KR101766337B1 - 전동 프레스의 서보 실린더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전동 프레스 분야에서 고출력 및 고정밀 제어가 가능한 서보 실린더에 에 관한 것이다.
본 발명은 볼 스크류의 회전 지지를 위한 베어링의 조립 시 볼 스크류 상에 장착되면서 베어링 내륜을 지지하는 스크류 와셔, 전후측 베어링 내륜 간의 사이에 개재되는 베어링 스페이서 등을 이용하여 베어링 지지력을 확보하는 새로운 형태의 베어링 예압 방식을 구현함으로써, 스크류 너트 조립과 함께 베어링 예압이 항상 일정하게 유지될 수 있고, 결국 속도 저하나 부하 증가, 진동 및 소음 발생 등의 문제점없이 서보 실린더의 전반적인 성능을 지속적으로 확보할 수 있는 전동 실린더의 서보 실린더를 제공한다.

Description

전동 프레스의 서보 실린더{SERVO CYLINDER FOR ELECTROMOTION PRESS}

본 발명은 전동 프레스의 서보 실린더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동 프레스 분야에서 고출력 및 고정밀 제어가 가능한 서보 실린더에 에 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 볼 스크류, 상기 볼 스크류의 회전에 의해 전후진 동작하는 로드 등으로 구성되는 서보 실린더를 포함한다.

보통 전동 프레스의 서보 실린더에서 볼 스크류 등과 같은 회전자는 고속 회전체로서, 서보 실린더 성능 유지를 위해서는 고속 회전체의 변위를 측정함과 아울러 고속 회전체를 회전 지지하는 베어링의 마모도를 검출하는 것이 중요하다.

이와 더불어, 서보 실린더의 성능 유지를 위하여 중요한 요소 중의 하나는 회전자가 진원을 그리며 회전하도록 하기 위해 회전자에 대한 베어링의 지지력을 확보하는 것이다.

특히, 베어링의 지지력은 예압에 의해 좌우되기 때문에 서보 실린더 성능 유지를 위한 적정 수준의 예압 유지가 무엇보다도 필요하다.

그러므로, 회전자와 같은 고속 회전체를 지지하는 베어링의 예압을 정확히 예측하고, 정확하게 예측된 예압으로 베어링을 조립함으로써 서보 실린더 자체의 파손으로 연결될 수 있는 회전체의 변위를 방지해야 한다.

일 예로서, 한국 공개특허 10-2010-0061923호에는『이송스크류 예압장치』가 개시되어 있다.

상기『이송스크류 예압장치』는 일단부(10a)측에서 타단부(10b)측으로 갈수록 소외경부(11)와 대외경부(12)가 단차지게 구획된 이송스크류(10)의 소외경부(11) 외주면에, 내륜과 외륜 및 상기 내외륜 사이에 설치되는 볼로 이루어진 볼베어링의 내륜이 슬라이드 결합되어 상기 이송스크류(10)에 대한 예압을 부여하는 것으로서, 상기 볼베어링은 깊은홈 볼베어링(310)이고, 상기 소외경부(11)의 외주면에 한 쌍이 설치되되, 이중 어느 하나의 내륜(311b)은 상기 소외경부(11)와 대외경부(12) 사이의 단턱부(13)에 지지되고, 상기 한 쌍의 깊은홈 볼베어링(310) 전체의 외륜(311a)(312a)들을 감싸도록 설치되고, 양측이 개방된 중공 형상의 베어링 하우징(320)과, 상기 한 쌍의 깊은홈 볼베어링(310) 사이에 위치되되, 양측면이 서로 마주하는 한 쌍의 깊은홈 볼베어링(310) 각각의 외륜(311a)(312a) 또는 내륜(311b)(312b)의 측면에 접촉되며, 일정한 판두께를 갖는 링형상의 판상체로 된 예압부재(330)와, 상기 베어링 하우징(320)의 양측 개방부 중 어느 한 일측 개방부(321)에 구비되며, 상기 한 쌍의 깊은홈 볼베어링(310) 중 상기 단턱부(13)에 내륜(311b)이 지지되는 일측 깊은홈 볼베어링(311)의 외륜(311a)을 지지하는 제1지지수단(340)과, 상기 베어링 하우징(320)의 타측 개방부에 구비되며, 상기 한 쌍의 깊은홈 볼베어링(310) 중 타측 깊은홈 볼베어링(312)의 외륜(312a)을 지지하는 제2지지수단(350)과, 상기 이송스크류(10)의 외면에 슬라이드 가능하게 결합되며, 상기 베어링 하우징(320)의 타측 개방부 내에 위치되어 상기 타측 깊은홈 볼베어링(312)의 내륜(312b)을 지지하는 링형상의 스페이서(360)와, 상기 베어링 하우징(320)의 타측 개방부측에서 상기 스페이서(360)를 상기 예압부재(330) 방향으로 상기 한 쌍의 깊은홈 볼베어링(310) 중 타측 깊은홈 볼베어링(312)의 내륜(312a)에 밀착되도록 상기 이송스크류(10)의 외면에 나사 결합 설치되는 로크너트(370)로 이루어져 있다.

