KR20080037120A - 회전/직선 운동 변환 기구 - Google Patents

회전/직선 운동 변환 기구 Download PDF

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모토히로 츠즈키
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

회전/직선 운동 변환 기구는 외주면에 외부 나사 (1a) 를 가지는 축 (1), 내주면에 내부 나사 (2a) 를 가지는 너트 (2), 및 축 (1) 의 외주면과 너트 (2) 의 내주면 사이에 배치되는 롤러 (3) 를 포함한다. 롤러는 외부 나사 (1a) 와 내부 나사 (2a) 와 나사 결합되는 나사 (3a) 를 가진다. 롤러 (3) 의 일부에는 스퍼기어 (3b, 3c) 가 제공된다. 축 (1) 의 일부에는 스퍼기어 (1b) 가 제공된다. 스퍼기어 (1b) 는 롤러 (3) 의 스퍼기어 (3b) 와 맞물린다. 너트 (2) 의 일부에는 내부 이 (4a) 가 제공된다. 내부 이 (4a) 는 롤러 (3) 의 스퍼기어 (3) 과 맞물린다. 이것은 너트 (2) 가 회전할 때 축 (1) 의 리드 정밀도를 향상시킨다.

Description

회전/직선 운동 변환 기구{ROTATION/LINEAR MOTION CONVERTING MECHANISM}
본 발명은 회전 운동을 직선 운동으로 또는 직선 운동을 회전 운동으로 변환하는 회전/직선 운동 변환 기구에 관한 것이다.
종래 이러한 종류의 회전/직선 운동 변환 기구로서, 예를 들어 일본 특허공개공보 제10-196757호에 기재된 롤러 나사를 사용한 기구가 공지되어 있다.
이 기구는 외주면에 나사를 가지는 축, 내주면에 나사를 가지는 너트, 및 축의 외주면과 너트의 내주면 사이에 끼워지며 상기 나사들 각각과 나사 결합되는 롤러를 가진다. 너트와 롤러는 기어에 의해 서로 맞물린다. 상기 너트가 회전할 때, 롤러의 나사에 나사 결합된 축이 축방향으로 직선 운동을 하면서, 롤러가 자전 및 축 주위에서의 공전, 즉, 태양-위성 운동을 수행한다.
상기 회전/직선 운동 변환 기구에서의 리드 (너트의 회전 당 축의 스트로크 양) 는 축, 너트, 및 롤러에 각각 제공되는 나사의 수 및 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비에 의해 정해진다. 그 중에, 감속 기어비는 각각의 나사의 유효 지름의 비율에 의해 정해지지만, 각각의 나사의 실제 유효 지름은 가공 정밀도로 인해 달라지거나, 서로 나사 결합되는 나사 사이의 접촉면에서의 마모에 의해 변할 수 있어서, 안정적이고 일정한 감속 기어비를 얻기가 어렵다.
또한, 상기 문헌에 개시된 기구에서는, 너트의 중심축에 대한 축의 중심축의 위치와 너트의 중심축에 대한 롤러의 공전축의 위치가 나사의 맞물림에 의해 정해지기 때문에, 축의 중심축과 롤러의 공전축이 너트의 중심축으로부터 쉽게 벗어날 수 있다. 이런 식으로 축의 중심축 또는 롤러의 공전축이 너트의 중심축으로부터 벗어나는 경우에는, 각각의 나사의 접촉면의 위치가 바뀌어, 각각의 나사의 실제 유효 지름의 변화가 생기고, 안정적이고 일정한 감속 기어비를 얻을 수 없게 된다.
이런 식으로 회전/직선 운동 변환 기구에서 안정적이고 일정한 감속 기어비를 얻을 수 없다면, 설계치에 따른 상기 리드를 얻기가 어려워져서, 리드 정밀도가 저하된다.
따라서, 본 발명의 목적은 리드 정밀도를 개선한 회전/직선 운동 변환 기구를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 그리고 본 발명의 일 태양에 따라서, 외주면에 나사를 가지는 축, 내주면에 나사를 가지는 너트, 및 축의 외주면과 너트의 내주면 사이에 배치되는 롤러를 포함하는 회전/직선 운동 변환 기구가 제공된다. 롤러는 축과 너트의 나사와 나사 결합되는 나사를 가진다. 회전/직선 운동 변환 기구는 축 및 너트 중 어느 하나의 회전 운동을 다른 하나의 직선 운동으로 변환한다. 회전/직선 운동 변환 기구는 롤러의 일부에 제공되는 제 1 기어, 축의 일부에 제공되는 제 2 기어, 및 너트의 일부에 제공되는 제 3 기어를 포함한다. 제 2 기어는 제 1 기어와 맞물리며, 제 3 기어는 제 1 기어와 맞물린다.
