KR20190043596A - 순환부품 누름도구 및 볼 나사 - Google Patents

순환부품 누름도구 및 볼 나사 Download PDF

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KR20190043596A
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유스케 와타라이
아키히코 이시카와
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

순환부품의 파손이나 볼의 튀어나감을 억제하는 순환부품 누름도구를 제공한다. 순환부품(20)은, 양 단의 다리부(21)와 양 다리부(21)의 사이에 배치된 중간부(22)를 가지고 대략 C자 모양으로 형성된 수지제의 관(管) 모양 부재이다. 순환부품(20)은, 너트(2)의 외면에 개구해서 너트(2)의 나선홈(2a)에 연통하는 한쌍의 관통구멍(13)에, 양 다리부(21)가 너트(2)의 외면측으로부터 각각 삽입되고, 중간부(22)가 너트(2)의 외면상에 위치하도록 너트(2)에 부착되어 있다. 순환부품(20)을 너트(2)에 고정하기 위한 금속제의 순환부품 누름도구(30)는, 중간부(22)의 표면중 너트(2)의 외면에서 노출되는 표면을 모두 덮도록 중간부(22)를 누르는 중간부 누름부(32)와, 다리부(21)의 표면 중 너트(2)의 외면으로부터 노출되는 표면을 모두 덮도록 다리부(21)를 누르는 다리부 누름부(31)를 구비한다.

Description

순환부품 누름도구 및 볼 나사
본 발명은 순환부품 누름도구 및 볼 나사에 관한 것이다.
사출성형기 등에 사용되는 볼 나사는, 오랜 기간 사용에 의해 나선홈에 마모나 박리(剝離)가 생겨서 열화되기 때문에 박리분(剝離粉) 등이 원인으로 리턴 튜브 등의 볼의 순환부품 내에 있어서 볼 막힘이 발생하기 쉬워진다. 볼 막힘이 발생하면 순환부품에 부하되는 힘이 증대되기 때문에, 순환부품이 수지제인 경우에는 파손이 생길 우려가 있다. 순환부품이 파손되면 파손 개소로부터 볼이 외부로 튀어나가 볼 나사에 동작 불량이 생길 우려가 있다.
특허문헌 1에는, 수지제의 순환부품을, 너트로부터의 노출부분을 금속제의 순환부품 누름도구를 사용해 덮으면서 너트에 고정한 볼 나사가 개시되어 있다. 특허문헌 1에 개시된 볼 나사에 있어서는, 순환부품을 순환부품 누름도구로 덮고 있으므로, 순환부품 누름도구로 덮여있는 부분에 대해서는 파손이 생기기 어렵고, 파손이 생겼다 하여도 순환부품 누름도구에 의해 볼의 튀어나감이 억제된다.
그러나 특허문헌 1에 개시된 볼 나사에 있어서는, 볼의 순환시에 순환부품이 너트에서 떠오르는 것을 방지하는 목적으로 순환부품을 순환부품 누름도구로 덮고 있기 때문에, 반드시 순환부품의 너트로부터의 노출부분 모두를 순환부품 누름도구로 덮을 필요는 없다. 따라서, 순환부품 누름도구로 덮여 있지 않은 노출부분에 파손이 생길 우려가 있으며, 파손된 경우에는 파손 개소로부터의 볼의 튀어나감이 생겨서 볼 나사에 동작 불량이 생길 우려가 있었다.
