KR20050086727A - 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치 - Google Patents

유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 과제는, 유성 나사 구조 및 차동 나사 원리 양자를 이용하여, 종래에 비하여 정확하게 회전운동을 직선운동으로 운동 변환하는 것이다. 본 발명의 회전-직선운동 변환장치는, 나사축 (20) 과, 나사축 둘레에서 나사축과 나사 결합되는 복수 개의 유성 나사 롤러 (36) 와, 나사축 및 유성 나사 롤러를 둘러싸 유성 나사 롤러와 나사 결합하는 롤러 너트 (24) 를 갖고, 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 는 서로 역방향의 나사로 나사 결합하고, 유성 나사 롤러 (36) 및 롤러 너트 (24) 는 서로 동일방향의 나사에 의해 나사 결합되고, 각 나사의 피치는 동일하고, 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 가 회전되어도 모두 스러스트 변위되지 않는 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계에 대하여, 나사축 또는 롤러 너트의 조 수가 증감되고 있고, 나사축 또는 롤러 너트가 회전하면 유성 나사 롤러는 미끄러지는 일없이 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전한다.

Description

유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치{PLANETARY DIFFERENTIAL SCREW-TYPE ROTATIONAL MOTION-LINEAR MOTION CONVERTER}
본 발명은 회전-직선운동 변환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회전운동을 직선운동으로 변환하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치에 관한 것이다.
회전운동을 직선운동으로 변환하는 나사식의 회전-직선운동 변환장치의 하나로서, 예를 들어 일본 공개특허공보 평10-196756호에 기재되어 있는 바와 같이, 나사축과, 나사축 둘레에 배치되어 나사축과 나사 결합하는 복수 개의 유성 나사 롤러와, 나사축 및 유성 나사 롤러를 둘러싸 유성 나사 롤러와 나사 결합하는 롤러 너트를 갖는 유성 나사식 회전-직선운동 변환장치가 종래부터 알려져 있다.
이러한 나사식 회전-직선운동 변환장치에 의하면, 나사축 및 롤러 너트의 일방이 회전되면 유성 나사 롤러가 회전되고, 유성 나사 롤러의 회전에 의해 나사축 및 롤러 너트의 타방이 직선운동되기 때문에, 예를 들어 사다리꼴 나사로 서로 나사 결합하는 나사축 및 너트를 갖는 회전-직선운동 변환장치의 경우에 비하여 변환효율을 높일 수 있고, 또한 나사축과 너트 사이에 볼이 들어가는 볼나사식 회전-직선운동 변환장치의 경우에 비하여 내하중성을 높일 수 있음과 함께, 나사축 및 너트의 일방의 1회전당 나사축 및 너트의 타방의 직선 변위량을 작게 할 수 있다.
또 나사축과 유성 나사 롤러와 롤러 너트를 갖는 장치로서, 미국특허 2683379호에는 베어링 장치가 기재되어 있고, 미국특허 3173304호에는 회전-직선운동 변환장치가 기재되어 있다.
(발명이 해결하고자 하는 과제)
그러나 상기 특허문헌 1 에 기재된 종래의 나사식 회전-직선운동 변환장치에서는, 유성 나사 롤러 및 롤러 너트는 상대적으로 스러스트 변위되지 않기 때문에 롤러 너트의 1회전당 나사축의 직선 변위량을 작게 할 수 없고, 또한 조립성이 나쁘다는 문제가 있다.
또 상기 특허문헌 2 에 기재된 베어링 장치는 본래에는 회전하면서 직선운동하는 베어링 장치이지만, 회전-직선운동 변환장치로서도 사용할 수 있다. 그러나 이 베어링 장치를 회전-직선운동 변환장치로서 사용하는 경우에는, 하중에 의해 동작이 변화하여 회전-직선운동의 기어비 (단위변위입력당 출력변위) 가 일정해지지 않기 때문에, 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 대응시켜 정확하게 회전운동을 직선운동으로 변환할 수 없다는 문제가 있다.
또한 나사의 나사결합부와는 별도로 스퍼 기어의 맞물림부에 의해 회전을 전달시키는 기구가 필수적이고, 스퍼 기어의 맞물림부가 없으면 베어링 장치가 용이하게 로크 상태로 되어 버림과 함께, 스퍼 기어의 맞물림에 의한 작동음의 발생을 피할 수 없으며, 특히 고속의 회전입력시에 큰 작동음이 발생한다.
또한 상기 특허문헌 3 에 기재된 장치는 회전-직선운동 변환장치로서 현재 널리 일반적으로 시판되고 있는 장치인데, 유성 나사 롤러 및 롤러 너트의 나사가 동일한 방향의 나사이고 또한 유성 나사 롤러의 나사 조(條) 수(數)는 롤러 너트의 나사조 수와 동일하다. 그 때문에 롤러 너트가 회전할 때 나사축의 스러스트 변위는 유성 나사 롤러가 없는 통상의 나사와 동일하게 발생한다. 즉, 유성 나사 롤러가 회전하는 경우 나사축의 스러스트 변위는 유성 나사 롤러가 회전하지 않고 미끄러지는 경우의 나사축의 스러스트 변위와 동일하다. 바꾸어 말하면 상기 특허문헌 3 에 기재된 회전-직선운동 변환장치에서는, 나사의 나사결합부에서 미끄러짐과 구름이 동시에 발생하는 것이 전제로 되고 있고, 그 때문에 마찰은 미끄러짐 마찰 및 구름 마찰의 복합이 되어 일정해지지 않는다. 또한 상기 특허문헌 3 에 기재된 장치는 단순히 종래의 회전-직선운동 변환장치인 사다리꼴 나사를 매끄럽게 작동시키는 것에 지나지 않으며, 스러스트 변위를 작게 할 수 없다.
또한 최근의 공작기계 등에서의 고정밀도인 위치 결정 및 필요 내하중성의 증대에 의해, 회전-직선운동 변환장치는 회전운동과 직선운동 사이의 운동 변환을 매우 정확하게 실시할 수 있음과 함께, 미동, 즉 미소한 스러스트 변위가 가능하고 또한 내하중 성능이 우수할 필요가 있다.
본원 발명자는 상기 특허문헌 1 내지 3 에 기재된 장치에서의 상기 서술한 문제점 및 회전-직선운동 변환장치에 대한 요구성능을 감안하여, 상기 특허문헌 3 에 기재된 장치가 갖는 우수한 내하중 성능을 손상시키지 않고 상기 특허문헌 1 내지 3 에 기재된 상기 서술한 문제를 해소하기 위하여, 나사의 나사 결합에 의해 유성 기어 기구에 의한 감속 및 차동 나사에 의한 감속의 양자를 달성하기 위해 예의검토하였다.
일반적으로 유성 기어 장치에서의 기어는, 장착 문제 때문에 헬리컬 기어가 아니라 스퍼 기어이다. 유성 기어 장치의 기어가 헬리컬 기어인 경우에는, 각 기어의 회전방향의 관계로부터 태양 기어 및 유성 기어가 서로 역방향의 헬리컬 기어이고 동일한 비틀림각을 가지며, 내기어는 유성 기어와 동일방향의 비틀림각을 갖는 헬리컬 기어이다.
따라서 나사의 나사 결합에 의해 유성 기어와 동일한 감속기구를 달성하기 위해서는, 태양 기어에 대응하는 나사축, 유성 기어에 대응하는 유성 나사 롤러, 내기어에 대응하는 롤러 너트의 나사의 피치가 동일하고 또한 나사의 리드각이 서로 동일하고, 나사축만이 역방향인 나사가 된다.
그러나 이 유성 나사의 구조에서는, 어떤 나사 부재도 다른 나사 부재에 대하여 상대적으로 스러스트 변위되지 않기 때문에, 각 나사 부재를 장착할 수가 없다. 본원 발명자는 이 점에 대해서도 더욱 예의검토한 결과, 나사 부재의 스러스트 변위를 가능하게 하여 장착을 가능하게 하기 위해서는, 나사의 나사 결합을 확보하면서 나사축 또는 롤러 너트의 리드각을 증감시키고, 그 리드각의 증감분에 의해 스러스트 변위를 달성하면 된다는 것을 알아내었다.
일반적으로, 2개의 나사 부재가 완전히 나사 결합하기 위해서는 그들 나사의 피치가 서로 동일해야 한다. 또 유성형 나사 부재의 배치 구조에 있어서, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 리드각이 모두 동일해지기 위해서는, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 유효 나사결합 직경 (유효 나사 직경) 이 각각의 조 수의 비에 일치해야 한다. 따라서 어떤 나사 부재도 스러스트 변위를 일으키지 않는 관계라는 것은, 나사축만이 역나사이고 또 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 나사의 피치가 동등하며, 각 나사의 조 수의 비가 유효 나사 직경의 비와 동일한 관계이다.
반대로 스러스트 변위시키는 나사 부재 (나사축 또는 롤러 너트) 의 나사 조 수를 상기 스러스트 변위를 일으키지 않는 관계로부터 정수의 조 수만큼 증감시키면, 그 나사 부재를 다른 나사 부재에 대하여 상대적으로 스러스트 변위시킬 수 있다. 이렇게 하여 증감되는 조 수를 본 명세서에서는 「차동조 수」라 한다.
도 1 은 롤러 너트의 회전운동을 나사축의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 1 실시예를 나타내는 종단면도이다.
도 2 는 나사축이 제거된 상태로 제 1 실시예의 요부를 나타내는 평단면도이다.
도 3 은 제 1 실시예의 우측면 (우측 반) 및 축선에 수직인 종단면 (좌측 반) 을 나타내는 도면이다.
도 4 는 제 1 실시예의 좌측면이다.
도 5 는 나사축의 수나사를 나사축의 축선에 평행한 단면으로 나타내는 확대 부분단면도이다.
도 6 은 제 1 실시예의 작동원리를 나타내는 해도적 설명도이고, 특히 (A) 는 도 1 의 우측에서 회전-직선운동 변환장치를 본 경우의 나사축, 롤러 너트, 유성 나사 롤러, 캐리어의 회전방향을 나타내고, (B) 는 도 1 의 우측 상방에서 회전-직선운동 변환장치를 본 경우에 대해 캐리어를 고정하여 나사축, 롤러 너트, 유성 나사 롤러의 스러스트 이동방향을 나타내고 있다.
도 7 은 롤러 너트의 회전운동을 나사축의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 2 실시예를 나타내는 종단면이다.
도 8 은 제 1 실시예의 수정예로서 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 3 실시예를 나타내는 종단면이다.
도 9 는 나사축의 회전운동을 롤러 너트의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 4 실시예를 나타내는 종단면이다.
도 10 은 나사축의 회전운동과 롤러 너트의 직선운동 사이에서 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 5 실시예를 나타내는 종단면이다.
도 11 은 나사축의 회전운동을 롤러 너트의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 6 실시예를 나타내고 있고, 특히 (A) 는 축선을 지나는 종단면이고, (B) 는 (A) 의 선 B-B 를 따른 나사축이 제거된 상태로 제 6 실시예를 (A) 의 선 B-B 를 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다.
도 12 는 도 11 에 나타낸 유성 나사 롤러의 확대 정면도 (A), 확대 좌측면도 (B), 확대 우측면도 (C) 이다.
도 13 은 도 11 에 나타낸 캐리어의 정면도 (A), 좌측면도 (B), 우측면도 (C) 이다.
도 14 는 도 11 에 나타낸 각 나사의 축선을 따른 확대 부분단면도이고, (A) 는 롤러 너트의 암나사를 나타내고, (B) 는 유성 나사 롤러의 수나사를 나타내고, (C) 는 나사축의 수나사를 나타내고 있다.
도 15 는 나사축의 차동조 수 Ns 가 +1 인 경우에 대하여, 롤러 너트의 암나사와 유성 나사 롤러의 수나사의 맞물림 상태 (A) 및 유성 나사 롤러의 수나사와 나사축의 수나사의 맞물림 상태 (B) 를 나타내는 단면도이다.
도 16 은 제 6 실시예에 의한 운동 변환장치의 길이방향 중앙부의 축선에 수직인 단면을 나타내는 확대 종단면도이다.
도 17 은 나사축의 차동조 수 Ns 가 -1 인 경우에 대하여, 각 나사의 축선을 따른 확대 부분단면도이고, (A) 는 롤러 너트의 암나사를 나타내고, (B) 는 유성 나사 롤러의 수나사를 나타내고, (C) 는 나사축의 수나사를 나타내고 있다.
도 18 은 나사축의 차동조 수 Ns 가 -1 인 경우에 대하여, 롤러 너트의 암나사와 유성 나사 롤러의 수나사의 맞물림 상태 (A) 및 유성 나사 롤러의 수나사와 나사축의 수나사의 맞물림 상태 (B) 를 나타내는 단면도이다.
도 19 는 유성 나사 롤러를 지지하는 상태로 캐리어를 나타내는 정면도이다.
도 20 은 유성 나사 롤러가 롤러 너트의 소정 위치까지 삽입되고, 2개의 스퍼 기어가 각각 대응하는 내기어에 맞물리도록 롤러 너트 내로 삽입되어 압입에 의해 고정된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 21 은 제 6 실시예의 수정예로서 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 7 실시예를 나타내는 도 11(B) 와 동일한 종단면이다.
도 22 는 제 6 실시예의 수정예로서 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 8 실시예를 나타내는 부분 종단면 (A), 부분 좌측면도 (B), 부분 평면도 (C) 이다.
(발명의 개시)
본 발명은, 상기 서술한 바와 같이 본원 발명자에 의해 예의검토된 결과 얻어진 지견에 기초하여, 나사축과 유성 나사 롤러와 롤러 너트를 갖는 회전-직선운 변환장치에 있어서, 유성 나사 기구 (유성 기어 감속기구) 의 회전감속 및 나사축과 유성 나사 롤러 사이 또는 유성 나사 롤러와 롤러 너트 사이의 차동 나사의 원리 양자를 이용함으로써, 우수한 내하중 성능을 확보하면서 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 대응시킴과 함께, 종래에 비하여 큰 감속비로 회전운동을 직선운동으로 운동 변환하는 것을 주요 과제로 하는 것이다.
상기 서술한 주요 과제는, 본 발명에 의하면, 나사축과, 나사축 둘레에 배치되어 나사축과 나사 결합하는 복수 개의 유성 나사 롤러와, 나사축 및 유성 나사 롤러를 둘러싸 유성 나사 롤러와 나사 결합하는 롤러 너트를 갖는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치로 하고, 나사축 및 유성 나사 롤러는 서로 역방향의 나사로 나사 결합하고, 유성 나사 롤러 및 롤러 너트는 서로 동일방향의 나사로 나사 결합하고, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 나사의 피치는 서로 동일하고, 나사축 또는 롤러 너트가 회전되어도 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트 모두 스러스트 변위되지 않는 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계에 대하여, 나사축 또는 롤러 너트의 조 수가 증감되고 있고, 나사축 및 롤러 너트가 상대적으로 회전하면 유성 나사 롤러는 미끄러지는 일없이 나사산의 맞물림에 의해 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치 (이하, 구성 1 이라 함) 에 의해 달성된다.
이 구성에 의하면, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 함과 함께, 나사축 또는 롤러 너트는 유성 나사 롤러와 함께 작동하여 차동 나사로서의 기능을 하고, 이로써 나사축과 롤러 너트 사이에서 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 정확하게 대응시켜 회전운동을 미소한 직선운동으로 정확하고 확실하게 변환할 수 있으며, 또한 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트는 서로 나사 결합하기 때문에, 상기 특허문헌 3 에 기재된 장치의 경우와 동일한 우수한 내하중 성능을 확보할 수 있다.
또한 회전운동 에너지를 직선운동 에너지로 변환하는 효율 및 직선운동 에너지를 회전운동 에너지로 변환하는 효율을 각각 정효율 및 역효율이라 하면, 종래의 회전-직선운동 변환장치에서는 정효율 및 역효율 모두 나사의 마찰에 의존하고, 따라서 나사의 리드각에 의존한다. 이에 반하여 상기 구성 1 에 의하면, 다음에 상세하게 설명하는 바와 같이, 나사의 리드각에 의존하지 않고 정효율을 80% 이상의 높은 값으로 할 수 있고, 이로써 회전운동을 직선운동으로 효율적으로 변환할 수 있음과 함께, 나사의 리드각에 의존하지 않고 역효율을 0 으로 하여 직선운동이 회전운동으로 변환되는 것을 효과적으로 저지할 수 있다.
또 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 에 있어서, 나사축 및 롤러 너트 중 일방의 부재가 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 나사축 및 롤러 너트 중 타방의 부재가 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고, 타방의 부재의 조 수가 증감되고 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 2 라 함).
이 구성에 의하면, 나사축 및 롤러 너트 중 일방의 부재의 회전운동을 정확하게 나사축 및 롤러 너트 중 타방의 부재의 미소한 직선운동으로 정확하고 확실하게 변환할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 2 에 있어서, 일방의 부재와 함께 작동하여 유성 나사 롤러를 나사축의 축선 둘레의 소정 위치에 유지하고 유성 나사 롤러를 그들 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 캐리어를 갖는 것이 바람직하다 (이하, 구성 3 이라 함).
