KR20070106560A

KR20070106560A - 공구 언클램핑 장치

Info

Publication number: KR20070106560A
Application number: KR1020077020976A
Authority: KR
Inventors: 이치로 기타우라; 다카유키 무네치카
Original assignee: 파스칼 엔지니어링 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2007-11-01
Also published as: CN101155656A; EP1938920A1; US7780382B2; JP4628427B2; TW200732069A; US20080161176A1; EP1938920B1; WO2007046278A1; KR100932874B1; CN100522428C; TWI374782B; DE602006011633D1; EP1938920A4; JPWO2007046278A1

Abstract

본 발명에 따른 공구 언클램핑 장치로서, 모터 (1), 상기 모터 (1) 에 연결된 회전축 (3), 상기 회전축 (3) 에 제공된 캠 (4), 상기 캠 (4) 에 의해 가압되어 축 방향으로 이동 가능하고, 중앙에서 그 반경 방향으로 오목부 (5a) 를 갖는 동력 전달 부재 (5), 상기 동력 전달 부재 (5) 를 감싸도록 제공되는 프레임 (10), 상기 동력 전달 부재 (5) 에 그 반경 방향으로 삽입되고 프레임 (10) 에 고정되는 지지 부재 (12), 상기 동력 전달 부재 (5) 를 모터 (1) 를 향해 가압하기 위해 동력 전달 부재 (5) 와 지지 부재 사이에 위치하는 오목부 (5a) 에 배치되는 탄성 부재 (7) 및 상기 공구 (25) 의 언클램핑을 위해 상기 동력 전달 기구 (5) 로부터의 동력에 의해 구동되는 출력축 (15) 을 포함한다.

Description

공구 언클램핑 장치{TOOL UNCLAMPING DEVICE}

본 발명은 공구 언클램핑 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 공작 기계의 주축에 장착된 공구를 교환할 때, 주축에 클램프된 공구를 해제하고 언클램핑할 수 있는 공구 언클램핑 장치에 관한 것이다.

공구를 저장하는 공구 매거진과 자동적으로 공구를 교환할 수 있는 공구 교환 장치를 구비한 공작 기계가 알려져 있다. 이러한 공작 기계의 주축은 자동적으로 공구를 부착/탈착할 수 있는 구조를 갖고, 따라서 공구 교환 장치는 주축에 부착된 공구를 자동적으로 교환할 수 있다. 공작 기계의 주축에 부착된 공구를 교환하기 위해, 공구 교환 장치를 통해 공작 기계의 주축에서 공구를 해제하는 것이 필요하다. 일본 특허 공보 No. 3083921 에 이러한 전형적인 공구 장치가 기재되어 있다.

이 공구 교환 장치는 지지 프레임, 모터에 연결된 회전축, 이 회전축에 형성된 캠, 지지 프레임에 의해 지지되고 캠에 의해 가압되는 상축부, 상축부에 의해 가압되는 연결봉, 이 연결봉을 윗 방향으로 가압하는 디스크 스프링, 연결봉에서 분리하기 위한 방향으로 상축부를 가압하는 지지 스프링 및 절삭유를 공급하는 오일 공급 기구를 포함한다.

이러한 구조를 갖는 공구 교환기에서, 캠의 외주면과 상축부의 접촉 위치는 공구 언클램핑 작업의 완료시에 윗쪽으로 변위된다. 상축부는 지지 스프링으로부터의 압력에 의해 연결봉에서 분리되는 방향으로 변위된다. 또한, 연결봉은 디스크 스프링으로부터의 압력에 의해 윗쪽으로 변위된다. 주축이 교환되는 공구를 파지한다.

특허 문헌 1 : 일본 특허 공보 No. 3083921

상기 일본 특허 공보 No. 3083921 에 기재된 공구 부착/탈착 장치에서, 지지 스프링은 중심선으로부터 분리되는 상축부의 일부를 윗쪽으로 가압하도록 배치된다. 따라서 상축부가 연결봉에 접근하거나 분리되기 위해 미끄러질 때, 상축부는 경사지기 쉽고, 상축부와 지지 프레임 사이에 백래시 (backlash) 가 발생하기 쉬우며, 우수하게 미끄러질 수 없다.

상기의 지지 스프링은 상축부의 중심선을 중심으로 환형으로 배치될 수 있고, 이에 의해 상축부와 지지 프레임 사이에 백래시가 생기는 것이 억제된다.

하지만, 지지 스프링의 특성은 서로 완전히 동일할 필요가 없고, 따라서 지지 스프링으로부터 상축부에 가해지는 응력은 쉽게 분산된다. 따라서, 상기 방법에 의해 상축부와 지지 프레임 사이에 발생하는 백래시를 우수하게 억제하는 것은 어렵다.

상축부가 우수하게 미끄러질 수 없을 때, 상축부는 연결봉을 우수하게 가압할 수 없고, 공구의 언클램핑을 위한 동력은 연결봉에 거의 전달될 수 없다. 따라서, 주축에 의해 파지된 공구는 우수하게 언클램프될 수 없다.

상축부가 상기의 공구 교환 작업에서 연결봉으로부터 분리되는 위치로 물러나야 하지만, 상축부의 미끄러짐에서의 상기 어려움을 고려하여 상축부의 물러나는 양에 마진이 미리 더해져야 한다. 따라서, 공구를 언클램핑 할 때 상축부는 연결봉에 닿는데 긴 시간을 요구하고, 공구를 언클램핑하는데 문제적으로 긴 시간을 요구한다.

본 발명은 상기의 문제를 고려하여 제안된 것이고, 모터로부터 연결봉에 동력을 전달하는 동력 전달 부재가 우수하게 미끄러질 수 있고 단기간에 공구를 언클램핑할 수 있는 공구 언클램핑 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 공구 언클램핑 장치는 공작 기계의 주축에 클램프된 공구를 언클램핑할 수 있는 공구 언클램핑 장치로서, 모터, 모터에 연결된 회전축, 회전축에 제공된 캠, 캠에 의해 가압되어 축 방향으로 이동 가능한 동력 전달 부재, 동력 전달 부재를 감싸도록 배치된 프레임, 동력 전달 부재의 중심선과 일치하는 중심 축선을 갖고, 캠의 누름력에 대항하도록 배치된 탄성 부재, 동력 전달 부재에 제공되고, 중심선 방향을 따라 이 동력 전달 부재의 위치를 제어할 수 있는 가압 부재, 및 공구의 언클램핑을 위해 상기 가압 부재에 의해 가압되는 출력축을 포함한다. 바람직하게는, 상기 동력 전달 부재는 그 반경 방향의 중앙부에 오목부를 갖고, 프레임은 오목부에 위치한 지지부를 갖고, 탄성 부재는 지지부와 동력 전달 부재 사이에 위치한 오목부 내에 배치된다. 바람직하게는, 상기 동력 전달 부재는 프레임을 지나 출력축 방향으로 돌출된 각부와 각부로부터 반경 방향으로 확장하는 방향으로 돌출하도록 각부의 외표면에 형성된 돌출부를 갖고, 프레임은 동력 전달 부재의 외주면 측에 배치되고 돌출부보다 출력축에 더 가깝게 위치하는 지지부를 갖고, 탄성 부재는 지지부와 돌출부 사이에 배치된다. 바람직하게는, 공구 언클램핑 장치는 상기 공구에 오일을 공급할 수 있는 오일 공급 기구를 추가로 포함하고, 오일 공급 기구에 오일을 공급하는 공급로가 프레임에 형성된다. 바람직하게는, 공구 언클램핑 장치는 프레임과 이 프레임에 제공된 다른 중공 프레임에 의해 규정되는 저장 챔버를 추가로 포함하고, 회전축은 저장 챔버 내에 제공되는 베어링을 통해 회전 가능하게 지지되고, 저장 챔버는 베어링보다 윗쪽 부분까지 윤활유가 채워진다. 바람직하게는, 상기 저장 챔버에는 회전축을 수용하는 제 1 관통공과 상기 동력 전달 부재를 수용하는 제 2 관통공이 제공되고, 공구 언클램핑 장치는, 회전축의 외표면과 제 1 관통공의 개구 가장자리 사이의 공간을 폐쇄할 수 있는 제 1 밀봉 부재 및 동력 전달 부재의 외표면과 제 2 관통공의 개구 가장자리 사이의 공간을 폐쇄할 수 있는 제 2 밀봉 부재를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 공구에 가스를 공급할 수 있는 가스 공급 기구를 추가로 포함하고, 가스 공급 기구에 가스를 공급하는 공급로가 프레임에 형성된다. 바람직하게는, 회전축에 장착된 부재, 회전축 및 캠 중 어느 것의 표면에 형성된 오목부 및 오목부를 향해 가압되고 오목부에 부분적으로 수용되는 가압 부재를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 가압 부재를 오목부에 유지할 수 있는 유지 기구를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 상기 유지 기구는 표면 중에서 회전축의 회전 방향 전방에서 오목부에 인접한 위치에 제공되어 회전 방향에 대해 반대 방향으로 가압 부재로부터 나머지 부분에 가해지는 것보다 큰 누름력을 받게 되는 저항 영역을 포함한다. 바람직하게는, 상기 유지 기구는 부하를 받는 상태에서 모터를 구동시킬 수 있고, 회전축에 미리 정해진 부하를 가하는 부하 기구를 포함한다.

