KR20190082486A

KR20190082486A - 에어베어링 스핀들

Info

Publication number: KR20190082486A
Application number: KR1020180000143A
Authority: KR
Inventors: 이동헌; 육인수
Original assignee: 주식회사 알피에스
Priority date: 2018-01-02
Filing date: 2018-01-02
Publication date: 2019-07-10
Also published as: KR102003799B1

Abstract

본 발명은 에어베어링 스핀들에 관한 것으로, 특히 고정자와, 상기 고정자 내부에 위치되는 회전자를 포함하는 AC모터; 상기 회전자가 외주면에 설치되며 관통공에 공구가 설치되는 샤프트; 커넥터가 연결되며 상기 샤프트 주위에 에어를 공급하는 공급로가 형성된 본체;를 포함하되, 상기 본체의 내주면에 자석이 설치되고, 상기 샤프트의 외주면에 상기 관통공의 중심축에 대해 방사상으로 홈과 돌기가 번갈아 가면서 복수 개씩 형성되며, 상기 샤프트는 회전되다가 상기 자석이 상기 돌기와 마주볼 때 정지되는 것을 특징으로 하며, 상기 구성에 의해 에어 압력에 의해 부상된 채 회전되는 샤프트가 정지될 때 공회전이 감소되는 에어베어링 스핀들에 관한 것이다.

Description

에어베어링 스핀들{AIR BEARING SPINDLE}

본 발명은 에어베어링 스핀들에 관한 것으로, 특히 에어 압력에 의해 부상된 채 회전되는 샤프트가 정지될 때 공회전이 감소되는 에어베어링 스핀들에 관한 것이다.

선반 등의 가공장치에 사용되는 에어 베어링 스핀들은 통상 샤프트를 에어 압력에 의해 부상시켜 가공대상을 설정된 속도로 회전시켜 가공시키는 장치다.

선반의 경우 공작물을 에어 스핀들에 고정시켜 회전시키고, 공구대에 설치된 가공 툴에 절삭 깊이와 이송을 주어 공작물을 절삭하게 된다.

에어 베어링 스핀들은 출원인이 기출원한 한국등록특허 제10-1181705호(이하, '특허문헌 1'이라 한다.)와 같은 것이 있다.

'특허문헌 1'의 에어베어링 스핀들은, 내부에 모터가 설치되는 공간이 형성된 원통형상의 하우징(7)과, 하우징(7)의 후단에 설치되는 ATC(자동공구교환) PART와, 상기 하우징(7)의 내부에 내장되며 내부에 공간이 형성된 원통형상인 에어베어링 스핀들과, 상기 에어베어링 스핀들의 내부에 내장되며 내부에 공간이 형성된 원통형상의 회전축(5)과, 상기 ATC PART의 상부에 설치된 공기유입구(100)와, 상기 공기유입구(100)와 일정간격 이격되어 설치된 공기배출구(110)와, 상기 공기유입구(100)와 연결되도록 하우징(7)의 후면이 관통되어 형성된 에어유입분기로(A)와, 상기 에어유입분기로(A)의 하부중간일측에 연결되고, 하우징(7)의 내측 상부에 형성되며 전면 일측에 다수개의 통공이 이격되어 설치된 에어제1유입로(B)와, 상기 에어유입분기로(A)의 끝단부에 연결되고 하우징(7)의 내부에 형성되며 에어베어링 스핀들 후면에 설치된 드로우바(16)의 외부와 하우징(7)의 내부 전면 사이에 형성된 에어제2유입로(C)와, 상기 에어제2유입로(C)의 전면에 설치되며 후면중앙부에 내부공간관통부가 구비된 원통형상의 에어베어링스핀들과, 상기 에어베어링스핀들의 후면 상부에 설치된 후면에어유입로(D-5)와, 상기 에어제1유입로(B)의 끝단부에 형성된 통공과 연결되고 에어베어링 스핀들에 관통하여 설치되며 에어제1유입로(B)와 일정간격 이격된 채 연결되는 4개의 에어제3-1유입구 내지 제3-4유입구(D-1,D-2,D-3,D-4)로 구성된다.

에어유입분기로(A)에서 유입된 에어는 분기된 에어제1유입로(B)와 원통형 공간의 에어제2유입로(C)로 유입되며, 에어제1유입로(B)에 유입된 에어는 에어제3-1 내지 3-4유입구(D-1,D-2, D-3, D-4)를 통과하여 에어제3유입로(D)로 공급되며, 에어제2유입로(C)로 공급된 에어는 에어제2유입로(C)의 전면에 설치된 에어베어링스핀들의 후면에어유입로(D-5)를 통해 트러스트베어링(3) 측으로 공급되며, 에어제3유입로(D)는 각종 베어링과 회전축(5) 사이에 미세한 틈새(약 15~25㎛)가 유지되는 공간으로서, 에어베어링효과가 발생되어 회전축(5)이 부상하는 곳이다.

