KR101713839B1 - 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들 - Google Patents

Abstract

본 발명은 베어링 에어공급라인과 터빈 에어공급라인을 통합한 매니폴드를 부설하여, 회전축을 이루는 샤프트와 직렬로 연결되는 빌트인 모터를 에어터빈으로 대체하며, 별도의 냉각장치가 필요하지 않아 에어베어링 스핀들의 소형화를 구현함과 동시에 초고속, 초정밀 회전이 필요한 각종 기계 가공 공정에 사용되는 공작기계에 적용되어 생산성과 가공 품질을 높일 수 있는 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들에 관한 것으로써, 전단에 공구가 장착되는 툴 홀더가 구비되며, 일측은 상기 툴 홀더와 결합하는 클램핑 유니트가 축 방향을 따라 내장되어 있는 샤프트; 상기 샤프트의 외경보다 큰 외경을 가지며 상기 샤프트의 후단부에 상기 샤프트와 일체로 형성되는 플랜지부; 상기 샤프트의 축 방향과 나란하게 상기 샤프트의 외주면을 따라 형성되는 저널 에어베어링과, 상기 샤프트의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부의 전방에 형성되는 프런트 스러스트 에어베어링과, 상기 샤프트의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부의 후방에 형성되는 리어 스러스트 에어베어링으로 이루어진 에어베어링부; 상기 플랜지부의 외주면에 결착되어 상기 샤프트에 회전력을 전달하는 에어터빈; 상기 플랜지부의 전방에 상기 샤프트와 저널 에어베어링의 외주면과 상기 프런트 스러스트 에어베어링의 전면과 외주면을 내포하는 프런트 하우징과, 상기 플랜지부의 후방에서 상기 리어 스러스트 에어베어링의 외주면과 후면을 내포하는 리어 하우징으로 이루어진 하우징부; 상기 리어 하우징 측면에 위치하며, 상기 에어베어링부와 에어터빈에 필요한 에어를 외부의 에어공급부와 연결되어 공급 및 배출하는 매니폴드부; 및 상기 리어 하우징의 후방에 위치하여, 상기 플랜지부를 밀어주어 상기 클램핑 유니트로부터 툴 홀더를 분리하는 언클램핑 유니트;를 포함하여 구성되어, 비접촉 방식의 에어베어링과 함께 에어를 회전 동력으로 이용할 수 있도록 리어 하우징 측면에 통합구조를 갖는 매니폴드를 장착함으로써, 모터 자체에서 발생하는 발열을 제거하여 초고속, 초정밀 회전이 필요한 분야에 적용되어 생산성과 가공 품질을 높일 수 있으며, 베어링에어공급홀, 터빈에어공급홀 및 에어드레인홀을 하나의 매니폴드로 구성함으로써, 유지관리 및 수리등 관리가 용이하고, 스핀들의 측면에 매니폴드를 장착함으로써, 스핀들의 소형화 및 단순화가 가능하다는 장점을 가진 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들에 관한 것이다.

Description

통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들 {Air Bearing Spindle Equiped with Manifold}

본 발명은 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 베어링 에어공급라인과 터빈 에어공급라인을 통합한 매니폴드를 부설하여, 회전축을 이루는 샤프트와 직렬로 연결되는 빌트인 모터를 에어터빈으로 대체하며, 별도의 냉각장치가 필요하지 않아 에어베어링 스핀들의 소형화를 구현함과 동시에 초고속, 초정밀 회전이 필요한 각종 기계 가공 공정에 사용되는 공작기계에 적용되어 생산성과 가공 품질을 높일 수 있는 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계에 적용되는 스핀들은 회전 샤프트와 엑시얼 및 레디얼 베어링으로 구성되어 축의 회전에 희한 가공분야에 사용되는 장치로써, 머시닝센터와 같은 일반 공작기계뿐만 아니라 반도체 가공 관련 분야, 광학렌즈 등의 초정밀 연삭 분야에 널리 이용되고 있다.

