KR20030014138A - 회전 요소 간섭 방지기 및 안내 장치 - Google Patents

회전 요소 간섭 방지기 및 안내 장치 Download PDF

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Abstract

안내 장치를 위한 회전 요소 간섭 방지기는 안내 장치의 연속 순환 경로 내에서 규칙적인 간격으로 회전하는 다수의 회전 요소가 서로 간섭하는 것을 방지한다. 회전 요소 간섭 방지기는 A가 10 % 연신 응력(10 % elongation stress), B가 인장 강도(tensile strength), C가 탄성 벤딩 모듈러스(bending modulus of elasticity)일 때 (A ×B) ÷ C ≥18의 식에 따른 물리적 성질을 갖는 열가소성 수지 탄성중합체로 형성된다.

Description

회전 요소 간섭 방지기 및 안내 장치{ROLLING ELEMENT INTERFERENCE PREVENTER AND A GUIDE DEVICE}
본 발명은 회전 요소, 스윙 베어링(swing bearing), 볼 스크류 및 스플라인(spline)을 위한 연속 순환 경로를 갖는 선형 안내 장치와 같은 안내 장치를 위한 회전 요소 간섭 방지기에 관한 것이다. 회전 요소 간섭 방지기는 한 쌍의 베어링 레이스(race) 사이에 형성된 연속 순환 경로 내에서 규칙적인 간격으로 회전하는 회전 요소가 서로 간섭하는 것을 방지한다.
베어링을 갖는 다양한 회전 안내 장치에서, 한 쌍의 베어링 레이스의 선형 운동 또는 회전은 베어링 레이스 사이에서 지지되는 볼 또는 롤러를 포함하는 회전 요소의 회전 운동의 사용으로써 가능하다. 각각의 회전 요소 사이의 접촉을 회피함으로써 마찰 저항을 감소시키고 각각의 회전 요소를 소정의 위치에 배열함으로써 부드러운 운동을 발생시키기 위하여, 금속 리테이너(retainer)를 사용하여 다수의 회전 요소를 베어링 레이스 사이에 통합시키는 것이 일반적이다.
금속 리테이너를 사용하는 종래의 안내 장치에서, 케이지(cage)가 다수의 포켓(pocket)을 갖고 회전 요소가 이들 포켓 내부로 회전 가능하게 삽입되기 때문에, 다수의 회전 요소를 안내 장치 내부로 통합시키는 작동이 용이하다는 장점이 있다. 그러나, 케이지의 포켓 내부로 통합된 다수의 회전 요소를 지지하여 이것이 하강하함으로써 케이지 자체를 제작하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 발생하지 않도록 하는 것이 요구된다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 각각의 볼 사이의 간섭을 방지하는 안내 장치 내에서의 사용을 위한 볼 간섭 방지기(회전 요소 간섭 방지기)가 제안되었다. 무한 안내 장치는 회전 경로를 갖는 트랙 레일, 회전 경로에 대하여 상호 대향되며 트랙 레일을 따라 이동하는 회전 홈을 갖는 활주 보드 및 다수의 볼(회전 요소)을 포함한다. 하중이 가해진 채로, 볼은 트랙 레일의 회전 경로와 활주 보드의 회전 홈 사이에 형성된 연속 순환 경로 내에서 회전한다. 볼 간섭 방지기는 개재부(interposing portion) 사이에서 연결하고 각각의 볼을 배열된 상태에서 회전 가능하게 지지하기 위하여 각각의 볼과 연결부 사이에 개재된 개재부를 갖는 가요성 수지 커넥터(connector)를 포함한다. 이로써, 1) 볼 사이의 충돌에 의한 금속성 소리를 제거함으로써 저소음 및 양호한 소리의 질을 달성하고(저소음), 2) 볼의 마모를 감소시키고 그리스(grease)의 보유를 증가시키며(장기간 저비용 유지), 3) 상대 마찰 속도를 감소시킴으로써 우수한 고속을 달성하고(고속), 4) 회전 진동을 크게 감소시킴으로써 운동을 부드럽게 하는(활주 성질) 것을 포함하는 다수의 상당한 효과가 달성되었다. (JP-B-6-56181, JP-A-5-52217, JP-A-5-126149, JP-A-5-196036, JP-A-5-196037 및 JP-A-9-14264)
수지 커넥터를 포함하는 이러한 구조의 볼 간섭 방지기는 방지기가 회전 안내 장치를 위하여 순환 경로 내에 통합되는 환경에서 그리스, 윤활유 또는 냉매에 잠기거나(immersed in) 접하게 된다. 또한, 볼 간섭 방지기는 굽힘, 인장, 압축, 비틀림 또는 볼과의 접촉 저항과 같은 동작을 어느 때나 겪게 된다. 순환 경로 내에서 고속으로 왕복 운동 할 때, 이들 볼 간섭 방지기는 굽힘, 인장 및 압축의 작동을 심하게 반복적으로 겪는다. 또한, 수지 커넥터를 포함하는 볼 간섭 방지기가 그리스, 윤활유 또는 냉매에 잠기거나 접할 때, 그것은 물과 기름을 흡수하여 팽창하여, 순환 경로 내의 순환 고장(failure), 방지기의 제거, 내구성, 활주 성질 및 마모 저항성의 악화를 초래한다.
