KR20090085137A

KR20090085137A - 볼 스플라인 장치

Info

Publication number: KR20090085137A
Application number: KR1020097013407A
Authority: KR
Inventors: 다께끼 시라이
Original assignee: 티에치케이 가부시끼가이샤
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2007-11-13
Publication date: 2009-08-06
Also published as: CN101542147A; EP2096326A1; US20100098358A1; CN101542147B; US8123407B2; TWI410566B; JP5265379B2; TW200844344A; EP2096326A4; WO2008065878A1; JPWO2008065878A1; KR101372701B1; EP2096326B1

Abstract

본래의 기능을 충분히 발휘하면서도 너트 부재의 외경을 극한까지 소형화할 수 있고, 또한 조립 수고가 없고, 저렴하고 또한 간편하게 제조하면서도 신뢰성을 유지하는 것이 가능한 볼 스플라인 장치이며, 너트 부재(2)는 볼(3)이 순환하는 트랙 홈(30)을 스플라인축(1)에 면한 내주면에 갖고, 상기 트랙 홈(30)은 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10a, 10b)과 마주보고 형성되는 부하 직선 홈(31)과, 이 부하 직선 홈(31)과 평행하게 설치되는 무부하 직선 홈(32)과, 이들 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32)을 연통 연결하여 이들 사이에서 볼(3)을 왕래시키는 한 쌍의 볼 편향 홈(33)으로 구성되고, 상기 볼 편향 홈(33)은 상기 볼 전동 홈(10a, 10b) 내를 전동하는 볼(3)의 진행 방향을 강제적으로 변화시켜, 상기 스플라인축(1)의 프로파일을 이용하여 볼(3)을 상기 볼 전동 홈(10a, 10b)으로부터 이탈시킨다.

볼 스플라인 장치, 너트 부재, 스플라인축, 볼 전동 홈, 트랙 홈

Description

볼 스플라인 장치 {BALL SPLINE DEVICE}

본 발명은 다수의 볼을 통해 스플라인축과 너트 부재가 상대적으로 직선 운동 가능하게 조합되어, 공작 기계나 각종 산업 기계에 있어서의 직선 안내부, 산업용 로봇에 있어서의 토크 전달부 등에 사용되는 볼 스플라인 장치에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 볼 스플라인 장치로서는, 일본 실용신안 출원 공개 소61-179414호 공보나 일본 특허 출원 공개 소58-137616호 공보 등에 개시되는 것이 알려져 있다. 이들 볼 스플라인 장치는 길이 방향을 따라서 연장되는 복수조의 볼 전동 홈을 구비한 스플라인축과, 다수의 볼을 통해 상기 스플라인축에 부착되는 동시에, 상기 볼의 무한 순환로를 구비한 너트 부재로 구성되어 있고, 볼의 무한 순환에 수반하여 상기 너트 부재가 스플라인축의 주위를 그 길이 방향을 따라서 자유자재로 이동할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 너트 부재에 구비된 볼의 무한 순환로는 볼이 너트 부재와 스플라인축 사이에 작용하는 하중을 부하하면서 전동(轉動)(roll)하는 부하 통로와, 이 부하 통로와 평행하게 형성되는 볼 복귀 통로와, 이들 부하 통로와 볼 복귀 통로를 연결하는 U자 형상의 방향 전환로로 구성되어 있다. 그리고, 부하 통로와 볼 복귀 통로의 양단부에 상기 방향 전환로를 배치함으로써, 볼의 무한 순환로가 구성되도록 되어 있다.

너트 부재 그 자체에 상기 볼 복귀 통로를 관통 형성하면, 이러한 너트 부재가 두꺼워져 대경화되는 경향이 있고, 또한 볼의 직경이 작은 경우에는 볼 복귀 구멍의 직경도 작은 것이 되어, 이 볼 복귀 구멍을 너트 부재에 대해 직접적으로 관통 형성하는 것은 곤란하다. 이로 인해, 상기 문헌에 개시되는 볼 스플라인 장치에서는 원통 형상으로 형성된 너트 부재의 내주면과 이것을 관통하는 스플라인축의 간극에 합성 수지제의 유지기를 개재 장착하여, 이러한 유지기와 너트 부재의 협동에 의해 볼 복귀 통로 및 방향 전환로를 형성하고 있었다.

