KR102490898B1 - 안티 백래시 볼 너트 및 이를 포함하는 직선운동장치 - Google Patents

안티 백래시 볼 너트 및 이를 포함하는 직선운동장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안티 백래시 볼 너트 및 이를 포함하는 직선운동장치에 관한 것으로, 안티 백래시 볼 너트, 상기 안티 백래시 볼 너트를 관통하는 스크류, 상기 스크류를 회전시키는 구동모터, 상기 안티 백래시 볼 너트와 결합되어 직선 이동할 수 있는 테이블 및 상기 테이블과 연결된 가이드레일이 결합된 베이스를 포함한다.
안티 백래시 볼 너트는 스크류가 내부를 관통할 수 있으며 상기 스크류의 나사홈과 연결되는 배치공간이 원주 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있는 너트몸체, 상기 배치공간 마다 수용되어 일부분이 상기 너트몸체를 관통하여 상기 나사홈에 걸릴 수 있는 복수의 볼부 및 상기 너트몸체를 감싸 상기 배치공간에서 상기 볼부가 이탈하지 않도록 하는 하우징을 포함한다.
상기 복수의 볼부는 서로 떨어져 있고 상기 배치공간에서 상기 스크류를 따라 회전할 수 있다.

Description

안티 백래시 볼 너트 및 이를 포함하는 직선운동장치{ANTI-BACKLASH BALL NUT AND RECTILINEAR MOVEMENT APPARATUS COMPRISING THE SAME}
본 발명은 안티 백래시 볼 너트 및 이를 포함하는 직선운동장치에 관한 것이다.
볼 스크류(Ball screw)는 나사축의 샤프트(Shaft), 너트(Nut), 순환시스템 및 볼(Ball)을 사이에 두고 작동하는 기계부품으로 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 주는 장치이다.
너트의 내주연과 샤프트의 외주연에 각각 반원형 단면의 홈이 각각 형성되어 반원형 단면의 홈이 서로 결합되어 원형으로 형성됨으로써 나선형 통로를 형성한다. 그리고 나선형 통로에 볼이 끼워지며, 너트에는 가이드 레일과 결합된 테이블이 연결되어 있다.
모터의 동력으로 스크류가 회전하면 볼을 매개체로 하여 너트가 샤프트의 길이 방향을 따라 전진 또는 후퇴하게 되어 테이블은 소정의 이송 동작을 행하게 된다.
이러한 볼 스크류는 수치제어공작기계, 항공기의 기계적 제어장치 등 정밀을 요하는 기계 장치류의 이송기구(Feeding mechanism)로 널리 사용되고 있으며, 외부순환, 내부순환, 엔드캡타입, 슈퍼 에스(Super S), 슈퍼 티(Super T) 등 너트 순환방식으로 분류되어 있다.
도면 도 1을 참고하면 외부순환 볼 스크류는 샤프트, 너트, 볼, 튜브, 고정블럭 구조로 설계되어 있으며, 볼순환용으로 리턴 튜브를 사용하는 가장 일반적인 타입의 너트이며, 볼은 리턴 튜브 내부로 순환된다. 외부순환 볼 스크류는 선택 가능한 나사축 외경 및 리드의 규격이 다양하고, 너트의 사이즈가 비교적 큰 특징이 있다.
도면 도 2를 참고하면, 내부순환 볼 스크류(디프렉트형)는 샤프트, 너트, 볼, 디플렉터 구조로 설계되어 있으며 가장 컴팩트한 너트 타입이며, 볼은 디플렉터에 의해 순환방향이 변경되며 일반리드에 적합한 특징이 있다.
도면 도 3을 참고하면, 앤드캡 볼 스크류는 샤프트, 너트, 볼, 앤드캡의 구조로 설계되어 있으며, 고속 이송에 가장 적합한 너트 타입이다. 앤드캡 볼 스크류는 너트 양끝에 순환통로를 설계하여 볼이 앤드캡에 의해 순환되며 너트몸체의 관통된 홀을 통하여 순환된다. 앤드캡 볼 스크류는 대리드에 적합한 특징이 있다.
도면 도 4를 참고하면, 슈퍼 에스(Super S) 볼 스크류는 샤프트, 너트, 볼, 순환부속의 구조로 설계되어 있으며 고속 이송에 가장 적합한 너트 타입이다. 너트 내부에 순환 부속을 통해 볼이 너트몸체에 있는 관통된 홀을 통하여 순환되며, 저소음, 컴펙트한 설계, 고 가감속 특징이 있다.
도면 도 5를 참고하면 슈퍼 티(Super T) 볼 스크류는 접선디자인의 순환부속과 샤프트, 너트를 통해 순환통로로 볼이 순환되며 볼과 볼의 임팩트와 마찰저항을 최소화하고 이송속도를 최적화할 수 있도록 설계되어 있으며, 고속 운전, 저소음, 고수명 등의 특징이 있다.