본 발명의 다른 태양에 따라서, 외주면에 나사를 가지는 축, 내주면에 나사를 가지는 너트, 및 축의 외주면과 너트의 내주면 사이에 배치되는 롤러를 포함하는 회전/직선 운동 변환 기구가 제공된다. 롤러는 축과 너트의 나사와 나사 결합되는 나사를 가진다. 회전/직선 운동 변환 기구는 축 및 너트 중 어느 하나의 회전 운동을 다른 하나의 직선 운동으로 변환한다. 회전/직선 운동 변환 기구는 너트의 내주면에 고정되는 제 1 지지 부재, 축을 둘러싸는 고리 형상을 각각 가지는 복수의 리테이너, 및 너트의 내주면에 고정되는 제 2 지지 부재를 포함한다. 제 1 지지 부재는 축의 외주면을 지지한다. 리테이너는 롤러의 축방향 양 단부를 각각 지지한다. 제 2 지지 부재는 리테이너 중 하나 이상의 외주면을 회전가능하게 지지한다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2 는 제 1 실시형태의 롤러의 구조를 도시한 개략도이다.
도 3 은 도 1 의 화살표 A 방향에서 본 회전/직선 운동 변환 기구의 구조를 도시한 개략도이다.
도 4 는 제 1 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구의 스트로크 정밀도를 도시한 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구를 개략 적으로 도시한 단면도이다.
도 6 은 제 2 실시형태의 롤러의 구조를 도시한 개략도이다.
도 7 은 도 5 의 선 B-B 를 따르는 단면도이다.
(제 1 실시형태)
이하, 도 1 내지 도 4 를 참고하여, 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구를 설명한다.
도 1 은 본 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구를 축방향으로 도시하는 단면도이다.
도 1 에 도시되었듯이, 회전/직선 운동 변환 기구는 그 외주면에 나사를 가지는 축 (1), 축 (1) 의 외부에 제공되며 그 내주면에 나사를 가지는 너트 (2), 축 (1) 의 외주면과 너트 (2) 의 내주면 사이에 끼워지며 축 (1) 의 나사 및 너트 (2) 의 나사와 나사 결합되는 나사를 가지는 복수의 롤러 (3), 및 너트 (2) 의 내주면에 제공되는 링 기어 (4) 를 포함한다. 회전/직선 운동 변환 기구는 흔히 너트 (2) 의 회전 운동을 축 (1) 의 직선 운동으로 변환하는 회전 나사 기구로 여겨진다. 이하, 각각의 구성요소를 상세히 설명한다.
축 (1) 의 외주면에 외부 나사 (1a) 가 형성되며, 예를 들어, 상기 외부 나사 (1a) 는 여러줄 우나사이다.
축 (1) 의 축방향 단부에는, 축 (1) 과 실질적으로 동일한 외경을 가지는 스퍼기어 (1b) 가 제공된다. 스퍼기어 (1b) 는 축 (1) 과 별개의 부재로 만들어 지며, 축 (1) 의 단부에 제공되는 돌출부에 스퍼기어 (1b) 의 내주면을 끼워맞춤으로써 스퍼기어 (1b) 가 축 (1) 에 고정된다. 스퍼기어 (1b) 의 이와 동일한 이를 축 (1) 의 외주면에 직접 형성할 수도 있다. 스퍼기어 (1b) 는 제 2 기어를 형성한다.
도 2 는 롤러 (3) 의 형상을 도시한다. 도 1 및 도 2 에 도시되었듯이, 각각의 롤러 (3) 는 원통형이고, 축 (1) 의 외부 나사 (1a) 와 나사 결합되는 나사 (3a) 가 축방향으로 전체 외주면에 형성된다. 예를 들어, 나사 (3a) 는 한줄 좌나사이다. 또한, 복수(본 실시형태에서는 9개)의 롤러 (3) 가 축 (1) 의 외주면을 둘러싸면서 동일한 피치로 배치된다. 또한, 스퍼기어 (3b) 와 스퍼기어 (3c) 가 각각의 롤러 (3) 의 일부에 제공된다.
스퍼기어 (3b) 는 각각의 롤러 (3) 의 축방향 양 단부에서, 축 (1) 의 스퍼기어 (1b) 에 대향하는 측에 있는 단부의 외주면에 일체로 형성되어, 스퍼기어 (1b) 와 맞물린다. 또한, 스퍼기어 (3b) 는, 축 (1) 의 스퍼기어 (1b) 가 롤러 (3) 에 대해 축방향으로 상대적으로 이동되는 범위에 대응하여 제공된다. 또한, 각각의 스퍼기어 (3b) 의 이는, 나사 (3a) 가 각각의 롤러 (3) 에 형성된 부분 (도 2 에 도시된 나사 형성부) 에 형성된다. 나사 (3a) 와 스퍼기어 (3b) 의 이가 형성된 부분 (도 2 에 도시된 이 형성부) 의 가공은, 예를 들어 나사 (3a) 를 형성한 후에 스퍼기어 (3b) 의 이를 형성하거나, 스퍼기어 (3b) 의 이를 형성한 후에 나사 (3a) 를 형성하거나, 나사 (3a) 와 스퍼기어 (3b) 의 이를 동시에 형성하는 방식으로 수행될 수 있다.
스퍼기어 (3c) 는 각각의 롤러 (3) 의 축방향 양 단부에서 상기 스퍼기어 (3b) 가 제공되는 단부의 반대편 단부의 외주면에 일체로 형성된다. 스퍼기어 (3c) 는 상기 링 기어 (4) 와 맞물린다. 또한, 도 2 에 도시되었듯이, 스퍼기어 (3c) 의 이는, 각각의 롤러 (3) 에 나사 (3a) 가 형성된 부분 (도 2 에 도시된 나사 형성부) 에 형성된다. 나사 (3a) 와 스퍼기어 (3c) 의 이가 형성된 부분 (도 2 에 도시된 이 형성부) 의 가공은, 스퍼기어 (3b) 에서처럼 동일한 방식으로 수행될 수 있다.
