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KR101907397B1 - 서보 실린더 - Google Patents

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KR101907397B1
KR101907397B1 KR1020170053571A KR20170053571A KR101907397B1 KR 101907397 B1 KR101907397 B1 KR 101907397B1 KR 1020170053571 A KR1020170053571 A KR 1020170053571A KR 20170053571 A KR20170053571 A KR 20170053571A KR 101907397 B1 KR101907397 B1 KR 101907397B1
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KR
South Korea
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ball screw
built
coupled
deceleration output
output module
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KR1020170053571A
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English (en)
Inventor
임선호
Original Assignee
주식회사 세진아이지비
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Publication date
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Priority to JP2019557552A priority patent/JP6858888B2/ja
Priority to CN201880028154.8A priority patent/CN110537040B/zh
Priority to EP18789842.4A priority patent/EP3611402B1/en
Priority to PCT/KR2018/000972 priority patent/WO2018199436A1/ko
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Abstract

서보 실린더가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 실린더는, 모터(motor)와 연결되는 감속기 본체와, 감속기 본체 내에 마련되되 모터로부터의 회전속도는 감소시키고 토크(torque)는 증가시켜 출력하는 감속 출력부를 구비하는 감속기; 일측 단부 영역이 감속기의 내부로 삽입된 상태에서 감속기의 내부에서 감속 출력부와 결합되며, 감속 출력부에 의해 회전운동되는 볼 스크루; 및 볼 스크루와 연결되며, 볼 스크루의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 출력하는 운동 변환용 출력부를 포함한다.

Description

서보 실린더{Servo cylinder}
본 발명은, 서보 실린더에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종전과 달리 볼 스크루의 일측 단부가 감속기의 내부에서 결합되는 볼 스크루 내부 결합구조를 적용함으로써 동일한 스트로크(stroke) 대비 장비의 전체 길이를 감소시킬 수 있으며, 또한 구조가 간소화될 수 있어서 장비를 콤팩트하게 구현할 수 있는 서보 실린더에 관한 것이다.
서보 실린더(servo cylinder)는 모터(motor)의 회전운동을 직선운동으로 변환시키는 전동 액추에이터의 한 종류이다.
에어 실린더(air cylinder) 역시, 직선운동이 필요한 곳에 사용되는 장치이고 여러 산업 현장에서 현재 사용되고 있기는 하지만 에어 실린더에 비해 서보 실린더의 구조가 간단하며, 서보 실린더는 에어 실린더와 달리, 서보모터 혹은 전동모터를 사용하기 때문에 속도 및 토크(torque)가 월등하며, 무엇보다도 위치제어가 용이하다.
이와 같은 이유로 인해 서보 실린더는 자동차 조립라인의 물류 시스템 또는 산업 자동화의 생산 시스템 등의 로봇에 널리 적용되는 추세에 있다. 예컨대, 로봇 아암(robot arm)이 정해진 행정거리를 왕복 직선운동할 경우, 이러한 위치에 서보 실린더가 적용될 수 있다.
도 1은 일반적인 서보 실린더의 부분 단면도이다.
이 도면을 참조하면, 종래기술에 따른 서보 실린더(1)는 모터(12)와 연결되는 감속기(10)의 외부에서 볼 스크루(20)가 연결되는 구조를 갖는다.
볼 스크루(20)에는 볼 스크루(20)의 회전 시 볼 스크루(20)의 길이 방향을 따라 전진 또는 후진 이동될 수 있는 볼 너트(40)가 결합된다. 도 1에는 도시되어 있지 않지만 볼 너트(40)에는 전후진 이동되는 무버(mover)가 연결된다.
볼 스크루(20)를 감속기(10)의 외부에 결합시키기 위해 볼 스크루(20)의 주변에는 커플링(31)이 마련된다.
그리고 커플링(31)의 주변에는 볼 스크루(20)와 무버의 축 방향 하중을 지지하는 스러스트 및 반경방향 지지베어링(32)이 마련된다.
스러스트 및 반경방향 지지베어링(32)의 반경방향 외측에는 스러스트 및 반경방향 지지베어링(32)을 고정하기 위한 수단으로서 로킹블록(33) 및 지지블록(34) 등의 구조물이 배치되며, 이들은 다수의 로킹볼트(35)에 의해 해당 위치에 고정된다.
이에, 감속기(10)의 동작에 의해 볼 스크루(20)가 시계 또는 반시계 방향으로 회전되면 볼 너트(40)가 볼 스크루(20)의 길이 방향을 따라 전진 또는 후진 이동될 수 있게 되며, 이의 동작으로 인해 무버(mover)가 전진 또는 후진되면서 공정에서 요구되는 작업을 진행할 수 있다.
