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KR102093086B1 - 볼 수용 밴드 및 운동 안내 장치 - Google Patents

볼 수용 밴드 및 운동 안내 장치 Download PDF

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KR102093086B1
KR102093086B1 KR1020197032611A KR20197032611A KR102093086B1 KR 102093086 B1 KR102093086 B1 KR 102093086B1 KR 1020197032611 A KR1020197032611 A KR 1020197032611A KR 20197032611 A KR20197032611 A KR 20197032611A KR 102093086 B1 KR102093086 B1 KR 102093086B1
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ball
balls
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KR1020197032611A
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Inventor
도루 다카하시
류이치 야마코시
Original Assignee
티에치케이 가부시끼가이샤
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Publication date
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Abstract

운동 안내 장치의 고정밀도화, 고강성화를 도모할 수 있고, 또한 운동 안내 장치를 콤팩트하게 할 수 있는 볼 수용 밴드를 제공한다. 볼 수용 밴드(22)는, 적어도 2열의 개구부(25a, 25b)를 갖고, 유단 형상으로 형성되는 밴드(26), 및 각 열의 개구부(25a, 25b) 사이에 배치되는 복수의 스페이서(24a, 24b)를 포함하는 수용 밴드(23)와, 적어도 2열의 개구부(25a, 25b)에 수용되는 적어도 2열의 볼(6a, 6b)을 구비한다. 인접하는 한쪽 열의 볼(6a)과 다른 쪽 열의 볼(6b)을, 볼(6a) 사이 및 볼(6b) 사이에 스페이서(24a, 24b)를 개재시킨 상태에서 지그재그 형상으로 배치한다. 볼 수용 밴드(22)의 길이 방향에서 보았을 때, 한쪽 열의 볼(6a)과 다른 쪽 열의 볼(6b)이 서로 겹친다.

Description

볼 수용 밴드 및 운동 안내 장치
본 발명은, 운동 안내 장치의 순환로에 내장되는 볼 수용 밴드 및 운동 안내 장치에 관한 것이다.
운동 안내 장치는, 안내 레일과, 안내 레일에 구름 이동체로서의 볼을 개재시켜 상대 이동 가능하게 조립 장착되는 캐리지를 구비하고, 테이블 등의 가동체의 선 운동을 안내하는 데 사용된다. 캐리지에는, 안내 레일에 대한 캐리지의 상대 이동에 수반하여, 볼이 순환하는 순환로가 마련된다. 순환로는, 안내 레일과 캐리지 사이의 부하로와, 부하로에 대략 평행한 복귀로, 및 상기 부하로와 상기 복귀로를 연결하는 턴로로 구성된다.
안내 레일에 대해 캐리지가 상대 이동하면, 안내 레일과 캐리지 사이의 부하로를 볼이 구른다. 이때, 복수의 볼은 동일 방향으로 구르므로, 진행 방향의 전후의 볼이 서로 마찰되어, 볼의 원활한 구름이 방해된다. 이것을 방지하기 위해, 볼 사이에 스페이서를 개재시켜, 볼끼리의 접촉을 방지한 볼 수용 밴드가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
이 볼 수용 밴드는, 1열의 개구부를 갖고, 유단 형상으로 형성되는 밴드와, 밴드의 개구부에 수용되는 1열의 볼을 구비한다. 밴드의 개구부 사이에는 스페이서가 배치되고, 볼 사이에는 스페이서가 개재된다.
일본 특허 공개 제2008-249043호 공보
근년, 정밀 가공기, 고정밀도 머시닝 센터, 반도체 제조 장치 등의 고정밀도의 안내를 필요로 하는 기계에서는, 정압 안내 대신에, 볼 등의 구름 이동체를 사용한 운동 안내 장치가 사용되어 오고 있다. 이유로서는, 운동 안내 장치의 안내 정밀도가 향상된 것, 정압 안내에 비해 운동 안내 장치의 안내 강성이 높은 것을 들 수 있다.
부하로의 유효 볼(즉, 하중을 부하하는 볼)의 수를 증가시킬 수 있으면, 운동 안내 장치의 고정밀도화, 고강성화에 유리하다. 이 때문에, 운동 안내 장치의 더한층의 고정밀도화, 고강성화를 도모하기 위해, 순환로에 2열의 볼을 배치하고, 부하로의 유효 볼의 개수를 증가시키는 것을 생각할 수 있다. 그러나 단순히 순환로에 2열의 볼을 배치하면, 운동 안내 장치의 대형화를 초래한다고 하는 과제가 있다.
그래서 본 발명은, 운동 안내 장치의 고정밀도화, 고강성화를 도모할 수 있고, 또한 운동 안내 장치를 콤팩트하게 할 수 있는 볼 수용 밴드 및 운동 안내 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양태는, 적어도 2열의 개구부를 갖고, 유단 형상으로 형성되는 밴드, 및 각 열의 상기 개구부 사이에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하는 수용 밴드와, 상기 적어도 2열의 상기 개구부에 수용되는 적어도 2열의 볼을 구비하고, 인접하는 한쪽 열의 상기 볼과 다른 쪽 열의 상기 볼을, 상기 볼 사이에 상기 스페이서를 개재시킨 상태에서 지그재그 형상으로 배치하고, 상기 수용 밴드의 길이 방향에서 보았을 때, 상기 한쪽 열의 상기 볼과 상기 다른 쪽 열의 상기 볼이 서로 겹치는 볼 수용 밴드이다.
