KR102261112B1 - 스핀들 록킹장치와 이를 적용한 전동 공구 및 차량용 액츄에이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스핀들 잠금장치에 관한 것으로, 하우징(1)의 내부공간(2)에 설치되고 안쪽에 수용공간(22)이 있는 고정링(20)과, 적어도 일부가 상기 수용공간(22)에 위치하고 한쪽에는 캠드라이브(30)가 있으며 반대쪽에는 구동장치가 연결되는 스핀들(10)과, 상기 수용공간(22)에서 상기 캠드라이브(30)와 연결되는 록캠(40)과, 상기 수용공간(22)에 수납되고 리테이너(52)가 상기 록캠(40)의 외주면을 따라서 여러 개가 형성되고, 상기 록캠(40)에 맞물리는 캠홈(53)이 중심에 있는 캐리어(50)와, 상기 리테이너(52)와 이웃하되 소정거리 이격되어 상기 록캠(40)의 외주면 따라서 상기 리테이너(52)와 평행하게 연장되는 여러 개의 탄성레그(62)가 일체로 형성된 연결몸체(61)가 상기 캐리어(50)에 밀착되어 상기 캐리어(50)와 함께 회전되는 탄성부재(60)와, 상기 수용공간(22) 내에서 상기 리테이너(52)와 탄성레그(62) 사이에 설치되는 여러 개의 록핀(70)을 포함한다. 상기 캠드라이브(30)의 외면에는 원주방향을 따라서 적어도 한 개 이상의 마찰홈(33)이 형성되고, 상기 마찰홈(33)에는 마찰링(34)이 설치되며, 상기 마찰링(34)은 상기 하우징(1)의 내부공간(2)에 형성된 마찰면(3)과 접촉되어 마찰력을 발생시킨다.

Description

스핀들 록킹장치와 이를 적용한 전동 공구 및 차량용 액츄에이터{SPINDLE LOCKING DEVICE AND POWER TOOL AND ACTUATOR FOR VEHICLE}

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

액츄에이터나 전동공구는 모터에 의한 회전력으로 동작을 한다. 그런데 모터에 의한 회전이 아니라 외부에서 임의로 가해지는 외력(이하, 시스템 외력)으로는 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 잠금장치의 내부에는 록핀이 있고, 모터가 아닌 외부로부터 디스크에 토크가 가해지면 이러한 록핀이 록킹장치의 내부에 끼어서 스핀들의 회전을 방지하게 된다.

그런데, 종래의 스핀들 잠금장치는 록핀이 마모되면 록핀의 직경이 작아지므로 초기에 설정된 잠김위치까지 가더라도 잠김 상태가 되지 못하는 문제가 있다. 이때, 스프링을 이용하면 록핀을 잠김위치 방향으로 밀어줄 수 있어 록핀이 어느 정도 마모되어도 잠김기능을 구현할 수 있지만, 이렇게 되면 부품수와 조립공수가 늘어나는 문제가 있다. 특히, 스프링을 각각의 록핀 위치에 맞게 설치해주어야 하므로 조립성이 크게 떨어진다.

또한, 종래의 스핀들 잠금장치에 사용되는 록핀은 한쪽으로 길게 연장되는 원기둥형상으로, 락링(하우징)의 내면과 그 안쪽의 락캠 사이의 빈공간에 단순히 끼워지는 방식으로 설치된다. 따라서 작동과정에서 록핀은 한쪽으로 자세가 쉽게 기울어져 잠금기능을 제대로 구현하지 못하는 경우가 발생하기도 한다.

한편, 차량에 설치되는 액츄에이터에 스핀들 잠금장치가 사용되는 경우에, 액츄에이터에 연결되는 발판 등의 자중에 의해 스핀들 잠금장치에 외력이 가해진다. 이러한 시스템 외력이 스핀들 잠금장치의 캠드라이브를 회전시키는 것을 방지하여 임의로 스핀들 잠금장치의 잠금이 해제되는 것을 예방할 필요가 있다.

001)대한민국공개특허 제10-2015-0146460호

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 여러개의 스프링을 하나의 탄성체로 구성하여 조립성을 크게 향상시킨 스핀들 잠금장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시스템 외력에 의해 캠드라이브가 회전되는 것을 방지하는 스핀들 잠금장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 다수개의 록핀이 먼저 리테이너에 수납된 상태로 스핀들 잠금장치에 한번에 조립되도록 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 하우징의 내부공간에 설치되고 안쪽에 수용공간이 있는 고정링과, 적어도 일부가 상기 수용공간에 위치하고 한쪽에는 캠드라이브가 있으며 반대쪽에는 구동장치가 연결되는 스핀들과, 상기 수용공간에서 상기 캠드라이브와 연결되는 록캠과, 상기 수용공간에 수납되고 상기 록캠의 외면으로 상기 스핀들과 평행하게 연장되는 리테이너가 상기 록캠의 외주면을 따라서 여러 개가 형성되고, 상기 록캠에 맞물리는 캠홈이 중심에 있는 캐리어와, 상기 리테이너와 이웃하되 소정거리 이격되어 상기 록캠의 외주면 따라서 상기 리테이너와 평행하게 연장되는 여러 개의 탄성레그가 일체로 형성된 연결몸체가 상기 캐리어에 밀착되어 상기 캐리어와 함께 회전되는 탄성부재와, 상기 수용공간 내에서 상기 리테이너와 탄성레그 사이에 설치되어 상기 록캠의 외면에 접촉되는 여러 개의 록핀을 포함하고, 상기 탄성레그는 양 쪽에 설치된 상기 록핀을 상기 리테이너 쪽으로 각각 가압하여 상기 록핀이 상기 고정링의 내면과 록캠의 외면에 끼어 상기 스핀들이 회전하지 않도록 잠금상태로 전환한다.

