KR100424441B1

KR100424441B1 - 액츄에이터

Info

Publication number: KR100424441B1
Application number: KR10-2001-7007430A
Authority: KR
Inventors: 나가이시게카즈; 사이토아키오; 사이토마사루
Original assignee: 에스엠씨 가부시키 가이샤
Priority date: 1999-10-18
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2004-03-25
Also published as: DE60035334D1; WO2001029450A1; EP1143168B1; EP1143168A4; CN1123712C; EP1143168A1; DE60035334T2; US6619846B1; KR20010101213A; JP2001116100A; CN1327523A

Abstract

가이드기구(20)에, 프레임(12)의 내벽면에 형성된 단면이 원호상인 제1 장홈(38a, 38b)에 장착되는 단면이 원호상인 제1 가이드레일(40a, 40b)과, 상기 프레임(12)의 내벽면에 대향하는 슬라이더(18)의 측면에 형성된 단면이 원호상인 제2 장홈(44a,44b)에 장착되는 단면이 원호상인 제2 가이드레일(46a, 46b)을 설치함으로써 슬라이더(18)에 볼전동홀을 자유롭게 배치할 수 있으며, 외력에 의해 가해지는 응력집중을 완화할 수 있다.

Description

액츄에이터{Actuator}

종래부터 예를 들어, 피가공물을 반송하기 위해서 액츄에이터 등의 반송수단이 사용되고 있다.

여기서, 종래기술에 의한 액츄에이터를 도 14에 도시한다(예를 들어, 일본국 특개평 8-126247호 공보 및 일본국 특개평 8-130849호 공보 참조).

이 종래기술에 의한 액츄에이터는 저벽, 상기 저벽과 교차하는 한 쌍의 측벽이 일체적으로 형성된 기대(1), 서어보모터(미도시)의 구동작용하에 회전하는 볼나사축(2), 및 상기 볼나사축(2)에 나합하는 볼너트(3)에 의해 상기 기대(1)의 축방향을 따라 변위하는 슬라이더(4)를 포함한다.

상기 측벽의 내벽면에는 단면이 직사각형인 기대측 홈(5)이 각각 형성되고, 상기 기대측 홈(5)에 대향하는 슬라이더(4) 부위에는 상기 기대측 홈(5)과 동일한 형상으로 이루어진 슬라이더측 홈(6)이 형성되어 있다. 상기 기대측 홈(5)에는 기대측 홈(5)에 대응하는 단면이 직사각형이고 그 측면에 볼전동홈이 형성된 기대측 레일(7)이 장착된다. 또한 상기 슬라이더측 홈(6)에는 슬라이더측 홈(6)에 대응하는 단면이 직사각형이고 측면에 볼전동홈이 형성된 슬라이더측 레일(8)이 장착된다.

상호 대향하는 상기 기대측 레일(7)의 볼전동홈과 슬라이더측 레일(8)의 볼전동홈과의 사이에는 슬라이더(4)의 변위에 따라 순환전동하는 다수의 볼(9)이 설치되어 있다.

그러나, 상기의 종래기술에 의한 액츄에이터에서는 기대측 홈(5)에 장착되는 기대측 레일(7) 및 슬라이더측 홈(6)에 장착되는 슬라이더측 레일(8)이 각각 단면이 직사각형으로 형성되어 있기 때문에, 무한순환궤도인 볼전동홈을 따라 볼(9)이 전동할 때 기대측 홈(5) 및 슬라이더측 홈(6)의 직사각형으로 각진 부분에 응력이 집중(도 15참조)하기 때문에 기대측 레일(7) 및 슬라이더측 레일(8)의 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.

또한 볼나사축(2)이 나합하는 볼너트(3)의 플랜지부의 형상을 축소하여 슬라이더(4)에 대한 장착부위를 감소시킴으로써, 상기 슬라이더(4)에 무한순환궤도인 볼전동홀을 보다 자유롭게 배치할 수 있게 하는 요구이 있었다.