본 발명의 다른 양태는, 안내 레일과, 상기 안내 레일에 상대 이동 가능하게 조립 장착되고, 부하로, 상기 부하로와 대략 평행한 복귀로, 상기 부하로와 상기 복귀로를 접속하는 턴로를 포함하는 순환로를 갖는 캐리지와, 상기 순환로에 배치되고, 적어도 2열의 볼을 수용하는 볼 수용 밴드를 구비하고, 상기 캐리지의 캐리지 본체에는, 복귀로 구성 부재를 삽입하기 위한 관통 구멍이 형성되고, 상기 관통 구멍의 단면 형상은, 인접하는 2개의 가상 원이 서로 겹치는 적어도 2개의 상기 가상 원을 기초로 하는 운동 안내 장치이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 볼 수용 밴드에 적어도 2열의 볼을 지그재그 형상으로 배치하므로, 제한된 치수 내에 다수의 볼을 배치할 수 있어, 운동 안내 장치의 고정밀도화, 고강성화를 도모할 수 있다. 또한, 인접하는 2열의 볼이 교대로 순환로의 부하로에 진입하므로, 더한층의 저웨이빙(고정밀도화)을 실현할 수 있다. 또한, 수용 밴드의 길이 방향에서 보았을 때, 적어도 2열의 볼이 서로 겹치므로, 볼 수용 밴드의 폭을 콤팩트하게 할 수 있고, 나아가 순환로나 운동 안내 장치를 콤팩트하게 할 수 있다. 순환로를 콤팩트하게 함으로써, 운동 안내 장치의 캐리지의 강성 저하의 원인인, 캐리지의 슬리브부가 개방되는 것과 같은 변형도 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 캐리지의 관통 구멍을 작게 할 수 있으므로, 캐리지의 강성 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 운동 안내 장치의 사시도(일부 단면을 포함함)이다.
도 2는 엔드 플레이트를 떼어낸 상태의 본 실시 형태의 운동 안내 장치의 정면도이다.
도 3은 캐리지의 상대 이동 방향에 직교하는 본 실시 형태의 운동 안내 장치의 단면도이다.
도 4는 도 3의 IV 확대도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 형태의 볼 리테이너를 도시하는 도면(도 5의 (a)는 평면도, 도 5의 (b)는 측면도)이다.
도 6은 본 실시 형태의 볼 리테이너의 상세도(도 6의 (a)는 평면도, 도 6의 (b)는 정면도)이다.
도 7은 2열의 볼을 옆으로 나란히 배치한 비교예의 볼 리테이너의 평면도이다.
도 8의 (a)는 부하로의 볼 리테이너와 복귀로의 볼 리테이너를 평행하게 배치한 경우의 모식도이고, 도 8의 (b)는 부하로의 볼 리테이너와 복귀로의 볼 리테이너를 일본어 「ハ」자 형상으로 배치한 경우의 모식도이다.
도 9의 (a)는 길이 방향의 양단부를 연결한 본 실시 형태의 볼 리테이너의 평면도를 도시하고, 도 9의 (b)는 비교예의 볼 리테이너의 평면도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제2 실시 형태의 볼 리테이너를 도시하는 도면(도 10의 (a)는 평면도, 도 10의 (b)는 측면도, 도 10의 (c)는 정면도)이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시 형태의 운동 안내 장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제3 실시 형태의 운동 안내 장치의 단면도이다.
도 13은 웨이빙 해석 결과를 나타내는 그래프이다(도 13의 (a)는 레이디얼 방향의 웨이빙 값을 나타내고, 도 13의 (b)는 피칭 방향의 웨이빙 값을 나타냄).
이하, 첨부 도면에 기초하여, 본 발명의 실시 형태의 볼 수용 밴드 및 운동 안내 장치를 설명한다. 단, 본 발명의 볼 수용 밴드 및 운동 안내 장치는 다양한 형태로 구체화할 수 있으며, 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 볼 수용 밴드 및 제1 실시 형태의 운동 안내 장치)
도 1 내지 도 3은, 본 발명의 제1 실시 형태의 볼 수용 밴드로서의 볼 리테이너가 내장된 운동 안내 장치를 도시한다. 도 1은, 운동 안내 장치의 사시도이다. 도 2는, 엔드 플레이트(5)를 떼어낸 상태의 운동 안내 장치의 정면도이다. 도 3은, 캐리지(2)의 상대 이동 방향에 직교하는 운동 안내 장치의 단면도이다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 설명의 편의상, 운동 안내 장치를 수평면에 배치하고, 운동 안내 장치를 정면에서 보았을 때의 방향, 즉 도 1 내지 도 3의 상하, 좌우, 전후를 사용하여 운동 안내 장치의 구성을 설명한다. 물론, 운동 안내 장치의 배치는 이것에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 운동 안내 장치는, 안내 레일(1)과, 안내 레일(1)에 상대 이동 가능하게 조립 장착되는 캐리지(2)를 구비한다. 캐리지(2)의 좌우에는, 상하 2개의 트랙 형상의 순환로(7)가 마련된다. 각 순환로(7)에는, 볼 리테이너(22)가 수용된다.
