자동공구교환장치의 기술 동향

(ATC; Automatic Tool Changer)

2003. 12

배 문(책임연구원)

<목차>

제1장 서론 ··········································································································1

1. 연구 목 ···············································································································1

2. 연구방법 범 ·································································································2

제2장 기술 동향 ·······························································································3

1. 기술의 개요 ···········································································································3

2. 기술 분류 체계 ·····································································································6

3. 연구개발 동향 ·······································································································8

가. 해외 연구 동향 ································································································8

나. 국내 연구 동향 ······························································································14

다. 비교 분석 ········································································································18

라. 효과 ··········································································································19

제3장 기술정보 분석 ·····················································································21

1. 상 DB 정보조사 ·······················································································21

2. 문헌정보 분석 ·····································································································21

3. 특허정보 분석 ·····································································································25

가. 체 특허의 출원(등록) 황 ·····································································25

나. 체 특허의 연도별 출원(등록) 동향 ·······················································28

다. 체 특허의 주요 기술 분류별 출원(등록) 황 ···································30

라. 체 특허의 주요 출원인별 황 ······························································32

마. 국가별 특허출원(등록) 황 ·······································································33

바. 주요 특허기술의 내용 ··················································································41

제4장 황과 망 ·························································································45

1. 시장 황 망 ·····························································································45

2. 연구개발 황 망 ·····················································································47

<표차례>

<표 2-1> 자동공구교환장치에 한 주요 국제특허 분류 ···································7

<표 2-2> B23Q-003의 세부분류 내용 ······································································8

<표 2-3> 국내외 공작기계 회사의 ATC 성능 비교 ···········································18

<표 3-1> ATC 련 특허기술의 주요 국제특허분류 황 ·······························31

<표 3-2> B23Q-003 분류의 주요 서 그룹 황 ················································32

<표 3-3> 주요 출원인의 연도별 출원건수 동향 ·················································36

<표 4-1> 국내 머시닝센터 시장 황 ···································································46

<표 4-2> 머시닝센터 국내시장 측 ·····································································47

<그림차례>

<그림 2-1> 매거진 타입 ·····························································································4

<그림 2-2> 터릿 타입 ·································································································4

<그림 2-3> 디스크 타입 ·····························································································4

<그림 2-4> 드럼 타입 ·································································································4

<그림 2-5> 체인 타입 ·································································································5

<그림 2-6> 우산 타입 ·································································································5

<그림 2-7> 공구 장․탈착의 원리 ···········································································6

<그림 2-8> Makino사 MCF series ···········································································9

<그림 2-9> Kuraki사의 ATC ····················································································9

<그림 2-10> Makino MCB1210 ················································································9

<그림 2-11> Brother사의 TC22A ···········································································10

<그림 2-12> Brother사의 TC20A ···········································································10

<그림 2-13> Jokuma사 MX-45 ················································································11

<그림 2-14> KIRA사 VTC-30 ··················································································11

<그림 2-15> Hitachi Seiki사 MS400H ··································································12

<그림 2-16> YASDA YBM850V ·············································································12

<그림 2-17> DECKEL MAHO, 2 체인방식의 ATC ······································12

<그림 2-18> ALFING사 2 Spindle Chip-to-Chip time: 1sec 미만 ················13

<그림 2-19> Transatlantic Connection Rack type ATC ···································13

<그림 2-20> Brother사 TC-S2A ··············································································14

<그림 2-21> Hitachi Seiki사 HICELL 250 ···························································14

<그림 2-22> Fine ACE Technology H50 series ···············································15

<그림 2-23> Fine ACE Tech. V40 series ·····························································15

<그림 2-24> 우종합기계 ·······················································································16

<그림 2-25> 하림기공 ATC ·····················································································16

<그림 2-26> 우종합기계 ACE M-500 ································································17

<그림 2-27> 화천기계 SIRIUS-U 독자모델의 ATC ············································17

<그림 3-1> 자동공구교환장치에 한 국내외 학술문헌 발표 동향 ···············22

<그림 3-2> 국내 자동공구교환장치의 기술별 황 ···········································23

<그림 3-3> 해외 자동공구교환장치의 기술별 황 ···········································23

<그림 3-4> 국내 간행물의 연구발표 순 ···························································24

<그림 3-5> 해외 간행물의 연구발표 순 ···························································25

<그림 3-6> ATC 련 체 특허출원(등록) 황 ··············································26

<그림 3-7> ATC 련 체 특허의 출원인 국 별 황 ·································26

<그림 3-8> ATC 련 체 특허의 내외국인 출원(등록) 황 ······················27

<그림 3-9> ATC 련 특허의 연도별 출원(등록) 동향 ····································28

<그림 3-10> ATC 련 국가별 특허출원(등록) 동향 ········································29

<그림 3-11> ATC 련 체 특허출원의 상 출원인 순 ···························33

<그림 3-12> 국내 특허의 출원인 국 별 황 ···················································34

<그림 3-13> ATC 련 국내 특허의 상 출원인 순 ···································35

<그림 3-14> 일본 특허의 출원인 국 별 황 ···················································36

<그림 3-15> ATC 련 일본 특허의 상 출원인 순 ···································37

<그림 3-16> 미국특허의 출원인 국 별 황 ·····················································38

<그림 3-17> ATC 련 미국 특허의 상 등록인 순 ···································39

<그림 3-18> 유럽 특허의 출원인 국 별 황 ···················································40

<그림 3-19> ATC 련 유럽특허의 상 출원인 순 ·····································40

<그림 3-20> ATC 련 기의 독일특허 ·····························································41

<그림 3-21> 화천기공(주)의 미국특허 ··································································42

<그림 3-22> 우종합기계(주)의 일본특허 ··························································43

<그림 3-23> 기포트가 마련된 공구교환장치 ···················································44

<그림 3-24> 공구 본수를 증가시킬 수 있는 공구교환장치 ·····························44

<그림 4-1> 머시닝센터 국내시장 황 ·································································45

<그림 4-2> 머시닝센터 국내시장 측 ·································································46

- 1 -

제1장 서론

1. 연구 목

인류는 원시시 부터 도구를 가지게 되면서 일상생활에 필요한 여러 가지

수공구를 사용하여 왔다. 이런 도구들이 차 발달되면서 자연환경이나 동물

는 인간의 힘을 이용한 도구들이 사용되었고, 산업 명시 에 들어서면서

큰 변화를 가져와 동력을 이용한 기계들이 발명되면서 주로 속을 삭 가

공할 수 있는 근 공작기계들이 등장하게 되었고, 계속 발달하여 최근의 공

작기계에 이르고 있다.

공작기계란 속과 같은 재료를 가공하여 여러 가지 물건을 만드는 기계를

말하며, 가공방법 가공물에 따라 여러 가지 공작기계들로 분류된다. 그

에서도 머시닝센터(Machining Center)는 공작물의 작업 비의 교체없이,

공구를 자동 으로 교환하면서 링가공, 드릴링가공, 보링가공, 태핑가공,

리 가공 등을 연속 으로 할 수 있는 수치제어 공작기계이다. NC 링과 머

시닝센터의 구분은 공구를 자동으로 교환할 수 있는 장치인 자동공구교환

장치(ATC; Automatic Tool Changer)의 유무로 구분한다. 즉, ATC가 있는

것을 머시닝센터, ATC가 없어서 수동으로 공구를 교환하는 것을 NC 링이

라고 한다.

머시닝센터는 기능의 다양성 때문에 수요가 확 되고 있다. 원통형 외경

삭(turning), 원통형 구멍(내경) 삭(drilling, boring, reaming), 평면 형상

삭(face milling), 윤곽 형상 삭(side milling), 포켓(pocket) 형상 삭(end

milling), 자유 곡면 형상 삭(ball-end milling) 등 공작 기계가 처리해야 할

부분의 가공을 처리할 수 있을 뿐 아니라, ATC, APC(Automatic Pallet

Changer), 로 (robot), 로 일러(robot-railer) 자동창고 등을 갖추어 기

계공장 체의 무인화시스템 즉, FMS(Flexible Manufacturing System)로 지향

해 가는 기계공업의 궁극 목표를 실 화시키는 가장 기본 장비이다.

- 2 -

이러한 머시닝센터의 성능을 좌우하는 핵심장비인 자동공구교환장치에

하여, 국내외 기술문헌정보와 특허정보를 조사하여 분석함으로써 국내 기술

의 주소를 악하고, 국내외의 기술흐름을 망해 보고자 한다.

2. 연구방법 범

자동공구교환장치의 종류 기능에 한 일반 인 설명은 련 서

참고자료를 바탕으로 기술하 고, 특허청의 기술발 황 시장 황에

한 발표와 여러 조사기 의 발표자료를 바탕으로 자동공구교환장치에

한 자료를 조사하 다.

머시닝센터의 여러 부품 에서도 자동공구교환장치의 종류별 분석은 체

으로 분석, 설명하되, 자동공구교환장치에 한 최신 동향과 핵심 부품과

련된 기술에 을 맞추어 조사, 분석하 다.

