KR20180014262A

KR20180014262A - 전동 클램핑 장치

Info

Publication number: KR20180014262A
Application number: KR1020160095811A
Authority: KR
Inventors: 김종원; 박수민; 배장호; 박정애; 추경성; 강정훈; 빌렉트 에르헤스
Original assignee: 에너지움 주식회사; 서울대학교산학협력단
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-08
Also published as: US20180051725A1; KR101911234B1; US10544813B2; CN109843510A

Abstract

본 발명은 모터를 구동원으로 사용하여 전체 사이즈를 축소시키고, 구동력 전달 메커니즘으로 슬라이딩 크랭크부 및 변형된 토글링크부를 적용하여 파지 토크를 크게 향상시킬 수 있는 전동 클램링 장치를 제공하는데 있다.
이를 위해, 본 발명은 판넬의 일측을 클램핑 하여 고정시키기 위한 전동 클램핑 장치에 있어서, 본체와, 상기 본체 내부에 설치되며, 구동력을 발생시키는 구동모터와, 상기 판넬을 클램핑 또는 언클램핑하는 클램프부와, 상기 클램프부와 연결 설치되며, 상기 클램프부에 회전력을 전달하여 상기 클램프부를 회전시키는 토글링크부와, 상기 구동모터와 연결되어 상기 토글링크부에 구동모터의 구동력을 전달하는 구동력 전달부 및 일측은 상기 구동력 전달부와 연결되고 타측은 토글링크부를 향해 수직된 방향으로 절곡 형성된 상태로 상기 토글링크부의 일측과 연결되어 상기 구동력 전달부의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시켜 토클링크부를 작동시키는 슬라이딩 크랭크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치를 제공한다.

Description

전동 클램핑 장치{ELECTRICAL CLAMPING APPARATUS}

본 발명은 클램핑 장치에 관한 것으로, 모터를 구동원으로 사용하여 전체 사이즈를 축소시키고, 개선된 구동력 전달 메커니즘을 통해 파지 토크를 향상시켜 안정적으로 판넬을 클램핑할 수 있도록 하는 전동 클램핑 장치에 관한 것이다.

일반적으로 클램핑 장치는 판넬 등의 절삭, 판금, 용접 등의 가공 작업 시에 판넬이 움직이지 않도록 고정시켜주기 위한 장치로서, 각 가공 작업마다 판넬의 단면형상에 따라 파지 토크나 규제 부위 등이 상이하며 클램핑 장치의 구조 또한 상이하다.

종래의 클램핑 장치는 판넬이 안착되는 로케이터와 판넬을 지지하는 클램프와, 공압 또는 유압에 의하여 구동력을 발생시키는 작동 실린더 및 구동력을 전달 받아 클램퍼를 회전시키는 링크부를 포함한다.

이러한 클램핑 장치는 작동 실린더로 작동압이 공급되면, 작동로드가 상승하면서 작동로드에 의해 링크부가 작동되고 링크부와 연결된 클램퍼가 힌지 작동에 의해 그 선단이 회전하여 판넬을 클램핑하게 된다.

그러나 상기와 같은 종래의 클램핑 장치는 작동 실린더를 동력원으로 사용하는 바, 작동 실린더 및 공압 배관을 설치할 경우, 클램핑 장치의 크기가 커질 뿐만 아니라, 작동 구조도 복잡해지는 단점이 있다. 더욱이, 상기 클램핑 장치의 제조비용도 그 만큼 증가하는 문제점이 있다.

또한, 다양한 두께를 가진 판넬을 클램핑하기 위해서는 파지 토크를 변화시기기 위해 구동력 전달 메커니즘을 조종을 하거나, 출력이 다른 구동부를 가지 별도의 클램핑 장치를 준비해야만 되는 문제점이 있었다.

이에 따라 동일한 구동 토크에 의해 다양한 두께에 판넬을 파지할 수 있도록 파지 토크를 향상시킬 수 있는 구동력 전달 메커니즘의 개발을 필요로 하였다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모터를 구동원으로 사용하여 전체 사이즈를 축소시키고, 구동력 전달 메커니즘으로 슬라이딩 크랭크부 및 변형된 토글링크부를 적용하여 파지 토크를 크게 향상시킬 수 있는 전동 클램링 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 판넬의 일측을 클램핑 하여 고정시키기 위한 전동 클램핑 장치에 있어서, 본체와, 상기 본체 내부에 설치되며, 구동력을 발생시키는 구동모터와, 상기 판넬을 클램핑 또는 언클램핑하는 클램프부와, 상기 클램프부와 연결 설치되며, 상기 클램프부에 회전력을 전달하여 상기 클램프부를 회전시키는 토글링크부와, 상기 구동모터와 연결되어 상기 토글링크부에 구동모터의 구동력을 전달하는 구동력 전달부 및 일측은 상기 구동력 전달부와 연결되고 타측은 토글링크부를 향해 수직된 방향으로 절곡 형성된 상태로 상기 토글링크부의 일측과 연결되어 상기 구동력 전달부의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시켜 토글링크부를 작동시키는 슬라이딩 크랭크부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치를 제공한다.

