KR102576963B1

KR102576963B1 - 예압 검지 가능한 나사 장치

Info

Publication number: KR102576963B1
Application number: KR1020207013771A
Authority: KR
Inventors: 유지 구보타; 히로후미 스즈키; 다카미츠 도미야마
Original assignee: 티에치케이 가부시끼가이샤
Priority date: 2017-10-19
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2023-09-11
Also published as: CN111247358B; WO2019078105A1; KR20200072504A; CN111247358A; US11320028B2; TW201923260A; DE112018004609T5; TWI773840B; US20210190186A1

Abstract

2개의 너트 사이에 심을 개재시킨 나사 장치에 있어서, 예압을 검지 가능한 나사 장치를 제공한다. 예압 검지 가능한 나사 장치는, 2개의 너트(2, 3)와, 2개의 너트(2, 3) 사이에 끼워져 압축되는 심(4)과, 2개의 너트(2, 3)를 서로 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부(25, 26)와, 예압을 검지하기 위한 힘 센서(31)를 구비한다. 2개의 너트(2, 3) 중 적어도 한쪽(2)의, 심(4)과의 접촉면(11)에 연결부(25, 26)로부터 이격되어 접촉 면적을 작게 하도록 오목부(12)를 마련한다. 오목부(12)의 근방의, 심(4)의 외면(P1-1)에 힘 센서(31)를 설치한다.

Description

예압 검지 가능한 나사 장치

본 발명은, 2개의 너트 사이에 예압을 부여하기 위한 심을 개재시켜, 예압을 검지 가능한 나사 장치에 관한 것이다.

나사 장치는, 나사축과, 너트와, 나사축과 너트 사이에 개재되는 복수의 볼 등의 구름 이동체를 구비한다. 나사축 및 너트 중 어느 한쪽을 회전시키면, 다른 쪽이 직선 운동한다. 나사 장치는, 회전을 직선 운동으로, 또는 직선 운동을 회전으로 변환하는 기계 요소로서 사용된다. 나사축이 회전하는 동안, 구름 이동체가 구름 운동하기 때문에, 마찰 저항을 저감시킬 수 있어, 효율을 향상시킬 수 있다고 하는 특징이 있다.

종래의 나사 장치로서, 2개의 너트 사이에 예압을 부여하기 위한 심을 개재시킨 더블 너트의 나사 장치가 알려져 있다. 심은, 2개의 너트 사이에서 끼워져 압축된다. 2개의 너트는, 연결부로서의 키에 의해 서로 상대 회전 불가능하게 연결된다. 2개의 너트를 회전 불가능하게 연결함으로써, 2개의 너트로 심을 압축한 상태를 유지할 수 있다. 2개의 너트에는, 심으로부터의 반력에 의해, 축 방향 간극을 없애도록 예압이 부여된다. 예압을 부여함으로써, 나사 장치의 강성 및 위치 결정 정밀도를 향상시킬 수 있다.

예압을 검출 가능한 나사 장치로서, 특허문헌 1에는, 2개의 너트의 축 방향의 단부면끼리를 대향시켜, 2개의 너트 중 한쪽의 단부면에 볼록부를 마련하고, 다른 쪽의 단부면에 볼록부가 수용되는 오목부를 마련한 나사 장치가 개시되어 있다. 누름 나사에 의해 볼록부를 원주 방향으로 누르고, 한쪽 너트의 축 주위의 위상을 다른 쪽 너트에 대해 어긋나게 함으로써, 예압을 부여한다. 2개의 너트 사이에는 심이 개재되어 있지 않고, 2개의 너트 사이에는 힘 센서가 끼워진다. 이 힘 센서에 의해, 2개의 너트에 작용하는 축 방향의 예압을 검출할 수 있다.

일본 특허 공개 제2016-223493호 공보

나사 장치를 장기간 사용하면, 구름 이동체, 나사축, 너트가 마모되어, 2개의 너트에 부여하는 예압이 저하되고, 이에 의해 나사 장치의 위치 결정 정밀도 및 강성이 저하된다. 예압을 검지할 수 있으면, 위치 결정 정밀도 및 강성이 저하되기 전에 나사 장치를 교환할 수 있다. 그러나 종래의 심을 개재시킨 나사 장치에 있어서는, 예압을 검지하기 어렵다고 하는 과제가 있다. 왜냐하면, 가령 심의 외면에 축 방향력을 검지하는 힘 센서(예를 들어, 변형 게이지)를 설치하였다고 해도, 심의 축 방향의 변형량이 작으므로, 힘 센서의 출력이 작기 때문이다. 이 때문에, 힘 센서의 출력이 노이즈의 영향을 받기 쉽고, 힘 센서의 측정만큼 기능이 낮은 등의 과제가 있다.

특허문헌 1에 기재된 나사 장치에 있어서는, 2개의 너트 사이에서 힘 센서를 끼우기 때문에, 힘 센서의 출력을 크게 할 수 있다. 그러나 2개의 너트 사이에 심을 개재시키고 있지 않으므로, 예압이 안정되지 않고, 너트의 강성이 낮아진다고 하는 과제가 있다.

그래서 본 발명은, 2개의 너트 사이에 심을 개재시킨 나사 장치에 있어서, 예압을 검지 가능한 나사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양은, 나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과, 상기 나사축에 조립 장착되고, 상기 외면 홈에 대향하는 나선형의 내면 홈을 갖는 2개의 너트와, 상기 나사축의 상기 외면 홈과 상기 2개의 너트 각각의 상기 내면 홈 사이에 개재되는 복수의 구름 이동체와, 상기 2개의 너트 사이에 끼워져 압축되는 심과, 상기 2개의 너트를 서로 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부와, 예압을 검지하기 위한 힘 센서를 구비하고, 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의, 상기 심과의 접촉면, 및/또는 상기 심의, 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽과의 접촉면에 상기 연결부로부터 이격되어 접촉 면적을 작게 하도록 오목부를 마련하고, 상기 오목부의 근방의, 상기 심의 외면 및/또는 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의 외면에 상기 힘 센서를 설치하는 예압 검지 가능한 나사 장치이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 다른 태양은, 나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과, 상기 나사축에 조립 장착되고, 상기 외면 홈에 대향하는 나선형의 내면 홈을 갖는 2개의 너트와, 상기 나사축의 상기 외면 홈과 상기 2개의 너트 각각의 상기 내면 홈과의 사이에 개재되는 복수의 구름 이동체와, 상기 2개의 너트 사이에 끼워져 압축되는 심과, 상기 2개의 너트를 서로 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부와, 예압을 검지하기 위한 힘 센서를 구비하고, 상기 심에 상기 연결부로부터 이격되어 적어도 하나의 구멍을 마련하고, 상기 구멍의 근방의, 상기 심의 외면에 상기 힘 센서를 설치하는 예압 검지 가능한 나사 장치이다.

본 발명의 일 태양에 따르면, 너트와 심의 접촉면에 접촉 면적을 작게 하도록 오목부를 마련하므로, 힘/접촉 면적으로 나타내어지는 응력(응력＝힘/접촉 면적)을 국소적으로 크게 할 수 있다. 오목부의 근방의, 응력을 크게 한 심의 외면 및/또는 너트의 외면에 힘 센서를 설치함으로써, 힘 센서의 출력을 크게 할 수 있다. 또한, 연결부에는 회전의 힘이 작용하므로, 오목부를 연결부로부터 이격시킴으로써, 힘 센서로 예압에 중첩하여 회전의 힘을 검지하는 것을 방지할 수 있어, 예압을 클리어하게 검지할 수 있다.

