KR20000053650A - 전동체 및 전동체를 이용하는 직선 운동 장치 - Google Patents

전동체 및 전동체를 이용하는 직선 운동 장치 Download PDF

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Abstract

전동체 유지 스페이서(9)는 전동체(7)의 굴곡면에 대응하도록 전동체의 양측에 형성된 구형 오목부(11)와, 전동체(7) 사이에 배치된 두꺼운 유지부(10a 및 10b)와, 전동체(7)가 사이에 배치된 단 하나의 두꺼운 유지부 쌍(10a 및 10b)을 서로 연결하기 위한 얇은 만곡부(12)를 포함한다. 얇은 만곡부(12)는 전동체 순환로의 곡선부에서 만곡되거나 굴곡진다. 또한, 서로 인접한 전동체 유지 스페이서가 그 사이에 배치된 하나의 전동체와 전동체(7) 주위에서 서로 피봇 운동을 함으로써 전동체(7)의 원활한 순환이 가능해진다. 얇은 만곡부(12)의 만곡의 결과로 전동체(7)와 두꺼운 유지부(10a 및 10b) 사이에 간극이 생긴다. 윤활제가 그 간극으로 유입됨으로써 전동체(7)를 충분히 윤활한다. 전동체 유지 스페이서(9)가 전동체(7)의 하나 걸러마다 배치되는 한, 모든 전동체(7)는 결국 전동체 유지 스페이서(9)에 의해 유지된다. 결국, 전동체 유지 스페이서(9)의 수는 전동체(7) 수의 절반으로 감소될 수 있으며, 전동체(7)의 수는 증가할 수 있다.

Description

전동체 및 전동체를 이용하는 직선 운동 장치 {Rolling Element and Rectilinearly-Movable Apparatus Using the Rolling Element}
본 발명은 직선 전동 안내 장치, 볼 스크류 및 볼 스플라인 등의 직선 운동 장치에 사용되는 전동체를 회전 방식 내지 미끄럼 방식으로 유지하기 위한 전동체 유지 스페이서에 관한 것일 뿐만 아니라, 전동체 유지 스페이서를 사용하는 직선 운동 장치에 관한 것이기도 하다.
도15에 도시된 바와 같이, 종래에는 볼(1)을 개별적으로 유지하기 위한 단일 요소 유지기(2)가 직선 운동 장치에 사용되는 유지볼(holding ball; 전동체에 해당한다.)용 전동체 유지 스페이서로서 알려져 왔다.(일본특허공보 1993-33774호를 참조하라.) 볼(1)은 단일 요소 유지기(2)에 형성된 하우징 구멍(2a) 내에서 회전 내지 미끄럼 방식으로 유지되는데, 볼(1)의 상부 및 하부는 부분적으로 노출되어 있다. 단일 요소 유지기(2)는 직선 운동 장치에 합체된다. 끼워 맞춤 삽입부(2b)는 볼(1)의 한쪽 상에서 단일 요소 유지기(2)에 볼록하게 형성되어 있으며, 미끄럼 부재에 형성된 안내 채널로 삽입된다. 각각 볼(1)을 유지하는 단일 요소 유지기(2)들은 미끄럼 부재의 순환 경로에 삽입된다. 단일 요소 유지기(2)는 도면에 "A"로 표시된 방향으로 주행한다. 단일 요소 유지기(2)가 순환 경로를 따라 주행하는 동안 단일 요소 유지기(2)의 대향 단부들은 인접하는 단일 요소 유지기(2)의 대응하는 단부와 접촉하게 되는데, 이 대향 단부들은 원호 형상(2c)이 되도록 형성된다. 인접 볼(1)의 중심 사이의 거리는 일정하게 유지된다. 볼(1)은 각각의 단일 요소 유지기(2)에 의해 유지된 상태로 순환 경로에 배열되고 유지되기 때문에, 볼(1)은 순환하는 동안에 서로 맞닿는 것이 방지되고, 그러므로 충돌 소음 또는 마모의 발생이 방지된다.
이러한 공지된 단일 요소 유지기(2)는 도15에 도시된 바와 같은 직선 주행 방향(A) 및 "U"자형 주행 하우징(B) 사이의 2차원적 반향 전환뿐만 아니라, 직선 구름 안내 장치의 순환 경로에 내장 배열되는 데에도 적합하다. 그러나 볼 스크류는 2차원적인 방향 전환 뿐만 아니라 3차원적 방향 전환 및 주행 방향에 대해 굴곡 운동을 필요로 하는 경우가 있을 수도 있다. 단일 요소 유지기(2)는 그러한 복잡한 운동을 하기에는 어려움이 있었다. 또한, 상하부를 제외한 볼(1)의 외주면은 단일 요소 유지기(2)에 의해 덮여 있다. 단일 요소(2)와 볼(1) 사이의 공간으로 윤활제가 투입되기도 어려우므로 충분하게 볼(1)을 윤활하지도 못했다. 또한, 하나의 단일 요소 유지기(2)가 하나의 볼(1)을 유지하기 위해 사용되므로, 인접한 단일 요소 유지기(2)의 원호 부분(2c)을 위한 공간이 인접하는 볼(1)들 사이에 확보되어야만 했다. 이러한 이유로 단일 요소 유지기(2)가 순환 경로 내에 공간을 차지하므로 순환 경로에 삽입되는 볼(1)의 수가 제한된다. 그러므로 직선 전동 안내 장치는 큰 부하 지지력을 가질 수 없었다. 인접하는 단일 요소 유지기(2)의 대응하는 부분에 접촉하게 되는 단일 요소 유지기(2)의 부분은 원호인 돌출 형상(2c)을 가지므로 인접하는 단일 요소 유지기(2)들은 실질적으로 서로간에 선접촉을 하게 되며, 따라서 접촉 압력을 증대시킨다. 결국, 순환 과정 동안에 단일 요소 유지기(2)들은 서로 충돌하여 충돌 소음을 야기하는 경우가 있다. 또한, 단일 요소 유지기(2)는 볼록하게 형성된 끼워맞춤 삽입부(2b)를 가지므로 단일 요소 유지기(2)의 순환 방향(즉 "A" 방향)에 대해 불규칙한 두께를 가진다. 그러므로 단일 요소 유지기(2)는 순환 중에 피칭(pitching) 현상을 야기할 수 있다.
따라서, 본 발명은 3차원 방향전환로 등의 복잡한 운동 상태에서도 원활한 순환이 보장되고, 순환 경로에 삽입되는 전동체의 수를 증대시킴으로써 직선 운동 장치의 부하 지지력을 증대시킬 수 있는 전동체 유지 스페이서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전동체 유지 스페이서를 구비한 직선 운동 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 볼 유지 스페이서가 구비된 직선 전동 아내 장치를 도시하는 사시도.
도2a는 제1 실시예의 볼 유지 스페이서의 사시도, 도2b는 동 스페이서의 측면도, 도2c는 동 스페이서의 평면도.
도3a는 레일의 축방향에 대해 수직 방향에서 취한 단면도, 도3b 및 도3c는 부하 주행로를 도시하는 확대도.
도4는 레일의 축방향에서 취하여 볼 순환로 내의 볼의 순환을 도시하는 단면도.
도5a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼 유지 스페이서의 사시도, 도5b는 동 스페이서의 평면도.
