KR20210124196A - 커플러 - Google Patents

Abstract

이격된 평행한 제1 핀 및 제2 핀을 갖는 기구를 차량 또는 기계의 암에 결합시키는 커플러. 커플러는 차량 암에 부착하기 위한 본체, 제1 고정 조오, 제1 조오로부터 멀리 향하는 가동 제2 조오, 및 제2 조를 제1 조오를 향해 그리고 제1 조오로부터 멀리 선택적으로 이동시키는 액추에이터를 구비한다. 제1 조오는 제1 핀을 위한 착좌부의 전방의 립을 포함한다. 제1 잠금 부재는 당해 잠금 부재의 일부가 제1 조오의 개구부 안으로 돌출되는 잠금 위치와 잠금 해제 위치 사이에서 선회 가능하다. 제2 잠금 부재는 당해 제2 잠금 부재의 일부가 제2 조오의 개구부를 수축시키는 잠금 위치와 잠금 해제 위치 사이에서 선회 가능하다. 제2 조오의 이동은 제1 잠금 부재의 이동을 일으킨다.

Description

커플러

본 발명은 굴삭기, 굴착기, 또는 기타 토공 기계 또는 차량의 암에 기구를 결합시키는 커플러에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 커플러는 유압 고장 시 분리를 방지하기 위한 안전 메커니즘을 갖춘 유압식 커플러이다.

일반적으로 "히치(hitch)"라고도 하는 커플러는 굴삭기(excavator), 굴착기(digger), 또는 백호(back hoe)와 같은 기계의 암에 굴삭 버킷 또는 기타 토공 기구(earth moving implement)와 같은 기구를 제거 가능하게 연결하는 데 사용된다. 이러한 커플러는 전형적으로 암의 자유 단부에 장착되며, 토공 기구를 암에 연결하기 위해 그 토공 기구에 일반적으로 제공되는 한 쌍의 평행 핀과 결합되도록 구성된다.

현대의 커플러는 유압 액추에이터를 사용하여 작동된다. 이는 차량 운전자가 원격에서 기구를 암으로부터 신속하게 교체할 수 있게 함으로써, 커플러에서 한 기구를 분리하고 다른 기구의 핀에 결합시킬 수 있게 한다. 사용하는 동안, 기구는 유압의 작용 하에서 커플러에 의해 견고하게 유지된다. 그러나 고장으로 인해 유압을 잃게 되는 경우에는 기구가 암에서 풀려나거나 떨어져 나가는 위험이 있다. 풀려나거나 떨어져 나가는 기구는 안전상 위험하며, 심각한 상해를 초래할 수 있다.

이러한 위험을 완화하기 위해, 유압 고장 또는 기타 고장의 경우에 기구의 핀들 중 하나 또는 두 핀을 커플러와 결합된 상태로 유지시킬 수 있도록 하는 하나 이상의 안전 잠금 기능부가 유압 커플러에 일반적으로 갖추어진다. 핀들 중 하나만 잠그는 안전 잠금 장치는 두 핀을 잠그는 것에 비해 덜 바람직한데, 기구가 커플러에서 부분적으로 떨어져 나와 잠긴 핀 주위에서 흔들림으로써 여전히 상해를 야기할 수 있기 때문이다.

두 핀을 커플러에 잠그는 기존의 안전 잠금 시스템은 신뢰성과 관련된 문제에 직면해 있다. 커플러와 이의 잠금 시스템은 일반적으로 거친 환경에서 사용되며, 먼지, 모래, 시멘트, 및/또는 잔모래에 노출된다. 이러한 파편 입자들은 예를 들어 잠금 성능을 훼손하고, 끼임을 유발하여 기구를 커플러에서 제거하지 못하게 하고, 그리고/또는 부품들에 가해지는 힘을 증가시켜서 마모를 증가시킴으로써 시스템이 작동하지 못하게 되는 상황을 야기할 수 있다. 커플러와 안전 메커니즘은 또한 굴삭 장비에서 일반적으로 경험하는 큰 하중을 견딜 수 있을 만큼 충분히 견고해야 한다.

본 발명의 적어도 바람직한 실시형태의 목적은 위에 언급된 하나 이상의 단점을 해결하고/하거나 유용한 대안을 공중에 적어도 제공하는 것이다.

특허 명세서, 기타 외부 문서, 또는 기타 정보 자료를 참조한 본 명세서에서, 이는 일반적으로 본 발명의 특징을 논의하기 위한 배경을 제공하기 위한 것이다. 달리 구체적으로 언급하지 않는 한, 그러한 외부 문서 또는 정보 자료에 대한 언급은 그 어떤 재판관할에서도 그러한 문서 또는 정보 자료가 선행 기술이라거나 또는 해당 기술 분야의 보편적인 일반 지식의 일부를 형성하는 것이라고 인정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.

제1 양태에서, 본 발명은 광의로는 이격된 평행한 제1 핀 및 제2 핀을 갖는 기구를 차량 또는 기계의 암에 결합시키는 커플러에 있다. 커플러는, 차량 또는 기계 암에 부착하기 위한 본체; 본체에 대해 고정되며, 제1 기구 핀을 수용하기 위한 개구부 및 착좌부(seat)를 한정하는 제1 조오(jaw); 제2 기구 핀을 수용하기 위한 개구부 및 착좌부를 한정하는 가동(movable) 제2 조오, 여기서 제1 조오와 제2 조오는 서로 반대쪽을 향함; 제2 조오를, 제2 조오가 제1 조오에 대해 원위에 있는 확장 위치와 제2 조오가 제1 조오의 근위에 있는 수축 위치 사이에서, 이동 축을 따라서 제1 조오를 향해 그리고 제1 조오로부터 멀리 선택적으로 이동시키도록 작동 가능한 액추에이터; 잠금 부재의 일부가 제1 조오의 개구부 안으로 돌출되는 잠금 위치와 잠금 부재가 제1 조오의 개구부로부터 실질적으로 또는 전체적으로 수축된 잠금 해제 위치 사이에서 제1 조오에 대해 선회 가능한 제1 잠금 부재; 및 제2 잠금 부재의 일부가 제2 조오의 개구부를 수축시키는 잠금 위치와 제2 잠금 부재가 제2 조오의 개구부로부터 실질적으로 또는 전체적으로 수축된 잠금 해제 위치 사이에서 제2 조오에 대해 선회 가능한 제2 잠금 부재를 포함한다. 제2 조오의 확장 위치로부터 수축 위치를 향한 이동으로 인해 제1 잠금 부재가 잠금 해제 위치로부터 잠금 위치를 향해 이동하게 된다. 제1 조오는 제1 핀을 위한 착좌부의 전방에 립(lip)을 포함하고, 이 립은 대체로 제1 잠금 부재를 향하는 방향으로 돌출한다.

일 실시형태에서, 제1 조오의 립은, 제2 조오가 제1 조오 위에 있는 상태인 커플러의 수직 배향에서는 커플러에 고정된 기구로부터의 중량 힘이 립에 의해 적어도 부분적으로 지지되도록 하는 형상으로 형성된다. 바람직하게는, 제1 조오와 기구 핀의 결합은, 제1 조오의 립을 비울 수 있도록 하기 위해서는 제1 조오 또는 상기 기구 핀의 운동 방향의 변화를 필요로 한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 기구 핀이 제1 조오의 착좌부 상으로 또는 그로부터 이동하는 데 있어서는 운동의 한 성분이 이동 축에 대해 수직을 이루는 방향으로의 핀 또는 커플러의 이동을 필요로 하는 것이 바람직하다.

일 실시형태에서, 제2 조오는, 커플러에 부착된 기구가 액추에이터 고장 시에는 회전하지 못하도록 위해, 제2 조오 개구부에 인접하며 이동 축에 실질적으로 평행한 편평한 확장면을 포함한다.

가동 조오는 가동 부재 상에 제공될 수 있고, 가동 부재는 제1 잠금 부재의 제1 캠면과 활주 가능하게 결합되도록 배열된 연장부를 포함한다. 일 실시형태에서, 가동 부재의 연장부는 실질적으로 중실이고, 그리고/또는 액추에이터는 가동 부재의 연장부에 끼워 넣어지지 않는다.

