KR100940381B1

KR100940381B1 - 롤링 안내 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100940381B1
Application number: KR1020077004459A
Authority: KR
Inventors: 다께끼 시라이; 가쯔히또 이마이; 신지 이즈미; 유우지 다찌까께
Original assignee: 티에치케이 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2010-02-02
Also published as: TWI409393B; EP1783385A1; KR20070043018A; TW200610904A; JPWO2006022242A1; US8016486B2; EP1783385A4; US20080112656A1; WO2006022242A1; JP4278686B2; EP1783385B1

Abstract

볼 직경이 소직경화된 소형의 롤링 안내 장치라도, 이동 블록에 대해 볼의 무한 순환로를 용이하게 구비시키는 것이 가능하고, 게다가 간편하고 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능한 롤링 안내 장치를 제공한다. 궤도 레일(1)의 구름 주행 홈(13)에 대향하는 이동 블록(2)의 일면에는 볼(3)이 무한 순환하는 트랙 홈(21)이 형성되고, 이러한 트랙 홈(21)은 궤도 레일(1)의 구름 주행 홈(13)과의 사이에서 볼(3)이 하중을 부하하면서 구름 주행하는 부하 직선 홈(22)과, 이 부하 직선 홈(22)의 양단부에 각각 설치되고, 이러한 부하 직선 홈(22)을 구름 주행해 온 볼(3)을 하중으로부터 해방하는 동시에 그 구름 주행 방향을 전환시키고, 궤도 레일(1)의 구름 주행 홈(13)으로부터 상기 볼(3)을 이탈시키는 한 쌍의 볼 편향 홈(24)과, 한쪽 볼 편향 홈(24)으로부터 다른 쪽 볼 편향 홈(24)으로 무부하 상태의 볼(3)을 이송하는 무부하 직선 홈(23)으로 구성된다.

구름 주행 홈, 궤도 레일, 이동 블록, 볼, 부하 직선 홈

Description

롤링 안내 장치 및 그 제조 방법{ROLLING GUIDING DEVICE AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}

본 발명은 궤도 레일과 이동 블록이 다수의 볼을 통해 조립 부착되고, 상기 이동 블록에 고정된 피탑재물을 궤도 레일을 따라 자유롭게 왕복 운동시키는 것이 가능한 롤링 안내 장치에 관한 것으로, 특히 상기 이동 블록이 볼의 무한 순환로를 구비하고, 볼을 무한 순환시키면서 이동 블록이 궤도 레일을 따라 연속적으로 이동하는 것이 가능한 롤링 안내 장치에 관한 것이다.

공작 기계의 워크 테이블이나 각종 반송 장치의 직선 안내부에서는, 테이블 등의 가동체를 탑재한 이동 블록이 궤도 레일을 따라 연속적으로 이동하는 롤링 안내 장치를 많이 사용하고 있다. 이러한 종류의 롤링 안내 장치에서는, 상기 이동 블록이 다수의 볼을 통해 궤도 레일에 조립 부착되어 있고, 볼이 이동 블록과 궤도 레일 사이에서 하중을 부하하면서 구름 주행함으로써, 이동 블록에 탑재한 가동체를 궤도 레일을 따라 매우 근소한 저항으로 가볍게 운동시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 이동 블록에는 볼의 무한 순환로가 구비되어 있고, 볼을 이 무한 순환로 내에서 순환시킴으로써 상기 이동 블록이 궤도 레일을 따라 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

상기 궤도 레일에는 길이 방향을 따라 볼의 구름 주행 홈이 형성되는 한편, 상기 이동 블록에는 궤도 레일의 볼 구름 주행 홈과 대향하는 부하 구름 주행 홈이 형성되고, 이들 궤도 레일측의 볼 구름 주행 홈과 이동 블록측의 부하 구름 주행 홈에 의해 볼의 부하 구름 주행 통로가 형성되어 있다. 즉, 볼은 궤도 레일측의 볼 구름 주행 홈과 이동 블록측의 부하 구름 주행 홈에 접하고, 양자 사이에 작용하는 하중을 부하하면서 구름 주행하도록 구성되어 있다. 또한, 이동 블록에는 상기 부하 구름 주행 홈과 평행하게 무부하 구름 주행 통로가 형성되고, 또한 이 무부하 구름 주행 통로의 양단부는 원호 형상으로 형성된 한 쌍의 방향 전환로에 의해 상기 부하 구름 주행 통로와 연통 연결되어 있다. 볼은 부하 구름 주행 통로의 단부에 있어서 하중으로부터 해방되고, 궤도 레일 볼 구름 주행 홈으로부터 이탈하여 상기 방향 전환로에 진입하고, 이 방향 전환로로부터 무부하 구름 주행 통로로 구름 주행한다. 또한, 무부하 구름 주행 통로 내를 구름 주행한 볼은 반대측의 방향 전환로를 경유하여 궤도 레일 볼 구름 주행 홈으로 복귀되고, 다시 하중을 부하하면서 부하 구름 주행 통로 내를 구름 주행한다. 이와 같이, 이동 블록은 부하 구름 주행 통로, 방향 전환로, 무부하 구름 주행 통로, 방향 전환로와 연속되는 볼의 무한 순환로를 구비하고 있고, 볼이 이 무한 순환로를 순환하면서 하중의 부하 상태 및 무부하 상태를 반복함으로써, 이동 블록이 궤도 레일을 따라 스트로크의 제한 없이 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

