KR20050112521A

KR20050112521A - 볼 나사 장치

Info

Publication number: KR20050112521A
Application number: KR1020057015251A
Authority: KR
Inventors: 마사히로 이노우에; 이사오 우스키; 가츠라 고야기
Original assignee: 고요 세이코 가부시키가이샤
Priority date: 2003-02-18
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-11-30
Also published as: CN100487278C; JP2004263728A; CN1751192A; EP1602858A1; EP1602858A4; WO2004074712A1; US20050268737A1; EP1602858B1; DE602004016296D1

Abstract

본 발명의 볼 나사 장치는 외주면에 나선형 나사 홈을 구비하고 축 방향으로 연장되는 나사 축과, 내주면에 상기 나사 홈과 대응하여 1 회전 미만의 복수의 나사 홈과 상기 각 나사 홈의 상류측과 하류측을 연결하는 복수의 볼 순환 홈을 구비하는 너트 부재와, 나사 축의 나사 홈과 너트 부재의 각 나사 홈 사이에 개재되는 다수의 볼을 포함한다. 상기 복수의 볼 순환 홈은 각각 서로 원주 방향으로 어긋나게 배치되어 있다.

Description

볼 나사 장치{BALL SCREW DEVICE}

본 발명은, 고속이나 고하중 등으로 동작하는 이송 기구 등, 각종 산업 기계 장치에 이용하는 볼 나사 장치에 관한 것이며, 보다 자세히는 고하중이 걸리는 환경 하에서 고강성, 고수명, 고속 이송이 요구되는 경우에 적합하게 사용되는 볼 나사 장치에 관한 것이다.

볼 나사 장치는 외주면에 나선형의 나사 홈을 구비하고 축 방향으로 연장되는 나사 축과, 내주면에 상기 나사 홈과 대응하는 나사 홈을 구비하는 너트 부재를 구비하며, 나사 축에 너트가 끼워 맞춰지고, 이들 양 나사 홈 사이에 롤링 본체로서의 다수의 볼이 롤링 가능하게 장전되어 구성되어 있다. 그리고, 나사 축 또는 너트 부재의 회전에 의해 너트 부재 또는 나사 축이 볼의 롤링을 통해, 볼 나사 장치 전체가 신축 동작하는 것 같은 형태로, 축 방향으로 이동하도록 되어 있다. 이러한 볼 나사 장치에서는, 상기 계속되는 신축 동작에 있어서는 양 나사 홈으로부터의 볼의 분리를 방지하고, 볼을 무한 순환시키기 때문에, 리턴 튜브(일본 특허 공개 평07-253146호 공보 참조)나, 순환 부재(일본 특허 공개 2000-18360호 공보 참조)이 이용된다. 그러나, 상기 볼 나사 장치에서는 볼의 무한 순환을 위한 리턴 튜브나 순환 부재 등의 특수한 부품은 제조 비용에 영향을 미치고 있었다.

도 1은 본 발명의 실시예의 형태에 관한 볼 나사 장치의 종단면도이다.

도 2는 도 1 상태에서 너트 부재를 이동시킨 상태를 도시하는 종단면도이다.

도 3은 볼 나사 장치의 분해 사시도이다.

도 4는 볼 순환 홈의 일부 확대 단면도이다.

도 5는 볼 순환 홈의 주요부 확대 측면도이다.

도 6은 볼 순환 홈의 주요부 확대 정면도이다.

도 7은 볼 순환 홈의 선형도이다.

도 8은 본 발명의 다른 형태에 관한 볼 순환 홈의 일부 확대 단면도이다.

