KR20220009016A - 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더에 관한 것으로, 그 목적은 스러스트 베어링의 적용 없이 모터의 회전축으로 전달되는 스러스트 하중을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 한 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더를 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 모터; 상기 모터에 고정되게 설치된 이너 서포트; 상기 이너 서포트와 함께 모터에 고정되게 설치된 실린더 하우징; 원통형의 구조로 이루어지되, 실린더 하우징에 의해 지지된 채로 전후로 이동하도록 설치되며, 내주면에 암나사부가 형성된 것으로 이루어진 피스톤 로드; 상기 피스톤 로드의 내부에서 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 설치되며, 장축과 단축을 갖는 구동캠; 및 상기 구동캠을 내부에 수용하는 원통형의 구조로 이루어지고, 상기 피스톤 로드의 암나사부와 맞물리는 환형 가동돌기가 외주면에 형성된 것으로 이루어지되, 구동캠에 의해 타원형으로 변형되면서 타원의 장축 주변에만 암나사부와 환형 가동돌기가 맞물리고, 구동캠의 회전에 의해 타원의 장축이 시계방향 또는 반시계방향으로 전환되면서 암나사부와 환형 가동돌기의 맞물림 위치를 변화시켜 피스톤 로드를 이동시키도록 이루어지며, 상기 이너 서포트에 고정되게 설치된 탄성컵;으로 구성된 것을 특징으로 하는 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더를 제공한다.

Description

탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더{Electric cylinder with load distribution structure using elastic cup deformation}

본 발명은 전동 실린더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피스톤 로드의 내주면에 형성된 암나사부와, 탄성컵의 외주면에 형성된 환형 가동돌기의 맞물림 위치가 구동캠의 회전에 의해 연속적으로 변경되면서 피스톤 로드를 이동시키도록 이루어진 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더에 관한 것이다.

일반적으로 전동 실린더는 전기에 의해 작동하는 모터와, 회전운동을 직선운동으로 변환하는 구조를 포함하여 모터의 작동에 의해 피스톤 로드가 전후로 이동하면서 신장 또는 수축되도록 이루어진 실린더이다.

상기 전동 실린더는 유압실린더 또는 공압실린더와 달리 별도의 탱크나 펌프를 필요로 하지 않아 구조가 단순하며, 정밀한 위치제어가 가능한 이점을 갖는다.

이러한 전동 실린더는 볼트와 너트를 이용한 방식, 볼트와 너트 사이에 다수의 볼이 설치된 것으로 이루어진 볼스크류 방식, 유성 나사를 이용한 유성 나사 방식 등 다양한 방식이 사용되고 있다.

상기 유성 나사 방식은 실린더 추력이 높은 곳에서 유용하지만, 모터의 회전축에 연결된 너트에 하중이 그대로 걸리면서 모터에 큰 부담을 주는 문제점이 있으며, 이러한 문제점은 볼스크류 방식이나 볼트와 너트를 이용한 방식에서 모두 발생될 수 있다.

따라서, 전동 실린더를 설계함에 있어서, 회전축을 통해 모터에 작용하는 스러스트 하중을 제거하기 위하여 여러 가지 형태의 스러스트 베어링이 적용되고 있으며, 그 일례가 특허문헌1에 개시되어 있다.

