KR100483001B1

KR100483001B1 - 공기식 공구

Info

Publication number: KR100483001B1
Application number: KR10-2002-0067292A
Authority: KR
Inventors: 노종진; 방성환; 전창수
Original assignee: 양산기공 주식회사
Priority date: 2002-10-31
Filing date: 2002-10-31
Publication date: 2005-04-15
Also published as: KR20040038390A

Abstract

본 발명은 공기식 공구에 관한 것으로, 자동차, 전자제품 등 각종 제품의 생산라인에서의 볼트/너트의 자동조립, 금속주조물의 마무리작업, 알루미늄다이캐스팅, 플라스틱 주조물의 표면가공 등 각종 산업현장에서 널리 사용되는 공기식 공구에서 공구척과 결합된 샤프트의 회전이 동심으로 결합된 터빈의 회전력에 의하여 비접촉방식으로 이루어질 수 있도록 구성하여 회전속도를 크게 증대시킬 수 있도록 하며, 정밀도와 내구성 및 생산성을 현저히 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 원통형 케이싱 내부에 공구척과 결합되는 샤프트가 동심형으로 끼워지도록 구성되고, 상기 샤프트에는 컴프레셔로부터 공급되는 압축공기의 분사힘에 의하여 회전되는 제1회전터빈과 제2회전터빈 및 고정터빈이 동일 중심선상에 끼워져 결합되도록 구성된다.

본 발명을 적용하면, 아주 작은 그라인더를 부착하여도 회전속도가 100,000rpm까지 올라가므로 충분한 선속도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 터빈의 회전익이 케이싱의 내면과 접촉되지 않으므로 공구의 수명이 10배 이상 획기적으로 길어진다.

또한, 샤프트와 터빈이 케이싱에 대하여 동심으로 조립되므로 정밀도가 향상되는 것은 물론, 공차관리가 쉬워 생산성이 현저히 증가하고 터빈의 회전익형의 설계에 따라 회전력과 회전속도의 변경이 가능하며, 그 결과 같은 공구에서도 회전익의 교체에 따라 다양한 작업이 가능하다.

Description

공기식 공구{AIR TOOL}

본 발명은 공기식 공구에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차, 전자제품 등 각종 제품의 생산라인에서 볼트/너트의 자동조립, 금속주조물의 마무리작업, 알루미늄다이캐스팅, 플라스틱 주조물의 표면가공 등 각종 산업현장에서 널리 사용되는 공기식 공구에서 공구척(Chuck)과 결합된 샤프트(Shaft)의 회전이 동심(同芯)으로 결합된 터빈의 회전력에 의하여 비접촉방식으로 이루어질 수 있도록 구성하여 회전속도를 크게 증대시킬 수 있도록 하며, 정밀도와 내구성 및 생산성을 현저히 향상시킬 수 있도록 한 공기식 공구에 관한 것이다.

일반적으로, 공기식 공구는 외부의 컴프레셔로부터 높은 압력으로 공급되는 압축공기를 이용하여 샤프트 및 그 샤프트 선단에 결합된 공구척이 회전되면서 필요한 작업을 수행하도록 하는 것으로서, 자동차나 전자제품의 생산라인에서의 볼트/너트의 자동 조립이나 그라인더를 이용한 금속주조물의 마무리작업 또는 플라스틱 주조물의 표면 가공 등 각종 산업분야에서 널리 사용되고 있는 유용한 공구이다.

도 1은 종래 공기식 공구를 나타내는 분리사시도이고, 도 2는 종래 공기식 공구의 일예로서 그라인더가 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.

이를 참조하면, 종래의 공기식 공구(10)는 크게 소정의 직경과 길이로 이루어지는 원통형의 하우징(11)과, 상기 하우징(11)의 내부에 끼워져 결합되며 길이방향 중심선을 따라 편심의 관통공(12)이 형성된 실린더(13)와, 상기 실린더(13) 내부에 끼워져 결합된 상태에서 압축공기의 공급에 따라 회전되며, 선단에는 공구척(Chuck:14)과의 결합을 위한 척결합부(15)가 형성되고, 몸체 둘레에는 소정의 깊이를 갖는 다수의 끼움홈(16)이 일정 간격을 두고 길이방향으로 샤프트(Shaft:17)와, 상기 샤프트(17)에 형성된 각 끼움홈(16)에 끼워져 결합된 상태에서 외부로부터 공급되는 압축공기에 의하여 회전력을 발생시키는 블레이드(18)와, 상기 실린더(13)의 뒤쪽에서 샤프트(17)의 후단에 끼워져 결합되며 압축공기유입공(19)이 구비된 실린더뒷판(20)과, 상기 하우징(11)의 후단에 결합되어 실린더(13)내로의 압축공기의 공급여부를 제어하는 개폐손잡이(21)로 이루어진다.