본 발명의 볼 나사 장치는, 외주면에 나선형의 나사 홈을 구비하고 축 방향으로 연장되는 나사 축과, 내주면에 상기 나사 홈과 대응하는 1 회전 미만의 복수의 나사 홈과 상기 각 나사 홈의 상류측과 하류측을 연결하는 복수의 볼 순환 홈을 구비하고 축 방향으로 연장되는 너트 부재와, 나사 축의 나사 홈과 너트 부재의 각 나사 홈 사이에 개재되는 다수의 볼을 포함하며, 상기 복수의 볼 순환 홈은 각각 서로 원주 방향으로 어긋나게 배치되어 있다. 바람직하게는, 상기 볼 순환 홈은 볼의 롤링 방향의 중간 영역이 직경 방향 내측으로 들어가도록 만곡되어 있다. 바람직하게는, 상기 볼 순환 홈끼리는 그 축 방향 투영에 중복 부분이 없도록 배치되어 있다. 상기 구성의 볼 나사 장치에서는, 리턴 튜브나 순환 부재를 이용하지 않고, 나사 축과 너트 부재의 상대 회전에 따라 볼을 무한 순환시킬 수 있기 때문에, 리턴 튜브나 순환 부재라고 하는 고가의 부품을 사용하지 않는 만큼, 제조 비용을 저감할 수 있다. 또한, 각 볼 순환 홈을 어긋나게 배치하기 때문에, 하중을 부담하지 않는 영역이 줄고, 볼 나사 장치의 하중 지지 강성이 향상된다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관한 볼 나사 장치를 설명한다. 도 1은 너트 부재(2)가 이동하여 고정측인 나사 축(3)에 대하여 최대로 중첩되는 상태를 도시하고, 도 2는 너트 부재(2)가 이동하여 고정측인 나사 축(3)에 대하여 최소로 중첩되는 상태를 도시하며, 도 3은 볼 나사 장치(1)의 분해된 상태를 도시한다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 도면 부호 1은 볼 나사 장치 전체를 도시하고, 이 볼 나사 장치(1)는 너트 부재(2)를 구비한다. 너트 부재(2)는 도면 중 좌측에 도시되는 기단측에서 도면 중 우측에 도시되는 자유단측까지의 내주면에 소정의 리드각을 갖는 연속된 나선형의 나사 홈(21) 하나를 구비함과 함께 기단측의 외주면에 세레이션(23)을 구비한 원통 형상으로 형성되어 있다. 나사 축(3)은 너트 부재(2)에 대하여 직경 방향 내측에 동심 배치되어 너트 부재(2)의 축 방향 길이보다도 짧은 축 길이로 되고, 기단측에 나사 홈 형성부(35a)가, 또한, 자유단측에 직경 축소부(35b)가 형성되어 이들 사이에서 단차 벽면(36)이 구성된 원통 형상으로 형성되어 있다. 나사 축(3)의 나사 홈 형성부(35a)의 외주면에는, 1 회전 미만의 나사 길이로 또한 너트 부재(2)의 나사 홈(21)과 같은 리드 각으로 된 2개의 나사 홈(31, 32)과, 각 나사 홈(31, 32) 각각의 양단을 개별로 잇는 볼 순환 홈(33, 34)이 형성되어 있다. 나사 홈(31, 32)은 서로 원주 방향 거리로 이격되어 있다. 너트 부재(2)의 나사 홈(21)과 나사 축(3)의 각 나사 홈(31, 32) 각각의 단면 형상은 고딕 아크 형상으로 형성되어 있지만, 반원 형상형이나 그 밖의 홈 형상이라도 좋다.

나사 축(3)의 직경 축소부(35b)의 외주면에는 둘레 홈(35c)이 형성되어 있다. 나사 축(3)의 내주면의 축 방향 도중에, 직경 방향 안쪽으로 돌출하는 환형의 보강부(3a)가 형성되어 있다. 나사 축(3)은 상기 볼 나사 장치(1)를 내장하는 기계 등의 하우징(도시 생략)에 고정된다. 이상에 있어서, 너트 부재(2)는 나사 축(3)에 대하여 회전 가능하면서 축 방향 이동 가능하게 설치된다. 다수의 볼(4)은 나사 홈(31, 32)에 2열로 균등하게 분류되어 배치된다.

