KR102575989B1

KR102575989B1 - 볼 스크류

Info

Publication number: KR102575989B1
Application number: KR1020160062713A
Authority: KR
Inventors: 필립 오뜨
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2016-05-23
Publication date: 2023-09-08
Also published as: KR20160138907A; DE102015209600B4; DE102015209600A1

Abstract

할당된 회전 고정 요소(5)를 구비한 나사 스핀들(2)과, 나사 스핀들(2) 상에 배열된 너트(3)와, 나사 스핀들(2)과 너트(3) 사이에 형성된 볼 채널 내에 배열되고 너트(3)를 나사 스핀들(2) 상에서 안내하는 복수의 볼을 포함하는 볼 스크류이며, 나사 스핀들(2)의 일측 단부에는 피스톤(4)이 배열되며, 너트(3)에 대해 상대적으로 나사 스핀들(2)의 이동 경로를 제한하기 위한 정지 요소(11)가 나사 스핀들(2)에 제공되는 볼 스크류에 있어서, 회전 고정 요소(5)는, 정지 요소(11)를 포함하며 나사 스핀들(2)의 타측 단부에 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

볼 스크류{BALL SCREW}

본 발명은 할당된 회전 고정 요소를 구비한 나사 스핀들과, 나사 스핀들 상에 배열된 너트와, 나사 스핀들과 너트 사이에 형성된 볼 채널 내에 배열되고 너트를 나사 스핀들 상으로 안내하는 복수의 볼을 포함하는 볼 스크류에 관한 것이며, 나사 스핀들의 일측 단부에는 피스톤이 배열되며, 너트에 대해 상대적으로 나사 스핀들의 이동 경로를 제한하기 위한 정지 요소가 나사 스핀들에 제공된다.

통상, 볼 스크류는 회전 운동을 병진 운동으로 전환하기 위해 사용된다. 이를 위해, 나사 스핀들 또는 너트가 경우에 따라 중간 연결된 기어를 통해 구동부, 예를 들어 전기 모터와 연결된다. 스핀들이 구동부에 의해 회전되는 경우, 작동 레일 내에 배열된 볼을 통해 나사 스핀들과 연결되어 있는 너트가 축방향으로, 즉 스핀들의 종방향으로 변위된다. 대안적으로, 구동부가 너트와도 결합됨으로써, 너트가 구동부를 통해 회전 운동으로 전환되어 스핀들이 축방향으로 변위된다.

특정 응용을 위해, 축방향으로 운동 가능한 부품들이 피스톤과 연결되는 볼 스크류가 사용된다. 이를 위한 예는, 전기 기계식 브레이크 부스터 또는 전기 기계식 주차 브레이크이다.

통상, 피스톤은, 위치 고정된 구동 너트를 통해 운동하는 나사 스핀들에 배열된다. 예를 들어, 스핀들 단부에 조립된 피스톤을 관통하여 나사 스핀들의 축방향 보어 내로 결합되는 사각 로드를 이용하여 회전 고정이 구현된다. 나사 스핀들에서, 나사 스핀들이 너트로부터 빠져나올 경우, 상응하는 너트 측에 제공된 정지부를 향해 구동되는 정지 요소가 피스톤 하류에 배열된다. 이러한 경우는 예를 들어 전기 차단 시에 구동 모터 측에서 볼 스크류의 축방향 부하 하에 발생할 수 있다. 이 경우에, 스핀들은 부하로 인해 너트를 통해 변위됨으로써, 정지부가 서로 대향하여 구동된다.

이러한 구성은 매우 복잡하다. 피스톤에 형성된 오일 압력이 유지될 수 있고 피스톤을 통한 누출이 발생하지 않도록 사각 로드를 통한 회전 고정으로 인해 상기 로드와 피스톤 사이의 밀접한 연결이 구현되어야 한다. 또한, 스핀들 측 정지부가 그를 향해 구동되는 정지부를 형성하기 위한 상응하는 조치가 너트에 마련된다.

