해서 회전 불가능하게 되어 있다. 또한, 고정벽(5)에는 3개 1조로 합계 6개의 L자형 관이음매(7)가 180°간격으로 부착되어 있고, 로봇 본체측으로부터 연장 설치된 호스(2,3)의 일단측이 L자형 관이음매(7)를 통하여 회전부(1)에 감겨지게 된다. 이 때, 고정벽(5)이 격벽(4)의 외주 둘레의 약 반둘레만큼 덮도록 형성한 것으로 하고 있으므로(고정벽(5)이 존재하지 않는 부분에 의해 개구부가 형성되어 있으므로), 상기 개구부로부터 호스(2,3)를 용이하게 격벽(4)이 형성하는 상기 환형 공간으로 도입할 수 있고, 회전부(1)에 소용돌이 형상으로 감는 것도 상기 개구부를 통하여 용이하게 실시할 수 있다. 즉, 호스(2, 3)의 부착 및 교환 작업이 용이하게 실시된다.

〔호스(2,3)의 배선에 대해서〕

유체 공급용 호스(2)와 귀환용 호스(3)는 도 1에 도시한 바와 같이, 각각 3개를 1다발로 묶은 상태에서 로봇 본체측으로부터 암(arm)을 거쳐, 손목부(W)까지 연장 설치되고, 손목부(W) 부근에서 일단 클램프된 후, 공급용 호스(2)는 일방측(도 1에서의 좌측)의 고정벽(5)의 L자형 관이음매(7)로 분기되며, 또한 귀환용 호스(3)는 타방측(도 1에서의 우측)의 고정벽(5)의 L자형 관이음매(7)로 분기된다. 그 후, 호스(2,3)는 L자형 관이음매(7)에서 고정되고 또한 격벽(4)에 대해서 거의 수평이 되도록 방향 전환하고, 격벽(4)이 형성하는 상기 환형 공간으로 도입된다. 또한, 공급용 호스(2)와 귀환용 호스(3)는 다단의 환형 공간 내에 번갈아 수용되는 것으로 하고 있다.

환형 공간내로의 도입측에서 고정된 유체 공급용 호스(2)는 도 3에 도시한 바와 같이, 회전부(1)에 대해서 시계 방향으로 소용돌이 형상으로 느슨하게 감긴 후, 격벽(4)의 내주부에 설치된 일방의 절개홈(6)(도 3에서의 우측의 절개홈)을 통과하여 회전부(1)의 하류측에 접속된 작업용 기기에 연장 설치된다.

이에 비하여, 환형 공간내로의 도입측에서 고정된 귀환용 호스(3)는 도 4에 도시한 바와 같이, 회전부(1)에 대해서 반시계 방향으로 소용돌이 형상으로 느슨하게 감긴 후, 격벽(4)의 내주부에 설치된 타방의 절개홈(6)(도 4에서의 좌측의 절개홈)을 통과하여 회전부(1)의 하류측에 접속된 작업용 기기에 연장 설치된다.

최종적으로 본 실시예에서는 도 5에 도시한 바와 같이 3개의 유체 공급용 호스(2)와 3개의 귀환용 호스(3)는 작업용 기기를 구성하는 트랜스(transformer)(T), 상측 칩(C1), 하측 칩(C2)에 각각 접속되고, 냉각액 등을 로봇 본체측으로부터 이들 작업용 기기를 구성하는 부재로 공급하고, 또한 작업용 기기측으로부터 로봇 본체측으로 귀환시키는 순환로를 형성하고 있다.

또한, 호스(2, 3)는 회전부(1)에 대한 권회 길이나 권회 방법(느슨하게 감는지 단단하게 감는지)에 따라서 ±360°이상의 회전에도 대응 가능하게 된다.

〔스위블 조인트의 사용 상태에 대해서〕

도 6의 (a)에 도시한 바와 같이, 스위블 조인트의 회전부(1)가 시계 방향으로 회전을 개시하면 회전부(1)와 일체 회전하도록 고정된 격벽(4)도 동시에 회전을 시작하므로, 일방측이 고정벽(5)의 L자형 관이음매(7)에 고정되고, 타방측이 격벽(4)의 절개홈(6)에 삽입된 공급용 호스(2)는 회전부(1)의 회전 동작에 따라 이동하고, 회전부(1) 둘레에 느슨하게 감겨 있던 소용돌이 형상의 직경이 작아지도록 그 권회가 강하게 조여져 간다.

