KR20180073605A - 볼 스크류 기구 - Google Patents

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KR20180073605A
KR20180073605A KR1020187013564A KR20187013564A KR20180073605A KR 20180073605 A KR20180073605 A KR 20180073605A KR 1020187013564 A KR1020187013564 A KR 1020187013564A KR 20187013564 A KR20187013564 A KR 20187013564A KR 20180073605 A KR20180073605 A KR 20180073605A
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ball screw
screw mechanism
stop
spindle nut
spindle
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KR1020187013564A
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마리오 크로이처
마쿠스 오스발트
슈테판 미?로우디스
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섀플러 테크놀로지스 아게 운트 코. 카게
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Abstract

본 발명은, 스핀들 너트(3, 21, 26, 30) 및 나사 스핀들(2, 24)의 볼 그루브에서 구름 운동을 하는 볼들을 수용하며 상기 나사 스핀들(2, 24) 상에 배치되는 스핀들 너트(3, 21, 26, 30)와, 스핀들 너트(3, 21, 26, 30)에 할당된 제1 정지 부재(7, 12, 17, 22, 29, 31) 및 나사 스핀들(2, 24)에 할당된 제2 정지 부재(5, 23)를 포함하는 볼 스크류 기구(1, 11, 13, 16, 20)에 관한 것으로, 하나 이상의 정지 부재(7, 12, 17, 23, 29, 31)는 탄성 변형 가능한 몸체(8, 15, 19, 27)를 갖는다.

Description

볼 스크류 기구
본 발명은, 스핀들 너트 및 나사 스핀들(threaded spindle)의 볼 그루브에서 구름 운동을 하는 볼들을 수용하며 나사 스핀들 상에 배치되는 스핀들 너트와, 스핀들 너트에 할당된 제1 정지 부재 및 나사 스핀들에 할당된 제2 정지 부재를 포함하는 볼 스크류 기구에 관한 것이다.
DE 10 2008 025 349 A1호로부터 정지 부재들을 포함하는 볼 스크류 기구가 공지되어 있으며, 정지 부재들 중 하나는 스핀들 너트 상에 배치된 편향 부재에 배치되고, 다른 하나는 나사 스핀들 상에 배치된다. 하나의 볼 스크류 기구에서는 스핀들 너트가 구동되거나, 나사 스핀들이 구동된다. 나사 스핀들이 구동되면, 스핀들 너트는 나사 스핀들의 회전 시 축 방향으로 움직인다. 이와 반대로 스핀들 너트가 구동되면, 스핀들 너트의 회전 시 나사 스핀들이 축 방향으로 움직인다. 언급한 문헌에 기술된 볼 스크류 기구는, 두 정지 부재가 일 단부 위치에 도달할 때 서로 부딪침으로써 상대 운동이 제한되도록 형성되어 있다.
정지 부재를 포함하는 또 다른 볼 스크류 기구가 DE 10 2008 062 180 A1호로부터 공지되어 있다. 스핀들 너트 내에는 단부면에 요홈(groove)이 형성되어 있고, 이 요홈은 주연 측에서 하나의 정지면에 의해 한정된다. 스핀들 너트와 나사 스핀들이 서로 상대 회전을 하면, 최종적으로 두 정지부의 대향하는 정지면들이 서로 부딪쳐 추가적인 상대 회전을 방지할 때까지, 두 회전 방향 중 일 회전 방향으로 스핀들 측 주연 정지부와 너트 측 주연 정지부가 서로에게 접근한다. 그에 따라 스핀들 너트의 재밍(jamming)이 배제된다.
상기 유형의 종래 볼 스크류 기구에서 두 정지 부재가 서로 접촉할 때, 인지할 수 있는 소음이 발생하는데, 이러한 소음은 특정 용례에서 바람직하지 못하다.
그러므로 본 발명의 과제는, 충돌 소음을 야기하지 않거나, 감쇠된 충돌 소음만을 야기하는 볼 스크류 기구를 제시하는 것이다.
상기 과제의 해결을 위해, 도입부에 언급한 유형의 볼 스크류 기구의 경우, 본 발명에 따라 하나 이상의 정지 부재가 탄성 변형 가능한 몸체를 포함한다.
본 발명은, 하나 이상의 정지 부재에 탄성 변형 가능한 몸체가 할당되는 경우, 볼 스크류 기구가 무소음으로, 또는 적어도 저소음으로 작동할 수 있다는 인식에 기반한다. 두 정지 부재가 접촉할 때 탄성 변형이 일어나며, 그럼으로써 충돌 소음은 방지되거나, 허용 가능한 정도로 감쇠된다.