그러나 이와 같은 너트는 볼이 일방향으로 순환하는 과정에서 앞볼(1a), 뒤볼(1b)이 연속적으로 붙어 순환하게 된다. 이때 앞볼(1a), 뒤볼(1b)이 접촉하는 부분(p)에서 서로 반대 방향으로 회전하게 되면서 소음이 발생하였다(도면 도 6 참조). 이때 볼 스크류의 회전 속도가 빠를수록 소음은 더욱 증가하였다.
그리고 같은 강도의 앞볼(1a)과 뒤볼(1b)이 붙어서 순환하면서 마모가 일어나 백래시가 발생하게 되었다. 백래시에 의해 직선운동장치의 정밀성이 저하되는 문제가 발생하였다.
또한, 너트의 내부 둘레에 볼이 이동하는 반원형 단면의 나사홈을 정밀하게 형성하기 어려웠으며 전용 가공 장치를 사용하더라도 하루 생산 개수가 미비하여 수요자의 요구를 충족하지 못하였다. 이에 수요에 비해 공급이 원활히 이루어지지 않아 볼 너트의 단가 상승하는 요인이 되었다.
대한민국 공개특허 제10-2021-0047788호 (2021.04.30.) 대한민국 공개특허 제10-1990-0008186호 (1990.06.02.)
본 발명은 너트몸체의 내부에서 스크류의 나사홈과 맞물리는 볼들을 독립적으로 배치하여 마찰과 소음이 발생하지 않도록하는 안티 백래시 볼 너트를 제공한다.
본 발명은 너트몸체를 엔지니어링 플라스틱으로 성형하고 외부 둘레에서 내부 방향으로 배치공간을 형성하여 가공성을 높인 안티 백래시 볼 너트를 제공한다.
본 발명은 너트몸체의 내부에 배치된 볼들의 간격이 벌어지지 않도록 하며 사용 경과에 따라 마모와 백래시가 발생하지 않도록 하는 안티 백래시 볼 너트를 제공한다.
본 발명은 안티 백래시 볼 너트의 구동으로 이송 정밀성을 높인 직선운동장치를 제공한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 안티 백래시 볼 너트는 스크류가 내부를 관통할 수 있으며 상기 스크류의 나사홈과 연결되는 배치공간이 원주 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있는 너트몸체, 상기 배치공간 마다 수용되어 일부분이 상기 너트몸체를 관통하여 상기 나사홈에 걸릴 수 있는 복수의 볼부 및 상기 너트몸체를 감싸 상기 배치공간에서 상기 볼부가 이탈하지 않도록 하는 하우징을 포함한다.
상기 복수의 볼부는 서로 떨어져 있고 상기 배치공간에서 상기 스크류를 따라 회전할 수 있다.
상기 배치공간은 상기 너트몸체의 외부 둘레에서 내부 방향으로 기설정된 깊이로 형성되어 있고 서로 연결된 제1 지지볼홈, 스크류볼홈 및 제2 지지볼홈과 상기 스크류볼홈의 바닥을 관통하여 스크류볼홈과 상기 나사홈을 연결하는 볼노출홀로 이루어질 수 있다.
상기 볼부는 상기 스크류볼홈에서 상기 볼노출홀을 통해 일부분이 상기 나사홈의 둘레와 접하여 상기 스크류를 따라 회전할 수 있는 스크류볼, 상기 제1 지지볼홈에 위치하여 상기 스크류볼과 접하여 상기 스크류볼을 따라 회전할 수 있는 제1 지지볼 및 상기 제2 지지볼홈에 위치하여 상기 스크류볼과 접하여 상기 스크류볼을 따라 회전할 수 있는 제2 지지볼을 포함할 수 있다.
상기 제1 지지볼은 상기 제1 지지볼홈에서, 상기 제2 지지볼은 상기 제2 지지볼홈에 갇혀 사이가 벌어지지 않을 수 있다.
상기 제1 지지볼 및 제2 지지볼의 일부분은 상기 너트몸체에서 외부로 노출되어 상기 하우징의 내부 둘레와 접하며, 상기 제1 지지볼 및 제2 지지볼은 상기 스크류볼과 접촉면에서 회전 방향이 같을 수 있다.
상기 스크류볼의 중심과 상기 제1 지지볼의 중심 거리 치수, 그리고 상기 스크류볼의 중심과 제2 지지볼의 중심 거리 치수는 상기 스크류볼, 상기 제1 지지볼 및 상기 제2 지지볼의 지름 치수보다 작고 상기 제1 지지볼과 상기 제2 지지볼은 상기 스크류볼에 얹힌 형태로 배치될 수 있다.
상기 안티 백래시 볼 너트는 상기 하우징을 관통하여 상기 너트몸체에 체결된 고정부재를 더 포함할 수 있다.
상기 너트몸체는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)으로 만들어질 수 있다.
