KR101968050B1 - 직선 및 회전 왕복 구동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나의 회전모터를 사용하여 장치의 구조가 단순하고, 회전모터의 회전을 직선운동 및 회전운동 각각으로 동시에 전환 가능하며, 회전모터의 일 방향 회전만으로 직선왕복운동 및 회전왕복운동 각각을 동시에 구현할 수 있는 직선 및 회전 왕복 구동장치에 관한 것으로, 하우징과, 상기 하우징의 일측에 결합되어 회전력을 제공하는 회전모터와, 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 회전모터로부터 회전력을 전달받아 회전하는 입력샤프트와, 상기 하우징의 외부에 길이방향을 따라 직선 왕복운동하면서 길이방향을 회전중심으로 하여 회전 가능하게 설치되는 출력샤프트와, 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트를 일정한 거리만큼 직선 왕복운동시키는 직선왕복구동수단과, 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트를 일정한 각도만큼 회전 왕복운동시키는 회전왕복구동수단을 포함하여 이루어진다.

Description

직선 및 회전 왕복 구동장치{LINEAR AND ROTARY RECIPROCATING APPARATUS}

본 발명은 운동방식 전환장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회전모터의 일 방향 회전을 직선운동 및 회전운동으로 각각 전환하면서 직선 왕복운동 및 회전 왕복운동으로 전환되고, 회전모터의 회전구동을 직선 왕복운동 및 회전 왕복운동으로 동시에 전환이 가능한 직선 및 회전 왕복 구동장치에 관한 것이다.

현대 산업기술이 발달함에 따라 다양한 장치들이 개발되고 있다. 예컨대, 제품을 생산하기 위하여 제품의 외형을 형성하는 가공산업의 경우 작업자가 직접 가공물을 공작기계에 공급한 후 수작업으로 가공물을 성형하였지만, 현재는 작업자가 가공물을 공작기계에 공급하게 되면 공작기계가 자동으로 가공물을 성형하게 된다. 뿐만 아니라 작업자가 직접 공작기계에 가공물을 공급하는 작업을 자동화시스템을 통하여 작업자 없이도 가공물을 공작기계에 공급하고, 성형이 완료된 가공물을 공작기계로부터 취출하게 되었다.

이러한 자동화시스템의 경우 작업을 수행하기 위하여 모션을 형성하도록 동력을 공급해야 되는데, 이때 일반적으로 회전모터를 사용하여 동력을 공급하고 있다. 상기 회전모터는 전기에너지를 공급하여 회전력을 생성하는 동력생성장치로써, 에너지의 공급이 용이한 전기에너지를 사용하고, 입력신호에 대한 응답이 즉각적으로 발생하여 가장 안정적인 동력생성장치로 널리 사용되고 있다.

하지만, 회전모터는 전기에너지를 회전운동으로 전환하는 회전구동 장치임으로 사용자가 원하는 자동화시스템의 다양한 모션을 수행하기 위해서는 모션을 구현하는 운동으로 운동방식을 전환하는 장치가 필요하다. 예컨대, 자동화시스템을 직선으로 움직이게 하고자 하는 경우 회전모터의 회전축에 피니언기어를 결합하고, 피니언기어와 치합되게 랙기어를 설치하게 되면, 회전모터와 함께 피니언기어가 회전하면서 랙기어를 직선으로 이동시키게 됨으로 회전모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하게 된다.

이러한 랙-피니언 기구의 경우 회전모터의 방향에 대한 일반향 직선운동만 가능한다는 단점이 있다. 예컨대, 회전모터의 회전축이 시계방향으로 회전하는 상태를 정방향 회전이라 하는 경우 피니언기어가 정방향 회전하게 되면 랙기어가 정방향에 대한 일방향 직선운동을 하게 되고, 피니언기어가 역방향 회전하게 되면 랙기어가 역방향에 대한 일방향 직선운동을 하게 된다. 즉, 랙-피니언 기구를 통해 장치를 직선운동하면 일방향으로 직선구동한 후 회전모터를 반대방향으로 회전시켜 직선운동한 장치를 원래 위치로 복귀시켜야 한다는 문제점이 있다.

따라서, 상술한 문제점을 보완하기 위하여 회전운동을 직선왕복운동으로 전환하는 캠 기구가 개발되었다. 캠 기구의 경우 캠이 비대칭 타원형상과 같이 형성되어 회전하는 경우 캠의 회전반경이 계속하여 변화하는 원리를 이용한 것이다. 즉, 캠이 설치된 위치를 기준으로 캠의 최상단에서 캠의 회전반경을 바라보게 되면 캠의 회전축에 수직한 방향으로 상하로 직선왕복운동을 하게 된다. 따라서, 회전모터에 캠을 설치한 후 캠팔로워를 캠의 둘레 한 곳에 설치하게 되면 캠팔로워가 캠의 상방으로 직선이동한 후 다시 하방으로 복귀하는 직선왕복운동을 하게 된다.

상술한 바와 같이 회전모터를 이용하여 사용자가 원하는 운동으로 변환하고자 하는 경우에는 회전모터의 회전운동을 변환시켜주는 운동변환장치가 필요하게 되는데, 산업기술의 발달로 인하여 복합적인 운동을 가지는 자동화시스템이 필요하게 되었다. 즉, 회전모터의 회전운동을 단순 직선운동 또는 직선왕복운동으로 전환할 뿐만 아니라 직선운동을 하면서 회전운동을 하도록 복합운동전환이 필요하게 되었다.

예컨대, 회전모터가 회전하여 작동부가 직선운동을 하는 경우 작동부가 최대 변위만큼 직선이동한 후 작업을 수행하고, 작동부가 회전하여 작동부의 상부 및 하부가 역전되어 또 다른 작업을 수행하게 되면 서로 다른 작업이 연계적으로 이루어지게 됨으로 작업에 소요되는 시간이 단축되어 생산량을 향상시킬 수 있다.

하지만, 이 경우 현재 2개의 회전모터를 이용하여 1번 회전모터는 작동부를 직선운동 또는 직선왕복운동하는데 필요한 구동력을 생성하고, 2번 회전모터는 작동부를 회전운동하는데 필요한 구동력을 생성하는데 사용한다. 즉, 작동부가 복합적인 운동을 수행하기 위해서는 각각의 운동을 생성하도록 구동력을 전달하는 회전모터가 각각 설치된다. 따라서, 복수의 회전모터가 설치됨으로 장치의 구조가 복잡해지고, 각각의 회전모터의 회전을 연계하여 작동부의 직선운동 및 회전운동 각각을 변환해야 됨으로 제어가 복잡해진다는 문제점이 있다.

