KR101332629B1

KR101332629B1 - 마이크로 가공툴용 결합구조

Info

Publication number: KR101332629B1
Application number: KR1020110094562A
Authority: KR
Inventors: 제태진; 최환진; 전은채; 최두선; 박언석; 장성환
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-11-25
Also published as: KR20130030950A

Abstract

본 발명은 하는 마이크로 가공툴용 결합구조에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 하는 마이크로 가공툴용 결합구조는 가공장치의 회전축 상에 가공툴을 고정시키기 위한 구조에 있어서, 상기 가공장치의 회전축 상에 장착되는 고정너트; 상기 가공툴의 일단부를 수용한 채로 확장 또는 수축되는 가변홀이 단부에 형성되는 콜릿; 내부에 상기 콜릿의 단부가 안착되도록 콜릿 안착면이 형성되며, 상기 콜릿에 수용된 가공툴의 타단부가 돌출되도록 관통홀이 형성되는 어댑터; 상기 어댑터가 장착되되, 상기 콜릿에 임시 결합된 상기 가공툴이 상기 가공장치의 회전축과 나란하게 배치되도록 상기 가공툴의 외주면과 밀착되는 수용공간을 형성하는 가이드부;를 포함하며, 상기 가공툴이 상기 가이드부 내에서 상기 콜릿과 임시 결합된 상태에서, 상기 가변홀이 축소되어 상기 가공툴을 견고히 고정하도록 상기 고정너트는 상기 콜릿을 중심측으로 가압하며 상기 어댑터와 나사결합되는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여, 가공장치 상에서 가공툴을 정확하게 체결할 수 있는 마이크로 가공툴용 결합구조가 제공된다.

Description

마이크로 가공툴용 결합구조{MOUNTING STRUCTURE FOR MICRO FABRICATING TOOL}

본 발명은 마이크로 가공툴용 결합구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 가공툴이 정위치에 결합되도록 하여, 가공툴의 파손을 방지하는 동시에 정교한 가공이 진행되도록 할 수 있는 마이크로 가공툴용 결합구조에 관한 것이다.

가공장치에 가공툴을 장착하여 가공재를 마이크로 선폭으로 가공하는 마이크로 가공장치에 관한 관심이 높아지고 있다. 종래의 가공장치는 회전하는 회전축 상에 고정너트가 부착되어 있고, 원하는 규격의 가공툴을 고정너트에 고정시킴으로써 가공작업을 진행하였다.

도 1은 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조의 일례의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합동작을 도시한 것이고, 도 3은 도 1의 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조(10)는 가공툴(13)이 임시 삽입된 콜릿(12)을 어댑터(14)에 장착하고, 가공장치에 장착되는 가공너트(11)와 어댑터(14)를 서로 체결함으로써, 그 사이에 개재되는 콜릿(12)이 가공툴(13)을 견고히 고정하도록 하였다.

이러한 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조(10)는 가공툴(13)이 콜릿(12) 내에 임시 결합된 상태에서 사용자는 렌치와 같은 공구를 가공너트(11)의 헤드부분 및 어댑터(14)의 렌치 삽입 홀(14a) 부분에 밀착시키고, 가공너트(11) 및 어댑터(14)를 가압하여 양 구성을 결합함으로써, 콜릿(12) 내에 가공툴(13)이 견고히 고정되도록 한다.

다만, 콜릿(12) 내에서 가공툴(13)이 정위치에 정렬된 상태에서 콜릿(12)에 결합력이 인가되는 것이 아니라, 콜릿(12)과 가공툴(13)이 임시 결합된 상태에서 고정력이 가해지는 것이므로 최종 결합 후에 가공툴(13)이 정위치에 정렬되지 않은 상태에서 고정되는 현상, 즉, 런아웃(run out) 현상이 발생하게 된다.

