KR101434038B1 - 스크류용 서포트 유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명은 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 스크류(S)를 지지하도록 결합되는 서포트 유닛의 구조에 있어서: 상기 스크류(S)를 수용하도록 공간(11)을 구비하고, 지지대(B)상에 고정되도록 하나 이상의 결합공(12)과 소정의 위치를 결정해주도록 하나 이상의 결합홈(15)을 구비하는 하우징(10); 상기 하우징(10)의 공간(11)으로 스크류(S)의 하중을 지지하면서 회전운동을 원활하게 유지시키면서 스크류(S)의 유격방지와 강성이 향상되도록 상호 배면이 맞닿은 상태에서 맞물리도록 결합시키도록 구비하는 한 쌍의 베어링(20)(25); 및 상기 하우징(10)의 양단에 각각 결합되고, 베어링(20)(25)을 지지하면서 공간(11)을 밀폐시키도록 스크류(S)의 축방향 하중을 지지하도록 다수의 체결공(32)을 방사형으로 구비하는 커버(31)와 스크류(S)의 외주면과 맞물리게 형성하면서 기밀성이 향상되도록 테프론 코팅한 패킹(35)을 구비하는 고정수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 장착에 따른 위치를 결정시키는 결합홈을 구비하여 조립성을 향상시키고, 베어링의 배면조합과 함께 커버의 결합력을 배가시켜 스크류의 강성과 축방향 하중에 필요한 강도를 증가시키며, 테프론 코팅된 패킹에 의한 우수한 기밀성으로 전반적인 수명과 정밀성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

스크류용 서포트 유닛{The support unit for screw}

본 발명은 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 스크류를 지지하도록 결합되는 서포트 유닛의 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 장착에 따른 위치를 결정시키는 결합홈을 구비하여 조립성을 향상시키고, 베어링의 배면조합과 함께 커버의 결합력을 배가시켜 스크류의 강성과 축방향 하중에 필요한 강도를 증가시키며, 테프론 코팅된 패킹에 의한 우수한 기밀성으로 전반적인 수명과 정밀성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 스크류용 서포트 유닛에 관한 것이다.

통상, 지정한 제품 또는 기구를 원하는 위치까지 운반, 특정한 형상을 가공하기 위해 이동을 반복하는 이송에 이르기까지 위치결정기술은 산업기술에 폭 넓게 이용되고 있으며 마이크로 단위 이하의 오차를 기본 목표로 하는 정밀이송기술은 비교적 최근까지 공작기계, 측정기, 가전분야 등을 중심으로 발전되어 왔으나, 반도체, 광통신을 중심으로 한 정보산업용 제조장비 시장의 급격한 확대와 더불어 최근에는 이들 분야에 적용을 위한 다양한 형태의 기술로 변화되어 발전되고 있다.

주지된 바와 같이, 이송장치는 기본적으로 이송대상물체의 자중 및 외부하중을 지지하며 상대운동을 하는 안내기구(리니어 가이드), 안내기구에 동력을 전달하는 이송기구(볼스크류, 랙과 피니언), 그리고 이송기구와 연결되어 동력을 발생하고 안내기구의 위치를 점검하는 제어기구(모터, 엔코더)의 3가지 요소로 구성되어 있으며, 이들 요소의 적정한 배합에 의해 정밀한 이송기술을 달성할 수 있다. 여기서 이송기구는 위치결정정밀도에 가장 영향을 크게 미치는 요소이며, 최근의 정밀도 향상요구에 대해서도 가장 민감하게 반응하며 변화하고 있는 기술이라고 할 수 있다.