이 구성에 의하면, 캐리어에 의해 유성 나사 롤러를 나사축의 축선 둘레의 소정 위치에 확실하게 유지함과 함께, 유성 나사 롤러를 확실하게 그들 축선 둘레로 회전 가능하게 지지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 3 에 있어서, 캐리어는 상기 일방의 부재에 의해 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 일방의 부재에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 4 라 함).
이 구성에 의하면, 유성 나사 롤러가 롤러 너트에 대하여 상대적으로 스러스트 변위되는 것을 확실하게 저지하면서 유성 나사 롤러를 확실하게 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전시켜 공전시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 에 있어서, 유성 나사 롤러가 나사산의 맞물림에 의해 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전할 때의 마찰손실은, 유성 나사 롤러가 나사측 또는 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전하지 않고 나사축 또는 롤러 너트에 대하여 상대적으로 미끄러질 때의 마찰손실보다도 작은 것이 바람직하다 (이하, 구성 5 라 함).
이 구성에 의하면, 나사축 및 롤러 너트가 상대적으로 회전하면 유성 나사 롤러가 미끄러지는 일없이 나사산의 맞물림에 의해 나사측 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전하는 상황을 확실하게 확보할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 내지 5 중 어느 하나에 있어서, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트는 각각 대응하는 축선 둘레에 나선형으로 연장되는 나사를 갖고, 각 나사의 나사산은 각각 대응하는 축선을 따른 단면에서 보아 좌우대칭인 것이 바람직하다 (이하, 구성 6 이라 함).
이 구성에 의하면, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트는 서로 함께 작동하여 확실하게 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 함과 함께, 나사축 또는 롤러 너트는 유성 나사 롤러와 함께 작동하여 확실하게 차동 나사로서의 기능을 할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 4 에 있어서, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 맞물림부로 이물이 침입하는 것을 방지하는 이물침입 방지부재를 갖고, 이물침입 방지부재는 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 일방의 부재에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 7 이라 함).
이 구성에 의하면, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 맞물림부로 이물이 침입하는 것을 효과적으로 방지하여 이물의 침입에 기인하는 운동 변환장치의 작동 불량을 효과적으로 방지할 수 있음과 함께, 이물침입 방지부재가 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 회전을 저해하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 7 에 있어서, 이물침입 방지부재는 상기 타방의 부재의 나사에 걸어맞추는 나사형 단면의 걸어맞춤면을 갖고, 상기 타방의 부재의 나사를 따라 그 타방의 부재에 대하여 상대적으로 회전하면서 상대적으로 스러스트 변위되는 것이 바람직하다 (이하, 구성 8 이라 함).
이 구성에 의하면, 이물침입 방지부재가 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 회전을 저해하는 것을 확실하게 방지하면서, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 맞물림부로 이물이 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 7 또는 8 에 있어서, 이물침입 방지부재는 캐리어에 의해 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 9 라 함).
이 구성에 의하면, 이물침입 방지부재를 확실하게 일방의 부재에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 내지 9 중 어느 하나에 있어서, 유성 나사 롤러의 개수는 나사축 및 롤러 너트의 합계의 조 수를 정의 정수로 나눈 값인 것이 바람직하다 (이하, 구성 10 이라 함).
이 구성에 의하면, 나사축과 롤러 너트 사이에 이들에 나사 결합하는 복수 개의 유성 나사 롤러를 확실하게 배치할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 3 또는 4 에 있어서, 캐리어는 오일 함유 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 11 이라 함).
이 구성에 의하면, 유성 나사 롤러를 그들 축선 둘레로 매끄럽게 회전 가능하게 지지하고, 그 양호한 지지상태를 장기간에 걸쳐 유지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 3 또는 4 에 있어서, 캐리어는 원판상을 이루고, 제진강판으로 형성되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 12 라 함).
이 구성에 의하면, 유성 나사 롤러의 회전진동을 감쇠시켜 운동 변환장치 작동시의 정숙성을 확실하게 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 9 에 있어서, 캐리어 및 이물침입 방지부재는 유성 나사 롤러의 축선방향 양측에 형성되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 13 이라 함).
이 구성에 의하면, 유성 나사 롤러를 나사축의 축선 둘레의 소정 위치에 확실하게 유지하고, 유성 나사 롤러를 확실하게 그들 축선 둘레로 회전 가능하게 지지할 수 있음과 함께, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 맞물림부로 이물이 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 내지 12 중 어느 하나에 있어서, 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 구조를 갖는 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛을 갖고, 제 1 운동 변환 유닛의 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 나사 및 제 2 운동 변환 유닛의 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 나사는 각각 서로 역방향이고, 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 나사축은 서로 정합(整合)하여 일체적으로 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 상기 롤러 너트는 서로 정합하여 일체적으로 연결되고, 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 유성 나사 롤러는 나사축의 축선을 따라 서로 떨어져 배치되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 14 라 함).
상기 구성 1 내지 12 중 어느 하나의 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치에 있어서는, 나사축과 유성 나사 롤러가 역나사의 관계를 이루기 때문에, 나사축과 유성 나사 롤러 사이의 나사결합부가 스러스트 방향으로 미끄러지면 유성 나사 롤러가 본래의 공전방향과는 역방향으로 공전하려고 하고, 그 때문에 롤러 너트에 본래의 회전방향과 역방향의 회전력이 작용한다. 이에 반하여 상기 구성 14 에 의하면, 롤러 너트에 본래의 회전방향과 역방향으로 작용하는 회전력이 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 롤러 너트 사이에서 상쇄되기 때문에, 나사축과 유성 나사 롤러 사이의 스러스트 방향의 미끄러짐을 확실하게 기계적으로 저지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 14 에 있어서, 이물침입 방지부재는 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 유성 나사 롤러의 서로 떨어진 측의 단부에 근접하여 형성되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 15 라 함).
이 구성에 의하면, 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 유성 나사 롤러의 서로 근접하는 측의 단부에 이물침입 방지부재를 형성할 필요가 없음과 함께, 운동 변환장치의 모든 단부로부터도 이물이 침입하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 에 있어서, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 유효 나사 직경을 각각 Ds, Dp, Dn 이라 하고, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 조 수를 각각 Ns, Np, Nn 이라 하면, 나사축 또는 롤러 너트가 회전되더라도 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트 모두 스러스트 변위되지 않는 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계는 Ns : Np : Nn = Ds : Dp : Dn 이 성립하는 관계이고, 나사축의 조 수 Ns 또는 롤러 너트의 조 수 Nn 이 이 관계를 만족하는 값에 대하여 1 많은 수 또는 1 적은 수로 설정되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 16 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 2 에 있어서, 롤러 너트가 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 나사축이 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되며, 나사축의 조 수가 증감되고 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 17 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 2 에 있어서, 나사축이 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 롤러 너트가 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되며, 롤러 너트의 조 수가 증감되고 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 18 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 2 에 있어서, 상기 타방의 부재에 스러스트 변위 방향의 힘이 주어지더라도 상기 일방의 부재가 회전하지 않는 것이 바람직하다 (이하, 구성 19 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 4 에 있어서, 캐리어는 롤러 너트에 의해 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 롤러 너트에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 20 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 4 에 있어서, 캐리어는 나사축에 의해 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 나사축에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 21 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 7 에 있어서, 이물침입 방지부재는 고무상 탄성재로 형성되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 22 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 7 에 있어서, 이물침입 방지부재는 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 롤러 너트에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 23 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 7 에 있어서, 이물침입 방지부재는 나사축 및 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 나사축에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 24 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 8 에 있어서, 이물침입 방지부재의 걸어맞춤면은 상기 타방의 부재의 나사에 대하여 탄성적으로 지지되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 25 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 9 에 있어서, 이물침입 방지부재는 분리 가능하게 캐리어에 부착되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 26 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 10 에 있어서, 이물침입 방지부재는 캐리어에 대하여 유성 나사 롤러와는 반대측에 위치하는 것이 바람직하다 (이하, 구성 27 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 내지 27 중 어느 하나에 있어서, 유성 나사 롤러 및 롤러 너트는 동일방향의 나사에 더하여 유성 나사 롤러에 형성된 외기어와 롤러 너트에 형성되어 외기어와 맞물리는 내기어로 이루어지는 기어 구조에 의해 서로 회전을 전달하는 것이 바람직하다 (이하, 구성 28 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 28 에 있어서, 외기어의 축선은 유성 나사 롤러의 축선에 정합하고, 외기어의 기준 피치원의 직경은 유성 나사 롤러의 나사의 기준 피치원의 직경과 동일한 것이 바람직하다 (이하, 구성 29 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 28 또는 29 에 있어서, 외기어 및 내기어의 톱니수비는 외기어 및 내기어의 유효 나사 직경의 비와 동일한 것이 바람직하다 (이하, 구성 30 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 28 내지 30 중 어느 하나에 있어서, 외기어 및 내기어의 톱니수비는 외기어 및 내기어의 조 수의 비와 동일한 것이 바람직하다 (이하, 구성 31 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 28 내지 31 중 어느 하나에 있어서, 외기어는 유성 나사 롤러의 적어도 일단부에 일체로 형성되고, 내기어는 롤러 너트에 고정되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 32 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 28 내지 32 중 어느 하나에 있어서, 외기어는 유성 나사 롤러의 양단부에 형성되고, 2개의 외기어의 톱니형은 서로에 대하여 0°보다도 크고 360°보다도 작은 위상차를 갖는 것이 바람직하다 (이하, 구성 33 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 33 에 있어서, 위상차는 90°보다도 크고 270°보다도 작은 것이 바람직하다 (이하, 구성 34 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 34 에 있어서, 위상차는 180°인 것이 바람직하다 (이하, 구성 35 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 28 내지 35 중 어느 하나에 있어서, 외기어의 톱니는 유성 나사 롤러의 나사의 일부를 곽정(郭定)하고 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 36 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 28 내지 35 중 어느 하나에 있어서, 외기어는 유성 나사 롤러의 적어도 일단부에 형성되고, 내기어의 톱니는 롤러 너트에 의해 외기어의 톱니 사이에서 적어도 롤러 너트의 축선에 평행한 축선 둘레로 자전 가능하게 지지되고, 또한 외기어의 톱니와 걸어맞추는 복수 개의 회전체에 의해 곽정되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 37 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 내지 37 중 어느 하나에 있어서, 나사축 및 유성 나사 롤러의 나사의 나사산 형상은, 나사축의 축선을 지나는 단면에서 보아 공통의 압력각의 부위를 갖는 것이 바람직하다 (이하, 구성 38 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 38 에 있어서, 나사축 및 유성 나사 롤러의 나사는, 나사축 및 유성 나사 롤러의 나사 피치, 유효 나사 직경, 조 수에 기초하여 평균 비틀림각이 연산되고, 평균 비틀림각에 기초하여 평균 압력각이 연산되고, 평균 압력각 및 비틀림각에 기초하여 연산된 나사산 각도를 갖는 것이 바람직하다 (이하, 구성 39 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 39 에 있어서, 나사축의 차동조 수는 정의 값이고, 롤러 너트의 나사는 사다리꼴의 나사산을 갖고, 유성 나사 롤러의 톱니 끝의 나사산 각도 및 나사축의 톱니 뿌리의 나사산 각도는 롤러 너트의 나사산 각도와 동일하고, 유성 나사 롤러의 톱니 뿌리의 나사산 각도 및 나사축의 톱니 끝의 나사산 각도는 그들의 평균 각도가 롤러 너트가 나사산 각도와 동일한 것이 바람직하다 (이하, 구성 40 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 39 에 있어서, 나사축의 차동조 수는 부의 값이고, 롤러 너트의 나사는 사다리꼴의 나사산을 갖고, 유성 나사 롤러의 나사산 각도 및 나사축의 톱니 끝의 나사산 각도는 롤러 너트의 나사산 각도와 동일하고, 나사축의 톱니 뿌리의 나사산 각도는 평균 압력각 및 비틀림각에 기초하여 연산되는 2개의 나사산 각도 중 작은 쪽의 값인 것이 바람직하다 (이하, 구성 41 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 내지 41 중 어느 하나에 있어서, 유성 나사 롤러의 양단의 단면은 축선에 정합하는 구멍을 갖고, 캐리어는 복수의 돌기를 갖고, 돌기가 구멍에 끼워 맞춰짐으로써 유성 나사 롤러를 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하고 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 42 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 42 에 있어서, 구멍 및 돌기는 테이퍼상을 이루고 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 43 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 42 또는 43 에 있어서, 캐리어는 유성 나사 롤러의 단부의 측면을 부분적으로 포위하여 지지하는 측면 지지부를 갖는 것이 바람직하다 (이하, 구성 44 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 42 내지 44 중 어느 하나에 있어서, 캐리어는 오일 함유 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 구성 45 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 1 내지 41 중 어느 하나의 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법으로서, 복수 개의 유성 나사 롤러를 유지 지그에 의해 서로에 대하여 소정 위치관계로 자전 가능하게 지지하고, 유지 지그를 회전시키면서 복수 개의 유성 나사 롤러와 함께 롤러 너트 내로 삽입하는 것이 바람직하다 (이하, 방법 1 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 구성 32 의 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법이며, 복수 개의 유성 나사 롤러를 유지 지그에 의해 서로에 대하여 소정 위치관계로 자전 가능하게 지지하고, 유지 지그를 회전시키면서 복수 개의 유성 나사 롤러와 함께 롤러 너트 내로 삽입하고, 그 후 내기어를 외기어와 맞물린 상태로 내기어를 롤러 너트에 고정하는 것이 바람직하다 (이하, 방법 2 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 방법 1 또는 2 의 조립 방법에 있어서, 유지 지그는 복수 개의 유성 나사 롤러의 일단을 회전 가능하게 지지하는 제 1 지지부와, 복수 개의 유성 나사 롤러의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제 2 지지부와, 제 1 및 제 2 지지부를 일체적으로 연결하는 연결부를 갖는 것이 바람직하다 (이하, 방법 3 이라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 방법 3 의 조립 방법에 있어서, 유지 지그는 상기 구성 33 의 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립에 사용되며, 복수 개의 유성 나사 롤러의 상기 일단 및 상기 타단은 서로 다른 외경의 제 1 및 제 2 축부를 갖고, 제 1 및 제 2 지지부는 각각 제 1 및 제 2 축부의 직경에 대응하는 내경의 구멍을 갖는 것이 바람직하다 (이하, 방법 4 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 방법 1 내지 4 중 어느 하나의 조립 방법에 있어서, 유지 지그는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립이 완료되면, 상기 일방의 부재와 함께 작동하여 유성 나사 롤러를 나사축의 축선 둘레의 소정 위치에 유지하여 유성 나사 롤러를 그들 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 캐리어로서 기능하는 것이 바람직하다 (이하, 방법 5 라 함).
또한 본 발명에 의하면, 상기 방법 1 내지 5 중 어느 하나의 조립 방법에 있어서, 유지 지그는 수지로 형성되어 있는 것이 바람직하다 (이하, 방법 6 이라 함).
이하에 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 몇 개의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.
제 1 실시예
도 1 은 롤러 너트의 회전운동을 나사축의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 1 실시예를 나타내는 종단면도, 도 2 는 나사축이 제거된 상태로 제 1 실시예의 요부를 나타내는 평단면도, 도 3 은 제 1 실시예의 우측면 (우측 반) 및 축선에 수직인 종단면 (좌측 반) 을 나타내는 도면, 도 4 는 제 1 실시예의 좌측면이다.
이들 도면에 있어서, 부호 10 은 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치를 전체적으로 나타내고 있고, 회전-직선운동 변환장치 (10) 는 2개의 지주 (12 및 14) 를 사이에 두고 대좌 (16) 에 의해 지지되어 있다. 회전-직선운동 변환장치 (10) 는 축선 (18) 을 따라 연장되는 나사축 (20) 을 포함하고, 나사축 (20) 은 수나사 (22) 를 갖는 나사부 (20A) 와 그 나사부 (20A) 와 일체를 이루는 회전 저지축부 (20B) 로 되어 있다.
나사부 (20A) 는 축선 (18) 을 따라 연장되는 실질적으로 원통형의 롤러 너트 (24) 에 삽입 통과되고, 롤러 너트 (24) 보다도 큰 축선방향의 길이를 갖고 있다. 회전 저지축부 (20B) 는 모서리부가 모따기된 정사각형 단면형상을 갖고, 지주 (12) 에 형성되어 대응하는 단면형상의 관통구멍 (12A) 에 삽입 통과되고, 이로써 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위 가능하게 또한 축선 (18) 둘레로 회전 불가능하게 지주 (12) 에 의해 지지되어 있다.
롤러 너트 (24) 는 내주면에 암나사 (26) 를 갖고, 지주 (14) 에 형성된 관통구멍 (14A) 에 삽입 통과되고, 지주 (14) 에 의해 볼 베어링 (28) 을 사이에 두고 축선 (18) 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다. 볼 베어링 (28) 의 아우터레이스 및 이너레이스는 각각 C 링 (30 및 32) 에 의해 지주 (14) 및 롤러 너트 (24) 일단의 외주부에 고정되어 있다.
