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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022049635
(43)【公開日】2022-03-29
(54)【発明の名称】自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置
(51)【国際特許分類】
B23B 19/02 20060101AFI20220322BHJP
B23B 1/00 20060101ALI20220322BHJP
B23B 37/00 20060101ALI20220322BHJP
B23Q 3/12 20060101ALI20220322BHJP
【ＦＩ】
B23B19/02 B
B23B1/00 C
B23B37/00
B23Q3/12 B
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2020190516
(22)【出願日】2020-11-16
(31)【優先権主張番号】10-2020-0118875
(32)【優先日】2020-09-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(71)【出願人】
【識別番号】518169370
【氏名又は名称】アールピーエス、カンパニー、リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＲＰＳ ＣＯ．， ＬＴＤ．
(74)【代理人】
【識別番号】100080791
【弁理士】
【氏名又は名称】高島 一
(74)【代理人】
【識別番号】100136629
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 光宜
(74)【代理人】
【識別番号】100125070
【弁理士】
【氏名又は名称】土井 京子
(74)【代理人】
【識別番号】100121212
【弁理士】
【氏名又は名称】田村 弥栄子
(74)【代理人】
【識別番号】100174296
【弁理士】
【氏名又は名称】當麻 博文
(74)【代理人】
【識別番号】100137729
【弁理士】
【氏名又は名称】赤井 厚子
(74)【代理人】
【識別番号】100151301
【弁理士】
【氏名又は名称】戸崎 富哉
(74)【代理人】
【識別番号】100170184
【弁理士】
【氏名又は名称】北脇 大
(72)【発明者】
【氏名】イ、ドン ホン
(72)【発明者】
【氏名】ユク、イン－ス
(72)【発明者】
【氏名】キム、チャン ス
(72)【発明者】
【氏名】チェ、ジュン ス
(72)【発明者】
【氏名】ソ、ユン ホ
(72)【発明者】
【氏名】ハン、グァン シン
(72)【発明者】
【氏名】キム、ウン ケン
【テーマコード（参考）】
3C016
3C036
3C045
【Ｆターム（参考）】
3C016FA05
3C036AA15
3C045AA03
3C045FD03
3C045FD08
3C045FD15
(57)【要約】 （修正有）
【課題】自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置を提供する。
【解決手段】長さ方向に沿って内部空間１０１が形成されているハウジング部材、内部空間内に回転可能に設けられ、中空が形成されたシャフト部材２００、中空内の前方に配置され、貫通孔３０１が形成されている超音波発振部材３００、中空内で前後方向に移動可能に設けられ、一部分が貫通孔内に挿入されて超音波発振部材を貫通するドローバー部材４００、ドローバー部材の先端に連結され、一部分がハウジング部材の外側に配置されて工具がクランピングされるクランピング部材５００、シャフト部材を回転させる回転手段８００、ドローバー部材をシャフト部材の長さ方向に沿って前進または後進させるシリンダ部材９００を含む。
【選択図】図１
【解決手段】長さ方向に沿って内部空間１０１が形成されているハウジング部材、内部空間内に回転可能に設けられ、中空が形成されたシャフト部材２００、中空内の前方に配置され、貫通孔３０１が形成されている超音波発振部材３００、中空内で前後方向に移動可能に設けられ、一部分が貫通孔内に挿入されて超音波発振部材を貫通するドローバー部材４００、ドローバー部材の先端に連結され、一部分がハウジング部材の外側に配置されて工具がクランピングされるクランピング部材５００、シャフト部材を回転させる回転手段８００、ドローバー部材をシャフト部材の長さ方向に沿って前進または後進させるシリンダ部材９００を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
長さ方向に沿って内部空間が形成されているハウジング部材；
前記内部空間内に回転可能に配置され、中空が形成されたシャフト部材；
前記中空内の前方に配置され、貫通孔が形成された超音波発振部材；
前記中空内で前後方向に移動可能に配置され、一部分が前記貫通孔内に挿入されて前記超音波発振部材を貫通するドローバー部材；
前記ドローバー部材の先端に連結され、一部分が前記ハウジング部材の外側に配置され、工具をクランピングするクランピング部材；
前記内部空間に位置し、前記シャフト部材を回転させる回転手段；そして
前記ドローバー部材を前記シャフト部材の長さ方向に沿って前進または後進させるシリンダ部材；を含む、自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
前記内部空間内に回転可能に配置され、中空が形成されたシャフト部材；
前記中空内の前方に配置され、貫通孔が形成された超音波発振部材；
前記中空内で前後方向に移動可能に配置され、一部分が前記貫通孔内に挿入されて前記超音波発振部材を貫通するドローバー部材；
前記ドローバー部材の先端に連結され、一部分が前記ハウジング部材の外側に配置され、工具をクランピングするクランピング部材；
