KR102590823B1 - 유압식 로터리 엑추에이터 - Google Patents

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KR102590823B1
KR102590823B1 KR1020230041770A KR20230041770A KR102590823B1 KR 102590823 B1 KR102590823 B1 KR 102590823B1 KR 1020230041770 A KR1020230041770 A KR 1020230041770A KR 20230041770 A KR20230041770 A KR 20230041770A KR 102590823 B1 KR102590823 B1 KR 102590823B1
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drive shaft
piston
cylinder
driven
rotation
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KR1020230041770A
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이현철
이상희
문학윤
손정훈
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에스지서보(주)
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Abstract

본 발명은 종래 기술과 다른 새로운 구조의 직선회전변환수단으로 실린더와 피스톤 간의 스플라인 결합구조, 피스톤과 구동축 간의 헬리컬기어를 통한 치합결합구조를 통해 유압의 공급 및 배출에 따라 피스톤의 직선운동을 구동축의 직선운동과 함께 회전운동으로 변환하여 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크를 통한 구동축의 회전력을 종동축에 전달 또는 전달해제할 수 있는 클러치 기능을 가지고, 특히 회전제한홈이 형성된 스톱퍼링과 실링원판의 회전제한돌기를 통해 피스톤의 직선운동을 구동축의 직선운동 및 회전운동으로 각각 단계적으로 작동시킬 수 있어 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 간의 정확한 연결 및 연결해제 기능과, 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 간의 정확한 회전력의 전달 또는 전달해제 기능을 수행할 수 있는 유압식 로터리 엑추에이터에 관한 것이다.

Description

유압식 로터리 엑추에이터{HYDRAULIC ROTARY ACTUATOR}
본 발명은 유압식 로터리 엑추에이터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래 기술과 다른 새로운 구조의 직선회전변환수단을 통해 피스톤의 직선운동을 회전축의 회전운동으로 변환하면서도 구동축인 회전축의 회전력을 종동축에 전달 또는 전달해제할 수 있는 클러치 기능을 가지는 유압식 로터리 엑추에이터에 관한 것이다.
일반적으로 유압펌프에 의해 공급된 작동유의 압력에너지를 기계적인 에너지로 변환하는 장치를 총칭하여 유압 모터(hydraulic motor) 또는 유압 엑추에이터(hydraulic actuator)라고 한다.
이러한 유압 엑추에이터는 운동방식에 따라 크게 3가지로 분류되며, 직선왕복운동을 하는 유압 실린더(hydraulic cylinder), 연속회전운동을 하는 유압식 회전모터(hydraulic rotary motor) 및 일정한 각도만큼 요동운동을 하는 유압식 로터리 엑추에이터(hydraulic rotary actuator)가 있다.
상기 유압식 로터리 엑추에이터는 기계적인 힘으로 응답성이 빠르고, 장치를 소형화하면서도 큰 힘을 낼 수 있어 다양한 산업분야에서 널리 사용되고 있다. 이러한 유압식 로터리 엑추에이터 역시 동력원인 유압의 흐름에 따라 크게 2가지로 분류되며, 베인형 유압식 로터리 엑추에이터 및 피스톤형 유압식 로터리 엑추에이터가 있다. 상기 베인형은 간단한 구조의 컴팩트한 장점이 있지만 누유에 약하다는 치명적인 단점이 있고, 반대로 피스톤형은 베인형에 비하여 누유에 강하며 보다 큰 힘을 낼 수 있다는 장점이 있지만 전체적인 장치가 커지고 복잡하다는 단점이 있다.
이 중에서 상기 피스톤형 유압식 로터리 엑추에이터는 대표적으로 유압을 동력원으로 하여 동력전달수단으로 랙피니언타입 및 스카치요크타입이 주로 사용되어 왔다. 그러나, 상술한 스카치요크타입 및 랙피니언타입은 양자 모두 한 쌍의 실린더 및 피스톤이 구비되므로 전체적인 장치가 커져 공간활용성이 떨어지고, 그에 따른 제조단가가 상승하는 문제점이 있다.