나사축 (20) 과 롤러 너트 (24) 사이에는 수나사 (34) 를 갖는 복수 개의 유성 나사 롤러 (36) 가 배치되어 있고, 각 유성 나사 롤러 (36) 는 축선 (18) 에 평행한 축선 (38) 을 따라 연장되어, 롤러 너트 (24) 보다도 짧은 길이를 갖고 있다. 도시된 실시예에서는, 유성 나사 롤러 (36) 는 9개 형성되고 축선 (18) 둘레에 등간격으로 서로 둘레방향으로 떨어져 배치되어 있다. 각 유성 나사 롤러 (36) 는 양단에 원주상의 샤프트부 (36A 및 36B) 를 갖고, 샤프트부 (36A 및 36B) 는 각각 나사축 (20) 을 둘러싸는 고리형 캐리어 (40 및 42) 에 의해 축선 (38) 둘레로 자전 가능하게 또한 축선 (18) 둘레로 공전 가능하게, 또한 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있다.
캐리어 (40 및 42) 는 나사축 (20) 의 수나사 (22) 보다도 큰 내경 및 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 보다도 작은 외경을 갖고, 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 축선 (18) 둘레로 자유롭게 회전 가능하다. 또한 캐리어 (40 및 42) 는 예를 들어 오일 함유 금속과 같은 마찰계수가 낮은 재료로 형성되고, 각각 C 링 (44 및 46) 에 의해 롤러 너트 (24) 에 고정된 스토퍼링 (48 및 50) 에 의해 축선방향 외방으로 이동하지 않도록 지지되어 있다.
캐리어 (40 및 42) 는 각각 축선방향 외방으로 연장되는 슬리브부를 갖고, 슬리브부의 외주면에는 실질적으로 반원형 단면형상을 갖고 둘레 방향으로 연장되는 고리형 돌기 (52 및 54) 가 형성되어 있다. 캐리어 (40 및 42) 의 슬리브부 둘레에는 수지나 고무와 같은 탄성을 갖는 고무상 탄성재로 형성된 이물침입 방지부재 (56 및 58) 가 끼워 맞춰지고, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 는 그 오목부에 돌기 (52 및 54) 가 끼워 맞춰짐으로써 캐리어 (40 및 42) 에 의해 분리 가능하게, 즉 교환 가능하게 지지되어 있다. 이물침입 방지부재 (56 및 58) 는 각각 캐리어 (40 및 42) 보다도 축선방향 외방으로 연장되는 슬리브부를 갖고, 각 슬리브부는 나사축 (20) 의 수나사 (22) 에 대하여 탄성적으로 지지된 상태로 여기에 걸어맞춰져 나사 결합하는 암나사 (60 및 62) 를 갖고 있다.
롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 는 동일방향의 나사인 데 반하여, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 는 서로 역방향의 나사이다. 각 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 는 나사축 (20) 의 수나사 (22) 및 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 에 나사결합되어 있다. 특히 롤러 너트 (24) 가 나사축 (20) 에 대하여 상대적으로 축선 (18) 둘레로 회전하면, 유성 나사 롤러 (36) 는 미끄러지는 일없이 나사산의 맞물림에 의해 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전한다.
또한 「유성 나사 롤러 (36) 가 미끄러지는 일없이 나사산의 맞물림에 의해 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전한다」는 것은, 「유성 나사 롤러 (36) 가 나사산의 맞물림에 의해 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전할 때의 마찰손실」이 「유성 나사 롤러 (36) 가 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전하지 않고 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 미끄러질 때의 마찰손실」보다도 작아지도록, 각 나사 사이의 마찰계수 등과의 관계로 각 나사의 피치각 등이 알맞게 설정됨으로써 달성된다.
도 5 는 나사축 (20) 의 수나사 (22) 를 축선 (18) 에 평행한 단면으로 나타내는 확대 부분단면도이다. 또한 도 5 에 있어서, 2점 쇄선 (22A) 은 유효 나사 직경의 위치를 나타내고 있다. 도 5 에 나타내고 있는 바와 같이, 수나사 (22) 는 90도의 협각을 이루고 선단이 둥그스름한 실질적으로 이등변 삼각형인 나사산 형상을 하며, 축선 (18) 둘레에 나선형으로 연장되어 있다. 또한 수나사 (22) 의 나사산은 나사의 연장방향에 수직인 단면에서 보아 좌우대칭인 것은 아니며, 축선 (18) 을 따른 단면에서 보아 좌우대칭이도록 형성되어 있다. 또한 각 나사산의 사면은 축선 (18) 을 따른 단면에서 보아 반경 (Rs) 의 원호상을 이루고, 유효 나사 직경의 위치 (22A) 에서의 각 나사산의 사면의 축선 (18) 에 대한 경사각은 45도이다.
또한 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 도 나사축 (20) 의 수나사 (22) 와 동일하게 형성되어 있고, 따라서 나사축 (20) 의 수나사 (22) 와 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 와 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 는, 그들 회전방향 및 회전각도의 대소에 상관없이 항상 각각 유효 나사 직경의 직경방향위치이며 축선방향에 서로 나사 피치분만큼 떨어져 배치된 복수의 위치에서 서로 실질적으로 점접촉하는 상황을 유지한다. 그리고 이물침입 방지부재 (56 및 58) 의 암나사 (60 및 62) 는 나사축 (20) 의 수나사 (22) 에 실질적으로 밀착되는 단면형상을 갖고 있다.
또 나사축 (20) 의 수나사 (22), 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26), 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 는 서로 동일한 피치를 갖는 다조 나사이지만, 롤러 너트 (24) 가 회전되더라도 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 모두 스러스트 변위되지 않는 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계에 대하여, 나사축 (20) 의 조 수가 1 증감된 조 수로 설정된다. 즉 나사축 (20) 의 차동조 수가 +1 또는 -1 로 설정된다.
즉, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경을 각각 Ds, Dp, Dn 이라 하고, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 조 수를 각각 Ns, Np, Nn 이라 하면, 롤러 너트 (24) 가 회전되더라도 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 모두 스러스트 변위되지 않는 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계는 Ns : Np : Nn = Ds : Dp : Dn 이 성립하는 관계이고, 나사축 (20) 의 조 수 Ns 가 이 관계를 만족하는 값에 대하여 1 많은 수 또는 1 적은 수로 설정되며, 도시한 제 1 실시예에서는 나사축 (20) 의 차동조 수가 -1 로 설정되어 있다.
이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 나사축 (20), 롤러 너트 (24), 유성 나사 롤러 (36), 캐리어 (40 및 42) 는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기구를 구성함과 함께, 나사축 (20) 의 차동조 수에 의해 롤러 너트 (24) 및 유성 나사 롤러 (36) 에 대하여 상대적으로 나사축 (20) 을 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위시키는 차동 나사 기구를 구성하고 있다.
도 6 은 제 1 실시예의 작동원리를 나타내는 해도적 설명도이고, 특히 도 6(A) 는 도 1 의 우측에서 회전-직선운동 변환장치 (10) 를 본 경우의 나사축 (20), 롤러 너트 (24), 유성 나사 롤러 (36), 캐리어 (40 및 42) 의 회전방향을 나타내고, 도 6(B) 는 도 1 의 우측 상방에서 회전-직선운동 변환장치 (10) 를 본 경우에 대하여 캐리어 (40 및 42) 를 고정하여 나사축 (20), 롤러 너트 (24), 유성 나사 롤러 (36) 의 스러스트 이동방향을 나타내고 있다.
도 6(A) 에 나타내고 있는 바와 같이 나사축 (20) 은 회전하지 않기 때문에, 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 둘레로 시계방향으로 회전되면 각 유성 나사 롤러 (36) 는 각각 대응하는 축선 (38) 둘레로 시계방향으로 자전하면서 나사축 (20) 의 둘레로 시계방향으로 공전하고, 캐리어 (40 및 42) 는 축선 (18) 둘레로 시계방향으로 회전한다.
도 6(B) 에 나타내고 있는 바와 같이, 오른쪽 나사를 갖는 하나의 유성 나사 롤러 (36) 에 대하여 캐리어 (40 및 42) 를 고정하여 생각하면, 유성 나사 롤러 (36) 는 그 축선 (38) 둘레로 시계방향으로 회전함으로써 오른쪽 나사의 조이는 방향으로 스러스트 변위되려고 하고, 여기에 나사 결합하는 왼쪽 나사의 나사축 (20) 은 축선 (18) 둘레로 시계반대방향으로 회전함으로써 앞측으로 스러스트 변위되려고 한다.
이 경우 유성 나사 롤러 (36) 는 캐리어 (40 및 42) 에 의해 스러스트 변위가 저지되기 때문에, 나사축 (20) 은 축선 (18) 둘레로 시계반대방향으로 회전함으로써 유성 나사 롤러 (36) 에 대하여 상대적으로 스러스트 변위된다. 따라서 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 둘레로 시계방향으로 회전되면, 나사축 (20) 은 그 차동조 수가 -1 이기 때문에 앞측으로 스러스트 변위되고, 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 둘레로 시계반대방향으로 회전되면, 나사축 (20) 은 반대쪽측으로 스러스트 변위된다.
또 나사축 (20) 의 차동조 수가 +1 인 경우에는, 나사축 (20) 은 상기 서술한 경우와는 역방향으로 이동한다. 또한 롤러 너트 (24) 의 차동조 수가 +1 인 경우에 있어서, 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 둘레로 시계방향으로 회전되면, 나사축 (20) 은 앞측으로 스러스트 변위되고, 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 둘레로 시계반대방향으로 회전되면, 나사축 (20) 은 반대쪽측으로 스러스트 변위되고, 롤러 너트 (24) 의 차동조 수가 -1 인 경우에는 나사축 (20) 은 역방향으로 스러스트 변위된다.
유성 나사 롤러 (36) 에 대한 나사축 (20) 의 상대적 스러스트 변위량의 크기는 유성 나사 롤러 (36) 의 1공전당 1조분, 즉 나사의 피치 P 이고, 롤러 너트 (24) 의 1회전당 공전수는 「롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경 Dn」을 「나사축 (20) 의 유효 나사 직경 Ds 과 롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경 Dn 의 합」으로 나눈 값이기 때문에, 롤러 너트 (24) 의 1회전당 나사축 (20) 의 스러스트 변위량의 크기 Ls 는 하기의 식 1 로 나타낸다.
Ls = P·Dn/(Ds+Dn) ······(1)
예를 들어 도시한 제 1 실시예에 있어서, 피치 P 가 1㎜ 이고, 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 가 4조 (Np=4) 인 오른쪽 나사이며, 그 유효 나사 직경이 7㎜ 이고, 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 유효 나사 직경 Dn 이 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 4.5배인 31.5㎜ 이고, 그 오른쪽 나사의 조 수 Nn 이 유성 나사 롤러 (36) 및 유성 나사 롤러 (36) 가 상대적으로 스러스트 변위되지 않는 조건 4.5×4 의 18조라고 하면, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 유효 나사 직경 Ds 는 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 2.5배인 17.5㎜ 이고, 그 왼쪽 나사의 조 수 Ns 는 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 가 상대적으로 스러스트 변위되지 않는 조건의 조 수보다 1 적은 조 수, 즉 1조의 2.5×4배보다 1 적은 9조라고 하면, 롤러 너트 (24) 의 1회전당 나사축 (20) 의 스러스트 변위량의 크기 Ls 는 상기 식 1 로부터 17.5/49㎜ 이다.
또 도시한 제 1 실시예에서의 유성 나사 롤러 (36) 의 개수는 상기 서술한 바와 같이 9개이지만, 이들은 상기 구체예에서 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 의 합계인 조 수 27 을 정의 정수 3 으로 나눈 값이고, 유성 나사 롤러 (36) 의 개수가 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 의 합계의 조 수를 정의 정수로 나눈 값 (정의 정수) 인 경우에 유성 나사 롤러 (36) 를 축선 (18) 의 둘레로 등간격으로 서로 둘레방향으로 떨어져 배치된 상태로 배치할 수 있다.
이렇게 하여 도시한 제 1 실시예에 의하면, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 함과 동시에, 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 는 서로 함께 작동하여 차동 나사로서의 기능을 하고, 또한 나사축 (20) 이 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고, 롤러 너트 (24) 가 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있기 때문에, 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 정확하게 대응시켜 롤러 너트 (24) 의 회전운동을 정확하게 나사축 (20) 의 미소한 직선운동으로 정확하게 변환할 수 있다.
이 점에 대하여, 제 1 실시예의 장치와 상기 특허문헌 3 에 기재된 장치의 차이를 구체적으로 설명하기 위해, 나사의 피치가 1㎜ 이고, 나사축, 유성 나사 롤러, 롤러 너트의 유효 나사 직경이 각각 20㎜, 5㎜, 30㎜ 인 경우에 대하여 양자의 스러스트 변위량의 차이를 설명한다.
상기 특허문헌 3 에 기재된 장치의 경우에는, 유성 나사 롤러는 통상 피치가 1㎜ 인 1조 나사이며, 롤러 너트의 나사는 조 수 6 의 동일방향의 나사의 수나사이고, 나사축의 나사는 동일방향의 수나사이며 6조의 나사이다. 이 경우 롤러 너트가 1회전할 때의 나사축의 스러스트 변위는 6㎜ 가 되고, 유성 나사 롤러가 회전할지 아닐지에 상관없이 동일하다.
이에 반하여 제 1 실시예의 경우에는, 유성 나사 롤러 (36) 및 롤러 너트 (24) 의 나사는 상기 경우와 동일하지만, 나사축 (20) 의 나사는 유성 나사 롤러의 나사와는 반대방향이고, 그 나사 조 수는 유성 나사 롤러 (36) 와의 유효 나사 직경의 비인 4 에 1 를 더한 5조인 것으로 한다. 즉 나사축 (20) 은 4조 나사인 경우에는 스러스트 변위를 일으키지 않지만, 차동조 수를 1 로 설정함으로써 나사축 (20) 과 유성 나사 롤러 (36) 의 리드각에 차이가 생겨, 나사축 (20) 이 스러스트 변위를 발생시킨다. 이 스러스트 변위량은 상기 서술한 바와 같이 나사축 (20) 둘레를 유성 나사 롤러 (36) 가 1둘레 공전하는 경우의 차동조 수분의 나사 피치(차동조 수×나사 피치) 이다.
따라서 롤러 너트 (24) 가 1회전할 때 유성 나사 롤러 (36) 는 나사축 (20) 둘레를 0.6 회전의 공전운동하고, 그 공전운동에 의해 나사축 (20) 과 유성 나사 롤러 (36) 사이에는 0.6㎜ 의 스러스트 변위가 발생한다. 바꾸어 말하면 상기 특허문헌 3 의 구조와 동일한 크기 및 동일한 나사 피치이더라도 나사축 (20) 의 스러스트 변위량을 상기 특허문헌 3 에 기재된 장치에 대하여 1/10 로 매우 작게 할 수 있다.
또한 나사를 이용한 종래의 회전-직선운동 변환기구로서, 미끄러짐 마찰을 사용하는 미끄러짐 나사, 회전마찰을 사용하는 볼 나사, 미끄러짐 마찰 및 회전마찰을 사용하는 유성 롤러 나사, 순환식 롤러 나사 등이 존재한다. 이들 종래의 회전-직선운동 변환기구에서는 정효율 및 역효율은 모두 사용하는 마찰에 의존하고, 따라서 나사의 리드각에 의존한다. 그 때문에 정효율이 예를 들어 90% 가까이로 좋은 것은 반드시 역효율도 좋고, 반대로 직선운동 에너지가 회전운동 에너지로 변환되지 않게 하면, 정효율은 반드시 저하하여 50% 정도 이하가 된다. 바꾸어 말하면, 정효율을 떨어뜨리지 않고 스러스트 방향의 역입력 운동이 회전운동으로 변환되는 것을 저지할 수 없다.
이에 반하여 도시한 제 1 실시예에 의하면, 종래의 회전-직선운동 변환기구에서는 물리상식을 번복하여 나사의 리드각에 의존하지 않고 정효율을 80% 이상의 높은 값으로 할 수 있고, 이로써 롤러 너트 (24) 의 회전운동을 나사축 (20) 의 직선운동으로 효율적으로 변환할 수 있음과 함께, 나사의 리드각에 의존하지 않고 역효율을 0 으로 하여, 나사축 (20) 의 직선운동이 롤러 너트 (24) 의 회전운동으로 변환되는 것을 효과적으로 저지할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 는 서로 역나사의 관계에 있고, 이들 나사의 나사산은 축선 (18) 을 따른 단면에서 보아 좌우대칭이다. 따라서 나사축 (20) 의 수나사 (22) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 결합은 엄밀하게는 「나사 결합」이 아니라 리드각, 즉 비틀림각이 다른 2개의 헬리컬 기어의 「기어 결합」이다. 비틀림각이 다른 2개의 헬리컬 기어가 맞물려 회전하면, 그들 사이에 상대적인 스러스트 변위가 생기기 때문에, 나사축 (20) 은 이 현상에 따라 스러스트 변위된다. 따라서 도시한 제 1 실시예에 의하면, 롤러 너트 (24) 의 회전을 나사축 (20) 의 스러스트 변위로 변환하는 효율, 즉 정효율을 기계적인 헬리컬 기어의 효율인 80% 이상의 값으로 할 수 있다.
