KR20070064629A - 전동 나사급송장치 - Google Patents

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KR20070064629A KR1020077008328A KR20077008328A KR20070064629A KR 20070064629 A KR20070064629 A KR 20070064629A KR 1020077008328 A KR1020077008328 A KR 1020077008328A KR 20077008328 A KR20077008328 A KR 20077008328A KR 20070064629 A KR20070064629 A KR 20070064629A
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토시아키 시마다
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토시아키 시마다
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Abstract

볼나사 너트(20)와, 이와 동기회전 가능하게 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈이 형성된 비 볼나사 너트(30)의 2종류 너트를 구비함과 더불어, 상기 나사봉(10)에는, 상기 볼나사 너트(20)에 볼(B)을 개재하고 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈(11)과, 상기 비 볼나사 너트(30)에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈(12)의 2종류 나사 홈이 등간격으로 2개 형성되며, 하중이 소정 값 미만이면 상기 볼나사 너트(20)의 나사 산이 상기 나사봉(10)의 나사 산(13)에 닿지 않도록 양자를 분리시켜, 그 나사봉(10)을 볼나사 너트(20)만으로 축 방향 이동시키고, 또 하중이 소정 값 이상이면 상기 비 볼나사 너트(30)의 나사 산(31)과 상기 나사봉(10)의 나사 산(13)을 접촉시켜 그 나사봉(10)을 비 볼나사 너트(30)로 축 방향 이동시킬 수 있다.
볼나사 너트, 사다리꼴 나사 홈, 나사봉, 볼, 전동 나사급송장치, 서보기구

Description

전동 나사급송장치{ELECTRIC SCREW FEEDING DEVICE}
본 발명은, 예를 들어 프레스 가공에 적용되며, 무부하 또는 저부하 시에는 목표 위치로의 이동이 신속하며, 나사봉(thread rod)으로의 높은 하중부하에도 대응 가능한 전동 나사급송장치에 관한 것이다.
공기압실린더, 유압실린더의 유체압력을 이용한 것과 더불어, 너트/나사봉의 회전운동에 의해 그에 나선결합된 나사봉/너트가 그 축 방향으로 이동하도록 구성된 전동실린더가 널리 이용되고 있다. 이 전동실린더에 있어서, 너트, 나사봉은 볼과 함께 볼나사를 구성하며, 각각 단면 원호형의 나사홈이 형성되고, 전자에 후자가 나선결합 됨으로써 형성된 나사형 통로에 복수의 볼이 1열로 충전되며, 어느 한쪽의 회전에 따라 그 볼이 통로 안을 굴러 순환하도록 구성된 볼 나사가 일반적으로 채용된다.
이는 나사봉/너트의 축 방향 이동 시의 마찰이, 상기 볼 구름에 의한 것으로서, 미끄럼 마찰인 일반 사다리꼴 나사 또는 각(角)나사에 비해 매우 작고, 나사봉/너트의 축 방향 이동이 원활하여, 고속화가 용이하고 정밀도가 높은 점은 널리 알려져 있다.
그러나, 예를 들어 높은 추력이 필요할 경우, 나사봉, 너트 중 어느 한쪽에 높은 하중이 부하되어, 볼이 홈 벽의 매우 한정된 부분에 강한 압력을 부여하고 홈에 압박흔을 주어, 나사봉/너트의 축 방향으로의 원활한 이동이 곤란 내지 불능이 되기 때문에, 고 하중부하에는 적합하지 않다는 문제점이 있다. 대신 각나사나 사다리꼴 나사가 형성된 너트/나사봉이 사용되면, 고 하중부하에는 대응 가능하나 부하가 없는 상태에서 목표위치까지의 이동속도가 느리다는 문제점이 있다.
이에 대해, 나사봉 지름/너트지름의 확대로써 고하중에 대응하는 것을 생각할 수 있다. 또 볼나사와 이들 볼나사가 나선결합하는 너트와의 조합 수 증가에 의해 고하중 저속과, 무부하 고속 모두에 대응하도록 구성된 것이 제안되었다(예를 들어 특허문헌1; 일특개평 9-271154호 공보(특허청구의 범위, 도 1) 및 특허문헌 2; 일특개평 10-70864호 공보(특허청구의 범위, 도 1)).
그러나, 이들은 모두 매우 상식적이며, 근본적인 해결책이라고는 할 수 없고, 부하가 없는 상태에서의 목표위치까지의 이동에 대해서도, 나사봉 지름/너트지름을 크게 하거나, 또는/ 및 볼나사/너트의 조합을 늘릴 필요가 있어, 모두 불필요한 점이 많고, 장치가 대형화되며, 제작비가 증대한다는 문제점이 있다.
[발명의 개시]
[발명이 해결하고자 하는 과제]
이상의 문제점에서 본 발명의 목적은, 종래의 결점을 제거한 무부하 또는 저부하 시에는 목표로 하는 위치로의 이동이 신속하며, 나사봉으로의 고 하중부하에도 대응 가능하고 또 소형이며 저가의 전동 나사급송장치를 제공하는 데 있다.