따라서, 자동화시스템을 통해 작업속도를 향상시켜 생산성을 증가시키기 위해서는 단순한 구조를 가지면서 하나의 회전모터를 통해 구동력을 전달받으며, 회전모터의 일 방향 회전만으로 직선왕복운동 및 회전왕복운동과 같이 복합적인 운동변환이 가능한 운동변환장치의 개발이 필요한 시점이다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 하나의 회전모터를 사용하여 장치의 구조가 단순하고, 회전모터의 회전을 직선운동 및 회전운동 각각으로 동시에 전환 가능하며, 회전모터의 일 방향 회전만으로 직선왕복운동 및 회전왕복운동 각각을 동시에 구현할 수 있는 직선 및 회전 왕복 구동장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 직선 및 회전 왕복 구동장치는, 하우징과, 상기 하우징의 일측에 결합되어 회전력을 제공하는 회전모터와, 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 회전모터로부터 회전력을 전달받아 회전하는 입력샤프트와, 상기 하우징의 외부에 길이방향을 따라 직선 왕복운동하면서 길이방향을 회전중심으로 하여 회전 가능하게 설치되는 출력샤프트와, 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트를 일정한 거리만큼 직선 왕복운동시키는 직선왕복구동수단과, 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트를 일정한 각도만큼 회전 왕복운동시키는 회전왕복구동수단을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 입력샤프트는, 외주면에 웜기어가 형성되고, 상기 직선왕복구동수단은, 상기 하우징의 내부에 상기 입력샤프트와 이격되도록 상기 입력샤프트의 길이방향과 교차하는 방향을 축으로 하여 회전 가능하게 결합되는 구동샤프트와, 원판 형상으로 상기 구동샤프트에 결합되어 함께 회전하고, 일측면에 직선왕복구동홈이 함몰 형성되며, 외주면에 상기 입력샤프트의 웜기어와 치합되어 회전하도록 웜휠이 형성된 구동캠과, 상기 하우징의 내부에 회전중심을 기준으로 회전 가능하게 설치되고, 일단이 상기 구동캠의 직선왕복구동홈을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 삽입 결합되며, 타단이 상기 출력샤프트의 일단에 추종 가능하게 결합되어 상기 구동캠의 회전에 따라 일정한 각도만큼 회전 왕복운동하는 장형의 구동링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동캠의 직선왕복구동홈은, 타원 형상이고, 타원중심이 상기 구동캠의 원중심으로부터 일정거리 이격되도록 상기 구동캠의 일측면에 함몰 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구동캠의 직선왕복구동홈은, 상기 구동링크의 일방향 회전 운동이 시작되는 타원의 단축을 이루는 일 꼭지점인 A점으로부터 상기 구동링크가 회전운동을 시작하여 상기 출력샤프트가 일방향 직선운동하는 타원의 장축을 이루는 일 꼭지점인 B점까지 연결되는 곡선의 제1 이동경로와, 상기 제1 이동경로의 B점으로부터 상기 구동링크가 회전운동하여 상기 출력샤프트가 일방향으로 최대 변위를 형성하면서 상기 구동링크의 일방향 회전운동이 끝나는 타원의 단축을 이루는 타 꼭지점인 C점까지 연결되는 곡선의 제2 이동경로와, 상기 제2 이동경로의 C점으로부터 상기 구동링크의 반대방향 회전 운동이 시작되어 상기 출력샤프트가 반대방향으로 직선운동을 시작하는 타원의 장축을 이루는 타 꼭지점인 D점까지 연결되는 곡선의 제3 이동경로와, 상기 제3 이동경로의 D점으로부터 상기 구동링크가 반대방향 회전운동하여 상기 출력샤프트가 반대방향으로 최대 변위를 형성하면서 상기 구동링크의 반대방향 회전운동이 끝나는 상기 제1 이동경로의 A점까지 연결되는 곡선의 제4 이동경로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전왕복구동수단은, 원기둥 형상으로 상기 구동샤프트에 결합되어 상기 구동캠과 함께 회전하고, 외주면 둘레를 따라 회전왕복구동홈이 함몰 형성되는 볼캠과, 상기 하우징의 내부에 상기 구동샤프트와 이격되도록 상기 구동샤프트의 길이방향과 교차하는 방향을 축으로 회전 가능하게 결합되고, 일단 외주면에 상기 볼캠의 회전왕복구동홈을 따라 슬라이딩 이동 가능하도록 복수의 구름볼이 구비되어 상기 볼캠의 회전에 따라 회전 왕복운동하는 볼샤프트와, 상기 볼샤프트의 타단에 상기 볼샤프트와 함께 회전하도록 결합되는 볼샤프트풀리와, 상기 출력샤프트와 스플라인 결합된 샤프트풀리와, 상기 볼샤프트풀리의 회전력을 상기 샤프트풀리에 전달하여 상기 출력샤프트를 회전시키는 풀리벨트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 볼캠의 회전왕복구동홈은, 상기 직선왕복구동홈의 제1 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 볼샤프트에 회전 운동을 전달하지 않는 제1 회전경로와, 상기 직선왕복구동홈의 제2 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제1 회전경로와 연결되어 상기 볼샤프트에 일방향 회전 운동을 전달하는 제2 회전경로와, 상기 직선왕복구동홈의 제3 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제2 회전경로와 연결되어 상기 볼샤프트에 반대방향 회전 운동을 전달하는 제3 회전경로와, 상기 직선왕복구동홈의 제4 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제3 회전경로와 연결되어 상기 볼샤프트에 회전 운동을 전달하지 않는 제4 회전경로를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 직선 및 회전 왕복 구동장치는, 하나의 회전모터를 사용함으로써, 장치의 구조가 단순하고, 유지 및 보수가 용이하며, 장치의 제어가 간단하다는 장점이 있다.

또한, 입력샤프트에 웜기어가 형성되고, 직선왕복구동수단의 구동캠에 웜휠이 형성되어 입력샤프트의 회전력을 구동캠이 전달받게 됨으로 입력샤프트의 웜기어 및 구동캠의 웜휠의 기어비를 조절하여 출력샤프트의 직선왕복운동 속도를 조절할 수 있게 되어 출력샤프트의 구동속도 조절이 용이해진다.