그에 따라, 등록특허 제10-0554689호, 제10-0578538호 및 제10-1424423호와 같이 하나의 실린더 내부에 단일의 피스톤이 설치되고, 상기 피스톤과 동축 상에 회전축을 삽입하여 피스톤과 회전축 사이에 개재되는 직선회전변환수단을 통해 상기 피스톤의 상하운동과 연동하여 상기 회전축을 정역회전시킴으로써 전체적인 장치의 크기가 작아져 공간활용성을 높이고, 제조단가를 획기적으로 줄일 수 있게 되었다.
이때, 상기 직선회전변환수단으로 상술한 등록특허 제10-0554689호의 슬랜트홈 및 핀삽입 구조, 등록특허 제10-0578538호의 볼스크류 구조, 등록특허 제10-1424423호의 로테이트슬롯홀 및 로테이트핀 구조 등을 들 수 있으며, 넓게는 피스톤에 동축으로 삽입 결합되는 회전축과의 결합관계에서 피스톤의 직선운동을 회전축의 회전운동으로 변환할 수 있는 다양한 구조가 있을 것이다.
상술한 종래 기술에 따른 유압식 로터리 엑추에이터의 경우 보통 밸브의 개폐를 위해 사용되는 것이 일반적이므로 구동축인 회전축이 종동축인 밸브축과 직결되어 있어 회전축의 회전력이 바로 밸브축에 전달되는 구조로 되어 있다. 그러나, 밸브의 개폐를 위해 사용하는 것이라 하더라도 필요시에만 회전축의 회전력을 밸브축에 전달하도록 회전축과 밸브축에 별도의 클러치를 설치할 필요가 있고, 더욱이 방산관련 장치의 경우에는 유압식 로터리 엑추에이터를 사용하는 경우라도 구동축의 회전력을 종동축에 전달하거나 전달해제할수 있어야 한다.
그렇다면, 상술한 종래 기술에 따른 유압식 로터리 엑추에이터는 그 구조상 구동축과 종동축이 직결되는 구조이므로 구동축과 종동축 사이에 회전력을 전달하거나 전달해제할 수 있도록 별도의 클러치를 설치해야 하는 문제가 있으므로 종래 기술과 다른 새로운 구조의 직선회전변환수단을 통해 피스톤의 직선운동을 회전축의 회전운동으로 변환하면서도 구동축인 회전축의 회전력을 종동축에 전달 또는 전달해제할 수 있는 클러치 기능까지 확보할 수 있도록 할 필요가 있다.
상기와 같은 관점에서 안출된 본 발명의 목적은, 종래 기술과 다른 새로운 구조의 직선회전변환수단을 통해 피스톤의 직선운동을 구동축의 회전운동으로 변환하면서도 구동축의 회전력을 종동축에 전달 또는 전달해제할 수 있는 클러치 기능을 가지는 유압식 로터리 엑추에이터를 제공하는 데 있다.
본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관된 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 유압식 로터리 엑추에이터는, 원통 형상으로 전면이 개방되고, 폐쇄된 후면에 구동축지지홀이 관통 형성된 실린더와, 전면에 구동축지지홈이 함몰 형성되어 상기 실린더의 구동축지지홀과 연통되도록 상기 실린더의 후면에 결합된 구동축커버와, 중앙에 샤프트홀이 관통 형성되고, 상기 실린더의 내부에 스플라인 결합되도록 삽입되어 유압의 공급 및 배출에 따라 상기 실린더의 내부에서 전후로 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 샤프트홀을 관통하여 삽입 결합되고, 후단이 상기 실린더의 구동축지지홀을 관통하여 상기 구동축커버의 구동축지지홈에 삽입되어 전후이동 및 회전 지지되며, 전단에 실링원판이 결합된 구동축과, 링 형상으로 상기 실린더의 개방된 전면을 통해 삽입 고정되고, 내주면이 상기 구동축의 실링원판 외주면에 접촉되어 실링하는 내부실링커버와, 상기 내부실링커버의 전방에 위치하도록 상기 구동축의 실링원판에 결합되는 구동클러치디스크와, 후면이 상기 구동클러치디스크와 서로 마주보도록 전방으로 이격되어 설치되고, 전면에 종동축이 결합된 종동클러치디스크와, 상기 실린더의 개방된 전면을 폐쇄하도록 결합되고, 상기 종동클러치디스크의 종동축이 삽입되어 회전 지지되는 종동축지지홀이 관통 형성된 종동축커버와, 상기 피스톤의 전후 왕복운동에 연동하여 상기 구동축을 전후이동 및 정역방향으로 회전시켜 상기 구동클러치디스크의 회전력을 상기 종동클러치디스크에 전달 또는 전달해제하는 직선회전변환수단을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 직선회전변환수단은, 상기 구동축과 동축상으로 상기 구동축의 외주면에 고정 결합되고, 상기 피스톤의 샤프트홀과 치합되는 헬리컬기어인 것을 특징으로 한다.
