KR20040032086A - 리니어 액튜에이터 - Google Patents

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KR20040032086A
KR20040032086A KR10-2003-7005919A KR20037005919A KR20040032086A KR 20040032086 A KR20040032086 A KR 20040032086A KR 20037005919 A KR20037005919 A KR 20037005919A KR 20040032086 A KR20040032086 A KR 20040032086A
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rolling
rolling element
screw shaft
ball
load
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KR10-2003-7005919A
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가쯔야 이이다
도시아끼 가도노
다께오미 가와까미
류우지 후루사와
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티에치케이 가부시끼가이샤
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Abstract

저발진 및 저소음을 실현할 수 있고, 게다가 부하할 수 있는 축선 방향 하중도 큰 리니어 액튜에이터를 제공한다. 리니어 액튜에이터의 가이드부의 볼(28…) 사이에는 볼(28…)의 곡면에 대응하는 구면 오목부를 양 단부에 갖는 복수의 스페이서(30…)가 설치되고, 상기 복수의 스페이서(30…)는 가요성을 갖는 띠형 부재(31)에 일련으로 연결된다. 한편, 나사부의 나사축용의 볼(33…) 사이에는 볼의 곡면에 대응하는 구면 오목부를 양 단부로 갖고, 서로 분리되는 복수의 스페이서(35…)가 설치된다. 가이드부 및 나사부의 형상에 따라서, 리테이너(27) 및 스페이서(35)를 선택함으로써, 볼끼리 및 볼과 그 주위의 순환 통로와의 불필요한 접촉이 방지되고, 저발진 및 저소음을 실현할 수 있다.

Description

리니어 액튜에이터{Linear Actuator}
도11에 도시한 바와 같이, 단면 대략 U자형의 외측 레일(1)과, 외측 레일(1) 내에 설치되고, 양 측면에 가이드부(2a, 2a), 중앙에 볼 나사부(2b)를 일체 구조로 한 내측 블럭(2)을 구비하는 리니어 액튜에이터가 알려져 있다.
가이드부(2a, 2a)의 구성에 대하여 설명한다. 외측 레일(1)의 대향하는 한 쌍의 내벽면(1a, 1a) 각각에는 상하로 2개의 볼 전주 홈(1b, 1b)이 형성된다. 한편, 외측 레일(1) 내에 설치되는 내측 블럭(2)의 양 측면에는 외측 레일(1)의 볼 전주 홈(1b, 1b)에 대향하는 부하 전주 홈(2c, 2c)이 형성되고, 서로 대향하는 볼 전주 홈(1b, 1b)과 부하 전주 홈(2c, 2c) 사이에는 복수의 볼(3…)이 구름 운동 가능하게 개재되어 있다.
나사부(2b)의 구성에 대하여 설명한다. 내측 블럭(2)의 중앙에는 나사축(4)이 관통하고 있다. 나사축(4)의 외주면에는 나선형의 볼 전주 홈이 형성된다. 내측 블럭(2)의 관통 구멍에는 볼 전주 홈에 대응하여 나선형의 부하 볼 전주 홈이형성된다.
본 발명은 단면 대략 U자형의 궤도 부재와, 궤도 부재 내에 설치되고, 양 측면에 가이드부, 중앙에 볼 나사부를 일체 구조로 한 이동 부재를 구비하는 액튜에이터에 관한 것이다.
도1은 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 리니어 액튜에이터의 주요부를 도시한 사시도(일부 단면도를 포함함)이다.
도2는 상기 리니어 액튜에이터의 분해 사시도이다.
도3은 상기 리니어 액튜에이터의 평면도이다.
도4는 상기 리니어 액튜에이터의 측면도(일부 단면을 도시함)이다.
도5는 도4의 V-V선 단면도이다.
도6은 보유 지지 부재의 평면도이다.
도7은 보유 지지 부재의 측면도이다.
도8은 도7의 Ⅷ-Ⅷ선 단면도이다.
도9는 나사부의 볼 순환로에 수납되는 볼 및 스페이서를 도시한 사시도이다.
도10은 가이드부의 볼 순환로에 수납되는 볼 및 리테이너를 도시한 개략도이다.
도11은 종래의 리니어 액튜에이터를 도시한 사시도이다.
이와 같은 리니어 액튜에이터는 가이드부(2a, 2a)와 볼 나사부(2b)를 응축하고 있으므로, 최소의 공간으로 고강성, 고정밀도인 액튜에이터 기능을 갖는다. 이로 인해, 반도체 제조 장치, 액정 제조 장치, 의료 관련 등의 깨끗한 환경 하에서 사용되는 일이 많다. 깨끗한 환경 하에서는 액튜에이터로부터의 발진(發塵)이 적은 것, 액튜에이터로부터 발생되는 소리가 작은 것이 요구된다.
