KR101645790B1 - 로터리 엑츄에이터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고소차량에 설치되어 유압 또는 공압에 의해 작동되는 피스톤의 작용으로 회전축을 정회전 또는 역회전 작동시킴으로써 회전력을 얻을 수 있도록 하는 로터리 엑츄에이터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 외주면에는 수직 상으로 일정간격 이격되어 오일이 내부로 유입 또는 배출되는 한 쌍의 유압포트가 형성되어 있는 외부튜브와;
상기 외부튜브의 상부에서 외부튜브의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브의 상단부에 위치하여 고소차량에 고정되는 상부플랜지와, 상기 상부플랜지의 하면에서 하부로 돌출되어 상기 외부튜브의 내부에 위치하는 원기둥 형상의 몸체와, 상기 몸체의 외주면에 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 엑슬로드외반구홈이 형성되어 있는 엑슬로드와;
상기 외부튜브와 상기 엑슬로드의 몸체 사이에 위치하며, 외주면에는 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 피스톤외반구홈이 형성되고, 내주면에는 상기 엑슬로드의 엑슬로드외반구홈과 대응되는 위치에 나선형 형상의 피스톤내반구홈이 형성되어 있는 피스톤과;
상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 상기 외부튜브와 피스톤 사이에 위치하여 상기 외부튜브와 결합되며, 내주면에는 상기 피스톤의 피스톤외반구홈과 대응되는 위치에 나선형 형상의 내부튜브반구홈이 형성되어 있는 내부튜브와;
상기 외부튜브의 하부에서 외부튜브의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브의 하단부에 위치하여 고소차량에 고정되는 하부플랜지와, 상기 하부플랜지의 상면에서 상부로 돌출되어 상기 외부튜브의 내주면에 밀착하도록 형성되되, 중심부에는 상기 엑슬로드 끝단부가 삽입되는 삽입공이 형성되어 있는 베이스캡과;
상기 엑슬로드외반구홈과 피스톤내반구홈 그리고 상기 피스톤외반구홈과 내부튜브내반구홈에 의해 형성된 나선형 골에 각각 내입되어 있는 제1볼베어링과 제2볼베어링;을 포함하여 구성되는 것이 특징인 로터리 엑츄에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 로터리 엑츄에이터는 제작이 쉬우며, 또한 피스톤과 엑슬로드 그리고 내부튜브의 동력전달의 매개수단으로서 볼베어링을 이용함으로써 서로 간의 유기적인 결합이 가능하고, 특히 볼베어링을 대신하여 원호형 베어링을 사용함으로써 면압과 마찰력을 향상시켜 보다 큰 하중을 가지는 중량체를 회전시킬 수 있으며, 움직이는 피치와 각도 및 회전력을 크게 할 수 있는 등의 현저한 효과가 있다.
상기 외부튜브의 상부에서 외부튜브의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브의 상단부에 위치하여 고소차량에 고정되는 상부플랜지와, 상기 상부플랜지의 하면에서 하부로 돌출되어 상기 외부튜브의 내부에 위치하는 원기둥 형상의 몸체와, 상기 몸체의 외주면에 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 엑슬로드외반구홈이 형성되어 있는 엑슬로드와;
상기 외부튜브와 상기 엑슬로드의 몸체 사이에 위치하며, 외주면에는 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 피스톤외반구홈이 형성되고, 내주면에는 상기 엑슬로드의 엑슬로드외반구홈과 대응되는 위치에 나선형 형상의 피스톤내반구홈이 형성되어 있는 피스톤과;
상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 상기 외부튜브와 피스톤 사이에 위치하여 상기 외부튜브와 결합되며, 내주면에는 상기 피스톤의 피스톤외반구홈과 대응되는 위치에 나선형 형상의 내부튜브반구홈이 형성되어 있는 내부튜브와;
상기 외부튜브의 하부에서 외부튜브의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브의 하단부에 위치하여 고소차량에 고정되는 하부플랜지와, 상기 하부플랜지의 상면에서 상부로 돌출되어 상기 외부튜브의 내주면에 밀착하도록 형성되되, 중심부에는 상기 엑슬로드 끝단부가 삽입되는 삽입공이 형성되어 있는 베이스캡과;
상기 엑슬로드외반구홈과 피스톤내반구홈 그리고 상기 피스톤외반구홈과 내부튜브내반구홈에 의해 형성된 나선형 골에 각각 내입되어 있는 제1볼베어링과 제2볼베어링;을 포함하여 구성되는 것이 특징인 로터리 엑츄에이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 로터리 엑츄에이터는 제작이 쉬우며, 또한 피스톤과 엑슬로드 그리고 내부튜브의 동력전달의 매개수단으로서 볼베어링을 이용함으로써 서로 간의 유기적인 결합이 가능하고, 특히 볼베어링을 대신하여 원호형 베어링을 사용함으로써 면압과 마찰력을 향상시켜 보다 큰 하중을 가지는 중량체를 회전시킬 수 있으며, 움직이는 피치와 각도 및 회전력을 크게 할 수 있는 등의 현저한 효과가 있다.