본 발명의 다른 태양에 따르면, 심 전체의 강성을 어느 정도 유지한 채, 구멍의 근방의, 심의 외면의 강성을 국소적으로 낮게 할 수 있다. 강성을 국소적으로 낮게 한 심의 외면에 힘 센서를 설치하므로, 힘 센서의 출력을 크게 할 수 있어, 보다 고분해능의 예압 검지를 행할 수 있다. 또한, 연결부에는 회전의 힘이 작용하므로, 구멍을 연결부로부터 이격시킴으로써, 힘 센서가 예압에 중첩되어 회전의 힘을 검지하는 것을 방지할 수 있어, 예압을 클리어하게 검지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 분해 사시도다.
도 2는 제1 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 측면도다.
도 3은 도 2의 IV-IV선을 따라 본 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 너트의 분해 사시도다.
도 5는 제1 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 모식 측면도다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 분해 사시도다.
도 7은 FEM 해석의 결과를 나타내는 도면이다.
도 8은 시험 결과를 나타내는 그래프다.
도 9는 본 발명의 제3 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 분해 사시도다.
도 10은 제3 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 측면도다.
도 11은 제3 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 너트의 분해 사시도다.
도 12는 제3 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 심의 사시도다.
도 13은 도 10의 XIII-XIII선을 따라 본 도면이다.
도 14는 제3 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 모식 측면도다.
도 15는 본 발명의 제4 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 심의 사시도다.
도 16은 제4 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 심의 부분 측면도다.
도 17은 본 발명의 제5 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 분해 사시도다.
도 18은 FEM 해석의 결과를 나타내는 도면이다.
도 19는 시험 결과를 나타내는 그래프다.

이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치(이하, 단순히 나사 장치라고 함)를 상세하게 설명한다. 단, 본 발명의 나사 장치는, 다양한 형태로 구체화할 수 있으며, 본 명세서에 기재되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태는, 명세서의 개시를 충분히 함으로써, 당업자가 발명의 범위를 충분히 이해할 수 있도록 하는 의도를 갖고 제공되는 것이다.

(제1 실시 형태)

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 나사 장치의 분해 사시도를 도시하고, 도 2는 측면도를 도시한다. 본 실시 형태의 나사 장치는, 소위 더블 너트의 볼 나사이며, 나사축(1), 2개의 너트(2, 3), 2개의 너트(2, 3) 사이에 끼워지는 심(4), 및 나사축(1)과 2개의 너트(2, 3) 각각 사이에 개재되는 구름 이동체로서의 볼(5, 6)을 구비한다.

나사축(1)의 외면에는, 나선형의 외면 홈(1a)이 형성된다. 이 외면 홈(1a)을 볼(5, 6)이 구른다. 외면 홈(1a)의 단면 형상은, 고딕 아치 또는 서큘러 아크이다.

나사축(1)에는, 2개의 너트(2, 3)가 조립 장착된다. 너트(2, 3)는 대략 통형이다. 너트(2, 3)의 내면에는, 나사축(1)의 외면 홈(1a)에 대향하는 내면 홈(2a, 3a)이 형성된다. 내면 홈(2a, 3a)의 단면 형상은, 고딕 아치 또는 서큘러 아크이다. 한쪽 너트(3)에는, 상대 부품에 설치하기 위한 플랜지(3b)가 마련된다. 다른 쪽 너트(2)에는, 플랜지가 마련되어 있지 않다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 나사축(1)의 외면 홈(1a)과 너트(2)의 내면 홈(2a) 사이에 나선형의 통로(7)가 형성된다. 이 통로(7)에는, 볼(5)(도 1 참조)이 배열된다. 너트(2)에는, 볼(5)이 순환할 수 있도록, 이 통로(7)의 일단과 타단에 접속되는 복귀로(8)가 마련된다. 도 2에는, 나선형의 통로(7), 복귀로(8)의 중심선을 일점쇄선으로 나타낸다. 이 실시 형태에서는, 복귀로(8)는, 너트(2)에 마련된 관통 구멍(8a)과, 관통 구멍(8a)과 통로(7)를 연결하는 한 쌍의 방향 전환로(8b)로 구성된다. 방향 전환로(8b)는, 너트(2)의 축 방향의 단부면에 설치되는 순환부(9a, 9b)에 형성된다. 순환부(9a, 9b)는, 통로(7)를 구르는 볼(5)을 나사축(1)의 외면 홈(1a)으로부터 퍼올려, 관통 구멍(8a)으로 유도한다. 관통 구멍(8a)을 경유한 볼(5)은 반대측의 순환부(9a, 9b)로부터 다시 통로(7)로 복귀된다. 너트(3)에도 마찬가지로, 통로(7), 관통 구멍(8a), 방향 전환로(8b)가 형성된다. 이들 구성은 동일하므로, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도 3의 너트(2, 3)의 분해 사시도에 도시하는 바와 같이, 너트(2)의 축 방향의 단부면, 즉 너트(2)의, 심(4)과의 접촉면(11)은, 대략 원환형으로 형성된다. 이 대략 원환형의 접촉면(11)에는, 순환부(9a)가 삽입되는 오목부(12)가 마련된다(도 1 참조). 심(4)의, 너트(2)에 대향하는 접촉면(13)에는, 오목부는 마련되어 있지 않다.

오목부(12)는, 저면(12b)과, 측벽(12a)을 구비한다. 이 실시 형태에서는, 축 방향에서 보았을 때, 오목부(12)는 대략 원호형으로 형성됨과 함께, 너트(2)의 내면과 외면에 개구된다(도 4도 참조). 이 오목부(12)에 의해, 접촉면(11)의 외주측에는, 반경 방향의 두께를 얇게 한 박육부(14)가 형성된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 너트(2)의, 축 방향의 다른 쪽 단부면에도, 오목부(15)가 마련된다. 오목부(15)의 형상은, 너트(2)를 도 2의 지면과 직각인 축의 주위로 180도 회전시켰을 때의 오목부(12)의 형상과 동일하다. 마찬가지로, 너트(3)의, 심(4)과의 접촉면(16)에도 오목부(17)(도 1 참조)가 마련된다. 또한, 너트(3)의, 축 방향의 다른 쪽 단부면에도 오목부(18)(도 3 참조)가 마련된다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 너트(2)의, 심(4)과는 반대측의 단부면은, 링형의 캡(21)으로 폐색된다. 마찬가지로 너트(3)의, 심(4)과는 반대측의 단부면도, 링형의 캡(22)으로 폐색된다. 캡(21, 22)은, 나사 등의 체결 부재에 의해 너트(2, 3)에 설치된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 2개의 너트(2, 3)의 관통 구멍(8a)의 원주 방향의 위상을 일치시키고 있다. 도 2의 측면으로 보아, 인접하는 한쪽 너트(2)의 순환부(9a)와 다른 쪽 너트(3)의 순환부(9b)는 교대로, 즉 한쪽 너트(2)의 순환부(9a)는 관통 구멍(8a)보다도 주로 하측에 배치되고, 다른 쪽 너트(3)의 순환부(9b)는 관통 구멍(8a)보다도 주로 상측에 배치된다.