후면에어유입로(D-5)와 에어제3유입로제1,제2입구(D-1,D-2)에 유입된 에어는 에어제3유입로(D)의 후면을 통하여 에어제4유입로(회전축내)(E)를 통하여 에어제2배출구(F)로 배출되고, 에어제3유입로제3,제4입구(D-3,D-4)에 유입된 에어는 에어제3유입로(D)의 전면에 설치된 에어제1배출구(G)를 통하여 에어제2배출구(F)의 마지막 부분과 연결되어 배출되는 구조이다.

최근 스핀들을 이용한 가공대상의 크기가 초소형화됨에 따라 스핀들의 회전 정밀도가 중요한 문제로 부각되고 있다. 회전 정밀도의 향상을 위해 에어 베어링 등을 사용하고 있으나, AC 모터를 사용하는 에어 베어링은 샤프트가 부상된 후 스토퍼 장치가 별도로 없어 공회전이 발생되는 문제점이 있다. 종래에는 상기 문제점을 해결하기 위해 모터에 기계식 제동을 가하는 것, 고정자 코일의 유발전압을 단락하도록 모터에 통전하고 제동 토크를 부여하는 것, 모터의 회전 자계 방향을 역전하고 제동 토크를 부여하는 것 등의 방법이 적용되고 있다. 그러나, 상기와 같이 모터를 제어할 경우 엔코더 등을 사용하여 피드백을 받아야 하나, 부품의 가격이 저렴하지 않고 신뢰성이 떨어지거나, 코일 저항이 크고 회전수가 작고 또한 관성 모멘트가 큰 모터에서는 각 전기자 코일로 흐르는 전류가 작고 큰 제동 토크를 얻을 수 없거나, 회로가 복잡하게 되는 등의 문제가 있다.

반면, 에어 베어링에 DC 모터를 사용하면 고출력을 낼 수 없어 고속회전이 어렵고, 열이 발생되고, 브러쉬의 마모가 심해 소음이 심하며, 수명이 짧으므로 고주파를 사용해야 해 에어 베어링 스핀들에 적합하지 않은 문제가 있다. 또한 DC 모터를 사용하면 에어 베어링의 구조가 복잡해지므로 비경제적인 단점이 있다.

한국등록특허 제10-1181705호

본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위한 것으로, 샤프트의 공회전이 감소되는 에어베어링 스핀들을 제공하는 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 회전하는 샤프트의 진동이 감소되는 에어베어링 스핀들을 제공하는 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 샤프트가 경량화되는 에어베어링 스핀들을 제공하는 것이 목적이다.

또한, 본 발명은 부품 확인 및 수리가 편리한 에어베어링 스핀들을 제공하는 것이 목적이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에어베어링 스핀들은, 고정자와, 상기 고정자 내부에 위치되는 회전자를 포함하는 AC모터; 상기 회전자가 외주면에 설치되며 관통공에 드로우바가 설치되어 공구를 클램핑 또는 언클램핑시키는 샤프트; 에어유입구가 연결되며 상기 샤프트 주위에 에어를 공급하는 공급로가 형성된 본체;를 포함하되, 상기 본체의 내주면에 자석이 설치되고, 상기 샤프트의 외주면에 상기 관통공의 중심축에 대해 방사상으로 홈과 돌기가 번갈아 가면서 복수 개씩 형성되며, 상기 샤프트는 회전되다가 상기 자석이 상기 돌기와 마주볼 때 정지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 에어베어링 스핀들은 상기 자석과 상기 샤프트의 인력은 상기 자석이 상기 홈과 마주볼 때 보다 상기 돌기와 마주볼 때 더 강하고, 상기 샤프트가 일정 수치 이하의 회전력으로 회전되면, 상기 자석과 상기 돌기가 마주보는 위치에서 상기 샤프트의 회전이 정지되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 에어베어링 스핀들은 상기 돌기의 외주면의 반경 방향 길이는 상기 홈을 형성하는 양측면의 반경 방향 이격거리와 같거나 상기 이격거리보다 길게 형성되며, 상기 돌기의 외주면의 반경 방향 길이와 상기 홈을 형성하는 양측면의 반경 방향 이격거리의 비율에 따라 상기 샤프트의 회전이 정지될 때 까지의 시간이 설정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 에어베어링 스핀들은 상기 홈과 상기 돌기는 서로 연결되고, 상기 홈을 형성하는 양측면의 외측 단부와 상기 돌기의 외주면은 상기 샤프트의 외주면 상에 위치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 에어베어링 스핀들은 상기 본체의 타단에는 상기 에어유입구가 형성된 자동공구교환부재가 분리 가능하게 설치되고, 상기 자석은 상기 본체의 타단에 설치되며, 상기 홈과 상기 돌기는 상기 샤프트의 타단에 형성되어 상기 자석과 상기 홈과 상기 돌기는 상기 자동공구교환부재 분리시 외부에 노출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 에어베어링 스핀들은 다음과 같은 효과가 있다.

