KR20060084438A - 자기보상 동적 조인트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장치의 두 부분 (11, 21), 즉 고정 부분과 이 고정 부분의 회전축 둘레로 회전가능한 부분 사이에서, 외부에 대한 소정 수준의 시일링(sealing)을 상기 장치에 제공하는 자기보상 동적 조인트(self-compensating dynamic joint) (32)에 관한 것이다. 이 자기보상 동적 조인트는, 보상 요소 (324) 와 함께, 제 1 부분 (11) 의 베어링 표면 (111) 상에 베어링 엔드 (322) 가 제공되어 있고, 상기 제 2 부분 (21) 에 연결되는 강체 기계 구조 (323) 에 시일링 방식으로 설치되는 소정 열팽창 계수의 시일링 부분 (321) 을 포함한다. 상기 자기보상 요소는 열에 의해 변형될 수 있어서, 온도 변동이 발생하는 경우, 이 보상 요소의 변형의 결과인 상기 기계 구조의 이동이 상기 시일링 부분의 베어링 엔드와 상기 베어링 표면과의 접촉을 보장하게 된다.

Description

자기보상 동적 조인트{SELF-COMPENSATING DYNAMIC JOINT}

본 발명은, 장치의 두 부분, 즉 고정 부분과 이 고정 부분의 회전축 둘레로 회전가능한 부분 사이의 자기보상 동적 조인트(self-compensating dynamic joint) 로서, 외부로부터의 고체 입자 및/또는 유체에 대해 소정의 시일링 수준을 상기 장치에 제공하여 주는 자기보상 동적 조인트에 관한 것이다. 본 발명은 캐리어(carrier) 등에 장착되는 항공 장치의 시일링에 특히 적합하다.

외부에 장착된 항공 장치는, 온도, 압력, 모래의 침투, 먼지 또는 비에 의해 극한의 환경에 놓이게 되지만, 그 캐리어의 비행영역선도(flight envelope)가 어떤 상황에 있다 하더라도 그 장치 내에 배치된 광학적 또는 레이저 식의 모든 서브 어셈블리의 작동 조건을 유지하기 위해서는 상기 서브 어셈블리에 충분한 정도의 시일링을 제공할 수 있어야 한다. 상기와 같은 시일링의 제공은 현재 강자성유체(ferrofluid) 형태의 매우 고가의 동적 조인트를 통해 구현되고 있다.

비용 절감을 위해, 립 시일 형태의 표준형 조인트는 불충분한 시일링을 어느 정도 보충할 수 있는 건조 분말형 수분 흡수제와 함께 사용될 수 있다. 그러나 종래 엘라스토머로 만들어지는 이들 조인트는 팽창 계수를 가지고, 온도가 하강하면 이들 조인트가 수축되어 그 조인트에 의해 제공되는 시일링이 감소하거나 심지 어 전부 소실될 수 있다. 온도가 상승 되면, 이들 조인트는 팽창하고, 얻을 수 있는 출력이 적은 장치에서는 감당할 수 없을 정도로 마찰 토크를 증가시키게 된다.

본 발명은, 시일을 유지시키며 온도 변동 중 일정하거나 또는 약간만 변동하는 마찰 토크를 갖는 저렴한 동적 조인트를 제안함으로써 앞서 말한 단점들을 해결하고 있다.

이러한 목적에서, 본 발명에 따른 동적 조인트는, 종래 형태의 시일링 부분과 소정 팽창 계수를 갖는 보상 요소를 결부시킨 것으로서, 온도 변동이 발생하는 경우 상기 보상 요소의 팽창 또는 수축이 특히 요구되는 시일이 유지되도록 상기 시일을 움직이게 배치된 자기보상 동적 조인트이다.

더 구체적으로, 본 발명은, 장치의 두 부분 (11, 21), 즉 고정 부분과 이 고정 부분의 회전축 둘레로 회전가능한 부분 사이에서 외부로부터의 고체 입자 및/또는 유체에 대한 소정 수준의 시일링(sealing)을 상기 장치에 제공하기 위한 자기보상 동적 조인트(self-compensating dynamic joint) (32) 로서,

상기 부분 중 제 1 부분 (11) 의 베어링 표면 (111) 상에 베어링 엔드 (322) 가 제공되어 있고, 상기 제 2 부분 (21) 에 연결되는 강체 기계 구조 (323) 에 시일링 방식으로 설치되는 소정 열팽창 계수의 시일링 부분 (321), 그리고

상기 기계 구조와 상기 제 2 부분 사이에 시일링 방식으로 링크를 형성하는 보상 요소 (324) 로서, 이 보상 요소는 열에 의해 변형될 수 있어서, 온도 변화시에 이 보상 요소의 변형으로부터 초래되는 상기 기계 구조의 변위는 상기 시일링 부분의 베어링 엔드가 상기 제 1 부분의 베어링 표면과 소망하는 시일링 수준으로 접촉을 유지하도록 보장하게끔 설계된 보상 요소 (324) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트를 제안한다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 자기보상 동적 조인트를 구비하는 회전 연결에 관한 것이다.

