KR20040002653A - 순환 부재, 이 순환 부재를 구비한 운동 안내 장치 및 이순환 부재를 구비한 볼 나사 - Google Patents

순환 부재, 이 순환 부재를 구비한 운동 안내 장치 및 이순환 부재를 구비한 볼 나사 Download PDF

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Abstract

본 발명의 볼 나사는 나사 축과, 이 나사 축에 조립된 너트와, 나사 축에 형성된 볼 롤링 홈과 너트에 형성된 부하 볼 롤링 홈에 의해 형성된 볼 롤링 통로 내에 배치된 복수의 볼들과, 볼 롤링 통로 내의 볼들 사이에 배치된 복수의 스페이서들과, 그리고 나사 축에 대한 너트의 상대 운동에 따라 볼들 및 스페이서들을 순환시키기 위한 순환 부재를 포함한다. 이 순환 부재는 볼 롤링 통로 내에서 롤링하는 볼들과 접촉할 때 양 측면 모서리부에서 볼들을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈을 구비하고, 볼들과 접촉하지 않고서도 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서에 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분을 또한 구비한다. 이러한 순환 부재는 선형 운동 안내 장치 또는 스플라인 축과 같은 운동 안내 장치에 바람직하게는 사용될 수 있다.

Description

순환 부재, 이 순환 부재를 구비한 운동 안내 장치 및 이 순환 부재를 구비한 볼 나사{CIRCULATION MEMBER, MOTION GUIDE DEVICE PROVIDED WITH CIRCULATION MEMBER AND BALL SCREW PROVIDED WITH CIRCULATION MEMBER}
본 발명은 트랙 부재와 가동 부재 사이에 형성된 볼 롤링 통로 내에 배치된 복수의 볼들과 스페이서들을 트랙 부재에 대한 가동 부재의 상대 운동에 따라 순환시키기 위한 순환 부재에 관한 것이고, 또한 이러한 순환 부재를 구비한 운동 안내 장치 및 볼 나사에 관한 것이다.
본 발명의 출원인은 일본 특허출원 평10-180767호에 개시된 볼 나사에 적용되는 도20에 도시된 바와 같은 순환 부재를 제공한다.
도20을 참조하면, 볼 나사는 볼 롤링 홈을 갖도록 형성되고, 이 볼 롤링 홈을 따라 롤링하는 볼(1)들은 순환 부재(2) 내에 형성된 스쿠핑 홈(3; scoop-up groove)의 양 모서리부(3a, 3b)와 접촉하고 이어서 감싸 들이듯이 볼 롤링 홈(3)으로부터 스쿠핑된다. 스쿠핑 홈(3)이 순환 부재(2) 내에 형성되는 경우, 충격력이 순환 부재(2)에 사실상 가해지지 않으며, 그러므로 나사 축을, 따라서 볼(1)들을 고속으로 회전시키는 것이 가능하게 된다.
이러한 순환 부재(2)는 볼(1)들을 단지 순환시키도록 작용하기에는 기능적으로 충분할 수도 있다. 그러나, 마찰 등을 방지하기 위해 볼(1)들 사이에 스페이서들이 배치된 경우가 많다. 이러한 스페이서는 볼보다 작은 직경을 갖는 사실상 원통형 형태를 가지고, 볼 진행 방향으로 양 단부에 볼의 원통형 형태에 따른 리세스들을 구비한다.
전술한 종래 구성의 순환 부재를 이용하여 볼(1)과 스페이서를 스쿠핑할 때, 예컨대 볼(1)이 구형 표면을 가지므로, 이 볼(1)은 스쿠핑 홈(3)의 양 측면 모서리부(3a, 3b)에 의해 감싸져 스쿠핑된다. 인접 볼(1)들 사이에 작은 간격이 존재하는 경우에, 이 볼(1)들 사이에 놓이는 스페이서는 볼(1)들과 함께 스쿠핑될 수도 있다.
그러나, 도21 및 도22에 도시된 바와 같이, 스페이서(4)가 인접 볼(1)들 사이에서 자유로이 이동하는 경우에, 스페이서(4)가 진행 방향으로 거의 평평한 단부를 가지므로 스페이서(4)가 스쿠핑 홈(3)의 측면 모서리부(3a, 3b)와 결합될 우려가 있게 되고, 따라서 불편하게 된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 종래 기술에서 나타난 단점 또는 불편함을 사실상 제거하는 것이고, 예컨대 볼 나사의 볼들 사이에 소정의 간격이 존재하는 배치에서도 볼 뿐만 아니라 스페이서를 확실히 스쿠핑할 수 있는 순환 부재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 개선된 순환 부재를 구비한 볼 나사 및 운동 안내 장치를 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적들은, 일반적으로 볼과 접촉하지 않고서도 스페이서와 접촉하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분과 볼을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈이 형성된 순환 부재를 제공함으로써 본 발명에 의해 달성될 수 있다.
즉, 본 발명의 주요한 일 태양에 있어서, 상기 목적들을 달성하기 위한 순환 부재는 트랙 부재와 가동 부재 사이에 형성된 볼 롤링 홈 내에 배치된 복수의 볼들과 상기 볼들 사이에 각각 배치된 스페이서들을 트랙 부재에 대한 가동 부재의 상대 운동에 따라 순환시키기 위한 순환 부재이고, 이 순환 부재는 볼 롤링 통로 내에서 롤링하는 볼들을 양 측면 모서리부에서 접촉함으로써 볼들을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈을 구비하고, 또한 상기 볼들과 접촉하지 않고서도 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서에 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분을 구비한다.
본 태양에 의하면, 볼 롤링 통로 상에서 롤링하는 볼은 순환 부재 내에 형성된 스쿠핑 홈의 양 측면 모서리부들에 의해 감싸져서 스쿠핑된다. 이러한 동작에있어서, 볼들 사이의 간격이 넓어져서 스페이서가 볼의 트랙으로부터 벗어나려고 하더라도 이 스페이서는 스페이서 스쿠핑 부분에 의해 스쿠핑될 수 있다. 또한, 스페이서 스쿠핑 부분이 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼들과 접촉하지 않기 때문에, 이 스페이서 스쿠핑 부분은 손상되지 않을 것이다.