이에 따라 볼스크류, 랙과 피니언 등으로 대표되던 이송기구는 고정밀화를 겨냥한 마찰구동기구, 압전소자 응용기구, 정압스크류 등으로 다양해지고 있으며 최근에는 모터와 이송기구의 기능을 병행할 수 있는 리니어 모터도 정밀도가 한층 향상되면서 실용화 기술로 각광을 받고 있다. 이 가운데 볼스크류는 제2차 세계대전 중 이미 실용화되었을 만큼 오랫동안 이용되어온 대표적인 이송기구라고 할 수 있다. 이러한 볼스크류는 기본적으로 그 제작(가공)정밀도에 의해 위치결정 정밀도가 결정되는 단점을 지니고 있다. 그러나 높은 기계적 효율 및 토크전달 특성의 우수성 그리고 낮은 코스트와 장기간에 걸쳐 얻어진 신뢰성 등의 장점과 더불어, 지속적인 생산기술의 발전으로 나노미터대의 요구정밀도를 만족시켜오고 있으며, 현재도 정밀위치결정기구의 약 50%를 차지하고 있을 정도로 여전히 많이 응용되고 있다.

한편, 볼스크류는 리드와 맞물려 연동하는 블록과 함께 이를 지지하면서 고정하는 서포트 유닛으로 이루어진 어셈블리이다. 여기서 서포트 유닛은 볼스크류의 정밀도와 수명에 상당한 영향을 미치고 있음에도 불구하고 볼스크류 자체적인 정밀도만을 향상하기 위한 개발만을 해왔다. 따라서 볼스크류의 정밀도와 수명을 향상시킬 수 있는 미약한 개발이라도 필요한 실정에 이르렀다.

도 1은 종래의 서포트 유닛을 전체적으로 나타내는 단면 구성도이다.

서포트 유닛은 도 1처럼 스크류(S)를 수용하면서 지지 및 고정하는 하우징(H)과, 스크류(S)의 하중을 지지하면서 회전운동을 원활하게 유지시키는 한 쌍의 베어링(B)과, 베어링(B)을 지지하면서 외부로 밀폐시키는 커버(C)와 패킹(P)의 구조로 이루어집니다.

여기서 하우징(H)은 설정된 위치에 장착 고정되게 지지대 또는 장치에 결합해야 되는 것으로, 기존엔 단순히 결합하기 위한 결합공만을 구비함에 따라 조립이 불편하고 무엇보다 정밀도가 급격하게 떨어지는 문제가 있다. 또, 베어링(B)은 스크류(S)를 원활하게 회전되게 유도하는 것은 물론, 축방향의 하중을 동시에 지지할 수 있어야 되는 것으로, 기존엔 정면조합으로 결합되어 스크류(S)의 강성을 저하시키는 문제가 있다.

더구나, 커버(C)는 축방향의 하중을 지지하는 베어링(B)을 하우징(H)에 견고하게 고정해야 되는데, 기존엔 체결부위가 미약하여 적용범위에 한계가 있으며 패킹(S)은 스크류(S)를 회전에 구애받지 않고 베어링(B)을 지속적으로 밀폐시켜야 되는데, 기존엔 단순 고무링을 채용함에 따라 수명이 현저하게 짧은 문제가 있다. 이처럼 비교적 미약하지만 볼스크류의 정밀도와 수명을 향상시킬 수 있는 서포트 유닛의 개발이 아직까지도 필요하다.

