KR102205788B1 - 콜렛 및 척 바디 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공작기계용 콜렛 및 척 바디에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일 측에 스핀들이 장착(결합)되고 타 측 척 바디가 결합되는 척에 있어서, 상기 척 바디와 콜렛의 결합(장착)이 보다 용이한 공작기계용 콜렛 및 척 바디에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 가압부재를 포함하는 척의 내부에서 상기 가압부재에 결합되는 콜렛에 있어서, 공구가 결합되도록 중심에 구비되고, 상기 가압부재에 가압에 의해 직경이 조절되는 결합공, 일 측에 형성되고 타 측을 향하여 외경이 증가하는 테이퍼부, 타 측에 형성되고 일 측을 향하여 외경이 증가하는 결합단부 및 상기 테이퍼부와 상기 결합단부 사이에 구비되고 상기 가압부재의 내측에 형성된 걸림돌부가 걸리는 걸림홈부를 포함한다.

Description

콜렛 및 척 바디{COLLET AND CHUCK BODY}

본 발명은 공작기계용 콜렛 및 척 바디에 관한 것으로, 보다 상세하게는 일 측에 스핀들이 장착(결합)되고 타 측 척 바디가 결합되는 척에 있어서, 상기 척 바디와 콜렛의 결합(장착)이 보다 용이한 공작기계용 콜렛 및 척 바디에 관한 것이다.

CNC 선반 등과 같은 공작기계는 절삭 공구 등을 이용하여 금속/비금속의 가공 소재(공작물)를 절삭하는 등을 통해 원하는 형상 및 치수로 가공하는 기계를 말한다.

일반적으로 척은 이러한 공작기계의 스핀들이 장착되며, 스핀들에 의해 회전되는 드릴링 공구 등을 가압하여 고정하는 콜렛이 장착된다.

종래의 기술인 등록특허 제10-1620327호(이하 종래기술)는 CNC 선반용 공작물 척킹 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통공이 마련된 앞면을 갖고, CNC 선반의 주축대에 설치된 스핀들의 앞단에 결합된 스핀들 캡; 전후 방향으로 직선 운동을 할 수 있도록 상기 스핀들의 내부에 위치하되 상기 스핀들의 회전 시 함께 회전하도록 마련되고, 압축 코일 스프링을 내장한 척 슬리브; 상기 압축 코일 스프링에 의해 앞쪽으로 가압되는 뒷단, 상기 스핀들 캡의 통공을 통과하는 앞단 및 상기 스핀들 캡의 앞면에 걸린 단턱을 갖고, 상기 척 슬리브의 전후진 시 공작물을 파지하고 놓아주도록 마련된 콜렛 척; 및 상기 스핀들 내부의 절삭유 공급관과 결합한 고정 블록 및 상기 콜렛 척에 의해 파지된 공작물의 뒷단과 맞닿은 상태를 유지하면서 상기 공작물과 함께 회전하도록 상기 고정 블록에 결합되어 상기 고정 블록을 통과한 절삭유를 상기 공작물의 내부로 분사하는 회전 블록을 포함하는 절삭유 분사 노즐;을 포함함으로써 공작물의 내경 절삭 시 발생하는 절삭 칩이 상기 공작물의 외부로 배출되고 콜렛 척의 내부로 유입되지 않는 것이다.

그러나 이러한 종래기술은 콜렛과 가압부재(너트, 캡, 덮개)의 결합이 용이하지 않다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 보조구 등을 사용하지 않고도 콜렛과 가압부재(너트)의 결합이 용이한 공작기계용 콜렛 및 척 바디를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 콜렛이 가압부재에 결합된 상태에서 하우징과의 결합이 용이한 공작기계용 콜렛 및 척 바디를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 드릴링 공구 등을 정밀하게 가압하여 고정하는 콜렛을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 절삭유를 보다 원활히 공급할 수 있는 공작기계용 콜렛 및 척 바디를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 정밀도 및 파지력이 큰 공작기계용 콜렛 및 척 바디를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제의 해결을 목적으로 하는 본 발명은 다음의 구성 및 특징을 갖는다.

본 발명은 가압부재를 포함하는 척의 내부에서 상기 가압부재에 결합되는 콜렛에 있어서, 공구가 결합되도록 중심에 구비되고, 상기 가압부재에 가압에 의해 직경이 조절되는 결합공, 일 측에 형성되고 타 측을 향하여 외경이 증가하는 테이퍼부, 타 측에 형성되고 일 측을 향하여 외경이 증가하는 결합단부 및 상기 테이퍼부와 상기 결합단부 사이에 구비되고 상기 가압부재의 내측에 형성된 걸림돌부가 걸리는 걸림홈부를 포함한다.

또한 상기 테이퍼부의 일 측에 구비되고, 상기 테이퍼부의 최소 외경보다 작은 외경을 갖는 삽입단부를 더 포함하고, 상기 결합단부, 걸림홈부 및 테이퍼부에는 상기 결합공을 중심으로 방사형으로 형성된 다수의 제1슬릿이 구비되고, 상기 제1슬릿은 상기 결합단부의 둘레를 따라 60° 간격으로 배치되며, 상기 제1슬릿은 상기 결합단부에서부터 상기 테이퍼부를 걸쳐 상기 삽입단부의 일부까지 형성될 수 있다.