본 태양의 양호한 일 실시예에 있어서, 스페이서 스쿠핑 부분에는 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼의 트랙으로부터 이격되고 스페이서와 접촉하는 배출면(escape surface)이 형성되고, 따라서 상기 스페이서 스쿠핑 부분은 볼과는 접촉하지 않고 스페이서에만 접촉하게 된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 볼 나사가 제공되는데, 이 볼 나사는 그 외주 상에 나선형 볼 롤링 홈이 형성된 나사 축과, 나사 축에 조립되고 나사 축 상에 형성된 볼 롤링 홈에 대향하여 볼 롤링 통로를 형성하도록 그 내주에 나선형의 부하 볼 롤링 홈이 형성된 너트와, 볼 롤링 통로 내에 배치된 복수의 볼들과, 볼 롤링 통로 내의 볼들 사이에 배치된 복수의 스페이서들과, 그리고 복수의 볼들과 볼들 사이에 각각 배치된 스페이서들을 나사 축에 대한 너트의 상대 운동에 따라 순환시키기 위한 순환 부재를 포함한다. 상기 순환 부재는 스쿠핑 홈의 양 측면 모서리부들에서 볼 롤링 통로 내에서 롤링하는 볼과 접촉함으로써 볼을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈과, 볼과 접촉하지 않고서도 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서와 접촉하여 이를 스쿠핑하는 스페이서 스쿠핑 부분을 구비한다.
본 태양의 양호한 실시예들에 있어서, 스페이서 스쿠핑 부분에는 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼의 트랙으로부터 이격되고 스페이서와 접촉하는 배출면이 형성된다.
이 순환 부재는 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼을 선형 이동시키기 위한 원형 단면의 선형 통로를 갖고, 스페이서 스쿠핑 부분은 스쿠핑 홈의 하부에 형성되고 선형 통로의 중심선을 포함하는 단면 영역 내에서 선형 통로의 내주 표면에 대해 소정의 각도만큼 경사진 배출면을 갖도록 형성된다.
본 발명의 추가 태양에 있어서, 운동 안내 장치가 또한 제공되는데, 상기 운동 안내 장치는 볼 롤링 홈이 형성된 트랙 부재와, 이 트랙 부재에 대해 상대적으로 이동할 수 있도록 트랙 부재에 장착되고 트랙 부재의 볼 롤링 홈에 대향하여 볼 롤링 통로를 형성하도록 부하 볼 롤링 홈이 형성되는 활주 부재와, 볼 롤링 통로 내에 배치된 복수의 볼들과, 볼 롤링 통로 내의 볼들 사이에 배치된 복수의 스페이서들과, 복수의 볼들과 이 볼들 사이에 각각 배치된 스페이서들을 트랙 부재에 대한 활주 부재의 상대 운동에 따라 순환시키기 위한 순환 부재를 포함한다. 또한, 상기 순환 부재는 양 측면 모서리부들에서 볼 롤링 통로 내에서 롤링하는 볼에 접촉함으로써 상기 볼들을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈과, 볼들에 접촉하지 않고서도 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서에 접촉하여 이를 스쿠핑하는 스페이서 스쿠핑 부분을 구비한다.
볼 나사와 운동 안내 장치에 의하면, 순환 부재는 스페이서 스쿠핑 부분의 개선된 구성을 가져서, 볼과 스페이서가 구성 요소들을 손상시키지 않고서도 확실히 스쿠핑할 수 있다.
이러한 본질 및 추가 특징 구성은 첨부 도면을 참조하여 설명된 참조하여 후속 설명으로부터 분명하게 될 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 순환 부재를 구비한 볼 나사의 부분 단면 사시도.
도2는 순환 부재를 도시하며, (a)는 이 순환 부재의 평면도이고, (b)는 볼 나사의 나사 축의 축방향에서 본 측면도이고, (c)는 나사 축의 축선에 수직한 방향에서 본 측면도이고, (d)는 순환 부재의 정면도.
도3은 순환 부재의 레그부를 도시한 것으로, (a)는 스쿠핑 홈의 곡률 반경을 나타내는 단면도이고, (b)는 배출면의 경사도(경사각)를 나타내는 단면도.
도4는 스쿠핑 홈에 의한 볼 스쿠핑 상태를 도시한 도면.
도5는 스쿠핑 부분을 구비한 순환 부재의 경우와 스쿠핑 부분을 구비하지 않은 순환 부재의 경우에 스쿠핑 홈과 나사 축 사이의 간격들을 비교한 결과를 도시한 확대도.
도6은 스쿠핑 부분에 의한 볼 스쿠핑 상태를 도시한 도면.
도7은 스페이서 스쿠핑 부분에 의한 스페이스 스쿠핑 상태를 도시한 도면.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 순환 부재를 구비한 엔드캡(end-cap)형볼 나사를 도시한 부분 단면 사시도.
도9는 본 발명의 제2 실시예에 의한 측면 덮개 겸용의 순환 부재를 도시한 도면으로, (a)는 나사 축의 축방향에서 본 상태를 도시한 도면이고, (b)는 나사 축의 측면에서 본 상태를 도시한 도면.
도10은 본 발명의 제2 실시예에 의한 순환 부재를 도시한 도면.
도11은 본 발명의 순환 부재를 구비한 디플렉터형(deflector type) 볼 나사의 일 예를 도시한 사시도.
도12는 본 발명의 제3 실시예에 의한 순환 부재를 구비한 선형 운동 안내 장치의 사시도.
도13은 상기 순환 부재를 도시한 사시도.
도14는 상기 순환 부재의 단면도.
도15는 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼의 트랙을 도시한 도면.
