KR101722986B1

KR101722986B1 - 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터

Info

Publication number: KR101722986B1
Application number: KR1020160102293A
Authority: KR
Inventors: 이경아
Original assignee: 주식회사 엠티에스이
Priority date: 2016-08-11
Filing date: 2016-08-11
Publication date: 2017-04-05

Abstract

본 발명은 전동 프레스 분야에서 정확한 가압력 측정이 가능한 로드셀을 일체식으로 갖춘 직렬 모터 타입 액추에이터에 관한 것이다.
본 발명은 액추에이터 바디와 모터측 커플링 하우징 사이에 로드셀을 조립한 새로운 형태의 로드셀 일체식 액추에이터를 구현함으로써, 로드셀 외부 노출로 인한 배선 처리, 파손 등과 같은 제반 문제점을 해결할 수 있고, 또 로드셀 이상 시에 분해 조립으로 인한 교체성 향상과 가동률 향상을 도모할 수 있는 한편, 로드셀을 가운데 두고 각각의 베어링이 수용되어 있는 프론트 커버와 리어 커버를 배치함과 더불어 그 사이에 푸셔 어댑터와 서포트 블럭을 배치한 새로운 조합을 구현함으로써, 전체적인 구조의 단순화 및 안정화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 로드셀의 가압하중 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 등 보다 정밀한 제어가 가능한 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터를 제공한다.

Description

고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터{MOTOR IN-LINE TYPE ACTUATOR WITH LOAD CELL USING HIGH RELIABILITY SENSOR}

본 발명은 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동 프레스 분야에서 정확한 가압력 측정이 가능한 로드셀을 일체식으로 갖춘 직렬 모터 타입 액추에이터에 관한 것이다.

일반적으로 산업용 프레스는 작업 대상이나 사용되는 가공의 종류에 따라 다양 종류가 있으며, 구동 방식에 따라 기계 프레스, 유압 프레스, 전동 프레스 등으로 구분된다.

상기 기계 프레스는 나사나 링크 등의 동력전달기구를 구비한 소형의 프레스 장비에 주로 이용되고 있으며, 상기 유압 프레스는 큰 가압력을 발생시키는데 유리한 점이 있는 중ㆍ대형의 프레스 장비에 주로 이용되고 있다.

최근에는 전력소비가 크고, 환경오염을 가중시키는 온실가스, 작동유 배출 등의 오염원이 발생하는 문제점이 있을 뿐 아니라, 프레스 가압 공정 시 가압 하중이나 가압 깊이 등에 대한 효과적인 관리 및 제어가 부정확한 유압 프레스를 대신하여, 비교적 정밀하고 효과적인 프레스 가압 제어(거리, 위치, 속도, 추력 제어 등)가 가능하면서도 전력소모가 적고 친환경적 요소까지 갖춘 전동 프레스의 사용이 증가하고 있는 추세이다.

즉, 정밀한 위치 제어와 가압력 제어가 용이하지 못한 유압 프레스의 한계를 극복하기 위해 최근의 작업 현장에서는 보다 정밀한 압입 작업이 가능한 동시에 작업 시간을 단축할 수 있고, 다품종 소량생산 방식에 적합한 장점 등을 가지는 전동 프레스를 대부분 적용하고 있는 추세이다.

이러한 전동 프레스는 전후진 동작 가능한 로드를 이용하여 가압력을 작업 대상 소재에 전달하는 장비로서, 본체에 설치되는 서보 모터, 본체의 내부에 설치되어 서보 모터의 회전력에 의해 정역방향 회전되는 볼스크류, 상기 볼스크류의 회전에 의해 본체의 하방으로 승강하는 로드 등으로 구성된다.

그리고, 전동 프레스의 다른 형태로는 로드 상에 가압 하중을 검출할 수 있는 로드셀을 장착하여 보다 정밀한 가압 제어가 가능하도록 한 것들이 사용되고 있다.

이러한 로드셀을 장착한 전동 프레스는 서보 모터의 회전 구동력에 의해 볼스크류가 정역 방향 회전하는 경우, 볼스크류와 나선결합된 로드가 상하 방향으로 직선왕복 운동을 하게 되며, 로드셀로 전달되는 가압 하중을 정밀하게 측정하면서 프레스 작업을 할 수 있는 타입으로 이루어진다.

