KR101484048B1

KR101484048B1 - 산업용 에어 클러치

Info

Publication number: KR101484048B1
Application number: KR1020140109449A
Authority: KR
Inventors: 박형남; 김용식
Original assignee: 김용식
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2015-01-21

Abstract

본 발명은 산업기계에서 원동기의 구동력을 전달하거나 차단하는 기능의 에어 클러치(Air clutch)에 관한 기술로서, 피스톤링과 투스링 사이에 설치된 베어링에 작용하는 가압력과 충격을 상쇄시켜 부하를 최소화하므로 베어링의 비정상적인 마찰 마모를 방지할 뿐만 아니라 소음을 줄이는 한편 베어링의 사용 수명을 연장하고, 수리 및 유지비용을 절감하는 산업용 에어 클러치에 관한 기술이다.
이러한 본 발명의 주요 구성은, 원동축에 설치되고, 외주연에 스플라인이 형성된 센터허브; 상기 센터허브의 외주연에 베어링으로 회전가능케 설치되고, 안쪽에 다수개의 스프링이 내장된 실린더하우징; 상기 실린더하우징의 측면에 볼트로 결합되고, 에어관이 연결 설치된 실린더; 상기 실린더의 안쪽에 끼워져 설치되는 피스톤링; 상기 센터허브의 외주연에 끼워져 설치되고, 피스톤링의 단부에 베어링으로 회전가능케 설치되는 한편 다수개의 스프링이 내장 설치되며, 한쪽 측면에 투스가 형성된 투스링; 상기 센터허브의 외주연에 베어링으로 회전가능케 설치되고, 투스링과 마주하는 한편 한쪽 측면에 투스가 형성된 슬리브; 및 상기 센터허브의 외주연에 끼워져 설치되고, 스프링을 지지하는 스토퍼;를 포함하여 구현된다.

Description

산업용 에어 클러치 {Industrial Air Clutch}

본 발명은 산업기계에서 원동기의 구동력을 전달하거나 차단하는 기능의 에어 클러치(Air clutch)에 관한 기술로서, 보다 상세하게 설명하면 에어 클러치에 피스톤링을 가압하여 이송 작동시키는 스프링과, 투스링을 가압하여 이송 작동시키는 스프링이 각각 별도로 분리되어 설치됨으로써, 피스톤링과 투스링 사이에 설치된 베어링에 작용하는 가압력과 충격을 상쇄시켜 부하를 최소화하므로 베어링의 비정상적인 마찰 마모를 방지할 뿐만 아니라 소음을 줄이는 한편 베어링의 사용 수명을 연장하고, 수리 및 유지비용을 절감하는 산업용 에어 클러치에 관한 기술이다.

일반적으로 산업기계는 자동화 생산설비로 인하여 정밀도가 더욱 요구됨으로써, 원동기(모터, 엔진)의 구동력을 정확하게 전달 및 차단할 필요가 있고, 또한 원동기의 운전시간과 생산공정에 소요되는 시간을 단축하기 위하여 급제동이 요구되며, 이는 자동화 생산공정에서 기계장치의 운전시간을 줄이고, 생산성을 높이는 한편 제조원가를 절감하기 위함이다.

최근 산업기계에서 원동기의 구동력을 전달하거나 차단하는 기능의 클러치(clutch)는 대부분 에어방식과 전자제어방식이 적용되고 있으며, 여기서 에어방식의 클러치는 구조가 비교적 간단하고, 내구성이 우수한 한편 조립 및 분해작업이 간편할 뿐만 아니라 클러치 작동을 정확하게 수행하는 것으로 알려져 있다.

기존 산업기계에서 원동기의 구동력을 전달하거나 차단하는 에어 클러치의 선행기술로서, 대한민국 등록특허 제10-1183827호(고속회전용 에어 클러치)가 제시된 바 있다.

