KR20070021633A

KR20070021633A - 볼 스크루

Info

Publication number: KR20070021633A
Application number: KR1020050076113A
Authority: KR
Inventors: 위르겐 오스터랭어; 디터 아들러; 만프레트 크라우스; 랄프 마이어
Original assignee: 쉐플러 카게
Priority date: 2004-08-20
Filing date: 2005-08-19
Publication date: 2007-02-23

Abstract

본 발명은 볼 스크루에 관한 것으로, 상기 볼 스크루는 볼 롤링 스핀들(2) 상에 회전 가능하게 배치된 스핀들 너트(1), 및 상기 스핀들 너트(1)와 회전 불가능하게 결합되어 상기 스핀들 너트(1)를 구동시키기 위한 구동 휠을 포함하고, 상기 스핀들 너트(1)와 상기 볼 롤링 스핀들(2) 사이에서는 볼(3)이 볼 그루우브(4, 5) 상에서 롤링되며, 상기 스핀들 너트(1)는 베어링, 특히 롤링 베어링(7)에 의해서 하우징(8)에 지지될 수 있으며, 상기 베어링은 하우징(8)에 고정될 수 있는 외부 링(9, 23)을 포함하고, 상기 외부 링(9, 23)은 내부 둘레에 형성된 베어링 작동면(10, 11)을 갖는, 상기 스핀들 너트(1)를 둘러싸는 링(15, 29) 및 상기 링(15, 29)에 연결되는 방사형 플랜지(16, 28)를 포함하며, 상기 방사형 플랜지(16, 28)는 하우징(8)에 고정될 수 있다.

Description

볼 스크루 {BALL SCREW}

도 1은 본 발명에 따른 볼 스크루의 종단면.

도 2는 도 1에 따른 볼 스크루의 축 방향 평면도.

도 3은 본 발명의 도 1에 따른 볼 스크루를 구비한 승용차의 톱니 래크를 조종하기 위한 조타 지지부의 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 추가 볼 스크루의 부분 종단면.

도 5는 본 발명에 따른 볼 스크루의 추가의 부분 종단면.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 스핀들 너트 2: 볼 롤링 스핀들

3, 14a: 볼 4: 볼 채널

5, 6: 볼 그루우브 7: 롤링 베어링

8: 하우징 9: 외부 링

10, 11: 베어링 작동면 12, 13: 볼 그루우브

14: 디프(deep) 그루우브 볼 베어링 15: 링

16: 방사형 플랜지 17: 나사선 보어

18: 오목하게 형성된 리세스 19: 방사형 외부 에지

20: 구동 휠 21: 톱니 벨트 디스크

22: 톱니 래크(toothed rack) 23: 외부 링

24: 변형된 구동 휠 25: 구동 림(rim)

26: 구동 허브(hub) 27: 플랜지

28: 방사형 플랜지 29: 링

30: 에지 31, 32: 고정면

33: 본체 잡음 감쇠 부재 34: 고무 삽입물

35: 홀 36: 고무 링

37: 스냅(snap) 링 그루우브

본 발명은 볼 스크루에 관한 것이다. 볼 스크루는 회전 운동을 병진 운동으로 변환하거나 또는 그 반대로 병진 운동을 회전 운동으로 변환하는 회전-병진 기어 장치이다. 상기와 같은 유형의 볼 스크루는 승용차 분야에서도 그 적용예가 증가하고 있다. 예를 들면 톱니 래크(toothed rack)를 조종(steering)하기 위한 조타 지지부의 구성 부품으로서 이용된다. 본 경우에는 전동식 구동 장치가 제공되며, 이 경우 모터에 의해 구동되는 볼 스크루는 톱니 래크의 병진 운동을 지지한다.

