KR101602228B1 - 리니어 볼 베어링 가이드웨이 - Google Patents

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balls
ball bearing
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창신 쿠오
셍시앙 후앙
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히윈 테크놀러지스 코포레이션
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Abstract

리니어 볼 베어링 가이드웨이에는, 전체 부하 용량을 향상시키기 위해서, 슬라이더와 볼 사이에 배치되는 6열의 볼이 제공된다. 6열의 볼은 레일의 헤드부의 양면에 대칭으로 배치되고, 각 면에서 6열의 볼 중 3열의 볼은 상이한 높이에 위치된다. 헤드부의 네크부 폭은 최하부 레일 구름 홈에 배치되는 2열의 볼 사이의 거리 보다 작지만, 최상부 레일 구름 홈의 2열의 볼 사이의 거리에서 볼의 직경을 뺀 값 보다 크고, 이는 네크부 폭이 매우 작고 레일의 강성에 영향을 미치는 것을 보장한다.

Description

리니어 볼 베어링 가이드웨이{LINEAR BALL BEARING GUIDEWAY}
본 발명은 리니어 트랜스미션 장치, 특히 하방 방향에 있어서 부하 용량 및 강성이 증가된 리니어 볼 베어링 가이드웨이에 관한 것이다.
리니어 볼 베어링 가이드웨이는 중요한 리니어 트랜스미션 장치이고, 높은 효율 및 정밀도 때문에 상이한 이송 장치에 널리 사용되어 왔다. 정격 정적 부하 용량(rated static load capacity) 및 강성(stiffness)은 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 선택시 2개의 중요한 고려 사항이고, 특히 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량 및 강성은 매우 중요하다. 리니어 볼 베어링 가이드 웨이의 정격 정적 부하 용량은 통상 볼의 열의 개수 및 볼의 직경에 직접 비례한다. 따라서, 볼 직경 또는 볼의 열의 개수를 증가시키는 것은 정격 정적 부하 용량을 증가시키기 위한 통상적인 방법이다. 그러나, 기존 리니어 볼 베어링 가이드웨이는 주로 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량 및 강성을 강화하도록 설계되지 않으므로, 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량 및 강성은 일반적으로 낮다.
도 1은 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량 및 강성을 증가시키기 위한 종래 기술인, 미국 특허 제6,132,093호에 개시된 리니어 볼 베어링 가이드웨이(10)를 도시한다. 리니어 볼 베어링 가이드웨이(10)는 일반적으로 레일(12) 상에 활주가능하게 장착되는 슬라이더(11)와, 슬라이드(11)와 레일(12) 사이에 배치되는 4열의 볼(13)을 포함한다. 리니어 볼 베어링 가이드웨이(10)의 볼의 열의 개수는, 리니어 볼 베어링 가이드웨이(10)의 정격 정적 부하 용량을 증가시키도록, 다른 리니어 볼 베어링 가이드웨이에 비해, 2개에서 4개로 증가된다. 2열의 볼(13)은 레일(12)의 상부에 배치되고, 다른 2열의 볼(13)은 레일(12)의 양면에 배치된다. 그러나, 상기 4열의 볼(13)의 배열은, 레일(12)의 상부에 있는 2열의 볼(13)이 단지 하방 방향에 있어서 부하를 견딜 수 있고, 측방향에 있어서 부하를 완전히 견딜 수 없는 반면, 레일(12)의 양면에 있는 2열의 볼(13)은 단지 하방 방향에 있어서 부하를 견딜 수 있고, 측방향에 있어서 부하를 완전히 견딜 수 없다는 것을 알 수 있다. 일반적으로, 부하 용량은 하방 방향 양자 모두에 있어서 현저하게 향상될 수 없다. 