본 발명의 공구 언클램핑 장치에 따르면, 모터로부터 연결봉에 동력을 전달하는 동력 전달 부재를 우수하게 미끄러지게 함으로써, 모터로부터의 동력은 연결봉에 우수하게 전달될 수 있고, 이에 의해 주축에 의해 파지되는 공구는 단시간에 언클램프될 수 있다.

도 1 은 제 1 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치의 단면도이다.

도 2 는 도 1 의 피스톤 부근을 확대하여 나타낸 공구 언클램핑 장치의 단면도이다.

도 3 은 도 2 에 나타낸 캠의 회전 축선에 대해 수직인 방향의 단면도이다.

도 4 는 가압 부재의 변형예를 나타내는 공구 언클램핑 장치의 단면도이다.

도 5 는 제 2 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치의 단면도이다.

도 6 은 도 5 의 Ⅵ - Ⅵ 라인을 따른 단면도이다.

도 7 은 제 3 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치의 회전축 부근의 단면도이다.

도 8 은 도 7 의 Ⅷ - Ⅷ 라인을 따른 단면도이다.

도 9 는 제 3 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치의 제 1 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 10 은 도 9 에 나타낸 예에서 부재를 부분적으로 확대하여 나타내는 단면도이다.

도 11 은 제 3 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치의 제 2 변형예를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 모터 2 : 변속기

3 : 회전축 4 : 캠

5 : 피스톤 5a : 오목부

5b1 : 가압 부재 5b : 각부

5c : 관통공 6 : 캠 종동자

7 : 탄성 부재 10 : 프레임

12b : 조인트 지지 부재 12a : 플레이트

12 : 지지 부재 15 : 연결봉

16 : 디스크 스프링 17 : 콜렛 (collet)

22 : 주축 26a1, 26a2 : 조인트

26 : 오일 공급 기구 30 : 탄성 부재

100 : 공구 언클램핑 장치

(제 1 실시 형태)

제 1 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (100) 는 도 1 ~ 도 4 를 참조하 여 설명된다. 도 1 은 본 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (100) 의 단면도이다. 도 1 에 나타나듯이, 공구 언클램핑 장치 (100) 는 공작 기계의 주축에 클램프된 공구를 언클램핑하는 장치이고, 모터 (1), 변속기 (2) 를 통해 이 모터 (1) 에 연결된 회전축 (3), 이 회전축 (3) 에 제공된 캠 (4), 이 캠 (4) 에 의해 가압되어 이동 가능하고, 반경 방향의 중심에 오목부 (5a) 를 갖는 피스톤 (동력 전달 부재) (5), 이 피스톤 (5) 을 감싸면서 제공된 프레임 (10), 피스톤 (5) 에 반경 방향으로 삽입되어 프레임 (10) 에 고정된 지지 부재 (지지부) (12), 피스톤 (5) 을 모터 (1) 쪽으로 가압하기 위해 피스톤 (5) 과 지지 부재 (12) 사이에 있는 오목부 (5a) 에 배치된 탄성 부재 (7), 공구의 언클램핑을 위해 피스톤 (5) 으로부터의 동력에 의해 구동되는 연결봉 (출력축) (15) 과 주축 (22) 에 파지된 공구 (25) 에 오일을 공급하는 오일 공급 기구 (26) 를 포함한다. 주축 (22) 은 주축 헤드 (21) 내에 삽입되고, 공구 (25) 는 이 주축 (22) 의 하단부에 파지된다.

중공 프레임 (다른 프레임) (9) 이 프레임 (10) 의 상면에 고정된다. 이 프레임 (9) , 프레임 (10) 및 피스톤 (5) 의 상면은 저장 챔버 (9a) 를 형성하고, 회전축 (3) 과 캠 종동자 (6) 가 이 저장 챔버 (9a) 에 배치된다.

도 2 는 도 1 의 피스톤 (5) 부근을 확대하여 나타낸 공구 언클램핑 장치 (100) 의 단면도이다. 도 2 에 나타나듯이, 회전축 (3) 을 수용하는 관통공 (9b) 이 프레임 (9) 내에 형성되고, 오일 시일 (제 1 밀봉 부재) (32) 이 이 관통공 (9b) 의 내주 가장자리에 배치된다. 이 오일 시일 (32) 은 관통공 (9b) 의 내주 가장자리와 회전축 (3) 의 외주면 사이의 간극을 폐쇄하고, 이에 의해 저장 챔버 (9a) 에 채워진 윤활유가 변속기 (2) 또는 외부로 누설되는 것을 막는다.

상기 프레임 (10) 에는 피스톤 (5) 을 수용하고 회전축 (3) 에서 연결봉 (15) 쪽으로 관통하는 관통공 (10a) 이 제공되고, 프레임 (9) 은 회전축 (3) 에 가까운 관통공 (10a) 의 개구를 덮도록 배치된다. 다른 오일 시일 (제 2 밀봉 부재) (31) 이 이 관통공 (10a) 의 내주면에 형성된다. 이 오일 시일 (31) 은 관통공 (10a) 의 내주면과 피스톤 (5) 의 내주면 사이의 간극을 폐쇄하고, 이에 의해 저장 챔버 (9a) 에 채워진 윤활유가 외부로 누설되는 것을 막는다. 윤활유를 저장 챔버 (9a) 에 공급하는 오일 공급 포트 (9A) 가 프레임 (9) 의 상면에 형성된다.

모터 (1) 는 연결봉 (15) 의 상단부 측에 배치되고, 변속기 (2) 는 모터 (1) 의 하면 측에 배치된다. 따라서, 동력원으로서의 모터 (1) 와 변속기 (2) 는 연결봉 (15) 의 상단부 측에 배치되어서, 공구 언클램핑 장치 (100) 의 설치 면적을 줄일 수 있다. 또한, 변속기 (2) 는 모터 (1) 의 하면 측에 배치되어서 공구 언클램핑 장치 (100) 의 설치 면적의 감소를 더 촉진할 수 있다.

변속기 (2) 에 연결된 회전축 (3) 은 프레임 (9) 의 측면에 형성된 관통공 (9b) 에 삽입되고 저장 챔버 (9a) 에 배치된다. 이 회전축 (3) 은 프레임 (9) 의 내벽면에 설치된 베어링 (3a) 을 통하여 저장 챔버 (9a) 내에 회전 가능하게 지지되고 있다. 저장 챔버 (9a) 는 베어링 (3a) 보다 상방인 위치 (L) 까지 윤활유로 채워지고, 이에 의해 베어링 (3a) 은 윤활유에 침지된다. 따라서, 베어링 (3a) 과 회전축 (3) 사이에 발생되는 마찰이 감소되고, 모터 (1) 로부터의 동력은 회전축 (3) 의 회전력으로 전환될 수 있고, 회전축 (3) 에 생기는 회전시의 진동은 억제될 수 있다. 또한, 베어링 (3a) 은 윤활유에 침지되어 베어링 (3a) 과 회전축 (3) 사이의 마찰은 장기간의 정비 없이도 감소될 수 있다.

캠 (4) 은 회전축 (3) 의 외주면에 고정되고, 피스톤 (5) 은 이 캠 (4) 의 하면 측에 배치된다. 모터 (1) 에서 피스톤 (5) 으로 동력을 전달하기 위해 캠 (4) 의 외주면에 미끄럼 접촉하는 캠 종동자 (6) 는 캠 (4) 에 가까운 피스톤 (5) 의 단부에 제공된다.

