롤링 링 메커니컬 드라이버는 간단하고 강력하며 효율적이다. 뿐만 아니라 전자식 제어장치(Electronic Controls)에 대한 필요성을 줄여주는 효자이기도 하다.

  롤링 링 드라이버는 마찰 구동(摩擦驅動, 마찰 기어를 써서 서로의 상대 위치를 변화시키게 하여 넓은 범위의 속도비를 낼 수 있도록 만든 동력 전달 시스템. 출처 영어사전) 장비의 일종이다. 회전 운동을 하는 평면 샤프트의 운동 형태를 선형 운동으로 바꾸어 물품을 운반할 수 있도록 만든다. 
 

롤링 링 리니어 드라이브는 위치 제어 및 왕복 운동을 하는 리니어 모션 활용사례에서 전자식으로 제어하는 리니어 모션 드라이브 시스템을 기계적 방식으로 대처할 수 있는 수단이다.
 

롤링 링 드라이버는 부드럽고 나사산이 없는 샤프트를 통해 작동한다. 모터에 의해 움직이는 샤프트가 회전 운동을 주입(Rotary Input)하면, 특수 제작된 롤링 링 베어링이 이를 선형운동으로 출력(Linear Output)한다. 선형운동을 생성하는 이유는 롤링 링 베어링과 샤프트 사이에 마찰이 발생하기 때문이다.
 

롤링 링 드라이브는 고정 피치와 가변 피치 기능을 모두 지원한다. 

이 중 고정 피치 형태의 드라이브는 실이 없는(Threadless) 나사에 가까운 성능을 자랑한다. 이 드라이브들은 증분 위치 작업이나 계측 장비와 같은 PLC 제어 작업을 수행한다. 기존 나사 기반 드라이브시스템 수준의 제어 기술만 있으면 무리없이 작동한다.

가변 피치 롤링 링 리니어 드라이브는 대부분 전자 제어가 필요 없다. 전자 제어 없이도 작동을 실현하는 것. 가변 피치 롤링 링 리니어 드라이브가 피치를 정밀하게 조절할 수 있기 때문이다.  0으로 설정할 수도 있다.
 

모터와 관계없이(즉, 독립적으로) 이동 방향이나 리니어 속도에 대한 기계적 제어를 실현하는 것도 장점이다. 이로 인해 리니어 모션 시스템의 설계와 운용을 단순화한다. 가변 피치 롤링 링 드라이브는 선형 운동을 반복하거나 왕복해야 하는 분사(噴射)·가스·절단·사출 등의 작업에 적합하다.

롤링 링 드라이브의 장점은 다음과 같다.

·적절한 드라이브 장치와 연결해 부하를 제대로 지지할 수만 있다면 10년 이상의 긴 수명을 자랑한다.

·복잡한 제어나 명령 없이도 직선 왕복 운동을 자동으로 수행한다.

·축 회전 속도가 일정할 때 0~4.2m/초의 넓은 운동 속도 범위를 자랑한다. 속도와 방향을 개별적으로 설정할 수 있음은 물론이다.

·이동범위나 위치 등을 자유롭게 바꿀 수 있다.

·드라이브 모터의 도움 없이도 매우 짧은 시간 안에 자동 전환 기능을 실행한다. 

·운영 및 유지보수 비용이 저렴하다.

작동 원리

고정 피치와 가변 피치 모두, 드라이브 장치가 부드럽고 나사산이 없는 샤프트 위에 장착되어 있다. 고품질 드라이브는 표면 경화, 연마, 강철 샤프트의 마무리 단계 등에서 사용할 수 있다. 50Rc 정도의 최소표면경도와 H6의 직경 공차(Tolerance), 0.1㎜/m 이상의 중심 공차(ISO 1101) 그리고 Ra 0.35㎛ 이하의 표면 거칠기 등이 장점이다.
 

