KR101526095B1 - 직동안내장치 - Google Patents

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료이치 사토
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

수지제의 엔드 캡을 사용할 수 없는 고온이나 진공환경하에서의 용도에 있어서 적합하게 사용할 수 있는 직동안내장치로서, 엔드 캡을, 금속분말을 원료로 하여 사출성형에 의해 제조한 직동안내장치에 있어서, 엔드 캡의 스쿠핑부와 같은 두께가 얇고 예리한 부분에서의 금속분말끼리의 밀착도를 향상시켜 마모나 변형을 억제한다. 이 엔드 캡(7)은, 20μm이하의 금속분말을 원료로 하여 사출성형(MIM (Metal Injection Molding：금속분말 사출성형))된 것이며, 게다가 스쿠핑부(9)에, HIP 처리(Hot-Isostatic-Pressing：열간 정수압 압축 성형) 및 열처리가 수행되어 있다.

Description

직동안내장치{LINEAR MOTION GUIDE DEVICE}
본 발명은, 직동안내장치에 관한 것이며, 특히, 진공환경을 포함하여 80℃ 이상부터 슬라이더의 열처리에 있어서의 템퍼온도 이하의 고온환경하에서 또한 2 m/sec 이상의 고속주행환경하에서 적합하게 사용할 수 있는 직동안내장치에 관한 것이다.
직동안내장치는, 외측면에 전동체 전동홈을 가지는 안내레일과, 이 안내레일의 전동체 전동홈에 대향하는 전동체 전동홈을 내측면에 가지는 동시에 상기 대향하는 전동체 전동홈끼리로 이루어지는 부하궤도에 장전된 복수개의 전동체를 개재시켜 슬라이드 이동 가능하게 고설(跨設)되는 슬라이더와, 이 슬라이더의 양단에 상기 복수개의 전동체의 무한순환로를 구성하도록 배치되어 마련된 한 쌍의 엔드 캡을 구비하고 있다. 슬라이더에는, 상기 부하궤도를 따라 상기 무한순환로를 구성하는 전동체 귀환통로가 형성되어 있다. 엔드 캡에는, 상기 부하궤도를 전동(轉動)하는 전동체를 스쿠핑(scooping)하는 스쿠핑부(scooping portion(tang portion))와, 상기 부하궤도와 전동체 귀환통로를 연결하는 방향전환로가 상기 무한순환로를 구성하도록 형성되어 있다.
여기서, 직동안내장치의 용도로서 고온이나 진공환경하에서의 용도에 있어서는, 수지제의 엔드 캡을 사용할 수 없다. 그 때문에, 이러한 종류의 용도에 사용되는 직동안내장치에 있어서는, 엔드 캡을, 금속분말을 원료로 한 사출성형(MIM (Metal Injection Molding：금속분말 사출성형))에 의하여 제조하는 것이 행해지고 있다(예를 들어 특허문헌 1 참조).
그런데 종래, 치수 안정성을 향상시키기 위해, 금속분말원료로서 저 카본재의 오스테나이트계 스테인리스재가 사용되고 있다. 오스테나이트계 스테인리스재는 저 카본재이기 때문에 경도를 올릴 수 없다. 그 때문에, 엔드 캡의 스쿠핑부에, 전동체의 충돌에 의하여 서서히 변형이나 마모가 발생한다고 하는 문제가 있었다.
그래서 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 쇼트 피닝 등에 의하여 가공 경화를 이용하여 필요부분의 경도를 증가시켜 마모나 변형을 억제하는 제안이 이루어져 있다.
일본국 특개 2007－309363호 공보(단락 0025)
그러나 이러한 종류의 직동안내장치가 사용되는 장치에 대하여 한층 더 쓰루풋(throughput) 향상(코스트 다운)이 매년 진행되고 있고, 종래는 이송속도가 1.7 m/sec 정도이었던 것이, 2.5 m/sec 정도로까지 빠르게 하여 사용되게끔 되어 왔다. 이송속도가 약 1.5배로 향상되면, 에너지는 속도의 제곱에 비례하기 때문에, 전동체가 스쿠핑부에 충돌하는 에너지는 약 2배가 된다. 그 때문에, 특허문헌 1에 기재된 기술로서도, 엔드 캡의 스쿠핑부의 변형이나 마모를 회피할 수 없게 되어 오고 있다.