도6a 내지 도6c는 본 발명의 제2 실시예의 볼 유지 스페이서를 구비한 직선 전동 안내 장치를 도시한 도면으로서, 도6a는 레일의 축방향에 대해 수직 방향에서 취한 단면도, 도6b 및 도6c는 부하 주행 채널을 도시하는 확대도.
도7은 제2 실시예의 볼 유지 스페이서를 구비한 볼 스크류를 도시하는 사시도.
도8은 도7에 도시된 볼 스크류에 제공되는 복귀 파이프를 도시하는 사시도.
도9는 도7에 도시된 볼 스크류의 요부에 대응하는 복귀 파이프와, 스크류축과, 볼을 도시하는 측면도.
도10은 도8에 도시된 복귀 파이프 내에서의 볼의 오름(raising)을 도시하는 동작도.
도11a 및 도11b는 볼 유지 스페이서가 방향을 전환할 때에 볼 유지 스페이서의 운동 상태를 도시하는 도면으로서, 도11a는 얇은 만곡부의 변형 상태를 도시하는 사시도이며, 도11b는 볼 유지 스페이서 사이에 일어나는 상호 피봇 운동을 도시하는 사시도.
도12는 본 발명의 볼 유지 스페이서가 적용된 디플렉터형의 볼 스크류의 부분 단면도를 포함하는 사시도.
도13은 스크류축의 축방향에 수직 방향으로 취해진, 도12에 도시된 볼 스크류의 요부를 도시하는 단면도.
도14는 도13에 도시된 선G-G 방향에서 볼 스크류를 도시한 도면.
도15는 공지된 전동체 유지 스페이서로서의 단일 유지기를 도시한 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 특징에 의하면, 양 측면에 구형 오목부가 형성되고 상기 구형 오목부가 전동체의 곡면에 대응하도록 전동체 사이에 배치되도록 된 두꺼운 유지부와, 전동체가 사이에 놓이는 단 하나의 두꺼운 유지부 쌍을 연결하기 위한 얇은 만곡부를 포함하는 전동체 유지 스페이서가 제공된다. 본 발명의 제1 실시예에서는 얇은 만곡부가 전동체 순환로의 곡선 부분에서 편향되거나 굴곡된다. 또한, 하나의 전동체가 그 사이에 배치되고 서로 인접한 전동체 유지 스페이서는 전동체 주위에서 상호간에 피봇 운동을 하게 되고, 그럼으로써 전동체가 원활하게 순환하게 한다. 얇은 만곡부가 만곡되기 때문에 전동체와 두꺼운 유지부 사이에 간극이 생긴다. 윤활제가 그 간극으로 유입되어 전동체를 충분히 윤활하게 된다. 전동체 유지 스페이서가 전동체의 하나 걸러마다 배치되는 한, 모든 전동체는 결국에는 전동체 유지 스페이서에 의해 유지된다. 결국, 전동체 유지 스페이서의 수는 전동체의 수의 절반으로 저감될 수 있다.
특히, 전동체 순환로에 삽입되는 전동체 유지 스페이서의 수가 저감되고, 전동체의 수는 대응하도록 증대될 수 있다. 결과적으로, 전동체 유지 스페이서가 사용되는 직선 운동 장치의 부하 지지력이 증대될 수 있다. 또한, 전동체 유지 스페이서의 두꺼운 유지부는 구형 오목부에 의해 전동체를 유지하고, 그러므로 전동체 유지 스페이서와 전동체 사이에 발생하는 접촉 압력이 감소될 수 있다. 따라서, 전동체의 순환 도중에 발생할 수 있는 충돌 소음의 발생이 방지되고, 그러므로 전동체가 원활하게 순환할 수 있게 된다. 두꺼운 유지부들을 서로 연결하는 얇은 만곡부는 띠 형상이며, 전동체 유지 스페이서의 주행 방향에서 균일한 두께를 가진다. 얇은 만곡부를 안내하기 위한 목적으로 미끄럼 부재에 형성된 안내 홈의 두께가 얇은 만곡부의 두께보다 약간 크게 설정되어 있는 한, 전동체 유지 스페이서는 피칭 문제없이 안정적으로 안내되며, 그러므로 전동체가 원활하게 순환하도록 한다.
바람직하게는, 전동체의 양측에 얇은 만곡부가 제공된다.
본 발명의 그러한 구성에 의해, 전동체의 양측에 제공된 얇은 만곡부는 전동체를 안정적으로 유지하고, 그러므로 전동체 유지 스페이서의 수명을 연장한다.
바람직하게는, 얇은 만곡부가 전동체의 일측에만 제공된다.
본 발명의 그러한 구성에 의해, 전동체가 굴곡된 순환로를 따라 순환되는 경우에도 얇은 만곡부는 굴곡로를 따라 자유롭게 변형될 수 있다. 그러므로, 전동체는 순환로에서 원활하게 순환될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2 특징에 따르면, 전동체 주행면을 구비하는 궤도축와, 전동체 주행면에 대응하고 상기 궤도축에 부착되어 그에 대해 자유롭게 운동하도록 된 부하 주행면을 구비하는 미끄럼 부재와, 상기 전동체 주행 순환로에 배열 내장되어 상기 궤도축에 대한 상기 미끄럼 부재의 상대 운동에 관련하여 순환하는 복수개의 전동체와, 각자 전동체 각각을 회전가능하게 유지하는 복수개의 전동체 유지 스페이서를 포함하고, 상기 전동체 유지 스페이서는, 양측에 구형 오목부가 형성되고 상기 구형 오목부가 전동체의 곡면에 대응하도록 전동체 사이에 배치되도록 된 두꺼운 유지부와, 전동체가 사이에 배치되는 단 하나의 두꺼운 유지부 쌍을 서로 연결하기 위한 얇은 만곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직선 운동 장치가 제공된다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는, 전동체 유지 스페이서가 전동체의 하나 걸러마다 배치되는 한, 모든 전동체는 결국 전동체 유지 스페이서에 의해 유지된다. 결국, 전동체 유지 스페이서의 수는 전동체 수의 절반으로 저감될 수 있다. 특히, 전동체 순환로로 삽입되는 전동체 유지 스페이서의 수가 저감되고, 전동체의 수는 대응하여 증대된다. 결과적으로, 상기 전동체 유지 스페이서를 사용하는 직선 운동 장치의 부하 지지력이 증대될 수 있다. 특히, 전동체 순환로의 굴곡부에서 얇은 만곡부가 변형되므로 전동체가 원활하게 순환하게 된다. 얇은 만곡부가 만곡되므로 전동체와 두꺼운 유지부 사이에 간극이 생긴다. 윤활제가 이 간극으로 유입됨으로써 전동체를 충분히 윤활한다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명하기로 한다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전동체 유지 스페이서로서의 볼 유지 스페이서가 합체된 직선 전동 안내 장치(5)를 도시한다. 직선 전동 안내 장치(5)는 테이블 등의 이동 부재를 베드(bed) 또는 새들(saddle)등의 고정부 상에서 안내한다. 직선 전동 안내 장치(5)는 고정부 상에 배치되고, ("궤도축" 역할을 하는) 안내 레일(8)과, 이동 블록(미끄럼 부재)과, 복수개의 볼(7)을 포함한다. 각각이 볼 전동면 역할을 하는 볼 주행 홈(8a)은 길이 방향으로 안내 레일(8)에 형성된다. 부하 전동면 역할을 하고 안내 레일(8)의 각각의 볼 주행 홈(8a)에 대응하는 부하 주행 홈(6a)를 포함하고 있는 볼 순환로(즉, 전동체 순환로)는 이동 블록(6)에 형성되어 있다. 안내 레일(8)에 대해 상대 운동을 야기하도록 이동 블록(6)은 안내 레일(8)에 부착되어 있다. 볼(7)은, 볼 순환로 내에 배열 수용되고 안내 레일(8)에 대한 이동 블록(6)의 상대 운동에 따라 순환하는 전동체로서의 역할을 한다. 볼(7)이 무한순환함에 따라 이동 부재를 지지하는 이동 블록(6)이 안내 레일(8)을 따라 직선으로 움직인다.
