KR101711454B1 - 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치 - Google Patents

Abstract

기체를 공급하는 로터리 조인트 장치가 개시된다. 개시되는 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치는 감속기와, 감속기에 연결되어 회전되는 샤프트와, 샤프트의 외측에 결합되며 기체가 이송되는 유로가 형성된 내부체와, 상기 내부체의 외측에 결합되며 외부로부터 기체거 주입되는 외부체 및 내부체와 외부체의 단부에 결합되며 로봇아암에 기체를 공급하는 파이프가 연결되는 어태치먼트 플랜지를 포함하여 이루어진다.
이에 따르면 외부의 회전체를 통해 기체가 공급되면 내부의 회전 구동되는 내부 회전체를 통해 지속적으로 기체의 배출이 실시될 수 있도록 하여 결국 두개의 회전체가 서로 회전 동작중에서도 기체 공급은 지속적으로 보장할 수 있고, 이러한 기체 공급 보장에 의해 적용되는 로봇아암의 다방향 전환에도 기체의 흐름을 방해받지 않게 됨으로써 로봇아암이 수행하는 각종 가스 용접이나 냉각 가스 공급 등의 일련의 공정 수행이 원활하게 수행될 수 있게 된다.

Description

기체를 공급하는 로터리 조인트 장치{Rotary Joint Device for Supplying Gas}

개시되는 내용은 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수의 회전체가 내,외측에 회전가능하게 결합되어 각기 개별적으로 회전될 수 있고, 외부의 회전체를 통해 기체가 공급되면 내부의 회전체를 통해 배출될 수 있도록 하여 회전 동작중에서 기체 공급이 지속적으로 이루어질 수 있도록 하는 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치에 관한 것이다.

자동화 기계 및 산업용 기계 등에서 가공물을 회전하기 위해, 다축 로봇 아암 선단에 회전유닛이 장착되고, 샤프트에 복수의 그리퍼 등이 구비된 회전체를 장착하고, 그리퍼 및 실린더 등을 작동할 수 있도록 공압선을 회전체에 연결하여 사용하고 있다.

종래 회전유닛은 회전체에 장착된 그리퍼, 실린더 등을 작동하기 위한 공압선이 외부에 노출되어 있는 관계로, 회전체의 360°회전이 불가능할 뿐더러 회전시 공압선의 꼬임으로 가공물의 낙하로 인한 안전사고의 위험이 따르고, 공압선에 의한 한 방향 제어가 불가능하므로 로봇의 자세 불안정으로 제품의 불량률이 높아 생산성이 저하되는 문제점이 있었다.

국내 특허출원 10-2000-0014631호에는 전선단락 및 에어관로의 꼬임방지용 감속기형 서보 회전장치가 개시되어 있다.

이는 복수의 그리퍼(Gripper), 실린더(Cylinder), 모타류 등(엑츄에이터)이 장치되는 회전체를 일정각도로 회전하는데 사용되는 것으로, 감속기의 출력축을 이용하여 에어배관과 전기선을 배선하여 외부에 별도로 배관 등을 하지 않고도 회전체에 에어나 전기를 공급하여 그리퍼, 실린더 및 모타류 등을 작동할 수 있도록 한 것이다.

개시되는 내용은, 중심에서 회전되는 샤프트에 복수의 회전체가 각기 내,외측에 끼워져 회전가능하게 결합되되 각각의 내,외측 회전체는 서로 개별적으로 회전되도록 하여 회전구동의 독립성을 보장할 수 있도록 하는 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 개시되는 발명은, 외부의 회전체를 통해 기체가 공급되면 내부의 회전 구동되는 내부 회전체를 통해 지속적으로 기체의 배출이 실시될 수 있도록 하여 결국 두개의 회전체가 서로 회전 동작중에서도 기체 공급은 지속적으로 보장할 수 있고, 이러한 기체 공급 보장에 의해 적용되는 로봇아암의 다방향 전환에도 기체의 흐름을 방해받지 않게 됨으로써 로봇아암이 수행하는 각종 가스 용접이나 냉각 가스 공급 등의 일련의 공정 수행이 원활하게 수행될 수 있도록 하는 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적은, 동력발생부에 연결되어 회전되는 샤프트와, 샤프트의 외측에 결합되며 기체가 이송되는 유로가 형성된 내부체와, 상기 내부체의 외측에 결합되며 외부로부터 기체가 주입되는 외부체 및 내부체와 외부체의 단부에 결합되며 로봇아암에 기체를 공급하는 파이프가 연결되는 어태치먼트 플랜지를 포함하는 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치에 의해 달성될 수 있다.

