KR20160065639A - 클램핑장치 - Google Patents

Abstract

클램핑장치가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 클램핑장치는 실린더실을 구비하는 몸체; 상기 실린더실에 진퇴 가능하게 설치되는 피스톤; 일단이 상기 피스톤에 고정되어 상기 피스톤과 함께 진퇴하도록 마련된 작동로드; 상기 작동로드 중도를 슬라이딩 가능하게 감싸도록 가이드 슬리브; 상기 작동로드의 전진방향으로 상기 가이드 슬리브를 관통하는 부위의 상기 작동로드에 상기 작동로드보다 큰 직경을 갖도록 마련된 가압부; 및 상기 가압부와 가이드 슬리브 사이의 상기 작동로드 둘레에 끼워지는 일측이 절단된 고리형태로 마련되되, 상기 작동로드의 후진과정에서 상기 가압부에 상기 가이드 슬리브 쪽으로 가압되는 과정에서 상기 가압부 바깥쪽으로 반경방향을 따라 확장되도록 마련된 클램핑링;을 포함한다.

Description

클램핑장치{CLAMPING DEVICE}

본 발명은 공작물을 공작기계의 테이블에 고정시키는 클램핑장치에 관한 것이다.

클램핑장치는 공작물 가공을 위해 공작물을 공작기계의 테이블 위에 고정시키는 장치를 가리킨다.

종래 일반적인 클램핑장치는 통상 공작물의 일측 둘레를 집게 형태로 압착하여 파지하는 방식을 취하고 있다.

대한민국 공개특허문헌 제10-2005-0052882호는 종래 일반적인 형태의 클램핑장치 중 하나를 제시하고 있다.

그러나 상기 공개특허문헌에 개시된 바와 같이, 공작물 둘레를 파지하는 형태의 클램핑장치는 공작물과의 접촉면적이 크고, 클램핑 관련 구조의 동작범위 가 크기 때문에, 채용시 공작기계 주변의 공간활용도를 저하시키는 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허문헌 제10-2005-0052882호

본 발명의 실시 예들은 공작물과의 접촉면적 및 클램핑 관련구조의 동작 범위를 줄여 공작기계 주변의 공간활용도를 높일 수 있도록 마련된 클램핑장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 실린더실을 구비하는 몸체; 상기 실린더실에 진퇴 가능하게 설치되는 피스톤; 일단이 상기 피스톤에 고정되어 상기 피스톤과 함께 진퇴하도록 마련된 작동로드; 상기 작동로드 중도를 슬라이딩 가능하게 감싸도록 가이드 슬리브; 상기 작동로드의 전진방향으로 상기 가이드 슬리브를 관통하는 부위의 상기 작동로드에 상기 작동로드보다 큰 직경을 갖도록 마련된 가압부; 및 상기 가압부와 가이드 슬리브 사이의 상기 작동로드 둘레에 끼워지는 일측이 절단된 고리형태로 마련되되, 상기 작동로드의 후진과정에서 상기 가압부에 상기 가이드 슬리브 쪽으로 가압되는 과정에서 상기 가압부 바깥쪽으로 반경방향을 따라 확장되도록 마련된 클램핑링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑장치가 제공될 수 있다.

상기 작동로드의 전진방향 쪽으로 상기 가이드 슬리브의 끝단 외주에는 상기 작동로드의 전진방향으로 갈수록 직경이 감소하도록 제1경사면이 마련될 수 있다.

상기 클램핑링의 내주에는 제1경사면에 대응하도록 경사진 제2경사면이 마련될 수 있다.

상기 피스톤의 스트로크 거리는 상기 제2경사면의 두께(t1)와 상기 클램핑링의 전체 두께 사이의 거리 범위 내로 마련될 수 있다.

