KR102240624B1 - 스핀들 록킹장치와 이를 적용한 전동공구 및 차량용 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀들 록킹장치와 이를 적용한 전동공구 및 차량용 액츄에이터에 관한 것이다. 본 발명은 하우징의 내부에 설치되고 안쪽에 설치공간(25)이 있는 록링(20)과, 적어도 일부가 상기 설치공간(25)에 위치하고 한쪽에는 캠드라이버(15)가 있으며 반대쪽에는 구동장치가 연결되는 스핀들(10)과, 상기 설치공간(25)에 수납되고 모터에 연결되어 회전하면서 모터의 회전력을 상기 스핀들(10)에 전달하기 위해 상기 캠드라이버(15)에 맞물리는 캠홈(35)이 중심에 있는 캐리어(30)와, 록킹어셈블리(50)를 포함한다. 록킹어셈블리(50)는 상기 설치공간(25)의 안쪽에 수납되어 구동장치에 작용하는 외력에 의해 상기 스핀들(10)이 회전하지 않도록 잠김상태를 만들되, 내부에서 공전하는 다수개의 록킹수단(80)은 리테이너(70)에 수납된 상태로 상기 캠드라이버(15)를 감싸도록 설치공간(25)에 설치된다.

Description

스핀들 록킹장치와 이를 적용한 전동공구 및 차량용 액츄에이터{Spindle locking apparatus, electronic tool and actuator for vehicle using the same}

본 발명은 스핀들 록킹장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 모터의 동력이 아닌 다른 외력이 가해질 경우에는 스핀들이 유격없이 견고하게 고정된 상태를 유지하게 하는 스핀들 록킹장치에 관한 것이다.

액츄에이터나 전동공구는 모터에 의한 회전력으로 동작을 한다. 그런데 모터에 의한 회전이 아니라 외부에서 임의로 가해지는 외력으로는 동작(회전)되지 않도록 구성될 필요가 있다. 예를 들어, 자동차에는 자동으로 돌출/수납되는 발판이 사용되기도 하는데, 탑승자가 발판을 지지했을 때 발판이 뒤로 밀리지 않도록 해야 한다. 이를 위해서 발판에 동력을 전달하는 액츄에이터에 의한 동작만 가능하게 하고, 반대로 외력에 의해서는 발판이 동작하지 않도록 록킹장치가 내부에 적용된다.

또한, 그라인더나 드릴과 같이 회전력을 이용하는 전동공구는 디스크나 비트가 마모되면 이를 교체해야 하는데, 교체과정에서 스핀들(구동축)이 회전해버리면 휠너트의 조임이 쉽지 않기 때문에 먼저 스핀들을 고정하는 작업이 필요하다.

이와 같이, 액츄에이터나 전동공구의 스핀들이 임의로 회전되지 않도록 하기 위해서 최근에는 자동으로 스핀들이 잠기는 구조도 사용되고 있다. 모터에서 전달되는 회전력은 스핀들을 회전시키지만, 반대로 사용자가 외력을 가하면 스핀들이 잠겨서 회전되지 않도록 하는 것이다. 이를 위해서 스핀들 록킹장치의 내부에는 록킹롤러가 있고, 모터가 아닌 외부로부터 디스크에 토크가 가해지면 이러한 록킹롤러가 록킹장치의 내부에 끼어서 스핀들의 회전을 방지하게 된다.

그런데, 종래의 스핀들 록킹 장치는 록킹롤러를 스핀들 록킹 장치 내부에 설치하는 작업이 번거로웠다. 록킹롤러의 개수가 많을 뿐 아니라, 록킹롤러는 쉽게 구를 수 있는 원기둥형상이기 때문이다. 예를 들어 설치과정에서 록킹롤러가 쉽게 빠지거나 정확인 설치위치를 잡지 못하는 경우가 자주 발생하여 작업성이 떨어진다.

그리고 종래의 스핀들 록킹 장치에 사용되는 록킹롤러는 한쪽으로 길게 연장되는 원기둥형상으로, 락링(하우징)의 내면과 그 안쪽의 락캠 사이의 빈공간에 단순히 끼워지는 방식으로 설치된다. 따라서 작동과정에서 록킹롤러는 한쪽으로 자세가 쉽게 기울어져 락킹기능을 제대로 구현하지 못하는 경우가 발생하기도 한다.

또한, 록킹롤러가 마모되면 록킹롤러의 직경이 작아지므로 초기에 설정된 잠김위치까지 가더라도 잠김 상태가 되지 못하는 문제가 있다. 만약 스프링을 이용하면 록킹롤러를 잠김위치 방향으로 밀어줄 수 있어 록킹롤러가 어느 정도 마모되어도 잠김기능을 구현할 수 있지만, 이렇게 되면 부품수와 조립공수가 늘어나는 문제가 있다. 특히, 스프링을 각각의 록킹롤러 위치에 맞게 설치해주어야 하므로 조립성이 크게 떨어진다.

대한민국 공개특허 제 10-2005-23709호 대한민국 공개특허 10-2013-0071654

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 다수개의 록킹수단(록킹롤러)이 먼저 리테이너에 수납된 상태로 스핀들 록킹장치에 한번에 조립되도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 록킹수단이 마모되어도 잠김기능을 안정적으로 수행할 수 있게 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 하우징의 내부에 설치되고 안쪽에 설치공간이 있는 록링과, 적어도 일부가 상기 설치공간에 위치하고 한쪽에는 캠드라이버가 있으며 반대쪽에는 구동장치가 연결되는 스핀들과, 상기 설치공간에 수납되고 모터에 연결되어 회전하면서 모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하기 위해 상기 캠드라이버에 맞물리는 캠홈이 중심에 있는 캐리어와, 상기 설치공간의 안쪽에 수납되어 구동장치에 작용하는 외력에 의해 상기 스핀들이 회전하지 않도록 잠김상태를 만들되, 내부에서 공전하는 다수개의 록킹수단은 리테이너에 수납된 상태로 상기 캠드라이버를 감싸도록 설치공간에 설치되는 록킹어셈블리를 포함한다.

상기 캐리어와 캠드라이버의 연결부위에는 상대회전경로를 따라 유격이 존재하여 캐리어가 소정각도만큼은 독립적으로 회전해서 록킹어셈블리에 의한 잠김상태를 해제시킨 후에 상기 캠드라이버와 함께 회전한다.

상기 록킹어셈블리는 외면에 상기 설치공간의 내면과의 사이에 작동공간을 만들고 상기 캠드라이버에 결합되어 함께 회전하는 록캠과, 상기 록캠을 감싸도록 록캠의 외면과 설치공간의 내면 사이에 설치되고 원주방향을 따라 배열되는 다수개의 수납공간이 스핀들의 길이방향으로 연장되는 리테이너와, 상기 리테이너의 수납공간에 수납되는 원기둥형상이고 상기 록캠의 회전에 따라 상기 작동공간 내에서 리테이너와 함께 공전하되 상기 작동공간의 한쪽에 선택적으로 끼어 잠김상태를 만들 수 있는 다수개의 록킹수단을 포함한다.

상기 리테이너는 원통형상으로 중심에는 록캠이 수납되는 내부공간이 만들어지고, 원주방향을 따라서 다수개의 수납공간이 배열되는데 상기 수납공간은 스핀들의 길이방향을 따라 한쪽은 개방되어 록킹수단이 삽입될 수 있으며, 수납공간의 반대쪽은 가로막혀 록킹수단을 지지한다.

상기 캐리어에는 캠홈이 있고 상기 캠드라이버에는 상기 캠홈에 삽입되는 캠돌부가 돌출되며, 상기 캠홈의 내면 및 캠돌부의 외면의 서로 마주보는 적어도 일부에는 평면구간이 형성되되 그 사이에는 캐리어와 캠드라이버의 상대회전경로를 따라 유격이 있어 상기 캐리어가 캠드라이버에 대해 소정각도만큼 독립적으로 회전가능하다.

