KR100421076B1

KR100421076B1 - 액튜에이터

Info

Publication number: KR100421076B1
Application number: KR1019960006419A
Authority: KR
Inventors: 모또히로 센조; 시게루 사도또모
Original assignee: 가부시기가이샤 아이 에이 아이
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1996-03-12
Publication date: 2004-06-26
Also published as: KR970068100A

Abstract

본 발명에 따른 액튜에이터는 고정자(9) 및 회전자(11)를 갖는 AC서보모터(7)가 이 AC서보모터(7)의 출력 샤프트(13)와 미리 일체로 형성된 볼 스크류(15)를 회전시키고, 이에 따라 상기 볼 스크류(15)와 결합된 볼 너트(17)를 통해 슬라이더(19)가 이동하며, 상기 볼 너트(17)의 회전은 상기 볼 스크류(15)에 의해 제한되고, 상기 AC서보모터(7)의 양측에 위치하여 이 양측에서 각각 상기 AC서보모터(7)의 출력 샤프트(13)를 회전가능하게 지지하는 베어링수단(25, 27, 35)을 구비하고, 상기 AC서보모터(7)의 출력샤프트(13), 이 출력샤프트(13)에 고정된 상기 회전자(11), 그리고 상기 AC서보모터(7)의 상기 베어링수단(25, 27, 35)이 상기 AC서보모터(7)의 상기 고정자(9) 내측으로부터 함께 인출될 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

액튜에이터

본 발명은 액튜에이터에 관한 것으로서, 특히 출력 샤프트와 볼 스크류가 일체로 형성된 볼-스크류 일체형 AC모터에 관한 것이다. 여기서 AC모터는 신규의 부착체가 구비되어 착탈이 용이하고, 그 구성요소 중 하나인 고정자에 과부하가 가해지는 것을 방지하도록 구성되어 있다.

종래기술로서, 예를 들어 제9도와 같은 단일축의 액튜에이터가 개시되어 있다. 여기서 액튜에이터는 AC서보모터(101)와 이 모터(101)의 출력 샤프트(103)에 커플링(105)을 통해서 연결된 볼 스크류(107)를 포함하고, 이 볼스크류(107)는 볼 너트(109)에 연결되고, 이 너트(109)에 슬라이더(111)가 부착된다. 적절한 방향으로 AC서보모터(101)가 회전할 때 출력샤프트(103), 커플링(105) 및 볼 스크류(107)는 동일한 방향으로 회전하며, 그 결과 회전이 제한되는 볼 너트(109)는 적절한 방향으로 이동하면서 슬라이더(111)가 동일방향으로 이동하는 것을 가능하게 한다.

AC서보모터(101)는 고정자(101a) 및 출력샤프트(103)에 고정된 회전자(101b)를 포함한다. 출력샤프트(103)는 AC서보모터(101)의 양측에 베어링(113, 115,117)에 의해 회전가능하게 지지되어 있고, 볼 스크류(107)는 볼 너트(109)의 양측에서 베어링(119, 121, 123)에 의해 회전가능하게 지지되어 있다. 베어링(117) 중 AC모터가 부재한 측에는 검출수단(125)(예를들면 광학적 검출수단, 자석식 검출수단 등)이 부착되어 AC서보모터(101)의 회전량을 검출하게 된다.

파지장치 또는 용접 머니퓨레이터와 같은 장치가 필요에 따라 슬라이더(111)에 장착된다.

이와같은 상태에서 AC서보모터(101)의 출력샤프트(103)와 볼 스크류(107)가 커플링(105)을 통해서 함께 결합됨에 따라 액튜에이터는 많은 구성요소를 갖게되어부피가 커지면서 조립이 어렵게 된다. 또, 커플링(105)에 의한 접속은 조립된 부품의 결합강도를 약하게 하여 AC서보모터(101)의 출력샤프트(103)와 볼 스크류(107)의 코어 사이의 오정렬을 야기하며, 이러한 오정렬은 고정밀 제어를 어렵게 한다.

이와 같은 문제점을 해소하기 위해 예를들면 일본국 미심사 실용신안 공개 제1989-86457호 및 일본국 미심사 특허공개 제1989-252339호 및 제 1989-86501호에는 AC서보모터의 출력샤프트와 미리 일체로 형성된 볼 스크류가 장착된 볼-스크류 일체형 AC 서보모터가 개시되어 있다. 이와같이 AC서보모터의 출력 샤프트와 볼 스크류가 일체로 되어 있으므로 부품의 개수를 줄일 수 있고 조립작업이 용이해 질 뿐만 아니라 결과적으로 콤팩트한 장치를 제조할 수 있고 또한 제어의 정밀도를 향상시킬 수 있으므로 커플링에 의해 AC서보모터와 볼스크류를 연결하면서 발생하는 문제를 해소할 수 있다.

이와 같은 장치 중 하나를 제10도에 나타내었다.

제10도에서도 제9도와 같은 부품은 그 설명의 반복을 피하고 간략화를 위해 동일부호를 병기한다.

제9도에 도시한 구조와는 달리 볼 스크류(107)는 AC서보모터(101)의 출력샤프트(103)와 미리 일체로 형성되어 있으므로 이 액튜에이터는 커플링(105)이 필요없으며, 그 결과 커플링(105)이 사용될 때 발생하는 문제점을 극복할 수 있다.

제10도에 도시한 것 보다 더 실용적인 구조를 제11도에 나타낸다. 제11도의 구조는 출력샤프트(103)가 베어링(127)에 의해 도면에서 볼 때 AC서보모터(101)의 우측에서 회전가능하게 지지되고, 베어링 가압부재(129)가 볼트(131)에 의해 도면에서 볼 때 베어링(123)의 우측에서 고정된다는 점에서 제10도와 다르다.

그러나, 종래의 구조는 다음과 같은 문제점이 있다. AC서보모터의 출력샤프트와 볼 스크류를 일체화하는 것은 부품의 개수를 줄여 조립의 간편화를 가져오는 등의 전술한 이점을 가지고 있지만 이것은 조립작업 및 해체작업에 있어서 또다른 문제점을 초래한다.