일본국 특허공개공보 2005년 제155887호
본 발명은, 순환부품의 파손이나 볼의 튀어나감을 억제하는 순환부품 누름도구 및, 순환부품의 파손이나 볼의 튀어나감이 억제되서 동작불량이 생기기 어려운 볼 나사를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 태양(態樣)에 관계되는 순환부품 누름도구는, 나선홈을 외주면에 가지는 나사축과, 나사축의 나선홈에 대향되는 나선홈을 내주면에 가지는 너트와, 양 나선홈에 의해 형성되는 볼 전동로(轉動路)에 전동이 자유롭게 배치된 복수의 볼과, 볼을 볼 전동로의 종점에서부터 시작점으로 되돌리는 볼 귀환로를 가지는 순환부품을 구비하고, 순환부품이, 양 단의 다리부(脚部)와 양 다리부의 사이에 배치된 중간부를 가지고 대략 C자 모양으로 형성된 수지제의 관(管) 모양 부재이며, 또한 너트의 외면에 개구하여 너트의 나선홈에 연통하는 한 쌍의 관통구멍에, 양 다리부가 너트의 외면측에서부터 각각 삽입되고, 중간부가 너트의 외면 상에 위치하도록 너트에 부착된 볼 나사에 사용되고, 순환부품을 너트에 고정하기 위한 금속제의 순환부품 누름도구로서, 순환부품의 중간부의 표면 중 너트의 외면에서 노출되는 표면을 모두 덮도록 순환부품의 중간부를 누르는 중간부 누름부와, 순환부품의 다리부의 표면 중 너트의 외면에서 노출되는 표면을 모두 덮도록 순환부품의 다리부를 누르는 다리부 누름부를 구비하는 것을 요지로 한다.
본 발명의 다른 태양에 관계되는 볼 나사는, 상기 일 태양에 관계되는 순환부품 누름도구를 구비하는 것을 요지로 한다.
본 발명에 관계되는 순환부품 누름도구는, 순환부품의 파손이나 볼의 튀어나감을 억제한다. 본 발명에 관계되는 볼 나사는, 순환부품의 파손이나 볼의 튀어나감이 억제되어 동작불량이 생기기 어렵다.
도 1은 본 발명의 제1실시형태에 관계되는 볼 나사를 축방향을 따른 평면에서 절단한 단면도이다.
도 2는 도 1의 볼 나사의 평면도이다.
도 3은 도 1의 볼 나사를 축 방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도이다.
도 4는 도 1의 볼 나사에 구비된 순환부품 누름도구의 사시도이다.
도 5는 도 1의 볼 나사에 구비된 순환부품 누름도구를 중간부의 단부측에서 본 도면이다.
도 6은 도 1의 볼 나사에 구비된 순환부품의 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시형태에 관계되는 볼 나사의 평면도이다.
도 8은 도 7의 볼 나사를 축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도이다.
도 9는 도 7의 볼 나사에 구비된 순환부품 누름도구의 사시도이다.
도 10은 도 7의 볼 나사에 구비된 순환부품 누름도구를 중간부의 단부측에서 본 도면이다.
도11은 비교예의 볼 나사를 축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도이다.
도 12는 도 11의 볼 나사에 구비된 순환부품 누름도구의 사시도이다.
본 발명의 일실시형태를 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 또한, 하기의 제1 및 제2실시형태는 본 발명의 일례를 나타낸 것으로서, 본 발명은 하기의 각 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 하기의 각 실시형태에는 여러 가지의 변경 또는 개량을 추가하는 것이 가능하며, 그와 같은 변경 또는 개량을 추가한 형태도 본 발명에 포함될 수 있다.
[제1실시형태]
도 1, 2, 3에 나타내는 바와 같이, 제1실시형태의 볼 나사는, 대략 원주모양의 나사축(1)과, 대략 원통모양의 너트(2)와, 복수의 볼(3, 3, …)을 가지고 있으며, 나사축(1)은 너트(2)를 관통하고 있다.
또한, 도 1은, 제1실시형태에 관계된 볼 나사를 축 방향을 따르는 평면에서 절단한 단면도이고, 너트(2)에 관해서는 볼 나사의 축방향을 따르는 평면에서 절단한 단면이 그려져 있으나, 후술하는 순환부품(20) 및 순환부품 누름도구(30)에 관해서는 볼 귀환로(12) 내를 이동하는 볼(3)의 이동 방향을 따르는 면에서 절단한 단면이 그려져 있다. 그리고 도 3은, 도 1의 볼 나사를 축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면도이고, 나사축(1) 및 너트(2)에 관해서는, 볼 나사의 축방향으로 직교하는 평면에서 절단한 단면이 그려져 있으나, 후술하는 순환부품(20)에 관해서는 볼 귀환로(12) 내를 이동하는 볼(3)의 이동 방향을 따르는 면에서 절단한 단면이 그려져 있다. 후술하는 도 8, 11에 대해서도 마찬가지이다.
