KR20100005961U

KR20100005961U - 고속 회전 너트 런너

Info

Publication number: KR20100005961U
Application number: KR2020080016134U
Authority: KR
Inventors: 김영춘
Original assignee: 주식회사 에스에프에이
Priority date: 2008-12-03
Filing date: 2008-12-03
Publication date: 2010-06-11

Abstract

본 고안은 고 토크 저속 너트 런너의 회전속도를 향상시키기 위해서, 서보모터의 축 상에 역회전 방지 래칫핸들(ratchet handle)을 장착하고 서보모터 측 구동기어와 맞물리게 에어모터 측 구동기어를 장착하여 저 토크 체결구간에서는 서보모터의 회전속도 이상으로 에어모터를 고속 회전시켜 육각렌치를 회전시키고, 고 토크 체결구간에서는 에어모터보다 토크력이 센 서보모터의 회전력으로 육각렌치를 회전시켜 너트나 볼트를 체결하기 위한 고속회전 너트 런너 기구 구조에 관한 것이다.

고안된 고속회전 너트 런너를 사용할 경우, 볼트나 너트의 체결시간을 현저하게 단축시키면서도 정확한 토크의 체결로 체결불량을 감소시킬 수 있게 된다.

에어모터(air motor), 래칫핸들(rachet handle), 너트 런너(nut runner), 토 크제어

Description

고속 회전 너트 런너{HIGH SPEED NUT RUNNER}

본 고안은 고 토크 저속 너트 런너의 회전속도를 향상시키기 위해서, 서보모터의 축 상에 역회전 방지 래칫핸들(ratchet handle)을 장착하고 서보모터 측 구동기어와 맞물리게 에어모터 측 구동기어를 장착한 구조에서 볼트나 너트를 체결할 경우, 고속 저 토크 영역에서는 공압을 이용한 에어모터의 고속 회전으로 너트 런너를 회전시키고, 체결력이 증가하는 저속 고 토크 영역에서는 서보모터의 회전력으로 체결하기 위한 고속회전 너트런너 기구구조에 관한 것이다.

볼트(bolt), 너트(nut), 스크루(screw)나 피스(piece)의 나사부품에 의한 부품조립에 사용되는 체결공구로는 피스작업에 스크루드라이버, 볼트 및 너트 작업에는 임팩터 렌치(impact wrench) 및 너트 런너 등이 사용되며 안정된 죔 토크를 필요로 하는 부분에는 전기 서보식 너트런너를 사용한다.

임팩트 렌치는 자동차 타이어 교환, 기계제작 및 수리에 주로 사용되며 볼트나 너트에 일정한 공압으로 타격을 가하면서 체결하는 공구로 정밀을 요구하지 않고 단순한 체결작업에 사용한다.

너트런너는 서보모터(servo motor)를 회전시켜 볼트나 너트 등의 체결 부품 을 회전시켜 체결하는 공구이다. 전기서보(AC servo)식 너트런너는 브러쉬(brush) 교환이 필요 없고, 스퀀스(sequence) 제어가 용이하며, 고정밀도의 토크제어가 가능하다. 따라서 전기 전자 부품의 조립 라인에서부터 자동차 생산라인, 정밀 기계제작 및 수리 등 광범위하게 사용된다.

너트런너는 자동화 생산라인에서 많이 사용됨에 따라 너트런너의 위치 제어 및 정확한 죔 토크에 대한 기술적 요구가 많다. 대한민국 공개특허(10-2005-0108016) '너트 런너 시스템 및 이를 이용한 토크 자동 캘리브레이션 방법'에서는 토크 변동 여부를 자동으로 체크하고, 변동 토크 값을 자동 보정하는 할 수 있도록 기술하고 있으며, 대한민국 등록특허(10-0750887) '너트런너의 부품 체결 방법'에서도 너트런너를 이용하여 체결된 부품의 체결 품질을 현저하게 향상시킬 수 있으며, 너트런너의 이상 유무를 감지할 수 있는 방법을 기술하고 있다.