또한 나사축 (20) 의 수나사 (22) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 는 상기 서술한 바와 같이 2개의 헬리컬 기어의 「기어 결합」이기 때문에, 비틀림각이 다르더라도 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 일방의 스러스트 변위가 타방의 회전운동으로 변환되는 일은 없다. 즉 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 일방에 스러스트 방향의 힘이 작용하더라도 양자의 톱니 맞물림부에 압축응력이 작용할 뿐이다. 바꾸어 말하면 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 일방에 스러스트 방향의 힘이 작용함으로써 타방을 회전시키려 해도 타방은 회전하지 않는다. 따라서 도시한 제 1 실시예에 의하면, 나사축 (20) 의 스러스트 변위를 롤러 너트 (24) 의 회전운동으로 변환하는 효율, 즉 역효율을 확실하게 0 으로 할 수 있다.
또 도시한 제 1 실시예에 의하면, 롤러 너트 (24) 와 함께 작동하여 유성 나사 롤러 (36) 를 나사축 (20) 의 축선 둘레의 소정 위치로 유지하여 유성 나사 롤러 (36) 를 그들 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지하는 캐리어 (40 및 42) 가 형성되고, 캐리어 (40 및 42) 는 롤러 너트 (24) 에 의해 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 롤러 너트에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있기 때문에, 유성 나사 롤러 (36) 를 나사축 (20) 의 축선 (18) 둘레의 소정 위치에 확실하게 유지함과 함께 유성 나사 롤러 (36) 를 확실하게 그들 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지할 수 있어, 이로써 유성 나사 롤러 (36) 가 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 스러스트 변위되는 것을 확실하게 저지하면서 유성 나사 롤러 (36) 를 확실하게 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전시켜 공전시킬 수 있다.
또한 도시한 제 1 실시예에 의하면, 유성 나사 롤러 (36) 가 나사의 톱니의 맞물림에 의해 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전할 때의 마찰손실은, 유성 나사 롤러 (36) 가 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전하지 않고 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 미끄러질 때의 마찰손실보다도 작기 때문에, 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 가 상대적으로 회전하면 유성 나사 롤러 (36) 가 미끄러지는 일없이 나사산의 맞물림에 의해 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전하는 상황을 확실하게 확보할 수 있다.
또한 도시한 제 1 실시예에 의하면, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 는 서로 나사 결합하기 때문에, 상기 특허문헌 3 에 기재된 장치의 경우와 동일한 우수한 내하중 성능을 확보할 수 있고, 특히 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 각 나사산의 사면은 대응하는 축선을 따른 단면에서 보아 원호상을 이루고, 그들의 회전에도 불구하고 항상 각각 유효 나사 직경의 직경방향위치이며 축선방향에 서로 나사 피치분 떨어져 배치된 복수의 위치에서 서로 실질적으로 점접촉하는 상황을 유지하기 때문에, 회전방향이나 회전각도의 크기 등에 관계없이 회전각도와 직선 변위량을 매우 정확하게 1 : 1 로 대응시켜 운동을 변환시킬 수 있다.
또 도시한 제 1 실시예에 의하면, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 는 각각 대응하는 축선 둘레에 나선형으로 연장되는 나사 (22, 34, 26) 를 갖고, 각 나사의 축선 (18) 에 평행한 단면은 좌우대칭이기 때문에, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 가 서로 함께 작동하여 확실하게 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 하는 상황을 확보할 수 있음과 함께, 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 가 서로 함께 작동하여 확실하게 차동 나사로서의 기능을 하는 상황을 확보할 수 있다.
또한 도시한 제 1 실시예에 의하면, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 가 형성되고, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 는 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있고, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 는 롤러 너트 (24) 및 캐리어 (40, 42) 에 대하여 상대적으로 스러스트 변위되는 나사축 (20) 의 수나사 (22) 에 걸어맞추는 나사형 단면의 걸어맞춤면으로서의 암나사 (60, 62) 를 갖고, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 를 따라 나사축 (20) 에 대하여 상대적으로 회전하면서 상대적으로 스러스트 변위되기 때문에, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 맞물림부로 이물이 침입하는 것을 효과적으로 방지하여 이물의 침입에 기인하는 운동 변환장치 (10) 의 작동불량을 효과적으로 방지할 수 있음과 함께, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 가 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 회전을 저해하는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 도시한 제 1 실시예에 의하면, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 는 각각 캐리어 (40 및 42) 에 의해 지지되어 있기 때문에, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 를 확실하게 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지할 수 있음과 함께, 캐리어 (40 및 42) 는 오일 함유 금속과 같은 마찰계수가 낮은 재료로 형성되어 있기 때문에, 유성 나사 롤러 (36) 를 그들의 축선 (38) 둘레로 매끄럽게 회전 가능하게 지지하여, 양호한 내구성이나 정숙성을 확보할 수 있다.
특히 도시한 제 1 실시예에 의하면, 롤러 너트 (24) 가 회전되더라도 유성 나사 롤러 (36) 는 스러스트 변위되지 않고 나사축 (20) 만이 스러스트 변위되기 때문에, 예를 들어 후술하는 제 2 및 제 5 실시예의 경우에 비하여 스러스트 변위되는 부재 전체의 질량을 작게 할 수 있다. 그리고 이것은 후술하는 제 4 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
제 2 실시예
도 7 은 롤러 너트의 회전운동을 나사축의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 2 실시예를 나타내는 종단면이다. 또 도 7 에서 도 1 에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 도 1 에서 붙여진 부호와 동일한 부호가 붙여져 있다.
이 제 2 실시예에 있어서는, 나사부 (20A) 는 제 1 실시예의 나사부 (20A) 에 대응하는 대직경부 (20C) 중 유성 나사 롤러 (36) 에 대향하는 중앙부에만 형성되고 대직경부 (20C) 의 양단부에는 수나사 (22) 는 형성되어 있지 않다. 또한 캐리어 (40 및 42) 는 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대회전 가능하지만, 각각 대직경부 (20C) 에 고정된 C 링 (44, 46) 및 스토퍼 링 (48, 50) 에 의해 대직경부 (20B) 에 대하여 상대적으로 스러스트 변위되지 않도록 형성되어 있다.
또한 캐리어 (40 및 42) 의 슬리브부의 외주면에는 실질적으로 단면 반원형의 둘레홈이 형성되어 있고, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 는 그들의 내주면에 형성되며 둘레방향으로 연장되는 돌기 (52A 및 54A) 가 대응하는 둘레홈에 끼워짐으로써 캐리어 (40 및 42) 에 의해 지지되어 있다. 이물침입 방지부재 (56 및 58) 의 외주면은 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 에 대하여 탄성적으로 지지된 상태로 여기에 걸어맞춰 나사 결합하는 수나사 (60A 및 62A) 를 갖고 있다.
또한 이 제 2 실시예에 있어서는, 롤러 너트 (24) 의 차동조 수가 +1 또는 -1 로 설정되어 있고, 이 실시예의 다른 점은 상기 서술한 제 1 실시예와 동일하게 구성되어 있다. 따라서 나사축 (20), 롤러 너트 (24), 유성 나사 롤러 (36), 캐리어 (40 및 42) 는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기구를 구성함과 함께, 롤러 너트 (24) 의 차동조 수에 의해 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 를 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위시키는 차동 나사 기구를 구성하고 있다.
구체예로서, 유성 나사 롤러 (36) 의 유효 나사 직경 Dp 은 7㎜ 이고, 그 수나사 (34) 는 4조의 오른쪽 나사이며, 롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경 Dn 은 유성 나사 롤러의 4.5배인 31.5㎜ 이고, 그 오른쪽 나사의 암나사 (26) 의 조 수는 상대 변위되지 않는 조건의 조 수보다 1 적은 17조이다. 또한 나사축 (20) 의 유효 나사 직경 Ds 는 유성 나사 롤러 (36) 의 2.5배인 17.5㎜ 이고, 그 왼쪽 나사의 수나사 (22) 의 조 수는 상대변위되지 않는 조건 2.5×4 의 10조이다.
이 제 2 실시예에 있어서, 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 둘레로 회전되면, 각 유성 나사 롤러 (36) 가 축선 (38) 둘레로 자전하면서 나사축 (20) 의 나사부 (20A) 둘레로 공전하고, 이로써 나사축 (20) 이 유성 나사 롤러 (36) 와 함께 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위된다. 이 경우에도 롤러 너트 (24) 의 1회전당 나사축 (20) 의 스러스트 변위량의 크기 Ls 는 상기 식 1 로 나타낸다.
이렇게 하여 도시한 제 2 실시예에 의하면, 상기 서술한 제 1 실시예의 경우와 같이 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 함과 함께 유성 나사 롤러 (36) 및 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 차동 나사로서의 기능을 하고, 또한 나사축 (20) 이 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고, 롤러 너트 (24) 가 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있다. 따라서 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 정확하게 대응시켜 롤러 너트 (24) 의 회전운동을 정확하게 나사축 (20) 의 미소한 직선운동으로 정확하게 변환할 수 있고, 또 상기 서술한 제 1 실시예에 대하여 상기 서술한 다른 작용효과를 얻을 수 있다.
특히 도시한 제 2 실시예에 의하면, 유성 나사 롤러 (36) 를 나사축 (20) 둘레에 배치하고, 그 상태로 유성 나사 롤러 (36) 및 나사축 (20) 을 롤러 너트 (24) 내로 밀어 넣음으로써 삽입하면 되기 때문에, 유성 나사 롤러 (36) 가 롤러 너트 (24) 의 내측에 배치될 것을 요하는 상기 서술한 제 1 실시예의 경우에 비하여 운동 변환장치 (10) 의 조립을 용이하게 실시할 수 있다. 또 이것은 후술하는 제 5 실시예에 대해서도 마찬가지이다.
제 3 실시예
도 8 은 제 1 실시예의 수정예로서 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 3 실시예를 나타내는 종단면이다. 또 도 7 에 있어서 도 1 에 나타내는 부재와 동일한 부재에는 도 1 에서 붙여진 부호와 동일한 부호 또는 도 1 에서 붙여진 부호에 L 또는 R 이 더해진 부호가 붙여져 있다.
이 제 3 실시예의 운동 변환장치 (10) 는, 상기 서술한 제 1 실시예의 운동 변환장치 (10) 와 동일한 구조를 갖는 제 1 운동 변환 유닛 (10L) 및 제 2 운동 변환 유닛 (10R) 을 갖고, 제 1 운동 변환 유닛 (10L) 및 제 2 운동 변환 유닛 (10R) 은 서로에 대하여 거울상의 관계를 이룸과 함께 축선 (18) 을 따라 서로에 대하여 정합하고 있다. 제 1 운동 변환 유닛 (10L) 의 나사축 (20L) 의 수나사 (22L), 유성 나사 롤러 (36L) 의 수나사 (34L), 롤러 너트 (24L) 의 암나사 (26L) 및 제 2 운동 변환 유닛 (10R) 의 나사축 (20R) 의 수나사 (22R), 유성 나사 롤러 (36R) 의 수나사 (34R), 롤러 너트 (24R) 의 암나사 (26R) 는 각각 서로 역방향이다.
나사축 (20) 은 왼쪽 나사 (22L) 가 형성된 나사부 (20AL) 와 오른쪽 나사가 형성된 나사부 (20AR) 를 갖고, 나사부 (20AL 및 20AR) 는 일체로 형성되며, 나사부 (20AL) 의 둘레에 유성 나사 롤러 (36L), 캐리어 (40L, 42L), 이물침입 방지부재 (56L), 롤러 너트 (24L) 가 배치되어 있다. 동일하게 나사부 (20AR) 의 둘레에는 유성 나사 롤러 (36R), 캐리어 (40R 및 42R), 이물침입 방지부재 (56R), 롤러 너트 (24R) 가 배치되어 있고, 유성 나사 롤러 (36R) 및 롤러 너트 (24R) 는 각각 왼쪽 나사의 수나사 (34R) 및 암나사 (26R) 를 갖고 있다.
또한 서로 대향하는 측의 캐리어 (42L 및 42R) 는 축선 (18) 을 따라 서로 떨어져 배치되어 있고, 이로써 유성 나사 롤러 (36L 및 36R) 도 축선 (18) 을 따라 서로 떨어져 배치되어 있다. 롤러 너트 (24L 및 24R) 는 서로 대향하는 단부가 맞닿는 상태로 용접 또는 볼트와 같은 기계적 체결수단에 의해 일체적으로 연결되어 있고, 일체로 되어 회전한다. 제 1 운동 변환 유닛 (10L) 및 제 2 운동 변환 유닛 (10R) 에는, 상기 서술한 제 1 실시예에서의 이물침입 방지부 (58) 에 대응하는 이물침입 방지부재 (58) 에 대응하는 이물침입 방지부재는 형성되어 있지 않고, 이물침입 방지부재 (56L 및 56R) 가 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 유성 나사 롤러 (36L 및 36R) 의 서로 떨어진 측의 단부에 근접하여 형성되어 있다.
도시한 실시예에 있어서는, 제 1 운동 변환 유닛 (10L) 의 롤러 너트 (24L) 의 일단이 볼 베어링 (28) 을 사이에 두고 지주 (12) 에 의해 회전 가능하게 지지되어 있지만, 제 2 운동 변환 유닛 (10R) 의 롤러 너트 (24R) 도 볼 베어링을 사이에 두고 지주에 의해 회전 가능하게 지지되도록 수정되어도 된다.
이 제 3 실시예의 다른 점은 상기 서술한 제 1 실시예의 경우와 동일하게 구성되어 있고, 따라서 롤러 너트 (24L 및 24R) 가 축선 (18) 둘레로 회전되면, 각 유성 나사 롤러 (36L) 가 축선 (38L) 둘레로 자전하면서 나사축 (20) 의 나사부 (20AL) 둘레로 공전함과 함께 각 유성 나사 롤러 (36R) 가 축선 (38R) 둘레로 자전하면서 나사축 (20) 의 나사부 (20AR) 둘레로 공전하고, 이로써 나사축 (20) 이 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위된다.
이렇게 하여 도시한 제 3 실시예에 의하면, 상기 서술한 제 1 실시예의 경우와 같이 회전각도와 직선변위량을 1 대 1 로 정확하게 대응시켜 롤러 너트 (24) 의 회전운동을 정확하게 나사축 (20) 의 미소한 직선운동으로 정확하게 변환할 수 있고, 또 상기 서술한 제 1 실시예에 대하여 상기 서술한 다른 작용효과를 얻을 수 있다.
또 상기 서술한 제 1 실시예에서는, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 와 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 가 역나사의 관계를 이루기 때문에, 나사축 (20) 과 유성 나사 롤러 (36) 사이의 나사의 맞물림부가 스러스트 방향으로 미끄러지면 유성 나사 롤러 (36) 가 본래의 공전방향과는 역방향으로 공전하려고 하고, 그 때문에 롤러 너트 (24) 에 본래의 회전방향과 역방향의 회전력이 작용한다.
도시한 제 3 실시예에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 롤러 너트에 본래의 회전방향과 역방향으로 작용하는 회전력이 제 1 운동 변환 유닛 (10L) 의 롤러 너트 (24L) 와 제 2 운동 변환 유닛 (10R) 의 롤러 너트 (24R) 사이에서 상쇄되기 때문에, 나사축 (20) 과 유성 나사 롤러 (36) 사이의 스러스트 방향의 미끄러짐을 확실하게 기계적으로 저지할 수 있다.
제 4 실시예
도 9 는 나사축의 회전운동을 롤러 너트의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 4 실시예를 나타내는 종단면이다. 또한 도 9 에 있어서 도 1 에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 도 1 에서 붙여진 부호와 동일한 부호가 붙여져 있다.
이 제 4 실시예에 있어서는, 나사축 (20) 은 지주 (12) 에 의해 축선 (18) 둘레로 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 롤러 너트 (24) 는 도 9 에는 상세하게 나타내고 있지 않지만 세레이션(serration) 홈 등의 수단에 의해 지주 (14) 에 의해 축선 (18) 둘레로 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되어 있다.
특히 도시한 실시예에 있어서는, 샤프트부 (20B) 는 대직경부와 소직경부를 갖고, 소직경부가 감마(減摩) 부시 (64) 를 사이에 두고 지주 (12) 의 단면이 원형인 관통구멍 (12A) 에 삽입 통과되어 있다. 감마 부시 (64) 는 대직경부와 소직경부 사이의 견부와 지주 (12) 사이에 개재하는 플랜지부를 갖고, 감마 부시 (64) 의 타단측에는 C 링 (66) 에 의해 소직경부에 고정된 감마 와셔 (68) 가 배치되어 있다.