상기 본체의 상단에는 상기 본체에 대해 수평 방향으로 돌출되도록 설치된 로케이터 몸체가 마련되어 상기 판넬의 단부가 안착되는 로케이터부가 더 포함되며, 상기 로케이터부에는 상기 로케이터 몸체의 단부에 돌출 형성되어 상기 판넬을 지지하는 로케이터 팁이 더 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 클램프부는 상기 본체의 상부에 설치되는 클램프 몸체와, 상기 클램프 몸체의 일측 양 모서리위로부터 하측 방향으로 절곡 형성되어 상기 판넬을 파지하기 위해 상기 본체에 회전 가능하게 설치된 한쌍의 클램프 핑거와, 상기 클램프 몸체의 타측에 상기 로케이터 팁 방향으로 돌출 형성되어 상기 로케이터 팁에 안착된 패널을 파지하는 클램프 팁 및 상기 한쌍의 클램프 핑거를 상기 본체에 대하여 회전 가능하도록 연결시키는 클램프 힌지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 구동력 전달부는 상기 구동모터의 축과 연결되어 구동모터의 구동에 의해 회전되는 웜기어와, 상기 본체의 내부에 축에 의해 지지되며, 상기 웜기어와 치합되도록 설치되어 웜기어와 연동되어 회전되는 웜휠 및 상기 구동모터의 축의 끝단에 설치되어 상기 웜기어가 이탈되는 것을 방지하는 피봇 베어링을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 슬라이딩 크랭크부는 일측이 상기 웜휠의 중심으로부터 외주측 방향으로 소정 간격 이격된 상태로 연결축에 의해 상기 웜휠에 결합된 한쌍의 크랭크 암과, 상기 한쌍의 크랭크 암의 타측이 슬라이딩 이송 가능하도록 각각 설치되어 상기 한쌍의 크랭크 암의 타측을 지지하는 크랭크 슬라이더와, 상기 한쌍의 크랭크 암의 타측에 일체로 연장 형성되되, 상기 토클링크부를 향해 절곡 형성되어 상기 토글링크부와 수직하게 연결되는 한쌍의 제1 링크 및 상기 본체의 양측면에 형성되어 크랭크 슬라이더의 이송을 안내하는 한쌍의 가이드 홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 가이드 홈은 일측이 지면을 향해 하향 경사지도록 형성되어 상기 한쌍의 크랭크 슬라이더의 경사 이송을 안내하는 것을 특징으로 한다.

상기 한쌍의 크랭크 암은 상기 웜휠이 연결된 일측은 회전왕복운동을 하며, 상기 한쌍의 크랭크 슬라이더와 연결된 타측은 직선왕복운동을 하도록 설치된 것을 특징으로 한다.

상기 한쌍의 크랭크 암에는 상기 한쌍의 크랭크 암의 회전 시, 상기 웜휠의 축과의 간섭을 회피하기 위해 크랭크 암의 일측이 상부로 절곡 형성된 절곡부가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

상기 토글링크부는 상기 한쌍의 제1 링크의 단부와 각각 연결되도록 설치되어 상기 한쌍의 제1 링크가 작동 시, 연결부위를 중심으로 회전되는 한쌍의 제2 링크 및 상기 한쌍의 제2 링크 사이에 연결되도록 설치되어 상기 제2 링크의 작동에 따라 상기 클램프 힌지를 회전시키는 제3 링크를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 클램프부가 상기 언클램핑 상태에서는 상기 한쌍의 제2 링크가 상기 한쌍의 제1 링크 사이 중첩된 상태이고, 상기 제3 링크의 일부가 상기 한쌍이 제1 링크 사이에 중첩된 한쌍의 제2 링크 사이에 중첩된 상태이며, 상기 클램프부가 상기 클램프핑 상태에서는 상기 한쌍의 제1 링크에 대해 수평 상태가 되도록 한쌍의 제2 링크가 회전되고, 상기 한쌍의 제2 링크에 대해 수직 상태가 되도록 제3 링크가 회전되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 따른 전동 클램핑 장치에 의하면, 구동모터를 구동원으로 사용함에 따라 종래 작동 실린더 적용 시에 공압이나 유압을 공급하기 위한 연결배관과, 전원공급원을 제외한 별도의 공압 또는 유압 공급장치를 제거할 수 있어 장치의 크기를 최대한 줄일 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 클램프 핑거를 회전시키는 구동력 전달 메커니즘으로 슬라이딩 이송되는 슬라이딩 크랭크부 및 중첩 구조로 이루어진 토글링크부를 적용함에 따라 파지 토크를 월등히 향상시킬 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

이때, 크랭크 암에 대해 제1 링크가 수직 방향으로 일체로 형성되어 크랭크 암과 함께 이동되도록 한 것에 클램프 핑거에 전달되는 각속도를 최대한 줄일 수 있어 종래와 동일한 구동토크를 가지고도 더욱 향상된 파지 토크를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 웜기어와 웜휠로 구성된 구동력 전달부를 통해 정확한 스트로크 조절이 가능하여 일정한 파지 토크를 제공함으로써, 클램핑되는 판넬에 흡집이나 스크레치 등의 발생을 방지할 수 있어 상품성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시에에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 언클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 개략도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동 크램핑 장치의 구조에서 클램핑이 진행되는 상태를 개략적으로 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 개략도.
도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 전달 메커니즘의 작동 상태를 단계별로 개략적으로 나타낸 그래프.
도 7 내지 도 9는 전동 클래프 장치의 최적화 전 및 최적화 후의 구동력 전달 메커니즘의 작동 상태를 단계별로 개략적으로 나타낸 그래프.
도 10은 도 7 내지 도 9를 통해 도출된 최적화 전 및 최적화 후의 파지 토크를 비교하여 나타낸 그래프.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이 때 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다.

