KR20150126002A - 리니어 가이드 장치 - Google Patents

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KR20150126002A
KR20150126002A KR1020157027214A KR20157027214A KR20150126002A KR 20150126002 A KR20150126002 A KR 20150126002A KR 1020157027214 A KR1020157027214 A KR 1020157027214A KR 20157027214 A KR20157027214 A KR 20157027214A KR 20150126002 A KR20150126002 A KR 20150126002A
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flange
grooves
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준 마츠모토
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닛본 세이고 가부시끼가이샤
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Abstract

리니어 가이드 장치는, 안내 레일(4)과 슬라이더(10)로 이루어진다. 안내 레일(4)의 홈과 슬라이더(10)의 홈 중 적어도 1 개의 홈은, 단면형상이 원호의 곡면 2 개를 조합해 구성되어 단면형상이 대략 V자형상의 홈이고, 2 개의 곡면은 사용 상태에 있어서 볼(7)이 접촉하는 한쪽의 곡면과 사용 상태에 있어서 볼(7)이 비접촉인 다른 쪽의 곡면으로 이루어지고, 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이는, 다른 쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이보다도 깊게 형성되어 있다

Description

리니어 가이드 장치{LINEAR GUIDE DEVICE}
본 발명은 리니어 가이드 장치에 관한 것이며, 특히 전동체로서 볼을 구비한 리니어 가이드 장치에 관한 것이다.
종래, 반송장치나 반도체 제조 장치 등에 있어서 직선적으로 운동하는 물체를 저마찰로 지지하는 리니어 가이드 장치가 알려져 있다. 리니어 가이드 장치는, 안내 레일과, 안내 레일을 넘어서 안내 레일의 길이 방향에 상대 이동 가능하게 과감(跨嵌)된 슬라이더로 이루어지고, 안내 레일의 측면에 길이 방향에 연재돼서 마련되어 볼이 전동하기 위한 전동홈과 안내 레일의 전동홈에 대향하여 슬라이더에 마련되어 볼이 전동하기 위한 전동홈으로 이루어지는 전동로를 다수 개의 볼이 전동함으로써, 안내 레일과 슬라이더와의 원활한 상대 이동을 실현하는 것이다.
이와 같은 리니어 가이드 장치에 있어서, 안내 레일 측의 전동홈과 슬라이더 측의 전동홈 중 적어도 한쪽의 전동홈을 2 개의 곡면을 조합하여 구성하고, 그 전동홈의 단면을 대략 V자형상으로 한 것이 있다.
일본국 특개 소61-241526호 공보 및 일본국 특개 소63-180437호 공보에 있어서는, 통상의 사용시에는 볼은 전동 홈의 2 개의 곡면 중 어느 한쪽 곡면과 접촉하여 다른 쪽 곡면과는 접촉하지 않는다. 한편, 전동홈의 위치를 측정할 때에는 측정용 볼이 2 개의 곡면의 쌍방에 접촉한다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 전동홈의 위치를 정밀도 좋게 측정하는 것이 가능하게 되어 있다.
일본국 특개 소61-241526호 공보 일본국 특개 소63-180437호 공보
리니어 가이드 장치의 사용시에 슬라이더에 하중이 걸리면, 안내 레일 및 슬라이더의 각 전동홈에 있어서의 볼과의 접촉부에는, 그 하중에 의해 접촉 응력이 생긴다. 일본국 특개 소61-241526호 공보 및 일본국 특개 소63-180437호 공보와 같은 구성에 있어서는, 슬라이더에 특히 큰 하중이 걸린 경우, 볼이 각 전동홈의 홈 어깨에 타올라 버림으로써, 접촉 응력이 생기는 범위가, 각 전동 홈의 테두리부보다도 바깥쪽의 안내 레일의 부분 혹은 슬라이더의 부분에 이르러 버리는 경우가 있다. 이 경우, 그 안내 레일 혹은 슬라이더의 부분에 큰 응력 즉 에지 로드(edge load)가 작용하고, 이 에지 로드에 의해 전동홈에 압흔이 생겨버릴 우려가 있다. 전동홈에 압흔이 생겨 버리면, 볼의 원활한 순환이 저해되고, 그 결과 리니어 가이드 장치의 기능이 저하되어 버린다.
본 발명은 이와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 슬라이더에 큰 하중이 걸리더라도 전동홈에 압흔이 생기기 어려운 리니어 가이드 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 따른 리니어 가이드 장치는, 전동체가 전동하기 위한 직선형상의 홈을 복수 개 구비한 직선형상의 안내 레일과, 상기 안내 레일의 상기 복수 개의 홈과 일대 일로 대향하여 상기 전동체가 전동하기 위한 홈을 구비한 슬라이더와, 대향하는 상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈과의 사이에 전동이 자유롭게 배치되고, 상기 슬라이더를 상기 안내 레일에 대하여 길이 방향으로 이동이 자유롭게 지지하는 복수 개의 전동체를 구비하고, 상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈 중 적어도 1 개의 홈은, 단면형상이 원호의 곡면 2 개를 조합해 구성되어 단면형상이 대략 V자형상의 홈이고, 상기 2 개의 곡면은 사용 상태에 있어서 상기 전동체가 접촉하는 한쪽의 곡면과 사용 상태에 있어서 상기 전동체가 비접촉인 다른 쪽의 곡면으로 이루어지는 리니어 가이드 장치에 있어서, 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈은, 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이와, 상기 다른 쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 상기 홈 바닥까지의 깊이는, 다른 깊이로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 리니어 가이드 장치는, 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈은, 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이 쪽이, 상기 다른 쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 상기 홈 바닥까지의 깊이보다도 깊게 형성되어 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 리니어 가이드 장치는, 대향하는 상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈과의 쌍 중, 적어도 1 개의 쌍은, 상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈이 모두 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 리니어 가이드 장치는, 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈인 상기 안내 레일의 홈에 있어서의 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이와, 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈인 상기 슬라이더의 홈에 있어서의 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이는, 대략 동일한 깊이로 형성되어 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 리니어 가이드 장치는, 상기 안내 레일의 홈은 상기 안내 레일 측면의 상하방향 중간부에 상기 길이방향에 연재되어 마련되며 또한 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈이고, 상기 한쪽 곡면은 상기 안내 레일의 홈의 상측 부분을 구성하고, 상기 안내 레일의 홈보다도 아래쪽 측의 상기 측면의 부분에는, 상기 안내 레일의 홈보다도 위쪽 측의 상기 측면의 부분과 동일 평면상의 부분과, 그 평면보다도 상기 안내 레일의 폭방향에서 안쪽 측에 위치하는 부분이 형성되어 있다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 리니어 가이드 장치는, 상기 2 개의 곡면은 각각 상기 단면의 원호 중심이 서로 다르고, 상기 대략 V자형상의 단면형상은 대략 고딕 아치형상이다.
본 발명에 의하면, 슬라이더에 큰 하중이 걸리더라도 전동홈에 압흔이 생기기 어려운 리니어 가이드 장치를 제공할 수가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치의 구성을 나타내는 부분 단면도이다.
도 2a는 본 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치를 길이방향에서 본 정면도이고, 도 2b는 그 리니어 가이드 장치의 주요부의 평면도이고, 일부를 단면으로 나타내고 있다.
도 3은 한쪽 측의 상측 전동로 및 하측 전동로를 길이방향에서 본 확대 단면도이다.
도 4는 안내 레일의 하측 전동홈 근방을 길이방향에서 본 확대 단면도이다.
도 5는 슬라이더의 하측 전동홈 근방을 길이 방향에서 본 확대 단면도이다.