또한, 상기 부하 통로를 전동하고 있는 볼이 방향 전환을 거쳐 볼 복귀 통로로 이동하기 위해서는, 이러한 볼을 스플라인축의 볼 전동 홈으로부터 이탈시키는 것이 필요해진다. 이로 인해, 종래의 볼 스플라인 장치에서는 상기 유지기에 대해 상기 방향 전환로에 연속하는 볼 픽업부가 설치되어 있고, 상기 볼 전동 홈을 전동해 온 볼은 이 픽업부에 실리도록 하여 상기 볼 전동 홈으로부터 이탈하여, 유지기와 너트 부재의 협동에 의해 형성된 방향 전환로 내에 수용되도록 되어 있었다.

특허 문헌 1 : 일본 실용신안 출원 공개 소61-179414호 공보

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 소58-137616호

그러나, 설명해 온 바와 같은 종래의 볼 스플라인 장치에서는 유지기와 너트 부재의 협동에 의해 볼 복귀 통로가 형성되어 있으므로, 이러한 볼 복귀 통로는 적어도 유지기의 두께분만큼은 스플라인축으로부터 그 반경 방향으로 이격시킬 수밖에 없었다. 또한, 유지기에는 상기 방향 전환로나 볼 복귀 통로가 형성되어 있어, 그 복잡한 형상을 실현하기 위해 합성 수지의 사출 성형에 의해 제작되나, 너트 부재의 내주면에 장착한 유지기가 변형되어 버리면, 이러한 유지기가 스플라인축에 접촉하여, 너트 부재의 운동이 저해되어 버리므로, 유지기를 극단적으로 얇게 형성하는 것은 곤란했다. 이로 인해, 스플라인축과 너트 부재 사이에 유지기를 수용한 종래의 볼 스플라인 장치에서는 너트 부재의 외경이 유지기의 두께에 영향을 받게 되어, 너트 부재의 소경화에 한계가 있었다.

또한, 종래의 볼 스플라인 장치에서는 상기 유지기에 구비된 픽업부를 사용하여 볼을 스플라인축의 볼 전동 홈으로부터 이탈시키고 있으나, 그때, 볼은 상기 픽업부에 실려져서 볼 전동 홈의 바로 위로 들어 올려진 후, 방향 전환로로 진입하므로, 그만큼 너트 부재와 스플라인축 사이에 공간을 필요로 해, 이 점도 너트 부재의 소형화를 방해하는 요인이 되어 있었다.

또한, 종래의 볼 스플라인 장치에서는 유지기를 필요로 하고, 또한 유지기에 구비된 픽업부는 볼 전동 홈에 대해 정확하게 위치 결정할 필요가 있었으므로, 제작 및 조립이 복잡하고, 또한 조립 정밀도에 대한 신뢰성이 손상되기 쉬운 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 본래의 기능을 충분히 발휘하면서도 너트 부재의 외경을 극한까지 소형화할 수 있고, 또한 조립이 간단하고, 저렴하고 또한 간편하게 제조하면서도 신뢰성을 유지하는 것이 가능한 볼 스플라인 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 볼 스플라인 장치는 외주면에 축방향을 따라서 볼 전동 홈이 형성된 스플라인축과, 이 스플라인축이 관통하는 대략 원통 형상으로 형성되어, 상기 스플라인축에 대해 다수의 볼을 통해 부착되는 동시에, 상기 볼이 순환하는 트랙 홈을 상기 스플라인축에 면한 내주면에 갖는 너트 부재로 구성되어 있다.

상기 트랙 홈은 스플라인축의 볼 전동 홈과 마주보고 형성되어 상기 볼의 부하 통로를 형성하는 부하 직선 홈과, 이 부하 직선 홈과 평행하게 설치되는 동시에 스플라인축의 외주면을 향해 개방된 무부하 직선 홈과, 이들 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈을 연통 연결하여 이들 사이에서 볼을 왕래시키는 동시에 상기 스플라인축의 외주면으로 개방된 한 쌍의 볼 편향 홈으로 구성되어 있다.

