KR101452304B1

KR101452304B1 - 전기식 축 구동장치

Info

Publication number: KR101452304B1
Application number: KR1020130044295A
Authority: KR
Inventors: 장정환; 윤용선; 박동상
Original assignee: 동아대학교 산학협력단; 칸워크홀딩 주식회사
Priority date: 2013-04-22
Filing date: 2013-04-22
Publication date: 2014-10-23

Abstract

본 발명은 축을 회전 및 직선 운동시키는 구동장치에 관한 것으로, 본 발명의 전기식 축 구동장치는, 하우징과; 상기 하우징을 관통하여 축방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 설치되고, 외주면에 나사산이 형성되어 있는 선형이동축과; 상기 하우징 내부에 설치되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해 자기장을 발생시키는 클램핑블록과; 상기 하우징 내부에서 상기 클램핑블록의 양측 각각에 상기 선형이동축(20)에 대해 회전 및 축방향 이동 가능하게 설치되어, 상기 클램핑블록에 생성된 자기장에 의해 클램핑블록 쪽으로 이동하여 부착되는 자성체로 된 제1클램핑플레이트와 제2클램핑플레이트와; 상기 제1클램핑플레이트와 제2클램핑플레이트를 상호 연결하면서 상기 선형이동축에 끼워지며, 상기 선형이동축의 나사산과 나선 결합하는 암나사산이 내주면에 형성되어 있는 원통형의 연결부재와; 상기 제1클램핑플레이트를 회전시킴으로써 선형이동축(20)의 축방향 선형 이동을 발생시키는 선형구동유닛과; 상기 선형이동축의 일단부에 하중지지부재에 의해 동축상으로 연결되어 선형이동축에 대해 회전 운동하도록 설치된 회전축과; 상기 회전축을 선형이동축에 대해 회전시키는 회전구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전기식 축 구동장치{Apparatus for Electrically Driving a Shaft}

본 발명은 축을 회전 및 직선 운동시키는 구동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형 장치 또는 절삭 장치 등의 각종 가공기계에서 축의 회전 운동과 선형 운동이 분리되어 독립적으로 발생하고, 클램핑 장치에 인가되는 전류를 조절함으로써 파지력을 정밀하게 제어할 수 있도록 한 전기식 축 구동장치에 관한 것이다.

일반적으로 성형장치나 절삭장치, 연삭장치 등의 가공기계에는 공구 또는 가공물을 회전 및 선형 이동시키기 위한 축이 존재한다. 이러한 축을 회전 및 선형 이동시키기 위한 축 구동장치로서 국내 등록특허공보 제10-0732596호(2007년 06월 20일 등록)에 개시된 것과 같은 회전유압실린더 구조의 축 구동 조립체가 주로 사용되어 왔다.

상기 등록특허의 회전유압실린더는 유압에 의해 선형 운동하는 피스톤을 구비한 유압실린더를 중공축 모터를 관통하여 설치하되, 유압실린더의 외면에 모터의 회전자를 장착하고, 중공축 모터의 내주면에 고정자를 구성하여 유압실린더를 회전운동시킬 수 있도록 한 것이다.

이러한 회전유압실린더는 메커니컬 씰(mechanical seal)에 의해 실린더 하우징 내의 기름이 실린더 하우징과 실린더 바디 틈 사이로 새는 것을 방지할 수 있도록 구성되어 있지만, 원심력으로 인해 메커니컬 씰과 실린더 바디 틈으로 기름이 누유 되는 문제점을 가진다.

또한 초고속 회전유압실린더에서는 실린더의 고속회전에 의해 실린더 내부 및 외부에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 임펠러의 날개가 외부로 돌출 되도록 설치되지만 실린더의 표면만 식혀주고 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 식혀주지 못하는 문제점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 국내 등록실용신안공보 제20-0243368호(2001년 8월 7일 등록)에는 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 식혀주기 위해 실린더 하우징과 실린더 커버 사이에 임펠러를 설치하되 임펠러 날개는 실린더 하우징 내부와 연통되도록 형성하여, 공기의 흡입량을 증대시키고, 공기의 흡입 위치를 실린더의 초두부로 위치시켜 실린더 하우징과 실린더 커버 외부열을 냉각하는 동시에 제품 내부에 공기흐름자리를 형성하여 내부에서 발생되는 열을 단시간에 냉각시켜 실린더 내의 부품이 소착되는 것을 방지할 수 있도록 한 CNC 선반용 회전유압실린더가 개시되어 있다. 하지만 이러한 등록실용신안공보의 회전유압실린더는 실린더 회전에 의해 발생하는 열을 줄이거나 없애지 못하고 임펠러 날개를 추가적으로 구성하여야 하며 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

