KR20180122168A - 분말 성형용 프레스장치의 구동장치 - Google Patents

분말 성형용 프레스장치의 구동장치 Download PDF

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KR20180122168A KR1020170056334A KR20170056334A KR20180122168A KR 20180122168 A KR20180122168 A KR 20180122168A KR 1020170056334 A KR1020170056334 A KR 1020170056334A KR 20170056334 A KR20170056334 A KR 20170056334A KR 20180122168 A KR20180122168 A KR 20180122168A
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일신테크 주식회사
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Abstract

본 발명은 분말을 프레스하는 펀치 또는 분말 재료가 투입되는 성형공을 구비한 다이를 서보모터와 서보모터에 직결된 볼스크류를 이용하여 상하로 이동시킬 수 있도록 한 분말 성형용 프레스장치의 구동장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 분말 성형용 프레스장치의 구동장치는, 프레스장치 본체의 상부 또는 하부에 고정되는 서보모터와; 일단이 상기 서보모터의 중심에 결합되어 회전하며 외면에 스크류홈이 나선형으로 형성되어 있는 스크류축과, 상기 스크류축(121)의 외면에 나선 결합되어 스크류축이 회전함에 따라 스크류축의 회전 운동에 의해 스크류축의 축방향을 따라 상하로 이동하는 너트부를 구비한 볼스크류와; 상기 너트부의 외측에 결합되어 너트부와 함께 상하로 이동하며, 일단부에 분말 재료를 가압하는 펀치 또는 분말 재료가 투입되는 다이가 결합되는 램(ram);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

분말 성형용 프레스장치의 구동장치{Driving Appratus of Press Machine for Powder Press}
본 발명은 분말 성형용 프레스장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 분말을 프레스하는 펀치 또는 분말 재료가 투입되는 성형공을 구비한 다이를 서보모터와, 이 서보모터 중심의 중공부에 직결된 볼스크류를 이용하여 상하로 이동시킬 수 있도록 한 분말 성형용 프레스장치의 구동장치에 관한 것이다.
분말 성형은 금속분말 등의 분말 재료를 다이의 성형공 내로 충전시키고 상부펀치와 하부펀치로 압축 성형하여 원하는 모양과 형상의 압분체(green compact)인 분말 성형품을 제조하는 성형 방식으로, 대체적으로 금형에서 작업을 하기에 까다로운 제품을 용이하게 성형할 수 있으며, 또한 성형된 제품의 정도가 우수하고 일반적인 기계가공을 생략할 수 있는 성형방법이다.
이러한 분말 성형은 분말 성형용 프레스장치에 의해 수행되며, 종래의 분말 성형용 프레스장치는 유압실린더를 이용하여 상부 펀치와 하부 펀치를 상하로 구동시켜 분말 재료를 가압하고 있다.
그러나, 유압실린더를 이용하여 상부 펀치와 하부 펀치를 구동시켜 분말을 가압 성형하는 경우, 유압은 온도 등의 환경에 영향을 많이 받기 때문에 상부 펀치와 하부 펀치를 정확한 속도와 스트로크(stroke)로 정밀하게 제어하기 어려운 문제가 있고, 따라서 분말 성형품의 치수 및 밀도 등의 정밀도에 한계가 있다.
등록특허 제10-1258664호(2013.04.22. 등록) 등록실용신안 제20-0251129호(2001.10.08. 등록) 등록특허 제10-0157526호(1998.07.30. 등록)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 서보모터를 이용하여 펀치 또는 다이를 상하로 구동시킴으로써 펀치 및 다이의 속도와 스트로크(stroke)를 정밀하게 제어할 수 있고, 이를 통해 분말 성형품의 치수 및 형상 정밀도 등을 향상시킬 수 있는 분말 성형용 프레스장치의 구동장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 분말 성형용 프레스장치의 구동장치는, 프레스장치 본체의 상부 또는 하부에 고정되는 서보모터와; 일단이 상기 서보모터의 중심에 결합되어 회전하며 외면에 스크류홈이 나선형으로 형성되어 있는 스크류축과, 상기 스크류축(121)의 외면에 나선 결합되어 스크류축이 회전함에 따라 스크류축의 회전 운동에 의해 스크류축의 축방향을 따라 상하로 이동하는 너트부를 구비한 볼스크류와; 상기 너트부의 외측에 결합되어 너트부와 함께 상하로 이동하며, 일단부에 분말 재료를 가압하는 펀치 또는 분말 재료가 투입되는 다이가 결합되는 램(ram);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 프레스장치의 펀치 또는 다이의 구동장치로서 서보모터와, 상기 서보모터의 중심부에 결합되는 볼스크류가 적용되므로 펀치 및 다이의 속도 및 거리 제어가 매우 정밀하게 이루어질 수 있으며, 따라서 분말 성형품의 치수 및 형상 정밀도를 대폭 향상시킬 수 있게 된다.