일 실시형태에서, 결합 부분은 가동 부재의 연장부의 단부에 또는 그 근처에 돌출부를 포함하고, 돌출부는 제1 잠금 부재의 표면을 따라 활주 가능한 표면을 갖는다.

일 실시형태에서, 제1 잠금 부재는 피벗과, 피벗의 반대쪽에 위치한 해제 탭을 구비하며, 피벗은 제1 조오 개구부에 가장 가까운 피벗 측면에서 제1 잠금 부재의 조오 측 부분을 한정한다.

제1 캠면은 제1 잠금 부재의 조오 측 부분의 적어도 대부분을 따라 연장될 수 있고, 제2 캠면은 가동 부재의 연장부를 활주 가능하게 수용하기 위해 해제 탭을 따라 연장될 수 있다. 일 실시형태에서, 제1 캠면은 제1 잠금 부재의 조오 측 부분의 적어도 대부분을 따라 실질적으로 편평하되, 조오 측 부분에서부터 해제 탭으로의 전이 부분에 또는 그 근처에 함몰부를 갖는다.

일 실시형태에서, 제1 조오의 개구부 내로 돌출하는 제1 잠금 부재의 부분은 이동 축에 대해 수직이 아닌 각도로 각져 있는 각진 선단면(angled leading surface)을 포함한다. 각진 선단면은 제1 잠금 부재의 테이퍼형 단부에 의해 제공될 수 있다.

제2 잠금 부재는 그의 잠금 위치를 향해 편의(bias)되는 것이 바람직하고, 편의된 잠금 부재는 가동 부재와 임의의 부착된 부품의 중량을 지지하기에 충분하다. 예를 들어, 제2 잠금 부재를 그의 잠금 위치로 편의시키도록 판스프링이 배열될 수 있다.

제2 잠금 부재는 각진 선단면과 각진 후단면(angled trailing surface)을 가질 수 있으며, 선단면과 후단면은 이동 축에 대해 반대 방향으로 경사진다.

일 실시형태에서, 제1 피봇 잠금 부재는, 제1 조오에 착좌된 기구 핀에만 접촉하되 이 기구 핀의 원주 상의 한 지점에서 또는 그 한 지점을 따라 접촉하도록 한 형상으로 형성된다. 예를 들어, 제1 피봇 잠금 부재는 제1 조오에 착좌된 기구 핀과 접촉하도록 하기 위한 실질적으로 평면인 잠금면 또는 오목면을 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 액추에이터는 유압 램과 같은 선형 액추에이터이다.

본 발명의 구성 및 광범위하게 다른 실시형태들 및 응용들에 있어서의 많은 변경이 본 발명과 관련된 기술 분야의 숙련자들에게 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 암시될 것이다. 본원에서의 개시 및 설명은 예시적인 것이지, 어떠한 의미에서도 결코 제한하려고 하는 것이 아니다. 본 발명과 관련된 기술 분야에서 공지된 균등물을 갖는 특정의 완전체가 본원에서 언급되는 경우, 그러한 공지된 균등물은 마치 개별적으로 기재된 것처럼 본원에 통합되는 것으로 간주된다.

본 명세서 및 청구범위에서 사용되는 용어 '~을 포함하는'은 '~로 적어도 부분적으로 구성된'을 의미한다. 본 명세서 및 청구범위에서의 '포함하는'이라는 용어를 포함하는 진술을 해석할 때, 이 용어 앞에 기재된 특징부들 이외의 다른 특징부들도 존재할 수 있다. '포함한다' 및 '포함한'과 같은 관련 용어는 유사한 방식으로 해석되어야 한다.

본 명세서에 개시된 수치 범위(예를 들어, 1 내지 10)에 대한 언급도 또한 그 범위 내의 모든 유리수들 및 그 범위 내의 임의의 범위의 유리수들(예를 들어, 1 내지 6, 1.5 내지 5.5, 및 3.1 내지 10)에 대한 언급을 포함하는 것으로 의도되어 있다. 따라서, 본원에 명시적으로 개시된 모든 범위 중의 모든 하위 범위는 본원에 명시적으로 개시되는 것이다.

본원에 사용되는 바와 같이, 명사 뒤의 '(들)'이라는 용어는 그 명사의 복수형 및/또는 단수형을 의미한다. 본원에 사용되는 용어 '및/또는'은 '및'이나 '또는'을 의미하거나, 혹은 문맥상 허용되는 경우 둘 다를 의미한다.

이제부터는 본 발명을 단지 예로서 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 예시적인 커플러의 전방/하부 사시도를 도시하고 있다.
도 2는 도 1의 커플러의 후방/하부 사시도를 도시하고 있다.
도 3은 커플러가 한 쌍의 기구 핀과 잠금 형태로 결합되어 있는 상태에서 도시한, 도 1 및 도 2의 커플러의 측면도이다.
도 4는 가동 부재, 액추에이터, 및 제2 래치를 드러내 보이기 위해 고정 조오 부품과 전방 래치를 숨긴 상태에서 도시한, 도 1 내지 도 3의 커플러의 측면 사시도이다.
도 5는 제2 조오가 부분적으로 수축된 위치에 있는 상태에서 도시한, 도 1 내지 도 4의 커플러의 안전 메커니즘의 조립된 부품들의 측면도이다.
도 6은 제2 조오가 확장 위치에 있는 상태에서 도시한, 도 1 내지 도 4의 커플러의 안전 메커니즘의 조립된 부품들의 측면도이다.
도 7은 커플러의 중간면을 관통하여 취한, 도 1 내지 도 6의 커플러의 측단면도이다.
도 8은 도 1 내지 도 6의 커플러의 분해 사시도이다.
도 9a 내지 도 9d는 커플러를 기구의 평행한 핀들에 연결하는 단계를 도시하는 측면도로서, 도 9a는 핀들 중 제1 핀을 수용하는 잠금 해제 형태로 있는 커플러를 도시하고 있고, 도 9b는 커플러가 제1 핀에 잠기고 제2 핀을 수용할 준비가 된 수축된 형태로 있는 커플러를 도시하고 있고, 도 9c는 제2 핀과 정렬되도록 회전된 커플러를 도시하고 있고, 도 9d는 제2 핀과 결합되어 있으며, 두 핀이 커플러에 고정되도록 잠금 형태로 있는 커플러를 도시하고 있다.
도 10a 내지 도 10f는 굴삭기의 암의 단부에 부착된 도 1 내지 도 8의 커플러를 굴삭기 버킷의 평행한 핀들에 결합시키는 과정을 도시하는 측면도로서, 도 10a는 버킷에 부착할 준비가 된, 잠금 해제 형태로 있는 커플러를 도시하고, 도 10b는 핀들 중 제1 핀을 수용하고 있는, 잠금 해제 형태로 있는 커플러를 도시하고, 도 10c는 커플러가 제1 핀에 잠겨 있고 제2 핀을 수용할 준비가 되어 있는, 수축된 형태로 있는 커플러를 도시하고, 도 10d는 굴삭기 암에 의해 회전되어 제2 핀과 정렬된 커플러를 도시하고 있고, 도 10e는 제2 핀과 결합되어 있으며, 두 핀이 커플러에 잠기도록 잠긴 형태로 있는 커플러를 도시하고 있고, 도 10f는 굴삭기 암이 결합된 버킷을 들어 올리는 것을 도시하고 있다.
도 11은 굴삭기 암과 굴삭기 버킷 사이의 결합 과정의 정면 사시도로서, 도 10e의 픽업 위치에서 도시한 도면이다.
도 12는 굴삭기 암과 굴삭기 버킷 사이의 결합 과정의 정면 사시도로서, 버킷을 후방으로 회전시킨 상태에서 도시한 도면이다.
도 13은 굴삭기 암과 굴삭기 버킷 사이의 결합 과정의 정면 사시도로서, 버킷을 전방으로 회전시킨 상태에서 도시한 도면이다.
도 14는 도 13에 대응하는 후방 사시도이다.
도 15는 부착된 기구가 가장 많이 뻗쳐 있는 사용 위치에 해당하는 배향에서 수직 방향으로 배향된, 도 1 내지 도 9d의 커플러의 측면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 배향으로 있지만 커플러가 굴삭기의 암의 단부에 부착되어 있고 굴삭기 버킷의 평행한 핀들에 결합되어 있는 상태를 추가로 보여주고 있는, 도 1 내지 도 9d의 커플러의 측단면도이다.

