KR20090064640A - 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치를 개시한다. 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치는 이송계의 이송안내면이 유정압베어링으로 구성되는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치에 있어서. 유정압 베어링에 공급되는 오일과 유정압 베어링에서 드레인 되는 오일을 저장하는 오일탱크수단, 오일탱크수단에 설치되어 유정압 베어링에 오일을 가압하여 공급하는 가압펌프(11), 유정압 베어링을 거쳐 드레인 되는 오일을 뽑아 올리는 드레인펌프(12), 가압펌프(11)에 의해 토출되는 오일을 소정의 압력으로 가압시키는 유압밸브(13) 및 가압펌프(11)에 의해 토출된 오일의 유량을 조절하는 유량밸브(14)를 포함하며, 오일탱크수단은, 온도가 다른 두 가지 오일을 분리하도록 내부에 격벽(20)을 구비하고 격벽을 중심으로 드레인오일을 보관하는 오일탱크(21)와 쿨링오일을 보관하는 서비스탱크(22)로 분리되는 것이다.

초정밀 가공기, 유정압 베어링, 정밀 유온 제어, 오일쿨링

Description

초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치{DEVICE FOR ACCURATELY CONTROLLING TEMPERATURE FOR USE WITH ULTRAPRECISION MACHINE}

본 발명은 초정밀 가공기용 이송계로 사용하는 유정압 안내면에 공급되는 가압된 유압 작동유의 온도를 정밀하게 제어하기 위한 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초정밀 가공기용 오일탱크에 격벽을 설치하여 쿨링된 오일이 모이는 서비스탱크와 가공기에서 드레인된 오일이 모이는 드레인 탱크로 구별하여 쿨링된 오일의 온도 제어를 정밀히 유지하는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치에 관한 것이다.

일반적으로, 초정밀 가공기의 경우 그 가공 정밀도가 서브 미크론의 형상 정밀도와 수 나노미터의 표면 거칠기를 달성할 수 있도록 가공이 되어야 한다.

이러한 가공 정밀도를 얻기 위해 이송 정밀도가 더욱 높은 구동장치가 요구되며, 이러한 구동장치의 안내면 베어링으로는 유정압 베어링이 주로 사용된다.

상기 유정압 베어링은 외부로부터 가압된 유압 작동유를 이용하여 이송체를 부상시키는 베어링으로 높은 부하 용량, 강성 및 감쇠성을 가지고 있어, 큰 변동 하중 및 고하중의 조건에서도 고정도를 유지할 수 있는 장점이 있으나, 가압된 유압 작동유의 온도상승에 따라 성능 변화의 우려가 있고, 사용 온도범위의 폭이 작다는 단점이 있으며, 이러한 단점을 극복하기 위해 유정압 베어링에 공급되는 가압된 유압 작동유의 온도 제어를 정밀하게 하여야 한다.

이때, 온도 제어를 위한 최적의 방법은 초정밀 가공기를 항온 항습실에 설치하고, 상기 항온 항습실의 온도를 초정밀 가공에 필요한 온도 변화폭(약 ±0.1℃이하)내로 유지하는 것이나, 아직까지 항온 항습실 전체를 ±0.1℃ 이하로 유지하기 위해서는 엄청난 비용이 소요되며, 항온 항습실의 공간이 넓어질 경우에는 공간 전체를 ±0.1℃ 이하로 유지할 수 있는 기술이 아직까지는 개발되지 않고 있다.

따라서 최소한의 비용으로 최대한의 효과를 얻기 위하여 가공기의 정밀도 유지에 가장 큰 영향을 미치는 유정압 베어링용 유압 작동유의 온도 제어를 ±0.1℃ 이하로 유지하여야 한다.

도 1은 종래 초정밀 가공기용 유온 제어장치를 나타낸다.