상기 캠드라이버의 캠돌부는 정다각형상이고, 잠김상태에서 상기 캠홈의 내면은 상기 캠돌부의 각 변의 중심에 밀착되지만 캠돌부의 모서리와는 이격되어 소정각도 상대회전할 수 있는 상태이다.

상기 작동공간은 상대적으로 넓은 릴리스공간과 상대적으로 좁고 상기 릴리스공간의 양측에 위치하는 록킹공간으로 구성되며, 상기 록킹수단의 횡단면의 지름은 상기 릴리스공간의 폭 보다 작고 록킹공간의 폭과 같거나 크다.

상기 캐리어에는 상기 작동공간 방향으로 해제돌기가 돌출되어 상기 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 상기 리테이너 또는 록킹수단을 밀어 풀림상태를 만들거나, 상기 캐리어와 상기 리테이너 사이에 구동수단이 설치되어 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 상기 리테이너 또는 록킹수단를 회전시켜 풀림상태를 만든다.

상기 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 수 있는 각도(α)는 상기 록킹어셈블리의 중심으로부터 릴리스공간의 중심을 연장하는 가상의 선과 상기 록킹어셈블리의 중심으로부터 잠김상태에 있는 록킹수단의 중심을 연장하는 가상의 선 사이의 각도(α1)와 같거나 크다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 본 발명은 하우징의 내부에 설치되고 안쪽에 설치공간이 있는 록링과, 적어도 일부가 상기 설치공간에 위치하고 한쪽에는 캠드라이버가 있으며 반대쪽에는 구동장치가 연결되는 스핀들과, 상기 설치공간에 수납되고 모터에 연결되어 회전하면서 모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하기 위해 상기 캠드라이버에 맞물리는 캠홈이 중심에 있는 캐리어와, 상기 설치공간의 안쪽에 수납되어 구동장치에 작용하는 외력에 의해 상기 스핀들이 회전하지 않도록 잠김상태를 만들되, 내부에서 공전하는 다수개의 록킹수단은 리테이너에 수납된 상태로 상기 캠드라이버를 감싸도록 설치공간에 설치되는 록킹어셈블리와, 상기 캐리어와 상기 리테이너 사이에 설치되고 상기 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 상기 캐리어와 함께 회전하면서 상기 록킹어셈블리를 회전시켜 풀림상태 또는 잠김상태를 만드는 구동수단을 포함한다.

상기 구동수단은 중심에 상기 캠드라이버가 통과하는 관통홀이 있는 원판형상이고, 상기 구동수단은 상기 리테이너에 연결됨과 동시에 모터에 연결되어 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 캐리어와 함께 회전하면서 록킹어셈블리를 풀림상태 또는 잠김상태로 만든다.

상기 구동수단에는 상기 모터에 연결되기 위한 연결홀이 있고, 상기 구동수단에는 상기 리테이너에서 돌출된 연결돌기가 끼워지는 댐핑홀이 있되, 상기 연결홀과 댐핑홀은 상기 구동수단의 원주방향을 따라서 다수개가 있다.

상기 구동수단은 탄성변형이 가능한 재질로 만들어진다.

상기 록킹어셈블리가 풀림상태가 되면 상기 캐리어가 스핀들의 캠드라이버와 맞물려 함께 회전하되, 정지신호가 입력되면 캐리어 및 구동수단은 캠드라이버와 독립적으로 반대방향으로 회전하면서 록킹어셈블리를 잠김상태로 만들고, 상기 캐리어 및 구동수단이 독립적으로 회전하는 각도(α)와 록킹어셈블리가 회전하는 각도(α1) 사이의 차이는 탄성재질의 구동수단이 흡수하여 댐핑될 수 있다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 스핀들 록킹장치와 이를 적용한 전동공구 및 차량용 액츄에이터에는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서 잠김기능을 수행하는 다수개의 록킹롤러(록킹수단)들은 먼저 리테이너에 수납된 상태로 스핀들 록킹장치에 조립된다. 록킹롤러는 형상이 둥글고 개수가 많기 때문에 조립성이 떨어질 수 있는데, 이와 같이 리테이너에 선조립된 후에 설치되므로 조립성이 크게 향상되는 효과가 있다.

또한 록킹롤러들이 리테이너에 수납된 상태로 리테이너와 함께 공전하므로, 록킹롤러가 한쪽으로 기울어져 잠금기능을 제대로 수행하지 못하게 될 염려가 없고, 다수개의 록킹롤러가 리테이너 안에서 서로 일정한 간격을 유지하면서 공전하므로 어느 하나의 록킹롤러에 과도한 토크가 가해지는 것을 방지할 수 있고, 결과적으로 동작신뢰성과 내구성이 향상되는 효과가 있다.

그리고 본 발명에서는 록킹롤러들을 눌러주는 탄성체가 생략되고, 양방향의 잠김을 위해서 록킹롤러들을 한 쌍씩 배치하지 않고 하나의 록킹롤러가 양방향 잠김기능을 모두 수행하므로 부품수와 조립공수가 줄어들게 된다.

또한 본 발명에서는 록킹롤러가 마모되었을 때에도 록킹롤러가 잠김기능을 수행할 수 있도록 설계되어 록킹롤러 및 스핀들 록킹장치의 수명이 늘어나는 장점도 있다. 록킹롤러가 마모되면 크기가 줄어들어 잠김위치까지 가기 위한 회전각도가 커지게 되지만, 이를 고려해서 처음부터 록킹롤러의 회전각을 크게 설정하는 것이다. 물론 록킹롤러가 마모되지 않은 상태에서 이렇게 회전각을 크게 하면 부품의 파손이 일어날 수 있지만, 본 발명에서는 탄성이 있는 재질의 구동수단이 그 중간에서 댐핑기능을 수행하므로 이러한 염려가 없다.

그리고 모터에 의한 정상적인 토크가 가해지는 경우라면, 캐리어가 록킹롤러를 밀어 릴리스상태를 만들어주는데, 이때 캐리어는 초기에 소정각도만큼은 다른 부품과 연동하지 않고 독립적으로 회전할 수 있다. 캐리어가 캠드라이버 및 이에 연결된 스핀들 등과 동시에 회전하지 않고, 초기에 소정각도만큼 독립적으로 회전하면서 먼저 록킹롤러를 릴리스상태로 만들어주므로, 장치의 초기 부하를 줄일 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스핀들 록킹장치의 일실시례를 보인 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 일실시례를 구성하는 각 부품을 분해하여 보인 분해사시도.
도 3은 도 1의 일실시례를 아래쪽에서 바라본 모습을 보인 사시도.
도 4(a) 및 도 4(b)는 본 발명의 일실시례를 구성하는 록킹어셈블리가 잠김상태 및 풀림상태에 있을 때의 모습을 각각 보인 개념도.
도 5(a)는 본 발명의 일실시례를 구성하는 록킹어셈블리의 록킹수단이 이동하는 모습을 보인 개념도이고, 도 5(b)는 록킹수단이 이동할 때 캐리어의 회전상태를 보인 개념도.
도 6은 도 1의 일실시례에서 캐리어를 분리한 상태를 보인 사시도.
도 7은 도 1의 일실시례를 구성하는 리테이너에 록킹수단을 설치하는 모습을 보인 사시도.
도 8(a) 내지 도 8(c)는 도 1의 일실시례에서 잠김상태일 때의 모습을 보인 것으로, 도 8(b)는 캐리어를 제거한 상태이고, 도 8(c)는 캐리어, 구동수단 및 리테이너를 제거한 상태를 보인 평면도.
도 9(a) 내지 도 9(c)는 도 1의 일실시례에서 풀림상태일 때의 모습을 보인 것으로, 도 9(b)는 캐리어를 제거한 상태이고, 도 9(c)는 캐리어, 구동수단 및 리테이너를 제거한 상태를 보인 평면도.

