KR100246985B1 - 알루미늄 압출제에 압입한 리니어샤프트와 베어링을 이용한 직선이송장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양 측면에 원호상의 안치요홈이 병설되고 이에 베어링 역할을 하는 초경합금의 환봉상의 리니어 샤프트를 각각 식설하여 팽행하게 배설한 가이드레일과, 상기 가이드레일상에 환봉상의 리니어 샤프트와 같은 경도의 초경합금으로된 이송로울러를 착설한 케리어 브럭을 구비하여 캐리어 브럭 이동시 케리어 브럭의 이송로울러가 가이드레일 양측에 배설된 환봉상의 리니어 샤프트를 따라 점접촉방식으로 구름작동하게하여 작동시 접촉마찰저항에 따른 마모현상과 이에 따른 편하중접촉현상을 최대한 억제하여 소음이나 진동을 제거할 수 있도록하여 별도의 윤활유 주입 등의 부가적인 구성을 요하지 않고 정숙작동과 아울러 정밀하고 정확한 위치제어를 할 수 있도록하여 정확성과 정밀성을 요하는 각종 자동화 산업기계 또는 로봇 등에 간편히 설치하여 유효히 적용시킬수 있으며, 또한 가이드 레일과 케리어브록의 접촉부위를 최소로하고 이의 접촉부위인 리니어 샤프트와 이송로울러의 외주면만을 강도가 높은 초경합금으로의 가공이 가능하게하여 기계적인 중량을 보다 경량화하여 생산 가공을 극히 용이하게 수행할 수 있게하여 염가로 내구성과 내마모성이 우수한 정밀 리니어 이송장치를 대량 생산 제공할 수 있으며, 작동시 접촉저항에 따른 마찰열이나 소음발생을 완벽하게 제거하여 별도의 냉각이나 윤활유등이 요구하지 않는 이용한 리니어 이송장치에 관한 것이다.

Description

알루미늄 압출제에 압입한 리니어샤프트와 베어링을 이용한 직선 이송장치

본 발명은 사출기의 금형으로부터 피사출물을 탈형하여 인발하는 취출로봇 또는 로봇화된 각종 자동화 공작기계의 피가공물이나 가공요소를 소정의 요구되는 위치에 정밀하고 정확하게 이송 또는 공급하기 위한 알루미늄 압출제에 압입한 리니어 샤프트와 베어링을 이용한 직선 이송장치에 관한 것으로, 특히 본 발명은 베이스에 장착되어 지지되는 가이드레일 양 측면에 원호상의 안치요홈을 병설하고, 이에 베어링 역할을 하는 환봉상의 리니어 샤프트를 각각 압입하여 평행하게 배설한 다음, 상기 가이드레일상에 내부에 볼베어링이 내설된 이송로울러를 착설한 케리어 브럭을 가설하여 케리어 브럭 이동시 케리어 브럭에 착설된 이송로울러가 가이드레일 양측에 배설된 환봉상의 리니어 샤프트를 따라 이동하게 하는 간단한 구성으로 정확하고 정밀하게 이동시킬 수 있도록 함과 동시에 케리어 이동시 가이드레일의 베어링 역할을 하는 환봉상의 리니어 샤프트와 케리어 브럭의 이송로울러와의 점접촉에 의한 구름작동에 의하여 이동되게 함으로서 별도의 윤활유를 주유하지 않고서도 이동작동시 마찰저항을 최소화하여 마찰에 의한 마모와 이에 따른 편하중발생현상을 제거하고 소음발생을 방지하여 정숙작동을 수행할 수 있게하고 이송장치의 내구수명을 현저히 연장시켜 줄 수 있을 뿐만아니라 윤활유 주입으로 인한 작업장 주변환경과 피가공물등이 오손현상을 배제하여 작업성이나 생선성을 현저히 향상시킬 수 있는 직선 이송장치를 염가로 제공할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 사출기 또는 각종 자동화된 정밀 가공기에 있어서는 대체로 전산화된 제어수단에 의하여 정밀하고 정확하게 위치이동 동작하는 로봇화 된 추출,공급,이송수단등이 널리 요구되고 활용되고 있는 추세이며, 이와같은 요구에 따라 종래에는 터글 조인트 방식이나 리니어 모션에 의한 리니어 이송장치가 많이 사용되고 있음도 주지의 사실이다.

