KR101569244B1 - 회전 구동장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 유체 실린더에 의해 웨이트의 회전축에 대한 반지름방향 위치를 변화시켜서 회전력을 얻는 복수개의 회전 유닛을 구비하여 이루어지는 회전 구동장치에 있어서, 유체 실린더의 스트로크, 출력을 소형으로 하면서, 각 회전 유닛의 웨이트가 회전축에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻는 것을 과제로 한다. 회전 구동장치(10)의 각 회전 유닛(20)이, 지지대(22)에 마련된 선회 중심축(23A) 주위에 선회 가능하게 지지되는 선회 아암(23)을 가지고, 선회 아암(23)의 선회 중심축(23A)으로부터의 팔의 길이가 긴 위치에 웨이트(24)를 설치하고, 선회 중심축(23A)으로부터의 팔의 길이가 짧은 위치에 유체 실린더(25)측의 연결점이 마련되며, 지지대(22)에 마련된 선회 중심축(23A) 주위에 선회 아암(23)이 회전축(13)에 직교하는 면상에 위치하는 중립 위치에 대한 양측 중, 웨이트에 작용하는 중력이 미치는 측에 일정 각도만큼 요동 가능하게 하였다.

Description

회전 구동장치{ROTATION DRIVE DEVICE}
본 발명은, 압축 공기 등의 유체압과 중력을 이용하여 회전축을 회전시키고, 나아가서는 피회전물을 구동 가능하게 하는 회전 구동장치에 관한 것이다.
종래, 엔진이나 모터를 이용하는 일 없이 회전력을 얻기 위한 회전 구동장치로서, 특허문헌 1에 기재된 것이 있다.
특허문헌 1에 기재된 회전 구동장치는, 가대(stand)에 피봇지지되는 (pivotally supported) 회전축과, 회전축상에 고정되는 회전대와, 회전대 상에서 회전방향을 따라서 이격하는, 복수 위치에 설치되는 복수개의 회전 유닛을 가진다. 각 회전 유닛은, 회전대 상에 회전축과 직교하는 방향으로 직선왕복이동 가능하게 설치되는 웨이트(weight)와, 그 웨이트를 회전축과 직교하는 방향으로 직선왕복이동시키는 유체 실린더를 구비한다. 유체 공급원으로부터의 유체를 회전축 상에 설치한 로터리식 전환 밸브에 의해 각 회전 유닛의 유체 실린더에 순서대로 공급하는 것에 의해, 각 회전 유닛의 웨이트의 회전축에 대한 반지름방향 위치를 변화시켜, 그 웨이트에 작용하는 중력이 회전축 주위에 미치는 회전 모멘트의 변동으로 회전대 및 회전축을 회전시키는 것이다.
일본 특허 제 4011365 호
특허문헌 1에 기재된 회전 구동장치에는 이하의 문제점이 있다.
(1) 각 회전 유닛이 유체 실린더에 의해서 웨이트를 회전축과 직교하는 방향으로 직선 이동시키는 것이다. 따라서, 유체 실린더의 스트로크가 그대로 웨이트의 반지름방향 위치의 변화가 된다. 웨이트가 회전축에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻기 위해서는, 웨이트의 반지름방향 위치의 변화를 크게 할 필요가 있으며, 동시에 유체 실린더의 스트로크를 크게 할 필요가 있으므로, 큰 스트로크의 유체 실린더가 필요하게 된다.
(2) 각 회전 유닛이 유체 실린더에 의해서 웨이트를 중력에 맞서서 직선 이동시키는 것으로, 웨이트가 회전축에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻기 위해서, 웨이트를 큰 중량으로 할 때에는, 대출력의 유체 실린더가 필요하게 된다.
본 발명의 과제는, 유체 실린더에 의해서 웨이트의 회전축에 대한 반지름방향 위치를 변화시켜서 회전력을 얻는 복수개의 회전 유닛을 가져서 이루어지는 회전 구동장치에 있어서, 유체 실린더의 스트로크, 출력을 소형으로 하면서, 각 회전 유닛의 웨이트가 회전축에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻는 것에 있다.
청구항 1의 발명은, 가대에 피봇지지되는 회전축과, 회전축 상에 고정되는 회전대와, 회전대 상에서 회전방향을 따라서 이격하는 복수 위치에 설치되는 복수개의 회전 유닛을 가지고, 각 회전 유닛이, 회전대에 지지되는 지지대와, 지지대에 지지되는 웨이트와, 지지대에 부착되어 웨이트의 회전축에 대한 반지름방향 위치를 제어 가능하게 하는 유체 실린더를 구비하고, 유체 공급원으로부터의 유체를 각 회전 유닛의 유체 실린더에 순서대로 공급하는 것에 의해, 각 회전 유닛의 웨이트의 상기 반지름방향 위치를 변화시켜, 그 웨이트에 작용하는 중력이 회전축 주위에 미치는 회전 모멘트의 변동으로 회전대 및 회전축을 회전시키는 회전 구동장치로서, 각 회전 유닛이, 지지대에 마련된 선회 중심축 주위에 선회 가능하게 지지되는 선회 아암을 가지고, 선회 아암의 선회 중심축으로부터의 팔의 길이가 긴 위치에 웨이트를 설치하고, 그 선회 중심축으로부터의 팔의 길이가 짧은 위치에 유체 실린더측의 연결점을 설치해서 이루어지는 동시에, 선회 아암의 선회 중심축을 마련한 지지대가, 회전대에 부착한 기대(base table)에 설치한 요동 지지축(oscillation support axis)으로서, 회전축에 직교하는 요동 지지축 주위에 요동 가능하게 지지되어, 지지대에 마련된 선회 아암의 선회 중심축이, 회전축에 직교하는 면상에 위치하는 중립위치에 대한 양측 중, 웨이트에 작용하는 중력이 미치는 측에 일정 각도만큼 요동 가능하게 되도록 한 것이다.