특히, 이러한 마이크로 가공툴(13)의 특성상 런아웃 현상은 육안으로 발견하기 어려워, 이를 발견하지 못하고 가공을 진행하는 경우에는 가공툴(13)이 파손되거나, 가공 정밀도가 저하되는 문제가 있다. 또한, 이를 발견한다 하더라도, 사용자는 가공툴(13)을 정확한 위치에 결합시키기 위하여 결합해제 및 재결합을 반복적으로 수행하여야 하는 어려움이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 가공툴이 가공장치의 정위치에 견고히 결합되도록 하여 런아웃 현상을 방지할 수 있는 마이크로 가공툴용 결합구조를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 가공장치의 회전하는 회전축과 가공툴을 결합시키기 위한 구조에 있어서, 상기 가공장치의 회전축 상에 장착되는 고정너트; 상기 가공툴의 일단부를 수용한 채로 확장 또는 수축되는 가변홀이 단부에 형성되는 콜릿; 내부에 상기 콜릿의 단부가 안착되도록 콜릿 안착면이 형성되며, 상기 콜릿에 수용된 가공툴의 타단부가 돌출되도록 관통홀이 형성되는 어댑터; 상기 어댑터가 장착되되, 상기 콜릿에 임시 결합된 상기 가공툴이 상기 가공장치의 회전축과 나란하게 배치되도록 상기 가공툴의 외주면과 밀착되는 수용공간을 형성하는 가이드부;를 포함하며, 상기 가공툴이 상기 가이드부 내에서 상기 콜릿과 임시 결합된 상태에서, 상기 가변홀이 축소되어 상기 가공툴을 견고히 고정하도록 상기 고정너트는 상기 콜릿을 중심측으로 가압하며 상기 어댑터와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 가공툴용 결합구조에 의해 달성된다.

또한, 상기 가이드부의 수용공간은 상기 어댑터의 외주면과 접촉하는 제1공간, 상기 가공툴의 외주면과 접촉하는 제2공간을 포함할 수 있다.

또한, 상기 어댑터는 외주면을 따라서 걸림홈이 형성되되, 상기 가이드부 내에서 상기 어댑터가 위치 고정되도록 상기 제1공간에는 상기 걸림홈과 대응되는 위치에 상기 걸림홈 내에 삽입되는 걸림돌기가 형성될 수 있다.

또한, 상기 가공툴은 일영역은 상기 가변홀 내에 장착되고, 타영역은 상기 어댑터로부터 돌출되어 상기 제2공간 내에 수용되는 장착부; 상기 장착부로부터 연장되되 직경이 상기 장착부보다 작은 가공부;를 포함하고, 상기 수용공간은 상기 콜릿과 임시결합된 상기 가공툴이 결합해제되어 상기 가이드부로부터 이탈하는 것을 방지하도록 상기 제2공간으로부터 직경이 점점 감소하며 연장되어 상기 가공부를 수용하는 제3공간을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 가이드부는 상기 콜릿과 상기 가공툴과 상기 어댑터가 임시결합된 상태에서 수용공간 내에 수용되는 통로를 형성하도록 단부가 개방될 수 있다.

본 발명에 따르면, 가공장치의 가공툴을 정확한 위치에 체결하여 가공시 가공툴의 파손을 방지하고, 정밀한 가공을 유도할 수 있는 마이크로 가공툴용 결합구조가 제공된다.

또한, 가공툴은 가이드부에 의하여 보호된 상태에서 가공장치에 결합되므로, 결합시 발생할 수 있는 파손을 방지할 수 있다.

또한, 렌치 등의 공구 사용을 최소화할 수 있다.

또한, 가이드부의 수용공간을 서로 다른 직경으로 구성하여 단차를 형성함으로써, 가이드부 내에 수용되는 가공툴이 하방으로 이탈하지 않도록 할 수 있다.

도 1은 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조의 일례의 분해 사시도이고,
도 2는 도 1의 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합동작을 도시한 것이고,
도 3은 도 1의 종래의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 가공툴용 결합구조의 분해 사시도이고,
도 5는 도 4의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합동작을 도시한 것이고,
도 6은 도 4의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 가공툴용 결합구조(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 가공툴용 결합구조의 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합동작을 도시한 것이고, 도 6은 도 4의 마이크로 가공툴용 결합구조의 결합 단면도이다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 가공툴 장착구조(100)는 마이크로 가공장치에 장착되는 고정너트(110)와 가공툴(120)을 서로 결합하기 위한 구조에 관한 것으로서, 콜릿(130)과 어댑터(140)와 가이드부(150)를 포함한다.

먼저, 본 실시예의 마이크로 가공툴용 결합구조(100)에 사용되는 가공툴(120)은 장착부(121)와 가공부(122)를 포함한다. 상기 장착부(121)는 소정 직경을 가지며, 후술하는 콜릿(130)의 가변홀(131) 내에 삽입, 장착되는 영역이다. 상기 가공부(122)는 상기 장착부(121)로부터 하방으로 연장되며, 장착부(121)보다 작은 직경을 가지되, 가공대상이 되는 가공재와 직접적으로 접촉하여 가공재를 가공하기 위한 영역에 해당한다.