스퍼기어 (3b) 와 스퍼기어 (3c) 는 롤러 (3) 와 별개의 부재일 수 있고, 스퍼기어 (3b) 와 스퍼기어 (3c) 는 롤러 (3) 의 단부에 각각 조립될 수 있다. 또한, 스퍼기어 (3b) 와 스퍼기어 (3c) 의 블랭크(blank) (기어 절삭 전의 기어 부재) 가 롤러 (3) 의 단부에 각각 조립될 수 있고, 그 다음에 나사 (3a) 와 각각의 기어의 이가 형성될 수 있다. 스퍼기어 (3b, 3c) 는 제 1 기어를 형성한다.
상기 너트 (2) 의 내주면에는 각각의 롤러 (3) 의 나사 (3a) 와 나사 결합되는 내부 나사 (2a) 가 형성되고, 내부 나사 (2a) 는, 예를 들어 외부 나사 (1a) 와 다른 줄 수의 나사를 가지는 여러줄 좌나사이다.
또한, 너트 (2) 의 내주면에 일부에는 각각의 롤러 (3) 의 스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c) 와 각각 맞물리는 기어가 제공된다. 더 상세하게는, 너트 (2) 의 내주면에, 스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c) 와 맞물리는 2개의 상기 링 기어 (4) 가 제공된다.
각각의 링 기어 (4) 는 고리 형상으로 형성되고, 그 외주면은 너트 (2) 의 내주면에 고정된다. 또한, 그 내주면에는, 스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c) 의 이와 맞물리는 스퍼형 내부 이 (4a) 가 형성되고, 내부 이 (4a) 의 내경은 너트 (2) 에 형성된 내부 나사 (2a) 의 내경과 실질적으로 동일하게 정해진다. 링 기어 (4) 는 내부 나사 (2a) 의 양 단부에 각각 형성되고, 내부 이 (4a) 는 제 3 기어를 형성한다.
축 (1) 의 외부 나사 (1a) 의 유효 지름, 각각의 롤러 (3) 의 나사 (3a) 의 유효 지름, 및 너트 (2) 의 내부 나사 (2a) 의 유효 지름 사이의 비율이 "α:β:λ" 로 표현되는 경우에, 각각의 기어의 수 사이의 비율은 축 (1) 의 스퍼기어 (1b) 의 이 수, 각각의 기어 (3) 의 스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c) 의 각각의 이 수, 및 각각의 링 기어 (4) 의 내부 이 (4a) 의 이 수도 "α:β:λ" 로 표현되도록 정해진다. 이에 의해서, 각각의 나사의 나사 결합에 의한 감속 기어비와 각각의 기어의 맞물림의 감속 기어비가 서로 일치하게 된다.
이렇게 구성된 실시형태의 회전/직선 운동 변환 기구에서, 예를 들어, 너트 (2) 가 회전할 수 있고 축방향으로는 이동할 수 없게 지지되며, 축 (1) 이 회전할 수 없고 축방향으로는 이동할 수 있게 지지되는 경우의 작동을 이하 설명한다.
이 경우에, 너트 (2) 를 회전시키면, 롤러 (3) 가 너트 (2) 의 내부 나사 (2a) 및 축 (1) 의 외부 나사 (1a) 와 나사 결합되면서, 자전 및 축 (1) 주위를 공전한다. 즉, 이 운동은 태양-위성 운동이며, 축 (1) 은 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비와 각각의 나사의 나사 줄 수에 따라 정해지는 리드에 의해 축방향으로 직선 운동을 한다.
축 (1), 각각의 롤러 (3), 및 너트 (2) 사이의 감속 기어비가 "3:1:5" 로 정해지고, 축 (1) 의 외부 나사 (1a), 각각의 롤러 (3) 의 나사 (3a), 및 너트 (2) 의 내부 나사 (2a) 의 나사 줄 수가 "4 줄 : 1 줄 : 5 줄" 로 정해지는 경우에, 너트 (2) 가 일회전할 때, 축 (1) 의 스트로크 양은 외부 나사 (1a) 의 1 피치이다. 즉, 이 때의 리드는 외부 나사 (1a) 의 1 피치이다.
도 1 에서의 화살표 (A) 를 따라 본 회전/직선 운동 변환 기구의 구조를 도시한 도 3 또는 도 1 에 도시되었듯이, 본 실시형태에서, 너트 (2) 에 고정된 각각의 링 기어 (4) 의 내부 이 (4a) 는 각각의 롤러 (3) 에 제공된 스퍼기어 (3c) 와 맞물리고, 롤러 (3) 에 제공된 스퍼기어 (3b) 는 축 (1) 의 일부에 제공된 스퍼기어 (1b) 와 맞물린다. 따라서, 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비는 축 (1), 너트 (2), 및 롤러 (3) 에 제공되는 각각의 기어 사이의 맞물림에 의해 정해진다. 따라서, 축 (1), 너트 (2), 또는 롤러 (3) 에 제공된 각각의 나사의 실제 유효 지름이 나사의 가공 정밀도에 의해 달라지거나 나사 결합되는 나사 사이의 접촉면의 마모 등에 의해 변하는 경우에도, 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비가 나사의 유효 지름에 의해 영향을 받지 않으면서 안정적이고 일정한 값으로 유지될 수 있다. 너트 (2) 가 일회전할 때의 축 (1) 의 스트로크 양, 즉 리드가 안정적이고 일정한 값으로 유지될 수 있고, 리드 정밀도가 향상될 수 있다.
