KR20090015140A - 직선 안내 장치 - Google Patents

Abstract

볼(3)의 무한 순환로로 되는 트랙 홈(30, 70)을 절삭 가공 또는 연삭 가공을 사용하여 고정밀도로 형성할 수 있고, 간편하면서도 저렴하게 제조하는 것이 가능한 직선 안내 장치이며, 양 측면에는 1조씩의 볼 전주 홈(10, 50)이 형성된 궤도 레일(1, 5)과, 기부(20, 60) 및 한 쌍의 플랜지부(21, 61)를 갖고 실내 홈(22, 62)을 구비한 채널 형상으로 형성되고, 상기 트랙 홈을 궤도 레일(1, 5)에 면한 안내 홈 내에 갖는 이동 블록(2, 6)으로 구성되며, 상기 트랙 홈은 상기 플랜지부의 내측면에 형성된 부하 직선 홈(31, 71)과, 상기 플랜지부와 기부가 교차된 상기 안내 홈의 코너부 또는 상기 기부에 설치되고 상기 궤도 레일과 대향하는 무부하 직선 홈(32, 72)과, 이들 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈을 연통 연결하여 이들 사이에서 볼을 왕래시키는 볼 편향 홈(33, 73)으로 구성되어 있다.

볼, 무한 순환로, 절삭 가공, 연삭 가공, 플랜지부

Description

직선 안내 장치{LINEAR GUIDANCE DEVICE}

본 발명은 이동 블록이 무한 순환하는 다수의 볼을 개재하여 궤도 레일에 조립되어 상기 이동 블록에 고정된 피탑재물을 궤도 레일을 따라 자유자재로 왕복 운동시키는 것이 가능한 직선 안내 장치에 관한 것으로, 특히 볼의 무한 순환로가 상기 이동 블록에 대하여 궤도 레일에 면한 트랙 홈으로서 형성된 간이한 구조의 직선 안내 장치에 관한 것이다.

공작 기계의 워크 테이블이나 각종 반송 장치의 직선 안내부에서는 테이블 등의 가동체를 탑재한 이동 블록이 궤도 레일을 따라 연속적으로 이동하는 구름 안내 장치를 다용하고 있다. 이러한 종류의 구름 안내 장치에서는 상기 이동 블록이 다수의 볼을 개재하여 궤도 레일에 조립되어 있으며, 볼이 이동 블록과 궤도 레일 사이에서 하중을 부하하면서 회전 주행함으로써 이동 블록에 탑재한 가동체를 궤도 레일을 따라 매우 작은 저항으로 가볍게 운동시키는 것이 가능하게 되어 있다. 또한, 이동 블록에는 볼의 무한 순환로가 구비되어 있으며, 볼을 이 무한 순환로 내에서 순환시킴으로써 상기 이동 블록이 궤도 레일을 따라 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

종래, 상기 이동 블록으로서는 금속제의 블록 본체와, 이 블록 본체의 양단 부에 결합되는 합성 수지제의 엔드 캡으로 구성된 것이 주류이었다. 상기 블록 본체에는 궤도 레일의 볼 전주 홈 사이에서 볼이 하중을 부하하면서 전주하는 부하 전주 홈이 형성되는 동시에, 이 부하 전주 홈과 평행하게 무부하 볼 통로가 뚫려 설치되어 있으며, 볼의 전주에 대한 경시적인 마모를 억제하도록, 예를 들어 켄칭이 가능한 강으로 형성되어 있었다. 또한, 상기 엔드 캡에는 방향 전환로가 형성되어 있고, 복잡한 형상을 실현하기 위해 합성 수지의 사출 성형으로 형성되어 있었다. 그리고, 한 쌍의 엔드 캡을 블록 본체의 전후 양단부면에 대하여 정확하게 고정함으로써 부하 전주 통로의 단부와 무부하 볼 통로의 단부가 방향 전환로에 의해 연결되어, 볼의 무한 순환로를 구비한 이동 블록이 완성되도록 되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 이동 블록은 가공 및 조립이 번거롭고, 제조 비용이 커지는 등의 문제점이 있었다.

한편, WO2006/022242-A1에는 이동 블록의 구성을 매우 간이화한 직선 안내 장치가 개시되어 있다. 이 직선 안내 장치에서는 볼의 무한 순환로가 금속제의 이동 블록에 대하여 트랙 홈으로서 형성되어 있고, 이동 블록은 단일 금속 피스로 구성되어 있다. 상기 트랙 홈은 궤도 레일의 볼 전주 홈과의 사이에서 볼이 하중을 부하하면서 전주하는 부하 직선 홈과, 이 부하 직선 홈의 양단부에 각각 설치되고, 이러한 부하 직선 홈을 전주해 온 볼의 전주 방향을 변화시켜, 상기 볼을 상기 궤도 레일의 볼 전주 홈으로부터 이탈시키는 한 쌍의 볼 편향 홈과, 한쪽의 볼 편향 홈으로부터 다른 쪽의 볼 편향 홈으로 무부하 상태의 볼을 이송하는 무부하 직선 홈으로 구성되어 있다. 이 트랙 홈은 상기 이동 블록의 궤도 레일과 대향하는 위 치에 형성되어 있고, 이에 의해 볼 편향 홈 및 무부하 직선 홈의 내부를 무부하 상태로 전주하는 볼이 트랙 홈으로부터 이탈하지 않게 되어 있다.