前記内部空間に位置し、前記シャフト部材を回転させる回転手段；そして
前記ドローバー部材を前記シャフト部材の長さ方向に沿って前進または後進させるシリンダ部材；を含む、自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【請求項2】
前記ドローバー部材は、
前記ドローバー部材の前部を形成するドローバーと、前記ドローバー部材の後部を形成するプッシュロッドを具備し、
前記ドローバーは前記貫通孔を貫通し、
前記シャフト部材は前記プッシュロッドの外側に配置され、
前記回転手段は前記シャフト部材の周りに配置される、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
前記ドローバー部材の前部を形成するドローバーと、前記ドローバー部材の後部を形成するプッシュロッドを具備し、
前記ドローバーは前記貫通孔を貫通し、
前記シャフト部材は前記プッシュロッドの外側に配置され、
前記回転手段は前記シャフト部材の周りに配置される、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【請求項3】
前記シリンダ部材は、
前記ハウジング部材の後端に配置され、前後方向に多段で形成された複数のシリンダ；そして
前記各シリンダの内部で前後方向に移動可能に配置される、複数のピストン部を具備し、
前記複数のピストン部は前後方向に順次連結され、
前記複数のピストン部のうち最も前に位置するピストン部は、前記ドローバー部材の後端に連結され、
前記ピストン部が前後方向に移動すると、前記ドローバー部材は前記ピストン部の移動方向に沿って前後方向に移動する、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
前記ハウジング部材の後端に配置され、前後方向に多段で形成された複数のシリンダ；そして
前記各シリンダの内部で前後方向に移動可能に配置される、複数のピストン部を具備し、
前記複数のピストン部は前後方向に順次連結され、
前記複数のピストン部のうち最も前に位置するピストン部は、前記ドローバー部材の後端に連結され、
前記ピストン部が前後方向に移動すると、前記ドローバー部材は前記ピストン部の移動方向に沿って前後方向に移動する、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【請求項4】
前記内部空間内に配置され、前記シャフト部材を取り囲むボールベアリング部材をさらに含む、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【請求項5】
前記内部空間内に配置され、前記シャフト部材を取り囲むエアベアリング部材をさらに含み、
前記エアベアリング部材にエアを供給するエア流路が前記ハウジング部材に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
前記エアベアリング部材にエアを供給するエア流路が前記ハウジング部材に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は自動工具交換（Ａｕｔｏ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅ、ＡＴＣ）が可能な超音波スピンドル装置に関する。
【背景技術】
【0002】
一般的にマシニングセンタに使われるＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｏｏｌ Ｃｈａｎｇｅｒ：以下「ＡＴＣ」という）スピンドル（ｓｐｉｎｄｌｅ）は軸端が工作物や切削工具に装着された回転軸であって、高速で回転しながら切削がなされるようにするのに利用される。
【0003】
従来の「超音波加工機の自動工具交換装置」が大韓民国登録特許第１０－１９０４７９９号に提示されている。この公報によると、加工工具およびホルダー４がスピンドルの回転によってねじ１８で固定される着脱方式を採択した。したがって、工具を交換するためには、トルクの検出が可能な外部モータ１１、モータから動力の伝達を受けるためのカップリング１２、加工工具およびホルダーを脱着させる特殊な支持ホーン１７、ねじ形態のホルダー４等が必要である。このため、大きさが大きくなって多くの空間を占めてしまうという問題点がある。
【0004】
その他にも大韓民国公開特許第１０－２０１２－０１１７１５６号（超音波スピンドル装置）、大韓民国登録特許第１０－１８７９４５１号（超音波エアベアリングスピンドルシステム）、大韓民国登録特許第１０－１６０４９８９号（超音波エアベアリングスピンドル）等に超音波スピンドルが提示されているが、前記３つの公報はいずれも手動で工具を交換しなければならないという短所がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、前述した問題点を解決することを目的とする。
【0006】
本発明は、クランピング部材に装着された工具を自動で交換する超音波スピンドル装置を提供することを他の目的とする。
【0007】
本発明は、ツール交換時間を顕著に短縮させる超音波スピンドル装置を提供することを他の目的とする。
【0008】
本発明は、別途の追加装置がなくても工具を自動で交換する、超音波スピンドル装置を提供することを他の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、長さ方向に沿って内部空間が形成されているハウジング部材；前記内部空間内に回転可能に設けられ、中空が形成されたシャフト部材；前記中空内の前方に配置され、貫通孔が形成されている超音波発振部材；前記中空内で前後方向に移動可能に設けられ、一部分が前記貫通孔内に挿入されて前記超音波発振部材を貫通するドローバー部材；前記ドローバー部材の先端に連結され、一部分が前記ハウジング部材の外側に配置されて工具がクランピングされるクランピング部材；前記シャフト部材を回転させる回転手段；前記ドローバー部材を前記シャフト部材の長さ方向に沿って前進または後進させるシリンダ部材；を含む。