본 발명에 따른 볼 스크류 기구는, 탄성 변형 가능한 몸체가 비용 효과적으로 제조될 수 있고, 추가로 장착 공간 중립적으로 실현될 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 제1 구성에 따라, 스핀들 너트가 슬리브로 에워싸일 수 있으며, 슬리브 상에는 스핀들 너트에 할당된 정지 부재가 일체로 형성된다.
본 발명의 대안의 제2 구성에 따라서, 스핀들 너트에 할당된 정지 부재는 볼들을 위한 편향체 상에 배치될 수 있다.
특히 바람직하게는, 본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 경우, 탄성 변형 가능한 몸체가 플라스틱 재료 또는 탄성 중합체 재료로 제조될 수 있다. 탄성 변형 가능한 몸체는 정지 부재와 고정 연결될 수 있으며, 예컨대 탄성 변형 가능한 몸체는 가황 처리될 수 있다. 또는 탄성 변형 가능한 몸체가 강제 결합식 또는 형상 결합식으로 파지될 수도 있으며, 예컨대 탄성 변형 가능한 몸체는 끼움 고정되거나, 접착되거나, 나사로 고정될 수 있다.
본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 탄성 변형 가능한 몸체는, 스핀들 너트 상에 또는 나사 스핀들 상에 배치될 수 있다. 이들 두 경우 모두, 탄성 변형 가능한 몸체는 정지 부재에 할당되며, 다시 말해 탄성 변형 가능한 몸체는, 바람직하게는 타측 정지 부재가 최종 위치에 도달 시 탄성 변형 가능한 몸체에 부딪치도록 정지 부재 상에 장착된다.
본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 정지 부재의 일 변형예에 따라서, 정지 부재는, 탄성 변형 가능한 몸체로 에워싸인 강성 구성요소를 포함한다. 강성 구성요소는 예컨대 환형의 탄성 변형 가능한 몸체로 에워싸인 스터드(stud) 등으로서 형성될 수 있다. 그 대안으로, 강성 구성요소는, 탄성 변형 가능한 몸체로 에워싸인 볼트 또는 나사로서도 형성될 수 있다. 강성 구성요소와 탄성 변형 가능한 몸체는 서로 고정 연결될 수 있으며, 예컨대 강성 구성요소가 탄성 중합체 재료로 압출 코팅될 수 있거나, 탄성 중합체 재료가 강성 구성요소 상에 가황 처리될 수 있다.
또한, 본 발명의 범위에서, 탄성 변형 가능한 몸체를 갖지 않는 정지 부재는 정지부를 형성하는 강성 표면 쪽으로 움직일 수 있다. 상기 표면은 볼 스크류 너트의 표면, 슬리브의 표면, 또는 볼들을 편향시키기 위한 편향체의 표면일 수 있다.
본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 또 다른 대안적 구성에 따라, 탄성 변형 가능한 몸체는 볼들을 위한 편향체 상에 부착된다. 그럼으로써 편향체는 정지 부재로서 이용되고, 각각의 타측 정지 부재와 함께 스핀들 너트와 나사 스핀들 간의 상대 운동의 제한부를 형성한다.
본 발명에 따른 볼 스크류 기구는 자동차용 주차 브레이크의 부품일 수 있다. 그 외에도, 상기 볼 스크류 기구는 이른바 e-부스터에서도 사용될 수 있고, 일반적으로 자동차용 전기 기계식 브레이크 또는 클러치 액추에이터에서도 사용될 수 있다.
본 발명은 하기에서 도면들을 참조하여 실시예들에 따라서 설명된다. 도면들은 개략도들이다.
도 1은 본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 제1 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 제2 실시예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 또 다른 실시예를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 볼 스크류 기구로서, 스핀들 너트가 부분적으로만 도시되어 있는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 또 다른 실시예의 부분 측면 단면도이다.
도 6은 도 5의 볼 스크류 기구를 축 방향으로 바라보고 도시한 정면도이다.
도 7은 도 5의 볼 스크류 기구의 사시도이다.
도 8은 도 5의 볼 스크류 기구를 분리된 상태에서 도시한 부분 측면 단면도이다.
도 9는 도 8의 볼 스크류 기구의 축방향 도이다.
도 10은 본 발명에 따른 볼 스크류 기구의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 11은 도 10의 볼 스크류 기구의 정지 부재들의 확대도이다.
도 12는 도 10 및 도 11에 도시된 볼 스크류 기구를 정지 부재들의 접촉 후에 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 볼 스크류 기구가 최종 위치에 도달한 상태를 도시한 축방향 도이다.