이와 같이 가공기계에서 축을 이동하기 위한 종래의 축 구동장치는 축의 회전에 의해 별도의 실링장치나 냉각장치를 설치해야 하므로 시스템의 구조가 복잡하고 비효율적이며, 축을 회전하기 위한 시스템에서는 축의 직선 이동에 대한 고려가 필요하여 축을 직선 이동 및 회전하는 축 구동장치의 전체 시스템의 효율이 낮아지는 문제점이 있다.

또한, 국내 공개특허공보 제2012-0102862호 등에 개시된 종래의 유압 클램핑 장치는 유압유를 사용하기 위한 유압탱크가 사용됨에 따라 사용공간을 많이 차지하는 문제점과 유압탱크에서 클램핑 장치 사이로 다수의 호스가 사용됨에 따라 장치 주변이 복잡하고 유압유의 누수에 의해 작업환경을 오염시키는 문제점이 있고 유압유를 주기적으로 교체하여야 하는 유지보수의 어려움이 따른다. 이러한 유압에 의한 클램핑 장치는 응답속도가 느리고 척의 파지력을 정밀하게 제어하기 곤란하여 재료의 특성에 따라서는 공작물의 변형을 초래할 수 있다.

또한 공작물을 파지하는 클램핑 장치의 경우 직선 운동에서 스크류잭을 사용하는 경우가 있는데 스크류잭은 높은 마찰력에 의해 기계적인 효율이 낮고 백래쉬에 의한 제어의 불확실성과 낮은 운전속도의 문제점을 가진다.

전기적인 입력 구동원에 의해 큰 힘을 얻을 수 있는 장치로는 솔레노이드 형태를 이용한 엑추에이터나 리니어 모터가 있는데 솔레노이드 타입에서 발생하는 힘은 거리의 제곱에 비례하여 감소하므로 플런저의 이동거리를 일정한도 이상 크게 할 수 없으며 매우 짧은 근거리 동작에 한정되어 사용된다. 이에 반해 리니어 모터를 사용하는 경우 20kN 정도의 큰 추력을 얻기 위해서 수백 암페어 이상의 대전류가 필요하기 때문에 코일에서의 발열과 냉각 문제도 함께 고려되어야 할 뿐 아니라 모터의 체적도 커져야하는 단점이 있다.

등록특허공보 제10-0732596호(2007년 06월 20일 등록) : 축을 회전하고 이동하기 위한 구동 조립체 등록실용신안공보 제20-0243368호(2001년 8월 7일 등록) : 씨엔씨 선반용 회전 유압 실린더

