KR102520335B1

KR102520335B1 - 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체

Info

Publication number: KR102520335B1
Application number: KR1020220126440A
Authority: KR
Inventors: 김방원; 안광수; 곽세훈
Original assignee: 디씨티 주식회사
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2023-04-11

Abstract

본 발명은 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무빙마그넷타입 이송시스템의 LM(Linear Motion)가이드유닛의 연결단에서 발생되는 단차에도 불구하고 LM블럭의 원활한 반송상태를 유지하여 이송불량을 막고, 단차로 인해 발생되는 LM블럭의 파손, 소음과 진동 발생을 억제하며, 그에 따른 이송품의 낙하파손도 미연에 방지하여 전체적으로 생산성 향상에 기여할 수 있도록 개선된 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체에 관한 것이다.

Description

무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체{Linear ball bearing guide assembly used at the connecting end of the moving magnet type transfer system}

일반적으로, 각종 산업설비에서 부품이나 제품을 이송하는 시스템 중에 리니어모터를 이용한 이송시스템이 사용되고 있다.

이러한 리니어모터 이송시스템은 모터코일(전자석)과 마그넷트랙으로 구성되어 있으며, 통상 리니어모터가 움직이고 마그넷트랙이 고정되어 있는 구동축이지만, 마그넷이 움직이고 모터코일이 고정되는 무빙마그넷타입 이송시스템이 운영되고 있다.

즉, 무빙마그넷타입 이송시스템은 대차(파렛트) 하부에 마그넷이 부착되고, 레일에 모터코일이 배치되어 마그넷이 움직이면서 대차를 이동시킬 수 있도록 한 이송시스템이다.

이것은 모터코일의 경우 모터 드라이브가 연결되고 전원이 공급을 위한 케이블이 요구되기 때문에 다수의 대차를 운행하거나 또는 장거리 레일이나 곡선 레일 및 루프 레일에는 적용이 어려우며 대차의 주행으로 인한 케이블의 마모 및 이로 인한 단선 등의 단점이 존재하여 다수의 대차를 운행하거나, 장거리 레일, 곡선 레일, 및 루프 레일이 적용된 대차 운영시스템에는 대차에 마그넷을 부착시켜 케이블 연결이 필요 없도록 한 방식을 적용시키기 위함이다.

이와 같은 무빙마그넷타입 이송시스템은 도 1의 예시와 같이, 이송하고자 하는 부품 수량과 부품 검사, 작업위치에 따라 대차 수량이 정해지며, 다수의 대차가 동시에 이송 순환되는 구조를 갖는다.

이때, 도 2에서와 같이 대차(10)의 하부에는 마그넷트랙(12)이 부착 고정되고, 상기 마그넷트랙(12)을 사이에 두고 양측에 적어도 두 쌍의 LM(Linear Motion)블럭(14)이 고정된다.

그리고, 상기 LM블럭(14)은 LM가이드(20)에 조립되어 이를 따라 직선운동하면서 대차(10) 상에 안착된 부품을 이송하게 된다.

이 경우, 물류 이송은 수직순환구조, 수평순환구조, 방향전환구조 등 다양한 형태가 존재하며, 방향이 변환되는 지점에서는 LM가이드(20)이 연속될 수 없고 단절되게 되는데, 이를 연결단이라 한다.

무빙마그넷타입 이송시스템에서는 이러한 연결단이 다수 존재하며, 연결단의 가이드 연결 상태에 따라 이송체에 영향을 주게 된다.

예컨대, 볼 빠짐에 의한 LM블럭이 파손되거나 LM가이드가 파손되면 장비가 멈추게 되므로 생산라인의 손실이 커지게 된다.

이에 따라, 소음과 진동이 커지고, 이송되는 부품(즉, 이송체)이 떨어지거나 이송 대차의 연쇄파손을 야기하는 등 심각한 설비문제를 초래하게 된다.