이와 같은 공기식 공구에서 상기 샤프트(17)의 선단에 형성된 척결합부(15)에는 공구척이 결합될 수도 있으나, 필요에 따라 도 2에 도시된 바와 같이 베벨기어 등의 전동수단(22)이 결합되어 그라인더(23) 등 고속회전이 요구되는 다양한 공구에도 적용될 수 있도록 구성된다.

이와 같이 이루어지는 종래의 공기식 공구의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 3은 도 2의 A-A선 단면도이다.

도 2와 도 3을 참조하면, 외부의 컴프레셔가 작동되고 있는 상태에서 개폐손잡이(21)를 조작하여 개방시키면, 압축공기가 실린더뒷판(20)상에 형성된 압축공기유입공(19)을 통하여 실린더(13)내부로 유입·분사된다.

이와 같이 실린더(13)의 관통공(12)내부로 유입·분사된 압축공기가 샤프트(17)의 몸체에 결합된 블레이드(18)에 부딪침에 따라 블레이드(18)에 회전력이 발생되고, 이 회전력에 의하여 샤프트(17) 전체가 편심되게 형성된 관통공(12)내에서 제자리 회전된다.

이와 같이 샤프트(17)가 제자리 회전되면 원심력이 발생되는데, 샤프트 몸체상의 각 끼움홈(16)에 끼워진 블레이드(18)는 원심력에 의하여 끼움홈(16)의 바깥쪽으로 일정 거리만큼 이동되어 실린더(13)의 내벽면과 접촉된 상태에서 회전된다.

이 과정에서 블레이드(18)가 관통공(12)의 단축부에 해당되는 실린더(13) 내벽면의 편심된 부분에 도달되면 실린더 내벽면에 의하여 눌리면서 다시 끼움홈(16) 안쪽으로 밀려들어감과 동시에 압축공기의 작용에 의한 회전력에 의하여 끼움홈(16)의 형성방향을 따라 미끄러지면서 통과하게 된다.

이와 같은 관통공(12)의 단축부에 해당되는 실린더(13)의 내벽면에서의 블레이드(18)의 미끄럼운동은 샤프트(17)의 매 회전시 마다 반복된다.

이와 같은 샤프트(17)의 회전동작에 의하여 샤프트(17)의 선단에 결합된 공구척(14) 및 그 공구척(14)에 끼워진 공구가 회전되면서 필요한 작업을 수행하게 되는 것이다.

도 2에서는 샤프트의 선단에 공구척 대신 전동수단인 베벨기어가 결합되어 있고, 상기 베벨기어에는 그라인더(22)의 축에 결합된 또다른 베벨기어가 직교상태에서 맞물려 회전됨에 따라 그라인더가 작동되는 것을 나타낸다.

그러나, 종래의 블레이드 회전방식의 공기식 공구(10)에서는 작동시 샤프트(17)에 끼워진 블레이드(18)가 원심력에 의하여 실린더(13)의 내벽면과 접촉된 상태에서 회전되므로 실린더(13)의 내벽면, 특히 편심된 관통공(12)의 단축부에 해당되는 실린더 내벽면이 급격히 마모된다는 문제가 있다.

이와 같이 실린더(13)의 내벽면이 마모되는 경우에 샤프트(17)에 결합된 블레이드(18)의 바깥쪽 가장자리부분과 편심된 관통공(12)의 단축부에 해당되는 실린더(13)의 내벽면 사이의 간극이 커지게 되고, 그 결과 블레이드(18)에 작용하여 회전력을 발생시키는 압축공기가 뒤로 빠져나가면서 반대방향으로 힘이 작용하게 되어 급격한 토오크의 감소를 초래하게 된다는 심각한 문제가 있다.

또한, 블레이드(18)는 가볍게 하기 위하여 주로 복합소재로 제조되는데, 고속으로 회전할 때 그 팁부분이 고온의 마찰열에 의해 부숴지게 되며, 부숴진 입자들은 마모제와 같은 역할을 하게 되어 급격한 마모현상을 초래한다는 문제가 있다.

또한, 블레이드(18)는 힘을 받는 부분이 샤프트(17)에서 돌출된 부분이므로 회전동작시 블레이드의 한쪽부분으로 지속적인 전단응력이 가해짐에 따라 장시간 사용하게 되면 샤프트(17)의 끝부분에서 균열이나 파손이 일어난다는 문제점이 있다.

