KR20210153628A - 예압 검지 가능한 나사 장치 - Google Patents

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KR20210153628A
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유지 구보타
요시노부 모리유키
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티에치케이 가부시끼가이샤
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Abstract

예압을 고정밀도로 검출할 수 있음과 함께, 센서의 출력이 발열에 의해 영향받는 것을 저감할 수 있는 예압 검지 가능한 나사 장치를 제공한다. 나사 장치(1)는, 나사축(2)과, 너트 부재(3)와, 복수의 전동체(7, 8)와, 너트 부재(3)의 표면에 설치되고, 너트 부재(3)의 축방향 변형을 검출하는 적어도 하나의 축방향 변형 센서(24)(B, D)와, 너트 부재(3)의 표면에 설치되고, 너트 부재(3)의 원주 방향 변형을 검출하는 적어도 하나의 원주 방향 변형 센서(24)(A, C)를 구비한다. 축방향 변형 센서(24)(B, D)와 원주 방향 변형 센서(24)(A, C)의 출력에 기초하여, 나사 장치(1)의 예압을 검지한다.

Description

예압 검지 가능한 나사 장치
본 발명은, 예압 검지 가능한 나사 장치에 관한 것이다.
나사 장치는, 나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과, 나선형의 내면 홈 및 복귀로를 갖는 너트 부재를 구비한다. 너트 부재의 복귀로는, 나사축의 외면 홈과 너트 부재의 내면 홈 사이의 통로에 연결되고, 복귀로와 함께 순환로를 구성한다. 순환로에는, 복수의 전동체가 배치된다. 모터 등에 의해 나사축을 회전시키면, 전동체가 나사축의 외면 홈과 너트 부재의 내면 홈 사이를 굴러서 순환로를 순환하고, 너트 부재가 나사축의 축방향으로 이동한다.
나사 장치의 강성을 향상시키고, 위치 결정 정밀도를 향상시키기 위해서, 나사 장치에는 예압이 부여된다. 나사 장치의 예압으로서, 예를 들어 더블 너트 예압, 오프셋 예압, 오버사이즈 전동체 예압이 알려져 있다. 더블 너트 예압은, 너트를 2개 사용하고, 2개의 너트 사이에 스페이서를 넣음으로써, 각 너트, 나사축 및 볼 사이에 발생하는 축방향 간극을 제로로 한다. 오프셋 예압은, 너트 부재의 내면 홈의 일부를 너트 부재의 내면 홈의 다른 일부에 대하여 축방향으로 오프셋시킴으로써, 축방향 간극을 제로로 한다. 오버사이즈 전동체 예압은, 나사축의 외면 홈과 너트 부재의 내면 홈 사이의 통로보다도 큰 전동체를 통로에 삽입함으로써, 축방향 간극을 제로로 한다.
나사 장치를 장기간 사용하면, 전동체, 나사축 및 너트 부재가 마모된다. 이들이 마모되면, 나사 장치의 예압이 저하되어, 나사 장치의 강성, 위치 결정 정밀도가 저하된다. 예압을 검지하기 위해서, 특허문헌 1에는, 더블 너트 예압의 나사 장치에 있어서, 2개의 너트 사이에 축방향력을 검출하는 센서를 배치한 예압 검지 가능한 나사 장치가 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2016-223493호 공보
그러나, 나사 장치는, 그 사용에 따라 발열한다. 특허문헌 1에 기재된 예압 검지 가능한 나사 장치에 있어서는, 나사 장치의 발열이 센서의 출력에 악영향을 미친다고 하는 과제가 있다.
