KR20230153442A - 볼 나사 장치 - Google Patents

Abstract

볼 나사 장치는, 나사축과 너트와 복수의 볼을 구비한다. 나사축은, 외주면에 외주 궤도면이 마련된다. 너트는, 내주면에 내주 궤도면이 마련되며, 나사축에 관통된다. 너트는, 적어도 3개 이상의 순환 부품을 가진다. 궤도는, 각 순환 부품에 대응하는 적어도 3개 이상의 볼 회로를 가진다. 적어도 3개 이상의 볼 회로는, 나사축의 중심축과 평행한 축방향에 있어서, 너트의 중앙부에 위치하는 중앙 회로와, 중앙 회로보다도 제 1 방향에 위치하는 제 1 회로와, 중앙 회로보다도 제 2 방향에 위치하는 제 2 회로를 가진다. 외주 궤도면은, 각 조의 유효 직경이 동일하다. 내주 궤도면 중 제 1 회로에 속하는 제 1 내주 궤도면과, 제 2 회로에 속하는 제 2 내주 궤도면은, 중앙 회로에 속하는 중앙 내주 궤도면과 유효 직경이 다르다.

Description

볼 나사 장치

본 개시는, 볼 나사 장치에 관한 것이다.

볼 나사 장치는, 나사축과, 나사축에 관통되는 너트와, 나사축과 너트의 사이에 배치되는 복수의 볼을 구비한다. 볼 나사 장치는, 사출 성형기, 프레스기 등에 이용되는 경우, 회전 운동을 직선 운동으로 변환한다. 너트는, 통형상을 이루며 내주면에 볼이 전동(轉動)하는 내주 궤도면이 마련된 너트 본체와, 너트 본체의 단부(端部)에 위치하며 다른 부품이 장착되는 장착부를 가진다.

볼 나사 장치의 구동 시, 장착부에 하중이 입력되어, 너트 본체에 축방향의 응력이 작용한다. 특히, 너트 본체 중 장착부에 가까운 부분에 큰 응력이 작용한다. 이 때문에, 너트 본체 중 장착부에 가까운 부분은, 축방향으로 크게 탄성 변형(신축(伸縮))한다. 또한, 너트 본체의 탄성 변형에 수반하여, 내주 궤도면 중 장착부에 가까운 부분은, 축방향으로 크게 변위한다. 이 결과, 장착부에 가까운 곳을 전동하는 볼은, 장착부로부터 먼 곳을 전동하는 볼보다도 내주 궤도면으로부터 받는 하중이 커진다. 따라서, 볼의 부하 분포는, 축방향으로 편차가 있다.

이에 비하여, 특허문헌 1의 너트의 내주 궤도면은, 장착부에 가까워짐에 따라 유효 직경이 크게 되어 있다. 바꿔 말하면, 볼과 내주 궤도면의 축방향의 극간(隙間)은, 장착부에 가까워짐에 따라 크게 되어 있다. 이 때문에, 응력에 의해 너트가 탄성 변형한다고 하여도, 장착부의 가까운 곳을 전동하는 볼에 작용하는 하중이 커지지 않도록 억제되어 있다.

일본국 특허 제3381735호 공보

그러나, 특허문헌 1의 볼 나사 장치는, 나사축의 신축이 고려되어 있지 않다. 또한, 볼 회로가 1개라고 하는 한정이 있어, 볼 회로가 복수인 경우에 적용할 수 없다. 따라서, 복수의 볼 회로를 가지고, 볼 회로마다의 부하 분포에 있어서의 편차를 억제할 수 있는 볼 나사 장치의 개발이 요망되고 있다.

본 개시는, 상기를 감안하여 이루어진 것으로서, 볼 회로마다의 부하 분포의 편차를 억제할 수 있는 볼 나사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 개시의 일 양태와 관련되는 볼 나사 장치는, 나사축과, 너트와, 복수의 볼을 구비한다. 나사축은, 일단부가 제 1 방향을 향하고, 타단부가 제 2 방향을 향하며, 또한 외주면에 외주 궤도면이 마련된다. 너트는, 내주면에 내주 궤도면이 마련되며, 상기 나사축에 관통된다. 복수의 볼은, 상기 외주 궤도면과 상기 내주 궤도면의 사이의 궤도에 배치된다. 상기 너트는, 적어도 3개 이상의 순환 부품을 가진다. 상기 궤도는, 각 상기 순환 부품에 대응하는 적어도 3개 이상의 볼 회로를 가진다. 적어도 3개 이상의 상기 볼 회로는, 상기 나사축의 중심축과 평행한 축방향에 있어서, 상기 너트의 중앙부에 위치하는 중앙 회로와, 상기 중앙 회로보다도 상기 제 1 방향에 위치하는 제 1 회로와, 상기 중앙 회로보다도 상기 제 2 방향에 위치하는 제 2 회로를 가진다. 상기 외주 궤도면은, 각 조(條)의 유효 직경이 동일하다. 상기 내주 궤도면 중 상기 제 1 회로에 속하는 제 1 내주 궤도면과, 상기 제 2 회로에 속하는 제 2 내주 궤도면은, 상기 중앙 회로에 속하는 중앙 내주 궤도면과 유효 직경이 다르다.

제 1 내주 궤도면과 제 2 내주 궤도면의 유효 직경을 중앙 내주 궤도면의 유효 직경보다도 크게 하거나, 작게 하거나 하면, 제 1 회로와 제 2 회로를 전동하는 볼에 작용하는 하중이 증감한다. 즉, 본 개시의 볼 나사 장치에 의하면, 너트나 나사축에 작용하는 응력이나 나사축의 신축의 영향을 고려하면서, 제 1 내주 궤도면과 제 2 내주 궤도면의 유효 직경을 적절히 설정함으로써, 볼 회로마다의 부하 분포를 균등하게 할 수 있다.

