KR20200004425A - 복열 구름 이동체 수용 밴드 및 운동 안내 장치 - Google Patents

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Abstract

안내의 고정밀도화를 도모할 수 있는 복열 구름 이동체 수용 밴드를 제공한다. 적어도 3열의 구름 이동체 열(17-19)을 밴드(15)에 나열한다. 제1 구름 이동체 열(17)의 각 제1 구름 이동체(17a)에 대해 제2 구름 이동체 열(18)의 각 제2 구름 이동체(18a)를 밴드(15)의 길이 방향으로 P/n 어긋나게 한다. 제2 구름 이동체 열(18)의 각 제2 구름 이동체(18a)에 대해 제3 구름 이동체 열(19)의 각 제3 구름 이동체(19a)를 밴드(15)의 길이 방향으로 P/n 어긋나게 한다. 여기서, P는 제1 구름 이동체(17a) 사이의 피치, n은 열수이다.

Description

복열 구름 이동체 수용 밴드 및 운동 안내 장치
본 발명은, 운동 안내 장치의 캐리지의 순환로에 조립되는 복열 구름 이동체 수용 밴드 및 운동 안내 장치에 관한 것이다.
운동 안내 장치는, 볼, 롤러 등의 구름 이동체의 구름 운동을 이용하여, 테이블 등의 가동체의 운동을 안내한다. 운동 안내 장치는, 안내 레일과, 안내 레일을 따라 상대 이동하는 캐리지를 구비한다. 안내 레일과 캐리지 사이에는, 볼, 롤러 등의 복수의 구름 이동체가 구름 운동 가능하게 개재된다. 캐리지에는, 구름 이동체를 순환시키는 순환로가 마련된다. 안내 레일을 따라 캐리지가 상대 이동하면, 구름 이동체가 순환로를 순환한다.
안내 레일과 캐리지 사이를 구르는 구름 이동체는, 동일 방향으로 구른다. 진행 방향의 전후의 구름 이동체가 마찰되어, 구름 이동체의 원활한 구름을 방해하는 것을 방지하기 위해, 구름 이동체 사이에 스페이서를 개재시켜, 스페이서를 밴드에 의해 일련으로 연결한 구름 이동체 수용 밴드가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
일본 특허 공개 제2008-249043호 공보
구름 이동체의 구름 운동을 이용하는 구름 안내에는, 정압 안내, 즉 안내면에 오일 등의 유체를 공급하여 가동체를 부상시켜, 유체의 저점성을 이용하여 가동체를 안내하는 방식에 비해, 안내의 강성이 높다고 하는 장점이 있다. 이 때문에, 근년, 정밀 가공기, 고정밀도 머시닝 센터, 반도체 제조 장치 등의 기계에서도, 정압 안내 대신에 구름 안내가 사용되어 오고 있다. 이러한 기계에 구름 안내 장치를 사용함에 있어서, 가동체를 어떻게 고정밀도로 안내할지가 과제로 된다.
구름 이동체의 직경을 작게 하고, 안내 레일과 캐리지 사이의 구름 이동체의 수를 증가시키면, 구름 이동체를 의사적으로 정압 안내의 오일막으로 간주할 수 있어, 안내의 고정밀도화를 도모할 수 있다. 그러나 구름 이동체의 직경을 작게 하는 데에는, 제작상의 한계가 있다.
그래서 본 발명은, 안내의 고정밀도화를 도모할 수 있는 복열 구름 이동체 수용 밴드, 및 이 복열 구름 이동체 수용 밴드가 조립된 운동 안내 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태는, 적어도 3열의 구름 이동체 열이 밴드에 나열되어 있고, 상기 밴드의 길이 방향의 적어도 일부에 있어서, 제1 구름 이동체 열의 각 제1 구름 이동체에 대해 제2 구름 이동체 열의 각 제2 구름 이동체가 상기 밴드의 상기 길이 방향으로 어긋나 있고, 상기 각 제1 구름 이동체 및 상기 각 제2 구름 이동체에 대해 제3 구름 이동체 열의 각 제3 구름 이동체가 상기 밴드의 상기 길이 방향으로 어긋나 있는 복열 구름 이동체 수용 밴드이다.
본 발명의 다른 양태는, 안내 레일과, 상기 안내 레일에 상대 이동 가능하게 조립 장착되는 캐리지와, 상기 캐리지의 순환로에 조립되는 복열 구름 이동체 수용 밴드를 구비하고, 운동 안내 장치를 수평면에 배치한 상태의 상기 캐리지의 정면에서 보아, 상기 캐리지의 좌우에 상하 2개의, 합계 4개의 상기 순환로가 마련되고, 각 순환로에 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드가 조립되고, 2열의 구름 이동체 열이 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드에 나열되어 있고, 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드의 길이 방향의 적어도 일부에 있어서, 제1 구름 이동체 열의 각 제1 구름 이동체에 대해 제2 구름 이동체 열의 각 제2 구름 이동체가, 상기 제1 구름 이동체 사이에 스페이서를 개재시키고, 상기 제2 구름 이동체 사이에 스페이서를 개재시키고, 또한 상기 제1 구름 이동체와 상기 제2 구름 이동체를 비접촉으로 한 상태에서, 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드의 상기 길이 방향으로 어긋나 있는 운동 안내 장치이다.
본 발명에 따르면, 밴드의 폭 방향에서 보았을 때, 각 구름 이동체 열의 구름 이동체가 완전히는 겹치지 않으므로, 마치 캐리지의 웨이빙 저감에 기여하는 구름 이동체의 수가 증가하였다고 간주할 수 있다. 따라서, 캐리지의 웨이빙의 저감, 나아가 안내의 고정밀도화를 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 운동 안내 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태의 볼 리테이너의 4면도이다(도 3의 (a)는 평면도, 도 3의 (b)는 정면도, 도 3의 (c)는 저면도, 도 3의 (d)는 좌측면도).
