KR101012722B1 - 볼스크류축용 지그 및 지그홀더 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼스크류(Ball screw) 장치에 사용되는 볼스크류축의 래핑(lapping)을 위한 지그(jig) 및 지그홀더(jig holder)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 볼스크류축의 나선형 홈 표면의 불균일성 및 기타 이물질이 누적될 수 있는 문제점을 래핑볼(lapping ball)이 구비된 래핑용 지그(jig)와 상기 지그를 지지·가압할 수 있는 지그홀더(jig holder)에 의해 래핑(lapping) 가공함으로써, 상기 볼스크류축의 나선형 홈을 균일하게 유지할 뿐 아니라 볼스크류축의 강도에 따라 정밀한 압력으로 래핑 가공할 수 있어, 내구성 및 내마모성이 높고 소음유발을 최소화할 수 있는 볼스크류축용 지그(jig) 및 지그홀더(jig holder)에 관한 것이다.

Description

볼스크류축용 지그 및 지그홀더{jig and jigholder for ball screw}

본 발명은 볼스크류(Ball screw) 장치에 사용되는 볼스크류축의 래핑(lapping)용 지그(jig) 및 지그홀더(jig holder)에 관한 것이다.

본 발명은 볼스크류(Ball screw) 장치에 사용되는 볼스크류축의 래핑(lapping)용 지그(jig) 및 지그홀더(jig holder)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 볼스크류축에 형성되는 나선형 홈 내부 표면의 불균일성 및 기타 이물질 등을 래핑볼이 구비된 반원통 형상의 래핑(lapping)용 지그(jig)와 상기 지그를 지지 가압할 수 있는 지그홀더(jig holder)에 의해 정밀하고 깔끔하게 연삭·연모할 수 있는 볼스크류축용 지그 및 지그홀더에 관한 것이다.

일반적으로 볼스크류(Ball screw) 장치는 나사인 스크류축(Screw)과 너트(Nut)가 볼(Ball)을 사이에 두고 작동하는 기계장치로 회전 운동을 직선 운동으로 또는 직선 운동을 회전 운동으로 전환하는 것으로서, 작은 토크를 증폭하여 큰 추력을 제공하는 외에도 직선 방향을 따른 정확한 위치 결정을 가능하게 하는 것이다.

이러한 성능때문에, 상기 볼스크류 장치는 기계 공구, 반도체 관련 장치, 항공기의 기계적 제어장치 및 산업용 로봇 등 기타 정밀을 요하는 기계 및 장치 류의 이송기구(Feeding mechanism)로 광범위하게 사용되고 있다.

상기 볼스크류 장치는 너트(Nut)의 내주연부와 스크류축(Screw)의 외주연부 각각에 반원형 단면의 홈이 대향되어 형성되며, 이러한 반원형 단면의 홈이 서로 결합되어 원형으로 형성됨으로써 나선형 통로를 구성하게 된다. 그리고 상기 너트와 스크류축의 결합으로 형성되는 나선형 통로 내에 볼(Ball)이 끼워지게 되고, 상기 볼을 매개체로 하여 상기 너트 내부에서 상기 스크류축이 원활하게 회전함으로써 전진 또는 후퇴하게 되어 소정의 이송 동작을 행하게 되는 기계부품이다.

또한, 상기 너트에는 상기 나선형 통로에 구비되는 볼이 리턴(Return)되어 나선형 통로 내에 계속적으로 공급하도록 안내하는 튜브(Tube)가 장착되어 상기 샤프트의 회전이 더욱더 원활해질 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 다양한 분야에서 사용되는 볼스크류 장치는 정밀하면서도 강도가 높고 나선형 홈이 형성되는 볼스크류축이 필요하게 된다.

상기 볼스크류축의 제작공정을 살펴보면 먼저, 환봉 형상의 금속재를 소정길이 또는 정해진 길이단위로 절단하고, 절단된 상기 환봉은 다시 원기둥 형상으로 만들면서 외경에 나선형 홈을 형성하게 된다.

상기 나선형 홈은 CNC선반(Computer Numerical Control lathe)에서 바이트(bite)에 의해 실시되며, 여기에는 태핑머신으로 가공하는 태핑(Tapping)과정을 포함할 수 있다.