기술문헌 특허정보의 조사에 의한 정보 분석의 경우, 국내 기술문헌은

국내 정간물 기사색인(BIST, DIGS)을 조사하 고, 해외 기술문헌은 COMP

(COMPENDEX)를 조사하여 분석하 으며, 국내 특허정보(KUPA, KPTN)와

해외 특허정보(USPA, JEPA, EUPA)는 KISTI의 데이터베이스를 조사하여 특

허권리 존속기간에 해당하는 1983년 이후의 특허출원에 하여 분석하 다.

이를 근거로 하여 자동공구교환장치의 기술개발 동향과 황 망을 살

펴보았다.

- 3 -

제2장 기술 동향

1. 기술의 개요

머시닝센터를 사용함으로써 경 리 합리화, 작업시간 단축, 동일 제품

다량 생산에 따른 비용 감 자동화, 특수 공구 제작 불필요 공구

리비 약, 기계 가동률과 생산성 향상, 작업 비시간 감, 기계 수

감, 생산 제품 품질의 균일성 보장, 제조비, 노무비 감 등의 이 을 얻을

수 있다. 따라서 머시닝센터는 공작기계 에서 핵심 기계로 그 수요가 증가

하고 있는 추세이다.

머시닝센터는 자동공구교환장치(ATC), 자동팔 트교환장치(APC), 테이블,

베드, 컬럼, 스핀들 헤드, 베이스, 조작 등으로 구성되어 있다. 이 에서

자동공구교환장치는 머시닝센터의 성능을 좌우하는 요한 부품으로 일련의

작업에서 필요로 하는 공구를 별도 소정의 장소에 집합시켜 보 하고, 필요

에 따라 자동 으로 목 하는 공구를 간편하게 교환하고, 정확히 주축에 세

시키는 장치이다. 즉 공구를 매거진(Magazine)이라는 공간에 수납하고, 매

거진의 회 , 치 결정, 주축과 매거진 간의 공구 교환 등을 한다. 따라서

빈번한 공구 교환으로 인해 내구성을 필요로 하고, 공구 교환 후의 정도

재 성도 요한 요소이므로 분진 응과 삭 침(Chip) 방지를 한 송풍

(Air-Blow) 등에 의한 응 등도 고려되어야 한다.

공구교환장치에는 터릿 타입(Turret Type)과 매거진 타입(Magazine Type)

이 있다. 터릿 타입은 여러 개의 공구를 공구 에 직 설치하고 공구 를

회 시킨 후, 직선 으로 이동하여 필요한 공구를 작업 치로 이동시키는

방법이다. 이 방식은 교환시간은 짧으나 공구끼리의 간섭을 피하기 해 충

분한 간격을 유지해야 하며, 공구의 장 개수가 제한 이고, 주로 수평형

머시닝센터에서 많이 이용되고 있다.

매거진 타입은 주축으로부터 떨어진 치에 여러 개의 공구를 장하는 공

- 4 -

구 보 매거진을 두고, 이 매거진에 내장되어 있는 공구를 교환 치까지

이동시켜 교환 암 등을 사용해 주축에 있는 사용하던 공구와 교환하는 방식

이다. 이 방식은 머시닝센터나 다양한 종류의 부품을 가공하기 해 많은 공

구를 필요로 하는 CNC 공작기계에 많이 이용되고 있는데 수직형 머시닝센

터에 주로 사용된다.

<그림 2-1> 매거진 타입 <그림 2-2> 터릿 타입

공구를 꽂아두는 매거진은 그 모양에 따라 디스크 타입, 드럼 타입, 체인

타입, 우산 타입(Umbrella Type) 등 다양하게 구분된다. 체인 타입의 매거진

은 공구의 수를 늘리기에 유리하지만, Chip-to-Chip 시간이 길어지는 단

이 있고, 우산 타입은 다른 타입에 비해 많은 수의 공구를 장착하기에는 불

리하지만 공구교환시간을 최소화하는 데 유리하다.

<그림 2-3> 디스크 타입 <그림 2-4> 드럼 타입

- 5 -

<그림 2-5> 체인 타입 <그림 2-6> 우산 타입

ATC의 장착 치는 기계의 설계상 요한 요소 의 하나로 Head ,

Column (왕 모양), Column 측면 는 기계 본체와는 분리된 분리형 등

상당히 다양하게 되어 있다. 부착 치와 함께 공구 수납 매거진의 형상도

본체의 구조, 공구의 수납능력(장착공구 수량), 공간의 제약을 받지만 원통,

원추, 타원 직사각형 등 여러 가지가 있다.

공구 수납 매거진이 FMS(Flexible Manufacturing System)에 조립되는 수평

형 머시닝센터에서는 비 공구수가 증가하는 경향이 있다. 한 Tool-Pot은

부분 비 속 재질을 사용한다. 공구 선택방식은 크게 2가지 방식으로 구분

된다.

① 시 스방식: 공구를 공정 순으로 수납되게 하여 이 순서별로 공구를 교

환하는 방식

② 랜덤방식: 매거진의 장 홈에 번호를 지정하여 그 번호를 ATC 장치에

기억시킴으로써 매거진의 공구를 임의로 호출하여 교환하는 방식으로,

공구 선택방식에는 최근 이 방식이 주류를 이루고 있다.

ATC에서 공구를 죄어 물리는 방식으로 범용 링 머신과 같은 범용 공작

기계에서 공구를 기계에 고정시키는 방법은 당김 볼트(Drawing Bolt)가 공구

를 죄어 붙이는 형식을 채택하고 있으나, 머시닝센터에서 그런 방법으로 공

구를 조정한다면 공구를 탈착시키는 시간이 길어지게 되므로 경제 이지 못

하다. 그래서 머시닝센터에서의 ATC에서는 <그림 2-7>과 같은 풀-스터드

- 6 -

(Pull Stud)방식으로 장착 시 시 스 링으로 공구를 당기고, 교환 시 공기

압력으로 어 내려서 공구를 푸는 방법을 사용한다.

<그림 2-7> 공구 장․탈착의 원리

머시닝센터에서 이 지는 작업의 다양화와 무인화 추세에 맞추어 자동공구

교환장치도 형화, 고속화를 주요 쟁 으로 하여 발 하고 있으며, 자동공

구교환장치의 형태를 바꾸는 실용신안은 계속 등록되고 있다.

2. 기술 분류 체계

Hong-Sen Yan 등이 “the 21st Annual Design Automation Conf. ASME”

에서 발표한 자료1)에 따르면 다음과 같이 7개의 카테고리로 머시닝센터의

자동공구교환장치를 분류하고 있다.

① 매거진의 형태(the types of tool magazines)

② 매거진과 스핀들의 치 계(the relative positions of the tool magazine

and the spindle)

③ 공구교환 기구의 형태(the types of tool change mechanisms)

④ 공구 지 동작의 형태(the types of motion for grasping tools)

⑤ 공구의 인․출입 형태(types of insertion and extraction of tools)

⑥ 공구 교환 동작의 형태(the types of motion of changing tools)

⑦ 스핀들의 치(the positions of the spindle)

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한편, 국제 으로 통용되고 있는 국제특허분류(IPC; International Patent

Classification)에 따르면, 자동공구교환장치에 련된 기술은 부분 B23Q에

분류되어 있다. <표 2-1>은 이 분류(B23Q)에 해 특허출원건수가 많은 순

서 로 나타낸 것인데, 특허출원건수는 제3장의 분석에 이용된 조사결과로써

1983년 이후에 출원된 한국, 미국, 일본 유럽특허의 종합결과이다. B23Q

분류 에서 공구의 유지, 지지 는 치결정장치(B23Q-003)에 한 특허출

원이 부분(약 90%)임을 알 수 있다.

<표 2-1> 자동공구교환장치에 관한 주요 국제특허 분류

분류 분류 해설 특허건수

B 처리 조작 -

B23 공작기계 1,281

B23Q 공작기계의 세부, 구성 부분 는 부속장치, . 모방 는 제어장치 1,280

B23Q-003기계에서 정상 으로 분리할 수 있는 공작물 는 공구의 유지, 지

지 는 치결정장치1,118

B23Q-007

특히 공작기계에 배치 는 조합되어 는 공작기계와 련하여 사

용하기 하여 특히 합한 공작물을 취 하기 한 장치, . 운반,

부착, 치결정, 배출, 선별을 한 것

80

B23Q-011

부속장치: 공구 는 기계의 부품을 양호한 작업상태로 유지하기

하여 는 공작물을 냉각시키기 하여 공작기계에 합한 부속장치

는 공작기계에 용되어 사용하기 하여 부가하는 안 장치

53

B23Q-015 공구 는 공작물의 이송운동, 삭속도 는 치의 자동제어나 조정 52

B23Q-017 공작기계에 있어서 지시 는 측정장치의 배치 34

B23Q-001일반 으로 공작기계를 구성하는 데 필요한 부재. 특히 비교 큰

고정부재(37/00이 우선)21

B23Q-041부속장치: 클래스 B21, B23 는 B24에 의한 특정의 결과를 목 으

로 하지 않는 속가공기계의 조합21

B23Q-005 구동 는 이송을 한 기계; 그를 한 제어장치 14

B23Q 이 외의 분류로는 공구 지기술의 손잡이부(B25J-015/00), 선삭

보오링을 한 척(chuck), 확장용 맨드릴, 원격제어를 한 응용(B23B-031),

공구나 공작물의 이송운동, 삭속도 는 치의 자동제어나 조정에 한

수치제어(G05B-019/18), 보상(G05B-019/404), 치결정(G05B-019/402) 등이

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나타나고 있다.

