KR101751507B1 - 로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조 - Google Patents

로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조 Download PDF

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토시유키 이시카와
마사유키 모토야나기
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오끼 마이크로 엔지니어링 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은 진동이나 소음을 저감시키는 동시에, 조립, 분해작업, 및 다른 장치에 대한 조립 부착 후의 보수가 용이해지는 로터리 액추에이터와 피구동체의 연결구조를 제공하는 것이다.
본 구조는, 프레임에 대향하여 배치된 지지부와, 지지부 사이에 배치된 피구동체와, 피구동체를 유지시키며 회동축이 되는 샤프트와, 샤프트에 연결된 로터리 액추에이터로 이루어지며, 샤프트는, 일단부를 일방의 지지부에 의해 회동가능하게 지지하는 동시에, 타단부를 대향측의 프레임에 관통 연장시켜 로터리 액추에이터와 연결하여 지지한다. 샤프트와 로터리 액추에이터의 연결은, 샤프트의 타단부를 로터리 액추에이터의 출력축에 형성된 관형상 오목부에 끼움결합함으로써 행한다. 로터리 액추에이터와 프레임의 고정은, 로터리 액추에이터에 형성된 회동 방향으로의 완충을 구비한 돌기체를, 프레임에 개방 형성된 걸림결합구에 대해 끼움결합함으로써 행한다.

Description

로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조{STRUCTURE FOR COUPLING ROTARY ACTUATOR TO DRIVEN BODY}
본원 발명은, 로터리 액추에이터의 배치, 및 구동력 전달의 기술 분야에 속하는 것으로서, 특히, 로터리 액추에이터와 피(被)구동체의 연결 구조에 관한 것이다.
종래부터, 일정 각도로 회전 왕복 운동(요동)하는 로터리 액추에이터의 출력축과 축부를 갖는 피구동체의 연결에는, 기계요소인 커플링(축 이음쇠)이 이용되어 왔다.
예컨대, 도 5의 (A), (B)에 나타내는 바와 같이, 대향(對向) 배치된 프레임(f) 사이에 피구동체(4)를 배치하는 경우, 피구동체(4)를 유지시키는 샤프트(s)의 일단부를 일방(一方)의 프레임(f)에 회동가능하게 베어링(b)에 의해 지지하고, 타단측을 타방(他方)의 프레임(f)에 부착된 로터리 액추에이터(a)의 출력축(a1)과 커플링(c)에 의해 연결하는 구조였다. 또, 로터리 액추에이터(a)는, 방진(防振) 고무를 구비한 오목부(a2)를 통해 프레임(f)에 걸림결합되어, 로터리 액추에이터(a) 전체의 회동(回動)을 방지하는 동시에 진동의 발생을 억제하고 있었다.
상기 커플링에는, 일반적인 양단(兩端) 개방의 통형상의 형태(이하, 「범용(汎用) 커플링」이라 칭함)에 추가하여, 금속 판스프링식, 금속 슬릿(slit)식, 수지 벨로즈식, 나아가, 홈과 탄성재를 조합한 특허문헌 1에 나타내는 것과 같은 이른바 플렉시블(flexible) 커플링이 있으며, 그 밖에도 특허문헌 2에 나타내는 것과 같은 비접촉으로 피구동체와 출력축을 연결하는 자기(磁氣) 커플링이 있다. 이러한 플렉시블 커플링이나 자기 커플링은, 축 연결시의 축 사이의 위치 어긋남을 흡수할 수 있다는 장점이 있었다.
일본 특허공개공보 제2007－40351호(제3~5페이지, 제1도) 일본 특허공개공보 H11－311260호(제4~5페이지, 제1, 4도)
범용 커플링을 이용한 로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조에서는, 피구동체의 축과 로터리 액추에이터의 출력축 간의 기계적 연결에 위치 어긋남이 발생하는 것이었다. 이 때문에, 조립시의 조정이 필요하고, 아울러 구동시의 진동에 의해 피구동체측에는 「채터링(chattering)」, 로터리 액추에이터측에는 「소음」이 발생한다는 문제가 있었다.
