KR20060060798A - 가이드 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 직선운동 가이드에 사용되는 가이드 벨트에 관한 것으로, 볼과 볼의 금속 마찰을 방지하고, 볼과볼의 점접촉이 아닌 볼과 가이드벨트와의 면접촉으로 인해 윤활막이 깨지지 않으며, 볼을 일렬로 정렬 및 일정한 간격으로 배열되어 순환되게 하므로 구름 저항의 변동이 없이 보다 부드러운 운동을 얻을 수 있어 저소음, 긴 수명, 우수한 고속성을 확보하기 위한 가이드벨트에 관한 것이다.

가이드벨트, 무한궤도, 볼 연결체

Description

가이드 벨트{Guide belt}

도1은 직선안내장치의 정면도 및 단면도이다.

도2는 직선안내장치의 측면도 및 단면도이다.

도3은 본 발명에 의한, 가이드벨트의 사시도이다.

도4는 본 발명에 의한, 볼 연결체의 측면도이다.

도5는 본 발명에 의한 볼 연결체의 만곡부를 나타낸 도면이다.

도6은 종래 볼 연결체의 만곡부를 나타낸 도면이다.

도7은 본 발명에 의한 가이드벨트의 사출 공정을 도시한 도면이다.

도8은 본 발명의 일실시예에 의한 지지부가 분리된 가이드벨트의 사시도이다.

도9는 종래의 볼 연결체를 도시하는 사시도이다.

도10은 종래의 볼 연결체를 도시하는 사시도이다.

도11은 종래의 볼 연결체를 도시하는 사시도이다.

도12는 종래의 볼 연결체를 도시하는 사시도이다.

도13은 종래의 볼 연결체를 도시하는 사시도이다.

도14는 종래의 볼 연결체를 도시하는 사시도이다.

도15는 종래의 볼 연결체를 도시한 것이다.

도16는 종래의 볼 연결체를 도시한 것이다.

도17는 종래의 볼 연결체를 도시한 것이다.

도18는 종래의 볼 연결체를 도시한 것이다.

*도면의 주요 부분에 대한 설명*

10 : 궤도 레일 11 : 볼 전주 홈 (전동체 전주로)

12 : 볼트 구멍 20 : 슬라이더

20a : 수평부 20b : 스커트부

21 : 가동체의 부착면 22 : 수지부

23 : 부하 전주 홈(부하 전주로) 24 : 볼 복귀 구멍(무부하 전주로)

25 : 블록 본체 26 : 볼 안내부

28 : 안내 홈 31 : U 자형의 홈

30 : 커버부 32 : 방향전환로

200 : 볼 연결체 210 : 가이드 벨트

211 : 플레이트 212 : 지지부

213 : 직선부 212a: 제1지지부

212b: 제2지지부 214 : 볼수용부

220 : 볼

본 발명은 직선운동 가이드에 사용되는 가이드 벨트에 관한 것으로, 볼과 볼의 금속 마찰을 방지하고, 볼과볼의 점접촉이 아닌 볼과 가이드벨트와의 면접촉으로 인해 윤활막이 깨지지 않으며, 볼을 일렬로 정렬 및 일정한 간격으로 배열되어 순환되게 하므로 구름 저항의 변동이 없이 보다 부드러운 운동을 얻을 수 있어 저소음, 긴 수명, 우수한 고속성을 확보하기 위한 가이드벨트에 관한 것이다.

테이블등의 가동체가 베드 등의 고정부를 따라 안내되도록 하는 직선안내장치는, 볼 전주홈을 갖는 궤도 레일과 상기 볼 전주홈과 대향되는 부하 전주홈을 가지며 또한 볼을 순환시키는 무부하 전주로를 갖고 상기 궤도 레일을 따라 이동하는 이동체(블록)와, 부하 전주홈에서 무부하 전주홈 또는 그와 반대방향으로 볼이 순환할 수 있는 유턴부와, 이동체(블록)와 궤도 레일 사이에서 하중을 부하하면서 전주함과 동시에 상기 이동체의 부하 전주 홈 및 무부하 전주로(볼 복귀 구멍)로 구성되는 무한궤도를 순환하는 다수의 볼로 구성된다.