본 발명의 에어베어링 스핀들은 자석과 마주보는 홈과 돌기가 형성된 자성체의 샤프트가 정지되는 데까지 걸리는 시간 및 총 회전수가 감소되므로 샤프트의 공회전이 감소되는 것이다.

또한, 본 발명의 에어베어링 스핀들은 회전 또는 정지되려는 샤프트의 진동이 종래보다 감소된다.

또한, 본 발명은 홈이 형성된 샤프트가 종래에 비해 경량화된다.

도 1은 본 발명의 에어베어링 스핀들을 축방향으로 자른 단면도
도 2는 도 1 중 일부 구성만 간략하게 도시한 단면도
도 3은 본 발명에서 자동공구교환부재를 생략하고 타면을 똑바로 본 측면도
도 4는 본 발명에서 자동공구교환부재를 생략하고 바라 본 사시도
도 5는 자동공구교환부재가 분리된 상태의 사시도
도 6은 에어베어링 스핀들의 부품들이 결합된 상태의 사시도

이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시 예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접촉되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접촉되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

이하에서는 도 1 내지 도 6을 토대로 본 발명의 바람직한 제1실시 예에 대하여 설명하도록 한다. 도 1은 본 발명의 에어베어링 스핀들의 중앙을 기준으로 축방향으로 자른 단면도이고, 도 2는 도 1 중 자동공구교환부재(140)를 세부 구조를 생략한 측면도이고, 도 3은 본 발명에서 자동공구교환부재(140)를 생략하고 타면을 똑바로 본 측면도이고, 도 4는 본 발명에서 자동공구교환부재(140)를 생략하고 바라 본 사시도이고, 도 5는 본 발명에서 자동공구교환부재(140)가 분리된 사시도이고, 도 6은 에어베어링 스핀들의 부품들이 모두 결합된 상태의 사시도다.

본 실시 예에 따른 에어베어링 스핀들은, 고정자(10)와, 상기 고정자(10) 내부에 위치되는 회전자(20)를 포함하는 AC모터(10,20)와, 상기 회전자(20)가 외주면에 설치되며 관통공에 드로우바(151)가 설치되어 공구(미도시)를 클램핑 또는 언클램핑시키는 샤프트(100)와, 에어유입구(미도시)가 연결되며 상기 샤프트(100) 주위에 에어를 공급하는 공급로가 형성된 본체(121,123,127,131)를 포함한다.

본 발명은 상기 본체(121,123,127,131)의 내주면에 자석(107)이 설치되고, 상기 샤프트(100)의 외주면에 상기 관통공의 중심축에 대해 방사상으로 홈(103)과 돌기(105)가 번갈아 가면서 복수 개씩 형성된다. 이로 인해 상기 샤프트(100)는 회전되다가 상기 자석(107)이 상기 돌기(105)와 마주볼 때 정지되는 것을 특징으로 한다.

자석(107)이 돌기(105)와 마주볼 때보다 홈(103)과 마주볼 때 샤프트(100)와의 이격거리가 더 멀다. 보다 자세하게, 상기 자석(107)과 상기 샤프트(100)의 인력은 상기 자석(107)이 상기 홈(103)과 마주볼 때 보다 상기 돌기(105)와 마주볼 때 더 강하고, 상기 샤프트(100)가 일정 수치 이하의 회전력으로 회전되면, 상기 자석(107)과 상기 돌기(105)가 마주보는 위치에서 상기 샤프트(100)의 회전이 정지되는 것이다.