리테이너(5)는 얇은 원통형을 이루고, 원주 방향 간격으로 볼(4)을 서로 비간섭적인 형태로써 2열로 수납 가능한 포켓(51)이 형성되어 있는 동시에, 자유단측에 직경 방향 안쪽을 향한 플랜지(52)가 형성되어 있다. 이 플랜지(52)는 나사 축(3)의 직경 축소부(35b)에 끼워짐과 함께, 나사 축(3)에서의 단벽면(36)과 직경 축소부(35)의 둘레 홈(35c)에 결합된 고정 링(10)에 의해, 축 방향으로 약간의 여유를 갖는 상태로 배치되어 있다. 이 구성에 의해, 리테이너(5)는 나사 축(3)에 대하여 축 방향으로 거의 부동 상태에서 상대 회전이 허용된다. 브래킷(8)은 외통부(81)와, 이에 평행하게 직경 방향 내측으로 대향하는 내통부(83)와, 양 통부(81, 83)를 기단부에서 일체 접속하는 환형판부(84)로 이루어진다. 브래킷(8)은 그 내통부(83)에 도시 생략된 구름 베어링이 부착되고, 상기 구름 베어링을 통해 나사 축(3) 중심 구멍에 삽입 관통되는 스핀들에 회전 가능하게 지지된다. 기어(9)는 도시 생략된 모터 등의 회전 동력원에 감속 기어를 통해 맞물리는 것으로서, 브래킷(8)의 외통부(81) 외주면에 수지를 사출 성형함으로써 브래킷(8)에 일체 성형된다. 외통부(81)의 내주면에 너트 부재(2)가 끼워져 있다. 외통부(81)의 내주면에 세레이션(82)이 형성되어 있다. 세레이션(82)과 너트 부재(2)를 끼우는 방향 안쪽의 외주면에 형성된 세레이션(23)이 끼워 맞춰지고, 이에 따라 브래킷(8)과 너트 부재(2)가 회전 일체로 부착되어 있다.

도 4 내지 도 7을 참조하여, 볼 순환 홈(33, 34)을 설명한다. 이하 설명에서 볼 순환 홈(33, 34)으로부터 롤링하여 나가는 측의 나사 홈(31, 32)을 상기 볼 순환 홈(33, 34)에서 봤을 때 상류측이라 하고, 볼 순환 홈(33, 34)에 롤링하여 들어가는 측의 나사 홈(31, 32)을 상기 볼 순환 홈(33, 34)에서 봤을 때 하류측이라 한다. 나사 홈(31)과 볼 순환 홈(33)이 볼이 롤링하여 무한 순환하는 폐쇄 회로로 되고, 나사 홈(32)과 볼 순환 홈(34)이 볼이 롤링하여 무한 순환하는 다른 폐쇄 회로로 된다. 도 4에 있어서, 나사 홈(31, 32)은 실선과 파선으로 각각, 나사 축(3) 외주면의 지면 앞측 반과 반대측 반이 도시되어 있고, 이들을 롤링하는 볼(4)도 실선과 파선으로 도시되어 있다. 도 5는 도 4의 볼 순환 홈(33, 34)의 설명 상 편의를 위해 확대하여 도시되고 있다. 도 6은 도 5의 볼 순환 홈(33, 34) 중, 한 쪽 볼 순환 홈(33)을 측면으로부터 본 상태로 볼 순환 홈(33)에 대하여 상류측에서부터 하류측으로의 볼(4)의 롤링을 설명하는 도면이다.

볼(4)의 순환 과정을 간단히 설명하면, 너트 부재(2)가 축심 둘레를 회전하면 나사 홈(21)과 나사 홈(31, 32) 사이에서 각 열의 볼(4)은 각각 독립 순환한다. 볼 순환 홈(33, 34)은 하류측에서부터 롤링하여 온 볼(4)을 순차적으로 직경 방향 내측으로 들어간 상태로 롤링시키면서 상류측으로 복귀시킨다. 이 때문에, 볼 순환 홈(33, 34)은 직경 방향 내측으로 들어가도록 만곡되고, 또한, 하류측에서부터 상류측에 걸쳐 사행(蛇行)하는 형상으로 되어 있다. 여기서, 나사 홈(21)과 나사 홈(31, 32)은 너트 부재(2)를 나사 축(3)에 대하여 이동시키도록 하중을 부담할 수 있는 하중 부담 영역을 구성하는 것에 대하여, 볼 순환 홈(33, 34)은 하중을 부담하지 않는 영역을 구성한다.

