KR102640303B1 - 자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 빌트인 방식의 스핀들에 대한 것으로서, 특히 초음파 진동자에 필요한 전원을 내부에서 생산하여 전력 효율을 향상시킬 수 있고 구조적으로 간단히 할 수 있는 자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치이다.

Description

자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치{ULTRA SONIC SPINDLE DEVICE OF NONUTILITY GENERATION TYPE}
본 발명은 빌트인 방식의 스핀들에 대한 것으로서, 특히 초음파 진동자에 필요한 전원을 내부에서 생산하여 전력 효율을 향상시킬 수 있고 구조적으로 간단히 할 수 있는 자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치이다.
일반적으로 공작기계에는 공구를 회전하기 위한 스핀들이 장착되어 있으며 빌트인 방식의 스핀들이라고 하는 것은 회전력을 발생하는 수단을 내장하여 스핀들의 스핀들을 회전시키는 것을 말한다.
이러한 빌트인 방식의 스핀들은 상술된 바와 같이 회전력이 발생되는 수단이 내장되어 전체적인 부피를 감소시키고 상기 회전력 발생 수단이 스핀들을 직접 회전시키므로 가공 정밀도 또한 증대된다.
한편, 최근에는 이러한 스핀들에 초음파 가진부를 이용하여 진동을 가진하여 가공하는 초음파 가공법이 제안되고 있다. 이러한 초음파 가공법에 의하면 기존 방식에 비해 가공 시간이 감축되고 공구의 수명을 연장시키게 된다.
그런데, 상술된 종래의 초음파 가공법의 경우 초음파 가진부에 전원을 공급하기 위해 별도의 구성이 필요한 관계로 구성이 복잡해지고 별도의 전원을 소모하여 전력 효율이 낮아지는 문제점이 있었다.
한편, 상술한 빌트인 방식의 스핀들과 초음파 방식의 스핀들 기술 자체는 널리 알려진 것으로서 특히 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있는 바, 이에 대한 설명과 도시는 생략한다.
한국 등록 특허 제10-1904799호 한국 등록 특허 제10-2157402호 한국 등록 특허 제10-2186473호 한국 공개 실용신안 제20-1999-003869호 한국 공개 실용신안 제20-2013-0005613호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 빌트인 스핀들 유닛의 스핀들과 연동되며 진동을 발생하는 초음파 가진부와, 상기 스핀들 일 측에 구비되어 전력을 발생하는 전력 발생부를 포함하여, 상기 전력 발생부에 의해 전력이 자체적으로 생산되게 하여 전력 효율을 향상시키고 복잡한 구성이 필요없어 구성을 간단하게 할 수 있는 자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 가공 툴(T)이 일 측에 구비되는 빌트인 스핀들 유닛(200)과, 상기 빌트인 스핀들 유닛(200)의 일부가 내부에 수용되는 중공의 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부 일 측에 구비되는 초음파 가진부(SO)와, 상기 스핀들(210) 일 측에 구비되어 전력을 발생하는 전력 발생부(500)를 포함하고, 상기 초음파 가진부(SO)는 상기 빌트인 스핀들 유닛(200)의 스핀들(210)과 연동되어 회전하고 가공 툴(T)을 가진하고, 상기 전력 발생부(500)는 상기 스핀들(210)의 외측면에 구비되는 코일부(510)를 포함하고, 상기 코일부(510)와 대향되는 케이스(100)는 전도성 재료로 구비되며, 상기 코일부(510)에는 배선(W)이 연결되고, 상기 배선(W)은 스핀들(210)의 내부를 통해 초음파 가진부(SO)에 접촉되는 자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치를 제공한다.
상기에서, 상기 스핀들(210)은 특정 직경을 가지며 상기 전력 발생부(500)가 외측에 구비되는 중공의 제1스핀들(211)과, 상기 제1스핀들(211)에서 가공 툴(T) 방향으로 연장되고 상기 초음파 가진부(300)가 구비되는 중공의 제2스핀들(212)을 포함하고, 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c) 직경은 상기 제1스핀들(211)의 내부(211c) 직경보다 크게 형성되고, 가공 툴(T) 방향 측면은 개방되어, 상기 초음파 가진부(SO)가 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)에 구비되고, 상기 초음파 가진부(SO)는 제2스핀들(212)과 연동되며, 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)와 제1스핀들(211)의 내부(211c)은 상호 연통되어 상기 제1스핀들(211)의 내부(211c)에 투입되는 배선(W)은 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)를 통과하여 초음파 가진부(SO)와 접촉된다.
