KR200398525Y1 - 편심 조절 기능을 가진 스핀들 - Google Patents

Abstract

본 고안은 편심 조절 기능을 가진 스핀들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동부(200)와 스핀들지지부(100)를 가지는 스핀들에 있어서, 구동부(200) 내부 공간 일측에 위치하고, 오목 또는 볼록한 외주면을 가지는 각도조절베어링(30)이 구비된 베어링부(300); 구동부(200)의 내부 공간에 위치하고 클램프샤프트(42)를 가지며, 콜렛(44)에 의해 일측에서 소재를 클램프하는 클램프부(400); 및 클램프부(400)의 타측에서 클램프샤프트(42)의 타측을 그 축방향을 가로지르는 방향으로 이동시켜 스핀들샤프트(20) 대비 클램프샤프트(42)를 편심시키는 각도조절부(500);를 포함하여 구성되고, 각도조절부(500)를 조작하면 각도조절베어링(30) 외주면의 상대 운동을 하여 클램프샤프트(42)가 편심되며, 구동부(200)의 회전력은 베어링의 외주면을 통해 클램프부(400)에 전달되는 것을 특징으로 하는 편심 조절 기능을 가진 스핀들에 관한 것이다.

Description

편심 조절 기능을 가진 스핀들{Spindle with eccentricity adiustment function}

본 고안은 편심 조절 기능을 가진 스핀들에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동부(200)와 스핀들지지부(100)를 가지는 스핀들에 있어서, 각도조절베어링(30)이 구비된 베어링부(300), 클램프샤프트(42)를 가지는 클램프부(400), 및 각도조절부(500)를 포함하여 구성되고, 각도조절부(500)를 조작하면 각도조절베어링(30) 외주면의 미끄러짐에 의한 상대 운동으로 클램프샤프트(42)가 편심되며, 구동부(200)의 회전력은 각도조절베어링(30)의 외주면을 통해 클램프부(400)에 전달되는 것을 특징으로 하는 편심 조절 기능을 가진 스핀들에 관한 것이다.

도 1a는 종래 기술 및 본 고안을 설명하기 위한 소재의 단면도, 도 1b는 종래의 일반 스핀들에 의해 소재 중심을 기준으로 가공된 소재의 단면도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 가공의 대상이 되는 소재(1)는 단면 형상이 원형이며 외주(2)와 소재 중심축(2a)를 가지는 원기둥일 수 있으며, 단면의 일부로부터 개방된 내부공(3)을 가질 수 있으며 내부공(3)은 내부공 중심축(3a)를 가진다.

이때 종래의 기술(통상의 스핀들)로 소재(1)를 스핀들에 장착하여 가공하는 경우 스핀들의 콜렛에 물린 소재(1)의 중심축(2a)과 스핀들의 회전 중심축(4)이 일치하기 때문에 도 1b에 도시된 바와 같은 빗금친 부분(5) 형태의 연삭만이 가능하다.

따라서, 종래의 기술에 따르는 경우 내부공(3)을 중심으로 한 연삭 가공은 불가능하거나, 매우 난이도가 높은 작업이 되는 문제점이 있었다. 다시말하면, 도 1c는 본 고안에 따라 소재의 내부공 중심을 기준으로 연삭 가공된 소재(1)의 단면도인데, 종래 기술에 의하는 경우 도 1c에 도시된 바와 같은 빗금친 부분(6)의 가공은 불가능하거나 작업의 난이도가 매우 높아진다는 것이다.

다만, 선반에서 사용하는 4척 고정장치 등을 이용하여 상기의 문제점을 해결될 수 있으나, 이것은 본 고안과 작동원리, 적용 범위, 응용 분야, 및 구성 등에 있어 큰 차이가 있다.

본 고안의 목적은 소재 중심축(2a)과 스핀들 회전중심축(4)의 편심을 가능하게 하여, 소재 중심축(2a)을 기준으로 하는 연삭 가공뿐 아니라, 가공의 기준을 소재(1) 내부의 임의의 축(예를들어, 내부공 중심축(3a))으로 이동시킬 수 있는 편심 조절 기능을 가진 스핀들을 제공하기 위함이다.

이하에서는 본 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자가 본 고안을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 고안의 구성에 관하여 설명한다.

