KR102556045B1 - 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 뛰어난 안정성과 밸런싱을 갖는 멀티 엔드를 구현할 수 있으면서도 상대적으로 단순하고 심플한 구조로 이루어져 가공성 및 조립성을 향상시킬 수 있는 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 메인 샤프트 부재; 상기 메인 샤프트 부재의 외면에서 길이방향으로 간격을 갖고 대칭되게 위치되고, 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동가능하게 구비되는 한 쌍의 척 피스톤 부재; 상기 척 피스톤 부재의 슬라이딩 이동에 연동하여 상기 메인 샤프트 부재에 직교하는 방향으로 이동가능하게 구비되는 척 피스 부재; 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재에 접하는 접촉부를 가지며, 상기 척 피스 부재가 노출되는 노출구가 형성되며, 상기 메인 샤프트 부재에 고정되는 척 피스 하우징; 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재의 양측 끝단부에서 상기 메인 샤프트 부재에 고정되는 척 스토퍼 부재; 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재에 탄성력을 인가하도록 구성되는 탄성 지지 수단; 및 상기 메인 샤프트 부재에 형성되어 그 메인 샤프트 부재로 유출입되는 유체의 유체압력이 상기 척 피스톤 부재에 인가되고 해제되도록 구성되는 유체압 작용 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티-엔드형 샤프트 장치가 제공된다.

Description

고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치 {MULTI-END TYPE SHAFT DEVICE FOR HIGH SPEED}

본 발명은 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 뛰어난 안정성과 밸런싱을 갖는 멀티 엔드를 구현할 수 있으면서도 상대적으로 단순하고 심플한 구조로 이루어져 가공성 및 조립성을 향상시킬 수 있는 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치에 관한 것이다.

생산물을 권취하거나 권출하는 기계 장비는 생산물이 권취 또는 권출되는 지그인 하나 이상의 보빈이 장착되는 샤프트 장치(예를 들면, 에어 샤프트)를 스핀들에 결합시켜 회전시키게 된다.

상기 샤프트 장치는 그 외면에 구비되는 보빈을 척킹(chucking) 및 언척킹(ucchucking) 할 수 있는 구조로 구성된다.

여기에서, 상기 보빈은 수지, 종이, 철, 비철 등 다양한 재질로 제작되고, 원통형의 형태로 형성되며, 샤프트 장치에 탈착 가능하게 고정시킬 수 있는 구조로 되어 있다.

이러한 샤프트 장치에 있어서, 종래 기술에 따른 일 실시 형태의 샤프트 장치를 살펴보면, 각각의 엔드(end)별 척킹력(chucking force) 확보를 위한 스프링을 배치하고, 각 엔드의 척 피스(chuck piece)를 배치하여 각 엔드별 척킹을 하는 구조로 되어 있으며, 언척킹을 위한 추력장치가 일단부에 배치되어 전체를 밀어서 언척킹을 하는 구조로 되어 있다.

그러나 이러한 종래 일 실시 형태의 샤프트 장치는 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 언척킹장치가 각 엔드 간의 기하학적 만남에 의해 멀티-엔드의 척킹 및 언척킹하는 구조로 되어 있어서 엔드 수가 증가할수록 각 엔드 간의 척킹 및 언척킹력에 차이가 발생한다.

둘째, 각 엔드 간의 균일성 확보를 위해서는 각 엔드의 척킹 및 언척킹을 위한 구성품들의 가공정도를 급배수로 증가하여야 하므로 무한한 엔드의 경우는 사실상 현실적 접근이 불가하는 한계가 있다.

한편, 종래 기술의 다른 실시 형태에 따른 샤프트 장치에 대하여 살펴보면, 각각의 엔드별 척킹력 확보를 위해 일단부에 각 엔드의 척킹력의 합력에 상응하는 스프링을 배치하고, 이 스프링 힘에 의해 각 엔드로 분산력을 주어 각 엔드의 척킹력을 유지하도록 되어 있으며, 이를 위한 스프링장치 및 슬라이딩 장치 등을 구비하고, 언척킹을 위한 별도의 기구적 또는 공압적 추력장치를 포함하여 구성된다.

그러나 이러한 종래 다른 실시 형태의 샤프트 장치 또한 다음과 같은 문제점이 있다.

첫째, 언척킹장치가 각 엔드 간의 기하학적 만남에 의해 멀티 엔드의 척킹 및 언척킹하는 구조로 되어 있어 엔드 수가 증가할수록 각 엔드 간의 척킹 및 언척킹력에 차이가 발생한다.