Description
본 발명은 로터리 엑츄에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부튜브와 엑슬로드 및 피스톤의 결합관계에서 피스톤의 전·후진운동을 외부튜브 또는 엑슬로드를 회전시키되, 전·후진운동을 회전운동으로 변환시키는 매개체인 볼베어링을 사용하여 구름운동을 하도록 함으로써 큰 하중의 중량체를 회전하도록 하며, 볼베어링을 대신하여 원호형 베어링을 사용함으로써 보다 면압과 마찰력을 강화시켜 고출력에 적합한 로터리 엑츄에이터에 관한 것이다.
일반적으로 로터리 엑츄에이터(Rotary Actuator)는 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 줌으로써 한정된 회전수의 정회전력 또는 역회전력을 얻도록 하는 장치이다.
즉, 로터리 엑츄에이터(Rotary Actuator)는 유압 또는 공압에 의해 작동되는 피스톤의 작용으로 회전축을 정 또는 역회전 작동시킴으로써 안정되고도 정확한 회전력을 얻을 수 있도록 하는 장치이다.
이러한, 로터리 엑츄에이터는 고소차량에 있어서 사람이 탑승하는 플랫폼을 회전시키거나, 그 밖의 중장비에 채용되어 소정의 특정물이 설치된 구조물을 회전시키는 역할을 하는 것으로, 플랫폼이나 아암과 같은 큰 중량 구조물을 지탱하여야 할 뿐만 아니라 좁은 공간에 설치되어 그 중량 구조물을 회전시켜야 하기 때문에 가능한 한 전체 길이가 짧아야 한다.
따라서, 보다 짧은 길이를 가지며 큰 중량 구조물을 효과적으로 회전시키면서 지탱하기 위한 다양한 구조 개선이 이루어지고 있다.
이러한, 로터리 엑츄에이터의 종래기술로는 등록특허공보 제0929525호에 볼 타입의 로터리 엑츄에이터에 관한 것으로, 그 구성은 상ㆍ하부가 개방된 원기둥 형상을 가지며, 외주면에는 소정 간격 이격되어 오일이 유·출입되는 제1유압포트 및 제2유압포트가 형성되는 외부튜브;와, 상기 외부튜브의 상부에 위치되며 회전될 소정의 제1플랫폼에 고정되는 제1플랜지부와, 상기 제1플랜지부에서 하부로 연장되어 상기 외부튜브의 상부로 삽입되어 위치되는 몸통과, 상기 몸통의 외주면에는 나선형 형상의 제1반구홈이 적어도 2개 이상 형성되는 엑슬로드;와, 상기 외부튜브와 상기 엑슬로드 사이에 위치되며, 내주면에는 상기 엑슬로드 외주면에 형성되는 제1반구홈과 대응되는 나선형 형상의 제2반구홈이 형성되며, 외주면에는 나선형 형상의 제3반구홈이 적어도 2개 이상 형성되는 피스톤;과, 상기 외부튜브와 피스톤 사이에 위치하여 상기 외부튜브와 결합되며, 내주면에는 상기 피스톤의 외주면에 형성되는 제3반구홈과 대응되는 나선형 형상의 제4반구홈이 형성되며, 상부 외주면에는 상기 제4반구홈으로 관통되는 구멍이 형성되는 내부튜브;와, 상기 엑슬로드의 외주면에 형성된 제1반구홈과 상기 피스톤의 내주면에 형성된 제2반구홈이 치합되어 형성되는 구형의 나선 홈으로 상기 엑슬로드와 피스톤이 상호 유기적으로 연결되도록 다수개가 내입되는 제1볼;과, 상기 피스톤의 외주면에 형성된 제3반구홈과 상기 내부튜브의 내주면에 형성된 제4반구홈이 치합되어 형성되는 구형의 나선 홈으로 상기 피스톤과 내부튜브가 상호 유기적으로 연결되도록 다수개가 내입되는 제2볼;과, 상기 내부튜브의 하부에 결합되며, 중심부에는 상기 엑슬로드의 끝단이 삽입되는 삽입공이 형성되며, 하부는 고정될 소정의 제2플랫폼에 고정되는 제2플랜지부가 형성된 하부캡;으로 된 것을 특징으로 하는 것이 기술되어 있다.
또한, 또 다른 종래기술로는 등록특허공보 제1010714호에 중공의 튜브; 내주면을 따라 형성된 나선 형상의 제1홈부를 구비하고 상기 튜브의 내주면에 상대 고정된 스페이서; 외주면을 따라 형성되며 상기 제1홈부에 대응하는 제2홈부를 구비하며,내주면을 따라 형성된 나선 형상의 제3홈부를 구비하며, 상기 스페이서의 내주면에 대해 상대 회전이 가능하게 배치된 피스톤; 상기 스페이서와 상기 피스톤의 상대 회전시 마찰을 줄이도록 상기 제1홈부와 상기 제2홈부를 매개로 설치된 구상의 제1볼 부재; 외주면에 상기 제3홈부에 대응하는 제4홈부를 구비하며, 상기 피스톤의 내주면에 대해 상대 회전이 가능하게 배치된 샤프트; 상기 피스톤과 상기 샤프트의 상대 회전시 마찰을 줄이도록 상기 제3홈부와 상기 제4홈부를 매개로 설치된 구상의 제2볼 부재; 및 상기 샤프트의 일단부에 결합되어 그 샤프트와 일체로 회전하는 엔드캡을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 기술되어 있다.
