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"반영구적 베어링 기반 스마트 롤러 개발...인쇄전자 등 활용성 무궁무진"자기베어링 기술 권위자 박철훈 한국기계연구원 책임연구원
  • 박희범 과학기술전문기자
  • 승인 2018.05.10 11:11
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<박철훈 기계연구원 책임연구원>

“스마트 롤러 기술은 자기베어링 기술과는 차원이 다릅니다. 생산, 제조는 물론 첨단 인쇄전자장비까지 적용이 가능합니다.”

우리나라 자기베어링 분야 권위자로 통하는 박철훈 한국기계연구원 로봇메카트로닉스연구실 책임연구원의 얘기다. 

지난 2015년엔 한국기계연구원 연구소기업 (주)마그네타가 설립됐는데, 당시 핵심 기술을 제공한 연구자가 바로 박 책임이다.

“베어링은 공작기계나 자동차 등 모든 기계류에서 회전 운동을 가능하게 하는 핵심 부품입니다. ‘기계의 쌀’로 불리는 이유죠. 하지만, 베어링이 회전운동을 하다보니 마모가 불가피합니다. 이를 윤활유로 막고 있습니다만, 한계가 있죠. 이를 극복한 베어링이 자기 베어링입니다. 전자석을 이용해 공중에 띠우기 때문에 마모나 마찰이 없는 것이죠.”

박 책임은 지난 2015년 이 자기베어링 기술을 ㈜에스티에이에 이전했다. (주)에스티에이는 이 기술을 반도체 웨이퍼를 제작하는 업체에 납품하기 위해 현재 시작품을 테스트 중이라고 박 책임은 전했다.

박 책임은 “이 자기베어링 기술을 원내 다른 연구자들이 응용해 달라는 요청이 있었다”며 “한국기계연구원은 롤프린팅 기술이 인쇄전자 선폭을 1㎛까지 구현할 수 있을 정도로 우수한데, 이 인쇄전자 분야에 자기베어링 기술을 적용해보자는 것이었다”고 설명했다.

볼 베어링이 적용된 기존 인쇄전자 장비는 롤러 접촉면을 정밀하게 제어하기 위해 롤러 뒤로 힘을 가하는 모터, 힘을 측정하기 위한 측정장비(로드 셀), 모터의 작동에 따른 진동을 다시 줄이기 위한 댐퍼 등 다양한 부가장비가 결합돼 있다.

반면 자기베어링을 적용한 스마트 롤러는 롤러의 끝부분에 일체형 모터가 연결되어 있고, 자기력을 이용해 인가하는 힘과 인쇄압력, 정렬 제어 등이 가능하기 때문에 부가적인 장치가 필요 없는 경제적인 구조를 갖고 있다.

박 책임이 이 연구에 매달린 것은 지난 2016년이다. 거의 3년만에 스마트 롤러를 개발해 냈다.

“자기베어링으로 회전축인 롤러를 부상시켜 지지하도록 설계했습니다. 롤러에 모터를 일체화시켜 완전한 비접촉 상태를 구현한 것이죠. 기존의 볼 베어링 방식이 적용된 롤러와 달리 접촉을 완전히 없애 회전하면서 발생하는 진동을 최소화할 수 있었습니다.”

박 책임은 회전축과 자기베어링 간격은 위치제어로 조절하는데도 성공했다.

자기베어링이 적용된 스마트 롤러 시스템. 가운데 회전축 역할을 하는 롤러의 끝단에 모터가 일체형으로 붙어 있다.

이 같은 연구를 통해 박 책임은 마찰 분진을 없애고, 진동을 10분의 1수준까지 낮췄다. 정밀도도 덩달아 개선됐다. 기존 20 ∼ 40 ㎛ 수준에서 2 ㎛ 수준까지 약 10배 이상 향상시켰다.

“스마트 제어 기술로 자기력을 정밀하게 제어할 수 있어 롤러와 대상물을 원하는 대로 정렬할 수 있는 것도 큰 장점입니다. 인쇄에 필요한 압력도 정확하게 측정하고 힘을 가할 수 있습니다.”

박 책임은 이와함께 기존 볼 베어링 장비에서 인쇄 힘을 측정하거나 위치를 제어하기 위해 필요했던 다양한 부가 장치를 생략해 장비를 단순화했다. 유지보수가 쉬운 이유다.

박 책임은 인쇄전자연구실의 인쇄전자 장비 적용을 마무리한뒤 기계연 나노응용역학연구실이 개발한 롤 전사를 이용한 마이크로 LED 장비에 적용할 계획이다. 만약 LED장비에 이 기술이 적용되면 마이크로 LED의 상용화에도 속도가 붙을 것으로 예측했다.

박희범 과학기술전문기자  snews@s-news.kr

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