그래서, 본 발명은, 예압을 고정밀도로 검출할 수 있음과 함께, 센서의 출력이 발열에 의해 영향받는 것을 저감할 수 있는 예압 검지 가능한 나사 장치를 제공한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 일 양태는, 나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과, 나선형의 내면 홈, 상기 외면 홈과 상기 내면 홈 사이의 통로에 연결되는 복귀로를 갖는 너트 부재와, 상기 통로와 상기 복귀로를 포함하는 순환로에 배치되는 복수의 전동체와, 상기 너트 부재의 표면에 설치되고, 상기 너트 부재의 축방향 변형을 검출하는 적어도 하나의 축방향 변형 센서와, 상기 너트 부재의 표면에 설치되고, 상기 너트 부재의 원주 방향 변형을 검출하는 적어도 하나의 원주 방향 변형 센서를 구비하고, 상기 축방향 변형 센서와 상기 원주 방향 변형 센서의 출력에 기초하여, 나사 장치의 예압을 검지하는 예압 검지 가능한 나사 장치이다.
나사 장치의 예압에 의해, 너트 부재의 표면에는, 축방향으로 수축 변형이 발생함과 함께, 원주 방향으로 확대 변형이 발생한다. 한편, 나사 장치의 발열에 의해, 너트 부재의 표면에는, 축방향으로 확대 변형이 발생함과 함께, 원주 방향으로 확대 변형이 발생한다. 예압과 발열로 거동이 다른 축방향 변형 센서와 원주 방향 변형 센서의 출력에 기초하여, 나사 장치의 예압을 검지함으로써, 센서의 출력을 크게 하여 예압을 고정밀도로 검지할 수 있음과 함께, 센서의 출력이 발열에 의해 영향받는 것을 저감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치의 분해 사시도이다.
도 2는 더블 너트 예압의 원리를 설명하는 나사 장치의 부분 단면도이다.
도 3의 (a)는 더블 너트 예압에 의한 스페이서의 외면의 변형을 나타내는 모식도이며, 도 3의 (b)는 발열에 의한 스페이서의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다.
도 4의 (a)는 센서의 구성을 나타내는 모식도이며, 도 4의 (b)는 브리지 회로를 나타내는 도면이다.
도 5는 나사 장치의 사용 기간과 예압 잔존량의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시 형태의 나사 장치의 외관 사시도이다.
도 7의 (a)는 오버사이즈 전동체 예압의 원리를 설명하는 나사 장치의 부분 단면도이며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 b부 확대도이다.
도 8의 (a) (b)는 오버사이즈 전동체 예압에 의한 너트 부재의 외면의 변형을 나타내는 모식도(도 8의 (a)는 나사 장치의 정면도, 도 8의 (b)는 나사 장치의 측면도)이며, 도 8의 (c)는 발열에 의한 너트 부재의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 제3 실시 형태의 나사 장치의 부분 단면도(오프셋 예압의 원리를 설명하는 도면)이며, 도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 b부 확대도이다.
도 10의 (a)는 오프셋 예압에 의한 너트 부재의 외면의 변형을 나타내는 모식도이며, 도 10의 (b)는 발열에 의한 너트 부재의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태의 예압 검지 가능한 나사 장치(이하, 단순히 '나사 장치'라고 함)를 상세히 설명한다. 단, 본 발명의 나사 장치는, 다양한 형태로 구체화할 수 있으며, 본 명세서에 기재되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태는, 명세서의 개시를 충분히 함으로써, 당업자가 발명의 범위를 충분히 이해할 수 있도록 하는 의도를 갖고 제공되는 것이다.
(제1 실시 형태)
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 나사 장치(1)의 분해 사시도를 나타낸다. 나사 장치(1)는, 나사축(2)과, 너트 부재(3)를 구비한다. 너트 부재(3)는, 2개의 너트(4, 5)와, 2개의 너트(4, 5)의 사이에 끼워지는 스페이서(6)를 구비한다. 제1 실시 형태의 나사 장치(1)의 예압은, 더블 너트 예압이다.
나사축(2)의 외면에는, 나선형의 외면 홈(2a)이 형성된다. 이 외면 홈(2a)을 전동체로서의 볼(7, 8)이 구른다. 외면 홈(2a)의 단면 형상은, 고딕 아치 또는 서큘러 아크이다.