본 고안의 일실시예에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들은 스핀들샤프트(20)를 포함하는 구동부(200); 및 상기 구동부(200)가 회전할 수 있도록 하우징(10)과 스핀들베어링(12)으로 지지하는 스핀들지지부(100);를 가지는 스핀들에 있어서, 상기 구동부(200)의 내부 공간 일측에 위치하고 각도조절베어링(30)이 구비된 베어링부(300); 구동부(200)의 내부 공간에 위치하고 클램프샤프트(42)를 가지며, 콜렛(44)에 의해 일측에서 소재를 클램프하는 클램프부(400); 및 클램프부(400)의 타측에 위치하며, 클램프샤프트(42)의 타측을 그 축방향을 가로지르는 방향으로 이동시켜 스핀들샤프트(20) 대비 상기 클램프샤프트(42)를 편심시키기 위한 각도조절부(500);를 더 포함하여 구성되고, 각도조절부(500)를 조작하면 각도조절베어링(30)의 외주면이 구동부(200) 대비 상대 운동을 하여 클램프샤프트(42)가 편심되며, 구동부(200)의 회전력은 베어링의 외주면을 통해 클램프부(400)에 전달되는 것을 특징으로 한다.

도 2a는 본 고안의 일실시예에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들의 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 스핀들지지부(100)는 하우징(10) 및 스핀들베어링(12)을 포함하여 구성된다. 스핀들의 하우징(10) 및 스핀들베어링(12)은 당해 기술분야의 당업자에 주지된 것을 사용할 수 있다. 하우징(10)은 스핀들베어링(12)을 지지하고, 스핀들베어링(12)은 하우징(10) 대비 구동부(200)의 회전을 가능하게 한다.

구동부(200)는 스핀들샤프트(20) 및 구동용 풀리(22)를 포함하여 구성되며, 하우징(10) 대비 회전한다. 스핀들샤프트(20)는 스핀들베어링(12)을 수단으로 하우징(10) 대비 회전 운동을 하며, 이 회전운동의 원동력은 구동용 풀리(22)로부터 전달된다. 스핀들샤프트(20)와 구동용 풀리(22)는 일체형일 수 있다.

베어링부(300)는 외주면이 볼록 또는 오목한 각도조절베어링(30) 및 베어링보조부로 구성되고, 상기 구동부(200)의 내부 공간 일측에 위치한다. 베어링보조부는 각도조절베어링(30)이 본 고안에 따른 작용(각도 조절시 미끄러짐, 및 구동부(200)의 회전력을 클램프부(400)에 전달)을 다 할 수 있게 베어링지지자(32), 고정자(34), 제1 탄성체(36), 및 탄성체장력조절자(37)로 구성된다.

베어링지지자(32)는 내측에서 각도조절베어링(30) 외주면에 상응하는 함몰부 또는 볼록부를 가지며, 내면은 각도조절베어링(30)의 외주면과 접하고 외면은 구동용 풀리(22)의 내면에 접한다. 베어링지지자(32)는 각도 조절시 각도조절베어링(30)의 미끄러짐을 가능하게 하고, 또한, 구동부(200)의 회전력을 각도조절베어링(30)의 외주면에 전달한다.

고정자(34)는 각도조절베어링(30) 외주면 일측에 힘을 가하기 위한 것이며, 상부는 구동용 풀리(22)로부터 연장된 부분의 내측에 접하며, 일측면에서 각도조절베어링(30)의 일측에 압착력을 가한다. 또한, 각도조절베어링(30)과 접하는 부분은 각도조절베어링(30)의 외주면에 상응하는 곡면을 가질 수 있다.

제1 탄성체(36)는 고정자(34)를 각도조절베어링(30) 방향으로 밀기 위한 것이며, 고정자(34)의 압착력은 제1 탄성체(36)의 반발력에 비례한다. 바람직하게 제1 탄성체(36)는 접시 스프링이지만, 다른 형태의 금속이나 다른 재질의 스프링 및 탄성체 일 수 있다.

탄성체장력조절자(37)는 제1 탄성체(36)의 길이를 조절하여 상기 탄성체(36)에 작용하는 힘(반발력)을 조절하기 위한 것이다. 외주에 나사산이 형성되어 구동용 풀리(22)로부터 연장된 부분 하부와 볼트 너트 형으로 결합할 수 있으며, 탄성체장력조절자(37)의 회전을 위해 공구가 삽입될 수 있게 홈(38)을 가질 수 있다. 또한, 그 하부에는 오일 실을 가질 수 있다.

