FAQ
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Q1. FTS는 무엇에 쓰는 물건인고?
A1. 모든 기계는 동력을 발생시키는 모타나 엔진 같은 구동장치가 있고 여기에서 나오는 동력은 대부분 회전력의 형태로 발생된 후 사람이 필요로 하는 정해진 운동을 하는 작동장치로 전달됩니다. 이 회전력을 전달하려면 구동장치와 피동장치의 두 축을 연결하여 주어야 하는데 그 두 축이 동일한 선상에서 완전히 일치해야 무리 없이 회전할 수 있어 동력전달이 가능하게 됩니다. 두 축을 일치시켰다고 해도 완전히 일치시키기는 어렵기 때문에 통상 이 연결부위에 미소하게 약간 어긋나도 동력이 전달될 수 있는 연결 장치를 사용합니다.(Flexible Coupling이라고 함) 또 자동차나 어떤 기계에 있어서는 기계용도상 두 축을 일치시키지 못하고 어느 각도만큼 꺾어져서 연결돼야만 하기 때문에 이를 가능하게 하려면 관절역할을 하는 복잡한 장치가 필요합니다. (Universal Joint 또는 등속조인트 등을 사용) 그러나 자유롭게 휘어지면서도 회전력을 전달할 수 있는 축이 있다면 그러한 복잡한 장치가 필요 없게 됩니다. FTS는 완전히 새로운 발명품으로 마음대로 휘어지면서도 큰 동력을 전달할 수 있는 기계연결부품입니다. 또 FTS는 구조가 간단하고 꺾어지는 각도도 얼마든지 크게 만들 수 있기 때문에 기계제작시 꺽임각의 제약 없이 자유로운 설계가 가능해서 기존의 Universal Joint 등의 대체용도 뿐 아니라 새로운 구조의 기계들을 설계제작하는데 유용하게 응용 될 수 있을 것입니다. 그래서 모든 기계에 사용가능성이 있는 것이지요. 그러나 FTS는 완제품이 아닌 부품이기 때문에 저희 Monas 회사가 생소한 새 기계를 개발하기 보다는 기존에 이미 기계를 만들고 계신 분들이 자신들의 제품혁신을 위해 FTS를 자신의 기계에 응용해야 더 쉽게 활용이 가능합니다.
A2. 그렇지 않습니다. 접촉면이 서로 미끄러지며 왕복운동을 하는 특성으로 볼 때 얼핏 보면 마모가 심할 것으로 판단할 수도 있습니다만 다음과 같은 이유로 마모가 완전히 없을 수는 없지만 FTS는 마모가 극히 작고 제한적입니다.(앞의 FTS의 특성 참조) - 여러 개의 치면이 맞물려 돌아가므로 각치의 접촉면에 걸리는 압력이 분산되어 마모를 촉발할 수 있는 크기까지 압력집중이 생기기 어렵다. - 접촉된 상태로 미끄러지는 거리가 여러 줄의 FTS 절단 홈으로 분산되어 극히 작기 때문에 긁힘 손상이 발생하기 어렵다. - 설령 초기에 마모가 되어도 마모될수록 접촉면이 넓어지고 매끄럽게 연마되어 안정되어지는 특성이 있다. 이를 위해 일부러 초기에 연마제를 첨가하여 운전시켜 마모를 촉진시켜 손쉽게 연마하여 제작할 수도 있다. - 필요하다면 손쉽게 윤활을 할 수 있고 윤활을 하게 되면 접촉점이 반복해 이동하기 때문에 완전한 유막형성이 가능하고 윤활효과가 크다. - 이상의 특성을 고려할 때 특히 자동차의 동속 조인트의 경우와 비교해보면 똑같이 미끄러지는 왕복운동을 하지만 그 이동거리와 하중의 집중도, 마모 특성, 윤활 용이성등의 면에서 FTS가 원리상 근본적으로 유리하다는 것을 이해하실 수 있을 것입니다. - 상기한 특성 외에 특기 할만한 사실은 치형에 대한 연구와 개발에 따라 현재의 작은 마모도 거의 완전히 없앨 수 있는 방법을 찾았다는 점입니다. 즉 접촉점의 이동거리를 20% 이내로 최소화 시킬 수 있는 치형의 원리를 개발한 상태입니다만 너무나 전문적인 영역이라 기술적 내용을 알고 싶으신 전문가들께서는 별도로 문의하여 주십시오.
