KR101452744B1 - 회전공구 - Google Patents

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KR101452744B1
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Abstract

공구를 가압된 유체원에 연결하기 위한 인입어댑터, 터빈회전자 및 인입통로를 갖는 회전공구가 개시된다. 상기 인입통로는 상기 인입어댑터와 상기 터빈회전자 사이에 유체 연결을 제공하며, 상기 인입어댑터에 근접하는 제1단부와 상기 제1단부로부터 하향하는 개구를 가지며, 또한 상기 제1단부와 상기 개구 사이에서 대체로 일정한 단면적을 갖는다.
Figure R1020087000885
회전공구, 터빈회전자, 공기, 가압유체, 인입통로, 단면적

Description

회전공구 {ROTARY TOOL}
본 발명은 대체로 회전공구들에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 수공구용 또는 기계탑재용으로서, 가압유체로 구동되는 회전공구들에 관한 것이다.
회전공구는 무오일(oil-free)의 고압공기에 의해 구동되는 터빈회전자를 갖는 공압공구이나, 베인모터(vane motor) 등과 같은 임의의 유체 구동 모터 및 임의의 형태의 가압된 유체에 의해 구동되는 임의의 회전공구들에 사용되거나 적용될 수 있다.
하나의 실시예에 있어서, 본 발명은 회전공구를 가압유체원에 연결하기 위한 인입어댑터(inlet adapter), 터빈회전자(turbine rotator) 및 유입통로를 갖는 회전공구에 관련된 것이다. 상기 인입어댑터와 상기 터빈회전자 사이에서의 유체연결을 제공하는 상기 유입통로는 상기 인입어댑터에 근접하는 제1단부 및 상기 제단부로부터 하향하는 개구를 가지며, 상기 제1단부 및 상기 개구 사이에서 대체로 일정한 단면적을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 회전공구의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 식별번호 10으로 나타내었다. 본 명세서에서 기술되는 상기 실시예의 공구는 무오일(oil-free)의 고압공기에 의해 구동되는 터빈회전자를 갖는 공압공구이나, 본 발명의 개념들이 베인모터(vane motor) 등과 같은 임의의 유체 구동 모터 및 임의의 형태의 가압된 유체에 의해 구동되는 임의의 회전공구들에 사용되거나 적용될 수 있음은 이해될 수 있는 것이다.
상기 회전공구(10)는 대체로 전면부(12)와 후면부(14)에 의해 형성되는 하우징(13), 회전자(16), 회전가능한 축(18) 및 소음기하우징(46)을 갖는다.
상기 하우징(13)의 상기 전면부(12)는 길이가 긴 원통형의 전방부(forward part)(24) 및 짧은, 확대된 원통형의 후방부(rearward part)(28)를 포함한다. 상기 후방부(28)는 이하에서 상술되는 바와 같이 상기 후면부(14) 상의 내부나사들과 결합하여 상기 전면부(12)를 상기 후면부(14)에 연결할 수 있는 외부나사들을 포함한다. 상기 전방부(24)는 이하에서 상술되는 바와 같이 잠금너트(30) 상의 외부나사들과 결합할 수 있는 내부나사들을 포함한다.
상기 하우징(13)의 상기 후면부(14)는 유체인입부(32), 상기 유체인입부(32)의 외측모서리로부터 외측으로 연장되는 제1플랜지(34) 및 상기 제1플랜지(34)의 외측모서리로부터 전방으로 연장되는 제2플랜지(36)를 갖는다. 상기 제2플랜지(36)의 내측표면에는 상기 전면부(12)의 상기 후방부(28) 상의 외부나사들과 결합하는 내부나사들이 형성되어 그 내부에 모터실(15)을 형성한다. 상기 유체인입 부(32)는 그를 통과하는 구멍(38)을 가지며, 이는 상기 구멍(38)의 일측단부 내에 상기 인입어댑터(40) 상의 외부나사들과 결합할 수 있는 내부나사들 및 상기 구멍(38)의 타측단부에 확대된 대향구멍(counterbore)을 포함한다. 상기 제1플랜지(34)는 상기 모터실(15)로부터의 배출유체가 상기 제1플랜지(34)를 통하여 상기 소음기하우징(46) 내로 흐르는 것을 허용하는 일련의 구멍(45)들을 갖는다. 밀봉링(42)이 상기 대향구멍 내에 고정되며, 또한 밀봉링은 그를 통과하는 구멍(44)을 가지며, 이 구멍은 상기 후면부(14)의 상기 유체인입부(32) 내의 상기 구멍(38)에 정렬되고 그리고 그와 유체연결된다. 달리, 상기 밀봉링(42)은 또한 상기 하우징(13)의 상기 후면부(14)에 일체화된 부품으로서 형성될 수 있다.