상기 캐리어와 록캠의 연결부위에는 상대회전경로를 따라 유격이 존재하여 상기 캐리어가 소정각도만큼은 독립적으로 회전해서 상기 록핀과 록캠에 의한 잠금상태를 해제시킨 후에 상기 록캠과 함께 회전한다.

상기 록캠은 상기 캠드라이브와 결합되고, 외면은 경사면이 연속적으로 이어져 횡단면이 다각형상인 캠몸체와, 상기 캠몸체의 일측에 돌출되어 상기 캐리어의 캠홈에 결합되는 캠돌기를 포함하고, 상기 캠몸체는 상기 이웃하는 경사면이 서로 다른 두 개의 사이각을 번갈아서 반복적으로 형성하는 다각형상이다.

상기 캠몸체는 상기 경사면이 서로 이웃하는 변의 사이각이 상대적으로 좁게 형성되는 잠금변과, 상기 경사면이 서로 이웃하는 변의 사이각이 상대적으로 넓게 형성되는 해제변을 포함한다.

상기 록핀이 상기 탄성레그에 의해 상기 잠금변 쪽으로 이동하면 상기 고정링과 캠몸체 사이의 폭이 상기 록핀의 직경보다 작아서 상기 스핀들의 회전이 방지된다.

상기 캐리어가 일방향으로 회전하여 상기 리테이너가 상기 록핀을 상기 해제변 쪽으로 이동시키면 상기 고정링과 캠몸체 사이의 폭이 상기 록핀의 직경보다 커서 상기 스핀들의 회전이 가능해진다.

상기 스핀들에 가해지는 시스템 외력에 의해 상기 스핀들 및 록캠이 일방향으로 소정각도 독립적으로 회전하여 상기 잠금변이 상기 록핀 쪽으로 이동하면 상기 고정링과 캠몸체 사이의 폭이 상기 록핀의 직경보다 작아서 상기 스핀들의 회전이 방지된다.

상기 캠드라이브의 외면에는 원주방향을 따라서 적어도 한 개 이상의 마찰홈이 형성되고, 상기 마찰홈에는 마찰링이 설치되며, 상기 마찰링은 상기 하우징의 내부공간에 형성된 마찰면과 접촉되어 마찰력을 발생시킨다.

상기 캐리어는 모터에 설치된 기어어셈블리와 동축의 구조를 가지도록 연결되고, 상기 스핀들은 상기 캐리어와 동심원 관계에 있다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 스핀들 잠금장치에는 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명에서는 록핀들을 눌러주는 여러 개의 탄성레그가 연결몸체에 의해 하나의 탄성부재로 일체화 되었다. 따라서, 록핀의 사이에 일일이 스프링을 설치할 필요 없이 캐리어의 리테이너에 연결몸체를 끼우기만 하면 설치가 완료되므로 조립공수와 부품수가 줄어들어서 조립성이 크게 향상되는 효과가 있다.

그리고 본 발명에서 잠김기능을 수행하는 다수개의 록핀들은 사이공간에 수납된 상태로 스핀들 잠금장치에 조립된다. 록핀은 형상이 둥글고 개수가 많기 때문에 조립성이 떨어질 수 있는데, 이와 같이 탄성레그, 리테이너 및 록캠이 형성하는 사이공간에 선조립된 후에 설치되므로 조립성이 크게 향상되는 효과가 있다.

본 발명에서는 캠드라이브의 외면에 마찰링이 설치되어 하우징의 내면과 마찰력을 발생시키므로 스핀들 잠금장치에 시스템 외력이 가해지더라도 시스템 외력에 의해 임의로 스핀들이 회전하는 것이 방지된다. 따라서,시스템 외력이 스핀들 잠금장치를 임의로 잠금 또는 해제시키지 못하므로 장치의 안정성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 캠드라이브와 하우징 사이에서의 마찰력으로 시스템 외력이 방지되므로 마찰링이 조립되는 캠드라이브만 바꿔주면, 다양한 크기의 시스템 외력에 대응할 수 있으므로 캠드라이브 이외의 부품을 공용화 할 수 있다.

그리고 모터에 의한 정상적인 토크가 가해지는 경우라면, 캐리어가 록핀을 밀어주는데, 이때 캐리어는 초기에 소정각도만큼은 다른 부품과 연동하지 않고 독립적으로 회전할 수 있다. 캐리어가 캠드라이브 및 이에 연결된 스핀들 등과 동시에 회전하지 않고, 초기에 소정각도만큼 독립적으로 회전하면서 먼저 록핀을 이동할 수 있는 상태로 만들어주므로, 장치의 초기 부하를 줄일 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 의한 스핀들 잠금장치의 일실시례를 보인 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 스핀들 잠금장치의 하우징이 제거된 모습을 보인 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 일실시례를 구성하는 각 부품을 분해하여 보인 분해사시도.
도 4는 도 1의 I-I'단면도.
도 5는 본 발명의 실시례를 구성하는 록캠과 고정링이 결합된 모습을 보인 단면도.
도 6은 본 발명의 실시례를 구성하는 캐리어와 탄성부재가 결합되는 모습을 보인 사시도.
도 7은 도 2의 주요특징부A를 보인 확대도.
도 8은 도 2의 일실시례에서 잠김상태일 때의 모습을 보인 단면도 및 평면도.
도 9는 본 발명 실시례를 구성하는 스핀들 잠금장치에 시스템 외력이 작동하였을 때의 모습을 보인 단면도 및 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 잠금장치에 관한 것으로, 스핀들 잠금장치는 모터에 의한 정상작동이 아니라 시스템 외력에 의해 임의로 회전되려는 것을 방지해준다. 즉, 모터의 회전력은 구동축인 스핀들(10)에 전달되지만, 반대로 스핀들(10)에 작용하는 시스템 외력에 의해 스핀들(10)이 회전되는 것은 방지하는 것이다. 이러한 동작은 아래에서 설명할 구조에 의해 자동으로 이루어진다.

