KR102017412B1 - 검출 기능이 있는 볼스크류 구조 - Google Patents

검출 기능이 있는 볼스크류 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 검출 기능이 있는 볼스크류 구조에 관한 것으로서, 스크류 샤프트, 너트 부재, 볼 어셈블리, 및 역류 부재를 포함한다. 여기에서 스크류 샤프트에는 외부 나사산 홈이 있다. 너트 부재는 스크류 샤프트의 축방향을 따라 이동하며 스크류 샤프트를 씌우며 설치되고, 너트 부재에는 내부 나사산 홈이 있고, 내부 나사산 홈은 스크류 샤프트의 외부 나사산 홈에 대응하여 설치되어 너트 부재의 내부 나사산 홈과 스크류 샤프트의 외부 나사산 홈 사이에 부하 통로를 형성한다. 볼 어셈블리는 부하 통로 내에서 구를 수 있도록 설치된다. 역류 부재는 너트 부재 상에 직접적으로 설치되고, 상기 역류 부재에는 마이크로컨트롤러 및 센서가 설치되어 너트 부재 내의 스크류 샤프트 회전 상태를 감지할 수 있고, 역류 부재 내에 역류 채널이 설치되어 너트 부재와 연통하며 볼 어셈블리의 역류 관통에 제공된다.

Description

검출 기능이 있는 볼스크류 구조{Ball screw structure with detection function}
본 발명은 볼스크류 설비 분야에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 검출 기능이 있는 볼스크류 구조에 관한 것이다.
볼스크류는 현재 높은 부하를 가진 선형 전동 장치이나, 스크류 로드의 운전 속도가 과도하게 크면 주변 부품(예를 들어 역류 커버판)이 강구(steel ball) 충격으로 인해 과도하게 큰 진동이 발생할 수 있고, 이로 인하여 주변 부품이 훼손되면서 스크류 로드가 걸려 작동을 멈추게 된다. 종래에 있어서 스크류 샤프트의 회전 사태를 검출하는 방식은 모두 기존의 볼스크류 구조에 센서를 추가 설치하는 것인데, 여기에는 예를 들어 일본 특허 JPA2008144938, JPA2007225024 및 JPB5722365가 있다.
일본 특허 JPA2008144938의 경우, 블록체 센서 유닛을 추가로 설치해야 하므로 너트의 길이가 길어져 행정에 영향이 있을 수 있고, 컨트롤러를 추가로 더 설치해야 스위치에 대한 전환 동작을 진행할 수 있다. 일본 특허 JPA2007225024의 경우, 너트의 일단면이나 너트에 오목홈이 설치되고 오목홈에 센서 장치를 거치하며 센서 장치는 강구의 위치이동 상태를 측정하는 데 사용된다. 여기에서 센서 장치로 인해 너트가 길어지고 강구 위치를 유지하는 데 사용되는 자성 기구가 과도하게 복잡해질 수 있다. 일본 특허 JPB5722365의 경우, 센서와 컨트롤러가 모두 외부에서 연결되기 때문에 너트의 구조 또는 사이즈를 변경해야 한다.
본 발명의 목적은 검출 기능이 있는 볼스크류 구조를 제안함으로써 종래 기술의 단점을 극복하는 데에 있다. 본 발명의 검출 기능이 있는 볼스크류 구조는 마이크로컨트롤러 및 센서를 곧바로 역류 커버판에 설치하고, 역류 커버판 내에 곧바로 역류 채널을 설치해 볼 어셈블리가 역류 관통하도록 만들고, 너트 부재의 평편부에 분리가능하도록 설치하기 때문에 공간을 차지하지 않고, 나아가 스크류 샤프트의 회전 상태를 곧바로 검출할 수 있어 스크류 로드 상태의 신호를 소리(예를 들어 버저), 광선(예를 들어 발광 다이오드) 밝기나 깜빡임, 또는 신호 출력 유닛을 이용해 무선이나 유선 방식으로 수신 유닛(컴퓨터, 스마트폰, 패드 등 장치)에 전송할 수 있으며, 이를 통하여 스크류 샤프트 상태를 진단하고 측정하는 목적을 구현한다.