첨부 도면을 참조한 이하의 설명으로 본 발명의 다른 이점과 특성들을 더욱 분명히 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 회전 연결을 포함하는 장치의 부분도이다.

도 2 는 본 발명에 따른 자기보상 동적 조인트의 일 실시형태를 보여주는 도면이다.

이들 도면에서, 동일한 요소에는 같은 참조 부호를 붙이도록 하겠다.

도 1 은 본 발명에 따른 회전 연결(rotary connection)을 포함하는 장치를 보여주는 도면이다. 본 장치는, 예컨대, 감시, 목표물 추적 등의 서로 다른 기능을 수행하기 위한 광학적 및 전자적 서브 어셈블리를 포함하는 보드에 결합되는 항공 관련 장치이다. 이 서브 어셈블리는 온도 및 습도 변화에 민감한 레이저식 구성 요소와 광학적 및 전자적 구성 요소를 포함하고 있다. 도시된 장치는, 고정 부분 (2) 의 회전축 (Δ) 둘레를 회전가능한 운동 부분 (1) 을 포함하고 있 다. 두 개의 커넥터 (3,3') 는 상기 운동 부분이 상기 회전축 둘레를 회전가능하게 한다. 이 장치는 매우 넓은 범위의 온도 변동(통상 -54°~ +100°), 모래, 먼지, 비의 외부로부터의 침투(도 1 에서 화살표로 나타냄) 등의 극한 환경을 견디도록 설계되며, 유체, 특히 습기에 대해, 그 장치의 내부와 외부 사이의 통상 1 bar의 양방향성 압력차 아래에서 극히 낮은 누설율(24 시간당 수 밀리바아)을 보장하는 일정 수준의 시일링 역시 가져야 한다.

상기와 같은 수준의 시일링을 제공하기 위해, 이들 회전 연결은 동적 조인트를 포함한다. 이 조인트는 온도 변동뿐만 아니라 내부와 외부 사이의 압력차를 견뎌내야만 한다. 공지된 동적 조인트의 예에서는, 자장(magnetic field)에 의해 소정의 차압 수준으로 유지되는 강자성유체(ferrofluid)를 사용하여 유체에 대한 만족할 만한 수준의 시일링을 제공한다. 그러나 이 장치는 중량이 많이 나가고, 부피가 크며, 매우 고가라는 단점을 갖고 있다.

본 발명은, 충분한 수준의 시일링을 보장하면서, 립 시일(lip seal) 등의 표준형 동적 조인트의 사용을 가능하게 하는 저렴하고 매우 작은 크기의 자기보상 동적 조인트를 제안한다.

도 2 는, 본 발명에 따른 자기보상 동적 조인트를 구현하는 장치의 두 부분, 즉 고정 부분과 운동 부분 사이에서의 회전 연결 (3) 의 실시형태를 보여준다. 이 실시형태에서, 상기 회전 연결은, 상기 부분 중 제 1 부분, 예컨대, 운동 부분에 고정된 제 1 플랜지 (11) 및 상기 제 2 부분, 예컨대, 고정 부분에 고정된 제 2 플랜지 (21) 를 포함한다. 상기 회전 연결은, 상기 두 개의 플랜지 (11) 과 플 랜지 (21) 사이에 장착되어 상기 운동 부분이 상기 고정 부분의 회전축(도 2 에 도시하지 않음) 둘레를 회전할 수 있게 하는 회전 베어링 (31) 및 소망하는 수준의 시일링을 제공하는 자기보상 동적 조인트 (32) 를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 동적 조인트 (32) 는, 제 1 부분(상기 고정 부분 또는 이동 부분)의 베어링 표면 (111) 과 접촉하는 베어링 엔드 (322) 가 제공되어 있고 상기 제 2 부분에 연결되는 강체 기계 구조 (323) 에 시일링 방식으로 설치되는 소정 열팽창 계수의 시일링 부분 (321) 을 포함한다. 본 실시형태에서, 상기 베어링 표면 (111) 은 운동 부분에 고정된 플랜지 (11) 에 있고, 상기 기계 구조는 고정 부분에 고정된 플랜지 (21) 에 연결되어 있다. 상기 동적 조인트는 상기 기계 구조 (323) 와 제 2 부분(본 실시형태에 있어서, 플랜지 (21)) 사이에 시일링 방식으로 연결을 형성하는 보상 요소 (324) 를 더 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 보상 요소 (324) 는 열에 의해 변형될 수 있어서, 온도 변화시에 이 보상 요소의 변형으로부터 초래되는 상기 기계 구조 (323) 의 변위는 상기 시일링 부분의 베어링 엔드 (322) 가 상기 제 1 부분의 베어링 표면 (111) 과 소망하는 시일링 수준으로 접촉을 유지하도록 보장하게끔 설계된다.