도2a 내지 도2c는 직선 운동 안내 장치(5)로 합체되는 전동체 유지 스페이서로서의 역할을 하는 볼 유지 스페이서(9)를 도시한다. 볼 유지 스페이서(9)는 볼(7)의 하나 걸러마다 배치되고, 이동 블록(6)과 안내 레일(8) 사이에서 회전하는 복수개의 볼(7)을 회전 및 미끄럼 방식으로 유지한다. 열로 배열되어 있는 볼(7) 사이에 배치된 두꺼운 유지부(10a 및 10b)가 각각의 볼 유지 스페이서(9)에 구비되어 있다. 두꺼운 유지부(10a 및 10b)는 실질적으로 원통 형상으로 형성되어 있다. 또한, 두꺼운 유지부(10a 및 10b)의 외경은 볼(7)의 직경보다 작게 설정되어 있다. 축방향에 대해서 볼(7)에 대응하도록 구형 오목부(11)는 두꺼운 유지부(10a)의 양측에 형성된다. 유사하게, 축방향에 대해서 볼(7)에 대응하도록 구형 오목부(11)는 두꺼운 유지부(10b)의 양측에 형성된다. 구형 오목부는 곡률 반경이 실질적으로 볼(7)의 반경과 동일하게 형성되어 있다. 볼 유지 스페이서(9)가 볼(7) 사이에 놓이면, 두꺼운 유지부(10a 및 10b)의 각각의 축은 볼(7)의 중심을 연결하는 가상선의 연장선이 된다. 도2b에 도시된 바와 같이, 두꺼운 유지부(10a 및 10b)의 축방향 폭은 "W"로 표시된 바와 같이 작은 값으로 설정됨으로써 볼(7)간 거리를 단축시킨다. 축방향에서 두꺼운 유지부(10a 및 10b)를 관통하는 윤활제 유지부로서의 유류공이 구형 오목부(11)의 중심에 형성될 수 있다.
두꺼운 유지부(10a 및 10b)를 포함하고 그 사이에 볼(7)이 배치된 두꺼운 유지부 쌍은, 스트립 형상의 얇은 만곡부(12)에 의해 두꺼운 유지부(10a 및 10b)를 서로 연결함으로써 형성된다. 얇은 만곡부(12)는 균일한 두께를 가지며, 그 사이에 배치된 볼(7)을 지나 연장하면서 두꺼운 유지부(10a)의 측면과 두꺼운 유지부(10b)의 대응하는 측면을 서로 연결한다. 얇은 만곡부(12)에서 볼(7)과 간섭하는 부분은 곡률 반경이 실질적으로 볼(7)의 반경과 동일한 오목부(12)로 형성되어 있다. 얇은 만곡부(12)의 길이 방향의 대향하는 단부에 형성된 코너는 둥근 코너(12b)로 형성되어 있다. 얇은 만곡부(12)는 볼(7)의 대향 측면에 배치되어 단일 평면을 구성하게 된다. 두꺼운 유지부(10a 및 10b)와 얇은 만곡부(12)는 사출 성형에 의해 합성 수지 등의 재료로 일체로 형성된다.
도1 내지 도3에 도시된 바와 같이, 안내 레일(8)은 기다란 형상이며, 그 단면은 실질적으로 직사각형이다. 전술한 바와 같이, 볼(7)이 전동 운동을 하는 트랙으로서의 역할을 하는 볼 주행 홈(8a)는 안내 레일(8)의 길이 방향의 양측면에 형성되고 안내 레일(8)의 전 길이에 걸쳐 연장한다. 안내 레일(8)이 직선으로 도시되어 있고, 두개의 볼 주행 홈(8a)가 안내 레일(8)의 양측면에 형성되어 있지만(즉, 총 네개의 볼 주행 홈(8a)이 형성되어 있지만), 볼 주행 홈의 수는 직선 전동 안내 장치(5)의 목적에 따라 변경될 수 있다.
이동 블록(6)은, 이동체 본체(13)와 그것의 대향하는 단부에 배치된 한쌍의 측면 커버(14)를 볼트에 의해 연결함으로써 실질적으로 구성된다. 네개의 부하 주행 홈(6a)이 이동체 본체(13)에 형성되어 각각의 볼 주행 홈(8a)에 대응하게 된다. 부하 주행 홈(6a) 및 볼 주행 홈(8a)의 조합에 의해서 네개의 부하 주행 채널(C)이 안내 레일(8) 및 이동 블록(6) 사이에 형성된다. 부하 주행 채널(C)과 평행하게 연장하는 네개의 복귀 채널(D) 및 상기 복귀 채널(D)들을 부하 주행 채널(C)에 연결하는 방향 전환 채널이 이동 블록(6)에 형성되어 있다. 부하 주행 채널(C)과, 복귀 채널(D)과, 부하 주행 채널(C)과 복귀 채널(D)을 연결하는 방향 전환 채널의 조합에 의하여 단일 볼 순환로가 형성된다.
도3에 도시된 바와 같이, 이동체 본체(13)는 본체 블록(16)과 성형체(17a 및 17b)를 포함하고 있다. 이동 블록(6)에 가해지는 부하를 견딜 수 있도록 본체 블록(16)은 철 또는 이와 유사한 재료로 만들어진 고강성 구조체이다. 직선 전동 안내 장치(5)에 의해 안내되는 물체를 고정하기 위해서 스크류 구멍이 본체 블록(16)의 상면에 형성된다. 용융된 수지를 본체 블록(16)이 위치한 금형으로 분사함으로써 즉, 소위 사출 성형 기술에 의해서 성형 본체(17a 및 17b)는 본체 블록(16)와 일체로 성형된다. 수지 대신에 알루미늄 등의 금속을 사용하여 성형 본체(17a 및 17b)가 다이 캐스트 성형에 의해 형성될 수도 있다. 또한, 이동체 본체(13)는 사출 성형법뿐만 아니라, 각각 별개로 형성되어 있는 성형 본체(17a 및 17b)와 본체 블록(16)을 조립함으로써 조립될 수도 있다. 또는, 본체 블록(16) 및 성형 본체(17a 및 17b)는 금속 사출 성형법(MIM)에 의해서 서로 일체로 형성될 수 있다.
