KR20030050272A - 이송계용 볼나사 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 이송계에 구비되는 위치감지센서 없이 볼나사 자체에 일정위치에서 이송을 정지 및 공회전을 할 수 있도록 구성한 이송계용 볼나사에 관한 것으로서, 이를 위해 회전모터와 연결되어 회전모터의 회전에 따라 회전하는 나사홈이 형성된 볼나사축과, 상기 볼나사축의 나사홈에 볼를 끼워 나사 맞춤시킴과 동시에 상기 볼나사축의 회전에 따라 직선왕복운동을 하는 나사홈이 형성된 볼너트와, 상기 볼나사축과 볼너트사이에 설치되어 구동방식에 따라 선택적으로 상기 볼나사축이나 볼너트를 정지시킴과 동시에 그 상태에서 공회전이 가능하도록 한 리테이너와, 상기 리테이너 측벽면에 형성되어 상기 볼과 관통결합되는 다수개의 관통홀과, 상기 리테이너의 양끝단에 상기 볼나사축의 축방향을 따라 볼너트의 양끝일단보다 임의의 길이만큼 돌출형성된 걸림턱과, 상기 볼나사축의 양끝단 임의의 위치에 설치되어 회전모터의 회전에 따라 상기 리테이너의 걸림턱에 걸림과 동시에 상기 볼나사축이나 볼너트를 임의의 위치에서 정지 및 공회전시키는 스토퍼 핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하며, 이에 따라, 서보기능이 없는 회전형 모터만으로 모터의 전원을 ON/OFF 하여 스트로크 즉 작동거리구간내의 임의의 위치에서 정지할 수 있고, 볼나사축의 나사홈내에 2줄 나사선을 형성하여 1줄 나사선의 경우보다 같은 너트치수에 대하여 많은 볼이 삽입되어 축방향 하중을 더 많이 받을 수 있을뿐아니라, 리테이너의 볼홈을 나선기준으로 설치하여 축의 직각방향으로 단면을 보았을 경우 볼의 위치가 대칭의 위치에 있게되어 너트의 축방향 거동시 모멘트가 균형을 이루게 되어 너트가 원활하게 구동하고, 이로인해 소음이 저감되는 효과가 있다.

Description

이송계용 볼나사{ Ball Screw for Movement System }

본 발명은 이송계용 볼나사에 관한 것으로, 특히, 기존의 이송계에 구비되는 위치감지센서 없이 볼나사 자체에 일정위치에서 이송을 정지 및 공회전을 할 수 있도록 구성하여 복잡한 부대장치가 필요없이 전기적인 모터만으로도 사용이 가능하도록 한 이송계용 볼나사에 관한 것이다.

일반적으로 이송장치는 이송시스템과 액츄에이터로 나누어지고, 이중에서 먼저, 액츄에이터의 경우에 대하여 종래 기술을 살펴보면 다음과 같다.

상기 액츄에이터는 공압 실린더(10)와 유압 실린더(20)가 있다.

여기서, 도 1에 도시된 바와같이, 실린더(10)의 경우 주로 왕복운동을 주요 목적으로 하는데 상기 공압 실린더(10)의 구성은 실린더(11)에 에어를 공급하도록 파이프(12)에 의해 연결된 에어 컴프레서(13)와, 상기 실린더(11)와 에어 컴프레서(13) 사이에 설치되어 에어 공급의 방향을 전환하는 에어밸브(14)와, 상기 실린더(11)의 임의의 위치에 구비되어 상기 실린더(11) 내부의 피스톤(15) 움직임을 감지하는 감지센서부(16)와, 상기 감지센서부(16)의 감지 및 에어밸브(14)의 작동을 명령하는 제어부(17)를 포함하여 이루어져 있다.

이 상태에서 상기 공압 실린더(10)를 작동시킬 경우에는 스트로크가 이루어지는 중간 위치에서는 피스톤(15)을 정지하기 어려운 단점이 있다.

여기서, 상기 스트로크는 왕복운동을 하는 실린더속의 피스톤이 한쪽끝에서 다른쪽 끝까지 움직이는 거리를 말하는 것이다.

또한, 도 2에 도시된 바와같이, 유압 실린더(20)은 상기 공압 실린더(10)와 유사하게 단동 또는 복동식 실린더로 이루어지며, 그 구성은 실린더(21)에 오일 파이프(22)가 연결되고, 상기 오일파이프(22)를 통해 오일이 공급되어 유압을 발생시키는 유압장치부(23)와, 상기 유압장치부(23) 하부에 설치되어 오일의 방향을 전환하는 오일밸브(24)와, 상기 실린더 (21)임의의 위치에 실린더(21)내에 구비된 피스톤(25)의 움직임을 감지하는 변위센서부(26)와, 상기 변위센서부(26) 및 오일밸브(24)의 작동을 명령하는 제어부(27)로 이루어져 있다.