액튜에이터로부터의 발진을 저감하기 위해, 액튜에이터의 가이드부를 포함하는 구동 부분을 케이스로 씌우거나, 또는 케이스 내부를 에어 흡인하거나 하는 일이 행해진다. 그러나, 가이드부를 포함하는 구동 부분을 케이스로 씌워도, 미끄럼 이동 부분으로부터는 여전히 먼지가 발생하므로 근본적인 해소책은 안된다.
또한, 리니어 액튜에이터의 볼 나사부(2b)에는 위치 결정 정밀도를 높이기 위해 여압이 가해지지만, 리니어 액튜에이터의 내측 블럭(2)은 통상의 나사축과 너트로 구성된 볼 나사와 달리, 가이드부(2a, 2a)와 볼 나사부(2b)가 일체 구조로 되어 있다. 이로 인해, 제조 공정 상, 통상의 볼 나사와 같이 너트에 형성된 볼 전주 홈의 위상을 엇갈리게 함으로써 여압을 부여하는 방식을 채용할 수 없고, 그 대신에, 나사축(4)과 내측 블럭(2) 사이의 간극보다도 약간 직경이 큰 오버 사이즈의 볼을 충전하는 이른바 오버 사이즈의 여압 방식이 채용된다. 오버 사이즈의 볼을 충전하는 여압 방식의 경우, 볼이 원활하게 순환하도록 오버 사이즈의 볼 사이에 약간 직경이 작은 스페이서 볼이 충전된다. 그러나, 스페이서 볼을 충전하면, 그만큼 부하를 받는 볼의 수도 감소하고, 부하할 수 있는 축방향의 하중이 저감되어 버린다.
그래서, 본 발명은 저발진 및 저소음을 실현할 수 있고, 게다가 부하할 수 있는 축선 방향 하중도 큰 리니어 액튜에이터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 본 발명에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명의 이해를 용이하게 하기 위해 첨부 도면의 참조 번호를 괄호 넣기로 부기하지만, 그에 의해 본 발명이 도시하는 형태로 한정되는 것은 아니다.
본 발명자는 전동체끼리의 금속 접촉을 방지하고, 또한 전동체를 정렬 운동시키기 위해서, 가이드부 및 나사부의 전동체 사이에 전동체의 곡면에 대응한 오목부를 양 단부에 갖는 스페이서를 설치하였다. 또한, 가이드부의 전동체의 순환 운동이 직선형의 부하 전주로와 직선형의 복귀 통로를 U자형의 방향 전환로로 연결한 일평면 내의 2차원적인 운동인 것 및 나사부의 전동체의 순환 운동이 나선형의 복잡한 3차원적인 운동인 것에 착안하여, 가이드부에 충전되는 복수의 스페이서를 띠형 부재로 일련으로 연결하고, 나사부에 충전되는 복수의 스페이서를 서로 분리시켜, 이에 의해 전동체와 그 주위의 순환로와의 접촉도 방지하였다.
구체적으로는, 청구항 1의 발명은 서로 대향하는 내벽면(7a, 7a)을 갖는 단면 대략 U자형의 궤도 부재(7)와, 상기 내벽면(7a, 7a) 사이에 협지되는 이동 부재(8)와, 상기 이동 부재(8)를 관통하는 나사축(9)을 구비하고, 상기 궤도 부재(8)의 내벽면(7a, 7a)에는 전동체 전주부(11)가 형성되고, 상기 이동 부재(8)의 양 측면에는 상기 전동체 전주부(11)에 대응하는 부하 전동체 전주부(19)가 형성되고, 상기 이동 부재(8)에는 상기 전동체 전주부(11)와 상기 부하 전동체 전주부(19) 사이를 구르는 전동체(28…)를 순환시키기 위해, 상기 부하 전동체 전주부(19)로부터 소정 간격을 두고 평행하게 연장되는 전동체 복귀 통로(C) 및 상기 부하 전동체 전주부(19)와 상기 전동체 복귀 통로(C) 사이를 접속하는 방향 전환로(B)가 설치되고, 상기 나사축(9)의 외주면에는 나선형의 나사축용 전동체 전주부(9a)가 형성되고, 상기 이동 부재(8)의 관통 구멍에는 상기 나사축용 전동체 전주부(9a)에 대응하는 나사축용 부하 전동체 전주부(15a)가 형성되고, 상기 이동 부재(8)에는 상기 나사축용 전동체 전주부(9a)와 나사축용 부하 전동체 전주부(15a) 사이를 구르는 나사축용 전동체(33…)를 순환시키기 위한 나사축용 전동체 복귀 통로(E)가 설치되는 리니어 액튜에이터에 있어서, 상기 전동체 사이(28…)에는 상기 전동체(28…)의 곡면에 대응하는 곡면형 오목부(30a…)를 양 단부에 갖는 복수의 스페이서(30…)가 설치되고, 상기 복수의 스페이서(30…)는 가요성을 갖는 띠형 부재(31, 31)로 일련으로 연결되고, 상기 나사축용 전동체(33…) 사이에는 상기 나사축용 전동체(33…)의 곡면에 대응하는 곡면형 오목부를 양 단부로 갖고, 서로 분리되는 복수의 스페이서(35…)가 설치되고, 상기 이동 부재(8)에는 상기 부하 전동체 전주부(19)의 양측 모서리에 따라 연장되고, 상기 궤도 부재(7)부터 상기 이동 부재(8)를 제거했을 때에 상기 띠형 부재(31, 31) 및 상기 스페이서(30…)에 보유 지지된 전동체(28…)가 상기 이동 부재(8)로부터 탈락되는 것을 방지하기 위한 보유 지지 부재(17)가 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터에 의해, 상술한 과제를 해결한다.