이 제 3 실시예의 다른 점은 상기 서술한 제 1 실시예와 동일하게 구성되어 있고, 따라서 나사축 (20) 이 축선 (18) 둘레로 회전되면, 유성 나사 롤러 (36) 가 축선 (38) 둘레로 자전하면서 나사축 (20) 의 나사부 (20A) 둘레로 공전하고, 이로써 롤러 너트 (24) 가 유성 나사 롤러 (36) 와 함께 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위된다. 이 경우 나사축 (20) 의 1회전당 롤러 너트 (24) 의 스러스트 변위량의 크기 Ln 은 하기의 식 2 로 나타낸다.
Ln = P·Ds/(Ds＋Dn) ······ (2)
이렇게 하여 도시한 제 4 실시예에 의하면, 상기 서술한 제 1 실시예의 경우와 동일하게 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 함과 함께 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 는 서로 함께 작동하여 차동 나사로서의 기능을 하고, 또한 롤러 너트 (24) 가 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고 나사축 (20) 이 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있기 때문에, 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 정확하게 대응시켜 나사축 (20) 의 회전운동을 정확하게 롤러 너트 (24) 의 미소한 직선운동으로 정확하게 변환할 수 있고, 또한 상기 서술한 제 1 실시예에 대하여 상기 서술한 다른 작용효과를 얻을 수 있다.
제 5 실시예
도 10 은 나사축의 회전운동을 롤러 너트의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 5 실시예를 나타내는 종단면이다. 또 도 10 에 있어서 도 7 및 도 9 에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 도 7 및 도 9 에 있어서 붙여진 부호와 동일한 부호가 붙여져 있다.
이 제 5 실시예에 있어서는, 상기 서술한 제 4 실시예의 경우와 동일하게 나사축 (20) 은 지주 (12) 에 의해 축선 (18) 둘레로 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 롤러 너트 (24) 는 지주 (14) 에 의해 축선 (18) 둘레로 회전 불가능하게 또한 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위 가능하게 지지되어 있다. 또한 이 실시예는 다른 점에 대해서는 상기 서술한 제 2 실시예와 동일하게 구성되어 있다.
따라서 나사축 (20) 이 축선 (18) 둘레로 회전되면, 유성 나사 롤러 (36) 가 축선 (38) 둘레로 자전하면서 나사축 (20) 의 나사부 (20A) 둘레로 공전하고, 이로써 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 을 따라 스러스트 변위된다. 이 경우에도 나사축 (20) 의 1회전당 롤러 너트 (24) 의 스러스트 변위량의 크기 Ln 은 상기 식 2 로 나타낸다.
이렇게 하여 도시한 제 5 실시예에 의하면, 상기 서술한 제 1 실시예의 경우와 같이 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 함과 함께, 유성 나사 롤러 (36) 및 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 차동 나사로서의 기능을 하고, 또한 상기 서술한 제 4 실시예의 경우와 같이 롤러 너트 (24) 가 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고, 나사축 (20) 이 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있기 때문에, 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 정확하게 대응시켜 나사축 (20) 의 회전운동을 정확하게 롤러 너트 (24) 의 미소한 직선운동으로 정확하게 변환할 수 있고, 또한 상기 서술한 제 1 실시예에 대하여 상기 서술한 다른 작용효과를 얻을 수 있다.
제 6 실시예
도 11 은 나사축의 회전운동을 롤러 너트의 직선운동으로 운동 변환하도록 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 6 실시예를 나타내고 있고, 특히 (A) 는 축선을 지나는 종단면이고, (B) 는 (A) 의 선 B-B 를 따른 나사축이 제거된 상태로 제 6 실시예를 (A) 의 선 B-B 을 따라 절단한 단면을 나타내는 단면도이다. 또 도 11(A) 의 상반은 롤러 너트가 절단된 상태의 단면도이고, 도 11(A) 의 하반은 롤러 너트가 절단됨과 함께 나사축보다 앞측의 유성 나사 롤러가 제거된 상태의 단면도이다. 또한 도 11 에 있어서, 도 1 에 나타내는 부재와 동일한 부재에는 도 1 에서 붙여진 부호와 동일한 부호가 붙여져 있다.
이 제 6 실시예의 운동 변환장치 (10) 는, 각 나사의 방향이 반대인 점을 제외하고 기본적으로는 상기 서술한 제 1 실시예의 운동 변환장치 (10) 와 동일하게 구성되어 있고, 도 11 에는 나타내고 있지 않지만 나사축 (20) 은 축선 (18) 둘레로 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고, 롤러 너트 (24) 는 축선 (18) 둘레로 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있다.
특히 제 6 실시예에 있어서는, 도 12 에 상세하게 나타내고 있는 바와 같이, 각 유성 나사 롤러 (36) 는 수나사 (34) 와, 그 축선방향 양측에 일체로 형성된 평치인 외기어 (70 및 72) 와, 외기어 (70 및 72) 의 축선방향 외측에 일체로 형성된 샤프트부 (36A 및 36B) 를 갖고 있다. 샤프트부 (36A 및 36B) 는 원주형을 이루고 있으나, 다음에 상세하게 설명할 목적으로 샤프트부 (36A 및 36B) 의 직경은 서로 다르며, 특히 도시한 실시예에서는 샤프트부 (36A) 의 직경은 샤프트부 (36B) 의 직경보다도 작게 설정되어 있다. 그리고 이 샤프트부 직경의 대소관계는 반대이어도 된다.
외기어 (70 및 72) 는 수나사 (34) 양단부의 영역에 스퍼 기어의 톱니형이 가공됨으로써 형성되어 있고, 따라서 외기어 (70 및 72) 는 수나사 (34) 의 나사산이 축선 (38) 을 따라 연장되고 또한 축선 (38) 둘레에 균등하게 떨어져 배치된 스퍼 기어의 톱니 홈에 의해 분단된 형태로 되어 있다. 또 외기어 (70 및 72) 의 톱니 높이는 수나사 (34) 의 나사산보다도 약간 낮고, 따라서 외기어 (70 및 72) 의 톱니 외단에 의해 곽정되는 직경은 수나사 (34) 나사산의 정점에 의해 곽정되는 직경보다도 약간 작다.
외기어 (70 및 72) 의 톱니형은 서로에 대하여 0°보다도 크고 360°보다도 작은 위상차를 갖고 있다. 외기어 (70 및 72) 는 각각 평치인 내기어 (74 및 76) 와 맞물려 있고, 따라서 내기어 (74 및 76) 의 톱니형도 서로에 대하여 외기어 (70 및 72) 의 위상차와 동일한 위상차를 갖고 있다. 내기어 (74 및 76) 는 롤러 너트 (24) 의 암나사 (20) 영역에 대하여 축선방향 양측에 배치되고, 롤러 너트 (24) 의 구멍에 압입되어 있다. 또 외기어 및 내기어의 위상차는 일단의 외기어의 톱니 끝과 내기어의 톱니 뿌리가 걸어맞춰져 있을 때 타단의 외기어의 톱니 뿌리와 내기어의 톱니 끝이 걸어맞춰지도록 90°보다도 크고 270°보다도 작은 위상차, 특히 도시한 실시예과 같이 180°의 위상차인 것이 바람직하다.
외기어 (70 및 72) 의 축선은 유성 나사 롤러 (36) 의 축선 (38) 에 정합하고, 외기어 (70 및 72) 의 기준 피치원의 직경은 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 기준 피치원의 직경 (유효 나사 직경) 과 동일하다. 또 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 의 톱니수비는 수나사 (34) 및 암나사 (26) 의 유효 나사 직경의 비와 같고, 따라서 수나사 (34) 및 암나사 (26) 의 조 수의 비와 같다. 또 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 는 스퍼 기어일 필요는 없고, 예를 들어 장착성을 고려하면 톱니의 비틀림각이 30°이하인 헬리컬 기어이어도 된다.
각 유성 나사 롤러 (36) 는 캐리어 (78) 에 의해 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다. 도 13 에 나타내고 있는 바와 같이, 캐리어 (78) 는 유성 나사 롤러 (36) 의 샤프트부 (36A) 를 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지하는 제 1 지지부로서의 지지 링 (80) 과, 유성 나사 롤러 (36) 의 샤프트부 (36B) 를 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지하는 제 2 지지부로서의 지지 링 (82) 과,지지 링 (80 및 82) 을 일체적으로 연결하는 복수의 연결부 (84) 를 갖고 있다.
지지링 (80 및 82) 은 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 외경보다도 약간 큰 내경을 가짐과 함께 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 내경보다도 약간 작은 외경을 갖고 있다. 또 지지링 (80 및 82) 은 각각 유성 나사 롤러 (36) 의 샤프트부 (36A 및 36B) 를 수용하는 복수의 구멍 (86 및 88) 을 갖고 있다. 샤프트부 (36A 및 36B) 의 직경의 대소 관계에 대응하여 구멍 (86) 의 직경은 구멍 (88) 의 직경보다도 작게 설정되어 있다. 구멍 (86 및 88) 은 캐리어 (78) 의 축선 (90) 둘레에 균등하게 떨어져 배치되고, 직경방향 외방에서 열린 실질적으로 U 형의 단면형상을 갖고 있다. 연결부 (84) 는 구멍 (86 및 88) 사이에서 축선 (90) 둘레에 방사상으로 배열되고 또한 축선 (90) 을 따라 연장되는 판상을 이루고 있다. 또 캐리어 (78) 는 형상유지성 및 소요 강도를 갖는 금속과 같은 임의의 재료로 형성되면 되지만, 상기 서술한 구조를 갖기 때문에 수지로 성형되는 것이 바람직하다.
롤러 너트 (24) 의 내측에서 지지 링 (80 및 82) 의 축선방향 외측에는 지지 링 (80 및 82) 의 외경보다도 큰 외경을 갖는 스토퍼 링 (92 및 94) 이 배치되고, 롤러 너트 (24) 의 구멍에 압입에 의해 고정되어 있다. 스토퍼 링 (92 및 94) 은 캐리어 (78) 의 지지 링 (80 및 82) 의 축선방향 외측까지 연장되는 단면 L 형상을 하고, 이로써 캐리어 (78) 가 축선방향 외방으로 롤러 너트 (24) 에 대하여 상대적으로 이동하는 것을 저지하게 되어 있다.
또 도 11 에 나타내고 있는 바와 같이, 제 6 실시예에서는 상기 각 실시예에서의 이물침입 방지부재 (56 및 58) 에 상당하는 부재는 형성되어 있지 않고, 캐리어 (78) 의 지지 링 (80 및 82) 이 이물침입 방지부재로서의 기능도 하게 되어 있지만, 각 나사의 나사결합부로 이물이 침입하는 것이 확실하게 방지되도록, 상기 각 실시예의 경우와 동일한 이물침입 방지부재가 형성되어도 된다.
다음으로 제 6 실시예에서는 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26), 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34), 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 나사산 형상 (톱니형) 에 대하여 설명한다.
본 발명의 회전-직선운동 변환장치 (10) 에서의 각 나사는 나사로서 기능함과 함께 기어의 톱니로서 기능해야 한다. 각 나사가 나사로서 기능하기 위해서는, 유효 나사 직경의 위치에서 서로 적정하게 맞물려 있어야 한다. 또한 각 나사가 기어의 톱니로서 기능하기 위해서는, 각 나사 (기어) 의 모듈이 서로 동일하고 또한 압력각이 서로 동일해야 한다. 그러나 본 발명의 회전-직선운동 변환장치 (10) 에 있어서는, 서로 맞물리는 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 나사의 모듈 및 압력각 모두 서로 동일하게 할 수 없어, 따라서 톱니 (나사산) 의 간섭이 발생하기 쉽고, 그 때문에 장착성이 양호하지 않다.
일반적으로, 2개의 나사끼리 맞물리기 위해서는 2개의 나사의 나사산은 피치가 서로 동일하고 또한 나사산의 각도가 서로 동일해야 한다. 그러나 본 발명의 회전-직선운동 변환장치 (10) 에 있어서는, 유효 나사 직경의 비의 조 수의 관계에 대하여 나사축 (20) 의 조 수가 증감되고 있기 때문에, 나사산의 각도를 동일하게 하면 원주방향의 맞물림 각도인 압력각이 나사축과 유성 나사 롤러에서는 다른 값이 된다.
나사산의 각도 (축선을 지나는 단면에서 본 압력각) 를 λ 로 하고, 나사의 진행각 및 리드를 각각 γ 및 L 로 하고, 나사의 피치 및 조 수를 각각 P 및 N 으로 하고, 유효 나사 직경 (기준 피치원 직경) 을 φ 로 하면, 리드 (L), 진행각 (γ), 나사산의 비틀림각 (β), 정면 맞물림 압력각 (α) 은 각각 하기의 식 3∼6 에 의해 표시된다.
L = P·N ······(3)
γ = Tan-1{P/(φ·π)} ······(4)
β = 0.5π-γ ······(5)
α = Tan-1{Tan(λ)·Tan(β)} ······(6)
따라서, 피치 P, 나사 조 수 N, 유효 나사 직경 φ 이 결정되면, 압력각 α 이 계산에 의해 구해진다. 유성 나사 롤러 (36) 의 피치 Pp 를 1㎜ 로 하고, 조 수 Np 를 1 로 하고, 유효 나사 직경 φp 을 4㎜ 으로 한다. 또한 나사축 (20) 과 유성 나사 롤러 (36) 의 유효 나사 직경의 비를 3 : 1 로 하고, 나사축 (20) 의 차동조 수를 +1 로 하면, 나사축 (20) 의 리드 (L) 는 4㎜ 가 되고, 유효 나사 직경 φs 는 12㎜ 가 된다.
따라서 유성 나사 롤러 (36) 의 비틀림각 βp 을 85.45°로 하고, 나사축 (20) 의 비틀림각 βs 를 83.94°로 하고, 유성 나사 롤러 (36) 의 나사산 각도 λp 를 27.5°로 하였을 때에는, 통상 기어인 경우의 유성 나사 롤러 (36) 의 압력각 αp 는 81.31°이 된다. 이 압력각을 만족하는 나사축 (20) 의 나사산 각도 λs 는 34.76°이 되고, 이러한 나사의 맞물림에서는 압력각이 동일해지지 않고 나사산 각도에서 7.26°의 차가 생겨, 나사의 맞물림이 간섭에 의해 저해된다.
따라서 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 나사의 모듈 및 압력각이 서로 상이하다는 문제를 극복하여 톱니의 간섭을 방지함과 함께 백 래시를 없애기 위한 특별한 연구가 필요하다. 상기 서술한 바와 같이, 모듈 및 압력각이 상이한 것은 유효 나사 직경의 비에 대응하는 조 수의 관계에 대하여 나사축 (20) 의 조 수가 증감되고 있는 것이 원인이고, 조 수의 증감에 의한 리드각의 상이에 기인하여 톱니의 간섭이 발생한다. 따라서 리드각이 상이한 나사를 적정하게 나사 결합시키기 위해서는, 나사산의 형상을 어떻게 설정해야 하는지가 중요하다.
본 발명의 회전-직선운동 변환장치 (10) 에서의 나사는 기어로서도 기능하기 때문에, 나사를 기어로서 보면, 유성 나사 롤러 (36) 및 나사축 (20) 의 톱니는 기준 피치원의 위치에서 서로 맞물리고, 유성 나사 롤러 (36) 및 나사축 (20) 의 회전에 따라 유성 나사 롤러의 톱니의 톱니 끝과 나사축의 톱니의 톱니 뿌리가 걸어맞춰지고, 유성 나사 롤러의 톱니의 톱니 뿌리와 나사축의 톱니의 톱니 끝이 걸어맞춰진다. 따라서 이들 걸어맞춤이 치밀해지도록 나사산의 형상을 설정하면 된다.
먼저, 유성 나사 롤러 (36) 및 나사축 (20) 의 나사산 각도의 평균치인 가상의 나사산 각도를 결정하여 그 가상의 나사산 각도를 압력각으로 변환하면, 그 값이 양자의 맞물림 압력각의 평균치이다. 그 압력값으로부터 각각의 진행각 (리드각) 의 차이에 의해 계산되는 나사산 각도를 반대로 구한다.
계산의 흐름은 이하와 같다. 먼저 유성 나사 롤러 (36) 및 나사축 (20) 의 나사의 조건으로부터 평균 비틀림각 βa 를 구하고, 평균 나사산 각도 λa 를 결정하여, 상기 식 6 에 따라 평균 압력각 αa 를 연산한다. 이어서 이 평균 압력각 αa 및 각각의 비틀림각 βp, βs 에 기초하여 상기 식 6 에 따라 유성 나사 롤러 (36) 의 나사산 각도 λp 및 나사축 (20) 의 나사산 각도 λs 를 연산한다.
상기 서술한 나사의 조건을 예로 설명하면, 먼저 나사의 조건으로부터 평균 비틀림각 βa 은 이하과 같이 연산된다.
