KR20020091913A - 볼스크류장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 볼스크류장치에 관한 것으로서, 그 목적은 볼을 지지하는 구조가 일체로 형성되도록 플라스틱재로 사출성형되며, 축방향으로의 길이가 축소되도록 너트의 내부에 설치되는 볼부시를 마련하여 조립성이 향상되고, 소음이 저감되며, 그 설치 길이가 축소되어, 생산비용이 절감되는 볼스크류장치를 제공하는 것이며,

외주면에는 나선형의 외부홈(141)이 형성된 나사축(140), 상기 나사축(140)의 외부에 설치되며 내주면에는 상기 외부홈(141)과 대응되는 내부홈(131)이 형성된 너트(130), 상기 외부홈(141)과 내부홈(131)에 대응되도록 외주연에 나선형으로 배치된 다수개의 지지홀(152)이 형성된 볼부시(150), 상기 지지홀(152)에 삽입되는 다수개의 볼(154), 상기 볼(154)의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 지지홀(152)의 내, 외측으로 돌출되어 상기 볼(154)의 일부를 감싸도록 상기 볼부시(150)에 일체로 형성되는 탄성지지부(153)가 구비되는 구성이다.

Description

볼스크류장치{BALL SCREW DEVICE}

본 발명은 볼스크류장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 조립성이 향상되고, 소음이 저감되며, 설치 길이가 축소되도록 볼스크류장치의 볼 순환방식 기구를 볼부시로 개선한 볼스크류장치에 관한 것이다.

일반적으로 볼스크류장치는, 암나사와 수나사를 같은 위치에 맞추고 그 사이에 생긴 홈 속에 볼을 넣고, 그 볼이 순환될 수 있도록 리턴구조를 마련함으로써, 회전력을 직진력으로 전환시키는 장치이다.

즉, 볼스크류장치는, 수나사가 형성된 나사축 외면과 암나사가 형성된 너트의 내면에 원호상의 단면을 갖는 나선형의 홈을 두고, 그 사이에는 구름운동하도록 다수개의 볼을 삽입한 일종의 이송 운동용 스크류이다.

이때 볼은 너트의 내부에 리턴피스가 형성된 디플렉터 방식(내부순환 방식)이나, 너트의 외부에 리턴튜브가 형성된 리턴튜브 방식(외부순환 방식)을 써서 순환운동을 할 수 있도록 마련된다.

도 1과 도 2는 너트의 내부에 리턴피스가 형성된 종래 내부순환 방식의 볼스크류장치를 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 장봉형상으로서 외주면에는 나선형의 외부홈(11a)이 형성된 나사축(11)이 축방향으로 이동 가능하도록 마련된다.

그리고, 나사축(11)의 외부에는 중공 원통관으로 마련되며 내주면에는 나사축(11)의 외부홈(11a)과 마주할 수 있도록 나선형의 내부홈(12a)이 형성된 너트(12)가 회전 가능하게 마련된다.

또, 서로 마주할 수 있도록 배치되는 반원형 단면의 외부홈(11a)과 내부홈(12a) 사이에는 강철로 마련된 볼(13)이 삽입되고, 이 볼(13)이 일정구간에서 순환될 수 있도록 너트(12)의 내부에는 리턴피스(12b)가 형성된다.

즉, 이러한 볼스크류(10)는 외부의 회전력이 너트(12)에 전달되어 이를 회전시킬 때 그 내부의 볼(13)이 구름운동하여 나사축(11)을 축방향으로 이동시키게 된다.

그러나, 이러한 내부순환 방식의 볼스크류(10)는, 외부홈(11a)과 내부홈(12a)의 사이에 볼(13)을 하나씩 삽입해야하므로 조립성이 안좋고, 자동화가 어려웠다.

또, 리턴피스(12b)로 순환되는 하나의 순환열과 또 다른 순환열 간에 간격이 존재하므로 너트(12)의 전구간에서 볼(13)이 지지가 이루어지지 않아 강성이 떨어지게 되었다.

아울러, 구름운동하는 볼(13)이 서로 부딪치게되어 그 충돌로 인해 소음이 심하게 발생되었다.

