KR100822130B1

KR100822130B1 - 볼 스크루 장치

Info

Publication number: KR100822130B1
Application number: KR1020047003661A
Authority: KR
Inventors: 이노우에마사히로; 우수키이사오
Original assignee: 가부시키가이샤 제이텍트
Priority date: 2001-09-12
Filing date: 2002-09-11
Publication date: 2008-04-15
Also published as: CN1549909A; EP1426660A4; KR20040044901A; US7305902B2; CN100344898C; EP1426660B1; EP1426660A1; US20040237685A1; WO2003025429A1; DE60235558D1

Abstract

볼 스크루 장치는 스크루 축과, 이 스크루 축에 외장되는 너트와, 상기 스크루 축의 나사홈과 너트의 나사홈 사이에 개재되는 복수의 볼을 구비한다. 스크루 축에는, 그 나사홈의 하류측과 상류측을 연결하여 볼을 하류측에서 상류측으로 복귀시켜 스크루 축의 나사홈에서 순환시키는 볼 순환홈이 형성되어 있다. 볼 순환홈은 볼이 구르는 방향의 중간 영역에서 반경 방향 내측으로 내려앉는 식으로 만곡된 형상으로 형성되어 있고, 또 양단측 영역에서 반경 방향 외측으로 만곡된 형상으로 형성되어 있으며, 상기 양단측 영역을 구르는 상기 볼의 중심 궤적과 상기 스크루 축의 나사홈에서 구르는 상기 볼의 중심 궤적은 상기 볼의 순환과 관련하여 소정 조건을 만족하도록 구성되어 있다.

Description

볼 스크루 장치{BALL SCREW DEVICE}

본 발명은 볼 순환형의 볼 스크루 장치에 관한 것이다.

볼 스크루 장치는 일반적으로 외주면에 나사홈이 있는 스크루 축과, 내주면에 나사홈이 있고 스크루 축의 외부에 장착되는 너트와, 스크루 축과 너트의 각 나사홈 사이에 개재된 다수의 볼로 구성된다. 볼은 너트 또는 스크루 축의 회전 운동에 따라 각 나사홈 사이를 순환하고, 이로써 너트와 스크루 축 사이의 상대적인 신축 동작이 야기된다. 볼의 순환으로 인하여, 볼이 각 나사홈 사이에서 미끄러져 나가는 것을 방지하기 위한 조처가 필요하다. 볼이 미끄러져 나가는 것을 방지할 수 있는 볼 순환 메카니즘으로서, 소위 디플렉터로 불리는 볼 순환용 외장 부품을 구비하는 볼 스크루 장치를 이용할 수 있다. 이하에서 디플렉터에 대해 설명한다.

일반적으로, 디플렉터는 볼이 구르기 시작하는 곳인 나사홈의 상류측과 볼이 굴러서 이동하는 곳인 나사홈의 하류측을 연결하는 기능을 하여, 나사홈의 하류측에 있는 볼을 릿지를 넘겨서 나사홈의 상류측으로 복귀시킨다. 이 디플렉터는 너트에 형성된 반경 방향의 관통 구멍에 끼워진 상태에서 접착에 의해 그 관통 구멍에 고정된다. 디플렉터의 내경면에는, 볼을 나사홈의 실질적으로 한 턴(turn)의 하류측으로부터 릿지를 넘겨서 상류측으로 복귀시키기 위한 볼 순환홈이 형성되어 있다.

이러한 볼 스크루 장치는 디플렉터로 불리는 외장 부품을 필요로 하므로, 디플렉터에 대한 부품 비용과, 너트에 디플렉터 장착용 관통 구멍을 가공하는 비용과, 너트에 디플렉터를 장착하는 비용이 추가로 발생된다. 아울러, 디플렉터가 너트의 관통 구멍에 다소 부정확하게 장착되면, 볼 순환홈과 나사홈은 정확하게 위치 결정될 수 없게 되고, 그 결과 볼의 순환 성능이 저하된다. 따라서, 디플렉터를 정확하게 장착할 필요가 있는데, 이를 위해서는 많은 비용이 소요된다. 이러한 이유로, 디플렉터를 사용하지 않고 볼을 원활하게 순환시킬 수 있는 볼 스크루 장치의 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 주목적은 디플렉터를 사용하지 않고 볼을 순환시킬 수 있는 볼 스크루 장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 볼 스크루 장치는, 외주면에 실질적으로 하나의 턴(turn)으로 이루어지는 나사홈이 적어도 1개 형성되어 있는 스크루 축과, 이 스크루 축의 외부에 장착되고 내주면에 상기 나사홈과 실질적으로 동일한 리드각으로 나사홈이 형성되어 있는 너트와, 각각의 나사홈 사이에 개재되는 복수의 볼을 포함한다. 상기 스크루 축에는 상기 나사홈의 하류측과 상류측을 연결하기 위한 볼 순환홈이 형성되어 있어서, 상기 볼을 하류측에서 상류측으로 복귀시켜 스크루 축의 나사홈내에서 순환시킨다. 상기 볼 순환홈은, 볼이 구르는 방향으로 중간에 있고 반경방향 내측으로 내려앉게 만곡된 형상을 갖는 중간 영역과, 이 중간 영역의 양측에 위치 하여 소정의 형상을 갖는 양단측 영역을 포함한다. 또한, 상기 볼 순환홈은, 상기 양단측 영역에서 구르는 볼의 중심 궤적과 상기 스크루 축의 나사홈에서 구르는 상기 볼의 중심 궤적이 상기 볼의 순환과 관련하여 소정 조건을 만족하도록 구성되어 있다.

본 발명에 따르면, 스크루 축에는 디플렉터 대신에 볼 순환홈이 형성되어 있다. 볼이 볼 순환홈을 순환하므로, 디플렉터 등의 외장 부품을 생략할 수 있다. 그 결과, 너트에 디플렉터 장착용 관통 구멍을 형성하는 가공 단계 및 디플렉터를 나사에 장착하는 가공 단계는 더 이상 필요없게 된다. 볼이 구르는 방향으로 볼 순환홈의 중간 영역은 반경 방향 내측으로 내려앉은 형상으로 형성되어 있으므로, 스크루 축의 나사홈과 너트의 나사홈 사이에 개재되어 있는 볼을 볼 순환홈을 통하여 원활하게 순환시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 소정 조건은, 상기 스크루 축의 나사홈에서 구르는 볼의 중심 궤적에 의해 형성되는 대원호(大圓弧)에 대하여 상기 볼 순환홈의 양단측 영역에서 구르는 볼의 중심 궤적에 의해 형성되는 소원호(小圓弧)의 교점에서 얻은 접선과, 상기 소원호에 대하여 상기 교점에서 얻은 접선의 교차 각도를 0°초과, 30°이하로 설정하는 것이다. 이러한 조건하에서, 볼은 스크루 축의 나사홈과 볼 순환홈 사이를 가장 원활하게 출입하면서 순환할 수 있다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 볼 순환홈의 상기 양단측 영역은 반경 방향 외측으로 돌출하는 형상을 갖는다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 스크루 축에는 각각 실질적 으로 하나의 턴으로 이루어지는 나사홈이 서로 독립적으로 2개 형성되어 있고, 스크루 축의 나사홈에는 상기 스크루 축의 각 나사홈에 대응하여 나사홈의 하류측과 상류측을 서로 개별적으로 연결하는 2개의 볼 순환홈이 형성되어 있다. 각각의 볼 순환홈은 실질적으로 동일한 위상으로 축방향으로 배치되어 있다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 스크루 축의 외주에는, 볼을 회전 가능하게 유지하는 리테이너 링이 그 스크루 축과 상대 회전 가능하면서 축방향으로 고정된 상태로 장착되어 있다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 스크루 축의 나사홈과, 너트의 나사홈 및 볼 순환홈은 고딕 아크의 형상의 단면을 갖는다.