청구항 2의 발명은, 청구항 1의 발명에 있어서, 상기 각 회전 유닛에서, 선회 아암이 웨이트를 회전축에 대한 최소 반지름방향 위치로부터 최대 반지름방향 위치를 향해서 더 돌출하는 방향으로 선회 개시하는 타이밍(A)이, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 회전축을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍이 되도록, 유체 공급원으로부터의 유체를 각 회전 유닛의 유체 실린더에 공급하도록 제어되며, 각 회전 유닛에서, 선회 아암을 상기 최대 반지름방향 위치로부터 최소 반지름방향 위치를 향해서 끌어들이는 방향으로 선회 개시하는 웨이트 인입 개시 타이밍(weight retraction start timing)(B)이, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 회전축을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍이 되도록, 유체 공급원으로부터의 유체를 각 회전 유닛의 유체 실린더에 공급하도록 제어되도록 한 것이다.
청구항 3의 발명은, 청구항 1 또는 2의 발명에 있어서, 상기 선회 아암 및 지지대를 더 지지하는 기대가, 회전대에 설치한 경동 지지축(tilt support axis)으로서, 회전축을 따르는 경동 지지축 주위에, 회전축을 포함하는 면에 선회 아암을 선회 가능하게 따르게 하여 이루어지는 기준위치로부터, 회전 방향으로 일정 각도만큼 진행되는 전경위치(forward tilting position)에까지 기울여 움직일 수 있게 부착되어 이루어지도록 한 것이다.
(청구항 1)
(a) 각 회전 유닛이 회전대 상의 지지대에 부착한 유체 실린더에 의해서 선회 아암의 선단 웨이트를 선회 이동시켜, 웨이트의 회전축에 대한 반지름방향 위치를 제어한다. 그리고, 선회 아암의 선회 중심축으로부터의 팔의 길이(R)가 긴 위치에 웨이트를 설치하고, 그 선회 중심축으로부터의 팔의 길이(r)가 짧은 위치에 유체 실린더측의 연결점을 설치하고 있다. 따라서, 유체 실린더의 스트로크가 확대되어 웨이트의 반지름방향 위치의 변화가 된다. 유체 실린더의 스트로크를 소형으로 하면서, 웨이트의 반지름방향 위치의 변화를 크게 하고, 나아가서는 웨이트가 회전축에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻을 수 있다.
(b) 각 회전 유닛이 유체 실린더에 의해서 웨이트를 선회 아암의 선회 중심축 주위에서 선회 이동시키는 것이며, 웨이트는 그 선회 이동의 과정에서 원심력을 얻는다. 이 때문에, 웨이트의 이동력원(moving force source)으로서, 유체 실린더의 유체압에 기인하는 추력(thrust force)에, 상술한 원심력이 가산되는 것이 된다. 이 원심력의 부가에 의해, 작은 출력의 유체 실린더를 이용하면서, 큰 중량의 웨이트를 이동할 수 있고, 나아가서는 웨이트가 회전축에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻을 수 있다.
(c) 지지대에 마련된 선회 아암의 선회 중심축이, 회전축에 직교하는 면상에 위치하는 중립위치에 대한 양측 중, 웨이트에 작용하는 중력이 미치는 측에 일정 각도만큼 요동 가능하게 된다. 따라서, 각 회전 유닛에 있어서, 지지대의 요동 지지축이 회전축을 포함하는 연직면에 대해, 선회 아암의 웨이트가 상기 회전 유닛의 회전 궤적 상에서 연직 최상부로부터 중력이용 회전방향(N)을 따라서 연직 최하부까지 낙하하는 중력작용 영역측에 있을 때에는, 지지대에 마련된 선회 아암의 선회 중심축이 회전축에 직교하는 면상의 중립위치로부터 웨이트에 작용하는 중력이 미치는 측에 각도 α0만큼 요동한다. 이 선회 중심축의 요동 상태에서, 상기 회전 유닛이 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)에 가까워지면, 그것들이 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)에 이르는 것보다 앞(웨이트 돌출 개시 타이밍(A)보다 회전각 α만큼 앞)의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)에 있어서, 웨이트는 중력에 기인하는 선회 보조력을 받아, 그 선회 중심축 주위의 수평면에 대해 내리막 구배(낙차 Ha)를 이루는 선회면을 따라서 자연 낙하를 개시한다. 이때, 유체 실린더에 적당한 돌출 유체압이 인가되어 있으면, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)에 이르는 것보다 더 앞의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)으로부터, 웨이트가 상술한 자연 낙하 개시되어, 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)을 앞당기기에 이른다. 유체 실린더의 추력에 의하지 않고, 웨이트의 돌출 개시 타이밍(A)을 앞당기는 결과, 웨이트가 중력작용 영역에서 최대 반지름방향 위치로 돌출되어 회전축에 미치는 회전 모멘트에 의해 회전력을 얻는, 상기 회전축의 회전부세 각도범위(rotation energizing angle range)(La)를 확대할 수 있고, 회전 구동장치의 중력 이용율을 향상할 수 있다.