상기 이동 블록은 켄칭이 가능한 강으로 형성된 블록 본체와, 이 블록 본체의 전후 양단부면에 고정되는 한 쌍의 합성 수지제 엔드 캡으로 구성되어 있고, 상기 부하 구름 주행 홈은 블록 본체에 연삭 가공으로 형성되는 한편, 상기 무부하 구름 주행 통로는 블록 본체에 볼의 직경보다도 큰 내경의 관통 구멍을 상기 부하 구름 주행 홈과 평행하게 형성하고, 이에 의해 터널 형상의 무부하 구름 주행 통로로 하고 있다. 또한, 방향 전환로는 상기 엔드 캡으로 형성되어 있고, 이 엔드 캡을 블록 본체의 전후 양단부면에 고정함으로써, 부하 구름 주행 통로의 단부와 무부하 구름 주행 통로의 단부가 방향 전환로에서 연결되고, 볼의 무한 순환로가 구성되도록 되어 있다(일본 특허 출원 공개 평10-009264호 공보, 일본 실용신안 공고 평4-53459호 공보 등).

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 평10-009264호 공보

특허 문헌 2 : 일본 실용신안 공고 평4-53459호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특허 출원 공개 제2001-227540호 공보

그러나, 이러한 종래의 롤링 안내 장치에 적용되어 있었던 무한 순환로의 구성에서는, 무부하 구름 주행 통로나 방향 전환로를 이동 블록에 구비시키기 위해 많은 가공 공정이나 부품이 필요해지고, 이동 블록의 제조에 수고를 필요로 하여 자연히 제조 비용이 상승해 버리는 등의 문제점이 있었다. 또한, 이동 블록을 구성하는 각 부품의 가공 오차, 조립 오차에 기인하여, 상기 무한 순환로 내에 있어서의 원활한 볼 순환이 곤란하고, 볼이 순환 중에 걸려 이음이 발생하는 등의 문제점도 있었다.

또한, 최근에 있어서 이러한 종류의 롤링 안내 장치의 용도는 공작 기계 등의 분야에 한정되지 않고, 일반 산업 기계, 나아가서는 대량으로 생산 판매되는 일용품의 분야에까지 확대되고 있고, 예를 들어 구름 이동체로서 사용되는 볼의 직경이 1 mm 이하라고 하는 초소형의 롤링 안내 장치도 필요해지고 있다. 따라서, 이동 블록에 무한 순환로를 구비시키기 위해, 블록 본체에 무부하 구름 주행 통로가 되는 관통 구멍을 형성하고, 혹은 방향 전환로를 형성한 엔드 캡을 블록 본체에 고정하는 등의 수법으로는, 그러한 볼 직경이 1 mm 이하인 소형 롤링 안내 장치를 간이하고 또한 저렴하게 제조하는 것이 곤란하다.

한편, 일본 특허 출원 공개 제2001-227540호 공보에 개시되는 롤링 안내 장치에서는, 이동 블록에 대한 무부하 구름 주행 통로의 형성을 간편하게 행하는 것으로서, 이동 블록과 궤도 레일의 각각에 서로 대향하는 홈을 형성하고, 이들 홈에 의해 볼의 무부하 구름 주행 통로를 구성하는 시도가 이루어지고 있다. 그러나, 볼을 부하 구름 주행 통로로부터 무부하 구름 주행 통로로 송입하는 방향 전환로는 종래와 같이 엔드 캡으로 형성되어 있고, 이동 블록에 대한 엔드 캡의 위치 결정을 정확하게 행할 필요가 있었다. 이로 인해, 볼 직경이 1 mm 이하가 된 경우에는, 이동 블록의 조립이 곤란하였다.

본 발명은 이러한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는 볼 직경이 소직경화된 소형의 롤링 안내 장치라도 이동 블록에 대해 볼의 무한 순환로를 용이하게 구비시키는 것이 가능하고, 게다가 간편하고 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능한 롤링 안내 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 롤링 안내 장치는 궤도 레일과, 다수의 볼을 통해 상기 궤도 레일에 조립 부착할 수 있는 이동 블록으로 구성되고, 상기 이동 블록과 대향하는 궤도 레일 중 적어도 일면에는 상기 궤도 레일의 길이 방향을 따라 볼의 구름 주행 홈이 형성되는 한편, 이러한 구름 주행 홈에 대향하는 이동 블록의 일면에는 상기 볼이 순환하는 트랙 홈이 형성되어 있다. 이 무한 트랙 홈은 궤도 레일의 구름 주행 홈 사이에서 볼이 하중을 부하하면서 구름 주행하는 부하 직선 홈과, 이 부하 직선 홈의 양단부에 각각 설치되고, 이러한 부하 직선 홈을 구름 주행해 온 볼을 하중으로부터 해방하는 동시에 그 구름 주행 방향을 전환시키고, 궤도 레일의 구름 주행 홈으로부터 상기 볼을 이탈시키는 한 쌍의 볼 편향 홈과, 한쪽 볼 편향 홈으로부터 다른 쪽 볼 편향 홈으로 무부하 상태의 볼을 이송하는 무부하 직선 홈으로 구성되어 있다.