그러나, 상기『이송스크류 예압장치』베어링의 조립상태 유지를 위한 수단으로 로크너트는 체결하는 구조이고, 또 베어링 사이, 특히 베어링 내륜 간의 사이에 별다른 지지수단이 없는 관계로 베어링 예압이 일정하지 않아 전반적으로 성능 저하를 초래하는 문제점이 있다.

즉, 베어링 조립 후 로크너트 체결 시 작업자의 숙련도, 당일 컨디션 등에 따라 작업자별로 로크너트를 조이는 힘이 각기 달라서 베어링 예압이 일정하지 않게 되고, 결국 로크너트를 꽉 조이는 경우(예압 大)에는 속도 저하 및 부하 증가의 원인이 됨과 더불어 로크너트를 느슨하게 조이는 경우(예압 小)에는 진동과 소음 발생의 원인이 되는 등 전반적으로 서보 실린더의 성능 저하를 초래하는 문제점이 있다.

한국 공개특허 10-2010-0061923호

따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 볼 스크류의 회전 지지를 위한 베어링의 조립 시 볼 스크류 상에 장착되면서 베어링 내륜을 지지하는 스크류 와셔, 전후측 베어링 내륜 간의 사이에 개재되는 베어링 스페이서 등을 이용하여 베어링 지지력을 확보하는 새로운 형태의 베어링 예압 방식을 구현함으로써, 스크류 너트 조립과 함께 베어링 예압이 항상 일정하게 유지될 수 있고, 결국 속도 저하나 부하 증가, 진동 및 소음 발생 등의 문제점없이 서보 실린더의 전반적인 성능을 지속적으로 확보할 수 있는 전동 실린더의 서보 실린더를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 서보 모터의 제어 방식을 채택하여 고출력 및 고정밀 작동을 실현하는 한편, 복수의 베어링 조합을 적용하여 볼 스크류의 후단부를 흔들림없이 안정적으로 지지하는 새로운 서보 실린더를 구현함으로써, 볼 스크류의 동심을 확보함과 아울러 전동 효율을 향상시킬 수 있는 전동 실린더의 서보 실린더를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 로드 선단부의 지지를 위하여 로드 내측의 니들 베어링 및 로드 외측의 오일레스 부시를 조합한 새로운 서포트 구조를 구현함으로써, 로드의 최대 인출 시에도 처짐 현상이나 떨림 현상 등을 해소할 수 있으며, 따라서 소음 저감 및 내구성 향상은 물론 전동 효율을 높일 수 있고 정밀 제어에 따른 작동의 신뢰도를 확보할 수 있는 전동 실린더의 서보 실린더를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 전동 프레스의 서보 실린더는 다음과 같은 특징이 있다.

상기 전동 프레스의 서보 실린더는 중공 파이프 형상의 바디와, 상기 바디의 후단측에 결합되는 커플링 하우징을 통해 지지되면서 구동력을 발생시키는 서보 모터와, 상기 바디의 내부 축선을 따라 배치되는 동시에 서보 모터기의 축에 커플링을 통해 연결되어 전후진 동력을 전달하는 볼 스크류 및 너트와, 상기 바디의 내부에서 볼 스크류의 둘레에 동축구조로 배치되고 너트에 결합되는 가이드부시 어댑터의 안내를 받으면서 볼 스크류 전동에 의해 전후진 동작하는 로드와, 상기 볼 스크류의 회전 지지를 위한 베어링을 지지하는 수단으로서, 볼 스크류의 외주면에 결합됨과 더불어 전면을 통해 베어링의 내륜을 밀착 지지하는 스크류 와셔를 포함하는 구조로 이루어진다.

특히, 상기 스크류 와셔는 볼 스크류에 둘레를 따라 형성되는 와셔 홈 내에 동축구조로 안착됨과 더불어 스크류 턱부에 후면 지지되면서 그 전면의 와셔 돌출부를 이용하여 베어링의 내륜을 밀착 지지하도록 할 수 있다.

그리고, 상기 스크류 와셔는 서로 조합되어 하나의 링 형상을 이루는 1/2 링 형상의 제1스크류 와셔 및 제2스크류 와셔로 구성되고, 상기 제1스크류 와셔 및 제2스크류 와셔는 와셔 볼트에 의해 고정되면서 링 형상을 이루도록 할 수 있다.

또한, 상기 볼 스크류 상에서 전후 배치되는 베어링 사이에는 볼 스크류의 둘레에 동축구조로 끼워지면서 베어링 내륜 사이에 밀착 개재되는 베어링 스페이서가 설치될 수 있다.

여기서, 상기 바디의 후단부와 커플링 하우징의 전단부 사이에는 리어 커버가 동축구조로 설치되고, 상기 리어 커버의 내부에는 볼 스크류의 후단부에 조립되는 앞쪽과 뒷쪽의 베어링이 구비되므로서, 볼 스크류의 후단부가 안정적으로 지지되도록 할 수 있다.

