KR20170069219A

KR20170069219A - 볼 스크류 너트

Info

Publication number: KR20170069219A
Application number: KR1020177009788A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 파버; 벤야민 ?볼트-고르바텐코; 마티아스 도어; 프릿츠 캄머러
Original assignee: 섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
Priority date: 2014-10-17
Filing date: 2015-10-05
Publication date: 2017-06-20
Also published as: DE102014221135B3; WO2016058605A1; CN107076285B; US10591033B2; CN107076285A; US20170299026A1; KR102563895B1

Abstract

본 발명은, 나사산 프로파일(5)을 갖고 선택적으로 플라스틱으로 둘러싸이도록 인서트 성형된 관형의 판금 몸체(2)를 포함하는 볼 스크류 너트(1)에 관한 것이며, 이 경우 판금 몸체는 나사산 프로파일(5)을 구성하는 판금부(4) 및 이 판금부 내부에 삽입되어 있고 다른 판금부로서 형성된 볼 복귀 부재(9)로 구성되어 있다.

Description

볼 스크류 너트{BALL SCREW NUT}

본 발명은, 볼 스크류용으로 제공된 볼 스크류 너트로서, 롤링 몸체용 부하 섹션으로서 기능을 하는 나사산 프로파일을 갖는 관형의 판금부를 포함하는 볼 스크류 너트에 관한 것이다.

볼 스크류는, 롤링 몸체로서 볼을 포함하는 롤링 나사가 정의되어 있다. 롤링 몸체는 나사 모양의 부하 섹션을 순환하고, 이 나사 모양의 부하 섹션은 볼 스크류 드라이브의 너트 및 스핀들의 프로파일링(profiling)에 의해서 형성된다. 볼은 부하 섹션을 완전히 순환한 후에, 너트 내에 있는 편향 섹션에 의해서 역으로 부하 섹션 내로 이송된다. 볼 스크류 드라이브는, 통상적으로 80% 이상의 고효율을 특징으로 하고, 병진 운동으로의 회전뿐만 아니라 회전으로의 병진 운동도 구현할 수 있다. 규격 표준화와 관련해서는, DIN ISO 3408-1:2011-04 및 과거의 표준 DIN 69 051 부분 1이 참조된다.

청구항 1의 전제부에 따른 볼 스크류 너트는 예를 들어 DE 28 29 433 C2호에 공지되어 있다. 이와 같은 볼 스크류 너트는, 플라스틱으로부터 제조될 수 있는 외부 슬리브 및 슬리브 형태의 내부 부품으로 이루어진다. 슬리브 형태의 부품은 나사 모양의 그루브(groove)를 구비하고, 이 부분에는 볼 복귀 부재에 설치되어 있는 복수의 방사형 관통 보어가 제공되어 있다. 슬리브 형태의 부품은 자신의 외부 면에도 나사 모양의 그루브를 구비하며, 이 그루브가 내부 면에 있는 그루브와 동일한 기울기를 가짐으로써, 결과적으로 슬리브 벽은 전체적으로 실질적으로 동일한 두께를 갖게 된다. 볼 복귀 부재는 원통형 부착물 및 곡선형 플레이트로 이루어지며, 이 곡선형 플레이트는 슬리브 형태 부품의 외부 윤곽에 상응하는 주름진 표면을 갖는다.

또 다른 볼 스크류 너트는 DE 30 32 955 C2호에 공지되어 있다. 이와 같은 볼 스크류 너트는 프레스 방법으로 제조되어 있고, 각각 하나의 금속 스트립으로부터 제조된 2개의 절반으로 구성된다. 2개 절반 중 하나에는 귀환 홈, 즉 편향 섹션이 형성되어 있으며, 이 귀환 홈은 스핀들을 중심으로 이루어지는 정확하게 한 번의 순환 후에 롤링 몸체 나사 기어의 볼을 역으로 부하 섹션으로 이송한다.

볼 롤링 스핀들 및 이 볼 롤링 스핀들 상에 배치된 볼 너트, 즉 볼 스크류 너트를 구비하는 또 다른 볼 스크류가 예를 들어 DE 10 2004 040 362 A1호에 공지되어 있다. 이와 같은 경우에도, 볼 롤링 스핀들과 볼 너트가 함께 볼의 무한 순환을 위한 볼 채널을 제한한다. 이 볼 채널은 나사 모양으로 와인딩된 부하 섹션 및 부하 없는 편향 섹션을 포함하며, 이 편향 섹션의 단부에 부하 섹션이 연결된다. 이 경우, 편향 섹션은 축 방향으로 볼 때 서로에 대해 각을 형성하면서 배치된 2개의 레그를 구성한다. 스핀들 축에서 측정되고 편향 섹션의 일 단부로부터 다른 단부까지 도달하는 상기 각은 DE 10 2004 040 362 A1호에 따르면 바람직하게 140 내지 150°이다.

