KR100392878B1

KR100392878B1 - 리니어 모션 가이드

Info

Publication number: KR100392878B1
Application number: KR10-2000-0028752A
Authority: KR
Inventors: 송천복
Original assignee: 주식회사 위너베아링
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-26
Publication date: 2003-07-28
Also published as: KR20010107327A

Abstract

본 발명의 직선이동을 안내하기 위한 리니어모션가이드는 프레임과 레일부재와, 캐리어를 구비한다. 프레임은 길이방향으로 연장되는 베이스와, 서로 대향하는 측벽을 구비하되, 측벽의 서로 마주보는 쪽에 길이방향으로 연장되는 레일홈이 마련되어 있다. 레일부재는 상기 레일홈에 삽입되어 있는 길이방향으로 연장된다. 캐리어에는 캐리어블록과, 상기 캐리어블록에 연결되며 그 외주면이 각각의 레일부재에 접촉하는 다수의 트랙롤러베어링이 마련된다. 본 발명의 제조방법에 따르면, 레일부재는 레일홈에 나란히 배열된 후 압입되거나, 레일홈과 일자로 정렬한 후 회전시켜 삽입한다.

Description

리니어 모션 가이드 {LINEAR MOTION GUIDE}

본 발명은 직선운동을 안내하는 리니어모션가이드에 관한 것으로서, 콤팩트한 구조로서 크기가 작고 레일부재와 트랙롤러 사이에 확실한 접촉을 보장하는 구조의 리니어모션가이드에 관한 것이며, 그러한 구조의 리니어모션가이드에서 레일부재를 프레임의 홈에 효과적으로 삽입하는 리니어모션가이드 제조 방법에 관한 것이다.

리니어모션가이드는 리니어베어링, 직선베어링, 직선안내장치 등의 이름으로도 불리는 것으로서, 직선이송(왕복운동 포함)을 안내하고 지지하기 위한 것인데, 최근, 레일부재를 구부려 곡선운동(회전운동)을 안내하는 것도 있다. 종래의 리니어모션가이드로는 예를 들면, 특허 제10-246985호에 개시된 리니어모션가이드를 들 수 있다. 상기 리니어모션가이드는 중공 형강의 길다란 프레임을 구비한다. 프레임의 양 외측에 레일부재가 설치된다. 따라서, 캐리어는 상기 프레임을 감싸는 형상으로 구성된다. 캐리어에는 상기 레일부재와 접하면서 회전하는 트랙롤러가 마련되어 있다. 이 트랙롤러의 외륜에 마련되며 그 단면이 원호형상인 안내홈이 파여 있다. 이러한 구조의 리니어모션가이드는 먼저 그 외관크기가 크다. 따라서, 작은 공간에 장착하는 것에는 어려움이 따른다.

안내홈이 원호형상이므로 원형의 레일부재(가이드샤프트 또는 샤프트라고도 함)의 직경이 클 때에는 제대로 안내홈 내에 들어가지 못할 수도 있다. 레일부재의 직경이 작을 때, 안내홈에 들어가 안내홈의 외면과 접촉하기는 한다. 다만, 레일부재와 상기 안내홈은 어느 일점에서 접촉할 뿐인 것이다. 따라서, 미끄럼이나 마멸이 쉽게 일어날 수 있다.

종래의 리니어모션가이드 제조장치가 특허 제246986호에 개시되어 있다. 이 종래의 제조장치에서 사용하는 방법에서는 레일부재를 고정하는 방법에 제시된다. 레일부재를 홈에 넣어두고 레일부재와 인접한 부분(프레임의 부분)에 홈을 만들면서 소성변형시켜 레일부재를 고정한다는 것이다. 레일부재를 고정시킬 때, 레일부재의 주위 즉, 프레임에는 홈이 생기므로 프레임의 강성을 손상시킬 수 있다. 결국, 레일부재를 끼우는 공정에 대한 새로운 기술개발이 요구된다.

