KR920007780B1 - 복합 운동 안내 장치 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

복합 운동 안내 장치
제1도는 본 발명에 따른 복합 운동 안내 장치의 일 실시예의 종단면도.
제2도는 본 발명에 따른 복합 운동 안내 장치의 부분 단면의 정면도.
제3도는 제1도의 장치의 너트의 보울 접촉 상태를 예시한 단면도.
제4도는 제1도의 장치의 스플라인용 외통의 보올 접촉 상태를 예시한 단면도.
제5a도는 제1도의 장치의 축의 정면도.
제5b도는 제5a도의 선(V-V)에 따른 단면도.
제6a도는 제1도의 장치의 너트의 너트 본체의 정면도.
제6b도는 제6a도의 선(VI-VI)에 따른 단면도.
제6c도는 제6a도의 좌측면도.
제6d도는 제6a도의 우측면도
제7a도는 너트 단부 캡의 정면도.
제7b도는 제7a도의 수직 단면도.
제7c도는 제7a도의 너트 단부 캡의 단면도.
제7d도는 제7a도의 선(VII-VII)에 따른 단면도.
제8a도는 제1도의 장치의 스플라인용 외통의 단면도.
제8b도는 제8a도의 스플라인용 외통의 측면도.
제9a도는 제8a도 및 제8b도의 스플라인용 외통에 취부된 리테이너의 정면도.
제9b도는 제9a도의 선(IX-IX)에 따른 단면도.
제10a도는 제9도의 리테이너의 각 단부에 부착된 단부 캡의 수직 단면도.
제10b도는 제10a도의 단부 캡의 정면도.
제11도는 리테이너와 단부 캡의 조립도.
제12a도는 제1도의 서포트 베어링의 외측 레이스의 수직 단면도.
제12b도는 제12a도의 외측 레이스의 정면도.
제13a도는 또 다른 서포트 베어링의 외측 레이스의 수직 단면도.
제13b도는 제13a도의 외측 레이스의 정면도.
제14도는 종래의 레이디얼형 보울 스플라인의 수직 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 복합 운동 안내 장치 2 : 축
3 : 너트 4 : 스플라인용 외통(spline outer sleeve)
6, 7, 8, 9 : 서포트 베어링 10 : 하우징
11, 12 : 풀리 15, 16 : 스페이셔
21 : 축 본체 22 : 보올 스크류 홈
23 : 보올 스플라인 31 : 너트 본체
32 : 단부 캡 33 : 보올 스크류 홈
34 : 보울 순환 홈 41 : 보올 전주홈
42 : 리테이너 44 : 슬릿
62, 72, 82, 92 : 외측 레이스(outer race)
본 발명은 예를 들어 공업용 로보트의 아암에 이용되는 안내 장치에 관한 것으로서, 특히 축방향 왕복 운동 및 회전 운동으로 이루어진 복합 운동을 하도록 목적물을 안내하는 안내 장치에 관한 것이다.
종래의 공지된 복합 운동 안내 장치는 외주부에 보올 스크류 홈 및 보올 스플라인 홈이 동일부에 중첩되어 형성된 축를 이용하여 복합 운동의 작동 스트로크를 크게 하도록 한 것이다(예를 들어 일본국 특개공 제62-165057호 공보 참조), 즉, 이러한 형식의 공지된 안내 장치는 보올 스크류 홈에 으해 수용 안내되는 보너트와, 보올 스플라인 홈에 의해 수용 안내되는 보올을 통하여 축에 취부된 스플라인용 외통을 갖는다. 상기 너트와, 스플라인용 외통은 하우징 내에 수용된다.
상기 너트 및 스플라인용 외통은 각각 1쌍의 서포트 베어링을 통하여 하우징 내에 회전 자재하게 지지된다. 따라서 상기 너트 및 스플라인용 외통은 각각 독립적으로 회전될 수 있다. 또한, 작동시, 너트와 스플라인용 외통은 축이 축방향운동, 회전운동 또는 축방향 운동 분과 회전 운동 성분으로 이루어진 복합 운동을 하도록 선택 자재하게 회전한다.
이러한 공지된 장치는 크게 3개의 카테고리(A)(B) 및 (C)로 분류되는 문제에 직면한다.
(A) 스플라인용 외통 및 보올 스크류용 너트의 필연적인 겉돌음(play) 또는헐거움(looseness)이 존재하며, 그로 인해 장치의 기동시에 특히 위상 지연과, 정지시의 위치 부정확이 야기된다.