볼 순환 홈(33, 34)의 구체적인 형상을 볼(4)의 중심 궤적(C)에 기초하여 설명한다. 이 설명에서는, 볼 순환 홈(33, 34)은 동일 형상을 하고 있기 때문에, 볼 순환 홈(33)의 형상만을 설명한다. 이 볼 순환 홈(33)에 대응하는 것은 나사 홈(31)이 된다.

우선, 볼 순환 홈(33, 34)에 대하여 볼(4)을 상류측에서부터 원활히 롤링 유입시키고, 또한, 하류측으로 원활히 롤링 유출시키기 위해서는, 볼 순환 홈(33)의 점유 각도(θ1)를 가급적 크게 하는 것이 바람직하다. 점유 각도(θ1)란, 나사 홈(31)을 롤링하는 볼(4)의 중심 궤적(C)인 큰 원호(R1)와 볼 순환 홈(33)의 단부 부분을 롤링하는 볼(4)의 중심 궤적(C)인 작은 원호(R2)의 교점(K)[상류측과 하류측 각각 하나의 교점(K)]에 대하여, 큰 원호(R1)의 곡율 중심(P1)으로부터 2개의 교점(K) 사이에 끼인 각도이다.

볼 순환 홈(33)은 볼(4)을 직경 방향 내측으로 들어가게 함으로써, 볼(4)을 하류측에서부터 상류측으로 복귀시키는 것이다. 이 때문에, 볼(4)은 볼 순환 홈(33) 내에서 트러스트 하중이나 레이디얼 하중을 받을 수 없다. 하중 부담 영역을 크게 하기 위해서는, 상기 점유 각도(θ1)[볼 순환 홈(33)의 측면 투영의 원주 방향 길이에 대응]를 작게 하여 볼 순환 홈(33)을 짧게 하는 것이 바람직하다.

이상에 의해, 볼(4)의 순환 성능의 향상에는 점유 각도(θ1)를 크게 하고, 하중 부담 능력의 향상에는 점유 각도(θ1)를 작게 하는 것이 바람직하다고 하는 상반되는 요구가 있다. 이러한 요구를 고려하여 볼 순환 홈(33)의 형상은 결정된다.

볼 순환 홈(33)의 경사각(α)은, 너트 부재(2)의 이동 방향인 축 방향(D)과 볼 순환 홈(33)을 롤링하는 볼(4)의 중심 궤적(C)과의 교차 각도이며, 경사각(α)은 40도 이상 60도 이하로 설정하고 있다. 경사각(α)을 예컨대 60도를 넘어 크게 할수록, 볼 순환 홈(33)에 대한 볼(4)의 롤링 거리가 길어지고, 이에 대응하여 상기 점유 각도(θ1)가 커진다. 따라서, 경사각(α)이 커지면 볼 순환 홈(33)을 롤링하는 볼(4)에 작용하는 롤링 저항이 작아져 볼(4)의 동작 원활성이 향상하지만, 상기한 바와 같이, 하중 부담 영역이 감소하여 볼 나사 장치(1)의 부하 용량(트러스트 하중이나 레이디얼 하중을 부담하는 용량)이 작아진다. 경사각(α)을 예컨대 45도 미만으로 작게 할수록, 볼 순환 홈(33)에 대한 볼(4)의 롤링 거리가 짧아지고, 이에 대응하여 점유 각도(θ1)가 작아져 부하 용량은 증가하지만, 볼(4)에 작용하는 롤링 저항이 커져 볼(4)의 동작 원활성이 저하한다.

