KR20210054100A - 오일 충전 구조를 갖는 볼 스플라인 - Google Patents

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Abstract

볼 스플라인은 복수의 제 1 볼 롤링 그루브(12)를 갖는 스플라인 샤프트(10)와, 제 1 볼 롤링 그루브(12)에 각각 대향하는 복수의 제 2 볼 롤링 그루브(25) 및 환형 내측 그루브(28)를 갖는 스플라인 너트(20)를 포함한다. 선형 베어링 유닛(30)이 스플라인 샤프트(10)와 스플라인 너트(20) 사이에 장착되며, 볼 리테이너(31)를 포함하고, 상기 볼 리테이너(31)는 복수의 볼 트랙(315), 스플라인 너트(20)의 환형 내측 그루브(28)와 협동하여 윤활 공간(34)을 형성하는 환형 내측 그루브(318), 볼 리테이너(31)의 환형 내측 그루브(318) 및 볼 트랙(315)과 연통하는 복수의 노치(319)를 갖는다. 볼 리테이너(31)에는 복수의 볼 세트(32)가 장착되고, 각각의 볼 세트(32)는 각각의 순환 경로 상에 롤링 가능하게 배치된 복수의 볼(321)을 포함한다.

Description

오일 충전 구조를 갖는 볼 스플라인{BALL SPLINE HAVING OIL FILLING STRUCTURE}
본 개시는 리니어 액추에이터에 관련되며, 보다 구체적으로는 오일 충전 구조를 갖는 볼 스플라인에 관련된다.
출원인의 대만 특허 제 I499728 호에 개시된 바와 같은 윤활 구조를 갖는 볼 스플라인은 긴 샤프트, 이동체, 볼 리테이너 및 복수의 롤링 요소를 포함한다. 긴 샤프트의 외부 표면에는 축방향을 따라 연장되는 복수의 롤링 그루브가 제공된다. 이동체에는 긴 샤프트의 관통 연장을 위한 관통 구멍이 제공된다. 관통 구멍의 내부 표면에는 롤링 그루브에 대응하는 롤링 슬롯이 제공된다. 롤링 슬롯 및 롤링 그루브는 하중 경로(load path)를 구성한다. 이동체의 외부 표면에는 관통 구멍과 연통하는 복수의 오일 구멍이 제공된다. 볼 리테이너는 긴 샤프트와 이동체 사이에 배치되며, 복수의 볼 트랙을 갖는다. 볼 트랙과 하중 경로는 순환 경로를 구성한다. 2 개의 볼 트랙 사이에는 축방향을 따라 연장되는 축방향 오일 통로와, 볼 트랙 및 축방향 오일 통로에 연결된 수평방향 오일 통로가 제공된다. 축방향 오일 통로, 수평방향 오일 통로 및 관통 구멍의 내부 표면은 윤활유 유동 통로를 구성한다. 윤활유 유동 통로는 오일 구멍과 연통된다. 롤링 요소는 순환 경로에 배치된다.
볼 스플라인 윤활 효과를 얻으려면, 오일 구멍, 축방향 오일 통로 및 수평방향 오일 통로의 협력을 통해 외부로부터 오일을 채울 수 있지만, 오일은 이동체의 다른 각도로 위치한 오일 구멍들을 통해 채워야 하므로, 오일 충전 작업이 번거롭고 시간이 많이 걸리며 윤활 효율이 떨어진다.
일본 특허 제 2013167337A 호에 개시된 구름 베어링은 부싱의 내부에 배치된 원형 유지 프레임을 갖는다. 유지 프레임의 각각의 지지 포스트에는 유지 프레임의 축을 따라 연장되고 유지 프레임의 양 단부에 연결될 수 있는 오일 통로 그루브가 제공된다. 그러나, 부싱은 오일 구멍으로 설계되지 않으므로 그것에 오일을 부가하기가 쉽지 않다.
대만 특허 제 I499728 호 일본 특허 제 2013167337A 호
따라서, 본 개시의 목적은 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 극복할 수 있는 볼 스플라인을 제공하는 것이다.