[과제를 해결하기 위한 수단]
상기 목적을 달성하기 위해 제 1 발명에 관한 전동 나사급송장치는, 단면 원호형의 나사 홈이 형성된 볼나사 너트와, 이 볼나사 너트와 동기회전 가능하게, 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈이 형성된 비 볼나사 너트의 2종류 너트와, 이들 2종류의 너트에 삽입 통과하는 나사봉을 구비함과 더불어, 상기 나사봉에는, 상기 볼나사 너트에 볼을 개재하고 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈과, 상기 비 볼나사 너트에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈의 2종류 나사 홈이 등간격으로 2개 형성되며, 상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 미만이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산이 상기 나사봉의 나사 산에 닿지 않도록 양자를 분리시켜, 그 나사봉을 볼나사 너트만으로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성되고, 또 상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 이상이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 닿게 하여, 그 나사봉을 비 볼나사 너트로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성된다.
제 2 발명은, 동일 나사봉에, 상기 볼나사 너트에 볼을 개재하고 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈만이 형성된 볼나사 부분과, 상기 비 볼나사 너트에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈만이 형성된 비 볼나사 부분이, 각각 1조 나사로서 그 축 방향으로 분리 병설되는 점을 제외하고 제 1 발명의 구성과 같다.
제 3 발명은, 복수 개의 서로 평행인 나사봉을 구비하며, 그 중 일부의 나사봉에는 상기 볼나사 너트에 볼을 개재하고 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈만이 형성되고, 나머지 나사봉에는 상기 비 볼나사 너트에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈만이 형성되는 점을 제외하고 제 1 발명의 구성과 같다.
제 4 발명은 제 1 내지 3 발명 중 어느 한 발명의 구성에 추가로, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 분리시킨 상태와, 접촉시킨 상태의 전환제어가 가능하게, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산 폭이 상기 나사봉의 비 볼나사용 나사 홈의 폭보다 작게 설정된다.
제 5 발명은 제 4 발명의 구성에 추가로, 상기 볼나사 너트 및 비 볼나사 너트 중 어느 한쪽의 회전에 동기하여 다른 쪽이 회전하면서, 전자가 후자에 대해 축 방향으로의 이동이 가능하도록, 양자를 연결하는 맞물림 클러치를 구비한다.
제 6 발명은 제 4 발명의 구성에 추가로, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉 나사 산의 분리 접촉 제어에 있어서, 볼나사 너트를 회전시키는 주 서보모터, 비 볼나사 너트를 회전시키는 종 서보모터, 상기 볼나사 너트를 회전시키는 주 서보모터에 대해 속도제어를 행하는 서보증폭기, 및 상기 주 서보모터로부터의 신호를 받아, 상기 종 서보모터를 그 주 서보모터에 추종시키기만 하는 것이 아닌, 주 서보모터의 부하에 따라 종 서보모터를 주 서보모터에 대해 위치를 어긋나게 하도록, 또 종 서보모터의 부하에 따라 주 서보모터에 대한 종 서보모터의 위치 어긋남을 해소하도록, 위치제어를 행하는 서보증폭기를 포함하는 서보기구를 구비한다.
제 7 발명은 제 4 내지 제 6 발명 중 어느 한 발명의 구성에 추가로, 상기 볼나사 너트는 이에 작용하는 축 방향 하중에 따라, 나사봉과 함께 축 방향으로 이동 가능하게, 스프링에 의해 축 방향으로 힘을 받는 슬립을 개재하고 본체에 지지되며, 상기 비 볼나사 너트는 나사봉의 축 방향 이동에 의해, 그 나사 산이 상기 나사봉의 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 산과 분리, 접촉이 가능하게, 축 방향으로 고정된 상태에서 본체에 지지된다.
[발명의 효과]
제 1 내지 제 3 발명 모두에 의해, 이들 너트에 나사결합된 1개의 나사봉을, 무부하 또는 저하중 부하 시에는 고속회전 가능한 볼나사 너트만에 의해 고속으로, 또 고하중 부하 시에는 비 볼나사 너트가 하중을 받아 저속으로, 각각 축 방향으로 이동시키기가 가능하여, 장치가 소형화되며, 저원가로 제작 가능하고, 나사봉 지름, 너트지름을 필요 이상으로 크게 하거나, 또 나사봉, 너트 수를 필요 이상으로 늘리지 않아도, 나사봉에 작용하는 축 방향 이동에 효과적으로 대응 가능하다.
제 4 발명에 의하면, 상기 비 볼나사 너트의 나사산 폭이 상기 나사봉의 비 볼나사용 나사 홈 폭보다 작게 설정되므로, 상기 비 볼나사 너트의 나사산과 상기 나사봉 나사산과의 분리, 접촉 제어가 매우 용이하게 이루어진다.
제 5 발명에 의하면 제 4 발명의 효과와 더불어, 1기의 모터에 의해 양 너트를 항상 동기 회전시킬 수 있어, 특히 구조가 간단하고 제작비가 저렴하다.