상기에서, 상기 초음파 가진부(SO)는 전력 공급에 의해 진동을 발생하는 압전 소자부(600)와, 상기 압전 소자부(600)에서 가공 툴(T) 방향 측면에 배치되는 혼(340)과, 상기 압전 소자부(600)에서 가공 툴(T) 반대 방향 측면에 배치되는 베이스(320)와, 상기 베이스(320)와 압전 소자부(600) 및 혼(340)의 내부를 통과하는 고정구(350)를 포함하고, 상기 혼(340)은 상기 압전 소자부(600)와 접하는 판체 형상의 혼 베이스(341)와, 상기 혼 베이스(341)에서 가공 툴(T) 방향으로 연장되는 혼 본체(342)를 포함하고, 상기 혼 베이스(341)와 혼 본체(342)는 중공 형상으로서 상기 고정구(350)가 삽입된다.
상기에서, 상기 케이스(100)은 상기 스핀들(210)의 제1스핀들(211)이 내부에 수용되는 중공의 제1하우징(110)와, 상기 제1하우징(110)에서 연장되고, 상기 스핀들(210)의 제2스핀들(212)이 내부에 수용되는 중공의 제2하우징(120)과 상기 제2하우징(120)에 부착되는 커버(130)를 포함하고, 상기 제2하우징(120)의 내부 직경은 제1하우징(110)의 내부 직경보다 크게 형성되며, 상기 제2하우징(120) 중 가공 툴(T) 방향 측면은 개방되고, 상기 제2하우징(120)의 개방된 측면에 상기 커버(130)가 부착되며, 상기 커버(130) 중 일 부분은 개방되어 상기 초음파 가진부(SO)의 혼(340) 일부가 노출되고, 상기 노출된 혼(340)에 가공 툴(T)이 장착된다.
상기에서, 상기 초음파 가진부(SO)는 판체 형상의 고정판(460)과, 상기 고정판(460)에서 가공 툴(T) 방향으로 일정 거리 이격된 혼(440)과, 상기 고정판(460)에서 가공 툴(T) 반대 방향으로 일정 거리 이격된 베이스(420)를 포함하고, 상기 고정판(460)과 혼(440) 사이 및 고정판(460)과 베이스(420) 사이에는 전력 공급에 의해 진동을 발생하는 압전 소자부(600)가 각각 배치되고, 상기 베이스(420)와 압전 소자부(600) 및 고정판(460)과 혼(440) 내부에는 고정구(450)가 삽입된다.
상기에서, 상기 압전 소자부(600)는 인접하여 배치되는 길이 방향 가진부(610)와, 수평 방향 가진부(620) 및 높이 방향 가진부(630)를 포함하고, 상기 길이 방향 가진부(610)는 중앙이 개방된 판체 형상으로서 복수 층으로 적층되어 길이 방향의 진동을 발생하고, 상기 수평 방향 가진부(620)는 중앙이 개방된 판체 형상의 수평 방향 가진부 본체(621)를 포함하되, 상기 수평 방향 가진부 본체(621)는 다수 층 적층되고, 상기 수평 방향 가진부 본체(621)에는 절개부(621-1)가 높이 방향으로 형성되어 상기 수평 방향 가진부 본체(621)는 수평 방향을 따라 제1본체(621-3)과 제2본체(621-4)로 분할되고, 상기 제1본체(621-3)와 제2본체(621-4)에는 반대 극성의 전원이 각각 공급되어 수평 방향의 진동을 발생하고, 상기 높이 방향 가진부(630)는 중앙이 개방된 판체 형상의 높이 방향 가진부 본체(631)를 포함하되, 상기 높이 방향 가진부 본체(631)는 다수 층 적층되고, 상기 높이 방향 가진부 본체(631)에는 절개부(631-1)가 수평 방향으로 형성되어 상기 높이 방향 가진부 본체(631)는 높이 방향을 따라 제1본체(631-3)과 제2본체(631-4)로 분할되고, 상기 제1본체(631-3)와 제2본체(631-4)에는 반대 극성의 전원이 각각 공급되어 높이 방향의 진동을 발생한다.
상기에서, 상기 케이스(100)과 스핀들(220) 사이에 배치되는 한 쌍의 베어링 유닛(230)을 포함하고, 상기 베어링 유닛(230)은 제1스핀들(211)과 제1하우징(110) 사이에 배치되는 제1베어링 유닛(231)과, 제2스핀들(212)과 제2하우징(120)사이에 배치되는 제2베어링 유닛(232)을 포함하며, 상기 커버(130)는 판체 형상의 커버 본체(131)와, 상기 커버 본체(131)의 중앙에 형성되어 상기 혼(340) 일부가 노출되는 개방부(132)와, 상기 커버 본체(131) 중 제2하우징(120) 방향 측면에서 링 형상으로 돌출되어 상기 제2베어링 유닛(232)을 가압하는 베어링 가압부(133)를 포함하며, 상기 베어링 가압부(133)의 직경(D2)은 커버 본체(131)의 직경(D1)보다 작게 형성되어 상기 커버 본체(131)의 외측단(131-1)은 베어링 가압부(133)의 외측으로 일정 거리 돌출되며, 제2하우징(120)의 끝단은 상기 돌출된 커버 본체(131)의 외측단(131-1)에 밀착된다.