도 4는 본 실시 형태의 볼 리테이너의 확대 평면도이다.
도 5는 본 실시 형태의 볼 리테이너의 확대 정면도이다.
도 6은 웨이빙의 발생 원리를 설명하는 도면이다.
도 7은 본 실시 형태의 볼 리테이너의 변형예의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 형태 볼 리테이너의 4면도이다(도 8의 (a)는 평면도, 도 8의 (b)는 정면도, 도 8의 (c)는 저면도, 도 8의 (d)는 좌측면도).
도 9는 본 실시 형태의 볼 리테이너의 확대 평면도이다.
도 10은 본 실시 형태의 볼 리테이너의 확대 정면도이다.
도 11은 본 실시 형태의 볼 리테이너의 변형예의 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태의 운동 안내 장치의 사시도(일부 단면도를 포함함)이다.
도 13은 본 실시 형태의 운동 안내 장치에 조립되는 리테이너를 도시하는 도면이다(도 13의 (a)는 평면도, 도 13의 (b)는 정면도).
도 14는 해석에서 사용한 리테이너의 평면도이다(도 14의 (a)가 비교예 1, 도 14의 (b)가 비교예 2, 도 14의 (c)가 본 발명예).
도 15는 웨이빙의 해석 결과를 나타내는 그래프이다(도 15의 (a)가 레이디얼 방향의 웨이빙을 나타내고, 도 15의 (b)가 피칭 방향의 웨이빙을 나타냄).
이하, 첨부 도면에 기초하여, 본 발명의 실시 형태의 복열 구름 이동체 수용 밴드를 설명한다. 단, 본 발명의 복열 구름 이동체 수용 밴드는 다양한 형태로 구체화할 수 있고, 본 명세서에 기재되는 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 실시 형태는, 명세서의 개시를 충분히 함으로써, 당업자가 발명의 범위를 충분히 이해할 수 있도록 하는 의도를 갖고 제공되는 것이다.
(제1 실시 형태의 복열 구름 이동체 수용 밴드, 제1 실시 형태의 운동 안내 장치)
도 1 및 도 2는, 본 발명의 제1 실시 형태의 복열 구름 이동체 수용 밴드로서의 볼 리테이너(11)를 조립한 운동 안내 장치(1)를 도시한다. 도 1은, 안내 레일(2)에 직교하는 평면에서 절단한 운동 안내 장치(1)의 단면도이다. 도 2는, 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선 단면도이다.
또한, 도 1에 도시하는 제1 실시 형태의 운동 안내 장치(1)와 도 12에 도시하는 제2 실시 형태의 운동 안내 장치(41)는, 볼 리테이너(11)에 3열의 볼 열이 마련되는지 볼 리테이너(42)에 2열의 볼 열이 마련되는지에 따라 상위하기는 하지만, 안내 레일(2) 및 캐리지(3)의 기본 구조는 대략 동일하다. 도 1의 제1 실시 형태의 운동 안내 장치(1)를 설명함에 있어서, 도 12도 참조하면서 설명한다. 또한, 설명의 편의상, 운동 안내 장치(1)를 수평면에 배치하고, 운동 안내 장치(1)를 정면에서 보았을 때의 방향, 즉 도 1, 도 12의 상하, 좌우, 전후를 사용하여 운동 안내 장치(1)의 구성을 설명한다. 물론, 운동 안내 장치(1)의 배치는 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 운동 안내 장치(1)는, 안내 레일(2)과, 안내 레일(2)에 상대 이동 가능하게 조립 장착되는 캐리지(3)를 구비한다. 캐리지(3)의 좌우에는, 상하 2개의 트랙 형상의 순환로(4)가 마련된다(도 12 참조). 각 순환로(4)에는, 볼 리테이너(11)가 수용된다.
안내 레일(2)은 전후 방향으로 길다. 안내 레일(2)의 좌우에는 상하 2개의, 합계 4개의 구름 이동체 구름 주행 홈으로서의 볼 구름 주행 홈(5)이 형성된다. 볼 구름 주행 홈(5)의 단면 형상은, 3개의 원호(2a, 2a, 2a)를 조합한 형상이다. 3개의 원호(2a, 2a, 2a)는, 볼(6)의 반경보다 약간 큰 반경을 갖는다. 안내 레일(2)에는, 안내 레일(2)을 베이스 등에 설치하기 위한 관통 구멍(2b)이 형성된다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 캐리지(3)는, 캐리지 본체(7)와, 캐리지 본체(7)의 상대 이동 방향의 양단부면에 설치되는 이너 플레이트(8)와, 캐리지 본체(7)의 양단부면에 이너 플레이트(8)를 덮도록 설치되는 엔드 플레이트(9)를 구비한다(도 12도 참조).
도 1에 도시하는 바와 같이, 캐리지 본체(7)는, 단면으로 보아 역 U자 형상이며, 안내 레일(2)의 상면에 대향하는 중앙부(7a)와, 안내 레일(2)의 측면에 대향하는 좌우의 슬리브부(7b)를 갖는다. 캐리지 본체(7)의 슬리브부(7b)에는, 안내 레일(2)의 볼 구름 주행 홈(5)에 대향하는 구름 이동체 구름 주행 홈으로서의 부하 볼 구름 주행 홈(10)이 형성된다. 부하 볼 구름 주행 홈(10)의 단면 형상은, 3개의 원호(7c, 7c, 7c)를 조합한 형상이다. 3개의 원호(7c, 7c, 7c)는, 볼(6)의 반경보다 약간 큰 반경을 갖는다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 각 순환로(4)는, 직선상의 부하로(C1)와, 부하로(C1)와 대략 평행한 직선상의 복귀로(C2)와, 부하로(C1)와 복귀로(C2)를 접속하는 U자 형상의 턴로(C3)를 구비한다.