한편, 도 1과 같은 형태의 서보 실린더(1)는 볼 스크루(20)를 적용한 서보 실린더(1)의 가장 일반적인 형태인데, 이와 같은 종래의 서보 실린더(1)의 경우에는 C 영역처럼 볼 스크루(20)가 감속기(10)의 외부에서 결합되는 이른 바, 볼 스크루(20)의 외부 결합구조를 채택하고 있기 때문에 서보 실린더(1)의 전체 길이가 길어질 수밖에 없는 문제점이 있다.
실제, 서보 실린더(1)의 전체 길이가 길어질 경우, 이와 같이 길이가 긴 서보 실린더(1)를 자동차 조립라인의 물류 시스템 또는 산업 자동화의 생산 시스템 등의 로봇에 적용하고자 할 때, 주변 구조물과의 간섭현상으로 인해 적용에 많은 어려움이 발생되는 것으로 보고되고 있다.
또한 종래의 서보 실린더(1)의 경우에는 볼 스크루(20)의 외부 결합구조를 채택하고 있기 때문에 볼 스크루(20)를 감속기(10)의 외부에 결합시키기 위해 불가피하게 커플링(31), 스러스트 및 반경방향 지지베어링(32), 로킹블록(33), 지지블록(34) 등의 다소 복잡한 구조가 적용될 수밖에 없다는 점에서 기존에 알려지지 않은 신개념의 콤팩트한 서보 실린더에 대한 필요성이 대두된다.
대한민국특허청 출원번호 제10-1994-0026135호
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종전과 달리 볼 스크루의 일측 단부가 감속기의 내부에서 결합되는 볼 스크루 내부 결합구조를 적용함으로써 동일한 스트로크(stroke) 대비 장비의 전체 길이를 감소시킬 수 있으며, 또한 구조가 간소화될 수 있어서 장비를 콤팩트하게 구현할 수 있는 서보 실린더를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 모터(motor)와 연결되는 감속기 본체와, 상기 감속기 본체 내에 마련되되 상기 모터로부터의 회전속도는 감소시키고 토크(torque)는 증가시켜 출력하는 감속 출력부를 구비하는 감속기; 일측 단부 영역이 상기 감속기의 내부로 삽입된 상태에서 상기 감속기의 내부에서 상기 감속 출력부와 결합되며, 상기 감속 출력부에 의해 회전운동되는 볼 스크루; 및 상기 볼 스크루와 연결되며, 상기 볼 스크루의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 출력하는 운동 변환용 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 실린더가 제공될 수 있다.
상기 감속 출력부는, 상기 볼 스크루와의 접촉 지지면적 향상을 위해 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 다수의 파트(part)로 분할된 후, 상호 결합되어 한 몸체를 형성하는 분할형 감속 출력부일 수 있다.
상기 분할형 감속 출력부는, 상기 감속기 본체 내에서 상기 감속기 본체 내의 내장부품들과 결합되며, 상기 볼 스크루의 단부가 결합되는 제1 내장형 감속 출력모듈; 및 상기 제1 내장형 감속 출력모듈의 두께 방향을 따라 상기 제1 내장형 감속 출력모듈에 결합되며, 상기 제1 내장형 감속 출력모듈과 함께 상기 볼 스크루의 단부 영역을 지지하는 제2 내장형 감속 출력모듈을 포함할 수 있다.
상기 제2 내장형 감속 출력모듈은 원반 형상으로 제작될 수 있으며, 상기 제1 내장형 감속 출력모듈은 상기 제2 내장형 감속 출력모듈보다 두껍고 일측에 단차턱이 형성되는 원기둥 형상을 가질 수 있으며, 상기 제1 내장형 감속 출력모듈을 향한 상기 제2 내장형 감속 출력모듈의 일면에는 상기 제1 내장형 감속 출력모듈의 단부가 자리배치되기 위한 자리배치홈이 형성될 수 있다.
상기 볼 스크루의 단부에는 비원형 단면 형상을 가지고 상기 제1 내장형 감속 출력모듈과 상기 제2 내장형 감속 출력모듈에 결합되는 비원형 단면 결합부가 형성될 수 있으며, 상기 제1 내장형 감속 출력모듈과 상기 제2 내장형 감속 출력모듈의 중앙 영역에는 상기 볼 스크루의 비원형 단면 결합부가 형상맞춤되는 비원형 결합홀이 각각 형성될 수 있다.
상기 볼 스크루의 단부에는 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 상기 감속기 본체 내에 마련되는 샤프트에 결합되는 샤프트 결합홈이 형성될 수 있다.
상기 감속기 본체에는 상기 분할형 감속 출력부가 배치되는 출력부 배치홈부가 형성될 수 있으며, 상기 출력부 배치홈부 내에는 상기 볼 스크루가 결합되는 상기 분할형 감속 출력부의 축 방향 하중을 지지하는 추력지지용 스러스트 베어링이 결합될 수 있다.
상기 감속기 본체 내에서 상기 추력지지용 스러스트 베어링의 하부 영역에 결합되되 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 상호간 이격 배치되며, 상기 볼 스크루의 직동운동에 의한 반경 방향으로의 하중을 지지하는 한 쌍의 볼 베어링을 더 포함할 수 있다.