도 3에 도시하는 바와 같이, 너트(2, 3)의 대향 단부의 외면에는, 키 홈(23, 24)이 형성된다. 이 키 홈(23, 24)에는, 2개의 너트(2, 3)를 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부로서의 키(25, 26)(도 1 참조)가 끼워진다. 심(4)에도, 키(25, 26)가 끼워지는 키 홈(27)이 형성된다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 심(4)은, 2개의 너트(2, 3) 사이에 끼워진다. 심(4)의 외경은, 너트(2, 3)의 외경보다도 작다(도 4 참조). 심(4)은, 링형이며, 중심각이 대략 180도인 원호형의 한 쌍의 분할 심(4a, 4b)을 구비한다. 분할 심(4a, 4b)의 외면의 원주 방향의 중앙부에는, 키(25, 26)가 끼워지는 키 홈(27)이 형성된다. 분할 심(4a)의 키 홈(27)의 원주 방향의 양측에는, 한 쌍의 평탄면(P1-1, P1-2)이 형성된다. 분할 심(4a)의 내면은, 반원통형으로 형성된다. 분할 심(4b)의 키 홈(27)의 원주 방향의 양측에는, 한 쌍의 평탄면(P2-1, P2-2)이 형성된다. 분할 심(4b)의 내면은, 반원통형으로 형성된다. 또한, 심(4)을 분할하는 일 없이, 단일의 부품으로 구성하는 것도 가능하다.

도 4의 심(4)의 축 방향에서 보아 도시하는 바와 같이, 너트(2)의 접촉면에 오목부(12)를 마련하므로, 오목부(12)의 면적만큼, 너트(2)와 심(4)의 접촉 면적이 작아진다. 너트(2)와 심(4)의 접촉 면적을 사선으로 나타낸다.

오목부(12)의 근방의, 심(4)의 외면에는, 힘 센서(31)가 설치된다. 구체적으로는, 분할 심(4a)의 2개의 평탄면(P1-1, P1-2) 중 한쪽(P1-1)에 힘 센서(31)가 설치된다. 힘 센서(31)는, 접착제에 의해 평탄면(P1-1)에 첩부된다. 힘 센서(31)를 평탄면(P1-1)에 설치하면, 힘 센서(31)에 스트레스가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도면 중 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 힘 센서(31')를 분할 심(4b)의 평탄면(P2-1)에 설치하는 것도 가능하다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 평탄면(P2-1)은 너트(3)의 오목부(17)의 근방에 배치되기 때문이다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 심(4)은 2개의 너트(2, 3) 사이에 끼워져 압축된다. 힘 센서(31)는, 축 방향력, 즉 예압을 검출한다. 힘 센서(31)는, 예를 들어 변형 게이지이며, 수지 베이스(31c)와, 수지 베이스(31c)에 매립되어, 심(4)의 변형을 측정하는 수감부(31a, 31b)를 구비한다. 수감부(31a, 31b)에는, 도시하지 않은 리드선이 접속된다. 수감부(31a, 31b)는, 축 방향력을 검지하는 제1 수감부(31a)와, 원주 방향력을 검지하는 제2 수감부(31b)를 구비한다. 축 방향력과 원주 방향력의 차를 측정함으로써, 열팽창에 기인하여 발생하는 축 방향력을 캔슬할 수 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, 너트의 축 방향에서 보았을 때, 힘 센서(31)의 수감부(31a, 31b)에 의해 획정되는 너트(2)의 제1 부채형 가상 영역(일점쇄선으로 둘러싸이는 중심각 θ1의 부채형 영역, 이하 θ1이라고 함)은, 오목부(12)에 의해 획정되는 너트(2)의 제2 부채형 가상 영역(이점쇄선으로 둘러싸이는 중심각 θ2의 부채형 영역, 이하 θ2라고 함)에 포함된다. 여기서, 제1 부채형 가상 영역 θ1은, 너트(2)의 가상 축선 C와 수감부(31a, 31b)의 원주 방향의 일단을 연결한 선 L1, 및 가상 축선 C와 수감부(31a, 31b)의 원주 방향의 타단을 연결한 선 L2에 의해 획정됨과 함께, 중심각이 180도 미만인 부채형 영역이다. 제2 부채형 가상 영역 θ2는, 가상 축선 C와 오목부(12)의 원주 방향의 일단을 연결한 선 L3, 및 가상 축선 C와 오목부(12)의 원주 방향의 타단을 연결한 선 L4에 의해 획정됨과 함께, 중심각이 180도 미만인 부채형 영역이다.

도 5에 도시하는 바와 같이, 심(4)은 2개의 너트(2, 3) 사이에 끼워져 압축된다. 2개의 너트(2, 3)에는, 심(4)으로부터의 반력에 의해 축 방향의 예압이 부여된다. 예압은 힘 센서(31)에 의해 검지된다. 힘 센서(31)는, 도시하지 않은 증폭기 기판에 접속된다. 증폭기 기판은, 전압 신호를 디지털화한 출력 데이터를 출력한다. 출력 데이터는, 도시하지 않은 고장 진단 시스템에 입력된다. 고장 진단 시스템은, 힘 센서(31)의 출력 데이터를 소정의 역치와 비교하여 고장을 판단할 수도 있고, 힘 센서(31)의 출력 데이터를 기계 학습하여 고장을 판단할 수도 있고, 힘 센서(31)의 출력 데이터를 인구 지능을 사용한 심층 학습(딥 러닝)하여 고장을 판단할 수도 있다. 또한, IoT를 도입하여, 힘 센서(31)의 출력 데이터를 송신기에 의해 인터넷 회선을 통해 클라우드에 송신하는 것도 가능하다.

이하에 본 실시 형태의 나사 장치의 효과를 설명한다.

너트(2)의, 심(4)과의 접촉면(11)에 접촉 면적을 작게 하도록 오목부(12)를 마련하므로, 힘/접촉 면적으로 나타내어지는 응력(응력＝힘/접촉 면적)을 국소적으로 크게 할 수 있다. 오목부(12)의 근방의, 응력을 크게 한 심(4)의 외면에 힘 센서(31)를 설치함으로써, 힘 센서(31)의 출력을 크게 할 수 있다. 또한, 키(25, 26)에는 회전의 힘이 작용하므로, 오목부(12)를 키(25, 26)로부터 이격시킴으로써, 힘 센서(31)가 예압에 중첩되어 회전의 힘을 검지하는 것을 방지할 수 있어, 예압을 클리어하게 검지할 수 있다.

나사 장치의 FEM 해석이나 시험 결과(상세하게는 후술함)에 의하면, 오목부(12)를 마련한 너트(2)의 외면보다도 오목부를 형성하지 않은 심(4)의 외면에서 넓은 면적에서 큰 응력이 발생하는 것을 알 수 있었다. 심(4)의 외면에 힘 센서(31)를 설치함으로써, 너트(2)의 외면에 설치하는 경우에 비해, 힘 센서(31)의 출력을 보다 크게 할 수 있다.