즉, 본 발명의 볼 스플라인 장치는 스플라인축과 너트 부재 사이에 유지기를 갖고 있지 않고, 볼은 너트 부재의 내주면에 형성된 트랙 홈을 순환하면서, 스플라인축과 너트 부재 사이에서 하중을 부하한다. 상기 트랙 홈을 구성하는 부하 직선 홈, 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈 중, 부하 직선 홈은 스플라인축의 볼 전동 홈과 마주보고 볼의 부하 통로를 구성하므로, 이러한 부하 직선 홈이 스플라인축을 향해 개방되어 있는 것은 당연하나, 그 밖의 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈도 스플라인축의 외주면을 향해 개방되어 있어, 볼은 스플라인축에 면한 상태로 상기 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈의 내부를 전동한다.

따라서, 볼의 무한 순환로는 스플라인축의 외주면에 접하는 상태로 형성되어 있어, 유지기를 구비한 종래의 볼 스플라인 장치와 비교하여, 스플라인축의 직경이 동일하면 너트 부재의 외경을 소경화하는 것이 가능해진다. 이는, 볼 스플라인 장치를 사용하는 각종 산업 기계의 소형화를 가능하게 한다. 다른 측면에서 본다면, 각종 산업 기계에 있어서 사용할 수 있는 너트 부재의 외경이 결정되어 있는 경우, 본 발명의 볼 스플라인 장치는 종래품과 비교하여 직경이 굵은 스플라인축을 사용하는 것이 가능해져, 스플라인축의 강성 향상에 수반하는 너트 부재의 운동 정밀도의 향상, 전달 토크의 향상을 달성할 수 있어, 볼 스플라인 장치를 채용하는 산업 기계의 능력 향상에 기여하는 것이 가능해진다.

한편, 본 발명의 볼 스플라인 장치에 있어서, 상기 볼 편향 홈은 상기 스플라인축의 볼 전동 홈 내를 전동하는 볼의 진행 방향을 강제적으로 변화시켜, 상기 스플라인축의 프로파일을 이용하여 볼을 상기 볼 전동 홈으로부터 이탈시키는 한편, 이탈된 볼을 상기 스플라인축의 외주면과 협동하여 상기 무부하 직선 홈으로 유도하도록 구성되어 있다.

즉, 본 발명에서는 볼을 스플라인축의 볼 전동 홈으로부터 이탈시키는 데 있어서, 종래와 같이 볼을 픽업부에 의해 볼 전동 홈의 바로 위로 들어올리는 구성을 채용하지 않고, 스플라인축의 프로파일을 이용하고 있다. 스플라인축을 향해 개방된 볼 편향 홈이 볼 전동 홈 내를 전동하는 볼의 진행 방향을 강제적으로 변화시킴으로써, 볼은 스플라인축의 프로파일을 따라서 볼 전동 홈으로부터 이탈하고, 스플라인축의 외주면과 볼 편향 홈에 의해 전동 방향이 규제되면서 무부하 직선 홈으로 유도된다.

이와 같이 하여 볼을 스플라인축의 볼 전동 홈으로부터 이탈시키는 본 발명의 볼 스플라인 장치에서는, 볼을 볼 전동 홈으로부터 들어올리기 위한 픽업부가 불필요해져, 이러한 픽업부를 볼 전동 홈에 대해 위치 결정하는 수고로부터 해방된다. 따라서, 저렴하고 또한 간편하게 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 종래의 픽업부는 볼이 연속적으로 실리게 되므로, 볼이 고속으로 순환한 경우에 변형, 파손이 발생할 우려가 있었으나, 이러한 픽업부를 사용하지 않는 본 발명의 볼 스플라인 장치에서는 그와 같은 우려는 없어, 스플라인축에 대해 너트 부재를 고속으로 이동시켰을 때의 신뢰성을 높이는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명을 적용한 볼 스플라인 장치의 실시 형태를 도시하는 일부 분해 사시도이다.

도 2는 도 1에 도시하는 볼 스플라인 장치의 축방향에 수직인 단면도이다.

도 3은 너트 부재에 구비된 트랙 홈을 평면 상에 전개한 모습을 도시하는 도면이다.

도 4는 너트 부재를 구성하는 너트 본체의 축방향에 수직인 단면도이다.