또한, WO2006/064734-A1에도 마찬가지의 직선 안내 장치가 개시되어 있다. 이 직선 안내 장치에서는 상기 트랙 홈을 이동 블록과 별개의 볼 순환 플레이트에 형성하고 있으며, 이 볼 순환 플레이트를 이동 블록에 끼워 맞춤으로써 트랙 홈을 궤도 레일에 면한 위치에 구비시키는 것이 가능하게 되어 있다.

상기 트랙 홈은 엔드밀을 사용한 절삭 가공에 의해 이동 블록 또는 볼 순환 플레이트에 대하여 연속적으로 형성하는 것이 가능하며, 이 점에 있어서 엔드 캡을 필요로 하였던 종래의 직선 안내 장치보다도 생산 비용의 저감화에 기여하는 것으로 되어 있다.

특허 문헌1 : WO2006/022242-A1

특허 문헌2 : WO2006/064734-A1

그러나, WO2006/022242-A1에 개시되는 직선 안내 장치에서는 궤도 레일을 단면이 대략 사각 형상으로, 이동 블록을 상기 궤도 레일에 걸쳐지는 채널 형상으로 형성한 경우에 상기 트랙 홈이 이동 블록의 채널 홈의 내측면에 위치하고 있어 채널 홈의 안까지 엔드밀을 삽입하여 트랙 홈의 절삭 가공을 행하려고 하면 엔드밀을 채널 홈의 내측면에 대하여 크게 기울이는 것이 필요하게 되어 트랙 홈의 전체를 정밀도 좋게 연속적으로 형성하는 것이 곤란했다.

또한, WO2006/064734-A1에 개시되는 직선 안내 장치에서는, 이동 블록과 별개의 볼 순환 플레이트에 대하여 트랙 홈을 형성하고 있기 때문에, 이러한 트랙 홈의 형성 자체에 문제는 없으나, 완성된 볼 순환 플레이트를 이동 블록에 끼워 맞추는 작업이 필요해져, 이동 블록의 조립이 번거롭다는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 점은 궤도 레일에 걸쳐지는 채널 형상으로 형성된 이동 블록에 대하여 볼의 무한 순환로가 되는 트랙 홈을 절삭 가공 또는 연삭 가공을 사용하여 고정밀도로 형성할 수 있고, 간편하면서도 저렴하게 제조하는 것이 가능한 직선 안내 장치를 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 직선 안내 장치는 단면이 대략 사각 형상으로 형성되고, 양 측면에는 길이 방향을 따라 1조씩의 볼 전주 홈이 형성된 궤도 레일과, 기부 및 이 기부로부터 돌출 설치된 한 쌍의 플랜지부를 갖고 안내 홈을 구비한 채널 형상으로 형성되고, 상기 안내 홈에 헐겁게 끼워지는 궤도 레일에 대하여 다수의 볼을 개재하여 조립되는 동시에, 상기 볼이 순환하는 복수의 트랙 홈을 궤도 레일에 면한 안내 홈 내에 갖는 이동 블록으로 구성되어 있다. 또한, 상기 트랙 홈은 궤도 레일의 볼 전주 홈과 대향하여 상기 플랜지부의 내측면에 형성된 부하 직선 홈과, 이 부하 직선 홈과 평행하게 설치되는 동시에 상기 플랜지부와 기부가 교차된 상기 안내 홈의 코너부 또는 상기 기부에 설치되어 상기 궤도 레일과 대향하는 무부하 직선 홈과, 이들 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈을 연통 연결하여 이들 사이에서 볼을 왕래시키는 볼 편향 홈으로 구성되어 있다.

이러한 본 발명의 직선 안내 장치에 따르면, 이동 블록은 기부 및 이 기부로부터 돌출 설치된 한 쌍의 플랜지부를 갖고, 궤도 레일이 헐겁게 끼워지는 안내 홈을 구비하여 채널 형상으로 형성되어 있다. 또한, 이동 블록은 다수의 볼을 개재하여 궤도 레일에 조립되는 동시에 이들 볼이 순환하는 트랙 홈을 갖고 있으며, 이러한 트랙 홈은 이동 블록의 안내 홈의 내부에 형성되어 있다. 트랙 홈의 일부를 구성하는 부하 직선 홈은 궤도 레일의 측면에 형성된 볼 전주 홈과 대향하고 있으며, 이러한 부하 직선 홈은 이동 블록의 플랜지부에 형성되어 있다. 한편, 트랙 홈의 일부를 구성하는 동시에 상기 부하 직선 홈과 평행하게 형성되는 무부하 직선 홈은 상기 플랜지부와 기부가 교차된 상기 안내 홈의 코너부 또는 상기 기부에 위치하고 있다.

이 때문에, 상기 트랙 홈을 엔드밀에 의해 절삭 가공하는 경우에 이러한 트랙 홈의 전체가 플랜지부에 형성되는 경우와 비교하여, 이동 블록의 안내 홈에 대하여 엔드밀을 꽂아 넣는 양을 경감시킬 수 있어, 트랙 홈의 형성 부위에 대하여 엔드밀을 용이하게 어프로치시키는 것이 가능해진다. 즉, 무부하 직선 홈을 형성하는 경우에는 기부에 대하여 엔드밀을 크게 기울이는 일 없이 어프로치 가능하다. 또한, 플랜지부에는 부하 직선 홈만 형성되므로 기부에 대한 플랜지부의 돌출 설치 높이는 낮게 설정하는 것이 가능하며, 이러한 부하 직선 홈을 형성하는 경우에도 플랜지부에 대하여 엔드밀을 크게 기울이는 일없이 어프로치 가능하다. 이에 의해, 트랙 홈의 전체를 정밀도 좋게 연속적으로 형성하는 것이 가능하다.

