KR20190124496A - 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치는, 회전 구동력을 전달받아 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전(公轉)하는 회전 나사; 및 상기 회전 나사와 맞물려 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하는 나사 피스톤;을 포함한다.

Description

회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치{Apparatus for Piston Rectilinear Reciprocating Motion Using Revolving Screw}

본 발명은 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 회전 구동력을 전달받아 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전(公轉)하는 회전 나사 및 상기 회전 나사와 맞물려 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하는 나사 피스톤을 포함하여 단순하고 효율적인 구조를 통해 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에 관한 것이다.

회전 운동을 직선 운동으로 변환하기 위한 종래 회전 구동력 전달 구조는 웜 축, 웜 기어, 피니언 기어 및 랙 기어 등 다수의 기어 부품으로 구성되는 것이 일반적이다. 이로 인하여 종래 회전 구동력 전달 구조는 무게와 부피가 크고, 제조 비용이 높은 문제를 가지고 있다. 또한, 피니언 기어와 랙 기어의 배치 형태에 따라서 랙 기어에 편하중이 가해지는 경우가 많아 랙 기어에 연결된 피스톤의 직진성이 보장되기 어려운 것도 문제점으로 지적되고 있다.

따라서 회전 운동을 직선 운동으로 변환함에 있어 웜 축, 웜 기어, 피니언 기어 및 랙 기어 등을 이용하는 종래의 구조를 단순하고 효율적인 구조로 대체하여 주는 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다. 또한, 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 데에 있어 직진성을 확실히 보장하여 주는 기술에 대한 필요성도 크다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,

본 발명의 목적은, 회전 운동을 직선 운동으로 변환함에 있어 다수의 기어 부품을 이용하는 종래의 구조를 단순하고 효율적인 구조로 대체하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 장치를 경량화 및 소형화할 수 있게 해주는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전(公轉)하되 상기 회전축을 중심으로 일정 간격으로 다수개가 배치된 회전 나사와 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하는 나사 피스톤을 통해 편하중의 발생 없이 직진 운동의 직진성을 향상시키는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전하되 자전은 하지 않는 회전 나사와 상기 회전 나사와 맞물려 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하되 회전하지 않는 나사 피스톤을 통하여 회전 운동의 직선 운동으로의 변환 효율을 극대화하여 주는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치는, 회전 구동력을 전달받아 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전(公轉)하는 회전 나사; 및 상기 회전 나사와 맞물려 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하는 나사 피스톤;을 포함한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에서, 상기 회전 나사는 회전 구동력을 전달받아 상기 회전축을 중심으로 회전하는 회전체에 결합된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에서, 상기 회전 나사는 상기 회전체의 회전에 따라 상기 회전축의 둘레를 공전하되 자전은 하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에서, 상기 회전 나사는 상기 회전축을 중심으로 일정 간격으로 다수개가 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에서, 상기 회전 나사는 상기 회전축을 중심으로 서로 120° 또는 90° 간격을 이루며 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치는, 상기 나사 피스톤이 전진 또는 후진할 때 회전하지 않도록 방지하는 회전방지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에서, 상기 회전방지수단은 상기 나사 피스톤에 길이 방향으로 끼워지되 상기 회전축에 대해 고정된 로드(rod)로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르면, 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치에서, 상기 로드의 횡단면은 비원형인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 전술한 구성을 통해 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명은 회전 운동을 직선 운동으로 변환함에 있어 다수의 기어 부품을 이용하는 종래의 구조를 단순하고 효율적인 구조로 대체하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공한다.

본 발명은 회전 운동을 직선 운동으로 변환하는 장치를 경량화 및 소형화할 수 있게 해주는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공한다.

본 발명은 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전(公轉)하되 상기 회전축을 중심으로 일정 간격으로 다수개가 배치된 회전 나사와 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하는 나사 피스톤을 통해 편하중의 발생 없이 직진 운동의 직진성을 향상시키는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공한다.

본 발명은 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전하되 자전은 하지 않는 회전 나사와 상기 회전 나사와 맞물려 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하되 회전하지 않는 나사 피스톤을 통하여 회전 운동의 직선 운동으로의 변환 효율을 극대화하여 주는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 제공한다.

