KR101397119B1 - 정밀 전동 실린더 - Google Patents

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KR101397119B1
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Abstract

본 발명은 정밀 전동 실린더를 제공하는 것을 목적으로 하는 것으로, 본 발명의 정밀 전동 실린더의 구성은 내부에 길이 방향으로 공간부가 구비된 실린더 바디(10); 상기 실린더 바디(10)의 내부에 설치된 스크류 샤프트(20); 상기 스크류 샤프트(20)에 모터축(32)이 동력 전달 가능하게 연결된 모터(30); 상기 실린더 바디(10)에 설치되어 상기 스크류 샤프트(20)의 회전에 따라 상기 실린더 바디(10)에서 전후진되는 인 아웃 로드(40); 상기 실린더 바디(10) 또는 상기 인 아웃 로드(40)에 구비된 스케일; 및 상기 인 아웃 로드(40)의 인출 작동시의 위치를 상기 스케일로부터 검출하는 엔코더(60)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

정밀 전동 실린더{Electric cyliner}
본 발명은 정밀 전동 실린더에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 스케일을 이용하여 전동 실린더의 전동 위치 자동으로 보상함으로써 전동 위치의 고정밀도를 보장할 수 있는 새로운 구성의 정밀 전동 실린더에 관한 것이다.
일반적으로 전동 실린더는 유압 실린더나 공압 실린더보다 작동 거리의 정밀성이 뛰어나므로, 정밀 기구에 널리 사용되고 있다. 일반 산업기계 및 기관에 널리 사용되는 종래의 실린더는 크게 유압을 구동원으로 하는 유압실린더와 공기압을 구동원으로 하는 공압실린더로 대별되며, 상기 유압실린더의 구성은 기름 탱크내의 기름을 주입하는 유압펌프가 구동모터와 결합되고, 상기 유압펌프로부터 토출되는 유압을 조정하는 압력제어밸브와 이에 조정된 유체의 방향과 량을 제어하는 방향 유량제어밸브가 기계적 일을 수행하는 실린더내부로 유체를 주입시키고 토출시킴에 따라 실린더 내부에 삽입설치된 로드가 전후진 직선운동하며 기계 및 기관을 동작시키게 되는 것인데, 이러한 유압실린더는 유체와 압력을 가하는 유압펌프 및 압력제어밸브 방향, 유량제어밸브가 필수 불가결한 부품이므로, 그 구조가 복잡하고 많은 설치면적을 필요로 하는 문제점과 부품의 단가가 고가여서 전체의 시스템 가격이 매우 비싼 등의 여러 가지 문제점이 있으며, 공압실린더도 유압실린더와 비슷한 구조를 가지면서 유압실린더와 동일 유사한 문제가 있으며, 유압 실린더와 공압 실린더는 공히 작동 거리(실린더 로드의 작동 거리)의 정밀성이 떨어지게 되므로, 정밀 기구 등에는 전동 실린더를 사용하게 된다.
한편, 종래에는 모터 인접 위치에 엔코더(발광소자와 수광소자 및 엔코딩 디스크 포함)가 구비되어 실린더 로드의 작동 거리(인출 위치)의 제어가 이루어지도록 한 것이 있다. 즉, 종래에는 엔코더로서 국내등록 제10-0255638호와 같은 통상의 엔코더를 채용하는데, 상기 엔코더의 엔코딩 디스크는 중심부를 기준으로 복수개의 슬롯이 형성되어 모터의 모터축에 엔코딩 디스크의 중심부가 동축적으로 결합되고, 엔코딩 디스크와 인접된 위치(마주하는 위치)에는 발광 소자와 수광 소자가 구비되어, 상기 모터의 모터축 회전이 이루어지면 상기 엔코딩 디스크의 회전에 따라 발광 소자의 빛이 수광 소자에 명암이 교차되도록 수신됨으로써 모터의 모터축 회전 위치를 검출하여 상기 드라이브 컨트롤러에 의해 모터의 모터축 회전 위치(회전 각도)를 조절하고, 이처럼 모터의 모터축 회전 위치의 조절에 따라 모터축에 동력전달 가능하게 연결된 스크류 샤프트의 회전 정도가 조절되어 상기 실린더 로드의 인출 거리(작동 거리)의 조절이 이루어지도록 한다.
그런데, 상기한 종래의 전동실린더는 서보 및 스텝모터 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값에 의존하여 임의 위치에 도달하는 방식으로 실제 스크류 오차 값(리드 오차 및 유격(GAP) 값)은 배제된 위치의 값을 표시하는 방식으로서 오차 보정이 쉽지 않아서, 고가의 정밀 연삭 스크류 사용 및 리니어모터를 이용한 로봇으로 대체하여 사용하고 있는 실정이다. 상기 엔코더에 의해 전동 실린더의 실린더 로드가 인출되는 위치의 제어를 한다 하더라도 제대로 실린더 로드의 위치 조절이 이루어지지 못하는 문제가 있는 것이다.
또한, 종래에는 전동실린더의 실린더 로드 회전 방지를 위하여 키(KEY) 형식의 돌출 슬라이드 형상의 구조로 대부분 되어 있으나, 이러한 종래에는 일정 회전력이 작용될 경우 변형 또는 파손으로 인하여 사용 회전력을 최소화하여 사용하고 있는 실정이다.
또한, 기존에는 모터에 의해 스크류 고속 회전시 스크류 공진 및 정밀도 유지를 위해 스크류 양단에 베어링 유니트로 지지하여 사용하지만, 전동실린더 구조상 양단에 베어링 유니트를 고정할 수 없어 고속 회전시 공진에 의한 정밀도 저하와 스크류 샤프트나 스크류 너트 등의 수명이 단축되는 현상이 있다. 즉, 스크류 샤프트가 기단부측 모터축과의 연결 부위를 지지하는 것 이외에는 다른 부분에 대한 지지 구조가 없어서 스크류 샤프트의 고속회전시 떨림이 생기고, 이러한 떨림에 의해 슬리브 형태의 스크류 샤프트 내주면에 부딪히면서 공진에 의한 정밀도 저하 및 스크류 샤프트 등의 수명이 단축되는 것이다.
국내 공개특허 특1996-0013516호(1996.05.22 공개) 국내 등록특허 제10-0255638호(2002.02.16 등록)
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 리니어 스케일을 이용하여 전동 실린더의 전동 위치 자동으로 보상함으로써 전동 위치의 고정밀도를 보장할 수 있는 새로운 구성의 정밀 전동 실린더를 제공하는 것이 주요 목적이다.
또한, 본 발명은 주요부인 실린더 로드의 회전 방지 구조를 구비하여 회전력을 극대화시킬 수 있고, 실린더 로드의 지지 중심부의 구조를 견실하게 유지하여 회전력 부하 등에 충분히 견딜 수 있는 정밀 전동 실린더를 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은 실린더 로드의 전후진 작동이 이루어지도록 하는 스크류 샤프트의 진동(떨림) 등의 방지 구조를 구비하여 공진 및 작동 정밀도를 한층 높여줄 수 있는 새로운 정밀 전동 실린더를 제공하고자 한다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 내부에 길이 방향으로 공간부가 구비된 실린더 바디; 상기 실린더 바디의 내부에 설치된 스크류 샤프트; 상기 스크류 샤프트에 모터축이 동력 전달 가능하게 연결된 모터; 상기 실린더 바디에 설치되어 상기 스크류 샤프트의 회전에 따라 상기 실린더 바디에서 전후진되는 인 아웃 로드; 상기 실린더 바디 또는 상기 인 아웃 로드에 구비된 스케일 및 상기 인 아웃 로드의 인출 작동시의 위치를 상기 스케일로부터 검출하는 엔코더를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더가 제공된다.
상기 스케일은 상기 실린더 바디의 길이 방향으로 연장되도록 상기 실린더 바디에 내장된 리니어 스케일로 구성되고, 상기 엔코더는 상기 인 아웃 로드에 구비되어 상기 리니어 스케일과 마주하는 위치에 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 실린더 바디 내부의 길이 방향으로 연장된 공간부 일측으로 스케일 수용부가 구비되고, 상기 리니어 스케일은 상기 스케일 수용부에 내장되며, 상기 엔코더는 상기 인 아웃 로드의 외주면에 구비되어 상기 리니어 스케일과 마주하는 위치에 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 스케일은 상기 실린더 바디의 길이 방향으로 연장되도록 상기 실린더 바디에 내장된 리니어 스케일로 구성되고, 상기 실린더 바디의 외측에는 상기 공간부와 연통된 스케일 엔코더 수용부가 구비되고, 상기 리니어 스케일은 상기 스케일 엔코더 수용부에 내장되며, 상기 엔코더는 상기 인 아웃 로드와 연결되도록 설치됨과 동시에 상기 스케일 엔코더 수용부에 내장되어 상기 리니어 스케일과 마주하는 위치에 배치된다.