상기에서, 상기 제1하우징(110)은 상기 제2하우징(120)에 접하는 제11하우징(111)과, 상기 제11하우징(111)에 접하며 동일 직경을 가지는 제12하우징(112)과, 상기 제12하우징(112)에 접하며 동일 직경을 가지는 제13하우징(113)과, 상기 제13하우징(113)의 단부측을 덮는 제14하우징(114)을 포함하고, 상기 제12하우징(112)은 상기 제1베어링 유닛(231)을 감싸도록 배치되고, 상기 제13하우징(113)은 전도성 재질을 이용하여 코일부(510)를 감싸도록 배치되며, 상기 제14하우징(114)은 중공 형상이되 일 측면을 개방되어 상기 제13하우징(113)의 단부측을 덮는다.
상기에서, 상기 제2스핀들(212) 중 가공 툴(T) 방향 끝단 내측에는 두께가 감소되어 형성되는 단턱(212b)이 구비되고, 상기 단턱(212b)에 상기 혼(340)의 혼 베이스(341)가 고정된다.
상기에서, 상기 제2하우징(120)은 중공 형상의 제2하우징 본체(121)와, 상기 제2하우징 본체(121)의 내측면 중 커버(130) 방향 측면에 두께가 감소하여 형성되는 걸림턱(122)을 포함하고, 상기 제2스핀들(212)의 외측면에는 안착홈(212a)이 형성되어, 상기 안착홈(212a)에 상기 제2베어링 유닛(232)이 안착되고, 상기 제2베어링 유닛(232)은 상기 제2하우징 본체(121)와 제2스핀들(212)사이에 배치되고 상기 제2베어링 유닛(232)의 일 측은 상기 걸림턱(122)에 가압되고, 상기 제2베어링 유닛(232)의 타 측은 상기 베어링 가압부(133)에 의해 가압되어 고정된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상 설명한 본 발명에 의해 종래보다 간단한 구성을 구현할 수 있고 전력 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스핀들 가공 장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스핀들 가공 장치 중 초음파 가진부와 스핀들을 분리하여 도시한 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 스핀들 가공 장치 중 초음파 가진부와 제2스핀들의 결합 관계를 나타내는 개략도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 스핀들 가공 장치 중 압전 소자부를 나타내는 사시도 및 확대도
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 스핀들 가공 장치 중 커버와 베어링 유닛을 분리하여 도시한 개략도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 빌트인 방식의 초음파 스핀들(10)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 가공 툴(T)이 일 측에 구비되는 빌트인 스핀들 유닛(200)과, 상기 빌트인 스핀들 유닛(200)의 일부가 내부에 수용되는 중공의 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부 일 측에 구비되는 초음파 가진부(SO)와, 상기 스핀들(210) 일 측에 구비되어 전력을 발생하는 전력 발생부(500)를 포함한다. 이때, 상기 초음파 가진부(SO)는 상기 빌트인 스핀들 유닛(200)의 스핀들(210)과 연동되어 회전하고 가공 툴(T)을 가진한다. 즉, 상기 초음파 가진부(SO)는 스핀들(210)에 의해 회전함과 동시에 상기 초음파 가진부(SO)에 구비되는 가공 툴(T)을 가진한다. 이러한 구성에 의해 상기 가공 툴(T)은 회전과 함께 진동이 가진되어 가공 대상물을 초음파 가공을 수행하게 된다.
상기 빌트인 스핀들 유닛(200)은 널리 알려진 바와 같이 스핀들(210)과 상기 스핀들(210)을 회전하는 구동부(220)를 포함한다. 상기 구동부(220)는 스핀들(210)에 구비되는 회전자(222)와, 케이스(100)에 구비되어 상기 회전자(222)를 회전시키는 고정자(221)를 포함한다. 이러한 빌트인 스핀들 유닛(200) 자체는 널리 알려진 구성인 관계로 자세한 설명과 도시는 생략한다.
한편, 본 발명의 경우 상기 스핀들(210) 일 측에 전력 발생부(500)가 구비된다. 상기 전력 발생부(500)는 상기 스핀들(210)의 외측면에 구비된 코일부(510)를 포함한다. 한편, 상기 코일부(510)와 대향되는 케이스(140)는 전도성 재료로 구비된다. 이러한 구성에 의해 상기 코일부(510)가 회전하면 상기 전도성 재료의 케이스(100)와의 상호 작용에 의해 코일부(510)에서 전류가 발생한다. 상기 발생된 전류를 초음파 가진부(SO)를 작동하는 전원으로 사용한다. 한편, 상기 코일부(510)에서 발생된 전원을 초음파 가진부(SO)로 공급하기 위해 배선(W)이 연결된다. 이러한 배선(W)은 스핀들(210)의 내부를 통해 초음파 가진부(300)에 접촉된다.