상기 클램핑링 안쪽으로 에어를 공급하기 위해 상기 가이드 슬리브와 상기 작동로드 사이에는 틈새가 형성되고, 상기 몸체에는 일단은 상기 가이드 슬리브와 상기 작동로드 사이의 상기 틈새와 연통되고 타단은 상기 몸체 외부와 통하도록 에어유로가 마련될 수 있다.

상기 클램핑링은 일측으로 절단부를 구비하고, 상기 절단부는 사선방향으로 마련될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 클램핑장치는 공작물에 형성된 구멍에 삽입되는 작동로드의 진퇴동작에 의해 작동로드 둘레에 결합된 클램핑링이 반경방향으로 확장되어 구멍 내면에 밀착되면서 공작물을 고정시키게 되므로, 클램핑장치와 공작물과의 접촉면적이 감소됨은 물론 클램핑장치의 동작범위를 작게 구성할 수 있게 되어 공작기계 주변의 공간활용도를 높일 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 클램핑장치의 구조를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 클램핑링 쪽 구조를 확대 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 클램핑장치에 있어서 클램핑링의 구조를 도시한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 클램핑장치에 있어서 클램핑링의 구조를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 클램핑장치의 클램핑링 쪽 작동로드가 공작물의 구멍 내부로 삽입된 상태를 도시한 것으로, 공작물이 클램핑장치를 통해 구속되기 전 상태를 나타낸 것이다.
도 6은 도 5의 상태에서 클램핑링이 확장되면서 공작물이 클램핑장치를 통해 구속된 상태를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 클램핑장치의 구조를 도시한 단면도로, 에어유로를 통해 압축공기가 공급되고 있는 상태를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 클램핑링의 일 변형 예를 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 클램핑링의 또 다른 변형 예를 도시한 사시도이다.
도 10은 도 9에 도시한 클램핑링의 측면도로, 클램핑동작이 해제된 상태를 나타낸 것이다.
도 11은 도 9에 도시한 클램핑링의 측면도로, 클램핑 동작 중의 상태를 나타낸 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 클램핑장치(1)는 실린더실(11)을 구비하는 몸체(10)와, 몸체(10)의 실린더실(11) 내부에 진퇴 가능하게 설치되는 피스톤(20)을 구비한다.

클램핑장치(1)는 몸체(10)를 통해 공작기계의 테이블에 고정되도록 설치될 수 있으며, 피스톤(20)은 몸체(10)로 공급되는 유체압에 의해 실린더실(11) 내에서 전진 또는 후진 동작하게 된다.

실린더실(11)은 몸체(10) 한쪽으로 홀을 가공하고, 가공된 홀의 입구를 마개(12)로 막는 방식으로 몸체(10)에 형성될 수 있다. 마개(12) 둘레는 오링(13)을 통해 밀폐처리 된다.

피스톤(20)의 후진을 위해 실린더실(11) 일 측으로 몸체(10) 내부에는 후진유체 공급포트(14)가 형성되고, 마개(12)에는 피스톤(20)을 전진시키기 위한 전진유체 공급포트(15)가 마련될 수 있다. 후진유체 및 전진유체 공급포트(14,15)에는 양 공급포트(14,15) 중 어느 한 쪽으로 선택적으로 유체압을 공급하기 위해 도시되지 않은 유체공급장치가 연결될 수 있다. 그리고 피스톤(20) 외주와 실린더실(11) 내주에는 이들 사이를 피스톤(20)의 진퇴운동이 가능한 상태로 실링하기 위한 복수의 오링(16)이 설치될 수 있다. 미설명 부호 14a는 후진유체 공급포트(14)의 가공 과정에서 몸체(10) 외부와 통하게 형성된 부위를 후진유체 공급포트(14)의 가공이 완료된 상태에서 폐쇄하는 막음부재를 가리킨다.