A3. 좋은 지적입니다. 보통의 사용조건에서는 열처리를 하지 않고도 사용할 수 있도록 여유를 두고 FTS를 설계하는 것이 덜 번거롭지 않을까 생각합니다. 그러나 아주 가혹한 조건에서 작은 FTS로 설계 조건이 제약을 받을 경우는 필요하다면 열처리를 할 수도 있겠습니다. 그럴 경우는 연마운전과정을 거쳐 치형을 충분히 안정시킨 후에 치형의 변형을 최소화 시키는데 주의하여 열처리를 하여야 할 것으로 생각됩니다. 어쩌면 경화열처리 후에 다시 연마운전을 해야 할 필요도 있을 겁니다. 아니면 열처리를 다 해 놓은 후에 치형을 가공하는 방법도 가능하겠네요. FTS는 이제 막 태어났기 때문에 아직 열처리 제품까지 만들어보지는 못했지만 보다 Compact하고 내구성 높은 FTS를 위해 이것도 연구해야할 과제입니다.
A4. 윤활을 시키면 FTS의 고속운전시 소음, 진동, 마모등 모든 면에서 유리합니다. 또 FTS에 Cover Tube만 씌우고 양단만 막아주면 손쉽게 윤활 될 수도 있습니다. 그러나 공구류에 응용되거나 작업현장에서 간헐적으로 사용되는 기계에서는 윤활을 유지하는 것이 오히려 더 번거롭게 판단된다면 소음이나 마모 등이 큰 문제가 되지 않을 경우 쓰지 않을 수도 있을 것입니다. 또 윤활유를 쓸 경우 윤활유가 새지 않도록 밀봉하는 것도 정밀가공이 필요해서 번거롭다면 외부의 Cover Tube 속에 점성이 큰 그리스종류를 넣고 Dust Seal 정도의 구조로 치형의 접촉면에 외부의 이물질이 혼입되는 것만 방지해 주는 정도로도 대부분의 저속의 용도에 있어서는 충분하리라고 봅니다.
Q5. FTS는 가장 작은 Size는 얼마까지 만들 수 있나요? A5. FTS의 제작 가능한 Size는 파형 홈을 얼마나 작은 Pipe에 가공할 수 있느냐에 달린 문제입니다. 당사가 Waterjet를 이용해서 직경 20Φ정도까지를 가공할 수 있습니다. 그이하가 되면 Waterjet로는 좀 어렵고 Laser를 이용하면 10Φ정도까지 가공할 수 있다고 판단됩니다만 당사에서 아직 만든 적은 없습니다. 그러나 이렇게 작은 Size는 실용성이나 경제성에서 큰 의미가 없다고 생각되며 또 별다른 필요한 용도도 아직 발견되지 않고 있습니다. 많은 용도가 있다면 아마도 10Φ 이하의 가공 방법도 개발 가능할 것으로 판단됩니다. 필요는 발명의 어머니이니까요.
Q6. FTS는 얼마까지 크게 만들 수 있나요? 큰 용도에는 제한이 있지 않나요? A6. FTS의 크기는 얼마나 큰 소재의 Pipe가 상업적으로 조달 가능한가와 Waterjet로 얼마나 두꺼운 철재를 절단할 수 있느냐에 달려 있습니다. Waterjet로는 2 inch 정도까지의 철재도 절단할 수 있기 때문에 거의 모든 두께의 Pipe를 절단할 수 있다고 말할 수 있으며 아주 큰 동력전달이라고 해도 100Φ~200Φ 정도이기 때문에 상업적으로 소재만 공급 가능하다면 어떤 큰 동력전달의 용도라도 가공이 가능하다고 말할 수 있겠습니다.
Q7. FTS는 어떤 재질로 만들 수 있나요? 가벼운 플라스틱으로도 만들 수 있나요?
FTS가 굉장히 신기하군요. 나는 의료용구제작자인데 안짱다리를 고치는 교정구를 FTS를 써서 만들면 근사하게 될 것 같은데 쇠는 너무 무거워서 곤란할 것 같네요. A7. FTS는 용도에 따라 어떤 재질로도 만들 수 있습니다. Waterjet는 유리나 플라스틱 어떤 재질이건 홈을 가공할 수 있기 때문에 Pipe형상의 소재를 구하거나 만들 수 있다면 재질의 제약은 없습니다.
Q8. FTS는 Waterjet로 Pipe를 잘라서 만든다는데 그렇게 만든게 과연 정밀할까요? A8. 혹시 자동산소 절단기 같은 기계를 연상하시는 것이 아닌가 생각됩니다. Waterjet로 가공한 FTS를 보시면 Waterjet Maching Center가 상당히 정밀한 기계라는 것을 이해하시리라 생각합니다. Waterjet의 Machining Center는 정밀한 분해능의 DC Servo Motor와 Computer Program에 의해 제어되는데 특히 각도의 분해능은 각도 분할의 특성상 오차가 누적되지 않고 40만 Pulse에 1바퀴를 돌고 있으므로 각각의 치형간 피치의 간격은 이론적인 치수와 완전히 일치하는 치수의 등간격으로 가공할 수 있다고 해도 과언이 아닙니다.