이하, 본 발명의 일부 실시례들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시례를 설명함에 있어, 관련된 공지구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시례에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시례의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명은 스핀들 록킹장치에 관한 것으로, 스핀들 록킹장치는 모터에 의한 정상작동이 아니라 외력에 의해 임의로 회전되려는 것을 방지해준다. 즉, 모터의 회전력은 구동축인 스핀들(10)에 전달하지만, 반대로 스핀들(10)에 작용하는 모터에 의한 회전력이 아닌 외력에 의해 스핀들(10)이 회전되는 것은 방지하는 것인데, 이러한 동작은 아래에서 설명할 구조에 의해 자동으로 이루어진다. 따라서 엑츄에이터는 모터의 동작에 의해서만 작동하고, 모터의 작동이 멈춘 후에는 그 상태를 안정적으로 유지할 수 있다. 본 발명에 의한 스핀들 록킹장치는 그라인더와 같은 전동공구 뿐 아니라, 자동차에 사용되는 다양한 액츄에이터, 예를 들어 자동발판의 동력전달장치나 시트의 전후방동작을 위한 동력전달장치 등에 적용될 수도 있다.

도 1에는 스핀들 록킹장치의 구조가 사시도로 도시되어 있는데, 도 1에 도시된 도면에는 외부 하우징과 모터, 그리고 모터의 동력을 전달하기 위한 기어어셈블리가 생략되어 있다. 스핀들 록킹장치에는 구동축인 스핀들(10)이 있는데, 스핀들(10)은 모터의 동력으로 회전하면서 그 회전력을 외부 구동장치로 전달한다. 여기서 구동장치란 전동공구의 그라인드 회전장치나, 액츄에이터에 연결된 차량용 자동발판 등 최종적으로 동작되는 장치를 의미한다. 이때 스핀들(10)은 모터와 직결되는 것이 아니라, 본 발명에 의한 스핀들 록킹장치를 거쳐 동력을 전달받는다.

도 2를 보면, 상기 스핀들(10)은 대략 일방향으로 길게 연장된 원기둥형상의 몸체(11)가 골격을 만들고, 여기에는 구동장치에 연결되는 조립홈(12)이 있다. 몸체(11) 반대편의 캠드라이버(15)에는 톨러런스 링(18)이 조립된다. 상기 톨러런스 링(18)은 미리 설정된 수치 이상의 토크가 발생하면 슬립이 발생하도록 하여 장치를 보호하는 것이다. 물론 이러한 톨러런스 링(18)은 생략될 수도 있다. 여기서 캠드라이버(15)는 몸체(11)에 일체이거나, 또는 별개물로 몸체(11)에 조립되는 것일 수도 있다.

상기 캠드라이버(15)의 상단에는 캠돌부(17)가 있다. 상기 캠돌부(17)는 상기 캠드라이버(15)의 상단에서 돌출된 것으로 아래에서 설명될 캐리어(30)의 캠홈(35)에 맞물린다. 상기 캠돌부(17)와 캠홈(35)은 서로 완전히 밀착되는 것이 아니라, 서로 어느 정도 유격이 있기 때문에 캐리어(30)는 소정각도만큼은 캠드라이버(15)에 대해 독립적으로 회전할 수 있다.

상기 캠돌부(17)의 횡단면은 정다각형상이다. 본 실시례에서 상기 캠드라이버(15)의 캠돌부(17)는 정사각형상이고, 캠홈(35)의 내면은 상기 캠돌부(17)의 각 변의 중심에 밀착되지만 캠돌부(17)의 모서리와는 이격되어 소정각도 상대회전할 수 있는 상태다. 참고로 도 1의 확대도를 보면 캠돌부(17)의 4변의 중심에는 캠홈(35)의 밀착부(36)가 밀착되지만, 밀착부(36) 양쪽의 이격부(35)는 캠돌부(17)의 4변에서 떨어져있다. 이격부(35)의 내면과 캠돌부(17)의 외면의 사이각은 α로 표시되어 있다. 이러한 사이각이 있어서 회전 초기에는 캐리어(30)가 캠드라이버(15)에 대해 소정각도만큼 독립적으로 회전된다. 도 1에서 α는 약 10°내지 20°사이이다. 이 사이각은 스핀들 록킹장치의 규격이나 아래에서 설명될 록킹수단(80)의 개수, 크기 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

상기 사이각은 모터에 의한 회전 초기에 캐리어(30)가 캠드라이버(15)에 대해 소정각도만큼 독립적으로 회전되도록 해서, 본격적인 작동에 앞서 구동수단(90)이 록킹수단(80)을 릴리스상태로 만들기 위해 존재한다. 보다 자세한 내용은 아래에서 다시 설명하기로 한다.

스핀들 록킹장치에는 록링(20)이 있다. 록링(20)은 스핀들 록킹장치의 전체 골격을 만드는 것으로, 대략 링형상이다. 상기 록링(20)의 내부에 있는 설치공간(25)에는 아래에서 설명될 캐리어(30), 스핀들(10)의 일부, 록킹어셈블리(50), 구동수단(90) 등이 설치된다. 상기 설치공간(25)은 대략 원기둥형상이고, 양쪽으로 개방되어 있다. 상기 록링(20)은 하우징(도시되지 않음)의 내부에 설치되되, 회전하지 않고 고정된 상태를 유지한다. 이를 위해서 링몸체(21) 외면에는 회전을 방지하기 위한 리브(23)들이 있다.

상기 설치공간(25)에는 캐리어(30)가 회전가능하게 설치된다. 상기 캐리어(30)는 원판형상으로 설치공간(25)의 한쪽을 막는 형태로 설치된다. 즉, 상기 캐리어(30)는 설치공간(25)의 바깥쪽에 설치되어 설치공간(25)을 차폐하는 형태가 되는데, 고정된 록링(20)과 달리 회전가능한 부품이다. 상기 캐리어(30)는 모터에 설치된 기어어셈블리와 연결되어 모터에 의해 회전된다. 도면부호 32는 기어어셈블리와 연결되는 구동홀(32)을 나타낸다. 상기 구동홀(32)은 총 4개인데, 그 위치와 개수는 변경될 수 있다. 상기 구동홀(32)은 아래에서 설명될 구동수단(90)의 연결홀(93)과 대응하는 위치에 있다. 기어어셈블리에서 연장된 구동샤프트(도시되지 않음)는 상기 구동홀(32)을 통과해서 연결홀(93)에 끼워진다.

상기 캐리어(30)의 중심에는 캠홈(35)이 있고, 상기 캠홈(35)에는 앞서 설명한 캠드라이버(15)의 캠돌부(17)가 삽입된다. 도 1을 참조해서 캠홈(35)을 자세히 보면, 상기 캠홈(35)에는 밀착부(36)와 이격부(35)가 있다. 밀착부(36)와 이격부(35)는 서로 이웃하여 캠홈(35)의 내면을 형성하고 있는데, 밀착부(36)는 캠홈(35)의 중심을 향해서 상대적으로 더 돌출되고, 이격부(35)는 밀착부(36)를 중심으로 캠홈(35)의 폭을 넓히는 방향으로 연장된다. 이격부(35)는 좌측이격부(35a)와 우측이격부(35b)가 한 쌍을 이루고, 이들은 대략 'V'자 형상을 만든다.

