KR101353534B1

KR101353534B1 - 유압 척 어셈블리

Info

Publication number: KR101353534B1
Application number: KR1020110068624A
Authority: KR
Inventors: 쑤안-룽 우
Original assignee: 쑤안-룽 우
Priority date: 2011-07-11
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2014-01-20
Also published as: KR20130007942A

Abstract

본 발명에 따른 툴 머신(tool machine)용 유압 척 어셈블리는 환형 피스톤(100)을 이동시켜서 스핀들축(Ⅰ)을 따라 테이퍼 소켓(130)을 이동시키기 위하여, 원통형 챔버(831)로 가압 유체의 흐름을 제어하기 위한 제1 및 제2 밸브 유닛(90,95)을 포함하여 구성된다. 각 밸브 유닛(90,95)은 스핀들축(Ⅰ)에 대해 방사방향으로 형성된 밸브축(Ⅹ)을 따라 이동할 수 있는 볼(92,97)을 포함하고, 상기 볼(92,97)은 고속 회전시 밸브 시트(913,963)에 대해 빈틈없이 접촉시키기 위해 가압될 수 있다. 오일 누유는 콜릿 헤드(150)와 워크피스의 단단한 연결을 확보하여 방지될 수 있다.

Description

유압 척 어셈블리 {hydraulic chuck assembly}

본 발명은 툴 머신(tool machine)용 유압 척 어셈블리에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 풀림 및 조임(releasing and tightening) 위치 사이로 피스톤을 이동시키기 위하여 가압 유체(pressurized fluid)의 유동을 제어하는 밸브 유닛을 갖는 유압 척 어셈블리에 관한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 미국특허 제6,668,859호에 개시된 종래 척 어셈블리(10)는 하우징(11), 마운트(12), 밸브 슬리브(13), 밸브 유닛(15), 베어링 유닛(16), 로터리 유닛(17), 피스톤(18), 프론트 테이퍼 소켓(20)과 리어 테이퍼 소켓(21), 프론트 콜릿 헤드(22)와 리어 콜릿 헤드(23) 및 커넥팅 샤프트(19)를 포함하여 구성된다.

상기 마운트(12)는 하우징(11) 안에 배치되며, 축연장홀(121), 방사상으로 연장한 유체 유입 포트(122)와 유체 배출 포트(123), 그리고 상기 하우징(11)의 유체 챔버(112)로 유체 유동이 가능하게 형성된 유체 통로(124)를 갖는다. 상기 밸브 슬리브(13)는 수용한 밸브 유닛(15)을 위하여 상기 축연장홀(121)에 설치되고, 상기 유체 유입 포트(122)로부터 가압 유체의 이동을 조절하는 밸브 입구(133), 및 밸브 출구(134)를 구비한다. 상기 밸브 유닛(15)은 밸브 입구(133)으로부터 가압 유체의 이동을 조절하는 밸브 시트(152), 상기 밸브 시트(152)를 닫기 위한 스프링 로디드 볼(154)로 이루어진다. 상기 베어링 유닛(16)은 밸브 유닛(15)의 전단부와 후단부에서 축연장홀(121)에 배치된다. 상기 로터리 유닛(17)은 베어링 유닛(16)을 축방향으로 관통하여 연장되고, 밸브 출구(134)로부터 가압 유체의 이동을 조절하는 유체 덕트(171)를 갖는다. 상기 피스톤(18)은 로터리 유닛(17) 내에 이동가능하게 배치되어, 유체 유입 포트(122)와 유체 덕트(171)를 통해 이 로터리 유닛(17)으로 작동유를 고압 분사함에 의하여 유체 덕트(171)로부터 멀어지게 이동된다. 상기 프론트 및 리어 테이퍼 소켓(20,21)은 각기 로터리 유닛(17)과 피스톤(18)에 치합된다. 상기 프론트 콜릿 헤드(22)는 프론트 테이퍼 소켓(20)에 이동가능하게 수용된다. 상기 리어 콜릿 헤드(23)는 리어 테이퍼 소켓(21)에 이동가능하게 수용되고, 커넥팅 샤프트(19)에 의해 프론트 콜릿 헤드(22)에 결합된다.

상기 피스톤(18)은 프론트 콜릿 헤드(22)와 리어 콜릿 헤드(23) 사이에 워크피스(workpiece)를 클램핑하기 위하여 프론트 및 리어 테이퍼 소켓(20,21)을 통해 프론트 및 리어 콜릿 헤드(22,23)의 동시 작동(concurrent actuation)을 유도하여 유체 덕트(171)에서 멀어지게 이동된다. 그러나, 이로 인해 후술되는 문제점이 발생하게 된다:

1. 상기 스프링 로디드 볼(154)이 축방향으로 이동가능하게 설치됨에 따라, 상기 척 어셈블리(10)의 고속 회전시 원심력으로 인해 밸브 시트(152)로부터 해방되어, 밸브 유닛(15)에서 오일 누유가 발생되어 상기 워크피스는 상기 프론트 및 리어 콜릿 헤드(22,23)에 의해 확실하게 클램핑될 수 없게 된다.