또한, 회전왕복구동수단의 볼캠 및 볼샤프트를 통해 볼캠의 일 방향 회전을 볼샤프트의 회전왕복운동으로 전환함으로써, 회전모터의 일 방향 회전을 통해 출력샤프트의 회전왕복운동을 수행할 수 있게 된다.

또한, 직선왕복구동수단의 구동샤프트를 통해 구동캠 및 볼캠을 함께 회전시키는 구조를 가짐으로 입력샤프트의 회전만으로 출력샤프트의 직선운동 및 회전운동 각각을 동시에 수행할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 직선 및 회전 왕복 구동장치의 일 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예 중 하우징, 회전모터, 입력샤프트, 출력샤프트, 직선왕복구동수단 및 회전왕복구동수단 각각의 결합관계를 도시한 정면도이며,
도 3은 도 2의 실시예 중 하우징을 제거한 상태를 도시한 사시도이고,
도 4는 도 3의 실시예를 정면에서 바라본 정면도이며,
도 5는 도 4의 실시예 중 회전모터, 입력샤프트, 직선왕복구동수단 및 출력샤프트 각각을 분해 도시한 분해도이고,
도 6은 도 5의 실시예 중 구동캠을 도시한 사시도이며,
도 7은 도 6의 실시예 중 직선왕복구동홈의 제1 이동경로, 제2 이동경로, 제3 이동경로 및 제4 이동경로 각각을 상세 도시한 도면이고,
도 8 내지 10은 도 5의 실시예 중 회전모터의 회전에 따른 출력샤프트의 직선왕복운동 과정을 도시한 작동 상태도이며,
도 11은 도 3의 실시예 중 직선왕복구동수단 및 회전왕복구동수단의 결합관계를 도시한 사시도이고,
도 12는 도 11의 실시예 중 볼캠을 도시한 사시도이며,
도 13 내지 15는 도 12의 실시예 중 회전왕복구동홈의 제1 회전경로, 제2 회전경로, 제3 회전경로 및 제4 회전경로 각각을 상세 도시한 도면이고,
도 17은 도 11의 실시예 중 볼캠의 회전에 따른 볼샤프트의 회전작동 상태를 도시한 도면이며,
도 18 내지 22는 도 11의 실시예 중 볼캠의 회전에 따른 출력샤프트의 회전왕복운동 과정을 도시한 작동 상태도이고,
도 23 및 도 24는 도 3의 실시예 중 직선왕복구동수단 및 회전왕복구동수단 각각의 작동에 따른 출력샤프트의 직선왕복운동 및 회전왕복운동 각각이 동시에 수행되는 상태를 도시한 사시도이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 직선 및 회전 왕복 구동장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 직선 및 회전 왕복 구동장치는, 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 하우징(100), 회전모터(200), 입력샤프트(300), 출력샤프트(400), 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600)을 포함하여 이루어진다.

하우징(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 직선 및 회전 왕복 구동장치의 외형을 형성하는 구성으로써, 후술하는 입력샤프트(300), 출력샤프트(400), 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600) 각각을 외부로부터 유입되는 이물질로부터 보호하면서 입력샤프트(300), 출력샤프트(400), 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600) 각각이 체결 결합되도록 체결장소 및 체결공간을 제공하는 장치의 베이스 역할을 수행한다. 이러한 하우징(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 일 모서리가 함몰된 사각형 형상으로 형성될 수도 있지만, 적용되는 장치에 따라 다양한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 하우징(100)은 회전모터(200), 입력샤프트(300), 출력샤프트(400), 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600) 각각의 결합관계를 표현하기 위한 것이지 크기 및 형상을 한정하기 위한 것이 아니므로 어떠한 형상 및 크기로 제작되어도 무관하다.

회전모터(200)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 일측에 결합되어 회전력을 제공하게 된다. 여기서, 회전모터(200)는 전기에너지를 공급받아 회전운동으로 전환하는 전기모터일 수도 있고, 후술하는 입력샤프트(300)에 회전력을 생성하여 제공하는 장치일 수도 있다. 즉, 이때 회전모터(200)란 후술하는 입력샤프트(300)를 일 방향으로 회전시킬 수 있는 동력원을 제공하는 장치를 지칭하는 것으로 도 1 내지 5에는 전기모터 형상의 회전모터(200)가 도시되어 있지만, 이는 하나의 예시일 뿐 회전모터(200)가 전기모터라고 한정하는 것이 아니다.

따라서, 하우징(100)과 회전모터(200)는 사용자, 적용되는 장치 및 설치장소에 따라 어떠한 형상, 크기 및 종류라도 무관하다. 다만, 하우징(100)은 입력샤프트(300), 출력샤프트(400), 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600) 각각의 구성이 연동되어 작동할 수 있도록 체결공간을 제공하는 역할을 수행하고, 회전모터(200)는 입력샤프트(300)에 회전력을 제공하여 입력샤프트(300)을 일 방향 회전구동시키는 역할을 수행해야 된다.

입력샤프트(300)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 회전모터(200)로부터 회전력을 전달받아 회전하게 된다. 여기서, 입력샤프트(300)는 회전모터(200)로부터 제공되는 회전력을 통해 회전하는 구성으로써, 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 회전모터(200)의 회전축과 동축선상에 결합될 수도 있고, 교차하도록 설치될 수도 있다. 즉, 도 2 내지 5에 도시된 입력샤프트(300)의 결합관계는 하나의 예시일뿐 도 2 내지 5에 국한되어서는 안된다. 다만, 상술한 바와 같이 회전력을 생성하는 회전모터(200)로부터 회전력을 제공받아 회전해야 된다.

또한, 입력샤프트(300)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 외주면에 웜기어(310)가 형성되고, 도면상 좌우 양단에 회전을 지지하는 베어링(도면부호 미도시)이 결합될 수 있다. 이때, 입력샤프트(300)의 웜기어(310)는 후술하는 직선왕복구동수단(500)에 회전력을 전달하기 위한 것으로써, 정방향회전기어 또는 역방향회전기어 어떠한 방향의 웜기어로 형성되어도 무관하다.