여기서, 담금질에 의하여 경도를 향상시킨다고 하는 수단이 있기는 하나, 담금질하여 경도를 올리기 위해서는 필요한 카본량이 재료에 포함되지 않으면 안된다. 그러나 금속분말 성형에 있어서 금속분말원료 중의 카본량이 증가되면 치수 안정성에 문제가 생기는 것이 알려져 있어, 단순히 담금질을 하여 경도를 올리면 좋다고 하는 것은 아니다.
또한, 특별히 스쿠핑부 선단은 전동체 전동홈에 들어가면서 전동체를 접선 상에서 스쿠핑하는 부분이므로, 선단을 예리하게 성형할 필요가 있다. 그 때문에, 단순히 경도를 올리면, 두께가 얇은 스쿠핑부 선단의 인성(靭性)이 저하되기 때문에, 결손(缺損)으로 이어진다고 하는 문제가 있다.
그래서 본 발명은, 이와 같은 문제점에 주목하여 이루어진 것으로서, 수지제의 엔드 캡을 사용할 수 없는 고온이나 진공환경하에서의 용도에 있어서 적합하게 사용할 수 있는 직동안내장치로서, 엔드 캡을, 금속분말을 원료로 하여 사출성형에 의하여 제조한 직동안내장치에 있어서, 엔드 캡의 스쿠핑부와 같은 두께가 얇고 예리한 부분에서의 금속분말끼리의 밀착도를 향상시켜 마모나 변형을 억제할 수 있는 직동안내장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 형태에 관한 직동안내장치는, 외측면에 전동체 전동홈을 가지는 안내레일과, 이 안내레일의 전동체 전동홈에 대향하는 전동체 전동홈을 내측면에 가지는 동시에 상기 대향하는 전동체 전동홈끼리로 이루어지는 부하궤도에 장전된 복수개의 전동체를 개재시켜 슬라이드 이동 가능하게 고설되는 슬라이더와, 이 슬라이더의 양단에 상기 복수개의 전동체의 무한순환로를 구성하도록 배치하여 마련된 한 쌍의 엔드 캡을 구비하고, 상기 슬라이더에는, 상기 부하궤도를 따라 상기 무한순환로를 구성하는 전동체 귀환통로가 형성되어 있고, 상기 엔드 캡에는, 상기 부하궤도를 전동하는 전동체를 스쿠핑하는 스쿠핑부와, 상기 부하궤도와 상기 전동체 귀환통로를 연결하는 방향전환로가 상기 무한순환로를 구성하도록 형성되어 있는 직동안내장치로서, 상기 엔드 캡은, 입자직경이 20μm이하의 금속분말을 원료로 하여 사출성형(MIM (Metal Injection Molding：금속분말 사출성형))된 것이고, 게다가 상기 스쿠핑부에, HIP처리(Hot-Isostatic-Pressing：열간 정수압 압축성형) 및 열처리가 수행되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 형태에 관한 직동안내장치에 의하면, 엔드 캡은, 입자직경이 20μm이하의 금속분말을 원료로 하여 사출성형한 것이므로, 성형시에 가능한 한 밀도를 올려 강도를 확보시키고, 탄화물을 균일하게 분산시키는 것이 가능하다. 특히, 이 엔드 캡은, 두께가 얇은 스쿠핑부에 대하여, HIP처리를 수행하고 있으므로, 통상의 강재(鋼材)와 거의 동등(예를 들어, 인장강도가 1550 N/m2정도, 0.2% 내력이 1200 N/mm2정도)의 값을 얻을 수 있다. 따라서, 스쿠핑부와 같은 두께가 얇고 예리한 부분에서의 금속분말끼리의 밀착도를 향상시켜 마모나 변형을 억제할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 형태에 관한 직동안내장치에 있어서, 스쿠핑부의 담금질 경도를, 당해 사용하고 있는 금속분말원료에 의해 통상 얻어지는 담금질 경도에 비해 록웰 경도(Rockwell hardness)로 1에서 3포인트 낮은 설정으로 하는 것은 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 인성을 향상시킬 수 있기 때문에, 스쿠핑부에 대하여 전동체의 충돌에 의한 영향을 완화시켜 스쿠핑부 선단의 결손대책에 한층 유효하다.