상기 운동 변환용 출력부는, 상기 볼 스크루와 결합되며, 상기 볼 스크루의 회전 시 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 이동되는 볼 너트; 및 상기 볼 너트와 결합되어 한 몸체를 이루며, 상기 볼 너트와 함께 이동되는 무빙 블록(moving block)을 포함할 수 있다.
상기 볼 너트는, 상기 무빙 블록의 일측 단부에 접면되게 결합되는 너트 플레이트; 상기 너트 플레이트의 일측으로부터 연장되게 형성되고 상기 무빙 블록의 중앙 관통홀에 삽입결합되는 삽입결합부; 및 상기 너트 플레이트의 타측으로부터 돌출되고 단부가 상기 감속 출력부에 접촉 지지되는 돌출지지부를 포함할 수 있다.
상기 운동 변환용 출력부는, 상기 무빙 블록의 일측 단부에 접면되게 결합되는 결합 플랜지와, 상기 결합 플랜지와 연결되고 상기 볼 스크루가 내부에 삽입되는 스크루 캡을 구비하며, 상기 무빙 블록과 함께 이동되면서 직선운동하는 무버(mover)를 더 포함할 수 있다.
상기 운동 변환용 출력부는, 상기 무버의 직선운동을 가이드하는 가이드부를 더 포함할 수 있다.
상기 가이드부는, 상기 무버가 통과되는 통과홀을 구비하며, 상기 감속기 본체에 대하여 소정 거리 이격되게 배치되는 가이드 블록; 및 일단부는 상기 가이드 블록에 결합되고 타단부는 상기 무빙 블록의 바아 통과구를 경유하여 상기 감속기 본체에 결합되는 가이드 바아를 포함할 수 있다.
상기 가이드 바아는 상기 무버의 둘레 방향을 따라 등간격으로 다수 개 배열될 수 있다.
상기 가이드 바아가 경유되는 상기 무빙 블록의 바아 통과구에는 상기 가이드 바아를 지지하는 볼 부시가 내장될 수 있다.
상기 볼 부시는 상기 무빙 블록의 바아 통과구에 압입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 종전과 달리 볼 스크루의 일측 단부가 감속기의 내부에서 결합되는 볼 스크루 내부 결합구조를 적용함으로써 동일한 스트로크(stroke) 대비 장비의 전체 길이를 감소시킬 수 있으며, 또한 구조가 간소화될 수 있어서 장비를 콤팩트하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 서보 실린더의 부분 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 실린더의 사시도이다.
도 3은 도 2의 정면도이다.
도 4는 도 2의 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 2의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 배면 사시도이다.
도 8은 감속기의 확대 사시도이다.
도 9는 도 8의 배면 사시도이다.
도 10은 도 8의 분해 사시도이다.
도 11은 도 10의 배면 사시도이다.
도 12는 볼 스크루를 포함하는 운동 변환용 출력부의 사시도이다.
도 13은 도 12의 배면 사시도이다.
도 14는 도 12의 분해 사시도이다.
도 15는 도 14의 배면 사시도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 실린더의 사시도이고, 도 3은 도 2의 정면도이며, 도 4는 도 2의 평면도이고, 도 5는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이며, 도 6은 도 2의 분해 사시도이고, 도 7은 도 6의 배면 사시도이며, 도 8은 감속기의 확대 사시도이고, 도 9는 도 8의 배면 사시도이며, 도 10은 도 8의 분해 사시도이고, 도 11은 도 10의 배면 사시도이며, 도 12는 볼 스크루를 포함하는 운동 변환용 출력부의 사시도이고, 도 13은 도 12의 배면 사시도이며, 도 14는 도 12의 분해 사시도이고, 도 15는 도 14의 배면 사시도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 서보 실린더(100)는 종전과 달리 볼 스크루(130)의 일측 단부가 감속기(110)의 내부에서 결합되는 볼 스크루(120) 내부 결합구조를 적용함으로써 동일한 스트로크(stroke) 대비 장비의 전체 길이(L, 도 3 참조)를 감소시킬 수 있으며, 또한 구조가 간소화될 수 있어서 장비를 콤팩트하게 구현할 수 있도록 한 것으로서, 감속기(110)와, 감속기(110)에 연결되고 감속기(110)에 의해 회전되는 볼 스크루(130)와, 볼 스크루(130)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 출력하는 운동 변환용 출력부(150)를 포함할 수 있다.
감속기(110)는 도시 않은 모터(motor)와 연결되는 속도 저감장치로서, 모터로부터의 회전속도는 감소시키고 토크(torque)는 증가시켜 출력하는 역할을 한다.
이러한 감속기(110)는 스퍼기어 방식, 유성기어 방식, 벨트구동 방식 등 다양한 방식의 것이 개발되어 사용되고 있는데, 어떠한 방식의 감속기가 적용되더라도 본 발명의 효과를 제공하는 데에는 아무런 문제가 없다. 이에, 본 실시예에서는 편의상 감속기(110)의 세부 구조에 대해서는 도시하지 않았다.
