KR101766340B1 - 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더 - Google Patents

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이경아
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Abstract

본 발명은 전동 프레스 분야에서 고출력 및 고정밀이 가능한 서보 실린더에 에 관한 것이다.
본 발명은 서보 모터의 제어 방식을 채택하여 고출력 및 고정밀 작동을 실현하는 한편, 복수의 베어링 조합을 적용하여 볼스크류의 후단부를 흔들림없이 안정적으로 지지하는 새로운 서보 실린더를 구현함으로써, 볼스크류의 동심을 확보함과 아울러 전동 효율을 향상시킬 수 있는 한편, 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 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더를 제공한다.

Description

장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더{SERVO CYLINDER FOR IMPROVED CONCENTRICITY AND LONG STROKE DEFLECTION PROVENTION}
본 발명은 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전동 프레스 분야에서 고출력 및 고정밀이 가능하고 장축 처짐 및 동심도를 개선한 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 볼스크류, 상기 볼스크류의 회전에 의해 본체의 하방으로 승강하는 로드 등으로 구성된다.
일 예로서, 한국 공개특허 10-2008-0073966호에는『예압을 이용한 고정밀 서보 전동 프레스』가 개시되어 있다.
이러한『예압을 이용한 고정밀 서보 전동 프레스』는 상부에 엔코더(101)와, 상기 엔코더(101)의 하측에는 서보모터(102)와, 상기 서보모터(102)의 동력이 전달되는 기어 박스 감속기(103)와, 상기 감속기(103)의 로드축과 연결되어 동력이 전달하는 동력전달조인트(104)와, 상기 동력전달조인트(104)의 외측에는 로드셀(106)과, 상기 로드셀(106)의 하측에는 로드셀고정부쉬(109)와, 상기 로드셀고정부쉬(109)의 외측에는 상부하우징(105)과, 상기 로드셀고정부쉬(109)와 동력전달조인트(104)의 상,하측 사이에는 트러스트베어링(107)과 그 하측에 볼베어링(111)과, 상기 동력전달조인트(104)의 하측에 볼트(108)로 고정되어 회전 운동을 하는 볼스크류(126)와, 상기 동력전달조인트(104)와 볼스크류(126)사이에 고정키(110)와, 상기 볼스크류(126)의 상측에는 상부예압지그(116)와, 상기 상부예압지그(116)의 외측에는 예압스프링(114)이 설치된 상측에 상부와샤(113)와 예압조절너트(112)와 하측에 하부와샤(115)와, 상기 상부예압지그(116)와 고정되는 하단에 볼스크류너트(117)와, 상기 볼스크류(126)의 하측에는 상,하 왕복운동을 하는 압입용램(122)과, 상기 압입용램(122)의 일측 상측에는 램용부쉬(121)와 그 외측의 중간하우징(123)에 원점센서(119)가 설치된 원점센서플레이트(118)와, 상기 중간하우징(123)의 하단에는 하부하우징(128)과, 상기 하부하우징(128) 하단과 압입용램(122)사이에 오일씰(134)과, 상기 압입용램(122)의 하단에 압입지그 연결고정구(135)가 설치되어 있는 구조로 이루어진다.
그러나, 상기『예압을 이용한 고정밀 서보 전동 프레스』는 다음과 같은 단점이 있다.
첫째, 볼스크류의 후단부가 동력절단조인트에 고정키에 의존하여 연결 지지되는 구조인 관계로, 볼스크류의 후단부에 떨림 현상 등이 일어남과 더불어 동심이 흐트러지는 등의 현상이 발생하게 되는 등 전동 효율 측면에서 불리한 점이 있다.
둘째, 상하 왕복운동하는 압입용램의 선단부가 단순히 볼베어링에 의존하여 지지되는 구조인 관계로, 압입용램이 완전히 인출된 상태가 되면 볼베어링이 눌리면서 압입용램이 처지는 현상이 일어나게 되고, 결국 소음 발생과 더불어 내구성 저하, 전동 효율 저하 등의 단점이 있다.
한국 공개특허 10-2008-0073966호
따라서, 본 발명은 이와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 서보 모터의 제어 방식을 채택하여 고출력 및 고정밀 작동을 실현하는 한편, 복수의 베어링 조합을 적용하여 볼스크류의 후단부를 흔들림없이 안정적으로 지지하는 새로운 서보 실린더를 구현함으로써, 볼스크류의 동심을 확보함과 아울러 전동 효율을 향상시킬 수 있는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명의 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 있는 동시에 동심도를 개선할 수 있으며, 따라서 소음 저감 및 내구성 향상은 물론 전동 효율을 높일 수 있고 정밀 제어에 따른 작동의 신뢰도를 확보할 수 있는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서 제공하는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더는 다음과 같은 특징이 있다.
상기 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 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 볼스크류 및 너트와, 상기 바디의 내부에서 볼스크류의 둘레에 동축구조로 배치되고 너트에 결합되는 가이드부시 어댑터의 안내를 받으면서 볼스크류 전동에 의해 전후진 동작하는 로드를 포함하는 구조로 이루어진다.
또한, 상기 바디의 후단부와 커플링 하우징의 전단부 사이에는 리어 커버가 동축구조로 설치되고, 상기 리어 커버의 내부에는 볼스크류의 후단부에 조립되는 앞쪽과 뒷쪽의 베어링 및 그 사이의 스페이서가 구비되므로서, 볼스크류의 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 볼스크류의 선단부에는 로드의 내주면과의 사이에 개재되어 볼스크류의 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 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더는 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 복수 개의 베어링 및 스페이서가 내장되어 있는 리어커버로 볼스크류의 후단부를 지지하는 구조를 채택함으로써, 볼스크류의 후단부를 흔들림없이 안정적으로 지지할 수 있는 등 볼스크류의 동심을 확보함과 아울러 전동 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 로드의 선단부를 내측의 니들 베어링과 외측의 오일레스 부시로 지지하는 구조를 채택함으로써, 로드의 최대 인출 시에도 처짐 현상이나 떨림 현상 등을 해소할 수 있고, 로드의 동심도를 개선할 수 있는 등 소음 저감 및 내구성 향상은 물론 전동 효율을 높일 수 있으며, 정밀 제어에 따른 작동의 신뢰도를 확보할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더를 나타내는 단면도