도 5는 너트 부재를 구성하는 엔드 캡을 도시하는 사시도이다.

도 6은 스플라인축의 축방향으로부터 상기 트랙 홈 내를 전동하는 볼을 관찰한 확대도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 볼 스플라인 장치를 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명을 적용한 볼 스플라인 장치의 실시 형태를 도시하는 것이다. 이 볼 스플라인 장치는 단면 대략 원기둥 형상으로 형성된 스플라인축(1)과, 거의 원통 형상으로 형성되는 동시에 다수의 볼(3)을 통해 상기 스플라인축(1)에 부착된 너트 부재(2)로 구성되어 있고, 상기 너트 부재(2)가 스플라인축(1)의 주위를 축방향으로 자유자재로 왕복 운동하도록 구성되어 있다.

상기 스플라인축(1)의 외주면에는 축방향을 따라서 4조의 볼 전동 홈(10)이 형성되어 있고, 볼(3)은 이들 볼 전동 홈(10)을 전동하면서 너트 부재(2)와 스플라인축(1) 사이에서 하중을 부하한다. 각 볼 전동 홈(10)의 길이 방향과 수직인 단면에 있어서의 형상은 서큘러 아크 형상, 즉 볼 구면의 곡률보다도 약간 큰 곡률의 단일 원호로 되는 형상으로 형성되어 있다. 이들 볼 전동 홈(10)은 너트 부재(2)가 스플라인축(1)의 주위를 화살선 A방향으로 회전하는 경우에 하중을 부하하는 볼 전동 홈(10a)과, 화살선 B방향으로 회전하는 경우에 하중을 부하하는 볼 전동 홈(10b)으로 구성되어 있고, 서로 인접하는 볼 전동 홈(10a)과 볼 전동 홈(10b)이 그룹이 되어, 스플라인축(1)의 외주면에 복수의 그룹이 등간격으로 형성되어 있다. 이에 의해, 너트 부재(2)와 스플라인축(1) 사이에서 회전 토크의 전달이 가능하게 되어 있다. 도 1 및 도 2에 도시한 볼 스플라인 장치에서는 2그룹 4조의 볼 전동 홈(10)이 스플라인축(1)의 외주면에 형성되어 있으나, 3그룹 6조 또는 4그룹 8조의 볼 전동 홈을 형성할 수도 있다.

한편, 상기 너트 부재(2)는 금속제의 너트 본체(4)와, 이 너트 본체(4)의 축방향의 양단부에 볼트로 체결되는 한 쌍의 엔드 캡(5)으로 구성되어 있고, 이들 너 트 본체(4)와 엔드 캡(5)은 모두 상기 스플라인축(1)이 삽입 통과되는 관통 구멍을 갖고 있다. 또한, 너트 본체(4)의 외주면에는 키 홈(40)이 형성되어 있어, 너트 부재(2)를 기계 장치에 설치할 때에 이용되도록 되어 있다.

이와 같이 너트 본체와 엔드 캡의 조합으로 이루어지는 너트 부재(2)는 볼(3)이 무한 순환하는 트랙 홈(30)을 스플라인축(1)에 면한 관통 구멍의 내주면에 갖고 있다. 이 트랙 홈(30)은 스플라인축(1)의 전동 홈(10)과 마주보고 너트 본체(4)의 내주면에 형성된 부하 직선 홈(31)과, 너트 본체(4)의 내주면에 대해 상기 부하 직선 홈(31)과 약간 간격을 두고 평행하게 형성된 무부하 직선 홈(32)과, 이들 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32) 사이에서 볼(3)의 전동 방향을 180도 전환시키는 동시에 이들 홈 사이에서 볼(3)을 왕래시키는 볼 편향 홈(33)으로 구성되어 있다. 이 트랙 홈(30)은 그 전체 영역에 있어서 스플라인축(1)을 향해 개방되어 있어, 트랙 홈(30)에 배열된 볼(3)은 스플라인축(1)과 면한 상태로 상기 트랙 홈(30) 내를 순환한다.