피스톤(20)에는 작동로드(30)가 고정된다. 작동로드(30)는 일단이 실린더실(11) 내부로 연장되어 피스톤(20)에 고정되어 타단이 몸체(10) 외부로 연장된 상태에서 피스톤(20)의 동작시 피스톤(20)과 함께 진퇴운동 하게 된다. 몸체(10)에는 외부로 연장되는 작동로드(30)를 슬라이딩 가능한 상태로 감싸도록 가이드공(17)이 형성된다.

또한 몸체(10)에는 작동로드(30) 중도를 슬라이딩 가능하게 감싸도록 가이드 슬리브(40)가 결합된다. 가이드 슬리브(40)는 일단부가 가이드공(17) 둘레의 몸체(10)로부터 연장되는 연장부(18) 내부로 삽입되어 가이드공(17)과 통하도록 몸체(10)에 결합될 수 있다. 가이드 슬리브(40)는 내부가 실린더실(11)과 직접 통하도록 가이드공(17)이 삭제될 수 있게 길게 연장이 가능하다.

그리고 작동로드(30)의 전진방향으로 가이드 슬리브(40)를 관통하는 부위의 작동로드(30)에는 작동로드(30)보다 큰 직경을 갖도록 가압부(50)가 마련되며, 가압부(50)는 작동로드(30) 끝단에 결합되는 너트(60)를 통해 작동로드(30)의 단부 쪽 둘레에 고정될 수 있다. 너트(60)의 결합을 위해 작동로드(30)의 단부 쪽 둘레에는 나선이 가공될 수 있다.

그리고 가압부(50)와 가이드 슬리브(40) 사이의 작동로드(30) 둘레에는 실제 클램핑 동작을 수행하기 위한 것으로, 일측이 절단된 고리형태의 클램핑링(70)이 끼워지며, 이러한 클램핑링(70)은 작동로드(30)의 후진과정에서 가압부(50)에 의해 가이드 슬리브(40) 쪽으로 가압되어 가압부(50) 바깥쪽으로 반경방향을 따라 확장되면서 클램핑 동작을 수행하게 된다.

이때 클램핑링(70)은 내주 안쪽으로 삽입되는 가이드 슬리드(40)의 단부 쪽 외주에 의해 반경방향으로 벌어지면서 확장되는데, 이와 같이 가이드 슬리브(40)의 내주 삽입동작에 따른 클램핑링(70)의 확장동작이 보다 즉각적으로 원활하게 이루어질 수 있도록 작동로드(30)의 전진방향 쪽으로 가이드 슬리브(40)의 끝단 외주에는 상기 작동로드(30)의 전진방향으로 갈수록 직경이 감소하도록 제1경사면(41)이 마련되며, 클램핑링(70)의 내주에는 제1경사면(41)에 대응하도록 경사진 제2경사면(71)이 마련된다.

클랭핑링(70)의 두께방향으로 보았을 때, 제2경사면(71)은 작동로드(30)의 후진방향 쪽으로 클램핑링(70)의 내주 둘레를 따라 형성되며, 작동로드(30)의 전진방향 쪽으로 클램핑링(70)의 내주 둘레는 확장된 상태의 클램핑링(70)이 작동로드(30)에 의해 안전하게 지지될 수 있도록 작동로드와 평행한 지지면(72)을 구성하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서 이와 같은 클램핑장치(1)가 공작기계의 테이블에 설치된 상태에서는 작동로드(30)의 삽입을 위한 구멍(2a)을 공작물(2)에 형성하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 먼저 공작물(2)에 형성된 구멍(2a)에 전진 동작된 상태의 작동로드(30)를 삽입시키게 된다. 이때 클램핑장치(1)는 도면에 점선화살표로 나타낸 바와 같이, 전진유체 공급포트(15)로 유체가 공급된 상태가 된다.

