KR20190107812A - 스핀들 축심 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 내부에 냉각 유로가 형성된 스핀들부; 상기 냉각 유로와 공급 배관과 회수 배관을 통해 연통되고, 상기 냉각 유로에 냉각 오일을 공급하는 오일 쿨러부; 및 상기 냉각 유로를 순환하여 상기 스핀들부를 냉각한 상기 냉각 오일이 유입되도록 상기 스핀들부와 상기 오일 쿨러부 사이에 설치되는 챔버부;를 포함하고, 상기 냉각 유로를 순환한 상기 냉각 오일이 상기 챔버부에서 감압되어 상기 오일 쿨러부로 회수되는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치에 관한 것이다.

Description

스핀들 축심 냉각 장치{Cooling apparatus for spindle shaft}

본 발명은 스핀들 축심 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 챔버부를 통해 냉각 오일을 감압시켜, 오일 씰의 손상 및 절삭유와 냉각 오일의 혼합을 방지할 수 있는 스핀들 축심 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반, 복합가공기 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

공작기계 중 복합가공기란 선삭가공과 드릴, 탭핑, 밀링가공 등 가공형태가 다양한 가공을 수행하는 다기능의 자동공구교환장치(ATC)와 공구 매거진이 장착된 터닝센터를 의미한다. 복합가공기에서 작업자가 가공에 필요한 공구를 로딩하거나 교환시에 공구를 수동으로 공구 매거진에 장착한다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numericalcontrol) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔레트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.

이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, AutomaticTool Changer)를 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동 팔레트 교환장치(APC, AutomaticPallet Changer)를 구비한다. 자동 팔레트 교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 보링 머신의 사시도이며, 도 2는 도 1의 A-A 섹션의 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 보링 머신(B)의 스핀들(1)은 W축을 구성하고 있기 때문에 스핀들(1)의 길이가 가늘고 긴 형상을 지니게 된다. 이로 인해, 스핀들(1)의 회전 시 열변형이 많이 발생되므로, 이를 최소화하기 위해 냉각 오일(23)의 순환을 이용한 스핀들 축심 냉각 장치가 구비된다.

종래의 스핀들 축심 냉각 장치를 살핀다. 스핀들(1)은 보링 머신(B)을 기준으로 보링 머신(B)의 전방에 위치되며, 스핀들(1)의 전방에는 커넥터(2)가 설치된다.

스핀들(1)의 내부의 중심 영역에는 스핀들(1)의 절삭유와 혼입되지 않도록 하는 튜브(5)가 설치된다. 튜브(5)의 외측에는 드로우 바(3)가 설치된다.

드로우 바(3)와 스핀들(1) 사이에는 틈새가 마련되어, 냉각 오일(23)이 유동하는 냉각 유로가 형성된다.

스핀들(1)의 내부에는 탄성력을 제공하는 디스크 스프링(4)이 설치되며, W축 슬라이더(7)와 디스크 스프링(4) 사이에는 복수 개의 베어링(6)이 설치된다. 또한, 스핀들(1)의 후방에는 언클램프 실린더(15)가 설치된다.

언클램프 실린더(15)가 설치된 영역에는 스프링 서포트(8), 로터리 샤프트(9), 오일 씰(12)이 결합되는 오일 씰 하우징(11), 피스톤(13) 및 어댑터(14)가 순차적으로 결합된다. 또한, 어댑터(14) 부근에는 로터리 조인트(22)가 형성되어, 로터리 조인트(22)의 W축 방향 왕복 운동에 따라 절삭유가 장치 내부로 공급되게 된다.

어댑터(14)의 후방에는 유입구(16) 및 배출구(17)가 형성된다. 또한, 스핀들(1) 외부에는 오일 쿨러(19)가 설치되며, 오일 쿨러(19)의 공급 배관(20)은 유입구(16)와 연통되도록 설치되며, 오일 쿨러(19)의 회수 배관(21)은 배출구(17)와 연통되도록 설치된다.

도 2에서 화살표는 냉각 오일(23)의 흐름을 나타낸 것이다. 오일 쿨러(19)로부터 유출된 냉각 오일(23)은 장치를 구성하는 각 구성요소에 의해 형성된 냉각 유로를 따라 도 2를 기준으로 시계 반대 방향으로 순환하게 된다.

냉각 오일(23)은 스핀들(1)의 축심을 따라 스핀들(1) 전방 선단까지 냉각한 후, 다시 스핀들(1) 후방으로 흘러 오일 쿨러(19)로 회수된다.