또한 상기 삽입단부 및 테이퍼부에는 상기 결합공을 중심으로 방사형으로 형성된 다수의 제2슬릿이 구비되고, 상기 제2슬릿은 상기 삽입단부의 둘레를 따라 120° 간격으로 배치되며, 상기 제2슬릿은 상기 삽입단부에서 상기 테이퍼부의 일부까지 형성될 수 있다.

또한 상기 테이퍼부는 상기 결합공의 중심선에 대하여 1 ~ 3°일 수 있다.

상기 구성 및 특징을 갖는 본 발명은 가압부재의 걸림돌부에 대응하여 콜렛이 걸림홈부를 포함함으로써, 콜렛 및 가압부재의 결합이 용이하여 가압부재를 통해 척(하우징)에 콜렛을 보다 원활히 장착(결합)할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 콜렛이 제1슬릿을 포함함으로써, 드릴링 공구 등을 보다 정밀하게 파지(가압하여 고정)할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 제2슬릿을 포함함으로써, 드릴링 공구 등을 보다 정밀하게 파지(가압하여 고정)할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 제1슬릿 및 제2슬릿을 포함함으로써, 콜렛에 파지된 공구에 절삭유를 보다 원활하게 공급할 수 있다는 효과를 갖는다.

또한 본 발명은 테이퍼부의 경사각은 1 ~ 3°로 형성됨으로써, 콜렛의 파지력이 크다는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콜렛 및 가압부재의 분해사시도이다.
도 2는 콜렛의 측면도이다.
도 3은 척 바디가 결합된 척의 단면도이다.
도 4는 가압부재의 저면도이다.
도 5는 콜렛의 평면도이다.
도 6은 콜렛의 저면도이다.
도 7은 분출홈을 설명하기 위한 콜렛의 평면도이다.
도 8은 보호막을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

참고로, 본원의 실시예에 관한 설명 중 방향이나 위치와 관련된 용어 (일 측, 일단, 일단부, 일 측부, 타 측, 타단, 타단부, 타 측부)는 도면에 나타나 있는 각 구성의 배치 상태를 기준으로 설명한 것이다. 예를 들면, 일 측(일단, 일단부, 일 측부)은 도 1 내지 도 3을 기준으로 좌측 방향의 측(단, 단부, 측 부)일 수 있고, 타 측(타단, 타단부, 타 측부)은 도 1 내지 도 3을 기준으로 우측 방향의 측(단, 단부, 측 부)일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 콜렛 및 가압부재의 분해사시도이고, 도 2는 콜렛의 측면도이며, 도 3은 척 바디가 결합된 척의 단면도이고, 도 4는 가압부재의 저면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 가압부재(N)를 포함하는 척(CH)의 내부에서 가압부재(N)에 결합되는 콜렛(CL)에 관한 것이다.

보다 자세히 설명하면, 척(CH)은 일 측에 공작기계 등의 스핀들(미도시)이 삽입되는 스핀들공(SH) 및, 타 측에 척 바디(B)가 장착(결합)되는 하우징(H)을 포함한다.

도 3의 (a)는 스트레이트 유형의 척(CH)(STRAIGHT ER COLLET CHUCK)을 도시한 도면으로, 일 측에 공작기계 등의 스핀들(미도시)이 삽입되는 스핀들공(SH) 및, 타 측에 척 바디(B)가 장착(결합)되는 하우징(H)을 포함할 수 있다. 도 3의 (b)는 아버(arbor)를 도시한 도면이다. 아버는 공작 기계로서 절삭 공구(切削工具)를 부착하는 작은 축(軸), 그 한쪽 끝은 기계의 주측 끝에 삽입할 수 있도록 테이퍼 가공이 되어 있다. 밀링 머신에 장치하여 사용된다. 마찬가지로 일 측에 공작기계 등의 스핀들(미도시)이 삽입되는 스핀들공(SH) 및, 타 측에 척 바디(B)가 장착(결합)되는 하우징(H)을 포함할 수 있다.

여기에서 일 측은 도 1 내지 도 3을 기준으로 좌측을 의미하고, 타 측은 도 1 내지 도 3을 기준으로 우측을 의미한다. 후술하는 설명에서 일 측 및 타 측 각각은 도 1 내지 도 3을 기준으로 좌측 및 우측을 각각 의미한다.

스핀들은 후술하는 콜렛(CL)의 결합공(1)에 장착(결합)되는 공구(드릴 공구 등)를 회전시키기 위한 것으로 해당 분야에서 통상적으로 사용되는 것이다. 상기 척 바디(B)는 하우징(H)과 탈착 가능하게 결합될 수 있다. 즉, 하우징(H)은 타 측에 척 바디(B)의 적어도 일부가 삽입되어 수용(장착, 결합)되도록 바디공(미도시)을 포함할 수 있는 것이다.

이때 척 바디(B)는 내 측에 콜렛(CL)의 적어도 일부가 수용되는 수용부(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 가압부재(N)는 콜렛(CL)을 척 바디(B)로 수용시키도록 일 방향으로 가압시키는 것으로서, 예시적으로 암나사산(N2)이 형성된 너트일 수 있다. 즉, 척 바디(B)(또는 하우징(H))의 일 측 외면은 수나사난이 형성되어 가압부재(N)와 척 바디(B)(또는 하우징H))의 나사산 체결에 의해 콜렛(CL)을 척 바디(B)의 수용부(미도시)로 이동(도 1을 기준으로 일 측(좌측) 방향으로 이동)시켜 수용시키는 것이다. 가압부재(N)는 후술하는 콜렛(CL)의 설명에서 보다 자세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 콜렛(CL)은 결합공(1), 테이퍼부(2), 결합단부(3) 및 걸림홈부(4)를 포함한다.

