KR20180042096A - 가공툴 냉각장치 - Google Patents

Abstract

공기 공급부로부터 공급된 압축공기를 급속 냉각하여 공급하는 공기 냉각유닛과, 공기 냉각유닛에서 냉각된 냉각공기를 CNC 가공장치의 가공툴 장착부에 장착된 가공툴로 분사하는 냉각공기 분사부와, 공기 냉각유닛을 지지하는 지지블록 및, 지지블록을 가공툴 장착부에 대해 승강 이동 및 회동시켜 위치 조절 가능하게 지지하는 위치 조절유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공툴 냉각장치가 개시된다.

Description

가공툴 냉각장치{AN APPARATUS FOR COOLING FOR TOOL}

본 발명은 가공툴 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 CNC 가공장치 및 태핑 머신(Tapping Machine) 등의 가공툴을 냉각하는 가공툴 냉각장치에 관한 것이다.

최근 스마트폰, 스마트키, 모바일 기기 등과 같은 전자 기기에는 지문인식용 센서, 사이드키, 홈키 등과 같이 사이즈가 작고, 가볍고, 얇으면서도 정밀한 소형 부품이 적용된다. 이러한 소형 부품들은 예를 들어 PCB 원판에 모듈화하여 제조된 단위 칩들을 일정한 모양 및 사이즈로 조각하는 조각기와 같이, 소형 가공물을 가공하기 위한 CNC 가공장치에 의해 정밀 가공된다.

즉, 상기 CNC 가공장치 및 태핑 머신 등에 장착된 가공툴을 이용하여 가공 스테이지에 놓인 소형 가공물을 가공하게 되는데, 가공 과정에서 소형 가공물이 고온에 의해 손상되는 것을 방지하고, 정밀한 가공이 이루어질 수 있도록 가공툴의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 냉각이 필요하다.

종래에는 오랜 시간 반복하여 가공툴을 사용해야 하고, 온도 상승을 억제해 주어야 하므로 냉각효율이 좋은 휘발성 알코올을 가공툴로 분사하여 냉각하는 방법을 사용하였다. 특히, 일반 절삭유 등을 냉매로 사용할 경우에는 아노다이징 도금 불량이 너무 많이 발생하기 때문에, 알코올을 냉매로 사용해 왔다.

그런데 종래와 같이 알코올을 냉매로 한 냉각장치의 경우에는, 휘발성 알코올 성분이 공기 중에 노출되어 작업자의 안구 등으로 침투하여 작업자의 안전을 해치는 문제가 있다.

또한, 휘발되어 공기 중에 노출된 알코올 성분을 작업자가 호흡을 통해 흡입하게 되면, 음주 상태가 되어 작업자의 판단이 흐려지게 되어 정상적인 작업을 할 수 없는 문제가 있다.

또한, 냉각에 사용되는 알코올의 소비량이 많아서 반도체 제조공정상 비용이 증가하는 문제점이 있다.

이러한 점을 감안하여 수냉식 냉각장치가 제안되기도 하였으나, 냉각 효율이 떨어지는 문제점이 있다.

대한민국 등록실용신안 제20-0312263호

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 작업자의 안전성을 확보하면서 저비용으로 적용이 가능한 가공툴 냉각장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가공툴 냉각장치는, 공기 공급부로부터 공급된 압축공기를 급속 냉각하여 공급하는 공기 냉각유닛; 상기 공기 냉각유닛에서 냉각된 냉각공기를 CNC 가공장치의 가공툴 장착부에 장착된 가공툴로 분사하는 냉각공기 분사부; 상기 공기 냉각유닛을 지지하는 지지블록; 및 상기 지지블록을 상기 가공툴 장착부에 대해 승강 이동 및 회동시켜 위치 조절 가능하게 지지하는 위치 조절유닛;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 위치 조절유닛은, 상기 가공툴 장착부에 결합되는 고정블록; 상기 고정블록에 설치되는 가이드블록; 상기 가이드블록에 승강 이동 가능하게 설치되는 승강블록; 상기 승강블록과 상기 지지블록 사이에 설치되어 상기 승강블록에 대해 상기 지지블록을 회동시켜 자세 조정하는 회동부;를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 냉각공기 분사부는, 상기 공기 냉각유닛에서 냉각되어 공급되는 냉각공기를 일정한 압력으로 공급하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터를 통해 배출되는 냉각공기를 상기 가공툴로 분사하는 냉각공기 분사노즐;을 포함하고, 상기 냉각공기 분사노즐은 상기 레귤레이터에 연결되는 분사라인에서 분기되며, 변형 가능한 관절들로 이루어진 가변형 관절라인의 단부에 설치되는 것이 좋다.

