KR20050084541A - 리니어 가이드용 레일 - Google Patents

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Abstract

리니어 가이드(51)의 레일(8)용 소재(1)의 상부(2)가 볼록 형상으로 형성된다. 이러한 볼록 형상에 있어서, 그 상부면(14)이 평탄한 직사각형 단면의 부재(11)의 측부(12)에 궤도홈(3)을 전조함으로써 상부면(14)의 측부로 돌출하는 부분(15a',15b')이 미리 제거된다. 측부(4)에 궤도홈(3)을 전조함으로써 이러한 소재(1)로 만들어진 레일(8)은 평탄한 상부면(5)을 갖는다.

Description

리니어 가이드용 레일{RAIL FOR LINEAR GUIDE}
양호한 정밀성을 갖는 산업 기계류 및 장치의 선형 운동을 원활하게 하는데 리니어 가이드가 사용된다. 리니어 가이드(linear guide)는 레일(rail), 볼(balls) 및 슬라이더(slider)를 포함한다. 레일에 있어서, 서로 평행한 두 측면의 각각에 궤도홈(raceway groove)이 형성된다. 볼들은 이러한 궤도홈과 구름 접촉한다. 슬라이더는 볼을 매개로 하여 레일을 따라 이동한다.
레일을 제조함에 있어서, 직사각형 단면의 부재를 인발가공(drawing)함으로써 레일의 외형과 궤도홈이 먼저 형성된다. 레일에 있어서, 와이어 리테이너(wire retainer) 도입용 와이어 홈이 궤도홈의 바닥부에 가공된 후에, 궤도홈 등의 열처리(담금질)가 수행된다. 열처리 후에, 레일에 고정용 장착구멍이 드릴링(drilling)된다. 그리고, 연삭(grinding)에 의해 레일의 상하부면을 마무리 가공한 후, 장착구멍을 이용하여 표면판 등에 레일이 고정되고, 최종으로 연삭에 의해 궤도홈이 마무리된다. 인발가공에 의해 얻어진 레일은 양호한 외형을 가지므로 그 후의 연삭량 감소가 가능하다.
그러나, 궤도홈이 인발가공에 의해 양호한 정밀도를 갖도록 형성되는 경우, 레일은 다수의 단계로 인발가공되어야 한다. 더욱이, 소재를 인발가공 다이(die) 내로 도입하기 위한 준비 가공과 어닐링 열처리와 같은, 인발가공에 부수하여 생기는 많은 작업으로 인해 생산비용이 높아진다. 또한, 궤도홈이 연삭에 의해 마무리될 때, 레일은 레일의 장착구멍을 이용하여 표면판에 고정된다. 따라서, 궤도홈의 마무리 공정 전에 장착구멍의 드릴링(drilling)이 수행될 필요가 있다.
일본 특허 공개 공보 제 2001-227539 호에 개시된 바와 같이, 전조에 의해 레일에 궤도홈을 형성하기 위한 방법이 있다. 이 경우에 있어서, 1 회의 전조 작업으로 궤도홈을 형성하기 위한 것이 가능하다. 그러나, 롤러 다이(roller dies)에 의해 서로 평행한 소재의 두 측면에 궤도홈이 형성될 때 소재의 일부분이 밀려나오게 되고, 소재의 이러한 부분은 두 측면 사이의 다른 두 표면인 상하부면의 양 횡방향 측부에 돌출하는 융기부로 나타난다. 레일의 상부면측에 근접한 측면에 궤도홈이 형성되기 때문에, 하부면측보다 상부면측으로부터 보다 많이 돌출된다.
두 횡방향 측부가 불룩하고 중간부가 가라앉은 오목한 상부면은 리니어 가이드의 작동 정밀도에 영향을 끼치지 않지만, 먼지 등이 이 오목한 상부면 상에 축적되기 쉽다. 이런 이유로, 축적된 먼지 등에 기인하여, 슬라이더에 부착된 밀봉이 닳게 되고 때때로 밀봉 특성이 악화될 수 있다. 먼지가 상부면에 축적되는 것을 방지하기 위하여, 상부면을 평평해질 때까지 조금씩 깎아 내릴 때, 전조 동안에 주어진 잔류 응력(residual stress)이 완화되어, 레일과 궤도홈의 진직도(眞直度)의 감소를 초래하게 된다. 이러한 이유로, 잔류 응력의 균형을 고려하여, 다른 부분을 깎아 내리거나 별개로 응력 완화를 수행할 필요가 있어, 생산 비용이 증가하게 된다.
