KR20040102373A - 피니언 샤프트의 역회전 방지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피니언 샤프트의 역회전 방지 장치에 관한 것이다.

본 발명은 래크(32)의 이동 방향에 대하여 교차하는 방향으로 제2공압실린더(600)의 동력으로 왕복 이동하는 슬라이딩 플레이트(400)를 설치하여 피니언(33)을 회전시키기 위하여 전진한 래크(32)의 후단부를 차단시켜줌으로써 피니언 샤프트(34)의 역회전을 방지할 수 있게 되는 것이다.

Description

피니언 샤프트의 역회전 방지 장치{.}

본 발명은 동력을 전달받아 왕복 이동하는 래크(rack)에 치합되어 회전하게 되는 피니언(pinion)을 고정하는 피니언 샤프트(pinion shaft)가 정방향으로 회전하여 회전한 다음 외력이나 지지물의 자중에 의하여 역방향으로 회전하는 것을 방지하여 피니언에 의하여 가동된 부재가 정상적인 작동 상태를 유지할 수 있게 하는 피니언 샤프트의 역회전 방지 장치에 관한 것이다.

일반적인 기어 전동 요소의 하나로써 래크와 피니언은 알려진 바와 같이 양쪽 방향으로 교번하여 이동하는 래크에 수평상으로 형성되는 치형이 형성되고, 상기 래크의 치형에 원주상으로 형성되는 피니언의 치형이 치합되어 동력을 전달받는 래크의 왕복 운동을 회전 운동으로 전환시키거나 피니언의 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키게 되는 것이다.

이와 같이 래크와 피니언을 이용하는 동력 전달 기구에서 피니언을 고정하고 있는 피니언 샤프트가 수직으로 설치되어 피니언이 수평상으로 놓여지는 경우에는 피니언 샤프트에 회전 모우먼트가 작용하지 않게 되지만, 피니언 샤프트가 수평으로 설치되어 피니언이 수직상으로 놓여지는 경우에는 피니언 샤프트에 고정되는 가동부재가 목적한 회전 작업을 수행한 다음 정지한 상태에 있게 되면, 피니언 샤프트가 원주방향으로 회전 모우먼트를 받게 되어 피니언이 회전하는 힘을 받게 되고, 이러한 피니언의 회전력은 래크에 추력으로 작용한다.

따라서 래크에 동력을 전달하는 전달기구에서 기구적 부재들의 저항력이 래크의 추력 보다 작으면 래크가 밀려나게 됨과 동시에 피니언이 회전하여 가동부재가 목적하는 위치에 도달한 상태를 유지하지 못하고 피니언 샤프트가 회전하는 만큼 위치를 변경하게 된다.

이와 같이 종래에는 기계류의 작동을 제어하는 설비에서 피니언 샤프트를 수평 방향으로 설치할 경우 그 피니언 샤프트의 작동에 대한 신뢰성이 떨어지는 문제점이 있었다.

래크와 피니언을 이용하는 구조물의 예를 들면 주차 시설에서 차량의 출입을 통제하기 위하여 바닥에 설치하는 차량진행 정지장치를 예로 들을 수 있다.

차량진행 정지장치는 래크의 동력으로 회전하는 피니언의 피니언 샤프트에 회전부재의 단부가 고정되어 차량의 통과가 가능할 때에는 회전부재가 지면에 근접하게 놓여져서 차량이 통과할 수 있고, 차량의 진행을 차단할 필요가 있을 때에는 피니언이 회전하여 회전부재의 자유단부가 회전 및 상승하여 차량이 진행할 수 없게 하는 것이다.

이러한 차량진행 정지장치는 회전부재가 지면에 놓여지는 위치 즉, 차량 통과가 가능한 위치로부터 예각(銳角)을 이루는 위치에 회전하게 되는데, 이렇게 예각을 이루는 각도로 회전하게 되면 회전부재의 자중에 의하여 피니언이 역방향으로 회전하는 회전 모우먼트가 발생하여 래크를 또한 역방향으로 밀어내는 힘이 작용한다.

이렇게 래크에 작용하는 추력은 공압실린더의 구동압력이 자중에 의한 추력에 대한 반력 이상으로 설계되어 있어서 일정한 각고로 회전한 부재가 역회전을 할 수 없도록 충분히 지탱할 수 있다.

그러나 차량진행 정지장치에서 래크를 구동시키는 동력으로 채택되는 공압, 또는 유압을 이용하는 액튜에이터는 기구적인 설계상 상기한 추력에 대응할 수 있는 비교적 낮은 구동압력을 발생하게 됨에 따라 인위적인 외력, 보다 구체적으로는 일반적인 성인의 체중에 해당하는 외력이 작용하면 회전부재가 역방향으로 회전하여 정상적인 작동을 유지할 수 없게 된다.