상기 스케일은 상기 실린더 바디의 길이 방향으로 연장되도록 상기 실린더 바디에 내장된 리니어 스케일로 구성되고, 상기 리니어 스케일은 상기 인 아웃 로드의 외주면에 구비되며, 상기 실린더 바디 내부의 상기 공간부 내주면 일측에는 상기 인 아웃 로드 외주면의 상기 리니어 스케일과 마주하도록 상기 엔코더가 구비된 것을 특징으로 한다.
상기 인 아웃 로드의 외주면 위치에는 회전 방지 롤러가 구비되고, 상기 실린더 바디 내부의 상기 공간부에는 상기 회전 방지 롤러가 수용되는 롤러 가이드홈이 구비되며, 상기 회전 방지 롤러와 상기 롤러 가이드홈이 로드 회전 방지 지지부를 구성하는 것을 특징으로 한다.
상기 로드 회전 방지 지지부는 상기 인 아웃 로드의 외주면 위치에 적어도 두 군데 이상으로 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 로드 회전 방지 지지부는 상기 인 아웃 로드의 외주면 위치에 세 군데로 구비된 세 개의 회전 방지 롤러와 세 개의 롤러 가이드홈을 포함하며, 상기 세 군데의 로드 회전 방지 지지부 중에서 두 개의 로드 회전 방지 지지부는 상기 인 아웃 로드의 중심부를 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치되고 나머지 하나의 로드 회전 방지 지지부는 상기 두 개의 서로 대칭되는 로드 회전 방지 지지부의 외측 위치에 배치되어, 상기 세 개의 로드 회전 방지 지지부가 삼각형 배치 구조가 보다 바람직하다.
상기 인 아웃 로드는 내부에 공간부가 있는 슬리브 형상으로 구성되고, 상기 스크류 샤프트는 상기 인 아웃 로드의 상기 공간부에 수용되며, 상기 스크류 샤프트의 외주면에는 상기 인 아웃 로드의 상기 공간부 내주면과 그 외주면이 마주하는 서포트 롤러가 구비된다.
상기 모터에는 드라이브 컨트롤러가 연결되고, 상기 드라이브 컨트롤러에는 상기 엔코더가 연결되어 상기 엔코더에서 전송하는 상기 인 아웃 로드의 인출 위치 정보에 따라 상기 드라이브 컨트롤러에 의해 상기 모터의 작동이 제어되는 것을 특징으로 한다.
상기 모터의 상기 모터축의 회전 위치를 검출하는 모터용 엔코더가 구비되어, 상기 모터용 엔코더에서는 상기 모터축의 회전 위치를 검출하고, 상기 엔코더에서는 상기 인 아웃 로드의 위치를 검출하여 상기 모터용 엔코더의 검출 값과 엔코더의 위치 검출 값을 비교하여 오차를 재보정하도록 구성된다.
본 발명은 리니어 스케일을 이용한 정밀 전동 실린더로서 서보 및 스탭모터 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값과 실제 전동 실린더 기구를 구성하는 인 아웃 로드가 움직인 리니어 스케일 값과 비교하여 오차(백래쉬 등에 의한 오차)만큼 드라이브 컨트롤러에 다시 지령함으로써 인 아웃 로드 위치 값으로 자동 보정이 가능하므로, 간단하고 쉽게 정밀 제어가 가능하므로 고가의 수입 연삭 스크류 및 정밀로봇을 사용하지 않고도 고정밀 위치 제어가 가능하며, 리니어 스케일의 분해능에 따라 정밀도 선택이 가능하므로 비용절감 효과가 뛰어나다.
또한, 본 발명에서는 인 아웃 로드의 외주면 위치에 회전 방지 롤러가 구비되고, 실린더 바디 내부의 공간부에는 회전 방지 롤러가 수용되는 롤러 가이드홈이 구비되며, 상기 회전 방지 롤러와 롤러 가이드홈이 로드 회전 방지 지지부를 구성함으로써 스크류 샤프트가 회전하더라도 인 아웃 로드는 회전되는 것이 방지되는 효과가 있다.
본 발명에서는 전동실린더 로드 회전 방지를 위해 3개의 롤러(회전)을 부착하여 회전력을 극대화시켰으며 종래 기술에 비해 최대 10배 이상의 회전을 견딜 수 있는 구조로 되어 있으며, 3개 부착으로 어느 방향의 조립 상태에서도 롤러 중심을 유지하며 회전력을 견딜 수 있는 장점이 있다. 이러한 본 발명은 회전력이 필요로 한 용도에 사용이 가능하며 종래 전동실린더 판매시장 확대 효과가 기대된다.
또한, 본 발명에서 주요부를 구성하는 인 아웃 로드는 내부에 공간부가 있는 슬리브 형상으로 구성되고, 상기 스크류 샤프트는 인 아웃 로드의 공간부에 수용됨과 동시에 선단부에 구비된 서포트 롤러에 의해 인 아웃 로드의 내부 공간부에 지지되므로, 스크류 샤프트가 진동이나 공진 현상 없이 안정적으로 회전이 가능하다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 정밀 전동 실린더를 구성하는 인 아웃 로드와 스크류 샤프트 부분의 분해 사시도
도 2는 본 발명의 제1실시예의 정밀 전동 실린더의 주요부 분해 사시도
도 3은 본 발명의 제1실시예의 정밀 전동 실린더의 외관 사시도
도 4는 도 3의 정단면도
도 5와 도 6은 도 3의 정밀 전동 실린더의 구조와 작동 상태를 보여주는 일측 단면도
도 7은 본 발명의 제2실시예에 의한 정밀 전동 실린더를 구성하는 인 아웃 로드와 스크류 샤프트 부분의 분해 사시도
도 8은 본 발명의 제2실시예의 정밀 전동 실린더의 주요부 분해 사시도
도 9는 본 발명의 제2실시예의 정밀 전동 실린더의 외관 사시도
도 10은 도 9의 정단면도
도 11과 도 12는 도 9의 정밀 전동 실린더의 구조와 작동 상태를 보여주는 일측 단면도
도 13은 본 발명의 제3실시예에 의한 정밀 전동 실린더를 구성하는 인 아웃 로드와 스크류 샤프트 및 리니어 스케일 부분의 분해 사시도
도 14는 본 발명의 제3실시예의 정밀 전동 실린더의 주요부 분해 사시도
도 15는 본 발명의 제3실시예의 정밀 전동 실린더의 외관 사시도
도 16은 도 15의 A 부분의 정단면도
도 17은 도 15의 B 부분의 정단면도
도 18과 도 19는 도 15의 정밀 전동 실린더의 구조와 작동 상태를 보여주는 일측 단면도
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 상기 본 발명의 목적과 특징 및 장점은 첨부도면 및 다음의 상세한 설명을 참조함으로써 더욱 쉽게 이해될 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다
또한, 본 발명에서 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
도면을 참조하면, 본 발명에 제1실시예에 의한 정밀 전동 실린더는 내부에 길이 방향으로 공간부가 구비된 실린더 바디(10)와, 이러한 실린더 바디(10)의 내부에 설치된 스크류 샤프트(20)와, 스크류 샤프트(20)에 모터축(32)이 동력 전달 가능하게 연결된 모터(30) 및 실린더 바디(10)에 설치되어 스크류 샤프트(20)의 회전에 따라 실린더 바디(10)에서 전후진되는 인 아웃 로드(40)와, 실린더 바디(10) 또는 인 아웃 로드(40)에 구비된 스케일과, 상기 인 아웃 로드(40)의 인출 작동시의 위치를 스케일로부터 검출하는 엔코더(60)를 포함한다. 본 발명의 제1실시예에는 스케일 내장형이라 할 수 있다.