이러한 롤링 안내 장치에서는, 궤도 레일 볼 구름 주행 홈과 대향하는 이동 블록의 일면에 대해 상기 트랙 홈만 형성해 두면, 볼을 궤도 레일의 구름 주행 홈으로 송입하고, 또한 상기 구름 주행 홈으로부터 이탈시켜 무한 순환시킬 수 있어 이동 블록을 궤도 레일을 따라 연속적으로 이동시킬 수 있다. 즉, 이동 블록에 대해 볼의 무한 순환로를 구비시킬 때에, 이러한 이동 블록에 대해 무부하 구름 주행 통로가 되는 관통 구멍을 형성할 필요가 없고, 또한 이동 블록의 양단부에 볼의 방향 전환로를 구비한 엔드 캡을 고정할 필요도 없다. 따라서, 볼의 무한 순환로를 구비한 이동 블록을 매우 간이하고 또한 저렴하게 형성하는 것이 가능해진다.

또한, 상기 트랙 홈은 엔드 밀(end mill) 등을 이용한 절삭 가공에 의해 이동 블록에 대해 단일 공정으로 형성하는 것이 가능하고, 가공 기계의 수치 제어에 의해 상기 트랙 홈을 구성하는 부하 직선 홈, 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈은 그 깊이를 자유롭게 조정하면서 가공하는 것이 용이하다. 이로 인해, 매우 용이하게 볼의 무한 순환로를 이동 블록에 구비시킬 수 있는 것이다.

또한, 전술한 바와 같은 트랙 홈은 절삭 가공에 따르지 않아도, 금형을 이용한 주조나 금속 사출 성형(MIM)에 의해 이동 블록을 형성할 때에, 이러한 이동 블록에 직접적으로 구비시키는 것이 가능하고, 이들 방법으로 이동 블록을 형성하면 볼의 무한 순환로를 구비한 이동 블록을 대량으로 또한 저렴하게 제조하는 것이 가능해진다.

도1은 본 발명을 적용한 롤링 안내 장치의 제1 실시예를 도시하는 일부 절결 사시도이다.

도2는 도1에 도시한 롤링 안내 장치의 정면 단면도이다.

도3은 도1에 도시한 롤링 안내 장치에 있어서의 이동 블록의 트랙 홈을 도시하는 확대도이다.

도4는 트랙 홈 내의 볼 편향 홈에 있어서의 볼의 이동의 모습을 도시하는 확대 단면도이다.

도5는 트랙 홈의 무부하 직선 홈에 대해 궤도 레일의 평탄면을 대향시킨 예를 도시하는 확대 단면도이다.

도6은 본 발명을 적용 가능한 롤링 안내 장치의 제2 실시예를 도시하는 정면 단면도이다.

도7은 제1 실시예의 롤링 안내 장치의 이동 블록에 대해 나사 축을 나사 결 합시키고, 선형 액츄에이터를 구성한 예를 도시하는 일부 절결 사시도이다.

도8은 트랙 홈의 방향 전환로에 있어서의 볼의 이동의 모습을 도시하는 확대 단면도로, 무부하 직선 홈 및 방향 전환 홈의 단면 형상이 고딕 아치 형상으로 형성된 경우를 도시하는 도면이다.

[부호의 설명]

1 : 궤도 레일

2 : 이동 블록

3 : 볼

13 : 볼 구름 주행 홈

14 : 무부하 볼 홈

15 : 평탄면

21 : 트랙 홈

22 : 부하 직선 홈

23 : 무부하 직선 홈

24 : 볼 편향 홈

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 롤링 안내 장치를 상세하게 설명한다.

도1 및 도2는 본 발명을 적용한 롤링 안내 장치의 제1 실시예를 도시하는 것이다. 본 제1 실시예의 롤링 안내 장치는, 길이 방향으로 연속하는 수용 홈(10)을 갖고 채널 형상으로 형성된 궤도 레일(1)과, 다수의 볼(3)을 통해 상기 궤도 레일(1)의 수용 홈(10) 내에 조립 부착된 이동 블록(2)으로 구성되어 있고, 상기 이동 블록(2)이 궤도 레일(1)의 수용 홈(10) 내를 자유롭게 왕복 운동하도록 구성되어 있다.