이상의 내용에서, 경사각(α)을 크게 잡으면, 볼(4)의 동작 원활성은 향상하지만 점유 각도(θ1)가 커져 부하 용량이 낮아지는 것을 고려하여, 경사각(α)을 가급적 작게 하도록 상기 범위 내(40도 이상, 60도 이하)에 규정함으로써, 점유 각도(θ1)를 가급적 작게 하여 부하 용량을 높이도록 한다.

볼(4)의 원활한 롤링에는, 나사 홈(31)과 볼 순환 홈(33)이 느슨하게 연결되어야 한다. 도 5에 도시한 바와 같이, 나사 홈(31)과 볼 순환 홈(33)의 연결 부분의 형상을 롤링하는 볼(4)의 중심 궤적(C)이 볼(4)의 직경(r)에 대하여 1.8배 이상의 곡율 반경(R)을 갖는 곡선 형상으로 한다. 이와 같이 곡선 형상으로 함으로써, 볼(4)이 볼 순환 홈(33)에 롤링 유입할 때나, 볼 순환 홈(33)으로부터 롤링 유출할 때의 과정에서 볼(4)에 작용하는 롤링 저항이 작아져 볼(4)의 롤링이 순조롭게 될 뿐만 아니라, 내마모성도 향상한다.

도 6에 도시한 바와 같이 볼 순환 홈(33)은 볼(4)의 롤링 방향의 중간 영역을 직경 방향으로 들어가도록 만곡한 형상(오목 형상)으로 형성되어 있고, 또한 볼(4)의 롤링 방향의 양단측 영역에서 직경 방향 외측으로 나오도록 만곡한 형상(볼록 형상)으로 형성되어 있다. 볼 순환 홈(33)의 볼 롤링 방향 양단 영역을 롤링하는 볼(4)의 중심 궤적(C)과, 나사 홈(31)을 롤링하는 볼(4)의 중심 궤적(C)은 소정의 각도(β)를 두고 교차한다.

이 각도(β)는 상기 교점(K)에서, 큰 원호(R1)측에서의 제1 접선(Y)과, 작은 원호(R2)측에서의 제2 접선(Z)의 교차 각도이다. 각도(β)는 0도보다 크고 30도 이하, 바람직하게는 20도 이하로 설정되어 있다. 큰 원호(R1)의 곡율 중심(P1)으로부터 교점(K)을 통과하는 직선(G)상에 작은 원호(R2)의 곡율 중심(P2)을 배치하면, 교차 각도(β)는 0도가 된다.

교차 각도(β)를 소정 각도 범위로 설정하면, 볼 순환 홈(33)에 대하여 볼(4)이 롤링 유입, 롤링 유출하는 과정에서의 볼(4)의 직경 방향으로의 변위량을 작게 할 수 있고, 볼(4)의 출입이 원활하게 된다. 교차 각도(β)를 30도보다도 크게 설정한 경우, 나사 홈(31)과 볼(4)의 직경 방향으로의 변위량이 지나치게 커지기 때문에, 바람직하지 못하다.

볼 순환 홈(33)은 볼(4)이 하중을 부담할 수 없는 영역이며, 이 영역을 가급적 작게 함으로써, 부하 용량을 가급적 높이도록 한 뒤에, 볼 순환 홈(33)을 롤링하는 볼(4)에 작용하는 롤러 저항을 가급적 작게 함으로써, 볼(4)의 롤링 상태를 순조롭게 하고 있다. 상기한 것은, 다른 쪽의 볼 순환 홈(34)에 관해서도 마찬가지이다.

볼 순환 홈(33, 34)은 상기한 바와 같이, 하중을 부담할 수 없는 영역이기 때문에, 볼 순환 홈(33, 34)이 서로 원주 방향(나사 홈 방향)으로 중복되지 않도록 서로 어긋나게 배치하면, 하중을 부담할 수 없는 영역이 없어진다. 원주 방향으로 중복되지 않는다라는 말은, 바꿔 말하면, 볼 순환 홈(33, 34)끼리는 축 방향으로 투영한 영역에서 중복 부분이 없도록 배치되어 있다는 것이다.

