KR100426071B1 - 백래쉬없는 선형 스크류장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 회전운동을 선형운동으로 바꾸기 위한 기계 부품으로 스크류/너트(screw/nut)방식에 적용되는 백래쉬가 없는 선형 스크류에 관한 것이다.

본 발명은 모터에 의하여 회전운동하는 스크류의 회전운동이 스크류에 치합조립된 나사블럭에 의해 선형운동으로 변환되도록 하는 장치에 있어서 회전운동을 선형운동으로 변환시켜주는 선형 스크류(linear screw)의 정밀한 운동을 위해 백 래쉬를 완전히 없애도록 하기위하여 스크류에 조립된 나사블럭을 2개 이상 사용하고 나사블럭간을 스프링으로 연결함에 그 특징이 있다.

Description

백래쉬없는 선형 스크류장치{backlash-less linear screw device}

본 발명은 회전운동을 선형운동으로 바꾸기 위한 기계 부품으로 스크류/너트(screw/nut)방식에 적용되는 백래쉬가 없는 선형 스크류에 관한 것이다.

회전운동을 선형운동으로 바꾸기 위해 사용하는 기계 부품으로는 스크류/너트(screw/nut), 랙/피니언(rack/pinion)이 대표적으로 많이 사용되고 있다.

제어 시스템을 구성하기 위해 많은 기계적 부품들을 사용하고 있으나 끝단에서의 백 래쉬(backlash)로 인해 정밀 제어 시스템의 운동정밀성이 크게 저하되고 있다. 백 래쉬는 기계적인 부품들간의 결합이 완전하지 않아 상대적인 운동이 유발되는 것이다. 백 래쉬가 있는 시스템은 정밀제어를 수행한다 하여도 사역(dead zone)이 생겨 정밀도에 한계를 주고 잘 결합되지 않은 부품들간의 운동 소음 또한 큰 문제가 된다.

구동원의 동력이 회전운동일 경우 이 회전운동을 선형운동으로 변환하는 방식에서 기계적 마찰력에 인한 운동정밀도보다 백 래쉬에 위한 운동정밀도가 더 큰 영향을 받고 있어 단순한 스크류와 너트의 사용으로는 정밀한 운동 정밀도를 얻어내는 것은 불가능하였다. 즉 전기모터(M)에 전압이 가해지면 스크류는 회전하고 움직이고자 하는 물체가 하나의 너트블럭위에 있는 플랜지에 장착되어 선형적으로 운동하는 경우 스크류와 너트블럭 사이가 기계적으로 완전히 결합되지 않아 백 래쉬가 발생하게 된다.

비선형 제어를 통한 방법도 제안되고 있지만 한계가 있고 기계적으로 백 래쉬를 없애는 방법보다는 성능이 떨어질 수 밖에 없다.

백래쉬가 없는 스크류/너트에 관한 종래의 기술로 스크류(1)와 너트블럭(2)사이에 볼(b)을 집어 넣어 예압을 주어 스크류(1)와 너트블럭(2)사이가 밀착되게 하는 방법을 도1에 도시하고 있다. 그러나 이 방법은 볼(b)을 스크류(1)와 너트(2) 사이에 형성되는 공간에 조립하기가 쉽지 않고 가격이 고가인 단점이 있다.

본 발명은 모터에 의하여 회전운동하는 스크류의 회전운동이 스크류에 치합조립된 나사블럭이 선형운동으로 변환되도록 하는 장치에 있어서 회전운동을 선형운동으로 변환시켜주는 선형 스크류(linear screw)의 정밀한 운동을 위해 백 래쉬를 완전히 없애도록 하기위하여 스크류에 조립된 나사블럭을 2개 이상 사용하고 나사블럭간을 스프링으로 연결함에 그 특징이 있다.