본 발명의 한 실시예에 따른 직선운동장치는 상기와 같이 기재된 안티 백래시 볼 너트, 상기 안티 백래시 볼 너트를 관통하는 스크류, 상기 스크류를 회전시키는 구동모터, 상기 안티 백래시 볼 너트와 결합되어 직선 이동할 수 있는 테이블 및 상기 테이블과 연결된 가이드레일이 결합된 베이스를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스크류볼, 제1 지지볼 및 제2 지지볼로 이루어진 볼부들이 너트몸체에서 독립적으로 배치되어 스크류를 따라 동일한 방향으로 회전하고, 스크류볼, 제1 지지볼 및 제2 지지볼이 접하고 있는 부분에서 회전 방향이 같다. 이에 스크류볼, 제1 지지볼 및 제2 지지볼이 서로 접하고 있는 부분에서 회전 방향이 동일하여 소음이 발생하지 않는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 너트몸체를 엔지니어링 플라스틱으로 제조하므로 스크류홀과 제1 지지볼홈, 스크류볼홈, 제2 지지볼홈 및 볼노출홀로 이루어진 배치공간의 가공이 용이하여 너트몸체의 생산성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 스크류를 기준으로 225°지점 및 315°지점의 볼부가 자중에 의해 하향되는 스크류의 하부측을 지지한다. 볼부의 제1 지지볼과 제2 지지볼이 제1 지지볼홈과 제2 지지볼홈에 회전 가능하게 갇혀 있으므로 제1 지지볼과 제2 지지볼은 스크류를 지지하고 있는 스크류볼의 누름에 의해 벌어지지 않는다. 이에 스크류볼은 스크류의 하중에 의해 이동하지 않으므로 스크류의 처짐이 발생하지 않는다. 이에 스크류의 안정성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 제1 지지볼과 제2 지지볼이 제1 지지볼홈과 제2 지지볼홈에 갇히어 사이가 벌어지지 않으므로 스크류볼과 제1 지지볼, 제2 지지볼의 사이에 백래시(backlash)가 발생하지 않는다.
도 1은 외부순환 볼 스크류를 나타낸 것으로 (a)는 볼 스크류 조립체이고 (b)는 볼 너트를 나타낸 개략도.
도 2는 내부순환 볼 스크류를 나타낸 것으로 (a)는 볼 스크류 조립체이고 (b)는 볼 너트를 나타낸 개략도.
도 3은 앤드캡 볼 스크류를 나타낸 것으로 (a)는 볼 스크류 조립체이고 (b)는 볼 너트를 나타낸 개략도.
도 4는 슈퍼 에스(Super S) 볼 스크류를 나타낸 것으로 (a)는 볼 스크류 조립체이고 (b)는 볼 너트를 나타낸 개략도.
도 5는 슈퍼 티(Super T) 볼 스크류를 나타낸 개략도.
도 6은 도 1 내지 도 5의 볼 스크류의 볼 회전 상태를 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 직선운동장치를 나타낸 개략도.
도 8은 도 7의 안티 백래시 볼 너트 확대도.
도 9는 도 7 분해 사시도.
도 10은 도 8을 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도.
도 11은 도 10를 XI-XI 선을 따라 자른 단면도.
도 12는 도 10를 XII-XII 선을 따라 자른 단면도.
도 13은 도 12의 A 부분 확대도.
도 14는 도 13의 볼부의 분해 단면도.
도 15는 도 13의 볼부의 회전을 설명하기 위한 개략도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
본 발명의 실시예에 따른 안티 백래시 볼 너트는 본 발명의 직선운동장치에 적용될 수 있는 바, 이하에서는 안티 백래시 볼 너트가 적용된 직선운동장치 위주로 설명한다.
그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 직선운동장치에 대하여 도 7 내지 도 15를 참고하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 직선운동장치를 나타낸 개략도이고, 도 8은 도 7의 안티 백래시 볼 너트 확대도이며, 도 9는 도 7 분해 사시도이고, 도 10은 도 8을 Ⅹ-Ⅹ 선을 따라 자른 단면도이며, 도 11은 도 10를 XI-XI 선을 따라 자른 단면도이고, 도 12는 도 10를 XII-XII 선을 따라 자른 단면도이며, 도 13은 도 12의 A 부분 확대도이고, 도 14는 도 13의 볼부의 분해 단면도이며, 도 15는 도 13의 볼부의 회전을 설명하기 위한 개략도이다.
먼저 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 직선운동장치(1)는 베이스(11), 스크류(20), 구동모터(30), 테이블(40) 및 안티 백래시 볼 너트(50)를 포함하며 안티 백래시 볼 너트(50)의 내부에서 스크류(20)의 나사홈(21)과 맞물려 회전하는 볼부(53)들이 스크류(20)의 회전 방향과 동일한 방향으로 회전하도록 하여 볼부 회전 시 볼(531, 532, 533)들의 회전에 따른 마찰과 소음이 발생하지 않도록 하며 생산성과 직선운동장치의 정밀성을 높이고 사용 경과에 따른 볼(531, 532, 533)들의 간격이 동일하게 유지되도록 하여 백래시가 발생하지 않도록 하여 스크류(20)를 안정적으로 지지 한다.