도 6은 안내 레일의 하측 전동홈과 슬라이더의 하측 전동홈을 조합한 사용 상태를 길이 방향에서 본 확대 단면도이다.
도 7은 안내 레일의 상측 전동홈과 슬라이더의 상측 전동홈을 조합한 사용 상태를 길이방향에서 본 확대 단면도이다.
도 8은 안내 레일의 하측 전동홈 및 슬라이더의 하측 전동로의 근방을 길이방향에서 본 단면도이다.
도 9a, 9b 는 안내 레일을 정반(定盤) 등에 재치(載置)한 상태를 나타내는 개념도로, 도 9a는 하부측면이 상측 랜드와 동일 평면에 있는 경우를 나타내고, 도 9b는 하부측면이 상측 랜드와 동일 평면에 없는 경우를 나타내고 있다.
도 10은 안내 레일에 있어서의 홈 위치의 측정방법을 나타내는 개념도이다.
도 11은 슬라이더에 있어서의 홈 위치의 측정방법을 나타내는 개념도이다.
도 12는 안내 레일의 상측 전동홈 및 하측 전동홈의 가공방법을 나타내는 개념도이다.
도 13은 실험에 사용한 비교예 1에 따른 리니어 가이드 장치의 주요부의 단면도이다.
도 14는 실험에 사용한 비교예 2에 따른 리니어 가이드 장치의 주요부의 단면도이다.
도 15a, 15b, 15c는 슬라이더에 하중을 건 경우의 접촉 응력의 분포범위의 변화를 나타내는 개념도로, 도 15a는 하중이 작은 경우, 도 15b는 하중이 늘어난 경우, 도 15c는 하중이 더 늘어난 경우를 각각 나타낸다.
도 16a, 도 16b는 비교예 1의 실험결과를 나타내는 그래프로, 도 16a는 안내 레일측의 상측 프랭크의 면압 분포를 나타내고, 도 16b는 슬라이더측의 하측 프랭크의 면압 분포를 나타내고 있다.
도 17a, 17b는 비교예 2의 실험결과를 나타내는 그래프로, 도 17a는 안내 레일측의 상측 프랭크의 면압 분포를 나타내고, 도 17b는 슬라이더측의 하측 프랭크의 면압 분포를 나타내고 있다.
도 18a, 18b는 실시예의 실험결과를 나타내는 그래프로, 도 18a는 안내 레일측의 상측 프랭크의 면압 분포를 나타내고, 도 18b는 슬라이더측의 하측 프랭크의 면압 분포를 나타내고 있다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치에 대해 도면을 참조하면서 설명한다. 그리고, 본 명세서에 있어서는, 안내 레일을 통상적으로 수평으로 한 상태에 있어서, 안내 레일의 길이방향에 대해 수평방향에 직각으로 교차하는 방향을 폭방향으로 하고, 길이방향 및 폭방향에 대해 수직으로 교차하는 방향을 상하방향으로 한다. 또한, 이때, 길이방향에 연재하는 상측의 면, 하측의 면, 및 양측의 면을 각각 상면, 하면, 및 측면이라 하고, 길이방향의 단부측의 면을 단면이라 한다. 또한, 이들의 방향 및 각 면의 호칭은, 슬라이더에 있어서는, 슬라이더가 안내 레일에 장착된 상태에 있어서 같은 것으로 한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치의 구성을 나타내는 부분 단면도이다. 또한, 도 2a는, 리니어 가이드 장치를 길이방향에서 본 정면도이고, 도 2b는 그 리니어 가이드 장치의 주요부의 평면도로서, 일부를 단면으로 나타내고 있다. 그리고 도 2a는, 엔드 캡을 떼어낸 상태를 나타내고 있다.
도 1 및 도 2a, 2b에 나타내는 바와 같이, 리니어 가이드 장치(1)는 직선형상으로 연재하는 단면 대략 네모형의 안내 레일(4)과, 그 안내 레일(4)에 전동체인 볼(7)을 개재시켜 길이방향에 이동 가능하게 장착된 슬라이더(10)를 구비하고 있다. 슬라이더(10)는, 하면측에 길이 방향에 연재되는 오목부(13)가 형성되고, 길이방향에서 본 단면형상은 대략 역 U자형상으로 되어 있다. 오목부(13)는 슬라이더(10)의 양단면을 관통하여 형성되어 있다. 슬라이더(10)는 오목부(13)가 안내 레일(4)을 넘어서 그 안내 레일(4) 상에 배치되어 있다.
안내 레일(4)의 한쪽 측의 측면(4a)과 상면(4c)이 교차하는 능선부에는, 볼(7)이 전동하기 위한 상측 전동홈(16)이 길이방향에 연재돼서 형성되어 있다. 안내 레일(4)의 다른 쪽 측의 측면(4b)과 상면(4c)과의 능선부에도 같은 상측 전동홈(16)이 형성되어 있다. 또한, 안내 레일(4)의 측면(4a)의 상하 방향 대략 중간위치에는, 볼(7)이 전동하기 위한 하측 전동홈(71)이 길이방향에 연재돼서 형성되어 있다. 하측 전동홈(17)의 저부에는, 하측 전동홈(17)의 전체 길이에 걸쳐 릴리프 홈(18)이 형성되어 있다. 안내 레일(47)의 다른 쪽 측의 측면(4b)의 상하방향 대략 중간위치에도, 같은 하측 전동홈(17) 및 릴리프홈(18)이 형성되어 있다. 이와 같이, 안내 레일(4)에는 각 측면(4a, 4b)에 각각 상측 및 하측의 2 개씩, 합계 4 개의 전동홈(16, 17)이 형성되어 있다.
슬라이더(10)는, 슬라이더 본체부(19)와, 슬라이더 본체부(19)의 길이방향의 각 단부에 각각 착탈 가능하게 부착된 엔드 캡(22a, 22b)으로 구성되어 있다. 슬라이더 본체부(19)는, 안내 레일(4)의 각 측면(4a, 4b)을 따라 각각 길이방향 및 아래쪽에 연재되어 배치되는 한 쌍의 다리부(脚部; 25a, 25b)와 한 쌍의 다리부(25a, 25b)를 안내 레일(4)의 상면(4c) 측에서 연결하는 동체부(胴體部, 28)로 구성되어 있다.
각 엔드 캡(22a, 22b)의 슬라이더 본체부(19) 측과는 반대측의 길이방향 단부, 즉 슬라이더(10)의 길이방향의 가장 외측이 되는 각 단부에는, 방진부품인 사이드 시일(31a, 31b)이 각각 장착되어 있다. 이들 사이드 시일(31a, 31b)은, 안내 레일(4)과 슬라이더(10)와의 극간을 밀봉하여, 외부로부터 먼지 등의 이물질이 침입하는 것을 방지하고 있다.
슬라이더 본체부(19)의 한쪽 다리부(25a)의 내측면, 즉 안내 레일(4)의 한쪽 측의 측면(4a)과 대향하는 면에는, 그 한쪽 측의 측면(4a)에 형성된 상측 전동홈(16) 및 하측 전동홈(17)의 각각과 대향하는 위치에, 볼(7)이 전동하기 위한 상측 전동홈(34) 및 하측 전동홈(35)이 형성되어 있다. 슬라이더 본체부(19)의 다른 쪽의 다리부(25b)의 내측면에도 같은 상측 전동홈(34) 및 하측 전동홈(35)이 형성되어 있다(도 2a 참조). 안내 레일(4)의 상측 전동홈(16)과 슬라이더 본체(19)의 상측 전동홈(34)으로 볼(7)이 전동하기 위한 상측 전동로(37)가 형성되어 있다. 또한, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)과 슬라이더 본체부(19)의 하측 전동홈(35)으로, 볼(7)이 전동하기 위한 하측 전동로(38)가 형성되어 있다. 이와 같이, 안내 레일(4) 및 슬라이더(10)에는, 한쪽 측에 각각 상측 및 하측의 2 개씩, 전부 4 개의 전동로가 형성되어 있다.