도 14는 정지 부재의 충돌 시점을 도시한 도면이다.
도 15는 도 10의 볼 스크류 기구의 완전 변형 이후의 도면이다.
도 16 내지 도 18은 볼 스크류 너트의 또 다른 실시예의 세부도들이다.
도 19 내지 도 21은 볼 스크류 너트의 또 다른 실시예의 세부도들이다.
도 1에는, 나사 스핀들(2) 및 스핀들 너트(3)를 포함한 볼 스크류 기구(1)가 사시도로 도시되어 있다. 공지된 방식으로, 볼들(미도시)은 나사 스핀들(2) 및 스핀들 너트(3)의 볼 그루브에서 구름 운동을 한다. 스핀들 너트(3)는 공지된 방식으로 하나 또는 복수의 편향 부재(미도시)를 포함하며, 이 편향 부재는 볼 채널의 공통 권취부의 선단과 말단을 연속해서 서로 연결한다. 이런 방식으로, 나사 스핀들(2)과 스핀들 너트(3) 간의 상대 운동 시 볼들이 연속 순환부 내에서 운동한다. 나사 스핀들(2)은 함께 회전하는 방식으로 정지 디스크(4)와 연결되며, 정지 디스크는 정지면으로서 형성된 정지 부재(5)를 포함한다. 스핀들 너트(3)는 자신의 외부면에 슬리브(6)를 포함하며, 이 슬리브는 스핀들 너트(3) 상으로 압입된다. 그에 상응하게, 슬리브(6)는 스핀들 너트(3)와 강제 결합식 및 형상 결합식으로 연결된다. 그에 따라, 슬리브(6)는 토크를 스핀들 너트(3)로 전달할 수 있다. 성형 공정에서 박판 시트(thin-walled sheet)로부터 제조된 슬리브(6)는, 탄성 변형 가능한 몸체(8)를 가진 정지 부재(7)를 구비한다. 탄성 변형 가능한 몸체(8)는 직육면체형으로 형성되고 탄성 중합체 재료로 구성된다. 몸체(8)는, 최종 위치에서 두 정지 부재(5, 7)가 서로 접촉할 때 정지 디스크(4)의 상응하면 표면에 접촉하는 정지면(9)을 포함한다.
슬리브(6)는, 일체로 성형되어 주연부에 걸쳐 분포 배치되는 돌출부들(10)을 구비한다. 이들 돌출부(10)는 스핀들 너트(3)의 회전 방지부로서 이용된다. 돌출부들(10)은 예컨대 미도시한 부품, 예컨대 하우징 또는 피스톤의 요홈들 내에 맞물릴 수 있으며, 그럼으로써 스핀들 너트(3)는 상기 부품에 대한 상대 회전이 방지된다.
나사 스핀들(2)에 할당된 정지 부재(5) 및 스핀들 너트(3)에 할당된 정지 부재(7), 다시 말해 탄성 변형 가능한 몸체(8)가 최종 위치에 도달할 때 서로 부딪치면, 충격 에너지(impact energy)는 적어도 부분적으로, 탄성 변형 가능 몸체(8)의 변형 일(deformation work)로 변환된다. 그에 상응하게 소음 발생이 방지되며, 그럼으로써 볼 스크류 기구(1)는 무소음으로 또는 적어도 극히 저소음으로 작동될 수 있게 된다.
도 2에는, 실질적으로 도 1에 도시된 볼 스크류 기구(1)처럼 형성된 볼 스크류 기구의 제2 실시예(11)가 도시되어 있다. 그러므로 여기서 일치하는 구성요소들의 상세한 재설명은 생략된다.
제1 실시예와 동일하게, 볼 스크류 기구(11)는, 정지 부재(5)를 구비하여 나사 스핀들(2)과 함께 회전하는 방식으로 연결된 정지 디스크(4)를 포함한다. 스핀들 너트(3)와 연결된 슬리브(6)는, 탄성 변형 가능한 플레이트형 몸체로서 형성된 정지 부재(12)를 포함한다. 탄성 변형 가능한 몸체는 마찬가지로 탄성 중합체 재료로 제조되며, 스핀들 너트(3)와 나사 스핀들(2)이 이들의 최종 위치에 도달할 때 주연 정지부로부서 이용된다.