도 1 내지 도 16은 본 발명의 일 실시형태에 따른 예시적인 커플러(1)를 도시하고 있다. 커플러(1)는 이격된 평행한 제1 핀(2a) 및 제2 핀(2b)을 갖는 기구를 차량 또는 기계의 암에 결합시키는 데 적합하다. 일반적으로, 평행한 가로 핀(2a, 2b)은 굴삭 버킷, 파쇄 어태치먼트, 체 버킷, 클램프, 광폭 버킷, 유압 해머, 스크류 오거 등과 같은 기구에 표준 기능부로 제공되어, 기구를 도 11 내지 도 14에 도시된 바와 같이 차량 또는 기타 기계의 암/붐에 부착시키는 데 도움이 되도록 한 것이다.

커플러(1)의 전방 방향을 나타내기에 적합한 도면에 "F"로 표시된 화살표가 삽입되었다. 도시된 실시형태에서 커플러(1)의 전방(F)은 기구의 전방에 대응하는 쪽(도 10a 내지 도 14에서 굴삭기 버킷의 개방된 쪽)이다. 커플러(1)의 절대 배향은 커플러를 사용하는 중에 그 커플러가 장착된 암이 이동함에 따라 변한다. 따라서, 전방, 후방, 좌측, 및 우측이라는 용어(또는 이와 유사한 용어)는 반드시 주어진 도면에 표시된 배향을 기준으로 할 필요는 없지만 커플러의 전방 방향(F)을 기준으로 해석되어야 하며, 이러한 용어의 사용은 설명의 편의를 위한 것이지, 제한하려는 것이 아니다.

커플러(1)는 본체(3), 본체(3)에 대해 고정된 제1 조오(5), 본체에 대해 이동 가능한 가동 제2 조오(7), 및 제2 조오(7)를 제1 조오(5)를 향해 그리고 제1 조오로부터 멀리 선택적으로 이동시키도록 작동 가능한 액추에이터(9)를 구비한다. 제2 조오(7)의 이동은 도면에 도시된 이동 축(MA)으로 표시되는 바와 같이 커플러의 길이 방향의 전방-후방 방향으로 확장되는 이동 경로를 따른다. 본체(3)는 예를 들어 부착 기능부(attachment feature)를 통해 차량 또는 기계의 암(71)에 부착되도록 구성된다. 도시된 실시형태에서, 본체(3)는 2개의 이격된 평행한 판들(4)을 포함하여, 이 판들(4) 사이의 암으로부터 암 또는 링크의 단부를 수용하도록 한다. 판(4)은 커플러 본체(3)를 암 또는 암 링크에 볼트 체결하기 위한 장착 구멍(6)을 포함하지만, 다른 부착 방법도 가능하다. 작업장에서 예를 들어 리프팅 러그(lifting lug)(8)(도 2)의 구멍을 통해 배치된 체인을 사용하여 다양한 물품을 들어 올리는 것을 용이하게 하기 위해, 리프팅 러그(8)가 바람직하게는 커플러 본체(3)의 후미에 제공된다.

제1 조오(5)는 후크형이며, 커플러의 전방(F) 쪽으로의 개구부(11)를 한정한다. 제1 조오(5)의 내면은 제1 기구 핀(2a)을 수용하기 위한 착좌부(13)를 제공한다. 제1 및 제2 기구 핀(2a, 2b)은 실질적으로 원통형이므로, 기구 핀(2a)을 위한 착좌부(13)를 제공하는 제1 조오(5)의 표면은 핀(2a)의 곡률에 실질적으로 대응하는 곡률로 오목하다.

도시된 실시형태에서, 제1 조오(5)는 커플러의 본체(3)에 고정되거나 일체로 형성된 2개의 이격된 측판(15)로부터 연장된 후크에 의해 제공된다. 후크의 착좌면에 인접한 상부 표면을 갖는 웹(16)이 2개의 판(15)의 후크들 사이를 가교하여, 제1 조오(5)에 강성을 제공할 뿐만 아니라 기구 핀(2a)을 위한 착좌부의 적어도 일부를 형성하기도 한다.

도 3을 참조하면, 제1 조오(5)는 핀 착좌부(13)의 전방에 돌출된 립(17)을 포함한다. 립(17)은 제1 조오의 개구부(11) 내로 돌출되어, 립(17)에 인접한 개구부의 크기를 줄이며, 착좌부(13)를 형성하는 립(17)의 후방 오목부를 한정한다. 립(17)은 개구부(11)를 통해 착좌부(13) 상의 완전한 착좌 위치로 들어가고 또한 그로부터 나오는 도중에 커플러(1)에 대한 비선형 진입 및 퇴출 경로를 탐색할 수 있기 위해서는 기구 핀(2a)을 필요로 한다. 즉, 립(17)을 지나는 기구 핀(2a)의 상대 이동(또는 기구 핀(2a)을 지나는 립(17)의 이동)의 경우, 그 이동은 커플러(1)의 전후 방향에 수직인 방향으로의 운동 성분을 갖는 것이 분명하므로, 기구 핀(2a)이 이동 축(MA)과 평행한 '전방' 또는 '후방' 이동에만 순전히 의지해서는, 제1 조오와 결합되도록 이동하는 것 또는 그 결합으로부터 빠져나오는 것(또는 제1 조오(5)가 기구 핀과 결합되도록 이동하는 것 또는 그 결합으로부터 빠져나오는 것)이 불가능하다.

도시된 실시형태에서, 립(17)은 자신 둘레로 만곡되는 제1 조오의 후크 부분에 의해, 즉 도 3을 참조하면, 제1 핀(2a)의 수직 중심선(VCa)의 전방의 후크 부분에 의해, 형성되며, 이 때 립(17)의 표면은 착좌면에 인접해 있다. 그러나, 대안적인 실시형태에서, 립은 오히려 별개의 돌출부일 수 있다. 립(17)은 2개의 측판들(15) 사이의 커플러(1)의 폭으로서 웹(16)에 의해 형성된 폭 전체에 걸쳐 연장된 것이 바람직하다.

제1 조오(5)에 제1 잠금 부재(19)가 제공된다. 제1 잠금 부재(19)는, 당해 잠금 부재(19)의 일부가 제1 조오(5)의 개구부 안으로 돌출되는, 도 3, 도 5, 및 도 7에 도시된 바와 같은, 잠금 위치와 당해 잠금 부재(19)가 제1 조오(5)의 개구부(11)로부터 실질적으로 또는 전체적으로 수축된, 도 6에 도시된 바와 같은, 잠금 해제 위치 사이에서 이동 가능하다. 제1 잠금 부재(19)가 잠금 해제 위치에 있는 상태에서는 제1 조오(5)가 기구 핀(2a)과 결합되도록 이동될 수 있는 반면, 잠금 위치에서는, 제1 잠금 부재(19)는 기구 핀이 제1 조오(5)로 들어가고 그로부터 빠져나오는 것을 방지한다.

제1 잠금 부재(19)는, 예를 들어 제1 조오(5) 또는 커플러 본체(3)에 피벗식으로 장착됨으로써, 제1 조오(5)에 대해 선회할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 제1 잠금 부재(19)의 피벗은 제1 잠금 부재(19)가 측판들(15) 사이에 위치된 상태에서 제1 조오의 2개의 측판들(15) 사이에서 연장되는 핀(21)에 의해 제공된다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 피벗(21)은 제1 잠금 부재(19)를, 명목상으로, 제1 조오 개구부(11)에 가장 가까운 피벗(21)의 측면에 있는 전방 조오 측 부분(19a)과, 피벗(21)의 반대쪽에 위치한 해제 부분(19b)으로 나눈다. 제1 잠금 부재(19)의 상부 표면은 아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이 가동 제2 조오(7)의 연장부(37)를 활주 가능하게 수용하기 위한 하나 이상의 캠면(23a, 23b)을 제공한다.