독일 공개 특허 출원서 제 102 58 826 A1호에는 예를 들어 롤링 바디 스크루를 구비한 구동 장치가 공지되어 있으며, 회전축에 대해 가로로 2개의 하우징부로 나누어진 상기 스크루의 하우징 내에는 중공 회전자가 배치되어 있고, 롤링 베어링에 의해서 회전 가능하게 지지된다. 상기 회전자를 롤링 바디 스크루의 볼 롤링 스핀들이 관통한다. 롤링 베어링은 하우징에 제공된다. 상기 롤링 베어링의 외부 링은 그 내부 둘레에 2개의 볼 그루우브를 구비한다. 스핀들 너트에도 마찬가지로 볼 그루우브가 형성되어 있다. 스핀들 너트 및 외부 링의 볼 그루우브에 볼이 지지된다. 상기와 같은 유형의 구동 장치에서는, 스핀들 너트의 롤링 베어링이 높은 축 방향 파워를 전달한다. 따라서, 상기 롤링 베어링의 외부링은 축 방향 이동에 대해서 보호되어야 한다. 본 경우에 이와 같은 문제는 구조적인 조치에 의해서 해결되며, 상기와 같은 구조적 조치에서 축 방향 디스크의 한 단면은 외부 링의 정면에 뿐만 아니라 하우징의 단면 하우징 벽에도 인접하고, 상기 디스크의 다른 단면은 마찬가지로 하우징에 지지된 지지 슬리브에 인접한다. 따라서, 상기 볼 스크루를 하우징 내부에 조립하는 과정은 매우 복잡하다.

본 발명의 목적은, 간단하게 조립될 수 있고 청구항 1의 전제부의 특징을 갖는 볼 스크루를 제공하는 것이다.

상기 목적은 본 발명에 따라, 외부 링이 내부 둘레에 형성된 베어링 작동면을 구비하면서 스핀들 너트를 둘러싸는 링 그리고 상기 링에 연결되는 방사형 플랜지를 포함함으로써 달성되며, 이 경우 상기 방사형 플랜지는 하우징에 고정될 수 있다. 본 발명에 따른 볼 스크루에서는, 축 방향 고정을 위해 필요한 부품의 개수 가 현저하게 감소된다. 본 발명에 따르면, 외부 링의 원하는 축 방향 보호를 위해서는 단 하나의 부품만으로도 충분할 수 있다.

바람직하게 상기 외부 링은 종단면도로 볼 때 L자 형태로 형성되며, 이 경우 방사형 플랜지는 상기 링의 축 방향 단부에 연결된다. 상기 방사형 플랜지 및 링은 서로 용접될 수 있다. 그러나 바람직한 것은, 방사형 플랜지가 일체형으로 상기 링에 형성되는 경우이다. 이것은 경제적인 변형 방법에 의해서, 특히 시이트부로부터 디프 드로잉 공정에 의해서 변환될 수 있다. 방사형 플랜지는 바람직하게 축 방향으로, 베어링 작동면에 대해서 변위 배치되어 있다. 이와 같은 배치 상태에 의해서는 바람직하게, 방사형 플랜지가 축 방향으로 구동 휠에 이웃하여 배치되어 있지만, 외부 링의 상기 링의 베어링 작동면이 구동 휠 내부에 배치될 수 있다는 장점이 얻어진다. 예를 들어 볼 스크루가 견인 장치에 의해서 구동되면, 예를 들어 톱니 벨트는 구동 휠을 형성하는 톱니 디스크를 감싼다. 이와 같은 방식으로 구동 휠 내부로 도입되는 상기 견인 장치의 방사 방향 파워 성분들은, 구동 휠 및 외부 링의 상기 링이 상호 삽입된(interlaced) 상태로 배치되어 있기 때문에 큰 레버 없이도 도입될 수 있다. 경사 모멘트(tilting moment)는 확연하게 감소된다. 바람직하게, 베어링 작동면은 견인 장치로부터 유래하는 방사형 파워 성분을 갖는 공통의 평면에 배치되어 있다. 이 경우에는 궁극적으로 경사 모멘트가 전혀 발생하지 않는다.