본 발명에 따르면, 가이드부 및 나사부에 충전되는 전동체 사이에 전동체의 곡면에 대응한 오목부를 갖는 스페이서를 넣음으로써, 금속제의 전동체끼리의 금속 접촉이 방지된다. 또한, 평면 내에서 2차원적인 운동을 하는 가이드부에 충전되는 복수의 스페이서를 띠형 부재로 일련으로 연결하였으므로, 전동체가 일정한 궤도 내를 순환하고, 전동체와 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉이 보다 방지된다. 한편, 나사부에 있어서는 2차원적인 방향 전환에 그치지 않고, 삼차원적인 방향 전환, 또는 진행 방향 주위의 비틀림 운동이 필요하게 되므로, 복수의 스페이서를 띠형 부재로 연결하는 일 없이 분리시킴으로써, 전동체와 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉이 방지된다. 전동체끼리 및 전동체와 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉이 방지되므로, 저발진 및 저소음을 실현할 수 있다.
또한, 전동체의 곡면에 대응하는 곡면형 오목부를 양 단부로 갖는 스페이서를 충전함으로써, 예를 들어 스페이서 볼을 사용하는 경우에 비해서, 전동체 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 따라서, 부하할 수 있는 축선 방향 하중도 큰 리니어 액튜에이터를 얻을 수 있다.
또한, 청구항 2의 발명은 청구항 1에 기재된 리니어 액튜에이터에 있어서, 상기 부하 전동체 전주부(19, A), 상기 전동체 복귀 통로(B), 상기 방향 전환로(B)로 구성되는 전동체 순환로에는 상기 띠형 부재(31, 31)를 안내하기 위한 안내부(16a, 26)가 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 띠형 부재가 전동체 순환로에 설치한 안내부에 의해 안내되므로, 띠형 부재가 보다 일정한 궤도 내를 순환하고, 띠형 부재에 연결되는 복수의 스페이서 및 복수의 스페이서 사이에 개재되는 전동체도 보다 일정한 궤도 내를 순환한다.
또한, 청구항 3의 발명은 청구항 1 또는 2에 기재된 리니어 액튜에이터에 있어서, 상기 전동체 복귀 통로(C)를 구성하는 복귀 통로 구성 부재(16), 상기 방향 전환로(B)의 내주측을 구성하는 방향 전환로 내주측 구성 부재(25), 상기 방향 전환로(B)의 외주측을 구성하는 방향 전환로 외주측 구성 부재(18) 및 상기 보유 지지 부재(17)가 상기 이동 부재(8)의 본체와는 별개 부재로 수지로 성형되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 가이드부에 있어서 금속 접촉하는 것이 전동체와 궤도 부재의 전동체 전주부 및 전동체와 이동 부재의 부하 전동체 전주부에 한정되므로, 보다 발진 및 소음을 억제할 수 있다.
도1 내지 도4는 본 발명의 일실시 형태에 있어서의 리니어 액튜에이터를 도시한다. 도1은 리니어 액튜에이터의 주요부의 사시도(일부 단면을 포함함)를 도시하고, 도2는 분해 사시도, 도3은 평면도, 도4는 측면도를 도시한다. 리니어 액튜에이터는 단면 대략 U자형의 궤도 부재로서의 외측 레일(7)과, 외측 레일 내에 설치되고, 양 측면에 가이드부, 중앙에 볼 나사부를 일체 구조로 한 이동 부재로서의 내측 블럭(8)을 구비한다. 내측 블럭(8)에 나사 결합시킨 나사축(9)을 도시하지 않은 전동 모터 등의 구동원으로 회전시키면, 내측 블럭(8)이 외측 레일(7)에 따라서 직선 운동한다. 이와 같은 리니어 액튜에이터는 가이드부와 볼 나사부가 일체 구조로 되어 있으므로, 최소의 공간으로 고강성, 고정밀도의 액튜에이터 기능을 갖는다.
