KR102299549B1 - 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛은, 진동이 발생하는 제1구조물과, 제1구조물에 의해 발생된 진동이 전달되는 제2구조물 사이에 위치되는 바디 및 상기 바디의 중심점으로부터 편심된 위치에 원호 형상으로 형성되어 상기 제1구조물로부터 상기 제2구조물 측으로 전달되는 진동을 차단시키는 진동차단영역을 포함한다.

Description

초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛{A Unit for Preventing Transmission of Vibration of Ultrasonic Waves Transducer}

본 발명은 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 트랜스듀서에서 발생하는 진동이 타 구성요소로 전달되는 것을 효과적으로 차단시킬 수 있도록 하는 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛에 관한 것이다.

일반적으로 스핀들(Spindle)은 선반 또는 드릴링 머신 등의 공작기계의 기계 부품의 하나로서, 드릴 등의 가공을 위한 가공 툴을 고정시키고, 상기 가공 툴을 회전시킬 수 있도록 회전축 기능을 수행하게 된다.

최근 사용되고 있는 스핀들은 다양한 종류가 있으며, 이중 초음파 스핀들의 경우 가공 대상에 초당 수만 회의 미세 초음파 진동을 부가하여 형상을 가공하는 방식을 사용하고 있다.

이와 같은 초음파 스핀들은 가공 대상을 가공 시 기존의 밀링, 머시닝 센터에 비해 진원도, 진직도, 표면조도를 향상시킬 수 있으며, 또한 공구 수명을 크게 연장시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.

다만, 기존의 초음파 스핀들의 경우, 스핀들을 가공 장비에 장착 시 설치 전후의 임피던스 특성이 달라지게 되는데, 이는 초음파 트랜스듀서와 홀더 간에 완벽한 진동 차단이 이루어지지 않기 때문이다.

이에 따라 종래의 초음파 스핀들은 가공 시 기준치 이상의 진동이 발생하게 되며, 이는 가공 품질을 저하시키는 것은 물론 가공장치로 전달되는 진동으로 인하여 가공장치의 수명 저하에도 영향을 미치게 된다.

또한 이와 같은 초음파 스핀들뿐 아니라, 다양한 산업 분야에 적용되는 다양한 기계장치는 진동의 발생에 의해 그 성능이 저하되는 경우가 많으며, 따라서 이와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방법이 요구된다.

한국등록특허 제10-078176호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 초음파 트랜스듀서에서 발생하는 진동이 다른 구성요소로 전달되는 것을 차단하여 성능을 극대화시킬 수 있도록 하는 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛을 제공하기 위한 목적을 가진다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛은, 진동이 발생하는 제1구조물과, 제1구조물에 의해 발생된 진동이 전달되는 제2구조물 사이에 위치되는 바디 및 상기 바디의 중심점으로부터 편심된 위치에 원호 형상으로 형성되어 상기 제1구조물로부터 상기 제2구조물 측으로 전달되는 진동을 차단시키는 진동차단영역을 포함한다.

그리고 상기 진동차단영역은, 상기 바디의 중심점으로부터 제1간격만큼 이격된 위치에 형성된 복수의 제1진동차단영역을 포함할 수 있다.

또한 상기 진동차단영역은, 상기 바디의 중심점으로부터 제1간격보다 작은 제2간격만큼 이격된 위치에 형성된 복수의 제2진동차단영역을 더 포함할 수 있다.

그리고 상기 제2진동차단영역은 서로 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역 사이에 위치될 수 있다.

또한 상기 제2진동차단영역은, 상기 바디의 중심점으로부터, 서로 마주보도록 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역 끝단을 각각 이은 한 쌍의 가상 연장선 사이를 초과하는 길이를 가지도록 형성될 수 있다.

그리고 상기 제2진동차단영역은, 상기 바디의 중심점으로부터, 서로 마주보도록 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역 끝단을 각각 이은 한 쌍의 가상 연장선 사이에 대응되는 길이를 가지도록 형성될 수 있다.

또한 상기 진동차단영역은, 상기 바디의 중심점으로부터 제1간격만큼 이격된 위치에 형성된 복수의 제1진동차단영역 및 상기 바디의 중심점으로부터 제1간격보다 작은 제2간격만큼 이격된 위치에 형성된 복수의 제2진동차단영역을 포함하며, 상기 제1진동차단영역 및 상기 제2진동차단영역은 상기 바디의 서로 반대 면으로부터 함몰된 형태로 형성될 수 있다.