A9. FTS의 꺾어짐은 180° 이상도 가능합니다. 즉, 180°라면 어떤 용도에도 부합할 수 있다는 말도 되지요. 보통 종전의 Universal Joint가 고작 10° 이내의 꺾임 각을 갖는다는 점은 고려하면 혁명적인 능력이지요.
Q10. FTS를 많이 꺾으려면 길어져야 되는데 길어지면 흔들거리지 않을까요? A10. 종전의 수공구구동용으로 쓰이는 아주 작은 동력전달용 Flexible Shaft를 사용해 보신 분 같군요. 종전의 Flexible Shaft는 철사 줄을 여러 겹으로 꼬아서 만든 것으로 회전시 Shaft가 이리저리 흔들거리게 됩니다. 중립위치가 안정되지 못할 수밖에 없지요. FTS는 이와 달리 Torque를 받으면 각각의 FTS의 토막들이 서로 힘을 전달하면서 힘의 균형이 되는 안정된 중립위치를 찾아갑니다. 그 자리에서 각각의 토막이 자전을 하면서 회전속도가 빨라질수록 더 안정되게 중심을 잡습니다. 마치 여러 개의 팽이들이 서로 연결되어 돌면서 자기중심을 잡는 형국이지요. 저도 처음에 흔들림의 가능성을 걱정했습니다. 그런데 FTS를 사용해 운전해본 결과 너무나 신기하게도 FTS의 연결부가 자동 조심되어 안정적인 회전 특성을 갖고 있음을 확인하곤 안심하였습니다. 한 가지 덧 붙여 말씀드릴 것은 FTS가 많이 꺾어지기 위해서는 지지 점에서 멀리 떨어져야 되는데 이 경우 FTS의 자체 무게 때문에 아랫방향으로 약간 처지는 경향이 있습니다. 전달 Torque가 크면 Center를 유지하려는 힘이 커져 중심을 잡지만 그래도 힘의 균형상 약간은 축이 휘어진 듯이 된 상태로 돌게 됩니다. 너무 멀어져서 너무 휘어지게 되면 FTS의 각도를 자체가 꺾어 질수 있는 범위 한계 근처까지 너무 무리하게 꺾어지는 결과가 되어 원활한 작동에 지장을 줄 수도 있으므로 처지는 지점에 지지 베어링 하우징을 설치해서 붙잡아 줄 수도 있습니다. 그러나 통상은 그렇게 길게까지 FTS를 허공에 뻗어 가게 할 필요나 용도가 없을 것입니다.
Q11. FTS의 치의 크기와 개수 및 형태는 어떻게 정하나요? A11. 예 기계 분야에 조예가 있으신 분 같군요. 저희 Monas에서 지금까지 연구한 결과로는 FTS의 치형은 기계의 톱니바퀴와 같은 설계 개념이라고 말할 수 있습니다. 기계설계시 톱니의 크기를 모듈이라고 하고 톱니의 개수를 곱하면 톱니바퀴의 pitch 원의 크기가 됩니다. 마찬가지로 (FTS의 치의 크기)x(치의 개수)=(FTS의 파이프의 크기)가 됩니다. 동력전달의 크기에 따라서 파이프의 직경이 커지고 치는 커져야 하지만 파이프의 직경에 비해 어떤 비율로 치의 크기를 키우고 개수를 정해야하는가는 앞으로 계속 연구해 가야할 과제입니다. 앞으로 FTS를 연구하는 기계공학도들이 많이 나와서 FTS 연구로 많은 기계공학 박사들이 탄생하기를 기대합니다. 지금까지 저희 회사가 자체 연구를 하고 있습니다만 아직까지 밝혀진 것 보다는 연구해야할 과제가 너무나 많습니다. 치의 개수를 줄이면 작은 FTS로 큰 동력전달은 유리하지만 여러 개의 작은 치로 된 FTS는 작은 거리에서 더 여러 줄의 파형 홈을 가공해 넣을 수 있어 큰 각도의 휘어짐을 줄 수 있고 운전의 smooth함과 연속성을 주어 진동 소음이 줄어드는 장점이 있기 때문에 회전수와 꺾임각과 전달동력에 따른 효율성의 면에서 치의 크기와 개수를 정해야 할 것입니다. 또 치형에 대해서도 기계공학자들이 톱니바퀴를 연구해서 Involute 치형이나 Cycloid 치형과 같이 효율적 치형을 연구 개발했듯이 여러 가지의 다양한 치형이 연구 개발되어야 할 것이고 그러면 FTS의 가능성은 더욱 무궁무진해 질 것입니다.