또한, 링 형상으로 상기 내부실링커버의 후방에 위치하도록 상기 실린더의 개방된 전면을 통해 삽입 고정되고, 내주면에 외주방향으로 회전제한홈이 함몰 형성된 스톱퍼링을 더 포함하고, 상기 구동축의 실링원판은, 상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입되도록 후면에 돌출 형성된 회전제한돌기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 직선회전변환수단은, 상기 피스톤의 전방이동시 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입된 상태에서 이탈될 때까지 상기 구동축과 함께 전방이동하여 상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크를 서로 연결시키며, 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈으로부터 이탈되면 상기 피스톤의 전방이동에 따라 상기 피스톤의 샤프트홀과 상기 헬리컬기어로 치합된 상기 구동축이 정회전하면서 상기 구동클러치디스크의 정회전력을 상기 종동클러치디스크에 전달하고, 상기 피스톤의 후방이동시 상기 피스톤의 샤프트홀과 상기 헬리컬기어로 치합된 상기 구동축이 역회전하면서 상기 구동클러치디스크의 역회전력을 상기 종동클러치디스크에 전달하며, 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입 가능하도록 전방에 위치하면 상기 피스톤의 후방이동에 따라 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입되면서 상기 구동축을 후방이동시켜 상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크의 연결을 해제시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더는, 상기 피스톤의 전방 및 후방에 각각 유압이 작용하는 복동실린더인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실린더는, 상기 피스톤의 후방에 유압이 작용하고, 상기 피스톤의 전방은 복귀스프링이 작용하는 단동실린더인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 각각은, 서로 간의 접촉에 의한 마찰력을 이용하는 마찰클러치인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 각각은, 서로 간의 돌출된 톱니를 맞물리게 하는 물림클러치인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 유압식 로터리 엑추에이터는, 종래 기술과 다른 새로운 구조의 직선회전변환수단으로 실린더와 피스톤 간의 스플라인 결합구조, 피스톤과 구동축 간의 헬리컬기어를 통한 치합결합구조를 통해 유압의 공급 및 배출에 따라 피스톤의 직선운동을 구동축의 직선운동과 함께 회전운동으로 변환하여 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크를 통한 구동축의 회전력을 종동축에 전달 또는 전달해제할 수 있는 클러치 기능을 가지는 효과가 있다.
특히, 회전제한홈이 형성된 스톱퍼링과 실링원판의 회전제한돌기를 통해 피스톤의 직선운동을 구동축의 직선운동 및 회전운동으로 각각 단계적으로 작동시킬 수 있어 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 간의 정확한 연결 및 연결해제 기능과, 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 간의 정확한 회전력의 전달 또는 전달해제 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 유압식 로터리 엑추에이터의 일 실시예를 도시한 사시도이고,
도 2는 도 1의 실시예의 분해 사시도이며,
도 3은 도 1의 실시예의 단면 절개 사시도이고,
도 4는 도 1의 실시예의 측단면도이며,
도 5는 도 4의 실시예 중 실링원판의 회전제한돌기가 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입된 상태를 도시한 요부 사시도이고,
도 6은 도 4의 실시예에서 피스톤의 후방으로부터 실린더 내부로 유압이 공급되어 피스톤이 전방이동하는 경우 구동축과 함께 구동클러치디스크가 전방이동하여 종동클러치디스크와 연결되는 과정을 도시한 측단면도이며,
도 7은 도 6의 실시예 중 실링원판의 회전제한돌기가 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입된 상태에서 이탈되는 과정을 도시한 요부 사시도이고,