캠 종동자 (6) 는 피스톤 (5) 의 상단면에 배치된 축부 (6a) 와 베어링 (6c) 을 통해 이 축부 (6a) 에 회전 가능하게 지지되는 원통부 (6b) 를 포함한다. 이 캠 종동자 (6) 는 저장 챔버 (9a) 에 배치되고, 베어링 (6c) 은 또한 저장 챔버 (9a) 를 채운 윤활유에 침지된다. 따라서, 원통부 (6b) 와 축부 (6a) 사이에 발생하는 마찰은 감소된다. 따라서, 회전축 (3) 으로부터 캠 종동자 (6) 에 공급되는 동력은 감소 없이 우수하게 피스톤 (5) 에 전달된다. 캠 종동자 (6) 가 캠 (4) 을 따라 변위할 때, 추가로 캠 종동자 (6) 에 진동 등이 생기는 것을 억제할 수 있다.

피스톤 (5) 은 프레임 (10) 에 형성된 관통공 (10a) 내에 미끄러질 수 있게 배치되고, 이 피스톤 (5) 은 회전축 (3) 으로부터 연결봉 (15) 쪽으로 향하며, 바닥이 있는 원통 내에 제공된다. 피스톤 (5) 은 캠 종동자 (6) 가 고정된 상부 면 (5d), 오목부 (5a) 를 감싸기 위해 이 상부 면 (5d) 의 주변 가장자리에 형성된 각부 (5b) 및 이 각부 (5b) 의 측면에 형성된 관통공 (5c) 을 포함한다. 이 피스톤 (5) 은 피스톤 (5) 의 중심선 (O2) 과 연결봉 (15) 의 중심선 (O) 이 서로 일치하도록 배치된다. 관통공 (10a) 의 중심선 (05) 은 또한 중심선 (0 및 O2) 과 일치하도록 배치된다. 연결봉 (15) 의 중심선 (O) 은 공구 (25) 의 언클램핑 작업시 연결봉 (15) 이 미끄러지는 방향으로 연장한 중심선이고, 피스톤 (5) 의 중심선 (O2) 은 언클램핑 작업시에 피스톤 (5) 이 미끄러지는 방향으로 연장한 중심선이다. 중심선 (O, O2 및 O5) 의 일치는 실질적으로 일치하는 것을 뜻하고, 서로 물리적으로 완전하게 일치하는 경우에 한정되지 않는다.

오목부 (5a) 의 중심선 (O3) 은 연결봉 (15) 의 중심선 (O) 과 일치하도록 형성된다. 오목부 (5a) 의 중심선 (O3) 은 언클램핑 작업시에 피스톤 (5) 이 미끄러지는 방향으로 연장한 중심선이다. 중심선 (O3 및 O) 의 일치는 실질적인 일치를 뜻하며, 서로 물리적으로 완전하게 일치하는 경우에 한정되지 않는다.

예컨대, 코일 스프링과 같은 탄성 부재 (7) 의 중심선 (O4) 은 연결봉 (15) 의 중심선 (O) 과 일치하도록 배치된다. 다시 말하면, 탄성 부재 (7) 는 중심선 (O) 을 둘러싸도록 배치되어 있다. 탄성 부재 (7) 와 피스톤 (5) 의 접촉부는 중심선 (O) 에 대해 대칭적으로 위치되고, 따라서 탄성 부재 (7) 로부터 피스톤 (5) 에 가해지는 가압력은 중심선 (O) 에 대해 대칭적으로 분포된다. 특히, 피스톤 (5) 에 압력을 가하는 탄성 부재 (7) 는 단체로 되어있어서 탄성 부재 (7) 로부터 피스톤 (5) 에 가해지는 압력의 분포가 거의 분산되지 않는다.

피스톤 (5) 의 중심선 (O2) 은 중심선 (O) 에 일치하도록 배치되고 탄성 부 재 (7) 로부터 피스톤 (5) 에 가해지는 가압력은 중심선 (O) 에 대해 대칭적으로 분포되고, 피스톤 (5) 을 미끄럼 가능하게 수용하는 관통공 (10a) 의 중심선 (O5) 도 중심선 (O) 에 일치하도록 배치된다. 따라서, 언클램핑 작업에서, 피스톤 (5) 은 피스톤과 관통공 (10a) 의 내주면 사이에 백래시를 발생시키지 않고 중심선 (O) 을 따라 우수하게 미끄러진다.

제 1 실시 형태에서 탄성 부재 (7) 로서 코일 스프링을 이용하는 예를 나타내고 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 다시 말하면, 탄성 부재 (7) 는 탄성 부재 (7) 로부터 피스톤 (5) 에 가해지는 압력이 중심선 (O) 에 대해 대칭적으로 분포되도록 간단하게 배치되고, 이러한 압력을 가할 수 있는 탄성 부재가 이용될 수 있다.

중심선 (O) 을 따라 연결봉 (15) 을 가압하는 가압 부재 (5b1) 는 하단부에 가까운 각부 (5b) 의 외주면에 제공된다. 이 가압 부재 (5b1) 의 하단부는 연결봉 (15) 에 형성된 단차부 (15a) 에 접촉할 수 있게 되어있다. 나사부가 이 각부 (5b) 의 외주면에 형성되고, 각부 (5b) 에 형성된 나사부와 맞물리는 다른 나사부가 가압 부재 (5b1) 의 내주면에 형성된다. 따라서, 가압 부재 (5b1) 의 회전에 의해 중심선 (O) 을 따라 위치가 제어될 수 있다. 위치 제어되는 가압 부재 (5b1) 의 위치는 고정 너트 (5g) 에 의해 고정된다. 가공시에, 연결봉 (15) 은 중심선 (O) 을 중심으로 회전하고, 따라서 가압 부재 (5b1) 는 연결봉 (15) 의 단차부 (15a) 에서 중심선 (O) 을 따라 거리 (a) 만큼 떨어진 위치로 물러난다.

상기 설명한 것과 같이, 피스톤 (5) 은 언클램핑 작업시에 백래시의 유발 없이 우수하게 변위되고, 이에 의해 피스톤 (5) 의 위치는 피스톤 (5) 이 언클램핑 작업의 완료시에 미리 정해진 위치로 정확하게 물러날 수 있도록 정확하게 제어된다. 따라서, 거리 (a) 를 설정할 때 피스톤 (5) 에 발생되는 백래시와 같은 문제를 고려한 마진을 더할 필요가 없고, 이에 의해 거리 (a) 는 줄어들 수 있다.

따라서, 공구 (25) 를 언클램핑할 때, 거리 (a) 는 줄어들어서 가압 부재 (5b1) 가 연결봉 (15) 에 접촉하게 되는데 요구되는 시간이 줄어들 수 있다. 따라서, 공구 (25) 를 언클램핑하기 위해 요구되는 시간이 줄어들 수 있고, 공구 (25) 를 교환하는데 요구되는 시간도 줄어들 수 있다.

가압 부재 (5b1) 는 상기와 같은 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 도 4 는 가압 부재 (5b1) 의 변형 예를 나타내는 공구 언클램핑 장치 (100) 의 단면도이다. 도 4 에 나타낸 것과 같이, 이 가압 부재 (5b2) 는 피스톤 (5) 의 각부 (5b) 의 내주면에 배치되고, 원통 형상이다. 각부 (5b) 의 내주면에 형성된 나사부와 맞물리는 나사부가 가압 부재 (5b2) 의 외주면에 형성되고, 따라서 중심선 (O) 을 따르는 위치가 제어 가능하다.

도 2 에 따르면, 오일 공급 기구 (26) 는 절삭유 및 냉각제와 같은 오일의 순환을 위해 연결봉 (15) 에 형성된 오일 순환로 (26b) 와 피스톤 (5) 에 가까운 연결봉 (15) 의 단부에 배치된 회전 조인트 (26a) 를 포함한다. 회전 조인트 (26a) 는 오일 순환로 (26b) 에 부분적으로 삽입된 조인트 (26a1) 와 조인트 (26a1) 로부터의 토크 (torque) 의 전달이 억제되도록 이 조인트 (26a1) 에 제공된 다른 조인트 (26a2) 를 포함한다.