또한, 각 회전 유닛에 있어서, 지지대의 요동 지지축이 회전축을 포함하는 연직면에 대해, 웨이트가 연직 최하부로부터 연직 최상부로 향해서 들어올려지는 반(反)중력작용 영역의 측에 있을 때에도, 지지대에 마련한 선회 아암의 선회 중심축이 회전축에 직교하는 면상의 중립위치로부터 웨이트에 작용하는 중력이 미치는 측으로 β0만큼 요동한다. 이 선회 중심축의 요동 상태에서, 상기 회전 유닛이 상술한 웨이트 인입 개시 타이밍(B)에 가까워지면, 그것들이 웨이트 인입 개시 타이밍(B)에 이르는 것보다 앞(웨이트 인입 개시 타이밍(B)보다 회전각 β만큼 앞)의 웨이트 인입 개시 타이밍(Bβ)에 있어서, 웨이트는 중력에 기인하는 선회 보조력을 받아, 그 선회 중심축 주위의 수평면에 대해 내리막 구배(낙차 Hb)를 이루는 선회면을 따라서 자연 낙하 개시한다. 이 때, 유체 실린더에 적당한 인입 유체압이 인가되어 있으면, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 웨이트 인입 개시 타이밍(B)에 이르는 것보다 더 앞의 웨이트 인입 개시 타이밍(Bβ)으로부터, 웨이트의 상술한 자연 낙하가 개시되어, 상술한 웨이트 인입 개시 타이밍(B)을 앞당기기에 이른다. 유체 실린더의 추력에 의하지 않고, 웨이트의 인입 개시 타이밍(B)을 앞당기는 결과, 웨이트가 반중력작용 영역에서 최대 반지름방향 위치로 돌출된 회전축에 회전 저항력을 미치는, 상기 회전축의 회전저항 각도범위(Lb)를 감축할 수 있고, 회전 구동장치의 중력 이용율을 향상할 수 있다.
(청구항 2)
(d) 각 회전 유닛에 있어서, 유체 실린더의 추력을 최소로 하면서, 선회 아암이 웨이트를 회전축에 대한 최소 반지름방향 위치로부터 최대 반지름방향 위치를 향해서 돌출하는 방향으로 선회 개시하는 타이밍(A)이, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 회전축을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍(웨이트의 중력에 기인하는 선회 보조력을 받을 수 있는 타이밍)이 좋다.
(e) 각 회전 유닛에 있어서, 유체 실린더의 최소 추력에 의해, 선회 아암을 상기 최대 반지름방향 위치로부터 최소 반지름방향 위치를 향해서 끌어들이는 방향으로 선회 개시하는 웨이트 인입 개시 타이밍(B)이, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 회전축을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍(웨이트의 중력에 기인하는 선회 보조력을 받을 수 있는 타이밍)이 좋다.
(청구항 3)
(f) 선회 아암 및 지지대를 지지하는 기대가, 회전대에 설치한 경동 지지축으로서, 회전축을 따르는 경동 지지축 주위에, 회전축을 포함하는 면에서 선회 아암을 선회 가능하게 따르게 하여 이루어지는 기준위치로부터, 회전 방향으로 일정 각도만큼 진행되는 전경위치에까지 기울여 움직일 수 있게 부착된다. 따라서, 각 회전 유닛에 있어서, 웨이트가 상술한 중력작용 영역측에 있을 때에, 선회 아암 및 지지대를 지지하는 기대가 기준위치로부터 전경위치로 기울여 움직인다. 이것에 의해, 상기 회전 유닛이 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)에 이르는 것보다 앞(웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)보다 회전각 θ만큼 앞)의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aθ)에 있어서, 선회 아암이 그 뒤의 웨이트 돌출 방향으로의 선회 과정에서 웨이트의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 것이 되어, 웨이트의 중력에 기인하는 선회 보조력을 받아 자연 낙하를 개시할 수 있는 것이 된다. 따라서, 이때, 유체 실린더에 적당한 돌출 유체압이 인가되어 있으면, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)에 이르는 것보다도 앞의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aθ)으로부터, 웨이트가 상술한 자연 낙하를 개시하여, 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)을 한층 앞당기기에 이른다. 유체 실린더의 추력에 의하지 않고, 웨이트의 돌출 개시 타이밍(A)을 한층 앞당기는 결과, 웨이트가 중력작용 영역에서 최대 반지름방향 위치로 돌출되어 회전축에 미치는 회전 모멘트에 의해 회전력을 얻는, 상기 회전축의 회전부세 각도범위(La)를 한층 확대할 수 있어, 회전 구동장치의 중력 이용율을 한층 향상할 수 있다.
도 1은 회전 구동장치를 나타내는 전체 정면도이다.
도 2는 도 1의 전체 측면도이다.
도 3은 회전 유닛을 나타내는 정면도이다.
도 4는 회전 구동장치의 웨이트 변위 상태를 나타내는 모식도이다.
도 5는 회전축 주위의 연직 최상부에 위치하는 회전 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 6은 웨이트 돌출 과정에 있는 회전 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 7은 도 6의 Ⅶ방향을 따르는 시시도이다.
도 8은 웨이트 인입 과정에 있는 회전 유닛을 나타내는 사시도이다.
도 9는 도 8의 Ⅸ방향을 따르는 시시도이다.
도 10은 기대의 경동 구조를 나타내는 전체 사시도이다.
도 11은 기대의 경동 구조를 나타내는 단면도이다.
회전 구동장치(10)는, 도 1, 도 2에 도시하는 바와 같이, 가대(11)에 설치된 좌우의 베어링(12)(좌우 한쪽만을 나타낸다)에 피봇지지되는 회전축(13)을 가진다. 회전축(13)은, 좌우의 각 베어링(12)에 지지되는 좌우의 소지름 중공축(13A)과, 좌우의 소지름 중공축(13A)에 같은 축으로 피착 고정되어 양단이 지지되는 대지름 중공축(13B)으로 이루어진다. 회전 구동장치(10)는, 회전축(13)의 대지름 중공축(13B)의 외주부에 판 형상, 본 실시예에서는 육각판 형상의 회전대(14)가 고정되어, 회전대(14) 상에서 회전방향을 따라서 이격하는 복수 위치, 본 실시예에서는 60도 간격을 이루는 6위치의 각각에 설치되는 6개의 회전 유닛(20)(20A∼20F)을 가진다.