본 발명에 의한 스핀들 잠금장치는 그라인더와 같은 전동공구 뿐 아니라, 자동차에 사용되는 다양한 액츄에이터, 예를 들어 자동발판의 동력전달장치나 시트의 전후방동작을 위한 동력전달장치 등에 적용될 수도 있다.

도 1은 스핀들 잠금장치가 하우징(1)에 삽입되어 스핀들(10)만이 상기 하우징(1)을 통해 노출된 모습이 도시되어 있다. 그 외 모터 및 상기 모터의 동력을 전달하기 위한 기어어셈블리는 생략되어 있다.

상기 하우징(1)에는 내부공간(2)이 구비된다. 상기 내부공간(2)으로 상기 스핀들 잠금장치가 삽입되고, 상기 스핀들(10)이 상기 하우징(1)의 외부로 노출된다. 상기 내부공간(2)은 상기 스핀들(10)이 관통하는 쪽에 작은 단면적을 가지고, 그 내면에 마찰면(3)이 형성된다. 상기 마찰면(3)은 뒤에서 설명될 마찰링(34)과 접촉하여 마찰력을 발생시킨다. 상기 마찰면(3)과 마찰링(34)이 접촉하여 마찰력이 발생되면 상기 스핀들(10)에 발생되는 시스템 외력에 의해 스핀들 잠금장치에 이상이 생기는 것을 방지한다.

도 2에는 스핀들 잠금장치가 도시되어 있다. 상기 스핀들 잠금장치의 구동축인 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 상기 스핀들(10)은 모터와 직결되는 것이 아니라, 본 발명에 의한 스핀들 잠금장치를 거쳐 동력을 전달받는다.

도 3을 참조하면, 상기 스핀들(10)은 대략 일방향으로 길게 연장된 원기둥형상의 축몸체(11)가 외관을 형성하고, 여기에는 구동장치에 연결되는 조립홈(12)이 있다. 상기 스핀들 잠금장치에 외력이 가해지면, 상기 조립홈(12)에 연결된 구동장치에 의해 상기 스핀들(10)이 회전된다. 상기 축몸체(11)의 반대편에는 결합부(13)가 형성되어 캠드라이브(30)와 결합된다. 상기 결합부(13)와 캠드라이브(30)는 서로 별물로 형성되어 결합될 수 있으나, 처음부터 일체로 형성될 수도 있다.

상기 스핀들 잠금장치에는 고정링(20)이 있다. 상기 고정링(20)은 링몸체(21)가 외관을 형성한다. 상기 링몸체(21)는 상기 스핀들(10) 및 캠드라이브(30)와 함께 상기 스핀들 잠금장치의 외관을 형성하며 대략 링형상이다.

상기 고정링(20)의 내부에 있는 수용공간(22)에는 아래에서 설명될 캠드라이브(30), 록캠(40), 캐리어(50), 탄성부재(60), 록핀(70)이 설치된다. 상기 수용공간(22)은 대략 원기둥형상이고, 양쪽으로 개방되어 있다. 상기 고정링(20)은 상기 하우징(1)의 내부에 설치되되, 회전하지 않고 고정된 상태를 유지한다. 이를 위해서 상기 링몸체(21)의 외면에는 회전을 방지하기 위한 고정리브(23)들이 있다.

상기 캠드라이브(30)는 원기둥형상의 드라이브몸체(31)가 외관을 형성한다. 상기 드라이브몸체(31)는 상기 스핀들(10)보다 상대적으로 길이가 짧고, 상기 하우징(1) 내측에 형성된 마찰면(3)에 내접할 수 있도록 더 큰 직경을 가지도록 형성된다.

상기 드라이브몸체(31)에는 드라이브돌기(32)가 형성된다. 상기 드라이브돌기(32)는 상기 결합부(13)가 연결되는 반대편에 형성되어 뒤에서 설명될 록캠(40)의 드라이브홈(43)에 맞물린다. 상기 드라이브돌기(32)와 드라이브홈(43)은 완전히 맞물려 상기 스핀들(10)의 회전력을 상기 록캠(40)에 그대로 전달한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 드라이브몸체(31)의 외면에는 원주방향을 따라서 마찰홈(33)이 형성되고, 상기 마찰홈(33)에 마찰링(34)이 조립된다. 상기 마찰링(34)은 상기 하우징(1)의 마찰면(3)과 접촉되어 마찰력을 발생시킨다. 상기 마찰링(34)의 개수 및 경도는 상기 조립홈(12)에 연결되는 구동장치에 따라서 변경될 수 있으며, 상기 요소를 조절하여 상기 캠드라이브(30) 이외의 부품을 공용화할 수 있다. 상기 조립홈(12)과 연결된 구동장치의 자중을 포함한 시스템 외력에 의해 상기 스핀들(10)에 토크가 발생하더라도 상기 마찰링(34)과 마찰면(3) 사이의 마찰력에 의해 상기 스핀들(10)이 임의로 회전하는 것이 방지된다. 따라서, 시스템 외력에 의해 상기 스핀들(10)이 임의로 회전하여 록핀(70)이 비정상 위치로 이동하는 등의 문제가 예방된다.