따라서, 수지 커넥터를 포함하는 회전 요소 간섭 방지기는 내구성, 활주 성질 및 마모 저항성의 기계적 강도 뿐만 아니라 그리스, 윤활유 및 냉매에 대한 우수한 기름 저항성, 물 저항성 및 화학 저항성을 가질 것이 요구된다. 안내 장치의 수명을 고려하면, 활주 저항 변화를 적게 일으키면서 약 30,000 km 이상 작동하기 위하여 기름, 물 및 화학 물질에 대하여 저항성이 있을 뿐 아니라 내구성 있고 마모에 저항성이 있을 것이 요구된다.
또한, 수지 커넥터를 포함하는 회전 요소 간섭 방지기는 안내 장치 내에 형성된 연속 순환 경로를 위한 최소 곡률 반경이 상대적으로 크고, 볼이 회전 요소로서 채용되며 수지 커넥터의 형태가 고안되었기 때문에 사용 중에 부자연스런 하중이 수지 커넥터의 일부 상에만 인가되는 점에서 너무 의심스럽지는 않다. 그러나, 최근에, 안내 장치는 보다 작은 크기 및 고속일 것이 요구되고, 롤러가 회전 요소로서 채용됨으로써, 내구성, 마모 저항성 및 활주 성질이 손상되는 문제점이 발생하였다.
본 발명의 발명자는 특히 굽힘, 인장 및 압축의 심하고 반복적인 동작이 가해질 때 회전 요소 간섭 방지기의 다양한 특성(저소음, 장기간 저비용 유지, 고속 및 활주 성질)을 손상시키지 않고 보다 우수한 내구성 및 마모 저항성을 얻기 위하여 연구하였고, 회전 요소 간섭 방지기는 목적을 달성하기 위하여 10 % 연신 응력,인장 스트레스 및 탄성 벤딩 모듈러스의 특정한 균형(관계)을 갖는 열가소성 수지 탄성중합체를 사용하여 생산되어야 한다는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 안내 장치의 연속 순환 경로 내에서 규칙적인 간격으로 회전하는 다수의 회전 요소가 서로 간섭하는 것을 방지하는 안내 장치를 위한 회전 요소 간섭 방지기를 제공하는 것이다. 회전 요소 간섭 방지기는 저소음, 장기간 저비용 유지, 고속 및 활주 성질에서 우수할 뿐만 아니라 내구성 및 마모 저항성에서도 우수하고, 장기간 안정적으로 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따라 롤러 간섭 방지기를 통합한 선형 활주 롤러 베어링을 도시하는 사시도 및 세부 파단도.
도2는 도1의 선형 활주 롤러 베어링의 일부 단면도.
도3은 도1의 롤러 간섭 방지기를 도시하는 평면도.
도4는 도3의 롤러 간섭 방지기의 정면도.
도5는 도3의 선 V-V를 따라 파단한 롤러 간섭 방지기의 단면도.
도6은 도3에 도시된 롤러 간섭 방지기의 상부 단부를 도시하는 확대 사시도.
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 롤러 간섭 방지기를 도시하는 사시도.
도8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 볼 간섭 방지기를 도시하는 평면도.
도9는 도8의 볼 간섭 방지기의 정면도.
도10은 도8의 선 X-X를 따라 파단한 볼 간섭 방지기의 단면도.
도11은 도8에 도시된 볼 간섭 방지기의 상부 단부를 도시하는 확대된 사시도.
도12는 본 발명의 제4 실시예에 따라 볼 간섭 방지기를 통합한 볼 스크류의 단면도.
도13은 도12의 볼의 순환 방식을 도시하는 사시도.
도14는 도12의 볼 간섭 방지기(스페이서)를 도시하는 사시도.
도15는 도14의 볼 간섭 방지기의 단면도.
도16은 본 발명의 제5 실시예에 따라 볼 간섭 방지기를 통합한 볼 스크류를 도시하는 사시도 및 세부 파단도.
도17은 도16의 볼 스크류 내부에 통합된 볼 가섭 방지기가 볼 순환 경로 내에서 순환하는 상태를 도시하는 평면도.
도18은 도16의 볼 스크류 내부에 통합된 볼 간섭 방지기가 볼 순환 경로 내에서 순환하는 상태를 도시하는 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11 : 롤러
12 : 수지 커넥터
12a : 개재부
13 : 모따기 안내부(chamfer guide portion)
14 : 트랙 레일
15 : 활주 보드
16 : 롤러 안내 부재
17 : 뚜껑
본 발명은 안내 장치의 연속 순환 경로 내에서 규칙적인 간격으로 회전하는 다수의 회전 요소가 서로 간섭하는 것을 방지하는 안내 장치를 위한 회전 요소 간섭 방지기를 제공하는데, 회전 요소 간섭 방지기는 A가 10 % 연신 응력, B가 인장 강도, C가 탄성 벤딩 모듈러스일 때 (A ×B) ÷ C ≥18의 식에 따른 물리적 성질을 갖는 열가소성 수지 탄성중합체로 형성된다.