상기 목적을 구현하기 위하여, 본 발명에서 제안하는 검출 기능이 있는 볼스크류 구조는 스크류 샤프트, 너트 부재, 볼 어셈블리, 및 역류 부재를 포함한다. 여기에서 스크류 샤프트에는 외부 나사산 홈이 있다. 너트 부재는 스크류 샤프트의 축방향을 따라 이동하며 상기 스크류 샤프트를 씌우며 설치되고, 상기 너트 부재에는 내부 나사산 홈이 있고, 상기 내부 나사산 홈은 상기 스크류 샤프트의 외부 나사산 홈에 대응하여 설치되어 상기 너트 부재의 상기 내부 나사산 홈과 상기 스크류 샤프트의 상기 외부 나사산 홈 사이에 부하 통로를 형성한다. 볼 어셈블리는 상기 부하 통로 내에서 구를 수 있도록 설치된다. 역류 부재는 상기 너트 부재 상에 분리 가능하도록 설치되고, 상기 너트 부재 내의 상기 스크류 사프트 회전 상태를 감지할 수 있고, 상기 역류 부재 내에 역류 채널이 설치되어 상기 너트 부재와 연통하며 볼 어셈블리의 역류 관통에 제공된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 역류 부재는 역류 커버판이고, 상기 역류 커버판은 커버판 본체 및 2개의 오목홈을 포함하고, 상기 커버판 본체는 상기 너트 부재 상을 덮으며 설치되고, 상기 2개의 오목홈은 상기 커버판 본체에서 상기 너트 부재의 일표면에 마주하도록 설치되고, 여기에서 하나의 오목홈에는 마이크로컨트롤러가 수용되고, 다른 하나의 오목홈에는 센서가 설치된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 역류 부재는 2개의 엔드커버이고, 상기 2개의 엔드커버는 너트 부재의 양단에 설치되고, 여기에서 하나의 엔드커버에서 상기 너트 부재와 마주하는 일단면에는 2개의 오목홈이 설치되고, 여기에서 하나의 오목홈에는 상기 마이크로컨트롤러가 수용되고, 다른 하나의 오목홈에는 상기 센서가 설치되고, 상기 엔드커버의 다른 하나의 단면 상에는 제1 수용홈 및 제2 수용홈이 설치되어 각각 배터리 및 경고 유닛을 수용하는 데 사용되고, 상기 배터리는 상기 마이크로컨트롤러 및 상기 센서와 전기적으로 연결된다.
일부 실시예에 있어서, 상기 역류 부재는 2개의 엔드 스피것이고, 상기 너트 부재에는 2개의 설치홈이 있고, 2개의 엔드 스피것은 각각 2개의 상기 설치홈에 장착되고, 여기에서 하나의 엔드 스피것에는 오목홈이 있고, 상기 오목홈에는 상기 마이크로컨트롤러 및 상기 센서가 수용될 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 상기 너트 부재는 상기 역류 커버판에서 먼 일단면에 제1 수용홈이 설치되어 배터리를 수용하는 데 사용되고, 상기 배터리는 상기 역류 커버판과 전기적으로 연결된다. 상기 너트 부재는 상기 역류 커버판에서 먼 일단면에 제2 수용홈이 더 설치되어 경고 유닛을 수용하는 데 사용되고, 상기 경고 유닛은 버저 또는 발광 다이오드이다.
일부 실시예에 있어서, 상기 역류 부재는 상기 너트 부재와 마주하는 일표면에 연결선 안내홈이 관통 설치되어, 상기 마이크로컨트롤러와 상기 센서 선로가 각각 상기 연결선 안내홈을 경유해 상기 배터리와 전기적으로 연결되도록 만든다.