【0010】
本発明において、前記ドローバー部材は、前側をなすドローバーと、後側をなすプッシュロッドに分けられ、前記ドローバーは前記貫通孔を貫通し、前記プッシュロッドの外側に配置される前記シャフト部材の周りに前記回転手段が設けられることを特徴とする。
【0011】
本発明において、前記シリンダ部材は、前記ハウジング部材の後端に配置され、多段で設けられている多数のシリンダと、前記各シリンダの内部で前後方向に移動可能な多数のピストン部を含み、後方に位置した前記ピストン部は前方に位置した前記ピストン部と連結されており、最前方に位置した前記ピストン部は前記ドローバー部材の後端と連結されており、前記ピストン部が移動するにつれて、前記ドローバー部材が前進または後進することを特徴とする。
【0012】
本発明において、前記内部空間内に前記シャフト部材を取り囲んで設けられるボールベアリング部材；をさらに含むことを特徴とする。
【0013】
本発明において、前記内部空間内に前記シャフト部材を取り囲んで設けられるエアベアリング部材；をさらに含み、前記ハウジング部材には前記エアベアリング部材にエアを供給するエア流路が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【0014】
本発明の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置の効果は次の通りである。
【0015】
本発明の実施例のうち少なくとも一つによると、ツール交換時間が顕著に短縮されて工程が単純化されたり、装置が単純化され得る。
【0016】
本発明の実施例のうち少なくとも一つによると、従来の超音波スピンドルに比べて加工時間の短縮、工具の寿命延長、加工物の精密度の向上などの効果を期待することができる。
【0017】
本発明の実施例のうち少なくとも一つによると、超音波スピンドルの利点に自動工具交換を付加して、別途の追加装置がなくても工具を自動で交換するスピンドルを具現化することによって、費用の側面で非常に有利な効果がある。
【0018】
本発明の実施例のうち少なくとも一つによると、スピンドル内にＡＴＣ装置、ＡＴＣが可能な超音波発振部材、シャフト部材を回転させる回転手段が含まれることによって、低費用の効果はもちろん構造の単純化および空間節約効果を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付された図面を参照して、本発明に係る好ましい実施例を詳細に説明することにする。これに先立ち、本明細書および特許請求の範囲に使われた用語や単語は、通常または辞書的な意味で限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則って、本発明の技術的思想に符合する意味と概念で解釈されるべきである。
【0021】
したがって、本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は、本発明の最も好ましい一実施例に過ぎず、本発明の技術的思想をすべて代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替できる多様な均等物と変形例が存在し得ることが理解されるべきである。
【0022】
本発明の好ましい実施例に係る自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置は、ボールベアリング超音波スピンドル装置とエアベアリング超音波スピンドル装置に適用され得る。
【0023】
【0024】
図１に図示した通り、自動工具交換が可能なボールベアリング超音波スピンドル装置は、ハウジング部材１００とシャフト部材２００と超音波発振部材３００とドローバー部材４００とクランピング部材５００とボールベアリング部材６１０、６３０と回転手段８００とシリンダ部材９００を含む。
【0025】
図１を参照して説明すると、ハウジング部材１００は長さ方向に沿って内部空間１０１が形成されている。ハウジング部材１００に形成された内部空間１０１は、ハウジング部材１００の先端と後端にそれぞれ開放されている。
【0026】
本実施例で、ハウジング部材１００はメインハウジング１１０とフロントカバー１２０とリアベアリングハウジング１３０とコネクティングボディ１４０とリアカバー１５０で構成されている。
【0027】
メインハウジング１１０は円筒状であって、内部空間１０１が形成されている。
【0028】
フロントカバー１２０はメインハウジング１１０の先端に設けられ、先端に開放された内部空間１０１を閉鎖し、クランピング部材５００が貫通するクランピング貫通ホール１２１が形成されている。
【0029】
リアベアリングハウジング１３０はメインハウジング１１０の後端に設けられ、後端に開放された内部空間１０１を閉鎖し、下記で説明するボールベアリング部材６３０が装着され得るようにベアリング装着溝１３１が形成されており、ベアリング装着溝１３１内にはリアシャフト２５０が貫通するシャフト貫通ホール１３３が形成されている。
【0030】
コネクティングボディ１４０は、リアベアリングハウジング１３０の後端に装着される。コネクティングボディ１４０の後面には、下記で説明するシリンダ部材９００の最前方に位置したピストン部９３０が装着されるピストン部装着空間１４１が形成されている。ピストン部装着空間１４１内にはプッシュロッド４５０が貫通するプッシュロッド貫通ホール１４３が形成されており、プッシュロッド貫通ホール１４３とシリンダ部９１０の第１エア通路９１１を連結する第２エア通路１４５が形成されている。コネクティングボディ１４０の後端にはシリンダ部材９００が配置され、シリンダ部材９００の後端にはリアカバー１５０が装着される。
【0031】