도16은 스쿠핑 홈에 의한 볼 스쿠핑 상태와 스페이서 스쿠핑 부분에 의한 스페이서 스쿠핑 상태를 도시한 도면.
도17은 도16과 비교하여 스페이서 스쿠핑 부분을 구비하지 않은 상태를 도시한 도면.
도18은 도16과 비교하여 스페이서 스쿠핑 부분을 구비하지 않은 상태를 도시한 사시도.
도19는 본 발명에 의한 순환 부재를 구비한 볼 스플라인의 사시도.
도20은 종래 구성의 순환 부재를 구비한 볼 나사의 사시도.
도21은 볼이 스쿠핑 홈과 결합된 상태를 나사 축의 축방향에서 본 도면.
도22는 인접 볼들 사이에서 간격이 성장하는 상태를 스쿠핑 홈의 전방 측에서 본 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
11: 볼
16: 스페이서
12, 27, 35, 42, 53: 순환 부재
22: 스쿠핑 홈
23: 스페이서 스쿠핑 부분
41: 볼 나사
41a, 51a: 볼 롤링 홈
이하에서, 본 발명의 양호한 실시예들이 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 순환 부재를 구비한 볼 나사를 도시하고 있다.
도1을 참조하면, 볼 나사(8)는 그 외주 표면에 나선형 볼 롤링 홈(9a)이 형성된 나사 축(9)과, 이 나사 축(9)에 장착된 너트(10)로 구성된다. 나선형 볼 롤링 홈(9a)은 일정한 리드(lead)와 대략 반원형 단면을 가지도록 연삭 또는 압연 작업에 의해 형성된다.
한편, 너트(10)에는 그 내주 표면에 나사 축(9)의 볼 롤링 홈(9a)에 대응하는 나선형 부하 볼 롤링 홈(9a)이 형성된다. 너트(10)는 일반적으로 원통형이고, 이 너트(10)는 그 일 단부에 볼 나사(8)를 기계 등에 장착하기 위한 플랜지형 부분(14)을 구비한다. 너트(10)의 나선형 부하 볼 롤링 홈(10a)은 나사 축(9)의 볼 롤링 홈(9a)에 대응하는 형태의 대략 반원형 단면을 가지도록 형성된다.
너트(10)에는 복수의 부분에 순환 부재(12)의 레그부(leg portion; 12b)를 삽입하기 위한 삽입 구멍이 형성된다.
나사 축(9)의 볼 롤링 홈(9a)과 너트(10)에 형성된 부하 볼 롤링 홈(10a)은 조합하여 복수의 볼(11, 11, ...)들이 수용되고 상기 볼(11)들이 서로 접촉하는 방지하기 위해 스페이서(16, 16, ...)들이 또한 수용되는 볼 롤링 통로를 형성한다.
제1 실시예에 있어서, 너트(10)에는 "복귀 파이프"(return pipe)로 불리는, 예컨대 2개의 순환 부재(12, 12)들이 장착된다. 이 순환 부재(12)는 복수의 볼(11, 11, ...)들과 스페이서(16, 16, ...)들이 나사 축(9)에 대한 너트(10)의 상대 운동에 따라 순환하도록 볼 롤링 통로의 일 단부와 타 단부를 연통시키는 무부하(non-loaded) 복귀 통로를 형성한다.
순환 부재(12)는 중앙부(12a)와 이 중앙부(12a)의 양 측면 단부로부터 연장하는 한 쌍의 레그부(12b, 12b)들을 갖는 게이트(gate) 형태를 갖는다. 이들 레그부(12b, 12b)들은 수 피치의 간격을 두고서 볼 롤링 통로 내로 삽입되고, 순환 부재(12)는 볼트(13) 등을 이용하여 너트(10)에 체결된다.
도2[도2의 (a), (b), (c) 및 (d)]를 참조하면, 순환 부재(12)는 한 쌍을 이루는 레그부(12b, 12b)의 내주부의 중심선(19, 19)이 도2의 (b)에 도시된 바와 같이 나선형 볼 트랙의 중심선(18)의 접선 방향으로 위치되도록 배치되고, 레그부(12b, 12b)는 중심선(18)의 리드각에 따라 서로 다른 방향으로 경사진다.
레그부(12b, 12b)의 중심선의 이러한 배치에 의하면, 볼(11)은 트랙의 중심선(18)의 접선 방향 및 리드각 방향으로 스쿠핑될 수 있다. 즉, 볼(11)은 그 롤링(진행) 방향으로 스쿠핑될 수 있다. 따라서, 볼(11)을 스쿠핑할 때 어떠한 강제력도 레그부(12b, 12b)에 가해지지 않는다.
순환 부재(12)는 그 종축 방향을 따라 한 쌍의 분할체로서 2개의 섹션 또는 부분으로 나뉘는데, 이는 열 코킹(heat calking), 융해 또는 접착 등의 공정에 의해서나 체결 수단, 접착 시트 또는 클립 등을 이용하여 결합된다.
다음으로, 도3을 참조하면, 각 레그부(12b)는 볼(11)을 사실상 선형 이동시키기 위한 원형 단면의 선형 통로(21)를 갖는다. 전술한 바와 같이, 이 선형 통로(21)의 내주부의 중심선(19)은 도2에 도시된 바와 같이 볼 트랙 중심선(18)의 접선 방향으로 배치된다. 레그부(12b)는 볼 트랙 중심선(18)과 선형 통로(21)의 중심선(19)이 서로 접촉하는 위치를 향해 연장하는 전방 단부를 갖고, 레그부(12b)의 전방 단부 근처의 부분에는 볼(11)을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈(22)이 형성된다.
도3의 (a)를 참조하면, 나사 축(9)의 축방향에서 볼 때의 스쿠핑 홈(22)의 곡률 반경(R1)은 볼(11)의 트랙 중심선(18)의 곡률 반경(R2)보다는 다소 작고 나사 축(9)의 외경(R3)보다는 다소 크게 선정된다. 또한, 스쿠핑 홈(22)은 순환 부재(12)의 깊이 방향을 향해 점차 감소되는 횡방향 폭을 갖는다.