둘째, 각 엔드 간의 균일성 확보를 위해서는 각 엔드의 척킹 및 언척킹을 위한 구성품들의 가공정도를 급배수로 증가하여야 하므로 무한한 엔드의 경우는 사실상 현실적 접근이 불가하다는 한계를 가지고 있다.

셋째, 척킹 및 언척킹을 위한 장치가 조립되고 슬라이딩(sliding) 됨으로 인해 필수적으로 수반되는 조립상의 공차 및 가공공차 등에 의해 고속회전체의 가장 위험한 요소 중의 하나인 불평형의 상존 및 마모 등에 의한 불평형의 증가로 인한 내구성에 지대한 영향을 미친다.

대한민국 등록특허공보 10-0465043(2005.01.13. 공고) 대한민국 등록특허공보 10-0893719(2009.04.17. 공고)

따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 뛰어난 안정성과 밸런싱을 갖는 멀티 엔드를 구현할 수 있으면서도 상대적으로 단순하고 심플한 구조로 이루어져 각 엔드별 동일한 마찰력과 그에 상응하는 척 및 언척킹을 할 수가 있어서 가공성 및 조립성을 향상시킬 수 있으며, 균일한 척킹력을 안정적으로 확보 가능한 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 외면에 장착되는 둘 이상의 피고정 보빈을 척킹(chucking)하고 언척킹(unchucking)하도록 구성되는 멀티-엔드형 샤프트 장치로서, 메인 샤프트 부재; 상기 메인 샤프트 부재의 외면에서 길이방향으로 간격을 갖고 대칭되게 위치되고, 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동가능하게 구비되는 한 쌍의 척 피스톤 부재; 상기 척 피스톤 부재의 슬라이딩 이동에 연동하여 상기 메인 샤프트 부재에 직교하는 방향으로 이동가능하게 구비되는 척 피스 부재; 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재에 접하는 접촉부를 가지며, 상기 척 피스 부재가 노출되는 노출구가 형성되며, 상기 메인 샤프트 부재에 고정되는 척 피스 하우징; 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재의 양측 끝단부에서 상기 메인 샤프트 부재에 고정되는 척 스토퍼 부재; 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재에 탄성력을 인가하도록 구성되는 탄성 지지 수단; 및 상기 메인 샤프트 부재에 형성되어 그 메인 샤프트 부재로 유출입되는 유체의 유체압력이 상기 척 피스톤 부재에 인가되고 해제되도록 구성되는 유체압 작용 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 멀티-엔드형 샤프트 장치가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 메인 샤프트 부재는 하나 이상의 베어링 부재가 구비되는 일단 지지부 또는 하나 이상의 베어링 부재가 구비되는 양단 지지부를 갖고 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재는 각각 외면이 일단에서 타단으로 갈수록 증가하게 테이퍼(taper)지는 단면 원추대 형태의 관형체로 형성되며, 상기 척 피스 부재는, 상기 척 피스톤 부재의 외면에 구비되어 상기 척 피스톤 부재의 슬라이딩 이동을 전달받아 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향과 직교하는 방향으로 전환하여 이동하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 척 피스 부재는, 상기 척 피스톤 부재의 경사진 외면에 상응하는 경사 내면을 갖고 형성되는 쐐기형 관형체로 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 척 피스 하우징은, 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향을 축으로 양측 대칭형으로 구성되고, 상기 척 피스 부재를 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향과 둘레방향으로의 이동을 제한하며, 상기 메인 샤프트 부재에 직교하는 방향으로 상기 척 피스 부재가 노출되는 개구부를 갖고 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 탄성 지지 수단은, 상기 척 피스톤 부재의 일단에서 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향으로 형성되는 제1 스프링 수용홈; 상기 제1 스프링 수용홈과 마주하는 측의 상기 척 스토퍼 부재에 형성되는 제2 스프링 수용홈; 및 일단부와 타단부가 각각 상기 제1 스프링 수용홈과 제2 스프링 수용홈에 수용되는 스프링 부재;를 포함할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 유체압 작용 수단은, 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향으로 형성되어 유체가 유출입되는 메인 통로; 상기 메인 통로의 일단부를 폐쇄하는 마개 부재; 및 상기 메인 통로와 연통되고, 상기 메인 샤프트 부재에 직교하는 방향으로 형성되되 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재가 서로 멀어지는 측으로 이동할 수 있도록 작용하는 위치에 연통되어 형성되는 직교 통로;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 본 발명은 멀티 엔드를 적용을 하더라도 안정적으로 각각의 엔드가 설정된 일정한 추진력으로 척킹력을 확보할 수 있으며, 각 엔드 간의 피치(pitch)가 불균일하더라도 척킹력에 영향을 받지 않도록 각각의 엔드 내부에서 대칭 형태의 척 피스가 배치됨으로써 뛰어난 안정성과 밸런싱을 갖는 멀티 엔드를 구현할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 본 발명은 척 피스를 잡고 있는 드럼형태가 좌우 대칭 형태로 되어 있고 독립적인 형태로 되어 주축에 개별적으로 고정되므로 가공 및 조립상에 공차의 여유가 많으며, 동심이 벗어나더라도 좌우대칭 형태이므로 밸런싱에 큰 영향을 주지 않는 효과가 있다.