전조에 의해 하부면이 약간 볼록하게 되더라도, 레일 장착 동안에 양호한 안정성이 보장된다면 이러한 하부면을 갖는 레일이 그 상태로 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 레일의 중간부가 뜬 상태로 있기 때문에, 리니어 가이드의 작동 정밀성을 만족시키기 위하여 레일을 장착하기 위한 볼트의 조임 토오크(tightening torque)를 제어하는 것이 매우 중요하다. 또한, 돌출량이 많다면, 하부면의 평탄도에 편차가 발생하고 하부면이 레일 장착 동안에 불안정하게 된다. 따라서, 연삭 또는 절삭에 의해 다시 평탄화 작업을 수행하는 것이 필요하다. 이러한 경우에, 기계 가공량이 많으면, 전조에 의해 가해진 변형(strain)이 완화되고, 이에 따라 작업 후 응력 제거를 수행할 필요가 있게 된다.
본 발명에 따른 리니어 가이드의 레일용 소재에 있어서, 궤도홈의 전조 후의 작업량이 적다. 본 발명의 목적은, 본 발명에 따른 리니어 가이드의 레일용 소재를 사용하여 궤도홈을 전조함으로써, 저렴한 리니어 가이드의 레일, 리니어 가이드의 레일의 제조 공정, 및 리니어 가이드를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 리니어 가이드의 레일용 소재는, 대응하는 2측면의 각각에 전조에 의해 궤도홈을 형성하는 동시에, 이들 궤도홈이 상기 2측면의 다른 2측면중 한쪽 측면에 붙여서 설치한다. 그리고, 궤도홈을 전조하는 것에 의해 변형되는 표면의 2개의 횡방향 측부를 미리 제거함으로써 볼록 형상으로 형성되는 표면을 포함한다.
본 발명에 따른 리니어 가이드용 레일에 있어서, 상기한 소재를 사용하여 2개의 측면의 각각에 상기 표면 근방에서 궤도홈을 전조함으로써 상기한 표면이 평탄해진다.
본 발명에 따른 리니어 가이드용 레일에 있어서, 표면의 2개의 횡방향 단부에 제공된 2개의 측면의 각각에 전조하여 형성된 궤도홈의 중심 위치로부터 이 표면까지의 거리는 궤도홈과 구름 접촉하는 구름 요소(rolling element)의 직경의 2.25배 이상이다.
본 발명에 따른 리니어 가이드용 레일에 있어서, 소재의 2개의 측면에 궤도홈을 전조한 후에, 적어도 2개의 측면 사이의 표면이나 이 표면의 반대편의 표면으로 개방되도록 장착구멍이 형성된다. 레일에 사용된 소재는 대응하는 2측면의 다른 2측면중 한쪽 측면에 붙여서 대응하는 2측면의 각각에 전조로 궤도홈을 형성함으로써 한쪽 측면의 횡방향 측부를 미리 제거함으로써 볼록 형상으로 형성된다.
본 발명에 따른 리니어 가이드의 레일의 제조 방법은 준비 공정, 전조 공정, 및 전조 공정 후에 수행되는 천공 공정(hole-making process)을 포함한다. 준비 공정은 리니어 가이드의 레일용 소재를 준비하는 것으로서, 이 소재는 대응하는 2측면 사이의 다른 2측면중 한쪽 측면에 붙여서 상기 대응하는 2측면의 각각에 전조로 궤도홈을 형성함으로써 상기 한쪽 측면의 횡방향 측부에 생기는 변형을 사전 제거한다. 전조 공정에 있어서, 소재의 측면에 전조함으로써 궤도홈이 만들어진다. 그리고, 천공 공정에 있어서, 적어도 표면이나 이 표면에 상응하는 표면으로 개방되도록 장착구멍이 형성된다.