또한, 상기 공기 공급부는, 공기 공급펌프; 상기 공기 공급펌프와 상기 공기 냉각유닛을 연결하는 메인 공기 공급라인; 상기 메인 공기 공급라인에 설치되는 공기 정화유닛; 및 상기 메인 공기 공급라인에 설치되는 작동밸브;를 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 냉각공기 분사부의 외측에 생성되는 결빙을 제거하기 위한 결빙 제거유닛을 더 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 결빙 제거유닛은, 상기 공기 공급부로부터 압축공기를 공급받는 결빙제거용 공기 공급라인; 상기 결빙제거용 공기 공급라인으로부터 전달되는 압축공기를 상기 냉각공기 공급부의 외측으로 분사하는 압축공기 분사부; 상기 결빙제거용 공기 공급라인과 상기 작동밸브를 연결하는 연동라인;을 포함하여, 상기 결빙제거용 공기 공급라인으로의 압축공기 공급시 상기 작동밸브가 연동되어 개방되어 상기 메인 공기 공급라인을 통해 상기 공기 냉각유닛으로의 압축공기 공급이 이루어지는 것이 좋다.

본 발명의 가공툴 냉각장치에 따르면, 공기를 급속 냉각시켜서 조각기와 같은 CNC 가공장치 및 태핑 머신 등의 가공툴로 냉각공기를 분사하여 줌으로써 가공툴을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.

특히, 적어도 한 곳에서 가공툴로 냉각공기를 분사하여 줌으로써 가공툴을 전체적으로 균일하게 냉각시킬 수 있다.

그리고 인체에 무해한 압축공기만을 이용하여 냉각하는 방식이므로, 전기사용을 배제하여 비용을 줄일 수 있다.

또한, 본 발명은 종래와 같이 알코올을 냉매로 사용하는 기술에 비하여 작업자의 안전성을 확보할 수 있다.

또한, 공기 분사노즐의 외측에 응축수가 발생되는 것을 방지할 수 있어서, 응축수에 의해 가공대상물이 오염되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가공툴 냉각장치가 장착된 CNC 장치를 나타내 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 요부 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가공툴 냉각장치를 발췌하여 보인 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 가공툴 냉각장치의 냉각공기와 압축공기의 흐름을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 가공툴 냉각장치의 개략적인 부분 단면 구성도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가공툴 냉각장치를 자세하게 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가공툴 냉각장치(100)는, 반도체 디바이스 조각기를 포함하는 CNC 가공장치(10)의 가공툴(20)을 공랭식으로 냉각하기 위한 것이다.

이러한 가공툴 냉각장치(100)는, 공기 냉각유닛(110), 공기 냉각유닛(110)에서 냉각된 냉각공기를 상기 가공툴(20)로 분사하여 주는 냉각공기 분사부(120), 상기 공기 냉각유닛(110)을 지지하는 지지블록(130), 지지블록(130)을 가공툴 장착부(30)에 대해 Z축 방향 및 R방향(Y축 중심으로 한 회전방향)으로 위치 조절 가능하게 지지하는 위치 조절유닛(200) 및 결빙 제거유닛(300)을 구비한다.