(1) 먼저 스플라인용 외통에 대하여 설명하면, 보올 스크류용 너트는 회전 자재하게 되어 있는 반면에 회전 위치는 스플라인용 외통에 의해 결정되므로, 회전 방향으로의 헐거움의 문제가 존재한다. 보올 스크류 홈 및 보올 스플라인 홈이 중첩되어 있는 형식의 안내장치에서는, 축의 외주면에 형성된 보올 스크류 홈을 따라 전주하는 보올을 통하여 보올 스크류용 너트를 그 위에서 회전시키기 위해서는 원형 단면을 가져야 한다. 한편 보올 스플라인 홈은 제14도에 도시된 바와 같이 일본국 공업 규격(JIS)에 규정된 레이디얼 보올 스플라인과 같도록 설계되어 있다. 따라서 안내 장치 전체는 반경 방향의 하중은 만족스럽게 지탱하지만, 앵귤러 방향으로 작용하는 중에 대해서는 견고한 지지를 제공치 못하도록 설계되어 있다. 이 때문에, 회전 방향으로의 임의의 겉돌음을 만족스럽게 제거하는 것이 곤란하였다.
(2) 한편, 보올 스크류용 너트에 대해서는, 스플라인용 외통은 축방향으로 이동 자재한 반면, 보올 스크류용 너트는 축방향의 위치 조절이 요구되므로, 축방향으로의 겉돌음의 문제가 존재한다. 언급된 형식의 장치에서는, 보올 스크류용 너트를 회전 또는 비틀림 시키도록 축에 의해 보올 스크류용 너트에 모멘트하중이 부여된다. 이것은 본질적으로 레이디얼 콘택 타입의 베어링에 의해 너트의 외주면을 안정되게 지지하는 것을 필요로 한다. 그러나 이런 형식이 베어링은 임의의 축 방향 하중에 대해서도 견고하지 못하므로, 안내장치 전체가 축방향의 겉돌음 또는 헐거움을 보이는 것은 필연적 이다.
(B) 제2도의 문제는, 스플라인용 외통과 보올 스크류용 너트의 겉돌음 또는 헐거움의 존재에 기인하여, 보올 전주면에 플레칭 코로존(fletching corrosion)이 발생하는 것이다. 본 명세서에 사용되는 ＂플레칭 코로존＂이란 용어는 상호 접촉하는 일면 또는 양면이 이들 면 사이의 상대적인 반복된 미소 미끄럼 운동에 의해 마모되는 것을 의미한다.
(1) 먼저 스플라인용 외통의 헐거움에 의한 보올 스크류용 너트측의 플레칭 코로존에 대하여 설명한다.
회전 운동을 하는 축이 갑자기 정지할 경우, 관성에 의해 스플라인용 외통을 지지하는 보올이 탄성적으로 변형되므로 축은 회전 방향으로 변위한다. 이 변형된 보올이 탄성 복귀할 경우, 축은 회전 방향으로 강제후방 운동함으로써 회전 방향으로의 축의 진동이 발생한다. 이 진동은 보올과, 보올 스크류용 너트의 보올 전주면 사이에 미소한 진동 미끄럼 운동을 야기하여, 보올 전주면의 국부적인 플레칭 코로존을 발생한다.
그 결과, 이들 보올 전주면에는 국부적인 미소 구멍이 형성되며, 그에 인해 보올의 원활한 전주 운동이 저해된다.
(2) 다음, 보올 스크류용 너트의 축방향 겉돌음에 의해 보올 스플라인용 외통측에 발생하는 플레칭 코로존에 대하여 설명한다. 촉방향의 가동축이 갑자기 정지할 경우, 관성에 의해 보올 스크류용 너트를 지지하는 보올 또는 베어링의 보올이 탄성 변형되므로 축은 축방향으로 변위한다. 변형된 보울이 탄성 복귀할 경우, 축은 축방향으로 강제 후방운동함으로써 축방향으로의 축의 진동이 발생한다. 이 진동은 보올과, 스플라인용 외통의 보올 전주면 사이에 미소한 진동 미끄럼 운동을 야기하여, 보올 전주면의 국부적인 플레칭 코로존을 발생한다.
(C) 제3의 문제는, 스플라인용 외통의 반경 방향의 겉돌음의 존재에 기인하여, 보올 스크류용 너트를 지지하는 보올의 손상이 발생하는 것이다.
(1) 이 형식의 안내 장치가 공업용 로보트 아암으로서 이용되는 경우에는, 로보트 아암은 통상 스플라인용 외통에 고정되며, 그 결과 스플라인용 외통에 의해 반경 방향의 하중을 받게 된다. 축이 신장된 상태에서 축의 선단에 횡방향의 하중이 작용된 경우에는, 스플라인용 외통에 과도한 하중이 작용되어, 스플라인용 외통의 반경 방향의 겉돌음을 초래한다. 스플라인용 외통의 이러한 반경 방향의 겉돌음은 축으로 하여금 동일 하우징 내에 취부된 보올 스크류용 너트를 ＂비틀림＂ 또는 ＂구불게＂ 하도록 진동하게 한다. 그 결과, 너트의 축방향 양단부의 보올에 과부하가 작용되어 보올은 탄성 변형함과 동시에 진동이 발생하여, 보올의 원활한 순환을 저해하며, 최악의 경우 보올에 심각한 손상을 일으킨다.