도 4 는 본 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구의 스트로크 정밀도를 도시한다. 도 4 에 도시된 각각의 선은 너트가 회전할 때의 축 (1) 의 스트로크 양을 나타낸다. 선 (L1) 에 의해 표시되는 실선은 본 실시형태에 따른 회전 /직선 운동 변환 기구의 설계상의 스트로크 양, 즉 목표치를 나타낸다. 선 (L2) 에 의해 표시되는 쇄선은 본 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구의 실제 스트로크 양을 나타낸다. 선 (L3) 으로 표시되는 2점 쇄선은, 축, 롤러, 및 너트가 오직 나사에 의해 서로 나사 결합되고, 기어가 없는 회전/직선 운동 변환 기구에서 너트가 전방으로 회전할 때의 스트로크 양 또는 이송량을 나타낸다. 선 (L4) 으로 표시되는 2점 쇄선은, 기어가 없는 회전/직선 운동 변환 기구에서 너트가 전방으로 회전한 후 반대로 회전할 때의 스트로크 양, 즉 복귀량을 나타낸다.
기어가 없는 회전/직선 운동 변환 기구에서, 감속 기어비가 각각의 나사의 유효 지름의 영향에 의해 설계치와 달라지며, 그 값 차제가 불안정해져서 리드 정밀도를 쉽게 저하시킨다. 따라서, 도 4 에 도시된 것처럼, 목표치 (선 (L1)) 와 실제 스트로크 양 (선 (L3) 및 선 (L4)) 이 크게 달라져서, 요구되는 스트로크 정밀도를 달성하기가 어려워진다. 기어가 없는 회전/직선 운동 변환 기구에서, 너트의 회전수가 동일한 경우에도, 너트의 전진 회전 (선 (L3)) 과 너트의 역회전 (선 (L4)) 사이에서 스트로크 양이 다르다.
한편, 본 실시형태의 회전/직선 운동 변환 기구에서는, 상기와 같이 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비는 안정적이고 일정한 값, 즉 설계치로 유지될 수 있고, 리드 정밀도가 향상될 수 있다. 따라서, 실제 스트로크 양 (선 (L2)) 과 목표치 (선 (L1)) 가 도 4 에 도시된 것과 같이 서로 실질적으로 일치하고, 요구되는 스트로크 정밀도를 달성할 수 있다. 이런 방식으로, 본 실시형태의 회전/직선 운동 변환 기구에 의해, 상기 기어가 없는 회전/직선 운동 변환 기구에 비해 스 트로크 정밀도가 향상될 수 있다.
한편, 너트 (2) 의 회전이 변환되어 축 (1) 이 직선 운동을 할 때, 롤러 (3) 와 축 (1) 이 축 (1) 의 축방향으로 서로에 대해 상대적으로 이동하지만, 본 실시형태에서는, 축 (1) 의 스퍼기어 (1b) 가 롤러 (3) 에 대해 상대적으로 이동하는 범위에 대응하여 각각의 롤러 (3) 의 스퍼기어 (3b) 가 제공된다. 따라서, 각각의 롤러 (3) 의 스퍼기어 (3b) 와 축 (1) 의 스퍼기어 (1b) 사이의 맞물림이 유지되면서, 롤러 (3) 와 축 (1) 이 서로에 대해 상대적으로 이동한다. 따라서, 축 (1) 과 롤러 (3) 가 기어에 의해 맞물리는 경우에도, 롤러 (3) 와 축 (1) 은 서로에 대해 상대적으로 이동할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 롤러 (3) 의 스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c) 와 맞물리는 기어로서, 스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c) 와 맞물리는 내부 이 (4a) 가 형성된 링 기어 (4) 가 너트 (2) 에 준비되며, 이 링 기어 (4) 는 너트 (2) 의 내주면에 제공된다. 따라서, 기어가 너트 (2) 의 내주면에 직접 형성되는 경우에 비해, 기어가 너트 (2) 에 더 쉽게 제공될 수 있다.
상기와 같이, 본 실시형태에 따르면, 이하의 이점을 얻는다.
(1)그 외주면에 외부 나사 (1a) 를 가지는 축 (1), 그 내주면에 내부 나사 (2a) 를 가지는 너트 (2), 및 축 (1) 의 외주면과 너트 (2) 의 내주면 사이에 끼워지는 롤러 (3) 를 포함하는 회전/직선 운동 변환 기구에서, 각각의 롤러 (3) 는 외부 나사 (1a) 및 내부 나사 (2a) 와 각각 나사 결합되는 나사 (3a) 를 가진다. 각각의 롤러 (3) 의 일부에는 기어 (스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c)) 가 제공된 다. 축 (1) 의 일부에는 각각의 롤러 (3) 의 기어 (스퍼기어 (3b)) 와 맞물리는 기어 (스퍼기어 (1b)) 가, 너트 (2) 의 일부에는 각각의 롤러 (3) 의 기어 (스퍼기어 (3c)) 와 맞물리는 기어 (내부 이 (4a)) 가 각각 제공된다.