안내 레일(1)은, 전후 방향으로 길다. 안내 레일(1)의 상부에는, 좌우 방향으로 돌출되는 돌조(11)가 형성된다. 안내 레일(1)에는, 돌조(11)를 사이에 두도록 볼 구름 주행 홈(12)이 형성된다. 도 3에 도시하는 바와 같이, 볼 구름 주행 홈(12)의 단면 형상은, 2개의 원호(1a, 1a)를 조합한 형상이다. 2개의 원호(1a, 1a)는, 볼(6)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖고, 서로 겹치는 2개의 가상 원(2개의 가상 원은 볼(6)의 원과 대략 동등함)을 기초로 한다. 안내 레일(1)에는, 안내 레일(1)을 베이스 등에 설치하기 위한 관통 구멍(1b)이 개방된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 캐리지(2)는, 캐리지 본체(3)와, 캐리지 본체(3)의 상대 이동 방향의 양단면에 설치되는 이너 플레이트(4)와, 캐리지 본체(3)의 양단면에 이너 플레이트(4)를 덮도록 설치되는 엔드 플레이트(5)를 구비한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 캐리지 본체(3)는, 단면에서 보아 역 U자 형상이며(도 3은 우반부만 도시하지만, 캐리지 본체(3)는 좌우 대칭임), 안내 레일(1)의 상면에 대향하는 중앙부(3a)와, 안내 레일(1)의 측면에 대향하는 좌우의 슬리브부(3b)를 갖는다. 캐리지 본체(3)의 슬리브부(3b)에는, 안내 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(12)에 대향하는 부하 볼 구름 주행 홈(13)이 형성된다. 부하 볼 구름 주행 홈(13)의 단면 형상은, 2개의 원호(3c, 3c)를 조합한 형상이다. 2개의 원호(3c, 3c)는, 볼(6)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖고, 서로 겹치는 2개의 가상 원(2개의 가상 원은 볼(6)의 원과 대략 동등함)을 기초로 한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 순환로(7)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.
도 3에 도시하는 바와 같이, 부하로(C1)는, 캐리지 본체(3)의 부하 볼 구름 주행 홈(13)과 안내 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(12) 사이에 형성된다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 캐리지 본체(3)에는, 부하로(C1)의 볼 리테이너(22)를 보유 지지 및 안내하는 보유 지지부(20a, 20b, 20c)가 마련된다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 캐리지 본체(3)의 슬리브부(3b)에는, 부하 볼 구름 주행 홈(13)과 평행하게 관통 구멍(14)이 형성된다. 관통 구멍(14)에는, 복귀로(C2)를 형성하는 복귀로 구성 부재(15, 15)가 삽입된다. 도 4의 확대도에 도시하는 바와 같이, 관통 구멍(14)의 단면 형상은, 서로 겹치는 2개의 가상 원(14a, 14b)을 기초로 한다. 복귀로(C2)의 단면 형상은, 볼(6)의 직경보다 약간 큰 직경을 갖고, 서로 겹치는 2개의 가상 원(31a, 31b)(가상 원(31a, 31b)을 이점쇄선으로 나타냄)을 기초로 한다. 복귀로 구성 부재(15, 15) 사이에는, 복귀로(C2)의 볼 리테이너(22)를 안내하는 안내 홈(15a)이 형성된다.
도 3의 캐리지(2)의 단면에서 보아, 부하로(C1)에 있어서의 볼 리테이너(22)와 복귀로(C2)에 있어서의 볼 리테이너(22)는, 일본어 「ハ」자 형상으로 개방된다. 이것은, 부하로(C1)에서의 볼(6)의 접촉 폭을 확보하기 위해, 볼 리테이너(22)를 접촉각 선 L1, L3의 방향에 수직으로 배치하고, 또한 캐리지(2)를 콤팩트하게 하기 위해, 복귀로(C2)를 접촉각 선 L1, L3의 방향으로부터 수평 방향 L2로 어긋난 위치에 배치하기 때문이다. 접촉각 선 L1, L3의 접촉각은 θ1, θ2이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 턴로(C3)는, 이너 플레이트(4)와 엔드 플레이트(5) 사이에 형성된다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 이너 플레이트(4)는, 정면에서 보아 역U자 형상이며, 안내 레일(1)의 상면에 대향하는 중앙부(4a)와, 안내 레일(1)의 측면에 대향하는 좌우 한 쌍의 슬리브부(4b)를 갖는다. 이너 플레이트(4)의 슬리브부(4b)에는, 턴로(C3)의 내주측이 형성된다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 엔드 플레이트(5)도, 정면에서 보아 역U자 형상이며, 안내 레일(1)의 상면에 대향하는 중앙부(5a)와, 안내 레일(1)의 측면에 대향하는 좌우 한 쌍의 슬리브부(5b)를 갖는다. 엔드 플레이트(5)의 슬리브부(5b)에는, 턴로(C3)의 외주측이 형성된다. 이너 플레이트(4)와 엔드 플레이트(5) 사이에는, 턴로(C3)의 볼 리테이너(22)를 안내하는 안내 홈이 형성된다.