본 발명의 보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 너트의 나사홈의 측부 에지에는 볼 순환홈을 출입하는 볼과의 접촉을 피하기 위한 모따기부(chamfer)가 형성되어 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 볼 스크루 장치의 분해 사시도이고,

도 2는 도 1에 도시된 볼 스크루 장치의 정면도이고,

도 3a는 도 2의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 측단면도로서, 너트와 스크루 축을 서로를 향해서 상대적으로 밀착시킨 상태를 도시하고 있으며,

도 3b는 도 2의 선 Ⅲ-Ⅲ을 따라 취한 측단면도로서, 너트와 스크루 축을 서로 멀어지게 상대적으로 이격시킨 상태를 도시하고 있으며,

도 4는 도 2의 선 Ⅳ-Ⅳ를 따라 취한 단면도이고,

도 5는 도 2의 선 V-V를 따라 취한 단면도이고,

도 6은 도 5의 선 Ⅵ-Ⅵ을 따라 취한 단면도이고,

도 7은 도 5의 선 Ⅶ-Ⅶ을 따라 취한 단면도이고,

도 8은 볼 순환 경로를 개략적으로 도시하는 측면도이고,

도 9는 도 8에 도시된 볼 순환 경로의 정면도이고,

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 볼 스크루 장치의 단면도이고,

도 11은 도 10에 도시된 스크루 축의 볼 순환홈을 전개하여 도시하는 평면도이고,

도 12는 도 11에 도시된 볼 순환홈의 측면도이고,

도 13은 도 7의 X 부분에 대응하는 확대도이고,

도 14는 도 4의 ⅩⅠ부분에 대응하는 확대도이고,

도 15는 스크루 축의 나사홈에 위치한 볼의 운동을 도시하는 단면도이고,

도 16은 볼 순환홈에 위치한 볼의 운동을 도시하는 단면도이고,

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼 스크루 장치의 주요부에 관한 것으로, 도 7의 X 부분에 대응하는 확대도이고,

도 18은 도 17의 실시예에 있어서의 도 4의 XⅠ부분에 대응하는 확대도이고,

도 19는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼 스크루 장치의 단면도이고,

도 20은 도 19에 도시된 장치의 분해 사시도이고,

도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼 스크루 장치의 단면도이고,

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼 스크루 장치의 단면도이고,

도 23은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 볼 스크루 장치에 있어서의 스크루 축의 사시도이다.

도 1 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 볼 스크루 장치를 상세히 설명한다. 볼 스크루 장치(1)는 너트(2), 스크루 축(3), 복수의 볼(4) 및 리테이너 링(5)을 구비한다. 너트(2)의 내주면에는 한쪽 축 단부로부터 다른쪽 축 단부까지 연속되는 단일의 나사홈(21)이 형성되어 있다. 스크루 축(3)의 외주면에는 실질적으로 하나의 턴으로 이루어지는 독립적인 나사홈(31a, 31b)이 2개 형성되어 있다.

너트(2)의 나사홈(21)과 스크루 축(3) 나사홈(31a, 31b)은 각각 동일한 리드각으로 설정되어 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이 사이에 최대 거리를 두고 서로 떨어져 있는 때에, 너트(2)와 스크루 축(3)에 있어서 겹치는 영역이 확보된다. 서로 겹치는 영역에 나사홈(31a, 31b)이 배치되어 있고, 이들 나사홈에서 각각의 볼(4)이 독립적으로 굴러서 순환하게 된다.

보다 구체적으로, 축방향으로 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)의 사이에는 랜드, 즉 릿지(32)가 존재한다. 릿지(32)에는 나사홈(31a, 31b)에 대응하여 2개의 볼 순환홈(33, 34)이 형성되어 있다. 볼 순환홈(33, 34)은 대응하는 나사홈(31a, 31b)의 상류측(볼이 구르기 시작하는 곳)과 하류측(볼이 굴러서 이동하는 곳)을 개별적로 연결하여 폐루프를 형성하여, 굴러 온 볼(4)을 하류측으로부터 상류측으로 복귀시켜 볼을 순환시킨다. 볼 순환홈(33, 34)은 나사홈(31a, 31b)의 하류측의 볼(4)을 내경측으로 내려앉게 하여, 볼을 너트(2)의 릿지(32)를 넘겨서 상류측으로 복귀시킨다. 나사홈(31a, 31b)의 설명에 사용된 「실질적으로 하나의 턴」이란 용어는 나사홈이 하나의 턴보다는 작지만 하나의 턴에 가까운 길이를 갖는 것을 의미하는 것으로, 이 길이는 나사홈(31a, 31b)의 하류측과 상류측 사이에 볼 순환홈(33, 34)을 배치할 수 있게 정해져야 한다.

리테이너 링(5)은 얇은 원통형 부재로 형성되며, 복수의 볼(4)을 서로 간섭하지 않게 원주 방향으로 등간격으로 배치하도록 그 원주 상의 수십 곳에 볼 포켓(51)이 형성되어 있다. 볼 포켓(51)은 축방향으로 긴 타원 형상을 가지며, 각 포켓에는 2개의 볼(4)이 축방향으로 수납된다. 볼 포켓(51)은 반경 방향으로 볼(4)의 직경보다도 큰 개구 치수를 가지며, 이로써 볼(4)은 볼 포켓(51)의 반경 방향으로 여유 공간을 두고 통과할 수 있게 된다.

너트(2)는 브래킷(8)과 일체적으로 결합되어 있다. 스크루 축(3)은 도시 생략된 케이스 등의 고정 부분에 회전 불가능하고 축방향 이동도 불가능하게 장착되어 있고, 너트(2)는 스크루 축(3)에 대하여 회전 가능하면서 축방향 이동도 가능하게 배치되어 있다.

