KR102347952B1 - 프릭션 샤프트 - Google Patents

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KR102347952B1
KR102347952B1 KR1020210124836A KR20210124836A KR102347952B1 KR 102347952 B1 KR102347952 B1 KR 102347952B1 KR 1020210124836 A KR1020210124836 A KR 1020210124836A KR 20210124836 A KR20210124836 A KR 20210124836A KR 102347952 B1 KR102347952 B1 KR 102347952B1
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김상훈
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주식회사마스터
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Abstract

본 발명은 프릭션 샤프트에 관한 것으로서, 복수 개의 통공이 형성되며, 일단부에 구동 헤드부가 결합하는 샤프트 중공 바디; 상기 샤프트 중공 바디 내에 삽입 배치되며, 에어(air)가 출입하는 에어 샤프트(Air Shaft); 상기 에어 샤프트의 외벽에 배치되며, 상기 에어 샤프트에 에어가 공급되어 에어압이 형성될 때 팽창하는 튜브(Tube); 상기 샤프트 중공 바디의 통공에 배치되고 일단부가 상기 튜브와 접하는 스프링 핀(Pin With Spring); 상기 튜브의 직경보다 큰 내경을 구비하며, 상기 샤프트 중공 바디에 그 길이 방향을 따라 상호 이격되게 결합하되 상기 스프링 핀의 작용으로 상기 샤프트 중공 바디의 반경 방향을 따라 이동 가능한 복수 개의 프릭션 칼라(Friction Collar); 및 상기 프릭션 칼라의 둘레를 따라 결합하는 복수 개의 스프링 죠(Jaw With Spring)를 포함한다.

Description

프릭션 샤프트{Friction Shaft}
본 발명은, 프릭션 샤프트에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 종래 측면 면압 방식이 아닌 하부 면압 방식을 적용함으로써 베어링을 사용하지 않고도 구동할 수 있으며, 특히 종래와 달리 개별 제어가 가능해서 프릭션 효율 향상에 이바지할 수 있는 프릭션 샤프트에 관한 것이다.
도 1 및 도 2는 대한민국특허청 출원번호 제10-2017-0115301호에 개시된 기술로서 종래 프릭션 샤프트의 사시도와 단면도를 나타낸다.
섬유 원단이나 인쇄용지, 부직포, 금속성 호일, 각종 테이프 및 필름, 그리고 비닐지와 같은 제품(이하 '시트상 제품'이라 함)은 종이 파이프인 지관에 감긴 상태로 유통되고 있다.
상기한 시트상 제품(F)을 지관에 감기 위해서는, 도 1에 도시된 바와 같이, 지관(P) 내부에 샤프트(S)를 삽입하여 고정한 후, 샤프트와 지관을 회전시켜야 한다.
상기 샤프트는 대부분 마찰력을 이용하여 지관을 고정하기 때문에, 지관에 삽입되는 샤프트를 통상 '프릭션 샤프트(Friction Shaft)'라 부른다.
종래의 지관 고정용 프릭션 샤프트는, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 일측 단부에 지지부재(104)가 결합 고정되고 반경 방향의 관통공이 복수개 형성된 중공형의 몸체(100)와, 상기 관통공을 통해 출몰 가능하도록 배치되어 지관의 내주면에 밀착되어 지관과 몸체가 동시에 회전되도록 하는 복수개의 러그체(101)와, 상기 몸체(100)의 내부에 설치되어 상기 러그체(101)를 반경 방향으로 밀어내는 고무튜브(102)와, 상기 지지부재(104)에 설치되어 상기 고무튜브(102)로 공기를 주입하거나 빼낼 수 있도록 하는 에어 밸브(105)와, 상기 고무튜브(102)의 내측에 구비되며 원주상에 다수의 공기구멍이 형성된 파이프(103)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 종래의 지관 고정용 프릭션 샤프트는, 에어 밸브(105)를 통해 압축공기를 주입하면 고무튜브(102)가 팽창하게 되고, 이에 의해 러그체(101)가 몸체(100)의 원주방향 외부로 돌출하여 지관을 고정하게 된다.
이에 따라, 샤프트(S)의 회전에 의해 지관(P)도 같이 회전하면서, 시트상 제품(F)을 지관(P)의 외주면에 감거나 풀 수 있게 된다.
또한, 상기 고무튜브(102)로부터 공기를 모두 빼내면, 상기 고무튜브(102)가 수축하면서 몸체(100)의 외부로 돌출되었던 러그체(101)가 다시 몸체(100)의 내부로 수용된다. 이에 따라, 샤프트(S)와 지관(P)을 서로 분리할 수가 있게 된다.