상기와 같은 종래 직선 안내장치는 미국 특허 6,070,479 호등을 통해 공개되어 있는데, 그 구성을 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.

도1 내지 도2 는 상기 미국 특허의 직선안내장치를 나타낸 것이다.

동 도에 있어서, 부호 10 은 공작기계의 받침대 등의 고정부에 대하여 배열되는 궤도 레일 (안내 축), 부호 20 은 상기 볼 연결체가 설치되는 볼 무한궤도를 구비함과 동시에 테이블 등의 가동체를 상기 궤도 레일 (10) 을 따라 안내하는 슬라이더 (슬라이더 부재), 부호 3 은 이들 궤도 레일 (10) 과 슬라이더 (20) 사이에서 하중을 부하하면서 전동됨과 동시에 상기 슬라이더 (20) 내에서 무한 순환하는 볼 (전동체) 이다.

먼저, 상기 궤도 레일 (10) 은 단면이 거의 직사각형으로 형성되어 있고, 그 상면 및 양측면에는 볼 (3) 이 전주하는 원호 형상인 볼 전주 홈 (전동체 전주로 ; 11) 이 길이 방향 (도 2 의 지면에서 수직되는 방향) 을 따라 전체로 4 조가 형성되어 있다. 또한, 궤도 레일 (10) 에는 그 길이 방향에 적절한 간격을 두어 볼트 구멍 (12) 이 형성되어 있고, 궤도 레일 (10) 은 이 볼트 구멍 (12) 에 삽입되는, 도시되지 않은 고정 볼트에 의하여 고정부에 고정된다.

한편, 상기 슬라이더 (20) 는 가동체의 부착면 (21) 이 형성된 수평부 (20a) 및 이 수평부 (20a) 에서 아래로 늘어져 있는 한 쌍의 스커트부 (20b) 를 구비하여 단면이 거의 새들 (saddle) 형상으로 형성되어 있고, 상기 수평부 (20a) 의 하면측 및 각 스커트부 (20b) 의 내측면에는 궤도 레일 (10) 의 볼 전주 홈 (11) 에 대향하는, 역시 원호 형상의 부하 전주 홈 (부하 전주로 ; 23) 이 각각 형성되어 있다. 또한, 상기 수평부 (20a) 및 각 스커트부 (20b) 에는 각각의 부하 전주 홈 (23) 에 대응한 볼 복귀 구멍 (24) 이 각각 형성되어 있고, 상기 부하 전주 홈 (23) 을 다 전주하여 하중에서 해방된 볼 (3) 이 부하 전주 홈 (23) 상에서의 전주 방향과는 반대 방향으로 전주하도록 되어 있다.

이 슬라이더 (20) 는 합성 수지의 사출 성형을 이용하여 제작된다. 즉, 도 1 내지 도 2 에서와 같이, 상기 슬라이더 (20) 는 기계가공에 의하여 형성된 금속제의 블록 본체 (25) 에 대하여 수지부 (22) 를 사출 성형으로 살을 붙여 형성되어 있고, 상기한 가동체 부착면 (21) 또는 볼 (3) 의 부하 전주 홈 (23) 등, 기계적 강도가 요구되는 부위는 당해 블록 본체 (25) 에 형성되는 한편, 볼 복귀 구멍 (24) 등의 기계적 강도가 중요하지 않은 부위는 합성수지로 형성되어, 저소음, 볼의 원활한 순환을 가능 하도록 한다.

또한, 도 3 에서와 같이, 상기 슬라이더 (20) 에 구비된 볼 무한궤도는 합성수지제의 커버부 (30) 를 슬라이더 (20) 전후 양단면에 고정시켜 완성된다. 즉, 커버부 (30) 를 슬라이더 (20) 에 고정시키면, 커버부 (30) 측의 U 자형의 홈 (31) 내에 슬라이더 (20) 측의 볼 안내부 (26) 가 끼워져 U 자 형상의 방향 전환로 (32) 가 완성되고, 이 방향 전환로 (32) 에 의하여 슬라이더 (20) 의 부하 전주면 (23) 과 상기 볼 복귀 구멍 (24) 이 연결된다.

