KR20150083560A

KR20150083560A - 탄성부품 조립 장치 및 이를 이용한 탄성부품 조립 방법

Info

Publication number: KR20150083560A
Application number: KR1020140003248A
Authority: KR
Inventors: 이민철; 변규호
Original assignee: 부산대학교 산학협력단
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-20
Anticipated expiration: 2034-01-10
Also published as: KR101562320B1

Abstract

본 발명은 고무패킹과 같은 탄성부품을 프레스 기구를 사용하여 하우징의 홀 내측으로 가압하여 억지끼워맞춤 식으로 자동으로 조립할 수 있는 탄성부품 조립 장치 및 이를 이용한 탄성부품 조립 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 탄성부품 조립 장치는, 베이스와; 링 형태의 탄성부품이 조립될 홀이 형성되어 있는 마운트블록이 놓여지는 지그와; 상기 베이스 상에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 상기 마운트블록의 홀에 탄성부품이 정렬된 상태에서 탄성부품을 상측에서 하측으로 설정된 압력으로 가압하는 프레스유닛과; 상기 프레스유닛이 탄성부품을 가압한 상태에서 상기 지그를 X축과 Y축으로 수평 왕복 이동시키는 2축운동장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄성부품 조립 장치 및 이를 이용한 탄성부품 조립 방법{Apparatus for Assembling Elastomeric Member and Method for Assembling Elastomeric Member into Bearing Module Using the Same}

본 발명은 탄성부품을 자동으로 조립하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 리니어 모션 시스템의 베어링 모듈용 고무 패킹과 같은 링 형태의 탄성부품을 2축 선형운동장치를 이용하여 억지끼움방식으로 자동으로 조립할 수 있는 탄성부품 조립 장치 및 이를 이용한 탄성부품 조립 방법에 관한 것이다.

일반적으로 리니어 모션 시스템(Linear Motion System)은 이동 대상물을 수평 또는 수직 방향으로 직선 운동시키는데 사용되는 시스템이다. 이러한 리니어 모션 시스템은 서보모터와, 서보모터에 의해 회동하는 볼스크류(Ball screw), 그리고 볼스크류의 회동에 따라 볼스크류 및 가이드레일을 따라 이동하면서 이동대상물을 이동시키는 가동부 등으로 구성될 수 있다.

상기 볼스크류는 외주면에 나선홈이 가공된 스크류(screw)와 내주면에 나선홈이 가공된 너트(Nut)가 볼(Ball)의 구름운동에 의해 작동하는 기계부품으로서, 상기 스크류와 너트 중 어느 하나가 고정된 상태에서 나머지 하나가 회전시에 이러한 회전 운동을 직선운동으로 변환하도록 구성된다.

상기 볼스크류는 리니어 모션 시스템의 양단에 설치되는 베어링 모듈에 의해 회전이 자유로운 상태로 지지된다. 상기 볼스크류의 베어링 모듈에는 베어링이 삽입되면서 고정되는 고무패킹과 같은 링 형태의 탄성부품이 억지끼움방식으로 조립된다.

그런데, 종래에는 베어링 모듈의 고무패킹과 같은 탄성부품을 마운트블록에 조립할 때, 작업자가 고무패킹을 마운트블록의 홀에 정렬한 다음, 손으로 고무패킹을 누름과 동시에 뽀족한 공구로 고무패킹의 외주면을 돌아가면서 홀 내측으로 억지로 밀어넣어 조립을 하고 있기 때문에 조립 작업에 시간과 노력이 많이 소요되며, 생산성이 낮은 문제가 있다.

또한 본 출원인은 리니어 모션 시스템의 베어링 모듈의 조립을 자동화하여 생산성을 향상시킬 수 있는 리니어 모션 시스템용 베어링 모듈 조립 장치(대한민국 등록특허 제10-1333167호)를 개발한 바 있다.

상기 리니어 모션 시스템용 베어링 모듈 조립 장치는 베어링 모듈의 부품을 선형운동장치를이용하여 자동으로 이송하고, 정렬한 다음, 프레스 기구를 이용하여 부품들을 자동 조립할 수 있도록 구성되어 있다.