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 축을 동축상으로 배치되는 선형이동축과 회전축으로 분할 구성하고, 각각의 선형 이동 및 회전 운동을 분리시켜 독립적인 시스템에 의해서 동작이 가능하게 함과 더불어, 선형 이송에 있어서도 단순 이송 부분과 큰 척킹력이 요구되는 클램핑 부분을 독립적으로 분리하여 동작되게 함으로써 단위체적당 높은 추력 밀도를 구현할 수 있는 전기식 축 구동장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기식 축 구동장치는, 하우징과; 상기 하우징을 관통하여 축방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 설치되고, 외주면에 나사산이 형성되어 있는 선형이동축과; 상기 하우징 내부에 설치되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해 자기장을 발생시키는 클램핑블록과; 상기 하우징 내부에서 상기 클램핑블록의 양측 각각에 상기 선형이동축(20)에 대해 회전 및 축방향 이동 가능하게 설치되어, 상기 클램핑블록에 생성된 자기장에 의해 클램핑블록 쪽으로 이동하여 부착되는 자성체로 된 제1클램핑플레이트와 제2클램핑플레이트와; 상기 제1클램핑플레이트와 제2클램핑플레이트를 상호 연결하면서 상기 선형이동축에 끼워지며, 상기 선형이동축의 나사산과 나선 결합하는 암나사산이 내주면에 형성되어 있는 원통형의 연결부재와; 상기 제1클램핑플레이트를 회전시킴으로써 선형이동축(20)의 축방향 선형 이동을 발생시키는 선형구동유닛과; 상기 선형이동축의 일단부에 하중지지부재에 의해 동축상으로 연결되어 선형이동축에 대해 회전 운동하도록 설치된 회전축과; 상기 회전축을 선형이동축에 대해 회전시키는 회전구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 축 구동장치는 선형이동축과 회전축을 설정된 위치까지 선형 이송하는 동작을 선형구동유닛이 담당하고, 2차적인 강력한 파지력 전달을 위한 별도의 클램핑 동작을 클램핑블록이 담당하는 이원화된 축 구동 시스템으로서, 유압을 사용하지 않고 전기로 클램핑블록에 자기력을 형성하여 유압에 비견되는 큰 클램핑력을 제공할 수 있으며, 단위체적당 높은 추력밀도를 제공할 수 있게 된다.

이에 따라 척의 파지력 제어가 용이하여 공작물의 변형을 최소화 할 수 있으며, 효과적인 척킹 시스템의 자동화를 구현할 수 있는 효과가 있다.

이와 더불어 공작기계 혹은 작업장 내 공간 확보가 용이하며, 작업장을 깨끗이 유지할 수 있다. 또한 시스템을 경량화할 수 있으며, 비용절감 효과가 크고, 기존의 유압방식보다 환경 친화적이며, 고효율의 축 구동장치를 구현할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기식 축 구동장치의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 전기식 축 구동장치의 종단면도이다.
도 3은 도 1의 전기식 축 구동장치의 선형이동축의 사시도이다.
도 4는 도 1의 전기식 축 구동장치의 클램핑블록의 사시도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4의 클램핑블록의 종단면도이다.
도 6은 도 1의 전기식 축 구동장치의 구동기어 및 종동기어의 사시도이다.
도 7은 도 1의 전기식 축 구동장치의 제1클램핑플레이트의 사시도이다.
도 8은 도 1의 전기식 축 구동장치의 제2클램핑플레이트의 사시도이다.
도 9는 도 1의 전기식 축 구동장치의 연결부재의 단면도이다.
도 10은 도 7 내지 도 9의 제1,2클램핑플레이트와 연결부재가 결합된 상태의 단면도이다.
도 11은 도 1의 전기식 축 구동장치의 회전축 및 하중지지부재의 사시도이다.
도 12는 도 1의 전기식 축 구동장치의 회전구동유닛을 나타낸 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기식 축 구동장치를 나타낸 요부 단면도이다.
도 14는 도 13의 전기식 축 구동장치의 분해 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기식 축 구동장치의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 전기식 축 구동장치는 하우징(10)과; 상기 하우징(10)을 관통하여 축방향으로 직선 왕복 운동 가능하게 설치되고, 외주면에 나사산(21)이 형성되어 있는 선형이동축(20)과; 상기 하우징(10) 내부에 설치되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해 자기장을 발생시키는 클램핑블록(40)과; 상기 하우징(10) 내부에서 상기 클램핑블록(40)의 양측 각각에 상기 선형이동축(20)에 대해 회전 및 축방향 이동 가능하게 설치되어, 상기 클램핑블록(40)에 생성된 자기장에 의해 클램핑블록(40) 쪽으로 이동하여 부착되는 제1클램핑플레이트(51)와 제2클램핑플레이트(52)와; 상기 제1클램핑플레이트(51)와 제2클램핑플레이트(52)를 상호 연결하면서 상기 선형이동축(20)에 끼워지며, 상기 선형이동축(20)의 나사산(21)과 나선 결합하는 암나사산(54)이 내주면에 형성되어 있는 원통형의 연결부재(53)와; 상기 제1클램핑플레이트(51)를 회전시킴으로써 선형이동축(20)의 축방향 선형 이동을 발생시키는 선형구동유닛과; 상기 선형이동축(20)의 일단부에 하중지지부재(80)에 의해 동축상으로 연결되어 선형이동축(20)에 대해 회전 운동하도록 설치된 회전축(30)과; 상기 회전축(30)을 선형이동축(20)에 대해 회전시키는 회전구동유닛을 포함한다.