여기서, 볼 순환 홈(33, 34)간의 관계를 상세히 설명하면, 한쪽 볼 순환 홈(33)에서, 지면 위쪽의 교점(K)을 볼 순환 홈(33)의 시점(K1)으로 하고, 지면 아래쪽의 교점(K)을 볼 순환 홈(33)의 종점(K2)으로 한다. 다른 쪽 볼 순환 홈(34)에서, 지면 위쪽의 교점(K)을 볼 순환 홈(34)의 시점(K3)으로 하고, 지면 아래쪽의 교점(K)을 볼 순환 홈(34)의 종점(K4)으로 한다. 이 경우, 한 쪽 볼 순환 홈(33)에 있어서의 종점(K2)과 다른 쪽 볼 순환 홈(34)의 시점(K3)은 원주 방향으로 제로를 넘는 거리를 갖은 소정 간격(B)만큼만 이격되어 있다. 바꿔 말하면, 한 쪽 볼 순환 홈(33)과 다른 쪽 볼 순환 홈(34)은, 원주 방향에서 멀어지는 방향으로 위치가 어긋나 있다. 볼 순환 홈(33)의 시점(K1)에서부터 종점(K2)까지의 궤도 길이와, 볼 순환 홈(34)의 시점(K3)에서부터 종점(K4)까지의 궤도 길이는 똑같이 형성되어 있다.

도 7에서 도시한 바와 같이, 이 경우, 볼 순환 홈(33, 34)을 축 방향으로 투영하면, 볼 순환 홈(33, 34)의 점유 각도(θ1) 사이에, 소정 간격(B)에 상당하는 각(θ2)을 갖는 영역이 존재한다. 이 영역은 나사 홈(31, 32)끼리 중복되는 하중 부담 가능 영역이 된다. 또한, 한 쪽 볼 순환 홈(33)과 다른 쪽 나사 홈(32)은 축 방향으로 투영한 점유 각도(θ1) 영역에서 중복되고, 다른 쪽의 볼 순환 홈(34)과 한 쪽 나사 홈(31)은 축 방향으로 투영한 점유 각도(θ1)의 영역에서 중복된다. 그리고, 점유 각도(θ1)의 영역은 어느 하나의 나사 홈(31, 32)의 일부에 상당하는 영역이기 때문에, 하중 부담 가능 영역이다. 이 때문에, 볼 나사 장치(1)의 원주 방향에서 하중을 부담하지 않는 영역이 볼 나사 장치(1)의 원주 방향에서 없어진다.

이상의 구성을 구비한 볼 나사 장치(1)의 동작을 설명한다. 우선, 도시하지 않는 모터를 구동함으로써 톱니바퀴(9)를 회전시키면 브래킷(8) 및 너트 부재(2)가 함께 축 심 둘레로 회전한다.

이 때, 너트 부재(2)는 회전하면서, 나사 축(3)에 의해서 가이드되어 축 방향 한 쪽을 향해서 직선으로 이동하게 된다. 이에 따라, 예컨대 도 1에 도시하는 상태에서 도 2에 도시하는 상태가 된다. 상기 모터를 역회전 방향으로 구동하면, 너트 부재(2)는 전술한 것과는 반대 방향으로 회전하면서 축 방향의 다른 쪽을 향해서 이동하게 된다. 이에 따라, 예컨대 도 2에 도시하는 상태에서 도 1에 도시하는 상태가 된다. 이와 같이, 너트 부재(2)를 축 방향으로 왕복 이동시킴으로써, 너트 부재(2)와 나사 축(3)이 축 방향에 있어서의 중첩되는 범위가 대소로 변화된다.