(2) 스플라인용 외통의 겉돌음 또는 헐거움이 존재하는 경우에는, 기계 예컨대, 로보트가 급 정지시 등에 있어서 축은 미소 진동을 하며, 그 결과 보올 스크류용 너트축의 보올 전주면에는 플레칭 코로존이 생긴다.
(3) 스플라인용 외통의 반경 방향의 겉돌음이 축의 자유단에서 증폭되어 위치 결정이 정도를 악화시키는 등의 경우도 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래 기술의 문제점을 본질적으로 제거하는 것으로서, 축방향 및 회전방향으로의 어떠한 헐거움도 제거되어, 응답성 및 위치 결정 정도를 향상시킨 것을 특징으로 하는, 동일 하우징 내에 취부된 너트 및 스플라인용 외통을 갖는 복합 운동 안내 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 스플라인용 외통측의 회전 방향으로의 헐거움 및 너트측의 축 방향으로 헐거움에 기인한 너트 및 스플라인용 외통측의 플레칭 코로존의 발생을 방지함으로써, 전술한 형식의 안내 장치의 원활한 작동을 보장하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 너트 측의 보올의 과부하를 제거함으로써 너트측의 플레칭 코로존의 발생을 방지함과 아울러, 스플라인용 외통측의 서포트 베어링의 반경 방향으로의 헐거움을 제거하여 반경 방향의 진동을 방지하여, 전술한 형식의 안내 장치의 원활한 작동을 보장하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 너트 및 스플라인용 외통을 지지하는 서포트 베어링의 강성을 높임으로써, 안내 장치의 축방향 및 반경 방향의 부하 지탱 능력 및, 모멘트 하중에 대한 저항력을 증대시키는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따라서, 축의 외주면에 보올 스크류홈과 보올 스플라인 홈이 형성된 단일 축, 이 축에 다수의 보올을 통하여 취부된 너트, 상기 축에 다수의 보올을 통하여 취부된 스플라인용 외통, 상기 너트와 스플라인용 외통이 각각 한쌍의 서포트 베어링을 통하여 회전 자재하게 취부되어 하는 하우징 및, 너트와 스플라인용 외통을 독립적으로 구동하는 동력 전동 부재로 이루어진 복합 운동 안내 장치에 있어서, 상기 너트 및 축 사이에 개재된 보올에 축선 방향의 예-하중을 부여 하며, 상기 너트를 지지하는 서포트 베어링에 조합된 보올에 예-하중을 부여함과 동시에, 스플라인용 외통 및 축 사이에 개재된 보올에 회전 방향에 가까운 방향의 예-하중을 부여하는 것을 특징으로 하는 복합 운동 안내 장치를 제공한다. 스플라인용 외통을 지지하는 서포트 베어링은 보올에 충분한 예-하중이 부여되는 앵귤러-콘택 형식의 구조를 갖는다. 상기 너트 및 스플라인용 외통을 지지하는 서포트 베어링은 내측 레이스로 작용하는 너트 및 스플라인용 외통의 면과, 하우징에 고착된 외측 레이스 상에서 전주하는 보올에 의해 구성될 수도 있다.
전술한 형식의 복합 운동 안내 장치에 있어서, 축과 너트 사이에 개재된 보올에는 적당한 예-하중이 부여된다. 더우기 서포트 베어링은 보올에 충분한 예-하중이 부여되는 앵귤러-콘택 타입의 구조를 갖는다. 따라서 상기 안내 장치는 축방향의 뛰어난 강성을 가지므로, 축 방향의 어떠한 헐거움도 완전히 제거된다. 축의 급 정지시에 종래 기술의 장치에서 필연적으로 수반되었던 하우징에 대한 축의 미소한 축방향 진동 운동의 제거가 가능하며, 스플라인용 외통측의 플레칭 코로존을 방지할 수 있다.
한편, 스플라인용 외통 및 축 사이에 개재된 보올에도 회전 방향으로 예-하중이 부여되므로, 안내 장치는 회전 방향으로 높은 강성을 보이며, 따라서, 회전 방향으로의 어떠한 헐거움도 완전히 제거된다. 그 결과, 회전 방향으로의 축의 헐거움에 기인하는 너트측의 플레칭 코로존이 방지된다.
스플라인용 외통을 지지하는 서포트 베어링이 그의 보올에 예-하중이 부여되는 앵귤러-콘택 타입의 베어링으로서 구성될 경우, 반경 방향으로도 높은 강성이 수득됨으로 스플라인용 외통의 반경 방향으로의 헐거움을 완전히 제거할 수 있다. 따라서, 너트를 비틀림 시키는 모멘트 하중의 제거가 가능하며, 축의 진동에 의해 야기되는 것도 완전히 제거되므로, 너트와 축 사이에 개재하는 보올의 어떠한 과부하도 방지될 수 있다. 또한, 스플라인용 외통의 반경 방향의 헐거움에 기인한 너트측의 플레칭 코로존도 방지될 수 있다. 또한, 너트와 스플라인용 외통을 서포트 베어링의 내측 레이스로서 사용할 경우에는, 안내 장치를 소형화할 수 있다.