2. 상기 밸브 슬리브(13)와 마운트(12) 사이에 간격(14)이 비교적 작은 경우(예를 들어 0.03 - 0.04㎜), 상기 밸브 슬리브(13)와 마운트(12)가 서로 방사상으로 맞은편에 배치되어, 상기 밸브 슬리브(13)와 마운트(12)는 척 어셈블리(10)의 고속 회전시 상호 접촉되어 고장을 초래하게 된다.

본 발명은 워크피스를 신뢰성 있게 클램핑할 수 있고, 고속 회전시 다른 하나의 구성요소에 의해 바람직하지 않게 충돌됨에 대해 구성요소를 신뢰성 있게 클램핑할 수 있는 유압 척 어셈블리를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 유압 척 어셈블리는 하우징, 어커머데이션 챔버(accommodation chamber)에 설치되고 제1 및 제2 가압 유체를 각기 안내하기 위한 제1 및 제2 입구를 구비하며 지지면(abutment surface)에 일치시키기 위해 후방으로 전개되는 서컴퍼렌셜 칸캐비티(circumferential concavity)를 갖는 프론트 메이저 월(front major wall)을 구비한 서라운딩 마운트(surrounding mount), 그리고 상기 서컴퍼렌셜 칸캐비티에 이동가능하게 배치되고 제1 및 제2 입구와 각기 유체 유동이 가능하게 연결되도록 배치되는 이너 및 아우터 링 그루브의 경계를 정하는 프론트 엔드 월을 갖는 환형 블록을 포함하여 구성된다. 리볼빙 튜블러 샤프트(revolving tubular shaft)는 스핀들축에 대하여 회전가능하게 서라운딩 마운트에 설치된 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트(smaller-diameter body segment)와, 서컴퍼렌셜 숄더 월(circumferential shoulder wall)을 형성하기 위하여 상기 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트로부터 전방으로 배치된 라저-다이어미터 헤드 세그먼트(larger-diameter head segment)를 포함한다. 상기 서컴퍼렌셜 숄더 월은 상기 환형 블록의 프론트 엔드 월을 마주하고 아우터 및 이너 링 그루브와 각기 일치시키기 위하여 형성된 아우터 및 이너 링 포트의 경계를 정하는 서컴퍼렌셜 다킹 레젼(circumferential docking region)을 구비함으로써 상기 환형 블록이 전방 위치에 위치할 시 그들 사이에 유체 이동 통로를 가진다. 상기 라저-다이어미터 헤드 세그먼트는 원통형 챔버의 경계를 정하고, 제1 및 제2 통로를 구비한다. 환형 피스톤은 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트에 삽입가능한 슬리브 바디와, 상기 슬리브 바디로부터 방사상 및 바깥쪽으로 전개되어 원통형 챔버를 프론트 및 리어 서브챔버로 구획하는 헤드 바디를 포함한다. 상기 프론트 서브챔버는 제1 통로를 통해 이너 링 포트와 유체 유동이 가능하게 연결되고, 상기 리어 서브챔버는 제2 통로를 통해 아우터 링 포트와 유체 유동이 가능하게 연결된다. 상기 환형 피스톤은 헤드 바디가 서컴퍼렌셜 숄더 월에 근접하는 풀림 위치와 상기 헤드 바디가 서컴퍼렌셜 숄더 월로부터 멀어지는 조임 위치 사이에서 상기 리볼빙 튜블러 샤프트에 대해 축 방향으로 이동할 수 있다. 프론트 테이퍼 소켓은 이너 테이퍼 서페이스를 구비하고, 상기 환형 피스톤과 함께 이동될 수 있게 배치된다. 프론트 콜릿 헤드는 상기 이너 테이퍼 서페이스와 일치됨으로써 상기 환형 피스톤이 풀림 위치에서 조임 위치로 이동될 때 풀어진 연동(loose engagement)으로부터 워크피스와 함께 안정된 연동(firm engagement)이 발생된다. 제1 및 제2 밸브 유닛은 상기 제1 및 제2 통로에 각기 배치되며, 상기 이너 링 포트에 유입된 제1 가압 유체가 상기 제1 밸브 유닛에 의해 프론트 서브챔버로 흐를 수 있게 될 때 상기 환형 피스톤은 밀려서 풀림 위치로 이동하게 되고, 상기 아우터 링 포트로 유입된 제2 가압 유체가 상기 제2 밸브 유닛에 의해 리어 서브챔버로 흐를 수 있게 될 때 상기 환형 피스톤은 밀려서 조임 위치로 이동하게 된다. 볼이 스핀들축에 대해 방사방향으로 형성된 밸브축을 따라 이동가능하게 구성되는 제1 및 제2 밸브 유닛에 의해, 상기 밸브 시트는 프론트 콜릿 헤드와 워크피스의 안정된 연동을 확립하기 위해 단단하게 근접될 수 있다.