도 3과 도 4는 이러한 내부순환 방식 볼스크류장치의 단점을 보완하기 위하여 볼부시로서 순환방식 기구를 마련한 볼스크류를 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 볼스크류(20)는 외주면에 외부홈(21a)이 형성된 나사축(21)과, 내주면에 내부홈(22a)이 형성된 너트(22), 그리고, 외부홈(21a)과 내부홈(22a) 사이에 다수개가 삽입 설치되는 볼(25)과, 이를 지지할 수 있도록 나사축(21)과 너트(22) 사이에 설치되는 볼부시(24)로 구비된다.

이 볼부시(24)는 나사축(21)과 너트(22) 사이의 공간에 삽입 설치될 수 있도록 중공으로 마련되는 스틸 재질의 중공관으로서, 외주연에는 다수개의 볼(25)이 설치될 수 있도록 지지홀(24a)이 마련된다.

이 지지홀(24a)은 볼부시(24)의 외주연에 나선형으로 다수개가 형성되는 것으로서, 내주측은 볼(25)이 삽입될 수 있도록 이 보다 큰 지름으로 마련되고, 외주측은 볼(25)이 이탈되지 않도록 이 보다 작은 지름으로 마련된다.

이로써, 지지홀(24a)의 내주측에서 외주측으로 볼(25)을 삽입하고, 볼부시(24)의 내부측에 별도의 지지부재를 삽입하거나, 볼(25)을 지지홀(24a)의 외주측에 압입하는 방법 등으로 볼(25)을 임시 고정한 후, 볼부시(24)의 내부에 나사축(21)을 삽입 설치한다.

그러나, 이와 같이 볼부시를 사용한 볼스크류장치는 볼 사이의 충돌이 방지되어 소음은 감소될 수 있지만, 볼부시가 스틸 재질로 마련됨으로 인해 소음저감효과가 미비한 문제점이 있었다.

그리고, 볼부시가 너트의 내부에서만 작동하는 것이 아니므로 너트와 나사축의 작동구간 전부에 볼부시가 필요하게되므로, 볼부시의 길이가 길어지고, 볼부시의 외주연에 다수개의 지지홀을 절삭 가공해야 하므로, 생산원가가 높은 문제점이 있었다.

또, 지지홀 내부에 삽입되는 볼의 지지 구조가 불안정하여 나사축과 결합될때 지지홀에서 볼이 이탈되는 경우가 발생하므로 조립이 불편한 문제점이 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 볼을 지지하는 구조가 일체로 형성되도록 플라스틱재로 사출성형되며, 축방향으로의 길이가 축소되도록 너트의 내부에 설치되는 볼부시를 마련하여 조립성이 향상되고, 소음이 저감되며, 그 설치 길이가 축소되어, 생산비용이 절감되는 볼스크류장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래의 볼스크류장치를 보인 단면도이다.

도 2는 종래의 볼스크류장치를 보인 사시도이다.

도 3은 종래의 다른 볼스크류장치를 보인 단면도이다.

도 4는 종래의 다른 볼스크류장치를 보인 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 볼스크류장치의 설치상태를 보인 단면도이다.

도 6은 도 5의 나사축과 볼스크류장치를 발췌한 단면도이다.

도 7은 도 5의 나사축과 볼스크류장치를 발췌한 사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 볼부시의 사시도이다.

도 9는 본 발명에 따른 볼부시의 평면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 볼부시의 측면도이다.

도 11은 본 발명에 따른 볼부시의 측단면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100:피니언하우징 110:랙바