따라서, 본 개시의 볼 스플라인은 스플라인 샤프트, 스플라인 너트 및 선형 베어링 유닛을 포함한다. 스플라인 샤프트는 축을 따라 연장되고, 샤프트 외주면, 및 샤프트 외주면에 형성되고 스플라인 샤프트의 길이를 따라 축방향으로 연장되는 복수의 이격된 쌍의 제 1 볼 롤링 그루브를 갖는다. 스플라인 너트는 스플라인 샤프트 상에 슬라이딩 가능하게 슬리브되고, 샤프트 외주면에 대면하는 너트 내주면, 너트 내주면 반대쪽의 너트 외주면, 및 상기 너트 내주면에 형성되고 상기 제 1 볼 롤링 그루브의 쌍들에 각기 대향하는 복수 쌍의 제 2 볼 롤링 그루브, 상기 너트 내주면에 형성된 환형 내측 그루브, 및 상기 너트 외주면으로부터 상기 환형 내측 그루브까지 연장되는 오일 충전 구멍을 갖는다.
선형 베어링 유닛은 샤프트 외주면과 너트 내주면 사이에 장착되어, 스플라인 너트가 스플라인 샤프트의 축을 따라 슬라이딩 가능하게 이동하도록 한다. 선형 베어링 유닛은 볼 리테이너, 및 상기 볼 리테이너 내에 장착된 복수의 볼 세트를 포함한다. 볼 리테이너는 서로 각도를 두고 이격된 복수의 볼 트랙을 갖는다. 볼 트랙, 제 1 볼 롤링 그루브 및 제 2 볼 롤링 그루브는 복수의 순환 경로를 구성한다. 볼 리테이너는 또한 스플라인 너트의 환형 내측 그루브와 대향하는 환형 내측 그루브, 및 볼 리테이너의 환형 내측 그루브 및 볼 트랙과 연통하는 복수의 노치(notch)를 더 갖는다. 스플라인 너트 및 볼 리테이너의 환형 내측 그루브는 협동하여 윤활 공간을 형성한다. 각각의 볼 세트는 각각의 순환 경로 상에 롤링 가능하게 배치된 복수의 볼을 포함한다.
본 개시의 다른 특징 및 장점은 첨부 도면을 참조한 이하의 실시예의 상세한 설명에서 명백해질 것이다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 볼 스플라인의 사시도이다.
도 2는 상기 실시예의 일부에 대한 부분 절개 사시도이다.
도 3은 상기 실시예의 분해 사시도이다.
도 4는 상기 실시예의 스플라인 너트 및 선형 베어링 유닛의 분해 사시도이다.
도 5는 상기 실시예의 일부 단면도이다.
도 6은 도 5의 일 부분의 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 개시의 일 실시예에 따른 볼 스플라인이 스플라인 샤프트(10), 스플라인 너트(20), 선형 베어링 유닛(30), 베어링 링(40) 및 환형 베어링 유닛(50)을 포함하는 것으로 도시되어 있다.
스플라인 샤프트(10)는 축(L)을 따라 연장되며, 샤프트 외주면(11)과, 샤프트 외주면(11)에 형성되고 스플라인 샤프트(10)의 길이를 따라 축방향으로 연장되는 복수의 이격된 쌍의 제 1 볼 롤링 그루브(12)를 갖는다.