우선, 리니어 액튜에이터의 가이드부에 대하여 설명한다. 외측 레일(7)은 단면 대략 U자 형상으로, 서로 저항하는 한 쌍의 내벽면(7a, 7a)을 갖는다. 내벽면(7a, 7a)에는 오목 홈(10, 10)이 전체 길이에 걸쳐서 형성되어 있고, 각 오목 홈(10)의 상하 다리부에 전동체 전주부로서의 2조의 볼 전주 홈(11, 11)이 형성되어 있다. 즉, 볼 전주 홈(11…)은 외측 레일(7) 한 쌍의 내벽면(7a, 7a)의 상하에 2조씩 합계 4조 설치된다. 이 볼 전주 홈(11…)은 단면이 볼의 반경보다도 약간 큰 곡률을 갖는 단일의 원호, 이른바 원호 홈으로 이루어진다. 도3 및 도4에 도시한 바와 같이, 외측 레일(7)의 길이 방향의 양 단부에는 나사축(9)을 회전 가능하게 지지하는 하우징(13, 14)이 설치된다. 하우징(13, 14)과 외측 레일(7)은 볼트 등의 결합 수단에 의해 결합된다. 하우징(13)에는 구동원이 부착되고, 구동원의 출력축과 나사축 사이에는 커플링이 개재된다.
도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 외측 레일(7)의 내벽면(7a, 7a)에는 내측 블럭(8)이 끼워진다. 내측 블럭(8)은 블럭 본체(15)와 블럭 본체(15)에 조립되는 수지 성형체[복귀 통로 구성 부재(16…) 및 보유 지지 부재(17, 17)]와, 블럭 본체(15)의 양 단부면에 장착되는 단부판(18, 18)을 구비한다.
블럭 본체(15)의 양 측면에는 외측 레일(7)의 볼 전주 홈(11, 11)에 대향하는 상하 2조의 부하 전동체 전주 홈으로서의 부하 볼 전주 홈(19, 19)이 형성된다. 즉, 부하 볼 전주 홈(19…)은 블럭 본체(15)의 양 측면의 상하에 2조씩 합계 4조 설치된다. 이 부하 볼 전주 홈도 단면이 볼의 반경보다도 약간 큰 곡률을 갖는 단일의 원호, 이른바 원호 홈으로 이루어진다. 외측 레일(7)의 볼 전주 홈(11)과 내측 블럭(8)의 부하 볼 전주 홈(19) 사이에 볼을 순환시키는 볼 순환로(전동체 순환로)의 일부가 되는 부하 볼 전주로가 형성된다.
도5는 리니어 액튜에이터의 단면도를 도시한다. 이 도면을 기초로 하여, 볼 열의 접촉 각선에 대하여 설명한다. 여기서, 볼 열의 접촉 각선이란 외측 레일(7)의 볼 전주 홈(11)과 볼의 접점과, 내측 블럭(8)의 부하 볼 전주 홈(19)과 볼의 접점을 연결한 선을 의미한다. 이 리니어 액튜에이터에서는 4조의 부하 볼 전주로가 설치되어 있으므로, 4개의 접촉 각선이 존재한다. 상측의 2개의 접촉 각선 ①은 액튜에이터의 중심으로부터 외측을 향해 경사 상방을 향하도록 예를 들어 45도 수평 방향으로부터 경사지고, 하측의 2개의 접촉 각선 ②는 액튜에이터의 중심으로부터 외측을 향해 경사 하방을 향하도록 예를 들어 45도 수평 방향으로부터 경사져 있다. 이에 의해, 레이디얼 방향(하방향), 역레이디얼 방향(상방향), 횡 방향(좌우 어느 방향도 포함함)의 4 방향의 하중을 부하할 수 있는 리니어 액튜에이터가 얻어진다.
도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 블럭 본체의 좌우에는 상하 2조의 부하 볼 전주 홈(19, 19)으로부터 소정의 간격을 두고 평행하게 연장되는 2조의 관통 구멍(21, 21)이 형성된다. 이 관통 구멍(21…)에는 볼 복귀 통로를 구성하는 수지제의 복귀 통로 구성 부재(16…)가 삽입된다. 이 복귀 통로 구성 부재(16…)에는 그 축선 방향으로 연장되고, 후술하는 리테이너의 띠형 부재를 안내하기 위한 안내 홈(16a)(안내부)이 형성된다(도5 참조).