상기한'기구적인 설계상 추력에 대응할 수 있는 비교적 낮은 구동압력'의 조건이라 함은 회전부재의 자중에 의한 역회전력에 대한 안전율을 고려한 압력의 범위 이내이기 때문에 회전부재의 자중에 안전율 이상의 외력 즉, 공압실린더의 구동압력 이상의 외력이 작용하면 역동작을 하게 된다는 것이며, 이러한 공압실린더의 구동압력이 일반적인 성인의 체중을 견딜 수 없는 범위라는 것이다.

따라서 차량진행 정지장치에서는 차량의 진행을 막기 위하여 회전부재가 회전한 상태를 유지시켜주기 위한 역회전 방지 장치를 설치하고 있다.

차량진행 정지장치에서의 역회전 방지장치의 일례는 대한민국 실용신안등록 제232082호'피니언 축의 스토퍼 장치'가 알려져 있다.

상기 차량진행 정지장치에 적용되는 피니언 축의 스토퍼 장치를 도 1에서 보여주고 있다.

이 도면에서 참조되는 바와 같이 차량진행 정지장치는 프레임(1) 고정되는 공압실린더(2) 피스톤 로드(3)에 래크(4)가 고정되어 왕복 이동할 수 있게 되고, 브라켓(5)에 회전가능하게 수평으로 설치되는 피니언 샤프트(6)에는 회전부재(7)가 고정되면서, 브라켓(5)의 바깥쪽으로 연장되는 피니언 샤프트(6)에는 피니언(8)이 형성되어 래크(4)와 치합됨으로써 공압실린더(2)가 작동하여 래크(4)가 왕복 이동하며 피니언(8)을 회전시킴에 따라 피니언 샤프트(6)에 고정된 회전부재(7)가 회전하여 차량이 진행할 수 있게 하거나 정지시킬 수 있게 되는 것이다.

상기 차량진행 정지장치에서 피니언 샤프트의 역회전 방지장치는 피니언(8)의 바깥쪽으로 연장되는 피니언 샤프트(6)에 원통형의 요철부재(9)가 형성되고, 몸체(10)에 한쪽 단부가 회전 가능하게 고정되는 걸림편(11)에 스프링(12)을 설치하면서 자유단부가 상기 요철부재(9)에 걸려지게 되고, 프레임(1)에 고정되는 또 하나의 공압실린더(13)의 피스톤 로드(14)에는 요철부재(9)의 안내홈(15)에 출몰하면서 상기 걸림편(11)의 자유단부가 요철부재(9)에 걸린 상태에서 멀어지도록 밀어내는 조정밀대(16)를 설치하여서 된다.

이와 같은 피니언 샤프트의 역회전 방지장치는 회전부재(7)가 기립된 상태에서 공압실린더(13)를 작동시키면, 피스톤 로드(14)에 고정되어 있는 조정밀대(16)가 요철부재(9)의 안내홈(15)으로 이동하면서 걸림편(11)이 요철부재(9)에 걸려지게 되어 피니언 샤프트(6)가 역회전을 하지 않게 됨으로써 회전부재(7)의 오동작을 방지하게 된다.

상기 역회전 방지장치에서 발견되는 하나의 문제점은 걸림편(11)이 요철부재(9)에 걸려져서 역회전을 방지하고 있는 상태에서 외력이 작용하면 지지력을 발휘하고 있던 걸림편(11)의 반력이 탄성으로 변환되어 요철부재()에 대한 걸림 상태가 해체되는 작동상의 문제가 있다는 것이다.

상기 역회전 방지장치에서 발생되는 또 하나의 문제점은 피니언 샤프트(6)가 피니언(8)이 고정되는 부위로부터 상당히 길게 연장되어 요철부재(9)가 형성되고, 걸림편(11)과 조정밀대(16)가 설치되는 구조가 비교적 복잡하여 생산성이 낮고 원가 상승의 원인이 되고 있다는 것이다.