이제, 첨부 도면을 참조로 본 발명의 실시예를 설명한다.
제1도 내지 제13도에 본 발명에 따라 복잡 운동을 행하는 목적물을 안내하는 안내 장치의 일 실시예가 도시되어 있다. 여기서, 안내 장치(1)는 일반적으로 1본의 축(2)과 이 축(2)에 취부된 보올 스크류용 너트(3)와 보올 스플라인용 외통(4)을 구비한 복합 운동 안내 유닛(5)과, 각각 1쌍의 서포트 베어링(6,7 및 8,9)을 통하여 상기 너트(3) 및 스플라인용 외통(4)을 지지하는 하우징(10) 및, 상기 너트(3) 및 스플라인용 외통(4)을 구동하기 위한 동력 전동 부재로서 작용하는 폴리(11, 12)로 구성되어 있다.
먼저, 복합 운동 안내 유닛(5)에 대하여 언급하면, 축(2)은 제5a도 및 제5b도에 잘 도시된 바와 같이 단일의 축 본체(21)의 외주면에 나선형의 보올 스크류 홈(22)과, 축 방향으로 신장하는 복수개의 보올 스플라인 홈(23)이 서로 중첩 형성되어 있다. 축 본체(21)는 그의 중량과, 이동 및 정지시의 관성의 영향이 감소되도록 중공의 환봉으로 되어 있지만, 중실의 환봉이어도 좋다. 전술한 실시예에서, 보올 스크류 홈(22)는 비교적 큰 리이드를 갖는 2중의 나선으로 형성됨으로써, 부하 지탱 능력이 증대됨과 동시에 고속 이송을 달성할 수 있다. 본 실시예에서, 보올 스플라인 홈(23)은 단면이 고딕 아아치 형상을 갖는다. 보올 스플라인홈(23)은 복수로 형성되어 있다. 따라서, 복수개의 보올 스플라인 홈(23)(본 실시예에서는 6홈)이 축(2)의 원주 방향으로 배치되어 있다. 즉, 이 보올 스플라인 홈(23)을 3쌍으로 배치되며, 홈(23)의 각 쌍은 축의 단면을 3개의 동일 분할 구역으로 세분하도록 축의 중심(0)으로 부터 방사하는 3개의 반경 방향의 가상선(L1, L2및 L3)에 대하여 대칭적으로 배치되어 있다. 각 보올 스플라인 홈(23)은 단면 원호상의 서글러 아아크 형상을 갖는다.
복합 운동 안내 장치의 너트(3)는 너트 본체(31)의 축방향 양단부에 취부된 너트 본체(31)와 단부 캡(32, 32)으로 주로 구성된 대략 원통형 유닛이다. 너트 본체(31)의 내주면에는 축 측의 보올 스크류 홈에 대응하는 1쌍의 보올 스크류 홈(23)이 구비된다. 너트 본체(31)는 다수의 보올(B1)을 순환시키는 보올 순환 보어(34, 34)가 형성되어 있으며, 이 보올(B1)을 통하여 축(2)은 너트 본체 (31)을 운반한다. 또한 각 단부 캡(32)에는 축(2)의 보올스크류 홈(22)과 너트(3)의 보올 스크류 홈(33) 사이에 형성된 통로로부터 보올 순환홈(34, 34)으로 또한 그 반대 방향으로 보올(B1)의 방향을 전환하는 역할을 하는 보올 전환 홈(35)이 형성되어 있다. 따라서, 축(2)의 보올 스크류 홈(22)과 너트(3)의 보올 스크류 홈(33)과, 보올 전환홈(35) 및 보올 순환 보어(34, 34)에 의해 형성된 통로에 의해 1쌍의 보올 순화 통로를 형성하며, 이 각 보올 순환 통로를 따라서 일렬로 정열된 다수의 보올을 순환한다.
여기에서, 너트(3)와 축(2) 사이에 개재된 보올(B1)에는 축방향의 예-하중이 부여된다. 예-하중의 부여는 여러 방법으로 행해지지만, 상기한 실시예는 제3도에 개략적으로 도시된 바와 같이, 너트의 스크류 홈(33)의 피치와 축(2)의 홈의 피치가 축선 방향으로 미소하게 변하는 형태의 예-하중 부여 장치를 채택한다. 즉, 제3도에서 보는 바와 같이, 너트의 축방향 중앙부의 스크류 홈(33, 33)의 피치(P1, P2) (P1은 P2와 동일할 수도 있음)는 종방향의 타부에 있는 동일 홈의 피치(P3, P4)(P3는 P4와 동일할 수도 있음)보다 길어서, P1,P2=P3+α 및 P1,P2=P3+α의 조건을 만족시킨다. 따라서, 너트(3)의 중앙 좌측부에 있는 부하 보올(B11)은 좌측으로, 너트(3)의 중앙 우측부에 있는 부하 보올(B12) 은 우측으로 가압됨으로써, 이들 보올은 축방향으로 예-하중을 받게 된다.