부하 용량은 측방향이 아닌, 하방 방향에 있어서 향상될 수도 있고, 그 결과, 일반적인 부하 용량은 리니어 볼 베어링 가이드웨이가 대부분의 기계에 적용될 수 있게 만들기에 아직 충분하지 않다. 또한, 레일(12)의 상부면과 측면 양자 모두에 볼(13)의 수용을 위한 구름 홈이 제공된다는 사실로 인해, 레일(12)은, 실질적으로 제조 비용을 증가시키고 제조 효율을 감소시키는, 상부 연마 처리를 받아야만 한다. 게다가, 2개의 연마 처리는 상부면 및 측면에서 구름 홈의 위치 에러를 초래하고 볼 베어링 가이드웨이의 정밀도를 감소시킬 수 있는 다른 연마 데이터를 갖는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 미국 특허 제8,414,190호에 개시된 리니어 볼 베어링 가이드웨이(20)는 또한 레일(22) 상에 활주가능하게 배치되는 슬라이더(21)를 포함하고, 볼(23)의 열의 개수는 일반적인 리니어 볼 베어링 가이드웨이에 비해, 2개에서 8개로 증가된다. 또한 레일(22)의 상부면과 측면 양자 모두에 4개의 구름 홈이 제공되고, 2개의 측면이 레일(22)의 하부를 향해 경사진다는 사실로 인해, 레일(22)은 상부 연마 처리 및 측방향 연마 처리를 받아야만 한다. 따라서, 이 리니어 볼 베어링 가이드웨이(20)는 또한 높은 제조 비용 및 낮은 제조 효율 및 정밀도의 결함을 갖는다. 게다가, 리니어 볼 베어링 가이드웨이(20)는 8열의 볼의 배열 때문에 크기가 상당히 증가된다.
본 발명은 상술된 단점을 없애고 그리고/또는 완화하려는 것이다.
본 발명의 주 목적은, 2개의 연마 처리가 부하 용량을 증가시키기 위해 사용되어야만 하고, 2개의 연마 처리가 상부면 및 측면에서 구름 홈의 위치 에러를 초래하고 볼 베어링 가이드웨이의 정밀도를 감소시킬 수 있는 다른 연마 데이터를 갖는, 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 문제점을 극복하고, 전체 정격 정적 부하 용량을 증가시킬 수 있는, 하방 방향에 있어서 부하 용량이 증가된 리니어 볼 베어링 가이드웨이를 제공하는 것이다. 본 발명은 또한 가이드웨이의 크기를 증가시키지 않고, 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 (특히, 하방 방향에 있어서) 강성을 향상시킬 수 있다.
게다가, 본 발명은 또한 2개의 연마 처리가 상부면 및 측면에서 구름 홈의 위치 에러를 초래하고 볼 베어링 가이드웨이의 정밀도를 감소시킬 수 있는 다른 연마 데이터를 갖는 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 문제점을 해결한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 리니어 볼 베어링 가이드웨이는, X 방향을 따라 연장되는 긴 구조체인 레일(30)로서, X 방향에 수직한 두 개의 방향은 Y 방향과, Y 방향에 수직한 Z 방향으로 정의되고, X 방향에 있어서 상기 레일(30)의 단면은 대칭축(L)에 대해서 대칭 구조이고, 상기 레일(30)은 Z 방향으로 순차적으로 배열되는 헤드부(31), 네크부(32) 및 바닥부(33)를 포함하고, 상기 헤드부(31)는 Z 방향을 따라 상기 바닥부(33) 보다 상부 위치에 위치되고, Z 방향을 따르는 상기 헤드부(31)의 방향은 상부 방향으로 정의되고, Z 방향을 따르는 상기 바닥부(33)의 방향은 하부 방향으로 정의되고, 상기 헤드부(31)는 헤드부 폭 W1으로 정의되는 Y 방향에 있어서 최대폭을 갖고, 상기 네크부(32)는 네크부 폭 W2로 정의되는 Y 방향에 있어서 최소폭을 갖고, 상기 바닥부(33)는 바닥부 폭 W3으로 정의되는 Y 방향에 있어서 최대폭을 포함하고, 상기 네크부 폭은 상기 헤드부 폭 및 상기 바닥부 폭 보다 작고, 상기 대칭축(L)에 대해서 상기 레일(30)의 양면에 3개의 레일 구름 홈이 대칭으로 제공되는, 레일(30)과,
상기 레일(30) 상으로 활주가능하게 슬리브 결합되고, 상기 레일 구름 홈과 정렬되는 6개의 슬라이더 구름 홈(411)이 제공되는 슬라이더(40)와,
