KR960015241B1 - 볼 나사 - Google Patents

Abstract

내용없음.

Description

볼 나사

제 1 도는 본 발명의 볼 나사의 제 1 실시예를 나타내는 측면도,

제 2 도는 제 1 도의 II-II선 단면도,

제 3 도는 제 1 도의 사시도,

제 4 도는 제 1 실시예에 관계되는 볼 너트의 요부를 나타내는 확대 단면도,

제 5 도는 제 1 실시예에 관계되는 볼 너트의 탄성부의 변형예를 나타내는 확대 단면도,

제 6 도는 본 발명의 볼 나사의 제 2 실시예를 나타내는 측면도,

제 7 도는 본 발명의 볼 나사의 제 3 실시예를 나타내는 측면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 나사축 2 : 볼 너트

3 : 탄성부 4 : 볼

5 : 디플렉터 7,8 : 원통 부재

11 : 볼전주홈 21,22 : 부하볼홈

39,40 : 슬릿

본 발명은 각종 산업용 기계에 쓰여 직선운동과 회전운동을 서로 변환하는 볼 나사에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 볼 나사는 소정의 리드로 나선상으로 형성된 볼전주(轉走)홈을 갖는 나사축과, 상기 볼전주홈과 동일한 리드로 나선상으로 형성된 부하볼홈 및 이 부하볼홈의 일단에서 타단으로 볼이 순환하는 볼 리턴 통로를 갖춘 볼 너트로 구성되어 있고, 예를 들면 나사축 혹은 볼 너트의 어느 한쪽에 회전운동을 부여하므로써 다른쪽에서 직선운동을 도출할 수 있다.

그리고 그 사용에 있어서는, 축방향 틈을 없게 하는 동시에 축방향 하중에 대한 강성을 높여 백래시를 배제하여 직선운동의 피드 정밀도를 높인다고 하는 관점에서 볼 너트에 예압을 부여하는 것이 일반적이다.

대표적인 볼 나사의 예압 방식으로서는, 2개의 볼 너트를 사용하여 이들 사이에 인장력 및 압축력을 작용시키면서 예압을 부여하는 소위 더블 너트식이 있고, 상세하게는 한쌍의 볼 너트 사이에 예압량에 따른 두께의 와셔를 삽입하는 정위치 예압 방식 및 한쌍의 볼 너트 사이에 끼워넣는 스프링의 탄성력을 이용하여 예압을 부여하는 정압 예방 방식이 있다.

그러나, 전자의 정위치 예압 방식에서는 2개의 볼 너트가 와셔를 통해서 견고하게 고정되기 때문에, 나사축의 리드나 축지름에 오차가 함유되어 있으면 볼의 탄성 변형량이 불균일하게 되고 예압량이 불균일해지므로, 볼 너트에 회전 토오크의 강약이 발생한다고 하는 불합리가 생긴다. 후자의 정압 예압 방식에 있어서는, 스프링의 작용에 의하여 볼의 탄성 변형량은 항상 일정하게 되기 때문에 그와같은 불합리는 생기지 않지만, 강성의 저하는 피하기 어렵고 또 적정한 예압량을 얻기 위한 스프링의 조립이 어렵다고 하는 불편이 생긴다. 또, 양자 모두 한쌍의 볼 너트 사이에 상대적인 회전 운동이 생긴 경우에는 적당한 예압이 부여되지 않으므로 이들을 비회전으로 연결하는 것이 요구되고 부품 갯수 및 조립 공수가 증가한다고 하는 문제점을 갖고 있다. 또한, 2개의 볼 너트의 축심이 정확하게 일치하지 않은 경우에는 원활한 회전 운동을 얻을수 없다고 하는 문제점도 갖고 있다.