도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더를 나타내는 확대도
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더의 작동상태를 나타내는 단면도
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더를 나타내는 단면도이고, 도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더를 나타내는 확대도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 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 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 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 볼스크류(15)를 회전시키는 역할을 한다.
특히, 상기 서보 모터(13)의 축(14)과 볼스크류(15)의 후단부는 커플링 하우징(11)에 조성되어 있는 공간부 내에서 연결될 수 있게 된다.
즉, 상기 커플링 하우징(11)의 공간부 내에서 볼스크류(15)의 후단측과 서보 모터(13)의 선단측 사이에 커플링(12)이 나란히 배치되고, 이렇게 배치되는 커플링(12)의 전면과 후면으로 각각 볼스크류(15)의 후단부와 서보 모터(13)의 축(14)이 각각 체결되므로서, 서보 모터(13)와 볼스크류(15)는 커플링(12)을 통해 동력이 전달되는 구조로 연결될 수 있게 된다.
또한, 상기 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더는 바디(10)의 내부 축선을 따라 나란하게 배치되는 동시에 서보 모터(13)의 축(14)에 연결되어 전후진 작동력을 전달하는 볼스크류(15) 및 너트(16)를 포함한다.
상기 볼스크류(15)는 앞쪽의 나사 구간과 뒷쪽의 축 구간의 일체형 구조로서, 나사 구간과 축 구간 간의 경계에는 단차가 형성되고, 후술하는 베어링 등을 포함하는 리어 커버(20)에 의한 안정적인 지지를 받으면서 후단부는 감속기(12)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 볼스크류(15)에 볼스크류 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 볼스크류(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 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 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 볼스크류(15)의 둘레에 동축구조를 이루며 나란하게 배치되고, 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 볼스크류(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 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더는 볼스크류(15)의 후단부를 안정적으로 지지하는 수단으로 리어 커버(20)를 포함한다.
상기 리어 커버(20)는 중공의 원통형 형태로서, 볼스크류(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 볼스크류(15)의 후단부 외주면, 즉 볼스크류(15)의 뒷쪽 축 구간 외주면에 결합되어 회전하는 볼스크류(15)를 실질적으로 지지하는 앞쪽과 뒷쪽의 베어링(21a,21b)이 설치된다.
이러한 베어링(21a,21b)은 앞쪽 2개의 앵귤러 베어링(Angular bearing)과 뒷쪽 1개의 볼 베어링으로 이루어지고, 이때의 앞뒤쪽 베어링(21a,21b) 사이에는 일정길이를 가지는 링 모양의 스페이서(22)가 삽입 장착될 수 있게 된다.
그리고, 상기 베어링(21a,21b) 및 스페이서(22)의 이탈을 방지하기 위하여 리어 커버(20)의 후단부에는 베어링 커버(33)가 체결구조로 결합되고, 이와 더불어 볼스크류(15)의 뒷쪽 축 구간에는 록 너트(34)가 체결구조로 결합된다.
이와 같이, 상기 리어 커버(20) 내의 베어링(21a,21b) 및 스페이서(22)가 볼스크류(15)의 뒷쪽 축 구간을 일정 축 길이 범위에 걸쳐 잡아주게 되므로서, 볼스크류(15)가 흔들림이나 떨림, 편심 없이 안정적으로 지지될 수 있게 되고, 따라서 볼스크류(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.
또한, 상기 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 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(23b)와 로드 지지를 위해 바디(10)의 내측으로 연장되어 형성되는 바디 내측 지지부(23a)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(23b)와 바디 내측 지지부(23a)의 거의 전체 길이 구간에 걸쳐 삽입되는 길이를 가지는 원통형으로 이루어질 수 있게 된다.
그리고, 상기 볼스크류(15)의 선단부에는 로드(18)의 내주면과의 사이에 개재되면서 볼스크류(15)의 회전 동작을 안내하고, 또 로드(18)의 움직임을 지지하는 니들 베어링(25)이 설치된다.
이때의 니들 베어링(25)은 볼스크류(15)의 선단부에 결합됨과 더불어 스냅링에 의해 길이방향 이동이 규제되는 구조로 설치될 수 있게 된다.
이렇게 로드(18)와 볼스크류(15) 사이에 볼스크류(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 볼스크류 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 볼스크류(15)와 함께 회전하면서 볼스크류(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 2차적인 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 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더의 작동상태를 나타내는 단면도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 먼저 전동 프레스 설비에서 작업 대상물(미도시)이 정위치에 세팅됨과 더불어 감속기(12)의 구동이 개시된다.
다음, 상기 서보 모터(13)의 구동에 따른 동력으로 볼스크류(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) 및 이들 간격을 적절히 유지시켜주는 스페이서(22)를 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.
이와 같이, 본 발명에서는 고출력 및 고정밀 작동을 실현하기 위한 서보 모터를 적용함은 물론, 볼스크류 후단부 지지를 위한 복수의 베어링 조합과 볼스크류 전단부 지지를 위한 니들 베어링 및 오일레스 부시의 조합을 적용함으로써, 볼스크류의 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 : 볼스크류
16 : 너트
17 : 가이드부시 어댑터
18 : 로드
20 : 리어 커버
21a,21b : 베어링
22 : 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 : 록 너트

