KR101047987B1 - 볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭에 관한 것으로, 볼스크류 잭은 중공부분을 구비하고 볼스크류 잭의 외관을 형성하는 케이스와, 외주에 나사산이 형성되며 상기 중공부분에 배치되고 외부 하중을 지지하도록 상기 중공부분의 외부로 연장되는 볼스크류 축과, 상기 나사산이 형성된 부분에 결합되고 회전이 제한되도록 형성되어 상기 볼스크류 축이 회전하면 직선이동하는 볼너트와, 상기 케이스에 장착되며 상기 볼스크류 축에 수직한 일면을 구비하는 고정 마찰판과, 회전가능하도록 이루어지고 상기 일면을 마주보도록 배치되어 상기 볼스크류 축의 회전 방향으로 마찰력을 발생시키는 회전 마찰판, 및 상기 회전 마찰판과 상기 나사산이 형성된 부분의 사이에 배치되고 상기 볼스크류 축의 일방향 회전력은 상기 회전 마찰판에 전달하고 타방향 회전력의 전달은 제한하도록 형성되는 회전력전달유닛을 포함한다. 이에 의하여 본 발명은 추력의 크기에 따른 자립조건의 설정이 간편한 볼스크류 잭이 구현된다.
볼스크류, 볼스크류 잭, 자립

Description

볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭{APPARATUS OF SELF LOCKING FOR BALL SCREW AND BALL SCREW JACK HAVING THE SAME}
본 발명은 축방향 추력에 대하여 볼스크류를 자립시키는 볼스크류용 자립장치와 이를 구비하는 볼스크류 잭에 관한 것이다.
볼스크류는 효율이 좋기 때문에 광범위한 산업분야에서 사용되나 추력이 작용하면 자립조건을 만족하지 못하여 임의의 위치에 정지되지 않는 단점이 있다. 자립조건이란 나사 또는 마찰판 등이 정지된 상태에서 추력 혹은 외력이 작용해도 움직이지 않는 조건이다.
상기 볼스크류를 이용한 잭 장치로 볼스크류 잭이 있다. 볼스크류 잭은 볼스크류와 볼너트의 조합에 의하여 잭의 길이가 수축 또는 확장되는 잭 장치이다. 볼스크류 잭은 임의의 위치에서 정지시킬 경우 자립조건이 성립되지 않으면 저절로 수축을 하게된다.
일반적으로 군사적 목적으로 사용되는 로켓 발사장치나 시험장치등의 플랫폼의 수평은 기계식 볼스크류 잭에 의하여 맞춘다. 다만, 군사적 환경에서는 볼스크 류 잭에 갑작스러운 하중 변화를 발생시키는 경우가 빈번하다. 이러한 하중 변화에 의하여 볼스크류 잭에 떨림현상(Chattering) 등이 발생하거나, 잭이 수축하는 현상이 발생할 수 있다.
따라서, 하중 변화에도 불구하고 자립조건을 만족시킬 수 있으며 구조가 간단한 볼스크류용 자립장치가 고려될 수 있다.