상기 스핀들(210)은 특정 직경을 가지며 상기 전력 발생부(500)가 외측에 구비되는 중공의 제1스핀들(211)과, 상기 제1스핀들(211)에서 가공 툴(T) 방향으로 연장되고 상기 초음파 가진부(300)가 구비되는 중공의 제2스핀들(212)을 포함한다. 즉, 상기 제1스핀들(211)은 도면상 우측에 배치되고, 제2스핀들(212)은 도면상 좌측에 배치된다. 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c) 직경은 상기 제1스핀들(211)의 내부(211c) 직경보다 크게 형성되고, 가공 툴(T) 방향 측면은 개방되어, 상기 초음파 가진부(SO)가 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)에 구비된다. 이때, 상기 초음파 가진부(SO)는 상기 제2스핀들(212)과 연동되며 이에 대해서는 따로이 설명한다.
이러한 구성에 의해 상기 초음파 가진부(SO)는 스핀들의 회전에 연동되어 회전함과 동시에 상기 초음파 가진부(SO)에서 다양한 방향의 진동을 발생하며, 이러한 진동을 가공 툴(T)에 전달하여 초음파 가공을 하게 된다.
한편, 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)와 제1스핀들(211)의 내부(211c)는 상호 연통되어 상기 제1스핀들(211)의 내부(211c)에 투입되는 배선(W)은 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)를 통과하여 초음파 가진부(SO)와 접촉된다.
이하 초음파 가진부(SO)에 대해 설명한다. 본 발명의 초음파 가진부(SO)는 도 1 내지 도 3에 도시된 초음파 가진부(300)-이하 실시예1이라 함-와 도 4에 도시된 초음파 가진부(400)-이하 실시예2라 함-를 포함한다.
우선, 상기 실시예1에 따른 초음파 가진부(300)에 대해 설명한다.
상기 초음파 가진부(300)는 전력 공급에 의해 진동을 발생하는 압전 소자부(600)와, 상기 압전 소자부(600)에서 가공 툴(T) 방향 측면에 배치되는 혼(340)과, 상기 압전 소자부(600)에서 가공 툴(T) 반대 방향 측면에 배치되는 베이스(320)와, 상기 베이스(320)와 압전 소자부(600) 및 혼(340)의 내부를 통과하는 고정구(350)를 포함한다. 즉, 혼(340)과 베이스(320)가 도면상 좌우 방향으로 이격되어 배치된다. 이러한 혼(340)과 베이스(320) 사이에 압전 소자부(600)가 배치된다. 이때, 고정구(350)가 상기 베이스(320)와 압전 소자부(600)를 관통한 후 상기 혼(340)에 고정된다. 이러한 고정구(350)에 의해 압전 소자부(600)가 고정된다.
상기 혼(340)은 상기 압전 소자부(600)와 접하는 판체 형상의 혼 베이스(341)와, 상기 혼 베이스(341)에서 가공 툴(T) 방향으로 연장되는 혼 본체(342)를 포함한다. 도시된 실시예의 경우 상기 혼 베이스(341)는 도면상 우측에 배치되어 압전 소자부(600)와 접하고, 상기 혼 본체(342)는 도면상 좌측에 배치되어 가공 툴(T)이 설치된다. 한편, 상기 혼 베이스(341)와 혼 본체(342)는 중공 형상으로서 내부는 상호 연통된다. 이때, 상기 고정구(350)는 상기 혼 베이스(341) 내부에 삽입된 후 혼 본체(342) 내부까지 전진하여 고정된다.
상기 초음파 가진부(300)는 상술된 바와 같이 제2스핀들(212) 내부(212c)에 배치된다. 또한, 상기 제2스핀들(212) 중 가공 툴(T) 방향 끝단, 즉 도면상 좌측 끝단 내측에는 두께가 감소되어 형성되는 단턱(212b)이 구비된다. 이러한 단턱(212b)에 혼 베이스(341)가 고정된다. 이를 위해 용접등의 결합 방식에 의해 단턱(212b)과 혼 베이스(341)가 고정되거나 혹은 볼트 등에 의해 단턱(212b)와 혼 베이스(341)가 탈부착 가능하게 고정될 수 있다. 상기 혼 베이스(341)가 제2스핀들(212)에 고정되어 상기 제2스핀들(212)의 회전에 연동되어 혼 베이스(341)가 회전한다. 상기 혼 베이스(341)의 회전에 의해 혼 본체(342)가 회전되고 상기 혼 본체(342)에 결합되는 가공 툴(T) 역시 회전된다. 한편, 상기 혼 본체(342)의 끝단에는 결합부(343)가 구비되어 가공 툴(T)이 용이 하게 장착될 수 있다.
