가변 내경 가공을 위한 공구

申请号 KR1020140167469 申请日 2014-11-27 公开(公告)号 KR1020160063766A 公开(公告)日 2016-06-07
申请人 한국표준과학연구원; 发明人 문일권; 전병혁; 이재협; 이회윤; 양호순; 이윤우;
摘要 인가되는전원의크기에따라반경방향으로부피팽창이이루어지는유연성압전소자에절삭용팁을설치한다음피가공물에대한천공작업시유연성압전소자에대한반경방향의크기조절을통해절삭용팁의반경방향위치를가변적으로변위시킴으로써천공되는구멍의내경을조절할수 있는가변내경가공을위한공구를개시한다. 전술한가변내경가공을위한공구는외부동력에의해회전하는회전축(100), 상기회전축(100)에고정되고인가되는전원의크기에따라반경방향부피를가변적으로조절하는유연성압전소자(120), 상기유연성압전소자(120)에고정되어피가공물의구멍을가공하는절삭용팁(140), 및상기유연성압전소자(120)의반경방향팽창에따른상기절삭용팁(140)의위치변화를검출하는위치감지부(160)를구비한다.
权利要求
  • 피가공물에 형성되는 구멍의 크기를 가변적으로 조절하기 위한 내경 가공용 공구로서,
    외부 동력에 의해 회전하는 회전축;
    상기 회전축에 고정되고 인가되는 전원의 크기에 따라 반경방향 부피를 가변적으로 조절하는 유연성 압전소자;
    상기 유연성 압전소자에 고정되어 상기 피가공물의 구멍을 가공하는 절삭용 팁; 및
    상기 유연성 압전소자의 반경방향 팽창에 따른 상기 절삭용 팁의 위치 변화를 검출하는 위치 감지부를 구비하고,
    상기 유연성 압전소자는 상기 위치 감지부로부터 검출되는 정보에 기초하여 인가되는 전원의 크기를 가변적으로 제공받도록 구성되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 1에 있어서,
    상기 유연성 압전소자는 상기 회전축에 대해 반경방향으로 분할되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 2에 있어서,
    상기 유연성 압전소자는 상기 회전축의 반경방향 외측을 향한 부피 팽창을 통한 반경방향 크기 조절을 위해 소재를 분할하는 구획부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 3에 있어서,
    상기 구획부는 상기 유연성 압전소자를 반경방향과 길이방향으로 각각 분할하여 방사상으로 배치되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 3에 있어서,
    상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 구획부를 기준으로 각 단편부위에 적어도 하나 이상의 수량으로 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 1 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 외주면 또는 저면부에서 외측으로 돌출되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 1에 있어서,
    상기 위치 감지부는 상기 유연성 압전소자의 반경방향을 기준으로 상호 대향하는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 1에 있어서,
    상기 위치 감지부로부터 검출되는 정보를 기반으로 상기 유연성 압전소자에 제공되는 전원의 크기를 가변적으로 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 8에 있어서,
    상기 제어부의 제어에 따라 상기 유연성 압전소자에 반경방향 부피 조절을 위한 인가 전원을 가변적으로 제공하는 전원 인가부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 피가공물에 형성되는 구멍의 크기를 가변적으로 조절하기 위한 내경 가공용 공구로서,
    외부 동력에 의해 회전하는 회전축;
    상기 회전축에 대해 반경방향으로 분할되도록 고정되고 인가되는 전원의 크기에 따라 반경방향 부피를 가변적으로 조절하는 유연성 압전소자;
    상기 유연성 압전소자에 고정되어 상기 피가공물의 구멍을 가공하는 절삭용 팁;
    상기 유연성 압전소자의 반경방향 팽창에 따른 상기 절삭용 팁의 위치 변화를 검출하는 위치 감지부;
    상기 유연성 압전소자의 반경방향 부피 조절을 위한 인가 전원을 가변적으로 조절하는 전원 인가부; 및
    상기 위치 감지부로부터 입력되는 정보를 기반으로 상기 전원 인가부의 작동을 제어하여 상기 유연성 압전소자에 대한 팽창 정도를 가변적으로 조절하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 10에 있어서,
    상기 유연성 압전소자는 소재를 반경방향과 길이방향으로 각각 분할하여 상기 회전축의 반경방향 외측을 향한 부피 팽창을 가능하게 하는 구획부를 구비하는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 11에 있어서,
    상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 구획부를 기준으로 각 단편부위에 적어도 하나 이상의 수량으로 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 10 또는 청구항 12에 있어서,
    상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 외주면 또는 저면부에서 외측으로 돌출되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 청구항 10에 있어서,
    상기 위치 감지부는 상기 유연성 압전소자의 반경방향을 기준으로 상호 대향하는 위치에 설치되는 것을 특징으로 하는 가변 내경 가공을 위한 공구.
  • 说明书全文

