KR20140067809A - 곡선형 리니어 모션 가이드 레일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄으로 만든 리니어 모션 가이드 레일 형상에 내마모성을 향상시키는 표면처리 기술을 적용한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일에 관한 것이다.
본 발명에 의한 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일은 전체적으로 곡선을 이루고, 상부가 개방되며, 측벽에 레일돌부가 내측으로 돌출되게 형성되며, 내마모성을 향상하기 위한 코팅층이 형성되어 있다.
상기와 같은 본 발명의 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일 제작방법을 적용하면, 알루미늄재질을 사용하고 절삭 가공으로 곡선 형태의 가이드 레일을 완성함으로써 개발기간이 필요 없고, 가공성이 용이하다. 또한, 알루미늄재질을 사용하여 리니어 모션 가이드 레일을 제작함으로써 탄소강이 배재되므로 제품을 경량화 할 수 있으며, 발청문제가 발생하지 않으며, 불량 발생을 낮추고, 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 가공성이 높은 알루미늄을 내마모성을 높일 수 있는 특수가공을 하여 사용함으로써 제조공정을 간소화하여 제조단가를 낮추고 제작시간을 단축시킬 수 있다.

Description

곡선형 리니어 모션 가이드 레일{Curved Linear motion guide rail}

본 발명은 곡선형 리니어 모션 가이드 레일에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 알루미늄재질의 리니어 모션 가이드 레일에 코팅층을 형성하여 내마모성을 향상시킨 곡선형 리니어 모션 가이드 레일에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 모션 가이드는 직선 이송, 왕복 이송 및 곡선 이송을 안내하는 장치로서, 리니어 베어링, 직선 베어링, 직선운동 안내장치 등으로 불리기도 한다. 상기 리니어 모션 가이드는 사출기 또는 각종 자동화된 정밀 가공 기기에 사용되며, 제어 수단에 의해 정밀하게 이동하여 추출, 공급 및 이송 역할을 수행한다. 종래의 발명은 리니어 모션 가이드의 정밀도를 높이고, 제조단가를 낮추기 위한 노력이 진행되어왔다.

먼저, 특허출원번호 제10-2000-0028752호 "리니어 모션 가이드"는 직선이동을 안내하기 위한 리니어 모션 가이드는 프레임과 레일부재와, 캐리어를 구비한다. 프레임은 길이방향으로 연장되는 베이스와, 서로 대향하는 측벽을 구비하되, 측벽의 서로 마주보는 쪽에 길이방향으로 연장되는 레일 홈이 마련되어 있다. 레일부재는 상기 레일 홈에 삽입되어 있는 길이방향으로 연장된다. 캐리어에는 캐리어블록과, 상기 캐리어블록에 연결되며 그 외주면이 각각의 레일부재에 접촉하는 다수의 트랙롤러베어링이 마련된다. 상기 리니어 모션 가이드의 제조방법에 따르면, 레일부재는 레일 홈에 나란히 배열된 후 압입되거나, 레일 홈과 일자로 정렬한 후 회전시켜 삽입하는 리니어 모션 가이드를 제안한 바 있다.

또한, 특허출원번호 제10-2002-0050146호 "리니어 모션 가이드의 가이드 블록"은 베어링 접촉부와, 상기 베어링 접촉부에 형성한 다수개의 볼트 홈을 구비한 블록 바디와; 상기 블록 바디의 베어링 접촉부에 소정 깊이로 형성한 와셔 플레이트 홈과; 상기 와셔 플레이트 홈에 장착되며, 다수개의 볼트 홀을 구비한 와셔 플레이트와; 상기 와셔 플레이트의 하측에 설치된 베어링과; 단부가 상기 베어링 및 와셔 플레이트의 볼트 홀을 관통하는 볼트와; 상기 볼트의 단부와 결합되는 너트를 포함함을 특징으로 하는 리니어 모션 가이드의 가이드 블록을 제안한 바 있다.

또한, 등록실용신안 제20-0330206호 "리니어 모션 가이드의 레일 구조"는 슬라이더의 저면에 제공된 복수개의 롤러부재가 레일에 길이방향을 따라 제공되는 환봉의 샤프트를 따라 직선 이동하게 되는 리니어 모션 가이드에 있어서, 상기 레일이 길이방향을 따라 상향 개방된 개방 홈을 형성하고, 이 개방 홈의 양쪽 내벽에 " 〉"형을 취하는 안내부가 서로 대응되게 내향으로 돌출 형성되도록 하며, 이 안내부에 롤러부재의 롤러 외주단에 형성된 바깥 접촉면의 결합홈부가 각기 슬라이드 접촉되어 상기 슬라이더를 직선 이동시킬 수 있도록 함을 특징으로 하는데, 이는 레일에 슬라이더의 롤러부재가 이동 가능하도록 설치되는 공지의 샤프트를 제공할 필요 없이 레일을 인발작업을 통해 제조되도록 하고 이때, 레일에 샤프트와 동일한 호형의 안내부가 일체로 돌출 형성되도록 함으로써, 샤프트 결합의 불필요에 따른 작업 효율성 및 공정 단순화로 그 제조비용을 크게 절감시키고 또한 치수 정밀도와 주행 정밀도를 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있는 리니어 모션 가이드의 레일 구조를 제안한 바 있다.