상기 나선형 홈 형성과정을 거치 이후에는, 나선형 홈을 보호하고 볼스크류축의 내마모성 및 내피로성을 향상시켜 전체적인 강도를 강화하기 위한 열처리과정을 거치게 되는데 특히, 상기 볼스크류축의 열처리과정은 미세한 탄소강을 고주파전류를 통해 표면에 소입시키고 냉각수를 분사하여 급냉시킴으로써 특정표면부위만을 열처리할 때 사용하는 고주파열처리방법을 사용하게 된다.

이때, 상기와 같은 열처리과정을 거친 볼스크류축은 금속재의 표면조직에 불균일한 부분이 형성되거나, 상기 볼스크류축의 외경에 형성되는 나선형 홈의 불균일성 또는 기타 이물질 등이 쌓이게 되고, 이로 인한 각종 소음유발의 문제점이 발생하게 된다.

본 발명은, 상술한 바와 같이, 볼스크류장치에 사용되는 볼스크류축의 나선형 홈이 충분히 매끄러운 표면으로 가공되지 않을 경우, 볼스크류축의 나선형 홈과 상기 나선형 홈 상부에서 운동하는 볼(ball)의 사이에 표면 박리현상이 발생하여 나선형 홈이 급격히 마모되어 볼스크류축의 수명이 단축되는 문제점이 있으며, 불규칙한 표면에 의해 볼스크류축과 볼 및 너트의 마찰이 증가하여 소음을 유발하는 문제점을 해결하는데 그 목적이 있다.

또한, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 종래에는 볼스크류축의 열처리과정의 완료 후 상기 볼스크류축의 나선형 홈을 회전숫돌과 같은 회전공구를 사용하여 다듬는 그라인딩 작업 또는 절삭가공과 선반을 이용한 선반가공 등으로 이루어졌으며, 상기와 같은 작업들은 많은 시간과 비용이 소요될 뿐 아니라 볼스크류축의 표면과 나선형 홈이 충분히 균일하게 연마되지 않는 문제점 및 이로 인한 소음유발의 문제점을 해결한다.

따라서 본 발명에 따른 볼스크류축용 지그 및 지그홀더는 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하고자 발명된 것으로, 특히, 길이방향으로 적어도 하나의 유동홈이 형성되는 반원통 형상의 몸체가 외주연부에 나선형 홈이 형성되는 볼스크류축을 상하로 감싸도록 배치되며, 상기 몸체의 내주연부에는 상기 볼스크류축의 나선형 홈에 대응하는 요홈을 형성하고 상기 나선형 홈과 요홈 내부에 다수의 래핑볼(lapping ball)을 구비하여, 상기 볼스크류축의 회전에 따라 상기 래핑볼에 의해 상기 나선형 홈이 래핑(lapping) 가공되는 것을 특징으로 하는 볼스크류축용 지그(jig)와; 개구부가 일측에 형성된 원통구가 구비되어 상기 지그가 삽입 안착되며, 상기 원통구의 개구부 양측 단부에는 상기 원통구를 오므려 상기 지그를 가압할 수 있는 손잡이부가 연장형성되는 지그홀더(jig holder);를 사용함으로써, 볼스크류축에 형성되는 나선형 홈의 래핑(lapping) 가공 시간 및 비용을 절감할 수 있는 볼스크류축용 지그 및 지그홀더를 제공한다.

본 발명에 따른 볼스크류축용 지그 및 지그홀더는 다음과 같은 효과를 갖는다.

본 발명의 지그(jig)는 지그 몸체에 형성된 유동홈에 의해 몸체의 반경 조절이 가능하여, 직경 및 강도가 다양한 볼스크류축을 본 발명에 따른 지그 및 지그홀더로 간단 용이하게 래핑 가공할 수 있는 뛰어난 상승적 효과를 갖게 된다.

본 발명은 볼스크류축의 나선형 홈의 래핑 가공시 상기 지그에 전달하는 압력의 크기를 지그홀더로 조절하여 상기 지그의 래핑볼이 상기 볼스크류축의 나선형 홈에 가하는 압력을 미세하게 조절할 수 있어, 다양한 강도의 재질로 제작되는 볼스크류축 각각에 알맞은 압력으로 상기 나선형 홈의 내주연부를 래핑 가공할 수 있는 현저한 효과를 갖게 된다.