특히, 핀타입의 엑츄에이터는 회전구동부가 선접촉 구조이기 때문에 마찰로 인한 내구성 부족과 작동성 저하 및 이음이 불완전하다는 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 피스톤과 엑슬로드 그리고 내부튜브의 동력전달의 매개수단으로서 볼베어링을 이용함으로써 서로 간의 유기적인 결합이 가능하고, 특히 볼베어링을 대신하여 원호형 베어링을 사용함으로써 면압과 마찰력을 향상시켜 보다 큰 하중을 가지는 중량체를 회전시킬 수 있으며, 움직이는 피치와 각도 및 회전력을 크게 할 수 있는 로터리 엑츄에이터를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 로터리 엑츄에이터의 해결수단으로는 상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 외주면에는 수직 상으로 일정간격 이격되어 오일이 내부로 유입 또는 배출되는 한 쌍의 유압포트가 형성되어 있는 외부튜브와;
상기 외부튜브의 상부에서 외부튜브의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브의 상단부에 위치하여 고소차량에 고정되는 상부플랜지와, 상기 상부플랜지의 하면에서 하부로 돌출되어 상기 외부튜브의 내부에 위치하는 원기둥 형상의 몸체와, 상기 몸체의 외주면에 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 엑슬로드외반구홈이 형성되어 있는 엑슬로드와;
상기 외부튜브와 상기 엑슬로드의 몸체 사이에 위치하며, 외주면에는 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 피스톤외반구홈이 형성되고, 내주면에는 상기 엑슬로드의 엑슬로드외반구홈과 대응되는 위치에 나선형 형상의 피스톤내반구홈이 형성되어 있는 피스톤과;
상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 상기 외부튜브와 피스톤 사이에 위치하여 상기 외부튜브와 결합되며, 내주면에는 상기 피스톤의 피스톤외반구홈과 대응되는 위치에 나선형 형상의 내부튜브반구홈이 형성되어 있는 내부튜브와;
상기 외부튜브의 하부에서 외부튜브의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브의 하단부에 위치하여 고소차량에 고정되는 하부플랜지와, 상기 하부플랜지의 상면에서 상부로 돌출되어 상기 외부튜브의 내주면에 밀착하도록 형성되되, 중심부에는 상기 엑슬로드 끝단부가 삽입되는 삽입공이 형성되어 있는 베이스캡과;
상기 엑슬로드외반구홈과 피스톤내반구홈 그리고 상기 피스톤외반구홈과 내부튜브내반구홈에 의해 형성된 나선형 골에 각각 내입되는 제1볼베어링과 제2볼베어링;을 포함하여 구성되는 것이 특징이다.
본 발명에 따른 로터리 엑츄에이터는 종래의 피스톤에 비해 제작이 쉬우며, 또한 피스톤과 엑슬로드 그리고 내부튜브의 동력전달의 매개수단으로서 볼베어링을 이용함으로써 서로 간의 유기적인 결합이 가능하고, 특히 볼베어링을 대신하여 원호형 베어링을 사용함으로써 면압과 마찰력을 향상시켜 보다 큰 하중을 가지는 중량체를 회전시킬 수 있으며, 움직이는 피치와 각도 및 회전력을 크게 할 수 있는 등의 현저한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 로터리 엑츄에이터가 고소차량에 실시되는 예를 나타낸 사진.
도 2는 본 발명 로터리 엑츄에이터를 고정하는 브라켓을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 사시도.
도 4는 본 발명 로터리 엑츄에이터의 상태도.
도 5는 본 발명 로터리 엑츄에이터의 외부튜브를 제거한 상태 사시도.
도 6은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 A-A부분 단면도.
도 7은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 외부튜브와 내부튜브의 A-A분분 단면도.
도 8은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 엑슬로드를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 엑슬로드의 A-A분분 단면도.
도 10은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 피스톤을 나타낸 사시도.
도 11은 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 피스톤의 A-A분분 단면도.
도 12는 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 베이스캡을 나타낸 사시도.
도 13은 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 베이스캡의 A-A분분 단면도.
도 14는 본 발명 로터리 엑츄에이터의 볼베어링 대신 사용가능한 원호형 베어링의 사시도.
도 15는 본 발명 고출력 엑츄엥터에 사용되는 슬라이딩바의 또 다른 사시도.
도 16은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 또 다른 실시의 슬라이딩바와 외부튜브 및 엑슬로드의 결합관계를 나타낸 단면도.
도 17은 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 피스톤을 가공하는 사진.
도 18은 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 엑슬로이드를 가공하는 사진.
도 19는 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 피스톤의 내면에 나선형 반구홈을 가공하는 사진.
도 2는 본 발명 로터리 엑츄에이터를 고정하는 브라켓을 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 사시도.
도 4는 본 발명 로터리 엑츄에이터의 상태도.
도 5는 본 발명 로터리 엑츄에이터의 외부튜브를 제거한 상태 사시도.