각 회전 유닛(20)은, 도 3에 도시하는 바와 같이, 회전대(14)에 고정적으로 부착되어 있는 기대(21)에 후술하는 바와 같이 지지되는 지지대(22)와, 지지대(22)에 후술하는 바와 같이 지지되는 선회 아암(23)에 설치되는 웨이트(24)와, 지지대(22)에 후술하는 바와 같이 부착되어 선회 아암(23)을 선회시켜, 회전축(13)에 대한 웨이트(24)의 반지름방향 위치를 제어 가능하게 하는 에어 실린더 등의 유체 실린더(25)를 구비한다.
이때, 각 회전 유닛(20)은, 지지대(22)에 설치된 선회 중심축(23A) 주위에 선회 아암(23)을 선회 가능하게 지지하고, 선회 아암(23)의 선회 중심축(23A)으로부터의 팔의 길이(R)가 긴 위치에 웨이트(24)를 고정적으로 설치하고, 그 선회 중심축(23A)로부터의 팔의 길이(r)가 짧은 위치에 유체 실린더(25)의 피스톤 로드에 고정적으로 설치된 연결 아암(26)을 연결 핀(26A)에 의해 피봇부착하고 있다. 한편, 유체 실린더(25)는, 지지대(22)에 지지 핀(25A)에 의해 트러니언(trunnion) 지지되어 있다. 각 회전 유닛(20)에 있어서, 유체 실린더(25)는 선회 아암(23)을 선회 중심축(23A) 주위에 인입측∼돌출측에서 선회시키고, 인입측에서 회전축(13)에 대한 웨이트(24)의 반지름방향 위치(길이)를 최소로 하고, 돌출측에서 회전축(13)에 대한 웨이트(24)의 반지름방향 위치(길이)를 최대로 한다.
회전 구동장치(10)는, 에어 컴프레셔 등의 유체 공급원으로부터의 에어 등의 유체를 각 회전 유닛(20)의 유체 실린더(25)에 순서대로 공급하는 유체 공급장치(30)를 가진다.
유체 공급장치(30)는, 유체 공급원에 접속되는 유체 공급관(31)을 회전 이음매(32)에 의해 회전축(13)의 소지름 중공축(13A), 대지름 중공축(13B)에 연결하고, 대지름 중공축(13B)의 각 회전 유닛(20)에 대응하는 둘레방향의 6위치에 유체 공급구(33)를 마련한다. 그리고, 유체 공급장치(30)는, 회전대(14) 상의 각 회전 유닛 (20)에 대응하는 6위치로서, 회전축(13)의 대지름 중공축(13B) 주위의 6위치에 고정되는 6개의 메커니컬 밸브(34)와, 가대(11)에 부착 브래킷(35A)을 통하여 부착되어, 회전축(13)의 대지름 중공축(13B) 주위에 배치되며 각 메커니컬 밸브(34)를 순서대로 온/오프 동작시키는 고정구(35)를 가진다.
각 회전 유닛(20)의 메커니컬 밸브(34)는 대지름 중공축(13B)의 대응하는 유체 공급구(33)에 공급 호스(33A)로 접속되는 동시에, 대응하는 유체 실린더(25)의 피스톤에 의해 구획되는 로드측실과 피스톤측실의 2실(室) 각각에 호스(34A,34B)로 접속되고, 고정구(35)에 의해 도 2(B)에 도시하는 바와 같이 온/오프된다. 각 회전 유닛(20)이 회전축(13)과 함께 회전하는 과정에 있어서의, 회전축(13) 주위의 돌출측에 있는 180도 회전각 범위(도 4의 돌출측 범위 P1)에서, 메커니컬 밸브(34)는 고정구(35)에 의해 오프되어, 공급호스(33A)로부터 공급되고 있는 유체를 호스(34A)로부터 유체 실린더(25)의 로드측실에 공급하여 상기 유체 실린더(25)를 수축시키고, 선회 아암(23)을 선회 중심축(23A) 주위에서 인입측으로부터 돌출측으로 선회시켜, 회전축(13)에 대한 웨이트(24)의 반지름방향 위치를 최대로 한다(유체 실린더(25)의 피스톤측실의 유체는 호스(34B)로부터 메커니컬 밸브(34)를 통하여 배기된다). 다른 한편, 각 회전 유닛(20)이 회전축(13)과 함께 회전하는 과정에 있어서의, 회전축(13) 주위의 인입측에 있는 180도 회전각 범위(도 4의 상기 P1에 계속되는 인입측 범위 P2)에서, 메커니컬 밸브(34)는 고정구(35)에 의해 온되어, 공급 호스(33A)로부터 공급되고 있는 유체를 호스(34B)로부터 유체 실린더(25)의 피스톤측실에 공급하여 상기 유체 실린더(25)를 신장시키고, 선회 아암(23)을 선회 중심축(23A) 주위에서 돌출측으로부터 인입측으로 선회시켜, 회전축(13)에 대한 웨이트(24)의 반지름방향 위치를 최소로 한다(유체 실린더(25)의 로드측실의 유체는 호스(34A)로부터 메커니컬 밸브(34)를 통하여 배기된다).
한편, 회전축(13) 주위에서 180도 간격을 이루는 2개의 회전 유닛(20)(예를 들면 20A와 20D)은, 한쪽의 회전 유닛(20A)이 돌출측 범위(P1)에 있을 때, 다른쪽의 회전 유닛(20D)은 그 반대측의 인입측 범위(P2)에 있기 때문에, 양 회전 유닛(20A,20D)의 유체 실린더(25)의 피스톤측실끼리(또는 로드측실끼리)를 호스로 접속하고, 각 회전 유닛(20A,20D)의 유체 실린더(25)와 메커니컬 밸브(34)를 유체 공급 호스(34A)만으로 접속하는 것으로 해도 좋다.