도 3은 상기 트랙 홈(30)을 평면 상에 전개한 모습을 도시하는 것이다. 이 트랙 홈(30)의 일부를 구성하는 부하 직선 홈(31)은 그 길이 방향에 수직인 단면이 스플라인축(1)측의 볼 전동 홈(10)과 마찬가지로 서큘러 아크 형상으로 형성되어 있다. 스플라인축(1)에는 4조의 볼 전동 홈(10)이 형성되어 있으므로, 볼(3)과 스플라인축(1)의 각 볼 전동 홈(10) 또는 너트 부재(2)의 각 부하 직선 홈(31)이 접촉하는 방향은 스플라인축(1)의 둘레 방향에 관하여 90도씩 상이하다. 이에 의해, 너트 부재(2)는 스플라인축(1)의 축방향 이외에 작용하는 모든 하중을 부하하면서 당해 스플라인축(1)을 따라서 왕복 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

한편, 상기 트랙 홈(30)의 일부를 구성하는 무부하 직선 홈(32)은 볼(3)의 직경보다도 약간 큰 통로로서 형성되어 있고, 스플라인축(1)의 외주면을 향해 개방된 상태로 너트 부재의 내주면에 형성되어 있다. 따라서, 볼(3)은 무부하 상태, 즉 자유롭게 회전할 수 있는 상태 그대로 무부하 전동 홈(32) 내에 수용되어 있다. 또한, 무부하 직선 홈(32)이 스플라인축(1)을 향해 개방되어 있으므로, 볼(3)은 스플라인축(1)과 접촉하면서 무부하 직선 홈(32)의 내부를 전동하도록 되어 있다.

또한, 상기 볼 편향 홈(33)은 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32)을 연결하는 대략 U자 형상의 궤도를 갖고 있고, 하중을 부하하면서 부하 직선 홈(31)을 전동해 온 볼(3)을 하중으로부터 해방하는 동시에, 이러한 볼(3)의 전동 방향을 서서히 변화시켜, 180도 방향 전환시켜 상기 무부하 직선 홈(32)으로 송입하도록 구성되어 있다. 이 볼 편향 홈(33)은 부하 직선 홈(31)과의 연결 부위에 있어서 가장 얕고, 무부하 직선 홈(32)과의 연결 부위에 있어서 가장 깊어지도록 형성되어 있다. 볼 편향 홈(33)이 서서히 깊어짐으로써, 부하 직선 홈(31)을 전동해 온 볼(3)이 볼 편향 홈(33)으로 진입하면, 이러한 볼(3)은 하중으로부터 해방되어, 무부하 상태가 되어 볼 편향 홈(33) 내를 무부하 직선 홈(32)을 향해 진행되고, 그 상태 그대로 무부하 직선 홈(32)으로 진입하도록 되어 있다.

너트 부재(2)를 스플라인축(1)을 따라서 이동시키면, 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10)과 너트 부재(2)의 부하 직선 홈(31) 사이에 끼워져 있는 볼(3)은 스플라인축(1)에 대한 너트 부재(2)의 이동 속도(V)의 절반의 속도 0.5V로 부하 직선 홈(31) 내를 이동한다. 부하 직선 홈(31) 내를 전동하는 볼(3)은 볼 편향 홈(33)에 도달하면, 전술한 바와 같이 볼 편향 홈(33)의 깊이가 서서히 깊어지므로, 점차 하중으로부터 해방된다. 하중으로부터 해방된 볼(3)은 후속의 볼(3)에 밀리도록 하여 그대로 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10) 내를 진행하지만, 볼 편향 홈(33)은 볼 전동 홈(10)에 있어서의 볼(10)의 전동을 가로막아, 볼(3)의 진행 방향을 강제적으로 변화시키므로, 볼(3)은 볼 편향 홈(33)에 의해 볼 전동 홈(10)의 편측으로 치우쳐, 스플라인축(1)의 프로파일(외형)을 따르도록 하여 당해 스플라인축의 외주면까지 기어오른다. 이에 의해, 볼(3)은 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10)으로부터 완전히 이탈하여, 너트 부재(2)의 볼 편향 홈(33)에 완전히 수용된다.