본 발명의 일 목적은 종래와 다른 형태로 이루어지는 볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 일 목적은 제한된 공간내에 설치가능하고 신뢰도가 높은 볼스크류용 자립장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 볼스크류 잭은 중공부분을 구비하고 볼스크류 잭의 외관을 형성하는 케이스와, 외주에 나사산이 형성되며 상기 중공부분에 배치되고 외부 하중을 지지하도록 상기 중공부분의 외부로 연장되는 볼스크류 축과, 상기 나사산이 형성된 부분에 결합되고 회전이 제한되도록 형성되어 상기 볼스크류 축이 회전하면 직선이동하는 볼너트와, 상기 케이스에 장착되며 상기 볼스크류 축에 수직한 일면을 구비하는 고정 마찰판과, 회전가능하도록 이루어지고 상기 일면을 마주보도록 배치되어 상기 볼스크류 축의 회전 방향으로 마찰력을 발생시키는 회전 마찰판, 및 상기 회전 마찰판과 상기 나사산이 형성된 부분의 사이에 배치되고 상기 볼스크류 축의 일방향 회전력은 상기 마찰판에 전달하고 타방향 회전력의 전달은 제한하도록 형성되는 회전력전달유닛을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 회전력전달유닛은 멈춤쇠 및 라쳇 휠을 포함한 다. 멈춤쇠는 회전 마찰판과 함께 회전되도록 회전 마찰판과 연결된다. 라쳇 휠은 볼스크류 축과 결합하고, 볼스크류 축이 일방향으로 회전하면 멈춤쇠에 걸리고, 타방향으로 회전하면 멈춤쇠에 걸리지 않도록 이루어진다. 볼스크류 축은 라쳇 휠의 내주에 삽입될 수 있다. 볼스크류 축의 외주 및 라쳇 휠의 내주에는 각각 홈이 형성되고, 라쳇 휠과 볼스크류 축은 홈에 삽입되는 키이에 의하여 결합될 수 있다. 상기 볼스크류 잭은 베어링을 포함할 수 있다. 베어링은 회전 마찰판과 회전력전달유닛의 사이에 배치된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 고정 마찰판은 중공부분을 덮도록 형성되는 내부커버를 이룬다. 볼스크류 잭은 동력전달장치 및 외부커버를 포함할 수 있다. 동력전달장치는 볼스크류 축에 동력을 전달하고, 외부커버는 케이스와 결합하고, 내부커버와 함께 동력전달장치가 배치되는 공간을 한정한다. 내부커버는 중앙부분이 리세스되도록 형성될 수 있다. 회전 마찰판은 상기 중앙부분을 한정하는 면들과 면접촉하도록 형성될 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명은 볼스크류용 자립장치를 개시한다. 볼스크류용 자립장치는 볼너트가 결합되는 볼스크류 축과 수직한 일면을 구비하는 고정 마찰판과, 회전가능하도록 이루어지고 상기 일면을 마주보도록 배치되어 상기 볼스크류 축의 회전 방향으로 마찰력을 발생시키는 회전 마찰판, 및 상기 볼너트 및 상기 회전 마찰판의 사이에 배치되고 상기 볼스크류 축의 일방향 회전력은 상기 마찰판에 전달하고 타방향 회전력의 전달은 제한하도록 형성되는 회전력전달유닛을 포함한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 관련된 볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭은 잭 내부에 배치된 마찰판에 의하여, 임의의 위치에서 정지될 수 있다.
또한, 본 발명은 마찰판 및 회전력전달유닛를 통하여 볼스크류를 자립시킴에 따라, 떨림현상이 완화 또는 방지되는 볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭을 구현한다.
이하, 본 발명에 관련된 볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 볼스크류 잭(100)의 동작을 나타내는 개념도이다.
볼스크류 잭(100)의 외관을 이루는 케이스(케이싱, 하우징, 튜브 등)는 상부 케이스(101)와 하부 케이스(102)에 의해 형성된다. 상부 케이스(101) 및 하부 케이스(102)는 중공부분을 구비하며, 중공관의 형태로 형성된다. 상부 케이스(101) 및 하부 케이스(102)의 중공부분에는 잭을 구동하기 위한 각종 기계부품들이 내장된다.
본 도면을 참조하면, 상부 케이스(101)의 중공부분에는 하부 케이스(102)의 일부분이 삽입된다. 상기 삽입되는 부분이 상부 케이스(101)의 내주를 따라 슬라이딩함 의하여 잭의 길이가 수축하거나 확장될 수 있다. 상부 케이스(101)와 하부 케이스(102) 사이에는 적어도 하나의 중간 케이스들이 추가로 배치될 수도 있다. 상기 케이스들(101, 102)은, 예를 들어 알루미늄(Al) 등과 같은 금속 재질을 갖도록 형성될 수도 있다.