그래서, 1개의 볼 너트로 예압을 부여하는 방식으로서 소위 오프세트 예압 방식이 제한되어 있다. 구체적으로는 볼 너트에 형성된 나선조부하홈의 특정 개소에 대해서 예압량에 따라서 증감된 리드를 부여하여 상기 정위치 예압 방식과 동일한 볼 접촉 구조를 얻는 것이다. 이 방식에 의하면, 1개의 볼 너트로 예압이 부여되기 때문에 전술한 더블 너트식에 비해서 너트 전길이가 짧아지고 경량화 및 콤팩트화를 도모할 수 있는 외에 조립시간을 절약할 수 있다고 하는 이점도 생긴다.

그러나, 이 오프세트 예압 방식에 있어서도 정위치 예압 방식과 동일하게 나사축의 리드 및 축지름에 가공 오차가 존재하면 볼 너트에 회전 토오크의 강약이 발생하고 또 반경 방향의 틈이 축방향의 틈이 되어 나타나기 때문에 피드 정밀도가 손상된다고 하는 문제점을 갖고 있다.

이와같이 종래의 예압 방식은 볼 나사의 제조 혹은 그 운동 정밀도에 관한 문제점을 내포하고 있고, 이들 볼 나사의 사용자 및 제조 메이커 모두를 만족시킬 수 있는 것은 없었다.

본 발명은 이와같은 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은 제조가 용이한 동시에 정밀도적으로도 뛰어난 볼 나사를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 볼 나사는 소정의 리드로 나선상으로 형성된 볼전주홈을 갖는 나사축과, 상기 볼전주홈과 동일한 리드로 나선상으로 형성된 제 1의 부하볼홈 및 제 2의 부하볼홈을 내주면에 가지며, 또한 이들 제 1의 부하볼홈과 제 2의 부하볼홈 사이의 거리가 상기 볼전주홈의 리드의 정수배보다 크게 혹은 작게 설정되고 또 제 1의 부하볼홈과 제 2의 부하볼홈 사이의 위치에는 축방향을 따라 변위하는 탄성부가 설치된 볼 너트와, 상기 나사축의 볼전주홈과 볼 너트의 제 1 및 제 2의 부하볼홈 사이에 삽입되어 전동하는 다수의 볼로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 수단에 의하면, 볼 너트의 내주면에 형성된 제 1의 부하볼홈과 제 2의 부하볼홈 사이의 거리가 상기 볼전주홈의 리드의 정수배 보다 크게 혹은 작게 설정되어 있으므로, 오프세트 예압 방식과 동일한 볼 접촉 구조가 되어 볼 너트에 예압이 부여된다. 한편, 제 1의 부하볼홈과 제 2의 부하볼홈 사이에는 축방향을 따라 변위하는 탄성부를 볼 너트와 일체적으로 설치했기 때문에, 이 탄성부가 나사축의 리드 오차 및 축지름의 오차에 의한 과도한 예압을 흡수하도록 작용한다. 따라서, 볼 너트에는 항상 대략 일정한 예압이 부여되어 그 운동 정밀도가 향상한다.

또, 1개의 볼 너트에 제 1 및 제 2의 부하볼홈이 형성되어 예압이 부여되므로, 더블 너트식과 같이 조정 및 조립이 번거롭지 않아 생산성이 현저하게 향상한다.

본 발명에서, 예압은 두 방법의 조합에 의해 부여된다. 한 방법은 제 1 및 제 2부하볼홈 사이의 간격을 적절히 설정하는 것이고, 다른 한 방법은 탄성부의 탄성력의 크기를 설정하는 것이다. 일반적으로, 제 1 및 제 2부하볼홈 사이의 간격이 볼전주홈의 일체로 형성된 다수의 리드보다 약간 크거나 약간 작은 경우에 볼 나사에 예압이 부여된다. 한편, 탄성부는 신축하여 볼 나사에 부여된 예압을 방출하며, 이에 의해 탄성력이 탄성부에서 확실하게 발생한다. 그러므로, 탄성력을 발생시키기 위해서는 제 1 및 제 2부하볼홈 사이의 간격을 볼전주홈의 일체로 형성된 다수의 리드보다 약간 크거나 약간 작게 설정한다.