너트(2)의 축 방향에서 보았을 때, 힘 센서(31)의 수감부(31a, 31b)에 의해 획정되는 너트(2)의 제1 부채형 가상 영역 θ1이 오목부(12)에 의해 획정되는 너트(2)의 제2 부채형 가상 영역 θ2에 포함되므로, 힘 센서(31)의 수감부(31a, 31b)의 전체 범위에 걸쳐 응력을 크게 할 수 있어, 힘 센서(31)의 출력을 보다 크게 할 수 있다.

심(4)의 외경을 너트(2)의 외경보다 작게 하므로, 심(4)의 외면에 작용하는 응력을 보다 크게 할 수 있다. 가령, 반대로 심(4)의 외경을 너트(2)의 외경보다도 크게 하면, 심(4)의 내부에 작용하는 응력을 크게 할 수 있지만, 심(4)의 외면에 작용하는 응력을 크게 할 수 없다.

오목부(12)가 볼(5)을 순환시키기 위한 순환부(9a)용 오목부(12)이므로, 오목부(12)의 면적을 크게 할 수 있어, 심(4)의 외면에 작용하는 응력을 보다 크게 할 수 있다.

심(4)을 2분할하여, 한 쌍의 분할 심(4a, 4b) 각각에 키(25, 26)를 끼우므로, 심(4)을 링형으로 하는 경우에 비해 조립이 용이해지고, 키(25, 26)로부터 한 쌍의 분할 심(4a, 4b)에 작용하는 회전의 힘을 저감시킬 수 있다.

힘 센서(31)가 심(4)의 축 방향력을 검지하는 제1 수감부(31a)와, 심(4)의 원주 방향력을 검지하는 제2 수감부(31b)를 구비하므로, 축 방향력과 원주 방향력의 차를 측정할 수 있어, 열팽창에 기인하여 발생하는 축 방향력을 캔슬할 수 있다.

(제2 실시 형태)

도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태의 나사 장치의 분해 사시도를 도시한다. 제2 실시 형태의 나사 장치도, 나사축(1), 2개의 너트(42, 43), 2개의 너트(42, 43) 사이에 끼워지는 심(4), 나사축(1)과 2개의 너트(42, 43) 사이에 개재되는 볼(5, 6)을 구비한다. 나사축(1), 심(4), 볼(5, 6)의 구성은 제1 실시 형태와 동일하므로, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

제1 실시 형태에서는, 너트(2)의 접촉면(11)의 오목부(12)에 끼워지는 순환부(9a)를 사용하여 볼(5)을 순환시키고 있지만, 제2 실시 형태에서는, 예를 들어 2개의 리턴 파이프(42a)를 사용하여 볼(5)을 순환시키고 있다. 너트(42)의 외면에는 평면부(42b)가 형성되고, 평면부(42b)에 리턴 파이프(42a)가 장착된다. 리턴 파이프(42a)는, 양단부를 구부려 문형으로 형성된다. 리턴 파이프(42a)의 양단부는 너트(42)를 축 방향으로 관통한다. 리턴 파이프(42a)의 일단부는 너트(42)의 내면 홈의 일단에 연결되고, 리턴 파이프(42a)의 타단부는 너트(42)의 내면 홈의 타단에 연결된다. 나사축(1)의 외면 홈(1a)과 너트(42)의 내면 홈 사이의 나선형의 통로를 구르는 볼(5)은, 리턴 파이프(42a)의 일단부에서 퍼올려져, 리턴 파이프(42a)를 경유한 후, 리턴 파이프(42a)의 타단부로부터 다시 통로로 복귀된다. 너트(43)에도 마찬가지로 리턴 파이프(43a)가 장착된다.

너트(42)의, 심(4)과의 접촉면(44)에는, 제1 실시 형태의 나사 장치의 오목부(12)와 마찬가지인 오목부(45)가 마련된다. 이 오목부(45)에는, 순환부가 삽입되어 있지 않고, 오목부(45) 내는 공동이다. 너트(42)의, 심(4)과의 접촉면(44)에 오목부(45)를 마련함으로써, 제1 실시 형태의 나사 장치와 마찬가지로, 심(4)의 외면에 설치되는 힘 센서(31)의 출력을 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 실시 형태로 구현화되는 데 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다른 실시 형태로 변경 가능하다.

상기 실시 형태에서는, 너트의, 심과의 접촉면에 오목부를 마련하고 있지만, 심의, 너트와의 접촉면에 오목부를 마련할 수도 있다.

상기 실시 형태에서는, 심의 외면에 힘 센서를 설치하고 있지만, 너트의, 오목부의 근방의 외면에도 큰 응력이 발생하므로, 너트의 외면에 힘 센서를 설치할 수도 있다(후술하는 실시예 1 참조). 너트의 외면에 힘 센서를 설치하는 경우, 나사축의 외면 홈과 너트의 내면 홈 사이의 나선형의 통로보다도 심측에 힘 센서를 설치한다.

상기 실시 형태에서는, 힘 센서의 수감부가, 축 방향력을 검지하는 제1 수감부와, 원주 방향력을 검지하는 제2 수감부를 구비하지만, 힘 센서의 수감부가, 축 방향력을 검지하는 제1 수감부만을 구비하고, 원주 방향력을 검지하는 힘 센서를 다른 평탄면에 마련할 수도 있다.

(제3 실시 형태)

도 9는 본 발명의 제3 실시 형태의 나사 장치의 분해 사시도를 도시하고, 도 10은 측면도를 도시한다. 본 실시 형태의 나사 장치는, 소위 더블 너트의 볼 나사이며, 나사축(51), 2개의 너트(52, 53), 2개의 너트(52, 53) 사이에 끼워지는 심(54), 및 나사축(51)과 2개의 너트(52, 53) 각각 사이에 개재되는 구름 이동체로서의 볼(55, 56)을 구비한다.

나사축(51)의 외면에는, 나선형의 외면 홈(51a)이 형성된다. 이 외면 홈(51a)을 볼(55, 56)이 구른다. 외면 홈(51a)의 단면 형상은, 고딕 아치 또는 서큘러 아크이다.

나사축(51)에는, 2개의 너트(52, 53)가 조립 장착된다. 너트(52, 53)는 대략 통형이다. 너트(52, 53)의 내면에는, 나사축(51)의 외면 홈(51a)에 대향하는 내면 홈(52a, 53a)이 형성된다. 내면 홈(52a, 53a)의 단면 형상은, 고딕 아치 또는 서큘러 아크이다. 한쪽 너트(53)에는, 상대 부품에 설치하기 위한 플랜지(53b)가 마련된다. 다른 쪽 너트(52)에는, 플랜지가 마련되어 있지 않다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 나사축(51)의 외면 홈(51a)과 너트(52)의 내면 홈(52a) 사이에 나선형의 통로(57)가 형성된다. 이 통로(57)에는, 볼(55)(도 9 참조)이 배열된다. 너트(52)에는, 볼(55)이 순환할 수 있도록, 이 통로(57)의 일단과 타단에 접속되는 복귀로(58)가 마련된다. 도 10에는, 나선형의 통로(57), 복귀로(58)의 중심선을 일점쇄선으로 나타낸다. 이 실시 형태에서는, 복귀로(58)는, 너트(52)에 마련된 관통 구멍(58a)과, 관통 구멍(58a)과 통로(57)를 연결하는 한 쌍의 방향 전환로(58b)로 구성된다. 방향 전환로(58b)는, 너트(52)의 축 방향의 단부면에 설치되는 순환부(59a, 59b)에 형성된다. 순환부(59a, 59b)는, 통로(57)를 구르는 볼(55)을 나사축(51)의 외면 홈(51a)으로부터 퍼올려, 관통 구멍(58a)으로 유도한다. 관통 구멍(58a)을 경유한 볼(55)은 반대측의 순환부(59b, 59a)로부터 다시 통로(57)로 복귀된다. 너트(53)에도 마찬가지로, 통로(57), 관통 구멍(58a), 방향 전환로(58b)가 형성된다. 이들 구성은 동일하므로, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