이와 같은 스핀들은 기존에는 샤프트 축과 직접적으로 접촉 조립되는 구름베어링의 일종인 볼베어링을 적용하였는데. 이들 베어링 내의 전동체인 볼의 구름 접촉으로 마찰에 의한 발열 및 마모 등에 의해서, 6개월 정도의 정기적인 베어링 교체가 필요하여 번거로울 뿐만 아니라, 이에 의한 유지 보수비용이 상당히 발생된다는 문제점이 있었다.

또한, 볼베어링이 사용됨에 따라 최대 60,000RPM 이상의 회전 성능을 기대할 수 없으며, 접촉 발열을 감소시키기 위해 수랭식 또는 공랭식 냉각 시스템이 스핀들 내부에 구성되어야 하기에 구조가 복잡해질 수밖에 없었으며, 혹여나 냉각 시스템을 적용하더라도 냉각을 시키는데 한계가 있어 회전 정밀도가 크게 떨어짐에 따라 초고속, 초정밀 가공 분야에는 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

이와 같은 접촉식 베어링의 단점을 해결하기 위해서 비접촉식 베어링 중 초고속, 초정밀 회전에 유리한 에어베어링을 적용한 스핀들이 적용되어 초고속, 초정밀 가공이 필요한 머시닝센터 등과 같은 공작기계에 많이 사용되고 있다.

여기서, 비접촉식 베어링의 적용으로 베어링 접촉에 의한 발열 및 마모 문제는 해결할 수 있지만, 회전 동력원으로 적용되는 스핀들 내부의 모터에서 발생되는 모터 회전에 의한 발열을 해결할 수 없다는 문제점은 여전히 남아 있었다.

일반적으로 머시닝센터의 스핀들은 빌트인 모터(Built In Motor)형식으로 되어 있으며, 이는 스핀들 내부 회전 샤프트 중앙에 모터부를 구성 및 내장하여 회전 동력원을 내부 모터를 통하여 얻게 되는 구성방식이 적용된다.

이러한 이유로 비접촉식 베어링인 에어베어링을 적용한 머시닝센터등과 같은 공구의 자동 탈부착이 가능한 ATC 에어스핀들의 경우에는 회전 구동원은 빌트인 모터형식을 적용하고 있기 때문에 앞에서 언급한 냉각시스템을 구성할 수밖에 없는 실정이다.

그러므로 ATC 스핀들은 비접촉식 베어링인 에어베어링의 적용으로 베어링에서 발생되는 열원은 사라졌으나, 근본적으로 모터에서 발생되는 열은 지속적으로 발생되기 때문에 스핀들의 성능에 악영향을 끼침과 아울러 냉각시스템 구성에 따른 구조의 복잡함과 스핀들 내구성에 대한 문제점을 동시에 가지고 있었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1256358호 대한민국 등록특허공보 제10-0376998호