본 발명에 의하면, 엔드 캡을, 금속분말을 원료로 하여 사출성형에 의하여 제조한 직동안내장치에 있어서, 엔드 캡의 스쿠핑부와 같은 두께가 얇고 예리한 부분에서의 금속분말끼리의 밀착도를 향상시켜 마모나 변형을 억제할 수 있다. 그 때문에, 수지제의 엔드 캡을 사용할 수 없는 고온이나 진공환경하에서의 용도에 있어서 적합하게 사용할 수 있는 직동안내장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이 직동안내장치의 용도로서는, 진공환경을 포함하여 80℃ 이상부터 슬라이더의 열처리에 있어서의 템퍼온도 이하의 고온환경하에서 또한 2 m/sec 이상의 고속주행환경하에서 적합하게 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 직동안내장치의 일실시 형태인 리니어 가이드의 사시도이고, 동 도면에서는 일부를 파단하여 나타내고 있다.
도 2는 도 1의 주요부분의 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 직동안내장치의 일실시 형태인 리니어 가이드에 대하여, 도면을 적절히 참조하면서 설명한다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 이 리니어 가이드(직동안내장치) (10)는, 안내레일(1)과, 이 안내레일(1) 상을 슬라이드 이동하는 슬라이더(2)를 가진다. 안내레일(1)에는, 자신의 좌우 외측면에 복수개의 전동체 전동홈(4)이 형성되어 있다. 슬라이더(2)는, 좌우에 수부(袖部)(2a, 2b)를 가짐으로써 ㄷ자형상을 이루고 있다. 그리고 슬라이더(2)는, 그 ㄷ자형상의 오목부측을 안내레일(1) 측에 대향시킨 자세로 안내레일(1)에 고설되어 있고, 좌우의 수부(2a, 2b)에는, 안내레일(1)의 전동체 전동홈(4)에 대향하는 전동체 전동홈(6)이 내측면에 형성되어 있다.
또한, 이 슬라이더(2)는, 슬라이더 본체(5)와, 그 양 단면부에 장착된 한 쌍의 엔드 캡(7)을 가지고 있다. 각 엔드 캡(7) 각각의 외측에는, 엔드 캡(7)과 대략 유사형상을 이루는 보호커버(19)가 부착되어 있다. 보호커버(19)는, 금속판(강재, 알루미늄재 등)으로 제작된다. 각 엔드 캡(7)은, 보호커버(19)와 슬라이더 본체(5) 사이에 끼워 넣어져 도시하지 않은 나사로 체결됨으로써, 슬라이더 본체(5)에 고정된다.
슬라이더 본체(5)에는, 전동체 귀환통로(11)가 슬라이드 이동 방향을 따라 관통 형성되어 있다. 각 엔드 캡(7)의 내부에는, 대략 U자형상의 방향전환로(8)(도 2 참조)가 각각 형성되어 있다. 그리고 각 방향전환로(8)는, 전동체 귀환통로(11), 및 부하궤도(12)(안내레일(1)과 슬라이더 본체(5)와의 양 전동체 전동홈(4, 6)으로 이루어짐)의 단부끼리를 연결하여 원환형상의 무한순환로를 복수개 구성하고 있다. 그리고 각 무한순환로 내에는, 엔드 캡(7)의 방향전환로(8) 및 슬라이더 본체(5)의 전동체 귀환통로(11)에 느슨하게 끼워지는(遊嵌) 동시에 부하궤도(12)에 개재시켜 장착된 상태로 복수개의 전동체(3)가 충전되어 있다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 엔드 캡(7)에는, 부하궤도(12)를 전동하는 전동체(3)를, 전동체 전동홈(4)에 들어가면서 접선 상에서 스쿠핑하는 스쿠핑부(9)가 형성되어 있다.
이것에 의해, 이 리니어 가이드(10)는, 충전된 복수개의 전동체(3)가 안내레일(1)에 대한 슬라이더(2)의 상대이동에 수반하여 각 무한순환로 내를 전동하고, 부하궤도(12) 상의 전동체(3)는, 스쿠핑부(9) 선단에 의하여 스쿠핑되어, 한쪽의 엔드 캡(7) 내의 방향전환로(8)에서 방향전환 한 후, 전동체 귀환통로(11)에 도입되어 반대측의 방향전환로(8)로부터 다시 부하궤도(12)로 돌아온다고 하는 순환을 하면서, 이들 복수개의 전동체(3)를 개재시켜 슬라이더(2)가 안내레일(1)의 길이방향을 따라 원활하게 상대이동 하도록 되어 있다.
여기서, 이 리니어 가이드(10)는, 상기 엔드 캡(7)이, 20μm이하의 금속분말을 원료로 하여 사출성형된 것이다. 그리고 금속분말원료의 입자직경을 작게 하면(예를 들어 10μm이하), 성형시의 한층 더 밀도향상을 노릴 수 있다. 그러나 금속분말원료의 입자직경을 작게 하면 할수록 결착이 어려워지기 때문에, 성형이 곤란하게 된다. 또한, 표면적이 증가하기 때문에 취급도 어려워진다. 그 때문에, 금속분말원료의 입자직경은, 10μm~20μm의 범위로 하는 것이 바람직하다.