브래킷(8)은 금속재로 이루어지며, 축방향으로 연장되는 내부 원통형 부분(81)과, 이 내부 원통형 부분(81)과 동심으로 그 부분의 반경 방향 외측에 있는 외부 원통형 부분(82)과, 이들 내부 원통형 부분(81)과 외부 원통형 부분(82)을 축방향 일단측에서 접속하는 환형 판부(83)를 포함한다. 내부 원통형 부분(81)은 스크루 축(3)의 중심 구멍 내에 비접촉 상태로 배치되며, 구름 베어링(도시 생략)을 매개로 지지축(도시 생략)에 대하여 지지되어 있다. 외부 원통형 부분(82)은 너트(2)의 축방향 일단측의 외주 영역에 일체적으로 맞물려 있다. 외부 원통형 부분(82)의 베이스측의 내주면에는 세레이션(84; serration)이 마련되어 있다. 삽입 방향으로 내측으로 너트(2)의 외주면에 세레이션(23)이 마련되어 있다. 브래킷(8)과 너트(2)는 세레이션(84)과 세레이션(23)의 상호 맞물림에 의해 원주 방향으로 일체로 결합되어 있다. 외부 원통형 부분(82)의 외주면에는 수지제의 기어(9)가 일체로 성형되어 있다.

스크루 축(3)은 그 자유단측에 직경 축소부(35)를 갖는다. 리테이너 링(5)은 그 일단에 반경 방향 내향 플랜지(52)를 구비한다. 리테이너 링(5)의 이 플랜지(52)는 스크루 축(3)의 직경 축소부(35)와 맞물린다. 스크루 축(3)의 직경 축소부(35)에 마련된 둘레홈에 스냅 링(10)이 맞물려 있다. 스냅 링(10)은 스크루 축(3)의 직경 축소부(35)와 나사홈(21)이 형성된 부분과의 경계에 마련된 계단형 벽면(36)으로부터 간격을 둔 위치에 장착되어 있다. 리테이너 링(5)의 플랜지(52)는 스냅 링(10)과 계단형 벽면(36) 사이에서 약간의 축방향 여유를 두고 배치되어 있다. 이렇게 함으로써, 리테이너 링(5)은 스크루 축(3)에 대하여 실질적으로 축방향으로 이동 불가능하지만, 상대 회전은 가능한 상태로 배치된다.

도 8을 참조하여, 볼 순환홈(33, 34)를 더욱 자세히 설명한다. 스크루 축(3)의 나사홈 31a와 31b가 동일한 형상을 갖고, 볼 순환홈 33과 34가 동일한 형상을 갖기 때문에, 나사홈(31a)과 이에 대응하는 볼 순환홈(33)에 대해서만 이하에 서 설명한다. 도 8에 있어서, 볼(4)은 실선으로 나타낸 바와 같이 나사홈(31a-up)(상류측 나사홈)에서는 화살표 a 방향으로 구르고, 파선으로 나타낸 바와 같이 나사홈(31a')에서는 화살표 b 방향으로 구른다. 또한, 볼(4)은 실선으로 나타낸 바와 같이 도 8의 전방측의 나사홈(31a-dn)(하류측 나사홈)에서는 화살표 c 방향으로 구른다. 볼(4)은 볼 순환홈(33)에 의해 하류측 나사홈(31a-dn)으로부터 상류측 나사홈(31a-up)으로 복귀된다. 이에 따라, 나사홈(31a)은 상류측 나사홈(31a-up)과 하류측 나사홈(31a-dn)이 볼 순환홈(33)에 연결되어 있는 폐루프로 형성된다. 볼(4)은 나사홈(31a)에서 구를 때에는 너트(2)의 나사홈(21)과 나사홈(31a)의 사이에서 구르고, 이에 따라 내경측으로 내려앉을 필요가 없게 된다. 그러나, 볼(4)이 볼 순환홈(33)에서 구를 때에는, 도 3a에 도시된 바와 같이 너트(2)측이 릿지(32)를 이룬다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 볼 순환홈(33)이 보다 깊게 형성되어 있기 때문에, 볼(4)은 볼 순환홈(33)에서 내경측으로 내려앉을 수 있게 되어, 너트(2)측의 릿지(32)를 넘어 이동하여 나사홈(31a-up)(상류측 나사홈)으로 구를 수 있다. 나사홈(31b)과 관련해서는, 볼(4)을 내경측으로 내려앉게 하기에 충분한 깊이를 갖는 볼 순환홈(34)에 의해 상류측 나사홈(31b-up)과 하류측 나사홈(31b-dn)을 연결하고 있다.

볼 스크루 장치(1)의 조립 순서를 설명한다. 우선, 스크루 축(3)에 리테이너 링(5)을 장착한다. 다음에, 리테이너 링(5)의 볼 포켓(51)을 매립될 정도까지 그리스로 코팅한 후, 볼 포켓(51)에 필요한 수의 볼(4)을 넣어둔다. 여기서 사용된 그리스는 볼(4)이 자중에 의하여 낙하하는 것을 방지하기에 충분한 점성을 갖는 것이 바람직하며, 볼(4)을 볼 포켓(51) 내에 유지하는 역할을 한다. 이들 단계를 실행한 후에, 리테이너 링(5)을 스크루 축(3)에 대하여 회전하지 않는 상태로 너트(2)에 합체한다.

전술한 볼 스크루 장치(1)의 동작을 이하에서 설명한다. 우선, 모터의 회전에 따라 기어(9)가 회전하고, 기어(9)와 일체의 너트(2)가 동시에 회전한다. 너트(2)는 회전하면서 스크루 축(3)에 의해 안내되어 한쪽 축방향으로 직선 이동한다. 그 결과, 볼 스크루 장치(1)의 상태는 예컨대 도 3a에 도시하는 상태로부터 도 3b에 도시하는 상태로 변경된다. 상기 모터가 반대 방향으로 회전하면, 이에 반응하여 너트(2)는 역시 반대 방향으로 회전하면서 반대 축방향으로 이동하게 된다. 이에 따라, 볼 스크루 장치(1)의 상태는 예컨대 도 3b에 도시하는 상태로부터 도 3a에 도시하는 상태로 변경된다.

따라서, 너트(2)를 축방향으로 왕복 이동시키면, 너트(2)와 스크루 축(3)의 축방향 중복 영역이 변경된다. 미끄러져 나가지 않게 배치된 상태의 볼(4)을 리테이너 링(5)에 의해 안내하고 나사홈(31a, 31b)에서 순환시킨다. 볼의 순환은 너트(2)를 스크루 축(3)에 대하여 원활하게 안내하는 역할을 한다.