도 5의 (a)는, 본 실시 형태의 볼 리테이너(22)의 평면도를 도시하고, 도 5의 (b)는, 본 실시 형태의 볼 리테이너(22)의 측면도를 도시한다. 도 5의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(22)는, 순환로(7)로부터 취출한 상태에서 직선상으로 연장된다. 볼 리테이너(22)를 순환로(7)에 수용할 수 있고, 또한 볼 리테이너(22)가 순환로(7)를 순환할 수 있도록, 볼 리테이너(22)는 가요성을 갖는다. 볼 리테이너(22)는 수지제이다.
볼 리테이너(22)는, 2열의 개구부(25a, 25b)가 지그재그 형상으로(바꾸어 말하면, 엇갈리게) 형성되는 수용 밴드(23)와, 2열의 개구부(25a, 25b)에 지그재그 형상으로 수용되는 2열의 볼(6a, 6b)을 구비한다. 수용 밴드(23)는, 2열의 개구부(25a, 25b)가 형성되는 밴드(26)와, 밴드(26)의 각 열의 개구부(25a, 25b) 사이에 배치되는 복수의 스페이서(24a, 24b)를 구비한다. 밴드(26)는, 일방향으로 가늘고 길며, 유단 형상으로 형성된다. 스페이서(24a, 24b)는, 대략 원통 형상이며, 길이 방향의 양단부에 볼(6a, 6b)의 형상에 맞춘 구면 형상 오목부를 갖는다. 스페이서(24a, 24b)의 두께(도 5의 (b)의 두께 방향의 두께)는, 밴드(26)의 중간 밴드(26c)보다 두껍다. 볼(6a) 사이의 피치 A 및 볼(6b) 사이의 피치 A(도 6의 (a) 참조)를 최소로 할 수 있도록, 스페이서(24a, 24b)는 필요한 강도를 확보한 후, 최소의 길이(도 5의 (a)의 길이 방향의 길이)로 설계된다.
밴드(26)는, 도 5의 (a)의 폭 방향의 양단부에 배치되는 사이드 밴드(26a, 26b)와, 인접하는 한쪽 열의 볼(6a) 및 스페이서(24a)와 다른 쪽 열의 볼(6b) 및 스페이서(24b) 사이에 개재되는 중간 밴드(26c)(중간 밴드(26c)에 도트를 부기함)를 구비한다. 중간 밴드(26c)는, 파상으로 형성되어 있고, 산부와, 골부를 일정한 피치 B로 교대로 갖는다. 산부의 정상부에 한쪽 열의 스페이서(24a)가 일체로 형성되고, 골부의 저부에 다른 쪽 열의 스페이서(24b)가 일체로 형성된다. 볼 리테이너(22)를 직선상으로 연장시킨 상태에 있어서, 사이드 밴드(26a, 26b)와 중간 밴드(26c)는 동일 평면(P) 상에 배치된다.
도 6의 (a)는, 볼 리테이너(22)의 상세한 평면도를 도시하고, 도 6의 (b)는, 볼 리테이너(22)의 상세한 정면도를 도시한다. 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 인접하는 2열의 볼(6a, 6b)의 배치는, 볼 피치 A의 반피치 B분 길이 방향으로 어긋나 있다. 도 6의 (b)에 도시하는 바와 같이, 수용 밴드(23)의 길이 방향에서 보았을 때, 한쪽 열의 볼(6a)과 다른 쪽 열의 볼(6b)은 서로 겹친다. 이 때문에, 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 중간 밴드(26c)의 폭 D(볼(6b)의 중심을 통과하는 단면에 있어서, 한쪽 열의 스페이서(24a)로부터 다른 쪽 열의 볼(6b)까지의 거리)는, 한쪽 열의 스페이서(24a)로부터 한쪽 열의 볼(6a)의 단부까지의 거리 F보다 작다. 또한, 도 5의 (b)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(22)의 폭 방향에서 보았을 때, 한쪽 열의 볼(6a)과 다른 쪽 열의 볼(6b)이 서로 겹친다. 그리고 도 6의 (a)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(22)의 평면에서 보아, 인접하는 3개의 볼(6a, 6a, 6b 및 6a, 6b, 6b)의 중심을 연결한 가상 삼각형이 한 변을 C(C＝A)로 하는 정삼각형으로 형성된다. 상기 가상 삼각형의 한 변 C는 볼 피치 A와 동일한 길이이다.
볼(6b)의 중심을 통과하는 단면에 있어서, 중간 밴드(26c)의 폭 D는 사이드 밴드(26b)의 폭 E(볼(6a)의 중심을 통과하는 단면에 있어서의 사이드 밴드(26a)의 폭 E와 동등함)보다 좁다. 중간 밴드(26c)의 두께 G는, 사이드 밴드(26a, 26b)의 두께 H보다 두껍다. 중간 밴드(26c)의 두께 G는, 중간 밴드(26c)의 폭 D 이상이며, 중간 밴드(26c)의 단면 형상은, 정사각형에 가깝다.
도 5의 (a)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(22)의 길이 방향의 양단부에 배치되는 단부 스페이서(24a1, 24a2, 24b1, 24b2)의 길이 방향의 두께 I는, 나머지 스페이서(24a, 24b)의 두께 J보다 얇다. 볼 리테이너(22)의 길이 방향의 일단부에 있어서, 한쪽 열의 단부 스페이서(24a1)와 다른 쪽 열의 단부 스페이서(24b1)가 엇갈리게 형성된다. 볼 리테이너(22)의 길이 방향의 타단부에 있어서도, 한쪽 열의 단부 스페이서(24a2)와 다른 쪽 열의 단부 스페이서(24b2)가 엇갈리게 형성된다.