도 6은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 A-A부분 단면도.
도 7은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 외부튜브와 내부튜브의 A-A분분 단면도.
도 8은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 엑슬로드를 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 엑슬로드의 A-A분분 단면도.
도 10은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 피스톤을 나타낸 사시도.
도 11은 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 피스톤의 A-A분분 단면도.
도 12는 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 베이스캡을 나타낸 사시도.
도 13은 본 발명 로터리 엑츄에이터에서 베이스캡의 A-A분분 단면도.
도 14는 본 발명 로터리 엑츄에이터의 볼베어링 대신 사용가능한 원호형 베어링의 사시도.
도 15는 본 발명 고출력 엑츄엥터에 사용되는 슬라이딩바의 또 다른 사시도.
도 16은 본 발명 로터리 엑츄에이터의 또 다른 실시의 슬라이딩바와 외부튜브 및 엑슬로드의 결합관계를 나타낸 단면도.
도 17은 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 피스톤을 가공하는 사진.
도 18은 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 엑슬로이드를 가공하는 사진.
도 19는 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 피스톤의 내면에 나선형 반구홈을 가공하는 사진.
본 발명 로터리 엑츄에이터(100)는 상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 외주면에는 수직 상으로 일정간격 이격되어 오일이 내부로 유입 또는 배출되는 한 쌍의 유압포트(111)가 형성되어 있는 외부튜브(110)와;
상기 외부튜브(110)의 상부에서 외부튜브(110)의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브(110)의 상단부에 위치하여 고소차량(200)에 고정되는 상부플랜지(121)와, 상기 상부플랜지(121)의 하면에서 하부로 돌출되어 상기 외부튜브(110)의 내부에 위치하는 원기둥 형상의 몸체(122)와, 상기 몸체(122)의 외주면에 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 엑슬로드외반구홈(123)이 형성되어 있는 엑슬로드(120)와;
상기 외부튜브(110)와 상기 엑슬로드(120)의 몸체(122) 사이에 위치하며, 외주면에는 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 피스톤외반구홈(131)이 형성되고, 내주면에는 상기 엑슬로드(120)의 엑슬로드외반구홈(123)과 대응되는 위치에 나선형 형상의 피스톤내반구홈(132)이 형성되어 있는 피스톤(130)과;
상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 상기 외부튜브(110)와 피스톤(130) 사이에 위치하여 상기 외부튜브(110)와 결합되며, 내주면에는 상기 피스톤(130)의 피스톤외반구홈(131)과 대응되는 위치에 나선형 형상의 내부튜브반구홈(141)이 형성되어 있는 내부튜브(140)와;
상기 외부튜브(110)의 하부에서 외부튜브(110)의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브(110)의 하단부에 위치하여 고소차량(200)에 고정되는 하부플랜지(151)와, 상기 하부플랜지(151)의 상면에서 상부로 돌출되어 상기 외부튜브(110)의 내주면에 밀착하도록 형성되되, 중심부에는 상기 엑슬로드(120) 끝단부가 삽입되는 삽입공(152)이 형성되어 있는 베이스캡(150)과;
상기 엑슬로드외반구홈(123)과 피스톤내반구홈(132) 그리고 상기 피스톤외반구홈(131)과 내부튜브내반구홈(141)에 의해 형성된 나선형 골에 각각 내입되는 제1볼베어링(133)과 제2볼베어링(142);을 포함하여 구성되는 것이 특징이다.
그리고 상기 제1볼베어링(133)과 제2볼베어링(142)을 대신하여 엑슬로드외반구홈(123)과 피스톤내반구홈(132) 및 상기 피스톤외반구홈(131)과 내부튜브내반구홈(141)에 의해 형성된 나선형 골에는 원호형 베어링(400)이 각각 내입되는 것으로, 원호형 베어링은 수직단면이 ‘
’이고, 수평단면이 ‘
’인 것이 특징이다.
이하, 본 발명 고추력 로터리 엑츄에이터를 첨부한 도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 엑츄에이터가 고소차량에 실시되는 예를 나타낸 사진, 도 2는 본 발명 엑츄에이터를 고정하는 브라켓을 나타낸 사시도, 도 3은 본 발명 엑츄에이터의 사시도, 도 4는 본 발명 엑츄에이터의 상태도, 도 5는 본 발명 엑츄에이터의 외부튜브를 제거한 상태 사시도, 도 6은 본 발명 엑츄에이터의 A-A부분 단면도, 도 7은 본 발명 엑츄에이터의 외부튜브와 내부튜브의 A-A분분 단면도, 도 8은 본 발명 엑츄에이터의 엑슬로드를 나타낸 사시도, 도 9는 본 발명 엑츄에이터에서 엑슬로드의 A-A분분 단면도, 도 10은 본 발명 엑츄에이터의 피스톤을 나타낸 사시도, 도 11은 본 발명 엑츄에이터에서 피스톤의 A-A분분 단면도, 도 12는 본 발명 엑츄에이터에서 베이스캡을 나타낸 사시도, 도 13은 본 발명 엑츄에이터에서 베이스캡의 A-A분분 단면도이다.