조인트 (26a1) 는 오일 순환로 (26b) 에 연결되어 있는 오일 순환로 (51) 를 포함하고, 오일 순환로 (26b) 에 설치된 원통부 (47) 와 이 원통부 (47) 의 상단부에 원통부 (47) 보다 더 큰 직경으로 형성된 팽창부 (48) 를 갖는다. 예컨대, 세라믹 등의 접촉부 (46) 가 팽창부 (48) 의 상단면에 환상 모양으로 형성된다.

조인트 (26a2) 는 오일 순환로 (51) 와 연통하는 오일 순환로 (52) 를 포함하고, 또한 원통부 (50) 와 이 원통부 (50) 의 하단부에 원통부 (50) 보다 더 큰 직경으로 형성된 팽창부 (49) 를 포함한다. 예컨대, 접촉부 (46) 에 대응하는 세라믹으로 된 접촉부 (45) 가 이 팽창부 (49) 의 하단면에 환상 모양으로 제공된다. 코일 스프링과 같은 탄성 부재 (30) 가 조인트 (26a2) 의 팽창부 (49) 와 지지 부재 (12) 사이에 배치되고, 이 탄성 부재 (30) 는 조인트 (26a2) 를 연결봉 (15) 을 향해 가압한다. 따라서, 조인트 (26a2) 는 오일 순환로 (52 및 51) 의 연결을 보장하기 위해 조인트 (26a1) 에 대해 가압된다.

접촉부 (45 및 46) 는 서로 접촉하도록 배치되어 있다. 두 접촉부 (45 및 46) 모두 세라믹 등으로 되어 있고, 이에 의해 접촉부 (45 및 46) 사이의 마찰이 줄어든다. 공구 (25) 를 이용해 가공할 때, 조인트 (26a1) 는 연결봉 (15) 을 따라 회전하고, 조인트 (26a1) 로부터 조인트 (26a2) 에 둘레 방향으로 가해지는 응력이 감소되어 조인트 (26a2) 가 둘레 방향으로 회전하는 것이 억제된다. 조인트 (26a1 및 26a2) 는 그 중심선들이 중심선 (O) 과 일치하도록 배치된다.

지지 부재 (12) 는 관통공 (5c) 에 삽입되는 플레이트 (12a) 및 이 플레이트 (12a) 에 고정되어 있고 오목부 (5a) 에 배치된 조인트 지지 부재 (12b) 를 포함하고, 상기 플레이트에는 오일 순환로 (12a1) 가 제공되어 있다. 중심선 (O) 을 따른 플레이트 (12a) 의 두께는 중심선 (O) 을 따라 피스톤 (5) 에 형성된 관통공 (5c) 의 길이보다 작게 형성된다. 중심선 (O) 에 대해 수직 방향으로의 플레이트 (12a) 의 폭은 관통공 (5c) 의 둘레 방향과 실질적으로 일치하기 때문에, 플레이트 (12a) 는 관통공 (5c) 이 제공된 피스톤 (5) 이 둘레 방향으로 회전하는 것을 억제한다. 따라서, 피스톤 (5) 이 둘레 방향으로 회전하는 것이 억제되어, 피스톤 (5) 의 상단부에 배치된 캠 종동자 (6) 가 캠 (4) 에 대해 상대 회전하는 것이 억제된다. 따라서, 캠 종동자 (6) 의 원통부 (6b) 의 접촉부와 캠 (4) 의 외주면은 선상이 되고, 캠 (4) 으로부터 캠 종동자 (6) 에 동력이 우수하게 전달된다. 다시 말하면, 피스톤 (5) 은 중심선 (O) 을 중심으로 회전하므로 캠 (4) 의 외주면과 캠 종동자 (6) 의 원통부 (6b) 의 접촉부가 점 형태로 되어 캠 (4) 으로부터 캠 종동자 (6) 로의 동력의 전달을 저해하는 것이 억제된다. 피스톤 (5) 이 상사점에 위치할 때, 오일 시일 (31) 은 관통공 (5c) 보다 상부에 위치된다.

플레이트 (12a) 는 조인트 지지 부재 (12b) 에 형성된 관통공에 삽입되고, 플레이트 (12a) 의 주변 가장자리는 볼트 등에 의해 프레임 (10) 에 고정된다. 플레이트 (12a) 는 볼트 등에 의해 또한 조인트 지지 부재 (12b) 에 고정된다. 따라서, 플레이트 (12a) 와 조인트 지지 부재 (12b) 는 언클램핑 작업에 걸쳐 일정한 위치에 위치된다. 조인트 지지 부재 (12b) 는 플레이트 (12a) 에 형성된 오 일 순환로 (12a1) 와 연통하는 오일 순환로 (12b1) 을 포함한다. 이 오일 순환로 (12b1) 는 조인트 지지 부재 (12b) 의 하면에서 연결봉 (15) 를 향해 개방되어 있고, 조인트 지지 부재 (12b) 내에서 중심선 (O) 상에서 연장한다. 조인트 (26a2) 의 원통부 (50) 는 이 오일 순환로 (12b1) 에 삽입되고, 조인트 (26a2) 는 조인트 지지 부재 (12b) 에 의해 지지되어 연결봉 (15) 의 미끄러짐 방향을 따라 미끄러질 수 있다.

연결봉 (15) 이 상사점에 위치할 때, 오일 순환로 (12b1) 내에 위치한 원통부 (50) 의 일부의 중심선 (O) 을 따른 길이는 언클램핑 작업시에 중심선 (O) 을 따라 미끄러지는 연결봉 (15) 의 길이보다 길게 되어 있다. 따라서 공구의 언클램핑 작업 중에 연결봉 (15) 이 미끄러진다고 해도, 조인트 (26a2) 가 조인트 지지 부재 (12b) 에서 떨어지는 것이 억제된다.

오목부 (5a) 내에, 코일 스프링과 같은 탄성 부재 (7) 가 연결봉 (15) 과 마주하는 상부 면 (5d) 의 하부 면과 조인트 지지 부재 (12b) 의 상단면 사이에 배치된다. 다시 말하면, 조인트 지지 부재 (12b) 와 상부 면 (5d) 의 하부 면 사이에 위치한 오목부 (5a) 의 일부영역은 탄성 부재 (7) 를 저장하는 탄성 부재 저장 챔버 (5a1) 의 기능을 한다. 이 탄성 부재 저장 챔버 (5a1) 의 직경은 연결봉 (15) 의 직경보다 크게 설정된다. 따라서, 탄성 부재 저장 챔버 (5a1) 에 저장된 탄성 부재 (7) 의 직경도 연결봉 (15) 의 직경보다 크게 설정될 수 있다. 조인트 지지 부재 (12b) 가 언클램핑 작업 중에 일정한 위치에 위치하는 반면, 피스톤 (5) 은 중심선 (O) 을 따라 미끄러지고, 이에 의해 탄성 부재 (7) 는 피스톤 (5) 의 미끄러짐에 의해 수축되어 피스톤 (5) 에 누름력을 가한다. 탄성 부재 (7) 로부터 피스톤 (5) 에 가해지는 누름력은 또한 중심선 (O) 을 따른 큰 직경의 원의 형태로 분포되고, 이에 의해 피스톤 (5) 은 균형잡힌 상태에서 관통공 (10a) 에서 미끄러질 수 있다.

프레임 (10) 은 로드 (36) 를 통해 주축 헤드 (21) 에 고정되고, 원통형으로 형성된 원통부 (10b) 를 포함하고, 피스톤 (5) 이 원통부 (10b) 내에서 미끄러질 수 있도록 배치된다. 연결봉 (15) 에 가까운 이 원통부 (10b) 의 하단부는 피스톤 (5) 이 상사점에 위치할 때, 관통공 (5c) 보다 연결봉 (15) 에 더 가깝게 위치하도록 형성된다. 따라서, 프레임 (10) 의 관통공 (10a) 의 내벽면과 피스톤 (5) 의 외주면이 서로 접촉하는 면적이 확보된다. 따라서, 언클램핑 작업 공정에서, 관통공 (10a) 의 내벽면을 따라 안내되는 피스톤 (5) 은 중심선 (O) 을 따라 우수하게 이동할 수 있다.

도 1 을 참조하면, 연결봉 (15) 은 주축 (22) 내에 형성된 관통공 (22a) 내에 배치된다. 관통공 (22a) 은 연결봉 (15) 을 수용하는 수용부 (22a1), 이 수용부 (22a1) 보다 하단부에 가깝고 수용부 (22a1) 보다 더 큰 직경으로 형성되는 퇴피부 (22a2) 및 공구 (25) 의 파지를 위해 이 퇴피부 (22a2) 보다 하단부에 더 가깝게 형성된 테이퍼부 (22a3) 를 포함한다.