이로써, 궤도 레일 (10) 의 볼 전주 홈과 슬라이더 (20) 의 부하 전주 홈 (23) 간에서 하중을 부하하고 있던 볼 (3) 은, 슬라이더 (20) 의 이동에 수반하여 상기 부하 전주 홈 (23) 을 다 전주하면 상기 하중에서 개방되어 일방의 커버부 (30) 의 방향 전환로 (32) 로 들어가고, 무부하 상태에서 그대로에서 부하 전주 홈 (23) 에서의 전주 방향과는 역방향되는 쪽으로 향하여 슬라이더 (20) 의 볼 복귀 구멍 (24) 을 전주한다. 또한, 볼 복귀 구멍 (24) 을 다 전주한 볼 (3) 은 타방의 커버부 (30) 의 방향전환로 (32) 를 통하여 다시 궤도 레일 (10) 과 슬라이더 (20) 사이로 들어가고, 하중을 부하하면서 상기 부하 전주 홈 (23) 을 전주한다.

즉, 직선안내장치 내부의 볼(3)은, 상기 슬라이더 (20) 의 궤도 레일 (10) 에 대한 이동에 따라 이 무한궤도 내를 순환하게 되는 것이다.

도2에서 설명되지 않은 도면부호 28은 볼연결체의 일부가 끼워지는 안착홈이 다.

이상은 종래 널리 사용되던 직선 안내장치의 구조를 설명한 것이다. 상기 미국특허의 무한궤도 내에는 단순히 볼 만이 삽입되는 것이 아니라, 볼이 가이드 벨트에 의해 정렬된 볼 연결체가 삽입된다.

무한궤도가 가이드벨트 없이 볼 만으로 채워진 경우에는, 이동체가 궤도 레일을 따라 이동할 때, 서로 인접하는 볼이 상호 충돌 또는 마찰을 일으켜, 볼이 조기에 마모되어 수명이 짧아지며 소음이 발생한다는 문제점이 있기 때문이다.

상기 미국특허에 사용된 볼 연결체는 도9에 도시된 가이드 벨트에 볼을 정렬시키는 것으로 구성된다. 그 구성을 간단히 살펴보면, 상기 가이드 벨트(연결체 벨트; 2)는 각각 환 형상으로 형성되어 전동체의 수용 구멍을 가지며, 동시에 일렬로 연결된 복수의 연결 단위체(5)와, 이들 연결 단위체 각각의 표리 양면이면서 전동체 배열 방향에서의 전후 양측에 세워지고, 전동체가 상기 수용 구멍에서 탈락되는 것을 각 연결단위 마다 방지하는 지지부(6)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

그러나 상기와 같은 가이드 벨트는 도6에서와 같이 만곡될 경우, 회전 중심쪽에 위치하는 지지부간에 간섭이 발생하여 U턴이 부드럽게 되지 못한다는 문제점이 있으며, 만곡시 볼이 탈락할 위험이 있다. 또한, 볼과 볼 사이의 간격이 커서 볼 수가 적게 된다는 문제점이 있다.

종래 또 다른 가이드 벨트로는 도10에 도시된 것과 같은 것이 있다. 이러한 가이드 벨트(100) 는 서로 인접하는 각 볼 사이에 스페이서 (spacer) (102) 를 삽 입 설치함과 동시에, 각 스페이서 (102) 를 볼의 배열 방향을 따라서 한 쌍의 벨트 부재 (103) 로 연결하여 볼을 염주 형상으로 연결시킨 것이다.