클램핑링(70) 쪽 작동로드(30)가 공작물(2)의 구멍(2a)에 삽입된 상태에서는 도 6과 같이, 몸체(10)의 후진유체 공급포트(14)로 유체압이 가해지도록 함으로써, 작동로드(30)를 피스톤(20)과 함께 후진시키게 된다. 그러면 작동로드(30)의 후진동작에 의해 가압부(50)는 클램핑링(70)을 가이드 슬리브(40) 쪽으로 가압하게 되며, 이에 따라 가이드 슬라브(40)의 단부가 제1경면(41)과 제2경사면(71) 사이의 슬라이딩 접촉에 의해 클램핑링(70)의 내주 쪽으로 삽입되면서 클램핑링(70)은 반경방향으로 벌어지도록 확장되어 그 외주를 통해 공작물(2)의 구멍(2a) 내주를 구속하여 클램핑시키게 된다. 작동로드(30)의 후진 과정에서 클램핑링(70)은 반경방향으로 확장되어 구멍(2a) 내주에 밀착되며, 이와 동시에 클램핑링(70)은 경사면(41,71)을 타고 작동로드(30)의 견인방향으로 이동하면서 견인력을 발휘함으로써, 공작물(2)에 대한 클램핑력을 높이게 된다.

도 6에서 점선화살표는 피스톤(20)을 후진시키기 위해 후진유체 공급포트(14)로 공급되는 유체의 흐름방향을 가리킨다.

따라서 이와 같은 공작물(2)의 클램핑 과정에서는 공작물(2)과 클램핑장치(1) 간의 접촉면적이 공작물(2)의 구멍(2a) 안쪽으로 제한됨은 물론 클램핑링(70)의 확장동작 및 작동로드(30)의 진퇴동작과 같이 공작물(2)의 클램핑을 위한 구성의 동작범위가 최소화되므로, 공작기계 주변의 공간활용도를 효과적으로 높일 수 있게 된다. 또 이와 같은 공작물의 클램핑과정에서는 클램핑링(70)의 확장력과 클램핑링(70)에 의한 견인력이 공작물(2)에 동시에 가해지게 되므로, 공작물(2)의 전후방향 이동을 제한하기 위한 별도의 클램핑장치가 추가되지 않은 상태에서도 공작물(2)의 안정적인 고정이 가능하게 된다.

클램핑링(70)의 클램핑 동작이 허용되도록 하는 범위 내에서 작동로드(30)의 진퇴 폭을 최대로 줄일 수 있도록 상기 피스톤(20)의 스트로크 거리는 제2경사면의 두께(t1)와 클램핑링(70)의 전체 두께(t2) 사이의 거리 범위 내로 정해지는 것이 바람직하다. 여기서 피스톤(20)의 스트로크 거리는 가압부(50)와 가이드 슬리브(40) 사이의 거리와 같게 된다.

그리고 이 상태에서 공작물(2)의 가공이 완료되면, 이번에는 다시 도 5의 상태가 되도록 전진유체 공급포트(15)로 유체압이 공급되도록 하여 작동로드(30)를 전진 동작시키게 되며, 이 상태에서는 가압부(50)에 의한 클램핑링(70)의 가압이 해제됨에 따라 클램핑링(70)은 탄성복원력을 통해 다시 본래의 상태로 오므려지면서 가이드 슬리브(40)의 단부로부터 빠져 나오는 방향으로 유동하게 된다. 이때도 클램핑링(70)의 복원동작은 클램핑링(70)이 제2경사면(71)을 통해 제1경사면(41)을 따라 미끄러지면서 자연스럽게 이루어지게 되며, 이 상태에서는 클램핑링(70) 외주가 공작물(2)의 구멍(2a) 내주로부터 이격되면서 공작물(2)은 클램핑장치(1)에 구속이 해제된 상태가 된다.

한편, 이와 같이 클램핑링(70)의 확장 및 수축 동작에 전적으로 의존하여 공작물(2)을 구속 또는 구속 해제시키는 클램핑장치(1)는 클램핑링(70) 내주에 이물질이 끼게 될 경우, 클램핑링(70)의 확장 및 수축 동작이 방해를 받게 되어 제대로 된 클램핑 동작을 수행하기 어렵게 된다.