그리고, 상기 바디의 선단부에는 로드의 지지를 위한 바디 외측 지지부와 바디 내측 지지부의 일체형으로 이루어진 프론트 커버가 설치되고, 상기 프론트 커버의 내주면과 로드의 외주면 사이에는 로드의 동작 안내와 지지를 위한 오일레스 부시가 설치될 수 있는 한편, 상기 볼 스크류의 선단부에는 로드의 내주면과의 사이에 개재되어 볼 스크류의 회전 동작을 안내함과 더불어 로드를 지지하는 니들 베어링이 설치될 수 있다.

바람직한 실시예로서, 상기 바디의 내주면 둘레에는 길이방향으로 복수 개의 키 홈이 형성되고, 상기 가이드부시 어댑터의 외주면 둘레에는 각 키 홈 내에서 슬라이드 가능한 각각의 가이드부시 키가 장착되므로서, 가이드부시 어댑터를 포함하는 로드 전체의 전후진 직선 운동이 정확하게 안내되도록 할 수 있다.

이때의 가이드부시 어댑터에 장착되는 가이드부시 키는 스프링에 의한 탄력지지를 받으면서 키 홈에 밀착되도록 할 수 있다.

이렇게 가이드부시 어댑터에 장착되는 가이드부시 키는 2개의 분할형으로 이루어지게 되고, 각 가이드부시 키 사이의 갭 내에는 로드 위치 제어를 위한 센싱 수단으로 이용되는 마그넷이 설치될 수 있다.

본 발명에서 제공하는 전동 프레스의 서보 실린더는 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 볼 스크류의 회전 지지를 위한 베어링의 조립 시 볼 스크류 상에 스크류 너트를 조립함과 동시에 베어링이 가압 지지되면서 베어링 예압이 일정하게 확보되도록 함으로써, 즉 스크류 너트를 조립하는 작업만으로 미리 설정해놓은 적정 베어링 예압이 자연스럽게 확보되도록 함으로써, 작업자의 숙련도 등과 관계없이 항상 일정하게 베어링 예압을 맞출 수 있고, 따라서 베어링 예압이 항상 일정하게 유지되면서 서보 실린더의 전반적인 성능을 지속적으로 확보할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 전후측에 배치되는 베어링 사이에 베어링 스페이서를 개재하여 베어링 내륜 간이 상호 지지되도록 함으로써, 전체 베어링에 대한 예압을 일정하게 확보하면서도 전체적인 베어링 지지력을 확보할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 작업자가 베어링 조립 후에 계속해서 스크류 와셔를 조립하는 과정만으로 예압을 맞춘 상태의 베어링 조립을 완료할 수 있으므로, 작업시간을 줄일 수 있고 작업에 따른 수고를 덜 수 있는 등 조립작업과 관련한 작업성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.

넷째, 일정하고 지속적인 베어링 예압의 유지에 따라 볼 스크류를 안정적으로 지지할 수 있는 등 볼 스크류의 동심을 확보함과 아울러 전동 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 복수 개의 베어링 및 스페이서가 내장되어 있는 리어커버로 볼 스크류의 후단부를 지지하는 구조를 채택함으로써, 볼 스크류의 후단부를 흔들림없이 안정적으로 지지할 수 있는 등 볼 스크류의 동심을 확보함과 아울러 전동 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

여섯째, 로드의 선단부를 내측의 니들 베어링과 외측의 오일레스 부시로 지지하는 구조를 채택함으로써, 로드의 최대 인출 시에도 처짐 현상이나 떨림 현상 등을 해소할 수 있는 등 소음 저감 및 내구성 향상은 물론 전동 효율을 높일 수 있으며, 정밀 제어에 따른 작동의 신뢰도를 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 실린더를 나타내는 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 실린더의 요부를 나타내는 사시도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 서보 실린더의 작동상태를 나타내는 단면도

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

도 1과 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 프레스의 서보 실린더를 나타내는 단면도이다.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 전동 프레스의 서보 실린더는 서보 실린더 본체를 이루는 중공 파이프 형상의 바디(10)를 포함한다.

상기 바디(10)는 원형의 파이프 형태로 이루어지게 되고, 이러한 바디(10)의 선단부에는 프론트 커버(23)이 체결구조로 결합되며, 이때의 프론트 커버(23)은 바디 선단부를 마감하는 역할은 물론 커버 중심을 관통하면서 움직이는 로드(18)의 운동을 안내함과 더불어 지지하는 역할을 하게 된다.

그리고, 상기 바디(10)의 후단부에는 후술하는 리어 커버(20)가 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(26)이 형성되고, 이러한 복수 개의 키 홈(26)은 바디 내주면 둘레를 따라가면서 균등간격으로 배치될 수 있게 된다.

이러한 키 홈(26) 내에는 후술하는 가이드부시 어댑터(17)에 있는 가이드부시 키(27)가 삽입되어 슬라이드 안내를 받을 수 있게 되고, 결국 가이드부시 어댑터(17)는 회전이 구속됨과 더불어 전후진 직선 운동을 할 수 있게 된다.