이 경우, 리테이너 링(5)은 고정밀도로 가공된 스크루 축(3)의 외주면에 의해 회전 안내되게 배치되어 있어서, 너트(2)의 축방향 왕복 이동 시에 리테이너 링(5) 자체의 회전 진동을 억제하고, 리테이너 링(5)과 볼(4)의 간섭을 피할 수 있다. 이로써, 예컨대 볼(4)이 미끄러져서 궤도를 벗어나 이동하는 등의 현상을 줄임으로써 볼(4)의 거동이나 너트(2)의 원활한 동작에 크게 공헌할 수 있게 된다. 이에 따라, 볼 스크루 장치(1)는 디플렉터를 사용하지 않고 볼을 순환시킬 수 있다.

볼 순환홈(33, 34)은 도 8에 도시한 바와 같이, 실질적으로 동일한 위상으로 축방향으로 서로 인접하게 마련되어 있으므로, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)이 축방향으로 긴밀한 간격을 두고 배치될 수 있다. 그 결과, 볼 순환홈(33, 34)이 축방향으로 점유하는 면적을 줄일 수 있다. 이 경우, 볼 순환홈(33, 34)에 배치된 볼(4)은 반경방향 하중 뿐 아니라 축방향 하중도 받을 수 없게 되므로, 2개의 볼 순환홈(33, 34)을 원주방향 및 축방향으로 근접하게 마련하면, 나사홈(31a, 31b)의 원주 상에 소정 각도로 무부하 지지 영역이 생기게 된다. 이와 관련하여, 너트(2) 및 스크루 축(3)의 축방향 치수를 짧게 하고 외경 치수를 큰 값으로 설정하면, 도 9에 도시한 바와 같이 볼 순환홈(33, 34)이 나사홈(31a, 31b)의 원주 상에 존재하는 영역의 각도(θ)가 작을 수도 있게 된다. 이로써, 볼 순환홈(33, 34)에 적은 수의 볼(4)을 배치할 필요가 있게 된다. 따라서, 하중 지지 성능의 저하를 제어할 수 있으며, 그에 따라 실제 사용 시에 있을 수 있는 문제를 제거할 수 있다.

전술한 이점 이외에, 본 발명은 종래의 장치에서와 같이 너트(2)에 복귀 튜브나 디플렉터를 장착할 필요가 없게 된다. 또한, 본 발명은 주지의 단부 캡에 의해 볼이 순환되는 구조에서와 같이 너트(2)에 축방향으로 관통되는 볼 순환 통로를 형성할 필요가 없다. 이와 같이 하면, 너트(2)를 보다 얇게 제조할 수 있고, 전체 볼 스크루 장치(1)의 외경을 작게 할 수 있다는 점에서 유리하다.

스크루 축(3)에 있어서, 나사홈(31a, 31b)은 그것의 축방향 중간 위치에만 예정된 길이로 마련되어 있으며, 축방향 양단측에는 나사홈이 없다. 따라서, 스크루 축(3)의 축방향 양단측에 있어서의 내경 부분 및 외경 부분의 형상을 다양하게 설계할 수 있는 등의 설계 자유도를 높일 수 있다. 예로서, 도시하지는 않지만, 스크루 축(3)의 축방향 양단측에 나사홈이 형성되어 있지 않으므로, 스크루 축(3)의 적어도 축방향 일단측은 충분한 강도를 확보한 상태로 보다 얇고 경량으로 될 수 있다. 또한, 다른 예로서, 도시하지는 않지만, 스크루 축(3)의 적어도 축방향 일단측의 외경을 소직경으로 하고, 이 소직경 부분을 케이스 등에 지지하게 할 수 있다. 또한, 스냅 링(10) 대신에, 스크루 축(3)의 적어도 축방향 일단측의 외경을 대직경으로 할 수도 있다. 대안으로, 스냅 링(10)과, 스크루 축(3)의 상기 대직경 부분을 조합하여 사용할 수도 있다.

상기 볼 스크루 장치(1)의 경우에는, 너트(2)와 스크루 축(3) 중 어느 한쪽을 회전시켜 다른 쪽을 축방향으로 이동시키는 제1 사용 모드와, 너트(2)와 스크루 축(3) 중 어느 한 쪽을 축방향으로 이동시켜 다른 쪽을 회전시키는 제2 사용 모드로 할 수 있다. 제1 사용 모드는 토크를 추진력으로 변환시키는 정효율로 정효율로 지칭된다. 제2 사용 모드는 추진력을 토크로 변환시키는 역효율로 지칭된다.

제1 사용 모드에 있어서는, 제1 예로서, 너트(2)를 회전시키면서 축방향으로 이동시킨다. 이 경우에, 스크루 축(3)을 회전 불가능하게 또 축방향으로 이동 불가능하게 배치하여 너트(2)를 회전시킨다. 제2 예로서, 너트(2)를 회전시키지 않고서 축방향으로 이동시킨다. 이 경우에, 스크루 축(3)을 축방향으로 이동할 수 없게 배치하는 한편, 너트(2)를 회전 불가능하게 배치하여, 스크루 축(3)을 회전시 킨다. 제3 예로서, 스크루 축(3)을 회전시키면서 축방향으로 이동시킬 수 있다. 이 경우에, 너트(2)를 회전 불가능하게 또 축방향 이동할 수 없게 배치하여, 스크루 축(3)을 회전시킨다. 제4 예로서, 스크루 축(3)을 회전시키지 않고 축방향으로 이동시킨다. 이 경우에, 스크루 축(3)을 회전 불가능하게 배치하는 한편, 너트(2)를 축방향으로 이동할 수 없게 배치하여, 너트(2)를 회전시킨다.

제2 사용 모드에 있어서는, 제1 예로서, 너트(2)를 축방향으로 이동 불가능하게 회전시킨다. 이 경우에, 너트(2)를 축방향으로 이동 불가능하게 배치하는 한편, 스크루 축(3)을 회전 불가능하게 배치하여 스크루 축(3)을 축방향으로 이동시킨다. 제2 예로서, 너트(2)를 축방향으로 이동시키면서 회전시킨다. 이 경우에, 스크루 축(3)을 축방향으로 이동할 수 없고 또 회전 불가능하게 배치하여, 너트(2)를 축방향으로 이동시킨다. 제3 예로서, 스크루 축(3)을 축방향 이동할 수 없게 회전시킨다. 이 경우에, 스크루 축(3)을 축방향으로 이동할 수 없게 배치하는 한편, 너트(2)를 회전 불가능하게 하고, 너트(2)를 축방향으로 이동시킨다. 제4 예로서, 스크루 축(3)을 축방향으로 이동시키면서 회전시킨다. 이 경우에, 너트(2)를 축방향으로 이동할 수 없고 또 회전 불가능하게 배치하여, 스크루 축(3)을 축방향으로 이동시킨다.