본 발명에 따른 추가의 양상에서는, 방사형 플랜지가 구동 휠의 외경보다 더 큰 외경을 갖는다. 예를 들어 하우징이 스핀들 축에 대해 가로로 분할되고, 소정 의 직경을 갖는 개구가 구동 휠을 수용할 목적으로 제공되면, 방사형 플랜지는 상기 플랜지의 단면의 에지가 하우징 플랜지에 인접하도록 설계될 수 있다. 이때에는 예를 들어 다른 하우징 절반이 배치될 수 있으며, 이 경우 상기 방사형 플랜지의 에지는 상기 2개의 하우징 절반 사이에 고정된다. 한편으로 상기 방식에 의해서는, 외부 링이 완벽하게(fault free) 축 방향으로 고정됨으로써 스핀들 너트로 또한 축 방향으로 고정된다. 이와 같은 경우는 특별히, 볼이 외부 링 및 스핀들 너트의 볼 그루우브에서 롤링되는 디프(deep) 그루우브 볼 베어링으로서 상기 롤링 베어링이 형성된 경우에 해당한다. 그러나 상기와 같은 배치 상태에 의해서는 또한 방사 방향 내부로, 하우징 개구 내부로 돌출하는 방사형 플랜지의 영역이 전혀 지지되지 않는다. 이와 같은 구조적 배치 상태는, 방사형 플랜지가 탄성적으로 변형 가능하게 구현되는 한 추가적으로 이용될 수 있다. 그 이유는, 스핀들 축을 중심으로 한 외부 링의 경사 동작이 가능할 수 있기 때문이다. 경사 동작은 예를 들어 볼 롤링 스핀들이 롤링 베어링에 대해서 조여지는 것을 방해할 수 있다. 이와 같은 유형의 조임은 롤링 베어링의 고장을 야기할 수 있다. 그러나 상기와 같은 경사 동작은 열팽창도 보상할 수 있다. 예를 들어 본 발명에 따른 볼 스크루가 승용차의 톱니 래크를 조종하기 위한 조종 지지부로서 사용되면, 이와 같은 유형의 조종 지지부는 큰 온도 변동에 노출될 수 있고, 상기 온도 변동은 100 도의 온도차에 달할 수도 있다. 상기 온도차에서 나타나는 열팽창은 본 발명에 따라, 추가의 부품을 요구하지 않으면서, 적합하게 변형 가능하게 구현된 방사형 플랜지에 의해서 완벽하게 보상될 수 있다.

본체 잡음의 전달은, 예를 들어 승용차 운전자에게 방해가 되는 것으로 느껴지는 소음을 형성할 수 있다. 잡음원은 예를 들어 볼 스크루일 수 있다. 본 발명에 따른 개선예에서는, 방사형 플랜지와 하우징 사이에 금속 접촉을 구현하지 않은 상태에서, 본체 잡음 감쇠 부재의 중간 접속에 의해서 방사형 플랜지를 하우징에 고정시키는 것이 제안된다. 예를 들어 방사형 플랜지에는 홀이 제공될 수 있고, 상기 홀 내부에 본체 잡음 감쇠 부재가 분실되지 않도록 배치된다. 상기 본체 잡음 감쇠 부재는 방사형 플랜지 위로, 단면에서 양 측면으로 돌출할 수 있다. 이 때 기술된 바와 같이 방사형 플랜지가 2개의 부품 사이에 고정되면, 상기 방사형 플랜지의 정면이 아니라 오히려 본체 잡음 감쇠 부재의 돌출 영역이 상기 2개의 부품, 예컨대 2개의 하우징 절반에 인접하게 된다. 이와 같은 방식으로 한편으로는 방사형 플랜지가 완벽하게 고정되는 동시에 하우징과 방사형 플랜지의 직접적인 금속 접촉이 방지된다.

본 발명은 총 5개의 도면에 도시된 3개의 실시예를 참조하여 자세히 설명된다.