셋째, 본 발명은 각 엔드부에는 척 피스의 추력을 위해 코일스프링에 구비되고, 언척킹력을 위해 척 피스톤을 구비하고, 엔드 내에서 대칭으로 배치되며, 척 피스톤부는 필요에 따라서 테이퍼부와 피스톤부를 분리할 수 있어 유지보수가 용이한 효과가 있다.

넷째, 본 발명은 밸런싱에 영향을 주는 전체 엔드의 척킹 및 언척킹 추력을 위한 별도의 스프링장치, 슬라이딩 장치 및 전체 힘을 발생하기 위한 단면적을 가진 공압적 추력장치를 구비할 필요가 없고, 메인 축을 관통하는 구멍(유로)와 각각의 엔드부에 배치된 척킹 피스톤 수압부에 연결된 유로를 통해 유체압력을 넣고 빼는 단순한 형태로 척킹과 언척킹을 행할 수 있어, 상대적으로 단순하고 심플한 구조로 이루어짐에 따라 균일하고 안전적인 척킹을 구현하며, 가공성 및 조립성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

다섯째, 본 발명은 에어 샤프트 장치의 양단 지지 형태 또는 일단 지지 형태 모두에 사용할 수 있어 범용성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치를 나타내는 도면으로, 2개의 피고정 보빈(피고정 튜브)이 메인 샤프트 부재에 장착된 사용 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치를 나타내는 도면으로, 3개의 피고정 보빈(피고정 튜브)이 메인 샤프트 부재에 고정된 사용 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치를 나타내는 도면으로, 3개의 피고정 보빈(피고정 튜브)이 메인 샤프트 부재에 고정되고 양단 지지 형태로 이루어지는 사용 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치의 척킹 상태 및 언척킹 상태를 나타내는 도면으로서, 유체압력 주입 시 피고정 보빈이 언척킹(unchucking)되는 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치의 척킹 상태 및 언척킹 상태를 나타내는 도면으로서, 유체압력 배출 시 피고정 보빈이 척킹(chucking)되는 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치를 나타내는 도면으로, 2개의 피고정 보빈(피고정 튜브)이 메인 샤프트 부재에 장착된 사용 상태를 나타내는 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치를 나타내는 도면으로, 3개의 피고정 보빈(피고정 튜브)이 메인 샤프트 부재에 고정된 사용 상태를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치를 나타내는 도면으로, 3개의 피고정 보빈(피고정 튜브)이 메인 샤프트 부재에 고정되고 양단 지지 형태로 이루어지는 사용 상태를 나타내는 단면도이다. 도 4 및 도 5는 각각 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치의 척킹 상태 및 언척킹 상태를 나타내는 도면으로서, 도 4는 유체압력 주입 시 피고정 보빈이 언척킹(unchucking)되는 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 유체압력 배출 시 피고정 보빈이 척킹(chucking)되는 상태를 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치는, 최외면에 장착되는 둘 이상의 피고정 보빈(또는 피고정 튜브)(B)을 척킹(chucking)하고 언척킹(unchucking)하도록 구성되는 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치로서, 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 크게 메인 샤프트 부재(100); 척 피스톤 부재(chuck piston member)(200); 척 피스 부재(chuck piece member)(300); 척 피스 하우징(400); 척 스토퍼 부재(chuck stopper member)(500); 탄성 지지 수단(600); 유체압 작용 수단(700); 및 를 포함한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치는, 최외면에 장착되는 둘 이상의 피고정 보빈(또는 피고정 튜브)(B)을 척킹하고 언척킹하도록 구성되는 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치로서, 도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 메인 샤프트 부재(100); 피고정 보빈(B)이 장착되는 위치에서 상기 메인 샤프트 부재(100)의 외면을 감싸면서 길이방향으로 간격을 갖고 대칭되게 위치되고, 상기 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향을 따라 슬라이딩(sliding) 이동가능하게 구비되는 한 쌍의 척 피스톤 부재(chuck piston member)(200); 상기 척 피스톤 부재(200) 각각의 외면에 접하여 구비되고, 상기 척 피스톤 부재(200)의 슬라이딩 이동에 연동하여 상기 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향과 직교하는 방향으로 이동하도록 구비되는 척 피스 부재(chuck piece member)(300); 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재(100)에 기밀하게 접하는 접촉부(420)를 가지며, 상기 척 피스 부재(300)가 노출되는 노출구가 형성되며, 상기 메인 샤프트 부재(100)에 고정되는 척 피스 하우징(400); 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 중 일측의 척 피스톤 부재(210)의 일단부 및 타측의 척 피스톤 부재(200)의 타단부에서 상기 메인 샤프트 부재(100)에 고정되게 구비되는 척 스토퍼 부재(chuck stopper member)(500); 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 각각과 상기 척 스토퍼 부재(500) 간에 구비되어 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)가 서로 마주하는 방향으로 탄성력을 인가하도록 구성되는 탄성 지지 수단(600); 및 상기 메인 샤프트 부재(100)에 형성되어 그 메인 샤프트 부재(100)로 유출입되는 유체의 유체압력이 상기 척 피스톤 부재(200)에 인가되고 해제되도록 하는 유체압 작용 수단(700);을 포함한다.