リアカバー１５０には第１エア供給ノズル１５１と第２エア供給ノズル１５３がそれぞれ設けられており、これらの作用は下記で詳細に説明することにする。
【0032】
また、リアカバー１５０には、図３のようにエア流入口１５４、ＣＷ流入口１５５、ＣＷ排出口１５６、ＵＳ ＷＩＲＥ１５７、ＰＯＷＥＲ１５８がそれぞれ設けられている。
【0033】
エア流入口１５４に流入した空気は、図１のようにリアカバー１５０、シリンダ部９１０、コネクティングボディ１４０、メインハウジング１１０、フロントカバー１２０にかけて形成されたエア流路ｂに沿って移動し、最終的にフロントカバー１２０とクランピング部材５００の間の隙間に排出されて外部からハウジング部材１００の内部に異物が侵入することを防止するエアカーテン（ａｉｒ ｃｕｒｔａｉｎ）の役割をする。
【0034】
ＣＷ流入口１５５、ＣＷ排出口１５６は、冷却水（Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ）がハウジング部材１００の内部に流入し、外部に排出される役割をする。
【0035】
ＵＳ ＷＩＲＥ１５７は、超音波発振部材３００に電源を供給できるように超音波発振器から電線が配線される部分である。
【0036】
ＰＯＷＥＲ１５８は、シャフト部材２００を回転させる回転手段８００の固定子８３０に電源を供給できるように固定子８３０から電線が配線される部分である。
【0037】
図１を参照して説明すると、シャフト部材２００は内部空間１０１内に回転可能に設けられ、中空２０１が形成されている。
【0038】
本実施例で、シャフト部材２００はフロントシャフト２１０とミドルシャフト２３０とリアシャフト２５０で構成されている。
【0039】
フロントシャフト２１０とミドルシャフト２３０そしてリアシャフト２５０は、溶接で組み立てられる。リアシャフト２５０は、リアベアリングハウジング１３０のシャフト貫通ホール１３３を貫通する。
【0040】
図１を参照して説明すると、超音波発振部材３００は中空２０１内の前方に配置される。
【0041】
本実施例で、シャフト部材２００が三つの部分で構成されることによって、超音波発振部材３００はフロントシャフト２１０に形成された中空２０１内に配置され、フロントシャフト２１０に固定されることによって、シャフト部材２００の回転時にシャフト部材２００とともに回転する。
【0042】
このような超音波発振部材３００には、下記で説明するドローバー部材４００が貫通できるように貫通孔３０１が形成されている。
【0043】
超音波発振部材３００に電源を供給する合金ブラシ３５０がメインハウジング１１０の一側に装着されており、合金ブラシ３５０は超音波発振部材３００と電気的に連結されており、超音波発振部材３００に電源を供給する。
【0044】
図１を参照して説明すると、ドローバー部材４００は中空２０１内で前後方向に移動可能に設けられ、シャフト部材２００の回転時にシャフト部材２００とともに回転する。ドローバー部材４００はシャフト部材２００の中空２０１全体に長さ方向に沿って配置されるため細くて長い形態であり、前側をなすドローバー４１０と、後側をなすプッシュロッド４５０に分けられることが作動性を向上させることができるという側面で好ましい。特に、前側をなすドローバー４１０は相対的に長さが短く形成され、後側をなすプッシュロッド４５０は相対的に長さが長く形成されることがさらに好ましい。本実施例でドローバー４１０とプッシュロッド４５０の間にある程度の間隔が形成されたものとして図示したが、実施例によりドローバー４１０とプッシュロッド４５０が互いに接触してもよい。
【0045】
ドローバー４１０はフロントシャフト２１０とミドルシャフト２３０内に形成された中空２０１内に配置されるが、この時ドローバー４１０はディスクスプリング４２０により後方に位置するように弾性支持されている。このようなドローバー４１０は、超音波発振部材３００の貫通孔３０１を貫通する。このように、超音波発振部材３００を貫通したドローバー部材４００の先端は、内部空間１０１の最前方に配置される。
【0046】
プッシュロッド４５０はリアシャフト２５０内に形成された中空２０１内に配置され、プッシュロッド４５０の後端はコネクティングボディ１４０のプッシュロッド貫通ホール１４３を貫通する。
【0047】
前記のように構成されるプッシュロッド４５０の内部には第３エア通路４５１が形成されており、ドローバー４１０の内部には第４エア通路４１１が形成されている。プッシュロッド４５０の内部に形成された第３エア通路４５１は、コネクティングボディ１４０の第２エア通路１４５と連結されている。
【0048】
図１を参照して説明すると、ドローバー部材４００の先端にはクランピング部材５００が連結される。すなわち、クランピング部材５００はドローバー４１０の先端に装着され、フロントカバー１２０のクランピング貫通ホール１２１を貫通して一部分がハウジング部材１００の外側に配置されることによって、クランピング部材５００に工具がクランピングされる。
【0049】
本明細書の図面ではクランピング部材５００をコレット（ｃｏｌｌｅｔ）の形態で図示したが、実施例によりホルダーの形態でもよく、工具を把持できる形態であればよい。
【0050】
図１を参照して説明すると、シャフト部材２００をハウジング部材１００から回転可能にするボールベアリング部材６１０、６３０は、内部空間１０１内にシャフト部材２００を取り囲んで設けられている。
【0051】
本実施例では、シャフト部材２００の前側をなすフロントシャフト２１０を取り囲んで二つのボールベアリング部材６１０がそれぞれ設けられており、シャフト部材２００の後側をなすリアシャフト２５０を取り囲んで二つのボールベアリング部材６３０がそれぞれ設けられている。特に、リアシャフト２５０を取り囲んで設けられる二つのボールベアリング部材６３０は、リアベアリングハウジング１３０のベアリング装着溝１３１内に装着される。
【0052】