    가변 내경 가공을 위한 공구{Perforating Tool for Variable Internal Diameter}

    본 발명은 피가공물에 대한 천공 작업시 가공되는 구멍의 크기를 선택적으로 조절할 수 있는 공구에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인가 전원의 조절을 통해 반경방향의 부피를 팽창시킬 수 있는 유연성 압전소자를 이용하여 절삭용 팁의 반경방향 위치를 가변적으로 변위시킴으로써 천공되는 구멍의 내경을 자유롭게 조절할 수 있는 가변 내경 가공을 위한 공구에 관한 것이다.

    일반적으로 피가공물에 대해 구멍을 뚫는 천공 작업은 드릴링 머신과 같은 절삭용 공구를 이용하여 소재를 절삭하는 가공을 통해 이루어진다. 즉, 피가공물에 대한 천공 작업은 핸드 드릴이나 휴대용 전기 드릴, 또는 펜치 드릴 등의 절삭용 공구를 이루어진다. 이 경우, 통상적인 절삭용 공구를 사용한 천공 작업은 피가공물에 대해 동일한 직경의 구멍을 뚫을 수 있는 한계를 가지게 된다.

    일례로, 천문 혹은 우주 관측용 기기류에 적용되는 거울 재질의 경량화 구조물은 도 6과 도 7에 각각 도시된 바와 같은 구성으로 이루어진다.

    즉, 도 6과 도 7을 각각 참조로 하면, 천문 혹은 우주 관측용 기기류의 반사체로서 일체형 반사 구조물(51)은 프론트 플레이트(53), 리어 플레이트(55), 퓨즈드 코어(Fused Core; 57), 아우터 링(59), 및 이너 링(61)을 포함하는 구성으로 이루어진다.

    상기 프론트 플레이트(53)와 상기 리어 플레이트(55)는 각각 원판 형태의 소재 중앙에 상기 이너 링(61)의 설치를 위한 관통구멍(53a, 55a)을 형성하고, 상기 퓨즈드 코어(57)는 경량화를 목적으로 허니콤과 같은 중공의 격자형 구조물 형태로 제작된다.

    상기 아우터 링(59)과 상기 이너 링(61)은 각각 링 형상의 일정폭을 가지는 스트립 형태의 부재로 이루어져, 상기 프론트 플레이트(53)와 상기 리어 플레이트(55) 및 상기 퓨즈드 코어(57) 사이의 외곽 부위와 중앙 부위에 각각 별도로 고정 설치된다.

    이 경우, 상기 프론트 플레이트(53)와 상기 리어 플레이트(55) 및 상기 퓨즈드 코어(57)는 각각 별개의 부품으로 선 제작된 다음, 상호 조립부위에 대한 별도의 접합 공정을 통해 최종적으로 일체화 되는 구조물(51)의 형태로 제작된다.

    그런데, 상기와 같은 천문 혹은 우주 관측용 기기류의 반사체에 해당하는 일체형 반사 구조물(51)은 우수한 광학적 특성을 구현함과 동시에 동작 제어를 위한 일련의 과정에서 구동계 설비의 부담을 경감하고 응답성의 향상을 위해 저중량이면서도 적정 수준의 강성을 확보하기 위하여 접합공정을 통한 제작이 아닌 일체형으로 구성된 거울 재질의 프론트 플레이트를 제외한 나머지 부분을 천공하여 경량화하는 방법을 사용한다.