βa = (βp＋βs)/2
= (85.31＋83.94)/2
= 84.70
다음으로 평균나사산 각도 λa 를 27.5°로 결정하면, 평균 압력각 αa 는 79.89°가 된다. 이 압력각을 만족하는 유성 나사 롤러 (36) 의 나사산 각도 λp 는 30.75°이고, 나사축 (20) 의 나사산 각도 λs 는 24.05°이다. 또 나사산 각도 λs, λp 는 나사축 (20) 의 차동조 수가 정의 값일 때에는 λs＜λp 이고, 나사축 (20) 의 차동조 수가 부의 값일 때에는 λs＞λp 이다. 따라서 나사축의 차동조 수가 -1 일 때에는 유성 나사 롤러 (36) 의 나사산 각도 λp 는 24.05°이고, 나사축 (20) 의 나사산 각도 λs 는 30.75°이다.
이렇게 하여 나사산 각도의 연산이 완료되면, 나사산 각도에 기초하여 각 나사의 나사산 형상을 구한다. 이하 나사산 형상의 결정방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 장치 (10) 는 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 가 타방에 대하여 스러스트 방향으로 압출되는 회전-직선운동 변환장치이다. 스러스트 방향의 큰 하중을 견디고 또한 백래시를 없애기 위해서는, 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 나사산은 축선 (18) 을 지나는 단면에서 보아 나사산의 각도가 가능한 한 작고, 나사산의 강도가 높으며, 나사산이 유효 나사 직경의 위치에서 서로 맞물려, 나사산이 빈틈없이 서로 끼워 맞춰져야 한다.
종래의 헬리컬 기어와의 맞물림의 상이점은, 헬리컬 기어의 톱니는 축선에 수직인 단면에서 보아 서로 빈틈없이 맞물림으로써 회전운동의 전달을 원활하게 실시하는데 반하여, 본 발명의 장치에서는 나사산이 축선에 수직인 방향뿐만 아니라 스러스트 방향에 대해서도 빈틈없이 서로 맞물리는 것이 필요하다는 것이다. 즉 본 발명의 장치에 있어서는 축선에 수직인 단면에서뿐만 아니라 축선을 지나는 단면에서도 나사산이 서로 치밀하게 끼워 맞춰져야 한다.
또 미끄러짐 나사나 볼 나사 등의 종래의 장치에 있어서는, 나사 등의 접촉부가 축선을 중심으로 하는 나선형을 이루고 있지만, 역효율을 확실하게 0 으로 하기 위해서는 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 나사산의 접촉부가 축선 (18) 둘레에 나선형을 이루고 있지 않은 것이 중요하고, 본 발명의 장치에 있어서는 스러스트 방향에 큰 힘의 전달이 가능하도록 나사산은 축선 (18) 을 지나는 단면에서 보아 서로 빈틈없이 끼워 맞춰지고 나사산의 접촉부는 축선 (18) 을 중심으로 하는 방사선상을 이루고 있다.
나사산의 형상을 결정할 때에, 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 간섭 및 가공성의 면에서 롤러 너트 (24) 의 나사 홈의 각도를 45°이하로 설정할 수 없다. 일반적으로, 나사 홈의 각도가 55°이상이 아니면, 따라서 나사산 각도 λn 이 27.5°이상이 아니면, 롤러 너트 (24) 의 나사를 연속적으로 가공하거나 축선을 지나는 단면에서 보아 직선적인 나사산 형상의 나사를 형성할 수 없다.
또 나사축 (20) 의 차동조 수가 정의 값인지 부의 값인지에 따라 톱니형의 결정방법이 다르다.
(1) 나사축의 차동조 수가 정의 값인 경우
먼저 롤러 너트 (24) 의 나사 홈의 각도를 결정한다. 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도 λn 은 나사 홈 각도의 1/2 이다.
지금 롤러 너트 (24) 의 나사 홈의 각도를 55°로 하면, 나사산 각도 λn 은 27.5°가 된다. 또한 나사축 (20) 의 차동조 수가 정의 값인 경우에 있어서 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 모듈이 서로 다른 경우에는, 그것에 기인하는 나사산의 간섭은 유성 나사 롤러 (36) 의 나사의 톱니 뿌리와 나사축 (20) 의 나사의 톱니 끝에서 집중적으로 발생한다. 유성 나사 롤러 (36) 의 나사 및 나사축 (20) 의 나사의 평균 압력각을 연산하기 위해 나사산의 각도 (축선을 지나는 단면에서는 평균 압력각 λa) 를 27.5°로 한다. 이 경우 유성 나사 롤러 (36) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 λpi 는 24.05°가 되고, 나사축 (20) 의 나사의 톱니 끝의 나사산 각도 λso 는 30.75°가 된다.
따라서 유성 나사 롤러 (36) 의 나사는, 톱니 끝에서 27.5°의 나사산 각도λpo 를 갖고, 톱니 뿌리에서 24.05°의 나사산 각도λpi 를 갖는 경우에, 축선 (18) 을 지나는 단면에서 보아 롤러 너트 (24) 의 나사와 치밀하게 끼워 맞춰진다.
또 나사축 (20) 의 나사는 톱니 끝에서 30.75°의 나사산 각도λso 를 갖고, 톱니 뿌리에서 롤러 너트 (24) 의 톱니 끝의 나사산 각도와 동일한 27.5°의 나사산 각도 λsi 를 갖는 경우에, 유성 나사 롤러 (24) 의 나사와 스러스트 방향 및 회전방향 모두 치밀하게 끼워 맞춰진다.
유성 나사 롤러 (36) 의 톱니 뿌리 및 나사축 (20) 의 톱니 끝은 회전전달방향인 축선 (18) 에 수직인 단면에서 보아 동일한 압력각을 갖고 있어야 한다. 또 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 는 유효 나사 직경의 위치를 중심으로 하여 그 직경방향 내측 및 외측의 영역에서 연속적으로 맞물리는 상황이어야 한다. 따라서 축선 (18) 을 지나는 단면에서의 평균 압력각은, 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도 λn, 유성 나사 롤러 (36) 의 톱니 끝의 나사산 각도 λpo, 나사축 (20) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 λsi 와 동일한 27.5°이다.
이상의 고찰에서 알 수 있는 바와 같이, 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도는 가공상 제약의 범위 내에서 가능한 한 작은 예각이며, 유성 나사 롤러 (36) 의 톱니 끝의 나사산 각도 및 나사축 (20) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도가 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도와 동일하고, 유성 나사 롤러 (24) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 및 나사축 (20) 의 톱니 끝의 나사산 각도가 그들의 평균 각도가 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도와 동일한 경우에, 각 나사의 톱니형이 가장 이상적인 톱니형이 되는 것을 알 수 있다.
따라서 상기 예의 경우 각 나사가 바람직한 나사산 각도는 이하와 같다.
롤러 너트 (24) 의 나사산 각도 λn
= 유성 나사 롤러 (36) 의 톱니 끝의 나사산 λpo
= 나사축 (20) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 λsi
= 27.5°
유성 나사 롤러 (36) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 λsi = 24.05°
나사축 (20) 의 톱니 끝의 나사산 각도 λso = 30.75°
또 각 나사의 톱니형 형상은 회전에 의한 간섭이 생기지 않도록 인볼류트 함수에 의해 보정된다.
(2) 나사축의 차동조 수가 부의 값인 경우
이 경우에도 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도 λn 은 나사 홈의 각도에 의한 제약을 받는다. 또 나사축 (20) 의 차동조 수가 부의 값인 경우에 있어서 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 모듈이 서로 다른 경우에는, 그것에 기인하는 나사산의 간섭은 유성 나사 롤러 (36) 의 나사의 톱니 끝과 나사축 (20) 의 나사의 톱니 뿌리에서 집중적으로 발생한다.
따라서 나사축 (20) 의 차동조 수가 정의 값인 경우와 같이 롤러 너트 (24) 의 나사 홈의 각도를 55°로 하면, 나사산 각도 λn 은 27.5°가 된다. 그러므로 유성 나사 롤러 (36) 의 나사의 톱니 끝의 나사산 각도 λpo 도 27.5°가 되고, 톱니 뿌리는 축선 (18) 을 지나는 단면에서 보아 치밀하게 맞물릴 필요가 있기 때문에, 톱니 뿌리의 나사산 각도 λpi 도 27.5°가 된다. 또한 나사축 (20) 의 나사의 톱니 끝도 유성 나사 롤러 (24) 의 나사의 톱니 뿌리와 맞물리기 때문에, 나사축 (20) 의 나사의 톱니 끝의 나사산 각도 λso 도 27.5°가 된다.
그러므로 나사축 (20) 의 나사의 톱니 뿌리의 나사산 각도λsi 만이 모듈의 상이의 영향을 받기 때문에, 상기 식 6 에 따라 연산되면 되고, 그 값은 19.14°이다.
이상의 고찰로부터 알 수 있는 바와 같이, 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도는 가공상 제약의 범위 내에서 가능한 한 작은 예각이고, 유성 나사 롤러 (36) 의 톱니 끝 및 톱니 뿌리의 나사산 각도 및 나사축 (20) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도가 롤러 너트 (24) 의 나사산 각도와 동일하고, 나사축 (20) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도가 평균 압력각 및 비틀림각에 기초하여 연산되는 2개의 나사산 각도 중 작은 쪽의 값인 경우에, 각 나사의 톱니형이 가장 이상적인 톱니형이 되는 것을 알 수 있다.
또 나사축의 차동조 수가 부의 값인 경우에도, 각 나사의 톱니형 형상은 회전에 의한 간섭이 생기지 않도록 인볼류트 함수에 의해 보정된다.
도 14 는 각 나사의 축선을 따른 확대 부분단면도이고, (A) 는 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 를 나타내고, (B) 는 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 를 나타내고, (C) 는 나사축 (20) 의 수나사 (22) 를 나타내고 있다. 도 14 에 있어서, 부호 100, 102, 104 는 각각 암나사 (26), 수나사 (34), 수나사 (22) 를 기어로서 보았을 때의 기준 피치원을 나타내고 있다.
도 14 에 나타내고 있는 바와 같이, 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 는 사다리꼴의 톱니형을 갖고, 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 및 나사축 (20) 의 수나사 (22) 는 인볼류트 톱니형을 갖고 있다. 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 나사 홈은 θn 의 개방각 (θn/2 와 동일한 나사산 각도λn) 을 갖고, 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 나사산은 λpo 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 및 λpo 보다도 작은 λpi 의 톱니 뿌리의 나사산 각도를 갖고 있다. 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 나사산은 λso 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 및 λso 보다도 작은 λsi 의 톱니 뿌리의 나사산 각도를 갖고 있다.
나사축 (20) 의 차동조 수 Ns 는 +1, 즉 롤러 너트 (24) 또는 나사축 (20) 이 회전되더라도 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 모두 스러스트 변위되지 않는 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계에 대하여 1 많은 수로 설정되어 있기 때문에, 도 14 에 나타내고 있는 바와 같이 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 톱니 끝의 나사산 각도 λpo 는 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 나사산 각도 λn 과 동일한 값으로 설정되고, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도 λsi 도 λn 과 동일한 값으로 설정되어 있다.
도 15 는 나사축 (20) 의 차동조 수 Ns 가 +1 인 도시한 제 6 실시예에 대하여, 상기 서술한 바와 같이 톱니형이 설정된 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 와 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 맞물림 상태 (A) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 와 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 맞물림 상태 (B) 를 나타내고 있다. 도 15 에서 알 수 있는 바와 같이, 축선 (18) 을 지나는 단면에서 보아 유성 나사 롤러 (36) 는 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 양호하게 맞물려 있다.
또한 도 16 은 제 6 실시예에 의한 운동 변환장치 (10) 의 길이방향 중앙부의 축선 (18) 에 수직인 단면을 나타내는 확대 종단면도이다. 도 16 에 있어서, 가는 선은 각 나사의 유효 나사 직경 (기어의 피치원 직경) 을 나타내고, 굵은 선은 나사의 톱니형의 단면을 나타내고 있다. 또한 도 16 에 있어서는 명료화를 목적으로 각 부재의 해칭은 생략되어 있다. 도 16 에서 알 수 있는 바와 같이 축선 (18) 에 수직인 단면에서도 유성 나사 롤러 (36) 는 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 톱니로서의 맞물림을 유지하고 있고, 따라서 유성 나사 롤러 (36), 나사축 (20), 롤러 너트 (24) 는 서로 기어의 맞물림으로서 서로 회전력을 전달한다.
또 나사축 (20) 의 차동조 수 Ns 가 -1, 즉 롤러 너트 (24) 또는 나사축 (20) 이 회전되더라도 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 모두 스러스트 변위되지 않는 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계에 대하여 1 적은 수로 설정되어 있는 경우에는, 도 17 에 나타내고 있는 바와 같이 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 개방각 θn, 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 톱니 뿌리각 λpi, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 톱니 끝각 λso 은 서로 동일한 값으로 설정된다. 또한 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 톱니 뿌리각 λsi 은 나사축 (20) 의 톱니 뿌리의 나사산 각도가 평균 압력각 및 비틀림각에 기초하여 연산되는 2개의 나사산 각도 중 작은 쪽의 값으로 설정된다.
도 18 은 나사축 (20) 의 차동조 수 Ns 가 -1 인 경우에 대하여, 상기 서술한 바와 같이 톱니형이 설정된 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 와 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 와의 맞물림 상태 (A) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 와 나사축 (20) 의 수나사 (22) 와의 맞물림 상태 (B) 를 나타내고 있다. 도 18 에서 알 수 있는 바와 같이, 나사축 (20) 의 차동조 수 Ns 가 -1 인 경우에도, 축선 (18) 을 지나는 단면에서 보아 유성 나사 롤러 (36) 는 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 양호하게 맞물린다. 또한 도면에는 나타내고 있지 않지만, 도 16 의 경우와 같이 축선 (18) 에 수직인 단면에서도 유성 나사 롤러 (36) 는 나사축 (20) 및 롤러 너트 (24) 에 대하여 톱니로서의 맞물림을 유지하고, 따라서 유성 나사 롤러 (36), 나사축 (20), 롤러 너트 (24) 는 서로 기어의 맞물림으로서 서로 회전력을 전달한다.
이렇게 하여 도시한 제 6 실시예에 의하면, 상기 서술한 제 1 실시예의 경우와 같이 나사축 (20), 유성 나사 롤러 (36), 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 유성 기어 감속기구와 동일한 감속기능을 함과 함께, 유성 나사 롤러 (36) 및 롤러 너트 (24) 는 서로 함께 작동하여 차동 나사로서의 기능을 하며, 또한 나사축 (20) 이 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고, 롤러 너트 (24) 가 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있다. 따라서 회전각도와 직선 변위량을 1 대 1 로 정확하게 대응시켜 롤러 너트 (24) 의 회전운동을 정확하게 나사축 (20) 의 미소한 직선운동으로 정확하게 변환할 수 있으며, 또한 상기 서술한 제 1 실시예에 대하여 상기 서술한 다른 작용효과를 얻을 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 5 실시예의 운동 변환장치 (10) 도 양호하게 기능하지만, 나사축 (20) 에 먼지 등의 이물이 부착하면 나사축 (20) 과 유성 나사 롤러 (36) 가 고착된 상태가 되고, 그 결과 롤러 너트 (24) 와 유성 나사 롤러 (36) 사이에 미끄러짐이 발생하여, 롤러 너트 (24) 만이 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 에 대하여 상대적으로 축선 (18) 을 따라 변위되는 일이 있다. 특히 이 현상은 롤러 너트 (24) 와 유성 나사 롤러 (36) 사이에 윤활제가 도포된 경우에 현저해진다. 또한 나사축 (20) 이 상기 서술한 차동 원리에 기초하지 않고 유성 나사 롤러 (36) 에 대하여 미끄러짐으로써 유성 나사 롤러 (36) 와 나사축 (20) 사이에 나사의 미끄러짐 변위가 발생하는 경우가 있다.
이에 반하여 제 6 실시예에 의하면, 각 유성 나사 롤러 (36) 는 수나사 (34) 에 대하여 축선방향 양측에 일체로 형성된 외기어 (70 및 72) 를 갖고, 이들 외기어는 각각 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 영역에 대하여 축선방향 양측에 고정된 내기어 (74 및 76) 와 맞물려 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 의 맞물림에 의해 롤러 너트 (24) 또는 유성 나사 롤러 (36) 의 회전이 강제적으로 타방으로 전달되기 때문에, 롤러 너트 (24) 와 유성 나사 롤러 (36) 사이에 미끄러짐이 발생하는 것에 기인하여 롤러 너트 (24) 만 나사축 (20) 및 유성 나사 롤러 (36) 에 대하여 상대적으로 축선 (18) 을 따라 변위되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.
또한 롤러 너트 (24) 가 축선 (18) 둘레로 회전되면, 그 회전에 의해 상기 서술한 바와 같이 유성 나사 롤러 (36) 가 확실하게 회전되고, 유성 나사 롤러 (36) 가 자신의 축선 (38) 둘레로 확실하게 회전함과 함께 나사축 (20) 의 둘레로 확실하게 공전하기 때문에, 나사축 (20) 을 확실하게 차동 원리에 기초하여 축선을 따라 스러스트 변위시켜 나사축 (20) 이 미끄러지는 것을 방지할 수 있다.