그러나 상기 리니어 모션 시스템용 베어링 모듈 조립 장치의 프레스 기구를 이용하여 고무패킹을 하측으로 가압하여 마운트블록의 홀에 억지로 밀어 넣을 경우, 도 1에 도시된 것과 같이 고무패킹() 하단의 플랜지()의 외경이 마운트블록(1)의 홀의 내경보다 크기 때문에 고무패킹()의 플랜지()가 일시적으로 찌그러지는 변형을 일으켰다가 다시 펴지면서 홀(2) 내측으로 완전히 삽입되지 않고 홀(2) 외측으로 튀어나오게 된다.

따라서 기존의 부품 자동조립 장치로는 고무패킹과 같은 탄성부품을 기계장치로 자동 조립할 수 없는 문제가 있다.

1. 대한민국 등록특허 제10-1333167호(등록일자 2013년11월20일) "리니어 모션 시스템용 베어링 모듈 조립 장치" 2. 대한민국 등록특허 제10-0529688호(등록일자 2005년11월11일) "자동식 억지끼움장치"

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 고무패킹과 같은 탄성부품을 프레스 기구를 사용하여 하우징의 홀 내측으로 가압하여 억지끼워맞춤 식으로 자동으로 조립할 수 있는 탄성부품 조립 장치 및 이를 이용한 탄성부품 조립 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 탄성부품 조립 장치는, 베이스와; 링 형태의 탄성부품이 조립될 홀이 형성되어 있는 마운트블록이 놓여지는 지그와; 상기 베이스 상에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 상기 마운트블록의 홀에 탄성부품이 정렬된 상태에서 탄성부품을 상측에서 하측으로 설정된 압력으로 가압하는 프레스유닛과; 상기 프레스유닛이 탄성부품을 가압한 상태에서 상기 지그를 X축과 Y축으로 수평 왕복 이동시키는 2축운동장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명에 따른 탄성부품 조립 방법은, (a) 마운트블록을 지그 상에 안착시키는 단계와; (b) 마운트블록의 홀에 탄성부품을 정렬하여 안착시키는 단계와; (c) 프레스유닛으로 마운트블록에 대해 탄성부품을 하측으로 가압하는 단계와; (d) 탄성부품이 프레스유닛에 가압된 상태에서 지그를 X축과 Y축으로 수평 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 탄성부품을 마운트블록에 대해 소정의 압력으로 가압한 상태에서 마운트블록이 놓여진 지그를 X축 및 Y축 방향으로 순차적으로 수평 이동시키면서 탄성부품의 플랜지부를 탄성복원시켜 홀 내측으로 끼워 넣을 수 있게 된다. 따라서 탄성부품의 플랜지부가 마운트블록에 억지끼워맞춤 식으로 자동으로 결합될 수 있게 되고, 이러한 탄성부품 조립의 자동화로 인하여 신속하고 편리하게 부품을 조립할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 베어링 모듈 조립 장치를 이용하여 탄성부품을 조립하는 과정에서 발생하는 현상을 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부품 조립 장치를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 2의 탄성부품 조립 장치의 작동 상태를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2의 탄성부품 조립 장치의 정면도이다.
도 5 및 도 6은 각각 본 발명의 탄성부품 조립 장치에 의한 탄성부품의 억지끼워맞춤 과정을 순차적으로 설명하는 단면도들과 평면도들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 탄성부품 조립 장치 및 이를 이용한 탄성부품 조립 방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성부품 조립 장치는, 베이스(10)와, 링 형태의 탄성부품(3)(예를 들어 베어링 모듈의 고무 패킹)이 조립될 홀(2)이 형성되어 있는 마운트블록(1)이 놓여지는 지그(20)와, 상기 베이스(10) 상에 상하로 이동 가능하게 설치되어 상기 마운트블록(1)의 홀(2)에 탄성부품(3)이 정렬된 상태에서 탄성부품(3)을 상측에서 하측으로 설정된 압력으로 가압하는 프레스유닛(40)과, 상기 프레스유닛(40)이 탄성부품(3)을 가압한 상태에서 상기 지그(20)를 X축과 Y축으로 수평 왕복 이동시키는 2축운동장치를 포함한 구성으로 이루어진다.

상기 마운트블록(1)은 중앙에 상기 탄성부품(3)이 삽입되는 원형의 홀(2)이 형성된 블록으로서, 리니어 모션 시스템용 베어링 모듈에 적용되는 베어링하우징과 같은 부품일 수 있다. 상기 홀(2)은 상부의 내경이 하부의 내경보다 작게 형성되고 상부와 하단 사이가 단차진 형태를 갖는다.