도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 전술한 부하 주행 홈(6a)은 본체 블록(6)에 형성되고, 복귀 채널(D)은 성형 본체(17a)에 형성된다. 부하 주행 채널(6a)에 대해 평행하게 연장하는 네개의 관통공이 본체 블록(16)에 형성된다. 성형 본체(17a)의 관상부(tube-like section)가 관통공과 일체로 형성된다. 볼(7)을 복귀시키는 복귀 채널(D)과 얇은 만곡부(12)를 안내하는 안내 홈(18)이 성형 본체(17a)의 관상부에 형성된다. 한 쌍의 볼 유지부(19)가 부하 주행 채널(C)에 대향하는 성형 본체(17b)의 각각의 구역에 형성되어서 부하 주행 채널(6a)이 볼 유지부 쌍(19)의 사이에 배치된다. 이동 블록(16)이 안내 레일(8)로부터 제거될 때에, 볼 유지부 쌍(19)은 볼(7)이 부하 주행 채널(C)로부터 이탈하는 것을 방지한다. 얇은 만곡부(12)는 볼 유지부 쌍(19)과 본체 블록(16) 사이에 형성된 공간을 통해서 안내된다.(도3b 및 도3c를 참조하라.)
부하 주행 채널(C)과, 방향 전환로(E)와, 복귀 채널(D)로 구성된 볼 순환로에서, 얇은 만곡부(12)를 안내하기 위한 안내 홈(18)의 폭은 얇은 만곡부(12)의 두께보다 약간 큰 값으로 일정하게 유지된다. 안내 홈(18)의 수평 중심은 볼(7)이 주행하는 궤도의 수평 중심으로부터 본체 블록(16)으로 "X"만큼 변위되어 있다. 그로 인해서, 볼 순환로의 방향 전환부의 곡률 반경이 작게 될 수 있으므로 직선 전동 안내 장치(5)를 콤팩트하게 한다.
도4에 도시된 바와 같이, 각각의 성형 본체(17a)는, 본체 블록(16)의 대향 단부로부터 돌출하는 아치형 내경부(17c)를 포함한다. 측면 커버(14)의 각각에는 외경부(14a)가 형성되어 있는데, 이 각각의 외경부는 대응하는 성형 본체(17a)에 형성된 내경부(17c)와 함께 방향 전환 채널(E)을 구성한다. 측면 커버(14)가 본체 블록(16)에 부착되면, 내경 안내부(17c) 및 외경 안내부(14a)는 함께 방향 전환 채널(E)을 구성하게 된다. 또한, 내경 안내부(17c)와 외경 안내부(14a)가 조합되기 때문에 방향 전환 채널(E)에도 얇은 만곡부(12)를 안내하는 안내 홈(18)이 형성되어 있다.
볼(7)은 볼 유지 스페이서(9)의 얇은 유지부(10a 및 10b) 사이에 형성된 공간으로 끼워지므로 하나의 유니트(U1)을 형성하게 된다.(도2a 및 도4 참조) 이때에, 볼(7)은 자유롭게 회전할 수 있도록 볼 유지 스페이서(9)에 유지된다. 볼 유지 스페이서(9)의 얇은 만곡부(12)가 안내 홈(18)으로 끼워지면서 유니트(U1) 및 볼(7)이 번갈아가면서 볼 순환로로 삽입된다. 이동 블록(6)이 안내 레일(8)을 따라 주행하는 것에 수반하여, 볼(7)은 이동 블록(6)에 의해 가해지는 부하를 받으면서 부하 주행 채널(C)의 일 단부에서 타 단부까지 주행한다. 그 후에, 볼(7)은 방향 전환 채널(E) 중 하나로 진입하고, 복귀 채널(D)로 안내된다. 그리고 나서 볼(7)은 다른 방향 전환 채널(E)의 일 단부로 복귀한다. 볼 유지 스페이서(9)의 얇은 만곡부(12)가 안내 홈(18)에 의해 형성된 궤도를 따라 볼 순환로를 이동하므로, 볼 유지 스페이서(9)에 유지된 볼(7)은 사행(蛇行)하지 않고 볼 순환로에서 정연하게(orderly) 순환한다.
전술한 바와 같이, 볼 유지 스페이서(9)는 볼(7)의 하나 걸러마다 배치되고, 볼(7)은 쌍을 이루는 얇은 유지부(10a 및 10b)의 공간에 유지된다. 볼 유지 스페이서(9)에 유지되지 않는 볼(7)은 인접하는 볼 유지 스페이서(9) 사이에 보유된다. 이것에 의해, 볼(7)의 일측은 인접하는 볼 유지 스페이서(9)의 두꺼운 유지부(10a 또는 10b) 중 하나에 접촉하고, 볼(7)의 타측은 상기 볼 유지 스페이서(9)의 두꺼운 유지부(10a 또는 10b)에 대향하는 다른 인접 볼 유지 스페이서(9)의 두꺼운 유지부와 접촉하게 된다. 전술한 바와 같이, 볼 유지 스페이서(9)가 볼(7)의 하나 걸러마다 배치되는 한, 모든 볼(7)은 결국 볼 유지 스페이서(9)에 보유된다. 결국, 볼 유지 스페이서(9)의 수는 볼(7)의 절반으로 저감될 수 있다. 특히, 볼 순환로에 삽입되는 볼 유지 스페이서(9)의 수가 저감되며, 볼(7)의 수는 증대될 수 있다. 결국, 직선 전동 안내 장치(5)의 부하 지지력이 증대될 수 있다. 또한, 볼(7)은 두꺼운 유지부(10a)에 형성된 구형 오목부(11)와 두꺼운 유지부(10b)의 구형 오목부(11) 사이에 보유되므로 볼 유지 스페이서(9)와 볼(7) 사이에 발생하는 접촉 압력을 감소시킨다. 결과적으로, 볼(7)의 순환 중에 발생되는 충돌음이 감소되므로 볼(7)이 원활하게 순환한다.
얇은 만곡부(12)는 주행 방향에서 균일한 두께를 가지도록 설정되고, 얇은 만곡부(12)를 안내하는 안내 홈(18)의 폭은 얇은 만곡부(12)의 두께보다 약간 크게 설정된다. 따라서, 볼 유지 스페이서(9)는 피칭을 일으키지 않으면서 안정적으로 안내된다. 방향 전환부(E)에 있어서, 얇은 만곡부(12)를 안내하는 안내 홈(18)은 방향 전환 채널(E)와 평행하게 원호 형상으로 굴곡지어 있다. 그러므로, 얇은 만곡부(12)는 안내 홈(18)을 따라 굴곡진 경로 상에서 이동하고, 방향 전환로(E)에 있어서 볼(7)과 두꺼운 유지부(10a 및 10b) 사이에 간극이 형성될 수 있다. 윤활제가 이 간극으로 유입되므로 볼(7)을 충분히 윤활하게 된다.
본 실시예의 직선 전동 안내 장치(5)에 있어서, 볼(7)이 순환할 때에 볼 유지 스페이서(9)는 이차원적으로 방향을 전환한다. 특히, 직선 부하 주행 채널(C)과, U자형 방향 전환 채널(E)과, 직선 복귀 채널(D)과, U자형 방향 전환 채널로 구성된 경로에 의해 볼 유지 스페이서(9)의 방향이 전환된다. 도4로부터 명백하듯이, 볼 유지 스페이서(9)의 얇은 만곡부(12)가 자유롭게 만곡되므로 볼(7)의 원활한 순환이 보장된다.