이와 같은 로드셀 장착 타입의 전동 프레스에 대해 살펴보면 다음과 같다.

한국 등록특허 10-1402138호에는 로드의 선단부에 로드셀을 장착한 형태의 『전동 프레스 장치』가 개시되어 있다.

그러나, 상기『전동 프레스 장치』는 로드 동작 시에 로드셀 또한 함께 동작하는 구조인 관계로 배선 처리에 어려움이 있을 뿐만 아니라, 외부에 노출되어 있기 때문에 파손의 우려가 높은 단점이 있다.

한국 등록특허 10-0496672호에는 하우징의 내부에 로드셀을 내장한 형태의『로드셀 내장형 전동 프레스 장치』가 개시되어 있다.

그러나, 상기『로드셀 내장형 전동 프레스 장치』는 로드셀이 내장되어 있는 구조인 관계로 로드셀 고장 시 전체 볼스크류 부분을 분해해야 하며 상부 베어링 풀리 등도 함께 분해해야 하므로 분해작업이 어렵고, 조립 시에 클리언스 조정 등에 어려움이 발생하여 생산라인 이상 시 처리 속도 지연으로 인해 가동률이 저하되는 단점이 있다.

한국 등록특허 10-1402138호 한국 등록특허 10-0496672호

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 액추에이터 바디와 모터측 커플링 하우징 사이에 로드셀을 조립한 새로운 형태의 로드셀 일체식 액추에이터를 구현함으로써, 로드셀 외부 노출로 인한 배선 처리, 파손 등과 같은 제반 문제점을 해결할 수 있고, 또 로드셀 이상 시에 분해 조립으로 인한 교체성 향상과 가동률 향상을 도모할 수 있는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 로드셀을 가운데 두고 각각의 베어링이 수용되어 있는 프론트 커버와 리어 커버를 배치함과 더불어 그 사이에 푸셔 어댑터와 서포트 블럭을 배치한 새로운 조합을 구현함으로써, 전체적인 구조의 단순화 및 안정화를 도모할 수 있을 뿐만 아니라 로드셀의 가압하중 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 등 보다 정밀한 제어가 가능한 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 중공 파이프 형상의 바디와, 상기 바디의 뒷쪽으로 배치되어 구동력을 발생시키는 서보 모터와, 상기 바디의 내부 축선을 따라 배치되는 동시에 커플링을 통해 서보 모터의 축에 연결되어 전후진 작동력을 전달하는 볼스크류 및 볼스크류 너트와, 상기 바디의 내부에서 볼스크류의 둘레에 동축구조로 배치되고 볼스크류 너트에 결합되는 가이드 부시의 안내를 받으면서 볼스크류 전동에 의해 전후진 동작하는 로드와, 상기 볼스크류의 후단 축 구간에 결합되는 베어링을 수용하면서 바디의 후단부에 결합되는 프론트 커버 및 상기 베어링측과 로드셀의 감지부 사이에 개재되는 푸셔 어댑터와, 상기 볼스크류의 후단 축 구간에 결합되는 베어링을 수용하면서 커플링이 속해 있는 커플링 하우징의 선단부에 결합되는 리어 커버와, 상기 프론트 커버와 리어 커버 사이에 동축구조로 배치됨과 더불어 외부에 노출되면서 서로 체결되는 구조로 결합되고 감지부에 접하는 푸셔 어댑터로부터 전해지는 축방향 가압력을 측정하는 로드셀을 포함하는 구조로 이루어진다.

여기서, 상기 푸셔 어댑터는 프론트 커버의 뒷쪽 내측에 수용됨과 더불어 볼스크류의 축 구간에 동축구조로 배치되고, 선단면은 베어링의 내륜측과 접하는 동시에 후단면은 로드셀의 감지부에 접하면서 체결되는 구조로 결합될 수 있다.

또한, 상기 로드셀과 리어 커버 사이에는 동축구조로 배치되는 서포트 블럭이 개재될 수 있다.

특히, 상기 볼스크류는 스크류 구간과 단차를 경계로 형성되는 축 구간을 포함하고, 상기 축 구간 상에는 단차가 있는 안쪽에서부터 베어링을 가지는 프론트 커버, 푸셔 어댑터, 로드셀, 서포트 블럭 및 베어링을 가지는 리어 커버가 차례로 끼워져 결합된 후에 축 구간 단부에 체결되는 록 너트에 의해 이들 배치가 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

이때의 상기 프론트 커버에 내장되는 베어링은 테이퍼 롤 베어링을 적용할 수 있고, 상기 리어 커버에 내장되는 베어링은 볼 베어링과 스러스트 베어링의 조합 형태를 적용할 수 있다.

