KR20010044800A - 가이드레일의 리니어 샤프트 압입 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동화 산업기기 또는 공작기기의 리니어 이송장치에 사용되는 가이드레일에 리니어 샤프트를 강제적으로 압입하기 위한 리니어 샤프트 압입 방법에 관한 것으로, 리니어 샤프트가 끼워지는 안치홈의 중심을 리니어 레일의 압입면에서 소정 간격 내측으로 설정시켜 안치홈의 입구간격이 안치홈의 내경보다 상대적으로 작도록 함과 동시에 리니어 샤프트의 직경을 안치홈의 내경에 비해 소정 크기만큼 크도록 구성토록 하여 상대적으로 큰 직경의 리니어 샤프트를 안치홈내에 강제적으로 압입시켜 안치홈의 강제적인 확장을 유발시켜 삽입시킴과 동시에 안치홈의 자체적인 수축력을 통해 리니어 샤프트를 견고하게 물어 고정시키도록 한 것이다.

Description

가이드레일의 리니어 샤프트 압입 방법{METHOD FOR FITTING LINEAR SHAFT IN GUIDE RAIL}

본 발명은 자동화 산업기기 또는 공작기기의 리니어 이송장치에 사용되는 가이드레일에 리니어 샤프트를 강제적으로 압입하기 위한 리니어 샤프트 압입 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리니어 샤프트가 끼워지는 안치홈의 중심을 리니어 레일의 압입면에서 소정 간격 내측으로 설정시켜 안치홈의 입구간격이 안치홈의 내경보다 상대적으로 작도록 함과 동시에 리니어 샤프트의 직경을 안치홈의 내경에 비해 소정 크기만큼 크도록 구성토록 하여 상대적으로 큰 직경의 리니어 샤프트를 안치홈내에 강제적으로 압입시켜 안치홈의 강제적인 확장을 유발시켜 삽입시킴과 동시에 안치홈의 자체적인 수축력을 통해 리니어 샤프트를 견고하게 물어 고정시키도록 한 것으로, 리니어 샤프트의 삽입부위 전체가 안치홈의 내면과 면접촉을 이루도록 하여 균일한 압지력의 부여를 통한 샤프트 결합상태의 안정성과 견고성을 유지할 수 있으며, 리니어 샤프트의 압입장치를 매우 간단하게 구성할 수 있어 설비비의 감축과 작업의 용이성을 기할 수 있으며, 리니어 샤프트의 압입과정에 가이드 레일의 손상을 초래하지 않게 되어 미관의 저해가 방지되고 제품의 고급화를 기할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로 사출기 또는 각종 자동화된 정밀 가공기에 있어서는 대체로 전산화된 제어수단에 의하여 정밀하고 정확하게 위치이동 동작하는 로봇화 된 추출, 공급, 이송수단 등이 널리 요구되고 활용되고 있는 추세이며, 이와 같은 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 가이드레일과 케리어 브럭과의 접촉면적이 상당히 넓어 활주이동 시 마찰저항이 크고 이에 따른 접촉부위의 마모가 심하고 작동 시 소음이 많이 발생되어 가이드레일과 케리어 블럭 사이에 윤활유를 주입시키면서 작동시키게 되어 주위작업환경이 조악하고 장치의 내구수명이 짧은 구조상의 결함이 있었을 뿐만 아니라, 면 접촉방식의 구동방식이어서 정밀한 위치제어가 상당히 어려워 정밀을 요하는 장치에는 사용하기가 부적합한 문제점이 있었다.

따라서 이와 같은 점을 감안하여 정밀 위치제어가 요구되는 리니어 모션의 리니어 이송장치에는 케리어 블럭 이송 시 복수의 볼베어링이 가이드레일의 원호상의 레일홈을 타고 선 접속상태로 회전하면서 케리어 블럭이 이동되게 하는 방식의 리니어 이송장치가 제안되어 널리 사용되고 있다.

그러나 상기와 같은 정밀위치제어를 위한 리니어 모션의 리니어 이송장치 역시 케리어 브럭 이동 작동 시 케리어 블럭이 복수의 볼베어링이 가이드레일의 원호상의 레일홈을 따라 선 접촉방식의 긴 접촉상태를 유지하면서 구름작동을 하게 됨으로써 기존의 면 접촉방식 보다는 다소 마찰저항이 감소되는 상태를 유지하고는 있으나, 이 역시 볼베어링과 원호상의 레일홈의 접촉길이가 상대적으로 길어 이에 따른 접촉 마찰저항도 상당하여 이로 인한 마찰열이 많이 발생하는 결함이 나타나서 가이드레일이나 케리어 블럭의 접촉부위에 윤활유 등을 수시로 점검하여 주입시켜 주는 번거로움이 있다.

