KR20000006461A

KR20000006461A - 볼나사

Info

Publication number: KR20000006461A
Application number: KR1019990024206A
Authority: KR
Inventors: 시라이다케키; 에비나시게루; 다케다류지
Original assignee: 데라마찌 아끼히로; 티에치케이 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-06-26
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2000-01-25
Also published as: DE69910309D1; EP0967414B1; JP2000018359A; CN1240891A; KR100583018B1; EP0967414A3; CN1144960C; EP0967414A2; US6282971B1; DE69910309T2; JP4220018B2

Abstract

본 발명은 리턴 파이프 양단에 볼을 충돌시키는 설형(舌形) 부재를 갖지 않고 볼을 건져 올릴 수 있는 볼 나사를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이를 위하여, 리턴 파이프의 양단에 파이프 내를 향하여 서서히 폭이 좁아지는 컷아웃(cutout)을 형성한다. 부하 볼 롤링 통로 내를 전동(轉動)하는 볼은 서서히 폭이 좁아지는 컷아웃의 양옆으로 안내되면서 리턴 파이프의 안 쪽으로 도입된다. 컷아웃을 형성함으로써 설형 부재를 갖지 않고 볼을 들어올릴 수 있다.

Description

볼 나사 {BALL SCREW}

본 발명은 볼 나사에 관한 것으로, 특히 나사 축과 너트 부재 사이에 형성된부하 볼 롤링 통로 내를 전동(轉動)하는 볼을 너트 부재에 고정된 리턴 파이프에 의하여 순환시키는 볼 나사에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 볼 나사로는 나사 축에 볼 롤링 홈을 형성하고, 너트 부재에 볼 롤링 홈에 대향하는 부하 볼 롤링 홈을 형성하고, 볼 롤링 홈 및 부하 볼 롤링 홈 사이에서 볼을 전동 운동시키는 부하 볼 롤링 통로를 구성하고, 이 너트 부재에 고정된 리턴 파이프로 부하 볼 롤링 통로의 일단과 타단을 연결하고, 이 리턴 파이프로 부하 볼 롤링 통로 내를 전동하는 볼을 일단에서 들어올려(scooping) 타단으로 복귀시키는 구성이 제안되어 있다(예를 들면, 일본국 실개평(實開平) 6-69502호 공보 참조).

도 9에 도시한 바와 같이, 리턴 파이프(1)의 양단 개구부에는 부하 볼 롤링 통로 내에 삽입 가능한 한 쌍의 설형(舌形) 부재(2a, 2b)가 형성된다. 볼은 나사 축 주위의 부하 볼 롤링 통로 내를 전동 운동한 후, 설형 부재(2a, 2b)에 충돌하여 들어올려지고 리턴 파이프 내에 도입된다. 그리고, 볼은 리턴 파이프(1) 내를 순환하고 재차 부하 볼 롤링 통로에 복귀된다. 설형 부재(2a, 2b)의 양옆에는 나사 축에 형성된 볼 롤링 홈과의 간섭을 피하기 위하여 바닥 부분에 컷아웃(3)이 형성된다.

그러나, 최근 공작 기계 등의 고속 이송이 요구됨에 따라 볼 나사도 고속 회전하게 되었다. 이와 같이 DN 값(나사 축의 1분 당의 회전수에 볼의 회전 직경을 곱한 값임)을 증가시키고 볼 나사를 사용한 경우, 볼에 의한 충돌력의 반복으로 응력 집중이 발생하기 쉬운 설형 부재(2a, 2b)의 바닥 부분이 금속 피로를 일으켜 파손될 우려가 있다.

따라서, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하고, 리턴 파이프 양단에 볼을 충돌시키는 설형 부재를 갖지 않고 볼을 들어올릴 수 있는 볼 나사를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에서의 볼 나사의 사시도.

도 2는 상기 볼 나사의 너트 부재의 사시도.

도 3은 상기 볼 나사의 리턴 파이프의 사시도.

