KR100651022B1 - 힌지홈을 갖는 힌지 구조물, 및 이를 포함하는 자기변형 소자를 갖는 정밀 마이크로 프레스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 급속조동이송과 정밀미세이송을 적절히 조합하여 넓은 구동범위와 높은 가공정밀도를 동시에 가질 수 있는 프레스 제조에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은, 서보모터와 볼스크류잭을 이용한 급속 조동시스템, 자기변형 소자를 이용한 정밀 액추에이터와 하중 전달시 힘을 균등하게 전달하고 가공오차와 조립오차를 보정하기 위한 힌지구조물을 이용한 정밀 미동시스템, 절연유나 물의 유동을 이용한 액추에이터 내부 코일의 수냉 시스템, 힘 센서를 이용한 공구와 시편 접합 메커니즘을 특징으로 한다.

자기변형 소자, 절연유, 탄성 힌지, 냉각, 공구 접합

Description

힌지홈을 갖는 힌지 구조물, 및 이를 포함하는 자기변형 소자를 갖는 정밀 마이크로 프레스{HINGE STRUTURE AND A PRECISION MICRO PRESS WITH THE MAGNETOSTRICTION MATERIAL HAVING IT}

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템 구성의 개략도.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 자기 변형 소자를 이용한 정밀 마이크로 프레스의 사시도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 조동 시스템 구성의 개략도.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 미동 시스템 구성의 개략도.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 자기 변형 액추에이터의 단면도.

도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 냉각 시스템 구성의 개략도.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 힌지 구조물의 원리를 설명하기 위한 설명도.

〈도면의 주요부분에 대한 설명〉

1: 조동 시스템 2: 미동 시스템

4: 시편부착 시스템 5: 상판

6: 중판 7: 하판

8: 구름 안내봉 9: 리니어 부쉬

11: 근접센서 하우징 12: 리니어 스케일

13: 볼 스크류 짹 14: 볼 스크류

15: 볼 너트 16: AC 서보모터

17: 액추에이터

19: 볼 20: 자기 편향용 자석

21: 자기변형소자 22: 힘 전달 봉

23: 스프링 와셔 24: 외부 하우징

25: 자기 차폐 구조 26: 절연유 순환통

27: 코일 28: L 형 닛불

30: 힌지 구조물 31: 제 1 힌지 구조판

32: 제 2힌지 구조판
33a, 33b: 힌지 홈 35: 공구

40: 이송봉

일반적으로 사용되는 정밀 프레스 같은 경우 매크로한 시스템을 단순히 가공 및 제작 정밀도를 높여서 사용함으로서 제품의 크기가 커지고 제작비가 많이 들며 불필요한 부분에서도 정밀하게 구동되어 가공시간과 에너지 소모가 많은 단점을 가지고 있다. 보통 정밀 프레스 구동은 유압이나 볼 스크류와 서보 모터의 조합을 사용하고 있는데 원하는 프레스 가공 정밀도를 높이기 위하여 들어가는 모든 부품들의 가공 정밀도를 높이고 또한 그들의 조립 정밀도를 높여서 사용하고 있다. 이 로 인하여 이들 프레스의 부품의 가격이 비싸지고 제작비가 상승하게 되었으며 또한 정밀한 구동을 위하여 많은 지그나 프레임을 사용하게 됨으로 인해 기계의 크기가 커지게 되었다.

자기 변형소자를 이용한 액추에이터에는 내부에 자기장을 발생시키기 위한 코일이 존재하게 된다. 자기장을 발생시키기 위하여 코일에 전류를 흘려주면 코일 내부 소재에 저항이 존재하기 때문에 열이 발생하게 된다. 이때 발생한 열이 주위로 전달됨에 따라 액추에이터 구성 부품들의 열적 변형이 발생하게 된다. 이런 각각의 열적 변형들이 더해져서 액추에이터 구동 시 오차가 발생 된다. 이를 방지하기 위하여 일반적인 자기변형 액추에이터 내부에는 공랭식 구조가 고려되어 왔다. 하지만 크기는 작으면서 보다 큰 힘과 많은 변형량을 가지는 액추에이터가 요구되는 상황이고 이를 위해 액추에이터 내부 코일의 발열량이 커지게 되었다. 따라서 냉각 효율이 낮은 공랭식은 한계를 드러내게 되었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 급속 조동 시스템과 정밀 미동 시스템을 적절히 배치하여 낮은 제조비용과 높은 정밀도를 얻을 수 있고, 또한 장시간 동작됨에 따라 액추에이터 내부의 자기 발생 코일이 감겨있는 부분에서 발생되어지는 열을 보다 효과적으로 방열 시킬 수 있는 수냉 시스템을 구성함으로서 코일에서 발생되는 열이 자기변형소자와 액추에이터 구조물에 전달되어 발생하는 열팽창을 극소화시킴으로서 보다 정밀한 위치 제어가 가능하게 하고 또한 냉각 성능을 좋게 하는데 있다.