특히 제 6 실시예에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 외기어 (70 및 72) 의 축선은 유성 나사 롤러 (36) 의 축선 (38) 에 정합하여, 외기어 (70 및 72) 의 기준 피치원의 직경은 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 의 기준 피치원의 직경과 동일하다. 또 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 의 톱니수비는 수나사 (34) 및 암나사 (26) 의 유효 나사 직경의 비와 같으며, 따라서 수나사 (34) 및 암나사 (26) 의 조 수의 비와 동일하다.
따라서 롤러 너트 (24) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 회전수의 관계를 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 의 톱니수비에 의해 정확하게 규제함과 함께, 수나사 (34) 및 암나사 (26) 의 본래 있어야 할 유효 나사 직경의 비의 관계와 정확하게 일치시킬 수 있다. 그러므로 수나사 (34) 및 암나사 (26) 의 공차에 기인하는 유효 나사 직경의 비의 관계의 어긋남이나 경시변화 등에 기인하는 실제 유효 나사 직경의 비에 변화가 생기더라도 차동 원리에 기초한 작동을 확보하기 위한 롤러 너트 (24) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 회전수의 관계를 확실하게 유지할 수 있고, 이로써 상기 제 1 내지 제 5 실시예의 경우에 비하여 장기간에 걸쳐 운동 변환장치 (10) 의 확실하고 정확한 작동을 확보할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 특허문헌 2 에 기재된 베어링 장치에서도 나사 결합에 추가로 유성 기어가 형성되어 있다. 제 6 실시예에서의 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 는, 특허문헌 2 에 기재된 베어링 장치에서의 유성 기어와는 추가하는 목적이 다르고, 또한 대상이 되는 나사의 동작도 다르다.
특허문헌 2 에 기재된 베어링 장치에 있어서는, 모든 나사가 동일한 방향의 나사이다. 따라서 롤러 너트 및 나사축 나사의 작용에 의해 유성 나사 롤러에는 동일한 방향, 즉 나사의 리드각에 직각인 방향으로 기울이고자 하는 힘이 작용한다. 그 때문에 유성 기어에 의해 유성 나사 롤러의 양단을 지지하여 기울지 않도록 규제하지 않으면 유성 나사 롤러가 기울어, 그 결과 나사는 동작하지 않고 로크 상태, 즉 회전 불가능한 상태로 멈춰 버린다. 따라서 특허문헌 2 에 기재된 베어링 장치에 있어서는, 유성 기어는 롤러 너트 및 유성 나사 롤러가 로크 상태가 되는 일없이 회전하기 위한 필수적인 구성부품이다.
이에 반하여 제 6 실시예의 구성에 있어서는, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 및 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 가 역나사이고, 이들 나사 자체가 헬리컬 기어 결합을 구성하고 있다. 그러므로 회전의 전달이나 운동 변환장치 (10) 의 기본적인 동작에는 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 는 불필요하다. 따라서 제 6 실시예의 구성에 있어서는, 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 는 상기한 바와 같은 미끄러짐에 기인하는 차동 원리에 기초하지 않는 작동을 확실하게 배제하여, 목적으로 한 차동 원리에 기초한 동작을 확실하게 실시시키는 가장 간편한 수단으로서 보조적으로 추가된 것이다.
또한 제 6 실시예의 구성에 있어서는, 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 는, 상기 서술한 바와 같이 나사축 (20) 의 동작도 규정할 수 있다. 즉, 제 6 실시예의 구성에 있어서는, 나사축 (20) 과 유성 나사 롤러 (36) 사이의 미끄러짐도 배제할 수 있는 데 반하여, 특허문헌 2 에 기재된 베어링 장치에서는 어디까지나 유성 나사 롤러 (36) 와 롤러 너트 (24) 사이의 동작을 제약하는 것에 그친다.
이렇게 하여 제 6 실시예의 구성에 있어서는, 보기에 특허문헌 2 에 기재된 기어 구조와 동일한 기어 구조가 추가되어 있는 것처럼 보이지만, 운동 변환장치 (10) 의 구성의 상이에 따라, 추가된 기어 구조의 기능 및 효과는 크게 다르다.
또한 모든 유성 나사 롤러 (36) 가 동일하게 형성되는 경우에도, 유성 나사 롤러 (36) 의 일단에서의 수나사 (34) 의 위상에 대한 외기어 (70) 의 위상 관계가, 유성 나사 롤러 (36) 의 타단에서의 수나사 (34) 의 위상에 대한 외기어 (72) 의 위상 관계와 다른 경우가 있기 때문에, 롤러 너트 (24) 에 대한 모든 유성 나사 롤러 (36) 의 방향이 확실하게 동일한 방향이 되도록 모든 유성 나사 롤러 (36) 가 롤러 너트 (24) 에 대하여 장착되어 있어야 한다.
제 6 실시예에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 유성 나사 롤러 (36) 의 일단의 샤프트부 (36A) 의 직경은 타단의 샤프트부 (36B) 의 직경보다도 작게 설정되어 있고, 이것에 대응하여 캐리어 (78) 의 지지 링 (80) 의 구멍 (86) 의 직경은 지지 링 (82) 의 구멍 (88) 의 직경보다도 작게 설정되어 있다. 따라서 롤러 너트 (24) 에 대한 모든 유성 나사 롤러 (36) 의 방향을 용이하고 확실하게 동일한 방향으로 할 수 있고, 이로써 모든 유성 나사 롤러 (36) 를 롤러 너트 (24) 에 대하여 적정하게 장착할 수 있음과 함께 외기어 (70 및 72) 를 내기어 (74 및 76) 에 대하여 적정히 맞물리게 할 수 있다.
또한 유성 나사 롤러 (36) 의 외기어 (70 및 72) 와 내기어 (74 및 76) 의 맞물림에 의한 회전의 전달을 원활하게 실시하기 위해서는, 이들 외기어 및 내기어의 톱니수가 많은 것이 바람직하지만, 톱니수를 많게 하려면 유성 나사 롤러 (36) 의 직경을 작게 할 수 없고, 또 톱니수가 많아지면 톱니의 크기가 작아져, 전조(轉造) 등에 의한 기어의 가공이 곤란 또는 불가능해진다.
제 6 실시예에 의하면, 유성 나사 롤러 (36) 의 외기어 (70 및 72) 의 톱니형은 서로에 대하여 0°보다도 크고 360°보다도 작은 위상차를 갖고, 내기어 (74 및 76) 의 톱니형도 서로에 대하여 외기어 (70 및 72) 의 위상차와 동일한 위상차를 갖고 있다. 따라서 톱니의 크기를 작게 하지 않고도 톱니수가 2배인 경우와 동등한 효과를 얻을 수 있고, 이로써 유성 나사 롤러 (36) 의 직경이 커져 운동 변환장치 (10) 가 대형화하는 것을 방지할 수 있음과 함께, 나사축 (20) 의 수나사 (22) 및 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 가공과 동일하게 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 및 외기어 (70, 72) 를 절삭가공이 아니라 저렴한 전조에 의해 형성할 수 있다.
또 제 6 실시예에 의하면, 상기 서술한 바와 같이 외기어 (70 및 72) 는 수나사 (34) 양단부의 영역에 스퍼 기어의 톱니형이 가공됨으로써 형성되고, 수나사 (34) 의 나사산이 축선 (38) 을 따라 연장되고 또한 축선 (38) 의 둘레에 균등하게 떨어져 배치된 스퍼 기어의 톱니 홈에 의해 분단된 형태로 되어 있다. 따라서 외기어 (70 및 72) 가 유성 나사 롤러 (36) 의 본체와는 별체의 부재로서 형성되고 유성 나사 롤러 (36) 의 본체에 고정되는 경우에 비하여, 유성 나사 롤러 (36) 를 용이하게 또한 능률적으로 저렴하게 제조할 수 있다. 또한 후술하는 바와 같이 유성 나사 롤러 (36) 가 롤러 너트 (24) 에 대하여 장착될 때 외기어 (70 및 72) 는 수나사 (34) 의 일부로서 기능할 수 있다.
또 이 제 6 실시예의 운동 변환장치 (10) 는 상기 서술한 구조를 갖기 때문에, 이하의 요령으로 조립된다.
도 19 에 나타내고 있는 바와 같이, 먼저 캐리어 (78) 의 구멍 (86 및 88) 에 각각 각 유성 나사 롤러 (36) 의 축부 (36A 및 36B) 를 끼워 넣음으로써 9개의 유성 나사 롤러 (36) 를 캐리어 (78) 에 의해 지지한다. 이어서 이렇게 하여 9개의 유성 나사 롤러 (36) 가 캐리어 (78) 에 의해 지지된 상태로, 캐리어 (78) 를 그 축선 (90) 둘레로 회전시키면서 롤러 너트 (24) 내로 삽입한다. 이로써 각 유성 나사 롤러 (36) 는 수나사 (34) 가 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 와 맞물림으로써 자신의 축선 (38) 둘레로 자전함과 함께 롤러 너트 (24) 의 축선 둘레로 공전하여, 캐리어 (78) 와 함께 서서히 롤러 너트 (24) 내로 진입한다.
유성 나사 롤러 (36) 가 롤러 너트 (24) 에 대하여 도 20 에 나타낸 소정 위치까지 삽입되면, 스퍼 기어 (70 및 72) 가 각각 내기어 (74 및 76) 에 맞물리도록 롤러 너트 (24) 내로 삽입되고, 롤러 너트 (24) 에 대하여 압입에 의해 고정된다. 이어서 롤러 너트 (24) 내로 스토퍼 링 (92 및 94) 이 삽입되고, 롤러 너트 (24) 에 대하여 압입에 의해 고정된다.
또한 스토퍼 링 (92 또는 94) 및 지지 링 (80 또는 82) 에 나사축 (20) 의 일단을 삽입하여 나사축 (20) 의 수나사 (22) 가 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 에 나사 결합하도록 나사축 (20) 을 축선 (18) 둘레로 회전시킴으로써, 나사축 (20) 이 롤러 너트 (24) 및 유성 나사 롤러 (36) 에 대하여 소정 위치에 위치 결정될 때까지 유성 나사 롤러 (36) 의 고리형열 내로 나사축 (20) 을 삽입한다.
이렇게 하여 이 제 6 실시예의 조립 방법에 의하면, 나사축 (20) 의 수나사 (22), 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34), 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 가 적정하게 맞물림과 함께 유성 나사 롤러 (36) 의 외기어 (70 및 72) 와 내기어 (74 및 76) 가 적정히 맞물리도록, 운동 변환장치 (10) 를 능률적으로 조립할 수 있다.
또한 이 조립 방법에 의하면, 운동 변환장치 (10) 의 조립시에는 캐리어 (78) 를 조립하여 지그로서 기능시키고, 조립 완료후에는 캐리어 (78) 를 운동 변환장치 (10) 내에 잔존시켜 유성 나사 롤러 (36) 를 회전 가능하게 지지하는 캐리어로서 기능시킬 수 있기 때문에, 캐리어와 조립 지그가 별도의 부재인 경우에 비하여 운동 변환장치 (10) 를 능률적으로 조립할 수 있다.
제 7 실시예
도 21 은 제 6 실시예의 수정예로서 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 7 실시예를 나타내는 도 11(B) 와 동일한 종단면이다. 또 도 21 에서 도 11 에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 도 11 에서 붙여진 부호와 동일한 부호가 붙여져 있다.
이 제 7 실시예에 있어서는, 상기 서술한 제 6 실시예에서의 내기어 (74 및 76) 의 나사산 위치에 내기어의 대용으로서 복수 개의 볼 또는 롤러 (원통) 와 같은 회전체 (106) 가 배치되고, 각 회전체 (106) 는 롤러 너트 (24) 의 양단에 압입에 의해 고정된 유지 링 (108) 에 의해 적어도 축선 (18) 에 평행한 축선 둘레로 회전 가능하게 지지되어 있다. 또한 유성 나사 롤러 (36) 의 외기어 (70 및 72) 는 회전체 (106) 와 매끄럽게 맞물리는 외형으로 형성되어 있다. 그러므로 외기어 (70 및 72) 는 회전체 (106) 에 접촉하면서 회전하고, 회전체 (106) 는 정위치에서 자전함으로써 톱니의 맞물림을 매끄럽게 한다.
또 회전체 (106) 는 상기 서술한 제 6 실시예에서는 내기어 (74 및 76) 와 동일한 기능을 하기 때문에, 회전체 (106) 를 내기어로 보면, 이 실시예에서도 외기어 및 내기어의 톱니수비는 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 및 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 유효 나사 직경의 비로 설정되어 있다.
따라서 이 제 7 실시예에 의하면, 상기 서술한 제 6 실시예의 경우와 동일하게 유성 나사 롤러 (36) 와 롤러 너트 (24) 가 미끄러지는 일없이 이들 사이에서 확실하게 회전운동을 전달시킬 수 있음과 동시에, 상기 서술한 제 6 실시예의 경우에 비하여 톱니 소리를 저감시킬 수 있다. 또 외기어 (70 및 72) 의 톱니의 톱니 끝 원의 직경을 수나사 (34) 의 골 직경보다 작게 하고, 유성 나사 롤러 (36) 의 축선 (38) 을 따라 보아 외기어 (70 및 72) 의 톱니가 수나사 (34) 에 중복되지 않도록 할 수 있으며, 이로써 상기 서술한 제 6 실시예의 경우에 비하여 운동 변환장치 (10) 의 조립성을 향상시킴과 함께 몰드 성형 가능한 외기어의 형상을 실현할 수 있다.
제 8 실시예
도 22 는 제 6 실시예의 수정예로서 구성된 본 발명에 의한 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 제 8 실시예를 나타내는 부분 종단면 (A), 부분 좌측면도 (B), 부분 평면도 (C) 이다. 또 도 22 에서도 도 11 에 나타낸 부재와 동일한 부재에는 도 11 에서 붙여진 부호와 동일한 부호가 붙여져 있다.
이 제 8 실시예에 있어서는, 각 유성 나사 롤러 (36) 양단의 단면에는 축선 (38) 을 따라 연장되는 테이퍼 홈 (110) 이 형성되어 있다. 또한 각 유성 나사 롤러 (36) 의 양단을 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지하는 한 쌍의 캐리어 (112) 가 형성되어 있고, 캐리어 (112) 는 도 22 에는 나타내지 않은 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 내경보다도 작은 외경 및 도 22 에는 나타내지 않은 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 외경보다도 큰 내경을 갖는 실질적으로 원환 판상으로 되어 있다.
또한 캐리어 (112) 는 둘레방향으로 균등하게 떨어져 배치된 원추 테이퍼형의 복수의 돌기 (114) 를 갖고, 각 돌기 (114) 는 각각 대응하는 테이퍼 홈 (110) 에 끼워 넣고, 이로써 유성 나사 롤러 (36) 의 단부를 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한 캐리어 (112) 에는 돌기 (114) 사이에 복수의 측면 지지부 (116) 가 일체로 형성되어 있다. 각 측면 지지부 (116) 는 유성 나사 롤러 (30) 의 외기어 (70 및 72) 의 외경보다도 약간 큰 직경의 원호상 측벽면 (118) 을 갖고, 측벽면 (118) 으로 외기어 (70 및 72) 를 회전 가능하게 지지하고 있다. 또한 캐리어 (112) 는 오일 함유 금속과 같은 금속으로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
일반적으로, 각 유성 나사 롤러 (36) 의 양단을 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지하는 캐리어의 외경은 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 의 내경보다도 작은 값이고, 그 내경은 나사축 (20) 의 수나사 (22) 의 외경보다도 큰 값이어야 한다. 또한 각 유성 나사 롤러 (36) 가 그 양단의 샤프트부 (36A 및 36B) 에서 캐리어에 의해 회전 가능하게 지지되는 경우에는, 샤프트부의 직경은 유성 나사 롤러의 확실한 회전지지 상태를 확보할 수 있는 크기로 설정되어야 한다.
그 때문에 특히 운동 변환장치 (10) 를 소형화하기 위해 유성 나사 롤러 (36) 의 직경이 작게 설정되는 경우에는 캐리어의 직경방향의 폭이 작아질 수밖에 없고, 따라서 샤프트부에 대하여 캐리어의 직경방향 내측 및 외측 영역의 폭이 작아져, 유성 나사 롤러의 확실한 회전지지 상태를 확보하는 것이 곤란해진다.
이에 반하여 제 6 실시예에 의하면, 캐리어 (112) 는 돌기 (114) 가 대응하는 테이퍼 홈 (110) 에 끼워 넣음으로써 유성 나사 롤러 (36) 의 단부를 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지함과 함께 측면 지지부 (116) 의 측벽면 (118) 이 외기어 (70 및 72) 를 회전 가능하게 지지하기 때문에, 유성 나사 롤러 (36) 의 직경이 작은 경우에도 유성 나사 롤러의 확실한 회전지지 상태를 확보할 수 있다.
