KR101940681B1 - 스위블 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터는 베이스에 고정되는 구동모터; 상기 구동모터의 회전동력에 연동 회전하는 리니어 스크류 샤프트; 상기 리니어 스크류 샤프트의 회전에 따라 상기 리니어 스크류 샤프트의 길이 방향으로 왕복 이동하는 너트부재; 및 상기 베이스와 너트부재에 상보적으로 설치되어, 상기 너트부재의 왕복 이동을 가이드 하는 가이드 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스위블 액츄에이터{Swiveling actuator}

본 발명은 모터의 회전동력을 직선 왕복운동으로 변형시켜 출력할 수 있는 스위블 액츄에이터에 관한 것이다.

일반적으로 모터는 로터와 스테이터의 전자기적 상호작용에 의하여, 로터가 샤프트를 중심으로 회전하면서 발생되는 회전동력을 출력하는 것이 일반적이다. 이와 같이 모터에서 출력되는 동력은 회전력이므로, 이러한 회전력을 이용하여, 기구물을 원하는 방향으로 움직이는 것이 가능하다.

그런데, 회전이 아니라 직선 왕복운동을 하도록 기구물을 움직이기 위해서는 회전운동을 직선 왕복운동으로 바꾸어줄 수 있는 동력전환장치를 필요로 한다. 이와 같은 회전운동과 직선왕복운동을 상호 변환시켜줄 수 있는 동력전환장치로는 크랭크나, 리드 스크류 샤프트 등이 있을 수 있다. 이 중, 스위블 액츄에이터는 다양한 용도로 사용할 수 있는데, 최근에는 운전자의 조향 방향에 연동하여, 운전자의 야간 시야를 최대로 확보할 수 있는 가변식 헤드램프에 적용되는 경우가 늘어나고 있다.

상기한 가변식 헤드램프에 적용되는 스위블 액츄에이터의 경우, 모터의 구동력을 전달 받아 회전하는 리드 스크류에 기어 결합된 너트부재가 상기 리드 스크류의 회전에 연동하여 왕복이동하고, 이 너트부재의 상측 결합돌기에 연결된 링크부재가 좌측 및 우측으로 왕복 이동하면서, 헤드램프의 조사 방향을 좌측 또는 우측으로 변경할 수 있다. 이와 같은 구성은 대한민국 공개특허 제10-2010-0037363호(2010.04.09. 공개)에 언급된 바 있다.

그러나, 이와 같은 구성을 가지는 스위블 액츄에이터의 경우, 돌기부에 연결되는 링크부재의 연결부분은 억지 끼움을 통해 유격을 방지하기 때문에, 반복적인 동작 시, 마찰이 증가하여 스위블 액츄에이터에 부하 및 소음을 발생시키는 문제점이 있다.

또한, 상기 너트부재의 직선 왕복운동을 회전운동으로 바꾸는 과정에서 스태핑 모터 등으로 마련되는 구동모터의 스텝 동력 손실이 발생할 수 있으며, 치수 불안정에 의해 유격이 발생될 경우, 헤드램프에서 조사되는 빛이 운전자가 조명을 필요로 하는 운전 경로상에 정확하게 도달하는 배광 시인성이 불량해질 수 있다는 문제점이 있다.

본 발명은 작동시 구동모터에 부가되는 부하 및 작동 소음을 줄일 수 있으며, 구성 부품들의 생산시 치수 불안정에 따른 생산오차가 발생하더라도 정상 동작할 수 있도록 구조가 개선된 스위블 액츄에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터는 베이스에 고정되는 구동모터; 상기 구동모터의 회전동력에 연동 회전하는 리니어 스크류 샤프트; 상기 리니어 스크류 샤프트의 회전에 따라 상기 리니어 스크류 샤프트의 길이 방향으로 왕복 이동하는 너트부재; 및 상기 베이스와 너트부재에 상보적으로 설치되어, 상기 너트부재의 왕복 이동을 가이드 하는 가이드 유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드 유닛은 상기 베이스에 형성된 가이드 홈; 및 상기 너트부재의 상기 가이드 홈과 대응되는 위치에 돌출 형성된 가이드 돌기;를 포함하거나, 그 반대로 베이스에 상기 가이드 돌기가 형성되고, 너트부재에 상기 가이드 홈이 형성될 수도 있다.

상기 가이드 홈과 가이드 돌기 사이에는 윤활제가 도포될 수 있다.