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 비접촉 방식의 에어베어링과 함께 에어를 회전 동력으로 이용할 수 있도록 리어하우징 측면에 통합구조를 갖는 매니폴드를 장착함으로써, 모터 자체에서 발생하는 발열을 제거하여 초고속, 초정밀 회전이 필요한 분야에 적용되어 생산성과 가공 품질을 높일 수 있는 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전단에 공구가 장착되는 툴 홀더가 구비되며, 일측은 상기 툴 홀더와 결합하는 클램핑 유니트가 축 방향을 따라 내장되어 있는 샤프트; 상기 샤프트의 외경보다 큰 외경을 가지며 상기 샤프트의 후단부에 상기 샤프트와 일체로 형성되는 플랜지부; 상기 샤프트의 축 방향과 나란하게 상기 샤프트의 외주면을 따라 형성되는 저널 에어베어링과, 상기 샤프트의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부의 전방에 형성되는 프런트 스러스트 에어베어링과, 상기 샤프트의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부의 후방에 형성되는 리어 스러스트 에어베어링으로 이루어진 에어베어링부; 상기 플랜지부의 외주면에 결착되어 상기 샤프트에 회전력을 전달하는 에어터빈; 상기 플랜지부의 전방에 상기 샤프트와 저널 에어베어링의 외주면과 상기 프런트 스러스트 에어베어링의 전면과 외주면을 내포하는 프런트 하우징과, 상기 플랜지부의 후방에서 상기 리어 스러스트 에어베어링의 외주면과 후면을 내포하는 리어 하우징으로 이루어진 하우징부; 상기 리어 하우징 측면에 위치하며, 상기 에어베어링부와 에어터빈에 필요한 에어를 외부의 에어공급부와 연결되어 공급 및 배출하는 매니폴드부; 및 상기 리어 하우징의 후방에 위치하여, 상기 플랜지부를 밀어주어 상기 클램핑 유니트로부터 툴 홀더를 분리하는 언클램핑 유니트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 매니폴드부는, 상기 외부의 에어공급부를 통해 공급되는 에어를 상기 에어베어링부에 공급하는 베어링에어공급홀과, 상기 에어터빈에 공급하는 터빈에어공급홀 및 상기 에어베어링부와 에어터빈에 공급된 에어가 배출되는 에어드레인홀로 이루어진 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 하우징부 내부에는 상기 매니폴드부에 형성된 베어링에어공급홀, 터빈에어공급홀 및 에어드레인홀에 대응되는 유로인 베어링에어공급유로, 터빈에어공급유로 및 에어드레인유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어터빈에는 상기 샤프트의 축 방향과 수직인 일면에 제1에어블레이드가 형성되어 있으며, 상기 제1에어블레이드와 대칭으로 제2에어블레이드가 선택적으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 플랜지부는, 상기 플랜지부의 외주면에 결착된 상기 에어터빈의 제1에어블레이드와 제2에어블레이드 하방에 일정한 깊이로 상기 플랜지부의 외주면을 따라 제1배기가이드홈과 제2배기가이드홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이상의 설명에서 분명히 알 수 있듯이, 본 발명은 비접촉 방식의 에어베어링과 함께 에어를 회전 동력으로 이용할 수 있도록 리어 하우징 측면에 통합구조를 갖는 매니폴드를 장착함으로써, 모터 자체에서 발생하는 발열을 제거하여 초고속, 초정밀 회전이 필요한 분야에 적용되어 생산성과 가공 품질을 높일 수 있다는 장점이 있다.

또한, 베어링에어공급홀, 터빈에어공급홀 및 에어드레인홀을 하나의 매니폴드로 구성함으로써, 유지관리 및 수리등 관리가 용이하다는 장점이 있다.

또한, 스핀들의 측면에 매니폴드를 장착함으로써, 스핀들의 소형화 및 단순화가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부와 리어 하우징의 결합된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 에어터빈의 측면도와 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 에어터빈이 결착된 프랜지부의 확대단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부의 베어링에어공급홀과 하우징부의 베어링에어유로의 모습이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부의 터빈에어공급홀과 하우징부의 터빈에어유로의 모습이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부의 에어드레인홀과 하우징부의 에어드레인유로의 모습이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부의 광센서케이블홀과 하우징부의 광센서케이블라인의 모습이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 반사판부의 확대도이다.

이하에서는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부도면 중 도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부와 리어 하우징의 결합된 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 에어터빈의 측면도와 단면도이며, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 에어터빈이 결착된 프랜지부의 확대단면도이다.