특히 본 발명의 프레스장치의 구동장치를 구성하는 서보모터의 회전자는 중심부가 비어 있는 중공체로 이루어지며, 볼스크류의 스크류축이 회전자의 중공부 내측으로 삽입되면서 결합되므로, 회전자의 회전력을 확실하게 전달받아 상부 펀치 또는 다이를 상하로 이동시킬 수 있으므로 볼스크류의 작동을 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 분말 성형용 프레스장치의 정면에서 본 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분말 성형용 프레스장치의 정면에서 본 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 분말 성형용 프레스장치의 상부 구동장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 상부 구동장치의 볼스크류를 나타낸 정면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 분말 성형용 프레스장치의 하부 구동장치의 구성을 나타낸 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 분말 성형용 프레스장치의 구동장치를 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 구동장치가 적용된 분말 성형용 프레스장치의 일 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 프레스장치는 본체(10)와, 상기 본체(10)의 상부 및 하부에 설치되는 상부 구동장치 및 하부 구동장치와, 상기 상부 구동장치의 하부와 하부 구동장치의 상부에 설치되어 상하로 이동하는 상부 펀치(20) 및 다이(40)와, 상기 다이(40)의 성형공(41) 내로 삽입되어 상부 펀치(20)와 함께 분말 재료를 가압하는 하부 펀치(30)와, 상기 본체(10)의 중간 부분 일측에 수평 이동 가능하게 설치되어 다이(40)의 성형공(41) 내측으로 분말 재료를 공급하는 분말공급피더(50)와, 상기 분말공급피더(50)의 성형공(41) 내로 분말 재료를 공급하는 분말공급용기(52)를 포함한다.
상기 상부 구동장치와 하부 구동장치는 상기 상부 펀치(20) 및 다이(40)를 상하로 구동시키기 위한 것으로, 상기 상부 구동장치와 하부 구동장치는 서보모터(110, 110a)에 볼스크류(120, 120a)를 직결한 구성으로 이루어져, 상부 펀치(20)와 다이(40)의 이송 속도 및 스트로크를 정밀하게 제어할 수 있다. 상기 상부 구동장치와 하부 구동장치의 구성 및 작용에 대해서는 이후에 도 3 내지 도 5를 참조하여 상세히 설명할 것이다.
상기 상부 펀치(20)는 상기 상부 구동장치의 하단부에 결합되어 상하로 이동하며, 상부 펀치(20)의 하단부는 상기 다이(40)에 형성되어 있는 성형공(41)의 상단부를 통해 삽입되어 상기 성형공(41)의 하단부를 통해 삽입되어 있는 하부 펀치(30)와 함께 분말 재료를 가압하여 성형한다.
상기 하부 펀치(30)는 상기 본체(10)에 고정되게 설치되며, 상단부가 상기 다이(40)의 성형공(41) 내측으로 삽입된다.
상기 다이(40)는 상기 하부 구동장치에 결합되어 상하로 이동하는 다이플레이트(42)의 중앙부에 고정되게 설치되어 다이플레이트(42)와 함께 이동하며, 다이(40)의 중앙에는 상기 분말 재료가 투입되어 성형되는 성형공(41)이 상하로 관통되게 형성되어 있다.
상기 분말공급피더(50)는 피더구동기(51)에 의해 다이(40)의 상부면에 측방으로 수평하게 왕복이동 가능하게 설치되어, 다이(40)의 성형공(41) 내측으로 분말 재료를 공급하는 작용을 한다. 상기 분말공급피더(50)는 호스(53)를 통해 상기 분말공급용기(52)와 연결되어, 분말공급용기(52)로부터 공급된 분말을 성형공(41) 내로 안내한다. 상기 피더구동기(51)는 유압실린더 또는 모터와 볼스크류를 적용한 공지의 선형운동장치 등을 이용하여 구성될 수 있다. 상기 분말공급피더(50)와 피더구동기(51)는 일반적인 분말 성형용 프레스장치에 구성되어 있는 공지의 분말공급피더와 구동기를 적용하여 구성할 수 있다.