이러한 점을 고려하여 본 발명의 목적은 콤팩트하며, 접촉이 원활하며, 레일부재의 굵기 변화에 대응할 수 있는 리니어모션가이드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 레일부재를 효과적으로 레일홈에 삽입하는 공정이 구비된 리니어모션가이드를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어모션가이드의 사시도

도2는 도1의 리니어모션가이드의 확대단면도

도3은 도1의 리니어모션가이드 제조방법을 도시한 도면

도4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어모션가이드 사시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10: 리니어모션가이드 20: 프레임

30: 레일부재 40: 캐리어

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 직선이동을 안내하기 위한 리니어모션가이드에 있어서,

길이방향으로 연장되는 베이스와, 베이스에서 연장된 서로 대향하는 측벽을 구비하며, 측벽의 서로 마주보는 쪽에 길이방향으로 연장되는 레일홈이 마련되어 있는 프레임과,

상기 레일홈에 삽입되어 있는 길이방향으로 연장되는 원형봉 레일부재와,

캐리어블록과, 상기 캐리어블록에 연결되며 그 외주면이 각각의 레일부재에 접촉하는 다수의 트랙롤러베어링이 마련된 캐리어를

포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드를 제공한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 직선이동을 안내하기 위한 리니어모션가이드에 있어서,

길이방향으로 연장되는 프레임과,

상기 프레임의 길이방향으로 나란히 연장되도록 프레임에 고정되는 두개의 원형봉 레일부재와,

캐리어블록과, 상기 캐리어블록에 연결되며 그 외주면이 상기 레일부재에 접촉하는 트랙롤러베어링을 포함하되,

상기 트랙롤러베어링의 외주면은 원형봉 레일부재에 접하는 두 개의 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드가 제공된다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어모션가이드(10)의 사시도인데, 프레임(20)은 중간에 절단하여 도시한 것으로 프레임(20)은 길게 연장된다. 도2는 상기 리니어모션가이드(10)의 확대단면도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리니어모션가이드(10)는 프레임(20)과, 가이드레일부재(30)와, 캐리어(40)를 구비한다. 프레임(20)은 대체로 길이가 긴 막대형상으로 이루어진다. 프레임(20)은 대체로 U자형으로서, 베이스(22)와 양 측벽(24,26)을 구비하는데, 이들은 길게 연장된다. 양 측벽(24,26)의 마주보는 면에는 길이방향으로 따라 형성된 레일홈(28)이 마련된다. 후술하는 바와 같이, 레일홈(28)은 그 단면이 원호의 일부를 이룬다. 프레임(20)은 통상 알루미늄 또는 구조용 알루미늄 합금 등의 금속재료로 압출하여 제조되는데, 직진도를 향상시키기 위해 인발작업 등의 소성가공을 추가하여 제조할 수 있다. 프레임의 형상은 상기 예의 형상뿐 아니라 사용용도에 따라서, 다양하게 압출성형될 수 있다.

상기 레일홈(28)에는 원형봉으로 이루어진 레일부재(가이드레일이라고도 한다)(30)가 삽입되어 있다. 이 레일부재(30)는 압입되어 있을 수도 있고, 후술하는 바와 같이 끼워맞춤의 방법으로 길이방향으로 밀어 넣어 삽입한 것일 수도 있다. 도2로부터 잘 알 수 있는 바와 같이, 레일부재(30)의 절반 이상(즉 반원 이상)의 영역이 레일홈(28) 내에 삽입되어 있고 일부의 원호가 돌출(노출)되어 있다. 결국, 레일홈(28)의 좁은 입구 때문에 레일부재(30)는 레일홈(28)에서 빠지지 않는다. 입구가 좁아 입구 양측에 걸림턱(28a, 28b)이 존재하기 때문에 후술하는 바와 같이 본 발명자는 레일부재(30)를 직경방향(길이방향에 수직인 방향)으로 압입하여 고정하는 방법 및 길이방향으로 밀어 넣어 레일부재(30)를 레일홈(28)에 끼워 넣는 방법을 고안하였다. 레일부재(30)는 베어링강, 스테인리스강, 구조용 탄소강 등의 금속재료로 이루어지며, 열처리와 정밀연삭을 통해 제조된다.