상기 메인 샤프트 부재(100)는 피고정 보빈(B)의 척킹 및 언척킹을 위해 포함되는 각 구성부들이 안착되는 메인 주축으로서 강도 및 강성과 고유진동수 등에 영향을 주는 핵심 구성부이다.

상기 메인 샤프트 부재(100)는 소정 직경을 갖는 바디부(110), 및 상기 바디부(110)의 일단부 또는 양단부에서 그 바디부(110)에 일체로 형성되는 1단 또는 다단의 지지부(120)를 포함한다. 도면에서 상기 지지부(120)는 바디부(110)의 직경보다 작은 직경을 갖는 다단(multi-stage)으로 형성되는 경우를 나타내고 있다.

상기 지지부(120)의 외면에는 하나 이상의 베어링 부재(121)가 구비된다. 상기 베어링 부재(121)는 샤프트 장치를 지지하여 저마찰로 회전되도록 하는 구성부이다.

여기에서, 상기 메인 샤프트 부재(100)에는 아래에서 상세히 설명되는 위치 결정 수단(400)의 일 구성요소가 구비된다.

또한, 상기 메인 샤프트 부재(100)에는 아래에서 상세히 설명될 유체압 작용 수단(700)이 구비된다.

다음으로, 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)는 피고정 보빈(B)이 장착되는 위치에서 상기 메인 샤프트 부재(100)의 외면을 감싸면서 서로 마주하는 측에서 간격을 갖고 대칭되게 위치되고, 상기 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향을 따라 슬라이딩(sliding) 이동가능하게 구비되는 구성부이다.

상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(chuck piston member)(200)는 각각 관형체로 형성되되 각각 단면 원추대 형태로 형성되는 제1 척 피스톤 부재(210)와 제2 척 피스톤 부재(220)로 이루어진다.

즉, 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)는 각각 상광하협(上廣下狹) 또는 하광상협 형태의 관형체로 형성되는데, 도면에 나타낸 바와 같이 메인 샤프트 부재(100)에 구비될 시 협소한 측이 서로 마주하도록 위치된다.

다시 말해서, 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 각각은 외면이 일단에서 타단으로 갈수록 증가하게 테이퍼(taper)지는 단면 원추대 형태의 관형체로 형성된다.

여기에서, 상기 척 피스톤 부재(200) 각각은 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향을 축으로 절반(half) 또는 그 이상으로 분할되고, 서로 기밀하게 결합되어 구성될 수도 있다.

상기 척 피스톤 부재(200)의 내면 및/또는 외면에는 오링이 구비되는 것이 바람직하다.