본 실시례에서 밀착부(36)와 이격부(35)는 모두 평면구간인데, 일부는 곡면으로 만들어질 수도 있다. 평면인 상기 좌측이격부(35a) 또는 우측이격부(35b)가 캠돌부(17)의 외면과 밀착되면 캐리어(30)가 캠드라이버(15) 및 스핀들(10)을 회전시켜줄 수 있다.(도 5(b) 참조) 그러나 도 1의 확대도에서는 이격부(35)가 캠돌부(17)의 외면에서 떨어져 있기 때문에 캠돌부(17)를 밀어줄 수 없는 상태다.

이와 같이 이격부(35)와 캠돌부(17) 사이의 사이각으로 인해, 캐리어(30)의 초기회전구간 동안에는 캐리어(30)가 캠돌부(17)와 무관하게 독립적으로 회전하면서 록킹어셈블리(50)를 풀림상태로 만들어준다. 보다 정확하게는 캐리어(30)와 함께 회전하는 구동수단(90)이 록킹어셈블리(50)를 구성하는 리테이너(70)를 소정각도만큼 회전시켜서 록킹수단(80)이 록킹공간에서 릴리스공간으로 이동하게 하는 것이다. 이와 같이 본 실시례에서는 이격부(35)와 캠돌부(17) 사이에 사이각이 있지만, 이러한 사이각은 생략될 수도 있다. 사이각이 없는 경우에는 록킹수단(80)에 의한 다소의 초기부하 구간을 거쳐 스핀들 록킹장치가 동작될 수 있다.

참고로, 본 실시례의 설명에서 사용되는 용어 중, (i) 잠김상태는 록킹어셈블리(50)에 의해 스핀들(10)이 회전하지 않고 잠겨 있는 상태이고(도 8참조), (ii) 풀림상태는 록킹어셈블리(50)의 잠김상태가 해제되어 스핀들(10)이 회전할 수 있는 상태다(도 9참조). 또한, (iii) 록킹공간은 록킹수단(80)이 잠김상태에서 위치하는 공간(도 4(a)에서 록킹수단(80)이 위치하는 작동공간(S1)의 가장자리 부분)이고, (iv) 릴리스공간은 록킹수단(80)이 풀림상태에서 위치하는 공간(도 4(b)에서 록킹수단(80)이 위치하는 작동공간(S1)의 중심 부분)을 의미한다.

록킹어셈블리(50)를 설명하면, 상기 록킹어셈블리(50)는 상기 캠드라이버(15)와 록링(20)의 설치공간(25) 내면 사이에 위치한다. 상기 록킹어셈블리(50)는 상기 설치공간(25)의 안쪽에 수납되어 상기 스핀들(10)에 작용하는 외력에 의해 캠드라이버(15) 및 스핀들(10)이 선택적으로만 회전하도록 한다. 즉 모터를 제외한 외력에 의해서는 스핀들 록킹장치가 동작되지 않게 하고, 상기 캐리어(30)가 캠드라이버(15)에 대해 독립적으로 회전하면 비로소 록킹수단(80)의 잠김상태가 해제된다. 이를 위해서 록킹어셈블리(50)에는 작동공간(S1) 내부에서 공전하는 록킹수단(80)이 있는데, 록킹수단(80)은 아래에서 살펴볼 바와 같이 리테이너(70)에 조립된다. 여기서 작동공간(S1)이란, 록캠(60)의 외면과 록링(20)의 내면 사이에 만들어진 공간을 의미한다.

도 2와 도 3을 보면, 록킹어셈블리(50)는 크게 록캠(60), 리테이너(70) 및 록킹수단(80)으로 구성된다고 볼 수 있다. 여기서 록캠(60)은 캠드라이버(15)에 끼워져 록캠(60)과 함께 회전하는 것으로 내부에 캠드라이버(15)가 끼워지는 드라이버조립홀(62)이 관통된 원통형상이다. 하지만 록캠(60)의 외면에는 평면인 평면부(65)가 연속적으로 이어진다. 이러한 평면부(65)는 설치공간(25)의 내면(26) 사이에 만들어지는 작동공간(S1)의 폭을 원주방향을 따라 다르게 만든다. 보다 정확하게는 원주방향을 따라서 작동공간(S1)의 폭이 달라지는 것인데, 중앙에 위치하는 상대적으로 넓은 릴리스공간과 상대적으로 좁고 상기 릴리스공간의 양측에 위치하는 록킹공간으로 나뉠 수 있다. 미설명부호 63은 아래에서 설명될 리테이너(70)의 가장자리가 맞물리는 돌출부를 나타낸다.

여기서 릴리스공간의 폭(L1)은 록킹수단(80)의 직경보다 같거나 크기 때문에 록킹수단(80)이 작동공간(S1)에 끼지 않도록 하지만, 록킹공간의 폭(L2)은 록킹수단(80)의 직경보다 작아서 록킹수단(80)이 록킹공간에 끼면 이동될 수 없다. 참고로 도 3은 록킹수단(80)이 릴리스공간에 위치해서 풀림상태가 된 것을 표현한 것인데, 리테이너(70) 및 리테이너(70)에 설치된 록킹수단(80)이 화살표① 또는 ①' 방향으로 이동해서 록킹공간에 위치하면 잠김상태가 된다.

도 4를 참조하여 보다 자세히 보면, 도 4(a)는 잠김상태이고, 도 4(b)는 풀림상태다. 편의를 위해서 캐리어(30), 리테이너(70), 스핀들(10)은 제거한 상태로 도시되어 있다. 먼저 잠김상태를 보면, 록킹수단(80)이 한쪽으로 쏠려 있어 록킹공간에 위치한다. 이때 록킹수단(80)의 횡단면의 직경(R)은 록킹공간의 폭(L2)과 같아서 끼워진 상태가 된다. 따라서 스핀들(10)이 연결된 록캠(60)을 시계방향으로 회전시키려는 외력이 작용하면, 록킹수단(80)이 이를 저지하게 되는 것이다. 그리고 풀림상태를 보면, 록킹수단(80)이 작동공간(S1)의 중앙, 즉 릴리스공간에 위치해 있다. 횡단면의 직경(R)은 릴리스공간의 폭(L1) 보다 작아서 록킹공간과 설치공간(25)이 내면 사이에 이격공간(S2)이 생긴다. 즉, 풀림상태가 되고, 스핀들(10)이 연결된 록캠(60)이 리테이너(70) 및 록킹수단(80)과 함께 회전할 수 있다.

한편, 도 5(a)에는 본 발명의 일실시례를 구성하는 록킹어셈블리(50)의 록킹수단(80)이 이동하는 모습이 도시되어 있고, 도 5(b)는 록킹수단(80)이 이동할 때 캐리어(30)의 회전상태를 보이고 있다. 이를 참조해서 풀림상태->잠김상태의 변환과정을 보면, 먼저 풀림상태에서 록킹수단(80)은 릴리스공간에 위치한다. 설명의 편의를 위해서 릴리스공간에 위치한 록킹수단은 80a로 표시하고, 록킹공간에 위치한 록킹수단은 80b로 표시하였다. 릴리스공간에 록킹수단(80a)이 위치하면 풀림상태가 되어 스핀들(10)과 스핀들(10)에 결합된 록캠(60)이 시계방향 또는 반시계방향으로 회전할 수 있다. 도 5(b)에서 좌측그림은 캐리어(30)가 회전하여 캠돌부(17)와 맞물린 상태를 도시한 것이다. 이렇게 맞물리는 과정에서 록킹수단(80a)은 릴리스공간으로 이동하게 된다. 이 상태에서 캐리어(30)가 화살표①방향으로 회전하면 캠돌부(17)도 같은 방향으로 회전하고, 결과적으로 캠드라이버(15)와 결합된 스핀들(10)도 함께 회전한다.