상기 궤도 레일(1)은 각종 기기의 피설치부에 고정되는 베이스부(11)와, 이 베이스부(11)의 양측에 기립 설치된 한 쌍의 측벽부(12, 12)를 구비하고, 서로 대향하는 측벽부(12, 12)의 사이에는 상기 이동 블록(2)의 통로가 되는 수용 홈(10)이 형성되어 있다. 각 측벽부(12)의 수용 홈(10)에 면한 내측면에는 길이 방향(도2의 종이면 수직 방향)을 따라 볼(3)의 구름 주행 홈(13)이 형성되는 동시에, 이 볼 구름 주행 홈(13)의 하측에는 상기 볼 구름 주행 홈(13)과 평행하게 무부하 볼 홈(14)이 형성되어 있다. 또한, 볼 구름 주행 홈(13)과 무부하 볼 홈(14)은 평탄부(15)에 의해 구획되어 있다. 또한, 도시는 되어 있지 않지만, 궤도 레일(1)의 베이스부(11)에는 복수의 탭 구멍이 형성되고, 이들 탭 구멍에 고정 나사를 나사 결합시킴으로써 궤도 레일(1)을 각종 기기의 피설치부에 고정할 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 이동 블록(2)은 직사각 형상으로 형성되어 있고, 도2에 도시한 바와 같이 궤도 레일(1)의 베이스부(11) 및 측벽부(12)와 근소한 간극을 유지하고, 이러한 궤도 레일(1)의 수용 홈(10) 내에 헐겁게 끼워져 있다. 또한, 이동 블록(2)은 궤도 레일(1)의 수용 홈(10)으로부터 약간 상방으로 돌출되어 있고, 이러한 이동 블록(2)의 상면이 테이블 등의 가동체의 설치면(20)으로 되어 있다. 또 한, 도시는 하고 있지 않지만 이동 블록(2)의 상면(20)에는 설치 나사를 나사 결합시키는 탭 구멍을 형성할 수 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 궤도 레일(1)의 플랜지부(12)와 근소한 간극을 통해 대향하는 이동 블록(2)의 측면에는, 다수의 볼(3)을 수용한 트랙 홈(21)이 형성되어 있다. 도3에 도시한 바와 같이, 이 트랙 홈(21)은 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13)과 대향하는 부하 직선 홈(22)과, 이 부하 직선 홈(22)과 평행하게 형성되는 동시에 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14)과 대향한 무부하 직선 홈(23)과, 이들 부하 직선 홈(22)과 무부하 직선 홈(23)과의 사이에서 볼을 왕래시키는 볼 편향 홈(24, 24)으로 구성되어 있다. 볼(3)이 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13)과 이동 블록(2)의 부하 직선 홈(22)과의 사이에서 하중을 부하하면서 구름 주행함으로써, 상기 이동 블록(2)은 궤도 레일(1)을 따라 자유롭게 왕복 운동하는 것이 가능하게 되어 있다. 즉, 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13)과 이동 블록(2)의 부하 직선 홈(22)과의 대향에 의해, 볼(3)의 부하 구름 주행 통로가 형성되어 있다.

도4에 도시한 바와 같이, 상기 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13) 및 이와 대향하는 트랙 홈(21) 내의 부하 직선 홈(22)은 그 단면이 고딕 아치 형상으로 형성되어 있고, 볼(3)은 이들 홈(13, 22)에 대해 각각 2점에서 접촉하고 있다. 볼(3)과 볼 구름 주행 홈(13), 혹은 부하 직선 홈(22)과의 접촉 방향은 플랜지부(12)의 내측면의 법선 방향(도4의 좌우측 방향)에 대해 상하로 45도씩 경사져 있고, 이동 블록(2)에 대해 그 이동 방향 이외에 작용하는 모든 하중을 부하할 수 있 도록 되어 있다.

한편, 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14) 및 이와 대향하는 트랙 홈(21)의 무부하 직선 홈(23)은 그 단면이 볼(3)의 구면의 곡률보다도 작은 곡률인 순환형 호형 홈으로서 형성되어 있다. 서로 대향하는 궤도 레일(1)측의 무부하 볼 홈(14)과 이동 블록(2)측의 무부하 직선 홈(23)과의 거리는, 트랙 홈(21)에 수용된 볼(3)의 직경보다도 약간 크게 설정되어 있고, 볼(3)과 궤도 레일(1), 볼(3)과 이동 블록(2) 사이에 근소하게 간극이 발생되도록 되어 있다. 궤도 레일(1)에 대한 볼 구름 주행 홈(13)과 무부하 볼 홈(14), 이동 블록(2)에 대한 부하 직선 홈(22)과 무부하 직선 홈(23)을 각각 동일한 깊이로 형성하였다고 해도, 볼 구름 주행 홈(13)과 부하 직선 홈(22)은 그 단면이 고딕 아치 형상으로 형성되어 있고, 무부하 볼 홈(14)과 무부하 직선 홈(23)은 그 단면이 순환형 호형 형상으로 형성되어 있는 것으로부터, 볼(3)과 후자의 무부하 볼 홈(14) 및 무부하 직선 홈(23)과의 사이에는 근소한 간극이 발생하게 된다. 즉, 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14)과 이동 블록(2)의 무부하 직선 홈(23)이 서로 대향하고, 볼(3)의 무부하 구름 주행 통로가 형성되어 있다.

또한, 상기 볼 편향 홈(24)은 부하 직선 홈(22)과 무부하 직선 홈(23)을 연결하는 대략 U자 형상의 궤도를 갖고 있고, 하중을 부하하면서 부하 직선 홈(22)을 구름 주행해 온 볼(3)을 하중으로부터 해방하는 동시에, 이러한 볼(3)의 구름 주행 방향을 서서히 변화시키고, 180도 방향 전환시켜 상기 무부하 직선 홈(23)으로 송입되도록 구성되어 있다. 이 볼 편향 홈(24)은 부하 직선 홈(22)과의 연결 부위에 있어서 가장 얕고, 궤도 레일(1)의 평탄부(15)와 대향하는 부위에 있어서 가장 깊어지도록 형성되어 있다. 볼 편향 홈(24)이 서서히 깊어짐에 따라, 부하 직선 홈(22)을 구름 주행해 온 볼(3)이 볼 편향 홈(24)에 진입하면, 이러한 볼(3)은 하중으로부터 해방되고, 무부하 상태가 되어 볼 편향 홈(24) 내를 무부하 직선 홈(23)을 향해 진행한다. 또한, 볼 편향 홈(24)은 무부하 직선 홈(23)에 접근함에 따라 서서히 얕아지고, 볼(3)이 무부하 상태를 유지한 채로 상기 무부하 직선 홈(23)에 진입하도록 되어 있다.