도 8 및 9는 도 6의 실시예에서 피스톤의 전방이동에 따라 피스톤의 샤프트홀과 헬리컬기어로 치합된 구동축이 정회전하면서 구동클러치디스크의 정회전력을 종동클러치디스크에 전달하는 과정을 도시한 측단면도이며,
도 10 및 11은 도 9의 실시예에서 피스톤의 전방으로부터 실린더 내부에 유압이 공급되어 피스톤이 후방이동하는 경우 구동축이 역회전하면서 구동클러치디스크의 역회전력을 종동클러치디스크에 전달하는 과정을 도시한 측단면도이고,
도 12는 도 11의 실시예 중 구동축의 역회전에 따라 실링원판의 회전제한돌기가 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입 가능하도록 전방에 위치한 상태를 도시한 요부 사시도이며,
도 13은 도 11의 실시예에서 피스톤의 후방이동에 따라 실링원판의 회전제한돌기가 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입되면서 구동축과 함께 구동클러치디스크가 후방이동하여 종동클러치디스크와의 연결이 해제되는 과정을 도시한 측단면도이고,
도 14는 도 13의 실시예 중 구동축의 후방이동에 따라 실링원판의 회전제한돌기가 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입되는 과정을 도시한 요부 사시도이며,
도 15는 본 발명에 따른 유압식 로터리 엑추에이터의 다른 실시예를 도시한 단면 절개 사시도이고,
도 16은 도 15의 실시예의 측단면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조로 본 발명에 따른 유압식 로터리 엑추에이터의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유압식 로터리 엑추에이터는, 도 1 내지 16에 도시된 바와 같이 실린더(100), 구동축커버(110), 피스톤(120), 구동축(130), 내부실링커버(140), 구동클러치디스크(150), 종동클러치디스크(160), 종동축커버(170) 및 직선회전변환수단(180)을 포함하여 이루어지고, 스톱퍼링(190) 및 복귀스프링(200)을 더 포함할 수 있다.
실린더(100)는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 원통 형상으로 전면이 개방되고, 폐쇄된 후면에 구동축지지홀(101)이 관통 형성된다. 이러한 실린더(100)는 후술하는 직선 왕복운동하는 피스톤(120)이 내장되는 케이스로, 개방된 전면을 통해 피스톤(120)이 삽입되고, 폐쇄된 후면에는 구동축지지홀(101)이 관통 형성되어 후술하는 구동축(130)을 회전 지지한다.
구동축커버(110)는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 전면에 구동축지지홈(111)이 함몰 형성되어 상기 실린더(100)의 구동축지지홀(101)과 연통되도록 상기 실린더(100)의 후면에 결합된다. 이러한 구동축커버(110)는 실린더(100)의 후면에 관통 형성된 구동축지지홀(101)을 밀폐하면서 실린더(100)의 구동축지지홀(101)과 함께 구동축지지홈(111)을 통해 후술하는 구동축(130)의 전후이동 및 회전 지지를 수행하기 위한 것이다.
피스톤(120)은 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 중앙에 샤프트홀(121)이 관통 형성되고, 상기 실린더(100)의 내부에 스플라인(S) 결합되도록 삽입되어 유압의 공급 및 배출에 따라 상기 실린더(100)의 내부에서 전후로 왕복운동한다. 즉, 피스톤(120)은 실린더(100)의 개방된 전면을 통해 삽입되는데, 이때 피스톤(120)의 외주면에는 스플라인(S)이 형성되어 실린더(100)의 내주면에 형성된 스플라인(S)에 삽입되면서 자체 회전없이 전후로 왕복운동만 가능하도록 결합된다. 이는 피스톤(120)의 샤프트홀(121)에 관통 삽입되는 후술하는 구동축(130)과의 관계에서 피스톤(120)이 회전되지 않도록 하여 피스톤(120)의 전후 왕복운동이 구동축(130)의 회전운동으로 정확하게 전환될 수 있도록 하기 위함이다.
구동축(130)은 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(120)의 샤프트홀(121)을 관통하여 삽입 결합되고, 후단이 상기 실린더(100)의 구동축지지홀(101)을 관통하여 상기 구동축커버(110)의 구동축지지홈(111)에 삽입되어 전후이동 및 회전 지지되며, 전단에 실링원판(131)이 결합된다. 즉, 구동축(130)은 피스톤(120)의 샤프트홀(121)을 관통하여 삽입 결합되어 후술하는 직선회전변환수단(180)을 통해 피스톤(120)의 직선 왕복운동이 구동축(130)의 전후이동 및 회전운동으로 전환된다.
