KR100626852B1

KR100626852B1 - 구동축 이동장치

Info

Publication number: KR100626852B1
Application number: KR1020037002278A
Authority: KR
Inventors: 도시아끼 시마다
Original assignee: 도시아끼 시마다
Priority date: 2000-08-21
Filing date: 2001-07-25
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2021-07-25
Also published as: EP1312833A1; JP3609993B2; US6968752B2; EP1312833A4; JP2002061730A; US20030145668A1; KR20030066598A; WO2002016804A1

Abstract

본 발명에 관한 구동축 이동장치는 나선상(螺旋狀)의 나사 홈(3)을 갖는 구동축(1)에 너트(5)가 바깥쪽에 끼워져 장착되며, 상기 너트(5)는 상기 구동축(1)을 축방향으로 이동하기 위해 본체 프레임(15)에 회전 가능하게 지지되어 있는 구동축 이동장치에 있어서, 상기 본체 프레임(15)측에는 상기 구동축(1)의 회전을 규제하기 위한 고정수단(17)이 설치되고, 상기 고정수단(17)은 상기 구동축(1)의 축방향으로 형성된 가이드부(4)를 따라 이동이 자유로운 피가이드부(24)를 구비하며, 상기 피가이드부(24)는 상기 너트(5)와 구동축(1) 사이에 면하여 있는 것을 특징으로 한다.

Description

구동축 이동장치{DRIVE SHAFT MOVING DEVICE}

본 발명은 공작 기계, 로봇, 기타 산업 기계 장치용으로 알맞게 이용할 수 있는 구동축 이동장치에 관한 것이다.

종래 이런 종류의 구동축 이동장치로는, 예를 들면 일본국 특허공개 공보 평5-180299호에 나타난 것이 있다. 이러한 구동축 이동장치는 도 7에 도시한 바와 같이 외주면에 볼나사 홈(50)과 볼스플라인 홈(51)이 각각 형성된 구동축(53)과, 볼나사 홈(50)에 끼워지는 볼나사 너트(55)와, 볼스플라인 홈(51)에 끼워지는 볼스플라인 너트(56)를 구비하고 있다. 각 너트(55), (56)는 본체 프레임(도시 생략)에 베어링을 통해 회전 또는 정지가 자유롭게 지지되는 것이다.

그리고, 볼나사 너트(55)를 회전시킴으로써 구동축(53)은 축방향으로 슬라이드되어 전진 또는 후진한다. 또한, 볼스플라인 너트(56)는 볼스플라인 홈에 끼워져 있기 때문에 구동축(53)이 회전하는 것을 저지하는 기능을 구비하고 있다.

상기 종래의 구동축 이동장치는 볼나사 너트(55)에 대해 볼스플라인 너트(56)가 이간되어 설치되어 있다. 이 때문에, 구동축(53)에는 볼나사 너트(55)와 볼스플라인 너트(56)를 각각 구동축(53)의 길이방향으로 별도로 설치하기 위한 공간이 필요로 되어 이 구동축 이동장치가 장착된 장치는 대형화 될 수 밖에 없었 다. 특히, 구동축 이동장치는 로봇 등 소형화가 요구되는 장치에는 불리했다.

따라서, 본 발명은 종래의 볼스플라인 너트 대신 볼나사 너트(너트)와 구동축 사이에 고정수단을 개재시킴으로써, 구동축의 회전을 규제할 수 있도록 하여 장치 전체의 소형화를 간단히 도모하는 것을 과제로 한다.

본 발명이 상기 과제를 해결하기 위해 강구한 기술적 수단은 나선상(螺旋狀)의 나사 홈을 갖는 구동축에 너트가 바깥쪽에 끼워져 장착되고, 상기 너트는 상기 구동축을 축방향으로 이동하기 위해 본체 프레임에 회전 가능하게 지지되어 있는 구동축 이동장치에서 있어서, 상기 본체 프레임측에는 상기 구동축의 회전을 규제하기 위한 고정수단이 설치되고, 상기 고정수단은 상기 구동축의 축방향으로 형성된 가이드부를 따라 이동이 자유로운 피가이드부를 구비하며, 그 피가이드부는 상기 너트와 구동축 사이에 면하여 있는 것에 있다.