자석(107)은 모터(10,20)와 가장 먼 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 상기 자석(107)은 상기 본체(121,123,127,131)의 타단에 설치되며, 상기 홈(103)과 상기 돌기(105)는 상기 샤프트(100)의 타단에 형성되어 상기 자석(107)과 상기 홈(103)과 상기 돌기(105)는 자동공구교환부재(140) 분리시 외부에 노출되는 것을 특징으로 한다.

홈(103)은 3 개의 평면(111a,111b,113)과 1 개의 곡면(115)에 둘러싸여 형성되어 타단과 외주가 개방된 공간이다. 즉 홈(103)은 좌측 돌기(105)의 우측면(111a)과, 좌측 돌기(105)의 우측면(111a)과 마주보는 우측 돌기(105)의 좌측면(111b)과, 좌우 양측면(111a,111b)들을 연결시키는 바닥면(113)과, 양측면(111a,111b)들 및 바닥면(113)의 일단에 연결된 반원 형상의 곡면(115)에 둘러싸여 형성된다.

편의상 이하에서는 좌우 양측면(111a,111b)을 양측면(111a,111b)이라고 한다.

홈의 양측면(111a,111b) 및 바닥면(113)은 평면이며, 좌측면(111a)과 바닥면(113)은 직각으로 연결되고, 우측면(111b)과 바닥면(113)도 직각으로 연결된다.

홈(103)의 외주가 개방되어 있으므로 홈(103)의 바닥면(113)은 자석(107)과 마주볼 수 있다.

돌기(105)는 2 개의 평면(111a,111b)과 1 개의 곡면에 둘러싸여 형성된다. 즉 돌기(105)는 홈(103)을 형성하는 평면인 좌우 양측면(111a,111b)과, 서브 샤프트(100b)의 외주면인 곡면에 둘러싸여 형성된다.

샤프트(100)의 타면을 똑바로 볼 때, 돌기(105)의 양측면(111a,111b)간에 이격거리는 샤프트(100)의 중심축에서 외주면 측으로 갈수록 증가된다. 즉 돌기(105)는 대략 부채꼴 형상이다.

샤프트(100)를 측방에서 똑바로 볼 때, 돌기(105)의 외주면 중 일부분은 홈(103)의 곡면(115)과 연결된 부분부터 홈(103)의 곡면(115)의 일단까지 갈수록 외주 방향 폭이 증가되는 곡면으로 형성된다. 즉 돌기(105)는 양측면(111a,111b)에 의해 일정한 폭을 갖는 부분과, 폭이 증가되는 부분으로 이루어진다. 이때 돌기(105)는 일정한 폭을 갖는 부분의 외주면이 자석(107)과 마주보게 된다.

전술된 바와 같이 구성된 본 실시 예의 에어베어링 스핀들은, 샤프트(100)에 회전력을 가하던 AC모터(10,20)가 정지되면 샤프트(100)의 회전수 및 회전력이 점차 감소되는데, 이때 감소되는 샤프트(100)의 회전력이 자석(107)과 돌기(105)의 인력보다 크면 샤프트(100)는 정지되지 않고 더 회전된다. 더 회전되는 샤프트(100)의 홈(103)은 자석(107)과 마주본 뒤 더 회전되다가 그 다음 돌기(105)가 자석(107)과 마주보게 되는데, 이때 감소된 샤프트(100)의 회전력이 자석(107)과 돌기(105)의 인력보다 작다면 자석(107)과 돌기(105)가 서로 마주본 상태에서 샤프트(100)가 정지된다. 따라서 본 발명은 자석(107)과 마주보는 홈(103)과 돌기(105)가 형성된 자성체의 샤프트(100)가 정지되는 데까지 걸리는 시간 및 총 회전수가 감소되므로 샤프트(100)의 공회전이 감소되는 것이다.

한편, 본 실시 예의 에어베어링 스핀들은 공회전이 감소되므로 종래에 비해 공회전 시 발생될 수 있는 위험요소가 제거되고, 영(0)점 셋팅 시 센서 및 공작물에 흠집이 발생되는 것이 방지된다.

또한, 상기 홈(103)과 상기 돌기(105)는 서로 연결되고, 상기 홈(103)을 형성하는 양측면(111a,111b)의 외측 단부와 상기 돌기(105)의 외주면은 상기 샤프트(100)의 외주면 상에 위치된다. 즉 샤프트(100)의 중심축에서 홈(103)의 외측 단부까지의 길이와 샤프트(100)의 중심축에서 돌기(105)의 외주면까지의 길이가 같다.