本明細書で提示したボールベアリング部材６１０、６３０の個数および配置は一実施例に過ぎず、実施例によりボールベアリング部材６１０、６３０の個数および配置を異にできることは言うまでもない。
【0053】
図１を参照して説明すると、ボールベアリング部材６１０、６３０によりハウジング部材１００の内部空間１０１内に回転可能に設けられるシャフト部材２００を回転させる回転手段８００は、メインハウジング１１０の内部空間１０１内に設けられる。特に、回転手段８００は、プッシュロッド４５０の外側に配置されるリアシャフト２５０の周りに設けられることが好ましい。
【0054】
本実施例で、回転手段８００は回転子（８１０、ｒｏｔｏｒ）と固定子（８３０、ｓｔａｔｏｒ）を含むモータで構成されている。
【0055】
回転子８１０はリアシャフト２５０を取り囲んで設けられており、固定子８３０は回転子８１０を取り囲んで設けられている。
【0056】
このように構成されて固定子８３０に巻線されたコイルに電圧が印加されると、固定子８３０のコイルに印加された電圧によって回転子８１０のコイルに誘導電流が発生して、回転子８１０が中心軸を中心に回転する。これに伴い、リアシャフト２５０が回転子８１０とともに回転することによって、リアシャフト２５０と連結されているフロントシャフト２１０とミドルシャフト２３０も共に回転して、シャフト部材２００全体が回転する。
【0057】
図１を参照して説明すると、シリンダ部材９００はドローバー部材４００をハウジング部材１００の長さ方向に沿って前進または後進させる。
【0058】
本実施例で、ドローバー部材４００がドローバー４１０とプッシュロッド４５０で構成されることによって、シリンダ部材９００は後側に配置されたプッシュロッド４５０を前進または後進させる。また、本実施例では、コネクティングボディ１４０とリアカバー１５０の間にシリンダ部材９００が配置されている。
【0059】
さらに、シリンダ部材９００は、多段で設けられている多数のシリンダ部９１０と、各シリンダ部９１０の内部で前後方向に移動可能な多数のピストン部９３０を含むことが好ましい。
【0060】
後方に位置したピストン部９３０は前方に位置したピストン部９３０と連結されており、最前方に位置したピストン部９３０はドローバー部材４００の後端と連結されている。
【0061】
本実施例で、最前方に位置したピストン部９３０はコネクティングボディ１４０のピストン部装着空間１４１内で前後方向に移動可能に設けられており、コイルバネ１４７により後方に位置するように弾性支持されている。また、本実施例で、最前方に位置したピストン部９３０はプッシュロッド貫通ホール１４３を貫通したプッシュロッド４５０と連結されている。
【0062】
各シリンダ部９１０には互いに連結されるように第１エア通路９１１が形成されており、第１エア通路９１１はコネクティングボディ１４０の第２エア通路１４５と連結されており、リアカバー１５０の第１エア供給ノズル１５１からエアが供給される。これに伴い、第１エア供給ノズル１５１を通じて第１エア通路９１１でエアが供給され、第２エア通路１４５を通じてプッシュロッド４５０の第３エア通路４５１およびドローバー４１０の第４エア通路４１１にエアが移動し、クランピング部材５００の外側に排出されることによって、装置の内部および工具を清掃するツールクリーニングが可能である。
【0063】
最後方に位置したピストン部９３０はリアカバー１５０の第２エア供給ノズル１５３からシリンダ部９１０の内部に供給されるエアによって前進したり、シリンダ部９１０の内部の空気が第２エア供給ノズル１５３を通じて外に抜け出て後進が可能である。このように、第２エア供給ノズル１５３はシリンダ部材９００にエアを供給したり、シリンダ部材９００からエアを排出するために設けられる。さらに詳細には、図２に図示した通り、第２エア供給ノズル１５３を通じてシリンダ部９１０の内部にエアが供給されると、ピストン部９３０が順に前方に移動し、最前方に位置したピストン部９３０はプッシュロッド４５０と連結されているため、プッシュロッド４５０が前方に移動することになる。この時、プッシュロッド４５０がドローバー４１０を前方に押圧すると、最終的にドローバー４１０の先端に連結されたクランピング部材５００が前方に移動することによって、コレット（ｃｏｌｌｅｔ）の形態で形成されたクランピング部材５００に装着された工具を脱去することができる。この時、本実施例で、クランピング部材５００の移動距離は０．４ｍｍ前進し、クランピング部材５００の移動距離は実施例により変わり得る。
【0064】
【0065】
図４に図示した通り、自動工具交換が可能なエアベアリング超音波スピンドル装置は、ハウジング部材１００－１とシャフト部材２００－１と超音波発振部材３００とドローバー部材４００とクランピング部材５００とエアベアリング部材７１０、７３０と回転手段８００とシリンダ部材９００－１を含む。
【0066】
エアベアリング超音波スピンドル装置において、前記で説明したボールベアリング超音波スピンドル装置と同じ構成要素については同じ図面番号を付与し、その詳細な説明は省略することにし、ボールベアリング超音波スピンドル装置と差異点がある構成要素についてのみ説明することにする。
【0067】
図４を参照して説明すると、ハウジング部材１００－１は長さ方向に沿って内部空間１０１が形成されている。ハウジング部材１００－１に形成された内部空間１０１は、ハウジング部材１００－１の先端と後端にそれぞれ開放されている。
【0068】
本実施例で、ハウジング部材１００－１は、メインハウジング１１０とフロントカバー１２０とボディ１６０とリアカバー１５０で構成されている。
【0069】
メインハウジング１１０は円筒状であって、内部空間１０１が形成されている。
【0070】
フロントカバー１２０はメインハウジング１１０の先端に設けられ、先端に開放された内部空間１０１を閉鎖し、クランピング部材５００が貫通するクランピング貫通ホール１２１が形成されている。
【0071】