또한, 본 개시의 일 양태와 관련되는 볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 너트는, 통형상을 이루며, 상기 내주 궤도면이 마련된 너트 본체와, 상기 너트 본체의 상기 제 1 방향의 단부에 마련된 제 1 장착부를 가진다. 상기 나사축은, 축상(軸狀)을 이루며, 상기 외주 궤도면이 마련된 나사축 본체와, 상기 나사축 본체의 상기 제 2 방향의 단부에 마련된 제 2 장착부를 가진다. 상기 제 1 내주 궤도면과 상기 제 2 내주 궤도면은, 상기 중앙 내주 궤도면보다도 유효 직경이 크다.

본 개시의 제 1 내주 궤도면은, 중앙 내주 궤도면의 유효 직경보다도 크다. 이 때문에, 너트 본체의 탄성 변형에 의해 제 1 내주 궤도면이 축방향으로 크게 변위하여도, 제 1 회로의 볼에 대한 하중의 증가를 작게 억제할 수 있다. 또한, 제 2 내주 궤도면은, 중앙 내주 궤도면의 유효 직경보다도 크다. 이 때문에, 나사축의 탄성 변형에 의해 외주 궤도면 중 제 2 내주 궤도면과 대향하는 부분이 축방향으로 크게 변위하여도, 제 2 회로의 볼에 대한 하중의 증가를 작게 억제할 수 있다. 이상으로부터, 제 1 회로와 제 2 회로를 전동하는 볼에 작용하는 하중의 증가가 억제되어, 볼 회로마다의 부하 분포가 균등하게 된다.

또한, 본 개시의 일 양태와 관련되는 볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 제 1 장착부와 상기 제 1 회로의 축방향의 거리는, 상기 제 2 장착부와 상기 제 2 회로의 축방향의 거리보다도 짧다. 상기 제 1 내주 궤도면은, 상기 제 2 내주 궤도면보다도 유효 직경이 크다.

제 2 장착부와 제 2 회로의 거리가 길기 때문에, 외주 궤도면 중 제 2 회로를 구성하는 부분이 축방향으로 변위하는 변위량이 작다. 따라서, 제 2 회로를 전동하는 볼은, 제 1 회로를 전동하는 볼보다도 작용하는 하중이 작다(부하가 작다). 그리고, 본 개시의 볼 나사 장치에 의하면, 제 1 내주 궤도면의 유효 직경이 제 2 내주 궤도면의 유효 직경보다도 크다. 따라서, 제 2 회로를 전동하는 볼보다도 제 1 회로를 전동하는 볼에 작용하는 부하쪽이 크게 경감된다. 이 때문에, 볼 회로마다의 부하 분포가 균등하게 된다.

또한, 본 개시의 일 양태와 관련되는 볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 제 1 내주 궤도면의 각 조는, 상기 제 1 방향에 위치함에 따라 유효 직경이 크다.

이에 의하면, 제 1 회로의 볼의 부하 분포에 관하여, 축방향으로 균등하게 된다.

또한, 본 개시의 일 양태와 관련되는 볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 상기 제 2 내주 궤도면의 각 조는, 상기 제 2 방향에 위치함에 따라 유효 직경이 크다.

이에 의하면, 제 2 회로의 볼의 부하 분포에 관하여, 축방향으로 균등하게 된다.

또한, 본 개시의 일 양태와 관련되는 볼 나사 장치의 바람직한 양태로서, 기 중앙 내주 궤도면의 각 조는, 상기 너트 본체의 상기 축방향의 중앙부에서 상기 축방향으로 멀어짐에 따라 유효 직경이 크다.

이에 의하면, 중앙 회로의 볼의 부하 분포에 관하여, 축방향으로 균등하게 된다.

본 개시에 의하면, 볼 회로마다의 부하 분포의 편차가 해소되어, 볼 나사 장치의 장수명화를 도모할 수 있다.

도 1은, 실시형태 1과 관련되는 볼 나사 장치의 전체를 나타내는 전체도이다.
도 2는, 실시형태 1의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다.
도 3은, 비교예 1의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.
도 4는, 실시형태 1의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.
도 5는, 실시형태 2와 관련되는 볼 나사 장치의 전체를 나타내는 전체도이다.
도 6은, 실시형태 2의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다.
도 7은, 실시형태 3과 관련되는 볼 나사 장치의 전체를 나타내는 전체도이다.
도 8은, 실시형태 3의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다.
도 9는, 비교예 2의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.
도 10은, 비교예 3의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.
도 11은, 실시형태 3의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.
도 12는, 실시형태 4의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다.
도 13은, 비교예 4의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.
도 14는, 실시형태 4의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.

발명을 실시하기 위한 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 이하의 설명으로 기재한 내용에 의해 본 개시가 한정되는 것은 아니다. 또한, 이하에 기재한 구성 요소에는, 당업자가 용이하게 상정할 수 있는 것, 실질적으로 동일한 것이 포함된다. 추가로, 이하에 기재한 구성 요소는 적절히 조합시키는 것이 가능하다.

(실시형태 1)

도 1은, 실시형태 1과 관련되는 볼 나사 장치의 전체를 나타내는 전체도이다. 도 2는, 실시형태 1의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 실시형태 1의 볼 나사 장치(100)는, 나사축(1)과, 너트(2)와, 도시하지 않은 복수의 볼을 구비한다.

나사축(1)은, 중심축(O)을 중심으로 하는 봉형상 부품이다. 이하, 중심축(O)과 평행한 방향을 축방향이라고 칭한다. 나사축(1)은, 나사축 본체(10)와, 제 2 장착부(11)를 구비한다. 나사축 본체(10)는, 외주면에 외주 궤도면(12)이 마련되어 있다. 외주 궤도면(12)의 홈형상은, 특별히 도시하지 않았지만 고딕 아치이다. 외주 궤도면(12)의 각 조는, 동일 리드로 되어 있다. 외주 궤도면(12)의 각 조는, 유효 직경이 모두 동일하게 되어 있다. 제 2 장착부(11)는, 나사축 본체(10)의 단부에 마련되어 있다. 제 2 장착부(11)는, 볼 나사 장치(100)가 이용되는 예를 들면, 사출 성형기, 프레스기 등의 장착 대상에 장착된다.