부하로(C1)는, 캐리지 본체(7)의 부하 볼 구름 주행 홈(10)과 안내 레일(2)의 볼 구름 주행 홈(5) 사이에 형성된다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 캐리지 본체(7)의 슬리브부(7b)에는, 부하 볼 구름 주행 홈(10)과 평행하게 3개의 원호를 조합한 형상의 관통 구멍(12)이 형성된다. 관통 구멍(12)에는, 복귀로(C2)를 형성하고, 관통 구멍(12)에 형상을 맞춘 복귀로 구성 부재(13)가 삽입된다. 복귀로(C2)의 단면 형상은, 볼(6)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖고, 서로 겹치는 3개의 원을 기초로 한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 턴로(C3)는, 이너 플레이트(8)와 엔드 플레이트(9) 사이에 형성된다. 이너 플레이트(8)는, 정면에서 보아 역 U자 형상이며, 안내 레일(2)의 상면에 대향하는 중앙부(8a)와, 안내 레일(2)의 측면에 대향하는 좌우 한 쌍의 슬리브부(8b)를 갖는다(도 12 참조). 이너 플레이트(8)의 슬리브부(8b)에는, 턴로(C3)의 내주측이 형성된다. 엔드 플레이트(9)도, 정면에서 보아 역U자 형상이며, 안내 레일(2)의 상면에 대향하는 중앙부(9a)와, 안내 레일(2)의 측면에 대향하는 좌우 한 쌍의 슬리브부(9b)를 갖는다(도 12 참조). 엔드 플레이트(9)에는, 턴로(C3)의 외주측이 형성된다.
도 3은, 본 실시 형태의 볼 리테이너(11)의 4면도를 도시한다. 도 3의 (a)는 평면도, 도 3의 (b)는 정면도, 도 3의 (c)는 저면도, 도 3의 (d)는 좌측면도이다. 배면도는 정면도와 동일하고, 우측면도는 좌측면도와 동일하다. 또한, 이하의 볼 리테이너(11)의 설명에 있어서, 도 3의 (a)에 도시하는 폭 방향 및 길이 방향, 도 3의 (b)에 도시하는 두께 방향을 사용하여, 볼 리테이너(11)의 구성을 설명한다.
도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(11)의 밴드(15)에는, 3열의 볼 열(17, 18, 19)이 나열된다. 볼 열은, 폭 방향의 일단으로부터 타단을 향해 차례로 제1 볼 열(17), 제2 볼 열(18), 제3 볼 열(19)이다. 각 볼 열(17, 18, 19)의 각 볼(17a, 18a, 19a) 사이에는, 대략 짧은 원기둥 형상의 스페이서(20)가 개재되어 있어, 각 볼 열(17, 18, 19)의 볼 피치는 일정하게 유지된다. 스페이서(20)의 양단부에는, 제1 내지 제3 볼(17a, 18a, 19a)의 형상에 맞춘 구면 형상 오목부가 형성된다. 제1 볼 열(17)의 제1 볼(17a)의 직경, 제2 볼 열(18)의 제2 볼(18a)의 직경 및 제3 볼 열(19)의 제3 볼(19a)의 직경은, 서로 동등하다. 제1 볼 열(17)의 볼 피치, 제2 볼 열(18)의 볼 피치, 제3 볼 열(19)의 볼 피치도, 서로 동등하다.
도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 제1 볼 열(17)의 각 제1 볼(17a)에 대해 제2 볼 열(18)의 각 제2 볼(18a)은, 밴드(15)의 길이 방향으로 어긋나 있다. 각 제1 볼(17a) 및 각 제2 볼(18a)에 대해 제3 볼 열(19)의 각 제3 볼(19a)은, 밴드(15)의 길이 방향으로 어긋나 있다. 바꾸어 말하면, 밴드(15)의 길이 방향으로 가장 근접하는 제1 볼(17a), 제2 볼(18a), 제3 볼(19a)의 위치가, 서로 길이 방향으로 어긋나 있다.
도 3의 (b)에 도시하는 바와 같이, 폭 방향에서 보아(바꾸어 말하면, 정면에서 보아), 각 제1 볼(17a), 각 제2 볼(18a), 각 제3 볼(19a)이 완전히 겹치는 일은 없다(도 5도 참조). 단, 각 제1 볼(17a)의 일부, 각 제2 볼(18a)의 일부, 및 각 제3 볼(19a)의 일부는, 서로 겹친다.
도 3의 (a)에 도시하는 바와 같이, 밴드(15)는, 평면에서 보아 가로로 긴 직사각 형상으로 형성된다. 밴드(15)에는, 3열의 볼 열(17, 18, 19)을 수용하기 위한 3열의 원형의 개구부 열(15a, 15b, 15c)이 형성된다. 3열의 개구부 열(15a, 15b, 15c)의 개구부 사이에는, 3열의 스페이서 열(20a, 20b, 20c)이 마련된다. 제1 스페이서 열(20a)의 각 제1 스페이서(20)에 대해 제2 스페이서 열(20b)의 각 제2 스페이서(20)가 밴드(15)의 길이 방향으로 어긋나 있다. 제1 스페이서 열(20a)의 각 제1 스페이서(20) 및 제2 스페이서 열(20b)의 각 제2 스페이서(20)에 대해 제3 스페이서 열(20c)의 각 제3 스페이서(20)가 밴드(15)의 길이 방향으로 어긋나 있다. 스페이서(20)와 밴드(15)는 일체로 수지 성형되어 있고, 3열의 스페이서 열(20a, 20b, 20c)은 밴드(15)에 의해 일련으로 연결된다. 트랙 형상의 순환로(4)를 순환할 수 있도록, 밴드(15)는 가요성을 갖는다.