    이에 따라, 종래에는 반사체인 일체형 반사 구조물(51)을 구성하는 리어 플레이트(55)의 표면 및 코어 부분을 도 8에 도시된 바와 같이 소재의 일부 구간을 천공하는 형태의 구멍(55b)을 다수의 수량으로 가공하여 부품의 경량화를 도모하게 된다. 그러나 상기와 같은 구조에서는 부품의 중량을 최소화하기 위해 구멍(55b)의 크기를 크게 설정함에 있어 구조적 한계가 있기 때문에 부품의 중량을 경량화하기 어려운 제약 요인을 가질 수밖에 없게 된다.

    이 결과, 소재에 가공되는 구멍의 단면적을 점진적 혹은 일정하게 확장시킬 수 있는 방안이 제안되었는바, 종래 등록특허 제10-1330899호에 개시된 피가공물의 확경 가공 방법은, 피가공물(W)에 대해 초기 항복강도 이상의 압축응력을 발생시키는 압축력을 가하여 그 내부 에너지를 증대시키고, 그 횡단 방향으로는 피가공물(W)의 변형을 탄성한도 내로 억제하는 교번 전단력을 가함으로써 이 교번 전단력에 의해 피가공물(W)의 내부 에너지의 일부를 분해하고, 이 분해에 의해 얻어진 분해 에너지의 도움을 받아 피가공물(W)의 확경 예정 영역을 확장 변형시켜 피가공물(W)에 확경부를 형성할 수 있는 기술적 구성인 것이다.

    그러나 상기와 같은 종래 피가공물의 확경 가공 방법은 내부 에너지의 증대를 위해 피가공물에 초기항복강도 이상의 압축 응력을 발생시키기 위한 압축력을 가하면서 피가공물의 탄성 한도 내에서 변형을 위한 교번 하중을 축선과 교차하는 횡단 방향으로 가하는 과정을 포함하기 때문에, 횡단 방향의 교번 하중에 의한 가공 설비의 손상을 초래하는 문제를 야기하게 된다.

    대한민국 등록특허 제10-1330899호의 피가공물의 확경 가공 방법(등록일; 2013. 11. 12.)

    이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 인가되는 전원의 크기에 따라 반경방향으로 부피 팽창이 이루어지는 유연성 압전소자에 절삭용 팁을 설치한 다음 피가공물에 대한 천공 작업시 유연성 압전소자에 대한 반경방향의 크기 조절을 통해 절삭용 팁의 반경방향 위치를 가변적으로 변위시킴으로써 천공되는 구멍의 내경을 자유롭게 조절할 수 있는 가변 내경 가공을 위한 공구를 제공하는 데 그 목적이 있다.

    상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 피가공물에 형성되는 구멍의 크기를 가변적으로 조절하기 위한 내경 가공용 공구로서, 외부 동력에 의해 회전하는 회전축, 상기 회전축에 고정되고 인가되는 전원의 크기에 따라 반경방향 부피를 가변적으로 조절하는 유연성 압전소자, 상기 유연성 압전소자에 고정되어 상기 피가공물의 구멍을 가공하는 절삭용 팁, 및 상기 유연성 압전소자의 반경방향 팽창에 따른 상기 절삭용 팁의 위치 변화를 검출하는 위치 감지부를 구비하고, 상기 유연성 압전소자는 상기 위치 감지부로부터 검출되는 정보에 기초하여 인가되는 전원의 크기를 가변적으로 제공받도록 구성된다.

    본 발명에 있어, 상기 유연성 압전소자는 상기 회전축에 대해 반경방향으로 분할되도록 설치된다. 또한, 상기 유연성 압전소자는 상기 회전축의 반경방향 외측을 향한 부피 팽창을 통한 반경방향 크기 조절을 위해 소재를 분할하는 구획부를 구비한다. 또한, 상기 구획부는 상기 유연성 압전소자를 반경방향과 길이방향으로 각각 분할하여 방사상으로 배치되도록 형성된다.

    본 발명에 있어, 상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 구획부를 기준으로 각 단편부위에 적어도 하나 이상의 수량으로 설치된다. 또한, 상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 외주면 또는 저면부에서 외측으로 돌출되도록 설치된다.

    본 발명에 있어, 상기 위치 감지부는 상기 유연성 압전소자의 반경방향을 기준으로 상호 대향하는 위치에 설치된다.