도 5에 도시된 B는 고소차량과의 볼트체결을 위한 볼트체결공이다.
도 1과 도 2에 도시된 바와 같이 엑츄에이터는 고소차량에 설치되어 유압 또는 공압에 의해 작동되는 피스톤의 작용으로 회전축을 정 또는 역회전 작동시킴으로써 안정되고도 정확한 회전력을 얻을 수 있도록 하는 장치이다.
본 발명의 엑츄에이터는 브라켓에 삽입되어 결합되는 형상으로서 엑츄에이터의 상부와 하부는 각각 후술할 상·하부플랜지에 의해 고소차량에 고정되고, 브라켓은 중량물을 들어서 회전되는 부재와 결합되어 있다.
이러한 엑츄에이터의 구성과 동작원리는 아래와 같이 후술하기로 한다.
본 발명의 엑츄에이터(100)는 상ㆍ하부가 개방된 원기둥 형상으로서, 외주면에는 수직 상으로 일정간격 이격되어 오일이 내부로 유입 또는 배출되는 한 쌍의 유압포트(111)가 형성되어 있는 외부튜브(110)가 구성되어 있다.
그리고 상기 외부튜브(110)에는 상부에서 외부튜브(110)의 내부로 인입되는 형상의 엑슬로드(120)가 구성되어 있다.
상기 엑슬로드(120)는 외부튜브(110)의 상단부에 위치하여 고소차량(200)에 고정되는 상부플랜지(121)와, 상기 상부플랜지(121)의 하면에서 하부로 돌출되어 상기 외부튜브(110)의 내부에 위치하는 원기둥 형상의 몸체(122)와, 상기 몸체(122)의 외주면에 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 엑슬로드외반구홈(123)이 형성되어 있는 것이 특징이다.
바람직하게는 상기 나선형 형상의 엑슬로드외반구홈(123)은 몸체의 외주면을 따라 원주방향으로 동일간격으로 구성되되, 엑슬로드의 회전시 면압과 마찰력의 전달정도를 고려하여 약 12열 정도로 형성되는 것이 좋다.
또한, 상기 외부튜브(110)와 상기 엑슬로드(120)의 몸체(122) 사이에는 상ㆍ하부가 개방된 원기둥 형상의 피스톤(130)이 구성되어 있다.
상기 피스톤은 앞서 설명한 바와 같이 상ㆍ하부가 개방된 원기둥 형상의 외주면에 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 피스톤외반구홈(131)이 형성되어 있으며, 내주면에는 상기 엑슬로드(120)의 엑슬로드외반구홈(123)과 대응되는 위치에 피스톤내반구홈(132)이 형성되어 있다.
그리고 상기 엑슬로드외반구홈(123)과 피스톤내반구홈(132)이 이루는 나선형 골에는 제1볼베어링(133)이 외부로 이탈되지 않게 내입되어 있다.
즉, 제1볼베어링(133)은 엑슬로드외반구홈(123)과 피스톤내반구홈(132)이 이루는 나선형 골에 내입되어 이탈되지 않는 구조로서 피스톤의 내주면에 형성된 피스톤내반구홈 내에 위치하여 피스톤이 유압에 의해 움직일 때, 피스톤이 회전하면서 전·후진 하도록 하는 안내매개체의 역할을 하게 된다.
또한, 상기 외부튜브(110)와 피스톤(130) 사이에는 상ㆍ하부가 개방된 원기둥 형상의 내부튜브(140)가 구성되어 있다.
상기 내부튜브는 상기 외부튜브에 일체가 되도록 고정되어 있으며, 내부튜브의 내주면에는 상기 피스톤(130)의 피스톤외반구홈(131)과 대응되는 위치에 내부튜브반구홈(141)이 형성되고, 상기 내부튜브반구홈(141)과 피스톤외반구홈(131)이 이루는 나선형 골에는 제2볼베어링(142)이 외부로 이탈되지 않게 내입되어 있다.
상기 제2볼베어링(142)은 앞서 설명한 제1볼베어링과 동일하게 내부튜브반구홈(141)과 피스톤외반구홈(131)이 이루는 나선형 골에 내입되어 이탈되지 않는 구조로서 피스톤의 외주면에 형성된 피스톤외반구홈 내에 위치하여 피스톤이 유압에 의해 움직일 때, 피스톤이 회전하면서 전·후진 하도록 하는 안내매개체의 역할을 하게 된다.
그리고 상기 외부튜브(110)의 하부에는 외부튜브(110)의 내부로 인입되는 형상의 베이스캡(150)이 구성되게 된다.
상기 베이스캡은 고소차량(200)에 고정되는 하부플랜지(151)와, 상기 하부플랜지(151)의 상면에서 상부로 돌출되어 상기 외부튜브(110)의 내주면에 밀착하도록 형성되어 있는 것으로, 중심부에는 상기 엑슬로드(120) 끝단부가 삽입되는 삽입공(152)이 형성되어있다.
결국, 본 발명의 엑츄에이터(100)는 외부튜브(110)에 형성된 유압포트(111)에 의해 오일이 유입 또는 배출되면 외브튜브(110) 내에서 회전하면서 전·후진 하는 피스톤(130)이 앞서 설명한 내부튜브(140)와 엑슬로드(120)의 구성 및 결합관계에 의해 내부튜브와 일체로 형성된 외부튜브 또는 엑슬로드를 회전시키게 된다.