도 10 내지 도 12를 참조하여 더욱 자세히 설명한다. 리테이너 링(5)이 스크루 축(3)에 의해 회전되기 때문에, 도 10에 도시한 바와 같이, 리테이너 링(5)과 스크루 축(3) 사이의 내경 간극(X1)은 리테이너 링(5)과 너트(2) 사이의 외경 간극(X2)보다도 작은 값으로 설정된다. 내경 간극(X1)은 예컨대 0.1∼0.4 ㎜로 설 정된다. 리테이너 링(5)을 안내하는 스크루 축(3)의 외주면은 일반적으로 진원도 0.1, 표면 거칠기 1.6 Ra로 가공된다. 진원도는 지정 외경에 대한 최대 외경과 최소 외경 사이의 차의 비율이고, Ra는 산술 평균 거칠기이며, 이들 모두는 일본 공업 규격(JIS)에 규정되어 있다.

스크루 축(3)의 나사홈 31a와 31b는 동일한 형상을 갖고, 볼 순환홈 33과 34는 동일한 형상을 갖는다. 따라서, 하나의 나사홈(31a)과 이에 대응하는 볼 순환홈(33)에 대해서만 이하에서 설명한다.

이 실시예에서는, 볼(4)이 나사홈(31a)과 볼 순환홈(33) 사이를 원활하게 출입할 수 있도록 하기 위하여, 볼 순환홈(33)의 형상과, 스크루 축(3)의 나사홈(31a)과 볼 순환홈(33)을 접속하는 접속 부분의 형상을 다음과 같이 형성하고 있다.

나사홈(31a)과 볼 순환홈(33) 사이에서 볼(4)을 원활하게 출입시키는 데에 주목하면, 볼 순환홈(33)의 원주 방향 길이, 즉 도 9에 도시하는 점유 각도(θ)를 비교적 크게 하면 된다. 그러나, 볼 순환홈(33)에 위치하는 볼(4)이 스러스트 하중 뿐 아니라 반경방향 하중을 받을 수 없는 것과 관련해서는, 볼 순환홈(33)의 원주 방향 길이, 즉 도 9에 도시하는 점유 각도(θ)를 작게 하는 것이 바람직하다. 이러한 점을 고려하여, 볼 순환홈(33)을 설계해야 할 필요가 있다.

구체적으로, 상기 볼 순환홈(33, 34)의 형상은 볼(4)이 볼 순환홈(33, 34)에서 구를 때 볼(4)의 중심이 그리는 궤적(C)을 따르는 것으로 설명한다.

우선, 도 11에 도시하는 각도(α)를 45∼60°의 범위 내로 설정한다. 이 각 도(α)는 스크루 축(3)의 회전 축선(O)에 대하여, 볼 순환홈(33, 34)에서 볼이 구르는 방향으로 중간 영역을 통과하는 볼(4)의 중심이 그리는 궤적(C)의 경사각을 지칭한다.

경사각(α)을 크게 할수록, 볼 순환홈(33, 34)의 둘레 방향 길이는 더욱 길어지고, 이에 대응하여 도 9에 도시하는 점유 각도(θ)가 더욱 커진다. 이로써, 볼(4)에 작용하는 구름 저항이 작아지게 되어 볼(4)의 동작 원활성이 개선되는 반면에, 스러스트 하중이나 반경방향 하중에 대한 부하 용량이 저하된다.

경사각(α)을 작게 할수록, 볼 순환홈(33, 34)의 점유 각도(θ)는 더욱 작아지게 된다. 이에 의하여, 부하 용량은 개선되는 반면에, 볼(4)에 작용하는 구름 저항이 커지게 되어 볼(4)의 동작 원활성은 저하된다.

이상의 비교에 따르면, 경사각(α)을 크게 하면, 볼(4)의 동작 원활성은 향상되지만, 이와 반대로 볼 순환홈(33, 34)의 점유 각도(θ)가 커지게 되어 부하 용량이 저하된다. 따라서, 경사각(α)을 가능한 한 작게 하기 위한 시도로 경사각(α)을 전술한 범위(45∼60°) 내에서 규정함으로써, 볼 순환홈(33, 34)의 점유 각도(θ)를 가능한 한 작게 하여, 부하 용량을 높이고 있다.

다음으로, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)과 볼 순환홈(33, 34)을 가능한 한 완만하게 연결한다. 보다 구체적으로, 도 11에 도시한 바와 같이, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)과 볼 순환홈(33, 34)을 접속하는 접속 부분을 통과하는 볼(4)의 중심 궤적(C)은 볼(4)의 직경(r)에 대하여 1.8배 이상의 곡률 반경(R)을 갖는 곡선으로 되도록 되어 있다.

이와 같이 하면, 볼(4)이 볼 순환홈(33, 34) 내외로 출입하는 때에 볼의 방향 변경 시에 볼(4)에 영향을 끼치는 구름 저항을 작게 할 수 있다. 그에 따라, 볼(4)이 축방향으로 사행식으로 구르는 동작을 원활하게 할 수 있어서, 볼(4)과 볼 순환홈(33, 34)의 마모를 효과적으로 줄일 수 있다.

도 12에 도시한 바와 같이, 볼 순환홈(33, 34)은 볼(4)이 구르는 방향으로 중간 영역(33a, 34a)에서 반경 방향 내측으로 내려앉도록 만곡된 형상으로, 또한 양단측 영역(33b, 34b)에서 소정 형상으로 반경 방향 외측으로 만곡되거나 돌출되는 형상으로 형성되어 있다. 이 경우, 양단측 영역(33b, 34b)은 반드시 반경 방향 외측으로 만곡된 형상을 가질 필요는 없으며, 볼(4)을 순환시킬 수 있는 다른 소정 형상, 예컨대 만곡되지 않은 직선 형상을 가질 수도 있고, 그 외의 형상이라도 좋다.

도 12를 참조하여, 볼 순환홈(33, 34)의 양단측 영역(33b, 34b)에서 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)의 하류측과 상류측 각각에 접속되어 있는 접속 부분(33c, 34c)을 설명한다. 참고로, 도 12에서는, 설명의 편의상 볼 순환홈(33, 34)의 바닥부의 단면을 반원 형상으로 도시하고, 볼(4)이 볼 순환홈(33, 34)의 바닥부와 접촉된 상태로 구르는 것으로 도시하고 있다. 한편, 볼 순환홈(33, 34)의 단면이 고딕 아크 형상인 때에는, 볼(4)이 볼 순환홈(33, 34)의 측벽과 접촉 상태로 구르지만, 이는 도 12에는 도시되어 있지 않다.

이 실시예에서는, 접속 부분(33c, 34c)과 이 접속 부분(33c, 34c)의 주변은, 볼 순환홈(33, 34)의 양단측 영역(33b, 34b)에서 구르는 볼(4)의 중심 궤적과 스크 루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)의 각각의 하류측과 상류측에서 구르는 볼(4)의 중심 궤적이 볼(4)의 순환과 관련하여 소정 조건을 만족하도록, 소정 형상으로 형성되어 있다.