너트 부재(2)와 나사 축(3)이 축 방향에 있어서의 중첩되는 범위가 대소로 변화될 때, 각 열의 볼(4)에서의 나사 홈(31, 32)의 하류측 볼(4)은 각 볼 순환 홈(33, 34)을 향해서 이동한다. 그리고, 볼(4)은 나사 축(3)의 직경 방향 내측으로 들어가도록, 볼 순환 홈(33, 34)에 순차 공급되어 각 나사 홈(31, 32)의 상류측으로 복귀되도록 하여, 각각 독립하여 무한 순환한다.

본 발명에서는 나사 축(3)에 있어서 축 방향으로 인접하는 나사 홈(31, 32)의 개개를 독립된 폐쇄 회로로서 이 폐쇄 회로 내에서 볼 군(群)(4)을 롤링 순환시키도록 구성되어 있고, 순환 부재를 이용하지 않고 나사 축(3)에 볼 순환 홈(33, 34)을 설치한 구성을 구비하였기 때문에, 종래예에 비교해서 부품 개수를 줄일 수 있다.

본 발명에서는, 너트 부재(2)에 순환 부재 부착용 관통 구멍을 형성하는 시간이나 순환 부재의 부착 시간을 생략할 수 있는 등 제조 비용을 저감할 수 있다.

본 발명에서는, 종래예와 같이 순환 부재의 볼 순환 홈과 나사 홈의 위치 정렬이 불필요하기 때문에, 그 위치 어긋남 등에 의한 품질 저하를 방지할 수 있게 된다.

그리고, 볼 순환 홈(33, 34)의 점유 각도(θ1) 사이의 소정 간격(B)에 상당하는 각(θ2) 만큼의 영역, 한쪽 볼 순환 홈(33)과 다른 쪽 나사 홈(32)의 축 방향으로 투영한 점유 각도(θ1)의 영역, 다른 쪽 볼 순환 홈(34)과 한 쪽 나사 홈(31)의 축 방향으로 투영한 점유 각도(θ1)의 영역은 하중 부담 가능 영역이다. 따라서, 본 발명에서는, 볼 순환 홈(33)을 갖고 있어도, 너트 부재(2) 및 나사 축(3)의 원주 방향에서 하중을 부담할 수 없는 영역을 갖고 있지 않기 때문에, 볼 나사 장치(1)의 부하 부담 능력의 저하를 억제할 수 있다. 본 발명에서는, 너트 부재(2) 및 나사 축(3)의 축 방향 치수를 더 짧게 한 뒤에 외경 치수를 크게 설정함으로써, 원주상에서 볼 순환 홈(33, 34)이 존재하는 영역의 각도(θ1) 범위를 작게 할 수 있고, 볼 순환 홈(33, 34) 내에 위치하는 볼(4)의 수가 적어지기 때문에, 보다 확실하게 하중 부담 능력의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 나사 축(3)에 있어서 볼 순환 홈(33, 34)에 의해 개별적으로 폐쇄 회로를 이루는 각각의 나사 홈(31, 32) 내에서, 볼(4)이 리테이너(5)에 안내되면서 롤링 순환한다. 이 때문에, 너트 부재(2)의 나선 운동이 원활히 안내되는 동시에, 너트 부재(2)가 소정의 이동 스트로크 범위를 왕복 이동하는 과정에서, 볼(4)이 빠지는 현상을 확실하게 방지할 수 있게 된다.