따라서, 회전 구동장치(10)는, 기본적으로는, 유체 공급원으로부터의 유체를 각 회전 유닛(20)의 유체 실린더(25)에 순서대로 공급하는 것에 의해, 각 회전 유닛(20)의 웨이트(24)의 상기 반지름방향 위치를 상술한 인입측∼돌출측에서 변화시켜, 그 웨이트(24)에 작용하는 중력이 회전축(13) 주위에 미치는 회전 모멘트의 변동으로 회전축(13) 및 회전대(14)를 회전시킨다. 즉, 이하와 마찬가지이다.
(1) 회전축(13) 및 회전대(14)는 당초 정지하고 있다.
(2) 유체 공급원으로부터 유체 공급관(31)에 공급된 유체가, 회전축(13) 주위의 돌출측 범위(P1)에 있는 각 회전 유닛(20)의 메커니컬 밸브(34)로부터 유체 실린더(25)의 로드측실에 공급되면, 선회 아암(23)이 선회 중심축(23A) 주위에서 돌출측으로 선회한다. 동시에, 유체 공급관(31)에 공급된 유체가, 회전축(13) 주위의 인입측 범위(P2)에 있는 각 회전 유닛(20)의 메커니컬 밸브(34)로부터 유체 실린더(25)의 피스톤측실에 공급되고, 회전축(13) 주위의 선회 아암(23)이 선회 중심축(23A) 주위에서 인입측으로 선회한다.
이 때, 회전축(13)의 예정된 회전방향(N)(회전축(13) 주위에서, 도 2의 시계회전방향, 도 4의 반시계 회전방향)을 따르는 각 회전 유닛(20)의 회전 궤적상에 있어서, 돌출측 범위(P1)의 기점이 되는 각 회전 유닛(20)의 돌출 개시 타이밍(A)이 회전축(13)을 포함하는 수평면(X)보다 연직 상위에 있고, 인입측 범위(P2)의 기점이 되는 각 회전 유닛(20)의 인입 개시 타이밍(B)이 회전축(13)을 포함하는 수평면(X)보다 연직 하위에 있도록, 각 회전 유닛(20)의 유체 실린더(25)의 로드측실 또는 피스톤측실에의 유체의 공급 순서를 설정한다(각 회전 유닛(20)의 유체 실린더(25)에의 유체공급 기본조건). 이 유체공급 기본조건에 의해, 각 회전 유닛(20)의 웨이트(24)에 작용하는 중력에 의해 회전축(13) 주위에 부여되는 합계의 회전 모멘트가 회전축(13) 주위의 N방향으로 작용하고, 나아가서는 회전축(13)을 상술한 회전방향(N)으로 회전시키는 것이 된다. 도 2는 회전 유닛(20A∼20C)이 돌출측 범위(P1)에 있고, 회전 유닛(20D∼20F)이 인입측 범위(P2)에 있고, 그들의 웨이트(24)에 작용하는 중력이 회전축(13)을 회전방향(N)으로 회전시키는 상태를 나타낸다.
(3) 상술한 (2)에 이어, 회전 유닛(20F)이 인입측 범위(P2)로부터 돌출측 범위(P1)로 옮겨지고, 회전 유닛(20C)이 돌출측 범위(P1)로부터 인입측 범위(P2)로 옮겨진다. 이것에 의해서, 상술한 (2)와 같이, 새롭게 각 회전 유닛(20)의 웨이트(24)에 작용하는 중력에 의해 회전축(13) 주위에 부여되는 합계의 회전 모멘트가 회전축(13)을 상술한 회전방향(N)으로 회전시키는 것이 되어, 예를 들면 그 회전축(13)에 피회전물을 연결하면, 각종의 물체를 회전 구동시킬 수 있다.
따라서, 회전 구동장치(10)에 의하면, 이하의 작용 효과를 이룬다.
(a) 각 회전 유닛(20)이 회전대(14)상의 지지대(22)에 설치한 유체 실린더(25)에 의해서 선회 아암(23)의 선단 웨이트(24)를 선회 이동시켜, 웨이트(24)의 회전축(13)에 대한 반지름방향 위치를 제어한다. 그리고, 선회 아암(23)의 선회 중심축(23A)으로부터의 팔의 길이(R)가 긴 위치에 웨이트(24)를 설치하고, 그 선회 중심축(23A)으로부터의 팔의 길이(r)가 짧은 위치에 유체 실린더(25)측의 연결점을 설치하고 있다. 따라서, 유체 실린더(25)의 스트로크가 확대되어 웨이트(24)의 반지름방향 위치의 변화가 된다. 유체 실린더(25)의 스트로크를 소형으로 하면서, 웨이트(24)의 반지름방향 위치의 변화를 크게 하고, 나아가서는 웨이트(24)가 회전축(13)에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻을 수 있다.
(b) 각 회전 유닛(20)이 유체 실린더(25)에 의해서 웨이트(24)를 선회 아암(23)의 선회 중심축(23A) 주위에서 선회 이동시키는 것이고, 웨이트(24)는 그 선회 이동의 과정에서 원심력을 얻는다. 이 때문에, 웨이트(24)의 이동력원으로서, 유체 실린더(25)의 유체압에 기인하는 추력에, 상술한 원심력이 가산되는 것이 된다. 이 원심력의 부가에 의해, 작은 출력의 유체 실린더(25)를 이용하면서, 큰 중량의 웨이트(24)를 이동할 수 있고, 나아가서는 웨이트(24)가 회전축(13)에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻을 수 있다.
이하, 회전 구동장치(10)의 각 회전 유닛(20)에 있어서, (ⅰ) 기대(21)에 대한 지지대(22)의 요동 구조, (ⅱ) 회전대(14)에 대한 기대(21)의 경동 구조에 대해 설명한다.