또한, 상기 부하 직선 홈은 이동 블록의 안내 홈의 코너부에 근접한 위치이며 상기 플랜지부의 내측면에 형성하는 것이 가능하며, 볼을 개재하여 이동 블록에 그 플랜지부를 눌러 퍼지게 하는 힘이 작용한 경우에도 이러한 이동 블록의 변형을 최소한으로 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 트랙 홈을 구성하는 무부하 직선 홈은 부하 직선 홈보다도 깊은 홈으로 형성할 필요가 있으나, 이러한 무부하 직선 홈은 안내 홈의 코너부로부터 기부에 걸친 어딘가에 형성되어 있으므로, 무부하 직선 홈을 플랜지부에 형성하는 경우와 비교하여 상기 플랜지부를 얇게 형성하는 것이 가능해져 이동 블록의 폭을 최소한으로 억제할 수 있다. 덧붙여, 상기 이동 블록에서는 기부에 대한 플랜지부의 돌출 설치 높이를 낮게 설정할 수 있기 때문에, 이러한 이동 블록이 걸쳐지는 궤도 레일의 높이를 낮게 설정하는 것도 가능해진다.

즉, 본 발명의 직선 안내 장치에서는 궤도 레일의 길이 방향과 수직한 방향에 있어서의 이동 블록 및 궤도 레일의 단면적을 최소한으로 억제하면서도, 이들 이동 블록 및 궤도 레일의 강성을 확보할 수 있고, 또한 경량화를 실현하는 것이 가능하다. 따라서, 고정밀도의 직선 왕복 운동을 얻는 것이 가능해진다.

당연한 것이지만 본 발명에 있어서의 트랙 홈은 반드시 엔드밀을 사용한 절삭 가공으로 형성하지 않더라도, 예를 들어 금속 사출 성형을 사용하여 이동 블록의 성형과 동시에 트랙 홈을 형성해 버리는 것도 가능하다. 그러나, 이동 블록의 견고성, 부하 직선 홈의 내마모성, 트랙 홈의 가공의 용이성을 고려한 경우, 이동 블록은 켄칭 처리가 가능한 강재로 제작하고, 켄칭 처리를 행한 후에 엔드밀을 사용한 절삭 가공에 의해 트랙 홈을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 무부하 직선 홈은 이동 블록의 안내 홈의 한 쪽의 코너부로부터 다른 쪽의 코너부까지의 사이이면, 이러한 코너부도 포함하여 어디에 형성해도 전술한 가공의 용이성을 획득할 수 있다.

특히, 안내 홈의 코너부에 대하여 무부하 직선 홈을 형성한 경우에는 볼을 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈 사이에서 왕래시키는 볼 편향 홈의 길이를 최단으로 할 수 있으므로, 트랙 홈을 절삭 가공할 경우에 그 가공 시간의 단축화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 무부하 직선 홈을 기부에 대하여 형성하는 경우와 비교하여, 안내 홈의 코너부에 대하여 무부하 직선 홈을 형성한 경우에는 기부의 두께를 얇게 하는 것이 가능해져, 이동 블록의 소형화, 경량화의 요구에 부응하는 것이 가능해진다. 또한, 무부하 직선 홈을 안내 홈의 코너부에 형성하면 이동 블록을 테이블 등의 가동체에 고정하는데 있어서, 고정 볼트가 나사 결합하는 탭 구멍을 형성하는 공간을 기부에 대하여 확보하기 쉬워진다.

또한, 상기 볼 편향 홈은 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈 사이에서 볼을 왕래시킬 수 있는 것이면, 그 구체적 형상은 적절하게 설계 변경해도 지장이 없다.

단, 무부하 직선 홈을 이동 블록의 기부에 형성하여 궤도 레일의 상면과 대향시킬 경우에는 볼이 상기 안내 홈의 코너부와 대향하는 궤도 레일의 코너부를 돌아 들어가도록 하여 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈 사이를 이동하므로, 이들 사이에 있어서의 볼의 왕래의 원활성을 고려하면 상기 볼 편향 홈은 궤도 레일의 길이 방향과 수직한 단면에 있어서의 궤적이, 상기 이동 블록의 안내 홈의 코너부에 대향하는 궤도 레일의 코너부를 중심으로 한 단일 원호로서 형성되어 있는 것이 바람직하다. 즉, 이러한 궤적으로 볼 편향 홈을 형성하면 이러한 볼 편향 홈 내에 있어서의 볼의 거동이 안정되어 볼을 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈 사이에서 원활하게 왕래시키는 것이 가능해진다.

그 경우, 볼은 상기 안내 홈의 코너부와 대향하는 궤도 레일의 코너부를 돌아 들어가도록 하여 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈 사이를 이동하므로 상기 볼 편향 홈 내에 있어서의 볼의 전주의 원활화를 꾀하기 위해서는 궤도 레일의 당해 코너부를 곡면 형상으로 형성하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈으로서는, 볼이 그 내부를 무부하 상태로 전주하는 것이면, 그 홈 깊이는 적절하게 조정해도 지장이 없으나, 볼이 이들 홈 내를 사행하는 일 없이 정렬하여 전주하는 등의 관점에서 보면, 이들 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈은 볼 직경의 1/2 이상의 깊이로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 깊이로 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈이 형성되면 볼은 그 적도가 가라앉은 상태로 무부하 직선 홈 및 볼 편향 홈 내를 전주하고, 전주하는 볼의 중심을 사행시키는 일 없이 소정의 궤적을 따라 안내하는 것이 가능해진다.

도1은 본 발명을 적용한 직선 안내 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 정면 단면도이다.