열가소성 수지 탄성중합체처럼, 폴리아미드 수지 탄성중합체, 폴리에스테르 수지 탄성중합체, 폴리우레탄 수지 탄성중합체, 스티렌 수지 탄성중합체 및 올레핀(olefine) 수지 탄성중합체가 예시된다. 이들은 회전 안내 장치의 작동 환경, 특히 안내 장치가 그리스, 윤활유 또는 냉매에 잠기거나 접하는 작동 환경에서 기름, 물 및 화학 물질에 대하여 큰 저항성을 가져야 한다. 평형 습도 23 ℃, 65 %RH의 환경에서 측정된 물 흡수의 계수는 1.5 wt%(하중 %) 이하이고, 양호하게는 0.5 wt% 이하이다. 672 시간 동안 85 ℃의 온도에서 화학 물질의 침전 테스트에서측정된 부풀림 인자(swelling factor)는 3 % 이상이다. 또한, 100 ℃의 끓는 물의 침전 테스트에서 인장 강도 유지는 10일 후 70 % 이상이고, 양호하게는 80 % 이상이다.
본 발명에서, A가 10 % 연신 응력, B가 인장 강도, C가 탄성 벤딩 모듈러스일 때 (A ×B) ÷ C ≥18의 식에 따른 물리적 성질을 만족시키는 열가소성 수지 탄성중합체가 채용된다. 회전 안내 장치의 유형 및 회전 요소가 볼이냐 롤러이냐에 따라 약간 차이가 나긴 하지만, 10 % 연신 응력 A는 60 내지 200 kgf/㎠, 양호하게는 90 내지 160 kgf/㎠이고, 인장 강도 B는 340 내지 460 kgf/㎠, 양호하게는 360 내지 430 kgf/㎠이고, 탄성 벤딩 모듈러스 C는 1000 내지 5000 kgf/㎠, 양호하게는 1200 내지 2700 kgf/㎠이다.
열가소성 수지 탄성중합체의 10 % 연신 응력 60 kgf/㎠보다 작지 않다면, 회전 요소 간섭 방지기의 형태는 신속히 작동하는 안내 장치의 회전 요소 상에 작용하는 원심력에 대향하여 유지되어, 안내 장치의 연속 순환 경로 내의 활주 저항 감소를 일으킨다. 반면, 그것이 200 kgf/㎠보다 크지 않다면, 굴곡 피로 파괴의 문제점이 방지된다. 만일 인장 강도가 340 kgf/㎠보다 작지 않다면, 내구성이 증가되고, 역으로 그것이 460 kgf/㎠보다 크지 않다면, 굴곡 피로 파괴의 문제점이 방지된다. 또한, 만일 탄성 벤딩 모듈러스가 1000 kgf/㎠보다 작지 않고 5000 kgf/㎠보다 크지 않다면, 활주 성질이 증가된다.
여기서, 본 발명의 회전 요소 간섭 방지기와 함께 사용하기 위한 안내 장치는 한 쌍의 베어링 레이스 및 회전 요소가 한 쌍의 베어링 레이스 사이에 인가된하중을 받으며 회전하기 위한 연속 순환 경로를 갖고 안내 장치는 예컨대, 무한 트랙을 위한 선형 안내 장치, 스윙 베어링, 볼 스크류 및 스플라인일 수 있다.
또한 본 발명의 회전 요소 간섭 방지기는 그것이 적용되는 안내 장치의 유형에 따라 다양한 형태를 취할 수 있다. 예컨대, 안내 장치가 회전 경로를 갖는 트랙 레일(하나의 베어링 레이스), 트랙 레일을 따라 이동하고 회전 경로에 상호 대향한 회전 홈을 갖는 활주 보드(다른 베이링 레이스) 및 트랙 레일의 회전 경로와 활주 보드의 회전 홈 사이에 인가된 하중을 받으며 회전하는 다수의 회전 요소를 갖는 무한 트랙을 위한 선형 안내 장치인 경우에, 회전 요소 간섭 방지기가 각각의 회전 요소 사이에 개재된 개재부를 갖는 가요성 수지 커넥터 및 각각의 개재부를 연결시키기 위한 연결부를 포함하고, 양호하게는 개재부 및 연결부로써 다수의 회전 요소를 회전 가능하게 지지하는 것이 바람직하다.
또한, 회전 요소 간섭 방지기가 이러한 가요성 수지 커넥터를 포함하는 경우에, 수지 커넥터에는 수지 커넥터의 상부 단부를 안내하기 위하여 단자 중 하나에서 모따기(chamfer) 안내부가 제공되는데, 이에 의하여 안내부가 연속 순환 경로 내에서 이동될 때, 특히 회전 요소 간섭 방지기의 상부 단부가 순환 경로의 경로를 전환하는 방향으로 들어가거나 경로를 전환하는 방향으로부터 나갈 때, 상부 단부는 안내부를 부드럽게 움직이도록 안내된다. 수지 커넥터의 단자 중 하나에 모따기 안내부를 형성함으로써 회전 요소 간섭 방지기는 안내 장치의 왕복 운동의 전후 방향으로 부드럽게 안내될 수 있다.
성형될 회전 요소 간섭 방지기의 길이는 그것을 사용하는 안내 장치를 위한순환 경로의 길이를 고려하여 결정된다. 그러나, 만일 안내 장치의 크기가 증가되고, 순환 경로의 길이가 길다면, 회전 요소 간섭 방지기는 성형을 위하여 두 개 또는 세 개로 나뉠 수도 있고, 이로써 주형의 크기가 감소될 수 있다. 이러한 경우에, 회전 요소 간섭 방지기로부터 나뉜 각각의 두 개 또는 세 개의 부분을 이루는 각각의 수지 커넥터는 단자 중 하나에서 모따기 안내부와 함께 형성된다.