또한, 나선상의 나사 홈을 갖는 구동축에 볼나사 너트가 상기 나사 홈을 회전 이동하는 볼을 매개로 바깥쪽에 끼워져 장착되고, 상기 볼나사 너트는 상기 구동축을 축방향으로 이동하기 위해 본체 프레임에 회전 가능하게 지지되어 있는 구동축 이동장치에 있어서, 상기 본체 프레임측에는 상기 구동축의 회전을 규제하기 위한 고정수단이 설치되고, 상기 고정수단은 상기 구동축의 축방향으로 형성된 가이드부를 따라 이동이 자유로운 피가이드부를 구비하고, 상기 피가이드부는 상기 볼이 회전 이동할 수 있도록 상기 너트와 구동축 사이에 면하여 있는 것에 있다.

본 발명은 고정수단을 너트와 구동축 사이에 개재시켜 구동축의 회전을 규제 하는 구성이기 때문에 구동축에 볼스플라인 너트와 볼나사 너트를 별개로, 동시에 간격을 두고 바깥쪽에 끼워 장착하는 경우에 비해 장치의 소형화를 간단하게 도모할 수 있다.

또한, 상기 피가이드부에는 구동축의 나사 홈과 동일한 피치(pitch)의 나사 홈이 형성되고, 상기 가이드부는 구동축의 축방향으로 형성된 가이드 홈으로 이루어져 상기 가이드 홈으로 안내되는 상기 피가이드부와 상기 볼나사 너트의 볼나사 홈의 간격을 조정하는 조정수단을 구비하고 있는 경우에는, 볼을 원활하게 이동할 수 있어 볼나사 너트의 회전에 따라 구동축을 확실하게 이동할 수 있다.

또한, 상기 고정수단에는 고정수단에 작용하는 구동축의 비틀림력을 검출하기 위한 응력센서가 설치되어 있는 경우에는, 축방향으로 이동하는 구동축에 뜻하지 않게 회전력이 작용한 경우를 용이하게 검출할 수 있어 정밀도가 향상되어 고속화를 가능하게 함과 동시에 에너지 절약을 도모할 수 있고, 구동축 이동장치를 확실히 제어할 수 있는 이점이 있다.

또한, 상기 피가이드부가 볼을 매개로 가이드부로 안내되는 구성인 경우에는 피가이드부는 가이드부에 안내되어 원활하게 이동할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 요부를 도시한 단면 정면도이다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예의 요부를 도시한 단면 측면도이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예의 요부를 도시한 단면 정면도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예의 요부를 도시한 단면 측면도이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예의 요부를 도시한 단면 정면도이다.

도 6A는 고정수단의 다른 실시예를 도시한 단면도, 도 6B는 구동축 및 고정수단의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.

도 7은 종래예를 도시하는 개략 정면도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예를 도시한다. 도 1 및 도 2 중 (1)은 구동축으로서의 볼나사 축으로, 상기 볼나사 축(1)의 외주에는 나선상(螺旋狀)의 볼나사 홈(3)이 형성되어 있다. 또한, 볼나사 축(1)의 외주에는 나선상의 볼나사 홈(3)이 형성되어 있다. 또한, 볼나사 축(1)의 외주에는 그 축방향으로 거의 전체 길이에 걸쳐 가이드부로서의 가이드 홈(4)이 형성되어 있다.

상기 볼나사 축(1)에는 일단에 플랜지부(5a)를 갖는 통형상의 볼나사 너트(5)가 바깥쪽에 끼워져 장착되어 있다. 볼나사 너트(5)는 상기 볼나사 홈(3)에 대응하는(동일한 피치) 나선상의 볼나사 홈(7)을 내주면에 갖고 있으며, 상기 너트(5)의 볼나사 홈(7)과 상기 볼나사 축(1)의 볼나사 홈(3) 사이에 다수의 볼(8)이 회전 이동이 자유롭게 장착되어 있다. 또한, 볼나사 너트(5)에는 그들 볼(8)의 순환로(도시 생략)가 형성되어 있으며, 각 볼(8)은 볼나사 축(1)과 볼나사 너트(5)의 상대 회전과 함께 양자의 나사 홈 내를 회전 이동하면서 나선상으로 이동되어 귀환 통로를 거쳐 원래의 위치로 귀환되며, 순환을 반복하는 공지의 구조로 되어 있다.

상기 볼나사 너트(5)에는 상기 볼나사 너트(5)를 회전시키기 위한 입력축(10)이 바깥쪽에 끼워지고, 볼나사 너트(5)의 플랜지부(5a)는 상기 입력축(10)의 선단면(10a)에 볼트(12)로 일체 회전하도록 고정되어 있다. 또한, 입력축(10)은 베어링(13)을 통해 고정측의 본체 프레임(15)에 회전이 자유롭게 지지되어 있다. 또한, 입력축(10)은 모터(도시 생략)에 의해 정회전 방향 또는 역회전 방향 중 임의의 방향으로 회전시킬 수 있게 되어 있다.