종래의 구조(예로서 제11도에 도시한 구조)에 따르면, 액튜에이터는 다음공정(1) - (6)을 통해서 조립된다.

(1) 먼저, 베어링(121),(123)이 액튜에이터 하우징(133)에 부착되고, 베어링 가압부재(129)가 볼트(131)에 의해 하우징(133)에 부착된다. 이때 베어링(121)(123)의 가압량이 적절한지의 여부를 점검해야 하고, 베어링 가압부재(129)의 가압치수를 필요에 따라 기계 등으로 조절해야 한다.

(2)출력샤프트(103) (볼 스크류107와 일체로 됨)을 삽입한다.

(3) 이후, 슬리브(135) 및 회전자(101b)를 출력샤프트(103)에 끼우고 너트(138)로 조인다. 너트(138)가 조여진 후 출력 샤프트(103)가 구부러졌는지를 점검하고 필요에 따라 조절작업을 해야 한다.

(4)이후, 고정자(101a)를 부착한다.

(5)이후, 볼 스크류가 부재한 측에 위치하는 베어링(127) 및 플랜지(137)를 부착한다.

(6)최종적으로 검출수단(125)을 부착한다.

이와 같은 공정에서 명백한 바와같이 종래의 구조는 여러 가지의 조립단계를요하여 조립작업을 힘들게 한다. 이들 여러 단계 중 특히 베어링 가압부재(129)의 가압량을 점검하는 것은 아주 힘들고 작업성을 극히 저하시키는 요인이 되는데 그 이유는 이 작업을 하우징(133) 내에서만 행할 수 밖에 없기 때문이다. 또, 출력 샤프트(103)가 구부러지면 출력샤프트(103)와 일체로 된 볼 스크류(107)의 공하중량의 영향을 피하기 위해 아주 조심해서 교정 작업을 해야하며, 이것 역시 조립작업을 더욱 어렵게 하는 요인이 된다.

종래의 구조는 또한 메인테넌스에 있어서도 문제를 야기한다. 예를들면 볼 스크류(107)와 일체로된 출력 샤프트(103)를 회전가능하게 지지하는 베어링(121)(123)은 액튜에이터가 작동할 시 충돌 등에 의해 손상을 받을 수가 있는데 이 경우 손상된 베어링을 제거하기 위해 상기 조립공정의 역순인 (6)-(1)의 순서로 액튜에이터를 해체해야 한다. 그리고 교체가 완료되면 다시 (1) - (6)의 순서로 조립을 해야 하는데 이것은 전체적으로 작업을 아주 힘들게 하는 일이다.

어떤 경우에는 이와 같은 조립작업 및 해체작업이 불가능하여 일부 부품만이 결함을 가지고 있음에도 불구하고 액튜에이터 전체를 새로운 것으로 교체해야할 때도 있다. 또, 베어링(121)(123) 뿐만 아니라 볼 스크류(107)가 손상을 받았을 경우, 그리고 AC서보모터(101)의 회전자(101b)가 손상을 받았을 때에도 베어링(121)(123)이 손상된 경우와 같은 번거로움이 반복된다. 이 경우 볼 스크류(107) 또는 회전자(101b)를 수리 또는 교체를 위해 제거하는 작업은 상당히 힘든 일이다.

그 밖에 조립작업 및 해체 작업과는 관련이 없는 별도의 문제점이 있다.

즉 볼-스크류 일체형 AC서보모터에 있어서는 그 출력샤프트(103) 및 볼스크류(107)가 AC서보모터(101)에 비해 상대적으로 긴 간격으로 형성되어 있다. 이러한 구조에 의해 출력샤프트 및 스크류 샤프트에 여러 가지 형태의 변형이 야기되며, 그 구체적인 예로는 제조오차 또는 조립오차에 기인하는 스크류 샤프트의 변형, 공하하중에 기인하는 스크류 샤프트의 변형을 들 수 있다. 고속 회전의 샤프트에 이러한 형태의 변형이 발생하면 원심려게 의한 거대한 편심이 야기된다. 샤프트의 회전수가 샤프트의 공진주파수의 영역에 근사하면 특히 편심이 상당히 크게 된다. 부하, 치수, 조립오차, 공진 등에 의해 야기되는 변위는 고정자(101a) 및 회전자(101b) 사이의 간극을 변화시키므로 AC서보모터(101)에 의해 발생되는 토크의 성능이 적절하게 작동하는 것을 어렵게 한다.

AC서보모터(101)에 부착된 검출수단(125)은 광학수단 등에 의해 회전 디스크에 형성된 슬릿을 검출하여 이 모터의 회전량을 검출한다. 그러나, 전술한 편심이 발생하면 슬릿과 광학검출수단 사이의 위치관계가 변화되어 슬릿의 적절한 검출을 할 수 없게 된다.

검출부 부근에 다른 베어링부재를 추가하여 편심을 억제하는 것이 가능하지만 회전자(101b)와 고정자(101a)를 정렬하여 모터로부터 균일한 토크를 발생시키기 위해서는 어떤 구조적인 고려가 요구된다. 즉, 반응력이 추가의 베어링부재에 작용하여 편심을 억제하면서 이 반응력이 고정자(101a)의 적층강판에 전단력(剪斷力)으로서 작용하지 않도록 해야 한다. AC서보모터(101)의 출력 샤프트(103)와 일체로 된 볼 스크류(107)를 갖는 기구는 액튜에이터의 작동으로 발생되는 열에 기인하여팽창된다. 따라서 검출수단(125)으로 적절한 검출이 가능하도록 하기 위해서는 팽창에 의한 변위가 검출수단(125)과의 적절한 위치관계를 손상시키지 않도록 해야 한다.