홈(103)과 돌기(105)의 연결부, 즉 홈(103)을 형성하는 양측면(111a,111b)과 돌기(105) 외주면의 연결부는 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다. 따라서 회전되는 샤프트(100)와 자석(107)은 이격거리가 급격히 변하지 않아 인력 또한 급격히 변하지 않으므로, 샤프트(100)가 부드럽게 감속되고 샤프트(100)의 부상 위치가 급격히 변하지 않는다. 즉 본 발명은 회전 또는 정지되려는 샤프트(100)의 진동이 종래보다 감소된다.

또한, 상기 돌기(105)의 외주면의 반경 방향 길이(B)는 상기 홈(103)을 형성하는 양측면(111a,111b)의 반경 방향 이격거리(A)와 같거나 상기 이격거리(A)보다 길게 형성되며, 상기 돌기(105)의 외주면의 반경 방향 길이(B)와 상기 홈(103)을 형성하는 양측면(111a,111b)의 반경 방향 이격거리(A)의 비율에 따라 상기 샤프트(100)의 회전이 정지될 때까지의 시간이 설정되는 것을 특징으로 한다.

홈(103)을 형성하는 양측면(111a,111b)의 반경 방향 이격거리(A)는 좌측면(111a)의 외측 단부와 우측면(111b)의 외측 단부간에 반경 방향 이격거리를 말한다.

보다 자세하게, 돌기(105)의 외주면의 반경 방향 길이(B)는 상기 홈(103)을 형성하는 양측면(111a,111b)의 반경 방향 이격거리(A)의 1배, 즉 상기 이격거리(A)와 같거나 상기 이격거리(A)의 1.5배인 것 중 하나가 될 수 있고, 에어베어링 스핀들 사용자는 이를 통해 샤프트(100)의 회전 감속시간을 원하는 대로 선택할 수 있다.

반면, 샤프트(100)의 타면을 똑바로 볼 때, 샤프트(100)의 중심축에서 외주 방향으로의 직선길이는 홈(103)과 돌기(105)가 자석(107)보다 짧다.

또한, 홈(103)과 돌기(105)의 일타측 길이는 자석(107)의 일타측 길이보다 길다. 보다 자세하게 홈(103) 및 돌기(105) 양측면(111a,111b)의 일타측 길이는 자석(107)의 일타측 길이와 같거나 자석(107)의 일타측 길이보다 길다.

본 발명의 홈(103)이 형성된 샤프트(100)는 종래에 비해 경량화되므로 샤프트(100)를 회전시키는 데 필요한 에너지가 절감된다.

샤프트(100)는 내부에 드로우바(151)가 설치되는 메인 샤프트(100a)와, 메인 샤프트(100a)의 타측 외주면에 접촉되며 홈(103)과 돌기(105)가 형성되며 홈(103)과 돌기(105)가 형성되는 서브 샤프트(100b)를 포함한다.

대략 관 형상인 메인 샤프트(100a)는 서브 샤프트(100b) 및 고정자(10)가 접촉되는 부분의 외경이 후술될 프론트 베어링(127)이 접촉되는 부분의 외경보다 작다.

관 형상의 서브 샤프트(100b)는 일측이 회전자(20)의 타측과 접촉된다.

에어베어링 스핀들을 측방에서 똑바로 볼 때, 서브 샤프트(100b)의 타단은 메인 샤프트(100a)의 타단과 후술될 리어베어링(123,131)의 타단 사이에 위치된다.

상기 샤프트(100)는 SUS 420 J2 또는 SUS 640 중 어느 하나의 자성체의 재질로 형성되며, 상기 재질은 당업자에 의해 변경실시 가능함을 알려둔다. 이때 샤프트(100)는 홈(103)과 돌기(105)가 형성되는 서브 샤프트(100b)만 자성체 재질로 형성되어도 된다.

메인 샤프트(100a)와 서브 샤프트(100b) 및 회전자(20)를 일체로 보면 그 외경은 거의 일정하다.

샤프트(100)에는 외주면 중 축방향의 중앙에 고정자(10)가 설치되는 홈이 형성된다.

샤프트(100)의 일측에는 샤프트(100)의 부상 시 일타면에 에어가 공급되는 플랜지(101)가 형성된다.