먼저, 테이퍼부(2)는 일 측에 형성되고 타 측을 향하여 외경이 증가한다. 이때 상기 척 바디(B)의 바디공(미도시)의 외경은 테이퍼부(2) 타단의 외경보다 작도록 구비는 것이 바람직하다.

결합공(1)은 상술한 공구(드릴 공구 등)가 결합되도록 콜렛(CL)의 중심에 구비되고, 가압부재(N)에 가압에 의해 직경이 조절된다.

보다 자세히 설명하면, 결합공(1)은 콜렛(CL)의 길이 방향을 따라 콜렛(CL)의 일 측면 및 타 측면을 관통하는 통공으로, 결합공(1)에 공구가 삽입된 상태에서 가압부재(N)의 가압(상술하였듯이 척 바디(B)(또는 하우징(H))의 나사산 체결에 의한 가압)에 의해 콜렛(CL)이 척 바디(B)의 수용부(미도시)에서 일 측 방향으로 이동하고, 따라서 척 바디(B)의 수용부(미도시)에 수용된다.

이때 상술하였듯이, 콜렛(CL)은 일 측에 형성되고 타 측을 향하여 외경이 증가하는 테이퍼부(2)를 포함하고, 척 바디(B) 바디공(미도시)의 직경은 콜렛(CL)의 타단보다 작도록 구비되기 때문에, 콜렛(CL)의 일부가 바디공(미도시)에 수용된 상태에서 일 측 방향으로 이동함에 따라 콜렛(CL)의 결합공(1)은 직경이 감소되어 결합공(1)에 삽입된 공구를 가압함으로써 공구를 고정한다.

여기에서 콜렛(CL)은 예시적으로 탄성체로 형성되어 상기 바디공에 수용됨에 따라 결합공(1)을 축소하는 것일 수 있고, 다른 예시로는 후술하는 슬릿(제1슬릿(S1), 제2슬릿(S2))을 포함하여 상기 바디공에 수용됨에 따라 결합공(1)을 축소시킬 수 있다(반대로 가압부재(N)와 척 바디(B)의 나사산 체결을 분리하여 콜렛(CL)을 타 측 방향으로 이동시키는 경우, 결합공(1)의 직경을 크게 함으로써 콜렛(CL)으로부터 공구를 분리할 수 있다).

이와 같이, 콜렛(CL)은 직경이 조절되는 결합공(1)을 포함하고, 콜렛(CL)과 결합되는 가압부재(N)가 척 바디(B)(또는 하우징(H))와 나사산 체결을 함으로써, 다양한 직경을 갖는 공구를 용이하게 고정할 수 있다는 이점이 있다.

상술한 테이퍼부(2)는 결합공(1)의 중심선에 대하여 1 ~ 3°일 수 있다. 즉, 결합공(1)의 중심선과 테이퍼부(2)의 외측면의 협각은 1 ~ 3°일 수 있다.

콜렛(CL)이 척 바디(B)의 바디공에서 일 측 방향으로 이동함에 따라 척 바디(B)의 바디공을 형성하는 척 바디(B)의 내측벽이 테이퍼부(2)를 압박하는 정도는 증가하게 된다. 이때 상기 척 바디(B)의 내측벽은 콜렛(CL)에 테이퍼부(2)의 경사면(외면)의 법선 방향을 향하는 외력(압축력)을 가하게 되는데, 테이퍼부(2)의 경사각이 1 ~ 3° 보다 클 경우, 결합공(1)에 수용(삽입)된 공구의 길이 방향(결합공(1)의 길이 방향으로 도 1을 기준으로 우측 및 좌측을 연결하는 방향)에 수직(직교)하는 방향(도 1을 기준으로 상측 및 하측을 연결하는 방향)의 외력보다 공구의 길이 방향에 평행한 방향의 외력이 커져 파지력이 감소할 수 있다.

[표 1]

위 표 1은 테이퍼부(2)의 경사각이 2°, 8°, 16°인 콜렛(CL)의 파지력 시험 데이터 결과이다(서로 다른 경사각(2°, 8°, 16°)을 갖는 콜렛(CL) 각각은 동일 길이, 동일 외경, 동일 내경을 갖는다).

위 표 1을 참조하면, 테이퍼부(2)의 경사각이 16°인 경우 콜렛(CL)의 파지력은 35~45N/M, 테이퍼부(2)의 경사각이 8°인 경우 콜렛(CL)의 파지력은 55~65N/M, 테이퍼부(2)의 경사각이 2°인 경우 콜렛(CL)의 파지력은 88~95N/M인 것을 확인할 수 있다.

즉, 콜렛(CL)의 테이퍼부(2)는 결합공(1)의 중심선에 대하여 1 ~ 3°로 형성됨으로써, 콜렛(CL)의 파지력(공구를 고정하는 힘)이 향상된다는 이점이 있다.