그리고 상기 제1진동차단영역 및 상기 제2진동차단영역의 함몰된 깊이의 합은 상기 바디의 두께보다 크게 형성될 수 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛은 바디에 원호 형상의 진동차단영역이 형성되어 진동이 발생하는 제1구조물로부터 제2구조물 측으로 전달되는 진동을 효과적으로 차단시킬 수 있다.

또한 이에 따라 가공 품질을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈의 모습을 나타낸 도면;
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈에 있어서, 트랜스듀서 전방부의 노달부 구조를 자세히 나타낸 도면;
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈에 있어서, 트랜스듀서 전방부의 노달부 구조를 자세히 나타낸 도면;
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈에 있어서, 트랜스듀서 전방부의 노달부 구조를 자세히 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈에 있어서, 트랜스듀서 전방부의 노달부 구조를 자세히 나타낸 도면;
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈에 있어서, 트랜스듀서 전방부의 노달부 구조를 자세히 나타낸 도면; 및
도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈에 있어서, 트랜스듀서 전방부의 노달부 구조를 자세히 나타낸 도면이다.

이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛은, 진동이 발생하는 제1구조물과, 제1구조물에 의해 발생된 진동이 전달되는 제2구조물 사이에 위치되는 바디와, 상기 바디의 중심점으로부터 편심된 위치에 원호 형상으로 형성되어 상기 제1구조물로부터 상기 제2구조물 측으로 전달되는 진동을 차단시키는 진동차단영역을 포함한다.

이와 같은 본 발명의 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛은 다양한 기계장치의 진동이 발생하는 제1구조물 및 제2구조물 사이에 구비될 수 있으며, 그 적용 범위는 어느 하나의 기계장치만으로 제한되지 않는다. 또한 상기 바디는 다양한 형상으로 형성될 수 있음은 물론이다.

이하 설명에서는, 상기 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 기계가공장치인 초음파 가공모듈에 적용되는 것을 예시하였으나, 이는 하나의 실시예일뿐이며 상기 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛은 초음파 가공모듈 외의 다양한 장치에도 적용될 수 있다.

또한 이하 설명될 각 실시예에 있어서, 상기 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛은 상기 초음파 가공모듈에 있어서 홀더와 트랜스듀서 전방부 간의 연결 부분인 노달부에 적용되는 것으로 하였다. 따라서 상기 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛의 바디는 이하 설명 부분에서는 트랜스듀서 전방부의 노달부인 것으로 이해될 수 있다.

즉 본 발명의 각 실시예에서 상기 제1구조물은 가공 툴을 고정시키고 있는 트랜스듀서 전방부이며, 상기 제2구조물은 홀더 및 이와 연결되는 타 구성요소들이라 할 수 있을 것이다. 그리고 상기 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛의 바디에 해당하는 노달부는, 상기 트랜스듀서 전방부와 상기 홀더를 서로 연결하도록 구비된다.

이하에서는 상기와 같은 사항을 전제로 하여 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛이 노달부로서 적용된 초음파 가공모듈(10)의 모습을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 가공모듈(10)는 트랜스듀서 전방부(100)를 포함한다.

여기서 상기 트랜스듀서 전방부(10)는 가공 툴(50)이 고정되는 클램핑부(110)와, 상기 클램핑부(110)의 후방에 연결되며, 둘레가 홀더에 체결되는 노달부(120)와, 상기 노달부(120)의 후방으로 연장된 중량부(130)를 포함한다.

그리고 상기 노달부(120)는 상기 클램핑부(110)보다 넓은 단면적을 가지도록 원판 형태로 형성되며, 둘레 영역에는 상기 홀더와의 체결을 위한 체결홀(122)이 형성된다.

이때 상기 노달부(120)에는 중심점으로부터 편심된 위치에 원호 형상으로 형성되어 초음파 트랜스듀서에서 발생하여 기계 가공 시스템으로 전달되는 진동을 차단시키는 진동차단영역(124)이 형성되며, 이에 대해서는 후술하도록 한다.

또한 상기 중량부(130)는 초음파 가공모듈(10)이 회전 시 안정성을 높이기 위해 상기 노달부(120)의 후방으로 연장된 형태를 가진다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 초음파 가공모듈(10)에 있어서, 트랜스듀서 전방부(100)의 노달부(120) 구조를 자세히 나타낸 도면이다.

전술한 바와 같이, 상기 노달부(120)는 상기 클램핑부(110)보다 넓은 단면적을 가지도록 원판 형태로 형성되며, 중심점으로부터 편심된 위치에 원호 형상으로 형성되어 상기 가공 툴(50)로부터 홀더 측으로 전달되는 진동을 차단시키는 진동차단영역(124)이 형성된다.