도 1 내지 도 4 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들(10)은, 전단에 공구가 장착되는 툴 홀더(110)가 구비되며, 일측은 상기 툴 홀더(110)와 결합하는 클램핑 유니트(120)가 축 방향을 따라 내장되어 있는 샤프트(100); 상기 샤프트(100)의 외경보다 큰 외경을 가지며 상기 샤프트(100)의 후단부에 상기 샤프트(100)와 일체로 형성되는 플랜지부(130); 상기 샤프트(100)의 축 방향과 나란하게 상기 샤프트(100)의 외주면을 따라 형성되는 저널 에어베어링(210)과, 상기 샤프트(100)의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부(130)의 전방에 형성되는 프런트 스러스트 에어베어링(220)과, 상기 샤프트(100)의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부(130)의 후방에 형성되는 리어 스러스트 에어베어링(230)으로 이루어진 에어베어링부(200); 상기 플랜지부(130)의 외주면에 결착되어 상기 샤프트(100)에 회전력을 전달하는 에어터빈(300); 상기 플랜지부(130)의 전방에 상기 샤프트(100)와 저널 에어베어링(210)의 외주면과 상기 프런트 스러스트 에어베어링(220)의 전면과 외주면을 내포하는 프런트 하우징(410)과, 상기 플랜지부(130)의 후방에서 상기 리어 스러스트 에어베어링(230)의 외주면과 후면을 내포하는 리어 하우징(420)으로 이루어진 하우징부(400); 상기 리어 하우징(420) 측면에 위치하며, 상기 에어베어링부(200)와 에어터빈(300)에 필요한 에어를 외부의 에어공급부와 연결되어 공급 및 배출하는 매니폴드부(500); 및 상기 리어 하우징(420)의 후방에 위치하여, 상기 플랜지부(130)를 밀어주어 상기 클램핑 유니트(120)로부터 툴 홀더(110)를 분리하는 언클램핑 유니트(600);를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 샤프트(100)와 플랜지부(130)는 일체로 형성되어 상기 에어터빈(300)에 의하여 상기 플랜지부(130)에 회전 구동력이 전달되면 상기 샤프트(100)도 함께 회전하게 되며, 이에 따라 상기 샤프트(100) 전단의 툴 홀더(110)에 장착된 공구가 회전하여 각종 가공을 할 수 있게 된다.

상기 에어터빈(300)은 종래 상기 샤프트(100)의 후단에 직렬로 연결되어 상기 샤프트(100)에 회전 구동력을 전달하여 주던 모터를 대신하는 구성으로, 상기 에어터빈(300)은 상기 플랜지부(130)의 외주면에 장착됨으로써, 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 상기 에어베어링 스핀들(10) 장치를 소형화할 수 있게 된다.

도 3에서 도시된 바와 같이 상기 에어터빈(300)의 후면과 전면에는 각각 제1에어블레이드(310)와 제2에어블레이드(320)가 형성되어 있는데, 이와 같이 상기 에어터빈(300)의 전후면 모두에 에어블레이드를 형성할 수도 있지만, 상기 에어터빈(300)의 후면에만 제1에어블레이드(310)를 형성하고 이에 의하여 회전 구동력을 얻도록 할 수도 있을 것이다.

그러나 보다 바람직하게는 상기 에어터빈(300)의 후면과 전면에 모두 제1에어블레이드(310)와 제2에어블레이드(320)를 형성하여 확실하고 효율적으로 회전 구동력을 확보하도록 하며, 이때 상기 제1에어블레이드(310)가 형성된 형상과 제2에어블레이드(320)가 형성된 형상이 상호 대칭을 이루어야 동일한 방향으로 회전 구동력이 발생하게 될 것이다.

상기 에어터빈(300)에 형성된 에어블레이드(310, 320)의 형태는 압축공기에 의하여 힘을 받을 수 있는 형태면 어떤 형태로든지 구성할 수 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 에어터빈(300)의 전면과 후면에 각각 일정한 깊이로 홈을 형성하는 것을 고려해 볼 수 있다.