너트(2)는, 너트 본체(20)와, 제 1 장착부(21)를 구비한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 너트 본체(20)는, 통형상을 이루고 있다. 너트 본체(20)의 외경(직경)은, r1로 되어 있다. 너트 본체(20)는, 내주면에 내주 궤도면(22)이 마련되어 있다. 내주 궤도면(22)의 홈형상은, 고딕 아치이다. 내주 궤도면(22)의 각 조는, 외주 궤도면(12)과 동일 리드이다. 따라서, 외주 궤도면(12)과 내주 궤도면(22)의 사이는, 나선상(螺旋狀)의 궤도를 이루고 있다.

볼은, 특별히 도시하지 않았지만, 강구(鋼球)이다. 각 볼은, 동일 직경이며, 궤도에 배치되어, 볼 나사 장치의 구동 시, 볼이 외주 궤도면(12)과 내주 궤도면(22)을 전동한다. 또한, 본 실시형태에 있어서, 볼은, 외주 궤도면(12)과 내주 궤도면(22)에 대하여 축방향의 극간을 가지고 있다. 즉, 예압(豫壓)이 부여되어 있지 않은 상태로 볼이 조립되어 있다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 제 1 장착부(21)는, 너트 본체(20)의 외주면으로부터 직경 방향 외측으로 돌출한 플랜지이다. 제 1 장착부(21)에는, 예를 들면, 사출 성형기, 프레스기 등에 있어서, 축방향으로 이동하는 대상물이 장착된다. 제 1 장착부(21)는, 너트 본체(20)의 축방향의 단부에 위치하고 있다. 이하, 축방향 중, 너트 본체(20)의 축방향의 중앙부에서 보았을 때 제 1 장착부(21)가 배치되어 있는 쪽을 제 1 방향(X1)이라고 칭한다. 또한, 축방향 중, 제 1 방향(X1)과 반대 방향을 제 2 방향(X2)이라고 칭한다. 또한, 나사축(1)에 있어서, 제 2 장착부(11)는, 나사축 본체(10)에 대하여, 제 2 방향(X2)에 배치되어 있다.

너트(2)는, 복수의 순환 부품(23)을 구비한다. 순환 부품(23)은, 튜브이다. 본 실시형태의 순환 부품(23)은, 궤도 중 3조분을 하나의 볼 회로로 하여, 볼을 순환시키고 있다. 또한, 궤도는, 각 순환 부품(23)에 대응한 복수의 볼 회로를 가지고 있다. 본 실시형태에 있어서는, 너트(2)는, 3개의 순환 부품(23)을 가지고 있다. 따라서, 본 실시형태의 볼 회로는, 3개(도 2의 부호 3A, 3B, 3C를 참조)가 된다.

이하, 3개의 순환 부품(23) 중 가장 제 1 방향에 배치되는 것을 제 1 순환 부품(23A)이라고 칭한다. 또한, 나머지의 2개의 순환 부품에 관하여, 제 1 순환 부품(23A)으로부터 제 2 방향(X2)으로 배치되는 순서대로, 중앙 순환 부품(23B), 제 2 순환 부품(23C)이라고 칭한다. 또한, 제 1 순환 부품(23A)에 의해 순환하는 볼 회로를 제 1 회로(3A)라고 칭한다. 중앙 순환 부품(23B)에 의해 순환하는 볼 회로를 중앙 회로(3B)라고 칭한다. 제 2 순환 부품(23C)에 의해 순환하는 볼 회로를 제 2 회로(3C)라고 칭한다.

도 2에 나타내는 바와 같이, 내주 궤도면(22)은, 제 1 회로(3A)에 속하는 제 1 내주 궤도면(22A)과, 중앙 회로(3B)에 속하는 중앙 내주 궤도면(22B)과, 제 2 회로(3C)에 속하는 제 2 내주 궤도면(22C)을 구비한다. 제 1 내주 궤도면(22A)과 제 2 내주 궤도면(22C)의 유효 직경은, 중앙 내주 궤도면(22B)의 유효 직경과 다르다. 상세하게는, 제 1 내주 궤도면(22A)의 각 조는, 각각, 유효 직경(D1)으로 되어 있다. 중앙 내주 궤도면(22B)의 각 조는, 각각, 유효 직경(D2)으로 되어 있다. 제 2 내주 궤도면(22C)의 각 조는, 각각, 유효 직경(D3)으로 되어 있다. 제 1 내주 궤도면(22A)과 제 2 내주 궤도면(22C)은, 중앙 내주 궤도면(22B)보다도 유효 직경이 크다(D1,D3>D2). 따라서, 볼과 궤도면(외주 궤도면(12)과 내주 궤도면(22))의 축방향과 직경 방향의 극간은, 중앙 회로(3B)보다도 제 1 회로(3A)와 제 2 회로(3C)쪽이 크다. 또한, 너트(2)의 내경(직경)은, 제 1 방향(X1)의 단부로부터 제 2 방향(X2)의 단부에 걸쳐서 동일 직경으로 되어 있다. 즉, 제 1 내주 궤도면(22A)의 나사산과, 중앙 내주 궤도면(22B)의 나사산과, 제 2 내주 궤도면(22C)의 나사산은, 각각 같은 높이로 되어 있다.

다음으로, 실시형태 1의 볼 나사 장치의 효과에 대하여 설명한다. 효과의 설명에서는, 비교 대상으로서 비교예 1의 볼 나사 장치를 든다. 비교예 1의 볼 나사 장치는, 제 1 내주 궤도면(22A)과 중앙 내주 궤도면(22B)과 제 2 내주 궤도면(22C)의 유효 직경이 동일하게 되어 있는 점에서 실시형태 1과 상이하고, 그 외의 구성은 동일하다.