이에 따라 주변이나 피가공물이 윤활유에 의하여 오손되는 사례가 발생되어 주변작업환경이나 열악해지는 문제점이 있었으며 또한 피가공물의 후처리가 요구되는 등의 작업상의 문제점과 장시간 작동 시 마찰열에 의하여 상대적으로 강도가 약한 부분이 쉽게 마모되는 현상이 야기되어 자주 교체하거나 보수하여야하는 사용상의 문제점이 있다.

또한 장시간 사용하면 접촉부의 마모로 인하여 케리어 블럭의 볼베어링의 배열상태나 레일홈의 형태변형이 쉽게 발생하여 위치제어의 오차가 크게 발생하거나 소음이 크게 발생될 소지가 있는 등의 여러 가지 사용상의 문제점이 있었다.

또한 케리어 블럭내에 볼베어링 안치홈을 형성시키는 가공작업이나 볼베어링의 배치작업이 상당히 까다롭고 복잡하여 고도의 가공기술을 요구하게 되어 가공비 또한 상당히 요구하는 제작상의 문제점이 있어 고가의 설비비를 요구하게 되는 등의 비경제적인 결함도 나타나고 있고,

고경도의 볼베어링과 접촉하는 부분의 레일홈의 경도가 약하여 쉽게 가이드레일이 마손되는 폐단이 있어 이의 열처리나 재질선택에 많은 애로와 경제적 부담이 뒤따르는 문제점과 그 자체의 중량이 상당하여 설치 및 사용에도 많은 제약을 받게되는 등의 여러 가지 문제점이 있었다.

그 외에도 대한민국 공개특허 제 1998-1771호 "가이드레일의 리니어 샤프트 압입장치"가 알려지고 있으나 이는 가이드 로울러 양측사이로 알루미늄의 경금속재 형강으로 된 가이드레일을 진입시켜 진행과정에 알미늄의 경금속재 형강으로 된 가이드레일의 양측표면에 강제적으로 슬리터의 칼날에 의한 이탈방지홈을 형성시켜 가이드레일부재의 안치홈의 입구가 점차 내측으로 오므려지도록 하여 이에 끼워진 리니어 샤프트를 강제적으로 눌러 고정시키는 것이나,

이는 안치홈의 내경을 리니어 샤프트의 직경에 비해 미세하게 크게 구성하고 안치홈의 입구 또한 리니어 샤프트를 비강제방식으로 끼워줄 수 있도록 안치홈의 내경과 같거나 미세한 정도로 크게 구성한 상태에서 안치홈의 입구부분만을 오므려 지지하는 방식을 택하는 것이어서 리니어 샤프트를 가압하는 부위가 안치홈의 입구 상하측에 집중되어 안치홈의 내경과 리니어 샤프트의 접촉면적과 접촉압력이 고르지 못하여 리니어 샤프트의 고정 결속력이 미약하게 되어 사용 시 안치홈내에서 자체적인 회동을 초래할 우려가 크고 이로 인해 상대적으로 재질이 무른 안치홈이 점차 마모되어 유동이 가중에 의해 정밀한 제어가 불가능하게 되는 문제가 발생될 수 있는 것이며,

또한 리니어 샤프트를 가압하기 위한 장치에 있어 샤프트의 가압구조와 더불어 가이드 레일의 이탈방지홈을 구성하기 위한 구조, 간격조절구조 등 많은 기능적 구조가 요구되어 전체적인 구조가 매우 복잡하고 과다한 설비비 및 작업능률의 저하를 초래하는 것이며,

또한 리니어 샤프트의 압입과정에 형성되는 이탈방지홈으로 인하여 가이드 레일의 표면에 손상을 초래하게됨으로 미관이 저해되고 제품의 고급화를 기할 수 없는 폐단이 있는 것이다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,

본 발명의 목적은 리니어 샤프트의 삽입부위 전체가 안치홈의 내면과 면접촉을 이루도록 하여 균일한 압지력의 부여를 통한 샤프트 결합상태의 안정성과 견고성을 유지하며, 리니어 샤프트의 압입장치를 매우 간단하게 구성할 수 있어 설비비의 감축과 작업의 용이성을 기하며, 리니어 샤프트의 압입 과정에 있어 가이드 레일의 손상을 초래하지 않게 되어 미관의 저해가 방지되고 제품의 고급화를 기할 수 있는 리니어 샤프트의 압입방법을 제시함에 있으며,

상기한 같은 목적을 달성하기 위해,

본 발명은 리니어 샤프트가 끼워지는 안치홈의 중심을 리니어 레일의 압입면에서 소정 간격만큼 내측으로 설정시켜 안치홈의 입구간격이 안치홈의 내경보다 상대적으로 작도록 함과 동시에 리니어 샤프트의 직경을 안치홈의 내경에 비해 소정 크기만큼 크도록 구성토록 하여 상대적으로 큰 직경의 리니어 샤프트를 안치홈내에 강제적으로 압입시켜 안치홈의 강제적인 확장을 유발시켜 삽입시킴과 동시에 안치홈의 자체적인 수축력을 통해 리니어 샤프트를 견고하게 물어 고정시키도록 한 것으로, 이하 본 발명을 첨부도면에 의거 상술하면 다음과 같다.

