KR930010902B1 - 볼 나사 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

볼 나사

제1도는 본 발명에 있어서의 볼나사의 제1실시예를 표시하는 개략도.

제2도는 제1실시예에 관계되는 볼 나사의 개략 단면도.

제3도는 제1도의 A-A단면도.

제4도는 받침기둥에 설치된 베어링부의 나사축에의 끼워맞춤 상태를 표시하는 분해사시도.

제5도는 볼의 무한 순환로의 형성 상태 및 너트의 조립을 표시하는 분해사시도.

제6도는 제1실시에 관계되는 볼 나사의 사용예를 표시하는 개략도.

제7도는 나사축의 보통길이보다 길게 했을때에 종래 사용된 기술적 대책을 표시하는 개략도.

제8도는 통상의 볼 나사의 사용예를 표시하는 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 고정부 3 : 받침기둥

4 : 나사축 5 : 너트본체

6 : 측부 플에이트 7 : 하부 플레이트

8 : 볼 41 : 피지지부

42 : 롤링홀 53 : 부하 롤링홈

55 : 부하영역 T : 이동대

M : 모터

본 발명은, 회전운동과 직선운동과를 상호 변환가능한 볼 나사에 관하여, 특히 보통보다 긴 길이의 나사축을 갖는 볼 나사의 개량에 관한 것이다.

모터 따위에 의하여 회전운동으로서 생긴 동력 NC 머신등 공작기기의 워크용으로나 자동생산 라인에 있어서의 테이블 이동등의 직선운동으로 변환하는 장치로서는 일반적으로, 볼 나사가 많이 쓰이고 있다. 이 볼 나사는 통상 나선상의 롤링홈이 외주에 만들어진 나사축과, 이 롤링홈에 서로 대면하는 부하 롤링홈을 갖는 부하영역과 이 부하영역의 양단을 연통연결하는 무부하영역으로 이루어지는 무한 순환로를 갖추고 상기 나사축의 회전에 의하여 나사축 위를 이동하는 너트와 상기의 무한 순환로 내를 순환하여 너트의 부하 롤링홈과 나사축의 롤링홈 사이에서 하중을 부하하는 다수의 볼로 구성되어 있다. 볼 나사의 사용 방법으로서는 제8도에 표시하는 바와 같이 베등등의 고정부(a)위에 설치된 회전 베어링(b)에 의하여 나사축(c)의 양단을 회전이 가능하도록 지지하는 한편, 너트(d)에는 워크 또는 테이블(e)등을 연결하여 나사축(c)에 모터(f)등의 동력이 전달된 때에 그 회전운동을 워크 또는 테이블(e)등의 직선운동으로 만들어 내는 것이 일반적이다.

그런데, 이와 같은 볼 나사를 사용해서 상술 워크용이나 테이블용으로 하는 경우에 그 이동거리를 크게 설정하면, 너트의 이동거리를 크게 잡기 위하여 나사축의 길이를 보통길이보다 길게할 필요가 생기지만, 나사축은 통상 양축 단부의 두점에 의하여 지지되고 있기 때문에 보통 길이보다 길게하면 자체의 무게에 의하여 휘어져 버린다. 그 때문에 나사 길이를 길게하는 데는 몇개의 문제점을 내포하고 있다. 첫째는 너트가 걸어 맞춤을 하고있는 워크 또는 테이블은 볼 나사와 별개로 설치된 직선 안내기구에 의하여 너트의 이동방향으로 한하여 이동이 가능하도록 지지되어, 볼 나사와 별개로 설치된 직선 안내기구에 의하여 너트의 이동방향으로 한하여 이동이 가능하돌고 지지되어, 볼 나사에 대하여 반경방향 하중을 부하하지 않는 구조를 취하고 있음으로, 나사축이 휘어지면 나사축이 너트에 대하여 반경방향 하중을 부하하도록 되고, 너트 내에 내부하중이 생겨서 볼 나사의 수명이 단축된다고 하는 문제점이다. 또 둘째는 나사축이 회전하면 그축 단부에 휘는 방향으로의 반복 하중이 작용함으로 금속 피로에 의한 나사축 수명의 단축 및 회전시의 축 진동이 생긴다고 하는 문제점이다. 세째로는 나사축이 휨으로 인해 나사축 전체의 누적 리드에 오차가 생김으로, 정밀도가 우수한 너트 이동이 얻어지지 않는다는 문제점이다.