상기의 선행기술은 외주연의 중간 부분에 기어가 형성되고, 샤프트에 결합되어 회전하는 허브와; 상기 허브의 외주연에 베어링으로 회전가능케 설치된 외륜디스크와; 상기 허브의 외주연에 형성된 기어에 결합되고, 외륜디스크의 안쪽에 위치하는 내륜디스크와; 상기 내륜디스크에 베어링으로 회전가능케 설치된 피스톤링과; 상기 허브의 외주연에 베어링으로 회전가능케 설치되고, 피스톤링의 단부가 끼워져 설치되는 한편 에어주입구가 장착된 실린더링과; 상기 실린더링의 안쪽 단부에 결합되어 피스톤링의 작동을 제한하는 스토퍼와; 상기 내륜디스크에 끼워져 설치되는 복수개의 스프링과; 상기 외륜디스크와 내륜디스크 사이에 위치하도록 허브의 외주연에 끼워져 스프링을 지지하는 스프링브라켓;으로 구성되어 있다.

이러한 구성의 선행기술은 스토퍼가 피스톤링의 작동범위를 제한하여 베어링에 작용하는 부하를 최소화하므로 마찰 마모를 줄이고, 소형으로 큰 토크의 전달이 가능한 효과가 있으나, 내륜디스크가 피스톤링의 작동과 스프링의 탄성압력을 받아 이송 작동하는 구조로서, 내륜디스크와 피스톤링 사이에 설치된 베어링에 부하가 작용하여 베어링이 쉽게 파손되는 문제점이 있었다.

즉, 내륜디스크와 피스톤링 사이에 베어링이 설치됨으로써, 내륜디스크가 피스톤링의 작동과 스프링의 탄성압력을 받아 즉각적으로 작동할 경우, 그 가압력과 충격이 베어링에 전달됨에 따라 비정상적인 마찰 마모가 발생하고, 베어링의 수명이 단축되는 한편 수리 및 유지비용이 증가하는 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-0828574호. 대한민국 등록특허 제10-0881589호. 대한민국 등록특허 제10-1183827호. 대한민국 등록특허 제10-1309239호.

본 발명은 종래 에어 클러치의 선행기술에서 베어링에 가압력과 충격이 가해져 비정상적인 마찰 마모가 발생하는 한편 베어링의 수명이 단축되는 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 에어 클러치에서 피스톤링과 투스링 사이에 설치된 베어링에 작용하는 가압력과 충격을 상쇄시켜 부하를 최소화하므로 베어링의 이상 마모를 방지할 뿐만 아니라 소음을 줄이는 한편 베어링의 사용 수명을 연장하고, 수리 및 유지비용을 절감하는 산업용 에어 클러치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명의 실시예는 에어 클러치에 피스톤링을 가압하여 이송 작동시키는 스프링과, 투스링을 가압하여 이송 작동시키는 스프링이 각각 별도로 분리되어 설치됨으로써, 베어링에 가해지는 가압력과 충격을 상쇄시켜 베어링의 부하를 최소화하는 산업용 에어 클러치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,

원동축에 끼워져 설치되고, 중간 부분의 외주연에 스플라인이 형성된 센터허브; 상기 센터허브의 한쪽 외주연에 베어링으로 회전가능케 설치되고, 안쪽에 다수개의 스프링이 내장 설치된 실린더하우징; 상기 실린더하우징의 한쪽 측면에 볼트로 결합되고, 에어관이 연결 설치된 실린더; 상기 실린더의 안쪽에 끼워져 설치되는 피스톤링; 상기 센터허브의 외주연에 끼워져 설치되고, 피스톤링의 단부에 베어링으로 회전가능케 설치되는 한편 안쪽에 다수개의 스프링이 내장 설치되며, 한쪽 측면에 투스가 형성된 투스링; 상기 센터허브의 외주연에 베어링으로 회전가능케 설치되고, 투스링과 마주하는 한편 한쪽 측면에 투스가 형성된 슬리브; 및 상기 센터허브의 외주연에 끼워져 설치되고, 스프링을 지지하는 스토퍼;를 포함하여 구현된다.