나사축(2)에는, 2개의 너트(4, 5)가 조립 장착된다. 너트(4, 5)에는, 나사축(2)이 관통하는 구멍이 형성된다. 너트(4, 5)의 내면에는, 나사축(2)의 외면 홈(2a)에 대향하는 내면 홈(4a, 5a)이 형성된다. 내면 홈(4a, 5a)의 단면 형상은, 고딕 아치 또는 서큘러 아크이다. 너트(5)에는, 상대 부품에 설치하기 위한 플랜지(5b)가 마련된다.
나사축(2)의 외면 홈(2a)과 너트(4)의 내면 홈(4a) 사이에 나선형의 통로(11)가 형성된다. 너트(4)에는, 볼(7)이 순환할 수 있도록, 이 통로(11)의 일단부와 타단부에 연결되는 복귀로(12)가 마련된다. 통로(11)와 복귀로(12)에 의해 순환로가 구성된다. 복수의 볼(7)은, 순환로에 순환 가능하게 배치된다.
이 실시 형태에서는, 복귀로(12)는, 너트(4)에 마련한 관통 구멍(13)과, 관통 구멍(13)과 통로(11)에 접속되는 한 쌍의 방향 전환로(순환 부품(14a, 14b))를 구비한다. 방향 전환로는, 너트(4)의 축방향의 단부면에 설치되는 순환 부품(14a, 14b)에 형성된다. 순환 부품(14a)은, 통로(11)를 구르는 볼(7)을 나사축(2)의 외면 홈(2a)으로부터 퍼올려, 관통 구멍(13)으로 유도한다. 관통 구멍(13)을 경유한 볼(7)은 반대측의 순환 부품(14b)으로부터 다시 통로(11)로 복귀된다. 너트(5)에도 마찬가지로, 통로(11), 관통 구멍(13), 방향 전환로(순환 부품(14b))가 형성된다. 또한, 복귀로(12)를 너트(4, 5)에 설치되는 리턴 파이프로 형성할 수도 있다.
너트(4, 5)의 대향 단부의 외면에는, 키 홈(16, 17)이 형성된다. 이 키 홈(16, 17)에는, 2개의 너트(4, 5)를 상대 회전 불가능하게 연결하는 연결부로서의 키(18)가 끼워진다. 스페이서(6)에도, 키(18)가 끼워지는 키 홈(19)이 형성된다.
너트(4)의, 스페이서(6)와는 반대측의 단부면은, 링형의 캡(21)이 설치된다. 마찬가지로 너트(5)의, 스페이서(6)와는 반대측의 단부면도, 링형의 캡(22)으로 폐색된다. 캡(21, 22)은, 나사 등의 체결 부재에 의해 너트(4, 5)에 설치된다.
스페이서(6)는, 2개의 너트(4, 5)의 사이에 끼워진다. 스페이서(6)는, 링형이며, 중심각이 대략 180도인 원호형의 한 쌍의 분할체(6a, 6b)를 구비한다. 또한, 스페이서(6)는, 분할되어 있지 않아도 된다.
스페이서(6)의 외면에는, 평탄한 평면 모따기부(6c)가 형성된다. 이 평면 모따기부(6c)에는, 접착제 등의 접착 수단에 의해 센서(24)가 설치된다. 상세는 후술하지만, 센서(24)는, 한 쌍의 축방향 변형 센서 B, D와, 한 쌍의 원주 방향 변형 센서 A, C를 구비한다(도 4의 (a) 참조). 축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C는, 금속 또는 반도체가 신축하면, 저항값이 변화된다고 하는 원리를 이용하여, 스페이서(6)의 외면의 축방향과 원주 방향 변형을 검출한다.
축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 절연체 위에 금속의 저항체를 설치한 금속 변형 게이지, 절연체 위에 반도체를 설치한 반도체 변형 게이지, 반도체 가공 기술을 이용하여 작성된 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 변형 센서 등을 사용할 수 있다.