볼스크류 잭(100)의 내부에는 볼스크류 축(111) 및 볼너트(112)가 배치된다.
볼스크류 축(111)은 상기 중공부분에 배치되고, 외주에 나사산이 형성된다. 볼스크류 축(111)은 외부 하중을 지지하도록 상기 중공부분의 외부로 연장된다.
상기 나사산이 형성된 부분에는 볼너트(112)가 결합된다. 볼너트(112)는 회전이 제한되도록 형성되어, 볼스크류 축(111)이 회전하면 직선이동한다. 나사산이 형성되는 부분의 양단에는 볼너트(112)의 이동을 제한하는 스토퍼(113)가 형성되고, 스토퍼는 볼너트(112)의 이동범위를 한정한다. 볼너트(112)는 하부 케이스(102)와 연결되며, 하부 케이스(102)는 볼너트(112)와 함께 직선이동한다. 이를 통하여 하부 케이스(102)의 슬라이딩이 이루어진다.
하부 케이스(102)의 하단에는 발판이 장착되고, 발판은 지면에 배치될 수 있다. 상기 발판에 작용하는 추력(수직력)이 하부 케이스(102), 볼너트(112)을 통하여 볼스크류 축(111)에 전달된다.
본 도면을 참조하면, 상기 스토퍼(113)와 인접하게 볼스크류용 자립장치(120)가 배치된다.
이하, 상기 볼스크류 잭(100) 및 볼스크류용 자립장치(120)에 대하여 도 2 내지 도 4를 참조하여 보다 상세히 설명한다. 도 2는 도 1의 볼스크류 잭(100)의 부분 단면도이고, 도 3은 도 2의 마찰판을 나타내는 사시도이고, 도 4는 도 2의 회전력전달유닛을 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 볼스크류 잭(100)은 동력전달장치(130)를 통하여 동력을 전달받는다. 동력전달장치(130)은 외부에서 입력되는 동력을 이용하여 볼스크류 축(111)에 회전력을 전달하도록 형성된다.
동력전달장치(130)은 제1 및 제2 베벨기어(131, 132)를 포함한다.
제1 베벨기어(131)은 볼스크류 축(111)과 축중심에서 연결된다. 예를 들어 볼스크류 축(111)은 제1 베벨기어(131)의 회전중심에 삽입되고, 키(key)결합에 의하여 서로 체결된다.
제2 베벨기어(132)는 상기 제1 베벨기어(131)에 대하여 축중심이 교차하도록 배치되고, 동력입력축(114)과 축중심에서 연결된다. 동력입력축(114)은 볼스크류 축(111)과 교차하는 방향으로 연장되며, 원활한 작동을 위하여 외주에 베어링(115)이 결합된다.
상기와 같이 구성되는 동력전달장치(130)는 동력입력축(114)의 회전을 동력입력축(114)과 교차하도록 배치되는 볼스크류 축(111)의 회전으로 변환시킨다. 구체적으로는 동력전달장치(130)는 동력입력축(114)의 회전력을 제1 및 제2 베벨기 어(131, 132)를 통하여 볼스크류 축(111)으로 전달한다.
볼스크류용 자립장치(120)은 고정 마찰판(121), 회전 마찰판(122) 및 회전력전달유닛(123)을 포함한다.
고정 마찰판(121)은 볼스크류 축(111)과 수직한 일면을 구비한다. 고정 마찰판(121)은 상부 케이스(101)에 장착될 수 있다. 본 도면들을 참조하면, 고정 마찰판(121)은 상기 중공부분을 덮도록 형성되는 내부커버를 이루도록 형성되며, 내부커버는 볼스크류 축(111)이 관통되도록 이루어진다. 볼스크류 축(111)과 수직한 고정 마찰판(121)의 일면의 반대면에는 볼스크류 축(111)이 이탈되는 것을 완화 또는 방지되도록 스프링와셔(124) 및 너트(125)가 장착된다.