또한 본 발명의 실시예로서, 실린더하우징은 측면 안쪽에 동일한 원주상으로 다수개(4~8)의 스프링홀이 형성되고, 상기 스프링홀에 각각 스프링이 삽입되어 설치된 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명의 실시예로서, 투스링은 중심부의 중공홀에 스플라인이 형성되고, 상기 스플라인이 센터허브의 스플라인에 끼워져 이송가능케 설치되며, 한쪽 측면의 안쪽에 동일한 원주상으로 다수개(4~8)의 스프링홀이 형성되는 한편 상기 스프링홀에 각각 스프링이 삽입되어 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예는 에어 클러치에서 피스톤링과 투스링 사이에 설치된 베어링에 작용하는 가압력과 충격을 상쇄시켜 부하를 최소화하므로 베어링의 이상 마모를 방지할 뿐만 아니라 소음을 줄이는 한편 베어링의 사용 수명을 연장하고, 수리 및 유지비용을 절감하는 효과가 있다.

아울러, 본 발명의 실시예는 에어 클러치에 피스톤링을 가압하여 이송 작동시키는 스프링과, 투스링을 가압하여 이송 작동시키는 스프링이 각각 별도로 분리되어 설치됨으로써, 베어링에 가해지는 가압력과 충격을 상쇄시켜 베어링의 부하를 최소화하고, 투스링의 작동이 신속하고 정확하게 수행되는 한편 투스(tooth)의 치합으로 큰 토크의 전달이 가능한 효과가 있다.

또한 본 발명의 실시예는 실린더로 에어가 공급될 경우, 투스링이 비교적 약한 스프링의 탄성압력을 받아 이송 작동하므로 베어링에 작용하는 가압력과 충격이 스프링에 의해 미미하게 작용함으로써, 베어링에 가해지는 부하를 최소화하여 내구성을 높이고, 사용 수명을 연장하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에서 에어 클러치의 설치상태를 나타낸 요부 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에서 설치상태를 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에서 작동상태를 나타낸 요부 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에서 작동상태를 나타낸 요부 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에서 투스링의 설치상태를 나타낸 요부 측단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 설치상태 요부 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 작동상태 요부 단면도.
도 8은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 설치상태 단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 주요 구성을 살펴보면, 원동축에 끼워져 설치되고, 중간 부분의 외주연에 스플라인(11)이 형성된 센터허브(10); 상기 센터허브(10)의 한쪽 외주연에 베어링(23)으로 회전가능케 설치되고, 안쪽에 다수개의 스프링(21)이 내장 설치된 실린더하우징(20); 상기 실린더하우징(20)의 한쪽 측면에 볼트(22)로 결합되고, 에어관(31)이 연결 설치된 실린더(30); 상기 실린더(30)의 안쪽에 끼워져 설치되는 피스톤링(40); 상기 센터허브(10)의 외주연에 끼워져 설치되고, 피스톤링(40)의 단부에 베어링(52)으로 회전가능케 설치되는 한편 안쪽에 다수개의 스프링(51)이 내장 설치되며, 한쪽 측면에 투스(T)가 형성된 투스링(50); 상기 센터허브(10)의 외주연에 베어링(61)으로 회전가능케 설치되고, 투스링(50)과 마주하는 한편 한쪽 측면에 투스(T)가 형성된 슬리브(60); 및 상기 센터허브(10)의 외주연에 끼워져 설치되고, 스프링(51)을 지지하는 스토퍼(70);를 포함하여 이루어진다.

상기 실시예의 주요 구성에서 센터허브(10)는 원동기(모터, 엔진)의 구동축인 원동축이 결합되어 회전하는 기능으로서, 상기 센터허브(10)는 도면에서 도 1 및 도 2와 같이, 원통형상으로 구성되고, 중공의 중심부에 원동축이 끼워져 키(key)로 결합 설치된다.

상기에서 센터허브(10)는 중간 부분의 외주연 둘레에 스플라인(11)이 형성되며, 상기 스플라인(11)에 후술하는 투스링(50)의 스플라인(53)이 끼워져 이송가능케 설치된다.