밴드(15)는, 3열의 볼 열(17, 18, 19) 및 3열의 스페이서 열(20a, 20b, 20c)에 의해 4개로 구획된다. 즉, 제1 볼 열(17)로부터 폭 방향의 외측으로 돌출되는 사이드 밴드(21)와, 제1 볼 열(17)과 제2 볼 열(18) 사이의 파상의 제1 중간 밴드(22)와, 제2 볼 열(18)과 제3 볼 열(19) 사이의 파상의 제2 중간 밴드(23)와, 제3 볼 열(19)로부터 폭 방향의 외측으로 돌출되는 사이드 밴드(24)로 구획된다. 제1 중간 밴드(22)에 의해 제1 볼(17a)과 제2 볼(18a)은 비접촉이 된다. 제2 중간 밴드(23)에 의해 제2 볼(18a)과 제3 볼(19a)은 비접촉이 된다. 제1 볼 열(17)과 제2 볼 열(18) 사이의 간격은, 제2 볼 열(18)과 제3 볼 열(19)의 간격과 동등하다.
밴드(15)의 길이 방향의 양단부는, 계단 형상으로 형성된다. 순환로(4)에는 1개 또는 복수 개의 볼 리테이너(11)가 조립된다. 1개의 볼 리테이너(11)의 양단부를 연결하였을 때, 또는 인접하는 볼 리테이너(11)를 연결하였을 때, 이음매에서도 제1 볼 열(17)의 볼 피치, 제2 볼 열(18)의 볼 피치, 제3 볼 열(19)의 볼 피치가 대략 일정해지도록, 밴드(15)의 양단부는 상보적인 계단 형상으로 형성된다.
도 4는, 볼 리테이너(11)의 확대 평면도를 도시한다. 각 제1 볼(17a)에 대해 각 제2 볼(18a)은, 밴드(15)의 길이 방향(더 정확하게 말하면, 길이 방향의 일방향, 즉 도 4의 우측 방향)으로 P/3 어긋나 있다. P는 제1 볼 열(17)의 볼 피치이다. 마찬가지로 각 제2 볼(18a)에 대해 각 제3 볼(19a)은 밴드(15)의 길이 방향으로 P/3 어긋나 있다. 이 때문에, 도 5의 정면도에 도시하는 바와 같이, 폭 방향에서 보았을 때, 완전히 겹치는 볼(6)은 없고, 밴드(15)의 길이 방향으로 제1 볼(17a), 제2 볼(18a), 제3 볼(19a)이 P/3의 주기로 차례로 나타난다.
각 제1 볼(17a)에 대해 각 제2 볼(18a)을 길이 방향으로 어긋나게 하고, 각 제2 볼(18a)에 대해 각 제3 볼(19a)을 어긋나게 함으로써, 캐리지(3)의 웨이빙을 저감할 수 있다. 이하에 그 이유를 설명한다. 웨이빙이란, 캐리지(3)가 스트로크를 할 때에 캐리지(3)와 볼(6)의 상대 위치가 변화되므로, 그것에 수반하여 캐리지(3) 내의 유효 볼의 수나 힘의 밸런스가 변화되어, 미소한 레이디얼 방향의 변위나 피칭 방향의 기울기가 발생하는 것을 말한다.
도 6은, 웨이빙의 발생 원리를 설명하는 도면이다. 부호 2는 안내 레일, 3은 캐리지, 1-8은 안내 레일(2)과 캐리지(3) 사이의 부하로를 구르는 볼이다. St는 캐리지(3)의 스트로크양, I는 유효 볼의 수, P는 볼 피치, 백색 바탕의 화살표 A1은 캐리지(3)에 작용하는 하중, 화살표 A2는 캐리지(3)의 레이디얼 방향으로의 변위, 화살표 A3은 캐리지(3)의 피칭 방향(시계 방향)으로의 기울기, 화살표 A4는 캐리지(3)의 피칭 방향(반시계 방향)으로의 기울기이다.
S1 내지 S5는, 캐리지(3)가 우측 방향으로 스트로크할 때의 상태를 나타낸다. 캐리지(3)의 우측의 St는 캐리지(3)의 스트로크양을 나타낸다. I는 유효 볼의 수를 나타낸다. 캐리지(3)의 우측 방향의 이동에 수반하여, 볼(1-8)도 구르면서 우측 방향으로 이동한다. 볼(1-8)의 이동량은, 캐리지(3)의 이동량의 1/2이다.
St＝0인 S1일 때, 캐리지(3)의 중심(3c)을 경계로 좌우 각각에 4개의 볼이 있다. 볼(1-8) 중, 사선이 부여된 볼(2-7)이 캐리지(3)에 작용하는 하중을 받는 유효 볼이다. 캐리지(3)의 중심(3c)을 경계에 좌우 각각에 하중을 받는 동등한 수의, 여기서는 3개의 유효 볼(2-4, 5-7)이 존재하므로, 캐리지(3)는 피칭 방향으로 기울어지는 일은 없다. 단, 유효 볼(2-7)이 하중을 받으면, 유효 볼(2-7)이 압축되어, 화살표 A2로 나타내는 바와 같이, 캐리지(3)는 레이디얼 하측 방향으로 변위된다. 또한, 캐리지(3)의 양단부에는 크라우닝(3d)이 실시되어 있어, 볼(1, 8)은 하중을 받고 있지 않다.
St＝0.5P인 S2일 때, S1일 때와 마찬가지로, 유효 볼(2-7)이 캐리지(3)에 작용하는 하중을 받으므로, 캐리지(3)는 레이디얼 하측 방향으로 변위된 상태 그대로이다. S2일 때, 캐리지(3)의 중심(3c)보다 좌측의 유효 볼(5-7)이 캐리지(3)의 중심보다 우측의 유효 볼(2-4)보다 캐리지(3)의 중심으로부터 약간 이격된다. 이 때문에, 유효 볼(2-7)의 반력에 의한 모멘트 밸런스가 이루어지지 않게 되어, 캐리지(3)는 화살표 A3으로 나타내는 바와 같이 피칭 방향(시계 방향)으로 약간 기울어진다.