수용 밴드(23)는, 볼(6a, 6b)보다 약간 큰 코어 볼을 금형에 넣고, 금형에 수지를 사출함으로써 제조된다. 수용 밴드(23)로부터 코어 볼을 빼고, 대신에 볼(6a, 6b)을 수용 밴드에 수용함으로써, 볼 리테이너(22)가 제조된다.
본 실시 형태의 볼 리테이너(22)의 효과는, 이하와 같다. 볼 리테이너(22)에 2열의 볼(6a, 6b)을 지그재그 형상으로 배치하므로, 제한된 치수 내에 다수의 볼(6a, 6b)를 배치할 수 있어, 운동 안내 장치의 고정밀도화, 고강성화를 도모할 수 있다. 또한, 인접하는 2열의 볼(6a, 6b)이 교대로 부하로(C1)에 진입하므로, 웨이빙에 영향을 미치는 볼 피치가 B(B＝A/2)가 되어, 더한층의 저웨이빙을 실현할 수 있다. 볼(6a, 6b)이 캐리지(2) 내를 순환하는 과정에서 볼 통과 진동(웨이빙)이 발생한다. 웨이빙이란, 캐리지(2)가 스트로크를 할 때에 캐리지(2)와 볼(6a, 6b)의 상대 위치가 변화되므로, 그것에 수반하여 캐리지(2) 내의 유효 볼 수나 힘의 밸런스가 변화되어, 미소한 자세 변화나 진동이 발생하는 것을 말한다. 도 7은, 2열의 볼(6a', 6b')을 옆으로 나란히 배치한 비교예의 볼 리테이너(22')를 도시한다. 비교예의 경우, 2열의 볼(6a', 6b')이 부하로에 진입하는 타이밍은 동시이며, 웨이빙에 영향을 미치는 볼 피치는 A가 된다. 본 실시 형태와 같이, 웨이빙에 영향을 미치는 볼 피치를 B(B＝A/2)로 함으로써, 1 순환로당의 유효 볼 수를 2배로 간주할 수 있어, 저웨이빙을 실현할 수 있다.
볼 리테이너(22)의 길이 방향에서 보았을 때, 2열의 볼(6a, 6b)이 서로 겹치므로, 볼 리테이너(22)의 폭을 콤팩트하게 할 수 있고, 나아가 순환로(7)나 운동 안내 장치를 콤팩트하게 할 수 있다. 캐리지(2)에는, 복귀로 구성 부재(15, 15)를 삽입하기 위한 관통 구멍(14)이 형성된다. 관통 구멍(14)의 크기는, 캐리지 본체(3)의 슬리브부(3b)가 개방되는 것과 같은 변형에 큰 영향을 미친다. 관통 구멍(14)을 작게 함으로써, 캐리지 본체(3)의 슬리브부(3b)가 개방되는 것과 같은 변형을 억제할 수 있어, 캐리지(2)의 강성 저하를 방지할 수 있다.
중간 밴드(26c)가 파상으로 형성되므로, 중간 밴드(26c)에 길이 방향으로 스프링성을 갖게 할 수 있어, 순환로(7)에서 볼 리테이너(22)를 다양하게 만곡시킬 수 있다. 본 실시 형태와 같이, 부하로(C1)의 볼 리테이너(22)와 복귀로(C2)의 볼 리테이너(22)를 일본어 「ハ」자 형상으로 배치하면, 볼 리테이너(22)는 턴로(C3)에서 비틀린 것과 같이 만곡된다. 중간 밴드(26c)에 스프링성을 갖게 함으로써, 볼 리테이너(22)를 용이하게 비틀린 것과 같이 만곡시킬 수 있다. 비틀린 것과 같은 만곡은 후술한다.
중간 밴드(26c)의 폭 D가 사이드 밴드(26a, 26b)의 폭 E보다 좁으므로, 볼 리테이너(22)의 안내 여유를 확보한 후, 볼 리테이너(22)를 용이하게 비틀린 것과 같이 만곡시킬 수 있다. 이하에 이것을 상세하게 설명한다. 도 8의 (a)에 도시하는 바와 같이, 부하로(C1)의 볼 리테이너(22)와 복귀로(C2)의 볼 리테이너(22)를 평행하게 배치한 경우, 턴로(C3)에서는, 볼 리테이너(22)는 볼 리테이너(22)의 수직 방향으로 만곡된다. 한편, 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 부하로(C1)의 볼 리테이너(22)와 복귀로(C2)의 볼 리테이너(22)를 일본어 「ハ」자 형상으로 배치한 경우, 턴로(C3)에서는, 볼 리테이너(22)는 볼 리테이너(22)의 수직 방향뿐만 아니라, 볼 리테이너(22)의 폭 방향 등으로도 비틀린 것과 같이 만곡된다. 필요한 안내 여유를 확보할 필요가 있다는 점에서, 사이드 밴드(26a, 26b)의 폭 E를 좁게 할 수는 없다. 도 8의 (b)에 도시하는 바와 같이, 중간 밴드(26c)의 폭 D를 사이드 밴드(26a, 26b)의 폭 E보다 좁게 함으로써, 볼 리테이너(22)를 용이하게 비틀린 것과 같이 만곡시킬 수 있다. 중간 밴드(26c)의 단면을 정사각형으로 형성하면, 볼 리테이너(22)를 더 용이하게 비틀린 것과 같이 만곡시킬 수 있다.