이때, 구동축(130)의 후단은 실린더(100)의 구동축지지홀(101)을 관통하여 구동축커버(110)의 구동축지지홈(111)에 삽입되는데, 구동축지지홀(101)은 구동축(130)의 후단 외주면을 오링 등을 통해 실링하고, 구동축지지홈(111)은 구동축(130)의 후단 외주면을 부싱 등을 통해 전후이동 및 회전 지지한다. 또한, 구동축(130)의 전단에는 실링원판(131)이 결합되는데, 실링원판(131)은 후술하는 내부실링커버(140)와의 관계에서 실링 기능을 수행함과 동시에 후술하는 구동클러치디스크(150)가 결합되기 위한 구성이다.
내부실링커버(140)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 링 형상으로 상기 실린더(100)의 개방된 전면을 통해 삽입 고정되고, 내주면이 상기 구동축(130)의 실링원판(131)의 외주면에 접촉되어 실링한다. 즉, 내부실링커버(140)의 내주면에는 오링 등을 통하여 실링원판(131)의 외주면과 접촉하여 실링기능을 수행하는데, 실린더(100)의 내부에서 왕복운동하는 피스톤(120)을 기준으로 피스톤(120)의 전방은 구동축(130)의 실링원판(131)과 내부실링커버(140)를 통해 실링되고, 피스톤(120)의 후방은 앞서 살핀바와 같이 구동축(130)의 후단 외주면을 회전 지지하는 구동축지지홀(101) 및 구동축지지홈(111)에 의해서 실링된다.
구동클러치디스크(150)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 상기 내부실링커버(140)의 전방에 위치하도록 상기 구동축(130)의 실링원판(131)에 결합된다. 이러한 구동클러치디스크(150)는 후술하는 종동클러치디스크(160)와의 관계에서 연결 및 연결해제되면서 회전력을 전달 또는 전달해제한다.
종동클러치디스크(160)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 후면이 상기 구동클러치디스크(150)와 서로 마주보도록 전방으로 이격되어 설치되고, 전면에 종동축(161)이 결합된다. 이러한 종동클러치디스크(160)는 구동클러치디스크(150)와의 관계에서 기본적으로 서로 연결 해제되도록 이격된 상태이고, 전면에 결합된 종동축(161)을 통해 회전력이 최종 출력되는 출력축인 밸브축이나 기타 장비의 아암축과 연결될 수 있다.
종동축커버(170)는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 상기 실린더(100)의 개방된 전면을 폐쇄하도록 결합되고, 상기 종동클러치디스크(160)의 종동축(161)이 삽입되어 회전 지지되는 종동축지지홀(171)이 관통 형성된다. 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 실린더(100)의 내부에 상술한 각각의 구성요소들이 내장되고, 종동축커버(170)를 통해 실린더(100)의 개방된 전면을 폐쇄함으로써 일체화시킬 수 있다.
직선회전변환수단(180)은 도 2 내지 4, 6, 8 내지 11 및 13에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(120)의 전후 왕복운동에 연동하여 상기 구동축(130)을 전후이동 및 정역방향으로 회전시켜 상기 구동클러치디스크(150)의 회전력을 상기 종동클러치디스크(160)에 전달 또는 전달해제한다.
이러한 직선회전변환수단(180)은 피스톤(120)과 구동축(130)과의 관계에서 다양한 결합구조가 있겠지만, 구체적으로 본 발명에서는 도 2 내지 4에 도시된 바와 같이 상기 직선회전변환수단(180)으로 상기 구동축(130)과 동축상으로 상기 구동축(130)의 외주면에 고정 결합되고, 상기 피스톤(120)의 샤프트홀(121)과 치합되는 헬리컬기어(181)일 수 있다. 즉, 피스톤(120)의 샤프트홀(121)에는 내치 헬리컬기어(181)가 구비되고, 구동축(130)의 외주면에는 외치 헬리컬기어(181)가 형성되어 서로 내외접되도록 치합되어 결합된다. 그에 따라, 피스톤(120)이 전후로 이동하게 되면 구동축(130)은 치합된 헬리컬기어(181)를 통해 정역회전하게 되는 것이다.