출력샤프트(400)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 외부에 길이방향을 따라 직선 왕복운동하면서 길이방향을 회전중심으로 하여 회전 가능하게 설치되는데, 여기서 하우징(100)의 외부 길이방향이란 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 도면상 하우징(100)의 좌우 길이방향을 지칭하는 것일 수도 있고, 후술하는 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600) 각각의 결합관계 및 결합위치에 따라 하우징(100)의 전후 길이방향 또는 하우징(100)의 상하 길이방향을 지칭할 수도 있다. 다만, 본 발명의 이해를 위하여 이하에서는 출력샤프트(400)의 직선 운동방향 및 회전 운동방향 각각은 도면에 도시된 하우징(100)을 기준으로 설명한다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 출력샤프트(400)는 후술하는 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600)과 직접적으로 결합되어 있지만, 이는 회전모터(200), 입력샤프트(300), 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600)을 통하여 일 방향 회전운동이 직선왕복운동 및 회전왕복운동으로 전환된 운동을 시각적으로 표현하기 위한 수단으로 출력샤프트(400)의 형상, 크기 및 결합위치를 한정하는 것이 아니다. 즉, 출력샤프트(400)는 본 발명에 따른 직선 및 회전 왕복 구동장치를 통해 전환된 직선왕복운동 및 회전왕복운동을 전달받아 직선왕복운동을 하면서 회전왕복운동을 할 수 있는 구성이라면 적용되는 장치의 어떠한 구성이라도 무관하다. 다만, 발명의 설명을 위하여 이하에서는 도면상에 도시된 출력샤프트(400)를 기준으로 설명한다.

직선왕복구동수단(500)은 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트(300)로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트(400)를 일정한 거리만큼 직선 왕복운동시키게 된다. 이때, 직선왕복구동수단(500)은 도 5에 도시된 바와 같이 구동샤프트(510), 구동캠(520), 구동링크(530)를 포함하여 이루어지고, 각각의 구성은 다음과 같다.

먼저, 구동샤프트(510)는 도 2 내지 5에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 내부에 상기 입력샤프트(300)와 이격되도록 상기 입력샤프트(300)의 길이방향과 교차하는 방향을 축으로 하여 회전 가능하게 결합된다. 이때, 구동샤프트(510)의 양단은 도면상 하우징의 전후측면에 회전 가능하게 결합되고, 회전을 지지하도록 한 쌍의 베어링이 설치될 수 있다. 또한, 후술하는 구동캠(520)의 회전력을 전달받아 함께 회전하도록 외주면에 키홈이 함몰 형성되고, 키가 삽입 결합될 수도 있다.

다음으로 구동캠(520)은 도 2 내지 6에 도시된 바와 같이 원판 형상으로 상기 구동샤프트(510)에 결합되어 함께 회전하고, 일측면에 직선왕복구동홈(521)이 함몰 형성되며, 외주면에 상기 입력샤프트(300)의 웜기어(310)와 치합되어 회전하도록 웜휠(522)이 형성된다. 즉, 구동캠(520)은 도 6에 도시된 바와 같이 외주면에 웜휠(522)이 형성되어 입력샤프트(300)의 회전력을 전달받는 구조임으로 구동캠(520)의 직경 및 웜휠의 기어잇 수에 따라 구동캠(520)의 회전속도를 조절할 수 있는 구조이다.

이는, 구동캠(520)의 회전을 통하여 직선왕복운동하는 출력샤프트(400)의 직선이동속도를 조절할 수 있게 되는 것으로써, 입력샤프트(300)로부터 전달되는 회전속도를 감속시키면서 회전력을 향상시킨 후 출력샤프트(400)에 전달할 수 있게 된다. 따라서, 구동캠(520)의 웜휠(522)을 통하여 출력샤프트(400)의 직선왕복이동 속도를 조절할 뿐만 아니라 사용자가 원하는 출력샤프트(400)의 직선이동력을 조절할 수 있게 됨으로 단순히 직선왕복운동하는 장치뿐만 아니라 직선왕복운동을 하면서 일정한 힘을 필요로 하는 작업을 수행하는 장치에도 적용할 수 있다는 장점이 있다.

계속하여 구동링크(530)는 도 1 내지 5에 도시된 바와 같이 장형으로 상기 하우징(100)의 내부에 회전중심을 기준으로 회전 가능하게 설치되고, 일단이 상기 구동캠(520)의 직선왕복구동홈(521)을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 삽입 결합되며, 타단이 상기 출력샤프트(400)의 일단에 추종 가능하게 결합되어 상기 구동캠(520)의 회전에 따라 일정한 각도만큼 회전 왕복운동하게 된다. 즉, 구동링크(530)는 도 2에 도시된 바와 같이 회전중심이 하우징(100)에 형성되어 일단 및 타단이 회전중심을 기준으로 회전구동하는 구조이다. 이때, 구동링크(530)의 일단이 구동캠(520)의 직선왕복구동홈(521)을 따라 슬라이딩 이동함으로 구동링크(530)의 타단 움직임이 제한되는 것이다.

즉, 구동링크(530)는 구동캠(520)이 회전하는 경우 구동캠(520)의 직선왕복구동홈(521)이 회전하게 되고, 이때 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 이동에 따라 일정한 각도만큼 회전하게 된다. 따라서, 구동링크(530)의 타단은 일단의 회전에 따라 도면상 하우징(100)의 좌우 방향으로 움직이게 되고, 구동링크(530)의 타단에 결합된 출력샤프트(400)가 구동링크(530)의 타단 움직임에 따라 도면상 하우징(100)의 좌우방향으로 직선왕복운동하게 되는 것이다.

즉, 구동캠(520)의 직선왕복구동홈(521)에 따라 출력샤프트(400)의 운동이 결정되는 것이다. 따라서, 출력샤프트(400)를 직선왕복운동하기 위한 구동캠(520)의 직선왕복구동홈(521)은 도 7에 도시된 바와 같이 타원 형상이고, 타원중심이 상기 구동캠(520)의 원중심으로부터 일정거리 이격되도록 상기 구동캠(520)의 일측면에 함몰 형성된다. 여기서 도 7에 도시된 바와 같이 타원형상을 4사분면으로 나누는 경우 각각의 사분면에 따른 구동링크(530) 및 출력샤프트(400)의 작동상태는 다음과 같다.