냉각 오일(23)이 순환되는 과정에서, 오일 씰(12)은 냉각 오일(23)의 유출을 방지하게 된다. 그러나, 종래의 스핀들 축심 냉각 장치가 지속적으로 운용되는 경우, 오일 씰(12)이 손상되어 냉각 오일(23)이 누유되는 문제가 발생된다. 이는, 폐회로를 구성하는 냉각 오일(23)의 순환 과정에서, 냉각 오일(23)의 압력이 감소되는 구간이 별도로 형성되지 않아, 냉각 오일(23)이 지니는 압력으로 인해 오일 씰(12)을 지속적으로 가압하여 오일 씰(12)이 손상되기 때문이다.

그 결과, 오일 씰(12)의 손상 및 마모로 인한 냉각 오일(23)의 누유 문제가 발생되었고, 스핀들(1)의 냉각이 원활이 이루어지지 않는 문제점이 있었다. 과열로 인한 기계 손상을 방지하기 위해 작동을 멈추는 비가공 시간이 증대되었으며, 생산성이 낮아지게 되는 문제점이 있었다. 또한, 오일 씰(12)의 교체를 위해 소요되는 유지 보수 비용이 증대되는 문제점이 있었다.

또한, 오일 씰(12)은 로터리 조인트(22) 부근에 위치되므로, 로터리 조인트(22)의 온오프(on/off) 과정에서 발생되는 절삭유가 손상된 오일 씰(12)을 통해 냉각 오일(23)이 유동하는 냉각 유로로 혼입되는 경우가 발생된다.

절삭유는 수분 성질을 지니는 바, 냉각 오일(23)과 섞이게 되면 스핀들(1) 및 기타 부품에 손상을 가하며, 스핀들(1)의 구동에 악영향을 끼치게 된다.

로터리 조인트(22)의 온오프(on/off) 과정에서 절삭유의 유출은 필연적으로 발생된다. 또한, 발생된 절삭유는 도 1에 도시된 절삭유 배출구(18)를 통해 외부로 배출된다.

그러나, 로터리 조인트(22)의 이상이 발생되어 절삭유가 과도하게 발생되는 경우, 절삭유 배출구(18)를 통해 시간 당 배출될 수 있는 절삭유의 양은 한계가 있으므로, 배출되지 못한 절삭유는 손상된 오일 씰(12)을 통해 냉각 오일(23)이 유동하는 냉각 유로로 침투하게 된다. 종래의 보링 머신(B)의 경우에는, 로터리 조인트(22)의 이상이 발생되어 절삭유가 과도하게 발생되는 것을 즉각적으로 확인할 수 없기 때문에, 손상된 오일 씰(12)을 통해 침투되는 절삭유와 냉각 오일(23) 간의 혼합에 의해 발생되는 보링 머신(B)의 고장 이후에야 이를 발견할 수 있는 문제점이 있었다.

따라서, 냉각 오일(23)의 압력을 감압시켜 오일 씰(12)의 손상을 방지할 수 있는 장치가 필요한 실정이며, 오일 씰(12)이 손상되더라도 절삭유와 냉각 오일(23)이 혼합되지 않도록 절삭유의 과다 배출을 미리 감지할 수 있는 장치가 필요한 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1752504호 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0058320호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉각 유로를 순환하여 스핀들부를 냉각하는 냉각 오일이 챔버부를 통과하여 오일 쿨러부에 회수되는 구조를 형성하여, 냉각 유로를 순환하는 냉각 오일의 압력을 감소시키고 이를 통해 오일 씰의 손상 및 냉각 오일의 누유를 방지하는 스핀들 축심 냉각 장치를 제공하는 것이다.