무엇보다도, 연결단의 LM가이드간 조립오차가 크거나 혹은 하중에 의한 변화로 단차가 오차 범위를 벗어날 정도로 커지거나 혹은 동적하중에 의한 처짐이 발생되거나 혹은 위치제어 오차, 시간적인 변화(잦은 구동에 의한 기구적인 단차발생), 장비의 레벨 변화로 인한 단차가 발생하게 되면 심각한 이송불량 사고를 유발하게 된다.

때문에, 연결단에서는 단차가 거의 없어야 하고, 단차가 발생되더라도 이를 극복하고 넘어갈 수 있어야 한다.

하지만, 매번 이를 관리하는 것 자체도 어렵고, 상용품인 LM가이드를 임의로 가공하기도 어려워 상술한 문제가 발생되면 심각한 설비사고가 된다.

즉, 상용품인 LM가이드는 고탄성강이면서 특수 열처리가 되어 있어 경도 HRC 58-63이기 때문에 최초 가공시가 아니면 이를 수정가공하기란 현실적으로 불가능에 가깝다.

또한, 턴테이블형 연결단의 경우에는 LM가이드의 단부가 직각면인 관계로 90°회전왕복을 반복하는 연결단에서 설치시 간격을 충분히 벌려야 하므로 이송안정성 측면에서 매우 불리한 단점이 있다.

다시 말해, 직각면이 서로 마주보고 있는 두 개의 LM가이드중 어느 하나가 회전하려면 일측 모서리가 타측 LM가이드에 걸리기 때문에 회전반경을 벗어날 정도로 간격을 유지해야 하는 단점이 있다.

국내 등록특허 제10-0586347호(2006.05.26.) 볼리니어 가이드 및 볼리니어 가이드의 제조방법 국내 등록특허 제10-1369223호(2014.02.25.) 리니어 모션 가이드 국내 등록특허 제10-1635384호(2016.06.27.) 하이브리드 엘엠가이드 국내 등록특허 제10-2114799호(2020.05.19.) 리니어 모션 가이드 유닛

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 무빙마그넷타입 이송시스템의 LM(Linear Motion)가이드유닛의 연결단에서 발생되는 단차에도 불구하고 LM블럭의 원활한 반송상태를 유지하여 이송불량을 막고, 단차로 인해 발생되는 LM블럭의 파손, 소음과 진동 발생을 억제하며, 그에 따른 이송품의 낙하파손도 미연에 방지하여 전체적으로 생산성 향상에 기여할 수 있도록 개선된 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체를 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 직선형상의 엘엠가이드(100)와, 상기 엘엠가이드(100)에 끼워져 움직일 수 있는 엘엠블럭(200)을 포함하는 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체에 있어서; 상기 엘엠가이드(100)의 폭방향 양측면에 홈 형태로 형성되고, 각각 상하로 간격을 둔 제1볼레일(110)과 제2볼레일(120); 상기 제1,2볼레일(110,120)의 일단부가 일단면으로부터 일정길이 콘(Cone)의 절반인 반 콘 형상으로 가공되어 엘엠블럭(200)에 내장된 볼(300)의 직경보다 큰 확경부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체를 제공한다.

이때, 상기 확경부(130)는 제1,2볼레일(110,120)을 타고 움직이는 볼(300) 직경의 6-15배의 길이를 가지며; 상기 확경부(130)의 초입 구경(140)은 상기 볼(300)의 직경보다 0.20-0.60mm 더 크게 형성되고; 상기 확경부(130)의 초입 내경 둘레에는 라운드 형상의 제1,2,3모따기(151,152,153)와, 사선 형상의 제4,5,6모따기(154,155,156)가 더 형성된 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 엘엠가이드(100)는 두 개의 엘엠가이드가 간격을 두고 배치될 때, 서로 마주보는 단면이 직각형 혹은 사선방향으로 절삭된 대각형 중 어느 하나인 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 조립단차 크기에 따라서 확경크기와 경사량을 늘려 제작할 수 있다.

둘째, 조립단차가 커도 이송시스템이 멈추지 않고 지속적인 구동이 가능하다.

