KR102405704B1 - 오픈형 볼너트 및 이를 구비한 볼스크류 동력전달장치와 직교로봇 - Google Patents

오픈형 볼너트 및 이를 구비한 볼스크류 동력전달장치와 직교로봇 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크류 샤프트의 회전에 의해 이 스크류 샤프트에 대해 상대적으로 직선 왕복운동하는 볼너트로서, 스크류 샤프트의 외주면 둘레의 일부분만 둘러싸는 오픈형의 볼너트 본체; 볼너트 본체와 스크류 샤프트 사이에 개재되어 움직이는 다수의 볼; 및 볼너트 본체의 내측면과 볼너트 본체의 내부 공간에 형성되고 상기 다수의 볼이 이동하는 경로를 제공하는 볼 이동경로;를 포함하는 오픈형 볼너트를 개시한다.

Description

오픈형 볼너트 및 이를 구비한 볼스크류 동력전달장치와 직교로봇 {Open-type ball nut and ball screw-type transfer device and Cartesian coordinate robot with the ball nut}
본 발명은 직교로봇 등의 이송장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 스크류 샤프트의 회전운동을 볼을 매개로 직선운동으로 변환하는 볼너트 및 이를 구비한 직교로봇에 관한 것이다.
일반적으로 "직교로봇" 또는 "직교좌표형 로봇"은 스크류나 벨트 등의 구동부와 LM 가이드 등의 가이드부로 구성되어 직선 왕복운동하는 1축 이송장치 모듈을 하나 이상 조합하여 1차원, 2차원, 또는 3차원 운동하는 이송장치로 구현한 것으로, 기계적 강도 및 정밀도가 높아 다양한 산업 현장에서 사용되고 있다.
일반적으로 직선 왕복운동을 위한 이송장치는 벨트 타입이나 랙/피니언 방식의 장치가 사용되기도 하지만 정밀한 제어가 필요한 경우 볼스크류를 동력전달장치로 이용한 이송장치가 널리 사용된다.
일반적인 볼스크류 동력전달장치는 스크류 샤프트의 외측에 원통형의 슬라이드 블록이 설치되고 슬라이드 블록 내측에 스크류 샤프트의 나사산 또는 나사골 궤적을 따라 다수의 볼을 배열하며 스크류 샤프트가 회전하면 스크류 샤프트와 슬라이드 블록 사이의 다수의 볼이 구름운동하여 슬라이드 블록이 직선 왕복운동 하게 된다.
그런데 이러한 종래 볼스크류 동력전달장치는 슬라이드 블록이 스크류 샤프트를 완전히 감싸는 원통 폐쇄형 타입이므로 스크류 샤프트의 중간 지점에 샤프트를 지지할 수 없어 샤프트가 길어지면 하중에 의해 휘어지게 되므로 샤프트의 길이나 슬라이드 블록에 가해지는 하중을 제한해야 하는 단점이 있다.
또한 스크류 샤프트의 회전력이 볼에 전달되기 위해서는 볼과 스크류 샤프트의 나사골 사이에 힘 전달에 필요한 마찰력을 발생시킬 수 있도록 일정한 접촉압력(이하에서 "예압"이라고 한다)으로 접촉이 유지되어야 하는데, 종래의 폐쇄형 타입의 슬라이드 블록에서는 볼이 슬라이드 블록 내부에 있어 외부로 드러나지 않기 때문에 각 볼의 예압을 적절한 수준으로 조절하기 어렵고 특히 운전 중에 예압의 변화가 심하게 발생하는 문제가 있다.
특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2016-0049327호 (2016년 5월 9일 공개)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 슬라이드 블록이 스크류 샤프트를 완전히 감싸지 않고 부분적으로만 둘러싸는 오픈 타입으로 구성한 오픈형 볼너트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 최초 조립시나 운전 중 베어링의 외륜 표면과 스크류 샤프트의 나사골 간의 예압이 적절한 범위를 벗어났을 때 예압 조절을 용이하게 할 수 있는 슬라이드 블록을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크류 샤프트의 회전에 의해 이 스크류 샤프트에 대해 상대적으로 직선 왕복운동하는 볼너트로서, 스크류 샤프트의 외주면 둘레의 일부분만 둘러싸는 오픈형의 볼너트 본체; 볼너트 본체와 스크류 샤프트 사이에 개재되어 움직이는 다수의 볼; 및 볼너트 본체의 내측면과 볼너트 본체의 내부 공간에 형성되고 상기 다수의 볼이 이동하는 경로를 제공하는 볼 이동경로;를 포함하는 오픈형 볼너트를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 볼스크류 동력전달장치로서, 소정 길이의 스크류 샤프트; 및 상기 스크류 샤프트에 장착되어 스크류 샤프트의 회전에 의해 스크류 샤프트에 대해 상대적으로 직선 왕복운동하는 상기 오픈형 볼너트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 볼스크류 동력전달장치를 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 직교로봇으로서, 소정 길이의 스크류 샤프트; 상기 스크류 샤프트를 회전시키는 구동모터; 상기 스크류 샤프트의 양 단에 배치되어 스크류 샤프트를 회전가능하게 지지하는 한 쌍의 양단 지지 베어링; 및 상기 스크류 샤프트에 장착되어 스크류 샤프트의 회전에 의해 직선 왕복운동하는 상기 오픈형 볼너트;를 포함하는 직교로봇을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 볼너트가 스크류 샤프트를 완전히 감싸지 않고 부분적으로만 둘러싸는 오픈 타입으로 구성함으로써 볼너트를 스크류 샤프트에 용이하게 장착할 수 있을 뿐만 아니라 스크류 샤프트의 길이가 길어지더라도 일정 간격마다 처짐 방지 부재를 설치하여 스크류 샤프트의 휘어짐을 방지할 수 있어 스크류 샤프트의 길이에 제한이 없어지는 이점이 있다.