실시예에 따르면, 외부체를 통해 기체가 공급되면 내부에서 회전 구동되는 내부체의 회전 구동에 제한받지 않고 유로를 통해 지속적으로 기체를 내부체에 연결된 어태치먼트 플랜지를 통해 로봇아암에 공급할 수 있고, 이러한 안정적인 기체 공급에 의해 적용되는 로봇아암의 다방향 전환에도 기체의 흐름을 방해받지 않게 됨으로써 로봇아암이 수행하는 각종 가스 용접이나 냉각 가스 공급 등의 일련의 공정 수행이 원활하게 수행될 수 있도록 하는 기체를 공급할 수 있는 효과가 있다.

더욱이 실시예에 따르면 외부의 기체 공급용 포트에 연결되는 다수의 호스가 엉키는 폐단을 방지할 수 있어 작업 효율의 향상과 보다 복잡한 정밀 공정에 로봇아암이 적용되더라도 충분히 안정적인 작업이 수행될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 정면 부분 절개 사시도,
도 2는 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 배면 부분 절개 사시도,
도 3은 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 단면도,
도 4는 상기 도 3에서 일부분을 확대한 정면 분해 사시도,
도 5는 상기 도 4에 대한 배면 분해사시도,
도 6은 상기 도 3에서 일부분을 확대한 정면 분해 사시도,
도 7은 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 분해사시도.

이하 개시되는 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.

첨부된 도면 중에서, 도 1은 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 정면 부분 절개 사시도, 도 2는 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 배면 부분 절개 사시도, 도 3은 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 단면도, 도 4는 상기 도 3에서 일부분을 확대한 정면 분해 사시도, 도 5는 상기 도 4에 대한 배면 분해사시도, 도 6은 상기 도 3에서 일부분을 확대한 정면 분해 사시도, 도 7은 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치를 나타낸 분해사시도이다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치는, 동력발생부에 연결된 감속기(100)와, 상기 감속기(100)에 연결되어 회전되는 샤프트(2)와, 샤프트(2)의 외측에 결합되어 샤프트(2)와 동반 회전되는 내부체(4)와, 상기 내부체(4)의 외측에 끼움결합되며 내부체(4)의 외측에 결합된 베어링이 내주면에 밀착되어 내부체(4)와 별개로 고정된 상태를 유지하는 외부체(6) 및 내부체(4)와 외부체(6)의 단부에 결합되되 내부체(4)와 연결되어 회전되며 로봇아암(미도시)에 기체를 공급하는 파이프가 연결되는 어태치먼트 플랜지(8)를 포함한다.

동력발생부는 모터, 실린더 등이 포함될 수 있다.

여기서 외부체(6)에는 다수의 기체주입포트(62)가 형성되고, 내부체(4)에는 기체주입포트(62)를 통해 주입된 기체가 이동되는 유로홈(42)이 형성된다.

그리고 내부체(4)와 외부체(6)의 각자 회전 작동을 안정적으로 유지할 수 있도록 베어링(3)이 구비된다.

개시되는 발명에 기재된 내부체(4), 외부체(6)는 각기 그 결합되는 위치를 기준으로 정한 명칭이므로 이러한 구별 기준 이외에 내부, 외부를 판단할 필요는 없음을 밝혀둔다.

따라서 내부, 외부는 결국 2개의 구성요소중 어느 하나와 그를 제외한 나머지 하나를 의미하는 것이다.

상기 샤프트(2)는 감속기(100)에 장착되도록 일측에 플랜지(22)가 형성되고, 내측에 중공부를 가지며 외주면에 단턱(24)이 형성되어 회전력을 발휘하게 되며, 타측에 개구공(26)이 형성된다.

상기 개구공(26)을 통해서는 외부의 센서(미도시)로부터 감지된 신호를 받는 송신부(200)가 삽입되어 결합된다.

샤프트(2)의 외주면 일측에는 개구공(26)의 주변 측벽에는 키홀(27)이 형성된다. 상기 키홀(27)은 개구공(26)의 주변으로부터 길이방향으로 절개되어 형성되고, 이 키홀(27)에 키(300)가 결합된다.

키(300)는 내부체(4)의 외주면에도 결합된다. 따라서 샤프트(2)와 내부체(4)가 키 결합에 의해 슬립되지 않고 일체로 회전 구동될 수 있다.

상기 내부체(4)는 원통형상이며 샤프트(2)의 외측에 결합되어 일체로 회전되며 외주면에 다수의 유로홈(42)이 형성되고, 상기 다수의 유로홈(42) 각각에 대응하는 유로(43)가 내부에 형성되며, 일단에는 유로(43)와 통하는 에어홀(44)이 형성된다.

상기 내부체(4)는 원통형상이며, 다수의 유로홈(42)이 내부체(4)의 외주면에 원주방향을 따라 한줄씩 요입되어 형성되며, 다수의 유로홈(42)은 길이방향을 따라 다수개가 형성된다.