도 4는 상기 리턴 파이프에서 볼을 들어올리는 것을 도시한 동작도.

도 5는 상기 리턴 파이프의 단면의 변화도.

도 6은 상기 리턴 파이프 및 나사 축을 도시한 측면도.

도 7은 상기 리턴 파이프 및 나사 축을 도시한 단면도.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에서의 리턴 파이프의 사시도.

도 9는 종래의 리턴 파이프의 사시도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

5:볼 나사, 6:나사 축, 6a:볼 롤링 홈, 7:너트 부재, 7a:부하(負荷) 볼 롤링 홈, 8:볼, 9, 21:리턴 파이프, 15:컷아웃

이하, 본 발명에 대하여 설명한다. 그리고, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위하여 첨부 도면의 참조 번호를 괄호 안에 부기하지만, 이에 따라서 본 발명이 도시한 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 상기 목적 및 이외의 목적을 달성하기 위하여, 외주면에 나선형 볼 롤링 홈을 가지는 나사 축,

내주면에 상기 나사 축의 나선형 부하 볼 롤링 홈과 대향하는 나선형 부하 볼 롤링 홈을 가지는 너트 부재로서, 상기 나선형 홈 양자 모두는 상기 나사 축이 상기 너트 부재에 고정될 때 결합되어 부하 볼 롤링 통로를 형성하는 너트 부재,

상기 부하 볼 롤링 통로 내에서 전동하는 다수의 볼, 및

일단은 상기 부하 볼 롤링 통로의 일단에 연결되고 타단은 상기 부하 볼 롤링 통로의 타단에 연결되어, 상기 부하 볼 롤링 통로 내에서 전동하는 볼을 일단으로부터 들어올려 상기 타단으로 복귀시키는 리턴 파이프로, 상기 리턴 파이프의 개방된 양단에는 서서히 폭이 좁아지는 컷아웃을 각각 형성한 리턴 파이프

를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 나사를 제공한다.

바람직한 실시예에서, 상기 리턴 파이프의 양단측이 나사 축의 리드각(lead angle)에 맞추어지도록 배치한다.

상기 리턴 파이프의 개방된 양단측을 볼 궤도의 접선 방향으로 배치한다.

상기 컷아웃의 폭이 상기 리턴 파이프의 단부로부터 그 내부를 향하여 서서히 좁아진다.

상기 리턴 파이프의 내면에 한 쌍의 안내홈이 형성되어 그 전체 축방향으로 연장된다.

전술한 본 발명의 특징에 의하면, 리턴 파이프의 양단에 서서히 폭이 좁아지는 컷아웃을 형성하였으므로, 부하 볼 롤링 통로 내를 전동하는 볼은 리턴 파이프 양단 내에 삽입되면 폭이 좁아지는 컷아웃의 양옆으로 안내된다. 볼은 컷아웃 양옆으로 안내되면서 서서히 리턴 파이프의 안 쪽으로 도입된다. 이로 인하여, 종래와 같이 설형 부재를 갖지 않고 양호하게 볼을 들어올릴 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 리턴 파이프의 양단측을 나사 축의 리드각에 맞추어 배치하였으므로, 볼은 나사 축의 리드각 방향 즉 진행 방향을 유지한 채 들어올려진다. 따라서, 리턴 파이프 내에 볼을 도입할 때, 리턴 파이프에 강한 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 또, 볼이 진행 방향을 유지한 채 리턴 파이프에 들어올려지므로, 볼은 리턴 파이프의 컷아웃의 한 쪽으로 치우치지 않고 컷아웃의 양옆으로 밸런스가 양호하게 들어올려진다.

또한, 리턴 파이프로 볼을 접선 방향으로 들어올릴 수 있어 볼은 양호하게 들어올려진다. 따라서, 볼이 리턴 파이프의 양단에 들어올려질 때의 충격력을 경감시킬 수 있다.