또한, 슬라이더(10)의 한쪽의 다리부(25a)에는, 상측 전동로(37) 및 하측 전동로(38)의 각각과 평행하게, 다리부(25a)의 두께 부분을 길이방향으로 관통하는 상측 반환로(40) 및 하측 반환로(41)가 형성되어 있다. 즉, 한쪽의 다리부(25a)에는 2 개의 반환로(40, 41)가 형성되어 있다. 슬라이더(10)의 다른 쪽의 다리부(25b)에도 마찬가지로 상측 반환로(40) 및 하측 반환로(41)가 형성되어 있다(도 2a 참조).
각 엔드 캡(22a, 22b)은, 슬라이더 본체부(19)와의 당접면측으로서 슬라이더 본체부(19)의 한 쌍의 다리부(25a, 25b)에 대응하는 부분에, 볼(7)의 상측 전동로(37)와 상측 반환로(40)를 연통시키는 반원형의 상측 방향 전환로(43)(도 2b 참조, 다리부(25b) 측은 도시하지 않음)와, 하측 전동로(38)와 하측 반환로(41)를 연통시키는 도시하지 않은 반원형의 하측 방향 전환로(44)가 형성되어 있다. 엔드 캡(22a, 22b)에는, 한쪽 2 개로 합계 4 개의 방향 전환로가 형성되어 있다.
그리고 상측 반환로(40)와 양단의 상측 방향 전환로(43, 43)로 볼(7)을 상측 전환로(37)의 한쪽 측의 단부로부터 다른 쪽 측의 단부로 이송 순환시키고 있다. 도 2b에 나타내는 바와 같이, 상측 반환로(40)와 양단의 상측 방향 전환로(43, 43)와 상측 전동로(37)로 환형상의 상측 순환로가 형성되어 있다. 마찬가지로, 하측 반환로(41)와 양단의 도시하지 않은 하측 방향 전환로(44, 44)로 볼(7)을 하측 전동로(38)의 한쪽 측의 단부로부터 다른 쪽 측의 단부로 이송 순환시키고 있다. 하측 반환로(41)와 양단의 도시하지 않은 하측 방향 전환로(44, 44)와 하측 전동로(38)로 환형상의 하측 순환로가 형성되어 있다. 즉, 안내 레일(4) 및 슬라이더(10)에는, 전부 4 개의 환형상의 순환로가 형성되어 있다.
환형상의 상측 순환로 및 환형상의 하측 순환로에는, 각각 다수 개의 볼(7)이 전동이 자유롭게 장전되어 있다. 슬라이더(10)는, 이들 다수 개의 볼(7)을 개재시켜 안내 레일(4)상을 축방향으로 이동한다.
슬라이더(10)를 안내 레일(4)의 길이방향을 따라 이동시키면, 상측 전동로(37) 및 하측 전동로(38)에 각각 위치하는 볼(7)은, 각각 상측 전동로(37), 하측 전동로(38) 내를 굴러 이동하면서 안내 레일(4)에 대해 슬라이더(10)와 같은 방향으로 이동한다. 그리하여 각 볼(7)이 상측 전동로(37), 하측 전동로(38)의 한쪽 측의 단부에 각각 도달하면, 엔드 캡(22a)(또는 22b) 내에 마련된 상측 방향 전환로(43), 도시하지 않은 하측 방향 전환로(44)로 각각 들어간다. 상측 방향 전환로(43), 도시하지 않은 하측 방향 전환로(44)로 들어간 볼(7)은 U턴하여 각각 상측 반환로(40) 및 하측 반환로(41)로 들어가고, 이들 반환로(40, 41)를 전동하여 반대측의 엔드 캡(22b)(또는 22a) 내에 마련된 상측 방향 전환로(43), 도시하지 않은 하측 방향 전환로(44)에 도달한다. 그리고 이들의 반대측의 방향 전환로(43, 44)에서 다시 U턴하여 상측 전동로(37), 하측 전동로(38)의 다른 쪽 측의 단부로 되돌아간다. 볼(7)은, 슬라이더(10)의 이동에 수반하여, 환형상의 상측 순환로 및 환형상의 하측 순환로 내에서 각각 이와 같은 순환을 반복한다.
슬라이더(10)의 오목부(13)에는, 도 1 및 도 2a에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4)의 상면(4c)과 평행하게 볼 유지기(46)가 배치되어 있다. 또한, 슬라이더(10)에는, 하측 전동로(38)에 위치하는 볼(7)을 지지하기 위한 봉형의 볼 유지기(52)가 배치되어 있다. 볼 유지기(52)는 양단부가 엔드 캡(22a, 22b)에 각각 지지되고, 다른 부분은 안내 레일(4)의 릴리프 홈(18)에 수용되어 있다.
또한, 안내 레일(4)에는, 그 안내 레일(4)을 공작 기계 등의 피 부착부에 부착하기 위한 볼트 구멍(54)이 마련되어 있다.
도 3은, 한쪽 측 즉, 도 2a의 지면 우측의 상측 전동로(37) 및 하측 전동로(38)를 길이방향에서 본 확대 단면도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4)의 상측 전동홈(16)의 단면형상은, 단일 곡률의 원호형상으로 형성되어 있다. 즉, 상측 전동홈(16)은, 단일 곡률의 길이방향에 연재되는 곡면(16a)으로 형성되어 있다. 곡면(16a)의 곡률은 볼(7)의 곡률보다도 작게 형성되어 있다.
안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)은, 2 개의 벽면 즉, 상측 프랭크(17a)와 하측 프랭크(17b)를 조합함으로써 구성되어 있다. 상측 프랭크(17a), 하측(17b)은, 각각 단면형상이 오목형의 원호형상으로 형성된 곡면이다. 상측 프랭크(17a)의 단면의 원호 중심과, 하측 프랭크(17b)의 단면의 원호 중심은 다른 위치에 있다. 따라서, 하측 전동홈(17)의 단면형상은, 대략 V자형상의 소위 고딕 아치형상으로 형성되어 있다. 상세하게는, 상측 프랭크(17a) 단면의 원호의 일단과 하측 프랭크(17b) 단면의 원호의 일단이 동일점에 위치하고, 상측 프랭크(17a) 단면의 원호의 타단과 하측 프랭크(17b) 단면의 원호의 타단과는 다른 위치에 있다. 이하, 본 실시 형태에 있어서는, 단면 대략 V자형상의 전동홈을 구성하여 단면형상이 오목형 원호형상으로 형성된 곡면인 것을 프랭크라고 한다.
또한, 도 3에 있어서 상측 전동홈(16)과 하측 전동홈(17)과의 사이의 직선부를 상측 랜드(56)라고 하고, 하측 전동홈(17)으로부터 아래쪽으로 연재되는 직선부를 하측 랜드(58)라고 한다. 상측 랜드(56) 및 하측 랜드(58)는, 안내 레일(4)의 측면(4a)(도 1, 2A 참조)의 부분이다.
