KR0175635B1 - 볼스크루의 구동오차흡수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼스크루의 구동오차흡수장치에 관한 것으로, 특히 볼스크루너트(5)에 나합되는 볼스크루(9)에 의헤 테이블(1)이 직진되는 직진기구에 있어서, 상면이 상기 테이블(1)의 하면에 고정되면서 내측에 유로(20)가 형성되고, 하면에 오목홈(2-1)이 형성되는 베어링몸체(2); 상기 오목홈(2-1)에 원주방향의 밀폐공간(17)이 형성되도록 삽입 고정되면서 상기 밀폐공간(17)에 상기 유로(20)의 일단이 연통되는 베어링샤프트(3)와; 상면이 상기 베어링샤프트(3)의 하면에 고정되고, 내측면에 너트하우징(6)이 상하방향의 탄성힌지(7)에 의해 이격 형성되면서 상기 너트하우징(6)의 내측에 상기 볼스크루너트(5)가 축방향으로 삽입 체결되는 커플링몸체(4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼스크루의 구동오차흡수장치에 관한 것이다.

Description

볼스크루의 구동오차흡수장치

본 발명은 볼스크루의 구동오차흡수장치에 관한 것으로, 특히 탄성힌지와 유정압베어링 메카니즘을 이용하여 볼스크루의 조립오차, 운동오차 및 외부로부터 볼스크루를 통해 전달되는 진동, 외란 등을 구조적으로 흡수하여 볼스크루에 의해 구동되는 공작기계의 테이블의 운동정도에 영향을 미치지 않는 볼스크루의 구동오차흡수장치에 관한 것이다.

일반적으로 볼스크루는 모터의 회전운동을 직진운동으로 변환시켜 주는 부품으로서, 공작기계, 측정기기, 반도체장비 등과 같이 직진테이블(또는 안내면)에 의한 위치 결정이 필요한 곳에 사용된다.

종래에는 제1도에 도시한 바와 같이 볼스크루(9)가 볼스크루너트(5) 및 테이블브래킷(10)에 의해 테이블(1)에 결합되는 직접체결형으로, 볼스크루(9)에 대한 외부의 영향이 없다면 테이블(1)이 가이드레일(13)을 따라 이동하게 되고, 이때 테이블의 정밀도는 레일면의 직진도 또는 레일간의 평행도 등에 의해 좌우된다.

그러나 실제로 볼스크루(9) 조립시 가이드레일(13)과의 관계에 있어서, 상하좌우방향의 평행도 조립오차가 보통 수십 ㎛ 정도 발생되고, 볼스크루 자체의 가공오차에 의해 회전시 흔들림 오차가 발생되며, 이러한 오차에 의해서 발생되는 테이블의 운동에 대한 영향 정도는 볼스크루의 굽힘모멘트강성과 테이블의 동일방향 강성 사이의 관계에 따라서 정해진다.

또한 초정밀공작기계, 정밀계측기, 반도체장비 등과 같이 서브미크론 수준의 정밀도를 요하는 장치에 있어서, 직접체결형이 사용되는 경우 볼스크루에 의해 안내면의 하중지지를 위한 부상높이가 간섭받게 되므로 운동정도와 강성면에서 치명적인 손상을 받게 된다.

본 발명은 탄성힌지 및 밀폐공간에 충전된 가압 윤활유의 유압을 이용하여 볼스크루의 구동오차를 흡수함으로써 테이블의 직진 정밀성을 더욱 향상시킬 수 있는 볼스크루의 구동오차흡수장치를 제공함에 그 목적이 있다.

제1도는 종래기술에 따른 직접체결형 볼스크루가 장착된 직진기구의 요부단면도.

제2도는 본 발명에 따른 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 운동방향을 나타내는 요부사시도.

제3도는 본 발명에 따른 볼스크루의 구동오차흡수장치를 나타내는 정단면도(a)와 측단면도(b).

제4도는 직접체결형 볼스크루의 직진도그래프(a)와 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 직진도그래프(b).

제5도는 직접체결형 볼스크루의 고유진동수그래프(a)와 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 고유진동수그래프(b).