본 발명의 과제는 상기 문제에 비해 개선된 볼 스크류를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따라, 상술된 유형의 볼 스크류에서, 회전 고정 요소는 정지 요소를 포함하며 나사 스핀들의 타측 단부에 배열된다.

본 발명에 따른 볼 스크류에서, 회전 고정 요소는 피스톤 측에 제공되는 것이 아니라, 나사 스핀들의 반대쪽 단부에 놓인다. 회전 고정 요소는 이중 기능을 갖는다. 한편으로 회전 고정 요소는 회전 고정을 위해 사용됨으로써, 너트가 회전할 경우 나사 스핀들이 자체 축을 중심으로 회전될 수 없다. 다른 한편으로 회전 고정 요소는 회전 고정 요소에 제공된 정지 요소의 지지부로서도 동시에 사용된다.

이러한 구성은 여러 이유에서 바람직하다. 한편으로, 피스톤 내에 그리고 나사 스핀들 내에도, 회전 고정 요소의 수용을 위해 사용되는 보어에 대한 상응하는 관통부가 제공될 필요가 없다. 즉 이와 관련된 상응하는 가공 단계가 생략된다. 또한, 상기 영역 내에 특별한 밀봉 수단이 제공될 필요가 없다.

또한, 너트에 정지부가 제공되지 않는데, 그 이유는, 상기 문제가 발생할 경우 그리고 스핀들이 피스톤에 형성된 압력에 의해 추가로 작동되어 너트를 통해 변위될 경우, 너트로부터 멀어지는 정지 요소가 스핀들 단부에 배열되기 때문이다. 이 경우에, 상기 정지 요소는, 예를 들어 볼 스크류를 보유하는 하우징 구성 부분 등에 제공되고 너트에 대해 외부에 제공된 한 정지 요소를 향해 구동된다.

따라서, 전체적으로, 본 발명에 따른 볼 스크류는 확실히 더 간단하게 구성되나, 상응하는 회전 고정 수단 및 정지 보호가 유사하게 제공된다.

본 발명의 개선예에서, 회전 고정 요소는, 나사 스핀들 상에 조립되어 나사 스핀들에 고정되는 슬리브로서 형성된다. 바람직하게는 플라스틱으로 이루어진 슬리브가 간단하게 스핀들 단부 상에 조립되는데, 즉 스핀들 단부에 결합된다. 회전 고정에 대한 선형 안내에 사용되는 상응하는 조치가 슬리브에 제공된다.

슬리브는 간단한 경우 압입으로 나사 스핀들 단부에 조립되는데, 즉 슬리브는 압력 하에 나사 스핀들 상으로 끼워진다. 대안적으로, 슬리브가 하나 이상의 체결 요소를 통해 나사 스핀들에 고정되는 것도 가능하다. 상기 유형의 체결 요소로서, 보어 내의 슬리브를 관통하고 나사 스핀들에 형성된 보어 내로 결합되는 핀이 사용될 수 있다. 핀은 압입으로 스핀들 측 보어 내에 조립될 수 있으나, 핀을 접착하는 것도 가능하다.

슬리브에 단지 하나의 횡보어가 제공되고 스핀들 측 보어가 블라인드 홀로서 구성되는 경우, 체결 요소가 확실한 고정을 위해 이미 충분할지라도, 서로 대향하는 두 개의 보어를 슬리브에 형성하고 나사 스핀들에 관통 보어를 제공하는 것이 바람직하다. 그러면, 핀은 슬리브 측의 두 개의 보어 및 관통 보어에 관통 결합된다. 핀은 상기 보어 내에 다시 압입으로 수용될 수 있거나 경우에 따라 보어 내에서 슬리브 측 보어에 접착 결합으로 고정될 수 있다.