또한, 상기 전동 프레스의 서보 실린더는 바디(10)의 후단측에 결합되는 커플링 하우징(11)을 통해 지지되면서 구동력을 발생시키는 서보 모터(13)를 포함한다.

이러한 서보 모터(13)는 바디(10)의 후단부에 결합되어 있는, 실질적으로는 리어 커버(20)를 사이에 두고 결합되어 있는, 커플링 하우징(11)의 후단부에 플랜지(30)를 통해 볼트 체결구조로 결합되므로서, 서보 모터(13)는 커플링 하우징(11)의 후단부에 지지되면서 그 뒷쪽에 일렬로 나란한 자세로 설치될 수 있게 된다.

여기서, 상기 서보 모터(13)는 전원 공급과 함께 정방향 또는 역방향으로 구동되면서 커플링(12)을 거쳐 출력되는 동력을 이용하여 볼 스크류(15)를 회전시키는 역할을 한다.

특히, 상기 서보 모터(13)의 축(14)과 볼 스크류(15)의 후단부는 커플링 하우징(11)에 조성되어 있는 공간부 내에서 연결될 수 있게 된다.

즉, 상기 커플링 하우징(11)의 공간부 내에서 볼 스크류(15)의 후단측과 서보 모터(13)의 선단측 사이에 커플링(12)이 나란히 배치되고, 이렇게 배치되는 커플링(12)의 전면과 후면으로 각각 볼 스크류(15)의 후단부와 서보 모터(13)의 축(14)이 각각 체결되므로서, 서보 모터(13)와 볼 스크류(15)는 커플링(12)을 통해 동력이 전달되는 구조로 연결될 수 있게 된다.

또한, 상기 전동 프레스의 서보 실린더는 바디(10)의 내부 축선을 따라 나란하게 배치되는 동시에 서보 모터(13)의 축(14)에 연결되어 전후진 작동력을 전달하는 볼 스크류(15) 및 너트(16)를 포함한다.

상기 볼 스크류(15)는 앞쪽의 나사 구간과 뒷쪽의 축 구간의 일체형 구조로서, 나사 구간과 축 구간 간의 경계에는 단차가 형성되고, 후술하는 베어링 등이 속해 있는 리어 커버(20)에 의한 안정적인 지지를 받으면서 후단부는 커플링(12)을 매개로 하여 서보 모터(13)의 축(14)에 직결되는 동시에 선단부는 후술하는 로드(18) 내에 위치되는 니들 베어링(25)에 결합되어 지지되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

여기서, 상기 니들 베어링(25)은 로드(18)의 내면에 접하면서 상대적으로 슬라이드 가능한 구조, 즉 제자리에 있는 니들 베어링(25)에 대해 로드(18)가 슬라이드되는 구조로 설치될 수 있게 되며, 이에 대해서는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.

그리고, 상기 너트(16)는 볼 스크류(15)에 볼 스크류 결합되어 있는 원통형의 부재로서, 가이드부시 어댑터(17)의 홈 내에 삽입됨과 더불어 키 체결구조로 결합된 후에 가이드부시 어댑터(17)의 홈 내주면에 체결되는 하우징 너트(31)에 의해 가이드부시 어댑터(17)측에 일체식으로 결합되어 빠지지 않는 구조로 설치될 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 볼 스크류(15)의 회전에 따른 너트(16)의 직선 이동 시 가이드부시 어댑터(17) 또한 함께 직선 이동될 수 있고, 결국 로드(18)의 직선 운동으로 이어질 수 있게 된다.

또한, 상기 전동 프레스의 서보 실린더는 작업 대상 소재에 실질적으로 가압력을 전하는 수단으로 로드(18)를 포함한다.

상기 로드(18)는 선단부에 로드 캡(32)을 가지는 원형의 파이프 형태로서, 후단부는 역시 원통형으로 이루어진 가이드부시 어댑터(17)의 선단부 내측에 체결되면서 가이드부시 어댑터(17)와 일체식 구조를 이룰 수 있게 된다.

이러한 로드(18)와 가이드부시 어댑터(17)는 바디(10)의 내부에 위치됨과 더불어 볼 스크류(15)의 둘레에 동축구조를 이루며 나란하게 배치된다.

이렇게 배치된 상태에서 로드(18)의 선단 부분은 바디(10)에 있는 프론트 커버(23) 내에 슬라이드 가능하게 관통 지지되며, 이와 더불어 로드(18)의 후단부에 결합되어 있는 가이드부시 어댑터(17)는 너트(16)를 수용하면서 이와 결합된다.

이에 따라, 상기 볼 스크류(15)의 회전 시 로드(18)는 가이드부시 어댑터(17)와 함께 전진 동작 또는 후진 동작을 하면서 바디(10)의 내외측으로 인출 또는 수납될 수 있게 된다.

그리고, 상기 로드(18) 및 가이드부시 어댑터(17)의 전후진 동작 시 로드(18) 및 가이드부시 어댑터(17)의 회전을 규제하면서 전후진 동작을 안내하기 위한 수단으로 가이드부시 키(27) 및 키 홈(26)이 마련된다.