ボディ１６０はメインハウジング１１０の後端に設けられ、後端に開放された内部空間１０１を閉鎖し、プッシュロッド４５０が貫通するプッシュロッド貫通ホール１６１が形成されている。
【0072】
ボディ１６０の後端にはシリンダ部材９００－１が配置され、シリンダ部材９００－１の後端にはリアカバー１５０が装着される。
【0073】
リアカバー１５０には、第３エア供給ノズル１５２と第２エア供給ノズル１５３がそれぞれ設けられている。
【0074】
また、リアカバー１５０には図６のように、ＣＷ流入口１５５、ＣＷ排出口１５６、ＵＳ ＷＩＲＥ１５７、ＰＯＷＥＲ１５８がそれぞれ設けられている。
【0075】
ＣＷ流入口１５５、ＣＷ排出口１５６は、冷却水（Ｃｏｏｌｉｎｇ Ｗａｔｅｒ）がハウジング部材１００－１の内部に流入し、外部に排出される役割をする。
【0076】
ＵＳ ＷＩＲＥ１５７は、超音波発振部材３００に電源を供給できるように超音波発振器から電線が配線される部分である。
【0077】
ＰＯＷＥＲ１５８は、シャフト部材２００を回転させる回転手段８００の固定子８３０に電源を供給できるように固定子８３０から電線が配線される部分である。
【0078】
図４を参照して説明すると、シャフト部材２００－１は内部空間１０１内に回転可能に設けられ、中空２０１が形成されている。
【0079】
本実施例で、シャフト部材２００－１は、フロントシャフト２６０とリアシャフト２８０で構成されている。フロントシャフト２６０とリアシャフト２８０は、熱間組立（焼き嵌め）後溶接で組み立てられる。
【0080】
図４を参照して説明すると、超音波発振部材３００は中空２０１内の前方に配置される。
【0081】
本実施例で、シャフト部材２００－１が二つの部分で構成されることにより、超音波発振部材３００はフロントシャフト２６０に形成された中空２０１内に配置され、フロントシャフト２６０に固定されることによってシャフト部材２００－１の回転時にシャフト部材２００－１とともに回転する。
【0082】
このような超音波発振部材３００には、下記で説明するドローバー部材４００が貫通できるように貫通孔３０１が形成されている。
【0083】
超音波発振部材３００に電源を供給する合金ブラシ３５０がボディ１６０の一側に装着されており、合金ブラシ３５０は超音波発振部材３００と電気的に連結されており、超音波発振部材３００に電源を供給する。
【0084】
図４を参照して説明すると、ドローバー部材４００は中空２０１内で前後方向に移動可能に設けられ、シャフト部材２００－１の回転時にシャフト部材２００－１とともに回転する。ドローバー部材４００はシャフト部材２００－１の中空２０１全体に長さ方向に沿って配置されるため細くて長い形態であり、前側をなすドローバー４１０と、後側をなすプッシュロッド４５０に分けられることが作動性を向上させることができるという側面で好ましい。
【0085】
ドローバー４１０はフロントシャフト２６０とリアシャフト２８０内に形成された中空２０１内に配置されるが、リアシャフト２８０の前側まで配置されている。この時、ドローバー４１０はディスクスプリング４２０により後方に位置するように弾性支持されている。このようなドローバー４１０は、超音波発振部材３００の貫通孔３０１を貫通する。このように、超音波発振部材３００を貫通したドローバー部材４００の先端は内部空間１０１の最前方に配置される。
【0086】
プッシュロッド４５０はリアシャフト２８０内に形成された中空２０１内に配置され、プッシュロッド４５０の後端はボディ１６０のプッシュロッド貫通ホール１６１を貫通し、シリンダボディ９２０のプッシュロッド貫通ホール９２３を貫通する。
【0087】
前記のように構成されるプッシュロッド４５０の内部には第３エア通路４５１が形成されており、ドローバー４１０の内部には第４エア通路４１１が形成されている。プッシュロッド４５０の内部に形成された第４エア通路４１１は、シリンダボディ９２０の第２エア通路９２５と連結されている。
【0088】
ドローバー部材４００の先端には、クランピング部材５００が連結される。すなわち、クランピング部材５００はドローバー４１０の先端に装着され、フロントカバー１２０のクランピング貫通ホール１２１を貫通して一部分がハウジング部材１００－１の外側に配置されることによって、クランピング部材５００に工具がクランピングされる。
【0089】
図４を参照して説明すると、シャフト部材２００－１をハウジング部材１００－１から回転可能にするエアベアリング部材７１０、７３０、７５０が、内部空間１０１内にシャフト部材２００－１を取り囲んで設けられている。
【0090】
本実施例では、シャフト部材２００－１の前側をなすフロントシャフト２６０を取り囲んでエアベアリング部材７１０が設けられており、シャフト部材２００－１の後側をなすリアシャフト２８０を取り囲んでエアベアリング部材７３０が設けられている。リアシャフト２８０とエアベアリング部材７３０の間には、シャプトブッシュ２９０が配置されている。また、フロントカバー１２０とメインハウジング１１０の間には、スラストエアベアリング７５０が設けられている。
【0091】
エアベアリング部材７１０、エアベアリング部材７３０、スラストエアベアリング７５０にエアを供給するエア流路ａが、メインハウジング１１０、ボディ１６０、シリンダボディ９２０、シリンダ部９１０にかけて互いに連結されて形成されており、リアカバー１５０には第３エア供給ノズル１５２からエアが供給される。したがって、第３エア供給ノズル１５２を通じてエアがエア流路ａ内に供給され、エアベアリング部材７１０、エアベアリング部材７３０、スラストエアベアリング７５０によりシャフト部材２００－１が内部空間１０１内で浮上する。
【0092】
このように、エアベアリング部材７１０、エアベアリング部材７３０、スラストエアベアリング７５０によりシャフト部材２００－１が内部空間１０１内で浮上しながら、シャフト部材２００－１は内部空間１０１内に回転可能になるが、浮上したシャフト部材２００－１を回転させる回転手段８００はメインハウジング１１０の内部空間１０１内に設けられる。特に、回転手段８００はリアシャフト２８０の周りに設けられることが好ましい。