상기 소정 조건은, 볼 순환홈(33, 34)의 단면이 반원 형상이든 고딕 아크 형상이든, 상기 볼(4)의 중심 궤적이 이하에 설명하는 교차 각도(β)를 만족한다는 것이다. 이 교차 각도(β)는 제1 접선(Y)과 제2 접선(Z)이 교차하는 각도를 말한다. 제1 접선(Y)은 나사홈(31a, 31b)에서 구르는 볼(4)의 중심 궤적(C)에 의해 형성된 대원호(R1)에 대하여, 볼 순환홈(33, 34)의 양단측 영역(33b, 34b)에서 구르는 볼(4)의 중심 궤적(C)에 의해 형성된 소원호(R2)의 교점(K)에서 얻은 것이고, 제2 접선(Z)은 상기 소원호(R2)에 대하여 상기 교점(K)에서 얻은 것이다. 이 실시예에서, 교차 각도(β)는 0(제로)° 초과, 30° 이하, 바람직하게는 20° 이하로 설정된다. 이 교차 각도(β)는 상기 소원호(R2)의 곡률 중심(P2)이 대원호(R1)의 곡률 중심(P1)과 교점(K)을 연결하는 직선(G) 상에 배치되는 경우에 0°로 된다. 접속 부분(33c, 34c)은 상기 교차 각도(β)를 만족하는 형상으로 형성되어 있다.

이에 따라, 볼 순환홈(33, 34)과 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)을 접속하는 접속 부분(33c, 34c)의 형상을 상기 교차 각도(β)를 만족하는 형상으로 배열하면, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)과 볼 순환홈(33, 34) 사이를 출입할 때의 볼(4)의 반경 방향 변위량을 작게 할 수 있어서, 볼(4)의 출입을 원활하게 할 수 있다.

비교를 위하여, 상기 교차 각도(β)를 30°이상으로 설정하게 되면, 볼 순환 홈(33, 34)에 있어서의 접속 부분(33c, 34c)의 형상은 가파른 형상으로 되고, 그 결과 볼 순환홈(33, 34)에서 구를 때에 볼(4)의 반경 방향 변위가 커져서 유리하지 않게 된다. 더욱이, 상기 스크루 축(3)은 볼 순환홈(33, 34)과 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)의 형성 후에 경화되고, 연마 또는 연삭에 의해 최종적으로 마무리되는데, 상기 조건은 다음과 같은 점에서 연마 공정에서 특히 불리하다. 연마 공정에서는, 연마 공구를 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)에 접촉시킨 상태에서 스크루 축(3)을 회전시킨다. 연마 공구는 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)에는 접촉하지만, 볼 순환홈(33, 34)에는 접촉하지 않게 되어, 볼 순환홈(33, 34)을 연마할 수 없게 된다. 이러한 상황에서, 접속 부분(33c, 34c)의 형상을 상기 교차 각도(β)를 30°이상으로 크게 하도록 형성하면, 접속 부분(33c, 34c)은 날카로운 형상의 정상부를 갖게 된다. 접속 부분(33c, 34c)의 형상을 상기 교차 각도(β)를 30° 이하로 작게 하도록 형성하면, 접속 부분(33c, 34c)은 둥근 형상의 정상부를 갖게 된다. 요약하면, 교차 각도(β)는, 상기 연마 공정 중에, 볼 순환홈(33, 34)과 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)을 접속하는 접속 부분(33c, 34c)에 에지를 발생시키지 않기 위한 조건으로서 기능한다.

전술한 바와 같이, 볼 순환홈(33, 34)의 점유 각도(θ), 즉 하중을 지지할 수 없는 영역을 가능한 한 작게 하고, 이에 대응하여 부하 용량을 가능한 한 크게 하여, 볼 순환홈(33, 34)에서 구르는 볼(4)에 영향을 끼치는 구름 저항을 가능한 한 작게 함으로써, 결과적으로 볼(4)을 가능한 한 원활하게 구르게 하고 있다. 이로써, 볼 스크루 장치에 있어서, 부하 용량과 동작 원활성이 잘 균형을 이룬 상태 로 양립될 수 있다.

이상의 설명은 스크루 축(3)의 나사홈(31b)과 볼 순환홈(34) 사이의 관계에서도 마찬가지이다.

(본 발명의 다른 실시예)

(1) 도 13 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다.

도 13 및 도 14에 도시한 바와 같이, 너트(2)의 나사홈(21)과, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b) 및 볼 순환홈(33, 34)의 단면은, 원호형의 좌우 측벽이 홈 바닥부에서 날카롭게 가늘어져 접속되는 고딕 아크 형상으로 되어 있다. 21w는 너트(2)의 나사홈(21)의 좌우 측벽이고, 31bw는 나사홈(31b)의 좌우 측벽이고, 33w는 볼 순환홈(33)의 좌우 측벽이고, 34w는 볼 순환홈(34)의 좌우 측벽이다. 도시되어 있지 않은 나사홈(31a)의 좌우 측벽은 나사홈(31b)의 좌우 측벽과 동일하다.

이러한 구조에서, 순환 시에 볼(4)이 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)〔하류측(31a-dn, 31b-dn)〕으로부터 볼 순환홈(33, 34)으로 이동할 때, 볼(4)과 볼 순환홈(33, 34)의 접촉점은 볼 순환홈(33, 34)의 개구 부근에 위치한다. 따라서, 볼(4)에는 그 볼을 볼 순환홈(33, 34) 내로 내려앉게 하는 방향의 힘이 작용하여, 볼(4)이 스크루 축(3)의 릿지(32)를 타고 올라가 거기에 고착되는 것을 방지할 수 있으므로, 볼(4)을 원활하게 순환시킬 수 있다.

도 15 및 도 16을 참조하여 자세히 설명하면, 먼저, 도 15에 도시한 바와 같이, 볼(4)이 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b) 내에 있을 때에는 볼(4)과 나사홈(31a, 31b)이 45°의 접촉각으로 서로 접촉한다. 그 후, 볼(4)이 볼 순환홈(33, 34)으로 이동했을 때에는, 볼(4)과 볼 순환홈(33, 34)의 접촉점(P)은 도 15에 도시하는 원래의 45°의 접촉각에서, 도 16에 도시하는 바와 같이 서서히 볼 순환홈(33, 34)의 개구 부근(홈의 얕은 측)으로 이동한다. 그 결과, 볼(4)에는 볼 순환홈(33, 34) 내로 내려앉는 방향으로 힘(F)이 작용한다.

