KR20180020284A - 전기식 전동 공구 - Google Patents

전기식 전동 공구 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기식 전동 공구(10)에 관한 것으로서, 상기 전동 공구(10)는, 전기 모터(11), 출력 샤프트(13), 상기 출력 샤프트(13)의 적어도 일부분과 전기 모터(11)를 수용하는 하우징(18), 및 상기 출력 샤프트(13)와 전기 모터(11) 사이에 구동 가능하게 배열된 감속 기어(12)를 포함하되, 상기 감속 기어(12)는 전동 공구(10)의 작동 동안 생성되는 반응력에 대응하여 회전할 수 있는 하중 감응 부분을 포함하며, 상기 하중 감응 부분의 임의의 회전에 반대로 작용하도록 비틀림 스프링(19)이 배열된다. 비틀림 스프링(19)은 제1 단부(20)에서는 감속 기어(12)의 하중 감응 부분의 연결 인터페이스에 회전 가능하게 고정되고 맞은편 단부에서는 하우징(18) 및/또는 모터(11)에 회전 가능하게 고정된다.

Description

전기식 전동 공구
본 발명은, 조임 작업(tightening operation) 동안 반응력을 수용하도록 배열된 스프링을 가진, 전기 토크를 전달하는 전동 공구에 관한 것이다.
조인트(joint)의 나사 또는 볼트를 죄는 기술에서, 종종, 조인트를 가능한 최대한 신속하게 죄는 것이 바람직하다. 하지만, 이는 목표 토크를 넘기지(overshoot) 않고자 하는 의도와 상충된다. 이는, 강성 조인트(hard joint)에 있어서, 조인트에서 토크(torque)가 증가되기 시작할 때, 구간(lap)의 한 부분(fraction)에서 정지시키기 위해, 빠르게 회전하는 모터가 고속의 각속도(angle velocity)로부터 지연되어야 하는 것을 의미할 수 있다.
전동 공구에서, 인장력(tension)을 줄이기 위하여, 특정 크기 이상의 반응력(reaction force)을 수용하는 스프링을 배열하는 방법이 알려져 있다. 일반적으로, 모터가 하나 이상의 감속 기어에 의해 출력 샤프트에 연결된다. 기어는 하중 감응 부분(load sensitive part) 즉 출력 샤프트로부터 나온 반응 토크(reaction torque)에 의해 영향을 받는 부분을 포함할 수 있다. 유성 기어에서, 기어 림(gear rim)은 모터의 토크가 조인트에 완전히 제공되지 않을 때에도 회전할 수 있게 하도록 하중 감응 부분으로 구성될 수 있다.
이렇게 스프링이 배열되면, 통상, 상대적으로 공간이 많이 필요하게 되고 복잡해진다. 일반적으로, 이러한 배열에는, 스프링의 단부를 기어의 하중 감응 부분과 하우징에 고정시키기 위해 결부 부품(attachment piece)과 베어링을 포함한다.
따라서, 조임 작업 동안 힘들을 유연하게 분배(distribution)할 수 있으면서도, 제작하기가 용이하고 전체 전동 공구에 장착하기가 쉬운 배열 장치가 필요하다.
본 발명의 목적은, 반응력(reaction force)을 감쇠시키기 위한 스프링을 가진, 전기 토크를 전달하는 전동 공구를 제공하는 것으로서, 이러한 전동 공구는 장착하기가 용이하고 전동 공구의 부분들이 쉽게 교체될 수 있도록 모듈식 구성(modular construction)을 가진다.
상기 목적은, 본 발명에 따른 청구항 제1항의 특징으로 구현되는데, 본 발명에 따른 전기식 전동 공구는, 전기 모터, 출력 샤프트, 상기 출력 샤프트의 적어도 일부분과 전기 모터를 수용하는 하우징, 및 상기 출력 샤프트와 전기 모터 사이에 구동 가능하게 배열된(drivingly arranged) 감속 기어(reduction gear)를 포함하되, 상기 감속 기어는 전동 공구의 작동 동안 생성되는 반응력에 대응하여 회전할 수 있는 하중 감응 부분(load sensitive part)을 포함하며, 상기 하중 감응 부분의 임의의 회전에 반대로 작용하도록(counteract) 비틀림 스프링이 배열된다. 비틀림 스프링은 일체형으로 제1 및 제2 단부를 포함하는데, 상기 제1 단부는 감속 기어의 하중 감응 부분의 연결 인터페이스(connective interface)에 회전 가능하게 고정될 수 있는(rotationally lockable) 제1 연결 인터페이스를 포함하며, 상기 제2 단부는 하우징 및/또는 모터에 회전 가능하게 고정될 수 있는 제2 연결 인터페이스를 포함한다.