【0093】
本実施例で、回転手段８００は回転子（８１０、ｒｏｔｏｒ）と固定子（８３０、ｓｔａｔｏｒ）を含むモータで構成されている。
【0094】
回転子８１０はリアシャフト２８０の前側を取り囲んで設けられており、固定子８３０は回転子８１０を取り囲んで設けられている。
【0095】
このように構成されて固定子８３０に巻線されたコイルに電圧が印加されると、固定子８３０のコイルに印加された電圧によって回転子８１０のコイルに誘導電流が発生して回転子８１０が中心軸を中心に回転する。これに伴い、リアシャフト２８０が回転子８１０とともに回転することによって、リアシャフト２８０と連結されているフロントシャフト２６０も共に回転して、シャフト部材２００－１全体が回転する。
【0096】
図４を参照して説明すると、シリンダ部材９００－１はドローバー部材４００をハウジング部材１００－１の長さ方向に沿って前進または後進させる。
【0097】
本実施例で、ドローバー部材４００がドローバー４１０とプッシュロッド４５０で構成されることによって、シリンダ部材９００－１は後側に配置されたプッシュロッド４５０を前進または後進させる。また、本実施例では、ボディ１６０とリアカバー１５０の間にシリンダ部材９００－１が配置されている。
【0098】
さらに、シリンダ部材９００－１は、多段で設けられている多数のシリンダ部９１０と、最前方に配置されたシリンダ部９１０とボディ１６０の間に配置されるシリンダボディ９２０と、各シリンダ部９１０の内部で前後方向に移動可能な多数のピストン部９３０を含むことが好ましい。
【0099】
シリンダ部９１０には、図６に図示した第３エア供給ノズル１５２からエアが供給される第１エア通路９１１が形成されている。
【0100】
シリンダボディ９２０の後面には、最前方に位置したピストン部９３０が装着されるピストン部装着空間９２１が形成されている。ピストン部装着空間９２１内にはプッシュロッド４５０が貫通するプッシュロッド貫通ホール９２３が形成されており、シリンダ部９１０の第１エア通路９１１とプッシュロッド４５０の第３エア通路４５１を連結する第２エア通路９２５が形成されている。したがって、図６に図示した第３エア供給ノズル１５２から第１エア通路９１１に供給されたエアは第２エア通路９２５に移動し、プッシュロッド４５０の第３エア通路４５１とドローバー４１０の第４エア通路４１１を順に移動し、クランピング部材５００の間で排出されることによって、装置内部および工具を清掃するツールクリーニングが可能である。
【0101】
後方に位置したピストン部９３０は前方に位置したピストン部９３０と連結されており、最前方に位置したピストン部９３０はドローバー部材４００の後端と連結されている。
【0102】
本実施例で、最前方に位置したピストン部９３０はシリンダボディ９２０のピストン部装着空間９２１内で前後方向に移動可能に設けられており、コイルバネ９２７により後方に位置するように弾性支持されている。また、本実施例で、最前方に位置したピストン部９３０はシリンダボディ９２０のプッシュロッド貫通ホール９２３を貫通したプッシュロッド４５０と連結されている。
【0103】
最後方に位置したピストン部９３０はリアカバー１５０の第２エア供給ノズル１５３からシリンダ部９１０の内部に供給されるエアによって前進したり、シリンダ部９１０の内部の空気が第２エア供給ノズル１５３を通じて外に抜け出て後進が可能である。このように、第２エア供給ノズル１５３はシリンダ部材９００－１にエアを供給したり、シリンダ部材９００－１からエアを排出するために設けられる。
【0104】
さらに詳細には、図５に図示した通り、第２エア供給ノズル１５３を通じてシリンダ部９１０の内部にエアが供給されると、ピストン部９３０が順に前方に移動し、最前方に位置したピストン部９３０はプッシュロッド４５０と連結されているため、プッシュロッド４５０が前方に移動することになる。この時、プッシュロッド４５０がドローバー４１０を前方に押圧すると、最終的にドローバー４１０の先端に連結されたクランピング部材５００が前方に移動することによって、コレット（ｃｏｌｌｅｔ）の形態で形成されたクランピング部材５００に装着された工具を脱去することができる。この時、本実施例で、クランピング部材５００の移動距離は０．５ｍｍ前進し、クランピング部材５００の移動距離は実施例により変わり得る。
【0105】
前記のように構成されるエアベアリング超音波スピンドル装置の全体の外観を、図７に図示した。
【0106】
メインハウジング１１０とフロントカバー１２０とボディ１６０とリアカバー１５０で構成されるハウジング部材１００－１とシリンダ部９１０とシリンダボディ９２０とエアベアリング部材７１０、７５０によって、エアベアリング超音波スピンドル装置は円筒状をなる。
【0107】
本発明の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置によると、次のような効果がある。
【0108】
貫通孔３０１が形成された超音波発振部材３００と、貫通孔３０１を通じて超音波発振部材３００を貫通して前後方向に移動が可能であるため自動工具交換を可能にするドローバー部材４００を含むことによって、クランピング部材５００に装着された工具を自動で交換することができるため、ツール交換時間を顕著に短縮させ、工程の単純化および装置の単純化を達成できる効果がある。
【0109】
従来の超音波スピンドルに比べて加工時間の短縮、工具の寿命延長、加工物の精密度の向上などの効果を期待することができる。
【0110】
超音波スピンドルの利点に自動工具交換を付加して、別途の追加装置がなくても工具を自動で交換するスピンドルを具現化することによって、費用の側面で非常に有利な効果がある。
【0111】