도2는 도1에 도시하는 직선 안내 장치의 궤도 레일을 도시하는 정면 단면도이다.

도3은 도1에 도시하는 직선 안내 장치의 이동 블록을 도시하는 정면 단면도이다.

도4는 도3의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도이다.

도5는 도3의 V-V선 단면도이다.

도6은 이동 블록의 트랙 홈을 평면 상에 전개한 모습을 도시하는 도면이다.

도7은 이동 블록에 있어서의 트랙 홈의 가공의 모습을 도시하는 도면이다.

도8은 본 발명을 적용한 직선 안내 장치의 제2 실시 형태를 도시하는 정면 단면도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 직선 안내 장치를 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명을 적용한 직선 안내 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 것이다. 이 직선 안내 장치는 단면이 대략 사각 형상으로 형성된 장척의 궤도 레일(1)과, 채널 형상으로 형성되는 동시에 다수의 볼(3)을 개재하여 상기 궤도 레일(1)에 조립된 이동 블록(2)으로 구성되어 있고, 상기 이동 블록(2)이 궤도 레일(1)에 걸쳐지도록 하여 상기 궤도 레일(1) 위를 자유자재로 왕복 운동하도록 구성되어 있다.

도2는 상기 궤도 레일(1)의 길이 방향에 직교하는 단면을 도시하는 것이다. 상기 궤도 레일(1)의 양 측면에는 길이 방향을 따라 볼(3)의 전주 홈(10)이 각 1조씩 형성되어 있다. 이들 전주 홈(10)은 궤도 레일(1) 상면으로부터 약간 떨어진 위치, 구체적으로는 궤도 레일(1)의 상면(11)으로부터 볼(3)의 반경에도 미치지 않는 거리로 떨어진 위치에 형성되어 있다. 상기 전주 홈(10)은 볼(3)이 전주하는 2 개의 오목 곡면(10a, 10b)으로 구성되어 있고, 그 단면은 소위 고딕 아치 형상을 이루고 있다. 따라서, 볼(3)은 상기 오목 곡면(10a, 10b)에 대하여 2점에서 접촉하고, 그 접촉 방향은 궤도 레일(1)의 저면에 대하여 45도의 각도를 각각 갖고 있다. 또한, 궤도 레일(1)에는 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 볼트 설치 구멍(12)이 관통 형성되어 있으며, 이러한 볼트 설치 구멍(12)을 이용하여 궤도 레일(1)을 각종 기계 장치의 베드나 컬럼 등의 고정부에 설치할 수 있게 되어 있다.

또한, 이 궤도 레일(1)의 상면(11)과 측면이 교차되는 상부 코너부(13)는 곡면 형상으로 형성되어 있고, 상기 전주 홈(10)의 오목 곡면(10a)으로부터 상기 상면(11)으로 연속되는 볼록 곡면을 이루고 있다. 이것은, 후술하는 바와 같이 이동 블록(2)에 있어서의 볼(3)의 무한 순환을 원활화하기 위해서이다.

한편, 도3에 도시한 바와 같이 상기 이동 블록(2)은 기부(20) 및 이 기부(20)와 직교하는 한 쌍의 플랜지부(21)를 갖고 채널 형상으로 형성되어 있고, 이들 한 쌍의 플랜지부(21) 사이에 안내 홈(22)을 갖고 있다. 그리고, 도1에 도시한 바와 같이 이 이동 블록(2)은 상기 안내 홈(22)에 궤도 레일(1)의 상부를 헐겁게 끼워, 약간의 간극을 사이에 두고 궤도 레일(1)에 걸쳐 있다. 즉, 궤도 레일(1)의 양 측면은 이동 블록(2)의 플랜지부(21)의 내측면과 서로 대향하고 있다. 또한, 상기 기부(20)의 상면은 테이블 등의 가동체의 설치면(23)으로 되어 있으며, 이러한 기부(20)에는 설치 나사를 나사 결합시키는 탭 구멍(24)이 형성되어 있다.

이 이동 블록(2)은 상기 볼(3)이 무한 순환하는 트랙 홈(30)을 갖고 있다. 이 트랙 홈(30)은 궤도 레일(1)의 전주 홈(10)과 대향하여 상기 플랜지부(21)의 내 측면에 형성된 부하 직선 홈(31)과, 이 부하 직선 홈(31)과 평행하게 형성되는 동시에 궤도 레일(1)의 상면(11)과 대향하여 상기 기부(20)에 형성된 무부하 직선 홈(32)과, 이들 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32) 사이에서 볼(3)을 왕래시키는 볼 편향 홈(33)으로 구성되어 있다. 이 트랙 홈(30)은 그 전역에 있어서 궤도 레일(1)을 향하여 개방되어 있으며, 트랙 홈(30)에 배열된 볼(3)은 궤도 레일(1)과 면한 상태에서 상기 트랙 홈(30) 내를 순환한다.

도4 및 도5는 도3에 도시한 이동 블록의 Ⅳ-Ⅳ선 단면도 및 V-V선 단면도인데, 상기 트랙 홈은 이동 블록의 안내 홈(22)의 코너부를 끼고, 기부와 플랜지부에 걸치도록 하여 형성되어 있기 때문에 도4 및 도5에서는 트랙 홈의 전체의 형상은 파악하기 어렵게 되어 있다. 도6은 상기 트랙 홈을 평면 상에 전개한 모습을 도시하는 것이다.