이하, 첨부된 도면 도 1 내지 도 10을 참조로 본 발명의 실시예를 설명한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시에에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 언클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

다음, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 개략도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 전동 크램핑 장치의 구조에서 클램핑이 진행되는 상태를 개략적으로 나타낸 개략도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치의 구조에서 클램핑 상태를 개략적으로 나타낸 개략도이다.

다음, 도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 전달 메커니즘의 작동 상태를 단계별로 개략적으로 나타낸 그래프이고, 도 7 내지 도 9는 전동 클래핑 장치의 최적화 전 및 최적화 후의 구동력 전달 메커니즘의 작동 상태를 단계별로 개략적으로 나타낸 그래프이며, 도 10은 도 7 내지 도 9를 통해 도출된 최적화 전 및 최적화 후의 파지 토크를 비교하여 나타낸 그래프이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치(10)는, 본체(100)와, 구동모터(200)와, 클램프부(400)와, 토글링크부(700)와 구동력 전달부(500) 및 슬라이딩 크랭크부(600)를 포함할 수 있다.

이때, 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치는 로케이터부(300)를 더 포함할 수 있다. 물론 판넬의 종류 및 크기에 따라 로케이터부(300)가 설치될 수도 있고, 설치되지 않을 수도 있다.

본체(100)는 사각 형상의 박스체로 형성되고, 본체(100)의 일측에는 후술되는 웜휠(520)이 본체(100) 내부에 설치 가능하도록 돌출부(110)가 형성되고 본체(100)의 상부에는 로케이터부(300)가 안착되는 안착부(120)가 형성된다.

구동모터(200)는 본체(100) 내부에 설치되며, 입력되는 전기 신호에 의해 회전 가능하게 구동된다. 이때, 구동모터(200)는 본체(100) 내부에 연직 방향을 따라 설치되고, 구동모터(200)의 축은 본체(100)의 상부를 향하도록 배치된다. 이러한 구동모터(200)는 회전 수를 미세하게 조절 가능한 서보모터가 사용될 수 있다.

물론, 구동모터(200)는 예를 들면, DC모터, AC모터. 유도 전동기, 브러시리스 모터 등 다양한 종류의 모터가 사용될 수 있다.

로케이터부(300)는 본체(100)의 상단에 형성된 안착부(120)에 설치되며, 판넬(미도시)의 단부가 안착된다. 이러한 로케이터부(300)는 로케이터 몸체(310)를 포함할 수 있다.

로케이터 몸체(310)는 대략 “ㄴ” 형상으로 형성되어 본체(100)에 대하여 소정 길이만큼 수평 방향으로 돌출되도록 설치되며, 이러한 로케이터 몸체(310)는 본체(100)와 일체로 제작될 수도 있고, 별도로 제작되어 본체(100)에 결합시킬 수도 있다.

또한, 로케이터부(300)에는 로케이터 몸체(310)의 단부에 돌출 형성되어 판넬을 지지하는 로케이터 팁(320)이 더 포함될 수 있다.

이때, 로케이터 팁(320)은 도시되지는 않았지만 나사 체결 구조에 의해 탈착 가능하도록 설치될 수 있으며, 판넬의 형태에 따라 나사 체결 구조의 회전에 의해 높이 조절이 가능하도록 설치될 수 있다.

한편, 로케이터 팁(320)의 끝단은 판넬의 하부면이 직접 접촉되는 구성으로서, 판넬이 안착될 경우 판넬의 하부면에 스크래치 등이 발생되는 것을 방지하기 위해 라운드진 모양으로 형성되는 것과 더불어 탄성재질로 형성되는 것이 바람직하다.

클램프부(400)는 로케이터부(300)의 로케이터 팁(320)에 안착된 판넬을 클램핑 또는 언클램핑하는 역할을 수행하며, 이러한 클램프부(400)는 클램프 몸체(410)와, 한쌍의 클램프 핑거(420)와, 클램프 팁(430) 및 클램프 힌지(440)를 포함할 수 있다.

클램프 몸체(410)는 클램프부(400)의 외관을 이루면 본체(100)의 상부에 설치된다. 이때, 한쌍의 클램프 핑거(420)가 클램프 몸체(410)의 일측 양모서리로부터 하측 방향을 향해 절곡 형성되어 판넬을 파지하기 위해 본체(100)에 회전 가능하게 설치된다.

또한, 클램프 팁(430)은 클램프 몸체(410)의 타측에 로케이터 팁(320) 방향으로 돌출 형성되어 로케이터 팁(320)에 안착된 패널을 파지한다. 이때, 클램프 팁(430)은 도시되지는 않았지만 나사 체결 구조에 의해 탈착 가능하도록 설치될 수 있으며, 클램프 팁(430)이 탈착 가능하게 설치된 것에 의해 클램프 팁(430)의 파손 및 마모가 발생될 경우 클램프 팁(430)만 용이하게 교환할 수 있다.

또한, 클램프 팁(430)의 끝단은 로케이터 팁(320)의 끝단과 동일하게 판넬의 상부면과 직접 접촉되는 구성으로서, 판넬의 파지 시 판넬의 상부면에 스크레치가 발생되는 것을 방지하기 위해 로케이터 팁(320)의 끝단과 동일하게 라운드진 모양으로 형성되는 것과 더불어 탄성재질로 형성되는 것이 바람직하다.