특허문헌 1의 「플렉시블 커플링」이나 특허문헌 2의 「자기 커플링」을 이용한 연결 구조는, 연결하는 축 사이의 위치 어긋남을 흡수할 수 있기 때문에, 상기 「채터링」나 「소음」을 저감 또는 배제할 수 있다는 장점이 있으며, 또한 자기 커플링을 이용한 경우에는, 비접촉 연결에 의한 연결부의 마모도 배제할 수 있다는 장점이 있었다. 그 반면, 범용 커플링보다 축 길이가 길어져, 전용(專用)의 자기회로를 필요로 하기 때문에 구조 전체가 복잡해진다는 문제가 있었다.
원래, 커플링 자체를 연결 요소로서 이용하는 상기 구조는, 로터리 액추에이터의 보수나 교환 작업이 번잡해졌다. 예컨대, 로터리 액추에이터를 교환하는 경우에는, 피구동체와 출력축을 분리하기 위해 커플링 부분의 연결 해제나 조정 작업이 필요하였다. 그러나, 피구동체나 커플링의 배치 장소가 협소한 경우에는, 그 장소에서의 작업이 곤란해져, 구조 전체의 분해가 필요해지는 경우가 있었다.
또, 프레임 사이에 커플링의 배치 공간을 확보하기 위하여 구조 전체의 축 길이가 길어지며, 이 구조를 배치하는 다른 장치, 예컨대, ATM 장치(현금 자동 입출금 장치), 프린터 장치, 복사기, FAX 장치 등도 대형화되어, 적용 대상의 장치를 한정하게 된다는 문제도 있었다.
이에, 본원 발명은 상기 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 진동이나 소음을 저감하는 동시에, 조립 및 분해 작업을 용이하게 하며, 나아가 다른 장치에 대한 조립 부착 후의 보수가 용이해지는 로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조를 제공한다.
상기 목적을 실현하기 위하여, 본원 발명에 따른 로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조(이하, 「본 연결 구조」라 약칭함)는, 이하와 같이 구성되어 있다.
즉, 프레임에 대향하여 배치된 지지부와, 상기 지지부 사이에 배치된 피구동체와, 상기 피구동체를 유지하며 회동축이 되는 샤프트와, 상기 샤프트에 연결된 로터리 액추에이터로 이루어지며, 상기 샤프트는, 그 일단부를 상기 일방(一方)의 지지부에 의해 회동가능하게 지지하는 동시에, 타단부를 대향측의 프레임에 관통 연장시켜 로터리 액추에이터와 연결하여 지지한 것을 특징으로 하고 있다.
상기 프레임은, 대향하는 지지부를 구비하고 있으면, 판 형상, 틀 형상의 어느 형태여도 무방하고, 본 연결 구조를 조립 부착하는 다른 장치의 프레임이어도 무방하다. 또, 프레임에 대한 로터리 액추에이터의 위치결정으로서는, 출력축의 주위에 보스(boss)를 형성하고, 이것을 프레임에 형성된 위치결정용의 관통구(貫通口)에 끼움결합시키는 형태가 적합하다.
샤프트와 로터리 액추에이터간의 연결은, 샤프트의 타단부를 로터리 액추에이터의 출력축에 형성된 관(管)형상 오목부에 끼움결합시켜 고정한 것을 특징으로 하고 있다.
이러한 연결에 있어서, 샤프트에 대한 로터리 액추에이터의 구동력의 전달을 확실하게 하기 위하여, 적어도 회동 방향이 걸림결합된 구조로 되어 있다. 보다 구체적으로는, 샤프트에 D 컷면을 형성하여, 로터리 액추에이터의 관형상 오목부가 D 컷면을 따르는 형상으로 하는 것이 적합하다. 그 밖에도, 샤프트와 관형상 오목부간의 끼움결합 부분에 키(key)나 키 홈을 배치하도록 하여도 무방하다.