이러한 가이드벨트(100)와 볼로 구성된 종래의 볼 연결체는 같이 슬라이더의 무한궤도에 설치되어 이 무한궤도 내를 순환할 때, 서로 인접하는 볼 사이에 스페이서 (102) 가 삽입 설치됨으로 인해, 볼끼리의 상호 마찰 또는 충돌이 방지되고, 볼 (101) 의 마모를 가급적으로 방지할 수 있게 된다.

그러나, 이러한 종래의 볼 연결체의 경우, 만곡 또는 비틀림 등에 의하여 볼에 대한 스페이서 (102) 의 접촉하는 각도가 크게 변화되면, 볼이 스페이서 (102) 사이에서 탈락될 가능성이 있으며, 만곡시 스페이서간(102)의 간섭이 발생한다는 문제가 있다.

볼의 지지 기능을 강화한 종래의 또다른 가이드 벨트로는, 도11 에서와 같이, 볼의 배열 방향을 따라서 띠 모양으로 형성된 4 개의 벨트 부재 (111) 를 서로 인접하는 볼 사이에 결속시키고, 이로써 볼을 4 방향에서 구속하여 그 탈락되는 것을 방지하도록 한 것이 있다. (미국특허 US 5,993,064호)

그러나, 이러한 가이드 벨트가 사용된 볼 연결체에서는, 이것을 만곡시켰을 때, 이러한 만곡 방향의 내측에 위치하는 벨트 부재 (111) 에 대해서는 압축력이 작용하는 한편, 외측에 위치하는 벨트 부재 (111) 에 대해서는 장력 (張力) 이 작용하고, 이들 벨트 부재 (111) 가 장해가 되어 볼 연결체의 자유로운 만곡을 저해한다는 점에서, 무한궤도 내에서의 볼 연결체의 원활한 순환이 저해되는 새로운 문제점이 있었다.

또한, 각 볼의 구면은 4 개의 벨트 부재 (111) 에 의하여 균등하게 분할되어 있으므로, 이들 볼이 궤도 레일의 볼 전주 홈 또는 슬라이더의 부하 전주 홈을 전주할 때에는, 상기 벨트 부재가 볼 전주 홈 또는 부하 전주 홈에 간섭하게 되고, 이러한 간섭을 피하기 위해서는 이 볼 전주 홈 또는 부하 전주 홈에 벨트 부재 (111) 를 수용하기 위한 대피 홈을 형성하지 않으면 안 되었다. 따라서, 이 제안에 관련되는 볼 연결체를 사용하는 직선안내장치 등에서는 궤도 레일의 볼 전주 홈 또는 슬라이더의 부하 전주 홈에 상기 벨트 부재 (111)를 수용하는 대피 홈을 특별히 형성하지 않으면 안 되어 그만큼 생산 코스트가 증가되는 문제점이 있었다.

종래 또다른 볼 연결체로는 도12에 도시된 것과 같은 발명(미국특허 US 5,947,605호)이 있으나, 만곡에 제한이 있어 원활한 턴이 이루어 지기 힘든 구조를 갖고 있었으며, 상하측의 볼의 순환 속도가 다를시 뒤틀림이 발생할 수 있다는 문제가 있었다.

도13에 도시된 것과 같은 종래 가이드 벨트 역시, 플레이트의 상,하로 지지부가 돌출된다는 점에서 만곡시 간섭이 발생할 우려가 있으며, 사출이 난해하다는 문제가 있었다.

도14에 도시된 것과 같은 종래 가이드 벨트는 볼과 볼 사이의 금속마찰만을 방지하기 위한 것으로 볼을 잡아 주지 못해 볼의 탈락을 방지할 수 없다는 문제가 있었다.

이외에도 도15 내지 도18에 도시된 것과 같은 종래의 가이드 벨트가 존재하였으나, 이러한 가이드벨트들은 볼의 탈락을 방지함과 동시에 볼의 원활한 순환을 가능하게 한다는 가이드 벨트 본래의 목적을 충분히 달성하는데에는 모두 지지부간의 간섭발생 또는 볼탈락의 문제점을 가지고 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 볼이 탈락되지 않으면서도, 원활한 운동이 가능하게 하는 가이드 벨트를 제공하는데에 그 목적이 있다.