이동 블록(2)을 궤도 레일(1)을 따라 이동시키면, 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13)과 이동 블록(2)의 부하 직선 홈(22)과의 사이에 끼워져 있는 볼(3), 즉 부하 구름 주행 통로 내에서 하중을 부하하고 있는 볼(3)은 궤도 레일(1)에 대한 이동 블록(2)의 이동 속도(V)의 절반의 속도(0.5V)로 부하 직선 홈(22) 내를 이동한다. 부하 직선 홈(22) 내를 구름 주행하는 볼(3)은 볼 편향 홈(30)에 도달하면, 홈의 단면 형상이 고딕 아치 형상으로부터 순환형 호형 형상으로 서서히 변화되므로, 점차 하중으로부터 해방된다. 하중으로부터 해방된 볼(3)은 후속의 볼(3)에 압박되도록 하여 그대로 궤도 레일(1)의 구름 주행 홈(13) 내를 진행하지만, 볼 편향 홈(30)은 구름 주행 홈(13)에 있어서의 볼의 구름 주행을 차단하고, 볼(3)의 진행 방향을 강제적으로 변화시키므로 볼(3)은 볼 편향 홈(30)에 의해 구름 주행 홈(13)의 측방으로 치우치고, 이러한 구름 주행 홈(13)을 기어오르도록 하여 궤도 레일(1)의 평탄부(15)에까지 올라간다. 이에 의해, 볼(3)은 궤도 레일(1)의 구름 주행 홈(13)으로부터 이탈하고, 이동 블록(2)의 볼 편향 홈(24)에 완전하게 수용된 다.

볼 편향 홈(24)은 대략 U자 형상의 궤도를 갖고 있으므로, 볼 편향 홈(24) 내에 수용된 볼(3)은 그 구름 주행 방향을 역전시키고, 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14)과 이동 블록(2)의 무부하 직선 홈(23)의 대향에 의해 형성된 무부하 구름 주행 통로 내에 진입한다. 이 때, 볼(3)은 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14)을 측방으로부터 기어내려가도록 하여 무부하 구름 주행 통로에 진입한다. 전술한 바와 같이, 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14)과 이동 블록(2)의 무부하 직선 홈(23)과의 거리는 볼(3)의 직경보다도 약간 크게 설정되어 있으므로, 볼(3)은 무부하 구름 주행 통로 내에서는 무부하 상태가 되고, 후속의 볼(3)에 압박되도록 하여 무부하 통로 내를 진행한다.

또한, 무부하 구름 주행 통로 내를 진행한 볼(3)은 무부하 직선 홈(23)과 볼 편향 홈(24)의 접속 부위에 도달하면, 볼 편향 홈(24)이 상기 볼(3)을 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14)의 측방으로 치우쳐 가므로, 이러한 볼(3)은 무부하 볼 홈(14)을 기어오르도록 하여 궤도 레일(1)의 평탄부(15)에까지 올라가, 이동 블록(2)의 볼 편향 홈(24)에 완전하게 수용된다. 그리고, 볼 편향 홈(24) 내에 수용된 볼(3)은 그 구름 주행 방향을 다시 역전시키고, 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13)과 이동 블록(2)의 부하 직선 홈(22)의 대향에 의해 형성된 부하 구름 주행 통로 내에 진입한다. 이 때, 볼(3)은 볼 편향 홈(24)으로 유도되고, 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13)을 측방으로부터 기어내려가도록 하여 부하 구름 주행 통로에 진입하고, 이러한 볼 편향 홈(24)과 부하 직선 홈(22)의 접속 부위에 있어서 홈 의 단면 형상이 순환형 호형 형상으로부터 고딕 아치 형상으로 서서히 변화하면, 무부하 상태로부터 하중이 부하 상태로 이행한다.

볼(3)은 이와 같이 하여 이동 블록(2)의 트랙 홈(21) 내를 순환하고, 이에 수반하여 이동 블록(2)이 궤도 레일(1)을 따라 끊임없이 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

이러한 본 실시예의 롤링 안내 장치에서는, 궤도 레일(1)에 있어서의 볼 구름 주행 홈(13)의 형성면, 즉 상기 플랜지부(12)의 내측면과 대향하는 이동 블록(2)의 외측면에 대해 상기 트랙 홈(21)을 형성하고, 이러한 트랙 홈(21)에 의해 볼(3)의 무한 순환로를 형성하고 있으므로, 이동 블록(2)의 구성은 매우 간소한 것으로 되어 있다. 또한, 궤도 레일 볼 구름 주행 홈(13)에 대한 볼의 진입 및 이탈은 트랙 홈(21)에 형성된 볼 편향 홈(24)에 의해서만 행해지고 있고, 전혀 다른 부재를 필요로 하고 있지 않다. 볼 편향 홈(24)도 포함하여, 상기 트랙 홈(21)은 이동 블록(2)의 외측면에 대해 엔드 밀을 이용한 밀링 등을 이용함으로써 용이하게 형성할 수 있고, 예를 들어 부하 직선 홈(22)은 고딕 아치 형상의 단면 형상에 대응한 총형 밀을 사용하여 형성할 수 있다. 한편, 단면 형상이 순환형 호형 형상의 볼 편향 홈(24) 및 무부하 직선 홈(23)은 볼 엔드 밀을 이용하여 형성할 수 있다. 또한, 가공 기계의 수치 제어에 의해 부하 직선 홈(22), 볼 편향 홈(24) 및 무부하 직선 홈(23)의 깊이는 정밀도 좋게 조정하는 것이 가능하고, 볼 편향 홈(30)에 대해서도 볼(3)을 궤도 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(13)으로부터 이탈시키기 위해 과부족 없는 깊이 및 형상을 자유롭게 부여하는 것이 가능하다.