스플라인 너트(20)는 스플라인 샤프트(10)에 슬리브되며 그 길이를 따라 슬라이딩 가능하다. 스플라인 너트(20)는 제 1 단부면(21), 축(L)을 따라 제 1 단부면(21)과 반대쪽의 제 2 단부면(22), 제 1 단부면(21)과 제 2 단부면(22) 사이에서 너트 내주면(23)을 향해 배치된 너트 내주면(23), 너트 내주면(23)과 반대쪽의 너트 외주면(24), 너트 내주면(23)에 형성되고 제 1 볼 롤링 그루브(12)의 쌍들에 각기 대향하는 복수 쌍의 제 2 볼 롤링 그루브(25), 너트 내주면(23)에 형성되고 제 1 단부면(21) 및 제 2 단부면(22)에 각각 근접한 2 개의 환형 결합 그루브(26), 결합 그루브(26)에 각기 맞물림 수용된 2 개의 결합 링(27), 너트 내주면(23)에 형성되고 제 1 단부면(21)에 근접한 결합 그루브(26) 중 하나의 내측에 위치된 환형 내측 그루브(28), 너트 내주면(23)에 형성된 복수의 균등하게 각도를 두고 이격된 매립 그루브(embedding groove: 29), 너트 외주면(24)으로부터 환형 내측 그루브(28)까지 연장되는 오일 충전 구멍(201), 너트 외주면(24)으로부터 너트 내주면(23)까지 연장되는 복수의 오일 안내 구멍(202), 너트 외주면(24)에 형성되고 축(L)을 둘러싸는 2 개의 제 3 볼 롤링 그루브(203)를 갖는다. 제 1 단부면(21)과 오일 충전 구멍(201)의 중심 사이에는 거리(d)(도 6 참조)가 형성된다.
스플라인 너트(20)가 스플라인 샤프트(10)의 축을 따라 슬라이딩 이동하도록, 선형 베어링 유닛(30)이 샤프트 외주면(11)과 너트 내주면(23) 사이에 장착된다. 선형 베어링 유닛(30)은 볼 리테이너(31)와, 볼 리테이너(31) 내에 장착된 복수의 볼 세트(32)를 포함한다.
볼 리테이너(31)는, 스플라인 너트(20)의 제 1 단부면(21)에 근접하고 결합 링(27) 중 하나에 의해 봉쇄 및 제한되는 제 1 단부면(311), 축(L)을 따라 제 1 단부면(311)과 반대쪽이고 다른 결합 링(27)에 의해 봉쇄 및 제한되는 제 2 단부면(312), 너트 내주면(23)과 대면하고 제 1 단부면(311)으로부터 제 2 단부면(312)까지 연장되는 외벽면(313), 외벽면(313)과 반대쪽에서 샤프트 외주면(11)에 대면하는 내벽면(314), 제 1 및 제 2 단부면(311, 312) 사이에서 외벽면(313)에 형성되고 서로 각도를 두고 이격되며 길다란 링 형상을 각기 갖는 복수의 볼 트랙(315), 내벽면(314)에 형성되고 서로 각도를 두고 이격되며 축(L)을 따라 선형으로 연장되는 복수의 관통 슬롯(316), 외벽면(313)으로부터 외향으로 돌출하는 복수의 균등하게 각도를 두고 이격된 돌출 시트(317), 제 1 단부면(311)에 근접하여 형성되고 환형 내측 그루브(28)와 대면하는 환형 내측 그루브(318), 및 제 1 단부면(311)의 외주에 형성되고 환형 내측 그루브(318) 및 볼 트랙(315)과 연통하는 복수의 노치(319)를 갖는다.
볼 트랙(315), 제 1 볼 롤링 그루브(12) 및 제 2 볼 롤링 그루브(25)는 복수의 순환 경로를 구성한다. 각각의 볼 트랙(315)은 대응하는 돌출 시트(317)에 인접한 선형 언로드 볼 트랙 섹션(linear unloaded ball track section: 315'), 선형 언로드 볼 트랙 섹션(315')에 평행하고, 대응하는 관통 슬롯(316)과 연통하는 선형 로드 볼 트랙 섹션(linear loaded ball track section: 315"), 언로드 볼 트랙 섹션(315')의 일 단부와 로드 볼 트랙 섹션(315")의 대응하는 단부 사이에 각각 연결된 2 개의 볼 트랙 터닝 섹션(two ball track turning sections: 33)을 갖는다.