상기 공기 냉각유닛(110)은 공기 공급부(140)로부터 공급되는 압축공기를 급속 냉각시켜주는 소위 '에어 쿨러'를 포함한다. 이 공기 냉각유닛(110)은 공기 공급부(140)의 제1공기 공급라인(143) 상에 설치된다. 공기 냉각유닛(110)은 지지블록(130)에 클램핑되어 지지된다.

상기 냉각공기 분사부(120)는 공기 냉각유닛(110)에서 냉각되어 공급되는 냉각공기를 일정한 압력으로 공급하는 레귤레이터(121)와, 레귤레이터(121)를 통해 배출되는 냉각공기를 가공툴(20)로 분사하는 냉각공기 분사노즐(123)을 구비한다. 냉각공기 분사노즐(123)은 분사라인(122)에서 하나가 연결되어 설치될 수도 있고, 복수가 분기되어 연결될 수도 있다. 그리고 분사노즐(123)은 자세 및 위치 조정이 가능하도록 변형 가능한 관절들로 이루어진 가변형 관절라인(125)의 단부에 설치되는 것이 바람직하다. 가변형 관절라인(125)을 미세 조정하여 냉각공기 분사노즐(123)의 분사각도와 분사위치를 미세 조정할 수 있다.

상기 지지블록(130)은 공기 냉각유닛(110)을 지지하도록 설치된다. 지지블록(130)은 상기 위치 조절유닛(200)에 의해 제1축방향(Z)으로 상하 이동 및 회동방향(R)으로 회동 이동되어 가공툴(20)을 기준으로 위치 조절될 수 있다.

상기 공기 공급부(140)는 공기 공급펌프(141)와, 공기 공급펌프(141)와 공기 냉각유닛(110)을 연결하는 메인 공기 공급라인(143)과, 메인 공기 공급라인(143)에 설치되는 공기 정화부(145) 및 작동밸브(147)를 구비한다.

공기 공급펌프(141)에서 압축된 압축공기는 메인 공기 공급라인(143)을 통해 공기 정화부(145)로 이송되어 정화된다. 공기 정화부(145)에서 정화된 압축공기는 작동밸브(147)의 개폐동작 여부에 따라서 선택적으로 공기 냉각유닛(110)으로 공급될 수 있다. 상기 작동밸브(147)는 상기 결빙 제거유닛(300)의 동작에 연동하여 압축공기를 공기 냉각유닛(110)으로 공급하도록 동작된다.

또한, 상기 공기 공급부(140)는 CNC 가공장치(10)로 압축공기를 공급하도록 연결되는 서브 공기 공급라인(35)을 더 구비할 수 있다. 서브 공기 공급라인(35)에도 작동밸브가 설치될 수 있다. 이러한 서브 공기 공급라인(35)은 본 발명의 가공툴 냉각장치(100)가 적용되지 않은 일반적인 CNC 가공장치(10)에 미리 설치되어 구비될 수 있다.

상기 위치 조절유닛(200)은, 가공툴 장착부(30)에 결합되는 고정블록(210), 고정블록(210)에 설치되는 가이드블록(220), 가이드블록(220)에 상하 슬라이딩 가능하게 설치되는 승강블록(230), 승강블록(230)의 이동을 허용하거나 고정하는 승강블록 고정부재(240), 승강블록(230)과 지지블록(130) 사이에 설치되어 승강블록(230)에 대해 지지블록(130)을 회동 조절하는 회동부(250)를 구비한다.

고정블록(210)은 나사 등에 의해 가공툴 장착부(30)에 고정 설치된다. 이 고정블록(210)에 가이드블록(220)이 결합된다. 가이드블록(220)과 고정블록(210) 사이에 승강블록(230)이 상하 슬라이딩 되게 설치된다. 고정부재(240)는 가이드블록(220)의 외측에서 나사 결합되어 승강블록(230)에 접촉될 수 있는 조임 볼트와 손잡이를 포함한 구성을 가질 수 있다.