일부 실시예에 있어서, 상기 센서는 가속도계이다.
도 1은 본 발명에 있어서 비교적 바람직한 제1 실시예의 전방측면 분해도이고;
도 2는 본 발명에 있어서 비교적 바람직한 제1 실시예의 후방측면 분해도이고;
도 3은 도 1의 조립도이고;
도 4는 본 발명에 있어서 비교적 바람직한 제2 실시예의 단면도이고;
도 5는 본 발명의 회로 블록 설명도이고;
도 6은 본 발명에 있어서 비교적 바람직한 제2 실시예의 전방측면 분해도이고;
도 7은 본 발명에 있어서 비교적 바람직한 제2 실시예의 후방측면 분해도이고;
도 8은 도 6의 조립도이고;
도 9는 본 발명에 있어서 비교적 바람직한 제3 실시예의 전방측면 분해도이고; 및
도 10은 도 9의 조립도이다.
도 1 내지 5에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비교적 바람직한 제1 실시예에서 제안하는 검출 기능이 있는 볼스크류 구조(100)는 스크류 샤프트(1), 너트 부재(2), 볼 어셈블리(3), 및 역류 부재(4)를 포함한다.
여기에서 스크류 샤프트(1)에는 외부 나사산 홈(11)이 있다.
너트 부재(2)는 스크류 샤프트(1)의 축방향을 따라 이동하며 스크류 샤프트(1)를 씌우며 설치되고, 너트 부재(2)에는 내부 나사산 홈(21)이 있고, 내부 나사산 홈(21)은 스크류 샤프트(1)의 외부 나사산 홈(11)에 대응하여 설치되어 너트 부재(2)의 내부 나사산 홈(21)과 스크류 샤프트(1)의 외부 나사산 홈(11) 사이에 부하 통로(T)를 형성한다. 여기에서 너트 부재(2)에는 관체(22) 및 외부 돌출 고리(23)가 있고, 외부 돌출 고리(23)는 관체(22)의 그중 일단에서 방사상으로 외부를 향해 돌출되며 고리 모양으로 설치되고, 내부 나사산 홈(21)은 관체(22)의 내경면에 설치되고, 관체(22)의 상부에는 평편부(221), 2개의 나사공(222) 및 2개의 역류공(223)이 형성된다.
볼 어셈블리(3)는 복수의 볼로 구성될 수 있으며, 부하 통로(T) 내에서 구를 수 있도록 설치된다.
본 실시예에서 역류 부재(4)는 역류 커버판이고, 상기 역류 커버판은 너트 부재(2) 상에 분리 가능하도록 설치되고, 너트 부재(2) 내의 스크류 샤프트(1)의 회전 상태를 감지할 수 있고, 역류 커버판 내에 역류 채널(47)이 설치되어 볼 어셈블리(3)가 2개의 역류공(223)을 경유해 관통하도록 만든다. 역류 커버판은 커버판 본체(40), 2개의 관통공(41) 및 2개의 오목홈(42, 43)을 포함하고, 2개의 관통공(41)은 커버판 본체(40)에서 너트 부재(2)의 평편부(221)에서 먼 일표면에 개설되고, 2개의 스크류(9)는 상기 2개의 관통공(41)을 관통하여 상기 2개의 나사공(222)에 잠기고, 커버판 본체(40)를 너트 부재(2) 관체(22)의 평편부(221) 상에 설치하여, 2개의 오목홈(42, 43)이 커버판 본체(40)에서 너트 부재(2) 평편부(221)의 일표면에 마주하도록 하고, 여기에서 하나의 오목홈(42)에는 마이크로컨트롤러(44)가 수용되고, 다른 하나의 오목홈(43)에는 센서(45)가 설치되고, 센서(45)는 가속도계일 수 있으나 여기에서 한정하지 않는다.
