KR102533203B1 - 냉각유체 공급 기능을 갖는 드릴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 드릴 내부에 형성되는 냉각수 유로를 통해 강알칼리수를 공급하고, 강알칼리수를 공급하는 과정에서 다량의 미세 기포를 생성함으로써 강알칼리수에 의한 냉각 및 윤활 성능을 향상시킬 수 있는 드릴에 관한 것으로, 본 발명에 따른 드릴은, 선단부에 피가공물과 접촉하여 구멍을 가공하는 절삭날이 형성되고, 상기 절삭날의 후방에 칩을 배출하기 위한 칩배출홈이 나선형으로 형성되어 있는 드릴헤드; 상기 드릴헤드의 후단에 후방으로 연장되게 형성되는 섕크(shank); 상기 섕크의 후단부에서부터 섕크 내부와 드릴헤드의 내부를 축방향으로 관통하도록 형성되며, 외부의 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 pH 9~13의 강알칼리수를 드릴헤드의 선단부로 안내하여 분사하는 냉각수유로; 및, 상기 냉각수유로 내부에 설치되어 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 강알칼리수에 미세 기포를 생성하는 기포생성부재;를 포함할 수 있다.

Description

냉각유체 공급 기능을 갖는 드릴{Drill}

본 발명은 구멍의 가공을 위한 드릴에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구멍 가공시 발생하는 칩을 원활히 배출하고 냉각 과정에서 발생하는 열을 냉각하기 위해 드릴 몸체 내에 냉각수유로를 형성하고, 냉각수유로를 통해 강알칼리수를 공급할 수 있도록 된 드릴에 관한 것이다.

일반적으로 드릴은 가공 대상물에 일정한 직경을 가진 구멍을 형성하기 위한 절삭 공구로서 드릴링 장치에 장착되어 사용된다. 이러한 드릴은 금속재, 목재, 플라스틱재 등 가공 대상물의 재질과 구멍의 크기, 형상, 깊이 등을 고려하여 그에 적합한 다양한 형상과 구성을 가진다.

드릴을 이용하여 고강도의 피가공물을 천공할 때 마찰에 의한 열이 발생하게 되는데, 이 때 발생하는 마찰열로 인하여 고강도의 피가공물이 천공되기도 전에 드릴은 열적 변형이 발생하여 천공을 위한 절삭날이 금방 무디어지고, 결국 사용할 수 없게 되거나 수명이 현저하게 저하된다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 기존에는 드릴 작업 시 드릴과 피가공물의 접촉지점에 절삭유를 공급하여 발열을 억제함과 동시에 가공과정에서 발생된 칩을 털어내고 있다.

그러나 절삭유를 이용한 냉각은 냉각 효과가 적고, 환경 오염의 문제를 유발하게 된다.

이에 절삭유 대신 냉각유체를 공급하는 방안이 제시되었으나, 냉각유체가 주변의 금속재 기계로 튈 경우 부식의 문제가 있으므로 다른 주변 기기로부터 격리하여 사용해야 하는 문제가 있으므로 실제 작업 현장에 적용되는 경우는 거의 없다.

또한 종래에는 절삭유가 자바라 형상의 호스를 통하여 공작물의 외부에서 공급되는데, 이 경우 절삭유 공급을 위한 구조가 복잡해지는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 제10-2017-0135513호 대한민국 공개특허 제10-2010-0083876호

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 드릴 내부에 냉각유체 공급을 위한 유로를 형성하여 드릴을 통해 피가공물의 구멍 내측으로 직접 냉각유체를 공급함과 더불어, 냉각유체로서 pH 9~13의 강알칼리수를 공급함으로써 냉각 성능을 향상시키고, 주변의 다른 금속 기계의 부식을 방지할 수 있으며, 친환경적인 드릴을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 드릴 내부의 유로를 통해 강알칼리수를 공급하는 과정에서 다량의 미세 기포를 생성함으로써 강알칼리수에 의한 냉각 효과를 더욱 향상시킬 수 있는 드릴을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 드릴은, 선단부에 피가공물과 접촉하여 구멍을 가공하는 절삭날이 형성되고, 상기 절삭날의 후방에 칩을 배출하기 위한 칩배출홈이 나선형으로 형성되어 있는 드릴헤드; 상기 드릴헤드의 후단에 후방으로 연장되게 형성되는 섕크(shank); 상기 섕크의 후단부에서부터 섕크 내부와 드릴헤드의 내부를 축방향으로 관통하도록 형성되며, 외부의 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 pH 9~13의 강알칼리수를 드릴헤드의 선단부로 안내하여 분사하는 냉각수유로; 및, 상기 냉각수유로 내부에 설치되어 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 강알칼리수에 미세 기포를 생성하는 기포생성부재;를 포함할 수 있다.