도 3 및 도 4에는, 볼 스크류 기구(13)의 또 다른 실시예가 도시되어 있으며, 도 3은 사시도이고, 도 4에는 슬리브 및 스핀들 너트가 부분적으로만 도시되어 있다. 스핀들 너트와 일체형으로 형성된 슬리브(14) 상에는 탄성 변형 가능한 몸체(15)를 포함한 정지 부재가 배치된다. 몸체(15)는 원통형으로 형성되며, 이 몸체의 종축은 나사 스핀들(2)의 종축에 대해 평행하게 배치된다. 정지 디스크(4)는 제1 실시예와 동일하게 표면으로서 형성된 정지 부재(5)를 포함하며, 이 정지 부재는 최종 위치에서, 몸체(15)로서 형성되어 스핀들 너트 및 슬리브(14)에 할당된 정지 부재에 접촉한다. 탄성 변형 가능한 몸체는 최종 위치에 도달 시 충돌 소음의 발생을 방지하며, 이와 동시에 나사 스핀들(2)에 대한 슬리브(14)의 상대 회전 방지부로서 이용된다.
도 5, 도 6 및 도 7에는, 도 3 및 도 4에 도시된 볼 스크류 기구(13)와 유사하게 구성된 볼 스크류 기구의 또 다른 실시예(16)가 도시되어 있다. 도 5는 볼 스크류 기구(16)의 부분 측단면도이고, 도 6은 축방향 정면도이며, 도 7은 사시도이다. 슬리브(14) 상에 배치된 정지 부재(17)는, 스터드로서 형성되어 슬리브(14)와 고정 연결된 강성 구성요소(18)를 포함한다. 강성 구성요소(18)는, 정지 디스크(4)의 정지 부재(5)의 표면을 위한 정지부를 형성하는 탄성 변형 가능 몸체(19)로 에워싸인다. 도 8 및 도 9에도, 마찬가지로 볼 스크류 기구(16)가 도시되어 있지만, 느슨해진 상태로, 다시 말해 볼 스크류 기구가 최종 위치에 있지 않을 때의 상태로 도시되어 있다. 이때, 도 8은 도 5에 상응하고 볼 스크류 기구(16)의 부분 측단면도를 도시하며, 도 9는 도 7에 상응하고 볼 스크류 기구(16)의 사시도를 도시하고 있다.
도 10에는, 볼 스크류 기구(20)의 또 다른 실시예가 사시도로 도시되어 있고, 도 11에는 볼 스크류 기구(20)의 정지 부재들의 확대도가 도시되어 있다. 볼 스크류 기구(20)는 스핀들 너트(21)를 포함하며, 상기 스핀들 너트는 슬리브를 구비하고 강성 정지 부재(22)를 포함한다. 정지 부재(22)는 슬리브 또는 스핀들 너트(21)와 일체형으로 형성되어, 축 방향 단부에서 반경 방향의 안쪽에 위치된다. 또 다른 정지 부재(23)는 나사 스핀들(24)에 할당된다. 정지 부재(23)는 탄성 변형 가능 몸체로서 형성된다. 도 10 및 도 11에는, 회전하는 나사 스핀들(24)이, 탄성 변형 가능한 몸체로서 형성된 자신의 정지 부재(23)에 의해, 스핀들 너트(21)에 할당된 정지 부재(22)에 접촉되는 상황에서의 볼 스크류 기구(20)가 도시되어 있다. 탄성 변형 가능한 몸체는 충격을 감쇠시키며, 그럼으로써 충격 소음의 발생이 방지된다.
도 12는 도 10 및 도 11과 유사한 도면이고, 두 정지 부재(22, 23)의 접촉 이후의 볼 스크류 기구(20)를 도시하고 있다. 탄성 변형 가능한 몸체로서 형성된 정지 부재(23)의 감쇠능(damping capacity)이 제공됨에 따라, 탄성 변형 가능한 몸체로서 형성된 정지 부재(23)가 배치되어 있는 정지 디스크(25)가 강성 정지 부재(22) 위쪽으로 최종 위치로 이동되며, 그럼으로써 단부 정지부(end stop)에 도달하게 된다.
도 13, 도 14 및 도 15에는, 최종 위치에 도달한 상태가 각각 축 방향 도면으로 도시되어 있다. 도 13에서는, 탄성 변형 가능한 몸체를 포함한 정지 부재(23)가 강성 정지 부재(22)로부터 이격된 위치에 있다. 도 14에는, 정지 부재(22)에 부딪치는 정지 부재(23)의 충돌 시점이 도시되어 있다. 도 14에서는, 탄성 변형 가능한 몸체로서 형성된 정지 부재(23)가 접촉면 상에서 바깥쪽으로 만곡되어 있는 점이 확인된다. 이런 만곡부는 정지 부재(22)에 부딪칠 때 탄성 변형 가능한 몸체의 변형을 가능하게 한다. 상기 만곡부는, 자체의 변형을 통해 충격 에너지가 흡수되게 하는 감쇠 영역을 형성한다. 도 15에는, 탄성 변형 가능한 몸체가 완전하게 변형된 후의 볼 스크류 기구(20)가 도시되어 있다. 이 경우, 정지 부재(22) 및 정지 부재(23)는 전체 면에서 서로 접촉한다.