(ⅰ) 기대(21)에 대한 지지대(22)의 요동 구조(도 1 내지 도 9)
회전 구동장치(10)에 있어서는, 도 1 내지 도 4에 도시하는 바와 같이, 선회 아암(23)의 선회 중심축(23A)을 설치한 지지대(22)가, 회전대(14)에 부착한 기대(21)에 설치한 요동 지지축(22A)으로서, 회전축(13)에 직교하는 요동 지지축(22A) 주위에 요동 가능하게 지지된다. 지지대(22)의 요동 지지축(22A)은 회전축(13)의 반지름선상에 배치되어 회전축(13)에 직교 배치될 뿐만 아니라, 회전축(13)의 반지름선에 평행하게 배치되는 것이더라도 좋다.
지지대(22)에 설치한 선회 아암(23) 및 선회 중심축(23A)이, 회전축(13)에 직교하는 면상에 위치하는 도 5에 도시하는 바와 같은 중립위치(K)에 대한 양측 중, 웨이트(24)에 작용하는 중력이 미치는 측에 지지대(22)와 함께 일정 각도(α0 또는 β0)만큼 요동 가능하게 되는 것이 된다(도 6∼도 9). 지지대(22)는 중립위치로부터 각도 α0(도 6, 도 7) 또는 각도 β0(도 8, 도 9) 요동했을 때, 기대(21)에 설치되어 있는 스토퍼 볼트(21S)에 부딪쳐 제지된다.
그런데, 회전 구동장치(10)의 각 회전 유닛(20)이 회전축(13)을 회전방향(N)으로 회전시키기 위해서는, 상술한 바와 같이, 각 회전 유닛(20)의 유체 실린더(25)에 의한 선회 아암(23)의 돌출 개시 타이밍(A)이 회전축(13)을 포함하는 수평면(X)보다 연직 상위측에 있고, 각 회전 유닛(20)의 유체 실린더(25)에 의한 선회 아암(23)의 인입 개시 타이밍(B)이 회전축(13)을 포함하는 수평면(X)보다 연직 하위측에 있도록, 각 회전 유닛(20)의 유체 실린더(25)의 로드측실 또는 피스톤측실에의 유체의 공급 순서를 설정할 필요가 있다(유체 실린더(25)에의 유체공급 기본조건). 각 회전 유닛(20)에 있어서, 유체 실린더(25)에 대한 상술한 유체공급 기본조건을 준수하면서, 유체 실린더(25)의 추력을 최소로 할 수 있는 상술한 유체 실린더(25)에 의한 돌출 개시 타이밍(A)은, 상기 회전 유닛(20)의 선회 아암(23) 및 웨이트(24)가 회전축(13)을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암(23)이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트(24)의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍(웨이트(24)의 중력에 기인하는 선회 보조력을 받을 수 있는 타이밍)이 좋다. 또한, 각 회전 유닛(20)에 있어서, 유체 실린더(25)에 대한 상술한 유체공급 기본조건을 준수하면서, 유체 실린더(25)의 추력을 최소로 할 수 있는 상술한 유체 실린더(25)에 의한 인입 개시 타이밍(B)은, 상기 회전 유닛(20)의 선회 아암(23) 및 웨이트(24)가 회전축(13)을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암(23)이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트(24)의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍(웨이트(24)의 중력에 기인하는 선회 보조력을 받을 수 있는 타이밍)이 좋다.
그런데, 회전 구동장치(10)에 있어서는, 각 회전 유닛(20)에 있어서, 지지대(22)의 요동 지지축(23A)이 회전축(13)을 포함하는 연직면에 대해, 선회 아암(23)의 웨이트(24)가 상기 회전 유닛(20)의 회전 궤적상에서 연직 최상부로부터 중력이용 회전방향(N)을 따라서 연직 최하부까지 낙하하는 중력작용 영역측에 있을 때에는, 도 6, 도 7에 도시하는 바와 같이, 지지대(22)에 설치한 선회 아암(23)의 선회 중심축(23A)이 회전축(13)에 직교하는 면상의 중립위치(K)로부터 웨이트(24)에 작용하는 중력이 미치는 측으로 각도 α0만큼 요동한다. 이 선회 중심축의 요동 상태에서, 상기 회전 유닛(20)이 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)에 가까워지면, 그것들이 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)에 이르는 것보다 앞(웨이트 돌출 개시 타이밍(A)보다 회전각 α만큼 앞)의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)에 있어서, 웨이트(24)는 중력에 기인하는 선회 보조력을 받아, 그 선회 중심축 주위의 수평면에 대해 내리막 구배(낙차 Ha)를 이루는 선회면을 따라서 자연 낙하 개시한다. 이 때, 유체 실린더에 적당한 돌출 유체 압력이 인가되어 있으면, 상기 회전 유닛(20)의 선회 아암(23) 및 웨이트(24)가 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)에 이르는 것보다도 보다 앞의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)으로부터, 도 7에 도시하는 바와 같이, 웨이트(24)의 상술한 자연 낙하가 개시되어, 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)을 앞당기기에 이른다. 유체 실린더의 추력에 의하지 않고, 웨이트(24)의 돌출 개시 타이밍(A)을 앞당기는 결과, 웨이트(24)가 중력작용 영역에서 최대 반지름방향 위치로 돌출되어 회전축(13)에 미치는 회전 모멘트에 의해 회전력을 얻는, 상기 회전축(13)의 회전부세 각도범위(La)를 확대할 수 있고, 회전 구동장치(10)의 중력 이용율을 향상할 수 있다.