실질적으로 편평한 제1 캠면(23a)은 제1 잠금 부재(19)의 조오 측 부분(19a)의 상단을 따라 연장된다. 도시된 실시형태에서, 제1 캠면(23a)은 조오 측 부분(19a)의 길이의 대부분을 따라 연장된다. 제2 캠면(23b)이 해제 부분(19b) 상에 제공되며, 제1 캠면(23a)에 대해 경사져 있다. 제1 및 제2 캠면(23a, 23b)은 인접해 있거나 별개일 수 있다.

도 8을 참조하면, 도시된 실시형태에서, 제1 및 제2 캠면(23a, 23b)은 별개의 표면이다. 제1 잠금 부재(19)는 당해 잠금 부재(19)의 양측의 돌출된 레일 상에 위치된 2개의 평행한 제1 캠면(23a)을 포함한다. 해제 부분(19b)은 2개의 제1 캠면(23a)의 후방에서 그 사이에 위치된 해제 탭(25)을 포함하고, 이 때 해제 탭(25)의 전면에 경사진 제2 캠면(23b)이 제공된다. 가동 조오 연장부(37)가 편평한 제1 캠면(23a)을 따라 활주하는 곳에서부터 가동 조오 연장부가 경사진 제2 캠면(23b)을 따라 맞물리고 활주하는 곳까지 점차적인 전이부를 제공할 수 있도록, 제2 캠면(23b)의 적어도 전방 선단 부분(23c)은 소정의 곡률 반경으로 오목하게 구성된다. 제1 잠금 부재(19)로 하여금 그가 회전할 때에 가동 제2 조오(7)의 연장부(37)와의 충돌을 피할 수 있게 하기 위한 간극(clearance)을 위해, 조오 측 부분(19a)로부터 해제 탭(19b)으로의 전이부 근처의, 제1 캠면(23a)의 단부에 함몰부(depression)(24)가 제공된다.

제1 잠금 부재(19)는 제1 캠면(23a)으로부터 멀리 향하는 잠금 부재(19)의 표면 상의 잠금면(27)을 더 포함한다. 잠금면(27)은 잠금 부재(19)가 잠금 위치에 있을 때에 기구 핀(2a)과 접촉한다. 잠금면(27)은 잠금 부재(19)가 잠금 위치에 있을 때에 제1 조오의 개구부(11) 안으로 돌출하는 제1 잠금 부재(19)의 부분 상에 위치된다.

잠금면(27)은 잠금 위치에서 결합될 때의 기구 핀(2a)과의 접촉점이 오로지 단일이도록 하는 형상으로 형성된다. 도시된 실시형태에서, 실질적으로 편평한/평면형 잠금면을 사용함으로써 단일의 접촉점이 달성된다. 잠금면(27)은 기구 핀(2a)에 대해 잠길 때 원통형인 그 기구 핀에 접선 방향으로 접하므로, 단일 지점(CP)에서만 핀과 접촉한다(도 9b 및 도 9c 참조). 대안적인 실시형태에서, 잠금면(27)은 기구 핀(2a)과의 단일 접촉점만을 여전히 달성하는 방식으로 대안적인 형상으로 형성될 수 있는데, 예를 들면, 잠금면(27)은 기구 핀의 반경보다 현저하게 더 큰 곡률 반경으로 볼록할 수 있거나 또는 대안적으로 오목할 수 있다. 가장 바람직한 실시형태는 잠금면(27)을 편평하게 하거나 임의의 곡률을 최소화하여 잠금면이 '후크' 형상을 형성하지 않도록 한 것이다. 후크형 잠금면, 특히 기구 핀(2b)의 곡률을 밀접하게 따르는 잠금면은 파편을 잠금면과 기구 핀 사이에 가둘 수 있고, 그에 따라, 제1 잠금 부재를 제자리에 고정할 때 여러 문제, 즉 잠금 부재가 고정되지 않거나 잠금 부재를 억지로 제자리에 압입하는 등의 문제가 야기되고, 그 결과 잠금 부재 및 그와 관련된 부품에 큰 부하가 발생하여 부품의 잠재적인 변형 및/또는 고장을 일으킬 수 있다.

제1 잠금 부재(19)는 그의 전방 단부, 즉 피벗(21)에 대해 가장 원위에 있는 잠금 부재의 단부에는 테이퍼지게 형성된다. 테이퍼는 커플러(1)의 길이 방향/이동 축(MA)에 대해 수직이 아닌 각도로 경사진 각진 선단면(29)을 포함한다. 선단면(29)은 제1 잠금 부재(19)가 잠금 위치에 있을 때에 조오 개구부(11)의 상단으로 연장되는 것이 바람직하고, 이에 따라, 잠금 위치에서는, 길이 방향/이동 축(MA)에 수직인, 제1 조오 개구부 안으로 돌출되는 제1 잠금 부재(19)의 표면은 없게 된다.

기존의 커플러의 손상 또는 고장의 일반적인 원인은 미숙련 작업자에 의한 오용, 특히 작업자가 잠금 상태의 커플러를 기구에 결합시키려고 강제로 반복적으로 시도하는 오용에 기인한다. 본 실시형태에서, 제1 잠금 부재(19)가 잠금 위치에 잠겨 있는 중에 작업자가 커플러(1)를 기구 핀(2a)에 결합시키려고 시도하는 경우, 제1 잠금 부재 상의 테이퍼(29)는, 커플러(1)를 핀(2a) 쪽으로 가압하는 힘이 잠금 부재(19)에 피벗(21)을 중심으로 하는 회전력으로서 전달되어서 가동 조오 연장부(37)에 의해 저항을 받게 되는 결과를 낳는다. 이는 잠금 부재가 피벗 핀(21)(일반적으로 가동 조오 연장부보다 작고 그에 따라 약함)에 직접적으로 힘을 전달하는 무딘 단부면을 포함하고 그로 인해 핀(21)의 전단 또는 변형이 잠재적으로 야기되는 경우와는 대조적인 것이다.

가동 제2 조오(7)는, 제2 기구 핀(2b)을 수용하는 착좌부(32) 및 개구부(31)를 한정하는 후크형 부재이다. 제2 조오(7)는 커플러(1)의 후방으로 개방된다. 즉, 제1 조오(5)와 제2 조오(7)는 서로 떨어져서 반대 방향으로 향한다. 가동 제2 조오(7)는 제2 조오가 제1 조오에 대해 원위에 있는 확장 위치와, 제1 및 제2 조오(5, 7)가 각각의 기구 핀과 결합되는 결합 위치와, 제2 조오가 제1 조오의 근위에 있는 수축된 위치 사이에서 움직일 수 있다.

확장 위치에서, 고정 조오(5)의 입의 가상 중심과 가동 조오(7)의 입의 가상 중심 사이의 간격은 제1 기구 핀(2a)과 제2 기구 핀(2b)의 중심 간 간격보다 크다.

가동 조오(7)는 가동 부재(35) 상에 제공되며, 이 가동 조오(7)는 가동 부재(35)에 고정되거나 일체로 형성된다. 가동 부재(35)는 제2 조오(7)로부터 조오 개구부(31)의 반대 방향으로 전방으로 연장되는 연장부(37)와, 가동 부재(35)를 액추에이터(9)에 결합시키는 구동부(38)를 구비한다. 가동 부재(35)는, 이동 축(MA)을 따라 고정된 제1 조오(5)를 향하여 그리고 그로부터 멀어지는, 커플러 본체(3)에 대한 직선 이동을 위해, 커플러(1)에 활주 가능하게 장착된다. 커플러가 기구 핀(2a, 2b)과 결합되도록 정렬될 때, 제2 조오의 이동은 횡 방향 기구 핀(2a, 2b)에 대해 수직이다.