상기 본체(121,123,127,131)의 타단에는 상기 에어유입구(미도시)가 일측에 형성된 자동공구교환부재(140)가 분리 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 본 실시 예의 에어베어링 스핀들은 샤프트(100) 플랜지(101)의 일면에 접촉되도록 메인 샤프트(100a)의 외주면 일측에 설치되는 스러스트(Thrust) 베어링(133)과, 스러스트 베어링(133)의 일면에 접촉되도록 메인 샤프트(100a)의 일단에 설치되는 프론트 커버(109)와, 샤프트(100)의 플랜지(101)를 둘러싸도록 스러스트 베어링(133)과 프론트 커버(109) 사이에 설치되는 스러스트 베어링(133) 칼라(108)와, 메인 샤프트(100a)의 관통공에 설치되는 드로우바(151)를 포함하는 드로우바 어셈블리를 더 포함할 수 있다.

드로우바(151) 및 메인 샤프트(100a)의 일측에는 콜릿(Collet)이 설치될 수 있다. 콜릿(미도시)은 샤프트(100) 회전 시 공작물(미도시)에 작업을 행하는 공구(미도시)가 분리 가능하게 장착된다.

드로우바 어셈블리에는 드로우바(151)의 외주면에 설치되는 콜릿볼트(153)가 포함된다.

한편, 본체(121,123,127,131)는 타측에 설치되는 리어베어링(123,131), 일측에 설치되는 프론트 베어링(127)과, 일측과 타측에 각각 프론트 베어링(127)과 외측 리어베어링(123)이 삽입되어 설치되는 관 형상의 하우징(121)을 포함한다.

프론트 베어링(127)은 고정자(10)의 일측에 위치되도록 메인 샤프트(100a) 일측의 외주면에 설치된다.

고정자(10)의 타측에 위치되는 리어베어링(123,131)은 서브 샤프트(100b) 외주면에 설치되는 내측 리어베어링(131)과, 내측 리어베어링(131)의 외주면에 설치되는 외측 리어베어링(123)을 포함한다.

외측 리어베어링(123)은 타단의 내주 및 외주에 플랜지가 형성된 관 형상이다. 외측 리어베어링(123)의 내주면과 내주 플랜지는 내측 리어베어링(131)과 접촉되어 내측 리어베어링(131)의 이탈을 방지시킨다.

외측 리어베어링(123)의 타측에는 상기 자석(107)이 설치되는 설치홈(107a)이 형성된다. 보다 자세하게 설치홈(107a)은 외측 리어베어링(123)의 타면과 내주 플랜지가 움푹 파져 형성된 공간이다.

설치홈(107a)은 샤프트(100)의 홈(103)처럼 3 개의 평면과 1 개의 곡면에 둘러싸여 형성된 공간이다. 즉 설치홈(107a)은 좌우 양측면과, 양측면의 일단에 연결된 타면과, 양측면 및 타면의 외측 단부에 연결된 반원 형상의 곡면에 둘러싸여 형성되는 공간이다.

설치홈(107a)의 일타측 길이는 자석(107)의 일타측 길이와 같은 것이 바람직하다.

자석(107)은 설치홈(107a)의 평면들과는 접촉되고 곡면과는 이격되도록 설치홈(107a)의 일지점까지만 삽입된다.

자석(107)이 설치홈(107a)에서 빠지지 않도록 양측면간에 이격거리는 자석(107)의 양측면간에 폭과 같은 것이 바람직하다.

샤프트(100)를 측방에서 똑바로 보면, 자석(107)은 후술될 자동공구교환부재(140)에 가려지지 않아 후술될 자동공구교환부재(140)의 내부 공간에 노출된다. 반면 설치홈(107a)의 곡면은 자동공구교환부재(140)에 일부분이 가려진다. -> 삭제

프론트 베어링(127)은 일단에 플랜지가 형성된 관 형상이다.

프론트 베어링(127)의 플랜지는 일면과 타면에 각각 스러스트 베어링(133) 칼라(108)와 하우징(121)이 접촉된다.

한편, 에어베어링 스핀들에는 샤프트(100)를 부상된 상태로 만드는 에어가 공급되는 공급로들이 형성된다.

공급로는 하우징(121), 자동공구교환부재(140), 리어베어링(123,131), 프론트 베어링(127), 스러스트 베어링(133), 프론트 커버(109) 등에 형성된다.

원통 형상의 자동공구교환부재(140)에는 외주에 관 형상의 커넥터(141)가 설치된다. 커넥터(141)를 통해 에어베어링 스핀들에 전원이 공급된다.

외측 리어베어링(123)에는 타측 에어유입로(125)가 축 방향으로 관통 형성된다. 타측 에어유입로(125)는 외측 리어베어링(123)의 중심축에 대해 방사상으로 3 개가 형성된다. 타측 에어유입로(125)의 일측은 각각 하우징(121)과 샤프트(100) 사이의 공간과 연결되고, 타측 에어유입로(125)의 타측은 자동공구교환부재(140)에 연결된다. 또한 외측 리어베어링(123)의 외주면에는 띠 형상의 홈이 복수 개 형성된다.