상기 트랙 홈(30)의 일부를 구성하는 부하 직선 홈(31)은, 그 단면이 궤도 레일(1)측의 전주 홈(10)과 마찬가지로 고딕 아치 형상으로 형성되어 있어, 볼(3)은 부하 직선 홈(31)에 대하여 2점에서 접촉하고 있다. 따라서, 볼(3)과 부하 직선 홈(31)과의 접촉 방향은 플랜지부(21)의 내측면의 법선 방향(도3의 지면 좌우 방향)에 대하여 상하로 45도씩 경사져 있다. 볼(3)은 궤도 레일(1)의 전주 홈(10)과 이동 블록(2)의 부하 직선 홈(31) 사이에서 하중을 부하하면서 구름 이동하고, 이동 블록(2)은 그 이동 방향 이외에 작용하는 모든 하중을 부하하면서 궤도 레일(1)을 따라 왕복 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

한편, 상기 트랙 홈(30)의 일부를 구성하는 무부하 직선 홈(32)은 볼(3)의 직경보다도 약간 큰 통로로서 형성되어 있고, 궤도 레일(1)의 상면(11)을 향한 개구 폭은 볼(3)의 직경보다도 약간 좁게 설정되어 있다. 따라서, 볼(3)은 무부하 상태, 즉 자유롭게 회전할 수 있는 상태인 채 무부하 전주 홈(32) 내에 수용되어 있다. 또한, 볼(3)은 무부하 직선 홈(32)에 유지된 상태로 되나, 이것은 볼(3)과 궤도 레일(1)의 접촉을 피하도록 의도된 것은 아니며, 볼(3)은 궤도 레일(1)과 접촉하면서 무부하 직선 홈(32)의 내부를 구름 이동한다.

또한, 상기 볼 편향 홈(33)은 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32)을 연결하는 대략 U자 형상의 궤도를 갖고 있으며, 하중을 부하하면서 부하 직선 홈(31)을 전주해 온 볼(3)을 하중으로부터 해방하는 동시에, 이러한 볼(3)의 전주 방향을 서서히 변화시켜 180도 방향 전환시켜 상기 무부하 직선 홈(32)으로 보내주도록 구성되어 있다. 이 볼 편향 홈(33)은 부하 직선 홈(31)과의 연결 부위에 있어서 가장 얕고, 무부하 직선 홈(32)과의 연결 부위에 있어서 가장 깊어지도록 형성되어 있다. 볼 편향 홈(33)이 서서히 깊어짐으로써 부하 직선 홈(31)을 전주하여 온 볼(3)이 볼 편향 홈(33)에 진입하면, 이러한 볼(3)은 하중으로부터 해방되어, 무부하 상태로 되고 볼 편향 홈(33) 내를 무부하 직선 홈(32)을 향하여 진행하여, 그 상태 그대로 무부하 직선 홈(32)에 진입하게 되어 있다.

이동 블록(2)을 궤도 레일(1)을 따라 이동시키면 궤도 레일(1)의 볼 전주 홈(10)과 이동 블록(2)의 부하 직선 홈(31) 사이에 끼워져 있는 볼(3)은 궤도 레일(1)에 대한 이동 블록(2)의 이동 속도(V)의 반 정도의 속도 0.5V로 부하 직선 홈(31) 내를 이동한다. 부하 직선 홈(31) 내를 전주하는 볼(3)은 볼 편향 홈(33) 에 도달하면 전술한 바와 같이 볼 편향 홈(33)의 깊이가 서서히 깊어지기 때문에 점차 하중으로부터 해방된다. 하중으로부터 해방된 볼(3)은 후속의 볼(3)에 밀려지도록 하여 그대로 궤도 레일(1)의 전주 홈(10) 내를 진행하나, 볼 편향 홈(33)은 전주 홈(10)에 있어서의 볼(3)의 전주를 가로막아 볼(3)의 진행 방향을 강제적으로 변화시키므로 볼(3)은 볼 편향 홈(33)에 의해 전주 홈(10)의 오목 곡면(10a)으로 다가가게 되고, 이 오목 곡면(10a)을 기어 오르도록 하여 궤도 레일(1)의 측면에까지 상승한다. 이에 의해, 볼(3)은 궤도 레일(1)의 전주 홈(10)으로부터 완전히 이탈되어 이동 블록(2)의 볼 편향 홈(33)에 완전히 수용된다.

도6에 도시한 바와 같이, 평면 상에 전개된 볼 편향 홈(33)은 대략 U자 형상의 궤도를 갖고 있기 때문에, 이러한 볼 편향 홈(33) 내에 수용된 볼(3)은 그 전주 방향을 역전시켜 궤도 레일(1)의 상면과 대향하는 이동 블록(2)의 무부하 직선 홈(32) 내로 진입한다. 또한, 무부하 직선 홈(32) 내를 진행한 볼(3)은 반대측의 볼 편향 홈(33)에 진입하고, 다시 전주 방향을 역전시킨 후, 궤도 레일(1)의 전주 홈(10)과 이동 블록(2)의 부하 직선 홈(31) 사이에 진입한다. 이때, 볼(3)은 전주 홈(10)의 오목 곡면(10a)을 측방으로부터 기어 내려가듯이 하여 궤도 레일(1)과 이동 블록(2) 사이에 진입하고, 볼 편향 홈(33)이 서서히 얕아짐에 따라 무부하 상태로부터 하중의 부하 상태로 이행한다.

볼(3)은 이와 같이 하여 이동 블록(2)의 트랙 홈(30) 내를 순환하고, 이에 수반하여 이동 블록(2)이 궤도 레일(1)을 따라 끊임없이 연속적으로 이동하는 것이 가능하게 되어 있다.