또 일반적으로 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 나 외기어 (70, 72) 의 전조에 의해 형성되는 경우에는, 유성 나사 롤러 (36) 양단의 단면에는 축선 (38) 을 따라 연장되는 심출용 테이퍼 홈이 형성되고, 돌기 (114) 가 끼워지는 테이퍼 홈은 심출용 테이퍼 홈이어도 되기 때문에, 심출용 테이퍼 홈을 효과적으로 이용하여 유성 나사 롤러를 확실하고 양호하게 회전 가능하게 지지할 수 있다.
또한 이 실시예에 있어서도, 상기 서술한 제 6 실시예의 경우와 같이 롤러 너트 (24) 에 대한 모든 유성 나사 롤러 (36) 의 방향이 확실하게 동일한 방향이 되도록 유성 나사 롤러 (36) 양단의 단면에 형성되는 테이퍼 홈 (110) 의 테이퍼각 또는 깊이가 서로 다른 값으로 설정되어도 된다.
이상에서는 본 발명을 특정한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 상기 서술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 본 발명의 범위 내에서 다른 여러 가지의 실시예가 가능한 것은 당업자에게는 분명할 것이다.
예를 들어 상기 서술한 각 실시예에 있어서는, 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 의 차동조 수는 +1 또는 -1 이지만 차동조 수는 임의로 설정될 수 있고, 제 1 내지 제 5 실시예에서 나사축 (20) 의 수나사 (22) 가 오른쪽 나사에 설정되고, 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 및 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 가 왼쪽 나사에 설정되어도 되며, 또 제 6 내지 제 8 실시예에서 나사축 (20) 의 수나사 (22) 가 왼쪽 나사에 설정되고, 유성 나사 롤러 (36) 의 수나사 (34) 및 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 가 오른쪽 나사에 설정되어도 된다.
또한 상기 서술한 제 1 내지 제 5 실시예에 있어서는, 나사축 (20) 과 롤러 너트 (24) 사이의 상대적 스러스트 변위의 범위를 규정하는 수단은 형성되어 있지 않지만, 나사축 (20) 과 롤러 너트 (24) 사이의 상대적 스러스트 변위의 범위를 규정하는 스토퍼가 나사축 (20) 또는 롤러 너트 (24) 에 형성되어도 된다.
또한 상기 서술한 제 1 내지 제 5 실시예에 있어서는, 이물침입 방지부재 (56 및 58) 는 각각 캐리어 (40 및 42) 에 의해 지지되며, 나사축 (20) 의 나사 (22) 에 걸어 맞추는 암나사 (60, 62) 또는 롤러 너트 (24) 의 암나사 (26) 에 걸어 맞추는 수나사 (60A, 62A) 를 갖고 있지만 이들 나사가 생략되어도 되고, 또 이물침입 방지부재는 일단에서 스러스트 변위되는 부재에 지지되고 또한 타단에서 회전하는 부재에 상대회전 가능하게 접속된 고무와 같은 탄성재로 이루어지는 통형 더스트 부츠로 치환되어도 된다.
또한 상기 서술한 제 1 내지 제 5 실시예에 있어서는, 유성 나사 롤러 (36) 를 나사축 (20) 축선 둘레의 소정 위치에 유지하여 유성 나사 롤러 (36) 를 그들 축선 (38) 둘레로 회전 가능하게 지지하는 캐리어 (40 및 42) 는 고리형의 블록상을 이루고 있지만, 캐리어 (40 및 42) 는 축선 (18) 에 수직으로 연장되는 원환 판상 부재로서 구성되어도 되고, 그 경우에는 유성 나사 롤러 (36) 의 회전진동을 효과적으로 감쇠시킬 수 있도록 제진강판으로 형성되는 것이 바람직하다.
또 상기 서술한 제 3 실시예는 제 1 실시예의 수정예로서 구성되며, 제 1 실시예의 구성을 갖는 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛이 일체적으로 연결되어 있지만, 상기 서술한 제 2 내지 제 5 실시예 또는 제 6 내지 제 8 실시예의 구성을 갖는 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛이 일체적으로 연결되어도 되고, 그 경우에도 상기 서술한 제 3 실시예의 경우와 동일한 작용효과가 얻어진다.
또한 제 6 및 제 7 실시예에서는 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 등은 유성 나사 롤러 (36) 중 어느 하나의 단부측에만 형성되어도 되고, 또 이들 실시예에 있어서는 롤러 너트 (24), 유성 나사 롤러 (36), 나사축 (20) 의 각 나사의 톱니형이 상기 서술한 바와 같이 이들 부재 사이에서 적정히 회전이 전달되는 톱니형으로 설정되어 있기 때문에, 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 등이 생략되어도 된다.
또한 제 6 실시예에서의 각 부재의 나사의 나사산 각도나 톱니형이 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 실시예에 적용되어도 되고, 외기어 (70, 72) 및 내기어 (74, 76) 또는 캐리어 (78) 의 구조가 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 실시예에 적용되어도 되며, 제 7 실시예에서의 외기어 (70, 72) 및 회전체 (106) 의 구조가 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 실시예에 적용되어도 되며, 제 8 실시예에서는 캐리어 (112) 의 구조가 제 1 내지 제 5 중 어느 하나의 실시예에 적용되어도 된다.

Claims (51)

  1. 나사축과, 상기 나사축 둘레에 배치되어 상기 나사축과 나사 결합하는 복수 개의 유성 나사 롤러와, 상기 나사축 및 상기 유성 나사 롤러를 둘러싸 상기 유성 나사 롤러와 나사 결합하는 롤러 너트를 갖는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치로 하고, 상기 나사축 및 상기 유성 나사 롤러는 서로 역방향의 나사로 나사 결합하고, 상기 유성 나사 롤러 및 상기 롤러 너트는 서로 동일방향의 나사로 나사 결합하고, 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 나사의 피치는 서로 동일하고, 상기 나사축 또는 상기 롤러 너트가 회전되어도 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트 모두 스러스트 변위되지 않는 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계에 대하여, 상기 나사축 또는 상기 롤러 너트의 조 수가 증감되고 있고, 상기 나사축 및 상기 롤러 너트가 상대적으로 회전하면 상기 유성 나사 롤러는 미끄러지는 일없이 나사산의 맞물림에 의해 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 나사축 및 상기 롤러 너트 중 일방의 부재가 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 상기 나사축 및 상기 롤러 너트 중 타방의 부재가 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되고, 상기 타방의 부재의 조 수가 증감되고 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 일방의 부재와 함께 작동하여 상기 유성 나사 롤러를 상기 나사축의 축선 둘레의 소정 위치에 유지하고 상기 유성 나사 롤러를 그들 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 캐리어를 갖는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 일방의 부재에 의해 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 일방의 부재에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 유성 나사 롤러가 나사산의 맞물림에 의해 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전할 때의 마찰손실은, 상기 유성 나사 롤러가 상기 나사축 또는 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전하지 않고 상기 나사축 또는 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 미끄러질 때의 마찰손실보다도 작은 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트는 각각 대응하는 축선 둘레에 나선형으로 연장되는 나사를 갖고, 각 나사의 나사산은 각각 대응하는 축선을 따른 단면에서 보아 좌우대칭인 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  7. 제 4 항에 있어서, 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 맞물림부로 이물이 침입하는 것을 방지하는 이물침입 방지부재를 갖고, 상기 이물침입 방지부재는 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 일방의 부재에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 상기 타방의 부재의 나사에 걸어맞추는 나사형 단면의 걸어맞춤면을 갖고, 상기 타방의 부재의 나사를 따라 그 타방의 부재에 대하여 상대적으로 회전하면서 상대적으로 스러스트 변위되는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 상기 캐리어에 의해 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 나사 롤러의 개수는, 상기 나사축 및 상기 롤러 너트의 합계의 조 수를 정의 정수로 나눈 값인 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  11. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 캐리어는 오일 함유 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  12. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 캐리어는 원판상을 이루고, 제진강판으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 캐리어 및 상기 이물침입 방지부재는 상기 유성 나사 롤러의 축선방향 양측에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 구조를 갖는 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛을 갖고, 상기 제 1 운동 변환 유닛의 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 나사 및 상기 제 2 운동 변환 유닛의 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 나사는 각각 서로 역방향이고, 상기 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 상기 나사축은 서로 정합하여 일체적으로 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 상기 롤러 너트는 서로 정합하여 일체적으로 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 상기 유성 나사 롤러는 상기 나사축의 축선을 따라 서로 떨어져 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 상기 제 1 및 제 2 운동 변환 유닛의 상기 유성 나사 롤러의 서로 떨어진 측의 단부에 근접하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 유효 나사 직경을 각각 Ds, Dp, Dn 이라 하고, 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 조 수를 각각 Ns, Np, Nn 이라 하면, 상기 나사축 또는 상기 롤러 너트가 회전되더라도 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트 모두 스러스트 변위되지 않는 상기 나사축, 상기 유성 나사 롤러, 상기 롤러 너트의 유효 나사 직경 및 조 수의 관계는 Ns : Np : Nn = Ds : Dp : Dn 이 성립하는 관계이고, 상기 나사축의 조 수 Ns 또는 상기 롤러 너트의 조 수 Nn 이 이 관계를 만족하는 값에 대하여 1 많은 수 또는 1 적은 수로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  17. 제 2 항에 있어서, 상기 롤러 너트가 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 상기 나사축이 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되며, 상기 나사축의 조 수가 증감되고 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  18. 제 2 항에 있어서, 상기 나사축이 회전 가능하게 또한 스러스트 변위 불가능하게 지지되고, 상기 롤러 너트가 회전 불가능하게 또한 스러스트 변위 가능하게 지지되며, 상기 롤러 너트의 조 수가 증감되고 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  19. 제 2 항에 있어서, 상기 타방의 부재에 스러스트 변위 방향의 힘이 주어지더라도 상기 일방의 부재가 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  20. 제 4 항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 롤러 너트에 의해 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  21. 제 4 항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 나사축에 의해 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 나사축에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  22. 제 7 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 고무상 탄성재로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  23. 제 7 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  24. 제 7 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 상기 나사축 및 상기 롤러 너트에 대하여 상대적으로 회전 가능하게 또한 상기 나사축에 대하여 상대적으로 스러스트 변위 불가능하게 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  25. 제 8 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재의 걸어맞춤면은 상기 타방의 부재의 나사에 대하여 탄성적으로 지지되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  26. 제 9 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 분리 가능하게 상기 캐리어에 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  27. 제 10 항에 있어서, 상기 이물침입 방지부재는 상기 캐리어에 대하여 상기 유성 나사 롤러와는 반대측에 위치하는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 나사 롤러 및 상기 롤러 너트는 상기 동일방향의 나사에 더하여 상기 유성 나사 롤러에 형성된 외기어와 상기 롤러 너트에 형성되어 상기 외기어와 맞물리는 내기어로 이루어지는 기어 구조에 의해 서로 회전을 전달하는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  29. 제 28 항에 있어서, 상기 외기어의 축선은 상기 유성 나사 롤러의 축선에 정합하고, 상기 외기어의 기준 피치원의 직경은 상기 유성 나사 롤러의 나사의 기준 피치원의 직경과 동일한 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서, 상기 외기어 및 상기 내기어의 톱니수비는 상기 외기어 및 상기 내기어의 유효 나사 직경의 비와 동일한 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  31. 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외기어 및 상기 내기어의 톱니수비는 상기 외기어 및 상기 내기어의 조 수의 비와 동일한 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  32. 제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외기어는 상기 유성 나사 롤러의 적어도 일단부에 일체로 형성되고, 상기 내기어는 상기 롤러 너트에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  33. 제 28 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외기어는 상기 유성 나사 롤러의 양단부에 형성되고, 상기 2개의 외기어의 톱니형은 서로에 대하여 0°보다도 크고 360°보다도 작은 위상차를 갖는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  34. 제 33 항에 있어서, 상기 위상차는 90°보다도 크고 270°보다도 작은 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  35. 제 34 항에 있어서, 상기 위상차는 180°인 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  36. 제 28 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외기어의 톱니는 상기 유성 나사 롤러의 나사의 일부를 곽정하고 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  37. 제 28 항 내지 제 35 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외기어는 상기 유성 나사 롤러의 적어도 일단부에 형성되고, 상기 내기어의 톱니는 상기 롤러 너트에 의해 상기 외기어의 톱니 사이에서 적어도 상기 롤러 너트의 축선에 평행한 축선 둘레로 자전 가능하게 지지되고, 또한 상기 외기어의 톱니와 걸어맞추는 복수 개의 회전체에 의해 곽정되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  38. 제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 나사축 및 상기 유성 나사 롤러의 나사의 나사산 형상은, 상기 나사축의 축선을 지나는 단면에서 보아 공통의 압력각의 부위를 갖는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  39. 제 38 항에 있어서, 상기 나사축 및 상기 유성 나사 롤러의 나사는, 상기 나사축 및 상기 유성 나사 롤러의 나사 피치, 유효 나사 직경, 조 수에 기초하여 평균 비틀림각이 연산되고, 상기 평균 비틀림각에 기초하여 평균 압력각이 연산되고, 상기 평균 압력각 및 비틀림각에 기초하여 연산된 나사산 각도를 갖는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 나사축의 차동조 수는 정의 값이고, 상기 롤러 너트의 나사는 사다리꼴의 나사산을 갖고, 상기 유성 나사 롤러의 톱니 끝의 나사산 각도 및 상기 나사축의 톱니 뿌리의 나사산 각도는 상기 롤러 너트의 나사산 각도와 동일하고, 상기 유성 나사 롤러의 톱니 뿌리의 나사산 각도 및 상기 나사축의 톱니 끝의 나사산 각도는 그들의 평균 각도가 상기 롤러 너트의 나사산 각도와 동일한 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  41. 제 39 항에 있어서, 상기 나사축의 차동조 수는 부의 값이고, 상기 롤러 너트의 나사는 사다리꼴의 나사산을 갖고, 상기 유성 나사 롤러의 나사산 각도 및 상기 나사축의 톱니 끝의 나사산 각도는 상기 롤러 너트의 나사산 각도와 동일하고, 상기 나사축의 톱니 뿌리의 나사산 각도는 상기 평균 압력각 및 비틀림각에 기초하여 연산되는 2개의 나사산 각도 중 작은 쪽의 값인 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  42. 제 1 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유성 나사 롤러의 양단의 단면은 축선에 정합하는 구멍을 갖고, 상기 캐리어는 복수의 돌기를 갖고, 상기 돌기가 상기 구멍에 끼워 맞춰짐으로써 상기 유성 나사 롤러를 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하고 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  43. 제 42 항에 있어서, 상기 구멍 및 상기 돌기는 테이퍼상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  44. 제 42 항 또는 제 43 항에 있어서, 상기 캐리어는 상기 유성 나사 롤러의 단부의 측면을 부분적으로 포위하여 지지하는 측면 지지부를 갖는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  45. 제 42 항 내지 제 44 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캐리어는 오일 함유 금속으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치.
  46. 제 1 항 내지 제 41 항 중 어느 한 항에 기재된 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법이며, 복수 개의 유성 나사 롤러를 유지 지그에 의해 서로에 대하여 소정 위치관계로 자전 가능하게 지지하고, 상기 유지 지그를 회전시키면서 상기 복수 개의 유성 나사 롤러와 함께 상기 롤러 너트 내로 삽입하는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법.
  47. 제 32 항에 기재된 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법으로서, 복수 개의 유성 나사 롤러를 유지 지그에 의해 서로에 대하여 소정 위치관계로 자전 가능하게 지지하고, 상기 유지 지그를 회전시키면서 상기 복수 개의 유성 나사 롤러와 함께 상기 롤러 너트 내로 삽입하고, 그 후 내기어를 상기 외기어와 맞물린 상태로 상기 내기어를 상기 롤러 너트에 고정하는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법.
  48. 제 46 항 또는 제 47 항에 있어서, 상기 유지 지그는 상기 복수 개의 유성 나사 롤러의 일단을 회전 가능하게 지지하는 제 1 지지부와, 상기 복수 개의 유성 나사 롤러의 타단을 회전 가능하게 지지하는 제 2 지지부와, 상기 제 1 및 제 2 지지부를 일체적으로 연결하는 연결부를 갖는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법.
  49. 제 48 항에 있어서, 상기 유지 지그는 제 33 항에 기재된 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립에 사용되며, 상기 복수 개의 유성 나사 롤러의 상기 일단 및 상기 타단은 서로 다른 외경의 제 1 및 제 2 샤프트부를 갖고, 상기 제 1 및 제 2 지지부는 각각 상기 제 1 및 제 2 샤프트부의 직경에 대응하는 내경의 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법.
  50. 제 46 항 내지 제 49 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유지 지그는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립이 완료되면, 상기 일방의 부재와 함께 작동하여 상기 유성 나사 롤러를 상기 나사축의 축선 둘레의 소정 위치에 유지하여 상기 유성 나사 롤러를 그들 축선 둘레로 회전 가능하게 지지하는 캐리어로서 기능하는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법.
  51. 제 46 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유지 지그는 수지로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 유성식 차동 나사형 회전-직선운동 변환장치의 조립 방법.
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