도 11의 너트(52, 53)의 분해 사시도에 도시하는 바와 같이, 너트(52)의 축 방향의 단부면, 즉 너트(52)의, 심(54)과의 접촉면(61)은, 대략 원환형으로 형성된다. 이 대략 원환형의 접촉면(61)에는, 순환부(59a)가 삽입되는 오목부(62)가 마련된다(도 9 참조). 심(54)의, 너트(52)와의 접촉면(63)은 평탄면이다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 너트(52)의, 축 방향의 다른 쪽 단부면에도, 순환부(59b)가 삽입되는 오목부(65)가 마련된다. 오목부(65)의 형상은, 너트(52)를 도 10의 지면과 직각인 축의 주위로 180도 회전시켰을 때의 오목부(62)의 형상과 동일하다. 너트(53)의, 심(54)과의 접촉면(66)에도, 순환부(59b)가 삽입되는 오목부(67)(도 9 참조)가 마련된다. 또한, 너트(53)의, 축 방향의 다른 쪽 단부면에도, 순환부(59a)가 삽입되는 오목부(68)(도 11 참조)가 마련된다.

도 9에 도시하는 바와 같이, 너트(52)의, 심(54)과는 반대측의 단부면은, 링형의 캡(71)에 의해 폐색된다. 마찬가지로 너트(53)의, 심(54)과는 반대측의 단부면도, 링형의 캡(72)에 의해 폐색된다. 캡(71, 72)은, 나사 등의 체결 부재에 의해 너트(52, 53)에 설치된다.

도 10에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에서는 2개의 너트(52, 53)의 관통 구멍(58a)의 원주 방향의 위상을 일치시키고 있다. 도 10의 측면으로 보아, 인접하는 한쪽 너트(52)의 순환부(59a)와 다른 쪽 너트(53)의 순환부(59b)는 교대로, 즉 한쪽 너트(52)의 순환부(59a)는 관통 구멍(58a)보다도 주로 하측에 배치되고, 다른 쪽 너트(53)의 순환부(59b)는 관통 구멍(58a)보다도 주로 상측에 배치된다.

도 11에 도시하는 바와 같이, 너트(52, 53)의 대향 단부의 외면에는, 키 홈(73, 74)이 형성된다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 이 키 홈(73, 74)에는, 2개의 너트(52, 53)를 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부로서의 키(75, 76)가 끼워진다. 심(54)에도, 키(75, 76)가 끼워지는 키 홈(77)이 형성된다.

도 12에 도시하는 바와 같이, 심(54)은, 링형이며, 중심각이 대략 180도인 원호형의 한 쌍의 분할 심(54a, 54b)을 구비한다. 심(54)의 외경은, 너트(52, 53)의 외경보다도 작다(도 13 참조). 분할 심(54a, 54b)의 외면의 원주 방향의 중앙부에는, 키(75, 76)가 끼워지는 키 홈(77)이 형성된다. 분할 심(54a)의 키 홈(77)의 원주 방향의 양측에는, 한 쌍의 평탄면(P1-1, P1-2)이 형성된다. 분할 심(54b)의 키 홈(77)의 원주 방향의 양측에는, 한 쌍의 평탄면(P2-1, P2-2)이 형성된다. 또한, 심(54)을 분할하는 일 없이, 단일의 부품으로 구성하는 것도 가능하다.

각 분할 심(54a, 54b)에는, 심(54)의 축 방향으로 연장되는 복수의 축 방향의 구멍(82a, 82b, 82c)이 마련된다. 구체적으로는, 각 분할 심(54a, 54b)의 각 평탄면(P1-1, P1-2, P2-1, P2-2)의 이측에 복수의, 예를 들어 3개의 구멍(82a, 82b, 82c)이 마련된다. 구멍(82a, 82b, 82c)은, 심(54)의 축 방향의 일단면으로부터 타단면까지 관통된다. 구멍(82a, 82b, 82c)은 원통형이다.

도 13의 심(54)의 축 방향에서 보아 도시하는 바와 같이, 구멍(82a, 82b, 82c)의 근방의, 심(54)의 외면에는, 힘 센서(81)가 설치된다. 구체적으로는, 분할 심(54b)의 2개의 평탄면(P2-1, P2-2) 중 한쪽(P2-1)에 힘 센서(81)가 설치된다. 평탄면(P2-1)은, 너트(53)의 오목부(67)(도 9 참조)의 근방에 있다. 또한, 도면 중 일점쇄선으로 나타내는 바와 같이, 힘 센서(81')를 분할 심(54a)의 평탄면(P1-1)에 설치하는 것도 가능하다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 평탄면(P1-1)은, 너트(52)의 오목부(62)의 근방에 있다. 힘 센서(81)는, 접착제에 의해 평탄면(P2-1)에 첩부된다. 힘 센서(81)를 평탄면(P2-1)에 설치하면, 힘 센서(81)에 스트레스가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 힘 센서(81)는, 예를 들어 변형 게이지이며, 수지 베이스(81c)와, 수지 베이스(81c)에 매립되고 심(54)의 변형을 측정하는 수감부(81a, 81b)를 구비한다. 수감부(81a, 81b)에는, 도시하지 않은 리드선이 접속된다. 수감부(81a, 81b)는, 축 방향력을 검지하는 제1 수감부(81a)와, 원주 방향력을 검지하는 제2 수감부(81b)를 구비한다. 축 방향력과 원주 방향력의 차를 측정함으로써, 열팽창에 기인하여 발생하는 축 방향력을 캔슬할 수 있다.

도 13에 도시하는 바와 같이, 심(54)의 축 방향에서 보았을 때, 구멍(82a, 82b, 82c)은, 평탄면(P2-1)으로부터 대략 일정한 깊이 h에 평탄면(P2-1)과 대략 평행하게 배열된다. 힘 센서(81)의 수감부(81a, 81b)의 횡폭 W1은, 힘 센서(81)의 이측에 있는 구멍(82a, 82b, 82c)의 영역의 횡폭 W2보다도 작다. 또한, 힘 센서(81)의 수감부(81a, 81b)의 횡폭 W1은, 각 구멍(82a, 82b, 82c)의 직경 d보다도 크다. 각 구멍(82a, 82b, 82c)의 직경 d는 대략 동일하다.