상술된 바와 같이 상기 혼 베이스(341)는 제2스핀들(212) 끝단의 단턱(212b)에 고정되고, 상기 혼 베이스(341)에 접하는 압전 소자부(600) 및 고정구(350)는 제2스핀들(212)의 내부(212c)에 배치된다.
상기 제1스핀들(211)과 제2스핀들(212)은 케이스(100) 내부에 배치된다. 이러한 케이스(100)은 상기 제1스핀들(211)이 내부에 수용되는 중공의 제1하우징(110)와, 상기 제1하우징(110)에서 연장되고, 상기 스핀들(210)의 제2스핀들(212)이 내부에 수용되는 중공의 제2하우징(120)을 포함한다. 이때, 상기 제2하우징(120)의 내부 직경은 제1하우징(110)의 내부 직경보다 크게 형성된다. 즉, 제2하우징(120)의 내부 직경은 제1하우징(110)의 내부 직경보다 크게 형성되고 이러한 제2하우징(120) 내부에 제2스핀들(212)이 배치된다. 또한, 상기 제1하우징(110) 내부에는 제1스핀들(211)이 배치된다. 이때, 제2하우징(120) 중 가공 툴(T) 방향 측면은 개방되고, 상기 제2하우징(120)의 개방된 측면에 커버(130)가 부착된다. 이러한 커버(130) 중 일 부분에는 개방부(131)가 형성되어 상기 초음파 가진부(SO)의 혼(340) 일부가 노출되고, 상기 노출된 혼(340)에 가공 툴(T)이 장착된다. 즉, 상기 혼(340) 중 혼 본체(342)가 상기 커버(130)의 개방부(131)를 통과하여 노출되고 이러한 혼 본체(342)에 가공 툴(T)이 장착된다. 한편, 상기 커버(130)에는 베어링 지지부(132)가 돌출된다. 상기 제2하우징(120)과 제2스핀들(212)사이에는 베어링(230)이 구비된다. 상기 베어링 지지부(132)는 상기 베어링(230) 방향으로 돌출되어 베어링(230)을 가압하게 된다.
한편, 상기 베어링 유닛(230)은 케이스(100)과 스핀들(220) 사이에 한 쌍으로 배치된다. 즉, 상기 베어링 유닛(230)은 제1스핀들(211)과 제1하우징(110) 사이에 배치되는 제1베어링 유닛(231)과, 제2스핀들(212)과 제2하우징(120)사이에 배치되는 제2베어링 유닛(232)을 포함한다. 따라서, 상기 제1베어링 유닛(231)은 제1스핀들(211)을 회전 가능하게 지지하고, 제2베어링 유닛(232)은 제2스핀들(212)을 회전 가능하게 지지한다.
상술된 바와 같이 상기 커버(130)는 판체 형상의 커버 본체(131)와, 상기 커버 본체(131)의 중앙에 형성되어 상기 혼(340) 일부가 노출되는 개방부(132)와, 상기 커버 본체(131) 중 제2하우징(120) 방향 측면에서 링 형상으로 돌출되어 상기 제2베어링 유닛(232)을 가압하는 베어링 가압부(133)를 포함한다.
상기 베어링 가압부(133)의 직경(D2)은 커버 본체(131)의 직경(D1)보다 작게 형성되어 상기 커버 본체(131)의 외측단(131-1)은 베어링 가압부(133)의 외측으로 일정 거리 돌출되며, 제2하우징(120)의 끝단은 상기 돌출된 커버 본체(131)의 외측단(131-1)에 밀착된다. 한편, 상기 제2하우징(120) 끝단은 볼트 등의 구성에 의해 결합될 수 있고, 이러한 구성에 의해 베어링 가압부(133)가 안정적으로 구비된다.
상기 제1하우징(110)은 다수 개로 분할될 수 있으며, 도시된 바와 같이 상기 제2하우징(120)에 접하는 제11하우징(111)과, 상기 제11하우징(111)에 접하며 동일 직경을 가지는 제12하우징(112)과, 상기 제12하우징(112)에 접하며 동일 직경을 가지는 제13하우징(113)과, 상기 제13하우징(113)의 단부측을 덮는 제14하우징(114)을 포함한다. 이때, 상기 제12하우징(112)은 상기 제1베어링 유닛(231)을 감싸도록 배치되고, 상기 제13하우징(113)은 전도성 재질을 이용하여 코일부(510)를 감싸도록 배치된다. 이러한 제13하우징(113)이 상기 케이스(140)로 이용될 수 있다.
상기 제11하우징(111) 내지 제13하우징(113)은 내부가 비어 있고 양 측이 개방된 형상을 가진다. 이러한 제13하우징(113)은 제14하우징(114)에 의해 마감된다. 이를 위해 상기 제14하우징(114)은 중공 형상이되 일 측면을 개방되어 상기 제13하우징(113)의 단부측을 덮도록 형성될 수 있다.