제6도는 직접체결형 볼스크루의 감쇠특성그래프(a)와 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 감쇠특성그래프(b)이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 테이블 2 : 베어링 몸체

2-1 : 오목홈 3 : 베어링샤프트

4 : 커플링몸체 5 : 볼스크루너트

6 : 너트하우징 7 : 탄성힌지

8 : 고정볼트 9 : 볼스크루

10 : 테이블브래킷 11 : 서포트베어링

12 : 모터커플링 13 : 가이드레일

14 : 모터 15 : 모터브래킷

16 : 베드 17 : 밀폐공간

20 : 유로 21 : 고정볼트

22 : 공급호스

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 볼스크루너트에 나합되는 볼스크루에 의해 테이블이 직진되는 직진기구에 있어서, 상면이 상기 테이블의 하면에 고정되면서 내측에 유로가 형성되고, 하면에 오목홈이 형성되는 베어링몸체와; 상기 오목홈에 원주방향의 밀폐공간이 형성되도록 삽입 고정되면서 상기 밀폐공간에 상기 유로의 일단이 연통되는 베어링샤프트와; 상면이 상기 베어링샤프트의 하면에 고정되고, 내측면에 너트하우징이 상하방향의 탄성힌지에 의해 이격 형성되면서 상기 너트하우징의 내측에 상기 볼스크루너트가 축방향으로 삽입 체결되는 커플링몸체로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼스크루의 구동오차흡수장치를 제공한다.

도면을 참조하여 본 발명의 구성을 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 운동방향을 나타내는 요부사시도이다.

먼저 본 발명에서는 볼스크루(9)의 6가지 운동방향중에서 이송축인 X방향과 이송축중심의 회전방향이 배클래시(Backlash)에 의해 흔들리지 않도록 단단히 구속되어 있고, Y축과 Y축 중심의 회전방향(Yaw) 및 Z축과 Z축 중심의 회전방향(Pitch)에 대해서 가능한 한 자유롭게 유동되게 함으로써 볼스크루의 조립오차나 흔들림오차가 테이블(1)의 운동정도에 영향을 미치지 않는 구조로 형성되어 있다.

그리고 제3도는 본 발명에 따른 볼스크루의 구동오차흡수장치를 나타내는 정단면도(A)와 측단면도(B)이다.

상면이 테이블(1)의 하면에 고정볼트(21)에 의해 고정되어 있는 베어링몸체(2)는 하면에 원형의 오목홈(2-1)이 형성되어 있고, 이 오목홈에 베어링샤프트(3)가 원주면 및 상면 사이에 각각 ㎛정도의 간극이 형성되도록 삽입 고정되어 있다.

여기서 외주면이 오목홈(2-1)의 내주면과 ㎛정도의 간극이 형성되도록 오목홈에 삽입되는 베어링샤프트(3)는 외주면이 오목홈의 내주면 상하단에 각각 형성되는 원주방향의 돌기편에 고정되어 있고, 이로써 오목홈의 내주면과 베어링샤프트의 외주면 사이에는 밀폐공간(17)이 형성되게 된다.

또한 베어링몸체(2)에는 내측에 윤활유를 밀폐공간(17)에 공급되는 유로(20)가 형성되어 있고, 이 유로는 일단이 밀폐공간의 일측에 연통되면서 타단이 윤활유공급호스(22)에 연결되어 잇다.

한편 상면이 원형의 베어링샤프트(3) 하면에 일체형으로 고정되는 사각의 커플링몸체(4)는 내측에 너트하우징(6)이 일체형으로 형성되어 있고, 정단면이 각각 정사각형상인 커플링몸체의 내측면과 너트하우징의 외측면은 그 사이가 축방향의 상하좌우 4개면에 걸쳐 이격되도록 형성되는 동시에 축방향의 탄성힌지(7)에 의해 연결되어 있다.

이때 너트하우징(6)은 4개의 모서리에 각각 단면이 대략 ㄴ자형의 홈이 축방향으로 형성되어 있고, 이 홈에 각각 축방향으로 수직 형성되는 탄성힌지(7)는 상단 또는 하단이 커플링몸체(4)의 내측 상하면 양측에 각각 일체형으로 결합되어 있다.

또한 너트하우징(6)에는 축방향으로 중앙홀이 형성되면서 이 중앙홀에 볼스크루너트(5)가 삽입되어 있고, 볼스크루너트는 4개의 고정볼트(8)에 의해 너트하우징에 고정되면서 내주면에 볼스크루(9)가 나합되어 있다.

이하 본 발명의 작용을 설명한다.

공급호스(22)에 공급되는 가압 윤활유는 유로(20)를 통해 밀폐공간(17)에 충전되고, 밀폐공간에 충전된 가압 윤활유의 유압에 의해 베어링몸체(2)와 베어링샤프트(3) 사이에 작용되는 변위력이 흡수된다.