따라서 이를 해결하기 위해 가이드 슬리브(40) 및 가이드공(17)과 작동로드(30) 사이에는 클램핑링(70) 내부와 피스톤(20)의 전진방향 쪽 실린더실(11) 사이를 연통시키기 위한 틈새(80)가 형성되고, 몸체(10)에는 일단은 상기 틈새(80)와 통하도록 상기 실린더실(11)과 연통되고 타단은 몸체(10) 외부와 통하도록 에이유로(19)가 형성되며, 몸체(10) 외부와 통하는 에어유로(19)의 입구 쪽으로는 도시되지 않은 공기압축기가 연결될 수 있다.

미설명 부호 19a는 에어유로(19)의 가공 과정에서 몸체(10) 외부와 통하게 형성된 부위를 에어유로(19)의 가공이 완료된 상태에서 폐쇄하는 막음부재를 가리킨다.

따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 공작물(2)의 클램핑 동작이 해제되도록 한 상태에서 공기압축기(미도시)를 통해 에어유로(19)의 입구 쪽으로 고압의 에어를 공급하게 되면, 에어유로(19)를 통과한 고압의 공기는 틈새(80)를 클램핑링(70)의 내주로 유입되어 클램핑링(70) 일측의 절단부(73)를 통해 반경방향으로 토출되면서 클램핑링(70) 내부의 이물질을 클램핑링(70) 외주로 배출시키게 된다. 도 7에서 점선화살표는 에어유로(19)로 공급되는 압축공기의 흐름방향을 가리킨다.

그리고 상기 틈새(80)가 형성된 상태에서는 작동로드(30)가 틈새(80)만큼 가이드 슬리브(40) 내에서 측방으로 유동이 가능하게 되므로, 복수의 클램핑장치(1)를 통해 공작물(2)에 형성된 복수의 구멍(2a)을 동시에 클램핑하는 경우, 구멍(2a)들 사이의 거리 정밀 공차에 원활하게 대응할 수 있게 된다.

또한 본 실시 예에 따른 클램핑링의 일 변형 예를 도시한 도 8과 같이, 클램핑링(70´)은 작동로드(30) 둘레에 끼워지는 안쪽의 내주링(70A)과, 내주링(70A) 외부에 끼워지는 외주링(70B)을 포함하도록 구성될 수 있다. 이와 같이 클램핑링(70´)이 내주링(70A)과 외주링(70B)으로 구분되게 마련되는 구조에서는 제2경사면(71)이 마련되는 내주링(70A)을 제1경사면(41)과 원활하게 미끄럼 접촉하도록 테프론과 같이 마찰계수가 적은 소재로 구성하고, 공작물(2)의 구멍(2a) 내주를 접촉 상태로 구속하는 외주링(70B)은 알루미늄과 같이 마찰계수가 큰 소재로 구성함으로써, 클램핑링(70´)의 클램핑 동작과 함께 공작물(2)에 대한 구속력을 함께 향상시킬 수 있게 된다.

클램핑 동작이 수행되는 과정에서 외주링(70B)과 내주링(70A) 사이가 강력하게 결합된 상태를 유지할 수 있도록 외주링(70B)과 내주링(70A) 사이에는 외주링(70B)이 작동로드(30)의 전진방향으로 내주링(70A)에 걸려 지지되도록 하는 걸림턱(74,75)이 마련될 수 있다.

한편, 본 실시 예에 다른 클램핑링(70)의 경우 일측의 절단부(73)가 일자형태의 수직으로 형성되어 있으므로, 클램핑 동작시 절단부(73)가 벌어지게 될 경우, 절단부(73) 쪽으로 클램핑링(70) 외주와 공작물(2) 구멍(2a)의 내주 사이의 접촉이 차단된다.