상기 소음기하우징(46)은 후벽(back wall)(47) 및 상기 후벽(47)으로부터 외측으로 연장되는 측벽(48)을 포함하며, 그에 의하여 그 내부에 공동을 형성한다. 상기 후벽(47)은 각각이 사전설정된 직경을 갖는 하나 또는 그 이상의 구멍(49)들을 가지며, 이들 구멍들은 상기 소음기하우징(46) 내로부터의 배출유체가 대기에로 그리고 상기 인입어댑터(40)를 수용하는 중앙을 통하는 구멍(51)에로 배출되도록 하는 것을 허용한다. 상기 인입어댑터(40)는 상기 후벽(47)을 통하여 연장되며, 상기 후면부(14)의 상기 유체인입부(32) 내로 나사결합되어 상기 소음기하우징(46)을 상기 후면부(14)에 대향하여 정위치에 고정시킨다. 상기 소음기하우징(46) 내에 형성된 상기 공동의 내부에는 소음재질(muffling material)(26)이 위치되며, 이는 펠트-유사 재질로 이루어질 수 있으며, 배기되는 유체들로 인하여 야기되는 소음(noise)을 제거하도록 적용된다.
상기 인입어댑터(40)는 고압공기 공급원으로부터의 호스를 수용하도록 적용되며, 하나의 구멍(41)을 가져 그를 통하여 유체의 흐름을 허용하도록 한다. 달리, 상기 인입어댑터(40)는 상기 후면부(14)의 상기 유체인입부(32)의 일부로서 일체로 형성될 수 있으며, 상기 소음기하우징(46)은 상기 소음기하우징(46)을 상기 하우징(13)의 상기 후면부(14)에 직접적으로 나사결합시키는 것에 의하는 것과 같은 다른 수단을 통하여 상기 후면부에 고정될 수 있다.
회전가능한 축(18)이 후방베어링조립체(20) 및 전방베어링조립체(21)에 의하여 상기 하우징(13)의 상기 전면부(12) 내에 회전가능하게 탑재된다. 각 베어링조립체(20, 21)의 외측레이스(outer race) 각각은 상기 전면부(12)의 상기 전방부(24)의 각 단부 내의 환상의 대향구멍(annular counterbore) 내에 위치되는 한편 그 내측레이스는 상기 축(18) 상에 위치된다. 상기 축(18)은 상기 모터실(15) 및 모터실에 고정되는 커플러(coupler)(70) 내로 돌출되는 후단부를 갖는다. 상기 커플러(70)의 전단부는 상기 후방베어링조립체(20)의 상기 내측레이스의 단부와 접촉되어 이를 그 자리에 고정시킨다. 고정너트(30)가 상기 전면부(12)의 상기 전방부(24)의 내부나사들 내로 나사결합되고 그리고 상기 전방베어링조립체(21)의 상기 외측레이스와 접촉하여 이를 그 자리에 고정시킨다. 상기 축(18)은 상기 고정너트(30)의 전방으로 돌출하는 전단부를 가지며, 콜릿(collet)(22)에 연결되며, 이는 연마-형 공구(grinding-type tool) 등과 같은 공구(도시하지 않음)를 고정시키는 데 사용된다. 당해 기술분야에서 공지된 많은 다른 고정수단들이 또한 필요에 따라 사용될 수 있다.
상기 커플러(70)는 커플러(70)의 전단부 내에 제1구멍을 그리고 커플러(70)의 후단부 내에 제2구멍을 갖는 원통형의 부재로서 형성된다. 상기 제1구멍은 상기 축(18)의 후단부 상에 맞추어지며 축의 후단부를 수용하도록 적용된다. 상기 제2구멍은 상기 밀봉링(42) 내의 상기 구멍(44)과 정렬되며 그 구멍과 유체연결되며, 그를 통하여 상기 커플러(70)의 외부에로 다다르는 정반대로 대향하는 방사상의 개구(72)들을 갖는다. 상기 커플러(70)의 후방은 상기 제2구멍 주위에 상기 밀봉링(42)을 밀봉하기 위하여 후방으로 향하여 연장되는 환상의 밀봉플랜지(sealing flange)를 갖는다. 이러한 밀봉 배치는 가압된 유체가 상기 유체인입부(32) 및 상기 밀봉링(42)을 통하여 상기 커플러(70) 내로 상기 방사상 개구(72)들에까지의 흐름을 제공한다. 상기 커플러(70)는 그 후방의 단부로부터 환상의 숄더(annular shoulder)(76)가 형성된 그의 전방단부에 인접한 위치에 이르기까지에 외측으로 나사가 형성된다.