또한, 로터리 액추에이터와 프레임간의 고정은, 로터리 액추에이터 또는 프레임 중 어느 하나에 형성된 하나 또는 복수의 돌기체와, 양자 중 어느 하나에 개방 형성(開設)된 걸림결합구(係合口)간의 끼움결합인 것을 특징으로 하고 있다. 그리고, 상기 돌기체와 상기 걸림결합구 간의 끼움결합은, 적어도 회동 방향으로의 완충(緩衝)을 구비한 끼움결합인 것을 특징으로 하고 있다. 여기서, 완충 수단으로서는, 돌기체에 방진(防振) 고무 등의 탄성체를 링형상으로 장착하는 것이 적합하다.
상기의 고정 형태에 의해, 로터리 액추에이터의 구동시에 있어서의 회동이 방지될 뿐만 아니라, 완충 수단의 개재(介在)에 의해 로터리 액추에이터로부터 프레임으로의 진동의 전파가 억제되게 된다.
상기 구성에 의해, 본 연결 구조는, 이하의 효과를 거둔다.
로터리 액추에이터와 피구동체를 유지시키는 샤프트간의 연결을, 대향된 지지부를 구비한 프레임의 외측에서 행하고 있다. 보다 구체적으로는, 샤프트의 타단부를 대향측의 프레임으로부터 관통 연장시켜, 상기 타단부와 로터리 액추에이터의 출력축에 형성된 관형상 오목부가 끼움결합함으로써 연결되어 있다. 또, 프레임에 대한 로터리 액추에이터의 고정도, 일방에 형성된 돌기체와 타방에 형성된 걸림결합구의 끼움결합에 의해 행해지고 있다.
상기 구성에 의해, 로터리 액추에이터의 탈부착 작업이 프레임의 외측에서 가능해진다. 그 결과, 본 연결 구조를 다른 장치에 조립 부착한 후에도, 본 연결 구조의 전체나 다른 장치의 일부를 분해, 즉, 프레임과 샤프트에 일체화시킨 피구동체와의 위치 관계를 변경하는 일없이, 로터리 액추에이터만 보수 혹은 교환 작업할 수 있게 된다.
또, 피구동체와 로터리 액추에이터의 출력축을 연결하는 커플링을 생략할 수가 있다. 이러한 커플링의 생략에 의해, 종래 있었던 축간의 위치 어긋남이 발생하는 일이 없으며, 전체 구성의 간략화에 따라 조립이나 분해도 용이해진다. 예컨대, 조립 과정에 있어서, 프레임 및 프레임을 배치하는 다른 장치의 기계요소(機素, machine element)(분류기(sorter)나 시트 가이드)와의 위치결정(파라미터 1)을 설정하고, 다음으로, 프레임의 외측으로부터 로터리 액추에이터만의 위치결정(파라미터 2)을 설정하여 부착할 수 있다. 즉, 종래는 커플링을 개재시키는 연결이기 때문에, 파라미터 1과 파라미터 2를 동시에 균형을 맞추면서 위치결정을 행할 필요가 있었지만, 본 연결 구조에서는, 먼저 파라미터 1의 조정의 설정 조작을 행한 후에 파라미터 2의 조정의 설정 조작을 행하는 개별적이며 또한 순차적인 작업이 가능하게 되어, 각각을 정확하고 신속하게 행할 수가 있다.
나아가, 커플링의 개재에 기인하는 축 사이의 위치 어긋남에 의해 발생하던 진동이나 소음의 발생을 억제할 수가 있다. 여기에 추가하여, 로터리 액추에이터와 피구동체간의 거리도 짧게 할 수 있기 때문에 전체 구조를 소형화할 수 있어, 본 연결 구조를 배치하는 장치의 적용 범위를 넓히고, 그 장치 전체의 소형화도 도모할 수가 있다.
도 1은 본 연결 구조를 나타내는 일부 절결(切缺) 종단면도이다.
도 2는 본 연결 구조를 나타내는 일부 절결된 조립 사시도이다.
도 3은 본 연결 구조의 로터리 액추에이터의 조립 사시도이다.
도 4는 본 연결 구조의 다른 실시예의 샤프트 및 로터리 액추에이터를 나타내는 일부 절결 조립 사시도이다.