제 6 발명에 의하면 제 4 발명의 효과와 더불어, 서보기구를 구비하여 구성은 복잡해지나, 상기 비 볼나사 너트의 나사산과 상기 나사봉 나사산과의 분리, 접촉 제어가 매우 안정되며 확실하게 이루어진다.
제 7 발명에 의하면 제 5 발명의 효과와 더불어, 구조가 간단하며 제작비가 저렴함에도 불구하고, 상기 비 볼나사 너트의 나사산과 상기 나사봉 나사산과의 분리, 접촉 제어가 용이하게 이루어진다.
도 1은 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 1 예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 2 예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 적용되는 서보기구를 나타낸 기기계통도이다.
도 4는 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 3 예를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 4 예를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 5 예를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 6 예를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 7 예를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 8 예를 나타낸 단면도이다.
도 10은 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 9 예를 나타낸 단면도이다.
도 11은 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 10 예를 나타낸 단면도이다.
도 12는 본 발명에 관한 전동 나사급송장치의 제 11 예를 나타낸 단면도이다.
[부호의 설명]
10, 310, 410, 510 : 나사봉
11, 12, 311, 312, 411, 512 : 나사 홈
13, 31, 131, 231, 313, 331, 513 : 나사산
20, 120, 220, 320 : 볼나사 너트
25, 35, 55, 65, 125, 155, 325, 335, 355, 365 : 기어
30, 130, 230, 330 : 비 볼나사 너트
50, 150, 250 : 모터
51, 61, 351, 361 : 서보모터
56, 66, 356, 366 : 서보증폭기
90, 290, 390, 490 : 본체
B : 볼 BB : 볼 베어링
BS : 볼나사 부분 Bt : 볼트
C : 맞물림 클러치 CB : 연결부재
EC : 부호기 F : 플랜지
NBS : 비 볼나사 부분 R : 봉체
Sl : 슬립 Sp : 스프링
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다. 여기서, 이하의 바람직한 실시형태의 설명은 본질적으로 예시에 지나지 않으며, 본 발명, 그 적용물 혹은 그 용도의 제한을 의도하는 것은 아니다.
본 발명에 관한 전동 나사급송장치는, 너트의 회전운동에 따라 그에 나사결 합된 나사봉이 그 축 방향으로 이동하도록 구성된 것으로, 많은 양상을 들 수 있으나 그 기본 구성을 요약하면 다음과 같다.
(1) 단면 원호형의 나사 홈이 형성된 볼나사 너트와, 이 볼나사 너트와 동기 회전 가능하게, 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈이 형성된 비 볼나사 너트를 구비한다.
(2) 상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 미만이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산이 상기 나사봉의 나사 산에 닿지 않도록 양자를 분리시켜, 동기 회전하는 상기 양 너트 중, 볼나사 너트만으로 그 나사봉을 축 방향 이동시킬 수 있도록, 또 상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 이상이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 닿게 한 상태에서, 상기 동기 회전하는 상기 양 너트 중, 비 볼나사 너트에 의해 축 방향으로 이동시킬 수 있도록, 상기 비 볼나사 너트의 나사산 폭이 상기 나사봉의 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈 폭보다 작게 설정된다.
여기서, 상기 볼나사 너트와 비 볼나사 너트에 나사결합 되는 나사봉으로는 다음의 3종류 형태를 들 수 있다. 즉,
(가) 동일한 나사봉에, 상기 볼나사 너트와 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈과, 상기 비 볼나사 너트와 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈의 2종류 나사 홈이 등간격으로 2개 형성된다.
(나) 동일한 나사봉에, 상기 볼나사 너트와 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈만이 형성된 볼나사 부분과, 상기 비 볼나사 너트와 나사결합 되는 단면 장방 형 또는 사다리꼴의 나사 홈만이 형성된 비 볼나사 부분이, 각각 1개의 나사로서 그 축 방향으로 분리 병설된다.
(다) 복수 개의 서로 평행한 나사봉을 구비하며, 그 중 일부의 나사봉에는 상기 볼나사 너트와 나사결합 되는 나사 홈만이 형성되며, 나머지 나사봉에는 상기 비 볼나사 너트와 나사결합 되는 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈만이 형성된다.
이하, 차례로 각 양상에 대해 설명한다. 도 1 및 도 2는 가장 바람직한 양상을 각각 나타낸다. 즉, 도 1, 도 2에 공통인 부분에 대해 설명하면, 10은 나사봉이며, 단면 원호형의 나사 홈(11)과, 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈(12)의 2종류 나사 홈이 등간격으로 2개 형성된다. 20, 30은 각각 그 나사봉(10)이 나사결합 되는 볼나사 너트, 비 볼나사 너트이며, 그 내면에는 단면 원호형의 나사 홈, 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈(모두 부호 생략)이 형성되고, 그 한끝에는 동축으로 기어(25, 35)가 수직 배설된다. 여기서 55, 65는 각각 그 기어(25, 35)와 맞물리는 기어이다. 또 B는 볼나사 너트(20)와 그에 나사결합된 나사봉(10)에 의해 형성된 나사형 통로(부호 생략)에 장전된 볼이다.