따라서, 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비는 축 (1), 너트 (2), 및 롤러 (3) 에 제공되는 각각의 기어 사이의 맞물림에 의해 정해진다. 따라서, 감속 기어비가 안정되고 일정한 값으로 유지될 수 있어, 리드 정밀도가 향상된다.
(2)축 (1) 의 기어 (스퍼기어 (1b)) 가 롤러 (3) 에 대해 상대적으로 이동하는 범위에 대응하여, 축 (1) 의 기어 (스퍼기어 (1b)) 와 맞물릴 수 있는 각각의 롤러 (3) 의 기어 (스퍼기어 (3b)) 가 제공된다. 따라서, 축 (1) 과 롤러 (3) 가 기어에 의해 맞물리는 경우에도, 롤러 (3) 와 축 (1) 이 상대적으로 이동할 수 있다.
(3)너트 (2) 의 내주면에는 링 기어 (4) 가 제공되고, 각각의 링 기어 (4) 에는 너트 (2) 의 기어를 형성하는 내부 이 (4a) 가 각각의 롤러 (3) 의 기어 (스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c)) 와 맞물리는 너트 (2) 의 기어로서 형성된다. 따라서, 기어가 너트 (2) 의 내주면에 직접 형성되는 경우에 비해서, 기어가 너트 (2) 에 더 쉽게 제공될 수 있다.
(제 2 실시형태)
다음으로, 도 5 내지 도 7 을 참고하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구를 설명한다.
도 5 는 본 실시형태에 따른 회전/직선 운동 변환 기구의 구성의 축방향에서 의 단면도이다.
도 5 에 도시되었듯이, 본 실시형태의 회전/직선 운동 변환 기구는 축 (11), 축 (11) 의 외측에 제공되는 너트 (12), 축 (11) 의 외주면과 너트 (12) 의 내주면 사이에 끼워지고 자전 및 축 (11) 주위를 공전하는 복수의 롤러 (13), 및 너트 (12) 의 내주면에 제공되는 링 기어 (14) 를 포함한다. 축방향으로 롤러 (13) 의 양 단부를 각각 지지하는 리테이너 (15), 리테이너를 지지하는 부싱 (16), 축 (11) 을 지지하는 베어링 (17) 이 제공되고, 회전/직선 운동 변환 기구는 너트 (12) 의 회전을 축 (11) 의 직선 운동으로 변환하는 롤러 나사 기구를 형성한다. 이하, 상기 구성요소 각각을 상세히 설명한다.
축 (11) 의 외주면에 외부 나사 (11a) 가 형성되며, 예를 들어, 상기 외부 나사 (11a) 는 여러줄 우나사이다.
도 6 은 롤러 (13) 의 형상을 도시한다. 도 5 및 도 6 에 도시되었듯이, 각각의 롤러 (13) 는 원통 형상이고, 축 (11) 의 외부 나사 (11a) 와 나사 결합되는 나사 (13a) 가 축방향으로 외주면 전체에 형성된 나사부 및 나사부의 양 단부에 제공되는 각각의 축 (13b) 을 포함한다. 예를 들어, 나사 (13a) 는 한줄 좌나사이다. 또한, 복수 (본 실시형태에서는 9 개) 의 롤러 (13) 가 축 (11) 의 외주면을 둘러싸면서 동일한 피치로 배치된다. 각각의 롤러 (13) 의 양 단부에 제공되는 각각의 축 (13b) 은 축 (11) 을 둘러싸는 고리형 리테이너 (15) 에 의해 회전가능하게 지지된다. 리테이너 (15) 에 의해서, 각각의 롤러 (13) 의 배치 위치 (상기 동일한 피치) 가 축 (11) 의 원주 방향에서 유지된다.
각각의 롤러 (13) 의 나사부의 양 단부에서의 외주면에서, 상기 링 기어 (14) 와 맞물리는 스퍼기어 (13d) 가 각각 일체적으로 제공된다. 즉, 도 6 에 도시된 것처럼, 롤러 (13) 에서 나사 (13a) 가 형성되는 부분 (도 6 에 도시된 나사 형성부) 에, 각각의 스퍼기어 (13d) 의 이가 형성된다. 나사 (13a) 와 스퍼기어 (13d) 의 이가 형성되는 부분 (도 6 에 도시된 이 형성부) 은 상기 스퍼기어 (3b) 및 스퍼기어 (3c) 의 가공과 유사한 방식으로 수행될 수 있다.
상기 너트 (12) 의 내주면에는 각각의 롤러 (13) 의 나사 (13a) 와 나사 결합되는 내부 나사 (12a) 가 형성되고, 내부 나사 (12a) 는, 예를 들어 외부 나사 (11a) 와 다른 줄 수의 나사를 가지는 여러줄 좌나사이다.