반대로, 테이퍼부(2)의 경사각이 1°미만일 경우, 콜렛(CL)이 공구를 효과적으로 파지하기 위해서 콜렛(CL), 척 바디(B) 및 하우징(H)의 길이를 크게 제작해야 하므로 제작 비용 등이 많이 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 테이퍼부(2)의 경사각은 2°로 형성되는 것이 바람직하다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 결합단부(3)는 타 측에 형성되고 일 측을 향하여 외경이 증가한다. 또한 걸림홈부(4)는 테이퍼부(2)와 결합단부(3) 사이에 구비되고 가압부재(N)의 내측에 형성된 걸림돌부(N1)가 걸리는 걸림홈부(4)를 포함한다.

보다 자세히 설명하면, 척(CH)의 내측(바디공)에 적어도 일부가 수용되는 척 바디(B)는 가압부재(N)를 포함하되, 가압부재(N)는 일 측면 및 타 측면을 관통하는 통공(NH), 일 측 내주면을 따라 형성되는 암나사산(N2), 나사산(N2)을 기준으로 타 측에 구비되되 상기 내주면에서 내측으로 돌출 형성되는 걸림돌부(N1)를 포함할 수 있다. 여기에서 내측이란 상기 내주면에서 통공(NH)을 향하는 방향을 의미한다.

콜렛(CL)은 걸림홈부(4)에 걸림돌부(N1)가 삽입되도록, 결합공(1)의 중심선에서 소정의 각도(결합공(1)의 중심선을 기준으로 90°이하)로 기울어진 상태에서 가압부재(N)의 일 측에 접근 및 통과하여 통공(NH)에 진입하여 타 측 방향으로 진행할 수 있다. 걸림홈부(4)에 걸림돌부(N1) 중 적어도 하나가 삽입된 상태에서, 결합공(1)의 중심선과 통공(NH)의 중심선이 일치하도록 콜렛(CL)을 회동시킴으로써, 콜렛(CL) 및 가압부재(N)를 결합시킨다.

이와 같이, 콜렛(CL)은 걸림홈부(4)를 포함함으로써 가압부재(N)와 용이하게 결합시킬 수 있고, 콜렛(CL)이 가압부재(N)에 용이하게 결합됨에 따라 콜렛(CL)을 척 바디(B)의 바디공(미도시)에 보다 용이하게 적어도 일부를 수용시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한 상술하였듯이, 콜렛(CL)은 타 측에 형성되고 일 측을 향하여 외경이 증가하는 결합단부(3)를 포함함으로써, 콜렛(CL) 및 가압부재(N)가 결합할 때 콜렛(CL)의 진행 방향을 기준으로 콜렛(CL)의 타단부(결합단부(3)가 형성된 단부)가 보다 용이하게 걸림돌부(N1)를 통과하기 때문에 걸림돌부(N1) 및 걸림홈부(4)의 걸림 결합이 보다 용이하다는 이점이 있다.

즉, 콜렛(CL)은 결합단부(3) 및 걸림홈부(4)를 포함함으로써 콜렛(CL)을 소정의 각도로 기울인 상태에서 타 측 방향으로 이동시켜 가압부재(N)와 결합하면 되기 때문에, 콜렛(CL)의 외경을 감소시키는 보조구(미도시) 등이 없어도 콜렛(CL)을 가압부재(N)에 결합시킬 수 있다는 이점이 있다.

이때 결합단부(3)의 타단 외경은 걸림홈부(4)의 외경보다 작게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 결합단부(3)의 타 측면(타단)의 외경이 걸림홈부(4)의 외경보다 작게 형성되어 걸림홈부(4)에 걸림 되도록 내측으로 돌출되는 걸림돌부(N1)가 결합단부(3)의 타단에 걸리지 않고 초기 진입(콜렛(CL)이 타 측 방향으로 이동하는 경우)이 가능할 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 가압부재(N)는 걸림돌부(N1)를 기준으로 타 측 내주면에서 상기 결합단부(3)에 상응하여 내측으로 경사진 단턱(N3)을 포함할 수 있다.

상술하였듯이 가압부재(N) 및 척 바디(B)(또는 하우징(H))) 간의 나사산 체결에 의해 가압부재(N)에 결합된 콜렛(CL)이 척 바디(B)의 바디공에 적어도 일부가 수용된다고 하였는데, 가압부재(N) 및 척 바디(B)가 나사산 체결을 함에 따라 걸림홈부(4)에 삽입되어 걸림 되는 걸림돌부(N1)는 걸림홈부(4)를 형성하는 걸림단턱(41)에 일 측 방향으로 향하는 외력을 제공하게 된다. 이때 걸림돌부(N1)는 반복 사용에 의해 손상되는 문제점이 발생할 수 있다.

이때 가압부재(N)가 단턱(N3)을 포함함으로써, 가압부재(N) 및 척 바디(B)가 나사산 체결을 함에 따라 결합단부(3)에 대하여 일 측 방향으로의 외력을 제공하기 때문에, 걸림돌부(N1)의 사용 수명을 연장시킬 수 있다는 이점이 있다.

도 5는 콜렛의 평면도이고, 도 6은 콜렛의 저면도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 콜렛(CL)은 테이퍼부(2)의 일 측에 구비되고, 상기 테이퍼부(2)의 최소 외경보다 작은 외경을 갖는 삽입단부(5)를 더 포함할 수 있다.

이와 같이, 콜렛(CL)이 테이퍼부(2)의 최소 외경보다 작은 외경을 갖는 삽입단부(5)를 포함함으로써, 척 바디(B)의 바디공에 콜렛(CL)이 용이하게 삽입될 수 있다.