클램프 힌지(440)는 양단이 직사각형 형상의 단면으로 형성되고 한쌍의 클램프 핑거(420)의 하단 모서리부가 클램프 힌지(440)를 통하여 본체(100)에 회전 가능하게 연결된다. 이때, 한쌍의 클램프 핑거(420)에는 클램프 힌지(440)가 결합되도록 사각 형상의 사각홀(421)이 마련된다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동력 전달부(500)는 구동모터(200)와 연결되어 후술하는 토글링크부(700)에 구동모터(200)의 구동력을 전달하는 역할을 수행한다. 이러한 구동력 전달부(500)는 웜기어(510)와, 웜휠(520) 및 피봇 베어링(530)을 포함할 수 있다.

웜기어(510)는 본체(100) 내부에 구동모터(200)의 축과 연결되도록 설치되어 구동모터(200)의 구동에 의해 회전되고, 웜휠(520)은 웜기어(510)와 치합되도록 설치되어 웜기어(510)와 연동되어 회전되며, 피봇 베어링(530)은 구동모터(200)의 축 끝단에 설치되어 구동모터(200)의 축으로부터 웜기어(510)가 이탈되는 것을 방지한다.

이때, 웜휠(520)은 본체(100)의 돌출부(110) 측에 배치되고, 웜기어(510)에 대해 직각 상태가 되도록 설치되며, 웜기어(510)와 맞물리도록 나사산(미도시)이 외주면에 형성되어 웜기어(510)로부터 회전 구동력을 전달받아 회전 구동된다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치에서는 구동모터의 구동력을 전달하기 위해 구동력 전달부가 설치된 것이 제시되었으나, 구동모터의 회전력을 전달할 수 있는 구성이라면 어느 구성이라도 가능하여 굳이 제한하지는 않는다. 예를 들어, 다양한 모터에 의해 회전되는 베벨기어 및 평기어 구조 등을 적용할 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 슬라이딩 크랭크부(600)는 일측이 상기 구동력 전달부(500)와 연결되고 타측이 토글링크부(700)를 향해 수직된 방향으로 절곡 형성된 상태로 토글링크부(700)의 일측과 연결되어 구동력 전달부(500)의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시켜 토글링크부(700)를 작동시키는 역할을 수행한다. 이러한 슬라이딩 크랭크부(600)는 한쌍의 크랭크 암(610)과, 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)와, 제1 링크(630) 및 가이드 홈(640)을 포함할 수 있다.

한쌍의 크랭크 암(610)은 일측이 웜휠(520)의 중심으로부터 외주측 방향으로 소정 간격 이격된 상태로 연결축(611)에 의해 웜휠(520)에 결합 설치된다. 이때, 한쌍의 크랭크 암(610)과 웜휠(520)과 연결된 부위는 웜휠(520)의 정역 회전에 따라 연동되어 동일한 방향으로 회전된다.

한편, 한쌍의 크랭크 암(610)에는 한쌍의 크랭크 암(610)의 회전 시, 웜휠(520)의 축(521)과의 간섭을 회피하기 위해 한쌍의 크랭크 암(610)의 일측이 상부로 절곡 형성된 절곡부(650)가 더 포함될 수 있다.

더욱 구체적으로 웜휠(520)은 중심에 설치된 웜휠 축(521)에 의해 본체(100)에 지지되어 고정된 상태에서 회전을 하게 된다. 이때, 웜휠(520)이 시계 반대 방향으로 회전되면 이와 연동되어 한쌍의 크랭크 암(610)이 웜휠 축(521)을 중심으로 시계반대 방향으로 회전된다. 이때, 한쌍의 크랭크 암(610)이 회전되어 웜휠 축(521)을 중심으로 이동될 경우, 절곡부(650)가 웜휠 축(521)의 외측으로 회전되어 웜휠 축(521)의 간섭을 받지 않고 이동될 수 있다.

한쌍의 크랭크 슬라이더(620)는 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측에 슬라이딩 가능하도록 각각 설치되어 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측을 지지한다. 이때, 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측에는 크랭크 슬라이더(620)가 결합시킬 수 있도록 결합홀(미도시)이 형성된다.

한편, 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)는 후술하는 토글링크부(700)의 하중을 가장 많이 받는 구성으로서, 토글링크부(700)의 하중을 견딜 수 있도록 원통형상의 니들 베어링이 사용될 수 있다.

여기서, 한쌍의 크랭크 암(610)의 일측은 웜휠(520)에 연결되어 웜휠(520)의 회전에 따라 회전되어 회전왕복운동을 하게 되며, 타측은 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)와 연결되어 직선왕복운동을 하게 된다.

한쌍의 제1 링크(630)는 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측에 일체로 연장 형성되되, 토클링크부(700)를 향해 절곡 형성된 상태로 토글링크부(700)와 수직하게 연결되어 한쌍의 크랭크 암과 함께 이동된다. 물론 한쌍의 제1 링크(630)는 전동 클램핑 장치(10)의 크기 및 구동력 전달 메커니즘의 구조에 따라 크랭크 암의 타측에 사선 방향으로 일체로 형성될 수 있다.

한쌍의 가이드 홈(640)은 본체(100)의 양측면에 형성되어 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)의 이송을 안내한다.

본 발명의 실시예에 서는 가이드 홈(640)의 일측이 지면을 향해 하향 경사지도록 형성되어 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)의 경사 이송을 안내하는 것이 제시된다. 물론 가이드 홈은 전동 클램핑 장치(10)의 크기 및 구동력 전달 메커니즘의 구조에 따라 수평, 수직 및 특정 각도를 가진 형태로 형성될 수도 있다.