본 발명에 따른 유압 척 어셈블리에 의하면 워크피스를 신뢰성 있게 클램핑할 수 있고, 고속 회전시 다른 하나의 구성요소에 의해 바람직하지 않게 충돌됨에 대해 구성요소를 신뢰성 있게 클램핑할 수 있다.

도 1은 미국특허 제6,668,859호에 개시된 종래 유압 척 어셈블리를 도시한 단면도
도 2는 도 1의 원형부분을 확대 도시한 도면
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리를 도시한 배면도
도 4는 도 3의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 도시한 단면도
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리의 일부분을 확대 도시한 단면도로, 후방 위치에 환형 블록을 보여줌.
도 6은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리의 일부분을 확대 도시한 단면도로, 전방 위치에 환형 블록을 보여줌.
도 7은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리를 다른 각도에서 도시한 단면도
도 8은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리의 일부분을 확대 도시한 단면도로, 풀림 위치에 환형 피스톤을 보여줌.
도 9는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리의 일부분을 확대 도시한 단면도로, 조임 위치에 환형 피스톤을 보여줌.
도 10은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리의 일부분을 확대 도시한 단면도로, 환형 피스톤이 풀림 위치에 있을 때 제2 가압 유체의 복귀 흐름을 보여줌.
도 11은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리의 일부분을 확대 도시한 단면도로, 환형 피스톤이 조임 위치에 있을 때 제1 가압 유체의 복귀 흐름을 보여줌.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 유압 척 어셈블리(3)는 하우징(30), 서라운딩 마운트(surrounding mount, 40), 환형 블록(50), 이너 포지션 유닛(60), 베어링 유닛(70), 리볼빙 튜블러 샤프트(revolving tubular shaft, 80), 환형 피스톤(100), 제1 밸브 유닛(90)과 제2 밸브 유닛(95), 프론트 테이퍼 소켓(130)과 리어 테이퍼 소켓(140), 프론트 콜릿 헤드(150)와 리어 콜릿 헤드(160), 커넥팅 샤프트(120), 및 프론트 엔트 캡(170)과 리어 앤드 캡(180)을 포함하여 구성된다.

도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(30)은 스핀들 축(Ⅰ)을 둘러싸는 어커머데이션 챔버(accommodation chamber, 33)의 경계를 정한다. 상기 서라운딩 마운트(40)는 어커머데이션 챔버(33)에 설치되고, 제1 및 제2 가압 유체를 각기 그 안으로 안내하는 제1 및 제2 입구(44,45)(도 7 참조)와 제3 및 제4 가압 유체를 각기 그 안으로 안내하는 제3 및 제4 입구(42,43)를 구비한다(도 4 참조).

상기 서라운딩 마운트(40)는 어커머데이션 스페이스(404)의 경계를 정하는 이너 튜블러 서페이스(inner tubular surface, 401)를 갖는다. 그리고, 상기 서라운딩 마운트(40)는 프론트 퍼리퍼럴 엔드(front peripheral end, 405)와 상기 프론트 퍼리퍼럴 엔드(405)로부터 방사상으로 전개되는 프론트 메이저 월(front major wall, 41)로 경계를 정하기(terminate) 위해 전방으로 연장되고, 상기 이너 튜블러 서페이스(401)를 둘러싸는 이너 서라운딩 서페이스(inner surrounding surface, 407)를 형성하기 위해 후방으로 전개되는 서컴퍼렌션 칸캐비티(circumferential concavity, 402)를 구비하여 지지면(abutment surface, 406)으로 경계를 정한다(terminate). 또한, 상기 서라운딩 마운트(40)는 지지면(406)을 통해 서컴퍼렌셜 칸캐비티(402)와 제4입구(43) 사이의 가압 유체의 이동이 가능하게 형성된 제1콘듀잇(conduit)(47)을 구비한다.

상기 환형 블록(50)은 서컴퍼렌셜 칸캐비티(402)로 유체를 꽉 채워(tightly) 공급하기(fit) 위해 형성되고, 전방과 후방 포지션 사이에 지지면(406)에 대해 이동가능하게 구성된다. 상기 환형 블록(50)은 이너 및 아우터 링 그루브(51,52)의 경계를 정하는 프론트 엔드 월(front end wall, 501)을 구비하고, 상기 이너 및 아우터 링 그루브(51,52)는 상기 서라운딩 마운트(40)에 형성된 채널(48,49)에 의해 각기 제1 및 제2 입구(44,45)와 유체 유동이 가능하게 연결된다(도 7 참조).