예를 들면, 상기 바디(10)의 내주면 둘레에는 길이방향으로 연속되는 동시에 둘레방향을 따라 일정간격으로 형성되는 복수 개의 키 홈(26)이 구비되고, 상기 가이드부시 어댑터(17)의 외주면 둘레에는 각각의 키 홈(26)에 대응되는 위치에 배치되면서 키 홈(26) 내에 삽입되어 슬라이드 가능한 복수 개의 가이드부시 키(27)가 장착된다.

이에 따라, 상기 가이드부시 어댑터(17)는 전후진 이동 시에 키 홈(26)을 따라 이동하는 가이드부시 키(27)을 안내를 받아 직선 이동이 가능하게 되고, 결국 로드(18)의 전후진 운동이 직선 이동의 형태로 이루어질 수 있게 된다.

이때, 상기 가이드부시 어댑터(17)에 장착되는 가이드부시 키(27)의 이면에는 스프링(28)이 개재되고, 이러한 스프링(28)이 발휘하는 힘에 의해 가이드부시 키(27)는 바깥쪽으로 밀려나려는 힘을 받게 된다.

따라서, 상기 가이드부시 키(27)는 키 홈(26) 내에 밀착된 상태에서 이탈없이 안정적으로 직선 이동을 할 수 있게 된다.

특히, 상기 가이드부시 어댑터(17)에 장착되는 가이드부시 키(27)의 경우, 전후로 배치되는 2개의 분할형으로 이루어지게 되고, 이렇게 배치되는 각 가이드부시 키(27) 사이의 갭 내에는 마그넷(29)이 설치된다.

이때의 마그넷(29)은 로드(18)의 위치를 제어하기 위한, 즉 로드(18)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, 가이드부시 어댑터(17)측에 마그넷(29)을 장착함으로써, 센싱 감도 및 정확도를 한층 높일 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 전동 프레스의 서보 실린더는 볼 스크류(15)의 후단부를 안정적으로 지지하는 수단으로 리어 커버(20)를 포함한다.

상기 리어 커버(20)는 중공의 원통형 형태로서, 볼 스크류(15)의 둘레에 동축구조로 배치됨과 더불어 후단 일부가 커플링 하우징(11)의 내측으로 삽입 결속되면서 바디(10)의 후단부와 커플링 하우징(11)의 전단부 사이에 개재되어 볼트 체결되는 구조로 설치된다.

특히, 상기 리어 커버(20)의 내부에는 볼 스크류(15)의 후단부 외주면, 즉 볼 스크류(15)의 뒷쪽 축 구간 외주면에 결합되어 회전하는 볼 스크류(15)를 실질적으로 지지하는 베어링(21), 즉 앞쪽의 베어링(21a)과 뒷쪽의 베어링(21b)이 설치된다.

이러한 베어링(21a,21b)은 테이퍼 롤 베어링을 적용할 수 있다.

그리고, 상기 베어링(21a,21b)의 이탈을 방지하기 위하여 리어 커버(20)의 후단부에는 베어링 외륜 지지를 위한 베어링 커버(33)가 체결구조로 결합되고, 이와 더불어 볼 스크류(15)의 뒷쪽 축 구간에는 후술하는 스크류 와셔(34)가 설치될 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 리어 커버(20) 내의 베어링(21a,21b)이 볼 스크류(15)의 뒷쪽 축 구간을 일정 축 길이 범위에 걸쳐 잡아주게 되므로서, 볼 스크류(15)가 흔들림이나 떨림, 편심 없이 안정적으로 지지될 수 있게 되고, 따라서 볼 스크류(15)는 동심을 유지하면서 동력손실 없이 동력을 효율적으로 전달할 수 있게 된다.

이렇게 로드(18)의 외주면 둘레에 오일레스 부시(24)가 설치되므로서, 보통의 서보 실린더에서 채택하고 있는 플라스틱 소재의 슬리브 베어링 대비 지지력 측면에서 유리한 점이 있다.

즉, 슬리브 베어링의 경우 로드가 최대한 인출된 상태에서 로드에 의해 눌리게 되고, 이로 인해 로드의 지지기반이 무너지면서 로드가 흔들리거나 처지는 등의 문제가 있었지만, 본 발명에서는 구리 등의 소재로 이루어진 오일레스 부시(24)가 로드(18)를 견고하게, 또 긴 길이 구간에 걸쳐 잡아주게 되므로, 종전 슬리브 베어링이 안고 있던 문제점들을 해소할 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 기 설정된 적정 베어링 예압이 유지되도록 하기 위한 수단으로 볼 스크류(15) 상에 장착되면서 베어링 내륜을 지지하는 스크류 와셔(34)와 전후측의 베어링(21)의 내륜 사이에 개재되는 베어링 스페이서(22)의 조합을 제공한다.

이를 위하여, 상기 전동 프레스의 서보 실린더는 볼 스크류(15)의 회전 지지를 위한 베어링(21)을 지지하는 수단으로 스크류 와셔(34)를 포함한다.