더욱 구체적으로 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측이 직선왕복운동을 할 경우, 경사진 형태의 한쌍의 가이드 홈(640)을 따라 크랭크 암(610)의 타측에 연결된 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)가 이송된다. 이때, 크랭크 슬라이더(620)가 한쌍의 가이드 홈(640)의 경사진 상측 방향으로 이동될 경우 토글링크부(700)에 미는 힘을 가하여 클램프부(400)가 클램핑 상태가 되도록 회전하고, 반대로 한쌍의 가이드 홈(640)의 경사진 하측 방향으로 이동될 경우 토클링크부(700)에 당기는 힘을 가하여 클램프부(400)가 언클램핑 상태가 되도록 회전된다.

본 발명의 실시예에 따른 토글링크부(700)는 클램프부(400)와 연결 설치되며, 클램프부(400)에 회전력을 전달하여 상기 클램프부(400)를 회전시키는 역할을 수행한다. 이러한 토글링크부(700)는 한쌍의 제2 링크(720) 및 제3 링크(730)를 포함할 수 있다.

한쌍의 제2 링크(720)는 한쌍의 제1 링크(630)의 단부와 각각 연결되도록 설치되어 한쌍의 제1 링크(630)가 작동 시, 연결부위를 중심으로 회전된다.

제 3 링크는 한쌍의 제2 링크(720) 사이에 연결되도록 설치되어 상기 제2 링크(720)의 작동에 따라 클램프 힌지(440)를 회전시킨다.

도 6a 내지 6c는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 전달 메커니즘의 토클링크부의 작동 상태를 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 그래프이다.

이때, 토글링크부(700)는 도 6a에 도시된 바와 같이, 판넬의 파지를 위해 언클램핑 상태에서는 한쌍의 제2 링크(720)가 한쌍의 제1 링크(630) 사이 중첩된 상태이고, 제3 링크(730)의 일부가 한쌍이 제1 링크(630) 사이에 중첩된 한쌍의 제2 링크(720) 사이에 중첩된 상태가 된다.

또한, 도 6b 및 6c에 도시된 바와 같이, 판넬을 파지하기 위한 클램핑 상태에서는 한쌍의 제1 링크(630)에 대해 수평 상태가 되도록 한쌍의 제2 링크(720)가 회전되고, 한쌍의 제2 링크(720)에 대해 수직 상태가 되도록 제3 링크(730)가 회전되어 결과적으로는 제2 링크(720)는 한쌍의 제1 링크(630)에 대해 수평 상태가 되고, 제3 링크(730)는 제2 링크(720)에 대해 수직 상태가 된다.

한편, 파지 토크는 클램프 핑거(420)의 각속도와 구동모터(200)의 각속도에 반비례한다. 즉, 구동모터(200)의 각속도에 비해 클램프 핑거(420)의 각속도가 작아질수록 파지 토크는 증대된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치는 한쌍의 크랭크 암(610)과 한쌍의 제1 링크(630)가 “┚” 모양으로 일체로 형성된 것과 제1 링크(630)에 제2 링크(720)가 중첩되고, 제3 링크의 일부가 중첩된 구조의 구동력 전달 메커니즘을 적용함에 따라 클램프 핑거(420)에 전달되는 각속도를 최대한 작아지도록 하여 결과적으로 파지 토크를 향상시킬 수 있다.

도 7 내지 도 10을 참조하여 전동 클램핑 장치의 구동력 전달 메커니즘에 대해 최적화 전과 최적화 후의 구조를 비교하여 설명하면 이하와 같다. 이때, 최적화 전 구조는 일반적인 구동력 전달 메커니즘의 구조를 나타낸 것이고, 최적화 후 구조는 본 발명의 실시예에 따른 구동력 전달 메커니즘의 구조를 나타낸 것이다.

이때, 도 7은 언클램핑 상태의 최적화 전, 후의 구동력 전달 메커니즘의 개략적인 구조를 그래프로 나타낸 것이고, 도 8은 클램핑이 진행되는 동안의 최적화 전, 후 구동력 전달 메커니즘의 개략적인 구조를 그래프로 나타낸 것이며, 도 9는 클램핑 상태의 최적화 전, 후 구동력 전달 메커니즘의 개략적인 구조를 그래프로 나타낸 것이다. 이때, 가로축 및 세로축의 단위는 mm이며 각 구성의 길이를 나타낸 것이다.

이때, 실선으로 도시된 부분은 최적화 전 구동력 전달 메커니즘의 구조를 나타낸 것이고 점선으로 도시된 부분은 최적화 후 구동력 전달 메커니즘을 상태를 나타낸 것이다.

여기서, 실선으로 도시된 최적화 전의 L1은 웜휠 축과 클램프 암의 연결축까지의 길이를 나타낸 것이고, L2는 클램프 암의 길이를 나타낸 것이며, L3는 제2 링크의 길이를 나타낸 것이고, L4는 제3 링크의 길이를 나타낸 것이다.

또한, 점선으로 도시된 최적화 후의 L1은 웜휠 축(521)과 클램프 암(610)의 연결축(6111)까지의 길이를 나타낸 것이고, L2는 클램프 암(610)의 길이를 나타낸 것이며, d1은 클램프 암(610)에 대해 수직 방향으로 일체로 형성된 제1 링크(630)의 길이를 나타낸 것이고, L3는 제2 링크(720)의 길이를 나타낸 것이며, L4는 제3 링크(730)의 길이를 나타낸 것이다.