본 발명의 도 1 및 도 2에 따른 볼 스크루에서는, 스핀들 너트(1)가 볼 롤링 스핀들(2) 상에 볼(3)을 통해 회전 가능하게 지지되어 있다. 볼(3)은 공지된 방식으로 무한 볼 채널(4) 내에서 순환 롤링된다. 볼(3)은 스핀들 너트(1) 및 볼 롤링 스핀들(2)의 볼 그루우브(5, 6)에서 롤링된다.

스핀들 너트(1)는 롤링 베어링(7)을 통해 하우징(8)에 축 방향 및 방사 방향으로 지지되며, 이 경우 하우징(8)은 도 1에 다만 암시적으로만 도시되어 있다. 상기 하우징(8)은, 더 아래의 추가적인 실시예들에서 기술되는 바와 같이, 전체 볼 스크루를 둘러싼다.

롤링 베어링(7)은 스핀들 너트(1)를 둘러싸는 외부 링(9)을 포함한다. 외부 링(9) 및 스핀들 너트(1)는 상호 마주하는 둘레면에 베어링 작동면(10, 11)을 구비하고, 상기 베어링 작동면들은 본 경우에 스핀들 너트(1) 및 외부 링(9)에 일체형으로 형성된 볼 그루우브(12, 13)로서 형성되어 있다. 그 결과, 롤링 베어링(7)은 디프 그루우브 볼 베어링(14)을 형성한다.

외부 링(9)은 종단면으로 볼 때 대략 L자 형태로 형성된다. 외부 링(9)은 스핀들 너트(1)를 둘러싸는 링(15)을 포함하고, 상기 링은 스핀들 축에 대해 동축으로 배치된다. 또한 외부 링(9)은 방사형 플랜지(16)를 포함하고, 상기 방사형 플랜지는 실제로 스핀들 축에 대해 가로로, 방사 방향 외부로 연장된다. 상기 링 및 방사형 플랜지는 서로 일체형으로 결합되어 있다. 상기 외부 링(9)은 시이트로부터 디프 드로잉(deep drawing) 방법으로 형성된다. 방사형 플랜지(16)는 둘레에 걸쳐 분배 배치된 다수의 나사선 보어(17)를 포함하고, 하우징(8) 내에서의 외부 링(9)의 회전 위치를 완벽하게 설정하기 위해서 이용되는 오목하게 형성된 리세스를 포함한다. 상기 나사선 보어(17)는 방사형 플랜지(16)의 방사형 외부 에지(19)에 배치된다. 방사형 플랜지(16)를 하우징(8)과 나사 결합하기 위하여, 하우징(18)은 도면에 도시되지 않은 나사를 관통시키기 위한, 마찬가지로 도시되지 않은 관통 개구를 구비한다. 이와 같은 방식에 의해, 디프 그루우브 볼 베어링(14) 및 스핀들 너트(1)는 하우징(8)에서 축 방향으로 및 방사 방향으로 지지된다.

스핀들 너트(1)에는 구동 휠(20)이 회전 불가능하게 배치되어 있다. 상기 구동 휠(20)은 본 경우에 톱니 벨트 디스크(21)로 형성된다. 상기 톱니 벨트 디스크(21)는 도면에 도시되지 않은, 스핀들 너트(1)를 구동시키기 위해서 제공된 톱니 벨트에 의해 감싸져 있다.

도 3은 승용차의 톱니 래크를 조종하기 위한 조타 지지부를 보여준다. 톱니 래크(22)의 축 방향 연장부는 볼 롤링 스핀들(2)로서 형성되어 있다. 상기 볼 롤링 스핀들(2) 상에 전술한 볼 스크루가 배치된다.

도 4에 도시된 본 발명에 따른 볼 스크루는, 변형된 외부 링(23) 및 그루우브 볼 베어링(14)의 상이한 배열 상태에서, 도 1 내지 도 3에 도시된 볼 스크루와 상이하며, 이 경우에는 변형된 구동 휠(24)이 사용된다.