한편, 상기 마찰링(34)은 링형상 뿐만 아니라 도 2 내지 도 4에 도시된 것과 같이 슬리브 형상을 가질 수도 있다. 다만, 상기 슬리브 형상의 길이가 짧아질 수록 링 형상과 가까워지는 것이며, 상기 마찰링(34)이 하나의 슬리브 만으로 구비될 수 있음은 물론이다.

상기 드라이브돌기(32)에 록캠(40)이 끼워진다. 상기 캠홈(53)에 끼워져 상기 록캠(40)은 캠몸체(41)가 외관을 형성한다. 상기 캠몸체(41)는 상기 캠드라이브(30)에 끼워져 함께 회전하는 것으로 내부에 상기 드라이브돌기(32)가 끼워지는 드라이브홈(43)이 형성된 원통형상이다. 상기 캠몸체(41)에는 상기 내부공간(2)을 향해서 캠돌기(42)가 돌출된다.

상기 캠돌기(42)의 횡단면은 다각형상이다. 본 실시례에서 상기 록캠(40)의 캠돌기(42)는 단변이 원호인 직사각 형상이고, 상기 캠홈(53)의 내면은 상기 캠돌기(42)의 각 변의 중심에 밀착되지만 상기 캠돌기(42)의 모서리와는 이격되어 소정각도 상대회전할 수 있는 상태다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 캠몸체(41)의 외면은 경사면(44)이 연속적으로 이어져 횡단면이 다각형상을 이룬다. 상기 경사면(44)은 상기 수용공간(22)의 상기 링몸체(21)의 내면과 캠몸체(41)의 외면 사이의 폭을 원주방향을 따라 상이하게 만든다.

구체적으로, 상기 경사면(44)은 서로 다른 두 개의 사이각을 반복적으로 형성하는 다각형상을 이루고, 상기 경사면(44)이 서로 이웃하면서 형성되는 다각형상의 꼭지점은 상기 캠몸체(41)의 잠금변(44a)과 해제변(44b)이 된다. 상기 캠몸체(41)는 잠금변(44a)과 해제변(44b)이 번갈아 가면서 형성되고, 상기 경사면(44)은 잠금변(44a)과 해제변(44b)이 이어져서 형성되는 면이다.

상기 잠금변(44a)은 상기 서로 이웃하는 경사면(44) 사이의 사이각이 2α를 이루면 상기 경사면(44)이 만나는 경사가 상대적으로 가파르게 형성되어 상기 수용공간(22)의 폭(W1)이 좁아진다. 상기 폭(W1)은 록핀(70)의 직경(L)보다 작게 형성되므로 상기 록핀(70)이 상기 잠금변(44a)쪽으로 이동하면 상기 스핀들 잠금장치가 잠금상태가 된다.

상기 해제변(44b)은 상기 서로 이웃하는 경사면(44) 사이의 사이각이 2β를 이루면 상기 경사면(44)이 만나는 경사가 상대적으로 완만하게 형성되어 상기 수용공간(22)의 폭(W2)이 좁아진다. 상기 폭(W2)은 록핀(70)의 직경(L)보다 크게 형성되므로 상기 록핀(70)이 상기 해제변(44b)쪽으로 이동하면 상기 스핀들 잠금장치가 해제상태가 된다.

상기 수용공간(22)에는 캐리어(50)가 회전가능하게 설치된다. 상기 캐리어(50)는 모터에 설치된 기어어셈블리와 동축의 구조를 가지도록 연결되어 모터에 의해 회전된다. 상기 캐리어(50)는 원판형상의 전달몸체(51)가 상기 수용공간(22)의 한쪽을 막는 형태로 설치되고, 상기 록캠(40)의 외면과 고정링(20)의 내면 사이로 리테이너(52)가 연장된다. 상기 리테이너(52)는 상기 전달몸체(51)의 가장자리에 원주방향을 따라서 여러 개가 형성된다. 상기 리테이너(52)는 상기 캐리어(50)의 회전방향을 따라서 상기 록핀(70)을 상기 잠금변(44a) 또는 해제변(44b)으로 이동시킨다.

한편, 상기 캐리어(50)와 스핀들(10)은 동심원 관계일 수 있다. 즉, 상기 기어어셈블리와 스핀들(10)이 동축의 구조로 연결되는 것이다. 이러한 구조로 상기 기어어셈블리 자체의 구조가 간단해지고, 동력의 손실을 최소화 할 수 있다.

상기 캐리어(50)의 중심에는 캠홈(53)이 있고, 상기 캠홈(53)에는 상기 캠드라이브(30)의 캠돌기(42)가 삽입된다. 도 7을 참조해서 상기 캠홈(53)을 자세히 보면, 상기 캠홈(53)에는 잠금해제면(53a)이 있다. 상기 잠금해제면(53a)은 한 쌍이 서로 이웃하여 상기 캠홈(53)의 내면을 형성하고 있는데, 상기 한 쌍의 잠금해제면(53a)은 상기 캠홈(53)의 중심을 향해서 경사지게 형성되어 대략 'V'자 형상을 만든다. 상기 잠금해제면(53a)이 상기 캠돌기(42)의 외면과 밀착되면 상기 캐리어(50)가 상기 스핀들(10), 캠드라이브(30) 및 록캠(40)을 회전시킬 수 있다. 그러나, 도 7 및 도 8과 같은 상태에서는 상기 캠돌기(42)의 외면이 상기 잠금해제면(53a)과 맞닿아 있지 않기 때문에 상기 캠돌기(42)를 밀어줄 수 없는 상태다.