본 실시예에서는 이동 블록(6)이 안내 레일(8)에 대해 직선 운동을 수행하지만, 본 발명은 상대 운동이 곡선적으로 된 안내 장치에도 적용될 수 있고 적합하다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 볼 유지 스페이서(20)를 도시한다. 볼 유지 스페이서(20)는 제1 실시예의 볼 유지 스페이서(9)와 동일한 재료로 형성된다. 구성면에서도, 볼 유지 스페이서(20)는 볼 유지 스페이서(9)와 동일하게 열로 정렬된 볼(7) 사이에 배치된다. 또한, 볼 유지 스페이서(20)는 볼 유지 스페이서(9)의 경우처럼 두꺼운 유지부(22a 및 22b)를 가지고 있다. 두꺼운 유지부(22a 및 22b)는 실질적으로 원통형으로 형성되고, 두꺼운 유지부(22a 및 22b)의 외경운 볼(7)의 직경보다 작게 설정된다. 구형 오목부(23)는 축방향에 대해서 두꺼운 유지부(22a)의 어느 측면에서 볼(7)에 대응되도록 형성된다. 구형 오목부(23)는 축방향에 대해서 두꺼운 유지부(22b)의 어느 측면에서 볼(7)에 대응되도록 형성된다.구형 오목부(23)의 곡률 반경은 볼(7)의 반경과 실질적으로 동일하다. 축방향에 대해서 두꺼운 유지부(22a 및 22b)의 두께는 작은 값으로 설정되므로 볼(7)간 거리가 감소된다.(도5b를 참조하라.) 쌍을 이루는 두꺼운 유지부(22a 및 22b)가 스트립 형상의 얇은 만곡부(21)에 의해 서로 연결된다. 제1 실시예의 볼 유지 스페이서(9)와 비교하면, 제2 실시예의 볼 유지 스페이서(20)는 볼(7)의 단지 일측에만 제공되는 단일의 얇은 만곡부(21)를 가진다. 얇은 만곡부(21)는 균일한 두께를 가지며, 두꺼운 유지부(22a)의 측면과 두꺼운 유지부(22b)의 측면을 서로 연결한다. 곡률 반경이 실질적으로 볼(7)의 반경과 동일한 노치(21a)가 볼(7)과 간섭하게 되는 얇은 만곡부(21)의 구역에 형성되어 있다. 또한, 얇은 만곡부(21)의 어느 길이 방향의 단부는 둥근 코너(21b)로 되어 있다.
도5에 도시된 바와 같이, 두꺼운 유지부(22a)의 직경에 대해서, 얇은 유지부(21)의 단부가 부착되는 측면에 대향하는 두꺼운 유지부(22a)의 측면의 한 구역에 장출부(22a1)가 제공된다. 유사하게, 두꺼운 유지부(22b)의 직경에 대해서, 얇은 유지부(21)의 단부가 부착되는 측면에 대향하는 두꺼운 유지부(22b)의 측면의 한 구역에 장출부(22b1)가 제공된다. 장출부(22a1 및 22b1)는 외측으로 연장한다. 그러한 구성은 단일의 얇은 만곡부(21)만이 사용되더라도 볼(7)이 확실히 유지되도록 한다.
도6은 제2 실시예에 의한 볼 유지 스페이서(20)를 구비한 직선 전동 안내 장치(25)를 도시한다. 직선 전동 안내 장치(25)에서도 이동 블록(26)은 복수개의 볼(7)에 의해서 안내 레일(27) 상에 지지된다. 볼(7)이 주행하는 총 네개의 볼 주행 채널(27a)이 안내 레일(27)의 전 길이에 걸쳐 연장하도록 형성되는데, 특히, 안내 레일(27)의 상부면에 두개의 볼 주행 채널(27a)이 형성되고, 양 측면에 볼 주행채널(27a)이 하나씩 형성되어 있다.
네개의 부하 주행 채널(26a)이 이동 블록(26)에 형성되어 각각 볼 주행 채널(27a)에 대응한다. 부하 주행 채널(26a) 및 볼 주행 채널(27a)이 함께 이동 블록(26)과 안내 레일(27) 사이에 네개의 부하 주행 채널(C)을 구성한다. 또한, 얇은 만곡부(21)를 안내하기 위한 안내 홈(28)이 부하 주행 채널(26a)의 각각에 형성되어 있다.(도6b 및 도6c를 참조하라.) 안내 홈(29)의 폭은 얇은 만곡부(21)의 두께보다 약간 크게 설정된다.
이동 블록(26)에는 네개의 관통공이 형성되어 부하 주행 채널(26a)에 대해 평행하게 연장하고, 성형 본체의 관상부가 각각의 관통공과 일체로 형성되어 있다. 볼(7)이 복귀되는 복귀 채널(D)과 얇은 만곡부(21)를 안내하는 안내 홈(28)이 관상부에 형성되어 있다. 안내 채널(28)의 폭은 얇은 만곡부(21)의 두께보다 약간 크게 설정된다. 안내 홈(28 및 29)은 볼 순환로의 내경부에만 형성되어 있다.
얇은 만곡부(21)는 스트립형 단면이며 주행 방향에서 균일한 두께를 가지도록 설정되며, 얇은 만곡부(21)를 안내하기 위한 안내 홈(18)의 폭은 얇은 만곡부(21)의 두께보다 약간 크게 설정된다. 따라서, 볼 유지 스페이서(20)는 피칭을 일으키지 않으면서 안정적으로 안내된다. 또한, 얇은 만곡부(21)가 단지 볼(7)의 일측에만 제공되므로 볼 유지 스페이서(20)의 자유로운 만곡을 가능하게 한다. 따라서, 볼 유지 스페이서(20) 및 볼(7)이 이차원적으로 굴곡진 방향 전환 채널을 따라 순환할 때뿐만 아니라 볼 유지 스페이서(20) 및 볼(7)이 삼차원적으로 굴곡진 방향 전환 채널을 따라 순환할 때에도 볼 유지 스페이서(20) 및 볼(7)이 원활하게 순환하게 된다. 그러한 구성은 굴곡진 순환로 또는 방향 전환이 급격한 순환로 예를 들어, 볼 스크류 및 너트에 사용되기에 적절하다. 제1 실시예의 볼 유지 스페이서(9)의 경우에서처럼, 얇은 만곡부(12)가 볼(7)의 양측에 제공되는 경우에, 볼(7)은 안정적으로 유지되며 볼 유지 스페이서(20)의 수명은 길어진다. 또한, 볼 주행 채널(26a)의 단면의 반경이 볼(7)의 반경보다 크게 설정되는 경우에는, 순환되는 볼(7)이 볼 주행 채널(26a)의 폭방향에서 진동할 수 있다. 이 경우에, 안내 홈(28 및 29)이 순환로의 내경측을 따라 형성되어 있으므로, 얇은 만곡부(21)는 반복되는 확장 및 수축 작용을 겪지 않게 된다. 그러므로, 얇은 만곡부(21)는 피로에 약하지 않을 수 있다.
