KR20110037797A - 원호운동 변환 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터 등의 회전동력발생수단에서 발생하는 회전운동의 방향을 직선운동으로 변환 하고 이를 다시 원호운동으로 변환하는 장치 및 방법에 관한 것으로서,

회전동력발생수단에 의해 회전 구동되어 회전 동력을 전달하는 회동축 및 기어 등과 같은 동력전달수단으로 구성되는 구동부(A)등에 의해 일측과 연동되는 편심캠(B)이 회전운동(1차 편심회전운동)을 하되 상기 편심캠(B)의 일측에 연결되어 2차 직선왕복운동하는 연결로드(C)와, 상기 연결로드(C)와 핀(p)등의 결착수단으로 연결되는 구동홈(h, h')과, 일측이 힌지축(t)에 고정되는 것이 구비되는 상하 운동변환부재(D)로 3차 원호운동을 함에 있어 편심캠 회전운동을 증폭시켜 원호운동 되도록 구성되어 최종적으로 편심회전운동을 직선운동으로 변환한 후 다시 증폭된 원호운동으로 변환하는 원호운동 변환 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

운동변환장치, 편심캠, 원호운동, 연결 로드

Description

원호운동 변환 장치 및 그 방법{Transfomational device for circular arc exercise and that method}

본 발명은 편심회전운동을 직선운동으로 변환 후 다시 원호운동으로 운동방향을 변환시키되 편심캠의 회전반경 최대한 활용하여 최종적으로 증폭된 원호운동을 이용할 수 있도록 구성된 장치 및 방법에 관한 것으로 편심회전운동을 직선운동으로 변환한 후, 다시 원호운동으로 변환할 시 편심캠의 회전반경을 최대한 효율적으로 이용하여 최종적인 운동부재의 원호운동의 양을 증폭시킴으로 이를 이용한 다양한 기계장치 및 방법을 적용 가능토록하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

통상적으로 내연기관이나, 전기를 통해 공급되는 회전동력과 연동되어 회전하는 편심캠으로 운동방향을 변환하여 이용하는 기계는 다양하게 개발되어지고 있다. 즉 1차 운동방향의 변환에 의한 방법이 적용되는 장치는 일반적으로서, 편심회전운동을 직선왕복운동 또는 원호운동으로 변환시켜 사용하는 것은 일반적이라 하겠다.

그러나 상기와 같은 편심캠에서 직접적으로 원호운동 또는 직선왕복운동으로 운동방향을 변환하여 사용하는 변환수단에 있어서는 변환수단 자체가 저항을 받게 되고 따라서 운동방향을 전환하는 편심캠에 직접적으로 저항이 전달될 뿐만 아니라 동력의 전환 전달하는 최종점 편심캠이 구성됨으로 편심캠에 부여되는 부하와 구동상의 비효율성을 극복하기 어렵다.

이러한 캠을 이용한 운동방향변환수단이 적용된 기술을 살펴보면, 특허 등록번호 10-0740602호 전동칫솔의 구동장치의 내용을 살펴보면 칫솔질이 자동으로 이루어질 수 있도록 하는 전동칫솔의 구동장치에 있어서, 전동칫솔 내에 장착되는 하우징과, 하우징의 하부에 장착되며 그 하단에 배터리에 접속되는 단자가 구비되는 구동모터와, 구동모터의 회전축에 결합되는 구동기어와, 하우징의 일측에 수직으로 회전가능하게 설치되며 상기 구동기어에 맞물리는 동력전달기어와, 동력전달기어에 일체로 형성되는 편심캠과 편심캠에 맞물려지는 원호상 곡면부가 하단에 형성되는 링크부재와, 링크부재의 상단에 결합되며 상기 편심캠의 회전에 따라 상하좌우로 회전되는 칫솔모 암 및 하우징과 칫솔모 암 사이에 개재되어 링크부재의 원호상 곡면부가 상기 편심캠에 항상 맞물리도록 탄성력을 제공하는 코일스프링으로 구성된 전동칫솔의 구동장치가 게시되어 있다. 위 기술의 경우 기본적으로 편심캠에 연동되는 링크부재 운동변환을 이용한 전동칫솔의 구동장치에 관한 것으로 편심운동을 1차적으로 운동변환하여 이를 이용한 기술이 기재되어 있다.