즉, X축방향 및 Y축방향에 대해서는 구속력을 갖게 되지만 Z축방향 및 Z축 중심의 회전방향(Yaw방향)에 대해서는 밀폐공간(17)에 충전된 가압 윤활유의 유압에 의해 마찰저항이 무시된 비접촉 및 미끄럼의 자유로운 운동이 가능한다.

반면에 커플링몸체(4)와 너트하우징(6) 사이를 상하방향으로만 연결하는 탄성힌지(7)는 상대적으로 Z축방향에 비해 Y축방향의 강성이 매우 작아 볼스크루(9)의 구동에 따른 굽힘모멘트가 작용되면 너트하우징(6)이 Y축방향으로 탄성변위를 하게 된다.

결국 볼스크루(9)의 구동시 이송축인 X축방향의 구동력은 밀폐공간(17)에 충전된 가압 윤활유의 유압에 의해 배클래시없이 테이블(1)에 전달되고, 볼스크루의 Y축방향 오차는 탄성힌지(7)의 탄성변형과 밀폐공간에 충전된 가압 윤활유의 유압에 의해 흡수되며, 볼스크루의 Z축방향의 오차는 탄성힌지(7)의 강성과, 베어링샤프트(3)와 베어링몸체(2) 사이의 미끄럼에 의해 흡수된다.

따라서 볼스크루(9)의 구동시 발생되는 모든방향의 구동오차는 탄성힌지(7)와 밀폐공간(17)에 충전된 가압 윤활유의 유압에 의해 흡수되어 테이블(1)에 전달되는 것을 거의 차단해 준다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

[실시예]

먼저 볼스크루(9)는 직경 20㎜이고, 리드(Lead) 5㎜인 CO급을 사용하였으며, 직진도측정에는 레이저간섭계(HP5527A)를 사용하고, 동특성(고유진동수, 감쇠특성)의 측정은 테이블(1)의 이송방향으로 가속도계를 설치하면서 반대방향에 임팩트해머로 가격함으로써 실시하였다.

그리고 제4도는 직접체결형 볼스크루의 직진도그래프(A)와 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 직진도그래프(B)이다.

Y축방향 및 X축방향의 직진도 측정결과 구동오차흡수장치를 장착한 볼스크루의 직진도가 현저히 향상되어 있음을 볼수 있다.

또한 제5도는 직접체결형 볼스크루의 고유진동수그래프(A)와 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 고유진동수그래프(B)이다.

제5도에 의하면, 직접체결형 볼스크루의 고유진동수가 120Hz였으나 구동오차흡수장치가 장착될 경우 고유진동수는 152Hz로 증가하여 진동특성이 향상됨을 알 수 있다.

한편 제6도는 직접체결형 볼스크루의 감쇠특성그래프(A)와 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루의 감쇠특성그래프(B)이다.

여기서 구동오차흡수장치가 장착된 볼스크루가 직접체결형 볼스크루보다 외부진동에 대한 감쇠특성면에서 현저히 우수함을 알 수 있다.

본 발명은 탄성힌지 및 밀폐공간에 충전된 가압 윤활유의 유압을 이용하여 볼스크루의 구동오차를 흡수함으로써 테이블의 직진 정밀성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Claims (3)

1. 볼스크루너트(5)에 나합되는 볼스크루(9)에 의해 테이블(1)이 직진되는 직진기구에 있어서, 상면이 상기 테이블(1)의 하면에 고정되면서 내측에 유로(20)가 형성되고, 하면에 오목홈(2-1)이 형성되는 베어링몸체(2)와; 상기 오목홈(2-1)에 원주방향의 밀폐공간(17)이 형성되도록 삽입 고정되면서 상기 밀폐공간(17)에 상기 유로(20)의 일단이 연통되는 베어링샤프트(3)와; 상면이 상기 베어링샤프트(3)의 하면에 고정되고, 내측면에 너트하우징(6)이 상하방향의 탄성힌지(7)에 의해 이격 형성되면서 상기 너트하우징(6)의 내측에 상기 볼스크루너트(5)가 축방향으로 삽입 체결되는 커플링몸체(4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼스크루의 구동오차흡수장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 베어링샤프트(3) 및 베어링몸체(4), 탄성힌지(7), 너트하우징(6)이 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼스크루의 구동오차흡수장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 탄성힌지(7)는 상기 베어링몸체(4)의 내측면과 하우징(6)의 외측면 사이에 형성되는 상하간극의 양측에 각각 축방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 볼스크루의 구동오차흡수장치.