DE 10 2011 081 966 A1호에는, 연결부로서 형성된 나사산부를 포함하는 롤링 나사 드라이브가 공지되어 있다. 이 경우, 나사산 피치(thread pitch)는 금속으로부터의 변형에 의해서 제조되고, 플라스틱으로 이루어진 관형의 지지부로 둘러싸이도록 인서트 성형된다. 롤링 나사 드라이브는 전자 기계식 제동력 증폭기 내에 사용하기에 적합해야만 한다.

슬라이딩 면을 갖고 관리 작업이 없는 스크류 드라이브의 스크류 너트는 예를 들어 DE 100 28 968 A1호에 공지되어 있다. 이와 같은 스크류 너트로서는, 예를 들어 강철, 구리, 황동 또는 알루미늄으로부터 제조된 슬리브 모양의 판금부가 사용된다. 슬리브의 금속 재료상에는, 폴리테트라플루오르에틸렌을 함유할 수 있는 슬라이딩 커버가 있다.

본 발명의 과제는, 특히 적절한 파워를 적용하기 위해, 특히 제조 비용, 중량 및 기능성 간의 유리한 상황과 관련해서 선행 기술에 대하여 볼 스크류 너트를 개선하는 것이다.

상기 과제는, 청구항 1의 특징들을 갖는 볼 스크류 너트에 의해서 그리고 청구항 6에 따른 볼 스크류 너트를 제조하기 위한 방법에 의해서 해결된다. 이하에서 제조 방법과 관련하여 설명되는 본 발명의 실시예들 및 장점들은 장치, 즉 볼 스크류 너트에 대해서도 유사하게 적용되며, 그 반대로도 마찬가지로 적용된다.

볼 스크류 너트는 판금 몸체를 포함하며, 이 판금 몸체는 나사산 프로파일이 제공된 관형의 판금부 및 이 판금부 내에 삽입되어 있고 다른 판금부로서 형성된 볼 복귀 부재로 구성되어 있다. 나사산 프로파일을 갖는 관형의 판금부는 직접 하나의 슬리브로서 제조될 수 있거나 프로파일링된 더 긴 관을 절단함으로써 제조될 수 있다. 이때, 관의 프로파일링은 단 하나의 연속하는 나사산 프로파일을 구성할 수 있거나 섹션 방식으로만 형성될 수 있으며, 이 경우 각각의 섹션은 추후의 판금 몸체의 나사산 프로파일을 형성한다.

두 가지 경우에, 볼 스크류 너트는 바람직하게 단 한 번만 와인딩된 나사산 프로파일, 즉 부하 섹션을 구비한다. 달리 표현하자면, 부하 섹션 내에서 볼 스크류 너트 및 관련 스핀들을 통과하는 각각의 볼은 완전히 한 번 순환한 후에 볼 복귀 부재에 의해서 재차 부하 섹션 내로 되돌아간다. 편향 섹션의 길이는 바람직하게 볼 스크류 너트의 나사산 프로파일의 피치 높이 및 관련 스핀들의 나사산의 피치 높이에 상응한다. 이로써, 편향 섹션이 다만 볼 스크류 너트의 외부 면 쪽으로만 폐쇄되는 것으로 충분하다. 볼 채널은 교차 없이 형성된다. 부하 섹션과 편향 섹션이 볼 스크류 너트의 내부 주연에서 함께 연장되는 크기인 총 360° 중 편향 섹션은 바람직하게 60° 이상, 특히 30° 이상을 차지하지 않는다. 이로써, 부하 섹션은 볼 스크류 너트의 주연의 5/6 이상에 걸쳐서 또는 11/12 이상에 걸쳐서 연장된다. 이와 같이 볼 스크류 내에서 롤링 몸체로 사용되는 볼을 통해 볼 스크류 너트와 관련 스핀들 사이에서 부하를 전달하기 위해 볼 스크류 너트의 주연을 광범위하게 활용함으로써, 실제로 볼 스크류 내에서는 틸팅 모멘트가 전혀 발생하지 않는다.

판금 몸체는, 축 방향으로 연이어 배치된 복수의 볼 안내 채널을 구비할 수 있으며, 이들 볼 안내 채널은 각각 부하 섹션 및 부하 섹션의 단부들을 연결하는 볼 복귀 섹션으로 구성되어 있다.