상기 실린더 바디(10)는 내부에 중공의 공간부가 있는 단면 사각형의 길이가 있는 튜브 구조이다. 실린더 바디(10)는 기단부의 헤드 커버(10b)와 선단부의 로드 커버(10a)를 구비한다. 로드 커버(10a)는 로드 인출 가이드홀이 구비되고 헤드 커버(10b)에는 스크류 샤프트 결합홀이 구비되며, 로드 커버(10a)와 헤드 커버(10b)는 볼트 등의 체결구에 의해 실린더 바디(10)의 선단부에 기단부에 각각 결합된다. 상기 헤드 커버(10b)의 후면에는 하우징(33)이 구비된다. 하우징(33)은 사각 박스 형태로 이루어지는데, 헤드 커버(10b)의 후면에 볼트 등의 체결구에 의해 결합될 수 있다. 하우징(33)의 전면에는 헤드 커버(10b)의 스크류 샤프트 결합홀에 대응하는 스크류 샤프트 통과홀(33b)이 구비된다. 하우징(33)의 전면 하우징 커버(33a)에 스크류 샤프트 통과홀(33b)이 구비되고, 모터(30)의 모터축(32)이 통과되기 위한 모터축 통과홀(33c)이 구비된다. 모터(30)의 모터축(32)이 하우징(33)의 모터축 통과홀(33c)을 통해 하우징(33)의 내부에 수용되어 후술할 구동 풀리(35) 중심부가 모터축(32)에 동축적으로 결합되어 하우징(33)에 내장된다. 상기 헤드 커버(10b)의 일측에는 커넥터(10c)가 구비된다. 커넥터(10c)에는 통전성 접속핀이 구비된다. 즉, 커넥터(10c)는 통전성의 접속핀이 있는 플러그식 연결구이다.
상기 실린더 바디(10) 내부의 길이 방향으로 연장된 공간부 일측에는 스케일 수용부(12)가 구비된다. 스케일 수용부(12)는 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 길게 연장된 홈 구조로서, 실린더 바디(10) 내부의 공간부 일측으로 스케일 수용부(12)가 연통되어 있다. 상기 스케일 수용부(12)는 실린더 바디(10) 내부의 공간부와 마주하는 면에 길이 방향을 따라 일정 간격으로 체결구홀이 구비되어 있다. 또한, 상기 스케일 수용부(12)의 일측으로는 전선 수용홈이 구비될 수 있다.
또한, 상기 실린더 바디(10)의 내부에는 세 군데에서 공간부로 연통된 롤러 가이드홈(14)이 구비되어 있다. 도 6에 도시된 단면도를 기준으로 실린더 바디(10)의 내부 상측에 스케일 수용부(12)가 구비되고 나머지 세 군데에 롤러 가이드홈(14)이 구비된다. 세 군데의 롤러 가이드홈(14) 중에서 두 개의 롤러 가이드홈(14)은 실린더 바디(10)의 중심부를 기준으로 양쪽 대칭되는 위치에 배치되고, 나머지 하나의 롤러 가이드홈(14)은 스케일 수용부(12)의 반대되는 위치에 배치되어, 상기 세 개의 롤러 가이드홈(14)이 삼각형 배치 구조를 이루고 있다. 즉, 롤러 가이드홈(14)이 실린더 바디(10) 내부 세 군데 위치에 구비된 것이다.
상기 실린더 바디(10)의 내부에는 스크류 샤프트(20)가 설치된다. 스크류 샤프트(20)는 외주면에 나사부가 있는 단면 원형봉 구조인데, 스크류 샤프트(20)가 실린더 바디(10) 내부의 공간부에 수용된다. 스크류 샤프트(20)의 기단부측 외주면은 실린더 바디(10) 기단부측에 구비된 스크류 샤프트 결합홀에 상대 회전 가능하게 결합된다. 스크류 샤프트(20)는 베어링을 매개로 실린더 바디(10)의 기단부측 내부에 회전 가능하게 결합된 구조를 취한다. 또한, 상기 실린더 바디(10)의 기단부로 일부 노출된 스크류 샤프트(20)의 일부는 상기 하우징(33)의 내부에 수용되어 있다. 결국, 스크류 샤프트(20)가 실린더 바디(10) 내부의 공간부에 회전 가능하게 내장되고 스크류 샤프트(20)의 기단부측 일부가 실린더 바디(10)의 기단부측에서 바깥으로 돌출되어 후술할 모터(30)의 모터축(32)에 동력전달 가능하게 연결될 수 있는 구조를 가지게 된다.
상기 스크류 샤프트(20)에는 모터(30)의 모터축(32)이 동력 전달 가능하게 연결된다. 모터(30)가 실린더 바디(10) 기단부측에 구비된 하우징(33)에 볼트 등의 체결구로 장착되고, 상기 모터(30)의 모터축(32)은 하우징(33)의 전면에 형성된 모터축 통과홀(33c)을 관통하여 하우징(33)의 내부로 수용되어 있고, 상기 모터축(32)에는 구동 풀리(35)가 구비되고, 이 구동 풀리(35)는 벨트(36)를 매개로 상기 스크류 샤프트(20)의 하우징(33) 내부로 들어와 있는 부분에 구비된 종동 풀리(37)에 연결되어, 상기 모터(30)의 모터축(32) 회전에 따라 스크류 샤프트(20)가 구동 풀리(35)와 벨트(35) 및 종동 풀리(37)에 의해 회전력을 전달받아 실린더 바디(10)에 대해 상대회전될 수 있도록 구성된다. 물론, 모터(30)의 모터축(32)이 커플러(미도시)를 매개로 스크류 샤프트(20)에 직접 연결되어 모터(30)의 모터축(32) 회전에 따라 스크류 샤프트(20)를 회전시키도록 하는 구성도 가능하다.
또한, 상기 모터(30)와 인접된 위치에는 모터측 엔코더가 구비된다. 전술한 바와 같이, 상기 모터측 엔코더의 엔코딩 디스크는 중심부를 기준으로 복수개의 슬롯이 형성되어 모터(30)의 모터축(32)에 엔코딩 디스크의 중심부가 동축적으로 결합되고, 엔코딩 디스크와 인접된 위치에는 발광 소자와 수광 소자가 구비되어, 상기 모터(30)의 모터축(32) 회전이 이루어지면 상기 엔코딩 디스크의 회전에 따라 발광 소자의 빛이 수광 소자에 명암이 교차되도록 수신됨으로써 모터(30)의 모터축(32) 회전 위치를 검출하여 상기 드라이브 컨트롤러에 의해 모터(30)의 모터축(32) 회전 위치를 조절하고, 이처럼 모터(30)의 모터축(32) 회전 위치의 조절에 따라 모터축(32)에 동력전달 가능하게 연결된 스크류 샤프트(20)의 회전 정도가 조절되어 상기 실린더 로드의 인출 거리의 조절이 이루어지도록 한다. 상기 모터측 엔코더는 모터(30)의 모터축(32)이 어느 정도 회전되었는지를 검출하는 엔코더이며, 이러한 모터측 엔코더(주로 수광 소자)는 드라이브 컨트롤러에 회로적으로 연결되어, 모터측 엔코더의 엔코딩 디스크의 회전 각도 검출치에 따라 드라이브 컨트롤러가 모터(30)의 모터축(32)의 회전 정도를 제어하게 된다.
본 발명은 실린더 바디(10) 내부의 공간부에 내장되어 스크류 샤프트(20)의 회전에 따라 실린더 바디(10)에서 전후진되는 인 아웃 로드(40)를 구비한다. 인 아웃 로드(40)는 전동 실린더의 실린더 로드와 동일한 기능을 하는 것이다. 이때, 인 아웃 로드(40)는 내부에 공간부가 있는 슬리브 구조로서, 인 아웃 로드(40)는 기단부측의 조인트(42)와 스크류 너트(43)를 포함한다. 즉, 조인트(42)는 내부에 중공부가 있는 관형상으로 구성되는데, 조인트(42)의 선단부가 인 아웃 로드(40)의 기단부에 결합되어 있고, 조인트(42)의 내부 중공부에는 스크류 너트(43)가 구비된다. 스크류 너트(43)는 내주면에 나사부가 있는 슬리브 구조이다. 따라서, 상기 인 아웃 로드(40) 내부의 공간부에 스크류 샤프트(20)가 수용되도록 인 아웃 로드(40)가 스크류 샤프트(20)에 동축적으로 배치되고, 상기 인 아웃 로드(40)의 기단부측에 구비된 스크류 너트(43)가 스크류 샤프트(20) 외주면에 나사식으로 결합된다. 스크류 샤프트(20)의 외주면에 나사부가 구비되어, 상기 스크류 너트(43) 내주면의 나사부가 스크류 샤프트(20) 외주면의 나사부게 나사식으로 결합되는 것이다. 그래서, 인 아웃 로드(40)의 외주면이 실린더 바디(10) 내부의 공간부 내주면과 마주하도록 배치되고 인 아웃 로드(40) 내부의 공간부 내주면과 스크류 샤프트(20)의 외주면에 사이에는 일정 간격의 스페이스가 형성된 구조를 가지게 된다. 또한, 상기 인 아웃 로드(40)의 선단부측 일부는 실린더 바디(10) 전단부에 구비된 로드 커버(10a)의 로드 인출 가이드홀을 통과하여 실린더 바디(10) 외부로 돌출되어 있다. 즉, 인 아웃 로드(40)가 실린더 바디(10)의 선단부측에 구비된 로드 커버(10a)의 로드 인출 가이드홀에 상대 슬라이드 가능하게 결합된 것이다. 결국, 실린더 바디(10)의 선단부로 인 아웃 로드(40)가 인출 가능한 구조를 가지게 된다. 상기 모터(30)는 모터축(32)이 정회전 및 역회전하는 정역 모터(30)인데, 모터(30)의 모터축(32)이 일방향으로 회전하면 스크류 샤프트(20)가 일방향으로 회전하고, 스크류 샤프트(20)가 일방향 회전하면 스크류 너트(43)를 매개로 스크류 샤프트(20)에 결합된 인 아웃 로드(40)가 실린더 바디(10)의 선단부에서 전진하는 인출 작동을 하게 되며, 모터(30)의 모터축(32)이 다른 방향으로 회전하면 스크류 샤프트(20)가 다른 방향으로 회전하고, 스크류 샤프트(20)가 다른 방향으로 회전하면 스크류 너트(43)를 매개로 스크류 샤프트(20)에 결합된 인 아웃 로드(40)가 실린더 바디(10)의 선단부에서 전진한 상태에서 다시 실린더 바디(10)의 내부로 후퇴하는 작동을 하게 된다.