도7은 제2 실시예의 볼 유지 스페이서(20)에 합체된 볼 스크류(30)를 도시한다. 볼 스크류(30)는 (궤도축에 대응하는) 스크류축(31)과, (미끄럼 부재에 대응하는) 너트 부재(32)와, 복수개의 볼을 포함한다. 전동체 주행면의 역할을 하는 볼 주행 채널(31a)은 스크류축(31)의 외주면에서 나선형으로 형성되어 있다. ("전동체 순환로"에 대응하는) 볼 순환로가 너트 부재(32)의 내주면에 형성되어 부하 주행면의 역할을 하는 부하 주행 채널(32a)를 포함하고, 나선형으로 형성되어 볼 주행 채널(31a)에 대응한다. 너트 부재(32)는 스크류축(31)에 부착되어 상대 운동을 야기할 수 있다. 볼은 전동체로서의 역할을 하고, 스크류축(31)과 너트 부재(32) 사이에 일어나는 상대 (회전) 운동에 수반하여 볼 순환로를 통해 순환한다. 볼 순환로의 부하 주행 채널은 스크류축(31)의 볼 주행 채널(31a)과 너트 부재(32)의 부하 주행 채널 사이에 형성된다. 너트 부재(32)는 두개의 복귀 파이프(36)를 가지며, 복귀 파이프(36)는 부하 주행 채널의 한 단부와 다른 단부를 연결하는 무부하 복귀 채널을 구성한다. 도8 및 도9에 도시된 바와 같이, 복귀 파이프(36)의 양단부는 스크류축(31)을 향해 접혀 있고, 복귀 파이프(36)의 양단부는 부하 주행 채널로 끼워 맞춤되어 서로 몇 피치로 이격되게 된다. 또한, 복귀 파이프(36)는 파이프 압착기(34)에 의해 너트 부재(32)에 고정된다.(도7을 참조하라.)
스크류축(31)에 형성된 볼 주행 채널(31a)은 예를 들어, 연삭 또는 압연에 의해 원형 아크 단면으로 형성된다.
도7에 도시된 바와 같이, 너트 부재(32)의 본체는 실질적으로 원통형이며, 대응하는 부품에 연결되는 플랜지(35)가 너트 부재(32)의 일단부에 제공된다. 평면부(40)는 기계 가공에 의해 너트 부재(32)의 외주면의 일부를 제거함으로써 너트 부재(32)에 형성된다. 네개의 복귀 파이프 감합공(嵌合孔; fitting hole)이 평면부(40)에 형성되고, 복귀 파이프(36)의 각각의 단부는 복귀 파이프 감합공(41)에 끼워 맞춤된다. 복귀 파이프 감합공(41)은 부하 주행 채널(32a)의 안쪽까지 연장한다.
도8로부터 명백한 바와 같이, 복귀 파이프(36)의 단면은 원형이고, 복귀 파이프(36)의 양단부는 너트 부재(32)에 대해 약 90°의 각도로 만곡되어 있다. 특히, 복귀 파이프(36)는 실질적으로 아치형으로 형성되어 있으며, 한 쌍의 레그(36a 및 36b) 및 상기 레그(36a 및 36b)들을 서로 연결하는 수평부(36c)를 포함하고 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 레그(36a 및 36b)는 서로 평행하지 않고 굴곡져서 (리드각에 따라 변화하는) 비틀림각(θ1)을 형성한다. 안내 홈(37)은 복귀 파이프(36)의 전길이에 걸쳐 축방향으로 연장하도록 복귀 파이프의 내면에 형성된다. 안내 홈(37)의 폭은 얇은 만곡부(21)의 두께보다 약간 크게 설정된다. 복귀 파이프(36)의 양단부 즉, 레그(36a 및 36b)는 경사지게 절단되어서 절결부(38)가 형성되어 있다. 절결부(38)의 폭은 복귀 파이프(36)의 깊이 방향으로 갈수록 점차적으로 좁아진다.
도9는 볼(7)과, 부하 주행 채널 및 복귀 파이프(36)로 삽입되는 볼 유지 스페이서(20)를 도시한다. 상기 도면은 단지 볼 유지 스페이서(20)의 단면도를 도시할 뿐이며, 다른 전동체 유지 스페이서들은 생략되었다. 볼 유지 스페이서(20)는 볼(7)의 하나 걸러마다 배치되며, 볼(7)은 두꺼운 유지부(10a 및 10b)를 포함하는 하나의 두꺼운 유지부 쌍에 보유된다. 볼 유지 스페이서(20)에 내장되지 않은 볼(7)은 서로 대향하는 인접한 볼 유지 스페이서(20)의 두꺼운 유지부(10a 및 10b) 사이에 유지된다. 볼 유지 스페이서(20) 및 볼(7)이 실질적으로 환형으로 배열되도록 볼 유지 스페이서(20)의 구형 오목부(23)가 형성되는 한, 볼 유지 스페이서(20) 및 볼(7)이 순환하는 동안에 발생될 수 있는 무리한 힘이 볼 유지 스페이서(20)와 볼(7)에 가해지는 것이 방지될 수 있다.
도9에 도시된 바와 같이, 볼 유지 스페이서(20)의 얇은 만곡부(21)를 안내하는 데에 사용되는 안내 홈(33)이 너트 부재(32)의 볼 주행 채널(32a)에 형성되어 있다. 안내 홈(33)은 너트 부재(32)의 볼 주행 채널(32a)를 따라 진행하도록 나선형으로 형성되어 있으며, 안내 홈(33)의 폭은 얇은 만곡부(21)의 두께보다 약간 크게 설정되어 있다. 또한, 환형으로 배열되어 있는 볼(7)의 열로부터 외측으로 돌출하도록 안내 홈(33)이 형성되어 있다.
도10은 복귀 파이프(36)의 레그(36a 및 36b) 각각의 단면의 변화를 도시한다. 참조 번호 "0"은 레그의 최선단의 단면을 표시하고, 참조 부호 "1" 내지 "9"는 점점 복귀 파이프(36)의 안쪽으로 진행하면서 취한 단면도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 레그(36a 및 36b) 각각의 단면도(0)에서는 양 단부의 단면이 실질적으로 반원형을 취하는데, 이 반원의 양 단부는 중심선(D)으로부터 불과 "h"만큼 돌출되어 있다. 복귀 파이프(36)의 내부로 향할수록 (즉, 볼(7)이 위치(1)에서 위치(10)로 주행할 때) 레그(36a 및 36b) 각각의 단면은 원형에 가까워지고, 절결부(38)의 내부 엣지 사이의 거리(W)는 점차적으로 작아진다. 참조 번호 "0" 내지 "4"로 표시되는 단면도에서는, 절결부(38) 사이의 거리(W)가 볼(7)의 직경보다 크다. 그러므로, 볼(7)은 절결부(38)에 의해 의해 들어올려지지 않고, 스크류축(31) 주위에서 전동 운동을 할 수 있다. 그러나, 볼(7)이 위치(0)에서 위치(4)로 주행하면, 레그(36a 및 36b) 각각의 내면과 이 내면에 대향하는 볼(7)의 면 사이에 형성되는 간극이 약간 커진다. 볼(7)이 위치(5)로 더 상향 주행하면, 볼(7)의 대향 단부는 절결부(38)에 의해 들어올려지기 시작한다. 절결부(38) 사이의 거리(W)는 복귀 파이프(36)의 내부로 갈수록 점차적으로 작아지므로, 볼(7)은 위치(6)에서 위치(10)으로 절결부(38)에 의해 안내되고, 단면이 원형인 복귀 파이프(36)로 도입된다.