상기 스크류 와셔(34)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 1/2 링 형상의 제1스크류 와셔(34a)와 제2스크류 와셔(34b)로 구성되고, 이러한 제1스크류 와셔(34a)와 제2스크류 와셔(34b)는 서로 조합되어 하나의 온전한 링 형상을 이루게 되며, 이렇게 링 형상을 이루는 제1스크류 와셔(34a)와 제2스크류 와셔(34b)는 위아래 2곳의 와셔 볼트(37)의 체결을 통해 링 형상으로 조합된 상태가 유지될 수 있게 된다.

이때의 와셔 볼트(37)는 와셔 축선에 대해 직각을 이루는 수평 방향으로 제1스크류 와셔(34a)와 제2스크류 와셔(34b)의 위아래 2곳을 관통하면서 체결될 수 있게 된다.

여기서, 상기 스크류 와셔(34)에는 와셔 전면에서 링 형상으로 돌출되는 와셔 돌출부(36)가 형성되고, 이때의 와셔 돌출부(36)가 실질적으로 베어링(21b)의 내륜(21-1)을 밀착 지지할 수 있게 된다.

이러한 스크류 와셔(34)는 볼 스크류(15)의 외주면, 즉 볼 스크류(15)의 축부의 외주면에 결합되면서 그 전면을 통해 베어링(21)의 내륜, 즉 뒷쪽에 배치되는 베어링(21b)의 내륜의 후면을 밀착 지지하는 역할을 하게 된다.

즉, 상기 볼 스크류(15)의 축부에는 볼 스크류 둘레를 따라가면서 와셔 홈(35)이 형성되고, 이렇게 형성되는 와셔 홈(25) 내에 스크류 와셔(34)가 축부와 동축구조를 이루며 안착되는 구조로 장착된다.

이때, 상기 스크류 와셔(34)의 제1스크류 와셔(34a)와 제2스크류 와셔(34b)는 와셔 볼트(37)에 의해 가(假) 체결된 상태에서 볼 스크류(15)의 축부에 있는 와셔 홈(25)의 둘레에 동심원 상으로 위치되고, 이 상태에서 제1스크류 와셔(34a)와 제2스크류 와셔(34b)에 와셔 볼트(37)가 완전히 체결되므로서, 스크류 와셔(34)는 그 내주면을 통해 와셔 홈(25)의 둘레면에 밀착된 상태로 볼 스크류(15)에 일체식으로 장착되어 함께 회전될 수 있게 된다.

여기서, 상기 스크류 와셔(34)의 두께는 와셔 홈(25)의 폭에 비해 상대적으로 작게 설정하고, 이와 더불어 볼 스크류(15)의 축부에 설치되는 뒷쪽의 베어링(21b)은 그 후면이 와셔 홈(25)의 앞쪽의 스크류 턱부(39)보다 뒷쪽으로 약간 돌출 위치되게 설치하여, 스크류 와셔(34)의 장착 시 스크류 와셔(34)가 와셔 홈(25)의 뒷쪽의 스크류 턱부(38)에 그 후면을 통해 지지됨과 더불어 전면의 와셔 돌출부(36)를 이용하여 베어링(21b)의 내륜(21-1)을 가압하면서 밀착 지지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 볼 스크류(15)의 축부 둘레에는 관 형태의 베어링 스페이서(22)가 동축구조로 끼워지면서 설치되며, 이렇게 설치되는 베어링 스페이서(22)의 양단은 앞쪽의 베어링(21a)의 내륜과 뒷쪽의 베어링(21b)의 내륜 사이에 밀착 개재된다.

이에 따라, 상기 스크류 와셔(34)를 장착하게 되면, 뒷쪽의 베어링(21b)의 내륜(21-1)에 가해지는 지지력은 베어링 스페이서(22)에 의해 앞쪽의 베어링(21a)의 내륜에 까지 영향을 미치게 되고, 결국 스크류 와셔(34)의 장착과 동시에 앞뒤쪽의 베어링(21a,21b)에 대한 예압이 일정하게 유지될 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 베어링(21a,21b)의 조립과 함께 예압을 맞추는 경우, 종전과 같이 록 너트를 체결하는 방식이 아닌, 스크류 와셔(34)를 장착하기만 하면 그대로 적정 베어링 예압(수회의 캘리브레이션을 통해 얻은 설정 베어링 예압)이 맞춰지면서 조립이 완료되므로, 작업자의 숙련도 등과 관계없이 누구나 조립 시의 베어링 예압을 용이하게 맞출 수 있게 되며, 스크류 와셔(34)의 안정적인 장착 상태가 유지되면서 지속적으로 적정 베어링 예압이 유지될 수 있게 된다.

또한, 상기 전동 프레스의 서보 실린더는 로드(18)의 선단부를 안정적으로 지지할 수 있는 수단으로 오일레스 부시(24)와 니들 베어링(25)의 조합을 포함한다.