상기 트랙 홈(30)의 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32)은 이동 블록(2)의 안내 홈(22)의 코너부를 사이에 끼워 형성되어 있고, 볼 편향 홈(33)을 구름 이동하는 볼(3)은 상기 코너부와 대향하는 궤도 레일(1) 상부 코너부(13)의 주위를 돌아 들어가도록 하여 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32) 사이를 왕래한다. 트랙 홈(30)의 전체를 평면 상으로 전개한 경우, 도6에 도시한 바와 같이 볼 편향 홈(33)은 대략 U자 형상으로 형성되어 있으나, 궤도 레일(1)의 길이 방향과 수직한 단면에 관하여 볼 편향 홈(33)을 관찰한 경우, 도7에 도시한 바와 같이 이러한 볼 편향 홈(33)은 궤도 레일(1)의 상부 코너부(13)를 중심으로 한 일정 반경(R)의 단일 원호로 형성되어 있다. 즉, 볼 편향 홈(33)은 이러한 도6 및 도7에 도시하는 형상이 조합된 궤적을 갖고 있다. 이와 같이, 궤도 레일(1)의 길이 방향과 수직한 단면에 있어서의 볼 편향 홈(33)의 궤적을 궤도 레일(1)의 상부 코너부(13)를 중심으로 한 단일 원호로 형성하면 궤도 레일(1)의 상부 코너부(13)의 주위를 돌아 들어가도록 하여 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32) 사이를 왕래하는 볼(3)의 거동이 안정되어 볼 편향 홈(33) 내에 있어서의 볼(3)의 구름 이동을 원활한 것으로 하는 것이 가능해진다.

또한, 전술한 바와 같이 궤도 레일(1)의 상부 코너부(13)는 상기 전주 홈(10)의 오목 곡면(10a)으로부터 상기 상면(11)으로 연속되는 볼록 곡면을 이루고 있으므로, 이 점에 있어서도 부하 직선 홈(31)을 이탈한 볼(3)이 무부하 직선 홈(32)을 향하여 궤도 레일(1)의 상부 코너부(13)를 돌아 들어가는 거동이 안정되어 볼 편향 홈(33) 내에 있어서의 볼(3)의 구름 이동을 원활한 것으로 하는 것이 가능해진다.

다음에, 상기 이동 블록(2)의 제조 방법에 대하여 설명한다.

이 이동 블록(2)의 제작은, 우선은 막대 형상 강재에 인발(drawing) 가공을 실시하여 채널 형상의 형태를 부여한 후, 기부(20)에 대하여 탭 구멍(24)의 가공을 행하고, 마지막으로 볼 앤드밀을 사용한 절삭 가공에 의해 트랙 홈(30)을 형성하여 행해진다. 또한, 트랙 홈(30)의 절삭 가공에 앞서, 채널 형상으로 형성된 막대 형상 강재에는 켄칭 처리를 실시해 둔다. 또한, 막대 형상 강재를 채널 형상으로 형성하는 방법으로서는, 이동 블록(2)의 재질에 따라 적절하게 선택할 수 있어, 예를 들어 단조(鍛造) 가공을 사용하는 것도 가능하다.

도7에 도시한 바와 같이, 상기 트랙 홈(30)의 절삭 가공은 이동 블록(2)의 안내 홈(22)에 볼 엔드밀(4)을 삽입하여 행해진다. 볼 엔드밀(4)의 선단부에는 전주 홈(10)의 오목 곡면(10a, 10b)의 곡률에 합치한 볼 형상 헤드(40)가 설치되어 있고, 이 볼 형상 헤드(40)는 볼(3)의 직경보다도 약간 큰 직경을 구비하고 있다. 부하 직선 홈(31)을 절삭하는 경우, 볼 엔드밀(4)은 한쪽의 오목 곡면(10a)을 형성한 후, 플랜지부(21)의 내측면을 따라 약간 오프셋되어 다른 쪽의 오목 곡면(10b)을 형성한다. 또한, 볼 편향 홈 및 무부하 직선 홈은 부하 직선 홈의 형성과 연속하여 일공정으로 절삭 가공할 수 있다.

예를 들어, 복합 선반의 워크 주축에 채널 형상으로 형성된 이동 블록(2)을 고정하는 한편, 밀 주축에 볼 엔드밀(4)을 고정하고, 이들 워크 주축과 밀 주축의 연동에 의해 트랙 홈(30)을 일공정으로 형성하는 것이 가능해진다. 부하 직선 홈(31) 및 무부하 직선 홈(32)을 형성할 때는 밀 주축을 이동 블록(2)의 길이 방향으로 이동시키고, 볼 편향 홈(33)을 형성할 때는 밀 주축의 이동에 맞춰 워크 주축을 소정 각도만큼 회전시키면서 절삭 가공을 행한다. 또한, 도7에서는 밀 주축에 고정된 볼 엔드밀(4)이 소정 각도만큼 선회하여 볼 편향 홈(33)을 형성하고 있는 것처럼 도시되어 있으나, 실제로는 밀 주축은 선회시키지 않고, 이동 블록(2)이 고정된 워크 주축이 소정 각도 회전하여 볼 편향 홈(33)의 형성이 행해진다. 또한, 트랙 홈의 형성은 복합 선반에 한하지 않고, 머시닝 센터에 의해서도 가공하는 것이 가능하다.