이와 같이 구성된 볼 스크루 장치에 따르면, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)의 하류측(31a-dn, 31b-dn)과 상류측(31a-up, 31b-up)이 볼 순환홈(33, 34)에 의해 연결되어 폐루프를 형성한다. 따라서, 나사홈(31a, 31b)의 하류측(31a-dn, 31b-dn)으로 굴러 온 볼(4)은 내경측으로 내려앉게 되어 너트(2)의 릿지(22)를 넘어서 이동하게 되고, 그 결과 볼은 상류측(31a-up, 31b-up)으로 안내되어 순환될 수 있다.

볼 순환홈(33, 34)의 단면을 고딕 아크 형상으로 했기 때문에, 순환 시에 볼(4)이 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)으로부터 볼 순환홈(33, 34)으로 이동할 때에, 볼(4)과 볼 순환홈(33, 34)의 접촉점(P)은 볼 순환홈(33, 34)의 개구 부근에 위치하게 된다. 이러한 이유로, 볼(4)에는 볼 순환홈(33, 34) 내로 내려앉는 방향으로 힘(F)이 작용하여, 볼(4)이 스크루 축(3)의 릿지(32)를 타고 올라가 거기에 고착되는 것을 방지하며, 그 결과 볼(4)은 원활하게 순환될 수 있게 된다.

또한, 볼(4)을 유지하는 리테이너 링(5)을 이용함으로써, 나사홈(21, 31a, 31b)내에서의 볼(4) 사이의 간섭을 방지할 수 있어서, 너트(2)와 스크루 축(3) 사이의 원활한 상대 회전이 제공된다.

스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)을 반드시 2개로 할 필요는 없으며, 1개라 도 좋고, 3개 이상이라도 좋다. 볼 순환홈(33, 34)은 축방향으로 서로 인접하게 배치될 수도 있고, 원주 방향으로 상이한 위상으로 배치될 수도 있다.

(2) 도 17 및 도 18을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명한다. 도 17은 도 7의 X 부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 18은 도 4의 XⅠ부분을 확대하여 도시한 도면이다. 이들 도면이 나타내는 바와 같이, 볼 순환홈(33, 34)의 내외로 출입할 때에 볼(4)과의 접촉을 피하기 위해서, 너트(2)의 나사홈(21)의 측부 에지를 따라 모따기부(24)가 형성되어 있다. 모따기부(24)는 너트(2)의 나사홈(21)과 릿지(32)의 경계를 이루는 양측부 에지를 따라 나사홈(21)의 전체 길이에 걸쳐 선삭 공구(절삭 공구) 또는 연마석을 이용한 선삭(旋削)에 의해 형성된다. 이 모따기부의 깊이가 깊을수록, 볼(4)과의 접촉을 확실하게 방지할 수 있기 때문에 바람직하다. 그러나, 모따기부의 깊이가 너무 깊으면, 나사홈(21)이 볼(4)을 안내할 수 없게 된다. 이러한 문제로 인하여, 모따기부는, 볼(4)을 확실하게 안내할 수 있는 동시에, 볼(4)과의 접촉을 확실하게 피할 수 있는 깊이로 설정된다. 이러한 구조에서는, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)의 하류측과 상류측이 볼 순환홈(33, 34)에 의해 연결되어 폐루프를 형성한다. 그 후, 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)의 하류측으로 굴러 온 볼(4)은 내경측으로 내려앉게 되어 너트(2)의 릿지(32)을 넘어 이동하고, 그 결과 볼은 나사홈(31a, 31b)의 상류측으로 안내되어 순환될 수 있다. 볼 순환홈(33, 34)을 출입할 때에 볼(4)과의 접촉을 피하기 위하여 너트(2)의 나사홈(21)의 측부 에지를 따라 모따기부(24)가 형성되어 있으므로, 볼 순환홈(33, 34)을 출입할 때에 볼(4)이 너트(2)의 나사홈(21)의 측부 에지를 타고 올라가는 것을 방지할 수 있어서, 볼(4)은 원활하게 순환될 수 있다.

(3) 도 19 및 도 20에 도시된 볼 스크루 장치는 리테이너 링(5)을 채용하고 있지 않은 타입이다. 리테이너 링을 갖추지 않은 타입의 볼 스크루 장치(1)는 너트(2), 스크루 축(3) 및 복수의 볼(4)을 구비한다. 너트(2)의 내주면에는 나사홈(21)이 형성되어 있고, 스크루 축(3)의 외주면에는 나사홈(31a, 31b)이 형성되어 있다. 복수의 볼(4)이 이들 나사홈(21)과 나사홈(31a, 31b) 사이에 개재되어 있다. 너트(2)에는 그 한쪽 축단으로부터 다른쪽 축단까지 연속되는 한 라인의 나사홈(21)이 형성되어 있다. 스크루 축(3)의 축방향 중간 영역에는 각각 실질적으로 하나의 턴으로 이루어지는 독립된 나사홈(31a, 31b)이 형성되어 있다. 너트(2)의 나사홈(21)과 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)은 동일한 리드각으로 설정되어 있다. 양 나사홈(21, 31a, 31b)의 단면은 고딕 아크 형상으로 되어 있지만, 반원 형상일 수도 있다. 한쪽 나사홈(31a)과 다른쪽 나사홈(31b) 사이에는 릿지(32)가 존재한다.

이러한 스크루 축(3)에는 각각의 나사홈(31a, 31b)을 독립된 폐루프로 형성하는 역할을 하는 볼 순환홈(33, 34)이 형성되어 있다. 각각의 볼 순환홈(33, 34)은 각 나사홈(31a, 31b)의 상류측과 하류측을 개별적으로 연결하고, 나사홈(31a, 31b)의 하류측의 볼(4)을 내경측으로 내려앉게 하도록 사행 형상을 가져서, 볼(4)은 너트(2)의 릿지(22)를 넘어서 이동하여 상류측으로 복귀된다. 볼 순환홈(33, 34)으로 인하여, 각 나사홈(31a, 31b)에 배치되는 복수의 볼(4)이 독립적으로 굴러서 순환할 수 있다. 볼 순환홈(33, 34)의 단면은 반원 형상으로 되어 있지만, 고 딕 아크 형상일 수도 있다.

스크루 축(3)의 축방향 양단측의 외주면에는 각각 둘레홈(35)이 형성되어 있다. 이들 둘레홈(35)은 각각 스냅 링(10)과 맞물려 있다. 스냅 링(10)의 외경 치수는 너트(2)의 내경 치수보다 큰 값으로 설정되어 있으며, 이로써 스냅 링(10)이 너트(2)의 축방향 이동 스트로크를 제한한다.

너트(2)는 예컨대 회전이 자유롭게 지지되며, 스크루 축(3)은 회전 불가능하고 또 축방향으로 이동할 수 없게 장착되어 있다. 회전 시에, 너트(2)는 도 19의 이점 쇄선으로 나타낸 바와 같이 2개의 스냅 링(10) 사이에서 스크루 축(3) 상에서 축방향으로 활주한다.