본 발명의 본질적인 특징 및 이외의 특징은 첨부 도면에 따른 하기의 설명으로 더 명백해질 것이다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에서의 볼 나사(5)를 도시한 것이다. 볼 나사(5)는 외주면에 나선형의 볼 롤링 홈(6a)을 가지는 나사 축(6)과, 내주면에 상기 볼 롤링 홈(6a)과 대향하는 나선형의 부하 볼 롤링 홈(7a)을 가지는 너트 부재(7)와, 볼 롤링 홈(6a)과 상기 부하 볼 롤링 홈(7a) 사이를 전동하는 볼(8, …, 8)을 구비한다. 나사 축(6)의 볼 롤링 홈(6a)과 너트 부재(7)의 부하 볼 롤링 홈(7a) 사이에서 부하 볼 롤링 통로가 구성된다. 너트 부재(7)에는 2개의 리턴 파이프(9, 9)가 고정된다. 리턴 파이프(9, 9)는 부하 볼 롤링 통로의 일단과 타단을 연결하여 무부하 복귀 통로를 구성한다. 각 리턴 파이프(9)의 양측은 구부러져 부하 볼 롤링 통로 내에 수 피치의 간격을 두고 감입된다. 리턴 파이프(9, 9)는 파이프 홀더(10)에 의하여 너트 부재(7)에 고정된다.

나사 축(6)에는 그 주위에 나선형의 일정의 리드를 구비한 대략 단면이 반원형의 볼 롤링 홈(6a)이 연삭 가공 또는 롤링 가공에 의하여 형성된다.

너트 부재(7)는 내부가 빈 대략 원통형을 이루고, 그 단면에 볼 나사(5)를 기계 등에 부착하기 위한 플랜지(11)를 구비한다. 너트 부재(7)의 내주면에는 나사 축(6)의 볼 롤링 홈(6a)에 대향하는 대략 단면이 반원형의 부하 볼 롤링 홈(7a)이 형성된다. 너트 부재(7)에는 그 상면이 일부 평탄하게 된 평면부(12)가 형성된다. 평면부(12)에는 리턴 파이프(9, 9)의 양측이 삽입되는 리턴 파이프고정공(13, 13, 13, 13)이 4개소 형성된다. 이 리턴 파이프 고정공(13, 13, 13, 13)은 부하 볼 롤링 홈(7a) 내까지 뻗어 있다.

도 3 내지 도 5는 리턴 파이프(9)를 도시한 것이다. 도 3에 도시한 바와 같이 리턴 파이프(9)는 원형의 단면을 이루고, 양단측이 만곡된다. 즉, 리턴 파이프는 한 쌍의 다리부(9a, 9b) 및 수평부(9c)로 이루어지는 대략 コ자 모양의 형상으로 형성된다. 리턴 파이프(9)의 단면 형상은 볼(8, …, 8)이 통과하는 통로 단면 및 윤활 물질이 저장 가능한 단면을 가진다면 원형에 한정되지 않고, 삼각, 사각 등의 비원형 단면이라도 된다. 다리부(9a, 9b)의 양단에는 컷아웃 부분(이하 컷아웃이라고 함) 을 형성하며 각 컷아웃(15)은 아치형이 된다. 컷아웃(15)은 리턴 파이프(9) 안 쪽 방향을 향하여 서서히 가로 폭이 좁게 형성된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 다리부(9a, (9b))는 볼(8, …, 8)의 궤도 중심선(S)의 접선 방향으로 배치된다. 또, 다리부(9a, (9b))의 선단은 나사 축(6) 축선의 수평면(L) 위치까지 연장된다. 다리부(9a, 9b)의 컷아웃(15)은 볼(8, …, 8)의 궤도 중심선(S)보다 약간 내측으로 형성된다. 컷아웃(15)의 (프론트) 선단은 다리부(9a, (9b))의 중심선(D)으로부터 약간 h만큼 내측으로 위치한다.