이상 살펴본바와 같이 종래에 있어 편심캠을 이용한 편심회전운동을 일차적 으로 운동방향을 변환 운동시켜 이용하는 기술이 통상적이나 이러한 기술의 경우 상대적으로 작은 힘이 소요되는 구성의 경우 적용이 용이 할 수도 있으나 상대적으로 높은 마력과 회전력이 사용되고, 최종 구동시 저항을 많이 받는 기계적 장치에는 편심캠에 직접적인 부하가 많이 걸리어 문제점이 많이 발생하고 효율 또한 높지 않은 문제점 있다.

또한 최종적인 운동부재의 운동 이동폭을 높이기 위하여서는 편심캠의 회전반경을 높여야 하는데 이러한 회전반경이 크면 클수록 높은 원심력이 편심캠에 발생하게 되고 따라서 높은 RPM이 요구되는 장치 또는 최종 운동부재의 운동폭이 큰 장치에는 적용하여 사용하는 것이 어려운 것이 현실이다.

따라서 편심캠을 이용한 회전운동의 운동변환장치에 있어 편심캠에 부하가 적게 걸리면서 다양한 운동방향의 변환을 이루는 장치 특히 편심회전운동을 직선운동으로 변환시키고 이를 다시 원호운동으로 변환하는 장치에 있어 최종적으로 운동의 양을 즉폭시켜 사용할 수 있는 방법 및 장치에 대한 기술의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출해낸 것으로서,

편심캠을 이용한 원호운동의 운동방향변환을 보다 효율적으로 수행함과 아울 러 편심캠의 회전운동을 최대한 효율적으로 원호운동으로 변경하여 사용하고자 하는 것이다. 즉 편심캠의 편심회전력을 직선왕복운동으로 변환한 후, 이를 다시 원호운동으로 변환하는 방법 및 기술을 제공함에 있어 적은 편심량으로도 최종적으로 증폭된 거리의 원호운동이 이루어질 수 있도록 하는 것을 주안점으로 창안한 것으로 이를 이용하여 RPM이 크거나 대용량의 전력이 사용되는 편심캠을 이용하여 원호운동을 발생시키는 장치에 적용하여 사용할 수 있는 장치 및 방법을 제공함에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성해낸 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여 편심캠(B)의 회전운동을 직선왕복운동으로 변환하는 연결로드(C)와 상기 연결로드(C)의 직선운동을 원호운동으로 전환하는 운동변환부재(D)로 구성하되,

상기 연결로드(C)를 운동변환부재(D)에 연결함에 있어 일측이 힌지축(h)으로 고정된 운동변환부재(D)에 구동홈(h)을 구성하여 상기 구동홈(h)과 걸림 고정된 연결로드(C)가 직선왕복운동을 할 시 연동되는 구동홈(h)의 위치변경에 따라 운동변환부재(D)가 원호운동을 이행할 수 있도록 하되, 상기 운동변환부재를 상하부로 나누어 운동변환부재를 구성하되 각각의 구동홈(h,h')을 모두 포함하게 핀 등으로 하나의 연결로드(C)로 연결되고, 상기 구동홈(h, h')들은 연결로드(C)와의 결착점(p)를 중심으로 서로 각을 이루며 교차 또는 만나게 구성하여 연결로드의 직선운동에 따라 상하부의 운동변환부재(D)는 서로 반대방향으로 원호운동이 될 수 있도록 구 성함으로 이를 해결코자 하였다. 또한, 상기에 있어 구동홈(h)의 모양과 축의 위치에 따라 다양한 운동방향과 이동거리의 변동도 가능토록 하게 하였다.

본 발명에 따른 원호운동 변환 장치 및 그 방법에 따르면 편심캠의 회전을 직선운동변환 후 원호운동함에 있어 서로 반대방향으로 이동되는 부재에 의해 거리가 최종적으로 증폭된 원호운동 효과를 도출하게 됨으로 편심캠에 부하가 많이 걸리는 기기 또는 편심캠을 이용하되 큰 이동거리가 필요한 원호운동하는 기기에 효율적으로 적용시켜 사용할 수 있고, 대용량의 구동체에 있어 편심캠에 집중되는 부하 및 고장 등의 비효율성을 해결하여 안정된 구동관계를 제공함으로 다양한 장치에 적용하여 사용할 수 있는 등 산업전반의 원호운동 구동장치에 있어 널리 적용되어 사용될 수 있는 그 효과가 큰 발명이라 하겠다.

통상의 회전동력발생장치인 내연기관, 모터 등에 의해 회전동력이 발생하면 기계적 동력전달수단인 다양한 기어, 캠, 축 등에 의해 동력이 전달되고 이러한 회전동력을 이용하여 다양한 산업기계의 실행수단으로 사용되고 있고, 이러한 회전운동의 방향을 변환하여 사용하는 기계적 장치 중에서 편심캠을 이용하여 운동방향을 전환하여 사용을 많이 하고 있다.