상기 이너 포지션 유닛(60)은 제1 및 제2 환형 쉘 멤버(annular shell member)(61,62)를 포함한다. 상기 제1 환형 쉘 멤버(61)는 서라운딩 마운트(40) 상에 설치되고, 하우징(30)을 방사상으로 마주하는(confront) 아우터 쉘 서페이스(612)와 서컴퍼렌셜 칸캐비티(402)에 환형 블록(50)을 위치시키기 위해 프론트 메이저 월(41)의 이너 서라운딩 서페이스를 이격되어 둘러싸는 이너 쉘 서페이스(613)를 구비한다. 또한, 상기 환형 쉘 멤버(61)는 이너 쉘 서페이스(613)를 통해 서컴퍼렌셜 칸캐비티(402)와 제3 입구(42) 사이의 가압 유체의 이동이 가능하게 형성된 제2콘듀잇(611)을 갖는다. 상기 베어링 유닛(70)은 어커머데이션 스페이스(accommodation space, 404)에 설치된 프론트 및 리어 베어링(71,72)을 포함한다. 상기 제2 환형 쉘 멤버(62)는 축을 따라 움직이는 이동이 발생하지 않도록 하기 위해 프론트 베어링(71)과 서라운딩 마운트(40)의 앞쪽에 배치된다.

상기 리볼빙 튜블러 샤프트(80)는 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트(smaller-diameter body segment, 81)와 라저 다이어미터 헤드 세그먼트(larger-diameter head segment, 83)를 포함한다. 상기 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트(81)는 워크피스 리시빙 스페이스(810)의 경계를 정하고, 이너 튜블러 서페이스(401)에 대해 회전가능토록 하기 위해 어커머데이션 스페이스(404)에 설치된다. 상기 라저 다이어미터 헤드 세그먼트(83)는 서컴퍼렌션 숄더 월(circumferential shoulder wall, 82)를 형성하기 위해 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트(81)로부터 전방으로 배치된다. 상기 서컴퍼렌션 숄더 월(82)은 환형 블록(50)의 프론트 엔드 월(501)을 마주하는 서컴퍼렌션 다킹 레젼(circumferential docking region, 821)을 갖는다. 그리고, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 서컴퍼렌션 숄더 월(82)은 환형 블록(50)이 전방 포지션에 위치할 때 각기 그 사이에 유체 유동을 확고히 하기 위해, 아우터 및 이너 링 그루브(52,51)와 각기 일치하는(mate) 아우터 및 이너 링 포트(88,87)의 경계를 정한다. 상기 라저-다이어미터 헤드 세그먼트(83)는 스핀들축(Ⅰ)을 둘러싸는 원통형 챔버(831)의 경계를 형성하고, 제1 및 제2 통로(84,85)를 구비한다.

상기 환형 피스톤(100)은 슬리브 바디(101)와 헤드 바디(102)를 포함한다. 상기 슬리브 바디(101)는 워크피스 리시빙 스페이스(810)에 삽입가능하고, 상기 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트(810에 대해 축 방향으로 이동가능하다. 상기 헤드 바디(102)는 슬리브 바디(101)에서부터 바깥쪽 및 방사상으로 연장되어(전개되어) 원통형 챔버(831)를 프론트 및 리어 서브챔버(832,833)로 구획한다. 상기 프론트 서브챔버(832)는 라저-다이어미터 헤드 세그먼트(83)에 형성된 제1 통로(84)와 채널(86)을 통해 이너 링 포트(87)와 유체 유동이 가능하게 연결된다(도 8 참조). 상기 리어 서브챔버(833)는 라저-다이어미터 헤드 세그먼트(83)에 형성된 제2 통로(85)와 채널(89)을 통해 아우터 링 포트(88)와 유체 유동이 가능하게 연결된다(도 9 참조). 상기 환형 피스톤(100)은 풀림(releasing) 위치와 조임(tightening) 위치 사이에 리볼빙 튜블러 샤프트(80)에 대해 축 방향으로 이동가능하게 배치된다. 도 8에 도시된 바와 같이 상기 풀림 위치는 헤드 바디(102)가 서컴퍼렌션 숄더 월(82)에 근접하는 위치이고, 도 9에 도시된 바와 같이 조임 위치는 상기 헤드 바디(102)가 서컴퍼렌션 숄더 월(82)로부터 멀어진 위치이다.

도 4, 7, 8 및 9에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 밸브 유닛(90,95)은 각기 제1 및 제2 리버서블 체크밸브(reversible check valve)(90,95)이다. 구체적으로, 상기 제1 및 제2 리버서블 체크밸브(90,95)는 각기 튜블러 바디(91,96), 볼(92,97), 바이어싱 스프링(93,98) 및 푸싱 블록(94,99)을 포함한다.