도 2는, 더블 너트 예압의 원리를 설명하는 나사 장치(1)의 부분 단면도이다. 2개의 너트(4, 5) 사이에 스페이서(6)를 넣어, 2개의 너트(4, 5)를 서로 이격되는 방향으로 변위시키면, 나사축(2), 볼(7, 8), 너트(4, 5) 사이에 발생하는 축방향 간극을 제로로 할 수 있다. 7a, 8a는 접촉각 선이다.
도 3의 (a)는, 더블 너트 예압에 의한 스페이서(6)의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다. 더블 너트 예압에 의해, 스페이서(6)에는 접촉각 선(7a, 8a)의 방향으로 힘이 작용한다. 이 때문에, 스페이서(6)의 외면에는, 나사축(2)과 평행한 축방향으로 수축 변형(31)(압축 변형)이 발생한다. 또한, 접촉각 선(7a, 8a)의 방향의 힘에 의해, 스페이서(6)의 외면이 볼록해지도록 변형되므로, 스페이서(6)의 외면에는, 원주 방향으로 확대 변형(32)(인장 변형)이 발생한다. 또한, 스페이서(6)의 외면에는, 축방향의 압축 하중의 푸아송비 만큼 원주 방향으로 확대 변형(32)(인장 변형)이 발생한다. 축방향 변형(31)과 원주 방향 변형(32)의 화살표의 굵기는, 변형의 크기를 나타낸다. 축방향 변형(31)은, 원주 방향 변형(32)보다도 크다.
도 3의 (b)는, 나사 장치(1)의 발열에 의한 스페이서(6)의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다. 한편, 발열에 의한 스페이서(6)의 치수 변화는, 축방향과 원주 방향에서 균일하게 발생한다. 즉, 발열에 의해, 스페이서(6)의 외면에는, 축방향으로 확대 변형(33)(인장 변형)과 원주 방향으로 확대 변형(34)(인장 변형)이 발생한다. 축방향 변형(33)의 크기와 원주 방향 변형(34)의 크기는, 대략 동일하다.
도 4의 (a)는, 센서(24)에 배치되는 한 쌍의 원주 방향 변형 센서 A, C와 한 쌍의 축방향 변형 센서 B, D를 나타낸다. 원주 방향 변형 센서 A, C는, 원주 방향으로 길어서, 스페이서(6)의 외면의 원주 방향 변형을 검출한다. 축방향 변형 센서 B, D는, 축방향으로 길고, 스페이서(6)의 외면의 축방향 변형을 검출한다.
도 4의 (b)는, 원주 방향 변형 센서 A, C와 축방향 변형 센서 B, D가 내장되는 브리지 회로(30)를 나타낸다. 브리지 회로(30)는, 4개의 저항(원주 방향 변형 센서 A, C와 축방향 변형 센서 B, D)을 직렬로 접속해서 직사각형을 형성하고 있는 전기 회로이다. 한 쌍의 축방향 변형 센서 B, D는, 브리지 회로(30)의 대변에 배치된다. 한 쌍의 원주 방향 변형 센서 A, C는, 브리지 회로(30)의 다른 대변에 배치된다. 대각선상으로 마주 보는 한 쌍의 단자에 전원이 접속되어 있으며, 인가 전압이 가해진다. 다른 한 쌍의 단자로부터 출력 전압이 취출된다. 출력 전압은, 도시하지 않은 증폭기로 증폭되고, A-D 변환기로 디지털값으로 변환된다.
입력 전압 Vin을 인가했을 때, 출력 전압 ΔV는 이하의 식 1로 표시된다.
[식 1]
Figure pct00001
여기서, RA, RC는 원주 방향 변형 센서 A, C의 저항, RB, RD는 축방향 변형 센서 B, D의 저항이다.
