볼 스크류의 영역 확대, 고속, 고정도로 실현한다
http://www.motioncontrol.co.kr볼 스크류의 영역 확대
고속, 고정도로 실현한다
국내에서 볼 스크류는 주로 NSK, THK, ISSOKU, KURODA, TSUBAKI, HIWIN, PMI, CBC, TIC볼스크류, 미래 정공 등의 제품들이 사용되고 있다. 볼 스크류의 경우 일본 회사의 제품이 국내 시장의 대부분을 점유하고 있으며, 기술적인 문제로 인해 국산화된 볼 스크류는 TIC나 미래 정공의 제품이 유일한 실정이다. 이러한 국내 시장의 규모는 약 500억 정도이며, 반도체 장비와 공작기계 장비의 시장이 규모를 형성하고 있다.
글/ 전유준 기자(yjchun@motioncontrol.co.kr)
현재 05년 설비 생산액 기준으로 세계 볼 스크류 시장의 규모는 약 1조원 정도이며, 국내의 경우 약 500억 정도의 시장 규모를 가지고 있다. 국내에서는 공작기계용 볼 스크류가 전체의 약 50%인 250억 정도의 규모를 가지고 있으며, 반도체 장비 등의 자동화 라인에 적용되는 규모가 약 150억원, 일반 산업 기계나 물류 라인에 적용되는 규모가 약 70억 정도로 추산되고 있다.
국내에서 볼 스크류는 주로 NSK, THK, ISSOKU, KURODA, TSUBAKI, HIWIN, PMI, CBC, TIC볼스크류, 미래 정공 등의 제품들이 사용되고 있다. 볼 스크류의 경우 일본 회사의 제품이 국내 시장의 대부분을 점유하고 있으며, 제조 장치와 기술적인 문제로 인해 국산화된 볼 스크류는 TIC나 미래 정공의 제품이 유일한 실정이다.
볼 스크류는 정도에 따라 C0급부터 C9급까지 나눠져 있으며, 산업 별로는 공작기계의 경우 C3급, 일반 산업 기계의 경우 C7급, 반도체 첨단라인의 경우 C5급, 차량 등의 산업에서 C7급과 C9급이 주로 사용되고 있다. 또한 고속, 고정도화의 요구와 소형, 저소음, 메인터넌스 프리 등의 문제가 시장의 중요한 기술적 이슈로 떠오르고 있으며, 단납기에 대한 문제가 경쟁 요소로 대두되고 있다.
리테이너 구조로
메인터넌스 만족
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| 삼익 THK의 볼 스크류 연삭 과정 |
삼익 THK㈜의 홍유식 과장은 “일본에서 하이브리드 카에 대한 제작 설비 투자로 인해 볼 스크류의 수요가 폭발적으로 늘고 있기 때문에 국내에 볼 스크류를 공급하던 일본 회사들의 수급에 불완전 요소로 작용할 수도 있다.”며, “이것은 일본 자체적으로 수량이 정해져 있기 때문”이라고 설명했다.
기술적인 부분에서 볼 스크류의 경우 고속, 고정도, 저소음화와 메인터넌스에 대한 보강 문제도 부각되고 있다. 삼익 THK의 경우 리테이너의 구조 개선과 볼 순환 구조를 개선한 제품으로 고속과 메인터넌스 문제에 대응하고 있다. 이 회사의 SBN, SBK 시리즈는 튜브 방식이지만 리턴 파이프 구조를 개선해서 볼이 접선 방향으로 갈 수 있도록 진행각도를 개선하여 고속에 대응하고 있다. 또한 리테이너 방식으로 옵션으로 윤활장치 QZ를 추가하면 메인터넌스에 유리한 부분이 있다.
이외에도 CES 시리즈는 저가격이면서도 정밀 전조 방식으로 생산되어 빠른 납기에 유리한 제품이다.
홍유식 과장은 “삼익 THK의 경우 볼 스크류는 LCD쪽에 주력하고 있다.”며, “공작기계는 저가격군의 시장으로 양산 체제로 나올 수 있는 제품이 있어야 한다.”고 설명했다.
또한 “이러한 볼 스크류를 국내에서 생산하기 위해서는 고가의 장비가 많아야 한다.”며, “우리의 경우 볼 스크류는 모두 THK에서 수입하고 있다.”고 밝혔다.