클램프부(400)는 구동부(200)의 내부 공간에 위치하고 클램프샤프트(42)를 가지며, 콜렛(44)에 의해 일측에서 소재를 클램프 및 클램프 해제한다. 클램프부(400)는 조절샤프트(40), 클램프샤프트(42), 콜렛(44), 제2 탄성체(46), 및 고정장치(48)를 포함하여 구성될 수 있다.

중공의 조절샤프트(40)는 구동부(200)의 내면에 인접하고 상기 각도조절베어링(30)의 내면과 접한다. 조절샤프트(40)의 타측 외주면에는 고정장치(48)를 통해 조절자(50) 및 스프링플렌져(54)로부터 축을 가로지르는 방향의 힘이 전달된다. 일측 내면은 콜렛(44)과 접한다.

클램프샤프트(42)는 상기 조절샤프트(40)의 내부에 위치하며 타측에서 클램프샤프트(42)의 왕복 운동을 보조하는 제2 탄성체(46)와 결합한다. 콜렛(44)은 일측에서 조절샤프트(40)의 내면에 접하며, 타측에서 상기 클램프샤프트(42)와 결합하여 왕복 운동에 의해 소재를 클램프 및 클램프 해제한다.

각도조절부(500)는 클램프부(400)의 타측에 위치하며, 클램프샤프트(42)의 타측을 축방향을 가로지르는 방향으로 이동시켜, 스핀들샤프트(20) 대비 상기 클램프샤프트(42)를 편심시키는 기능을 한다. 각도조절부(500)는 조절자(50), 스프링플렌져(54), 및 각도조절하우징(56)을 포함하여 구성될 수 있다.

조절자(50)는 회전에 의해 그 일단이 전진 후퇴하며, 마이크로미터 헤드가 장착되어 요구되는 거리만큼 정확히 고정장치(48)에 인접하는 조절샤프트(40)를 이동시킬 수 있다. 도 2a에서는 조절자(50)의 일단이 고정장치(48)의 외주면에 인접하는 것으로 하였으나, 직접 조절샤프트(40)의 외주면에 접하게 형성할 수도 있다.

도 2b는 본 고안의 일실시예에 따른 각도조절부(500)의 정면도이다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 바람직하게 조절자(50)는 두개이며, 클램프샤프트(42)의 중심선과 수직을 이루고, 서로 수직으로 배치된다. 이 경우 소재(1)를 임의의 방향으로 편심시키는 것이 용이하게 되는데, 내부공(3)과 소재 중심축(2a)의 상대적 위치 파악 후 간단한 수학에 의해 내부공(3)을 스핀들 회전 중심축(4)에 위치시키기 위한 조절자(50)의 이동량을 쉽게 정할 수 있다.

스프링플렌져(54)는 조절자(50)와 동일 선상에 위치하며, 내부에 탄성체 등을 이용해 복원 기능을 갖는다. 즉, 조절자(50)가 전진하면 클램프부(400)의 타측에 반대방향의 지지력을 가하고, 조절자(50)가 후퇴하면 클램프부(400)의 타측에 반대방향의 추력을 가하여 클램프부(400)를 안정되게 이동시키고, 소재 작업시에는 클램프부(400) 타측을 지지해주는 기능을 할 수 있게 형성된다. 내부에 복원 기능을 갖기 위해 탄성체를 내장할 수 있다. 각도조절하우징(56)은 조절자(50)와 스프링플렌져(54)를 지지하는데, 도 2a와 다른 형상일 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 본 고안에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들의 작용에 대해 설명하기로 한다.

도 3은 본 고안에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들의 작동 원리를 설명하기 위한 부분 확대도이다. 이하에서 도 3을 참조하여 본 고안에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들의 작동 과정을 상세히 살핀다.

각도조절부(500)의 조절자(50)를 회전하여 전진시키면 미는 힘이 고정장치(48)를 경유하여 조절샤프트(40)에 전달되고, 이 힘에 의해 조절샤프트(40)는 각도조절베어링(30)의 세로 방향 중심선(30a)을 기준으로 회전(편심)되려 한다. 이때 클램프부(400)는 각도조절베어링(30)과 베어링지지자(32) 및/또는 고정자(34) 사이에 작용할 수 있는 최대정지마찰력을 이기고 회전한다. 즉, 조절샤프트(40)을 포함하는 클램프부(400)는 각도조절베어링(30)의 세로 방향 중심선(30a)을 중심으로, 스핀들샤프트(20)의 중심축 대비 회전(편심)된다.