베이스(11)는 직선운동장치(1)의 몸체 역할을 하는 것으로 로봇의 바디, 프레임 따위일 수 있다. 베이스(11)의 폭 방향 양단에는 길이 방향을 따라 가이드레일(12)이 각각 배치되어 있다. 가이드레일(12)에는 가이드블록(13)이 각각 결합되어 있으며, 가이드블록(13)은 안티 백래시 볼 너트(50)를 통해 스크류(20)의 회전운동이 직선운동으로 변환되면서 가이드레일(12)을 따라 직선 운동할 수 있다. 베이스(11)의 길이 방향 일단과 타단에는 스크류 하우징(14a, 14b)이 각각 배치되어 있다.
스크류(20)는 일단과 타단이 스크류 하우징(14a, 14b)의 베어링에 회전 운동할 수 있게 지지되어 있다. 스크류(20)의 외부 둘레에는 나선 형태의 나사홈(21)이 형성되어 있다. 나사홈(21)의 둘레는 반원형 단면을 갖는다.
구동모터(30)는 베이스(11)의 길이 방향 일단에 배치되어 스크류(20)의 일단과 커플러(도시하지 않음) 따위의 동력연결수단을 통해 연결되어 있다. 구동모터(30)의 회전력에 의해 스크류(20)는 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있다. 이때 가이드블록(13)은 안티 백래시 볼 너트(50)에 의해 가이드레일(12)의 일단에서 타단으로 또는 타단에서 일단으로 직선운동을 할 수 있다.
테이블(40)은 양단이 가이드블록(13)과 결합되어 가이드블록(13)을 따라 이동할수 있다. 테이블(40)에는 이송물 따위가 놓일 수 있다.
안티 백래시 볼 너트(50)는 스크류(20)와 연결되어 가이드블록(13)과 결합되어 있다. 스크류(20) 회전 시 안티 백래시 볼 너트(50)는 가이드블록(13)의 결합으로 스크류(20)를 따라 회전하지 않고 가이드레일(12)의 가이드로 스크류(20)의 길이 방향을 따라 직선 운동한다. 이에 따라 테이블(40)이 직선 운동하여 이송물을 이송할 수 있다.
다음으로 도 8 내지 도 15를 더 참고하여 안티 백래시 볼 너트(50)에 대해 설명한다.
도 8 내지 도 15를 참고하면, 본 실시예에 따른 안티 백래시 볼 너트(50)는 너트몸체(51), 볼부(53) 및 하우징(54)을 포함하며 볼부(53) 회전 시 마찰과 소음이 발생하지 않도록 하며 생산성을 높이며 백래시 발생을 방지하여 직선운동장치의 정밀성을 높인다.
너트몸체(51)는 원기둥 형태로 형성되어 있으며 중앙에는 길이 방향을 따라 스크류홀(511a)이 관통되어 있다. 스크류(20)는 스크류홀(511a)을 관통하고 있으며 스크류(20)의 외부 둘레와 너트몸체(51)의 내부 둘레 사이에는 틈새가 형성되어 있다.
너트몸체(51)에는 외부 둘레에서 내부 방향으로 기설정된 깊이로 함몰된 배치공간(512)이 형성되어 있다. 배치공간(512)은 너트몸체(51)의 외주 방향과 길이 방향을 따라 등 간격으로 복수 형성되어 있다. 배치공간(512)의 개수와 길이 방향 간격은 스크류(20)의 규격에 따라 달라질 수 있다.
배치공간(512)은 제1 지지볼홈(512a), 스크류볼홈(512b) 제2 지지볼홈(512c) 및 볼노출홀(512d)로 이루어져 있다. 여기서, 너트몸체(51)에 스크류볼홈(512b)을 기설정된 깊이로 드릴링한 후 볼엔드밀을 이용하여 스크류볼홈(512b)의 바닥에 볼노출홀(512b)을 너트몸체(51)의 내부 둘레 방향으로 형성한다. 여기서, 볼엔드밀은 너트몸체(51)를 완전히 관통하지 않는다. 이에, 볼노출홀(512d)에서 스크류홀(511a)과 연결된 단부에는 원주 방향을 따라 곡면 형태의 지지단턱(512e)이 형성된다. 볼노출홀(512d)에서 지지단턱(512e)이 형성된 부분의 지름은 볼노출홀(512d)의 내측 둘레 지름 보다 작다. 스크류볼홈(512b)은 볼노출홀(512d)을 통해 스크류(20)의 나사홈(21)과 연결되어 있다.
스크류볼홈(512b)의 중심으로부터 일측으로 떨어진 기설정된 위치에 제1 지지볼홈(512a)을, 스크류볼홈(512b)의 중심으로부터 타측으로 떨어진 기설정된 위치에 제2 지지볼홈(512c)을 기설정된 깊이로 각각 형성한다. 이때 스크류볼홈(512b)의 중심으로부터 제1 지지볼홈((512a)의 중심, 제2 지지볼홈(512c)의 중심이 떨어진 거리 치수는 제1 지지볼홈(512a), 스크류볼홈(512b) 및 제2 지지볼홈(512c)의 지름 치수보다 작다. 이에 제1 지지볼홈(512a), 스크류볼홈(512b) 및 제2 지지볼홈(512c)은 서로 겹쳐 연결되어 제1 지지볼홈(512a), 스크류볼홈(512b) 및 제2 지지볼홈(512c)은 하나의 공간(배치공간(512)을 형성하게 된다.