볼 복귀 부재는 나사산 프로파일을 갖는 판금부의 직사각형 리세스 내로 삽입될 수 있다. 상기 리세스는 바람직하게, 관형의 판금부가 이미 나사산 형태의 프로파일링부를 갖는 경우에 비로소 형성된다. 제조 기술적으로 유리한 방식으로, 리세스는 내부 천공에 의해서 제조될 수 있다. 리세스가 형성되는 관형의 판금부로서는 예를 들어 이음매 없는 관 또는 특히 딥 드로잉(deep drawing) 가공에 의해서 제조되는 이음매 없는 슬리브가 사용된다.

또한, 관형의 판금부가 용접 이음매를 갖는 관으로서 구현되어 있는 실시예들도 구현될 수 있다. 이 경우에 용접 이음매는 볼 복귀 부재가 삽입되어 있는 영역에 있다. 따라서, 이와 같은 실시예에서도 부하 섹션에는 어떠한 용접 이음매도 없다.

관 또는 슬리브와 마찬가지로 절단 없이 변형된 금속부, 특히 강철 판금부로서 구현된 볼 복귀 부재는 예를 들어 용접, 특히 레이저 용접에 의해서 또는 클린칭(clinching)으로서도 지칭되는 관통 결합에 의해서 리세스 내에 고정될 수 있다. 바람직한 일 실시예에 따라, 판금 몸체를 형성하는 볼 스크류 너트의 구성 요소들, 즉 관형의 판금부 및 이 관형의 판금부 내로 삽입된 볼 복귀 부재는 플라스틱으로 피복되어 있다. 대안적으로, 그 밖의 재료, 특히 판금 몸체의 재료인 판금보다 더 적은 밀도를 갖는 금속 폼(metal foam)과 같은 재료로부터 외피가 제조될 수 있다.

지지 구조물인 플라스틱 피복은, 볼 복귀 부재가 프로파일링된 관형의 판금부 내로 삽입되어 그곳에 고정된 후에, 사출 성형 방법으로 경제적으로 제조될 수 있다. 볼 스크류 너트의 금속 재료와 비금속 재료의 조합에 의해서는, 볼 스크류 너트가 한 편으로는 볼 스크류 내에서의 롤링 접촉에 의해서 발생하는 높은 표면 압축을 수용할 수 있으며, 이 경우 다른 한 편으로는 볼 스크류 너트의 질량 및 관성 모멘트가 적게 유지된다. 또한, 볼 스크류 너트의 플라스틱-금속-결합체는 유리한 진동 기술적인 특성들을 갖는다.

전형적인 적용예들에서, 볼 스크류 너트로서는 볼 스크류의 회전 가능한 부품이 사용되는 한편, 관련 스핀들은 오로지 선형으로만 이동할 수 있다. 또한, 볼 스크류 너트에 의해서는, 스핀들이 회전하고 볼 스크류 너트가 선형으로 이동되는 볼 스크류도 구현될 수 있다. 더 나아가, 볼 스크류 너트는, 예를 들어 스핀들의 선형 운동을 회전으로 변환하는, 자동 정지하지 않는 기어의 구성 부품으로서도 사용될 수 있다.

볼 스크류 너트는 예를 들어 자동차 공학에서 예컨대 브레이크 액추에이터, 클러치 액추에이터 또는 차체 액추에이터 형태의 선형 액추에이터에 사용될 수 있다. 또한, 볼 스크류 너트는 산업용 설비 내부에 있는 선형 구동 장치에, 예를 들어 가공 설비, 처리 설비 또는 포장 설비에 사용될 수 있다. 볼 스크류 너트를 건축 공학 및 가정용 설비에 사용하는 것도 가능하다. 모든 경우에, 볼 스크류 너트는 예를 들어 직접 전기식으로 구동될 수 있거나 특히 벨트 구동 장치와 같은 기어를 통해서 전기식으로 구동될 수 있다.

본 발명의 일 실시예가 이하에서 도면을 참조하여 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 볼 스크류 너트의 판금 몸체를 분해도로 도시하며,
도 2는 도 1에 따른 어셈블리를 단면도로 도시하고,
도 3 내지 도 6은 볼 스크류 너트의 판금 몸체의 다양한 도면들을 도시하며,
도 7은 플라스틱으로 이루어진 지지 구조물을 포함하는 볼 스크류 너트를 도시한다.