St＝1.0P인 S3일 때, 볼(1)이 유효 볼로 바뀌어, 유효 볼의 수 I가 7이 된다. 유효 볼의 수 I가 6으로부터 7로 증가하므로, 화살표 A2로 나타내는 바와 같이, 캐리지(3)의 레이디얼 하측 방향으로의 변위가 적어진다. 유효 볼(1-7)은 캐리지(3)의 중심(3c)을 경계로 좌우 대칭으로 존재하므로, 캐리지(3)는 피칭 방향으로 기울어져 있지 않다.
St＝1.5P인 S4일 때, 유효 볼이었던 볼(7)이 하중을 받지 않는 볼(7)로 바뀌어, 유효 볼의 수 I가 6이 된다. 이 때문에, 화살표 A2로 나타내는 바와 같이, 캐리지(3)의 레이디얼 하측 방향으로의 변위는 S3일 때보다 커진다. 이때, 캐리지(3)의 중심(3c)보다 우측의 유효 볼(1-3)이 캐리지(3)의 중심(3c)보다 좌측의 유효 볼(4-6)보다 캐리지(3)의 중심으로부터 약간 이격된다. 유효 볼(1-6)의 반력에 의한 모멘트 밸런스가 이루어지지 않게 되어, 화살표 A4로 나타내는 바와 같이, 캐리지(3)는 피칭 방향(반시계 방향)으로 약간 기울어진다.
St＝2.0P인 S5일 때, 캐리지(3)는 S1의 초기 상태로 복귀된다. 이와 같이, 캐리지(3)는, 2kDa의 주기로 미소한 레이디얼 방향의 변위나 피칭 방향의 기울기를 반복한다.
캐리지(3)의 레이디얼 방향의 변위나 피칭 방향의 기울기는, 유효 볼의 수가 많으면 많을수록, 예를 들어 유효 볼의 수가 6으로부터 7로 변화되는 경우보다, 유효 볼의 수가 18로부터 19로 변화되는 경우 쪽이 작다. 본 실시 형태와 같이, 부하로에 3열의 볼 열(17, 18, 19)을 배치하고, 각 제1 볼(17a)에 대해 각 제2 볼(18a)을 길이 방향으로 어긋나게 하고, 각 제2 볼(18a)에 대해 각 제3 볼(19a)을 어긋나게 함으로써, 동일한 부하로(C1)의 길이임에도 불구하고, 마치 웨이빙의 저감에 기여하는 유효 볼의 수가 증가하였다고 간주할 수 있다. 따라서, 웨이빙의 저감, 나아가 운동 안내 장치(1)의 안내의 고정밀도화를 도모할 수 있다.
또한, 볼 열(17, 18, 19)이 3열일 때, 각 제1 볼(17a)에 대해 각 제2 볼(18a)을 길이 방향으로 P/3 어긋나게 하고, 각 제2 볼(18a)에 대해 각 제3 볼(19a)을 P/3 어긋나게 하므로, 제1 볼(17a), 제2 볼(18a), 제3 볼(19a)이 겹치는 일 없이 등피치로 부하로(C1)에 나타나고, 또한 등피치로 부하로(C1)에 진입한다. 이 때문에, 더 웨이빙을 저감할 수 있다. 마찬가지로 볼 열이 n열일 때, P/n씩 어긋나게 함으로써, 더 웨이빙을 저감할 수 있다.
또한, 제1 볼 열(17)의 볼 피치, 제2 볼 열(18)의 볼 피치, 및 제3 볼 열(19)의 볼 피치를 동등하게 하므로, 부하로(C1)의 전체 길이에 걸쳐, 제1 볼(17a), 제2 볼(18a), 제3 볼(19a)이 겹치는 일 없이 등피치로 나타난다. 이 때문에, 더 웨이빙을 저감할 수 있다.
밴드(15)의 폭 방향으로 차례로 제1 볼 열(17), 제2 볼 열(18), 및 제3 볼 열(19)을 배치하므로, U자 형상의 턴로(C3)에 있어서, 밴드(15)의 선단부가 폭 방향의 일단부(도 4의 하단부)로부터 타단부(도 4의 상단부)를 향해 서서히 만곡된다. 이 때문에, 턴로(C3)에서 밴드(15)를 원활하게 만곡시킬 수 있다.
운동 안내 장치(1)의 캐리지(3)에는, 상하 방향 및 좌우 방향의 하중을 받을 수 있도록 4개의 부하로(C1)가 마련된다. 각 부하로(C1)에 3열의 볼 열(17, 18, 19)을 배치하고, 상기한 바와 같이 각 볼(17a, 18a, 19a)을 어긋나게 함으로써, 각 부하로(C1)에 소경의 볼을 다수 배치하였다고 간주할 수 있어, 운동 안내 장치(1)의 안내의 고정밀도화와 고강성화를 양립할 수 있다.
도 7은, 제1 실시 형태의 볼 리테이너(11)의 변형예를 도시한다. 제1 실시 형태에서는, 도 7의 (a)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(11)의 폭 방향의 일단부(도 7의 (a)의 하단부)로부터 타단부(도 7의 (a)의 상단부)를 향해 차례로 제1 내지 제3 볼 열(17, 18, 19)이 배치되어 있다. 이것을 도 7의 (b)에 도시하는 바와 같이, 제1 볼 열(17), 제3 볼 열(19), 제2 볼 열(18)의 순서로 배치할 수도 있다. 도 7의 (c)에 도시하는 바와 같이, 제2 볼 열(18), 제1 볼 열(17), 제3 볼 열(19)의 순서로 배치할 수도 있다. 도 7의 (d)에 도시하는 바와 같이, 제3 볼 열(19), 제1 볼 열(17), 제2 볼 열(18)의 순서로 배치할 수도 있다. 도 7의 (e)에 도시하는 바와 같이, 제2 볼 열(18), 제3 볼 열(19), 제1 볼 열(17)의 순서로 배치할 수도 있다. 도 7의 (f)에 도시하는 바와 같이, 제3 볼 열(19), 제2 볼 열(18), 제1 볼 열(17)의 순서로 배치할 수도 있다. 어느 경우라도, 각 제1 볼(17a)에 대해 각 제2 볼(18a)은 길이 방향으로 P/3 어긋나 있고, 각 제2 볼(18a)에 대해 각 제3 볼(19a)은 길이 방향으로 P/3 어긋나 있다. 볼 리테이너(11)의 표리를 구별하는 경우, 제1 내지 제3 볼 열(17, 18, 19)의 배치 패턴은 3!가지 있고, 볼 리테이너(11)의 표리를 구별하지 않는 경우, 제1 내지 제3 볼 열(17, 18, 19)의 배치 패턴은 3!/2가지 있다.