상기 튜블러 바디(91,96)는 제1 및 제2 통로(84,85) 중 해당 통로에 배치되고, 아우터 및 이너 링 포트(88,87) 중 각기 하나의 링 포트와 유체 유동이 가능하게 연결된 프록시메이트 덕트 영역(proximate duct region)(911,961), 스핀들축(Ⅰ)에 대해 방사방향으로 형성된 밸브축(Ⅹ)을 따라 상기 프록시메이트 덕트 영역(911,961)의 맞은편에 형성된 디스털 덕트 영역(distal duct region)(912,962), 및 상기 프록시메이트 덕트 영역(911,961)과 디스털 덕트 영역(912,962) 사이에 배치된 밸브 시트(913,963)를 구비한다. 상기 볼(92,97)은 튜블러 바디(91,96)의 디스털 덕트 영역(912,962)에 수용되고, 밸브 시트(913,963)를 구속하기(연동시키기) 위해 밸브축(Ⅹ)을 따라 이동가능하게 구성되며, 이에 따라 프론트 및 리어 서브챔버(832,833) 중 해당 서브챔버와 아우터 및 이너 링 포트(88,87) 중 해당 링 포트 사이에 연결을 중단시킬 수 있다. 상기 바이어싱 스프링(93,98)은 밸브 시트(913,963)를 구속하기(연동시키기) 위해 튜블러 바디(91,96)에 배치되어 상기 볼(92,97)을 한쪽으로 치우치게 한다. 상기 푸쉬 블록(94,99)은 튜블러 바디(91,96)의 프록시메이트 덕트 영역(911,961)에 배치된다.

상기 프론트 테이퍼 소켓(130)은 스핀들축(Ⅰ)을 둘러싸고 있는 이너 테이퍼 서페이스(132)가 구비되고, 환형 피스톤(100)과 함께 전방으로 이동되게 배치된다. 상기 프론트 콜릿 헤드(150)는 환형 피스톤(100)이 풀림 위치에서 조임 위치까지 이동될 때 상기 이너 테이퍼 서페이스(132)와 일치됨으로써, 풀어진 연동(loose engagement)으로부터 워크피스(미도시)와 함께 안정된 연동(firm engagement)이 발생된다.

상기 커넥팅 샤프트(120)는 워크피스 리시빙 스페이스(810)에 배치되고, 상기 프론트 콜릿 헤드(150)와 결합된 프론트 샤프트 엔드와, 리어 샤프트 엔드를 갖는다. 상기 리어 테이퍼 소켓(140)은 리볼빙 튜블러 샤프트(80)의 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트(81)에 고정되고, 이너 테이퍼 서페이스(142)를 갖는다. 상기 리어 콜릿 헤드(160)는 커넥팅 샤프트(120)의 리어 샤프트 엔드와 결합되어 프론트 콜릿 헤드(150)와 함께 전방으로 이동할 수 있게 되고, 리어 테이퍼 소켓(140)의 이너 테이퍼 서페이스(142)와 일치되어(mate), 상기 프론트 콜릿 헤드(150)가 전방으로 이동하기 위해 환형 피스톤(100)의 이동에 의해 조임 위치로 끌려갈 때, 리어 테이퍼 소켓(140)에 대해 전방으로 당겨진다.

상기 프론트 및 리어 엔드 캡(170,180)은 하우징(30)의 프론트 및 리어 사이드를 커버하도록 배치된다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 가압 유체는 제1 입구(44)로 유동되고, 차후 볼(92)을 밸브 시트(913)와 채널(86)로부터 이격시켜 프론트 서브챔버(832)로 이동시키기 위해 채널(48), 이너 링 그루브(51), 이너 링 포트(87), 튜블러 바디(91)을 통해 전방으로(도 8에서 점선으로 표시됨) 흐르며, 이에 의해서 후방으로 이동하기 위해 환형 피스톤(100)을 풀림 위치로 밀어낸다. 이때, 상기 프론트 및 리어 콜릿 헤드(150,160)는 워크피스(미도시)를 해제시키게(풀어주게) 된다. 그동안, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 제1 가압 유체는 밸브축(Ⅹ)을 따라 이동하는 푸쉬 블록(99)을 밀어내기 위해 프록시메이트 덕트 영역(961)(도 10에 실선으로 표시됨)으로 유입되어 볼(97)을 밸브 시트(963)로부터 멀리 밀어낸다. 이에 따라, 프론트 서브챔버(832)에 들어간 상기 제1 가압 유체는 리어 서브챔버(833)에 잔류하고 있는 제2 가압 유체보다 더 높은 압력을 형성하게 되고, 상기 제2 가압 유체는 후방으로 유동되어 제2 입구(45)(도 10에 점선에 의해 표시됨)로 복귀하게 된다.