Claims (7)

  1. 중공 파이프 형상의 바디(10);
    상기 바디(10)의 후단측에 결합되는 커플링 하우징(11)에 의해 지지되면서 구동력을 발생시키는 서보 모터(13);
    상기 바디(10)의 내부 축선을 따라 배치되는 동시에 서보 모터(12)의 축(14)에 커플링(12)을 통해 연결되어 전후진 동력을 전달하는 볼스크류(15) 및 너트(16);
    상기 바디(10)의 내부에서 볼스크류(15)의 둘레에 동축구조로 배치되고 너트(16)에 결합되는 가이드부시 어댑터(17)의 안내를 받으면서 볼스크류 전동에 의해 전후진 동작하는 로드(18);
    를 포함하고,
    상기 바디(10)의 후단부와 커플링 하우징(11)의 전단부 사이에는 리어 커버(20)가 동축구조로 설치되고, 상기 리어 커버(20)의 내부에는 볼스크류(15)의 후단부에 조립되는 앞쪽과 뒷쪽의 베어링(21a,21b) 및 그 사이의 일정길이를 가지는 링 모양의 스페이서(22)가 구비되어, 상기 리어 커버(20) 내의 베어링(21a,21b) 및 스페이서(22)가 볼스크류(15)의 뒷쪽 축 구간을 일정 축 길이 범위에 걸쳐 잡아주게 되므로서, 볼스크류(15)의 후단부가 흔들림이나 떨림, 편심없이 안정적으로 지지될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더.
  2. 삭제
  3. 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 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 볼스크류(15)의 선단부에는 로드(18)의 내주면과의 사이에 개재되어 볼스크류(15)의 회전 동작을 안내함과 더불어 로드(18)를 지지하는 니들 베어링(25)이 설치되는 것을 특징으로 하는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 바디(10)의 내주면 둘레에는 길이방향으로 복수 개의 키 홈(26)이 형성되고, 상기 가이드부시 어댑터(17)의 외주면 둘레에는 각 키 홈(26) 내에서 슬라이드 가능한 각각의 가이드부시 키(27)가 장착되어, 가이드부시 어댑터를 포함하는 로드 전체의 전후진 직선 운동이 정확하게 안내될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 가이드부시 어댑터(17)에 장착되는 가이드부시 키(27)는 스프링(28)에 의한 탄력지지를 받으면서 키 홈(26)에 밀착될 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더.
  7. 청구항 1 또는 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 가이드부시 어댑터(17)에 장착되는 가이드부시 키(27)는 2개의 분할형으로 이루어지게 되고, 각 가이드부시 키(27) 사이의 갭 내에는 로드 위치 제어를 위한 센싱 수단으로 이용되는 마그넷(29)이 설치되는 것을 특징으로 하는 장축 처짐 및 동심도 개선을 위한 서보 실린더.
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