그리고 감속기(110)가 연결되는 도시 않은 모터는 서보모터 혹은 전동모터일 수 있다. 서보모터가 적용되는 경우에 정밀제어에 보다 유리한 효과를 제공할 수 있다.
감속기(110)는 모터와 연결되되 감속을 위한 다수의 내장부품(115, 도 5 참조)이 마련되는 감속기 본체(111)와, 감속기 본체(111) 내에 마련되되 모터로부터의 회전속도는 감소시키고 토크는 증가시켜 출력하는 감속 출력부(120)를 포함한다.
감속기 본체(111)는 감속기(110)의 외관 구조를 이룬다. 이러한 감속기 본체(111) 내에 모터로부터의 회전속도는 감소시키고 토크는 증가시키기 위한 다양한 구조의 내장부품(115, 도 5 참조)이 마련된다. 내장부품(115)에 대해 자세히 도시 및 설명하지는 않겠지만 내장부품(115)은 스퍼기어 방식, 유성기어 방식, 벨트구동 방식 등의 구조를 통해 모터로부터의 회전속도는 감소시키고 토크는 증가시킬 수 있다.
감속 출력부(120)는 감속기(110)의 내장부품(115) 및 볼 스크루(130)와 연결되어 볼 스크루(130)가 회전될 수 있도록 회전토크를 제공한다. 즉 감속기 본체(111) 내의 내장부품(115)에 의해 발생되는 회전토크를 볼 스크루(130)로 전달하여 볼 스크루(130)가 회전될 수 있도록 한다.
본 실시예에서 감속 출력부(120)는 볼 스크루(130)의 길이 방향을 따라 다수의 파트(part)로 분할된 후, 상호 결합되어 한 몸체를 형성하는 분할형 감속 출력부(120)로 적용된다. 분할형 감속 출력부(120)는 감속기 본체(111)에 형성되는 홈 형태의 출력부 배치홈부(113, 도 10 참조) 내에 마련된다.
한편, 도 1을 참조하여 전술한 것처럼 종래에는 볼 스크루(20)가 감속기(10)의 외부에서 결합되는 이른 바, 볼 스크루(20)의 외부 결합구조를 채택하여 왔다. 때문에 서보 실린더(1)의 전체 길이가 길어질 수밖에 없으며, 또한 볼 스크루(20)의 외부 결합구조로 인해 복잡한 구조가 적용될 수밖에 없었다.
하지만, 본 실시예에서는 종래의 구조와 달리, 볼 스크루(130)의 일측 단부 영역이 감속기(110)의 내부로 삽입된 상태에서 감속기(110)의 내부에서 분할형 감속 출력부(120)와 결합되는 구조를 제시하고 있다. 즉 감속기 본체(111)에는 홈 형태의 출력부 배치홈부(113)가 형성되고, 출력부 배치홈부(113) 내에 분할형 감속 출력부(120)가 마련되는데, 볼 스크루(130)의 일측 단부 영역은 출력부 배치홈부(113) 내에서 분할형 감속 출력부(120)에 결합된다.
본 실시예처럼 볼 스크루(130)의 일측 단부 영역, 즉 볼 스크루(130)의 단부를 이루는 비원형 단면 결합부(131)가 감속기(110)의 내부에서 분할형 감속 출력부(120)와 결합되도록 할 경우, 도 1의 서보 실린더(1)와 동일한 스트로크(stroke) 대비 장비의 전체 길이(L, 도 3 참조)를 감소시킬 수 있으며, 또한 구조가 간소화될 수 있어서 장비를 콤팩트하게 구현할 수 있다.
실제, 본 실시예에 따른 서보 실린더(100)에는 종래의 서보 실린더(1, 도 1 참조)에 적용되었던 커플링(31), 스러스트 및 반경방향 지지베어링(32), 로킹블록(33), 지지블록(34) 등의 복잡한 구조가 필요치 않기 때문에 콤팩트한 구조를 구현할 수 있다.
한편, 본 실시예처럼 볼 스크루(130)의 일측 단부 영역이 감속기(110)의 내부로 삽입된 상태에서 감속기(110)의 내부에서 결합되도록 하려면 볼 스크루(130)를 안정적으로 지지해야 하는데, 이를 위해 분할형 감속 출력부(120)가 적용된다.
분할형 감속 출력부(120)는 감속기 본체(111)의 출력부 배치홈부(113) 내에서 감속기 본체(111) 내의 내장부품(115, 도 5 참조)들과 결합되되 볼 스크루(130)의 단부가 결합되는 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과, 제1 내장형 감속 출력모듈(121)의 두께 방향을 따라 제1 내장형 감속 출력모듈(121)에 결합되되 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 함께 볼 스크루(130)의 단부 영역을 지지하는 제2 내장형 감속 출력모듈(122)을 포함할 수 있다.