슬라이더(10)의 상측 전동홈(34)은, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)과 마찬가지로, 단면 형상이 각각 오목형 원호형상으로 형성된 상측 프랭크(34a)와 하측 프랭크(34b)에 의해 단면형상이 대략 V자형상으로 형성되어 있다. 상측 프랭크(34a) 단면의 원호 중심과, 하측 프랭크(34b) 단면의 원호 중심은, 다른 위치에 있다. 따라서, 상측 전동홈(34)의 단면형상은, 대략 V자형상의 소위 고딕 아치형상으로 형성되어 있다. 상세하게는, 상측 프랭크(34a) 단면의 원호의 일단과 하측 프랭크(34b) 단면의 원호의 일단이 동일 점에 위치하고, 상측 프랭크(34a) 단면의 원호의 타단과 하측 프랭크(34b) 단면의 원호의 타단은 다른 위치에 있다.
또한, 슬라이더(10)의 하측 전동홈(35)도 마찬가지로, 단면형상이 각각 오목형 원호형상으로 형성된 상측 프랭크(35a)와 하측 프랭크(35b)에 의해 단면형상이 대략 V자형상으로 형성되어 있다. 상측 프랭크(35a) 단면의 원호의 중심과, 하측 프랭크(35b) 단면의 원호의 중심은, 다른 위치에 있다. 따라서, 하측 전동홈(35)의 단면형상은, 대략 V자형상의 소위 고딕 아치형상으로 형성되어 있다. 상세하게는, 상측 프랭크(35a) 단면의 원호의 일단과 하측 프랭크(35b) 단면의 원호의 일단이 동일 점에 위치하고, 상측 프랭크(35a) 단면의 원호의 타단과 하측 프랭크(35b) 단면의 원호의 타단은 다른 위치에 있다.
또한, 상측 전동홈(34)과 하측 전동홈(35)과의 사이의 직선부분을 상측 랜드(60)라고 하고, 하측 전동홈(35)으로부터 아래쪽으로 연재되는 직선부를 하측 랜드(62)라고 한다. 상측 랜드(60) 및 하측 랜드(62)는, 슬라이더(10)의 다리부(25a)의 내측면(도 1, 2A 참조)의 부분이다.
사용 상태에 있어서, 상측 전동로(37)에서는, 볼(7)은 슬라이더(10)의 상측 전동홈(34)의 상측 프랭크(34a)와, 안내 레일(4)의 상측 전동홈(16)의 곡면(16a)에 접촉하고 있다. 상측 프랭크(34a) 및 곡면(16a)은, 상측 프랭크(34a) 및 곡면(16a)에 대한 볼(7)의 접촉각 θ이 각각 30°~ 60°의 소정의 각도를 이루도록 형성되어 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는 50°로 되어 있다. 도 3에 있어서, 상측 프랭크(34a)의 볼(7)과의 접점과, 곡면(16a)의 볼(7)과의 접점을 통과하여, 볼(7)을 관통하는 직선은 상측 전동로(37)에 있어서의 볼(7)의 하중 지지선이다.
여기서, 어느 면에 대한 볼(7)의 접촉각이라 함은, 볼(7)의 중심을 통과하는 수평선과, 그 면의 볼(7)과의 접점과 볼의 중심을 잇는 직선이 이루는 각도인 것을 말한다. 상측 프랭크(34a)에 있어서는, 볼(7)의 중심을 통과하는 수평선과, 상측 프랭크(34a)의 볼(7)과의 접점과 볼(7)의 중심을 잇는 직선이 이루는 각도인 것이고, 곡면(16a)에 있어서는, 볼(7)의 중심을 통과하는 수평선과, 곡면(16a)의 볼(7)과의 접점과 볼(7)의 중심을 잇는 직선이 이루는 각도인 것이다.
사용 상태에 있어서, 하측 전동로(38)에서는, 볼(7)은 슬라이더(10)의 하측 전동홈(35)의 하측 프랭크(35b)와, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)의 상측 프랭크(17a)에 접촉하고 있다. 하측 프랭크(35b) 및 상측 프랭크(17a)는, 볼(7)과의 접촉각 θ이 각각 30°~ 60°의 소정의 각도를 이루도록 형성되어 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는 50°로 되어 있다. 도 3에 있어서, 상측 프랭크(17a)의 볼(7)과의 접점과, 하측 프랭크(35b)의 볼(7)과의 접점을 통과하여 볼(7)을 관통하는 직선은, 하측 전동로(38)에 있어서의 볼(7)의 하중 지지선이다.
상측 전동로(37)에 있어서의 볼(7)의 하중 지지선과 하측 전동로(38)에 있어서의 볼(7)의 하중 지지선은, 직각에 가까운 각도로 교차하도록 되어 있고, 또한, 다른 측 즉, 도 2a의 지면 좌측의 각 하중 지지선(도시 생략)과 대칭으로 되어 있기 때문에, 볼(7)은 상하좌우의 모든 방향의 하중을 지지할 수가 있다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 사용 상태에 있어서, 슬라이더(10)의 상측 전동홈(34)의 하측 프랭크(34b)는 볼(7)과 접촉하고 있지 않다. 또한, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)의 하측 프랭크(17b), 및 슬라이더(10)의 하측 전동홈(35)의 상측 프랭크(35a)는, 모두 볼(7)과 접촉하고 있지 않다. 이들 프랭크(34b, 17b, 35a)와 볼(7)과의 사이에는, 각각 수 ㎛~수십 ㎛의 극간이 개재되어 있다.
도 4는, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17) 근방을 길이방향에서 본 확대 단면도이다. 하측 전동홈(17)의 상측 프랭크(17a)의 단면형상의 원호(1)와 하측 프랭크(17b)의 단면형상의 원호(2)는, 동일한 곡률로 형성되어 있고, 볼(7)의 곡률보다도 약간 작다. 즉, 상측 프랭크(17a) 및 하측 프랭크(17b)의 단면형상의 원호(1, 2)의 반경은, 볼(7)의 반경보다 약간 크고, 볼(7)의 직경의 51~60 % 정도의 크기로 되어 있다. 또한, 원호(1)의 중심과 원호(2)의 중심은 다른 위치에 있다.
하측 전동홈(17)의 상측의 테두리부, 즉, 상측 프랭크(17a)의 상단에는, 상측 프랭크(17a)와 상측 랜드(56)를 접속하는 모따기(r1)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 하측의 테두리부, 즉 하측 프랭크(17a)의 하단에는, 하측 프랭크(17a)와 하측 랜드(58)를 접속하는 모따기(r2)가 형성되어 있다. 모따기(r1) 및 (r2)는, R 모따기이다. 모따기(r1) 및 (r2)를 형성함으로써, 안내 레일(4)에 하측 전동홈(17)을 형성하였을 때의 버(burr) 남음을 방지하고 있다. 모따기(r1) 및 (r2)의 반경은, 대체로 볼(7)의 직경의 10 % 정도의 크기로 형성되어 있다.
하측 전동홈(17)의 홈 위치, 즉 폭 혹은 높이 위치 등을 측정할 때는, 측정용의 볼(64)을 사용한다. 측정용 볼(64)은 통상 사용에 사용하는 전동용 볼(7)과 동일한 지름이다. 측정용 볼(64)은, 도 4에 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 상측 프랭크(17a)와 하측 프랭크(17b)의 양쪽에 동시에 접촉한다. 그러므로, 단일 곡률의 프랭크에 접촉시키는 경우에 비해 측정용 볼(64)의 위치가 안정된다. 그 결과, 홈 위치를 정밀도 좋게 측정할 수가 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 측정용 볼(64)의 상측 프랭크(71a)에 대한 접촉각(a1)과, 하측 프랭크(17b)에 대한 접촉각(a2)은, 동일 각도를 이루도록 형성되어 있다.