이와 달리, 피치 (P1,P2)가 피치(P3,P4) 보다 작아서 P1,P2=P3-α 및 P1,P2=P3-α의 조건을 만족시키는 태양도 가능하며, 이 경우에는 좌측 부하 보올(B11)과 우측 보올(B12)은 측방향 내측방향으로 예-하중을 받게 된다. 예-하중 부여는 그 밖에, 1쌍의 너트 사이에 스페이서를 개재한 더블-너트 구조를 이용하는 방법에 의해서도 실시할 수 있다. 스플라인용 외통(4)은 원통상이며, 그의 내주면에는 상기 축(2)의 외주면 측에 형성된 보올 스프라인 홈(23)에 대응하는 6개의 축방향 보올 전주홈(41)이 형성되어 있으며, 외통(4)의 보올 전주홈(41)과 축(2)의 보올 스플라인 홈(23) 사이에는 다수의 보올(B2)이 배치되어 있다. 한편 스플라인 외통(4)의 보어에는 상기 보올(B2)을 안내 및 유지하는 보올 리테이너(42)가 설치되어 있다. 보올(B2)에는 회전방향에 가까운 방향으로 예-하중이 부연된다.
즉, 스플라인용 외통(4)의 내주면상에는 원주 방향으로 균등 분포된 3개의 축방향 신장의 반경 내측 돌기부(43)가 형성되어 있다. 보올 스플라인 홈(23)에 대응하는 1쌍의 보올 전주홈(41)에는 각각의 이들 축방향 신장의 돌기부가 형성되어 있다. 여기에서, 각각의 돌기부(43)에 의하여 행해지는 예-하중의 원리를 보여주는 제4도를 참조로 예-하중 기구에 대하여 설명한다. 각 돌기부(43)의 반경 내측 단부면에는 요홈(43a) 이 형성되어 있다. 또한 요홈(43a)의 원주 방향의 대향단에는 1쌍의 보올 전주홈(41, 41)이 형성되어 있다. 이들 보올 전주홈(41, 41)과 보올 스플라인 홈(23, 23)사이에는 보올(B1, B2)이 협착됨으로써 보올(B2)에는 거의 회전 방향으로의 예-하중이 부여되며, 따라서 어떠한 앵귤러 래쉬 즉, 회전 방향으로의 헐거움도 없게 된다. 각 보올(B2)은 보올(B2)과 홈면의 접촉점의 교선에 의해 한정되는 방향으로 지지되며 이 선은 축의 중심으로부터 방사하는 반경방향의 선에 대하여 소정의 각(β)을 형성한다. ＂접촉각(β)＂으로 지칭되는 이 각은 약 45°인 것이 바람직하다.
보올(B2)에 대한 예-하중 부여는 그것이 보올(B2)에 회전 방향에 가까운 방향으로 예-하중을 부여할 경우라면, 기타의 적절한 수단에 의해 행해직 수도 있다.
리테이너(42)는 박육 원통 형상이며, 부하 보올 안내용의 복수개의 슬릿(44)이 보올 전주홈(41)과 반경 방향으로 정열되어 있다. 상기 리테이너(42)는 또한 스플라인용 외통(4)의 내주면 측의 반경 내측 방향의 돌기부(43, 43, 43)사이의 요부내에 삽입된 반경 외측 방향의 리지부(45, 45, 45)를 갖는다. 한편 리지부(45, 45, 45)는 그의 반경 외측 단부가 상기한 요부의 저부에 삽입 가능한 치수로 되어 있다. 각 리치부(45)에는 보올을 순환시키는 보올 순환 홈(46)이 형성되어 있다. 상기 리테이너(42)의 축방향 각 단부에는 단부 캡(48)이 용착된다. 단부 캡(48)에는 보올 전환홈(47)이 형성되어 있으며, 그 홈을 통하여 슬릿(44)을 따라 안내된 부하 보올이 보올 순환홈에 의해 형성된 통로내로 유도된다.