한편, 상기 제2하우징(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 중공 형상의 제2하우징 본체(121)와, 상기 제2하우징 본체(121)의 내측면 중 커버(130) 방향 측면에 두께가 감소하여 형성되는 걸림턱(122)을 포함한다. 또한, 상기 제2스핀들(212)의 외측면에는 안착홈(212a)이 형성되어, 상기 안착홈(212a)에 상기 제2베어링 유닛(232)이 안착된다. 이때, 상기 제2베어링 유닛(232)은 상기 제2하우징 본체(121)와 제2스핀들(212)사이에 배치되고 상기 제2베어링 유닛(232)의 일 측은 상기 걸림턱(122)에 가압되고, 상기 제2베어링 유닛(232)의 타 측은 상기 베어링 가압부(133)에 의해 가압되어 안정적으로 고정될 수 있다.
이하 도 4를 참조하여 실시예2에 따른 초음파 가진부(400)에 대해 설명한다.
상기 초음파 가진부(400)는 판체 형상의 고정판(460)과, 상기 고정판(460)에서 가공 툴(T) 방향으로 일정 거리 이격된 혼(440)과, 상기 고정판(460)에서 가공 툴(T) 반대 방향으로 일정 거리 이격된 베이스(420)를 포함한다. 이러한 고정판(460)과 혼(440) 사이 및 고정판(460)과 베이스(420) 사이에는 전력 공급에 의해 진동을 발생하는 압전 소자부(600)가 각각 배치된다.
즉, 실시예1의 경우 압전 소자부(600)는 혼 베이브(341)와 베이스(320) 사이에 배치되고, 실시예2의 경우 압전 소자부(600)는 고정판(460)을 기준으로 좌측은 혼(440)과 고정판(460) 사이 및 고정판(460)과 베이스(420) 사이에 각각 배치된다.
또한, 상기 베이스(420)와 압전 소자부(600) 및 고정판(460)과 혼(440) 내부에는 고정구(450)가 삽입되어 전체적으로 고정된다.
이때, 상기 압전 소자부(600)는 인접하여 배치되는 길이 방향 가진부(610)와, 수평 방향 가진부(620) 및 높이 방향 가진부(630)를 포함한다.
상기 길이 방향 가진부(610)는 중앙이 개방된 판체 형상으로서 복수 층으로 적층되어 혼(440)이 길이 방향(y방향)의 진동이 발생한다. 이때, 도 4에 도시된 바와 같이 상호 반대 극성의 전원이 각각 공급될 수 있으며 예를 들어 도면상 우측의 길이 방향 가진부(621)에는 +극성의 전원이 공급되고 도면상 좌측의 길이 방향 가진부(622)에는 =극성의 전원이 공급되어 +극성의 전원이 공급되는 측에서는 팽창을 하도록 하여 진동의 크기를 조절할 수 있다.
상기 수평 방향 가진부(620)는 중앙이 개방된 판체 형상의 수평 방향 가진부 본체(621)를 포함하되, 상기 수평 방향 가진부 본체(621)는 다수 층 적층된다. 도 4에서는 상기 수평 방향 가진부 본체(621)가 2층으로 적층된 것이 도시된다. 이러한 수평 방향 가진부 본체(621)에는 절개부(621-1)가 높이 방향으로 형성된다. 상기 절개부(621-1)에 의해 상기 수평 방향 가진부 본체(621)는 수평 방향을 따라 제1본체(621-3)과 제2본체(621-4)로 분할된다. 상기 제1본체(621-3)와 제2본체(621-4)에는 반대 극성의 전원이 각각 공급된다. 예를 들어 상기 제1본체(621-3)에는 +극성의 전원이 공급되어 팽창하도록 한다. 상기 제1본체(621-3)가 팽창을 하면 혼(440)이 도면상 수평방향(z방향)으로서 도면상 우측으로 변형하면서 진동하게 된다. 반대로 제2본체(621-4)에 +극성의 전원이 공급되면 혼(440)이 반대 방향으로 변형하면서 진동하게 된다. 또한, 상기 수평 방향 가진부 본체(621)는 2층으로 적층하되 상호 맞닿는 측면에 동일 극성의 전원이 공급되도록 하거나 혹은 반대 극성의 전원이 공급되도록 하여 수평 방향으로 변형되는 진폭을 조절할 수 있다.