내측 리어베어링(131)에는 샤프트(100)의 내외측 방향으로 관통된 타측 부상에어 유입로(131a)가 형성된다. 타측 부상에어 유입로(131a)의 내측 단부는 샤프트(100)와 마주보고 타측 부상에어 유입로(131a)의 외측 단부는 외측 리어베어링(123)과 마주본다. 내측 리어베어링(131)의 외주면에는 타측 부상에어 유입로(131a)를 기준으로 일측 및 타측에 패킹이 삽입되는 홈이 형성된다.

프론트 베어링(127)은 축방향으로 형성되는 이격에어 유입로(129a)와, 이격에어 유입로(129a)와 수직으로 연통되도록 내외측 방향으로 관통 형성된 일측 부상에어 유입로(129b)를 포함한다.

프론트 베어링(127)의 외주면에는 띠 형상의 홈이 복수 개 형성된다.

일측 부상에어 유입로(129b)의 내측 단부는 샤프트(100)와 마주보고 외측 단부는 하우징(121)과 마주본다. 일측 부상에어 유입로(129b)는 중앙이 이격에어 유입로(129a)와 연통된다.

스러스트 베어링(133)에도 축방향으로 이격에어 유입로(133a)가 관통 형성된다. 스러스트 베어링(133)의 이격에어 유입로(133a)는 중심축이 프론트 베어링(127)의 이격에어 유입로(129a)의 중심축과 나란하다.

스러스트 베어링(133)의 이격에어 유입로(133a)의 타측 단부는 샤프트(100)의 플랜지(101)와 마주보고, 일측 단부는 프론트 커버(109)와 마주본다.

프론트 커버(109)의 타면에는 에어가 스러스트 베어링(133)의 이격에어 유입로(133a) 측으로 통과되게 하는 홈이 복수 개 형성된다. 상기 홈은 스러스트 베어링(133)의 이격에어 유입로(133a)와 연통된다.

이하에서는 에어베어링 스핀들의 작동에 대하여 설명하도록 한다.

우선, 에어 유입구(미도시)를 통해 유입된 에어는 자동공구교환부재(140)를 거친 뒤, 외측 리어베어링(123)의 타측 에어유입로(125) 또는 하우징(121)의 공급로(미도시)를 거쳐 내측 리어베어링(131)의 타측 부상에어 유입로(131a)와 프론트 베어링(127)의 일측 부상에어 유입로(129b) 및 이격에어 유입로(129a)와 스러스트 베어링(133)의 이격에어 유입로(133a)를 거쳐 샤프트(100)의 외측으로 공급되어 샤프트(100)를 다른 구성들로부터 이격 및 부상시킨다. 이로 인해 이격 및 부상된 샤프트(100)는 다른 구성과 접촉되지 않은 상태로 회전될 수 있다.

자동공구교환부재(140)는 드로우바(151)의 타단이 내부에 위치되고, 타단에 설치되는 드로우바 가이드부와, 드로우바 가이드부의 타단에 설치되는 실린더부를 포함한다.

자동공구교환부재(140)에는 샤프트(100)로 에어를 공급시키는 에어 유입구(미도시)가 형성된다.

드로우바 가이드부의 내부에는 드로우바(151) 측으로 전진 또는 후진되는 서브 드로우바가 설치된다.

실린더부는 드로우바 가이드부의 타단에 설치되는 프론트 실린더와, 프론트 실린더의 타단에 설치되는 리어 실린더와, 리어 실린더의 타단에 설치되며 서브 드로우바에 에어를 공급시키는 에어공급관(미도시)이 연결되는 리어 커버를 포함한다.

프론트 실린더와 리어 실린더에는 상기 에어공급관(미도시)에서 공급된 에어가 지나는 통로가 축방향으로 관통 형성된다.

서브 드로우바는 상기 에어공급관(미도시)에서 공급된 에어에 의해 일측으로 밀려나 드로우바(151)의 타면과 접촉된다.

한편, 자동공구교환부재(140)와 외측 리어베어링(123)을 조립시키는 볼트(미도시)가 자동공구교환부재(140)와 외측 리어베어링(123)에 순서대로 삽입되어 체결된다. 동일한 방법으로 외측 리어베어링(123)과 하우징(121)이 조립되고, 프론트 베어링(127)과 하우징(121)이 조립되며, 프론트 커버(109)와 트러스트 베어링이 조립된다.