<표 2-2>는 B23Q-003의 세부분류인데, B23Q-003 에는 공구의 자동설치

는 제거장치(B23Q-003/155, 003/157)에 한 특허출원이 부분(약 95%)

임을 알 수 있다.

<표 2-2> B23Q-003의 세부분류 내용

분류 분류 해설 특허건수

B23Q-003/157 “공구의 자동설치 는 제거장치” 에서 회 공구의 것 692

B23Q-003/155 공구의 자동설치 는 제거장치 372

B23Q-003/12 스핀들에 고착하기 한 것 일반 19

B23Q-003/15공작물에 직 작용하는 자기 는 기 힘을 사용하

여 공작물을 유지하기 한 장치10

B23Q-003/00기계에서 정상 으로 분리할 수 있는 공작물 는 공구의

유지, 지지 는 치결정장치9

B23Q-003/16 공구의 조작과 연동하여 제어되는 것 5

B23Q-003/06“작업태, 공구이송태 는 유사물에 부착하기 한 것”

에서 공작물 고정수단3

3. 연구개발 동향

가. 해외 연구 동향

일본과 함께 100년 이상의 공작기계 역사를 가진 독일을 심으로 머시닝

센터와 자동공구교환장치에 련된 많은 원천기술과 특허를 보유하고 있다.

일 부터 공작기계의 고속화, 고정도화, 기능의 복합화, 오 화, 환경친화

요소화 등의 요구에 맞춰 자동공구교환장치 한 이러한 사회 요구에 부

응하기 해 발 해 가고 있다.

(1) 형화

120본(本), 180본, 240본 이상의 형 자동공구교환장치가 개발되어 사용되

고 있다. <그림 2-8>, <그림 2-9>, <그림 2-10>은 Makino사와 Kuraki사의

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형 자동공구교환장치를 용한 머시닝센터이다.

<그림 2-8> Makino사 MCF series(Tool number 120본)

<그림 2-9> Kuraki사의 ATC(Tool number 90본(좌), 180본(우))

<그림 2-10> Makino MCB1210 (Tool number 200본)

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(2) 고속화

<그림 2-11>, <그림 2-12>, <그림 2-13>은 Brother사와 Jokuma의 머시닝

센터이다.

Tool-to-Tool 시간이 1 이내, Chip-to-Chip 시간이 2 이내의 고속

ATC가 일본을 심으로 개발되어 사용되고 있으며, 고속으로 공구교환을 수

행하기 해 ATC와 주축 간 동역학 해석 주축의 이동경로에 한 연

구가 으로 이 지고 있다.

<그림 2-11> Brother사의 TC22A(Tool-to-Tool time: 0.7sec)

<그림 2-12> Brother사의 TC20A(Chip-to-Chip time: 1.6sec)

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<그림 2-13> Jokuma사 MX-45(Tool-to-Tool time: 1.5sec)

(3) 새로운 형태의 ATC 개발

Chip-to-Chip과 Tool-to-Tool 시간을 최소화하고, 작업자의 안 을 극

화시키는 방향으로 다양한 형태의 ATC가 개발연구되고 있다. 일본 KIRA사

의 VTC는 수직형 타입의 ATC로 안 한 작업환경을 만들어 주기 해 개선

된 모델이다. 미국 Transatlantic Connection사의 Rack type ATC의 경우 120

본 이상의 공구를 장착하여 사용할 수 있는 ATC이다. 이러한 용량 ATC

의 경우 5축 머시닝센터에 연결되어 작업 종류에 거의 구애를 받지 않고, 한

번의 소재 장착으로 다양한 작업을 완성할 수 있도록 해 다.

<그림 2-14> KIRA사 VTC-30

- 12 -

<그림 2-15> Hitachi Seiki사 MS400H

<그림 2-16> YASDA YBM850V

<그림 2-17> DECKEL MAHO, 2중 체인방식의 ATC

- 13 -

<그림 2-18> ALFING사 2 Spindle Chip-to-Chip time: 1sec 미만

<그림 2-19> Transatlantic Connection Rack type ATC

(Tool Number 120본 이상)

- 14 -

<그림 2-20> Brother사 TC-S2A

<그림 2-21> Hitachi Seiki사 HICELL 250

나. 국내 연구 동향

우, 화천, WIA, HMC, 두산 공업 같은 표 인 국내 공작기계 회사들

을 심으로 고속화, 용량화라는 소비자들의 요구에 맞춰서 다양한 제품들

을 개발, 상용화하여 외국 공작기계 회사들과의 차이를 좁 가고 있다. 그러

나 120본, 180본, 200본 이상의 형 ATC의 경우 제품의 라이 사이클(Life

Cycle)이 활용성은 증 되고 있으나, 설치공간의 제한 사이클(Cycle) 타임

- 15 -

의 증 로 툴(Tool)의 처짐이 발생하거나 수명 단축 등의 기술 어려움이

있다.

<그림 2-22> Fine ACE Technology H50 series

(Tool Number: 120본 ATC)

<그림 2-23> Fine ACE Tech. V40 series(Tool-to-Tool: 1.5sec)

Fine ACE Technology사에서는 용량의 ATC와 고속의 ATC 등 다양한

제품을 매하고 있다. <그림 2-22>, <그림 2-23>에 나타낸 사진과 같은 성

능의 ATC는 외국의 ATC를 매하는 회사들의 제품과 성능이 비슷한 제품

들이다.

- 16 -

<그림 2-24> 대우종합기계(공구분할속도: 0.1sec)

<그림 2-25> 하림기공 ATC(Chip-to-Chip time: 1sec)

<그림 2-24>, <그림 2-25>에 나타낸 하림기공의 ATC는 공구수가 8개나

12개 정도의 소형 ATC이지만, ATC가 가공 테이블과 비슷한 치로 공작기

계 안쪽에 치해 있어서 Tool-to-Tool 시간이나 Chip-to-Chip 시간을 최

소화하여 고속화를 실 한 제품이다.

<그림 2-26>는 우종합기계의 ACE M-50으로 Tool-to-Tool 시간이 1

인 고속 공구교환 머시닝센터이다.

- 17 -

<그림 2-26> 대우종합기계 ACE M-500(Tool-to-Tool time: 1sec)

화천기계의 SIRIUS series는 <그림 2-27>처럼 독자 개발한 ATC를 장착하

여 공구장착시간을 최소화하고, 공구의 시인성을 극 화하 다. 그리고 공구

교환을 CAM 구동방식으로 하여 고속화하 으며, 공구선택을 가운데 쪽으로

회 하는 RANDOM 방식으로 비 삭시간 단축에 의한 생산성을 극 화하

으며, 모든 구동이 유압방식이 아닌 CAM과 Geared 모터를 사용함으로써 고

속화는 물론 계 에 따른 유온의 변화에 향을 받지 않으므로 안정된 작동

이 보장된다.

<그림 2-27> 화천기계 SIRIUS-U 독자모델의 ATC

- 18 -

다. 비교 분석

<표 2-3> 국내외 공작기계 회사의 ATC 성능 비교

항목

회사․모델

공구수

(本)

직경

(mm)

공구길이

(mm)

공구무게

(kg)

T-T-T

(sec)

C-T-C

(sec)

화천(SIRIUS-U) 30 80/170 250 6 3.5

WIA(VX300P) 16 100 200 2 0.8

우종합기계

(ACE-M500)24 90/140 250 8 1

Fine Ace Technology

(V30)16 80 3 0.9

Fine Ace Technology

(H50)120 245 35 5.5

Brother(TC-S2A) 14 80 200 3 1.1 1.8

Hitachi Seiki

(SUPER HICELL 250)20 100 250 7 1.8 4.4

Kuraki(KBH) 180 240 400 25

Brother(TC22A) 27 125 200 3.5 0.7 1.8

Brother(TC20A) 16 0.4 0.8 1.6

KIRA(VTC) 10 80 200 3 1.5 2.8

OKUMA(MX45) 20 125 250 12 1.5

MAKINO(V55) 120 140 300 8 0.7 3.3

HAAS(VS-3) 31 135 13.6 4.2 6.3

국내외 공작기계 회사의 ATC 성능을 비교해 보면 화천기계공업, 우종합

기계, WIA, 공업 등 형 공작기계 회사를 심으로 많은 기술개발이

이 지고 있음을 알 수 있다. Tool-to-Tool 시간이 1 내외인 고속 ATC

나, 100본 이상의 많은 공구를 장착하여 사용할 수 있는 형 ATC도 개발되

고 있다. 따라서 고속화, 형화면에 있어서는 국내 회사들과 외국 회사들

사이에 기술력 차이가 거의 없다.