브리지 회로(30)가 평형 상태에 있으면, 즉 RA=RC=RB=RD=R이면, 출력 전압 ΔV는 제로가 된다. 예압에 의해 축방향 변형 센서 B, D가 압축 변형을 받아서, 저항 RB, RD가 R로부터 R-ΔR1로 변화되고(압축 변형을 받으면 저항이 작아짐), 예압에 의해 원주 방향 변형 센서 A, C가 인장 변형을 받아서, 저항 RA, RC가 R로부터 R+ΔR2로 변화될 때(인장 변형을 받으면 저항이 커짐), 브리지 회로(30)의 출력 전압 ΔV는, 이하의 식 2로 표시된다.
[식 2]
Figure pct00002
축방향 변형 센서 B, D의 저항의 변화와 원주 방향 변형 센서 A, C의 저항의 변화가 합산되므로, 예압에 의한 센서의 출력을 크게 할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 발열에 의해 축방향 변형 센서 B, D가 인장 변형을 받아서, 저항 RB, RD가 R로부터 R+ΔR1로 변화되고, 발열에 의해 원주 방향 변형 센서 A, C가 인장 변형을 받아서, 저항 RA, RC가 R로부터 R+ΔR2로 변화될 때, 브리지 회로(30)의 출력 전압 ΔV는, 이하의 식 3으로 표시된다.
[식 3]
Figure pct00003
원주 방향 변형 센서 A, C의 저항의 변화로부터 축방향 변형 센서 B, D의 저항의 변화가 감산되므로, 발열에 의한 센서의 출력을 저감할 수 있음을 알 수 있다.
표 1은, 축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C의 저항의 변화를 정리해 기재한 것이다.
Figure pct00004
도 5는, 나사 장치(1)의 사용 기간과 예압 잔존량의 관계를 나타내는 그래프이다. 나사 장치(1)를 장기간 사용하면, 볼(7, 8), 나사축(2), 너트 부재(3)가 마모되어, 나사 장치(1)의 예압이 저하된다. 예압이 저하되면, 스페이서(6)의 외면의 변형이 작아져서, 센서(24)의 출력이 저하된다. 초기의 센서(24)의 출력과 일정 시간 경과 후의 센서(24)의 출력을 비교함으로써, 예압을 검지, 즉 일정 시간 경과 후에 어느 정도 예압이 저하되고 있는지를 알 수 있다.
또한, 센서(24)의 출력을 소정의 임계값과 비교하여, 나사 장치(1)의 고장을 판단해도 되고, 센서(24)의 출력을 기계 학습하여, 나사 장치(1)의 고장을 판단해도 된다. 또한, IoT를 도입하고, 센서(24)의 출력을 송신기에 의해 인터넷 회선을 통하여 클라우드에 송신해도 된다.
이상으로 제1 실시 형태의 나사 장치(1)의 구성을 설명하였다. 제1 실시 형태의 나사 장치(1)에 의하면, 이하의 효과를 발휘한다.
예압과 발열로 거동이 다른 축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C의 출력에 기초하여, 예압을 검지함으로써, 센서(24)의 출력을 크게 하여 예압을 고정밀도로 검지할 수 있음과 함께, 센서(24)의 출력이 발열에 의해 영향받는 것을 저감할 수 있다.
축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C를 브리지 회로(30)에 내장하므로, 예압에 의한 출력 전압을 증폭할 수 있음과 함께, 발열에 의한 출력 전압을 캔슬할 수 있다.
축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C를 스페이서(6)의 평면 모따기부(6c)에 설치하므로, 이들을 너트 부재(3)에 설치하기 쉬워진다. 또한, 원주 방향 변형을 고정밀도로 검출할 수 있다. 스페이서(6)의 원주면에 원주 방향 변형 센서 A, C를 설치하면, 스페이서(6)의 팽창과 함께 원주면의 곡률이 변화되므로, 원주 방향 변형을 고정밀도로 검출하기 어렵다.
(제2 실시 형태)
도 6은, 본 발명의 제2 실시 형태의 나사 장치(41)의 외관 사시도를 나타낸다. 제2 실시 형태의 나사 장치(41)는, 나사축(2)과, 싱글의 너트 부재(5)를 구비한다. 나사 장치(41)의 예압은, 오버사이즈 전동체 예압이다.