평면 상에 전개한 볼 편향 홈(33)은 대략 U자 형상의 궤도를 갖고 있으므로, 이러한 볼 편향 홈(33) 내에 수용된 볼(3)은 그 전동 방향을 역전시켜, 스플라인축(1)의 외주면과 마주보는 너트 부재(2)의 무부하 직선 홈(32) 내로 진입한다. 또한, 무부하 직선 홈(32) 내를 진행한 볼(3)은 반대측의 볼 편향 홈(33)으로 진입하여, 다시 전동 방향을 역전시킨 후, 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10)과 너트 부재(2)의 부하 직선 홈(31) 사이로 진입한다. 이때, 볼(3)은 스플라인축의 프로파일(외형)을 따르도록 하여 볼 전동 홈(10)으로 진입하고, 볼 편향 홈(33)이 서서히 얕아짐에 따라서, 무부하 상태로부터 하중의 부하 상태로 이행한다.

볼(3)은 이와 같이 하여 이동 블록(2)의 트랙 홈(30) 내를 순환하고, 이것에 수반하여 너트 부재(2)가 스플라인축(1)을 따라서 끊임 없이 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

상기 트랙 홈(30)을 구성하는 부하 직선 홈(31), 무부하 직선 홈(32) 및 볼 편향 홈(33) 중, 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32)은 상기 너트 본체(4)의 관통 구멍의 내주면에 형성되어 있다. 도 4는 너트 본체(4)의 축방향에 수직인 단면을 도시하는 것으로, 이 단면 형상이 너트 본체(4)의 축방향으로 연속되어 있다. 이 너트 본체(4)의 내주면의 형상은 상기 부하 직선 홈(31) 및 무부하 직선 홈(32)도 포함하여 와이어 컷트 방전 가공에 의해 형성되어 있다. 부하 직선 홈(31)에 대해서는, 면 조도를 개선하기 위해, 와이어 컷트 방전 가공 후에 연삭 가공 등을 실시해도 좋다. 당연히, 너트 본체(4)의 관통 구멍의 내경이 큰 경우에는 와이어 컷트 방전 가공을 사용하지 않고, 균일한 내주면을 갖는 원통 형상의 너트 본체(4)에 대해, 절삭 가공 또는 연삭 가공에 의해 상기 부하 직선 홈(31) 및 무부하 직선 홈(32)을 형성하도록 해도 좋다.

한편, 트랙 홈(30)을 구성하는 볼 편향 홈(33)에 대해서는 상기 엔드 캡에 형성되어 있다. 도 5는 상기 엔드 캡(5)을 너트 본체(4)측에서 관찰한 사시도이다. 이 엔드 캡(5)의 관통 구멍의 내주면에는 U자 형상의 볼 편향 홈(33)이 형성되는 동시에, 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10)과 약간의 간극을 통해 마주보는 시일 돌기부(50)가 형성되어 있다. 또한, 엔드 캡(5)의 외주면에는 너트 본체(4)의 키 홈(40)에 연속하는 액세스 홈(51)이 형성되어 있어, 엔드 캡(5)을 너트 본체(4)에 고정한 상태라도, 키를 너트 부재(2)의 축방향으로부터 너트 본체(4)의 키 홈(40)으로 집어 넣는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 이 엔드 캡(5)에는 너트 본체(4)에 대한 위치 결정용 스터드(52)가 돌출 설치되어 있고, 이러한 스터드(52) 를 너트 본체(4)의 기준 구멍(41)에 끼워 맞춤으로써 엔드 캡(5)이 너트 본체(4)에 대해 정확하게 위치 결정되어, 엔드 캡(5)측의 볼 편향 홈(33)과 너트 본체(4)측의 부하 직선 홈(31) 및 무부하 직선 홈(32)이 정확하게 결합되도록 구성되어 있다.

상기 엔드 캡(5)은 복잡한 형상을 이루고 있으므로, 합성 수지의 사출 성형을 사용하여 제작되어 있다. 이것 이외의 제작 방법으로서는, 금속 사출 성형(MIM 성형)을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 스플라인축의 외경이 커서, 엔드 캡도 대형화되게 된다면, 절삭 가공에 의해 형성하는 것도 가능하다.