상기 탄성부품(3)은 중앙에 개구부(5)가 형성된 링 형태를 가지며, 하단부에는 플랜지부(4)가 반경방향 외측으로 돌출되게 형성되어 있다. 상기 플랜지부(4)의 외경은 상기 홀(2)의 상부의 내경보다는 크고 하부의 내경보다는 작은 크기를 갖도록 되어 홀(2)의 하부에 억지끼워맞춤 식으로 끼워져 고정된다. 상기 탄성부품(3)은 예를 들어 고무나 실리콘과 같이 유연하고 탄성이 있는 수지 재질로 된 부품이며, 상기 플랜지부(4)가 마운트블록(1)의 홀(2)에 억지끼워맞춤 방식으로 삽입되어 마운트블록(1)에 고정된다.

상기 지그(20)는 상기 2축운동장치 상에 설치되어 베이스(10) 상에서 X축 및 Y축 방향으로 수평 운동한다. 상기 지그(20)는 육면체의 블록 형태를 가지며, 상부면에 상기 마운트블록(1)을 장착하기 위한 안착부(21)가 오목하게 형성되어 있다.

상기 프레스유닛(40)은 상기 지그(20)의 일측에서 상하 방향(Z축 방향)으로 이동 가능하게 구성되어 마운트블록(1)에 대해 탄성부품(3)을 소정의 압력으로 가압하는 작용을 한다. 상기 프레스유닛(40)은 상기 베이스(10) 상에 수직하게 설치되는 수직프레임(41)과, 상기 수직프레임(41)에 상하방향으로 연장되게 설치된 Z축 가이드레일(42)과, 상기 Z축 가이드레일(42)을 따라 상하로 이동하며 상기 탄성부품(3)을 가압하는 프레스부(44)를 구비한 승강블록(43)과, 상기 승강블록(43)을 Z축 가이드레일(42)을 따라 이동시키는 Z축 구동기(46)를 포함한다.

이 실시예에서 상기 Z축 구동기(46)는 상하방향으로 연장되게 설치되어 모터(미도시)에 의해 회전하도록 된 볼스크류로 구성되지만, 이외에도 리니어모터, 또는 복수개의 풀리와 벨트 및 모터로 구성된 선형운동장치 등 공지의 선형운동장치를 이용하여 구성할 수 있다.

상기 프레스부(44)는 승강블록(43)에 고정되게 설치되어 승강블록(43)과 함께 상하로 이동한다. 상기 프레스부(44)는 대략 원통형으로 이루어지며, 하단부에 상기 탄성부품(3)의 중앙에 형성된 개구부(5)로 삽입되면서 탄성부품(3) 상부의 변형을 방지하는 변형방지부(45)가 돌출되게 형성된다.

상기 2축운동장치는 상기 지그(20)에 X축 및 Y축 방향으로의 수평 운동을 발생시킴으로써 탄성부품(3)이 마운트블록(1)에 억지끼워맞춤 식으로 결합될 수 있도록 하는 작용을 한다. 상기 2축운동장치는, 상기 베이스(10) 상에 X축 방향으로 연장되게 설치된 X축 가이드레일(31)과, 상기 X축 가이드레일(31)을 따라 이동하도록 설치된 X축 가동프레임(32)과, 상기 X축 가동프레임(32)을 X축 가이드레일(31)을 따라 이동시키는 X축 구동기(33)와, 상기 X축 가동프레임(32) 상에 Y축 방향을 따라 설치되며 상기 지그(20)가 이동 가능하게 결합된 Y축 가이드레일(34)과, 상기 지그(20)를 Y축 가이드레일(34)을 따라 이동시키는 Y축 구동기(35)를 포함하여 구성된다.