상기 본체 프레임(15)에는 상기 볼나사 축(1)의 회전을 규제하기 위한, 예를 들면 고정수단(17)이 단일체 또는 복수로 설치되어 있다(본 실시예에서는 고정수단(17)을 단일체로 설치한 경우를 예시한다). 즉, 고정수단(17)은 본체 프레임(15)의 전면(15a)에 볼트(19)로 고정되는 부착부(20)와, 그 부착부(20)로부터 볼나사 축(1)측으로 연장되어 설치된 암(arm)부(22)와, 상기 볼나사 축(1)의 가이드 홈(4)에 끼워지도록 상기 암부(22)로부터 연장되어 설치된 피가이드부로서의 스크레이퍼(scraper)부(24)로 이루어진다. 스크레이퍼부(24)는 볼나사 너트(5)와 볼나사 축(1) 사이에 면하여 있다. 또한, 스크레이퍼부(24)의 선단은 볼나사 너트(5) 타단의 근방까지 연장되어 설치되어 있는데, 스크레이퍼부(24)의 길이는 적절히 설정 가능하다.

상기 부착부(20)의 배면(20a)과 상기 본체 프레임(15)의 전면(15a) 사이에는 틈조정 스페이서(spacer)(26)가 개재되어 있다. 부착부(20)의 배면(20a)과 틈조정 스페이서(26)의 전면(26a)은 접촉되어 있다. 또한, 틈조정 스페이서(26)를 볼나사 축(1)측으로 미세하게 움직였을 때, 부착부(20)와 본체 프레임(15) 전면(15a)의 간 격이 커지도록 부착부(20)의 배면(20a)과 틈조정 스페이서(26)의 전면(26a)은 경사형으로 형성되어 있다.

또한, 틈조정 스페이서(26)에는 상기 볼트(19)보다 약간 큰 삽입구멍(28)이 형성되어 있으며, 상기 삽입구멍(28)에 상기 볼트(19)가 삽입되어 있다. 또한, 부착부(20)에는 볼트(19)가 삽입되는 삽입 구멍(20b)이 볼트의 직경보다 약간 크게 형성되어 있다. 따라서, 틈조정 스페이서(26)를 상하로 이동시킴으로써, 본체 프레임(15)에 대해 고정수단(17)의 스크레이퍼부(24)를 볼나사 축(1)의 직경방향 및 길이방향으로 미세한 조정이 가능하게 되어 있다. 상기 본체 프레임(15)의 선단 상부에는 지지부(30)가 돌출되어 설치되며, 그 지지부(30)에는 상기 틈조정 스페이서(26)를 아래쪽으로 누르기 위한 예압 볼트(31)가 나사 결합되어 있다. 또한, 틈조정 스페이서(26), 볼트(19) 및 예압 볼트(31)로 조정수단이 구성되어 있다.

상기 스크레이퍼부(24)의 두께 t는 상기 가이드 홈(4)의 깊이 h와 같거나 또는 그 이하로 설정되어 있다. 스크레이퍼부(24)의 외표면에는 상기 볼나사 축(1)의 볼나사 홈(3)과 동일한 피치의 볼나사 홈(24a)이 형성되어 있다. 여기서, 상기 조정수단으로 스크레이퍼부(24)를 볼나사 축(1)의 직경방향 및 길이방향으로 미세 조정하여 스크레이퍼부(24)의 볼나사 홈(24a)의 볼나사 축(1)의 볼나사 홈(3)에 대한 위치를 맞추고, 스크레이퍼부(24)의 볼나사 홈(24a)과 볼나사 너트(5)의 볼나사 홈(7)의 간격을 조정하여 스크레이퍼부(24)의 볼나사 홈(24a)을 회전 이동하는 볼(8)이 덜거덕거리지 않게 할 수 있다.(틈을 거의 0, 또는 가벼운 예압(豫壓)을 줄 수 있다). 따라서, 이러한 스크레이퍼부(24)의 볼나사 홈(24a)은 상기 볼나사 축(1)의 볼나사 홈(3)과 연속하고, 회전 이동하는 볼(8)을 안내하여 각 볼(8)을 원활하게 이동할 수 있음과 동시에 덜거덕거리지 않게 이동하는 것이 가능해진다.

상기 고정수단(17)의 암부(22)에는 고정수단에 작용하는 구동축(볼나사 축)(1)의 비틀림력을 검출하기 위한 응력센서(33)가 설치되어 있다. 이러한 센서(33)로는 변형센서(distortion sensor) 또는 자기센서 등을 예로 들 수 있다.