또한 본 발명에 따른 오픈형 볼너트를 사용할 경우 오픈형 볼너트를 스크류 샤프트의 외주면에 접촉시켜 장착하기 때문에 스크류 샤프트에 단차 가공을 할 필요가 없으므로 스크류 샤프트의 나사골이 형성되는 샤프트 본체부에 양단 지지 베어링을 장착할 수 있으므로 종래와 같이 단차 가공에 따른 편심 발생 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 이점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교로봇의 사시도,
도2는 일 실시예에 따른 직교로봇의 슬라이드 블록을 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 슬라이드 블록을 스크류 샤프트의 축방향에서 바라본 단면도,
도4는 일 실시예에 따른 오픈형 볼너트의 사시도,
도5는 일 실시예에 따른 오픈형 볼너트를 설명하는 도면,
도6은 대안적 실시예에 따른 오픈형 볼너트를 설명하는 도면,
도7은 스크류 샤프트와 양단 지지 베어링의 결합 관계를 설명하는 도면,
도8은 대안적 실시예에 따른 슬라이드 블록을 설명하는 도면,
도9 및 도10은 또 다른 대안적 실시예에 따른 슬라이드 블록을 설명하는 도면,
도11은 또 다른 대안적 실시예에 따른 슬라이드 블록을 구비한 직교로봇을 설명하는 도면,
도12는 도11의 슬라이드 블록의 분해사시도,
도13은 도11의 슬라이드 블록에 체결되는 오픈형 볼너트를 설명하는 도면,
도14는 도11의 슬라이드 블록의 슬라이드블록 본체부의 사시도,
도15는 일 실시예에 따른 베어링 모듈을 설명하는 도면,
도16은 베어링 모듈의 메인 베어링과 스크류 샤프트의 배치관계를 설명하는 도면,
도17은 베어링 모듈과 스크류 샤프트의 배치관계를 설명하는 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '~을 포함한다', '~으로 구성된다', 및 '~으로 이루어진다'라는 표현은 언급된 구성요소 중 하나 이상의 생략이나 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
일반적으로 '직교로봇'은 스크류나 벨트 등의 구동부와 LM 가이드 등의 가이드부로 구성되어 직선 왕복운동하는 1축 이송장치 모듈을 하나 이상 조합하여 1차원, 2차원, 또는 3차원 운동하는 이송장치로 구현한 것을 의미하며, 본 명세서에서는 스크류나 벨트 등의 구동부와 가이드부로 구성된 임의의 조합의 직선 왕복운동 가능한 이송장치를 통칭하여 직교로봇이라 부르기로 한다. 즉 본 명세서에서는 특별히 구별하지 않는 한 '직교로봇'과 '1축 이송장치'를 동일한 의미로 사용하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 직교로봇의 사시도이고 도2는 직교로봇의 슬라이드 블록(100)을 설명하는 도면, 그리고 도3은 슬라이드 블록(100)을 스크류 샤프트의 축방향에서 바라본 단면도이다.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 직교로봇은 직교로봇의 장치 프레임(10)에 설치되는 구동모터(20), 소정 길이를 가지며 구동모터(20)에 의해 회전하는 스크류 샤프트(30), 스크류 샤프트(30)를 회전가능하게 지지하는 스크류 샤프트 양단 지지 베어링(40)(이하 간단히 “양단 지지 베어링”이라고도 함), 및 스크류 샤프트(30)를 지지하는 처짐 방지 부재(50), 스크류 샤프트(30)의 측면에서 길이방향으로 나란히 배치된 가이드 레일(60), 및 스크류 샤프트(30)에 이동가능하게 장착되어 직선 왕복운동하는 슬라이드 블록(100)을 포함할 수 있다.
구동모터(20)의 구동축이 스크류 샤프트(30)와 직접 또는 간접적으로 결합되어 있고 스크류 샤프트(30)의 양 단은 한 쌍의 양단 지지 베어링(40)에 의해 회전가능하게 지지된다. 스크류 샤프트(30)에는 표면을 따라 나사골(31)이 형성되어 있고 슬라이드 블록(100)이 스크류 샤프트(30)에 슬라이딩 가능하게 결합된다. 슬라이드 블록(100)은 스크류 샤프트(30)의 둘레를 완전히 둘러싸는 폐쇄형 타입이 아니라 스크류 샤프트의 둘레 일부분만 둘러싸는 오픈 타입이다.
도2와 도3에 도시한 것처럼 일 실시예에서 슬라이드 블록(100)은 상부 플레이트(110) 및 이에 결합되는 오픈형 볼너트(120)와 하나 이상의 LM 블록(130)을 포함할 수 있다.
상부 플레이트(110)는 오픈형 볼너트(120)와 결합하기 위해 볼너트 수용부(111)와 볼너트 연결구(113)를 구비할 수 있고 하나 이상의 LM 블록(130)과 결합하기 위해 하나 이상의 볼트 관통구(115)가 플레이트에 형성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서 오픈형 볼너트(120)는 스크류 샤프트(30)의 둘레를 완전히 둘러싸는 폐쇄형 타입이 아니라 스크류 샤프트의 둘레 일부분만 둘러싸는 오픈 타입이다. 즉 기존 볼너트가 스크류 샤프트(30)의 외주면 둘레를 360도 완전히 감싸는 원통 형상으로 구성된 반면 본 발명에서는 스크류 샤프트(30)의 외주면 둘레의 일부만 감싸도록 구성된다. 예를 들어 본 발명에서 오픈형 볼너트(120)는 스크류 샤프트(30)의 둘레를 대략 180도만 둘러싸도록 구성될 수 있고, 또 다르게는 스크류 샤프트(30)의 둘레를 대략 90도 또는 270도로 둘러쌀 수도 있다. 그러나 이와 같이 스크류 샤프트를 둘러싸는 범위는 상기 수치에 한정되지 않고 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.
도시한 실시예에서 가이드 레일(60)은 LM 가이드 레일이며 스크류 샤프트(30)의 양쪽에 하나씩 배치되어 스크류 샤프트(30)와 나란히 배치된다. 하나의 LM 가이드 레일(60)마다 LM 블록(130)이 두 개씩 슬라이딩 가능하게 장착되고 각 LM 블록(130)은 슬라이드 블록(100)의 상부 플레이트(110)에 예컨대 볼트 체결에 의해 부착된다.
그러나 대안적 실시예에서 LM 가이드 레일(60)의 개수나 각 LM 가이드 레일(60)에 장착되는 LM 블록(130)의 개수는 달라질 수 있다. 또한 슬라이드 블록(100)을 가이드하는 가이드 부재로서 LM 가이드 레일(60)과 LM 블록(130) 대신 다른 가이드 방식이 사용될 수 있다. 예를 들어 대안적 실시예에서 슬라이드 블록(100)이 볼 베어링, 롤러 베어링, 및 플레인 베어링 등의 베어링 부재를 구비하고 스크류 샤프트(30)의 길이방향으로 나란하게 임의의 단면 형상의 가이드 레일을 설치하여 슬라이드 블록(100)의 베어링 부재가 가이드 레일과 접촉하며 가이드 되도록 구성할 수도 있다.
스크류 샤프트(30)의 아래쪽에는 스크류 샤프트(30)와 접촉하며 스크류 샤프트를 지지하는 스크류 샤프트 처짐 방지 부재(50)(이하 간단히 "처짐 방지 부재"라고도 함)가 설치될 수 있다. 처짐 방지 부재(50)는 스크류 샤프트(30)의 외주면 둘레 중 볼너트(120)가 둘러싸지 않는 영역에서 스크류 샤프트(30)와 접촉하며 지지하도록 구성되며, 따라서 처짐 방지 부재(50)가 스크류 샤프트(30)와 접촉하고 있더라도 슬라이드 블록(100)의 이동에 간섭되지 않는다.