그러나 터글 조인트 방식에 의한 로봇팔(ROBOT ARM)에 의한 장치에 있어서는 그 구조와 설비가 복잡하여 제작이 까다롭고 제조비가 상당하여 특수한 설비를 제외하고는 널리 사용하기가 부적합한 것 등의 문제점이 있어 간단한 리니어 모션에 의한 리니어 이송장치가 널리 사용하고 있음도 주지의 사실이다.

그러나 현재까지 사용되고 있는 리니어 이송장치는 대체로 도브테일상으로 형성된 가이드레일(100)과 이 가이드레일(100)에 결합되어 면접촉하면서 활주하는 케리어 브럭(101)만으로 구성되어 있고 이 케리어 브럭(101)에 피가공물을 취출하거나 파지(holding), 이송 운반하는 각종의 로봇화 된 치구를 결합시키는 구조를 채택하고 있는바, 이와같은 종래의 리니어 이송장치는 가이드레일(100)과 케리어 브럭(101)과의 접촉면적이 상당히 넓어 활주이동시 마찰저항이 크고 이에 따른 접촉부위의 마모가 심하고 작동시 소음이 많이 발생되어 가이드레일(100)과 케리어 브럭(101)사이에 윤활유를 주입시키면서 작동시키게 되어 주위작업환경이 조악하고 장치의 내구수명이 짧은 구조상의 결합이 있었을 뿐만아니라, 면접촉방식의 구동방식이어서 정밀한 위치제어가 상당히 어려워 정밀을 요하는 장치에는 사용하기가 부적합한 문제점이 있었다.

따라서 이와같은 점을 감안하여 정밀 위치제어가 요구되는 리니어 모션의 리니어 이송장치를 구성함에 있어서는 도 6의 (a)(b)도에 도시된 바와같이 도브테일상으로 형성된 가이드레일(100)의 양측면과 상면에 원호상의 레일홈(102)(103)을 각각 평행하게 종설하고 이와 결합하여 활주하는 케리어 브럭(10)의 내측면과 내상부면 양측 내부에 복수개의 볼베어링(104)(105)을 무한괘도상으로 배치하여 주기위한 볼베어링안치홈(106)(107)을 환설하여 주고 이 외측에 볼베어링 지지카바(108)(109)를 취부하여 볼베어링(104)(105)의 정렬상태를 유지시켜주고 케리어 브럭(101) 이송시 이의 복수의 볼베어링(104)(105)이 가이드레일(101)의 원호상의 레일홈(102)(103)을 타고 선접속상태로 회전하면서 케리어 브럭(102)이 이동되게 하는 방식의 리니어 이송장치가 제안되어 널리사용되고 있다.

그러나 상기와 같은 정밀위치제어를 위한 리니어 모션의 리니어 이송장치 역시 케리어 브럭(102) 이동작동시 케리어 브럭(102)의 복수의 볼베어링(104)(105)이 가이드레일(101)의 원호상의 레일홈(102)(103)을 따라 선접촉방식의 긴 접촉상태를 유지하면서 구름작동을 하게되므로서 기존의 면접촉방식 보다는 다소 마찰저항이 감소되는 상태를 유지하고는 있으나, 이역시 볼베어링과 원호상의 레일홈(102)(103)의 접촉길이가 상대적으로 길어 이에 따른 접촉 마찰저항도 상당하여 이로 인한 마찰열이 많이 발생하는 결함이 나타나서 가이드레일(101)이나 케리어 브럭(102)의 접촉부위에 윤활유 등을 수시로 점검하여 주입시켜 주는 번거로움이 있고 이에 따라 주변이나 피가공물이 윤활유에 의하여 오손되는 사례가 발생되어 주변작업환경등이 열악해지는 문제점이 있었으며 또한 피가공물의 후처리가 요구되는 등의 작업상의 문제점과 장시간 작동시 마찰열에 의하여 상대적으로 강도가 약한 부분이 쉽게 마모되는 현상이 야기되어 자주 교체하거나 보수하여야하는 사용상의 문제점이 있었을뿐만아니라 장시간 사용하면되면 접촉부의 마모로 인하여 케리어 브럭(101)의 볼베어리안치홈(106)(107)에 안치된 복수의 볼베어링(104)(105)의 배열상태나 원호상의 레일홈(102)(103)의 형태변형이 쉽게 발생하여 위치제어의 오차가 크게 발생하거나 소음이 크게 발생될 소지가 있는 등의 여러 가지 사용상의 문제점이 있었으며, 또한 케리어 브럭(102)내에 볼베어링안치홈(106)(107)을 형성시키는 가공작업이나 볼베어링의 배치작업이 상당히 까다롭고 복잡하여 고도의 가공기술을 요구하게 되어 가공비 또한 상당히 요구하는 제작상의 문제점이 있어 고가의 설비비를 요구하게 되는 등의 비경제적인 결합도 있었다.