상기 일본국 미심사 실용신안 공개 제1989-86457호, 미심사 특허공개 제 1989-252339호, 동 제1995-86501호가 제10도에 도시한 구조를 갖는 볼 스크류 일체형 AC서보모터를 개시하고 있지만 이들 중 아무것도 전술한 문제점을 대처할 만한 내용을 담고 있지 못하며, 현재까지 실용화된 볼-스크류 일체형 AC서보모터를 실현하지 못하고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 조립작업 및 해체작업이 용이하면서, 볼-스크류 일체형 서보모터를 이용하는 액튜에이터를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전술한 편심의 발생을 억제할 수 있어 이 편심에 의해 야기되는 여러 가지 문제점을 해소한 액튜에이터를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 액튜에이터는 고정자 및 회전자를 갖는 AC서보모터와; AC서보모터의 상기 회전자에 연결된 출력샤프트와; 상기 출력샤프트와 일체로 형성된 볼 스크류와; AC서보모터의 제1측에 위치하는 제1베어링수단, 및 AC서보모터의 제2측에 위치하는 제2베어링수단을 포함하고, 이 제1베어링수단 및 제2베어링수단이 상기 제1측 및 제2측에서 AC서보모터의 출력샤프트를 회전가능하게 지지하는 베어링수단과; 상기 회전자, 상기 출력샤프트 및 최소한 상기 제1베어링수단을 함께 연결하여 단일체로서 착탈할 수 있도록하는 결합수단과; AC서보모터용 하우징을; 구비하며, 상기 제1베어링수단은 상기 AC서보모터의볼스크류 측에 위치하는 한편 AC서보모터를 수용하는 하우징에 착탈가능하게 설치된 베어링홀더에 의해 유지되고, 상기 베어링홀더에는 베어링가압부재가 착탈가능하게 설치되며, 상기 베어링홀더와 상기 베어링가압부재 양쪽에 의해 상기 제1베어링수단이 지지된 상태에서 상기 하우징으로부터 상기 베어링홀더를 제거하는 것에 의해 상기 베어링홀더, 상기 베어링가압부재 및 상기 제1베어링수단이 함께 단일체로서 제거되고, 상기 회전자는 상기 제1베어링수단을 유지하는 베어링홀더의 내경 보다 작은 직경을 가지며, 상기 출력샤프트, 이 출력샤프트에 고정된 상기 회전자, 그리고 상기 AC서보모터의 제1측 및 제2측 양쪽 각각에 위치하는 상기 제1베어링수단 및 제2베어링수단은 상기 하우징으로부터 상기 베어링홀더를 제거하는 것에 의해 상기 AC서보모터의 고정자내부에서 함께 단일체로서 제거되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 특징구성으로서 상기 베어링가압부재는 고정수단에 의해 베어링홀더와 함께 결합하도록 구성할 수도 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 고정수단은 고정 스크류로 할 수 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 베어링 가압부재 및 상기 베어링홀더에는 상기 고정수단으로서 끈이 배치될 수 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 베어링가압부재는 상기 베어링홀더에 가압으로 끼워지도록 구성할 수도 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 제2베어링수단은 AC서보모터의 볼스크류가 없는 측에 위치하고, 상기 제2베어링수단의 직경은 상기 고정자의 내경보다 작으며, 상기 제2베어링수단은 상기 출력샤프트에 결합되어 이 출력샤프트와 함께 단일체로서 상기 고정자 내부로부터 제거되는 구성으로 할 수 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 AC서보모터의 회전량을 검출하는 검출수단을 더 포함하며, 상기 제1베어링수단 및 제2베어링수단 중 하나는 축방향으로 고정되고, 다른 하나는 축방향으로 이동이 가능하며, 상기 축방향으로 이동이 가능한 베어링수단은 상기 베어링 가압부재에 배치된 탄성구조체에 의해 한정되는 범위 내에서 축방향 이동이 가능하도록 구성할 수도 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 제1베어링수단은 AC서보모터의 볼 스크류측에 위치하는 한편 축방향으로 고정되고, 상기 제2베어링수단은 상기 검출수단의 AC서보모터가 없는 측에 배치되어 축방향으로 이동가능하도록 구성할 수도 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 제2베어링수단은 상기 검출수단의 AC서보모터가 없는 측에 배치되어 축방향으로 고정되고, 상기 제1베어링수단은 AC서보모터의 볼스크류측에 위치하여 축방향으로 이동가능하도록 구성할 수도 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 AC서보모터의 고정자는 스크류에 의해 하우징에 고정적으로 부착되도록 구성할 수도 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 하우징에 설치되는 장착시트를 더 포함하고, 상기 고정자는 스크류에 의해 상기 장착시트에 고정적으로 부착되고, 상기 고정자의 외주변과 상기 하우징 사이에는 공차가 형성되도록 구성할 수도 있다.

바람직한 특징구성으로서, 상기 액튜에이터는 상기 볼 스크류와 결합하여 이 볼스크류에 의해 회전이 제한되는 볼 너트와, 상기 볼 너트에 장착되어 이 볼 너트를 통해 볼 스크류를 따라 이동가능한 슬라이더를 더 포함하도록 구성할 수도 있다.

볼-스크류 일체형 AC서보모터를 이용하는 액튜에이터에 있어서, AC서보모터의 출력 샤프트는 AC서보모터의 양측에서 베어링수단에 의해 회전가능하게 지지되고, 부하는 AC서보모터의 고정자에 직접 작용하는 것이 아니라 AC서보모터의 외주변에 배치된 하우징에 전달된다. 따라서, AC서보모터의 고정자, 회전자 및 검출수단의 편심이 방지되어 AC서보모터 및 검출수단의 적절한 동작을 확보할 수 있다. 이와같은 구조에 따라 양측에서 AC서보모터의 출력 샤프트를 회전가능하게 지지하는 동작은 고정자와는 독립되어 발생하므로 출력 샤프트를 고정자에 끼워넣는 경우 에러에 의해 발생하게 되는 축방향의 열화가 발생하지 않으며, 이러한 구조는 전단력이 고정자에 작용하는 것을 방지하여 적절한 동작을 유지하는 것을 가능하게 한다.