본 발명의 제1 실시예는 이상의 구성으로 이루어지며, 다음으로 그 작용을 설명한다. 상기 구동축 이동장치는, 예를 들면 본체 프레임(15)을 도면에 나타나 있지 않은 공작 기계나 로봇 등의 부착부에 고정하여 장착된다. 그리고, 볼나사 축(1)은 원하는 실린더의 실린더 로봇을 왕복 이동시키는 경우에 사용된다.

모터가 작동하면 볼나사 너트(5)가 회전한다. 볼나사 너트(5)가 회전 구동되면, 볼나사 축(1)은 고정수단(17)의 스크레이퍼부(24)가 가이드 홈(4)으로 안내되기 때문에 그 회전이 규제되어 축방향으로 슬라이드되고, 모터의 회전방향에 따라 전진 또는 후진한다.

이상과 같이 제1 실시예에서는 단일체의 고정수단(17)을 가이드 홈(4)에 결합시킨다는 간단한 구조로 볼나사 축(1)의 회전을 저지할 수 있다. 또한, 구조가 간단하기 때문에 비용도 저렴하게 할 수 있는 이점이 있다.

또한, 고정수단(17)에 설치한 응력센서(33)로 고정수단(17)에 작용하는 비틀림력을 직접 검출하기 때문에, 종래와 같이 구동축의 토크(torque) 검출을 볼나사 너트(5)를 회전시키는 모터의 전류값을 계측하는 경우에 비해 정밀도가 향상되어 고속화가 가능해짐과 동시에 에너지 절약을 도모할 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 도 3 및 도 4에 본 발명의 제2 실시예를 도시한다. 또한, 상기 제1 실시예와 동일 부재에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

상기 고정수단(17)의 스크레이퍼부(24)에는 볼나사 홈(24a)이 설치되어 있지 않고, 볼(8)이 통과할 수 있도록 스크레이퍼부(24)의 외표면이 볼나사 축(1)의 볼나사 홈(3)의 저면과 동등하게 되어 있다. 또한, 스크레이퍼부(24)의 외표면은 볼록형 면을 갖고 있다. 이러한 실시예는, 스크레이퍼부(24)의 외표면을 회전 이동하는 볼(8)은 상기 볼나사 너트(5)의 볼나사 홈(7)에 안내되기 때문에 탈락하지 않고 원활하게 이동한다.

또한, 고정수단(17)의 부착부(20)는 상기 틈조정 스페이서(26)를 설치하지 않고 직접 부착되어 있다. 스크레이퍼부(24)는 볼나사 너트(5)와의 간격을 미세 조정할 수 있게 되어 있다. 또한, 고정수단(17)의 스크레이퍼부(24)에는 볼나사 홈(24a)이 설치되어 있지 않기 때문에 스크레이퍼부(24)를 볼나사 축(1)의 길이방향으로 미조정할 필요가 없다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸다. 또한, 상기 제1 실시예와 동일 부재에는 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 본 실시예에서는 나사 홈(수나사부)(3)를 갖는 미끄럼 나사축(구동축)(1)과, 상기 미끄럼 나사축(1)의 나사부가 나사 결합하는 나사 홈(암나사부)(35)을 갖는 너트(5)를 구비하고 있다. 또한, 고정수단(17)의 스크레이퍼부(24)에는 상기 미끄럼 나사축(1)의 나사 홈과 동 일한 피치의 나사 홈(나사부)(36)이 형성되어 있다.

본 발명의 제3 실시예에서는 스크레이퍼부(24)의 나사부(36)가 미끄럼 나사축(1)의 나사부의 일부를 구성하기 때문에 너트(5)를 원활하게 회전할 수 있고, 구조가 간단하여 저렴하게 제공할 수 있다.

본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것이 아니라, 도 6A에 도시한 바와 같이 상기 피가이드부(스크레이퍼부(24))는 볼을 매개로 가이드부(가이드 홈)(4)로 안내되는 구성이어도 좋다. 구체적으로는, 상기 스크레이퍼부(24)에 상기 가이드 홈(4)을 회전 이동하는 복수의 볼(38)을 회전 이동이 자유롭게 설치하고, 각 볼(38)은 귀환 파이프 또는 귀환 홈 등의 순환수단(39)을 설치함으로써 가이드 홈(4)을 회전 이동하면서 순환할 수 있도록 해도 좋다. 이러한 볼(38)을 스크레이퍼부(24)에 설치함으로써 스크레이퍼부(24)가 가이드 홈(4)을 더 원활하게 이동할 수 있게 된다.