오일 충전 구멍(201)은 볼 트랙들(315) 중 2 개의 인접한 트랙(315)의 언로드 볼 트랙 섹션들(315') 사이에 위치된다. 각각의 노치(319)는 볼 트랙들(315) 중 대응하는 볼 트랙의 볼 트랙 터닝 섹션(33) 중 하나와 연통한다. 돌출 시트(317)는 매립 그루브(29) 내에 각기 수용된다. 스플라인 너트(20)와 볼 리테이너(31)의 환형 내측 그루브(28, 318)는 협동하여 윤활 공간(34)을 형성한다.
각각의 볼 세트(32)는 각각의 순환 경로 상에 롤링 가능하게 배치된 복수의 볼(321)을 포함한다. 각각의 볼 세트(32)의 볼들(321) 중 일부가 대응하는 볼 트랙(315)의 로드 볼 트랙 섹션(315")으로 이동할 때, 이들은 제 1 볼 롤링 그루브(12) 중 하나와 제 2 볼 롤링 그루브(25) 중 대응하는 하나 사이에서 관통 슬롯(316) 중 대응하는 하나를 통해 위치되며, 그에 따라 볼(321)은 대응하는 볼 트랙(315) 둘레로 순환 경로 중 대응하는 하나를 통해 연속적으로 순환할 수 있다.
도 4와 조합하여 도 6을 참조하면, 축(L)에 평행하게 측정된 스플라인 너트(20)의 환형 내측 그루브(28)의 제 1 폭(w1)은 축(L)에 평행하게 측정된 볼 리테이너(31)의 환형 내측 그루브(318)의 제 2 폭(w2)보다 작거나 같다. 볼 리테이너(31)의 각 노치(319)의 원주방향 폭(w3)은 각각의 볼(321)의 직경의 1/3보다 작거나 같다. 제 2 폭(w2)은 원주방향 폭(w3)의 절반보다 크거나 같다. 거리(d)는 제 1 폭(w1)의 2 배 이상이다.
베어링 링(40)은 스플라인 너트(20) 상에 회전 가능하게 슬리브되며, 너트 외주면(24)과 대면하는 베어링 링 내주면(41), 베어링 링 내주면(41)과 반대쪽의 베어링 링 외주면(42), 베어링 링 외주면(42)으로부터 베어링 링 내주면(41)까지 연장되는 오일 충전 구멍(43), 및 베어링 링 내주면(41)에 형성되고 축(L)을 둘러싸는 2 개의 제 4 볼 롤링 그루브(44)를 갖는다. 제 4 볼 롤링 그루브(44)은 각각 제 3 볼 롤링 그루브(203)와 대면한다.
너트 외주면(24)과 베어링 링 내주면(41) 사이에는 환형 베어링 유닛(50)이 장착되어, 베어링 링(40)이 스플라인 너트(20)에 대해 부드럽게 회전하게 한다. 구체적으로, 환형 베어링 유닛(50)은 제 3 볼 롤링 그루브(203)와 제 4 볼 롤링 그루브(44) 사이에 위치된다.
본 개시의 추가의 이해를 위해, 기능, 기술적 수단의 사용 및 그 다양한 부품들의 협력에 의해 달성되는 의도된 효과가 아래에서 추가로 설명될 것이다.
도 2, 도 5 및 도 6을 다시 참조하면, 상기 부품들로 구성된 전체 구조를 사용하여, 윤활 그리스가 오일 충전 구멍(201)을 통해 본 개시의 볼 스플라인 내로 충전될 때, 윤활 그리스는 스플라인 너트(20)와 볼 리테이너(31)의 환형 내측 그루브(28, 318)에 의해 형성된 윤활 공간(34), 노치(319), 및 최종적으로 볼 트랙(315)의 볼 트랙 터닝 섹션(33)으로 유동하여, 볼 세트의 순환 운동 동안 볼 세트(32)를 윤활시킬 것이다.
또한, 윤활 그리스는, 오일 가이드 구멍(202)의 안내를 통해 환형 베어링 유닛(50) 및 볼 트랙(315)을 윤활시키기 위하여 베어링 링(40) 내의 오일 충전 구멍(43)을 통해 본 개시의 볼 스플라인에 충전될 수도 있다.