도 3은, 비교예 1의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포이다. 도 4는, 실시형태 1의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포이다. 즉, 도 3과 도 4는, 볼의 축방향의 위치에 대응하여, 작용하는 하중의 대소를 나타내고 있다. 또한, 도 3과 도 4에 있어서, 플롯한 각 점(흰색 원을 참조)을 이어서 그래프화하고 있다. 또한, 그래프화된 것은 파(波)형상을 이루고 있다. 바꿔 말하면, 볼에 작용하는 하중은, 볼의 축방향의 변위에 대응하여 작용하는 하중이 주기적으로 증감하고 있다. 이는, 볼 나사 장치에는, 액시얼 하중 이외에, 레이디얼 방향의 하중이 작용하여, 볼 나사 장치가 휜다. 그러면, 볼 나사 장치를 단면에서 보았을 경우, 둘레 방향의 각 부위에서 응력의 대소가 발생하여, 둘레 방향의 위치에서 볼에 작용하는 하중이 증감하기 때문이다. 즉, 꺽은선 그래프에 있어서, 파형의 1주기는, 볼이 둘레 방향으로 일주(一周)한 것을 나타내고 있다. 또한, 각 볼 회로의 조수는 3개이기 때문에, 도 3과 도 4에 나타내는 바와 같이, 증감의 주기는 3개이다. 또한, 도 3과 도 4에 나타내는 바와 같이, 파형상의 그래프는, 볼 회로마다 대응시키기 때문에, 가로축 방향으로 3개로 분할하고 있다. 이하, 도 3과 도 4를 참조하면서, 볼의 축방향의 부하가, 주기마다 어떻게 변화되고 있는지를 설명한다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 비교예 1에 관하여, 중앙 회로(3B)에서는, 파형의 주기가 바뀌어도, 볼에 작용하는 하중은 크게 변화하고 있지 않다. 한편, 제 1 회로(3A)에서는, 제 1 방향(X1)으로 주기가 변함에 따라, 볼의 부하가 증가하고 있다. 마찬가지로, 제 2 회로(3C)에 있어서도, 제 2 방향(X2)으로 주기가 변함에 따라, 볼의 부하가 증가하고 있다. 따라서, 전체적으로 보면, 내주 궤도면(22)의 축방향의 중앙부로부터 제 1 방향(X1) 및 제 2 방향(X2)쪽으로 주기가 바뀜에 따라, 볼에 작용하는 하중이 증가하고 있다. 따라서, 제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)를 전동하는 볼은, 중앙 회로를 전동하는 볼보다도 부하가 크다. 또한, 비교예 1에 있어서, 볼에 작용하는 부하가 가장 작아지는 경우의 주기를 포함하고 있는 것이, 중앙 회로(3B)이다. 볼에 작용하는 부하가 가장 크게 되는 경우의 주기를 포함하고 있는 것이, 제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)이다. 그리고, 비교예 1에 있어서 볼에 작용하는 하중의 분포 폭은, H1로 되어 있다.

한편, 도 4에 나타내는 바와 같이, 실시형태 1의 중앙 회로(3B)에 있어서, 비교예 1과 마찬가지로, 파형의 주기가 변하여도, 볼에 작용하는 하중은 크게 변화하고 있지 않다. 또한, 제 1 회로(3A)에 있어서, 비교예 1과 마찬가지로, 제 1 방향(X1)으로 주기가 변함에 따라, 볼의 부하가 증가하고 있다. 제 2 회로(3C)는, 비교예 1과 마찬가지로, 제 2 방향(X2)으로 주기가 변함에 따라, 볼의 부하가 증가하고 있다. 따라서, 실시형태 1에 있어서의 각 볼 회로(3A,3B,3C)의 파형의 형상은, 비교예 1의 각 볼 회로(3A,3B,3C)와 대략 같게 되어 있다.

한편, 실시형태 1의 제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)는, 제 1 내주 궤도면(22A) 및 제 2 내주 궤도면(22C)의 유효 직경이 크기(축방향의 극간이 크기) 때문에, 비교예 1보다도 최대 하중이 저감되어 있다. 바꿔 말하면, 도 4의 제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)의 파형은, 도 3의 제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)의 파형보다도 하측으로 이동되어 있다. 따라서, 제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)를 전동하는 볼은, 전동면 변위에 의한 하중의 증가가 낮게 억제되어 있다. 한편, 실시형태 1의 중앙 회로(3B)의 파형은, 도 3의 중앙 회로(3B)의 파형보다도 상측으로 이동되고, 중앙 회로(3B)를 전동하는 볼의 하중이 증가되어 있다. 이는, 제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)를 전동하는 볼의 부하가 경감한 만큼, 상대적으로 중앙 회로(3B)를 전동하는 볼의 부하가 증가하였기 때문이다. 이상으로부터, 실시형태 1의 볼 나사 장치(100)에 있어서 볼에 작용하는 하중의 분포 폭 H2는, 비교예 1의 분포 폭 H1보다도 작게 되어 있다. 이 때문에, 실시형태 1에 의하면, 제 1 회로, 중앙 회로, 및 제 2 회로의 각각을 전동하는 볼의 부하가 균등화된다.

상기한 볼 나사 장치(100)에 의하면, 복수의 볼 중, 일부의 볼만(제 1 회로(3A) 및 제 2 회로(3C)의 볼)이 소정의 기간보다도 빨리 마모된다고 하는 것이 회피되어, 볼 나사 장치의 수명이 길어진다.