전체적으로 참조 부호 "1"로 표기된 볼 스크류 너트는 볼 스크류에 사용하기 위해 제공되어 있으며, 이 볼 스크류 너트의 기본적인 기능과 관련해서는 서두에 인용된 선행 기술이 참조된다. 볼 스크류 너트(1)와 상호 작용하는 스핀들 및 롤링 몸체, 즉 볼 스크류 너트(1)와 스핀들 사이에서 롤링하는 볼은 도면에 도시되어 있지 않다.

볼 스크류 너트(1)는 슬리브 모양의 판금 몸체(2) 및 이 판금 몸체(2)를 둘러싸고 사출 성형 방법으로 형성되며 플라스틱으로 이루어진 지지 구조물(3)로 구성된 결합부로서 형성되어 있다. 플라스틱으로 이루어진 지지 구조물(3)을 포함하는 완전한 볼 스크류 너트(1)는 도 7에 도시되어 있다. 지지 구조물(3)은, 파워 및 토크가 지지 구조물(3)과 판금 몸체(2) 사이에서 전달될 수 있도록 판금 몸체(2)와 연결되어 있다. 지지 구조물(3)의 원통형 외부 주연에는, 도면에 도시되지 않은 맞물림부가 있으며, 이 맞물림부는 벨트를 이용해서 볼 스크류 너트(1)의 구동을 가능하게 한다. 또한, 볼 스크류 너트(1)는 톱니 휠을 통한 구동을 위해서 또는 직접적인 구동, 즉 전동기에 의한 기어 없는 구동을 위해서도 제공될 수 있다.

도 1 내지 도 6에는 다만 볼 스크류 너트(1)의 판금 몸체(2)만 도시되어 있으며, 이 경우 도 5는 단면 A-A(도 4)를 보여준다. 피복되지 않은 판금 몸체(2)에 의해서 이미, 롤링 몸체로서의 볼 및 스핀들과 함께, 특히 적은 파워를 적용하기 위해서 완전한 기능을 할 수 있는 볼 스크류가 제조될 수 있다.

판금 몸체(2)를 제조할 때에는, 강철판으로 이루어진 매끄러운 원통형 슬리브로부터 출발한다. 도시된 실시예에서, 슬리브는 참조 부호 "4"로 표기된 단 하나의 슬리브 모양의 판금부를 제조하기 위해서 사용된다. 대안적으로는, 복수의 슬리브 모양 판금부(4)의 제작 재료인 관으로부터도 출발할 수 있다. 두 가지 경우에, 슬리브 또는 관은 절단 없는 변형에 의해서, 볼 스크류의 롤링 몸체를 위한 트랙을 형성하는 나사산 프로파일(5)이 생성되도록 프로파일링된다. 나사산 프로파일(5)은 특히 롤러 공구에 의해서 형성될 수 있다.

도면들에 도시된 실시예와 달리, 나사산 프로파일(5)은 실질적으로 원통형인 판금부(4)의 정면까지 도달할 수 있다. 이와 같은 사실은 특히, 연속하는 나사산 프로파일(5)이 형성되어 있는 더 긴 관을 절단함으로써 복수의 판금부(4)가 제작되는 경우에 적용된다.

볼 스크류의 롤링 몸체용 판금부(4)에 사용되는 나사산 프로파일(5)은 판금부(4)의 주연 주변으로 한 번 연장되는데, 다시 말하자면 볼 스크류의 부하 섹션을 형성하는 단 하나의 와인딩부(6)를 구성한다. 와인딩부(6)의 처음과 끝이 놓여 있는 주연 영역에서는, 내부 천공에 의해 판금부(4) 내에 리세스(7)가 형성된다. 리세스(7)는 길게 늘어진 직사각형의 형상을 가지며, 이 경우에는 리세스의 좁은 측이 판금부(4)의 정면 가까이에 놓여 있다. 따라서, 리세스(7)와 판금부(4)의 2개 정면 사이에는, 제조 공정 동안 판금부(4)의 충분한 안정성을 보장해주는 브리지(8)가 형성되어 있다.

리세스(7) 내로는, 도 1 및 도 2에 판금부(4)로부터 들린 상태로 도시되어 있는 볼 복귀 부재(9)가 삽입되어 있다. 볼 복귀 부재(9)로서는, 리세스(7)를 형성할 때 판금부(4)로부터 천공된 판금 부재는 사용되지 않는다. 판금부(4)에서와 마찬가지로 강철 판금부가 사용되는 볼 복귀 부재(9)의 벽 두께는 반드시 슬리브 모양 판금부(4)의 벽 두께와 동일할 필요는 없다. 특히, 부하 섹션(6)의 처음과 끝을 연결하고, 볼 스크류의 볼에 의해서 판금부(4)보다 덜 강한 기계적인 부하에 노출된 볼 복귀 부재(9)는 슬리브 모양의 판금부(4)보다 작은 벽 두께를 가질 수 있다.