도 14에 도시하는 바와 같이, 심(54)은 2개의 너트(52, 53) 사이에 끼워져 압축된다. 2개의 너트(52, 53)에는, 심(54)으로부터의 반력에 의해 축 방향의 예압이 부여된다. 예압은 힘 센서(81)에 의해 검지된다. 힘 센서(81)는, 도시하지 않은 증폭기 기판에 접속된다. 증폭기 기판은, 전압 신호를 디지털화한 출력 데이터를 출력한다. 출력 데이터는, 도시하지 않은 고장 진단 시스템에 입력된다. 고장 진단 시스템은, 힘 센서(81)의 출력 데이터를 소정의 역치와 비교하여 고장을 판단할 수도 있고, 힘 센서(81)의 출력 데이터를 기계 학습하여 고장을 판단할 수도 있고, 힘 센서(81)의 출력 데이터를 인구 지능을 사용한 심층 학습(딥 러닝)하여 고장을 판단할 수도 있다. 또한, IoT를 도입하여, 힘 센서(81)의 출력 데이터를 송신기에 의해 인터넷 회선을 통해 클라우드에 송신하는 것도 가능하다.

이하에 본 실시 형태의 나사 장치의 효과를 설명한다.

심(54)에 키(75, 76)로부터 이격시켜 구멍(82a, 82b, 82c)을 마련하기 때문에, 심(54) 전체의 강성을 어느 정도 유지한 채, 구멍(82a, 82b, 82c)의 근방의, 심(54)의 평탄면(P2-1)의 강성을 국소적으로 낮게 할 수 있다. 강성을 국소적으로 낮게 한 평탄면(P2-1)에 힘 센서(81)를 설치하므로, 힘 센서(81)의 출력을 크게 할 수 있어, 보다 고분해능의 예압 검지를 행할 수 있다. 또한, 키(75, 76)에는 회전의 힘이 작용하므로, 구멍(82a, 82b, 82c)을 키(75, 76)로부터 이격시킴으로써, 힘 센서(81)가 예압에 중첩되어 회전의 힘을 검지하는 것을 방지할 수 있어, 예압을 클리어하게 검지할 수 있다.

구멍(82a, 82b, 82c)이 심(54)의 축 방향으로 연장되므로, 예압에 관계되는 심(54) 전체의 축 방향의 강성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 구멍(82a, 82b, 82c)이 심(54)의 외면에 드러나지 않으므로, 심(54)의 외면에 힘 센서(81)의 설치 스페이스를 확보하기 쉽다.

너트(53)의, 심(54)과의 접촉면(66)에 오목부(67)를 마련하므로, 힘/접촉 면적으로 나타내어지는 응력(응력＝힘/접촉 면적)을 크게 할 수 있다. 너트(53)의 오목부(67)의 근방의, 응력을 크게 한 심(54)의 평탄면(P2-1)에 힘 센서(81)를 설치함으로써, 힘 센서(81)의 출력을 크게 할 수 있다.

심(54)을 2분할하여, 한 쌍의 분할 심(54a, 54b) 각각에 구멍(82a, 82b, 82c)을 마련하므로, 심(54)의 강성을 원주 방향으로 대략 균일하게 할 수 있다.

(제4 실시 형태)

도 15는, 본 발명의 제4 실시 형태의 나사 장치의 심(83)을 도시한다. 나사축(51), 2개의 너트(52, 53)의 구성은, 제3 실시 형태와 동일하므로, 도시를 생략한다.

도 15에 도시하는 바와 같이, 제4 실시 형태의 심(83)은, 제3 실시 형태의 심(54)과 마찬가지로, 중심각이 대략 180도인 원호형의 한 쌍의 분할 심(83a, 83b)을 구비한다. 분할 심(83a, 83b)의 외면의 원주 방향의 중앙부에는, 키(75, 76)가 끼워지는 키 홈(84)이 형성된다. 분할 심(83a)의 키 홈(84)의 원주 방향의 양측에는, 한 쌍의 평탄면(P1-1, P1-2)이 형성된다. 분할 심(83b)의 키 홈(84)의 원주 방향의 양측에는, 한 쌍의 평탄면(P2-1, P2-2)이 형성된다.

각 분할 심(83a, 83b)에는, 심(83)의 평탄면(P1-1, P1-2, P2-1, P2-2)의 직각 방향으로 연장되는 복수의 직각 방향의 구멍(85a, 85b, 85c)이 마련된다. 이 실시 형태에서는, 각 분할 심(83a, 83b)의 각 평탄면(P1-1, P1-2, P2-1, P2-2)에 복수의, 예를 들어 3개의 구멍(85a, 85b, 85c)이 마련된다. 구멍(85a, 85b, 85c)은, 각 평탄면(P1-1, P1-2, P2-1, P2-2)에 있어서, 심(83)의 축선에 직각인 방향으로 배열된다. 구멍(85a, 85b, 85c)의 직경은 대략 동일하다. 구멍(85a, 85b, 85c)은, 심(83)의 외면으로부터 내면까지 관통된다. 구멍(85a, 85b, 85c)은, 원통형이다.

도 16의 심(83)의 부분 측면도(평탄면(P2-1)에 직교하는 방향에서 본 측면도)로 도시하는 바와 같이, 심(83)의 평탄면(P2-1)에는, 힘 센서(86a, 86b)가 설치된다. 구체적으로는, 심(83)의 원주 방향에 있어서 구멍(85a, 85b, 85c)의 이웃에, 심(83)의 축 방향에 있어서 구멍(85a, 85b, 85c)과 대략 동일한 위치에 힘 센서(86a, 86b)가 설치된다. 이 힘 센서(86a, 86b)는, 축 방향력(즉, 압축 변형)을 검지한다. 힘 센서(86a, 86b)는 구멍(85a)과 구멍(85b) 사이, 및 구멍(85b)과 구멍(85c) 사이에 배치된다. 또한, 축 방향에 있어서 구멍(85b)의 이웃에는, 힘 센서(87a, 87b)가 설치된다. 이 힘 센서(87a, 87b)는, 심(83)의 원주 방향력(즉, 원주 방향 변형)을 검지한다.

제4 실시 형태의 나사 장치에 의하면, 이하의 효과를 발휘한다.

구멍(85a, 85b, 85c)이 심(83)의 평탄면(P2-1)의 직각 방향으로 연장되므로, 평탄면(P2-1)의 강성을 저하시킬 수 있다. 강성을 저하시킨 평탄면(P2-1)에 힘 센서(86a, 86b, 87a, 87b)를 설치함으로써, 힘 센서(86a, 86b, 87a, 87b)의 출력을 크게 할 수 있다.

심(83)의 원주 방향에 있어서 구멍(85a, 85b, 85c)의 이웃에, 심(83)의 축 방향에 있어서 구멍(85a, 85b, 85c)과 대략 동일한 위치에 힘 센서(86a, 86b)를 배치하므로, 평탄면(P2-1)의 특히 강성을 저하시킨 부분에 힘 센서(86a, 86b)를 배치할 수 있다(후술하는 실시예 2 참조). 이 때문에, 축 방향력을 검지하는 힘 센서(86a, 86b)의 출력을 크게 할 수 있다.

축 방향력을 검지하는 힘 센서(86a, 86b)와, 원주 방향력을 검지하는 힘 센서(87a, 87b)를 마련하므로, 축 방향력과 원주 방향력의 차를 측정할 수 있어, 열팽창에 기인하여 발생하는 축 방향력을 캔슬할 수 있다.