너트런너는 자동차의 타이어 훨, 실린더헤드 조립과 같이 다수의 볼트나 너트를 동시에 체결하는 공구로 많이 알려져 있다. 대한민국 등록특허(10-0471274) '너트런너 운용 시스템'에서는 임팩트 렌치를 대체하고 다차종의 혼류생산에 유연하게 대응하는 너트런너의 운용시스템에 대해 기술하고 있으며, 대한민국 공개특허(10-2007-0014331) '타이어 휠 장착용 너트런너' 에서는 다차종의 타이어 휠의 장착작업에 대해 공용성을 갖도록 한 것을 기술하고 있다.

자동화 생산라인에 적용되는 너트런너의 기술이 활발히 발명되고 있지만 철골조 체결, 교량 구조물의 체결, 선박이나 중장비의 체결에 적용되는 너트런너의 발명은 미비한 실정이다. 상기와 같은 작업환경에서는 하이텐션(high-tension) 고 장력 볼트나 너트를 사용함에 따라 고토크 저속 너트런너를 많이 사용한다.

상기와 같은 작업환경 특성상 너트런너를 자동화하기가 힘들기 때문에 작업자가 휴대가 가능할 정도로 가벼워야 하며, 작업속도를 높이는 너트런너의 고안이 절실하다.

철골조, 교량, 선박부품 및 중장비 부품을 체결하기 위해서는 하이텐션 고장력 볼트나 너트를 사용한다. 이를 체결하기 위한 공구로 고토크 저속 너트런너를 많이 사용하고 있다.

고토크 저속 너트런너는 회전속도가 수∼수십RPM으로 매우 저속으로 구동됨에 따라 체결하는 작업시간이 길어지는 점과 장시간 작업을 하는 작업자에게 피로를 증가시키고 있다는 점이 단점으로 지적되고 있다.

따라서 본 고안은 저 토크 영역에서 너트런너의 회전속도를 높이기 위하여 기존의 너트런너에 부가적인 공압장치를 추가하여, 저 토크 영역 너트 체결 시에는 에어모터의 고속 회전으로 너트런너를 회전시키고, 고 토크 영역 너트 체결 시에는 서보모터의 회전력으로 체결하여 기존의 고 토크 저속 너트런너의 단점을 해결하고자 한다.

물론 서보모터의 회전축에는 역회전 방지 래칫핸들(ratchet handle)을 장착하여 에어모터 축회전이 서보모터 축회전을 간섭하지 못하는 구조로 고안되었다.

본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하고자 고안한 것으로서, 고 토크 저속 너트런너의 회전속도를 향상시키기 위해서 서보모터(10)의 축 상에 래칫핸들(20)을 장착하고 서보모터 측 구동기어(11)와 맞물리게 에어모터 측 구동기어(31)를 장착하여, 볼트나 너트를 체결할 경우 저토크 영역에서는 공압을 이용한 에어모터(30)의 고속 회전으로 너트런너를 회전시키고 고 토크로 너트를 체결할 때는 서보모터(10)의 회전력으로 체결함으로써 그 문제점을 해결하고자 한다.

정확한 토크 제어를 위해 토크 측정 센서(50)는 종동기어(40)와 육각렌치(70)사이에 설치되어 최종 출력되는 육각렌치(70)의 토크를 측정하고, 그 측정값은 센서 커넥터(51)를 통하여 인디게이터(indicate) 및 제어장치와 연결되도록 한다.

고 토크 저속 너트런너가 사용되는 작업환경 특성상 작업자가 휴대가 가능해야 한다. 따라서 휴대하기 쉽게 가볍고 견고하여야 한다. 이와 같은 것을 만족하기 위해 너트런너 프레임(1)은 경합금 재질로 구성시켜 각각의 동력전달장치 부품이 휨이나 비틀림이 최소화 되도록 고안되었다.

기존의 너트 런너에 부가적으로 공압장치를 추가 설치할 경우, 하이텐션 고장력 볼트나 너트를 체결하는 시간이 기존의 방법에 비해 현저하게 빨라진다. 이로 인해 작업효율이 향상되고 작업기간도 단축할 뿐만 아니라, 경량의 너트 런너를 사용함에 따라 작업자에 축적되는 피로도가 낮아지는 이점이 있으며, 정밀한 토크로 체결됨에 따라 체결불량을 감소시킬 수 있게 된다.