나사축(2)의 구성은, 제1 실시 형태와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다. 너트 부재(5)의 기본 구성은, 제1 실시 형태의 너트(5)와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 7의 (a)는, 오버사이즈 전동체 예압의 원리를 설명하는 나사 장치(41)의 부분 단면도이다. 볼(8)에는, 나사축(2)의 외면 홈(2a)과 너트 부재(5)의 내면 홈(5a) 사이의 통로(11)보다도 직경이 큰 오버사이즈의 볼(8)이 사용된다. 볼(8)은, 외면 홈(2a)과 내면 홈(5a) 사이에서 압축된다. 도 7의 (b)의 부호 8a, 8b는, 접촉각 선이다. 나사축(2)의 외면 홈(2a)의 피치 P는, 외면 홈(2a)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하다. 너트 부재(5)의 내면 홈(5a)의 피치 P도, 내면 홈(5a)의 전체 길이에 걸쳐 실질적으로 일정하다.
도 6에 도시한 바와 같이, 너트 부재(5)의 외면에는, 평탄한 평면 모따기부(5c)가 형성된다. 평면 모따기부(5c)에는, 접착제 등의 접착 수단에 의해 센서(24)가 설치된다. 센서(24)는, 너트 부재(5)의 외면에, 통로(11)의 축방향의 일단부와 축방향의 타단부 사이(도 7에 3P로 나타내는 범위 내)에 배치된다.
도 8의 (a)는, 오버사이즈 전동체 예압에 의한 너트 부재(5)의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다. 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 오버사이즈 전동체 예압에 의해, 볼(8)로부터 너트 부재(5)에 반경 방향의 힘 P가 작용하고, 너트 부재(5)는, 그 외주부가 팽창되도록 변형된다. 이 때문에, 도 8의 (a) (b)에 도시한 바와 같이, 너트 부재(5)의 외면에는, 원주 방향으로 확대 변형(32)(인장 변형)이 발생한다. 또한, 너트 부재(5)의 외주부의 팽창의 푸아송비 만큼, 축방향으로 수축 변형(31)(압축 변형)이 발생한다. 원주 방향 변형(32)은, 축방향 변형(31)보다도 크다.
도 8의 (c)는, 발열에 의한 너트 부재(5)의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다. 한편, 발열에 의한 너트 부재(5)의 치수 변화는, 축방향과 원주 방향에서 균일하게 발생한다. 축방향 변형(33)과 원주 방향 변형(34)은 대략 동일하다.
제1 실시 형태의 나사 장치(1)와 마찬가지로, 센서(24)는, 너트 부재(5)의 외면의 원주 방향 변형을 검출하는 한 쌍의 원주 방향 변형 센서 A, C와, 너트 부재(5)의 외면의 축방향 변형을 검출하는 한 쌍의 축방향 변형 센서 B, D를 구비한다(도 4의 (a) 참조). 한 쌍의 축방향 변형 센서 B, D는, 브리지 회로(30)의 대변에 배치된다(도 4의 (b) 참조). 한 쌍의 원주 방향 변형 센서 A, C는, 브리지 회로(30)의 다른 대변에 배치된다(도 4의 (b) 참조).
제2 실시 형태의 나사 장치(41)에 의하면, 예압과 발열로 거동이 다른 축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C의 출력에 기초하여, 예압을 검지함으로써, 센서(24)의 출력을 크게 하여 예압을 고정밀도로 검지할 수 있음과 함께, 센서(24)의 출력이 발열에 의해 영향받는 것을 저감할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 9에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태의 나사 장치(51)는, 나사축(2)과, 싱글의 너트 부재(5)를 구비한다. 제3 실시 형태의 나사 장치(51)의 기본 구성은, 제2 실시 형태의 나사 장치(41)와 대략 동일하다. 제3 실시 형태의 나사 장치(51)의 예압은, 오프셋 예압이다.