(제5 실시 형태)

도 17은, 본 발명의 제5 실시 형태의 나사 장치의 분해 사시도를 도시한다. 제5 실시 형태의 나사 장치도, 나사축(51), 2개의 너트(92, 93), 2개의 너트(92, 93) 사이에 끼워지는 심(54), 나사축(51)과 2개의 너트(92, 93) 사이에 개재되는 볼(55, 56)을 구비한다. 나사축(51), 심(54), 볼(55, 56)의 구성은 제3 실시 형태와 동일하므로, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

제3 실시 형태에서는, 너트(52, 53)의 축 방향의 단부면의 오목부(62, 65, 67, 68)에 끼워지는 순환부(59a, 59b)를 사용하여 볼(55, 56)을 순환시키고 있지만, 제5 실시 형태에서는, 너트(92, 93)에 장착되는 리턴 파이프(92a, 93a)를 사용하여 볼(55, 56)을 순환시키고 있다. 너트(92)의 외면에는 평면부(92b)가 형성되고, 평면부(92b)에 리턴 파이프(92a)가 장착된다. 리턴 파이프(92a)는, 양단부를 구부려 문형으로 형성된다. 리턴 파이프(92a)의 양단부는 너트(92)를 축 방향으로 관통한다. 리턴 파이프(92a)의 일단부는 너트(92)의 내면 홈(92c)의 일단에 연결되고, 리턴 파이프(92a)의 타단부는 너트(92)의 내면 홈(92c)의 타단에 연결된다. 나사축(51)의 외면 홈(51a)과 너트(92)의 내면 홈(92c) 사이의 나선형의 통로를 구르는 볼(55)은, 리턴 파이프(92a)의 일단부에서 퍼올려져, 리턴 파이프(92a)를 경유한 후, 리턴 파이프(92a)의 타단부로부터 다시 통로로 복귀된다. 마찬가지로, 너트(93)에도 평면부(93b)가 형성되고, 평면부(93b)에 리턴 파이프(93a)가 장착된다.

상기 제3 내지 제5 실시 형태에서는, 축 방향의 구멍이 관통 구멍이고, 직각 방향의 구멍이 관통 구멍이지만, 이들을 관통하고 있지 않은 구멍, 즉 바닥이 있는 구멍으로 할 수도 있다.

상기 제3 실시 형태에서는, 힘 센서의 수감부가, 축 방향력을 검지하는 제1 수감부와, 원주 방향력을 검지하는 제2 수감부를 구비하지만, 힘 센서의 수감부가, 축 방향력을 검지하는 제1 수감부만을 구비하고, 원주 방향력을 검지하는 힘 센서를 다른 평탄면에 마련할 수도 있다.

제3 실시 형태에서는, 심에 축 방향의 구멍을 마련하고, 제4 실시 형태에서는, 심에 직각 방향의 구멍을 마련하고 있지만, 이들을 병용할 수도 있다.

실시예 1

도 1에 도시하는 너트(2, 3)를 사용하여, 압축력을 가하였을 때에 너트(2, 3)와 심(4)에 작용하는 응력을 FEM 해석하였다. FEM 해석의 결과를 도 7에 나타낸다.

도 7의 (a)에 나타내는 바와 같이, 압축력은 6000N이다. 도 7의 (b)에 나타내는 바와 같이, 큰 응력이 발생한 것은, 심(4)의, 너트(2, 3)의 오목부(12, 17)(도 1 참조)의 근방의 외면, 즉 평탄면(P1-1, P2-1)이었다. 2개의 너트(2, 3) 각각에 오목부(12, 17)가 마련되기 때문에, 큰 응력이 발생하는 부분은 2개소 있었다. 2개소의 평탄면(P1-1, P2-1) 중 한쪽에 힘 센서(31)를 설치하면, 힘 센서(31)의 출력을 크게 할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 너트(2)의, 오목부(12)의 근방의 외면(P3)에도 큰 응력이 발생하였다. 이 부분에 힘 센서(31)를 설치해도, 힘 센서(31)의 출력을 크게 할 수 있음을 알 수 있었다. 도 7의 (c)는, 도 7의 (b)를 축 주위로 180도 회전시킨 상태를 나타낸다. 오목부(12, 17)로부터 이격된 심(4)의 외면, 즉 평탄면(P1-2, P2-2)에는, 큰 응력이 발생하지 않음을 알 수 있다.

도 8은, 심(4)에 힘 센서(31)로서 변형 게이지를 설치하였을 때의 시험 결과를 나타낸다. ch1-1, ch2-1은, 2개소의 평탄면(P1-1, P2-1)에 변형 게이지를 설치하였을 때의 변형 게이지의 출력을 나타내고, ch1-2, ch2-2는, 2개소의 평탄면(P1-2, P2-2)에 변형 게이지를 설치하였을 때의 출력을 나타낸다. 도 8의 횡축은 2개의 너트에 가하는 축 방향 하중(kN)이고, 도 8의 종축은 변형 게이지의 출력(V)이다. 평탄면(P1-1, P2-1)에 변형 게이지를 설치함으로써, 평탄면(P1-2, P2-2)에 변형 게이지를 설치하는 경우에 비해, 변형 게이지의 출력을 약 2배로 할 수 있었다. 또한, 변형 게이지의 출력이 마이너스인 것은, 압축 변형인 것을 의미한다.

실시예 2

도 9에 도시하는 너트(52, 53), 심(54), 도 15에 도시하는 심(83)을 사용하여, 6000N의 압축력을 가하였을 때에 심(54, 83)에 작용하는 응력을 FEM 해석하였다. FEM 해석의 결과를 도 18에 나타낸다.

도 18의 (a)는 심에 구멍을 마련하지 않은 종래예이고, 도 18의 (b)는 심(54)에 축 방향의 구멍(82a, 82b, 82c)을 마련한 발명예 (1)(제3 실시 형태의 심(54))이고, 도 18의 (c)는 심(83)에 직각 방향의 구멍(85a, 85b, 85c)을 마련한 발명예 (2)(제4 실시 형태의 심(83))이다.

도 18의 (b)에 나타내는 바와 같이, 발명예 (1)에서는, 심(54)의 평탄면(P2-1)의, 이측에 축 방향의 구멍(82a, 82b, 82c)이 존재하는 영역의 대략 전체에 걸쳐, 압축 변형이 커짐을 알 수 있었다. 평탄면(P2-1)에 힘 센서(81)를 설치하면, 힘 센서(81)의 출력을 크게 할 수 있음을 알 수 있다. 도 18의 (c)에 나타내는 바와 같이, 발명예 (2)에서는, 구멍(85a)과 구멍(85b) 사이, 및 구멍(85b)과 구멍(85c) 사이에 큰 압축 변형이 발생하였다. 이 위치에 힘 센서(86a, 86b)를 설치하면, 힘 센서(86a, 86b)의 출력을 크게 할 수 있음을 알 수 있다.