이와 같이 상기 에어블레이드(310, 320)를 형성하게 되면, 가공이 용이할 뿐만 아니라 홈의 깊이를 조절하여 필요한 회전 구동력을 확보할 수 있어, 상기 에어터빈(300)의 구경 등을 변형하지 않고도 다양한 회전 구동력을 용이하게 확보할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 도 4에는 상기 에어터빈(300)이 결착된 플랜지부(130)가 도시되어 있는데, 상기 에어터빈(300)의 에어블레이드(310, 320)가 형성된 하방에는 상기 플랜지부(130)의 외주면을 따라 일정한 깊이로 배기가이드홈(131, 132)이 형성되어 있다.

상기 배기가이드홈(131, 132)은 회전 구동을 위하여 상기 에어터빈(300)의 에어블레이드(310, 320)로 공급되는 압축공기가 에어블레이드(310, 320)를 통과한 후 원활하게 배기 유로로 빠져나가도록 유도하기 위한 것으로써, 이를 형성하지 않는 경우 상기 에어블레이드(310, 320)를 통과한 압축공기가 플랜지부(130)에 부딪쳐 와류를 형성하거나 원활하게 배기가 이루어지지 않아 충분한 압축공기 유량을 확보하지 못하여 회전 구동력의 손실을 가져오는 문제가 발생할 수도 있을 것이다.

상기 배기가이드홈(131, 132)은 상기 에어터빈(300)의 에어블레이드(310, 320)에 대응되어 형성되는 것으로, 만약 상기 에어터빈(300)의 후면에만 제1에어블레이드(310)를 형성하는 경우에는 그 하방에 상기 제1배기가이드홈(131)만을 형성하도록 하고 상기 제2배기가이드홈(132)은 형성할 필요가 없음은 당연할 것이다.

또한, 상기 배기가이드홈(131, 132)은 상기 에어터빈(300)의 에어블레이드(310, 320)를 통과한 압축공기가 원활하게 배기 유로로 유도될 수 있도록 유선형 형태의 홈으로 형성하는 것이 바람직할 것이다.

아울러 상기 배기가이드홈(131, 132)은 상기 에어터빈(300)의 에어블레이드(310, 320)를 통과한 압축공기를 배기 유로로 유도하는 것 이외에도, 상기 플랜지부(130)의 무게를 줄이는 역할도 하여 회전 효율을 높이는 데에도 일조하게 된다.

한편, 상기 프런트 하우징(410)과 리어 하우징(420)에 의하여 상기 에어베어링 스핀들(10) 내부가 외부로부터 격리되게 되는데, 상기 하우징부(400) 내에서 상기 샤프트(100)를 비롯한 회전 부재가 원활하게 회전할 수 있도록 상기 에어베어링부(200)가 구비되어 있다.

즉, 상기 샤프트(100)의 외주면과 프런트 하우징(410)의 내주면 사이에는 회전축 방향을 따라 상기 저널 에어베어링(210)이 구비되어 있으며, 상기 플랜지부(130)의 전후면과 프런트 하우징(410) 및 리어 하우징(420) 사이에는 회전축 방향과 수직으로 각각 상기 프런트 및 리어 스러스트 에어베어링(220, 230)이 구비되어 있다.

이하에서는 상기 외부에 구비된 상기 에어공급부(도면에서는 미도시)로부터 상기 에어터빈(300)으로 압축 공기를 전달하는 유로와 함께 상기 저널 에어베어링(210), 프런트 스러스트 에어베어링(220), 리어 스러스트 에어베어링(230)에 압축 공기를 전달하는 유로에 대해서 설명하도록 하겠다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부(500)의 베어링에어공급홀(510)과 하우징부(400)의 베어링에어유로의 모습이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부(500)의 터빈에어공급홀(520)과 하우징부(400)의 터빈에어유로의 모습이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부(500)의 에어드레인홀(530)과 하우징부(400)의 에어드레인유로(450)의 모습이다.