상기 회전자(16)는 상기 회전자(16)가 그 내부에서 회전할 수 있도록 하는 방법으로 회전자를 상기 커플러(70)의 상기 외부나사들 상으로 나사결합되는 것에 의하여 상기 모터실(15) 내에 탑재된다. 본 명세서에서 기술된 바와 같이, 상기 회전자(16)는 데이비스(Davis)에게 허여된 미합중국 특허 제4,776,752호(이 특허는 본 발명과 공통의 양수인을 가지며, 그 상세한 설명을 본 명세서에서 참고로 인용한다)에 기술된 바와 같은 반동터빈형 회전자(reaction turbine-type rotor)이다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다른 형태들의 모터들을 갖는 회전기구들에 적용될 수 있다.
동작에 있어서, 가압된 공기가 상기 인입어댑터(40)를 통하여 상기 회전공구에로 유입되고, 상기 후면부의 상기 유체인입부(32) 및 상기 밀봉링(42)을 통하여 상기 커플러(70)의 상기 제2구멍(74)에로 그리고 상기 방사상 개구(72)들을 통하여 상기 회전자(16) 내로 흐르게 된다. 상기 공기가 상기 회전자(16)로 들어감에 따라, 공기는 제1환형챔버(50)으로 들어가고, 환상의 벽(60) 내의 방사상 구멍(54)들을 통하여 탄성의 밸브링(valve ring)(52) 주위를 흘러서 제2환형챔버(56) 내로 흐르고, 여기에서 공기는 노즐을 통하여 지향되며, 그에 의하여 상기 회전자(16)에 회전을 부여하고 그에 따라 상기 축(18)에 회전을 부여하게 된다. 상기 가압된 유체는 상기 노즐(58)들을 통하여 상기 회전자(16)로부터 방출되고, 상기 모터실(15) 내로 통과하고, 상기 하우징(13)의 상기 후면부(14) 내의 상기 구멍(45)들을 통과하고, 상기 소음재질(26)을 통과하고, 그리고 상기 소음기하우징(46) 내의 상기 구멍(49)들을 통하여 상기 회전공구(10)에서 대기 중으로 방출된다.
상기 가압된 유체가 상기 회전자(16) 내로 향하기 때문에, 회전은 사전-선택된 최대치로 증가하게 된다. 상기 탄성의 밸브링(52) 상에 작용하는 원심력이 상기 탄성의 밸브링(52)의 방사상의 팽창을 야기하기는 하나, 방사상의 구멍(54)들에서를 제외하고는 상기 환상의 벽(60)의 내부표면이 상기 탄성의 밸브링(52)를 지지한다. 이는 상기 탄성의 밸브링(52)의 방사상의 팽창이 상기 구멍(54)들 내로 향사도록 하는 것을 가능하게 하여 그에 따라 상기 탄성의 밸브링(52)의 조절된 탄성의 변형이 일어나도록 한다. 상기 탄성의 밸브링(52)이 변형됨에 따라, 이는 방사상의 구멍(54)들 의 단부들 쪽으로 접근하게 된다. 그 거리가 충분히 좁아짐에 따 라, 상기 방사상의 구멍(54)들을 통하는 유체 흐름이 제한되게 되고, 회전력이 감소되게 된다. 상기 시스템 상에 작용하는 항력(drag forces)과 회전력이 평행에 도달함에 따라, 상기 탄성의 밸브링(52) 상에 작용하는 힘들이 또한 평형상태에 있게 된다. 이는 일정한 회전 속도라는 결과를 가져온다. 만일 항력이 증가하는 경우, 상기 평형이 파괴되고, 상기 밸브링(52) 상에 가해지는 힘들이 상기 탄성의 밸브링(52)을 방사상 구멍(54)들에 대한 최근접 위치로부터 수축시켜 또 다른 평형이 달성될 때까지 부가의 유체 흐름을 허용하게 된다. 만일 어떠한 이유로 상기 터빈이 원하는 제어된 속도를 초과하게 되는 경우, 충분한 가속이 모든 유체의 정지를 야기할 수 있을 때까지 상기 탄성의 밸브링(52)들이 압력 유체 흐름을 그 이상으로 제한하도록 가변되고, 그에 의하여 과속 안전을 구체화하도록 한다.