따라서 이를 해결하기 위해 도 9에 도시된 바와 같이, 본 실시 예에 따른 또 다른 변형 예에 있어서, 클램핑링(70´)은 절단부(73´)가 사선방향으로 비스듬하게 형성되도록 마련될 수 있다.

이와 같은 클램핑링(70´)의 구조에서는 클램핑 동작 수행을 위해 도 10의 상태에 있던 클램핑링(70´)이 도 11과 같이 벌어지는 과정에서도 절단부(73´) 쪽 클램핑링(70´)이 공작물(2) 구멍(2a)의 내주와 지속적으로 접촉된 상태를 유지하게 되므로, 클램핑링(70´)의 원주방향으로 클램핑링(70´)과 구멍(2a) 사이의 접촉단락 현상을 줄일 수 있게 된다.

절단부(73´)가 수평에 가깝게 경사지도록 마련될 경우에는 클램핑링(70´) 절단부 양쪽 사이가 마찰하게 되면서 클램핑링(70´)의 확장 동작이 저하될 우려가 있으므로, 이를 감안했을 때 절단부(73´)의 경사는 0 ~ 90도 사이로 정해지는 것이 바람직하며, 클램핑링(70´)과 구멍(2a) 사이의 접촉손실과 클램핑링(70´)의 확장성능을 함께 고려했을 때, 절단부(73´)의 경사는 45도 정도로 마련되는 것이 보다 바람직하다.

1: 클램핑장치 2: 공작물
2a: 구멍 10: 몸체
11: 실린더실 14: 후진유체 공급포트
15: 전진유체 공급포트 19: 에어유로
20: 피스톤 30: 작동로드
40: 가이드 슬리브 41: 제1경사면
50: 가압부 70: 클램핑링
71: 제2경사면 72: 지지면
73: 절단부 80: 틈새

Claims (6)

1. 실린더실을 구비하는 몸체;
   상기 실린더실에 진퇴 가능하게 설치되는 피스톤;
   일단이 상기 피스톤에 고정되어 상기 피스톤과 함께 진퇴하도록 마련된 작동로드;
   상기 작동로드 중도를 슬라이딩 가능하게 감싸도록 가이드 슬리브;
   상기 작동로드의 전진방향으로 상기 가이드 슬리브를 관통하는 부위의 상기 작동로드에 상기 작동로드보다 큰 직경을 갖도록 마련된 가압부; 및
   상기 가압부와 가이드 슬리브 사이의 상기 작동로드 둘레에 끼워지는 일측이 절단된 고리형태로 마련되되, 상기 작동로드의 후진과정에서 상기 가압부에 상기 가이드 슬리브 쪽으로 가압되는 과정에서 상기 가압부 바깥쪽으로 반경방향을 따라 확장되도록 마련된 클램핑링;을 포함하는 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 작동로드의 전진방향 쪽으로 상기 가이드 슬리브의 끝단 외주에는 상기 작동로드의 전진방향으로 갈수록 직경이 감소하도록 제1경사면이 마련된 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 클램핑링의 내주에는 제1경사면에 대응하도록 경사진 제2경사면이 마련된 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 피스톤의 스트로크 거리는 상기 제2경사면의 두께(t1)와 상기 클램핑링의 전체 두께 사이의 거리 범위 내인 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
5. 제 2항에 있어서,
   상기 클램핑링 안쪽으로 에어를 공급하기 위해 상기 가이드 슬리브와 상기 작동로드 사이에는 틈새가 형성되고, 상기 몸체에는 일단은 상기 가이드 슬리브와 상기 작동로드 사이의 상기 틈새와 연통되고 타단은 상기 몸체 외부와 통하도록 에어유로가 마련된 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
6. 제 2항에 있어서,
   상기 클램핑링은 일측으로 절단부를 구비하고,
   상기 절단부는 사선방향으로 마련된 것을 특징으로 하는 클램핑장치.
   
   
   

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