그러나, 스러스트 베어링의 적용만으로 회전축을 통해 모터에 전달되는 스러스트 하중을 완전히 제거할 수 없으므로, 여전히 모터의 작동에 큰 부담이 될 수밖에 없으며, 스러스트 베어링의 적용을 위해 관련 구조가 복잡해지는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-1907397호(2018.10.12.공고)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 스러스트 베어링의 적용 없이 모터의 회전축으로 전달되는 스러스트 하중을 효과적으로 감소시킬 수 있도록 한 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 전기에 의해 작동하는 모터; 상기 모터로부터 연장되는 회전축의 일부를 내부에 수용한 채로 지지하도록 모터에 고정되게 설치된 이너 서포트; 상기 이너 서포트를 내부에 수용한 채로 이너 서포트와 함께 모터에 고정되게 설치된 실린더 하우징; 원통형의 구조로 이루어지되, 일부분이 이너 서포트와 실린더 하우징의 사이로 삽입되어 실린더 하우징에 의해 지지된 채로 전후로 이동하도록 설치되며, 내주면에 암나사부가 형성된 것으로 이루어진 피스톤 로드; 상기 피스톤 로드의 내부에 위치한 채로 회전축과 함께 회전하도록 회전축에 설치되며, 장축과 단축을 갖는 구동캠; 및 상기 구동캠을 내부에 수용하는 원통형의 구조로 이루어지고, 상기 피스톤 로드의 암나사부에 형성된 나사골에 삽입되어 암나사부와 맞물리는 하나 이상의 환형 가동돌기가 외주면에 형성된 것으로 이루어지되, 구동캠에 의해 타원형으로 변형되면서 타원의 장축 주변에만 암나사부와 환형 가동돌기가 맞물리고, 구동캠의 회전에 의해 타원의 장축이 시계방향 또는 반시계방향으로 전환되면서 암나사부와 환형 가동돌기의 맞물림 위치를 변화시켜 피스톤 로드를 이동시키도록 이루어지며, 상기 이너 서포트에 고정되게 설치되어 피스톤 로드의 이동 시 발생되는 스러스트 하중을 이너 서포트로 분산시키는 탄성컵;으로 구성된 것을 특징으로 하는 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더를 제공한다.

한편 상기 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더에 있어서, 상기 환형 가동돌기는 탄성컵의 외주면으로부터 돌출되고, 탄성컵의 원주방향을 따라 수평한 자세로 연장되는 구조를 갖도록 형성될 수 있다.

한편 상기 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더에 있어서, 상기 실린더 하우징의 길이방향을 따라 연장되는 구조를 갖도록 실린더 하우징의 내주면에 돌출되게 형성된 가이드레일; 및 상기 가이드레일에 결합된 채로 가이드레일을 따라 이동하도록 피스톤 로드의 외주면에 형성되어 피스톤 로드의 회전은 억제하고 전후이동은 허용하는 가이드홈;을 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 의하면, 피스톤 로드의 작동 시 피스톤 로드를 통해 탄성컵으로 전달되는 스러스트 하중이 이너 서포트로 분산됨에 따라 스러스트 베어링의 사용 없이도 모터의 회전축으로 전달되는 스러스트 하중을 현저히 감소시킬 수 있다.

도 1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 실린더의 내부 구성도,
도 2 는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 실린더의 일부를 절개하여 나타낸 사시도,
도 3 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 실린더의 주요 작동부에 대한 상세도,
도 4 는 본 발명에 따른 구동캠과 탄성컵이 결합된 상태를 보인 사시도,
도 5 는 본 발명에 따른 구동캠과 탄성컵이 결합된 상태를 보인 부분 절개 사시도,
도 6 은 본 발명에 따른 실린더 하우징과 피스톤 로드가 가이드레일 및 가이드홈에 의해 결합된 상태를 보인 단면도,
도 7 은 구동캠에 의해 타원형으로 변형된 탄성컵의 환형 가동돌기가 피스톤 로드의 암나사부에 결합된 상태를 보인 예시도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 실린더의 내부 구성도를, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 실린더의 일부를 절개하여 나타낸 사시도를, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전동 실린더의 주요 작동부에 대한 상세도를, 도 4는 본 발명에 따른 구동캠과 탄성컵이 결합된 상태를 보인 사시도를, 도 5는 본 발명에 따른 구동캠과 탄성컵이 결합된 상태를 보인 부분 절개 사시도를, 도 6은 본 발명에 따른 실린더 하우징과 피스톤 로드가 가이드레일 및 가이드홈에 의해 결합된 상태를 보인 단면도를, 도 7은 구동캠에 의해 타원형으로 변형된 탄성컵의 환형 가동돌기가 피스톤 로드의 암나사부에 결합된 상태를 보인 예시도를 도시하고 있다.

본 발명에 따른 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더는 모터(110), 이너 서포트(120), 실린더 하우징(130), 피스톤 로드(140), 구동캠(150), 탄성컵(160)으로 구성되며, 모터(110)의 작동에 의해 구동캠(150)이 회전하고, 구동캠(150)에 의해 타원형으로 변형된 탄성컵(160)의 장축(S1)이 회전축(111)의 회전방향과 동일한 방향으로 연속적으로 전환되면서 피스톤 로드(140)를 이동시키도록 이루어진다.

상기 모터(110)는 고정자와 회전자를 포함하는 공지의 모터(110)로 이루어질 수 있으며, 전기에 의해 작동하면서 회전축(111)을 회전시키도록 구성된다.