연결봉 (15) 은 주축 (22) 에 배치된 다수의 디스크 스프링 (16) 에 의해 지지 부재 (12) 에 대해 가압된다. 공구 (25) 는 가공물을 절삭하는 공구 (23), 이 공구 (23) 가 고정되는 공구 홀더 (24), 공구 홀더 (24) 에 제공되고 주축 (22) 에 의해 파지되는 섕크 (shank) (19) 및 공구 홀더 (24) 에 제공되는 풀 로드 (pull rod) (18) 를 포함한다. 절삭유 또는 냉각제와 같은 오일을 순환하는 오일 순환로 (25a) 가 이 공구 (25) 에 형성되고, 오일 순환로 (25a) 의 개구가 풀 로드 (18) 의 상단부에 형성된다.

도 2 에 나타낸 오일 순환로 (26b) 와 오일 순환로 (25a) 는 서로 연통한다. 직경이 약간 커진 멈춤부 (18a) 가 풀 로드 (18) 에 형성되고, 콜릿 (collet) (17) 이 풀 로드 (18) 의 외주면에 배치된다. 멈춤부 (18a) 에 걸리는 멈춤부 (17a) 가 이 콜릿 (17) 에 형성된다.

도 3 은 도 2 에 나타낸 캠 (4) 을 회전 축선 (O1) 에 수직인 방향에서 본 단면도이다. 도 3 에 나타낸 것과 같이, 캠 (4) 의 외주면 (4a) 은 회전축 (3) 의 회전 축선 (O1) 에 대해 편심되도록 형성된다.

회전 축선 (O1) 에서 가장 멀리 떨어진 캠 (4) 의 외주면 (4a) 의 점 (4a1) 부근에서, 점 (4a1) 에서 외주면 (4a) 의 둘레 방향으로의 거리에 대한 회전 축선 (O1) 으로부터의 거리 변동률은 외주면 (4a) 의 나머지 영역의 변동율보다 작게 설정된다.

상기 구성을 갖는 공구 언클램핑 장치 (100) 의 작동이 설명될 것이다. 도 1 을 참조하면, 주축 (22) 의 하단부에 파지된 공구 (25) 를 공구 매거진 등에 저장되어 있는 다른 공구로 교환하기 위해서, 주축 (22) 에 파지된 공구 (25) 는 먼저 언클램프 되어야 한다. 공구 (25) 를 언클램핑 하는 최초 상태에서, 도 3 에 나타낸 캠 (4) 의 외주면 (4a) 에서 회전 축선 (O1) 으로부터 최단 거리를 갖는 점 (4a2) 은 도 2 에 나타낸 캠 종동자 (6) 와 접촉한다. 이때, 피스톤 (5) 은 탄성 부재 (7) 로부터의 누름력에 의해 상사점에 위치하게 된다.

캠 (4) 이 회전 축선 (O1) 을 중심으로 회전할 때, 캠 종동자 (6) 와 접촉하는 외주면 (4a) 의 일부분과 회전 축선 (O1) 사이의 거리는 점차 증가한다. 따라서, 피스톤 (5) 은 탄성 부재 (7) 로부터의 누름력에 대항하여 연결봉 (15) 을 향하여 하강한다. 피스톤 (5) 이 연결봉 (15) 을 향해 변위할 때, 가압 부재 (5b1) 는 연결봉 (15) 과 접촉하게 된다. 가압 부재 (5b1) 와 연결봉 (15) 의 단차부 (15a) 사이의 거리 (a) 는 작게 설정되어 있어서 가압 부재 (5b1) 는 언클램핑 작업의 개시시부터 조기에 연결봉 (15) 을 가압한다. 따라서, 연결봉 (15) 은 디스크 스프링 (16) 으로부터의 누름력에 대항하여 아래 방향으로 변위된다.

연결봉 (15) 이 아래 방향으로 변위될 때, 도 2 에 나타낸 조인트 (26a1) 또한 아래 방향으로 변위된다. 한편, 조인트 (26a2) 는 탄성 부재 (30) 에 의해 아래 방향으로 가압되고, 이에 의해 조인트 (26a2) 도 조인트 (26a1) 와 접촉한 상태로 아래 방향으로 변위된다.

도 1 에서 연결봉 (15) 이 아래 방향으로 변위되면, 콜릿 (17) 도 연결봉 (15) 에 의해 가압되어 아래 방향으로 변위된다. 콜릿 (17) 의 멈춤부 (17a) 는 주축 (22) 에 형성된 퇴피부 (22a2) 내로 물러나고, 이에 의해 콜릿 (17) 과 풀 로드 (18) 가 서로에게서 연결 해제된다. 캠 종동자 (6) 와 접촉하는 캠 (4) 의 외주면의 일부가 도 3 에 나타낸 점 (4a1) 에 위치할 때, 도 1 에 나타낸 공구 (25) 는 주축 (22) 으로부터 언클램프된다.

캠 (4) 의 외주면은 회전 축선 (O1) 으로부터의 거리가 점 (4a1) 부근에서 약간 변동하도록 형성된다. 따라서, 공구 (25) 를 언클램핑할 때, 캠 종동자 (6) 가 캠 (4) 에 의해 변위되는 거리는 줄어들고, 이에 의해 캠 (4) 이 회전하는 동안 모터 (1) 에 가해지는 부하는 억제된다. 따라서, 점 (4a1) 부근의 캠 (4) 의 외주면 부분과 캠 종동자 (6) 가 서로 접촉할 때, 캠 (4) 은 우수하게 회전한다. 이와 같이 캠 (4) 이 우수하게 회전하므로 모터 (1) 로부터의 동력은 캠 (4) 을 통해 캠 종동자 (6) 에 확실하게 전달된다. 따라서, 캠 종동자 (6) 가 확실하게 변위되므로 피스톤 (5) 은 연결봉 (15) 을 향해 변위될 수 있다. 따라서, 연결봉 (15) 은 아래 방향으로 확실하게 변위될 수 있고, 따라서 공구 (25) 는 언클램프된다.

이러한 방법으로 공구 (25) 가 언클램프된 이후, 캠 (4) 은 또한 회전 축선 (O1) 을 중심으로 회전한다. 따라서, 도 3 을 참조하면, 도 2 에 나타낸 캠 종동자 (6) 와 캠 (4) 의 외주면 (4a) 사이의 접촉 위치의 직경은 점차 줄어든다. 따라서, 캠 (4) 은 도 2 에서 변위되어 캠 종동자 (6) 에서 물러나고, 이에 의해 캠 (4) 으로부터 캠 종동자 (6) 에 가해지는 누름력이 줄어든다. 이때, 연결봉 (15) 은 디스크 스프링 (16) 의 누름력에 의해 윗 방향으로 변위된다. 피스톤 (5) 도 디스크 스프링 (16) 의 누름력에 의해 연결봉 (15) 과 가압 부재 (5b1) 를 통해 윗 방향으로 변위된다. 캠 (4) 으로부터의 누름력이 더 줄어들면, 디스크 스프링 (16) 의 누름력에 의해 피스톤 (5) 은 또한 윗 방향으로 변위되고, 이에 의 해 도 1 에 나타낸 공구 (25) 의 섕크 (19) 는 주축 (22) 의 테이퍼부 (22a3) 와 접촉하게 된다. 이와 같이 공구 (25) 가 주축 (22) 에 파지될 때, 연결봉 (15) 은 윗 방향으로 변위될 수 없다. 그 후, 연결봉 (15) 의 단차부 (15a) 와 가압 부재 (5b1) 는 탄성 부재 (7) 의 누름력에 의해 서로 분리되고, 이에 의해 가공 시에, 연결봉 (15) 의 회전 운동이 피스톤 (5) 에 전달되는 것이 억제된다. 피스톤 (5) 은 중심선 (O) 을 따라 우수하게 이동할 수 있게 되고, 이에 의해 피스톤 (5) 에 발생되는 백래시를 고려한 마진이 더해질 필요가 없고, 단차부 (15a) 와 가압 부재 (5b1) 의 하부 면 사이의 거리 (a) 는 줄어들 수 있다. 따라서, 가압 부재 (5b1) 를 물러나게 하는데 걸리는 시간이 줄어들 수 있고, 교환된 새로운 공구를 파지하기 위한 클램핑 작업을 단시간에 마칠 수 있다.