(제2 실시 형태의 볼 리테이너)
도 8은, 본 발명의 제2 실시 형태의 볼 리테이너(31)를 도시한다. 이 실시 형태에서는, 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(31)의 밴드(32)에는, 4열의 볼 열(33-36)이 나열된다. 4열의 볼 열(33-36)은, 폭 방향의 일단으로부터 타단을 향해 차례로 제1 볼 열(33), 제2 볼 열(34), 제3 볼 열(35), 제4 볼 열(36)이다. 인접하는 볼 열(33-36) 사이의 폭 방향의 거리는, 모두 동등하다. 각 볼 열(33-36)의 볼 사이에는, 스페이서(37)가 개재되어 있어, 각 볼 열(33-36)의 볼 피치는 일정하게 유지된다. 밴드(32)의 양단부는, 서로 상보적인 4단의 계단 형상으로 형성된다.
도 9는, 볼 리테이너(31)의 확대 평면도를 도시한다. 각 제1 볼(33a)에 대해 각 제2 볼(34a)은, 밴드(32)의 길이 방향으로 P/4 어긋나 있다. P는 제1 볼 열(33)의 볼 피치이다. 마찬가지로 각 제2 볼(34a)에 대해 각 제3 볼(35a)은 밴드(32)의 길이 방향으로 P/4 어긋나 있고, 각 제3 볼(35a)에 대해 각 제4 볼(36a)은 밴드(32)의 길이 방향으로 P/4 어긋나 있다. 이 때문에, 도 10에 도시하는 바와 같이, 폭 방향에서 보았을 때, 완전히 겹치는 볼은 없고, 밴드(32)의 길이 방향으로 제1 볼(33a), 제2 볼(34a), 제3 볼(35a), 제4 볼(36a)이 P/4의 주기로 차례로 나타난다. 이와 같이 4열의 볼 열(33-36)을 배치함으로써, 3열의 볼 열(17-19)을 배치하는 경우에 비해, 유효 볼의 수를 4/3배로 증가시킬 수 있어, 웨이빙을 더 저감할 수 있다.
도 11은, 제2 실시 형태의 볼 리테이너(31)의 변형예를 도시한다. 제1 내지 제4 볼 열(33-36)의 배치는 도 9에 도시하는 것에 한정되는 것은 아니다. 도 11에는, 볼 리테이너(31)의 폭 방향의 일단으로부터 타단을 향해, 제1 볼 열(33), 제4 볼 열(36), 제2 볼 열(34), 제3 볼 열(35)을 배치한 예를 도시한다. 볼 리테이너(31)의 표리를 구별하는 경우, 제1 내지 제4 볼 열(33-36)의 배치 패턴은 4!가지 있고, 볼 리테이너(31)의 표리를 구별하지 않는 경우, 제1 내지 제4 볼 열(33-36)의 배치 패턴은 4!/2가지 있다.
(제2 실시 형태의 운동 안내 장치)
도 12는, 본 발명의 제2 실시 형태의 운동 안내 장치(41)를 도시한다. 제2 실시 형태의 운동 안내 장치(41)의 기본 구조는, 제1 실시 형태의 운동 안내 장치(1)와 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 제2 실시 형태의 운동 안내 장치(41)에서도 합계 4개의 순환로(4)가 마련된다. 각 순환로(4)에는, 2열의 볼 열이 나열되는 볼 리테이너(42)가 조립된다.
도 13은, 볼 리테이너(42)를 도시한다. 도 13의 (a)의 평면도에 도시하는 바와 같이, 제1 볼 열(43)의 제1 볼(43a) 사이에는, 스페이서(45)가 개재되어 있어, 제1 볼 열(43)의 볼 피치는 일정하게 유지된다. 제2 볼 열(44)의 제2 볼(44a) 사이에도, 스페이서(45)가 개재되어 있어, 제2 볼 열(44)의 볼 피치는 일정하게 유지된다. 제1 볼(43a)의 직경과 제2 볼(44a)의 직경은 동등하고, 제1 볼 열(43)의 볼 피치와 제2 볼 열(44)의 볼 피치는 동등하다.
밴드(46)는, 2열의 볼 열(43, 44)에 의해 3개로 구획된다. 즉, 제1 볼 열(43)로부터 폭 방향의 외측으로 돌출되는 사이드 밴드(47)와, 제1 볼 열(43)과 제2 볼 열(44) 사이의 파상의 중간 밴드(48)와, 제2 볼 열(44)로부터 폭 방향의 외측으로 돌출되는 사이드 밴드(49)로 구획된다. 중간 밴드(48)에 의해 제1 볼(43a)과 제2 볼(44a)은 비접촉이 된다.
각 제1 볼(43a)에 대해 각 제2 볼(44a)은, 밴드(46)의 길이 방향으로 P/2 어긋나 있다. P는 제1 볼 열(43)의 볼 피치이다. 도 13의 (b)에 도시하는 바와 같이, 폭 방향에서 보았을 때, 완전히 겹치는 볼은 없고, 밴드(46)의 길이 방향으로 제1 볼(43a), 제2 볼(44a)이 P/2의 주기로 차례로 나타난다. 이와 같이, 각 제1 볼(43a)에 대해 각 제2 볼(44a)을 밴드(46)의 길이 방향으로 어긋나게 함으로써, 웨이빙을 저감할 수 있다.