120:모터 130:너트

140:나사축 150:볼부시

151:탄성지지부 160:스톱퍼와셔

170:볼스크류

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 볼스크류장치는, 외주면에는 나선형의 외부홈이 형성된 나사축, 상기 나사축의 외부에 설치되며 내주면에는 상기 외부홈과 대응되는 내부홈이 형성된 너트, 상기 외부홈과 내부홈에 대응되도록 외주연에 나선형으로 배치된 다수개의 지지홀이 형성된 볼부시와, 상기 지지홀에 삽입되는 다수개의 볼을 구비한 볼스크류장치에 있어서, 상기 볼부시에는 상기 볼의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 지지홀의 내, 외측으로 돌출되어 상기 볼의 일부를 감싸는 탄성지지부가 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 일실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5와 도 6과 도 7은 본 발명에 따른 볼스크류장치가 랙 구동식 전동 파워스티어링 시스템(R-EPS : RACK ASSIST TYPE - ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM)에 적용된 실시예를 보인 도면이다. 이에 도시된 바와 같이, 토크센서(101)와 교축되며 내부에 랙바(110)가 설치된 피니언하우징(100)과, 이 랙바(110)의 양측에 연장 설치된 타이로드(111)가 마련된다.

그리고, 랙바(110)의 중간 외측에는 모터(120)가 마련되는데, 이 모터(120)는 토크센서(101)측에 형성된 랙과 피니언에 의해 축방향으로 동작되는 랙바(110)를 보다 원활히 동작시킬 수 있도록 조향력을 배가시키는 것이다.

즉, 모터(120)는 피니언하우징(100)에 연결 형성되는 모터하우징(121)과, 그 내부의 고정되는 고정자(122)와, 고정자(122)의 내측에 설치되는 회전자(123)와, 베어링을 개재하여 설치된 모터샤프트(124)와, 모터샤프트(124)의 일단측 내부에 고정 설치된 너트(130)를 구비한다.

또, 너트(130)의 내주면에는 나선형의 내부홈(131)이 형성되고, 너트(130)의 내부에는 랙바(110)와 일체로 형성되며 외주면에 나선형의 외부홈(141)이 형성된 나사축(140)이 마련되는데, 내부홈(131)과 외부홈(141)은 서로 대응되도록 형성되고, 그 사이에는 볼(154)을 구비하여 너트(130)의 회전시 나사축(140)을 축방향으로 이동시킬 수 있도록 볼부시(150)가 설치된다.

이 볼부시(150)는 중공 파이프로 마련되며, 그 외주연에는 관통 형성되어 다수개가 나선형으로 배열된 지지홀(152), 그리고 지지홀(152)의 내, 외측으로 돌출 형성되는 탄성지지부(151)를 구비하여 마련된다.

또, 축방향으로 이동되는 나사축(140)의 이동구간에 따라 볼부시(150)가 설치되어야하는데, 본 발명에서는 너트(130)의 축방향 양측에 볼부시(150)의 축방향 이동을 제한할 수 있도록 스톱퍼와셔(160)가 마련된다.

즉, 스톱퍼와셔(160)는 너트(130)의 축방향 양측면에 고정 설치되는 것으로서 내주측을 나사축(140)과 소정간격 이격되어 너트(130)의 내부에 설치되는 볼부시(150)의 축방향 이동을 제한하는 것이다.

이로써, 너트(130)와 나사축(140)과 볼부시(150)와 스톱퍼와셔(160)를 구비한 볼스크류(170)는, 너트(130)와 나사축(140)의 사이에 항상 볼부시(150)의 볼(154)이 위치하므로 너트(130)의 회전시 나사축(140)을 축방향으로 이동시키게 된다.

도 8과, 도 9와, 도 10과, 도 11은 이러한 볼부시를 상세히 보인 사시도, 평면도, 측면도, 측단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 중공 파이프로 마련된 볼부시(150)의 외주연에는 내, 외측으로 관통 형성되는 원형의 지지홀(152)이 나선형으로 다수개가 배열되고, 지지홀(152)의 내, 외측으로는 탄성지지부(151)가 마련된다.

이 볼부시(150)는 지지홀(152)과 탄성지지부(151)가 일체로 형성되도록 플라스틱재질로 사출 성형되는 것으로서, 이때 형성되는 탄성지지부(151)는 내, 외측에 서로 마주할 수 있도록 각각 한 쌍씩 마련되며, 그 선단은 중심측으로 테이퍼 형성된다.

이로써, 그 내부로 삽입되는 볼(154)의 양측을 지지함과 더불어 볼(154)의 일부가 외부로 돌출되어 외부홈(141)과 내부홈(131)에 삽입되도록 지지홀(152)과 일체로 형성되는 것이다.