또한, 보다 간단한 방법으로도 제조가 가능한 가이드 벨트를 제공하는데에 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 볼이 수용될 수 있도록 원 모양의 볼 수용부가 연속적으로 이격되게 형성된 플레이트와; 상기 수용부 사이에서 상기 플레이트의 상부로 돌출되는 지지부를 포함하여 구성되되, 볼이 상기 볼 수용부에서 상기 지지부의 지지를 받으며 수용될 때, 상기 플레이트는 상기 볼의 중심 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 한다.

보다 상세하게는, 상기 지지부는 볼과 접하는 양측면이 구형상을 하는 것을 특징으로 하며, 상기 지지부는 제1지지부와 제2지지부로 이루어지되, 상기 제1지지부와 제2지지부는 상기 가이드벨트의 만곡에 따라 사이의 간격이 벌어지는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 가이드 벨트(210)는 도3 및 도4 에서와 같이 플레이트(211) 와 상기 플레이트(211)의 상부로 돌출되는 지지부(212)로 구성된다.

상기 플레이트(211)에는 길이방향으로 이격되게 위치하는 볼수용부(214)가 일정한 간격을 가지고 연속적으로 형성되는데, 상기 볼수용부(214)는 내부에 볼이 수용되는 공간으로, 플레이트(211)를 원 모양으로 천공하여 형성하는 것이 바람직하다. 상기 볼수용부(214)는 플레이트(211)의 길이 방향을 따라 이격되게 다수개가 형성된다.

상기 플레이트(211)의 상부로는 지지부(212)가 형성된다. 상기 지지부(212)는 볼수용부(214)와 볼수용부(214)의 사이에 형성되며, 인접하는 양쪽 볼 수용부(211)를 향해 오목하게 형성된, 구면 형상을 갖는다.

상기 구면 형상의 지지부(212)와 상기 플레이트(211) 사이에는 수용부(211)를 향하는 면이 평면으로 된 직선부(213)가 위치하도록 할 수도 있다.

상기 지지부(212)는, 도8에서와 같이 플레이트(211)의 볼 수용부(211)에 코어핀(400)을 위치시킨 후 합성수지등을 사용하여 사출성형 하는 것이 바람직하며, 사출이 완료되면 코어핀이 상부로 후퇴되어 사출물로 부터 분리 되도록 하는 것이 바람직하다. 가이드벨트(210)가 본 발명과 같은 형상을 갖게 되면 언더컷이 존재하지 않기 때문에 지지부(212)의 사출이 매우 용이하게 되는 장점이 있다.

상기와 같은 플레이트(211)와 지지부(212)로 구성되는 본 발명에 의한 가이드벨트(210)는 도3에 도시된 것과 같은 형상을 갖게 되며, 상기 가이드벨트(210)에 볼(220)이 결합된 볼연결체(200)는 직선안내장치의 무한궤도를 순환하게 된다.

도5는 가이드벨트에 볼이 결합된 볼연결체(200)의 정면도를 도시한 것으로, 플레이트(210)가 볼(220)의 중심보다 아래쪽에 위치함을 알 수 있다. 본 발명에 의할 경우, 플레이트(211)의 일측으로만 지지부(212)가 형성되기 때문에, 플레이트(210)가 볼(220)의 중심에 위치하면, 지지부(212)가 형성되지 않은 쪽으로의 볼(220)의 탈락을 방지하기가 어렵기 때문이다.

상기 가이드벨트의 지지부(212)는 도8에 도시된 바와 같이, 제1지지부(212a)와 제2지지부(212b)로 구성할 수도 있다. 이러한 구성을 채택하게 되면 만곡시, 제1지지부(212a)와 제2지지부(212b) 사이가 벌어지면서 지지부(212)가 볼(220)에 밀착하게 되어 볼의 탈락을 방지하는 효과를 증대시킬 수 있기 때문이다.