리테이너 링을 채용하지 않는 볼 스크루 장치의 경우에는, 도 21에 도시한 바와 같이, 스크루 축(3)에 실질적으로 하나의 턴으로 이루어지는 나사홈(31a)이 형성되어 있고, 이 나사홈(31a)이 볼 순환홈(33)에 의해 폐루프로 형성될 수도 있다. 이 경우에, 스크루 축(3)의 나사홈(31a)과, 볼 순환홈(33) 및 너트(2)의 나사홈(21)의 단면을 고딕 아크 형상으로 하면, 볼(4)은 너트(2)의 나사홈(21) 및 스크루 축(3)의 나사홈(31a)과 4 지점에서 접촉할 수 있다. 이로 인하여, 너트(2)에 모멘트 하중이 작용하는 때에도, 너트의 기울기를 제어할 수 있게 된다.

리테이너 링을 채용하지 않는 볼 스크루 장치의 경우에는, 도 22에 도시한 바와 같이, 스크루 축(3)에 실질적으로 하나의 턴으로 이루어지는 나사홈(31a)이 형성되어 있고, 이 나사홈(31a)이 볼 순환홈(33)에 의해 폐루프로 형성될 수도 있다. 이 경우에, 스크루 축(3)의 나사홈(31a)과 볼 순환홈(33)의 단면을 반원 형상 으로 하여도 좋다. 도 22의 경우에, 나사홈(31a)으로부터 축방향으로 떨어진 영역에서, 너트(2)와 스크루 축(3) 사이의 환상 공간의 적어도 축방향 일단측에, 금속 또는 수지 부싱 등과 같은 원통형의 슬라이드 베어링(11)을 개재하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 너트(2)에 모멘트 하중이 작용한 때에도 너트(2)가 기울어지는 것을 억제할 수 있게 된다.

도 23에 도시된 가능한 구조에서는, 볼 순환홈(33, 34)을 형성할 곳인 스크루 축(3)의 영역에 오목부(38)를 마련하고, 볼 순환홈(33, 34)이 형성되어 있는 블록(12)을 상기 오목부(38)에 끼워 장착할 수 있다.

블록(12)은, 접착제에 의해 너트(2)에 접착되는 종래의 디플렉터와는 달리 스크루 축(3)에 고정밀도로 장착되므로, 볼 순환홈(33, 34)과 나사홈(31a, 31b) 사이의 위치 정밀도도 높아진다. 따라서, 블록(12)이 볼의 순환 성능에 악영향을 끼치는 일은 없다.

블록(12)이 스크루 축(3)보다 작기 때문에, 볼 순환홈(33, 34)을 형성하기 위한 가공 작업은 스크루 축(3)의 외주면에 볼 순환홈(33, 34)을 직접 형성하는 경우에 비해서 간단하게 될 수 있다. 볼 순환홈(33, 34)이 마모 또는 파손되었을 때에는, 스크루 축(3)을 교환할 필요는 없고, 단지 블록(12)만 교환하면 된다. 오목부(38)는 관통 구멍이라도 좋다.

본 발명에 따른 볼 스크루 장치는, 공작 기계, 반도체 제조 장비, 정밀 위치 테이블, 로봇, 반송 장치 등에 있어서, 회전 운동을 직선 운동으로 변환하거나, 또 한 그 반대로 직선을 운동을 회전 운동으로 변환하는 등의 용도에 적용될 수 있다.

Claims

외주면에 실질적으로 하나의 턴(turn)으로 이루어지는 나사홈(31a, 31b)이 적어도 1개 형성되어 있는 스크루 축(3)과,

상기 스크루 축(3)의 외부에 장착되고, 내주면에 상기 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)과 동일한 리드각으로 나사홈(21)이 형성되어 있는 너트(2)와,

상기 각각의 나사홈(31a, 31b; 21) 사이에 개재되는 복수의 볼(4)

을 구비하는 볼 스크루 장치(1)로서,

상기 볼(4)을 하류측으로부터 상류측으로 복귀시켜 상기 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)에서 순환시키도록, 상기 스크루 축(3)에는 그 스크루 축(3)의 상기 나사홈(31a, 31b)의 하류측과 상류측을 연결하는 볼 순환홈(33, 34)이 형성되어 있고,

상기 볼 순환홈(33, 34)은, 볼이 구르는 방향으로 중간에 있고 반경 방향 내측으로 내려앉게 만곡된 형상을 갖는 중간 영역(33a, 34a)과, 이 중간 영역(33a, 34a)의 양측에 위치하고 반경 방향 외측으로 돌출하는 형상을 갖는 양단측 영역(33b, 34b)을 포함하고,

상기 볼 순환홈(33, 34)은, 상기 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)에서 구르는 볼의 중심 궤적에 의해 형성되는 대원호(大圓弧)(R1)에 대하여 상기 볼 순환홈(33, 34)의 상기 양단측 영역(33b, 34b)에서 구르는 볼의 중심 궤적에 의해 형성되는 소원호(R2)가 교차하는 교점에서 얻은 제1 접선(Y)과, 상기 소원호(R2)에 대하여 상기 교점에서 얻은 제2 접선(Z)이 이루는 교차 각도(β)가 0°초과, 30°이하로 설정되도록 구성되어 있는 것인 볼 스크루 장치.
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제1항에 있어서, 상기 스크루 축(3)에는 각각 실질적으로 하나의 턴으로 이루어지는 나사홈(31a, 31b)이 서로 독립적으로 2개 형성되어 있고, 상기 스크루 축(3)의 각 나사홈(31a, 31b)에 대응하여 상기 나사홈(31a, 31b)의 각각의 하류측과 상류측을 서로 개별적으로 연결하는 볼 순환홈(33, 34)이 2개 형성되어 있고,

상기 각각의 볼 순환홈(33, 34)은 축방향으로 동일한 위상으로 배치되어 있는 것인 볼 스크루 장치.
제1항에 있어서, 상기 스크루 축(3)의 외주에는 상기 볼(4)을 회전 가능하게 유지하는 리테이너 링(5)이 그 스크루 축(3)과 상대 회전 가능하면서 축방향으로 고정된 상태로 장착되어 있는 것인 볼 스크루 장치.
제1항에 있어서, 상기 스크루 축(3)의 나사홈(31a, 31b)과, 상기 너트(2)의 나사홈(21) 및 상기 볼 순환홈(33, 34)의 단면은 모두 고딕 아크 형상을 갖는 것인 볼 스크루 장치.
제1항에 있어서, 상기 너트(2)의 나사홈(21)의 측부 에지에는 상기 볼 순환홈(33, 34)을 출입할 때에 상기 볼(4)과의 접촉을 피하기 위한 모따기부(24)가 형성되어 있는 볼 스크루 장치.