상기 방법들은 앞서 종래기술에서 간략 기술한 바와 같이 다양한 기계장치의 운동변환에 적용되어 사용되고 있고, 이에 따라 편심캠을 이용하여 회전운동을 기타 다른 운동방향으로 전환하여 사용하는 장치에 있어서 1차적인 변환 즉, 편심회전운동을 다양한 방향의 운동으로 전환하여 사용하고 있는 것이 일반적인 사실이다.

본 발명에서는 이러한 운동에 있어서, 편심회전운동을 원호운동으로 전환하여 사용하는 장치 및 방법에 있어서 사용상의 효율성과 안정성 등을 높여 다양한 기계장치에 적용하여 사용할 수 있는 것을 제공하기 위한 것으로 통상 편심캠을 이용한 운동방향 변환을 통하여 원호운동을 하는 동력장치의 경우 원호운동 매체의 움직임의 범위는 편심캠의 크기에 의해 결정이 되기 때문에 원호운동을 크게하기 위하여 편심캠의 지름을 크게 하면 원심력이 발생하기 때문에 고속회전이 불가능하고 따라서 높은 rpm을 요구하는 장치에서는 편심캠의 지름이 크면 구동이 불가능하였다. 또한 원호운동의 동력변환의 직접적인 매개체가 되기 때문에 RPM이 높거나 원호운동으로 연결되는 운동체의 무게 또는 운동량에 따라 직접적으로 부하가 크게 걸리는 문제점이 발생하여 파손 및 지속적 사용이 불가능하고 특히 전력소모가 큰 대용량의 기계장치에는 적용하여 사용하는 것이 불합리한 것이다.

이에 본 발명은 동일한 편심캠의 회전력을 이용하여 원호운동의 범위를 증폭시켜 사용할 수 있는 장치 및 방법에 관한 것으로 운동방향에 따라 편심운동(1차), 직선운동(2차), 원호운동(3차)의 순으로 변경하여 원호운동을 진행함에 있어 원호운동(3차)의 운동 범위를 증폭하여 기기에 적용할 수 있도록 하는 방법을 달성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 보다 상세하게 설명하면 도 1,2에 도시된 바와 같이 회전동력발생수단에 의하여 회전운동이 축 또는 기어 등의 운동전달수단인 구동부(A)를 통하여 일측에 연결 구성되는 편심캠(B)에 전달되어 편심회전운동을 수행하게 된다.(1차 편심회전운동) 상기의 구동부(A)는 적용되는 장치 및 상황에 따라 다양하게 구성할 수 있으며, 경우에 따라서는 회전동력원에 축으로 편심캠(B)을 직접 연결하여 구성할 수도 있다.

상기 편심캠(B)의 일측으로 연결로드(C)를 연결 구성하되 편심캠(B)의 회전에 따라 연동되게 연결로드(C)를 구성한다. 상기 연결로드(C)는 연결된 편심캠(B)의 회전에 따라 직선왕복운동을 하게 되는데 필요에 따라 연결로드(C)의 운동을 안내하는 안내가이드(미도시)를 구성할 수도 있다.(2차 직선왕복운동)

도 1,2에 도시된 바와 같이 상기 연결로드(C)에 일측으로 연결되어 원호운동을 하게 되는 운동변환부재(D)가 연결 구성되는데, 상기 운동변환부재(D)는 일측이 회전가능하게 바탕이 되는 본체(미도시)의 일측에 힌지축(t)으로 고정되고 구동홈(h)이 구비되되 상기 연결로드(C)와 구동홈(h)이 상호 연동되어 구동될 수 있도록 연결 결착 구성한다. 이때 상기 구동홈(h)에 연결로드(C)를 이동가능토록 구성하는 것은 구동홈(h) 상하부에 연결로드를 한쌍으로 구비하고 구동홈(h)을 포함하 여 핀 결합함으로 구성 할 수도 있고, 하나의 연결로드(C)를 구동홈(h)의 상부 또는 하부 일측으로 연장시켜 걸림수단을 이용하여 구동홈(h) 내에서 연결로드(C)가 상호 연동되게 걸림 연결하여 구성할 수도 있는 등 다수의 공지의 연결수단을 이용하여 적용이 가능하다.

따라서 힌지축(t) 고정된 운동변환부재(D)는 연결로드(C)의 직선왕복운전에 따라 구동홈(h)이 연동되어 이동하게 되고 따라서 상기 운동변환부재(D)가 운동을 하게 되는 것이다.