이때 콜렛(CL)은 테이퍼부(2)의 일단에서 내측으로 경사지게 연장되어 삽입단부(5)의 타단을 연결하는 경사연장부(6)를 포함할 수 있다.

이와 같이, 콜렛(CL)이 경사연장부(6)를 포함함으로써 척 바디(B)의 바디공에 삽입단부(5)가 삽입된 상태에서, 용이하게 테이퍼부(2)가 척 바디(B)의 바디공에 진입하여 적어도 일부가 수용되도록 할 수 있다는 이점이 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 콜렛(CL)은 결합단부(3), 걸림홈부(4) 및 테이퍼부(2)에는 결합공(1)을 중심으로 방사형으로 형성된 다수의 제1슬릿(S1)을 구비할 수 있다. 여기에서 제1슬릿(S1)은 콜렛(CL)의 내측에 형성되는 결합공(1)과 외측을 연통시키는 절개된 부분을 의미한다. 콜렛(CL)은 다수의 제1슬릿(S1)을 포함함으로써, 콜렛(CL)이 척 바디(B)의 바디공에서 일 측 방향으로 이동함에 따라 테이퍼부(2)에 가해지는 외력에 의해 결합공(1)의 직경이 감소될 수 있다.

이때 제1슬릿(S1)은 결합단부(3)의 둘레를 따라 60° 간격으로 배치될 수 있다. 즉 제1슬릿(S1)이 결합단부(3)의 둘레를 따라 60° 간격으로 배치됨으로써, 콜렛(CL)이 다수(6개)의 제1슬릿(S1)을 포함하여 공구를 파지함에 있어 정밀도가 향상된다는 이점이 있다.

상기 제1슬릿(S1)은 결합단부(3)에서 걸림홈부(4) 및 테이퍼부(2)를 걸쳐 삽입단부(5)의 일부까지 형성될 수 있다. 즉, 제1슬릿(S1)의 길이를 크게 함으로써, 파지력 및 정밀도가 향상될 수 있다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 삽입단부(5) 및 테이퍼부(2)에는 결합공(1)을 중심으로 방사형으로 형성된 다수의 제2슬릿(S2)이 구비될 수 있다. 이때 제2슬릿(S2)은 삽입단부(5) 둘레를 따라 120° 간격으로 배치될 수 있다.

이와 같이, 콜렛(CL)이 제1슬릿(S1)을 포함할 뿐만 아니라 삽입단부(5) 및 테이퍼부(2)에 제2슬릿(S2)을 포함함으로써, 콜렛(CL)이 공구를 파지함에 있어 정밀도가 향상된다는 이점이 있다.

이때 제2슬릿(S2)은 삽입단부(5)에서 테이퍼부(2)의 일부까지 형성(삽입단부(5) 및 테이퍼부(2) 사이에 경사연장부(6)가 형성되므로 경사연장부(6)에도 제2슬릿(S2)이 형성됨은 물론이다)될 수 있다. 즉, 제2슬릿(S2)의 길이를 크게 함으로써, 파지력 및 정밀도가 향상될 수 있다. 또한 도시되지는 않았지만, 척(CH)의 하우징(H)에는 척 바디(B)에 적어도 일부가 수용된 콜렛(CL)의 일 측을 향하여 절삭유를 공급하는 절삭유 공급관(미도시)을 포함할 수 있는데, 제2슬릿(S2)이 콜렛(CL)의 일단에서부터 형성되어 테이퍼부(2)까지 연장되고, 제1슬릿(S1)은 콜렛(CL)의 타단에서부터 형성되어 삽입단부(5)의 일부까지 형성됨으로, 콜렛(CL)의 일단으로 공급된 절삭유가 제2슬릿(S2)을 통하여 테이퍼부(2)까지 이송될 수 있고, 테이퍼부(2)의 까지 이송된 절삭유가 다시 제1슬릿(S1)을 경유하여 콜렛(CL)에 파지(장착)되어 콜렛(CL)의 타단에서 돌출되는 공구에 절삭유가 원활히 공급될 수 있다는 이점이 있다. 즉, 콜렛(CL)이 제1슬릿(S1)과 제2슬릿(S2)을 포함함으로써, 콜렛(CL)의 일단에서 타단까지 절삭유가 원활히 공급되어, 결과적으로 콜렛(CL)이 파지하는 공구에 절삭유를 원활히 공급할 수 있는 것이다.

제2슬릿(S2)은 콜렛(CL)이 공구를 파지하는 데 있어 정밀도를 향상시킬 수 있도록, 서로 이웃하는 제1슬릿(S1)의 사이에 형성되는 것이 바람직하다.

도 6을 참조하면, 콜렛(CL)은 결합단부(3) 및 걸림홈부(4)에서 결합공(1)을 형성하도록 내측으로 돌출 형성되되, 상기 테이퍼부(2)의 일단에서 소정의 이격 거리까지 연장되는 돌출부(7)를 포함할 수 있다. 상기 소정의 이격 거리는 상술한 경사연장부(6)와 인접한 거리일 수 있다. 또한 상기 내측은 결합공(1)의 중심선을 향하는 방향일 수 있다. 이를 통해 콜렛(CL)은 강성이 증가한다는 이점이 있다.

도 7은 분출홈을 설명하기 위한 콜렛의 평면도이다.