또한, 상기 가이드부로는 가이드 홈(4)에 한정되지 않고, 도 6B에 도시한 바와 같이 구동축(1)에 평탄면(40)을 설치하고, 고정수단(17)에도 상기 평탄면(40)을 슬라이드하는 슬라이드 평탄면(피가이드부)(41)이 설치되어 있다. 또한, 구동축(1)의 평탄면(40)은 복수 설치되어 있으며, 따라서 고정수단(17)도 복수 설치하는 것이 가능하다.

또한, 고정수단(17)의 스크레이퍼부(24)는 가이드 홈(4)에 끼워져 있기 때문에 본체 프레임(15)을 고정했을 때에는 구동축(1)의 상대 회전은 불가능하지만, 상기 너트(5)를 고정하면서 상기 고정수단(17)측(본체 프레임(15))을 회전 가능하게 설치함으로써 구동축(1)을 간단한 구조로 회전시키는 것이 가능해진다. 또한, 본체 프레임(15)과 너트(5) 모두를 회전 가능하게 함으로써 구동축(1)을 회전시키면서 축방향으로 전진 또는 후진시킬 수 있다.

Claims

나선상(螺旋狀)의 나사 홈(3)을 갖는 구동축(1)에 너트(5)가 바깥쪽에 끼워져 장착되고, 상기 너트(5)는 상기 구동축(1)을 축방향으로 이동하기 위해 본체 프레임(15)에 회전 가능하게 지지되어 있는 구동축 이동장치에 있어서, 상기 본체 프레임(15) 측에는 상기 구동축(1)의 회전을 규제하기 위한 고정수단(17)이 설치되며, 그 고정수단(17)은 상기 구동축(1)의 축방향으로 형성된 가이드부(4)를 따라 이동이 자유로운 피가이드부(24)를 구비하고, 상기 피가이드부(24)는 상기 너트(5)와 구동축(1) 사이에 면하여 있으며, 상기 고정수단(17)에는 고정수단(17)에 작용하는 구동축(1)의 비틀림력을 검출하기 위한 응력센서(33)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구동축 이동장치.
나선상의 나사 홈(3)을 갖는 구동축(1)에 볼나사 너트(5)가 상기 나사 홈(3)을 회전 이동하는 볼(8)을 매개로 바깥쪽으로 끼워져 장착되고, 상기 볼나사 너트(5)는 상기 구동축(1)을 축방향으로 이동하기 위해 본체 프레임(15)에 회전 가능하게 지지되어 있는 구동축 이동장치에 있어서, 상기 본체 프레임(15)측에는 상기 구동축(1)의 회전을 규제하기 위한 고정수단(17)이 설치되고, 그 고정수단(17)은 상기 구동축(1)의 축방향으로 형성된 가이드부(4)를 따라 이동이 자유로운 피가이드부(24)를 구비하며, 상기 피가이드부(24)는 상기 볼(8)이 회전 이동할 수 있도록 상기 너트(5)와 구동축(1) 사이에 면하여 있는 것과 함께 상기 피가이드부(24)에는 구동축의 나사 홈(3)과 동일한 피치의 나사 홈(24a)이 형성되고, 상기 가이드부(4)에 안내되는 상기 피가이드부(24)의 나사 홈(24a)과 상기 볼나사 너트(5)의 볼나사 홈(7)의 간격을 조정하는 조정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 구동축 이동장치.
나선상의 나사 홈(3)을 갖는 구동축(1)에 볼나사 너트(5)가 상기 나사 홈(3)을 회전 이동하는 볼(8)을 매개로 바깥쪽으로 끼워져 장착되고, 상기 볼나사 너트(5)는 상기 구동축(1)을 축방향으로 이동하기 위해 본체 프레임(15)에 회전 가능하게 지지되어 있는 구동축 이동장치에 있어서, 상기 본체 프레임(15)측에는 상기 구동축(1)의 회전을 규제하기 위한 고정수단(17)이 설치되고, 그 고정수단(17)은 상기 구동축(1)의 축방향으로 형성된 가이드부(4)를 따라 이동이 자유로운 피가이드부(24)를 구비하며, 상기 피가이드부(24)는 상기 볼(8)이 회전 이동할 수 있도록 상기 너트(5)와 구동축(1) 사이에 면하여 있으며, 상기 고정수단(17)에는 고정수단(17)에 작용하는 구동축(1)의 비틀림력을 검출하기 위한 응력센서(33)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구동축 이동장치.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 피가이드부(24)는 볼(38)을 매개로 가이드부(4)로 안내되는 것을 특징으로 하는 구동축 이동장치.
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