또한, 1개의 엔드 밀을 이용하여 부하 직선 홈(22), 볼 편향 홈(24) 및 무부하 직선 홈(23)을 연속적으로 형성하는 것도 가능하다. 즉, 이동 블록(2)의 측면에 대해 일필서(一筆書)와 같이 트랙 홈(21)을 1공정으로 형성하는 것이다. 이 경우에는, 도8에 도시한 바와 같이 무부하 직선 홈(23) 및 볼 편향 홈(24)의 단면 형상은 순환형 호형 형상이 아닌, 부하 직선 홈(22)과 동일한 고딕 아치 형상으로 형성된다. 또한, 이와 같이 무부하 직선 홈(23) 및 볼 편향 홈(24)의 단면 형상을 고딕 아치 형상으로 형성한 경우에는, 무부하 구름 주행 통로 내에서 볼(3)에 하중이 작용하는 것을 방지하기 위해, 이들 무부하 직선 홈(23) 및 볼 편향 홈(24)은 순환형 호형 형상의 단면 형상을 갖는 경우보다도 깊게 형성하여, 볼(3)과 궤도 레일(1)의 무부하 볼 홈(14)과의 사이에 간극을 발생시킬 필요가 있다. 이와 같이 1개의 엔드 밀을 이용하여 트랙 홈(21)을 연속적으로 형성하면, 트랙 홈(21)을 한층 간편하게 이동 블록(2)에 구비시킬 수 있다.

도1에 도시한 실시예의 이동 블록(2)은 직사각 형상으로 형성되어 있고, 그 상반되는 한 쌍의 외측면에 대해 트랙 홈(21, 21)이 형성되는 것으로부터, 예를 들어 가동체의 설치면(20)을 가공 기준면으로 하여 한 쌍의 트랙 홈(21, 21)을 동시에 가공하는 것도 가능하고, 매우 간단히 이동 블록(2)의 가공을 행할 수 있다.

또한, 엔드 캡 등과 같이 볼(3)의 무한 순환로를 형성하기 위한 다른 부품을 이동 블록(2)에 고정할 필요가 없으므로, 그들 부품의 가공 정밀도나 설치 정밀도를 관리할 필요도 없다. 따라서, 본 발명은 소형의 롤링 안내 장치, 예를 들어 직경 1 mm 이하의 볼을 사용하는 롤링 안내 장치를 제작할 때에 매우 유용하다고 할 수 있다.

또한, 본 발명의 롤링 안내 장치에 있어서는, 금형을 이용한 주조에 의해 이동 블록(2)을 형성하고, 이러한 주조시에 상기 트랙 홈(21)을 이동 블록(2)에 동시에 구비시켜 버리는 것도 가능하다. 특히, 비정질 금속의 주조에 의해 이동 블록(2)을 형성한 경우, 이러한 비정질 금속은 과냉각 액체 영역을 가지므로 응고 수축을 고려할 필요가 없어, 치수 정밀도가 우수한 동시에 금형의 표면 상태가 고정밀도로 재현되는 등의 특질이 있다. 또한, 비정질이므로 결정 구조를 갖는 일반적인 금속과 비교하여 표면이 원활하고, 또한 Hv 500 이상의 경도가 용이하게 얻어져 내마모성이 우수하다는 특질이 있다. 따라서, 이러한 비정질 금속을 이용한 주조에 의해 상기 이동 블록(2)을 형성하고, 이러한 주조에 의해 상기 트랙 홈(21)을 이동 블록(2)에 구비시키도록 하면, 이 주조 공정에 의해서만 이동 블록(2)을 완성시킬 수 있어, 매우 저렴하게 롤링 안내 장치를 제작하는 것이 가능해진다.

마찬가지로 하여, 금속 사출 성형(MIM)을 이용하여 이동 블록을 형성하고, 이러한 사출 성형시에 상기 트랙 홈(21)을 이동 블록(2)에 동시에 구비시켜 버리는 것도 가능하다.

한편, 도1에 도시한 예에서는 궤도 레일(1)에 무부하 볼 홈(14)을 형성하고, 궤도 레일(1)측의 무부하 볼 홈(14)과 이동 블록(2)측의 무부하 직선 홈(23)이 대향함으로써 볼(3)의 무부하 구름 주행 통로를 형성하도록 구성하였지만, 궤도 레일(1)측의 무부하 볼 홈(14)은 생략하는 것도 가능하다. 즉, 도5에 도시한 바와 같이 트랙 홈(21)을 구성하는 무부하 직선 홈(23)을 볼 편향 홈(24)의 최고 깊이부 로부터 연속한 깊이의 홈으로 형성하고, 무부하 직선 홈(23)과 궤도 레일의 플랜지부(12)의 내측면이 대향하여 무부하 구름 주행 통로를 구성하도록 해도 좋다.