본 발명의 회전 요소 간섭 방지기가 무한 트랙을 위하여 선형 안내 장치에 적용되는 경우에, 만일 회전 요소가 볼이라면, 수지 커넥터를 형성하는 열가소성 수지 탄성중합체는 10 % 연신 응력 A가 60 내지 150 kgf/㎠, 양호하게는 90 내지 130 kgf/㎠이고, 인장 강도 B가 340 내지 400 kgf/㎠, 양호하게는 350 내지 380 kgf/㎠이고, 탄성 벤딩 모듈러스 C가 1000 내지 2000 kgf/㎠, 양호하게는 1200 내지 1800 kgf/㎠인 성질을 갖는다. 10 % 연신 응력 A, 인장 강도 B 및 탄성 벤딩 모듈러스 C를 위하여 상기 범위의 값을 채용함으로써, 볼 간섭 방지기는 우수하고 균형잡힌 성능을 나타낸다(저소음, 장기간 저비용 유지, 고속, 활주 성질, 내구성 및 마모 저항성).
본 발명의 회전 요소 간섭 방지기가 무한 트랙을 위한 선형 안내 장치에 적용되는 경우, 만일 회전 요소가 롤러라면, 수지 커넥터를 형성하는 열가소성 수지 탄성중합체는 10 % 연신 응력 A가 80 내지 200 kgf/㎠, 양호하게는 100 내지 160 kgf/㎠이고, 인장 강도 B가 380 내지 460 kgf/㎠, 양호하게는 430 내지 460 kgf/㎠이고, 탄성 벤딩 모듈러스 C가 1500 내지 5000 kgf/㎠, 양호하게는 2000 내지 4000 kgf/㎠인 성질을 갖는다. 10 % 연신 응력 A, 인장 강도 B 및 탄성 벤딩 모듈러스C를 위하여 상기 범위의 값을 채용함으로써, 롤러 간섭 방지기는 우수하고 균형잡힌 성능을 나타낸다(저소음, 장기간 저비용 유지, 고속, 활주 성질, 내구성 및 마모 저항성).
또한, 안내 장치가 볼을 위한 나선 회전 경로를 갖는 스크류 축(하나의 베어링 레이스), 나선 회전 경로에 상호 대향한 나선 회전 홈을 갖는 너트(다른 베어링 레이스), 스크류 축의 나선 회전 경로와 너트의 나선 회전 홈 사이에 인가된 하중을 받으며 회전하는 다수의 볼을 갖는 볼 스크류인 경우, 볼 간섭 방지기는 무한 트랙 또는 각각의 볼 사이에 개재된 스페이서(spacer)를 위한 선형 안내 장치의 그것과 같은 수지 커넥터일 수도 있다.
본 발명의 회전 요소 간섭 방지기는 전술된 바와 같은 열가소성 수지 탄성중합체를 사용하여 종래의 잘 알려진 방법에 의하여 생산될 수 있다. 예컨대, 회전 요소 간섭 방지기가 수지 커넥터로 만들어진 경우에, 다수의 회전 요소는 주입 주형 또는 소위 삽입 주형(JP-A-6-56181, JP-A-5-52217, JP-A-5-126149, JP-A-5-196036, JP-A-5-196037 및 JP-A-9-14264에서 기술된 바와 같음) 또는 다른 방법에 의하여 코어(core)로서 생산될 수 있다.
양호한 실시예의 상세한 기술
본 발명의 양호한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 이하에 기술될 것이다.
제1 실시예
도1 내지 도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 롤러 간섭 방지기(RC) 및 롤러 간섭 방지기(RC)를 통합한 선형 활주 롤러 베어링을 도시한다.
이러한 롤러 간섭 방지기(RC)는 규칙적인 간격으로 배치된 베어링 스틸(SUJ2)로 만들어진 각각의 다수의 롤러(11) 사이에 개재된 개재부(12a) 및 각각의 개재부(12a)를 연결하는 한 쌍의 연결부(12b)를 갖고, 도3 내지 도6에서 특별히 도시된 바와 같이 복수의 롤러(11)를 선형 상태에서 회전 가능하게 지지하는 가요성 수지 커넥터(12)를 포함한다. 수지 커넥터(12)의 단자 중 하나에서, 롤러(11a)의 형태와 거의 유사한 형태를 갖는 모따기 안내부(13)가 도6에 도시된 바와 같이 단자에 위치된 롤러(11a)를 감싸도록 형성된다.
통합된 롤러 간섭 방지기(RC)를 갖는 선형 활주 롤러 베어링은 도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 강성을 갖는 금속 트랙 레일(14, 하나의 베어링 레이스), 강성을 갖는 금속 활주 보드(15, 다른 베어링 레이스), 합성 수지로 만들어지고 활주 보드(15) 내에서 종방향을 따라 천공된 구멍(15b) 내에 부착된 롤러 안내 부재(16), 합성 수지로 만들어지고 롤러 안내 부재(16)와 함께 활주 보드(15) 상에 부착된 뚜껑(17) 및 수지 커넥터(12)에 의하여 사슬(chain)처럼 지지된 다수의 롤러(11)를 기본적으로 포함한다.