다수의 유로홈(42) 각각에는 유로(43)와 통하는 통공(41)이 형성되어 기체가 통공(41)을 통해 내부 유로(43)에 이송될 수 있다.

상기 유로(43)는 내부체(4)의 내측에 길이방향으로 형성되며 일단은 에어홀(44)과 통하도록 형성되는데 유로홈(42)과 유로(43)는 1:1로 대응하여 형성된다.

따라서 원형으로 요입 형성되는 유로홈(42)의 어느 일측에 1개의 통공(41)과, 이에 통하는 1개의 유로홈(42) 및 에어홀(44)이 형성되는 것이다.

그러므로 예시된 바와 같이 4개의 유로홈(42)이 형성된다면 4개의 유로(43)가 방사상으로 내부체(4)의 내부에 형성되는 것이다.

또한 내부체(4)의 외주면에는 상기 샤프트(2)의 키(300)가 결합될 수 있는 키홈(41)이 길이방향으로 형성된다.

상기 외부체(6)는 내부체(4)와 마찬가지로 원통형상으로 형성되며, 상기 내부체(4)의 외주면에 결합되는 복수의 베어링(3)이 양단부에 구비되고, 상기 복수의 베어링(3)과 결합되어 내부체(4)의 외측에 결합되고 다수의 기체주입포트(62)가 형성된다.

상기 외부체(6)는 내부에 내부체(4)가 결합되도록 통로(60)가 형성되고, 내주면 양측에 베어링(3)이 삽입되는 베어링안착부(67)가 형성된다.

상기 통로(60)의 내주면에는 다수의 기체주입포트(62) 사이에 밀폐씰(68)이 구비된다.

밀폐씰(68)은 단면이 십자형상인 연질의 소재로 이루어지며 대략 링의 형상으로 형성되는 것으로, 하부 2개의 리브가 한쌍씩 내부체(4)의 외주면에 밀착되어 기밀성을 발휘할 수 있게 된다.

따라서 유로홈(42)을 지나가는 기체는 밀폐씰(68)에 의해 외측(이는 내부체와 외부체 간의 틈새를 의미한다.)으로 누설되지 않게 되어 기체 손실이 방지될 수 있다.

상기 통로(60)의 내주면에는 밀폐씰(68)이 삽입되도록 씰 삽입홈(69)이 원주방향으로 형성된다.

씰 삽입홈(69)은 2개의 기체주입포트(62) 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 외부체(6)의 일단에 결합되며, 베어링(3)을 덮도록 결합되는 베어링커버(32)가 포함된다.

상기 베어링커버(32)는 원판상이되 중앙에는 내부체(4)의 일단부가 통과되도록 관통공(320)이 형성되며, 일면에는 베어링(3)이 삽입되고 외부체(6)의 일단에 형성된 환형돌부(65)가 삽입되도록 환형으로 요입되어 단차부(322)가 형성된다.

베어링커버(32)는 외부체(6)와 볼트(89)에 의해 결합된다.

상기 어태치먼트 플랜지(8)는 베어링커버(32)에 결합되며 상기 내부체(4)의 에어홀과 통하는 제2유로(81)가 내부에 형성되며, 상기 제2유로(81)와 통하는 유출포트(82)가 외주면에 형성되고, 상기 유출포트(82)에 툴 조인트(400)가 연결된다.

상기 어태치먼트 플랜지(8)는 중앙에는 개구공(84)이 형성되고, 개구공(84)의 주변에는 상기 내부체(4)의 에어홀(44)과 통하는 인입공(86)이 형성되며, 상기 인입공(86)은 제2유로(81)와 통하도록 형성된다.

한편 어태치먼트 플랜지(8)와 내부체(4)의 마감 결합의 기밀력을 향상시키기 위해, 상기 내부체(4)의 에어홀(44)의 외측에는 오링(49)이 구비되고, 상기 인입공(86)에는 환홈(862)이 형성된다.

따라서 어태치먼트 플랜지(8)를 내부체(4)의 단부에 볼트(89) 체결로 결합시키면 상기 오링(49)이 환홈(862)에 삽입되어 밀폐 상태가 될 수 있는 것이다.

이에 더하여 상기 환홈(862)의 표면에는 수지(미도시)가 코팅되어 수지층이 형성될수도 있다. 수지 코팅에 의해 밀폐력은 더욱 향상될 수 있으며 수지의 종류는 내열성, 내유성, 내마모성을 충족하는 합성수지라면 공히 적용될 수 있다.

상기 툴 조인트(400)는 피팅유닛이며 이는 통상 배관 조립에 사용되는 연결부속이며 이는 당업자라면 누구나 알 수 있는 기술이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

이후 툴 조인트(400)에 각종 사용처에 공급되는 파이프가 연결되어 기체가 최종 사용처에 공급될 수 있다.