본 발명은 슬라이더에 볼전동홀을 보다 자유롭게 배치하고, 외력에 의해 가해지는 응력집중을 완화할 수 있는 액츄에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 구동원의 구동작용하에 프레임을 따라 슬라이더를 직선상으로 왕복동작시킬 수 있는 액츄에이터에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 액츄에이터의 사시도,

도 2는 상기 액츄에이터의 주요 부분 사시도,

도 3은 상기 액츄에이터의 상부 커버를 떼어낸 상태의 일부 생략 평면도,

도 4는 프레임의 일단측에서 본 일부 단면측면도,

도 5는 도 4에서 제1 엔드커버를 떼어낸 상태의 일부 단면 측면도,

도 6은 제1 가이드레일 및 제2 가이드레일의 상태를 도시한 부분확대도,

도 7은 프레임의 타단측에서 본 일부 단면 측면도,

도 8은 조립공정을 도시한 사시도,

도 9는 조립공정을 도시한 사시도,

도 10은 조립공정의 방향성 설명에 사용되는 측면도,

도 11은 조립공정의 방향성 설명에 사용되는 측면도,

도 12는 도 6에 도시한 제1 가이드레일 및 제2 가이드레일에 가해지는 응력 분포를 도시한 설명도,

도 13은 변형예에 의한 액츄에이터의 일부 단면 평면도,

도 14는 종래기술에 의한 액츄에이터의 종단면도,

도 15는 도 14에 도시한 액츄에이터의 기대측 레일 또는 슬라이더측 레일에 가해지는 응력분포를 도시한 설명도.

본 발명에 따르면, 제1 긴 홈에 장착되는 제1 가이드레일을 단면 원호상으로 형성하고, 제2 장홈에 장착되는 제2 가이드 레일을 단면 원호상으로 형성함으로써, 외력에 의해 가해지는 응력집중이 완화되고, 제1 가이드레일 및 제2 가이드레일의내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 제1 슬라이드커버와 제2 슬라이드커버를 다른 형상으로 형성하고, 상기 제1 슬라이드 커버의 표면적을 상기 제2 슬라이드 커버의 표면적보다 작게 설정함으로써 슬라이더에 볼전동홀을 보다 자유롭게 배치할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 표면적이 작은 제1 슬라이드커버를 슬라이더의 축방향을 따라 일단측에 장착하고, 표면적이 큰 제2 슬라이드커버를 상기 제1 슬라이드커버와는 반대측 구동원이 배설된 슬라이더의 타단측에 장착함으로써 조립 방향성을 확보할 수 있다.

도 1에서, 참조숫자 10은 본 발명의 실시예에 의한 액츄에이터를 나타낸다.

이 액츄에이터(10)는 저벽과 상기 저벽에 실질적으로 직교하는 한 쌍의 측벽을 포함하는 긴 U자상으로 형성된 프레임(12), 상기 프레임(12)의 일단부에 연결된 회전구동원(14), 커플링부재(미도시)에 의해 회전구동원(14)의 회전구동력을 전달하는 구동력 전달기구(16; 도 2 참조), 상기 구동력전달기구(16)에 의해 전달되는 구동력의 작용하에 상기 프레임(12)의 축방향을 따라 왕복동작하는 슬라이더(18), 및 상기 슬라이더(18)를 프레임(12)을 따라 안내하는 가이드기구(20)를 포함한다. 또한 상기 프레임(12)과 상기 슬라이더(18)를 알루미늄 또는 스틸 등의 금속제 재료로 형성하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시한 바와 같이, 상기 프레임(12)의 축방향을 따른 양단부에는 한 쌍의 엔드커버(22a, 22b)가 장착되고, 상기 한 쌍의 엔드커버(22a, 22b)에 의해 프레임(12)의 개구부를 폐쇄하는 상부 커버(24)가 지지된다. 또한 상기 프레임(12)의내벽면의 실질적으로 중앙부에는 단면이 원호상인 요부(26; 도 2참조)가 축방향을 따라 형성되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 구동력 전달기구(16)는 커플링부재(미도시)에 의해 회전구동원(14)의 구동축과 동축상으로 연결되는 볼나사축(28), 상기 볼나사축(28)에 나합하도록 관통 나사홀이 형성된 볼나사너트(30), 및 상기 볼나사축(28)과 나사홀 사이에 전동자재하게 설치되고 상기 볼나사너트(30)에 형성된 무한순환궤도(미도시)를 따라 전동하는 다수의 볼(31)을 포함한다. 상기 볼나사너트(30)는 관통 나사홀이 형성된 원통부(32)와, 상기 원통부(32)의 일단부에 일체로 형성되고 나사부재(34a, 34b; 도 4참조)에 의해 슬라이더(18)에 고정되는 플랜지부(36)로 구성된다

도 5에 도시한 바와 같이, 가이드기구(20)는, 프레임(12)의 내벽 저면에 근접하는 부위에 상기 프레임(12)의 축방향을 따라 연재되고 그 종단면이 원호상으로 형성된 한 쌍의 대향 제1 장홈(38a, 38b)과, 상기 제1 장홈(38a, 38b)의 단면형상에 대응하여 단면이 원호상으로 형성되고 상기 제1 장홈(38a, 38b)에 고착되는 한 쌍의 제1 가이드레일(40a, 40b)을 포함한다. 또한 상기 제1 가이드레일(40a, 40b)에는 단면이 원호상인 볼전동홈(42)이 형성되어 있다(도 6참조).