본 발명에서는, 나사 홈을 볼 나사 장치(1)의 축 방향 길이에 따라서 2개 이상 설치할 수도 있다. 이 경우, 각각의 나사 홈에 형성하는 볼 순환 홈을 축 방향에서의 중복 부분이 없도록 원주 방향으로 어긋나도록 한다. 이와 같이 함으로써, 볼 나사 장치(1)를 원주방향 전역에 걸쳐 하중 지지 가능 영역으로 할 수 있고, 하중 부담 능력의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 도 8에 도시한 바와 같이, 한 쪽 볼 순환 홈(33)과 다른 쪽 볼 순환 홈(34)의 축 방향 투영 영역이 일부 중복되도록, 볼 순환 홈(33)의 시점(K1), 종점(K2), 볼 순환 홈(34)의 시점(K3), 종점(K4)을 정하여도 좋다. 이 경우, 볼 순환 홈(33, 34)끼리 중복되는 범위는 하중을 부담하지 않는 영역이 되지만, 그 영역에서 떨어진 영역에서는 나사 홈(31, 32)의 어느 일부에 상당하는 영역이 되기 때문에, 하중을 부담할 수 있는 영역을 갖게 된다. 이 때문에 하중을 부담하지 않는 영역을, 볼 순환 홈(33, 34)끼리를 홈 방향에서 완전히 중복시킨 경우에 비해 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 한 쪽 볼 순환 홈(33)과 다른 쪽 볼 순환 홈(34)은 원주 방향에서 접근하는 방향으로 어긋나게 배치하는 것도 고려된다. 이와 같이 하여 볼 순환 홈(33, 34)끼리를 근접시키는 경우에는 볼 순환 홈(33, 34)끼리 간섭하지 않는 범위에서 행하는 것은 당연하다. 볼 순환 홈(33, 34)끼리를 근접하도록 하여 원주 방향으로 어긋난 경우라도, 볼 순환 홈(33, 34)끼리를 축 방향 투영 영역에서 모두 중복되도록 배치한 경우에 비해 하중을 부담하지 않는 영역이 줄고, 볼 나사 장치(1) 전체적으로 하중 지지 강성을 올릴 수 있다.

본 발명의 볼 나사 장치, 고속이나 고하중 등에서 동작하는 이송 기구 등, 각종 산업 기계 장치에 적용할 수 있다.

Claims

외주면에 나선형의 나사 홈을 구비하고 축 방향으로 연장되는 나사 축과,

내주면에 상기 나사 홈과 대응하는 1 회전 미만의 복수의 나사 홈과 상기 각 나사 홈의 상류측과 하류측을 연결하는 복수의 볼 순환 홈을 구비하고 축 방향으로 연장되는 너트 부재와,

상기 각 나사 홈 사이에 개재되는 다수의 볼을 포함하며,

상기 볼 순환 홈은 각각 서로 원주 방향으로 어긋나게 배치되어 있는 것인 볼 나사 장치.
제1항에 있어서, 상기 볼 순환 홈은 볼의 롤링 방향의 중간 영역이 직경 방향 내측으로 들어가도록 만곡되어 있는 것인 볼 나사 장치.
제2항에 있어서, 상기 볼 순환 홈은 상기 너트 부재의 이동 방향과 상기 볼 순환 홈을 롤링하는 볼의 중심 궤적이 교차하는 각도(α)가 40도 이상 60도 이하로 설정되어 있는 것인 볼 나사 장치.
제2항에 있어서, 상기 볼 순환 홈과 상기 나사 홈의 연결 부분을 롤링하는 볼의 중심 궤적이 볼 직경의 1.8배 이상의 곡율 반경을 갖는 곡선 형상이 되는 것인 볼 나사 장치.
제2항에 있어서, 상기 볼 순환 홈은 볼의 롤링 방향의 양단 영역이 직경 방향 외측으로 나오도록 만곡되고, 상기 양단 영역을 롤링하는 볼의 중심 궤적과, 나사 홈을 롤링하는 볼의 중심 궤적이 교차하는 각도(β)가 0도 초과 30도 이하로 설정되어 있는 것인 볼 나사 장치.
제1항에 있어서, 상기 각 볼 순환 홈은 서로 축 방향 투영에 중복 부분이 없도록 배치되어 있는 것인 볼 나사 장치.
제6항에 있어서, 상기 볼 순환 홈은 2개이며, 한 쪽 볼 순환 홈의 종점과 다른 쪽 볼 순환 홈의 시점은 원주 방향으로 소정 거리 이격되어 있는 것인 볼 나사 장치.
제7항에 있어서, 양 볼 순환 홈의 시점에서부터 종점까지의 궤도 길이는 서로 동일하게 설정되어 있는 것인 볼 나사 장치.