- 19 -

라. 효과

(1) 생산성 향상

Tool-to-Tool 시간이 1 , Chip-to-Chip 시간이 2 정도인 고속 ATC가

개발되면서 비 삭시간을 최소화되고, 고속으로 제품을 만들 수 있게 되어

생산성이 높아진다. 작업자는 공구교환작업에서 자유로워지면서 그 시간 동

안 다른 작업을 수행하거나, 생산된 제품의 검사, 제2의 공작기계 운용 등

다양한 일들을 할 수 있게 되어 생산성 향상을 도모할 수 있게 되었다.

(2) 원가 감

운용할 수 있는 Tool 수량의 증가로 다양한 작업을 한 번의 소재 세 으로

완료할 수 있게 되었고, 한 의 공작기계로 여러 의 공작기계가 수행할

작업을 완료할 수 있게 되었다. 한 작업공간 장비 설치공간을 최소화

할 수 있게 되었다.

(3) 시장의 소화

지 까지 2 나 3 의 기계로 해오던 것을 1 의 기계로 끝내게 되어 공작

기계 가격이 종래기의 1.5배가 된다고 해도 공작기계 메이커의 입장에서는

시장의 소화에 한 우려를 떨칠 수 없게 되었다.

(4) 수출 증

일본, 유럽 국가들에 비해 상 으로 가이면서도 고품질의 ATC를 생산

하여 머시닝센터 등의 공작기계에 장착함으로써, 공작기계는 가격 경쟁력을

가질 수 있게 된다. 따라서 가 고품질의 ATC는 수출 증 를 가져온다.

- 20 -

(5) 장비의 복잡화, 옵션의 다양화에 따른 메인터 스 번잡화

기계의 구조가 복잡해짐에 따라 보수 검 고장 시의 응도 번잡해진

다. 보수부품의 조치도 지 까지의 일반 장비와는 근본 으로 달라진다. 해

외로 수출된 장비는 한층 더 어려워진다. 새로운 A/S 체제의 확립이 요구되

는 경우도 생길 것이다.

- 21 -

제3장 기술정보 분석

1. 상 DB 정보조사

자동공구교환장치(ATC)에 한 기술정보 분석을 하기 하여 한국과학기

술정보연구원(KISTI, http://www.kisti.re.kr)에서 서비스하고 있는 데이터베

이스(DB)를 조사하여 활용하 다.

학술문헌정보의 경우, 국내 학술정보를 분석하기 하여 국내 정기간행물

(BIST, DIGS, SOCIETY 등)과 석박사 학 논문(DIMD) 데이터베이스를 조사

하 으며, 해외 학술정보는 COMPENDEX DB를 조사하여 분석하 다.

특허정보의 경우, 국내 특허정보는 공개특허(KUPA)와 공고특허(KPTN)를

모두 조사하 고, 해외 특허정보는 일본특허(JEPA), 미국특허(USPA) 유럽

특허(EUPA)를 조사하 으며, 조사기간은 특허권 존속기간이 출원 후 20년인

을 감안하여 1983년 이후에 출원된 특허를 조사하여 분석하 다.

2. 문헌정보 분석

학술문헌정보의 경우에는 조사기간을 제한하지 않고, 데이터베이스에 수록

된 체 데이터를 조사한 결과, 국내 학술문헌정보는 61건, 해외 학술문헌

정보는 83건이 조사되었다.

자동공구교환장치에 한 국내외의 학술문헌 발표 동향을 연도별로 나타낸

그림이 <그림 3-1>이다.

자동공구교환장치에 한 학술문헌 연구자료는 독일의 Ernst Salje가 1969

년에 Proceeding of International MTDR Conference in Machine Tool

Design and Research에서 발표한 “Tool Change Devices for Numerically

Controlled Machine Tools”가 최 인 것으로 조사되었으며, 국내에서는 한국

과학원에서 학 논문으로 1977년에 발표한 “Design of automatic tool

changer(T.Y. Park)”가 최 인 것으로 나타났다.

- 22 -

그림에 따르면, 자동공구교환장치에 한 연구가 외국에서는 1960년 말

부터 시작하여 1980년 반에 가장 활발하 으며, 국내에서는 1980년 후

반부터 연구가 활성화되기 시작하여 1990년 반에 가장 왕성한 연구 발

표가 있었음을 알 수 있다. 한 최근의 동향으로 외국에서의 연구발표는 감

소하는 반면 우리나라의 연구발표는 증가하는 추세로 나타나고 있는 것으로

보아 향후에도 계속 증가할 것으로 망된다.

<그림 3-1> 자동공구교환장치에 관한 국내외 학술문헌 발표 동향

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

69 71 72 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

해외

국내

자동공구교환장치의 기술별 황을 살펴보면, <그림 3-2>와 <그림 3-3>에

나타난 바와 같다.

국내의 연구문헌에서는 공구의 진동, 손상 는 마모에 따른 음향방출신호

특성을 연구하거나 공구의 감시 는 마멸의 검출에 한 연구자료가

36%(22편)로 가장 많은 것으로 나타났다. 그 다음으로는 자동공구교환장치

련 다축(5축 이상) 머시닝센터의 개발이나 ATC의 설계, 개발 는 개선에

한 연구가 18%(11편)이었으며, 공구교환 순서의 연구 는 공구교환의 최

소화를 한 최 운용(10편), 공구의 교환시기 검출 는 교환시기 결정에

한 연구나 알고리즘에 한 연구(7편), 자동공구 보정시스템의 개발이나 공

구 감시시스템의 보정장치(4편), 고속 ATC 제어시스템의 개발(3편), 자동공구

선정 련 연구(3편) 콤팩트한 ATC 매거진(1편)의 순으로 나타났다.

- 23 -

<그림 3-2> 국내 자동공구교환장치의 기술별 현황

최적운용16% (10) ATC

18% (11)

마모검출36% (22)

공구선정5% (3)

매거진2% (1)

ATC 제어5% (3)

보정시스템7% (4)

교환시기11% (7)

<그림 3-3> 해외 자동공구교환장치의 기술별 현황

최적운용18% (14)

교환시기11% (9)

ATC리뷰2% (2)

공구선정1% (1)

보정시스템1% (1)

마모검출2% (2)

매거진6% (5)

ATC보조7% (6)

ATC제어8% (7)

ATC44% (36)

외국의 연구문헌에서는 다축(5축 이상) 머시닝센터의 개발이나 ATC의 설

계, 개발 는 개선에 한 연구가 44%(36편)로 가장 많은 것으로 나타났다.

한편, 국내의 경우에 가장 많이 발표되었던 공구의 손상이나 마모에 한

감시 는 마모의 검출에 한 연구는 2%(2편)에 불과하 으며, 국내에서 나

타나지 않은 ATC 련 리뷰기사가 2편 포함되어 있고, 자동공구교환장치의

보조장치(6편)로 지지 라켓, 캠, 솔 노이드 밸 , 로 핸드 등도 발표되어

있다.

- 24 -

<그림 3-4> 국내 간행물의 연구발표 순위

0 2 4 6 8 10 12

한국정밀공학회지

서울산업대논문집

서울대 대학원 논문

한국공작기계학회논문집

금형저널

한국과학원 논문

한국공작기계기술학회지

기계설계

홍익대과학기술연구논문집

<그림 3-4>는 국내 간행물 에서 자동공구교환장치에 련된 연구자료가

많이 게재된 순서 로 나타낸 그림이며, 상 9종의 간행물에 수록된 연구문

헌의 수는 체의 54%(33편)를 차지한다.

한국정 공학회지에 12편이 발표되어 가장 많은 것으로 나타났으며, 그 다

음으로는 서울산업 논문집과 서울 학원논문에 각각 4편, 한국공작기계

학회 논문집에 3편, 나머지는 그림에 나타난 바와 같이 각각 2편씩 실려 있

는 것으로 나타났다.

국내에서 가장 먼 발표된 연구문헌은 한국과학원논문으로 1977년과 1979

년에 각 1편씩 발표하 으며, 그 다음으로는 서울 학원논문에서 10년 후

인 1988년과 1989년에 각각 1편씩 발표하고 있다. 연구문헌을 가장 많이 게

재하고 있는 한국정 공학회지에는 1994년부터 발표되기 시작하 으며, 가장

늦게 게재되기 시작한 간행물은 한국공작기계학회 논문집으로 2001년부터

발표되기 시작하 다.

<그림 3-5>는 해외 간행물에 ATC 련 연구자료가 많이 발표된 간행물의

순서 로 나타낸 그림이며, 상 12 까지 수록된 문헌의 수는 체의

42%(35편)에 달하고 있다.

러시아에서 발행되는 Soviet Engineering Research에 7편으로 가장 많이 게

재되어 있으며, 다음으로는 Machinery and Prod Engineering과 Machine

Tool에 각각 4편, Wire와 Industrial Robot에 각각 3편, 나머지 간행물에는

- 25 -

그림에서 알 수 있듯이 각각 2편씩 수록되어 있다.