회동부(250)는 승강블록(230)에 결합되는 회동축부(251)와, 고정축부(251)에 회전 가능하게 결합되며 지지블록(130)에 결합되는 축받이부(253) 및 축받이부(253)와 회동축부(251) 사이에 설치되어 회동각도를 조절하는 회동각도 조절부(255)를 구비한다.

고정축부(251)는 승강블록(230)에 결합되는 고정부(251a)와, 고정부(251a)의 일단에 원형으로 형성된 회전가이드부(251b)를 가진다. 회전가이드부(251b)는 원반 형상을 가지며, 외주에는 회전방향을 따라서 산과 골이 반복되어 형성된다.

축받이부(253)는 고정축부(251)와 상대적으로 회전 가능하게 결합된다. 축받이부(253)에는 고정축부(251)가 결합되는 축홈(253a)이 형성된다.

상기 회동각도 조절부(255)는 고정축부(251)의 회전가이드부(251b)의 외주에 접촉되는 볼(255a)과, 볼(255a)을 회전가이드부(251b) 쪽으로 탄성 가압하는 스프링(255b)을 구비한다. 축받이부(253)에는 볼(255a)과 스프링(255b)을 수용하는 스프링 하우징(255c)이 설치될 수 있다. 스프링(255b)에 의해 볼(255a)이 회전가이드부(251b) 쪽으로 탄성 가압됨으로써 축받이부(253)를 회전시킬 때, 볼(255a)이 회전가이드부(251b)의 골과 산 사이를 넘어가면서 저항을 받게 된다. 따라서 축받이부(253)는 일정 각도씩 단계적으로 각도 조절되면서 회전될 수 있다. 축받이부(253)의 회동각도는 대략 15도 각도가 되도록 설정되는 것이 좋고, 다양한 각도조절이 가능하다.

상기 축받이부(253)는 지지블록(130)과 결합되거나, 지지블록(130)과 일체로 형성될 수도 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 위치 조절유닛(200)을 이용하여 공기 냉각유닛(110)과 냉각공기 분사부(120)의 위치를 독립적으로 조절할 수 있다. 따라서 다양한 사이즈의 가공툴(20)에 대응하여 냉각 공기 분사위치를 조절할 수 있다.

상기 결빙 제거유닛(300)은, 결빙제거용 공기 공급라인(310)과, 결빙제거용 공기 공급라인(310)에서 분기되어 냉각 공기 분사부(120)의 외측으로 압축공기를 공급하는 압축공기 분사부(320) 및 결빙제거용 공기 공급라인(310)과 공기 공급부(140)의 작동밸브(147)를 연결하는 연동라인(330)을 구비한다.

결빙제거용 공기 공급라인(310)은 공기 공급펌프(141)에 직접 연결될 수도 있고, CNC 가공장치(10)에 구비된 서브 공급라인(35)에 연결될 수도 있다. 결빙제거용 공기 공급라인(310)을 통해 압축공기가 압축공기 분사부(320)로 공급된다. 결빙제거용 공기 공급라인(310)은 플랙시블한 호스로 구성될 수 있다.

압축공기 분사부(320)는 냉각공기 분사부(120)의 각 가변형 관절라인(125)의 외측으로 압축공기를 분사하는 제1분사노즐부(321)와, 제1분사노즐부(321)와 분기되어 가변형 관절라인(125)의 상류측 라인(122)으로 압축공기를 분사하는 제2분사노즐부(323)를 구비한다. 이와 같이, 제1 및 제2분사노즐부(321,323) 각각에서 냉각공기 분사부(120)의 외측으로 압축공기를 분사하여 주게 되면, 냉각공기 통과시 냉각공기 분사부(120)의 외부에 형성되는 응축수의 결빙을 방지하고, 소량 형성될 수 있는 응축수를 바로 건조시킬 수 있게 된다. 즉, 압축공기는 실온의 상태로 분사되므로, 냉각공기 분사부(120)의 외측면이 냉각되는 것을 방지하여 응축수 생성을 근본적으로 방지할 수 있게 된다.