Q12. FTS는 동력전달용이 아닌 고압호스대용으로도 쓸 수 있을까요? A12. 아직까지는 고압호스용도로는 FTS를 쓸 수 있는 검토를 해 보지 못했습니다만 직감적으로는 종래의 고압호스가 아직은 더 경제적일 것 같습니다. 다만 초고압으로 고압호스의 외부에 FTS를 씌워서 내압을 받는 호스의 외부보강용으로 특수한 경우에 쓸 수도 있지 않을까 생각해 봅니다.
Q13. FTS는 어디서 살 수 있나요? 가격이 얼만가요? A13. FTS는 어떤 표준제품으로 만들어 시판하기에는 좀 어려움이 많습니다. 완제품이 아닌 기계부품으로 사용되어야 하고 또 응용할 수 있는 범위가 너무나 넓기 때문에 현재에 어떤 기계제품을 만들고 계시는 분들이 (예를 들어 Flexible Coupling이나 Universal Joint등) FTS를 이용해서 새로운 기계를 설계하여 자신들의 제품을 혁신시키기를 바라는 입장입니다. 또 완전히 새로운 원리의 기계부품이기 때문에 이를 이용해서 종전에는 없던 새로운 형태의 기계들을 개발해 만들 수도 있습니다. 당사는 그런 분들께 당사의 특허와 FTS 제조기술을 Licensing하고자 합니다. 차후에 특정한 제품항목을 선택하여 개발하여 판매하는 방안도 배제하지는 않고 있으나 너무나 응용분야가 광범위하기 때문에 우선은 FTS의 기초적인 연구와 시제품의 생산을 통한 기술축적에 노력하고 FTS를 널리 알리는데 주력하고자 합니다.
Q14. FTS는 Back lash가 있어서 역회전시 문제가 되지 않을까요?
A14. 예. FTS는 홈의 폭만큼 back lash가 있고 이 홈들이 여러 개 중첩되므로 한 개의 홈 폭에다 홈의 숫자를 곱한 만큼 back lash가 발생합니다. 한 방향으로만 돌때는 문제가 없지만 정역회전이 반복되고 작동의 지연이 발생되어서는 안되는 특수한 용도에서는 FTS의 유일한 약점이 된다고 생각됩니다. 그러나 이것도 홈의 폭을 최대한 작게 가공하고 치형을 개선하고 FTS를 잡아당기거나 꺽어주면 FTS의 back lash를 최대한 줄일수가 있다고 생각합니다. 또한 역회전시 충격을 줄이기 위해 고점도의 오일을 충만시켜서 완충효과를 키울수도 있을 것입니다. 결국 FTS가 초기단계이기 때문에 생기는 우려일뿐 계속적으로 개량하여 발전시키면 앞으로 back lash가 없는 더욱 성능이 탁월한 FTS가 나올 것으로 기대합니다. '긍정적이고 적극적인 사고만이 세상을 바꾼다'는 말을 생각합니다.
Q15. 자동차용 등속조인트의 용도로 FTS를 쓰려면 Back lash가 있으면 안될텐데요? 나는 자동차용 등속조인트(CV Joint)를 만드는 회사에 근무하고 있는데요, 등속조인트의 제작기준상 Back lash는 미크론 단위로 철저히 관리합니다. FTS의 Back lash는 수 m/m까지 되는 것으로 알고 있는데 그렇다면 등속조인트의 대체품으로는 절대 사용할 수 없는 것 아닌가요?
