KR101132286B1 - 무급유 커넥션 - Google Patents

Abstract

텐터 클립은 고온의 작업 조건하에서 높은 강도, 내마모성 및 안정성을 가지는 한 쌍의 주조된 베어링을 갖춘 턱 피봇 샤프트를 갖는다. 턱 피봇 샤프트의 제조방법은 센터리스 그라인딩에 의해 핀을 인젝션 몰딩 및 최종 가공함으로써 요부에 플라스틱 베어링 재료를 공급하기 전 샤프트 내에 형성된 우툴두툴한 요부들을 포함한다.

텐터 클립, 베어링, 턱, 피봇, 샤프트, 센터리스 그라인딩, 핀, 인젝션 몰딩, 플라스틱 베어링

Description

무급유 커넥션{LUBRICATION FREE CONNECTION}

본 발명은 텐터 프레임 장치(tenter frame apparatus)와 같은 고온 환경에서 작동하는데 적합한 자체 윤활 샤프트 또는 피봇핀의 구조에 관한 것이다.

텐터 프레이머 장치 및 방법에 대한 크리스토퍼 이. 호스머(Christopher E. Hostmer)와 존 에프. 화레이(John F. Whaley)의 1991.11.26.자 미국특허공보 제5,067,214호는 폴리아미드 수지로 만들어진 자체 윤활 부싱을 보여주고 있다.

텐터 프레임과 방법에 대한 크리스토퍼 유겐 호스머(Christopher Eugene Hosmer)의 1998.8.25.자 미국특허공보 제5,797,172호는 본 발명이 특별히 적용한 형태의 텐터 프레임 장치를 개시하고 있다.

부싱 및/또는 평면 베어링과 같은 종래의 자체 윤활작용하는 마찰 또는 마모 디바이스는 전형적으로 부싱의 회전을 방지할 수 있도록 평면 플라스틱 부싱이 삽입 및 고정되어 있는 금속 하우징으로 이루어진다. 전형적으로, 금속 샤프트는 부싱의 내경 안에 놓여진다. 텐터 프레임 클립 턱에 적용되는 경우에 전술한 부싱들은 열팽창으로 인해 금속 샤프트 상에서 부싱의 록킹 다운(locking down)을 초래하 고, 부싱이 너무 빨리 마모되거나 부싱이 달라붙어 상기 턱의 바람직한 기능을 방해하는 문제를 발생시킨다.

자체 윤활 플라스틱 부싱(self lubricating plastic bushing)의 부착은 고압 및 고온에서 얇고 자체 윤활되는 플라스틱 슬리브(sleeve)를 금속핀 주변에 압입 인젝션 몰딩하여 이루어진다. 점착성을 강화하고 내마모성을 충분히 갖춘 재료를 제공하기 위해 플라스틱은 거칠거나 고르지 않은(knurled) 표면을 가지는 소정 깊이의 홈 또는 요부 속에 넣어 주조된다. 따라서, 자체 윤활되는 베어링 부재는 금속 하우징 내에서 회전하는 샤프트 상에 놓여진다. 온도 상승에 따른 열팽창은 플라스틱 슬리브의 내경을 팽창시키지만 거친 표면은 플라스틱 슬리브의 회전을 막는다. 플라스틱 베어링 슬리브의 팽창은 낮은 열팽창률을 가지는 플라스틱으로 된 얇은 층을 사용함으로써 최소화된다.

하이브리드 스틸(hybrid steel)과 플라스틱 핀을 생산하는 공정은 또한 유일하면서도 매우 비용효율적이다. 바람직한 외경과 치수 공차로 하이브리드 핀을 CNC 터어닝(turning;선삭)할 수 있지만, 더욱 비용효율적이고 치수상으로 그리고 표면 마감처리가 우수한 부품(surface finish superior part)은 외경을 센터리스 그라인딩(centerless grinding)함으로써 만들어진다. 금속과 프라스틱을 동시에 센터리스 그라인딩하는 공정은 독특하고 치수상으로 충분히 안정적이고 적절하게 그라인딩할 정도로 단단하며, 녹지 않고 번지지(smear) 않으며, 또는 층상 구조로 된(층 사이에) 금속입자들을 가지는 플라스틱을 필요로 한다.

폴리테트라플로라에틸렌(polytetraflouraethylene)은, 신뢰할 수 있는 성능을 가진, 장기간의 내마모성 및 안정성있는 제품을 얻기 위해 필요한 물리적, 열적, 그리고 마찰상(tribological)의 특성을 가지므로 텐터 프레임 턱 핀(tenter frame jaw pins)에 사용하는데 적합하다.