본 발명은 피니언을 회전 시킨 래크를 공압 실린더의 동력으로 진퇴 작동하는 하나의 슬라이딩 플레이트가 래크의 역방향 이동을 막아주게 되어 작동된 회전 부재가 임의로 회전할 수 없게 됨으로써 작동 불량을 방지하여 설비에 대한 신뢰성을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 피니언 샤프트 역회전 방지 장치의 평면도

도 2는 본 발명의 사시도

도 3은 본 발명의 작동상태 단면도

도 4는 본 발명의 분해 사시도

도 5는 본 발명의 기구부를 확대한 사시도

도 6은 본 발명에서 차량의 진행이 가능한 기구부의 작동 상태를 나타낸 평면도

도 7은 본 발명에서 차량이 진행을 저지하는 기구부의 작동 상태를 나타낸 평면도

도 8은 본 발명에서 피니언의 역회전을 방지하는 기구부의 작동 상태를 나타낸 평면도

도 9는 본발명의 다른 실시예를 나타낸 래크의 사시도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31 : 제1공압실린더 32 : 래크

33 : 피니언 34 : 피니언 샤프트

40 : 회전부재 322 : 접촉단부

323 : 경사면 400 : 슬라이딩 플레이트

401 : 경사면 500 : 가이드

600 : 제2공압실린더

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 구조적인 특징은 래크와 피니언으로 구성되는 전동 기구에서 피니언이 정상적으로 작동된 상태를 유지하기 위하여 래크가 이동한 상태를 유지할 수 있도록 하는 피니언 샤프트 역회전 방지 장치를 형성함에 있어서, 래크가 이동하는 방향에 대하여 교차하는 방향으로 슬라이딩 플레이트가 액튜에이터의 동력으로 왕복 이동 가능하게 설치되어, 피니언을 정방향으로 회전시키기 위하여 작동된 래크에 상기 슬라이딩 플레이트가 접촉하게 되어 래크의 후진을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 본 발명은 래크의 작동으로 피니언을 구동시킬 필요가 없을 때에는 슬라이딩 플레이트가 래크로부터 이격되어 있는 위치에 있으며, 피니언을 구동시키기 위하여 동력발생장치에서 발생된 동력을 전달받은 래크가 전진하여 피니언을 회전시키면 슬라이딩 플레이트가 고정되어 있는 액튜에이터가 연속적으로 작동하여 슬라이딩 플레이트는 래크를 향하여 전진한다.

이렇게 래크의 후단부에 도달한 슬라이딩 플레이트는 피니언 샤프에 고정되는 회전부재의 자중에 의하여 발생하는 역방향 회전력이 래크가 후진하도록 작용하는 추력에 대응하게 됨으로써 래크가 후진할 수 없게 된다.

따라서 피니언 샤프트는 슬라이딩 플레이트가 역회전하는 것을 방지하게 된다.

슬라이딩 플레이트는 래크의 후단부에 접촉되게 놓여질 수 있고, 의도하는 바에 따라서는 래크의 측면에 홈을 형성하여 상기 홈에 슬라이딩 플레이트가 삽입하여 접촉되게 할 수도 있다.

이때 래크와 슬라이딩 플레이트는 서로 접촉하는 면에 경사면을 형성하여 기구적인 오차에 대하여 원활하게 접촉할 수 있게 하는 것이 바람직하며, 또한 슬라이딩 플레이트는 별도의 가이드에 지지되도록 하여 래크의 추력에 충분히 대응할 수 있게 하는 것이 바람직하다.

이와 같은 본 발명에 의하면 액튜에이터의 구동으로 왕복 이동하는 하나의 부재로서 피니언 샤프트의 역회전을 방지할 수 있다.

본 발명의 특징과 장점들은 첨부된 도면에 의하여 설명되는 실시예에 의하여 명확하게 이해될 수 있다.

다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

첨부된 도면을 포함하는 다음의 실시예는 본 발명이 적용되는 일례를 설명하기 위한 것으로 본 발명의 기술적 구성이 실시예와 도면에 기재된 범위에 한정됨을 의미하는 것은 아니며, 당업계에서 통적인 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 변경 실시될 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시가 본 발명의 기술적 범위에 포함될 것이다.

도 2 내지 도 8은 본 발명이 주차장에 설치되는 차량진입 방지장치에 적용되는 실시예를 나타내고 있다.

차량진입 방지장치는 도 2에서 보는 바와 같이 프레임(20), 상기 프레임(20)에 형성되는 기구부(30), 상기 기구부(30)에 의하여 회전 작동하는 회전부재(40)로 구성되는 공지된 구조로 형성된다.

도 3에서 보는 바와 같이 프레임(20)은 지면에 설치되면서 전방은 회전부재(40)고정단부(41)를 중심으로 선회하게 되는 자유단부(42)가 앞쪽 지면에 접촉하면서 경사지게 놓여지고, 후방은 상부 중앙으로부터 아래쪽으로 경사지게 형성되어 차량이 서행하여 넘어갈 수 있게 되며, 차량을 정지시킬 때에는 회전부재(7)가 회전하여 지면에 놓여진 자유단부(42)가 일정한 각도로 회전 상승하여 차량이 진행할 수 없게 한다.