이러한 유압관련 장치는 부대장치가 많고 오일사용으로 인한 주위환경의 훼손이 야기되며 제어명령에 따른 반응도 늦게 나타나는 것이 단점이다.

또한, 스트로크의 중간위치에서 정지하기 위해서는 고가의 유압서보밸브를 사용하여야 하면 제어부도 중앙연산처리장치인 CPU를 내장한 고가의 장비를 사용하여야 하는 단점이 있었다.

또한, 도 3a,b에 도시된 바와같이, 이송시스템(30)으로서는 볼나사축(31)과, 리니어 가이드(32)와, 볼나사축(31)의 볼너트(33)와, 리니어 가이드(32)의 블록(34)을 연결하는 연결판(35)과 그리고 볼나사축(31)을 회전시키는 회전모터(36)등으로 구성되어진 직교좌표 로봇이 있는데, 이것 역시 왕복운동을 위해서는 양단에 판의 움직임을 감지하는 센서부(37)가 요구되며, 일정위치에 정지하는 기능을 갖지 위해서는 엔코더가 취부되어 있는 서보 모터 및 이를 구동하는 고가의 드라이버가 요구되는 단점이 있다.

그러나, 상기 이송시스템을 적용하는 치과용 자동 높낮이 의자, 미용실의 높낮이 의자, 침대의 등받이 자동높이 조절장치, 책상의 높낮이 조절장치, 런닝머신의 바닥면의 경사를 자동으로 조절하는 장치, 물품을 잡았다 놓았다 할 수 있는 핸들링 장치 등 복잡한 부대장치 없이는 왕복운동이 불가능할뿐아니라, 스트로크의 중간 위치에서 정지할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 도 3b에 도시된 바와같이, 기존의 볼나사축(31)의 나사홈(31a)은 1줄 나사선으로 이루어져 있으므로, 이송시스템(30)을 구동할 경우 볼나사축(31)의 나사홈(31a)과 볼너트(33)의 나사홈(33a)사이에 볼(38)이 설치되고, 이 볼(38)이 회전하면서 각각의 나사홈(31a)(33a)에 접촉한다. 이때, 상기 접촉면적이 넓어 마찰이 커지고, 이로인한, 마모가 쉽게 발생할뿐아니라, 소음이 발생하는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 기존의 전자 및 전자적인 위치감지센서 없이 기계적으로 볼나사 자체에 일정위치에서 이송을 정지 및 공회전을 할 수 있도록 리테이너를 구성함으로써, 복잡한 부대장치가 필요없이 전기적인 모터만을 사용하여 이송시스템을 간단히 구성하도록 한 이송계용 볼나사를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 볼나사의 나사홈에 기존의 1줄 나사선 대신 2줄 나사선을 형성함으로써, 기존 1줄 나사선의 경유보다 같은 너트치수에 대하여 많은 볼이 삽입되어 축방향 하중을 더 많이 받을 수 있을뿐아니라, 이로인해 접촉시 발생되던 볼의 마모 및 소음을 저감시킬 수 있도록 한 이송계용 볼나사를 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 리테이너의 볼홀인 관통홀을 나선기준하여 60도 간격으로 리테이너에 형성함으로써, 축의 직각방향으로 단면을 보았을 경우 볼의 위치가 대칭의 위치에 있게되어 너트의 축방향 거동시 모멘트가 균형을 이루게 되어 너트가 원활하게 구동할 수 있도록 한 이송계용 볼나사를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 이송계용 볼나사는, 회전모터와 연결되어 회전모터의 회전에 따라 회전하는 나사홈이 형성된 볼나사축과, 상기 볼나사축의 나사홈에 볼를 끼워 나사 맞춤시킴과 동시에 상기 볼나사축의 회전에 따라 직선왕복운동을 하는 나사홈이 형성된 볼너트와, 상기 볼나사축의 임의의 일단에 연결되어 상기 볼나사축에 회전력을 제공하는 회전모터로 이루어진 이송장치에 있어서, 상기 볼나사축과 볼너트사이에 설치되어 구동방식에 따라 선택적으로 상기 볼나사축이나 볼너트를 정지시킴과 동시에 그 상태에서 공회전이 가능하도록 한 리테이너와, 상기 리테이너 측벽면에 형성되어 상기 볼과 관통결합되는 다수개의 관통홀과, 상기 리테이너의 양끝단에 상기 볼나사축의 축방향을 따라 볼너트의 양끝일단보다 임의의 길이만큼 돌출형성된 걸림턱과, 상기 볼나사축의 양끝단 임의의 위치에 설치되어 회전모터의 회전에 따라 상기 리테이너의 걸림턱에 걸림과 동시에 상기 볼나사축이나 볼너트를 임의의 위치에서 정지 및 공회전시키는 스토퍼 핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 종래의 일 실시예에 따른 액츄에이터 중 공압실린더의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 종래의 다른 실시예에 따른 액츄에이터 중 유압실린더의 구성을 나타낸 도면,