종래의 유온 제어장치는 크게 오일탱크(1)와, 상기 오일탱크(1) 위에 설치되어 유정압 베어링에 공급되는 오일을 가압시키는 가압펌프(2), 가공기 유정압 베어링을 통해 드레인되는 오일을 뽑아 올리는 드레인펌프(3)로 구성되어 있다.

상기 오일탱크(1)의 오일은 오일쿨러에 부착되어 있는 약 3㎏/㎠의 펌프에 의해 오일쿨러 내부로 흡입되어 ±0.1℃의 온도폭으로 쿨링된 후 다시 오일탱크(1) 로 보내지게 된다.

이렇게 쿨링된 오일은 가압펌프(2)에 의해 가압된 후, 유압밸브(4)에 의해 필요에 따라 10~20㎏/㎠의 압력으로 조절되고, 유량밸브(5)에 의해 필요한 유량으로 조절된 후, 어큐뮬레이터(6)를 통해 상기 가압펌프(2)에 의해 발생하는 맥동을 감소시킨 후 가공기의 유정압 베어링으로 공급되어 진다.

그리고 가공기로부터 드레인된 오일은 드레인펌프(3)에 의해 오일탱크(1)로 회수된 후 다시 오일쿨러로 빠져 나가는 순환을 계속하게 된다.

그러나 상기와 같이 오일탱크(1) 만으로 구성된 유온제어장치의 경우, 오일쿨러에 의해 쿨링된 오일과 가공기의 유정압 베어링을 통과하며 온도가 상승되어지고, 특히 드레인펌프(3)에 의해 흡입되어지는 과정에서 더욱 온도가 상승한 오일이 오일탱크(1) 내에서 혼합될 때 온도변화폭이 커지게 되는 문제점이 있으며, 이때의 온도변화폭은 약 ±0.5℃ 정도로 나타나고 있다(도 4의 A선).

이에, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 종래의 온도제어장치에서 쿨링된 오일과 온도가 상승된 드레인오일이 오일탱크내에서 혼합될 때 그 온도 제어폭이 커지는 현상을 방지하는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제 한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제는 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치는, 이송계의 이송안내면이 유정압베어링으로 구성되는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치에 있어서. 상기 유정압 베어링에 공급되는 오일과 유정압 베어링에서 드레인 되는 오일을 저장하는 오일탱크수단; 상기 오일탱크수단에 설치되어 유정압 베어링에 오일을 가압하여 공급하는 가압펌프; 상기 유정압 베어링을 거쳐 드레인 되는 오일을 뽑아 올리는 드레인펌프; 상기 가압펌프에 의해 토출되는 오일을 소정의 압력으로 가압시키는 유압밸브; 및 상기 가압펌프에 의해 토출된 오일의 유량을 조절하는 유량밸브;를 포함하며, 상기 오일탱크수단은, 온도가 다른 두 가지 오일을 분리하도록 내부에 격벽을 구비하고 격벽을 중심으로 드레인오일을 보관하는 오일탱크와 쿨링오일을 보관하는 서비스탱크로 분리되는 것일 수 있다.

또한, 상기 격벽의 하부 바깥방향으로는 오일탱크와 서비스탱크 간의 단열효과를 증대시키도록 통풍구가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 격벽은 분할 구성되는 오일탱크 및 서비스탱크의 내부 높이를 초과하지 범위 내에서 그 설치가 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 오일탱크 내부에 통풍구가 설치된 격벽을 설치하여 오일탱크와 서비스탱크로 분리시킨 것으로, 이에 따라 ±0.1℃로 온도제어된 쿨링오일과 ±0.5℃ 이상으로 온도변화폭이 큰 드레인오일이 혼합되는 것을 방지하면서 초정밀 가공기의 유정압 베어링에 공급하는 쿨링오일의 온도변화폭을 ±0.1℃ 정도로 유지시켜, 초정밀 가공기의 유정압 베어링이 온도변화폭에 의해 성능이 변화되는 것을 방지하는 효과를 얻는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예는 정밀하게 온도 제어된 유압 작동유를 초정밀 가공기의 유정압 베어링에 공급하기 위한 정밀 유온 제어장치로, 가압펌프(11), 드레인펌프(12), 유압밸브(13), 유량밸브(14)에 더하여, 격벽(20)에 의해 오일탱크(21)와 서비스탱크(22)로 분리되는 오일탱크를 포함한다.