도9에 도시된 바와 같이, 스크류축(31)이 회전할 때에, 볼 주행 채널(31a)의 내부를 따라 둘레 방향으로 부하를 받으면서 전동 운동하는 볼(7)은 레그(36a)의 선단부에 의해 들어올려진다. 그렇게 들어올려진 볼(7)은 복귀 파이프(36)를 통해 지나가고, 레그(36a)로부터 몇 피치 이격된 레그(36b)로부터 볼 주행 채널(31a)로 복귀한다. 스크류축(31)이 역회전할 때에, 볼(7)은 전술한 경로를 역방향으로 순환한다. 스크류축(31)이 고정되어 있는 동안에 너트 부재(32)가 회전하는 경우와 동일하게 볼(7)이 순환한다.
전술한 바와 같이, 볼 스크류(30)의 부하 주행 채널은 나선형으로 형성되어 있다. 또한, 복귀 파이프(36)의 선단부에 의해 들어올려진 볼(7)의 방향은 복귀 파이프(36)에 의해 전환된다. 도8을 참조하여 설명한 바와 같이, 복귀 파이프(36)는 볼(7)의 주행 방향에 대해 (비틀림각 θ1으로)굴곡된다. 볼 스크류(30)에 있어서는, 볼(7) 및 볼 유지 스페이서(20)가 3차원적으로 방향을 전환하고 복잡하게 이동한다.
볼 유지 스페이서(20)는 그러한 복잡한 운동을 수행하는 데에 최적이다.
도11a에 도시된 바와 같이, 볼 유지 스페이서(20)의 얇은 만곡부(21)는 얇은 만곡부(21)의 두께 방향에서 연장하는 가상 평면(50) 내에서 상당히 자유롭게 만곡될 수 있다. 도면에는 얇은 만곡부(21)가 만곡될 수 있는 각도(θ2)가 도시되어 있다. 또한, 얇은 만곡부(21)는 가상 평면(50)의 수직 방향으로도 약간 만곡될 수 있으며, 볼 유지 스페이서(20)의 주행 방향에 대해서도 굴곡질 수 있다. 도면에서, 주행 방향에 대해 얇은 만곡부(21)의 선단부(21d)가 가상 평면(50)에 대해 직각을 이루는 경우에, 주행 방향에 대해 얇은 만곡부(21)의 후단부(21e)가 직각을 이루는 가상 평면(51)과 가상 평면(50) 사이에 형성되는 각도가 참조부호(θ3)로 표시되어 있다.
도11b에 도시된 바와 같이, 연속적으로 배열되어 있는 볼 유지 스페이서(20)는 서로 분리되어 있으며, 연속적이지 않다. 가상 평면(50)에 수직인 가상 평면(52) 내에서 볼 유지 스페이서(20)는 서로에 대해 피봇 가능하다. 도면에서, 볼 유지 스페이서(20) 간의 상대 피봇 각도는 "θ4"로 표시되어 있다. 전동체가 볼에 대응하는 경우에, 볼 유지 스페이서(20)는 가상 평면(52) 내의 모든 방향에서 서로에 대해 피봇 가능하다. 전동체가 롤러에 대응하는 경우에, 볼 유지 스페이서(20)는 단지 가상 평면(52) 내에서만 피봇 가능하고, 다른 방향에서의 볼 유지 스페이서(20)의 상호 피봇 운동에는 제한이 가해진다.
볼 유지 스페이서(20) 사이의 상호 피봇 운동뿐만 아니라 얇은 만곡부(21)의 가요성과 굴곡 작용에 의해서 볼 유지 스페이서(20) 및 볼(7)이 3차원적으로 자유롭게 방향 전환을 하기 때문에, 제2 실시예의 볼 스크류(30)에 의해 요구되는 복잡한 운동을 가능하게 한다. 이러한 얇은 만곡부(21)의 가요성 및 굴곡 작용과 볼 유지 스페이서 사이의 상호 피봇 운동은 도1 내지 도4에 도시된 제1 실시예의 볼 유지 스페이서(9)에 의해서도 달성된다.
얇은 만곡부(21)가 만곡되면, 볼(7)과 두꺼운 유지부(22a 및 22b) 사이에 간극이 생길 수 있다. 윤활제가 그 간극으로 유입되므로 볼(7)을 충분히 윤활할 수 있다.
볼 스크류(30)에 관한 실시예에서는, 스크류축(31)의 볼 주행 채널(31a) 위로 전동 운동하는 볼(7)은 복귀 파이프(36)를 사용하여 들어올려지고, 볼(7)이 들어올려진 위치에서 몇 피치 이격된 위치로 복귀된다. 도12 내지 도14에 도시된 바와 같이, 다른 구성에서는, 볼(7)을 들어올리기 위한 디플렉터(61; deflector)가 너트 부재(32) 상에 제공된다. 스크류축(31)의 볼 주행 채널(31a) 위에서 전동 운동을 하는 볼(7)은 디플렉터(61)에 의해 볼 주행 채널(31a)로부터 이탈된다. 이렇게 형성된 볼(7)은 스크류축(31)의 외경부를 뛰어 넘어 리드각만큼 볼 주행 채널(31a)로 복귀한다. 도면에는 도시되지 않았지만, 소위 측면 커버형의 볼 스크류가 사용될 수도 있다. 특히, 너트 부재(32)는 볼 주행 채널(32a)이 그 안에 형성된 너트 본체와, 상기 너트 본체의 각각의 단부에 부착된 측면 커버를 포함한다. 볼 주행 채널(32a)과, 복귀 채널들을 연결한느 연통 채널이 각각의 측면 커버에 형성된다.
디플렉터(61)가 구비된 볼 스크류는 도12 내지 도14를 참조하여 이하에서 자세히 설명될 것이다. 도13 및 도14에 도시된 바와 같이, 실질적으로 "S"자형인 볼 복귀 채널(61a)이 디플렉터(61)에 형성되어 있으며, 볼 유지 스페이서(20)의 얇은 만곡부(21)를 안내하기 위한 안내 채널(61b)이 볼 복귀 채널(61a)의 중앙에 종방향으로 형성되어 있다. 볼 복귀 채널(61a)에 진입한 볼(7)이 스크류축(31)의 외주면을 뛰어넘도록 하기 위해서, 볼 복귀 채널(61a)은 디플렉터(61)의 종방향 중심에 형성된 매우 깊은 오목부를 가지고 있다.
본 실시예의 볼 스크류에서는, 스크류축(31)과 너트 부재(32) 사이에 상대 회전이 일어날 때에, 너트 부재(32)에 형성된 볼 순환로를 통해서 볼 유지 스페이서(20)가 순환한다. 볼 순환로의 구성과, 볼 순환로에서 순환하는 볼(7) 및 볼 유지 스페이서(20)에 대해서는 다음에 자세히 설명한다.
볼 순환로가 스크류축(31)을 둘러싸도록 실질적으로 환형으로 형성되어 있지만, 디플렉터(61)가 제공되는 스크류축(31)의 부분은 스크류축(31)의 방사 방향에 대해서 외측으로 볼록하게 되어 있다. 도13에는, 볼(7)이 스크류축(31a)의 볼 주행 채널(31a) 위에서 전동 운동을 하는 동안에 볼(7)의 중심이 따라서 이동하는 곡선 경로의 반경이 참조부호 "R1"으로 표시되어 있고, 볼(7)이 디플렉터(61)에 의해 볼록하게된 원호 아크 부분을 통과하는 중에 볼(7)의 중심이 따라서 지나가는 곡선 경로의 반경이 참조부호 "R2"로 표시되어 있다.
