KR20010087251A - Ｚ-θ독립 동작 유닛 - Google Patents

Abstract

저렴하고 컴팩트한 구성의 Z-Θ독립 동작 유닛을 실현한다.

Z-Θ독립 동작 유닛(1)은, 중공형의 Θ동작 액추에이터(3)와 중공형의 Z축 동작 액추에이터(4)가 동축상태로 배열되고, 이들의 중심을 관통하여 연장하는 관통공(31, 41)에 Z-Θ축(2)의 축부분(22)이 관통하고 있다. Z축 동작 액추에이터(4)는 모터의 회전을 왕복직선운동으로 변환하는 기구로서, 원통 캠(45)과 캠 종동자(46)로 이루어진 캠 변환기구(44)를 구비하고 있다. Z-Θ축(2)은, 볼 부시(24) 및 가이드 샤프트(25)를 통해 Θ동작 액추에이터(3)에 연결되어 있으므로, Z-Θ축(2)은 회전운동과 왕복직선운동을 독립적으로 행할 수 있다.

Description

Ｚ-Θ독립 동작 유닛{Z-ΘINDEPENDENT MOTION UNIT}

본 발명은, Z축방향에 대한 직선왕복운동 및 회전운동을 독립적으로 행할 수 있는 컴팩트한 Z-Θ독립 동작 유닛에 관한 것이다.

종래, Z-Θ동작 유닛에는, 볼 스플라인, 볼 나사 등의 기구부품이 사용되는 경우가 많다. 그러나, 이와 같은 볼 스플라인이나 볼 나사 등의 부품은 고가이며, 이것들을 지지하기 위한 지지기구에 높은 강성이 요구된다. 이 때문에, 종래의 Z-Θ동작 유닛은 일반적으로 고가이고, 컴팩트하게 구성할 수 없다는 문제가 있다.

본 발명의 과제는, 이러한 문제점을 감안하여, 염가이면서도 컴팩트한 구성이 가능한 Z-Θ독립 동작 유닛을 제안하는데 있다.

도 1의 (a), (b) 및 (c)는, 각각 본 발명을 적용한 Z-Θ독립 동작 유닛을 도시한 개략적인 구성도, 그 선단측을 도시한 도면 및 그 후단측을 도시한 도면이다.

도 2는 도 1의 원통 캠의 캠면 형상을 평면상에 전개한 상태로 도시한 설명도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 설명 *

1 : Z-Θ독립 동작 유닛 1a : 유닛 축선(Z축)

2 : Z-Θ축 21 : 선단부분

22 : 축부분 22a : 후단

3 : Θ동작 엑추에이터 32 : 관통공

33 : 모터 34 : 감속기

4 : Z축 동작 액추에이터 43 : 모터

44 : 캠 변환기구 45 : 원통 캠

46 : 캠 종동자 24, 47 : 볼 부시

25, 48 : 볼 샤프트

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 Z-Θ독립 동작 유닛은, 회전가능하게 지지되어 있는 Z-Θ축과, 이 Z-Θ축을 회전시키기 위한 Θ동작 액추에이터와, 상기 Z-Θ축을 직선왕복운동시키기 위한 Z동작 액추에이터를 가지고 있다.

상기 Θ동작 액추에이터는, 중심에 관통공이 형성되어 있는 중공형 액추에이터이며, 중공형 Θ동작용 모터와, 이 모터의 출력축에 연결된 중공형 감속기를 구비하고 있다.

상기 Z동작 액추에이터는, 중심에 관통공이 형성되어 있는 중공형 액추에이터이며, 중공형 Z동작용 모터와, 이 모터의 회전을 직선왕복운동으로 변환하는 중공형 캠식 변환기구를 구비하며, 이 중공형 캠식 변환기구는, 원통 캠과, 이 원통캠의 캠면을 따라 슬라이딩하는 캠 종동자를 구비하며, 상기 캠 종동자는 상기 중공형 Z축 동작용 모터에 연결되어 있다.

상기 중공형 감속기, 상기 중공형 Θ동작용 모터, 상기 중공형 Z축 동작용 모터 및 상기 중공형 캠식 변환기구가, 동축상태에서 이 순서대로 배열되고, 이에 따라 형성되는 관통공에 대해, 상기 중공형 감속기측으로부터 상기 Z-Θ축이 동축상태로 끼워져 있다.