도 5는 다리부(9a, (9b))의 단면 형상의 변화를 도시한 것이다. 선단의 단면 형상을 ″0″의 위치로 나타내고, 위쪽을 향함에 따라 즉 리턴 파이프(9)의 개방된 단부로부터 수평부(9c)를 향한 단면 형상을 각각 ″1″에서 ″9″의 위치로 나타낸다. 다리부(9a, (9b))의 단면 형상은 0의 위치에서, 리턴 파이프(9)의 중심선(D)보다 양옆이 약간 h 치수 만큼 돌출된 반원형 단면이 된다. 다리부(9a,(9b))의 단면 형상은 위쪽을 향함에 따라 원형 단면에 가까워지고, 컷아웃(15) 양옆의 폭(W)(즉, 다리부의 개방된 단면의 폭)이 좁아진다.

도 4에 도시한 바와 같이, 볼(8, …, 8)은 나사 축(6) 주위를 전동 운동하여, 나사 축(6) 축선의 수평면(L)으로부터 위쪽으로 전동하여 다리부(9a, 9b) 내로 전동해 들어간다. 도 5에 도시한 바와 같이 컷아웃(15) 양옆의 폭(W)은 ″0″에서 ″4″ 위치까지는 볼(8) 직경보다 크다. 이로 인하여, 볼(8, …, 8)은 컷아웃(15) 양옆에 의하여 안내되지 않고, 나사 축(6) 주위를 전동 운동한다. ″0″에서 ″4″ 위치로 진행됨에 따라 다리부(9a, (9b))의 내주면과 볼(8)의 배면(내면)의 간극(20)이 약간씩 커진다. 볼(8)이 더 위쪽으로 전동하여 ″5″의 위치까지 이동한 경우, 볼(8)의 양단이 컷아웃(15) 양옆으로 안내되기 시작한다. 컷아웃(15) 양옆은 리턴 파이프(9)의 위쪽을 향하여 서서히 폭이 좁아지기 때문에(즉, 리턴 파이프(9)의 개방된 선단으로부터 다리부의 수평부(9c)측(내측)을 향하여), ″6″에서 ″10″의 위치에서 볼(8, …, 8)은 컷아웃(15) 양옆으로 안내되면서 원형 단면의 리턴 파이프(9) 내로 도입된다. 이와 같이, 리턴 파이프(9)의 다리부(9a, (9b))를 잘라 내어 형성한 컷아웃(15) 양옆을 위쪽을 향하여 서서히 폭이 좁아지도록 형성함으로써, 종래와 같이 설형 부재를 형성하지 않아도 컷아웃(15)의 양옆으로 볼(8, …, 8)을 들어올릴 수 있다. 따라서, 볼 나사(5)를 고속 회전시키고 DN 값을 증가시켜 사용할 수도 있다.

또, 다리부(9a, 9b)를 볼(8, …, 8)의 궤도 중심선(S)의 접선 방향으로 배치하였기 때문에, 볼(8)은 그 운동 방향을 따라 유입되도록 다리부(9a, (9b))에 들어올려진다. 볼(8, …, 8)을 급격하게 방향 전환하지 않고 들어올릴 수 있어 볼(8, …, 8)이 리턴 파이프(9)의 다리부(9a, 9b)에 들어올려질 때의 충격력을 경감시킬 수 있다.

도 6은 나사 축(6)과 리턴 파이프(9)를 도시한 것이다. 이 도면에 도시한 바와 같이, 리턴 파이프(9)의 다리부(9a, 9b)는 나사 축(6)의 리드각에 맞추어 경사지게 하여 배치된다. 볼(8, …, 8)은 나사 축(6)의 리드각 방향 즉 진행 방향을 유지한 채 다리부(9a, 9b)에 들어올려진다. 따라서, 다리부(9a, 9b) 내에서 방향 전환할 필요 없이, 다리부(9a, 9b)에 강한 충격이 가해지는 것을 방지할 수 있다. 또, 볼(8, …, 8)이 진행 방향을 유지한 채 다리부(9a, 9b)에 들어올려지므로, 볼(8, …, 8)은 컷아웃(15)의 한 쪽에 치우치지 않고 양옆으로 밸런스가 양호하게 들어올려진다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 나사 축(6)을 회전시키면, 볼 롤링 홈(6a) 내를 주위 방향으로 축 방향 하중을 받으면서 전동하는 볼(8, …, 8)은 다리부(9a)의 선단에서 들어올려진다. 들어올려진 볼(8, …, 8)은 리턴 파이프(9) 내를 순환한다. 그리고, 볼(8, …, 8)은 수 피치 간격을 둔 다리부(9b)로부터 재차 볼 롤링 홈(6a)에 복귀되어 순환된다.