게다가 상기 스쿠핑부(9)에는, HIP 처리 및 열처리가 수행되어 있다. 사용하는 재료로서는, SKD재가 바람직하고, 특히, 날붙이(knives) 등에 많이 사용되는 SKD11나 SKD61이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, SKD11를 사용하였다.
HIP 처리의 조건으로서는, 최고 온도를 1000℃로 하고, 최고 압력을 100 MPa, 봉입 가스를 아르곤(Ar)으로 하여 피처리물을 등방적으로 가스압으로 압축해 치밀화하였다. HIP 처리함으로써, 조직이 치밀화되어 이론밀도 근처에까지 치밀하게 됨으로써, 소결품을 고밀도화시켜 고경도를 확보할 수 있다. 또한, 소결품중에 잔류한 기공이 배제되기 때문에, 표면의 면 조도(粗度)가 큰폭으로 개선된다. 또한, 내부조직이 균질화되어 기계적 성질이 개선되므로 신뢰성이 높아진다.
여기서, 엔드 캡(7)의 스쿠핑부(9)의 담금질 경도는, 당해 금속분말원료에 의해 통상 얻어지는 담금질 경도에 비해 록웰 경도로 1에서 3포인트 낮은 설정으로 하는 것은 바람직하다. 이와 같은 구성이면, 스쿠핑부(9)의 인성을 향상시킬 수 있기 때문에, 스쿠핑부(9)에 대하여 전동체(3)의 충돌에 의한 영향을 완화시켜 스쿠핑부(9)의 결손대책에 유효하다. 이때의 경도의 목적치는, 리니어 가이드(10)를 구성하는 슬라이더 본체(5)나 안내레일(1)의 전동체 전동홈(4, 6)의 경도와 동등하게 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 그 담금질 경도가, 슬라이더 본체(5) 또는 안내레일(2)의 전동체 전동홈(4, 6)의 경도와 같으며 동시에 록웰 경도가 HRC 58~62의 범위로 되어 있는 것이 바람직하다. 그리고 HRC 58~62의 범위로 하는 의미는, 롤링 제품의 담금질 경도의 범위에서, HRC 58 이상의 경도이면 피로수명에 대한 경도의 영향이 없으며, 또한, HRC 62를 넘는 경도이면 담금질의 균열원인으로도 될 수 있는 것과, 인성을 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다.
본 실시 형태의 예에서는, 경도의 목적치를, 리니어 가이드(10)를 구성하는 슬라이더 본체(5)나 안내레일(1)의 전동체 전동홈(4, 6)의 경도와 동등하게 설정하고, 스쿠핑부(9)에 수행하는 열처리의 조건으로서 담금질을 1000℃~1050℃(대기)에 의해 행하는 동시에, 뜨임(tempering)을 150~250℃(대기)에 의해 행하였다. 이것에 의해, 본 실시형태에서는, SKD11에 의해 통상 얻어지는 담금질 경도에 비해 록웰 경도로 1에서 3포인트 낮은 설정으로 할 수 있었다.
다음에, 이 리니어 가이드(10)의 작용·효과에 대하여 설명한다.
이 리니어 가이드(10)에 의하면, 엔드 캡(7)은, 입자직경이 20μm이하의 금속분말을 원료로 하여 사출성형한 것이므로 탄화물을 균일하게 분산시키는 것이 가능하다. 특히, 이 엔드 캡(7)은, 두께가 얇은 스쿠핑부(9)에 대하여 HIP 처리를 수행하고 있으므로, 통상의 강재와 거의 동등(예를 들어, 인장강도가 1550 N/m2정도, 0.2% 내력이 1200 N/mm2정도)한 값을 얻을 수 있다.
게다가 HIP 처리를 수행하고 있으므로, 스쿠핑부(9)와 같은 두께가 얇고 예리한 부분에서의 금속분말끼리의 밀착도를 향상시켜 마모나 변형을 억제할 수 있다. 그 때문에, 수지제의 엔드 캡을 사용할 수 없는 고온이나 진공환경하에서의 용도에 있어서 적합하게 사용할 수 있는 리니어 가이드(직동안내장치)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이 리니어 가이드(10)의 용도로서는, 진공환경을 포함하여 80℃이상부터 슬라이더의 열처리에 있어서의 템퍼온도 이하의 고온환경하에서 또한 2 m/sec 이상의 고속주행환경하에서 적합하게 사용할 수 있다.