이와 같이 구성된 개선된 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

감속기(100)의 일측에 플랜지(22)가 결합되어 샤프트(2)가 장착되고, 샤프트(2)의 내부로는 송신부(200)가 삽입된다.

이후 샤프트(2)의 외측에 내부체(4)가 끼움결합되며, 샤프트(2)와 내부체(4)는 키(300) 결합으로 일체화될 수 있도록 한다.

이후 내부체(4)의 외측에 외부체(6)를 끼움결합시킨다.

내부체(4)의 외주면 양단부에는 각각 베어링(3)이 개재된다.

외부체(6)는 그 내부의 씰 삽입홈(69)에 각기 밀폐씰(68)이 삽입되어 있으므로 밀폐씰(68)의 일부위 리브는 내부체(4)의 외주면에 밀착되어 기밀성을 갖게 된다.

이후 내부체(4)와 외부체(6)의 일단부에 베어링커버(32) 및 어태치먼트 플랜지(8)가 결합되며, 어태치먼트 플랜지(8)는 내부체(4)와 볼트(89)로 연결된다.

어태치먼트 플랜지(8)에는 툴 조인트(400)가 연결되고, 툴 조인트(400)에 파이프가 연결되어 조립이 완료된다.

이후 감속기(100)가 구동되면 샤프트(2)가 회전되며 샤프트(2)에 키(300) 결합된 내부체(4)가 회전될 것이다.

한편 외부체(6)의 기체주입포트(62)를 통해 에어나 가스 등이 공급된다. 주입된 기체는 유로홈(42), 통공(41), 유로(43), 에어홀(44)을 통해 어태치먼트 플랜지(8)의 유출포트(82)를 통해 배출된다.

이러한 배출과정에서 내부체(4)는 연속적으로 회전하더라도 유로홈(42)이 원주방향을 따라 길게 형성되어 있으므로 기체 유입은 중단되지 않고 지속적으로 이루어질 수 있는 것이다.

비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.

2 : 샤프트 4 : 내부체
6 : 외부체 8 : 어태치먼트 플랜지
22 : 플랜지 26 : 개구공
27 : 키홀 42 : 유로홈
43 : 유로 44 : 에어홀
62 : 기체주입포트 67 : 베어링안착부
68 : 밀폐씰 69 : 씰 삽입홈
82 : 유출포트 86 ; 인입공
100 ; 감속기 200 : 송신부

Claims (7)

1. 내측에 중공부를 가지며 동력발생부에 연결되어 회전력을 발휘하는 샤프트;
   상기 샤프트의 외측에 결합되어 일체로 회전되며, 외주면에 다수의 유로홈이 형성되고, 상기 다수의 유로홈 각각에 대응하는 유로가 내부에 형성되며, 일단에는 유로과 통하는 에어홀이 형성된 내부체;
   상기 내부체의 외측에 끼움결합되고 다수의 기체주입포트가 형성된 외부체;
   상기 내부체와 외부체가 각자 회전 작동을 유지할 수 있도록 내부체의 외주면에 결합되며 외부체의 내주면에 밀착되는 베어링;
   상기 내부체의 일단에 볼트 체결로 결합되며, 상기 내부체의 에어홀과 통하는 제2유로가 내부에 형성되며, 상기 제2유로와 통하는 유출포트가 외주면에 형성된 어태치먼트 플랜지;를 포함하고,
   상기 내부체는 외주면에 원주방향을 따라 한줄씩 요입되어 다수의 유로홈이 형성되며, 다수의 유로홈은 길이방향을 따라 다수개가 형성되고,
   다수의 유로홈 각각에는 유로와 통하는 통공이 형성되어 기체가 통공을 통해 내부 유로에 이송되도록 한 것이며,
   상기 유로는 내부체의 내측에 길이방향으로 형성되며 일단은 에어홀과 통하도록 형성되고,
   상기 외부체는
   내부에 통로가 형성되고, 내주면 양측에 베어링이 삽입되는 베어링안착부가 형성되고,
   상기 통로의 내주면에는 다수의 기체주입포트 사이에 밀폐씰이 형성되며,
   상기 통로의 내주면에는 밀폐씰이 삽입되도록 씰 삽입홈이 원주방향으로 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항에 있어서,
   상기 어태치먼트 플랜지는
   중앙에는 개구공이 형성되고, 상기 개구공의 주변에는 내부체의 에어홀과 통하는 인입공이 형성되고, 상기 인입공과 제2유로가 통하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 내부체의 에어홀의 외측에는 오링이 구비되고, 상기 인입공에는 환홈이 형성되어 상기 오링이 환홈에 삽입되어 밀폐 상태가 되도록 한 것을 특징으로 하는 기체를 공급하는 로터리 조인트 장치.
   

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