그러나 종래기술에 따른 리니어 모션 가이드 레일은, 알루미늄 재질의 압출성형된 가이드 베이스에 탄소강 재질의 리니어 모션 가이드 레일 부재를 복잡한 공정(열처리→교정→연마)을 거쳐 압입하여 사용하므로 공정이 복잡하여 제조원가가 높아지고 제작시간이 오래 걸린다는 문제가 있었다.

또한, 탄소강을 리니어 모션 가이드 레일 부재로 사용함으로써 발청 문제가 발생하고, 압출 리니어 모션 가이드 레일의 변형에 의한 불량발생의 빈도가 높다는 점 등의 문제가 있었다.

또한, 기존에 리니어 모션 가이드 레일 부재로 탄소강을 사용한 이유는 리니어 모션 가이드 레일 부재와 이를 따라 구동하는 베어링과의 내마모성 때문에 탄소강을 열처리하여 경도를 높여 사용한 것이고 이때의 열처리탄소강의 경도는 HrC 60 이상을 가진다. 하지만 높은 제조원가와 제작시간이 오래 걸리는 점, 발청 문제, 압출 리니어 모션 가이드 레일의 변형에 의한 불량발생, 알루미늄 압출이 반드시 필요하여 압출금형 등 투자비용이 높고, 제품의 개발기간이 긴 등의 문제점이 존재하므로 이러한 문제를 해결할 수 있는 소재의 개발이 필요하였다.

리니어 모션 가이드 레일의 새로운 소재로 알루미늄은 가벼우면서 가공성이 용이하고 기계적으로 충분한 강성을 가지고 있어 산업 다방면으로 가장 널리 적용되고 있으며, 이러한 알루미늄을 이용하여 리니어 모션 가이드 레일을 제작하면 기존의 문제점을 해결할 수 있으나 알루미늄은 내마모성이 약해서 리니어 모션 가이드 레일로 적합하지 않아 적용되지 못했다.

따라서, 알루미늄의 내마모성을 개선하여 리니어 모션 가이드 레일로 적용하기 용이하지 않은 문제점은 여전히 존재한다.

또한, 기존 탄소강의 리니어 모션 가이드 레일은 곡선레일의 제작이 더욱 용이하지 않은 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 내용을 토대로 그 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 코팅층이 형성되어 내마모성이 향상된 알루미늄 재질의 가이드 레일을 제작하여 충분한 강성을 가지면서도 곡선 형태의 가공성이 용이한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 알루미늄 재질을 사용하여 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일을 제작함으로써 발청문제를 해결할 수 있는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 알루미늄에 내마모성을 높일 수 있는 코팅층을 형성함으로써 불량 발생을 낮추고, 정밀도를 높일 수 있는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 제작이 용이하여 제조단가를 낮추고 제작시간을 단축시킬 수 있는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공하는 데 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 전체적으로 곡선을 이루고, 상부가 개방되며, 측벽에 레일돌부가 내측으로 돌출되게 형성되며, 내마모성을 향상하기 위한 코팅층이 형성되어 있는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공한다.

이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 코팅층은 측벽에 구비된 레일돌부에 형성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공한다.

이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 코팅층은 무전해 니켈 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공한다.

이때 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 코팅층은 니켈 코팅의 두께가 10 내지 50㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공한다.

이때, 본 발명의 부가적인 특징에 따르면, 상기 곡선은 45° 내지 180°의 라운드 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제공한다.

상기와 같은 본 발명의 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 적용하면, 알루미늄재질을 사용하고 절삭 가공으로 가이드 레일을 완성함으로써 개발기간이 필요 없고, 가공성이 용이하므로 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일을 쉽게 제작할 수 있다.

또한, 내마모성을 높이는 처리를 한 알루미늄 재질을 사용함으로써 기계적으로 충분한 강성을 가진다는 효과가 있다.