먼저, 도 7에 도시된 직선왕복구동홈(521)의 제1 사분면은 상기 구동링크(530)의 일방향 회전 운동이 시작되는 타원의 단축을 이루는 일 꼭지점인 A점으로부터 상기 구동링크(530)가 회전운동을 시작하여 상기 출력샤프트(400)가 일방향 직선운동하는 타원의 장축을 이루는 일 꼭지점인 B점까지 연결되는 곡선의 제1 이동경로(LP1)가 된다. 즉, 도 8에 도시된 바와 같이 입력샤프트(300)가 회전하여 구동캠(520)이 회전하게 되면 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 제1 이동경로(LP)를 따라 회전하게 되고, 구동링크(530)가 회전중심을 기준으로 회전하게 되어 타단이 도면상 좌측방향으로 회전하게 된다. 따라서, 구동링크(530)의 타단에 결합된 출력샤프트(400)가 도면상 좌측방향으로 직선운동하게 되는 것이다.

다음으로 도 7에 도시된 직선왕복구동홈(521)의 제2 사분면은 상기 제1 이동경로(LP2)의 B점으로부터 상기 구동링크(530)가 회전운동하여 상기 출력샤프트(400)가 일방향으로 최대 변위를 형성하면서 상기 구동링크(530)의 일방향 회전운동이 끝나는 타원의 단축을 이루는 타 꼭지점인 C점까지 연결되는 곡선의 제2 이동경로(LP2)가 된다. 즉, 도 9에 도시된 바와 같이 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 제2 이동경로(LP2)를 따라 회전하여 구동링크(530)의 타단이 도면상 좌측방향으로 최대 변위를 형성하여 회전한 상태가 되고, 출력샤프트(400)는 최대 변위만큼 직선이동한 상태가 된다.

계속하여 도 7에 도시된 직선왕복구동홈(521)의 제3 사분면은 상기 제2 이동경로(LP2)의 C점으로부터 상기 구동링크(530)의 반대방향 회전 운동이 시작되어 상기 출력샤프트(300)가 반대방향으로 직선운동을 시작하는 타원의 장축을 이루는 타 꼭지점인 D점까지 연결되는 곡선의 제3 이동경로(LP3)가 된다. 제3 이동경로(LP)의 경우 도 7에 도시된 바와 같이 타원의 곡률궤적이 점차 줄어드는 구간으로써, 도면상 좌측방향으로 회전한 구동링크(530)의 일단이 다시 우측방향으로 회전을 시작하는 지점이 된다. 즉, 구동링크(530)의 일단이 제1 이동경로(LP1) 및 제2 이동경로(LP2)를 따라 회전한 반대방향으로 회전을 시작하게 되고, 구동링크(530)의 타단 또한 제1 이동경로(LP1) 및 제2 이동경로(LP2)를 따라 회전한 반대방향으로 회전을 시작하게 된다. 따라서, 출력샤프트(400)가 도면상 우측방향으로 직선운동하게 되는 것이다.

마지막으로 도 7에 도시된 직선왕복구동홈(521)의 제4 사분면은 상기 제3 이동경로(LP3)의 D점으로부터 상기 구동링크(530)가 반대방향 회전운동하여 상기 출력샤프트(400)가 반대방향으로 최대 변위를 형성하면서 상기 구동링크(530)의 반대방향 회전운동이 끝나는 상기 제1 이동경로(LP1)의 A점까지 연결되는 곡선의 제4 이동경로(LP4)가 된다. 즉, 도 10에 도시된 바와 같이 구동링크(530)의 일단이 제1 이동경로(LP1)의 시작위치로 회전하게 되고, 구동링크(530)의 타단 또한 제1 이동경로(LP1)의 시작위치에 대응되는 위치로 이동하게 된다. 따라서, 출력샤프트(400)는 제1 이동경로(LP1) 및 제2 이동경로(LP2)를 따라 직선운동하기 전 상태로 복귀함으로 직선왕복운동이 되는 것이다.

즉, 구동캠(520)이 회전하는 경우 제1 이동경로(LP1) 및 제2 이동경로(LP2)를 통하여 출력샤프트(400)가 도면상 좌측방향으로 직선이동하게 되고, 제3 이동경로(LP3) 및 제4 이동경로(LP4)를 통해 출력샤프트(400)가 도면상 우측방향으로 직선이동하게 됨으로 출력샤프트(400)가 구동캠(520)의 1회전 당 1회 직선왕복운동하게 되는 것이다.

따라서, 구동샤프트(510), 구동캠(520) 및 구동링크(530)를 통하여 회전모터(200)의 일 방향회전을 출력샤프트(400)의 직선운동 및 왕복운동으로 전환하게 되는 것이다. 이는 회전모터(200)의 회전방향을 변환할 필요가 없는 구조임으로 회전모터(200)의 제어가 용이하고, 장치의 수명을 연장하게 되는 효과와, 입력샤프트(300)의 웜기어(310)와 구동캠(520)의 웜휠(521)을 통하여 출력샤프트(400)의 직선왕복 속도 및 속력을 조절할 수 있음으로 감속기와 같이 회전모터(200)의 회전속도를 감속할 수 있는 별도의 장치를 설치하지 않아도 되어 장치의 구조를 단순화할 수 있다는 장점이 있다.

회전왕복구동수단(600)은 도 11에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트(300)로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트(400)를 일정한 각도만큼 회전 왕복운동시키게 된다. 이때, 회전왕복구동수단(600)은 도 11에 도시된 바와 같이 볼캠(610), 볼샤프트(620), 볼샤프트풀리(630), 샤프트풀리(640) 및 풀리벨트(650)를 포함하여 이루어지고, 각각의 구성은 다음과 같다.

먼저, 볼캠(610)은 도 11 내지 22에 도시된 바와 같이 원기둥 형상으로 상기 구동샤프트(510)에 결합되어 상기 구동캠(520)과 함께 회전하고, 외주면 둘레를 따라 회전왕복구동홈(611)이 함몰 형성된다. 즉, 볼캠(610)은 구동캠(520)이 결합된 구동샤프트(510)에 설치됨으로 입력샤프트(300)가 회전하여 구동캠(520)이 회전하게 되면 구동캠(520)이 구동샤프트(510)를 회전시켜 볼캠(610)이 회전하게 되는 구조를 가진다. 따라서, 볼캠(610)은 구동캠(520)과 함께 회전하게 되는 구조를 가지게 되는 것이다.