도3에 도시한 바와 같이, 레일부재(30)는 레일홈(28)에 한쪽 끝에서부터 끼워 제조할 수 있다. 레일부재(30)는 레일홈(28)에 밀어 넣어 끼울 수 있도록 미리 연삭 공정을 거쳐 치수가 조정된다.

다시, 도1 및 도2를 참조하면, 캐리어(40)는 상기 프레임(20) 위에서 프레임(20)의 길이방향으로 따라 이동 가능한 구조로 형성되어 있다. 캐리어(40)에는 본 발명의 리니어모션가이드를 사용하는 기계장치에서 직선이송이 필요한 부품(도시하지 않음)이 결합된다.

캐리어(40)는 캐리어블록(42)과, 트랙롤러베어링(44)과, 결합용체결구를 구비한다. 결합용체결구는 체결볼트(46)와 체결너트(48)로 구성된다. 캐리어블록(42)에는 양측 가장자리에 직선이송부품(도시하지 않음)을 결합할 때 사용하기 위한 나사홈(42a)이 형성되어 있다. 중간부분에는 다수의 볼트구멍(43a) 및 상기 볼트구멍과 이어져 있는 너트자리(43b)로 이루어지는 결합용자리(43)가 마련된다. 이들 결합용자리는 캐리어블록(42)의 길이방향으로 연장되는 중심선(즉, 프레임의 길이방향으로 연장되는 중심 축선)을 중심으로부터 떨어져 치우쳐 있다.다만, 치우치는 방향이 도1에 도시한 바와 같이 오른쪽 측벽(26)쪽으로 치우치기도 하고 왼쪽 측벽(24)으로 치우치기도 한다. 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 오른쪽 측벽(26)쪽으로 치우친 자리(431)에는 오른쪽 레일부재(30)와 접촉하는 베어링(44)이 결합되고, 왼쪽 측벽(24)쪽으로 치우친 자리(432)에는 왼쪽 레일부재(30)와 접촉하는 베어링(44)이 결합된다. 도1에는 캐리어블록(42)에 3개의 결합용자리(43)가 번갈아 가면서 서로 반대편으로 치우치는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 결합용자리(43)의 개수도 4개 이상일 수도 있다.

트랙롤러베어링(44)은 내륜(440)과 외륜(442) 및 그들 사이에 위치하는 다수의 볼(444)을 구비한다. 외륜(442)의 외주면(레일부재와 접촉하는 면)(442a)은 안쪽으로 V자형으로 파인 형태인데, 이는 종래 원호형으로 파인 외주면과는 상이하다. 따라서, 레일부재(30)와 외주면(442a)과는 2점에서 접하게 되는 것이다. 레일부재에 접하면서, 대체로 V자형을 이루는 경사면은, 도2와 같이 단면도로 도시할 때에 대체로 직선을 이룬다. V자형 외주면(442a)의 안쪽에는 고리모양으로 외륜을 빙둘러 연장되는 홈(442b)이 마련된다. 이 홈(442b)으로는 예를 들면, 윤활제 등이 공급될 수 있다. 한편, 홈(442b)의 넓이와 V자형 외주면(442a)의 경사각도를 달리하면, 레일부재(30)와 접하는 위치를 달리할 수도 있으며, 레일부재와의 경사각에 따라 베어링의 수직하중능력을 높일 수 있다.

내륜(440)의 회전축선방향으로 제1 단부(도면상의 아래쪽)(440a)는 외륜(442)의 제1 단부면(도면상의 가장 아래면)(442c)보다 약간 안쪽으로 들어가있다. 제2 단부(도면상의 위쪽 단부)(440b)는 축방향으로 외륜(442)을 지나 연장된다. 베어링(44) 조립시 제2 단부(440b)는 캐리어블록(42)의 아래면과 맞닿게 된다. 체결볼트(46)는 볼트머리(460)와, 대경부(직경이 큰 부분이라는 의미임)(462)와, 소경부(직경이 작은 부분이라는 의미이며 도2에서는 소경부의 일부가 단면으로 도시되어 있다)(464)가 이어져 구성된다. 볼트머리(460)의 높이는 상기 외륜(42)의 일측면(442c)과 내륜의 제1 단부(440a) 사이의 편차(거리)보다 작은 것이 바람직하다. 그래야만 프레임(20) 베이스(22)와 볼트머리(460)가 간섭을 일으키지 않도록 하면서도 프레임(20) 측벽(24,28)의 높이를 줄일 수 있기 때문이다. 이러한 구조에 의해 리니어모션가이드의 크기를 줄일 수 있다.

