KR102374992B1 - 순환형 볼 스크류 - Google Patents

Abstract

본 발명은 너트부재와 볼 순환부재의 조립이 용이하고, 탈부착이 가능한 순환형 볼 스크류를 제공하고자 함에 그 목적이 있다. 이를 구현하기 위한 볼 스크류는, 스크류 샤프트의 외측을 둘러싸도록 중공 형상으로 이루어지고, 내주면 둘레를 따라 일부 영역에 나선홈이 형성되되, 상기 내주면 둘레에서 상기 나선홈이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역으로서 상기 나선홈보다 더 외측으로 오목하게 패인 형상의 볼 순환부재 안착부가 형성된 너트부재; 상기 볼 순환부재 안착부에 안착되고, 상기 너트부재의 나선홈을 따라 이동하는 볼을 다시 원래 나선홈의 위치로 순환시키기 위한 나선홈이 형성된 볼 순환부재를 포함한다.

Description

순환형 볼 스크류{Circulating Type Ball Screw}

본 발명은 볼 스크류 내부에 구비된 볼의 순환이 이루어지는 순환형 볼 스크류에 관한 것이다.

볼 스크류(Ball screw)는 회전운동을 직선운동으로 바꾸어 주는 장치이다.

볼 스크류는, 외주면에 나선홈이 형성된 스크류 샤프트, 상기 스크류 샤프트가 내부에 삽입되도록 중공형상으로 이루어지되 내주면에 나선홈이 형성된 너트부재, 상기 스크류 샤프트의 나선홈과 상기 너트부재의 나선홈 사이에 구비된 복수의 볼로 이루어진다.

또한, 상기 볼 스크류는 상기 나선홈을 따라 이동하는 볼이 순환할 수 있도록 불 순환구조를 구비하고 있다.

상기 스크류 샤프트의 회전에 따라 상기 너트부재가 직선운동하는 경우 상기 볼은 상기 스크류 샤프트의 나선홈과 상기 너트부재의 나선홈 사이에서 상기 나선홈을 따라 이동하게 되고, 상기 나선홈을 따라 이동하는 볼은 상기 볼 순환구조에 형성된 나선홈을 따라 이동되어 원래 위치로 되돌아옴으로써 순환이 이루어진다.

이러한 순환형 볼 스크류에 대한 선행기술로서 대한민국 공개특허 제10-2017-0107180호가 공개되어 있다.

본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 너트부재와 볼 순환부재의 조립이 용이하고, 탈부착이 가능한 순환형 볼 스크류를 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 간단한 구조에 의해 너트부재로부터 볼 순환부재의 이탈을 방지할 수 있는 순환형 볼 스크류를 제공하고자 함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 볼 스크류의 안정적인 구동이 이루어질 수 있는 순환형 볼 스크류를 제공하고자 함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 순환형 볼 스크류는, 스크류 샤프트의 외측을 둘러싸도록 중공 형상으로 이루어지고, 내주면 둘레를 따라 일부 영역에 나선홈이 형성되되, 상기 내주면 둘레에서 상기 나선홈이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역으로서 상기 나선홈보다 더 외측으로 오목하게 패인 형상의 볼 순환부재 안착부가 형성된 너트부재; 상기 볼 순환부재 안착부에 안착되고, 상기 너트부재의 나선홈을 따라 이동하는 볼을 다시 원래 나선홈의 위치로 순환시키기 위한 나선홈이 형성된 볼 순환부재를 포함한다.

상기 볼 순환부재에는 상기 스크류 샤프트의 길이방향의 일측 단부와, 상기 일측 단부에 대향하는 상기 너트부재의 불 순환부재 안착부의 일측 벽부 중 어느 하나에는 돌출된 형상의 돌출부가 형성되고, 나머지 하나에는 상기 돌출부가 삽입되는 삽입홈이 형성될 수 있다.