이때, 도 5(b)의 우측그림에서 보듯이 캐리어(30)가 화살표①'방향으로 회전하면 캐리어(30)는 캠돌부(17)와 맞물린 상태가 해제되면서 독립적으로 회전한다. 그리고 캐리어(30)와 함께 회전하는 구동수단(90)은 후술할 리테이너(70) 및 록킹수단(80b)을 릴리스공간에서 록킹공간으로 이동시켜 잠김상태를 만든다. 즉 도 5(a)에서 록킹수단(80b)이 록킹공간으로 이동한 상태가 되는 것이다. 이렇게 되면 잠김상태가 되어 스핀들(10)과 스핀들(10)에 결합된 록캠(60)이 시계방향으로 회전할 수 없다. 반시계방향으로는 어느 정도 회전될 수 있지만 반대편 록킹공간에 다시 물려 잠김상태가 되어 버린다. 참고로, 캐리어(30)가 동작하다가 정지신호가 입력되면 캐리어(30) 및 구동수단(90)은 캠드라이버(15)와 독립적으로 반대방향(화살표①'방향)으로 소정각도 회전하면서 록킹어셈블리(50)를 잠김상태로 만드는데, 이를 백토크동작이라고 한다.

한편, 록킹수단(80c)이 마모되면 그 직경이 작아지게 되고, 록킹수단(80c)이 록킹공간으로 이동하기 위한 회전각도가 커진다. 도 5(a)를 보면, 마모전의 록킹수단(80b)은 직경이 α1°만 회전하면 릴리스공간에서 록킹공간으로 이동할 수 있었지만, 마모되어 직경이 작아진 록킹수단(80c)은 α2°만큼 회전해야만 록킹공간으로 이동할 수 있는 것이다. 록킹수단(80c)이 마모된 상태에서 록킹공간으로 완전히 이동하지 못하면 유격이 발생하여 잠김상태가 제대로 구현되지 못한다. 이를 방지하기 위해서 본 실시례에서는 백토크동작에서 캐리어(30) 및 구동수단(90)이 회전하는 각도(α°)를 적어도 α2°또는 그 이상으로 설정한다. 그러면 록킹수단(80c)이 마모되어도 이를 감안한 각도까지 충분히 회전해서 더 먼 록킹공간까지 회전할 수 있게 된다.

도면을 기준으로 하면, 상기 캐리어(30)가 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전할 수 있는 각도(α)는 록킹어셈블리(50)의 중심으로부터 릴리스공간의 중심을 연장하는 가상의 선과 상기 록킹어셈블리(50)의 중심으로부터 잠김상태에 있는 마모된 록킹수단(80)의 중심을 연장하는 가상의 선 사이의 각도(α2) 보다 큰 것이다.

다만, 록킹롤러가 아직 마모되지 않은 상태에서 이렇게 회전각을 크게 하면 부품의 파손이 일어날 수 있다. 예를 들어 α2-α1°만큼 더 회전하는 과정에서 리테이너(70)나 록킹수단(80)이 파손될 수 있는 것이다. 이를 해결하기 위해서 본 실시례에서는 탄성이 있는 재질의 구동수단(90)이 그 중간에서 댐핑기능을 수행한다. 즉 α2-α1°만큼 더 회전하는 과정에서 발생하는 과도한 토크를 탄성재질의 구동수단(90)이 흡수하는 것이다. 구동수단(90)은 약간 탄성변형되면서 그 토크를 분산시킬 수 있다. 보다 자세한 내용은 구동수단(90)을 설명할 때 다시 설명하기로 한다.

상기 작동공간(S1)에는 리테이너(70)가 설치된다. 상기 리테이너(70)는 내부에서 공전하는 다수개의 록킹수단(80)이 선조립되는 대상으로, 록캠(60)을 감싸도록 설치공간(25)에 설치된다. 상기 리테이너(70)는 록캠(60)을 감싸지만 서로 완전히 결합된 것은 아니어서 록캠(60)과는 독립적으로 회전할 수 있다.

도 2와 도 7을 참조하면, 상기 리테이너(70)를 구성하는 원통형상의 몸체(71) 중심에는 록캠(60)이 수납되는 내부공간(72)이 만들어지고, 원주방향을 따라서 스핀들(10)의 길이방향으로 연장된 다수개의 수납공간(73)이 배열된다. 상기 수납공간(73)에서 스핀들(10)의 길이방향을 따라 한쪽에는 개방된 입구부(73')가 만들어져 되어 록킹수단(80)이 삽입될 수 있다. 그리고 수납공간(73)의 반대쪽에는 안착단(75)이 수납공간(73)을 가로막는 방향으로 만들어져 록킹수단(80)의 한쪽 끝을 지지한다. 따라서 수납공간(73)에 들어온 록킹수단(80)은 안착단(75)으로 인해 아래쪽으로 낙하하지 않는다.

상기 리테이너(70)의 상면에는 연결돌기(77)가 있다. 상기 연결돌기(77)는 상기 리테이너(70)의 상면을 원주방향으로 둘러 다수개가 있는데, 여기에는 구동수단(90)의 댐핑홀(95)이 끼워진다. 연결돌기(77)에 댐핑홀(95)이 끼워지면 구동수단(90)과 리테이너(70)가 함께 회전하게 된다. 도 6에는 댐핑홀(95)에 연결돌기(77)가 끼워진 모습이 도시되어 있는데, 댐핑홀(95)을 통해 연결돌기(77)의 일부가 노출되어 있는 것을 볼 수 있다.

상기 리테이너(70)에는 록킹수단(80)이 설치된다. 록킹수단(80)은 리테이너(70)의 수납공간(73)에 수납되어 리테이너(70)와 함께 회전한다. 록킹수단(80)은 작동공간(S1)에 끼거나 끼임 상태가 해제되는데, 록킹수단(80)이 작동공간(S1)의 록킹공간에 끼면 스핀들 록킹장치의 잠금기능이 활성화되어 잠김상태가 된다. 록킹수단(80)은 횡단면이 원형이고, 작동공간(S1)에서 공전한다. 록킹수단(80)은 작동공간(S1)을 이동하면서 시계방향 또는 반시계방향의 회전을 방지해줄 수 있다. 예를 들어 도 4(a)의 록킹수단(80)은 스핀들(10) 및 이와 결합된 록캠(60)이 시계방향으로 회전하는 것을 방지해주는데, 록킹수단(80)이 이동하여 오른쪽 끝에 배치되면 반시계방향으로 회전하는 것도 방지해줄 수 있는 것이다.

도 7을 보면, 리테이너(70)에 록킹수단(80)이 설치되는 모습을 볼 수 있는데, 이와 같이 본 발명에서 잠김기능을 수행하는 다수개의 록킹수단(80)들은 먼저 리테이너(70)에 수납된 상태로 스핀들 록킹장치에 조립될 수 있다. 록킹수단(80)은 외면이 둥글고 개수가 많기 때문에 조립성이 떨어질 수 있는데, 이와 같이 리테이너(70)에 선조립된 후에 설치되므로 설치가 쉬워진다. 또한 본 실시례에서 록킹수단(80)들이 리테이너(70)에 수납되어 바르게 세워진 자세로 리테이너(70)와 함께 공전하므로, 록킹수단(80)이 한쪽으로 기울어져 잠금기능을 제대로 수행하지 못하게 될 염려가 없다. 특히, 다수개의 록킹수단(80)들은 리테이너(70) 안에서 서로 일정한 간격을 유지하면서 공전하므로 어느 하나의 록킹수단(80)에 과도한 토크가 가해지는 것이 방지된다.