드라이브 장치 안에 세 개 내지 네 개 가량의 롤링 링 베어링이 들어있다. 각 베어링 내륜 표면은 산등성이(Ridge) 모양으로 절삭되어있다. 샤프트는 각 베어링의 산등성이 모양을 한 지점에 접촉하게 된다. 샤프트가 회전하면 베어링이 샤프트의 직경만큼 회전하고, 하중 역시 드라이브 장치와 함께 움직인다.
 

베어링 각도가 이동 방향 및 리니어 피치를 결정한다. 가변 피치의 경우 피치 조절 레버를 통해 샤프트를 기준으로 베어링 각도를 조절할 수 있다. 샤프트 위에 놓인 베어링의 레버 중심을 조절함으로써 리니어 피치를 높이거나 낮출 수 있는 것. 샤프트 회전 속도를 바꾸지 않고도 작업을 수행한다. 따라서 가변 속도 리니어 드라이버는 클러치·캠·기어가 필요 없다. 

Amacoil-Uhing의 가변 피치 롤링 링 드라이브는 리니어 피치 조절 레버를 등급별로 수동으로 설정할 수 있다. 등급에 따라 총 100단계를 설정할 수 있으며 각 단계마다 0.01씩 증가 혹은 감소한다. 이를 통해 리니어 피치 대비 10:1가량 세밀한 설정을 실현한다. 예를 들어 드라이브가 최대 0.25인치 피치를 구현하도록 설정되어있는 경우, 작업자는 피치 조절 레버를 이용해 0.02인치 피치를 만들 수 있다.

  기타 이점

롤링 링 베어링과 샤프트는 서로 일정한 지점에서만 접촉한다. 따라서 백래시를 방지한다. 각 베어링의 산등성이 모양을 한 지점이 구동축과 지속적·반복적으로 접촉하게 되며, 샤프트가 회전하면 회전운동이 즉시 직선운동으로 변화하기 때문이다. 이는 자유 이동(Free Movement) 구조 혹은 샤프트와 베어링 사이에 쓸데없는 움직임이 발생하지 않는 구조임을 의미한다.

롤링 링 드라이브가 작동하는 샤프트에는 스레드 자체가 없다. 따라서 잔해나 쓰레기가 샤프트를 막거나 이로 인해 고장을 일으킬 염려가 없다. 스레드가 막히면 리니어 모션 드라이브가 이탈하거나 뒤틀리는 원인이 되며, 경우에 따라서는 값비싼 시스템 구성요소를 손상시키기도 한다. 
 

반면 롤링 링 드라이브 가동 중에 이물질 등이 드라이브나 너트 사이를 돌아다닐 경우, 샤프트는 장애물이 사라질 때까지 회전을 반복할 뿐 고장을 일으키지는 않는다.
 

롤링 링 드라이브가 스트로크의 마지막 지점에 도달하면 용수철이 부착되어 움직임을 바꾸는 레버(즉, 멈춤 장치)가 작동된다. 이 장치는 드라이브 장치 내부의 베어링 어셈블리와 연결되어있다.
 

멈춤 장치가 작동하면 반전 레버가 베어링을 샤프트 쪽으로 되돌림으로써 드라이브의 이동 방향을 즉시 변경할 수 있게 된다. 하지만 샤프트 회전 방향은 변하지 않는다. 이러한 반전 작업은 기계적으로 이루어지며 전자 제어가 필요 없다. 

유닛 크기·하중·속도 등에 따라 차이가 있기는 하지만, 반전 작업은 일반적으로 수백분의 일 초 정도로 순식간에 일어난다.

 
추력·지속성을 극대화하라

롤링 링 드라이브에서 마찰의 결과인 직선 운동은 베어링의 내륜과 샤프트 사이의 접점에서 발생한다. 따라서 샤프트와 베어링 등 금속 구성요소 사이의 접촉을 간섭할 가능성이 있는 윤활제를 사용하지 않는다. 기름·실리콘·흑연 등의 마찰을 감소시키는 물질을 롤링 링 드라이브에 사용하는 것은 금기이다.
 