상기 슬라이더 구름 홈(411)과 상기 레일 구름 홈 사이에 회전가능하게 배치되고, 각각 직경 D를 갖는 복수의 볼(50)을 포함하고,
상기 리니어 볼 베어링 가이드웨이는,
3개의 레일 구름 홈이, 상기 대칭축(L)에 대해서 상기 레일(30)의 상기 헤드부(31)의 양면에 형성되는 상부 레일 구름 홈(311), 중간 레일 구름 홈(312) 및 하부 레일 구름 홈(312)이고, 상기 상부 레일 구름 홈(311)가 Z 방향에 있어서 상기 중간 레일 구름 홈(312) 보다 높이 위치되고, 상기 중간 레일 구름 홈(312)이 Z 방향에 있어서 상기 하부 레일 구름 홈(313) 보다 높이 위치되고,
상기 볼(50)과, 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)의 각각 사이에 접촉점이 있고, 상기 접촉점의 각각에는 법선(N)이 제공되고, 상기 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312)의 법선(N)의 각각이 Z 방향의 상부 방향에 대해서 30 내지 50도의 접촉각(α)을 형성하고, 상기 하부 레일 구름 홈(313)의 법선(N)의 각각이 Z 방향의 하부 방향에 대해서 30 내지 50도의 접촉각(α)을 형성하고,
상기 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312)은 상기 헤드부(31)의 상부 절반부에 위치시켜 하방 및 측방으로부터의 부하에 견디도록 하고, 상기 하부 레일 구름 홈(313)은 상기 헤드부(31)의 하부 절반부에 위치시켜 상방 및 측방으로부터의 부하에 견디도록 하며,
상기 슬라이더 구름홈(411)은 오목하게 패인 형상으로 되어 상기 볼(50)과 맞닿는 상기 볼(50)의 해당 부위를 감싸 상기 슬라이더 구름홈(411)의 오목면과 대응되는 상기 볼(50)의 맞닿는 외주면이 서로 구면 접촉이 되어 서로간의 접촉면적을 늘려 상기 볼(50)에 대한 상기 슬라이더 구름홈(411)의 부하용량을 증가시키도록 한 것을 특징으로 한다.
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레일과 슬라이더 사이에 배치되는 6열의 볼은 본 발명의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 정격 정적 부하 용량을 증가시킨다. 한편, 레일의 네크부는 레일의 강성, 특히 하방 방향에 있어서 강성을 유지하도록 적절한 폭으로 설계된다. 또한, 레일 구름 홈은 레일의 양면에 대칭으로 배치되어, 본 발명의 레일은 단지 단일 연마 처리를 받는 것을 필요로 하므로, 제조 절차가 단순화되고 제조 효율이 향상된다. 최종적으로, 최적 공간 설계로 인해, 본 발명의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 크기는 증가되지 않고, 이는 본 발명의 리니어 볼 베어링 가이드웨이가 대부분의 기계에 적용될 수 있게 만든다.
본 발명에 따르면, 2개의 연마 처리가 부하 용량을 증가시키기 위해 사용되어야만 하고, 2개의 연마 처리가 상부면 및 측면에서 구름 홈의 위치 에러를 초래하고 볼 베어링 가이드웨이의 정밀도를 감소시킬 수 있는 다른 연마 데이터를 갖는, 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 문제점을 극복하고, 전체 정격 정적 부하 용량을 증가시킬 수 있는, 하방 방향에 있어서 부하 용량이 증가된 리니어 볼 베어링 가이드웨이를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 가이드웨이의 크기를 증가시키지 않고, 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 (특히, 하방 방향에 있어서) 강성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 볼 베어링 가이드웨이의 단면도.