이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 장착에 따른 위치를 결정시키는 결합홈을 구비하여 조립성을 향상시키고, 베어링의 배면조합과 함께 커버의 결합력을 배가시켜 스크류의 강성과 축방향 하중에 필요한 강도를 증가시키며, 테프론 코팅된 패킹에 의한 우수한 기밀성으로 전반적인 수명과 정밀성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 스크류용 서포트 유닛을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 스크류 지지하도록 결합되는 서포트 유닛의 구조에 있어서: 상기 스크류를 수용하도록 공간을 구비하고, 지지대상에 고정되도록 하나 이상의 결합공과 소정의 위치를 결정해주도록 하나 이상의 결합홈을 구비하는 하우징; 상기 하우징의 공간으로 스크류의 하중을 지지하면서 회전운동을 원활하게 유지시키면서 스크류의 유격방지와 강성이 향상되도록 상호 배면이 맞닿은 상태에서 맞물리도록 결합시키도록 구비하는 한 쌍의 베어링; 및 상기 하우징의 양단에 각각 결합되고, 베어링을 지지하면서 공간을 밀폐시키도록 스크류의 축방향 하중을 지지하도록 다수의 체결공을 방사형으로 구비하는 커버와 스크류의 외주면과 맞물리게 형성하면서 기밀성이 향상되도록 테프론 코팅한 패킹을 구비하는 고정수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 장착에 따른 위치를 결정시키는 결합홈을 구비하여 조립성을 향상시키고, 베어링의 배면조합과 함께 커버의 결합력을 배가시켜 스크류의 강성과 축방향 하중에 필요한 강도를 증가시키며, 테프론 코팅된 패킹에 의한 우수한 기밀성으로 전반적인 수명과 정밀성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 종래의 서포트 유닛을 전체적으로 나타내는 단면 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 서포트 유닛을 전체적으로 나타내는 단면 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 서포트 유닛의 정면과 배면을 나타내는 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 서포트 유닛을 절개하여 나타내는 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

본 발명은 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 스크류(S)를 지지하도록 결합되는 서포트 유닛의 구조와 관련되며 하우징(10), 베어링(20)(25), 고정수단을 주요 구성으로 하는 스크류용 서포트 유닛에 관 한다. 본 발명의 스크류(S)는 지정한 제품 또는 기구를 원하는 위치까지 운반, 특정한 형상을 가공하기 위해 설정된 수치대로 이동하는 용도로 나뉘며, 외주면에 형성된 나선의 모양에 따라 볼형(Ball) 또는 나사형(TM)으로 분류되지만 특정한 용도와 종류에 국한하지는 않는다. 즉, 본 발명의 서포트 유닛은 설치 시 스크류(S)를 원하는 위치에서 정밀하고 편리한 조립이 가능하도록 유도하고, 작동 시 스크류(S)의 강성과 축방향 하중에 필요한 강도를 증가시켜 전반적인 수명과 정밀성을 향상하는 것을 주요 요지로 한다.

한편, 스크류(S)용 서포트 유닛은 도 2처럼 스크류(S)의 하부(일측) 서포트 유닛과 상부(타측) 서포트 유닛으로 구분되는데, 본 발명의 서포트 유닛은 하부 서포트 유닛으로 한정한다.

본 발명에 따른 하우징(10)은 상기 스크류(S)를 수용하도록 공간(11)을 구비하고, 지지대(B)상에 고정되도록 하나 이상의 결합공(12)을 구비한다. 하우징(10)은 도 2처럼 소정의 규격을 지닌 블록형의 케이스로서, 스크류(S)를 수용하면서 지지대(B)상에 고정되도록 공간(11)과 결합공(12)을 구비한다.

공간(11)은 하우징(10)의 중앙에 스크류(S)와 함께 후술하는 베어링(20)(25)을 수용하는 것으로, 스크류(S)와 베어링(20)(25)에 적합한 규격대로 형성된다. 이러한 공간(11)에는 스크류(S)와 베어링(20)(25)이 원활하게 회전되도록 유체를 동시에 수용한다. 그리고 결합공(12)은 하우징(10)의 모서리 단에 지지대(B)와 고정되도록 볼트가 체결되는데, 이러한 결합공(12)은 카운터의 깊이를 길게 형성하여 결합력을 향상되게 형성된다.

여기서 지지대(B)는 도 2처럼 스크류(S)와 서포트 유닛이 어셈블리 형태로 결합하기 위한 별도의 브라켓을 의미하지만, 설치될 장치에 베이스를 의미한다. 즉, 서포트 유닛은 지지대(B)가 결합된 상태에서 장치에 간접 결합할 수도 있고, 지지대(B)가 배제된 상태에서 장치에 직접 결합할 수도 있다. 어느 경우에나 결합공(12)은 지지대(B) 또는 장치에 결합하기 위함이므로 설치 요건에 따라 지지대(B)를 생략할 수 있다.