이러한 제1 실시예에서, 트랙 레일(14)은 어깨부 중 한 곳에서 롤러(11)를 위하여 회전 경로(14a)같은 평평한 평면과 함께 형성되고, 활주 보드(15)는 하중을 가하는 롤러(11)를 위하여 하중 롤러 회전 경로(15a)와 함께 형성된다. 또한, 롤러 안내 부재(16)는 롤러(11)가 하중을 받지 않는 상태에서 회전하도록 안내하기 위하여 무하중 롤러 안내 보어(16a)와 함께 형성된다. 뚜껑(17)은 활주 보드(!5)의 하중 롤러 회전 경로(15a)와 롤러 안내 부재(16)의 무하중 롤러 안내 보어(16a)를 연결함으로써 롤러(11)의 연속 순환 경로를 구성하는 도시 안된 방향 전환 경로와 함께 형성된다.
제2 실시예
도7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 롤러 간섭 방지기(RC)를 도시한다. 이러한 롤러 간섭 방지기(RC)는 규칙적인 간격으로 배치된 베어링 스틸(SUJ2)로 만들어진 각각의 다수의 롤러(21) 사이에 개재된 판과 같은 개재부(22a), 롤러(21)의 측면 중 하나 상의 각각의 개재부(22a)를 연결하는 한 쌍의 연결부(22b)를 갖고 다수의 롤러(21)를 선형 상태로 회전 가능하게 배열하는 가요성 수지 커넥터(22)를 포함한다. 수지 커넥터(22)의 단자 중 하나에서, 반원통 형태 및 롤러(21a)와 거의 동일한 곡률 반경을 갖는 모따기 안내부(23)가 형성된다.
제2 실시예에 따른 롤러 간섭 방지기(RC)는 수지 커넥터(22)를 사용함으로써 롤러(21)를 지지하지 않지만, 제1 실시예의 롤러 간섭 방지기(RC)와 동일한 방식으로 선형 활주 롤러 베어링의 연속 순환 경로 내부로 통합되고, 이로써 롤러(21)는 서로 접촉하고 간섭하지 않게 된다.
제3 실시예
도8 내지 도11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 볼 간섭 방지기(BC)를 도시한다. 이러한 볼 간섭 방지기(BC)는 규칙적인 간격으로 배치된 베어링 스틸(SUJ2)로 만들어진 각각의 다수의 볼(31) 사이에 개재된 개재부(32a), 각각의 개재부(32a)를 연결하기 위한 한 쌍의 연결부(32b)를 갖고 다수의 볼(31)을 선형 상태로 회전 가능하게 배열하는 가요성 수지 커넥터(32)를 포함한다. 수지 커넥터(32)의 단자 중하나에서, 볼(31a)의 형태와 거의 동일한 형태를 갖는 모따기 안내부(33)가 단자에 위치된 볼(31a)을 감싸도록 형성된다.
또한, 이러한 볼 간섭 방지기(BC)는 제1 실시예의 롤러 간섭 방지기(RC)와 동일한 방식으로 선형 활주 볼 베어링의 연속 순환 경로에 통합된다.
제4 실시예
도12 내지 도15는 본 발명의 제4 실시예에 따른 볼 간섭 방지기(BC) 및 통합된 볼 간섭 방지기(BC)를 갖는 볼 스크류(BS)를 도시한다.
이러한 볼 간섭 방지기(BC)는 전방면과 후방면 상에서 부분적으로 볼(41)을 수용하기 위한 구형 오목부(42a, concave portion)를 갖는 다수의 스페이서(42)를 포함한다. 볼 간섭 방지기(BC)는 볼(41)을 위한 나선 회전 경로(44a)를 갖는 스크류 축(하나의 베어링 레이스), 나선 회전 경로에 상호 대향한 나선 회전 홈(45a)을 갖는 너트(다른 베어링 레이스) 및 스크류 축(44)의 나선 회전 경로와 너트(45)의 나선 회전 홈(45a) 사이에서 인가된 하중을 받으며 회전하는 다수의 볼(41)을 포함하는 볼 스크류의 연속 선호 경로 내부로 통합되고, 인접한 볼(41) 사이에 위치하여 볼(41)이 서로 접촉 및 간섭하는 것을 방지한다.
이러한 제4 실시예에서, 너트(45)는 외부 원주부의 일부를 절단함으로써 형성된 클램프 면(45b) 상에 부착된 거의 U자형인 복귀 관(46, return pipe)을 갖는다. 복귀 관(46)의 양 단부는 스크류 축(44)의 나선 회전 경로(44a)에 상호 대향한 나선 회전 홈(45a)을 개방하여 침투하기 위하여 너트(44)의 주변 벽을 관통한다. 또한, 단부 중 한 곳에서, 볼 픽업부(46a, ball pickup portion)가 나선 회전경로(44a)와 나선 회전 홈(45a) 사이에서 복귀 관(46)으로 인가된 하중을 받으며 회전하는 볼(41)을 픽업하고, 복귀 관(46)을 통하여 회전하는 볼(41)을 나선 회전 경로(44a)와 나선 회전 홈(45a) 사이로 공급하도록 형성된다. 볼(41)의 연속 순환 경로는 스크류 축(44), 너트(45) 및 복귀 관(46)을 포함한다.