또한, 제1 볼(43a) 사이에 스페이서(45)를 개재시키고, 제2 볼(44a) 사이에 스페이서(45)를 개재시켜, 제1 볼(43a)과 제2 볼(44a)을 중간 밴드(48)에 의해 비접촉으로 하므로, 각 제1 볼(43a)에 대한 각 제2 볼(44a)의 어긋남양을 일정하게 유지할 수 있음과 함께, 제1 볼(43a) 및 제2 볼(44a)을 원활하게 순환시킬 수 있다.
실시예
도 14에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너에 3열의 볼 열을 나열한 경우의 웨이빙의 해석을 행하였다. 도 14의 (a)는, 각 제1 볼(17a'), 각 제2 볼(18a'), 각 제3 볼(19a')을 횡나열로 하였을 때의 비교예 1을 나타낸다. 비교예 1의 경우, 볼 리테이너(11')의 폭 방향에서 보았을 때, 각 제1 볼(17a'), 각 제2 볼(18a'), 각 제3 볼(19a')은 완전히 겹친다. 도 14의 (b)는, 각 제1 볼(17a")과 각 제2 볼(18a")을 길이 방향으로 P/2 어긋나게 하고, 각 제2 볼(18a")과 각 제3 볼(19a")을 길이 방향으로 P/2 어긋나게 한 비교예 2를 나타낸다. 이 경우, 각 제1 볼(17a")의 길이 방향의 위치와 각 제3 볼(19a")의 길이 방향의 위치가 일치한다. 도 14의 (c)는, 각 제1 볼(17a)과 각 제2 볼(18a)을 길이 방향으로 P/3 어긋나게 하고, 각 제2 볼(18a)과 각 제3 볼(19a)을 길이 방향으로 P/3 어긋나게 한 본 발명예를 나타낸다.
해석 조건을 표 1에 나타낸다. 비교예 1, 비교예 2, 본 발명예에 있어서, 표 1에 나타내는 바와 같이 해석 조건을 공통으로 하였다.
Figure pct00001
도 15는, 레이디얼 방향, 피칭 방향의 웨이빙의 해석 결과를 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은 크라우닝 길이이다. 크라우닝 길이를 연속적으로 변화시켰을 때의 웨이빙 값을 그래프화하고 있다.
그래프 중의 (c)로 나타내는 본 발명예에서는, 그래프 중의 (a)로 나타내는 비교예 1과 비교하여 웨이빙 값을 약 1/7로 저감할 수 있고, 그래프 중의 (b)로 나타내는 비교예 2와 비교해도 웨이빙 값을 약 1/4로 저감할 수 있음을 알 수 있었다. 또한, 비교예 1에 비해 비교예 2의 웨이빙 값이 저감된다. 이것은, 비교예 2에서는, 각 제1 볼(17a")과 각 제2 볼(18a")이 어긋나 있어, 유효 볼의 수가 2배로 되었다고 간주할 수 있기 때문이다. 본 발명예에서는, 각 제1 볼(17a), 각 제2 볼(18a), 각 제3 볼(19a)이 서로 어긋나 있으므로, 유효 볼의 수가 3배로 되었다고 간주할 수 있고, 비교예 2보다 웨이빙 값을 약 1/4로 더욱 저감할 수 있다. 도 15의 종축의 단위는 ㎚이다. 본 발명예와 같이, 모든 크라우닝 길이에 있어서, 웨이빙 값을 거의 없앨 수 있는 것은 획기적인 것이다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 볼 리테이너의 전체 길이에 걸쳐, 각 제1 볼에 대해 각 제2 볼을 길이 방향으로 어긋나게 하고, 각 제2 볼에 대해 각 제3 볼을 길이 방향으로 어긋나게 하고 있지만, 볼 리테이너의 길이 방향의 일부에 있어서, 상기한 바와 같이 어긋나게 할 수도 있다. 볼 리테이너의 길이 방향의 일부에 있어서, 상기한 바와 같이 어긋나 있으면, 가령 볼 리테이너의 길이 방향의 다른 부분(예를 들어 볼 리테이너의 길이 방향의 단부 또는 볼 리테이너의 길이 방향의 중앙부)에 있어서, 제1 볼 내지 제3 볼의 위치가 일치해도, 캐리지(3)의 웨이빙을 저감할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 각 제1 볼에 대해 각 제2 볼을 길이 방향으로 P/n 어긋나게 하고, 각 제2 볼에 대해 각 제3 볼을 P/n 어긋나게 하고 있지만, 어긋나게 하는 양은 이것에 한정되는 것은 아니다. 각 제1 볼에 대해 각 제2 볼이 길이 방향으로 어긋나고, 각 제1 볼 및 각 제2 볼에 대해 각 제3 볼이 길이 방향으로 어긋나 있으면, 캐리지의 웨이빙을 저감할 수 있다.
상기 실시 형태에서는, 제1 볼의 직경, 제2 볼의 직경, 및 제3 볼의 직경이 서로 동등하고, 제1 볼 열의 볼 피치, 제2 볼 열의 볼 피치, 및 제3 볼 열의 볼 피치가 서로 동등하지만, 제1 볼의 직경, 제2 볼의 직경, 및 제3 볼의 직경 중 적어도 하나를 상이하게 할 수도 있다. 또한, 제1 볼 열의 볼 피치, 제2 볼 열의 볼 피치, 및 제3 볼 열의 볼 피치 중 적어도 하나를 상이하게 할 수도 있다. 볼 피치 중 적어도 하나를 상이하게 하는 경우, 제1 볼 열의 볼 피치, 제2 볼 열의 볼 피치, 및 제3 볼 열의 볼 피치의 최소 공배수가 볼 리테이너의 전체 길이 이상이 되는 것이 바람직하다. 제1 볼 내지 제3 볼의 길이 방향의 위치를 일치시키지 않기 위해서이다.