이러한 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)는 탄성 지지 수단(600)의 스프링의 탄성력에 의해 편측 하중을 받고 있으며 탄성력을 초과하는 유체압력이 주입되면 유체압 작용 수단(700)을 통해 유입되는 유압에 의해 스프링 부재(630)를 압축하는 위치로 이동하게 된다.

다음으로, 상기 척 피스 부재(300)는 상기 척 피스톤 부재(200)의 외면에 구비되어 상기 척 피스톤 부재(200)의 슬라이딩 이동을 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향과 직교하는 방향으로 전환하여 이동하도록 구성되는 구성부이다.

다시 말해서, 상기 척 피스 부재(300)는 상기 척 피스톤 부재(200)의 슬라이딩 이동을 전달받아 메인 샤프트 부재(100)에 직교하는 방향으로 이동되도록 구성된다.

구체적으로, 상기 척 피스 부재(300)는 상기 척 피스톤 부재(200)의 경사진 외면에 상응하는 경사 내면을 갖고 형성되는 쐐기형 관형체로 형성된다.

상기 척 피스 부재(300)는 척 피스 하우징(400)의 접촉부(420)과 접하는 면이 단턱부(301)를 갖고 형성되며, 척 피스 부재(300)의 단턱부(301)는 척 피스 부재(300)가 외측으로 이동 시(즉, 척 피스 부재(300)가 보빈(B)을 척킹할 시) 와 척 피스 하우징(400)의 단턱부(401)와 면 접촉하게 된다.

이러한 척 피스 부재(300)는 척 피스톤 부재(200)와 경사형 쇄기형태로 접촉하는데, 도 4에 나타낸 바와 같이 유체가 주입되어 유체압력이 작용하게 되면, 척 피스톤 부재(200)가 서로 멀어지는 방향으로 이동하게 되고, 스프링 부재(630)는 압축되게 된다.

이러한 상태에서 도 5에 나타낸 바와 같이 유체가 주입되어 유체압 작용 수단(700)을 통해 척 피스톤 부재(200)에 유체압력이 작용하게 되면, 척 피스톤 부재(200)는 서로 마주하는 방향으로 이동하게 되고, 척 피스 부재(300)는 척 피스톤 부재(200)의 상승 경사면에 의해 메인 샤프트 부재(100)에 직교하는 방향으로 이동하며, 이러한 척 피스 부재(300)의 상승 이동은 척 피스 하우징(400)의 개구부(노출부)를 통해 외부로 노출되어 보빈(B)을 직접적으로 척킹하게 된다.

이러한 척 피스 부재(300)는 척 피스톤 부재(200)가 움직임에 따라 보빈(B)에 대한 척킹 및 언척킹 동작을 직접적으로 행하며, 여기에서 척 피스 부재(300)의 수평방향의 위치는 척 스토퍼 부재(500) 및 척 피스 하우징(400)에 의해 가두어져 있다. 즉, 상기 척 피스 부재(300)는 척 피스 하우징(400)에서 탈락 방지되게 구비되고, 척 피스톤 부재(200)의 이동 시 메인 샤프트 부재(100)에 대하여 반경방향 외측으로 이동되어 척 피스 하우징(400)의 개구부를 통해 노출됨으로써 피고정 보빈(B)에 대한 척킹 동작을 행하게 된다.

다음으로, 상기 척 피스 하우징(400)은 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재(100)에 접하는 접촉부(420)를 포함하고, 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)와 척 피스 부재(300)를 내측에 수용한다. 여기에서, 앞서 언급한 바와 같이 척 피스 하우징(400)에는 척 피스 부재(300)가 보빈(B)을 척킹할 수 있게 노출되는 노출구가 형성된다.

다시 말해서, 상기 척 피스 하우징(400)은 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향을 축으로 적어도 양측 대칭형으로 구성되며, 상기 척 피스 부재(300)를 수평방향(메인 샤프트 부재(100)의 길이방향)과 원주방향(메인 샤프트 부재(100)의 둘레 방향)으로의 이동을 제한하고, 척킹 방향(메인 샤프트 부재(100)에 직교하는 방향)으로 척 피스 부재(300)가 이동되도록 하는 개구부를 갖고 형성되는 구성부이다.

구체적으로, 상기 척 피스 하우징(400)은 일 실시 형태로 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향으로 중심축을 동심축으로 하여 분할되어 형성되는 복수의 분할 관형부(410), 및 상기 분할 관형부(410) 각각의 내면 중앙부에 돌출 형성되는 접촉부(420)를 포함하여 형성된다.