중간 밴드(26c)의 두께 G가 사이드 밴드(26a, 26b)의 두께 H보다 두꺼우므로, 폭 D를 좁게 한 중간 밴드(26c)의 강도를 확보할 수 있다.
볼 리테이너(22)를 직선상으로 연장시킨 상태에 있어서, 사이드 밴드(26a, 26b)와 중간 밴드(26c)가 동일 평면에 배치되므로, 볼 리테이너(22)를 턴로(C3)에서 용이하게 만곡시킬 수 있다.
볼 리테이너(22)의 평면에서 보아, 인접하는 3개의 볼(6a, 6a, 6b 및 6a, 6b, 6b)의 중심을 연결한 삼각형이 정삼각형으로 형성되므로, 제한된 치수 내에 최대한의 볼(6a, 6b)을 배치할 수 있다.
도 9의 (a)는, 길이 방향의 양단부를 연결한 본 실시 형태의 볼 리테이너(22)의 평면도를 도시한다. 볼 리테이너(22)의 양단부를 서로 상보적으로(바꾸어 말하면 서로 맞물리도록) 엇갈리게 형성함으로써, 볼(6a)과 단부 스페이서(24a1, 24a2) 사이의 피치는 B'이 된다. 가령 도 9의 (b)의 비교예에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(22')의 길이 방향의 일단부와 타단부를 일직선으로 형성하였다고 하면, 볼(6a')과 단부 스페이서(24a1', 24a2') 사이의 피치는 B"가 되어, B'의 약 2배가 된다. 볼 리테이너(22)의 길이 방향의 양단부를 엇갈리게 형성함으로써, 피치 B"을 반감할 수 있어, B와 B'을 대략 동등하게 할 수 있다. 연결 개소에서도 피치 B가 연속되므로, 웨이빙을 더 저하시킬 수 있다. 또한, 도 9의 (a)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(22)의 길이 방향의 일단부의 단부 스페이서(24a1, 24b1)와 타단부의 단부 스페이서(24a2, 24b2) 사이에는, 프리 볼이 개재되어 있지 않다. 모든 볼(6a, 6b)이 개구부(25a, 25b)에 수용되므로, 모든 볼(6a, 6b)의 위치를 안정시킬 수 있다.
캐리지(2)의 부하 볼 구름 주행 홈(13) 및 안내 레일(1)의 볼 구름 주행 홈(12)의 단면 형상이 서로 겹치는 2개의 가상 원을 기초로 하므로, 부하로(C1)의 단면 형상을 콤팩트하게 할 수 있다.
복귀로(C2)의 단면 형상이 서로 겹치는 2개의 가상 원(31a, 31b)을 기초로 하므로, 복귀로(C2)의 단면 형상을 콤팩트하게 할 수 있다.
(제2 실시 형태의 볼 리테이너)
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태의 볼 리테이너(32)를 도시한다. 도 10의 (a)는 평면도, 도 10의 (b)는 측면도, 도 10의 (c)는 정면도이다. 제2 실시 형태에서는, 볼 리테이너(32)에 3열의 볼(6a, 6b, 6c)을 지그재그 형상으로 배치하고 있다. 수용 밴드(33)는, 3열의 개구부(35a, 35b, 35c)를 갖는 밴드(36)와, 각 열의 개구부(35a, 35b, 35c) 사이에 배치되는 복수의 스페이서(34)를 구비한다. 수용 밴드(33)의 3열의 개구부(35a, 35b, 35c)에는, 3열의 볼(6a, 6b, 6c)이 지그재그 형상으로 배치된다. 1열째의 볼(6a)과 2열째의 볼(6b)의 배치는, 볼 리테이너(32)의 길이 방향으로 볼 피치의 반피치분 어긋나 있다. 2열째의 볼(6b)과 3열째의 볼(6c)의 배치도, 볼 리테이너(32)의 길이 방향으로 볼 피치의 반피치분 어긋나 있다. 1열째의 볼(6a)과 3열째의 볼(6c)의 배치는, 볼 리테이너(32)의 길이 방향으로 볼 피치분 어긋나 있다.
도 10의 (c)에 도시하는 바와 같이, 볼 리테이너(32)의 길이 방향에서 보았을 때, 3열의 볼(6a, 6b, 6c) 중, 인접하는 2열의 볼(6a, 6b)이 서로 겹치고, 인접하는 2열의 볼(6b, 6c)이 서로 겹친다.
도 10의 (a)에 도시하는 바와 같이, 수용 밴드(33)는, 수용 밴드(33)의 폭 방향의 양단부에 배치되는 사이드 밴드(36a, 36b)와, 1열째의 볼(6a)과 2열째의 볼(6b) 사이에 배치되는 제1 중간 밴드(36c)와, 2열째의 볼(6b)과 3열째의 볼(6c) 사이에 배치되는 제2 중간 밴드(36d)를 구비한다. 사이드 밴드(36a, 36b), 제1 중간 밴드(36c), 제2 중간 밴드(36d)의 형상은, 제1 실시 형태의 볼 리테이너(22)의 사이드 밴드(26a, 26b), 중간 밴드(26c)와 대략 동일하다.