상기 하우징(10)의 중앙부에는 상기 선형이동축(20)이 관통하는 원형의 관통공(11)이 형성되어 있다. 상기 하우징(10)은 본 발명의 축 구동장치가 적용되는 가공장비의 본체에 고정된다.

도 3에 도시한 것과 같이, 상기 선형이동축(20)은 소정의 길이를 갖는 원형의 봉 형태로 이루어지며, 중간부분에 나사산(21)이 일체로 형성되어 있다. 상기 선형이동축(20)의 외면에는 축방향을 따라 스플라인돌기(22)가 돌출되게 형성되고, 상기 하우징(10) 중앙의 관통공(11)에는 상기 스플라인돌기(22)가 삽입되어 안내되는 스플라인홈(12)이 형성된다. 따라서, 상기 선형이동축(20)은 하우징(10)에 대해 회전하지 않고 축방향 이동만 하게 된다.

도 4 내지 도 5b를 참조하면, 상기 클램핑블록(40)은 상기 하우징(10)의 내측에 고정되는 고정자 철심(41)과, 상기 고정자 철심(41)에 감겨져 외부에서 인가되는 전원에 의해 자기장을 발생시키는 코일(42)을 포함하여 구성된다. 상기 클램핑블록(40)의 양측면 각각에는 상기 코일(42)이 감겨지는 복수개의 슬롯(43)이 형성되며, 클램핑블록(40)의 양측면에 감겨진 코일(42)에 선택적으로 전원이 인가되어 클램핑블록(40)의 양측면에서 선택적으로 자기장이 발생한다. 상기 클램핑블록(40)의 어느 한 측면에서 발생하는 자기장은 반대편의 다른 한 측면 쪽에는 영향을 미치지 않는다.

상기 클램핑블록(40)은 상기 코일(42)에서 발생하는 열을 발산하기 위하여 에폭시 수지와 같은 합성수지에 함침되어 코팅되는 것이 바람직하다.

상기 클램핑블록(40)의 양측 슬롯(43)에 각각 권선되는 코일(42)에 흐르는 전류의 방향은 도 5a에 도시된 것과 같이 동일한 방향이 될 수도 있고, 도 5b에 도시한 것과 같이 교대로 다르게 배열될 수도 있다.

도 6은 상기 제1클램핑플레이트(51)를 회전시키기 위한 선형구동유닛을 구성하는 종동기어(63) 및 구동기어(62)를 나타낸 것으로, 상기 종동기어(63)는 링 형태로 되어 상기 제1클램핑플레이트(51)의 외주면에 고정되게 결합된다. 상기 구동기어(62)는 선형구동유닛을 구성하는 제1전동모터(61)의 축에 연결되어 제1전동모터(61)의 회전을 종동기어(63)로 전달한다. 상기 종동기어(63)는 상기 구동기어(62)보다 큰 직경을 갖도록 되어 구동기어(62)보다 많은 잇수를 갖는다. 따라서, 상기 구동기어(62)와 종동기어(63)의 기어비에 의해 제1전동모터(61)의 동력이 제1클램핑플레이트(51)에 감속되면서 큰 토오크로 전달된다. 상기 구동기어(62) 및 종동기어(63)는 스퍼기어(spur gear)를 적용하여 구성할 수 있으나, 이외에도 헬리컬기어, 웜기어 등 임의의 기어를 적용하여 구성할 수 있다.

상기 제1클램핑플레이트(51)는 도 7에 도시된 것과 같이 원반형으로 이루어진 자성체로서, 중앙부에는 상기 선형이동축(20)이 끼워지는 관통공(51a)이 형성되고, 외측부에 상기 종동기어(63)가 끼워져 결합되는 기어결합부(51b)가 단차지게 형성되어 있다. 그리고, 상기 관통공(51a)의 외측부에 상기 연결부재(53)의 일단부가 삽입되어 고정되는 결합홈(51c)이 오목하게 형성되어 있다.