도시된 실시형태에서, 제1 조오 측판들(15)의 마주보는 내면들은 각각 선형 안내 채널(43)을 포함한다(도 8 참조). 이러한 안내 채널(43)은 가동 부재(35)로부터 측 방향으로 돌출하는 가동 부재 상의 상보형 안내 특징부를, 예를 들어 안내 탭(45)을, 수용한다. 가동 부재가 액추에이터(9)에 의해 전방 또는 후방으로 이동함에 따라, 가동 부재(35)의 안내 탭(45)이 안내 채널(43) 내에서 전방 및 후방으로 활주하여 가동 제2 조오(7)의 운동을 안내하고 구속한다. 안내 채널(43)은 가동 부재(35)의 이동 한계를 한정하기 위한 정지부를 포함할 수 있거나, 대안적으로, 가동 부재의 이동은 액추에이터(9)의 행정과 같은 기타 제약에 의해 결정될 수 있다.

가동 부재의 연장부(37)는 제1 및 제2 조오 개구부(11, 31) 위에 있지만 액추에이터(9) 아래에 위치한다(커플러가 도 1 내지 도 8에 도시된 바와 같이 배향될 때임). 연장부(37)는 특히 캠면(23a, 23b)과 활주 접촉을 함으로써 제1 잠금 부재(19)와 상호 작용하도록 배치된다. 연장부(37)는 편평한 제1 캠면(23a)과 활주 접촉을 하는 연장부(37)의 밑면 상의 표면을 포함하는 결합부를 갖는다. 가동 조오(7)가 고정 조오(5)를 향해 이동함에 따라 가동 부재의 연장부(37)가 제1 잠금 부재(19) 위에서 활주한다.

결합 부분은 제1 잠금 부재(19)의 해제 부분(19b)과 상호 작용할 수 있도록 하기 위해 가동 부재의 연장부(37)의 단부에 또는 그 단부 근처에 있는 밑면 상의 돌출부(49)를 더 포함한다. 돌출부(49)는 제1 잠금 부재(19)의 해제 부분(19b)과의 활주 결합을 위한, 만곡형 첨단부를 갖는 경사면을 갖는다. 경사면의 각도 또는 곡률은 해제 부분(19b) 상의 경사면의 각도 또는 곡률과 실질적으로 동일한 것이 바람직하다.

가동 조오(7)가 고정 조오(5)로부터 멀리 이동함에 따라, 돌출부(49)가 해제 부분(19b)을 향하여 이동하여서 그와 접촉하고, 이 때 돌출부(49)의 계속된 이동에 의해 돌출부가 해제 부분(19b)의 경사면을 따라 활주하여서 제1 잠금 부재(19)를 회전시킨다. 바람직하게는, 이동 조오(7)가 그의 확장 위치에 있을 때, 돌출부(49)는 제1 잠금 부재(19)의 해제 부분과 여전히 접촉하는 상태로 유지되어서, 제1 잠금 부재를 잠금 해제 위치에 유지시킨다.

가동 부재(35)의 연장부는 액추에이터(9)에 인접하게 놓이는 실질적으로 중실인 본체를 갖는 것이 바람직하다. 중실인 본체는 커플러를 강화하며, 특히 오용 시의 커플러의 강건성을 보장하는 데 도움이 된다. 기존의 일부 커플러는 액추에이터가 끼워 넣어지는 중공 또는 프레임형 가동 부품을 포함한다. 이러한 부품은 고장 나기 쉽다.

도시된 실시형태에서, 구동부(38)는 제2 조오 개구부(31) 전방에 제공되고, 좌측 및 우측 귀 부분(39)을 포함하며, 이들 귀 부분들 사이에는 액추에이터 결합 핀(41)이 연장된다. 대안적인 실시형태에서, 결합 부분은 다른 형태를 취하거나 그렇지 않으면 가동 부재(35) 상에 위치될 수 있음이 이해될 것이다.

액추에이터(9)는 복동 유압 램의 형태인 것이 바람직한 선형 액추에이터이다. 액추에이터(9)는 제1 조오 측판들(15) 사이에 커플러 본체(3)에 의해 수용된다. 액추에이터의 일단은 커플러 본체(3)에 대해 고정되고 타단은 가동 부재에 고정된다. 도시된 실시형태에서, 유압 램(9)의 실린더는 핀(10)을 통해 제1 조오 측판들(15)에 고정되고, 유압 램 로드는 가동 부재(35)에 핀(41)으로 고정된다.

바람직하게는, 유압 램(9)의 실린더는 확장(또는 수축) 위치로 편의가 기계식으로 이루어지지 않는다. 기존의 일부 커플러에서는, 유압 손실 발생 시에 확장된 상태가 유지되도록 하기 위해 액추에이터를 기계식으로, 예를 들어 로드의 스프링을 사용하여, 확장 위치로 편의시키는 것에 의해 커플러 안전 기능이 제공되었다. 액추에이터를 기계식으로 편의시키는 것에 의존하는 설계에는 여러 가지 단점이 있는데, 예를 들면, 유압 램이 (예를 들어, 결합을 해제하는 중에) 위와 같은 스프링의 편의력에 대항하여 작용하는 데 필요한 더 큰 힘을 수용하기 위해서는 부품들이 더 강해야 한다. 또한, 작업 환경에는 쉽게 갇히게 되어 올바른 작동을 방해하여 램을 편의시키는 스프링의 고장을 일으키는 파편들이 어김없이 포함된다. 이러한 스프링은 대개의 경우에는 커플러 하우징 내에 또는 액추에이터 내부에 수용되기 때문에, 스프링의 상태를 모니터링하여 그 스프링이 목적에 적합한지 또는 유지 보수 목적에 적합한지 여부를 확인하기가 어렵다.

가동 제2 조오(7)에 제2 잠금 부재(51)가 제공된다. 제2 잠금 부재(51)는, 당해 제2 잠금 부재(51)의 일부가 제2 조오(7)의 개구부(31)를 수축시키는 잠금 위치와 당해 제2 잠금 부재(51)가 개구부(31)로부터 실질적으로 또는 전체적으로 수축된 잠금 해제 위치 사이에서, 제2 조오(7)에 대해 선회 가능하다.

도시된 실시형태에서, 제2 잠금 부재(51)는 피벗 핀(53)을 통해 가동 부재(35)에 피벗식으로 장착되어서, 제2 잠금 부재(51)가 가동 부재(35) 및 제2 조오(7)와 협력하여 제1 조오(5)에 대해 전방 및 후방으로 이동할 수 있도록 한다. 제2 잠금 부재(51)는 스프링(55)에 의해 잠금 위치로 편의된다. 스프링(55)은 가동 부재(35)의 반작용 면과 제2 잠금 부재(51) 사이에서 작용하여 제2 잠금 부재를 가동 부재로부터 멀어지게 한다. 가동 부재(35)에 제공된 정지부(57)(도 7 참조)는 제2 잠금 부재가 잠금 위치에 도달할 때 제2 잠금 부재(51)상의 표면에 접하여서, 제2 잠금 부재(51)가 그 지점을 넘어서 회전하는 것을 제한한다.

도시된 실시형태에서, 스프링(55)은 제2 잠금 부재 피벗(53)을 중심으로 하여 연장되는 판스프링이다. 판스프링은 다른 스프링 유형에 비해 잔모래나 먼지가 끼게 되는 일이 그다지 쉽지 않으므로, 커플러(1)를 먼지가 많은 환경에서 사용할 때, 고장 나거나 끼일 가능성이 적다. 대안적인 실시형태에서, 스프링(55)은, 오히려, 피벗(53)을 중심으로 하여 위치되는 토션 스프링, 잠금 부재(51)와 가동 부재(35) 사이의 압축 스프링, 또는 기타 적절한 편의 기능용 부품을 포함할 수 있다. 도면의 실시형태에서는 단일 스프링만이 도시되어 있지만, 대안적으로는 제2 잠금 부재(51)를 편의시키는 복수의 스프링(55)이 있을 수 있다.