상기 상부 구동장치는 상부 펀치(20)를 정해진 속도와 스트로크로 승강 운동시키도록 구성되며, 상기 하부 구동장치는 다이(40)가 설치된 다이플레이트(42)를 정해진 속도와 스트로크로 승강 운동시키도록 구성된다.
상기 상부 구동장치는, 도 3 및 도 4에 도시한 것과 같이 프레스장치 본체(10)의 상부에 고정되게 설치되는 서보모터(110)와, 상기 서보모터(110)의 중심부에 직접 결합되어 상하로 연직한 축을 중심으로 양방향으로 회전하는 볼스크류(120)와, 상기 볼스크류(120)와 연결되어 볼스크류(120)의 회전에 의해 상하로 승강 운동하며 하단부에 상기 상부 펀치(20)가 결합되는 램(ram)(130)을 포함한 구성으로 이루어진다.
상기 서보모터(110)의 하측에는 상기 볼스크류(120)의 스크류축(121)이 통과하는 축삽입홀(141)이 상하방향으로 관통되게 형성되어 있는 축서포트블록(140)이 설치되고, 상기 축서포트블록(140)의 축삽입홀(141) 내측에는 축서포트블록(140)에 대해 상기 스크류축(121)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(145)이 설치된다.
상기 서보모터(110)는 하부면 중심부에 상기 볼스크류(120)의 스크류축(121)이 통과하는 개구부가 형성되어 있는 모터하우징(111)과, 상기 모터하우징(111) 내부에 설치되는 스테이터(112)와, 상기 모터하우징(111) 내부에서 상기 스크류축(121)과 결합되어 회전하는 회전자(113)와, 상기 모터하우징(111)의 상단부에서 상기 스크류축(121)의 상단부와 결합되어 회전량을 계측하는 엔코더(115)를 포함한다.
상기 스테이터(112)는 상기 모터하우징(111)의 내부에 원주방향을 따라 배치되는 코어(112a)와, 상기 코어(112a)에 권선되어 외부로부터 전원을 인가받는 코일(112b)을 포함한 구성으로 이루어진다.
그리고 상기 회전자(113)는, 중공의 원통형으로 되어 상기 스크류축(121)의 일단부와 결합되며 상기 스테이터(112)의 내측에 회전 가능하게 설치되는 로터스풀(113a)과, 상기 로터스풀(113a)의 외면에 원주방향을 따라 설치되는 복수의 영구자석(113b)을 포함하여, 상기 스테이터(112)와 영구자석(113b) 간에 유도되는 자기장에 의해 회전하게 된다.
상기 볼스크류(120)는 상단부가 상기 서보모터(110)의 중심에 결합되어 회전하며 외면에 스크류홈이 나선형으로 형성되어 있는 스크류축(121)과, 상기 스크류축(121)의 외면에 나선 결합되어 스크류축(121)이 회전함에 따라 스크류축(121)의 회전 운동에 의해 스크류축(121)의 축방향을 따라 상하로 이동하는 너트부(122)를 구비한다.
도면에 도시하지 않았으나, 상기 너트부(122)의 내주면에는 상기 스크류홈과 대응하는 스크류홈이 나선형으로 형성되고, 상기 너트부(122)의 스크류홈(미도시) 내측에는 스크류축(121)의 스크류홈을 따라 구름 운동하는 복수의 볼이 설치되어 있다. 또한 상기 너트부(122)는 본체(10)에 대해 상하로 운동하는 램(130)과 결합되어 회전이 구속되어 있다.
따라서, 상기 스크류축(121)이 회전하게 되면 너트부(122)의 볼이 스크류축(121)의 스크류홈을 따라 구르면서 너트부(122)가 스크류축(121)의 축방향으로, 즉 상하방향으로 직선 왕복 운동하게 된다.
상기 볼스크류(120)의 스크류축(121)은 기다란 원형 봉 형태를 갖도록 되어, 상기 모터하우징(111)의 하부면 중심의 개구부를 통해 서보모터(110)의 회전자(113)에 결합되어 회전한다. 상기 스크류축(121)은 상기 서보모터(110)의 중심부 내측으로 삽입되어 서보모터(110)의 회전자(113)와 결합되는 모터결합부(121a)와, 상기 모터결합부(121a)로부터 축방향으로 연장되게 형성되어 상기 축서포트블록(140)을 통과하면서 상기 베어링(145)에 의해 지지되는 회전지지부(121b)와, 상기 회전지지부(121b)로부터 축방향으로 연장되게 형성되며 외면에 상기 너트부(122)가 결합되는 스크류홈이 나선형으로 형성되어 있는 너트구동부(121c)를 포함한다.