너트몸체(51)는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)으로 만들어질 수 있다. 너트몸체(51)는 엔지니어링 플라스틱 중 폴리아세탈(polyacetal)로 만들어질 수 있다. 엔지니어링 플라스틱을 폴리아세탈로 한정하지 않는다. 이에 너트몸체(51)는 내피로성이 뛰어나고, 마모, 마찰계수가 작은 특성을 가지며 가공이 용이한 장점이 있다.
볼부(53)는 스크류볼(531), 제1 지지볼(532) 및 제2 지지볼(533)을 포함하며 배치공간(512)에 위치하고 있으며 베어링강(bearing steels)으로 만들어질 수 있다. 스크류볼(531), 제1 지지볼(532) 및 제2 지지볼(533)은 강구 형태로 형성되어 있으며 지름 치수는 제1 지지볼홈(512a), 스크류볼홈(512b) 제2 지지볼홈(512c)의 지름 치수보다 작다.
스크류볼(531)은 스크류볼홈(512b)에 위치하여 일부분이 볼노출홀(512d)을 통해 스크류홀(511a)로 노출되어 있다. 이때 스크류볼(531)의 지름 치수가 지지단턱(512e)이 형성된 부분의 지름 치수보다 크므로 스크류볼(531)은 볼노출홀(512d)에서 지지단턱(512e)에 지지되어 스크류홀(511a)로 빠지지 않는다.
지지단턱(512e)에 지지된 스크류볼(531)은 스크류볼홈(512b)에서 4/10부분이 볼노출홀(512d)을 통해 너트몸체(51)의 스크류홀(511a)로 노출되어 나사홈(21)의 둘레와 접한다. 여기서 스크류볼(531)이 스크류홀(511a)로 노출되는 정도는 나사홈(21)의 깊이에 따라 달라질 수 있다.
제1 지지볼(532)은 제1 지지볼홈(512a)에 위치하여 스크류볼(531)과 접하고 있으며, 제2 지지볼(533)은 제2 지지볼홈(512c)에 위치하여 스크류볼(531)과 접하고 있다. 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 지름 치수(532d, 533d)는 제1 지지볼홈(512a)과 제2 지지볼홈(512c)의 깊이 치수(512h)보다 크다. 지름 치수(532d, 533d)와 깊이 치수(512h) 차이는 틈새 정도이다. 이에 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 일부분은 틈새 정도 너트몸체(51)의 외부로 노출되어 있다. 그리고 제1 지지볼(532)과 제1 지지볼홈(512a), 제2 지지볼(533)과 제2 지지볼홈(512c)의 둘레 사이에 마이크로 또는 나노 단위의 미세한 틈새(도시하지 않음)가 형성되며 틈새에는 유막층(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 이에 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)은 배치공간(512)의 둘레와 직접적으로 접하고 있지 않다.
그리고 스크류볼(531)의 중심과 제1 지지볼(532) 중심 거리 치수(ch1), 스크류볼(531)의 중심과 제2 지지볼(533) 중심 거리 치수(ch2)는 스크류볼(531), 제1 지지볼(532) 및 제2 지지볼(533)의 지름 치수(531d, 532d, 533d)보다 작다. 이에 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)은 스크류볼(531)에 얻혀진 형태로 배치된다. 따라서 스크류볼(531)의 중심을 기준으로 제1 지지볼(532)은 스크류(20)의 35° 내지 45° 사이 부분과 접하고 있으며 제2 지지볼(533)은 스크류(20)의 142° 내지 147° 사이 부분과 접하고 있다. 이에 도면 도 13을 기준으로 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 중심은 스크류볼(531)의 중심보다 위에 위치하고 있다.
그리고 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 중심 거리 치수(dh)는 나사홈(21)의 깊이에 따라 달라질 수 있다. 예컨대, 나사홈(21)의 깊이 치수(21h)증가로 스크류볼(531)이 너트몸체(51) 외부로 노출된 부분이 4/10를 초과하여 형성되면 중심 거리 치수(dh)는 멀어질 수 있다. 이때 제1 지지볼(532)은 스크류볼(531)의 0°부분과 가까워지고, 제2 지지볼(533)은 스크류볼(531)의 180°부분과 가까워질 수 있다.
이와 반대로 나사홈(21)의 깊이 치수(21h)가 미비하여 스크류볼(531)이 너트몸체(51) 외부로 노출된 부분이 4/10 미만으로 형성되면 중심 거리 치수(dh)는 가까워질 수 있다. 이때 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)은 스크류볼(531)의 90°부분과 가까워질 수 있다. 이에 나사홈(21)의 깊이 치수(21h)에 따라 중심 거리 치수(dh)는 달라질 수 있다. 스크류(20)의 규격에 따라 볼들의 지름, 배치공간의 깊이 등의 치수는 달라질 수 있다.