여기서, 상측 프랭크(17a)와 하측 프랭크(17b)와의 교점을 교점 J로 한다. 또한, 양 프랭크(17a, 17b)에 접촉한 상태의 측정용 볼(64)의 중심을 중심 E로 한다. 또한, 교점(J)과 중심(E)을 잇는 직선, 즉 중심(E)을 통과하는 수평선을 직선 T로 한다. 또한, 직선(T)과 직교하고, 교점(J)을 통과하는 직선을 직선 S로 한다. 직선(S)을 기준 위치로 하여, 직선(S)으로부터 프랭크(17a)의 모따기(r1) 측의 단부까지 수직선을 그었을 때, 이 수직선의 직선 거리를 프랭크(17a)의 유효 깊이(FR1)라고 정의한다. 마찬가지로, 직선(S)으로부터 프랭크(17b)의 모따기(r2) 측의 단부까지 수직선을 그었을 때, 이 수직선의 직선 거리를 프랭크(17b)의 유효 깊이(FR2)라고 정의한다. 또한, 직선(S)으로부터 중심(E)까지의 직선 거리를 볼 높이(HR)라고 정의한다.
본 실시 형태에서는, FR1>FR2로 설정하고 있다. 즉, 상측 프랭크(17a)의 쪽이 하측 프랭크(17b)보다도 유효 깊이가 크게 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 하측 전동홈(17)은, 상측 프랭크(17a)의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이 쪽이, 하측 프랭크(17b)의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이보다도 깊게 형성되어 있다.
도 5는, 슬라이더(10)의 하측 전동홈(35) 근방을 길이방향에서 본 확대 단면도이다. 하측 전동홈(35)의 상측 프랭크(35a)의 단면형상이 원호(1)와 하측 프랭크(35b)의 단면형상의 원호(2)는, 안내 레일(4)의 상측 프랭크(17a) 및 하측 프랭크(17b)와 동일한 곡률로 형성되어 있다. 즉, 각 프랭크(35a) 및 (35b)의 단면형상(1, 2)의 반경은, 볼(7)의 반경보다 약간 크고, 볼(7)의 직경의 51~60 % 정도의 크기로 되어 있다. 또한, 원호(1)의 중심과 원호(2)의 중심은 다른 위치에 있다.
하측 전동홈(35)의 상측 테두리부, 즉 상측 프랭크(35a)의 상단에는, 상측 프랭크(35a)와 상측 랜드(60)를 접속하는 모따기(c1)가 형성되어 있다. 마찬가지로, 하측의 테두리부, 즉 하측 프랭크(35a)의 하단에는, 하측 프랭크(35a)와 하측 랜드(62)를 접속하는 모따기(c2)가 형성되어 있다. 모따기(c1) 및 (c2)는, C 모따기이다. 그리고, 모따기(c1) 및 (c2)는 안내 레일(4) 측과 마찬가지로 R 모따기로 하여도 좋다.
하측 전동홈(35)의 홈 위치를 측정할 때는, 안내 레일(4) 측의 하측 전동홈(17)과 마찬가지로, 측정용의 볼(64)을 사용한다. 측정용 볼(64)은, 도 5에 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이, 상측 프랭크(35a)와 하측 프랭크(35b)의 양쪽에 동시에 접촉한다. 그 결과, 홈 위치를 정밀도 좋게 측정할 수가 있다. 그리고, 본 실시 형태에서는, 측정용 볼(64)의 상측 프랭크(35a)에 대한 접촉각(b1)과, 하측 프랭크(35b)에 대한 접촉각(b2)은, 동일 각도를 이루도록 형성되어 있다.
여기서, 상측 프랭크(35a)와 하측 프랭크(35b)와의 교점을 교점 J로 한다. 또한, 양 프랭크(35a, 35b)에 접촉한 상태의 측정용 볼(64)의 중심을 중심 E로 한다. 또한, 교점(J)과 중심(E)을 잇는 직선, 즉 중심(E)을 통과하는 수평선을 직선 T로 한다. 직선(T)과 직교하여, 교점(J)을 통과하는 직선을 직선 S로 한다. 직선(S)을 기준 위치로 하고, 직선(S)으로부터 프랭크(35a)의 모따기(c1)측의 단부까지 수직선을 그었을 때, 이 수직선의 직선 거리를 프랭크(35a)의 유효 깊이(FS1)라고 정의한다. 마찬가지로, 직선(S)으로부터 프랭크(35b)의 모따기(c2) 측의 단부까지 수직선을 그었을 때, 이 수직선의 직선 거리를 프랭크(35b)의 유효 깊이(FS2)라고 정의한다. 또한, 직선(S)으로부터 중심(E)까지의 직선 거리를 볼 높이(HS)라고 정의한다.
본 실시 형태에서는, FS2>FS1로 설정하고 있다. 즉, 하측 프랭크(35b)의 쪽이 상측 프랭크(35a)보다도 유효 깊이가 크게 설정되어 있다. 바꿔 말하면, 하측 전동홈(35)은, 하측 프랭크(35b)의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이 쪽이, 상측 프랭크(17a)의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이보다도 깊게 형성되어 있다.
도 6은, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)과 슬라이더(10)의 하측 전동홈(35)을 조합한 사용 상태를 길이방향에서 본 확대 단면도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 사용상태에 있어서는 하측 전동홈(17)과 하측 전동홈(35)과의 사이에는 전동용의 볼(7)이 장전되어 있다. 또한, 하측 전동홈(17)과 하측 전동홈(35)은, 상하방향에 상대 위치가 어긋나도록 배치되어 있다. 구체적으로는, 하측 전동홈(17)의 쪽이 하측 전동홈(35)보다도 조금 하측이 되도록 배치되어 있다. 그러므로, 위에서 설명한 바와 같이, 볼(7)은, 하측 전동홈(17)의 상측 프랭크(17a)와 하측 전동홈(35)의 하측 프랭크(35b)에 접촉하고, 하측 전동홈(17)의 하측 프랭크(17b)와 하측 전동홈(35)의 상측 프랭크(35a)에는 접촉하고 있지 않다. 접촉각 θ은 각각 30°~ 60°의 소정의 각도로 이루어져 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는 50°로 되어 있다. 그리고 그 접촉각 θ은, 측정용 볼(64)이 배치되었을 때의 접촉각(a1, a2) 및 (b1, b2)(도 4 및 도 5 참조)와는 다른 크기이다.
본 실시 형태에 있어서는, 각 프랭크의 유효 깊이에 대해서는, 위에서 설명한 바와 같이, 하측 전동홈(17)에 있어서는, FR1>FR2, 즉 하측 프랭크(17b)보다도 상측 프랭크(17a)의 쪽이 크게 형성되며, 또한 하측 전동홈(35)에 있어서는, FS2>FS1, 즉 상측 프랭크(35a)보다도 하측 프랭크(35b)의 쪽이 크게 형성되어 있다. 즉, 사용 상태에 있어서 볼(7)과 접촉하는 프랭크(17a, 35b)의 쪽이, 볼(7)과 접촉하지 않은 프랭크(17b, 35a)보다도 유효 깊이가 크게 형성되어 있다.
이와 같이 구성되어 있기 때문에, 본 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치(1)는, 슬라이더(10)에 큰 하중이 걸리더라도, 볼(7)은 하측 전동홈(17) 및 하측 전동홈(35)의 홈 어깨에 타고 오르기 어렵게 된다. 구체적으로는, 볼(7)이 하측 전동홈(17)의 상측 프랭크(17a)의 상단으로부터 비어져 나오기 어렵게 되고, 마찬가지로 하측 전동홈(35)의 하측 프랭크(35b)의 하단으로부터 비어져 나오기 어렵게 된다.