나사축(1)의 외주면에는 나선모양으로 연속되는 나선홈(1a)이 형성되고, 그리고 너트(2)의 내주면에는 나선모양으로 연속되는 나선홈(2a)이 형성되어 있으며, 이들 양 나선홈(1a, 2a)이 대향되어 볼(3)이 전동하는 나선모양의 볼 전동로(11)가 형성되어 있다. 그리고 볼 전동로(11) 내에는 복수의 볼(3)이 전동이 자유롭게 배치되어 있다. 또한, 나선홈(1a, 2a)의 단면형상(나선홈(1a, 2a)의 연속방향으로 직교하는 평면에서 절단한 경우의 단면의 형상)은, 곡률중심이 다른 2 개의 원호를 조합한 대략 V 자 모양을 이루는 고딕 아치모양(Gothic arc shape)이어도 좋으며, 단일의 원호로 이루어지는 곡선모양이어도 좋다.
더욱이, 제1실시형태의 볼 나사는, 볼(3)을 볼 전동로(11)의 종점에서부터 시발점으로 되돌아가 순환시키는 볼 귀환로(12)를 구비하고 있다. 즉, 제1실시형태의 볼 나사는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 볼 귀환로(12)를 가지는 순환부품(20)을 구비하고 있고, 순환부품(20)이 너트(2)에 부착됨으로써, 볼 전동로(11)와 볼 귀환로(12)가 연결되어 무단(無斷) 모양의 순환경로가 형성되어 있다.
볼 전동로(11) 내를 전동하는 볼(3)은, 이 순환부품(20)을 통과해서 순환되도록 되어 있다. 즉, 볼(3)은, 볼 전동로(11) 내를 이동하면서 나사축(1)의 주위를 돌아서 볼 전동로(11)의 종점에 도달하고, 그곳에서 볼 전동로(11)로부터 순환부품(20) 내로 퍼올려서 볼 귀환로(12)의 한쪽의 단부로 들어간다. 볼 귀환로(12)로 들어간 볼(3)은, 순환부품(20)의 볼 귀환로(12) 내를 통과해서 볼 귀환로(12)의 다른 쪽의 단부에 도달하고, 그곳에서 볼 전동로(11)의 시발점으로 되돌아가도록 되어 있다.
따라서, 제1실시형태의 볼 나사는, 나사축(1)과 너트(2)를 상대회전운동시키면 볼 전동로(11)와 볼 귀환로(12)로 이루어지는 순환경로를 순환하여 볼 전동로(11) 내에서 전동하는 볼(3)을 개재해서, 나사축(1)과 너트(2)가 축방향으로 상대직선이동하도록 되어 있다. 그리고 볼(3)은, 무단모양의 순환경로 내를 무한하게 순환하도록 되어 있기 때문에, 나사축(1)과 너트(2)는 계속적으로 상대직선이동 할 수 있다.
여기서, 순환부품(20)에 대해 도 1, 2, 3, 6을 참조하면서 상세하게 설명한다. 순환부품(20)은, 대략 동일 방향으로 연장되는 양 단의 다리부(21, 21)와, 그 양 다리부(21, 21)의 사이에 배치되어 양 다리부(21, 21)와 대략 직각을 이루는 중간부(22)를 가지고 대략 C자 모양으로 형성된 수지제의 관 모양 부재이다. 순환부품(20)은, 일체적인 부재라도 좋으며, 복수의 부품을 조립해서 이루어지는 부재라도 좋다. 예를 들어, 도 6에 나타내는 바와 같이, 중간부(22) 내를 이동하는 볼(3)의 이동방향을 따라 2 개로 분할된 부품을 그 분할면에서 결합하여 구성된 부재라도 좋다.