이때, 본 발명에 의한 상기 하우징(10)은 지지대(B)상에서 소정의 위치를 결정해주도록 하나 이상의 결합홈(15)을 더 구비한다. 결합홈(15)은 도 3처럼 결합공(12)과 인접되는 위치에 소정의 깊이로 함몰된 홈으로서, 지지대(B) 또는 장치 상에서 하우징(10)의 위치를 결정해주는 역할을 수행한다.

즉, 하우징(10)을 스크류(S)와 함께 지지대(B) 또는 장치에 결합하기 위해서는 결합공(12)에 의한 볼트를 통해 상호 고정한다. 여기서 결합공(12)과 지지대(B) 또는 장치 상에 결합구를 완전히 일치된 상태에서 볼트로 체결해야 하지만, 실질적으로 이들을 상호 일치시키기가 어려워 조립에 따른 시간과 인력이 낭비되는 문제가 있다. 더구나 이들이 미차 하게 어긋난 상태에서 상호 체결하게 되면 변형으로 상당한 오차가 발생하게 된다. 즉, 설계 및 제조 과정에서 지지대(B) 또는 장치 상에 결합홈(15)과 맞물리는 돌부를 형성하게 되면, 결합공(12)에 의한 볼트로 체결하기 이전에 하우징(10)이 정확한 위치에 자리 잡고 있으므로 조립시간과 오차를 현저히 줄일 수가 있다.

또, 본 발명에 따른 한 쌍의 베어링(20)(25)은 상기 하우징(10)의 공간(11)으로 스크류(S)의 하중을 지지하면서 회전운동을 원활하게 유지시킨다. 베어링(20)(25)은 도 4처럼 하우징(10)의 공간(11)에 삽입 장착되어 스크류(S)의 자중과 하중을 지지하면서 회전시켜 준다.

이때, 본 발명에 의한 상기 베어링(20)(25)은 스크류(S)의 유격방지와 강성이 향상되도록 상호 배면이 맞닿은 상태에서 맞물리도록 결합시킨다. 베어링(20)(25)은 축을 회전함과 동시에 지지하는 통상의 기계적 요소에 해당하지만, 하나 이상으로 구비할 경우엔 상호 결합되는 되는 부위에 따라 축의 작용이 달라진다.

베어링(20)(25)은 내륜과 외륜 사이에 볼 또는 롤러가 방사형으로 맞물린 구조를 지니는데, 이러한 외륜과 내륜은 스크류(S)의 하중을 지지하면서 이탈을 방지하기 위해 정면과 배면에 따라 두께를 달리하여 상호 엇갈린 상태로 형성하게 된다. 여기서 외륜은 하우징(10)의 공간(11)에 장착되므로 고정된 상태를 지니고, 내륜은 스크류(S)와 맞물려 회전하게 된다. 즉, 내륜의 정면은 두께가 두껍고 배면은 얇으며, 반대로 외륜의 정면은 두께가 얇고 배면은 두껍다.

기존에 베어링은 도 1처럼 상호 정면으로 조합되므로 내륜의 두께가 얇은 배면이 스크류(S)와 맞물리게 된다. 즉, 스크류(S)는 회전과 함께 축방향으로 하중이 발생하게 되므로 이를 견고하게 지지해야 하지만, 두께가 얇은 배면과 맞물리게 되므로 미차한 유격으로 축강성이 현저하게 떨어지게 된다. 따라서 도 2 및 도 4처럼 베어링(20)(25)을 상호 배면으로 조합하게 되면, 두께가 두꺼운 정면이 스크류(S)와 맞물리게 되므로 축강성을 높일 수가 있다.