진동과 소음 개선
FA 시리즈로 단납기 실현
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| 한국 NSK의 BSS시리즈 |
이러한 기존의 볼 스크류 방식은 튜브 방식, 엔드캡 방식, 디플렉트 방식 등이 있다. 튜브 방식은 볼을 순환시키기 위해 튜브를 이용하는 방식이며, 엔드 캡 방식은 양 사이의 엔드캡을 이용하는 방식으로 주로 대리드에 채택되는 방식이다. 디플렉트 방식은 내부 순환 방식으로 제품을 소형화 시킬 수 있지만 리드가 한정되는 부분이 있었다.
BSS시리즈는 엔드 캡 방식과 디플렉트 방식을 혼합한 방식으로 진동과 소음에 강한 이점을 가지고 있다. 기존의 튜브식의 경우 볼이 순환하다 튜브를 통과할 때 생기는 턴 각에 의해 진동과 과소음이 생겼다. 각각의 제품의 장점만을 가지고 온 이 시리즈는 컴팩트한 특징에도 가지고 있으면서 대리드와 소리드에 모두 적용할 수 있으며, 소음은 약 6dB 이상 감소시켰다.
NSK의 김현철 대리는 “기존의 경우 DN치가 최대 13만 5천 정도였는데 60% 업그래이드를 시켜 최대 22만까지 나오고 있다.”며, “너트 외경의 경우는 순환부품을 내장해서 최대 30%까지 사이즈를 줄였다”고 설명했다.
너트를 소형화 시키면 기계에서 조립 높이를 낮출 수 있다. 기계의 경우 가감속에 의해 모멘트 하중이 발생하는데 높이가 낮으면 기계가 고속으로 움직일 경우에도 정밀한 작업을 할 수 있다. 이외에도 NSK의 강점은 해석 기술에 있다. 모든 제품들은 FFT라는 주파수 분석 장치를 통해 데이터를 취득하고 있으며, 조립시 너트가 틀어져 있을 때의 부하 분포 등을 미리 시뮬레이션하고 있어 경쟁사보다 정밀한 볼 스크류 개발을 할 수 있다.
BSS 시리즈가 개발된 것은 2002년도로 현재 국내 공작기계 업체의 50%이상이 BSS 타입을 채용하고 있다. 현재 공작기계, 자동차, IT 산업 쪽이 외부조건에 비해 투자가 저하되었지만, NSK는 장기적으로 공작기계와 IT에 대한 투자가 매년 15%씩 늘것으로 보고 장기 전략을 세우고 있다.
특히 이 회사는 볼 스크류와 관련 세계 1위의 생산량을 가지고 있으며 전 세계적으로 30%정도의 시장 점유율을 가지고 있다. 생산 수량은 월 5만개로 2위 업체와는 압도적인 차이를 가지고 있다. 국내의 시장 점유율은 30%이상으로 특히 공작기계 부분이 강하며, 제품의 경우 고품질, 기술대응 부분이 인정을 받고 있으나 경쟁 회사보다 가격 코스트가 조금 높다.
김현철 대리는 “당분간 저소음과 고속 부분이 트랜드로 자리잡고 있을 것”이라고 말하고 “고속화는 많이 진행되고 있다. 특히 공작기계에서는 고속화와와 함께 고정도화가 기술적 트랜드로 부각되고 있다.”며, “이러한 고정도화를 위해 볼 스크류의 축에 유체를 흘려 냉각해 열 발생을 억제시키는 방식이 향후의 트랜드”라고 설명했다.
또한 “현재 IT 등의 반송 쪽을 보면 리니어 모터를 많이 채택하고 있는데, 볼 스크류가 향후 리니어 모터 시장에서 점유율을 높일 수 있을 것”이라고 말하고 “볼 스크류는 코스트적인 것이 가장 큰 잠점이며, 메인터넌스가 리니어 모터에 비해 유리한 측면이 있다.”며, “기존의 경우 볼 스크류의 길이가 길 경우 정밀도에 문제가 있을 수 있었으나 고속과 장축에 대응하기 위해 대리드 제품이 나오면서 고성능에서도 볼 스크류가 사용할 수 있게 되었다.”고 밝혔다.
정밀 반도체 시장 공략
2008년까지 40% 증가 목표
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| 쓰리에이테크의 조현석 부장 |
국내의 경우 연삭 C7급과 고속 이송용 타입의 C5급인 HG 시리즈가 주력으로 삼성 전자의 메카트로닉 사업부 쪽에 적용되고 있는 제품이다. 구로다의 경우 반도체 주변기기에 최적의 성능을 발휘하고 있으며, 일반급에 대한 C7급의 경우 품질을 개선해서 C5급과 동일한 품질을 유지하고 있다. 또한 독일의 하이덴 베르그 등의 정밀 프린트에는 C0급의 볼 스크류가 들어가고 있다. 이러한 정밀 프린트에 들어가는 볼 스크류는 세계에서 2개의 메이커만 품질 인증을 받고 있다.