상기 너트부재의 내주면에는 오목하게 형성된 결합홈이 형성되어 있고; 상기 볼 순환부재는, 상기 나선홈이 형성된 순환부 몸체와, 상기 순환부 몸체의 단부에 형성되어 상기 결합홈에 삽입되어, 상기 볼 순환부재가 상기 너트부재에 결합된 상태를 유지할 수 있도록 구비된 결합부로 이루어질 수 있다.

상기 결합부는 C 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 결합부에는 서로 대향하는 위치에서 오목하게 절개된 한 쌍의 오목부가 형성될 수 있다.

상기 오목부는 상기 너트부재의 내주면보다 더 내측에 적어도 일부가 위치하는 것일 수 있다.

상기 볼 순환부재 안착부와, 상기 결합부에서 상기 볼 순환부재 안착부에 안착되는 부분은 라운드 형상으로 이루어질 수 있다.

상기 결합부의 외측에서 내측 방향으로 힘을 가하면 탄성 변형되어 상기 결합홈으로부터 탈착이 용이한 것일 수 있다.

상기 순환부 몸체의 반경 방향 두께보다 상기 결합부의 반경 방향 두께가 더 두꺼운 것일 수 있다.

상기 볼 순환부재는 합성수지로 이루어지거나, 금속으로 이루어질 수 있다.

상기 볼 순환부재는 사출 성형으로 제조될 수 있다.

본 발명에 의하면, 너트부재와 볼 순환부재의 조립이 용이하고, 탈부착이 가능하다.

또한, 간단한 구조에 의해 너트부재로부터 볼 순환부재의 이탈을 방지할 수 있다.

또한, 볼 순환부재가 너트부재에 안착되면 부분의 형상을 라운드 형상으로 함으로써 볼 스크류의 안정적인 구동이 이루어질 수 있다.

도 1은 본 발명의 볼 스크류를 구성하는 너트부재와 볼 순환부재 및 볼이 결합된 상태를 보여주는 사시도
도 2는 본 발명의 볼 스크류를 구성하는 너트부재와 볼 순환부재 및 볼이 분해된 상태를 보여주는 사시도
도 3은 본 발명의 볼 스크류를 구성하는 스크류 샤프트와 너트부재와 볼 순환부재 및 볼을 보여주는 도면
도 4는 본 발명의 볼 스크류를 구성하는 너트부재에 볼 순환부재가 결합된 상태를 보여주는 절개 사시도
도 5는 본 발명의 볼 순환부재를 보여주는 사시도
도 6은 본 발명의 볼 순환부재의 결합부를 보여주는 정면도
도 7은 본 발명의 볼 순환부재의 길이방향에 따른 단면도
도 8은 본 발명의 너트부재가 절단된 사시도
도 9는 본 발명의 볼 스크류를 구성하는 너트부재와 볼 순환부재 및 볼이 결합된 상태를 보여주는 정면도

이하 본 발명에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 순환형 볼 스크류(1)는, 내부가 중공인 원통 형상의 너트부재(100), 상기 너트부재(100)의 내부에 결합되는 볼 순환부재(200), 상기 너트부재(100)와 볼 순환부재(200)의 나선홈을 따라 순환하도록 구비된 복수의 볼(300), 상기 너트부재(100)의 중공인 내부에 삽입되는 스크류 샤프트(400)로 이루어진다.

상기 스크류 샤프트(400)의 단부는 모터와 같은 구동부(미도시)에 연결되어 있다. 상기 구동부가 구동되면 스크류 샤프트(400)는 회전하게 된다.

상기 스크류 샤프트(400)의 외주면에 나선홈(410)이 형성되어, 스크류 샤프트(400)의 길이방향을 따라 골과 산이 반복 형성된다.

상기 너트부재(100)의 중공인 내주면에는 상기 스크류 샤프트(400)의 나선홈(410)에 대응되도록 나선홈(110)이 형성되어, 상기 스크류 샤프트(400)의 골과 산에 맞물리도록 산과 골이 반복 형성되어 있다.