상기 냉각수유로는 상기 섕크의 후단부 중심에 축방향으로 오목하게 형성되어 외부의 냉각유체 공급장치와 연결되는 인렛포트부와, 상기 인렛포트부의 전단부에서부터 상기 드릴헤드의 선단부까지 축방향으로 연장되며 인렛포트부보다 작은 내경을 갖도록 된 중간유로부와, 후단부가 상기 중간유로부의 전단부와 연통되며 전단부가 드릴헤드의 선단부를 통해 외부로 연통되는 분사구를 포함할 수 있다.

상기 인렛포트부 내부에 상기 기포생성부재가 설치될 수 있다.

상기 기포생성부재는 인렛포트부의 중심부에 축방향으로 연장되는 바아 형태의 허브샤프트와, 상기 허브샤프트의 외면에 반경방향으로 연장되게 형성되어 강알칼리수와 부딪혀 기포를 생성하는 복수의 기포생성핀을 포함할 수 있다.

상기 기포생성부재는 탄성 재질로 이루어져 상기 기포생성핀이 인렛포트부의 내측면에 탄력적으로 밀착되어 섕크와 함께 회전할 수 있다.

상기 기포생성부재의 기포생성핀은 허브샤프트에 축방향을 따라 나선형으로 배열될 수 있다.

상기 섕크가 결합되는 드릴링 장치의 지그 내부에 상기 냉각수유로로 강알칼리수를 공급하는 냉각유체 공급유로가 형성되고, 상기 냉각유체 공급유로에 강알칼리수에 기포를 생성하는 메쉬망 형태의 보조 기포생성부재가 설치될 수 있다.

본 발명의 다른 한 형태에 따른 냉각유체 공급 기능을 갖는 드릴은, 선단부에 피가공물과 접촉하여 구멍을 가공하는 절삭날이 형성되고, 상기 절삭날의 후방에 칩을 배출하기 위한 칩배출홈이 나선형으로 형성되어 있는 드릴헤드; 상기 드릴헤드의 후단에 후방으로 연장되게 형성되는 섕크(shank); 상기 섕크의 후단부에서부터 섕크 내부와 드릴헤드의 내부를 축방향으로 관통하도록 형성된 것으로, 상기 섕크의 후단부 중심에 축방향으로 오목하게 형성되어 외부의 냉각유체 공급장치와 연결되는 인렛포트부와, 상기 인렛포트부의 전단부에서부터 상기 드릴헤드의 선단부까지 축방향으로 연장되며 인렛포트부보다 작은 내경을 갖도록 된 중간유로부와, 후단부가 상기 중간유로부의 전단부와 연통되며 전단부가 드릴헤드의 선단부를 통해 외부로 연통되는 분사구를 포함하여, 외부의 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 pH 9~13의 강알칼리수를 드릴헤드의 선단부로 안내하여 분사하는 냉각수유로; 및, 상기 냉각수유로의 인렛포트부의 내부에 설치되며, 탄성 재질로 이루어져 상기 인렛포트부의 내측면에 탄력적으로 밀착되어 섕크와 함께 회전하면서 강알칼리수에 미세 기포를 생성하는 기포생성부재;를 포함하고, 상기 기포생성부재는 상기 인렛포트부의 중심부에 축방향으로 연장되는 바아 형태의 허브샤프트와, 상기 허브샤프트의 외면에 반경방향으로 연장되게 형성되어 강알칼리수와 부딪혀 기포를 생성하는 복수의 기포생성핀과, 상기 허브샤프트의 전단부에 원형 링 형태로 형성되어 인렛포트부의 내부에 밀착되어 지지되는 서포트부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 피가공물을 가공할 때 드릴헤드의 전단부를 통해 냉각유체로서 pH 9~13의 강알칼리수가 분사되어 냉각 및 윤활 작용을 하므로 피가공물의 가공 과정에서 주변 기계장치나 기계부품의 부식을 방지할 수 있으며, 강알칼리수의 기화에 의해 기존의 절삭유보다 우수한 냉각 효과를 얻을 수 있다.