도 7을 참조하면, 콜렛(CL)은 결합공(1)을 형성하는 내주면에서 외측 반경 방향(경합공(1)의 중심선에서 방사상 방향)으로 함몰된 분출홈(VA)을 포함할 수 있다. 상기 분출홈(VA)은 절삭유가 공구가 결합되어 돌출된 전방(도 7을 기준으로 후면에서 정면 방향)으로 강하게 분사되도록 형성된 것으로서, 미세하게 형성되는 것이 바람직하다.

예시적으로 분출홈(VA)은 3개가 형성될 수 있으나 이에만 한정하는 것은 아니다. 분출홈(VA)이 3개 형성되는 경우, 콜렛(CL)의 상기 내주면에서 둘레를 따라 120° 간격을 두고 형성될 수 있다.

이와 같이, 콜렛(CL)이 분출홈(VA)을 포함함으로써, 분출홈(VA)을 통해 절삭유가 공구가 돌출되는 전방(도 7을 기준으로 후면에서 정면 방향)으로 강하게 분사되어 이물질과 칩 등으로 인한 공구 파손을 억제할 수 있다는 이점이 있다.

도 8을 보호막을 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 8을 참조하면, 상술하였듯이 콜렛(CL)은 직경이 조절되는 결합공(1)에 의해 결합공(1)에 삽입된(결합공(1)을 적어도 일부가 관통하는) 공구(예시적으로 드릴링 공구)를 파지(가압 고정)한다. 이때 콜렛(CL)에 파지된 공구가 소재를 절삭 등의 가공을 반복적으로 수행함에 따라 연마(연삭)되어 수명이 다함으로써 교체 등의 작업을 반복적으로 수행해야 하기 때문에, 결합공(1)을 형성하는 콜렛(CL)의 내주면(내측면)은 반복적으로 가해지는 강한 외력 및 마찰로부터 적절히 보호될 필요성이 있다. 또한 콜렛(CL)은 공구를 반복적으로 파지 및 파지 해제를 수행함에 따라 콜렛(CL)과 공구 간의 마찰이 반복적으로 발생되고, 따라서 결합공(1)을 형성하는 내주면(내측면)에 공구에서 발생한 쇳가루가 부착될 수 있고, 절삭유가 반복적으로 공급되기 때문에 교체 등의 작업을 하는 동시에 적절히 세척을 해야 한다. 따라서 콜렛(CL)은 부식 등이 발생할 수 있는 환경으로부터 적절히 보호될 필요성이 있다.

이에 따라, 콜렛(CL)은 가혹한 환경으로부터 보호하기 위해 결합공(1)을 형성하는 내주면(내측면)에 보호막(G)을 더 포함할 수 있다.

도 8을 참조하며 자세히 설명하면, 콜렛(CL)은 결합공(1)을 형성하는 내주면(내측면)에 구비되는 보호막(G)을 포함하되, 이 보호막(G)은 콜렛(CL)에서 결합공(1)을 형성하는 내주면(내측면)에 침투층(G1), 침투층(G1)의 상부에 구비된 발열층(G2) 및 발열층(G2)의 상부에 구비된 보호층(G3)을 포함할 수 있음을 특징으로 한다.

이러한 보호막(G)은 자체적으로 완충 및 방수 효과가 뛰어날 뿐만 아니라 특히 발열층(G2)에 전기를 인가하면 약 300℃로 발열되어 침투층(G1)이 용융되면서 외면의 미세공이나 미세굴곡 등을 채운 후에 소결됨으로써, 향상된 결합력을 가질 뿐만 아니라 들뜸 현상까지 방지하고, 이를 통해 보다 견고한 보호 및 방수를 제공한다.(첨부된 도면에는 미세공 및 미세굴곡이 과장되게 도시되어 있음)

구체적인 실시예로, 침투층(G1)은 폴리에틸렌 100 중량부 대비, 폴리비닐 아세테이트계 저수축제 20 중량부 및 수소첨가 로젠이스테르 수지와 폴리브텐을 포함하는 점착제 50 중량부를 포함한다.

각 조성물 별로, 폴리에틸렌은 석유의 나프타로부터 분취되는 구성으로, 열가소성 수지로서 첨가되며, 방수성이 우수하다는 점과 약 130℃ 내외의 녹는점을 가진다는 점에서 채택되었다. 상기 침투층(G1)의 각 조성물은 이 폴리에틸렌 100 중량부를 기준으로 결정된다.

그리고 폴리비닐 아세테이트계 저수축제는 침투층(G1)의 소결 시에 과도하게 수축되어 들뜸이 발생하는 현상을 방지하기 위한 수축방지제로서 첨가된다. 이러한 폴리비닐 아세테이트계 저수축제는 20 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만인 경우 수축 방지 효과가 부족하고, 상기 범위를 초과하는 경우 소결이 잘되지 않는 문제가 있다.

그리고 점착제는 침투층(G1)에 점착성을 부여하여 미세공, 미세굴곡 등에의 결착력을 강화하기 위해 첨가되는데, 특히 수소첨가 로젠이스테르 수지(Hydrogenated ester of Resin)와 폴리브텐(Polybutene)을 포함한다. 수소첨가 로젠이스테르는 초기점착성을 부여하면서 소결 후의 내열성이 기여하고, 폴리브텐은 점착성질을 부여한다. 이러한 점착제는 50 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만인 경우 점착력이 저하되고, 상기 범위를 초과하는 경우 소결 후의 점착성이 급격하게 하락하는 문제가 있다.