처짐 방지 부재(50)는 스크류 샤프트(30)의 길이 방향을 따라 하나 이상 설치될 수 있다. 예를 들어 스크류 샤프트(30)의 길이 방향을 따라 일정 간격마다 설치할 수 있으며, 따라서 스크류 샤프트(30)의 길이가 길어지더라도 일정 간격마다 처짐 방지 부재(50)를 설치하면 스크류 샤프트(30)의 휘어짐을 방지할 수 있어 스크류 샤프트(30)의 길이에 제한이 없어지는 이점이 있다.
도시한 실시예에서 처짐 방지 부재(50)는 한 쌍의 처짐 방지 베어링(51) 및 이 베어링을 지지하는 지지 프레임(53)으로 구성된다. 각각의 처짐 방지 베어링(51)의 회전축은 스크류 샤프트(30)의 중심축과 나란하게 되도록 배치되어 스크류 샤프트(30)의 축 직교 방향으로 구름운동 하면서 스크류 샤프트(30)를 지지할 수 있다. 대안적 실시예에서, 베어링(51)을 사용하는 대신 하나 이상의 볼이나 저마모성의 엔지니어링 플라스틱으로 처짐 방지 부재(50)를 구현할 수도 있다.
이하에서 도4 및 도5를 참조하여 예시적인 오픈형 볼너트를 설명하기로 한다.
도4는 스크류 샤프트(30)에 본 발명의 일 실시예에 따른 오픈형 볼너트(120)가 이동가능하게 장착된 상태의 개략적인 사시도이고 도5는 오픈형 볼너트(120)의 예시적인 볼 이동경로를 개략적으로 도시한 도면이다.
도4와 도5를 참조하면, 오픈형 볼너트(120)는 볼너트 본체(121)와 볼너트 본체(121) 내에서 이동하는 다수의 볼(122)로 구성된다. 볼너트 본체(121)는 소정 길이를 갖는 대략 통형상의 부재이되 통형상의 일부가 길이방향으로 절개되어 스크류 샤프트(30)를 완전히 감싸지 않고 일부분만 감싸도록 구성된다.
볼너트 본체(121)의 일측 단부에는 플랜지(123)가 방사상 방향으로 연장 형성되고 플랜지(123)에는 상부 플레이트(110)와의 볼트 체결을 위한 체결구멍(124)이 형성된다. 그러나 상술한 볼너트 본체(121)와 플랜지(123)의 구조는 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. 또한 도시한 볼너트 본체(121)와 플랜지(123)의 형상은 예시적인 것이며 구체적 실시 형태에 따라 다양한 볼너트 본체(121)나 플랜지(123)의 형상이 달라질 수 있고 경우에 따라 플랜지(123)가 생략될 수도 있다. 또한 볼트 체결방식이 아닌 다른 공지의 방식으로 오픈형 볼너트(120)를 상부 플레이트(110)에 결합할 수 있다.
다수의 볼(122)은 볼너트 본체(121)에 형성된 볼 이동경로(125) 내에 위치하고 이동경로(125)를 따라 움직이도록 구성된다. 이와 관련하여 도5는 볼너트 본체(121)에 형성된 볼 이동경로(125)에 채워진 볼(122)을 도시함으로써 볼 이동경로(125)를 나타내었다.
도면에 도시한 것처럼 볼너트 본체(121)에 하나 이상의 볼 이동경로(125)를 구비할 수 있고 각 이동경로(125)는 폐경로로 형성된다. 도시한 실시예에서 볼 이동경로(125)는 제1 이동경로(125a)와 제2 이동경로(125b)로 구성되고 제1 이동경로(125a)와 제2 이동경로(125b)는 폐루프를 형성한다. 제1 이동경로(125a) 내에서 움직이는 볼(122)은 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 안착되어 나사골(31)을 따라 이동한 후 제2 이동경로(125b)를 따라 제1 이동경로(125a)로 다시 복귀한다.
제1 이동경로(125a)를 따라 움직이는 볼(122)이 볼너트 본체(121)의 오목한 표면에 상대적으로 많이 돌출되도록 제1 이동경로(125a)가 형성되고, 따라서 제1 이동경로(125a)를 따라 움직이는 볼(122)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 접촉한 상태로 이동할 수 있다.
반면 제2 이동경로(125b)를 따라 움직이는 볼(122)은 볼너트 본체(121)의 오목한 표면에 상대적으로 거의 돌출되지 않거나 볼너트 본체(121)의 내부 공간을 따라 이동하도록 구성되어 볼(122)이 스크류 샤프트(30)의 표면과 접하지 않도록 구성한다. 그러므로 제1 이동경로(125a)의 볼(122)은 스크류 샤프트(30)의 회전방향과 동일한 방향으로 움직이고 제2 이동경로(125b)의 볼(122)은 반대 방향으로 움직여 제1 이동경로(125a)로 복귀하게 된다.
도시한 실시예에서는 볼너트 본체(121)가 두 개의 볼 이동경로(145)를 구비한 것으로 도시하였지만 이는 예시적인 것이며 대안적 실시예에서 볼너트 본체(121)가 3개 이상의 볼 이동경로(125)를 구비할 수 있다.
도6(a)와 도6(b)는 각각 대안적 실시예에 따른 오픈형 볼너트(140,150)를 개략적으로 도시하였다.
우선 도6(a)를 참조하면, 오픈형 볼너트(140)는 볼너트 본체(141)와 볼너트 본체(141) 내에서 이동하는 다수의 볼(142)로 구성된다. 볼너트 본체(141)에는 볼(142)이 이동하는 볼 이동경로(145)가 형성된다. 도5와 비교할 때 도6(a)의 볼너트 본체(141)의 외관 형상은 도5의 볼너트 본체(121)와 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다.
도6에서 볼 이동경로(145)는 제1 내지 제4 이동경로(1455,145b,145c,145d)로 구성되고 제1 내지 제4 이동경로(145a 내지 145d)는 폐루프를 형성한다. 즉 제1 이동경로(145a)를 따라 움직이는 볼(142)은 제2 이동경로(145b), 제3 이동경로(145c), 및 제4 이동경로(145d)를 차례로 통과한 후 제1 이동경로(145a)로 다시 복귀한다.
제1 이동경로(145a)와 제3 이동경로(145c)를 따라 움직이는 볼(142)이 볼너트 본체(141)의 오목한 표면에 상대적으로 많이 돌출되도록 제1 및 제3 이동경로(145a,145c)가 형성되고, 따라서 제1 및 제3 이동경로(145a,145c)를 따라 움직이는 볼(142)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 접촉한 상태로 이동할 수 있다.