단, 궤도 레일(1)측에 무부하 볼 홈(14)을 형성하지 않고, 트랙 홈(21)의 무부하 직선 홈(23)에 평탄면을 대향시키면, 무부하 직선 홈(23)을 진행하는 각 볼(3)은 궤도 레일(1)에 대해 점 접촉하므로, 트랙 홈(21) 내의 볼(3)에 대해 윤활유를 공급하여 상기 볼(3)을 윤활하였다고 해도 무부하 직선 홈(23)을 진행하는 볼(3)과 궤도 레일(1)과의 사이에서는 윤활유막이 도중에 끊어지기 쉬워, 볼(3)과 궤도 레일(1)과의 고체 접촉이 우려된다. 또한, 궤도 레일(1)에 대한 이동 블록(2)의 이동 속도를 V라 하면, 무부하 직선 홈(23) 내의 볼(3)은 이동 블록(2)에 대해 0.5V의 속도로 이동 블록(2)과 동일한 방향으로 진행하고 있고, 궤도 레일(1)에 대해서는 1.5V의 속도로 이동 블록(2)과 동일한 방향으로 진행하고 있는 것이 된다. 이로 인해, 볼(3)과 궤도 레일(1)과의 사이의 오일막이 도중에 끊어지면, 이동 블록(2)의 속도(V)를 높게 설정한 경우에 볼(3)의 눌어붙음, 볼(3)의 편마모의 발생이 우려된다.

도1 내지 도4에 도시한 실시예와 같이 궤도 레일(1)에 무부하 볼 홈(14)을 형성한 경우, 트랙 홈(21)의 무부하 직선 홈(23)을 진행하는 볼(3)은 궤도 레일(1)측의 무부하 볼 홈(14)의 내부를 진행하므로, 볼(3)은 궤도 레일(1)측 및 이동 블록(2)측으로부터 순환형 호형 형상의 홈에 감싸지게 되고, 볼(3)과 궤도 레일(1)과의 접촉 면압을 도5의 예와 비교하여 저하시키는 것이 가능해진다. 이에 덧붙여, 볼(3)이 1.5V의 고속으로 무부하 볼 홈(14)의 내부를 진행하므로, 무부하 볼 홈(14)에 부착된 오일막에 대해 동압이 작용하고, 오일막의 압력이 높아짐으로써 볼(3)과 궤도 레일(1)과의 고체 접촉을 방지하는 것이 가능해진다. 또한, 무부하 구름 주행 통로 내의 볼(3)은 궤도 레일(1)에 대해서는 1.5V의 속도로 진행하지만, 이동 블록(2)에 대해서는 0.5V의 속도로 진행하고 있고, 볼(3)의 양측의 벽면의 사이에는 속도차가 존재하므로, 이러한 볼(3)은 윤활유의 점성 저항에 의해 느리게 회전하면서 무부하 구름 주행 통로 내를 진행하고, 이동 블록(2) 사이에도 안정된 오일막을 형성하게 된다. 이 경우, 볼(3)의 중심 위치는 이동 블록(2)측의 오일막의 두께, 궤도 레일(1)측의 오일막의 두께에 따라서 결정되고, 상대 속도차가 큰 궤도 레일(1)측의 오일막이 이동 블록(2)측보다도 약간 두꺼워지므로, 볼(3)은 궤도 레일(1)측보다도 이동 블록(2)측에 약간 가까운 위치로 보유되고, 안정된 상태에서 무부하 구름 주행 통로 내를 진행한다.

즉, 이러한 트랙 홈(21)을 이동 블록(2)에 형성하여 볼(3)의 무한 순환로를 구성하는 것이면, 궤도 레일(1)측의 무부하 볼 홈(14)과 이동 블록(2)측의 무부하 직선 홈(23)과의 대향에 의해 볼(3)의 무부하 구름 주행 통로를 형성함으로써, 이러한 무부하 구름 주행 통로 내를 진행하는 볼(3)의 윤활을 원활하게 행하는 것이 가능해지는 것이다.

도6은 본 발명을 적용한 다른 롤링 안내 장치의 예를 도시하는 정면 단면도이다. 이 도6에 도시한 예에 있어서, 궤도 레일(5)은 그 길이 방향으로 직교하는 단면이 대략 직사각 형상으로 형성되어 있고, 상반되는 방향을 향한 한 쌍의 외측면에는 각각 볼 구름 주행 홈(51) 및 무부하 볼 홈(52)이 형성되어 있다. 또한, 이동 블록(6)은 상기 궤도 레일(5)의 일부가 헐겁게 끼워지는 걸어 맞춤 홈(60)을 갖고 새들(saddle) 형상으로 형성되어 있고, 가동체의 설치면(61)을 구비한 천장판부(62)를 구비하는 동시에, 이 상부 판부(62)의 양측으로부터 현수된 한 쌍의 스커트부(63, 63)를 구비하고 있다. 각 스커트부(63)의 내측면은 궤도 레일(5)의 외측면과 근소한 간극을 통해 대향하고 있고, 이러한 스커트부(63)의 내측면에 대해 제1 실시예와 동일한 트랙 홈(64)이 형성되어 있다. 트랙 홈(64) 내에는 다수의 볼(7)이 배열되어 있고, 이들 볼(7)이 트랙 홈(64) 내를 순환함으로써 이동 블록(6)이 궤도 레일(5)을 따라 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