셋째, LM블럭의 파손이 없고, 볼 빠짐도 발생하지 않는다.

넷째, 경사지면서 볼이 지나가기 때문에 충격이 없으며 가이드부 안내면의 손상도 거의 없다.

다섯째, 조립단차가 커도 종래 보다 소음이 작다.

여섯째, 장비 수명이 연장되고, 안정적인 시스템 제작이 가능하다.

도 1은 일반적인 무빙마그넷타입 이송시스템의 일 예를 보인 예시도이다.
도 2는 종래 무빙마그넷타입 이송시스템에 적용된 대차 구조를 보인 예시도이다.
도 3은 종래 무빙마그넷타입 이송시스템에 적용된 LM가이드의 설치예를 일부 발췌하여 보인 예시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 LM가이드의 예시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 LM가이드의 예시적인 정단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 LM가이드의 구조를 설명하기 위한 측단면을 보인 모식도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명에 따른 LM가이드의 사용예를 보인 예시도이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에 따른 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체는 연결단에서 진입부를 크게 하고 각도를 형성하여 가공길이를 정한 상태로 볼안내면을 테이퍼 가공한 것이 특징이다.

이때, 볼안내면은 엘엠가이드에서 엘엠블럭에 내장된 볼이 타고 다니는 부위를 말한다.

아울러, 테이퍼 가공은 경사각을 완만하게 가공하여 각도를 형성해야 하며, 처음점과 끝점을 형성하면 X,Y,Z 방향으로 경사가 형성되어 3방향으로 절입량을 주어 가공하여 구성된다.

여기에서, 확경크기와 경사량은 예상되는 조립단차와 기구변화량을 고려하여 산정해야 한다.

뿐만 아니라, 전면부에 모따기 가공을 실시하고, 날카로운 부위를 라운드 가공하여 엘엠블럭이 원활하게 진입할 수 있도록 하며, 이를 통해 엘엠블럭의 씰이 진입하는 과정에서 씹히는 현상도 배제할 수 있게 된다.

특히, 90°반경으로 왕복회전하는 엘엠가이드의 경우 안내면을 대각선방향으로 절삭하여 대각면끼리 마주보게 배치함으로써 최근접 배치가 가능하고, 이를 통해 안정적이면서 원활한 이송체 반송이 가능하도록 구성할 수 있다.

보다 구체적으로, 도 4 내지 도 6에 예시된 바와 같이, 본 발명에 따른 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체는 엘엠가이드(100)를 포함한다.

상기 엘엠가이드(100)는 양단이 직각으로 형성된 직각형과, 일단이 사선형으로 형성된 대각형으로 구성될 수 있다.

이때, 대각형은 도 9 내지 도 10에 예시되어 있으며, 턴테이블을 이용한 회전형에 적용되어 이송체를 방향전환시켜 반송할 때 간섭반경을 최소화시켜 상호간에 최근접 설치가 가능하도록 하기 위한 것이다.

즉, 대각형의 경우 고정된 제1엘엠가이드(L1)와, 회전되는 제2엘엠가이드(L2)의 서로 마주보는 단면이 사선형으로 제1,2절삭면(T1,T2)이 형성되어 있어 제2절삭면(T2)이 도시와 같이 반시계방향으로 회전할 경우 제1절삭면(T1)에 간섭되지 않게 되므로 제1,2엘엠가이드(L1,L2)를 최근접 배치가 가능하다.

이로 인해, 제1,2엘엠가이드(L1,L2)를 타고 움직이는 엘엠블럭(200)이 흔들림없이 원활하게 움직일 수 있게 되어 이송체의 반송 안정성을 증대시킬 수 있다.

이와 달리, 직각형은 도 7 및 도 8에 예시되어 있으며, 후술할 가공특징을 그대로 포함한다. 이 경우, 후술할 가공특징은 대각형에도 그대로 적용됨은 물론이다.