또한 상기 실시예의 주요 구성에서 실린더하우징(20)은 한쪽 측면에 실린더(30)가 결합 설치되는 기능으로서, 상기 실린더하우징(20)은 도면에서 도 1 및 도 2와 같이, 센터허브(10)의 한쪽 외주연에 베어링(23)을 매개체로 회전가능케 설치되고, 안쪽에 다수개의 스프링(21)이 내장 설치된다.

상기에서 스프링(21)은 실린더하우징(20)의 측면 안쪽에 동일한 원주상으로 다수개(4~8)의 스프링홀을 형성하고, 상기 스프링홀에 삽입하여 설치되며, 상기 스프링(21)은 후술하는 피스톤링(40)을 탄성압력으로 가압하여 이송 작동시킨다.

또한 상기 실시예의 주요 구성에서 실린더(30)는 고압으로 에어가 공급될 경우, 피스톤링(40)을 한쪽으로 이송 작동시키는 기능으로서, 상기 실린더(30)는 도면에서 도 1 및 도 2와 같이, 실린더하우징(20)의 한쪽 측면에 다수개의 볼트(22)로 결합 설치되고, 한쪽 외주연에 고압으로 에어가 공급되는 에어관(31)이 연결 설치된다.

한편 상기에서 실린더(30)는 산업기계의 구조물에 고정되어 회전이 억제되도록 한쪽 외주연에 토크암(80)이 결합 설치되며, 상기 토크암(80)은 수직상의 축으로 구성되거나 또는 브라켓 형태로 구성될 수 있으며, 산업기계의 구조물에 실린더(30)를 고정 설치하게 된다.

또한 상기 실시예의 주요 구성에서 피스톤링(40)은 실린더(30)에 고압으로 에어가 공급될 경우, 후술하는 투스링(50)을 한쪽 방향으로 이송 작동시키는 기능으로서, 상기 피스톤링(40)은 도면에서 도 1 및 도 2와 같이, 원형의 링형상으로 구성되고, 한쪽 측면이 실린더(30)의 안쪽에 끼워져 설치된다.

상기에서 피스톤링(40)은 실린더하우징(20)에 내장 설치된 스프링(21)의 탄성압력을 받는 한편 실린더(30)에 고압으로 공급되는 에어의 압력을 받아 이송 작동한다.

즉, 에어관(31)을 통하여 실린더(30)에 고압으로 에어가 공급되면, 피스톤링(40)이 에어압력을 받아 스프링(21)을 압축하면서 실린더(30)의 외측으로 밀려서 이송 작동하고, 실린더(30)로 공급되던 에어가 차단되면, 피스톤링(40)이 스프링(21)의 탄성압력을 받아 실린더(30)의 안쪽으로 밀려서 이송 작동하게 된다.

또한 상기 실시예의 주요 구성에서 투스링(50)은 피스톤링(40)의 작동으로 이송 작동하여 원동기의 구동력을 전달 및 차단하는 기능으로서, 상기 투스링(50)은 도면에서 도 1 및 도 2와 같이, 센터허브(10)의 외주연에 끼워져 설치되는 한편 피스톤링(40)의 단부에 베어링(52)을 매개체로 결합되어 피스톤링(40)에 회전가능케 설치된다.

상기에서 투스링(50)은 도면에서 도 5와 같이, 중심부의 중공홀에 스플라인(53)이 형성되고, 상기 스플라인(53)이 센터허브(10)의 스플라인(11)에 끼워져 이송가능케 설치되며, 한쪽 측면의 안쪽에 동일한 원주상으로 다수개(4~8)의 스프링홀이 형성되는 한편 상기 스프링홀에 각각 스프링(51)이 삽입되어 설치된다.

한편 투스링(50)은 실린더(30)가 위치한 대향쪽 측면에 투스(T)가 형성되는 것으로서, 상기 투스(T)는 투스링(50)의 측면에서 가장자리 둘레에 조밀하게 형성된다.