또, 2개의 베어링 수단 중 하나가 축방향으로 고정되어 길이를 따라 쉽게 발생하는 열팽창과 같은 볼 스크류의 변위가 검출수단측에 전달되는 것을 방지하며, 다른 베어링 수단은 축방향으로 자유롭게 설정되어 여러 가지 변위 및 조립차를 흡수할 수가 있다.

전술한 바와 같이 출력 샤프트가 AC모터를 통과하여 볼 스크류에 반대측으로 돌출하는 경우에 있어서, AC서보모터의 회전량을 검출하는 검출수단이 배치되며, 베어링 수단 중 하나는 검출수단과 AC서보모터 사이에 배치되고, 출력샤프트는 검출수단 앞에서 즉각적으로 지지되어 검출수단에 대한 편심의 영향을 크게 줄일 수있다.

출력 샤프트가 AC서보모터를 통과하여 볼 스크류의 반대측으로 돌출하는 다른 경우에 있어서, AC서보모터의 회전량을 검출하는 검출수단이 배치되고, 베어링 중 하나는 검출수단의 AC서보모터가 없는 측에 배치되므로 출력샤프트의 지지가 더욱 강고해져 검출수단에 대한 편심의 영향을 더욱 억제할 수 있다.

AC서보모터의 고정자가 스크류에 의해 하우징에 확고히 부착되는 경우, 고정자용 부착수단은 더욱 강고해져 부하의 영향을 크게 줄일 수 있다.

전술한 바와 같이, AC서보모터의 고정자가 스크류에 의해 하우징의 장착시트에 확고히 부착되고, 공차가 회전자의 외주변과 하우징 사이에 형성될 경우 하우징에 부하가 전달되어도 고정자에 대한 영향이 이 공차에 의해 크게 억제된다.

다음에, 본 발명과 제1실시예에 대하여 제1도 및 제2도를 참고하여 설명하며, 여기서 도면은 본 실시예의 액튜에이터 일부분(AC 서보모터측의 구조)을 나타내고 있다. 액튜에이터는 AC서보모터(7)용 하우징(1)과, 제1도에서 볼 때 하우징(1)의 우측에 부착된 캡을 포함한다. 하우징(1) 내의 AC서보모터(7)는 하우징(1)에 부착된 고정자(9)와, 이 고정자(9)의 내측면에 회전가능하게 배치된 회전자(11)를 포함한다. 고정자(9)는 적층강판으로된 고정자본체(9a) 및 코일(9b)을 가지며, 스크류 샤프트에 평행한 방향으로 볼트(10)에 의해 하우징(1)에 고정되어 있고, 회전자(11)는 회전자본체(11a) 및 이 회전자본체(11a)의 외측표면에 확고하게 부착된 마그네트(11b)를 가진다.

AC서보모터의 출력 샤프트(13)는 회전자(11)의 내측표면에 키 대 키 홈구조체에 의해 고정된다. 출력샤프트(13)는 볼-스크류 일체형으로서 볼 스크류(15)는 제1도에서 볼 때 좌측의 일정 범위 내에 배치된다. 볼 너트(17)는 이 볼 스크류(15)와 결합하고, 슬라이더(19)는 볼 너트(17)에 고정된다. 따라서 AC서보모터(7)가 적절한 방향으로 회전함에 따라 볼 스크류(15)도 동일한 방향으로 회전하여 회전에 제한이 있는 볼 너트(17) 및 이 볼 너트(17)에 고정된 슬라이더(19)가 적절한 방향(제1도의 우측 또는 좌측)으로 이동한다.

볼-스크류일체형 출력샤프트(13)용 지지구조체에 대해 설명한다. 플랜지부(1a)가 도면에서 볼 때 하우징(1)의 좌측 말단부에 배치되고, 베어링홀더(21)가 플랜지부(1a)의 내측표면측에 위치한다. 이 베어링홀더(21)는 플랜지부(21a), 원통부(21b), 결합부(21c)를 포함하며, 결합부(21c)는 원통부(21b)의 내측면에서 우측의 단말부(도면에서 볼 때)로 돌출한다. 또 베어링 홀더(21)는 플랜지부(21a)를 사이에 두고 다수의 고정볼트(23)(본 실시예의 경우 4개의 볼트)에 의해 하우징(1)의 플랜지부(1a)에 고정된다.

하나의 베어링수단을 이루는 베어링(25)(27)은 베어링 홀더(21)의 원통부(21b)에 위치하여 출력샤프트(13)를 회전가능하게 지지한다. 베어링 가압부재(29)는 다수의 고정볼트(31)(본 실시예의 경우는 4개)에 의해 베어링홀더(21)의 좌측(도면에서 볼때)에 고정되어 베어링 가압부재(29) 및 결합부(21c)에 의해 형성되는 공간에서 베어링(25)(27)을 고정시킨다. 즉, 2개의 베어링(25)(27)의 외측링은 그 축방향의 이동이 제한되도록 부착된다. 베어링(25)(27)의 내측링은 너트(51)에 의해 출력샤프트(13)에 배치되는 볼 스크류의 견부에 결합되고, 볼 스크류(15)는 슬리브(24), 회전자(11), 와셔(53)를 통해 출력 샤프트(13)와 결합하며, 이에 따라 출력샤프트(13)의 축방향 이동이 제한된다.

하우징(1)과는 별개로된 플랜지부재(33)는 제1도에서 AC서보모터(7)의 우측에 배치되고, 원통부(33a), 도면에서 볼 때 이 원통부(33a)로부터 우측의 단말부로 돌출하는 결합부(33b)를 가진다. 다른 베어링수단으로서 사용되는 베어링(35)은 원통부(33a)에 위치하여 출력샤프트(13)를 회전가능하게 지지한다. 탄성부재로서의 리프스프링(37)이 베어링(35)과 결합부(33b) 사이에 개재되어 베어링(35)을 도면에서 볼 때 좌측으로 가압한다. 즉 베어링(35)은 탄성적으로 리프 스프링(37)의 변형가능한 범위 이내에서 축방향으로 이동가능하도록 출력샤프트(13)의 스텝부(13a) 및 리프스프링(37)에 의해 유지된다.