따라서 본 발명은 달리 표현하자면 탄성부의 탄성력에 의해 예압을 부여하는 것이다.

탄성부가 신축하면 제 1 및 제 2부하볼홈 사이의 간격의 설정량에 대응하는 예압이 탄성부의 신축량에 따라 부여된다. 그러나 탄성부가 거의 신축하지 않는 경우에는 간격의 설정량에 대응하는 예압이 아무런 변화없이 볼 나사에 부여된다. 그러므로 탄성부의 탄성력의 크기를 설정함으로써 볼 나사에 부여되는 예압을 임의로 조정할 수 있다.

한편, 탄성부는 예압량을 일정하게 유지하는 기능을 한다. 예컨대 나사축이 리드의 오차를 갖는 경우 볼나사에 충격하중이 작용하면 예압이 일시에 너무 많아진다. 그러나 본 발명에서는 탄성부가 신축하여 과도한 예압을 방출하므로 볼 나사에 부여되는 예압은 항상 기결정된 수준으로 유지된다.

이하 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 볼 나사를 상세히 설명한다.

본 발명의 제 1 실시예는 제 1 도 내지 제 4 도에 나타내는 바와 같이 외주면에 나선상의 볼전주홈(11)이 소정의 리드 L로 형성된 나사축(1)과, 축방향의 대략 중앙부에 굴곡 형상의 탄성부(3)가 형성되고 상기 나사축(1)의 회전에 수반하여 그 주위를 직선운동하는 볼 너트(2)와, 이들 볼 너트(2)와 나사축(1) 사이에 삽입되어 하중을 부하하는 복수의 볼(4)로 구성되어 있다.

제 2 도에 나타내는 바와같이, 상기 볼 너트(2)는 제 1의 부하볼홈(21)이 내주면에 형성된 제 1너트부(2a)와, 제 2의 부하볼홈(22)이 내주면에 형성된 제 2의 너트부(2b)를 가지며, 이들 제 1너트부(2a)와 제 2너트부(2b)가 상기 탄성부(3)에 의하여 일체적으로 연결된 구조로 되어 있다. 또 제 1 및 제 2너트부(2a,2b)의 각각에는 원주 방향으로 같은 간격으로 3개의 디플렉터(5)가 끼워넣어져 있고, 부하볼홈(21,22)을 전주하여 온 볼(4)은 이 디플렉터(5)의 리턴홈을 통하여 1회 감기전의 부하볼홈(21,22)으로 복귀하게 되고, 동일한 전주 경로를 무한 순환하도록 되어 있다. 따라서 각 너트부(2a,2b)는 각각에서 무한 순환하는 3줄의 볼열을 구비하고 있다. 또한, 도면중 부호 23은 볼 너트(2)의 축방향 단부에서 중공부내로 먼지등의 이물이 침입하는 것을 방지하는 밀봉 부재, 부호 24는 비장착부(도시 않음)에 나사맞춤하는 볼트(도시 않음)가 관통하는 장착공이다.

다음은 제 1너트부(2a)와 제 2너트부(2b)를 연결하고 있는 상기 탄성부(3)에 관해서이지만, 이 탄성부(3)는 부하볼홈(21,22)의 연삭 가공이 종료한 후에 이하의 순서로 형성된다.

① 볼 너트(2)의 내주면을 선삭 가공하여 홈(31)을 형성한다.

② 볼 너트(2) 전체에 침탄 처리를 실시한 후 이것을 열처리한다. 단, 탄성부(3)의 외주면측은 사전에 프로텍터로 피복하여 놓고 침탄제가 침투하지 않도록 한다.

③ 프로텍터를 벗기고 볼 너트(2)의 외주면을 선각 가공하고 홈(32,33)을 형성한다.

이와같이 하나의 원통상 부재를 선삭하여 탄성부를 형성하는 것의 이점으로서는 이하의 점을 들 수 있다.

ⓐ 상기 순서 ③에 있어서 홈(32,33)의 선삭량 및 각도를 임의로 설정할 수 있기 때문에 탄성부의 스프링 상수를 용이하게 조정할 수 있다.