그리고, 상기 바디의 내주면 둘레에는 길이방향으로 복수 개의 키 홈이 형성되고, 상기 가이드 부시의 외주면 둘레에는 각 키 홈 내에서 슬라이드 가능한 각각의 가이드 부시 키가 장착되므로서, 가이드 부시를 포함하는 로드 전체의 전후진 직선 운동이 정확하게 안내될 수 있다.

바람직한 실시예로서, 상기 가이드 부시에 장착되는 가이드 부시 키는 스프링에 의한 탄력지지를 받으면서 키 홈에 밀착되도록 할 수 있고, 상기 볼스크류의 선단부는 로드의 내면에 접하면서 상대적으로 슬라이드 가능한 슬리브 부시에 의해 지지되도록 할 수 있다.

바람직한 실시예로서, 상기 가이드 부시에 장착되는 가이드 부시 키는 2개의 분할형으로 이루어지게 되고, 각 가이드 부시 키 사이의 갭 내에는 로드 위치 제어를 위한 센싱 수단으로 이용되는 마그넷이 설치될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 액추에이터 바디의 후단측에 로드셀을 일체식으로 조립한 형태를 적용함으로써, 로드셀의 손상을 원천적으로 방지할 수 있음은 물론 신호선이나 전원선 등과 같은 배선을 깔끔하게 처리할 수 있고, 전체적인 구조를 단순화할 수 있는 동시에 구조적인 안정성을 확보할 수 있으며, 분해 및 조립이 용이하여 로드셀 교체성 및 장비 가동률을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

예를 들면, 로드셀의 경우 사용빈도수가 많아질수록 수명이 짧아지게 되며, 기존 제품들의 경험상 약 1년에 2∼3번 정도의 빈도수로 로드셀을 교체하게 된다.

이러한 분해 교체 조립의 과정이 너무 복잡하고 시간이 많이 소요되는 현재의 로드셀 내장형 제품들에 비해 본 발명의 로드셀 외장형 제품은 교체의 편리성과 짧은 교체작업 시간의 이점을 갖는다.

둘째, 베어링을 포함하는 프론트 커버와 리어 커버를 로드셀 양편에 배치함과 더불어 그 사이에 푸셔 어댑터와 서포트 블럭을 각각 배치한 조합을 적용함으로써, 로드셀에 전해지는 하중이 분산되는 것을 억제하면서도 하중의 집중도를 높일 수 있는 등 가압 위치 및 가압력 등을 정확하게 제어하여 전체적인 제어의 정밀도 및 효율성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터를 나타내는 측단면도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터를 나타내는 정면도와 배면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터에서 로드셀과 푸셔 어댑터 및 서포트 블럭의 조합 형태를 나타내는 정면도, 배면도 및 측단면도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터에서 프론트 커버를 나타내는 정면도 및 측단면도
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터에서 리어 커버를 나타내는 정면도 및 측단면도
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터의 작동상태를 나타내는 측단면도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터를 나타내는 측단면도, 정면도 및 배면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 중공 파이프 형상의 바디(10)를 포함한다.

상기 바디(10)는 원형의 파이프 형태로 이루어지게 되고, 이러한 바디(10)의 선단부에는 프론트 블럭(29)이 체결구조로 결합되며, 이때의 프론트 블럭(29)은 바디 선단부를 마감하는 역할은 물론 블록 중심을 관통하면서 움직이는 로드(16)의 운동을 안내하는 역할을 하게 된다.

여기서, 상기 프론트 블럭(29)의 내주면에는 슬리브 베어링(30)이 장착되어 있어서 로드(16)의 전후진 슬라이드 운동이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 바디(10)의 후단부에는 후술하는 프론트 커버(18)이 체결구조로 결합되어, 개방되어 있는 바디 후단부가 마감될 수 있게 된다.

특히, 상기 바디(10)의 내주면 둘레에는 바디 길이방향을 따라 직선 상으로 파인 형태로 이루어지는 복수 개의 키 홈(25)이 형성되고, 이러한 복수 개의 키 홈(25)은 바디 내주면 둘레를 따라가면서 균등간격으로 배치될 수 있게 된다.