<그림 3-5> 해외 간행물의 연구발표 순위

0 1 2 3 4 5 6 7

Soviet Engineering Res

Machinery and Prod Engineering

Mach Tool

Wire

Industrial Robot

American Machinist

Emerging Trends in Mfg.(India)

Int Journal of Machine Tools & Manufacture

IPE Int, Industrial & Prod Engineering

Machines & ToolingModeling, Sensing, and Control of Mfg

ProcessesWerkstatt Betr

3. 특허정보 분석

자동공구교환장치(ATC)에 련된 특허를 조사한 결과, 총 1,292건이 검색

되었으며, 한국특허에서 118건, 유럽특허에서 154건, 미국특허에서 184건, 일

본특허에서 836건이 검색되었다. 이는 1983년 이후의 출원특허를 상으로

한국, 일본 유럽의 특허는 출원 공개된 특허를 조사하 고, 미국특허는

기술심사를 마친 등록특허를 조사한 결과임에 유의해야 한다.

가. 체 특허의 출원(등록) 황

- 26 -

<그림 3-6> ATC 관련 전체 특허출원(등록) 현황

미국(US)14% (184)

유럽(EP)12% (154)

한국(KR)9% (118)

일본(JP)65% (836)

<그림 3-7> ATC 관련 전체 특허의 출원인 국적별 현황

영국(GB)0.5% (6)

스웨덴(SE)0.2% (2)

스위스(CH)0.7% (9)

프랑스(FR)1.0% (13)

이탈리아(IT)1.4% (18)

독일(DE)9% (117)

유럽13%(165)

미국(US)5% (66)

한국(KR)7% (85)

일본(JP)76% (968)

<그림 3-6>과 <그림 3-7>은 한국, 일본, 미국 유럽특허 체에 한

특허출원(등록) 황이다. 앞에서도 설명하 지만, 미국특허의 경우에는 1983

년 이후에 출원된 특허가 기술심사를 거쳐서 등록된 특허임에 반하여, 나머

지 국가들의 특허는 기술심사를 하지 않은 공개된 특허라는 이 다르다. 미

국의 특허출원에서 지난 10여 년간 평균 인 출원 비 등록비율이 약 50%

임을 감안할 때, 의 그래 에 나타난 미국의 특허출원은 약 2배 가량 된다

고 이해하면 크게 무리가 없을 것으로 단된다.

<그림 3-6>은 세계 각국의 출원인이 각국마다 출원한 특허에 하여 해당

국가의 특허청에서 발행한 특허출원 황을 나타낸 그래 이고, <그림 3-7>

은 특허 발행국가에 계없이 ATC 련 기술의 체 특허에 한 출원인의

국 별 황을 나타낸 그래 이다.

- 27 -

<그림 3-6>에서 ATC 련 특허출원은 일본이 65%(836건)로 가장 많고, 미

국의 특허등록은 14%(184건: 출원으로 환산하면 약 360건), 유럽이 12%(154

건), 한국이 9%(118건)를 유하고 있음을 알 수 있다. 그러나 <그림 3-7>에

서 출원인의 국 별 황을 살펴보면, 일본국 출원인의 특허출원이

76%(968건)로 <그림 3-6>보다 훨씬 많음을 알 수 있는데, 이는 ATC 련 기

술개발은 일본이 선도하고 있다는 것을 나타내며, 한 <그림 3-8>에 나타난

일본 내국인에 의한 출원 831건을 제외한 137건은 국제 으로 특허권을 획득

하기 한 해외 출원임을 알 수 있다.

유럽 국 의 출원인에 의한 특허출원은 13%(165건)로 두 번째로 많으며,

이는 유럽연합 소속의 국 을 가진 모든 출원인을 합산한 결과이다. 유럽연

합의 국가들 에는 70%(117건) 이상의 특허출원을 차지하고 있는 독일이

단연 우세하며, 문헌 분석에서도 밝 졌듯이 ATC 련 기술의 연구문헌을

가장 먼 (1969년) 발표하여 련 기술의 선도국임을 짐작하게 한다.

한 출원인의 국 별 출원 황을 나타내는 <그림 3-7>에서 만(8건),

러시아(1건), 핀란드(1건) 호주(1건)의 출원은 나타나지 않았는데, 이는 비

교 상의 4개 지역에 포함되지 않은 국가이기 때문임을 밝 둔다.

<그림 3-8> ATC 관련 전체 특허의 내외국인 출원(등록) 현황

78

40

831

5

50

134

103

51

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

한국(KR) 일본(JP) 미국(US) 유럽(EP)

외국인

내국인

<그림 3-8>은 <그림 3-6>의 국가별 특허출원(등록) 황에서 내외국인에

- 28 -

의한 특허출원의 분포를 알기 쉽게 나타낸 그래 이다. 한국과 유럽연합의

특허출원에는 외국인에 의한 출원 비 이 1/3 가량임을 알 수 있으며, 일본

의 경우에는 외국인의 출원이 0.6%(5건)에 불과한 데 비해 미국의 경우에는

외국인에 의한 특허출원이 73%(134건)로 오히려 더 많다는 것을 알 수 있다.

<그림 3-7>에 나타난 출원인의 국 별 특허출원(등록) 황과 비교해 보

면, 일본인에 의한 ATC 련 특허출원 968건 137건은 해외 출원임을 알

수 있고, 한국은 7건, 미국은 16건, 유럽은 62건이 각각 내국인에 의한 해외

출원이었음을 알 수 있다.

나. 체 특허의 연도별 출원(등록) 동향

<그림 3-9>는 ATC 련 체 특허출원(등록)과 국가별 특허출원(등록)에

한 연도별 동향을 나타낸 그래 이다.

<그림 3-9> ATC 관련 특허의 연도별 출원(등록) 동향

41

70 69 67

36 34

79

56

45

50

3430

21

36

44

2832

26

3

35

101

67

57

105

74

6367

62

55

6660

8792

71

48

63

20

51

4241

0

20

40

60

80

100

120

83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

KRUSJPEP

합

의 꺾은 선 그래 는 체 특허에 한 연도별 출원 동향이고, 아래의

막 그래 는 각 국가별 출원(등록) 동향을 나타낸 그림인데, 그래 를 해석

할 때 2001년과 2002년의 데이터는 온 한 수치가 아니라는 에 유의해야

한다. 그 이유는 특허제도에서 규정하고 있는 법정 공개시기가 특허출원 후

- 29 -

18개월을 경과한 시 이기 때문이며, 한 정보의 조사 시 데이터베이

스의 자료 갱신주기와도 련이 있다.

의 분석을 하기 해 특허정보를 조사한 시기는 2003년 8월이었기 때문

에 2001년에 출원한 특허는 모두 공개되었다고 단할 수 있으나, 2002년의

출원은 조사 당시에 공개되지 않은 특허도 상당히 많기 때문에 2002년의 특

허건수는 온 한 통계수치가 아니라는 뜻이며, 마찬가지 이유로 2003년의 데

이터는 분석에서 아 제외하게 된 것이다. 미국특허는 등록특허를 상으로

하고 있기 때문에 출원 후 2～3년 후에 등록된다는 을 감안하면 2001년의

미국특허도 온 한 수치가 아니라는 에 유의해야 한다.

<그림 3-9>에서 알 수 있듯이, ATC 련 기술의 특허출원은 1985년을

후하여 상당히 많은 출원을 하 으며, 감소하다가 1990년에 다시 폭

으로 증가하고 있는데, 이는 일본 내국인에 의한 특허출원의 향이 단히

큰 것으로 나타났다.

<그림 3-10> ATC 관련 국가별 특허출원(등록) 동향

0

2

4

6

8

10

12

14

83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

한국특허(KR)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

미국특허(US)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

일본특허(JP)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02

유럽특허(EP)

- 30 -

<그림 3-10>은 ATC 련 기술의 국가별 특허출원(등록) 동향을 나타낸 그

림인데, <그림 3-9>에 나타난 막 그래 와 비해 보면 더욱 명확하게 알

수 있다.

ATC 련 기술에 한 특허출원이 65%나 되는 일본은 체 특허출원의

흐름을 좌우하고 있으며, 1980년 체에 걸쳐 일본 특허의 60% 가량을 출

원하 고, 1990년도를 정 으로 차 감소하는 추세를 보이고 있다.

미국의 특허출원 동향도 일본에서의 출원 동향과 비슷한 양상을 보이고 있

는데, 미국의 특허출원에는 약 70% 가량 외국 출원인에 의한 출원이기 때문

에 일본과 유럽에 의한 출원 향이 작용한 것으로 해석된다.

유럽의 출원 동향은 1980년 반에 많이 출원하 는데 차 감소하여

1990년 반에는 최 치를 기록하 으나, 2000년 에 어들면서 출원량이

계속 증가하고 있으며, 향후에도 증가할 것으로 망된다.

한국의 경우에는 지난 20여 년간 꾸 히 증가하는 추세를 보이고 있으며,

앞으로도 계속 증가할 것으로 망된다.

다. 체 특허의 주요 기술 분류별 출원(등록) 황

<표 3-1>은 ATC 기술에 한 체 특허출원에 나타난 주요 국제특허분

류(IPC; International Patent Classification)의 메인그룹별 황을 나타낸 것

이다.