상기 높이 방향 가진부(630)는 중앙이 개방된 판체 형상의 높이 방향 가진부 본체(631)를 포함한다. 상기 높이 방향 가진부 본체(631)는 다수 층 적층되고, 상기 높이 방향 가진부 본체(631)에는 절개부(631-1)가 수평 방향으로 형성되어 상기 높이 방향 가진부 본체(631)는 높이 방향을 따라 제1본체(631-3)과 제2본체(631-4)로 분할된다. 이러한 상기 제1본체(331-3)와 제2본체(331-4)에는 반대 극성의 전원이 각각 공급될 수 있다. 예를 들어 제1본체(331-3)에는 +극성의 전원이 공급되어 제1본체(331-3)가 팽창되면 도면상 높이 방향 중 하측 방향으로 혼(440)이 변형되면서 진동될 수 있다. 반대로 제2본체(331-4)에 +극성의 전원이 공급되면 제2본체(331-4)가 팽창하며 상측 방향으로 혼(440)이 변형되면서 진동될 수 있다.
또한, 상기 높이 방향 가진부(630)는 다수 층 적층되고 상호 맞닿는 측면에 동일 극성의 전원이 공급되도록 하거나 혹은 반대 극성의 전원이 공급되도록 하여 높이 방향으로 변형되는 진폭을 조절할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : 케이스 110 : 제1하우징
120 : 제2하우징 130 : 커버
200 : 빌트인 스핀들 유닛 210 : 스핀들
220 : 구동부 300 : 초음파 가진부
320 : 베이스 340 : 혼
350 : 고정구 400 : 초음파 가진부
420 : 베이스 440 : 혼
450 : 고정구 460 : 고정판
600 : 압전 소자부 610 : 길이 방향 가진부
620 : 수평 방향 가진부 630 : 높이 방향 가진부

Claims (2)

  1. 가공 툴(T)이 일 측에 구비되는 빌트인 스핀들 유닛(200)과, 상기 빌트인 스핀들 유닛(200)의 일부가 내부에 수용되는 중공의 케이스(100)와, 상기 케이스(100) 내부 일 측에 구비되는 초음파 가진부(SO)와, 스핀들(210) 일 측에 구비되어 전력을 발생하는 전력 발생부(500)를 포함하고,
    상기 초음파 가진부(SO)는 상기 빌트인 스핀들 유닛(200)의 스핀들(210)과 연동되어 회전하고 가공 툴(T)을 가진하고,
    상기 전력 발생부(500)는 상기 스핀들(210)의 외측면에 구비되는 코일부(510)를 포함하고, 상기 코일부(510)와 대향되는 케이스(100)는 전도성 재료로 구비되며,
    상기 코일부(510)에는 배선(W)이 연결되고, 상기 배선(W)은 스핀들(210)의 내부를 통해 초음파 가진부(SO)에 접촉되며
    상기 케이스(100)은 상기 스핀들(210)의 제1스핀들(211)이 내부에 수용되는 중공의 제1하우징(110)와, 상기 제1하우징(110)에서 연장되고, 상기 스핀들(210)의 제2스핀들(212)이 내부에 수용되는 중공의 제2하우징(120)과 상기 제2하우징(120)에 부착되는 커버(130)를 포함하고,
    상기 제2하우징(120) 중 가공 툴(T) 방향 측면은 개방되고, 상기 제2하우징(120)의 개방된 측면에 상기 커버(130)가 부착되며,
    상기 커버(130) 중 일 부분은 개방되어 상기 초음파 가진부(SO)의 혼(340) 일부가 노출되고, 상기 노출된 혼(340)에 가공 툴(T)이 장착되고
    상기 초음파 가진부(SO)는 전력 공급에 의해 진동을 발생하는 압전 소자부(600)와, 상기 압전 소자부(600)에서 가공 툴(T) 방향 측면에 배치되는 혼(340)과, 상기 압전 소자부(600)에서 가공 툴(T) 반대 방향 측면에 배치되는 베이스(320)와, 상기 베이스(320)와 압전 소자부(600) 및 혼(340)의 내부를 통과하는 고정구(350)를 포함하고, 상기 혼(340)은 상기 압전 소자부(600)와 접하는 판체 형상의 혼 베이스(341)와, 상기 혼 베이스(341)에서 가공 툴(T) 방향으로 연장되는 혼 본체(342)를 포함하고, 상기 혼 베이스(341)와 혼 본체(342)는 중공 형상으로서 상기 고정구(350)가 삽입되며, 이때 상기 혼 베이스(341)는 우측에 배치되어 압전 소자부(600)와 접하고, 상기 혼 본체(342)는 좌측에 배치되어 가공 툴(T)이 설치되며, 상기 혼 베이스(341)와 혼 본체(342)는 중공 형상으로서 내부는 상호 연통되고 고정구(350)는 상기 혼 베이스(341) 내부에 삽입된 후 혼 본체(342) 내부까지 전진하여 고정되며,
    상기 압전 소자부(600)는 인접하여 배치되는 길이 방향 가진부(610)와, 수평 방향 가진부(620) 및 높이 방향 가진부(630)를 포함하고,
    상기 길이 방향 가진부(610)는 중앙이 개방된 판체 형상으로서 복수 층으로 적층되어 길이 방향의 진동을 발생하고,