본 발명의 바람직한 일 실시예는 도면에 도시되어 있다.

도 1은 본 발명에 따른, 예시 목적으로 부품들이 분리되고 분해된 텐터 프레임의 사시도이고,

도 2는 본 발명에 따른, 텐터 프레임의 조립상태를 보여주는 단면도이고,

도 3은 직경이 작은 두 개의 요부를 제공하기 위한 초기 가공된 금속 피봇 샤프트의 측면도이고,

도 4는 축의 홈 부분이 우툴두툴해진 후의 샤프트의 측면도이고,

도 5는 플라스틱 재료가 인젝션 몰딩에 의해 홈 부분에 제공된 후의 샤프트의 측면도이고,

도 6은 센터리스 그라인딩에 의해 가공된 후의 샤프트의 측면도이고,

도 7은 도 6의 Ⅶ-Ⅶ선에 따른 단면도이고,

도 8은 센터리스 그라인딩 장치의 측면도이고, 그리고

도 9는 도 8에 도시된 장치의 평면도이다.

도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명은 텐터 클립(11)에 예시되어 있으며, 텐터 클립(11)은, 다른 클립들과 함께, 링크체인(12)에 의해 일렬로 연결되어 텐터체인(13)을 제공한다. 텐터 체인은 직물 천과 같은 평평한 재료의 연속 웨브(web)의 가장자리를 파지하고, 동시에 제조 과정의 마무리 작업으로서 프로세스 오븐(process oven)을 통해 운반하면서 이 재료를 횡방향으로 잡아늘리기 위해 상호 대향하는 쌍으로 제공된다.

텐터 클립(11)은 내부에 제공되어 있는 웨브 재료를 지지하기 위한 표면(16)을 가지며, 한 측면이 개방되어 있는 클립 바디(clip body,14)를 포함하는 클램핑 기구이다. 클립 바디(14)는 턱(22)용 피봇 핀(21)을 축방향으로 지지하는 한 쌍의 지지암(17)(18)을 포함한다. 선회가능한 턱(22)은 웨브 재료의 유입 및 유출이 가능하도록 하기 위하여 외부장치(미도시)에 의해 작동된다. 턱(22)과 클립(11)은 웨브 재료를 기계적으로 클램핑하여 유지하도록 설계되어 있다. 턱의 움직임은, 핀(21)과 턱(22)에서 정렬된 보어를 통해 연장하는, 가로핀(transverse pin,24)에 의해 회전할 수 없게 턱(22)에 고정되어진 턱 피봇핀(jaw pivot pin,21)의 축(23)에 대한 제한된 축이동(회전운동)이다.

도 3 내지 도 7에 따르면, 턱 피봇핀(21)의 제조 공정은 제작의 단계들을 보여주는 것으로 도시되어 있다.

도 3은 소정의 오버사이즈(over size) 직경으로 대강 마무리되고, 한 쌍의 작은 직경의 홈(31,32)이 축방향을 따라 양측 단부의 부근에 형성된 이후의 핀(21)의 모습을 보여주고 있다. 홈(31,32)은 텐터 클립(11)의 암(17,18)의 베어링 표면에 맞는 축방향 크기를 갖는다.

도 4는 홈(31,32)의 작은 직경의 면이 우툴두툴하게 된 이후의 핀(21)의 모습을 보여주고 있다.

도 5는 폴리테트라플로라에틸렌(polytetraflouraethylene)과 같은 고온의 강화 플라스틱의 슬리브(34,36)가 핀(21)의 감소된 직경 부분(31,32)에 인젝션 몰딩에 의해서 공급된 이후의 핀(21)의 모습을 보여주고 있다. 오버사이즈의 핀(oversized pin,21)은 다음 단계로 센터리스 그라인딩에 의해서 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 바람직한 최종 직경으로 가공된다.

도 8 및 도 9는 센터리스 그라인딩 단계를 도시하고 있다. 핀(21)은 워크 블레이드(work blade,41)에 의해 지지되고 그라인딩 휠(42)과 레귤레이팅 휠(regulating wheel,43) 사이에 끼워진다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 핀(21)은 기계가 작동하는 동안 워크 레스트 가이드(work rest guides;46,47,48,49)에 의해 안내되어진다.