따라서, 본 개시에서는, 윤활 그리스를 저장하기 위한 윤활 공간(34)을 협력에 의해 형성하는 스플라인 너트(20)와 볼 리테이너(31)의 환형 내측 그루브(28, 318)를 통해 그리고 노치(319)의 안내를 통해, 윤활 그리스는 윤활 공간(34)으로부터 볼 트랙(315)으로 유동하여, 볼 세트(32)가 그의 순환 운동 동안 윤활될 수 있도록 한다.
또한, 제 1 폭(w1)이 제 2 폭(w2)보다 작거나 같으면, 윤활 공간(34)은 윤활 그리스를 저장하기에 좋은 효과를 제공할 수 있다. 그리고, 각 노치(319)의 원주방향 폭(w3)이 각 볼(321)의 직경의 3 분의 1 이하이면, 볼(321)이 노치(319) 내에 갇혀 버리는 것을 방지할 수 있다. 게다가, 스플라인 너트(20)의 제 1 단부면(21)과 오일 충전 구멍(201)의 중심 사이의 거리(d)가 제 1 폭(w1)의 2 배 이상이면, 환형 내측 그루브(28)와 제 1 단부면(21) 사이에 충분한 두께가 보장되며, 그에 따라 스플라인 너트(20)의 충분한 구조적 강도가 제공된다. 또한, 제 2 폭(w2)이 원주방향 폭(w3)의 1/2 이상이면, 각각의 볼 트랙 터닝 섹션(33)을 균일하게 윤활하는 기술적 효과가 달성될 수 있다.
따라서, 본 개시는 예상되는 선형 전송 목적을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 다음과 같은 장점을 가질 수 있다:
1) 본 개시는, 단일 오일 충전 구멍(201)만을 사용하여, 스플라인 너트(20)의 외관을 변화시키지 않으면서 스플라인 너트의 내부를 윤활시키는 효과를 달성할 수 있으며, 그에 따라 사용이 매우 경제적이고 실용적이다.
2) 윤활 그리스의 오일 회로 설계를 형성하는 노치(319) 및 스플라인 너트(20)와 볼 리테이너(31)의 환형 내측 그루브(28, 318)를 통해 볼 트랙(315) 내의 볼 세트(32)가 효과적으로 윤활될 수 있고, 그에 따라 제품의 수명을 연장시킬 수 있다.
3) 스플라인 너트(20)의 외부로부터 윤활 그리스를 채울 수 있으므로, 본 개시의 볼 스플라인의 유지가 촉진될 수 있다.
따라서, 본 개시의 목적이 실제로 달성될 수 있다.
본 개시는 예시적인 실시예로 간주되는 것과 관련하여 설명되었지만, 본 개시는 개시된 실시예로 제한되지 않으며, 그러한 모든 수정 및 균등한 구성물을 포괄하도록 가장 넓은 해석의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 구성물을 커버하도록 의도되는 것으로 이해된다.