제2 이동경로(145b)와 제4 이동경로(145d)를 따라 움직이는 볼(142)은 볼너트 본체(141)의 오목한 표면에 상대적으로 거의 돌출되지 않거나 볼너트 본체(141)의 내부 공간을 따라 이동하도록 구성되어 볼(142)이 스크류 샤프트(30)의 표면과 접하지 않도록 구성한다.
도시한 실시예에서 두 개의 이동경로, 즉 제1 및 제3 이동경로(145a,145c)에서 볼(142)이 나사골(31)과 접촉하며 스크류 샤프트(30) 회전 방향과 동일 방향으로 이동하는 것으로 도시하였지만 이는 예시적인 것이며 대안적 실시예에서 3개 이상의 이동경로를 따라 볼(142)이 나사골(31)과 접촉하며 움직인 후 제1 이동경로(145a)로 복귀하도록 구성될 수 있음은 물론이다.
도6(b)는 또 다른 대안적 실시예에 따른 오픈형 볼너트(150)를 도시한 것으로, 도면을 참조하면 오픈형 볼너트(150)는 볼너트 본체(151)와 볼너트 본체(151) 내에서 이동하는 다수의 볼(152)로 구성된다. 볼너트 본체(151)에는 볼(152)이 이동하는 하나 이상의 볼 이동경로(155)를 포함한다. 도시한 실시예에서 각각의 볼 이동경로(155)는 제1 이동경로(155a)와 제2 이동경로(155b)로 구성되고 제1 및 제2 이동경로(155a,155b)는 폐루프를 형성한다. 제1 이동경로(155a) 내에서 볼(152)은 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 안착되어 나사골(31)을 따라 이동한 후 제2 이동경로(155b)를 따라 제1 이동경로(155a)로 다시 복귀한다.
이 때 도면에 도시한 것처럼 제2 이동경로(155b)는 볼너트 본체(151) 내부에서 제1 이동경로(155a) 보다 스크류 샤프트(30)의 중심축에서 방사상으로 외측 방향에 형성될 수 있다. 따라서 제1 이동경로(155a)를 따르는 볼(152)이 스크류 샤프트(30)의 회전방향과 동일한 방향으로 이동한 후 방사상 외측 방향의 제2 이동경로(155b)를 따라 반대 방향으로 이동하여 제1 이동경로(155a)로 다시 복귀하게 된다.
도시한 실시예에서도 볼너트 본체(151)가 두 개의 볼 이동경로(155)를 구비한 것으로 도시하였지만 이는 예시적인 것이며 대안적 실시예에서 볼너트 본체(151)에 3개 이상의 볼 이동경로(155)가 형성될 수 있음은 물론이다.
도7은 스크류 샤프트와 양단 지지 베어링의 결합 관계를 나타내는 도면으로, 도7(a)는 종래 구성이고 도7(b)는 본 발명에 따른 구성을 도시하였다.
종래의 볼너트는 스크류 샤프트(30)의 둘레를 완전히 둘러싸는 폐쇄형이기 때문에 스크류 샤프트(30)를 볼너트에 끼워서 장착하려면 스크류 샤프트(30)의 양 단부의 직경이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)이 형성되는 영역의 직경보다 작아야 한다. 즉 도7(a)에 도시한 것처럼 나사골(31)이 형성된 영역의 바깥쪽으로 단차 가공을 하여 직경이 작은 소직경 영역(35)을 만들고 이 소직경 영역(35)의 바깥쪽에 구동모터(20)의 구동축을 연결하는 연결부(37)를 형성한다. 그리고 양단 지지 베어링(40)을 소직경 영역(35)에 장착하고 양단 지지 베어링(40)의 외측으로 베어링(40)의 이탈을 방지하는 로크 너트(39)를 체결한다.
그런데 이렇게 단차 가공을 하는 경우 아무리 정밀하게 단차 가공을 하더라도 나사골(31)이 형성되는 스크류 샤프트(30) 본체의 중심축(C1)과 단차 가공을 한 소직경 영역(35)의 중심축(C2)을 정확히 일치시켜 가공하는 것이 쉽지 않다. 실제 가공시 두 중심축(C1,C2) 간의 오차가 예컨대 0.015mm 내지 0.05mm 가량 발생하는 경우가 빈번하며 이에 의해 스크류 샤프트(30)의 회전시 샤프트(30)가 편심하여 회전하게 되어 소음 및 진동의 발생 뿐 아니라 슬라이드 블록이 스크류 샤프트(30)를 따라 원활히 움직이지 못하고 이탈하는 경우도 발생한다.
이에 대해 본 발명에 따른 오픈형 볼너트(120,140,150)를 사용할 경우 오픈형 볼너트(120,140,150)를 스크류 샤프트(30)의 외주면에 접촉시켜 장착하기 때문에 스크류 샤프트(30)에 단차 가공을 하여 소직경부(35)를 형성할 필요가 없고, 따라서 도7(b)에 도시한 것처럼 나사골(31)이 형성되는 샤프트(30)의 본체부에 양단 지지 베어링(40)을 장착할 수 있으므로 도7(a)에서와 같은 편심 발생 문제가 일어나지 않는다.
도8은 본 발명의 대안적 실시예에 따른 슬라이드 블록(200)을 나타내는 도면으로, 직교로봇을 스크류 샤프트(30)의 길이방향에서 슬라이드 블록(200)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도면을 참조하면, 도8의 실시예에 따른 슬라이드 블록(200)은 상부 플레이트(210), 오픈형 볼너트(120), 및 하나 이상의 가이드 베어링(230,240)으로 구성된다. 도1 내지 도3의 직교로봇 구성과 비교할 때 도8의 직교로봇은 스크류 샤프트(30)의 양쪽에 LM 가이드 대신 가이드 레일(15)을 설치하고 슬라이드 블록(200)이 하나 이상의 가이드 베어링(230,240)을 구비하여, 가이드 베어링(230,240)이 가이드 레일(15)과 접촉하면서 슬라이드 블록(200)을 가이드 하도록 구성한 점에 차이가 있다.
직교로봇의 중심부에 스크류 샤프트(30)가 배치되고 스크류 샤프트(30)의 양 쪽으로 소정 거리 이격되어 한 쌍의 가이드 레일(15)이 스크류 샤프트(30)와 나란하게 배치된다. 일 실시예에서 가이드 레일(15)은 가이드레일 지지부(16)에 부착되어 고정되고 가이드레일 지지부(16)는 직교로봇의 장치 프레임(10)에 결합되어 고정될 수 있다.
슬라이드 블록(200)의 양 측면에 배치된 상부 가이드 베어링(230)과 하부 가이드 베어링(240)은 각각 직교로봇의 가이드 레일(15)과 접촉하도록 배치된다. 상부 가이드 베어링(230)이 상방향에서 가이드 레일(15)과 맞물리고 하부 가이드 베어링(240)은 하방향에서 가이드 레일(15)과 맞물리므로 슬라이드 블록(200)이 양쪽의 가이드 레일(15)에 끼워져서 가이드 되므로 슬라이드 블록(200)이 요잉이나 롤링 등의 흔들림 없이 안정적으로 직선운동을 할 수 있다.