그러므로 한편으로는 상기 시일링 부분 (321) 과 상기 기계 구조 (323) 사이의 조인트, 그리고 다른 한편으로는 상기 기계 구조 및 보상 요소 (323) 사이와 이 보상 요소와 제 2 부분(플랜지 (21)) 사이의 조인트들이 밀폐되게끔 시일링되기 때문에 시일링이 보장된다. 또한, 상기 강체 기계 구조를 통해 상기 시일링 부분의 변위를 일으켜서 상기 시일링 부분의 변형을 보상하여 주는 상기 보상 요소의 변형의 결과로 상기 베어링 엔드 (322) 와 상기 제 1 부분(플랜지 11) 의 베어링 표면 (111) 과의 접촉이 유지된다. 시일링의 수준 및 마찰 토크는, 온도 변동 범위에 걸쳐서 일정하거나 또는 약간만 변동되게 상기 보상 요소를 설계하는 것이 바람직하다. 이것은 시스템 중에서, 얻을 수 있는 파워가 제한되어 있는 특히 온-보드(on-board) 시스템에서 매우 유용하며, 마찰 토크가 과다하다면 상기 회전 조인트는 결과적으로 정지해버릴 수 있다.

따라서 상기 보상 요소의 사용으로 인해, 립 시일 형의 종래의 조인트를 시일링 피스로서, 도 2 의 실시형태에 도시된 것처럼, 하나 이상의 립으로 구성되는 베어링 엔드 (322) 로 사용할 수 있다. 상기 립 시일은 시중에서 구할 수 있는 표준형 시일일 수 있다. 특히, 양방향성의 압력차의 경우에는 적어도 두 개의 립이 필요하다.

도 2 는 보상 요소 (324) 의 바람직한 실시형태를 보여준다. 이 보상 요소 (324) 는 변형가능하며, 소정의 열팽창 계수를 갖는 링(ring) 형상의 보상 소재로 형성된다. 상기 소재는, 예를 들어 엘라스토머(elastomer) 종류이다. 상기 링은, 한편으로, 상기 베어링 표면 (11) 평면에 실질적으로 평행하고 또한 이 평면과 대향하여 배치된 제 1 인터페이스 (325) 에 의해 상기 제 2 부분(플랜지 21)에 고정되고, 다른 한편으로, 상기 베어링 표면으로부터 제 1 인터페이스의 반대쪽에 있으며, 상기 제 1 인터페이스에 실질적으로 평행한 제 2 인터페이스 (326) 에 의해 상기 기계구조 (323) 에 고정된다. 도 2 의 예에서, 상기 링은 직사각형 단면을 가지지만 다른 형상들도 가능하다는 것은 자명하다. 따라서 온도가 낮아지는 경우, 상기 보상 요소의 수축이 상기 기계 구조를 상기 베어링 표면 쪽으로 변위시켜 상기 시일링 부분의 수축을 보상해 주게 된다. 이에 대하여, 온도가 증가하는 경우에는, 상기 보상 요소의 팽창이 상기 기계 구조를 반대 방향으로 변위시켜 상기 시일링 부분의 팽창을 보상해 주게 된다. 상기 보상 요소는, 온도 변동 범위 내에서 일정 수준의 시일링이 보장되도록 상기 보상 소재의 팽창 계수와 상기 인터페이스들 사이의 거리의 곱(product)이 상기 시일링 부분의 변형 정도에 알맞도록 설계된다.