한편, 도 4 내지 도 6에서와 같이, 상기 엘엠가이드(100)의 폭방향 양측면에는 각각 상하로 간격을 둔 제1볼레일(110)과 제2볼레일(120)이 홈 형태로 형성된다.

그리고, 상기 엘엠가이드(100)가 연결단에 사용될 때 엘엠블럭(200, 도 7 참조)이 진입하는 쪽 단부가 도 4 내지 도 6과 같이 특수가공된다.

이때, 특수가공은 제1,2볼레일(110,120)의 선단부가 선단면으로부터 일정길이 콘(Cone)의 절반인 반 콘 형상을 갖는 확경부(130)를 형성하는 가공이다.

이 경우, 상기 확경부(130)는 엘엠가이드(100)의 양단에 형성되어야 하며, 경우에 따라서는 일단에만 형성될 경우도 있다. 다만, 도면에서는 도시의 편의상 일단에만 형성한 것을 예시적으로 설명한다.

아울러, 상기 확경부(130)는 제1,2볼레일(110,120)을 타고 움직이는 볼(300) 직경의 6-15배의 길이를 갖는다.

예를 들어, 본 발명에서 사용되는 볼(300)의 직경이 4.2φ라고 하면 상기 확경부(130)의 길이는 25.2mm ~ 63mm 범위 내에서 결정될 수 있다.

즉, 확경부(130)의 길이를 지나면 정상궤도의 직경을 가져 볼(300)이 원활하게 이동할 수 있는 제1,2볼레일(110,120)을 이룬다.

이렇게 확경부(130)의 길이를 한정하는 이유는 볼(300)이 움직일 때 완만한 상태의 경사면을 타고 움직여야 단차로 인해 발생되는 충돌을 저감하고, 소음을 억제할 수 있기 때문이며, 가장 바람직한 범위는 확경부(130)의 초입 구경(140)과 관련된다.

여기에서, 상기 초입 구경(140)은 볼(300) 구경보다 0.20-0.60mm 더 크게 형성된다.

이 경우, 상기 초입 구경(140)이 상기 기준치보다 더 크게 되면 볼(300)이 경사면을 타고 이동할 때 충돌에 따른 충격과 소음이 커지는 단점이 있고, 상기 기준치 보다 더 작게 되면 단차에 따른 볼 걸림 현상이 유발되어 원활한 이동이 어렵게 되는 단점이 생기게 되므로 상기 범위로 한정하여야 한다.

특히, 상기 범위를 기준치로 유지할 경우 확경부(130)의 길이로 인해 볼(300)이 가장 원활하게 이동할 수 있는 경사면을 구현하게 된다.

또한, 상기 제1,2볼레일(110,130)의 선단, 예컨대 확경부(130)의 초입에는 일정길이 모따기가 형성되는데, 상기 모따기는 제1,2,3모따기(151,152,153)로 이루어지며, 4.6-4.7φ의 직경을 갖는 라운드 형상으로 형성된다. 이는 엘엠블럭(200)이 볼 안내면인 확경부(130)로 진입할 때 간섭현상을 최대한 제거하기 위한 것이다.

뿐만 아니라, 상기 제1,2,3모따기(151,152,153)와 함께 엘엠가이드(100)의 선단 둘레면에도 사선 형상의 제4,5,6모따기(154,155,156)가 형성된다.

이 경우, 상기 제4모따기(154)는 7×0.75mm(7mm 폭에 0.75mm 깊이로 모따기한다는 의미임), 제5,6모따기(155,156)는 5×0.5mm로 이루어지며, 이는 확경부(130)로 엘엠블럭(200)이 진입할 때 엔드플레이트(210, 도 7 참조)의 파손을 방지하기 위한 것이다.

다른 한편, 도 7 내지 도 8의 예시와 같이, 엘엠가이드(100)에는 엘엠블럭(200)이 끼워져 움직일 수 있도록 조립된다.