또한 가이드기구(20)는, 프레임(12)의 내벽에 대향하는 슬라이더(18)의 측면에 형성되고 그 종단면이 원호상으로 형성된 한 쌍의 제2 장홈(44a, 44b)과, 상기 제2 장홈(44a, 44b)의 단면형상에 대응하여 단면이 원호상으로 형성되고 상기 제2 장홈(44a, 44b)에 고착되는 제2 가이드레일(46a, 46b)을 포함한다. 또한 상기 제2가이드레일(46a, 46b)에는 단면이 원호상인 볼전동홈(42)이 형성되어 있다(도 6참조).

또한 가이드기구(20)는 볼나사너트(30)의 플랜지부(36)와 실질적으로 평행하게 되도록 슬라이더(18)의 하부측에 나사체결된 제1 슬라이드커버(48; 도 2 및 도 4참조)와, 상기 제1 슬라이드커버(48)의 반대측 슬라이더(18)의 단면에 나사체결되는 제2 슬라이드커버(50; 도 2 및 도 7 참조)를 포함한다. 상기 제1 슬라이드커버(48)의 중앙상부에는 볼나사너트(30)를 구성하는 원통부(32)의 여유부(relief area)서 기능을 하는 만곡면(52)이 형성된다. 또한 상기 제2 슬라이드커버(50)에는 상기 원통부(32)를 장착하기 위해서 단면이 실질적으로 U자형인 개구부(54)가 형성되어 있다.

상기 제1 슬라이드커버(48) 및 제2 슬라이드커버(50)에는 볼리턴홈(미도시)이 형성된다. 이 경우, 제1 가이드레일(40a, 40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)의 볼전동홈(42), 슬라이더(18)에 형성된 관통 볼전동홀(56; 도 5참조), 및 상기 볼리턴홈(미도시)에 의해 다수의 볼(31)이 전동하는 무한순환궤도가 형성된다.

상기 제1 슬라이드커버(48)와 제2 슬라이드커버(50)는 각각 다른 형상으로 구성되고, 제1 슬라이드커버(50)의 표면적은 제2 슬라이드커버(48)의 표면적 보다 작다.

즉, 제1 슬라이드커버(48)의 표면적을 작게 설정하고, 볼나사축(28)이 나합하는 볼나사너트(30)의 플랜지부(36)의 형상을 축소하여 슬라이더(18)에 대한 장착부위를 감소시킴으로써 상기 슬라이더(18)에 무한순환궤도인 볼전동홀(56)을 보다자유롭게 배치할 수 있다.

또한 폭이 넓은 제2 슬라이드커버(50)는 슬라이더(18)의 회전구동원(14)측의 일단부에 장착되고, 폭이 좁은 제1 슬라이드커버(48)는 상기와 반대측 슬라이더(18)의 타단부에 장착된다. 상기 제2 슬라이드커버(50)의 상부측에는 볼리턴홈(미도시)에 연통하는 통로(미도시)를 통해 그리이스를 주입하는 한 쌍의 그리이스 니플부(58a, 58b)가 소정간격을 두고 설치되어 있다(도 3참조).

이와 같이, 슬라이더(18)의 양단부에 각각 장착되는 제1 슬라이드커버(48)와 제2 슬라이드커버(50)의 형상을 달리함으로써 후술하는 바와 같이, 조립시에 그 조립방향을 실수없이 정확하게 조립할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명의 실시예에 의한 액츄에이터(10)는 기본적으로 이상과 같이 구성되고, 이어서 그 동작 및 작용효과에 대해서 설명한다.

먼저, 액츄에이터(10)의 조립방법에 대해서 설명한다.

도 8에 도시한 바와 같이, 슬라이더(18)를 프레임(12)의 요부내에 조립하기 위해, 제1 슬라이드커버(48)와 제2 슬라이드커버(50)를 나사부재(미도시)로 슬라이더(18)의 양단면에 장착한다. 이 경우, 회전구동원(14)이 프레임(12)에 연결되는 슬라이더(18)의 일단측에 폭이 넓은 제2 슬라이드커버(50)를 장착하고, 그 반대측 슬라이더(18)의 타단측에는 폭이 좁은 제1 슬라이드커버(48)를 장착하도록 방향성이 설정되어 있다.