이때, 볼캠(610)은 구동캠(520)과 별도의 구성으로 제작되어 구동샤프트(510)를 통해 결합될 수도 있지만, 구동캠(520)의 직선왕복구동홈(522)이 형성되지 않은 구동캠(520)의 타측면에 일체형으로 돌출 형성될 수도 있다. 즉, 볼캠(610)은 구동캠(520)과 함께 회전할 수 있는 구조라면 어떠한 방식으로 결합 및 형성되어도 무관하다. 다만, 볼캠(610)의 외주면에는 후술하는 볼샤프트(620)의 회전을 가이드하는 회전왕복구동홈(611)이 함몰 형성되어야 한다.

다음으로 볼샤프트(620)는 도 11, 도 18 내지 24에 도시된 바와 같이 상기 하우징(100)의 내부에 상기 구동샤프트(510)와 이격되도록 상기 구동샤프트(510)의 길이방향과 교차하는 방향을 축으로 회전 가능하게 결합되고, 일단 외주면에 상기 볼캠(610)의 회전왕복구동홈(611)을 따라 슬라이딩 이동 가능하도록 복수의 구름볼(621)이 구비되어 상기 볼캠(610)의 회전에 따라 회전 왕복운동하게 된다. 이때, 볼샤프트(620)의 회전중심 축은 출력샤프트(400)의 회전중심 축과 평행하게 설치되는 것이 바람직하다. 이는 후술하는 볼샤프트풀리(630), 샤프트풀리(640) 및 풀리벨트(650) 각각을 통하여 볼샤프트(620)의 회전력을 출력샤프트(400)에 전달하는 구조임으로 볼샤프트(620)의 회전력 전달을 용이하게 하기 위해서 볼샤프트(620)의 회전중심 축과 출력샤프트(400)의 회전중심 축이 평행하게 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 볼샤프트(620)를 하우징(100)에 용이하게 결합하기 위하여 회전왕복구동수단(600)은 일단이 상기 하우징(100)에 결합되고, 타단이 상기 볼샤프트(620)의 구름볼(621)이 돌출되도록 내부가 중공인 원통형상으로 형성된 볼샤프트하우징을 더 포함할 수도 있다.

따라서, 볼샤프트(620)는 볼캠(610)의 회전에 따라 볼캠(610)의 회전왕복구동홈(611)을 따라서 볼샤프트(620)의 구름볼(621)이 슬라이딩 이동하게 되어 볼샤프트(620)가 회전하게 되는 것이다.

계속하여 볼샤프트풀리(630)는 도 11에 도시된 바와 같이 상기 볼샤프트(620)의 타단에 상기 볼샤프트(620)와 함께 회전하도록 결합되고, 샤프트풀리(640)는 상기 출력샤프트(400)와 스플라인 결합되며, 풀리벨트(650)는 상기 볼샤프트풀리(630)의 회전력을 상기 샤프트풀리(640)에 전달하여 상기 출력샤프트(400)를 회전시키게 된다. 즉, 볼샤프트풀리(630), 샤프트풀리(640) 및 풀리벨트(650) 각각은 볼샤프트(630)의 회전력을 출력샤프트(400)에 전달하는 구성이 되는 것이다.

여기서, 출력샤프트(400)는 구동캠(520) 및 구동링크(530)의 작동에 따라 도면상 좌우 방향으로 직선 왕복운동을 하면서 볼캠(610) 및 볼샤프트(620)의 회전구동에 따라 회전 왕복운동하게 된다. 즉, 출력샤프트(400)는 직선운동을 하면서 회전력을 전달받는 구조임으로 볼샤프트(620)의 회전력을 전달하여 출력샤프트(400)를 회전시키는 샤프트풀리(640)와 스플라인 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 출력샤프트(400)와 스플라인 결합되는 출력샤프트하우징이 구비되고, 출력샤프트하우징의 일측면에 샤프트풀리(640)가 고정 결합되어 볼샤프트(620)가 회전하는 경우 샤프트풀리(640)가 출력샤프트하우징을 회전시켜 최종적으로 출력샤프트(400)에 볼샤프트(620)의 회전력을 전달하는 구조일 수도 있다. 즉, 출력샤프트(400)와 샤프트풀리(640)는 스플라인 결합되어 샤프트풀리(640)가 직접 출력샤프트(400)를 회전시킬 수도 있지만, 볼샤프트(620)의 회전력을 샤프트풀리(640)가 전달받아 출력샤프트(400)를 회전시킬 수 있는 구조라면 어떠한 구조라도 무관하다.

따라서, 샤프트풀리(640)는 볼샤프트(620)가 회전하는 경우 볼샤프트풀리(630)의 회전력을 풀리벨트(650)를 통해 전달받은 다음 전달된 회전력을 통하여 출력샤프트(400)를 회전 구동시키는 구성인 것이다.

즉, 회전왕복구동수단(600)을 통해 출력샤프트(400)를 회전왕복 구동시키게 되는데 이때, 상술한 바와 같이 구동캠(520)이 1회전시 출력샤프트(400)가 1회 직선 왕복운동하는 것처럼 볼캠(610)이 1회전시 출력샤프트(400)를 1회 회전 왕복운동하기 위하여 볼캠(610)의 회전왕복구동홈(611)은 다음과 같은 경로를 가지게 된다.

먼저, 도 12에 도시된 바와 같이 볼캠(610)의 외주면 둘레를 따라 시계방향으로 제1 회전경로(RP1), 제2 회전경로(RP2), 제3 회전경로(RP3) 및 제4 회전경로(RP4)로 나눌 수 있다.

즉, 제1 회전경로(RP1)는 도 13에 도시된 바와 같이 상기 직선왕복구동홈(521)의 제1 이동경로(LP1)와 연계하여 함께 수행되고, 상기 볼샤프트(620)에 회전 운동을 전달하지 않는 경로로, 도 18에 도시된 바와 같이 출력샤프트(400)가 직선왕복구동수단(500)에 의해 도면상 좌측방향으로 직선운동을 시작하는 경로가 된다.

다음으로 제2 회전경로(RP2)는 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이 상기 직선왕복구동홈(521)의 제2 이동경로(LP2)와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제1 회전경로(RP1)와 연결되어 상기 볼샤프트(620)에 일방향 회전 운동을 전달하는 경로로, 도 19에 도시된 바와 같이 출력샤프트(400)가 직선왕복구동수단(500)에 의해 도면상 좌측방향으로 최대 변위만큼 이동하면서 볼샤프트(620)가 일방향 회전을 시작하게 됨으로 출력샤프트(400)가 일방향으로 회전하게 된다.