이러한 구조를 도 4 및 도 5를 참조하여 구체적으로 설명하면 기구부(30)는 공지된 구조와 같이 프레임(20)의 커버(21)에 의하여 은폐되어 보호되는 공간에 설치되는 제1공압실린더(31), 상기 제1공압실린더(31)의 동력으로 왕복 이동하는 래크(32), 상기 래크(32)에 치합되어 정위치에서 회전하는 피니언(33), 상기 피니언(33)이 고정되는 피니언 샤프트(34)를 회전 가능하게 지지하는 브라켓(35)으로 구성된다.

래크(32)는 네 개의 이동용 바퀴(320)가 형성되어 프레임(20)의 상부 바닥면에서 이동할 수 있게 되면서, 후단부에는 상부로 돌출되는 돌출부(321)가 형성되어 제1공압실린더(31)의 피스톤 로드(310)가 고정된다.

래크(32)에 결합되는 피니언(33)은 피니언 샤프트(34)의 단부에 고정되는데, 피니언 샤프트(34)는 회전부재(40)가 고정되어 양쪽의 단부가 프레임(20)에 고정되는 브라켓(35)에 회전 가능하게 설치된다.

회전부재(40)의 고정단부는 자유단부가 차량이 진입하는 방향을 향하도록 피니언 샤프트(34)에 고정된다.

본 발명이 구현되는 실시예는 상기한 바와 같은 공지된 구조를 포함한다.

본 발명의 특징적인 구조는 래크에 형성되는 접촉단부(322), 상기 접촉단부(322)에 접촉하는 슬라이딩 플레이트(400), 상기 슬라이딩 플레이트(400)를 안내하는 가이드(500), 그리고 상기 술라이딩 플레이트(400)를 왕복 이동시키기 위한 제2공압실린더(600)로 구성된다.

접촉단부(322)는 제1공압실린더(31)의 피스톤 로드(310)가 고정되는 래크(32)의 후단부에 일체로 형성되면서 일측으로 경사면(323)이 형성되어 있다.

슬라이딩 플레이트(400)는 래크(32)의 후진을 저지하기 위한 것으로, 선단에는 접촉단부(322)의 경사면(323)과 접촉하는 경사면(401)이 형성되어 접촉단부(323)의 경사면(322)에 대향하는 위치에서 가이드(500)에 안내되어 왕복 이동할 수 있게 설치되고, 후단부는 제2공압실린더(600)의 피스톤 로드(601)에 고정된다.

이러한 슬라이딩 플레이트(400)와 제2공압실린더(600)는 서로 일직선 상에 놓여지며, 회전부재(40)를 상승시키기 위하여 래크(32)가 완전히 전진한 상태에서 슬라이딩 플레이트(400)의 경사면(401)이 래크(32)에 형성된 접촉단부(322)의 경사면(323)에 대향하는 위치에 형성된다.

접촉단부(322)의 경사면(323)과 슬라이딩 플레이트(400)의 경사면(401)은 래크의 후진을 저지하기 위하여 슬라이딩 플레이트(400)가 접촉단부(322)에 접촉할 때에 간섭을 방지하여 원활하게 접촉되게 한다.

가이드(500)는 슬라이딩 플레이트(400)의 왕복 이동을 안내하면서 래크(32)의 추력에 대하여 슬라이딩 플레이트(400)가 대항할 수 있는 지지력을 제공한다.

이와 같이 구성되는 본 발명의 실시예가 작동되는 상태를 도 6 내지 도 8에서 나타내고 있다.

도 6에서 보는 바와 같이 차량의 진행이 가능한 상태에서는 회전부재(40)의 자유단부(42)가 지면에 접촉하고 있다. 이러한 상태는 제1공압실린더(31)와 제2공압실린더(600)가 구동하지 아니한 상태로 피니언(33)은 래크(32)의 선단부에 치합되어 있고, 슬라이딩 플레이트(400)는 래크(32)의 접촉단부(322)로부터 적정한 거리를 두고 이격되어 있다.

이후 차량의 주행을 차단하기 위하여 콘트롤 장치(도시되지 아니함)로부터 제1공압실린더(31)의 구동신호가 발생하여 피스톤 로드(310)가 전진하면 접촉단부(322)와 함께 래크(32)가 좌측으로 이동(도 6의 상태에서는 아래로 이동)하여 피니언(33)을 회전시킨다.