즉, 본 발명에서는 내외측으로 배치되는 오일레스 부시(24)와 니들 베어링(25)의 조합을 이용하여 로드(18)를 안정적으로, 특히 로드(18)가 최대로 인출된 상태에서도 로드(18)를 안정적으로 잡아줄 수 있는 구조를 제공한다.

이를 위하여, 상기 로드(18)의 일정 길이 구간, 예를 들면 로드 전체 길이 중 약 1/3 정도에 해당하는 길이 구간을 커버할 수 있는 길이를 가지는 프론트 커버(23), 즉 로드 지지를 위해 바디(10)의 외측으로 돌출되어 형성되는 바디 외측 지지부(23a)와 로드 지지를 위해 바디(10)의 내측으로 연장되어 형성되는 바디 내측 지지부(23b)의 일체형으로 이루어진 프론트 커버(23)가 마련된다.

이러한 프론트 커버(23)는 로드(18)의 외주 둘레에 동축구조로 배치되면서 바디(10)의 선단부에 체결구조로 설치된다.

특히, 상기 프론트 커버(23)의 내주면과 로드(18)의 외주면 사이에는 로드(18)의 동작 안내와 지지를 위한 오일레스 부시(24)가 설치되며, 이때의 오일레스 부시(24)는 프론트 커버(23)의 바디 외측 지지부(23a)와 바디 내측 지지부(23b)의 거의 전체 길이 구간에 걸쳐 삽입되는 길이를 가지는 원통형으로 이루어질 수 있게 된다.

그리고, 상기 볼 스크류(15)의 선단부에는 로드(18)의 내주면과의 사이에 개재되면서 볼 스크류(15)의 회전 동작을 안내하고, 또 로드(18)의 움직임을 지지하는 니들 베어링(25)이 설치된다.

이때의 니들 베어링(25)은 볼 스크류(15)의 선단부에 결합됨과 더불어 스냅링에 의해 길이방향 이동이 규제되는 구조로 설치될 수 있게 된다.

이렇게 로드(18)와 볼 스크류(15) 사이에 볼 스크류(15)와 함께 회전하는 니들 베어링(25)이 설치되므로서, 보통의 서보 실린더에서 채택하고 있는 합성수지 소재의 슬리브 부시 대비 작동성 및 내구성 측면에서 유리한 점이 있다.

즉, 슬리브 부시의 경우 회전을 하지 않기 때문에 볼 스크류 회전 시에 축방향으로 밀릴 수 있게 되고, 이로 인해 스냅링이 슬리브 부시를 파고 들어가게 되고, 결국 슬리브 부시의 파손으로 이어지면서 내구성 및 작동성 측면에서 불리한 점이 있었지만, 본 발명에서는 볼 스크류(15)와 함께 회전하면서 볼 스크류(15)를 지지하는 니들 베어링(25)을 적용함으로써, 종전 슬리브 부시가 안고 있던 단점들을 해소할 수 있게 된다.

이와 같이, 상기 로드(18)의 외측에서는 오일레스 부시(24)에 의한 1차적인 지지력을 확보할 수 있고, 이와 더불어 로드(18)의 내측에서는 니들 베어링(25)에 의한 1차적인 지지력을 확보할 수 있으므로, 상기 로드(18)는 오일레스 부시(24)와 니들 베어링(25)의 조합에 의한 안정적인 지지상태를 유지하면서 제 기능을 효과적으로 발휘할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동 프레스의 서보 실린더 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 전동 프레스 설비에서 작업 대상물(미도시)이 정위치에 세팅됨과 더불어 서보 모터(13)의 구동이 개시된다.

다음, 상기 서보 모터(13)의 구동에 따른 동력으로 볼 스크류(15)의 회전→너트(16)+가이드부시 어댑터(17)+로드(18)의 전진 작동이 이루어지게 된다.

다음, 상기 로드(18)의 전진 작동에 의해 로드 선단에 있는 로드 캡(32) 또는 로드 캡(32)에 조립되는 램(미도시)이 작업 대상물을 가압하게 되므로서, 소정의 프레스 작업이 실시된다.

이러한 프레스 작업이 이루어지고 있는 과정에서, 정밀하게 제어되는 서보 모터(13)의 동력이 커플링(12)을 통해 전달되므로서, 동력 에너지 손실없이 고출력은 물론 고정밀의 작동이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 프레스 작업을 위한 가압력을 제공하는 로드(18)의 경우, 복수 개의 베어링(21a,21b)을 수용하고 있는 리어 커버(20)에 의해 후단부가 지지되는 동시에 내측의 니들 베어링(25)과 외측의 오일레스 부시(24)에 의해 선단부가 지지되므로서, 처짐 현상이나 떨림 현상 등의 문제없이 안정적인 가압 작동을 수행할 수 있게 되고, 따라서 작동의 신뢰성 및 전동의 효율성을 확보할 수 있게 된다.

특히, 이러한 베어링(21a,21b)의 예압을 유지시켜주는 스크류 와셔(34)와 베어링 스페이서(34)에 의해 지속적으로 베어링 예압이 작용되므로서, 속도 저하나 부하 증가의 문제는 물론 진동이나 소음 발생 문제를 배제할 수 있는 등 서보 실린더의 내구성 및 성능을 향상시킬 수 있다.