도 7 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제2 가압 유체는 제2 입구(45)로 유동되고, 차후 볼(97)을 밸브 시트(963)와 채널(89)로부터 이격시켜 리어 서브챔버(833)로 이동시키기 위하여 채널(49), 아우터 링 그루브(52), 아우터 링 포트(88), 튜블러 바디(96)을 통해 전방으로(도 9에서 점선으로 표시됨) 흐르며, 이에 의해서 전방 조임 위치로 이동하기 위해 환형 피스톤(100)을 밀어낸다. 이때, 상기 프론트 및 리어 콜릿 헤드(150,160)는 워크피스를 조이기 위해 이동된다. 그동안 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 제2 가압 유체는 밸브축(Ⅹ)을 따라 이동하는 푸쉬 블록(99)을 밀어내기 위해 프록시메이트 덕트 영역(911)(도 11에 실선으로 표시됨)으로 유입되어 볼(92)을 밸브 시트(913)로부터 멀리 밀어낸다. 이에 따라, 리어 서브챔버(832)에 들어간 상기 제2 가압 유체는 프론트 서브챔버(832)에 잔류하고 있는 제1 가압 유체보다 더 높은 압력을 형성하게 되고, 상기 제1 가압 유체는 후방으로 유동되어 제1 입구(44)(도 11에 점선에 의해 표시됨)로 복귀하게 된다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 워크피스가 전술한 바와 같이 조여진 다음 제3 가압 유체는 제3 입구(42)로 안내되고, 환형 블록(50)을 후방 위치로 이동하도록 밀어내기 위해 제2 콘듀잇(611)을 통해 서컴퍼렌셜 칸캐비티(402)로 유동되며, 상기 프론트 엔드 월(501)은 서컴퍼렌셜 다킹 레젼(821)으로부터 제거된다. 그러므로, 어떤 가압 유체도 제1 밸브 유닛(90)으로 유입될 수 없고, 상기 볼(92)은 바이어싱 스프링(93)에 의해 가압되어 밸브 시트(913)를 닫는다. 원통형 챔버(831)의 일정한 유체 압력은 상기 워크피스가 프론트 및 리어 콜릿 헤드(150,160)에 의해 확실하게 클램핑될 수 있도록 한다.

도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제4 가압 유체는 제4 입구(43)로 안내될 때 제1 콘듀잇(47)을 통해 서컴퍼렌셜 칸캐비티(402)로 유동되며, 상기 환형 블록(50)은 전방 위치로 이동하도록 밀리게 되고, 상기 프론트 엔드 월(501)은 서컴퍼렌셜 다킹 레젼(821)과 연결된다. 이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 가압 유체는 각각의 밸브 유닛(90,95)으로 흐르게 된다.

따라서, 각 밸브 유닛(90,95)의 밸브축(Ⅹ)은 척 어셈블리(3)의 고속 회전시 원심력에 의해 스핀들축(Ⅰ)에 방사상으로 형성되고, 각 볼(92,97)은 각각의 밸브 시트(913,963)에 대해 단단하고 빈틈없이 접촉되도록 밀릴(가압될) 수 있으며, 그에 따라 오일 누유의 문제를 제거하고 상기 척 어셈블리(3)와 워크피스의 안정된 연동(engagement)을 확보한다. 또한, 상기 환형 블록(50)은 기계가공 공정 동안 스핀들축(Ⅰ)을 따라 서컴퍼렌셜 다킹 레젼(821)으로부터 멀리 이격된 상태를 유지하게 된다. 프론트 및 리어 베어링(71,72)이 위치되는 것 외에 리볼빙 튜블러 샤프트(80)와 서라운딩 마운팅(40)의 각 구성요소들 사이에 더욱 근접한 접촉이 요구되지 않음에 따라, 고속 회전시 구성요소들의 바람직하지 않은 발생 가능한 충돌은 확실하게 방지될 수 있다.

상기에서 본 발명은 가장 바람직한 실시예에 의해 설명되었으나, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 특허청구범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

30 : 하우징
40 : 서라운딩 마운트
50 : 환형 블록
60 : 이너 포지션 유닛
70 : 베어링 유닛
80 : 리볼빙 튜블러 샤프트
90,95 : 밸브 유닛
100 : 환형 피스톤
120 : 커넥팅 샤프트
130 : 프론트 테이퍼 소켓
140 : 리어 테이퍼 소켓
150 : 프론트 콜릿 헤드
160 : 리어 콜릿 헤드
170 : 프론트 엔트 캡
180 : 리어 앤드 캡