한편, 본 실시례에서 잠금해제면(53a)은 모두 평면구간인데, 상기 잠금해제면(53a)이 형성되지 않은 나머지면은 곡면으로 만들어질 수도 있다.

상기 전달몸체(51)에는 구동홀(54)이 형성된다. 상기 구동홀(54)은 기어어셈블리와 연결된다. 본 실시례에서 상기 구동홀(54)은 총 4개인데, 그 위치와 개수는 변경될 수 있다. 기어어셈블리에서 연장된 구동샤프트(미도시)는 상기 구동홀(54)에 끼워지고, 모터의 회전력을 상기 캐리어(50)에 전달하여 상기 캐리어(50)를 회전시킨다.

도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 수용공간(22)에 탄성부재(60)가 회전가능하게 설치된다. 상기 탄성부재(60)는 링형상의 연결몸체(61)와 상기 연결몸체(61)의 원주방향을 따라서 탄성레그(62)가 여러개가 형성되어 외관을 이룬다. 상기 연결몸체(61)는 상기 복수의 탄성레그(62)를 하나로 연결시켜서 복수의 탄성레그(62)가 하나의 부품이 되도록 한다.

상기 탄성레그(62)는 양 쪽에 배치된 록핀(70)을 상기 리테이너(52) 쪽으로 밀어내어 시계방향, 반시계방향 어느 쪽으로도 상기 스핀들(10)이 회전하지 않도록 잠금상태를 유지시킨다. 즉, 본 실시례를 구성하는 스핀들 잠금장치는 양방향 회전방지를 목적으로 한다. 양방향 잠금에 대해서는 뒤에서 자세하게 설명하기로 한다.

상기 탄성레그(62)의 외면에는 밀착곡면(62a)이 형성된다. 상기 밀착곡면(62a)은 상기 록핀(70)에 완전히 밀착될 수 있도록 형성되는 곡면으로, 상기 록핀(70)에 복원력을 더욱 확실히 전달하기 위해 형성된다.

종래에는 록핀(70)의 사이에 스프링이 하나씩 삽입되는 구조여서 부품수가 많고 조립이 번거로웠으나, 상기 탄성레그(62)가 종래의 스프링과 동일한 역할을 하는 동시에 상기 연결몸체(61)에 의해 연결되어 하나의 부품을 이루므로 부품수가 감소하고 조립이 간편해지는 효과가 있다.

상기 연결몸체(61)는 상기 전달몸체(51)에 밀착되고, 상기 탄성레그(62)는 서로 이웃한 리테이너(52) 사이에 배치된다. 구체적으로, 상기 연결몸체(61)에는 가장자리를 따라서 상기 리테이너(52)와 대응되는 개수의 결합홈(63)이 형성된다. 상기 결합홈(63)에 상기 리테이너(52)가 끼워져 상기 캐리어(50)와 탄성부재(60)가 조립되고, 상기 탄성레그(62)와 리테이너(52)가 서로 번갈아서 상기 캠몸체(41)의 외면을 따라 상기 수용공간(22)에 위치된다.

상기 탄성레그(62)와 리테이너(52) 사이에는 사이공간(S)이 형성된다. 정확하게는 상기 탄성레그(62)와 리테이너(52) 및 록캠(40)의 외면이 상기 사이공간(S)을 형성한다. 상기 사이공간(S)의 폭은 상기 록핀(70)의 직경보다 좁게 형성된다. 따라서, 상기 사이공간(S)에 록핀(70)이 안착되면, 상기 탄성레그(62)가 상기 록핀(70)을 상기 리테이너(52) 쪽으로 가압한다.

상기 사이공간(S)에 록핀(70)이 안착된다. 상기 록핀(70)은 상기 직경 L을 가지는 원기둥 형상이다. 상기 사이공간(S)마다 각각 하나의 록핀(70)이 안착된다. 따라서, 도 8에 도시된 것과 같이, 상기 수용공간(22) 내에서는 상기 캠몸체(41)의 둘레를 따라서 록핀(70)-탄성레그(62)-록핀(70)-리테이너(52)-록핀(70)의 순서가 반복된다. 상기 록핀(70)이 상기 잠금변(44a) 쪽으로 이동하여 상기 수용공간(22)의 폭(W1)이 상기 록핀(70)의 직경(L)과 같거나 작아지면, 상기 록핀(70)은 상기 경사면(44)과 링몸체(21)의 내주면에 끼워져 잠금상태가 되고, 상기 스핀들(10)의 회전이 방지된다.

반대로, 상기 록핀(70)이 상기 해제변(44b) 쪽으로 이동하여 상기 수용공간(22)의 폭(W2)이 상기 록핀(70)의 직경(L)보다 커지면, 상기 록핀(70)은 간섭되는 것 없이 해제상태가 되고, 상기 스핀들(10)의 시계방향 또는 반시계방향으로의 회전이 가능해진다.