상기 콜릿(130)은 가공툴(120)을 수용한 채로 가공장치의 회전하는 회전축 상에서 고정너트(110)와 결합됨으로써, 가공장치에 가공툴(120)을 고정하기 위한 부재이다.

콜릿(130)의 일단에는 가공툴(120)의 장착부(121)가 수용되기 위한 가변홀(131)이 형성되며, 가변홀(131)의 내경은 축소 또는 확장이 가능하도록 구성된다. 즉 외부에서 가해지는 외력에 의하여 가변홀(131)의 내경은 변화할 수 있다.

또한, 콜릿(130)은 전체적으로 실린더 형상을 가지나, 양측 단부로 갈수록 외경이 감소하는 구조를 갖는다. 즉, 콜릿(130)은 양단으로 갈수록 경사를 가지며 테이퍼 진 형상으로 구성된다.

따라서, 고정너트(110)가 콜릿(130)의 외주면과 접촉하여 하방으로 가압되더라도, 테이퍼 형상으로 인하여 중심측으로의 외력이 가해지는 것이므로, 콜릿(130)의 가변홀(131)의 내경은 가공툴(120)에 맞물린 채로 줄어들어, 가공툴(120)을 고정한다.

상기 어댑터(140)는 고정너트(110)와의 나사 결합을 통하여, 콜릿(130)을 가압함으로써 콜릿(130)에 수용되는 가공툴(120)과 콜릿(130)이 견고하게 결합되도록 하는 보조하는 부재이다.

어댑터(140)는 실린더형으로 형성되되, 내부에는 콜릿 안착면(141)이 형성되어, 가변홀(131)이 형성되는 쪽 콜릿(130)의 단부가 콜릿 안착면(141)에 안착한다. 한편, 콜릿 안착면(141)은 중심을 향하여 경사를 형성하므로, 고정너트(110)에 의하여 하방으로 가압되는 콜릿(120)이 어댑터(140)의 중심부 측으로 수렴하며 이동한 상태에서 위치를 이탈하지 않도록 한다.

한편, 어댑터(140)에는 관통홀(142)이 형성되어, 내부에 수용되는 어댑터(140)로부터 하방으로 연장되는 가공툴(120)의 단부가 관통홀(142)을 통과하여 어댑터(140)의 외측으로 돌출되도록 한다.

또한, 후술하는 가이드부(150)의 걸림돌기(155)와 결합하도록 어댑터(140)의 외주면에는 걸림홈(143)이 형성된다.

상기 가이드부(150)는 임시 결합된 가공툴(120), 콜릿(130), 어댑터(140) 등을 내부에 수용하여 상기 가공툴(120)이 결합오차 없이 정확한 위치에서 최종 결합된 상태에서 가공작업을 수행할 수 있도록 유도하기 위한 부재이다.

가이드부(150)는 실린더 형상을 가지며, 내부에는 가이드부(150) 및 가공툴(120)을 수용하기 위한 수용공간(151)이 형성된다.

상기 수용공간(151)은 어댑터(140)를 수용하는 제1공간(152)과 어댑터(140)의 하측으로 돌출되는 가공툴(120)의 장착부(121)를 수용하기 위한 제2공간(153)과 가공툴(120)의 가공부(122)를 수용하는 제3공간(154)을 포함한다.

상기 제1공간(152)은 내벽면이 어댑터(140)의 외주면과 밀착된 상태에서 어댑터(140)를 수용하기 위한 영역으로서, 어댑터(140)의 외경에 대응되는 크기의 내경을 갖는다.

제1공간(152)의 내주면에는 상술한 어댑터(140)의 외주면에 형성되는 걸림홈(143)과 대응되는 위치에 걸림돌기(155)가 돌출 형성되며, 어댑터(140)는 걸림홈(143)이 제1공간(152)의 걸림돌기(155)에 맞물린 채로 제1공간(152) 내에 수용된다.

상기 제2공간(153)은 제1공간(152)으로부터 하방으로 연장되는 영역으로서, 어댑터(140)로부터 하방으로 돌출되는 가공툴(120)의 장착부(121)를 수용하는 영역이다.