즉, 각도조절베어링(30)의 외주면이 구동부(200) 대비 미끄러짐에 의한 상대 운동을 하여 클램프샤프트(42)가 편심된다. 편심에 의해 소재의 내부공(3)이 스핀들 회전중심축(4)에 오면, 소재(1)는 내부공 중심축(3a)를 중심으로 회전한다.

소재 가공시 구동부(200)의 회전력은 베어링지지자(32) 및 고정자(34)와 각도조절베어링(30)의 외주면과의 정지마찰력의 형태로 클램프부(400)에 전달된다. 즉, 클램프부(400)와 구동부(200)는 일체로 회전하게 된다. 하지만, 가공시 소재(1)의 외주(2)에 과다한 힘이 작용하거나, 회전 초기에 클램프부(400)의 관성력이 과다한 경우 각도조절베어링(30)과 베어링보조부(베어링지지자(32) 및 고정자(34)) 간에 회전 방향 미끄럼이 발생하여 작업 효율이 떨어질 수 있다. 이런 현상이 과다한 경우 제1 탄성체(36)의 반발력을 증가시켜 각도조절베어링(30)과 베어링보조부(베어링지지자(32), 고정자(34)) 간의 최대 정지 마찰력을 증가시킬 수 있다. 이때 최대 정지 마찰력을 너무 증가시키면 각도조절부(500)의 작동에 장애가 될 수 있다.

이렇게 하여 소재(1)의 내부공 중심축(3a)의 한점을 스핀들 회전중심축(4) 상에 위치시키면, 소재(1)는 스핀들 회전중심축(4)과 일치하는 내부공(3) 중심축(3a)의 한점을 기준으로 회전하기에 도 4a, 도 4b, 및 도 4c와 같은 내부공(3)을 기준으로 한 연삭 가공이 가능해 진다.

도 4a, 도4b, 및 도 4c는 본 고안에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들을 이용한 소재 가공 공정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4a는 편심되지 않은 초기의 스핀들에 장착된 소재를 보이며, 도시된 바와 같이 스핀들 회전중심축(4)과 내부공 중심축(3a) 간에 간격이 있다.

도 4b는 편심에 의해 스핀들 회전중심축(4)과 내부공 중심축(3a)이 일치된 상태의 소재를 보인다. 스핀들 회전중심축(4) 위치를 측정하고 기억하며 이를 출력할 수 있는 전자적 장비를 이용하거나, 스핀들 회전중심축(4)과 내부공 중심축(3a) 간에 간격을 측정하여 간단한 삼각법으로 환산하여 조절자(50) 작동 거리를 정하거나, 또는, 소재를 회전시키면서 내부공 중심축(3a)의 한점이 회전시 한점에서 회전하는지 여부로 시행착오법적으로 스핀들 회전중심축(4)과 내부공 중심축(3a)을 일치시킬 수 있다. 도 4c는 소재의 내부공(3)을 중심으로 소재가 가공되는 모습을 보인다.

본 고안에 따르는 경우 소재 중심축(2a)과 스핀들 회전중심축(4)의 편심을 가능하게 하여, 소재 중심축(2a)을 기준으로 하는 연삭 가공뿐 아니라, 가공의 기준을 소재 내부의 임의의 축(예를들어, 내부공 중심축(3a))으로 이동시킬 수 있는 편심 조절 기능을 가진 스핀들이 제공된다. 따라서, 소재(1)의 임의의 축을 기준으로 한 연삭 가공이 가능하여 종래의 스핀들의 문제점을 해소하여 준다.

본 고안은 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 고안의 요지와 범위를 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 예를 들어, 베어링 보조부를 같은 목적, 기능을 가지는 유사 구성으로 하거나, 조절자(50)의 일단이 고정장치(48)가 아닌 다른 부위(예를들어, 조절샤프트(40)의 타측 외주면)에 접하도록 설계 변경하는 등은 본 고안의 범위에 속한다고 볼 것이다. 본 고안의 범위는 이하의 특허청구범위에 의하여 정하여 지는 것으로 본 고안과 균등 범위에 속하는 다양한 수정 및 변형을 포함할 것이다.

도 1a는 종래 기술 및 본 고안을 설명하기 위한 소재의 단면도, 도 1b는 종래의 일반 스핀들에 의해 소재 중심을 기준으로 가공된 소재의 단면도, 도 1c는 본 고안에 따라 소재의 내부공 중심을 기준으로 연삭 가공된 소재의 단면도이다.

도 2a는 본 고안의 일실시예에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들의 구조를 나타내는 단면도, 도 2b는 본 고안의 일실시예에 따른 각도조절부의 정면도이다.