상기 연동라인(330)은 작동밸브(147)에 연결된다. 따라서 CNC 가공장치(10)가 구동될 때, 제2공기 공급라인(310)으로 압축공기가 자동 공급되고, 이때 작동밸브(147)에 기준압력 이상이 작용하면, 개방 동작 된다. 그러면, 메인 공기 공급라인(143)으로 공급되는 압축공기가 공기 냉각유닛(110)으로 공급된다. 그리고 가공툴(20)의 구동동작이 중지되면, 제2공기 공급라인(310)으로의 압축공기 공급이 중단되어 작동밸브(147)도 자동으로 폐쇄되고, 공기 냉각유닛(110)으로의 압축공기 공급이 중지된다.

따라서 CNC 가공장치(10)의 구동시 즉, 가공툴(20)을 이용한 가공공정시에만 압축공기를 공기 냉각유닛(110)으로 공급하여 가공툴(20)을 냉각하게 된다. 때문에, 불필요한 냉각공정을 배제할 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10..CNC 가공장치 20..가공툴
30..가공툴 장착부 100..가공툴 냉각장치
110..공기 냉각유닛 120..냉각공기 분사부
130.지지블록 140..공기 공급펌프
200..위치 조절유닛 210..고정블록
220..가이드블록 230..승강블록
240..고정부재 250..회동부

Claims (6)

1. 공기 공급부로부터 공급된 압축공기를 급속 냉각하여 공급하는 공기 냉각유닛;
   상기 공기 냉각유닛에서 냉각된 냉각공기를 CNC 가공장치의 가공툴 장착부에 장착된 가공툴로 분사하는 냉각공기 분사부;
   상기 공기 냉각유닛을 지지하는 지지블록; 및
   상기 지지블록을 상기 가공툴 장착부에 대해 승강 이동 및 회동시켜 위치 조절 가능하게 지지하는 위치 조절유닛;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가공툴 냉각장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 위치 조절유닛은,
   상기 가공툴 장착부에 결합되는 고정블록;
   상기 고정블록에 설치되는 가이드블록;
   상기 가이드블록에 승강 이동 가능하게 설치되는 승강블록;
   상기 승강블록과 상기 지지블록 사이에 설치되어 상기 승강블록에 대해 상기 지지블록을 회동시켜 자세 조정하는 회동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공툴 냉각장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉각공기 분사부는,
   상기 공기 냉각유닛에서 냉각되어 공급되는 냉각공기를 일정한 압력으로 공급하는 레귤레이터;
   상기 레귤레이터를 통해 배출되는 냉각공기를 상기 가공툴로 분사하는 냉각공기 분사노즐;을 포함하고,
   상기 냉각공기 분사노즐은 상기 레귤레이터에 연결되는 분사라인에서 분기되며, 변형 가능한 관절들로 이루어진 가변형 관절라인의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 가공툴 냉각장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 공기 공급부는,
   공기 공급펌프;
   상기 공기 공급펌프와 상기 공기 냉각유닛을 연결하는 메인 공기 공급라인;
   상기 메인 공기 공급라인에 설치되는 공기 정화유닛; 및
   상기 메인 공기 공급라인에 설치되는 작동밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가공툴 냉각장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉각공기 분사부의 외측에 생성되는 결빙을 제거하기 위한 결빙 제거유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가공툴 냉각장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 결빙 제거유닛은,
   상기 공기 공급부로부터 압축공기를 공급받는 결빙제거용 공기 공급라인;
   상기 결빙제거용 공기 공급라인으로부터 전달되는 압축공기를 상기 냉각공기 공급부의 외측으로 분사하는 압축공기 분사부;
   상기 결빙제거용 공기 공급라인과 상기 작동밸브를 연결하는 연동라인;을 포함하여,
   상기 결빙제거용 공기 공급라인으로의 압축공기 공급시 상기 작동밸브가 연동되어 개방되어 상기 메인 공기 공급라인을 통해 상기 공기 냉각유닛으로의 압축공기 공급이 이루어지는 것을 특징으로 하는 가공툴 냉각장치.
   

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