여기서, L1~L4, d1은 구동력 전달 메커니즘의 각 구성의 길이를 표현한 것이지만 이하에서는 설명의 편의를 위해 L1~L4, d1을 각 구성으로 대체하여 설명한다.

도 7을 참조하면, 최적화 전 언클램핑 상태에서는 L2를 중심으로 L1이 중첩된 상태로 수평 상태이고, L3가 L2의 연장선 상에서 수평 상태이며, L4는 L3에 대해 수직 상태이다. 이때, 최적화 후 언클램핑 상태에서는 L2에 대해 L1이 중첩된 상태로 수평 상태이고, d1이 L2에 대해 수직 상태이며, L3가 d1에 수평에 가깝게 중첩된 상태이고, L4가 d1 및 L3에 일부가 수평에 가깝게 중첩된 상태이다.

다음, 도 8을 참조하면, 최적화 전 클램핑이 진행되는 상태에서는 L1이 회전되고, L1에 의해 L2가 이동되며, L2에 의해 L3가 회전되고, L3에 의해 L4가 회전된다. 이때, 최적화 후 클램핑이 진행되는 상태에서는 L1이 회전되고, L1에 의해 L2 및 L2와 일체로 수직하게 형성된 d1이 함께 이동되며, d1에 의해 d1에 중첩된 L3가 회전되고, L3에 의해 d1 및 L3에 중첩된 L4가 회전된다.

다음, 도 9를 참조하면, 최적화 전 클램핑 상태에서는 L1이 회전되고, L2가 L1에 의해 이동되어 L1에 대해 L2가 수평상태가 되며, L2에 의해 L3가 회전되어 L2에 대해 L3가 수직 상태가 되고, L3에 의해 L4가 회전되어 L3에 대해 L4가 수직 상태가 된다. 이때, 최적화 후 클램핑 상태에서는 L1이 회전되고, L2 및 L2에 수직 연결된 d1이 L1에 의해 이동되어 L2는 L1에 대해 수평상태가 되며, d1은 계속해서 L2에 대해 수직 상태가 되고, L2 및 d1의 이동에 의해 L3가 회전되어 d1에 대해 수평 상태가 되며, L3에 의해 L4가 회전되어 L3에 대해 L4가 수직 상태가 된다.

이상 도 7 내지 9를 통해 구동력 전달 메커니즘의 작동 과정을 설명한 바와 같이, 최적화 전의 구조에 대해 최적화 후의 구조는 언클램핑 시, d1에 대해 L2 및 L3가 중첩된 구조로 개선함에 따라 구동력 전달 메커니즘의 구성에 대한 크기를 축소시킬 수 있고, 이에 따라 전체 장치의 크기를 최소화 시킬 수 있다.

또한, 클램핑이 진행되는 동안 L2와 d1이 일체로 형성되어 함께 이동되고, L2 및 L3가 중첩된 상태에서 회전을 하게 됨에 따라 구동모터의 각속도에 비해 클램프 핑거에 전달되는 각속도가 작아져 결과적으로 파지 토크가 향상된다.

한편, 도 10은 최적화 전, 후의 구동력 전달 메커니즘의 구조를 각각 적용하여 도출된 파지 토크 상태를 그래표로 나타낸 것이다. 이때, 실선으로 도시된 부분은 최적화 전 파지 토크를 나타낸 것이고 점선으로 도시된 부분은 최적화 후 파지 토크를 나타낸 것이다.

여기서, 그래프의 세로축은 파지 토크를 로그 스케일로 나타낸 것이며, 세로 가로축은 로케이터 팁으로부터 클램프 팁이 벌어진 각도를 나타낸 것으로서, 그래프의 오른쪽 가로축의 0도가 로케이터 팁과 클램프 팁이 접촉된 상태를 나타낸다.

이때, 설계 목표치인 파지대상 판넬의 두께 범위를 1mm(클램핑 상태에서 벌어진 각도 1도와 동일 함) 이내로 하고, 클램프 핑거의 길이가 60mm일 경우, 구동모터의 토크를 3Nm 기준으로 측정한 값을 통해 얻어진 값을 나타낸 것이다.

예를 들어, 판넬 두께 1mm 파지 범위 내에서 즉, 클램프 핑거의 각도 1도 범위 내에서 구동토크 3Nm를 적용 시, 최적화 전의 파지 토크는 대략 24.3Nm 값이 도출되었고 최적화 후의 파지 토크는 대략 99.6Nm 값이 도출되어, 최적화 후의 파지 토크가 최적화 전과 비교해서 월등히 향상된 것을 확인 할 수 있다.

이하 표는 위에서 전술한 바와 같은 최적화 전, 후의 각 구성에 대한 길이 변화 및 구동력 전달 메커니즘에 대해 파지 토크 및 개폐각도가 향상된 상태를 나타낸 것이다.

	(mm )	(mm)	(mm)	(mm)	(mm)	파지 토크 (Nm)	개폐각도 (degree)
최적화 전	22.5	75.0	22.5	22.5	-	24.3	90
최적화 후	10.2	38.0	9.0	18.0	19.7	99.6	94

상기 표 1에서 나타난 바와 같이, L1 내지 L4, d1의 길이 변화 및 앞서 전술한 최적화 후의 한쌍의 크랭크 암(610)에 대해 한쌍의 제1 링크(630)가 수직한 상태로 일체로 형성된 구조에 의해 최적화 후의 파지 토크는 최적화 전에 비해 대략 4배 이상 향상되고, 언클램핑 상태의 최대 벌어지는 각도 또한 더 커진 것을 확인할 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 전동 클램핑 장치(10)의 작동 및 작용을 상세히 설명한다.