본 발명은 타코 센서(Tacho sensor)(미도시)를 설치시켜 샤프트(100)의 회전 속도에 대한 정보를 피드백 받아 샤프트(100)의 감속시간을 줄일 수 있다.

전술된 제1실시 예의 에어베어링 스핀들과 달리, 제2실시 예의 에어베어링 스핀들은 상기 샤프트(100)의 외주면, 즉 서브 샤프트(100b)의 외주면에 자석이 설치되고, 상기 리어베어링(123,131)의 내주면, 보다 자세하게 외측 리어베어링(123)의 내주면에 홈과 돌기가 번갈아 가면서 복수 개씩 형성되어, 상기 샤프트(100)는 회전되다가 상기 자석이 상기 돌기와 마주볼 때 정지되도록 할 수도 있다.

전술될 것 외에 제2실시 예의 구성 및 효과는 제1실시 에에 따른 에어베어링 스핀들의 구성 및 효과와 동일하다.

한편, 본 발명은 전술된 실시 예들처럼 홈(103)과 돌기(105)가 복수 개 형성되는 것이 아니라, 샤프트(100)의 외주면에 홈(103)이 1 개만 형성되고 상기 홈에 본체(121,123,127,131)의 자석(107)과 마주보도록 자석이 설치될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있다.

** 주요 부호에 대한 설명 **
10 : 고정자 20 : 회전자
100a : 메인 샤프트 100b : 서브 샤프트
103 : 홈 105 : 돌기
107 : 자석 109 : 프론트 커버
111a : 홈,돌기의 좌측면 111b : 홈,돌기의 우측면
113 : 홈의 바닥면 115 : 홈의 곡면
121 : 하우징 123 : 외측 리어베어링
127 : 프론트 베어링 131 : 내측 리어베어링
133 : 스러스트 베어링 140 : 자동공구교환부재
141 : 커넥터 151 : 드로우바
A : 홈의 양측면의 이격거리 B : 돌기 외주면의 반경 방향 길이

Claims

고정자와, 상기 고정자 내부에 위치되는 회전자를 포함하는 AC모터;
상기 회전자가 외주면에 설치되며 관통공에 드로우바가 설치되어 공구를 클램핑 또는 언클램핑시키는 샤프트;
에어유입구가 연결되며 상기 샤프트 주위에 에어를 공급하는 공급로가 형성된 본체;를 포함하되,
상기 본체의 내주면에 자석이 설치되고,
상기 샤프트의 외주면에 상기 관통공의 중심축에 대해 방사상으로 홈과 돌기가 번갈아 가면서 복수 개씩 형성되며,
상기 샤프트는 회전되다가 상기 자석이 상기 돌기와 마주볼 때 정지되는 것을 특징으로 하는 에어베어링 스핀들
청구항 1에 있어서,
상기 자석과 상기 샤프트의 인력은 상기 자석이 상기 홈과 마주볼 때 보다 상기 돌기와 마주볼 때 더 강하고,
상기 샤프트가 일정 수치 이하의 회전력으로 회전되면, 상기 자석과 상기 돌기가 마주보는 위치에서 상기 샤프트의 회전이 정지되는 것을 특징으로 하는 에어베어링 스핀들
청구항 1에 있어서,
상기 돌기의 외주면의 반경 방향 길이는 상기 홈을 형성하는 양측면의 반경 방향 이격거리와 같거나 상기 이격거리보다 길게 형성되며,
상기 돌기의 외주면의 반경 방향 길이와 상기 홈을 형성하는 양측면의 반경 방향 이격거리의 비율에 따라 상기 샤프트의 회전이 정지될 때까지의 시간이 설정되는 것을 특징으로 하는 에어베어링 스핀들
청구항 1에 있어서,
상기 홈과 상기 돌기는 서로 연결되고,
상기 홈을 형성하는 양측면의 외측 단부와 상기 돌기의 외주면은 상기 샤프트의 외주면 상에 위치되는 것을 특징으로 하는 에어베어링 스핀들
청구항 1에 있어서,
상기 본체의 타단에는 상기 에어유입구가 형성된 자동공구교환부재가 분리 가능하게 설치되고,
상기 자석은 상기 본체의 타단에 설치되며, 상기 홈과 상기 돌기는 상기 샤프트의 타단에 형성되어 상기 자석과 상기 홈과 상기 돌기는 상기 자동공구교환부재 분리시 외부에 노출되는 것을 특징으로 하는 에어베어링 스핀들