그 외, 너트 부재(2)의 외부 돌출 고리(23)에 제1 수용홈(24) 및 제2 수용홈(25)이 설치되고, 상기 제1 수용홈(24)은 배터리(5)를 수용하는 데 사용되고, 배터리(5)는 커버판 본체(40) 내에 설치되는 마이크로컨트롤러(44) 및 센서(45)와 전기적으로 연결된다. 상기 제2 수용홈(25)은 경고 유닛(6)을 수용하는 데 사용되고, 경고 유닛(6)은 버저 또는 발광 어셈블리일 수 있고, 발광 어셈블리는 적어도 하나의 발광 다이오드일 수 있으나 여기에서 한정하지 않는다.
마이크로컨트롤러(44)는 신호 출력 유닛(46)(도 5에서 도시하는 바와 같음)을 통해 무선이나 유선 방식으로 감지한 스크류 샤프트(1)의 신호를 제1 수신 유닛까지 출력할 수 있고, 수신 유닛은 컴퓨터, 스마트폰, 패드 등 장치일 수 있고, 감지한 스크류 샤프트(1)의 신호를 곧바로 경고 유닛(6)으로 출력할 수도 있다.
상기 역류 부재(4)의 커버판 본체(40)에서 상기 너트 부재(2)와 마주하는 표면에 연결선 안내홈(48)이 더 설치되고, 상기 연결선 안내홈(48)은 전선을 통해 상기 마이크로컨트롤러(44) 및 상기 센서(45)와 연결될 수 있고, 다시 선로 안내홈(26)을 통해 배터리(5)와 전기적으로 연결된다. 주목할 만한 것은, 상기 마이크로컨트롤러(44) 및 상기 센서(45)가 전선 연결을 통해 유선 방식으로 외부 전원을 상기 마이크로컨트롤러(44) 및 상기 센서(45)까지 전송할 수 있다는 점이다.
상기 구조를 통해 너트에 별도로 센서 유닛을 추가로 설치할 필요 없이 곧바로 커버판 본체(40)에 설치하며, 커버판 본체(40) 내에 곧바로 역류 채널(47)이 설치되어 볼 어셈블리(3)가 역류해 관통하도록 만든다. 또한 너트 부재(2)의 평편부(221)에 분리 가능하도록 설치해 공간을 절약할 수 있고, 나아가 스크류 샤프트(1)의 회전 상태를 곧바로 감지할 수 있으며, 더욱이 감지한 스크류 로드 상태의 신호를 경고 유닛(6)으로 전송할 수 있고, 소리(예를 들어 버저), 광선(예를 들어 발광 다이오드) 밝기나 깜빡임, 또는 신호 출력 유닛(46)을 이용해 무선이나 유선 방식으로 수신 유닛(컴퓨터, 스마트폰, 패드 등 장치)에 전송할 수 있으며, 이를 통하여 스크류 샤프트 상태를 측정하는 목적을 구현한다.
도 6 내지 8에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비교적 바람직한 제2 실시예에서 제안하는 검출 기능이 있는 볼스크류 구조(100)는 제1 실시예와 동일하게 스크류 샤프트(1), 너트 부재(2), 볼 어셈블리(3), 및 역류 부재(4)를 포함한다. 그러나 양자의 주요 차이점은 이하와 같다.
본 실시예에서 상기 역류 부재(4)는 2개의 엔드커버(40A)이고, 상기 2개의 엔드커버(40A)는 너트 부재(2)의 양단에 설치되고, 여기에서 하나의 엔드커버(40A)에서 상기 너트 부재(2)와 마주하는 일단면에는 2개의 오목홈(42, 43)이 설치되고, 여기에서 하나의 오목홈(42)에는 상기 마이크로컨트롤러(44)가 수용되고, 다른 하나의 오목홈(43)에는 상기 센서(45)가 수용 설치되고, 상기 엔드커버의 다른 하나의 단면 상에는 제1 수용홈(24) 및 제2 수용홈(25)이 설치되어 각각 배터리(5) 및 경고 유닛(6)을 수용하는 데 사용된다.