본 발명의 자기변형 소자를 이용한 정밀 마이크로 프레스는 시편이 안치되는 시편부착시스템이 위치하는 중판을 모터의 구동력에 의해 상하로 이동시켜 1차 프레스 가공을 수행하는 조동 시스템; 내부에 코일 및 자기변형 소자를 갖는 자기변형 액추에이터를 구비하여, 상기 자기변형 소자의 변형력에 의해 상판에 부착된 공구를 하강시켜 미세 프레스 가공하는 미동 시스템, 및 상기 시스템을 전체적으로 제어하는 제어유닛을 포함하는 데, 상기 자기 변형 소자는 제어유닛 신호로부터 코일에 인가된 전류에 의해 발생된 자기장에 의한 변형력으로 공구를 하강시키며, 상기 조동 시스템으로 일정량을 구동하고, 이후에 생긴 오차를 미동 시스템을 사용하여 미세 프레스 가공하게 된다.

본 발명의 자기변형 소자를 이용한 정밀 마이크로 프레스는 상부에 자기변형 액추에이터가 부착되고 하부에 공구가 부착된 상판, 시편 부착 시스템이 부착되며 볼 너트와 나사결합되는 볼스크류의 회전에 의해서 상하로 이동하는 중판, 및 제어 유닛의 제어신호에 의해서 회전하는 AC 서보모터가 하부에 부착되고, 내부에 웜기어가 내장되어 AC 서보모터의 회전운동을 바꾸어 볼 스크류를 회전시키는 볼 스크류 짹이 형성되는 하판, 및 상기 시스템을 전체적으로 제어하는 제어유닛을 포함하는 데, 제 1차 프레스는 상기 AC 서보 모터의 구동에 의해서 시편 부착시스템이 부착된 중판을 이동시켜 행하고, 제 2차 정밀 프레스는 자기 변형 액추에이터의 변형력 의해서 공구를 이동시켜 행하도록 구성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 시스템 측면의 근접 센서 하우징 내에 부착되어, 상기 중판의 근접여부를 감지하여 상기 제어유닛에 신호를 전송하는 근접센서를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 시스템 측면에 부착되어, 상기 중판의 실제 이동량 및 중판의 실제 위치를 감지하여 상기 제어유닛에 신호를 전송하는 리니어 스케일을 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 가공오차나 조립오차에 의해 발생하는 기준축에서 편심되거나 기울어져 전달되는 상기 자기변형 액추에이터에서 전달되는 힘을 보정하기 위해서, 2개의 힌지 구조 판이 서로 직각으로 적층되어 상판 하부에 형성된 힌지 구조물을 추가로 포함하는 데, 상기 각각의 힌지 구조 판은 중심을 기준으로 동일한 간격으로 2개의 힌지 홈이 양쪽에 각각 형성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 자기 변형 액추에이터 내의 코일을 냉각시키기 위해서, 절연유 또는 물을 이용한 수냉식 냉각 방식이 사용된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 시편 부착시스템 상부 시편이 놓여지는 지그 부분에 부착되어, 공구와 시편이 접합시에 발생되는 미세한 힘을 검출하여 제어유닛에 신호를 전송하는 힘센서를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 상판에 부착되어, 자기변형 액추에이터의 변형량을 검출하여 제어유닛에 신호를 전송하는 변위센서를 추가로 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 시편부착 시스템을 중판 위의 평면상에서 이동시키도록, 상기 시편부착 시스템의 측면에 부착된 이송봉을 추가로 포함하며, 상기 이송봉은 스탭 모터에 의해서 구동된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 자기변형 소자를 이용한 정밀 마이크로 프레스를 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템 구성의 개략도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 자기변형 소자를 이용한 정밀 마이크로 프레스는 제어 유닛의 제어신호에 따라 제어되며, 크게 조동시스템 및 미동 시스템으로 구성되어 있다.

