2		롤러베어링

사업구분

소재부품패키지형

과제유형

■ 제품개발형(혁신제품형)

산업기술분류

대분류

기계·소재

중분류

정밀생산기계

소분류

기타 정밀생산기계 관련 기술

과제명

로봇용 고정밀 Cross Roller Bearing 기술

1. 개요 및 필요성

ㅇ (개요) 로봇용 고정밀 Cross Roller Bearing 설계 및 제작, 신뢰성 검증 기술 개발

- Cross Roller Bearing은 회전 정밀도가 우수하고 경방향과 축방향 하중뿐 아니라 로봇 운전 중 작용하는 모멘트 등의 복합 하중을 견딜 수 있는 롤러 베어링으로 고정밀, 박형 타입으로 제작되고 있으며 높은 강성과 회전 정밀도를 필요로 하는 로봇 관절부에 적용되고 있는 핵심부품임

- Cross Roller Bearing은 로봇 이외에도 회전 정밀도가 요구되는 정밀공작기계, 의료기기, 풍력 등의 선회부에 폭넓게 적용되고 있음

ㅇ (필요성) 전 세계 로봇 감속기 시장은 Nabtesco, Harmonic Drive, 스미토모 중공업이 시장의 82%를 점유하고 있으며 이에 적용되는 고정밀 Cross Roller Bearing     또한 일본 IKO, THK 등이 선점하고 있으며 국산화 개발이 시급한 실정임

- 고정밀도를 요구하는 로봇용 감속기 시장을 일본이 선점함에 따라 핵심부품인 Cross Roller bearing을 일본 내에서만 공급하여 국내 기업은 설계, 제조 및 검증 기술이 상대적으로 취약하며 일본 제품의 의존도가 높은 실정임

- 이러한 일본 베어링 의존도가 높아짐에 따라 베어링 솔루션은 전적으로 일본 베어링 업체들에게 예속되어 자체 베어링 기술 확보를 통해 로봇 업계의 베어링 솔루션 보강 및 국제 경쟁력 강화가 필요

- 일본 업체 베어링의 경우, 신기술 적용 시 고비용을 요구하고 있어 수요업체는 기술의 현대화에 능동적으로 대처하기 어려울 뿐만 아니라, 발주 후 입고까지 3~9개월이 소요되는 등 수급 문제로 인해 완성품 제작에 큰 애로

- 국산화 개발 시 조달 기간 단축 그리고 원가 절감에 기여할 것으로 기대

- 일본이 수출 통제를 전방위로 확대 시 핵심부품을 일본에 의존하고 있는 국내 로봇 산업에 미치는 파장이 클 것으로 우려

ㅇ 국내외 시장현황

- 4차 산업의 한 축을 형성하고 있는 로봇 산업의 글로벌 산업용 로봇 시장 규모는 107억 달러(2014년 기준) 규모로 연간 17.3%의 고성장을 기록 중

- 전 세계 시장의 70%는 아시아 시장으로 성장률 또한 연평균 19%수준으로 전체 로봇 시장의 성장을 견인하고 있음

[국내]

- 국내 산업용 로봇 판매 수는 공장 자동화 등에 따라 2015년 기준 3만 8,285대로 2014년 대비 55%가 증가하였으며, 연평균 10%이상의 성장률을 보임

- 국내 로봇 생산량은 지속적인 증가에도 불구, 핵심부품인 Cross Roller Bearing은 전량 해외 수입에 의존하고 있으며 특히, 일본과 독일에 의존도는 100%임

- Cross Roller Bearing을 포함하고 있는 구동부 핵심부품에 대한 선도국가인 일본과의 기술 격차는 최고 기술 대비 70% 수준임

- 로봇용 감속기 시장을 일본이 점유함에 따라 이에 적용되고 있는 Cross Roller Bearing은 80%이상이 일본에서 수입 적용되고 있는 실정임

[해외]

- 전 세계 로봇 생산대수는 협동로봇과 산업용 로봇을 포함하여 2018년 기준 44만대 수준에서 2025년 약 130만대 수준으로 성장할 것으로 예상됨

- 전 세계 산업용 로봇 수출액의 국가별 비중은 일본이 39.2%를 차지하고 있으며, 독일 15.4%, 미국 4.7%, 한국 4.3%, 중국 3.7%등을 기록(2016년 기준)

2. 개발내용 및 목표

ㅇ 최종목표 : 로봇용 고정밀 Cross Roller Bearing 설계 및 제작, 신뢰성 검증 통한 상용화 기술 개발

(TRL :  [시작] 4단계 ~ [종료] 7단계)

- 로봇용 고정밀 Cross Roller Bearing의 설계 및 제조 기술을 확보

- 선진 업체 품질 수준으로 상품화하여 신뢰성 검증 후 실적용

ㅇ 개발내용

- 고하중을 지지하면서 저토크, 장수명의 정밀급 Cross Roller Bearing 설계 최적화기술 개발(베어링 내/외륜, 전동체, 리테이너, Seal 등 단품 설계 기술)

- 고정밀 베어링 소재의 팽창과 수축에 따른 변형 제어를 위한 고품위 열처리 기술 개발

- 장수명, 내마모성을 위한 특수열처리 기술

- 우수한 밀봉성능을 가지는 저토크 Seal 기술 개발

- 고정밀 부품에 공급되고 있는 Cross Roller Bearing의 동등 또는 이상의 품질을 가지는 베어링 제조 및 조립 기술

- 로봇의 특성 변화를 이해하고 이를 반영한 시험 모드 개발 및 신뢰성 평가 기술

- 로봇 장착 시험을 통한 실 작동조건에서의 신뢰성 시험

ㅇ 개발목표

성능지표		단위	달성목표	국내최고수준	세계최고수준 (보유국, 기업/기관명)
1	내구수명 시험		L10 수명	-	일본/IKO, THK
2	모멘트 특성시험		계산 수명	-	일본/IKO, THK
3	Setup Torque 시험	Nm	1 이하	-	일본/IKO, THK
4	치수 정밀도		P6급 이하	-	일본/IKO, THK

3. 지원기간/예산/추진체계

ㅇ 기간 : 18개월 이내(1차년도 : 6개월, 2차년도 : 12개월)

* 1차년도 과제 수행기간 : 2019년 9월 1일 ~ 2020년 2월 29일(6개월)

ㅇ 정부출연금 : ’19년 12억원 이내(6개월)(총 정부출연금 30억원 이내)

ㅇ 주관기관 : 제한 없음(수요(실증)기업 참여필수)

ㅇ 기술료 : 징수