스페이서 스쿠핑 부분(23)은 스쿠핑 홈(22)의 하부에 형성된다. 스쿠핑 홈(22)에 의해 스쿠핑된 볼(11)의 트랙으로부터 이격되고 스페이서(16)와 접촉하도록 스페이서 스쿠핑 부분(23)에는 배출면(24)이 형성된다.
도3의 (b)를 참조하면, 선형 통로(21)의 중심선(19)을 포함하는 단면 영역에서는, 스페이서 스쿠핑 부분(23)의 배출면(24)이 선형 통로(21)의 내주 표면(25)에 대해 소정의 각도(α)만큼 경사진다. 이러한 설계에 의하면, 경계부(26)는 선형 통로(21)의 내주 표면(25)과 스페이서 스쿠핑 부분(23)의 배출면(24) 사이에 형성된다. 이 배출면(24)은 볼(11)과 접촉하지 않고서도 스페이서(16)와 접촉할 수 있고 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서를 스쿠핑할 수 있다.
제1 실시예의 구성에 있어서, 볼 스쿠핑 홈(22)은 순환 부재(12)의 내부를 향해 점차 감소되는 폭을 갖고, 볼(11)은 스쿠핑 홈(22)의 양 측면 모서리들이 볼(11)에 접촉함으로써 스쿠핑될 수 있다. 더욱이, 본 실시예에서는, 스페이서 스쿠핑 부분(23)은 볼(11, 11, ...)들 사이에 배치된 스페이서(16, 16, ...)들을 순환 부재(12) 내로 안내하기 위해 스쿠핑 홈(22)의 하부에 형성된다.
그 구성이 복잡하기 때문에 기계 가공을 통해 이들 스쿠핑 홈(22)과 스페이서 스쿠핑 부분(23)을 제조하기는 어렵지만, 수지 또는 금속 재료로 이 순환 부재를 성형함으로써 복잡한 구성을 갖는 스쿠핑 홈(22)과 스페이서 스쿠핑 부분(23)을 제조할 수는 있게 된다. 이 순환 부재가 금속 제품으로 형성될 때, 금속 분말을 열처리함으로써 성형된다. 반면에, 수지 제품은 사출 성형 공정을 통해 성형될 것이다. 그러나, 한 쌍의 횡방향 주형 반부를 이용하는 것으로는 복잡한 스쿠핑 홈(22)과 스페이서 스쿠핑 부분(23)을 제조하기는 여전히 어렵다. 그러므로, 본 실시예에서는 스쿠핑 홈(22)과 스페이서 스쿠핑 부분(23)은 레그부(12b, 12b)의 축방향으로 활주될 수 있는 활주 주형(slide mold)을 이용함으로써 성형된다.
보다 상세하게는, 성형 작업시 이 활주 주형은 한 쌍의 횡방향 주형 반부 내로 삽입된다. 다음으로, 이 활주 주형의 삽입 상태 하에서 스쿠핑 홈(22)과 스페이서 스쿠핑 부분(23)은 레그부(12b, 12b)에 형성된다. 반면에, 주형 분리 작업시 이 활주 주형은 반대 방향으로 활주된다. 전술한 바와 같이, 이 활주 주형을 이용함으로써, 레그부(12b, 12b)의 내주 표면 뿐만 아니라 복잡한 구성을 갖는 스쿠핑 홈(22)과 스페이서 스쿠핑 부분(23)이 제조될 수 있다.
스쿠핑 홈(22)에 의해 볼이 스쿠핑된 상태가 도4에 도시되어 있고, 이 도면에서는 스쿠핑 홈(22)에 의해 볼(11)을 스쿠핑하기 위한 설명의 용이한 이해를 위해 스페이서(16)와 스페이서 스쿠핑 부분(23)이 제거되어 있다.
나사 축(9)의 볼 롤링 홈(9a) 상에서 외주 방향을 따라 롤링하는 볼(11)이 순환 부재(12) 내로 롤링할 때, 스쿠핑 홈(22)의 양 모서리부(22a, 22a)는 볼(11)과 접촉한다. 이때, 스쿠핑 홈(22)의 폭이 볼 롤링 방향으로 (도4에서 보았을 때, 하부 측에서 상부 측으로) 점차 감소되므로, 볼(11)은 마치 감싸지는 것처럼 볼 롤링 홈으로부터 순환 부재(12) 내로 스쿠핑될 수 있다.
순환 부재(12)는 윤활제 등이 볼(11)에 들러붙거나 순환 부재(12)가 다소 이동되는 경우에도 볼(11)이 순환 부재(12)를 통과할 수 있도록 볼(11)의 외경보다 다소 큰 내경을 갖는다. 보다 엄밀하게는, 볼(11)은 볼 트랙 중심선(18)의 접선 방향이 아니라 나사 축 측에서 각도(β)만큼 이동된 후 스쿠핑된다.
도4에서, 선(L)은 볼(11)의 중앙의 트랙을 나타낸다. 전술한 바와 같이, 볼(11)은 스쿠핑 홈(22)의 양 모서리부들에 의해 스쿠핑될 수 있고, 볼(11)이 스쿠핑 홈(22)과 접촉할 때 발생되는 부하는 현저히 감소될 수 있다.
한편, 복귀 파이프 형태의 순환 부재를 갖는 볼 나사의 종래의 구성에 있어서, 상기 볼이 복귀 파이프에 형성된 설부(tongue portion)에 의해 스쿠핑되는 것이 일반적이다. 그러나, 이러한 종래의 볼 나사를 이용함에 있어서, 나사 축이 고속으로 회전할 때 볼이 고속으로 이동하게 되고(볼 이동이 빨라지게 되고) 볼이 설부에 충돌함으로써 설부가 손상될 우려가 있게 된다. 이러한 결점을 피하기 위해,나사 축의 회전수의 상한치를 결정하는 것이 필요하게 되고, 이럼으로써 불편함이 발생하게 된다.