도 5 내지 도 7을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 에어베어링부(200)에 공급되는 유로에 대해서 설명하며, 상기 에어베어링 스핀들(10)의 외부에 위치한 상기 에어공급부로부터 발생한 압축공기를 상기 에어베어링 스핀들(10)의 내부에 공급하기 위해 상기 리어 하우징(420)의 측면에 장착된 상기 매니폴드부(500)를 이용하게 된다. 상기 매니폴드부(500)에 형성되어 있는 다수개의 홀 중에서 상기 에어베어링부(200)와 연결되어 있는 베어링에어공급홀(510)을 통해 압축공기를 공급하게 된다. 상기 매니폴드부(500)에 형성된 베어링에어공급홀(510)의 경우, 상기 하우징부(400)에 형성되어 있는 베어링에어공급유로(430)와 연결되어 있다. 도 5에서와 같이, 상기 베어링에어공급유로(430)는 상기 매니폴드부(500)와 연통되어 있는 상기 리어 하우징(420)에서부터 상기 샤프트(100)의 외주면을 내포하는 상기 프런트 하우징(410)까지 내부에 형성되어 있어 상기 프런트 하우징(410)과 리어 하우징(420)에 내포되어 있는 상기 저널 에어베어링(210), 프런트 스러스트 에어베어링(220) 및 리어 스러스트 에어베어링(230)에 모두 압축공기를 공급하게 된다. 이에 따라 공급된 압축공기를 이용하여 에어베어링부(200)가 베어링의 역할을 할 수 있게끔 하는 것이다.

그리고 앞서 설명하였던 상기 에어터빈(300)의 구동방식에 대해서는 더 이상 설명하지 않고, 상기 에어터빈(300)이 구동할 수 있도록 하는 압축공기가 공급되는 방법에 대해서 설명하겠다.

상기 에어베어링부(200)에 공급되는 압축공기와 같이, 상기 에어베어링 스핀들(10)의 외부에 위치한 상기 에어공급부로부터 발생한 압축공기를 상기 에어베어링 스핀들(10)의 내부에 공급하기 위해 상기 리어 하우징(420)의 측면에 장착된 상기 매니폴드부(500)를 이용하게 되고, 상기 매니폴드부(500)에 형성되어 있는 다수개의 홀 중에서 상기 에어터빈(300)과 연결되어 있는 터빈에어공급홀(520)을 통해 압축공기를 공급하게 된다. 상기 매니폴드부(500)에 형성된 터빈에어공급홀(520)의 경우, 상기 하우징부(400)에 형성되어 있는 터빈에어공급유로(440)와 연결되어 있다. 도 6에서와 같이, 상기 터빈에어공급유로(440)는 상기 매니폴드부(500)와 연통되어 있는 상기 리어 하우징(420)에서부터 프런트 하우징(410)까지 형성되어 있다. 단, 상기 터빈에어공급유로(440)의 경우에는 상기 베어링에어공급유로(430)와 같이 상기 프런트 하우징(410) 앞쪽까지 형성되어 있지 않고, 상기 에어터빈(300)이 형성되어 있는 플랜지부(130)까지만 형성되어 있는 것이 차이점이라고 하겠다.

이때, 도 6에서 보면 상기 터빈에어공급홀(520)을 2개로 구성되어 있다. 상기 터빈에어공급홀(520)이 2개로 구성된 이유는 일측의 상기 터빈에어공급홀(520)을 통해 공급된 압축공기는 상기 에어터빈(300)에 형성된 에어블레이드에 힘을 받을 수 있는 방향(이후에서는 정방향터빈에어공급홀(520)이라함)으로 공급되면, 타측의 상기 터빈에어공급홀(520)을 통해 공급된 압축공기는 상기 에어터빈(300)에 형성된 에어블레이드에 상대적으로 힘을 덜 받을 수 있는 방향(이후에서는 역방향터빈에어공급홀(520)이라함)으로 공급되게 된다. 이와 같이 상기 터빈에어공급홀(520)을 2개로 구성하며, 하나를 정방향터빈에어공급홀(520)로 구성하고 다른 하나를 역방향터빈에어공급홀(520)로 구성한 이유는 압축공기를 상기 정방향터빈에어공급홀(520)에 공급하여 상기 에어터빈(300)에 회전 구동력을 제공하며, 필요에 따라서는 압축공기를 상기 역방향터빈에어공급홀(520)에 공급하여 상기 에어터빈(300)에 회전 구동력을 억제하거나 정지시킬 수 있도록 한 것이다.