또한, 상기 인 아웃 로드(40)는 외주면에 구비된 회전 방지 롤러(44)에 의해 스크류 샤프트(20)와 함께 회전되는 것이 방지되도록 구성된다. 상기 인 아웃 로드(40)를 구성하는 기단부측의 조인트(42) 외주면에 회전 방지 롤러(44)가 구비된다. 회전 방지 롤러(44)는 롤러축이 베어링을 매개로 결합된 롤링휠의 중심부에 결합된 구조인데, 롤러축이 조인트(42) 외주면에 볼트 등의 체결구에 의해 고정됨으로써 조인트(42) 외주면에 회전 방지 롤러(44)가 장착된 구조이다. 이때, 상기 실린더 바디(10) 내부의 공간부에는 세 군데에 롤러 가이드홈(14)이 구비되어 있어서, 상기 회전 방지 롤러(44)도 세 군데의 롤러 가이드홈(14)에 수용되어 상대 회전되도록 조인트(42)의 세 군데 위치에 구비된다. 즉, 상기 인 아웃 로드(40) 기단부측의 회전 방지 롤러(44)와 실린더 바디(10) 내부의 롤러 가이드홈(14)이 로드 회전 방지 지지부를 구성하는데, 이러한 로드 회전 방지 지지부는 인 아웃 로드(40)의 외주면 위치에 세 군데로 구비된 세 개의 회전 방지 롤러(44)와 실린더 바디(10)의 세 군데에 구비된 세 개의 롤러 가이드홈(14)을 포함하며, 상기 세 군데의 로드 회전 방지 지지부 중에서 두 군데의 로드 회전 방지 지지부는 상기 인 아웃 로드(40)의 중심부를 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치되고 나머지 하나의 로드 회전 방지 지지부는 상기 두 개의 서로 대칭되는 로드 회전 방지 지지부의 외측 위치에 배치되어, 상기 세 개의 로드 회전 방지 지지부가 삼각형 배치 구조를 가지고 있다. 그리고, 상기와 같이 실린더 바디(10) 내부의 공간부와 연통된 스케일 수용부(12)가 실린더 바디(10)의 정면에서 볼 때에 실린더 바디(10)의 내부 상부측에 배치되어 있다. 도 6 참조.
상기 실린더 바디(10)에는 스케일이 구비된다. 실린더 바디(10)의 내부에 형성된 스케일 수용부(12)에 스케일이 내장된다. 이때, 스케일은 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 연장되어 일정 길이가 있는 리니어 스케일(50)로 구성되는데, 이러한 리니어 스케일(50)이 실린더 바디(10) 내부에 구비된 스케일 수용부(12)에 내장된다. 스케일 수용부(12)가 실린더 바디(10)의 기단부에 선단부 방향(길이 방향)으로 길게 연장된 장홈 구조라서 길다란 리니어 스케일(50)이 실린더 바디(10) 내부의 스케일 수용부(12)에 내장되는 것이다. 이때, 리니어 스케일(50)의 바깥면에는 길이 방향을 따라 일정 간격으로 체결구 결합홀이 구비되어, 상기 실린더 바디(10)에 구비된 각각의 체결구홀을 관통하여 결합된 볼트 등의 체결구를 리니어 스케일(50)의 각 체결구 결합홀에 조여줌으로써 리니어 스케일(50)이 실린더 바디(10)의 내부에 안정적으로 장착된 구조를 가질 수 있다. 또한, 상기 리니어 스케일(50)은 인 아웃 로드(40)의 외주면과 마주하는 안쪽면에 길이를 측정하는 자와 같이 눈금 표시부(52)가 구비되어 있다.
상기 엔코더(60)는 인 아웃 로드(40)에 구비되어 리니어 스케일(50)과 마주하는 위치에 배치된다. 리니어 스케일(50)의 안쪽면 눈금 표시부(52)에 엔코더(60)가 마주하도록 배치된다. 본 발명에서는 엔코더 헤드의 내부에 발광 소자(주로 엘이디)와 수광 소자(주로 포토 다이오드)가 내장되어, 엔코더 헤드가 볼트 등의 체결구에 의해 인 아웃 로드(40) 외주면에 고정됨으로써 발광 소자와 수광 소자가 리니어 스케일(50)의 안쪽면 눈금 표시부(52)와 마주하는 위치에 배치되도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 엔코더(60)는 모터(30)의 모터축(32) 회전 정도를 제어하는 드라이브 컨트롤러에 전기적(회로적)으로 연결된다. 엔코더(60)의 수광 소자가 드라이브 컨트롤러에 연결될 수 있다. 이때, 엔코더(60)와 드라이브 컨트롤러의 연결 수단은 전선(66)이 될 수 있고, 엔코더(60)에 연결된 플렉시블한 전선(66)은 실린더 바디(10)의 스케일 수용부(12) 일측에 구비된 전선 수용홈에 내장되어 전선(66)이 인 아웃 로드(40)의 인출 작동시 걸리는 등의 작동 방해 요인이 생기지 않도록 구성된다. 이때, 실린더 바디(10)의 기단부측 헤드 커버(10b)에 구비된 커넥터(10c)에 전선(66)이 연결되고, 상기 커넥터(10c)에는 다른 전선(66)의 일단부에 구비된 소켓 형식의 커넥터(미도시)가 접속되며, 상기 전선(66)의 타단부는 상기 모터측 엔코더에 전기적으로 연결됨으로써 상기 엔코더(60)가 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)를 읽어들이는 값에 따라 상기 모터(30)의 모터축(32)의 회전 정도를 조절하도록 구성될 수 있다. 엔코더(60)가 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)를 읽어내는 값에 의해 드라이브 컨트롤러를 통해 모터(30)의 모터축(32)을 정역회전되도록 제어함으로써 상기 모터축(32)의 회전에 의해 전후진 작동되는 인 아웃 로드(40)의 위치 오차를 재보정하게 되는 것이다. 상기 인 아웃 로드(40)의 전후진 작동에 따라 엔코더(60)가 리니어 스케일(50)로부터 인 아웃 로드(40)의 위치를 검출하여 인 아웃 로드(40)의 위치 재보정이 이루어진다.
한편, 상기 인 아웃 로드(40)는 내부에 공간부가 있는 슬리브 형상으로 구성되고, 상기 스크류 샤프트(20)는 인 아웃 로드(40)의 공간부에 수용되며, 상기 스크류 샤프트(20)의 외주면에는 인 아웃 로드(40)의 공간부 내주면과 그 외주면이 마주하는 서포트 롤러(24)가 구비된다. 서포트 롤러(24)는 베어링을 매개로 중심부가 스크류 샤프트(20)의 선단부측 외주면에 회전 가능하게 결합되어 있다. 서포트 롤러(24)의 외주면은 인 아웃 로드(40)의 내부 공간부 내주면에서 약간 이격되어 있다. 스크류 샤프트(20)의 기단부측은 인 아웃 로드(40)의 기단부측에 구비된 조인트(42)에 결합되어 지지되는 한편, 스크류 샤프트(20)의 선단부측은 서포트 롤러(24)에 의해 지지된다. 즉, 스크류 샤프트(20)가 인 아웃 로드(40) 기단부측 조인트(42) 등으로 지지되고 선단부측은 서포트 롤러(24)에 의해 지지되는 적어도 두 군데의 지지점에서 지지되는 구조이므로, 스크류 샤프트(20)가 진동(공진) 등이 없이 안정적으로 인 아웃 로드(40)의 내부에서 회전 작동될 수 있다.