본 발명에 따른 리니어 가이드의 레일을 제조하는 다른 방법에 있어서, 2개의 서로 평행한 측면의 각각에 전조하는 것에 의해 형성되고 구름 요소가 회전 접촉하는 궤도홈의 마무리 작업 후에, 장착구멍을 제공하는 천공 작업이 수행된다. 장착구멍은 적어도 상기한 궤도홈이 연장하는 방향을 따라 상기한 2개의 측면 사이에 제공된 두 표면의 장착측에 있는 표면으로 개방된다.
본 발명에 따른 리니어 가이드는 레일과 이동체를 포함한다. 레일에 있어서, 2개의 측면의 각각에 궤도홈을 전조한 후, 적어도 2개의 측면 사이의 표면이거나 이 표면에 상응하는 표면으로 개방하도록 장착구멍이 형성된다. 이동체는 다수의 구름 요소가 순환되는 경로를 포함하고, 구름 요소를 매개로 하여 레일을 따라 레일에 대해 이동한다. 레일용 소재는 대응하는 2측면 사이의 다른 2측면중 한쪽 측면에 붙여서 상기 대응하는 2측면의 각각에 전조로 궤도홈을 형성함으로써 상기 한쪽 측면의 횡방향 측부에 생기는 변형을 사전 제거한다.
본 발명에 따른 리니어 가이드는 레일로서, 2개의 서로 평행한 측면의 각각에 전조하는 것에 의해 형성되고 구름 요소가 구름 접촉하는 궤도홈의 마무리 작업 후에, 장착 구멍을 제공하는 천공 작업이 수행되고, 장착구멍은 적어도 상기 궤도홈이 연장하는 방향으로 상기 2개의 측면 사이에 제공된 두 표면의 장착측에 있는 표면으로 개방되는 레일과; 다수의 구름 요소가 순환되는 경로를 구비하고, 구름 요소를 매개로 하여 상기 레일을 따라 레일에 대해 이동하는 이동체를 포함한다.
본 발명의 추가적인 목적 및 이점은 하기의 상세한 설명에 기재되고, 상세한 설명으로부터 부분적으로 명백해질 수 있거나, 본 발명의 실시에 의해 습득될 수 있다. 본 발명의 목적 및 이점은 이후에 특별히 지시된 수단과 조합에 의하여 실현되고 얻어질 수 있다.
본 명세서에 포함되어 그 일부분을 구성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하며, 상기의 일반적인 설명과 하기의 실시예에 대한 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1 내지 도 11을 참조하여 리니어 가이드(51)를 일예로 본 발명에 따른 실시예에 대해 설명한다. 도 1에 도시된 리니어 가이드(51)는 슬라이더(52), 레일(8) 및 볼(53)을 포함한다.
슬라이더(52)는 이동체의 일 예로서, 본체(54), 격리판(separator)(55), 커버(56) 및 단부캡(57)을 포함한다. 본체(54)는 빔(beam)을 예정된 길이로 절단함으로써 만들어진다. 빔은 강철 소재를 인발가공함으로써 형성된다. 본체(54)는 레일(8)의 상부면(5)과 양 측면(6)을 덮도록 형성된다. 본체(54)의 내면(58)에 궤도홈(59)이 형성된다. 내면(58)은 레일(8)의 측면(6)에 면하고 있다. 이 궤도홈(59)은 레일(8)의 측면에 형성된 궤도홈(3)과 쌍을 형성하며, 연삭에 의해 마무리 가공된다.
레일(8)의 상부면(5)에 면하는 표면의 반대측의 본체(54)의 상부면 데크(deck)(60)내에 복귀로(return path)(61)가 형성된다. 이 복귀로(61)는 인발가공과 동시에 홈 형상으로 형성된다. 홈의 중간에 격리판(55)이 제공되므로 2개 라인의 복귀로(61)가 형성되며, 복귀로(61) 전체가 커버(56)에 의해 덮혀진다. 부수적으로, 격리판(55)을 설치하는 대신에 2개 라인의 홈이 인발가공 동안에 복귀로(61)로서 형성될 수 있다.