도 3a은 종래의 또 다른 실시예에 따른 이송시스템의 구성을 나타낸 도면,

도 3b는 도 3a의 부분 측단면도,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 구성을 나타낸 분해 사시도,

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 결합상태를 나타낸 측단면도,

도 5b는 도 5a의 A부 확대도,

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 구성 중 리테이너를 펼쳐놓은 상태의 도면,

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 작동상태를 나타낸 사시도,

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이송계용 볼나사를 워엄기어에 적용한 상태를 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

31 : 볼나사축 33 : 볼너트

36 : 회전모터 38 : 볼

100 : 리테이너 101 : 관통홀

102 : 걸림턱 200 : 스토퍼 핀

300 : 2줄 나사선 400 : 워엄기어

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 이송계용 볼나사에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하, 본 발명에 의한 이송계용 볼나사에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명함과 동시에 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 한해서는 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가진다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 구성을 나타낸 분해 사시도 이고, 도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 결합상태를 나타내 측단면도 이고, 도 5b는 도 5a의 A부 확대도 이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 구성 중 리테이너를 펼쳐놓은 상태의 도면 이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 이송계용 볼나사의 작동상태를 나타낸 사시도 이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 이송계용 볼나사를 워엄기어에 적용한 상태를 나타낸 도면 이다.

도 4 내지 도 8에 도시된 바와같이, 이송시스템 본체(30)는 회전모터(36)와, 볼나사축(31)과, 볼너트(33)와, 회전모터(36)와 리테이너(100)와, 걸림턱(102)과, 스토퍼 핀(200)으로 이루어져 있다.

상기 볼나사축(31)은 후술하는 회전모터(36)와 연결되어 회전모터(36)의 회전에 따라 회전하도록 되어 있다.

상기 볼너트(33)는 상기 볼나사축(31)의 회전에 따라 직선왕복운동을 하도록 후술하는 상기 볼나사축(31)의 나사홈(31a)과 볼너트(33)의 나사홈(33a)에 볼(38)을 끼워 나사 맞춤시켜 설치되어 있다.

또한, 상기 볼나사축(31)과 볼너트(33)에 형성된 나사홈은 상기 나사홈내에 2줄 나사선(300)으로 형성하고, 상기 2줄 나사선(300)은 기존의 1줄 나사선의 경우보다 같은 볼너트(33) 치수에 대하여 보다 많은 볼(38)을 삽입 할 수 있어 축방향 하중을 보다 많이 받을 수 있으므로, 볼너트(33)가 원활하게 구동함과 동시에 볼(38)의 마모 및 소음을 저감시킬 수 있다.

상기 회전모터(36)는 상기 볼나사축(31)에 회전력을 제공하도록 상기 볼나사축(31)의 임의의 일단에 연결설치되어 있다.

상기 리테이너(100)는 구동방식에 따라 선택적으로 상기 볼나사축(31)이나 볼너트(33)를 정지시킴과 동시에 그 상태에서 상기 볼나사축(31)이나 볼너트(33)를 공회전이 가능하도록 볼나사축(31)과 볼너트(33)사이에 설치되어 있다.

또한, 상기 리테이너(100)의 측벽면에는 나사홈(31a)(33a)에 끼워지는 볼(38)과 관통결합되도록 다수개의 관통홀(101)이 형성되어 있다.

또한, 상기 관통홀(101)은 볼나사축(31)의 축방항에 대한 직각단면으로 리테이너(100)의 단면을 보았을 때 180도 간격으로 관통홀(101)이 위치할 수 있도록 축의 회전방향을 기준으로 나사홈(31a)(33a)의 나산을 따라 60도 간격으로 형성되어 있다.

또한, 상기 관통홀(101)은 볼나사축(31) 및 볼너트(33)가 임의의 위치에서 정지한 후 공회전 할 경우 볼(38)이 제자리에서 회전가능하도록 볼(38)의 직경보다 크게 형성되어 있다.

상기 걸림턱(102)은 상기 볼나사축(31)의 축방향을 따라 볼너트(33)의 양끝일단보다 임의의 길이만큼 상기 리테이너(100)의 양끝단에 돌출형성되어 있다.