이상, 실시형태 1의 볼 나사 장치(100)는, 나사축(1)과, 너트(2)와, 복수의 볼을 구비한다. 나사축(1)은, 일단부가 제 1 방향(X1)을 향하고, 타단부가 제 2 방향(X2)을 향하며, 또한 외주면에 외주 궤도면(12)이 마련된다. 너트(2)는, 내주면에 내주 궤도면(22)이 마련되며, 나사축(1)에 관통된다. 복수의 볼은, 외주 궤도면(12)과 내주 궤도면(22)의 사이의 궤도에 배치된다. 너트(2)는, 적어도 3개 이상의 순환 부품(23)을 가진다. 궤도는, 각 순환 부품(23)에 대응하는 적어도 3개 이상의 볼 회로를 가진다. 적어도 3개 이상의 볼 회로는, 나사축(1)의 중심축(O)과 평행한 축방향에 있어서, 너트(2)의 중앙부에 위치하는 중앙 회로(3B)와, 중앙 회로(3B)보다도 제 1 방향(X1)에 위치하는 제 1 회로(3A)와, 중앙 회로(3B)보다도 제 2 방향(X2)에 위치하는 제 2 회로(3C)를 가진다. 외주 궤도면(12)은, 각 조의 유효 직경이 동일하다. 내주 궤도면(22) 중 제 1 회로(3A)에 속하는 제 1 내주 궤도면(22A)과, 제 2 회로(3C)에 속하는 제 2 내주 궤도면(22C)은, 중앙 회로(3B)에 속하는 중앙 내주 궤도면(22B)과 유효 직경이 다르다.

제 1 내주 궤도면(22A)과 제 2 내주 궤도면(22C)의 유효 직경을 적절히 설정함으로써, 볼 회로마다의 부하 분포를 균등하게 할 수 있다.

또한, 실시형태 1의 볼 나사 장치에 있어서, 너트(2)는, 통형상을 이루며, 내주 궤도면(22)이 마련된 너트 본체(20)와, 너트 본체(20)의 제 1 방향(X1)의 단부에 마련된 제 1 장착부(21)를 가진다. 나사축(1)은, 축상을 이루며, 외주 궤도면(12)이 마련된 나사축 본체(10)와, 나사축 본체(10)의 제 2 방향(X2)의 단부에 마련된 제 2 장착부(11)를 가진다. 제 1 내주 궤도면(22A)과 제 2 내주 궤도면(22C)은, 중앙 내주 궤도면(22B)보다도 유효 직경이 크다.

상기한 구성에 의하면, 제 1 회로(3A)와 제 2 회로(3C)를 전동하는 볼에 작용하는 하중의 증가가 억제되어, 볼 회로마다의 부하 분포가 균등하게 된다.

이상, 실시형태 1에 대하여 설명하였지만, 본 개시는 볼 회로(순환 부품(23))가 3개인 것으로 한정되는 것은 아니다. 이하, 볼 회로를 늘린 다른 실시형태에 대하여 설명한다.

(실시형태 2)

도 5는, 실시형태 2와 관련되는 볼 나사 장치의 전체를 나타내는 전체도이다. 도 6은, 실시형태 2의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다. 실시형태 2의 볼 나사 장치(100A)는, 너트(102)가 4개의 순환 부품(123)을 구비하고 있는 점에서, 실시형태 1의 볼 나사 장치(100)와 상이하다.

이하, 4개의 순환 부품(123) 중 가장 제 1 방향(X1)에 배치되는 것을 제 1 순환 부품(123A)이라고 칭한다. 나머지의 3개의 순환 부품(123)에 관하여, 제 1 순환 부품(123A)으로부터 제 2 방향(X2)으로 배치되는 순서대로, 중앙 제 1 순환 부품(123B), 중앙 제 2 순환 부품(123C), 제 2 순환 부품(123D)이라고 칭한다. 제 1 순환 부품(123A)에 의해 순환하는 볼 회로를 제 1 회로(103A), 중앙 제 1 순환 부품(123B)에 의해 순환하는 볼 회로를 중앙 제 1 회로(103B), 중앙 제 2 순환 부품(123C)에 의해 순환하는 볼 회로를 중앙 제 2 회로(103C), 제 2 순환 부품(123D)에 의해 순환하는 볼 회로를 제 2 회로(103D)라고 칭한다.

내주 궤도면(122)은, 제 1 회로(103A)에 속하는 제 1 내주 궤도면(122A)과, 중앙 제 1 회로(103B)에 속하는 중앙 제 1 내주 궤도면(122B)과, 중앙 제 2 회로(103C)에 속하는 중앙 제 2 내주 궤도면(122C)과, 제 2 회로(103D)에 속하는 제 2 내주 궤도면(122D)을 구비한다. 제 1 내주 궤도면(122A)의 유효 직경(D11)과 제 2 내주 궤도면(122D)의 유효 직경(D14)은, 중앙 제 1 내주 궤도면(122B)의 유효 직경(D12)과 중앙 제 2 내주 궤도면(122C)의 유효 직경(D13)보다도 크다. 이러한 볼 나사 장치(100A)에 있어서도, 제 1 회로(103A) 및 중앙 제 2 회로(103C)를 전동하는 볼의 부하가 경감되어, 볼 회로마다의 부하 분포가 균등하게 된다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 너트(102)에 대한 순환 부품(123)의 둘레 방향의 위치에 관하여, 중심축(O)에서 보았을 때, 제 1 순환 부품(123A)과 제 2 순환 부품(123D)은, 같은 방향으로 배치되어 있다. 또한, 중앙 제 1 순환 부품(123B)과 중앙 제 2 순환 부품(123C)은, 중심축(O)에서 보았을 때, 같은 방향으로 배치되어 있다. 그리고, 제 1 순환 부품(123A)과 제 2 순환 부품(123D)은, 중앙 제 1 순환 부품(123B)과 중앙 제 2 순환 부품(123C)에 대하여, 중심축(O)에서 보았을 때 반대 방향으로 위치하고 있다. 볼은, 순환 부품(123)의 내부에 들어가기 때문에, 순환 부품(123)에서 한창 순환하고 있는 중에, 중심축(O)에서 보았을 때 순환 부품(123)과 같은 방향을 전동하는 다른 볼에 걸리는 부하가 커진다. 가령, 순환 부품(123)이 축방향으로 배열되면, 볼은, 중심축에서 보았을 때 순환 부품과 같은 방향을 전동할 때, 큰 하중이 집중하여 작용하는 것으로 된다. 따라서, 순환 부품(123)의 위치를 둘레 방향으로 어긋나게 놓음으로써, 하중의 집중이 회피되어 있다.