상기 Z-Θ축은, 그 선단부분이 상기 중공형 감속기의 출력부재에 대해 Z축방향으로 이동가능한 상태로 연결되고, 그 후단부분은 상기 캠식 변환기구의 원통 캠에 대해 회전가능하기는 하나 Z축방향으로는 일체가 되어 이동하도록 연결되어 있으며, 상기 원통 캠의 캠면이 상기 캠 종동자에 가압되는 방향으로, 상기 Z-Θ축은 리턴 스프링에 의해 가세되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 적용한 Z-Θ독립 동작 유닛의 하나의 실시예를 설명한다.

도 1의 (a), (b) 및 (c)는, 각각 본 실시예의 Z-Θ독립 동작 유닛을 도시한 개략적인 구성도, 그 선단측을 도시한 도면 및 그 후단측을 도시한 도면이다. 또한, 도 2는 그 원통 캠의 캠면 형상을 평면상에 전개한 상태로 도시한 설명도이다. 이들 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예의 Z-Θ독립 동작 유닛(1)은, 회전가능하게 지지되어 있는 Z-Θ축(2)과, 이 Z-Θ축(2)을 회전시키기 위한 Θ동작 액추에이터(3)와, Z-Θ축(2)을 직선왕복운동시키기 위한 Z동작 액추에이터(4)를 가지고 있다. 본 실시예의 Z-Θ축(2)은, 유닛 축선(1a)의 방향(Z축방향)으로 일정한 스트로크로 직선왕복운동함과 동시에, 유닛 축선(1a)을 중심으로 하여 회전운동할 수 있다.

Θ동작 액추에이터(3)와 Z동작 액추에이터(4)는 동축상태로 배열되고, 이들의 하우징(31, 41)이 연결 샤프트(5)에 의해 서로 연결 고정되어 있다.

Θ동작 액추에이터(3)는, 중심에 관통공(32)이 형성되어 있는 중공형 액추에이터이며, 중공형 Θ동작용 모터(33)와, 이 모터(33)의 출력축에 연결된 중공형 감속기(34)를 구비하고 있다. Z동작 액추에이터(4)도 중심에 관통공(42)이 형성되어 있는 중공형 액추에이터이며, 중공형 Z동작용 모터(43)와, 이 모터의 회전을 직선왕복운동으로 변환하는 캠식 변환기구(44)를 구비하고 있다.

이 캠식 변환기구(44)는, 원통 캠(45)과, 이 원통 캠(45)의 캠면(45a; 도 2 참조)을 따라 슬라이딩하는 캠 종동자(46)를 구비하며, 이 캠 종동자(46)가 중공형 Z축 동작용 모터(43)의 출력축(43a)으로부터 반경방향으로 연장된 아암(43b)의 선단부분에 부착되어 있다.

Z-Θ축(2)은, 원반형상의 선단부분(21)과, 그 이면으로부터 동축상태로 연장되어 있는 축부분(22)을 구비하고 있으며, 이 축부분(22)은 액추에이터 관통공(32, 42)을 관통하여 연장되고, 그 후단부분은 원통 캠(45)의 중심을 관통하고 있다. 상기 축부분(22)의 후단(22a)은, 베어링(23)에 의해 회전가능한 상태이기는 하나, 유닛 축선(1a)의 방향으로는 일체가 되어 이동하도록 원통 캠(45)에 연결되어 있다.

원통 캠(45)은, 볼 부시(47)를 통해 유닛 축선(1a)방향으로 연장하는 가이드샤프트(48)에 지지되고, 이 가이드 샤프트(48)는 액추에이터 하우징(41)에 고정되어 있다. 따라서, 원통 캠(45)은 Z축방향으로 왕복직선운동이 가능하다.

한편, Z-Θ축(2)의 선단부분(21)도, 중공형 감속기(34)의 출력부재(35)에 대해 Z축방향으로 이동가능한 상태로 연결되어 있다. 즉, 볼 부시(24)를 통해 유닛 축선(1a)방향으로 연장하는 가이드 샤프트(25)에 의해 지지되어 있고, 이 가이드 샤프트(25)는 출력부재(35)에 연결되어 있다.

여기서, Z-Θ축(2)의 선단부분(21)과 중공형 감속기(34)의 단부면(34a)사이에는, 압축상태에서 리턴 스프링(6)이 장착되어 있다. 이 리턴 스프링(6)은 탄성력에 의해, 원통 캠(45)의 캠면(45a)이 캠 종동자(46)에 가압되는 방향으로 항상 가세되어 있다.