출력샤프트(13)의 말단은 제1도에서 볼 때 베어링(35)의 우측으로 연장되며, 이곳에 검출수단(39)이 배치된다. 디스크 부착 너트(41)는 출력샤프트(13)의 말단에 결합하고, 슬릿을 갖는 디스크(43)는 이 너트(41)에 부착된다. 센서(45)(47)는 디스크(43)의 외주변에 배치되어 디스크(43)의 슬릿을 광학적으로 검출하며 이에 따라 출력샤프트(13) 또는 AC서보모터(7)의 회전량을 검출한다.

볼 스크류측의 출력 샤프트(13)의 단말부는 베어링(도시하지 않음)에 의해 회전가능하게 지지된다. 즉, 볼-스크류 일체형 출력샤프트(13)는 본 실시예의 경우 3개의 부분에서 회전가능하게 지지된다.

전술한 구조를 갖는 액튜에이터의 작용에 대해 설명한다. 우선 액튜에이터의 조립 및 해체 작업을 설명하면, 첫째, 하우징(1)으로부터 캡(3)을 제거하여 검출수단(39)을 노출시키고, 다음에 센서(45)(47)를 제거하고 이 상태에서 출력샤프트(13)로부터 너트(41)를 제거한다. 그리고 디스크(43)를 제거하여 전체 검출수단(39)을 제거하게 된다.

이후, 하우징(1)에 베어링 홀더(21)를 고정시키는 4개의 고정볼트(23)를 제거하고, 이 상태에서 제1도에서 볼 때 액튜에이터의 좌측을 인출하고, 출력샤프트(13), 베어링(25)(27), 베어링가압부재(29), 베어링홀더(21), 회전자(11), 와셔(53), 너트(51), 베어링(35) 모두를 AC서보모터(7)의 고정자 내측으로부터 함께 인출한다. 즉, 이상과 같은 해체작업만으로도 AC서보모터의 내부가 고정자 및 회전자측으로 용이하게 분리되므로 내부를 드러낼 수 있다. 이후, 수리 또는 교체 등 필요에 따라 원하는 부품을 제거할 수 있으므로 결과적으로 수리 및 교체작업이 용이하게 된다.

베어링(35)의 외경은 회전자(11)의 외경 보다 작게 설정되고, 회전자(11)의 외경은 베어링 홀더(21)의 원통부(21b)의 외경 보다 작게 설정되어 전술한 인출 작업이 가능하게 된다.

액튜에이터의 조립에 있어서는 출력샤프트(13), 베어링(25)(27), 베어링가압부재(29), 베어링홀더(21), 회전자(11), 와셔(53), 너트(51), 베어링(35)을 포함하는 통합된 유니트를 AC서보모터(7)의 고정자(9) 내측에 삽입한다. 삽입 후 베어링홀더(21)를 고정하는 4개의 볼트(23)를 조여 출력샤프트(13), 베어링(25)(27), 베어링 가압부재(29), 베어링홀더(21), 회전자(11), 와셔(53), 너트(51), 베어링(35)을 AC서보모터(7)의 고정자측에 부착한다. 그리고, 캡(3)을 하우징(1)에 부착한 다음, 검출수단, 즉 너트(41) 및 센서(45)(47)를 부착하여 조립을 완료한다.

이상과 같이 액튜에이터의 조립 및 해체가 아주 간단하게 행해질 수 있으며, 검출수단(39)을 제거하고, 하우징(1)에 베어링홀더(21)를 고정시키는 4개의 볼트(23)를 간단히 제거하므로 AC서보모터(7)의 회전자(11)와 일체로된 출력샤프트가 용이하게 인출되는 것이다. 임의의 부품 예를들면 베어링(25)(27)(35) 및 회전자(11)를 수리 또는 교체하는 것은 아주 간단하게 이루어질 수 있다.

또, 본 실시예는 베어링수단 홀딩부재가 삽입되는 하우징(1)과 베어링(35)이 상호 삽입되는 플랜지부재(33)를 분리하거나, 그 위치관계를 변경시키는 것 없이 조립 및 해체작업을 수행할 수 있는 이점이 있으며, 이것은 수리 또는 교체 이후의 해체시에 출력샤프트(13)가 정확하게 정렬될 수 있으며, 이와같은 정렬을 위해 힘든 조절작업이나 점검을 할 필요가 없음을 나타내는 것이다. 이러한 특징은 액튜에이터의 부적절한 기능을 억제하고, 볼 스크류(15)의 코어와 액튜에이터 본체의 오정렬에 따른 서비스 작업을 줄이는데 아주 유리하고, 고정자(9)와 AC서보모터(7)의 회전자 사이의 부적절한 간극에 기인하여 회전토크가 고르지 못하게 되는 것을 방지하는데 특히 유리하다.

또한 본 실시예는 하우징(1)에 베어링(25)(27)을 설치하지 않고도 베어링 가압부재(29)의 가압량을 조절할 수 있는 이점이 있다. 이러한 이점은 가압량의 측정 및 조절을 용이하게 하고, 하우징(1)의 출력샤프트(10)를 조립하기 전에 주로 출력샤프트(13)의 축방향 편심이 독립적인 단계로 점검 및 조절될 수 있도록 한다.

다음에, 출력샤프트(13)용 지지부의 견고성을 개선하여 출력샤프트(13)의 코어에 대한 편심을 억제할 수 있는 이점 및 그 동작에 대해 설명한다.