이 경우, 도 4, 6, 8 및 9에 도시된 바와 같이 실린더(100)의 후면을 통해 피스톤(120)의 후방으로 유압이 공급되면 피스톤(120)이 전방으로 이동하면서 구동축(130) 역시 전방 이동하게 되고, 그에 따라 이격된 구동클러치디스크(150)와 종동클러치디스크(160)가 서로 연결된 후 피스톤(120)의 전방 이동에 따라 구동축(130)이 회전하면서 구동클러치디스크(150)의 회전력이 종동클러치디스크(160)에 전달될 수 있다. 반대로, 도 10, 11 및 13에 도시된 바와 같이 피스톤(120)의 전방으로 유압이 공급되면 피스톤(120)이 후방으로 이동하면서 구동축(130)이 역회전하여 구동클러치디스크(150)의 역회전력이 종동클러치디스크(160)에 전달되고, 피스톤(120)의 후방 이동에 따라 구동축(130) 역시 후방 이동하게 되어 구동클러치디스크(150)와 종동클러치디스크(160)가 서로 이격되어 연결이 해제될 수 있다.
다만, 여기서 유압의 공급 및 배출에 따라 피스톤(120)의 전후 이동시 구동축(130)이 전후 이동하면서 동시에 구동축(130)의 정역회전이 함께 이루어질 수 있기 때문에 클러치 기능 및 회전력의 전달이 정밀하게 수행되기 어려울 수 있다. 따라서, 피스톤(120)의 전후 이동시 단계적으로 구동축(130)의 전후 이동을 통한 클러치 기능의 수행 및 회전력의 전달이 정밀하게 단계적으로 이루어질 수 있도록 스톱퍼링(190)을 더 포함할 수 있다.
스톱퍼링(190)은 도 2 내지 7에 도시된 바와 같이 링 형상으로 상기 내부실링커버(140)의 후방에 위치하도록 상기 실린더(100)의 개방된 전면을 통해 삽입 고정되고, 내주면에 외주방향으로 회전제한홈(191)이 함몰 형성된다. 이때, 상기 구동축(130)의 실링원판(131)은, 상기 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)에 삽입되도록 후면에 돌출 형성된 회전제한돌기(131a)를 포함할 수 있다.
즉, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이 피스톤(120)이 후방 이동된 상태에서 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)에 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 삽입된 상태이므로 도 6 및 7에 도시된 바와 같이 피스톤(120)의 후방으로 유압이 공급되어 전방으로 이동할 경우 구동축(130)은 회전하지 못하고, 피스톤(120)과 함께 전방 이동만이 가능한 상태가 된다. 이때, 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)으로부터 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 이탈되면 도 8 및 9에 도시된 바와 같이 피스톤(120)의 전방이동시 헬리컬기어(181)를 통해 구동축(130)이 회전하게 되는 것이다.
반대로, 도 10 및 11에 도시된 바와 같이 피스톤(120)의 전방으로 유압이 공급되어 후방으로 이동할 경우 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 스톱퍼링(190)의 전면에 막힌 상태이므로 구동축(130)은 후방 이동하지 못하고, 역회전만 가능하다. 이때, 도 11 및 12에 도시된 바와 같이 구동축(130)의 역회전에 따라 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)에 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 삽입 가능한 상태가 되면 도 13 및 14에 도시된 바와 같이 회전제한홈(191)에 회전제한돌기(131a)가 삽입되면서 구동축(130)은 더이상 회전하지 못하고, 후방 이동만이 가능한 상태가 되는 것이다.
그에 따라, 상기 직선회전변환수단(180)은 도 4 내지 7에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(120)의 전방이동시 상기 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 상기 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)에 삽입된 상태에서 이탈될 때까지 상기 구동축(130)과 함께 전방이동하여 상기 구동클러치디스크(150) 및 종동클러치디스크(160)를 서로 연결시키며, 도 7 내지 9에 도시된 바와 같이 상기 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 상기 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)으로부터 이탈되면 상기 피스톤(120)의 전방이동에 따라 상기 피스톤(120)의 샤프트홀(121)과 상기 헬리컬기어(181)로 치합된 상기 구동축(130)이 정회전하면서 상기 구동클러치디스크(150)의 정회전력을 상기 종동클러치디스크(160)에 전달한다.