제4 실시예의 볼 간섭 방지기(BC)를 구성하는 스페이서(42)는볼 스크류의 연속 순환 경로 내부로 통합된 인접한 볼(41) 사이에 위치되고, 볼(41)과 함께 이러한 순환 경로를 순환하며, 볼(41)이 서로 접촉하고 간섭하는 것을 방지한다.
제5 실시예
도16 내지 도18은 본 발명의 제4 실시예에서와 동일한 방식으로 볼 스크류(BS) 내부로 통합된 볼 간섭 방지기(BC)를 도시한다.
이러한 볼 간섭 방지기(BC)는 제4 실시예의 것과는 틀리고 제3 실시예의 것과는 유사한데, 규칙적인 간격으로 비열된 각각의 다수의 볼(51) 사이에 개재된 개재부(52a) 및 각각의 개재부(52a)를 연결하는 연결부(52b)를 갖고, 다수의 볼(51)을 회전 가능하게 지지하는 가요성 수지 커넥터(52)를 포함한다. 수지 커넥터(52)의 단자 중 하나에서, 단자에 위치된 볼(51a)을 감싸기 위하여 모따기 안내부(53)가 형성된다.
도16 내지 도18에서, 볼 회전 홈(54a)은 스크류 축(54) 내에 형성되고, 무하중 회전 홈(55a)은 너트(55) 내에 형성된다. 또한, 너트(54)에 부착되고 스크류 축(54)과 너트(55) 사이에서 연속 순환 경로를 형성하는 편향기(56, deflector)는 볼 복귀 홈(56a)과 함께 형성되며, 이로써 수지 커넥터(52)에 의하여 연결된 다수의 볼이 인가되는 하중을 받으며 스크류 축(54)의 볼 회전 홈, 너트(55)의 무하중 회전 홈(55a) 및 편향기(56)의 볼 복귀 홈(56a)에 의하여 순환 경로 내에서 회전할 수 있다.
제5 실시예의 이러한 볼 간섭 방지기(BC)는 제4 실시예의 볼 간섭 방지기(BC)처럼 볼(51)이 서로 접촉하고 간섭하는 것을 방지한다.
예
본 발명은 몇몇의 실험예(예 및 비교예)를 기초로 이하에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
실험예 1 내지 4
표1에 기술된 바와 같이, 열가소성 수지 탄성중합체로서, 폴리에스테르 수지 탄성중합체[토요보 사(TOYOBO Co., Ltd.)에 의하여 생산된 제품명 펄플렌(Perplene) EN1000, EN2000, EN3000 및 EN5000]를 사용하여, 4 mmφ×7 mm크기의 베어링 스틸(SUJ2)로 만들어진 75 롤러가 다수의 롤러와 함께, 주입 성형에 의하여 코어로서 생산되었고, 주형으로부터 이탈됨으로써 약 340 mm의 길이 및 제1 실시예를 위한 도3 내지 도6에 도시된 바와 같은 형태를 갖는 롤러 간섭 방지기를 성형하였다.
각각의 실험예 1 내지 4의 얻어진 롤러 간섭 방지기는 내구성, 활주 성질, 마모 저항성, 물 흡수율, 부풀림 성질 및 물 저항성을 위하여 조사되었다.
결과는 아래의 표1에 기술된다.
내구성
도1 및 도2에 도시된 바와 같이, 각각의 실험예 1 내지 4의 롤러 간섭 방지기가 트랙 레일이 고정된 채로 선형 활주 롤러 베어링의 연속 순환 경로에 통합되었고, 활주 보드는 200 m/min의 속도(f), 2500 mm의 스트로크(St) 및 1 G의 가속도의 조건 하에서 왕복 운동된다. 내구성은 세 개의 수준에서 평가되었는데, O는 30,000 km 작동 후에 비정상(abnormality)이 존재하지 않는 것을 지시하고, △는 30,000 km 작동 후에 부분적으로 몇몇의 손상이 있으나 작동를 위한 비정상은 존재하지 않는 것을 지시하고, x는 30,000 km 미만의 작동 후에 파손과 같은 비정상이 존재하는 것을 지시한다.
활주 성질
내구성의 측정과 동일한 방식으로, 각각의 실험예 1 내지 4의 롤러 간섭 방지기가 트랙 레일이 고정된 채로, 선형 활주 롤러 베어링의 연속 순환 경로에 통합되었고, 활주 보드는 로드 셀의 500 Hz의 샘플링 주파수에서 트랙 레일 내의 활주 보드의 회전 저항을 측정하도록 로드 셀에 의하여 가압되었다. 활주 성질은 세 개의 수준에서 평가되었는데, O는 저항 변화가 회전 저항의 25 % 이하이므로 사용하기에 적절한 경우이고, △는 저항 변화가 부분적으로 회전 저항의 25 %를 초과함에도 불구하고 사용 가능한 경우이고, x는 저항 변화가 전체적으로 회전 저항의 25 %를 초과하여 사용 불가능한 경우이다.