너트(2)의 외주면의 일부는 평탄하게 깍여서 절결되어 있어 축방향으로 평행인 평면부(2b)가 형성되어 있다. 그리고 너트(2)에는, 평면부(2b)에 개구하여 볼 전동로(11)의 시발점 및 종점에 있어서 너트(2)의 나선홈(2a)에 연통하는 한 쌍의 관통구멍(13, 13)이 마련되어 있다. 또한, 1 개의 너트(2)에 복수의 순환부품(20)을 부착하여도 좋고, 그 때에는, 2 쌍 이상의 관통구멍을 마련한다.
순환부품(20)은, 양 다리부(21, 21)가 양 관통구멍(13, 13)에 평면부(2b) 측에서부터 각각 삽입되고, 양 관통구멍(13, 13)의 밖에 위치하는 중간부(22)가 평면부(2b) 상에 위치하도록 너트(2)에 부착되어 있다. 그리고 순환부품(20)은, 금속제의 순환부품 누름도구(30)에 위에서부터 누르게 됨으로써 평면부(2b) 상에 고정되어 있다.
이때 양 관통구멍(13, 13)은, 평면부(2b)에 직교하는 방향(도 1에서는 하방)에 연장되어 있는 것이 아니라, 평면부(2b)에 대해 경사지는 방향으로 또한 나사축(1)의 외주면의 접선 방향으로 연장하고 있다. 따라서, 양 다리부(21, 21)와 중간부(22)는 완전한 직각을 이루고 있는 것이 아니라, 직각보다도 약간 큰 각도를 이루고 있다. 그 때문에, 평면부(2b) 상에 고정된 순환부품(20)의 양 다리부(21, 21)의 기단부(基端部)(중간부(22)에 접속하는 부분)의 외면의 일부는, 관통구멍(13, 13)으로부터 노출되어 있다.
다음으로, 순환부품 누름도구(30)에 대해 도 1~5를 참조하면서 상세하게 설명한다. 순환부품 누름도구(30)는, 순환부품(20)의 다리부(21)의 표면중 너트(2)의 외면(관통구멍(13, 13))에서 노출되는 표면을 모두 덮도록 순환부품(20)의 다리부(21)를 누르는 다리부 누름부(31, 31)와, 순환부품(20)의 중간부(22)의 표면 중 너트(2)의 외면(평면부(2b))에서 노출되는 표면을 모두 덮도록 순환부품(20)의 중간부(22)를 누르는 중간부 누름부(32)와, 중간부 누름부(32)의 폭방향 양측에 각각 돌출되서 마련된 플랜지부(33, 33)를 구비하고 있다.
다리부 누름부(31)는, 예를 들어 중간부 누름부(32)에서부터 너트(2) 측으로 돌출하도록 형성된 대략 판(板) 모양으로 할 수 있다(도 3, 4, 5를 참조). 중간부 누름부(32)는, 예를 들어, 순환부품(20)의 외경과 대략 같은 치수의 내경을 가지는 횡단면 대략 U자 모양의 반관(半管) 모양으로 할 수 있다.
평면부(2b) 상에 고정된 순환부품(20)의 중간부(22)를 중간부 누름부(32) 내에 감입(嵌入)하는 동시에, 다리부 누름부(31, 31)의 한쪽의 판면(板面)(너트(2) 측을 향하는 판면)에서, 관통구멍(13, 13)에서 노출되어 있는 다리부(21, 21)의 기단부를 누르도록 순환부품 누름도구(30)를 너트(2)의 평면부(2b) 상에 배치한다. 그리고, 이 상태에서 플랜지부(33, 33)를 너트(2)의 평면부(2b)에 예를 들어 나사고정한다.
이것에 의해, 순환부품(20)의 다리부(21, 21)의 표면 중 너트(2)의 외면(관통구멍(13, 13))으로부터 노출되는 표면을 다리부 누름부(31, 31)가 모두 덮고, 순환부품(20)의 중간부(22)의 표면 중 너트(2)의 외면(평면부(2b))으로부터 노출되는 표면을 중간부 누름부(32)가 모두 덮은 상태에서, 순환부품 누름도구(30)를 너트(2)에 고정할 수 있다. 이와 같은 순환부품 누름도구(30)는, 예를 들어 프레스기에 의한 드로잉 성형을 금속제의 판재로 수행함으로써 제작할 수 있다.