또한, 도 1에서는 너트 부재(2)를 너트 본체(4) 및 엔드 캡(5)의 조합으로 구성하고 있으나, 이는 스플라인축(1)의 외경이 작은 경우에 볼 편향 홈(33)을 절삭 가공 혹은 연삭 가공에 의해 너트 부재(2)의 내주면에 형성하는 것이 곤란하기 때문이고, 스플라인축(1)의 외경이 충분히 커서, 상기 볼 편향 홈(33)을 절삭 가공 혹은 연삭 가공에 의해 너트 부재(2)의 내주면에 형성하는 것이 용이하면, 상기 너트 부재(2)를 단일의 금속 재료로 제작해도 좋다.

도 6은 스플라인축(1)의 축방향으로부터 상기 트랙 홈(30) 내를 전동하는 볼(3)을 관찰한 확대도이다. 상기 스플라인축(1)에는 각 볼 전동 홈(10)에 인접하여 평탄한 볼 유도면(11)이 형성되어 있다. 이 볼 유도면(11)은 너트 부재(2)에 구비된 볼 편향 홈(33)과 마주보도록 하여 상기 볼 전동 홈(10)의 편측에 설치되어 있고, 서큘러 아크 형상으로 형성된 볼 전동 홈(10)의 접선 방향을 따라서 형성되어 있다. 그리고, 이 볼 유도면(11)의 볼 전동 홈(10)과 반대측의 단부는 일정 곡률로 형성된 스플라인축(1)의 외주면(12)과 접속되어 있다.

이와 같은 볼 유도면(11)은 총형 지석을 사용함으로써, 스플라인축(1)에 대해 볼 전동 홈(10)과 동시에 연삭 가공하는 것이 가능하다. 그 결과, 볼 유도면(11)과 볼 전동 홈(10)의 연속성을 현저하게 높일 수 있다.

볼 전동 홈(10)과 매끄럽게 연속되는 볼 유도면(11)을 형성한 것에 의해, 볼 편향 홈(33)에 의해 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10) 내에서의 전동이 차단된 볼(3)은 그 진행 방향을 변화시키면서, 상기 볼 유도면(11)을 따라서 볼 전동 홈(10)으로부터 이탈하여, 스플라인축(1)의 외주면(12)에 도달하게 된다. 그리고, 볼 편향 홈(33) 내를 전동하면서 스플라인축(1)의 외주면(12)을 따라서 무부하 직선 홈(32)으로 진입한다. 도 6 중의 1점 쇄선은 볼 편향 홈(33) 내에 있어서의 볼(3)의 전동 궤적(L)을 나타내고 있다. 볼(3)은 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32) 사이, 즉 볼 편향 홈(33)의 내부에서는 상기 볼 유도면(11) 및 스플라인축(1)의 외주면(12)에 접촉하면서 이것을 따라서 이동하므로, 이 도면으로부터 명백한 바와 같이, 볼 편향 홈(33) 내에 있어서의 볼(3)의 전동 궤적(L)을 스플라인축(1)의 축방향과 수직인 단면에 투영한 궤적은, 볼 편향 홈(33)과 마주보는 부위에 있어서의 스플라인축(1)의 프로파일(외형)과 합치한 것으로 되어 있다.

이로 인해, 너트 부재(2)에 구비된 볼(3)의 무한 순환로는 스플라인축(1)에 대해 최대한 근접되어 있으므로, 너트 부재(2)에 볼(3)의 무한 순환로를 구비시키는데 있어서, 이러한 너트 부재(2)의 두께, 즉 너트 부재(2)의 내경과 외형의 차를 작게 하는 것이 가능해, 스플라인축(1)의 외경 및 사용하는 볼(3)의 직경이 동일하면, 너트 부재(2)의 소경화를 도모할 수 있는 것이다. 또한, 너트 부재(2)의 외경 을 기준으로 하여 생각하면, 이러한 너트 부재(2)의 두께를 얇게 할 수 있는 만큼, 스플라인축(1)의 외경을 크게 할 수 있어, 볼 스플라인 장치의 허용 하중, 강성 등의 향상을 도모할 수 있는 것이다.