그 결과, 상측 프랭크(17a)의 상단보다도 위쪽의 안내 레일(4)의 부분 및 하측 프랭크(35b)의 하단보다도 아래쪽의 슬라이더(10)의 부분에 있어서의 에지 로드의 발생이 억제되고, 하측 전동홈(17) 및 하측 전동홈(35)에 압흔이 생겨 버리는 것을 방지할 수가 있다. 여기서 에지 로드라 함은, 부재의 모서리부 등에 발생하는 과대한 응력 집중을 말하는 것이다. 그리고 본 실시 형태의 그 효과에 대해서는 실시예 및 비교예를 사용하여 후술한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 상측 프랭크(17a)의 유효 깊이(FR1)와 하측 프랭크(35b)의 유효 깊이(FS2)는, 대략 동일 치수로 형성되어 있다. 이로써, 안내 레일(4)의 부하 능력과 슬라이더(10)의 부하 능력이 대략 동일하게 되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4)의 상측 랜드(56)(도 3 참조)와 슬라이더(10)의 상측 랜드(60)(도 3 참조) 사이의 거리(S1)와, 안내 레일(4)의 하측 랜드(58)(도 3 참조)와 슬라이더(10)의 하측 랜드(62)(도 3 참조) 사이의 거리(S2)는, 대략 동일한 거리로 형성되어 있다. 상측 프랭크(17a)의 유효 깊이(FR1) 및 하측 프랭크(35b)의 유효 깊이(FS2)를 늘리기 위해서는, 상기 S1 및 S2의 거리를 작게 하면, 그 몫만큼 유효 깊이를 크게 할 수가 있다. 그러나, S1 및 S2의 거리가 너무 작으면, 제조 오차에 의해 안내 레일(4)과 슬라이더(10)가 접촉해 버릴 우려가 있다. 따라서, S1 및 S2는, 각각 0.1~0.5 mm 정도의 거리로 형성하는 것이 바람직하다. 그리고, 본 실시 형태에 있어서는, S1 및 S2는, 각각 0.25 mm로 하고 있다.
본 실시 형태에서는, 적정한 S1 및 S2를 확보하면서, 상측 프랭크(17a)의 유효 깊이(FR1) 및 하측 프랭크(35b)의 유효 깊이(FS2)를 크게 하고 있다. 즉, FR1을 늘리기 위해, 안내 레일(4)의 상측 랜드(56)를 슬라이더(10)의 상측 랜드(60) 측에 돌출시키고, 그 안내 레일(4)의 상측 랜드(56)를 돌출시킨 몫만큼, 슬라이더(10)의 상측 랜드(60) 부분의 폭방향의 두께를 줄이고 있다. 마찬가지로, FS2를 늘리기 위해, 슬라이더(10)의 하측 랜드(62)를 안내 레일(4)의 하측 랜드(58) 측으로 돌출시키고, 그 슬라이더(10)의 하측 랜드(62)를 돌출시킨 몫만큼, 안내 레일(4)의 하측 랜드(58) 부분의 폭 방향의 두께를 줄이고 있다.
도 7은, 안내 레일(4)의 상측 전동홈(16)과 슬라이더(10)의 상측 전동홈(34)을 조합한 사용 상태를 길이방향에서 본 확대 단면도이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 사용 상태에 있어서는 상측 전동홈(16)과 상측 전동홈(34)과의 사이에는 전동용의 볼(7)이 장전되어 있다. 볼(7)은, 상측 전동홈(16)의 곡면(16a)과 상측 전동홈(34)의 상측 프랭크(34a)에 접촉하고, 하측 전동홈(34)의 하측 프랭크(34b)에는 접촉하고 있지 않다. 접촉각 θ은 각각 30°~ 60°의 소정의 각도로 이루어져 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에서는 50°로 되어 있다. 또한, 상측 전동홈(16)은, 곡면(16a)만으로 구성되어 상측 프랭크가 없다.
안내 레일(4)의 하측 전동홈(17) 및 슬라이더(4)의 하측 전동홈(35)에 있어서 정의한 바와 마찬가지로, 슬라이더(4)의 상측 전동홈(34)에 대해서도, 상측 프랭크(34a)의 유효 깊이를 FS1이라고 정의하고, 하측 프랭크(34b)의 유효 깊이를 FS2라고 정의한다. 상측 전동홈(34)은, FS1>FS2로 설정되어 있다. 즉, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17) 및 슬라이더(4)의 하측 전동홈(35)과 마찬가지로, 사용시에 볼(7)이 접촉하는 쪽의 상측 프랭크(34a)의 유효 깊이를 크게 하고 있다. 따라서, 슬라이더(10)에 큰 하중이 걸리더라도, 볼(7)은 상측 프랭크(34a)의 상단으로부터 비어져 나오기 어렵게 된다. 그 결과, 상측 프랭크(34a)의 상단보다도 위쪽의 슬라이더(10)의 부분에 있어서의 에지 로드의 발생이 억제되고, 상측 전동홈(34)에 압흔이 생겨 버리는 것을 방지할 수가 있다.
도 8은, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17) 및 슬라이더(10)의 하측 전동로(35)의 근방을 길이 방향에서 본 단면도이다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4)의 폭방향에 있어서, 하측 랜드(58)의 위치는, 안내 레일(4)의 상측 랜드(56)의 위치에 비해, 안내 레일(4)의 안쪽 측 즉, 도 8의 좌측에 위치하고 있다. 이것은, 하측 전동홈(17)의 하측 랜드(17b)의 유효 깊이(FR2)가, 상측 프랭크(17a)의 유효 깊이(FR1)보다도 깊게 형성되어 있기 때문이다.
본 실시 형태에 있어서는, 안내 레일(4)의 하측 랜드(58)보다도 아래쪽의 측면(4a)의 부분(이하, 하부측면(66)이라고 함)은, 상측 랜드(56)와 동일한 평면상에 위치하도록 형성되어 있다. 이로써, 하부측면(66)은 측정 기준용 평면으로서 기능한다.
즉, 도 9a에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)의 홈 위치를 측정할 때에, 안내 레일(4)의 측면(4a)을 정반 등의 기준면에 안정되게 재치할 수가 있다. 그 결과, 도 9a에 나타내는 바와 같은, 홈 위치(W)를 정밀도 좋게 측정할 수가 있다.
도 9b는, 도 9a와의 비교를 위해, 하부측면(66)이 상측 랜드(56)와 동일 평면에 없는 경우의 안내 레일(4)을 나타내고 있다. 하부측면(66)이 상측 랜드(56)와 동일 평면에 없는 경우에는, 안내 레일(4)의 측면(4a)을 정반 등의 기준면에 놓았을 때에, 안내 레일(4)의 측면(4a)과 정반과의 사이에 극간이 생겨버려 정반 상에 안정되게 고정할 수가 없다. 따라서, 홈 위치(W)를 정밀도 좋게 측정하는 것이 곤란해져 버린다.
도 10은, 안내 레일(4)에 있어서의 홈 위치의 측정 방법을 나타내는 개념도이다. 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)의 홈 위치를 측정할 때는, 측정용의 볼(64)을 사용한다. 측정용 볼(64)은, 도 10에 나타내는 바와 같이, 상측 프랭크(17a)와 하측 프랭크(17b)의 양쪽에 동시에 접촉하기 때문에, 측정용 볼(64)의 위치가 안정된다. 그 결과, 도 10에 나타내는 바와 같은, 양측의 홈 사이의 폭(W)이나, 높이(Ha, Hb)를 정밀도 좋게 측정할 수가 있다. 그리고 측정용 볼(64)은 전동용 볼(7)과 동일한 지름이다.
또한, 도 11은, 슬라이더(10)에 있어서의 홈 위치의 측정 방법을 나타내는 개념도이다. 슬라이더(10)에 있어서도, 안내 레일(4)과 마찬가지로, 상측 전동홈(34) 및 하측 전동홈(35)을 측정용 볼(64)을 사용함으로써 정밀도 좋게 측정할 수가 있다.