다음으로, 본 발명의 스핀들 잠금장치가 조립되는 과정에 대해 설명한다.

본 실시례의 스핀들 잠금장치가 조립되는 과정을 설명하기 앞서, 상기 스핀들(10)의 조립홈(12)에 연결되는 구동장치와, 상기 캐리어(50)의 구동홀(54)을 통해 연결되는 기어어셈블리 및 모터의 조립에 대해서는 본 발명의 주요 특징이 아니므로 설명을 생략하기로 한다.

상기 스핀들(10)과 캠드라이브(30)는 일체로 형성되어 있거나 별물인 경우, 상기 스핀들(10)의 결합부(13)에 상기 캠드라이브(30)가 조립된다. 상기 드라이브몸체(31)에 형성된 마찰홈(33)에 상기 마찰링(34)이 설치되고, 상기 드라이브돌기(32)는 상기 록캠(40)의 드라이브홈(43)에 결합된다.

상기 캐리어(50)는 상기 탄성부재(60)와 결합된다. 구체적으로, 상기 탄성부재(60)의 탄성레그(62)와 상기 캐리어(50)의 리테이너(52)가 서로 같은 방향을 향하도록 배치되고, 상기 캐리어(50)의 전달몸체(51)와 상기 탄성부재(60)의 연결몸체(61)가 밀착된다. 이때, 상기 리테이너(52)는 상기 연결몸체(61)의 결합홈(63)에 안착되고, 상기 리테이너(52)와 탄성레그(62)는 서로 번갈아서 원형으로 배치된다. 상기 리테이너(52)와 탄성레그(62)는 소정간격 이격되어 배치된다.

상기 캐리어(50)와 탄성부재(60) 사이의 결합이 완료되면, 상기 록캠(40)의 캠돌기(42)가 상기 탄성부재(60)를 관통하여 상기 캐리어(50)의 캠홈(53)에 결합된다. 상기 캠돌기(42)는 상기 캠홈(53)과 도 7에 도시된 것 처럼, 상기 캠돌기(42)의 외면이 상기 캠홈(53)의 잠금해제면(53a)과 접촉되지 않은 상태로 결합된다.

상기 리테이너(52)와 탄성레그(62) 및 록캠(40)의 외면에 의해 사이공간(S)이 형성된다. 상기 사이공간(S)은 상기 리테이너(52)와 탄성레그(62)의 측면 및 록캠(40)의 외면에 의해 3면이 차폐되어 형성되고, 상기 사이공간(S)으로 록핀(70)이 삽입된다.

상기 사이공간(S)의 폭은 상기 록핀(70)의 직경보다 좁게 형성된다. 따라서, 상기 사이공간(S)에 상기 록핀(70)이 삽입되면, 상기 탄성레그(62)가 상기 록핀(70)을 상기 리테이너(52) 쪽으로 가압한다. 상기 록핀(70)은 상기 탄성레그(62)의 가압력에 의해 상기 사이공간(S)으로부터 이탈되지 않는다.

종래에는 상기 록핀(70)이 설치되는 과정에서 상기 록핀(70) 사이에 일일이 스프링을 집어넣는 과정이 추가되어 조립성이 매우 떨어지는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 상기 복수의 탄성레그(62)가 상기 연결몸체(61)에 의해 일체화되었다. 따라서, 상기 탄성부재(60)와 리테이너(52)를 결합시키는 것만으로 자연스럽게 상기 록핀(70)이 삽입되는 공간이 확보될 뿐만 아니라, 상기 탄성레그(62)가 상기 록핀(70)을 사이공간(S)에 고정시키는 역할도 함께 수행하므로 조립성이 현저히 개선된다.

상기 스핀들(10)부터 록핀(70)까지의 조립이 모두 완료되면, 상기 고정링(20)의 수용공간(22)에 상기 조립체를 삽입한다. 상기 고정링(20)의 수용공간(22)은 상기 캐리어(50)와 스핀들(10)에 의해 양쪽이 막히게 되고, 도 2에 도시된 것과 같은 스핀들 잠금장치의 조립이 완료된다. 상기 스핀들 잠금장치는 상기 하우징(1)의 내부공간(2)으로 삽입된다.

다음으로, 본 발명의 스핀들 잠금장치가 작동방식에 대해 설명한다.

본 실시례는 도 2에 도시된 것과 같은 상태의 스핀들 잠금장치가 상기 하우징(1)의 내부공간(2)으로 삽입되어 상기 마찰링(34)이 상기 하우징(1)의 마찰면(3)과 접촉되게 조립된다. 상기 캐리어(50)에 형성된 구동홀(54)에는 기어어셈블리에서 연장된 구동샤프트(도시되지 않음)가 끼워지고, 모터의 회전력을 상기 캐리어(50)에 전달하여 상기 캐리어(50)를 회전시킨다. 한편, 상기 스핀들(10)의 조립홈(12)에는 구동장치가 연결되어 모터의 회전력을 전달받아 작동된다.

도 8을 참조하면, 상기 고정링(20)과 록캠(40) 사이의 수용공간(22)에는 상기 잠금변(44a)에 상기 리테이너(52)가 위치되고, 상기 해제변(44b)에 상기 탄성레그(62)가 위치되고, 상기 잠금변(44a)과 해제변(44b) 사이의 경사면(44)에 상기 록핀(70)이 위치된다.