도 5는 종래의 로터리 액추에이터와 피구동체간의 연결을 나타내는 종단면 도(A)와 조립 사시도(B)이다.
이하에, 본 연결 구조의 실시형태예에 대하여, 도면에 근거하여 상세하게 설명한다.
본 연결 구조(1)는, 지지부를 대향시켜 배치하는 프레임(2)에 요동(회전 왕복 운동) 가능하게 피구동체(4)를 유지시켜 회동축이 되는 샤프트(3)를 배치하고, 상기 샤프트(3)에 일방의 프레임(2)의 외측에 고정된 로터리 액추에이터(5)의 구동력을 전달하는 구조이다.
본 연결 구조(1)는, 예컨대, ATM 장치, 프린터 장치 등에 있어서, 유동하는 지폐나 종이 매체 등의 시트재를 나누는 가이드 부재로서 기능하는 피구동체(4)의 구동 부위에 이용되는 것이다.
프레임(2)은, 본 연결 구조(1)를 유지시키는 케이스로서, 소정 거리로 대향하여 배치되어 있다. 또한, 도면에 있어서는, 프레임(2)은, 대향된 지지부를 구성하는 2매의 평판 형상의 부분만 그려져 있고, 다른 부분은 생략되어 있다. 또, 상기 프레임(2)은 본 연결 구조(1)의 구성 요소이지만, 본 연결 구조(1)를 배치하는 ATM 장치나 프린터 장치 등의 다른 장치의 부품이나 브래킷의 일부를 프레임으로서 이용하여도 무방하다.
대향 설치된 일방측의 프레임(21)은, 샤프트(3)의 일단부를 회동가능하게 지지하는 베어링(21a)이 배치되어 있다. 타방측의 프레임(22)은, 샤프트(3)의 타단부를 프레임 밖으로 관통 연장시키는 관통구(22a)가 형성되어 있다. 또, 상기 관통구(22a)의 하방에는, 후술하는 로터리 액추에이터(5)와 프레임(22)의 고정 수단이 되는 돌기체(54)가 끼움결합하는 2개소(箇所)의 걸림결합구(22b)가 병렬 상태로 개방 형성되어 있다.
샤프트(3)는, 프레임(2)의 지지부 사이에 배치되어 있다. 샤프트(3)의 일단부는 위에서 설명한 바와 같이 일방측의 프레임(21)의 베어링(21a)에 의해 회동가능하게 지지되고, 타단부는 대향되는 타방측의 프레임(22)의 관통구(22a)를 관통하여 외측으로 연장되어 있다. 또, 샤프트(3)의 프레임(22)의 외측으로의 연장 부분에는, D 컷면(31)이 형성되는 동시에, 단부(端部)측에 스냅 링(snap ring, 33)이 걸림결합하는 홈(32)이 형성되어 있다.
샤프트(3)의 프레임(2)의 지지부 사이에 위치하는 부분에는, 피구동체(4)가 고정되어 있다. 피구동체(4)는, 외주부에 5개의 플랩(flap, 41)이 형성된 관형상부를 가지며, 상기 관형상부가 샤프트(3)에 링형상으로 장착되어 고정되어 있다. 또한, 피구동체(4)는, 각 플랩(41)의 형상이나 배치 수를 증감하여도 무방하며, 샤프트(3)에 대한 고정 방법에 관해서도, 그 외주에 플랩(41)을 개별로 고정 부착(固着)하거나, 샤프트(3)와 일체 형성하여도 무방하다. 피구동체(4)는, 본 실시예의 형태로 한정되는 것은 아니며, 샤프트(3)에 대한 배치 위치가 프레임(2)의 지지부 사이에 들어간다면, 다른 장치(ATM 장치, 프린터 장치)의 요구 사양에 따라, 형상이나 샤프트(3)에 대한 고정 방법도 적절히 변경하는 것이다.