출력샤프트(13)는 3개의 부분에 의해 즉, 제1도에서 볼 때 좌측 단에 위치하는 도시하지 않은 베어링에 의해, 또 하우징(1) 좌측단의 베어링(25)(27)에 의해, 또 도면에서 볼 때 AC서보모터(7)의 우측베어링(35)에 의해 길이방향으로 회전 가능하게 지지된다. 이들 3개의 부분에서 이루어지는 출력샤프트(13)의 지지는 결과적으로 지지부를 강화시키므로 코어의 편심을 억제한다.

도면에서 볼 때 AC서보모터(7)의 우측 베어링(35)에 의해 출력샤프트(13)가 지지되므로 특히 검출수단의 출력샤프트(13)의 "편심"이 효과적으로 억제될 수 있다. 결과적으로 디스크(13)와 검출수단(39)의 센서(45)(47) 사이의 상대적인 위치관계가 변하지 않으므로 항상 고정밀도의 검출이 확보된다.

AC서보모터(7), 그 중에서도 특히 고정자(9)에 작용하는 부하를 이하에 설명한다. 예를들어 AC서보모터(7)의 고정자(9)를 통해서 출력샤프트(13)를 회전가능하게 지지하는 통상의 구조체에 있어서 출력샤프트(13)의 지지는 출력샤프트(13)에 전단력(剪斷力)이 가해지도록 하며, 이 전단력은 직접 AC서보모터(7)의 고정자(9)에 작용한다. 그러나, 본 실시예에 따르면 일부 부하가 출력샤프트(13)에 작용하여도 부하가 베어링(25)(27)을 통해 하우징(1)에 전달되고, 베어링(35)을 통해 플랜지부재(33)와 하우징(1)에 전달된다. 이에 대해 보다 자세히 설명하면, 베어링(25)(27)의 위치에서 부하는 베어링홀더(21)를 경유하여 하우징(1)에 전달되고, 고정자(9)에 직접 작용하지 않는다. 베어링(35)의 위치에서 부하는 플랜지부재(33)를 경유하여 하우징(1)에 전달되고, 고정자(9)에 직접 작용하지 않는다. 즉, 일부부하가 출력샤프트(13)에 작용하여도 이것이 직접 고정자(9)에 작용하지 않으므로 고정자(9)는 회전자(11)에 대해 상대적으로 위치를 변화시키는 이동을 하지 않게 된다. 따라서 AC서보모터의 적절한 작동이 손상을 받지 않게 된다.

베어링(35) 및 플랜지부재(33)를 통한 전달통로에 있어서 제1도에 도시한 바와 같이 특히 고정자(9)와 하우징(1) 사이의 공차로 인해 일부부하가 출력샤프트(13)에 작용하여도 이것은 직접적으로 고정자(9)에 대응하지는 않으며, 부하가 하우징에 전달되어도 고정자(9)에는 거의 작용하지 않는다.

축방향에 대한 베어링의 자유도와 관련한 이점에 대해 설명한다. 전술한 바와같이 베어링(35)은 탄성적으로 리프 스프링(37)의 변형가능한 범위 내에서 축 방향으로 이동이 가능하도록 부착되어 있다. 어떤 이유로 출력샤프트(13)가 코어 방향으로 이동을 하여도 이 이동은 효과적으로 흡수된다. 또 부품의 치수 오차 등에 기인하여 코어 방향으로 개별 구성품의 부착위치가 이동하여도 이것이 흡수된다.

출력샤프트(13)가 3개의 부분에서 지지되므로 이 출력샤프트(13)용 지지기구가 견실해지며, 이에따라 회전개수를 증대시킬 수 있다. 결과적으로 액튜에이터의 작동속도를 증대시킬 수 있게 된다.

다음에, 제3도 및 제4도를 참조하여 본 발명의 제2실시예를 설명하며, 간략화를 위해 제1실시예와 같은 구성요소는 동일부호를 병기한다.

본 실시예에 있어서 베어링(25)(27)을 유지하기 위한 베어링홀더(71)는 미리 하우징(1)과 일체로 형성된다. 이 베어링홀더(71)는 스텝부(71a)를 가지며, 베어링 가압부재(73)는 제3도에서 볼 때 좌측으로부터 베어링 홀더(71)와 결합한다. 제1실시예에 있어서의 리프 스프링(37)은 쐐기용 링(61) 및 파형와셔(63)로 대체된다. 제4도에 도시한 바와 같이 측면 커버 플레이트(75)는 좌우측 고정 스크류(77)(79)에 의해 액튜에이터의 일측에 착탈가능하게 부착된다. 스크류(77)(79)를 제거하여 이 측면 커버 플레이트(75)를 분리할 경우에는 액튜에이터의 내부가 제 3도에 도시한 바와같이 노출되고, 베어링 가압부재(73)가 삽입된 도구(도시하지 않음)에 의해 조여지거나 느슨해진다.

이러한 구조체의 기능에 대해 설명한다. 조립시 액튜에이터는 제4도에 나타낸 바와 같이 되며, 그 내부 특히 AC서보모터(7)의 내부는 제3도에 나타낸 바와 같이 된다. 이 상태에서 액튜에이터를 해제하기 위해서는 제4도의 측면 커버 플레이트(75)는 2개의 스크류(77)(79)를 제거하여 분리되므로 제3도의 내부구조체를 드러내게 된다.

다음에, 캡(3)이 하우징(1)으로부터 제거되어 검출수단(39)를 노출시키며, 이후, 검출수단(39)이 제거된다. 즉, 센서(47)가 제거되고, 너트(41)가 출력샤프트(13)로부터 제거되고, 다시 디스크(43)가 제거되어 전체 검출수단(39)이 분리된다.

이후, 베어링 가압부재(73)와 베어링 홀더(71)와이 결합이 삽입된 도구(도시하지 않음)로 느슨해지고, 출력샤프트(13)가 AC서보모터(7)로부터 인출된다. 그 결과, 출력샤프트(13), 회전자(11), 베어링(25)(27), 베어링 가압부재(73), 베어링(35)이 AC서보모터(7)의 고정자 내측으로부터 함께 인출된다. 이후 필요에 따라 어떠한 부분품도 점검, 수리, 교체될 수 있다.