상부 케이스(101)에는 내부커버와 함께 상기 동력전달장치(130)가 배치되는 공간을 한정하도록 외부커버(103)가 장착될 수 있다.
회전 마찰판(122)은 회전가능하도록 이루어지고 볼스크류 축(111)과 수직한 고정 마찰판(121)의 일면을 마주보도록 배치된다. 회전 마찰판(122)은 고정 마찰판(121)과 접촉하여 볼스크류 축(111)의 회전 방향으로 마찰력을 발생시킨다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 내부커버는 중앙부분이 리세스되도록 형성되고, 회전 마찰판(122)은 상기 중앙부분을 한정하는 면들(121a, 121b)과 면접촉하도록 형성된다. 중앙부분을 한정하는 면들(121a, 121b)은 상기 볼스크류 축(111)과 수직으로 형성되는 면(121a) 및 수평으로 형성되는 면(121b)을 포함할 수 있다. 회전 마찰판(122)는 상기 수직으로 형성되는 면(121a) 및 수평으로 형성되는 면(121b) 중 적어도 하나와 면접촉하도록 형성될 수 있다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 회전력전달유닛(123)은 볼너트(112) 및 회전 마찰판(122)의 사이에 배치되고, 볼스크류 축(111)의 일방향 회전력은 회전 마찰판(122)에 전달하고, 타방향 회전력의 전달은 제한하도록 형성된다.
본 도면들을 참조하면, 회전력전달유닛(123)은 볼스크류 축에서 나사산이 형성된 부분과 회전 마찰판(122)의 사이에 배치될 수 있으며, 구체적으로는 스토퍼(113)와 내부커버의 사이에 형성될 수 있다. 회전 마찰판(122)과 회전력전달유닛(123)의 사이에는 베어링(126)이 배치되며, 상기 베어링(126)은, 예를 들어 자동조심형베어링이 될 수 있다.
회전력전달유닛(123)은 멈춤쇠(123a, pawl) 및 라쳇 휠(123b)을 포함한다.
멈춤쇠(123a)는 회전 마찰판(122)과 함께 회전되도록 회전 마찰판(122)과 연결된다. 멈춤쇠(123a)는 일단이 회전가능한 고정단이고 타단이 자유단인 형태로 형성된다. 상기 자유단이 상기 라쳇 휠(123b)을 향하여 가압되도록 상기 멈춤쇠(123a)에는 스프링이 장착될 수 있다.
라쳇 휠(123b)은 볼스크류 축(111)과 결합하고, 볼스크류 축(111)과 함께 회전한다. 라쳇 휠(123b)은 볼스크류 축(111)이 일방향으로 회전하면 멈춤쇠(123a)에 걸리고, 타방향으로 회전하면 멈춤쇠(123a)에 걸리지 않도록 이루어진다. 라쳇 휠(123b)은 외주에 상기 멈춤쇠(123a)에 대응하는 라쳇 구조가 형성되며, 내주의 중심에 볼스크류 축(111)이 배치된다.
볼스크류 축(111)은 라쳇 휠(123b)의 내주에 삽입되고, 볼스크류 축(111)의 외주 및 라쳇 휠(123b)의 내주에는 각각 홈이 형성되고, 라쳇 휠(123b)과 볼스크류 축(111)은 상기 홈에 삽입되는 키이(127)에 의하여 결합된다. 본 명세서에서는, 라쳇 휠(123b)이 볼스크류 축(111)의 외주에 형성되는 것을 기준으로 설명하나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 회전 마찰판(122)의 내주에 라쳇 구조가 형성되고, 멈춤쇠(123a)가 볼스크류 축(111)과 함께 회전하도록 형성될 수 있다.
이하, 본 도면들을 참조하여, 볼스크류용 자립장치(120)의 동작에 대하여 설명한다.
먼저, 잭의 길이를 확장시키는 경우를 살펴본다.