따라서, 나사축을 보통보다 길게함에 있어서 그 휨의 방지가 정밀도 및 내구성의 향상을 도모하기 위하여 중요한 과제이며, 이에 의거한 몇가지의 기술적 제안이 되어있다.

그 하나로서는 제7도에 표시한 바와 같이, 스위치 조작으로 상하로 움직여서 나사축(c)에 붙였다 떨어졌다하는 받침기둥(g)을 나사축(c) 아래쪽으로 적당한 간격을 두고 배치하고, 너트(d) 아래면 축의 이동방향 전방 및 후방으로 돌출된 안내판(h)이 받침기둥(g)의 나사측(c)에 붙었다 떨어졌다하는 것을 제어하는 제한 스위치(i)를 조작하고, 너트(d)가 나사축(c)의 피지지부를 통과하기 직전에 받침기둥(g)이 나사축(c)에서 이탈하여 너트(d)의 피지지부 통과를 가능케함과 동시에 보통보다 길게 함으로서 생기는 나사축(c)의 휨을 방지하도록한 구조의 볼 나사가 알려져 있고 또, 다른 예로서는, 너트 붙임부를 고정부에 대해서 지지하기 위한 직선 안내기구를 너트 붙임부에 만들고, 나사축의 휨에 따르는 반경방향 하중이 너트에 작용하지 않도록한 구조의 볼 나사가 알려져 있다.

상기 전자의 볼 나사에 있어서는, 나사축의 지지점 사이를 짧게 했기 때문에 상술한 문제점이 현저하게 발생하는 적은 없지만 너트 통과시에는 받침기둥이 나사축으로부터 이탈하기 때문에, 나사축의 휨이 긴방향 전역에 걸쳐 방지되는 것은 아니고 너트의 이동 부위에는 소량이긴 하지만 항상 휨이 생김으로 상술한 문제점이 완전히 해소되는 일은 없다. 또 스위치 조작에 수반하여 받침기둥이 나사축에 붙었다 떨어졌다 한다는 복잡한 기구를 도입하고 있음으로 조립에 시간이 걸림과 동시에 비용 상승이 발생한다고 하는 새로운 문제점을 갖고 있다. 후자의 볼 나사에 있어서는, 너트가 반경방향 및 역 반경반향으로부터 지지를 받고 있음으로 나사축의 휨으로 인한 너트에의, 반경향 하중 부하라고 하는 문제점을 야기하는 일은 없으나 너트의 이동부위 이외의 나사축은 휨이 발생하여 있고, 나사 끝으로의 반복 하중의 작용 및 누적 리드의 오차라고하는 문제점은 잔류되어 버린다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 고려하여 이루어진 것이며, 그 목적으로 하는 바는 나사축을 길게했을때의 자체의 무게로 인한 휨을 방지해서 내구성 및 리드 정밀도의 대폭적인 향상이 가능하며 또한, 구조가 간이한 볼 나사를 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 있어서의 볼 나사는 선단에 베어링부가 있고 적당한 간격을 두고 배치된 받침기둥과 이 받침기둥의 베어링에 회전이 자유롭게 지지되어 있는 피지지부를 갖는 동시에 나사의 골지름이 상기 베어링부의 외경과 거의 동일한 나선상의 볼 롤링홈이 외주에 형성된 나사축과 아래면측에 상기 받침기둥이 통과가 가능한 개방부가 형성됨과 동시에, 상기 롤링홈에 서로 대면하는 부하 롤링홈을 갖는 부하영역과 이 부하영역의 양단을 연통연결하는 무부하영역으로 이루는 무한 순환로를 구비하고, 부하영역의 축방향 길이가, 상기 베어링부의 축방향 길이보다도 길며 상기 나사축의 회전에 따라 나사축 위을 이동하는 너트와 상기 무한 순환로안을 순환하여 너트의 부하 롤링홈가 나사축의 롤링홈과의 사이에서 하중을 부하하는 다수의 볼트로 형성됨을 특징으로 하는 것이다.