다음으로 구동수단(90)을 보면, 상기 구동수단(90)은 상기 캐리어(30)와 상기 리테이너(70) 사이에 설치되는 것으로, 상기 캐리어(30)가 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전할 때 상기 캐리어(30)와 함께 회전하면서 상기 록킹어셈블리(50)를 회전시켜 풀림상태를 만들거나, 구동장치의 동작이 끝난 후에는 록킹어셈블리(50)를 반대방향으로 회전(백토크)시켜 잠김상태로 만드는 역할을 한다. 또한 구동수단(90)은 도 5(b)의 좌측그림에서 우측그림으로 변동될 때와 같이, 백토크에 의해서 록킹어셈블리(50)가 잠김상태가 될 때 록킹어셈블리(50)에 가해질 수 있는 과도한 토크를 흡수하는 댐핑기능도 한다.

상기 구동수단(90)은 중심에 상기 캠드라이버(15)가 통과하는 관통홀이 있는 원판형상이다. 상기 구동수단(90)은 상기 리테이너(70)에 연결됨과 동시에 모터에 연결되어 모터의 회전력을 리테이너(70)에 전달하는 매개체이다. 상기 구동수단(90)에는 상기 모터, 보다 정확하게는 기어어셈블리에 연결되기 위한 연결홀(93)이 있고, 상기 리테이너(70)에서 돌출된 연결돌기(77)가 끼워지는 댐핑홀(95)이 있다. 이들 상기 연결홀(93)과 댐핑홀(95)들은 상기 구동수단(90)의 원주방향을 따라서 다수개가 있다. 상기 연결홀(93)은 캐리어(30)의 구동홀(32)과 연결된 것으로, 기어어셈블리에서 돌출된 구동샤프트가 이들을 함께 연결해서 회전하므로 캐리어(30)와 구동수단(90)은 동시에 회전한다.

상기 구동수단(90)은 캐리어(30)가 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전할 때 역시 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전한다. 구동수단(90)은, (i) 구동장치(예를 들어 자동발판)가 동작하는 초기에는 캐리어(30)와 함께 회전하면서 리테이너(70)를 회전(도 6의 화살표 ②,③방향 참조)시켜 록킹어셈블리(50)를 풀림상태로 만들어 주고, (ii) 구동장치의 동작이 멈추는 말미에도 캐리어(30)와 함께 반대방향으로 회전하면서 리테이너(70)를 회전(도 6의 화살표 ②,③의 반대방향 참조)시켜 록킹어셈블리(50)를 잠김상태로 만들어 줄 수 있다.

상기 구동수단(90)은 탄성이 있는 재질로 만들어지는데, 예를 들어, 실리콘, 천연고무 또는 합성고무 등과 같이 탄성이 있는 다양한 재질일 수 있다. 상기 구동수단(90)이 탄성이 있는 재질로 만들어지면, 록킹수단(80)의 마모를 감안하여 캐리어(30)가 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전할 수 있는 각도(α)를 충분히 설정할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 록킹수단(80)이 마모되면 그 직경이 작아지게 되고, 록킹수단(80)이 록킹공간으로 이동하기 위한 회전각도가 커진다. 도 5(a)에서, 마모전의 록킹수단(80)은 직경이 α1°만 회전하면 릴리스공간에서 록킹공간으로 이동할 수 있었지만, 마모되어 직경이 작아진 록킹수단(80)은 α2°만큼 회전해야만 록킹공간으로 이동할 수 있는 것이다. 본 실시례에서는 처음부터 백토크동작에서 캐리어(30) 및 구동수단(90)이 회전하는 각도(α°)를 적어도 α2°또는 그 이상으로 설정한다. 그러면 록킹수단(80)이 마모되어도 이를 감안한 각도까지 충분히 회전해서 더 먼 록킹공간까지 회전할 수 있게 된다.

이때, 록킹롤러가 아직 마모되지 않은 상태에서 이렇게 회전각을 크게 하면 부품의 파손이 일어날 수 있다. 예를 들어 α2-α1°만큼 더 회전하는 과정에서 리테이너(70)나 록킹수단(80)이 파손될 수 있는 것이다. 그런데 상기 구동수단(90)이 탄성재질이므로 록킹어셈블리(50)와 기어어셈블리의 구동샤프트 사이에서 댐핑기능을 수행해준다. 즉 록킹수단(80)이 마모되기 전에, 캐리어(30)와 구동수단(90)이 α2-α1°만큼 더 회전하는 과정에서 발생하는 과도한 토크를 탄성재질의 구동수단(90)이 흡수하는 것이다. 구동수단(90)은 재질의 특성상 탄성변형되면서 그 토크를 흡수할 수 있는 것이다.

그리고, 본 실시례에서 상기 캐리어(30)가 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전할 수 있는 각도(α)는 상기 록킹어셈블리(50)의 중심으로부터 릴리스공간의 중심을 연장하는 가상의 선과 상기 록킹어셈블리(50)의 중심으로부터 잠김상태에 있는 록킹수단(80)의 중심을 연장하는 가상의 선 사이의 각도(α1) 보다 1°이상 크다. 이정도 여유를 둠으로써 록킹수단(80)의 마모 정도가 어느 정도 크더라도 록킹수단(80)을 잠김위치로 회전시켜줄 수 있다. 참고로, 캐리어(30)가 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전할 수 있는 각도(α)와 상기 록킹어셈블리(50)의 중심으로부터 릴리스공간의 중심을 연장하는 가상의 선과 상기 록킹어셈블리(50)의 중심으로부터 잠김상태에 있는 록킹수단(80)의 중심을 연장하는 가상의 선 사이의 각도(α1)의 차이는 1°내지 15°일 수 있는데, 이는 적용되는 장치의 크기나 용도 등에 따라 달라질 수 있다.

결과적으로, 록킹수단(80)이 릴리스공간에 오면 상기 캐리어(30)가 스핀들(10)의 캠드라이버(15)와 맞물려 함께 회전하되, 정지신호가 입력되면 캐리어(30) 및 구동수단(90)은 캠드라이버(15)와 독립적으로 반대방향으로 회전하면서 록킹어셈블리(50)를 잠김상태로 만들고, 이때 상기 캐리어(30) 및 구동수단(90)이 독립적으로 회전하는 각도(α)와 록킹수단(80)이 실제로 회전하는 각도(α1) 사이의 차이(α-α1)는 탄성재질의 구동수단(90)이 흡수하여 댐핑해준다. 따라서 본 발명에서는 록킹롤러가 마모되었을 때에도 록킹롤러가 잠김기능을 수행할 수 있도록 설계되어 록킹롤러 및 스핀들 록킹장치의 수명이 늘어날 수 있다.

한편, 상기 구동수단(90)은 앞선 실시례와 같이 판상으로 만들어지지 않고, 상기 리테이너(70)에 조립되는 방식으로 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어 상기 구동수단(90)은 리테이너(70) 상면에 조립됨과 동시에 캐리어(30)에 연결되어 캐리어(30)의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 즉 구동수단(90)은 기어어셈블리의 구동샤프트에 직접연결되지 않고 캐리어(30)에 연결되는 것인데, 이때 구동수단(90)이 탄성재질이므로 캐리어(30)의 과도한 토크를 흡수하여 리테이너(70)에 전달할 수 있는 것이다.

다른 실시례로, 상기 구동수단(90)은 생략되고, 캐리어(30)가 직접 상기 록킹어셈블리(50)의 잠김상태를 해제할 수 있다. 상기 캐리어(30)에 상기 작동공간(S1) 방향으로 해제돌기가 돌출되고, 해제돌기는 상기 캐리어(30)가 캠드라이버(15)와 독립적으로 회전할 때 상기 리테이너(70) 또는 록킹수단(80)을 밀어 풀림상태를 만들어줄 수 있다.