상기 접촉부(420)는 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재(100) 부분 및 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)의 일부를 감싸는 사이즈를 갖고 형성된다.

상기 접촉부(420)에서 양측면은 각각 척 피스 부재(300)가 일단부가 접하고, 메인 샤프트 부재(100)를 향하는 면은 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재(100) 부분 및 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)의 일부와 접하며, 접하는 면에는 오링이 구비될 수 있다.

또한, 상기 척 피스 하우징(400)은 위치 결정 수단에 의해 메인 샤프트에 고정된다.

상기 위치 결정 수단은, 일 예로 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재(100)의 외연에 형성되는 위치결정홈(431)과, 상기 척 피스 하우징(400)의 접촉부(420)에서 메인 샤프트 부재(100)에 직교하는 방향의 센터 라인에 형성되는 고정피스 고정구멍(432), 및 상기 고정피스 고정구멍(432)을 통해 상기 위치결정홈(410)에 안착되는 고정피스(미도시)를 포함한다.

상기 고정피스는 볼트 또는 고정핀일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 위치 결정 수단은 척 피스 하우징(400)이 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향으로의 슬립을 방지한다.

계속해서, 상기 척 스토퍼 부재(500)는 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 중 일측의 척 피스톤 부재(210)의 일단부 및 타측의 척 피스톤 부재(200)의 타단부에서 상기 메인 샤프트 부재(100)에 고정되게 구비되는 구성부이다.

상기 척 스토퍼 부재(500)는 소정 두께와 폭을 갖는 링 형태로 형성되며, 고정피스를 통해 메인 샤프트 부재(100)의 외면에 고정된다.

상기 척 스토퍼 부재(500)는 탄성 지지 수단(600)의 일 구성요소가 형성된다.

예를 들면, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 메인 샤프트 부재(100) 상에 다수의 엔드(END)(즉, 척 피스톤 부재(200)와 척 피스 하우징(400) 및 척 피스 부재(300)를 포함하는 어셈블리)를 구성할 시, 엔드와 엔드 사이에 미들 척 스토퍼 부재가 배치되고, 다수의 엔드의 제일 끝부분(즉, 메인 샤프트 부재의 끝 부분)에는 일단 척 스토퍼 부재(즉, 엔드 척 스토퍼 부재)가 배치되며, 다수의 엔드의 다른 제일 끝부분(일단부에 반대되는 측인 타단부)에는 타단 척 스토퍼 부재가 배치되어 각각 탄성 지지 수단(600)의 스프링 부재가 수용 지지된다.

또한, 상기 척 스토퍼 수단은 상기한 위치 결정 수단을 통해 메인 샤프트 부재(100)에 고정된다.

다음으로, 상기 탄성 지지 수단(600)은 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200) 각각과 상기 척 스토퍼 부재(500) 간에 구비되어 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재(200)가 서로 마주하는 방향으로 탄성력을 인가하도록 구성되는 구성부이다.

구체적으로, 상기 탄성 지지 수단(600)은 상기 척 피스톤 부재(200)의 일단에서 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향으로 소정 깊이 형성되어 하기 스프링 부재(630)의 일단부가 수용되는 제1 스프링 수용홈(610)과, 상기 제1 스프링 수용홈(610)과 마주하는 측의 상기 척 스토퍼 부재(500)에 형성되어 스프링 부재(630)의 타단부가 수용되는 제2 스프링 수용홈(620), 및 일단부와 타단부가 각각 상기 제1 스프링 수용홈(610)과 제2 스프링 수용홈(620)에 수용되며, 상기 척 피스톤 부재(200)에 탄성력을 인가하도록 구비되는 스프링 부재(630)를 포함한다.

이러한 탄성 지지 수단(600)의 스프링 부재(630)는 척 피스톤 부재(200)를 항상 밀고 있으며 유체압력이 사라지면 척 피스톤 부재(200)를 가능한 공간만큼 전진하도록 하며, 보빈(B)이 있을 경우에는 척 피스톤 부재(200)의 전진과 동시에 쇄기형 척 피스 부재(300)를 메인 샤프트 부재(100)과 직교하는 방향으로 밀어 올려 척킹을 완료하게 된다.