또한, 알루미늄재질을 사용하여 곡선형 리니어 모션 가이드 레일을 제작함으로써 탄소강이 배재되므로 제품을 경량화 할 수 있으며, 발청 문제가 발생하지 않는다는 효과가 있다.

또한, 알루미늄에 내마모성을 높일 수 있는 가공처리를 하고 절삭 가공함으로써 형태 가공 공정 시에 생길 수 있는 형태의 변화를 최소화하여 불량 발생을 낮추고, 정밀도를 높일 수 있다는 효과가 있다.

또한, 가공성이 높은 알루미늄을 내마모성을 높일 수 있는 특수가공을 하여 사용함으로써 제조공정을 간소화하여 제조단가를 낮추고 제작시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일의 평면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 리니어 모션 가이드 곡선레일의 사시도이다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

그러나 본 발명의 명세서에서 제시되는 실시 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로 이해되어야 할 것이다.

또한, 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 익히 알려져 있고, 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 요지를 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)의 평면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시 예에 의한 리니어 모션 가이드 곡선레일의 사시도이다.

본 발명에 의한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)은 전체적으로 곡선을 이루고, 상부가 개방되며, 측벽(10)에 레일돌부(20)가 내측으로 돌출되게 형성되며, 내마모성을 향상하기 위한 코팅층(30)이 형성되어 있다. 본 발명의 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)은 주로 카메라 장비의 촬영을 위한 곡선 형태 또는 원형 이동을 위한 용도로 사용된다.

또한, 상기 코팅층(30)은 측벽(10)에 구비된 레일돌부(20)에 형성되고, 상기 코팅층(30)은 무전해 니켈 코팅에 의해 형성되며, 상기 코팅층(30)은 니켈 코팅의 두께가 10 내지 50㎛로 형성된다. 또한, 상기 곡선은 45°내지 180°의 라운드 형태로 구성된다.

상기 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)은 전체적으로 45° 내지 180°의 라운드 형태로 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)의 측벽(10) 상부에는 나사를 결합하여 고정시키기 위한 나사체결부(40)가 구비되어 있다. 상기 나사 체결부는 바닥에 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 고정시키는 역할과 다수개의 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)의 결합을 통한 연장을 위한 용도로 사용될 수 있다.

또한, 곡선의 안쪽부분엔 사다리꼴의 지지부(50)가 더 구비되어 있어서 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 한 곳에 고정하기 쉽도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 곡선형태와 상기 지지부(50)를 제작할 때 뒤틀림을 방지하기 위한 홀(60)이 일정 간격으로 구비되는데, 이로 인해 제품의 경량화와 원가 절감이 가능하다.

알루미늄은 은백색의 가볍고 부드러운 금속 원소로 가공하기 쉽고 가벼우며 내식성이 있다. 알루미늄은 지각에서 모래나 암석의 주성분인 산소, 규소 다음으로 풍부한 원소이므로 그 값이 저렴한 편이다. 또한 알루미늄은 가볍고(밀도 2.70 g/cm3) 무른 금속(모스 경도 2.75)으로 전성과 연성이 좋아 박(箔)이나 선으로 쉽게 가공될 수 있으므로 원하는 형태로 가공하는 것이 쉽다.

또한, 금속이 부식된다는 것은 표면에서 금속이 금속 산화물로 변하고, 그 산화물이 떨어져 나가서 금속의 본래 모습이나 중량을 유지하지 못하는 것으로. 예를 들어서 철은 부식이 되면서 산화철이 되고, 부서지기 쉬운 산화철이 표면에서 떨어져 나가면 철이 본래 지닌 모습을 유지할 수 없게 된다.

그러나 알루미늄의 경우에는 알루미늄 금속 표면에 형성된 산화물이 매우 단단하고 견고하게 알루미늄에 붙어 있다. 보통 형성되는 알루미늄 산화막(Al2O3)의 두께는 보통 몇 나노미터 정도로 매우 얇아서 알루미늄 특유의 금속 광택은 유지되면서 오랫동안 변치 않고 모습을 유지한다. 일차로 산화 반응이 진행되어 얇은 금속 산화물 막(film)이 형성되면 더 이상의 부식이 진행되지 않는 부동화(passivation) 막을 갖게 되는 것이다.

따라서 알루미늄을 이용하여 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 만들면 원가 절감을 할 수 있고, 원하는 형상을 성형하는 과정이 용이하며, 제품이 경량화 될 수 있으며, 오랫동안 부식 없이 사용할 수 있다.

그러나 알루미늄은 그 본래 성질이 무르기 때문에 성형이 쉬운 반면, 내마모성과 내구성이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서 원하는 경도로 높이기 위해서는 알루미늄의 형상 위에 높은 경도를 가진 피막으로 코팅하는 과정이 필요한 것이다.