또한 상기 실시예의 주요 구성에서 슬리브(60)는 투스링(50)과 치합되어 원동기의 구동력을 전달받는 기능으로서, 상기 슬리브(60)는 도면에서 도 1 및 도 2와 같이, 센터허브(10)의 외주연에 베어링(61)을 매개체로 결합되어 센터허브(10)에 회전가능케 설치되고, 투스링(50)과 마주하도록 설치되는 한편 한쪽 측면에 투스(T)가 형성된다.

상기에서 슬리브(60)는 투스링(50)과 서로 마주하는 측면의 가장자리 둘레에 투스(T)가 조밀하게 형성되고, 상기 투스(T)가 투스링(50)에 형성된 투스(T)에 치합되어 투스링(50)으로부터 슬리브(60)로 구동력이 전달된다.

한편 슬리브(60)는 도면에서 도 1과 같이, 투스링(50)이 위치한 대향쪽 측면에 볼트(91)로 풀리(90)나 스프라켓 또는 도면에서 도 8과 같이, 종동축을 결합하기 위한 어댑터(adapter)(90a)가 설치될 수 있으며, 원동축으로부터 센터허브(10)와 투스링(50) 및 슬리브(60)로 구동력이 전달되어 풀리(90)나 또는 어댑터(90a)가 구동하게 된다.

또한 상기 실시예의 주요 구성에서 스토퍼(70)는 투스링(50)에 내장 설치된 스프링(51)을 지지하는 기능으로서, 상기 스토퍼(70)는 도면에서 도 1 및 도 2와 같이, 원형의 링형상으로 구성되고, 센터허브(10)의 외주연에 끼워져 슬리브(60)가 설치된 안쪽 베어링(61)과 스플라인(11) 사이에 위치한다.

상기에서 스토퍼(70)는 슬리브(60)가 설치된 안쪽 베어링(61)과 센터허브(10)에 형성된 스플라인(11) 사이에 위치함으로써, 투스링(50)에 내장 설치된 스프링(51)의 한쪽을 지지하여 스프링(51)의 탄성압력이 투스링(50)에 가해지도록 설치된다.

한편 본 발명의 실시예는 도면에서 도 6 및 도 7과 같이, 투스링(50)과 슬리브(60)에 각각 형성되는 투스(T)를 대신하여 투스링(50)과 마주하는 슬리브(60)의 측면에 라이닝(62)을 부착 설치할 수 있으며, 이러한 경우 투스링(50)이 스프링(21)의 강한 탄성압력을 받아 라이닝(62)에 밀착됨으로써, 원동기의 구동력이 슬리브(60)로 전달된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 작동과정을 살펴보면, 우선 원동축으로부터 센터허브(10)와 투스링(50) 및 슬리브(60)로 구동력이 전달되는 상태에서 에어관(31)을 통하여 실린더(30)에 고압으로 에어가 공급되면, 도면에서 도 3과 같이, 피스톤링(40)이 한쪽으로 밀려서 스프링(21)을 압축하면서 이송 작동하고, 이와 동시에 투스링(50)이 스프링(51)의 탄성압력을 받아 피스톤링(40)이 위치한 방향으로 이송 작동함에 따라 투스링(50)의 투스(T)와 슬리브(60)의 투스(T)가 서로 분리되면서 구동력이 차단된다.

이와 반대로 실린더(30)로 공급되는 에어가 차단되면, 피스톤링(40)이 스프링(21)의 강한 탄성압력을 받아 실린더(30)의 안쪽으로 밀려서 이송 작동하고, 이와 동시에 투스링(50)이 피스톤링(40)과 베어링(52)에 밀려서 슬리브(60)가 위치한 방향으로 이송 작동함에 따라 투스링(50)의 투스(T)와 슬리브(60)의 투스(T)가 서로 치합되면서 슬리브(60)로 구동력이 전달된다.

상기에서 실린더하우징(20)에 설치된 스프링(21)의 탄성압력이 투스링(50)에 설치된 스프링(51) 보다 강하므로 에어가 차단될 경우, 스프링(51)이 압축되면서 투스링(50)이 슬리브(60)가 위치한 방향으로 이송 작동하여 슬리브(60)와 치합된다.