- 31 -

<표 3-1> ATC 관련 특허기술의 주요 국제특허분류(IPC) 현황

국제특허분류

(IPC 메인그룹)

분류

건수비율 기술의 내용

B23Q-003 1118 65.1%기계에서 정상 으로 분리할 수 있는 공작물 는 공

구의 유지, 지지 는 치결정장치

B23Q-007 80 4.7%

특히 공작기계에 배치 는 조합되어 는 공작기계와

련하여 사용하기 하여 특히 합한 공작물을 취

하기 한 장치, . 운반, 부착, 치결정, 배출, 선별

을 한 것

B23Q-011 53 3.1%

공구 는 기계의 부품을 양호한 작업상태로 유지하기

하여 는 공작물을 냉각시키기 하여 공작기계에

합한 부속장치 는 공작기계에 용되어 사용하기

하여 부가하는 안 장치

B23Q-015 52 3.0%

공구 는 공작물의 이송운동, 삭속도 는 치의

자동제어 는 조정( 로그램제어 G05B19/00, . 수치

제어 G05B19/18)

B25J-015 38 2.2% 매니퓰 이터의 손잡이부(gripping head)

B23Q-017 34 2.0% 공작기계에 있어서 지시 는 측정장치의 배치

B23B-031 29 1.7%선삭 보링가공용 척(chuck), 확장용 맨드릴, 원격제

어를 한 그 응용

G05B-019 27 1.6% 제어나 조정에 한 로그램 제어기술

B23Q-041 21 1.2%클래스 B21, B23 는 B24에 의한 특정의 결과를 목

으로 하지 않는 속가공기계의 조합

B23Q-001 21 1.2%일반 으로 공작기계를 구성하는 데 필요한 부재. 특히

비교 큰 고정부재(37/00이 우선)

B23B-039 20 1.2%일반 목 의 보오링머신 는 드릴링머신, 는 보오링

는 드릴링장치; 보오링머신 는 드릴링머신의 조합

의 표에 나타난 서 클래스 분류 B23Q는 공작기계의 세부, 구성 부분

는 부속장치( : 모방 는 제어장치)에 한 기술로 분류되며, B25J는 매

니퓰 이터에 한 기술, B23B는 선삭 는 보오링에 한 기술, G05B는 제

어나 조정에 한 로그램 제어기술로 분류된다.

보다 상세하게 메인그룹까지 나타낸 것이 의 표에 나타난 분류이며,

ATC에 한 특허기술의 부분은 65%를 유하고 있는 B23Q-003에 분류

되어 있음을 알 수 있다. 여기서 분류건수는 체 특허 1,292건에 부여된 국

- 32 -

제특허분류의 수를 나타내는데, 하나의 특허에 복수로 부여된 특허분류를 모

두 처리한 결과이기 때문에 체 특허건수보다 많음에 유의해야 한다.

가장 많이 분류된 B23Q-003의 서 그룹까지 살펴본 결과는 <표 3-2>에

나타내었다.

<표 3-2> B23Q-003 분류의 주요 서브그룹 현황

국제특허분류

(IPC 메인그룹)

분류

건수비율 기술의 내용

B23Q-003/157 692 61.9% “공구의 자동설치 는 제거장치” 에서 회 공구인 것

B23Q-003/155 377 33.7% 공구의 자동설치 는 제거장치

B23Q-003/12 19 1.7% 스핀들에 고착하기 한 것 일반

B23Q-003/15 10 0.9%공작물에 직 작용하는 자기 는 기 힘을 사용하

여 공작물을 유지하기 한 장치

B23Q-003/00 9 0.8%기계에서 정상 으로 분리할 수 있는 공작물 는 공구의

유지, 지지 는 치결정장치

B23Q-003/16 5 0.4% 공구의 조작과 연동하여 제어되는 것

B23Q-003/06 3 0.3% 작업태, 공구이송태 는 유사물에 부착하기 한 것

B23Q-003에는 “기계에서 정상 으로 분리할 수 있는 공작물 는 공구의

유지, 지지 는 치결정장치”에 한 기술이 분류되어 있는데, 이 에서

도 B23Q-003/155는 “공구의 자동설치 는 제거장치”에 한 기술로 분류

되며, B23Q-003/157은 “공구의 자동설치 는 제거장치” 에서도 ”회 공

구인 것”이 분류되어 있다. 여기서 B23Q-003으로 분류된 특허 에는 “공구

의 자동설치 는 제거장치”에 한 특허가 95.6%로 부분임을 알 수 있다.

라. 체 특허의 주요 출원인별 황

<그림 3-11>은 ATC 련 기술의 체 특허출원에 한 다수 출원인의 순

를 상 10 까지 나타낸 그림이다.

유일하게 우리나라의 우종합기계( 우 공업 포함)에서 45건의 출원으로

- 33 -

5 를 차지하고 있을 뿐, 나머지 9개는 모두 일본의 회사인 것으로 나타났으

며, 상 10 까지의 수가 체의 32%를 차지하는 것으로 밝 졌다.

지난 20여 년간 ATC 기술에 한 특허를 가장 많이 출원한 회사는 일본의

오쿠마(주)로 62건을 출원하 으며, 다음으로 라더고교에서 56건, 히다치

세이끼에서 54건, 도시바 기까이에서 48건, 우종합기계에서 45건, 모리 세

이끼에서 42건 등의 순서로 그림에 나타난 바와 같이 다수의 출원인인 것으

로 밝 졌다.

<그림 3-11> ATC 관련 전체 특허출원의 상위 출원인 순위

31

33

36

39

42

45

48

54

56

62

0 10 20 30 40 50 60 70

Okuma Corp

Brother Kogyo Kk

Hitachi Seiki Co Ltd

Toshiba Kikai Kk

대우종합기계(주)

Mori Seiki Co Ltd

Fanuc Ltd

Toyoda Mach Works Ltd

Makino Milling Mach Co Ltd

Yamazaki Mazak Corp

마. 국가별 특허출원(등록) 황

(1) 한민국(KR)

지난 20여 년간 우리나라에 출원된 ATC 련 기술의 특허는 모두 118건으

로 연도별 특허출원 동향은 <그림 3-9>와 <그림 3-10>에 나타난 바와 같다.

국내에서 출원 공개된 118건의 특허에 한 출원인 국 별 황을 다음의

<그림 3-12>에 나타내었다.

- 34 -

<그림 3-12> 국내 특허의 출원인 국적별 현황

독일(DE)2% (2)

한국(KR)64% (81)

스위스(CH)1% (1)

유럽3% (4)

미국(US)3% (4)

일본(JP)29% (37)

프랑스(FR)1% (1)

내국인에 의한 출원이 64%로 81건을 차지하고 있으며, 다음으로 일본 국

의 출원인이 29%로 37건, 미국과 유럽의 출원인이 각각 4%로 4건씩 출원

한 것으로 나타났다. 여기서 호 안의 수는 국내 특허 118건에 한 출원

인의 수를 나타내는데, 하나의 특허에 복수로 들어있는 출원인을 모두 처리

한 결과이기 때문에 체 특허건수보다 많음에 유의해야 한다(<그림 3-6>

<그림 3-8> 참조).

<그림 3-13>은 ATC 련 국내 특허출원에 한 출원인의 순 를 상 7

개까지 나타낸 그림인데, 우리나라의 회사가 4개이고, 일본의 회사가 3개인

것으로 나타났다.

우리나라에 ATC 련 특허를 가장 많이 출원한 회사는 우 공업으로

1985년에 처음 출원한 것을 비롯하여 지 까지 30건을 출원하 으며, 그 다

음으로는 우종합기계에서 13건을 출원한 것으로 나타났다.

- 35 -

<그림 3-13> ATC 관련 국내 특허의 상위 출원인 순위

4

6

7

7

7

13

30

0 5 10 15 20 25 30

대우중공업

대우종합기계

Toshiba Kikai

Brother Kogyo

위아(주)

기아중공업

화낙(주)

연도별 출원 동향을 살펴보면 우 공업은 1998년까지 출원한 이 후에 한

건도 출원하지 않은 신 우종합기계에서 1999년부터 출원하고 있는 것으

로 보아 법인의 명의가 변경된 것으로 미루어 짐작할 수 있으며, 결론 으로

동일한 회사임을 알 수 있다(<표 3-3> 참조).

한편, 우리나라의 아(주)는 2000년부터, 두산메카텍은 2002년부터 출원하

기 시작하여 이 분야의 기술개발에 최근 참여한 것으로 나타났다. 이 밖에도

많은 출원은 아니지만 삼설 공업, 고등기술연구원, 화천기공에서 각각 2건

씩을 출원하고 있다(<표 3-3> 참조).

- 36 -

<표 3-3> 주요 출원인의 연도별 출원건수 동향

출원인

연도

우

공업

(주)

우

종합

기계(주)

Toshiba

Kikai

KK

Brother

Kogyo

KK

아

(주)

기아

공업

(주)

화낙

(주)

두산

메카텍

㈜

김

H.C.