따라서 본 발명은 종래와 같은 면이나 선접촉방식에서 탈피하여 케리어 브럭과 가이드레일이 점접촉방식으로 구름작동하게하여 작동시 접촉마찰저항에 따른 마모현상과 이에 따른 편하중접촉현상을 최대한 억제하여 소음이나 진동을 제거할 수 있도록하여 별도의 윤활유 주입 등의 부가적인 구성을 요하지 않고 정숙작동과 정밀하고 정확한 위치제어를 할 수 있도록하여 정확성과 정밀성을 요하는 자동화 산업기계 또는 로봇 등에 유효히 적용시킬수 있는 리니어 이송장치를 제공함에 그 목적이 있으며, 또한 가이드 레일과 케리어 브록의 접촉부위를 최소로하고 그 구성이 간단하여 접촉수단만을 강도가 높은 초경합금으로의 가공이 가능하게하여 염가로 정밀하고 내구성이 우수한 리니어 이송장치를 대량 생산, 제공할 수 있도록 함에 또다른 목적이 있으며, 또한 본 발명은 점접촉방식에 따른 구름운동을 하게하여 그 접촉부위가 극소화되어 접촉저항에 따른 마찰열이나 소음발생을 완벽하게 제거하게 되어 별도의 냉각이나 윤활유등이 요구되지 않아 작업주변환경을 보호하고 피가공물 등의 오손을 방지할 수 있는 직선 이송장치를 제공함에 또다른 목적이 있는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 베이스에 장착되어 지지되며 양 측면에 원호상의 안치요홈이 병설되고 이에 베어링 역할을 하는 초경합금의 환봉상의 리니어 샤프트를 각각 식설하여 평행하게 배설한 가이드레일과, 상기 가이드레일상에 환봉상의 리니어 샤프트와 같은 경도의 초경합금으로된 볼베어링을 내부에 장착하는 이송로울러를 착설한 케리어 브럭을 구비하여 케리어 브럭 이동시 케리어 브럭의 이송로울러가 가이드레일 양측에 배설된 환봉상의 리니어 샤프트를 따라 이동하게 하는 간단한 구성의 리니어 이송장치를 특징으로 하는 것으로, 이를 첨부한 도면에 의거 상술하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 설치상태를 나타낸 상태의 예시도이고,

제2도는 본 발명의 설치상태 평면도이고,

제3도는 본 발명의 일실시예를 나타낸 단면도이고,

제4도는 본 발명의 타실시예를 나타낸 단면도이며,

제5도는 본 발명의 요부확대 단면도,

제6a, b도는 종래의 가이드레일과 케리어 브럭을 나타낸 사시도 및 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 가이드레일 2 : 케리어 브럭

12,13 : 안치요홈 14,15 : 리니어 샤프트

21,22 : 이송로울러 23,24 : 베어링

27,28 : 안내요홈 31 : 베이스

32 : 치구 33 : 사출기

도 1은 본 발명의 가이드레일(1)과 케리어 브럭(2)이 사출기와 같은 산업기계(3)의 베이스(31)에 설치된 상태를 예시한 설치상태 예시도이고, 도 2는 본 발명의 설치상태 평면도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 단면도 및 요부확대 단면도를 나타낸 것이다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와같이 본 발명은 가이드레일(1)과 이에 가설되어 활주하는 케리어 브럭(2)으로 구성되어 진다.