상기 침투층(G1)은 폴리에틸렌이 용융될 수 있는 130℃ 이상의 온도 하에서 각 조성물들을 폴리에틸렌 용액에 투입하여 교반한 다음 소결하여 형성한다.

다음으로, 발열층(G2)은 이산화루테늄 100 중량부 대비, 은 200 중량부 및 이산화티타늄과 이규화몰리브덴을 포함하는 기능성 결착제 200 중량부를 포함한다. 이러한 발열층(G2)을 페이스트의 형태로 침투층(G1) 상부에 도포 시공되는 것을 특징으로 한다.

각 조성물 별로, 이산화루테늄은 백금족의 전이금속으로, 페이스트 형태의 발열층(G2)을 구성하기 위해 분말 형태로 구비된다. 이러한 이산화루테늄은 과도하게 사용되는 경우 발열온도가 너무 과하여 후술하는 보호층(G3)을 손상시킬 수 있기 때문에 발열층(G2) 전체 조성물 대비 20 중량%를 넘지 않는 것이 바람직하다. 상기 발열층(G2)의 각 조성물은 이 이산화루테늄 100 중량부를 기준으로 결정된다.

그리고 은(Ag)은 이산화루테늄과 마찬가지로 전이금속으로, 역시 페이스트 형태의 발열층(G2)을 구성하기 위해 분말 형태로 구비된다. 이러한 은은 200 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 발열층(G2)이 전류 생성을 위한 충분히 낮은 저항값을 가지기 어려우며, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 발열 온도가 과도해지는 문제가 있다.

그리고 기능성 결착제는 이산화루테늄 및 은의 결합을 위해 첨가되며, 부가적으로 구성 간의 분산을 용이하게 함과 더불어 발열 포화 시간 단축 및 발열 효과 지속을 제공한다. 기능성 결착제는 이산화티타늄과 이규화몰리브덴을 포함하는데, 이산화티타늄은 발열 효과 지속에 기여하고, 특히 이규화몰리브덴은 몰리브덴과 실리콘의 몰비가 1:2로 이루어진 화합물로서, 높은 융점을 가져 발열층(G2)의 발열 시에 발열층(G2)이 용융되는 것을 방지하고, 고온 하에서 실리카를 형성하여 발열 효과 지속은 물론 발열 포화시간을 상당히 단축시킨다. 이러한 기능성 결착제는 200 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 효과 발현이 부족하고, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 고온 발열 시의 전기 흐름이 불안정해지는 문제가 발생한다.

상기 발열층(G2)은 에틸렌글리콜(테르펜), 부틸칼비톨, 에틸셀로솔브, 에틸벤젠, 이소프로필벤젠, 메틸에틸케톤, 디옥산, 아세톤, 시클로헥사논, 3-메톡시부틸 아세테이트 등과 같은 유기용매에 상기 조성물들을 혼합한 후 혼련 과정을 거쳐 제조된다.

다음으로, 보호층(G3)은 부틸 합성고무 100 중량부 대비, 탄산칼슘과 벤토나이트를 포함하는 충진제 300 중량부, 나프텐 오일 100중량부 및 바륨알루미네이트와 지르코니아를 포함하는 내열제 50 중량부를 포함한다.

각 조성물 별로, 부틸 합성고무는 적정 내한성과 내열성을 갖고, 비교적 고탄성을 구비하며, 단열 효과가 우수하다는 점에서 채용되었다. 상기 보호층(G3)은 부틸 합성고무 100 중량부를 기준으로 결정된다.

그리고 충진제는 탄산칼슘과 벤토나이트를 포함하는데, 탄산칼슘은 방수성을 부가하기 위해 사용되며, 벤토나이트는 양이온 교환능이 상대적으로 우수하여 견고한 결합이 가능하고, 보호층(G3)에 크랙이 발생하는 경우, 흡습을 통해 팽창하면서 누수를 막는 효과를 갖는다. 특히 충진제는 모두 결합력이 우수한 조성물로 구성되어 보호층(G3)과 침투층(G1) 간의 융화가 훌륭하게 이루어질 수 있다. 이러한 충진제는 특별히 그 사용량이 한정되지는 않으나, 결합력 증대 및 경제성 측면에서 300 중량부가 포함되는 것이 바람직하다.

그리고 나프텐 오일은 가소제로서 첨가되며, 고온에서의 증발 손실이 적고, 내한성이 우수하며, 탄성유지 효과를 부가할 수 있다는 점에서 채용되었다. 이러한 나프텐 오일은 100 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 상기 범위 미만으로 사용되는 경우 유연성 및 시공성이 저하되고, 상기 범위를 초과하여 사용되는 경우 점도가 과도하게 저하되어 발열층(G2)의 동작 시에 흘러내림이 발생하고 또한 보호층(G3)의 울음 현상이 발생하게 된다.