상기한 구성의 본 발명의 제1실시예에 의하면, 실린더 바디(10) 내부에 구비된 스크류 샤프트(20)를 회전시키는 구동원인 모터(30)의 모터축(32)을 드라이브 컨트롤러에 의해 회전시키면, 상기 모터(30)측에 설치된 모터측 엔코더에 의해 기설정된 회전수만큼 모터(30)의 모터축(32)이 회전하고, 모터(30)의 모터축(32) 회전에 의해 스크류 샤프트(20)가 회전하면 상기 인 아웃 로드(40)가 실린더 바디(10) 내부에서 전진하고, 인 아웃 로드(40)가 전진하면 상기 엔코더(60)도 전진하여 실린더 바디(10) 내부에 구비된 리너이스케일을 따라 이동하게 된다.
본 발명의 제1실시예서는 주요부인 리니어 스케일(50)이 실린더 바디(10)의 길이 방향을 따라 길게 설치되고, 상기 리니어 스케일(50)에는 일정 간격 피치의 눈금 표시부(52)가 구비되고, 상기 리니어 스케일(50)의 엔코더(60)(검출기)에서 주요부인 발광 소자(LED)와 수광 소자(포토 다이오드)가 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)와 마주하도록 배치되어 있다.
따라서, 인 아웃 로드(40)에 구비된 엔코더(60)가 이동하면 발광 소자로부터 방출되는 빛이 리니어 스케일(50) 표면(안쪽면)의 눈금 표시부(52)를 지나가면서 명암이 교차하게 되는데, 이때에 동일한 주기에서 90° 위상차가 나는 2개의 정현파(사인파) 신호가 출력되고 이러한 신호를 증폭하여 전기적으로 분할함으로써 일정 피치의 복수개의 펄스 신호가 출력된다. 따라서, 상기와 같이 엔코더(60)가 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)를 읽어내는 값에 의해 드라이브 컨트롤러를 통해 모터(30)의 모터축(32)을 정역회전되도록 제어함으로써 상기 모터축(32)의 회전에 의해 전후진 작동되는 인 아웃 로드(40)의 위치 오차를 재보정한다.
구체적으로, 상기 드라이브 컨트롤러에는 예를 들어 모터(30)의 모터축(32)이 일방향으로 30° 회전하면 상기 인 아웃 로드(40)가 50mm 전진하도록 설정되어 있는 상태에서 상기 드라이브 컨트롤러에 의해 모터(30)의 모터축(32)을 30°만큼 회전시키면 상기 모터측 엔코더에서는 모터(30)의 모터축(32)이 30°만큼만 회전하도록 신호를 출력하고, 드라이브 컨트롤러에서는 모터측 엔코더에서 출력된 상기 신호에 따라 모터(30)의 모터축(32) 회전 각도가 30°가 되도록 제어하고, 이에 따라 상기 인 아웃 로드(40)가 50mm만큼 전진하게 된다.
이때, 상기 모터측 엔코더에 의해 인 아웃 로드(40)가 상기 50mm만큼 전진하도록 제어한다 하더라도 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값에 의존하여 원하는 위치에 인 아웃 로드(40)가 도달하도록 하는 구조의 특성상 실제 스크류 오차(리드 오차 및 유격 값)은 배제된 위치의 값을 표시하기 때문에 오차의 보정이 쉽지 않게 된다. 예를 들어, 인 아웃 로드(40)가 50mm 전진하도록 되어 있는데 실제 전진한 위치는 49mm인 경우가 생길 수 있는데, 이러한 오차의 보정이 쉽지 않은 것이다.
그런데, 본 발명에서는 리니어 스케일(50)과 엔코더(60)를 이용하여 상기 모터측 엔코더에서 보정하지 못한 오차의 재보정이 가능하다. 상기와 같이 인 아웃 로드(40)가 실제 전진한 위치가 49mm인 경우 상기 리니어 스케일(50)과 이에 마주하도록 설치된 엔코더(60)가 실제 49mm 전진한 수치를 읽어들여서 펄스 신호를 출력하고, 이러한 엔코더(60)가 검출한 펄스 신호에 의해 상기 드라이브 컨트롤러에 지령하여 모터(30)의 모터축(32)이 인 아웃 로드(40)의 보상 값인 1mm 전진이 이루어지도록 지령하고, 드라이브 컨트롤러는 엔코더(60)의 지령에 따라 모터(30)의 모터축(32)을 더 회전시켜서 결국 인 아웃 로드(40)가 실제 50mm 위치에 딱 맞도록 전진시키게 된다. 한편, 상기 인 아웃 로드(40)가 50mm보다 더 전진한 경우에는 반대로 엔코더(60)에서 초과 이동 거리 펄스 신호를 출력하여 드라이브 컨트롤러에 지령하고, 드라이브 컨트롤러에서는 모터(30)의 모터축(32)을 인 아웃 로드(40)의 전진작동이 되는 방향과 반대되는 다른 방향으로 역회전시킴으로써 인 아웃 로드(40)의 오차 이동 값을 자동 보상하게 된다. 즉, 인 아웃 로드(40)가 원하는 위치보다 더 전진한 경우에도 오차의 자동 보상이 이루어져 인 아웃 로드(40)가 정상 위치에 이동되도록 할 수 있다. 정리하면, 상기 모터(30)의 모터축(32)의 회전 위치를 검출하는 모터측 엔코더가 구비되어, 상기 모터측 엔코더에서는 모터축(32)의 회전 위치를 검출하고, 상기 엔코더(60)에서는 인 아웃 로드(40)의 위치를 검출하여 모터측 엔코더의 검출 값과 엔코더(60)의 위치 검출 값을 비교하여 오차(즉, 인 아웃 로드(40)의 이동 오차)를 재보정하도록 구성된다.
한편, 본 발명에서 인 아웃 로드(40)의 전후진 작동에 따라 엔코더(60)가 리니어 스케일(50)로부터 인 아웃 로드(40)의 위치를 검출하여 인 아웃 로드(40)의 위치 재보정이 되도록 하는 것은 피드백 컨트롤(Feedback control)이라 할 수 있는데, 피드백 컨트롤은 다음의 두 가지 알고리즘에 의해 구현이 가능하다.
첫 번째 피드백 알고리즘에서는 인 아웃 로드(40)가 실린더 바디(10)에서 이동하는 총 거리를 나누어서 단속적(스텝식)으로 이동시키고, 각각의 이동 스텝에서 재보정이 이루어지도록 하는 것이다. 예를 들어, 인 아웃 로드(40)의 실린더 바디(10)에서의 이동 거리가 총 150mm인 경우, 드라이브 컨트롤러에 의해서 인 아웃 로드(40)를 50mm씩 이동시키는데, 인 아웃 로드(40)가 50mm 이동할 때마다 상기 엔코더(60)에서 인 아웃 로드(40)가 실제 50mm로 정확하게 이동하였는지 여부를 검출하여 드라이브 컨트롤러에 지령함으로써 인 아웃 로드(40)의 위치 재보정이 이루어지도록 한다.
좀더 구체적으로, 인 아웃 로드(40)가 50mm 이동하는 1단계 이동에서 엔코더(60)가 검출한 이동 거리가 50mm보다 더 적은 49mm 또는 더 큰 51mm 수치로 나온 경우, 상기 엔코더(60)에서 이를 검출하여 즉시 드라이브 컨트롤러에 지령하여 1단계 스텝에서 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 50mm가 되도록 재보정하고, 반대로 엔코더(60)가 검출한 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 50mm로 정확하게 검출되면 이때에는 재보정이 필요 없으므로 인 아웃 로드(40)가 다음의 2단계 이동이 되도록 한다.
상기 인 아웃 로드(40)가 100mm 위치로 이동하는 2단계 이동에서 엔코더(60)가 검출한 이동 거리가 100mm보다 더 적은 99mm 또는 더 큰 101mm 수치로 나온 경우, 상기 엔코더(60)에서 이를 검출하여 즉시 드라이브 컨트롤러에 지령하여 2단계 이동 단계에서 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 100mm가 되도록 재보정한다. 2단계에서도 엔코더(60)가 검출한 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 100mm로 정확하게 검출되면 이때에는 인 아웃 로드(40)가 다음 3단계 이동이 되도록 한다.