볼(7)과 함께 디플렉터(61)의 볼 복귀 채널(61a)을 통과할 때에, 볼 유지 스페이서(20)는 볼 순환로 중 방사 방향의 외측으로 향해 볼록한 부분을 따라 스크류축(31)의 외경부를 넘어간다. 볼 유지 스페이서(20)는 볼 복귀 채널(61a)를 따라 "S"자형으로 지그재그인 경로를 따라서 주행하고, 스크류축(31)의 축방향에 대해서 (도14에 참조부호(R)로 도시된) 리드각만큼만 이동하여 볼 주행 채널(31a)로 복귀한다. 결과적으로, 볼(7) 및 볼 유지 스페이서(20)는 한번에 볼 주행 채널(31a)로 복귀하고 스크류축(31) 주위를 순환한다.
도13에는, 볼 유지 스페이서(20)가 상호 피봇 가능하므로, 볼(7)이 그 중심이 반경(R1)에서 반경(R2)로 주행하도록 주행할 때에, 볼 유지 스페이서(20)는 볼(7)을 잘 추종하도록 주행한다. 볼 유지 스페이서(20)의 얇은 만곡부(21)는 두께 방향으로 가요성있게 만곡된다. 볼 유지 스페이서(20)가 도14에 도시된 디플렉터(61) 내에서 "S"자형 경로를 따라 안내되는 경우 즉, 볼 유지 스페이서(20)가 변곡점을 가지도록 방향을 전환하는 경우에 조차도 볼 유지 스페이서(20)는 원활하게 안내부를 통과할 수 있다. 전술한 바와 같이, 얇은 만곡부(21)의 자유로운 만곡(및 굴곡 작용)과 볼 유지 스페이서(20)간의 상호 피봇 운동에 의해서 볼 유지 스페이서(20) 및 볼이 3차원적으로 자유롭게 방향을 전환하기 때문에 본 실시예에 필요한 것과 같은 복잡한 운동이 가능하게 된다.
본 발명이 전술한 측면 커버형의 볼 스크류에 적용되는 경우에도 전술한 것과 동일한 장점이 있다.
본 발명의 볼 유지 스페이서(9 및 20)는 직선 전동 안내 장치 또는 볼 스크류에만 제한되는 것은 아니며 볼 스플라인 기계에도 적용될 수 있다. "볼 스플라인 기계'는 궤도 부재의 역할을 하는 스플라인 축과 미끄럼 부재의 역할을 하고 복수개의 볼에 의해 스플라인 축에 이동 가능하도록 부착된 외부 케이싱을 포함하는 기계를 가리킨다. 전술한 실시예에서는 볼이 전동체로서 사용되었지만 롤러도 역시 전동체로서 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명은, 양측에 구형 오목부가 형성되어 있고 상기 구형 오목부가 전동체의 굴곡면에 대응하도록 전동체 사이에 배치된 두꺼운 유지부와, 전동체가 그 사이에 배치된 단 하나의 두꺼운 유지부 쌍을 서로 연결하는 얇은 만곡부를 포함하는 전동체 유지 스페이서를 제공한다.
전동체 순환로가 3차원적 방향 전환을 필요로 하는 경우에도, 얇은 만곡부는 가요성있게 굴곡된다. 또한, 서로 인접한 전동체 유지 스페이서는 그 사이에 배치된 하나의 전동체와 함께 전동체 주위에서 서로 피봇 운동을 함으로써 전동체가 원활하게 순환하도록 한다. 얇은 만곡부의 만곡의 결과로 인해 전동체와 두꺼운 유지부 사이에 간극이 형성된다. 윤활제가 간극으로 유입됨으로써 전동체를 충분히 윤활한다. 전동체 유지 스페이서가 전동체의 하나 걸러마다 배치되는 한, 모든 전동체는 결국에는 전동체 유지 스페이서에 의해 유지된다.
결국, 전동체 유지 스페이서의 수는 전동체 수의 절반으로 감소될 수 있다. 특히, 전동체 순환로로 삽입되는 전동체 유지 스페이서의 수가 감소되며, 전동체의 수는 증가될 수 있다. 결과적으로, 상기 전동체 유지 스페이서가 채용된 직선 이동 장치의 부하 지지력은 증대될 수 있다. 또한, 전동체 유지 스페이서의 두꺼운 유지부는 구형 오목부에 의해 전동체를 유지하므로 전동체 유지 스페이서와 전동체 사이에 발생되는 접촉 압력이 감소될 수 있다.
따라서, 전동체의 순환 중에 발생할 수 있는 충돌 소음이 방지되므로, 전동체의 원활한 순환이 가능해진다. 두꺼운 유지부를 상호 연결하는 얇은 만곡부는 스트립형이며 전동체 유지 스페이서의 주행 방향에서 균일한 두께를 가진다. 얇은 만곡부를 안내하기 위해서 미끄럼 부재에 형성된 안내 홈의 폭이 얇은 만곡부의 두께보다 약간 크게 설정되어 있는 한, 전동체 유지 스페이서는 피칭 문제를 일으키지 않으면서 안정적으로 안내되기 때문에 전동체의 원활한 순환을 가능하게 한다.

Claims (6)

  1. 양측에 구형 오목부가 형성되고 상기 구형 오목부가 전동체의 굴곡면에 대응하도록 전동체 사이에 배치된 두꺼운 유지부와, 전동체가 사이에 배치된 하나의 두꺼운 유지부 쌍을 서로 연결하기 위한 얇은 만곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동체 유지 스페이서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 얇은 만곡부가 전동체의 양측에 제공되는 것을 특징으로 하는 전동체 유지 스페이서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 얇은 만곡부가 전동체의 단 일측에만 배치되는 것을 특징으로 하는 전동체 유지 스페이서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 두꺼운 유지부가 실질적으로 원형인 것을 특징으로 하는 전동체 유지 스페이서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 두꺼운 유지부의 외경이 전동체의 직경보다 작은 것을 특징으로 하는 전동체 유지 스페이서.
  6. 전동체 주행면을 가지는 궤도축와, 전동체 주행면에 대응하는 부하 주행면을 가지며 상기 궤도축에 대해 자유롭게 이동하도록 상기 궤도축에 부착된 미끄럼 부재와, 전동체 주행 순환로에 내장 배열되고 궤도축에 대한 미끄럼 부재의 이동에 수반하여 순환하는 복수개의 전동체와, 각자 전동체 각각을 회전 가능하게 유지하는 복수개의 전동체 유지 스페이서를 포함하며,
    상기 전동체 유지 스페이서가, 양측에 구형 오목부가 형성되고 상기 구형 오목부가 전동체의 굴곡면에 대응하도록 전동체 사이에 배치된 두꺼운 유지부와, 전동체가 사이에 배치된 하나의 두꺼운 유지부 쌍을 서로 연결하기 위한 얇은 만곡부를 포함하는 것을 특징으로 하는 직선 이동 장치.
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