단부캡(57)은 본체(54)의 이동 방향의 양 단부에 부착된다. 단부캡(57)의 내부에 승강로(62)가 형성된다. 궤도홈(3,59)와 복귀로(61)와 함께 승강로(62)가 순환 경로를 형성한다.
구름 요소의 일 예인 볼(53)이 순환 경로내에 적재되고 레일(8)의 궤도홈(3)과 본체(54)의 궤도홈(59) 각각에 구름 접촉한다. 궤도홈(3,59) 사이로부터 굴러 나온 볼(53)은 승강로(62)에 의해 복귀로(61)로 보내어지고, 복귀로(61)로부터 굴러 나온 볼(53)은 승강로(62)에 의해 궤도홈(3,59) 사이로 되돌려진다.
도 2에 도시된 소재(1)로 레일(8)이 만들어지고 도 6에 도시된 전조 공정에 의해 궤도홈(3)이 형성된다. 레일용 소재(1)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 서로 평행한 두개의 측면(6), 상기 두 측면(6) 사이에 제공된 두 표면 중의 하나인 상부면(5) 및 상부면(5)의 반대쪽의 다른 면인 하부면(7)을 포함한다. 상부면(5)에 의해 형성된 상부(2)는 소재(1)의 상태에서 폭 방향의 중앙이 볼록한 볼록 형상을 갖는다. 이 상부(2)의 형상은, 볼(53)이 구름 접촉하는 궤도홈(3)이 도 3a의 2점 쇄선으로 표시된 직사각형 단면을 갖는 부재(11)의 측부(12)에 전조될 때 얻어지는 상부면(14)(도 3b의 2점 쇄선)의 형상에 근거하여 결정된다.
즉, 상부(2)의 형상은, 전조에 의해 측면(6)에 궤도홈(3)을 형성하기 위한 공정 동안의 2개의 횡방향 측부(15a,15b)의 변형에 따라서, 미리 상부(2)의 2개의 횡방향 측부(15a,15b)를 제거함으로써 얻어진 형상이다. 보다 상세하게는, 상부(2)의 형상은 볼록 형상(도 3a의 실선)인데, 이 형상은 궤도홈(3)이 부재(11)의 측부(12)에 전조될 때, 도 3b의 2점 쇄선에 의해 나타낸 바와 같은, 부재(11)의 상부면(14)으로부터 돌출하는 부분(15a',15b')을 제거함으로써 얻어진다.
그리고, 소재(1)의 측부(4)의 상부면(5) 근방의 위치에 궤도홈(3)이 전조될 때, 도 3b의 실선으로 나타낸 바와 같이, 상부(2)의 2개의 횡방향 측부가 볼록하게 변형되어 상부면(5)이 평탄하게 된다.
부수적으로, 본 실시예에 있어서, 상부(2)는 폭방향으로의 원호 형태로 돌출된 볼록 형상으로 도시되어 있다. 그러나, 소재(1)의 재질, 전조된 궤도홈(3)의 개수, 위치 및 형상 등에 따라 돌출부(15a',15b')의 크기가 변하기 때문에, 소재(1)의 볼록 형상의 세부 사항은 각 레일의 사양에 따라서 결정된다. 이 경우에, 소재(1)의 볼록 형상은 직사각형 단면의 실제 시험편의 돌출부(15a',15b')를 측정하고 이 돌출부(15a',15b')를 제거하여 얻어진 형상이거나, 유한 요소법(finite element method) 등을 사용하는 수치해석(numerical analysis)에 의해 역연산을 수행하여 얻어진 형상일 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 소재(1)의 상부(2)의 형상이 폭방향으로 원호 형태로 돌출되는 볼록 형상이며 측부(4)에 궤도홈(3)이 전조될 때 상부면(5)이 평면이 되는 예가 도시되어 있다. 그러나, 상부면(5)은 완전한 평면이 되지 않을 수 있다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 상부(2)의 코너(2a',2b')가 약간 둥글게 될 수 있고, 상부(2)가 전체적으로 약간의 볼록한 형상을 가질 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 상부면(5)이 약간 오목해질 수 있다. 그러나, 이물질(foreign matter)이 축적되기 쉽지 않다는 점이나 밀봉에 의하여 이물질을 배제하기 쉬운 점을 고려하여, 도 4에 도시된 볼록 형상의 레일(8)이 도 5에 도시된 오목 형상의 레일(8)보다 더 바람직하다. 즉, 준비 공정에서 소재(1)의 외형이 미리 제조되어, 소재(1)의 2개의 측부(4)에 궤도홈(3)을 전조함으로써 레일은 거의 최종적으로 소망하는 바와 같은 형상으로 형성된다.
