KR20090071721A

KR20090071721A - 공작기계의 스핀들장치

Info

Publication number: KR20090071721A
Application number: KR1020070139599A
Authority: KR
Inventors: 홍진현
Original assignee: 두산인프라코어 주식회사
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-07-02
Also published as: KR101474563B1

Abstract

본 발명은 공작기계의 스핀들장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상기 스핀들장치에서 발생한 열을 방열시키기 위하여 상기 스핀들장치의 스핀들에 회전가능하도록 방열수단(10)을 장착하고, 또한 외부의 공기가 상기 방열수단(10)을 거쳐 유동할 수 있도록 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 형성하되, 공기 순환 경로가 상기 방열수단(10)을 거치도록 구성한 공작기계의 스핀들장치에 관한 것이다.

스핀들, 방열구조물, 적층판

Description

공작기계의 스핀들장치{A SPINDLE FOR A MACHINING APPARATUS}

본 발명은 공작기계의 스핀들 장치에 관한 것으로서, 특히 스핀들장치의 냉각구조에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 스픈들 장치에 회전가능하게 장착된 방열수단을 구비하여 상기 스핀들장치에서 발생된 열을 효율적으로 방출시킬 수 있도록 구조가 개선된 공작기계용 스핀들 장치에 대한 것이다.

스핀들장치는 고속으로 회전하는 스핀들과 상기 스핀들이 작동할 수 있도록 설치된 스핀들의 주변장치를 포함한다. 일반적으로, "스핀들"이라는 용어와 "스핀들 장치"라는 용어를 혼용하여 사용하는 경우가 흔히 있다. 그러나 본 발명에서는 상기 스핀들 장치에서 중심회전축을 "스핀들"이고 하며, 상기 스핀들과 그 주변장치를 모두 포함하는 것은 "스핀들 장치"라고 한다.

일반적으로 스핀들장치의 스핀들(2)을 구동하기 위한 모터는 스핀들의 외측에 장착되어 사용된다. 그런데, 상기 스핀들 장치를 장기간 작동하게 되면 스핀들 구동모터에서 열이 발생하고 상기 열 때문에 스핀들이 변형되는 문제가 있다. 또한, 이러한 스핀들의 열변형은 가공 정밀도를 저하시키는 요인이 된다.

이러한 스핀들장치 구동시 발생되는 열은 주로 모터 자체에서 발생되는 열과 스핀들의 고속 회전에 따른 베어링의 마찰열이다. 종래에는 상기와 같이 발생된 열을 냉각시키기 위하여 모터 외부와 베어링 외부에 개별적으로 쿨런트를 설치하거나 또는 모터의 커버에 방열핀을 설치하여 방열을 도모하였다.

그러나 이러한 종래의 스핀들장치에서는, 도 1에 도시된 바와 같이 모터(1)에서 발생된 열과 스핀들(2)의 베어링(3)에서 발생된 열이 원활하게 외부로 방출되지 못하는 방열 취약부(4)가 모터(1), 베어링(3) 및 스핀들 사이에 존재하게 된다. 상기 방열 취약부(4)에서의 열이 외부로 원활하게 방출되지 않는 경우에는 스핀들의 열변형을 초래하거나 또는 상기 열이 가공물 등으로 전달되어 결국 가공 정밀도의 저하를 초래하는 문제가 있었다.

한편, 스핀들장치의 구동에 필요한 부품들을 밀봉하여 보호하기 위하여 제공되는 커버에 의해서도 방열이 방해될 수 있는데, 상기 커버에 의하여 모터와 베어링에서 발생되는 열이 원활하게 외부로 방출되지 못하여 커버내 공간의 온도 상승을 초래하는 문제가 있었다.

본 발명은 공작기계의 스핀들장치의 구동 모터와 베어링 사이 등에 존재하는 방열 취약부에서의 방열 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스핀들 구동 모터 주위의 방열 취약부에서 효율적으로 방열이 이루어질 수 있도록 하는 방열수단 및 상기 방열수단을 구비하는 스핀들장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 방열수단을 상기 스핀들장치의 스핀들에 장착하여 모 터로부터 발생하는 열이 베어링 등의 부품으로 전달되는 것을 막고 그 열을 방열시켜 베어링 등의 부품을 보호하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 스핀들과 일체로 회전할 수 있도록 구성된 방열수단(10) 및 상기 방열수단을 구비하는 스핀들장치를 제공한다.

구체적으로, 본 발명의 일례에 따르면, 구동 모터(12)에 의해 회전구동하는 스핀들(11)과 상기 스핀들(11)의 외주면에 부착되어 상기 스핀들(11)을 회전지지하는 다수의 베어링(13)을 포함하여 구성되는 공작기계의 스핀들장치에 있어서, 상기 구동모터(12)와 상기 베어링(13)사이에는 스핀들과 일체로 회동할 수 있는 방열수단(10)을 1개 이상 구비하며, 또한, 외부의 공기가 상기 방열수단(10)을 거쳐 순환될 수 있도록 하는 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 구비하되, 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)에 의해 형성되는 공기 순환 경로는 상기 방열수단(10)을 통과 하도록 구성되는 공작기계의 스핀들 장치를 제공한다.