먼저, 판넬을 로케이터부(300)의 로케이터 팁(320)에 안착시키기 위해 구동모터(200)를 회전시켜 클램프부(400)를 상부로 회전시킨다.

이때, 구동모터(200)가 작동되면 구동모터(200)에 연결된 웜기어(510)가 구동모터(200)와 동일한 회전 방향으로 회전되고, 웜기어(510)와 연결된 웜휠(520)은 웜기어(510)의 역방향 즉, 시계 반대 방향으로 회전된다.

이와 동시에 연결축(611)에 의해 웜휠(520)에 연결된 한쌍의 크랭크 암(610)은 웜휠(520)과 연결된 일측은 웜휠(520)과 동일한 방향으로 회전되고, 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)와 연결된 타측은 직선 방향으로 이동된다. 이때, 한쌍의 크랭크 암(610)과 연결된 일측은 절곡부(650)에 의해 웜휠 축(521)에 간섭되지 않고 회전되며, 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)와 연결된 타측은 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)가 경사지게 형성된 한쌍의 가이드 홈(640)의 안내를 받아 하향 이동을 한다.

이와 동시에 한쌍의 크랭크 암(610)과 일체로 형성된 한쌍의 제1 링크(630)가 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측과 수직된 상태로 하향 이동을 하고, 한쌍의 제1 링크(630)와 연결된 한쌍의 제2 링크(720)를 회전시킨다.

이때, 한쌍의 제2 링크(720)는 한쌍의 제1 링크(630)와 연결된 부위를 중심으로 회전하게 되어 한쌍의 제1 링크(630) 사이에 중첩되도록 회전된다.

이와 동시에 한쌍의 제2 링크(720)와 연결된 제3 링크(730)는 한쌍의 제2 링크(720)와 연결된 부위를 중심으로 회전되어 제3 링크(730)의 일부가 한쌍의 제2 링크(720)와 더불어 한쌍의 제1 링크(630) 사이에 중첩되도록 회전된다.

이와 동시에 제3 링크(730)와 연결된 클램프 힌지(440)가 시계 반대 방향으로 회전되고, 클램프 힌지(440)가 회전되면 클램프 힌지(440)에 연결된 한쌍의 클램프 핑거(420)가 본체(100)에 대해 상부로 회전하게 된다. 이로써, 한쌍의 클램프 핑거(420)와 연결된 클램프 팁(430)이 로케이터 팁(320)으로부터 벌어지게 되어 로케이터 팁(320)에 판넬을 안착시킬 수 있다.

로케이터 팁(320)에 판넬을 안착시킨 다음, 구동모터(200)를 역방향으로 회전시킨다.

구동모터(200)가 역방향으로 회전되면 구동모터(200)와 연결된 웜기어(510)가 회전되고 웜기어(510)와 연결되 웜휠(520)이 시계 방향으로 회전된다.

이때, 웜휠(520)과 연결된 한쌍의 크랭크 암(610)의 일측이 원위치로 복귀되도록 회전되고, 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측에 연결된 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)가 한쌍의 가이드 홈(640)의 안내를 받아 상향 이동된다.

이때, 한쌍의 크랭크 암(610)과 일체로 형성된 한쌍의 제1 링크(630)는 한쌍의 크랭크 암(610)에 대해 수직된 상태로 이송되며, 한쌍의 제1 링크(630)와 연결된 한쌍의 제2 링크(720)는 한쌍의 제1 링크(630) 사이에 중첩된 상태가 해제되도록 회전하여 한쌍의 제1 링크(630)와 수평 상태가 된다. 이와 동시에 한쌍의 제2 링크(720)와 연결된 제3 링크(730)가 회전되어 한쌍의 제2 링크(720)와 수직 상태가 된다.

이와 동시에 제3 링크(730)와 연결된 클램프 힌지(440)가 시계 방향으로 회전되고, 클램프 힌지(440)가 회전되면 클램프 힌지(440)에 연결된 한쌍의 클램프 핑거(420)가 본체(100)에 대해 하부로 회전하게 된다. 이로써, 한쌍의 클램프 핑거(420)와 연결된 클램프 팁(430)이 로케이터 팁(320)으로 이동되어 로케이터 팁(320)에 안착된 판넬을 클램핑하게 된다.

이상으로 본 발명에 관하여 실시예를 들어 설명하였지만 반드시 이에 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범주 내에서는 얼마든지 수정 및 변형 실시가 가능하다.