상기 비 볼나사 너트(30), 나사봉(10)의 관계에 대해 설명하자면, 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31) 폭은 나사봉(10)의 다면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈(12)의 폭보다 작게 설정되며, 비 볼나사 너트(30)에 나사결합된 나사봉(10)을 축 방향으로 어긋나게 하거나, 또는 그 비 볼나사 너트(30)를 축 방향으로 고정시킨 채 축 둘레로 회전시키면, 그 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)과 나사봉의 나사산(13)을 접촉시키거나 분리시키기가 가능하다.
각각 상기 볼나사 너트(20), 비 볼나사 너트(30)는, 볼 베어링(BB)을 개재하고 본체(90)에 동축으로 회전운동 자유롭게 지지되는데, 그 본체(90)는 볼나사 너트(20) 쪽과 비 볼나사 너트(30) 쪽으로 분해 가능하게 볼트(Bt)로 결합된다.
Sl은 볼나사 너트(20)의 외측, 본체(90)와의 사이에 끼워진 슬립이며, 본체(90)에 대해 나사봉(10) 축 방향으로 약간 이동 가능하게, 스프링(Sp, Sp)에 의해 힘을 받는다. 이 슬립(Sl)은, 나사봉(10)에 하중이 작용하지 않을 경우, 축 방향 양쪽으로부터 스프링(Sp, Sp)의 압력을 받음으로써, 전술한 바와 같이 나사봉(10)의 나사산(13)과 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)이 서로 닿지 않도록(예를 들어 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)이 나사 홈(12) 중앙에 위치하도록), 위치가 결정된다.
또 상기 스프링(Sp, Sp)은 상기 하중이 소정 값 이상이 되면, 나사봉(10)이 어느 한쪽의 압력에 저항하여 이동하고, 상기 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)이 나사봉(10)의 나사산(13)과 접하도록 그 길이, 강도가 설정된다.
다음으로 도 1에서, 50은 1기의 모터이며 양쪽에 직결된, 상기 2조의 서로 맞물리는 기어를 개재하고, 볼나사 너트(20), 비 볼나사 너트(30)를 동기 회전시킨다. 이에 대해 도 2에 있어서, 각각 상기 너트(20, 30)를 개별로 회전시키는 2기의 서보모터(51, 61)를 구비하는데, 도 3에 나타내며 후술하는 바와 같이, 볼나사 너트(20)를 회전시키는 서보모터(51)에 대해서는 속도제어만을 행하는 서보증폭기(56), 비 볼나사 너트(30)를 회전시키는 서보모터(61)에 대해서는 위치제어를 행하는 서보증폭기(66)를 포함하는 서보기구가 구성된다. 여기서 EC는 부호기이다.
우선 도 1에 나타낸 제 1 예의 작용에 대해 설명하면, 모터(50)의 기동에 의해 볼나사 너트(20), 비 볼나사 너트(30)가 동기 회전한다. 이 시점에서는, 나사봉(10)에 축 방향의 하중이 작용하지 않으며, 전술한 바와 같이 나사봉(10)의 나사산(13)과 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)이 분리되어 있으므로, 비 볼나사 너트(30)는 나사봉(10)의 축 방향 이동에는 전혀 관여하지 않아, 나사봉(10)은 볼나사 너트(20)의 회전만으로 이동한다. 더욱이 그 볼나사 너트(20)는 고속회전 가능하므로 목표 위치로 신속하게 도달 가능하다.
다음으로, 나사봉(10)의 목표 위치에의 도달, 나사봉(10)으로 축 방향 하중이 작용하기에 앞서, 그 하중에 대응 가능하게 모터(50)의 회전속도가 감속된다. 또한 그 하중의 증대에 따라 나사봉(10)은, 볼나사 너트(20), 슬립(Sl)과 함께 어느 한쪽의 스프링(Sp)에 압력을 주어 이를 수축시키는 방향으로 이동한다.
또한 상기 하중이 소정 값 이상이 되면, 전술한 바와 같이, 언제나 나사봉(10)의 나사산(13)이 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)과 닿으므로, 나사봉(10)은 볼 나사 너트(20) 대신 비 볼나사 너트(30)(비 볼나사 너트(30)의 회전)에 의해 축 방향으로 이동하고, 그 하중에 상당하는 일을 한다. 따라서 그 높은 하중이 작용하는 상태이더라도, 볼 나사 너트(20), 나사봉(10)의 원호형 나사 홈(11)에 대한 볼(B)의 압력은 스프링(Sp, Sp)의 압축력으로 억제되므로 이들이 손상을 받는 일은 없다.
다음에, 도 2, 도 3에 나타낸 제 2 예의 작용에 대해 설명한다. 이상의 제 1 예에서는, 나사봉(10)의 나사산(13)과 비 볼나사 너트(30) 나사산(31)의 접촉, 분리가, 나사봉(10)에 대한 축 방향 하중의 변화에 기초하는 스프링(Sp, Sp)의 신축만으로 이루어지나, 제 2 예에서는 다음과 같이 실행된다.