또는 상기 구동수단(90)은 캐리어(30)에 일체로 만들어질 수도 있다. 이렇게 되면 캐리어(30)가 캠돌부(17)에 대해 독립적으로 회전하는 과정에서 아래쪽에 있는 구동수단(90)이 리테이너(70)를 회전시켜 풀림상태를 만들어줄 수 있는 것이다. 구동수단(90)은 인서트사출되거나 조립되는 방식으로 캐리어(30)에 일체로 만들어질 수 있다.

다음으로, 본 발명의 동작과정을 도면을 참조해서 설명한다. 도 8 및 도 9에는 모터에 의한 스핀들 록킹장치의 초기동작이 표현되어 있다. 도 8은 아직 모터가 동작되기 전이고, 도 9는 모터가 동작되어 스핀들 록킹장치가 잠김상태에서 풀림상태로 변경된 모습을 표현하고 있다.

도 8을 보면, 도 8(a)는 캐리어(30)까지 도시되어 있지만 도 8(b)에는 캐리어(30)가 생략되고, 도 8(c)에는 캐리어(30), 구동수단(90) 및 리테이너(70)까지 생략된 채로 도시되어 있다. 다만 이들은 모두 같은 상태, 즉 잠김상태다. 참고로 도 8(b)와 도 8(c)에서 점선은 이해를 돕기 위해 캐리어(30)의 캠홈(35) 형상을 나타낸 것이다.

먼저 모터가 동작하면 모터에 연결된 기어어셈블리가 동작하고, 기어어셈블리에 연결된 캐리어(30)가 회전한다. 도 8(a)을 보면 캐리어(30)에 있는 구동홀(32)에 구동샤프트까 끼워져 캐리어(30)를 화살표 ①방향으로 회전시킨다. 참고로 이때 캐리어(30)의 캠홈(35)은 캠돌부(17)와 아직 맞물리지 않은 상태다. 따라서 캐리어(30)는 캠돌부(17)와 무관하게 독립적으로 회전할 수 있다.

한편 구동샤프트는 구동홀(32)을 통과해서 구동수단(90)에도 연결되어 있다. 보다 정확하게는 구동수단(90)의 연결홀(93)에 구동샤프트가 연결되어 있는 것이다. 따라서 캐리어(30)가 회전할 때 구동수단(90)도 함께 회전한다. 그리고 구동수단(90)은 연결되어 있는 록킹어셈블리(50)를 회전시켜 잠김상태에서 풀림상태로 만든다. 보다 정확하게는, 캐리어(30)의 회전방향과 같은 방향인, 도 8(b)의 화살표 ② 방향으로 구동수단(90)이 회전하면, 구동수단(90)은 댐핑홀(95)에 끼워진 연결돌기(77)를 화살표 ③ 방향으로 밀어준다. 결과적으로 도 8(c)와 같이 록킹수단(80)이 화살표 ④ 방향으로 회전하여 록킹공간에서 릴리스공간으로 이동하게 된다. 이렇게 되면 록킹어셈블리(50)는 풀림상태가 된다.

도 9에는 풀림상태가 도시되어 있다. 도 8과 마찬가지로 도 9(b)에는 캐리어(30)가 생략되고, 도 9(c)에는 캐리어(30), 구동수단(90) 및 리테이너(70)까지 생략된 채로 도시되어 있다. 다만 이들은 모두 같은 상태, 즉 풀림상태다. 참고로 도 9(b)와 도 9(c)에서 점선은 이해를 돕기 위해 캐리어(30)의 캠홈(35) 형상을 나타낸 것이다.

풀림상태가 되면, 캐리어(30)의 캠홈(35)에 캠돌부(17)가 맞물린다. 보다 정확하게는 캠홈(35)의 밀착부(36)에 캠돌부(17)의 외면에 밀착되어 밀착면이 만들어지는 것이다. 따라서 캐리어(30)가 화살표 ① 방향으로 회전하면 캠드라이버(15)와 스핀들(10)이 함께 회전하게 된다. 그리고 스핀들(10)이 연결된 구동장치도 회전하면서 동작한다. 예를 들어 자동발판이 슬라이딩하면서 바깥쪽으로 돌출될 수 있다.

도 9(b)를 보면 구동수단(90)이 록킹수단(80)을 릴리스공간으로 이동시킨 상태를 볼 수 있고, 도 9(c)를 보면 록킹수단(80)이 릴리스공간에 위치하여 록링(20)의 내면과 이격되어 회전가능한 상태에 있는 것을 볼 수 있다. 따라서 스핀들(10)은 잠김없이 연속적으로 회전할 수 있다.

이와 같이, 모터에 의한 정상적인 토크가 가해지는 경우라면, 구동수단(90)이 록킹수단(80)을 밀어 풀림상태를 만들어주는데, 이때 캐리어(30) 및 구동수단(90)은 초기에 소정각도만큼은 캠드라이버(15) 등 다른 부품과 연동하지 않고 독립적으로 회전한다. 이처럼 초기에 캐리어(30) 및 구동수단(90)이 소정각도만큼 독립적으로 회전하면서 먼저 록킹수단(80)을 릴리스상태로 만들어주므로, 장치의 초기 부하를 줄일 수 있다.

그리고, 스핀들(10) 및 구동장치가 동작하다가 정지신호가 가해지면 모터가 멈춘다. 모터가 멈추면 록킹어셈블리(50)가 잠김상태가 되어 구동장치 쪽에서 가해지는 외력에 의해 스핀들(10) 및 구동장치가 임의뢰 회전되지 않게 해야 한다. 예를 들어 발판이 튀어나온 상태에서 탑승자가 발판을 밟았을 때 발판이 다시 후퇴하면 안되는 것이다. 본 실시례에서는 록킹어셈블리(50)를 안정적으로 잠김상태로 만들어주기 위해 백토크를 만들어준다. 즉, 모터가 멈춤과정에서 반대방향으로 소정각도 회전해서 록킹어셈블리(50)를 잠김상태로 전환하는 것이다.

구체적으로 보면, 모터가 반대방향으로 회전하면 캐리어(30)와 구동수단(90)이 함께 반대방향으로 회전한다. 그리고 구동수단(90)은 리테이너(70) 및 록킹수단(80)을 회전시켜 록킹공간으로 이동하게 한다. 이때, 캐리어(30)와 구동수단(90)은 캠돌부(17)와 맞물리지 않고 독립적으로 회전하는데, 도 5(b)의 좌측그림에서 우측그림으로 전환되는 과정을 보면 캐리어(30)가 화살표 ①' 방향으로 회전할 때 캠돌부(17)와 독립적으로 회전할 수 있는 것을 볼 수 있다.

이때, 본 실시례에서 캐리어(30)와 구동수단(90)이 백토크되는 회전각(α)이 록킹수단(80)이 릴리스공간에서 록킹공간으로 이전하는 회전각(α1) 보다 크다. 이것은 록킹수단(80)이 마모되는 것을 감안한 것으로, 도 5(a)에서 보듯이 마모된 록킹수단(80)은 릴리스공간에서 록킹공간으로 이전하는 회전각(α2)이 종래보다 커지므로 이를 보상하기 위해 구동수단(90)이 백토크되는 각도는 커져야 한다.

물론 마모되지 않은 상태의 록킹수단(80)은 회전각이 α1에 불과하여, α-α1 만큼의 각도만큼 캐리어(30)와 구동수단(90)이 더 회전하는 과정에서 부품의 손상을 유발할 수 있지만, 본 실시례에서는 구동수단(90)이 탄성변형하면서 이를 흡수해준다. 따라서 록킹어셈블리(50)나 구동수단(90) 등 부품에 무리한 힘을 가하지 않으면서도, 록킹수단(80)이 마모되어도 잠김상태를 만들어낼 수 있도록 해준다.