도 16, 도 17 및 도 18에는, 스핀들 너트(26)의 또 다른 실시예의 세부도들이 각각 도시되어 있으며, 도 16은 평면도이고, 도 17은 단면도이며, 도 18은 도 16의 절단선 XVIII-XVIII를 따라 잘라낸 단면도이다. 이전의 실시예들에서와 달리, 여기서 스핀들 너트는 슬리브를 포함하지 않는다. 스핀들 너트(26)는 (도 17에서 알 수 있는 것처럼) 볼들을 위한 편향체(28)를 포함하며, 이 편향체 상에는 탄성 변형 가능한 몸체(27)를 가진, 면으로서 형성된 강성 정지 부재(29)가 형성되어 있다.
도 19, 도 20 및 도 21에는, 슬리브를 포함하지 않는 스핀들 너트(30)의 또 다른 실시예의 세부도가 각각 도시되어 있으며, 도 19는 평면도이고, 도 20은 단면도이며, 도 21은 도 19의 절단선 XXI-XXI를 따라 잘라낸 단면도이다. 스핀들 너트(30)는 이전의 실시예에 따라 편향체(28)를 포함하며, 이 편향체 상에는, 탄성 변형 가능한 몸체를 포함하여 단부 정지부로서 형성되는 정지 부재(31)가 배치된다.
다양한 실시예들에 도시된 볼 스크류 기구들은 자동차용 전기식 주차 브레이크의 부품들이다.
1: 볼 스크류 기구
2: 나사 스핀들
3: 스핀들 너트
4: 정지 디스크
5: 정지 부재
6: 슬리브
7: 정지 부재
8: 몸체
9: 정지면
10: 돌출부
11: 볼 스크류 기구
12: 정지 부재
13: 볼 스크류 기구
14: 슬리브
15: 몸체
16: 볼 스크류 기구
17: 정지 부재
18: 강성 구성요소
19: 몸체
20: 볼 스크류 기구
21: 스핀들 너트
22: 강성 정지 부재
23: 정지 부재
24: 나사 스핀들
25: 정지 디스크
26: 스핀들 너트
27: 몸체
28: 편향체
29: 정지 부재
30: 스핀들 너트
31: 정지 부재

Claims (8)

  1. 스핀들 너트(3, 21, 26, 30) 및 나사 스핀들(2, 24)의 볼 그루브에서 구름 운동을 하는 볼들을 수용하며 상기 나사 스핀들(2, 24) 상에 배치되는 스핀들 너트(3, 21, 26, 30)와, 스핀들 너트(3, 21, 26, 30)에 할당된 제1 정지 부재(7, 12, 17, 22, 29, 31) 및 나사 스핀들(2, 24)에 할당되는 제2 정지 부재(5, 23)를 포함하는 볼 스크류 기구(1, 11, 13, 16, 20)에 있어서,
    하나 이상의 정지 부재(7, 12, 17, 23, 29, 31)는 탄성 변형 가능한 몸체(8, 15, 19, 27)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
  2. 제1항에 있어서, 스핀들 너트(3, 21)는 슬리브(6, 14)로 둘러싸이며, 상기 슬리브 상에 스핀들 너트(3, 21)에 할당된 정지 부재(7, 12, 17, 22)가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
  3. 제1항에 있어서, 스핀들 너트(26, 30)에 할당된 정지 부재(29, 31)는 볼들을 위한 편향체(28) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 변형 가능한 몸체(8, 15, 19, 27)는 플라스틱 재료 또는 탄성 중합체 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 변형 가능한 몸체(8, 15, 19, 27)는 스핀들 너트(3, 21, 26, 30) 상에 또는 나사 스핀들(2, 24) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 정지 부재(17)는, 탄성 변형 가능한 몸체(19)로 에워싸인 강성 구성요소(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 변형 가능한 몸체를 갖지 않는 정지 부재(5)는, 정지부 또는 단부 정지부를 형성하는 강성 표면 쪽으로 움직일 수 있는 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 볼 스크류 기구는 자동차용 주차 브레이크, e-부스터, 전기 기계식 브레이크, 또는 클러치 액추에이터의 부품인 것을 특징으로 하는, 볼 스크류 기구.
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