도 2는 다른 종래의 볼 베어링 가이드웨이의 예시도.
도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 조립도.
도 4는 본 발명에 따른 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 단부도.
도 5는 본 발명에 따른 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 리니어 볼 베어링 가이드웨이가 측방향 연마 처리를 받는 것을 도시하는 작동도.
도 7은 본 발명과 2개의 종래의 제품 사이의 규정 정적 부하 용량의 비교를 도시하는 도면.
도 8은 본 발명과 2개의 종래 리니어 볼 베어링 가이드웨이 사이의 하방 및 측방향에 있어서 강성의 비교를 도시하는 도면.
도 9는 접촉각 α와, 하방 및 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량 사이의 관계를 도시하는 데이터 도면.
본 발명은 본 발명에 따른 양호한 실시예를 단지 예시를 목적으로 도시하고 있는 첨부 도면과 함께 본 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 3 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 리니어 볼 베어링 가이드웨이는 레일(30), 슬라이더(40) 및 복수의 볼(50)을 포함한다.
레일(30)은 X 방향을 따라 연장되는 긴 구조체이고, X 방향에 수직한 2개의 방향은 Y 방향과, Y 방향에 수직한 Z 방향으로 정의된다. X 방향에 있어서 레일(30)의 단면은 대칭축(L)에 대해서 대칭 구조이다.
레일(30)은 Z 방향으로 순차적으로 배열되는 헤드부(31), 네크부(32) 및 바닥부(33)를 포함한다. 헤드부(31)는 Z 방향을 따라 바닥부(33) 보다 상부 위치에 위치되고, Z 방향을 따르는 헤드부(31)의 방향은 상방 방향으로 정의되고, Z 방향을 따르는 바닥부(33)의 방향은 하방 방향으로 정의된다. 헤드부(31)는 헤드부 폭 W1로 정의되는 Y 방향에 있어서 최대폭을 갖고, 네크부(32)는 네크부 폭 W2로 정의되는 Y 방향에 있어서 최소폭을 갖고, 바닥부(33)는 바닥부 폭 W3으로 정의되는 Y 방향에 있어서 최대폭을 갖고, W2는 W1 및 W3 보다 작다. 대칭축(L)에 대해서 레일(30)의 양면에, 3개의 레일 구름 홈이 대칭으로 제공된다. 이 실시예에서, 3개의 레일 구름 홈은, 대칭축(L)에 대해서 레일(30)의 헤드부(31)의 양면에 형성되는, 상부 레일 구름 홈(311), 중간 레일 구름 홈(312) 및 하부 레일 구름 홈(313)이다. 상부 레일 구름 홈(311)은 Z 방향에 있어서 중간 레일 구름 홈(312) 보다 높이 위치되고, 중간 레일 구름 홈(312)은 Z 방향에 있어서 하부 레일 구름 홈(313) 보다 높이 위치된다. 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312)은 헤드부(31)의 상부 절반부에 위치되고, 하부 레일 구름 홈(313)은 헤드부(31)의 하부 절반부에 위치된다.
슬라이더(40)는 슬라이더(40)가 관통하여 레일(30) 상으로 활주가능하게 슬리브 결합될 수 있는 개구(41)를 포함한다. 슬라이더(40)에는, 레일(30)의 상부, 중간, 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)과 정렬되는, 6개의 슬라이더 구름 홈(411)이 제공된다.