제2공간(153)은 내경이 장착부(121)의 외경에 대응되게 형성되어 장착부(121)의 외주면과 접촉한다. 따라서, 장착부(121)는 제2공간(153)의 내벽면과 밀착됨으로써, 가공툴(120)은 정확한 위치를 유지할 수 있다.

제3공간(154)은 제2공간(153)으로부터 하방으로 연장되며, 수용공간(151)의 최단부에 마련되는 영역으로서, 가공툴(120)의 가공부(122)를 수용하는 영역이다.

즉, 제3공간(154)은 제2공간(153)으로부터 연장되되, 제3공간(154)에 수용되는 가공부(122)는 장착부(121)보다 작은 직경을 가지므로 제3공간(154)은 하방으로 갈수록 내경이 점점 감소하는 형태를 갖는다. 한편, 상술한 제1공간(152) 및 제2공간(153)과는 달리, 제3공간(154)은 가공부(122)가 파손되지 않도록 보호하는 역할을 수행하며 가공부(122)와 직접적으로 접촉되지는 않는다.

즉, 상술한 바에 의하면, 제1공간(152), 제2공간(153), 제3공간(154)을 구비하는 수용공간(151)에 의하여 가이드부(150)는 양단이 관통되게 형성된다. 또한, 수용공간(151)은 제1공간, 제2공간, 제3공간으로 갈수록 내경이 점점 감소하는 형태로 구성된다.

또한, 가이드부(150)는 상술한 수용공간(151)을 둘러싸는 면 일부가 개방되며, 이러한 개방면은 임시 결합된 어댑터(140) 및 가공툴(120)이 내부 수용공간(151)에 용이하게 수용되거나 수용해제될 수 있는 경로가 된다.

지금부터는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 상술한 마이크로 가공툴용 결합구조(100)의 일실시예의 결합에 대하여 설명한다.

먼저, 콜릿(130)의 가변홀(131)을 최대로 개방하고, 가변홀(131)의 내부에 장착부를 수용시킴으로써, 콜릿(130)과 가공툴(120)을 임시결합한다. 다음으로, 가공툴(120)이 어댑터(140)의 관통홀(142)을 통과한 상태에서, 콜릿(130)의 하단면이 어댑터(130)의 콜릿 안착면(131) 상에 장착되도록 한다.

따라서, 이에 의하면, 어댑터(140) 내에는 가공툴(120)과 결합된 콜릿(130)이 안착되고, 어댑터(140)의 하방으로는 관통홀(142)을 통과한 가공툴(120)의 장착부(121)가 돌출된다. 다만, 콜릿(130)의 가변홀(131)은 고정된 상태가 아니므로, 이에 수용되는 가공툴(120) 역시 견고하게 고정된 상태가 아니라, 임시적으로 고정된 상태를 유지한다.

상술한 바와 같은 어댑터(140), 콜릿(130), 가공툴(120)이 서로 임시 결합된 상태에서, 가이드부(150)의 개방면을 통하여 어댑터(140) 및 가공툴(120)을 수용공간(151) 내에 수용시킨다. 이때, 어댑터(140)는 제1공간(152)내에 수용되어 서로 밀착하되, 걸림홈(143)과 걸림돌기(155)가 서로 결합하면서, 어댑터(140)는 제1공간(152) 내에 고정된다.

이와 동시에, 어댑터(140)의 관통홀(142)을 통하여 하방으로 돌출되는 가공툴(120)의 장착부(121)는 제2공간(153) 내에 수용되며, 장착부(121)의 외면은 제2공간(153)의 내벽면에 밀착한다.

따라서, 가이드부(150)의 수용공간(151) 내에 수용되어 위치 고정된 상태의 어댑터(140) 및 가공툴(120)에 의하여, 콜릿(130)과 임시 결합된 상태의 가공툴(120)이 정확한 결합위치를 유지할 수 있다.

즉, 가공툴(120)이 가공장치의 회전축과 나란하지 않은 상태에서 콜릿(130)과 임시결합되어 최종 결합까지 진행되는 경우에는 가공툴(120)의 파손 등이 발생할 수 있으나, 상술한 바와 같이 가이드부(150)로 인하여 가공툴(120)이 콜릿(130)과 임시 결합된 상태에서도 가공장치의 회전축과의 나란한 상태를 유지할 수 있다.