상기 복합 안내 운동 유닛(5)이 조립되어 있는 하우징(10)은 축(2)을 수용키 위한 보어(13)를 갖는다. 보어(13)를 한정하는 하우징(10)의 내주면은 각 보올 베어링(6 내지 9)을 통하여 안내 유닛(5)의 보올 스크류용 너트(3)와 보올 스플라인용 외통(4)을 회전 자재하게 수반한다. 보올 스크류용 너트(3)와 스플라인용 외통(4)은 가급적 축방향으로 서로 인접하여 위치하며, 그로 인해 장치 전체의 크기를 감소시킨다. 또한 스플라인용 외통(4)의 외경은 너트(3)와 동일경이며, 따라서 하우징(10)내의 보어(13)는 무스텝의 스트레이트 보어로서 되어 있다. 이러한 태양은 조립 과정중의 너트(3)와 스플라인용 외통(4)의 중심 맞춤을 자동적으로 행할 수 있게 한다. 따라서, 축방향 및 회전 방향으로의 축(2)의 원활한 운동을 보장하는 것이 가능하다.
보올 스크류용 너트(3)는 너트 본체(31)의 외주부의 축방향 양단부에 배치된 1쌍의 서포트 베어링(6, 7)을 통하여 하우징(10)내에 지지되어 있다. 즉, 베어링(6, 7)의 보올(B6, B7)을 위한 보올 전주면(61, 71)은 너트 본체(31)의 외주면의 축방향 양단부에 형성되는 반면, 베어링(6, 7)의 외측 레이스(62, 72)는 하우징(10)의 보어(13)에 삽입되어 있다. 한편, 축 방향 외측에 배치된 베어링(6)의 외측 레이스(62)는 반경 외측으로 돌출하는 취부 플랜지를 가지며, 하우징(10)의 단면에 보울트(14)에 의해 체결되어 있다.
따라서, 서포트 베어링(6, 7)은 그의 보올(B6, B7)이 외측 레이스의 보올 전주면 (62a, 72a)과, 너트 본체(31)의 보올 전주면(61, 71)과 접촉하며, 접촉점과의 교선이 반경 방향의 선에 대하여 경사지도록 된 앵귤러 콘택 베어링으로서 구성되어 있으므로, 서포트 베어링(6, 7)은 배면 조립 관계로 배치되어 있다. 또한 서포트 베어링(6, 7)은 내측 레이스로서 너트 본체(31)를 이용함으로써 별개의 내측 레이스를 설치할 필요가 없다. 그러나 보올 스크류용 너트(3)를 지지하기 위한 상기의 태양은 오직 하나의 예일 뿐이며, 정면 조립 관계로 배치된 레이디얼 베어링 또는 베어링에 의한 지지를 제공하는 것이 좋다.
서포트 베어링(6, 7)의 보올(B6, B7)에는 예-하중이 부여되고 있다. 본 실시예에서의 상기의 예-하중 부여는 서포트 베어링(6 및 7)의 외측 레이스(62 및 72) 사이에 개재된 스페이셔(15)에 의해 행해진다. 이 스페이셔의 축방향 길이를 선택 자재하게 사용함으로써 예-하중의 크기를 조정하는 것이 가능하다. 기타의 예-하중 부여 방법으로는 스페이셔(15)를 압전소자에 의해 구성하여 스페이셔의 축방향 길이를 조정하는 것, 또는 유압 수단을 이용하여 양 외측 레이스를 누르는 힘을 조정 가능하게 하는 것을 들 수 있다.
한편, 스플라인용 외통(4)도 배면 조립 관계로 배치된 앵귤러 콘택 타입의 1쌍의 서포트 베어링(8, 9)을 통하여 하우징(10)내에 지지된다. 서포트 베어링(8, 9)은 그의 보올(B8, B9)이 전주하는 보올 전주면(82a, 92a)과 하우징(10)의 보어(13)내에 삽입은 외측 레이스(82, 92)를 갖는다. 축방향 외측상에 배치된 서포트 베어링(9)의 외측 레이스(9) 외측 레이스(92)는 반경 외측으로 돌출하며, 너트(3)에 대향하는 하우징(10)의 단부면에 보울트에 의해 체결된 취부 플랜지(93)를 갖는다.
보올 스크류용 너트(3)의 경우에서와 같이, 서포트 베어링(8, 9)의 외측 레이스(82, 92)사이에 설치된 스페이셔(16)는 서포트 베어링(8, 9)의 보올(B8, B9)에 예-하중을 부여하는 역할을 한다.
상기한 실시예에서, 너트(3)와 스플라인용 외통(4)은 벨트를 통하여 구동하며, 이 벨트는 동력 전동 부재로서, 너트(3) 및 스플라인용 외통(4)의 단부면에 각각 취부된 너트 구동용 풀리(11)와 외통 구동용 풀리(12)를 연결해 준다. 즉, 너트 구동용 풀리(11)는 링 형상을 가지며, 너트(17)의 단부면에 보울트(14)로 체결되어 있다. 폴리의 외경은 서포트 베어링(6)의 취부 플랜지(63)의 경고 거의 동일하다. 축(2) 표면의 인접부에는 폴리(11)의 내주 단부가 배치된다. 한편, 외통 구동용 풀리(12)또한 외통(14)의 단부면에 보울트(14)에 의해 체결된 링 형상의 부재이다. 풀리(12)의 외경은 취부 플랜지(93)의 경과 즉, 너트 구동용 풀리(11)의 경과 거의 동일하다.