제2 잠금 부재(51)는 당해 제2 잠금 부재(51)를 스프링력에 대항하여 가동 부재(35) 쪽으로 밀어 넣음으로써 잠금 위치로부터 잠금 해제 위치로 이동될 수 있다. 제2 잠금 부재(51)의 밑면은 각진 선단면(59) 및 각진 후단면(61)을 갖는다. 표면(59, 61)은 이동 축(MA)에 대해 수직이 아닌 각도로 각을 이루며, 예를 들어 각각의 표면은 20도 내지 60도, 바람직하게는 30도 내지 50도의 각도로 반대 방향으로 경사진다. 각진 표면(59, 61)은, 이동 축과 평행한 힘이 제2 잠금 부재(51)에 가해질 때 그 힘이 피벗(58) 주위에 작용하도록 하여서, 그 힘이 스프링(55)의 편의력을 극복할 정도로 충분히 크면 잠금 부재를 잠금 해제 위치 쪽으로 회전시키도록 하는 것을 보장한다.

아래에서 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 제2 잠금 부재(51)는 액추에이터(9)에서 유압이 손실되는 경우에 제2 조오(7)를 제2 기구 핀(2b)에 부착된 상태로 유지시키는 것을 보장하는 안전 기능부이다. 제2 잠금 부재(51)는 이러한 경우에 제2 조오가 제2 기구 핀 밖으로 미끄러져 나오지 못하도록 제2 조오의 개구부(31)를 수축시킨다. 스프링(55)으로부터의 편의력은 선단면(59)이 기구 핀(2b)에 대해 지탱될 때 가동 부재(35)로부터의 중량 힘이 제2 잠금 부재(51)를 잠금 해제 위치로 회전하지 못하게 할 정도로 적어도 충분해야 한다.

이제부터는 도 9a 내지 도 9d 및 도 10a 내지 도 10f를 참조하여 커플러의 작동에 대해 설명한다. 도 10a 내지 도 10f는 굴삭기의 암(71)의 단부에 부착된 커플러를 도시하고 있다. 암(71)은 커플러(1)가 장착 구멍들(6)을 통해 부착되는 링키지를 포함한다. 유압 램을 사용하여 링키지를 조작하여서, 링키지를 이동시키고, 그에 의해 커플러(1)를 이동시킬 수 있다.

도 9a, 도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 커플러(1)를 기구에 결합시키기 전에, 제1 잠금 부재(19)를 잠금 해제 위치에 있게 하여 기구 핀이 제1 조오(5) 안으로 들어갈 수 있도록 하는 것이 필요하다. 제1 잠금 부재(19)는 액추에이터(9)를 확장시키고 그에 의해 제2 조오(7) 및 가동 부재(35)를 제1 조오(5)로부터 확장 위치(도 6에도 도시됨)까지 멀리 이동시킴으로써 잠금 해제 위치로 이동된다. 가동 부재(35)가 확장 위치 쪽으로 이동함에 따라, 결합 부분 상의 돌출부(49)가 이동하여 제1 잠금 부재(19)의 해제 탭(25) 상의 경사진 캠면(23b)과 접촉하게 된다. 가동 부재(35)가 확장 위치로 이동함에 따라, 돌출부(49)가 해제 탭 표면(35) 위로 활주하여, 해제 탭을 아래쪽으로 회전시키고, 이에 대응하여 제1 잠금 부재(19)의 본체를 위쪽으로 회전시켜서 잠금 해제 위치로 회전시킨다.

커플러(1)가 이러한 잠금 해제 형태로 있는 상태에서, 커플러를 전체적으로 이동시킬 수 있고, 필요한 경우, 암(71)의 링키지를 사용하여 회전시켜서, 제1 조오(5)를 제1 기구 핀(2a)과 정렬시키지만 제2 조오(7)는 제2 기구 핀(2b)에서 자유롭게 유지시킬 수 있다. 그런 다음, 제1 조오(5)가 제1 기구 핀(2a)에 결합되고 그와 동시에 그 핀(2a)이 조오 립(17) 뒤의 착좌면(13)에 착좌되도록, 커플러(1)를 이동시킨다. 립(17)의 전방의 제1 조오 상의 모따기 또는 각진 면(18)은, 핀의 직경보다 더 넓었다가 립(17)에 인접한 조오 개구부로 갈수록 점차적으로 좁아지는, 제1 조오로의 개구부를 생성함으로써, 제1 조오(5)를 핀(2a) 상으로 안내하는 데 도움이 된다. 그 다음은 립(17)의 후방의 각진 상부 내면(20)이 핀(2a)을 착좌면(13) 쪽으로 안내한다.

립(17)은 이동 방향을 변화시키지 않을 수가 없기 때문에, 제1 기구 핀(2a)과 제1 조오(5) 사이의 상대 운동은 이들이 결합되도록 이동하거나 또는 그 결합으로부터 해제되는 이동을 할 때에 비선형이다. 제1 기구 핀(2a)과 제1 조오(5) 사이의 상대 운동은 립(17)의 전방의 이동 축(MA)과 평행하고 선형일 수 있거나, 제1 조오(5)의 전방에서 모따기 면(18)에 의해 수용되는 정도의 약간의 각도로 있을 수 있다. 그러나, 립(17)의 후방에서의 립(17)과 착좌면(13) 사이에서, 이동 벡터는 변화하며, 이동 축(MA)에 수직인 방향 성분을 필요로 한다.

일단 제1 핀(2a)이 제1 조오(5)에 착좌되면, 액추에이터(9)를 수축시켜서 가동 부재(35) 및 관련된 제2 조오(7)를 고정된 제1 조오(5) 쪽으로 이동시킨다. 가동 부재(35)가 확장 위치로부터 이동할 때, 가동 부재(35)의 연장부 상의 활주면(47)(도 4)이 이동하여 제1 잠금 부재(19)의 조오 측면(19a) 상의 각각의 편평한 캠면(23a)과 접촉한다. 활주면(47)이 편평한 캠면(23a) 위에서 활주하여, 제1 잠금 부재(19)의 본체를 아래쪽으로 그리고 잠금 위치로 회전시킨다. 제1 잠금 부재(19)의 잠금 위치로의 이러한 이동은 제2 조오(7)가 그의 확장 위치와 수축 위치 사이의 중간 위치에 있을 때 발생한다. 중간 위치는 제1 조오와 제2 조오의 결합 간격에 대응할 수 있다(또는 결합 위치와 확장 위치 사이에 있을 수 있다).

잠금 위치에서, 제1 잠금 부재(19)가 제1 조오(5)의 개구부 안으로 돌출되어서, 접촉점(CP)에서 제1 기구 핀(2a)과 접촉하여, 커플러(1)를 제1 핀(2a)에 고정시킨다. 이 구성에서, 제1 조오 립(17)과 잠금 부재 잠금면(27) 사이의 개구부의 폭이 제1 핀(2a)의 직경보다 작도록 제1 잠금 부재(19)가 제1 조오(5)의 개구부(11)를 수축시킴으로써 제1 핀(2a)이 립(17)을 지나서 이동하는 것이 방지되기 때문에, 커플러(1)가 제1 핀(2a)에서 제거될 수 없다.

제2 조오(7)가 확장 위치, 결합 위치, 또는 중간 위치에 있을 때, 제2 조오(7)는 제2 기구 핀(2b)을 그로부터 풀어놓지 않을 것이기 때문에, 커플러(1)는 도 9c 및 도 10d의 배향에 대해 아래쪽으로 회전할 수 없다. 따라서, 액추에이터(9)가 수축됨에 따라 가동 부재(35)와 제2 조오(7)는 제1 잠금 부재(19)가 잠금 위치에 있는 중간 위치에서부터 수축 위치를 향해 계속 이동한다. 제1 잠금 부재(19)의 조오 측 상의 캠면(23a)의 편평한 특성으로 인해, 이러한 계속적인 이동은 제1 잠금 부재(19)의 추가 회전을 야기하지 않는다.

제2 조오(7)가 도 7, 도 9b, 및 도 10c에 도시된 바와 같이 수축된 위치에 도달하면, 제2 조오(7)는 제2 기구 핀(2b)의 경로에서 벗어나게 된다. 그런 다음, 제1 조오의 측판(15)의 하부 면이 도 9c 및 도 10d에 도시된 바와 같이 제2 핀(2b)에 접할 때까지 커플러(1)가 제1 핀(2a)을 중심으로 회전하여서, 제2 조오(7)가 제2 기구 핀(2b)의 전방에서 그 핀과 정렬된다. 제1 조오 측판(15) 또는 커플러 본체(3)는 제2 핀(2b)을 위치시키기 위한 리세스(65)를 포함한다. 이 단계 동안, 제2 잠금 부재(51)의 후방의 각진 '후단'면이 이동하여 제2 핀(2b)과 접촉한다. 커플러가 제2 핀(2b) 상으로 하강함에 따라, 제2 잠금 부재(51)가 제2 핀(2b)에 의해 스프링(55)의 편향력에 대항하여 수축/잠금 해제 위치로 밀린다.

