KR200310704Y1 - 기어의 백래시 보정장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 서보모터에 연결된 구동축으로부터 다수의 기어들을 매개하여 출력축에 동력을 전달하되, 이들 구동축과 출력축 사이에서 가압장치를 사용하여 백래시를 보정하도록 된 기어의 백래시 보정장치에 관한 것으로, 하우징(1)내에서 상기 구동축(2)의 양쪽에, 그 선단에 피니언기어(5,6)가 각각 결합된 한쌍의 제1,2출력축(7,8)이 다수의 기어열들을 매개하여 평행하게 설치되고, 상기 가압장치(4)는, 서보모터(M)와 대향되는 구동축(2)의 타단에서 가압력을 기어열들에게 전달하도록 하우징(1)에 체결되며, 이 가압장치(4)의 가압동작에 의해 기어열들의 이빨부가 선접촉을 하면서 피니언기어(5,6)와 래크기어(21)사이에서 백래시가 제거된 상태로 구동력을 전달하도록 되어 있다.

Description

기어의 백래시 보정장치{Gear Back lash Compensation Device}

본 고안은 백래시 보정장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대형 공작기계에서 간단하고 컴팩트한 구성으로 효과적으로 백래시를 저감하여 동력전달의 정밀도를 향상시킬 수 있는 기어의 백래시 보정장치에 관한 것이다.

일반적으로 CNC공작기계의 NC테이블, INDEX테이블, 또는 대형장비의 축이동장치 등에서는 서보모터와 같은 구동원으로부터 기어열을 매개하여 회전력을 전달하는 동력 전달계를 구비하고 있다.

이러한 동력 전달계는 다수의 기어류가 이물림되어 회전력을 전달하는 바, 동력전달이 원활하게 이루어지도록 하기 위하여 이물림부에 간극, 즉 백래시(BACKLASH)를 부여하고 있으나, 고정밀도를 요구하는 회전메커니즘이나 댕형장비의 축이동에서는 오히려 이러한 백래시가 정밀도를 저하시키는 원인이 되므로 이 백래시를 조정하거나 저감하는 장치를 구비하는 것이 일반적이다.

백래시를 저감하기 위한 종래의 기술에 있어서, 워엄기어류에서는 고정밀도를 갖는 워엄기어를 제작하는 어려움이 있고, 평기어류에서는 기어의 중심축을 토오션바아로 사용하는 선택상의 문제와 미끄럼에 따른 발열문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 한국 특허공개 제96-11203호, 동 제96-14722호 등과 같이 서로 이물림되는 기어 이빨부 사이를 가압하여 백래시를 저감하는 기술이 제안되어져 있다.

그런데, 상기 특허들은 서모모터축과 출력축 사이에 아이들링 기능을 하는 중간축을 설치하고, 이 중간축에 백래시조정장치를 설치하여 피니언기어와 래크기어 사이의 백래시를 조정하는 기술인 바, 이들은 중간축을 별도로 구비함으로 해서 장치의 구조가 복잡해져 컴팩트화가 곤란한 기술들이다.

한편, 대형장비에 사용되고 있는 종래의 백래시보정장치는 도 2에 도시된 바와 같은 기술이 제안되어 있다.

즉, 서보모터(21)의 축(22)에는 그 양쪽으로 다수의 헬리컬기어(23,24)를 매개로 아이들링 기능을 하는 중간축(25,26)이 각각 설치되고, 이들 중간축(25,26)에는 헬리컬기어(27,28)를 통하여 출력축(29,30)이 연결되며, 이들 출력축(29,30)의 선단에는 피니언 기어(31,32)가 갖춰져서 서보모터(21)의 회전력을 래크기어(36)로 전달하도록 되어 있고, 상기 중간축(25,26)에는 유압으로 동작하는 백래시 보정장치가 설치되어 있다.

여기서, 백래시 보정장치는, 유압으로 동작하는 가압장치(33,34)로 되어 있고, 이들 가압장치(33,34)에 압유가 공급되면, 중간축(25,26)을 도면에서 A방향으로 밀어주게되고, 따라서 중간축(25,26) 자체가 이동하면서 기어(27,28)와 출력축(29,30)의 헬리컬기어들(23-28, 24-27)이 서로 가압되면서 이빨부들 사이의 백래시가 제거된 상태로 서보모터(21)의 회전력이 출력축(29,30)을 통해, 최종적으로 피니언기어(31,32)를 매개로 래크기어(36)로 전달되는 구성으로 되어 있다.