회전 고정 요소는 상술된 바와 같이 나사 스핀들의 회전 고정에 사용된다. 회전 고정이 가능하도록, 회전 고정 요소 또는 슬리브의 형성 시에 회전 고정 요소에는 바람직하게 측면으로 돌출된 하나 이상의 고정 돌기가 각각 플라스틱으로 단일편으로 형성된다. 고정 돌기는 바람직하게는 연장된 형태를 갖는다. 기본적으로, 고정 돌기는 예를 들어, 볼 스크류를 수용하는 하우징에 제공된 상응하는 안내 홈 내로 결합된다. 바람직하게는, 서로에 대해 180°오프셋되어 배열된 두 개의 측면 고정 돌기가 제공됨으로써, 스핀들이 양 측에서 고정되며 안내된다. 플라스틱으로 성형된 하나 또는 두 개의 고정 돌기 대신에, 체결에 사용되는 핀을 상응하게 길게 그리고 측면으로 돌출하도록 구성하여 핀을 회전 고정부로서 사용하는 것이 가능할 수도 있다.

상술된 바와 같이, 핀 형태의 체결 요소의 수용을 위해, 하나 또는 두 개의 횡보어가 회전 고정 요소에서 각각의 슬리브에 제공될 수 있다. 횡보어는 고정 돌기 또는 고정 돌기들과는 별도로 구성될 수 있으며, 즉 다른 위치에 형성될 수 있다. 그러나 고정 돌기 또는 고정 돌기들이 상응하게 넓게 구성됨으로써, 핀을 수용하는 보어가 고정 돌기를 통해 안내될 수 있는 것도 고려할 수 있다. 핀은 마찬가지로, 이중 기능, 즉 한편으로 회전 고정 및 안내를 위해 사용되며, 다른 한편으로 체결 핀의 수용을 위해 사용된다.

정지 요소 자체는 바람직하게 회전 고정 요소의 자유 단부에 배열된다. 즉 축방향 정지가 구현된다. 슬리브는 예를 들어 바닥측이 폐쇄될 수 있다. 바닥은 자체적으로 이미 정지 요소를 형성할 수 있다. 정지 요소에 댐핑 기능이 추가되어야 할 경우에, 기본적으로, 플라스틱으로 제조된 슬리브가 2부품 공정으로 제조되기 때문에, 슬리브의 나머지 부분보다 더 유연한 플라스틱 재료로 바닥을 제조하는 것이 가능할 수도 있다. 따라서, 바닥이 상응하게 유연하게 설정되기 때문에, 예를 들어 하우징 측 정지부 등에 대한 정지 시에 댐핑식으로 작용할 수 있다.

대안적으로, 상응하는 별도의 정지 요소가 바닥의 외측에 제공되는데, 예를 들어 접착된다. 정지 요소가 댐핑식으로 작용해야 할 경우에, 정지 요소는 예를 들어, 상응하는 댐핑 작용을 갖는 상응하게 유연한 플라스틱 재료로 형성될 수 있다.

바람직한 본 발명의 대안예에서, 정지 요소가 슬리브의 내부에서 바닥에 배열되며 바닥 내의 관통부에 관통 결합한다. 정지 요소는 상응하는 반경 방향 플랜지를 포함하며, 이를 통해 정지 요소가 나사 스핀들의 전방면과 슬리브 바닥 사이에 고정된다. 정지 요소는 슬리브의 바닥 측 관통부를 통해 돌출한다. 즉 정지 요소는 필요시에 상응하게 다시 댐핑식으로 구현될 수 있는 별도의 요소이기도 하다.

정지 요소가 댐핑식으로 구현되어야 할 경우에, 이는 예를 들어 고무 쿠션 등의 형태의 탄성 플라스틱 재료로 형성될 수 있다. 그러나 기본적으로, 댐핑 특성을 갖는 정지 요소로서, 스프링 요소, 예를 들어 축방향으로 연장되는 나사 스프링 등을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 예를 들어 오일 댐퍼와 같은 유체 압력 댐퍼가 정지 요소로서 사용될 수 있다.

본 발명의 다른 장점, 특징 및 세부 사항은 이하 실시예에서 도면을 참조하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 볼 스크류의 사시도를 도시한다.
도 2는 다른 방향에서 본 도 1의 볼 스크류의 사시도를 도시한다.
도 3은 스핀들 단부 및 그에 배열된 회전 고정 요소의 제1 실시예의 사시 단면도를 도시한다.
도 4는 스핀들 단부 및 그에 배열된 회전 고정 요소의 제2 실시예의 사시 단면도를 도시한다.
도 5는 핀에 의해 형성된 회전 고정부를 갖는 도 4와 유사한 단면도를 도시한다.
도 6은 유체 댐퍼로서의 사용을 위한 정지 요소를 도시한다.