또한, 로터리 조인트부로부터 누출되는 절삭유가, 유입되는 절삭유의 양에 따라 수직 방향으로 승하강하는 스위치부가 내부에 설치된 덕트부를 거친 후 외부로 배출되는 구조를 형성하여, 로터리 조인트부의 상태이상으로 절삭유가 과도하게 배출되는 경우 사용자가 이를 곧바로 판단하여 냉각 오일과 절삭유가 혼합되는 문제를 사전에 방지할 수 있는 스핀들 축심 냉각 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 내부에 냉각 유로가 형성된 스핀들부; 상기 냉각 유로와 공급 배관과 회수 배관을 통해 연통되고, 상기 냉각 유로에 냉각 오일을 공급하는 오일 쿨러부; 및 상기 냉각 유로를 순환하여 상기 스핀들부를 냉각한 상기 냉각 오일이 유입되도록 상기 스핀들부와 상기 오일 쿨러부 사이에 설치되는 챔버부;를 포함하고, 상기 냉각 유로를 순환한 상기 냉각 오일이 상기 챔버부에서 감압되어 상기 오일 쿨러부로 회수되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 상기 냉각 오일은 상기 챔버부 내부에서의 낙하를 통해 감압되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 상기 챔버부는 수직 방향의 길이가 폭 방향의 길이보다 긴 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 상기 스핀들부의 후방에 설치된 로터리 조인트부; 및 상기 로터리 조인트부와 연통되는 덕트부;를 더 포함하고, 상기 로터리 조인트부에서 유출되는 절삭유가 상기 덕트부를 통과하여 상기 스핀들 축심 냉각 장치의 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 상기 덕트부 내부에 설치되되 상기 절삭유에 부유하는 스위치부;를 더 포함하고, 상기 스위치부는 상기 덕트부의 내부로 유입되는 상기 절삭유의 양에 따라 수직 방향으로 승하강 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 상기 덕트부에는 상기 스위치부의 위치를 감지하는 제1 감지부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 상기 스위치부는 수직 방향으로 연장 형성되는 가이드 핀; 상기 가이드 핀에 수직 방향으로 일정한 간격을 두고 이격되도록 설치되는 한 쌍의 스토퍼부재; 및 상기 절삭유에 부유하는 부유부재;를 구비하고, 상기 부유부재는 상기 스토퍼부재 사이에서 상기 가이드 핀을 따라 슬라이딩 동작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 상기 스토퍼부재에는 상기 스토퍼부재의 충격을 감지하는 제2 감지부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 스핀들부를 냉각하고 배출되는 냉각 오일이 챔버부를 유입되어 낙하한 후에 오일 쿨러부로 회수되므로, 압력이 감소된 냉각 오일이 냉각 유로를 순환하게 되어 오일 씰에 가해지는 압력이 감소된다. 이로 인해, 오일 씰의 손상을 방지할 수 있고, 오일 씰의 손상으로 인해 냉각 오일이 냉각 유로를 이탈하여 유출되는 것을 완벽하게 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 로터리 조인트부의 온오프(on/off) 과정에서 발생되는 절삭유가, 덕트부에 유입되는 절삭유의 양에 따라 수직 방향으로 승하강하는 스위치부가 내부에 설치된 덕트부를 거쳐 외부로 배출되므로, 로터리 조인트부의 상태 이상으로 과도하게 절삭유가 누출되는 경우 덕트부에 절삭유가 누적되어 스위치부가 승강하게 되어 사용자가 이러한 상태를 곧바로 인지할 수 있다. 이로 인해, 사용자가 절삭유의 과도한 누출을 곧바로 인지하지 못해 냉각 오일과 절삭유가 혼합되는 문제를 방지할 수 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 냉각 오일과 절삭유가 혼합되어 보링 머신이 손상되는 문제를 방지할 수 있고, 보링 머신의 손상 방지를 통해 비가공시간을 감소시키며, 이로 인해 생산성을 증가할 수 있는 효과가 있다.

게다가, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 보링 머신 손상으로 인해 발생될 수 있는 유지 보수 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 의한 보링 머신의 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 A-A 섹션의 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 보링 머신의 사시도를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 스핀들부 후방 부근을 확대하여 나타낸다.
도 5는 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 로터리 조인트부 부근의 단면도를 확대하여 나타낸다.
도 6은 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 챔버부 및 덕트부 내부의 모습을 도시하여 나타낸다.
도 7은 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 챔버부에 냉각 오일이 유입되는 모습을 도시하여 나타낸다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 덕트부 내부의 스위치부의 승하강을 도시하여 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 통상의 실시자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같아. "길이 방향"이란, 동일부재에서 도 3을 기준으로 축심의 방향이며, "폭 방향"이란, 동일부재에서 길이 방향의 직교하는 방향이다. 또한, "수직 방향"이란, 동일부재에서 길이 방향 및 폭 방향과 동시에 직교하는 높이를 형성하는 방향을 의미한다. 또한, "상방"이란, 수직 방향에서 위쪽 방향을 의미하고, "하방"이란, 수직 방향에서 아래쪽 방향을 의미한다. 또한, 내측이란 동일부재에서 상대적으로 중심에 가까운 쪽을 의미한다. 또한, "전방"이란, 도 3을 기준으로 보링 머신의 가공 영역 부근을 의미하고, "후방"이란, 도 3을 기준으로 냉각 유로를 순환한 냉각 오일이 배출되는 부근을 의미한다.

도 3은 본 발명에 의한 보링 머신의 사시도를 나타내며, 도 4는 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 스핀들부 후방 부근을 확대하여 나타낸다. 도 5는 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 로터리 조인트부 부근의 단면도를 확대하여 나타내며, 도 6은 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 챔버부 및 덕트부 내부의 모습을 도시하여 나타낸다. 도 7은 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 챔버부에 냉각 오일이 유입되는 모습을 도시하여 나타내며, 도 8 및 도 9는 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치의 덕트부 내부의 스위치부의 승하강을 도시하여 나타낸다.