도 1 은 종래의 백래쉬가 없는 선형 스크류장치

도 2 는 본 발명에 따른 백래쉬가 없는 선형 스크류장치의 사시도

도 3 은 본 발명에 따른 장치의 평면도

도 4 는 본 발명에 따른 장치의 정면도

도 5 는 본 발명에 따른 장치의 측면도

도 6 는 본 발명에 따른 장치에 있어서 스크류와 너트블럭의 결합상태설명하는 정단면도이다.

***도면의 주요부호에 대한 간단한 설명***

1 : 스크류 2 : 선형이동체

21 : 제1너트블럭 22 : 제2너트블럭

23 : 풀렌지 224 : 키

24, 24' : 스프링 223 : 그루브

212, 222 : 스프링연결고리

상기의 발명 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 선형스크류장치는 도 2에 도시된 바와 같이 구동모터(M)에 의하여 회전되는 외주면에 나사산이 가공된 스크류(1)와 스크류에 의하여 선형적으로 이동하는 선형이동체(2)로 구성되는데, 상기 선형이동체(2)는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이 나사가 가공된 삽입구(211, 221)를 갖는 제1, 제2 너트블럭(21, 22)과 두 너트블럭(21, 22)의 상부면에 얹혀져 형성되는 판상체로 된 플렌지(23)와 한 벌로 형성되는 두 개의 스프링(24, 24')로 구성된다.

상기 플렌지(23)에는 두 개의 고정볼트삽입구(231, 231')과 장공의 그루브(232, Groove)가 형성된다.

그리고 제1너트블럭(21)과 제2너트블럭(22)의 양측측면에는 스프링이 걸려지지는 스프링연결고리(212, 222)가 형성된다.

상기 두 개의 너트블럭 중 제1너트블럭(21)은 플렌지(23)와 고정볼트로 결합되고, 제2너트블럭(22)은 상부면에 수직으로 돌출되어 키(224)가 형성된다.

이같은 구성으로 이루어진 선형이동체(2)는 스크류(1)와 조립함에 있어서, 스크류(1)가 제1너트블럭(21)과 제2너트블럭(22)의 삽입구(211, 221)에 삽입되어 나사산으로 치합되고, 제1너트블럭(21)은 플렌지(23)와 고정볼트로 상호조립고정되고, 제2너트블럭(22)은 키(224)가 플렌지(23)에 형성된 그루브(232)에 삽입되어 회전방향의 움직임이 구속되게한다.

그리고 제1너트블럭(21)과 제2너트블럭(22)은 그 양 측면에서 스프링연결고리(212, 222)에 각각 스프링(24, 24')을 걸어 연결한다.

상기 선형 스크류(1)는 봉상체로 외주면에 나사산이 가공되어 있으며 그 일측단에 구동모터(M)가 조립되어 구동축인 선형 스크류(1)를 회전시킨다.

그리고 상기 스크류(1)의 회전으로 선형이동체(2)가 스크류(1)의 축을 따라 선형으로 이동한다.

본 발명에서는 2개의 너트블럭(21, 22)를 사용하는데, 제1너트블럭(21)과 제2너트블럭(22) 사이를 인장스프링(24, 24')으로 연결하여 압축력을 받게 하면 도 6 에 도시된 바와 같이 적어도 스크류(1)에 있는 한 개의 산과 골이 이루는 경사면(11)이 너트블럭(21)과 너트블럭(22)에 있는 한 개의 골과 산으로 이루는 경사면(211, 221)과 접촉한다. 스크류의 경사면(11)과 두 너트블럭(21, 22)의 경사면(211, 221)이 접촉하는 부분은 스프링(24. 24')의 장력에 의하여 빈틈이 없이 접촉되어 있으므로 움직일 때 백 래쉬가 발생하지 않게 된다.

스크류(1)의 운동방향이 바뀌어도 접촉부분은 그대로 유지된다. 이 때 구동 모터(M)가 회전할 때 제2너트블럭(22)이 따라서 회전할 수 있으므로 플랜지(23)의 일단부측에 키이(key) 그루브(groove)(232)를 형성하여 제2너트블럭(22)이 선형적으로만 움직이고 회전하지 않도록 키이(224)로 구속한다.