    본 발명은 상기 위치 감지부로부터 검출되는 정보를 기반으로 상기 유연성 압전소자에 제공되는 전원의 크기를 가변적으로 조절하는 제어부를 더 포함하고, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 유연성 압전소자에 반경방향 부피 조절을 위한 인가 전원을 가변적으로 제공하는 전원 인가부를 더 포함한다.

    본 발명은 피가공물에 형성되는 구멍의 크기를 가변적으로 조절하기 위한 내경 가공용 공구로서, 외부 동력에 의해 회전하는 회전축, 상기 회전축에 대해 반경방향으로 분할되도록 고정되고 인가되는 전원의 크기에 따라 반경방향 부피를 가변적으로 조절하는 유연성 압전소자, 상기 유연성 압전소자에 고정되어 상기 피가공물의 구멍을 가공하는 절삭용 팁, 상기 유연성 압전소자의 반경방향 팽창에 따른 상기 절삭용 팁의 위치 변화를 검출하는 위치 감지부, 상기 유연성 압전소자의 반경방향 부피 조절을 위한 인가 전원을 가변적으로 조절하는 전원 인가부, 및 상기 위치 감지부로부터 입력되는 정보를 기반으로 상기 전원 인가부의 작동을 제어하여 상기 유연성 압전소자에 대한 팽창 정도를 가변적으로 조절하는 제어부를 구비한다.

    본 발명에 있어, 상기 유연성 압전소자는 소재를 반경방향과 길이방향으로 각각 분할하여 상기 회전축의 반경방향 외측을 향한 부피 팽창을 가능하게 하는 구획부를 구비한다.

    본 발명에 있어, 상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 구획부를 기준으로 각 단편부위에 적어도 하나 이상의 수량으로 설치된다. 또한, 상기 절삭용 팁은 상기 유연성 압전소자의 외주면 또는 저면부에서 외측으로 돌출되도록 설치된다.

    본 발명에 있어, 상기 위치 감지부는 상기 유연성 압전소자의 반경방향을 기준으로 상호 대향하는 위치에 설치된다.

    본 발명은 인가 전원의 크기에 따라 반경방향으로 부피의 팽창 변화를 수반할 수 있는 유연성 압전소자와 이 유연성 압전소자에 고정된 절삭용 팁을 이용하여, 피가공물에 대한 천공 작업시 유연성 압전소자에 제공되는 인가 전원을 조절하여 유연성 압전소자에 대한 반경방향의 크기 변화에 따른 절삭용 팁의 반경방향 위치를 가변적으로 변위시킬 수 있으므로, 절삭용 팁에 의해 피가공물에 천공되는 구멍의 내경 크기를 자유롭게 조절할 수 있는 효과를 제공하게 된다.

    이 결과, 본 발명에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구는 천문 혹은 우주 관측용 기기류의 반사체로서, 구성 소재의 표면에 내경 부위의 단면적이 확장될 수 있는 구조의 구멍을 보다 용이하게 형성할 수 있으므로, 동작 제어를 위한 구동계 설비의 부담을 경감하고 응답성을 향상시킬 수 있도록 하는 부품의 경량화를 도모함과 동시에 광학적으로 우수한 성능을 구현하면서도 구조적으로 고강성의 물성을 확보할 수 있는 소재를 제공하게 된다.

    도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구를 개략적으로 도시한 사시도로서, 변형 전의 상태를 도시한 도면이다.
    도 2는 도 1에 도시된 가변 내경 가공을 위한 공구의 구성 중에서 유연성 압전소자만을 확대하여 도시한 측면도이다.
    도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구를 개략적으로 도시한 사시도로서, 변형 후의 상태를 도시한 도면이다.
    도 4는 도 2에 도시된 가변 내경 가공을 위한 공구의 구성 중에서 유연성 압전소자만을 확대하여 도시한 측단면도이다.
    도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구를 이용하여 이루어지는 피가공물에 대한 천공 작업을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
    도 6은 종래 천문 혹은 우주 관측용 기기류에 적용되는 반사체로서 초 저팽창 물질을 이용하여 제작된 일체형 반사 구조물을 도시한 사시도이다.
    도 7은 도 6에 도시된 일체형 반사 구조물의 분해도이다.
    도 8은 도 7에 도시된 리어 플레이트 및 코어부분에 다수의 구멍이 형성된 상태를 도시한 도면이다.