상기 리니어 스크류 샤프트는 외주면에 나사산이 형성되고, 일단은 상기 구동모터의 회전축과 연결되며, 타단은 상기 베이스에 마련된 회전 안착부에 회전 가능하게 연결될 수 있다.

상기 너트부재는 상측에 돌출 형성되는 돌기부; 및 상기 리니어 스크류 샤프트와 기어 결합되는 암 나사부가 형성된 스크류 홀;을 구비할 수 있다.

상기 너트 부재는 상기 베이스에 상기 리니어 스크류 샤프트와 나란한 방향으로 설치된 가이드 축; 및 상기 너트부재에 관통 형성되어 상기 가이드 축이 관통 결합되는 가이드 공;을 포함할 수 있다.

이상과 같은 본 적용례에 따르면, 스위블 액츄에이터의 구동 시 마찰이 최소화 되기 때문에, 구동모터의 부하손실을 최소화할 수 있으며, 구동모터의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 가이드 축이 삭제되더라도 너트부재의 왕복 이동을 가이드 할 수 있기 때문에, 구성부품 감소에 따른 제조비용 절감이 가능하며, 제품 조립성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터의 일 예를 도시한 사시도,
도 2는 도 1의 스위블 액츄에이터의 베이스를 도시한 사시도,
도 3은 도 1의 너트부재를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스와 너트부재의 가이드 결합 상태를 도시한 도면, 그리고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터가 적용된 자동차의 헤드램프 스위블 구조를 개략적으로 도시한 도면 이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터를 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터의 일 예를 도시한 사시도, 도 2는 도 1의 스위블 액츄에이터의 베이스를 도시한 사시도, 도 3은 도 1의 너트부재를 도시한 사시도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스와 너트부재의 가이드 결합 상태를 도시한 도면, 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터가 적용된 자동차의 헤드램프 스위블 구조를 개략적으로 도시한 도면 이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 적용례에 의한 스위블 액츄에이터는 구동모터(10), 리드 스크류 샤프트(20), 너트부재(30) 및 가이드 유닛(100)(도 4 참조)을 포함한다.

구동모터(10)는 정밀한 제어가 가능한 스텝모터(step motor)가 많이 사용되며, 상기 구동모터(10)의 출력축은 상기 리드 스크류 샤프트(20)와 연결될 수 있다.

리드 스크류 샤프트(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 외주면에 나사산이 형성되어 있으며, 일단은 상기 구동모터(10)의 회전축과 연결되어 동력을 공급받고, 그 타단은 베이스(1)에 마련된 회전 안착부(2)에 설치된 회전 안착부재에 베어링 등의 개재로 회전 가능하게 결합되어, 상기 구동모터(10)의 회전축과 수평을 유지하면서 회전할 수 있도록 마련될 수 있다.

상기 구동모터(10) 및 리드 스크류 샤프트(20)가 설치되는 상기 베이스(1)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 리드 스크류 샤프트(20)의 길이 방향을 따라 일정 높이를 가지는 한 쌍의 측벽(1a)을 형성할 수 있다. 상기 한 쌍의 측벽(1a)에는 상기 가이드 유닛(100)의 가이드 홈(110)이 서로 대응되는 위치에, 일정 깊이로 형성될 수 있다. 이 구성은 뒤에 가이드 유닛(100)과 함께 다시 설명한다.

너트부재(30)는 상기 리드 스크류 샤프트(20)에 나사 결합되어, 상기 리드 스크류 샤프트(20)의 회전동작에 연동하여 상기 리드 스크류 샤프트(20)의 길이방향을 따라, 도 1의 화살표 A 방향으로 왕복 이동할 수 있다.

상기 너트부재(30)의 상단에는 도 3에 도시된 바와 같이, 레버부재(3)(도 5 참조)가 결합되는 원통형상의 돌기부(31)가 마련될 수 있다. 상기 돌기부(31)의 끝단 모서리 부분은 상기 레버부재(3)와의 결합이 용이하도록 라운드지게 형성될 수 있다.

상기 너트부재(30)의 중앙에는 상기 리드 스크류 샤프트(20)와 나사 결합되는 암 나사산이 형성된 스크류 홀(32)이 형성될 수 있으며, 상기 스크류 홀(32)의 하측으로는 상기 너트부재(30)의 왕복 이동을 가이드 하는 가이드 축(40)(도 1 참조)이 관통 결합되는 가이드 공(33)이 형성될 수 있다. 상기 가이드 축(40)은 일정 지름을 가지는 파이프 부재로 형성될 수 있다.