가이드레일(1)은 알루미늄 또는 알루미늄합금과 같은 금속재로 압출성형하되 내부(11)가 중공상태인 형강상태로 압출성형하여 경량이면서도 충분한 강도를 유지할 수 있게 하고, 도 3 내지 도 4에 도시된 바와같이 가이드레일(1)의 양측면 일측 또는 양측면 상하 양측에 원호상의 안치요홈(12)(13)을 가이드레일(1)의 길이방향을 따라 평행한 상태로 길게 요설하고 이에 각각 초경합금으로된 환봉상의 리니어 샤프트(14)(15)를 안내 삽치시켜 가이드레일(1)의 길이방향을 따라 외측으로 돌출되게 고정 배설하고, 이를 요구하는 산업기계(3)의 베이스(31)에 착설한다.

케리어 브럭(2)은 상하 양측에 상기한 가이드레일(1)의 초경합금의 환봉상의 리니어샤프트(14)(15)를 따라 구름운동하는 복수개의 이송로울러(21)(22)를 베어링(23)(24)을 개재시켜 원활하게 이동할 수 있도록 보올트축(25)(26)으로 가설하고, 복수개의 이송로울러(21)(22)의 외주면은 환봉상의 리니어샤프트(14)(15)의 원호상의 표면과 일치하는 안내요홈(27)(28)을 요설하여 복수개의 이송로울러(21)(22)가 환봉상의 리니어샤프트(14)(15)와 접촉이동시 환봉상의 리니어샤프므(14)(15)의 원호돌출면과 안내요홈(27)(28)이 밀착된 상태로 점접촉하면서 이동하게하여 외부의 충격이나 스스로의 하중 등에 의하여 서로 어긋나 이탈하는 사례없이 평행한 상태를 완벽히 유지하는 상태를 작동되게 구성함과 동시에, 안내요홈(27)(28)이 형성된 복수의 이송로울러(21)(22)외주면의 재질은 환봉상의 리니어샤프트(14)(15)와 동일한 경도를 갖는 동일재질의 초경합금, 예컨데 고탄소 크롬 베어링강으로 형성하여 복수의 이송로울러(21)(22)와 환봉상의 리니어샤프트(14)(15)와의 상호 접촉마찰에 의한 마모현상과 접촉부위의 경도차이로 인한 어느 일방의 편마모현상을 완벽하게 방지하여 평행상태를 확실하게 유지시켜 줄 수 있게하여 주므로서 편마모 등에 의한 불균형으로 인하여 발생되는 기계적 진동이나 소음발생현상을 방지하여 이송작업 등을 정숙하고 정밀하게 수행할 수 있게 한다.

본 발명에 있어 가이드레일(1)과 케리어 브럭(2)을 구성함에 있어서, 도 2 및 도 4에 도시된 바와같이 가이드레일(1) 상하 수직양측에 싱글타입으로 리니어 샤프트(14)(15)를 설치하여 케리어 브럭(2)이 수직상태로 가설된 경우를 예시한 것으로, 이 경우 케리어 브럭(2)에 취부되는 치구(32), 예로서 취출, 파지 이송용 로봇 팔등이 수직상으로 가설되는 산업기계(3)에 적용한 것을 예시한 것이며, 도 5에 도시된 바와같이 가이드레일(1)의 좌우 수평양측에 상하 1쌍의 리니어 샤프트(14)(15)를 더블타입으로 설치하고 케리어 브럭(2)의 하부 내측면에 리니어 샤프트(14)(15)와 대응하는 이송로울러(21)(22)를 접설시켜 케리어 브럭(2)이 수평상태로 가설되게한 경우를 예시하여 케리어 브럭(2)에 취부되는 치구(32)가 수평상으로 취부되는 경우에 적용할 수 있는 경우를 나타낸 것으로, 이들은 모두 리니어 샤프트(14)(15)의 수와 이에 대응되는 이송로울러(21)(22)의 설치수만 다를뿐 동일한 구성방법이다.