    이하, 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.

    도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구에 대한 변형 전의 상태를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 가변 내경 가공을 위한 공구의 구성 중에서 유연성 압전소자만을 확대하여 도시한 측면도이다.

    도 1과 도 2를 각각 참조로 하면, 본 발명은 피가공물에 형성되는 구멍의 크기를 가변적으로 조절하기 위한 내경 가공용 공구로서, 회전축(100), 유연성 압전소자(Flexible Piezoelectric Element; 120), 절삭용 팁(140), 위치 감지부(160), 전원 인가부(180), 및 제어부(200)를 포함하여 구성된다.

    상기 회전축(100)은 외부로부터 제공되는 동력을 전달받아 고속으로 회전하는 부재로서, 하측의 자유단부에 상기 유연성 압전소자(120)를 고정 설치한다. 또한, 상기 회전축(100)은 부재 중 상측부위가 중공의 가이드 튜브(102) 내에 수용되는 구조로 이루어진다.

    상기 유연성 압전소자(120)는 상기 회전축(100)의 하측 자유단부에 고정되도록 설치되고 인가되는 전원의 크기에 따라 반경방향으로 부피를 팽창시켜 전체적인 외형이 변화됨으로써 반경방향의 크기를 가변적으로 조절할 수 있는 소재로 이루어진다.

    여기서, 상기 유연성 압전소자(120)는 전기 에너지를 가함에 따라 변형을 수반하여 강한 힘을 발생하고, 특히 변위의 발생구조가 간단한 특성 때문에 우주항공, 자동차, 정밀기계 등에서 주로 기계적 변위를 구현하고자 하는 분야에서 널리 사용되는 소재이다. 즉, 상기 유연성 압전소자(120)는 기존 압전 세라믹 소재가 가지는 취성이나 단단한 물성에 의해 변형이 곤란하고 내구성의 취약성을 개선하여 유연성을 발휘할 수 있는 신소재에 해당하는 것이다.

    예컨대, 상기 유연성 압전소자(120)는 폴리머 계열의 소재로서, 생명 공학이나 전자 디스플레이, 전자 페이퍼, 대면적 유기 전자소자, 및 센서 등의 광범위한 영역에 적용될 수 있는 것으로, 특히 유연 압전 에너지 하베스팅(Flexible Piezoelectric Energy Harvesting) 소자는 소재의 유연성으로 인하여 작은 진동에도 발전이 가능하며, 복잡한 형상이나 다양한 영역에 적용이 가능하여 저용량 에너지원으로서 크게 부각되고 있는 실정이다.

    또한, 상기 유연성 압전소자(120)는 크게 폴리머 압전 재료나 압전 복합재료(composite), 나노 구조체, 및 박막 전사 공정 등을 이용하여 제작될 수 있고, 특히 폴리머 압전 재료(Electro Active Polymer; EAP)는 낮은 구동 전압에서 큰 변형률을 가지며 저밀도의 특성으로 인하여 인공근육을 실현시킬 수 있는 차세대 액추에이터로서 각광을 받고 있는 바, 대표적인 폴리머 압전 재료인 PVDF(polyvinylidene-fluoride)는 단량체구조인 디플루오로에틸렌{Difluoroethylene, (-CH2-CF2-)n}이 반복적으로 구성되는 선상 고분자로써 분자 내에 존재하는 강한 쌍극자기에 의해서 고분자 재료 중 가장 큰 유전율을 나타내는 물질이고 유기질 폴리머로 이루어져 부식에 강할 뿐만 아니라 열적 안정성, 화학적 저항성 등의 뛰어난 재료적 우수성을 가지고 있다.

    특히, 상기 유연성 압전소자(120)는 상기 회전축(100)의 반경방향 외측을 향해 자유로운 부피 팽창을 구현함으로써 반경방향의 크기, 즉 직경의 크기를 조절하기 위해 소재를 분할하는 구획부(122)를 형성한다.

    이 경우, 상기 구획부(122)는 상기 유연성 압전소자(120)의 자유단부에서 반경방향을 향해 방사상으로 배치되도록 형성되고, 각각의 구획부(122) 사이에서 중첩되는 중앙부위는 상기 유연성 압전소자(120)의 길이방향을 따라 길게 절개되는 형태를 이루게 된다.