도 1은 나사 스핀들(2) 및 나사 스핀들(2) 상에서 작동하는 너트(3)를 포함하는 본 발명에 따른 볼 스크류(1)를 도시한다. 여기에 상세히 도시되지 않았으며 볼이 그 안에서 작동하고 너트(3)를 나사 스핀들(2) 상에서 안내하는 볼 채널이 나사 스핀들(2)과 너트(3) 사이에 공지된 방식으로 형성된다.

나사 스핀들(2)의 일측 단부에는 피스톤(4)이 체결되는데, 상기 피스톤은 상세히 도시되지 않았으며 그 안으로 나사 스핀들(2)이 진입하게 되는 실린더 내에서 안내된다.

나사 스핀들(2)의 타측 단부에는 회전 고정 요소(5)가 배열된다. 상기 회전 고정 요소는 나사 스핀들(2)이 그 종축을 중심으로 회전하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 이를 위해, 도시된 실시예에서, 회전 고정 요소(5)에는 측면으로 돌출된 두 개의 고정 돌기(6)가 형성되는데, 이는, 상세히 도시되지 않았으며 예를 들어 볼 스크류(1)를 적어도 부분적으로 상기 영역 내에서 둘러싸는 하우징에 형성된 안내 홈 내에서 또는 안내 웨브에서 안내된다. 회전 고정을 위해, 이미 상기 유형의 고정 돌기(6)로 충분하나, 바람직하게는, 도시된 실시예에서 연장된 웨브로서 형성되고 서로 대향하는 위치에 제공된 두 개의 고정 돌기(6)가 제공된다.

도 3은 회전 고정 요소(5)의 상세한 구성 및 나사 스핀들(2)에 대한 연결을 확대도로 도시한다.

도시된 실시예에서, 회전 고정 요소(5)는 바람직하게는 플라스틱으로 이루어진 슬리브(7)로서 구성되며, 이는 단순한 플라스틱 사출 성형 부품이다. 슬리브에는 두 개의 보어(8)가 형성된다. 나사 스핀들(2)은 나사 스핀들 측에 횡방향으로 연장되는 관통 보어(9)를 구비한다.

고정을 위해, 핀(10), 예를 들어 단순한 금속 핀이 제공된다. 핀은 두 개의 보어(8) 및 관통 보어(9)를 관통 결합한다. 핀은 보어 내에 예를 들어 압입을 통해 고정되나, 경우에 따라 보어(8)의 영역 내에 접착 결합을 통해 핀을 고정하는 것도 가능하다. 이러한 방식으로, 슬리브(7)는 나사 스핀들(2)과 연결되어 함께 회전한다.

또한, 회전 고정 요소(5)는, 도시된 실시예에서 동시에 댐퍼로서 구성된 정지 요소(11)를 위한 고정부 또는 지지부로서 사용된다. 정지 요소(11)는 예를 들어 탄성 플라스틱 또는 고무로 형성된다. 정지 요소는 환형 반경 방향 플랜지(12)를 포함하며, 도 3을 참조하면, 정지 요소는 반경 방향 플랜지에 의해 슬리브(7)의 바닥(13)과 나사 스핀들(2)의 전방면(14) 사이에 수용된다. 반경 방향 플랜지(12)가 상기 두 부품 사이에서 클램핑됨으로써, 최종적으로 핀(10)을 통해 고정된 슬리브(7)가 전체적으로 고정되고 운동 불가능하게 스핀들 단부에 배열되는 구성이다.

슬리브(7)의 바닥(13)은 정지 요소(11)의 상응하는 돌기(16)가 결합되는 관통부(15)를 포함한다. 정지 요소(11)의 전방면(17)은 바닥면의 평면으로부터 돌출된다.