스크류볼(531)은 나사홈(21)의 둘레와 접하므로 스크류(20)를 따라 회전할 수 있다. 이때 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)은 스크류볼(531)을 따라 회전할 수 있다. 여기서 스크류볼(531)과 제1 지지볼(532), 스크류볼(531)과 제2 지지볼(533)은 접하는 부분에서 회전 방향이 동일하다. 이에 볼이 접하는 부분에서 회전 방향이 같으므로 종래 접하는 부분에서 회전 방향이 달라 발생하였던 마찰 소음이 발생하지 않는다.
그리고 도면 도 10을 참고하면, 너트몸체(51)의 원주 방향을 따라 배열된 볼부(53)는 스크류(20)의 외부 둘레에서 45°지점(p1), 135°지점(p2), 225° 지점(p3) 및 315°지점(p4)과 접하고 있다. 225°지점(p3) 및 315°지점(p4)의 볼부(53)는 자중에 의해 하향된 스크류(20)의 하부측을 지지하고 있다. 이에 스크류(20)의 처짐이 발생하지 않는다. 즉, 스크류(20)의 하중에 의해 225°지점(p3) 및 315°지점(p4)의 스크류볼(531)은 눌릴 수 있고 이에 따라 제1 지지볼(532) 및 제2 지지볼(533)의 간격은 벌어지려고 한다. 그러나 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)이 제1 지지볼홈(512a)과 제2 지지볼홈(512c)에 회전 가능하게 갇혀 있고 하우징(54)의 내부 둘레와 접하고 있으므로 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 사이는 벌어지지 않는다. 이에 스크류볼(531)이 스크류(20)에 의해 하부로 이동하지 않고 스크류(20)의 하중을 지지하고 있으므로 스크류(20)의 처짐이 발생하지 않는다. 이에 스크류(20)의 안정성이 향상되는 효과가 있다.
하우징(54)의 외부 둘레는 가이드블록(13)과 결합되어 있으며 내부에는 길이 방향을 따라 관통된 몸체홀(541)이 형성되어 있다. 몸체홀(541)에는 너트몸체(51)가 위치하여 너트몸체(51)의 외부 둘레를 감싸고 있다. 하우징(54)의 내부 둘레와 너트몸체(51)의 외부 둘레 사이에는 틈새가 형성되어 있다. 너트몸체(51)의 외부로 돌출된 제1 지지볼(532) 및 제2 지지볼(533) 부분은 하우징(54)의 내부 둘레와 점 접촉하고 있다. 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)은 하우징(54)에 의해 제1 지지볼홈(512a)과 제2 지지볼홈(512c)에서 이탈하지 않으며 스크류볼(531)은 나사홈(21)의 둘레와 접한 상태를 유지한다. 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)이 접하는 하우징(54)의 내부 둘레는 열처리 가공되어 있다. 하우징(54)의 내부 둘레 강도와 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 강도는 같다. 이에 하우징(54)의 내부둘레와 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 사이에 마모 발생이 최소화되는 장점이 있다. 하우징(54)은 볼부(53)와 동일한 베어링강으로 만들어질 수 있다.
고정부재(55)는 볼트 구조를 가지며 단부가 하우징(54)을 관통하여 너트몸체(51)에 체결되어 있다. 이에 하우징(54)에는 볼트홀(542)이 형성되어 있고 너트몸체(51)에는 체결홀(513)이 형성되어 있다. 볼트홀(542)과 체결홀(513)은 동일 선상에 위치하여 너트몸체(51)의 원주 방향과 길이 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있다. 하우징(54)은 너트몸체(51)의 외부 둘레에 고정되어 볼부(53)가 배치공간(512)에서 이탈하는 것을 차단한다.
다음은 도면 도 7 내지 도 15를 다시 참고하여 위에서 설명한 직선운동장치의 작용에 대하여 설명한다.
너트몸체(51)의 스크류홀(511a)에 스크류볼(531)을 삽입하면 스크류볼(531)은 볼노출홀(512d)을 통해 스크류홀(511a)로 일부분이 노출된다. 이때 스크류볼(531)은 지지단턱(512e)에 지지되어 스크류홀(511a)로 빠지지 않는다.
그리고 제1 지지볼홈(512a)에 제1 지지볼(532)을 삽입하고 제2 지지볼홈(512c)에 제2 지지볼(533)을 삽입한다. 이때 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 하부측은 스크류볼(531)과 접하며 상부측 일부분은 너트몸체(51)의 외부로 노출된다.
하우징(54)을 너트몸체(51)와 결합한다. 이때 너트몸체(51)의 외부로 노출된 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 상부측 일부분은 하우징(54)의 내부 둘레와 점 접촉 상태가 된다. 볼트홀(542)과 체결홀(513)을 일치시킨 후 고정부재(55)를 체결하여 하우징(54)과 너트몸체(51)를 고정한다. 하우징(54)의 결합으로 볼부(53)를 이루고 있는 스크류볼(531), 제1 지지볼(532) 및 제2 지지볼(533)은 너트몸체(51)의 배치공간(512)에서 이탈하지 않고 갇힌 상태가 된다.