이러한 구성의 Z-Θ독립 동작 유닛(1)에 있어서, Θ동작 액추에이터(3)를 구동시키면, 그 감속기 출력부재(35)가 회전하므로, 여기에 연결되어 있는 Z-Θ축(2)은, 유닛 축선(1a)을 중심으로하여 회전한다. 또한, Z동작 액추에이터(4)를 구동하면, 캠 종동자(46)가 원통 캠(45)의 캠면(45a)을 따라 슬라이딩한다. 캠면(45a)은 도 2에 도시한 바와 같은 윤곽형상을 하고 있으므로, 캠 종동자(46)의 회전위치에 따라, 원통 캠(45)은 유닛 축선(1a)의 방향으로 이동한다. 이 원통 캠(45)에는 유닛 축선(1a)의 방향으로는 일체가 되어 이동하도록 Z-Θ축(2)이 연결되어 있기 때문에, Z-Θ축(2)이 유닛 축선(1a)방향으로 왕복직선운동한다.

여기서, Z-Θ축(2)은, 볼 부시(24), 가이드 샤프트(25)를 통해 Θ동작 액추에이터(3)에 연결되어 있고, 또한 볼 부시(47), 가이드 샤프트(48)를 통해 Z축 동작 액추에이터(4)에 연결되어 있다. 따라서, 회전운동과 왕복직선운동을 독립적으로 행할 수 있다.

또한, 상기 중공형 감속기(34)로서는 파동기어장치를 이용할 수 있다. 파동기어장치는, 환형의 강성 내치기어와, 그 내측에 배치한 가요성의 외치기어와, 그 내측에 끼운 타원형의 윤곽을 가지는 파동발생기로 구성된다. 이 경우, 일반적으로는 파동발생기가 모터 출력축에 연결되고, 강성 내치기어가 액추에이터 하우징(31)에 고정되고, 가요성 외치기어가 출력부재(35)가 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 Z-Θ독립 동작 유닛은, 중공형 액추에이터를 2대 사용하여, 이들의 중공부분을 관통시켜 Z-Θ축을 배치하고, 캠 변환기구를 이용하여 Z-Θ축의 왕복직선운동을 실현하고 있다. 따라서, 일반적으로 사용되고 있는 볼 스플라인, 볼 나사 등의 고가의 구성부품을 구비한 Z-Θ동작 유닛에 비해 저렴하고 컴팩트한 구성이 가능하다.

Claims (1)

1. 회전가능하게 지지되어 있는 Z-Θ축과, 이 Z-Θ축을 회전시키기 위한 Θ동작 액추에이터와, 상기 Z-Θ축을 직선왕복운동시키기 위한 Z동작 액추에이터를 가지며,

   상기 Θ동작 액추에이터는, 중심에 관통공이 형성되어 있는 중공형 액추에이터로서, 중공형 Θ동작용 모터와, 이 모터의 출력축에 연결된 중공형 감속기를 구비하고,

   상기 Z동작 액추에이터는, 중심에 관통공이 형성되어 있는 중공형 액추에이터로서, 중공형 Z동작용 모터와, 이 모터의 회전을 직선왕복운동으로 변환시키는 중공형 캠식 변환기구를 구비하며, 이 중공형 캠식 변환기구는, 원통 캠과, 이 원통 캠의 캠면을 따라 슬라이딩하는 캠 종동자를 구비하고, 이 캠 종동자가 상기 중공형 Z축 동작용 모터에 연결되어 있고,

   상기 중공형 감속기, 상기 중공형 Θ동작용 모터, 상기 중공형 Z축 동작용 모터 및 상기 중공형 캠식 변환기구가, 동축상태에서 이 순서로 배열되고, 이들에 의해 형성되는 관통공에 대해, 상기 중공형 감속기측으로부터 상기 Z-Θ축이 동축상태로 끼워져 있고,

   상기 Z-Θ축은, 그 선단부분이 상기 중공형 감속기의 출력부재에 대해 Z축 방향으로 이동가능한 상태로 연결되고, 그 후단부분은 상기 캠식 변환기구의 원통 캠에 대해 회전가능하기는 하나, Z축 방향으로는 일체가 되어 이동하도록 연결되어있고,

   상기 원통 캠의 캠면이 상기 캠 종동자에 가압되는 방향으로, 상기 Z-Θ축은, 리턴 스프링에 의해 가세되어 있는 것을 특징으로 하는 Z-Θ독립 동작 유닛.