즉, 주 서보모터(51)가 기동되면, 이들의 위치지령신호에 기초하여 종 서보모터(16)가 추종하고 동기 회전하며, 이에 따라 볼 나사 너트(20), 비 볼나사 너트(30)가 동기 회전한다. 이 때 양 너트의 회전상태는 제 1 예와 마찬가지로, 나사봉(10)의 나사산(13)과 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)이 떨어져 있어, 비 볼나사 너트(30)는 나사봉(10)의 축 방향 이동에는 전혀 관여하지 않고, 나사봉(10)은 볼나사 너트(20)의 회전만으로 이동한다. 더욱이 제 1 예와 마찬가지로 그 볼나사 너트(20)는 고속회전 가능하므로, 목표점으로 신속하게 도달 가능하다. 여기서 이상의 지령신호는 각각 서보증폭기(56, 66)로부터 송신된다.
이어서 나사봉(10)의 목표위치로의 도달, 나사봉(10)으로의 하중 작용에 앞서, 그 하중에 대응 가능하게 모터(50)의 회전속도가 감속되는 것도 제 1 예와 마찬가지이다. 그리고 상기 하중이 소정 값 이상이 되면, 서보증폭기(56)는 서보모터(51)의 부하가 증대한 것을 전류로 감지하여, 서보증폭기(66)로 위치지령 바이어스를 인가하는 신호를 송신하고, 그 서보증폭기(66)는 종 서보모터(61)에 대해 다음과 같은 위치제어를 실시한다.
즉, 미리 규정된 시간(예를 들어 140㎲)별로 설정된 펄스를 종 서보모터(61)에 가산하고, 이로써 볼나사 너트(20)에 대해 그 축 둘레로 비 볼나사 너트(30)를 미리 설정된 각도만큼 돌리고(위치를 어긋나게 하여), 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)과 나사봉(10)의 나사산(13)의 틈새를 메워, 접촉시키기만 하는 것이 아닌, 나사봉(10)을 하중이 작용하는 방향과 반대 방향으로 눌러 복귀시킴으로써, 스프링(Sp)을 압축시켜 축 방향으로 이동한 볼나사 너트(20)를 원래 위치로 복귀시킨다.
이에 따라, 볼나사 너트(20)를 대신하여 비 볼나사 너트(30)는 그 회전에 의해 나사봉(10)을 축 방향으로 이동시키기가 가능해진다. 따라서 나사봉(10)에 높은 하중이 축 방향으로 작용하는 상태이더라도, 제 1 예와 마찬가지로, 볼 나사 너트(20), 나사봉(10)의 원호형 나사 홈(11)에 대한 볼(B)의 압력은 스프링(Sp, Sp)의 압축력으로 억제되므로 이들이 손상을 받는 일은 없다.
역으로 종 서보증폭기(66)는, 상기 하중이 소정 값 미만이 됐음을 종 서보모터(61)의 부하를 나타내는 전류로 감지하여, 스스로 위치지령 바이어스를 인가하는 신호를 송신하고, 미리 규정된 시간(예를 들어 140㎲)별로 설정된 펄스를 종 서보모터(61)에 대해 감산하여 상기 위치 어긋남을 원래대로 복귀시킨다. 여기서 스프링(Sp, Sp)은, 이상과 같이 제 1 예와 마찬가지로 하중에 따라 신축하여, 볼나사 너트(20)를 축 방향으로 이동시킴과 더불어, 나사봉(10)에 축 방향 하중이 작용하지 않을 경우, 나사봉(10)의 나사산(13)과 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)이 접촉하지 않도록 하기 위한 위치결정에 사용된다.
제 3 예에 대해 도 4를 이용하여 설명한다. 제 2 예에서는 슬립(Sl)에 의해, 본체에 대해 볼나사 너트(20)가 축 방향으로 이동 가능하게 구성되었으나, 제 3 예에서는 축 방향으로 이동 불가능하게 고정된다. 즉 조립단계에서, 비 볼나사 너트(30)의 나사산(31)이 나사봉(10)의 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사산(13)에 닿지 않도록 분리된다면, 또 나사봉(10)에 작용하는 축 방향 하중이 소정 값 이상에 달한다면, 제 2 예와 마찬가지로 상기 서보기구에 의해 비 볼나사 너트(30)가 축 둘레로 회전되어 양자가 접하고, 제 2 예와 마찬가지로 나사봉(10)은 비 볼나사 너트(30)의 회전에 의해 축 방향으로 이동시켜진다. 여기서 그 밖의 작용은 제 2 예와 마찬가지이다.
제 4, 제 5의 예에 대해 도 5, 도 6에 기초하여 설명하면, 제 1 예와 마찬가지로 양 예 모두 슬립(Sl), 스프링(Sp)을 구비하며, 어느 한쪽의 너트가 다른 쪽 너트에 대해 축 방향으로 약간 이동 가능하고, 더욱이 이동해도 1기의 모터(150, 250)에 의해 어느 한쪽의 너트(120, 230)가 회전하고, 그에 따라 다른 쪽 너트(130, 220)가 항상 동기회전이 가능하도록, 양자는 맞물림 클러치(C)로 연결된다.