상기한 방식의 프릭션 샤프트는, 압축공기에 의해 작동된다는 의미에서 '에어 샤프트'라 부르기도 하며, 실질적으로 널리 사용된다.
그런데, 도 1 및 도 2와 같은 종래기술의 경우에는 압축공기, 즉 에어압에 의해 러그체(101)가 돌출되면서 지관(P)과 한 몸체가 되는 통상의 구조라서 러그체(101)들에 대한 개별 제어가 불가능하다는 문제점이 있다.
또한, 상기 종래기술의 경우에는 자세히 도시하지는 않았지만, 주로 측면 면압을 이용하는 방식이 주류를 이루는데, 이러한 방식은 폭이 전체적으로 큰 수치를 가질 수밖에 없기 때문에, 협소한 폭으로 절단하는 설비 구현에 어려움이 발생한다.
특히, 종래기술에 따른 프릭션 샤프트는 그 대부분이 베어링을 이용한 구동방식을 적용하고 있는데, 소폭 절단 시 모든 부품이 최소화되어야 한다는 점을 고려해보면, 종전처럼 베어링을 적용하면 좁은 폭에 적용할 수 있는 규격이 없는 문제점이 있다.
대한민국특허청 출원번호 제10-2011-0090390호 대한민국특허청 출원번호 제10-2017-0115301호 대한민국특허청 출원번호 제10-2020-0062744호 대한민국특허청 출원번호 제20-1998-0008897호
본 발명의 목적은, 종래 측면 면압 방식이 아닌 하부 면압 방식을 적용함으로써 베어링을 사용하지 않고도 구동할 수 있으며, 특히 종래와 달리 개별 제어가 가능해서 프릭션 효율 향상에 이바지할 수 있는 프릭션 샤프트를 제공하는 것이다.
상기 목적은, 복수 개의 통공이 형성되며, 일단부에 구동 헤드부가 결합하는 샤프트 중공 바디; 상기 샤프트 중공 바디 내에 삽입 배치되며, 에어(air)가 출입하는 에어 샤프트(Air Shaft); 상기 에어 샤프트의 외벽에 배치되며, 상기 에어 샤프트에 에어가 공급되어 에어압이 형성될 때 팽창하는 튜브(Tube); 상기 샤프트 중공 바디의 통공에 배치되고 일단부가 상기 튜브와 접하는 스프링 핀(Pin With Spring); 상기 튜브의 직경보다 큰 내경을 구비하며, 상기 샤프트 중공 바디에 그 길이 방향을 따라 상호 이격되게 결합하되 상기 스프링 핀의 작용으로 상기 샤프트 중공 바디의 반경 방향을 따라 이동 가능한 복수 개의 프릭션 칼라(Friction Collar); 상기 프릭션 칼라의 둘레를 따라 결합하는 복수 개의 스프링 죠(Jaw With Spring); 및 상기 프릭션 칼라들의 슬립을 위하여 상기 프릭션 칼라들 사이에 배치되며, 상기 프릭션 칼라의 간격을 벌리는 한편 상기 프릭션 칼라들의 개별 이동을 허용하는 적어도 하나의 칼라(Collar) 및 테프론 칼라(Teflon Collar)를 포함하고, 상기 칼라와 상기 테프론 칼라는 모두가 내부가 빈 링(ring) 구조를 이루되 한 쌍의 상기 테프론 칼라 사이에 상기 칼라가 배치되며, 상기 칼라의 내벽에는 복수 개의 걸림 리브가 형성되고, 상기 걸림 리브는 상기 샤프트 중공 바디의 외벽에 형성되는 리브 홈에 끼워지면서 결합하는 것을 특징으로 하는 프릭션 샤프트에 의해 달성된다.
상기 스프링 핀은, 상기 튜브에 접하는 핀 헤드; 상기 핀 헤드보다 직경이 작게 형성되고 상기 샤프트 중공 바디의 통공에 배치되는 핀 샤프트; 및 상기 튜브와 상기 프릭션 칼라 사이의 공간에서 상기 핀 샤프트에 연결되며, 상기 튜브 측으로 상기 프릭션 칼라가 접근되는 방향으로 탄성바이어스하는 제1 비틀림 코일 압축스프링을 포함할 수 있다.
상기 스프링 죠는, 내부에 스프링홈이 형성되는 죠 바디; 상기 죠 바디의 단부에서 양측으로 연장되게 마련되며, 상기 프릭션 칼라의 걸림홈부에 걸려 이탈이 저지되는 이탈 저지용 플랜지; 및 상기 죠 바디의 스프링홈에 배치되며, 상기 프릭션 칼라에 대하여 상기 죠 바디를 밀어내는 방향으로 탄성바이어스하는 제2 비틀림 코일 압축스프링을 포함할 수 있다.