한편, 상기 회전축(111)은 모터(110)로부터 이너 서포트(120)를 관통하여 실린더 하우징(130)의 내부로 돌출되도록 길게 연장되는 구조를 갖도록 설치되어 이너 서포트(120)에 의해 지지된 채로 모터(110)의 작동에 의해 회전하도록 이루어진다.

상기 이너 서포트(120)는 회전축(111) 및 탄성컵(160)을 지지하는 것으로, 회전축(111)을 따라 길게 연장된 원통형의 구조로 이루어지며, 일측 단부가 모터(110)에 고정되게 설치된다.

이러한 이너 서포트(120)는 피스톤 로드(140)의 안쪽에 위치하며, 외주면이 피스톤 로드(140)의 내주면으로부터 이격되게 형성되어 피스톤 로드(140)의 전후 이동에 지장을 주지 않도록 형성된다.

상기 실린더 하우징(130)은 피스톤 로드(140)의 전후 이동을 지지하는 것으로, 피스톤 로드(140)의 둘레를 감싸도록 피스톤 로드(140)의 외부에 배치되며, 이너 서포트(120)와 함께 모터(110)에 고정되도록 구성된다.

이러한 실린더 하우징(130)은 이너 서포트(120)를 관통하여 모터(110)에 체결되는 볼트에 의해 이너 서포트(120)와 함께 모터(110)에 고정될 수 있다.

한편, 상기 실린더 하우징(130)의 내주면에는 가이드레일(131)이 형성되고, 피스톤 로드(140)의 외주면에는 가이드홈(141)이 형성되며, 가이드레일(131)과 가이드홈(141)의 결합에 의해 피스톤 로드(140)는 회전이 억제된 채로 전후이동만 가능하게 된다.

보다 구체적으로, 상기 가이드레일(131)은 실린더 하우징(130)의 내주면으로부터 돌출되고, 실린더 하우징(130)의 길이방향으로 길게 연장되게 형성된다.

이러한 가이드레일(131)은 실린더 하우징(130)의 원주방향으로 다수개가 분산되게 형성될 수 있다.

상기 가이드홈(141)은 피스톤 로드(140)의 외주면으로부터 일정한 깊이를 갖도록 가공되어 가이드레일(131)의 일부가 내부로 삽입되는 방식으로 가이드레일(131)과 결합되도록 이루어지되, 피스톤 로드(140)가 전후로 이동하는 과정에서 가이드레일(131)에 결합된 상태를 유지하도록 피스톤 로드(140)의 외주면에 형성된다.

이러한 가이드홈(141)은 가이드레일(131)에 대응하여 다수개가 피스톤 로드(140)의 원주방향으로 분산되게 형성될 수 있다.

상기 피스톤 로드(140)는 원통형의 구조로 이루어지며, 일부분이 이너 서포트(120)와 실린더 하우징(130)의 사이에 삽입되어 실린더 하우징(130)에 의해 지지된 채로 전후방향으로 이동하도록 설치된다.

이러한 피스톤 로드(140)의 내주면에는 탄성컵(160)과 함께 추력을 형성하는 암나사부(142)가 형성되며, 상기 암나사부(142)는 한 줄 나사 또는 2줄 이상의 나사산으로 이루어지는 다줄 나사로 구성될 수 있다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암나사부(142)는 2줄 나사로 이루어진다.

상기 구동캠(150)은 탄성컵(160)을 타원형으로 변형시키되 탄성컵(160)이 형성하는 타원의 장축(S1)이 회전축(111)의 회전방향과 동일한 방향으로 연속적으로 전환되도록 탄성컵(160)을 변형시키는 것으로, 피스톤 로드(140)의 내부에 위치한 채로 회전축(111)과 함께 회전하도록 회전축(111)에 설치되며, 장축과 단축을 갖는 타원형 또는 직사각형 등의 형태를 갖도록 구성된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구동캠(150)은 타원형의 형태를 가지며, 회전블록(151)과 베어링(152)으로 구성된다.

상기 회전블록(151)은 타원형상의 평면구조를 갖는 블록으로 이루어지며, 회전축(111)의 단부가 삽입되어 결합되는 구멍(153)이 중심부에 형성되고, 키를 매개로 회전축(111)과 결속되어 회전축(111)과 함께 회전하도록 구성된다.