본 실시례의 스핀들 잠금장치는 화살표① 및 ②의 방향으로 모두 회전이 방지된다. 상기 탄성부재(60)의 탄성레그(62)는 양 쪽에 설치된 록핀(70)을 상기 리테이너(52) 쪽으로 가압한다. 따라서, 상기 록핀(70)은 각각 상기 잠금변(44a)을 향해 이동한 상태로, 상기 고정링(20)의 내면과 록캠(40)의 경사면(44) 사이에 끼여 잠금상태가 유지된다. 이때, 상기 잠금상태에서 상기 캠돌기(42)는 상기 캠홈(53)의 잠금해제면(53a) 어느 곳과도 접촉되지 않은 상태이다. 따라서, 상기 스핀들(10)에 시스템 외력이 가해지더라도, 상기 탄성레그(62)의 양쪽에 설치된 록핀(70)이 잠금상태에 있으므로 상기 스핀들(10)은 화살표① 또는 ② 어느 방향으로도 움직이지 못한다.

한편, 상기 조립홈(12)에 연결된 구동장치의 자중 등의 시스템 외력에 의해 상기 스핀들(10)은 화살표① 또는 ②의 방향으로 항상 힘이 작용하여 상기 캠돌기(42)의 외면이 상기 잠금해제면(53a)과 접촉되어 잠금상태가 유지되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 본 발명에서는 이러한 문제를 방지하기 위해서 상기 캠드라이브(30)의 외면에 마찰링(34)이 설치되고, 상기 하우징(1)의 마찰면(3)과 접촉되게 조립된다. 따라서, 상기 스핀들(10)에 시스템 외력이 작용하여도 상기 마찰링(34)과 마찰면(3) 사이에 발생하는 마찰력에 의해 상기 스핀들(10)이 임의로 회전하는 것이 방지된다. 상기 마찰링(34)과 마찰면(3) 사이의 마찰력은 상기 마찰링(34)의 개수 및 경도에 따라 조절될 수 있으므로 본 발명의 스핀들 잠금장치는 다양한 시스템 외력을 가지는 구동장치에 대해서 상기 캠드라이브(30)만 변경하면 되므로 부품을 공용화할 수 있다.

또한, 도 9를 참조하면, 시스템 외력이 마찰력보다 크게 작용하여 상기 스핀들(10)이 회전하여 상기 캠돌기(42)의 외면이 상기 잠금해제면(53a)에 밀착되면, 상기 캠몸체(41)가 화살표① 또는 ② 방향으로 회전하며 상기 잠금변(44a)이 상기 록핀(70)으로 이동한다. 상기 잠금변(44a)이 위치한 수용공간(22)의 폭(W1)이 상기 록핀(70)의 직경(L)보다 작기 때문에 시스템 외력이 지속적으로 작용하더라도, 상기 스핀들(10)은 상기 잠금해제면(53a)에 접촉되는 이상으로 회전되지 않고 잠금상태를 유지한다. 시스템 외력에 의해서는 상기 스핀들(10)과 록캠(40)이 상기 캐리어(50)와는 독립적으로 회전하기 때문이다.

도 8에서 상기 모터의 동작으로 상기 캐리어(50)가 화살표② 방향으로 회전하면 상기 캠홈(53)의 잠금해제면(53a)이 상기 캠돌기(42)의 외면과 접촉될 때까지 상기 캐리어(50)는 상기 록캠(40)과 별개로 독립적으로 이동한다.

상기 캠홈(53)의 잠금해제면(53a)이 상기 캠돌기(42)의 외면과 접촉될 때까지는 상기 캐리어(50)와 조립되는 탄성부재(60)와 록핀(70)만 회전한다. 이와 같이 상기 캠돌기(42)와 캠홈(53) 사이에 어느 정도 유격이 있기 때문에 상기 캐리어(50)는 상기 록캠(40)에 대해 독립적으로 회전할 수 있으므로 장치의 초기 부하를 줄일 수 있다.

구체적으로, 상기 리테이너(52)가 화살표① 방향으로 움직이면, 상기 리테이너(52) 사이에 위치한 탄성레그(62)와 록핀(70)도 함께 화살표① 방향으로 움직인다. 이때, 상기 록캠(40)은 상기 리테이너(52)와 함께 회전하지 않으므로, 상기 잠금변(44a) 쪽으로 이동한 록핀(70)은 상기 고정링(20)과 록캠(40) 사이에 끼여서 상기 캐리어(50)의 리테이너(52)도 함께 화살표① 방향으로의 이동이 불가능해진다.

상기 캐리어(50)가 독립적으로 회전하여 상기 캠돌기(42)와 잠금해제면(53a)이 접촉되면, 상기 캠홈(53)의 잠금해제면(53a)이 상기 캠돌기(42)를 밀어서 상기 캐리어(50)와 록캠(40)은 함께 회전할 수 있게 된다. 상기 캠돌기(42)의 외면이 상기 잠금해제면(53a)에 접촉된 이후에도 상기 모터에 의해 상기 캐리어(50)가 계속해서 회전하면, 상기 록캠(40) 및 스핀들(10)도 함께 회전한다.

상기 잠금변(44a) 쪽으로 이동한 록핀(70)에 의해 상기 록핀(70) 및 탄성부재(60)를 포함한 캐리어(50)는 화살표① 방향으로의 이동이 불가하지만, 상기 록캠(40)이 상기 캐리어(50)와 함께 화살표① 방향으로 함께 회전하게되면 상기 수용공간(22) 내의 모든 구성품들이 회전하는 것이므로 회전이 가능해진다. 따라서, 상기 모터의 회전력이 상기 스핀들(10)까지 전달되어 구동장치를 구동시킬 수 있게 된다.