다음에, 해체된 액튜에이터를 조립하는 과정을 설명한다. 이 경우 출력샤프트(13), 회전자(11), 베어링(25)(27), 베어링 가압부재(73), 베어링홀더(71)가 AC서보모터(7)의 고정자 내측에 삽입된다. 이 삽입후 베어링 가압부재(73)를 도시하지 않은 도구를 이용하여 베어링 홀더(71)로 이동시키며, 결과적으로 출력샤프트(13), 회전자(11), 베어링(25)(27), 베어링 가압부재(73), 베어링(35)이 AC서보모터(7)의 고정자측으로 확고히 부착된다. 이후, 검출수단(39)을 출력샤프트(13)의 말단부에 부착시키고, 계속하여 하우징(1)에 캡(3)을 부착하고 액튜에이터의 측면에 측면 커버 플레이트(71)를 부착하여 조립작업을 완료한다.

따라서, 제2실시예도 제1실시예와 같은 이점을 갖는다.

베어링(35)의 외경은 회전자(11)의 외경보다 작게 설정되고, 회전자(11)의 외경은 베어링 홀더(71)의 스텝부(71a)의 외경 보다 작게 설정되므로 전술한 인출 동작이 가능하게 된다.

다음에, 본 발명의 제3실시예에 대하여 제5도를 참조하여 설명한다. 본 실시예는 AC서보모터(7)의 볼 스크류(15) 부재측에 위치하는 베어링이 출력샤프트(13) 등을 인출할 시에는 제거되지 않도록 구성되어 있다. 출력샤프트(13)는 도면에서 볼 때 AC서보모터(7)의 좌측 베어링(81) 및 우측베어링(83, 85)에 의해 회전가능하게 지지된다. 베어링(81)은 고정볼트(89)에 의해 확고히 부착된 베어링 가압부재(87)에 의해 가압되고, 베어링(83, 85)은 플랜지부재(33)에 형성된 스텝부(91)와 베어링 가압부재(93) 사이에서 유지되며, 체결너트(95)는 베어링(83, 85)를 고정시키는 작용을 한다.

전술한 구조체로부터 출력샤프트(13) 등을 인출하기 위해 제1실시예 및 제2 실시예와 같이 베어링 가압부재(87)를 고정시키는 볼트(89)를 제거한다. 다음에, 하우징(1)으로부터 캡(3)을 제거하여 검출수단(39)을 노출시킴으로써 이 검출수단(39)을 제거한다. 즉, 센서(47)가 제거되고 출력샤프트(13)로부터 너트(41)가 제거되므로 디스크(43)가 제거되며, 이에따라 전체 검출수단(39)이 분리된다. 이후 너트(95)가 제거된다. 이러한 상태에서 볼 스크류(15)와 일체로된 출력샤프트(13)가 볼 스크류 측으로 당겨지며, 이 경우 베어링(83, 85)은 그대로 남아 있다, 즉, 스텝부(91) 및 베어링 가압부재(93)에 의해 베어링(83, 85)이 유지되므로 이들 베어링(83, 85)은 출력샤프트(13)등이 당겨지더라도 그대로 잔류한다.

다음에, 본 발명의 제4실시예에 대하여 제6도를 참조하여 설명한다. 제3실시예와 같이 제4실시예도 AC서보모터(7)의 볼 스크류(15)가 없는 측에 위치하는 베어링이 출력샤프트(13) 등을 인출할 때에 그대로 잔류한다. 제4실시예가 제3실시예와 다른 점은 베어링(81)을 가압하는 베어링 가압부재(87)에 있다. 즉, 제3실시예의 베어링 가압부재(87)는 베어링(81)을 유지하기 위한 형상을 가지고 있는 반면 제4실시예의 경우 베어링(81)은 하우징(1)에 의해 유지되며, 베어링 가압부재(87)는 단순히 이 하우징(1)을 가압하고 있다. 제4실시예의 그 밖의 구조는 제3 실시예와 동일하며 제3실시예와 마찬가지로 출력샤프트(13) 등을 인출할 때에 베어링(83, 85)이 잔류한다.

다음에, 본 발명의 제5실시예에 대하여 제7도를 참조하여 설명한다. 제5실시예에 있어서는 베어링(35)이 도면에서 볼 때 검출수단(39)의 우측에 위치하므로 검출수단(39)에 대한 출력샤프트(13)의 "편심"의 영향을 억제한다.

제7도는 볼 스크류 측에서 출력샤프트(13)의 단부를 회전가능하게 지지하는 베어링(65)을 나타낸다.

다음에, 본 발명의 제6실시예에 대하여 제8도를 참조하여 설명한다. 제6실시예에 있어서는 제8도에서 볼 때 AC서보모터(7)의 좌측에 하나의 베어링(25)이 존재하고 우측에 2개의 베어링(27, 35)이 존재한다.

이상과 같이 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 범위는 이에 한정되지 않으며, 그 기술적 사상 및 그 범위 내에서 여러 가지 변경 및 변형이 가능하다. 액튜에이터의 기본적인 구조는 예시한 것에 한정되지 않으며, 각 베어링 수단에 이용되는 베어링의 개수도 임의로 설정할 수 있다.

출력 샤프트, 이 출력샤프트에 부착된 AC서보모터의 회전자, AC서보모터의 양측에 위치하는 베어링수단이 AC서보모터의 고정자의 내측으로부터 함에 인출되기만 하면 여러 가지의 구조가 이용가능하다 할 것이다.

제1도는 본 발명의 제1실시예에 따른 액튜에이터의 일부구조를 나타내는 단면도.

제2도는 본 발명의 제1실시예로서, 제1도의 선Ⅱ - Ⅱ의 단면도.

제3도는 본 발명의 제2실시예에 따른 액튜에이터의 일부구조를 나타내는 단면도.

제4도는 본 발명의 제2실시예로서, 액튜에이터의 개략적인 상태를 나타내는 단면도.