특히 드릴 내부에 강알칼리수에 미세 기포를 생성하기 위한 기포생성부재가 설치되어, 드릴 내부에서 미세 기포를 생성하여 분사할 수 있으므로 강알칼리수에 의한 냉각 및 윤활 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴의 정면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴의 선단부에서 바라본 절삭날 부분의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 드릴을 구성하는 기포생성부재의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 드릴의 정면도이다.
도 5는 도 4의 A 부분 확대도이다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 냉각유체 공급 기능을 갖는 드릴을 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 드릴은, 선단부에 피가공물과 접촉하여 구멍을 가공하는 절삭날(13, 14)이 형성되어 있는 드릴헤드(10)와, 드릴헤드(10)의 후단에 후방으로 연장되게 형성되는 섕크(shank)(20) 및, 섕크(20) 및 드릴헤드(10)를 축방향으로 관통하게 형성되어 강알칼리수를 분사하는 냉각수유로(30)를 포함한다.

섕크(20)는 공지의 드릴링 장치(미도시)의 지그(50)에 장착되어, 드릴링 장치의 지그가 모터로부터 전달되는 동력을 전달받아 고속으로 회전함에 따라 함께 회전한다. 섕크(20)는 원통형으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 드릴링 장치(미도시)의 지그(50)의 용이하고 견고하게 결합될 수 있는 다양한 형태를 가질 수 있다.

드릴헤드(10)는 도 1에 도시된 바와 같이 스텝부(Step length)(11) 및 플루트부(Flute length)(12)를 포함할 수 있으나, 드릴헤드(10)는 이러한 형태에 한정되지 아니하고 피가공물의 절삭을 위한 다양한 형태를 가질 수 있다.

드릴헤드(10)의 선단부에는 피가공물을 절삭하여 구멍을 가공하기 위한 한 쌍의 절삭날(13, 14)이 드릴헤드(10)의 중심 축선 상으로부터 양측으로 대칭되게 형성된다. 그리고, 드릴헤드(10)의 외면에는 한 쌍의 칩배출홈(15)이 축방향을 따라 나선형으로 형성된다. 상기 한 쌍의 칩배출홈(15)은 스텝부(Step length)(11)의 후단부로부터 플루트부(Flute length)(12)의 후단부까지 연장되게 형성된다.

냉각수유로(30)는 섕크(20)의 후단부에서부터 섕크(20) 내부와 드릴헤드(10)의 내부를 축방향으로 관통하도록 형성되며, 외부의 냉각유체 공급장치(미도시)로부터 공급되는 pH 9~13의 강알칼리수를 드릴헤드(10)의 선단부로 안내하여 분사하는 작용을 하도록 구성된다. 이 실시예에서 냉각수유로(30)는 섕크(20)의 후단부 중심에 축방향으로 오목하게 형성되어 외부의 냉각유체 공급장치(미도시)와 연결되는 인렛포트부(31)와, 상기 인렛포트부(31)의 전단부에서부터 드릴헤드(10)의 선단부까지 축방향으로 연장되며 인렛포트부(31)보다 작은 내경을 갖도록 된 중간유로부(32)와, 후단부가 상기 중간유로부(32)의 전단부와 연통되며 전단부가 드릴헤드(10)의 선단부를 통해 외부로 연통되는 분사구(33)를 포함한다.

인렛포트부(31)는 드릴링 장치(미도시)의 지그(50) 내부를 통해 형성되는 냉각유체 공급장치(미도시)의 냉각유체 공급유로(51)와 연통되어 피가공물의 가공 과정에서 냉각유체를 공급받는다. 지그(50)의 냉각유체 공급유로(51)는 베어링(52)에 의해 상대 회전이 가능하게 구성된다.

중간유로부(32)는 인렛포트부(31)보다 작은 내경을 갖도록 되어 인렛포트부(31) 내로 유입된 강알칼리수를 가속하는 작용을 한다.

분사구(33)는 중간유로부(32)의 선단부에 형성되어 인렛포트부(31) 및 중간유로부(32)를 통해 공급된 강알칼리수를 드릴헤드(10)의 외부로 분사하여 선단부의 절삭날(13, 14)에 의한 피가공물 가공 과정에서 발생하는 열을 냉각하고, 칩 배출을 더욱 원활하게 하는 작용을 한다. 여기서 분사구(33)는 강알칼리수의 원활한 배출과 절삭날(13, 14)의 강도 저하를 방지하기 위하여 절삭날(13, 14)의 바로 후방측에서 측방향으로 소정의 각도로 경사지게 형성됨이 바람직하다.