상기 인 아웃 로드(40)가 150mm 위치로 이동하는 3단계 이동에서 엔코더(60)가 검출한 이동 거리가 150mm보다 더 적은 149mm 또는 더 큰 151mm 수치로 나온 경우, 상기 엔코더(60)에서 이를 검출하여 즉시 드라이브 컨트롤러에 지령하여 3단계 이동 단계에서 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 150mm가 되도록 재보정한다. 3단계에서도 엔코더(60)가 검출한 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 150mm로 정확하게 검출되면 이때에는 인 아웃 로드(40)의 이동 작동이 완결되도록 한다.
두 번째 피드백 알고리즘에서는 인 아웃 로드(40)가 실린더 바디(10)에서 이동하는 총 거리를 나누어서 단속적(스텝식)으로 이동시키되, 각각의 이동 스텝에서 재보정이 이루어지도록 하는 것이 아니라 엔코더(60)에서 검출한 인 아웃 로드(40)의 각 이동 스텝에서의 오차 값을 적산하고 있다가 인 아웃 로드(40)가 최종적으로 이동한 단계에서 인 아웃 로드(40)의 위치 재보정이 이루어지도록 하는 것이다. 예를 들어, 인 아웃 로드(40)의 실린더 바디(10)에서의 이동 거리가 총 150mm인 경우, 드라이브 컨트롤러에 의해서 인 아웃 로드(40)를 50mm씩 이동시키는데, 인 아웃 로드(40)가 50mm 이동한 1단계, 100mm 이동한 2단계 및 150mm 이동한 3단계마다 엔코더(60)가 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 각 이동 단계에서의 실제 거리와 맞는지의 여부를 검출하여 오차가 있는 경우 이를 합산하고 있다가 최종 150mm 이동 단계에서 오차의 재보정이 이루어지도록 하는 것이다.
좀더 구체적으로, 인 아웃 로드(40)가 50mm 이동하는 1단계 이동에서 엔코더(60)가 검출한 이동 거리가 50mm보다 더 적은 49mm 또는 더 큰 51mm 수치로 나온 경우, 상기 엔코더(60)에서 이를 검출하여 오차 값을 저장(적산)하고, 반대로 엔코더(60)가 검출한 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 50mm로 정확하게 검출되면 이때에는 재보정이 필요 없으므로 오차 값의 저장이 이루어지지 않도록 한다.
상기 인 아웃 로드(40)가 100mm 위치로 이동하는 2단계 이동에서 엔코더(60)가 검출한 이동 거리가 100mm보다 더 적은 99mm 또는 더 큰 101mm 수치로 나온 경우, 상기 엔코더(60)에서 이를 검출하여 오차 값은 합산(적산)하고, 반대로 2단계에서도 엔코더(60)가 검출한 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 100mm로 정확하게 검출되면 오차 값의 저장이 이루어지지 않고 아웃 로드가 다음의 3단계 이동이 되도록 한다.
상기 인 아웃 로드(40)가 150mm 위치로 이동하는 3단계 이동에서 엔코더(60)가 검출한 이동 거리가 150mm보다 더 적은 149mm 또는 더 큰 151mm 수치로 나온 경우, 상기 엔코더(60)에서 이를 검출하여 3단계 이동에서의 오차 값과 상기 1단계 및 2단계 이동에서 검출한 오차 값과 적산하여, 이러한 최종적으로 적산된 오차 값을 즉시 드라이브 컨트롤러에 지령하여 3단계 이동 단계에서 인 아웃 로드(40)의 실제 이동 거리가 150mm가 되도록 재보정하여 인 아웃 로드(40)의 이동 작동이 완결되도록 한다. 상기 인 아웃 로드(40)의 3단계(최종 단계) 이동시의 오차 적산 값이 3mm라면 상기 인 아웃 로드(40)의 최종 3단계 이동 단계에서 3mm 오차 값의 보정이 이루어지도록 함으로써 인 아웃 로드(40)의 정확한 위치의 재보정이 구현될 수 있다.
따라서, 본 발명은 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값과 실제 전동 실린더의 주요부 구성을 이루는 인 아웃 로드(40)가 이동한 값과 비교하여 인 아웃 로드(40)의 자동 보정이 이루어지게 되므로, 상기 인 아웃 로드(40)의 고정밀 위치 제어가 가능한 특징을 가지게 된다.
전술한 바와 같이, 종래의 전동실린더는 서보 및 스텝모터(30) 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값에 의존하여 임의 위치에 도달하는 방식으로 실제 스크류 오차(리드오차 및 유격(GAP)) 값은 배제된 위치의 값을 표시하는 방식으로서 오차 보정이 쉽지 않았다.
그런데, 본 발명은 리니어 스케일(50)을 이용한 정밀 전동 실린더로서 서보 및 스탭모터(30) 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값과 실제 전동 실린더 기구, 다시 말해, 인 아웃 로드(40)가 움직인 리니어 스케일(50) 값과 비교하여 오차(백래쉬 등에 의한 오차)만큼 드라이브 컨트롤러에 다시 지령함으로써 실제 인 아웃 로드(40) 위치 값으로 자동 보정이 가능하다.
따라서, 본 발명은 간단하고 쉽게 정밀 제어가 가능하므로 고가의 수입 연삭 스크류 및 정밀로봇을 사용하지 않고도 고정밀 위치 제어가 가능하며, 리니어 스케일(50)의 분해능에 따라 정밀도 선택이 가능하므로 비용절감 효과가 뛰어나다.
또한, 본 발명에서는 인 아웃 로드(40)의 외주면 위치에 회전 방지 롤러(44)가 구비되고, 실린더 바디(10) 내부의 공간부에는 회전 방지 롤러(44)가 수용되는 롤러 가이드홈(14)이 구비되며, 상기 회전 방지 롤러(44)와 롤러 가이드홈(14)이 로드 회전 방지 지지부를 구성함으로써 스크류 샤프트(20)가 회전하더라도 인 아웃 로드(40)는 회전되는 것이 방지되는 효과가 있다. 스크류 샤프트(20) 회전시 인 아웃 로드(40)도 같이 공회전하여 인 아웃 로드(40)가 제대로 인출작동되지 못하는 경우를 방지하는 것이다.
본 발명에서는 전동실린더 로드 회전 방지를 위해 3개의 롤러(회전)을 부착하여 회전력을 극대화시켰으며 종래 기술에 비해 최대 10배 이상의 회전을 견딜 수 있는 구조로 되어 있으며, 3개 부착으로 어느 방향의 조립 상태에서도 롤러 중심을 유지하며 회전력을 견딜 수 있는 장점이 있다. 즉, 본 발명은 리니어 스케일(50)을 이용한 회전 방지형 정밀 전동 실린더라 할 수 있겠다. 본 발명은 회전력이 필요로 한 용도에 사용이 가능하며 종래 전동실린더 판매시장 확대 효과가 기대된다.
또한, 본 발명에서 주요부를 구성하는 인 아웃 로드(40)는 내부에 공간부가 있는 슬리브 형상으로 구성되고, 상기 스크류 샤프트(20)는 인 아웃 로드(40)의 공간부에 수용됨과 동시에 선단부에 구비된 서포트 롤러(24)에 의해 인 아웃 로드(40)의 내부 공간부에 지지되므로, 스크류 샤프트(20)가 진동이나 공진 현상 없이 안정적으로 회전이 가능하다.
종래에는 모터(30)에 의해 스크류 샤프트(20) 고속 회전시 스크류 샤프트(20)의 공진 및 정밀도 유지를 위해 스크류 샤프트(20) 양단에 베어링 유닛으로 지지하여 사용하나, 전동 실린더 구조상 양단에 베어링 유닛을 고정할 수 없어서 스크류 샤프트(20)의 고속 회전시 공진에 의한 정밀도 저하와 스크류 샤프트(20), 스크류 너트(43) 등의 수명이 단축되는 현상이 있었다.
그런데, 본 발명은 스크류 전단 끝단(선단부)에 서포트 롤러(24)(회전형 베어링 롤러)를 부착함으로써 스크류 샤프트(20)의 고속회전시 공진 및 정밀도를 최대한 유지시켜줄 수 있게 된다.