계속하여 제3 회전경로(RP3)는 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이 상기 직선왕복구동홈(521)의 제3 이동경로(LP3)와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제2 회전경로(RP2)와 연결되어 상기 볼샤프트(620)에 반대방향 회전 운동을 전달하는 경로로, 도 20에 도시된 바와 같이 출력샤프트(400)가 직선왕복구동수단(500)에 의해 도면상 좌측방향으로 최대 변위로 직선구동한 후 반대방향으로 직선운동을 시작하면서 도 17에 도시된 바와 같이 볼샤프트(620)가 반대방향 회전을 시작하게 됨으로 출력샤프트(400)가 반대방향으로 직선운동을 하면서 회전하게 된다.

마지막으로 제4 회전경로(RP4)는 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 상기 직선왕복구동홈(521)의 제4 이동경로(LP4)와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제3 회전경로(RP3)와 연결되어 상기 볼샤프트(620)에 회전 운동을 전달하지 않는 경로로, 도 21에 도시된 바와 같이 출력샤프트(400)가 직선왕복구동수단(500)에 의해 반대방향으로 직선운동하고, 볼샤프트(620)의 회전이 종료되는 구간이다. 즉, 제4 회전경로(RP4)는 출력샤프트(400)의 반대방향 회전이 종료되고, 반대방향 직선운동만 하는 구간이 된다.

이후 도 22에 도시된 바와 같이 구동캠(520)이 계속하여 회전하게 되면 출력샤프트(400)가 반대방향으로 최대 변위로 직선 이동하게 된다. 이때, 볼캠(610)은 구동캠(520)과 함께 계속하여 회전하지만, 볼샤프트(620)의 회전작동이 완료된 상태임으로 출력샤프트(400)가 직선운동만 하게 된다.

즉, 볼캠(610)이 회전하는 경우 제1 회전경로(RP1) 및 제2 회전경로(RP2)를 통해 출력샤프트(400)가 일방향으로 회전하게 되고, 제3 회전경로(RP3) 및 제4 회전경로(RP4)를 통해 출력샤프트(400)가 반대방향으로 회전하게 됨으로 출력샤프트(400)가 볼캠(520)의 1회전 당 1회 회전왕복운동하게 되는 것이다.

또한, 상술한 바와 같이 볼캠(610)이 구동샤프트(510)에 의해 구동캠(520)의 회전에 따라 함께 회전하는 구조를 가지게 됨으로 출력샤프트(400)가 직선왕복운동을 하면서 회전왕복운동하게 되는 것이다.

즉,, 볼캠(610) 및 볼샤프트(620)를 통하여 회전모터(200)의 일 방향회전을 회전왕복운동으로 전환하게 되고, 볼샤프트풀리(630), 샤프트풀리(640) 및 풀리벨트(650) 각각을 통해 볼샤프트(620)의 회전왕복운동을 출력샤프트(400)에 전달하게 됨으로 최종적으로 출력샤프트(400)가 회전왕복운동을 하게 되는 것이다.

따라서, 직선왕복구동수단(500) 및 회전왕복구동수단(600)을 통해 회전모터(200)의 일방향 회전을 직선왕복운동 및 회전왕복운동으로 전환할 수 있게 되는 것이다. 이는 직선운동 및 회전운동 각각의 동력을 생산하도록 복수의 회전모터(200)를 설치하지 않아도 됨으로 장치의 구조가 단순해진다는 장점이 있고, 장치의 구조가 단순해짐으로 장치의 고장발생률이 낮아지며, 결과적으로 장치의 유지 및 보수가 용이하고, 장치의 수명이 길어지는 효과를 가지게 된다.

이하에서는 도 23 및 도 24를 참조하여 본 발명에 따른 직선 및 회전 왕복 구동장치의 작동과정을 설명하되 중복되는 설명은 생략한다.

먼저, 도 23에 도시된 바와 같이 회전모터(200)가 일방향 회전을 시작하게 되면 입력샤프트(300)가 일방향으로 회전하게 된다. 이때, 입력샤프트(300)의 웜기어(310)와 치합된 구동캠(520)이 일방향으로 회전구동하게 되고, 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 제1 이동경로(LP1)를 따라 슬라이딩 이동하게 됨으로 출력샤프트(400)가 일방향 직선운동을 시작하게 된다. 또한, 구동캠(520)과 함께 회전하게 설치된 볼캠(610)이 회전하게 되어 볼샤프트(620)가 회전왕복구동홈(611)의 제1 회전경로(RP1)를 따라 슬라이딩 이동하게 된다.

즉, 구동링크(530)가 제1 이동경로(LP1)를 볼샤프트(620)가 제1 회전경로(RP1)를 따라 슬라이딩 이동하게 됨으로 출력샤프트(400)가 일방향 직선운동만 하게 된다.

계속하여 구동캠(520)이 회전하여 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 제2 이동경로(LP2)를 따라 이동하게 되면 출력샤프트(400)가 최대 변위로 일방향 직선이동하게 되고, 이때 볼샤프트(620)가 볼캠(610)의 회전왕복구동홈(611)을 따라 이동하면서 제2 회전경로(RP2)를 이동하게 되어 출력샤프트(400)를 일방향 회전시키게 된다.

즉, 출력샤프트(400)가 최대 변위만큼 일방향 직선이동하면서 일방향 회전구동을 시작하게 되는 것이다.

다음으로 구동캠이(520)이 회전하여 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 제3 이동경로(LP3)를 따라 이동하게 되면 출력샤프트(400)가 반대방향으로 직선이동을 시작하게 되고, 이때 볼샤프트(620)가 회전왕복구동홈(621)의 제3 회전경로(RP3)를 따라 이동하게 되어 출력샤프트(400)를 반대방향으로 회전시키게 된다.

즉, 도 24에 도시된 바와 같이 출력샤프트(400)가 반대방향으로 직선운동을 하면서 반대방향으로 회전운동을 하게 되는 것이다. 여기서, 구동캠(520)이 회전하여 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 제3 이동경로(LP3)의 끝점인 D점이 근접하게 되면 볼샤프트(620)의 반대방향 회전이 정지되어 출력샤프트(400)의 반대방향 회전이 정지되게 된다.

이후 구동캠(520)이 1회전하게 되면 구동링크(530)의 일단이 직선왕복구동홈(521)의 제4 이동경로(LP4)를 따라 이동하여 출력샤프트(400)를 반대방향으로 최대 변위만큼 직선이동하게 되고, 볼샤프트(620)가 회전왕복구동홈(611)의 제4 회전경로(RP4)를 따라 이동하게 된다. 즉, 출력샤프트(400)는 반대방향 직선운동만 하게 되는 것이다.