그러므로, 본 발명은 이러한 불편함을 극복하기 위한 것으로 스쿠핑 홈(22)을 순환 부재(12)에 형성함으로써 고속으로 회전할 수 있는 나사 축을 제공한다. 본 발명에 의하면, 전술한 바와 같이 볼이 스쿠핑 홈(22)의 양 모서리부에 의해 스쿠핑될 수 있기 때문에 종래의 구성에서와 같이 설부를 형성할 필요가 없다.
스페이서 스쿠핑 부분(23)은 스페이서만을 스쿠핑하도록 작용하고 종래의 구성에서 복귀 파이프 내의 볼을 스쿠핑하는 설부의 형태와 유사한 외부 형태를 갖는다. 그러나, 종래 구성에 대한 본 발명의 가장 본질적인 차이는 배출면(24)이 존재한다는 것이다.
즉, 일반적으로 종래의 복귀 파이프의 설부는 예컨대 금속 튜브를 절단하거나 또는 연삭 숫돌(grinding stone)을 이용함으로써 형성된다. 따라서, 선형 통로에 대한 소정의 경사각(α)을 갖는 [본 실시예의 배출면(24)과 같은] 배출면은 복귀 파이프 내에 결코 형성되지 않는다. 배출면(24)이 소정의 경사각(α)만큼 경사지기 때문에 스쿠핑 홈(22)의 하부로부터의 돌출량은 설부의 돌출량보다 작게 설정된다.
도5는 스페이서 스쿠핑 부분(23)을 구비한 순환 부재(12)의 경우와 스쿠핑 부분을 구비하지 않은 순환 부재(27)의 경우의 스쿠핑 홈(22)과 나사 축(9) 사이의 간격을 비교한 결과를 도시하고 있다. 또한, 이러한 간격을 관찰하기 위해 도5에서는 스쿠핑 홈(22)에 대향하는 측면 상의 순환 부재(12, 27)의 벽 부분들이 본 도면에서 제거되어 있다.
도5를 참조하면, 볼(11)들은 도시된 상태에 대향하는 측면들에 위치된 스쿠핑 홈(22)들에 의해 스쿠핑된다. 스페이서 스쿠핑 부분(23)을 구비하지 않은 순환 부재(27)의 경우에, 상대적으로 큰 간격(S)이 스쿠핑 홈(22)과 나사 축(9) 사이에 나타나고, 볼(11)들로부터 빠져 나온 스페이서(16)가 이 공간(S)에 바람직하지 않게 결합될 우려가 있게 된다. 그러나, 스페이서 스쿠핑 부분(23)이 형성된 실시예에서는, 이러한 공간(S)이 스페이서 스쿠핑 부분(23)에 의해 막혀질 수 있다.
다음으로, 도6 및 도7을 참조하면, 볼(11)은 스쿠핑 홈(22)의 양 모서리부들과 감쌀 수 있는 방법으로 스쿠핑된다(도6). 더욱이, 스페이서(16)는 인접 볼(11)들 사이의 거리가 넓어져서 스페이서(16)가 이동 통로로부터 벗어나게 되더라도 스페이서(16)와 접촉하는 스페이서 스쿠핑 부분(23)에 형성된 배출면(24)에 의해 확실히 스쿠핑될 수 있다. 스페이서(16)는 스페이서 스쿠핑 부분(23)과 항상 접촉하는 것은 아니고, 볼(11)들 사이의 거리가 넓어져서 스페이서(16)가 그 트랙으로부터 벗어나려 하는 경우에만 스페이스(16)가 스페이서 스쿠핑 부분(23)과 접촉한다. 다른 경우에, 스페이서(16)들은 볼(11)들과 함께 이동된다. 또한, 스페이서 스쿠핑 부분(23)은 볼(11)이 스쿠핑될 때 볼(11)과 접촉하지 않게 되어, 손상되거나 파손되지 않는다.
도8은 본 발명의 제2 실시예에 의한 순환 부재를 구비한 엔드캡 구성의 볼 나사를 도시하고 있다.
본 실시예의 볼 나사는 볼 롤링 홈(34a)이 형성된 나사 축(34)과, 볼 롤링홈이 형성된 너트 본체(32)와 이 너트 본체(32)의 양 단부에 장착된 엔드캡으로서의 측면 덮개(33, 33)로 구성된 너트(31)를 포함한다. 너트 본체(32)에는 볼 롤링 홈과 볼 복귀 통로가 형성되고, 측면 덮개(33, 33)에는 상기 볼 롤링 홈 및 복귀 통로와 각각 연통하는 연통 통로가 형성된다. 순환 부재는 볼(11, 11, ...)들과 이 볼들 사이에 배치된 스페이서(16, 16, ...)들을 스쿠핑하도록 작용하기 위해 각 측면 덮개에 장착된다.
도9는 측면 덮개(33)와 순환 부재(35)의 결합 상태를 도시한다. 순환 부재(35)는 측면 덮개(33) 내에 장착되고 볼트 등에 의해 너트 본체(32)에 고정된다. 이 순환 부재(35)는 측면 덮개(33)로의 장착 조건에 따라 다양한 외관을 가질 수도 있다.
순환 부재(35)의 장착 조건을 도시한 도10을 참조하면, 이 순환 부재(35)는 그 양 측면 모서리부들에서 볼 롤링 통로로 롤링하는 볼(11)에 접촉하여 이를 스쿠핑하는 볼 스쿠핑 홈(22)을 구비한다. 이 볼 스쿠핑 홈(36)에는 그 하부에 볼(11)과 접촉하지 않고서도 볼 롤링 홈 내의 스페이서(16)와 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분(37)이 형성된다. 스페이서 스쿠핑 부분(37)에는 볼 롤링 트랙으로 이격되어 위치되고 스페이서(16)와 접촉하는 배출면(38)이 형성된다.