가이드 레일(15)의 단면은 도8에 도시한 것처럼 원형일 수 있지만 대안적 실시예에서 삼각형이나 사각형 등 다각형일 수도 있으며, 가이드 레일(15)과 가이드레일 지지부(16)가 일체로 형성될 수도 있다.
또한 대안적 실시예에서 가이드 베어링(230,240)을 사용하지 않고 다른 방식의 베어링을 사용할 수도 있으며, 예컨대 가이드 베어링(230,240) 대신 볼 베어링, 롤러 베어링, 및 플레인 베어링 중 하나를 슬라이드 블록(200)에 장착하고 이를 가이드 레일(15)과 맞물리게 설치하여 슬라이드 블록(200)을 가이드 할 수 있다.
도9 및 도10은 또 다른 대안적 실시예에 따른 슬라이드 블록을 나타낸 것으로, 도9는 슬라이드 블록(200)을 아래에서 위쪽으로 바라본 모습을 개략적으로 도시하였고 도10은 슬라이드 블록(200)과 스크류 샤프트(30)의 체결 관계를 도식적으로 나타내었다.
이 실시예에서 슬라이드 블록(300)은 예컨대 도8의 슬라이드 블록(200)와 유사한 구성으로서 상부 플레이트(310), 오픈형 볼너트(120), 및 양 측면에 구비된 하나 이상의 가이드 베어링을 포함한다. 대안적으로, 슬라이드 블록(300)은 도1 내지 도3에 도시한 것처럼 양 측면에 가이드 베어링 대신 LM 가이드 구조로 구성될 수 있다.
도9와 도10의 실시예에서 슬라이드 블록(300)은 하나 이상의 추가 베어링(340)을 더 포함한다. 예를 들어 도면에 도시한 것처럼 상부 플레이트(310)에 추가 베어링(9340) 설치를 위한 수용 공간(312)을 마련하고 이 수용 공간(312)에 추가 베어링(340)을 설치할 수 있다.
일 실시예에서 추가 베어링(340)의 회전축이 스크류 샤프트(30)의 길이방향과 나란하도록 배치될 수 있다. 그러나 보다 바람직하게는 도10에 도시한 것처럼 베어링(340)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 안착하여 스크류 샤프트(30)의 회전에 따라 회전하도록 배치되며, 이 경우 추가 베어링(340)의 회전축이 스크류 샤프트(30)의 길이방향에 소정 각도를 이루며 배치됨을 이해할 것이다.
도1 내지 도8의 실시예와 같이 추가 베어링(340)이 없는 경우 슬라이드 블록(100,200)의 하중이 볼너트(120)에 의해서만 스크류 샤프트(30)에 전달되므로 슬라이드 블록(100)과 스크류 샤프트(30) 사이에 유격이 발생하거나 예압이 변동하는 문제가 있을 수 있으나, 도9 및 도10과 같이 추가 베어링(340)을 구비하고 추가 베어링(340)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 안착하여 나사골(31)을 따라 회전하도록 구성하면 슬라이드 블록(300)이 스크류 샤프트(30)에 안정적으로 지지될 뿐만 아니라 오픈형 볼너트(120)의 볼(122)들과 스크류 샤프트(30)간의 유격을 줄이고 적절한 예압으로 오픈형 볼너트(120)가 스크류 샤프트(30)에 접촉할 수 있다. 또한 슬라이드 블록(300)의 하중의 일부를 추가 베어링(340)이 분담하기 때문에 오픈형 볼너트(120)에 가해지는 하중을 분산할 수 있어 볼너트(120)의 내구성과 수명을 높일 수 있다.
도시한 실시예에서 추가 베어링(340)을 하나만 도시하였지만 대안적 실시예에서 슬라이드 블록(200)에 다수개의 추가 베어링(340)을 구비할 수 있다.
이제 도11 내지 도17을 참조하여 또 다른 대안적 실시예에 따른 슬라이드 블록(400)을 설명하기로 한다.
도11은 또 다른 대안적 실시예에 따른 슬라이드 블록(400)을 구비한 직교로봇의 일부를 확대한 사시도이다. 도면을 참조하면, 직교로봇의 중심부에 스크류 샤프트(30)가 배치되고 스크류 샤프트(30)에 슬라이드 블록(400)이 슬라이딩 가능하게 장착된다. 또한 도8의 실시예와 유사하게, 스크류 샤프트(30)의 양 쪽으로 소정 거리 이격되어 한 쌍의 가이드 레일(15)이 스크류 샤프트(30)와 나란하게 배치된다. 일 실시예에서 가이드 레일(15)은 가이드레일 지지부(16)에 부착되어 장치 프레임(10)에 고정 설치된다.
대안적으로, 도1 내지 도3에 도시한 것처럼 가이드 레일(15) 대신 LM 가이드 방식으로 슬라이드 블록(400)의 양 측면을 가이드 하도록 구성할 수도 있다.
또한 스크류 샤프트(30)의 아래쪽에는 적어도 하나의 처짐 방지 부재(50)가 설치될 수 있다. 예컨대 도시한 것처럼 하나 이상의 처짐 방지 베어링(51)을 스크류 샤프트(30)의 길이 방향으로 소정 간격마다 설치할 수 있다.
도12 내지 도15는 슬라이드 블록(400)을 설명하는 도면으로, 도12는 도11의 슬라이드 블록(400)의 분해사시도, 도13은 슬라이드 블록(400)에 체결되는 오픈형 볼너트(420)를 설명하는 도면, 도14는 슬라이드 블록(400)의 슬라이드블록 본체부(410)의 사시도, 그리고 도15는 일 실시예에 따른 베어링 모듈(450)을 설명하는 도면이다.
도면을 참조하면 일 실시예에 따른 슬라이드 블록(400)은 슬라이드블록 본체부(410), 오픈형 볼너트(420), 다수의 가이드 베어링(430,440), 및 한 쌍의 베어링 모듈(450)을 포함한다. 한 쌍의 베어링 모듈(450)은 슬라이드블록 본체부(410)의 길이방향으로 슬라이드블록 본체부의 양쪽에 각각 부착될 수 있다.
도13을 참조하면 오픈형 볼너트(420)는 볼너트 본체(421) 및 볼너트 본체(421) 내에서 이동하는 다수의 볼(423)로 구성된다. 볼너트 본체(421)는 대략 육면체 형상일 수 있고 한쪽 면이 스크류 샤프트(30)의 외부 둘레를 둘러싸도록 오목한 면으로 형성된다. 이 오목한 면은 스크류 샤프트(30) 둘레를 완전히 감싸지 않는 오픈형으로 구성되고, 오목한 면에 볼(423)이 노출되면서 이동하는 볼 이동경로(422)가 형성된다. 도면에 도시한 것처럼 모듈 본체(421)에 하나 이상의 볼 이동경로(422)가 형성될 수 있고 각 이동경로(422)는 폐경로로 형성된다.