또한, 너트 (12) 의 내주면의 일부에는, 롤러 (13) 의 각각의 스퍼기어 (13d) 와 맞물리는 기어가 제공된다. 더 상세하게는, 너트 (12) 의 내주면에는, 각각의 스퍼기어 (13d) 와 맞물리는 두 개의 상기 링 기어 (14) 가 제공된다.
각각의 링 기어 (14) 는 고리 형상으로 만들어지고, 그 외주면은 너트 (12) 의 내주면에 고정된다. 또한, 그 내주면에는, 스퍼기어 (13d) 의 이와 맞물리는 스퍼형 내부 이 (14a) 가 형성되고, 내부 이 (14a) 의 내경은 너트 (12) 에 형성된 내부 나사 (12a) 의 내경과 실질적으로 동일하다. 링 기어 (14) 는 내부 나사 (12a) 의 양 단부에 각각 형성된다.
각각의 롤러 (13) 의 나사 (13a) 의 유효 지름과 너트 (12) 의 내부 나사 (12a) 의 유효 지름 사이의 비율이 "β:λ" 로 정해지는 경우에, 각각의 기어의 이의 수는 각각의 롤러 (13) 의 스퍼기어 (13d) 의 이 및 각각의 링 기어 (14) 의 내 부 이 (14a) 의 수 사이의 비율도 "β:λ" 가 되도록 정해진다. 이에 의해서, 각각의 나사의 나사 결합에 의한 감속 기어비는 각각의 기어의 맞물림에 의한 감속 기어비가 일치하게 된다.
각각의 리테이너 (15) 의 외주면은 미끄럼 베어링으로서 작용하는 부싱 (16) 의 내주면에 의해 회전가능하게 지지되고, 부싱 (16) 은 너트 (12) 의 내주면에 가압 끼워맞춤된다. 부싱 (16) 을 너트 (12) 에 고정시키는 방법으로, 적절하다면 가압 끼워맞춤 이외의 어떠한 방법도 사용될 수 있다. 또한, 부싱 (16) 은 제 2 지지 부재를 형성한다. 이러한 방식으로 롤러 (13) 의 양 단부에 제공되는 각각의 리테이너 (15) 는 부싱 (16) 과 활주하면서 롤러 (13) 의 공전에 따라 너트 (12) 내에서 회전한다.
상기 너트 (12) 의 내주면의 축방향 양 단부에는, 베어링 (17) 이 각각 가압 끼워맞춤되고, 축 (11) 은 각각의 베어링 (17) 에 의해 축으로서 지지된다. 더 상세하게는, 베어링 (17) 은 감마찰(anti-friction) 베어링이며, 축 (11) 의 외주면은 베어링 (17) 의 내부 링 (17a) 에 의해 지지된다. 각각의 베어링 (17) 의 내부 링 (17a) 및 축 (11) 은 헐거운 끼워맞춤 상태에 있어서, 축 (11) 이 내부 링 (17a) 내부에서 이동할 수 있다. 너트 (12) 의 내주면에는 각각의 베어링 (17) 의 외부 링 (17b) 이 가압 끼워맞춤된다. 외부 링 (17b) 을 너트 (12) 에 고정시키는 방법으로, 적절하다면 가압 끼워맞춤 이외의 어떠한 방법도 사용될 수 있다. 또한, 이 베어링 (17) 은 제 1 지지 부재를 형성한다.
이렇게 구성된 실시형태의 회전/직선 운동 변환 기구에서, 예를 들어, 너트 (12) 가 회전할 수 있고 축방향으로는 이동할 수 없게 지지되며, 축 (11) 이 회전할 수 없고 축방향으로는 이동할 수 있게 지지되는 경우의 작동을 이하 설명한다.
이 경우에, 너트 (12) 가 회전하면, 롤러 (13) 가 너트 (12) 의 내부 나사 (12a) 및 축 (11) 의 외부 나사 (11a) 와 나사 결합되고, 각각의 스퍼기어 (13d) 및 링 기어 (14) 의 내부 이 (14a) 와 맞물리면서, 자전 및 축 (11) 주위를 공전한다. 즉, 이 운동은 태양-위성 운동이며, 축 (11) 은 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비와 각각의 나사의 나사 줄 수에 따라 정해지는 리드에 의해 축방향으로 직선 운동을 한다.
예를 들어, 축 (11) 의 외부 나사 (11a), 각각의 롤러 (13) 의 나사 (13a), 및 너트 (12) 의 내부 나사 (12a) 의 유효 지름을 "3:1:5" 로 정하면, 축 (11), 각각의 롤러 (13), 및 너트 (12) 의 감속 기어비는 "3:1:5" 로 정해진다. 축 (11) 의 외부 나사 (11a), 각각의 롤러 (13) 의 나사 (13a), 및 너트 (12) 의 내부 나사 (12a) 의 나사 줄 수가 "4 줄 : 1 줄 : 5 줄" 로 정해지는 경우에, 너트 (12) 가 일회전할 때, 축 (11) 의 스트로크 양은 외부 나사 (1a) 의 1 피치가 된다. 즉, 이 때의 리드는 외부 나사 (1a) 의 1 피치이다.