마지막 단계에서, 액추에이터(9)가 다시 한번 확장되어, 제2 조오(7)가 제2 핀(2b)과 결합될 때까지 제2 조오(7)를 제1 조오(5)로부터 멀리 이동시킨다. 제2 조오가 이 확장 위치로 이동함에 따라, 제2 잠금 부재(51)가 제2 핀(2b) 위로 이동하여, 전방의 각진 '선단'면(59)에 의해 이루어지는 바와 같이, 스프링(55)으로부터의 편의력 하에서 잠금 위치 쪽으로 점차적으로 아래로 선회한다. 제2 핀(2b)이 가동 제2 조오(7)의 착좌면(33)에 착좌되고, 제2 잠금 부재의 선단면(59)이 제2 핀(2b)과 단일 접촉점에서 접촉하는 상태에서 제2 잠금 부재(51)가 잠금 위치로 완전히 편의된 때에, 커플러(1)가 최종 결합된 형태로 있게 된다. 따라서, 전방 안전 메커니즘과 후방 안전 메커니즘 모두의 작동, 즉 고정된 제1 조오(5) 상의 제1 잠금 부재(19)와 가동 제2 조오(7) 상의 제2 잠금 부재(51)의 작동은, 액추에이터(9)를 통한 가동 부재(35)의 이동에 의해 작동된다. 제1 및 제2 잠금 부재(19, 51)를 작동시키는 데 있어 추가 유압 램 또는 솔레노이드 등과 같은 어떤 다른 능동 액추에이터도 필요하지 않고, 액추에이터(9)의 임의의 기계식 편의도 필요하지 않으므로, 커플러를 기계적으로 간단하게 하며, 육안으로 쉽게 검사할 수 있게 하며, 강건하게 한다.

핀(2a, 2b)이 커플러(1)와 결합되고 제1 잠금 부재와 제2 잠금 부재가 잠금 위치에 있으면, 도 10f 내지 도 14에 도시된 바와 같이, 커플러(1)가 부착된 암 또는 붐(71)을 사용하여 기구(73)를 조작할 수 있다. 제1 및 제2 잠금 부재(19, 51)는 액추에이터(9) 내의 유압 손실과 같은 커플러의 고장이 있는 경우에 제1 및 제2 기구 핀(2a, 2b)이 커플러(1)와의 결합에서 빠지는 것을 방지한다.

최악의 경우의 고장 시나리오는 기구 핀(2a, 2b)이 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같이 수직으로 정렬된 상태에서 차량 또는 기계의 암(71)이 뻗쳐 있는 때에 발생한다. 이 시나리오에서, 액추에이터(9)에 완전한 유압 손실이 있는 경우, 제1 기구 핀(2a)은 제1 조오(5) 내에 채워진 채로 유지될 것이다. 제1 잠금 부재(19)는 가동 부재의 연장부(37)에 의해 잠금 위치로부터 회전하는 것이 방지되는 상태를 유지하며 잠금 위치에 유지될 것이다. 제1 잠금 부재(19)와 립(17)에 의해 생성된 제1 조오 개구부 내에서의 수축은 제1 기구 핀이 제1 조오(5)를 빠져나가는 것을 방지한다. 립(17)은 기구(73)의 중량 힘을 운반하는데, 이 때 제1 잠금 부재(19)에 전달되는 중량 힘은 무시할 수 있다.

이러한 수직 배향에서, 가동 부재(35)와 제2 조오(7)의 자중(W)(그리고 잠재적으로 액추에이터 로드와 기타 연결된 부품들의 중량)은 가동 부재(35)를 아래쪽으로 압박하는 작용을 한다. 제2 잠금 부재(51)(도 16 참조)의 각진 선단면(59)이 제2 핀(2b)과 접촉하여서 이 중량 힘에 대항하여 가동 부재(35)의 임의의 하향 이동을 방지하거나 제한한다. 기구(73)의 실질적으로 모든 중량이 제1 조오의 립(17)에 의해 운반되기 때문에, 가동 부재 및 부착된 부품들의 중량을 지지하는 데 필요한 힘은 스프링 편의력만으로 안전 계수를 허용하면서 충분하다.

이 뻗쳐 있는 위치에서, 기구(73)의 질량 중심은 커플러(1)로부터 (도 16에 예시된 바와 같이 커플러(1)의 우측으로) 이격된다. 따라서, 기구(73)로부터의 중량 힘(BW)은 제1 기구 핀(2a)을 중심으로 하여 회전 방향으로 작용한다.

임의의 회전력이 이동 축(MA)을 따라 이동 부재로 전달될 수 없도록 하는 것을 보장하기 위해, 가동 제2 조오(7)는 이동 축(MA)에 평행한 편평한 표면(63)을 갖는 연장부를 포함한다. 이 편평한 표면(63)은 반원통형 제2 조오 착좌면(13)으로부터 접선 방향으로 연장되는 것이 바람직하다.

연장부의 편평한 표면(63)은 회전력에 대한 반작용 표면을 제공한다. 반력은 이동 축(MA)에 대해 수직이므로(즉, 도 15 및 도 16의 시나리오에서 수평이므로), 가동 부재(35)를 이동 축(MA)을 따라 이동시키지 않고, 대신에 커플러 본체(3)로 전달된다. 도시된 실시형태에서, 반력은 가동 부재 상의 안내 탭(45)을 통해 커플러 본체로 전달된다. 따라서, 두 핀(2a, 2b)은 유압 고장 시 기구의 가능한 모든 배향에 대해 커플러(1)에 내에 유지된다.

커플러(1)로부터 기구(73)를 분리하기 위해, 전술한 과정이 역으로 수행된다. 제1 단계로서, 가동 제2 조오를 제2 기구 핀(2b)과의 결합에서 벗어나게 이동시킬 필요가 있다. 이를 위해, 액추에이터(9)를 수축시킴으로써 가동 부재(35)에 가해지는 힘은 제2 잠금 부재(51) 상의 스프링(55)으로부터의 편의력을 극복하기에 충분해야 한다. 잠금 부재(51)의 각진 선단면(59)은, 기구 핀(2b)에 대한 가동 부재(35)의 직선 병진으로 인해 제2 잠금 부재(51)가 피벗(53)을 중심으로 잠금 해제 위치로 선회하게 되는 결과를 낳는다. 결합 해제 과정 동안, 액추에이터(9)에 최대 유압 동력을 사용할 수 있을 것으로 예상된다. 따라서, 액추에이터(9)가 스프링 바이어스를 극복하는 데 필요하고 제2 잠금 부재(51)를 수축된 잠금 위치로 회전시키는 데 필요한 힘을 제공하는 것은 어렵지 않을 것이다.

가동 조오(7)가 제2 기구 핀(2b)으로부터 분리되면, 커플러(1)를 제1 핀(2a)을 중심으로 회전시킬 수 있고, 이에 따라 제2 조오(7) 안에는 제2 기구 핀이 없게 된다. 그런 다음, 가동 부재와 제2 조오(7)를 확장 위치로 이동시키고 제1 잠금 부재를 제1 핀과의 결합에서 벗어나게 회전시킴으로써 제1 잠금 부재가 잠금 해제되어서, 커플러가 제1 핀(2a)으로부터 제거될 수 있다.

일부 실시형태에서, 결합된 기구(73)에 유압 동력을 제공하는 것이 바람직할 수 있다. 기구(73)로의 유압 동력 공급은, 수동으로 연결되거나, 또는, 더 바람직하게는, 커플러(1)에 통합될 수 있는 것으로서 당 업계에서 사용 가능한 다수의 퀵 커넥트(quick connect) 유압 커플러가 있어서, 기구를 기계식으로 결합할 때 두 유압 커플링이 발생할 수 있게 하는, 별도의 호스 연결을 통해서 이루어질 수 있다.