구동 휠(24)은 도면에 도시되지 않은 톱니 벨트에 의해 둘러싸인 구동 림(25)을 포함한다. 상기 구동 림(25)은 플랜지(27)를 통해서, 스핀들 너트(1) 상에 회전 불가능하게 배치된 구동 허브(26)와 연결된다. 상기 구동 허브(26) 및 구동 림(25)은 한 가지 축 방향으로 동일한 높이에서 종료된다. 다른 축 방향으로는, 상기 구동 림(25)이 구동 허브(26) 위로 명백하게 돌출한다. 상기 돌출 영역 내부에 그루우브 볼 베어링(14)이 배치되어 있다.

외부 링(23)은 시이트로부터 디프 드로잉 방법으로 제조되고, 마찬가지로 종단면으로 볼 때 L자 형태로 형성된다. 방사형 플랜지(28)는 하우징(8)에 고정되어 있다. 방사형 플랜지(28)에 일체형으로 형성된 링(29)은 스핀들 너트(1)를 둘러싸고, 내부 둘레에 볼 그루우브(12)를 구비한다. 상기 방사형 플랜지(28)의 방사 방 향 외부에 배치된 에지(30)는 하우징(8)의 2개의 하우징 절반 사이에 고정된다. 이와 같은 방식에 의해, 그루우브 볼 베어링(14) 및 그와 더불어 스핀들 너트(1)는 축 방향으로 및 방사 방향으로 고정될 수 있다. 도 4로부터는, 하우징 절반들이 고정면(31, 32)을 포함하고, 상기 고정면 사이에 에지(30)가 고정되어 있다는 것을 알 수 있다. 방사형 플랜지(28)가 바람직하게는 충분히 탄성적으로 변형될 수 있음으로써, 예를 들어 열팽창은 방사형 플랜지(28)의 상응하게 탄성적인 곡률에 의해서 보상될 수 있다.

도 4로부터 또한 알 수 있는 내용은, 방사형 플랜지(28)의 외경이 구동 휠(24)의 외경보다 더 크다는 것이다. 이와 같은 방식에 의해서는 바람직하게, 방사형 플랜지(28)의 에지(30)가 하우징(8)의 하우징 절반들의 고정면(32)에 인접할 때까지, 하나의 하우징 절반 내부로 삽입될 수 있다. 이 때 하우징(8)의 제 2 하우징 절반이 결합될 수 있으며, 이 경우 고정면(31)은 방사형 플랜지(28)의 에지(30)를 향해서 압착된다.

도 5에 도시된 본 발명에 따른 볼 스크루는, 구조적인 조치에 의해 외부 링(23)과 하우징(8) 사이의 직접적인 금속 접촉이 방지된다는 점에서만 도 4의 볼 스크루와 상이하다. 이와 같은 내용은 본 경우에, 둘레에 분배 배치된 다수의 장소에서 본체 잡음 감쇠 부재(33)가 방사형 플랜지(28)에 고정되고, 상기 감쇠 부재가 하우징(8)의 하우징 절반들의 고정면(31, 32)에 인접함으로써 달성된다. 본 경우에 상기 본체 잡음 감쇠 부재(33)는 고무 삽입물(34)로서 형성되고, 상기 고무 삽입물은 방사형 플랜지(28)의 홀(35) 내부에 삽입되어 있다. 방사형 플랜지(28)가 고정되지 않으면, 상기 고무 삽입물(34)이 방사형 플랜지(28)의 양 단면 쪽으로 돌출하게 된다. 상기 고무 삽입물(34)이 축 방향으로는 직접적인 금속 접촉을 저지하는 한편, 방사 방향으로는 상기 방사형 플랜지(28)가 하우징(8)과 직접 금속 접촉되지 않도록 하기 위해서 고무 링(36)이 이용된다. 상기 고무 링(36)은 하우징(8)의 스냅 링 그루우브(37) 내부에 삽입되어 있다. 방사형 플랜지(28)의 둘레면이 상기 고무 링(36)에 인접한다.