조동 시스템의 동작은 제어 유닛의 제어신호에 따라 AC 서보 모터를 구동시키고, AC 서보 모터는 볼 스크류 짹을 구동시키고, 이에 따라 볼 스크류가 회전하면 중판이 이동하고, 중판에 부착된 시편 부착시스템이 상승 이동함으로써 시편에 공구에 의한 프레스가 가해진다. 중판의 이동은 리니어 스케일에 의해서 체크된다.

미동 시스템은 제어 유닛의 제어신호에 따라 자기변형 액추에이터에 전류가 가해지면, 자기변형 액추에이터 내의 자기 변형 소자에 의해 힘전달봉에 힘이 가해지고, 상기 힘은 힌지 구조물에 가해서 액추에이터와 상판의 가공오차나 결합오차가 보정된 후, 공구가 시편을 프레스 가압하게 된다.

이하에서 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 자기 변형 소자를 이용한 정밀 마이크로 프레스의 사시도이며, 도 3은 조동 시스템 구성의 개략도이고, 도 4는 미동 시스템 구성의 개략도이다.

본 발명의 정밀 마이크로 프레스는 자기변형 액추에이터(17) 및 힌지구조물(30)이 부착되는 상판(5), 시편 부착 시스템(4)이 부착되며 볼 너트(15)와 나사결합되는 볼스크류(14)의 회전에 의해서 상하로 이동하는 중판(6), 및 제어 유닛의 제어신호에 의해서 회전하는 AC 서보모터(16)가 하부에 부착되고 내부에 웜기어가 내장되어 AC 서보모터(16)의 회전운동을 바꾸어 볼 스크류(14)를 회전시키는 볼 스크류 짹(13)이 형성되는 하판으로 구분된다. 측면에 부착되는 근접센서 하우징(11) 내에는 근접 센서가 부착되어 있어, 상기 중판(6)이 각 근접 센서에 근접하였는지 여부를 감지하여 제어유닛에 전송한다. 중판의 정확한 위치는 측면에 부착된 리니어 스케일(12)에 의해서 체크되어, 제어유닛에 전송한다. 한편, 4개의 구름 안내봉(8)은 상판(5)과 하판(7)에 고정되고, 각 구름 안내봉(8)과 중판(6)사이에 리니어 부쉬(9)를 결합하여 정밀 직선 이송이 가능하다.

조동시스템의 동작을 보다 상세히 설명하기로 한다.

조동시스템은 중판(6)을 상하로 이동시켜 프레스 가공을 수행한다. 즉, 중판(6) 중심부의 시편 부착 시스템(4)에 위치하는 시편(도시되지 않음)에 공구(35)를 이용하여 프레스 가공을 하고자 할 때, 조동시스템은 중판(6)을 상승시켜 프레스 가공을 수행한다. 중판(6)의 상하 이동은 하판(7)의 하부에 설치된 AC서보모터(16)의 구동에 의해서 이루어진다.

먼저, 제어 유닛(도시되지 않음)에서 중판(6)의 상하 이동량에 대한 신호를 AC서보모터(16)에 전달한다. 제어신호에 따라 AC서보모터(16)는 일정한 량만큼 회전한다. AC서보모터(16)는 볼 스크류짹(13)과 기계적으로 연결되어 볼 스크류짹 (13)을 구동시킨다. 볼 스크류 짹(13) 내에는 윔기어가 내장되어 AC 서보모터의 회전방향을 바꾸어, 볼 스크류(14)가 회전하도록 한다. 볼 스크류(14)는 중판(6)에 형성된 구멍을 통해서 상판(5)과 연결되어 있으며, 상기 중판(6)에는 상기 볼스크류(14)와 맞물려 결합되는 볼 너트(15)가 형성되어 있다. 따라서, 볼 스크류(14)의 회전에 의해서 중판(6)이 이동하게 된다.

중판(6)의 상하 이동량을 검출하여 제어유닛에 전달하는 리니어 스케일(12)이 중판(6) 측면에 부착되어 있다. 상기에서 볼 스크류의 회전에 의해서 중판이 이동하였으나, 이것이 실제 중판의 이동량과 차이가 발생할 수 있다. 리니어 스케일(12)은 중판(6)의 실제 이동량을 검출하여 제어유닛으로 전달한다. 만약, 제어유닛의 제어 신호에 의해 이동되어야 할 중판의 이동량과 실제 중판의 이동량과 차이가 발생된다면, 사용자는 제어유닛에 연결된 디스플레이부를 통해서 확인하여, 다시 그 차이만큼을 제어유닛를 통해 AC서보모터(16)를 구동시켜 중판(6)을 추가로 상하로 이동시켜, 상기 차이를 보정하게 된다.