상기 가압펌프(11)는 오일탱크 위에 설치되어 유정압 베어링에 공급되는 오일을 가압시키도록 구성된다.

상기 드레인펌프(12)는 가공기 유정압 베어링을 거쳐 드레인되는 오일을 뽑아 올리도록 구성된다.

상기 유압밸브(13)는 상기 가압펌프(11)에 의해 쿨링된 오일이 가압시 그 가압되는 압력을 조절하도록 구성된다.

상기 유량밸브(14)는 상기 가압펌프(11)에 의해 가압된 오일의 유량을 조절하도록 구성된다.

상기 오일탱크는 격벽(20)을 통해 드레인오일을 보관하는 오일탱크(21)와 쿨링오일을 보관하는 서비스탱크(22)로 분리된다. 상기 격벽(20)은 분할 구성되는 상기 오일탱크(21)와 서비스탱크(21)의 내부 높이를 초과하지 범위 내에서 그 설치가 이루어진다.

즉, 상기 격벽(20)은 상기 오일탱크(21)와 서비스탱크(22)로 각각 유입되는 드레인오일과 쿨링오일 간의 온도 교류를 방지시키면서 온도변화폭이 다른 두 가지 오일을 분리시키는 수단인 것이다.

이때, 상기 격벽(20)의 하부 바깥방향으로는 상기 오일탱크(21)와 서비스탱크(21) 간의 단열효과를 증대시키도록 상기 격벽(20)의 내부로 공기를 유통시키는 통풍구(23)가 설치 구성된다.

여기서, 상기 유압밸브(13)는 가압된 유정압 작동유를 필요에 따라 일예로서 10~20㎏/㎠의 압력으로 조절한다.

이하, 미설명된 도면부호 15는 유압계이고, 미설명된 도면부호 16은 오일쿨러이며, 미설명된 도면부호 17은 흡입펌프를 나타내고, 미설명된 도면부호 18은 어큐뮬레이터를 나타낸다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치의 작용을 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 설명한다.

도 2는 본 발명인 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치의 도면을 나타낸 것이고, 도 3은 본 발명인 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치의 유압회로도를 나타낸 것이며, 도 4는 종래 및 본 발명의 유온 제어장치로 수집한 유온 데이타를 나타낸 그래프를 나타낸 것이다.

우선, 첨부된 도 2에서와 같이, 오일탱크 내부에 오일탱크의 내부 높이보다 작으면서 통풍구(23)를 설치한 격벽(20)을 설치하여, 상기 오일탱크를 드레인오일과 쿨링오일을 각각 분리 보관하는 오일탱크(21), 그리고 서비스탱크(22)로 분리시킨다.

그러면, 상기 격벽(20)은 물론, 상기 격벽(20)에 설치되는 통풍구(23)로부터 상기 격벽(20)의 내부로 공기가 유통되면서, 상기 오일탱크(21)와 서비스탱크(21) 간의 단열효과는 증대된다.

여기서, 상기 격벽(20)의 높이는 반드시 오일탱크(21)와 서비스탱크(22)의 내부 높이보다 작게 하게 된다. 즉, 첨부된 도 3에서와 같이 오일쿨러(16)에 의해 쿨링된 오일 중 가공기의 유정압 베어링으로 공급되고 남은 여분의 쿨링오일이 상기 격벽(20)을 타고 넘어 상기 오일탱크(21)로 유입되는 것을 감안하여, 쿨링오일의 과다공급에 따라 쿨링오일이 서비스탱크(22)의 외부로 흘러 넘치는 것을 방지하게 된다.