이외에도 볼 스크류 전문 메이커인 이 회사는 연마 기계를 자체적으로 만들고 있어 일본의 유수 회사들은 연마 기계를 구로다에게 주문하고 있다. 이러한 볼 스크류는 게이지의 정밀한 노하우가 없으면 안되며, 연마 기술이 중요한 역할을 하고 있다.
C5급의 HG 시리즈는 소형의 저소음 타입 제품으로 진동과 소음을 감소시킬 수 있는 특징을 가지고 있으며, DN치가 약 15만이다. 너트 내의 볼 순환 방식인 디플렉트 방식을 사용하고 있으며, 국내에서는 올해부터 개발, 공급되고 있다. 기존의 업체의 경우 하중치를 떨어트리면서 제품을 소형화 시켰으나 HG 시리즈는 기존의 하중치를 유지하면서 소형화 저소음을 실현하고 있다. 볼 스크류의 경우 모터의 기본 베이스에 깔리기 때문에 그 무게가 장비의 수명과 주변 기계의 성능을 좌우하고 있다. 또한 기존의 제품과 비교해서 약 2배의 빠른 속도를 유지할 수 있으며, 소음도 5dB 이하로 감소시킬 수 있다.
쓰리에이테크㈜의 조현석 부장은 “구로다의 경우 일반 표준급 보다는 주문 생산에 대응이 강하다.”며, “특히 일본에서는 반도체와 관련된 유명 회사에 전량 공급하고 납품하고 있다.”고 설명했다.
또한 “볼 스크류의 경우 고정도를 필요로 하는 시장으로 변할 것”이라며, “볼 스크류에 있어서는 중국이 국내의 기술력을 추월하고 있기 때뭉에 단순한 장치 보다는 고부가가치를 가진 제품이 각광을 받을 것이다.”고 밝혔다.
φ2의 기술력, C5급의 자부심으로
소형 볼 스크류 시장을 장악한다
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| 한산의 2파이 볼 스크류 |
한산 LINEAR SYSTEM의 김대중 이사는 “2파이의 볼 스크류는 이소꾸의 기술력을 상징적으로 보여주는 부분이라고 할 수 있다.”며, “우리의 경우 4파이부터 20파이까지만 표준 재고화 시켜 공급하고 있으며, 기본 생산 매커니즘은 C3급”이라고 밝혔다.
볼 스크류는 전조 나사와 연삭 나사로 구분되는데 C5급 이상은 정밀 볼 스크류로 분류되고 있다. 이소꾸는 C0까지 국내에 대응하고 있으며, 2파이의 제품은 아직까지 국내에 수요가 없다. 특히 이 회사의 경우 고정밀도의 C3급 제품이 기본 베이스였는데, 국내에 C5급과 C7급 제품을 공급하기 위해 2001년에 이소꾸와 논의해서 2002년부터 C5급 제품을 전략적으로 개발해서 재고를 놓고 국내에 판매하고 있으며, 가격적으로도 C7급 대의 가격에 고품질의 제품을 공급하고 있다.
한산의 강점은 C5급과 C7급에 대해서 판권을 가지고 있는 것이다. 일본 내의 판매도 C5급과 C7급은 한산화 협의해서 공급하고 있으며, 이 제품들의 경우 현재 대만에 수출이 이루어지고 있다.
김대중 이사는 “이 모델의 경우 단순히 수입, 판매하는 것이 아니라 한산에서 월 생산 계획에 뽑아 생산하고 있다.”고 말하고 “국내의 경우 고객들은 C7급을 쓰고 있었는데, 동일 가격대에서 C5급을 쓸 수 있기 때문에 소음과 정밀도를 개선할 수 있다.”며, “C5급은 표준 재고로 8파이의 리드 2부터 20파이의 리드 20까지 1800mm까지 공급하고 있다.”고 설명했다.
현재 국내의 국산 볼 스크류 업체들의 경우 소형 볼 스크류를 만들지 못하고 있는 실정이며, 주로 대형 파이나 공작기계 쪽에 주력하고 있다. 한산의 경우 LCD, 반도체 쪽을 타겟으로 공급하고 있으며, 국내에서 사용되고 있는 전공정 장비인 노광기, 스테퍼의 경우 이소꾸의 제품을 쓰고 있는 니콘이나 캐논의 제품이 전량 수입되고 있어 지속적으로 볼 스크류의 수요가 늘고 있다. 또한 볼 스크류의 경우 범용화가 많이 되어 일반 기기쪽에도 들어가고 있다.