볼(50)은 슬라이더 구름 홈(411)과, 상부, 중간, 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313) 사이에 회전가능하게 배치된다. 볼(50)이 상부, 중간, 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)에 있을 때, Y 방향을 따라 2개의 상부 레일 구름 홈(311)에 수용되는 2개의 볼(50)의 중심 사이의 거리는 제1 볼 중심 거리 d1으로 정의되고, Y 방향을 따라 2개의 중간 레일 구름 홈(312)에 수용되는 두 개의 볼(50)의 중심 사이의 거리는 제2 볼 중심 거리 d2로 정의되고, Y 방향을 따라 2개의 하부 레일 구름 홈(313)에 수용되는 두 개의 볼(50)의 중심 사이의 거리는 제3 볼 중심 거리는 d3으로 정의된다. 네크부 폭 W2는 d2 및 d3 보다 작다. 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성은 레일의 단면적과 연관된다. 네크부(32)는 레일(30)의 최소 단면 영역이고, 구조적 강성에 영향을 미치는 매우 중요한 영역이다. 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성을 향상시키기 위해서, 이 실시예의 네크부 폭 W2는 최적의 강성을 얻도록, 제1 볼 중심 거리 d1 보다 크다. 공간 제약이 있는 경우, 이 실시예의 네크부 폭 W2는 제1 볼 중심 거리 d1에서 볼(50)의 직경을 뺀 값 보다 크게, 즉 W2＞(d1-d)이 되도록 설계될 수도 있고, d는 또한 차선의 강성을 얻을 수 있는 볼의 직경이다. 제3 볼 중심 거리 d3는 네크부(32)와 하부 레일 구름 홈(313)의 제조 간섭을 방지하도록 양호하게는 비교적 크다. 보다 양호하게는, 네크부 폭 W2는 제3 볼 중심 거리 d3에서 볼(50)의 직경을 뺀 것 보다 작은데, 즉 W2 ＜(d3-d)이다.
볼(50)이 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)에 수용될 때, 볼(50)과, 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)의 상태는 헤르츠 접촉 이론(Hertz contact theory)의 가정을 만족시킨다. 볼(50)과, 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313) 사이에 접촉점 T가 있다. 볼의 접촉면 또는 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)의 각각의 접촉면 상에, 접촉점 T를 통과하는 법선 N이 정의된다. 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312, 313)의 볼(50)의 법선 N의 각각은 Z 방향의 상방 방향에 대해서 20 내지 70도의 접촉각 α를 형성한다. 제조의 관점에서, 접촉각 α가 20도 보다 작으면, 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)과 접촉하게 되는 볼의 접촉면(50)의 영역은 감소될 것이고, 이는 결국 접촉면의 부하 용량의 감소를 초래하게 된다. 이에 반하여, 접촉각 α가 70도 보다 크면, Z 방향에 있어서 볼(50) 또는 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)의 부하 용량은 또한 감소될 것이고, 본 발명의 하방 방향에 있어서 높은 강성은 달성될 수 없다. 보다 양호하게는, 제조 안정성에 의해 야기되는 문제점을 방지하고 하방 방향에 있어서 강성을 향상시키도록, 접촉각 α가 30 내지 50도이고, 최적으로는, 40도이다. [볼(50)과 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)이 힘을 받은 후에] 볼(50)과 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)의 변형량이 같아야만 한다는 관점에서, 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312)의 접촉각 α는 양호하게는 같다. 유사하게는, 하부 레일 구름 홈(313)의 볼(50)의 법선 N의 각각은 Z 방향의 하방 방향에 대해서 20 내지 70도의 접촉각 α를 형성한다. 접촉각 α는 양호하게는 30 내지 50도이고, 최적으로는 40도이다.
상술된 내용은 본 발명에 따른 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 구조적 관계 및 특징이다. 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)은 대칭 방식으로 레일(30)의 양면에 배열되고, 레일(30)의 상부면에는 구름 홈이 제공되지 않는다. 따라서, 레일(30)은 단일 측방향 연마 처리만을 받을 필요가 있고, 이는 도 6에 도시된 바와 같이, 레일(30)의 2개의 측면에서 2개의 측방향 연마 부재 A에 의해 실행된다. 본 발명은 상부 연마 처리 또는 다른 방향에 있어서 다른 연마 처리를 필요로 하지 않으므로, 제조 절차가 단순화되고 제조 효율이 향상된다. 게다가, 본 발명은 또한 2개의 연마 처리가 상부면 및 측면에서 구름 홈의 위치 에러를 초래하고 볼 베어링 가이드웨이의 정밀도를 감소시킬 수 있는 다른 연마 데이터를 갖는 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 문제점을 해결한다.