도 8은 다른 실시예에서의 리턴 파이프(21)를 도시한 것이다. 이 리턴 파이프(21)에서도 전술한 리턴 파이프(9)와 마찬가지로, 다리부(21a, 21b)의 양단을 잘라 내어 컷아웃(15)을 형성한다. 컷아웃(15)은 파이프(15) 내를 향하여 서서히 가로 폭이 좁아지도록 형성된다. 이 리턴 파이프(21) 내면에는 파이프 전체에 걸쳐축 방향으로 연장되는 한 쌍의 가이드 홈(22a, 22b)이 형성된다. 볼(8, …, 8)은 볼(8, …, 8)끼리의 상호 마찰을 방지하기 위하여 밴드형의 리테이너에 소정 간격을 두고 회전 및 슬라이드 가능하게 지지될 수 있다. 한 쌍의 가이드 홈(22a, 22b)을 형성함으로써 리테이너의 양측 에지를 안내할 수 있다. 그리고, 리테이너를 통하여 볼(8, …, 8)이 지지되는 경우에는 볼(8, …, 8)은 컷아웃(15)에 의하여 들어올려지는 동시에 리테이너가 볼(8, …, 8)을 잡아 당겨 올림으로써 들어올려진다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 리턴 파이프의 양단에 파이프 내을 향하여 서서히 폭이 좁아지는 컷아웃을 형성하였으므로, 부하 볼 롤링 통로 내를 전동하는 볼은 서서히 폭이 좁아지는 컷아웃 양옆으로 안내되면서 리턴 파이프 안 쪽으로 도입된다. 따라서, 종래와 같이 설형 부재를 갖지 않고 볼을 들어올릴 수 있어 볼 나사의 DN 값을 증가시켜 사용할 수 있다.

Claims

외주면에 나선형 볼 롤링 홈을 가지는 나사 축,

내주면에 상기 나사 축의 나선형 부하 볼 롤링 홈과 대향하는 나선형 부하 볼 롤링 홈을 가지는 너트 부재로서, 상기 나선형 홈 양자 모두는 상기 나사 축이 상기 너트 부재에 고정될 때 결합되어 부하 볼 롤링 통로를 형성하는 너트 부재,

상기 부하 볼 롤링 통로 내에서 전동(轉動)하는 다수의 볼, 및

일단은 상기 부하 볼 롤링 통로의 일단에 연결되고 타단은 상기 부하 볼 롤링 통로의 타단에 연결되어, 상기 부하 볼 롤링 통로 내에서 전동하는 볼을 일단으로부터 들어올려 상기 타단으로 복귀시키는 리턴 파이프로서, 상기 리턴 파이프의 개방된 양단에는 서서히 폭이 좁아지는 컷아웃(cutout)을 각각 형성한 리턴 파이프

를 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
제1항에 있어서, 상기 리턴 파이프의 양단측이 나사 축의 리드각(lead angle)에 맞추어지도록 배치한 것을 특징으로 하는 볼 나사.
제1항에 있어서, 상기 리턴 파이프의 개방된 양단측을 볼 궤도의 접선 방향으로 배치한 것을 특징으로 하는 볼 나사.
제1항에 있어서, 상기 컷아웃의 폭이 상기 리턴 파이프의 단부로부터 그 내부를 향하여 서서히 좁아지는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
제1항에 있어서, 상기 리턴 파이프의 내면에 한 쌍의 안내홈이 형성되어 그 전체 축방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 볼 나사.