김 이사는 “올해 50% 성장을 예상했는데 삼성이나 LG로 인해 주춤한 분위기가 있어 전반기는 상황이 좋지 않았다.”고 말하고 “후반기로 가면서 경기가 살아나는 분위기라 전년 대비 30%는 충분히 할 수 있을 것”이라며, “한산의 경우 일본 경기의 호황과 상관없이 C5급과 C7급에 대해 판권을 가지고 있기 때문에 물건 수급에 문제가 없다.”며 경쟁 우위 요소를 꼽았다.
공작기계야 기다려라
PMI 볼 스크류가 간다
AMT코리아는 대만의 PMI 볼 스크류를 공급하고 있으며, FA나 반도체를 타겟으로 한 이소꾸나 구로다와는 다르게 공작기계를 타겟으로 하고 있다. 연삭 나사가 주력 제품인 이 회사이 강점은 납기가 빠르다는데 있다. 경쟁 메이커의 경우 납기가 3개월 정도 걸리는 회사도 있는데, AMT코리아의 경우 45일 정도면 납기를 완료할 수 있다. 이러한 PMI의 제품은 머신 센터나 CNC 선방 등에 사용되고 있다. 특히 공작기계의 경우 재고를 갖춰야 되는 경우 보다는 얼마나 빠른 납기를 할 수 있느냐가 경쟁력이다.
PMI 볼 스크류의 품질은 일본 제품과 거의 기술력이 비슷하며, 브랜드 인지도 면에서는 조금 뒤쳐진다고 할 수 있다. 현재 화천, 위아, 두산 인프라코아에 제품을 납품하고 있으며, 두산 메카텍에서는 샘플을 테스트 중에 있다. 이 회사는 특제품을 공급할 수 있는 기술력을 갖추고 있으며, 32파이부터 80파이까지는 주문자 사양으로 긍급하고 있고 올해 말부터 120파이의 제품도 공급할 예정이다.
AMT코리아의 김신섭 과장은 “공작기계는 C0급까지 양산이 가능하다.”며, “제품의 재질은 독일산 재질이며, 볼 스크류 제작 장비는 선두업체와 똑 같은 장비를 사용하고 있어 기술적 차이가 거의 없다.”고 설명했다.
특히 볼 스크류는 열처리가 중요한데, PMI는 Sub-Zero Process 방식으로 열처리를 한 제품들을 사용하고 있다. 또한 가공 연마 정도는 ±2μm 안에서 정도를 관리하고 있으며, C0급부터 C6급까지의 연삭 볼스크류에 대해서는 전부 전수검사를 하여 불량률 0%를 목표로 하고 있다.
김신섭 과장은 “볼 스크류의 경우 장치 산업이기 때문에 장비가 좋아야 한다.”고 말하고 “PMI의 경우 C7급을 전조 볼 스크류로 생산할 수 있다는 것이 강점”이라며, “독일의 CNC 롤링 머신을 가지고 있어 C7의 경우는 국내에 재고를 모두 갖추고 있다.”고 설명했다.
이외에도 AMT 코리아의 제품 중에는 E 타입의 볼 스크류가 있다. 이 제품은 대리드 방식으로 고속, 저소음을 실현하고 있다. 튜브 방식보다 속도도 빠르며, NSK와 STAR과 비교했을 때 보다 사이즈가 소형이고 너트 외경도 작다. E 타입 제품은 기술적 문제로 인해 대만이나 국내에서는 생산되지 않는다. 또한 이 회사는 볼 튜브에 대한 기술력을 갖추고 있다. 일본 제품의 경우 턴 각의 경우 사이즈마다 턴 각을 최적화시킨 제품이 나오고 있는데, PMI 역시 전부 각도를 최적화 시켜 제품을 공급하고 있다.
김 과장은 “특히 작년 7월에 대만의 너트 연마기를 50%이상 증설해서 한달을 목표로 단납기를 실현하고 고있다.”며, “현재 중국도 볼 스크류의 수요가 많아서 중국에 공장을 세울 계획도 가지고 있다. 아직까지 시장에서 설계자들이 인식을 못 시키고 있을 뿐 PMI의 볼 스크류는 최고의 품질을 가지고 있다.”고 밝혔다.