다음으로, 상기 유체압 작용 수단(700)은 상기 메인 샤프트 부재(100)에 형성되어 그 메인 샤프트 부재(100)로 유출입되는 유체를 통해 척 피스 하우징(400)을 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향과 직교되는 방향으로 이동시키고, 이에 연동하는 척 피스 부재(300)를 통해 보빈(B)에 대한 척킹 및 언척킹 동작하도록 하는 구성부이다.

상기 유체압 작용 수단(700)은 상기 메인 샤프트 부재(100)의 길이방향으로 형성되어 유체(공기)가 유출입되는 메인 통로(710)와, 상기 메인 통로(710)의 일단부를 폐쇄하는 마개 부재(720), 및 상기 메인 통로(710)와 연통되고, 상기 메인 샤프트 부재(100)과 직교하는 방향으로 형성되되 상기 척 피스톤 부재(200)가 스프링 부재(630)를 압축시키는 방향으로 이동할 수 있도록 작용하는 위치에 연통되어 형성되는 직교 통로(730)를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 멀티-엔드형 샤프트 장치는, 척킹력을 위한 스프링 부재(630)와 척 피스 부재(300) 및 추력을 발생하는 척 피스톤 부재(200)를 대칭형으로 가공된 척 피스 하우징(400) 내부에 대칭하여 배치하되 모듈 형태로 구성하여 무한 길이의 메인 샤프트에서도 각 엔드의 동작이 균일하게 되도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 멀티-엔드형 샤프트 장치는, 척 피스톤 부재(200)의 추력발생을 위해 유체압력을 받아들이기 위한 유로가 형성되어 있으며 각 엔드별 각각의 유로가 메인축 중심을 통하는 메인 유로와 관통되어 각각의 앤드에 대칭으로 부착된 척 피스톤 부재(200)에 유체압력을 전달하게 된다.

이러한 본 발명의 멀티-엔드형 샤트트 장치는 통상적인 각 엔드의 척킹력(힘)의 합산에 상응하는 스프링 장치를 활용한 척킹 및 언척킹 장치를 구비하지 않아 상대적으로 심플하게 구조를 갖게 된다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고속회전용 멀티-엔드형 샤프트 장치에 의하면, 멀티 엔드를 적용을 하더라도 안정적으로 각각의 엔드가 설정된 일정한 추진력으로 척킹력을 확보할 수 있으며, 각 엔드 간의 피치(pitch)가 불균일하더라도 척킹력에 영향을 받지 않도록 각각의 엔드 내부에서 대칭 형태의 척 피스가 배치됨으로써 뛰어난 안정성과 밸런싱을 갖는 멀티 엔드를 구현할 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 척 피스를 잡고 있는 드럼형태가 좌우 대칭 형태로 되어 있고 독립적인 형태로 되어 주축에 개별적으로 고정되므로 가공 및 조립상에 공차의 여유가 많으며, 동심이 벗어나더라도 좌우대칭 형태이므로 밸런싱에 큰 영향을 주지 않으며, 각 엔드부에는 척 피스의 추력을 위해 코일스프링에 구비되고, 언척킹력을 위해 척 피스톤을 구비하고, 엔드 내에서 대칭으로 배치되며, 척 피스톤부는 필요에 따라서 테이퍼부와 피스톤부를 분리할 수 있어 유지보수가 용이한 이점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 밸런싱에 영향을 주는 전체 엔드의 척킹 및 언척킹 추력을 위한 별도의 스프링장치, 슬라이딩 장치 및 전체 힘을 발생하기 위한 단면적을 가진 공압적 추력장치를 구비할 필요가 없고, 메인 축을 관통하는 구멍(유로)와 각각의 엔드부에 배치된 척킹 피스톤 수압부에 연결된 유로를 통해 유체압력을 넣고 빼는 단순한 형태로 척킹과 언척킹을 행할 수 있어, 상대적으로 단순하고 심플한 구조로 이루어짐에 따라 가공성 및 조립성을 향상시킬 수 있으며, 에어 샤프트 장치의 양단 지지 형태 또는 일단 지지 형태 모두에 사용할 수 있어 범용성을 확보할 수 있는 이점이 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