상기 스크류 샤프트(400)가 상기 구동부에 의해 회전운동을 하게 되면, 상기 스크류 샤프트(400)에 맞물려 있는 너트부재(100)는 상기 스크류 샤프트(400)의 길이방향을 따라 직선운동하게 된다. 이 경우 상기 너트부재(100)의 외측면에는 너트부재(100)가 직선운동할 때 회전하지 않도록 너트부재(100)의 회전을 구속하도록 구비될 수 있다.

상기 복수의 볼(300)은 스크류 샤프트(400)의 나선홈(410)과 너트부재(100)의 나선홈(110)에 삽입되고, 상기 스크류 샤프트(400)가 회전하여 너트부재(100)가 직선운동할 때 상기 복수의 볼(300)은 나선홈(110,410)을 따라 이동하게 된다.

상기 볼 순환부재(200)는 상기 너트부재(100)의 나선홈(110)과 연결되도록 나선홈(210a)이 형성되어 있다. 이 경우 상기 나선홈(110,410)을 따라 이동하는 볼(300)이 이동을 시작하는 위치(이하, '시작위치'라 함)로 되돌아올 수 있도록 나선홈(210a)이 형성되어 있다.

즉, 상기 볼 순환부재(200)의 나선홈(210a)의 일측 단부는 볼(300)이 이동을 시작하는 너트부재(100)의 나선홈(110)의 시작위치에 연결되고, 상기 볼 순환부재(200)의 나선홈(210a)의 타측 단부는 상기 볼(300)이 이동을 시작한 위치의 나선홈(110)으로 다시 되돌아오도록 상기 나선홈(110)에 연결되어 있다.

이러한 구성으로 인해 스크류 샤프트(400)의 회전운동과 너트부재(100)의 직선운동시 상기 볼(300)은 상기 볼 순환부재(200)에 의해 너트부재(100)의 일정 길이의 나선홈(110)과 볼 순환부재(200)의 나선홈(210a)을 따라 이동하면서 순환하게 된다.

도 2와 도 4 및 도 8을 참조하여 너트부재(100)에 대해 상세히 설명한다. 도 7에 나타난 너트부재(100)는 길이방향을 따라 절단된 상태가 나타나 있다.

상기 너트부재(100)는 스크류 샤프트(400)가 중심을 관통하여 스크류 샤프트(400)의 외측을 둘러싸도록 내부가 중공인 원통형상으로 이루어질 수 있다.

상기 너트부재(100)의 내주면 둘레를 따라 상기 나선홈(110)이 형성되어 있다. 상기 나선홈(110)은 너트부재(100)의 내주면 둘레를 따라 일부 영역에 형성되도록 너트부재(100)의 길이방향을 따라 일정 길이만큼 형성되어 있다.

또한, 상기 너트부재(100)의 내주면에는 상기 볼 순환부재(200)가 안착되는 볼 순환부재 안착부(120)가 형성되어 있다.

상기 볼 순환부재 안착부(120)는 너트부재(100)의 중심축(스크류 샤프트(400)의 중심축)에 수직 평면에 의해 형성되는 단면이 원호 형상(라운드 형상)으로 이루어져 있고, 상기 너트부재(100)의 중심축의 길이방향을 따라 일정 구간에 형성되어 있다.

상기 볼 순환부재 안착부(120)의 형상과 상기 너트부재(100)의 중공인 내주면 사이의 관계는 여러 가지 방식으로 표현할 수 있다.

일례로, 상기 볼 순환부재 안착부(120)는 상기 너트부재(100)의 내주면에 오목하게 패인 형상으로 이루어지되, 상기 나선홈(110) 보다 더 외측으로 오목하게 패인 형상으로 이루어져 있다.

또한, 상기 너트부재(100)의 나선홈(110)이 형성된 내부 공간의 곡률반경보다 원호 형상으로 이루어진 상기 볼 순환부재 안착부(120)이 곡률반경이 더 작게 형성되어 있다.