트랙 홈(30)의 일부가 이동 블록(2)의 기부(20)에 형성되지 않고, 트랙 홈(30) 모두가 플랜지부(21)의 내측면에 대해서만 형성되어 있으면, 이러한 이동 블록(2)의 소형화를 도모하는 경우에 이동 블록(2)의 안내 홈(22)에 대한 볼 엔드밀(4)의 삽입 각도가 제한되어, 트랙 홈(30)을 정밀도 좋게 형성하는 것이 곤란해질 가능성이 있다. 그러나, 이 제1 실시 형태와 같이 이동 블록(2)의 안내 홈(22)의 코너부를 걸치도록 하여 트랙 홈(30)을 형성하면 트랙 홈(30)의 형성 부위에 대한 볼 엔드밀(4)의 어프로치가 용이한 것으로 되어, 이러한 트랙 홈(30)을 이동 블록(2)에 대하여 고정밀도로 가공하는 것이 가능해진다.

또한, 이 이동 블록(2)에서는 트랙 홈(30)이 이동 블록(2)의 안내 홈(22)의 코너부를 걸치도록 하여 존재하기 때문에 기부(20)에 대한 플랜지부(21)의 돌출 설치 높이를 낮게 설정하는 것이 가능해져, 결과적으로 이동 블록(21)이 걸쳐지는 궤도 레일(1)의 높이를 낮게 설정하는 것도 가능해진다. 이에 의해, 궤도 레일(1)을 따라 왕복 이동하는 이동 블록(2)의 무게 중심 높이를 낮게 억제할 수 있으므로, 이동 블록(2)의 주행 시의 진동(pitching)의 발생을 억제하여 속도 리플(ripple)이 작은 고정밀도의 직선 왕복 운동을 얻는 것이 가능해진다.

또한, 이동 블록(2)의 생산성에 주목하면 이러한 이동 블록(2)은 채널 형상으로 형성된 막대 형상 강재에 대하여 트랙 홈(30)을 형성하는 것만으로 완성되기 때문에 트랙 홈(30)에 있어서의 부하 직선 홈(31) 및 무부하 직선 홈(32)의 길이를 임의로 변경하면 동일한 궤도 레일(1)에 대하여 부하 용량이 다른 이동 블록(2)을 간편하게 제작하는 것이 가능하다. 즉, 소정 폭의 궤도 레일(1)에 합치한 채널 형상으로 막대 형상 강재를 가공해 두고, 이 막대 형상 강재를 전술한 복합 선반에 장착하여 임의의 사이즈의 트랙 홈(30)의 가공을 행한 후, 트랙 홈(30)의 사이즈에 맞추어 막대 형상 강재를 절단하면 이동 블록(2)이 완성되는 것이다. 따라서, 이러한 이동 블록(2)과 궤도 레일(1)을 조합한 직선 안내 장치는 수주 생산에 의해서도 신속히 생산할 수 있고, 재고 관리에 의한 비용의 발생을 억제하여 보다 저가격에 의한 직선 안내 장치의 제공을 가능하게 하는 것이다.

다음에, 도8은 본 발명을 적용한 직선 안내 장치의 제2 실시 형태를 도시하는 것이다.

이 제2 실시 형태의 직선 안내 장치도 단면이 대략 사각 형상으로 형성된 장척의 궤도 레일(5)과, 채널 형상으로 형성되는 동시에 다수의 볼(3)을 개재하여 상기 궤도 레일(5)에 조립된 이동 블록(6)으로 구성되어 있고, 상기 이동 블록(6)이 궤도 레일(5) 상을 자유자재로 왕복 운동하도록 구성되어 있다.

상기 궤도 레일(5)의 양 측면에는 길이 방향을 따라 볼(3)의 전주 홈(50)이 각 1조씩 형성되어 있다. 이들 전주 홈(50)의 단면은 소위 고딕 아치 형상을 이루고 있으며, 이 점은 전술한 제1 실시 형태와 동일하다. 또한, 궤도 레일(5)에는 길이 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 볼트 설치 구멍(51)이 관통 형성되어 있다.

또한, 이 궤도 레일(5)의 상면(52)과 측면이 교차되는 상부 코너부는 비스듬히 절결되어 있어, 후술하는 무부하 볼 보조면(53)이 형성되어 있다. 따라서, 궤도 레일(5)은 상기 볼 전주 홈(50)의 형성 부위보다도 상방에서는 대략 사다리꼴 형상을 이루고 있다.

한편, 상기 이동 블록(6)은 기부(60) 및 이 기부(60)와 직교하는 한 쌍의 플랜지부(61, 61)를 갖고 채널 형상으로 형성되어 있으며, 이들 한 쌍의 플랜지부(61)의 사이에는 상기 궤도 레일(5)의 상부가 헐겁게 끼워지는 안내 홈(62)을 갖고 있다. 또한, 상기 기부(60)의 상면은 테이블 등의 가동체의 설치면(63)으로 되어 있고, 이러한 기부(60)에는 설치 나사를 나사 결합시키는 탭 구멍(64)이 형성되어 있다.

이 이동 블록(6)은 상기 볼(3)이 무한 순환하는 트랙 홈(70)을 갖고 있다. 이 트랙 홈(70)은, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지로 궤도 레일(5)의 전주 홈(50)과 대향하여 상기 플랜지부(61)의 내측면에 형성된 부하 직선 홈(71)과, 이 부하 직선 홈(71)과 평행하게 형성되는 무부하 직선 홈(72)과, 이들 부하 직선 홈(71)과 무부하 직선 홈(72) 사이에서 볼(3)을 왕래시키는 볼 편향 홈(73)으로 구 성되어 있다. 이 트랙 홈(70)은 그 전역에 있어서 궤도 레일(5)을 향하여 개방되어 있으며, 트랙 홈(70)에 배열된 볼(3)은 궤도 레일(5)과 면한 상태로 상기 트랙 홈(70) 내를 순환한다.