상기 구조를 갖는 공구 언클램핑 장치 (100) 를 포함한 공작 기계가 가공물을 가공할 때, 도 1 에서 주축 (22) 은 공구 (25) 를 파지한 상태에서 중심선 (O) 을 중심으로 회전한다. 오일 공급 기구 (26) 는 절삭유 등을 공구 (25) 에 공급하고, 이에 의해 가공은 우수하게 실행된다. 플레이트 (12a) 는 미리 정해진 위치에 위치하고 가공과 언클램핑 작업 두 경우 모두에 있어서 변위되지 않는다. 따라서, 이 플레이트 (12a) 에 형성된 오일 순환로 (12a1) 에 연결된 도시되지 않은 파이프가 요동하는 것이 억제된다. 따라서, 연결된 파이프가 손상되는 것이 억제된다.

오일 공급 기구 (26) 는 가공물과 공구 (23) 사이에 발생되는 마찰을 줄이기 위해 공구 (25) 에 절삭유를 공급하고, 제 1 실시 형태에서 공구 (23) 의 온도의 증가를 억제하기 위해 공구 (25) 에 냉각제를 공급하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 오일 공급 기구 (26) 는 공구 (25) 에 공기를 공급하는 공기 공급 기구로 대안적으로 대체될 수 있다. 이러한 경우, 지지 부재 (12) 에 형성된 오일 순환로 (12a1 및 12a2) 는 공기 순환로의 기능을 한다. 공기 공급 기구는 이러한 방식으로 제공되어서 칩이 제거되고 가공이 우수하게 실행될 수 있다. 또한, 상기 오일 공급 기구 (26) 의 경우와 유사하게, 공기 원과 공기 순환로를 서로 연결하는 파이프의 누출이 또한 억제된다.

(제 2 실시 형태)

제 2 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (200) 가 도 5 와 도 6 을 참조하여 설명될 것이다. 도 5 는 제 2 실시 형태를 따른 공구 언클램핑 장치 (200) 의 단면도이다. 도 5 에 나타나듯이, 피스톤 (5) 이 프레임 (9) 의 하단면에 형성된 관통공 (9d) 에 삽입된 상부 면 (5d), 상부 면 (5d) 의 하단부에 상부 면 (5d) 보다 더 큰 직경으로 형성된 플랜지 (5h), 플랜지 (5h) 의 주변 가장자리로부터 아래 방향으로 연장된 다수의 축부 (5e) 및 이 축부 (5e) 의 하단부에 연결된 원통 각부 (5b) 를 포함한다. 도 6 은 도 5 의 라인 Ⅵ - Ⅵ 을 따른 단면도이다. 도 6 에 나타나듯이, 축부 (5e) 는, 예컨대 상부 면 (5d) 의 외주 가장자리를 따라, 4 곳에 배치된다. 도 5 를 참조하면, 각부 (5b) 의 반경 방향으로 돌출된 돌출부 (5f) 가 각부 (5b) 의 상단부의 외주면에 형성된다.

다른 프레임 (10) 은 디스크 형태로 제공된 상부 면부 (10f), 이 상부 면부 (10f) 의 하면에 형성되어 아래 방향으로 돌출하는 기둥부 (10c) 및 상부 면부 (10f) 의 하면에 형성되어 피스톤 (5) 의 각부 (5b) 의 주위를 덮는 지지부 (12A) 를 포함한다.

기둥부 (10c) 는 원통형 각부 (5b) 의 내벽면과 미끄럼 접촉하도록 배치된다. 따라서, 피스톤 (5) 과 기둥부 (10c) 사이의 접촉 면적이 확보되어 피스톤 (5) 은 기둥부 (10c) 의 외주면을 통해 안내되고 중심선 (O) 을 따라 우수하게 미끄러질 수 있다.

피스톤 (5) 의 플랜지 (5h) 를 수용하는 오목부 (10d) 는 상부 면부 (10f) 의 상면에 형성되고, 축부 (5e) 를 수용하는 관통공 (10e) 은 이 오목부 (10d) 의 바닥에 형성된다. 기둥부 (10c) 는 기둥 형태로 제공되고, 원통형 각부 (5b) 에 배치된다. 절삭유, 냉각제 등을 오일 공급 기구 (26) 에 공급하는 오일 순환로 (12a1) 가 이 기둥부 (10c) 와 상부 면부 (10f) 에 걸쳐 형성된다. 따라서, 오일 순환로 (12a1) 가 제공된 프레임 (10) 은 상기의 제 1 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (100) 와 유사하게 주축 헤드 (21) 에 고정되고, 언클램핑 작업에 걸쳐 일정한 위치에 위치한다. 따라서, 이 오일 순환로 (12a1) 에 연결된 파이프가 흔들리는 것 등이 억제된다.

지지부 (12A) 는 각부 (5b) 의 주변을 덮도록 형성된 원통부 (12c) 와 이 원통부 (12c) 의 하단에 형성되어 원통부 (12c) 의 개구의 직경을 줄이도록 돌출된 돌출부 (12d) 를 포함한다. 이 돌출부 (12d) 는 플랜지 (5h) 보다 연결봉 (15) 쪽에 더 가깝게 위치된다.

코일 스프링과 같은 탄성 부재 (7) 가 이 돌출부 (12d) 와 각부 (5b) 에 형 성된 돌출부 (5f) 사이에 배치된다. 다시 말하면, 탄성 부재 (7) 는 각부 (5b) 의 외주면을 따라 배치되고, 탄성 부재 (7) 의 상단은 돌출부 (5f) 에 의해 지지되고, 탄성 부재 (7) 의 하단은 돌출부 (12d) 에 의해 지지된다. 다시 말하면, 각부 (5b) 는 코일 형태로 제공되는 탄성 부재 (7) 의 중앙부에 삽입된다. 따라서 탄성 부재 (7) 가 수축할 때, 탄성 부재 (7) 에 각부 (5b) 가 삽입되어 있기 때문에 탄성 부재 (7) 의 좌굴이 억제될 수 있다.

탄성 부재 (7) 는 탄성 부재 (7) 의 중심선 (O4) 과 중심선 (O) 이 서로 일치하도록 배치되고, 피스톤 (5) 도 피스톤 (5) 의 중심선 (O2) 과 중심선 (O) 이 서로 일치하도록 배치된다. 또한 제 2 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (200) 에서, 상기의 제 1 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (100) 와 유사하게 백래시와 같은 문제는 억제된다. 나머지 구조는 상기 제 1 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (100) 의 구조와 유사하고, 동일한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되어 있고 불필요한 설명은 생략한다.

이러한 방법으로 구성된 공구 언클램핑 장치 (200) 는, 상기의 제 1 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (100) 와 유사하게, 중심선 (O) 을 따라 피스톤 (5) 을 우수하게 미끄러지게 할 수 있고, 가압 부재 (5b2) 와 단차부 (15b) 사이의 거리를 줄일 수 있고 언클램핑 작업을 단시간에 마칠 수 있다.

(제 3 실시 형태)

제 3 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (300) 가 도 7 과 도 8 을 참조하여 설명될 것이다. 상기 제 1 및 제 2 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (100 및 200) 와 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되어 있고, 불필요한 설명은 생략한다.

도 7 은 회전축 (3) 부근의 단면도이고, 도 8 은 도 7 의 Ⅷ - Ⅷ 라인을 따른 단면도이다.

도 7 및 도 8 에 나타나듯이, 이 공구 언클램핑 장치 (300) 는 회전축 (3) 의 외표면에 고정된 원통형 고정 부재 (40) 와 이 고정 부재 (40) 를 향해 가압되는 캠 종동자 (가압 부재) (13) 를 포함하고, 피스톤 (5) 의 상단에 제공되는 캠 종동자 (6) 를 가압하는 편심 캠 (4) 및 동심원상으로 형성된 부재 (4B) 가 이 고정 부재 (40) 의 외표면에 제공된다. 도 8 을 참조하면, 부재 (캠 부재) (4B) 의 외주면 (4b) 은 회전 축선 (O1) 을 중심으로 동심원상으로 형성되고, 다수의 오목부 (4b1 및 4b2) 가 외주면 (4b) 에 형성된다. 오목부 (4b1 및 4b2) 는 회전 축선 (O1) 에 대해 대칭적으로 배치된다.