    상기 절삭용 팁(140)은 상기 유연성 압전소자(120)에 대해 견고하게 고정되어 피가공물에 구멍을 가공하기 위한 천공 작업에 적합한 것으로, 공업용 다이아몬드와 같이 경도가 높은 재료로 제작된다.

    또한, 상기 절삭용 팁(140)은 상기 유연성 압전소자(120)의 구획부(122)를 기준으로 각 단편부위에서 적어도 하나 이상의 수량으로 설치된다.

    또한, 상기 절삭용 팁(140)은 상기 유연성 압전소자(120)의 외주면 또는 저면부에서 각각 외측으로 돌출되도록 설치되어 있어, 피가공물에 대한 천공 작업을 용이하게 구현할 수 있도록 구성된다.

    상기 위치 감지부(160)는 상기 유연성 압전소자(120)에 인가 전원의 공급시 유연성 압전소자(120)의 반경방향 팽창에 따른 상기 절삭용 팁(140)의 위치 변화를 실시간으로 검출하는 역할을 수행한다.

    즉, 상기 위치 감지부(160)는 천공 작업시 가공되는 구멍의 내경에 대한 크기를 간접적으로 검출할 수 있는 일종의 센서에 해당하는 것으로, 상기 위치 감지부(160)는 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향을 기준으로 상호 대향하는 위치에 설치되어 통전시 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향 부피 팽창으로 인해 기인하는 상기 절삭용 팁(140)의 위치를 보다 정확하게 검출할 수 있도록 구성한다.

    이 경우, 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향부피의 변화에 따른 상기 절삭용 팁(140)과 상기 위치 감지부(160) 사이의 상대 거리의 변화는 맵 데이터 등으로 저장되고, 이를 통해 인가 전원의 크기 변화로부터 기인하는 상기 절삭용 팁(140)의 위치 변화는 상기 위치 감지부(160)를 통해 정확하게 파악될 수 있다.

    예컨대, 상기 위치 감지부(160)는 상기 유연성 압전소자(120)에 직접적으로 설치되는 발신유닛, 및 상기 회전축(100)을 수용하는 가이드 튜브(102)와 같은 고정측 부재에 설치되는 수신유닛을 포함하는 광 센서 또는 초음파 센서 등으로 구현할 수 있다.

    상기 전원 인가부(180)는 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향 부피를 가변적으로 조절하기 위해 인가되는 전원의 크기를 인위적으로 조정할 수 있는 일종의 전자소자에 해당한다.

    상기 제어부(200)는 상기 위치 감지부(160)로부터 검출되는 정보를 기반으로 상기 유연성 압전소자(120)에 제공되는 전원의 크기를 가변적으로 조절하여 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향 부피를 원하는 수준으로 제어함으로써 상기 절삭용 팁(140)에 의한 천공 작업시 가공되는 구멍의 직경을 인위적으로 조절할 수 있는 역할을 수행한다.

    도 3은 본 발명의 실시예에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구에 대한 변형 후의 상태를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 4는 도 2에 도시된 가변 내경 가공을 위한 공구의 구성 중에서 유연성 압전소자만을 확대하여 도시한 측단면도이다.

    도 3과 도 4를 각각 참조로 하면, 본 발명에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구는 상기 유연성 압전소자(120)에 인가되는 전원의 크기를 조절하여 유연성 압전소자(120)에 대한 반경방향 부피를 가변적으로 조절하고, 이를 통해 상기 절삭용 팁(140)에 의한 천공 작업시 형성되는 구멍의 크기를 종속적으로 조절할 수 있게 된다. 이 경우, 도 3과 도 4는 전원의 인가에 따라 반경방향으로 부피의 팽창이 이루어지는 상기 유연성 압전소자(120)의 변형 상태를 다소 과장되게 도시하고 있음을 밝혀둔다.

    즉, 상기 제어부(200)의 제어에 따라 상기 전원 인가부(180)를 통해 상기 유연성 압전소자(120)로 제공되는 인가 전원이 상승하게 되면, 상기 유연성 압전소자(120)는 반경방향으로 부피를 팽창시키는 변형을 통해 전체적인 외경을 큰 상태로 전환하게 된다. 이 과정에서 상기 구획부(122)는 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향 부피 팽창을 보다 용이하게 도울 수 있게 하는 역할을 수행한다.