한편 본 발명의 드릴은 냉각 및 윤활 작용을 하는 냉각유체로서 공지의 절삭유 또는 일반적인 물을 사용하지 않고 pH 9~13의 강알칼리수를 사용함으로써 피가공물의 가공 과정에서 주변 기계장치나 기계부품의 부식을 방지할 수 있으며, 강알칼리수의 기화에 의해 절삭유보다 우수한 냉각 효과를 얻을 수 있다. 강알칼리수로서는 pH 9~13인 것을 사용할 수 있지만, pH 12~13의 강알칼리수를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.

pH 9~13의 강알칼리수는 계면 침투성, 박리 분해 능력, 유화 · 분리 능력이 크기 때문에 냉각 및 윤활 성능이 매우 우수하다. 또한 강알칼리 수를 대기 중에 방치하면 자연적으로 pH 7.0에 점근하여 알칼리성을 잃고 그냥 물이 되므로 환경 오염 또한 방지할 수 있다.

한편 드릴헤드(10)의 선단부를 통해 강알칼리수를 공급하여 가공 과정에서 발생하는 열을 냉각할 때, 강알칼리수 내부에 미세 기포가 함유될 경우 더욱 빠른 기화 작용에 의해 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 이에 냉각수유로(30) 내부에 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 강알칼리수에 미세 기포를 생성하는 기포생성부재(40)가 설치된다.

이 실시예에서 기포생성부재(40)는 냉각수유로(30)의 인렛포트부(31) 내부에 설치되며, 강알칼리수의 원활한 유동을 보장하면서 다량의 미세 기포를 생성할 수 있는 구조로 구성된다. 이를 위한 기포생성부재(40)는 인렛포트부(31)의 중심부에 축방향으로 연장되는 바아 형태의 허브샤프트(41)와, 상기 허브샤프트(41)의 외면에 반경방향으로 연장되게 형성되어 강알칼리수와 부딪혀 기포를 생성하는 복수의 기포생성핀(42)을 포함한다.

상기 기포생성부재(40)의 기포생성핀(42)은 허브샤프트(41)에 축방향을 따라 불규칙적으로 배열되어, 인렛포트부(31) 내로 유입되는 강알칼리수와 부딪혀 미세 기포를 생성하게 된다. 상기 기포생성핀(42)은 허브샤프트(41)에 불규칙적으로 배열될 수 있지만, 이와 다르게 허브샤프트(41)의 외면에 축방향을 따라 나선형으로 배열될 수도 있다.

또한 기포생성부재(40)는 금속 재질로 이루어질 수 있으나, 이와 다르게 고무 또는 실리콘과 같은 탄성 재질로 이루어져 기포생성핀(42)이 인렛포트부(31)의 내측면에 탄력적으로 밀착되어 섕크(20)가 회전할 때 섕크(20)와 함께 회전하면서 미세 기포를 생성할 수도 있을 것이다. 이와 같이 기포생성부재(40)는 복수의 기포생성핀(42)이 강알칼리수와 부딪혀 미세 기포를 생성함과 동시에, 드릴이 고속으로 회전할 때 드릴에 발생하는 진동이 기포생성부재(40)로도 전달되어 기포생성부재(40)의 기포생성핀(42)이 강알칼리수에 미세 기포를 생성하게 된다.

기포생성부재(40)의 허브샤프트(41) 전단부에는 기포생성부재(40)를 인렛포트부(31) 내부에 밀착하여 지지되도록 하기 위한 원형 링 형태의 서포트부(43)가 형성될 수 있다.

이와 같이 본 발명의 드릴은 드릴의 섕크(20)와 드릴헤드(10) 내부에 강알칼리수를 공급할 수 있는 냉각수유로(30)가 형성되고, 냉각수유로(30) 내부에 다량의 미세 기포를 생성할 수 있는 기포생성부재(40)가 설치되어 강알칼리수에 의한 냉각 및 윤활 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한 상술한 것과 같이 허브샤프트(41)와 복수의 기포생성핀(42)이 배열된 구조의 기포생성부재(40)는 강알칼리수에 다량의 미세 기포를 생성할 수 있으며, 드릴의 냉각수유로(30)에 설치 및 분리가 매우 용이하므로 설치 및 유지 관리도 매우 용이한 이점을 제공한다.