부재 (4B) 는 제 3 실시 형태에서 오목부 (4b1 및 4b2) 를 형성하기 위해 제공되지만, 오목부 (4b1 및 4b2) 는 부재 (4B) 를 제공하지 않고 캠 (4) 에 대안적으로 형성될 수 있고, 또는 오목부 (4b1 및 4b2) 는 회전축 (3) 의 외표면에 또한 대안적으로 형성될 수 있다.

도 7 을 참조하면, 저장 챔버 (9a) 와 연통하는 관통공 (9c) 에 삽입되며 바닥이 있는 원통형인 하우징 (11), 하우징 (11) 에 형성되는 오목부 (11a) 에 배치되는 코일 스프링과 같은 탄성 부재 (14) 및 부재 (4B) 에 대해 캠 종동자 (13) 를 가압하는 탄성 부재 (14) 에 의해 가압되는 가압 부재 (29) 가 프레임 (9) 의 상면 측에 제공된다. 하우징 (11) 은 관통공 (9c) 의 개구보다 더 큰 직경을 갖는 상부 면 (11A) 과, 이 상부 면 (11A) 에 연결되고 오목부 (11a) 를 규정하기 위해 관통공 (9c) 에 삽입되는 원통부 (11B) 를 포함한다. 캠 종동자 (13) 는 하우징 (11) 에 회전 가능하게 지지되는 회전축 (13b) 과 이 회전축 (13b) 에 회전 가능하게 지지되는 원통부 (13a) 를 포함한다. 도 8 에 나타낸 오목부 (4b1 및 4b2) 는 원통부 (13a) 를 부분적으로 수용할 수 있게 되어있다.

이러한 구성을 갖는 공구 언클램핑 장치 (300) 에서, 가공 등에 있어서 도 1 에 나타낸 모터 (1) 의 구동은 멈춰지고, 캠 종동자 (13) 의 원통부 (13a) 는 부분적으로 오목부 (4b1) 에 들어가고, 회전축 (3) 의 회전은 억제된다. 이때, 도 3 에 나타낸 캠 (4) 의 외주면 (4a) 의 점 (4a2) 과 캠 종동자 (6) 는 서로 접촉한다. 도 1 에서 주축 (22) 에서 공구 (25) 를 언클램프하기 위해, 먼저 모터 (1) 가 구동되어 회전축 (3) 을 회전시키고, 도 8 에서 캠 종동자 (13) 의 원통부 (13a) 와 오목부 (4b1) 는 서로에게서 연결 해제된다.

회전축 (3) 이 더 회전하여 캠 종동자 (6) 의 원통부 (6b) 와 캠 (4) 의 외주면 (4a) 의 접촉부가 도 3 에 나타낸 캠 (4) 의 외주면 (4a) 의 점 (4a1) 부근에 있을때, 모터 (1) 의 구동은 멈춰진다. 또한 모터 (1) 의 구동이 멈춰질 때, 회전축 (3) 은 관성에 의해 더 회전한다.

따라서, 모터 (1) 의 구동이 멈춰질 때, 부재 (4B) 의 외주면 (4b) 에 형성되는 오목부 (4b2) 근방과 캠 종동자 (13) 가 서로 접촉하고, 회전축 (3) 은 더 회전하여 캠 종동자 (13) 의 원통부 (13a) 는 오목부 (4b2) 에 들어가서 회전축 (3) 의 회전을 멈출 수 있다. 그 후, 공구 (25) 의 언클램프된 상태가 유지될 수 있어서 공구 (25) 는 교환될 수 있다.

따라서, 공구 (25) 의 언클램핑 작업에서 모터 (1) 는 개시시에 ON-상태로 공구 (25) 의 언클램핑 작업 직전에 OFF-상태로 간단하게 구동/제어되고, 캠 종동자 (13) 의 원통부 (13b) 는 오목부 (4b2) 에 들어가서 공구 (25) 는 언클램프된 상태로 정확하게 유지될 수 있다.

공구 (25) 를 완전하게 교환한 후 새로운 공구 (25) 를 클램프 하기 위해, 모터 (1) 는 회전축 (3) 을 회전시키고 원통부 (13a) 와 오목부 (4b2) 를 서로 연결 해제하기 위해 구동된다. 회전축 (3) 이 더 회전하여 캠 (4) 과 캠 종동자 (6) 의 접촉 위치가 도 3 에 나타낸 점 (4a2) 부근에 위치할 때, 모터 (1) 의 구동이 멈춰진다. 또한 모터 (1) 의 구동이 멈춰질 때, 관성에 의해 회전축 (3) 은 회전하여 회전축 (3) 과 도 3 에 나타낸 캠 (4) 의 외주면 (4a) 의 점 (4a2) 은 공구 (25) 의 클램핑 작업을 마치기 위해 서로 접촉하게 된다. 이때, 캠 종동자 (13) 의 원통부 (13a) 는 회전축 (3) 의 회전을 멈추고 공구 (25) 의 클램핑 상태를 유지하기 위해 오목부 (4b1) 에 들어간다.

공구 (25) 의 언클램핑, 교환 및 클램핑 작업에 걸쳐서, 모터 (1) 는 상기 방법으로 간단하게 ON-OFF 제어되고, 모터 (1) 의 구동은 용이하게 제어될 수 있다. 또한, 원통부 (13b) 는 오목부 (4b1 및 4b2) 에 들어가서 공구 (25) 는 언클램프 및 클램프 된 상태로 유지될 수 있다.

도 9 는 제 3 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치 (300) 의 제 1 변형예를 나타내는 단면도이고, 도 10 은 도 9 에 나타낸 실시 예에서 부재 (4B) 를 부분 확대하여 나타낸 단면도이다. 도 9 및 10 에 나타낸 공구 언클램핑 장치 (300) 에서, 도 8 에 나타낸 실시 예와 다르게, 반경 방향으로 팽창하는 팽창부 (4f 및 4g) 가 부재 (4B) 의 주위면에 형성된다. 이 팽창부 (4f) 는 부재 (4B) 의 회전 방향으로 직경 (r1) 이 증가하는 제 1 바닥부 (4f1), 회전 방향으로 이 제 1 바닥부 (4f1) 의 뒤편에 위치하며 회전 방향으로 직경 (r1) 이 줄어드는 제 2 바닥부 (4f2) 및 제 1 바닥부 (4f1) 와 제 2 바닥부 (4f2) 사이에 위치하는 오목부 (4b1) 를 포함한다. 팽창부 (4b) 는 팽창부 (4f) 와 유사하게 형성된다.

이와 같이, 오목부 (4b1 및 4b2) 는 팽창부 (4f 및 4g) 의 정점부에 형성되고, 이에 의해 캠 종동자 (13) 는 오목부 (4b1 및 4b2) 에 끼워질 때 탄성 부재 (14) 의 가압력에 대항하여 상면 (11A) 에 대해 가압된다. 따라서, 캠 종동자 (13) 로부터 부재 (4B) 에 가해지는 누름력은 팽창부 (4f 및 4g) 의 제 1 바닥부 (4f1) 를 따라 증가한다.

제 1 바닥부 (4f1) 의 외주면은 부재 (4B) 의 회전 방향과 교차하도록 경사져 있기 때문에, 캠 종동자 (13) 로부터 부재 (4B) 에 가해지는 누름력은 부재 (4B) 의 회전 방향과 반대 방향의 분력을 갖는다. 따라서, 모터 (2) 의 구동이 멈춰질 때, 부재 (4B) 및 회전축 (3) 등의 관성력은 줄어든다.

이와 같이, 회전축 (3) 및 부재 (4B) 등의 관성력이 줄어들어서 도 7 에 나타낸 회전축 (3) 및 부재 (4B) 가 관성력에 의해 회전할 때, 캠 종동자 (13) 는 오목부 (4b1 및 4b2) 를 지나치는 것이 억제된다. 따라서, 캠 종동자 (13) 와 오 목부 (4b1 및 4b2) 는 서로 확실하게 결합되고 회전축 (3) 은 미리 정해진 위치에 멈춰질 수 있다.

다시 말하면, 언클램핑 작업 시간 및 클램핑 작업 시간이 줄어들어서, 모터 (1) 가 꺼져 있을 때, 부재 (4B) 와 회전축 (3) 이 고속으로 회전하고 관성력이 크더라도 회전축 (3) 의 회전은 정확하게 멈춰질 수 있다.