상기 베어링(152)은 회전블록(151)의 둘레를 감싸도록 설치되어 회전블록(151)과 탄성컵(160)의 마찰저항을 감소시키는 것으로, 다수의 볼을 포함하는 것으로 이루어지며, 하나 이상이 회전블록(151)에 설치될 수 있다.

한편, 도 5에는 2개의 베어링(152)이 회전블록(151)에 설치된 구조가 도시되어 있다.

상기 탄성컵(160)은 구동캠(150)에 의해 타원형으로 변형되도록 이루어지되 구동캠(150)의 회전에 의해 타원의 장축(S1)이 시계방향 또는 반시계방향으로 전환되면서 피스톤 로드(140)를 이동시키는 것으로, 원통부(161)와 바닥부(162)로 구성된다.

상기 원통부(161)는 구동캠(150)을 내부에 수용하도록 원통형의 구조로 이루어지되, 피스톤 로드(140)의 암나사부(142)에 형성된 나사골에 삽입되는 환형 가동돌기(163)가 외주면에 돌출되게 형성된다.

한편, 상기 환형 가동돌기(163)는 삼각형, 사각형, 원형, 타원형 등의 다양한 단면으로 형성될 수 있으며, 원통부(161)의 외주면으로부터 돌출되되, 원통부(161)의 원주방향을 따라 수평한 자세로 연장되는 구조를 갖도록 형성되며, 다수개가 원통부(161)의 높이방향으로 분산되게 형성될 수 있으며, 도 5에는 다수의 환형 가동돌기(163)가 원통부(161)의 높이방향을 따라 연속적으로 연결된 구조로 분산되게 형성되어 톱니 형태를 이루는 구조가 도시되어 있다.

또한, 상기 원통부(161)의 내주면은 구동캠(150)의 외주면과 마주하되, 타원형으로 이루어진 구동캠(150)의 단축에서 구동캠(150)의 외주면으로부터 이격되고, 구동캠(150)의 장축에서 구동캠(150)의 외주면과 밀착되면서 가압되도록 형성된다.

따라서, 원통부(161)는 구동캠(150)에 의해 타원형으로 변형되며, 이러한 변형이 용이하게 이루어질 수 있도록 원통부(161)는 가요성 재질로 이루어지거나 탄성변형이 가능하도록 얇은 두께로 구성될 수 있다.

상기 바닥부(162)는 원통부(161)의 하단부에 일체형의 구조로 형성되며, 중앙부에는 회전축(111)이 관통하는 구멍(163)이 형성된 것으로 이루어진다.

이러한 바닥부(162)는 볼트 체결에 의해 이너 서포트(120)에 고정된다.

상기와 같이 원통부(161)와 바닥부(162)로 이루어진 탄성컵(160)은 이너 서포트(120)에 고정되게 설치되며, 내측에 구동캠(150)이 위치하고, 외측에 피스톤 로드(140)가 위치하게 된다.

이하에서는 본 발명에 따른 전동 실린더가 작동하는 과정을 구체적으로 설명하도록 하며, 이를 통해 본 발명에 따른 전동 실린더가 갖는 작용효과를 명확히 나타내도록 한다.

본 발명에 따른 전동 실린더는 모터(110)의 구동에 의해 작동하게 된다.

즉, 모터(110)의 구동으로 인해 회전축(111)이 회전하게 되면, 회전축(111)과 결속된 구동캠(150)이 회전하게 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구동캠(150)은 장축과 단축을 포함하는 타원형의 구조로 이루어지며, 구동캠(150)의 외주면 중 단축 주변의 외주면은 탄성컵(160)의 내주면으로부터 이격되고, 장축 주변의 외주면은 탄성컵(160)의 내주면에 밀착되면서 가압하도록 구성됨에 따라 탄성컵(160)은 구동캠(150)에 의해 타원형으로 형태로 변형되며, 탄성컵(160)의 외주면을 수평방향으로 감싸도록 형성된 환형 가동돌기(163) 중 타원형의 장축(S1) 주변 부분이 피스톤 로드(140)의 암나사부(142)에 형성된 나사골에 삽입되어 암나사부(142)와 맞물린 상태를 유지하게 된다.