본 발명의 정격 정적 부하 용량은 전체 볼 베어링 가이드웨이의 볼의 열의 개수에 그리고 각각의 열의 볼의 개수에 직접 비례한다. 본 발명은 2열 또는 4열의 볼을 갖는 리니어 볼 베어링 가이드웨이에 비해, 비교적 높은 정격 정적 부하 용량을 제공하는 총 6열의 볼을 갖는다. 게다가, 레일의 단면 영역은 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성에 직접 영향을 미친다. 볼(50)의 열의 개수를 증가시키면서, 본 발명은 또한 상술된 바와 같이 네크부 폭 W2를 제한하여, 레일(30)의 강성에 영향을 미칠 수도 있을 정도로, 볼(50)의 열의 개수의 증가에 의해, 네크부의 네크 폭 W2가 감소되지 않을 것이다. 본 발명은 레일(30)의 강성을 향상시키고 레일의 수명을 연장시키도록, 네크부 폭 W2를 유지하면서, 볼(50)의 열의 개수를 증가시킨다. 특히 하방 방향에 있어서 강성 및 정격 정적 부하 용량을 증가시키기 위해서, 레일(30)의 헤드부(31)의 상부 절반부에는 4개의 레일 구름 홈(311, 312)이 제공되고(각각의 측부에서의 2개의 레일 구름 홈이 총 4개를 만든다), (도 4에 도시된 바와 같이) 헤드부(31)의 하부 절반부에는 단지 2개의 레일 구름 홈(313)이 제공되는데, 즉 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312)은 헤드부(31)의 상부 절반부에 위치되고, 하부 레일 구름 홈(313)은 헤드부(31)의 하부 절반부에 형성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 수직축이 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 나타내고, 최좌측의 기둥 A가 하방 방향에 있어서 본 발명의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 정격 정적 부하 용량을 나타내고, 중간의 기둥 B가 본 발명과 동일한 크기의 일반적인 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 나타내고, 최우측에 있는 기둥 C가 하방 방향에 있어서 부하 용량이 증가된 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 나타내는, 본 발명과 2개의 종래의 제품 사이의 정격 정적 부하 용량의 비교를 참고해 보기로 한다. 도 7은 본 발명의 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 일반적인 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 보다 높은 것이고, 또한 (리니어 볼 베어링 가이드웨이가 동일한 크기에서 비교된다는 조건하에서) 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 보다 명백히 높다는 것을 명확히 도시한다.
리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성은 또한 전체 볼 베어링 가이드웨이의 볼의 열의 개수에 직접 비례하므로, 본 발명의 6열의 볼을 갖는 본 발명의 리니어 볼 베어링 가이드웨이는 2열 또는 4열의 볼을 갖는 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 보다 높은 강성을 제공한다. 수직축이 하방 방향 또는 측방향에 있어서 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성을 나타내고, 기둥 A가 본 발명의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성을 나타내고, 기둥 B가 일반적인 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성을 나타내고, 하방 방향에 있어서 부하 용량이 증가된 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 강성을 나타내는, 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명과 2개의 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 사이의 하방 방향 및 측방향에 있어서 강성의 비교를 참고하기로 한다. 도 8은 본 발명의 하방 방향에 있어서 강성이 일반적인 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 보다 높은 것이고, 또한 하방 방향에 있어서 부하 용량이 증가된 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 보다 명백히 높다는 것을 명확히 도시한다. 또한, 본 발명의 측방향에 있어서 강성은 일반적인 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 보다 높은 것이고, 또한 (리니어 볼 베어링 가이드웨이가 동일한 크기에서 비교된다는 조건 하에서) 종래의 리니어 볼 베어링 가이드웨이 보다 명백히 높다.