예를 들어, 피스톤(4)의 부하가 인가되면서 전기가 차단될 경우, 나사 스핀들(2)은 높은 속도로 너트(3)로부터 빠져나오는데, 이러한 원하지 않는 운동은, 정지 요소(11)가 상세히 도시되지 않은 외부 정지부를 향해 축방향으로 구동됨으로써 제한된다. 이러한 외부 정지부는 예를 들어, 나사 스핀들을 상기 영역 내에서 둘러싸는 하우징에 구현될 수 있다. 정지 요소(11)가 상술된 바와 같이 바람직하게는 댐핑 특성을 포함함으로써, 축방향 정지부가 또한 댐핑되고, 이에 의해 볼 스크류의 부하가 약간 경감된다.

조립의 범주에서, 먼저 정지 요소(11)가 슬리브(7) 내로 삽입되고, 그 다음, 슬리브(7)가 슬리브 단부 상으로 끼워진다. 마지막으로, 핀(10)이 삽입되어 고정된다. 이를 위해, 정지 요소(11) 또는 정지 요소의 반경 방향 플랜지(12)가 압축되는 것이 요구될 수도 있는데, 이에 의해 핀(10)은 슬리브 측 보어(8)를 통해 삽입될 수 있다. 압축된 반경 방향 플랜지(12)의 복귀력을 통해 이미 핀이 보어(8) 및 관통 보어(10) 내에 충분히 고정될 수 있기 때문에, 특히 추가의 접착 또는 압입이 불필요하다.

도 4에는 회전 고정 요소(5)의 대안적인 구성이 다시 슬리브(7) 형태로 도시된다. 여기서도, 슬리브(7)는 바람직하게 플라스틱으로 제조된다.

슬리브는 서로 대향하는 위치에 반경 방향으로 돌출되어 형성된 두 개의 고정 돌기(6)를 다시 포함한다. 본 발명의 이러한 구성에서, 고정 돌기(6)는 약간 더 넓게 구성된다. 그 이유는, 관통 보어(9) 내에서 나사 스핀들(2)을 관통하는 핀(10)을 수용하기 위해 사용되는 두 개의 보어(8)가 상기 고정 돌기 내에 형성되기 때문이다. 즉, 고정 돌기(6) 및 보어(8)는 중첩된다.

그 외의 구조는 도 3에 대한 설명에 상응한다. 또한, 슬리브(7)의 바닥(13)과 나사 스핀들(2)의 전방면(14) 사이에서 반경 방향 플랜지(12)를 통해 수용된 정지 요소(11)가 제공된다. 또한, 바닥(13)에는 정지 요소(11)의 돌기(16)가 관통 결합되는 관통부(15)가 제공된다. 정지 요소(11)는 추가로 댐퍼로서 구현될 수 있는데, 즉 상응하게 탄성 플라스틱 재료 또는 고무 등으로 형성된다.

플라스틱으로 형성된 슬리브(7)는, 슬리브가 간단한 방식으로 단순한 플라스틱 사출 성형 부품으로서 제조될 수 있는 경우 유리하게 구현된다. 상응하는 고정 돌기(6)의 성형 그리고 보어(8) 및 관통부(15)의 형성은 사출 성형 공구에서 쉽게 가능하다. 또한, 플라스틱 실시예의 다른 장점은, 하우징 등의 상응하는 안내 홈 내로 결합되는 고정 돌기가 회전 방향 변경 시에 매우 소음이 적게 홈 위치를 변경한다는 것이다.

상술된 구성에서, 정지 요소(11)가 각각 슬리브 바닥(13)과 스핀들 전방면(14) 사이에 고정된다. 또한, 슬리브 바닥(13)을 폐쇄하여 구성함으로써, 슬리브 바닥이 전방면(14)에 또는 전방면에 가깝게 인접하여 배열되는 것이 가능할 수도 있다. 동시에 댐핑 기능을 포함하는 상응하는 정지 요소가 예를 들어 접착을 통해 바닥 외측에 제공될 수 있다. 이러한 정지 요소는 탄성 플라스틱 또는 고무로 이루어진 예를 들어 작은 디스크 등, 즉 쿠션 등의 유형일 수 있다.