나사축(2)의 구성은, 제1 실시 형태와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다. 너트 부재(5)의 구성은, 제2 실시 형태의 나사 장치(41)의 너트 부재(5)와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 부여하여 그 설명을 생략한다.
도 9는, 오프셋 예압의 원리를 설명하는 도면이다. 도 9에 도시한 바와 같이, 너트 부재(5)의 내면 홈(5a)의 일부(5a1)는, 다른 일부(5a2)에 대하여 너트 부재(5)의 축방향으로 오프셋한다. 내면 홈(5a)의 일부(5a1)의 리드는 L이고, 내면 홈(5a)의 다른 일부(5a2)의 리드는 L이며, 일부(5a1)와 다른 일부(5a2) 사이의 오프셋부(52)의 리드는 L+α이다. 부호 8a, 8b는 접촉각 선을 나타낸다. 내면 홈(5a)의 일부(5a1)를 포함하는 순환로와, 내면 홈(5a)의 다른 일부(5a2)를 포함하는 순환로는, 축방향으로 이격되어 있다. 또한, 2조의 내면 홈(5a)의 조 사이에서 오프셋 예압을 걸어도 된다.
너트 부재(5)의 외면의 평면 모따기부(5c)에는, 접착제 등의 접착 수단에 의해 센서(24)가 설치된다(도 6 참조). 센서(24)는, 너트 부재(5)의 외면에, 너트 부재(5)의 내면 홈(5a)의 일부(5a1)와 다른 일부(5a2) 사이의 오프셋부(52)에 배치된다.
도 10의 (a)는, 오프셋 예압에 의한 너트 부재(5)의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다. 너트 부재(5)의 오프셋부(52)에는, 접촉각 선(8a, 8b)의 방향으로 하중이 작용한다(도 9의 (a) 참조). 이 때문에, 너트 부재(5)의 오프셋부(52)의 외면에는, 축방향으로 수축 변형(31)(압축 변형)이 발생한다. 또한, 너트 부재(5)의 오프셋부(52)의 외면에는, 원주 방향으로 확대 변형(32)(인장 변형)이 발생한다. 또한, 오프셋 예압에 의한 원주 방향 변형(32)은, 더블 너트 예압에 의한 원주 방향 변형(32)(도 3의 (a) 참조)보다도 크다. 너트 부재(5)가 일체이기 때문이다.
도 10의 (b)는, 발열에 의한 너트 부재(5)의 외면의 변형을 나타내는 모식도이다. 한편, 발열에 의한 너트 부재(5)의 치수 변화는, 축방향과 원주 방향에서 균일하게 발생한다. 축방향 변형(33)과 원주 방향 변형(34)은 대략 동일하다.
제1 실시 형태의 나사 장치(1)와 마찬가지로, 센서(24)는, 너트 부재(5)의 외면의 원주 방향 변형을 검출하는 한 쌍의 원주 방향 변형 센서 A, C와, 너트 부재(5)의 외면의 축방향 변형을 검출하는 한 쌍의 축방향 변형 센서 B, D를 구비한다(도 4의 (a) 참조). 한 쌍의 축방향 변형 센서 B, D는, 브리지 회로(30)의 대변에 배치된다(도 4의 (b) 참조). 한 쌍의 원주 방향 변형 센서 A, C는, 브리지 회로(30)의 다른 대변에 배치된다(도 4의 (b) 참조).
제3 실시 형태의 나사 장치(51)에 의하면, 예압과 발열로 거동이 다른 축방향 변형 센서 B, D와 원주 방향 변형 센서 A, C의 출력에 기초하여, 예압을 검지함으로써, 센서(24)의 출력을 크게 하여 예압을 고정밀도로 검지할 수 있음과 함께, 센서의 출력이 발열에 의해 영향받는 것을 저감할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지는 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다른 실시 형태로 구현화 가능하다. 예를 들어, 전동체에는 볼 대신에 롤러를 사용해도 된다.