또한 이상의 구성과 더불어, 제 4 예에서는 볼나사 너트(120)와 모터(150) 사이에 기어(125, 155)가 개재되나, 제 5 예에서는 비 볼나사 너트(130)와 모터(250)가 플랜지(F)에 의해 동축으로 결합되어, 동력 전달을 위한 기어를 필요로 하지 않는 점이 다르다. 여기서 제 4 예의 모터(250)는 나사봉(10)이 관통 가능하게 중공상태이며, 본체(290)와는 플랜지(F)를 개재하고 고정된다. 그 밖의 구성, 예를 들어 나사봉(10)은 제 1, 제 2 예와 동일하다.
제 4 예의 작용에 대해 설명하면, 모터(150)의 기동에 의해 볼나사 너트(120)와 그에 맞물리는 클러치(C)에 의해 연결된 비 볼나사 너트(130)가 동기 회전한다. 이 시점에서는 제 1 내지 제 3 예와 마찬가지로, 나사봉(10)에 작용하는 축 방향의 하중이 작으며, 전술한 바와 같이 나사봉(10)의 나사산(13)과 비 볼나사 너트(130)의 나사산(131)이 분리되어 있으므로, 비 볼나사 너트(130)는 나사봉(10)의 축 방향 이동에는 전혀 관여하지 않고, 나사봉(10)은 볼나사 너트(120)의 회전만으로 전진한다. 더욱이 그 볼나사 너트(120)는 고속회전이 가능하므로 목표 위치로 신속하게 도달 가능하다.
이어서, 나사봉(10)의 목표위치에의 도달, 또 나사봉(10)에 작용하는 축 방향 하중의 증대에 앞서, 그 하중에 대응 가능하게 모터(150)의 회전속도가 감속된다. 제 1 예와 마찬가지로, 다시 그 하중의 증대에 따라, 나사봉(10)은 볼나사 너트(120), 슬립(Sl)과 더불어 어느 한쪽 스프링(Sp)을 눌러 이를 수축시키는 방향으로 이동한다.
이로써 상기 하중이 소정 값 이상이 되면, 전술한 바와 같이 나사봉(10)의 나사산(13)이 비 볼나사 너트(130)의 나사산(131)과 접촉하므로, 나사봉(10)과 볼나사 너트(20)를 대신하여 비 볼나사 너트(130)(비 볼나사 너트(130)의 회전)에 의해 축 방향으로 이동된다. 따라서 그 높은 하중이 작용하는 상태이더라도, 볼나사 너트(120), 나사봉(10) 볼나사 부분의 나사 홈(11)에 대한 볼(B)의 압력은 스프링(Sp, Sp)의 압축력으로 억제되므로 이들이 손상을 입는 일은 없다.
제 5 예의 작용은 기본적으로 제 4 예와 마찬가지이나, 모터(250)의 기동에 의해, 비 볼나사 너트(230)와 이에 맞물리는 클러치(C)에 의해 연결된 볼나사 너트(220)가 동기 회전한다. 이 시점에서는, 제 4 예와 마찬가지로 작동하여, 나사봉(10)은 볼나사 너트(220)의 회전만으로 이동한다. 더욱이 그 볼나사 너트(220) 는 고속회전이 가능하므로, 목표위치에 신속하게 도달 가능하다.
이어서, 제 4 예와 마찬가지로 나사봉(10)의 목표위치로의 도달, 나사봉(10)에 작용하는 축 방향 하중의 증대에 앞서, 그 하중에 대응 가능하게 모터(250)의 회전속도가 떨어진다. 또 상기 하중의 증대에 따라 나사봉(10)은, 볼나사 너트(220), 슬립(Sl)과 함께 어느 한쪽 스프링(Sp)을 눌러 이를 수축시키는 방향으로 이동한다.
이로써 상기 하중이 소정 값 이상이 되면, 전술한 바와 같이 나사봉(10)의 나사산(13)이 비 볼나사 너트(230)의 나사산(231)과 접촉하므로, 나사봉(10)은 볼나사 너트(220)를 대신하여 비 볼나사 너트(230)(비 볼나사 너트(230)의 회전)에 의해 축 방향으로 이동된다. 따라서 높은 하중부하인 상태이더라도, 제 4 예와 마찬가지로 볼나사 너트(220), 나사봉(10) 볼나사 부분의 나사 홈(11)이 손상을 입는 일은 없다.
제 6 내지 제 9 예는, 도 7 내지 도 10에 나타낸 바와 같이 각각 제 1, 제 2, 제 4 및 제 5 예의 스프링(Sp)이 1개이며, 이에 대응하여 슬립(Sl)의 형상이 변경될 뿐, 그 밖의 부분은 각각 대응하는 제 1, 제 2, 제 4 및 제 5 예와 동일하다. 따라서 각 예의 작용도 각각 대응하는 제 1, 제 2, 제 4 및 제 5 예와 기본적으로 동일하다.