비틀림 스프링이 연결 인터페이스를 포함한다는 사실은, 전동 공구 내에 장착하기가 용이하고 필요 시에 교체하기가 매우 쉽다는 사실을 알려준다. 또한, 공구 하우징 내부에 필요한 부분들의 개수가 현저하게 줄어든다.
본 발명의 특정 실시예에서, 제1 및 제2 연결 인터페이스 중 하나 이상의 연결 인터페이스는 연결된 부분(connected part)들 사이에서 축방향 운동(axial movement)을 차단하기 위한 요소(element)를 포함한다. 연결된 부분들 사이에서 축방향 운동을 차단하기 위한 요소는 스레드형 연결부(threaded connection)로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 제1 및 제2 연결 인터페이스 중 하나 이상의 연결 인터페이스는 스플라인(spline)을 포함하며, 보다 구체적으로는, 제1 연결 인터페이스는 스레드형 연결부(threaded connection)이며 제2 연결 인터페이스는 스플라인 형태로 구성된다(splined).
본 발명의 또 다른 실시예에서, 감속 기어는 선 기어(sun gear), 플래닛 기어(planet gear), 및 기어 림(gear rim)을 포함하는 유성 기어(planetary gear)로서, 기어 림은 하중 감응 부분을 구성한다.
기어 림은 비틀림 스프링의 작용에 의해 베어링을 향하여 축방향으로 사전-응력을 받으며(axially pre-stressed) 오직 하나의 베어링 내에 저널링될 수 있다(journalled).
본 발명의 그 밖의 특징 및 이점들은 도시된 실시예를 상세하게 기술한 본 발명의 상세한 설명과 도면들로부터 자명해질 것이다.
밑에 기술되는 본 발명의 상세한 설명은 첨부도면들을 참조하여 기술된다:
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른 전동 공구;
도 2는 도 1의 전동 공구의 파워 트랜스미션의 단면도; 및
도 3은 본 발명에 따른 비틀림 스프링 도면.
도 1에서, 본 발명의 특정 실시예에 따른 전동 공구가 도시된다. 도시된 전동 공구(10)는 모터(11)를 포함하는, 전기 토크(electric torque)를 전달하는 전동 공구로서, 모터(11)는 감속 기어(12)를 포함하는 파워 트랜스미션(power transmission)에 의해 출력 샤프트(13)에 연결된다. 나사(screw)와 연결될 수 있는 비트(bit)를 삽입하기 위하여 출력 샤프트의 외측 단부 상에 비트 홀더(14)가 배열된다.
파워 트랜스미션은 결합장치(17)에 의해 감속 기어(12)의 입력 기어(16)에 연결된 모터 기어(15)를 추가로 포함한다. 모터(11)와 파워 트랜스미션을 수용하기 위해 하우징(18)이 배열된다. 출력 샤프트(13)는 하우징(18)의 전방 단부를 통해 연장된다. 감속 기어(12)와 하우징(18) 사이에 반응력(reaction)을 줄이기 위해(take up) 비틀림 스프링(19)이 배열된다. 도시된 실시예에서, 비틀림 스프링(19)은 하우징(18)의 관형 부분(tubular portion) 내에 타이트하게 끼워진(tightly fitted) 나선형 스프링(helical spring)이다. 또한, 그 밖의 타입의 스프링, 가령, 코일 스프링(coil spring)도 사용할 수 있다.
도 2에서, 전동 공구(10)의 파워 트랜스미션의 단면도가 도시된다. 상기 도면에서, 비틀림 스프링은, 감속 기어(12)의 하중 감응 부분(load sensitive part)에 연결될 수 있는 제1 단부(20)와 모터(11) 및/또는 하우징(18) 혹은 상기 하우징에 대해 고정되는 요소(element)에 연결될 수 있는 제2 단부(21)를 가진다. 제2 단부(21)는 모터(11)에 연결될 수 있으며, 일반적으로 모터(11)는 하우징에 대해 회전 가능하게 고정된다(rotationally fixed).