상기 종래 기구에서, 너트의 중심축에 대한 축의 중심축의 위치와 너트의 중심축에 대한 롤러의 공전축의 위치는 나사의 맞물림에 의해 정해지고, 축의 중심축과 롤러의 공전축은 너트의 중심축으로부터 쉽게 옮겨진다. 축의 중심축 또는 롤러의 공전축이 너트의 중심축으로부터 옮겨지면, 각각의 축 사이의 거리가 변하고, 축, 롤러, 또는 너트에 제공된 각각의 나사의 접촉면의 위치가 변하며, 그에 의해 각각의 나사의 실제 유효 지름이 변하고 안정적이고 일정한 감속 기어비를 얻기가 어려워진다.
이에 대해서, 본 실시형태에서는, 도 5 에 도시된 B-B 단면의 회전/직선 운동 변환 기구의 구조를 도시하는 도 7 에 도시된 것과 같이, 축 (11) 이 너트 (12) 에 고정되는 베어링 (17) 에 의해 지지되기 때문에, 너트 (12) 의 중심축이 축 (11) 의 중심축과 일치될 수 있다. 또한, 너트 (12) 에 유사하게 고정되는 부싱 (16) 에 의해 리테이너 (15) 가 회전가능하게 지지되기 때문에, 너트 (12) 의 중심축 및 각각의 리테이너 (15) 의 중심축, 즉 롤러 (13) 의 공전축이 서로 일치될 수 있다.
이러한 방식으로, 본 실시형태의 회전/직선 운동 변환 기구에서, 너트 (12) 의 중심축에 대한 축 (11) 의 중심축의 위치가 베어링 (17) 에 의해 정해지고, 너트 (12) 의 중심축에 대한 롤러 (13) 의 공전축의 위치가 부싱 (16) 에 의해 정해지기 때문에, 축 (11) 의 중심축과 롤러 (13) 의 공전축이 너트 (12) 의 중심축과 쉽게 일치될 수 있다. 따라서, 전술한 각각의 축 사이 거리의 변화가 억제될 수 있고, 각각의 나사의 접촉면의 위치가 안정되어, 결과적으로 각각의 나사의 실제 유효 지름이 안정될 수 있다. 따라서, 각각의 나사의 유효 지름의 비율에 의해 정해지는 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비가 안정적이고 일정한 값으로 유지될 수 있고, 너트 (12) 가 일회전할 때의 축 (11) 의 스트로크 양, 즉 리드도 안정적이고 일정한 값으로 유지되어, 리드 정밀도가 향상된다.
전술한 것과 같이, 본 실시형태에 따르면, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
(1)그 외주면에 외부 나사 (11a) 를 가지는 축 (11), 그 내주면에 내부 나사 (12a) 를 가지는 너트 (12), 및 축 (11) 의 외주면과 너트 (12) 의 내주면 사이에 끼워지며 외부 나사 (11a) 및 내부 나사 (12a) 와 각각 나사 결합되는 나사 (13a) 를 가지는 롤러 (13) 를 포함하는 회전/직선 운동 변환 기구에서, 이하의 부재가 제공된다. 즉, 측 (11) 의 외주면을 지지하고 너트 (12) 의 내주면에 고정되는 베어링 (17), 축 (11) 을 둘러싸는 고리 형상을 가지고 롤러 (13) 의 양 단부를 각각 지지하는 리테이너 (15), 각각의 리테이너 (15) 의 외주면을 회전가능하게 지지하고 너트 (12) 의 내주면에 고정되는 부싱 (16) 이 제공된다.
따라서, 축 (11) 의 중심축 및 롤러 (13) 의 공전축이 너트 (12) 의 중심축과 쉽게 일치될 수 있어서, 외부 나사 (11a), 내부 나사 (12a), 또는 나사 (13a) 등의 각각의 나사의 접촉면의 위치가 안정될 수 있어, 각각의 나사의 실제 유효 지름을 안정시킬 수 있다. 따라서, 회전/직선 운동 변환 기구의 감속 기어비가 안정적이고 일정한 값으로 유지될 수 있고, 그에 의해 리드 정밀도가 향상될 수 있다.
상기 실시형태 각각은 이하와 같이 변경될 수 있다.
제 1 실시형태에서, 각각의 링 기어 (4) 의 내부 이 (4a) 가 너트 (12) 의 내주면에 직접 형성될 수 있다. 이 경우에, 링 기어 (4) 가 생략될 수 있다. 유사하게, 제 2 실시형태에서, 링 기어 (14) 의 내부 이 (14a) 가 너트 (12) 의 내주면에 직접 형성될 수 있다. 이 경우에, 링 기어 (14) 가 생략될 수 있다.
제 1 실시형태에서의 링 기어 (4) 또는 제 2 실시형태에서의 링 기어 (14) 의 수는 하나일 수 있다.
제 1 실시형태에서, 스퍼기어 (1b) 의 배치 위치는 임의로 변경될 수 있다. 요점은 롤러 (3) 에 제공되는 기어와 맞물리는 기어를 축 (1) 에 제공하는 것이다.
제 2 실시형태에서, 축 (11) 을 지지하는 제 1 지지 부재는 베어링 (17) 이지만, 제 1 지지 부재는 이에 한정되지 않는다. 상기 부재는 축 (11) 의 외주면을 지지하고 너트 (12) 의 내주면에 고정되며 축 (11) 의 중심축을 너트 (12) 의 중심축에 일치시킬 수 있다면, 다른 부재일 수도 있다. 감마찰 베어링인 베어링 (17) 은, 예를 들어 부싱 (16) 등의 미끄럼 베어링으로 변경될 수도 있다.