샤프트(3)의 타방측의 프레임(22)의 외측으로 연장된 단부(端部)는, 로터리 액추에이터(5)의 출력축에 형성된 관형상 오목부(51a)에 끼움결합시켜 고정되어 있다. 샤프트(3)의 관형상 오목부(51a)로부터 로터리 액추에이터(5)의 외부로 노출된 단부측의 홈(32)에는, 스냅 링(33)이 걸림결합되어 샤프트(3)의 빠짐을 방지하고 있다.
로터리 액추에이터(5)는, 샤프트(3)의 일방측의 프레임(22)의 외측으로 연장된 단부를 내부에 끼워 연결한다. 그리고 한편으로, 관형상 오목부(51a)의 주위에 형성된 보스(53)를 프레임(22)의 관통구(22a)에 끼움결합시키고 있다. 이로써, 로터리 액추에이터(5)는, 케이스(52)의 일방측의 면이 일방측의 프레임(22)의 외측면(반(反) 피구동체측)에 맞닿음 상태로 부착되어 있다.
로터리 액추에이터(5)는, 관형상 오목부(51a)와 샤프트(3)의 연결시에 출력축과 샤프트(3)의 정렬(심출(芯出, centering))을 행하고 있다. 한편, 관통구(22a)에 대한 보스(53)의 끼움결합에 의해, 프레임(22)에 대한 로터리 액추에이터 전체의 위치 맞춤이 행해진다.
또, 로터리 액추에이터(5)의 하부 측에는, 2개의 돌기체(54)가 병렬 형상으로 배치되어 있으며, 이것이 프레임(22)의 걸림결합구(22b)에 끼움결합되어 있다. 상기 돌기체(54)에는 완충 수단으로서 탄성체로 이루어지는 방진 고무(54a)가 링형상으로 장착되어 있다. 상기 방진 고무(54a)는 2개의 돌기체(54)에 링형상으로 장착 가능한 통체(筒體)를 연결한 형상으로 되어 있다. 로터리 액추에이터(5)는, 상기 방진 고무(54a)의 배치에 의해, 구동시의 샤프트(3)의 회동 방향으로의 동시회전(corotation)이 방지되어, 프레임(22)에 대한 진동의 전파가 억제되어 있다.
로터리 액추에이터(5)의 관형상 오목부(51a)는, 로터(51)의 출력축의 부분을 관통시켜 형성한 것으로서, 내부에 끼워진 샤프트(3)에 구동력을 전달하고 있다. 또, 관형상 오목부(51a)는 샤프트(3)의 D 컷면(31)을 따르도록 일부를 내부로 돌출시키고 있어, 구동력의 전달을 확실하게 하고 있다.
또한, 로터리 액추에이터(5)는, 로터(51)에 형성된 관형상 오목부(51a)를 통해 구동력을 전달하는 것 이외에는, 케이스(52)의 내부에 로터(51), 로터(51)에 배치된 영구자석(도시 생략), 로터(51)를 요동시키는 전자 코일로 이루어지는 고정자(stator)(도시 생략)를 배치하여 구성하는 기존의 것과 동등하다. 이 때문에, 로터리 액추에이터(5)의 내부 구조에 대해서는, 더 이상의 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.
상기 구성의 본 연결 구조(1)는, 피구동체(4)를 고정한 샤프트(3)를 로터리 액추에이터(5)가 직접적으로 유지함으로써 피구동체(4)와 연결되어 있다. 이 때문에, 축 연결용의 커플링을 생략할 수 있어 그 결과, 커플링의 개재로 인한 피구동체측과 로터리 액추에이터측간의 축 어긋남에 의한 진동이나 소음의 발생도 억제할 수 있으며, 구조 전체의 축 길이도 짧게 되어 있다.
또, 본 연결 구조(1)는 로터리 액추에이터(5)와 샤프트(3) 간의 내부끼움 상태를 해제하고, 보스(53)나 돌기체(54)를 프레임(22)의 관통구(22a)나 걸림결합구(22b)로부터 빼내면, 로터리 액추에이터(5)만 프레임(22)의 외부 방향(반(反) 피구동체 방향)으로 떼어내어 대피시킬 수 있다. 이 때문에, 본 연결 구조(1)를 다른 장치에 대해 조립 부착한 후에 있어서도, 로터리 액추에이터(5)의 보수 및 교환 작업이 용이해진다.