또한, 상기한 여러 가지 문제점 때문에 블레이드타입의 접촉식 회전메카니즘을 갖는 공기식 공구에서는 불가피하게 회전속도를 제한한 상태에서 사용해야 한다는 문제점이 있으며, 상기와 같은 제반 이유에 의하여 수명이 3개월 정도로 아주 짧아서 작업능률을 떨어뜨리는 주요 원인이 된다는 문제가 있다.

특히, 정밀작업에 사용되는 소형 그라인더의 경우 가공가능한 선속도를 얻기 위한 회전속도는 최소 50,000rpm이 되어야 하는데, 상기한 블레이드타입의 접촉식 회전메카니즘이 소형 그라인더에 적용하는 경우 블레이드(18)가 회전하면서 샤프트(17)상의 끼움홈(16)내에서 분당 100,000회 왕복운동하여야 하므로 그 수명이 현저히 단축되는 것은 물론, 이러한 문제점에 기인하여 선속도를 더 이상 향상시킬 수 없다는 기술적인 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 자동차, 전자제품 등 각종 제품의 생산라인에서의 볼트/너트의 자동조립, 금속주조물의 마무리작업, 알루미늄다이캐스팅, 플라스틱 주조물의 표면가공 등 각종 산업현장에서 널리 사용되는 공기식 공구에서 공구척과 결합된 샤프트의 회전이 동심으로 결합된 터빈의 회전력에 의하여 비접촉방식으로 이루어질 수 있도록 구성하여 회전속도를 크게 증대시킬 수 있도록 하며, 정밀도와 내구성 및 생산성을 현저히 향상시킬 수 있도록 한 새로운 형태의 공기식 공구를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 공기식 공구는 소정 크기의 내경과 일정한 길이로 이루어지며, 선단부 내측 둘레에는 다수의 압축공기 배출공이 형성된 원통형의 케이싱(Casing)과; 상기 케이싱 내부에 동심형으로 끼워져 결합된 상태에서 외력의 작용에 의하여 제자리 회전되는 소정 길이의 샤프트와; 상기 샤프트의 하단부에 결합되거나 또는 하단부에 일체로 형성된 상태에서 샤프트와 함께 회전되면서 작업을 수행하는 공구척과; 상기 케이싱의 내부에서 샤프트의 하단부 둘레에 끼워져 결합되는 제1베어링과; 상기 제1베어링의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 끼워져 결합된 상태에서 압축공기의 배출이 자연스럽게 이루어지도록 안내하는 플로우가이드(Flow Guide)와; 상기 플로우가이드의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 긴밀하게 끼워져 결합된 상태에서 압축공기의 분사력에 의하여 회전되면서 샤프트에 회전력을 부여하는 제1회전터빈과; 상기 제1회전터빈의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 스페이서를 매개로 하여 끼워져 결합되는 고정터빈과; 상기 고정터빈의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 긴밀하게 끼워져 결합된 상태에서 압축공기의 분사력에 의하여 회전되면서 샤프트에 회전력을 부여하는 제2회전터빈과; 상기 제2회전터빈의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 끼워져 결합된 상태에서 외부로부터 유입되는 압축공기가 상기 각 터빈내측으로 분사되도록 하는 엔드플레이트(End Plate)와; 상기 엔드플레이트의 상부로 돌출된 샤프트의 상단에 결합되는 너트와; 상기 엔드플레이트의 중심부 둘레에 끼워져 결합되는 엔드플레이트커버와; 상기 케이싱의 상단부 내측에 끼워져 결합되며 중심부에는 압축공기 유입공이 형성된 케이싱커버를 포함한다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 공기식 공구를 나타내는 분리사시도이고, 도 5는 본 발명에 따른 공기식 공구의 결합상태를 나타내는 단면도이다.

이를 참조하면, 본 발명에 따른 공기식 공구(40)에서 케이싱(41)은 소정 크기의 내경과 일정한 길이로 이루어진다.

상기 케이싱(41)의 선단부 내측 둘레에는 소정의 두께를 갖는 환형(環形)의 단턱(42)이 형성되며, 상기 단턱(42)에는 케이싱(41)의 하단쪽을 향하는 다수의 압축공기 배출공(43)이 일정한 간격을 두고 형성된다.

상기 케이싱(41)의 내부에는 소정의 길이를 갖는 샤프트(44)가 케이싱의 내경에 대하여 동심(同芯)형으로 끼워져 결합된다.

상기 샤프트(44)의 하단에는 정해진 작업을 수행하기 위한 공구가 끼워지는 공구척(45)이 일체로 형성되거나 또는 결합되며 필요에 따라 다른 작업공구에 동력을 전달하기 위한 전동수단이 결합될 수 있다.