도 5는 방향 전환로 내부에서 U자형으로 만곡되는, 본 발명의 가이드벨트가 사용된 볼연결체를 도시하고 있으며, 도6은 종래의 볼 연결체를 도시하고 있다.

도6 의 종래 볼 연결체를 보면, 플레이트의 하부, 즉 만곡시의 회전중심 쪽에도 지지부가 형성되어 있기 때문에 지지부사이에 상호 간섭이 발생하게 되어 있다.

그러나 본 발명에 의한 볼 연결체는 도5 에서와 같이 플레이트의 하부 쪽에 지지부가 형성되지 않기 때문에 지지부 사이에 간섭이 발생할 여지가 없게 되며, 볼수용부(214)와 지지부(212)를 포함하여 볼(220)이 접하는 4방향 모두에서 볼(220)을 잡아 주므로, 볼(220)의 탈락 방지 효과가 보다 좋아지게 된다.

특히 지지부(212)의 볼과 접하는 면이 볼의 외주면에 대응되는 구면 형상을 하게 되므로 볼 탈락 방지의 효과가 더욱 좋아 지게 된다.

상기와 같은 볼 연결체(200)는 앞서 설명한 직선안내장치의 무한궤도 내에 삽입되어 슬라이더의 구동을 보조하게 되며, 볼 연결체의 일부가 끼워질 수 있는 안내 홈이 상기 볼 연결체에 대응되는 위치에 형성될 경우, 보다 안정적인 볼 연결체의 순환이 가능하게 된다.

본 발명에 의한 효과를 요약하면 다음과 같다.

첫째, 지지부가 플레이트의 일측으로만 돌출되므로, 만곡시 회전중심쪽에서 지지부사이의 간섭이 발생하지 않게 되어 부드러운 턴이 가능하게 된다.

둘째, 볼수용부와 지지부를 포함하여 볼이 접하는 4방향 모두에서 볼을 잡아 주므로, 볼의 탈락 방지 효과가 보다 좋아지게 되게 된다.

셋째, 본 발명과 같은 지지부의 형상을 갖게 되면, 코어로 볼을 사용하지 않고 볼 형상의 코어핀을 사용하여 사출 후 코어핀을 빼내는 방법을 사용하므로, 금형내에서 한번에 가이드 벨트가 성형될 수 있게 되어 제조 방법이 매우 간단해 지며, 작업 효율성이 높아진다.

넷째, 플레이트의 상부로만 지지부가 형성되므로, 하부로 돌출되는 부분이 없어 지지부 사출을 위한 금형 제작시 금형하판의 추가가공이 없어 금형이 간단하며 비용이 적게 들게 된다. 또한 적은 사출압으로도 미성형부 없이 사출이 가능하므로 BURR의 발생율을 줄일 수 있다.

다섯째, 지지부를 제1지지부와 제2지지부로 구성하여 만곡시 제1지지부와 제2지지부사이가 벌어지게 되므로 볼의 탈락을 방지하는 효과가 증대된다.

여섯째, 볼과 볼이 점접촉이 아닌 면접촉을 하므로 볼 외주면의 윤활막이 깨 지지 않게 된다.

Claims (3)

1. 볼이 수용될 수 있도록 원 모양의 볼 수용부가 연속적으로 이격되게 형성된 플레이트와;

   상기 수용부 사이에서 상기 플레이트의 상부로 돌출되는 지지부를 포함하여 구성되되,

   볼이 상기 볼 수용부에서 상기 지지부의 지지를 받으며 수용될 때, 상기 플레이트는 상기 볼의 중심 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 가이드 벨트.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지부는 볼과 접하는 양측면이 구형상을 하는 것을 특징으로 하는 가이드 벨트.
3. 제2항에 있어서, 상기 지지부는 제1지지부와 제2지지부로 이루어지되,

   상기 제1지지부와 제2지지부는 상기 가이드벨트의 만곡에 따라 사이의 간격이 벌어지는 것을 특징으로 하는 가이드벨트.

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