내측 블럭(8)에는 부하 볼 전주로와 볼 복귀 통로를 접속하여, 볼을 순환시키는 U자 파이프형의 방향 전환로가 설치된다. 이들 부하 볼 전주로, 방향 전환로 및 볼 복귀 통로에 의해 회로형의 볼 순환로가 구성된다. 이 볼 순환로는 내측 블럭의 좌우에 2조씩 합계 4조 형성된다. 각 볼 순환로는 일평면 내에 형성되고, 볼이 볼 순환로 내를 2차원적으로 순환한다. 그리고, 이 볼 순환로에는 전체 주위에걸쳐서 리테이너의 띠형 부재를 안내하기 위한 안내부가 설치되어 있다.
방향 전환로의 외주측은 방향 전환로 외주측 구성 부재로서의 단부판(18)에 형성되고, 방향 전환로의 내주측은 방향 전환로의 내주측 구성 부재로서의 보유 지지 부재(17)에 형성된다. 이들 단부판(18) 및 보유 지지 부재(17)를 조합시킴으로써, 방향 전환로에 있어서의 리테이너의 띠형 부재를 안내하기 위한 안내 홈(안내부)이 형성된다.
도6 내지 도8은 보유 지지 부재를 도시한다. 보유 지지 부재(17)는 부하 볼 전주 홈(19)의 양측 모서리에 따라서 연장되고, 외측 레일(7)로부터 내측 블럭(8)을 제거했을 때에 외측 레일로부터 리테이너에 보유 지지된 볼이 탈락하는 것을 방지하는 보유 지지부(24)와, 보유 지지부(24)의 길이 방향의 양 단부에 설치되고, 방향 전환로의 내주측을 구성하는 방향 전환로 내주측 구성부(25)와 일체로 구비한다. 이 보유 지지 부재(17)를 블럭 본체(15)에 부착하면, 블럭 본체(15)의 외측면과 협동하여 리테이너의 띠형 부재를 안내하기 위한 안내부(26…)(안내 홈)가 형성된다.
보유 지지부(24)는 하측의 볼 순환로에 충전되는 리테이너의 하측을 보유 지지하기 위한 제1 보유 지지부(24c)와, 하측의 볼 순환로에 충전되는 리테이너의 상측을 보유 지지하는 동시에 상측의 볼 순환로에 충전되는 리테이너의 하측을 보유 지지하기 위한 제2 보유 지지부(24b)와, 상측의 볼 순환로에 충전되는 리테이너의 상측을 보유 지지하기 위한 제3 보유 지지부(24a)로 이루어진다. 각 방향 전환로 내주측 구성부(25)는 반원의 대략 원호형으로 형성된다.
이들 보유 지지 부재(17, 17), 복귀 통로 구성 부재(16…) 및 단부판(18, 18) 각각은 블럭 본체(15)와는 별개 부재로 수지로 성형되고, 블럭 본체(15)에 조립된다.
도2에 도시한 바와 같이, 각 볼 순환로에는 리테이너(27)에 회전 및 미끄럼 이동 가능하게 보유 지지된 복수의 볼(28…)이 충전된다. 리테이너(27)는 볼 사이에 개재되는 복수의 스페이서(30…)와, 이 스페이서(30…)의 양측 모서리를 일련으로 연결하는 띠형 부재(31, 31)를 구비한다(도10 참조). 스페이서(30…)는 원통형으로 형성되고, 그 원통의 외부 직경은 볼(28…)의 직경보다도 작게 설정된다. 각 스페이서(30)의 축선 방향의 양 단부에는 볼(28)에 대응하여 상기 볼(28)의 반경과 대략 같은 곡률 반경의 곡면형 오목부로서의 구면 오목부(30a, 30a)가 형성되어 있다. 스페이서(30…)를 볼(28…) 사이에 배치하면, 스페이서(30…)의 축선은 볼(28)의 중심을 연결하는 선 상에 위치한다. 스페이서(30…)는 볼(28…)끼리의 거리가 필요 최소한이 되도록, 축선 방향의 길이가 짧게 설정된다.
띠형 부재(31, 31)는 두께가 일정하며, 스페이서(30)의 측면의 양측에 접속되어 있다. 이 띠형 부재(31, 31)는 방향 전환로에도 유연하게 대응할 수 있도록 가요성을 갖는다. 띠형 부재(31, 31)와 볼(28)의 간섭 위치에는 볼(28)의 반경과 대략 같은 곡률 반경을 갖는 절입이 형성되어 있다. 띠형 부재(31, 31)는 볼(28…)의 양측 모서리보다도 돌출되어 있고, 이 돌출 부분이 볼 순환로에 설치된 안내부에 안내된다. 또한, 띠형 부재(31, 31)의 길이 방향의 양 단부의 각에는 라운딩(31a…)이 형성되어 있다. 스페이서(30…) 및 띠형 부재(31, 31)는 합성 수지 등을 소재로 하고, 사출 성형 등에 의해 일체로 형성된다.