상기 가이드 공(33)의 지름은 상기 리드 스크류 샤프트(20) 보다 작은 지름을 가지도록 형성될 수 있으며, 상기 가이드 공(33)의 위치는 상기 가이드 축(40)의 배치 위치에 따라 가변 될 수 있다. 즉, 상기한 바와 같이, 상기 리드 스크류 샤프트(20)의 하측으로 가이드 축(40)이 배치될 경우에는 상기 가이드 공(33)은 상기 스크류 홀(32)의 하측에 배치되고, 반대로 도시하지는 않았으나, 상기 리드 스크류 샤프트(20)의 상측으로 상기 가이드 축(40)이 배치되면, 상기 가이드 공(33)은 상기 스크류 홀(32)의 상측에 배치될 수 있다.

가이드 유닛(100)은 상기 너트부재(30)의 왕복 이송을 가이드 하기 위한 것으로, 가이드 홈(110) 및 가이드 돌기(120)를 포함할 수 있다.

가이드 홈(110)은 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 베이스(1)와 일체로 형성되는 한 쌍의 측벽(1a)에 일정 깊이를 가지는 요홈으로 형성되되, 상기 너트부재(30)의 왕복 이동 경로를 따라 도 1의 화살표 A 방향과 평행한 방향으로 형성될 수 있다.

가이드 돌기(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 너트부재(30)의 상기 측벽(1a)을 마주보는 위치에 돌출 형성되어, 상기 가이드 홈(110)에 삽입되어 상기 너트부재(30)의 왕복 이동 경로를 가이드 할 수 있다.

한편, 도 2 내지 도 4에서는 상기 측벽(1a)에 가이드 홈(110)이 형성되고, 상기 너트부재(30)에 가이드 돌기(120)가 형성된 것을 일 실시예로 하여 도시되었으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 반대로 도시하지는 않았으나, 상기 측벽(1a)에 돌기를 형성하고, 너트부재(30)에 요홈이 형성되도록 구성하는 것도 가능하다.

또한, 상기 측벽(1a)은 하나 만이 마련되어, 이 측벽(1a)에 형성된 가이드 홈(110)과 너트부재(30)에 형성된 가이드 돌기(120)는 각각 1개씩 형성되는 것도 가능하다.

상기 가이드 홈(110) 및 가이드 돌기(120) 사이에는 상기 가이드 홈(110) 및 가이드 돌기(120)의 마찰 및 마모를 저감할 수 있도록 윤활제가 도포될 수 있는데, 상기 윤활제는 고체윤활제, 액체윤활제 등이 사용될 수 있다. 또는 상기 가이드 홈(110) 및 가이드 돌기(120)의 접촉 면을 마찰력이 낮은 재질로 코팅하는 것도 가능하다.

이와 같이 가이드 유닛(100)을 형성할 경우, 상기 가이드 축(40)과 함께 상기 너트부재(30)의 왕복 이동을 가이드 하는 것도 가능하지만, 상기 가이드 축(40)을 삭제하여 동작하는 것도 가능하다. 따라서 너트부재(30)의 왕복 이동에 따른 너트부재(30)의 마모를 최소화할 수 있으며, 너트부재(30)의 왕복 동작시 발생하는 진동을 최소화할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 스위블 액츄에이터의 동작을 도면을 참고하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 구동모터(10)가 회전하면, 상기 리드 스크류 샤프트(20)는 상기 구동모터(10)의 동력을 전달 받아 회전하게 되고, 상기 리드 스크류 샤프트(20)의 외주면에 형성된 나사산의 회전에 따라, 상기 너트부재(30)가 도 1에 도시된 화살표 A 방향으로 왕복 이동할 수 있다.

이와 같은 스위블 액츄에이터는 상기한 바와 같이 다양한 장치에서 사용 가능하나, 그 일 예로서 도 5에는 자동차의 헤드램프(50)에서 생성된 빛의 방향을 변경하는 램프 스위블 장치에 사용 가능하다.