상기 실시 형태에서는, 볼 리테이너의 길이 방향의 일단으로부터 타단까지 제1 볼, 제2 볼, 및 제3 볼이 차례로 나타나도록 하고 있지만, 예를 들어 도 3의 (a)의 볼 리테이너(11)의 좌측단의 제2 볼을 없애고, 이것을 볼 리테이너(11)의 우측단에 배치하고, 볼 리테이너(11)의 좌측단의 제3 볼을 없애고, 이들을 볼 리테이너(11)의 우측단에 배치할 수도 있다. 이와 같이 하면, 밴드(15)의 계단 형상의 양단부의 구배가 더 예각이 되어, U자 형상의 턴로(C3)에서 밴드(15)를 구부리기 쉬워진다.
상기 실시 형태에서는, 구름 이동체로서 볼을 사용한 경우를 설명하였지만, 구름 이동체로서 롤러를 사용할 수도 있다.
본 명세서는, 2017년 5월 23일에 출원된 일본 특허 출원 제2017-101423호에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함된다.
1: 운동 안내 장치
4: 순환로
2: 안내 레일
3: 캐리지
11, 31: 볼 리테이너(복열 구름 이동체 수용 밴드)
15, 32: 밴드
17-19, 33-36: 적어도 3열의 볼 열(적어도 3열의 구름 이동체 열)
17, 33: 제1 볼 열(제1 구름 이동체 열)
18, 34: 제2 볼 열(제2 구름 이동체 열)
19, 35: 제3 볼 열(제3 구름 이동체 열)
20, 37: 스페이서
36: 제4 볼 열(제4 구름 이동체 열)
17a, 33a: 각 제1 볼(각 제1 구름 이동체)
18a, 34a: 각 제2 볼(각 제2 구름 이동체)
19a, 35a: 각 제3 볼(각 제3 구름 이동체)
36a: 각 제4 볼(각 제4 구름 이동체)
P: 제1 볼 피치(제1 구름 이동체 피치)
41: 운동 안내 장치
42: 볼 리테이너(복열 구름 이동체 수용 밴드)
43-44: 2열의 볼 열(2열의 구름 이동체 열)
43: 제1 볼 열(제1 구름 이동체 열)
44: 제2 볼 열(제2 구름 이동체 열)
43a: 각 제1 볼(각 제1 구름 이동체)
44a: 각 제2 볼(각 제2 구름 이동체)
45: 스페이서

Claims (7)

  1. 적어도 3열의 구름 이동체 열이 밴드에 나열되어 있고,
    상기 밴드의 길이 방향의 적어도 일부에 있어서, 제1 구름 이동체 열의 각 제1 구름 이동체에 대해 제2 구름 이동체 열의 각 제2 구름 이동체가 상기 밴드의 상기 길이 방향으로 어긋나 있고, 상기 각 제1 구름 이동체 및 상기 각 제2 구름 이동체에 대해 제3 구름 이동체 열의 각 제3 구름 이동체가 상기 밴드의 상기 길이 방향으로 어긋나 있는, 복열 구름 이동체 수용 밴드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각 제1 구름 이동체에 대해 상기 각 제2 구름 이동체가 상기 길이 방향으로 실질적으로 P/n 어긋나 있고, 상기 각 제2 구름 이동체에 대해 상기 각 제3 구름 이동체가 상기 길이 방향으로 실질적으로 P/n 어긋나 있는 것을 특징으로 하는, 복열 구름 이동체 수용 밴드.
    여기서, P는 상기 제1 구름 이동체 열의 제1 구름 이동체 피치, n은 상기 구름 이동체 열의 열수.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 구름 이동체 열의 제1 구름 이동체 피치, 상기 제2 구름 이동체 열의 제2 구름 이동체 피치, 및 상기 제3 구름 이동체 열의 제3 구름 이동체 피치가, 서로 실질적으로 동등한 것을 특징으로 하는, 복열 구름 이동체 수용 밴드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밴드의 폭 방향으로 차례로 상기 제1 구름 이동체 열, 상기 제2 구름 이동체 열, 및 상기 제3 구름 이동체 열이 배치되는 것을 특징으로 하는, 복열 구름 이동체 수용 밴드.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구름 이동체 열의 열수가 3 또는 4인 것을 특징으로 하는, 복열 구름 이동체 수용 밴드.
  6. 안내 레일과,
    상기 안내 레일에 상대 이동 가능하게 조립 장착되는 캐리지와,
    상기 캐리지의 순환로에 조립되는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 복열 구름 이동체 수용 밴드를 구비하고,
    운동 안내 장치를 수평면에 배치한 상태의 상기 캐리지의 정면에서 보아, 상기 캐리지의 좌우에 상하 2개의, 합계 4개의 상기 순환로가 마련되고,
    각 순환로에 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드가 조립되는 것을 특징으로 하는, 운동 안내 장치.
  7. 안내 레일과,
    상기 안내 레일에 상대 이동 가능하게 조립 장착되는 캐리지와,
    상기 캐리지의 순환로에 조립되는 복열 구름 이동체 수용 밴드를 구비하고,
    운동 안내 장치를 수평면에 배치한 상태의 상기 캐리지의 정면에서 보아, 상기 캐리지의 좌우에 상하 2개의, 합계 4개의 상기 순환로가 마련되고,
    각 순환로에 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드가 조립되고,
    2열의 구름 이동체 열이 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드에 나열되어 있고,
    상기 복열 구름 이동체 수용 밴드의 길이 방향의 적어도 일부에 있어서, 제1 구름 이동체 열의 각 제1 구름 이동체에 대해 제2 구름 이동체 열의 각 제2 구름 이동체가, 상기 제1 구름 이동체 사이에 스페이서를 개재시키고, 상기 제2 구름 이동체 사이에 스페이서를 개재시키고, 또한 상기 제1 구름 이동체와 상기 제2 구름 이동체를 비접촉으로 한 상태에서, 상기 복열 구름 이동체 수용 밴드의 상기 길이 방향으로 어긋나 있는, 운동 안내 장치.
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