따라서 본 발명에서는 알루미늄 재질을 사용하여 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 제작함으로써 라운드 형태를 손쉽게 구현하면서도, 레일과 마찰이 생기는 부분의 손상을 막기 위해 니켈 코팅을 하여 경도를 높이도록 하였다.

상기의 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일은 내마모성을 향상시키는 코팅층(30)을 형성함으로써 알루미늄 레일의 가이드부에 별도로 탄소강을 압입하는 과정 없이 일체형으로 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일이 제작되므로 공정이 간단해져 시간과 원가가 절감되고 가공 과정에서의 형태의 변형 없이 제작할 수 있다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 리니어 모션 가이드 레일은 알루미늄 압출 또는 알루미늄 소재를 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100) 형상으로 절삭 가공하는 단계, 가공 완료된 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 샌딩 처리하는 단계, 상기 샌딩 처리된 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 세정하는 단계, 상기 세정된 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 니켈 또는 아연으로 전 코팅 처리하는 단계, 상기의 전 코팅 처리된 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 니켈로 본코팅 처리하는 단계, 상기 본 코팅 처리한 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)을 진공 열처리 하는 과정으로 제작된다.

또한, 상기 니켈 코팅은 무전해니켈 코팅으로 이루어지는 것이 바람직한데, 이 때 피복조성은 니켈 88~90%, 인 10~12%의 비율로 조성되며, 코팅 후에는 비결정이지만 열처리를 하고나면 결정형이 된다. 또한 상기 피복의 비중은 7.9정도가 적당하며, 400℃ 이상으로 열처리한 것은 7.8정도가 적당하다.

또한 상기 조성물의 용해온도는 890℃가 가장 바람직하다. 상기 무전해니켈 코팅 피막의 전기 저항은 60㏁/㎝/㎠ 정도로 400℃ 이상 열처리하면 1/3 이하로 저하된다. 또한 상기 무전해니켈 코팅 피막의 열팽창계수는 13x10-6㎝/℃이고, 열전도도는 0.0105-0.0135㎈/src이며 경도는 Hv500(RC49)400℃x1hr이며, 열처리한 것은 Hv1000(RC70)이 되는 것이 바람직하다.

상기의 공정을 거친 곡선형 리니어 모션 가이드 레일(100)은 표면경도가 HrC 60이상을 가지며 추가코팅을 하면 HrC 70이상도 가능하다. 따라서 상기의 공정을 거친 알루미늄 소재의 내마모성이 향상되어 충분히 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일로 적용이 가능하므로 기존기술이 가지고 있던 높은 제조원가와 제작시간이 오래 걸리는 점, 발청 문제, 압출 가이드의 변형에 의한 불량발생, 알루미늄 압출이 반드시 필요하므로 압출금형 등 투자비용이 높고, 제품의 개발기간이 긴 등의 문제점을 해결할 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일은 알루미늄재질을 사용하고 절삭가공으로 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일을 완성함으로써 개발기간이 필요 없고, 가공성이 용이하여 손쉽게 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일 제작이 가능하다. 또한 내마모성을 높이는 처리를 한 알루미늄 재질을 사용함으로써 기계적으로 충분한 강성을 가진 곡선 형태의 리니어 모션 가이드 레일을 수월하게 제작할 수 있다.

또한, 절삭 가공함으로써 형태 가공 공정 시에 생길 수 있는 형태의 변화를 최소화하여 불량 발생을 낮추고, 정밀도를 높일 수 있을 뿐 아니라 제조공정을 간소화하여 제조단가를 낮추고 제작시간을 단축시킬 수 있다. 또한, 알루미늄재질을 사용하여 리니어 모션 가이드 레일을 제작함으로써 탄소강이 배재되므로 제품을 경량화 할 수 있으며, 발청 문제가 발생하지 않는다.

상기 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 이용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 이용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10 : 측벽
20 : 레일돌부
30 : 코팅층
40 : 나사체결부
50 : 지지부
60 : 홀
100 : 곡선형 리니어 모션 가이드 레일

Claims (5)

1. 전체적으로 곡선을 이루고, 상부가 개방되며, 측벽에 레일돌부가 내측으로 돌출되게 형성되며, 내마모성을 향상하기 위한 코팅층이 형성되는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 코팅층은 측벽에 구비된 레일돌부에 형성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 코팅층은 무전해 니켈 코팅에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 코팅층은 니켈 코팅의 두께가 10 내지 50㎛로 형성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 곡선은 45° 내지 180°의 라운드 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 곡선형 리니어 모션 가이드 레일.

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