이어서, 도 9에 도시한 바와 같이, 볼나사너트(30)의 플랜지부(36)를 한 쌍의 나사부재(34a, 34b)에 의해 슬라이더(18)의 단면에 체결함으로써, 양단부에 각각 엔드커버(22a, 22b) 및 회전구동원(14)이 연결된 볼나사유니트를 슬라이더(18) 및 프레임(12)에 장착한다. 이때, 폭이 좁은 제1 슬라이드커버(48)가 장착된 슬라이터(18)의 단면에 상기 플랜지부(36)를 나사체결함으로써, 프레임(12)에 회전구동원(14)이 연결되는 슬라이더(18)의 일단측에 폭이 넓은 제2 슬라이드커버(50)가 장착되어 조립방향을 실수없이 올바른 조립방향을 따라 정확하게 조립할 수 있다.

이하, 조립 방향성에 대해서 설명한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 회전구동원(14)을 상부측으로 하여 본 실시예에 의한 액츄에이터(10)를 실질적으로 연직방향으로 직립한 상태로 부착한 경우, 피가공물에 의해 가해지는 하중은 슬라이더(18)에 의해 볼나사너트(30)의 원통부(32) 및 플랜지부(36) 전체에 지지된다. 이에 대해 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 슬라이드커버(48)와 제2 슬라이드커버(50)와의 조립방향을 반대방향으로 조립한 경우, 즉 회전구동원(14)측에 제1 슬라이드커버(48)가 장착되도록 조립한 경우, 피가공물에 의해 가해지는 하중은 슬라이더(18)를 통해 볼나사너트(30)의 플랜지부(36)를 체결하는 한 쌍의 나사부재(34a, 34b)에 의해 지지된다.

이와 같이, 제1 슬라이드커버(48)와 제2 슬라이드커버(50)의 조립방향에 착오가 있는 경우, 한 쌍의 나사부재(34a, 34b)에 과도한 하중이 가해지지만, 본 실시예에서는 표면적이 작은 제1 슬라이드커버(48)와 상기 제1 슬라이드커버(48)보다 표면적이 큰 제2 슬라이드커버를 장착하기 위해서 제1 및 제2 슬라이드커버(48, 50)를 각각 다른 형상으로 형성한다. 또한 표면적이 작은 제1 슬라이드커버(48)와 볼나사너트(30)의 플랜지부(36)를 실질적으로 평행하도록 조립하는 것만으로 그 조립방향성에 오차가 없이 확실하고 정확하게 조립할 수 있다.

이어서, 액츄에이터(10)의 동작에 대해서 설명한다.

미도시된 전원을 인가함으로써 회전구동원(14)의 회전구동력이 볼나사축(28)에 전달된다. 소정방향으로 회동하는 볼나사축(28)이 볼나사너트(30)의 나사홀에 나합됨으로써 볼나사너트(30)에 연결된 슬라이더(18)가 가이드기구(20)의 안내작용하에 일체로 프레임(12)의 축방향을 따라 변위한다. 또한 미도시된 콘트롤러의 제어작용하에 회전구동원(14)에 흐르는 전류의 양극/음극을 역전시킴으로써 상기 슬라이더(18)를 프레임(12)의 축방향을 따라 왕복동작시킬 수 있다.

슬라이더(18)가 프레임(12)의 축방향을 따라 왕복동작할 때 제1 가이드레일(40a, 40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)을 따라 다수의 볼(31)이 전동한다. 이 경우, 도 12에 도시한 바와 같이, 상기 다수의 볼(31)이 전동할 때 피가공물 등의 외력(P)에 의해 제1 가이드레일(40a, 40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)에 가해지는 응력은 만곡하는 곡선형상으로 분산배치되는 분포가 된다. 따라서, 제1 가이드레일(40a,40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)의 종단면을 실질적으로 원호상으로 형성함으로써 제1 가이드레일(40a, 40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)에 가해지는 응력의 집중을 완화하여 상기 제1 가이드레일(40a, 40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 볼나사축(28)과 회전구동원(14)을 동축상으로 연결하고 있지만, 도 13에 도시한 바와 같이, 볼나사축(28)에 연결되는 제1 풀리(60)와 회전구동원(62)에 연결되는 제2 풀리(64)를 각각 현가하는타이밍벨트(66)를 사용함으로써 볼나사축(28)과 회전구동원(14)을 실질적으로 평행하게 배설할 수 있다.

또한 상기 회전구동원(14) 대신에 로드레스실린더(미도시) 또는 유체압실린더 등의 구동수단을 사용할 수 있다.

또한 상기 제1 가이드레일(40a, 40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)을 미도시된 나사부재를 사용하여 고정하고, 외부로부터 상기 제1 가이드레일(40a, 40b) 및 제2 가이드레일(46a, 46b)의 볼전동홈(42)에 그리이스를 주입하는 윤활유주입수단(미도시)을 설치할 수 있다.