본 출원은 텐터 체인을 구성하도록 체인을 이용하여 일렬로 연결되어진 텐터 클립에 특별한 용도를 갖는다. 텐터 체인은 직물 천과 같이 평평한 재료의 연속 웨브의 대응 에지를 파지하는 동시에, 처리되어진 재료의 제조상 마무리 작업으로서 비교적 고온의 프로세스 오븐(process oven)을 통해 이 재료를 운반시키는 동안 양방향에서 이 재료를 잡아늘려주기 위해 대향하는 한 쌍으로 사용되어진다.

베어링 표면상에서의 마모는 베어링 표면의 윤활이 비실용적이고, 주요하게는 베어링 표면이 웨브 재료 위에 있으며, 웨브 재료상에 윤활유를 급유하지 않고 베어링 표면을 윤활시키는 것이 사실상 불가능하기 때문에 오랫동안 텐터 클립의 설계에 있어서의 문제점으로 존재해 왔다. 이들 베어링 표면은 일반적으로 윤활되지 않으므로, 베어링 표면은 고온에 견디며 크게 마모될 것으로 예상되는 금속으로 만들어진다. 작동 공차 내에 클립을 유지시키기 위해 클립은 빈번한 수리가 요구된다. 몇몇 클립 구조의 수리에 있어서는 피봇핀 홀과 새로운 큰 직경의 피봇핀을 재천공(reboring)할 필요가 있다. 교체가능한 스틸 부싱(steel bushing)을 사용하는 클립의 수리는 부싱을 교체함으로써 수리되며, 게다가 핀을 교체하는 것은 흔히 있는 일이다.

개선된 강도와 마모 특성, 그리고 고온에 견디는 내열성을 갖춘 다양한 플라스틱 재료들이 발전되어왔다. 이들 재료들은 한정된 성공을 가지고 실시 및 시험되어왔다. 매우 정밀한 허용공차는 텐터 클립의 적절한 작동을 위해서 필요하다. 텐터 클립용의 스틸 부싱은 요구 허용치를 얻기 위해 통상 그 외경이 그라운드(ground)되고 그 내경에서는 연삭된다. 플라스틱 부싱에 대해 이와 같은 적절한 허용공차를 얻는데는 어려움이 있으며 비용도 많이 소요된다. 대부분의 플라스틱 재료들은 텐터 클립 요소에 사용된 금속보다 훨씬 높은 열팽창률을 가지고 있다. 이는 부싱이, 회전을 방지하는 핀 상의 간극(clearance)과 잠금상태(lock)를 잃기 쉽게 하는 경향이 있다. 콜드 클리어런스(cold clearance)를 증대시키면 이러한 문제점은 해결되나, 제작상의 그리고 기능상의 문제점들이 발생하게 된다.

부싱의 설치에 관한 통상의 방법은 억지 끼워맞춤(interference press fit)에 의한 것이다. 플라스틱 부싱은 억지 끼워맞춤을 할 때 변형되는 경향이 있으며, 그로 인해 억지 끼워맞춤을 유지하는 능력을 대부분 잃게 된다. 이는 수용불가능한 부싱의 회전 및/또는 축이동을 허용한다.

본 발명의 텐터 핀은 비용 효율적인 방법으로 전술한 문제들을 모두 해결한다. 허용공차는, 플라스틱 베어링 재질이 핀의 홈 또는 요부 안에 주조되어 있고 핀과 플라스틱 삽입물이 유니트(unit)로서 센터리스 그라운드되어 있기 때문에 문제가 되지 않는다. 우툴두툴한 바닥면을 가지는 요부 안에 플라스틱을 주조함으로써, 플라스틱 삽입물은 핀과 관련한 회전 및 축이동이 억제된다. 플라스틱 삽입물의 열팽창은 플라스틱 삽입물이 단일 플라스틱 부싱보다 반지름 방향으로 두께가 얇기 때문에 최소화된다. 핀에서 요부 안에 플라스틱 베어링을 형성함으로써, 핀과 삽입물은 하나의 유니트로서 최후의 직경으로 센터리스 그라운드될 수 있다. 이는 제조와 핀 설치를 용이하게 한다.