한편, 볼(50)과 중간 레일 구름 홈(312)의 각각의 접촉각은 20 내지 70도이다. 수직축이 리니어 볼 베어링 가이드웨이의 정격 정적 부하 용량을 나타내고, 점선(삼각형 측정점)이 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 나타내고, 점선(둥근 측정점)이 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 나타내는, 하방 방향 및 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량과 접촉각 α사이의 관계를 도시하는 데이터 도면인 도 9를 참고하기로 한다. 접촉각 α를 감소시키는 것은 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 증가시킬 뿐만 아니라, 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 감소시킬 수 있다. 도 9는 접촉각 α가 20도 보다 작을 때, 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 연속해서 감소되는 반면, 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량의 증가는 매우 느리게 된다는 것을 도시한다. 유사하게는, 접촉각 α가 70도 보다 클 때, 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 연속해서 감소되는 반면, 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량의 증가는 분명하지 않다. 즉, 접촉각 α가 20도 보다 작거나 70도 보다 크면, 원하는 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 너무 많이 증가하지 않지만, 다른 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량은 가파르게 감소된다. 이송 수단에 사용되는 리니어 볼 베어링 가이드웨이는 보통 하방 방향 및 측방향 양자 모두의 정격 정적 부하 용량에 대한 특정 조건을 갖고, 따라서, 접촉각 α는 양호하게는 20 내지 70도 사이에 있다. 또한, 도 9의 곡선으로부터 명확히 알 수 있는 바와 같이, 접촉각 α가 50이면, 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량은 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량과 대략 같다. 본 발명은 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량을 향상시키는 것을 목표로 하기 때문에, 본 발명의 접촉각 α는 양호하게는 50도 보다 작아서, 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량 보다 크다. 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량의 관점에서, 접촉각 α가 30도이면, 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 최대 가능 부하 용량의 절반 보다 큰 a 레벨에 도달하는데, 즉 정격 정적 부하 용량이 매우 충분하다. 접촉각 α가 30도 보다 크면, 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량은 또한 유지될 수 있고, 따라서, 접촉각 α는 양호하게는 30도 보다 크다. 즉, 접촉각 α가 40도이면, 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 측방향에 있어서 정격 정적 부하 용량 보다 명확히 높고, 하방 방향에 있어서 정격 정적 부하 용량이 상당히 증가되고, 측방향에 있어서 비교적 우수한 부하 용량이 또한 유지되기 때문에, 접촉각 α는 양호하게는 30 내지 50도이고, 최적으로는 40도이다.
본 발명에 따른 다양한 실시예들에 대해 도시하고 설명하였지만, 본 발명의 범주 내에서 추가의 실시예들이 있을 수 있다는 것을 당업자라면 명확히 알 수 있을 것이다.
30 : 레일
31: 헤드부
32 : 네크부
33 : 바닥부
40 : 슬라이더
50 : 볼
311 : 상부 레일 구름 홈
312 : 중간 레일 구름 홈
313 : 하부 레일 구름 홈
411 : 슬라이더 구름 홈
L : 대칭축