마모 저항성
내구성의 측정과 동일한 방식으로, 각각의 실험예 1 내지 4의 롤러 간섭 방지기가 트랙 레일이 고정된 채로, 선형 활주 롤러 베어링의 연속 순환 경로에 통합되었고, 활주 보드는 롤러 간섭 방지기의 수지 커넥터의 상부 단부 코너에서의 마모의 양을 측정하도록 200 m/min의 속도(f), 2500 mm의 스트로크(St) 및 1 G의 가속도의 조건 하에서 왕복 운동된다. 마모 저항성은 세 개의 수준에서 평가되었는데, O는 마모에 있어서 비정상이 존재하지 않는 경우이고, △는 몇몇의 초기의 마모가 존재하나 진행 중인 마모는 없는 경우이고, x는 상부 단부에 진행 중인 마모가 존재하여 작동 중에 파손으로 이어질 수 있는 경우이다.
물 흡수율
표1에 기술된 바와 같이 각각의 실험예 1 내지 4에 채용된 네 가지 종류의 폴리에스테르 수지 탄성중합체를 사용하여, JIS 3형의 덤벨(dumbbell) 표본이 JIS K6251에 일치되게 생산되었고, 덤벨 표본의 크기 변화가 23 ℃, 65 %RH의 평형 습도의 환경에서 측정되었으며, 물 흡수율이 세 개의 수준에서 평가되었는데, 여기서 O는 0.5 % 이하인 경우이고, △는 0.5 %에서 1.5 %인 경우이고, x는 1.5 % 초과인 경우이다.
부풀림 성질
물 흡수율의 테스트와 동일한 방식으로, JIS 3형의 덤벨 포본이 생산되었고, 덤벨 표본은 합성 냉매[캐스트롤(Castrol)사에 의하여 생산된 신틸로(Synthylo)], 용융 가능한 냉매[일본 퀘이커화학(Japan Quakerchemical)사에 의하여 생산된 마이크로컷(Microcut) 3850-LH] 및 에멀전(emulsion) 냉매[유시로 화학 산업(Yushiro Chemical Industries)사에 의하여 생산된 유시로켕(Yushiroken) EC50T-3]를 테스트 기름으로 채용하였고 환경 테스트 장치[카토(KATO)사에 의하여 생산된 SSE740RA]를사용하여 85 ℃의 온도에서 672 시간 동안 테스트 기름 내에 잠겼다. 부풀림 인자는 부풀림에 의한 덤벨 표본의 크기 변화의 값으로부터 계산되며, 세 개의 수준에서 평가되었는데, 여기서 O는 1.5 % 이하인 경우, △는 1.5 %에서 3 %인 경우이고, x는 3 % 초과인 경우이다.
물 저항성
물 흡수율과 부풀림 성질의 테스트와 동일한 방식으로, JIS 3형의 덤벨 표본이 생산되었고, 덤벨 표본의 인장 강도 변화(인장 강도 : 500 mm/min)를 측정하도록 100 ℃의 끓는 물에서 10 일 동안 잠겼다. 여기서 O는 10 일이 경과된 후에 80 % 이상의 인장 강도가 유지되는 경우이고, △는 10 일 이후에 70 % 내지 80 %의 인장 강도가 유지되는 경우이고, x는 10 일 후에 70 % 미만의 인장 강도가 유지되는 경우이다.
롤러 간섭 방지기
1 2 3 4
폴리에스테르수지탄성중합체 탄성중합체 제품명 펄플렌(Perplene)
등급 EN1000 EN2000 EN3000 EN5000
10 % 연신 응력(kgf/㎠) 69 80 158 193
인장 강도(kgf/㎠) 360 370 430 455
탄성 벤딩 모듈러스(kgf/㎠) 1200 1600 2700 4800
(A×B)÷C의 값 20.7 18.5 25.2 18.2
평가 내구성 O △ O O
활주 성질 O O O △
마모 저항성 O O O △
물 흡수율 O O O O
부풀림 성질 △ O O O
물 저항성 △ O O O
실험예 5 내지 9
표2에 기술된 바와 같이, 열가소성 수지 탄성중합체로서, 폴리에스테르 수지 탄성중합체[토요보 사(TOYOBO Co., Ltd.)에 의하여 생산된 제품명 펄플렌(Perplene) EN1000, EN2000, EN3000 및 EN5000]를 사용하여, [54 kgf/㎠의 10 % 연신 응력 a, 220 kgf/㎠의 인장 강도 b, 1100 kgf/㎠의 탄성 벤딩 모듈러스 c, (A ×B)÷C=10.8], 3.969 mmφ크기의 베어링 스틸(SUJ2)로 만들어진 34 볼이 다수의 볼과 함께, 주입 성형에 의하여 코어로서 생산되었고, 주형으로부터 이탈됨으로써 도8 내지 도11에 도시된 바와 같은 형태를 갖는 볼 간섭 방지기를 성형하였다.
각각의 실험예 5 내지 9의 얻어닙 볼 간섭 방지기는 내구성, 활주 성질, 마모 저항성, 물 흡수율, 부풀림 성질 및 물 저항성을 위하여 전술된 실험예 1 내지 4에서와 동일한 방식으로 조사되었다.
결과는 아래의 표2에 기술된다.