볼 리테이너(32)의 길이 방향의 일단부는, 2단이 엇갈리게 형성된다. 볼 리테이너(32)의 길이 방향의 타단부는, 일단부와 상보적으로 2단이 엇갈리게 형성된다.
제2 실시 형태의 볼 리테이너(32)에 의하면, 볼 리테이너(32)에 3열의 볼(6a, 6b, 6c)을 지그재그 형상으로 배치하므로, 제한된 치수 내에 더 다수의 볼(6a, 6b, 6c)을 배치할 수 있어, 운동 안내 장치의 더 고정밀도화, 고강성화를 도모할 수 있다.
(제2 실시 형태의 운동 안내 장치)
도 11은, 본 발명의 제2 실시 형태의 운동 안내 장치의 단면도를 도시한다. 제2 실시 형태의 운동 안내 장치에서는, 순환로(7)에 제1 실시 형태의 볼 리테이너(22)를 내장하고 있다. 부하로(C1)의 볼 리테이너(22)와 복귀로(C2)의 볼 리테이너(22)가 평행하게 배치되는 점이, 제1 실시 형태의 운동 안내 장치와 상이하다. 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 운동 안내 장치와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
(제3 실시 형태의 운동 안내 장치)
도 12는, 본 발명의 제3 실시 형태의 운동 안내 장치의 단면도를 도시한다. 제3 실시 형태의 운동 안내 장치에서는, 순환로(7)에 제2 실시 형태의 볼 리테이너(32)를 내장하고 있다. 부하로(C1)의 볼 리테이너(32)와 복귀로(C2)의 볼 리테이너(32)가 평행하게 배치된다. 그 밖의 구성은, 제1 실시 형태의 운동 안내 장치와 대략 동일하므로, 동일한 부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
실시예
운동 안내 장치의 웨이빙 해석을 행하였다. 해석에는, 도 1에 도시하는 운동 안내 장치를 사용하고, 홈 적합도는 f＝0.515로 하였다. 지그재그 형상의 배치의 우위성을 확인하기 위해, 2열의 볼(6a', 6b')을 옆으로 나란히 배치한 경우(도 7 참조)와 2열의 볼(6a, 6b)을 지그재그 형상으로 배치한 경우(도 6의 (a) 참조)의 양쪽에 대해 해석을 실시하였다. 해석 조건은, 하중 FZ＝5kN, 예압 없음, 크라우닝 깊이＝최대 탄성 변형량+5㎛로 하였다. 레이디얼 방향, 피칭 방향의 각각에서 해석한 결과를 도 13에 나타낸다.
도 13의 실선은, 2열의 볼(6a, 6b)을 지그재그 형상으로 배치한 경우의 웨이빙 값이고, 도 13의 파선은, 2열의 볼(6a', 6b')을 옆으로 나란히 배치한 경우의 웨이빙 값이다. 이들을 비교하면, 2열의 볼(6a, 6b)을 지그재그 형상으로 배치한 경우, 파동의 수는, 2열의 볼(6a', 6b')을 옆으로 나란히 배치한 경우의 2배이기는 하지만, 웨이빙 값이 대폭 저하되는 것을 알 수 있다. 이것은, 2열의 볼(6a, 6b)을 지그재그 형상으로 배치하는 경우, 부하로(C1)에 들어가는 볼 피치가 반감되므로, 진동의 횟수가 증가하기는 하지만, 1회당의 진폭이 작아지는 것을 의미한다. 2열의 볼(6a, 6b)을 지그재그 형상으로 배치함으로써, 저웨이빙을 실현할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서 다양하게 변경 가능하다.
상기 실시 형태에서는, 순환로에 1개의 볼 리테이너를 배치하고 있지만, 2개, 3개, 또는 4개 등의 복수 개의 볼 리테이너를 배치할 수도 있다.
상기 실시 형태의 볼 리테이너에서는, 스페이서에 구면 형상 오목부를 형성하여, 볼 리테이너가 볼을 보유 지지하도록 하고 있지만, 스페이서를 예를 들어 판상으로 형성하여, 볼 리테이너가 볼을 보유 지지하지 않도록 할 수도 있다.
본 명세서는, 2017년 4월 7일에 출원된 일본 특허 출원 제2017-076499호에 기초한다. 이 내용은 모두 여기에 포함된다.