비록, 첨부된 도면에서는 편의상 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 구분하여 도시하였지만, 상기 도면에 기재된 대로 공기 유입공(20)과 배출공(21)의 역할 및 구조와 배치가 한정되는 것은 아니다. 실제로 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)은 서로 구분없이 상황에 따라 공기의 유입과 배출을 수행할 수 있을 것이다.

본 발명의 일례에 따르면, 상기 방열수단(10)으로서, 복수개의 환형의 판상부재(30)들에 의하여 이루어지며, 상기 복수개의 환형의 판상부재(30)들은 그 직경 이 상대적으로 큰 판상부재(31)와 직경이 상대적으로 작은 판상부재(32)들이 서로 번갈아 배치되는 구조로 이루어진 방열수단을 사용할 수 있다.

이러한 방열수단(10)의 구조에 대해서는 도 3 및 도 4에서 예시적으로 개시하고 있다.

한편, 상기 방열수단(10)의 양단에 위치한 판상부재(31)의 표면에는 원주면을 따라 요홈부(40)가 다수 형성되어, 방열수단(10)이 스핀들과 함께 회전될 때 상기 요홈부(40) 내에서 공기가 유동되도록 할 수 있다(도 3 및 도 4 참조).

본 발명에 따라, 모터와 베어링에 인접한 스핀들 주위의 내부 공간부에 스핀들과 일체로 회전할 수 있는 적층판 구조의 방열수단을 장착하고 아울러 외부 공기가 상기 방열수단을 거쳐서 순환될 수 있도록 함으로써, 모터와 스핀들에서 발생된 열이 용이하게 외부로 발산되고, 모터로부터의 열이 베어링 및 기타 다른 부품으로 전달되는 것을 최소화할 수 있다. 그 결과 모터로부터의 열에 의하여 스핀들과 베어링 등이 열변형 되는 것을 방지할 수 있게 됨으로써 가공 정밀도의 저하를 방지하는 효과가 있다.

이하에서는 본 발명의 일실시예 및 도시한 첨부 도면을 참고하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 2a 및 2b는 본 발명에 따른 방열수단(10)이 스핀들(11)에 장착된 상태를 보여주고 있다. 여기서 상기 방열수단(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 원통형의 적 층형 부재로서 상기 스핀들에 회전가능하게 장착되는데, 모터(12)와 베어링(13) 사이의 방열 취약부(14)에 배치된다.

한편, 외부 공기가 상기 방열수단(10)을 거쳐서 순환되도록 하여 방열효율을 높이기 위하여 공기 입출 될 수 있도록 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 구비한다. 이때, 외부로부터 유입된 공기가 발명의 방열수단(10)을 거쳐 순환될 수 있도록 상기 유입공(20)과 배출공(21)은 방열 취약부(14)와 연통되도록 형성한다.

이를 위하여, 본 발명의 일례에 따르면 커버(15)에 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 형성할 수 있다. 비록, 첨부된 도면에서는 편의상 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 구분하여 도시하였지만, 상기 도면에 기재된 대로 공기 유입공(20)과 배출공(21)의 역할 및 구조와 배치가 한정되는 것은 아니다.

실제로 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)은 서로 구분없이 상황에 따라 공기의 유입과 배출을 수행할 수 있을 것이다.

본 발명의 일례에 따르면 상기 방열수단(10)은 도 3과 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 환형의 판상부재(30)들이 적층되어 일체화된 구조물인 것이 가능하다. 본 발명의 다른 일례에 따르면 상기 판상부재들은 도 4의 단면도에서 볼 수 있듯이, 그 직경이 상대적으로 큰 판상부재(31)와 직경이 상대적으로 작은 판상부재(32)들이 서로 번갈아 배치된 구조로 형성될 수 있다.

이와 같이, 직경이 상대적으로 큰 것과 작은 판상부재(31,32)들이 번갈아 배치됨으로써 상기 방열수단(10)을 거쳐 순환되는 외부 공기와 접촉되는 표면적이 증대되어 방열 효과가 증대될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일례에 따르면 방열수단(10)의 외측 판상부재(31)의 표면에는 복수개의 요홈부(40)가 서로 이격되어 형성될 수 있다. 도 3에서는 상기 요홈부(40)의 형성에 대하여 도시하고 있으며, 도 5에서는 상기 요홈부(40) 주위에서의 공기의 흐름을 도시하고 있다.

도 5를 참고하며, 상기 방열수단(10)이 스핀들에 장착되어 스핀들과 함께 회전할 경우, 상기 방열수단(10)의 외측 판상부재(31)의 요홈부(40)에서는 화살표로 표시된 바와 같이 공기 유동하게 되어 방열 효과가 증대될 수 있다.