A15. 그렇지 않습니다. 아시다시피 기존의 자동차용 등속조인트(CV Joint)는 입력축과 출력축이 교차하는 부위에 외부 링과 내부 링을 두고 그 안에 홈을 파서 여러 개의 강철 Ball을 설치한 구조로 되어있어 Back lash가 크다는 것은 즉 정밀하게 가공되지 않아 그 틈새가 크다는 것을 뜻합니다. 이 경우 Ball들이 내외륜의 사이에서 쐐기가 박히듯 끼어서 동력 전달은커녕 금방 망가지고 말 것입니다. 그러므로 Back lash가 없이 아주 정밀하게 제작되어야 하겠지요. 그러나 FTS는 이빨들이 항상 정면으로 맞닿아서 동력을 전달하므로 Back lash가 아무리 커도 동력 전달에 전혀 영향이 없습니다. 단지 회전 방향이 바뀔 때 Back lash가 기계의 성능에 영향을 주느냐의 문제인데 크럿치와 변속기처럼 Back lash가 매우 큰 장치들이 등속조인트와 연결되어 구동되는 자동차의 동력전달기구를 생각해 보면 FTS의 Back lash 정도로는 자동차의 전,후진 전환시 자동차의 운전성능에는 실제적으로 아무런 영향을 줄 수 없을 것이라는 것을 금방 이해할 수 있을 것입니다. 결론적으로 등속조인트의 Back lash를 철저히 관리하는 이유는 정역회전의 변화시 그 자동차의 운행성능에 문제를 일으키기 때문이 아니라 등속조인트의 구조의 특성상 필요한 정밀가공의 기준일 뿐입니다. 기계원리의 차이를 고려하지 않고 등속조인트의 제작기준을 무조건 FTS에 적용시키는 것은 고정관념으로 인한 착오라 할 것입니다. FTS의 Back lash는 CNC나 머시닝센타처럼 서보모타로 정밀하게 위치를 제어하는 특수한 용도 이외의 일반적인 동력 전달용으로는 아무런 문제가 없을 것입니다.
A16. 그런 질문이 당연하십니다. 그런데 사실 별다른 단점이 없습니다. 그래서 잘못하면 저희의 주장이 너무 과장된 것처럼 보일까 걱정되기도 합니다. FTS에 대해서 연구가 진행될수록 얼핏 보기에는 엉성해 보이던 FTS에 여러 가지 특이한 장점들이 숨어있음을 발견하고 가슴 설레며 대단히 기뻐했었습니다. 굳이 단점을 찾는다면 앞의 14항에서 언급한 것처럼 회전방향이 빈번히 변화할 경우에는 back lash로 인한 사용상의 제약이 있을 수 있다는 점입니다. 이 문제는 앞으로 많은 개선이 이루어질 것으로 기대합니다. 또 한 가지는 FTS의 파형 홈 가공을 위해서는 일반적으로 공장에서 많이 보유하고 있는 선반, 밀링 등 일반 공작기계가 아닌 특수 장비인 Waterjet가 필요하다는 점입니다. 더구나 Waterjet 중에서도 pipe를 가공할 수 있는 아주 특수한 장비가 필요합니다. 그러나 앞으로는 Waterjet가 일반화되는 추세에 있고 당사가 개발한 파이프 가공이 가능한 FTS용 전용장비인 Waterjet에 대한 기술과 정보를 FTS를 제작하시고자 하는 분들께 FTS의 특허와 함께 Licensing하고자 하므로 약간의 투자는 불가피하지만 큰 어려움 없이 이문제점이 해결될 수 있을 것으로 기대합니다.
A17. 예. 여러 가지 종류의 FTS를 만들어 Test를 해보았습니다. 그 결과 앞에서 기재한 여러 가지 FTS의 특성을 발견하였습니다. 동력부하를 걸어 내구도 시험을 해서 이상 없어야 완전한 성능이 입증되는 것이지만 지금까지 당사가 해온 것은 FTS 자체에 대한 여러 가지 연구를 위한 Sample 제작과 Test이기 때문에 어느 특정한 제품에 응용될 경우를 대비한 Test는 할 수가 없었습니다. 그러나 Demo용으로 저희가 자그마한 Test Set를 만들어서 실제로 부하를 걸어서 운전하여 여러 가지 성능을 검증하고 내구도를 확인하였으며 여러 전시회에서 비록 작은 Set지만 실제로 이를 보여드리고 있습니다. 유일한 완성품으로는 당사가 제작하는 모노펌프에 FTS를 응용한 신제품을 만들어서 Test를 하고 있는 중에 있습니다. 금년 말까지는 모든 Test가 완료되어 성능과 내구도의 신뢰성을 갖춘 제품을 출시할 계획입니다. 이것이 완제품에 사용된 최초의 FTS응용 상품이 될 것입니다. 특정한 제품일 경우는 기존제품의 Test 기준에 맞추어 비교시험을 하여 비교자료를 제시하면 그 성능을 대외적으로 인정받기에 좋겠으나 FTS는 용도가 여러 가지라서 그면에서 좀 어려움이 있습니다. 그러나 FTS의 대체용도로 가장 많이 쓰일 것 같은 자동차용 등속 Joint에 대해서는 시제품을 만들어 기존의 제품과 Test Data를 비교 공개코저 계획하고 있습니다. 조금만 기다려 주십시오.
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MONAS Pump Co.,ltd.(www.monas.co.kr,
82-31-499-6966) . |
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