시편 부착 시스템(4)에 상부의 지그 하부에는 힘센서(도시되지 않음)가 부착되어 있다. 힘센서는 공구와 시편이 접합시에 발생하는 미세한 힘을 검출하여 그 위치를 가공시작점으로 설정하도록 한다. 힘센서와 연결된 제어유닛은 리니어스케일에 가공시작점을 인식하도록 한다. 그리고 가공이 이루어지면 얼마만큼의 가공이 이루어졌는가를 리니어스케일을 통해서 확인할 수 있다.

이와 같이, 리니어스케일(12)은 중판(6)의 실제 이동량을 측정하며, 이 값을 사용하여 오차량을 계산하여, 조동 시스템에 의한 프레스 가공을 정밀하게 이루어 지도록 함과 동시에, 조동 시스템에 의한 프레스 가공이 끝나면 중판의 실제 이동량을 측정하여 다시 그 오차량을 계산하여 미동 시스템을 구동하게 된다.

근접센서 하우징(11)의 내측 일면에는 중판(6)의 위치를 확인할 수 있는 다수개의 근접센서가 부착된다. 본 실시예에서는 3개의 근접센서가 부착된다. 맨위 및 맨 아래에 부착된 근접 센서는 제어유닛에 AC서보모터 정지 신호를 보내어 더 이상의 상하 이동을 방지하게 한다. 이는 어느 정도 이상의 중판 이동으로 인하여 시스템이 파손되는 것을 방지하기 위해서이다. 중간에 위치하는 근접센서도 제어유닛에 AC서보모터의 감속신호를 보내어, 중간에 위치하는 근접센서를 중판이 지나게 되면, AC서보모터는 천천히 구동되게 된다. 이는 AC서보모터의 급속한 이동으로 프레스 가공을 정밀도를 떨어뜨리는 것을 방지하기 위해서이다.

시편 부착 시스템(4)의 중판위의 평면상의 이동(X축, Y축 이송)은 2개의 스텝모터에 의해서 이동되는 이송봉(40)에 의해서 이루어진다. 스탭 모터는 제어유닛의 제어 신호의 의해서 구동됨으로써, 시편 부착 시스템(4)에 고정 부착된 이송봉(40)이 이동시켜 시편 부착시스템(4)이 중판(6) 위에서 평면상의 이동이 가능하다.

다음은 미동시스템에 대해서 설명하기로 한다.

미동시스템은 조동시스템을 이용하여 이동시킨 중판을 보다 미세하게 구동시키기 위한 것이다. 리니어 스케일에 의해서 측정된 중판의 이동량을 사용하여, 오차량을 계산한 후 미동시스템을 구동하게 된다. 제어유닛에는 전류값에 대한 자기변형 액추에이터의 길이변형량이 저장되어 있다.

미동시스템은 자기변형 소자(21)를 이용한 자기 변형 액추에이터(17), 및 가공오차나 조립오차에 의해 발생하는 기준축에서 편심되거나 기울어져 전달되는 하중을 보정하는 힌지 구조물(30) 및/또는 공구의 변형량과 액추에이터의 변형량을 센싱하는 변위센서에 의해서 이루어진다.

도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 자기 변형 액추에이터의 단면도이다.

자기 변형 액추에이터(17)의 동작원리를 설명하면 다음과 같다. 자기변형 액추에이터(17)의 길이 변형량을 제어유닛에 입력하면, 제어유닛는 이에 대응하는 전류값을 전류드라이버에 전달하여, 전류드라이버가 자기 변형 액추에이터(17)에 전류값을 인가하도록 한다. 전류드라이버에서 인가된 전류값은 자기변형 액추에이터의 내부에 위치하는 코일(27)에 전달된다. 코일에 전류가 흐르면 자기장이 발생하고, 자기장에 의해 자기변형소자(21)가 길이방향으로 변형되게 된다. 자기장의 세기에 따라 자기 변형 소자(21)는 변형되는 길이가 차이가 난다. 자기변형소자의 길이 변형에 의해 하부의 힘전달봉(22)을 아래로 밀게 된다. 힘전달봉에서 전달된 힘은 상판에 고정부착된 힌지 구조물에 전달된다.