또, 본 발명에 따른 고정수단은 상기 하우징(10)의 양단에 각각 결합되고, 베어링(20)(25)을 지지하면서 공간(11)을 밀폐시키는 커버(31)와 패킹(35)을 구비한다. 고정수단은 도 2 및 도 3처럼 하우징(10)의 공간(11)에 장착된 베어링(20)(25)을 지지하고, 공간(11)에 수용된 유체의 누설을 방지함과 동시에 외부로부터 이물질의 유입을 방지하는 역할을 수행한다.

이때, 본 발명에 의한 고정수단의 커버(31)는 스크류(S)의 축방향 하중을 지지하도록 다수의 체결공(32)을 방사형으로 구비하고, 패킹(35)은 스크류(S)의 외주면과 맞물리게 형성하면서 기밀성이 향상되도록 테프론 코팅한다.

커버(31)는 도 3처럼 볼트에 의해 하우징(10)과 결합되도록 체결공(32)을 구비하는데, 이러한 체결공(32)을 방사형으로 하나 이상 구비하여 지지력을 증가시켜준다. 즉, 커버(31)는 스크류(S)의 축방향 하중을 지지하는 베어링(20)(25)을 하우징(10)의 공간(11)에 고정된 상태로 유지시키는 것으로, 하우징(10)과의 결합력에 비례하게 된다. 따라서 커버(32)의 체결공(32)을 6개 이상으로 형성하여 결합력을 현저히 증가시켜 준다.

패킹(35)은 도 4처럼 하우징(10)의 공간(11)에 수용되도록 결합되는 것으로, 스크류(S)의 외주면과 맞물리는 위치에 기밀성이 향상되도록 테프론 코팅한다. 테프론 코팅은 불소와 탄소의 강력한 화학적 결합으로 인해 매우 안정된 화합물을 형성함으로써 거의 완벽한 화학적 비활성 및 내열성, 비점착성, 우수한 절연 안정성, 낮은 마찰계수 등의 특성들을 가지고 있다. 따라서 단순 고무재에 비하여 월등한 특성으로 전반적인 수명을 증가시킬 수가 있다. 이외에 하우징(10)과 커버(31)는 무전해 니켈도금 처리하여 표면강도와 함께 내마모성과 내식성을 향상시킨다.

이와 같이, 본 발명은 장착에 따른 위치를 결정시키는 결합홈을 구비하여 조립성을 향상시키고, 베어링의 배면조합과 함께 커버의 결합력을 배가시켜 스크류의 강성과 축방향 하중에 필요한 강도를 증가시키며, 테프론 코팅된 패킹에 의한 우수한 기밀성으로 전반적인 수명과 정밀성을 효율적으로 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 하우징 11: 공간
12: 결합공 15: 결합홈
20, 25: 베어링 31: 커버
32: 체결공 35: 패킹
B: 지지대 S: 스크류

Claims (4)

1. 모터의 회전운동을 직선운동으로 전환하는 스크류(S)를 지지하도록 결합되는 서포트 유닛의 구조에 있어서:
   상기 스크류(S)를 수용하도록 공간(11)을 구비하고, 지지대(B)상에 고정되도록 하나 이상의 결합공(12)과 소정의 위치를 결정해주도록 하나 이상의 결합홈(15)을 구비하는 하우징(10);
   상기 하우징(10)의 공간(11)으로 스크류(S)의 하중을 지지하면서 회전운동을 원활하게 유지시키면서 스크류(S)의 유격방지와 강성이 향상되도록 상호 배면이 맞닿은 상태에서 맞물리도록 결합시키도록 구비하는 한 쌍의 베어링(20)(25); 및
   상기 하우징(10)의 양단에 각각 결합되고, 베어링(20)(25)을 지지하면서 공간(11)을 밀폐시키도록 스크류(S)의 축방향 하중을 지지하도록 다수의 체결공(32)을 방사형으로 구비하는 커버(31)와 스크류(S)의 외주면과 맞물리게 형성하면서 기밀성이 향상되도록 테프론 코팅한 패킹(35)을 구비하는 고정수단;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 스크류용 서포트 유닛.
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