상기 하우징(13)의 상기 후면부(14)를 통한 상기 구멍(38), 상기 밀봉링(42)를 통한 상기 구멍(44) 및 상기 커플러(70)를 통한 상기 제2구멍(74)들은 상기 인입어댑터(40)으로부터 상기 방사상 개구(72)들을 통하여 상기 회전자(16)에까지의 유체의 흐름을 허용하는 상기 회전공구(10)를 통과하는 유입통로를 한정한다. 상기 구멍(38, 44, 74)들은 대략 동일한 단면적들을 가지며, 그에 의하여 상기 유입통로의 어떠한 수축이나 팽창 없이 회전공구(10)에로 유입되는 상기 유체상기 공구(10)를 통하여 상기 방사상의 개구(72)들에로 일정하게 흐르도록 하는 것을 허용한다. 이는 상기 회전공구(10)의 출력을 증가시킨다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 상기 구멍(38, 44, 74)들은 원통형이며 대략 0.007214m(0.284in)의 직경을 가지며, 그에 따라 약 0.00004m2(0.063in2)의 단면적을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예의 앞서의 설명은 설명을 위한 목적으로 제시되었으며, 본 발명을 기술된 형태로 정확하게 제한하기 위한 목적은 아니다. 상기 상세한 설명은 본 발명의 원리들 및 당해 기술분야에서 숙련된 자들이 실시되는 특정의 용도에 적당하도록 그들의 실제적인 응용을 여러 실시예들 및 여러 변형예들로 가장 잘 활용할 수 있도록 가장 잘 설명하도록 선택된 것이다. 본 발명의 관점이 상기 상세한 설명에 의해 제한되도록 하는 것은 아니며, 이하의 청구범위들에 의하여 한정되도록 의도된다.
본 발명은 수공구용 또는 기계탑재용으로서, 가압유체로 구동되는 회전공구들을 제공한다.

Claims (10)

  1. 가압된 유체원에 연결되는 인입어댑터;
    반동 터빈회전자;
    상기 인입어댑터에 연결되며, 상기 인입어댑터와 연통되고 유체가 전달되는 구멍을 구비하는 후방 하우징;
    상기 인입어댑터에 대향하게 상기 후방 하우징에 연결되며, 상기 후방 하우징 내의 구멍과 연통되고 유체가 전달되는 구멍을 구비한 밀봉링;
    상기 터빈회전자를 회전가능한 축에 연결하기 위한 것으로서, 상기 터빈회전자가 그 위에 장착되고, 상기 밀봉링과 접촉되며, 상기 밀봉링 내의 구멍 및 상기 터빈회전자와 연통되고 유체가 전달되는 구멍을 구비한 커플러;
    상기 인입어댑터와 상기 터빈회전자 간의 유체 전달을 제공하며, 상기 인입어댑터에 인접한 제1단부와, 상기 터빈회전자에 인접하게 위치되고 상기 제1단부보다 하류에 있으며 상기 커플러에 설치된 개구를 구비한 유입 통로를 포함하는 회전 공구에 있어서,
    상기 후방 하우징, 상기 밀봉링 및 상기 커플러 내의 구멍들이 유입 통로를 형성하며, 상기 유입 통로는 상기 제1단부와 상기 커플러에 설치된 개구 사이의 단면적이 일정한 것을 특징으로 하는 회전 공구.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 후방하우징 및 상기 인입어댑터가 일체인 것을 특징으로 하는 회전공구.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 인입어댑터가 상기 후방하우징 내로 나사결합되는 것을 특징으로 하는 회전공구.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 후방하우징 및 상기 밀봉링이 일체인 것을 특징으로 하는 회전공구.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 커플러와 상기 회전가능한 축이 일체인 것을 특징으로 하는 회전공구.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 터빈회전자가 상기 커플러 상으로 나사결합되는 것을 특징으로 하는 회전공구.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 단면적이 0.00004m2인 것을 특징으로 하는 회전공구.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가압된 유체가 공기인 것을 특징으로 하는 회전공구.
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