상기 램(ram)(130)은 상기 본체(10)의 램하우징(132)에 상하방향으로 설치되는 가이드부시(Guide bush)(133)를 따라 상하로 직선 왕복 운동하도록 구성되며, 상기 너트부(122)의 외면에 결합되어 너트부(122)와 함께 상하로 직선 왕복운동한다.
상기 램(130)의 하단부에는 상기 상부 펀치(20)가 결합되는 펀치홀더(135)가 설치되어 있다.
도 5에 도시된 것과 같이 상기 하부 구동장치는 본체(10)의 하부에서 상기 상부 구동장치와 거의 동일한 구성으로 이루어진다. 즉, 상기 하부 구동장치는 하부 서보모터(110a)와 상기 하부 서보모터(110a)의 중심부에 삽입되어 결합되는 하부 볼스크류(120a)와, 상기 하부 볼스크류(120a)의 너트부(122)에 결합되어 상하로 직선 왕복 운동하는 하부 램(130a)과, 상기 하부 서보모터(110a)이 상측에서 하부 볼스크류(120a)를 회전 가능하게 지지하기 위한 축서포트블록(140a) 및 베어링(145a)을 포함하며, 상기 하부 램(130a)의 상단부에는 상기 다이플레이트(42)가 결합되는 다이홀더(135a)가 설치된다.
상기 하부 구동장치의 하부 서보모터(110a)와 하부 볼스크류(120a)의 구성은 상기 상부 구동장치의 서보모터(110)와 볼스크류(120)의 구성과 거의 동일하므로 그 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 구동장치를 구비한 프레스장치의 작동에 대해 설명하면 다음과 같다.
분말공급피더(50)가 다이(40)의 외측에 배치되고, 하부 펀치(30)는 다이(40)의 성형공(41) 내측에 삽입되어 막혀져 있으며, 상부 펀치(20)가 다이(40)의 상측에서 대기 위치에서 대기하는 상태에서 성형 공정이 시작되면, 분말공급피더(50)가 피더구동기(51)의 작동에 의해 다이플레이트(42)의 상부면을 따라 슬라이딩하여 분말공급피더(50)가 다이(40)의 상측으로 이동하게 된다.
그리고 하부 구동장치의 하부 서보모터(110a)가 작동하여 하부 볼스크류(120a)의 너트부(122) 및 하부 램(130a)이 일정 거리 상승하여 다이플레이트(42)를 상승시킨다. 이 때, 다이플레이트(42)는 하부 펀치(30)의 상단부가 다이(40)의 성형공(41)의 하단부 외측으로 빠지지 않는 높이로 상승한다.
이 상태에서 분말공급용기(52)를 통해 분말공급피더(50)로 분말 재료가 공급되고, 분말공급피더(50)의 안내를 받아서 다이(40)의 성형공(41) 내측으로 분말 재료가 투입된다.
상기 다이(40)의 성형공(41) 내에 분말 재료가 채워지면, 분말공급피더(50)는 이전과는 반대로 다이(40)의 외측 방향으로 슬라이딩하여 다이(40)의 성형공(41)이 외부로 노출되게 한다.
이어서, 상부 구동장치의 서보모터(110)가 작동하여 너트부(122) 및 램(130)이 일정 거리로 하강하여 상부 펀치(20)가 성형공(41)의 상단 개구부를 통해 삽입되어 분말 재료를 하측으로 가압하게 된다. 이에 따라 성형공(41) 내의 분말 재료가 상부 펀치(20) 및 하부 펀치(30)에 의해 압착되면서 압분체로 성형된다.
성형이 완료되면, 다시 상부 구동장치의 서보모터(110)가 역으로 작동하여 상부 펀치(20)가 상승하여 성형공(41)에서 빠져 나오게 되고, 하부 구동장치의 하부 서보모터(110a)가 역으로 작동하여 다이(40)가 하강하게 된다.
상기 다이(40)가 하강함에 따라 하부 펀치(30)의 상단부에 얹혀진 압분체가 성형공(41) 외측으로 돌출되고, 작업자 또는 로봇이 성형된 압분체를 다이(40) 위에서 분리할 수 있게 된다. 이로써 성형 공정의 1 싸이클이 완료되고, 전술한 동작을 다시 연속 반복적으로 수행하여 압분체를 생산하게 된다.