마지막으로, 슬리브(7)의 바닥(13) 자체를 정지 요소로서 사용하는 것도 가능하다. 물론 바람직하게 폐쇄되어 구현된 바닥(13)은 이 경우에 상응하는 정지부를 향해, 예를 들어 외부 하우징 등에 구동될 수도 있다. 상기 하우징에서, 정지부 측에 댐핑 요소, 예를 들어 탄성 특성을 갖는 상응하는 플라스틱- 또는 고무 지지부가 제공됨으로써, 이 경우에도 정지 운동이 댐핑된다.

도 5는 시스템을 단순화하는 다른 가능성을 도시한다. 여기서 핀은 연장되고 회전 고정 요소로서 직접 사용된다. 방향 변경 시에 소음이 억제되도록, 상기 위치에서 강 대 강 접촉을 방지하기 위해, 플라스틱 하우징이 회전 고정을 위한 대응 고정부로서 사용될 수도 있다.

도 6은 유체 압력 댐퍼로서 사용하기 위한 정지 요소를 도시한다. 정지 요소(11) 내에는 예를 들어 오일용 저장소, 즉 중공 챔버가 제공된다. 정지 시에 저장소로부터 유출되는 오일 용적이 스로틀링되도록, 저장소는 하나 또는 복수의 채널(18)과 연결된다. 이에 의해, 댐핑 효과가 강화된다.

1: 볼 스크류
2: 나사 스핀들
3: 너트
4: 피스톤
5: 회전 고정 요소
6: 고정 돌기
7: 슬리브
8: 보어
9: 관통 보어
10: 핀
11: 정지 요소
12: 반경 방향 플랜지
13: 바닥
14: 전방면
15: 관통부
16: 돌기
17: 전방면

Claims

할당된 회전 고정 요소(5)를 구비한 나사 스핀들(2)과, 나사 스핀들(2) 상에 배열된 너트(3)와, 나사 스핀들(2)과 너트(3) 사이에 형성된 볼 채널 내에 배열되고 너트(3)를 나사 스핀들(2) 상에서 안내하는 복수의 볼을 포함하는 볼 스크류이며, 나사 스핀들(2)의 일측 단부에는 피스톤(4)이 배열되고, 너트(3)에 대해 상대적으로 나사 스핀들(2)의 이동 경로를 제한하기 위한 정지 요소(11)가 나사 스핀들(2)에 제공되는 볼 스크류에 있어서,
회전 고정 요소(5)는 정지 요소(11)를 포함하여 나사 스핀들(2)의 타측 단부에 배열되고,
회전 고정 요소(5)는, 나사 스핀들(2) 상에 조립되어 나사 스핀들에 고정되는 슬리브(7)로서 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
삭제
제1항에 있어서, 슬리브(7)는 하나 이상의 체결 요소(10)를 통해 나사 스핀들(2)에 고정되는 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
제3항에 있어서, 체결 요소는, 보어(8) 내에서 슬리브(7)를 관통하고 나사 스핀들(2)에 형성된 보어(9) 내로 결합되는 핀(10)인 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
제4항에 있어서, 핀(10)은 서로 대향하는 두 개의 보어(8) 내에서 슬리브(7)를 그리고 관통 보어(9) 내에서 나사 스핀들(2)을 관통하는 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 회전 고정 요소(5)에는 측면으로 돌출된 하나 이상의 고정 돌기(6)가 제공되는 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 요소(11)는 회전 고정 요소(5)의 자유 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 요소(11)는 회전 고정 요소(5)의 자유 단부에 배열되고, 정지 요소(11)는 슬리브(7)의 내부에서 바닥(13)에 배열되며 바닥(13) 내의 관통부(15)를 관통 결합하는 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 요소(11)는 댐핑식으로 구성되는 것을 특징으로 하는 볼 스크류.
제9항에 있어서, 정지 요소(11)는 탄성 플라스틱 재료로 형성되거나 정지 요소는 스프링이거나 유체 압력 댐퍼인 것을 특징으로 하는 볼 스크류.