도 12는, 안내 레일(4)의 상측 전동홈(16) 및 하측 전동홈(17)의 가공방법을 나타내는 개념도이다. 본 실시 형태에서는, 상측 전동홈(16)은 단일 곡률의 곡면(16a)이고, 하측 전동홈(17)은 단면 대략 V자형상의 홈이다. 이 때문에 상측 전동홈(16)의 치수를 직접 정밀도 좋게 측정하는 것은 곤란하다. 그래서 본 실시 형태에 있어서는, 도 12에 나타내는 바와 같은, 총형 지석(總形砥石, 68)을 사용하여 상측 전동홈(16) 및 하측 전동홈(17)을 동시에 연삭하고 있다. 총형 지석(68)은, 치수의 정확성을 보증하기가 비교적 용이하다. 이리하여 하측 전동홈(17)의 홈 위치만을 도 10에 나타낸 바와 같이 정밀도 좋게 측정하면, 상측 전동홈(16)의 홈 위치도 바르다는 것을 보증할 수 있다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치(1)의 효과를 실증하기 위한 실험 및 그 결과에 대해 설명한다.
본 실험은, 본 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치(1)의 실시예와, 비교예 1 및 비교예 2를 사용하여, 슬라이더(10)에 하중을 건 경우의, 안내 레일(4)의 하측 전동홈(17)의 상측 프랭크(17a) 및 슬라이더(10)의 하측 전동홈(35)의 하측 프랭크(36b)에 있어서의 면압 분포를 비교하기 위해 행하였다.
본 실험에 사용한 실시예에 따른 리니어 가이드 장치(1)는, 위에서 설명한 바와 같이, 하측 프랭크(17b)의 유효 깊이(FR2)보다도 상측 프랭크(17a)의 유효 깊이(FR1)의 쪽이 크게 형성되며, 또한 상측 프랭크(35a)의 유효 깊이(FS1)보다도 하측 프랭크(35b)의 유효 깊이(FS2)의 쪽이 크게 형성되어 있다. 게다가, FR1과 FS2는 대략 동일하다. 즉, 아래의 관계로 되어 있다.
안내 레일(4) 측: FR1>FR2
슬라이더(10) 측: FS1<FS2
FR1≒FS2
도 13은, 본 실험에 사용한 비교예 1에 따른 리니어 가이드 장치(101)의 주요부의 단면도이고, 구체적으로는 안내 레일(4) 및 슬라이더(10)의 각 하측 전동홈(117, 135) 근방을 길이방향에서 본 단면도이다.
비교예 1에 따른 리니어 가이드 장치(101)는, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(117a)의 유효 깊이(FR1)와, 안내 레일(4) 측의 하측 프랭크(117b)의 유효 깊이(FR2)와, 슬라이더(10) 측의 상측 프랭크(135a)의 유효 깊이(FS1)와, 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(135b)의 유효 깊이(FS2)는, 다음의 관계로 되어 있다.
안내 레일(4) 측: FR1≒FR2
슬라이더(10) 측: FS1≒FS2
FS1<FR1
즉, 모든 프랭크에 있어서, 안내 레일(4) 측의 프랭크의 유효 깊이보다도 슬라이더(10) 측의 프랭크의 유효 깊이 쪽이 작게 형성되어 있다. 다른 구성은, 실시예와 마찬가지이다.
도 14는, 본 실험에 사용한 비교예 2에 따른 리니어 가이드 장치(201)의 주요부의 단면도이고, 구체적으로는, 안내 레일(4) 및 슬라이더(10)의 각 하측 전동홈(217, 235) 근방을 길이방향에서 본 단면도이다.
비교예 2에 따른 리니어 가이드 장치(201)는, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(217a)의 유효 깊이(FR1)와, 안내 레일(4) 측의 하측 프랭크(217b)의 유효 깊이(FR2)와, 슬라이더(10) 측의 상측 프랭크(235a)의 유효 깊이(FS1)와, 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(235b)의 유효 깊이(FS2)는, 다음의 관계로 되어 있다.
안내 레일(4) 측: FR1≒FR2
슬라이더(10) 측: FS1≒FS2
FS1≒FR1
즉, 모든 프랭크에 있어서, 프랭크의 유효 깊이가 대략 동일하게 형성되어 있다. 다른 구성은, 실시예와 마찬가지이다.
아래의 표 1에, 실시예, 비교예 1 및 비교예 2의 공통 사양 및 개별 사양을 표기한다.
(표 1)
[공통 사양]
·레일 폭: 25 mm
·볼 직경: 4.7625 mm
·홈 반경: 2.429 mm (볼 직경의 51 %)
·부하를 받는 볼 수: 11 개 × 2 열
·접촉각: 50 °
·하중: 20kN, 슬라이더에 위쪽으로 부여
[개별 사양]
(1) 실시예
·FR1=2.0 mm
·FR2=1.8 mm
·FS1=1.8 mm
·FS2=2.0 mm
(2) 비교예 1
·FR1=2.0 mm
·FR2=2.0 mm
·FS1=1.8 mm
·FS2=1.8 mm
(3) 비교예 2
·FR1=1.9 mm
·FR2=1.9 mm
·FS1=1.9 mm
·FS2=1.9 mm
다음으로, 비교예 1에 따른 리니어 가이드 장치(101)를 예로 들어, 슬라이더(10)에 하중을 건 경우의, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(117a) 및 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(135b)에 있어서의, 볼(7)에 의한 접촉 응력의 분포 범위의 변화에 대해 설명한다.
도 15a, 15b, 15c는, 슬라이더(10)에 하중을 건 경우의 접촉 응력의 분포범위의 변화를 나타내는 개념도이고, 도 15a는 하중이 작은 경우, 도 15b는 하중이 늘어난 경우, 도 15c는 하중이 더 늘어난 경우를 각각 나타내고 있다.
본 실험에서는, 안내 레일(4)을 고정하고, 슬라이더(10)에 대해 위로 끌어올리는 방향의 하중을 작용시켰다. 즉, 도 15a에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4) 및 슬라이더(10)에는, 서로 떨어지는 방향의 힘이 가해지게 된다.
슬라이더(10)에 하중이 걸리면, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(117a) 및 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(135b)는, 각각 볼(7)과의 접촉부에 하중을 받는다. 이 하중에 의해, 볼(7)과의 접촉부에는 접촉 응력이 생긴다. 접촉 응력은, 도 15a에 사선으로 나타내는 바와 같이, 길이방향에서 보아, 볼(7)과의 접점을 중심으로, 하중 지지선을 따르는 방향 또한 각 프랭크의 원주방향을 따르는 방향으로, 대략 반타원형상의 범위에 작용한다.
슬라이더(10)에 걸리는 하중이 증가하면, 볼(7)과의 접촉부의 탄성변형에 의해, 상측 프랭크(117a) 및 하측 프랭크(135b)의 접촉 응력을 받는 범위는, 도 15b에 사선으로 나타내는 바와 같이, 대략 반타원형상이 한결같이 크게 되는 방향으로 넓어진다. 도 15b에서는, 하측 프랭크(135b)의 접촉 응력을 받는 범위가 모따기(c2)의 직근에까지 이르고 있다.