이러한 키 홈(25) 내에는 후술하는 가이드 부시(15)에 있는 가이드 부시 키(26)가 삽입되어 슬라이드 안내를 받을 수 있게 되고, 결국 가이드 부시(15)는 회전이 구속됨과 더불어 전후진 직선 운동을 할 수 있게 된다.

또한, 상기 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 바디(10)의 뒷쪽으로 배치되어 구동력을 발생시키는 서보 모터(11)를 포함한다.

상기 서보 모터(11)는 전원 공급과 함께 정방향 또는 역방향으로 구동되면서 볼스크류(13)를 회전시키는 역할을 한다.

이러한 서보 모터(11)는 볼스크류(13)와 일직선 상으로 나란하게 배치되어 직결되는 타입으로서, 후술하는 리어 커버(22)의 후단부에 결합되는 커플링 하우징(21)의 후단부에 지지되는 구조로 설치된다.

그리고, 상기 서보 모터(11)의 축은 커플링 하우징(21) 내에 위치되는 커플링(12)을 매개로 하여 볼스크류(13)의 후단부와 연결되고, 이에 따라 서보 모터(11)의 구동 시 볼스크류(13)의 회전이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 상기 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 바디(10)의 내부 축선을 따라 나란하게 배치되는 동시에 커플링(12)을 통해 서보 모터(11)의 축에 연결되어 전후진 작동력을 전달하는 볼스크류(13) 및 볼스크류 너트(14)를 포함한다.

상기 볼스크류(13)는 앞쪽의 나사 구간과 뒷쪽의 축 구간의 일체형 구조로서, 나사 구간과 축 구간 간의 경계에는 단차가 형성되고, 후술하는 베어링(17a,17b)의 지지를 받으면서 후단부는 커플링(12)측에 연결되는 동시에 선단부는 후술하는 로드(16) 내에 위치되는 슬리브 부시(28)에 결합되어 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

여기서, 상기 슬리브 부시(28)는 로드(16)의 내면에 접하면서 상대적으로 슬라이드 가능한 구조, 즉 제자리에 있는 슬리브 부시(28)에 대해 로드(16)가 슬라이드되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

그리고, 상기 볼스크류 너트(14)는 볼스크류(13)에 볼스크류 결합되어 있는 원통형의 부재로서, 가이드 부시(15)의 홈 내에 삽입된 후에 가이드 부시(15)의 홈 내주면에 체결되는 하우징 너트(31)에 의해 가이드 부시측에 일체 결합되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 볼스크류(13)의 회전에 따른 볼스크류 너트(14)의 직선 이동 시 가이드 부시(15) 또한 함께 직선 이동될 수 있고, 결국 로드(16)의 직선 운동으로 이어질 수 있게 된다.

또한, 상기 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 작업 대상 소재에 실질적으로 가압력을 전하는 수단으로 로드(16)를 포함한다.

상기 로드(16)는 선단부에 로드 캡(34)을 가지는 원형의 파이프 형태로서, 후단부는 역시 원통형으로 이루어진 가이드 부시(15)와 체결되면서 가이드 부시(15)와 일체식 구조를 이룰 수 있게 된다.

이러한 로드(16)와 가이드 부시(15)는 바디(10)의 내부에 위치됨과 더불어 볼스크류(13)의 둘레에 동축구조를 이루며 나란하게 배치되고, 이렇게 배치된 상태에서 로드(16)의 선단 부분은 바디(10)에 있는 프론트 블럭(29) 내에 슬라이드 가능하게 관통 지지되며, 이와 더불어 로드(16)의 후단부에 결합되어 있는 가이드 부시(15)는 볼스크류 너트(14)를 수용하면서 이와 결합된다.

이에 따라, 상기 볼스크류(13)의 회전 시 로드(16)는 가이드 부시(15)와 함께 전진 동작 또는 후진 동작을 하면서 바디(10)의 내외측으로 인출 또는 수납될 수 있게 된다.

그리고, 상기 로드(16) 및 가이드 부시(15)의 전후진 동작 시 로드(16) 및 가이드 부시(15)의 회전을 규제하면서 전후진 동작을 안내하기 위한 수단으로 가이드 부시 키(26) 및 키 홈(25)이 마련된다.