도 3은 본 고안에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들의 작동 원리를 설명하기 위한 부분 확대도이다.

도 4a, 도 4b, 및 도 4c는 본 고안에 따른 편심 조절 기능을 가진 스핀들의 작용을 설명하기 위한 도면이다.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1 : 소재 2 : 소재 외주

2a: 소재 중심축 3 : 내부공

3a : 내부공 중심축 4 : 스핀들 회전중심축

10 : 하우징 12 : 스핀들 베어링

20 : 스핀들샤프트 22 : 구동용 풀리

30 : 각도조절베어링 32 : 베어링지지자

34 : 고정자 36 : 제1 탄성체

37 : 탄성체장력조절구 40 : 조절샤프트

42 : 클램프샤프트 50 : 조절자

54 : 스프링플렌져 56 : 각도조절하우징

100 : 스핀들지지부 200 : 구동부

300 : 베어링부 400 : 클램프부

500 : 각도조절부

Claims (5)

1. 스핀들샤프트(20)를 포함하는 구동부(200)와 상기 구동부(200)가 회전할 수 있도록 하우징(10)과 스핀들베어링(12)으로 지지하는 스핀들지지부(100)를 가지는 스핀들에 있어서,

   상기 구동부(200)의 내부 공간 일측에 위치하고, 오목 또는 볼록한 외주면을 가지는 각도조절베어링(30)이 구비된 베어링부(300);

   상기 구동부(200)의 내부 공간에 위치하고 클램프샤프트(42)를 가지며, 콜렛(44)에 의해 일측에서 소재를 클램프할 수 있는 클램프부(400); 및

   상기 클램프부(400)의 타측에 위치하며, 상기 클램프샤프트(42)의 타측을 그 축방향을 가로지르는 방향으로 이동시켜 상기 스핀들샤프트(20) 대비 상기 클램프샤프트(42)를 편심시키기 위한 각도조절부(500);를 더 포함하여 구성되고,

   상기 각도조절부(500)를 조작하면 상기 각도조절베어링(30) 외주면의 상대 운동으로 클램프샤프트(42)가 편심되며, 구동부(200)의 회전력은 상기 각도조절베어링(30)의 외주면을 통해 클램프부(400)에 전달되는 것을 특징으로 하는 편심 조절 기능을 가진 스핀들.
2. 제 1 항에 있어서,

   베어링부(300)는 베어링보조부;를 더 포함하여 구성되고,

   상기 베어링보조부는 일측에 상기 각도조절베어링(30) 외주면에 상응하는 함몰부 또는 볼록부를 가지는 베어링지지자(32),

   각도조절베어링(30) 외주면에 힘을 가하기 위한 고정자(34),

   상기 고정자(34)를 상기 각도조절베어링(30) 방향으로 밀기 위한 제1 탄성체(36), 및

   상기 제1 탄성체(36)의 길이를 조절하여 상기 제1 탄성체(36)에 작용하는 힘을 조절하기 위한 탄성체장력조절자(37)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 편심 조절 기능을 가진 스핀들.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 클램프부(400)는

   상기 구동부(200)의 내면에 인접하고 상기 각도조절베어링(30)의 내면과 접하는 중공의 조절샤프트(40);

   상기 조절샤프트(40)의 내부에 위치하는 클램프샤프트(42);

   상기 조절샤프트(40)의 일측 내면에 접하며 상기 클램프샤프트(42)와 결합하여 왕복 운동에 의해 소재를 클램프 및 클램프 해제하는 콜렛(44);

   클램프샤프트(42)의 왕복 운동을 보조하는 제2 탄성체(46); 및

   상기 조절샤프트(40)의 고정을 위한 고정장치(48);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 편심 조절 기능을 가진 스핀들.
4. 제 1 항에 있어서, 각도조절부(500)는

   마이크로미터 기능이 구비되고 회전에 의해 일단이 전진 후퇴하는 조절자(50); 및

   상기 조절자(50)와 동일 선상에 위치하며 내부에 복원 기능이 구비된 스프링플렌져(54); 및

   상기 조절자(50)와 상기 스프링플렌져(54)를 지지하기 위한 각도조절하우징(56);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 편심 조절 기능을 가진 스핀들.
5. 제 4항에 있어서, 상기 조절자(50)는

   두개이며, 상기 클램프샤프트(42)의 중심선과 수직을 이루고, 서로 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 편심 조절 기능을 가진 스핀들.