삼성

공업

(주)

고등기술

연구원(사)

연구조합

화천

기공

(주)

1985 1 - 3 - - - - - - - - -

1987 2 - - 1 - - - - - - - -

1988 1 - - 1 - - 2 - - - - -

1989 - - - 1 - - - - - - - -

1990 1 - - 2 - 1 1 - - - - -

1991 - - - 1 - 1 - - - - - -

1992 2 - - - - - - - - - - -

1993 3 - - 1 - - 1 - - 1 - -

1994 1 - - - - 1 - - - 1 - -

1995 5 - - - - - - - - - - -

1996 5 - - - - 2 - - - - - -

1997 4 - - - - 1 - - - - - -

1998 5 - - - - - - - - - 2 1

1999 - 5 - - - - - - 2 - - 1

2000 - 4 - - 3 - - - 1 - - -

2001 - 4 - - 4 - - - - - - -

2002 - - 4 - - - - 3 - - - -

합계 30 13 7 7 7 6 4 3 3 2 2 2

(2) 일본(JP)

<그림 3-14> 일본 특허의 출원인 국적별 현황

831

1 2 1 1

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

일본(JP) 한국(KR) 독일(DE) 이탈리아(IT) 스위스(CH)

- 37 -

<그림 3-14>는 지난 20여 년간 일본에 출원한 ATC 련 특허의 출원인

국 별 황을 나타낸 그림이다. 부분(99.4%)이 일본인에 의한 출원이었고,

유럽인에 의한 출원이 4건, 한국인에 의한 1건이었으며, 미국인에 의한 출원

은 1건도 나타나지 않았다.

<그림 3-15> ATC 관련 일본 특허의 상위 출원인 순위

25

29

29

30

35

36

36

37

54

58

0 10 20 30 40 50 60

Okuma Corp

Hitachi Seiki Co Ltd

Brother Kogyo Kk

Toshiba Kikai Kk

Toyoda Mach Works Ltd

Mori Seiki Co Ltd

Yamazaki Mazak Corp

Fanuc Ltd

Makino Milling Mach Co Ltd

Mitsubishi Heavy Ind Ltd

<그림 3-15>는 ATC 련 기술에 한 일본특허 출원인의 상 10 에

한 그림이다. 상 10 까지의 특허 출원건수가 일본 체 특허의 44%를 차

지하고 있으며, Okuma Corp.이 58건의 출원으로 1 이고, 히다치 세이키에

서 54건, 라더고교에서 37건, 도시바 기까이와 도요타 머신 워크스에서 각

각 36건씩, 모리 세이끼에서 35건 등 그림에 나타난 순서 로 특허출원의 순

를 나타내고 있다.

앞에서 설명한 <그림 3-11>과 비교하여, 국제 출원을 많이 한 순서를 살펴

보면 라더고교가 19건으로 가장 많고, 도시바 기까이에서 12건, 낙에서

10건, 모리 세이키에서 10건 등의 순서로 나타났으며, 라더고교와 낙은

이 분야에 한 국제출원을 하지 않은 것으로 나타났다.

(3) 미국(US)

- 38 -

<그림 3-16>은 지난 20여 년간 미국에 출원하여 권리등록을 받은 ATC

련 기술의 출원인 국 별 황을 나타낸 그림이다. 미국에서 ATC 련 기술

의 특허는 미국인(29%)인보다 외국인이 훨씬 더 많은 등록(71%)을 받은 것

으로 나타났다. 일본의 출원인이 36%(64건)로 가장 많고, 다음은 유럽의 출

원인이 33%(58건)이며, 미국의 출원인은 29%(50건)이고, 한국의 출원인은

2%(2건)를 차지하고 있는 것으로 나타났다.

유럽연합 내에서는 독일이 체의 24%(42건)로 가장 많고, 그 다음은 이탈

리아가 5%(9건)를 등록하 으며, 나머지 국가들은 그림에서 알 수 있는 바와

같이 소수에 불과하다. 우리나라의 출원인은 우 공업과 화천기공에서 각

각 1건씩 특허등록을 한 것으로 나타났다.

<그림 3-16> 미국특허의 출원인 국적별 현황

유럽33%(58)

한국(KR)2% (2)

일본(JP)36% (64)

미국(US)29% (50)

프랑스(FR)1% (1)

스위스(CH)1% (2)

영국(GB)1% (2)

스웨덴(SE)1% (2)

이탈리아(IT)5% (9)

독일(DE)24% (42)

<그림 3-17>은 ATC 련 기술에 하여 미국에서 특허등록을 많이 받은

순서 로 6개 출원인을 나타낸 그림인데, 일본의 출원인이 상 4 까지 차

지하고 있으며, 그 다음으로 미국과 만의 출원인이 각각 하나씩 그림에 나

타난바와 같다.

미국의 회사로 6 안에 들어있는 W. A. Whitney Corp.를 포함하여,

Hurco Co. Inc.와 Ex-Cell-O Corp.에서 각각 3건, Excellon Automation

Co., Haeger Inc., Kearney & Trecker Corp. Amada Engineering &

Service Co. Inc.에서 각각 2건씩 특허 등록을 받았다.

그러나 1983년 이 의 동향을 살펴보면, W. A. Whitney Corp.보다 더 일

- 39 -

ATC 련 기술개발을 시작하여 특허등록을 받은 회사는 Kearney &

Trecker Corp.이며, 1976년에 처음 특허등록을 받기 시작하여 1982년까지 10

건의 특허등록을 받은바 있다. 이 외에도 1976년에 Giddings & Lewis, Inc.

에서, 1977년에 Ex-Cell-O Corp.에서 특허를 등록하기 시작했다.

<그림 3-17> ATC 관련 미국 특허의 상위 등록인 순위

4

4

5

5

6

12

0 2 4 6 8 10 12

Brother Kogyo Kk

Fanuc Ltd.

Toshiba Kikai Kk

Howa Machinery Ltd

W. A. Whitney Corp.

National ScienceCouncil

(4) 유럽(EP)

다음의 <그림 3-18>은 유럽 특허청에 ATC 련 특허를 출원한 출원인의

국 별 황을 나타낸 그림이다.

유럽연합 소속의 국 을 가진 출원인이 68%(103건)로 가장 많고, 일본의

출원인이 24%(37건), 미국의 출원인이 8%(12건)인데 반해 우리나라의 출원인

은 한 건도 없는 것으로 나타났다. 유럽연합 소속의 국가들 에는 독일이

체의 49%(74건)로 가장 많고, 랑스 7%(11건), 이탈리아 5%(8건) 등 그림

에 나타난 바와 같다.

- 40 -

<그림 3-18> 유럽 특허의 출원인 국적별 현황

유럽68% (103)

미국(US)8% (12)

일본(JP)24% (37)

오스트리아(AT)1% (1) 영국(GB)

3% (4)

스위스(CH)3% (5)

이탈리아(IT)5% (8)

프랑스(FR)7% (11)

독일(DE)49% (74)

<그림 3-19>는 유럽특허청에 ATC 련 특허를 많이 출원한 순서 로 상

10 까지 나타낸 그림이다.

<그림 3-19> ATC 관련 유럽특허의 상위 출원인 순위

4

4

4

4

5

5

5

67

10

0 2 4 6 8 10

Fanuc Ltd

Alfing Kessler Sondermaschinen Gmbh

Chiron Werke Gmbh

Maho Aktiengesellschaft

Deckel Maho Seebach Gmbh

Hurco Companies Inc

Tbt Tiefbohrtechnik Gmbh & Co

Renishaw Plc

Mori Seiki Co Ltd

Kitamura Kikai Kk

일본의 회사는 Fanuc Ltd.를 포함하여 모두 3개 회사이며, 독일의 회사는

- 41 -

Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH를 비롯하여 6개 회사이고, 미국의

회사로는 Hurco Companies Inc.가, 국의 회사로는 Renishaw plc.가 유일

하게 하나씩 포함되어 있으며, 일본의 Fanuc Ltd가 10건의 출원으로 1 이

고, 그 다음의 2～5 는 모두 독일의 회사가 차지하고 있다.

바. 주요 특허기술의 내용

자동공구교환장치에 하여, 앞의 문헌정보 분석에서 밝 진 최 의 연구

문헌자료는 독일의 Ernst Salje가 1969년에 발표한 것이었는데, 이와 동일한

기술로 생각되는 특허출원은 독일의 Heidenreich & Harbeck GmbH(발명자:

Dr. Salje Ernst 외 2명)가 1965년 9월 22일에 출원(DE1965H057229)하여 스

스특허 CH441936(1967. 8. 15)으로 공개되고, 한 독일특허 DE 1295982

(1969. 5. 22)로도 공개된 것으로 악되었다.

<그림 3-20>은 “Tool-Changing Devices For Machine Tools”로 출원된

기의 독일특허(DE1295982)에 나타난 ATC 장치(12)이다.

<그림 3-20> ATC 관련 초기의 독일특허(DE1295982)

<그림 3-21>은 화천기공(주)에 출원하여 미국특허 US6203479(2001. 3. 20)

로 등록한 “공작기계의 자동공구교환장치”에 한 것이다.

- 42 -

자동공구교환장치(1)를 테이블의 일측에 장착하여, 이싱의 부피를 일

수 있고, 공구교환 시 이동행정을 짧게 하여 공구의 교체시간을 단축할 수

있는 효과가 있는 발명이다.