볼 간섭 방지기
실험예 번호 5 6 7 8 9
폴리에스테르 수지탄성중합체 탄성중합체 거래 명칭 펄플렌(Perplene) -
등급 EN1000 EN2000 EN3000 EN5000
10 % 연장 스트레스(kgf/㎠) 69 80 158 193 54
인장 강도(kgf/㎠) 360 370 430 455 220
탄성 벤딩 모듈러스(kgf/㎠) 1200 1600 2700 4800 1100
(A×B)÷C의 값 20.7 18.5 25.2 18.2 10.8
평가 내구성 △ O O △ △
활주 성질 O O △ △ O
마모 저항성 O O O △ O
물 흡수율 O O O O △
부풀림 성질 △ O O O x
물 저항성 O O O O △
회전 요소 간섭 방지기를 통합시킨 안내 장치 내에서, 본 발명의 회전 요소 간섭 방지기를 가지고, 우수한 저소음, 장기간 저비용 유지, 고속 및 활주 성질을 나타내는 것이 가능하며, 동시에, 우수한 내구성 및 마모 저항성을 나타내는 것이 가능하고, 이에 의하여 안내 장치는 크기의 감소 및 속도의 증가에 대처하도록 장기간 안정적으로 채용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 안내 장치를 위한 회전 요소 간섭 방지기이며,
    연속 순환 경로와,
    연속 순환 경로 내에서 규칙적인 간격으로 회전하는 복수의 회전 요소를 포함하고,
    회전 요소 간섭 방지기는 회전 요소가 서로 간섭하는 것을 방지하고, A가 10 % 연신 응력, B가 인장 강도, C가 탄성 벤딩 모듈러스일 때 (A ×B) ÷ C ≥18의 식에 따른 물리적 성질을 갖는 열가소성 수지 탄성중합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 회전 요소 간섭 방지기.
  2. 제1항에 있어서, 열가소성 수지 탄성중합체는 60 내지 200 kgf/㎠의 10 % 연신 응력 A, 340 내지 460 kgf/㎠의 인장 강도 B 및 1000 내지 5000 kgf/㎠의 탄성 벤딩 모듈러스 C를 갖는 것을 특징으로 하는 회전 요소 간섭 방지기.
  3. 제1항에 있어서, 열가소성 수지 탄성중합체를 위한 물 흡수 계수는 1.5 wt%이하인 것을 특징으로 하는 회전 요소 간섭 방지기.
  4. 제1항에 있어서, 열가소성 수지 탄성중합체의 부풀림 인자는 3 %이하인 것을 특징으로 하는 회전 요소 간섭 방지기.
  5. 제1항에 있어서, 열가소성 수지 탄성중합체의 인장 강도는 100 ℃의 끓는 물 담금 테스트(immersion test)에서 10 일 후 70 % 이상인 것을 특징으로 하는 회전 요소 간섭 방지기.
  6. 회전 경로를 갖는 트랙 레일과,
    회전 경로에 대향한 회전 홈을 갖고 트랙 레일을 따라 이동하는 활주 보드와,
    회전 경로와 회전 홈 사이에 인가된 하중을 받으며 회전하는 복수의 회전 요소와,
    각각의 회전 요소 사이에 개재된 복수의 개재부 및 각각의 개재부를 연결하기 위한 연결부를 갖는 가요성 수지 커넥터를 포함하는 회전 요소 간섭 방지기를 포함하고,
    회전 요소 간섭 방지기는 A가 10 % 연신 응력, B가 인장 강도, C가 탄성 벤딩 모듈러스일 때 (A ×B) ÷ C ≥18의 식에 따른 물리적 성질을 갖는 열가소성 수지 탄성중합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 안내 장치.
  7. 제6항에 있어서, 수지 커넥터는 개재부 및 연결부에 의하여 회전 요소를 배열된 상태에서 회전 가능하게 지지하는 것을 특징으로 하는 안내 장치.
  8. 제6항에 있어서, 회전 요소는 볼이고, 열가소성 수지 탄성중합체는 60 내지 100 kgf/㎠의 10% 연신 응력 A, 340 내지 400 kgf/㎠의 인장 강도 B 및 1000 내지 2000 kgf/㎠의 탄성 벤딩 모듈러스 C를 갖는 것을 특징으로 하는 안내 장치.
  9. 제6항에 있어서, 회전 요소는 롤러이고, 열가소성 수지 탄성중합체는 80 내지 200 kgf/㎠의 10 % 연신 응력 A, 380 내지 460 kgf/㎠의 인장 강도 B 및 2000 내지 5000 kgf/㎠의 탄성 벤딩 모듈러스 C를 갖는 것을 특징으로 하는 안내 장치.
  10. 나선 회전 경로를 갖는 스크류 축과,
    나선 회전 경로에 대향한 나선 회전 홈을 갖는 너트와,
    나선 회전 경로와 나선 회전 홈 사이에서 회전하는 복수의 볼과,
    볼 간섭 방지기를 포함하고,
    볼 간섭 방지기는 각각의 볼 사이에 개재된 복수의 스페이서를 포함하고, 볼 간섭 방지기는 A가 10 % 연신 응력, B가 인장 강도, C가 탄성 벤딩 모듈러스일 때 (A ×B) ÷ C ≥18의 식에 따른 물리적 성질을 갖는 열가소성 수지 탄성중합체로 형성되는 것을 특징으로 하는 안내 장치.
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