제 1, 제 2, 제 4 및 제 5 예와 다른 작용에 대해 설명하면, 제 1, 제 2, 제 4 및 제 5 예에서는, 나사봉(10)이 그 축 방향 어느 쪽 방향으로부터의 하중에도 대응하여 이동 가능한 반면, 제 6 내지 제 9 예는, 도면 왼쪽으로부터의 하중에만 대응하여 이동 가능하며, 실제론 이것으로도 특별히 차이는 없다.
제 10 예에 대해 도 11에 기초하여 설명하면, 이는 제 2 예의 나사봉(10)이 이와는 다른 나사구성을 갖는 나사봉(310)으로 대체되며, 이에 따라 본체(390)가 본체(90)에 비해 연장된 점을 제외하면, 그 밖의 구성은 일부 부호만 다른 뿐, 제 2 예와 기본적으로 동일하다.
그 나사봉(310)에 대해 설명하면, 동일 나사봉(310)에, 볼(B)을 개재하고 볼나사 너트(320)와 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈(311)만이 형성된 볼나사 부분(BS) 및 비 볼나사 너트(330)에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈(312)만이 형성된 비 볼나사 부분(NBS)이 각각 1개의 나사로서 그 축 방향으로 분리 병설된다.
여기서 비 볼나사 너트(330)의 나사산(331) 폭이, 나사봉(310)의 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈(312)의 폭보다 작게 설정되며, 비 볼나사 너트(330)에 나사결합 된 나사봉(310)을 축 둘레로 돌리면, 그 비 볼나사 너트(330)의 나사산(331)과 나사봉(310)의 나사산(313)을 접촉시키거나 분리시키기가 가능함은 제 2 예와 기본적으로 동일하다.
그러나 이에 따라 나사봉(310)의 각 볼나사 부분(BS), 비 볼나사 부분(NBS)은, 볼나사 너트(320), 비 볼나사 너트(330)에 의해서 밖에 축 방향으로 이동할 수 없으므로, 나사봉(310)의 축 방향 이동거리가 상기 제 1 내지 제 9 예에 적용한 나사봉(10) 거리와 같다고 한다면, 각 나사부분(BS, NBS)은 그와 동일한 길이를 필요로 한다. 따라서 볼나사 너트(320)와 비 볼나사 너트(330)의 간격이 나사봉(310) 이동거리 이상 필요하게 되어 본체(390)도 길어지나, 그 작용은 제 2 예와 기본적으로 같다.
여기서 제 2 예의 나사봉(10)에 비해, 나사봉(310)의 나사 홈(311, 312)은 1개의 나사로서 분리되어 있으므로, 리드를 작게 할 수 있어 나사봉(310)이 허용 가능한 축 방향의 하중을 증대시킬 수 있다.
제 11 예에 대해 도 12에 기초하여 설명하면, 다음과 같이 다른 종류의 복수 개(도면에서는 2개) 나사봉(410, 510)이 평행으로 배치된다. 즉, 그 복수 개 중 일부 나사봉(410)은 제 9 예와 마찬가지인 볼나사 너트(320)에 볼(B)을 개재하고 나사결합되도록 단면 원호형의 나사 홈(411)만이 형성되며, 나머지 나사봉(510)은 제 9 예와 마찬가지인 비 볼나사 너트(330)에 나사결합되도록, 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈(512)만이 형성된다. 여기서 도시는 생략하나, 2개의 나사봉(410, 510)만이면, 비대칭이 되므로 그 해소를 위해, 예를 들어 1개의 나사봉(410)을 끼고 대칭으로 2개의 나사봉(510, 510)과 서보모터가 배치되는 것이 바람직하다.
또 그 복수 나사봉(410, 510)의 한끝에는, 이들과 일체이며 또 평행인 방향으로 이동 가능하게, 이들과 수직인 연결부재(CB)가 결합됨과 더불어 그 연결부재(CB)에는, 하중을 직접적으로 받는 봉체(R)가 상기 나사봉(410, 510)과 반대쪽에 수직 배치된다. 이상의 구성을 제외하면, 일부 부호는 다르나 제 10 예와 기본적으로 같다.
그리고 비 볼나사 너트(330)의 나사산(331) 폭이, 나사봉(510)의 단면 장방 형 또는 사다리꼴 나사 홈(512)의 폭보다 작게 설정되며, 비 볼나사 너트(330)에 나사결합된 나사봉(510)을 축 둘레로 돌리면, 그 비 볼나사 너트(330)의 나사산(331)과 나사봉(510)의 나사산(513)을 접촉시키거나 분리시키기가 가능함은 제 10 예와 기본적으로 동일하다. 그밖에 서보증폭기는 도시를 생략한다.