상기 서보모터(10)는 회전동력을 발생시키며, 서보모터 측 구동기어(11)에 토크를 전달한다. 서보모터 측 구동기어(11)과 종동기어(40)는 일정한 기어비로 구성된 감속기로서 서보모터의 회전속도를 낮추어 토크(torque)를 높이는 역할을 한다.

정확한 토크 제어를 위하여 토크 측정 센서(50)는 종동기어(40)와 육각렌치(70)사이에 설치되어 최종 출력되는 육각렌치(70)의 토크를 측정하고, 그 측정값은 센서 커넥터(51)를 통하여 인디게이터(indicate) 및 제어장치와 연결되도록 한다.

무부하 및 저 토크 영역에서 너트런너의 회전속도를 높이기 위하여 부가적으로 공압을 사용한다. 압축공기는 작업자의 온오프(on/off) 스위치에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브(32)에 삽입된 에어관로(33)로 통해 에어모터(30)로 전달되어 구동시키고, 에어모터(30)는 에어모터 측 구동기어(31)를 구동시켜 기존의 너트런너의 동력전달장치를 거쳐 구동력을 육각렌치(70)에 전달한다.

에어모터(30)가 구동할 경우, 에어모터 측 구동기어(31)는 고속으로 회전한다. 이때 서보 모터(10)로 회전력이 전달되는 것을 방지하고, 고 토크영역에서는 서보모터(10)의 높은 토크가 필요함에 따라 서보모터(10)와 서보모터 측 구동기어(11)사이에 역회전 방지 래칫핸들(20)을 설치하여 회전력이 한 방향으로만 전달되도록 한다.

철조 체결용, 교량이나 선박 체결용으로 사용되는 고 토크 저속 너트런너는 작업환경 특성상 작업자 휴대가 가능해야 하며, 휴대시 가벼울 뿐만 아니라 고 토크에 대응할 정도로 견고하여야 하므로 이를 만족시키기 위해서 너트런너 프레임 (1)은 경합금 재질로 이루어져 각각의 동력전달장치 부품이 휨이나 비틀림이 최소화 되도록 설계한다.

도 1은 고속 회전 너트 런너의 내부 정면 사시도

도 2는 고속 회전 너트 런너의 내부 후면 사시도

도 3은 고속 회전 너트 런너의 정면도

도 4는 고속 회전 너트 런너의 프레임 정면 사시도

＜도면의 주요부분에 대한 부호 설명＞

1 : 프레임, 10 : 서보모터, 11 : 서보모터 측 구동기어, 20 : 역회전 방지 래칫핸들(ratchet handle), 30 : 에어모터, 31 : 에어모터 측 구동기어, 32 : 솔레노이드 밸브, 33 : 에어관로, 40 : 종동기어, 50 : 토크측정 센서, 51 : 센서 커넥터, 60 : 커플링, 70 : 육각 렌치

Claims

에어모터(30)와 서보모터(10)의 회전에 있어서, 서보모터(10)의 축 상에 역회전 방지 래칫핸들(20)을 설치하여 에어모터(30)가 고속 저 토크로 구동할 경우 서보 모터(10)로 회전력이 전달되는 것을 방지하고, 저속 고 토크 영역에서는 에어모터(30)의 토크와 서보모터(10)의 토크가 합산되어 체결력을 향상시키는 것을 특징으로 하는 고속회전 너트런너
청구항 1에 있어서 에어로 구동되는 고속 저 토크 에어모터(30)를 대체할 수 있는 전기로 구동되는 고속회전모터를 사용하는 것을 특징으로 하는 고속회전 너트런너
토크렌치에 있어서, 토크측정센서(50)의 측정값을 작업전 입력된 도달하면 자동으로 에어모터(30)와 서보모터(10)의 기동을 동시에 중지시켜 체결작업이 자동으로 종료됨을 특징으로 하는 고속회전 너트런너