상기 스프링 죠는, 상기 죠 바디의 노출 단부에는 나사식 치형이 형성될 수 있다.
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본 발명에 따르면, 종래 측면 면압 방식이 아닌 하부 면압 방식을 적용함으로써 베어링을 사용하지 않고도 구동할 수 있으며, 특히 종래와 달리 개별 제어가 가능해서 프릭션 효율 향상에 이바지할 수 있는 효과가 있다.
도 1과 도 2는 종래 프릭션 샤프트의 사시도와 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프릭션 샤프트의 사시도이다.
도 4는 도 3의 요부 확대도이다.
도 5는 도 3의 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 요부 확대도이다.
도 7은 도 3의 부분 절개 사시도이다.
도 8은 도 3의 부분 단면도이다.
도 9는 도 8의 A-A선에 따른 부분 단면도이다.
도 10은 도 9의 B 영역에 대한 확대도이다.
도 11은 도 9의 C 영역에 대한 확대도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다.
본 명세서에서, 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하여지도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 그리고 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
따라서 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 구성 요소, 잘 알려진 동작 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하려고 구체적으로 설명되지 않는다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 그리고 본 명세서에서 사용된(언급된) 용어들은 실시예를 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문어구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, '포함(또는, 구비)한다'로 언급된 구성 요소 및 동작(작용)은 하나 이상의 다른 구성 요소 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다.
또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어들은 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 프릭션 샤프트의 사시도, 도 4는 도 3의 요부 확대도, 도 5는 도 3의 분해 사시도, 도 6은 도 5의 요부 확대도, 도 7은 도 3의 부분 절개 사시도, 도 8은 도 3의 부분 단면도, 도 9는 도 8의 A-A선에 따른 부분 단면도, 도 10은 도 9의 B 영역에 대한 확대도, 도 11은 도 9의 C 영역에 대한 확대도이다.
이들 도면을 참조하면, 본 실시예에 따른 프릭션 샤프트(100)는 종래 측면 면압 방식이 아닌 하부 면압 방식을 적용함으로써 베어링을 사용하지 않고도 구동할 수 있으며, 특히 종래와 달리 개별 제어가 가능해서 프릭션 효율 향상에 이바지할 수 있다. 따라서, 섬유 원단이나 인쇄용지, 부직포, 금속성 호일, 각종 테이프 및 필름, 그리고 비닐지와 같은 롤(roll) 제품을 클램핑할 수 있다.
이러한 효과를 제공할 수 있는 본 실시예에 따른 프릭션 샤프트(100)는 샤프트 중공 바디(110), 에어 샤프트(120, Air Shaft), 튜브(130, Tube), 스프링 핀(140, Pin With Spring), 프릭션 칼라(150, Friction Collar) 및 스프링 죠(160, Jaw With Spring)를 포함할 수 있다.
샤프트 중공 바디(110)는 내부가 빈 파이프 구조물이다. 내부에 에어 샤프트(120, Air Shaft) 및 튜브(130, Tube)가 배치된다.
샤프트 중공 바디(110)의 외벽에는 복수 개의 통공(111)이 형성되며, 일단부에 구동 헤드부(115)가 결합한다. 구동 헤드부(115)를 통해 장치 혹은 시스템이 연결될 수 있다.
에어 샤프트(120, Air Shaft)는 샤프트 중공 바디(110) 내에 삽입 배치되는 ㅜ조물로서, 에어(air)가 출입하는 장소를 이룬다. 구동 헤드부(115) 쪽에서 에어가 출입할 수 있다.
튜브(130, Tube)는 에어 샤프트(120)의 외벽에 배치되며, 에어 샤프트(120)에 에어가 공급되어 에어압이 형성될 때 팽창한다. 즉 에어 샤프트(120)로 에어가 공급되면 이의 작용으로 튜브(130)가 팽창하며, 반대의 경우, 원위치로 수축된다.
스프링 핀(140, Pin With Spring)는 샤프트 중공 바디(110)의 통공(111)에 배치되고 일단부가 튜브(130)와 접하는 구조물이다.
이러한 스프링 핀(140)은 튜브(130)에 접하는 핀 헤드(141)와, 핀 헤드(141)보다 직경이 작게 형성되고 샤프트 중공 바디(110)의 통공(111)에 배치되는 핀 샤프트(142)와, 튜브(130)와 프릭션 칼라(150) 사이의 공간에서 핀 샤프트(142)에 연결되며, 튜브(130) 측으로 프릭션 칼라(150)가 접근되는 방향으로 탄성바이어스하는 제1 비틀림 코일 압축스프링(143)을 포함할 수 있다.