즉, 상기에서와 같이 직경이 서로 다른 판상부재들을 적층시켜 형성함으로써 공기와의 접촉 면적이 증대된 방열수단(10) 스핀들(11)에 장착하여 스핀들(11)과 함께 회전시킴으로써, 방열효과를 더욱 향상시킬 수 있다.

구체적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 공기 유입공(20)을 통해 유입된 공기가 방열수단(10)의 반경방향 외측으로 작용하는 원심력에 의해 외측으로 치우친 상태에서 배출공(21)을 통하여 배출될 수 있다. 그 결과, 스핀들장치에서 가장 큰 열발생 원인인 외측의 모터(12)로부터의 열이 방열취약부(14)에서 공기를 매개로 스핀들(11)이나 베어링 다른 부품으로 전달되는 것을 차단하고, 또한 상기 온도가 상승된 공기는 배출공(21)을 통해 배출되도록 함으로써, 상기 방열수단(10)을 매개로 하여 열이 용이하게 외부로 방출되도록 함으로써 방열 취약부에서의 방열이 우수해진다. 그 결과 스핀들이나 다른 부품의 온도 변위를 최소화할 수 있게 된다.

또한, 종래 모터(12), 스핀들(11) 및 베어링(13) 사이의 방열 취약부(14)는 커버에 의해 밀폐되어 그 열이 밀폐된 공간에 머물게 되어 방열이 이루어지지 않아 스핀들의 온도 상승을 초래하였으나, 본 발명에 따라 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 형성하여 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)이 상기 방열 취약부(14)에 배치된 방열수단(10)을 거쳐 순환되도록 함으로써, 상기 방열 취약부(14)내의 공기 유동이 이루어져 방열 작용이 원활하게 이루어질 수 있게 된다.

본 발명에 따라, 공작기계의 스핀들을 구동하도록 제공된 모터와 베어링 사이의 공간에 방열수단을 장착하되 상기 방열수단이 스핀들과 일체로 회전할 수 있도록 장착하고, 상기 공간으로 공기가 연통되게 공기 유입공과 배출공을 형성함으로써 외부 공기의 유동이 가능하게 함으로써 방열이 이루어지도록 할 수 있다. 또한 상기 방열수단이 복수개의 적층판들로 이루어져 방열핀과 같은 형태로 형성되도록 함으로써 공기 접촉면적을 증대시켜 방열효율을 높일 수 있다.

도 1은 종래 공작기계의 스핀들장치에 대한 개략적인 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 방열수단을 구비한 공작기계의 스핀들장치에 대한 일실시예를 나타내는 개략적인 구성도.

도 3은 본 발명에 따른 방열수단의 일례를 나타내는 개략적인 사시도이다.

도 4는 공기와의 접촉면적을 증대시키도록 구성된 방열수단의 일례에 대한 단면도로서 공기의 흐름을 표시하였다.

도 5는 본 발명에 따른 방열수단에서 외측 판상부재의 형상 및 그 부분에서의 공기의 흐름을 보여주는 사시도이다.

도 6은 도 2에서 방열수단이 장착되는 공간의 부분 확대도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 방열 구조물 11 : 스핀들

12 : 모 13 : 베어링

14 : 공간 15: 커버

20 : 유입공 21 : 배출공

30, 31, 32 : 판상부재 40 : 요홈부

Claims

구동 모터(12)에 의해 회전구동하는 스핀들(11)과 상기 스핀들(11)의 외주면에 부착되어 상기 스핀들(11)을 회전지지하는 다수의 베어링(13)을 포함하여 구성되는 공작기계의 스핀들장치에 있어서,

상기 구동모터(12)와 상기 베어링(13)사이에 스핀들과 일체로 회동할 수 있는 방열수단(10)을 하나 이상 구비하며,

외부의 공기가 상기 방열수단(10)을 거쳐 순환될 수 있도록 공기 유입공(20)과 배출공(21)을 구비하되, 상기 공기 유입공(20)과 배출공(21)에 의해 형성되는 공기 순환 경로는 상기 방열수단(10)을 통과 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 장치.
제 1항에 있어서, 상기 방열수단(10)은 복수개의 환형의 판상부재(30)들에 의하여 이루어지며, 상기 복수개의 환형의 판상부재(30)들은 그 직경이 상대적으로 큰 판상부재(31)와 직경이 상대적으로 작은 판상부재(32)들이 서로 번갈아 배치되는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 공작기계의 스핀들 장치.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 방열수단(10)의 양단에 위치한 판상부재(31)의 표면에는 원주면을 따라 요홈부(40)가 다수 형성되어, 방열수단(10)이 스핀들과 함께 회전될 때 상기 요홈부(40) 내에서 공기가 유동되도록 한 것을 특징으 로 하는 공작기계의 스핀들 장치.