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.

1 : 하우징 2 : 내부공간
3 : 마찰면 10 : 스핀들
11 : 축몸체 12 : 조립홈
13 : 결합부 20 : 고정링
21 : 링몸체 22 : 수용공간
23 : 고정리브 30 : 캠드라이브
31 : 드라이브몸체 32 : 드라이브돌기
33 : 마찰홈 34 : 마찰링
40 : 록캠 41 : 캠몸체
42 : 캠돌기 43 : 드라이브홈
44 : 경사면 44a : 잠금변
44b : 해제변 50 : 캐리어
51 : 전달몸체 52 : 리테이너
53 : 캠홈 53a : 잠금해제면
54 : 구동홀 60 : 탄성부재
61 : 연결몸체 62 : 탄성레그
62a : 밀착곡면 63 : 결합홈
70 : 록핀 S : 사이공간

Claims (11)

1. 하우징의 내부공간에 설치되고 안쪽에 수용공간이 있는 고정링과,
   적어도 일부가 상기 수용공간에 위치하고 한쪽에는 캠드라이브가 있으며 반대쪽에는 구동장치가 연결되는 스핀들과,
   상기 수용공간에서 상기 캠드라이브와 연결되는 록캠과,
   상기 수용공간에 수납되고, 상기 록캠의 외면으로 상기 스핀들과 평행하게 연장되는 리테이너가 상기 록캠의 외주면을 따라서 여러 개가 형성되고, 상기 록캠에 맞물리는 캠홈이 중심에 있는 캐리어와,
   상기 리테이너와 이웃하되 소정거리 이격되어 상기 록캠의 외주면 따라서 상기 리테이너와 평행하게 연장되는 여러 개의 탄성레그가 일체로 형성된 연결몸체가 상기 캐리어에 밀착되어 상기 캐리어와 함께 회전되는 탄성부재와,
   상기 수용공간 내에서 상기 리테이너와 탄성레그 사이에 설치되어 상기 록캠의 외면에 접촉되는 여러 개의 록핀을 포함하고,
   상기 탄성레그는 양 쪽에 설치된 상기 록핀을 상기 리테이너 쪽으로 각각 가압하여 상기 록핀이 상기 고정링의 내면과 록캠의 외면에 끼어 상기 스핀들이 회전하지 않도록 잠금상태로 전환하며,
   상기 캐리어와 록캠의 연결부위에는 상대회전경로를 따라 유격이 존재하여 상기 캐리어가 소정각도만큼은 독립적으로 회전해서 상기 록핀과 록캠에 의한 잠금상태를 해제시킨 후에 상기 록캠과 함께 회전하는 스핀들 잠금장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 록캠은
   상기 캠드라이브와 결합되고, 외면은 경사면이 연속적으로 이어져 횡단면이 다각형상인 캠몸체와,
   상기 캠몸체의 일측에 돌출되어 상기 캐리어의 캠홈에 결합되는 캠돌기를 포함하고,
   상기 캠몸체는 상기 이웃하는 경사면이 서로 다른 두 개의 사이각을 번갈아서 반복적으로 형성하는 다각형상인 스핀들 잠금장치.
   
3. 제 2 항에 있어서, 상기 캠몸체는
   상기 경사면이 서로 이웃하는 변의 사이각이 상대적으로 좁게 형성되는 잠금변과,
   상기 경사면이 서로 이웃하는 변의 사이각이 상대적으로 넓게 형성되는 해제변을 포함하는 스핀들 잠금장치.
   
4. 제 3 항에 있어서, 상기 록핀이 상기 탄성레그에 의해 상기 잠금변 쪽으로 이동하면 상기 고정링과 캠몸체 사이의 폭이 상기 록핀의 직경보다 작아서 상기 스핀들의 회전이 방지되는 스핀들 잠금장치.
   
5. 제 4 항에 있어서, 상기 캐리어가 일방향으로 회전하여 상기 리테이너가 상기 록핀을 상기 해제변 쪽으로 이동시키면 상기 고정링과 캠몸체 사이의 폭이 상기 록핀의 직경보다 커서 상기 스핀들의 회전이 가능해지는 스핀들 잠금장치.
   
6. 제 5 항에 있어서, 상기 스핀들에 가해지는 시스템 외력에 의해 상기 스핀들 및 록캠이 일방향으로 소정각도 독립적으로 회전하여 상기 잠금변이 상기 록핀 쪽으로 이동하면 상기 고정링과 캠몸체 사이의 폭이 상기 록핀의 직경보다 작아서 상기 스핀들의 회전이 방지되는 스핀들 잠금장치.
   
7. 제 1 항에 있어서, 상기 캠드라이브의 외면에는 원주방향을 따라서 적어도 한 개 이상의 마찰홈이 형성되고,
   상기 마찰홈에는 마찰링이 설치되며,
   상기 마찰링은 상기 하우징의 내부공간에 형성된 마찰면과 접촉되어 마찰력을 발생시키는 스핀들 잠금장치.
   
8. 제 1 항에 있어서, 상기 캐리어는 모터에 설치된 기어어셈블리와 동축의 구조를 가지도록 연결되고,
   상기 스핀들은 상기 캐리어와 동심원 관계에 있는 스핀들 잠금장치.
   
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 스핀들 잠금장치가 적용된 전동공구.
   
10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 스핀들 잠금장치가 적용된 차량용 액츄에이터.
    
    
    
11. 삭제

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