100: 본체 110: 돌출부
120: 안착부 200: 구동모터
210: 구동모터 축 300: 로케이터부
310: 로케이터 몸체 320: 로케이터 팁
400: 클램프부 410: 클램프 몸체
420: 클램프 핑거 430: 클램프 팁
440: 클램프 힌지 500: 구동력 전달부
510: 웜기어 520: 웜휠
530: 피봇 베어링 600: 슬라이딩 크랭크부
610: 크랭크 암 611: 연결축
620: 크랭크 슬라이더 630: 제1 링크
640: 가이드 홈 640: 절곡부
700: 토글링크부 720: 제2 링크
730: 제3 링크

Claims

판넬의 일측을 클램핑 하여 고정시키기 위한 전동 클램핑 장치에 있어서,
본체(100);
상기 본체(100) 내부에 설치되며, 구동력을 발생시키는 구동모터(200);
상기 판넬을 클램핑 또는 언클램핑하는 클램프부(400);
상기 클램프부(400)와 연결 설치되며, 상기 클램프부(400)에 회전력을 전달하여 상기 클램프부(400)를 회전시키는 토글링크부(700);
상기 구동모터(200)와 연결되어 상기 토글링크부(700)에 구동모터(200)의 구동력을 전달하는 구동력 전달부(500); 및
일측은 상기 구동력 전달부(500)와 연결되고 타측은 상기 토글링크부(700)를 향해 수직된 방향으로 절곡 형성된 상태로 상기 토글링크부(700)의 일측과 연결되어 상기 구동력 전달부(500)의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시켜 토글링크부(700)를 작동시키는 슬라이딩 크랭크부(600);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 본체(100)의 상단에는
상기 본체(100)에 대해 수평 방향으로 돌출되도록 설치된 로케이터 몸체(110)가 마련되어 상기 판넬의 단부가 안착되는 로케이터부(300);가 더 포함되며,
상기 로케이터부(300)에는
상기 로케이터 몸체(310)의 단부에 돌출 형성되어 상기 판넬을 지지하는 로케이터 팁(320);이 더 포함된 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 클램프부(400)는
상기 본체(100)의 상부에 설치되는 클램프 몸체(410);
상기 클램프 몸체(410)의 일측 양 모서리위로부터 하측 방향으로 절곡 형성되어 상기 판넬을 파지하기 위해 상기 본체(100)에 회전 가능하게 설치된 한쌍의 클램프 핑거(420);
상기 클램프 몸체(410)의 타측에 상기 로케이터부(300) 방향으로 돌출 형성되어 상기 로케이터부(300)에 안착된 패널을 파지하는 클램프 팁(430); 및
상기 한쌍의 클램프 핑거(420)를 상기 본체(100)에 대하여 회전 가능하도록 연결시키는 클램프 힌지(440);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 구동력 전달부(500)는
상기 구동모터(200)의 축과 연결되어 구동모터(200)의 구동에 의해 회전되는 웜기어(510);
상기 본체(100)의 내부에 축에 의해 지지되며, 상기 웜기어(510)와 치합되도록 설치되어 웜기어(510)와 연동되어 회전되는 웜휠(520); 및
상기 구동모터(200)의 축(210)의 끝단에 설치되어 상기 웜기어(510)가 이탈되는 것을 방지하는 피봇 베어링(530);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 슬라이딩 크랭크부(600)는
일측이 상기 웜휠(520)의 중심으로부터 외주측 방향으로 소정 간격 이격된 상태로 연결축(611)에 의해 상기 웜휠(520)에 결합된 한쌍의 크랭크 암(610);
상기 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측이 슬라이딩 이송 가능하도록 각각 설치되어 상기 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측을 지지하는 한쌍의 크랭크 슬라이더(620);
상기 한쌍의 크랭크 암(610)의 타측에 일체로 연장 형성되되, 상기 토클링크부(700)를 향해 절곡 형성되어 상기 토글링크부(700)와 수직하게 연결되는 한쌍의 제1 링크(630); 및
상기 본체(100)의 양측면에 형성되어 크랭크 슬라이더(610)의 이송을 안내하는 한쌍의 가이드 홈(640);을 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 가이드 홈(640)은 일측이 지면을 향해 하향 경사지도록 형성되어 상기 한쌍의 크랭크 슬라이더(620)의 경사 이송을 안내하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 한쌍의 크랭크 암(610)은 상기 웜휠(520)이 연결된 일측은 회전왕복운동을 하며, 상기 크랭크 슬라이더(620)와 연결된 타측은 직선왕복운동을 하도록 설치된 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 한쌍의 크랭크 암(610)에는
상기 한쌍의 크랭크 암(610)의 회전 시, 상기 웜휠(520)의 축(521)과의 간섭을 회피하기 위해 크랭크 암(610)의 일측이 상부로 절곡 형성된 절곡부(650)가 더 포함된 것을 특징으로 하는 전동 클램프 장치.
제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 토글링크부(700)는
상기 한쌍의 제1 링크(630)의 단부와 각각 연결되도록 설치되어 상기 한쌍의 제1 링크(630)가 작동 시, 연결부위를 중심으로 회전되는 한쌍의 제2 링크(720); 및
상기 한쌍의 제2 링크(720) 사이에 연결되도록 설치되어 상기 제2 링크(720)의 작동에 따라 상기 클램프 힌지(440)를 회전시키는 제3 링크(730);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 클램프부(400)가 상기 언클램핑 상태에서는 상기 한쌍의 제2 링크(720)가 상기 한쌍의 제1 링크(630) 사이 중첩된 상태이고, 상기 제3 링크(730)의 일부가 상기 한쌍이 제1 링크(630) 사이에 중첩된 한쌍의 제2 링크(720) 사이에 중첩된 상태이며,
상기 클램프부(400)가 상기 클램핑 상태에서는 상기 한쌍의 제1 링크(630)에 대해 수평 상태가 되도록 한쌍의 제2 링크(720)가 회전되고, 상기 한쌍의 제2 링크(720)에 대해 수직 상태가 되도록 제3 링크(730)가 회전되는 것을 특징으로 하는 전동 클램핑 장치.