상기 실시 형태의 더블 너트 예압의 나사 장치에서는, 2개의 너트 사이에 스페이서를 개재시키고 있지만, 스페이서 대신에 스프링을 개재시킬 수도 있다. 또한, 2개의 너트를 조이도록 회전시키고, 2개의 너트에 고정 핀을 넣어서 2개의 너트를 회전 방지해도 된다. 이 경우, 센서는, 2개의 너트의 대향 단부 중 적어도 한쪽에 배치된다.
상기 실시 형태에서는, 너트 부재의 외면에 변형 센서를 설치하고 있지만, 너트 부재의 내면에 변형 센서를 설치할 수도 있다.
상기 실시 형태에서는, 너트 부재의 외면에 변형 센서를 설치하고 있지만, 너트 부재의 외면에 구멍을 형성하고, 구멍의 저면에 센서를 배치해도 된다.
본 명세서는, 2019년 4월 17일에 출원된 일본 특허 출원 제2019-078275에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함해 둔다.
1, 41, 51: 나사 장치
2: 나사축
2a: 외면 홈
3, 5: 너트 부재
4, 5: 너트
4a, 5a: 내면 홈
5a1: 내면 홈의 일부
5a2: 내면 홈의 다른 일부
5c, 6c: 평면 모따기부
6: 스페이서
7, 8: 전동체
11: 통로
12: 복귀로
30: 브리지 회로
52: 오프셋부
A, C: 원주 방향 변형 센서
B, D: 축방향 변형 센서

Claims (6)

  1. 나선형의 외면 홈을 갖는 나사축과,
    나선형의 내면 홈, 상기 외면 홈과 상기 내면 홈 사이의 통로에 연결되는 복귀로를 갖는 너트 부재와,
    상기 통로와 상기 복귀로를 포함하는 순환로에 배치되는 복수의 전동체와,
    상기 너트 부재의 표면에 설치되고, 상기 너트 부재의 축방향 변형을 검출하는 적어도 하나의 축방향 변형 센서와,
    상기 너트 부재의 표면에 설치되고, 상기 너트 부재의 원주 방향 변형을 검출하는 적어도 하나의 원주 방향 변형 센서
    를 구비하고,
    상기 축방향 변형 센서와 상기 원주 방향 변형 센서의 출력에 기초하여, 나사 장치의 예압을 검지하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축방향 변형 센서와 상기 원주 방향 변형 센서가 브리지 회로에 내장되는 것을 특징으로 하는 예압 검지 가능한 나사 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나사 장치의 예압이, 인접하는 너트 사이에 스페이서를 개재시킨 더블 너트 예압이며,
    상기 축방향 변형 센서와 상기 원주 방향 변형 센서가, 상기 스페이서의 외면 또는 내면에 배치되는 것을 특징으로 하는 나사 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나사 장치의 예압이, 상기 통로보다도 큰 상기 전동체를 사용하는 오버사이즈 전동체 예압이며,
    상기 축방향 변형 센서와 상기 원주 방향 변형 센서가, 상기 너트 부재의 외면 또는 내면에, 상기 통로의 상기 축방향의 일단부와 상기 축방향의 타단부의 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 나사 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 나사 장치의 예압이, 싱글의 상기 너트 부재의 상기 내면 홈의 일부를 다른 일부에 대하여 상기 너트 부재의 축방향으로 오프셋시키는 오프셋 예압이며,
    상기 축방향 변형 센서와 상기 원주 방향 변형 센서가, 상기 너트 부재의 외면 또는 내면에, 상기 내면 홈의 상기 일부와 상기 다른 일부 사이의 오프셋부에 배치되는 것을 특징으로 하는 나사 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 축방향 변형 센서와 상기 원주 방향 변형 센서가, 상기 너트 부재가 평탄한 평면 모따기부에 설치되는 것을 특징으로 하는 나사 장치.
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