도 19는, 심(54, 83)에 힘 센서(81, 86a, 86b)로서 변형 게이지를 설치하였을 때의 시험 결과를 나타낸다. 도 19의 횡축은 너트(52, 53)에 가하는 축 방향 하중(kN)이고, 도 19의 종축은 변형 게이지의 출력(V)이다. 발명예 (1)에서는, 종래예에 비해, 변형 게이지의 출력을 약 30％ 증가시킬 수 있었다. 발명예 (2)에서는, 종래예에 비해, 변형 게이지의 출력을 약 400％ 증가시킬 수 있었다.

본 명세서는, 2017년 10월 19일에 출원된 일본 특허 출원 제2017-202681호 및 2017년 10월 19일 출원의 일본 특허 출원 제2017-202682호에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함된다.

1: 나사축
1a: 외면 홈
2, 3, 42, 43: 너트
2a, 3a: 내면 홈
4: 심
4a, 4b: 분할 심
5, 6: 볼(구름 이동체)
9a, 9b: 순환부
12: 오목부
11, 44: 접촉면
12, 45: 오목부
25, 26: 키(연결부)
27: 키 홈
31: 힘 센서
31a: 제1 수감부(수감부)
31b: 제2 수감부(수감부)
P1-1: 평탄면(심의 외면)
θ1: 제1 부채형 가상 영역
θ2: 제2 부채형 가상 영역
51: 나사축
51a: 외면 홈
52, 53, 92, 93: 너트
52a, 53a, 92c: 내면 홈
54, 83: 심
54a, 54b, 83a, 83b: 분할 심
55, 56: 볼(구름 이동체)
75, 76: 키(연결부)
81, 86a, 86b: 힘 센서
81a: 제1 수감부(수감부)
81b: 제2 수감부(수감부)
82a, 82b, 82c: 축 방향의 구멍
85a, 85b, 85c: 직각 방향의 구멍
P2-1: 심의 평탄면(심의 외면)
W1: 힘 센서의 수감부의 횡폭
W2: 복수의 구멍의 영역의 횡폭

Claims

나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과,
상기 나사축에 조립 장착되고, 상기 외면 홈에 대향하는 나선형의 내면 홈을 갖는 2개의 너트와,
상기 나사축의 상기 외면 홈과 상기 2개의 너트 각각의 상기 내면 홈 사이에 개재되는 복수의 구름 이동체와,
상기 2개의 너트 사이에 끼워져 압축되는 심과,
상기 2개의 너트를 서로 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부와,
예압을 검지하기 위한 힘 센서를 구비하고,
상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의, 상기 심과의 접촉면, 및 상기 심의, 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽과의 접촉면 중 적어도 한쪽의 접촉면에 상기 연결부로부터 이격되어 접촉 면적을 작게 하도록 오목부를 형성하고,
상기 오목부의 근방의, 상기 심의 외면 또는 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의 외면에 상기 힘 센서를 설치하고,
상기 너트의 축 방향에서 보았을 때, 상기 힘 센서의 수감부에 의해 획정되는 상기 너트의 제1 부채형 가상 영역이, 상기 오목부에 의해 획정되는 상기 너트의 제2 부채형 가상 영역에 포함되는 예압 검지 가능한 나사 장치.
제1항에 있어서,
상기 심의 외면에 상기 힘 센서를 설치하고,
상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의, 상기 심과의 접촉면에 상기 오목부를 마련하고,
상기 심의 외경은, 상기 2개의 너트의 외경보다도 작은 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 오목부에는, 상기 구름 이동체를 순환시키기 위한 순환부가 삽입되는 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과,
상기 나사축에 조립 장착되고, 상기 외면 홈에 대향하는 나선형의 내면 홈을 갖는 2개의 너트와,
상기 나사축의 상기 외면 홈과 상기 2개의 너트 각각의 상기 내면 홈 사이에 개재되는 복수의 구름 이동체와,
상기 2개의 너트 사이에 끼워져 압축되는 심과,
상기 2개의 너트를 서로 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부와,
예압을 검지하기 위한 힘 센서를 구비하고,
상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의, 상기 심과의 접촉면, 및 상기 심의, 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽과의 접촉면 중 적어도 한쪽의 접촉면에 상기 연결부로부터 이격되어 접촉 면적을 작게 하도록 오목부를 형성하고,
상기 오목부의 근방의, 상기 심의 외면 또는 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의 외면에 상기 힘 센서를 설치하고,
상기 심은, 원호형의 한 쌍의 분할 심을 구비하고,
상기 한 쌍의 분할 심에는, 상기 연결부로서의 한 쌍의 키가 끼워지는 한 쌍의 키 홈이 형성되는 예압 검지 가능한 나사 장치.
나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과,
상기 나사축에 조립 장착되고, 상기 외면 홈에 대향하는 나선형의 내면 홈을 갖는 2개의 너트와,
상기 나사축의 상기 외면 홈과 상기 2개의 너트 각각의 상기 내면 홈 사이에 개재되는 복수의 구름 이동체와,
상기 2개의 너트 사이에 끼워져 압축되는 심과,
상기 2개의 너트를 서로 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부와,
예압을 검지하기 위한 힘 센서를 구비하고,
상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의, 상기 심과의 접촉면, 및 상기 심의, 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽과의 접촉면 중 적어도 한쪽의 접촉면에 상기 연결부로부터 이격되어 접촉 면적을 작게 하도록 오목부를 형성하고,
상기 오목부의 근방의, 상기 심의 외면 또는 상기 2개의 너트 중 적어도 한쪽의 외면에 상기 힘 센서를 설치하고,
상기 힘 센서는, 상기 심 또는 상기 너트의 축 방향력을 검지하는 제1 수감부와, 상기 제1 수감부가 축 방향력을 검지하는 상기 심 또는 상기 너트의 원주 방향력을 검지하는 제2 수감부를 구비하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
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나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과,
상기 나사축에 조립 장착되고, 상기 외면 홈에 대향하는 나선형의 내면 홈을 갖는 2개의 너트와,
상기 나사축의 상기 외면 홈과 상기 2개의 너트 각각의 상기 내면 홈 사이에 개재되는 복수의 구름 이동체와,
상기 2개의 너트 사이에 끼워져 압축되는 심과,
상기 2개의 너트를 서로 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부와,
예압을 검지하기 위한 힘 센서를 구비하고,
상기 심에 상기 연결부로부터 이격되어 적어도 하나의 구멍을 마련하고,
상기 구멍의 근방의, 상기 심의 외면에 상기 힘 센서를 설치하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
제7항에 있어서,
상기 구멍은, 상기 심의 축 방향으로 연장되는 적어도 하나의 축 방향의 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
제8항에 있어서,
상기 심의 축 방향에서 보았을 때, 상기 힘 센서의 수감부의 횡폭이 상기 힘 센서의 이측에 있는 상기 복수의 구멍의 영역의 횡폭보다도 작은 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
제7항에 있어서,
상기 구멍은, 상기 힘 센서가 설치되는 상기 심의 평탄면의 직각 방향으로 연장되는 적어도 하나의 직각 방향의 구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
제10항에 있어서,
상기 힘 센서는, 상기 심의 원주 방향에 있어서 상기 구멍의 이웃에, 상기 심의 축 방향에 있어서 상기 구멍과 동일한 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 심은, 원호형의 한 쌍의 분할 심을 구비하고,
상기 한 쌍의 분할 심 각각에, 상기 구멍이 마련되는 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.