이와 같이 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)의 이분형으로 분할형 감속 출력부(120)를 제작한 후, 분할형 감속 출력부(120)에 볼 스크루(130)가 결합되도록 함으로써 볼 스크루(130)와의 접촉 지지면적을 향상시킬 수 있게 되며, 이로 인해 볼 스크루(130)를 안정적으로 지지할 수 있다.
아래에서도 설명하겠지만 볼 스크루(130)는 구조상 토출 출력부위, 즉 가이드 블록(191)이 위치되는 부위에 지지구조를 가질 수 없다. 따라서 반대편, 즉 분할형 감속 출력부(120) 쪽에서 볼 스크루(130)를 견고하게 지지해야만 한다.
이에, 본 실시예에서는 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)의 이분형으로 분할형 감속 출력부(120)를 제작하고 이러한 분할형 감속 출력부(120)에 볼 스크루(130)의 단부가 결합되도록 함으로써 가능한 한 넓은 지지면적으로 볼 스크루(130)를 안정적으로 지지할 수 있도록 하고 있는 것이다.
본 실시예에서 제2 내장형 감속 출력모듈(122)은 원반 형상으로 제작되는 반면 제1 내장형 감속 출력모듈(121)은 제2 내장형 감속 출력모듈(122)보다 두껍고 일측에 단차턱(122b)이 형성되는 원기둥 형상을 갖는다.
이러한 구조에서 제1 내장형 감속 출력모듈(121)을 향한 제2 내장형 감속 출력모듈(122)의 일면에는 제1 내장형 감속 출력모듈(121)의 단부가 자리배치되기 위한 자리배치홈(122b, 도 11 참조)이 형성된다. 자리배치홈(122b)에 제1 내장형 감속 출력모듈(121)의 단부가 자리배치된 후, 이들은 서로 나사 결합될 수 있다.
제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)이 나사 결합되기 위해 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)에는 다수의 통공(121c,122c)이 형성된다.
전술한 바와 같이, 볼 스크루(130)의 단부는 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)을 포함하는 분할형 감속 출력부(120)에 결합된다. 이때, 분할형 감속 출력부(120)에 대하여 볼 스크루(130)가 임의로 회전되면 아니된다.
이를 위해, 볼 스크루(130)의 단부에는 비원형 단면 형상을 가지고 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)에 결합되는 비원형 단면 결합부(131)가 형성된다. 본 실시예에서 비원형 단면 결합부(131)는 D컷 단면 구조(도 15 참조)를 이룬다.
그리고 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)의 중앙 영역에는 볼 스크루(130)의 비원형 단면 결합부(131)가 형상맞춤되는 비원형 결합홀(121a,122a)이 각각 형성된다.
볼 스크루(130)의 단부에는 볼 스크루(130)의 길이 방향을 따라 감속기 본체(111) 내에 마련되는 샤프트(112, 도 10 참조)에 결합되는 샤프트 결합홈(132, 도 15 참조)이 형성된다.
이에, 볼 스크루(130)의 단부를 이루는 비원형 단면 결합부(131)는 제2 내장형 감속 출력모듈(122)의 비원형 결합홀(122a)을 지나 제1 내장형 감속 출력모듈(121)의 비원형 결합홀(121a)에 배치된 후, 샤프트 결합홈(132)이 샤프트(112)에 끼워지는 형태로 분할형 감속 출력부(120)에 결합될 수 있다.
따라서 볼 스크루(130)가 헛도는 현상을 방지할 수 있음은 물론 볼 스크루(130)의 안정적인 지지구조를 이끌어낼 수 있다. 즉 볼 스크루(130)의 비원형 단면 결합부(131)가 제1 내장형 감속 출력모듈(121)과 제2 내장형 감속 출력모듈(122)에 넓은 지지면적으로 배치되어 결합되기 때문에 볼 스크루(130)의 안정적인 지지구조를 이끌어낼 수 있게 되는 것이다.
분할형 감속 출력부(120)가 배치되는 감속기(110)의 출력부 배치홈부(113) 내에는 볼 스크루(130)가 결합되는 분할형 감속 출력부(120)의 축 방향 하중을 지지하는 추력지지용 스러스트 베어링(141)이 결합된다.
이러한 추력지지용 스러스트 베어링(141)은 분할형 감속 출력부(120)의 제1 내장형 감속 출력모듈(121)의 반경방향 외측에 결합될 수 있으며, 그 위치에서 볼 스크루(130)를 비롯한 분할형 감속 출력부(120)의 축 방향 하중, 즉 볼 스크루(130)의 직동운동에 의한 추력을 지지한다. 따라서 볼 스크루(130)의 안정적인 지지구조를 이끌어낼 수 있음은 물론 볼 스크루(130)가 휘어지지 않고 이상적인 회전운동을 진행하는 데에 도움이 된다.