볼 이동경로(422)는 제1 이동경로(422a)와 제2 이동경로(422b)로 구성된다. 제1 이동경로(422a)를 따라 움직이는 볼(423)이 볼너트 본체(421)의 오목한 표면에 상대적으로 많이 돌출되도록 제1 이동경로(422a)가 형성되고, 따라서 제1 이동경로(422a)를 따라 움직이는 볼(423)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 접촉되어 안착될 수 있다. 제2 이동경로(422b)를 따라 움직이는 볼(423)은 볼너트 본체(421)의 오목한 표면에 상대적으로 거의 돌출되지 않거나 본체(421) 내부 공간으로 이동하도록 구성되어 볼(423)이 스크류 샤프트(30)의 표면과 접하지 않도록 구성한다.
볼너트 본체(421)에는 하나 이상의 관통구(424)가 형성되고 이 관통구(424)를 통해 예컨대 볼트를 삽입하여 볼너트 본체(421)를 슬라이드블록 본체부(410)에 체결할 수 있다. 그러나 이는 예시적인 구성이며 구체적 실시 형태에 따라 다양한 방식으로 오픈형 볼너트(420)를 슬라이드블록 본체부(410)에 결합할 수 있음은 물론이다.
도시한 실시예에서는 볼너트 본체(421)를 대략 육면체 형상으로 도시하였지만 이는 예시적인 것이며, 예컨대 도5 또는 도6에 도시한 것처럼 일부 측면이 절개된 통형상 구조로 구성할 수도 있음은 물론이다.
도14와 도15를 참조하면, 슬라이드블록 본체부(410)의 상부면(411)에 베어링 모듈(450)을 수용할 수 있는 한 쌍의 모듈 수용부(415)가 형성되어 있고 각각의 베어링 모듈(450)이 모듈 수용부(415)에 안착되어 결합된다.
베어링 모듈(450)은 상부면에 하나 이상의 관통구(453)가 형성되고 측면에는 하나 이상의 볼트 결합공(455)이 형성되어 있다. 베어링 모듈(450)의 관통구(453)에 대응하여 슬라이드블록 본체부(410)의 모듈 수용부(415) 내에 볼트 결합공(416)이 형성되어 있으며, 이에 따라 체결볼트(481)가 베어링 모듈(450)의 관통구(453)를 관통하여 볼트 결합공(416)에 결합됨으로써 베어링 모듈(450)을 모듈 수용부(415)에 탈착 가능하게 결합시킬 수 있다.
베어링 모듈(450)의 앞쪽 측면은 아래쪽을 향하도록 소정 각도 경사진 전방 경사면(452)이고 이 전방 경사면(452)에 메인 베어링(460)과의 결합을 위한 베어링 연결공(454)이 형성되어 있다. 메인 베어링(460)은 예컨대 래디얼 베어링일 수 있다. 메인 베어링(460)이 스크류 샤프트(30)의 나사골과 접촉하도록 구성되며 이에 대해서는 후술하기로 한다.
바람직한 일 실시예에서 전방 경사면(452)은 베어링 모듈(450)의 전방을 똑바로 향하도록 형성된다. 즉 도15에 도시한 것처럼 베어링 모듈(450)의 길이방향의 중심선을 "C3"베어링 모듈의 상부면의 가상의 연장면을 "S1"그리고 베어링 모듈의 전방 경사면(452)의 가상의 연장면을 "S2"라고 할 때, 전방 경사면(452)의 연장면(S2)과 베어링 모듈의 중심선(C3)이 위에서 볼 때 수직으로 만나도록 경사면(452)이 형성된다. 다시 말하면, 두 연장면(S1,S2)이 만나는 직선(L1)과 베어링 모듈(450)의 중심선(C3)이 수직을 이루도록 전방 경사면(452)이 형성된다. 이와 같이 전방 경사면(452)을 베어링 모듈(450)의 전방을 똑바로 바라보도록 형성하는 이유는 스크류 샤프트(30)의 나사골의 간격(피치)이 달라짐에 따라 슬라이드블록 본체부(410)를 교체하더라도 베어링 모듈(450)은 나사골의 피치 길이에 상관없이 항상 동일한 베어링 모듈(450)을 사용할 수 있도록 하기 위함이다.
한편 베어링 모듈(450)의 측면에 형성된 볼트 결합공(455)에는 예압 조절을 위한 조절 볼트(483)가 끼워질 수 있다. 이를 위해, 도14에 도시한 것처럼 슬라이드블록 본체부(410)의 상부면(411)에 조절 볼트(483)를 수용할 수 있는 볼트 수용부(417)가 형성될 수 있다. 볼트 수용부(417)는 모듈 수용부(415)에 인접하게 형성되고 두 수용부(415,417) 사이를 관통구(418)가 관통하고 있다. 따라서 베어링 모듈(450)이 모듈 수용부(15)에 안착된 상태에서 조절 볼트(483)가 슬라이드블록 본체부(410)의 관통구(418)를 관통하여 베어링 모듈(450)의 볼트 결합공(455)에 결합되며 이 때 조절 볼트(483)의 조임 정도를 조절함으로써 베어링 모듈(450)의 모듈 수용부(415) 내에서의 안착 위치를 미세 조정할 수 있다.
슬라이드블록 본체부(410)의 길이방향의 양 측면에는 커버(470)가 각각 부착될 수 있다. 그러나 커버(470)는 생략되어도 무방하다. 슬라이드블록 본체부(410)의 폭방향의 양 측면에는 하나 이상의 가이드 베어링(430,440)이 부착되어 있으며 도8을 참조하여 설명한 구성과 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다. 또한 이러한 가이드 베어링(430,440) 대신 도1 내지 도3에 도시한 것처럼 LM 가이드나 다른 방식의 가이드 부재를 사용할 수 있음을 당업자는 이해할 것이다.
이제 도16 및 도17을 참조하여 베어링 모듈(450)과 스크류 샤프트(30)의 바람직한 배치 관계를 설명하기로 한다.
도16은 베어링 모듈의 메인 베어링(460)과 스크류 샤프트(30)의 배치관계를 설명하기 위해 베어링 모듈(450)과 스크류 샤프트(30)를 도식적으로 나타내었다. 도17은 한 쌍의 베어링 모듈 중 하나(예컨대 도12에서 오른쪽 베어링 모듈)만 도시하였으며 나머지 하나는 반대 방향으로 배치되는 것 외에 구성이나 기능이 동일함을 이해할 것이다.