그런데, 이와 같은 종래의 백래시보정장치는, 한쌍의 중간축(25,26)이 개재되어 있음으로해서 장치의 부피가 커져 컴팩트한 구성을 이룰 수가 없고, 또한 동력전달 구조가 복잡함과 더불어 구성부품 수도 많아 원가상승 요인으로 되고, 또한 중간축(25,26) 자체가 이동하면서 출력축(29,30)을 가압하는 구성으로 되어있어, 결과적으로 기어 이빨부 사이의 면접촉에 따른 것이어서 이빨부의 마모가 심해짐과 더불어 백래시의 저감효율이 낮다고 하는 문제점이 있다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 본 고안의 목적은 간단하고 컴팩트한 구성으로서 장치의 소형화가 가능하고, 효과적으로 백래시를 저감할 수 있는 헬리컬기어의 백래시 보정장치를 제공함에 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 서보모터에 연결된 구동축으로부터 다수의 기어들을 매개하여 출력축에 동력을 전달하되, 이들 구동축과 출력축 사이에서 가압장치를 매개하여 백래시를 보정하도록 된 백래시 보정장치에 있어서, 하우징과; 이 하우징내에서 상기 구동축의 양쪽에는, 그 선단에 피니언기어가 각각 결합된 한쌍의 제1,2출력축이 다수의 기어열들을 매개하여 평행하게 설치되고, 상기 가압장치는, 서보모터와 대향되는 구동축의 타단에서 가압력을 기어열들에게 전달하도록 하우징에 체결되며, 이 가압장치의 가압동작에 의해 기어열들의 이빨부가 선접촉을 하면서 백래시가 제거된 상태로 구동축의 동력을 출력축으로 전달하도록 된 구성으로 되어, 상기 가압장치의 가압동작에 의해 기어열 들이 가압되면서 백래시없이 서보모터의 회전력이 출력축을 통해 전달되도록 되어있어서, 동력전달의 정밀도를 향상시킬 수 있음은 물론, 간단하고 컴팩트한 구성으로서 장비의 소형화가 가능하도록 되어 있다.

도 1 은 본 고안에 따른 기어의 백래시 보정장치의 조립단면도

도 2 는 종래기술에 따른 기어의 백래시 보정장치의 조립단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명 *

1 : 하우징 2 : 구동축

4 : 가압장치 5,6 : 피니언 기어

7,8 : 제1,2출력축 9 : 제1기어

10,11 : 제1,2종동기어 12 : 제2기어

13 : 보조기어 14 : 제3기어

이하 본 고안에 따른 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 백래시 보정장치의 조립단면도로서, 도시된 바와 같이 서보모터(M)가 일측에 설치된 장비의 하우징(1)으로부터 구동축(2)이 일체로 연장하여 베어링(3)에 지지설치되고, 이 구동축(2)의 선단부(즉, 서보모터(M)의 반대쪽)에는 공지 구성의 유압식 가압장치(4)가 하우징(1)에 체결되며, 상기 구동축(2)의 양쪽에는 그 선단에 피니언기어(5,6)가 설치된 한쌍의 제1,2출력축(7,8)이 다수의 기어열들을 매개하여 하우징(1)내에서 일정간격을 두고 평행하게 설치된 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 기어열들의 구성을 살펴보면, 구동축(2)의 중간부위에 제1기어(9)가 설치되고, 이와 맞물리도록 헬리컬기어 방향이 반대인 종동기어(10,11)가 제1,2출력축(7,8)에 각각 설치된다. 그리고, 상기 제1기어(9)의 위쪽에는 상기 제1출력축(7)의 종동기어(10)의 상단부와 맞물리도록 제2기어(12)가 설치되고, 이 제2기어(12)의 위쪽에는 상기 제2출력축(8)의 종동기어(11)와 반대방향의 헬리컬을 가지면서 인접설치된 보조기어(13)와 맞물리도록 제3기어(14)가 설치되는 바, 여기서, 상기 제2,3기어(12,14)는 서로 볼트(15)로 결합되어 있으면서 구동축(2)에 대하여 축방향으로 이동 가능하도록 구동축(2)에 스플라인 결합되어 있다.

한편, 상기 가압장치(4)는 공지의 구성으로서 포트(16)를 통해 유입된 압유에 의해 승강하는 피스턴(17)을 갖추고 있고, 이 피스턴(17)이 하강하면 스러스트 베어링(18)과 니이들베어링(19) 및 칼러(20)을 매개하여 제3기어(14) 및 제2기어(12)를 가압하도록 되어있다.

여기서, 상기 구동축(2)에 스플라인 결합된 제2,3기어(12,14)와, 유압식 가압장치(4), 이 가압장치(4)의 피스턴(17)의 변위를 제2,3기어(12.14)로 전달하여 가압하는 스러스트베어링(18)과 니이들베어링(19) 및 칼러(20)가, 본 고안의 백래시 보정장치를 구성한다.

다음은 상기와 같은 구성으로 된 본 고안의 작용효과에 대하여 설명한다.

서보모터(M)를 기동하면, 도시하지않은 제어부의 제어신호에 의하여 압유가포트(16)를 통해 가압장치(4)내부로 유입되어 피스턴(17)이 하강하게 되고, 이때 발생된 가압력 및 변위는 스러스트베어링(18)과 니이들베어링(19) 및 칼러(20)를 매개하여 제3기어(14)의 상단부를 가압하게 된다.