이와 같은 기술적 수단에 있어서, 상기 받침기둥으로서는, 나사축의 피지지부에 둥글게 장치되어 이것을 회전이 가능하도록 베어링을 갖는 것이라면 베러링의 종류나 받침기둥 본체의 형상등을 적절하게 설계 변경을 하여도 차질이 없다. 또 그 배치간격의 문제도 나사축의 똑바름이 유지될수 있도록 적절히 설계변경을 하여도 지장이 없다.

또 상기 나사축으로서는, 필요로 하는 너트의 보내는 양이나, 보내는 속도에 따라서 그 길이나 리드를 적절히 선정해도 무방하다. 너트의 부하 롤링홈과 나사축의 롤링홈과의 사이를 롤링하는 볼트가 받침기둥에 장치된 베어링부의 외주를 미끄럽게 통과가 가능하며, 또한 볼의 부하영역에서의 탈락을 효과적으로 방지하기 위하여 그 외주에 형성된 롤링홈은 나사의 골지름을 베어링부의 외경과 동일하게 형성하는 것이 바람직하다.

또한 상기 너트로서는 받침기둥의 굵기에 따라서 그 개방부의 열린곳의 나비를 적절히 설계 변경을 해도 지장이 없고, 상기 무한궤도로 해도 필요하여지는 너트의 축방향 추력이나 미끄러져 움직이는 대의 구조등에 따라서 그 줄기수를 적절히 설계 변경해도 지장이 없다. 더욱, 너트가 변환홈이 형성되어 있지 않는 받침기둥 베어링부의 외주를 통과할때에 축방향의 추력을 잃지 않도록 하기 위하여 부하 롤링홈이 형성된 영역의 축방향 길이를 베어링부의 축방향 길이보다 다소길게 설정함이 필요하며, 추력의 현저한 저하를 피한다고 하는 관점에서 보면, 두배이상의 값으로 설정함이 바람직하다.

너트 아래쪽면 측에 형성된 개방부는, 너트가 받침기둥 베어링부를 통과할때의 받침기둥 통로가 된다. 또 너트측 부하영역은 그 축방향 길이가 피지지부의 길이보다도 길게 형성되어 있고, 너트가 피지지부를 통과 할 때에 그 추력을 잃는것을 방지한다. 이들의 구조상의 특징에 의하여, 너트의 이동에 관게없이 나사축을 받침기둥으로 지지할수가 있게되어 나사축의 휨을 방지할 수 있다.

이하 첨부도면에 따라서 본 발명을 구체적으로 설명하너다. 제1도는 본 발명에 있어서의 볼 나사의 제1실시에를 표시하는 것이며, 볼 나사는 기계장치(1)등에 고정수단인 고정볼트(2)에 의하여 적당한 간격을 두고 배치된 받침기둥(3)과, 이 받침기둥(3)에 회전이 가능하게 지지되어 스테핑 모터(stepping motor) 또는 서보모터(M)에 의하여 임의의 회전량이 주어지는 나사축(4)과, 테이블등의 이동대(T)에 고정된 나사축(4)의 회전에 응하여 이동대(T)를 추진하는 너트본체(5)와, 이 너트본체(5)의 양측면에 걸어 맞추는 한 쌍의 측부 플레이트(6)와, 너트본체(5)의 밑면에 걸어 맞추는 한쌍의 하부 플레이트(7)와 너트본체(5)에 형성된 볼의 무한 순환로안을 순환하여 나사축(4)의 회전에 의하여 생기는 축 방향의 분력을 추진력으로 하여 너트본체(5)에 전달하는 다수의 볼(8)로 구성되어 있다.