상기 도시된 실시예에서, 감속 기어(12)는 입력 기어(16)에 연결된 선 기어(22)에 의해 구동되는 유성 기어이다. 유성 기어의 출력 기어(23)가 상기 유성 기어의 유성 캐리어(도시되지 않음)에 연결된다. 기어 림(도시되지 않음)이 유성 캐리어 외부에 배열된다. 기어 림은 하우징에 대해 단일 베어링(24) 내에 배열된다. 따라서, 기어 림은 하우징에 대해 고정되는 것이 아니라 비틀림 스프링(19)의 작용에 대해 회전하도록(rotate against) 배열된다. 따라서, 도시된 실시예에서, 기어 림은 감속 기어(12)의 하중 감응 부분을 구성한다.
도 3은 본 발명에 따른 비틀림 스프링(19)의 특정 실시예를 도시한다. 비틀림 스프링(19)은 감속 기어(12)의 하중 감응 부분에 연결될 수 있는 제1 단부(20)와 하우징에 연결될 수 있는 제2 단부(21)를 가진다. 제1 단부(20)에는 제1 연결 인터페이스(25)가 제공된다. 제1 연결 인터페이스(25)는 스레드형 부분(threaded portion), 베이오닛 결합장치(bayonet coupling) 또는 비틀림 스프링의 제1 단부가 축방향 운동(axial movement)과 회전 운동(rotational movement)을 못하도록 고정하는 그 밖의 임의의 연결부일 수 있다. 비틀림 스프링의 제2 단부(21)는 제2 연결 인터페이스(26)를 포함하는데, 도시된 실시예에서, 상기 제2 연결 인터페이스(26)는 스플라인(spline)으로 구성된다. 제2 연결 인터페이스(26)가 회전 운동을 할 수 없지만 축방향 운동을 할 수 있는 것이 바람직하다. 즉 상기 배열로 인해, 제1 단계에서, 비틀림 스프링이 제1 연결 인터페이스(25)에서 고정되며, 공구의 맞은편 단부는 비틀림 스프링의 제2 연결 인터페이스(26) 상에서 슬라이딩 이동될 수 있다는 점에서, 공구를 신속하면서도 용이하게 장착할 수 있다. 제2 연결 인터페이스(26)는 스플라인, 핀 및 홈(groove), 또는 비틀림 스프링의 축방향 운동은 가능하지만 회전 운동은 할 수 없게 하는 그 밖의 임의의 연결부일 수 있다.
비틀림 스프링(19)은 관형 부재(tubular member)로부터 일체형으로 기계가공되는(machined) 것이 바람직할 수 있다. 스프링 부분(27)은 일정한 폭과 일정한 나선 간격(28)을 가진 나선(helix)을 형성할 수 있도록 하기 위해 재료(material)를 제거함으로써 기계가공된다. 바람직하게는, 비틀림 스프링은 공구 내부에 배열될 때 사전-응력을 받도록(pre-stressed) 다소 큰 수치로 형성된다(over-dimensioned). 이러한 사전-응력(pre-stress)은 많은 점에서 유리하다. 우선, 사전-응력은 어떠한 틈 또는 간격도 형성하지 않아서 모든 부분들이 제자리에 고정되게 한다. 또한, 사전-응력은 기어 림을 베어링(24)에 대해 외부 방향으로 민다. 베어링은 베어링의 볼(ball)들이 베어링의 내측 및 외측 레이스(race) 모두에 접촉되도록 항상 한 방향으로 사전-응력을 가져야 한다. 통상적으로, 베어링 내의 사전-응력은, 두 베어링이 서로 반대의 사전-응력을 가지도록 배열함으로써 구현된다. 하지만, 사전-응력이 비틀림 스프링(19)에 의해 제공되면, 오직 한 베어링만이 필요로 하며 다른 베어링은 필요 없다.
비틀림 스프링(19)의 구성 및 장착이 간단함으로써, 필요 시에, 비틀림 스프링을 신속하게 교체할 수 있다. 전동 공구는 일반적으로 모터, 감속 기어 등이, 하우징 내부에 끼워져서 다른 구성요소(component)들과 상호작동되도록(interact), 비슷한 형태와 인터페이스를 가진 다른 모터, 감속 기어 등으로 교체될 수 있도록 모듈(module) 식으로 제작된다. 상이한 재료를 사용함으로써, 또는 보다 적절하게는 상이한 수치를 가진 스프링 부분을 사용함으로써, 상이한 스프링 작용을 가진 비틀림 스프링도 구현될 수 있다. 물론, 폭이 더 크고 두 두꺼운 스프링 부분(27)이 더 견고하여(stiffer), 더 큰 토크에 적합하다.