반대로, 상기 직선회전변환수단(180)은 도 10 및 11에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(120)의 후방이동시 상기 피스톤(120)의 샤프트홀(121)과 상기 헬리컬기어(181)로 치합된 상기 구동축(130)이 역회전하면서 상기 구동클러치디스크(150)의 역회전력을 상기 종동클러치디스크(160)에 전달하며, 도 12 내지 14에 도시된 바와 같이 상기 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 상기 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)에 삽입 가능하도록 전방에 위치하면 상기 피스톤(120)의 후방이동에 따라 상기 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)가 상기 스톱퍼링(190)의 회전제한홈(191)에 삽입되면서 상기 구동축(130)을 후방이동시켜 상기 구동클러치디스크(150) 및 종동클러치디스크(160)의 연결을 해제시킨다.
한편, 상기 실린더(100)는 도 3 및 4에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(120)의 전방 및 후방에 각각 유압이 작용하는 복동실린더일 수 있고, 도 15 및 16에 도시된 바와 같이 상기 피스톤(120)의 후방에 유압이 작용하고, 상기 피스톤(120)의 전방은 복귀스프링(200)이 작용하는 단동실린더일 수 있다.
또 한편, 상기 구동클러치디스크(150) 및 종동클러치디스크(160) 각각은, 도면상 도시하지 않았으나 서로 간의 접촉에 의한 마찰력을 이용하는 마찰클러치일 수 있고, 도 5, 7, 12 및 14에 도시된 바와 같이 서로 간의 돌출된 톱니(155)를 맞물리게 하는 물림클러치일 수 있다.
즉, 상기 실린더(100)의 복동 및 단동여부는 시스템상 하나 또는 둘 이상의 유압라인 설치 가능여부나 방산관련 장치과 같은 유압라인의 노출위험여부 등에 따라 선택할 수 있고, 상기 마찰클러치 또는 물림클러치는 전달하고자 하는 힘의 크기나 정밀성 등을 고려하여 선택할 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유압식 로터리 엑추에이터는, 종래 기술과 다른 새로운 구조의 직선회전변환수단(180)으로 실린더(100)와 피스톤(120) 간의 스플라인(S) 결합구조, 피스톤(120)과 구동축(130) 간의 헬리컬기어(181)를 통한 치합결합구조를 통해 유압의 공급 및 배출에 따라 피스톤(120)의 직선운동을 구동축(130)의 직선운동과 함께 회전운동으로 변환하여 구동클러치디스크(150) 및 종동클러치디스크(160)를 통한 구동축(130)의 회전력을 종동축(161)에 전달 또는 전달해제할 수 있는 클러치 기능을 가지는 효과가 있다.
특히, 회전제한홈(191)이 형성된 스톱퍼링(190)과 실링원판(131)의 회전제한돌기(131a)를 통해 피스톤(120)의 직선운동을 구동축(130)의 직선운동 및 회전운동으로 각각 단계적으로 작동시킬 수 있어 구동클러치디스크(150) 및 종동클러치디스크(160) 간의 정확한 연결 및 연결해제 기능과, 구동클러치디스크(150) 및 종동클러치디스크(160) 간의 정확한 회전력의 전달 또는 전달해제 기능을 수행할 수 있는 효과가 있다.
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.