한편, 잠김상태가 된 록킹어셈블리(50)가 잠금을 구현하는 과정을 보면, 먼저 외력에 의해 스핀들(10)에 토크가 가해진다. 스핀들(10)을 회전시키려는 힘이 모터가 아닌 구동장치 쪽에서 작용하면, 스핀들(10)에 연결된 캠드라이버(15)에 그 힘이 전달되고, 캠드라이버(15)에 연결된 록킹어셈블리(50)의 록캠(60)도 회전력을 받는다.

도 4(a)을 예로 들면, 스핀들(10)이 시계 방향으로 회전력을 받으면, 그 힘은 록캠(60)을 같은 방향으로 회전시키려고 한다. 그런데 그 회전력은 록킹어셈블리(50)에 의해 부품을 회전시키지는 못한다. 록킹어셈블리(50)의 록킹수단(80)이 록킹공간에 위치하고 있기 때문인데, 록킹수단(80)은 록캠(60)의 외면과 록링(20)의 내면 사이에 있는 작동공간(S1)의 가장자리쪽에 위치한 록킹공간에 끼어있는 상태이다. 따라서 스핀들(10) 및 구동장치는 회전하지 않고 잠김상태를 유지할 수 있다.

이상에서, 본 발명에 따른 실시례를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시례에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시례들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시례에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 스핀들 15: 캠드라이버
17: 캠돌부 20: 록링
25: 설치공간 30: 캐리어
32: 구동홀 35: 캠홈
50: 록킹어셈블리 60: 록캠
65: 평면부 70: 캐리어
73: 수납공간 77: 연결돌기
80: 록킹수단 90: 구동수단

Claims (20)

1. 하우징의 내부에 설치되고 안쪽에 설치공간이 있는 록링과,
   적어도 일부가 상기 설치공간에 위치하고 한쪽에는 캠드라이버가 있으며 반대쪽에는 구동장치가 연결되는 스핀들과,
   상기 설치공간에 수납되고 모터에 연결되어 회전하면서 모터의 회전력을 상기 스핀들에 전달하기 위해 상기 캠드라이버에 맞물리는 캠홈이 중심에 있는 캐리어와,
   상기 설치공간의 안쪽에 수납되어 구동장치에 작용하는 외력에 의해 상기 스핀들이 회전하지 않도록 잠김상태를 만들되, 내부에서 공전하는 다수개의 록킹수단은 리테이너에 수납된 상태로 상기 캠드라이버를 감싸도록 설치공간에 설치되는 록킹어셈블리와,
   상기 캐리어와 상기 리테이너 사이에 설치되되, 상기 캐리어 및 상기 리테이너와 독립된 별개물로 구성되며, 중심에 상기 캠드라이버가 통과하는 관통홀이 있는 원판형상이고, 탄성변형이 가능한 재질로 만들어지며, 상기 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 상기 캐리어와 함께 회전하면서 상기 록킹어셈블리를 회전시켜 풀림상태 또는 잠김상태를 만드는 구동수단을 포함하는 스핀들 록킹장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 구동수단은 상기 리테이너에 연결됨과 동시에 모터에 연결되어 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 캐리어와 함께 회전하면서 록킹어셈블리를 풀림상태 또는 잠김상태로 만드는 스핀들 록킹장치.
   
3. 제 1 항에 있어서, 상기 구동수단에는 상기 모터에 연결되기 위한 연결홀이 있고, 상기 구동수단에는 상기 리테이너에서 돌출된 연결돌기가 끼워지는 댐핑홀이 있되, 상기 연결홀과 댐핑홀은 상기 구동수단의 원주방향을 따라서 다수개가 있는 스핀들 록킹장치.
   
4. 제 1 항에 있어서, 상기 록킹어셈블리는
   외면에 상기 설치공간의 내면과의 사이에 작동공간을 만들고 상기 캠드라이버에 결합되어 함께 회전하는 록캠과,
   상기 록캠을 감싸도록 록캠의 외면과 설치공간의 내면 사이에 설치되고 원주방향을 따라 배열되는 다수개의 수납공간이 스핀들의 길이방향으로 연장되며 상기 구동수단과 연결되어 구동수단에 의해 회전될 수 있는 리테이너와,
   상기 리테이너의 수납공간에 수납되는 원기둥형상이고 상기 록캠의 회전에 따라 상기 작동공간 내에서 리테이너와 함께 공전하되 상기 작동공간의 한쪽에 선택적으로 끼어 잠김상태를 만들 수 있는 다수개의 록킹수단을 포함하는 스핀들 록킹장치.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 리테이너는 원통형상으로 중심에는 록캠이 수납되는 내부공간이 만들어지고, 원주방향을 따라서 다수개의 수납공간이 배열되는데 상기 수납공간은 스핀들의 길이방향을 따라 한쪽은 개방되어 록킹수단이 삽입될 수 있으며, 수납공간의 반대쪽은 가로막혀 록킹수단을 지지하는 스핀들 록킹장치.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 캐리어에는 캠홈이 있고 상기 캠드라이버에는 상기 캠홈에 삽입되는 캠돌부가 돌출되며, 상기 캠홈의 내면 및 캠돌부의 외면의 서로 마주보는 적어도 일부에는 평면구간이 형성되되 그 사이에는 캐리어와 캠드라이버의 상대회전경로를 따라 유격이 있어 상기 캐리어가 캠드라이버에 대해 소정각도만큼 독립적으로 회전가능한 스핀들 록킹장치.
   
7. 제 6 항에 있어서, 상기 캠돌부는 정다각형상이고, 잠김상태에서 상기 캠홈의 내면은 상기 캠돌부의 각 변의 중심에 밀착되지만 캠돌부의 모서리와는 이격되어 소정각도 상대회전할 수 있는 상태인 스핀들 록킹장치.
   
8. 제 7 항에 있어서, 상기 작동공간은 상대적으로 넓은 릴리스공간과 상대적으로 좁고 상기 릴리스공간의 양측에 위치하는 록킹공간으로 구성되며, 상기 록킹수단의 횡단면의 지름은 상기 릴리스공간의 폭 보다 작고 록킹공간의 폭과 같거나 큰 스핀들 록킹장치.
   
9. 제 8 항에 있어서, 상기 캐리어에는 상기 작동공간 방향으로 해제돌기가 돌출되어 상기 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 상기 리테이너 또는 록킹수단을 밀어 풀림상태를 만들거나, 상기 캐리어와 상기 리테이너 사이에 구동수단이 설치되어 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 때 상기 리테이너 또는 록킹수단를 회전시켜 풀림상태를 만드는 스핀들 록킹장치.
   
10. 제 8 항에 있어서, 상기 캐리어가 캠드라이버와 독립적으로 회전할 수 있는 각도(α)는 상기 록킹어셈블리의 중심으로부터 릴리스공간의 중심을 연장하는 가상의 선과 상기 록킹어셈블리의 중심으로부터 잠김상태에 있는 록킹수단의 중심을 연장하는 가상의 선 사이의 각도(α1) 보다 큰 스핀들 록킹장치.
    
11. 제 10 항에 있어서, 상기 록킹어셈블리가 풀림상태가 되면 상기 캐리어가 스핀들의 캠드라이버와 맞물려 함께 회전하되, 정지신호가 입력되면 캐리어 및 구동수단은 캠드라이버와 독립적으로 반대방향으로 회전하면서 록킹어셈블리를 잠김상태로 만들고, 상기 캐리어 및 구동수단이 독립적으로 회전하는 각도(α)와 록킹어셈블리가 회전하는 각도(α1) 사이의 차이는 탄성재질의 구동수단이 흡수하여 댐핑될 수 있는 스핀들 록킹장치.
    
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 스핀들 록킹장치가 적용된 전동공구.
    
13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 스핀들 록킹장치가 적용된 차량용 액츄에이터.
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