제5도는 본 발명의 제3실시예에 따른 액튜에이터의 일부구조를 나타내는 단면도.

제6도는 본 발명의 제4실시예에 따른 액튜에이터의 일부구조를 나타내는 단면도.

제7도는 본 발명의 제5실시예에 따른 액튜에이터의 일부구조를 나타내는 단면도.

제8도는 본 발명의 제6실시예에 따른 액튜에이터의 일부구조를 나타내는 단면도.

제9도는 종래 기술에 따른 액튜에이터의 구조를 나타내는 단면도.

제10도는 다른 종래 기술에 따른 액튜에이터의 구조를 나타내는 단면도.

제11도는 또 다른 종래기술에 따른 액튜에이터의 구조를 나타내는 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 하우징 3 : 캡 7 : AC서보모터

9 : 고정자 10 : 볼트 11 : 회전자

13 : 출력샤프트 15 : 볼 스크류 17 : 볼 너트

19 : 슬라이더 21 : 베어링홀더 23 : 고정볼트

24 : 슬리브 25 : 베어링 27 : 베어링

29 : 베어링가압부재 33 : 플랜지부재 35 : 베어링

37 : 리프스프링 39 : 검출수단 41 : 너트

43 : 디스크 45 : 센서 47 : 센서

51 : 너트 53 : 와셔 61 : 쐐기용 링

71 : 베어링홀더 73 : 베어링가압부재 75 : 커버플레이트

77 : 고정스크류 79 : 고정스크류 81 : 베어링

83 : 베어링 87 : 베어링가압부재 89 : 고정볼트

91 : 스텝부 93 : 베어링가압부재 95 : 체결너트

Claims

고정자 및 회전자를 갖는 AC서보모터와;

AC서보모터의 상기 회전자에 연결된 출력샤프트와;

상기 출력샤프트와 일체로 형성된 볼 스크류와;

AC서보모터의 제1측에 위치하여 AC서보모터의 출력샤프트를 회전가능하게 지지하는 제1베어링수단과;

AC서보모터의 제2측에 위치하여 AC서보모터의 출력샤프트를 회전가능하게 지지하는 제2베어링수단과;

상기 회전자, 상기 출력샤프트 및 최소한 상기 제1베어링수단을 함께 연결하여 단일체로서 착탈할 수 있도록 하는 결합수단과;

AC서보모터용 하우징을; 구비하며,

상기 제1베어링수단은 상기 AC서보모터의 볼스크류 측에 위치하는 한편 AC서보모터를 수용하는 하우징에 착탈가능하게 설치된 베어링홀더에 의해 유지되고,

상기 베어링홀더에는 베어링가압부재가 착탈가능하게 설치되며,

상기 베어링홀더와 상기 베어링가압부재 양쪽에 의해 상기 제1베어링수단이 지지된 상태에서 상기 하우징으로부터 상기 베어링홀더를 제거하는 것에 의해 상기 베어링홀더, 상기 베어링가압부재 및 상기 제1베어링수단이 함께 단일체로서 제거되고,

상기 회전자는 상기 제1베어링수단을 유지하는 베어링홀더의 내경 보다 작은직경을 가지며,

상기 출력샤프트, 이 출력샤프트에 고정된 상기 회전자, 그리고 상기 AC서보모터의 상기 제1측 및 제2측 양쪽 각각에 위치하는 상기 제1베어링수단 및 제2 베어링수단은 상기 하우징으로부터 상기 베어링홀더를 제거하는 것에 의해 상기 AC서보모터의 고정자내부에서 함께 단일체로서 제거되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제1항에 있어서,

상기 베어링가압부재는 고정수단에 의해 베어링홀더와 함께 결합하는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제2항에 있어서,

상기 고정수단은 고정 스크류인 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제2항에 있어서,

상기 베어링 가압부재 및 상기 베어링홀더에는 상기 고정수단으로서 끈이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제1항에 있어서,

상기 베어링가압부재는 상기 베어링홀더에 가압으로 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제1항에 있어서,

상기 제2베어링수단은 AC서보모터의 볼스크류가 없는 측에 위치하고,

상기 제2베어링수단의 직경은 상기 고정자의 내경보다 작으며,

상기 제2베어링수단은 상기 출력샤프트에 결합되어 이 출력샤프트와 함께 단일체로서 상기 고정자 내부로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제1항에 있어서,

상기 AC서보모터의 회전량을 검출하는 검출수단을 더 포함하며,

상기 제1베어링수단 및 제2베어링수단 중 하나는 축방향으로 고정되고, 다른 하나는 축방향으로 이동이 가능하며,

상기 축방향으로 이동이 가능한 베어링수단은 상기 베어링 가압부재에 배치된 탄성구조체에 의해 한정되는 범위 내에서 축방향 이동이 가능한 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제7항에 있어서,

상기 제1베어링수단은 AC서보모터의 볼 스크류 측에 위치하는 한편 축방향으로 고정되고,

상기 제2베어링수단은 상기 검출수단의 AC서보모터가 없는 측에 배치되어 축방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제7항에 있어서,

상기 제2베어링수단은 상기 검출수단의 AC서보모터가 없는 측에 배치되어 축방향으로 고정되고,

상기 제1베어링수단은 AC서보모터의 볼스크류측에 위치하여 축방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제7항에 있어서,

상기 AC서보모터의 고정자는 스크류에 의해 하우징에 고정적으로 부착되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제10항에 있어서

상기 하우징에 설치되는 장착시트를 더 포함하고, 상기 고정자는 스크류에 의해 상기 장착시트에 고정적으로 부착되고, 상기 고정자의 외주변과 상기 하우징 사이에는 공차가 형성되는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.
제1항에 있어서,

상기 볼 스크류와 결합하여 이 볼스크류에 의해 회전이 제한되는 볼 너트와,

상기 볼 너트에 장착되어 이 볼 너트를 통해 볼 스크류를 따라 이동가능한 슬라이더를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액튜에이터.