이에 따라 본체(490) 형상의 변경은 필요하나, 제 10 예의 이점은 그대로 활용되어, 나사봉(310)이 길어진다는 제 9 예의 문제점이 개선된다. 그밖에 이 나사봉(410, 510)의 조합은, 그 작용에 기본변화가 발생하는 일없이 제 1 내지 제 9 예의 어느 것에도 적용 가능하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 전동 나사급송장치는, 예를 들어 프레스장치에 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 단면 원호형의 나사 홈이 형성된 볼나사 너트와, 이 볼나사 너트와 동기 회전 가능하게, 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈이 형성된 비 볼나사 너트의 2종류 너트와, 이들 2종류의 너트에 삽입 통과하는 나사봉을 구비함과 더불어,
    상기 나사봉에는, 상기 볼나사 너트에 볼을 개재하고 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈과, 상기 비 볼나사 너트에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈의 2종류 나사 홈이 등간격으로 2개 형성되며,
    상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 미만이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산이 상기 나사봉의 나사 산에 닿지 않도록 양자를 분리시켜, 그 나사봉을 볼나사 너트만으로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성되고,
    또 상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 이상이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 닿게 하여, 그 나사봉을 비 볼나사 너트로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 나사급송장치.
  2. 단면 원호형의 나사 홈이 형성된 볼나사 너트와, 이 볼나사 너트와 동기 회전 가능하게, 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈이 형성된 비 볼나사 너트의 2종류 너트를 구비함과 더불어,
    동일 나사봉에, 상기 볼나사 너트에 볼을 개재하고 나사결합 되는 단면 원호 형의 나사 홈만이 형성된 볼나사 부분과, 상기 비 볼나사 너트에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈만이 형성된 비 볼나사 부분이, 각각 1개의 나사로서 그 축 방향으로 분리 병설되며,
    상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 미만이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산이 상기 나사봉의 나사 산에 닿지 않도록 양자를 분리시켜, 그 나사봉을 볼나사 너트만으로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성되고,
    또 상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 이상이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 닿게 하여, 그 나사봉을 비 볼나사 너트로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 나사급송장치.
  3. 단면 원호형의 나사 홈이 형성된 볼나사 너트와, 이 볼나사 너트와 동기 회전 가능하게, 단면 장방형 또는 사다리꼴 나사 홈이 형성된 비 볼나사 너트의 2종류 너트를 구비함과 더불어,
    복수 개의 서로 평행인 나사봉을 구비하며, 그 중 일부의 나사봉에는 상기 볼나사 너트에 볼을 개재하고 나사결합 되는 단면 원호형의 나사 홈만이 형성되고, 나머지 나사봉에는 상기 비 볼나사 너트에 나사결합 되는 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 홈만이 형성되며,
    상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 미만이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산이 상기 나사봉의 나사 산에 닿지 않도록 양자를 분리시켜, 그 나사봉 전체를 볼나사 너트만으로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성되고,
    또 상기 나사봉에 작용하는 축 방향의 하중이 소정 값 이상이면, 상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 닿게 하여, 그 나사봉 전체를 비 볼나사 너트로 축 방향 이동시키기가 가능하게 구성되는 것을 특징으로 하는 전동 나사급송장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 분리시킨 상태와, 접촉시킨 상태의 전환제어가 가능하게, 상기 비 볼나사의 나사 산 폭이 상기 나사봉의 비 볼나사용 나사 홈의 폭보다 작게 설정되는 것을 특징으로 하는 전동 나사급송장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 볼나사 너트 및 비 볼나사 너트 중 어느 한쪽의 회전에 동기하여 다른 쪽이 회전하면서, 전자가 후자에 대해 축 방향으로의 이동이 가능하도록, 양자를 연결하는 맞물림 클러치를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 나사급송장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 비 볼나사 너트의 나사 산과 상기 나사봉의 나사 산을 분리시킨 상태와, 접촉시킨 상태의 전환제어에 있어서, 볼나사 너트를 회전시키는 주 서보모터, 비 볼나사 너트를 회전시키는 종 서보모터, 상기 볼나사 너트를 회전시키는 주 서보모터에 대해 속도제어를 행하는 서보증폭기, 및 상기 주 서보모터로부터의 신호를 받아, 상기 종 서보모터를 그 주 서보모터에 추종시키는 것만이 아닌, 주 서보모터의 부하에 따라 종 서보모터를 주 서보모터에 대해 위치를 어긋나게 하도록, 또 종 서보모터의 부하에 따라 주 서보모터에 대한 종 서보모터의 위치 어긋남을 해소하도록, 위치제어를 행하는 서보증폭기를 포함하는 서보기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 전동 나사급송장치.
  7. 청구항 4 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼나사 너트는 이에 작용하는 축 방향 하중에 따라, 나사봉과 함께 축 방향으로 이동 가능하게, 스프링에 의해 축 방향으로 힘을 받는 슬립을 개재하고 본체에 지지되며, 상기 비 볼나사 너트는 나사봉의 축 방향 이동에 의해, 그 나사 산이 상기 나사봉의 단면 장방형 또는 사다리꼴의 나사 산과 분리, 접촉이 가능하게, 축 방향으로 고정된 상태에서 본체에 지지되는 것을 특징으로 하는 전동 나사급송장치.
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