그리고 상기 제2클램핑플레이트(52)는 도 8에 도시된 것과 같이, 제1클램핑플레이트(51)와 유사한 원반형으로 이루어진 자성체이며, 중앙부에 상기 연결부재(53)가 끼워져 결합되는 관통공(52a)이 형성되어 있다. 그리고, 상기 제2클램핑플레이트(52)의 외주면에 금속 재질의 볼(92)(도 2참조)과 상기 볼(92)을 탄력적으로 지탱하는 판스프링(91)(도 2참조)이 설치되는 'V'자형의 볼플런저홈(52b)이 형성되어 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 연결부재(53)는 중공의 원통 관 형태로 이루어져, 상기 선형이동축(20)에 끼워지며, 상기 제2클램핑플레이트(52)의 관통공(52a)과 클램핑블록(40)의 관통공(44)을 통해 삽입되어 제1클램핑플레이트(51)와 제2클램핑플레이트(52)를 상호 고정시킨다. 또한 상기 연결부재(53)의 내주면에는 상기 선형이동축(20)의 나사산(21)에 나선 결합되는 암나사산(54)이 형성되어 있다. 따라서, 상기 연결부재(53)가 회전하게 되면, 연결부재(53)의 암나사산(54)과 선형이동축(20)의 나사산(21) 간의 작용에 의해 선형이동축(20)이 축방향으로 이동하게 된다.

도 11에 도시된 것과 같이 상기 회전축(30)의 일단부에는 상기 선형이동축(20)의 일단부가 상대 회전 가능하게 삽입되는 베어링마운트홈(31)이 형성되어 있다. 상기 베어링마운트홈(31) 내측에는 선형이동축(20)의 축방향 이동시 회전축(30)이 선형이동축(20)과 함께 축방향으로 이동하지만, 회전구동유닛에 의해 회전축(30)이 회전할 때에는 선형이동축(20)은 정지된 상태에서 회전축(30)만 선형이동축(20)에 대해서 자유롭게 회전 운동하도록 지지하는 하중지지부재(80)가 설치된다. 여기서, 상기 하중지지부재(80)는 선형이동축(20)의 추력과 회전축(30)의 회전력을 동시에 지지할 수 있는 복수개의 베어링(80)의 조합으로 구성할 수 있는데, 예를 들어 하중지지부재(80)로서 내륜 및 외륜 각각이 선형이동축(20)의 외주면과 상기 베어링마운트홈(31)의 내주면에 결합되는 복열 앵귤러 콘텍트 베어링(multiple angular contact bearing)을 적용할 수 있다.

도면에 도시하지는 않았으나, 상기 회전축(30)에는 가공장비에서 공구 또는 피가공물을 파지하는 척(chuck)이 연결될 수 있다. 이 실시예에서는 회전축(30)의 일단에 피가공물을 파지하는 척이 결합되는 것으로 가정하여 설명한다.

상기 회전축(30)을 회전시키기 위한 회전구동유닛은 도 12에 도시된 것과 같이 제2전동모터(71)와, 상기 제2전동모터(71)의 축과 상기 회전축(30)에 감겨져 제2전동모터(71)의 동력을 회전축(30)에 전달하는 동력전달벨트(72)를 포함하여 구성된다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 전기식 축 구동장치의 작동에 대해 도 2를 참조하여 설명한다.

먼저 선형이동축(20) 및 회전축(30)을 이동시키고자 할 경우, 선형구동유닛의 제1전동모터(61)에 전원을 인가하면, 제1전동모터(61)의 회전력이 구동기어(62)를 통해 종동기어(63)에 전달된다.

이 때, 전술한 것과 같이 구동기어(62)와 종동기어(63)의 기어비에 의해 제1전동모터(61)의 동력이 감속되면서 큰 토오크로 제1클램핑플레이트(51)에 전달된다. 상기 제1클램핑플레이트(51)는 연결부재(53)에 의해 제2클램핑플레이트(52)와 고정되게 결합되어 있으므로 제1클램핑플레이트(51)-연결부재(53)-제2클램핑플레이트(52)가 함께 회전하게 된다.