즉, 외부튜브를 고소차량(200)에 고정하면 엑슬로드(120)가 피스톤(130)의 전·후진 동작에 의해 회전하게 되고, 본 발명에서처럼 엑슬로드(120)를 고소차량에 고정시키면 외부튜브가 회전하게 되는 것이다.
본 발명에서 기밀을 유지하기 위한 실링부재와 밀봉부재는 관용의 기술을 적용하기 때문에 상세한 설명은 생략하였다.
특히, 상기 엑슬로드외반구홈(123)과 피스톤내반구홈(132) 그리고 상기 피스톤외반구홈(131)과 내부튜브내반구홈(141)에 의해 형성된 나선형 골에 최소 둘 이상의 제1볼베어링(133)과 제2볼베어링(142)을 내입시켜 면압강도를 향상시키도록 하여 큰 하중의 중량체를 회전시킬 수 있도록 하였다.
상기 제1볼베어링(133)과 제2볼베어링(142)을 대신 원호형 베어링(400)의 사용할 수 있다.
도 14는 본 발명 엑츄에이터의 볼베어링 대신 사용가능한 원호형 베어링의 사시도이다.
도 14에 도시된 바와 같이 원호형 베어링(400)은 수직단면이 ‘
’이고, 수평단면이 ‘
’인 것이 특징이다.
따라서, 제1볼베어링(133)과 제2볼베어링(142)에 비해 엑슬로드(120)와 피스톤(130) 그리고 내부튜브(140)와의 접촉면적이 크기 때문에 면압이나 마찰력이 높아서 큰 하중의 중량체를 회전시키는 데 적합하다.
상기 원호형 베어링(400)로 최소 둘 이상을 내입시킬 수 있다.
도 15는 본 발명 엑츄에이터에 사용되는 슬라이딩바의 또 다른 사시도이며, 도 16은 본 발명 엑츄에이터의 또 다른 실시의 슬라이딩바와 외부튜브 및 엑슬로드의 결합관계를 나타낸 단면도이다.
도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 기존의 슬라이딩링을 대신하여 본 발명의 엑츄에이터(100)에는 중공원판형의 링몸체(161)와 상기 링몸체(161)의 상·하면에 상·하부로 돌기된 형상으로서, 링몸체(161)를 따라 형성된 링형상의 링돌기(162)로 형성된 슬라이딩링(160)을 사용할 수 있다.
상기 링돌기(162)는 다수개가 서로 동심원을 가지면서 이격되도록 형성하였다.
이때, 외부튜브(110)의 상·하부측 단부와 엑슬로드(120)의 상부플랜지(121) 및 베이스캡(150)의 하부플랜지(151)에는 상기 슬라이딩링(160)이 안착할 수 있는 링형상의 홈(도면부호 미도시)이 형성되어 있어야 한다.
이러한 구조의 슬라이딩링(160)에 의한 결합구조는 원판형의 슬라이딩링에 비해 무거운 하중의 중량체를 들고 회전시, 하중을 분산시킬 수 있으며, 또한, 링돌기(162)의 상·하부측 단부가 곡면의 링형상이기 때문에 회전시 발생할지 모를 파손을 방지하며, 마찰이 작다는 것이다.
그리고 윤활유가 외부로 잘 빠져나가지 못하는 구조이기 때문에 윤활유의 유출이 적다는 것이다.
본 발명에서 피스톤내반구홈(132)과 내부튜브내반구홈(141)을 복열로 구성하고, 상기 피스톤내반구홈(132)과 내부튜브내반구홈(141)에 각각 대응하여 안착되는 제1볼베어링(133)과 내부튜브볼어링(142)이 구성함으로써 단열타입보다 고하중의 중량체를 움직일 수 있으며, 제1볼베어링(133)과 내부튜브볼어링(142)이 모두 피스톤내반구홈(132)과 내부튜브내반구홈(141) 내에서 이탈되지 않고 안착되어 마찰에 의해 회전하는 구조이므로 구름운동으로 인한 효율적으로 마찰력과 회전전력을 전달할 수 있게 한다.
도 17은 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 피스톤을 가공하는 사진이며, 도 18은 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 엑슬로이드를 가공하는 사진이고, 도 19는 본 발명 엑츄에이터용 회전체인 피스톤의 내면에 나선형 반구홈을 가공하는 사진이다.
본 발명 고소차량(200)에 설치되어 유압 또는 공압에 의해 작동되는 피스톤(130)의 작용으로 회전축을 정회전 또는 역회전 작동시킴으로써 회전력을 얻을 수 있도록 하는 로터리 엑츄에이터용 회전체를 나선가공하는 방법은 1단계 과정으로서 나선가공기기(300)의 고정척(320)에 피스톤(130) 또는 엑슬로드(120)와 같은 회전체를 수평상태를 유지하도록 일단을 고정하게 된다.
후술하는 과정에서 표기되는 회전체는 로터리 엑츄에이터(100)에 사용되는 피스톤(130) 또는 엑슬로드(120)를 지칭하는 것이다.