또한, 상기 너트부재(100)의 중심축과 상기 볼 순환부재 안착부(120)의 중심이 일치하지 않고 상이하다.

상기 볼 순환부재 안착부(120)의 표면에는 나선홈이 형성되어 있지 않아, 상기 볼 순환부재 안착부(120)가 형성된 구간의 나선홈(110)은 연속되지 않고 불연속 구간을 형성하게 된다.

상기 볼 순환부재 안착부(120)의 내측 단부에는 상기 볼 순환부재 안착부(120)의 표면과 상기 너트부재(100)의 나선홈(110)이 내주면과의 사이에 형성된 단차로 인해 벽부(121)가 형성된다.

상기 벽부(121)에는 상기 너트부재(100)의 길이방향으로 일정 깊이로 형성된 삽입홈(130)이 형성되어 있다. 상기 삽입홈(130)에는 후술하는 볼 순환부재(200)의 돌출부(230)가 삽입된다.

본 실시예에서는 벽부(121)에 삽입홈(130)이 형성되고 볼 순환부재(200)에 돌출부(230)가 형성된 것으로 예시하였으나, 벽부(121)에 돌출부가 형성되고, 볼 순환부재(200)에 삽입홈이 형성되는 것으로 구성할 수도 있다.

상기 너트부재(100)의 내주면에는 오목하게 형성된 결합홈(140)이 형성되어 있다. 상기 결합홈(140)은 볼 순환부재 안착부(120)에서 볼 순환부재(200)가 삽입되는 입구측에 형성되어 있다. 또한, 상기 결합홈(140)은 볼 순환부재 안착부(120)의 원호 둘레의 양측 단부에 형성되어 있다. 상기 결합홈(140)에는 후술하는 볼 순환부재(200)의 결합부(220)가 삽입된다.

도 5 내지 도 7을 참조하여 볼 순환부재(200)에 대해 설명한다.

상기 볼 순환부재(200)는, 상기 나선홈(210a)이 형성된 순환부 몸체(210), 상기 순환부 몸체(210)의 일측 단부에 일체로 형성되어 상기 결합홈(140)에 삽입되는 결합부(220), 상기 순환부 몸체(210)의 타측 단부에서 돌출된 돌출부(230)로 이루어져 있다.

상기 순환부 몸체(210)는 상기 볼 순환부재 안착부(120)에 안착되는 부분이다. 상기 볼 순환부재 안착부(120)에 안착되는 순환부 몸체(210)의 저면은 볼 순환부재 안착부(120)의 형상에 대응되도록 원호 형상(라운드 형상)으로 이루어져 있다.

상기 너트부재(100)의 내부공간 측에 위치하는 상기 순환부 몸체(210)의 상면에는 상기 너트부재(100)의 나선홈(110)에 연결되는 나선홈(210a)이 형성되어 있다.

상기 결합부(220)는 상기 너트부재(100)의 결합홈(140)에 삽입되어, 상기 볼 순환부재(200)가 너트부재(100)에 결합된 상태를 유지할 수 있도록 구비되어 있다.

상기 결합부(220)는 너트부재(100)의 길이방향을 따라 얇은 두께로 이루어진 것으로서, 일부 구간이 절개된 링 형상 또는 C 형상으로 이루어져 있다.

상기 결합부(220)는, 양측에 형성된 결합부 측부 몸체(220a)와, 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a) 사이를 연결하도록 하부에 형성된 결합부 하부 몸체(220b)로 이루어져 있고, 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a)의 상단부 사이는 절개된 부분으로서 이격되어 있다.

상기 볼 순환부재 안착부(120)에 안착되는 부분인 순환부 몸체(210)와 결합부 하부 몸체(220b)의 길이방향에 수직인 평면에 의해 형성되는 단면은 상기 볼 순환부재 안착부(120)에 대응되도록 라운드 형상으로 이루어져 있다. 이와 같이 순환부 몸체(210)가 라운드 형상으로 이루어져 있어, 볼(300)이 볼 순환부재(200)의 나선홈(210a)을 따라 원활하게 순환될 수 있다.