다음에, 리니어 액튜에이터의 나사부에 대하여 설명한다. 도1에 도시한 바와 같이, 내측 블럭(8)의 중앙부에는 나사축(9)이 관통하고 있다. 나사축(9)의 외주면에는 나선형의 나사축용 전동체 전주부로서의 나사축용 볼 전주 홈(9a)이 형성된다. 이 나사축용 볼 전주 홈(9a)의 단면 형상은 나사축용 볼(33)의 반경보다도 약간 곡률 반경이 큰 2개의 원호로 이루어지는 고딕 아치로 형성된다. 한편, 블럭 본체(15)의 관통 구멍에도 나사축용 볼 전주 홈(9a)에 대응하는 나사축용 부하 전동체 전주부로서의 나사축용 부하 볼 전주 홈(15a)이 형성된다. 이 나사축용 부하 볼 전주 홈(15a)의 단면 형상도 볼(33)의 반경보다도 약간 큰 곡률 반경의 2개의 원호로 이루어지는 고딕 아치로 형성된다. 나사축(9)의 나사축용 볼 전주 홈(9a)과 블럭 본체(15)의 부하 볼 전주 홈(15a) 사이에서 볼 순환로의 부하 전주로가 구성된다.
나사축(9)의 나사축용 볼 전주 홈(9a)과 볼(33)은 2점에서 접촉하고, 블럭 본체(15)의 나사축용 부하 볼 전주 홈(15a)과 볼(33)도 2점에서 접촉한다. 즉, 볼(33)은 합계 4점에서 나사축(9)의 나사축용 볼 전주 홈(9a) 및 블럭 본체(15)의 나사축용 부하 볼 전주 홈(15a)에 접촉한다. 여압을 가하는 방식으로서는 나사축(9)과 블럭 본체(15) 사이의 간극보다도 약간 직경이 큰 오버 사이즈의 볼이 충전되는 이른바 오버 사이즈 방식이 채용된다.
내측 블럭(8)에는 나사축용 볼 전주 홈(9a)과 나사축용 부하 볼 전주 홈(15a) 사이를 구르는 볼을 순환시키기 위한 귀환 파이프(34)가 설치된다. 이 귀환 파이프(34)에 의해, 부하 전주로의 일단부와 타단부를 연통하는 나사축용 볼 복귀 통로(나사축용 전동체 복귀 통로)가 형성된다.
귀환 파이프(34)는 원형 단면을 이루며, 양 단부가 본체 부분에 대하여 약 90 ° 절곡되고, 대략 문형(門型) 형상으로 형성되어 있다. 양 다리부는 평행이 아니고, 각각의 지향 방향은 리드각에 따라서 비틀어져 있다. 귀환 파이프(34)의 양 단부에는 부하 전주로를 구르는 볼을 퍼올리기 위한 절단 입구가 형성되어 있다. 귀환 파이프(34)의 양측부는 상기 부하 전주로 내에 수 피치의 간격을 비워 끼워 넣어진다. 또한, 이 귀환 파이프(34)는 내측 블럭(8)의 하부면, 즉 외측 레일(7)의 상부면에 대향하는 쪽에 설치되고, 파이프 압박에 의해 내측 블럭(8)에 고정된다. 귀환 파이프(34)를 내측 블럭(8)의 하면측에 설치함으로써, 내측 블럭(8)의 상면측을 자유롭게 사용할 수 있고, 테이블 등의 부착이 용이해진다.
부하 전주로에는 나사축용의 복수의 볼(33…)이 충전된다. 복수의 볼(33…) 사이에는 서로 분리되는 복수의 스페이서(35…)가 개재된다. 스페이서는 원통형으로 형성되고, 그 원통의 외부 직경은 볼(33…) 직경보다도 작게 설정되며, 그 축선 방향의 길이는 볼(33…)의 직경보다도 작게 설정된다. 스페이서(35)의 축선 방향의 양 단부에는 볼(33)에 대응하여 상기 볼(33)의 반경과 대략 같은 곡률 반경의 곡면형 오목부로서의 구면 오목부가 형성되어 있다. 스페이서(35…)를 볼(33…) 사이에 배치하면, 스페이서(35…) 축선은 볼(33…)의 중심을 연결하는 선 상에 위치한다. 스페이서(35…)는 볼(33…)끼리의 거리가 필요 최소한이 되도록, 그 축선 방향의 길이가 짧게 설정된다.