순환 부재(35)에는 스쿠핑 홈(36)에 의해 스쿠핑된 볼(11)을 사실상 선형 이동시키기 위한 원형 단면의 선형 통로(39)가 형성된다. 또한, 선형 통로(39)의 중심선을 포함하는 단면 영역에는 스페이서 스쿠핑 부부(37)의 배출면(38)이 선형 통로(39)의 내주 표면(40)에 대해 소정의 각도(α)로 경사진다. 본 실시예에 의하면, 스페이서(16)는 인접 볼(11, 11)들 사이의 거리가 넓어져서 스페이서(16)가 이동 트랙으로부터 벗어나게 되는 경우에도 배출면(38)에 의해 스쿠핑될 수 있다.
도11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 디플렉터 구성 형태의 순환 부재를 구비한 볼 나사(41)를 또한 도시하고 있다.
도11의 본 실시예를 참조하면, 볼 나사(41)의 볼 롤링 홈(41a) 상을 이동하는 볼(11, 11, ...)들과 스페이서(16, 16, ...)들은 디플렉터 구성을 갖는 순환 부재(42)에 의해 상기 홈으로부터 일단 분리되고, 나사 축(41)의 외경 부분을 넘어 일 리드(one lead)만큼씩 볼 롤링 홈(41a)의 일 부분으로 복귀된다. 이러한 순환 부재(42)에는 대략 S자 형태를 갖는 볼 복귀 홈이 형성된다. 볼 복귀 홈은 이 볼 복귀 홈 내에서 전진하는 볼(11)과 스페이서(16)가 나사 축(41)의 외주 부분을 넘을 수 있도록 순환 부재(42)의 중앙 부분에서 가장 리세스된 부분을 갖는다.
순환 부재(42), 즉 디플렉터는 볼 롤링 홈(41a) 상에서 롤링하는 볼들이 나사 축(41)의 외주 부분을 넘도록 상기 볼을 그 측면으로부터 강제적으로 밀게 작용한다. 또한, 볼과는 접촉하지 않고서 스페이서에만 접촉함으로써 스페이서(16)만을 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분이 순환 부재(42)에 형성된다. 이러한 디플렉터형 순환 부재(42)에 있어서, 스쿠핑 부분에 형성된 배출면은 3차원 볼 트랙과는 별개의 3차원 형태를 갖는다.
또한, 본 발명은 도12와 관련한 제3 실시예에 의한 순환 부재를 구비한 선형 운동 안내 장치를 제공한다.
예컨대, 본 실시예의 선형 운동 안내 장치는 베드(bed) 또는 새들(saddle)과같은 정지 부재 상에서 테이블(table)과 같은 가동 부재 또는 몸체를 안내하기 위한 장치이다.
선형 운동 안내 장치는 정지 부재 상에 배치되고 종방향 연장부를 갖는 트랙 레일(51)과, 트랙 레일(51)에 대해 상대 이동할 수 있도록 조립된 활주 부재를 포함한다. 트랙 레일(51)에는 종방향을 따라 형성된 볼 롤링 홈(51a)이 형성되고, 활주 부재에는 트랙 레일(51)에 형성된 볼 롤링 홈(51a)에 대응하도록 부하 볼 롤링 홈이 또한 형성된다.
이 선형 운동 안내 장치는 트랙 레일(51)의 볼 롤링 홈(51a)과 활주 부재(52)에 형성된 부하 볼 롤링 홈에 의해 조합되어 형성된 볼 롤링 통로 내에 배치된 복수의 볼과, 이들 볼 사이에 배치된 복수의 스페이서와, 트랙 레일(51)에 대한 활주 부재(52)의 상대 운동에 따라 볼과 스페이서를 순환하기 위해 활주 부재(52)용으로 구비된 순환 부재(53, 53)들을 포함한다.
트랙 레일(51)은 예컨대 단면이 직사각형인 형태를 제공하기 위해 긴 크기를 갖는다. 볼 롤링 홈(51a)은 볼 롤링을 위한 트랙을 형성하고, 볼 롤링 홈(51a)의 복수의 열은 선형 운동 안내 장치의 사용 대상에 따라 형성될 수도 있다. 도시된 실시예에서, 트랙 레일(51)은 선형 구조를 가지나, 곡선의 레일 구조를 가질 수도 있다. 트랙 레일(51)은 이 트랙 레일(51)을 정지 부재에 고정시키기 위해 나사 체결되는 나사 구멍을 갖는다.
활주 부재(52)는 블록 몸체(54)와, 이 블록 몸체(54)의 양 단부에 배치된 순환 부재(53, 53)와 같은 단부 판들을 포함한다. 순환 부재(53, 53)에는 볼의 롤링방향을 변경하기 위한 U자형 방향 전환 통로가 형성된다.
활주 부재(52)의 블록 몸체(54)는 조립시 트랙 레일(51)의 상부 면에 대향하는 평평한 수평부(54a)와 트랙 레일(51)의 좌우 양측의 측면에 대향하는 한 쌍의 지지 레그부(스커트부; 54a, 54a)를 갖는 コ자형 부재이다. 부하 볼 롤링 홈들은 트랙 레일(51)의 외부 표면에 형성된 볼 롤링 홈(51a, 51a)에 대향하도록 블록 몸체(54)의 내부 표면에 형성된다. 또한, 볼 복귀 통로들이 볼 롤링 홈(51a)들에 평행하게 보어(bore)로서 블록 몸체(54)에 형성된다. 이 볼 롤링 통로와 볼 복귀 통로는 순환 부재(53)에 형성된 방향 전환 통로에 의해 연통된다. 복수의 체결 구멍은 안내될 물체를 나사 또는 볼트로 블록 몸체(54)에 체결하여 고정시키기 위해 블록 몸체의 상부 표면에 형성된다.
순환 부재(53)는 이 순환 부재(53)의 일부의 사시도인 도13과 순환 부재(53)에 형성된 방향 전환 통로(55)를 도시한 단면도인 도14를 참조하여 이하에서 더 상세히 설명될 것이다.