이하, 도 3 내지 도 9를 참조하여, 본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치를 설명한다. 이때, 전술한 종래의 스핀들 축심 냉각 장치의 구성을 모두 포함하며, 중복 설명을 방지하기 위해 본 발명에서 추가된 구성요소를 중심으로 이하에서 설명한다.

본 발명에 의한 스핀들 축심 냉각 장치는 스핀들부(100), 오일 쿨러부(200), 배출부(300), 챔버부(400), 로터리 조인트부(500), 덕트부(600) 및 스위치부(700)를 포함한다.

오일 쿨러부(200), 공급 배관(210), 유입부(800), 배출부(300), 챔버부(400), 회수 배관(220) 및 오일 쿨러부(200)는 보링 머신(B)의 후방에 설치되고, 스핀들부(100)는 보링 머신(B)의 전방에 설치된다. 또한, 로터리 조인트부(500) 및 덕트부(600)는 스핀들부(100)의 후방에 설치된다.

또한, 오일 쿨러부(200)-공급 배관(210)-유입부(800)-스핀들부(100)-배출부(300)-챔버부(400)-회수 배관(220)-오일 쿨러부(200)는 순차적으로 연결되어 있는 구조를 형성한다.

스핀들부(100)는 보링 머신의 일반적인 스핀들로, 전술한 바와 같이 스핀들부(100)에는 냉각 유로가 형성되어 오일 쿨러부(200)로부터 공급된 냉각 오일(1000)이 냉각 유로를 따라 유동하여 스핀들부(100)를 냉각하게 된다. 또한, 스핀들부(100)를 냉각한 냉각 오일(1000)은 오일 쿨러부(200)에 회수된다.

오일 쿨러부(200)는 냉각 오일(1000)을 순환시키는 역할을 한다. 또한, 오일 쿨러부(200)는 공급 배관(210) 및 회수 배관(220)을 구비한다. 공급 배관(210)은 스핀들부(100)의 후방에 형성되는 유입부(800)와 연통되고, 회수 배관(220)은 스핀들부(100)의 후방에 형성되는 배출부(300)와 연통된다.

따라서, 오일 쿨러부(200)를 시점으로 가정하면, 냉각 오일(1000)은 공급 배관(210), 유입부(800)를 거쳐 스핀들부(100)에 형성되는 냉각 유로로 유입되며, 순환하여 스핀들부(100)를 냉각시킨 후, 배출부(300), 후술할 챔버부(400) 및 회수 배관(220)을 거쳐 오일 쿨러부(200)로 회수되는 폐회로를 구성하게 된다. 이러한 구성으로 인해, 스핀들부(100)를 지속적으로 냉각시킬 수 있게 된다.

이때, 도 4에서는 공급 배관(210) 및 회수 배관(220)을 점선으로 표시하였으며, 특정 배관 형상에 한정되지 않으며 일 예로 호스 형상일 수 있다.

배출부(300)는 냉각 유로를 거쳐 스핀들부(100)를 냉각한 냉각 오일(1000)이 배출된다. 또한, 배출부(300)는 챔버부(400)와 연통된다. 따라서, 배출부(300)를 통해 배출된 냉각 오일(1000)은 챔버부(400)로 유입된다. 도 4에 도시된 것처럼, 배출부(300)는 일 예로 플랜지 형상인 것이 바람직하다.

챔버부(400)는 수직 방향으로 연장 형성되는 배수조(SUMP) 형상인 것이 바람직하다. 또한, 챔버부(400)의 상부는 배출부(300)와 연통되고, 챔버부(400)의 하부는 회수 배관(220)과 연통된다.

도 6 및 도 7을 참조하여 챔버부(400)를 상세히 설명하도록 한다. 도 6은 챔버부(400) 및 덕트부(600) 내부의 구성요소를 도시한 것이며, 도 7은 냉각 오일(1000)이 낙하 중인 챔버부(400) 상부의 단면도이다.

챔버부(400)는 챔버 본체(410) 및 회수 홀(420)을 구비한다. 챔버 본체(410)는 중공부가 구비되는 하우징 형상인 것이 바람직하다. 일 예로, 도 6과 같이 직육면체 형상인 것이 바람직하다. 이로 인해, 챔버부(400)의 소형화를 구축할 수 있으며, 냉각 오일(1000)이 낙하되기 가장 적합한 구조를 형성할 수 있다.