안티 백래시 볼 너트(50)의 조립이 완료되면 스크류(20)와 조립한다. 이때 스크류홀(511a)로 하부측 일부분이 노출된 스크류볼(531)이 나사홈(21)에 위치하도록 하여 안티 백래시 볼 너트(50)와 스크류(20)를 조립한다.
이때 스크류(20)의 225°지점(p3)과 315°지점(p4)을 지지하는 볼부(53)의 스크류볼(531)은 스크류(20)를 중심선을 기준으로 하부측을 지지하여 스크류(20)가 하중에 의해 처지지 않도록 한다.
스크류(20)의 45°지점(p1)과 135°지점(p2)을 지지하는 볼부(53)는 스크류(20)를 중심선을 기준으로 상부측을 가압하여 스크류(20)를 너트몸체(51)의 중심에 위치하도록 한다. 이때 하부측에 위치한 볼부(53)의 스크류볼(531)에 스크류(20)의 하중이 가해지며 제1 지지볼홈(512a)에 회전 가능하게 갇혀 있고 하우징(54)의 내부 둘레와 접하는 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼홈(512c)에 회전 가능하게 갇혀 있고 하우징(54)의 내부 둘레와 접하는 제2 지지볼(533)의 사이는 벌어지지 않고 스크류볼(531)을 지지한다. 스크류볼(531)이 스크류(20)의 하중에 의해 처지지 않으므로 스크류(20)의 처짐이 발생하지 않는다. 그리고 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)이 제1 지지볼홈(512a)과 제2 지지볼홈(512b)에 갇혀 사이가 벌어지지 않으므로 스크류볼(531)과 제1 지지볼(532), 제2 지지볼(533)의 사이에 백래시(backlash)가 발생하지 않는다.
그리고 스크류(20)가 구동모터(30)에 의해 축 중심(20c)을 기준으로 회전하면 나사홈(21)의 둘레와 접하고 있는 스크류볼(531)은 스크류(20)를 따라 축 중심(20c)과 평행한 가상의 평행축(531c)을 기준으로 회전할 수 있다. 이에 스크류(20)와 스크류볼(531)의 회전 방향은 같다. 스크류볼(531)과 접하고 있는 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)은 스크류볼(531)을 따라 회전할 수 있다. 즉, 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)은 축 중심(20c)과 수직한 가상의 수직축(532c)을 기준으로 회전할 수 있다. 스크류볼(531)과 제1 지지볼(532) 및 제2 지지볼(533)은 접하는 부분에서 회전 방향이 동일하여 볼들이 접하는 부분에서 마찰 소음이 발생하지 않는다.
아울러, 제1 지지볼(532)과 제2 지지볼(533)의 상사점(532t, 533t) 부분이 각각 하우징(54)의 열처리된 스크류홀(511a)의 둘레와 점 접촉하여 회전하고 제1 지지볼(532), 제2 지지볼(533)의 재질과 하우징(54)의 재질의 특성에 의해 점 접촉하는 그 사이에 마모가 발생하지 않는다. 더욱이 너트몸체(51)의 재질의 특성에 의해 너트몸체(51) 또한 마모되지 않는다. 이에 제1 지지볼(532), 제2 지지볼(533)과 하우징(54)의 사이 제1 지지볼(532), 제2 지지볼(533)과 배치공간(512)의 둘레 사이에 사용 경과에 따른 마모가 발생하지 않는다. 이에 제1 지지볼(532), 제2 지지볼(533)과 하우징(54), 너트몸체(51)의 사이에 틈새가 생기지 않아 백래시가 발생하지 않는다.