이와같은 본 발명의 적용예를 도 1에 예시된 바와같이 산업기계(3), 예로서 사출기(33)에 적용시킨 경우를 예를들어 설명하면, 사출기(3)의 베이스(31)에 설치되어 스윙 및 틴틸작동하는 암(34)에 가이드레일(1)을 취부하고, 가이드레일(1) 양측에 요설된 안치요홈(12)(13)에 원주면이 외부로 돌출되게 안치되어 고정된 환봉상의 리니어 샤프트(14)(15)에 케리어 브럭(2)에 착설된 이송로울러(21)(22)가 접설하게 가설하여 준 다음, 케리어 브럭(2)에 실린더(도시 없음)에 의하여 신축작동하는 취출용 치구(32)를 착설한 승강로드(35)를 실린더(도시 없음)에 의하여 승강자재하게 설치하여 준다음, 사출기(33)의 금형으로부터 사출물을 탈형시켜 취출하기 위하여 취출용 치구(32)가 착설된 케리어 브럭(2)을 실린더(도시 없음)에 의하여 승강자재하게 설치하여 준다음, 사출기(33)의 금형으로부터 사출물을 탈형시켜 취출하기 위하여 취출용 치구(32)가 착설된 케리어 브럭(2)을 실린더(도시 없음)를 작동시켜 가이드레일(1)을 따라 이동시켜 주면 가이드레일(1)의 환봉상의 리니어 샤프트(14)의 원호상 돌출면과 동형으로 형성된 복수의 안내요홈(27)(28)을 가진 이송로울러(21)(22)가 환봉상의 리니어 샤프트(14)(15)를 타고 점접촉하면서 이동하게되며, 이때 이송로울러(21)(22)는 내부에 베어링(23)(24)이 삽치되어 있으므로서 원활하게 회전하면서 이동하게 되고 이에따라 가이드레일(1)과 케리어 브럭(2)과의 접촉상태가 점접촉상태를 유지하게 되어 가이드레일(1)과 케리어 브럭(2)의 마찰면적이나 마찰저항이 극히 적어 구동력이 작은 소형의 실린더로서도 그 구동이 가능하여 이송장치의 구동원을 소형화할 수 있을 뿐만아니라, 가이드레일(1)과 케리어 브럭(2)과의 접촉 이동상태가 점접촉상태로 되어 마찰저항이나 접촉저항은 거의 무시할 정도의 것에 지나지 않아 마찰이나 진동에 의한 소음과 마찰열이 전혀 발생되지 않게되므로서 별도의 윤활유 주입수단 등을 구비하지 않아도 그 작동이 원활하여 이송시 정확하고 정밀한 위치제어를 할 수 있게 되며, 또한 본 발명의 가이드레일(1)과 케리어 브럭(2)의 접촉부분인 리니어 샤프트(12)(13)의 재질과 이송로울러(21)(22)의 재질을 동일한 경도를 갖는 초경합금, 예로서 고탄소 크롬 베어링강같은 초경합금을 사용하여 내마모성을 향상시켜 장기간 사용하더라도 리니어 샤프트(12)(13)이나 이송로울러(11)(12)가 마모되거나 경도차이로 인한 일방의 편마모현상이 전혀 발생되지 않아 장치의 내구수명을 장구히 연장시켜 줄 수 있으며, 장기 사용에 따른 마모나 일방의 편마모현상에 의한 기계적진동이나 소음역시 발생하지 않게 되어 정숙작업을 수행하게 되는 것이다.

본 발명에 있어서 가이드레일(1)의 리니어 샤프트(14)(15)의 형상을 환봉으로하여 설명하였으나 이에 국한되는 것이 아니라 마름모 형상으로 하고 이에 접속되는 케리어 브럭(2)의 이송로울러(21)(22)의 안내요홈(27)(28)도 이와 상응하는 형태로 하여도 무방하다.