이와 같이, 본 발명에서는 베어링의 조립 시에 베어링 내륜을 지지하는 스크류 와셔를 적용하고, 이와 더불어 전후측 베어링 내륜 간의 사이에 베어링 스페이서를 개재함으로써, 스크류 너트 조립과 동시에 적정 베어링 예압이 일정하게 유지될 수 있는 등 서보 실린더의 전반적인 성능을 지속적으로 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 볼 스크류 후단부 지지를 위한 복수의 베어링 조합과 볼 스크류 전단부 지지를 위한 니들 베어링 및 오일레스 부시의 조합을 적용함으로써, 볼 스크류의 동심 확보와 더불어 선단부와 후단부의 안정적인 지지를 통해 전동 효율을 향상을 향상시킬 수 있고 로드의 최대 인출 시에도 처짐 현상이나 떨림 현상 등을 해소할 수 있는 등 소음 저감 및 내구성 향상은 물론 정밀 제어에 따른 작동의 신뢰도를 확보할 수 있다.

10 : 바디
11 : 커플링 하우징
12 : 커플링
13 : 서보 모터
14 : 축
15 : 볼 스크류
16 : 너트
17 : 가이드부시 어댑터
18 : 로드
19 : 키
20 : 리어 커버
21,21a,21b : 베어링
22 : 베어링 스페이서
23 : 프론트 커버
23a : 외측 지지부
23b : 내측 지지부
24 : 오일레스 부시
25 : 니들 베어링
26 : 키 홈
27 : 가이드부시 키
28 : 스프링
29 : 마그넷
30 : 플랜지
31 : 하우징 너트
32 : 로드 캡
33 : 베어링 커버
34 : 스크류 와셔
35 : 와셔 홈
36 : 와셔 돌출부
37 : 와셔 볼트
38 : 스크류 턱부

Claims (6)

1. 중공 파이프 형상의 바디(10);
   상기 바디(10)의 후단측에 결합되어 구동력을 발생시키는 서보 모터(13);
   상기 바디(10)의 내부 축선을 따라 배치되는 동시에 서보 모터(13)의 축(14)에 연결되어 전후진 동력을 전달하는 볼 스크류(15) 및 너트(16);
   상기 바디(10)의 내부에서 볼 스크류(15)의 둘레에 동축구조로 배치되고 너트(16)에 결합되는 가이드부시 어댑터(17)의 안내를 받으면서 볼 스크류 전동에 의해 전후진 동작하는 로드(18);
   상기 볼 스크류(15)의 회전 지지를 위한 베어링(21)을 지지하는 수단으로서, 볼 스크류(15)의 외주면에 결합됨과 더불어 전면을 통해 베어링(21)의 내륜을 밀착 지지하는 스크류 와셔(34);
   상기 볼 스크류(15) 상에서 전후 배치되는 베어링(21) 사이에서 볼 스크류(15)의 둘레에 동축구조로 끼워지면서 베어링 내륜 사이에 밀착 개재되는 베어링 스페이서(22);
   를 포함하며,
   상기 스크류 와셔(34)는 와셔 볼트(37)에 의해 고정되어 링 형상을 이루면서 서로 조합되어 하나의 링 형상을 이루는 1/2 링 형상의 제1스크류 와셔(34a) 및 제2스크류 와셔(34b)로 구성됨과 더불어 볼 스크류(15)에 둘레를 따라 형성되는 와셔 홈(35) 내에 동축구조로 안착되고,
   상기 스크류 와셔(34)의 두께는 와셔 홈(35)의 폭에 비해 상대적으로 작게 설정됨과 더불어 볼 스크류(15)의 축부에 설치되는 뒷쪽의 베어링(21b)은 그 후면이 와셔 홈(35)의 앞쪽의 스크류 턱부(39)보다 뒷쪽으로 약간 돌출 위치되게 설치되어, 스크류 와셔(34)의 장착 시 스크류 와셔(34)가 와셔 홈(35)의 뒷쪽의 스크류 턱부(38)에 그 후면을 통해 지지됨과 더불어 전면의 와셔 돌출부(36)를 이용하여 베어링(21b)의 내륜(21-1)을 가압하면서 밀착 지지할 수 있게 되므로서, 베어링 조립 시 볼 스크류 상에 스크류 와셔를 장착하기만 하면 그대로 적정 베어링 예압이 맞춰지면서 조립이 완료될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 전동 프레스의 서보 실린더.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 바디(10)의 선단부에는 로드(18)의 지지를 위한 바디 외측 지지부(23a)와 바디 내측 지지부(23b)의 일체형으로 이루어진 프론트 커버(23)가 설치되고, 상기 프론트 커버(23)의 내주면과 로드(18)의 외주면 사이에는 로드(18)의 동작 안내와 지지를 위한 오일레스 부시(24)가 설치되는 것을 특징으로 하는 전동 프레스의 서보 실린더.
   
6. 삭제

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