반대로, 도 6의 (b)에 도시한 바와 같이 스위블 조인트의 회전부(1)가 반시계 방향으로 회전을 개시하면, 회전부(1) 둘레에 강하게 조여진 형태로 감긴 호스(2)는 회전부(1)의 회전 동작에 따라 이동하여, 소용돌이 형상의 직경이 커지도록 그 권회가 느슨해져 간다.

또한, 귀환용 호스(3)는 공급용 호스(2)와는 역방향(반시계 방향)으로 회전부(1)에 감겨 있으므로, 공급용 호스(2)가 「조임」 방향으로 회전하는 경우에는 귀환용 호스(3)는 회전축에 의해 중심측으로부터 밀어 넓혀지도록 느슨해지고, 공급용 호스(2)가 「느슨해지는」 방향으로 회전하는 경우에는 귀환용 호스(3)는 회전축에 의해 중심측에 감아 들어가도록 조여진다.

〔상기 스위블 조인트의 우수한 점에 대해서〕

상기 스위블 조인트에서는 회전부(1)의 회전에 따라 호스(2, 3)의 소용돌이 직경이 변화되도록 하고 있으므로, 호스가 뒤틀리거나 얽히지 않고 손목측으로부터 작업용 기기측 또는 작업용 기기측으로부터 손목측으로 호스(2, 3)의 배선을 원활하게 실시할 수 있다.

또한, 상기 스위블 조인트는 호스(2, 3)와 격벽(4), 고정벽(5), L자형 관이음매(7)로 구성되어 있지만, 각 구성 부재의 가공, 제작은 비교적 용이하게 할 수 있고 저비용이다.

또한, 유체가 호스내를 흐르는 것으로 하고, 회전부(1)의 회전에 따른 호스의 슬라이딩면(호스의 외주면)이 액체에 직접 접촉되지 않으므로, 액체 중에 불순물 등이 있었던 경우에도 그 영향을 받지 않고 긴 수명화가 가능하다.

또한, 호스는 회전부(1)에 소용돌이 형상으로 감겨져 있는 것에 지나지 않으므로, 구조가 간단하고 작업용 기기를 스위블 조인트로부터 분리하지 않고, 또한 스위블 조인트 자체를 분해하지 않고 호스를 용이하게 교환할 수 있다.

〔다른 실시예에 대해서〕

상기 고정벽(5)의 개구부를 덮는 형태의 분리 가능한 보호 커버를 설치해도 좋다. 이에 의해 용접건 등의 작업용 기기의 작업시에 발생하는 스패터(spatter)(용접시에 비산하는 용융철분) 등에 의한 호스(2, 3)의 손상을 방지할 수 있다.

또한, 각 격벽(4)이나 호스(2, 3)에 그리스(윤활유)나 왁스 등을 도포함으로써 호스(2, 3)의 환형 공간내에서의 회전 동작시에서의 직경 변화나 슬라이딩을 원활하게 실시하게 하도록 해도 좋다. 이에 의해 마찰에 의한 호스의 손상이나 열화를 억제하고, 사용 연수(service life)를 향상시킬 수 있다.

삭제

Claims (6)

1. 산업용 로봇의 본체부에 설치되며 정역회전 가능한 축부 및 상기 축부에 대하여 회전불가능하게 고정된 고정부를 갖는 손목부와 작업용 기기 사이에 설치되고, 상기 손목측과 작업용 기기측을 연결하는 유체 전달 경로를 구비한 스위블 조인트에 있어서,

   상기 스위블 조인트는 축부의 회전력이 전달되지 않도록 상기 손목부의 고정부에 고정된 고정벽과, 축부의 회전력이 전달되어 축부와 함께 회전하도록 부착된 격벽을 구비하고;

   상기 유체 전달 경로는 호스이고, 상기 호스는 유체 공급용 호스와 유체 귀환용 호스로 이루어지며, 이들 호스는 상기 손목부와 작업용 기기 사이에서 상기 손목부의 축부와 일체 회전하는 회전부 둘레에 소용돌이 형상으로 여유를 갖고 느슨하게 감기고, 이들 호스의 일단측은 상기 고정벽에 고정되고 이들 호스의 타단측은 상기 정역회전 가능한 축부의 움직임에 따라서 이동하는 형태로 고정되며,