Claims

스핀들축을 둘러싼 어커머데이션 챔버의 경계를 정하는 하우징;
프론트 퍼리퍼럴 엔드에서 종료되고 전방으로 전개되어 어커머데이션 스페이스를 형성하는 이너 튜블러 서페이스와 상기 프론트 퍼리퍼럴 엔드로부터 방사상으로 전개되는 프론트 메이저 월과 상기 이너 튜블러 서페이스를 둘러싸는 이너 서라운딩 서페이스를 형성하기 위하여 후방으로 전개되는 서컴퍼렌셜 칸캐비티를 구비하고 상기 서컴퍼렌셜 칸캐비티와의 지지면에서 종료되기 위해 상기 어커머데이션 챔버에 설치되고, 제1 및 제2 가압 유체를 각기 안내하기 위한 제1 및 제2 입구를 가지는 서라운딩 마운트;
상기 서컴퍼렌셜 칸캐비티로 유체를 꽉 채워(tightly) 공급하기(fit) 위해 형성되고, 전방과 후방 포지션 사이에 상기 지지면(abutment surface)에 대해 이동가능하게 배치되며, 각기 상기 제1 및 제2 입구와 유체 유동이 가능하게 연결되기 위해 배치된 이너 및 아우터 링 그루브의 경계를 정하는 프론트 엔드 월을 구비한 환형 블록;
워크피스 리시빙 스페이스의 경계를 정하고 상기 이너 튜블러 서페이스에 대해 회전가능하도록 상기 어커머데이션 스페이스에 설치되는 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트와, 서컴퍼렌셜 숄더 월을 형성하기 위해 상기 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트로부터 전방으로 배치되는 라저-다이어미터 헤드 세그먼트를 포함하고, 상기 서컴퍼렌셜 숄더 월은 상기 환형 블록의 프론트 엔드 월을 마주하는 서컴퍼렌셜 다킹 레젼을 구비하고, 상기 아우터 및 이너 링 그루브와 각기 일치시키기 위해 형성되는 아우터 및 이너 링 포트의 경계를 정하여 상기 아우터 및 이너 링 그루브와 상기 아우터 및 이너 링 포트 사이에 각기 유체 이동 통로를 가지며, 상기 환형 블록이 전방 위치에 있을 때 상기 라저-다이어미터 헤드 세그먼트는 스핀들축을 둘러싼 원통형 챔버의 경계를 정하고, 제1 및 제2 통로를 갖게 되는 리볼빙 튜블러 샤프트;
상기 워크피스 리시빙 스페이스에 삽입가능한 슬리브 바디와, 바깥쪽 및 방사상으로 전개되어 원통형 챔버를 프론트 및 리어 서브챔버로 구획하는 헤드 바디를 포함하며, 상기 프론트 서브챔버는 상기 제1 통로를 통해 상기 이너 링 포트와 유체 유동이 가능하게 연결되고, 상기 리어 서브챔버는 상기 제2 통로를 통해 상기 아우터 링 포트와 유체 유동이 가능하게 연결되며,
상기 헤드 바디가 상기 서컴퍼렌셜 숄더 월에 근접하게 되는 풀림 위치와 상기 헤드 바디가 상기 서컴퍼렌셜 숄더 월로부터 멀어지게 되는 조임 위치 사이에 리볼빙 튜블러 샤프트에 대해 축 방향으로 이동가능하게 배치된 환형 피스톤;
스핀들축을 둘러싸는 이너 테이퍼 서페이스를 구비하고, 상기 환형 피스톤과 함께 이동되게 배치된 프론트 테이퍼 소켓;
상기 이너 테이퍼 서페이스와 일치되어서 상기 환형 피스톤이 풀림 위치에서 조임 위치까지 이동될 때 풀어진 연동(loose engagement)으로부터 워크피스와 함께 안정된 연동(firm engagement)이 발생되는 프론트 콜릿 헤드; 및
상기 제1 및 제2 통로에 각기 배치된 제1 및 제2 밸브 유닛을 포함하여 구성되고, 상기 이너 링 포트로 유입된 제1 가압 유체가 상기 제1 밸브 유닛에 의해 상기 프론트 서브챔버로 흐르게 될 때 상기 환형 피스톤은 밀려서 풀림 위치를 향해 이동하게 되고, 상기 아우터 링 포트로 유입된 제2 가압 유체가 제2 밸브 유닛에 의해 상기 리어 서브챔버로 흐르게 될 때 상기 환형 피스톤은 밀려서 전방 조임 위치로 이동하게 된 것을 특징으로 하는 유압 척 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
상기 서라운딩 마운트는 제3 및 제4 가압 유체를 각기 안내하기 위해 형성된 제3 및 제4 입구가 구비되고, 상기 지지면(abutment surface)을 통해 상기 서컴퍼렌셜 칸캐비티와 상기 제4 입구 사이의 가압 유체의 이동이 가능하게 제1콘듀잇이 형성되어서, 안내된 제4 가압 유체가 상기 환형 블록을 가압하여 전방 위치로 이동시키게 되며;