상기한 바와 같이 형성된 소재(1)에 있어서, 소위 관통 이송 전조(through feed rolling)에 의해 궤도홈(3)이 형성된다. 관통 이송 전조는, 도 6에 도시한 바와 같이 소재(1)의 측면(6)이 수직 방향을 향하는 상태에서 소재(1)가 예정된 간격으로 위치된 롤러 다이(21)를 통하여 이송되는 제조 기술이다. 이러한 공정에 있어서, 소재(1)의 상하부면(5,7)은 궤도홈을 전조하는 위치가 이동되지 않도록 롤러(22)를 위치시킴으로써 양측으로부터 지지된다. 이송 롤러(미도시)에 의해 소재(1)가 롤러 다이(21)내로 밀려질 때, 측면(6)에 궤도홈(3)이 전조되고, 동시에 볼록 형상을 가졌던 상부면(5)이 하부면(7)에 평행한 평탄한 면으로 변형된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 측면(6)으로부터 움푹 들어간 궤도홈(3)이 전조된 레일(8)이 얻어진다.
이러한 레일(8)에 있어서, 측면(6)에 궤도홈(3)이 전조되기 때문에 상부면(5)이 평탄하게 되고 따라서 먼지가 축적되기 어렵다. 따라서, 전조 후 평탄한 상부면(5)을 마무리하는 작업을 생략할 수 있거나, 이 작업이 필요하더라도 그 작업 자체를 가볍게 수행할 수 있다. 또한, 궤도홈(3)이 전조에 의해 형성되기 때문에, 마무리된 표면의 거칠기가 양호하다. 따라서, 몇 가지의 요구된 사양에 있어서, 단지 변형의 이유에 대한 진직도를 보정하는 것이 필요하고, 연삭과 같은 궤도홈(3)의 마무리 공정은 불필요하다. 다시 말하자면, 전조에 의해 마무리가 수행된다.
두 측면(6) 사이에 제공된 일 표면 근방의 측면(6)에 궤도홈(3)이 전조될 때, 일 표면의 예인 하부면(7)에 대한 영향, 즉 궤도홈(3)의 중심 위치와 변형량(σ)과의 관계는 도 8에 도시된 바와 같다. 이 도면에 따르면, 하부면(7)을 향하여 돌출되는 변형량(σ)은 도 9에 도시된 하부면(7)으로부터 궤도홈(3)의 중심 위치까지의 거리(h)가 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다. 도 9에 도시된 하부면(7)으로부터 궤도홈(3)의 중심 위치까지의 거리(h)가 특정값보다 길어질 때, 구체적으로는, 거리(h)가 볼(53)의 직경(D)의 약 2.25배 이상이 될 때, 하부면(7)이 거의 변형되지 않음이 명백하였다. 따라서, 하부면(7)으로부터 궤도홈(3)의 중심 위치까지의 거리(h)가 볼(53)의 직경(D)의 2.25배 이상이 되도록 보장함으로써, 전조 후 하부면(7)에 대한 다른 작업이 또한 생략될 수 있다.
부수적으로, 레일(8)의 높이가 낮기 때문에 하부면(7)으로부터 궤도홈(3)의 중심 위치까지의 충분한 거리(h), 즉 볼(53)의 직경(D)의 2.25배 이상에 상응하는 거리(h)를 확보하는 것이 불가능할 때에도, 다음의 방책에 의해 이점이 얻어진다. 즉, 이러한 경우에, 궤도홈(3)의 전조 후 하부면(7)을 평탄하게 하는 가공은, 소재(1)의 하부(바닥부)를, 상부(2)에서와 같이, 하부면(7)의 방향으로 볼록 형상[궤도홈(3)의 전조에 의해 하부면(7)으로부터 돌출되는 부분이 미리 제거됨]으로 형성함으로써, 생략될 수 있거나 가볍게 수행될 수 있다.