<그림 3-21> 화천기공(주)의 미국특허(US6203479)

<그림 3-22>는 우종합기계(주)에서 일본에 출원하여 일특공개 JP

2003-211336(2003. 7. 29)로 공개된 “업/다운 구조를 갖는 공작기계의 암이

필요없는 자동공구교환장치”에 한 것이다.

이는 형가공 용기계에 사용되는 간단한 구조로, 필요에 따라 몇 개의

공구 교환이 이루어져야 할 경우, 매거진 측에 장착된 공구 교환 시 스핀들

의 축방향 이송없이 매거진 자체가 수직운동이 가능하도록 하여, 스핀들과

테이블과의 높이를 낮출 수 있도록 한 업/다운 구조를 갖는 공작기계의 암

- 43 -

리스 자동공구교환장치를 제공하는 발명이다.

<그림 3-22> 대우종합기계(주)의 일본특허(일특공개 2003-211336)

이 밖에도 공구 매거진과 스핀들 사이에 기 포트를 마련하여 공구를 교

환할 때 반송 기다림을 임으로써 공구 교환시간을 단축시키는 발명은 일

본 공개특허 2002-36052에 공개되어 있으며(<그림 3-23> 참조), 공구 매거진

의 직경 방향 치수를 크게 함으로써 공구 본수(本數)를 증가시킬 수 있도록

한 발명은 일본특허공개 2003-170323에 공개되어 있다(<그림 3-24> 참조).

- 44 -

<그림 3-23> 대기포트가 마련된 공구교환장치(일특개 2002-36052)

<그림 3-24> 공구 본수를 증가시킬 수 있는 공구교환장치

- 45 -

제4장 황과 망

1. 시장 황 망

ATC는 머시닝센터에 장착되는 핵심장비이므로 머시닝센터의 시장 동향을

악함으로써 ATC의 시장 동향을 측한다.

<그림 4-1>과 <표 4-1>은 국내 머시닝센터의 시장 변동 추이를 나타낸

것이다. 국내 머시닝센터 산업은 수주가 1998년 182,531백만 원에서 2002년

343,166백만 원으로 연평균성장률(CAGR) 17.1%를 기록하고 있으며, 생산은

1998년 147,538백만 원에서 2002년 309,114백만 원으로 연평균성장률 20.3%

를 기록하고 있다. 수출은 1998년 97,315백만 원에서 2002년 118,381백만 원

으로 연평균성장률 5.0%를 기록하고 있으며, 수입은 1998년 23,220백만 원에

서 2002년 73,248백만 원으로 연평균성장률 33.3%를 기록하고 있다.

<그림 4-1> 머시닝센터 국내시장 현황

머시닝 센터 시장 변동 추이

-

50,000

100,000

150,000

200,000

250,000

300,000

350,000

400,000

1998년 1999년 2000년 2001년 2002년

(백만원)

수주량

생산량수출량

수입량

- 46 -

<표 4-1> 국내 머시닝센터 시장 현황(단위: 백만 원, %)

1998년 1999년 2000년 2001년 2002년 CAGR

수주 182,531 276,276 314,139 289,076 343,166 17.1

생산 147,538 231,484 297,714 254,545 309,114 20.3

수출 97,315 81,450 122,030 104,712 118,381 5.0

수입 23,220 23,352 60,565 57,042 73,248 33.3

출처: 한국공작기계공업 회, 회원사 상조사자료

국내 머시닝센터 생산량은 산업의 고도화로 인하여 계속 성장하고 있지만

2000년도를 기 으로 그 성장세가 둔화되었다. 국내 내수 경제 침체와 맞물

려 기업의 시설 투자 감소가 그 주된 원인일 수 있겠으나, 고 화 고기능화

된 머시닝센터를 원하는 소비자들의 욕구에 한 만족스럽지 못한 응과

일본의 활발한 국내 시장 공략 미국, 유럽의 제품을 신뢰하는 소비자의

인식에도 그 원인이 있겠다.

<그림 4-2>와 <표 4-2>는 머시닝센터의 1998년~2002년의 연평균증가율(수

주: 17.1%, 생산: 20.3%, 수출: 5.0%, 수입: 33.3%)을 용하여 2003~2007년의

시장 규모를 측한 결과이다.

<그림 4-2> 머시닝센터 국내시장 예측

머시닝센터 국내시장 예측

-

100,000

200,000

300,000

400,000

500,000

600,000

700,000

800,000

900,000

2003년 2004년 2005년 2006년 2007년

(백만원)

수주

생산

수출

수입

- 47 -

<표 4-2> 머시닝센터 국내시장 예측(단위: 백만 원, %)

2003년 2004년 2005년 2006년 2007년 CAGR

수주 401,847 470,563 551,030 645,256 755,594 17.1

생산 371,864 447,353 538,165 647,413 778,837 20.3

수출 124,300 130,515 137,041 143,893 151,087 5.0

수입 97,640 130,154 173,495 231,268 308,281 33.3

2. 연구개발 황 망

국내 머시닝센터를 생산하는 업체는 다른 공작기계 생산 업체들과 마찬가

지로 종업원 규모로 볼 때 매우 세한 구조다. 국내에는 50인 이하 업체가

50.8%인 반면 일본은 4.7%에 불과하며, 50～300인 업체는 우리나라가 49.4%,

일본은 41.5%, 500인 이상은 우리나라가 1.6%, 일본은 43.3%인 것으로 알려

져 있다. 따라서 선도업체를 비롯한 부분의 기업들의 매출규모가 어

R&D에 한 투자가 미흡한 실정이다. 속한 경제 성장을 이루고 있는

국 동남아시아 국가들의 가 공세와 일본 여타 선진국의 고기능 제

품 공세에서 국내 기업들의 입지를 넓 가기 해서는 극 인 연구개발을

통하여 원천기술 확보와 고기능의 제품을 보다 렴한 가격에 생산하는 노

력이 필요하다.

국내 기업 한 여러 사업군 공작기계사업 비 이 낮다. 거기다가

ATC라는 부품에 한 투자는 더욱 미비한 실정이다. 채산성 악화 시 보 받

기 어려울 뿐더러 타 사업에 비해 상 으로 규모 열세로 투자 우선순

등에서 열 에 있으며, 국내 주요 업체의 공작기계 생산 제품 구성 상에서

상 5 업체가 동일기종, 유사사양으로 경쟁하고 있어 복 투자로 인한

손실이 크다.

부분의 국내 공작기계가 그러하듯 머시닝센터 역시 내수 의존형이며, 수

출도 일부지역에 편 된 구조로 일정 수 성장에 한계가 있다. 그리고 미국

과 유럽 등 국제 경기 변동의 향이 크다. 수출비 이 25～35% 수 (‘98년

제외)으로 내수의존이 높고, 주요 선진국과 비교 시 수출비 이 낮다(해외선

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진국은 생산의 50% 이상을 수출). 한 선진국에 비해 수출지역이 편 되어

미국, 유럽지역의 침체 시 동반 침체하는 구조이다.

그러나 우리나라 공작기계는 선진 경쟁국과의 가격 경쟁에서는 우 를 확

보, 유지하고 있는 상태로 외경쟁력은 기술, 품질 면에서 선진국 수 에

근 한 가운데 가격 면에서는 약 10% 이상의 우 를 견지하고 있다.

국시장의 성장에 따른 해외수요도 증가하고 있다. 지리 으로 인 한

국의 개발정책으로 인한 설비수요 WTO 가입 이후 시장진입 장벽 완화

로 진출기회가 확 되었다. 한 자동차 산업 등 주요 수요 산업의 지속 인

성장이 기 되므로 확고한 내수기반도 정 인 요인으로 작용한다. 국내 수

출 공작기계 주력상품인 머시닝센터의 세계 인지도가 제고되고 있고, 국

내외 경기 회복에 한 정 인 요소가 많은 만큼 신기술 개발이나 성능

향상에 한 지속 인 연구개발의 강화 매된 제품에 한 신속․정확

한 서비스 메인터 스를 통해 경쟁기업과의 차별화 략이 필요하다.

앞에서 살펴본 문헌정보 분석과 특허정보 분석에서도 나타났듯이, 2000년

에 어들면서 자동공구교환장치(ATC)에 한 일본과 미국의 특허출원은

감소하고 있는 반면 유럽의 특허출원은 증가하고 있는데, 이는 외국인에 의

한 출원이 증가하고 있기 때문인 것으로 나타났다. 일본과 미국의 출원인이

유럽시장에서의 특허권 확보를 한 략인 것으로 분석된다.

한편, 우리나라에서의 연구개발 활동과 특허출원은 2000년 에 들어서면서

계속 증가하고 있는 것으로 보아 ATC 련 연구개발 활동과 특허출원은 당

분간 지속될 것으로 망된다. 하지만 우리나라 출원인에 의한 해외 출원(미

국, 일본, 유럽 등)이 별로 많지 않고, 앞으로도 크게 증가하지는 않을 것으

로 망됨에 따라, 향후의 국제 경쟁시장에서 크게 낙 할 만한 일은 없을

것으로 상된다.

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<참고문헌>

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http://www.hanmachine.com/site1/rd_02.html

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