상기 스토퍼 핀(200)은 상기 회전모터(36)의 회전에 따라 상기 리테이너(100)의 걸림턱(102)에 걸림과 동시에 상기 볼나사축(31)이나 볼너트(33)를 임의의 위치에서 정지 및 공회전시킬 수 있도록 상기 볼나사축(31)의 양끝단 임의의 위치에 설치되어 있다.

그러면, 상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 의한 이송계용 볼나사의 동작과정을 첨부된 도 4 내지 도 8을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 4에 도시된 바와같이, 본 발명의 이송시스템 본체(30)는 센서없는 볼나사을 기존의 1줄 나사선에서 2줄 나사선(300)으로 가공한 볼나사축(31)을 구비하고, 이 볼나사축(31)의 축방향에 대해 직각인 2줄 나사선(300)을 갖는 볼너트(33)로 구비하고, 이 볼나사축(31)의 나사홈(31a)과 볼너트(33)의 나사홈(33a)에 볼(38)을 끼워 나사 맞춤시켜 설치한다.

이와 동시에 상기 볼나사축(31)과 볼너트(33) 사이에 원통형으로 이루어진 리테이너(100)를 설치한다.

도 5a,b에 도시된 바와같이, 상기 리테이너(100)의 원통형 측벽면에 상기 볼(38)과 관통결합되는 다수개의 관통홀(101)이 형성되어 있으므로, 상기 볼나사축(31)과 볼너트(33) 사이에 결합됨과 동시에 리테이너(100)의 관통홀(101)에 볼(38)이 관통결합된다.

이 상태에서 리테이너(100)는 상기 볼너트(33)의 양끝일단보다 임의의 길이만큼 돌출형성된 걸림턱(102)이 형성되어 있으므로, 이 걸림턱(102)에 상기 볼나사축(31)의 양끝단에 설치된 스토퍼 핀(200)이 걸려서 볼너트(33)를 정지 및 공회전시킨다.

또한, 상기 볼나사축(31)의 임의의 일단에 볼나사축(31)에 회전력을 제공하는 회전모터(36)가 구비되고, 이 회전모터(36)의 회전축이 커플링을 통해 상기 볼나사축(31)과 연결된다.

도 6에 도시된 바와같이, 상기 리테이너(100)의 관통홀(101)은 볼나사축(31)의 나선을 따라 일정간격으로 뚫리게 되고, 이 관통홀(101)은 볼나사축(31)의 회전각도를 기준으로 하여 60도 간격으로 관통홀(101)의 위치를 정하게 된다.

상기 관통홀(101)은 볼나사축(31)의 직각방향으로 단면을 보았을 경우 볼(38)의 위치가 대칭의 위치에 있게되어 볼너트(33)의 축방향 거동시 모멘트가 균형을 이루게 되어 볼너트(33)가 원활하게 구동할 뿐아니라 소음이 저감된다.

이와 같은 상태에서 상기 본 발명의 이송계용 볼나사는 너트구동방식과 축 구동방식 2가지로 사용될 수 있으면, 사용예에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 7에 도시된 바와같이, 너트구동방식의 경우를 살펴보면, 2줄 나사선(300)이 형성된 볼나사축(31)과, 볼나사축(31)에 연결된 회전모터(36)와, 볼너트(33)의 직성왕복운동을 가이드 하는 리니어 가이드(32)와, 상기 볼나사축(31)과 볼너트(33)를 연결하는 블록으로 이루어져 있으며, 볼나사축(31)과 볼너트(33)사이에 리테이너(100)가 설치된다.

이 상태에서 상기 회전모터(36)를 작동시키면, 상기 볼너트(33)는 리테이너(100)와 함께 볼나사축(31)의 일단으로 이동한다.

이때, 상기 볼나사축(31) 일단에는 스토퍼 핀(200)이 설치되어 있으므로, 이 스토퍼 핀(200)과 상기 리테이너(100)에 형성된 걸림턱(102)이 걸려서 볼너트(33)를 정지 및 공회전 시킨다.

이와 동시에 상기 볼나사축(31)은 공회전하고, 상기 리테이너(100)와 볼너트(33)는 정지상태가 된다.

또한, 상기 리니어 가이드(32)가 없을 경우에는 상기 볼나사축(31)을 회전모터(36)에 의해 회전하여 볼너트(33)가 상기 볼나사축(31)의 임의의 양끝단 위치로 이동한 후 정지할 경우 상기 리테이너(100)만 고정되고, 상기 볼나사축(31)과 볼너트(33)는 공회전을 한다.