예를 들면, 상기 바디(10)의 내주면 둘레에는 길이방향으로 연속되는 동시에 둘레방향을 따라 일정간격으로 형성되는 복수 개의 키 홈(25)이 구비되고, 상기 가이드 부시(15)의 외주면 둘레에는 각각의 키 홈(25)에 대응되는 위치에 배치되면서 키 홈(25) 내에 삽입되어 슬라이드 가능한 복수 개의 가이드 부시 키(26)가 장착된다.

이에 따라, 상기 가이드 부시(15)는 전후진 이동 시에 키 홈(25)을 따라 이동하는 가이드 부시 키(26)을 안내를 받아 직선 이동이 가능하게 되고, 결국 로드(16)의 전후진 운동이 직선 이동의 형태로 이루어질 수 있게 된다.

이때, 상기 가이드 부시(15)에 장착되는 가이드 부시 키(26)의 이면에는 스프링(27)이 개재되고, 이러한 스프링(27)이 발휘하는 힘에 의해 가이드 부시 키(26)는 바깥쪽으로 밀려나려는 힘을 받게 되고, 따라서 가이드 부시 키(26)는 키 홈(25) 내에 밀착된 상태에서 이탈없이 안정적으로 직선 이동을 할 수 있게 된다.

특히, 상기 가이드 부시(15)에 장착되는 가이드 부시 키(26)의 경우, 전후로 배치되는 2개의 분할형으로 이루어지게 되고, 이렇게 배치되는 각 가이드 부시 키(26) 사이의 갭 내에는 마그넷(32)이 설치된다.

이때의 마그넷(32)은 로드(16)의 위치를 제어하기 위한, 즉 로드(16)의 전후진 시 움직이는 거리를 제한하는 신호를 주기 위한 센싱값을 검출하는 센서(미도시)가 위치를 감지하는 대상으로 이용될 수 있게 된다.

예를 들면, 바디(10)의 외부에 설치되는 센서는 전단 1개소와 후단 1개소에 각각 위치가 고정되며, 이렇게 고정된 센서에 센싱을 주기 위해 여러 움직이는 부품 중에서 특히, 가이드 부시(15)측에 마그넷(32)을 장착함으로써, 센싱 감도 및 정확도를 한층 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터는 액추에이터 일체식의 로드셀(19)을 포함하며, 이러한 로드셀(19)과 액추에이터측과의 효율적인 조합을 위한 수단으로 프론트 커버(18), 리어 커버(22), 푸셔 어댑터(20), 서포트 블럭(23)이 구비된다.

이를 위하여, 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 프론트 커버(18)는 중공의 원통형 몸체부(18a)와 플랜지부(18b)의 일체형 구조로 이루어지게 되며, 이때의 프론트 커버(18)의 몸체부(18a) 내에는 베어링(17a), 예를 들면 테이퍼 롤 베어링이 장착된다.

그리고, 상기 프론트 커버(18)의 플랜지부(18b)에는 로드셀측과의 체결을 위한 4개 정도의 제1체결홀(18c)이 형성되는 동시에 이러한 제1체결홀(18c)에 대해 일정각도 어긋난 위치에 바디측과의 체결을 위한 4개 정도의 제2체결홀(18d)이 형성된다.

이러한 프론트 커버(18)는 내측에 장착되어 있는 베어링(17a)을 이용하여 볼스크류(13)의 축 구간에 관통 결합되고, 이와 동시에 몸체부(18a)를 통해 바디(10)의 후단부 내측으로 위치됨과 더불어 플랜지부(18b)에 있는 제2체결홀(18d)을 이용하여 바디(10)측에 체결된다.

따라서, 상기 프론트 커버(18)는 바디(10)의 후단부에 체결되어 지지되는 구조로 결합될 수 있게 된다.

상기 푸셔 어댑터(20)는 로드측 축 하중을 로드셀(19)에 전달하는 역할을 하는 것으로서, 중심의 홀을 가지는 원판 형태로 이루어지게 되고, 프론트 커버(18)에 있는 베어링(17a)측과 로드셀(19)의 감지부 사이에 개재되는 구조로 설치된다.

즉, 상기 푸셔 어댑터(20)는 프론트 커버(18)의 뒷쪽 내측 공간 내에 수용되는 동시에 볼스크류(13)의 축 구간에 동축구조로 끼워져 배치되고, 이렇게 배치되는 푸셔 어댑터(20)의 선단면은 베어링(17a)의 내륜측과 접하는 동시에 후단면은 로드셀(19)의 감지부에 접하면서 이때의 감지부에 볼트 체결을 통해 결합되는 구조로 설치된다.