또한, 각 회전 유닛(20)에 있어서, 지지대(22)의 요동 지지축(23A)이 회전축(13)을 포함하는 연직면에 대해, 웨이트(24)가 연직 최하부로부터 연직 최상부로 향해서 들어올려지는 반중력작용 영역측에 있을 때에도, 도 8, 도 9에 도시하는 바와 같이, 지지대(22)에 마련된 선회 아암의 선회 중심축이 회전축(13)에 직교하는 면상의 중립위치로부터 웨이트(24)에 작용하는 중력이 미치는 측으로 각도 β0만큼 요동한다. 이 선회 중심축의 요동 상태에서, 상기 회전 유닛(20)이 상술한 웨이트 인입 개시 타이밍(B)에 가까워지면, 그것들이 웨이트 인입 개시 타이밍(B)에 이르는 것보다도 앞(웨이트 인입 개시 타이밍(B)보다 회전각 β만큼 앞)의 웨이트 인입 개시 타이밍(Bβ)에 있어서, 웨이트(24)는 중력에 기인하는 선회 보조력을 받아, 그 선회 중심축 주위의 수평면에 대해 내리막 구배(낙차 Hb)를 이루는 선회면을 따라서 자연 낙하 개시한다. 이 때, 유체 실린더에 적당한 인입 유체 압력이 인가되어 있으면, 상기 회전 유닛(20)의 선회 아암 및 웨이트(24)가 웨이트 인입 개시 타이밍(B)에 이르는 것보다도 보다 앞의 웨이트 인입 개시 타이밍(Bβ)으로부터, 웨이트(24)의 상술한 자연 낙하가 개시되어, 상술한 웨이트 인입 개시 타이밍(B)을 앞당기기에 이른다. 유체 실린더의 추력에 의하지 않고, 웨이트(24)의 인입 개시 타이밍(B)을 앞당기는 결과, 웨이트(24)가 반중력작용 영역에서 최대 반지름방향 위치로 돌출된 회전축(13)에 회전 저항력을 미치는, 상기 회전축(13)의 회전저항 각도범위(Lb)를 감축할 수 있어, 회전 구동장치(10)의 중력 이용율을 향상할 수 있다.
(ⅱ) 회전대(14)에 대한 기대(21)의 경동 구조(도 10, 도 11)
도 10, 도 11의 회전 구동장치(10)는, 도 1 내지 도 9에 나타낸 회전 구동장치(10)의 각 회전 유닛(20)에 기대(21)의 경동 구조를 부가한 것이다. 즉, 각 회전 유닛(20)에 있어서, 지지대(22) 및 선회 아암(23)을 지지하는 기대(21)가, 회전대(14)에 설치한 경동 지지축(21A)으로서, 회전축(13)을 따르는 경동 지지축(21A) 주위에, 회전축(13)을 포함하는 면에 선회 아암(23)을 선회 가능하게 따르게 하여 이루어지는 기준위치(R0)로부터, 회전축(13)의 회전방향(N)으로 일정각도 θ만큼 진행되는 전경위치(Rθ)에까지 기울여 움직임 가능하게 부착된다. 본 실시예에서는, 각 회전 유닛(20)에 있어서, 회전대(14)를 구성하는 2장의 서로 이격하는 원판의 안지름측으로 경동 지지축(21A)을 관통 형상으로 고정하는 동시에, 그들의 원판의 바깥지름측에 걸어맞춤핀(21B)을 관통 형상으로 고정한다. 그리고, 회전대(14)의 2장의 원판의 사이에 삽입한 기대(21)의 평판 형상 부분의 일단을 경동 지지축(21A)에 피봇지지하는 동시에, 기대(21)의 지지대(22)가 설치되는 측에서 경동 지지축(21A)을 중심으로 하는 원호상에 형성한 긴 구멍(21P)으로 걸어맞춤핀(21B)을 삽입 관통한 것이다. 기대(21)는 경동 지지축(21A)을 경동 중심으로 하고, 그 긴 구멍(21P)의 원호를 따르는 일단∼타단이 걸어맞춤핀(21B)에 충합(衝合)하는 각도 θ의 범위를 경동할 수 있다.
각 회전 유닛(20)의 기대(21)는, 선회 아암(23)의 웨이트(24)가 상기 회전 유닛(20)의 회전 궤적 상에서 상술한 반중력작용 영역(도 10의 회전축(13)을 통과하는 연직선의 우측 절반 부분)에 있을 때, 긴 구멍(21P)의 일단측을 걸어맞춤핀(21B)에 충합하는 상술한 기준위치(R0)에 위치하게 된다. 다른 한편, 기대(21)는, 선회 아암(23)의 웨이트(24)가 상기 회전 유닛(20)의 회전 궤적 상에서 상술한 중력작용 영역(도 10의 회전축(13)을 통과하는 연직선의 좌측 절반 부분)에 있을 때, 긴 구멍(21P)의 타단측을 걸어맞춤핀(21B)에 충합하는 상술한 전경위치(Rθ)에 위치하게 된다.