또한, 도 8에 도시된 바와같이, 본 발명의 이송계용 볼나사의 다른 실시예인 축 구동방식의 경우를 살펴보면, 볼나사축(401)에 볼너트(403)를 설치하고, 상기 볼나사축(401)과 볼너트(403)사이에 걸림턱(102)이 형성된 리테이너(100)를 설치하며, 상기 볼너트(403)에 스퍼기어(402)를 설치하고, 상기 스퍼기어(402)와 치합되는 워엄기어(400)를 설치하고, 상기 워엄기어(400)에는 회전력을 제공하는 회전모터(404)를 구비한다.

이 상태에서 상기 워엄기어(400)를 회전모터(404)에 의해 회전시킬 경우 상기 볼너트(403)가 회전하여 상기 볼나사축(401)이 축방향을 따라 직선왕복운동을 하게 된다.

이 때, 상기 볼너트(403)에 설치된 리테이너(100)의 걸림턱(102)이 상기 볼나사축(401)의 임의의 끝단에 설치된 스토퍼 핀(200)에 걸려서 정지하게 된다.

이와 동시에 상기 리테이너(100)와 볼나사축(401)은 고정되고, 상기 볼너트(403)는 공회전을 하게 된다.

이와 같이 센서의 감지없이 볼나사축(401)의 양끝단의 일정위치에볼너트(403)가 위치하게 되면, 제품의 이송을 정지 또는 그 위치에서 유지하게 한다.

이상에서 설명한 본 발명의 이송계용 볼나사는 전술한 실시 예 및 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않은 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의한 이송계용 볼나사에 의하면,

기존의 전기 및 전자적인 위치감지센서 없이 기계적으로 볼나사 자체에 정지 및 공회전을 할 수 있도록 리테이너를 구성함으로써, 서보기능이 없는 회전형 모터만으로 모터의 전원을 ON/OFF 하여 스트로크 즉 작동거리구간내 임의의 위치에서 정지할 수 있고, 볼나사축의 나사홈에 2줄 나사선으로 형성하여 1줄 나사선의 경우보다 같은 너트치수에 대하여 많은 볼이 삽입되어 축방향 하중을 더 많이 받을 수 있을뿐아니라, 리테이너의 볼홀을 나선기준으로 설치하여 축의 직각방향으로 단면을 보았을 경우 볼의 위치가 대칭의 위치에 있게되어 너트의 축방향 거동시 모멘트가 균형을 이루게 되어 볼너트가 원활하게 구동하고, 이로인해 소음을 저감되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 회전모터와 연결되어 회전모터의 회전에 따라 회전하는 나사홈이 형성된 볼나사축과, 상기 볼나사축의 나사홈에 볼를 끼워 나사 맞춤시킴과 동시에 상기 볼나사축의 회전에 따라 직선왕복운동을 하는 나사홈이 형성된 볼너트와, 상기 볼나사축의 임의의 일단에 연결되어 상기 볼나사축에 회전력을 제공하는 회전모터로 이루어진 이송장치에 있어서,

   상기 볼나사축과 볼너트사이에 설치되어 구동방식에 따라 선택적으로 상기 볼나사축이나 볼너트를 정지시킴과 동시에 그 상태에서 공회전이 가능하도록 한 리테이너와,

   상기 리테이너 측벽면에 형성되어 상기 볼과 관통결합되는 다수개의 관통홀과,

   상기 리테이너의 양끝단에 상기 볼나사축의 축방향을 따라 볼너트의 양끝일단보다 임의의 길이만큼 돌출형성된 걸림턱과,

   상기 볼나사축의 양끝단 임의의 위치에 설치되어 회전모터의 회전에 따라 상기 리테이너의 걸림턱에 걸림과 동시에 상기 볼나사축이나 볼너트를 임의의 위치에서 정지 및 공회전시키는 스토퍼 핀을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이송계용 볼나사.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 나사홈은 상기 나사홈내의 나사선이 2줄 나사선으로 이루어진 것을 특징으로 하는 이송계용 볼나사.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 관통홀은, 볼나사축의 축방향에 대한 직각단면으로 리테이너의 단면을 보았을 때 180도 간격으로 관통홀이 위치할 수 있도록 축의 회전방향을 기준으로 나사홈의 나선을 따라 60도 간격으로 관통홀을 형성하는 것을 특징으로 하는 이송계용 볼나사.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 관통홀은, 볼나사축 및 볼너트가 임의의 위치에서 정지한 후 공회전 할 경우 볼이 제자리에서 회전가능하도록 볼의 직경보다 크게 이루어진 것을 특징으로 하는 이송계용 볼나사.