Claims (13)

1. 고온 환경에서 사용하기 위한 피봇핀을 제조하는 방법으로서,

   오버사이즈 직경을 갖는 핀을 기계가공하는 단계;

   핀이 부착되는 부재 중 한 쌍의 베어링 표면을 설치하기에 적합한 축 너비를 갖춘 상기 핀에 한 쌍의 축방향으로 이격된 얕은 작은 직경의 요부를 기계가공하는 단계;

   상기 요부를 우툴두툴하게 하는 단계;

   인젝션 몰딩에 의해 상기 각 우툴두툴한 요부에 자체 윤활 열가소성 합성체로 된 원통형 베어링 슬리브를 제공하는 단계; 및

   센터리스 그라인딩에 의해 최종 직경으로 상기 베어링 슬리브를 포함하는 상기 핀의 외경을 마무리 가공하는 단계를 포함하고,

   상기 우툴두툴한 요부는 상기 핀에 대한 상기 베어링 슬리브의 회전을 억제하는 것을 특징으로 하는 고온 환경에서 사용하기 위한 피봇핀을 제조하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 열가소성 합성체는 폴리테트라플로라에틸렌인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 삭제
4. 내부에 공급된 웨브 재료를 지지하기 위한 평면을 구비한 개방측, 및 방사상의 내측방향으로 향한 베어링 면을 갖는 각각의 암의 평면 위로 이격되어서 연장해 있는 한 쌍의 암을 갖는 클립 바디;

   턱;

   상기 턱에 회전불가능하게 고정되고, 축방향의 각 대응 단부 부근에 축방향으로 가늘게 연장된 우툴두툴한 요부를 갖는 턱 피봇 핀; 및

   상기 각 요부 안에 주조된 자체 윤활 고온 내열 플라스틱으로 구성되고, 상기 암 상에 상기 베어링 면을 각각 갖추고 상기 턱 피봇핀 상에 방사상의 외측방향으로 향하는 원통형 베어링 면을 갖춘 슬리브를 포함하고,

   상기 우툴두툴한 요부는 상기 핀에 대한 상기 슬리브의 회전을 억제하는 것을 특징으로 하는 텐터 클립.
5. 제 4항에 있어서, 상기 슬리브를 포함하는 상기 턱 피봇핀의 외경은 일정한 직경으로 가공된 것을 특징으로 하는 텐터 클립.
6. 삭제
7. 제 4항에 있어서, 고온 내열 플라스틱은 폴리테트라플로라에틸렌인 것을 특징으로 하는 텐터 클립.
8. 핀의 각 단부 부근에 형성되고, 방사상의 외측방향으로 향하는 우툴두툴해진 원통형 표면을 각각 갖는 얕은 요부; 및

   상기 각각의 우툴두툴한 원통형 표면에 본딩되고, 방사상의 외측방향으로 향하는 원통형 베어링 표면을 각각 갖춘 고온 내열의 자체 윤활 플라스틱 슬리브를 포함하고,

   상기 우툴두툴한 원통형 표면은 상기 요부에 대한 상기 슬리브의 회전을 억제하는 것을 특징으로 하는 원통형 피봇핀.
9. 제 8항에 있어서, 상기 플라스틱은 폴리테트라플로라에틸렌인 것을 특징으로 하는 원통형 피봇핀.
10. 제 8항에 있어서, 상기 슬리브를 포함하는 상기 핀의 외경은 일정한 직경인 것을 특징으로 하는 원통형 피봇핀.
11. 지지 요소와 피 지지 요소를 축방향으로 연결하는 샤프트 부재용 베어링으로서,

    상기 요소들 상에 매끄럽게 방사상으로 대면해 있는 원통형 표면;

    상기 원통형 표면의 일측에 형성한, 방사상으로 향하는 울퉁불퉁한 표면을 갖는 얕은 환상의 요부; 및

    상기 요부 안에 주조된 자체 윤활 플라스틱 압력체로 이루어지고, 상기 매끄러운 원통형 표면의 일측을 상기 원통형 표면의 타측과 베어링 결합시키는 플라스틱 재질의 얇은 층을 포함하는 베어링.
12. 제 11항에 있어서, 상기 플라스틱 재질의 얇은 층 상의 상기 매끄러운 원통형 표면은 방사상의 외측방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 베어링.
13. 샤프트와 축방향으로 이격된 한 쌍의 지지체 사이의 피봇 커넥션으로서,

    상기 지지체 상에 한 쌍의 정렬된 방사상의 내측방향으로 향하는 원통형 표면;

    상기 방사상의 내측방향으로 향하는 원통형 표면에 대면하여 연결된, 한 쌍의 방사상의 외측방향으로 향하는 상기 샤프트 상의 원통형 표면;

    상기 쌍의 원통형 표면 중 하나에 각각 형성되고 우툴두툴한 표면을 갖춘 요부; 및

    상기 쌍의 원통형 표면 중 타측과 방사상으로 대면 및 베어링 결합된 원통형의 베어링 표면을 갖춘 상기 요부들 안에 주조되어진 자체 윤활 플라스틱의 얇은 원통형 층을 포함하는 피봇 커넥션.

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