경우에 따라서는, 상기 시일링 부분과 보상 요소 사이의 회전 결합에 열 구배가 존재할 수 있다. 이 경우, 상기 보상 요소는 상기 보상 소재의 팽창 계수와 상기 인터페이스들 사이의 거리의 곱이 상기 구배에 알맞도록 설계된다. 경우에 따라서는, 상기 플랜지 팽창의 영향을 추가적으로 보상하도록 상기 보상 요소를 설계할 수도 있다.

실용상으로는, 간단히, 소정의 팽창 계수를 가지며, 상기 베어링 표면 (11) 에 실질적으로 평행한 지지면 (327) 에 의해 상기 기계 구조 (323) 에 고정된 변형가능한 소재로 상기 시일링 부분 (321) 을 형성할 수 있다. 상기 소재는, 예를 들어 엘라스토머 종류일 수 있다. 이 경우, 상기 보상 소재의 팽창 계수와 상기 인터페이스 (325) 와 인터페이스 (326) 사이의 거리의 곱은 상기 시일링 부분을 형성하는 변형가능한 소재의 팽창 계수와 상기 지지면 (327) 과 베어링 엔드 (322) 사이의 거리의 곱에 알맞도록 한다. 예를 들어, 상기 회전 결합이 온도 안정형이라면, 또 그리고 상기 보상 요소와 상기 시일링 부분이 동일 소재로 형성된다면, 시일링의 수준을 유지하기 위해서 상기 두 거리가 실질적으로 동일하다. 상기 인터페이스 (325) 와 인터페이스 (326) 사이의 거리는 상기 시일링 부분과 보상 요소 사이에 열 구배가 존재하는 경우 서로 다르게 조정된다.

본 발명에 따른 자기보상 조인트는, 그 기계 구조 주변에 적절한 형상의 몰드를 만들어서 공지의 방법으로 간단히 제조할 수 있다. 상기 시일링 부분과 보상 요소는, 예를 들어, 상기 몰드 안으로 소성 변형가능한 소재를 고온 사출시키고 이 소성 변형가능한 소재가 냉각되면서 서로 다른 인터페이스에 고착됨으로써 형성될 수 있다. 만일 시일링 부분과 보상 요소에 동일 소재가 사용된다면, 상기 제조 프로세스는 훨씬 용이해지게 된다. 종래 사용되어 오던 소재로는 네오프렌(neoprene)을 예로 들 수 있다. 만일 상기 시일링 부분이, 시중에서 구할 수 있는 립 시일 등의 표준(standard)형 조인트라면, 상기 시일링 부분을 상기 기계 구조에 고착시키고 상기 설명한 방법으로 보상 요소를 제조할 수 있다.

바람직하게는, 도 2 에 도시한 바와 같이, 각각의 플랜지 (11), (21) 는, (110) 과 (210) 의 첨부 부호로 각각 나타낸 하나 이상의 배플(baffle)을 지지할 수 있고, 상기 두 플랜지의 배플이 형성되어 상기 동적 조인트 (32) 의 상기 시일링 부분 (321) 을 먼지, 모래 또는 비 등의 외부로부터의 침투로부터 보호하기 위한 일종의 복잡한 통로(labyrinth)를 형성하게 된다.

변형 실시형태에 있어서, 베어링 표면 (111) 을 가지는 상기 제 1 플랜지 (11) 는 상기 베어링 표면 부근에 가열 요소 (11) 를 포함한다. 이 가열 요소는, 필요에 따라, 상기 시일링 부분의 베어링 엔드 (322) 의 얼음을 제거한다. 또한, 상기 가열 요소는 베어링 표면을 최소한의 온도로 유지시켜서, 상기 시일링 부분과 베어링 엔드와 상기 플랜지 (11) 에 있는 베어링 표면 사이에 최소한의 마찰 토크를 보장하여 준다. 필요한 경우, 상기 플랜지 (11) 는 상기 가열 요소 제어용 열 센서 (113) 를 상기 베어링 표면 부근에 포함한다.

본 발명에 따른 자기보상 동적 조인트는 상기 설명한 바와 같은 적용에만 한정되는 것이 아니다. 본 발명에 따른 자기보상 동적 조인트는 바람직하게는, 운동 부분과 고정 부분 사이에 회전 연결을 가지며, 소정의 온도 변동 범위 내에서 일정 수준의 시일링이 유지되어야만 하는 임의의 장치에 적용될 수도 있다.