또한, 본 발명은 볼스크류축의 표면과 나선형 홈 내주연부를 균일하게 래핑 가공함으로써, 볼스크류 장치의 사용시 볼스크류축과 너트의 마찰로 인한 소음유발을 최소화할 수 있는 현저한 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명에 따른 볼스크류축의 래핑 가공을 도시한 모식도.
도 2는 본 발명에 따른 볼스크류축용 지그의 모식도.
도 3은 볼스크류축에 본 발명에 따른 지그가 볼스크류축에 안착된 단면도.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 지그홀더의 모식도 및 측면도.

본 발명은 볼스크류(Ball screw) 장치에 사용되는 볼스크류축의 나선형 홈을 래핑(lapping) 가공하기 위한 지그(jig) 및 지그홀더(jig holder)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 볼스크류축의 나선형 홈의 불균일성 및 기타 이물질이 누적될 수 있는 문제점을 래핑볼(lapping ball)이 구비된 반원통 형상의 지그(jig)와 상기 지그를 지지·가압할 수 있는 지그홀더(jig holder)에 의해 래핑(lapping) 가공함으로써, 상기 볼스크류축의 나선형 홈이 항시 매끈하게 유지될 뿐 아니라 볼스크류축의 강도에 따라 설정된 압력으로 래핑 가공할 수 있는 볼스크류축용 지그 및 지그홀더에 관한 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 볼스크류축용 지그 및 지그홀더에 대해 자세히 설명한다.

도 1 내지 도 4b는 본 발명에 따른 지그 및 지그홀더가 볼스크류 장치의 볼스크류축에 체결되어 래핑(lapping) 가공을 실행하는 모식도와, 본 발명에 따른 지그(jig) 및 지그홀더(jig holder)의 모식도와, 및 이의 단면도를 나타내다.

먼저, 외주연부에 소정두께의 나선형 홈(1a)이 형성되는 볼스크류축(1)이 구비되고, 상기 볼스크류축(1)의 나선형 홈(1a)을 매끄럽게 래핑(lapping)하기 위한 본 발명의 지그(jig,10)가 상기 볼스크류축(1)의 외주연부에 밀착된다.

본 발명에 따른 상기 지그(10)는, 몸체는 상기 볼스크류축(1)의 외경보다 큰 내경을 갖는 반 원통 형상으로 형성되며, 상기 몸체의 내주연부에는 상기 볼스크류축(1)의 나선형 홈(1a)에 대응하는 반원 형상의 요홈이(10a) 형성된다. 그리고 상기 요홈(10a)과 상기 나선형 홈(1a)의 내부 공간에는 나선형 홈(1a)의 내주연부를 연마, 연식 등의 방법으로 다듬을 수 있는 다수의 래핑볼(lapping ball,11)이 구비 안착된다.

따라서 상기 볼스크류축(1)의 나선형 홈(1a)을 최대한 신속하고 정밀하게 래핑(lapping) 가공하기 위해서는 반 원통 형상의 상기 지그(10) 한 쌍을 구비하여 상기 볼스크류축(1) 외주연부 상하 양측에서 상호 마주하도록 밀착시켜 상기 볼스크류축(1)을 감싸게 된다.

이때, 상기 지그(10)과 볼스크류축(1) 사이에 구비된 래핑볼(11)이 상기 볼스크류축(1)의 외주연부에 형성되는 나선형 홈(1a)에 잘 맞물리도록 안착시켜, 상기 볼스크류축(1)의 회전에 따라 상기 볼스크류축(1) 상에서 수평이동하면서 상기 래핑볼(11)이 상기 나선형 홈(1a)의 내주연부 표면을 래핑(laapping) 가공하게 된다.

한편, 본 발명의 상기 지그(10)는 몸체의 길이방향으로 유동홈(10b)이 형성되는 데, 상기 유동홈(10b)은 지그(10) 몸체의 길이방향으로 약 2/3 지점까지 형성되어 후술할 지그홀더(jig holder,20)의 가압에 따라 상기 지그(10)의 반경을 가변시킬 수 있는 역할을 한다.

따라서 본 발명의 지그(10)는 상기 유동홈(10b)에 의해 몸체의 반경이 감소하거나 또는 원상태로 복구될 수 있어, 직경이 서로 다른 다양한 볼스크류축(1)을 본 발명에 따른 지그(10) 하나로 간단 용이하게 래핑 가공할 수 있는 현저한 효과를 갖게 된다.