도 4 및 도 5에 도시된 본 발명에 따른 2개의 볼 스크루는, 도시되지 않은 벨트로부터 구동 휠(24)로 전달되는 방사형 파워 성분의 작용면이 디프 그루우브 볼 베어링(14)에 대해서 단지 약간의 간격만을 두고 배치되어 있다는 장점을 갖는다. 이와 같은 내용이 의미하는 것은, 디프 그루우브 볼 베어링(14)에 작용하는 경사 모멘트가 감소되었다는 것이다. 경사 모멘트의 감소는 디프 그루우브 볼 베어링(14)의 외부 링(23)이 본 발명에 따라 형성됨으로써 가능하다.

본 발명에 의해서는, 조립이 간단한 볼 스크루를 제공할 수 있게 되었다.

Claims

볼 롤링 스핀들(2) 상에 회전 가능하게 배치된 스핀들 너트(1), 및 상기 스핀들 너트(1)와 회전 불가능하게 결합되어 상기 스핀들 너트(1)를 구동시키기 위한 구동 휠을 포함하고, 상기 스핀들 너트(1)와 상기 볼 롤링 스핀들(2) 사이에서는 볼(3)이 볼 그루우브(4, 5) 상에서 롤링되며, 상기 스핀들 너트(1)가 베어링, 특히 롤링 베어링(7)에 의해서 하우징(8)에 지지될 수 있으며, 상기 베어링이 하우징(8)에 고정될 수 있는 외부 링(9, 23)을 포함하는, 볼 스크루에 있어서,

상기 외부 링(9, 23)이 내부 둘레에 형성된 베어링 작동면(10, 11)을 갖는, 상기 스핀들 너트(1)를 둘러싸는 링(15, 29) 및 상기 링(15, 29)에 연결되는 방사형 플랜지(16, 28)를 포함하며, 상기 방사형 플랜지(16, 28)가 하우징(8)에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 외부 링(9, 23)이 종단면으로 볼 때 L자 형태로 형성되며, 상기 방사형 플랜지(16, 28)가 상기 링(15, 29)의 축 방향 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 방사형 플랜지(16, 28)가 일체형으로 링(15, 29)에 형성되는 것을 특징 으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 외부 링(9, 23)이 시이트로부터 변형 방법에 의해서, 특히 디프 드로잉 방법에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 방사형 플랜지(16, 28)가 상기 베어링 작동면(10, 11)에 대하여 축 방향으로 변위 배치되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 베어링 작동면(10, 11)이 상기 구동 휠(26) 내부에 축 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 6 항에 있어서,

상기 구동 휠에 작용하는 파워가 상기 베어링 작동면과 공통의 평면에 배치되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 스핀들 너트(1)의 외부 둘레에는 일체형으로 형성된 베어링 작동면(11) 이 제공되고, 상기 베어링 작동면은 바람직하게 베어링 작동면(10, 11)에서 롤링되는 롤링 바디의 중간 접속에 의해서 외부 링(9)의 베어링 작동면(10)과 상호 작용하는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 방사형 플랜지(28)는 상기 구동 휠(24)의 외경보다 큰 외경을 갖는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 방사형 플랜지(28)의 에지(30)가 고정된 상태에서 스핀들 축을 중심으로 외부 링(23)의 경사 동작이 이루어질 수 있도록, 상기 방사형 플랜지(28)가 탄성적으로 변형 가능하게 구현되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.
제 1 항에 있어서,

상기 하우징(8)과 방사형 플랜지(28)의 금속 접촉 없이도, 본체 잡음 감쇠 부재(33)의 중간 접속에 의해서 상기 방사형 플랜지(28)가 하우징(8)에 고정될 수 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스크루.