상술한 것과 같이 드릴에 의한 피가공물의 가공 도중 강알칼리수를 공급할 때 미세 기포 생성량을 증대시킬 수 있도록 하기 위하여, 도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이 드릴링 장치(미도시)의 지그(50) 내부에 형성되어 있는 냉각유체 공급유로(51)에 강알칼리수에 기포를 생성하기 위한 메쉬망 형태의 보조 기포생성부재(60)가 추가로 설치될 수도 있을 것이다.

이러한 보조 기포생성부재(60)는 지그(50)의 냉각유체 공급유로(51) 출구부에 착탈 가능하게 설치될 수 있다. 보조 기포생성부재(60)가 지그(50)의 냉각유체 공급유로(51) 출구부에 착탈 가능하게 설치되면, 보조 기포생성부재(60)에 이물질이 쌓이게 되면 보조 기포생성부재(60)를 지그(50)에서 분리하여 세척한 다음 다시 지그(50)에 장착하여 사용하거나 새것으로 교체하여 사용할 수 있다.

또한 상기 보조 기포생성부재(60)의 내부에는 진동에 의한 기포 생성이 가능하도록 볼(ball) 형태의 기포생성입자(61)가 마련될 수 있다.

이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

10 : 드릴헤드 11 : 스텝부(Step length)
12 : 플루트부(Flute length) 13, 14 : 절삭날
15 : 칩배출홈 20 : 섕크(shank)
30 : 냉각수유로 31 : 인렛포트부
32 : 중간유로부 33 : 분사구
40 : 기포생성부재 41 : 허브샤프트
42 : 기포생성핀 43 : 서포트부
50 : 지그 51 : 냉각유체 공급유로
60 : 보조 기포생성부재 61 : 기포생성입자

Claims (5)

1. 선단부에 피가공물과 접촉하여 구멍을 가공하는 절삭날이 형성되고, 상기 절삭날의 후방에 칩을 배출하기 위한 칩배출홈이 나선형으로 형성되어 있는 드릴헤드;
   상기 드릴헤드의 후단에 후방으로 연장되게 형성되는 섕크(shank);
   상기 섕크의 후단부에서부터 섕크 내부와 드릴헤드의 내부를 축방향으로 관통하도록 형성되며, 외부의 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 pH 9~13의 강알칼리수를 드릴헤드의 선단부로 안내하여 분사하는 냉각수유로; 및,
   상기 냉각수유로 내부에 설치되어 냉각유체 공급장치로부터 공급되는 강알칼리수에 미세 기포를 생성하는 기포생성부재;
   를 포함하고,
   상기 냉각수유로는 상기 섕크의 후단부 중심에 축방향으로 오목하게 형성되어 외부의 냉각유체 공급장치와 연결되는 인렛포트부와, 상기 인렛포트부의 전단부에서부터 상기 드릴헤드의 선단부까지 축방향으로 연장되며 인렛포트부보다 작은 내경을 갖도록 된 중간유로부와, 후단부가 상기 중간유로부의 전단부와 연통되며 전단부가 드릴헤드의 선단부를 통해 외부로 연통되는 분사구를 포함하며,
   상기 인렛포트부 내부에 상기 기포생성부재가 설치되고,
   상기 기포생성부재는 상기 인렛포트부의 중심부에 축방향으로 연장되는 바아 형태의 허브샤프트와, 상기 허브샤프트의 외면에 반경방향으로 연장되게 형성되어 강알칼리수와 부딪혀 기포를 생성하는 복수의 기포생성핀과, 상기 허브샤프트의 전단부에 원형 링 형태로 형성되어 인렛포트부의 내부에 밀착되어 지지되는 서포트부를 포함하며,
   상기 기포생성부재는 탄성 재질로 이루어져 상기 기포생성핀 및 서포트부가 인렛포트부의 내측면에 탄력적으로 밀착되어 섕크와 함께 회전하는 냉각유체 공급 기능을 갖는 드릴.
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4. 제1항에 있어서, 상기 섕크가 결합되는 드릴링 장치의 지그 내부에 상기 냉각수유로로 강알칼리수를 공급하는 냉각유체 공급유로가 형성되고, 상기 냉각유체 공급유로에 강알칼리수에 기포를 생성하는 메쉬망 형태의 보조 기포생성부재가 설치되고,
   상기 보조 기포생성부재 내부에 진동에 의한 기포 생성이 가능하도록 볼(ball) 형태의 기포생성입자가 구비된 냉각유체 공급 기능을 갖는 드릴.
   
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