ⓑ 제 1너트부(2a)의 축심과 제 2너트부(2b)의 축심이 완전히 일치되어 있으므로, 2개의 볼 너트를 스프링으로 연결한 종래의 더블 너트 방식에 비교하여 원활한 회전 운동이 얻어진다.

ⓒ 탄성부가 과도한 하중을 흡수하도록 작용하므로, 충격하중이 작용한 때에 볼 너트가 갈라질 위험성을 방지할 수 있다.

본 실시예에 있어서 볼 너트(2)에 예압이 부여되는 것은 이하의 구성에 의한다. 제 4 도에 나타내는 바와같이, 제 1 및 제 2의 부하볼홈(21,22)의 리드는 나사축(l)에 형성된 볼전주홈(11)의 리드 L과 동일하지만, 탄성부(3)를 통한 제 1의 부하볼홈(21)과 제 2의 부하볼홈(22)의 간격은 리드 L의 정수 n배 보다 α(0<α<50μm)만큼 작게 설정되어 있다(nL-α). 따라서, 볼 너트(2)의 나사축(1)에 조립하면 볼 너트(2)에 하등의 외력이 작용하지 않는 상태에서도 제 1의 부하볼홈(21)을 전주하는 볼(4)과 제2의 부하볼홈(22)을 전주하는 볼(4)에는 각각 탄성부(3)의 방향으로 인장하중이 작용하여 볼 너트(2)에는 α값에 따른 크기의 예압이 부여된다.

또한, 이 실시예에서는 제 1의 부하볼홈(21)과 제 2의 부하볼홈(22)의 간격을 nL-α로 했지만, 리드 L의 정수 n배 보다 α만큼 크게 즉 nL+α로 하여도 지장이 없다. 그 경우에, 제 1의 부하볼홈(21)을 전주하는 볼(4)과 제 2의 부하볼홈(22)을 전주하는 볼(4)에 대해서 각각 축단 방향으로 압축하중이 작용하여 역시 볼 너트(2)에는 α값에 따른 크기의 예압이 부여된다.

그리고, 이와같이 구성되는 본 실시예의 볼 너트(2)는 제 1너트부(2a)의 외주면에 돌출설치된 플랜지상의 플랜지부(6)를 통해서 테이블등의 비장착부에 볼트로 고정되어 사용된다.

이때 상기 탄성부(3)는 이하와 같이 기능한다. 즉, 나사축(1)의 리드 오차 및 축 지름의 오차에 의하여 볼(4)과 부하전주홈(21,22) 사이에 틈이 발생한다든가 볼(4)에 과도한 압축력이 작용한 경우에는, 탄성부(3)가 신축하여 상기 틈을 흡수 혹은 상기 압축력을 완화한다. 또, 한편으로는 탄성부(3)의 탄성력에 따른 볼 너트(2)에 예압이 부여되므로 그 스프링 상수에 따른 예압량이 볼 너트(2)에 부여된다.

따라서, 본 실시예에서는 나사축(1)에 리드 오차 및 축 지름의 오차가 존재하는 경우에도 탄성부(3)의 역할에 의하여 항상 대략 일정한 예압이 볼 너트(2)에 부여되어 안정된 운동 정밀도가 발휘되는 것이다.

제 5 도의 (a) 및 (b)는 탄성부(3)의 또다른 형상을 나타내는 것이다. 즉, 제 5도(a)에 있어서는 볼 너트(2)의 내주면측에 2줄의 홈(34,35)을 형성하는 한편 외주면측에 홈(36)을 형성하고 있다. 또 제 5 도(b)에 있어서는 내주면 및 외주면의 쌍방으로 홈(37,38)을 형성하고 있다. 따라서, 볼 너트(2)는 그 내주면 및 외주면에 대해서 교호로 원주 방향을 따른 홈을 선삭하여 굴곡 형상의 탄성부(3)가 형성되는 것이면 탄성부(3)의 형상에 관계없이 상기한 효과를 얻을 수 있다.