동력입력축(114)에서 동력이 전달되면, 볼스크류 축(111)이 회전하고 하부 케이스(102)가 잭의 길이가 확장되는 방향으로 이동한다. 이때, 라쳇 휠(123b)은 볼스크류 축(111)과 함께 회전하나, 멈춤쇠(123a)와 라쳇 휠(123b)은 구속력이 없기 때문에 회전 마찰판(122)은 볼스크류 축(111)과 함께 회전하지 않는다.
외부동력이 멈추면 볼스크류 축(111)에 작용하던 추력에 의하여 볼스크류 축(111)에는 반대방향(수축방향)으로 회전하려는 회전력이 발생한다. 반대 방향의 회전이므로 멈춤쇠(123a)와 라쳇 휠(123b)은 서로 구속되고, 회전력은 회전 마찰판에 전달된다. 또한, 상기 추력에 의하여 회전 마찰판(122)은 고정 마찰판(121)을 가압하고, 고정 마찰판(121)과 회전 마찰판(122)이 서로 밀착된다. 따라서, 고정 마찰판(121)과 회전 마찰판(122) 사이에는 마찰이 발생하고, 마찰에 의한 토오크가 추력에 의한 토오크 보다 크면 자립이 발생한다. 또한 마찰에 의한 토오크은 재료에 특성인 마찰계수와 마찰판의 유효반경을 조절하면 기설정될 수 있고, 따라서 잭의 지지하중에 따라 간단하게 설계가 가능하다.
다음은, 잭의 길이를 수축시키는 경우를 살펴본다.
추력이 작용하고 있는 상태에서 잭의 길이를 수축시키기 위하여, 상기 확장시키는 경우와 반대방향으로 동력입력축(114)을 회전시킨다. 볼스크류 축(111)은 회전하고, 하부 케이스(102)가 잭의 길이가 수축되는 방향으로 이동하게 된다.
회전력전달유닛(123)에서 멈춤쇠(123a)와 라쳇 휠(123b)이 서로 구속되기 때문에, 회전 마찰판(122)은 볼스크류 축(111)과 함께 회전한다. 이 때에, 동력입력축(114)에 의한 토오크의 크기가 자립에 필요한 토오크(마찰에 의한 토오크)보다 크면 볼스크류 축(111)은 회전을 하게되고, 상기 동력입력축(114)에 의한 토오크와 나사산의 형상에 의하여 고정 마찰판(121)과 회전 마찰판(122) 사이에 미세한 간격이 생긴다. 따라서 추력에 의한 토오크보다 큰 토오크를 동력입력축(114)으로 전달하면 잭의 길이는 수축하게 된다.
잭의 길이를 수축하는 과정에서 동력입력을 제거하면, 볼스크류 축(111)는 추력에 의해 회전력을 받게 되고, 이로 인하여 고정 마찰판(121)과 회전 마찰판(122)은 접촉하고, 볼스크류의 자립조건이 성립되며 볼스크류 잭(100)은 정지하게 된다.
만약 종래의 역행방지기구를 적용하면, 추력이 항상 작용하는 잭의 길이를 수축시킬 경우 정지마찰에서 동마찰로 바뀌는 순간 떨림현상(Chattering)이 일어난다. 이에 반해, 상기와 같이 구성되는 자립장치는 면마찰에 의하여 자립이 발생하기 때문에 정지마찰이 동마찰로 바뀌는 과정에서 떨림현상(Chattering)이 일어나지 않으며 임의의 위치에서 정지가 가능하게 된다.
또한 본 발명의 자립장치(120)는 서로 적층되는 마찰판에 의하여 한정된 공간안에 설치가능하며, 따라서 컴팩트한 볼스크류 잭의 설계를 가능하게 한다.
상기와 같은 볼스크류용 자립장치 및 이를 구비하는 볼스크류 잭은 위에서 설명된 실시예들의 구성과 방법에 한정되는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따르는 볼스크류 잭의 동작을 나타내는 개념도.
도 2는 도 1의 볼스크류 잭의 부분 단면도.