챔버 본체(410)는 배출부(300)의 선단이 연통된다. 이로 인해, 배출부(300)로부터 배출되는 냉각 오일(1000)이 챔버 본체(410)에 유입되게 된다. 또한, 회수 홀(420)은 챔버 본체(410)에 형성되어, 회수 배관(220)과 연통된다.

따라서, 종래와는 달리, 스핀들부(100)를 냉각한 냉각 오일(1000)은 챔버부(400)를 통과하여 오일 쿨러부(200)에 회수된다. 종래의 경우에는 냉각 오일(1000)이 스핀들부(100) 부근의 좁은 냉각 유로를 순환한 상태에서 곧바로 오일 쿨러로 회수되므로 높은 압력으로 인해 오일 씰이 손상되는 문제가 발생하였다.

그러나, 본 발명에 의하면 냉각 오일(1000)이 중공부를 지닌 챔버부(400)를 한번 거치게 되므로, 냉각 오일(1000)이 지니는 압력이 감소되는 효과가 발생된다. 감압된 상태에서 오일 쿨러부(200)에 회수되므로, 다시 유입부(800)를 통해 스핀들부(100)로 공급되는 경우, 오일 씰(S)에 가해지는 냉각 오일(1000)의 압력이 감소된다.

이때, 배출부(300)는 챔버 본체(410)의 상부의 일 지점에 연통되는 것이 바람직하다. 또한, 회수 홀(420)은 챔버 본체(410)의 하부의 일 지점에 형성되는 것이 바람직하다.

이러한 구조로 인해, 도 7과 같이 배출부(300)를 통해 냉각 오일(1000)이 챔버 본체(410)에 유입되는 경우, 냉각 오일(1000)이 낙하하는 구조가 형성된다.

베르누이 방정식을 살펴보면, 높이에 의한 위치에너지, 속도에 의한 운동에너지, 압력에 의한 일에너지의 합은 일정하다. 이때, 도 7과 같이 배출부(300)를 통해 유입된 냉각 오일(1000)이 낙하하게 되면, 위치에너지가 증대되므로 운동에너지 및 압력에 의한 일에너지는 감소하게 된다. 따라서, 냉각 오일(1000)이 지니는 압력이 감소되는 효과가 발생된다. 이로 인해, 오일 씰(S)의 손상을 방지하고 수명을 증대시키며, 생산성 증대 및 유지 보수 비용의 효과를 발생시킬 수 있다.

이때, 챔버 본체(410)의 수직 방향으로의 길이(a)는 폭 방향으로의 길이(b)보다 긴 것이 바람직하다. 이로 인해, 낙하하는 냉각 오일(1000)의 높이를 상승시켜 위치에너지를 증대시킬 수 있고, 냉각 오일(1000)의 압력 감소 효과가 더욱 증대될 수 있다. 또한, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.

로터리 조인트부(500)는 스핀들부(100)의 후방에 형성된다.

도 5를 참조하도록 한다. 도 5는 본 발명에 의한 로터리 조인트부(500) 부근을 확대한 단면도이다.

로터리 조인트부(500)는 어댑터(510)를 구비한다. 어댑터(510)의 W축 방향 왕복운동을 통해 절삭유(2000)의 공급을 조절할 수 있다. '온(on)' 상태인 경우, 어댑터(510)가 전방으로 이동하여 절삭유가 유동하는 유로가 확보되어 절삭유(2000)가 공급되고, '오프(off)' 상태인 경우 어댑터(510)가 후방으로 이동하여 절삭유가 유동하는 유로가 차단되어 절삭유(2000)가 공급되지 않는다.

'온(on)'에서 '오프(off)' 상태로 변경되어 어댑터(510)가 후방으로 이동하는 경우, 연결 영역에 잔존하는 절삭유(2000)가 도 5와 같이 누출된다. 종래의 경우, 누출된 절삭유는 절삭유 배출구(18)를 통해 외부로 배출된다.

이때, 보링 머신 사용 중 로터리 조인트부(500)의 상태 이상으로 절삭유(2000)가 과다하게 유출되는 경우, 종래와는 달리 본 발명에서는 덕트부(600)를 통해 절삭유(2000)의 양을 측정하여 사용자에게 알리고, 절삭유(2000)와 냉각 오일(1000)이 혼합되어 보링 머신 전체가 손상되는 사고를 사전에 방지할 수 있다.

덕트부(600)는 로터리 조인트부(500)와 연통된다. 좀 더 상세하게는, 절삭유(2000)가 보링 머신의 외부로 배출되는 부분에 연통된다.