이 때, 상기 연결부재(53)의 암나사산(54)과 선형이동축(20)의 나사산(21)과의 나선 결합되어 있고, 선형이동축(20)의 스플라인돌기(22)와 하우징(10)의 홈(12)에 의해 선형이동축(20)의 회전이 제한되어 있으므로 선형이동축(20)은 연결부재(53)의 회전에 의해 축방향으로 이동하게 된다. 상기 선형이동축(20)의 일단부는 상기 회전축(30)과 연결되어 있으므로 회전축(30)은 선형이동축(20)과 함께 축방향으로 선형 이동하게 된다.

상기 선형이동축(20) 및 회전축(30)의 설정된 종단 위치까지 선형 이동하게 되면 제1전동모터(61)의 작동이 중지된다. 이 종단 위치에서 척(미도시)이 피가공물을 파지하기 위해서는 유압에 비견되는 큰 힘으로 선형이동축(20) 및 회전축(30)을 축방향으로 소정 거리만큼 이동시켜야 한다. 이를 위해 클램핑블록(40)의 어느 한 면(예를 들어 도 2의 도면상 좌측면)에 권선된 코일(42)에 전류가 인가되어 클램핑블록(40)의 좌측면에서 자기장이 발생하면, 제1클램핑플레이트(51)가 자기력에 의해 클램핑블록(40)의 좌측면에 들러붙게 된다. 이에 따라 선형이동축(20) 및 회전축(30)이 소정 거리만큼 도면상 우측으로 이동하게 된다. 이어서, 이와 반대로 클램핑블록(40)의 다른 한 면(도면상 우측면)에 권선된 코일(42)에 전류가 인가되어 클램핑블록(40)의 우측면에서 자기장이 발생하면, 제2클램핑플레이트(52)가 자기력에 의해 클램핑블록(40)의 우측면에 들러붙게 되고, 이에 따라 선형이동축(20) 및 회전축(30)이 소정 거리만큼 도면상 좌측으로 이동하게 된다.

전술한 것과 같은 과정을 통해 선형이동축(20) 및 회전축(30)이 선형 이동하여 척(미도시)이 피가공물을 파지한 후에는 피가공물의 가공을 위해 회전축(30)을 회전시킬 필요가 있다. 이를 위해 회전구동유닛의 제2전동모터(71)에 전원을 인가하면, 제2전동모터(71)의 회전력이 동력전달벨트(72)를 통해서 회전축(30)에 전달되고, 회전축(30)은 하중지지부재(80)에 의해 선형이동축(20)에 대해 고속으로 회전 운동하면서 피가공물의 가공을 수행하게 된다.

한편, 상기 볼(92)과 판스프링(91)은 상기 제1,2클램핑플레이트(51, 52)와 클램핑블록(40) 사이에 작용하는 흡인력에 의해 큰 척킹력이 선형이동축(20)에 전달될 때 제1,2클램핑플레이트(51, 52)와 클램핑블록(40) 사이의 일정 공극을 유지하는 역할을 하게 된다. 즉, 상기 판스프링(91)은 적당한 힘으로 볼(92)을 가압하고, 가압된 볼(92)은 제2클램핑플레이트(52)의 볼플런저홈(52b)의 면에 접촉되어 제2클램핑플레이트(52)의 회전 시 구름마찰 운동을 한다. 상기 판스프링(91)에 의해 적당한 힘으로 가압된 1개 이상의 볼(92)은 제2클램핑플레이트(52)의 회전 시 클램핑블록(40)과 일정한 공극을 유지하게 하며 피가공물의 척킹으로 더 이상 선형이동축(20)의 이동이 없을 때에 추가적인 제2클램핑플레이트(52)의 회전 힘을 저장하는 역할을 한다. 이는 제2클램핑플레이트(52)가 선형이동축(20)의 반대 방향으로 움직이고 제2클램핑플레이트(52)의 회전 힘에 의한 변위만큼 하우징(10)에 구속된 볼(92)이 판스프링(91)을 밀어 붙임으로써 판스프링(91)이 가지고 있는 탄성 에너지만큼 힘이 축척되어 나사산(21) 및 암나사산(54)의 셀프락 기능(self-rock function) 이외에 추가적인 락킹 기능을 하게 된다.