도 3, 도 4, 도 5는 각각 평면도, 정면도, 측면도를 보여준다. 먼저 너트블럭(21)과 너트블럭(22)를 일정한 간격을 갖게 하고 인장 스프링(24, 24')을 각 너트블럭(21, 22)의 양측면에 각각 형성되어 있는 스프링연결고리(212, 222)에 걸어 서로 연결하여 양 너트블럭(21, 22)가 압축력을 받게 한다. 제2너트블럭(22)의 상부면에 돌출되어 있는 키이(224)가 플랜지(23)의 그루브(232)에 삽입될 수 있도록 하고 제1너트블럭(21)은 플랜지(23)와 체결용 볼트(b)를 이용하여 결합한다. 플랜지(23)에 형성된 그루브(232)의 너비(d)는 키이(224)의 직경보다 조금 크게 하여 헐겁게 끼이도록 하되 모터(M)의 회전시 돌지 않도록 공차를 작게 유지한다. 플랜지(23)의 그루브(232)는 제2너트블럭(22)의 키이(224)가 스크류(1) 선형운동 방향으로 잘 움직일 수 있도록 장공(긴구멍)으로 형성하고, 상기 인장 스프링(24, 24')의 압축응력 작용으로 스크류(1)의 경사면(11)과 제1너트블럭(21) 및 제2너트블럭(22)의 경사면(211, 221)과 잘 결합되되어 백 래쉬가 없는 결합이된다.

이와 같이 본 발명의 구성상 특징은 선형 이동체를 운반하는 너트를 2개 이상 사용하고, 너트와 너트사이를 스프링을 사용하여 압축력 또는 인장력으로 스크류와 너트사이의 골과 산이 이루는 경사면이 결합을 이루도록하고, 하나의 너트에 키이를 형성하여 스크류가 회전하여도 너트가 회전하지 않도록 구속력을 갖게하고, 플랜지에 홈을 만들어 너트가 스크류 운동방향으로 자유롭게 움직일 수 있게 한 것등에 그 특징이 있는 것이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 백래쉬가 없는 선형 스크류는 선형 운동시 백 래쉬가 없으므로 정밀운동제어에 사용할 수 있다. 특히 회전운동으로 선형운동을 얻어내는 방식에서 기계적 마찰력에 인한 운동정밀도보다 백 래쉬에 위한 운동정밀도가 더 큰 영향을 받고 있어 단순한 스크류와 너트에 사용으로는 높은 운동 정밀도를 얻어내는 것은 불가능하였다. 비선형제어를 통한 방법도 제안되고 있지만 한계가 있고 기계적으로 백 래쉬를 없애는 방법보다는 성능이 떨어질 수밖에 없어 본 발명으로 쉬운 제어를 통하여도 높은 운동정밀도를 얻어 낼 수 있다.

또한 종래의 볼스크류에 의한 방법에 의한 장치에 비하여 제작 및 조립이 용이하고 경제적이다.

Claims (1)

1. 스크류의 회전운동을 너트의 직선운동으로 변환시키기위하여 스프링과 두 개 이상의 너트를 사용하여 백 래쉬를 없게 한 것으로, 모터에 의하여 회전운동하는 스크류(1)에 끼워져 선형운동을 하는 제1 너트블럭(21) 및 제2 너트블럭(22) 사이를 두 개의 스프링(24, 24')으로 연결하여 스크류(1)에 치합조립된 두 너트블럭(21, 22) 사이에 압축력 또는 인장력이 발생되어 스크류(1)와 너트블럭(21, 22)의 골과 산을 이루는 경사면이 백래쉬없는 결합이 되고, 제1너트블럭(21)의 상부면에 판상체의 플랜지(23)가 고정용볼트(b)에 의하여 고정되고, 제2너트블럭(22)의 상부면에 키이(224)를 형성하고 플렌지(23)에 형성된 장공인 그루브(232)에 삽입하여 키이(224)가 구속되도록 한 백래쉬없는 선형 스크류장치