    이 결과, 상기 절삭용 팁(140)은 상기 유연성 압전소자(120)의 자유단부에서 반경방향으로 그 위치를 외측으로 옮길 수 있게 되고, 이에 따라 가공되는 구멍의 직경도 넓어지게 된다.

    이러한 일련의 과정에서 상기 위치 감지부(160)는 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향 부피의 팽창 정도를 실시간으로 검출하여 상기 제어부(200)로 출력하게 되고, 이를 통해 상기 제어부(200)는 상기 전원 인가부(180)의 동작 제어를 통해 상기 유연성 압전소자(120)로 인가되는 전원의 크기를 조절함으로써 원하는 수준의 크기로 천공 작업이 이루어질 수 있게 된다.

    즉, 상기 유연성 압전소자(120)는 상기 위치 감지부(160)로부터 검출되는 정보에 기초하여 상기 제어부(200)의 제어에 의한 상기 전원 인가부(180)의 작동을 매개로 인가되는 전원의 크기를 가변적으로 제공받도록 구성된다.

    이하, 상기와 같은 구성의 공구를 이용한 피가공물에 대한 천공 작업을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

    도 5는 본 발명의 실시예에 따른 가변 내경 가공을 위한 공구를 이용하여 이루어지는 피가공물에 대한 천공 작업을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.

    도 5를 참조로 하면, 피가공물(210)에 대해 구멍(220)을 가공할 때, 특히 구멍(220)의 가공방향을 기준으로 그 직경이 확장되는 이른 바 확경 가공을 할 경우에는 상기 제어부(200)는 상기 전원 인가부(180)를 통해 상기 유연성 압전소자(120)로 인가되는 전원의 크기를 조절하여 상기 절삭용 팁(140)의 반경방향 위치를 가변적으로 조정하게 된다.

    예컨대, 상기 피가공물(210)에 형성되는 상기 구멍(220)의 직경은 천공 초기의 작업시 상기 유연성 압전소자(120)로 인가되는 전원을 작게 하거나 혹은 전혀 인가되지 않은 상태를 유지함으로써 작게 설정할 수 있고, 이 과정에서 상기 구멍(220)은 상기 회전축(100)의 고속 회전에 의한 상기 절삭용 팁(140)과 피가공물(210) 사이의 접촉에 의한 절삭을 통해 초기 상태의 가장 작은 직경으로 형성된다.

    이후, 상기 유연성 압전소자(120)로 인가되는 전원의 크기를 점진적으로 크게 조정하면, 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향 부피가 팽창하는 변형이 수반되고, 이를 통해 상기 절삭용 팁(140)에 의한 천공 작업으로 형성되는 구멍(220)의 크기도 종속적으로 커지게 된다.

    이러한 과정에서 상기 위치 감지부(160)는 상기 유연성 압전소자(120)의 반경방향 부피의 팽창 정도를 실시간으로 상기 제어부(200)에 제공하게 됨으로써, 상기 제어부(200)는 원하는 크기의 구멍(220)이 형성될 수 있게 하는 천공 작업을 실시할 수 있게 된다.

    따라서 본 발명은 인가되는 전원의 크기에 따라 반경방향으로 부피를 가변적으로 팽창시킬 수 있는 유연성 압전소자(120)와 이 유연성 압전소자(120)의 자유단부에 고정된 절삭용 팁(140)을 이용하여 피가공물(210)에 대한 천공 작업시 형성되는 구멍(220)의 직경을 가변적으로 조절할 수 있고, 특히 상기 피가공물(210)의 두께방향으로 진입하는 상기 회전축(100)의 위치변화에 맞춰 상기 유연성 압전소자(120)에 제공되는 인가 전원의 크기를 점진적으로 크게 조절하면 천공되는 구멍(220)의 직경도 종속적으로 커지게 되므로, 원추대의 외형과 유사한 형태의 구멍(220)이 형성될 수 있는 확경 가공의 구현이 이루어질 수 있게 된다.

    이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

    100-회전축 120-유연성 압전소자
    140-절삭용 팁 160-위치 감지부
    180-전원 인가부 200-제어부
    210-피가공물 220-구멍

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