도7은 도1 내지 도4에 도시한 제1 실시예의 롤링 안내 장치의 이동 블록(2) 에 대해 나사 축(8)을 나사 결합시키고, 이러한 나사 축(8)의 회전에 의해 이동 블록(2)이 궤도 레일(1)의 수용 홈(10)의 내부를 진퇴하는 선형 액츄에이터를 구성한 예이다. 전술한 바와 같이 이동 블록(2)에 있어서의 볼(3)의 무한 순환로는 트랙 홈(21)에 의해 구성되어 있으므로, 이동 블록(2)에는 나사 축(8)이 나사 결합하는 관통 구멍을 대구경으로 형성하는 것이 가능하고, 이동 블록(2)을 소형화하면서도 이러한 이동 블록(2)에 대해 비교적 큰 직경의 나사 축(8)을 나사 결합시키는 것이 가능해진다. 이에 의해 나사 축(8)의 장척화(長尺化)를 도모하면서도 그 회전 속도를 높이는 것이 가능해지는 동시에, 이동 블록(2)에 대해 큰 추력을 부여하는 것이 가능해지고, 고속이고 또한 롱 스트로크의 선형 액츄에이터를 제공하는 것이 가능해진다.

Claims

궤도 레일과, 다수의 볼을 통해 상기 궤도 레일에 조립 부착되는 이동 블록으로 구성되고,

상기 이동 블록과 대향하는 궤도 레일 중 적어도 일면에는, 상기 궤도 레일의 길이 방향을 따라 볼의 구름 주행 홈이 형성되는 한편, 이 구름 주행 홈에 대향하는 이동 블록의 일면에는 상기 볼이 무한 순환하는 트랙 홈이 형성되고,

이러한 트랙 홈은 궤도 레일의 구름 주행 홈과의 사이에서 볼이 하중을 부하하면서 구름 주행하는 부하 직선 홈과, 이 부하 직선 홈의 양단부에 각각 설치되고, 이러한 부하 직선 홈을 구름 주행해 온 볼을 하중으로부터 해방하는 동시에 그 구름 주행 방향을 전환시키고, 궤도 레일의 구름 주행 홈으로부터 상기 볼을 이탈시키는 한 쌍의 볼 편향 홈과, 한쪽 볼 편향 홈으로부터 다른 쪽 볼 편향 홈으로 무부하 상태의 볼을 이송하는 무부하 직선 홈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 있어서, 상기 이동 블록의 무부하 직선 홈은 궤도 레일과 대향하고 있고, 이에 의해 상기 무부하 직선 홈 내에 볼이 보유되는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 있어서, 상기 이동 블록의 무부하 직선 홈은 그 단면 형상이 상기 볼 구면의 곡률보다도 작은 곡률로 곡면 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 있어서, 상기 이동 블록의 트랙 홈은 그 전체 둘레에 걸쳐 동일한 단면 형상으로 형성되어 있고, 상기 트랙 홈을 구성하는 부하 직선 홈, 볼 편향 홈 및 무부하 직선 홈은 그 깊이가 다른 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 있어서, 상기 궤도 레일에는 무부하 볼 홈이 평탄부를 통해 구름 주행 홈과 동일 평면 상에 평행하게 형성되고, 이러한 무부하 볼 홈은 상기 이동 블록에 형성된 무부하 직선 홈과 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제5항에 있어서, 상기 이동 블록에 형성된 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈은 동일한 깊이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 있어서, 상기 무부하 직선 홈은 볼 편향 홈의 최심부와 동일한 깊이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 있어서, 상기 궤도 레일은 길이 방향으로 연속하는 수용 홈을 갖고 채널 형상으로 형성되는 한편, 상기 이동 블록은 궤도 레일의 수용 홈에 헐겁게 끼워지는 직사각 형상으로 형성되고,

상기 궤도 레일에는 수용 홈을 통해 서로 대향하는 한 쌍의 플랜지부의 내측면에 상기 볼 구름 주행 홈이 형성되는 한편, 상기 이동 블록에는 궤도 레일의 플랜지부와 대향하는 한 쌍의 측면의 각각에 상기 트랙 홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 있어서, 상기 궤도 레일은 길이 방향으로 직교하는 단면이 직사각 형상으로 형성되는 한편, 상기 이동 블록은 궤도 레일의 일부가 헐겁게 끼워지는 걸어 맞춤 홈을 갖고 새들 형상으로 형성되고,

상기 궤도 레일의 양 측면에는 상기 볼 구름 주행 홈이 형성되는 한편, 상기 이동 블록에는 궤도 레일의 측면과 대향하는 한 쌍의 스커트부의 내측면에 상기 트랙 홈이 각각 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치.
제1항에 기재된 롤링 안내 장치의 제조 방법이며,

상기 이동 블록은 금형을 이용한 비정질 금속의 주조에 의해 형성되고, 이러한 주조시에 상기 트랙 홈도 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링 안내 장치의 제조 방법.
제1항에 기재된 롤링 안내 장치의 제조 방법이며,

상기 이동 블록은 금형을 이용한 금속 사출 성형에 의해 형성되고, 이러한 금속 사출 성형시에 상기 트랙 홈도 동시에 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링 안 내 장치의 제조 방법.