그리고 내열제는 발열층(G2)의 발열에 보호층(G3)이 용융되지 않고 견딜 수 있도록 내열 특성을 부가하기 위해 첨가되며, 특히 보호층(G3)이 300℃ 이상의 고온에서도 견딜 수 있도록 한다. 상기 내열제는 바륨알루미네이트와 지르코니아를 포함하는데, 바룸알루미네이트는 지르코니아를 기타 조성물과 결합시키는 결합재로서 부가되고, 지르코니아는 녹는점이 약 2700℃로, 급격한 온도 변화에 대한 저항성이 우수하며, 최소 1000 ℃ 이상의 고온 하에서도 낮은 열전도도와 내열성 및 내화성을 통해 보호층(G3)이 견딜 수 있도록 하기 위해 부가된다. 특히 상기 내열제에 의하여 보호층(G3)은 복수의 내부 기공을 갖게 되고, 이러한 기공들은 열전도도를 낮추고 내열성을 부가하게 된다. 이러한 내열제는 50 중량부가 포함되는 것이 바람직한데, 상기 범위를 벗어나 사용되는 경우 내열 특성이 오히려 저하되는 현상이 나타났다.

상기 보호층(G3)은 각 조성물을 분말형태로 구비하여 나프텐 오일에 혼화하는 방식으로 제조되며, 필요에 따라 소정의 기능성 첨가제를 더 포함할 수도 있다.

상기 보호막(G)의 시공에 관한 실시예로, 미세공과 미세굴곡을 형성한 시험용 블록에 침투층(G1)을 적층하고, 그 상부에 발열층(G2)을 도포한 후, 그 상부에 보호층(G3)을 적층한 다음, 발열층(G2)에 전기를 인가하여 보호막(G)을 형성하였다. 보호막(G)이 형성된 시험용 블록을 잘라 단면을 확대 관찰한 결과, 미세공과 미세굴곡 내에 침투층(G1)이 침투되어 경화된 것을 확인할 수 있었다. 또한 형성된 보호막(G)에 크로스-컷(cross-cut) 시험, 스크래칭 시험, 물 분사를 통한 내부 침습도 시험을 수행한 결과, 박리율은 0.5% 미만이었으며, 파손율은 3% 미만이었고, 내부 침습이 전혀 검출되지 않았다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명한 본 발명은 통상의 기술자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

척: CH 하우징: H
스핀들공: SH 척 바디: B
콜렛: CL
결합공: 1 테이퍼부: 2
결합단부: 3 걸림홈부: 4
걸림단턱: 41 삽입단부: 5
경사연장부: 6 제1슬릿: S1
제2슬릿: S2 돌출부: 7
가압부재: N 걸림돌부: N1
암나사산: N2 단턱: N3
분출홈: VA

Claims (1)

1. 일 측에 회전력을 제공하는 스핀들이 삽입되는 스핀들공 및 타 측에 바디공이 형성된 척 바디가 장착되는 하우징 및 가압부재를 포함하는 척의 내부에서 가압부재에 결합되는 콜렛에 있어서,
   가압부재를 포함하는 척의 내부에서 상기 가압부재에 결합되는 콜렛에 있어서,
   공구가 결합되도록 중심에 구비되고, 상기 가압부재에 가압에 의해 직경이 조절되는 결합공;
   일 측에 형성되고 타 측을 향하여 외경이 증가하는 테이퍼부;
   타 측에 형성되고 일 측을 향하여 외경이 증가하는 결합단부;
   상기 테이퍼부와 상기 결합단부 사이에 구비되고 상기 가압부재의 내측에 형성된 걸림돌부가 걸리는 걸림홈부;
   상기 테이퍼부의 일 측에 구비되고, 상기 테이퍼부의 최소 외경보다 작은 외경을 갖는 삽입단부;
   상기 테이퍼부 일단에서 내측으로 경사지게 연장되어 상기 삽입단부의 타단을 연결하는 경사연장부;
   상기 결합단부 및 상기 걸림홈부에서 상기 결합공을 형성하도록 내측으로 돌출 형성되는 돌출부; 및
   상기 결합공(1)을 형성하는 내주면에서 상기 결합공(1)의 길이 방향을 따라 외측 반경 방향으로 함몰된 분출홈;
   을 포함하고,
   상기 제1슬릿은 상기 삽입단부의 적어도 일부와, 상기 결합단부, 상기 걸림홈부 및상기 테이퍼부에는 상기 결합공을 중심으로 방사상으로 형성된 다수의 제1슬릿이 구비되고,
   상기 제1슬릿은 상기 결합단부의 둘레를 따라 60° 간격으로 배치되며,
   상기 제1슬릿은 상기 결합단부에서부터 상기 테이퍼부를 걸쳐 상기 삽입단부의 일부까지 형성되고,
   상기 테이퍼부의 적어도 일부와 상기 삽입단부, 상기 경사연장부에서 상기 결합공을 중심으로 방사상으로 형성된 다수의 제2슬릿이 구비되고,
   상기 제2슬릿은 상기 삽입단부의 둘레를 따라 120° 간격으로 배치되며,
   상기 제2슬릿은 상기 삽입단부에서 상기 걸림홈부에 인접하도록 상기 테이퍼부의 일부까지 형성되고,
   상기 테이퍼부는 상기 결합공의 중심선에 대하여 2°이고,
   상기 결합단부는 타단 외경이 상기 걸림홈부의 외경보다 작게 형성되고,
   결합공은 공구가 결합되고,
   상기 테이퍼부 타단의 외경은 상기 바디공의 외경보다 크고,
   상기 결합공은 상기 바디공에서 일 측으로 이동함에 따라 직경이 감소되고, 상기 바디공에서 타 측으로 이동함에 따라 직경이 증가되는 콜렛.

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