특히, 상기 푸셔 어댑터(20)는 볼스크류, 테이퍼 롤 베어링 등과 같은 회전체의 축방향과 회전방향의 영향을 받기 때문에 특별히 강성과 내마모성을 가져야 하고, 따라서 푸셔 어댑터(20)는 니켈, 크롬, 망간, 텅스텐, 몰리브덴 등의 특수한 금속 원소가 포함된 특수 합금강을 사용하거나 또는 열처리 및 연마처리한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 로드(16)로부터 가해지는 축 하중은 베어링(17a)의 내륜→푸셔 어댑터(20)→로드셀 감지부의 경로를 통해 전해지게 되면서 로드셀(19)에 의한 축 하중이 측정될 수 있게 된다.

상기 서포트 블럭(23)은 중심에 홀을 가지는 원판 형태로서, 로드셀(19)과 리어 커버(22) 사이에 개재되면서 동축구조로 배치되며, 블럭 가장자리 영역에는 둘레를 따라 배치되는 복수 개의 체결홀, 예를 들면 로드셀측과의 체결을 위한 4개 정도의 제1체결홀(23c)이 형성되는 동시에 이러한 제1체결홀(23c)에 대해 일정각도 어긋난 위치에 리어 커버측과의 체결을 위한 4개 정도의 제2체결홀(23d)이 각각 형성된다.

상기 리어 커버(22)는 중공의 원통형 블럭 형태로 이루어지게 되고, 이때의 리어 커버(22)의 내부에는 베어링(17b)이 장착된다.

특히, 상기 리어 커버(22)에 내장되는 베어링(17b)은 커버 안쪽으로 배치되는 볼 베어링과 스페이서(33)을 사이에 두고 커버 바깥쪽으로 배치되는 스러스트 베어링을 조합한 형태로 이루어질 수 있게 된다.

여기서, 상기 볼 베어링, 스페이서 및 스러스트 베어링은 볼스크류(13)의 후단부 나사부위에 체결되는 베어링 록 너트(34)에 의해 장착상태가 유지될 수 있게 된다.

그리고, 상기 리어 커버(22)의 커버 가장자리 영역에는 둘레를 따라 배치되는 복수 개의 체결홀, 예를 들면 서포트 블럭측과의 체결을 위한 4개 정도의 제1체결홀(22c)이 형성되는 동시에 이러한 제1체결홀(22c)에 대해 일정각도 어긋난 위치에 커플링 하우징측과의 체결을 위한 4개 정도의 제2체결홀(22d)이 형성된다.

이러한 리어 커버(22)는 내측에 장착되어 있는 베어링(17b)을 이용하여 볼스크류(13)의 축 구간에 관통 결합되고, 이와 더불어 전면부와 후면부를 통해 서포트 블럭(23)의 후면과 커플링 하우징(21)의 전면에 요철 결합구조로 결속되는 동시에 각각의 제1체결홀(22c)과 제2체결홀(22d)을 통해 체결된다.

따라서, 상기 리어 커버(22)는 앞쪽의 서포트 블럭(23)과 뒷쪽의 커플링 하우징(21)에 각각 체결되어 지지되는 구조로 결합될 수 있게 된다.

상기 로드셀(19)은 하중계(荷重計)의 일종으로 외부로부터 가해지는 힘(하중)에 비례한 전압이나 압력에 의해 변환하는 변환기로서, 통상의 변형게이지식 타입을 적용할 수 있다.

이러한 로드셀(19)은 앞쪽의 프론트 커버(18)와 뒷쪽의 서포트 블럭(23) 사이에 동축구조로 배치되는 동시에 외부로 노출되는 상태가 되고, 이 상태에서 4곳 정도의 로드셀 체결홀(35)을 이용하여 프론트 커버(18)측의 제1체결홀(18c)과 서포트 블럭(23)측의 제1체결홀(23c)에 각각 체결되는 구조에 의해 일체식으로 결합될 수 있게 된다.

이렇게 결합되는 로드셀(19)의 감지부에는 푸셔 어댑터(20)가 체결되는 구조로 결합되며, 이에 따라 푸셔 어댑터(20)로부터 전해지는 축방향 가압력을 측정할 수 있게 된다.