전동 벨트로서는, 여러 종류의 것이 사용 가능하나, 이송의 정확한 제어의 관점에서 볼 대 타이밍 벨트를 사용하는 것이 바람직하다. 동력 전동 수단으로서는 벨트 만으로 한정되지 않고, 체인 또는 기어 형식의 구동 시스템을 본 발명에서 사용할 수도 있다. 그 경우, 채택된 구동 시스템에 따라서 스프로켓트 또는 기어를 풀리의 대용으로 사용할 수도 있다.
상기한 구조를 갖는 복합 운동 안내 장치(1)는 예를들어 그의 하우징(10)을 보울트(20)에 의해 로보트 본체의 취부 부재(19)에 고착시킴으로서 로보트에 사용될 수 있다. 작동시 보올 스크류용 너트 구동용 풀리(11) 및 보올 스플라인용 외통 구동용 풀리(12)를 단독 또는 복합하여 자유 자재로 구동시킴으로서, 축(2)은 회전운동, 축방향 왕복 운동 또는 회전 및 왕복의 복합 운동을 한다.
축(2)과 너트(3)의 보올 홈(22 및 33) 사이에 있는 보올(B1)에는 축방향의 예-하중이 부여된다. 또한, 너트(3)를 지지하는 앵귤러 콘택 타입의 서포트 베어링의 보올(B6, B7)에도 축 방향의 예-하중이 부여된다. 따라서, 축(2)의 축방향의 왕복 운동 중에 갑자기 정지하는 경우에도 보울(B1, B6및 B7)은 관성력에 의해 결코 탄성 변형되지 않으므로, 어떠한 진동 운동도 방지된다.
그 결과, 장치의 기동시의 위상 지연이 해소됨과 동시에 축방향의 위치 결정 정도가 높아진다. 또한 축 방향의 헐거움이 제거되므로 축(2)의 하우징(10)에 대한 축방향 진동도 없게 된다. 그 결과 동일 하우징(10)내에 일체로 취부된 스플라인용 외통(4)에 있어서, 보올의 어떠한 진동 미끄럼도 없으므로, 보올 전주면의 플레칭 코로존의 발생이 방지된다. 스플라인용 외통(4) 및 축(2) 사이에 삽입된 보올(B2)에 회전 방향으로의 예-하중이 부여되므로 회전 방향으로 축(2)의 어떠한 헐거움도 완전히 해소된다. 따라서 장치의 기동시의 위상의 어떠한 지연도 제거하여 회전 방향으로의 위치 결정 정도를 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 축(2)의 회전 방향으로 미진동을 하는 일이 없으므로 스플라인용 외통(4)의 회전 방향의 헐거움에 기인하는 너트(3)측의 플레칭 코로존의 발생을 방지할 수 있다.
더우기 스플라인용 외통(4)의 서포트 베어링(8, 9)의 보올(B8, B9)을 앵귤러-콘택 타입으로 배치하여 적당한 예-하중를 부여할 경우, 스플라인 외통(4)의 반경 방향의 겉돌음 또는 헐거움를 완전히 제거할 수 있다. 그에 따라, 축(2)의 진동을 해소하는 것이 가능하며, 너트 축에 미치는 축(2)의 진동에 기인한 어떠한 모멘트 하중도 없게 된다. 그 결과, 너트(3)의 축 방향 양단의 보올(B1)에 과부하가 작용하는 일이 없으므로, 보올(B1)은 장기간 동안 원활하게 작동할 수 있다.
스플라인용 외통(4)의 반경 방향의 헐거움에 의해서도 축이 진동하여 너트(3)측에 플레칭 코로존을 야기하지만, 본 발명에 따라, 이러한 바람직하지 않은 효과를 방지할 수 있다. 서포트 베어링(6 내지 9)의 내측 레이스를 생략함으로써, 부품의 감소와 그에 따른 장치 전체의 소형화가 가능하다. 따라서 부품수의 감소에 의해, 취부 중에 발생될 수 있는 작업 오차를 적게 하는 것이 가능하다.
본 발명은 지금까지 언급한 구성 및 작용에 의해 하기의 이점을 제공한다.
첫째로, 너트와 축 사이의 보울에 예-하중를 부여함과 동시에, 너트를 지지하고 있는 앵귤러-콘택 타입의 서포트 베어링의 보올에 예-하중을 부여하는 한편, 스플라인용 외통 및 축 사이의 보올에 회전 방향의 예-하중을 부여함에 따라, 축 방향 및 회전 방향으로의 강성을 높일 수 있다. 그 결과, 축 방향 및 회전 방향으로 축이 겉돌거나 또는 헐겁게 되는 일이 없으므로, 작동 응답성 및 위치 결정 정도를 향상시킬 수 있다. 스플라인용 외통에 있어서 회전 방향으로의 헐거움을 제거함으로써, 축의 정지시 축의 진동에 기인하는 너트 측의 플레칭 코로존을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한 너트의 축방향으로의 겉돌음 또는 헐거움을 제거함으로써, 스플라인용 외통의 플레칭 코로존을 효과적으로 방지할 수 있으며, 따라서 안내 장치의 원활한 작동을 보장할 수 있다.