상기 결합부(220)는 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a) 사이가 이격되어 C 형상으로 이루어져 있어, 양측의 결합부 측부 몸체(220a) 사이의 간격이 좁혀지거나 넓어지도록 변형될 수 있다. 이와 같이 변형이 이루어지는 경우 결합부(220)의 재질에 따라 탄성 변형이 이루어질 수 있고, 탄성 변형이 이루어지는 재질인 경우에는 양측의 결합부 측부 몸체(220a) 사이의 간격이 좁혀지도록 내측방향으로 힘을 가한 후 힘을 제거하면 다시 원래 상태로 복원될 수 있다.

따라서 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a) 사이의 간격을 좁힌 상태에서 상기 결합부(220)를 상기 결합홈(140)에 삽입하여 결합한다. 상기 결합부(220)가 상기 결합홈(140)에 삽입되어 결합부 측부 몸체(220a)에 가하던 힘을 제거하면, 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a) 사이의 간격을 넓어짐으로써 결합부(220)가 결합홈(140)에 걸림되어 이탈이 방지된다.

또한, 상기 결합홈(140)에 결합부(220)가 삽입된 상태에서, 상기 상기 볼 순환부재(200)를 상기 볼 순환부재 안착부(120)로부터 빼내고자 하는 경우에는, 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a) 사이가 가까워지도록 외측에서 내측 방향으로 힘을 가한 후 빼낼 수 있다.

이와 같이 결합부(220)가 절개된 링 형상 또는 C 형상으로 이루어지게 되면, 볼 순환부재(200)를 너트부재(100)에 착탈하는 것이 용이해진다.

상기 결합부(220)에서 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a)에는 서로 대향하는 위치에 오목하게 절개된 한 쌍의 오목부(220c)가 형성되어 있다. 상기 한 쌍의 오목부(220c)는 결합부 측부 몸체(220a)에서 외측 가장자리에 절개된 형상으로 형성되어 있다.

상기 볼 순환부재(200)가 너트부재(100)에 결합하거나, 너트부재(100)에 결합된 상태에서 분리하여 빼내고자 하는 경우, 공구를 이용하여 상기 한 쌍의 오목부(220c)에 서로 마주보는 내측 방향으로 힘을 가하면, 상기 양측의 결합부 측부 몸체(220a)는 서로 가까워지는 방향으로 탄성 변형되므로, 볼 순환부재(200)를 너트부재(100)의 결합홈(140)에 결합하거나 분리하는 작업이 용이해진다.

상기 순환부 몸체(210)의 반경 방향 두께보다 상기 결합부(220)의 반경 방향 두께가 더 두껍도록 구성할 수 있다. 상기 결합부(220)를 C 형상으로 구성하여 탄성력에 의해 탈착이 이루어지도록 하기 위해서는 상기 결합부(220)의 두께가 두꺼운 것이 바람직하다.

상기 볼 순환부재(200)는 사출 성형에 의해 순환부 몸체(210), 결합부(220), 돌출부(230)가 일체로 형성될 수 있다.

이 경우 상기 볼 순환부재(200)는 합성수지 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 볼 순환부재(200)는 금속 재질로 이루어질 수 있다.

상기 볼 순환부재(200)가 금속 재질로 이루어지는 경우 금속 분말을 이용하여 금속 사출을 함으로써 일체로 성형할 수 있다.

도 9를 참조하면, 오목부(220c)는 너트부재(100)의 내주면보다 더 내측에 적어도 일부가 위치하도록 되어 있다. 즉, 스크류 샤프트(400)의 축방향인 정면에서 보았을 때 오목부(220c)가 보이는 위치에 형성되어 있다. 따라서 볼 순환부재(200)가 너트부재(100)에 결합된 상태에서 공구를 상기 오목부(220c)에 삽입한 후 서로 마주보는 내측 방향으로 힘을 가하면 양측의 결합부 측부 몸체(220a)는 서로 가까워지는 방향으로 탄성 변형되어, 볼 순환부재(200)가 너트부재(100)로부터 분리될 수 있다.