도 1은 통합형 브레이크 장치 등에 적용되는 회전 구동력 전달 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 하우징을 비롯한 일부 구성을 종단면을 따라 절개 하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 분해 사시도이다.
도 4는 회전 나사의 배치 실시예들의 사시도이다.
도 5는 도 2 및 3에 나타난 나사 피스톤의 평면도이다.
도 6은 나사 피스톤의 후진 상태를 나타낸 도면이다.
도 7은 나사 피스톤의 전진 상태를 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 도면에서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에는 통합형 브레이크 장치 즉, IDB(Integrated Dynamic Brake) 등에 적용되는 회전 구동력 전달 구조가 나타나 있다. 도 1에 나타난 회전 구동력 전달 구조는 모터 등에 의해 생성된 회전 구동력이 웜 축(worm shaft, 100)과 맞물려 결합되는 윔 휠(worm wheel. 200) 및 피스톤(400)과 결합되며 윔 휠(200)과 맞물려 직선운동을 수행하는 랙 기어(300)를 통해 피스톤(400)의 전진 또는 후진 즉, 직선 운동을 위한 구동력으로 변환되도록 구성되어 있다.

조금 더 구체적으로 살펴보면, 웜 휠(200)은 웜 축(100)과 맞물리는 웜 기어(210), 랙 기어(300)와 맞물리는 피니언 기어(230)를 구비하며, 구동시 웜 축(100)과 맞물려 회전운동을 수행한다. 이러한 구조에 의할 경우 다수의 기어 부품이 필요하여 무게와 부피가 커질 수밖에 없고, 제조 비용이 높아지게 된다. 또한, 피니언 기어(230)가 랙 기어(300)에 편하중을 가하는 형태로 배치되므로 랙 기어(300)에 연결된 피스톤(400)의 직진성 보장이 어렵고 랙 기어(300)에 결합된 랙 부시(310)에 과도한 하중이 인가되는 문제가 발생할 수 있다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치를 하우징을 비롯한 일부 구성을 종단면을 따라 절개 하여 나타낸 사시도가 도시되어 있고, 도 3에는 도 2의 분해 사시도가 나타나 있다. 도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치는 회전 나사(1), 나사 피스톤(3), 하우징(4) 및 회전방지수단(5)을 포함한다.

상기 회전 나사(1)는 회전 구동력을 전달받아 회전 구동력의 회전축(A)을 중심으로 그 둘레를 공전(公轉)하는 나사이다. 상기 회전 나사(1)는 외주연을 따라 나사산(1a)이 형성되어 있으며, 상기 회전 나사(1)의 나사산(1a)은 후술할 나사 피스톤(3)의 나사산부(31)와 맞물리게 된다.

회전 구동력은 모터(미도시) 등과 같은 동력 장치에 의해 발생되어 회전 구동축(미도시)을 통해 전달되는데, 상기 회전 구동축 상에는 회전 구동력을 전달받아 상기 회전축(A)을 중심으로 회전하는 회전체(2)가 결합될 수 있다. 이때, 상기 회전체(2)는 도 2에 나타난 바와 같이 원판으로 이루어질 수 있다. 상기 회전 나사(1)는 이와 같은 회전체(2)에 결합되어 회전함으로써 상기 회전축(A)을 중심으로 그 둘레를 공전하도록 구성될 수 있다.

상기 회전 나사(1)는 상기 회전체(2)의 회전에 따라 상기 회전축(A)의 둘레를 공전하되 자전은 하지 않는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다. 상기 회전 나사(1)가 상기 회전체(2)의 결합 위치에서 자전하게 되면, 상기 나사 피스톤(3)에 전진 또는 후진 방향으로 작용하는 마찰력이 클 때 상기 나사 피스톤(3)에 형성된 나사산부(31)와 맞물린 상태에서 실질적으로 상기 나사 피스톤(3)의 전진 또는 후진에 기여하지 못하고 상기 회전 나사(1)가 헛돌게 될 수 있기 때문이다.