도 1은 리니어 샤프트를 적용한 가이드 레일에 케리어 블럭을 결합한 상태를 보이는 리니어 이송장치를 보이는 사시도.

도 2는 본 발명의 리니어 샤프트를 가이드레일의 안치홈에 압입시키는 일 예를 보이는 정면도이고,

도 3은 본 발명의 리니어 샤프트를 가이드레일의 안치홈에 압입시키는 다른 예를 보이는 정면도이고,

도 4는 본 발명의 요부인 안치홈과 리니어 샤프트의 구성조건을 설명하기 위한 요부 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1:가이드 레일 1A,1B:수직벽부

1C:압입면 2:안치홈

2'중심 2A:내경

3:리니어 샤프트 3A:직경

4:피스톤 5:가압판

5':가압구

도 4는 본 발명에 적용되는 안치홈과 리니어 샤프트의 구성조건을 설명하기 위한 요부 단면도로서,

도면에서는 나타난 가이드 레일(1)은 "??"자형 단면을 가지며 양 수직벽부(1A)(1B)의 내측면에 안치홈(2)을 두고 리니어 샤프트(3)를 압입하였지만 이는 하나의 예에 불과하며 가이드 레일(1)의 외측면에 안치홈을 두고 리니어 샤프트(3)를 압입하는 구조에도 동일하게 적용할 수 있음은 물론이다.

본 발명에 적용되는 가이드 레일의 수직벽부(1A)(1B)에 형성되는 안치홈(2)의 중심(2')과 가이드 레일(3)의 양 수직벽부(1A)(1B) 내측의 압입면(1C)사이의 간격(X)을 안치홈(2)에 삽입될 리니어 샤프트(3) 직경(3A)의 12.5∼21.6% 이내가 되도록 구성한다.

또한 리니어 샤프트(3)의 직경(3A)은 상기 안치홈(2)의 내경(2A)에 비해 0∼50㎛의 범위만큼 크도록 구성한다.

도 2는 본 발명에 적용되는 환봉 상의 리니어 샤프트(3)를 가이드레일(1)의 안치홈(2)에 압입시키는 일 예를 보이는 정면도로서,

가이드 레일(1)을 길이방향으로 세워 안치홈(2)의 입구가 상향으로 오게 한 다음 안치홈(2)의 입구에 압입시킬 리니어 샤프트(3)를 얹어 놓은 상태에서 공지의 유압실린더 구조 좀더 구체적으로는 유압 실린더의 피스톤(4)에 소정의 가압판(5)을 일체로 구성시킨 별도의 압입장치를 이용하여 리니어 샤프트(3)를 강제적으로 눌러 압입시키게 되는 것으로 이를 보다 자세히 설명하면 다음과 같다.

안치홈(2)의 중심(2')이 양 수직부(1A)(1B)의 압입면(1C)에서 리니어 샤프트(3) 직경의 12.5∼21.6% 만큼 내측으로 옮겨져 있는 상태이므로 안치홈(2)의 노출된 입구는 상대적으로 안치홈(2)의 내경(2A)보다 작은 상태이다.

또한 안치홈(2)의 내경(2A)은 이에 끼워질 리니어 샤프트(3) 직경(3A)과 동일하거나 많게는 50㎛만큼 작게 가공되어 있는 상태이다.

이와 같은 상태에서 유압 실린더의 가압판(5)을 하강시키면 가압판(5)이 리니어 샤프트(3)를 눌러 안치홈(2)으로 강제적으로 압입하게 되는 것으로 리니어 샤프트(3)이 안치홈(2)의 입구를 통과할 때 입구는 강제적으로 벌어지면서 리니어 샤프트(3)의 진입을 유도하게 되고 리니어 샤프트(3)가 입구를 통과함과 동시에 자체 수축력으로 인해 원위치로 오므라진다.