상기 운동변환부재(D)가 원호운동을 하기 위해서는 상기 구동홈(h)의 구성방향이 중요한데 직선왕복수단인 상기 연결로드(C)의 운동방향과 교차하는 사선방향으로 구동홈(h)을 구성하면 상기 연결로드의 직선운동에 따라 구동홈(h)이 연동되고 따라서 상기 운동변환부재(D)는 원호운동을 하게 되는 것이다.

도면 3, 4를 참고로하여 설명하면 상기와 같은 기본적 구성에 있어서 운동범위의 증폭에 관련에 관련하여 좀더 자세하게 설명하기로 한다. 상기 구동홈(h)과 회전축(h)에 의해 고정되는 구성요소를 구비한 운동변환부재(D)를 상하부로 구성하여 구동을 수행하는 것으로, 앞서 기술한 기본적구성에 있어 구동홈(h)의 형성방향에 따라 운동변환부재(D)가 원호운동을 함을 알 수 있는데, 이러한 원리를 이용하여 상하 운동변환부재(D)의 구동홈(h,h')의 형성방향을 서로 교차하는 방향으로 형성하면 상하 운동변환부재(D)는 서로 반대방향으로 원호운동을 하게 되고 따라서, 동일한 지름의 편심캠의 회전을 이용하여 양측으로 운동범위를 넓게 할 수 있으므로 운동범위를 증폭시키는 효과가 발생하는 것이다. 좀더 상세히 설명하면 상기 각각의 구동홈(h, h')은 앞서 언급한 바와 같이 연결로드(C)의 운동방향과 교차하는 사선방향으로 구성되되 모두 포함하게 연결로드(C)로 연결되고, 상기 연결로드(C)와 상기 구동홈(h,h')들과의 결착점(p)를 중심으로 서로 각을 이루며 교차 또는 만나게 구성한다. 이에 따르면 연결로드(C)의 직선운동에 따라 각각의 운동변환장치(D,D')는 각각의 구동홈(h,h')에 이동에 따라 상호 반대방향으로 원호운동하게 되는 것이다.

상기 운동변환장치(D) 하나를 편심캠으로 구동하였을 때 움직이는 운동범위를 W라고 표현한다면, 상기와 같이 상하 두개의 운동면환장치(D,D')를 이용하였을 경우 동일조건이라면 각각 반대방향으로 W만큼씩 이동할 것임으로 그 범위는 W1+W2 가 되어 이동범위가 2배로 증폭되는 것이다. 따라서 동일한 편심캠의 회전으로 넓은 범위를 포함할 수 있는 운동영역이 형성되게 되어 이러한 방법 및 장치를 이용하면 다양한 기기에 효율적으로 적용이 가능하다.

이때 상기와 같이 하나의 연결로드(C)로 두개의 운동변환장치(D, D')를 하나로 연결하여 구동할 수 있지만 필요에 따라서는 상기의 운동변환장치(D, D')들의 구동홈(h,h')이 겹침 되지 않게 구성하여 각각에 대응하는 연결로드(C, C')를 별도구성 하여도 동일한 운동을 완성할 수도 있다. 즉, 운동장치의 필요성에 따라 다수개의 연결로드와 이에 대응하는 각각의 구동홈을 가진 운동변환장치를 별도 구성하 여 운동범위를 증폭하여 구동이 가능한 것이다.

도 5, 6에 도시된 바와 같이 증폭되는 운동의 폭을 다양하게 조절할 수도 있는데 상기에서 언급한 바와 같이 운동변환부재(D)는 일측이 힌지축(t)으로 고정되고 상기 힌지축(t)과 상기 구동홈(h, h')상의 연결로드(C)의 결착점(p)의 거리에 따라 원호운동의 폭을 달리 할 수도 있다. 즉, 도 5와 같이 동일 조건상에서 상기 힌지축(t)과 결착점(p)의 거리가 멀면 원호운동의 폭이 좁고 편심캠(B)의 회전에 걸리는 부하 또한 적으며, 짧으면 원호운동의 폭이 넓게 되고 이에 따라 편심캠(B)의 회전에 걸리는 부하는 크게 되는 것을 알 수 있다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이 구동홈(h, h')들의 교차각에 따라 이동범위를 다르게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주는 분해도

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주는 예시도

도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주는 평면도

도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주는 평면도

도 5는 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주는 평면도

도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예를 보여주는 평면도

(도면 주요부호에 대한 설명)