이와 같이 본 발명의 축 구동장치는 선형이동축(20)과 회전축(30)을 설정된 위치까지 선형 이송하는 동작을 선형구동유닛이 담당하고, 2차적인 강력한 파지력 전달을 위한 별도의 클램핑 동작을 클램핑블록(40)이 담당하는 이원화된 축 구동 시스템이다.

또한 회전축(30)은 하중지지부재(80)에 의해 선형이동축(20)에 대해 독립적으로 회전 운동할 수 있다.

한편 전술한 전기식 축 구동장치는 클램핑블록(40)을 통해 큰 클램핑력을 제공하고 있지만, 큰 클램핑력이 요구되지 않는 장치에 적용할 경우에는 클램핑블록(40)을 생략하고 제1전동모터(61)의 정격토크, 또는 필요시 최대토크를 활용하여 클램핑력을 확보할 수도 있을 것이다.

또한 피가공물의 회전이 요구되지 않는 장치에 적용할 경우에는 회전축(30) 및 회전구동유닛을 생략하고 선형이동축(20)의 선형 이동만을 이용할 수도 있다.

전술한 전기식 축 구동장치는 하나의 클램핑블록(40)을 구성하고 있지만, 도 13 및 도 14에 도시한 것과 같이 복수개(이 실시예에서 2개)의 클램핑블록(40)을 일정 간격으로 배열하고, 클램핑블록(40)과 클램핑블록(40) 사이에 연결부재(53)의 외면에 고정되게 결합되는 중간 클램핑플레이트(55)를 개재시켜 클램핑력을 더욱 배가시킬 수도 있을 것이다.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

10 : 하우징 12 : 스플라인홈
20 : 선형이동축 21 : 나사산
22 : 스플라인돌기 30 : 회전축
31 : 베어링마운트홈 40 : 클램핑블록
41 : 고정자 철심 42 : 코일
43 : 슬롯 51 : 제1클램핑플레이트
52 : 제2클램핑플레이트 53 : 연결부재
54 : 암나사산 55 : 중간 클램핑플레이트
61 : 제1전동모터 62 : 구동기어
63 : 종동기어 71 : 제2전동모터
72 : 동력전달벨트 80 : 하중지지부재
91 : 판스프링 92 : 볼