볼 복귀 부재(9)는 볼 스크류의 스핀들 쪽으로 개방되어 있다. 약간의 압축에 의해서, 볼 복귀 부재(9)는 판금부(4)의 리세스(7) 내에 고정된다. 선택적으로는, 클린칭 또는 점 용접 연결에 의해서 볼 복귀 부재(9)와 판금부(4) 간에 더 단단한 연결이 만들어진다. 슬리브 모양의 판금부(4) 및 볼 복귀 부재(9)로 구성된 볼 스크류 너트(1)의 판금 몸체(2)의 프로파일링부 내부에는, 참조 부호 "10"으로 표기된 편향 섹션이 오로지 볼 복귀 부재(9)를 통해서만 형성되어 있다.

볼 복귀 부재(9)가 판금부(4)에 고정된 후에는, 이로써 완전하게 된 판금 몸체(2)가 전체적으로 플라스틱으로 이루어진 지지 구조물(3)로 둘러싸이도록 인서트 성형됨으로써, 결과적으로 도 7에 도시되어 있는 바와 같은 최종 볼 스크류 너트(1)가 생성된다. 냉각시에 플라스틱을 수축시킴으로써, 제공된 형상 결합부 이외에 지지 구조물(3)과 볼 스크류 너트(1)의 판금 몸체(2) 사이에 영구적으로 견고한 연결부가 생성된다. 지지 구조물(3)은 전체 볼 스크류 너트(1)의 안정성에 결정적으로 기여한다.

1: 볼 스크류 너트
2: 판금 몸체
3: 지지 구조물
4: 판금부
5: 나사산 프로파일
6: 와인딩부, 부하 섹션
7: 리세스
8: 브리지
9: 볼 복귀 부재
10: 편향 섹션

Claims

나사산 프로파일(5)을 갖고 상기 나사산 프로파일(5)의 부하 섹션(6)을 구성하는 관형의 판금부(4), 및 편향 섹션(10)을 형성하는 볼 복귀 부재(9)를 구비하는, 볼 스크류용 볼 스크류 너트(1)에 있어서,
볼 복귀 부재(9)는, 판금부(4)의 리세스(7) 내로 삽입되어 그곳에 고정된, 볼 스크류의 스핀들 쪽으로 개방된 판금부로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류용 볼 스크류 너트(1).
제1항에 있어서, 나사산 프로파일(5)은 단 하나의 와인딩부(6)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 너트(1).
제2항에 있어서, 볼 복귀 부재(9)는 나사산 프로파일(5)을 갖는 판금부(4)의 직사각형 리세스(7) 내로 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 너트(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 나사산 프로파일(5)을 갖는 판금부(4)는 이음매 없는 관으로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 너트(1).
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱으로 이루어지고 나사산 프로파일(5)을 갖는 판금부(4)를 둘러싸는 지지 구조물(3)을 구비하는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 너트(1).
볼 스크류용 볼 스크류 너트(1)를 제조하기 위한 방법으로서,
- 나사산 프로파일(5)을 갖는 관형의 판금부(4)를 제공하는 단계,
- 관형의 판금부(4) 내에 내부 천공에 의해서 리세스(7)를 형성하는 단계, 및
- 판금으로 이루어진 볼 복귀 부재(9)가 볼 스크류의 스핀들 쪽으로 개방되도록, 볼 복귀 부재(9)를 리세스(7) 내로 삽입하는 단계를 포함하는, 볼 스크류용 볼 스크류 너트(1)를 제조하기 위한 방법.
제6항에 있어서, 볼 복귀 부재(9)는 나사산 프로파일(5)을 갖는 판금부(4) 내에 용접에 의해서 고정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제6항에 있어서, 볼 복귀 부재(9)는 나사산 프로파일(5)을 갖는 판금부(4) 내에 관통 결합에 의해서 고정되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 관형의 판금부(4)는 볼 복귀 부재(9)의 삽입 후에 플라스틱으로 둘러싸이도록 인서트 성형되는 것을 특징으로 하는, 방법.
제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 관형의 판금부(4)는 나사산 모양으로 프로파일링된 관을 일정한 길이로 절단함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는, 방법.