スピンドル内にＡＴＣ装置、ＡＴＣが可能な超音波発振部材３００、シャフト部材２００、２００－１を回転させる回転手段８００が含まれることによって、低費用の効果はもちろん構造の単純化および空間節約効果を期待することができる。
【0112】
以上のように、本発明はたとえ限定された実施例と図面によって説明されたが、本発明はこれによって限定されず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者によって本発明の技術思想と以下に記載される特許請求の範囲の均等範囲内で多様な修正および変形ができることは言うまでもない。
【符号の説明】
【0113】
１００、１００－１：ハウジング部材
１０１：内部空間
２００、２００－１：シャフト部材
２０１：中空
３００：超音波発振部材
３０１：貫通孔
４００：ドローバー部材
４１０：ドローバー
４５０：プッシュロッド
５００：クランピング部材
６１０、６３０：ボールベアリング部材
７１０、７３０：エアベアリング部材
８００：回転手段
８１０：回転子
８３０：固定子
９００、９００－１：シリンダ部材
９１０：シリンダ部
９３０：ピストン部
１０１：内部空間
２００、２００－１：シャフト部材
２０１：中空
３００：超音波発振部材
３０１：貫通孔
４００：ドローバー部材
４１０：ドローバー
４５０：プッシュロッド
５００：クランピング部材
６１０、６３０：ボールベアリング部材
７１０、７３０：エアベアリング部材
８００：回転手段
８１０：回転子
８３０：固定子
９００、９００－１：シリンダ部材
９１０：シリンダ部
９３０：ピストン部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【手続補正書】
【提出日】2022-03-07
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
長さ方向に沿って内部空間が形成されているハウジング部材；
前記内部空間内に回転可能に配置され、中空が形成されたシャフト部材；
前記中空内の前方に配置され、貫通孔が形成された超音波発振部材；
前記中空内で前後方向に移動可能に配置されるドローバー部材；
前記ドローバー部材の先端に連結され、一部分が前記ハウジング部材の外側に配置され、工具をクランピングするクランピング部材；
前記内部空間に位置し、前記シャフト部材を回転させる回転手段；および
前記ドローバー部材を前記シャフト部材の長さ方向に沿って前進または後進させるシリンダ部材；を含み、
前記ドローバー部材の一部分は、前記貫通孔内に挿入されて前記超音波発振部材を貫通し、
前記シリンダ部材は、前記ハウジング部材の後端に配置され、前後方向に多段で形成された複数のシリンダ；および前記各シリンダの内部で前後方向に移動可能に配置される、複数のピストン部を具備し、
前記複数のピストン部は前後方向に順次連結され、且つ前記複数のピストン部のうちの最も前に位置するピストン部は、前記ドローバー部材の後端に連結され、前記ドローバー部材は前記ピストン部の移動方向に沿って前後方向に移動する、
自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
前記内部空間内に回転可能に配置され、中空が形成されたシャフト部材；
前記中空内の前方に配置され、貫通孔が形成された超音波発振部材；
前記中空内で前後方向に移動可能に配置されるドローバー部材；
前記ドローバー部材の先端に連結され、一部分が前記ハウジング部材の外側に配置され、工具をクランピングするクランピング部材；
前記内部空間に位置し、前記シャフト部材を回転させる回転手段；および
前記ドローバー部材を前記シャフト部材の長さ方向に沿って前進または後進させるシリンダ部材；を含み、
前記ドローバー部材の一部分は、前記貫通孔内に挿入されて前記超音波発振部材を貫通し、
前記シリンダ部材は、前記ハウジング部材の後端に配置され、前後方向に多段で形成された複数のシリンダ；および前記各シリンダの内部で前後方向に移動可能に配置される、複数のピストン部を具備し、
前記複数のピストン部は前後方向に順次連結され、且つ前記複数のピストン部のうちの最も前に位置するピストン部は、前記ドローバー部材の後端に連結され、前記ドローバー部材は前記ピストン部の移動方向に沿って前後方向に移動する、
自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【請求項2】
前記ドローバー部材は、
前記ドローバー部材の前部を形成するドローバーと、前記ドローバー部材の後部を形成するプッシュロッドを具備し、
前記ドローバーは前記貫通孔を貫通し、
前記シャフト部材は前記プッシュロッドの外側に配置され、
前記回転手段は前記シャフト部材の周りに配置される、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
前記ドローバー部材の前部を形成するドローバーと、前記ドローバー部材の後部を形成するプッシュロッドを具備し、
前記ドローバーは前記貫通孔を貫通し、
前記シャフト部材は前記プッシュロッドの外側に配置され、
前記回転手段は前記シャフト部材の周りに配置される、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【請求項3】
前記内部空間内に配置され、前記シャフト部材を取り囲むボールベアリング部材をさらに含む、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
【請求項4】
前記内部空間内に配置され、前記シャフト部材を取り囲むエアベアリング部材をさらに含み、
前記エアベアリング部材にエアを供給するエア流路が前記ハウジング部材に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。
前記エアベアリング部材にエアを供給するエア流路が前記ハウジング部材に形成されることを特徴とする、請求項１に記載の自動工具交換が可能な超音波スピンドル装置。