(실시형태 3)

도 7은, 실시형태 3과 관련되는 볼 나사 장치의 전체를 나타내는 전체도이다. 도 8은, 실시형태 3의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다. 도 9는, 비교예 2의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다. 도 10은, 비교예 3의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다. 도 11은, 실시형태 3의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.

실시형태 3의 볼 나사 장치(100B)는, 너트(202)가 5개의 순환 부품(223)을 구비하고 있는 점에서, 실시형태 1의 볼 나사 장치(100)와 상이하다. 이하, 5개의 순환 부품(223) 중 가장 제 1 방향(X1)에 배치되는 것을 제 1 순환 부품(223A)이라고 칭한다. 나머지의 4개의 순환 부품(223)에 관하여, 제 1 순환 부품(223A)으로부터 제 2 방향(X2)으로 배치되는 순서대로, 중앙 제 1 순환 부품(223B), 중앙 제 2 순환 부품(223C), 중앙 제 3 순환 부품(223D), 제 2 순환 부품(223E)이라고 칭한다. 또한, 제 1 순환 부품(223A)에 의해 순환하는 볼 회로를 제 1 회로(203A)라고 칭한다. 중앙 제 1 순환 부품(223B)에 의해 순환하는 볼 회로를 중앙 제 1 회로(203B)라고 칭한다. 중앙 제 2 순환 부품(223C)에 의해 순환하는 볼 회로를 중앙 제 2 회로(203C)라고 칭한다. 중앙 제 3 순환 부품(223D)에 의해 순환하는 볼 회로를 중앙 제 3 회로(203D)라고 칭한다. 제 2 순환 부품(223E)에 의해 순환하는 볼 회로를 제 2 회로(203E)라고 칭한다. 또한, 실시형태 3의 볼 나사 장치(100B)는, 제 1 장착부(21)와 제 1 회로(203A)의 축방향의 거리는, 제 2 장착부(11)와 제 2 회로(203E)의 축방향의 거리보다도 짧다.

내주 궤도면(222)은, 제 1 회로(203A)에 속하는 제 1 내주 궤도면(222A)과, 중앙 제 1 회로(203B)에 속하는 중앙 제 1 내주 궤도면(222B)과, 중앙 제 2 회로(203C)에 속하는 중앙 제 2 내주 궤도면(222C)과, 중앙 제 3 회로(203D)에 속하는 중앙 제 3 내주 궤도면(222D)과, 제 2 회로(203E)에 속하는 제 2 내주 궤도면(222E)을 구비한다. 제 1 내주 궤도면(222A)은, 제 2 내주 궤도면(222E)보다도 유효 직경이 크다(D21>D25). 또한, 제 2 내주 궤도면(222E)은, 중앙 제 2 내주 궤도면(222C)보다도 유효 직경이 크다(D25>D23). 또한, 중앙 제 1 내주 궤도면(222B)과 중앙 제 2 내주 궤도면(222C)과 중앙 제 3 내주 궤도면(222D)은, 각각 유효 직경이 동일하다(D22=D23=D24). 이상으로부터, 내주 궤도면(222)의 유효 직경은, D21>D25>D22=D23=D24의 관계로 되어 있다. 또한, 너트 본체(220)의 직경 방향의 두께는, 실시형태 1의 너트(2)보다도 두꺼워서, 너트 본체(220)의 직경 r2가 실시형태 1의 너트(2)의 직경 r1보다도 크다. 따라서, 너트 본체(220)의 강성이 향상되어 있다.

다음으로, 실시형태 3의 볼 나사 장치의 효과에 대하여 설명한다. 효과의 설명에서는, 비교 대상으로서 비교예 2와 비교예 3의 볼 나사 장치를 든다. 비교예 2의 볼 나사 장치는, 내주 궤도면(222)의 유효 직경이 모두 균일(모두 D23)하게 되어 있는 점과, 너트 본체(220)의 직경이 r1로 되어 있는 점에서, 실시형태 3의 볼 나사 장치(100B)와 상이하다. 비교예 3의 볼 나사 장치는, 너트 본체(220)의 직경이 r1로 되어 있는 점에서, 실시형태 3의 볼 나사 장치(100B)와 상이하다.

도 9에 나타내는 바와 같이, 비교예 2의 볼 나사 장치에서는, 축방향의 중앙부에 위치하는 중앙 제 2 회로(203C)는, 볼에 작용하는 하중이 가장 작아지는 경우의 주기를 포함하고 있다. 중앙 제 2 회로(203C)의 파형을 기준으로 주기가 제 1 방향(X1)으로 변함에 따라, 볼의 하중이 증가하고 있다(중앙 제 1 회로(203B) 및 제 1 회로(203A)의 파형을 참조). 또한, 중앙 제 2 회로(203C)의 파형을 기준으로 주기가 제 2 방향으로 변함에 따라, 볼의 하중이 증가하고 있다(중앙 제 3 회로(203D) 및 제 2 회로(203E)의 파형 참조). 또한, 중앙 제 2 회로(203C)의 2조째의 파형을 시점(始點)으로서, 파형의 주기가 제 1 방향(X1)으로 변하는 경우의 하중의 증가율은, 제 2 방향(X2)으로 변하는 경우보다도 높다. 즉, 제 1 회로(203A)는, 볼에 작용하는 하중이 가장 크게 되는 경우의 주기를 포함하고 있다.