전술한 것과 같이 본 발명의 분말 성형용 프레스장치는 상부 펀치(20) 및 다이(40)를 구동하는 구동장치로서 서보모터(110, 110a)와, 상기 서보모터(110, 110a)의 중심부에 직접 결합되는 볼스크류(120, 120a)가 구성되므로 상부 펀치(20) 및 다이(40)의 속도 및 거리 제어가 매우 정밀하게 이루어질 수 있게 된다.
특히 본 발명의 구동장치를 구성하는 서보모터(110, 110a)의 회전자(113)는 중심부가 비어 있는 중공체로 이루어지며, 볼스크류(120, 120a)의 스크류축(121)이 회전자(113)의 중공부 내측으로 삽입되면서 결합되므로, 회전자(113)의 회전력을 확실하게 전달받아 상부 펀치(20) 또는 다이(40)를 상하로 이동시킬 수 있으므로 볼스크류(120, 120a)의 작동을 더욱 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
10 : 본체 20 : 상부 펀치
30 : 하부 펀치 40 : 다이
41 : 성형공 42 : 다이플레이트
50 : 분말공급피더 51 : 피더구동기
52 : 분말공급용기 53 : 호스
110 : 서보모터 111 : 모터하우징
112 : 스테이터 112a : 코어
112b : 코일 113 : 회전자
113a : 로터스풀 113b: 영구자석
115 : 엔코더 120 : 볼스크류
121 : 스크류축 122 : 너트부
130 : 램(ram) 135 : 펀치홀더
135a : 다이홀더 140 : 축서포트블록

Claims (5)

  1. 프레스장치 본체의 상부 또는 하부에 고정되는 서보모터(110)와;
    일단이 상기 서보모터(110)의 중심에 결합되어 회전하며 외면에 스크류홈이 나선형으로 형성되어 있는 스크류축(121)과, 상기 스크류축(121)의 외면에 나선 결합되어 스크류축(121)이 회전함에 따라 스크류축(121)의 회전 운동에 의해 스크류축(121)의 축방향을 따라 상하로 이동하는 너트부(122)를 구비한 볼스크류(120)와;
    상기 너트부(122)의 외측에 결합되어 너트부(122)와 함께 상하로 이동하며, 일단부에 분말 재료를 가압하는 펀치 또는 분말 재료가 투입되는 다이가 결합되는 램(ram)(130);
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 성형용 프레스장치의 구동장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 프레스장치 본체에 고정되게 설치되며 상기 스크류축(121)이 통과하는 축삽입홀(141)이 상하방향으로 관통되게 형성되어 있는 축서포트블록(140)과, 상기 축서포트블록(140)의 축삽입홀(141) 내측에 설치되어 축서포트블록(140)에 대해 상기 스크류축(121)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(145)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 성형용 프레스장치의 구동장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스크류축(121)은, 상기 서보모터(110)의 중심부 내측으로 삽입되어 서보모터(110)의 회전자(113)와 결합되는 모터결합부(121a)와, 상기 모터결합부(121a)로부터 축방향으로 연장되게 형성되어 상기 축서포트블록(140)을 통과하면서 상기 베어링(145)에 의해 지지되는 회전지지부(121b)와, 상기 회전지지부(121b)로부터 축방향으로 연장되게 형성되며 외면에 상기 너트부(122)가 결합되는 스크류홈이 형성되어 있는 너트구동부(121c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 성형용 프레스장치의 구동장치.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 서보모터(110)는,
    상부면 또는 하부면 중심부에 상기 스크류축(121)이 통과하는 개구부가 형성되어 있는 모터하우징(111)과;
    상기 모터하우징(111) 내부에 원주방향을 따라 배치되는 코어(112a)와, 상기 코어(112a)에 권선되어 외부로부터 전원을 인가받는 코일(112b)을 포함하는 스테이터(112)와;
    중공의 원통형으로 되어 상기 스크류축(121)의 일단부와 결합되며 상기 스테이터(112)의 내측에 회전 가능하게 설치되는 로터스풀(113a)과, 상기 로터스풀(113a)의 외면에 원주방향을 따라 설치되는 복수의 영구자석(113b)을 포함하여, 상기 스테이터(112)와 영구자석(113b) 간에 유도되는 자기장에 의해 회전하는 회전자(113)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분말 성형용 프레스장치의 구동장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 서보모터(110)의 모터하우징(111)의 일단부에는 상기 스크류축(121)의 일단부와 결합되어 회전량을 계측하는 엔코더(115)가 설치된 것을 특징으로 하는 분말 성형용 프레스장치의 구동장치.
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CN115610002A (zh) * 2022-10-10 2023-01-17 山东京御堂制药有限公司 一种药粉压实装置

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