즉, 탄성지지부(151)는 볼(154)의 동작에 제한을 주지 않는 한도 내에서볼(154)이 지지홀(152)의 내부에서 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 형성됨으로써, 볼(154)이 설치된 상태의 볼부시(150)를 나사축(140)의 외부에 용이하게 설치하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 볼스크류장치는, 볼부시(150)에 형성된 탄성지지부(151)를 확장시키고, 그 내부의 지지홀(152)에 볼(154)을 삽입한다.

그리고, 나사축(140)의 외부에 볼부시(150)를 설치하고, 볼부시(150)의 외부측으로는 너트(130)를 설치하는데, 이때 외부홈(141)과 내부홈(131)에는 볼부시(150)의 볼(154)이 삽입되도록 한다.

또, 너트(130)의 축방향 양단에는 스톱퍼와셔(160)를 고정 설치하여 그 내측으로 배치되는 볼부시(150)의 축방향 이동을 제한하게 된다.

이상과 같이 조립된 볼부시(150)는 모터(120)의 회전으로 인해 너트(130)가 회전될 때 너트(130)의 내부홈(131)과 나사축(140)의 외부홈(141)에 삽입된 볼부시(150)의 볼(154)이 구름운동을 하면서 회전운동을 왕복운동으로 전환시키게 된다.

이로써 볼부시(150)의 내측으로 배치되는 나사축(140)의 축방향으로 이동되어 파워스티어링의 조향력을 배가시키게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 볼스크류장치는, 지지홀과 탄성지지부가 일체 형성되도록 볼부시를 플라스틱재질로 사출 성형하므로, 제작이 용이하고, 볼과 지지홀 간의 마찰소음이 저감된다.

또, 탄성지지부에 의해 볼이 지지홀의 내부에 안착되므로 볼이 설치된 상태의 볼부시를 나사축의 외부에 조립하기 용이하고, 스톱퍼와셔에 의해 볼부시가 너트의 내부에서 배치되어 볼부시의 길이를 축소할 수 있게 된다.

이로써, 본 발명의 볼스크류는, 그 크기의 축소가 가능하고, 제작 및 조립이 용이하여 생산비용을 절감할 수 있으며, 마찰소음이 저감되어 제품의 신뢰성을 향상시켜주는 이점이 있다.

Claims (4)

1. 외주면에는 나선형의 외부홈이 형성된 나사축, 상기 나사축의 외부에 설치되며 내주면에는 상기 외부홈과 대응되는 내부홈이 형성된 너트, 상기 외부홈과 내부홈에 대응되도록 외주연에 나선형으로 배치된 다수개의 지지홀이 형성된 볼부시와, 상기 지지홀에 삽입되는 다수개의 볼을 구비한 볼스크류장치에 있어서,

   상기 볼부시에는 상기 볼의 이탈을 방지할 수 있도록 상기 지지홀의 내, 외측으로 돌출되어 상기 볼의 일부를 감싸는 탄성지지부가 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 볼스크류장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 볼부시는 제작이 용이하고 소음이 저감되도록 플라스틱재질로 사출 성형되어 상기 지지홀과 탄성지지부가 일체로 마련되는 것을 특징으로 하는 볼스크류장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 너트의 축방향 양측단에는 상기 볼부시의 축방향 이동을 제한할 수 있도록 스톱퍼와셔가 마련된 것을 특징으로 하는 볼스크류장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 나사축은 모터의 구동력으로 랙바를 축방향 이동시킬 수 있도록 마련된 랙 구동식 전동 파워스티어링 시스템(R-EPS : RACK ASSIST TYPE - ELECTRIC POWER STEERING SYSTEM)의 랙바에 설치되고, 상기 너트는 상기 모터에 의해 회전 가능하도록 상기 나사축의 외부에 설치되며, 상기 볼부시는 상기 지지홀의 내부에 상기 볼을 삽입하여 상기 너트와 나사축의 사이에 설치되며, 상기 스톱퍼와셔는 상기 볼부시의 양단에 설치된 것을 특징으로 하는 볼스크류장치.