   상기 격벽의 내주부에는 2부분의 절개부를 포함하고, 상기 절개부의 일방은 유체 공급용 호스용이고 타방은 유체 귀환용 호스용이며, 상기 유체 공급용 호스는 상기 유체 공급용 호스용 절개부에 통과되어 연장 설치되고, 상기 유체 귀환용 호스는 상기 유체 귀환용 호스용 절개부에 통과되어 연장 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스위블 조인트.
2. 삭제
3. 삭제
4. 산업용 로봇의 본체부에 설치된 정역 회전 가능한 축부 및 상기 축부에 대하여 회전불가능하게 고정된 고정부를 갖는 손목부와 작업용 기기의 사이에 설치되고, 상기 손목측과 작업용 기기측을 연결하는 복수의 유체 전달 경로를 구비한 스위블 조인트에 있어서,

   상기 스위블 조인트는 축부의 회전력이 전달되지 않도록 상기 손목부의 고정부에 고정된 고정벽과, 축부의 회전력이 전달되어 축부와 함께 회전하도록 부착된 복수의 격벽을 구비하고;

   상기 유체 전달 경로는 호스이고, 상기 호스는 유체 공급용 호스와 유체 귀환용 호스로 이루어지며, 이들 호스는 상기 손목부와 작업용 기기 사이에서, 상기 손목부의 축부와 일체 회전하는 회전부 둘레에 소용돌이 형상으로 여유를 갖고 느슨하게 감기고, 이들 호스의 일단측은 상기 고정벽에 고정되고 이들 호스의 타단측은 상기 정역회전 가능한 축부의 움직임에 따라서 이동하는 형태로 고정되며;

   상기 복수의 격벽은 각각의 격벽이 일정한 간격을 갖는 형태로 설치되어 복수의 환형 공간을 형성하고 있고, 상기 복수의 격벽의 각각 내주부에는 2부분의 절개부를 포함하고, 상기 절개부의 일방은 유체 공급용 호스용이고 타방은 유체 귀환용 호스용이고, 복수의 환형 공간의 각각에는 여유를 갖고 느슨하게 감긴 상기 호스가 각각 수용되고 또한 상기 유체 공급용 호스는 상기 유체 공급용 호스용 절개부에 통과되어 연장 설치되고, 상기 유체 귀환용 호스는 상기 유체 귀환용 호스용 절개부에 통과되어 연장 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 스위블 조인트.
5. 산업용 로봇의 본체부에 설치된 정역 회전 가능한 축부 및 상기 축부에 대하여 회전불가능하게 고정된 고정부를 갖는 손목부와 작업용 기기의 사이에 설치되고, 상기 손목측과 작업용 기기측을 연결하는 복수의 유체 전달 경로를 구비한 스위블 조인트에 있어서,

   상기 스위블 조인트는 축부의 회전력이 전달되지 않도록 상기 손목부의 고정부에 고정된 고정벽과, 축부의 회전력이 전달되어 축부와 함께 회전하도록 부착된 복수의 격벽을 구비하고;

   상기 유체 전달 경로는 호스이고, 상기 호스는 유체 공급용 호스와 유체 귀환용 호스로 이루어지며, 이들 호스는 상기 손목부와 작업용 기기 사이에서, 상기 손목부의 축부와 일체 회전하는 회전부 둘레에 소용돌이 형상으로 여유를 갖고 느슨하게 감기고, 이들 호스의 일단측은 상기 고정벽에 고정되고 이들 호스의 타단측은 상기 정역회전 가능한 축부의 움직임에 따라서 이동하는 형태로 고정되며;

   상기 복수의 격벽은 각각의 격벽이 일정한 간격을 갖는 형태로 설치되어 복수의 환형 공간을 형성하고 있고, 상기 복수의 격벽의 각각 내주부에는 2부분의 절개부를 포함하고, 상기 절개부의 일방은 유체 공급용 호스용이고 타방은 유체 귀환용 호스용이며, 복수의 환형 공간의 각각에는 여유를 갖고 느슨하게 감긴 상기 호스가 각각 수용되고 또한 상기 유체 공급용 호스는 상기 유체 공급용 호스용 절개부에 통과되어 연장 설치되고, 상기 유체 귀환용 호스는 상기 유체 귀환용 호스용 절개부에 통과되어 연장 설치되며, 상기 유체 공급용 호스와 상기 유체 귀환용 호스는 각각 복수 종류의 유체를 전달하는 것을 특징으로 하는 스위블 조인트.
6. 삭제

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