상기 회전 나사(1)는 상기 회전축(A)을 중심으로 일정 간격으로 다수개가 배치된 것을 특징으로 할 수 있다. 도 2 및 3에는 상기 회전 나사(1)가 상기 회전축(A)을 중심으로 양측에 대칭을 이루며 한 쌍이 배치된 실시예가 나타나 있는데, 도 4를 통해 확인할 수 있는 바와 같이 상기 회전 나사(1)는 상기 회전축(A)을 중심으로 서로 120° 또는 90° 간격을 이루며 배치된 것을 특징으로 할 수 있다. 즉, 상기 회전 나사(1)는 회전축(A)을 중심으로 정삼각형 또는 정사각형의 배치를 이룰 수 있다.

이와 같이 다수개의 회전 나사(1)가 대칭적으로 배치된 경우 편하중의 발생 없이 상기 나사 피스톤(3)에 직선 운동력을 제공할 수 있다. 따라서 종래 랙 기어를 통한 구동력 전달 방식에 비하여 피스톤의 직진성을 향상시킬 수 있게 된다.

물론, 상기 회전 나사(1)의 개수 및 배치 형태는 위의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 회전 나사(1)의 개수 및 배치 형태가 다양하게 이루어질 수 있다.

상기 나사 피스톤(3)은 회전 나사(1)와 맞물려 회전축(A) 상에 배치되어 상기 회전 나사(1)의 공전에 따라 전진 또는 후진하는 나사 형태의 피스톤이다. 상기 나사 피스톤(3)은 나사산부(31), 피스톤 헤드부(33) 및 가이드 홀(35)을 포함한다.

상기 나사산부(31)는 상기 회전 나사(1)의 나사산(1a)과 맞물리도록 일정 길이의 구간에 걸쳐 형성된 부분이다. 전술한 바와 같이 상기 회전 나사(1)는 상기 회전축(A)을 중심으로 공전하는데, 이에 따라 회전 나사(1)의 나사산(1a)이 자신과 맞물린 나사산부(31)에 힘을 가하게 되고, 그 힘에 의하여 상기 나사 피스톤(3)은 직선 운동 즉, 전진 또는 후진하게 된다.

상기 피스톤 헤드부(33)는 상기 나사산부(31)의 상부에 형성되어 상기 나사산부(31)의 직선 운동에 따른 에너지를 가지고 일을 수행하는 부분이다. 상기 피스톤 헤드부(33)는 실린더 형으로 형성될 수 있으며, 전진 또는 후진하며 유체에 압력을 전달하는 등의 일을 수행할 수 있다. 또한, 상기 피스톤 헤드부(33)의 외주면에는 둘레를 따라 라인 홈이 형성되고 라인 홈 상에 씰링부재(331)가 결합될 수 있다.

상기 가이드 홀(35)은 상기 나사 피스톤(3)의 중심을 길이 방향으로 관통하여 형성된 부분이다. 상기 가이드 홀(35)은 상기 나사산부(31)의 중심 및 상기 피스톤 헤드부(33)의 중심을 길이방향으로 관통하며 형성되며, 상기 회전방지부재(5)가 삽입되어 상기 나사 피스톤(3)의 회전을 방지할 수 있게 해준다.

상기 가이드 홀(35)은 상기 회전방지부재(5)에 상응하는 형상을 가지는데, 상기 나사 피스톤(3)의 회전을 효율적으로 방지하기 위해서는 상기 회전방지부재(5)의 횡방향 단면은 원형이 아닌 것이 바람직하다. 상기 가이드 홀(35)의 형상 역시 비원형 즉, 타원형, 다각형 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

구체적으로, 도 5에는 도 2 및 3에 나타난 나사 피스톤의 평면도가 도시되어 있는데, 이를 살펴보면 상기 피스톤 헤드부(33)에 형성된 가이드 홀(35)이 양측이 라운드진 일자형으로 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

상기 하우징(4)은 상기 회전 나사(1) 및 상기 나사 피스톤(3)을 수용하여 상기 나사 피스톤(3)에 의한 일이 수행되도록 해주는 부분이다. 상기 하우징(4)은 하부 하우징(41) 및 상부 하우징(43)으로 이루어질 수 있으며, 상기 하부 하우징(41)과 상부 하우징(43)은 볼트(c)를 통해 상호 체결될 수 있다.