이와 같은 제1실시형태의 볼 나사는, 순환부품(20)의 표면 중 너트(2)의 외면에서 노출되는 표면이 모두 덮이도록 순환부품 누름도구(30)로 순환부품(20)이 눌려져 있기 때문에, 볼 막힘이 발생해서 순환부품(20)에 부하되는 힘이 증대하였다고 하여도 순환부품(20)의 파손이나 볼(3)의 튀어나감이 억제되어 동작불량이 생기기 어렵다.
따라서, 오랜 기간의 사용에 의해 나선홈(1a, 2a)에 마모나 박리가 생겨 열화되었다 하여도, 순환부품(20)이 파손되어 볼 나사에 동작불량이 생길때까지의 기간을 연장할 수 있다. 순환부품(20)이 파손되고 나서 볼 나사에 동작불량이 발생할 때까지의 기간을 연장할 수 있다면, 그 연장한 기간 내에 새로운 볼 나사를 준비해서 교환할 수 있으므로, 볼 나사가 사용되고 있는 장치를 정지시키는 시간을 극력 작게 할 수 있다.
그리고 다리부(21, 21)에는, 순환부품(20) 내의 볼(3)이 볼 전동로(11)로 밀려 나가게 될 때에, 볼(3)이 밀려 나가는 방향과는 반대방향의 힘이 작용하기 때문에, 파손이 생기기 쉽다. 한편, 중간부(22)가 중간부 누름부(32)로 눌려 있고, 다리부(21, 21)가 눌려 있지 않으면, 중간부(22)와 다리부(21)와의 경계 부분에 전단력이 발생해서 다리부(21)에 파손이 생기기 쉽다. 제1실시형태의 볼 나사와 같이 중간부(22)와 다리부(21)의 양쪽이 눌려져 있으면, 상기와 같은 다리부(21)의 파손이 억제된다.
더욱이, 순환부품(20)이, 중간부(22) 내를 이동하는 볼(3)의 이동방향을 따라 2 개로 분할된 부품을 그 분할면에서 결합하여 구성된 부재였던 경우에는, 볼 막힘에 의해 볼(3)이 순환부품(20)을 내측에서 눌러서 분할면의 접합부를 눌러서 확장하도록 하지만, 순환부품(20)이 순환부품 누름도구(30)로 눌려 있으면 분할면의 접합부가 열리는 것이 억제된다.
더욱이, 순환부품(20)의 표면의 거의 전면이 너트(2) 및 순환부품 누름도구(30)로 덮여 있기 때문에, 순환부품(20)으로부터 방출되는 소리가 차음(遮音)되고, 볼 나사의 소음을 저감할 수도 있다. 더욱이, 볼 나사의 외부로의 윤활제 등의 비산(飛散)이나 내부로의 이물질의 침입도 순환부품 누름도구(30)에 의해 억제할 수 있다.
이와 같은 제1실시형태의 볼 나사는, 예를 들어, 공작기계, 사출성형기, 반도체 제조장치에 호적하게 사용할 수 있다.
(제1실시형태의 볼 나사의 실시예 및 비교예)
볼 막힘이 발생하기 쉽게, 나사축의 나선홈에 박리가 생겨 열화된 볼 나사를 준비해서 내구성 시험을 행하였다. 다리부 누름부를 갖고 있지 않고 중간부 누름부만 가진 순환부품 누름도구로 수지제의 순환부품을 고정한 비교예의 볼 나사(도 11, 도 12를 참조)는, 볼 나사를 약 8만 사이클(79162 사이클) 구동한 시점에서 순환부품이 파손되고, 다리부의 기단부로부터 볼의 튀어나감이 발생하였다.
이에 대하여, 다리부 누름부 및 중간부 누름부를 가지는 순환부품 누름도구로 수지제의 순환부품을 고정한 실시예의 볼 나사(도 1~5를 참조)는, 볼 나사를 약 59만 사이클(588479 사이클) 구동한 시점에서 순환부품 및 다리부 누름부가 파손되어 다리부의 기단부로부터 볼의 튀어나감이 발생하였다.