상기 받침기둥(3)은, 제1도 내지 제4도에 표시한 바와 같이 헤드부가 나사축(4)의 피지지부(41)를 회전이 자유롭게 지지하는 미끄럼 베어링을 갖는 베어링부가 되는 한편, 바닥부는 기계장치등의 고정부(1)에의 붙임부(31)가 되어 있고, 붙임부에 형성됨 관통공(35)을 관통하는 고정 볼트(2)에 의하여 고정부(1)에 붙여지도록 되어 있다. 그리고 그 베어링부는 나사축(4)의 피지지부(41)에 양측에서 끼워 맞추는 베어링 메탈(32)과, 베어링 메탈(32)의 외주면을 덮는 고정판(33)으로 되어있고, 고정판(33)을 받침기둥(3) 본체에 고정볼트(34)로 고정함으로 하여 메탈 베어링(32)이 나사축(4)을 회전이 가능하게 지지하도록 되어 있다.

또 상기 나사축(4)에는, 상기 메탈 베어링이(32)이 끼워 맞춤하는 피지지부(41)가 받침기둥(3)의 배치피치와 동일한 피치이고 베어링(32) 길이와 동일한 길이로 설치되는 한편 피지지부(41)이외의 장소에는 볼(8)이 롤링하는 나선형의 롤링홈(42)이 볼(8) 반경보다도 큰 곡률 반경으로 곡면상으로 이루어져 있다. 이 롤링홈(42)은 나사의 골 지름이 받침기둥(3)의 베어링부의 외경 즉 고정판(33)의 외경과 동등하게 이루어져 있고 롤링홈(42)을 롤링하여온 볼(8)이 피지지부(41)에 대하여 미끄러우며 이탈할수 있도록 또한 피지지부(41)를 통과할 때에 너트본체(5)에 형성된 부하영역(55)으로부터 탈락할수 없도록 구성되어 있다.

또한 상기 너트본체(5)는 나사축이 관통하는 관통공(51)과 나사축(4)을 지지하는 받침기둥(3)이 통과하는 개방부(52)가 있고 그 단면이 대략 c모양으로 이루어진 장방형상 블록이며 그 관통공(51) 내주면에는 나사축(4)의 롤링홈(42)에 서로 대면하는 네줄의 부하 롤링홈(53)이 롤링홈(42)과 동일하게 볼(8)의 곡률 반경보다 큰 곡률 반경으로 곡면상으로 형성되어 있다. 그리고 이 부하 롤링홈(53)이 형성된 부하영역(55)은 그축방향 깅이가 받침기둥(3)의 베어링부의 축방향 길이의 약 3배 정도로 설정되어 있고 너트본체(5)가 롤링홈(41)이 이루어져 있지 않는 베어링부의 외주면을 통과할때의 축방향 추진력의 현저한 저하를 피할수 있는 구조로 되어있다. 또 상기 관통공(51)의 위쪽에는 관통공(51)과 직교하는 방향을 따라서 무한 순환로의 한요소인 무부하 롤링공(54)이 상기 부하 롤링홈(53)에 대응하는 위치에 네줄 이루어져 있고 양단의 개구부는 원활한 볼 순환을 얻기 위하여 아래방향의 홈(chamfer)으로 되어 있다. 또한 부호(56)는 이동대의 윗면 측에서 아래면 측으로 향해서 관통하는 붙임볼트가 끼워 맞춤하는 붙임구멍이다. 한편 제5도에 표시함과 같이 상기 한쌍의 측부 플레이트에는 볼의 무한 순환로를 구성하기 위한 무부하 롤링홈(61)이 네줄씩 이루어져 있고 각 무부하 롤링홈(61) 상단에는 너트 본체(5)의 무부하 롤링공에는 너트본체(5)의 무부하 롤링공(54)과의 사이의 볼(8)의 출입을 원활하게 하기위한 안내고리(62)가 설치되어 있는 한편, 상기 한쌍의 하부플레이트(7)에는 너트본체(5)의 부하영역의 출입하는 볼(8)을 안내하기 위한 볼 선회홈(71)이 네줄씩 이루어져 있다. 그러나 이들의 측부 프레이트(6) 및 하부 플레이트(7) 비스(9)를 사용하여 너트본체(5)에 나사결합이 됨으로서, 그 무부하 롤링홈(61) 및 볼 선회홈(71)이 너트본체(5)의 측면 및 하면과 상관하여 무부하 룰링영역의 일부를 구성하는 것이며 너트본체 부하영역(55)의 양단과무부하 롤링공(54)의 양단이 연통연결되어 볼의 무한 순환로가 형성되도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되는 본 실시예의 볼 나사는, 나사축(4)의 단부에 축이음을 통하여(M)를 연결하고, 너트본체(5)의 윗면에 다른 직선 안내기구에 의하여 유지 안내되는 이동대(T)를 붙이고, 필요로 하는 이동대(T)의 이동량에 응한 회전량을 나사축(4)에 전달하여 너트본체(5) 및 이동대(T)를 추진하여 사용된다.