한편, 추력지지용 스러스트 베어링(141)의 하부 영역에는 한 쌍의 볼 베어링(145)이 적용된다. 본 실시예에서 한 쌍의 볼 베어링(145)은 감속기 본체(111) 내에서 추력지지용 스러스트 베어링(141)의 하부 영역에 결합되되 볼 스크루(130)의 길이 방향을 따라 상호간 이격 배치되며, 볼 스크루(130)의 직동운동에 의한 반경 방향으로의 하중을 지지하는 역할을 한다. 이때, 한 쌍의 볼 베어링(145)의 이격거리가 크기 때문에 더 많은 모멘트(처짐) 하중 적용이 가능해진다.
참고로, 볼 부시는 감속기 본체(111)와 토출 출력부위(실린더의 끝단)에 양단 지지로 안정적인 구조를 갖지만 볼 스크루(130)는 구조상 토출 출력부위에 지지구조를 가질 수 없다.
이러한 점을 보강하기 위해 본 실시예의 경우에는 넓은 이격거리를 갖는 한 쌍의 볼 베어링(145)을 적용하고 있는 것이다. 즉 한 쌍의 볼 베어링(145)이 감속구조의 출력축과 입력축 부위로 감속기(110)의 폭만큼, 가능한 한 넓은 지지거리로 볼 스크루(130)의 직동운동에 의한 반경 방향으로의 하중을 지지할 수 있도록 함으로써 볼 스크루(130)의 지지력이 극대화될 수 있게끔 한다. 이러한 경우, 세차진동을 최소화할 수 있다.
분할형 감속 출력부(120)가 배치되는 감속기(110)의 출력부 배치홈부(113)의 입구 영역에는 윤활유의 누유를 저지시키는 오일 실(142, oil seal)이 결합된다. 오일 실(142)은 교체형일 수 있다.
한편, 운동 변환용 출력부(150)는 볼 스크루(130)와 연결되며, 볼 스크루(130)의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 출력하는 역할을 한다.
다시 말해, 감속기(110)의 동작으로 볼 스크루(130)가 회전되면 볼 스크루(130)와 연결된 운동 변환용 출력부(150)의 작용으로 인해 무버(180, mover)가 도 3의 화살표처럼 전진(P1) 또는 후진(P2)될 수 있다.
결과적으로, 운동 변환용 출력부(150)는 볼 스크루(130)의 회전운동을 무버(180)의 직선운동으로 제공하는 역할을 하는 것이다.
이러한 운동 변환용 출력부(150)는 한 몸체로 움직이는 볼 너트(160) 및 무빙 블록(170, moving block)과, 실질적인 직선운동을 진행하는 무버(180)와, 무버(180)의 직선운동을 가이드하는 가이드부(190)를 포함할 수 있다.
볼 너트(160)는 볼 스크루(130)와 나사 결합되며, 볼 스크루(130)의 회전 시 볼 스크루(130)의 길이 방향을 따라 이동되는 역할을 한다.
본 실시예에서 볼 너트(160)는 무빙 블록(170)의 일측 단부에 접면되게 결합되는 너트 플레이트(161)와, 너트 플레이트(161)의 일측으로부터 연장되게 형성되고 무빙 블록(170)의 중앙 관통홀(171, 도 14 및 도 15 참조)에 삽입결합되는 삽입결합부(162)와, 너트 플레이트(161)의 타측으로부터 돌출되고 단부가 감속 출력부(120)에 접촉 지지되는 돌출지지부(163)를 포함할 수 있다.
볼 너트(160)의 삽입결합부(162)가 무빙 블록(170)의 중앙 관통홀(171)에 삽입된 이후에는 볼 너트(160)와 무빙 블록(170)이 나사 결합된다. 이를 위해, 너트 플레이트(161)의 둘레에는 나사 결합을 위한 다수의 통공(161a, 도 15 참조)이 형성된다.
무빙 블록(170)은 전술한 것처럼 볼 너트(160)와 결합되어 볼 너트(160)와 한 몸체를 이룬다.
볼 스크루(130)의 회전 시 볼 너트(160)가 볼 스크루(130)의 길이 방향을 따라 이동될 수 있는데, 무빙 블록(170)이 볼 너트(160)와 한 몸체를 이루기 때문에 볼 스크루(130)의 회전 시 무빙 블록(170) 역시, 볼 스크루(130)의 길이 방향을 따라 이동될 수 있다.
무버(180)는 무빙 블록(170)과 연결되며, 실질적인 직선운동을 진행하는 부분이다. 직선운동이 필요한 로봇 아암 등이 무버(180)에 연결되거나 무버(180)를 포함해서 구현될 수 있다.
이러한 무버(180)는 무빙 블록(170)의 일측 단부에 접면되게 결합되는 결합 플랜지(181)와, 결합 플랜지(181)와 연결되고 볼 스크루(130)가 내부에 삽입되는 스크루 캡(182)을 포함한다.