슬라이더(10)에 걸리는 하중이 더욱 증가하면, 접촉 응력을 받는 범위가 더욱 넓어지고, 도 15c에 나타내는 바와 같이, 사선으로 나타내는 대략 반타원형이 커진다. 그리고 도 15c에서는, 하측 프랭크(135b)의 접촉 응력을 받는 범위가 모따기(c2)에 도달하고 있다. 접촉 응력을 받는 범위는 위에서 설명한 바와 같이, 길이 방향에서 보아 대략 반타원형상이 되는데, 모따기(c2)에서는 하중을 받을 수가 없다. 이 때문에 모따기(c2)에는, 도 15c에 나타내는 바와 같은, 스파이크형상의 압력 피크가 생긴다. 즉, 에지 로드가 생긴다.
에지 로드는 현저한 압력 피크이기 때문에 재료의 소성변형의 원인이 된다. 에지 로드에 의해 전동홈이 소성변형되어 버리면, 볼의 원활한 순환이 저해되고, 리니어 가이드 장치의 성능이 저하되어 버린다. 따라서, 에지 로드의 발생은 바람직하지 않다.
이와 같이 하여 실시예 및 각 비교예에 대해 행한 실험의 결과를 다음에 설명한다. 면압 분포는, 접촉 해석 이론에 터잡아 수치계산에 의해 구하였다.
도 16a, 16b는, 비교예 1의 실험결과를 나타내는 그래프로서, 도 16a는 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(117a)의 면압 분포를 나타내고, 도 16b는 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(135b)의 면압 분포를 나타내고 있다.
비교예 1에서는, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(117a)의 면압 분포는, 도 16a에 나타내는 바와 같이, 양호하다. 상측 프랭크(117a)의 상단, 즉 모따기(r1)와의 접속부에서 근소한 에지 로드가 보이는데 접촉부의 중앙부의 접촉면압보다도 작아 문제는 없다.
한편, 슬라이더(10) 측의 면압 분포는, 양호하다고는 말할 수 없다. 즉, 하측 프랭크(135b)의 하단, 즉 모따기(c2)와의 접속부에서 현저한 에지 로드가 보이고, 접촉 면압은 4 GPa(기가 파스칼)를 넘고 있다. 접촉 면압이 4 GPa를 넘으면, 프랭크가 탄성 변형하여 압흔이 생길 우려가 있다.
도 16a, 도 16b로부터, 비교예 1에서는, 리니어 가이드장치로서는, 슬라이더(10)의 접촉 면압에 의해 사용할 수 있는 하중 범위가 결정된다. 이것은, 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(135b)의 유효 깊이가, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(117a)의 유효 깊이보다도 작기 때문이다.
도 17a, 17b는, 비교예 2의 실험 결과를 나타내는 그래프로서, 도 17a는 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(217a)의 면압 분포를 나타내고, 도 17b는 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(235b)의 면압 분포를 나타내고 있다.
비교예 2에서는, 도 17a, 도 17b에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4) 측과 슬라이더(10) 측은, 거의 동일한 면압 분포로 되어 있다. 그러나, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(217a)의 상단, 즉 모따기(r1)와의 접속부, 및 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(235b)의 하단, 즉 모따기(r12)와의 접속부에서 각각 작지 않은 에지 로드가 보인다. 각각의 에지 로드는 접촉 면압이 4 GPa를 넘지는 않기 때문에, 비교예 1에 비하면 압흔이 생길 우려는 없다. 그러나, 각각의 에지 로드는, 접촉부의 중앙부의 접촉 면압을 넘고 있다. 따라서, 하중이 더 늘어나면, 바로 압흔이 생길 가능성이 있다.
도 18a, 18b는, 실시예의 실험 결과를 나타내는 그래프로서, 도 18a는 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(17a)의 면압 분포를 나타내고, 도 18b는 슬라이더(4) 측의 하측 프랭크(35b)의 면압 분포를 나타내고 있다.
실시예 1에서는, 도 18a, 18b에 나타내는 바와 같이, 안내 레일(4) 측과 슬라이더(10) 측도, 면압 분포는 양호하다. 상측 프랭크(17a)의 상단 및 하측 프랭크(35b)의 하단에서 각각 근소한 에지 로드가 보이는데, 모두 접촉부의 중앙부의 접촉면압 보다도 작고, 문제가 없는 크기이다.
또한, 실시예 1에서는, 안내 레일(4) 측과 슬라이더(10) 측은, 거의 동일한 면압 분포로 되어 있다. 이것은, 안내 레일(4) 측의 상측 프랭크(17a)의 유효 깊이와, 슬라이더(10) 측의 하측 프랭크(35b)의 유효 깊이가 대략 동일하게 형성되어 있기 때문이다. 이로써, 상측 프랭크(17a)와 하측 프랭크(35b)의 한쪽에 먼저 압흔이 생겨 버리는 일이 없다. 따라서, 리니어 가이드 장치로서는, 보다 높은 하중이 걸릴 때까지 사용할 수가 있다.
도 16a, 16b 내지 도 18a, 18b에 나타내는 실험 결과에서 명백한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 리니어 가이드 장치(1)는, 슬라이더(10)에 큰 하중이 걸려도 전동홈에 압흔이 생기기 어렵게 되어 있다. 따라서, 보다 높은 하중이 걸릴 때까지 사용할 수가 있다.

Claims (6)

  1. 전동체가 전동하기 위한 직선형상의 홈을 복수 개 구비한 직선형상의 안내 레일과,
    상기 안내 레일의 상기 복수 개의 홈과 일대 일로 대향하여 상기 전동체가 전동하기 위한 홈을 구비한 슬라이더와,
    대향하는 상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈과의 사이에 전동이 자유롭게 배치되고, 상기 슬라이더를 상기 안내 레일에 대하여 길이 방향으로 이동이 자유롭게 지지하는 복수 개의 전동체를 구비하고,
    상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈 중 적어도 1 개의 홈은, 단면형상이 원호의 곡면 2 개를 조합해 구성되어 단면형상이 대략 V자형상의 홈이고, 상기 2 개의 곡면은 사용 상태에 있어서 상기 전동체가 접촉하는 한쪽의 곡면과 사용 상태에 있어서 상기 전동체가 비접촉인 다른 쪽의 곡면으로 이루어지는 리니어 가이드 장치에 있어서,
    상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈은, 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이와, 상기 다른 쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 상기 홈 바닥까지의 깊이는, 다른 깊이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 가이드 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈은, 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이 쪽이, 상기 다른 쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 상기 홈 바닥까지의 깊이보다도 깊게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 가이드 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    대향하는 상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈과의 쌍 중, 적어도 1 개의 쌍은, 상기 안내 레일의 홈과 상기 슬라이더의 홈이 모두 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈인 것을 특징으로 하는 리니어 가이드 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈인 상기 안내 레일의 홈에 있어서의 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이와, 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈인 상기 슬라이더의 홈에 있어서의 상기 한쪽 곡면의 둘레방향의 단부에서 홈 바닥까지의 깊이는, 대략 동일한 깊이로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 가이드 장치.
  5. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 안내 레일의 홈은 상기 안내 레일 측면의 상하방향 중간부에 상기 길이방향에 연재되어 마련되며 또한 상기 단면형상이 대략 V자형상의 홈이고, 상기 한쪽 곡면은 상기 안내 레일의 홈의 상측 부분을 구성하고, 상기 안내 레일의 홈보다도 아래쪽 측의 상기 측면의 부분에는, 상기 안내 레일의 홈보다도 위쪽 측의 상기 측면의 부분과 동일 평면상의 부분과, 그 평면보다도 상기 안내 레일의 폭방향에서 안쪽 측에 위치하는 부분이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 리니어 가이드 장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 2 개의 곡면은 각각 상기 단면의 원호 중심이 서로 다르고, 상기 대략 V자형상의 단면형상은 대략 고딕 아치형상인 것을 특징으로 하는 리니어 가이드 장치.
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