S : 스플라인
100 : 실린더 101 : 구동축지지홀
110 : 구동축커버 111 : 구동축지지홈
120 : 피스톤 121 : 샤프트홀
130 : 구동축
131 : 실링원판 131a : 회전제한돌기
140 : 내부실링커버
150 : 구동클러치디스크 155 : 톱니
160 : 종동클러치디스크 161 : 종동축
170 : 종동축커버 171 : 종동축지지홀
180 : 직선회전변환수단 181 : 헬리컬기어
190 : 스톱퍼링 191 : 회전제한홈
200 : 복귀스프링

Claims (8)

  1. 원통 형상으로 전면이 개방되고, 폐쇄된 후면에 구동축지지홀이 관통 형성된 실린더와, 전면에 구동축지지홈이 함몰 형성되어 상기 실린더의 구동축지지홀과 연통되도록 상기 실린더의 후면에 결합된 구동축커버와, 중앙에 샤프트홀이 관통 형성되고, 상기 실린더의 내부에 스플라인 결합되도록 삽입되어 유압의 공급 및 배출에 따라 상기 실린더의 내부에서 전후로 왕복운동하는 피스톤과, 상기 피스톤의 샤프트홀을 관통하여 삽입 결합되고, 후단이 상기 실린더의 구동축지지홀을 관통하여 상기 구동축커버의 구동축지지홈에 삽입되어 전후이동 및 회전 지지되며, 전단에 실링원판이 결합된 구동축과, 링 형상으로 상기 실린더의 개방된 전면을 통해 삽입 고정되고, 내주면이 상기 구동축의 실링원판 외주면에 접촉되어 실링하는 내부실링커버와, 상기 내부실링커버의 전방에 위치하도록 상기 구동축의 실링원판에 결합되는 구동클러치디스크와, 후면이 상기 구동클러치디스크와 서로 마주보도록 전방으로 이격되어 설치되고, 전면에 종동축이 결합된 종동클러치디스크와, 상기 실린더의 개방된 전면을 폐쇄하도록 결합되고, 상기 종동클러치디스크의 종동축이 삽입되어 회전 지지되는 종동축지지홀이 관통 형성된 종동축커버와, 상기 피스톤의 전후 왕복운동에 연동하여 상기 구동축을 전후이동 및 정역방향으로 회전시켜 상기 구동클러치디스크의 회전력을 상기 종동클러치디스크에 전달 또는 전달해제하는 직선회전변환수단을 포함하고,
    상기 직선회전변환수단은,
    상기 구동축과 동축상으로 상기 구동축의 외주면에 고정 결합되고, 상기 피스톤의 샤프트홀과 치합되는 헬리컬기어이고,
    링 형상으로 상기 내부실링커버의 후방에 위치하도록 상기 실린더의 개방된 전면을 통해 삽입 고정되고, 내주면에 외주방향으로 회전제한홈이 함몰 형성된 스톱퍼링을 더 포함하고,
    상기 구동축의 실링원판은,
    상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입되도록 후면에 돌출 형성된 회전제한돌기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유압식 로터리 엑추에이터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 직선회전변환수단은,
    상기 피스톤의 전방이동시 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입된 상태에서 이탈될 때까지 상기 구동축과 함께 전방이동하여 상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크를 서로 연결시키며, 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈으로부터 이탈되면 상기 피스톤의 전방이동에 따라 상기 피스톤의 샤프트홀과 상기 헬리컬기어로 치합된 상기 구동축이 정회전하면서 상기 구동클러치디스크의 정회전력을 상기 종동클러치디스크에 전달하고,
    상기 피스톤의 후방이동시 상기 피스톤의 샤프트홀과 상기 헬리컬기어로 치합된 상기 구동축이 역회전하면서 상기 구동클러치디스크의 역회전력을 상기 종동클러치디스크에 전달하며, 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입 가능하도록 전방에 위치하면 상기 피스톤의 후방이동에 따라 상기 실링원판의 회전제한돌기가 상기 스톱퍼링의 회전제한홈에 삽입되면서 상기 구동축을 후방이동시켜 상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크의 연결을 해제시키는 것을 특징으로 하는 유압식 로터리 엑추에이터.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는,
    상기 피스톤의 전방 및 후방에 각각 유압이 작용하는 복동실린더인 것을 특징으로 하는 유압식 로터리 엑추에이터.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실린더는,
    상기 피스톤의 후방에 유압이 작용하고, 상기 피스톤의 전방은 복귀스프링이 작용하는 단동실린더인 것을 특징으로 하는 유압식 로터리 엑추에이터.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 각각은,
    서로 간의 접촉에 의한 마찰력을 이용하는 마찰클러치인 것을 특징으로 하는 유압식 로터리 엑추에이터.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동클러치디스크 및 종동클러치디스크 각각은,
    서로 간의 돌출된 톱니를 맞물리게 하는 물림클러치인 것을 특징으로 하는 유압식 로터리 엑추에이터.
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CN117699997A (zh) * 2023-12-29 2024-03-15 无锡海拓环保装备科技有限公司 一种河道水体治理设备

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