또한, 비교예 2와 같이, 복수의 볼 회로 중 제 1 회로(203A)가 제 2 회로(203E)보다도 부하가 큰 원인으로서, 나사축(1)의 제 1 장착부(21)와 너트(202)까지의 거리가 길기 때문에, 외주 궤도면(12) 중 중앙 제 3 회로(203D) 및 제 2 회로(203E)와 대향하는 부분의 축방향으로의 변위량이 작다고 하는 원인을 들 수 있다.

도 10에 나타내는 바와 같이, 비교예 3의 볼 나사 장치는, 제 1 내주 궤도면(222A)과 제 2 내주 궤도면(222E)의 유효 직경이 크기 때문에, 제 1 회로(203A)와 제 2 회로(203E)를 전동하는 볼에 대한 하중이 저감하고, 상대적으로 중앙 제 1 회로(203B)와 중앙 제 2 회로(203C)와 중앙 제 3 회로(203D)의 하중이 증가하고 있다. 또한, 제 1 내주 궤도면(222A)쪽이, 제 2 내주 궤도면(222E)보다도 유효 직경이 크다. 따라서, 제 1 회로(203A)를 전동하는 볼쪽이, 제 2 회로(203E)를 전동하는 볼보다도 크게 부하가 저감되어 있다. 이상으로부터, 비교예 3에 있어서는, 제 1 회로(203A)와 제 2 회로(203E)를 전동하는 볼에 집중하여 하중이 작용하지 않는다. 따라서, 비교예 3의 볼에 작용하는 하중의 분포 폭 H12는, 비교예 2의 분포 폭 H11보다도 작다.

도 11에 나타내는 바와 같이, 실시형태 3의 볼 나사 장치에서는, 제 1 회로(203A)의 볼의 하중이 크게 저감되어 있다. 이는, 너트 본체(220)가 두껍게 되어 너트 본체(220)의 강성이 높아졌기 때문이다. 바꿔 말하면, 너트 본체(20)의 응력의 탄성 변화량이 작아졌기 때문이다. 특히, 제 1 장착부(21)에 가까운 내주 궤도면(222)의 변위량이 억제되어, 제 1 회로(203A)를 전동하는 볼에 대한 하중이 크게 저감되어 있다. 또한, 상대적으로, 중앙 제 1 회로(203B), 중앙 제 2 회로(203C), 중앙 제 3 회로(203D), 및 제 2 회로(205E)의 볼의 하중이 근소하게 증가되어 있다. 따라서, 실시형태 3의 볼의 부하의 분포 폭 H13은, 비교예 3의 분포 폭 H12보다도 작게 된다.

이상으로부터, 실시형태 3에 의하면, 볼 나사 장치(102B)의 특징에 대응하여 유효 직경이 설정되어, 볼 회로(203A,203B,203C,203D,203E)의 부하 분포를 균등하게 할 수 있다.

(실시형태 4)

도 12는, 실시형태 4의 너트를 축방향으로 자른 단면도이다. 도 13은, 비교예 4의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다. 도 14는, 실시형태 4의 볼 나사 장치의 구동 시에 있어서의 볼의 부하 분포를 나타내는 도면이다.

도 12에 나타내는 바와 같이, 실시형태 4의 볼 나사 장치(100C)는, 내주 궤도면의 각 조가 축방향의 중앙부로부터 제 1 방향(X1) 및 제 2 방향을 향함에 따라 유효 직경이 커지고 있는 점에서, 실시형태 1의 실시형태 1의 볼 나사 장치(100)와 상이하다(D31>D32>D33>D34>D35<D36<D37<D38<D39). 상세하게는, 제 1 내주 궤도면(322A)의 각 조는, 제 1 방향(X1)에 위치함에 따라 유효 직경이 크다(D31>D32>D33). 중앙 내주 궤도면(322B)의 각 조는, 축방향의 중앙부에서 축방향으로 멀어짐에 따라 유효 직경이 크다(D34,D36>D35). 제 2 내주 궤도면(322C)의 각 조는, 제 2 방향(X2)에 위치함에 따라 유효 직경이 크다(D39>D38>D37).

다음으로, 실시형태 4의 볼 나사 장치 효과에 대하여 설명한다. 효과의 설명에서는, 비교 대상으로서 비교예 4의 볼 나사 장치를 든다. 비교예 4의 볼 나사 장치는, 내주 궤도면(322)의 유효 직경이 모두 균일(모두 D35)하게 되어 있는 점에서, 실시형태 4의 볼 나사 장치(100C)와 상이하다.

도 13에 나타내는 바와 같이, 비교예 4에서는, 내주 궤도면(322)의 축방향의 중앙부로부터 제 1 방향(X1) 및 제 2 방향(X2)쪽으로 주기가 바뀜에 따라, 볼에 작용하는 하중이 커진다. 즉, 제 1 회로(303A) 및 제 2 회로(303C)를 전동하는 볼의 부하가 높다. 한편, 도 14에 나타내는 바와 같이, 실시형태 3의 제 1 회로(303A)에 있어서, 제 1 방향(X1)으로 주기가 변할 때마다의 하중의 증가량이, 비교예 4의 제 1 회로보다도 작다. 또한, 실시형태 3의 제 2 회로에 있어서, 제 2 방향으로 주기가 변할 때마다의 하중의 증가량이, 비교예 4의 제 2 회로보다도 작다. 또한, 중앙 회로에 있어서도, 볼의 주기가 축방향으로 변했을 경우의 증가량이 근소하게 저감되어 있다. 이상으로부터, 실시형태 4에 의하면, 볼 회로(303A,303B,303C)마다의 부하 분포의 편차를 억제할 수 있는 것과 함께, 각 볼 회로(303A,303B,303C) 내에 있어서의 볼의 부하 분포의 편차가 작게 억제할 수 있다.

