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NC 공작기계의 ‘(모터) 제어 루프’에 대한 특허권 분석
 
남앤드남 국제특허법률사무소 김승환/이성원 변리사
 
황원희기자 | 2011.06.29
 
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지난 3월호에 기재된 NC공작기계의 기술동향 분석 내용을 토대로 한 4개의 핵심기술 분야에 대하여, 첫 번째로 지난 6월호에 기재된 ‘운동 전달 기구’에 대한 대표적인 특허권 분석에 이어서, 두 번째로 본 호에서는 ‘(모터) 제어 루프’에 대한 대표적인 특허권을 분석하기로 한다.


<NC공작기계의 핵심기술 분야>
1) 운동 전달 기구
2) 제어 루프
3) 장치 구성 유니트
4) 머시닝 센터


(1) 특허권 분석과 관련된 이론에 대한 정리
지난 6월호에 자세히 기재되어 있는 특허권 분석과 관련된 이론에 대해, 특허권 분석의 원칙이 되는 만큼 아래와 같이 간단하게 다시 한 번 정리해 본다.
특허권의 권리범위 내지 실질적 보호범위는 특허청구범위의 기재내용에 의해 정해지는 것이 원칙(특허법 제97조)이므로 특허청구범위에 기재되지 아니한 사항은 보호를 받지 못하며, 특허청구범위에 기재되었는지 여부를 해석하는 방법으로는 구성요건완비의 원칙(all element rule)의 적용, 균등론(doctrine of equivalent)에 의한 판단, 공지기술(기술수준)의 참작, 출원경과의 참작(금반언의 원칙: file wrapper estoppel) 등이 있다.

(2) 분석대상 특허권에 대한 조사
󰋼 D   B : 윈텔립스(Wintelips : www.wintelips.com)
󰋼 대  상 : 최근 10년 동안 대한민국에 등록된 특허권
󰋼 키워드 : (공작 adj 기계) and 모터 and 제어


(3) 특허권 조사에 대한 결과
2011년 06월 17일 기준으로 총 86건의 특허권이 검색되었으며, <그림 1>에서 확인할 수 있는 바와 같이, 내국인이 권리자인 경우가 75건으로 87.20%를 차지하고 있으며, 외국인이 권리자인 경우가 11건으로 12.79%를 차지하고 있다. 특히, 외국인의 국적이 모두 일본임이 주목될 만하다.


한편, 권리자별로 보유하고 있는 특허권 수를 확인해보면, 실질적으로 ‘대우종합기계’에 대한 특허권의 실질적 소유자인 ‘두산인프라코어 주식회사’가 총 86건의 특허권의 24.42%인 21건을 보유하고 있고, 그 뒤를 이어 ‘위아 주식회사’가 10.47%인 총 9건의 특허권을 보유하고 있으며, 남은 약 65%에 해당하는 36건에 대한 특허는 골고루 분산되어 있다.


(4) 구체적 분석

이하에서는, NC 공작기계의 ‘(모터) 제어 루프’에 대하여 특허권을 가장 많이 보유하고 있는 2개의 업체, 즉 ‘두산인프라코어 주식회사’와, ‘위아 주식회사’의 특허권 중에서 대표적인 2건의 특허권을 구체적으로 분석함으로써, 조사한 특허권에 대한 경향에 대해 판단해 보기로 한다.

 

◆ 등록특허 제10-1001051호에 대한 구체적 분석

1. 서지적 사항

 출 원 인 : 두산인프라코어 주식회사
 출원번호 : 10-2003-0098688
 발명의 명칭 : 상한 돌기 방지를 위한 공작기계의 서보모터 속도루프 게인류 제어장치

2. 본 발명에 대한 구성

◎ 대표 청구항 (청구항 1)

공작물의 중량변화에 따른 이송축 서보모터의 속도와 진동 및 마찰에 대한 각종 제어변수를 입력하는 제어변수 입력수단(100)과;
각종 데이터를 저장하는 데이터 테이블(200)과;
공작물의 미세 이송에 의한 부하 전류의 변동치를 측정하는 전류측정수단(300)과;
상기 전류측정수단(300)에서 측정된 전류값을 근거로 표준 중량 대비 비교값을 산출하는 공작물 중량변환 수단(400)과;
상기 공작물 중량변환 수단(400)으로부터 현재 공작물의 중량을 파악하고 이에 따른 변수 데이터를 데이터 테이블(200)로부터 전송받아 서보모터(600)의 동작을 제어하는 제어기(500)를 포함하며,

상기 데이터 테이블(200)은, 상기 제어변수 입력수단(100)으로부터 중량변화에 따른 제어변수 데이터를 저장하며, 속도 이득 제어에 관련된 속도이득 제어 데이터 베이스(210)와, 진동제어에 관련된 진동제어 데이터 베이스(220)와, 마찰제어에 관련된 마찰제어 데이터 베이스(230)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는, 상한 돌기 방지를 위한 공작기계의 서보모터 속도루프 게인류 제어장치.