자기 변형 액추에이터의 내부 구조를 설명하면, 자기변형 소자(21)를 이용한 액추에이터(17)는 자기장에 의해 변위가 유도되는 자기변형 소자(21)와 자기 편향을 통해 적은 파워를 이용하여 선형적인 구동을 위한 자기 편향 구조(20), 코일에서 발생된 자기장의 손실을 최대한 줄여 자기 변형 재료에 인가되도록 하기 위한 자기 유도구조(25), 자기 변형 소자(21)의 변형량을 최대로 얻기 위해 예압을 적용 시키는 예압 구조(18), 코일(27)에서 발생하는 열로 인한 자기변형 소자(21)와 액추에이터 구조물의 열적 변형을 막기 위한 냉각 구조(26)로 구성된다.

자기장이 자기 변형 소자(21)로 하여금 변형을 유도하면 이때 발생한 변형이 힘전달 봉(22)에 의해서 전달된다. 스프링 와셔(23)는 예압을 발생시키고, 볼(19)은 예압시 시편의 뒤틀림을 방지하기 위한 구조이다. 외부 프레임(24)에 의해 액추에이터 내부가 보호된다.

한편, 코일(27)에 전류가 흐르면 열이 발생하게 되는 데, 이 열은 자기 변형소자(21)의 열 변형을 일으킬 수 있다. 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 자기 변형 액추에이터의 냉각 시스템 구성의 개략도이다.

본 발명의 냉각시스템은 크게 액추에이터 내부 코일 냉각부와 외부 열교환 시스템으로 구성되어 있고, 냉각유체로는 절연유 혹은 물을 사용한 수냉 시스템을 도입하여 냉각 효율을 높였다. 자기변형 액추에이터는 절연유 순환통(26)을 통해서 내부로 절연유 또는 물을 흘려 코일(27)의 열을 냉각시킨다. 절연유 순환통(26) 내에 코일(27)이 형성되어 있음으로 절연유 또는 물이 흐르면서 코일의 열을 냉각시키게 된다. 코일을 냉각시킨 절연유 또는 물은 외부의 열 교환시스템으로 배출되며, 외부의 열 교환 시스템을 통해서 열을 발산한 절연유 또는 물은 다시 자기변형 액추에이터와 순환되도록 구성되어 있다. 한편, 절연유 또는 물의 유량은 속도 조절 모터와 펌프를 사용하여 조절이 가능하게 함으로서, 발열량에 따른 냉각 속도을 조절할 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 힌지 구조물의 원리를 설명하기 위한 설명도이다.

힌지 구조물(30)은 2개의 힌지 구조 판(31, 32)이 서로 직각으로 적층되어 형성되며, 상기 각각의 힌지 구조 판(31, 32)은 도시된 바와 같이 중심을 기준으로 동일한 간격으로 2개의 힌지 홈(33a, 33b)가 양쪽에 각각 형성되어 있다. 즉, 상부 힌지 구조판(31)에는 중심을 기준으로 양쪽에 동일한 간격으로 두 개의 힌지홈(33a, 33b)이 형성되어 있고, 하부의 힌지 구조판(32)에도 역시 중심을 기준으로 양쪽에 동일한 간격으로 두 개의 힌지홈(33a, 33b)이 형성되어 있으며, 각각의 힌지 홈(33a, 33b)은 도시된 바와 같이, 상부홈과 하부홈이 서로 맞물리도록 형성된 구조이다.

자기변형 액추에이터(17)의 힘전달봉(22)에 의해 변위가 전달되면 힌지 구조물(30)에 의해 오차가 보정된다. 한쪽 방향의 운동이 구속된 두 개의 힌지 구조 판(31, 32)을 서로 직각으로 적층함으로서 항상 균일하고 수직으로 힘이 전달 되도록 구성된다.

도 7을 참조하면, 자기변형 액추에이터의 힘전달봉에 의해서 힌지 구조물(30)에 편심으로 인한 X축 방향의 모멘트와 Y축 방향의 모멘트가 주어졌을 때 제 1 힌지 구조판(31)을 거치면서 X축 방향의 모멘트는 걸러지고 Y축 방향의 모멘트만 남아 제 2 힌지 구조판(32)에 전달된다. 또한, 제2 힌지 구조판(32)에서는 Y방향의 모멘트가 걸러지게 된다. 따라서 항상 균등하고 수직인 하중이 전달되는 것이다. 따라서 액추에이터(17)와 상판(5)의 가공오차나 결합오차가 존재하더라도 힌지구조물(30)만 있으면 오차를 보정 할 수 있다.