A : 구동부 B : 편심캠 C, C' : 연결로드

p : 결착점 D : 운동변환부재 h, h': 고정홈

t : 힌지축 p : 결착점

Claims (10)

1. 동력수단에 의해 회전 구동되는 구동부;

   상기 구동부의 일측에 편심캠을 형성하여 편심회전운동(1차 편심회전운동)이 이루어지도록 하는 편심캠;

   상기 편심캠에 일측이 연결되어 편심캠의 운동에 연동되어 전후 직선왕운동(2차 직선왕복운동)하며 전방으로 연장되어 형성되는 연결로드;

   이중으로 겹침구성이 되고 일측이 회전가능하게 본체에 힌지축 고정되며 각각 구동홈이 구비되되 상기 연결로드가 상기 구동홈들 상을 이동가능토록 연결 결착되어 구성하되 각각의 구동홈들이 연결로드와의 결착점을 중심으로 서로 각을 이루며 교차 또는 만나거나 연장할 시 교차하게 각각의 구동홈을 구성하여 연결로드의 직선운동에 따라 상기 서로 반대방향으로 원호운동(3차 원호운동)이 되는 운동변환부재로 구성되는 것을 포함하는 원호운동 변환 장치
2. 제 1항 에 있어서,

   상기 편심캠과 연동되는 연결로드를 다수개 구성하되 각각 운동변환부재의 고정홈부와 결착되어 구성되어지는 것을 포함하는 원호운동 변환 장치
3. 제 1항 또는 2항에 있어서,

   상기 결착점을 중심으로 서로 각을 이루며 교차 또는 만나거나 연장할 시 교차하게 구성되는 각각의 고정홈의 교차각은 하나의 내각이 0도 초과 90이하 인 것을 특징으로 하는 원호운동 변환 장치
4. 동력수단에 의해 회전 구동되는 구동부;

   상기 구동부의 일측에 편심캠을 형성하여 편심회전운동(1차 편심회전운동)이 이루어지도록 하는 편심캠;

   상기 편심캠에 일측이 연결되어 편심캠의 운동에 연동되어 전후 직선왕운동(2차 직선왕복운동)하며 전방으로 연장되어 형성되는 연결로드;

   일측이 회전가능하게 본체에 힌지축 고정되고 구동홈이 구비되되 상기 연결로드가 상기 구동홈 상을 이동가능토록 연결 결착되어 형성되는 원호운동(3차 원호운동)을 하는 운동변환부재로 구성되는 것을 포함하는 원호운동 변환 장치
5. 제 1항 또는 4항에 있어서,

   상기 운동변환부재의 구동홈은 상기 직선왕복수단의 연결로드와 운동방향과 교차하는 사선 방향으로 구성하여 힌지축을 중심으로 원호운동이 되도록 구성하는 것을 포함하는 원호운동 변환 장치
6. 동력수단에 의해 편심회전운동하는 편심캠의 회전운동을 연결로드를 통하여 일측방향으로 직선왕복운동으로 변환하고,

   상기 연결로드의 운동과 연동되는 고정홈부가 각각 형성된 운동변환부재를 이중으로 겹침하여 일측이 본체에 힌지축 고정시켜 구성하되 각각의 구동홈들이 연결로드와의 결착점(p)을 중심으로 서로 각을 이루며 교차 또는 만나거나 연장할 시 교차하게 구동홈을 구성하여 연결로드의 직선운동에 따라 상기 운동변환부재가 반대방향으로 원호운동이 되게 하는 것을 특징으로 하는 원호운동 변환 방법
7. 제 6항 에 있어서,

   상기 편심캠과 연동되고 분리된 연결로드를 구분하여 각각 운동변환부재의 고정홈부와 결착되게 하는 것을 포함하는 원호운동 변환 방법
8. 제 6항에 있어서,

   상기 운동변환부재의 구동홈의 교차각을 변경함에 따라 원호운동의 폭이 조절되도록 구성 것을 포함하는 원호운동 변환 방법
9. 동력수단에 의해 편심회전운동하는 편심캠의 회전운동을 연결로드를 통하여 일측방향으로 직선왕복운동으로 변환하고,

   일측이 회전가능하게 힌지축 고정되고 구동홈이 구비되된 운동변환부를 통하여 상기 연결로드의 직선왕복운동을 운동변환부재의 원호운동으로 변환시키는 것을 포함하는 원호운동 변환 방법
10. 제 6항 또는 9항에 있어서,

    상기 운동변환부재의 힌지축과 구동홈의 거리를 변경함에 따라 원호운동의 폭이 조절되도록 구성 된 것을 포함하는 원호운동 변환 방법

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