이와 같이 탄성컵(160)에 형성된 환형 가동돌기(163)의 일부분이 피스톤 로드(140)의 암나사부(142)에 맞물린 상태에서 구동캠(150)이 회전하게 되면, 구동캠(150)에 의해 타원형으로 변형된 탄성컵(160)의 장축(S1)이 회전축(111)의 회전방향과 동일한 방향으로 연속적으로 전환되고, 이로 인해 암나사부(142)와 환형 가동돌기(163)의 맞물림 위치가 회전축(111)의 회전방향을 따라 연속적으로 변화하게 되며, 이때 환형 가동돌기(163)가 암나사부(142)를 구성하는 나사산을 밀어 올리거나 내리게 되므로, 피스톤 로드(140)의 전진동작 또는 후진동작이 구현된다.

이와 같이 피스톤 로드(140)가 이동하는 과정에서 피스톤 로드(140)를 통해 탄성컵(160)으로 전달되는 스러스트 하중은 탄성컵(160)을 지지하는 이너 서포트(120)로 분산되므로, 회전축(111)으로 전달되는 스러스트 하중을 현저히 저감시킬 수 있게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 전동 실린더는 스러스트 베어링의 사용이 전혀 요구되지 않는다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더는 매우 단순한 구조를 갖고 있어 제조와 유지보수가 용이한 것은 물론이고, 스러스트 베어링의 사용 없이도 회전축(111)과 모터(110)로 전달되는 스러스트 하중을 현저히 저감시켜 모터(110)의 손상을 방지할 수 있는 매우 유용한 발명이다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 모터 111: 회전축
120: 이너 서포트 130: 실린더 하우징
131: 가이드레일 140: 피스톤 로드
141: 가이드홈 142: 암나사부
150: 구동캠 160: 탄성컵
163: 환형 가동돌기

Claims (3)

1. 전기에 의해 작동하는 모터(110);
   상기 모터(110)로부터 연장되는 회전축(111)의 일부를 내부에 수용한 채로 지지하도록 모터(110)에 고정되게 설치된 이너 서포트(120);
   상기 이너 서포트(120)를 내부에 수용한 채로 이너 서포트(120)와 함께 모터(110)에 고정되게 설치된 실린더 하우징(130);
   원통형의 구조로 이루어지되, 일부분이 이너 서포트(120)와 실린더 하우징(130)의 사이로 삽입되어 실린더 하우징(130)에 의해 지지된 채로 전후로 이동하도록 설치되며, 내주면에 암나사부(142)가 형성된 것으로 이루어진 피스톤 로드(140);
   상기 피스톤 로드(140)의 내부에 위치한 채로 회전축(111)과 함께 회전하도록 회전축(111)에 설치되며, 장축과 단축을 갖는 구동캠(150); 및
   상기 구동캠(150)을 내부에 수용하는 원통형의 구조로 이루어지고, 상기 피스톤 로드(140)의 암나사부(142)에 형성된 나사골에 삽입되어 암나사부(142)와 맞물리는 하나 이상의 환형 가동돌기(163)가 외주면에 형성된 것으로 이루어지되, 구동캠(150)에 의해 타원형으로 변형되면서 타원의 장축(S1) 주변에만 암나사부(143)와 환형 가동돌기(163)가 맞물리고, 구동캠(150)의 회전에 의해 타원의 장축(S1)이 시계방향 또는 반시계방향으로 전환되면서 암나사부(142)와 환형 가동돌기(163)의 맞물림 위치를 변화시켜 피스톤 로드(140)를 이동시키도록 이루어지며, 상기 이너 서포트(120)에 고정되게 설치되어 피스톤 로드(140)의 이동 시 발생되는 스러스트 하중을 이너 서포트(120)로 분산시키는 탄성컵(160);으로 구성된 것을 특징으로 하는 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 환형 가동돌기(163)는 탄성컵(160)의 외주면으로부터 돌출되고, 탄성컵(160)의 원주방향을 따라 수평한 자세로 연장되는 구조를 갖도록 형성된 것을 특징으로 하는 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 실린더 하우징(130)의 길이방향을 따라 연장되는 구조를 갖도록 실린더 하우징(130)의 내주면에 돌출되게 형성된 가이드레일(131); 및
   상기 가이드레일(131)에 결합된 채로 가이드레일(131)을 따라 이동하도록 피스톤 로드(140)의 외주면에 형성되어 피스톤 로드(140)의 회전은 억제하고 전후이동은 허용하는 가이드홈(141);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성컵 변형을 응용한 하중분산 구조를 갖는 전동 실린더.

Images