이때, 상기 오일탱크(21)에 저장되어 있던 오일은 오일쿨러(16)의 흡입펌프 (압력 약 3㎏/㎠)(17)에 의해 오일쿨러(16)로 흡입되어 냉각(쿨링)된 다음, ±0.1℃로 온도가 제어된 상태로 서비스탱크(22)에 저장된다.

그리고 상기의 쿨링오일은 가압펌프(11)에 의해 가압된 후 유압밸브(13)에 의해 10~20㎏/㎠의 압력으로 조절되어 가공기의 유정압 베어링으로 공급된다.

이때, 상기의 공급압력은 유압계(15)로 확인할 수 있다. 유량밸브(14)에 의해 필요 유량으로 제어된 후 어큐뮬레이터(18)를 통해 상기 가압펌프(11)에 의해 발생하는 맥동을 감소시킨 후 가공기의 유정압 베어링으로 공급되어 진다.

더불어, 상기 격벽(20)에 의해 ±0.1℃로 온도제어된 쿨링오일과 ±0.5℃ 이상으로 온도변화폭이 큰 드레인오일은 그 혼합이 방지되는바,

상기 유정압 베어링에 공급되는 쿨링오일의 온도변화폭은 도 4의 B에서와 같이 ±0.1℃ 정도로 유지될 수 있는 것이다.

따라서, 상기와 같이 가공기의 유정압 안내면에 공급된 후 드레인되는 오일은 드레인펌프(12)에 의해 오일탱크(21)로 재유입되고, 다시 오일쿨러(16)로 빠져 나가는 순환을 계속하게 되면서, 정밀 가공기의 유정압 베어링은 온도변화폭이 ±0.1℃ 정도로 유지되는 쿨링오일을 통해 성능 변화없이 이송체를 효과적으로 부상시킬 수 있는 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명은 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 종래 초정밀 가공기용 유온 제어장치의 단면도,

도 2는 본 발명인 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치의 단면도,

도 3은 본 발명인 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치의 유압회로도,

도 4는 종래 및 본 발명의 유온 제어장치로 수집한 유온 데이타를 나타낸 그래프이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

11 : 가압펌프 12 : 드레인펌프

13 : 유압밸브 14 : 유량밸브

15 : 유압계 16 : 오일쿨러

17 : 흡입펌프 20 : 격벽

21 : 오일탱크 22 : 서비스탱크

23 : 통풍구

Claims (3)

1. 이송계의 이송안내면이 유정압베어링으로 구성되는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치에 있어서.

   상기 유정압 베어링에 공급되는 오일과 유정압 베어링에서 드레인 되는 오일을 저장하는 오일탱크수단;

   상기 오일탱크수단에 설치되어 유정압 베어링에 오일을 가압하여 공급하는 가압펌프(11);

   상기 유정압 베어링을 거쳐 드레인 되는 오일을 뽑아 올리는 드레인펌프(12);

   상기 가압펌프(11)에 의해 토출되는 오일을 소정의 압력으로 가압시키는 유압밸브(13); 및

   상기 가압펌프(11)에 의해 토출된 오일의 유량을 조절하는 유량밸브(14)

   를 포함하며,

   상기 오일탱크수단은, 온도가 다른 두 가지 오일을 분리하도록 내부에 격벽(20)을 구비하고 격벽을 중심으로 드레인오일을 보관하는 오일탱크(21)와 쿨링오일을 보관하는 서비스탱크(22)로 분리되는 것을 특징으로 하는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 격벽(20)의 하부 바깥방향으로는 오일탱크(21)와 서비스탱크(22) 간의 단열효과를 증대시키도록 통풍구(23)가 설치되는 것을 특징으로 하는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 격벽(20)은 분할 구성되는 오일탱크(21) 및 서비스탱크(22)의 내부 높이를 초과하지 범위 내에서 그 설치가 이루어지는 것을 특징으로 하는 초정밀 가공기용 정밀 유온 제어장치.

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