이에, 에어 샤프트(120)로 에어가 공급되면 이의 작용으로 튜브(130)가 팽창하게 되고, 그 팽창력에 의해 스프링 핀(140)이 반경 방향 외측 즉 프릭션 칼라(150)를 밀어내는 방향으로 가압될 수 있다.
그리고, 에어압이 빠지면, 제1 비틀림 코일 압축스프링(143)에 의해 스프링 핀(140)이 원위치 복귀될 수 있다.
프릭션 칼라(150, Friction Collar)는 튜브(130)의 직경보다 큰 내경(151)을 구비하며, 샤프트 중공 바디(110)에 그 길이 방향을 따라 상호 이격되게 결합하되 스프링 핀(140)의 작용으로 샤프트 중공 바디(110)의 반경 방향을 따라 이동 가능한 구조물이다. 본 실시예의 경우, 복수 개의 프릭션 칼라(150)가 적용된다.
이때, 복수 개의 프릭션 칼라(150)는 서로 접하지 않는다. 즉 본 실시예의 경우, 프릭션 칼라(150)들 사이에는 프릭션 칼라(150)의 간격을 벌리는 한편 프릭션 칼라(150)들의 개별 이동을 허용하는 적어도 하나의 칼라(171, Collar) 및 테프론 칼라(172, Teflon Collar)가 배치된다.
칼라(171)와 테프론 칼라(172)는 모두가 내부가 빈 링(ring) 구조를 이룬다. 본 실시예의 경우, 한 쌍의 테프론 칼라(172) 사이에 칼라(171)가 배치되는 구조를 갖는다.
이때, 칼라(171)의 내벽에는 복수 개의 걸림 리브(171a)가 형성되는데, 이 걸림 리브(171a)는 샤프트 중공 바디(110)의 외벽에 형성되는 리브 홈(110a)에 끼워지면서 결합한다. 따라서, 칼라(171)가 헛도는 것을 방지할 수 있다.
스프링 죠(160, Jaw With Spring)는 프릭션 칼라(150)의 둘레를 따라 결합하는 구조물이며, 프릭션 칼라(150)의 이동 시 함께 이동하면서 실질적으로 섬유 원단이나 인쇄용지, 부직포, 금속성 호일, 각종 테이프 및 필름, 그리고 비닐지와 같은 롤(roll) 제품의 내벽 혹은 지관을 가압한다.
본 실시예에서 스프링 죠(160)는 프릭션 칼라(150)의 둘레를 따라 3군데 결합한다. 하지만, 이의 수치에 본 발명의 권리범위가 제한되지 않는다.
스프링 죠(160)는 내부에 스프링홈(162)이 형성되는 죠 바디(161)와, 죠 바디(161)의 단부에서 양측으로 연장되게 마련되며, 프릭션 칼라(150)의 걸림홈부(152)에 걸려 이탈이 저지되는 이탈 저지용 플랜지(164)와, 죠 바디(161)의 스프링홈(162)에 배치되며, 프릭션 칼라(150)에 대하여 죠 바디(161)를 밀어내는 방향으로 탄성바이어스하는 제2 비틀림 코일 압축스프링(165)을 포함할 수 있다.
죠 바디(161)의 노출 단부에는 나사식 치형(163)이 형성된다. 따라서, 섬유 원단이나 인쇄용지, 부직포, 금속성 호일, 각종 테이프 및 필름, 그리고 비닐지와 같은 롤(roll) 제품의 내벽 혹은 지관을 가압할 때, 미끌리지 않는다.
이러한 구성을 갖는 프릭션 샤프트(100)의 작용을 알아본다.
에어 샤프트(120)로 에어가 공급되면 이의 작용으로 튜브(130)가 팽창하게 되고, 그 팽창력에 의해 스프링 핀(140)이 반경 방향 외측 즉 프릭션 칼라(150)를 밀어내는 방향으로 가압될 수 있다.
물론, 에어압이 빠지면, 제1 비틀림 코일 압축스프링(143)에 의해 스프링 핀(140)이 원위치 복귀될 수 있다.
이처럼 에어압에 의해 프릭션 칼라(150)가 밀리면 즉 반경 방향 외측으로 이동하면, 프릭션 칼라(150)에 연결된 스프링 죠(160) 역시 함께 이동하면서 해당 영역의 벽체를 가압해서 밀착할 수 있다.