이때, 엘엠블럭(200)은 양단에 엔드플레이트(210)가 조립되고, 엔드플레이트(210) 하단면에는 엔드씰(220)이 조립되어 내장된 볼(300)이 이탈되지 않도록 구성된다.

그리고, 일측에는 윤활유를 주입할 수 있는 니플(230)이 구비된다.

여기에서, 상기 엔드씰(220)은 고무재로 구성되는데, 윤활성을 높여 단차 발생시에도 탄성완충시키면서 원활한 흐름성을 유지할 수 있도록 EPDM(Ethylene-Propylene Diene Monomer) 100중량부에 대해, PTFE(polyetrafluoroethylene) 20중량부, 구아검과 피로인산나트륨이 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물 20중량부, HFP(Hexafluoropropylene) 5중량부, 폴리옥시메틸렌 5중량부를 교반한 교반물로 성형함이 바람직하다.

이때, EPDM은 내열성, 온도변화에 대한 적응성이 뛰어나며, 윤활성이 좋다. 그리고, 구아검과 피로인산나트륨은 방수성은 물론 섬유질로 인해 인장강도를 증대시키므로 탄성이 저하되는 것을 억제하여 탄성완충력을 보강하게 된다.

그리고, PTFE(polyetrafluoroethylene)는 자기윤활성이 뛰어나 마찰저항을 낮추고 엘엠블럭의 유동성을 증대시킨다.

또한, HFP(Hexafluoropropylene)는 내열성을 높이면서 경화안정화를 유지하고 동시에 굴곡강도를 확보하기 위해 첨가된다.

이렇게 구성함으로써 본 발명은 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에서 엘엠가이드간 단차가 다소 발생하더라도 손상없이 엘엠블럭이 원활하게 유동할 수 있어 이송체의 이송불량을 막고, 설비사고를 방지하여 생산성 향상에 기여하는 효과를 얻을 수 있다.

100: 엘엠가이드
200: 엘엠블럭

Claims

직선형상의 엘엠가이드(100)와, 상기 엘엠가이드(100)에 끼워져 움직일 수 있는 엘엠블럭(200)을 포함하는 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체로서, 상기 엘엠가이드(100)의 폭방향 양측면에 홈 형태로 형성되고, 각각 상하로 간격을 둔 제1볼레일(110)과 제2볼레일(120); 상기 제1,2볼레일(110,120)의 일단부가 일단면으로부터 일정길이 콘(Cone)의 절반인 반 콘 형상으로 가공되어 엘엠블럭(200)에 내장된 볼(300)의 직경보다 큰 확경부(130);를 포함하는 무빙마그넷타입 이송시스템의 연결단에 사용되는 직선볼베어링 가이드 조립체에 있어서;
상기 확경부(130)는 제1,2볼레일(110,120)을 타고 움직이는 볼(300) 직경의 6-15배의 길이를 가지며; 상기 확경부(130)의 초입 구경(140)은 상기 볼(300)의 직경보다 0.20-0.60mm 더 크게 형성되고; 상기 확경부(130)의 초입 내경 둘레에는 라운드 형상의 제1,2,3모따기(151,152,153)와, 사선 형상의 제4,5,6모따기(154,155,156)가 더 형성되며;
상기 제1,2,3모따기(151,152,153)는 4.6-4.7φ의 직경을 갖는 라운드 형상으로 형성되고;
상기 엘엠블럭(200)은 양단에는 엔드플레이트(210)가 조립되고, 상기 엔드플레이트(210) 하단면에는 볼(300)이 이탈되지 않도록 엔드씰(220)이 조립되되, 상기 엔드씰(220)은 EPDM(Ethylene-Propylene Diene Monomer) 100중량부에 대해, PTFE(polyetrafluoroethylene) 20중량부, 구아검과 피로인산나트륨이 2:1의 중량비로 혼합된 혼합물 20중량부, HFP(Hexafluoropropylene) 5중량부, 폴리옥시메틸렌 5중량부를 교반한 교반물로 성형된 것을 특징으로 하는 직선볼베어링 가이드 조립체.
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