대경부(462)에는 내륜이 끼워맞춤(바람직하기로는 억지끼워맞춤)되어 고정된다. 대경부(462)의 길이는 내륜(440)의 축방향 길이보다 작다. 소경부(464)는 대경부(462)의 중심으로부터 편심된다. 소경부(464)에는 나사가 형성되어 있다. 이 나사에는 체결너트(48)가 맞물려 고정된다. 소경부(464)의 단부에는 육각렌치를 끼울 수 있는 홈이 마련된다. 너트(48)를 살짝 푼 상태에서 이 홈(464a)에 육각렌치를 넣고 회전시키면, 대경부와 소경부의 편심에 의해 대경부에 조립된 베어링(44)이 레일부재로부터 멀어졌다 가까워졌다한다. 베어링(44)의 외주면(442a)이 레일부재(30)에 닿는(접촉하는) 위치에서 육각렌치를 고정하고 체결너트(48)를 스패너 등의 도구로 죄어 베어링(44)의 위치를 설정할 수 있다. 이러한 편심 체결볼트(46)는 어느 한쪽의 결합용자리에만 사용하는 것이 바람직하다. 다른 쪽은 소경부와 대경부가 편심되지 않은 체결볼트(도시하지 않음)를 죄어 고정한다. 한편, 레일부재(30)에 베어링(44)을 밀착시키기 위한 구성은 상기 편심볼트를 사용하는 것에 제한되는 것은 아니다. 캐리어에 마련된 볼트구멍을 길다란 구멍(장공)으로 형성함으로써, 베어링의 위치를 조정할 수도 있는 것이다.

도4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 리니어모션가이드(110)의 사시도가 도시되어 있다. 리니어모션가이드(110)에서 도1에 도시한 리니어모션가이드(10)와 그 구성이 동일한데, 리니어엔코더 장치를 더 구비한 것이다. 참조부호와 동일한 부호로 표시된 부분은 도1의 가이드(10)와 그 구성이 동일하다. 리니어엔코더장치는 프레임(20)의 외측면에 부착된 길이방향을 따라 연장되어 있는 리니어스케일(180)을 구비한다. 리니어스케일(180)에는 등간격으로 마크(182)가 형성되어 있다. 리니어스케일은 스틸테이프스케일(steel tape scale) 또는 유리스케일(glass scale)일 수 있다. 한편, 캐리어(40)에는 스캐닝헤드(160)가 부착된다. 스캐닝헤드(160)에는 발광소자와 광센서가 마련되어 있다. 이러한 리니어엔코더 장치는 이동거리 또는 이동속도를 알아내고 이에 따라 캐리지의 이동을 제어하는 데에 사용한다.

한편, 리니어엔코더장치는 상기와 같은 광학식이 아닌 자기방식일 수도 있다. 이 장치에서는 리니어스케일에는 미세 폭의 자극이 번갈아 가며 형성되어 있다. 이 때에는 스캐닝헤드에는 자기센서가 구비된다. 이러한 리니어엔코더장치는 상기 장치 외에도 다른 통상의 것을 사용할 수 있다.

이렇게 엔코더장치가 장착될 수 있는 것은 레일부재가 프레임의 안쪽에 설치되기 때문이다. 즉, 본 발명의 구성에 따르면, 외벽에 리니어엔코더장치를 설치할수 있다는 장점이 있다.