이와같은 본 발명은 알루미늄 압출제에 압입한 리니어 샤프트와 베어링을 이용한 직선 이송장치를 제공함에 있어서, 가이드레일을 알루미늄이나 이의 합금과 같은 고강도 경금속을 압출성형하여 내부가 중공상태의 형강으로하고 이의 양측에 케리어 브럭과 접속하는 부위인 리니어 샤프트만을 환봉상의 고탄소 크롬 베어링강과 같은 고경도의 초경합금으로 가공하여 식설하는 방법으로 제공하게 되어 가이드레일의 전체 중량을 경량화하여 제작이나 기기에의 조립을 극히 간편하고 염가로 수행할 수 있으며, 또한 가이드레일에 케리어 브럭을 가설함에 있어서도 가이드레일의 환봉상의 리니어 샤프트의 돌출 원호면과 일치하는 안내요홈이 형성된 이송로울러에 의하여 점접촉하는 형태로 가설하여 작동시 접촉마찰저항에 따른 마모현상과 이에 따른 편하중접촉현상을 최대한 억제하여 소음이나 진동을 제거할 수 있도록하여 별도의 윤활유 주입 등의 부가적인 구성을 요하지 않고 정숙작동과 정밀하고 정확한 위치제어를 할 수 있도록하여 정확성과 정밀성을 요하는 자동화 산업기계 또는 로봇 등에 유효히 적용시킬수 있으며, 또한 가이드 레일과 케리어 브록의 접속부위인 환봉상의 리니어 샤프트와 이송로울러의 주면만을 경도가 높은 초경합금으로으로 가공하여 내마모성이나 내구성이 향상시킨 접촉부위의 구성을 극히 간단하게 가공할 수 있게되어 정밀하고 내구성이 우수한 리니어 이송장치를 염가로 대향 생산, 제공할 수 있으며, 또한 본 발명은 접촉부위가 점접촉방식에 따른 구름운등을 하게하여 그 접촉부위가 극소화되므로서 접촉저항에 따른 마찰열이나 소음 발생을 완벽하게 제거하게되어 별도의 냉각이나 윤활유등이 요구되지 않아 작업주변환경을 보호하고 피가공물 등의 오손을 방지할 수 있는 등의 여러 가지 특징을 지닌 것이다.

Claims (4)

1. 알루미늄 또는 알루미늄합금과 같은 경금속재로 압출성형하되 내부(11)가 중공상태인 형강상태로 압출성형하고, 양측면 일측 또는 양측면 상하 양측에 원호상의 안치용홈(12)(13)을 길이방향을 따라 평행한 상태로 길게 요설하고 이에 각각 초경합금으로된 리니어 샤프트(14)(15)를 안내, 삽치시킨 가이드레일(1)과, 상하 양측에 상기한 가이드레일(1)의 초경합금의 환봉상의 리니어샤프트(14)(15)를 따라구름운동하는 복수개의 이송로울러(21)(22)를 베어링(23)(24)을 개재시켜 원활하게 이동할 수 있도록 가설하고, 복수개의 이송로울러(21)(22)의 외주면은 리니어샤프트(14)(15)의 외부돌출면과 일치하는 안내요홈(27)(28)을 요설하여서 되는 케리어 브럭(2)으로 구성됨을 특징으로 하는 알루미늄 압출제에 압입한 리니어 샤프트와 베어링을 이용한 직선 이송장치.
2. 제1항에 있어서, 가이드레일(1)의 안치요홈(12)(13)에 삽치되는 리니어 샤프트(14)(15)는 환봉상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출제에 압입한 리니어 샤프트와 베어링을 이용한 직선 이송장치.
3. 제1항에 있어서, 가이드레일(1)의 안치요홈(12)(13)에 삽치되는 리니어 샤프트(14)(15)는 마름모상으로 형성하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 압출제에 압입한 리니어 샤프트와 베어링을 이용한 직선 이송장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 가이드레일(1)의 리니어 샤프트(14)(15)와 케리어 브럭(2)의 이송로울(21)(22)의 안내요홈(27)(28)이 형성된 외주면은 동일한 경도의 초경합금으로 함을 특징으로 하는 알루미늄 압출제에 압입한 리니어 샤프트와 베어링을 이용한 직선 이송장치.