상술한 과정을 반복수행하게 되면 구동캠(520)의 회전당 출력샤프트(400)가 1회 직선왕복운동 및 1회 회전왕복운동을 하게 된다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

LP1 : 제1 이동경로 LP2 : 제2 이동경로
LP3 : 제3 이동경로 LP4 : 제4 이동경로
RP1 : 제1 회전경로 RP2 : 제2 회전경로
RP3 : 제3 회전경로 RP4 : 제4 회전경로
100 : 하우징
200 : 회전모터
300 : 입력샤프트 310 : 웜기어
400 : 출력샤프트
500 : 직선왕복구동수단 510 : 구동샤프트
520 : 구동캠 521 : 직선왕복구동홈
522 : 웜휠 530 : 구동링크
600 : 회전왕복구동수단
610 : 볼캠 611 : 회전왕복구동홈
620 : 볼샤프트 621 : 구름볼
630 : 볼샤프트풀리 640 : 샤프트풀리
650 : 풀리벨트

Claims (6)

1. 하우징과, 상기 하우징의 일측에 결합되어 회전력을 제공하는 회전모터와, 상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 설치되고, 상기 회전모터로부터 회전력을 전달받아 회전하며, 외주면에 웜기어가 형성된 입력샤프트와, 상기 하우징의 외부에 길이방향을 따라 직선 왕복운동하면서 길이방향을 회전중심으로 하여 회전 가능하게 설치되는 출력샤프트와, 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트를 일정한 거리만큼 직선 왕복운동시키는 직선왕복구동수단과, 상기 하우징의 내부에 설치되고, 상기 입력샤프트로부터 회전력을 전달받아 상기 출력샤프트를 일정한 각도만큼 회전 왕복운동시키는 회전왕복구동수단을 포함하고,
   상기 직선왕복구동수단은,
   상기 하우징의 내부에 상기 입력샤프트와 이격되도록 상기 입력샤프트의 길이방향과 교차하는 방향을 축으로 하여 회전 가능하게 결합되는 구동샤프트와, 원판 형상으로 상기 구동샤프트에 결합되어 함께 회전하고, 일측면에 직선왕복구동홈이 함몰 형성되며, 외주면에 상기 입력샤프트의 웜기어와 치합되어 회전하도록 웜휠이 형성된 구동캠과, 상기 하우징의 내부에 회전중심을 기준으로 회전 가능하게 설치되고, 일단이 상기 구동캠의 직선왕복구동홈을 따라 슬라이딩 이동 가능하게 삽입 결합되며, 타단이 상기 출력샤프트의 일단에 추종 가능하게 결합되어 상기 구동캠의 회전에 따라 일정한 각도만큼 회전 왕복운동하는 장형의 구동링크를 포함하고,
   상기 구동캠의 직선왕복구동홈은,
   타원 형상이고, 타원중심이 상기 구동캠의 원중심으로부터 일정거리 이격되도록 상기 구동캠의 일측면에 함몰 형성되고,
   상기 구동캠의 직선왕복구동홈은,
   상기 구동링크의 일방향 회전 운동이 시작되는 타원의 단축을 이루는 일 꼭지점인 A점으로부터 상기 구동링크가 회전운동을 시작하여 상기 출력샤프트가 일방향 직선운동하는 타원의 장축을 이루는 일 꼭지점인 B점까지 연결되는 곡선의 제1 이동경로와, 상기 제1 이동경로의 B점으로부터 상기 구동링크가 회전운동하여 상기 출력샤프트가 일방향으로 최대 변위를 형성하면서 상기 구동링크의 일방향 회전운동이 끝나는 타원의 단축을 이루는 타 꼭지점인 C점까지 연결되는 곡선의 제2 이동경로와, 상기 제2 이동경로의 C점으로부터 상기 구동링크의 반대방향 회전 운동이 시작되어 상기 출력샤프트가 반대방향으로 직선운동을 시작하는 타원의 장축을 이루는 타 꼭지점인 D점까지 연결되는 곡선의 제3 이동경로와, 상기 제3 이동경로의 D점으로부터 상기 구동링크가 반대방향 회전운동하여 상기 출력샤프트가 반대방향으로 최대 변위를 형성하면서 상기 구동링크의 반대방향 회전운동이 끝나는 상기 제1 이동경로의 A점까지 연결되는 곡선의 제4 이동경로를 포함하고,
   상기 회전왕복구동수단은,
   원기둥 형상으로 상기 구동샤프트에 결합되어 상기 구동캠과 함께 회전하고, 외주면 둘레를 따라 회전왕복구동홈이 함몰 형성되는 볼캠과, 상기 하우징의 내부에 상기 구동샤프트와 이격되도록 상기 구동샤프트의 길이방향과 교차하는 방향을 축으로 회전 가능하게 결합되고, 일단 외주면에 상기 볼캠의 회전왕복구동홈을 따라 슬라이딩 이동 가능하도록 복수의 구름볼이 구비되어 상기 볼캠의 회전에 따라 회전 왕복운동하는 볼샤프트와, 상기 볼샤프트의 타단에 상기 볼샤프트와 함께 회전하도록 결합되는 볼샤프트풀리와, 상기 출력샤프트와 스플라인 결합된 샤프트풀리와, 상기 볼샤프트풀리의 회전력을 상기 샤프트풀리에 전달하여 상기 출력샤프트를 회전시키는 풀리벨트를 포함하고,
   상기 볼캠의 회전왕복구동홈은,
   상기 직선왕복구동홈의 제1 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 볼샤프트에 회전 운동을 전달하지 않는 제1 회전경로와, 상기 직선왕복구동홈의 제2 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제1 회전경로와 연결되어 상기 볼샤프트에 일방향 회전 운동을 전달하는 제2 회전경로와, 상기 직선왕복구동홈의 제3 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제2 회전경로와 연결되어 상기 볼샤프트에 반대방향 회전 운동을 전달하는 제3 회전경로와, 상기 직선왕복구동홈의 제4 이동경로와 연계하여 함께 수행되고, 상기 제3 회전경로와 연결되어 상기 볼샤프트에 회전 운동을 전달하지 않는 제4 회전경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 직선 및 회전 왕복 구동장치.
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