무버(180)가 무빙 블록(170)과 연결되기 위해, 즉 나사 결합되기 위해 무버(180)의 결합 플랜지(181)에는 다수의 통공(181a, 도 14 및 도 15 참조)이 형성된다. 그리고 스크루 캡(182)의 단부에는 다수의 통공(182a)이 형성되는데, 이 통공(182a)을 통해 로봇 아암 등이 연결될 수 있다.
한편, 무버(180)가 도 3의 화살표처럼 직선운동(P1,P2)을 이상적으로 수행하려면 무버(180)의 직선운동을 가이드할 필요가 있다.
이를 위해, 본 실시예에 따른 운동 변환용 출력부(150)에는 가이드부(190)가 마련된다. 다시 말해, 가이드부(190)는 무버(180)의 직선운동을 가이드하는 역할을 한다.
이러한 가이드부(190)는 감속기 본체(111)에 대하여 소정 거리 이격되게 배치되는 가이드 블록(191)과, 가이드 블록(191)에 연결되는 다수의 가이드 바아(192)를 포함한다.
가이드 블록(191)은 무버(180)처럼 이동되지 않는 고정 구조물로서, 감속기 본체(111)의 일측에 배치된다. 가이드 블록(191)에는 무버(180)의 스크루 캡(182)이 통과되는 통과홀(191a)이 형성된다. 따라서 감속기(110)의 동작에 의해 볼 스크루(130)가 회전되면 무버(180)는 가이드 블록(191)의 통과홀(191a)을 통해서 도 3의 P1 방향 또는 P2 방향처럼 직선운동할 수 있다.
가이드 바아(192)는 실질적으로 무버(180)의 직선운동을 가이드한다. 이러한 가이드 바아(192)는 그 일단부가 가이드 블록(191)에 결합되고 타단부는 무빙 블록(170)의 바아 통과구(173, 도 14 참조)를 경유하여 감속기 본체(111)의 바아 결합구(115, 도 10 참조)에 결합된다. 무빙 블록(170)이 가이드 바아(192)에 의해 가이드되기 때문에 무빙 블록(170)에 연결되는 무버(180) 역시, 비뚤어지지 않고 정방향으로 전후진 직선운동할 수 있다.
본 실시예의 경우, 가이드 바아(192)가 경유되는 무빙 블록(170)의 바아 통과구(173)에는 가이드 바아(192)를 지지하는 볼 부시(193)가 내장된다.
볼 부시(193)는 무빙 블록(170)의 바아 통과구(173)에 압입된 상태에서 가이드 바아(192)를 지지할 수 있다. 따라서 가이드 바아(192)에 대한 무빙 블록(170)의 안정적인 가이드 동작을 이끌어낼 수 있다.
이상 자세히 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 서보 실린더(100)는 종래의 도 1과 달리, 볼 스크루(130)의 일측 단부 영역이 감속기(110)의 내부로 삽입된 상태에서 감속기(110)의 내부에서 분할형 감속 출력부(120)와 결합되는 구조를 갖는다.
본 실시예처럼 볼 스크루(130)의 일측 단부 영역, 즉 볼 스크루(130)의 단부를 이루는 비원형 단면 결합부(131)가 감속기(110)의 내부에서 분할형 감속 출력부(120)와 결합되도록 할 경우, 도 1의 서보 실린더(1)와 동일한 스트로크(stroke) 대비 장비의 전체 길이(L, 도 3 참조)를 감소시킬 수 있으며, 또한 구조가 간소화될 수 있어서 장비를 콤팩트하게 구현할 수 있게 되는 것이다.
이상 설명한 바와 같은 구조와 작용을 갖는 본 실시예에 따르면, 종전과 달리 볼 스크루(130)의 일측 단부가 감속기(110)의 내부에서 결합되는 볼 스크루(120) 내부 결합구조를 적용함으로써 동일한 스트로크(stroke) 대비 장비의 전체 길이(L, 도 3 참조)를 감소시킬 수 있으며, 또한 구조가 간소화될 수 있어서 장비를 콤팩트하게 구현할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 감속기 111 : 감속기 본체
112 : 샤프트 113 : 출력부 배치홈부
120 : 감속 출력부 121 : 제1 내장형 감속 출력모듈
121a : 제1 비원형 결합홀 122 : 제2 내장형 감속 출력모듈
122a : 제2 비원형 결합홀 130 : 볼 스크루
131 : 비원형 단면 결합부 132 : 샤프트 결합홈
141 : 추력지지용 스러스트 베어링 145 : 볼 베어링
150 : 운동 변환용 출력부 160 : 볼 너트
161 : 너트 플레이트 162 : 삽입결합부
163 : 돌출지지부 170 : 무빙 블록
180 : 무버 181 : 결합 플랜지
182 : 스크루 캡 190 : 가이드부
191 : 가이드 블록 191a : 통과홀
192 : 가이드 바아 193 : 볼 부시

Claims (16)

  1. 모터(motor)와 연결되는 감속기 본체와, 상기 감속기 본체 내에 마련되되 상기 모터로부터의 회전속도는 감소시키고 토크(torque)는 증가시켜 출력하는 감속 출력부를 구비하는 감속기;
    일측 단부 영역이 상기 감속기의 내부로 삽입된 상태에서 상기 감속기의 내부에서 상기 감속 출력부와 결합되며, 상기 감속 출력부에 의해 회전운동되는 볼 스크루; 및
    상기 볼 스크루와 연결되며, 상기 볼 스크루의 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 출력하는 운동 변환용 출력부를 포함하며,