도 3 내지 도 4, 및 도 6에 도시된 것처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 스핀들 축심 냉각장치의 배출부(300)는 스핀들부(100)의 후방의 중심 상부에 설치된다. 더욱 바람직하게는 배출부(300)는 스핀들부(100)의 후방 중심 상부에서 덕트부(600)의 수직상방에 위치하면서 챔버부(400)와 연통되게 형성된다. 이에 따라 소형화를 도모하면서 챔버부(400)의 내부에서 낙하를 통해 냉각 오일이 감압될 수 있도록 챔버부(400)의 낙차를 확보하면서 동시에 스핀들 축심 냉각장치의 소형화를 도모하고 설치비용을 절감할 수 있다.

또한, 덕트부(600)는 스핀들부(100)의 후방에서 배출부(300)의 수직하방에 위치하도록 스핀들부(100)의 중심 하부에 설치된다. 더욱 바람직하게는 덕트부(600)는 배출부(300)와 수직방향으로 서로 마주하도록 스핀들부(100)의 후방의 중심 하부와 배출부(300)의 수직하방에 설치된다. 즉, 스핀들부(100)의 후방의 수직방향 중심축을 기준으로 배출부(300)는 스핀들부(100)의 후방의 중심 상부에 설치되고, 덕트부(600)는 스핀들부(100)의 후방의 중심 하부에 설치된다. 이에 따라 감압되기전에 배출부(300) 부근에서 절삭유가 유출되더라도 용이하게 회수되어 장비가 손상되는 것을 방지하여 유지보수 비용을 절감하고 작업자의 편의를 도모할 수 있다.

도 6에 도시된 것처럼, 덕트부(600)는 제1 덕트(610), 제2 덕트(620) 및 드레인 홀(630)을 구비한다. 제1 덕트(610)는 중공부가 형성되고, 제1 덕트(610)에 유입된 절삭유(2000)는 중공부를 통해 낙하하고, 제2 덕트(620)를 거쳐 드레인 홀(630)을 통해 외부로 배출된다.

제1 덕트(610)는 중공부가 형성되고, 수직 방향으로 연장 형성된 형상인 것이 바람직하다. 제2 덕트(610)는 제1 덕트(610)의 하부에서 절곡된다. 일 예로, 도 6과 같이 폭 방향으로 절곡되어 연장 형성될 수 있다. 제1 덕트(610)에서 낙하하는 절삭유(2000)가 곧바로 배출되지 않고 제2 덕트(610)를 거치게 되므로, 배출 시간을 지연시킬 수 있다. 이로 인해, 로터리 조인트부(500)의 상태 이상으로 과다하게 절삭유(2000)가 누출되는 경우, 제1 덕트(610)에 절삭유(2000)가 누적될 수 있는 구조가 형성된다. 또한, 장치의 소형화를 도모할 수 있는 장점이 있다. 절삭유(2000)가 누적되면, 제1 덕트(610) 내부에서의 절삭유(2000)의 수위는 증가한다.

이때, 바람직하게는 제1 덕트(610)의 측면 일 지점에 제1 감지부(6101)가 설치될 수 있다. 제1 감지부(6101)는 일 예로 위치감지센서이다. 절삭유(2000)가 드레인 홀(630)을 통해 외부로 배출되는 속도에 비해, 제1 덕트(610)에 유입되는 절삭유(2000)의 속도가 빠르다면, 절삭유(2000)가 제1 덕트(610)의 하방에서 상방으로 차오르게 된다. 이때, 제1 감지부(6101)가 절삭유(2000)와 맞닿으면, 제1 감지부(6101)는 이를 감지하여 미도시된 중앙처리장치로 이에 관한 정보를 전송하고, 중앙처리장치와 연결된 외부 기기를 통해 사용자는 설치한 제1 감지부(6101)의 위치까지 절삭유(2000)가 차올랐다는 것을 바로 알 수 있다.

따라서, 사용자는 절삭유(2000)의 상승 한계 지점을 설정하여 제1 감지부(6101)를 설치하고, 별도의 점검 없이 제1 감지부(6101)의 정보 전송만으로 곧바로 로터리 조인트부(500)의 상태 이상을 확인할 수 있어 냉각 오일(1000)과 절삭유(2000)의 혼합을 사전에 방지할 수 있는 장점이 있다.

도6, 도 8 및 도 9를 참조하도록 한다. 스위치부(700)는 덕트부(600) 내부에 설치된다. 또한, 스위치부(700)는 가이드 핀(711), 스토퍼부재(712), 부유부재(713)를 구비한다.

가이드 핀(711)은 수직 방향으로 연장 형성되어 제1 덕트(610) 내부에 설치된다. 바람직하게는 원통 형상으로, 후술할 부유부재(713)가 가이드 핀(711)을 따라 슬라이딩 동작할 수 있다.