도 7 내지 도 12는 본 발명의 제2실시예에 의한 정밀 전동 실린더이다. 도 7 내지 도 12에 도시된 본 발명의 제2실시예에서 전술한 제1실시예와 동일한 구성요소는 동일한 도면 부호를 붙이고 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 7 내지 도 12에 도시된 본 발명의 제2실시예에서 스케일은 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 연장되도록 실린더 바디(10)에 내장된 리니어 스케일(50)로 구성되되, 상기 실린더 바디(10)의 외측에는 내부의 공간부와 연통된 스케일 엔코더 수용부(112)가 구비되고, 상기 리니어 스케일(50)은 스케일 엔코더 수용부(112)에 내장되며, 상기 엔코더(60)는 인 아웃 로드(40)와 연결되도록 설치됨과 동시에 스케일 엔코더 수용부(112)에 내장되어 리니어 스케일(50)과 마주하는 위치에 배치된다. 구체적으로, 상기 인 아웃 로드(40)에는 조인트(42)가 구비되고, 상기 엔코더(60)는 브라켓과 볼트 등의 체결구에 의해 조인트(42)에 연결됨으로서 인 아웃 로드(40)에 브라켓과 조인트(42)를 매개로 엔코더(60)가 연결된 구조이다.
브라켓(118)에 구비된 체결구홀에 볼트 등의 체결구를 삽입하여 인 아웃 로드(40) 기단부측의 조인트(42)에 조여주면 인 아웃 로드(40) 기단부에 엔코더(60)가 브라켓(118)과 체결구를 매개로 장착된 구조를 취하게 된다.
구체적으로, 브라켓(118)은 실린더 바디(10) 내부의 스케일 엔코더 수용부(112)는 실린더 바디(10)의 정면에서 볼 때에 기역자 홈 형상이면서 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 길게 연장된 홈 형상 구조이며, 이러한 스케일 엔코더 수용부(112)는 실린더 바디(10) 내부의 공간부 외측 위치에 배열되면서 동시에 스케일 엔코더 수용부(112)가 상기 공간부와 연통된 구조이다. 스케일 엔코더 수용부(112)에는 리니어 스케일(50)을 장착하기 위한 스케일 서포트편(113)이 구비된다. 또한, 실린더 바디(10)는 스케일 서포트편(113)와 마주하는 커버(114)가 구비된다. 커버(114)는 실린더 바디(10)의 일측에 착탈 가능하게 결합된 구조를 가질 수 있다. 이때, 커버(114)는 실린더 바디(10)의 정면에서 볼 때에 대략 기역자 단면 형상의 판 구조이고, 실린더 바디(10)의 스케일 서포트편(113)와 마주하는 일측 위치에는 커버 결합 개구부가 구비되어, 상기 커버(114)의 양쪽 측단부가 결합 돌기홈과 결합 돌기의 맞결합에 의해 실린더 바디(10)의 일측 커버 결합 개구부를 막아주도록 결합될 수 있다. 상기 커버(114)와 실린더 바디(10) 내부의 스케일 서포트편(113) 사이에 상기 스케일 엔코더 수용부(112)가 형성된 구조인데, 상기 커버(114)가 결합되기 이전에 상기 스케일 서포트편(113)에 리니어 스케일(50)을 고정하고, 상기 커버를 실린더 바디(10) 일측의 커버 결합 개구부에 결합시키면 리니어 스케일(50)이 실린더 바디(10)의 내부 공간부와 연통된 스케일 엔코더 수용부(112)에 내장된 구조를 취할 수 있게 된다. 이때, 상기 리니어 스케일(50)은 실린더 바디(10) 내부의 스케일 서포트편(113)에 볼트 등의 체결구와 같은 공지의 고정수단으로 안정되게 장착될 수 있다. 리니어 스케일(50)이 실린더 바디(10) 내부의 스케일 서포트편(113)에 고정된 상태에서는 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)는 커버(114)의 안쪽면 방향(실린더 바디(10)의 정면에서 볼 때에 위쪽 방향)으로 배치된다. 도 10 참조.
상기 브라켓(118)은 실린더 바디(10)의 정면에서 볼 때에 기역자 형상으로 구성되어, 브라켓(118)에 형성된 체결구홀에 결합된 볼트 등의 체결구를 인 아웃 로드(40) 기단부의 조인트(42)에 체결하면 브라켓(118)이 실린더 바디(10) 내부의 스케일 엔코더 수용부(112)에 일부 내장된 구조를 취할 수 있다.
상기 엔코더(60)는 인 아웃 로드(40)의 기단부측 조인트(42)에 결합된 브라켓(118)에 볼트 등의 체결구로 고정되어 상기 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)와 마주하는 위치에 배치된다. 즉, 엔코더(60)는 제1실시예와 마찬가지로 엔코더 헤드에 발광 소자(주로 엘이디)와 수광 소자(주로 포토 다이오드)가 내장된 구조로서, 엔코더 헤드가 볼트 등의 체결구에 의해 상기 브라켓(118)에 고정됨으로써 발광 소자와 수광 소자가 리니어 스케일(50)의 위로 향한 눈금 표시부(52)와 마주하는 위치에 배치되도록 구성될 수 있다.
상기한 구성의 본 발명의 제2실시예에 의하면, 상기 모터(30)의 모터축(32)에 의해 스크류 샤프트(20)가 회전하면 인 아웃 로드(40)가 전후진 작동되고 인 아웃 로드(40)의 이동에 따라 상기 엔코더(60)가 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)와 마주하는 위치에서 이동함으로써 엔코더(60)에 의해 리니어 스케일(50)의 눈금을 읽어들여 상기 드라이브 컨트롤러에 지령함으로써 인 아웃 로드(40)의 이동 위치 재보정이 자동으로 이루어지도록 할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서는 엔코더(60)와 리니어 스케일(50)의 장착 위치에서 차이가 있으며, 상기 엔코더(60)와 리니어 스케일(50)을 이용하여 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값과 실제 전동 실린더의 주요부 구성을 이루는 인 아웃 로드(40)가 이동한 값과 비교하여 인 아웃 로드(40)의 자동 보정이 이루어지는 것은 제1실시예와 동일하다. 제2실시예가 가지는 효과는 제1실시예와 동일하다. 다만, 제2실시예는 엔코더(60)와 리니어 스케일(50)이 실린더 바디(10)의 외부 위치로 배열한 구조(즉, 스케일 외장형)으로서 실린더 바디(10) 내부의 공간부가 비교적 협소한 경우에 채용할 수 있다는 점에서 차이가 있다. 그리고, 제2실시예는 커버(114)가 실린더 바디(10)의 일측에 착탈 가능하게 결합되는 구조라서 실린더 바디(10)에 리니어 스케일(50)을 조립하는 작업이 보다 편리한 등의 효과가 있다.
한편, 도 13 내지 도 18은 본 발명의 제3실시예에 의한 정밀 전동 실린더이다. 도 13 내지 도 18에 의한 제3실시예에서 스케일은 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 연장되도록 실린더 바디(10)에 내장된 리니어 스케일(50)로 구성되되, 상기 리니어 스케일(50)은 인 아웃 로드(40)의 외주면에 구비되고, 상기 실린더 바디(10) 내부의 공간부 내주면 일측에는 인 아웃 로드(40) 외주면의 리니어 스케일(50)과 마주하도록 엔코더(60)가 구비된다. 본 발명에서는 실린더 바디(10)의 선단부에 구비된 로드 커버(10a)의 내부에 일측면으로 연통된 브라켓 결합홈(126)이 구비되고, 브라켓 결합홈(126)에는 브라켓(128)이 볼트 등의 체결구에 의해 고정되고, 브라켓(128)에는 엔코더(60)를 구성하는 엔코더 헤드가 볼트 등의 체결구로 결합됨으로써 엔코더(60)가 실린더 바디(10)의 선단부측 내부에 설치된 구조를 가지고 있다.
또한, 상기 리니어 스케일(50)은 인 아웃 로드(40)의 외주면에 길이 방향으로 연장된 오목홈 형태의 스케일 결합홈(140a)에 안착되어 볼트 등의 체결구나 용접과 같은 공지의 고정수단으로 고정된다. 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)가 상기 실린더 바디(10) 선단부측 내부에 구비된 엔코더(60)와 마주하는 위치에 배치된다. 본 발명의 제3실시예에서는 엔코더(60)에 연결(주로, 수광소자에 연결)된 전선(66)이 실린더 바디(10) 내부에 길이 방향으로 형성된 전설 결합홀에 삽입되어 상기 커넥터(10c)에 전기적으로 연결된 구조를 가진다.