나사축(9)을 회전시키면, 부하 전주로 내를 하중을 받으면서 주위 방향으로 구르는 볼(33…)은 귀환 파이프(34)의 양 단부의 선단부에서 퍼올려진다. 퍼올려진 볼(33…)은 귀환 파이프(36) 내를 통과하고, 수 피치 간격을 둔 양 단부의 선단부로부터 다시 부하 전주로로 복귀된다. 나사축(9)의 회전 방향을 반전하면, 볼(33…)은 역의 경로를 따라 순환한다.
도9는 나사부의 볼 순환로 내에 수납되어 있는 볼(33…) 및 스페이서(35…)를 도시한다. 도10은 가이드부의 볼 순환로에 수납되어 있는 볼(28) 및 리테이너(27)를 도시한다. 가이드부 및 나사부에 있어서, 충전되는 볼(33…, 28…) 사이에 볼(33…, 28…)의 곡면에 대응한 오목부를 갖는 스페이서(35…, 30…)를 넣음으로써, 금속제 볼끼리의 금속 접촉이 방지되어, 저발진 및 저소음을 실현할 수 있다.
도10에 도시한 바와 같이, 가이드부의 볼 순환로에서는 볼(28…)은 평면 내에서 2차원적인 운동을 한다. 즉, 직선형의 부하 전주로 A ⇒ U자형의 방향 전환로 B ⇒ 직선형의 복귀 통로 C ⇒ U자형의 방향 전환로 B에 있어서 순환한다. 방향 전환로 B에 있어서, 리테이너(27)의 띠형 부재(31)가 자유 자재로 굴곡한다. 가이드부에 충전되는 복수의 스페이서(30…)를 띠형 부재로 일련으로 연결하였으므로, 볼(28…)이 일정한 궤도 내를 순환하고, 볼(28…)과 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉이 방지된다. 또한, 띠형 부재(31)가 볼 순환로에 설치한 안내부에 의해서 안내되므로, 띠형 부재(31)가 보다 일정한 궤도 내를 순환하고, 띠형 부재(31)에 연결되는 복수의 스페이서(30…) 및 복수의 스페이서(30…) 사이에 개재되는 볼(28…)도 보다 일정한 궤도 내를 순환한다.
특히, 복귀 통로 구성 부재(16…), 보유 지지 부재(17…) 및 단부판(18, 18)을 금속제의 블럭 본체와는 별개 부재의 수지로 성형함으로써, 가이드부에 있어서, 금속 접촉하는 것이 부하 전주로에 한정된다. 이로 인해, 보다 발진을 억제할 수 있다.
한편, 도9에 도시한 바와 같이, 나사부의 부하 전주로(D)는 나선형으로 형성되고, 게다가, 볼 복귀 통로(E)(귀환 파이프)는 상술한 바와 같이, 볼(33…) 진행 방향 주위가 비틀림을 갖는다. 즉, 나사부에 있어서는, 볼(33…) 및 스페이서(35…)는 삼차원적으로 방향 전환하고, 복잡한 형태로 운동한다. 복수의 스페이서(35…)를 띠형 부재로 연결하는 일 없이 분리시킴으로써, 볼(33…)과 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉이 방지된다. 또한, 나사부에 있어서, 종래와 같은 스페이서 볼 대신에 볼(33…) 곡면에 대응하는 곡면형 오목부를 양 단부에 갖는 스페이서(35…)를 충전함으로써, 스페이서 볼을 사용하는 경우에 비해 볼 사이의 거리를 짧게 할 수 있다. 이로 인해, 부하를 받을 수 있는, 볼(33…)의 수가 적어지는 일도 없다.
상술한 리니어 액튜에이터의 조립 방법에 대하여 도2를 참조하여 설명한다. 우선, 블럭 본체(15)에 나사축(9)을 삽입하고, 나사축(9)과 블럭 본체(15) 사이에 볼(33…) 및 스페이서(35…)를 교대로 충전한다. 귀환 파이프(34)에도 볼(33…) 및 스페이서(35…)를 충전하고, 귀환 파이프(34)를 블럭 본체(15)에 부착한다. 이에 의해, 블럭 본체(15)와 나사축(9)의 부착이 완료된다.
다음에, 블럭 본체(15)의 관통 구멍(21)에 복귀 통로 구성 부재(16…)를 삽입하고, 블럭 본체(15)의 양 측면에 보유 지지 부재(17, 17)를 부착한다. 그리고, 블럭 본체(15)의 일단부면에 단부판(18)을 부착한다. 다음에, 리테이너(27)에 의해 정렬 및 보유 지지된 볼(28…)을 단부판(18)의 장착측과는 반대측으로부터 가이드부의 볼 순환로에 삽입한다. 그리고, 잔여 단부판(18)을 블럭 본체(15)의 타단부면에 부착한다. 마지막으로, 내측 블럭(8)을 외측 레일(7) 내에 삽입하고, 나사축의 양 단부를 지지하는 하우징(13, 14)을 외측 레일(7)의 양 단부에 고정한다.