상기 진동차단영역(124)은 상기 노달부(120)를 관통하는 홀 또는 함몰된 홈 형태로 형성될 수 있으며, 상기 노달부(120)의 면적 내에 다양한 개수가 다양한 형태로 형성될 수 있다.

본 실시예의 경우, 상기 진동차단영역(124)은 상기 노달부(120)의 중심점으로부터 제1간격만큼 이격된 위치에 형성된 복수의 제1진동차단영역(124a)과, 상기 노달부(120)의 중심점으로부터 제1간격보다 작은 제2간격만큼 이격된 위치에 형성된 복수의 제2진동차단영역(124b)을 포함한다.

이때 상기 제1진동차단영역(124a) 및 제2진동차단영역(124b)은 모두 홀 형태를 가지도록 형성되는 것으로 하였다.

본 실시예에서 상기 제1진동차단영역(124a) 및 상기 제2진동차단영역(124b)은 각각 4개씩 형성되는 것으로 하였으나, 이들 각각의 개수 및 길이 등은 다양하게 형성될 수 있음은 물론이다.

또한 본 실시예에서 상기 제1진동차단영역(124a)은 제1길이(d₁)를 가지며, 상기 제2진동차단영역(124b)은 제2길이(d₂)를 가지도록 형성되고, 상기 제2진동차단영역(124b)은 서로 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역(124a) 사이에 위치되어, 서로 교차 형성된 형태를 가진다.

그리고 상기 제2진동차단영역(124b)은, 상기 노달부(120)의 중심점으로부터, 서로 마주보도록 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역(124a) 끝단을 각각 이은 한 쌍의 가상 연장선(L₁, L₂) 사이를 초과하는 길이를 가지도록 형성된다.

즉 상기 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)의 끝단부는 소정의 섹터 내에 서로 끝단부가 겹치는 중복 길이(d₃)을 가지도록 형성된다.

이와 같이 하는 이유는 진동 차단 효과를 보다 향상시키기 위한 것이다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 초음파 가공모듈(10)에 있어서, 트랜스듀서 전방부(100)의 노달부(120) 구조를 자세히 나타낸 도면이다.

도 3에 도시된 본 발명의 제2실시예의 경우, 상기 노달부(120)에 제1진동차단영역(124a)만이 형성되고, 제2진동차단영역(124b)이 생략되어 있는 형태를 가진다.

이와 같이 진동차단영역(124)은 상기 제1진동차단영역(124a) 또는 상기 제2진동차단영역(124b) 중 어느 하나만을 가지는 형태로 형성될 수도 있다. 즉 본 실시예와 반대로 상기 노달부(120)에 상기 제2진동차단영역(124b)만이 형성되고, 상기 제1진동차단영역(124a)이 생략된 형태를 가질 수도 있을 것이다.

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 초음파 가공모듈(10)에 있어서, 트랜스듀서 전방부(100)의 노달부(120) 구조를 자세히 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 본 발명의 제3실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 같이 상기 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)이 모두 형성된 형태를 가진다.

다만, 본 실시예에서 상기 제2진동차단영역(124b)은, 상기 노달부(120)의 중심점으로부터, 서로 마주보도록 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역 끝단을 각각 이은 한 쌍의 가상 연장선(L₁, L₂, 도 3 참조) 사이에 대응되는 길이를 가지도록 형성된다.

즉 본 실시예의 경우 상기 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)이 제1실시예와 달리 중복 길이를 가지지 않도록 형성된다.

이와 같이 본 실시예와 같은 형태 외에도, 상기 제2진동차단영역(124b)은 상기 노달부(120)의 중심점으로부터, 서로 마주보도록 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역 끝단을 각각 이은 한 쌍의 가상 연장선(L₁, L₂, 도 3 참조) 사이 미만의 길이를 가지도록 형성될 수도 있음은 물론이다.

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 초음파 가공모듈(10)에 있어서, 트랜스듀서 전방부(100)의 노달부(120) 구조를 자세히 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 본 발명의 제4실시예의 경우, 전술한 제1실시예와 같이 상기 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)이 모두 형성되며, 이들은 서로 중복 길이를 가지도록 형성된다.

그리고 본 실시예는 상기 제1진동차단영역(124a)의 양단으로부터 상기 제2진동차단영역(124b) 방향으로 소정 길이 연장된 제1연장홀(125a)과, 상기 제2진동차단영역(124b)의 양단으로부터 상기 제1진동차단영역(124a) 방향으로 소정 길이 연장된 제2연장홀(125b)이 더 형성된다.