상기한 바와 같이, 너트부재(30)의 상측에는 돌기부(31)가 형성되고, 이 돌기부(31)에는 레버부재(3)의 헤드(4)가 회전 가능하게 결합되므로, 상기 너트부재(30)가 도 1에 도시된 상기 화살표 A 방향으로 왕복 이동하면, 상기 헤드(4)는 상기 돌기부(31)를 중심으로 회전하면서, 상기 레버부재(3) 상기 너트부재(30)와 함께 왕복 이동할 수 있다. 상기 레버부재(3)가 화살표 A 방향으로 왕복 이동하면, 이 레버부재(3)의 왕복 이동 움직임에 따라, 상기 자동차 헤드램프(50)는 헤드램프 구동부(51)를 중심으로 회전하면서, 헤드램프(50)가 조사하는 방향을 변경할 수 있다.

이와 같이 상기 너트부재(30)가 왕복 이동할 때, 상기 너트부재(30)의 왕복 이동 경로는 상기 가이드 유닛(100)에 의해 가이드 될 수 있으며, 상기한 가이드 축(40)(도 1 참조)과 가이드 유닛(100)이 함께 왕복이동을 가이드 할 수도 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 가이드 유닛(100) 단독으로 상기 너트부재(30)의 왕복 이동을 가이드 할 수 있다. 따라서 기존의 가이드 축(40)을 삭제할 수 있어 구성부품 감소에 따른 제조비용 절감이 가능하며, 제품 조립성을 향상시킬 수 있다.

이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 적용례의 범위가 제한되지는 않으며, 본 적용례의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.

1; 베이스 2; 회전 안착부
3; 레버부재 4; 헤드
10; 구동모터 20; 리니어 스크류 샤프트
30; 너트부재 31; 돌기부
32; 스크류 홀 33; 가이드 공
50; 헤드램프 51; 헤드램프 구동부
100; 가이드 유닛 110; 가이드 홈
120; 가이드 돌기

Claims (8)

1. 베이스;
   상기 베이스에 배치되는 구동모터;
   일단이 상기 구동모터의 출력축에 연결되어, 연동 회전하는 리니어 스크류 샤프트;
   상기 리니어 스크류 샤프트의 회전에 따라 상기 리니어 스크류 샤프트의 길이 방향으로 왕복 이동하는 너트부재;
   상기 리니어 스크류 샤프트와 나란한 방향으로 상기 베이스에 설치되고 상기 너트부재가 결합되어 이동하도록 안내하는 가이드 축; 및
   상기 리니어 스크류 샤프트 및 가이드 축의 길이방향을 따라 상기 너트부재의 왕복 이동을 가이드 하는 가이드 유닛을 포함하는 스위블 액츄에이터에 있어서,
   상기 베이스는 상기 리니어 스크류 샤프트의 측면을 커버하도록 형성된 측벽을 포함하고,
   상기 가이드 유닛은 상기 베이스의 측벽에 형성된 가이드 홈과, 상기 가이드 홈과 마주 보는 상기 너트부재의 대응 위치에 돌출된 가이드 돌기를 포함하고,
   상기 가이드 돌기가 상기 가이드 홈에 결합하여 가이드 축과 함께 상기 너트부재의 왕복이동을 가이드하는 스위블 액츄에이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스의 상기 측벽은 하나로 마련되고,
   상기 가이드 유닛은, 상기 하나의 측벽에 형성된 가이드 홈; 및
   상기 너트부재에서 상기 가이드 홈과 대응되는 위치에 돌출 형성된 하나의 가이드 돌기;를 포함하는 스위블 액츄에이터.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 베이스의 측벽은 한 쌍으로 마련되고,
   상기 가이드 유닛은, 상기 한 쌍의 측벽에 각각 형성된 가이드 홈;및 상기 너트부재에서 상기 가이드 홈과 대응되는 위치에 돌출 형성된 한쌍의 가이드 돌기;를 포함하는 스위블 액츄에이터.
4. 삭제
5. 제 1 항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 가이드 홈과 가이드 돌기 사이에는 윤활제가 도포되는 스위블 액츄에이터.
6. 제 1 항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 리니어 스크류 샤프트는,
   외주면에 나사산이 형성되고, 일단은 상기 구동모터의 회전축과 연결되며, 타단은 상기 베이스에 마련된 회전 안착부에 회전 가능하게 연결되는 스위블 액츄에이터.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 너트부재는,
   상측에 돌출형성되는 돌기부; 및
   상기 리니어 스크류 샤프트와 기어 결합되는 암 나사부가 형성된 스크류 홀; 을 구비하는 스위블 액츄에이터.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 너트 부재는,
   상기 가이드 축이 관통 결합되는 가이드 공;을 포함하는 스위블 액츄에이터.

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