스토퍼부재(712)는 한 쌍으로 형성되며, 가이드 핀(711)에 수직 방향으로 일정한 간격을 두고 이격되도록 설치된다. 이때, 가이드 핀(711)은 소정의 두께를 지니는 원통형상인 것이 바람직하며, 스토퍼부재(712)의 중심부를 관통하는 형상인 것이 바람직하다.

부유부재(713)는 한 쌍의 스토퍼부재(712) 사이에 위치된다. 또한, 제1 덕트(610)에 누적되는 절삭유(2000)에 부유할 수 있는 것이 바람직하다. 따라서, 부우뷰재(713)는 절삭유(2000)보다 비중이 작은 것이 바람직하다. 도 8은 절삭유(2000)에 부유부재(713)가 부유하고 있는 상태에서의 제1 덕트(610)의 상부의 단면도이며, 도 9는 절삭유(2000)가 추가로 유입된 상태에서의 제1 덕트(610)의 상부의 단면도이다.

누출되는 절삭유(2000)의 양이 증가하여 제1 덕트(610)에서의 절삭유(2000)의 수위가 상승하는 경우, 부유부재(713)는 절삭유(2000)의 표면 부근에서 부유하는 바 이에 따라 도 9와 같이 부유부재(713)가 승강한다. 또한, 누출되는 절삭유(2000)의 양이 축소하여 제1 덕트(610)에서의 절삭유(2000)의 수위가 하강하는 경우, 이에 따라 도 8과 같이 부유부재(713)가 하강한다. 따라서, 스위치부(700)는 덕트부(600)에 유입되는 절삭유(2000)의 양에 따라 수직 방향으로 승하강하게 된다.

제1 덕트(610)가 외부에서 볼 수 있는 투명한 재질일 수 있고, 사용자는 부유부재(713)의 위치만으로 현재 절삭유(2000)가 과도하게 누출되고 있는지를 판단할 수 있다.

이때, 바람직하게는 한 쌍의 스토퍼부재(712) 중 상부에 위치된 스토퍼부재(712)의 일 지점에 제2 감지부(7121)가 설치될 수 있다. 제2 감지부(7121)는 일 예로 충격감지센서이다. 절삭유(2000)가 지속적으로 누적되면 도 9와 같이 부유부재(713)가 상부에 위치된 스토퍼부재(712)와 충돌하여 스토퍼부재(712)에 충격을 가하게 된다.

제2 감지부(7121)는 이를 감지하여 미도시된 중앙처리장치로 이에 관한 정보를 전송하고, 중앙처리장치와 연결된 외부 기기를 통해 사용자는 설치한 제2 감지부(7121)의 위치까지 절삭유(2000)가 차올랐다는 것을 바로 알 수 있다.

따라서, 사용자는 절삭유(2000)의 상승 한계 지점을 설정하여 스토퍼부재(712) 및 제2 감지부(7121)를 설치하고, 별도의 점검 없이 제2 감지부(7121)의 정보 전송만으로 곧바로 로터리 조인트부(500)의 상태 이상을 확인할 수 있어 냉각 오일(1000)과 절삭유(2000)의 혼합을 사전에 방지할 수 있는 장점이 있다.

냉각 오일(1000)이 감압되는 원리를 설명한다. 냉각 오일(1000)은 오일 쿨러부(200)에 의해 공급되고, 공급 배관(210) 및 유입부(800)를 순차적으로 거쳐 스핀들부(100) 부근의 냉각 유로로 유입된다.

스핀들부(100)를 냉각한 냉각 오일(1000)은 배출부(300)를 거쳐 배출부(300)와 연통된 챔버부(400)로 유입된다. 챔버부(400)로 유입된 냉각 오일(1000)은 챔버부(400) 내부에서 낙하하여 감압된다. 감압된 냉각 오일(1000)은 회수 배관(220)을 거쳐 오일 쿨러부(200)에 회수되어 폐회로를 구성한다.

이러한 구성으로 종래와는 달리, 냉각 오일(1000)이 챔버부(400)를 거침으로 인해 감압되고, 감압된 냉각 오일(1000)이 다시 스핀들부(100)의 냉각 유로에 유입되면, 냉각 오일(1000)로부터 오일 씰(S)에 가해지는 압력이 감소된다. 따라서, 오일 씰(S)의 손상을 방지할 수 있어, 냉각 오일(1000)의 유출을 방지할 수 있다. 또한, 보링 머신(B)의 비가동시간을 줄일 수 있어 생산성이 증대되고, 유지 보수 비용을 줄일 수 있다.

덕트부(600) 및 스위치부(700)를 통해 절삭유(2000)의 배출양을 확인하는 원리를 살핀다.