스플라인용 외통을 지지하고 있는 앵귤러-콘택 타입의 서포트 베어링에 예-하중을 부여함으로써, 스플라인용 외통의 반경 방향으로의 겉돌음을 제거할 수 있으며, 따라서 축의 진동과, 이 축의 진동의 결과로서 발생하는 모멘트 하중에 기인한 너트내 보올의 과부하 및, 너트내 보올의 플레칭 코로존을 방지할 수 있다.
또한, 각각의 너트와 스플라인용 외통을 1쌍의 예-하중, 앵귤러-콘택 타입의 베어링에 의해 지지하므로, 너트 및 스플라인용 외통을 고도의 강성을 갖고 지지할 수 있으며, 그에 따라 축방향과 반경 방향 및 모멘트 하중에 대한 부하 지탱 능력을 높일 수 있다.
본 발명에 따라, 범용성을 갖는 복합 운동 안내 장치를 실현하는 것이 가능하다.

Claims (9)

  1. 복합운동 안내장치에 있어서, 각각의 보올 스크류홈과 보올 스플라인 홈은 서로 동일한 홈 깊이를 가지며, 보올 스크류홈을 가로질러 축방향으로 신장하도록 그 외주면에 형성된 보올 스플라인 홈과 그 외주면에 형성한 나선형 보올 스크류홈을 갖는 하나의 축과, 하중을 받는 보올을 통하여 상기 보올 스크류홈과 맞물리는 보올 전주홈에 제공되며, 상기 축상에 설치된 보올 스크류너트와, 하중을 받는 보올을 통하여 상기 보올 스플라인홈과 맞물리며 보올 전주홈으로 제공되며, 상기 축상에 설치된 중공 보올 스플라인용 외통과, 하중을 받는 보올의 외경과 거의 동일한 직경으로 한정되고 축의 종방향으로 하중을 받는 보올은 안내하고 수용하기 위한 대향 곡선면을 가지며 보올 전주홈에 대향되게 배치된 슬릿을 가지며, 얇은 벽의 원통형상으로 되고, 상기 스플라인용 외통의 보어에 배치된 리테이너 수단과, 상기 보올 스크류홈과 보올 스플라인홈으로 전주하는 다수의 보올과, 상기 스플라인용 외통과 상기 너트를 서로 독립적으로 구동시키는 수단과, 그 축방향으로 상기 축과 상기 너트 사이에 개재된 보올을 예-하중하는 수단과, 상기 너트의 지지로 상기 서포트베어링에 결합된 보올을 예-하중하는 수단과, 그 회전 방향으로 상기 축과 상기 스플라인용 외통 사이에 개재된 보올을 예-하중하는 수단으로 구성되는 복합운동 안내장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 축과 상기 너트 사이에 개재된 보올의 예-하중은 축의 보올 스크류홈의 피치와 상기 너트의 내주에 형성된 보올 전주홈의 피치사이의 피치차로 분리되는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 서포트 베어링의 보올을 예-하중하기 위한 수단은 상기 쌍을 이룬 서포트 베어링의 외부 레이스사이에 배치된 스페이서로 구성되는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 축과 상기 스플라인용 외통사이에 개재된 보올의 예-하중은 스플라인용 외통의 내주의 돌출부에 형성된 요부의 모서리부에 형성된 보올 스플라인홈의 배치로 분리되는 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 너트를 지지하는 상기 서포트 베어링은 앵귤러 콘택타입인 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 스플라인용 외통을 지지하는 상기 서포트 베어링은 예-하중된 보올을 갖는 앵귤러 콘택타입인 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 너트와 상기 스플라인용 외통을 지지하는 상기 서포트 베어링은 상기 너트와 상기 스플라인용 외통의 면으로 구성되는 내측 네이스와, 상기 하우징에 고착된 외측 레이스와, 상기 내측 및 외측 레이스사이의 간극에서 전주하는 보올을 갖는 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 리테이너 수단은 하중을 받는 보올을 안내하도록 보올 전주홈으로 방사상으로 정렬된 다수의 슬릿을 갖는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 리테이너 수단은 상기 스플라인용 외통의 내주면상에 있는 방사상의 내측 돌출물 사이의 요부에 끼워지는 방사상은 외측 리지로 제공되며, 상기 리지의 각각은 보올이 재순환하는 보올 재순환 홈으로 제공되는 장치.
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