［다른 실시형태의 가능성］
상기 실시형태의 본 연결 구조(1)에서는, 샤프트(3)와 로터(51)의 관형상 오목부(51a)와의 빠짐 방지용으로 스냅 링(33)을 이용하고 있지만, 샤프트(3)와 로터(51)를 나사(35)로 고정하여도 무방하다. 즉, 도 4에 나타내는 바와 같이, 샤프트(3)의 D 컷면(31)에 나사 구멍(34)을 형성하고, 로터(51)에 나사용 구멍(51b)을 형성하며, 나아가 로터(51)의 나사 체결부를 노출시키기 위하여 케이스(52)의 일부에 개구부(52a)나 절결을 형성하는 형태로 하여도 무방하다.
또, 본 연결 구조(1)는, 로터리 액추에이터(5)와 프레임(22)의 고정을 상기 실시예로 한정하는 것은 아니며, 돌기체(54) 및 걸림결합구(22a)의 배치 위치나 개수를 적당히 변경하여도 무방하다. 예컨대, 프레임 측에 돌기체를 형성하고, 이것을 로터리 액추에이터 측에 형성된 걸림결합구나 오목부에 끼움결합시키거나 걸림결합시키는 형태(도 5에 나타내는 종래예의 형태)로 하여도 무방하다.
완충 수단의 배치에 관해서도, 돌기체(54)에 방진고무(54a)를 링형상으로 장착하는 형태뿐만 아니라, 프레임(2)의 걸림결합구(22b)의 주위나 회동 방향측(도면상의 횡방향)에만 탄성체를 배치하도록 하여도 무방하다.
1; 본 연결 구조
2; 프레임
21; 일방측의 프레임
21a; 베어링
22; 타방측의 프레임
22a; 관통구
22b; 걸림결합구
3; 샤프트
31; D 컷면
32; 홈
33; 스냅 링
34; 나사 구멍
35; 나사
4; 피구동체
41; 플랩
5; 로터리 액추에이터
51; 로터
51a; 관형상 오목부
51b; 나사용 구멍
52; 케이스
52a; 개구부
53; 보스
54; 돌기체
54a; 방진 고무
a; 종래의 로터리 액추에이터
a1; 출력축
a2; 오목부
b; 베어링
c; 커플링
f; 프레임
s; 샤프트

Claims (5)

  1. 프레임에 대향하여 배치된 지지부와,
    상기 지지부 사이에 배치된 피(被)구동체와,
    상기 피구동체를 유지시키는 동시에 그 회동축이 되는 샤프트(shaft)와,
    상기 샤프트에 연결된 로터리 액추에이터(rotary actuator)
    로 이루어지며,
    상기 샤프트를, 상기 샤프트의 일단부를 한쪽의 지지부에 의해 회동가능하게 지지하는 동시에, 상기 샤프트의 타단부를 대향측의 프레임에 형성된 관통구로부터 소정의 간극을 가지고 관통연장시킨 상태로 배치하고, 또한, 상기 타단부를 로터리 액추에이터의 출력축에 형성된 관형상 오목부에 내부끼움 상태로 끼워넣는 동시에, 상기 관통구에 내부끼움 상태로 끼움결합하는 돌출부를 상기 출력축의 외주부에 형성한 것을 특징으로 하는,
    로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    프레임에 대해 로터리 액추에이터를 설치함에 있어서,
    로터리 액추에이터 또는 프레임 중 어느 하나에 형성된 돌기체와, 로터리 액추에이터 또는 프레임 중 어느 하나에 개방 형성된 걸림결합구가 끼움결합하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는,
    로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 돌기체와 상기 걸림결합구 간의 끼움결합이, 완충수단을 개재시킨 끼움결합인 것을 특징으로 하는,
    로터리 액추에이터와 피구동체의 연결 구조.
  4. 삭제
  5. 삭제
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