상기와 같이 상기 에어베어링부(200)와 에어터빈(300)에 공급되는 압축공기가 상기 에어베어링 스핀들(10) 내부에 머물러 있는 것이 아니라, 에어베어링 역할을 하거나 회전 구동력을 제공한 후 배기된다.

상기 에어베어링 스핀들(10) 내부로 공급된 압축공기가 배기되기 위해서는 도 7에서와 같이 에어드레인유로(450)를 따라 흐르다가 에어드레인홀(530)을 통해 상기 에어베어링 스핀들(10)의 외부로 배출된다.

여기서, 외부의 상기 에어공급부를 통하여 공급된 압축공기가 상기 프론트 하우징과 리어 하우징(420) 내부에 형성된 상기 베어링에어공급유로(430)를 따라 이동하여 베어링 역할을 하고, 상기 터빈에어공급유로(440)를 따라 이동하여 상기 에어터빈(300)을 구동시키고 상기 에어드레인유로(450)로 배기됨으로써, 상기 에어베어링 스핀들(10) 내부에서 발생하는 열도 함께 배출되어 상기 에어베어링 스핀들(10) 내부를 냉각시키는 역할도 하게 된다.

지금까지 설명한 상기 에어베어링 스핀들(10)은 초고속, 초정밀 회전 가공 분야에 많이 이용되는데, 이러한 분야에서는 상기 에어베어링 스핀들(10)의 샤프트(100) 회전 속도를 제어하는 것이 매우 중요하다.

이러한 상기 에어베어링 스핀들(10)의 샤프트(100) 회전 속도 제어에 전제가 되는 것이 상기 샤프트(100)의 회전 속도를 측정하는 것이며, 따라서 상기 에어베어링 스핀들(10)에 상기 샤프트(100)의 회전 속도를 측정하는 장치를 구비하는 것이 필요하다.

도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 매니폴드부(500)의 광센서케이블홀(540)과 하우징부(400)의 광센서케이블라인(460)의 모습이며, 도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 반사판부(140)의 확대도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 반사판부(140)는 상기 플랜지부(130)의 후단에 외경을 따라 돌출 형성되어 있으며, 상기 리어 하우징(420)의 전면 사이에 위치하고 있다.

상기 반사판부(140)의 후면에는 광센서용 반사판(141)이 일정 간격을 두고 규칙적으로 형성되어 있으며, 상기 광센서용 반사판(141)은 별도로 구비된 발광장치(도면에는 미도시)에서 방출된 빛을 반사하여 광센서(도면에서는 미도시)에서 검출할 수 있도록 한다.

상기 광센서용 반사판(141)은 상기 반사판부(140)의 후면에 일정한 간격을 두고 형성되어 있고, 상기 플랜지부(130)와 함께 회전하도록 구성되어 있으므로 상기 광센서에서 검출되는 반사광을 카운트함으로써, 상기 플랜지부(130)와 샤프트(100)의 회전 속도를 간단하게 계산할 수 있을 것이다.

이와 같이 상기 플랜지부(130)와 샤프트(100)의 회전 속도를 계산할 수 있는 상기 광센서와 연결된 케이블은 상기 매니폴드에 형성된 광센서케이블홀(540)과 상기 하우징부(400)에 형성되어 있는 광센서케이블라인(460)을 통해 상기 에어베어링 스핀들(10)의 내부에 들어가게 된다.

이상에서와 같이 본 발명을 바람직한 실시 예를 이용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술 분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다.