상기한 구성의 본 발명에 제3실시예에 의하면, 상기 모터(30)의 모터축(32)에 의해 스크류 샤프트(20)가 회전하면 인 아웃 로드(40)가 전후진 작동되고 인 아웃 로드(40)의 이동에 따라 상기 리니어 스케일(50)의 눈금 표시부(52)가 엔코더(60)와 마주하는 위치에서 이동함으로써 엔코더(60)에 의해 리니어 스케일(50)의 눈금을 읽어들여 상기 드라이브 컨트롤러에 지령함으로써 인 아웃 로드(40)의 이동 위치 재보정이 자동으로 이루어지도록 할 수 있다. 본 발명의 제3실시예에서는 엔코더(60)와 리니어 스케일(50)의 장착 위치에서 제1실시예 및 제2실시예와 차이가 있으며, 상기 엔코더(60)와 리니어 스케일(50)을 이용하여 드라이브 컨트롤러에서 지령한 절대값과 전동 실린더의 주요부 구성을 이루는 인 아웃 로드(40)가 실제 이동한 값과 비교하여 인 아웃 로드(40)의 자동 보정이 이루어지는 것은 제1실시예 및 제2실시예와 동일하다. 제3실시예가 가지는 효과도 제1실시예 및 제2실시예와 동일하다. 다만, 제3실시예는 엔코더(60)와 리니어 스케일(50)이 인 아웃 로드(40)의 외주면에 구비되어 리니어 스케일(50)이 이동함에 따라 엔코더(60) 및 리니어 스케일(50)에 의한 인 아웃 로드(40)의 이동 위치 보정이 이루어지는 구조에서 차이가 있다. 그리고, 제3실시예는 브라켓(128)이 로드 커버(10a)에 착탈 가능하게 결합된 구조라서 엔코더(60)의 조립 작업이 보다 편리한 등의 효과가 있다.
이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
10. 실린더 바디 10a. 로드 커버
10b. 헤드 커버 10c. 커넥터
12. 스케일 수용부 14. 롤러 가이드홈
20. 스크류 샤프트 24. 서포트 롤러
30. 모터 32. 모터축
33. 하우징 33a. 하우징 커버
33b. 스크류 샤프트 통과홀 33c. 모터축 통과홀
35. 구동 풀리 36. 벨트
37. 종동 풀리 40. 인 아웃 로드
42. 조인트 43. 스크류 너트
44. 회전 방지 롤러 50. 리니어 스케일
52. 눈금 표시부 60. 엔코더
66. 전선 112. 스케일 엔코더 수용부
113. 스케일 서포트편 114. 커버
118. 브라켓 126. 브라켓 결합홈
128. 브라켓 140a. 스케일 결합홈

Claims (10)

  1. 내부에 길이 방향으로 공간부가 구비된 실린더 바디(10);
    상기 실린더 바디(10)의 내부에 설치된 스크류 샤프트(20);
    상기 스크류 샤프트(20)에 모터축(32)이 동력 전달 가능하게 연결된 모터(30);
    상기 실린더 바디(10)에 설치되어 상기 스크류 샤프트(20)의 회전에 따라 상기 실린더 바디(10)에서 전후진되는 인 아웃 로드(40);
    상기 실린더 바디(10) 또는 상기 인 아웃 로드(40)에 구비된 스케일; 및
    상기 인 아웃 로드(40)의 인출 작동시의 위치를 상기 스케일로부터 검출하는 엔코더(60);를 포함하여 구성되고,
    상기 스케일은 상기 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 연장되도록 상기 실린더 바디(10)에 내장된 리니어 스케일(50)로 구성되고, 상기 엔코더(60)는 상기 인 아웃 로드(40)에 구비되어 상기 리니어 스케일(50)과 마주하는 위치에 배치되며,
    상기 실린더 바디(10) 내부의 길이 방향으로 연장된 공간부 일측으로 스케일 수용부(12)가 구비되고, 상기 리니어 스케일(50)은 상기 스케일 수용부(12)에 내장되며, 상기 엔코더(60)는 상기 인 아웃 로드(40)의 외주면에 구비되어 상기 리니어 스케일(50)과 마주하는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 내부에 길이 방향으로 공간부가 구비된 실린더 바디(10);
    상기 실린더 바디(10)의 내부에 설치된 스크류 샤프트(20);
    상기 스크류 샤프트(20)에 모터축(32)이 동력 전달 가능하게 연결된 모터(30);
    상기 실린더 바디(10)에 설치되어 상기 스크류 샤프트(20)의 회전에 따라 상기 실린더 바디(10)에서 전후진되는 인 아웃 로드(40);
    상기 실린더 바디(10) 또는 상기 인 아웃 로드(40)에 구비된 스케일; 및
    상기 인 아웃 로드(40)의 인출 작동시의 위치를 상기 스케일로부터 검출하는 엔코더(60);를 포함하여 구성되고,
    상기 스케일은 상기 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 연장되도록 상기 실린더 바디(10)에 내장된 리니어 스케일(50)로 구성되고, 상기 실린더 바디(10)의 외측에는 상기 공간부와 연통된 스케일 엔코더 수용부(112)가 구비되고, 상기 리니어 스케일(50)은 상기 스케일 엔코더 수용부(112)에 내장되며, 상기 엔코더(60)는 상기 인 아웃 로드(40)와 연결되도록 설치됨과 동시에 상기 스케일 엔코더 수용부(112)에 내장되어 상기 리니어 스케일(50)과 마주하는 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더.
  5. 내부에 길이 방향으로 공간부가 구비된 실린더 바디(10);
    상기 실린더 바디(10)의 내부에 설치된 스크류 샤프트(20);
    상기 스크류 샤프트(20)에 모터축(32)이 동력 전달 가능하게 연결된 모터(30);
    상기 실린더 바디(10)에 설치되어 상기 스크류 샤프트(20)의 회전에 따라 상기 실린더 바디(10)에서 전후진되는 인 아웃 로드(40);
    상기 실린더 바디(10) 또는 상기 인 아웃 로드(40)에 구비된 스케일; 및
    상기 인 아웃 로드(40)의 인출 작동시의 위치를 상기 스케일로부터 검출하는 엔코더(60);를 포함하여 구성되고,
    상기 스케일은 상기 실린더 바디(10)의 길이 방향으로 연장되도록 상기 실린더 바디(10)에 내장된 리니어 스케일(50)로 구성되고, 상기 리니어 스케일(50)은 상기 인 아웃 로드(40)의 외주면에 구비되며, 상기 실린더 바디(10) 내부의 상기 공간부 내주면 일측에는 상기 인 아웃 로드(40) 외주면의 상기 리니어 스케일(50)과 마주하도록 상기 엔코더(60)가 구비되며,
    상기 인 아웃 로드(40)는 내부에 공간부가 있는 슬리브 형상으로 구성되고, 상기 스크류 샤프트(20)는 상기 인 아웃 로드(40)의 상기 공간부에 수용되며, 상기 스크류 샤프트(20)의 외주면에는 상기 인 아웃 로드(40)의 상기 공간부 내주면과 그 외주면이 마주하는 서포트 롤러(24)가 구비된 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 인 아웃 로드(40)의 외주면 위치에는 회전 방지 롤러(44)가 구비되고, 상기 실린더 바디(10) 내부의 상기 공간부에는 상기 회전 방지 롤러(44)가 수용되는 롤러 가이드홈(14)이 구비되며, 상기 회전 방지 롤러(44)와 상기 롤러 가이드홈(14)에 의해 로드 회전 방지 지지부를 구성하는 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 로드 회전 방지 지지부는 상기 인 아웃 로드(40)의 외주면 위치에 적어도 두 군데 이상으로 배치된 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 로드 회전 방지 지지부는 상기 인 아웃 로드(40)의 외주면 위치에 세 군데로 구비된 세 개의 회전 방지 롤러(44)와 세 개의 롤러 가이드홈(14)을 포함하며, 상기 세 군데의 로드 회전 방지 지지부 중에서 두 개의 로드 회전 방지 지지부는 상기 인 아웃 로드(40)의 중심부를 기준으로 서로 대칭되는 위치에 배치되고 나머지 하나의 로드 회전 방지 지지부는 상기 두 개의 서로 대칭되는 로드 회전 방지 지지부의 외측 위치에 배치되어, 상기 세 개의 로드 회전 방지 지지부가 삼각형 배치 구조인 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 모터(30)에는 드라이브 컨트롤러가 연결되고, 상기 드라이브 컨트롤러에는 상기 엔코더(60)가 연결되어 상기 엔코더(60)에서 전송하는 상기 인 아웃 로드(40)의 인출 위치 정보에 따라 상기 드라이브 컨트롤러에 의해 상기 모터(30)의 작동이 제어되는 것을 특징으로 하는 정밀 전동 실린더.
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