도시된 바와 같이, 순환 부재(53)에는 볼 복귀 통로(56)와 볼 롤링 통로(57)를 연통시키는 볼 롤링 방향 전환 통로(55)가 형성된다. 보다 상세하게는, 이 순환 부재에는 방향 전환 통로(55)의 외주를 형성하는 외부 안내부(58)가 형성되고, 반면에 블록 몸체(54)에는 방향 전환 통로(55)의 내주를 형성하는 아치형의 내부 안내부(59)가 형성된다.
도13에 도시된 바와 같이, 볼 스쿠핑 홈(60)은 이 홈(60)의 양 측면 모서리부에 의해 볼 롤링 통로(57) 내의 볼과 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위해 순환부재(53)의 방향 전환 통로(55)의 하부에 형성된다. 이 스쿠핑 홈(60)은 방향 전환 홈(55)의 중심선(63)보다 더 트랙 레일(51)의 측면 상의 하나의 평평한 표면에 트랙 레일(51)에 평행하게 형성된다. 스쿠핑 홈(60)은 볼 진행 방향을 따라 점차 감소하는 수평 폭을 갖는다. 이러한 스쿠핑 홈(60)의 볼 스쿠핑 방법은 이전 실시예와 사실상 동일하다.
도13 및 도14에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 볼 롤링 통로(57) 내의 볼과 접촉하지 않고도 스페이서와 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분(62)이 스쿠핑 홈(60)의 하부에 형성된다. 스페이서 스쿠핑 부분(62)은 스쿠핑 홈(60)에 의해 스쿠핑된 볼의 트랙(64)으로부터 이격되나 스페이서와는 접촉하는 배출면(61)을 갖는다.
도15는 스쿠핑 홈(60)에 의해 스쿠핑된 볼(11)의 트랙을 도시하고 있다. 본 실시예에서, 볼 나사에 대한 실시예와는 달리, 순환 부재(53)의 방향 전환 통로(55)는 원형 아치 형태로 굴곡된다. 또한, 볼(11)과 방향 전환 통로(55) 사이에 작은 간격이 존재하므로, 볼(11) 중앙의 트랙(66)은 다소 방향 전환 통로의 중심선(63)의 외부를 통과하게 된다. 그러므로, 스페이서 스쿠핑 부분(62)의 배출면(61)은 볼과 접촉하지 않기 위해 볼(11)의 이 트랙을 고려하여 형성된다. 이러한 배출면(61)은 선형 형태일 뿐만 아니라 도15에 도시된 바와 같이 곡선 형태일 수도 있다.
도16은 스쿠핑 홈에 의한 볼(11)의 스쿠핑 상태 및 스페이서 스쿠핑 부분(62)에 의한 스페이서(16)의 스쿠핑 상태를 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 볼(11)은 스쿠핑 홈(60)의 양 모서리부들에 의해 먼저 감싸지고 스쿠핑된다. 볼(11)과 스페이서(16) 사이의 거리가 트랙으로부터 벗어나려 하는 경향이 있더라도, 볼(11)과 접촉하는 스페이서 스쿠핑 부분(62)이 볼(11)을 스쿠핑할 수 있다.
스페이서 스쿠핑 부분을 구비하지 않는 예를 비교하기 위해 도17 및 도18에 도시된다.
이러한 비교 예에서, 구형의 외부 표면을 갖는 볼(11)은 감싸지는 방법으로 스쿠핑 홈(60)의 양 모서리부들에 의해 스쿠핑된다. 한편, 스페이서(16)는 단부가 평평한 형태이고, 볼(11, 11)들 사이의 거리가 넓어져서 스페이서(16)가 트랙으로부터 벗어나려 하는 경향이 있는 경우에는 스페이서(16)의 평평한 단부가 바람직하지 않게 스쿠핑 홈(60)과 결합하는 우려가 발생되어, 불편하게 된다.
도19는 본 발명에 의한 순환 부재를 구비한 볼 스플라인의 일 예를 또한 도시하고 있다.
이 볼 스플라인은 트랙 레일로서의 스플라인 축(71)과 활주 부재로서의 외부 슬리브(72)로 구성되고, 이 외부 슬리브는 축과 슬리브 사이에 배치된 복수의 볼(11, 11, ...)들을 통해 스플라인 축(71)에 장착되어 있다.
스플라인 축(71)은 정원(true circularity)의 형태를 갖는 컬럼 형태의 구조를 갖고, 축방향으로 연장하는 볼 롤링 홈(71a)이 형성된 볼 트랙으로서의 외부 표면을 갖는다.
스플라인 축(71)에 장착된 외부 슬리브(72)에는 서킷(circuit) 형태의 볼 순환 통로로서 볼 롤링 통로를 구성하기 위해 볼 롤링 홈(71a)에 대응되는 부하 볼롤링 홈이 형성된다. 이러한 볼 순환 통로에는 스플라인 축(71)에 대한 외부 슬리브(72)의 상대 선형 운동에 따라 그 내부에서 순환되도록 복수의 볼(11, 11, ...)들과 스페이서(16, 16, ...)들이 수용된다. 즉, 볼 롤링 통로(73)는 스플라인 축(71)의 볼 롤링 홈(71a)과 외부 슬리브(72)의 부하 볼 롤링 홈에 의해 형성된다. 무부하 볼(11, 11, ...)들이 배치되는 무부하 복귀 통로(74)는 볼 롤링 통로(73)에 인접하게 형성된다. 한편, 외부 슬리브(72)에는 스플라인 축(71)의 축방향으로 볼(11, 11, ...)들을 배치하여 보유하기 위해 리테이너(retainer)로서의 순환 부재(75)가 장착된다.