상기와 같은 구성에 의하면, 너트부재(100)와 볼 순환부재(200)의 조립이 용이하고, 탈부착이 가능하다. 또한, 간단한 구조에 의해 너트부재(100)로부터 볼 순환부재(200)의 이탈을 방지할 수 있다. 또한, 볼 순환부재(200)가 너트부재(100)에 안착되면 부분의 형상을 라운드 형상으로 함으로써 볼 스크류의 안정적인 구동이 이루어질 수 있다.

전술한 바와 같이 본 발명에 대하여 바람직한 실시예를 들어 상세히 설명하였지만, 본 발명은 전술한 실시예들에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.

100 : 너트부재 110,210a,410 : 나선홈
120 : 불 순환부재 안착부 121 : 벽부
130 : 삽입홈 140 : 결합부
200 : 볼 순환부재 210 : 순환부 몸체
220 : 결합부 230 : 돌출부
300 : 볼 400 : 스크류 샤프트

Claims (12)

1. 스크류 샤프트의 외측을 둘러싸도록 중공 형상으로 이루어지고, 내주면 둘레를 따라 일부 영역에 나선홈이 형성되되, 상기 내주면 둘레에서 상기 나선홈이 형성된 영역을 제외한 나머지 영역으로서 상기 나선홈보다 더 외측으로 오목하게 패인 형상의 볼 순환부재 안착부가 형성된 너트부재;
   상기 볼 순환부재 안착부에 안착되고, 상기 너트부재의 나선홈을 따라 이동하는 볼을 다시 원래 나선홈의 위치로 순환시키기 위한 나선홈이 형성된 볼 순환부재;
   를 포함하고,
   상기 볼 순환부재에는 상기 스크류 샤프트의 길이방향의 일측 단부와, 상기 일측 단부에 대향하는 상기 너트부재의 불 순환부재 안착부의 일측 벽부 중 어느 하나에는 돌출된 형상의 돌출부가 형성되고, 나머지 하나에는 상기 돌출부가 삽입되는 삽입홈이 형성되고;
   상기 너트부재의 내주면에는 오목하게 형성된 결합홈이 형성되어 있고;
   상기 볼 순환부재는, 상기 나선홈이 형성된 순환부 몸체와, 상기 순환부 몸체의 단부에 형성되어 상기 결합홈에 삽입되어, 상기 볼 순환부재가 상기 너트부재에 결합된 상태를 유지할 수 있도록 구비된 결합부로 이루어지고;
   상기 결합부는 C 형상으로 이루어지고;
   상기 결합부에는 서로 대향하는 위치에서 오목하게 절개된 한 쌍의 오목부가 형성되고;
   상기 오목부는 상기 너트부재의 내주면보다 더 내측에 적어도 일부가 위치하는 순환형 볼 스크류
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 볼 순환부재 안착부와, 상기 결합부에서 상기 볼 순환부재 안착부에 안착되는 부분은 라운드 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 순환형 볼 스크류
8. 제1항에 있어서,
   상기 결합부의 외측에서 내측 방향으로 힘을 가하면 탄성 변형되어 상기 결합홈으로부터 탈착이 용이한 것을 특징으로 하는 순환형 볼 스크류
9. 제1항에 있어서,
   상기 순환부 몸체의 반경 방향 두께보다 상기 결합부의 반경 방향 두께가 더 두꺼운 것을 특징으로 하는 순환형 볼 스크류
10. 제1항에 있어서,
    상기 볼 순환부재는 합성수지로 이루어진 것을 특징으로 하는 순환형 볼 스크류
11. 제1항에 있어서,
    상기 볼 순환부재는 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 순환형 볼 스크류
12. 제1항에 있어서,
    상기 볼 순환부재는 사출 성형으로 제조된 것을 특징으로 하는 순환형 볼 스크류

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