도면을 참조하면, 스크류 샤프트(30)는 표면에 소정 피치(P) 거리를 갖는 나사골(31)이 형성되며, 도시한 것처럼 나사골(31)은 나사골의 최저점에서 양쪽 방향으로 경사면(31a,31b)을 가진다. 나사골의 두 경사면(31a,31b) 사이의 각도는 예컨대 90도이지만 스크류 샤프트의 종류에 따라 60도 또는 다른 각도로 형성될 수도 있다.
베어링 모듈(450)의 전방 경사면(452)에 장착된 메인 베어링(460)은 예컨대 바퀴 형태의 래디얼 베어링이며, 메인 베어링(460)은 전방면(460a), 외주면(460b), 및 전방면과 외주면이 만나는 모서리(460c)를 가질 수 있다.
슬라이드 블록(400)이 스크류 샤프트(30)에 슬라이딩 가능하도록 장착되면 베어링 모듈(460)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 접촉하며 결합되는데 도16에 도시한 것처럼 메인 베어링(460)의 모서리(460c) 부분이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)에 안착하며 결합된다.
이 때 바람직한 일 실시예에서 메인 베어링(460)은 아래와 같은 요건을 충족하도록 배치된다.
첫째, 메인 베어링(460)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)의 한쪽 경사면(31a 또는 31b)에 접하면서 안착된다. 즉 오픈 슬라이드 블록(400)에 장착되는 한 쌍의 메인 베어링 중 도16에 도시한 메인 베어링(460)은 나사골의 제1 경사면(31a)과 접하면서 주행하고 나머지 하나의 메인 베어링(예컨대 도12의 왼쪽 메인 베어링(460))은 나사골의 제2 경사면(31b)과 접하면서 주행한다.
메인 베어링(460)의 전방면(460a)은 이와 마주보는 나사골의 경사면(즉 도16의 경우 제2 경사면(31b)과 접촉할 수도 있지만 마찰을 줄이기 위해 접촉하지 않는 것이 바람직할 수 있다.
둘째, 메인 베어링(460)의 외주면(460b)이 나사골의 경사면(도16의 경우 제1 경사면(31a))과 선접촉하며 접한다. 이를 위해 스크류 샤프트(30)의 나사골의 제1 경사면(31a) 중 메인 베어링(460)과 접촉하는 지점의 법면(S4)과 베어링 모듈의 경사면(452)의 가상의 연장면(S2)이 서로 수직으로 만나도록 구성한다. 즉 도16에서 경사면(31a)의 법면(S4)이 베어링 모듈의 경사면(452)의 가상의 연장면(S2) 또는 메인 베어링의 전방면(460a)의 가상의 연장면(S3)과 수직으로 만나도록 구성한다.
셋째, 메인 베어링(460)이 스크류 샤프트(30)의 나사골(31)의 경로에 평행하게 배치되는 것이 바람직하다. 이와 관련하여 도17(a)와 도17(b)는 베어링 모듈과 스크류의 배치관계를 설명하기 위한 도면으로, 설명의 편의를 위해 스크류 샤프트(30)와 베어링 모듈(450)을 위에서 바라본 모습을 개략적으로 도시하였다.
도17(a)에서 예컨대 스크류 샤프트(30)의 피치 거리가 "P1"이고 이 때 메인 베어링(460)이 나사골(31)의 경사면(31a 또는 31b)과 접하는 지점의 수평방향 법선이 "L2"이고 스크류 샤프트(30)의 폭방향 직선을 "L3"라고 하면 법선(L2)과 폭방향 직선(L3)이 소정 각도(θ1)를 이루게 된다. 이 때 본 발명의 바람직한 실시예에서 메인 베어링(460)을 나사골의 법선(L2)에 평행하도록 배치하며, 이를 위해 베어링 모듈(450)의 중심선(C3)과 법선(L2)이 수직으로 만나도록 베어링 모듈(50)을 배치한다.
본 발명의 일 실시예에서는 베어링 모듈(450)을 스크류 샤프트(30)의 길이방향에 대해 소정 각도(θ1) 틀어진 방향으로 배치시킨다. 예를 들어 도17(b)에 도시한 것처럼, 슬라이드블록 본체부(410)의 상부면에 베어링 모듈(450)을 수용하는 모듈 수용부(415)를 형성하되 스크류 샤프트의 중심선(C1)과 모듈 수용부(415)의 길이방향의 중심선(C2)이 상기 소정 각도(θ1)를 이루도록 모듈 수용부(415)를 형성한다. 모듈 수용부(415)에 안착되면 모듈 수용부(415)의 중심선(C2)과 베어링 모듈(450)의 중심선(C3)이 동일하게 되므로 도17(a)에 도시한 것처럼 베어링 모듈(450)과 스크류 샤프트의 중심선(C1) 사이에 상기 소정 각도(θ1)가 형성되며 따라서 메인 베어링(460)을 나사골의 법선(L2)에 평행하도록 배치할 수 있다.
그런데 이 소정 각도(θ1)는 스크류 샤프트(30)의 나사골의 피치(P1)에 따라 달라진다. 따라서 특정 피치(P)를 갖는 스크류 샤프트를 사용할 경우 베어링 모듈(450)이 스크류 샤프트의 길이방향에 대해 해당 피치 값에 따른 각도(θ)만큼 틀어진 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 이 때 스크류 샤프트(30)의 나사골의 피치(P)가 달라지면 이 달라진 피치(P)에 따라 결정된 각도(θ)만큼 중심선(C1)에 대해 틀어진 방향으로 형성된 모듈 수용부(415)를 갖는 슬라이드블록 본체부(410)를 구비하되, 베어링 모듈(450)은 나사골의 피치 길이에 상관없이 항상 동일한 베어링 모듈(450)을 사용할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 메인 베어링(460)이 상술한 요건을 충족하도록 하여 오픈 슬라이드 블록(400)을 이송장치에 장착하면, 메인 베어링(460)의 외주면(460b)의 최정점에서 나사골(31)의 경사면과 정확하게 수직으로 접촉하며 주행할 수 있으므로 구름운동이 완벽히 이루어져 미끄럼운동의 발생을 방지하며 따라서 미끄럼운동에 의한 마찰이나 소음 및 열 발생도 감소시킬 수 있다.
또한 본 발명에 따르면 조절 볼트(483)를 사용하여 메인 베어링(460)이 위와 같은 요건을 충족하도록 미세조정 할 수 있다. 상술한 바와 같이 조절 볼트(483)가 슬라이드블록 본체부(410)의 관통구(418)를 관통하여 베어링 모듈(450)의 볼트 결합공(455)에 결합된 상태에서 조절 볼트(483)의 조임 정도를 조절하면 베어링 모듈(450) 및 이에 장착된 메인 베어링(460)이 슬라이드블록 본체부(410)에 대해 상대적으로 베어링 모듈(450)의 길이방향으로 전후 방향으로 움직일 수 있고, 이에 의해 메인 베어링(460)과 나사골(31)의 경사면(31a,31b)과의 접촉위치를 미세조절 할 수 있다.