또한 제1 가이드레일(40a, 40b)을 어떠한 기계가공없이 장홈(38a, 38b)에 삽입하고, 표면처리에 의해 막 두께를 조정함으로써 칫수관리를 할 수 있다. 또한 장홈(44a, 44b)은 예를 들어 버니싱성형, 인발성형, 전조성형, 냉각인발성형 또는 단조성형 등으로 가공할 수 있다.

또한 볼전동홈(42)의 정밀도는 EHL이론(탄성유체윤활이론)에 의해 최적의 그리이스를 선정하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 가이드기구를 구성하는 제1 가이드레일을 단면 원호상으로 형성하고, 제2 가이드레일을 단면 원호상으로 형성함으로써 외력에 의해 가해지는 응력집중을 완화하고, 상기 제1 가이드레일 및 제2 가이드레일의 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 제1 슬라이드커버와 제2 슬라이드커버를 다른 형상으로 형성하고, 상기 제1 슬라이드커버의 표면적을 상기 제2 슬라이드커버의 표면적보다 작게 설정함으로써 슬라이더에 볼전동홀을 보다 자유롭게 배치할 수 있다.

또한 본 발명에 따르면, 표면적이 작은 제1 슬라이드커버를 슬라이더의 축방향을 따른 일단측에 장착하고, 표면적이 큰 제2 슬라이드커버를 상기 제1 슬라이드커버 반대측에 구동원이 배설된 슬라이더의 타단측에 장착함으로써 조립방향성을 확보할 수 있다.

Claims

프레임(12);

상기 프레임(12)에 연결되는 구동원(14);

상기 구동원(14)의 구동력을 전달하는 구동력 전달기구(28, 30);

상기 구동력전달기구(28, 30)에 의해 전달되는 구동력의 작용하에 상기 프레임(12)의 축방향을 따라 왕복동작하는 슬라이더(18); 및

상기 슬라이더(18)가 프레임(12)을 따라 변위할 때 상기 슬라이더(18)를 안내하는 가이드기구(20)를 포함하고,

상기 가이드기구(20)는 프레임(12)의 내벽면에 형성된 단면이 원호상인 제1 장홈(38a, 38b)에 장착되는 단면이 원호상인 제1 가이드레일(40a, 40b)과, 상기 프레임(12)의 내벽면에 대향하는 슬라이더(18)의 측면에 형성된 단면이 원호상인 제2 장홈(44a, 44b)에 장착되는 단면이 원호상인 제2 가이드레일(46a, 46b)과, 다른 형상으로 이루어지는 제1슬라이드커버(48) 및 제2슬라이드커버(50)를 가지며,

상기 제1슬라이드커버(48)는 슬라이더(18)의 축선방향을 따라 일단측에 장착되고, 상기 제2슬라이드커버(50)는 상기 제1슬라이드커버(48)와는 반대측의 구동원(14)이 배설된 슬라이더(18)의 타단측에 장착되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 구동력 전달기구는 회전구동원(14)의 구동작용하에 소정 방향으로 회동하는 볼나사축(28)과, 상기 볼나사축(28)이 나합하는 관통 나사홀이 형성된 볼나사너트(30)를 가지며, 상기 볼나사너트(30)는 원통부(32)와 플랜지부(36)로 구성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
삭제
제 1항에 있어서, 상기 제1 슬라이드커버(48)의 표면적은 상기 제2 슬라이드커버(50)의 표면적 보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 제1 슬라이드커버(48)와 볼나사너트(30)의 플랜지부(36)는 슬라이더(18)의 일단면에 근접하여 각각 실질적으로 평행하게 장착되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 제1 슬라이드커버(48)의 중앙 상부에는 볼나사너트(30)의 원통부(32)의 여유부로서 기능을 하는 만곡면(52)이 형성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
제 1항에 있어서, 상기 제2 슬라이드커버(50)에는 볼나사너트(30)의 원통부(32)를 장착하기 위해 단면이 실질적으로 U자형인 개구부(54)가 형성되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
제 7항에 있어서, 상기 제2 슬라이드커버(50)에는 볼리턴홈에 연통하는 통로를 통해 그리이스를 주입하는 그리이스 니플부(58a, 58b)가 설치되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.
제 2항에 있어서, 상기 볼나사축(28)에 연결되는 제1 풀리(60)와 회전구동원(14)의 회전구동축(62)에 연결되는 제2 풀리(64)를 각각 현가하는 타이밍벨트(66)가 또한 포함되는 것을 특징으로 하는 액츄에이터.