이때, 나사축(4)은 그 필요로 하여지는 길이에 응하여 받침기둥(3)의 배치개수를 적절히 결정하여 가하고, 상기된 너트본체(5)의 구조에 의하여 받침기둥(3)의 배치에 관계없이 너트본체(5)가 나사축(4) 전 길이에 걸쳐 이동가능하게 된다.

따라서, 본 실시예의 볼 나사에 있어서는, 나사축(4)의 휨에 기인하는 리드오차의 발생 및 너트 본체(5)에의 반경방향 하중부하등이 방지되어, 고정밀도의 너트 운동이 얻어짐과 함께, 그 내구성이 향상되는 것이다.

이상 설명하여 온 바와 같이, 본 발명의 볼 나사에 따르면 나사축을 보통보다 길게한때의 문제점으로 되어 있든 나사축의 자체의 무게로 생기는 휨을 해소할수가 있어서, 리드 정밀도가 확보되어 고정밀도의 너트 운동을 얻을수 있음과 동시에 너트에의 반경방향 하중의 부하 및 나사축 단부로의 반복 하중의 작용이 방지되어 그 내구성의 향상을 도모할 수가 있다.

또 간결한 구조로 너트가 받침기둥에 지지된 피지지부를 통과할 수 있으며 나사축의 전길이에 걸쳐 상기효과를 얻을수 있음과 동시에, 조립이 용이하게 되고 또한 비용 절감을 도모할 수가 있다.

또한, 받침기둥의 베어링에 있어서 축이음을 하지 않고 나사축을 이음다리를 할 수 있게 되고 극도로 길게 만드는 볼 나사를 설계할 수 있다.

Claims (1)

1. 볼 나사사이에 있어서, 선단의 베어링부가 있고, 적절한 간격을 두고 배치되어 있는 받침기둥과; 상기 받침기둥의 상기 베어링부에 자유롭게 회전하도록 지지되는 피지지부를 포함함과 동시에, 나사의 골지름이 상기 베어링부 외경과 거의 동일한 나선형 볼 롤링홈이 외주에 형성된 나사축과; 아래면 측에 상기 받침기둥이 통과할 수 있는 개방부가 형성되며, 동시에 상기 롤링홈에 서로 대면하는 부하 롤링홈이 있는 부하영역과 이 부하영역의 양단을 연통연결하는 무부하영역으로 이루어지는 무한 순환로를 구비하고, 부하영역의 축방향 길이가 상기 베어링부의 축방향 길이보다 길며, 상기 나사축의 회전에 응하여 상기 나사축 위를 이동하는 너트와; 그리고 상기 무한 순환로 내를 순환하여 상기 너트의 상기 부하 롤링홈과 상기 나사축의 상기 롤링홈과의 사이에서 하중을 부하하는 다수의 볼로 이루어짐을 특징으로 하는 볼 나사.

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