단, 이 제2 실시 형태에 있어서, 상기 무부하 직선 홈(72)은 이동 블록(6)의 기부(60)와 플랜지부(61)가 교차된 안내 홈(62)의 코너부에 형성되어 있다. 또한, 이 무부하 직선 홈(72)은 궤도 레일(5)의 상면(52)에 대향하는 것이 아니라, 궤도 레일(5)의 상부 코너부에 형성된 상기 무부하 볼 보조면(53)에 대향하고 있다.

이 제2 실시 형태의 트랙 홈(70)도 이동 블록(6)에 대하여 볼 엔드밀을 사용한 절삭 가공에 의해 형성하는 것이 가능하며, 부하 직선 홈(71), 볼 편향 홈(73) 및 무부하 직선 홈(72)을 연속하여 일 공정으로 절삭 가공할 수 있다. 또한, 무부하 직선 홈을 이동 블록의 플랜지부의 내측면이 아니라, 이동 블록(6)의 안내 홈(62)의 코너부에 형성하고 있으므로, 트랙 홈(70)의 형성 부위에 대한 볼 엔드밀의 어프로치가 용이한 것이 되며, 이러한 트랙 홈(70)을 이동 블록(6)에 대하여 고정밀도로 가공하는 것이 가능해진다.

특히, 제1 실시 형태와 비교한 경우에, 이 제2 실시 형태에서는 무부하 직선 홈을 안내 홈(62)의 코너부에 형성했기 때문에 부하 직선 홈과 무부하 직선 홈을 연통 연결하는 볼 편향 홈의 길이를 단축할 수 있어, 전술한 바와 같이 절삭 가공으로 트랙 홈을 형성할 때의 가공 시간의 단축화를 도모하는 것이 가능해져 이동 블록(6)의 생산성을 높일 수 있다.

또한, 무부하 직선 홈(72)은 궤도 레일(5)의 상부 코너부를 비스듬히 절결하 여 형성한 무부하 볼 보조면(53)에 대향하고 있으므로, 볼(3)이 궤도 레일(1)의 상부 코너부를 돌아 들어가도록 하여 부하 직선 홈(31)과 무부하 직선 홈(32) 사이를 순환하는 제1 실시 형태의 경우와 비교하여 부하 직선 홈(71)과 무부하 직선 홈(72) 사이에 있어서의 볼(3)의 왕래, 즉 볼 편향 홈(73) 내에 있어서의 볼(3)의 구름 이동을 원활화할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 단면이 대략 사각 형상으로 형성되고, 양 측면에는 길이 방향을 따라 1조씩의 볼 전주 홈(10, 50)이 형성된 궤도 레일(1, 5)과, 기부(20, 60) 및 이 기부로부터 돌출 설치된 한 쌍의 플랜지부(21, 61)를 갖고 안내 홈(22, 62)을 구비한 채널 형상으로 형성되고, 상기 안내 홈(22, 62)에 헐겁게 끼워지는 궤도 레일(1, 5)에 대하여 다수의 볼(3)을 개재하여 조립되는 동시에, 상기 볼(3)이 순환하는 복수의 트랙 홈(30, 70)을 궤도 레일(1, 5)에 면한 안내 홈(22, 62) 내에 갖는 이동 블록(2, 6)으로 구성되고,

   각 트랙 홈(30, 70)은 궤도 레일(1, 5)의 볼 전주 홈(10, 50)과 대향하여 상기 플랜지부(21, 61)의 내측면에 형성된 부하 직선 홈(31, 71)과, 이 부하 직선 홈(31, 71)과 평행하게 설치되는 동시에, 상기 플랜지부(21, 61)와 기부(20, 60)가 교차된 상기 안내 홈(22, 62)의 코너부 또는 상기 기부(20, 60)에 설치되어 상기 궤도 레일(1, 5)과 대향하는 무부하 직선 홈(32, 72)과, 이들 부하 직선 홈(31, 71)과 무부하 직선 홈(32, 72)을 연통 연결하여 이들 사이에서 볼(3)을 왕래시키는 볼 편향 홈(33, 73)으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 직선 안내 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 이동 블록(2, 6)은 켄칭 처리된 강으로 형성되어 있고, 상기 트랙 홈(30, 70)은 절삭 가공에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직선 안내 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 궤도 레일(1, 5)의 길이 방향에 수직한 단면에 있어서의 상기 방향 전환 홈(33, 73)의 궤적은 상기 무부하 직선 홈(32, 72)이 이동 블록(2, 6)의 기부(20, 60)에 설치되는 경우, 상기 이동 블록(2, 6)의 안내 홈(22, 62)의 코너부에 대향하는 궤도 레일(1, 5)의 코너부를 중심으로 한 단일 원호로서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직선 안내 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 궤도 레일(1, 5)은 상기 이동 블록(2, 6)의 안내 홈(22, 62)의 코너부에 대향하는 코너부를 곡면 형상으로 형성한 것을 특징으로 하는 직선 안내 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 무부하 직선 홈(32, 72)은 상기 플랜지부(21, 61)와 기부(20, 60)가 교차된 상기 안내 홈(22, 62)의 코너부에 설치되는 한편, 상기 궤도 레일(1, 5)에는 볼 전주 홈(10, 50)이 형성된 측면과 상기 기부(20, 60)에 대향하는 상면(11) 사이에 상기 무부하 직선 홈(32, 72)과 대향하는 무부하 볼 보조면(53)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 직선 안내 장치.

Images