특히, 상기 프론트 커버(18), 푸셔 어댑터(20), 서포트 블럭(23), 리어 커버(22) 등은 볼스크류(13)에 있는 축 구간 상에 순차적으로 결합되는데, 예를 들면 볼스크류(13)의 축 구간 상에는 단차가 있는 안쪽에서부터 베어링(17a)을 가지는 프론트 커버(18), 푸셔 어댑터(20), 로드셀(19), 서포트 블럭(23) 및 베어링(17b)을 가지는 리어 커버(22)가 차례로 끼워져 결합되고, 이렇게 차례로 결합되는 프론트 커버(18), 푸셔 어댑터(20), 로드셀(19), 서포트 블럭(23) 및 리어 커버(22)의 배열은 볼스크류(13)의 축 구간 단부에 체결되는 록 너트(24)에 의해 유지될 수 있게 된다.

따라서, 로드셀 이상 등에 따른 교체 시 커플링(12)을 포함하는 커플링 하우징(21)을 제거한 후에 록 너트(24)를 해제하고, 계속해서 서포트 블럭(23)의 체결을 해제하여 로드셀(19)로부터 서포트 블럭(23) 및 리어 커버(22) 전체를 분리하면, 로드셀(19)을 쉽게 분리할 수 있고, 결국 로드셀 교체 작업을 손쉽게 할 수 있게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터의 작동상태를 나타내는 측단면도이다.

도 6에 도시한 바와 같이, 먼저 전동 프레스 설비에서 작업 대상물(미도시)이 정위치에 세팅됨과 더불어 서보 모터(11)의 구동이 개시된다.

다음, 상기 서보 모터(11)의 구동에 따른 동력으로 볼스크류(13)의 회전→볼스크류 너트(14)+가이드 부시(15)+로드(16)의 전진 작동이 이루어지게 된다.

다음, 상기 로드(16)의 전진 작동에 의해 로드 선단에 있는 로드 캡(34) 또는 로드 캡(34)에 조립되는 램(미도시)이 작업 대상물을 가압하게 되므로서, 소정의 프레스 작업이 실시된다.

이렇게 프레스 작업이 실시되는 과정 중에 상기 로드(15)측으로부터 전달되는 가압 하중이 로드셀(19)에 전달되고, 계속해서 로드셀(19)에서 감지한 신호는 신호선(미도시)을 따라 제어부(미도시)로 입력되어 처리된다.

예를 들면, 가압력에 작업 대상물에 작용하기 시작하면, 로드셀(19)에서 작업 대상물에 작용하는 가압력을 감지하게 되는데, 이때의 가압력은 로드(16)→가이드 부시(15)→볼스크류 너트(14)→볼스크류(13)→베어링(17a)의 내륜→푸셔 어댑터(20)의 경로를 거쳐 로드셀(19)에 전달되고, 최종적으로 로드셀(19)에서 작용하는 가압력을 감지하게 된다.

이 과정에서 가압력이 축선방향을 따라 로드셀(19)측에 직접적으로 전달되므로, 작업 대상물에 가해지는 가압력을 정확하게 측정할 수 있고, 따라서 로드셀의 가압하중 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 액추에이터 바디측과 모터측 사이에 외장형의 로드셀을 조립한 로드셀 일체식 액추에이터를 제공함으로써, 로드셀 외부 노출로 인한 제반 문제점을 해결할 수 있고, 로드셀 이상 시에 분해 조립으로 인한 교체성 향상과 가동률 향상을 도모할 수 있으며, 전체적으로 구조의 단순화 및 안정화를 도모할 수 있음은 물론, 특히 정밀한 제어를 위한 로드셀의 가압하중 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 등 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터의 기능성과 품질을 확보할 수 있다.