3. 효과 (본 발명을 통해 해결할 수 있는 기술적 과제)

종래에는 장비의 중량이 바뀔 경우 이에 대응하여 바뀌는 속도루프게인 및 관련제어 데이터 값을 하나씩 교정하기 때문에 실수로 교정값이 잘못 들어갈 수가 있고, 장비가 바뀔 때마다 수동조작에 의해 데이터를 변경해야 하므로 매우 불편하며, 특히 원호 가공시에는 상한 돌기가 발생되는 문제점이 있었으며, 돌기의 원인을 찾기도 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 발명된 것으로, 공작물의 중량 데이터에 따라서 자동으로 제어변수를 제공하여 서보모터의 제어에 적용함으로써, 절삭대상의 표면을 원호 가공시 동적 정밀도를 최적화시킬 수 있다는 효과가 있다.

4. 분석
본 발명에 대한 필수구성요소는 대표청구항인 청구항 제1항에 기재된 바와 같이 제어변수 입력수단(100), 데이터 테이블(200), 전류측정수단(300), 공작물 중량변환 수단(400), 제어기(500)이다.
그런데, 본 발명을 등록받는 과정에서 청구항 제2항 및 제3항에 기재된 데이터 테이블(200)에 대한 기술적 특징이 청구항 제1항에 병합되는 보정이 이루어졌는바, 본 발명에 대한 필수구성요소에는 다음과 같은 구성요소도  포함한다.

   - 속도이득제어에 관련된 속도이득 제어 데이터 베이스(210)
   - 진동제어에 관련된 진동제어 데이터 베이스(220)
   - 마찰제어에 관련된 마찰제어 데이터 베이스(230)

이와 같은 필수구성요소를 포함하는 본 발명에 대하여, 제3자의 특허권 침해가능성을 판단해본다면, 앞선 5개의 구성요소 이외에도 데이터 테이블(200)과 관련된 3개의 구성요소까지 모두 포함한 제품을 실시하는 경우에 한하여 본 발명을 침해하는 것이 될 것이므로, 침해 가능성은 희박하다고 보여진다. 즉, 본 발명에 대한 특허권은 넓은 권리범위를 갖고 있지 않다고 할 것이다.

아울러, 등록을 받기 위해 보정한 내용과 관련된 3개의 구성요소와 관련된 속도, 진동, 마찰 인자(factor)도, 실제 심판원 또는 법원의 판단에 따라 달라질 수는 있으나, 당업자가 충분히 고려해봄직한 인자들이라고 할 것이어서, 본 발명에 대한 특허권은 무효가 될 수 있는 여지도 배제할 수 없다고 할 것이다.

◆ 등록특허 제10-0591411호에 대한 구체적 분석

1. 서지적 사항

 출 원 인 : 위아 주식회사
 출원번호 : 10-1999-0044256
 발명의 명칭 : 절삭감시장치 및 그 제어방법

2. 본 발명에 대한 구성

◎ 대표 청구항

NC(11)의 지령순서와 외부의 신호가 결합되어 절삭기계에 공작지령이 원활하게 이루어질 수 있도록 하는 PLC(12);
상기 NC(11)의 지령에 의해 출력단에 연결된 절삭기계 내부에 장착되어 동력발생하는 스핀들모터(14)의 부하상태를 감지할 수 있도록 하는 스핀들유닛(13);
상기 스핀들유닛(13)에 연결되며 동시에 PLC(12)와 연결되어 가공상태를 표시함과 동시에 변경하고자 하는 공구번호등을 입력할 수 있도록 상기 스핀들 유닛(13)에서 출력하는 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D컨버터(21)와,
상기 A/D 컨버터(21)에서 디지털변환된 신호를 연산 및 내부에 설정된 데이터와 비교하여 부하상태를 검출하는 중앙처리장치(22)와,
상기 중앙처리장치(22)의 입력단에 연결되어 변경하고자 하는 공작기계의 공구번호 입력할 수 있도록 하는 16키가 연결된 키보드(24)와,
상기 중앙처리장치(22)의 출력단에 연결되어 가공상태 및 검출상태에 대한 경고신호가 문자 또는 숫자 등으로 표시될 수 있도록 하는 실행부(25)와,
상기 중앙처리장치(22)의 다른 출력단에 연결되어 내부에서 비교하여 판단한 공작기계의 동작상태에 대한 출력신호를 PLC(12)에 출력하거나 PLC(12)에서 출력한 내용을 입력할 수 있도록 하는 양방향성 입출력카드(23)로 이루어진 절삭감지유닛(20);이

연결되어 이루어진, 절삭 감시장치.