이때 피니언(33)이 고정된 피니언 샤프트(34)가 회전하면서 도 3에서 보는 바와 같이 회전부재(40)가 동시에 시계방향으로 회전하여 가상선 A의 위치에 도달하여 차량이 진행하지 못하도록 한다.

이러한 상태는 회전부재(40)가 지면으로부터 예각(θ)을 이루고 있기 때문에 회전부재(40)의 자중에 의하여 반시계 방향으로 회전 모우먼트가 발생하고, 이러한 역회전력은 래크(32)에 대한 추력으로 작용한다.

이때 제2공압실린더(600)를 구동시키면 제2공압실린더(600)의 피스톤 로드(601)에 고정된 슬라이딩 플레이트(400)가 가이드(500)에 안내되면서 좌측으로 이동하여 도 8에서 보는 바와 같이 선단부의 경사면(401)이 접촉단부(322)의 경사면(323)과 접촉하여 회전부재(40)의 자중을 고려한 설계 조건 이상의 외력이 회전부재(40)에 작용하였을 때, 래크(32)에 작용하는 제1공압실린더(31)의 구동압력 이상의 추력에 의하여 뒤쪽으로 밀려나는 것을 제지시켜준다.

이후 차량을 진행시킬 때에는 상기한 작동 순서의 역순, 즉 제2공압실린더(600)가 역구동하여 피스톤 로드(601)가 후진하면서 슬라이딩 플레이트(400)가 래크(32)의 접촉단자(322)로부터 이격되고, 계속하여 제1공압실린더(31)가 역구동하여 피스톤 로드(310)가 래크(32)와 함께 후진하면서 피니언(33)이 역회전하여 회전부재(40)의 자유단부(42)가 지면에 놓여지게 된다.

이상의 실시예에서는 래크를 구동시키기 위한 액튜에이터로써 공압실린더가 적용되는 것으로 설명하였는데, 의도하는 바에 따라서 유압실린더, 또는 유압모터가 적용될 수도 있다.

또한 상기한 기술적 구성으로부터 예측 가능한 기구적인 변경 사항도 본 발명의 기술적 범위 내에 포함된다.

도 9는 래크에서의 기구적 변경이 가능한 일례를 나타내고 있다.

이러한 실시예는 상기한 실시예에서 래크(32)의 후단부에 경사면을 구비하는 접촉단부(3220가 형성되어 슬라이딩 플레이트(400)가 래크(32)의 후단부에 걸리게 되는 것과 기구적으로는 다르고, 기술적으로는 유사한 일례를 나타내고 있다.

즉 래크(32a)의 측면(324)에 슬라이딩 플레이트(400)가 삽입되는 삽입홈(325)을 형성하면서 상기 삽입홈(325)의 앞쪽 수직면에는 슬라이딩 플레이트(400)의 경사면(401)이 접촉하는 경사면(326)을 형성한 것으로 작동하는 상태는 앞서 설명한 실시예와 같다.

이상과 같이 본 발명은 래크와 피니언을 이용하는 동력 전달 기구에서 제2공압실린더에 의하여 작동하는 하나의 슬라이딩 플레이트가 래크의 후진을 막아주어서 피니언 샤프트의 역회전을 방지함으로써, 특정한 목적을 수행하기 위하여 작동한 피니언 샤프트의 정지 동작에 대한 작동불량을 방지할 수 있으며, 특히 주차시설물로 설치되는 차량진행 차단장치에서 설비에 대한 신뢰성을 제공할 수 있다.

Claims (3)

1. 래크와 피니언으로 구성되는 전동 기구에서 피니언이 정상적으로 작동된 상태를 유지하기 위하여 래크가 이동한 상태를 유지할 수 있도록 하는 피니언 샤프트 역회전 방지 장치를 형성함에 있어서,

   래크가 이동하는 방향에 대하여 교차하는 방향으로 슬라이딩 플레이트가 액튜에이터의 동력으로 왕복 이동 가능하게 설치되어, 피니언을 정방향으로 회전시키기 위하여 작동된 래크에 상기 슬라이딩 플레이트가 접촉하게 되어 래크의 후진을 방지하게 되는 것을 특징으로 하는 피니언 샤프트의 역회전 방지 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 래크와 슬라이딩 플레이트는 서로 접촉하는 면에 각각 경사면이 형성되어 기구적인 오차에 대하여 원활하게 접촉할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 피니언 샤프트의 역회전 방지 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 슬라이딩 플레이트가 별도의 가이드에 지지되어 래크의 추력에 대응할 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 피니언 샤프트의 역회전 방지 장치.