도 3은 도 2의 마찰판을 나타내는 사시도.
도 4는 도 2의 회전력전달유닛을 나타내는 사시도.

Claims (9)

  1. 중공부분을 구비하고, 볼스크류 잭의 외관을 형성하는 케이스;
    외주에 나사산이 형성되며, 상기 중공부분에 배치되고, 외부 하중을 지지하도록 상기 중공부분의 외부로 연장되는 볼스크류 축;
    상기 나사산이 형성된 부분에 결합되고 회전이 제한되도록 형성되어, 상기 볼스크류 축이 회전하면 직선이동하는 볼너트;
    상기 케이스에 장착되며, 상기 볼스크류 축에 수직한 일면을 구비하는 고정 마찰판;
    회전가능하도록 이루어지고 상기 일면을 마주보도록 배치되어, 상기 볼스크류 축의 회전 방향으로 마찰력을 발생시키는 회전 마찰판; 및
    상기 회전 마찰판과 상기 나사산이 형성된 부분의 사이에 배치되고, 상기 볼스크류 축의 일방향 회전력은 상기 회전 마찰판에 전달하고, 타방향 회전력의 전달은 제한하도록 형성되는 회전력전달유닛을 포함하고,
    상기 회전력전달유닛은,
    상기 회전 마찰판과 함께 회전되도록 상기 회전 마찰판과 연결되는 멈춤쇠; 및
    상기 볼스크류 축과 결합하고, 상기 볼스크류 축이 일방향으로 회전하면 상기 멈춤쇠에 걸리고, 타방향으로 회전하면 상기 멈춤쇠에 걸리지 않도록 이루어지는 라쳇 휠을 포함하는 볼스크류 잭.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 볼스크류 축은 상기 라쳇 휠의 내주에 삽입되고,
    상기 볼스크류 축의 외주 및 상기 라쳇 휠의 내주에는 각각 홈이 형성되고,
    상기 라쳇 휠과 상기 볼스크류 축은 상기 홈에 삽입되는 키이에 의하여 결합되는 것을 특징으로 볼스크류 잭.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전 마찰판과 상기 회전력전달유닛의 사이에 배치되는 베어링을 더 포함하는 볼스크류 잭.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고정 마찰판은 상기 중공부분을 덮도록 형성되는 내부커버를 이루는 것을 특징으로 하는 볼스크류 잭.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 볼스크류 축에 동력을 전달하는 동력전달장치; 및
    상기 케이스와 결합하고, 상기 내부커버와 함께 상기 동력전달장치가 배치되 는 공간을 한정하는 외부커버를 더 포함하는 볼스크류 잭.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 내부커버는 중앙부분이 리세스되도록 형성되고,
    상기 회전 마찰판은 상기 중앙부분을 한정하는 면들과 면접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 볼스크류 잭.
  8. 볼너트가 결합되는 볼스크류 축과 수직한 일면을 구비하는 고정 마찰판;
    회전가능하도록 이루어지고 상기 일면을 마주보도록 배치되어, 상기 볼스크류 축의 회전 방향으로 마찰력을 발생시키는 회전 마찰판; 및
    상기 볼너트 및 상기 회전 마찰판의 사이에 배치되고, 상기 볼스크류 축의 일방향 회전력은 상기 회전 마찰판에 전달하고, 타방향 회전력의 전달은 제한하도록 형성되는 회전력전달유닛을 포함하고,
    상기 회전력전달유닛은,
    상기 회전 마찰판과 함께 회전가능하도록 상기 회전 마찰판과 연결되는 멈춤쇠; 및
    상기 볼스크류 축과 결합하고, 상기 볼스크류 축이 일방향으로 회전하면 상기 멈춤쇠에 걸리고, 타방향으로 회전하면 상기 멈춤쇠에 걸리지 않도록 이루어지는 라쳇 휠을 포함하는 볼스크류용 자립장치.
  9. 삭제
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