이 실시예에서 상기 X축 구동기(33)는 X축 방향으로 연장되게 설치되어 모터(미도시)에 의해 회전하는 볼스크류로 구성되고, Y축 구동기(35) 역시 Y축 방향으로 연장되게 설치되어 모터(미도시)에 의해 회전하는 볼스크류로 구성된다. 하지만, 이외에도 리니어모터, 또는 복수개의 풀리와 벨트 및 모터로 구성된 선형운동장치 등 공지의 선형운동장치를 이용하여 X축 구동기(33)와 Y축 구동기(35)를 구성할 수 있음은 물론이다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 2축운동장치는 X축 구동기(33)에 전원이 인가되어 볼스크류가 회전하면, X축 가동프레임(32) 및 이에 설치된 지그(20)가 X축 가이드레일(31)을 따라 X축 방향으로 수평 이동하게 되고, Y축 구동기(35)에 전원이 인가되어 볼스크류가 회전하면, 지그(20)가 X축 가동프레임(32) 상에서 Y축 가이드레일(34)을 따라 Y축 방향으로 수평 이동하게 된다.

이하 상기와 같이 구성된 본 발명의 탄성부품 조립 장치를 이용하여 탄성부품을 조립하는 방법에 대해 설명한다.

먼저 마운트블록(1)을 지그(20) 상에 안착시키고, 상기 마운트블록(1)의 홀(2) 상에 탄성부품(3)을 정렬하여 안착시킨다. 상기 마운트블록(1)의 홀(2)에 탄성부품(3)을 안착시키는 작업은 작업자에 의해 수작업으로 이루어질 수도 있지만, 이와 다르게 이송로봇과 같은 이송장치를 이용하여 자동으로 이루어질 수도 있을 것이다.

상기와 같이 마운트블록(1)의 홀(2)에 탄성부품(3)이 안착되면, 2축운동장치에 의해 지그(20)가 프레스유닛(40)의 하측으로 이동하여 정렬된다.

이어서 프레스유닛(40)의 Z축 구동기(46)가 동작하여 승강블록(43)이 Z축 가이드레일(42)을 따라 하강하고, 프레스부(44)의 하단부가 탄성부품(3)의 상단부와 접촉하면서 탄성부품(3)을 직하방으로 가압하게 된다. 이 때, 상기 프레스부(44) 하단의 변형방지부(45)가 탄성부품(3) 중앙의 개구부(5) 내측으로 삽입되면서 탄성부품(3)의 중앙부가 변형되지 않고 전체적으로 균일하게 가압된다. 상기 탄성부품(3) 하부의 플랜지부(4)는 외경이 마운트블록(1)의 홀(2)의 상측 내경보다 작기 때문에 상기 프레스부(44)가 탄성부품(3)을 가압함에 따라 탄성부품(3) 하단의 플랜지부(4)는 상측으로 휘어지는 변형을 일으키면서 홀(2)의 내주면 상측에 걸쳐진 상태가 된다(도 1 및 도 5 참조).

이와 같이 프레스부(44)가 탄성부품(3)을 마운트블록(1)에 대해 가압한 상태에서 2축운동장치가 X축 방향 수평 왕복 운동 및 Y축 방향 수평 왕복 운동을 순차적으로 진행하여 탄성부품(3)의 플랜지부(4)가 탄력적으로 복원되면서 마운트블록(1)의 홀(2) 내측으로 끼워지게 된다.

이를 도 5 및 도 6을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 먼저 프레스부(44)가 탄성부품(3)을 가압한 상태에서 2축운동장치가 지그(20)를 순간적으로 X축 방향으로 일정 거리 수평 이동시키면, 탄성부품(3)의 플랜지부(4)의 일측부(도면상 좌측)가 마운트블록(1)의 홀(2) 내주면 상측에 걸려 있다가 탄성복원력에 의해 원래 상태로 복원되면서 하강하게 된다. 이어서 2축운동장치가 지그(20)를 이전과는 반대의 X축 방향으로 수평 이동시키면 탄성부품(3)의 플랜지부(4)중 하강해 있는 좌측부는 홀(2)의 좌측 단차진 부분에 삽입됨과 동시에 플랜지부(4)의 우측부가 홀(2) 내주면 상측에 걸려 있다가 원래 상태로 탄성복원된다.

이 상태에서 바로 2축운동장치가 지그(20)를 Y축 방향으로 수평 이동시켜 전술한 것과 동일한 원리로 탄성부품(3)의 플랜지부(4)의 다른 한 쪽을 홀(2) 하측으로 집어 넣은 다음, 다시 이전과는 반대의 Y축 방향으로 지그(20)가 이동하도록 하여 나머지 한 쪽의 플랜지부(4)를 홀(2) 내측으로 집어넣는다.