제 6 도는 본 발명의 제 2 실시예를 나타내는 측면도이다.

이 실시예에 있어서는, 볼 너트(1)의 반지름 방향을 따른 복수의 슬릿(39,40)을 그 외주면에 형성하여 탄성부(3)를 형성하고 있다. 이와같이 형성된 탄성부(3)도 제 1 실시예와 동일하게 기능한다. 또, 인접하는 슬릿(39,40)의 간격을 변경함으로써 탄성부(3)의 스프링 상수를 자유롭게 조정할 수 있다. 더욱이, 이 실시예에 있어서는 슬릿(39,40)을 이용하여 볼 너트의 내부에 급유를 용이하게 할 수 있다.

제 7 도는 본 발명의 제 3 실시예를 나타내는 것이다.

이 실시예에서는, 제 1너트부(2a)를 이루는 원통 부재(7)와 제 2너트부를 이루는 원통 부재(8) 사이에 2개의 접시 스프링(9)을 끼워넣고 이들을 프로젝션 용접으로 일체화한 후, 이것에 제 1의 부하볼홈(21) 및 제 2부하볼홈(22) 등을 형성하여 볼 너트(2)를 이루고 있다. 즉, 이 실시예에 있어서는 2개의 원통 부재(7,8)를 연결하는 접시 스프링(9)이 탄성부(3)로서 기능하는 것이다. 그리고, 이와같이 형성한 탄성부(3)도 제 1 실시예와 동일하게 기능한다. 또, 접시 스프링(9)의 탄성력을 변경하므로써 탄성부(3)의 스프링 상수를 자유롭게 조정할 수 있다.

Claims (6)

1. 소정의 리드로 나선상으로 형성된 볼전주홈을 갖는 나사축과, 상기 볼전주홈과 동일한 리드로 나선상으로 형성된 제 1의 부하볼홈 및 제 2의 부하볼홈을 내주면에 가지며 또한 이들 제 1의 부하볼홈과 제 2의 부하볼홈 사이의 거리가 상기 볼전주홈의 리드의 정수배 보다 크게 혹은 작게 설정되고 또 제 1의 부하볼홈과 제 2의 부하볼홈 사이의 위치에는 축방향을 따라 변위하는 탄성부가 설치된 볼 너트와, 상기 나사축의 볼전주홈과 볼 너트의 제 1 및 제 2의 부하볼홈 사이에 삽입되어 전동하는 다수의 볼로 이루어지는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
2. 소정의 리드로 나선상으로 형성된 볼전주홈을 갖는 나사축과, 상기 볼전주홈과 동일한 리드로 나선상으로 형성된 제 1의 부하볼홈 및 제 2부하볼홈을 내주면에 가지며 또한 제 1의 부하볼홈과 제 2의 부하볼홈사이의 위치에는 축방향을 따라 변위하는 탄성부가 일체적으로 설치된 볼 너트와, 상기 나사축의 볼전주홈과 볼 너트의 제 1 및 제 2의 부하볼홈 사이에 삽입되어 전동하는 다수의 볼로 이루어지고, 상기 탄성부의 힘에 의하여 상기 제 1 및 제 2의 부하볼홈을 전주하는 볼에 예압을 부여하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
3. 제 1 항에 있어서, 볼 너트의 외주면 및 내주면에 대해서 원주 방향을 따른 홈을 교호로 형성하여 굴곡형상의 탄성부를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
4. 제 1 항에 있어서, 볼 너트의 반경 방향을 따른 복수의 슬릿을 그 외주면에 형성하여 탄성부를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
5. 제 2 항에 있어서, 볼 너트의 외주면 및 내주면에 대해서 원주 방향을 따른 홈을 교호로 형성하여 굴곡형상의 탄성부를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.
6. 제 2 항에 있어서, 볼 너트의 반경 방향을 따른 복수의 슬릿을 그 외주면에 형성하여 탄성부를 형성하는 것을 특징으로 하는 볼 나사.