로터리 조인트부(500)에서 누출된 절삭유(2000)는 덕트부(600)에 유입된다. 덕트부(600)에 유입된 절삭유(2000)는 제1 덕트(610), 제2 덕트(620) 및 드레인 홀(630)을 거쳐 외부로 배출된다.

이때, 로터리 조인트부(500)의 상태 이상으로 과다하게 절삭유(2000)가 유출되어, 외부로 배출되는 양보다 덕트부(600)에 유입되는 양이 많아지면, 제1 덕트(610)에 절삭유(2000)가 누적되어 차오르게 된다. 스위치부(700)의 부유부재(713)는 절삭유(2000)에 부유하므로, 절삭유(2000)가 차오를수록 부유부재(713)는 승강한다.

이때, 부유부재(713)가 지속적으로 승강하여 스토퍼부재(712)와 충돌하는 경우, 스토퍼부재(712)에 설치된 제2 감지부(7121)가 충격을 감지하여 이를 사용자에게 전달한다. 이로 인해, 사용자는 절삭유(2000)의 과도한 누출을 곧바로 확인할 수 있고, 손상된 오일 씰(S)의 간극을 통해 유입되는 절삭유(2000)와 냉각 오일(1000)이 혼합을 사전에 방지할 수 있는 장점이 있다.

설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

1 : 스핀들, 2 : 커넥터,
3 : 드로우바, 4 : 디스크 스프링,
5 : 튜브, 6 : 베어링,
7 : 슬라이더, 8 : 스프링 서포트,
9 : 로터리 샤프트, 10 : 하우징,
11 : 오일 씰 하우징, 12 : 오일 씰,
13 : 피스톤, 14 : 어댑터,
15 : 언클램프 실린더, 16 : 유입구,
17 : 배출구, 18 : 절삭유 배출구,
19 : 오일 쿨러, 20 : 공급 배관,
21 : 회수 배관, 22 : 로터리 조인트,
23 : 냉각 오일, B : 보링 머신,
100 : 스핀들부, 200 : 오일 쿨러부,
210 : 공급 배관, 220 : 회수 배관,
300 : 배출부, 400 : 챔버부,
410 : 챔버 본체, 420 : 회수 홀,
500 : 로터리 조인트부, 510 : 어댑터,
600 : 덕트부, 610 : 제1 덕트,
6101 : 제1 감지부, 620 : 제2 덕트,
630 : 드레인 홀, 700 : 스위치부,
711 : 가이드 핀, 712 : 스토퍼부재,
7121 : 제2 감지부, 713 : 부유부재,
800 : 유입부, 1000 : 냉각 오일,
2000 : 절삭유, S : 오일 씰.

Claims (8)

1. 내부에 냉각 유로가 형성된 스핀들부;
   상기 냉각 유로와 공급 배관과 회수 배관을 통해 연통되고, 상기 냉각 유로에 냉각 오일을 공급하는 오일 쿨러부; 및
   상기 냉각 유로를 순환하여 상기 스핀들부를 냉각한 상기 냉각 오일이 유입되도록 상기 스핀들부와 상기 오일 쿨러부 사이에 설치되는 챔버부;를 포함하고,
   상기 냉각 유로를 순환한 상기 냉각 오일이 상기 챔버부에서 감압되어 상기 오일 쿨러부로 회수되는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각 오일은 상기 챔버부 내부에서의 낙하를 통해 감압되는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 챔버부는 수직 방향의 길이가 폭 방향의 길이보다 긴 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 스핀들부의 후방에 설치된 로터리 조인트부; 및
   상기 로터리 조인트부와 연통되는 덕트부;를 더 포함하고,
   상기 로터리 조인트부에서 유출되는 절삭유가 상기 덕트부를 통과하여 상기 스핀들 축심 냉각 장치의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 덕트부 내부에 설치되되 상기 절삭유에 부유하는 스위치부;를 더 포함하고,
   상기 스위치부는 상기 덕트부의 내부로 유입되는 상기 절삭유의 양에 따라 수직 방향으로 승하강 하는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 덕트부에는 상기 스위치부의 위치를 감지하는 제1 감지부가 설치되는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 스위치부는,
   수직 방향으로 연장 형성되는 가이드 핀;
   상기 가이드 핀에 수직 방향으로 일정한 간격을 두고 이격되도록 설치되는 한 쌍의 스토퍼부재; 및
   상기 절삭유에 부유하는 부유부재;를 구비하고,
   상기 부유부재는 상기 스토퍼부재 사이에서 상기 가이드 핀을 따라 슬라이딩 동작하는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 스토퍼부재에는 상기 스토퍼부재의 충격을 감지하는 제2 감지부가 설치되는 것을 특징으로 하는 스핀들 축심 냉각 장치.
   

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