10 - 에어베어링 스핀들
100 - 샤프트
110 - 툴 홀더
120 - 클램핑 유니트
130 - 플랜지부
131 - 제1배기가이드홈
132 - 제2배기가이드홈
140 - 반사판부
141 - 반사판
200 - 에어베어링부
210 - 저널 에어베어링
220 - 프런트 스러스트 에어베어링
230 - 리어 스러스트 에어베어링
300 - 에어터빈
310 - 제1에어블레이드
320 - 제2에어블레이드
400 - 하우징부
410 - 프런트 하우징
420 - 리어 하우징
430 - 베어링에어공급유로
440 - 터빈에어공급유로
450 - 에어드레인유로
460 - 광센서케이블라인
500 - 매니폴드부
510 - 베어링에어공급홀
520 - 터빈에어공급홀
530 - 에어드레인홀
540 - 광센서케이블홀
600 - 언클램핑 유니트

Claims (5)

1. 전단에 공구가 장착되는 툴 홀더가 구비되며, 일측은 상기 툴 홀더와 결합하는 클램핑 유니트가 축 방향을 따라 내장되어 있는 샤프트;
   상기 샤프트의 외경보다 큰 외경을 가지며 상기 샤프트의 후단부에 상기 샤프트와 일체로 형성되는 플랜지부;
   상기 샤프트의 축 방향과 나란하게 상기 샤프트의 외주면을 따라 형성되는 저널 에어베어링과, 상기 샤프트의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부의 전방에 형성되는 프런트 스러스트 에어베어링과, 상기 샤프트의 축 방향과 수직으로 상기 플랜지부의 후방에 형성되는 리어 스러스트 에어베어링으로 이루어진 에어베어링부;
   상기 플랜지부의 외주면에 결착되어 상기 샤프트에 회전력을 전달하는 에어터빈;
   상기 플랜지부의 전방에 상기 샤프트와 저널 에어베어링의 외주면과 상기 프런트 스러스트 에어베어링의 전면과 외주면을 내포하는 프런트 하우징과, 상기 플랜지부의 후방에서 상기 리어 스러스트 에어베어링의 외주면과 후면을 내포하는 리어 하우징으로 이루어진 하우징부;
   상기 리어 하우징 측면에 위치하며, 상기 에어베어링부와 에어터빈에 필요한 에어를 외부의 에어공급부와 연결되어 공급 및 배출하는 매니폴드부; 및
   상기 리어 하우징의 후방에 위치하여, 상기 플랜지부를 밀어주어 상기 클램핑 유니트로부터 툴 홀더를 분리하는 언클램핑 유니트;를 포함하여 구성되되,
   상기 매니폴드부는,
   상기 외부의 에어공급부를 통해 공급되는 에어를 상기 에어베어링부에 공급하는 베어링에어공급홀과, 상기 에어터빈에 공급하는 터빈에어공급홀 및 상기 에어베어링부와 에어터빈에 공급된 에어가 배출되는 에어드레인홀로 이루어진 것을 특징으로 하는 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 하우징부 내부에는 상기 매니폴드부에 형성된 베어링에어공급홀, 터빈에어공급홀 및 에어드레인홀에 대응되는 유로인 베어링에어공급유로, 터빈에어공급유로 및 에어드레인유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 에어터빈에는 상기 샤프트의 축 방향과 수직인 일면에 제1에어블레이드가 형성되어 있으며, 상기 제1에어블레이드와 대칭으로 제2에어블레이드가 선택적으로 형성될 수 있는 것을 특징으로 하는 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 플랜지부는,
   상기 플랜지부의 외주면에 결착된 상기 에어터빈의 제1에어블레이드와 제2에어블레이드 하방에 일정한 깊이로 상기 플랜지부의 외주면을 따라 제1배기가이드홈과 제2배기가이드홈이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 통합구조를 갖는 매니폴드가 장착된 에어베어링 스핀들.

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