한편, 상기 지그(jig,10)는 상술한 지그홀더(jig holder,20)에 의해 상기 볼스크류축(1) 상에서 지지되어 수평이동하게 되는데, 상기 지그홀더(jig holder,20)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 일측에 개구부(21a)가 형성된 원통구(21)가 형성되어 한 쌍의 상기 지그(10)가 상기 원통구(21) 내부로 삽입ㆍ안착되며, 상기 원통구(21) 일측에 형성된 상기 개구부(21a)의 양단 외주연부에는 상기 원통구(21)를 오므려 상기 원통구(21) 내부에 삽입된 한 쌍의 상기 지그(10)가 압착되도록 하는 손잡이부(22)가 연장형성된다.

즉, 본 발명의 상기 지그(10)는 상기 지그홀더(20)에 의해 상기 볼스크류축(1) 외주연부에 밀착하게 되고, 상기 지그홀더(20) 손잡이부(22)의 압착 정도에 따라 상기 지그(10)의 유동홈(10b)이 조여지면서 지그(10)의 반경이 축소되어 상기 래핑볼(11)이 상기 볼스크류축(1)의 나선형 홈(1a)에 밀착 가압하여 래핑(lapping) 가공하게 된다.

따라서 본 발명의 지그(10) 및 지그홀더(20)는, 상기 볼스크류축(1) 나선형 홈(1a)의 래핑(lapping) 가공시 상기 지그홀더(20)로 상기 지그(10)에 전달되는 압력의 크기를 조절함으로써 상기 래핑볼(11)이 상기 나선형 홈(1a)에 가하는 압력을 조절하게 되며, 이로 인해 다양한 강도의 재질로 제작되는 상기 볼스크류축(1) 각각에 알맞은 압력으로 상기 나선형 홈(1a)의 내주연부를 래핑(lapping) 가공할 수 있는 현저한 효과를 갖게 된다.

한편, 본 발명에 따른 볼스크류축용 지그 및 지그홀더는, 상기 지그홀더(20)의 손잡이부(22)에 압력계 또는 압력게이지(pressure gauge,30)가 구비되는데, 상기 압력게이지(30)는 상기 손잡이부(22)의 상호 압착에 따른 상기 지그(10)에 전달되는 압력을 측정하기 위한 것으로, 바람직하게는 금속 등으로 만든 수압체에 생기는 변형을 기계적으로 확대해서 압력을 측정할 수 있는 탄성압력게이지를 사용하는 것이 좋다.

다음은 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 볼스크류축용 지그 및 지그홀더의 바람직한 실시예를 자세히 설명한다.

먼저, 상기 볼스크류축(1)의 일단부에 회동모터를 연결하여 선반 등의 공작유닛에 고정한다.

고정된 상기 볼스크류축(1)의 타단부에는 본 발명의 지그(jig,10) 한 쌍을 상기 볼스크류축(1)의 외주연부에 밀착되어 감쌀 수 있도록 상기 볼스크류축(1)에 형성되는 나선형 홈(1a)에 상기 래핑볼(11)를 정확하게 맞춰 안착시킴으로써 상기 볼스크류축(1)의 외주연부에 밀착된다.

상기 볼스크류축(1)의 외주연부에 밀착된 한 쌍의 상기 지그(10)에 본 발명에 따른 상기 지그홀더(jig holed,20)를 지그(10)의 일단부 외측에서 끼워 상기 지그홀저(20)에 형성된 원통구 내부에 삽입 안착시킨다.

그리고 상기 지그(10)가 덮고 있는 상기 볼스크류축(1)의 강도에 맞춰 상기 지그홀더(20)의 손잡이부(22)를 상하방향으로 가압하여 상호 압착하게 되는데, 이때, 상기 손잡이부(22)의 압착에 의해 상기 원통구(21)에 전달되는 압력의 측정은 상기 손잡이부(22) 선단부에 구비된 압력게이지(30)를 통해 정확하게 확인할 수 있다.

상기 볼스크류축(1)의 강성 또는 강도에 알맞은 압력으로 상기 지그홀더(20)의 손잡이부(22)를 압착하게 되면, 상기 손잡이부(22)를 볼트(41) 및 너트로 체결 고정하여 상기 손잡이부(22)가 움직이지 않도록 고정함으로써, 항시 설정된 압력으로 상기 원통구(21) 내부의 지그(10)를 가압하여 상기 나선형 홈(1a)의 래핑 가공을 진행할 수 있다.