이와 같이 본 발명의 탄성부품 조립 장치는 마운트블록(1)이 놓여진 지그(20)를 +X축 → -X축 → +Y축 → -Y축 방향으로 순차적으로 이동시키면서 홀(2) 내주면 상에 걸쳐진 탄성부품(3)의 플랜지부(4)를 순차적으로 탄성복원시켜 홀(2) 하측으로 끼워 넣게 된다. 따라서 탄성부품(3)의 플랜지부(4) 전체가 마운트블록(1)의 홀(2) 내측에 완전히 삽입되어 탄성부품(3)이 억지끼워맞춤 식으로 자동으로 고정될 수 있게 된다.

물론 상기 2축운동장치에 의한 지그(20)의 이동 순서는 전술한 실시예와 다르게 설정될 수 있다

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

1 : 마운트블록 2 : 홀
3 : 탄성부품 4 : 플랜지부
5 : 개구부 10 : 베이스
20 : 지그 21 : 안착부
31 : X축 가이드레일 32 : X축 가동프레임
33 : X축 구동기 34 : Y축 가이드레일
35 : Y축 구동기 40 : 프레스유닛
41 : 수직프레임 42 : Z축 가이드레일
43 : 승강블록 44 : 프레스부
45 : 변형방지부

Claims

베이스(10)와;
링 형태의 탄성부품(3)이 조립될 홀(2)이 형성되어 있는 마운트블록(1)이 놓여지는 지그(20)와;
상기 베이스(10) 상에 상하로 이동 가능하게 설치되어, 상기 마운트블록(1)의 홀(2)에 탄성부품(3)이 정렬된 상태에서 탄성부품(3)을 상측에서 하측으로 설정된 압력으로 가압하는 프레스유닛(40)과;
상기 프레스유닛(40)이 탄성부품(3)을 가압한 상태에서 상기 지그(20)를 X축과 Y축으로 수평 왕복 이동시키는 2축운동장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성부품 조립 장치.
제1항에 있어서, 상기 2축운동장치는, 상기 베이스(10) 상에 X축 방향으로 연장되게 설치된 X축 가이드레일(31)과, 상기 X축 가이드레일(31)을 따라 이동하도록 설치된 X축 가동프레임(32)과, 상기 X축 가동프레임(32)을 X축 가이드레일(31)을 따라 이동시키는 X축 구동기(33)와, 상기 X축 가동프레임(32) 상에 Y축 방향을 따라 설치되며 상기 지그(20)가 이동 가능하게 결합된 Y축 가이드레일(34)과, 상기 지그(20)를 Y축 가이드레일(34)을 따라 이동시키는 Y축 구동기(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성부품 조립 장치.
제1항에 있어서, 상기 프레스유닛(40)은 상기 베이스(10) 상에 수직하게 설치되는 수직프레임(41)과, 상기 수직프레임(41)에 상하방향으로 연장되게 설치된 Z축 가이드레일(42)과, 상기 Z축 가이드레일(42)을 따라 상하로 이동하며 상기 탄성부품(3)을 가압하는 프레스부(44)를 구비한 승강블록(43)과, 상기 승강블록(43)을 Z축 가이드레일(42)을 따라 이동시키는 Z축 구동기(46)를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성부품 조립 장치.
제3항에 있어서, 상기 프레스부(44)의 하단부에는 상기 탄성부품(3)의 중앙에 형성된 개구부(5)로 삽입되면서 탄성부품(3) 상부의 변형을 방지하는 변형방지부(45)가 돌출되게 형성된 것을 특징으로 하는 탄성부품 조립 장치.
(a) 마운트블록(1)을 지그(20) 상에 안착시키는 단계와;
(b) 마운트블록(1)의 홀(2)에 탄성부품(3)을 정렬하여 안착시키는 단계와;
(c) 프레스유닛(40)으로 마운트블록(1)에 대해 탄성부품(3)을 하측으로 가압하는 단계와;
(d) 탄성부품(3)이 프레스유닛(40)에 가압된 상태에서 지그(20)를 X축과 Y축으로 수평 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 탄성부품 조립 장치를 이용한 탄성부품 조립 방법.
제5항에 있어서, 상기 (d) 단계에서는 지그(20)를 X축으로 왕복 수평 이동시킨 후 Y축으로 왕복 수평 이동시키는 것을 특징으로 하는 탄성부품 조립 방법.