Claims

하우징(10)과;
상기 하우징(10)을 관통하여 축방향으로 직선 왕복 운동하도록 설치되고, 외주면에 나사산(21)이 형성되어 있는 선형이동축(20)과;
상기 하우징(10) 내부에 설치되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해 양측면에서 선택적으로 자기장을 발생시키는 클램핑블록(40)과;
상기 하우징(10) 내부에서 상기 클램핑블록(40)의 양측 각각에 축방향으로 이동 가능하게 설치되어, 상기 클램핑블록(40)의 어느 한 측면에서 생성된 자기장에 의해 축방향으로 이동하여 클램핑블록(40)에 부착되는 자성체로 된 제1클램핑플레이트(51)와 제2클램핑플레이트(52)와;
상기 제1클램핑플레이트(51)와 제2클램핑플레이트(52)를 상호 연결하면서 상기 선형이동축(20)에 끼워지며, 상기 선형이동축(20)의 나사산(21)과 나선 결합하는 암나사산(54)이 내주면에 형성되어 있는 원통형의 연결부재(53)와;
상기 제1클램핑플레이트(51)를 회전시킴으로써 선형이동축(20)의 축방향 선형 이동을 발생시키는 선형구동유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 선형이동축(20)의 일단부에 하중지지부재(80)에 의해 동축상으로 연결되어 선형이동축(20)에 대해 회전 운동하도록 설치된 회전축(30)과;
상기 회전축(30)을 선형이동축(20)에 대해 회전시키는 회전구동유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 클램핑블록(40)은 상기 하우징(10)의 내측에 고정되는 고정자 철심(41)과, 상기 고정자 철심(41)에 감겨져 외부에서 인가되는 전원에 의해 자기장을 발생시키는 코일(42)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제3항에 있어서, 상기 클램핑블록(40)의 양측면 각각에 상기 코일(42)이 감겨지는 복수개의 슬롯(43)이 형성되며, 클램핑블록(40)의 양측면에 감겨진 코일(42)에 선택적으로 전원이 인가되어 클램핑블록(40)의 양측면에서 선택적으로 자기장이 발생하는 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제4항에 있어서, 상기 클램핑블록(40)의 양측면 각각의 슬롯(43)에 권선되는 코일(42)에 흐르는 방향은 동일한 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제4항에 있어서, 상기 클램핑블록(40)의 양측면 각각의 슬롯(43)에 권선되는 코일(42)에 흐르는 방향은 교대로 다르게 배열된 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 클램핑블록(40)은 상기 코일(42)에서 발생하는 열을 발산하기 위하여 합성수지에 함침되어 코팅된 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 선형구동유닛은, 제1전동모터(61)와, 상기 제1전동모터(61)의 축에 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어 제1전동모터(61)에 의해 회전하는 구동기어(62)와, 상기 제1클램핑플레이트(51)의 외면에 고정되게 결합되며 상기 구동기어(62)에 치합되어 회전하는 종동기어(63)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제8항에 있어서, 상기 종동기어(63)는 구동기어(62)보다 많은 잇수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제2항에 있어서, 상기 회전구동유닛은, 제2전동모터(71)와, 상기 제2전동모터(71)의 축과 회전축(30)에 감겨져 제2전동모터(71)의 동력을 회전축(30)에 전달하는 동력전달벨트(72)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제2항에 있어서, 상기 하중지지부재(80)는 상기 회전축(30)의 일단부에 형성되는 베어링마운트홈(31) 내측에 설치되며, 내륜이 상기 선형이동축(20)의 외주면에 결합되고 외륜이 상기 베어링마운트홈(31)의 내면에 결합되면서 선형이동축(20)의 축방향 이동 및 회전축(30)의 회전력을 동시에 지지하는 복수개의 베어링의 조합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제2클램핑플레이트(52)의 외주면과 상기 하우징(10)의 내면 사이에 설치되어, 하우징(10)에 대해 제2클램핑플레이트(52)의 외주면을 탄력적으로 가압하는 판스프링(91)과 볼(92)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제8항에 있어서, 상기 제1클램핑플레이트(51)는 중앙부에 상기 선형이동축(20)이 끼워지는 관통공(51a)이 형성되고, 외측부에 상기 종동기어(63)가 끼워져 결합되는 기어결합부(51b)가 단차지게 형성되며, 상기 관통공(51a)의 외측부에 상기 연결부재(53)의 일단부가 삽입되어 고정되는 결합홈(51c)이 오목하게 형성된 원반형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 제2클램핑플레이트(52)는 중앙부에 상기 연결부재(53)가 끼워져 결합되는 관통공(52a)이 형성된 원반형으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 하우징(10) 내측에 클램핑블록(40)이 복수개가 일정 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
제1항에 있어서, 상기 선형이동축(20)의 외면에 축방향을 따라 스플라인돌기(22)가 돌출되게 형성되고, 상기 하우징(10)에 상기 스플라인돌기(22)가 삽입되어 안내되는 스플라인홈(12)이 형성된 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.
하우징(10)과;
상기 하우징(10)을 관통하여 축방향으로 직선 왕복 운동하도록 설치되고, 외주면에 나사산(21)이 형성되어 있는 선형이동축(20)과;
상기 하우징(10) 내부에 설치되며, 외부에서 인가되는 전원에 의해 양측면에서 선택적으로 자기장을 발생시키는 클램핑블록(40)과;
상기 하우징(10) 내부에서 상기 클램핑블록(40)의 양측 각각에 축방향으로 이동 가능하게 설치되어, 상기 클램핑블록(40)의 어느 한 측면에서 생성된 자기장에 의해 축방향으로 이동하여 클램핑블록(40)에 부착되는 자성체로 된 제1클램핑플레이트(51)와 제2클램핑플레이트(52)와;
상기 제1클램핑플레이트(51)와 제2클램핑플레이트(52)를 상호 연결하면서 상기 선형이동축(20)에 끼워지며, 상기 선형이동축(20)의 나사산(21)과 나선 결합하는 암나사산(54)이 내주면에 형성되어 있는 원통형의 연결부재(53)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기식 축 구동장치.