한편 상기에서 스프링(21)의 강한 탄성압력이 피스톤링(40)에 작용할 경우, 투스링(50)에 설치된 스프링(51)이 강한 탄성압력을 상쇄시킴으로써, 베어링(52)에 가해지는 가압력과 충격을 최소화시켜 베어링(52)의 내구성을 높이므로 이상 마모를 방지하고, 사용 수명을 연장하게 된다.

또한 본 발명의 실시예는 원동기로부터 전달되는 구동력을 차단하고자 실린더(30)로 에어가 공급될 경우, 투스링(50)이 비교적 약한 스프링(51)의 탄성압력을 받아 이송 작동하여 슬리브(60)에서 분리되므로 베어링(52)에 작용하는 가압력과 충격이 스프링(51)에 의해 미미하게 작용함으로써, 베어링(52)에 가해지는 부하를 최소화하여 내구성을 높이고, 사용 수명을 연장하게 된다.

이러한 본 발명의 실시예는 피스톤링(40)을 가압하여 이송 작동시키는 스프링(21)과, 투스링(50)을 가압하여 이송 작동시키는 스프링(51)이 각각 별도로 설치됨에 따라 베어링(52)에 작용하는 가압력과 충격을 상쇄시켜 부하를 최소화하므로 베어링(52)의 내구성을 더욱 높이게 된다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명 하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.

10: 센터허브 11: 스플라인
20: 실린더하우징 21: 스프링
30: 실린더 31: 에어관
40: 피스톤링 50: 투스링
51: 스프링 53: 스플라인
60: 슬리브 62: 라이닝
70: 스토퍼 80: 토크암
90: 풀리 T: 투스

Claims

원동축에 끼워져 설치되고, 중간 부분의 외주연에 스플라인(11)이 형성된 센터허브(10); 상기 센터허브(10)의 한쪽 외주연에 베어링(23)으로 회전가능케 설치되고, 안쪽에 다수개의 스프링(21)이 내장 설치된 실린더하우징(20); 상기 실린더하우징(20)의 한쪽 측면에 볼트(22)로 결합되고, 에어관(31)이 연결 설치된 실린더(30); 상기 실린더(30)의 안쪽에 끼워져 설치되는 피스톤링(40); 상기 센터허브(10)의 외주연에 끼워져 설치되고, 피스톤링(40)의 단부에 베어링(52)으로 회전가능케 설치되는 한편 안쪽에 다수개의 스프링(51)이 내장 설치되며, 한쪽 측면에 투스(T)가 형성된 투스링(50); 상기 센터허브(10)의 외주연에 베어링(61)으로 회전가능케 설치되고, 투스링(50)과 마주하는 한편 한쪽 측면에 투스(T)가 형성된 슬리브(60); 및 상기 센터허브(10)의 외주연에 끼워져 설치되고, 스프링(51)을 지지하는 스토퍼(70);를 포함하고,
상기 실린더하우징(20)은,
측면 안쪽에 동일한 원주상으로 다수개(4~8)의 스프링홀이 형성되고, 상기 스프링홀에 각각 스프링(21)이 삽입되어 설치된 것을 특징으로 하는 산업용 에어 클러치.
삭제
제1항에 있어서,
투스링(50)은,
중심부의 중공홀에 스플라인(53)이 형성되고, 상기 스플라인(53)이 센터허브(10)의 스플라인(11)에 끼워져 이송가능케 설치되며, 한쪽 측면의 안쪽에 동일한 원주상으로 다수개(4~8)의 스프링홀이 형성되는 한편 상기 스프링홀에 각각 스프링(51)이 삽입되어 설치된 것을 특징으로 하는 산업용 에어 클러치.
제1항에 있어서,
투스링(50)과 슬리브(60)는 서로 마주하는 측면의 가장자리 둘레에 투스(T)가 조밀하게 형성된 것을 특징으로 하는 산업용 에어 클러치.