이상, 실시형태 1에서 실시형태 4에 대하여 설명하였지만, 본 개시의 볼 나사 장치는, 실시형태로 나타낸 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 실시형태에서는, 제 1 장착부(21)가 너트 본체(20)의 제 1 방향의 단부에 위치하고, 제 2 장착부(11)가 나사축 본체(10)의 제 2 방향의 단부에 위치하고 있지만, 본 개시는, 제 1 장착부(21)가 너트 본체(20)의 제 2 방향의 단부에 위치하고, 제 2 장착부(11)가 나사축 본체(10)의 제 1 방향의 단부에 위치하여도 된다. 또한, 본 개시의 볼 나사 장치는, 너트의 제 1 장착부와, 나사축의 제 2 장착부는, 축방향에 있어서 같은 방향으로 배치되어 있어도 된다. 즉, 제 1 장착부가 너트 본체의 제 1 방향의 단부에 위치하고, 제 2 장착부가 나사축 본체의 제 1 방향의 단부에 위치하여도 된다. 혹은, 제 1 장착부가 너트 본체의 제 2 방향의 단부에 위치하고, 제 2 장착부가 나사축 본체의 제 2 방향의 단부에 위치하여도 된다. 또한, 본 개시는, 전동면의 축방향의 변위에 의한 볼 회로마다의 부하 분포의 균등화를 도모하는 것이며, 볼 나사 장치에 작용하는 축방향의 하중의 방향은, 인장 하중 및 압축 하중의 어느 것에 한정되는 것은 아니다.

또한, 각 실시형태의 제 1 회로 및 제 2 회로는, 각각 1개씩이었지만, 복수로 분리되어 있어도 된다. 즉, 제 1 회로가 2개의 회로를 가지고, 제 2 회로가 2개의 회로를 가지고 있어도 된다. 또한, 제 1 회로 및 제 2 회로가, 각각 복수의 회로를 가지는 경우, 동수(同數)가 아니어도 된다. 또한, 실시형태의 내주 궤도면은, 고딕 아치이지만, 본 개시는, 서큘러 아크여도 된다. 본 개시의 장착부는, 플랜지 이외에, 너트 본체(20)의 축방향의 일단부가, 외주면이 축방향에서 보았을 때 직사각형상으로 되어 있는 장착부여도 되고, 그 형상에 대해서는 특별히 묻지 않는다. 또한, 순환 부품은, 코마여도 된다. 또한, 본 개시에서, 내주 궤도면의 유효 직경이 다른(큰) 것은, 적어도 1.0㎛ 이상 다른(큰) 것을 말한다.

100, 100A, 100B, 100C 볼 나사 장치
1 나사축
2, 102, 202 너트
3A, 103A, 203A, 303A 제 1 회로
3B 중앙 회로
3C, 103D, 203E, 303C 제 2 회로
10 나사축 본체
11 제 2 장착부
12 외주 궤도면
20, 220 너트 본체
21 제 1 장착부
22 내주 궤도면
22A, 122A, 222A, 322A 제 1 내주 궤도면
22B 중앙 내주 궤도면
22C, 122D, 222E, 322C 제 2 내주 궤도면
23, 123, 223 순환 부품
103B, 203B 중앙 제 1 회로
103C, 203C 중앙 제 2 회로
122B, 222B 중앙 제 1 내주 궤도면
122C, 222C 중앙 제 2 내주 궤도면
203D 중앙 제 3 회로
222D 중앙 제 3 내주 궤도면

Claims (6)

1. 일단부가 제 1 방향을 향하고, 타단부가 제 2 방향을 향하며, 또한 외주면에 외주 궤도면이 마련된 나사축과,
   내주면에 내주 궤도면이 마련되며, 상기 나사축에 관통되는 너트와,
   상기 외주 궤도면과 상기 내주 궤도면의 사이의 궤도에 배치된 복수의 볼을 구비하고,
   상기 너트는, 적어도 3개 이상의 순환 부품을 가지며,
   상기 궤도는, 각 상기 순환 부품에 대응하는 적어도 3개 이상의 볼 회로를 가지며,
   적어도 3개 이상의 상기 볼 회로는,
   상기 나사축의 중심축과 평행한 축방향에 있어서, 상기 너트의 중앙부에 위치하는 중앙 회로와,
   상기 중앙 회로보다도 상기 제 1 방향에 위치하는 제 1 회로와,
   상기 중앙 회로보다도 상기 제 2 방향에 위치하는 제 2 회로를 가지고,
   상기 외주 궤도면은, 각 조의 유효 직경이 동일하며,
   상기 내주 궤도면 중 상기 제 1 회로에 속하는 제 1 내주 궤도면과, 상기 제 2 회로에 속하는 제 2 내주 궤도면은, 상기 중앙 회로에 속하는 중앙 내주 궤도면과 유효 직경이 다른 볼 나사 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 너트는,
   통형상을 이루며, 상기 내주 궤도면이 마련된 너트 본체와,
   상기 너트 본체의 상기 제 1 방향의 단부에 마련된 제 1 장착부를 가지고,
   상기 나사축은,
   축상을 이루며, 상기 외주 궤도면이 마련된 나사축 본체와,
   상기 나사축 본체의 상기 제 2 방향의 단부에 마련된 제 2 장착부를 가지고,
   상기 제 1 내주 궤도면과 상기 제 2 내주 궤도면은, 상기 중앙 내주 궤도면보다도 유효 직경이 큰 볼 나사 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 제 1 장착부와 상기 제 1 회로의 축방향의 거리는, 상기 제 2 장착부와 상기 제 2 회로의 축방향의 거리보다도 짧고,
   상기 제 1 내주 궤도면은, 상기 제 2 내주 궤도면보다도 유효 직경이 큰 볼 나사 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 내주 궤도면의 각 조는, 상기 제 1 방향에 위치함에 따라 유효 직경이 큰 볼 나사 장치.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제 2 내주 궤도면의 각 조는, 상기 제 2 방향에 위치함에 따라 유효 직경이 큰 볼 나사 장치.
6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 중앙 내주 궤도면의 각 조는, 상기 너트 본체의 상기 축방향의 중앙부에서 상기 축방향으로 멀어짐에 따라 유효 직경이 큰 볼 나사 장치.

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