    상기 수평 방향 가진부(620)는 중앙이 개방된 판체 형상의 수평 방향 가진부 본체(621)를 포함하되, 상기 수평 방향 가진부 본체(621)는 다수 층 적층되고, 상기 수평 방향 가진부 본체(621)에는 절개부(621-1)가 높이 방향으로 형성되어 상기 수평 방향 가진부 본체(621)는 수평 방향을 따라 제1본체(621-3)과 제2본체(621-4)로 분할되고, 상기 제1본체(621-3)와 제2본체(621-4)에는 반대 극성의 전원이 각각 공급되어 수평 방향의 진동을 발생하고,
    상기 높이 방향 가진부(630)는 중앙이 개방된 판체 형상의 높이 방향 가진부 본체(631)를 포함하되, 상기 높이 방향 가진부 본체(631)는 다수 층 적층되고, 상기 높이 방향 가진부 본체(631)에는 절개부(631-1)가 수평 방향으로 형성되어 상기 높이 방향 가진부 본체(631)는 높이 방향을 따라 제1본체(631-3)과 제2본체(631-4)로 분할되고, 상기 제1본체(631-3)와 제2본체(631-4)에는 반대 극성의 전원이 각각 공급되어 높이 방향의 진동을 발생하며,
    또한, 상기 케이스(100)과 스핀들(220) 사이에 배치되는 한 쌍의 베어링 유닛(230)을 포함하고, 상기 베어링 유닛(230)은 제1스핀들(211)과 제1하우징(110) 사이에 배치되는 제1베어링 유닛(231)과, 제2스핀들(212)과 제2하우징(120)사이에 배치되는 제2베어링 유닛(232)을 포함하며, 상기 커버(130)는 판체 형상의 커버 본체(131)와, 상기 커버 본체(131)의 중앙에 형성되어 상기 혼(340) 일부가 노출되는 개방부(132)와, 상기 커버 본체(131) 중 제2하우징(120) 방향 측면에서 링 형상으로 돌출되어 상기 제2베어링 유닛(232)을 가압하는 베어링 가압부(133)를 포함하며,
    상기 제1하우징(110)은 상기 제2하우징(120)에 접하는 제11하우징(111)과, 상기 제11하우징(111)에 접하며 동일 직경을 가지는 제12하우징(112)과, 상기 제12하우징(112)에 접하며 동일 직경을 가지는 제13하우징(113)과, 상기 제13하우징(113)의 단부측을 덮는 제14하우징(114)을 포함하고, 상기 제13하우징(113)은 상기 제1베어링 유닛(231)을 감싸도록 배치되고, 상기 제14하우징(114)은 중공 형상이되 일 측면을 개방되어 상기 제13하우징(113)의 단부측을 커버하고
    상기 제2스핀들(212) 중 가공 툴(T) 방향 끝단 내측에는 두께가 감소되어 형성되는 단턱(212b)이 구비되고, 상기 단턱(212b)에 상기 혼(340)의 혼 베이스(341)가 고정되며
    상기 제2하우징(120)은 중공 형상의 제2하우징 본체(121)와, 상기 제2하우징 본체(121)의 내측면 중 커버(130) 방향 측면에 두께가 감소하여 형성되는 걸림턱(122)을 포함하고, 상기 제2스핀들(212)의 외측면에는 안착홈(212a)이 형성되어, 상기 안착홈(212a)에 상기 제2베어링 유닛(232)이 안착되고, 상기 제2베어링 유닛(232)은 상기 제2하우징 본체(121)와 제2스핀들(212)사이에 배치되고 상기 제2베어링 유닛(232)의 일 측은 상기 걸림턱(122)에 가압되고, 상기 제2베어링 유닛(232)의 타 측은 상기 베어링 가압부(133)에 의해 가압되어 고정되는 것을 특징으로 하는 자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스핀들(210)은 특정 직경을 가지며 상기 전력 발생부(500)가 외측에 구비되는 중공의 제1스핀들(211)과, 상기 제1스핀들(211)에서 가공 툴(T) 방향으로 연장되고 상기 초음파 가진부(SO)가 구비되는 중공의 제2스핀들(212)을 포함하고,
    상기 제2스핀들(212)의 내부(212c) 직경은 상기 제1스핀들(211)의 내부(211c) 직경보다 크게 형성되고, 가공 툴(T) 방향 측면은 개방되어, 상기 초음파 가진부(SO)가 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)에 구비되고, 상기 초음파 가진부(SO)는 제2스핀들(212)과 연동되며,
    상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)와 제1스핀들(211)의 내부(211c)는 상호 연통되어 상기 제1스핀들(211)의 내부(211c)에 투입되는 배선(W)은 상기 제2스핀들(212)의 내부(212c)를 통과하여 초음파 가진부(SO)와 접촉되는 자가 발전 방식의 초음파 스핀들 가공 장치.
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