롤링 링 드라이브가 제공하는 추력은 드라이브에 장착된 베어링의 직경과 개수에 따라 달라진다. 네 개의 링을 가진 드라이브는 세 개의 링을 가진 드라이브 대비 두 배의 축 방향 추력을 자랑한다. 대형 롤링 링 드라이브는 800파운드 가량 되는 추력을 제공한다. 
 

하지만 마찰 드라이브는 중량이 지나치게 무겁거나 움직임이 빠르거나 전도 모멘트가 문제가 될 때 추력 능력이 무실해질 수 있다.
 

롤링 링 드라이브의 정격 추력을 최대한 끌어내려면 반드시 적재품이 전도 모멘트를 만들지 않을 만큼만 적재되어있어야 한다. 이를 해결하기 위해 설계자들은 리니어 베어링 슬라이드 로드 캐리어를 사용하는 등 다양한 방법을 사용한다. 
 

그림 4를 보자. 드라이브 맨 위, 리니어 베어링에 하중을 전달하는 대가 있다. 또한 장치 각 면마다 요크가 붙어있다(하지만 드라이브 자체에 부착되어있지는 않다). 드라이브는 단순히 요크 쪽을 기준으로 로드 캐리어를 앞뒤로 밀 뿐이다. 따라서 캐리어가 적재한 물건의 무게와 생성된 힘을 완벽하게 흡수한다. 드라이브는 애초에 설계된 단 하나의 작업, ‘밀기’를 수행할 뿐이다. 
 

로드 캐리어를 사용하지 않고 롤링 링 드라이브에 페이로드를 직접 연결할 경우에는 드라이브가 작동하지 않는다. 드라이브가 페이로드가 만들어내는 무게와 힘을 오롯이 견뎌야 하는 것. 모멘트 하중은 샤프트/베어링 포인트 인터페이스로 치환된다. 이는 베어링 마모도가 증가하는 동안 드라이브 장치의 추력이 급격히 감소함을 의미한다.
 

빠르게 움직이거나 무거운 화물은 큰 관성을 가지고 있다. 화물을 제대로 지지하거나 운반하지 못하는 경우 롤링 링 드라이브가 느닷없이 반전하게 되며, 이 과정에서 관성과 부딪힐 수 있다. 
 

관성 정도와 장치 크기에 따라 드라이브 오류의 원인이 될 수도 있다. 극단적인 경우 드라이브 장치를 샤프트 쪽과 반대 방향으로, 즉 이동 방향으로 후퇴하게 만든다. 이는 베어링의 내륜에 마모를 발생하게 하는 원인이 되고, 드라이브는 기대치만큼의 추력을 생성하는 데에 실패하게 된다.

 
적합한 활용사례

롤링 링 기술은 새로운 기술이 아니다. 1940년대부터 줄곧 사용되어 온 것. 

지금까지 순탄한 발전과정을 거쳐 오늘날에는 복잡한 패턴을 가진 모션도 생성할 수 있는 수준이 되었다. 
 

하지만 마찰 드라이브라는 특징이 여러 응용사례로의 도입을 어렵게 만든다. 따라서 롤링 링 드라이버를 리니어 모션 응용사례에 도입하기 위해서는 지식이 풍부한 업체와 충분한 논의를 거치는 것이 중요하다. 화물 무게에 따른 리니어 속도와 화물을 적재하는 방법이라는 두 가지 문제에 대해 논의해야 한다.
 

응용사례의 요구사항을 롤링 링 드라이브의 기능만으로 해결할 수 있다면 장비 설치 및 프로그래밍 부분에서 상당한 시간을 절약할 수 있다. 
 

신뢰할 수 있는 롤링 링 드라이브 공급업체는 기술을 지원하는 것은 물론, 롤링 링 드라이브가 특정 응용사례에 적합한 선택인지 판단을 돕는다. 뿐만 아니라 적합한 크기의 롤링 링 드라이브를 선택하는 것도 도울 수 있다. 
 

일부 제조업체는 크기 선정에 도움을 줄 수 있는 도구는 물론, 온라인 구성 도구와 설계 과정을 돕기 위해 쉽게 내려받을 수 있는 CAD 모델 등 다양한 소프트웨어를 제공하기도 한다.