또한, 상기 볼 유도면(11)은 서큘러 아크 형상으로 형성된 볼 전동 홈(10)의 접선 방향을 따라서 형성되어 있고, 이러한 볼 전동 홈(10)과 매끄럽게 연속되어 있으므로, 볼 전동 홈(10) 내를 전동하는 볼(3)은 볼 편향 홈(33)에 의해 그 진행 방향을 강제적으로 변화시키게 되어도, 걸림이 발생하지 않고 볼 전동 홈(10)으로부터 이탈하여 볼 유도면(11)으로 옮겨 탈 수 있어, 부하 직선 홈(31)과 볼 편향 홈(33) 사이에 있어서의 볼(3)의 왕래를 원활하게 행할 수 있다. 이에 의해, 본 발명의 볼 스플라인 장치에서는 트랙 홈(30) 내에 있어서의 볼(3)의 무한 순환을 가일층 원활하게 행하는 것이 가능하게 되어 있다.

또한, 트랙 홈(30) 내에 있어서의 볼(3)의 무한 순환이 가일층의 원활화를 고려하는 것이면, 상기 볼 유도면(11)과 스플라인축(1)의 외주면(12)의 접속부에 대해서도, 경계가 없는 매끄러운 연속면으로서 형성하는 것이 바람직하다.

Claims

외주면에 축방향을 따라서 볼 전동 홈(10a, 10b)이 형성된 스플라인축(1)과, 이 스플라인축(1)이 관통하는 대략 원통 형상으로 형성되어, 상기 스플라인축(1)에 대해 다수의 볼(3)을 통해 부착되는 동시에, 상기 볼(3)이 순환하는 트랙 홈(30)을 상기 스플라인축(1)에 면한 내주면에 갖는 너트 부재(2)로 구성되고,

상기 트랙 홈(30)은 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10a, 10b)과 마주보고 형성되어 상기 볼의 부하 통로를 형성하는 부하 직선 홈(31)과, 이 부하 직선 홈(31)과 평행하게 설치되는 동시에 스플라인축(1)의 외주면을 향해 개방된 무부하 직선 홈(32)과, 이들 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32)을 연통 연결하여 이들 사이에서 볼(3)을 왕래시키는 동시에 상기 스플라인축(1)의 외주면으로 개방된 한 쌍의 볼 편향 홈(33)으로 구성되고,

상기 볼 편향 홈(33)은 상기 스플라인축(1)의 볼 전동 홈 내를 전동하는 볼(3)의 진행 방향을 강제적으로 변화시켜, 상기 스플라인축(1)의 프로파일을 이용하여 볼(3)을 상기 볼 전동 홈(10a, 10b)으로부터 이탈시키는 한편, 이탈된 볼(3)을 상기 스플라인축(1)의 외주면과 협동하여 상기 무부하 직선 홈(32)으로 유도하는 것을 특징으로 하는, 볼 스플라인 장치.
제1항에 있어서, 상기 볼 편향 홈(33) 내에 있어서의 볼(3)의 전동 궤적을 너트 부재(2)의 축방향과 수직인 단면에 투영한 궤적은, 이러한 볼 편향 홈(33)과 마주보는 스플라인축(1)의 프로파일과 합치하고 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스플라인 장치.
제1항에 있어서, 상기 스플라인축(1)의 볼 전동 홈(10a, 10b)의 일측에는 상기 너트 부재(2)의 볼 편향 홈(33)과 마주보는 부위에 볼 유도면(11)이 형성되고, 이 볼 유도면(11)은 볼 전동 홈(10a, 10b)으로부터 매끄럽게 연속되어 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스플라인 장치.
제3항에 있어서, 상기 스플라인축(1)에는 2조가 한 쌍이 된 짝수 조의 볼 전동 홈(10a, 10b)이 형성되고, 각 볼 전동 홈은 그 길이 방향과 수직인 단면에 있어서의 형상이 서큘러 아크 형상을 이루고 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스플라인 장치.
제1항에 있어서, 상기 너트 부재(2)는 상기 부하 직선 홈(31) 및 무부하 직선 홈(32)이 형성된 너트 본체(4)와, 상기 볼 편향 홈(33)이 형성되는 동시에 상기 너트 본체(4)의 축방향의 양단부에 고정되는 한 쌍의 엔드 캡(5)으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 볼 스플라인 장치.
제1항에 있어서, 상기 너트 부재(2)는 단일 부재로 이루어지고, 그 내주면에 상기 트랙 홈(30)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스플라인 장치.