한편, 상기 케이싱(41)의 내부에 끼워지는 샤프트(44)의 하단부 둘레에는 샤프트의 회전이 부드럽게 이루어지도록 하기 위한 제1베어링(46)이 끼워져 결합되고, 상기 제1베어링(46)의 윗쪽에 해당되는 샤프트(44)의 둘레에는 케이싱 (41)내부로 분사된 압축공기를 압축공기 배출공(43)쪽으로 가이드하기 위한 플로우가이드(47)가 끼워져 결합된다.

상기 플로우가이드(47)는 중심부에 샤프트(44)가 끼워지는 관통공(48)이 형성되고, 그 상부 외측둘레에는 압축공기 배출공(43)을 향하는 소정 기울기의 경사면(49)이 형성된 구조로 이루어진다.

상기 플로우가이드(47)의 윗쪽에 해당되는 샤프트(44)의 둘레에는 외부로부터 유입되는 압축공기의 분사작용에 의하여 회전되면서 샤프트(44)에 회전력을 부여하는 제1회전터빈(50)과 제2회전터빈(51)이 일정한 간격을 사이에 두고 긴밀하게 끼워져 결합되며, 상기 제1회전터빈(50)과 제2회전터빈(51)의 사이에 해당되는 샤프트(44)의 둘레에는 고정터빈(52)이 끼워져 결합된다.

상기 제1회전터빈(50)과 제2회전터빈(51)이 샤프트(44)에 긴밀하게 끼워져 결합되는 것과 달리, 상기 고정터빈(52)은 회전시 샤프트(44)와 관통공(48)의 내면사이에서 슬립현상이 발생될 수 있도록 스페이서(Spacer:53)를 매개로 하여 샤프트(44)에 대하여 일정한 간극을 두고 결합된다.

상기 제2회전터빈(51)의 윗쪽에 해당되는 샤프트(44)의 둘레에는 외부로부터 공급되는 압축공기가 상기 각 터빈에 분사되도록 하는 엔드플레이트(54)가 끼워져 결합된다.

상기 엔드플레이트(54)는 중심부에 샤프트(44)가 끼워지는 관통공(48)이 형성되고, 외주면 소정 부위에 외부로부터 유입되는 압축공기가 상기 각 터빈의 내측으로 분사되록 하는 복수의 압축공기 분사홈(55)이 형성되며, 내측 둘레면 하부에는 제2베어링(56)이 결합된 구조로 이루어진다.

본 발명에서 상기 엔드플레이트(54)의 상부로 돌출된 샤프트(44)의 상단에는 너트(57)가 결합되며, 상기 엔드플레이트(54)의 중심부 외측에는 별도의 엔드플레이트 커버(58)가 끼워져 결합된다.

상기 케이싱(41)의 상단부 내측에는 중심부에 압축공기 유입공(59)이 형성된 케이싱커버(60)가 끼워져 결합된다.

상기 압축공기 유입공(59)에는 외부의 컴프레셔와 연결되며, 개폐밸브가 설치된 압축공기 공급호스(61)가 끼워져 결합된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 작동상태를 설명하면 다음과 같다.

도 6은 본 발명에 따른 공기식 공구의 작동상태를 나타내는 단면도이다.

도 4와 도 6을 참조하면, 외부의 컴프레셔(도시되지 않음)가 작동되고 있는 상태에서 상기 케이싱커버(60)상의 압축공기 유입공(59) 윗쪽에 끼워져 결합된 압축공기 공급호스(61)의 개폐밸브를 개방시키면, 컴프레셔에 의하여 높은 압력으로 압축된 공기가 케이싱커버(60)의 내측으로 유입된다.

이와 같이 케이싱내부(41)로 유입된 압축공기는 상기 엔드플레이트(54)의 외측 둘레면에 형성된 압축공기 분사홈(55)을 통하여 제2회전터빈(51), 고정터빈(52), 제1회전터빈(50)의 내측으로 분사되면서 상기 각 터빈의 회전익(62)에 부딪힘에 따라 각 터빈이 고속으로 회전된다.

이 때 샤프트(44)에 긴밀하게 끼워져 결합된 제1회전터빈(50)과 제2회전터빈(51)이 고속으로 회전됨에 따라 샤프트(44)가 고속으로 회전되고, 그 결과 샤프트(44)의 선단에 결합된 공구척(45)이 회전되면서 정해진 작업이 수행된다.