리테이너로서의 순환 부재(75)는 외부 슬리브(72)에 일체형으로 장착되고 관통 방식으로 스플라인 축(71)이 그 내부에 배치된 내부의 중공 원통형 구조를 갖는다. 순환 부재(75)는 서킷 형태의 볼 순환 통로가 형성된 외부 표면을 갖는다. 이러한 순환 부재(75)에 의하면, 볼 롤링 통로(73) 상에서 롤링하는 볼(11, 11, ...)들은 외부 슬리브(72)와 스플라인 축(71) 사이에서 그 양 측면으로부터 유지되고, 무부하 복귀 통로(74) 상을 롤링하는 볼(11, 11, ...)들은 외부 슬리브(72)와 통로(74) 사이에 유지되어, 외부 슬리브(72)가 스플라인 축(71)으로부터 후퇴할 때 볼(11, 11, ...)들이 벗어나지 않게 한다.
볼 롤링 통로(73) 상을 롤링하는 볼(11, 11, ...)들을 스쿠핑하기 위한 볼 스쿠핑 홈은 스페이서(16)들을 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분이 형성될 수도 있는 순환 부재(75)에 형성된다.
본 발명은 전술한 실시예들로 한정되지 않으며 많은 다른 변경 및 수정이 후속의 특허청구범위의 범위를 벗어나지 않고서도 행해질 수 있다는 것을 알아야 한다.
예를 들면, 인접한 볼들 사이에 독자적으로 배치된 복수의 스페이서들이 밴드 또는 벨트 부재를 이용하여 연속적으로 연결될 수도 있다. 더욱이, 운동 안내 장치의 트랙 레일은 선형 구조 대신에 곡선 구조를 제공하도록 형성될 수도 있다.
본 출원은 발명의 명칭이 "순환 부재, 이 순환 부재를 구비한 운동 안내 장치, 및 이 순환 부재를 구비한 볼 나사"인 2002년 6월 25일자 일본 특허출원 제2002-184540호에 대한 우선권 주장 출원이다. 상기 일본특허출원의 내용은 전체적으로 본원에 합체되어 있다.
상기와 같이 구성함으로써, 볼 나사의 볼들 사이에 소정의 간격이 존재하는 배치에서도 볼 뿐만 아니라 스페이서를 확실히 스쿠핑할 수 있는 순환 부재를 제공할 수 있다.

Claims (7)

  1. 트랙 부재와 가동 부재 사이에 형성된 볼 롤링 홈 내에 배치된 복수의 볼들과 상기 볼들 사이에 각각 배치된 복수의 스페이서들을 상기 트랙 부재에 대한 상기 가동 부재의 상대 운동에 따라 순환시키기 위한 순환 부재이며,
    상기 순환 부재는 볼 롤링 통로 내에서 롤링하는 볼들을 양 측면 모서리부에서 접촉함으로써 볼들을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈을 구비하고, 또한 상기 볼들과 접촉하지 않고서도 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서에 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 순환 부재.
  2. 제1항에 있어서, 상기 스페이서 스쿠핑 부분에는 상기 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼의 트랙으로부터 이격되고 상기 스페이서와 접촉하는 배출면(escape surface)이 형성되는 것을 특징으로 하는 순환 부재.
  3. 외주 상에 나선형 볼 롤링 홈이 형성된 나사 축과,
    나사 축에 조립되고, 나사 축 상에 형성된 볼 롤링 홈에 대향하여 볼 롤링 통로를 형성하도록 그 내주에 나선형의 부하 볼 롤링 홈이 형성된 너트와,
    볼 롤링 통로 내에 배치된 복수의 볼들과,
    볼 롤링 통로 내의 볼들 사이에 배치된 복수의 스페이서들과, 그리고
    복수의 볼들과 볼들 사이에 각각 배치된 복수의 스페이서들을 나사 축에 대한 너트의 상대 운동에 따라 순환시키는 순환 부재를 포함하고,
    상기 순환 부재는 볼 롤링 통로 내에서 롤링하는 볼들을 양 측면 모서리부에서 접촉함으로써 볼들을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈과, 상기 볼들과 접촉하지 않고서도 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서에 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
  4. 제3항에 있어서, 상기 스페이서 스쿠핑 부분에는 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼의 트랙으로부터 이격되고 스페이서와 접촉하는 배출면이 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
  5. 제4항에 있어서, 상기 순환 부재는 상기 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼을 선형 이동시키기 위한 원형 단면의 선형 통로를 갖고, 상기 스페이서 스쿠핑 부분은 상기 스쿠핑 홈의 하부에 형성되고 선형 통로의 중심선을 포함하는 단면 영역에서 선형 통로의 내주 표면에 대해 소정의 각도만큼 경사진 배출면을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
  6. 볼 롤링 홈이 형성된 트랙 레일과,
    트랙 부재에 대해 상대 이동할 수 있도록 트랙 부재에 장착되고, 트랙 부재의 볼 롤링 홈에 대향하여 볼 롤링 통로를 형성하도록 부하 볼 롤링 홈이 형성되는 활주 부재와,
    볼 롤링 통로 내에 배치된 복수의 볼들과,
    볼 롤링 통로 내의 볼들 사이에 배치된 복수의 스페이서들과,
    복수의 볼들과 볼들 사이에 각각 배치된 복수의 스페이서들을 트랙 부재에 대한 활주 부재의 상대 운동에 따라 순환시키는 순환 부재를 포함하며,
    상기 순환 부재는 볼 롤링 통로 내에서 롤링하는 볼들을 양 측면 모서리부에서 접촉함으로써 볼들을 스쿠핑하기 위한 스쿠핑 홈과, 상기 볼들과 접촉하지 않고서도 볼 롤링 통로 내에서 이동하는 스페이서에 접촉하여 이를 스쿠핑하기 위한 스페이서 스쿠핑 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 운동 안내 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스페이서 스쿠핑 부분에는 스쿠핑 홈에 의해 스쿠핑된 볼의 트랙으로부터 이격되고 스페이서와 접촉하는 배출면이 형성되는 것을 특징으로 하는 운동 안내 장치.
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