궤도홈(3)이 형성되는 레일(8)에 있어서, 도 10에 도시된 바와 같이 장착구멍(16)이 형성된다. 장착구멍(16)은 상부면(5)으로부터 하부면(7)까지 레일(8)을 관통한다. 각각의 장착구멍(16)의 상부면측에는 카운터 보어(counterbore)(17)가 제공된다. 카운더 보어(17)의 깊이는 장착볼트의 머리가 레일(8)의 상부면(5)으로부터 돌출되지 않도록 된다. 이러한 방식으로, 전조 공정에서 궤도홈(3)이 형성된 후에 천공 공정에서 장착구멍(16)이 형성된다.
따라서, 장착구멍(16)은 전조 공정에 기인하는 레일(8)의 변형에 의해 영향을 받지 않아서 피치 오차(pitch error)가 적다.
도 10에 도시된 상부면(5)으로부터 하부면(7)까지 관통하는 장착구멍(16) 대신에, 레일(8)의 장착측 표면인 하부면(7)으로 개방된 나사구멍(18)이 도 11에 도시된 바와 같이 제공될 수도 있다. 이러한 경우에, 상부면(5)이 개방되어 있지 않아서 먼지와 같은 이물질이 축적되지 않고 세척 또한 쉽다.
추가적인 이점 및 변형이 당업자에게는 용이할 것이다. 따라서, 보다 넓은 관점에서의 본 발명은 본 명세서에 도시되고 기술된 특정한 세부 사항과 대표적인 실시예에 제한되지 않는다. 따라서, 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 규정된 바와 같은 일반적인 발명 개념의 사상과 범위를 벗어남이 없이 다양한 변형이 행해질 수 있다.
리니어 가이드가 궤도홈이 전조에 의해 형성되는 레일을 포함하는 경우 일반적으로 리니어 가이드에 본 발명이 적용되므로, 본 발명은 저렴한 리니어 가이드를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 리니어 가이드의 일부 절결 사시도,
도 2는 도 1의 리니어 가이드의 레일용 소재의 사시도,
도 3a는 도 2의 소재의 정면도,
도 3b는 도 2의 소재의 측면에 궤도홈을 전조함으로써 형성된 레일의 정면도,
도 4는 도 2의 소재를 전조함으로써 그 상부면이 볼록 형상으로 형성된, 레일의 정면도,
도 5는 도 2의 소재를 전조함으로써 그 상부면이 오목 형상으로 형성된, 레일의 정면도,
도 6은 도 2의 소재의 측면에 궤도홈을 형성하기 위한 전조 공정의 사시도,
도 7은 도 6의 전조 공정을 지난 후에 형성된 레일의 사시도,
도 8은 도 2의 소재의 측면에 전조함으로써 궤도홈을 형성할 때, 하부면으로부터 궤도홈의 중심까지의 거리와 하부면의 변형량 사이의 관계를 나타내는 도표,
도 9는 도 8의 레일의 치수 관계를 나타내는 도면,
도 10은 도 7의 레일 내에 장착구멍을 형성함으로써 얻어진 레일의 부분적으로 단면으로 나타낸 측면도,
도 11은 도 7의 레일 내에 나사구멍을 형성함으로써 얻어진 레일의 부분적으로 단면으로 나타낸 측면도.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 구조적 구성요소 102 : 기초 단위 크기 등급
103 : 벌크상 104 : 분자 크기 등급
112, 202, 206 : 계면부 500 : 재료
602 : 벽돌 형상부 604 : 계면 재료

Claims (2)

  1. 리니어 가이드(51)용 레일(8)에 있어서,
    상기 레일(8)의 2개의 측면(6) 각각을 전조함으로써 형성된 궤도홈(3)의 중앙부로부터 하부면(5)까지의 거리(h)는 상기 궤도홈(3)과 구름 접촉하는 구름 요소(53)의 직경(D)의 2.25배 이상인
    리니어 가이드용 레일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    전체적으로 볼록 형상으로 형성되는 상부면(5)을 더 포함하는
    리니어 가이드용 레일.
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