B: 피고정 보빈(피고정 튜브)
100: 메인 샤프트 부재
110: 바디부
120: 지지부
121: 베어링부
200: 척 피스톤 부재
210: 제1 척 피스톤 부재
220: 제2 척 피스톤 부재
300: 척 피스 부재
301: 단턱부
400: 척 피스 하우징
401: 단턱부
410: 분할 관형부
420: 접촉부
431: 위치결정홈
432: 고정구멍
500: 척 스토퍼 부재
600: 탄성 지지 수단
610: 제1 스프링 수용홈
620: 제2 스프링 수용홈
630: 스프링 부재
700: 유체압 작용 수단
710: 메인 통로
720: 마개 부재
730: 직교 통로

Claims (7)

1. 외면에 장착되는 둘 이상의 피고정 보빈을 척킹(chucking)하고 언척킹(unchucking)하도록 구성되는 멀티-엔드형 샤프트 장치로서,
   메인 샤프트 부재;
   상기 메인 샤프트 부재의 외면에서 길이방향으로 간격을 갖고 대칭되게 위치되고, 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향을 따라 슬라이딩 이동가능하게 구비되는 한 쌍의 척 피스톤 부재;
   상기 척 피스톤 부재의 슬라이딩 이동에 연동하여 상기 메인 샤프트 부재에 직교하는 방향으로 이동가능하게 구비되는 척 피스 부재;
   상기 한 쌍의 척 피스톤 부재 간의 간격 사이로 노출되는 메인 샤프트 부재에 접하는 접촉부를 가지며, 상기 척 피스 부재가 노출되는 노출구가 형성되며, 상기 메인 샤프트 부재에 고정되는 척 피스 하우징;
   상기 한 쌍의 척 피스톤 부재의 양측 끝단부에서 상기 메인 샤프트 부재에 고정되는 척 스토퍼 부재;
   상기 한 쌍의 척 피스톤 부재에 탄성력을 인가하도록 구성되는 탄성 지지 수단; 및
   상기 메인 샤프트 부재에 형성되어 그 메인 샤프트 부재로 유출입되는 유체의 유체압력이 상기 척 피스톤 부재에 인가되고 해제되도록 구성되는 유체압 작용 수단;을 포함하고,
   상기 한 쌍의 척 피스톤 부재는 각각 외면이 일단에서 타단으로 갈수록 증가하게 테이퍼(taper)지는 단면 원추대 형태의 관형체로 형성되며,
   상기 척 피스 부재는, 상기 척 피스톤 부재의 외면에 구비되어 상기 척 피스톤 부재의 슬라이딩 이동을 전달받아 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향과 직교하는 방향으로 전환하여 이동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
   멀티-엔드형 샤프트 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 샤프트 부재는 하나 이상의 베어링 부재가 구비되는 일단 지지부 또는 하나 이상의 베어링 부재가 구비되는 양단 지지부를 갖고 형성되는 것을 특징으로 하는
   멀티-엔드형 샤프트 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 척 피스 부재는,
   상기 척 피스톤 부재의 경사진 외면에 상응하는 경사 내면을 갖고 형성되는 쐐기형 관형체로 형성되는 것을 특징으로 하는
   멀티-엔드형 샤프트 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 척 피스 하우징은,
   상기 메인 샤프트 부재의 길이방향을 축으로 양측 대칭형으로 구성되고, 상기 척 피스 부재를 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향과 둘레방향으로의 이동을 제한하며, 상기 메인 샤프트 부재에 직교하는 방향으로 상기 척 피스 부재가 노출되는 개구부를 갖고 형성되는 것을 특징으로 하는
   멀티-엔드형 샤프트 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 탄성 지지 수단은,
   상기 척 피스톤 부재의 일단에서 상기 메인 샤프트 부재의 길이방향으로 형성되는 제1 스프링 수용홈;
   상기 제1 스프링 수용홈과 마주하는 측의 상기 척 스토퍼 부재에 형성되는 제2 스프링 수용홈; 및
   일단부와 타단부가 각각 상기 제1 스프링 수용홈과 제2 스프링 수용홈에 수용되는 스프링 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   멀티-엔드형 샤프트 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 유체압 작용 수단은,
   상기 메인 샤프트 부재의 길이방향으로 형성되어 유체가 유출입되는 메인 통로;
   상기 메인 통로의 일단부를 폐쇄하는 마개 부재; 및
   상기 메인 통로와 연통되고, 상기 메인 샤프트 부재에 직교하는 방향으로 형성되되 상기 한 쌍의 척 피스톤 부재가 서로 멀어지는 측으로 이동할 수 있도록 작용하는 위치에 연통되어 형성되는 직교 통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는
   멀티-엔드형 샤프트 장치.
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