상기 1단계 과정에서 피스톤(130) 또는 엑슬로드(120)의 단부에 형성된 플랜지 부분을 고정척(320)에 고정하는 것이 바람직하다.
일반적으로 로터리 엑츄에이터용 회전체는 회전구동을 하는 피스톤 또는 엑슬로드를 일컫는다.
2단계 과정으로는 회전체의 외주연에 가공툴(360)을 접촉하는 단계가 이루어진다.
한편, 나선가공기기(300)는 내부공간이 형성되어 있는 본체(310)의 내부측벽에 회전체를 고정하는 고정척(320)이 구성되고, 상기 고정척(320)은 내부 측벽에서 전방으로 돌출하는 직선운동할 수 있으며, 고정척(320)에 의해 회전체를 고정하는 수단은 관용의 구성이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
그리고 상기 고정척(320)이 전진하는 측벽은 가이드면(330)이 경사지도록 형성되어 있어서 상기 가이드면(330)을 따라 이송프레임(340)이 상하로 이송하게 된다.
가이드면(330)에 이탈되지 않게 결속되어 움직이는 이송프레임(340)의 체결관계는 관용의 수단이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
또한, 상기 이송프레임(340)의 상면에는 중심축을 기준으로 자전하는 자전장치(350)가 결합되며, 상기 자전장치(350)의 외주면에는 외부방향으로 돌출하도록 결합된 가공툴(360)이 결합되어 있다.
이에, 상기 가공툴(360)은 자전장치(350)의 자전에 의해 회전체의 길이방향으로 회동하며, 선택에 따라 자전하여 회전체의 내면에 반구형 홈을 형성할 수도 있다.
내부튜브(140)는 중공체로서 외주연에는 나선형 골이 형성되어 있지 않다.
즉, 나선가공기기(300)는 내부공간이 형성되어 있는 본체(310)와; 상기 본체(310)의 내부 측벽에 설치되어 회전체인 피스톤(130)을 고정하여 직선운동하는 고정척(320)과; 상기 고정척(320)이 직선운동하는 본체(310)의 측벽에 경사지게 형성된 가이드면(330)과; 상기 가이드면(330)을 따라 상하로 이동하는 이송프레임(340)과; 상기 가이드면(330)의 상면에 돌출하도록 결합되어 자전하는 자전장치(350)와; 상기 자전장치(350)의 원주면에 외부방향으로 돌출하도록 결합된 가공툴(360)로 구성된 것이 특징이다.
따라서, 회전체가 고정되어 있는 고정척(320)은 가공툴(530) 방향으로 전진하게 되고, 고정척의 전진이 끝나면 가이드면을 따라 이송프레임이 하강하여 가공툴의 끝단부가 회전체의 외주연에 접촉하게 되는 것이다.
그리고 3단계 과정으로 고정척(320)을 회전시키면서 회전체의 길이방향으로 고정척(320)이 직선운동하고 가공툴(360)은 일정한 힘으로 회전체의 표면을 압박함으로써 회전체의 외주연을 나선가공하게 되는 것이다.
고정척의 피드값은 200∼300mm/min, 가공툴의 회전속도는 1000rpm이 바람직하다.
한편, 상술한 엑츄에이터(100)의 구조설명에서 회전체인 피스톤(130)과 엑슬로드(120)의 외주연에 형성된 나선형을 골을 본 발명에서는 각각 피스톤외반구홈(131)과 엑슬로드외반구홈(121)이라고 명하고 있다.
특히, 상기 제 3단계 과정에서 가공툴(360)은 플랜지가 구성된 회전체의 외주연에 접촉되어 있고, 회전체의 플랜지 부분을 고정한 고정척(320)은 가공툴(360)과 멀어지는 방향으로 직선운동하도록 하였다.
이는 회전체가 고정척에 고정되어 회전시 회전체의 외주연에 형성되는 나선형 골의 마지막 부분에서 고정척을 정지하려고 하여도 관성에 의해 회전이 지속되기 때문에 정확한 정지가 어려워 항상 일정한 길이 또는 형상으로 마감이 되는 것이 무척 어렵기 때문이다.
즉, 플랜지 부분을 고정척에 고정한 후, 가공툴을 회전체의 플랜지와 근접한 외주연에 접하도록 하여 고정척을 가공툴로부터 멀어지도록 직선운동을 하도록 하면 나선형 골이 형성되는 마무리 단계에서 가공툴이 회전체의 길이를 벗어나기 때문에 회전체가 회전하여도 그 형상에 영향을 주지 않게 된다.
상기 가공툴은 하방으로 수직하게 위치하고 있는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 로터리 엑츄에이터는 종래의 피스톤에 비해 제작이 쉬우며, 또한 피스톤과 엑슬로드 그리고 내부튜브의 동력전달의 매개수단으로서 볼베어링을 이용함으로써 서로 간의 유기적인 결합이 가능하고, 특히 볼베어링을 대신하여 원호형 베어링을 사용함으로써 면압과 마찰력을 향상시켜 보다 큰 하중을 가지는 중량체를 회전시킬 수 있으며, 움직이는 피치와 각도 및 회전력을 크게 할 수 있는 등의 현저한 효과가 있다.