하우징(54)이 가이드블록(13)과 연결되어 있으므로 안티 백래시 볼 너트(50)는 스크류(20)를 따라 회전하지 않고 스크류볼(531)이 나사홈(21)을 따라 가이드되어 스크류(20)의 길이 방향을 따라 직선 이동(운동)을 하게 되며 테이블(40)의 이송물은 안전하게 이송한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 직선운동장치 11: 베이스
12: 가이드레일 13: 가이드블록
14a. 14b: 스크류 하우징 20: 스크류
21: 나사홈 30: 구동모터
40: 테이블 50: 안티 백래시 볼 너트
51: 너트몸체 511a: 스크류홀
512: 배치공간 512a: 제1 지지볼홈
512b: 스크류볼홈 512c: 제2 지지볼홈
512d: 볼노출홀 513: 체결홀
53: 볼부 531: 스크류볼
532: 제1 지지볼 533: 제2 지지볼
54: 하우징 541: 몸체홀
542: 볼트홀 55: 고정부재

Claims (8)

  1. 스크류가 내부를 관통할 수 있으며, 외부 둘레에서 내부 방향으로 기설정된 깊이로 형성되어 있고 서로 연결된 제1 지지볼홈, 스크류볼홈 및 제2 지지볼홈과 상기 스크류볼홈의 바닥을 관통하여 상기 스크류의 나사홈과 연결되는 볼노출홀로 이루어진 배치공간이 원주 방향을 따라 간격을 두고 복수 형성되어 있는 너트몸체,
    상기 배치공간 마다 배치되어 일부분이 상기 너트몸체를 관통하여 상기 나사홈에 걸릴 수 있으며 상기 스크류를 따라 회전할 수 있고 서로 떨어져 있는 복수의 볼부 및
    상기 너트몸체를 감싸 상기 배치공간에서 상기 볼부가 이탈하지 않도록 하는 하우징
    을 포함하며,
    상기 복수의 볼부는 각각
    상기 스크류볼홈에서 일부분이 상기 볼노출홀을 통해 상기 너트몸체의 외부로 노출되어 상기 나사홈의 둘레와 접하여 상기 스크류를 따라 회전할 수 있는 스크류볼,
    상기 제1 지지볼홈에 위치하여 상기 스크류볼과 접하여 상기 스크류볼을 따라 회전할 수 있는 제1 지지볼 및
    상기 제2 지지볼홈에 위치하여 상기 스크류볼과 접하여 상기 스크류볼을 따라 회전할 수 있는 제2 지지볼
    을 포함하며,
    상기 제1 지지볼은 상기 제1 지지볼홈에, 상기 제2 지지볼은 상기 제2 지지볼홈에 갇혀 사이가 벌어지지 않는
    안티 백래시 볼 너트.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 제1 지지볼 및 제2 지지볼의 일부분은 상기 너트몸체에서 외부로 노출되어 상기 하우징의 내부 둘레와 접하며, 상기 제1 지지볼 및 제2 지지볼은 상기 스크류볼과 접촉면에서 회전 방향이 같은 안티 백래시 볼 너트.
  5. 제1항에서,
    상기 스크류볼의 중심과 상기 제1 지지볼의 중심 거리 치수, 그리고 상기 스크류볼의 중심과 제2 지지볼의 중심 거리 치수는 상기 스크류볼, 상기 제1 지지볼 및 상기 제2 지지볼의 지름 치수보다 작고 상기 제1 지지볼과 상기 제2 지지볼은 상기 스크류볼에 얹힌 형태로 배치된 안티 백래시 볼 너트.
  6. 제1항에서,
    상기 하우징을 관통하여 상기 너트몸체에 체결된 고정부재를 더 포함하는 안티 백래시 볼 너트.
  7. 제1항에서,
    상기 너트몸체는 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)으로 만들어진 안티 백래시 볼 너트.
  8. 제1항, 제4항 내지 제7항 중 선택된 어느 한 항에 정의되어 있는 안티 백래시 볼 너트,
    상기 안티 백래시 볼 너트를 관통하는 스크류,
    상기 스크류를 회전시키는 구동모터,
    상기 안티 백래시 볼 너트와 결합되어 직선 이동할 수 있는 테이블 및
    상기 테이블과 연결된 가이드레일이 결합된 베이스
    를 포함하는 직선운동장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023219461A1 (ko) * 2022-05-12 2023-11-16 이종기 안티 백래시 볼 너트 및 이를 포함하는 직선운동장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4022076A (en) * 1976-02-17 1977-05-10 Norco, Inc. Anti-backlash automatically reversing nut for a diamond thread screw
KR900008186A (ko) 1988-11-16 1990-06-02 티에치케이 가부시끼가이샤 볼 나사
JPH11514076A (ja) * 1996-08-23 1999-11-30 コルンゲン・アクチボラゲット ねじの切ってあるスピンドルの回転運動をナットの軸方向運動に変換する手段
JP6804783B1 (ja) * 2019-05-29 2020-12-23 逸人 水野 ボールねじ機構及び直線移動装置
KR20210047788A (ko) 2019-10-22 2021-04-30 주식회사 위너 오픈형 볼너트 및 이를 구비한 볼스크류 동력전달장치와 직교로봇

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4022076A (en) * 1976-02-17 1977-05-10 Norco, Inc. Anti-backlash automatically reversing nut for a diamond thread screw
KR900008186A (ko) 1988-11-16 1990-06-02 티에치케이 가부시끼가이샤 볼 나사
JPH11514076A (ja) * 1996-08-23 1999-11-30 コルンゲン・アクチボラゲット ねじの切ってあるスピンドルの回転運動をナットの軸方向運動に変換する手段
JP6804783B1 (ja) * 2019-05-29 2020-12-23 逸人 水野 ボールねじ機構及び直線移動装置
KR20210047788A (ko) 2019-10-22 2021-04-30 주식회사 위너 오픈형 볼너트 및 이를 구비한 볼스크류 동력전달장치와 직교로봇

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023219461A1 (ko) * 2022-05-12 2023-11-16 이종기 안티 백래시 볼 너트 및 이를 포함하는 직선운동장치

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