이상의 결과에서, 다리부 누름부를 가지는 순환부품 누름도구로 순환부품을 고정하면 볼 나사는 약 7.4 배의 사이클수를 주행할 수 있음을 알 수 있다.
[제2실시형태]
제2실시형태의 볼 나사를, 도 7~10을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 제2실시형태의 볼 나사의 구성 및 작용효과는, 제1실시형태의 볼 나사와 거의 같기 때문에 다른 부분만을 설명하고, 같은 부분의 설명은 생략한다. 그리고 도 7~10에 있어서는, 도 1~5와 동일 또는 상당하는 부분에는 도 1~5와 동일한 부호를 붙이고 있다.
대략 판 모양의 다리부 누름부(31)는, 도 7~10에 나타내는 바와 같이, 순환부품(20)의 다리부(21, 21)의 표면중 너트(2)의 외면(관통구멍(13, 13))으로부터 노출되는 표면을 누르는 면과는 반대측의 면에, 다리부 누름부(31)를 보강하는 리브(rib, 31a)를 구비하고 있어도 좋다. 리브(31a)는 예를 들어 판 모양을 이루고 있으며, 다리부 누름부(31)와 중간부 누름부(32)를 연결하고 있다. 리브(31a)에 의해 다리부 누름부(31)가 보강되어 있으면 다리부(21, 21)의 파손이 보다 한층 억제되기 때문에, 순환부품(20)의 파손이나 볼(3)의 튀어나감이 보다 한층 억제되어 볼 나사에 동작불량이 보다 한층 생기기 어렵다.
1: 나사축
1a: 나선홈
2: 너트
2a: 나선홈
2b: 평면부
3: 볼
11: 볼 전동로
12: 볼 귀환로
13: 관통구멍
20: 순환부품
21: 다리부
22: 중간부
30: 순환부품 누름도구
31: 다리부 누름부
31a: 리브
32: 중간부 누름부

Claims (4)

  1. 나선홈을 외주면에 가지는 나사축과, 상기 나사축의 나선홈에 대향하는 나선홈을 내주면에 가지는 너트와, 상기 양 나선홈에 의해 형성되는 볼 전동로에 전동이 자유롭게 배치된 복수의 볼과, 상기 볼을 상기 볼 전동로의 종점에서부터 시발점으로 되돌리는 볼 귀환로를 가지는 순환부품을 구비하고, 상기 순환부품이, 양단의 다리부와 그 양 다리부의 사이에 배치된 중간부를 가지고 대략 C자 모양으로 형성된 수지제의 관(管) 모양 부재이며, 또한 상기 너트의 외면에 개구해서 상기 너트의 나선홈에 연통하는 한쌍의 관통구멍에, 상기 양 다리부가 상기 너트의 외면측에서부터 각각 삽입되고, 상기 중간부가 상기 너트의 외면상에 위치하도록 상기 너트에 부착된 볼 나사에 사용되고, 상기 순환부품을 상기 너트에 고정하기 위한 금속제의 순환부품 누름도구로서,
    상기 순환부품의 중간부의 표면 중 상기 너트의 외면에서 노출되는 표면을 모두 덮도록 상기 순환부품의 중간부를 누르는 중간부 누름부와, 상기 순환부품의 다리부의 표면 중 상기 너트의 외면에서 노출되는 표면을 모두 덮도록 상기 순환부품의 다리부를 누르는 다리부 누름부를 구비하는 순환부품 누름도구.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다리부 누름부는, 상기 중간부 누름부에 대하여 상기 너트 측으로 돌출되어 있는 순환부품 누름도구.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 다리부 누름부는 대략 판(板) 모양을 이루고 있고, 상기 순환부품의 다리부를 누르는 면과는 반대측의 면에, 상기 다리부 누름부를 보강하는 리브(rib)를 구비하는 순환부품 누름도구.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 순환부품 누름도구를 구비하는 볼 나사.
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