이때, 프릭션 칼라(150)들은 서로 연결된 고정체라 아니라 슬립이 가능한 구조라서 개별 제어를 가능하게 할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
특히, 복수 개의 프릭션 칼라(150)가 적용되는 구조라서 레인별로 걸리게 되는 장력값이 달라도 개별적으로 제어가 가능한 효과를 제공할 수 있다.
이상 설명한 바와 같은 구조를 기반으로 작용을 하는 본 실시예에 따르면, 종래 측면 면압 방식이 아닌 하부 면압 방식을 적용함으로써 베어링을 사용하지 않고도 구동할 수 있으며, 특히 종래와 달리 개별 제어가 가능해서 프릭션 효율 향상에 이바지할 수 있게 된다.
이처럼 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 청구범위에 속한다고 하여야 할 것이다.
100 : 프릭션 샤프트 110 : 샤프트 중공 바디
111 : 통공 115 : 구동 헤드부
120 : 에어 샤프트 130 : 튜브
140 : 스프링 핀 141 : 핀 헤드
142 : 핀 샤프트 143 : 제1 비틀림 코일 압축스프링
150 : 프릭션 칼라 151 : 내경
152 : 걸림홈부 160 : 스프링 죠
161 : 죠 바디 162 : 스프링홈
163 : 나사식 치형 164 : 이탈 저지용 플랜지
165 : 제2 비틀림 코일 압축스프링 171 : 칼라
172 : 테프론 칼라

Claims (6)

  1. 복수 개의 통공이 형성되며, 일단부에 구동 헤드부가 결합하는 샤프트 중공 바디;
    상기 샤프트 중공 바디 내에 삽입 배치되며, 에어(air)가 출입하는 에어 샤프트(Air Shaft);
    상기 에어 샤프트의 외벽에 배치되며, 상기 에어 샤프트에 에어가 공급되어 에어압이 형성될 때 팽창하는 튜브(Tube);
    상기 샤프트 중공 바디의 통공에 배치되고 일단부가 상기 튜브와 접하는 스프링 핀(Pin With Spring);
    상기 튜브의 직경보다 큰 내경을 구비하며, 상기 샤프트 중공 바디에 그 길이 방향을 따라 상호 이격되게 결합하되 상기 스프링 핀의 작용으로 상기 샤프트 중공 바디의 반경 방향을 따라 이동 가능한 복수 개의 프릭션 칼라(Friction Collar);
    상기 프릭션 칼라의 둘레를 따라 결합하는 복수 개의 스프링 죠(Jaw With Spring); 및
    상기 프릭션 칼라들의 슬립을 위하여 상기 프릭션 칼라들 사이에 배치되며, 상기 프릭션 칼라의 간격을 벌리는 한편 상기 프릭션 칼라들의 개별 이동을 허용하는 적어도 하나의 칼라(Collar) 및 테프론 칼라(Teflon Collar)를 포함하고,
    상기 칼라와 상기 테프론 칼라는 모두가 내부가 빈 링(ring) 구조를 이루되 한 쌍의 상기 테프론 칼라 사이에 상기 칼라가 배치되며,
    상기 칼라의 내벽에는 복수 개의 걸림 리브가 형성되고,
    상기 걸림 리브는 상기 샤프트 중공 바디의 외벽에 형성되는 리브 홈에 끼워지면서 결합하는 것을 특징으로 하는 프릭션 샤프트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 핀은,
    상기 튜브에 접하는 핀 헤드;
    상기 핀 헤드보다 직경이 작게 형성되고 상기 샤프트 중공 바디의 통공에 배치되는 핀 샤프트; 및
    상기 튜브와 상기 프릭션 칼라 사이의 공간에서 상기 핀 샤프트에 연결되며, 상기 튜브 측으로 상기 프릭션 칼라가 접근되는 방향으로 탄성바이어스하는 제1 비틀림 코일 압축스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 프릭션 샤프트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 스프링 죠는,
    내부에 스프링홈이 형성되는 죠 바디;
    상기 죠 바디의 단부에서 양측으로 연장되게 마련되며, 상기 프릭션 칼라의 걸림홈부에 걸려 이탈이 저지되는 이탈 저지용 플랜지; 및
    상기 죠 바디의 스프링홈에 배치되며, 상기 프릭션 칼라에 대하여 상기 죠 바디를 밀어내는 방향으로 탄성바이어스하는 제2 비틀림 코일 압축스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 프릭션 샤프트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 스프링 죠는,
    상기 죠 바디의 노출 단부에는 나사식 치형이 형성되는 것을 특징으로 하는 프릭션 샤프트.
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