이에 따라, 제3기어(14)가 제2출력축(8)의 종동기어(11)를 가압하게 됨과 동시에 제3기어(14)와 결합된 제2기어(12)가 제1출력축(7)의 종동기어(10)를 가압 하게 된다. 따라서 이들 기어(10 와 12, 11 과 14)들은 서로 기어방향이 반대인 헬리컬기어로 되어 있기 때문에 이들 기어들의 이빨부는 선접촉을 통해 서로를 가압하면서 이들 사이의 백래시가 감소된 상태가 되고, 서버모터(1)의 회전구동이 계속됨에 따라 제1,2출력축(7,8)으로 전달된 회전력은 피니언기어(5,6)와 래크기어(21)사이에서 백래시가 제거된 상태로 전달되게되어, 최종적으로 래크기어(21)를 높은 정밀도로 구동하게 되는 것이다.

즉, 본 고안은 서보모터(M)의 기동시 마다 유압식 가압장치(4)를 포함하는 백래시 보정장치를 매개하여, 구동축(2)과 출력축(7,8) 사이의 기어열들과 피니언기어(5,6)와 래크기어(21) 사이에서 양방향으로 백래시가 제거된 상태로 동력을 전달하게 되므로, 이들 간의 회전력 전달의 오차가 없이 정확하면서도 정밀한 동력전달이 가능하게 되는 것이다.

또한, 서보모터(M)의 축이 연장되어 구동축(2)을 형성함과 더불어 이 구동축(2)의 타단에서 가압장치(4)가 하우징(1)에 체결되어 있고, 또한 이 구동축(2)의 양쪽에 한쌍의 출력축(7,8)이 기어열들을 매개로 설치되어 있어, 도 2와 같은 종래 기술보다 구성이 대폭 간소해짐은 물론, 컴팩트한 구성으로 되어 장비의 소형화가 가능한 것이다.

한편 본 고안은 상기 실시예에 국한되지 않고 여러 가지로 변형하여 실시할 수도 있는 바, 예컨대 서보모터(M)의 축을 겸하도록 된 구동축(3)을 분할하여 도2의 종래기술과 같이 플랜지이음으로 할 수도 있음은 물론이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 고안은 서보모터의 기동시 마다 유압식 가압장치를 포함하는 백래시 보정장치를 매개하여 구동축과 출력축 사이의 기어들이 백래시가 제거된 상태로 연결된 상태로 되므로, 이들 간의 회전력 전달의 오차가 없이 정확하면서도 정밀한 동력전달이 가능하게 되고, 간단하고 컴팩트한 구성으로서 장비의 소형화가 가능한 효과가 있는 것이다.

Claims (5)

1. 서보모터에 연결된 구동축으로부터 다수의 기어들을 매개하여 출력축에 동력을 전달하되, 이들 구동축과 출력축 사이에서 가압장치를 매개하여 백래시를 보정하도록 된 기어의 백래시 보정장치에 있어서,

   하우징(1)과;

   이 하우징(1)내에서 상기 구동축(2)의 양쪽에는, 그 선단에 피니언기어(5,6)가 각각 결합된 한쌍의 제1,2출력축(7,8)이 다수의 기어열들을 매개하여 평행하게 설치되고,

   상기 가압장치(4)는, 서보모터(M)와 대향되는 구동축(2)의 타단에서 가압력을 기어열들에게 전달하도록 하우징(1)에 체결되며,

   이 가압장치(4)의 가압동작에 의해 기어열들의 이빨부가 선접촉을 하면서 백래시가 제거된 상태로 구동축(2)의 동력을 출력축(7,8)을 매개하여 전달하도록 된 기어의 백래시 보정장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 기어열들은, 구동축(2)의 중간부위에 설치된 제1기어(9)와; 이 제1기어(9)와 헬리컬기어 방향이 반대이면서 맞물리도록 제1,2출력축(7,8)에 각각 설치된 종동기어(10,11)와; 상기 제1기어(9)의 위쪽에서 상기 제1출력축(7)의 종동기어(10)의 상단부와 맞물리도록 설치된 제2기어(12)와;, 이 제2기어(12)의 위쪽에서 상기 제2출력축(8)의 종동기어(11)와 반대방향의 헬리컬을 가지면서 인접설치된 보조기어(13)와 맞물리도록 설치된 제3기어(14)로 구성된 것을 특징으로 하는 기어의 백래시 보정장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 제2,3기어(12,14)는 서로 볼트(15)로 결합되어 있으면서 구동축(2)에 대하여 축방향으로 이동 가능하도록 구동축(2)에 스플라인 결합된 것을 특징으로 하는 기어의 백래시 보정장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 가압장치(4)의 가압력은, 구동축(2)의 외주면에 결합된 스러스트베어링(18)과 니이들베어링(19) 및 칼러(20)을 매개하여 제3기어(14) 및 제2기어(12)로 전달되어 가압하도록 된 것을 특징으로 하는 기어의 백래시 보정장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기어열들을 구성하는 기어들은 헬리컬기어로 이루어진 것을 특징으로 하는 기어의 백래시 보정장치.