도 9 를 참조하면, 팽창부 (4f 및 4g) 사이에 위치한 부재 (4B) 의 외주면 (4b) 의 일부분은 팽창부 (4f 및 4g) 보다 직경이 작은 소경부 (4h) 이다. 이 소경부 (4h) 는 일정한 직경 (r2) 을 갖는 원호의 형태이다. 따라서, 언클램핑 및 클램핑 작업시에 캠 종동자 (13) 는 소경부 (4h) 를 매끄럽게 구르게 된다.

본 발명은 도 9 와 도 10 에 나타낸 이 실시예에 한정되지 않지만, 예컨대 캠 종동자 (13) 의 회전에 저항하는 부분은 오목부 (4b1 및 4b2) 의 전방에 있는 부재 (4B) 의 외주면에 형성될 수 있다.

도 11 은 제 3 실시 형태에 따른 공구 언클램핑 장치의 제 2 변형예를 나타내는 단면도이다. 도 11 에 나타낸 실시예에서, 회전축 (3) 에 규칙적으로 부하를 가하는 부하 기구 (70) 가 또한 제공된다.

이 부하 기구 (70) 는 회전축 (3) 을 회전 가능하게 지지하는 베어링 (73), 베어링 (73) 의 일부를 가압하는 가압 부재 (72) 및 이 가압 부재 (72) 를 베어링 (73) 에 대해 가압하는 가압 수단의 기능을 하는 디스크 스프링 (71) 을 포함한다.

베어링 (73) 은 회전축 (3) 의 외주면에 고정된 링 (76), 링 (76) 보다 직경이 더 큰 링 (74) 및 링 (76 및 74) 사이에 배치된 다수의 구름 부재 (75) 를 포함 한다.

구름 부재 (75) 는 절두 원추형으로 제공되고, 가압 부재 (72) 방향으로 직경이 줄어들게 배치된다.

링 (76) 의 외주면은 또한 가압 부재 (72) 방향으로 직경이 감소되도록 테이퍼되어 있고, 링 (74) 의 내주면 또한 가압 부재 (72) 방향으로 직경이 감소되도록 테이퍼되어 있다.

가압 부재 (72) 는 링 (74) 에 접근할 수 있게/물러날 수 있게 되어 있고, 디스크 스프링 (71) 에 의해 가압된다. 가압 부재 (72) 가 링 (74) 을 누르면, 링 (74) 의 내주면은 링 (76) 에 대해 구름 부재 (75) 를 가압한다. 따라서, 링 (76) 과 구름 부재 (75) 사이의 마찰이 증가되어 회전축 (3) 의 회전에 부하를 가한다.

회전축 (3) 에 가해지는 부하는 모터 (1) 의 출력보다 작아서, 모터 (1) 는 부하 기구 (70) 에 의해 가해지는 부하에 관계없이 언클램핑 및 클램핑 작업을 실행하기 위해 회전축 (3) 을 회전시킬 수 있다.

모터 (1) 의 구동이 언클램핑 및 클램핑 작업의 완료 직전에 멈출 때, 부하 기구 (70) 는 회전축 (3) 에 부하를 가하고, 이에 의해 회전축 (3) 의 관성이 줄어든다. 다시 말하면, 도 11 에 나타낸 실시예에는, 언클램핑 및 클램핑 작업의 전반적인 과정에 걸쳐 모터 (1) 의 구동력보다 작은 부하를 회전축 (3) 에 가하는 부하 기구 (70) 가 제공된다. 따라서, 회전축 (3) 은 캠 종동자 (13) 가 도 8 에 나타낸 오목부 (4b1 및 4b2) 를 지나치는 것을 방지하는 것에 의해 미리 정해진 위치에 멈춰질 수 있다.

상기의 방식으로 본 발명의 실시 형태는 설명되어 있지만, 이번에 기재된 실시 형태는 모든 점에서 예시적이며 제한적이지 않은 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 특허의 청구 범위에 의해 나타나고, 특허의 청구 범위와 동일한 의미와 범위 내에서의 모든 변형이 포함되도록 의도된다.

본 발명은 공작 기계의 주축에 부착된 공구의 교환시, 주축에 클램프된 공구의 해제 및 언클램핑이 가능한 공구 언클램핑 장치에 바람직하다.

Claims

공작 기계의 주축에 클램프된 공구를 언클램핑할 수 있는 공구 언클램핑 장치로서,

모터,

상기 모터에 연결된 회전축,

상기 회전축에 제공된 캠,

상기 캠에 의해 가압되어 축 방향으로 이동 가능한 동력 전달 부재,

상기 동력 전달 부재를 감싸도록 배치된 프레임,

상기 동력 전달 부재의 중심선과 일치하는 중심 축선을 갖고, 상기 캠의 누름력에 대항하도록 배치된 탄성 부재,

상기 동력 전달 부재에 제공되고, 중심선 방향을 따라 이 동력 전달 부재의 위치를 제어할 수 있는 가압 부재, 및

상기 공구의 언클램핑을 위해 상기 가압 부재에 의해 가압되는 출력축을 포함하는 공구 언클램핑 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 동력 전달 부재는 그 반경 방향의 중앙부에 오목부를 갖고,

상기 프레임은 상기 오목부에 위치한 지지부를 갖고,

상기 탄성 부재는 상기 지지부와 동력 전달 부재 사이에 위치한 오목부 내에 배치되는 공구 언클램핑 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 동력 전달 부재는 상기 프레임을 지나 출력축 방향으로 돌출된 각부와 상기 각부로부터 반경 방향으로 확장하는 방향으로 돌출하도록 각부의 외표면에 형성된 돌출부를 갖고,

상기 프레임은 상기 동력 전달 부재의 외주면 측에 배치되고 상기 돌출부보다 출력축에 더 가깝게 위치하는 지지부를 갖고,

상기 탄성 부재는 상기 지지부와 돌출부 사이에 배치되는 공구 언클램핑 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공구에 오일을 공급할 수 있는 오일 공급 기구를 추가로 포함하고,

상기 오일 공급 기구에 오일을 공급하는 공급로가 상기 프레임에 형성되는 공구 언클램핑 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 프레임과 이 프레임에 제공된 다른 중공 프레임에 의해 규정되는 저장 챔버를 추가로 포함하고,

상기 회전축은 상기 저장 챔버 내에 제공되는 베어링을 통해 회전 가능하게 지지되고, 상기 저장 챔버는 상기 베어링보다 윗쪽 부분까지 윤활유가 채워지는 공 구 언클램핑 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 저장 챔버에는 회전축을 수용하는 제 1 관통공과 상기 동력 전달 부재를 수용하는 제 2 관통공이 제공되고,

상기 공구 언클램핑 장치는,

상기 회전축의 외표면과 제 1 관통공의 개구 가장자리 사이의 공간을 폐쇄할 수 있는 제 1 밀봉 부재, 및

상기 동력 전달 부재의 외표면과 제 2 관통공의 개구 가장자리 사이의 공간을 폐쇄할 수 있는 제 2 밀봉 부재를 추가로 포함하는 공구 언클램핑 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 공구에 가스를 공급할 수 있는 가스 공급 기구를 추가로 포함하고,

상기 가스 공급 기구에 가스를 공급하는 공급로가 상기 프레임에 형성되는 공구 언클램핑 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 회전축에 장착된 부재, 회전축 및 캠 중 어느것의 표면에 형성된 오목부, 및

상기 오목부를 향해 가압되고 이 오목부에 부분적으로 수용되는 가압 부재를 추가로 포함하는 공구 언클램핑 장치.
제 8 항에 있어서, 상기 가압 부재를 상기 오목부에 유지할 수 있는 유지 기구를 추가로 포함하는 공구 언클램핑 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 유지 기구는 상기 표면 중에서 상기 회전축의 회전 방향 전방에서 상기 오목부에 인접한 위치에 제공되어 상기 회전 방향에 대해 반대 방향으로 상기 가압 부재로부터 나머지 부분에 가해지는 것보다 큰 누름력을 받게 되는 저항 영역을 포함하는 공구 언클램핑 장치.
제 9 항에 있어서,

상기 유지 기구는, 부하를 받는 상태에서 상기 모터를 구동시킬 수 있고, 상기 회전축에 미리 정해진 부하를 가하는 부하 기구를 포함하는 공구 언클램핑 장치.