상기 안치홈(2)의 입구를 통과한 리니어 샤프트(3)는 안치홈(2)의 내경과 동일한 경우는 안치홈(2)의 내면에 균일한 접촉면을 가지고 안착되어 접촉 마찰력을 통해 안정적으로 설치되며, 리니어 샤프트(3)가 안치홈(2)의 내경(2A)에 비해 큰 경우에는 안치홈(2)의 내면을 미세하게 확장시키면서 안착됨과 동시에 벌어진 안치홈(2)에 자체적인 수축력이 발생되어 안치홈(2)의 내면 전체가 강력한 압압력과 균일한 접촉면적으로 리니어 샤프트(3)를 강력하고 안정적으로 압압하게 되는 것이다.

상기에서 안치홈(2)의 중심(2')과 가이드 레일(1)의 압입면(1C)사이의 간격(X)이 리니어 샤프트(3) 직경(3A)의 12.56% 이하이면 안치홈(2)의 입구가 너무 커서 입구측에서 가압할 수 있는 압압력이 약하게되며, 21.6% 이상이 되면 안치홈(2)의 입구가 너무 좁아 리니어 샤프트(3)에 의해 입구부가 안으로 함몰되면서 리니어 샤프트(3)의 진입이 불가능하게된다.

또한 리니어 샤프트(3)의 직경(3A)이 안치홈(2)의 내경(2A)에 비해 작게되면 압입된 리니어 샤프트(3)와 안치홈(2)간의 접촉면이 극히 적어 유동으로 인해 종래와 같은 정밀제어를 할 수 없는 폐단이 초래되며, 50㎛의 이상이 되면 가이드레일(1)의 탄성계수 이상으로 안치홈(2)이 과다하게 확장되어 균결이나 파단을 야기하게 된다.

따라서 상기와 같이 강제 압입방식을 통한 본 발명이 이루어지기 위해서는 가이드 레일(1)의 자체적인 탄성계수를 벗어나지 않는 범위로 안치홈(2)의 중심(2')의 위치 및 리니어 샤프트(3)의 직경, 안치홈(2)의 내경 등의 제반 치수규격이 정밀하게 가공되는 것이 요구된다.

유압 실린더의 가압판(5)에 의해 리니어 샤프트(3)의 해당 부위가 압입되면 가이드 레일(1)을 일격간격 이동시키거나 또는 가압판(5)을 일정간격만큼 이동시켜 가면서 다음부위를 단계적으로 압입시켜 나가게 된다.

가이드 레일(1)의 일측면 압입이 완료되면 가이드 레일(1)을 뒤집어 맞은편을 동일한 방식으로 압입한다.

도 3은 리니어 샤프트를 가이드레일의 안치홈에 압입시키는 다른 구성을 보이는 것으로 가이드 레일(1)을 지지홀더를 이용하여 유동이 불가능하도록 지지한 상태에서 세워놓고 양 수직벽부(1A)(1B)의 안치홈(2)에 리니어 샤프트(3)를 밀착시킨 다음 왕복 이동되는 가압구(5')를 통해 양측의 리니어 샤프트(3)를 동시에 압입시키도록 한 것이다.

상기한 구조 외에도 리니어 샤프트를 압입시키기 위한 장치는 다양하게 변경 적용할 수 있는 것으로 본 발명이 어느 특정한 구조의 장치를 요구하는 것은 아니다.

이와 같은 본 발명은 리니어 샤프트의 삽입부위 전체가 안치홈의 내면과 면접촉을 이루도록 하여 균일한 압지력의 부여를 통한 샤프트 결합상태의 안정성과 견고성을 유지할 수 있고, 리니어 샤프트의 압입장치를 매우 간단하게 구성할 수 있어 설비비의 감축과 작업의 용이성을 기할 수 있으며, 리니어 샤프트의 압입과정에 가이드 레일의 손상을 초래하지 않게 되어 미관의 저해가 방지되고 제품의 고급화를 기할 수 있는 특징이 있다.

Claims (1)

1. 리니어 이송장치에 적용되는 가이드 레일(1)의 안치홈(2)에 리니어 샤프트(3)를 압입하는 방법에 있어서,

   상기 가이드 레일(1)에 형성되는 안치홈(2)의 중심(2')과 가이드 레일(1)의 압입면(1C)사이의 간격(X)을 안치홈(2)에 삽입될 리니어 샤프트(3) 직경(3A)의 12.5∼21.6% 이내가 되도록 구성하고, 리니어 샤프트(3)의 직경(3A)을 상기 안치홈(2)의 내경(2A)에 비해 0∼50㎛의 범위만큼 크도록 구성한 상태에서 공지의 압입장치를 이용하여 안치홈(2)에 리니어 샤프트(3)를 대고 강제적으로 눌러 압입시키도록 함을 특징으로 하는 가이드레일의 리니어 샤프트 압입 방법.