또한, 전동체로서는 볼 뿐만 아니라, 원통형의 롤러를 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 가이드부의 전동체 사이에는 전동체의 곡면에 대응하는 곡면형 오목부를 양 단부에 갖는 복수의 스페이서가 설치되고, 상기 복수의 스페이서는 가요성을 갖는 띠형 부재로 일련으로 연결된다. 한편, 나사부의 나사축용 전동체 사이에는 전동체의 곡면에 대응하는 곡면형 오목부를 양 단부에 갖고, 서로 분리되는 복수의 스페이서가 설치된다. 가이드부 및 나사부에 충전되는 전동체 사이에 전동체의 곡면에 대응한 오목부를 갖는 스페이서를 넣음으로써, 금속제의 전동체끼리의 금속 접촉이 방지된다. 또한, 평면 내에서 2차원적인 운동을 하는 가이드부에 충전되는 복수의 스페이서를 띠형 부재로 일련으로 연결하였으므로, 전동체가 일정한 궤도 내를 순환하고, 전동체와 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉을 더욱 방지할 수 있다. 나사부에 있어서는 2차원적인 방향 전환에 그치지 않고, 3차원적인 방향 전환, 또는 진행 방향 주위의 비틀림 운동이 필요하게 되므로, 복수의 스페이서를 띠형 부재로 연결하는 일 없이 분리시킴으로써, 전동체와 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉이 방지된다. 전동체끼리 및 전동체와 그 주위의 순환 통로의 불필요한 접촉이 방지되므로, 저발진 및 저소음을 실현할 수 있다.

Claims (3)

  1. 서로 대향하는 내벽면을 갖는 단면 대략 U자형의 궤도 부재와,
    상기 내벽면 사이에 끼워지는 이동 부재와,
    상기 이동 부재를 관통하는 나사축을 구비하고,
    상기 궤도 부재의 내벽면에는 전동체 전주부가 형성되고,
    상기 이동 부재의 양 측면에는 상기 전동체 전주부에 대응하는 부하 전동체 전주부가 형성되고,
    상기 이동 부재에는 상기 전동체 전주부와 상기 부하 전동체 전주부 사이를 구르는 전동체를 순환시키기 위해서, 상기 부하 전동체 전주부로부터 소정 간격을 두고 평행하게 연장하는 전동체 복귀 통로 및 상기 부하 전동체 전주부와 상기 전동체 복귀 통로 사이를 접속하는 방향 전환로가 설치되고,
    상기 나사축의 외주면에는 나선형의 나사축용 전동체 전주부가 형성되고,
    상기 이동 부재의 관통 구멍에는 상기 나사축용 전동체 전주부에 대응하는 나사축용 부하 전동체 전주부가 형성되고,
    상기 이동 부재에는 상기 나사축용 전동체 전주부와 나사축용 부하 전동체 전주부 사이를 구르는 나사축용 전동체를 순환시키기 위한 나사축용 전동체 복귀 통로가 설치되는 리니어 액튜에이터에 있어서,
    상기 전동체 사이에는 상기 전동체의 곡면에 대응하는 곡면형 오목부를 양 단부에 갖는 복수의 스페이서가 설치되고, 상기 복수의 스페이서는 가요성을 갖는띠형 부재로 일련으로 연결되고,
    상기 나사축용 전동체 사이에는 상기 나사축용 전동체의 곡면에 대응하는 곡면형 오목부를 양 단부에 갖고, 서로 분리되는 복수의 스페이서가 설치되고,
    상기 이동 부재에는 상기 부하 전동체 전주부의 양측 모서리에 따라서 연장되고, 상기 궤도 부재로부터 상기 이동 부재를 제거했을 때에 상기 띠형 부재 및 상기 스페이서에 보유 지지된 상기 전동체가 상기 이동 부재로부터 탈락하는 것을 방지하기 위한 보유 지지 부재가 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 부하 전동체 전주부, 상기 전동체 복귀 통로, 상기 방향 전환로로 구성되는 전동체 순환로에는 상기 띠형 부재를 안내하기 위한 안내부가 설치되는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전동체 복귀 통로를 구성하는 복귀 통로 구성 부재, 상기 방향 전환로의 내주측을 구성하는 방향 전환로 내주측 구성 부재, 상기 방향 전환로의 외주측을 구성하는 방향 전환로 외주측 구성 부재 및 상기 보유 지지 부재가 상기 이동 부재의 본체와는 별개 부재로 수지로 성형되는 것을 특징으로 하는 리니어 액튜에이터.
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