N : 법선
W1 : 헤드부 폭
W2 : 네크부 폭
W3 : 바닥부 폭
α : 접촉각

Claims (4)

  1. 리니어 볼 베어링 가이드웨이이며,
    X 방향을 따라 연장되는 긴 구조체인 레일(30)로서, X 방향에 수직한 두 개의 방향은 Y 방향과, Y 방향에 수직한 Z 방향으로 정의되고, X 방향에 있어서 상기 레일(30)의 단면은 대칭축(L)에 대해서 대칭 구조이고, 상기 레일(30)은 Z 방향으로 순차적으로 배열되는 헤드부(31), 네크부(32) 및 바닥부(33)를 포함하고, 상기 헤드부(31)는 Z 방향을 따라 상기 바닥부(33) 보다 상부 위치에 위치되고, Z 방향을 따르는 상기 헤드부(31)의 방향은 상부 방향으로 정의되고, Z 방향을 따르는 상기 바닥부(33)의 방향은 하부 방향으로 정의되고, 상기 헤드부(31)는 헤드부 폭 W1으로 정의되는 Y 방향에 있어서 최대폭을 갖고, 상기 네크부(32)는 네크부 폭 W2로 정의되는 Y 방향에 있어서 최소폭을 갖고, 상기 바닥부(33)는 바닥부 폭 W3으로 정의되는 Y 방향에 있어서 최대폭을 포함하고, 상기 네크부 폭은 상기 헤드부 폭 및 상기 바닥부 폭 보다 작고, 상기 대칭축(L)에 대해서 상기 레일(30)의 양면에 3개의 레일 구름 홈이 대칭으로 제공되는, 레일(30)과,
    상기 레일(30) 상으로 활주가능하게 슬리브 결합되고, 상기 레일 구름 홈과 정렬되는 6개의 슬라이더 구름 홈(411)이 제공되는 슬라이더(40)와,
    상기 슬라이더 구름 홈(411)과 상기 레일 구름 홈 사이에 회전가능하게 배치되고, 각각 직경 D를 갖는 복수의 볼(50)을 포함하고,
    상기 리니어 볼 베어링 가이드웨이는,
    3개의 레일 구름 홈이, 상기 대칭축(L)에 대해서 상기 레일(30)의 상기 헤드부(31)의 양면에 형성되는 상부 레일 구름 홈(311), 중간 레일 구름 홈(312) 및 하부 레일 구름 홈(312)이고, 상기 상부 레일 구름 홈(311)가 Z 방향에 있어서 상기 중간 레일 구름 홈(312) 보다 높이 위치되고, 상기 중간 레일 구름 홈(312)이 Z 방향에 있어서 상기 하부 레일 구름 홈(313) 보다 높이 위치되고,
    상기 볼(50)과, 상부, 중간 및 하부 레일 구름 홈(311, 312, 313)의 각각 사이에 접촉점이 있고, 상기 접촉점의 각각에는 법선(N)이 제공되고, 상기 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312)의 법선(N)의 각각이 Z 방향의 상부 방향에 대해서 30 내지 50도의 접촉각(α)을 형성하고, 상기 하부 레일 구름 홈(313)의 법선(N)의 각각이 Z 방향의 하부 방향에 대해서 30 내지 50도의 접촉각(α)을 형성하고,
    상기 상부 및 중간 레일 구름 홈(311, 312)은 상기 헤드부(31)의 상부 절반부에 위치시켜 하방 및 측방으로부터의 부하에 견디도록 하고, 상기 하부 레일 구름 홈(313)은 상기 헤드부(31)의 하부 절반부에 위치시켜 상방 및 측방으로부터의 부하에 견디도록 하며,
    상기 슬라이더 구름홈(411)은 오목하게 패인 형상으로 되어 상기 볼(50)과 맞닿는 상기 볼(50)의 해당 부위를 감싸 상기 슬라이더 구름홈(411)의 오목면과 대응되는 상기 볼(50)의 맞닿는 외주면이 서로 구면 접촉이 되어 서로간의 접촉면적을 늘려 상기 볼(50)에 대한 상기 슬라이더 구름홈(411)의 부하용량을 증가시키도록 한 것을 특징으로 하는 리니어 볼 베어링 가이드웨이.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, Y 방향을 따르는 2개의 상부 레일 구름 홈(311)에 수용되는 2개의 볼(50)의 중심 사이의 거리는 제1 볼 중심 거리 d1으로 정의되고, 상기 네크부 폭은 상기 제1 볼 중심 거리에서 상기 볼(50)의 직경을 뺀 값 보다 큰, 즉 W2＞d1-D인, 리니어 볼 베어링 가이드웨이.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, Y 방향을 따르는 2개의 중간 레일 구름 홈(312)에 수용되는 2개의 볼(50)의 중심 사이의 거리는 제2 볼 중심 거리 d2로 정의되고, 상기 네크부 폭은 상기 제2 볼 중심 거리 보다 작은, 즉 W2＜d2인, 리니어 볼 베어링 가이드웨이.
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