    상기 운동 변환용 출력부는,
    상기 볼 스크루와 결합되며, 상기 볼 스크루의 회전 시 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 이동되는 볼 너트;
    상기 볼 너트와 결합되어 한 몸체를 이루며, 상기 볼 너트와 함께 이동되는 무빙 블록(moving block);
    상기 무빙 블록의 일측 단부에 접면되게 결합되는 결합 플랜지와, 상기 결합 플랜지와 연결되고 상기 볼 스크루가 내부에 삽입되는 스크루 캡을 구비하며, 상기 무빙 블록과 함께 이동되면서 직선운동하는 무버(mover); 및
    상기 무버의 직선운동을 가이드하는 가이드부를 포함하며,
    상기 가이드부는,
    상기 무버가 통과되는 통과홀을 구비하며, 상기 감속기 본체에 대하여 소정 거리 이격되게 배치되는 가이드 블록; 및
    일단부는 상기 가이드 블록에 결합되고 타단부는 상기 무빙 블록의 바아 통과구를 경유하여 상기 감속기 본체에 결합되는 가이드 바아를 포함하며,
    상기 가이드 바아가 경유되는 상기 무빙 블록의 바아 통과구에는 상기 가이드 바아를 지지하는 볼 부시가 내장되는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감속 출력부는,
    상기 볼 스크루와의 접촉 지지면적 향상을 위해 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 다수의 파트(part)로 분할된 후, 상호 결합되어 한 몸체를 형성하는 분할형 감속 출력부인 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 분할형 감속 출력부는,
    상기 감속기 본체 내에서 상기 감속기 본체 내의 내장부품들과 결합되며, 상기 볼 스크루의 단부가 결합되는 제1 내장형 감속 출력모듈; 및
    상기 제1 내장형 감속 출력모듈의 두께 방향을 따라 상기 제1 내장형 감속 출력모듈에 결합되며, 상기 제1 내장형 감속 출력모듈과 함께 상기 볼 스크루의 단부 영역을 지지하는 제2 내장형 감속 출력모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 내장형 감속 출력모듈은 원반 형상으로 제작되며,
    상기 제1 내장형 감속 출력모듈은 상기 제2 내장형 감속 출력모듈보다 두껍고 일측에 단차턱이 형성되는 원기둥 형상을 가지며,
    상기 제1 내장형 감속 출력모듈을 향한 상기 제2 내장형 감속 출력모듈의 일면에는 상기 제1 내장형 감속 출력모듈의 단부가 자리배치되기 위한 자리배치홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 볼 스크루의 단부에는 비원형 단면 형상을 가지고 상기 제1 내장형 감속 출력모듈과 상기 제2 내장형 감속 출력모듈에 결합되는 비원형 단면 결합부가 형성되며,
    상기 제1 내장형 감속 출력모듈과 상기 제2 내장형 감속 출력모듈의 중앙 영역에는 상기 볼 스크루의 비원형 단면 결합부가 형상맞춤되는 비원형 결합홀이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 볼 스크루의 단부에는 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 상기 감속기 본체 내에 마련되는 샤프트에 결합되는 샤프트 결합홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 감속기 본체에는 상기 분할형 감속 출력부가 배치되는 출력부 배치홈부가 형성되며,
    상기 출력부 배치홈부 내에는 상기 볼 스크루가 결합되는 상기 분할형 감속 출력부의 축 방향 하중을 지지하는 추력지지용 스러스트 베어링이 결합되는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 감속기 본체 내에서 상기 추력지지용 스러스트 베어링의 하부 영역에 결합되되 상기 볼 스크루의 길이 방향을 따라 상호간 이격 배치되며, 상기 볼 스크루의 직동운동에 의한 반경 방향으로의 하중을 지지하는 한 쌍의 볼 베어링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 볼 너트는,
    상기 무빙 블록의 일측 단부에 접면되게 결합되는 너트 플레이트;
    상기 너트 플레이트의 일측으로부터 연장되게 형성되고 상기 무빙 블록의 중앙 관통홀에 삽입결합되는 삽입결합부; 및
    상기 너트 플레이트의 타측으로부터 돌출되고 단부가 상기 감속 출력부에 접촉 지지되는 돌출지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 가이드 바아는 상기 무버의 둘레 방향을 따라 등간격으로 다수 개 배열되는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
  15. 삭제
  16. 제1항에 있어서,
    상기 볼 부시는 상기 무빙 블록의 바아 통과구에 압입되는 것을 특징으로 하는 서보 실린더.
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