이 때 조절 볼트(483)에 의한 미세 조절을 위해 베어링 모듈(450)의 관통구(453)와 체결볼트(481) 사이에 약간의 유격이 존재하는 것이 바람직하다. 예컨대 관통구(453)의 단면이 원이 아닌 장공 형태로 형성될 수 있다. 이 경우 베어링 모듈(450)의 미세조절을 위해, 우선 베어링 모듈(450)을 슬라이드블록 본체부(410)의 모듈 수용부(415)에 안착시키고 체결볼트(481)를 관통구(453)에 끼워 베어링 모듈(450)을 느슨하게 체결한다. 그 후 조절 볼트(483)의 조임 정도를 조절하여 메인 베어링(460)의 외주면(460b)이 나사골(31)의 경사면(31a 또는 31b)에 적절히 접촉하도록 위치시키고 그 후 체결볼트(481)를 완전히 체결하여 베어링 모듈(450)을 슬라이드블록 본체부(410)에 고정시킬 수 있다.
본 발명의 구성에 의하면 베어링 모듈(450)의 길이방향으로 미세 조정하는 조절 볼트(483)를 장착함으로써 슬라이드 블록(400)의 최초 조립시 뿐 아니라 슬라이드 블록(400)의 사용 중에도 메인 베어링(460)의 외주면(460b)과 나사골(31)과의 예압이 적절한 범위를 벗어났을 때 예압 조절을 용이하게 할 수 있으므로 동력손실 없이 스크류 샤프트(30)의 회전운동을 슬라이드 블록(400)의 직선 왕복운동으로 변환할 수 있다.
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 예를 들어, 도시한 실시예에서는 스크류 샤프트(30)가 장치 프레임(10)에 고정되어 회전함으로써 오픈형 볼너트(120,140,150)가 직선 왕복운동하는 것으로 도시하였지만, 대안적 실시예에서 오픈형 볼너트(120,140,150)가 임의의 장치 프레임에 고정되고 스크류 샤프트(30)가 회전하면서 축방향으로 직선 왕복운동 할 수도 있다. 따라서 본 발명은 오픈형 볼너트와 스크류 샤프트 중 어느 하나가 다른 하나에 대해 상대적으로 직선왕복운동 하는 임의의 장치 구조에 적용될 수 있음을 당업자는 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 장치 프레임 20: 구동모터
30: 스크류 샤프트 40: 양단 지지 베어링
50: 처짐 방지 부재 60: LM 가이드 레일
100, 200, 300, 400: 슬라이드 블록
110, 210, 310: 상부 플레이트
120, 140, 150: 오픈형 볼너트 130: LM 블록
230,240,430,440: 가이드 베어링
450: 베어링 모듈 460: 메인 베어링

Claims (11)

  1. 볼스크류 동력전달장치로서,
    소정 길이의 스크류 샤프트(30);
    상기 스크류 샤프트에 장착되어 스크류 샤프트의 회전에 의해 스크류 샤프트에 대해 상대적으로 직선 왕복운동하는 볼너트; 및
    상기 스크류 샤프트의 양쪽 단부에 하나씩 각각 결합되어 상기 스크류 샤프트를 회전가능하게 지지하는 지지 베어링(40);을 포함하고,
    상기 볼너트는 상기 스크류 샤프트의 외주면 둘레를 180도 이하로 둘러싸도록 구성된 오픈형의 볼너트이고,
    상기 스크류 샤프트는, 스크류 샤프트의 양쪽 단부의 나사골이 형성되지 않은 외주면에 단차 가공을 하지 않음으로써, 상기 양쪽 단부의 외주면에 상기 지지 베어링(40)이 직접 결합되되, 상기 지지 베어링이 결합되는 스크류 샤프트의 상기 양쪽 단부의 각각의 직경이, 상기 스크류 샤프트의 나사골이 형성된 영역의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 볼스크류 동력전달장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 볼너트는,
    스크류 샤프트의 외주면 둘레의 일부분만 둘러싸는 오픈형의 볼너트 본체;
    볼너트 본체와 스크류 샤프트 사이에 개재되어 움직이는 다수의 볼; 및
    볼너트 본체의 내측면과 볼너트 본체의 내부 공간에 형성되고 상기 다수의 볼이 이동하는 경로를 제공하는 볼 이동경로;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 볼스크류 동력전달장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 볼 이동경로는, 볼이 스크류 샤프트의 나사골에 안착하여 이동하도록 볼을 안내하는 제1 이동경로 및 볼이 스크류 샤프트의 표면과 접촉하지 않으며 이동하도록 구성된 제2 이동경로를 포함하며, 상기 제1 이동경로와 제2 이동경로가 연결되어 폐루프를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼스크류 동력전달장치.
  4. 삭제
  5. 직교로봇으로서,
    제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 볼스크류 동력전달장치; 및
    상기 스크류 샤프트를 회전시키는 구동모터(20);를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교로봇.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 스크류 샤프트와 접촉하며 스크류 샤프트를 지지하는 처짐 방지 부재(50)를 더 포함하고,
    상기 처짐 방지 부재는 스크류 샤프트의 외주면 둘레 중 상기 볼너트 본체가 둘러싸지 않는 영역에서 상기 스크류 샤프트와 접촉하며 지지하도록 구성된 것을 특징으로 하는 직교로봇.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 처짐 방지 부재가 하나 이상의 베어링을 포함하며, 상기 하나 이상의 베어링의 회전축이 상기 스크류 샤프트의 중심축과 나란하게 배치된 것을 특징으로 하는 직교로봇.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 볼너트와 결합되어 볼너트와 일체로 직선 왕복운동하는 슬라이드 블록;
    상기 스크류 샤프트에 길이방향으로 나란히 배치되는 적어도 하나의 가이드 레일; 및
    상기 슬라이드 블록에 설치되며 상기 적어도 하나의 가이드 레일과 맞물리며 가이드 되는 가이드 부재;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 직교로봇.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 가이드 레일이 LM 가이드 레일이고 상기 가이드 부재가 LM 블록인 것을 특징으로 하는 직교로봇.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 가이드 부재가 볼 베어링, 롤러 베어링, 및 플레인 베어링 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 직교로봇.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 슬라이드 블록에 설치되며 스크류 샤프트와 슬라이드 블록 사이에 개재되는 추가 베어링(340)을 더 포함하고,
    상기 추가 베어링의 외륜의 일부가 스크류 샤프트의 나사골에 안착되어 스크류 샤프트의 회전에 따라 회전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 직교로봇.
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