따라서, 회전 구동장치(10)에 있어서는, 각 회전 유닛(20)에 있어서, 웨이트(24)가 상술한 중력작용 영역측에 있을 때에, 선회 아암(23) 및 지지대(22)를 지지하는 기대(21)가 기준위치(R0)로부터 전경위치(Rθ)로 기울어 움직인다. 이것에 의해, 상기 회전 유닛(20)이 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)에 이르는 것보다 앞(웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)보다 회전각 θ만큼 앞)의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aθ)에 있어서, 선회 아암(23)이 그 뒤의 웨이트 돌출 방향으로의 선회 과정에서 웨이트(24)의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 것이 되어, 웨이트(24)의 중력에 기인하는 선회 보조력을 받아 자연 낙하를 개시할 수 있는 것이 된다. 따라서, 이 때, 유체 실린더(25)에 적당한 돌출 유체압이 인가되어 있으면, 상기 회전 유닛(20)의 선회 아암(23) 및 웨이트(24)가 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aα)에 이르는 것보다도 앞의 웨이트 돌출 개시 타이밍(Aθ)으로부터, 웨이트(24)가 상술한 자연 낙하를 개시하여, 상술한 웨이트 돌출 개시 타이밍(A)을 한층 앞당기기에 이른다. 유체 실린더(25)의 추력에 의하지 않고, 웨이트(24)의 돌출 개시 타이밍을 한층 앞당기는 결과, 웨이트(24)가 중력작용 영역에서 최대 반지름방향 위치로 돌출되어 회전축에 미치는 회전 모멘트에 의해 회전력을 얻는, 상기 회전축의 회전부세 각도범위(La)를 한층 확대할 수 있고, 회전 구동장치(10)의 중력 이용율을 한층 향상할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예를 도면에 의해 상세히 서술했지만, 본 발명의 구체적인 구성은 이 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위의 설계의 변경 등이 있어도 본 발명에 포함된다. 예를 들면, 각 회전 유닛은, 선회 아암의 선회 중심축으로부터의 팔의 길이가 짧은 위치에, 연결링크 기구를 통하여, 유체 실린더측의 연결점을 설치해도 좋다.
[산업상 이용 가능성]
본 발명에 의하면, 유체 실린더에 의해서 웨이트의 회전축에 대한 반지름방향 위치를 변화시켜서 회전력을 얻는 복수개의 회전 유닛을 구비하여 이루어지는 회전 구동장치에 있어서, 유체 실린더의 스트로크, 출력을 소형으로 하면서, 각 회전 유닛의 웨이트가 회전축에 미치는 회전 모멘트를 크게 하여, 큰 회전력을 얻을 수 있다.
10 : 회전 구동장치
11 : 가대
13 : 회전축
14 : 회전대
20 : 회전 유닛
21 : 기대
21A : 경동 지지축
22 : 지지대
22A : 요동 지지축
23 : 선회 아암
23A : 선회 중심축
24 : 웨이트
25 : 유체 실린더
30 : 유체 공급장치
A, Aα, Aθ : 돌출 개시 타이밍
B, Bβ : 인입 개시 타이밍
N : 회전방향
P1 : 돌출측 범위
P2 : 인입측 범위
La : 회전부세 각도범위
Lb : 회전저항 각도범위
K : 중립위치
R0 : 기준위치
Rθ : 전경위치

Claims (3)

  1. 가대(stand)에 피봇지지되는(pivotally supported) 회전축과, 회전축상에 고정되는 회전대와, 회전대 상에서 회전방향을 따라서 이격하는 복수 위치에 설치되는 복수개의 회전 유닛을 가지고,
    각 회전 유닛이, 회전대에 지지되는 지지대와, 지지대에 지지되는 웨이트(weight)와, 지지대에 부착되어 웨이트의 회전축에 대한 반지름방향 위치를 제어 가능하게 하는 유체 실린더를 구비하고,
    유체 공급원으로부터의 유체를 각 회전 유닛의 유체 실린더에 순서대로 공급하는 것에 의해, 각 회전 유닛의 웨이트의 상기 반지름방향 위치를 변화시켜, 그 웨이트에 작용하는 중력이 회전축 주위에 미치는 회전 모멘트의 변동으로 회전대 및 회전축을 회전시키는 회전 구동장치로서,
    각 회전 유닛이, 지지대에 마련된 선회 중심축 주위에 선회 가능하게 지지되는 선회 아암을 가지고, 선회 아암의 선회 중심축으로부터의 팔의 길이가 긴 위치에 웨이트를 설치하고, 그 선회 중심축으로부터의 팔의 길이가 짧은 위치에 유체 실린더측의 연결점을 설치해서 이루어지는 동시에,
    선회 아암의 선회 중심축을 설치한 지지대가, 회전대에 부착된 기대(base table)에 설치한 요동 지지축(oscillation support axis)으로서, 회전축에 직교하는 요동 지지축 주위에 요동 가능하게 지지되어, 지지대에 마련된 선회 아암의 선회 중심축이, 회전축에 직교하는 면상에 위치하는 중립위치에 대한 양측 중, 웨이트에 작용하는 중력이 미치는 측에 일정 각도만큼 요동 가능하게 되는 회전 구동장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각 회전 유닛에서, 선회 아암이 웨이트를 회전축에 대한 최소 반지름방향 위치로부터 최대 반지름방향 위치를 향해서 돌출하는 방향으로 선회 개시하는 타이밍(A)이, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 회전축을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍이 되도록, 유체 공급원으로부터의 유체를 각 회전 유닛의 유체 실린더에 공급하도록 제어되고,
    각 회전 유닛에서, 선회 아암을 상기 최대 반지름방향 위치로부터 최소 반지름방향 위치를 향해서 끌어들이는 방향으로 선회 개시하는 웨이트 인입 개시 타이밍(weight retraction start timing)(B)이, 상기 회전 유닛의 선회 아암 및 웨이트가 회전축을 포함하는 수평면 근처에 있고, 선회 아암이 그 뒤의 그 방향으로의 선회 과정에서 웨이트의 연직방향 위치가 보다 낮은 위치로 되기 시작하는 타이밍이 되도록, 유체 공급원으로부터의 유체를 각 회전 유닛의 유체 실린더에 공급하도록 제어되는 회전 구동장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 선회 아암 및 지지대를 지지하는 기대가, 회전대에 설치된 경동 지지축(tilt support axis)으로서, 회전축을 따르는 경동 지지축 주위에, 회전축을 포함하는 면에서 선회 아암을 선회 가능하게 따르게 하여 이루어지는 기준위치로부터, 회전방향으로 일정 각도만큼 진행되는 전경위치(forward tilting position)에까지 기울여 움직일 수 있게 부착되어 이루어지는 회전 구동장치.
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