한편, 제2공간(153)으로부터 연장되는 제3공간(154)의 내벽면은 장착부(121)로부터 연장되는 가공부(122)를 둘러싸게 된다. 제3공간(154)의 내경은 하단부로 갈수록 점점 감소하므로, 가공툴(120)이 콜릿(130)의 가변홀(131)로부터 결합 해제되는 경우에도, 제3공간(154)의 내경보다 큰 직경의 장착부(121)가 제3공간(154)에 걸리게 됨으로써, 가공툴(120)이 가이드부(150)로부터 하방으로 이탈되는 것이 방지된다.

상기와 같이 임시 결합된 상태에서, 고정너트(110)를 어댑터(140)와 나사결합하면, 그 결합력에 의하여 고정너트(110)와 어댑터(140) 사이에 개재되는 콜릿(130)은 하방으로의 가압력을 받게 된다.

이때, 콜릿(130)은 상단은 테이퍼를 형성하고, 하단은 콜릿 안착면(141)에 안착된 상태이므로, 고정너트(110)와의 결합력으로부터 발생하는 하방으로의 가압력이 콜릿(130) 중심방향으로의 힘으로 전환되고, 가변홀(131)의 내경은 상술한 가압력에 의하여 강제 감소하며, 내부에 임시 결합되어 있던 가공툴(120)을 견고히 고정하게 된다.

마지막으로, 가공툴(120)이 견고하게 고정된 후에 어댑터(140)로부터 가이드부(150)를 분리하고, 가공툴(120)을 회전시킴으로써 가공재를 가공한다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 본 발명의 일실시예에 따른 마이크로 가공툴용 결합구조
110 : 고정너트 120 : 가공툴
130 : 콜릿 140 : 어댑터
150 : 가이드부

Claims

가공장치의 회전축 상에 가공툴을 고정시키기 위한 구조에 있어서,
상기 가공장치의 회전축 상에 장착되는 고정너트;
상기 가공툴의 일단부를 수용한 채로 확장 또는 수축되는 가변홀이 단부에 형성되는 콜릿;
내부에 상기 콜릿의 단부가 안착되도록 콜릿 안착면이 형성되며, 상기 콜릿에 수용된 가공툴의 타단부가 돌출되도록 관통홀이 형성되는 어댑터;
상기 어댑터가 장착되되, 상기 콜릿에 임시 결합된 상기 가공툴이 상기 가공장치의 회전축과 나란하게 배치되도록 상기 가공툴의 외주면과 밀착되는 수용공간을 형성하는 가이드부;를 포함하며,
상기 가공툴이 상기 가이드부 내에서 상기 콜릿과 임시 결합된 상태에서, 상기 가변홀이 축소되어 상기 가공툴을 견고히 고정하도록 상기 고정너트는 상기 콜릿을 중심측으로 가압하며 상기 어댑터와 나사결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로 가공툴용 결합구조.
제1항에 있어서,
상기 가이드부의 수용공간은 상기 어댑터의 외주면과 접촉하는 제1공간, 상기 가공툴의 외주면과 접촉하는 제2공간을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 가공툴용 결합구조.
제2항에 있어서,
상기 어댑터는 외주면을 따라서 걸림홈이 형성되되,
상기 가이드부 내에서 상기 어댑터가 위치 고정되도록 상기 제1공간에는 상기 걸림홈과 대응되는 위치에 상기 걸림홈 내에 삽입되는 걸림돌기가 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 가공툴용 결합구조.
제3항에 있어서,
상기 가공툴은 일영역은 상기 가변홀 내에 장착되고, 타영역은 상기 어댑터로부터 돌출되어 상기 제2공간 내에 수용되는 장착부; 상기 장착부로부터 연장되되 직경이 상기 장착부보다 작은 가공부;를 포함하고,
상기 수용공간은 상기 콜릿과 임시결합된 상기 가공툴이 결합해제되어 상기 가이드부로부터 이탈하는 것을 방지하도록 상기 제2공간으로부터 직경이 점점 감소하며 연장되어 상기 가공부를 수용하는 제3공간을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 가공툴용 결합구조.
제4항에 있어서,
상기 가이드부는 상기 콜릿과 상기 가공툴과 상기 어댑터가 임시결합된 상태에서 수용공간 내에 수용되는 통로를 형성하도록 단부가 개방되는 것을 특징으로 하는 마이크로 가공툴용 결합구조.