상기 하부 하우징(41) 및 상부 하우징(43)은 체결된 상태에서 상기 회전 나사(1), 회전체(2) 및 나사 피스톤(3)이 수용되는 실린더를 내부에 형성한다. 구체적으로 상기 하부 하우징(43)의 하부의 중공을 통해 회전 구동력을 전달하는 회전 구동축이 삽입될 수 있고, 회전 구동축을 통한 회전 구동력이 상기 회전체(2)를 통해 상기 회전 나사(1)로 전달될 수 있다. 이때, 상기 회전체(2)의 하부에는 베어링(b)이 결합될 수 있다.

상기 회전방지수단(5)은 상기 나사 피스톤(3)이 전진 또는 후진할 때 회전하지 않도록 방지하는 역할을 수행한다. 또한, 상기 회전방지부재(5)는 상기 나사 피스톤(3)의 안정적인 전진 또는 후진을 위한 가이드를 수행하는 역할도 수행할 수 있다.

상기 회전방지수단(5)을 통해 상기 나사 피스톤(3)의 회전이 방지됨으로써 나사 피스톤(3)의 직진성이 향상될 수 있다. 또한, 상기 회전방지수단(5)에 의한 가이드에 따라 상기 나사 피스톤(3)이 정확한 운동경로를 유지할 수 있게 된다.

구체적으로 상기 회전방지수단(5)은 상기 나사 피스톤(3)을 길이 방향으로 끼워지되 상기 회전축(A)에 대해 고정된 로드(rod)로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.

전술한 바와 같이 상기 회전방지수단(5)이 상기 나사 피스톤(3)의 길이 방향 중심에 끼워진 상태에서 효율적으로 회전을 방지하기 위해서는 그 횡단면이 원형이 아닌 것이 바람직하다. 구체적으로 상기 회전방지수단(5) 즉, 로드의 횡단면은 타원형, 다각형 등으로 이루어질 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치는 도 6 및 7에 나타난 바와 같이 상기 회전 나사(1)의 회전에 따라 상기 나사 피스톤(3)이 전진 또는 후진하며 회전운동을 간단하고 효율적인 구조를 통해 직선운동으로 변환하여 준다.

본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 의해 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 회전 나사 1a: 나사산
2: 회전체
3: 나사 피스톤
31: 나사산부 33: 피스톤 헤드부
25: 가이드 홀
4: 하우징
5: 회전방지부재

Claims (8)

1. 회전 구동력을 전달받아 회전 구동력의 회전축을 중심으로 그 둘레를 공전(公轉)하는 회전 나사; 및
   상기 회전 나사와 맞물려 상기 회전축 상에 배치되어 상기 회전 나사의 공전에 따라 전진 또는 후진하는 나사 피스톤;을 포함하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 회전 나사는 회전 구동력을 전달받아 상기 회전축을 중심으로 회전하는 회전체에 결합된 것을 특징으로 하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 회전 나사는 상기 회전체의 회전에 따라 상기 회전축의 둘레를 공전하되 자전은 하지 않는 것을 특징으로 하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 회전 나사는 상기 회전축을 중심으로 일정 간격으로 다수개가 배치된 것을 특징으로 하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 회전 나사는 상기 회전축을 중심으로 서로 120° 또는 90° 간격을 이루며 배치된 것을 특징으로 하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 나사 피스톤이 전진 또는 후진할 때 회전하지 않도록 방지하는 회전방지수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 회전방지수단은 상기 나사 피스톤에 길이 방향으로 끼워지되 상기 회전축에 대해 고정된 로드(rod)로 이루어진 것을 특징으로 하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 로드의 횡단면은 비원형인 것을 특징으로 하는 회전 나사를 이용한 피스톤 전후진 왕복 운동 장치.
   

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