1: 안내 레일
2: 캐리지
6, 6a, 6b, 6c: 볼
7: 순환로
12: 볼 구름 주행 홈
13: 부하 볼 구름 주행 홈
22: 볼 리테이너(볼 수용 밴드)
23: 수용 밴드
24a, 24b: 스페이서
24a1, 24a2, 24b1, 24b2: 단부 스페이서
25a, 25b: 개구부
26: 밴드
26a, 26b: 사이드 밴드
26c: 중간 밴드
31a, 31b: 가상 원
32: 볼 리테이너(볼 수용 밴드)
33: 수용 밴드
34: 스페이서
35a, 35b, 35c: 개구부
36: 밴드
36a, 36b: 사이드 밴드
36c: 제1 중간 밴드(중간 밴드)
36d: 제2 중간 밴드(중간 밴드)
C1: 부하로
C2: 복귀로
C3: 턴로
D: 중간 밴드의 폭
E: 사이드 밴드의 폭
G: 중간 밴드의 두께
H: 사이드 밴드의 두께
I: 단부 스페이서의 길이 방향의 두께
J: 스페이서의 길이 방향의 두께
P: 평면

Claims (12)

  1. 적어도 2열의 개구부를 갖고, 유단 형상으로 형성되는 밴드, 및 각 열의 상기 개구부 사이에 배치되는 복수의 스페이서를 포함하는 수용 밴드와,
    상기 적어도 2열의 상기 개구부에 수용되는 적어도 2열의 볼을 구비하고,
    인접하는 한쪽 열의 상기 볼과 다른 쪽 열의 상기 볼을 비접촉으로 한 상태에서 지그재그 형상으로 배치하고,
    상기 수용 밴드의 길이 방향에서 보았을 때, 상기 한쪽 열의 상기 볼과 상기 다른 쪽 열의 상기 볼이 서로 겹치는, 볼 수용 밴드.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수용 밴드는, 상기 수용 밴드의 폭 방향의 양단부에 배치되는 사이드 밴드와, 인접하는 상기 한쪽 열의 상기 볼 및 상기 스페이서와 상기 다른 쪽 열의 상기 볼 및 상기 스페이서 사이에 개재되는 중간 밴드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 볼 수용 밴드.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 볼의 중심을 통과하는 단면에 있어서, 상기 중간 밴드의 폭이 상기 사이드 밴드의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는, 볼 수용 밴드.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 중간 밴드의 두께가 상기 사이드 밴드의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는, 볼 수용 밴드.
  5. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 볼 수용 밴드를 직선상으로 연장시킨 상태에 있어서, 상기 사이드 밴드와 상기 중간 밴드가 동일 평면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는, 볼 수용 밴드.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼 수용 밴드의 폭 방향에서 보았을 때, 상기 한쪽 열의 상기 볼과 상기 다른 쪽 열의 상기 볼이 서로 겹치고,
    상기 볼 수용 밴드의 평면에서 보았을 때, 인접하는 3개의 상기 볼의 중심을 연결한 가상 삼각형이 정삼각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는, 볼 수용 밴드.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 볼 수용 밴드의 길이 방향의 양단부에 배치되는 단부 스페이서의 상기 길이 방향의 길이가 나머지 상기 스페이서보다 짧고,
    상기 볼 수용 밴드의 상기 길이 방향의 일단부에 있어서, 상기 한쪽 열의 상기 단부 스페이서와 상기 다른 쪽 열의 상기 단부 스페이서가 엇갈리게 형성되고,
    상기 볼 수용 밴드의 상기 길이 방향의 타단부에 있어서, 상기 한쪽 열의 상기 단부 스페이서와 상기 다른 쪽 열의 상기 단부 스페이서가 상기 엇갈림과 상보적으로 엇갈리게 형성되고,
    상기 볼 수용 밴드의 상기 일단부의 상기 단부 스페이서와 상기 볼 수용 밴드의 상기 타단부의 상기 단부 스페이서 사이에, 볼이 개재되지 않는 것을 특징으로 하는, 볼 수용 밴드.
  8. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수용 밴드가 3열의 상기 개구부를 갖고,
    3열의 상기 개구부에 3열의 상기 볼을 지그재그 형상으로 배치하고,
    상기 볼 수용 밴드의 길이 방향에서 보았을 때, 3열의 상기 볼 중, 인접하는 2열의 상기 볼이 서로 겹치는, 볼 수용 밴드.
  9. 안내 레일과,
    상기 안내 레일에 상대 이동 가능하게 조립 장착되고, 부하로, 상기 부하로와 평행한 복귀로, 상기 부하로와 상기 복귀로를 접속하는 턴로를 포함하는 순환로를 갖는 캐리지와,
    상기 순환로에 배치되는 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 볼 수용 밴드를
    구비하는, 운동 안내 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 안내 레일의 볼 구름 주행 홈과 상기 캐리지의 부하 볼 구름 주행 홈이 상기 부하로를 형성하고,
    상기 캐리지의 상기 부하 볼 구름 주행 홈 및 상기 안내 레일의 상기 볼 구름 주행 홈의 단면 형상은, 상기 볼의 직경보다 약간 큰 직경을 갖고, 서로 겹치는 2개의 가상 원을 기초로 하는 것을 특징으로 하는, 운동 안내 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복귀로의 단면 형상은, 상기 볼의 직경보다 약간 큰 직경을 갖고, 서로 겹치는 2개의 가상 원을 기초로 하는 것을 특징으로 하는, 운동 안내 장치.
  12. 안내 레일과,
    상기 안내 레일에 상대 이동 가능하게 조립 장착되고, 부하로, 상기 부하로와 평행한 복귀로, 상기 부하로와 상기 복귀로를 접속하는 턴로를 포함하는 순환로를 갖는 캐리지와,
    상기 순환로에 배치되고, 적어도 2열의 볼을 수용하는 볼 수용 밴드를 구비하고,
    상기 캐리지의 캐리지 본체에는, 상기 복귀로가 형성되는 복귀로 구성 부재를 삽입하기 위한 관통 구멍이 형성되고,
    상기 관통 구멍의 단면 형상은, 인접하는 2개의 가상 원이 서로 겹치는 적어도 2개의 상기 가상 원을 기초로 하는, 운동 안내 장치.
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