이상 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경 등을 할 수도 있으나, 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

본 발명의 구성에 따르면, 레일부재를 프레임의 내측에 마주보게 배치함으로써, 리니어모션가이드 크기를 작게 만들 수 있다. 트랙롤러베이링의 외주면(레일부재와 접촉하는 면)을 V자형으로 만들어 레일부재와 베어링 사이에 항상 2점에서 접하게 되어 안정된 이송이 가능하다. 베어링의 외주면이 V형으로서 레일부재의 직경에 편차(통상 레일홈의 치수변형에 따라 그에 맞추어 직경에 편차가 있을 수 있다)가 있더라도 그에 대응할 수 있다. 또한 고속운동시 열의 발생이 적게되고 열의 발산도 쉽다. 그래서, 고속운동을 요구하는 장치에도 적합하다. 트랙롤러베어링의 내륜의 일단부가 외륜의 내측에 위치하므로 사용되는 체결볼트의 머리가 베어링 외측으로 나오지 않게 되므로 특히 리니어모션가이드를 작게 만들 수 있다. 아울러, 상기 구성에 따르면, 리니어모션가이드의 외측에 리니어엔코더장치를 부착할 수도 있다는 장점이 있다. 리니어엔코더장치를 부착하면, 위치 및 이동속도의 제어가 가능해진다.

Claims

직선이동을 안내하기 위한 리니어모션가이드에 있어서,

길이방향으로 연장되는 베이스와, 베이스에서 연장된 서로 대향하는 측벽을 구비하며, 측벽의 서로 마주보는 쪽에 길이방향으로 연장되는 레일홈이 마련되어 있는 프레임과,

상기 레일홈에 삽입되어 있는 길이방향으로 연장되는 원형봉 레일부재와,

캐리어블록과, 상기 캐리어블록에 연결되며 그 외주면이 각각의 레일부재에 접촉하는 다수의 트랙롤러베어링이 마련된 캐리어를

포함하는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드.
제1항에 있어서, 트랙롤러베어링의 외주면은 원형봉 레일부재에 접하는 두 개의 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드.
직선이동을 안내하기 위한 리니어모션가이드에 있어서,

길이방향으로 연장되는 프레임과,

상기 프레임의 길이방향으로 나란히 연장되도록 프레임에 고정되는 두개의 원형봉 레일부재와,

캐리어블록과, 상기 캐리어블록에 연결되며 그 외주면이 상기 레일부재에 접촉하는 트랙롤러베어링을 포함하되,

상기 트랙롤러베어링의 외주면은 원형봉 레일부재에 접하는 두 개의 경사면을 구비하는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드.
제1항부터 제3항까지의 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 트랙롤러 베어링은 외륜과, 내륜과, 상기 외륜과 내륜 사이에 위치하는 다수의 구름부재를 구비하되,

상기 내륜의 일단부는 상기 외륜의 일측단부보다 안쪽에 위치하며, 상기 내륜의 다른 단부는 상기 외륜의 다른 일측단부를 지나 외측으로 나와 있는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드.
제1항부터 제3항까지의 청구항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 캐리어는 상기 트랙롤러 베어링을 상기 캐리어블록에 고정할 때, 트랙롤러베어링의 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드.
제5항에 있어서,

상기 캐리어는 상기 트랙롤러 베어링을 상기 캐리어블록에 고정할 때 트랙롤러베어링의 위치가 조절되는 것을 하기 위한 체결볼트와 체결너트를 더 구비하되,

상기 체결볼트는 트랙롤러베어링과 결합되는 제1 부분과 상기 체결너트가 결합되는 제2부분을 구비하며, 상기 제1 부분과 결합하는 트랙롤러 베어링의 회전중심과 상기 제2 부분의 중심선이 서로 편심되어 있어,

제2부분의 중심선을 중심으로 상기 체결볼트를 회전하면, 트랙롤러베어링의 위치가 조절되는 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드.
제1항 또는 제2항에 있어서, 리니어엔코더장치를 더 포함하되, 상기 리니어엔코더장치는 상기 측벽의 외측에 부착되며 프레임의 길이방향을 따라 연장되는 리니어스케일과 상기 캐리어의 일측에 결합되는 스캐닝헤드가 구비된 것을 특징으로 하는 리니어모션가이드.