100. 엑츄에이터 110. 외부튜브 111. 유압포트
120. 엑슬로드 121. 상부플랜지 122. 몸체
123. 엑슬로드외반구홈 130. 피스톤 131. 피스톤외반구홈
132. 피스톤내반구홈 133. 제1볼베어링 140. 내부튜브
141. 내부튜브내반구홈 142. 제2볼베어링 150. 베이스캡
151. 하부플랜지 152. 삽입공
160. 슬라이딩링 161. 링몸체 162. 링돌기
200. 고소차량 210. 브라켓
300. 나선가공기기 310. 본체 320. 고정척
330. 가이드면 340. 이송프레임 350. 자전장치
360. 가공툴
400. 원호형 베어링
120. 엑슬로드 121. 상부플랜지 122. 몸체
123. 엑슬로드외반구홈 130. 피스톤 131. 피스톤외반구홈
132. 피스톤내반구홈 133. 제1볼베어링 140. 내부튜브
141. 내부튜브내반구홈 142. 제2볼베어링 150. 베이스캡
151. 하부플랜지 152. 삽입공
160. 슬라이딩링 161. 링몸체 162. 링돌기
200. 고소차량 210. 브라켓
300. 나선가공기기 310. 본체 320. 고정척
330. 가이드면 340. 이송프레임 350. 자전장치
360. 가공툴
400. 원호형 베어링
Claims (2)
- 고소차량(200)에 설치되어 유압 또는 공압에 의해 작동되는 피스톤(130)의 작용으로 회전축을 정회전 또는 역회전 작동시킴으로써 회전력을 얻을 수 있도록 하는 것으로, 상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 외주면에는 수직 상으로 일정간격 이격되어 오일이 내부로 유입 또는 배출되는 한 쌍의 유압포트(111)가 형성되어 있는 외부튜브(110)와; 상기 외부튜브(110)의 상부에서 외부튜브(110)의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브(110)의 상단부에 위치하여 고소차량(200)에 고정되는 상부플랜지(121)와, 상기 상부플랜지(121)의 하면에서 하부로 돌출되어 상기 외부튜브(110)의 내부에 위치하는 원기둥 형상의 몸체(122)와, 상기 몸체(122)의 외주면에 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 엑슬로드외반구홈(123)이 형성되어 있는 엑슬로드(120)와; 상기 외부튜브(110)와 상기 엑슬로드(120)의 몸체(122) 사이에 위치하며, 외주면에는 적어도 2열 이상의 나선형 형상의 피스톤외반구홈(131)이 형성되고, 내주면에는 상기 엑슬로드(120)의 엑슬로드외반구홈(123)과 대응되는 위치에 나선형 형상의 피스톤내반구홈(132)이 형성되어 있는 피스톤(130)과; 상ㆍ하부가 개방된 원통 형상으로서, 상기 외부튜브(110)와 피스톤(130) 사이에 위치하여 상기 외부튜브(110)와 결합되며, 내주면에는 상기 피스톤(130)의 피스톤외반구홈(131)과 대응되는 위치에 나선형 형상의 내부튜브반구홈(141)이 형성되어 있는 내부튜브(140)와; 상기 외부튜브(110)의 하부에서 외부튜브(110)의 내부로 인입되는 형상으로서, 외부튜브(110)의 하단부에 위치하여 고소차량(200)에 고정되는 하부플랜지(151)와, 상기 하부플랜지(151)의 상면에서 상부로 돌출되어 상기 외부튜브(110)의 내주면에 밀착하도록 형성되되, 중심부에는 상기 엑슬로드(120) 끝단부가 삽입되는 삽입공(152)이 형성되어 있는 베이스캡(150);을 포함하여 구성되는 로터리 엑츄에이터에 있어서,
상기 엑슬로드외반구홈(123)과 피스톤내반구홈(132) 그리고 상기 피스톤외반구홈(131)과 내부튜브내반구홈(141)에 의해 형성된 나선형 골에는 각각 원호형 베어링(400)이 각각 내입되는 것으로, 상기 원호형 베어링(400)은 수직단면이 ‘’이고, 수평단면이 ‘
’인 형상이며,
상기 외부튜브(110)의 상·하부측 단부와 엑슬로드(120)의 상부플랜지(121) 및 베이스캡(150)의 하부플랜지(151)에는 슬라이딩링(160)이 구성되되, 상기 슬라이딩링(160)은 중공원판형의 링몸체(161)와, 상기 링몸체(161)의 상·하면에 링몸체(161)를 따라 링형상의 링돌기(162)가 형성되는 것으로,
상기 링돌기(162)는 다수 개가 형성되되, 서로 동심원 상에 위치하도록 이격되어 형성되어 있으며,
또한, 상기 외부튜브(110)의 상·하부측 단부와 엑슬로드(120)의 상부플랜지(121) 및 베이스캡(150)의 하부플랜지(151)에는 상기 슬라이딩링(160)이 안착할 수 있는 링형상의 홈이 형성되어 있는 것이 특징인 로터리 엑츄에이터.
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