한 예로서, 감속 기어(12)는 일반적으로 일렬로(in series) 연결된 2개의 유성 기어로 구성되거나 또는 하나의 단일 유성 기어로 구성될 수 있다. 물론, 2중 유성 기어는 효과를 2배로 제공하는데, 즉 토크를 2배로 제공하지만 단일 유성 기어에 비해 회전 속도는 절반으로 줄어들 것이다. 이 경우, 상이한 비틀림 스프링을 필요로 할 수 있는데, 이는 스프링이 지지해야 하는 힘들이 상이하고 기어의 길이가 가변적이어서 비틀림 스프링의 길이로 상쇄해야(compensate) 하기 때문이다. 이러한 사실은, 상이한 크기 및/또는 효과를 가진 상이한 모터가 장착되는 경우에도, 똑같이 적용될 것이다.
비틀림 스프링이 용이하게 장착되고 교체될 수 있다는 사실로 인해, 전동 공구가 용이하게 장착될 수 있으며 전동 공구의 모듈식 구성(modularity)도 전체적으로 증가될 수 있다.
위에서, 본 발명은 특정 실시예에 대해 기술되었다. 하지만, 본 발명은 이러한 특정 실시예에만 제한되지 않는다. 통상의 기술자들에게는, 본 발명이 보호범위를 벗어나지 않고도 하기 청구범위에 의해 정의된 추가적인 실시예를 포함한다는 사실이 자명할 것이다.

Claims (6)

  1. 전기식 전동 공구(10)로서, 상기 전동 공구(10)는:
    전기 모터(11),
    출력 샤프트(13),
    상기 출력 샤프트(13)의 적어도 일부분과 전기 모터(11)를 수용하는 하우징(18), 및
    상기 출력 샤프트(13)와 전기 모터(11) 사이에 구동 가능하게 배열된 감속 기어(12)를 포함하되,
    상기 감속 기어(12)는 전동 공구(10)의 작동 동안 생성되는 반응력에 대응하여 회전할 수 있는 하중 감응 부분을 포함하며, 상기 하중 감응 부분의 임의의 회전에 반대로 작용하도록(counteract) 비틀림 스프링(19)이 배열되는 전기식 전동 공구에 있어서,
    비틀림 스프링(19)은 일체형으로 제1 및 제2 단부(20; 21)를 포함하는데, 상기 제1 단부(20)는 감속 기어(12)의 하중 감응 부분의 연결 인터페이스에 회전 가능하게 고정될 수 있는(rotationally lockable) 제1 연결 인터페이스(25)를 포함하며, 상기 제2 단부(21)는 하우징(18) 및/또는 모터(11)에 회전 가능하게 고정될 수 있는 제2 연결 인터페이스(26)를 포함하되, 제1 및 제2 연결 인터페이스(25; 26) 중 하나 이상의 연결 인터페이스는 연결된 부분들 사이에서 축방향 운동을 차단하기 위한 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 전동 공구.
  2. 제1항에 있어서, 연결된 부분들 사이에서 축방향 운동을 차단하기 위한 요소는 스레드형 연결부(threaded connection)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기식 전동 공구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 및 제2 연결 인터페이스(25; 26) 중 하나 이상의 연결 인터페이스는 스플라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 전동 공구.
  4. 제1항에 있어서, 제1 연결 인터페이스(25)는 스레드형 연결부이며 제2 연결 인터페이스(26)는 스플라인 형태로 구성되는(splined) 것을 특징으로 하는 전기식 전동 공구.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 감속 기어(12)는 선 기어(22), 플래닛 기어, 및 기어 림을 포함하는 유성 기어로서, 기어 림은 감속 기어(12)의 하중 감응 부분을 구성하는 것을 특징으로 하는 전기식 전동 공구.
  6. 제5항에 있어서, 기어 림은 비틀림 스프링(19)의 작용에 의해 베어링(24)을 향하여 축방향으로 사전-응력을 받으며 오직 하나의 베어링(24) 내에 저널링되는(journalled) 것을 특징으로 하는 전기식 전동 공구.
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