한편, 상기 고정터빈(52)은 제2회전터빈(51)의 회전익(62)에 부딪힌 후 제1회전터빈(50)으로 이동되는 압축공기에 회전력을 부여하는 기능을 하며 샤프트(44)에 대하여 스페이서(53)을 매개로 결합되어 슬립되면서 제자리 회전된다.

상기 제1회전터빈(50)을 통과한 압축공기는 플로우가이드(47)의 외측둘레면에 형성된 경사면(49)을 따라 안내되어 압축공기배출공(43)쪽으로 흐르게 되며, 최종적으로는 압축공기 배출공(43)을 통하여 케이싱(41) 하단으로 배출된다.

이와 같은 본 발명을 적용하면, 아주 작은 그라인더를 부착하여도 회전속도가 100,000rpm까지 올라가므로 충분한 선속도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 터빈의 회전익이 케이싱의 내면과 접촉되지 않으므로 공구의 수명이 10배 이상 획기적으로 길어진다.

또한, 본 발명을 적용하면 샤프트와 터빈이 케이싱에 대하여 동심으로 조립되므로 정밀도가 향상되는 것은 물론, 공차관리가 쉬워 생산성이 현저히 증가하고 터빈의 회전익형의 설계에 따라 회전력과 회전속도의 변경이 가능하며, 그 결과 같은 공구에서도 회전익의 교체에 따라 다양한 작업이 가능하다.

도 1은 종래 공기식 공구를 나타내는 분리사시도,

도 2는 종래 공기식 공구의 일예로서 그라인더가 결합된 상태를 나타내는 단면도,

도 3은 도 2의 A-A선 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 공기식 공구를 나타내는 분리사시도,

도 5는 도 4의 결합상태 단면도,

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

41 : 케이싱(Casing) 43 : 압축공기 배출공

44 : 샤프트(Shaft) 47 : 플로우가이드

49 : 경사면 50 : 제1회전터빈

51 : 제2회전터빈 52 : 고정터빈

54 : 엔드플레이트(End Plate) 55 : 압축공기 분사홈

59 : 압축공기 유입공 60 : 케이싱커버.

Claims

소정 크기의 내경과 일정한 길이로 이루어지며, 선단부 내측 둘레에는 다수의 압축공기 배출공이 형성된 원통형의 케이싱(Casing)과;

상기 케이싱 내부에 동심형으로 끼워져 결합된 상태에서 외력의 작용에 의하여 제자리 회전되는 소정 길이의 샤프트와;

상기 샤프트의 하단부에 결합되거나 또는 하단부에 일체로 형성된 상태에서 샤프트와 함께 회전되면서 작업을 수행하는 공구척과;

상기 케이싱의 내부에서 샤프트의 하단부 둘레에 끼워져 결합되는 제1베어링과;

상기 제1베어링의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 끼워져 결합된 상태에서 압축공기의 배출이 원활하게 이루어지도록 안내하는 플로우가이드와;

상기 플로우가이드의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 긴밀하게 끼워져 결합된 상태에서 압축공기의 분사력에 의하여 회전되면서 샤프트에 회전력을 부여하는 제1회전터빈과;

상기 제1회전터빈의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 스페이서를 매개로 끼워져 결합되는 고정터빈과;

상기 고정터빈의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 긴밀하게 끼워져 결합된 상태에서 압축공기의 분사력에 의하여 회전되면서 샤프트에 회전력을 부여하는 제2회전터빈과;

상기 제2회전터빈의 윗쪽에 해당되는 샤프트의 둘레에 끼워져 결합된 상태에서 외부로부터 유입되는 압축공기가 상기 각 터빈의 내측으로 분사되도록 하는 엔드플레이트(End Plate)와;

상기 엔드플레이트의 상부로 돌출된 샤프트의 상단에 결합되는 너트와;

상기 엔드플레이트의 중심부 둘레에 끼워져 결합되는 엔드플레이트커버와;

상기 케이싱의 상단부 내측에 끼워져 결합되며 중심부에는 압축공기 유입공이 형성된 케이싱커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기식 공구.
제 1항에 있어서,

상기 플로우가이드는 중심부에 샤프트가 끼워지는 관통공이 형성되고, 그 상부 외측둘레에는 압축공기 배출공을 향하는 소정 기울기의 경사면이 형성된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기식 공구.
제 1항에 있어서,

상기 엔드플레이트는 중심부에 샤프트가 끼워지는 관통공이 형성되고, 외주면 소정 부위에 외부로부터 유입되는 압축공기가 상기 각 터빈의 내측으로 분사되록 하는 복수의 압축공기 분사홈이 형성되며, 내측 하부에는 제2베어링이 결합된 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 공기식 공구.