게다가 이 리니어 가이드(10)에 있어서는, 스쿠핑부(9)의 담금질경도를, 당해 사용하고 있는 금속분말원료(이 예에서는 SKD11)에 의해 통상 얻어지는 담금질 경도에 비해 록웰 경도로 1에서 3포인트 낮은 설정으로 하였으므로, 인성을 향상시킬 수 있기 때문에, 스쿠핑부(9)에 대하여 전동체(3)의 충돌에 의한 영향을 완화시켜 스쿠핑부(9)의 결손대책에 한층 유효하다.
그리고 본 발명에 관한 직동안내장치는, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않으면 여러 가지의 변형이 가능한 것은 물론이다.
예를 들어, 통상의 오스테나이트계 스테인리스재로 제작한 것과 비교하여 방청면에서 불충분한 경우에는, 엔드 캡(7)에, 산화 크롬계나 그 밖의 직동안내장치에 사용되는 표면처리를 수행하여도 좋다.
마찬가지로 볼 나사의 스쿠핑하는 부품(엔드 디플렉터 등)을 MIM에 의해 제작하는 경우에도 적용 가능하다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 엔드 캡을, 금속분말을 원료로 하여 사출성형에 의해 제조한 직동안내장치에 있어서, 엔드 캡의 스쿠핑부와 같은 두께가 얇고 예리한 부분에서의 금속분말끼리의 밀착도를 향상시켜 마모나 변형을 억제할 수 있다. 그 때문에, 수지제의 엔드 캡을 사용할 수 없는 고온이나 진공환경하에서의 용도에 있어서 적합하게 사용할 수 있는 직동안내장치를 제공할 수 있다. 예를 들어, 이 직동안내장치의 용도로서는, 진공환경을 포함하여 80℃이상부터 슬라이더의 열처리에 있어서의 템퍼온도 이하의 고온환경하에서 또한 2 m/sec 이상의 고속 주행 환경하에서 적합하게 사용할 수 있다.
1: 안내레일
2: 슬라이더
3: 전동체
4: 전동체 전동홈
5: 슬라이더 본체
6: 전동체 전동홈
7: 엔드 캡
8: 방향전환로
9: 스쿠핑부
10: 리니어 가이드(직동안내장치)
12: 부하궤도

Claims (5)

  1. 외측면에 전동체 전동홈을 가지는 안내레일과, 이 안내레일의 전동체 전동홈에 대향하는 전동체 전동홈을 내측면에 가지는 동시에 상기 대향하는 전동체 전동홈끼리로 이루어지는 부하궤도에 장전된 복수개의 전동체를 개재시켜 슬라이드 이동 가능하게 고설되는 슬라이더와, 이 슬라이더의 양단에 상기 복수개의 전동체의 무한순환로를 구성하도록 배치하여 마련된 한 쌍의 엔드 캡을 구비하고, 상기 슬라이더에는, 상기 부하궤도를 따라 상기 무한순환로를 구성하는 전동체 귀환통로가 형성되어 있고, 상기 엔드 캡에는, 상기 부하궤도를 전동하는 전동체를 스쿠핑하는 스쿠핑부와, 상기 부하궤도와 상기 전동체 귀환통로를 연결하는 방향전환로가 상기 무한순환로를 구성하도록 형성되어 있는 직동안내장치로서,
    상기 엔드 캡은, 입자직경이 20μm이하의 금속분말을 원료로 하여 사출성형된 것이며, 게다가 상기 스쿠핑부에, HIP 처리 및 열처리가 수행되어 있는 것을 특징으로 하는 직동안내장치.
  2. 제 1항에 있어서,　
    상기 스쿠핑부의 담금질 경도가, 상기 슬라이더 또는 안내레일의 전동체 전동홈의 경도와 같으며 동시에 록웰 경도가 HRC 58~62의 범위로 되어 있는 것을 특징으로 하는 직동안내장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속분말원료의 입자직경은, 10μm~20μm의 범위의 것임을 특징으로 하는 직동안내장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속분말원료가, SKD재인 것을 특징으로 하는 직동안내장치.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 스쿠핑부에 수행하는 열처리의 조건은, 담금질을 1000℃~1050℃(대기)에 의해 행하는 동시에, 뜨임을 150~250℃(대기)에 의해 행하는 것을 특징으로 하는 직동안내장치.
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