한편, 척(공구) 및 힌지의 상하 이동량을 측정하는 변위 센서가 상판에 부착되어 있다. 상기 변위 센서에 의해서 실제 척 및 힌지의 상하 이동량을 측정된다.

본 시스템을 이용하여, 프레스 가공을 하고자 할 때, 가공량이 결정되면 먼저 시편을 시편 부착 시스템(4) 상의 지그 위에 올려놓고 가공량을 제어 유닛에 입력한다. 가공이 시작되면 중판은 하부 근접센서가 있는 위치까지 빠르게 내려간 다 음 다시 중간의 기계원점으로 설정한 근접센서가 위치한 지점까지 빠르게 올라온다. 이 점을 지나치게 되면 속도를 줄여 이송하게 되고 이때 시편부착을 검출한다. 시편부착이 검출되면 조동시스템에 의해 가공 가능한 정밀도 안에서 많은 양을 가공한다. 이때 이송한 량은 리니어 스케일(12)에 의해서 측정된다. 이 리니어 스케일에 의해 측정된 가공량과 기준 가공량의 차이만큼은 미동시스템이 동작하게 된다.

본 발명의 마이크로 프레스는 가공 요구량이 있을 때 먼저 낮은 정밀도로 빠르게 조동시스템을 사용하여 가공한 다음 정밀한 량을 미동 시스템을 사용하여 가공하는 구동원리를 가지고 있다. 이때 조동시스템은 정밀도가 낮기 때문에 가공 가능 구간이 길다고 하더라도 제작비가 저렴하고 미동시스템은 제작비가 많이 들지만 가공 가능 구간을 축소시키기 때문에 제작비가 적게 든다. 즉 같은 정밀도를 요구하는 프레스를 제작할 때 기존의 방식보다는 조동과 미동을 적절히 나누어 구성하면 제작비를 줄일 수 있다. 또한 오차를 보정하는 유연 힌지 구조물을 구성함으로서 기계의 성능을 발휘하기 위해 정밀 가공 부분이 줄어듦으로 인한 제작비를 줄일 수 있다.

본 발명에 있어서, 조동시스템은 큰 동작구간과 분해능이 10㎛ 단위이며, 미동시스템은 동작구간은 20㎛정도이고 분해능은 100㎚이다. 즉, 조동시스템을 이용하여 10㎛단위 프레스를 가하며, 미동시스템을 이용하여 100㎚ 단위로 프레스를 가할 수 있다.

만약, 시편에 137.3㎛ 깊이로 미세 프레스 가공을 하고자 할 때, 먼저 조동 시스템을 이용하여 130㎛로 시편에 프레스 가공을 하면 125㎛에서 135㎛사이에 가공이 일어날 것이다. 이때 실제 가공량을 리니어 스케일에 의하여 체크하고 2.3㎛과 12.3㎛ 사이의 오차량을 미동시스템을 이용하여 추가적으로 프레스 가공을 하여 전체적으로 137.3㎛ 깊이로 시편에 프레스 가공을 하게 된다. 이와 같이, 본 발명에서는 10㎛이하의 미세한 프레스 가공도 미동시스템을 이용하여 수행할 수 있게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 프레스의 가동을 조동 시스템과 미동시스템으로 이원화 하여 적절히 배치함으로서 정밀 프레스 제작 비용를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 액추에이터 내 자기 발생용 코일의 발열을 냉각하여 액추에이터 부품의 열팽창률에 의해 발생하는 프레스의 위치 오차를 보다 정밀히 제어할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 본 발명의 힌지 구조물은 두개의 힌지판이 서로 직각이 되게 적층되어 있어, 오차를 정밀하게 보정할 수 있으며, 기계의 성능을 발휘하기 위한 정밀 가공 부분이 줄어듦으로 인한 제작비를 줄일 수 있다.