Claims (8)

  1. 축을 따라 연장되는 스플라인 샤프트―상기 스플라인 샤프트는, 샤프트 외주면, 및 상기 샤프트 외주면에 형성되고 상기 스플라인 샤프트의 길이를 따라 축방향으로 연장되는 복수의 이격된 쌍의 제 1 볼 롤링 그루브를 가짐―와;
    상기 스플라인 샤프트 상에 슬라이딩 가능하게 슬리브된 스플라인 너트―상기 스플라인 너트는, 상기 샤프트 외주면에 대면하는 너트 내주면, 상기 너트 내주면 반대쪽의 너트 외주면, 상기 너트 내주면에 형성되고 상기 제 1 볼 롤링 그루브의 쌍들에 각기 대향하는 복수 쌍의 제 2 볼 롤링 그루브, 상기 너트 내주면에 형성된 환형 내측 그루브, 및 상기 너트 외주면으로부터 상기 환형 내측 그루브까지 연장되는 오일 충전 구멍을 가짐―와;
    상기 스플라인 너트가 상기 스플라인 샤프트의 축을 따라 슬라이딩 가능하게 이동하도록 상기 샤프트 외주면과 상기 너트 내주면 사이에 장착된 선형 베어링 유닛―상기 선형 베어링 유닛은, 볼 리테이너, 상기 볼 리테이너 내에 장착된 복수의 볼 세트를 구비하며, 상기 볼 리테이너는 서로 각도를 두고 이격된 복수의 볼 트랙을 가지며, 상기 볼 트랙, 상기 제 1 볼 롤링 그루브 및 상기 제 2 볼 롤링 그루브는 복수의 순환 경로를 구성하며, 상기 볼 리테이너는 상기 스플라인 너트의 환형 내측 그루브와 대향하는 환형 내측 그루브, 및 상기 볼 리테이너의 환형 내측 그루브 및 상기 볼 트랙과 연통하는 복수의 노치를 더 구비하고, 상기 스플라인 너트 및 상기 볼 리테이너의 상기 환형 내측 그루브는 협력하여 윤활 공간을 형성하고, 각각의 상기 볼 세트는 각각의 상기 순환 경로 상에 롤링 가능하게 배치된 복수의 볼을 구비함―을 포함하는
    볼 스플라인.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 상기 볼 트랙은 선형 언로드 볼 트랙 섹션, 상기 선형 언로드 볼 트랙 섹션에 평행한 선형 로드 볼 트랙 섹션, 언로드 볼 트랙 섹션의 일 단부와 로드 볼 트랙 섹션의 대응하는 단부 사이에 각기 연결된 2 개의 볼 트랙 터닝 섹션, 및 상기 선형 로드 볼 트랙 섹션과 연통하고 상기 축을 따라 선형으로 연장되는 관통 슬롯을 가지며, 상기 오일 충전 구멍은 상기 볼 트랙들 중 2 개의 인접한 볼 트랙의 언로드 볼 트랙 섹션들 사이에 위치되는
    볼 스플라인.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 노치 각각은 상기 볼 트랙 중 대응하는 볼 트랙의 상기 볼 트랙 회전 섹션들 중 하나와 연통하는
    볼 스플라인.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축에 평행하게 측정된 상기 스플라인 너트의 상기 환형 내측 그루브의 제 1 폭은 상기 축에 평행하게 측정된 상기 볼 리테이너의 환형 내측 그루브의 제 2 폭보다 작거나 같은
    볼 스플라인.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각 노치의 원주방향 폭은 각 볼의 직경의 1/3보다 작거나 같은
    볼 스플라인.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 2 폭은 상기 원주방향 폭의 1/2보다 크거나 같은
    볼 스플라인.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 스플라인 너트의 상기 제 1 단부면과 상기 오일 충전 구멍의 중심 사이에 형성된 거리는 상기 제 1 폭의 2 배보다 크거나 같은
    볼 스플라인.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스플라인 너트는, 상기 너트 외주면으로부터 상기 너트 내주면까지 연장되는 복수의 오일 가이드 구멍, 및 상기 너트 외주면에 형성되고 축을 둘러싸는 적어도 하나의 제 3 볼 롤링 그루브를 추가로 갖고, 상기 볼 스플라인은 상기 스플라인 너트 상에 회전 가능하게 슬리브된 베어링 링, 및 상기 베어링 링과 상기 스플라인 너트 사이에 장착되어 상기 베어링 링이 상기 스플라인 너트에 대해 회전할 수 있게 하는 환형 베어링 유닛을 더 포함하고, 상기 베어링 링은 상기 너트 외주면에 대면하는 베어링 링 내주면, 상기 베어링 링 내주면 반대쪽의 베어링 링 외주면, 상기 베어링 링 외주면으로부터 상기 베어링 링 내주면까지 연장되는 오일 충전 구멍, 및 상기 베어링 링 내주면에 형성되고 상기 축을 둘러싸는 적어도 하나의 제 4 볼 롤링 그루브를 가지며, 상기 환형 베어링 유닛은 상기 적어도 하나의 제 4 볼 롤링 그루브와 상기 적어도 하나의 제 3 볼 롤링 그루브 사이에 위치되는
    볼 스플라인.
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