커플러(1)의 부품들은 당업자에게 명백하게 될 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 하우징 본체(3), 조오 판(15), 가동 부재(35), 및 잠금 부재(19, 51)와 같은 주요 부품들은 강을 포함하는 것이 바람직하다. 부품들은 기계 가공되거나, 주조되거나, 이들 두 가지를 혼합하여 제작될 수 있다. 그러나, 일부 또는 모든 부품들은 대체 금속 또는 복합 재료와 같은 대체 재료를 포함할 수 있음이 구상된다. 유사하게, 유압 액추에이터 장치는 임의의 적합한 재료를 포함할 수 있으며, 압력 호스와 연결되도록 구성된다.

본 발명의 구성 및 광범위하게 다른 실시형태 및 응용에 있어서의 많은 변경이 본 발명과 관련된 기술 분야의 숙련자들에게 첨부된 청구범위에 정의된 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 암시될 것이다. 예를 들어, 예시적인 실시형태에서는 제1 조오(5)가 전방 조오로 기술되었지만 제1 조오(5)는 오히려 후방 조오일 수 있고 제2 조오(7)가 제1 조오의 전방에 있을 수 있음이 명백할 것이다.

또한, 본 발명은 광의로 말하자면 본 출원의 명세서에서 언급되거나 나타낸 부분들, 요소들, 및 특징들에 개별적으로 또는 집합적으로 존재하며 상기 부분들, 요소들, 또는 특징들 중 임의의 둘 이상의 임의의 조합 또는 모든 조합에 존재한다고 말할 수 있으며, 본 발명과 관련된 기술 분야에서 공지된 균등물을 갖는 특정의 완전체가 본원에서 언급되는 경우, 그러한 공지된 균등물은 마치 개별적으로 기재된 것처럼 본원에 통합되는 것으로 간주된다.

Claims (21)

1. 이격된 평행한 제1 핀 및 제2 핀을 갖는 기구를 차량 또는 기계의 암에 결합시키는 커플러로서,
   차량 또는 기계 암에 부착하기 위한 본체;
   본체에 대해 고정되며, 제1 기구 핀을 수용하기 위한 개구부 및 착좌부를 한정하는 제1 조오(jaw);
   제2 기구 핀을 수용하기 위한 개구부 및 착좌부를 한정하는 가동 제2 조오, 여기서 제1 조오와 제2 조오는 서로 반대쪽을 향함;
   제2 조오를, 제2 조오가 제1 조오에 대해 원위에 있는 확장 위치와 제2 조오가 제1 조오의 근위에 있는 수축 위치 사이에서, 이동 축을 따라서 제1 조오를 향해 그리고 제1 조오로부터 멀리 선택적으로 이동시키도록 작동 가능한 액추에이터;
   제1 잠금 부재로서, 당해 잠금 부재의 일부가 제1 조오의 개구부 안으로 돌출되는 잠금 위치와 당해 잠금 부재가 제1 조오의 개구부로부터 실질적으로 또는 전체적으로 수축된 잠금 해제 위치 사이에서 제1 조오에 대해 선회 가능한, 제1 잠금 부재; 및
   제2 잠금 부재로서, 당해 제2 잠금 부재의 일부가 제2 조오의 개구부를 수축시키는 잠금 위치와 당해 제2 잠금 부재가 제2 조오의 개구부로부터 실질적으로 또는 전체적으로 수축된 잠금 해제 위치 사이에서 제2 조오에 대해 선회 가능한, 제2 잠금 부재
   를 포함하되;
   제2 조오의 확장 위치로부터 수축 위치를 향한 이동으로 인해 제1 잠금 부재가 잠금 해제 위치로부터 잠금 위치를 향해 이동하게 되고;
   제1 조오는 제1 핀을 위한 착좌부의 전방에 립(lip)을 포함하고, 상기 립은 대체로 제1 잠금 부재를 향하는 방향으로 돌출하는, 커플러.
2. 제1항에 있어서, 제1 조오의 립은, 제2 조오가 제1 조오 위에 있는 상태인 커플러의 수직 배향에서는 커플러에 고정된 기구로부터의 중량 힘이 상기 립에 의해 적어도 부분적으로 지지되도록 하는 형상으로 형성된, 커플러.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제2 조오는, 커플러에 부착된 기구가 액추에이터 고장 시에는 회전하지 못하도록 위해, 제2 조오 개구부에 인접하며 이동 축에 실질적으로 평행한 편평한 확장면을 포함하는, 커플러.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 조오와 기구 핀의 결합은, 제1 조오의 립을 비울 수 있도록 하기 위해서는 제1 조오 또는 상기 기구 핀의 운동 방향의 변화를 필요로 하는, 커플러.
5. 제4항에 있어서, 기구 핀이 제1 조오의 착좌부 상으로 또는 그로부터 이동하는 데 있어서는 운동의 한 성분이 이동 축에 대해 수직을 이루는 방향으로의 핀 또는 커플러의 이동을 필요로 하는, 커플러.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가동 조오는 가동 부재 상에 제공되고, 가동 부재는 제1 잠금 부재의 제1 캠면과 활주 가능하게 결합되도록 배열된 연장부를 포함하는, 커플러.
7. 제6항에 있어서, 가동 부재의 연장부는 실질적으로 중실인, 커플러.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 액추에이터는 가동 부재의 연장부에 끼워 넣어지지 않는, 커플러.
9. 제6항, 또는 제7항, 또는 제8항에 있어서, 결합 부분은 가동 부재의 연장부의 단부에 또는 그 근처에 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 제1 잠금 부재의 표면을 따라 활주 가능한 표면을 갖는, 커플러.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 잠금 부재는 피벗과, 피벗의 반대쪽에 위치한 해제 탭을 구비하며, 상기 피벗은 제1 조오 개구부에 가장 가까운 피벗 측면에서 제1 잠금 부재의 조오 측 부분을 한정하는, 커플러.
11. 제10항에 있어서, 제1 잠금 부재는 조오 측 부분의 적어도 대부분을 따라 연장되는 제1 캠면과, 가동 부재의 연장부를 활주 가능하게 수용하기 위해 해제 탭을 따라 연장되는 제2 캠면을 구비하는, 커플러.
12. 제11항에 있어서, 제1 캠면은 제1 잠금 부재의 조오 측 부분의 적어도 대부분을 따라 실질적으로 편평하되, 조오 측 부분에서부터 해제 탭으로의 전이 부분에 또는 그 근처에 함몰부를 갖는, 커플러.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 조오의 개구부 내로 돌출하는 제1 잠금 부재의 부분은 이동 축에 대해 수직이 아닌 각도로 각져 있는 각진 선단면을 포함하는, 커플러.
14. 제13항에 있어서, 상기 각진 선단면은 제1 잠금 부재의 테이퍼형 단부에 의해 제공되는, 커플러.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 잠금 부재는 그의 잠금 위치를 향해 편의(bias)되고, 편의된 잠금 부재는 가동 부재와 임의의 부착된 부품의 중량을 지지하기에 충분한, 커플러.
16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 잠금 부재는 각진 선단면과 각진 후단면을 포함하고, 이 선단면과 후단면은 이동 축에 대해 반대 방향으로 경사진, 커플러.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 제2 잠금 부재를 그의 잠금 위치로 편의시키도록 배열된 판스프링을 포함하는, 커플러.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 피봇 잠금 부재는, 제1 조오에 착좌된 기구 핀에만 접촉하되 이 기구 핀의 원주 상의 한 지점에서 또는 그 한 지점을 따라 접촉하도록 한 형상으로 형성된, 커플러.
19. 제18항에 있어서, 제1 피봇 잠금 부재는 제1 조오에 착좌된 기구 핀과 접촉하도록 하기 위한 실질적으로 평면인 잠금면을 포함하는, 커플러.
20. 제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 액추에이터는 선형 액추에이터인, 커플러.
21. 제20항에 있어서, 액추에이터는 유압 램인, 커플러.

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