또한, 제 2 실시형태에서의 리테이너 (15) 를 지지하는 제 2 지지 부재는 부싱 (16) 이지만, 제 2 지지 부재는 이에 한정되지 않는다. 상기 부재는 리테이너 (15) 의 외주면을 회전가능하게 지지하고 너트 (12) 의 내주면에 고정되며 롤러 (13) 의 공전축을 너트 (12) 의 중심축과 일치시킬 수 있다면, 다른 부재일 수 있다. 미끄럼 베어링인 부싱 (16) 은, 예를 들어 베어링 (17) 등의 감마찰 베어링으로 변경될 수 있다.
제 2 실시형태에서, 두 개의 부싱 (16) 이 제공되지만, 부싱 (16) 중 한 개는 생략될 수 있다. 또한, 제 2 실시형태에서, 두 개의 베어링 (17) 이 제공되지만, 베어링 (17) 중 한 개는 생략될 수 있다. 이 경우에도, 축 (11) 의 중심축과 롤러 (13) 의 공전축이 너트 (12) 의 중심축과 어느 정도 일치될 수 있다.
제 1 및 제 2 실시형태에서, 축의 외주면에 제공되는 기어, 각각의 롤러의 외주면에 제공되는 기어, 및 너트의 내주면에 제공되는 기어는 스퍼기어로서 만들어지지만, 다른 형태의 기어일 수 있다. 예를 들어, 그것들은 헬리컬 기어, 이중 헬리컬 기어일 수 있다.
제 1 및 제 2 실시형태에 개시된 회전/직선 운동 변환 기구에서, 너트가 회전할 수 없고 축방향으로 이동할 수 있도록 너트를 지지하고, 축이 회전할 수 있고 축방향으로 이동할 수 없도록 축을 지지함으로써, 축의 회전 운동을 너트의 직선 운동으로 변환할 수 있다.

Claims (15)

  1. 외주면에 나사를 가지는 축, 내주면에 나사를 가지는 너트, 및 상기 축의 외주면과 상기 너트의 내주면 사이에 끼워지며 상기 축과 상기 너트의 나사와 나사 결합되는 나사를 가지는 롤러를 포함하며, 상기 축 및 상기 너트 중 어느 하나의 회전 운동을 다른 하나의 직선 운동으로 변환하는 회전/직선 운동 변환 기구로서,
    상기 롤러의 일부에 제공되는 제 1 기어;
    상기 축의 일부에 제공되며, 상기 제 1 기어와 맞물리는 제 2 기어; 및
    상기 너트의 일부에 제공되며, 상기 제 1 기어와 맞물리는 제 3 기어를 포함하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기어는 상기 제 2 기어가 상기 롤러에 대해 상대적으로 운동하는 범위에 대응하여 제공되는 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 기어는 상기 롤러와 일체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 기어는 상기 롤러와 별개인 부재로 형성되고, 상기 롤러와 조립되는 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기어는 상기 롤러의 축방향 단부에 각각 제공되는 한 쌍의 제 1 기어 중 하나인 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 너트는 그 내주면에 링 기어를 가지고, 상기 링 기어는 제 3 기어를 형성하는 내부 이를 가지는 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기어는 상기 축과 일체적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기어는 상기 축과 별개인 부재로 형성되고, 상기 축과 조립되는 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 기어는 상기 축의 축방향 단부에 제공되는 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 기어, 제 2 기어, 및 제 3 기어는 스퍼기어인 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  11. 외주면에 나사를 가지는 축, 내주면에 나사를 가지는 너트, 및 상기 축의 외주면과 상기 너트의 내주면 사이에 끼워지며 상기 축과 상기 너트의 나사와 나사 결합되는 나사를 가지는 롤러를 포함하며, 상기 축 및 상기 너트 중 어느 하나의 회전 운동을 다른 하나의 직선 운동으로 변환하는 회전/직선 운동 변환 기구로서,
    상기 너트의 내주면에 고정되며, 상기 축의 외주면을 지지하는 제 1 지지 부재;
    상기 축을 둘러싸는 고리 형상을 각각 가지며, 상기 롤러의 축방향 양 단부를 각각 지지하는 복수의 리테이너; 및
    상기 너트의 내주면에 고정되며, 상기 리테이너 중 하나 이상의 외주면을 회전가능하게 지지하는 제 2 지지 부재를 포함하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 지지 부재 및 제 2 지지 부재 중 하나 이상은 감마찰 베어링인 것 을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 지지 부재 및 제 2 지지 부재 중 하나 이상은 미끄럼 베어링인 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 지지 부재는 감마찰 베어링이고, 상기 제 2 지지 부재는 미끄럼 베어링인 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축의 나사는 여러줄 나사이고, 상기 롤러의 나사는 한줄 나사이며, 상기 너트의 나사는 상기 축의 나사와 다른 줄 수를 가지는 여러줄 나사인 것을 특징으로 하는 회전/직선 운동 변환 기구.
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