소형 패키지에서 리니어 모션을 구현한다
소형 패키지에서 리니어 모션을 구현한다
  • 오현식 기자
  • 승인 2017.08.21 11:10
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미니어처 슬라이드 가이드의 기초

 
제한적인 공간에서 정밀한 선형 모션을 실행하려면 어떻게 해야 할까. 해답은 바로 미니어처 슬라이드 가이드이다. 소형 패키지에서 높은 하중 용량과 부드럽고 정확한 직선 운동을 제공하는 미니어처 슬라이드 가이드를 활용함으로써 공간의 제약을 탈피하면서 정밀한 모션 시스템을 만들 수 있다. <편집자>

미니 리니어 가이드, 혹은 미니 캐리지라고도 불리기도 하는 미니어처 슬라이드 가이드는 소형화를 통하여 공간이나 무게가 제한된 곳에서 적용할 수 있도록 한 것이다. 크기 외에는 일반적인 슬라이드 가이드와 같으며, 수행 기능 또한 동일하다. 큰 가이드와 마찬가지로 미니 가이드는 직선 축을 따라 동작을 지시하거나 안내한다.

미니어처 슬라이드 가이드는 어셈블리의 높이 25mm 이하, 폭은 13mm 이하에서 다양한 크기로 제공되며, 성능은 크기에 따라 확장된다.

예를 들어 0.8g의 로드 캐리지 블록과 2.8g/100mm, 6×12.9mm(W×L) 크기의 레일을 가진 가이드의 동적 하중은 0.21 kN이며, 338g의 블록과 46×79.5mm, 209g/100mm의 레일을 에서의 동적 하중은 12.4kN가 된다. 미니어처 슬라이드 가이드 최고 속도는 초당 1.5미터이다.

볼 베어링 기반의 미니 가이드

 
미니 슬라이드 가이드에서는 마찰 감소를 위해 볼이나 롤러를 사용한다. 이 때 볼의 소재로 탄소강 또는 스테인레스 스틸을 활용하면 긴 수명 동안 무거운 하중을 견딜 수 있다.

또 일부 버전에서는 볼이 스틸 와이어 리테이너에 의해 고정되는데, 이를 통하여 볼이 떨어지지 않고 가이드 레일과 캐리지가 분리될 수 있어 캐리지의 설치·교체가 더 간편하게 된다. NB의 SEB(S)-A 시리즈와 같이 리테이너를 제거한 가이드는 일부 응용 분야에서 더 적은 비용이라는 이점을 제공한다.

프리로드는 전동면의 볼 수와 크기를 변경하여 가이드에서 조정할 수 있다. 만약 볼이 너무 크면 프리로드는 더욱 커지게 되는데, 이를 통해 캐리지의 슬립을 제거하고, 캐리지의 고속 모션이나 진동으로 발생하는 순간 부하에 대응하는 이점을 얻을 수 있다.

하지만 프리로드의 증가는 볼과 전동면 사이의 마찰 저항이 증가되어 리니어 모션의 매끄러움에 영향을 줄 수 있다. 따라서 애플리케이션이 저 마찰 이동을 요구하거나 전체 시스템이 2개의 평행 슬라이드 가이드를 사용하는 경우, 볼과 전동면 사이의 간격이 존재하는 작은 볼(즉 프리로드가 없음)이 유리할 수 있다. 간극은 시스템에 약간의 유격을 주어 설치를 더 용이하게 하기 때문이다.

반면 높은 프리로드는 가이드 사이의 마찰 저항을 유발하고, 베어링을 조기에 마모시킬 수 있음을 의미한다. 병렬 설정에서 오정렬을 방지하기 위해서는 고정밀도 게이지를 사용하여 설치 중에 축의 직진성을 측정해야 한다.

슬라이드 가이드의 강성은 프리로드, 그리고 볼의 크기와 개수에 따라 달라진다. 애플리케이션이 높은 순간 부하와 고속 이동을 필요로 할 때 강성이 요구되며, 더 길거나 더 넓은 캐리지 또는 블록을 사용하여 강성을 증가시킬 수 있다.

 
롤러 기반 미니 가이드
선형 교차 롤러 가이드는 볼의 점 접촉보다는 접촉 영역의 선을 제공하는 롤러 또는 원통형 요소를 사용한다. 한쪽 롤러의 둥근 베어링 표면은 양측 롤러의 둥근 베어링 표면과 90도를 이루는 교차 방식으로 배열되는데, 롤러는 고정되지 않으므로 레일에서 캐리지를 탈거하면 롤러도 탈거된다.

볼과 마찬가지로 롤러의 재질로는 스테인레스 스틸 또는 탄소강이 사용되며, 윤활제로는 리튬 이온 그리스가 가장 좋다. 기계적 및 롤 안정성을 가지고있어 스틸 요소와 잘 작동하면서 빠르게 씻겨 나가지 않기 때문이다. 또 고속 운동으로 인한 고온 환경에서도 기능을 유지할 수 있다.

슬라이드 가이드는 부식을 방지하고 성능 수준을 유지하기 위해 재 윤활 주기를 엄수해야 한다. 먼지가 많은 환경에서는 오염 물질을 제거하기 위해 측면에 씰을 추가 설치해야 할 수 있으며, 이 경우에는 마찰 저항이 추가됨을 고려해야 한다.
제조 방식의 차이로 인해 롤러 기반 가이드의 움직임이 볼 보다 더 안정적이다. 볼보다 롤러가 더 정확한 제작이 가능하기 때문이다. 이는 롤러 가이드가 볼 가이드보다 높은 수준의 강성과 정확도를 가짐을 의미한다.

그렇지만 롤러는 선택폭이 좁다. 롤러는 한 가지 수준의 프리로드만 사용할 수 있기 때문이다. 또 롤러는 재순환 궤도를 통과하는데 어려움이 있어 볼 요소만큼 부드러운 모션을 구현하기 힘들며, 롤러 가이드용으로 여러 레일을 함께 연결할 수 없어 레일 길이가 제한되는 단점이 있다. 속도 또한 초당 약 1미터로 제한된다.

 


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