상기와 같이, 설정된 압력에 도달할 때까지 상기 지그홀더(20)의 손잡이부(22)를 압착하게 되면, 상기 지그홀더(20)의 원통구(21) 일측에 벌어진 개구부(21a)가 좁아지면서 원통구(21)의 반경이 감소하게 되고, 상기 원통구(21)의 반경이 감소함에 따라 상기 원통구(21) 내부에 안치되어 상기 볼스크류축(1)에 밀착된 본 발명의 지그(10)가 상기 볼스크류축(1)에 압력을 가중시키게 된다. 이때, 계속하여 상기 지그(10)가 지그홀더(20)로부터 압력을 받게 되면, 상기 지그(10) 몸체에 형성되는 유동홈(10b)에 의해 지그(10)의 반경이 감소하면서 상기 래핑볼(11)이 상기 볼스크류축(1)의 나선형 홈(1a)을 상기 지그홀더(20)에 설정된 압력으로 가압하게 된다.

상기 지그홀더(20)에 설정된 압력으로 상기 지그(10)의 래핑볼(11)이 볼스크류축(1)의 나선형 홈(1a)을 가압하게 되면, 상기 볼스크류축(1)에 연결된 회동모터를 구동시켜 상기 볼스크류축(1)이 회전하도록 한다.

그리고 상기 볼스크류축(1)이 회동모터에 의해 제자리에서 회전하게 되면 상기 볼스크류축(1) 타단부에 끼워진 본 발명의 지그(10) 및 지그홀더(20)가 상기 볼스크류축(1)의 나선형 홈(1a)을 설정된 압력하에 래핑(lapping) 가공하면서 상기 볼스크류축(1)의 일단부까지 수평이동하게 된다.

따라서 본 발명의 지그(jig,10)는 상기 유동홈(10b)에 의해 몸체의 반경이 가변되어 직경이 서로 다른 다양한 볼스크류축(1)을 하나의 지그(10)로 간단 용이하게 래핑(lapping) 가공할 수 있으며, 상기 볼스크류축(1)의 형성되는 나선형 홈(1a)에 전달되는 압력의 크기를 조절할 수 있어 다양한 강도의 재질로 제작되는 상기 볼스크류축(1) 각각에 맞는 압력으로 상기 나선형 홈(1a)의 내주연부를 래핑 (lapping) 가공할 수 있는 현저한 효과를 갖게 된다.

이상, 본 발명의 특정 실시예에 대하여 상술하였다. 그러나, 본 발명의 사상 및 범위는 이러한 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 및 변형이 가능하다는 것을 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 것이다.

따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

1 : 볼스크류축 1a : 나선형 홈
10 : 지그(jig) 10a : 요홈
10b : 유동홈 11 : 래핑볼(lapping ball)
20 : 지그홀더(jig holder) 21 : 원통구
21a : 개구부 22 : 손잡이부
30 : 압력게이지 41 : 볼트

Claims (4)

1. 길이방향으로 적어도 하나의 유동홈이 형성되는 반원통 형상의 몸체가 외주연부에 나선형 홈이 형성되는 볼스크류축을 상하로 감싸도록 배치되며, 상기 몸체의 내주연부에는 상기 볼스크류축의 나선형 홈에 대응하는 요홈을 형성하고 상기 나선형 홈과 요홈 내부에 다수의 래핑볼(lapping ball)을 구비하여, 상기 볼스크류축의 회전에 따라 상기 래핑볼에 의해 상기 나선형 홈이 래핑(lapping) 가공되는 것을 특징으로 하는 볼스크류축용 지그.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 몸체에는 길이방향으로 상호 엇갈리는 적어도 2개의 유동홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼스크류축용 지그.
   
3. 개구부가 일측에 형성된 원통구가 구비되어 제1항 또는 제2항의 볼스크류축용 지그가 삽입 안착되며, 상기 개구부 양단 외주연부에는 상기 개구부가 폐쇄되도록 압착할 수 있는 손잡이부가 연장형성되는 것을 특징으로 하는 볼스크류축용 지그홀더(jig holder).
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 지그홀더의 손잡이부에는 압력게이지(pressure gauge)가 형성되는 것을 특징으로 하는 볼스크류축용 지그홀더.

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