Claims (10)

1. 시편이 안치되는 시편부착시스템(4)이 위치하는 중판(6)을 모터(16)의 구동력에 의해 상하로 이동시켜 1차 프레스 가공을 수행하는 조동 시스템,

   내부에 코일(27) 및 자기변형 소자(21)를 갖는 자기변형 액추에이터(17)를 구비하여, 상기 자기변형 소자(21)의 변형력에 의해 상판(5)에 부착된 공구(35)를 하강시켜 미세 프레스 가공하는 미동 시스템, 및

   상기 시스템을 전체적으로 제어하는 제어유닛을 포함하되,

   상기 자기 변형 소자는 제어유닛 신호로부터 코일에 인가된 전류에 의해 발생된 자기장에 의한 변형력으로 공구를 하강시키며,

   상기 조동 시스템으로 일정량을 구동하고, 이후에 생긴 오차를 미동 시스템을 사용하여 미세 프레스 가공하는 정밀 마이크로 프레스에 있어서;

   상기 자기변형 액추에이터(17)의 힘전달봉(22) 하부에 설치되어, 가공오차나 조립오차에 의해 발생하는 기준축에서 편심되거나 기울어져 전달되는 상기 자기변형 액추에이터에서 전달되는 힘을 보정하는, 2개의 힌지 구조 판(31, 32)이 서로 직각으로 적층된 힌지 구조물(30)을 포함하는 데,

   상기 각각의 힌지 구조 판(31, 32)은 중심을 기준으로 동일한 간격으로 2개의 힌지홈(33a, 33b)가 양쪽에 각각 형성된 것을 특징으로 것을 특징으로 하는 정밀 마이크로 프레스.
2. 상부에 자기변형 액추에이터(17)이 부착되고 하부에 공구가 부착된 상판(5),

   시편 부착 시스템(4)이 부착되며 볼 너트(15)와 나사결합되는 볼스크류(14)의 회전에 의해서 상하로 이동하는 중판(6),

   및 제어 유닛의 제어신호에 의해서 회전하는 AC 서보모터(16)가 하부에 부착되고, 내부에 웜기어가 내장되어 AC 서보모터(16)의 회전운동을 바꾸어 볼 스크류(14)를 회전시키는 볼 스크류 짹(13)이 형성되는 하판(7), 및

   상기 시스템을 전체적으로 제어하는 제어유닛을 포함하되,

   제 1차 프레스는 상기 AC 서보 모터(16)의 구동에 의해서 시편 부착시스템이 부착된 중판(6)을 이동시켜 행하고, 제 2차 정밀 프레스는 자기 변형 액추에이터의 변형력 의해서 공구(35)를 이동시켜 행하는 정밀 마이크로 프레스에 있어서;

   상기 자기변형 액추에이터(17)의 힘전달봉(22) 하부에 설치되어, 가공오차나 조립오차에 의해 발생하는 기준축에서 편심되거나 기울어져 전달되는 상기 자기변형 액추에이터에서 전달되는 힘을 보정하는, 2개의 힌지 구조 판(31, 32)이 서로 직각으로 적층된 힌지 구조물(30)을 포함하는 데,

   상기 각각의 힌지 구조 판(31, 32)은 중심을 기준으로 동일한 간격으로 2개의 힌지홈(33a, 33b)가 양쪽에 각각 형성된 것을 특징으로 것을 특징으로 하는 정밀 마이크로 프레스.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 자기 변형 액추에이터 내의 코일을 냉각시키기 위해서, 절연유 또는 물을 이용한 수냉식 냉각 방식이 사용되는 것을 특징으로 하는 정밀 마이크로 프레스.
7. 삭제
8. 삭제
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   시편 부착 시스템(4)을 중판(6) 위의 평면 상에서 이동시키도록, 상기 시편 부착 시스템(4)의 측면에 부착된 이송봉(40)이 설치되며,

   상기 이송봉(40)은 스탭 모터에 의해서 이동되는 것을 특징으로 하는 정밀 마이크로 프레스.
10. 정밀 마이크로 프로세서 내에 설치되어, 가공오차나 조립오차에 의해 발생하는 기준축에서 편심되거나 기울어져 전달되는 하중을 보정하기 위한 힌지 구조물로서,

    2개의 힌지 구조 판(31, 32)이 서로 직각으로 적층되며,

    상기 각각의 힌지 구조 판(31, 32)은 중심을 기준으로 동일한 간격으로 2개의 힌지 홈(33a, 33b)이 양쪽에 각각 형성된 것을 특징으로 하는 힌지 구조물.

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