Claims (12)

1. 장치의 두 부분 (11, 21), 즉 고정 부분과 이 고정 부분의 회전축 둘레로 회전가능한 부분 사이에서, 외부로부터의 고체 입자 및/또는 유체에 대한 소정 수준의 시일링(sealing)을 상기 장치에 제공하기 위한 자기보상 동적 조인트(self-compensating dynamic joint) (32) 로서,

   상기 부분 중 제 1 부분 (11) 의 베어링 표면 (111) 상에 베어링 엔드 (322) 가 제공되어 있고, 상기 제 2 부분 (21) 에 연결되는 강체 기계 구조 (323) 에 시일링 방식으로 설치되는 소정 열팽창 계수의 시일링 부분 (321), 그리고

   상기 기계 구조와 상기 제 2 부분 사이에 시일링 방식으로 링크를 형성하는 보상 요소 (324) 로서, 이 보상 요소는 열에 의해 변형될 수 있어서, 온도 변화시에 이 보상 요소의 변형으로부터 초래되는 상기 기계 구조의 변위는 상기 시일링 부분의 베어링 엔드가 상기 제 1 부분의 베어링 표면과 소망하는 시일링 수준으로 접촉을 유지하도록 보장하게끔 설계된 보상 요소 (324) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보상 요소는 소정 열팽창 계수의 변형가능한 보상 소재로 된 링으로 형성되고, 이 링은, 상기 베어링 표면을 갖는 평면에 실질적으로 평행하고 이 평면과 대향하여 배치된 제 1 인터페이스 (325) 에 의해 상기 제 2 부분에 고정되고, 상기 제 1 인터페이스와 실질적으로 평행하고 상기 베어링 표면으 로부터 상기 제 1 인터페이스의 반대쪽에 있는 제 2 인터페이스 (326) 에 의해 상기 기계 구조에 고정되며, 상기 보상 소재의 열팽창 계수와 상기 인터페이스들 사이 거리의 곱은 온도 변화의 범위 내에서 소망하는 시일링 수준을 보장하기 위해 시일링 부분의 변형량에 알맞는 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 시일링 부분과 상기 보상 요소 사이에 열 구배(gradient)가 있는 경우, 상기 보상 소재의 열팽창 계수와 상기 인터페이스들 사이 거리의 곱도 상기 구배에 알맞는 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
4. 제 2 항에 있어서, 상기 시일링 부분은 소정의 열팽창 계수를 갖는 변형가능한 소재의 블럭으로 형성되고, 상기 베어링 표면에 실질적으로 평행한 지지면 (327) 에 의해 상기 기계 구조에 고정되며, 상기 보상 소재의 열팽창 계수와 상기 인터페이스들 사이 거리의 곱은 상기 변형가능한 소재의 열팽창 계수와 상기 지지면과 상기 시일링 부분의 베어링 엔드 사이 거리의 곱에 알맞는 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 보상 소재가 상기 시일링 부분으로 되는 상기 변형가능한 소재와 동일한 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 시일링 부분과 상기 보상 요소를 형성 하는 소재가 엘라스토머 종류인 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시일링 부분은 립 시일 (lip seal) 이고, 상기 베어링 엔드 (322) 는 하나 이상의 립으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 시일링 부분은 표준 립 시일인 것을 특징으로 하는 자기보상 동적 조인트.
9. 장치의 두 부분 (1, 2), 즉 고정 부분과 운동 부분 사이의 회전 연결 (3, 3') 에 있어서,

   상기 부분 중 제 1 부분에 고정된 제 1 플랜지 (11), 제 2 부분에 고정된 제 2 플랜지 (21), 상기 운동 부분을 상기 고정 부분의 회전축 (Δ) 둘레로 회전시키기 위해 상기 두 플랜지 사이에 설치된 회전 베어링 (31), 그리고 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 자기보상 동적 조인트 (32) 를 포함하고, 상기 베어링 표면 (111) 은 상기 제 1 플랜지 (11) 에 있고 상기 자기보상 동적 조인트의 강체 기계 구조 (323) 는 상기 제 2 부분의 제 2 플랜지 (21) 에 의해 지지되는 것을 특징으로 하는 회전 연결.
10. 제 9 항에 있어서, 각각의 플랜지 (11, 21) 가 하나 이상의 배플 (110, 210) 을 지지하고, 외부로부터의 침투로부터 상기 지기보상 동적 조인트의 시일링 부분을 보호하기 위해 상기 두 플랜지의 배플은 교번적으로 삽입배치되는 것을 특징으로 하는 회전 연결.
11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 제 1 플랜지는 상기 베어링 표면 부근에 가열 요소 (112) 를 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 연결.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 제 1 플랜지는 상기 베어링 표면 부근에 상기 가열 요소 제어용 온도 센서 (113) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 회전 연결.

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