도 9 및 10에서 도시하는 바와 같이, 본 발명의 비교적 바람직한 제3 실시예에서 제안하는 검출 기능이 있는 볼스크류 구조(100)는 제1 실시예와 동일하게 스크류 샤프트(1), 너트 부재(2), 볼 어셈블리(3), 및 역류 부재(4)를 포함한다. 그러나 양자의 주요 차이점은 이하와 같다.
본 실시예에서 상기 역류 부재(4)는 2개의 엔드 스피것(40B)이고, 상기 너트 부재(2)에는 2개의 설치홈(28)이 있고, 2개의 엔드 스피것(40B)은 각각 2개의 상기 설치홈(28)에 장착되고, 여기에서 하나의 엔드 스피것(40B) 바닥면에는 오목홈(49)이 있고, 상기 오목홈(49)에는 상기 마이크로컨트롤러(44) 및 상기 센서(45)가 수용될 수 있다.
100 검출 기능이 있는 볼스크류 구조
1 스크류 샤프트
11 외부 나사산 홈
2 너트 부재
21 내부 나사산 홈
22 관체
221 평편부
222 나사공
223 역류공
23 외부 돌출 고리
24 제1 수용홈
25 제2 수용홈
26 선로 안내홈
28 설치홈
3 볼 어셈블리
4 역류 부재
40 커버판 본체
40A 엔드커버
40B 엔드 스피것
41 관통공
42 오목홈
43 오목홈
44 마이크로컨트롤러
45 센서
46 신호 출력 유닛
47 역류 채널
48 연결선 안내홈
49 오목홈
5 배터리
6 경고 유닛
9 스크류
T 부하 채널

Claims (3)

  1. 검출 기능이 있는 볼스크류 구조에 있어서,
    스크류 샤프트, 너트 부재, 볼 어셈블리, 및 역류 부재를 포함하고,
    여기에서 스크류 샤프트에는 외부 나사산 홈이 있고,
    너트 부재는 스크류 샤프트의 축방향을 따라 이동하며 상기 스크류 샤프트를 씌우며 설치되고, 상기 너트 부재에는 내부 나사산 홈이 있고, 상기 내부 나사산 홈은 상기 스크류 샤프트의 외부 나사산 홈에 대응하여 설치되어 상기 너트 부재의 상기 내부 나사산 홈과 상기 스크류 샤프트의 상기 외부 나사산 홈 사이에 부하 통로를 형성하고,
    볼 어셈블리는 부하 통로 내에서 구를 수 있도록 설치되고,
    역류 부재는 상기 너트 부재 상에 분리 가능하도록 설치되고, 마이크로컨트롤러 및 센서가 설치되고, 상기 너트 부재 내의 상기 스크류 샤프트 회전 상태를 감지할 수 있고, 상기 역류 부재 내에는 상기 너트 부재와 연통하는 역류 채널이 설치되어 볼 어셈블리의 이동 및 역류 관통을 허용하고,
    상기 역류 부재는 2개의 오목홈을 포함하고, 상기 2개의 오목홈은 상기 역류 부재의, 너트 부재를 마주보는 표면상에 설치되어, 하나의 오목홈에는 마이크로컨트롤러가 수용 설치되고, 다른 하나의 오목홈에는 센서가 수용 설치되는 것을 특징으로 하는 검출 기능이 있는 볼스크류 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 역류 부재는 역류 커버판의 형태로 구성되고, 상기 역류 커버판은 상기 너트 부재의 표면을 덮는 것을 특징으로 하는
    검출 기능이 있는 볼스크류 구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 너트 부재에 제1 수용홈 및 제2 수용홈이 설치되어 각각 배터리 및 경고 유닛을 수용하는 데 사용되고, 상기 배터리는 상기 마이크로컨트롤러 및 상기 센서와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 검출 기능이 있는 볼스크류 구조.
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