 3. 효과 (본 발명을 통해 해결할 수 있는 기술적 과제)

본 발명은 절삭감지유닛이 절삭 가공시 주축에 걸린 부하를 실시간 감지할 수 있도록 발명된 것으로, 절삭감지유닛의 AD 컨버터와 중앙처리장치를 각각 12비트와 16비트인 것을 이용해 출력단의 실행장치에 스핀들모터의 부하상태를 숫자나 문자 및 그래픽등으로 표시할 수 있도록 하고, 양방향성 입출력카드를 사용하여 절삭감지유닛와 PLC간의 공작물의 가공중의 부하와 감지내용에 대한 신호가 서로 교환될 수 있도록 하며, 절삭감지유닛에 대한 정보데이타를 PC에 전송시킬 수 있는 방법으로부터 PC에 제공하는 정보데이타 송수신 속도를 향상시킬 수 있도록 한다.

4. 분석
본 발명에 대한 필수구성요소는 대표청구항인 청구항 제1항에 기재된 바와 같이 PLC(12), 스핀들유닛(13), 절삭삭감유닛(20)이다.
이러한 본 발명은 등록받는 과정에서 앞서 살펴본 등록특허 제10-1001051호와 같이 등록을 위하여 권리범위를 축소하는 보정이 이루어지지는 않았는바, 이로 인한 권리범위의 제한은 없다고 할 것이다. 그러나 본 발명은 출원 당시에 절석삭감유닛(20)에 대하여 다음과 같이 추가적인 필수구성요소를 갖고 있다.
  - 스핀들 유닛(13)에서 출력된 아날로그신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터(21)
   - 변환된 디지털 신호를 연산/비교하여 부하상태를 검출하는 중앙처리장치(22)
   - 중앙처리장치(22)에 공구번호를 입력하기 위한 키보드(24)
   - 중앙처리장치(22)의 출력단에 연결되어 검출된 부하상태를 표시하는 실행부(25)
   - 중앙처리장치(22)의 다른 출력단에 연결되어 검출된 부하상태를 PLC(12)로 출력하는 양방향성 입출력카드(23)

따라서 본 발명도, 앞서 살펴본 등록특허 제10-1001051호와 유사하게, 제3자의 특허권 침해가능성을 판단해본다면, 앞선 3개의 구성요소 이외에도 절삭삭감유닛(20)과 관련된 5개의 구성요소까지 모두 포함한 제품을 실시하는 경우에 한하여 본 발명을 침해하는 것이 될 것이므로, 침해 가능성은 희박하다고 보여진다. 즉, 본 발명에 대한 특허권은 넓은 권리범위를 갖고 있지 않다고 할 것이다.
또한, 절삭삭감유닛(20)과 관련된 추가적인 5개의 필수구성요소 역시 실제 심판원 또는 법원의 판단에 따라 달라질 수는 있으나, 당업자가 충분히 고려해봄직한 구성들이라고 할 것이어서, 본 발명에 대한 특허권은 더욱 제한적인 권리범위를 갖고 있다고 할 것이다.
(5) 결론
비록 검색지역과 검색어 한정에 따른 제한 및 분석자의 임의적 선택에 따른 제한으로 인해, 앞서 살펴본 2건의 특허권이 NC 공작기계의 ‘(모터) 제어 루프’에 대한 모든 특허권이 다음과 같은 성향을 가진다고 말할 수는 없을 것이다.
그러나 앞서 살펴본 2건의 특허권 및 분석자가 분석하는 과정에서 참조한 다른 특허권의 내용을 토대로 NC 공작기계의 ‘(모터) 제어 루프’에 대한 특허권의 성향을 판단하여 보면,
‘(모터) 제어 루프’에 대한 기술은 기술 카테고리상 기본적인 하드웨어의 구동을 위한 소프트웨어에 관한 것이므로, 어디까지나 하드웨어의 구성을 전제로 하여야 하는바,
NC 공작기계의 ‘운동전달기구’, ‘장치 구성 유니트’에 대한 기술이 크게 진보되지 않는 한, ‘(모터) 제어 루프’에 대한 특허권의 권리범위는 넓게 형성되기 어렵다고 할 것이어서,
‘(모터) 제어 루프’에 대한 특허권들은 앞서 살펴본 2건의 특허권과 같이 대부분이 넓은 권리범위를 확보하고 있지는 못한 것으로 판단해볼 수 있다.
그러나 오늘날 IT산업의 성장이 두드러지는 만큼, 소프트웨어 분야에 속한다고 할 수 있는 NC 공작기계의 ‘(모터) 제어 루프’에 대한 기술 개발도 하드웨어의 진보와 무관하게 이루어질 것이고, 이에 대하여 넓은 권리범위를 갖는 특허권의 등장도 기대해 볼 수 있을 것이다.

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TAG :  공작기계  특허권  NC
 
 
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