상기 서라운딩 마운트에 설치된 환형 쉘 멤버를 더 포함하여 구성되고, 상기 환형 쉘 멤버는 상기 하우징에 방사상으로 마주하는 아우터 쉘 서페이스, 상기 프론트 메이저 웰의 이너 서라운딩 서페이스로부터 이격되어 그를 둘러싸서 상기 서컴퍼렌셜 칸캐비티의 경계를 정하는 이너 쉘 서페이스, 및 상기 이너 쉘 서페이스를 통해 상기 서컴퍼렌셜 칸캐비티와 제3 입구 사이의 가압 유체의 이동이 가능하게 형성됨으로써 안내된 제3 가압 유체가 상기 환형 블록을 밀어서 후방 위치로 이동시키게 되는 제2 콘듀잇을 구비하는 것을 특징으로 하는 유압 척 어셈블리.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 및 제2 밸브 유닛은 각기 제1 및 제2 리버서블 체크밸브이고, 상기 원통형 챔버의 제1 및 제2 가압 유체 중 하나의 유체가 상기 제1 및 제2 통로 중 해당하는 하나의 통로를 통해 흐르는 유체에 의해 전방에 다른 하나의 유체보다 고압으로 형성되어 풀림 및 조임 위치 중 해당하는 어느 한 위치로 상기 환형 피스톤을 이동시킬 때, 상기 프론트 및 리어 서브챔버 중 해당하는 하나의 서브챔버에 남겨진 제1 및 제2 가압 유체 중 다른 하나의 유체는 가압되어 제1 및 제2 통로 중 해당하는 하나의 통로를 통해 후방에 제1 및 제2 입구 중 해당하는 하나의 입구로 복귀하는 것을 특징으로 하는 유압 척 어셈블리.
청구항 3에 있어서,
상기 제1 및 제2 리버서블 체크밸브 유닛은,
제1 및 제2 통로 중 해당하는 통로에 배치되고, 각기 아우터 및 이너 링 포트 중 하나와의 사이에서 가압 유체의 이동이 가능하게 형성된 프록시메이트 덕트 영역과, 스핀들축에 대해 방사방향으로 형성된 밸브축을 따라 상기 프록시메이트 덕트 영역의 맞은편에 형성되는 디스털 덕트 영역, 그리고 상기 프록시메이트 및 디스털 덕트 영역 사이에 배치된 밸브 시트를 구비한 튜블러 바디,
상기 디스털 덕트 영역에 수용되고, 상기 밸브 시트를 연결시키기 위하여 밸브축을 따라 이동가능하게 구성되며, 그에 따라 상기 프론트 및 리어 서브챔버 중 해당하는 서브챔버와 상기 아우터 및 이너 링 포트 중 해당하는 링 포트 사이에 연결을 중단시키는 볼, 및
상기 밸브 시트를 연결시키기 위하여 상기 볼이 상기 튜블러 바디에 한쪽으로 치우치게 배치된 바이어스 스프링을 각기 포함하는 것을 특징으로 하는 유압 척 어셈블리.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 및 제2 리버서블 체크밸브 유닛은 각기 푸쉬 블록을 더 포함하며,
상기 푸쉬 블록은 상기 프록시메이트 덕트 영역에 배치되고, 상기 아우터 및 이너 링 포트 중 해당하는 링 포트로부터 흘러서 상기 볼을 밸브 시트로부터 멀어지게 밀어주는 제2 및 제1 가압 유체 중 각각의 유체에 의해 밸브축을 따라 이동시키기 위해 밀어줄 수 있으며, 이에 의해 상기 제1 및 제2 가압 유체 중 각각의 유체를 후방으로 흘려서 제1 및 제2 입구 중 각 입구로 복귀시키는 것을 특징으로 하는 유압 척 어셈블리.
청구항 1에 있어서,
상기 워크피스 리시빙 스페이스에 배치되고, 상기 프론트 콜릿 헤드와 결합된 프론트 샤프트 엔드, 그리고 리어 샤프트 엔드가 구비되는 커넥팅 샤프트;
상기 리볼빙 튜블러 샤프트의 스몰러-다이어미터 바디 세그먼트에 고정되고, 이너 테이퍼 서페이스를 갖는 리어 테이퍼 소켓; 및
상기 커넥팅 샤프트의 리어 샤프트 엔드와 결합되어 상기 프론트 콜릿 헤드와 함께 이동가능하게 되는 리어 콜릿 헤드를 더 포함하여 구성되고,
상기 리어 콜릿 헤드는 리어 테이퍼 소켓의 이너 테이퍼 서페이스와 일치됨으로써, 전방으로 이동하기 위하여 환형 피스톤의 이동에 의해 조임 위치로 당겨질 때, 리어 테이퍼 소켓에 대해 전방으로 당겨지는 것을 특징으로 하는 유압 척 어셈블리.