본 실시예의 경우, 상기와 같은 제1연장홀(125a) 및 제2연장홀(125b)에 의해 가공 툴(50)이 고정되는 중심부로부터 외측으로 전달되는 진동을 보다 효과적으로 차단시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 초음파 가공모듈(10)에 있어서, 트랜스듀서 전방부(100)의 노달부(120) 구조를 자세히 나타낸 도면이다.

도 6에 도시된 본 발명의 제5실시예의 경우, 전술한 제3실시예와 같이 상기 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)이 모두 형성되며, 이들은 서로 중복 길이를 가지지 않도록 형성된다.

그리고 본 실시예는 상기 제1진동차단영역(124a)의 일단과 상기 제2진동차단영역(124b)의 타측을 서로 연결하도록 소정 길이 연장된 제3연장홀(125c)이 더 형성된 형태를 가진다.

본 실시예 역시 상기와 같은 제3연장홀(125c)에 의해 가공 툴(50)이 고정되는 중심부로부터 외측으로 전달되는 진동을 보다 효과적으로 차단시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 제6실시예에 따른 초음파 가공모듈(10)에 있어서, 트랜스듀서 전방부(100)의 노달부(120) 구조를 자세히 나타낸 도면이다.

도 7에 도시된 본 발명의 제6실시예의 경우, 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)이 모두 형성된 형태를 가지며, 상기 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)은 모두 함몰된 홈 형태로 형성된다.

특히 본 실시예에서 상기 제1진동차단영역(124a) 및 상기 제2진동차단영역(124b)은, 상기 노달부(120)의 서로 반대 면으로부터 함몰된 형태로 형성된다.

구체적으로 본 실시예의 경우 제1진동차단영역(124a)이 상기 노달부(120)의 하면으로부터 상측으로 함몰된 형태를 가지며, 제2진동차단영역(124b)이 상기 노달부(120)의 상면으로부터 하측으로 함몰된 형태를 가지는 것으로 하였으나, 이와 달리 서로 반대 방향으로 함몰된 형태일 수도 있음은 물론이다.

그리고 본 실시예에서 상기 제1진동차단영역(124a) 및 상기 제2진동차단영역(124b)의 함몰된 깊이(h₁, h₂)의 합은, 상기 노달부(120)의 두께보다 크게 형성되어, 진동 차단 효과를 극대화할 수 있다.

또한 상기 제1진동차단영역(124a)과 상기 제2진동차단영역(124b)의 이격거리(W₁)는 서로 가깝게 형성할수록 진동 차단 효과를 높일 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

10: 초음파 가공모듈
50: 가공 툴
100: 트랜스듀서 전방부
110: 클램핑부
120: 노달부
124: 진동차단영역
130: 중량부

Claims (10)

1. 진동이 발생하는 제1구조물과, 제1구조물에 의해 발생된 진동이 전달되는 제2구조물 사이에 위치되는 바디; 및
   상기 바디의 중심점으로부터 편심된 위치에 원호 형상으로 형성되어 상기 제1구조물로부터 상기 제2구조물 측으로 전달되는 진동을 차단시키는 진동차단영역;
   을 포함하며,
   상기 진동차단영역은,
   상기 바디의 중심점으로부터 제1간격만큼 이격된 위치에 형성된 복수의 제1진동차단영역;
   상기 바디의 중심점으로부터 제1간격보다 작은 제2간격만큼 이격된 위치에서 서로 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역 사이에 위치되되, 상기 바디의 중심점으로부터 서로 마주보도록 인접한 한 쌍의 제1진동차단영역 끝단을 각각 이은 한 쌍의 가상 연장선 사이를 초과하는 길이를 가지도록 형성되어 상기 제1진동차단영역과 서로 중복 길이를 가지도록 형성된 복수의 제2진동차단영역;
   상기 제1진동차단영역의 양단으로부터 상기 제2진동차단영역 방향으로 소정 길이 연장된 제1연장홀; 및
   상기 제2진동차단영역의 양단으로부터 상기 제1진동차단영역 방향으로 소정 길이 연장된 제2연장홀;
   을 포함하는 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 진동차단영역은 상기 바디를 관통하는 홀 형태로 형성되는 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛.
8. 제1항에 있어서,
   상기 진동차단영역은 함몰된 홈 형태로 형성되는 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1진동차단영역 및 상기 제2진동차단영역은 상기 바디의 서로 반대 면으로부터 함몰된 형태로 형성되는 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛.
10. 제9항에 있어서,
    상기 제1진동차단영역 및 상기 제2진동차단영역의 함몰된 깊이의 합은 상기 바디의 두께보다 크게 형성되는 초음파 트랜스듀서의 진동 차단유닛.

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