10 : 바디
11 : 서보 모터
12 : 커플링
13 : 볼스크류
14 : 볼스크류 너트
15 : 가이드 부시
16 : 로드
17a,17b : 베어링
18 : 프론트 커버
19 : 로드셀
20 : 푸셔 어댑터
21 : 커플링 하우징
22 : 리어 커버
23 : 서포트 블럭
24 : 록 너트
25 : 키 홈
26 : 가이드 부시 키
27 : 스프링
28 : 슬리브 부시
29 : 프론트 블럭
30 : 슬리브 베어링
31 : 하우징 너트
32 : 마그넷
33 : 스페이서
34 : 로드 캡
35 : 로드셀 체결홀

Claims

중공 파이프 형상의 바디(10);
상기 바디(10)의 뒷쪽으로 배치되어 구동력을 발생시키는 서보 모터(11);
상기 바디(10)의 내부 축선을 따라 배치되는 동시에 커플링(12)을 통해 서보 모터(11)의 축에 연결되어 전후진 작동력을 전달하는 볼스크류(13) 및 볼스크류 너트(14);
상기 바디(10)의 내부에서 볼스크류(13)의 둘레에 동축구조로 배치되고 볼스크류 너트(14)에 결합되는 가이드 부시(15)의 안내를 받으면서 볼스크류 전동에 의해 전후진 동작하는 로드(16);
상기 볼스크류(13)의 후단 축 구간에 결합되는 베어링(17a)을 수용하면서 바디(10)의 후단부에 결합되는 프론트 커버(18) 및 상기 베어링(17a)측과 로드셀(19)의 감지부 사이에 개재되는 푸셔 어댑터(20);
상기 볼스크류(13)의 후단 축 구간에 결합되는 베어링(17b)을 수용하면서 커플링(12)이 속해 있는 커플링 하우징(21)의 선단부에 결합되는 리어 커버(22);
상기 프론트 커버(18)와 리어 커버(22) 사이에 동축구조로 배치됨과 더불어 외부에 노출되면서 서로 체결되는 구조로 결합되고 감지부에 접하는 푸셔 어댑터(20)로부터 전해지는 축방향 가압력을 측정하는 로드셀(19);
을 포함하고,
상기 바디(10)의 내주면 둘레에는 길이방향으로 복수 개의 키 홈(25)이 형성되고, 상기 가이드 부시(15)의 외주면 둘레에는 각 키 홈(25) 내에서 슬라이드 가능한 각각의 가이드 부시 키(26)가 장착되어, 가이드 부시(15)를 포함하는 로드(16) 전체의 전후진 직선 운동이 안내될 수 있으며, 상기 가이드 부시(15)에 장착되는 가이드 부시 키(26)는 스프링(27)에 의한 탄력지지를 받으면서 키 홈(25)에 밀착될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 푸셔 어댑터(20)는 프론트 커버(18)의 뒷쪽 내측에 수용됨과 더불어 볼스크류(13)의 축 구간에 동축구조로 배치되고, 선단면은 베어링(17a)의 내륜측과 접하는 동시에 후단면은 로드셀(19)의 감지부에 접하면서 체결되는 구조로 결합되는 것을 특징으로 하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 로드셀(19)과 리어 커버(22) 사이에는 동축구조로 배치되는 서포트 블럭(23)이 개재되는 것을 특징으로 하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터.
청구항 3에 있어서,
상기 볼스크류(13)는 스크류 구간과 단차를 경계로 형성되는 축 구간을 포함하고, 상기 축 구간 상에는 단차가 있는 안쪽에서부터 베어링(17a)을 가지는 프론트 커버(18), 푸셔 어댑터(20), 로드셀(19), 서포트 블럭(23) 및 베어링(17b)을 가지는 리어 커버(22)가 차례로 끼워져 결합된 후에 축 구간 단부에 체결되는 록 너트(24)에 의해 이들 배치가 유지되는 것을 특징으로 하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 프론트 커버(18)에 내장되는 베어링(17a)은 테이퍼 롤 베어링이 적용되고, 상기 리어 커버(22)에 내장되는 베어링(17b)은 볼 베어링과 스러스트 베어링의 조합 형태가 적용되는 것을 특징으로 하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터.
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청구항 1에 있어서,
상기 볼스크류(13)의 선단부는 로드(16)의 내면에 접하면서 상대적으로 슬라이드 가능한 슬리브 부시(28)에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터.
청구항 1에 있어서,
상기 가이드 부시(15)에 장착되는 가이드 부시 키(26)는 2개의 분할형으로 이루어지게 되고, 각 가이드 부시 키(26) 사이의 갭 내에는 로드 위치 제어를 위한 센싱 수단으로 이용되는 마그넷(32)이 설치되는 것을 특징으로 하는 고신뢰성 센서가 적용된 직렬 모터를 이용한 로드셀 일체식 액추에이터.