KR102314031B1 - 비금속 스프로킷 - Google Patents

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KR102314031B1
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belt sprocket
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프랭크 푸에르본
매튜 에이. 린
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콘티테크 안트립스지스테메 게엠베하
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Abstract

고 토크 스프로킷은, 외주를 한정하는 본체, 및 부싱과 맞물리기 위한 내면을 한정하는 허브 섹션을 포함한다. 연속 치형 구조체는 본체의 외주 상에 배치되고, 텍스타일 보강부는 허브 섹션의 내면에 인접하게 본체에 내장된다. 본체는 주조가능한 폴리머 재료로 형성된다. 일부 경우에, 한 개 또는 두 개의 선택적 플랜지는, 본체의 연속 치형 구조체에 바로 인접하는 측(들)에 배치되고, 일부 양태에서, 텍스타일 보강부는, 플랜지(들)의 연속 치형 구조체에 바로 인접하는 면에 내장될 수 있다. 일부 양태에서, 고 토크 스프로킷은 연속 치형 구조체의 외면에 내장된 텍스타일 보강부를 더 포함하고, 텍스타일 보강부는 나일론, 면, 아라미드, PTFE, 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다.

Description

비금속 스프로킷
본 개시 내용이 일반적으로 관련된 분야는, 벨트 스프로킷(belt sprocket)이며, 더욱 상세하게는, 표준 부싱과 함께 사용가능한 폴리머 재료로 형성된 벨트 스프로킷에 관한 것이다.
이 절에서는, 본 문서의 다양한 양태를 더욱 잘 이해할 수 있도록 배경 정보를 제공한다. 본 개시 내용의 이 절에서의 설명은 이러한 관점에서 읽어야 한다는 것이지 선행 기술을 인정하는 것이 아님을 이해해야 한다.
스프로킷은, 통상적으로 홈과 교호 방식으로 배열되는 복수의 치형부를 포함한다. 치형부와 홈은 스프로킷의 외주 전체에 걸쳐 연장된다. 치형 벨트는 치형면과 맞물린다. 고 토크 응용분야를 위한 기존의 스프로킷은 철이나 강철로 제조된다. 스프로킷은 종종 부싱을 사용하여 샤프트에 부착된다. 부싱을 사용함으로써, 많고 상이한 크기의 샤프트에 스프로킷을 설치할 수 있다. 부싱의 두 개의 일반적인 유형은 퀵 디스커넥트(quick disconnect; QD)와 테이퍼-록(Taper-Lock)이다. 이러한 부싱 유형 모두는, 샤프트에 고정되도록 스프로킷에 큰 허브 힘을 생성하는, 스프로킷 허브와 부싱 간의 테이퍼형 인터페이스를 사용한다.
동기식 벨트와 풀리는 일반적으로 5 mm, 8 mm, 14 mm, 및 20 mm의 표준 피치 크기로 제공된다. 5 mm와 8 mm 피치 크기의 비금속 풀리 제품이 일부 존재한다. 이들 제품은, 통상적으로 샤프트에 부착되도록 직선형 보어와 고정 나사를 사용하여 알루미늄 또는 강철 허브에 몰딩된 나일론으로 제조된다. 그러나, 이러한 풀리들은 고 토크 응용분야에 대하여 충분한 내구성이 없으며, 그 중 상당수는 더욱 큰 피치 크기를 필요로 한다.
따라서, 고 토크 응용분야를 위한 비금속 풀리 또는 스프로킷이 여전히 필요하며, 이러한 필요는 이하의 개시 내용에 따른 실시예들에 의해 적어도 부분적으로 충족된다.
이 절은, 본 개시 내용의 일반적인 요약을 제공하며, 반드시 본 개시 내용의 전체 범위나 모든 특징을 포괄적으로 개시하는 것은 아니다.
본 개시 내용의 제1 양태에서는, 외주를 한정하는 본체 및 부싱과 맞물리기 위한 내면을 한정하는 허브 섹션을 포함하는 고 토크 스프로킷(high torque sprocket)을 제공한다. 연속 치형 구조체는 본체의 외주 상에 배치되고, 텍스타일 보강부는 허브 섹션의 내면에 인접하게 본체에 내장된다. 본체는, 폴리우레탄 재료, 에폭시 재료, 기타 등의 주조가능한 폴리머 재료로 형성된다. 일부 경우에는, 한 개의 또는 두 개의 선택적 플랜지가 본체의 연속 치형 구조체에 바로 인접하는 측(들) 상에 배치되고, 일부 추가 양태에서, 텍스타일 보강부는, 플랜지(들)의 연속 치형 구조체에 바로 인접하는 면에 내장될 수 있다. 허브 섹션의 내면은, 테이퍼 형상일 수 있고, 종래의 QD 부싱 또는 테이퍼-록 부싱과 맞물리도록 이루어질 수 있다. 일부 응용분야에서, 고 토크 스프로킷은, 동기식 스프로킷, 기어 스프로킷, 또는 커플링으로서 사용될 수 있다. 또한, 스프로킷은, 요약이나 상세한 설명에 기재된 다른 임의의 기능부나 재료를 포함할 수 있다.
일부 양태에서, 고 토크 스프로킷은 연속 치형 구조체의 외면에 내장된 텍스타일 보강부를 더 포함하고, 텍스타일 보강부는, 나일론, 탄소 밧줄(carbon cordage), 면, 아라미드, PTFE, 및 이들의 혼합물 중에서 선택된다.
일부 양태에서, 고 토크 스프로킷은, 어떠한 금속 구조체도 없는 주조가능한 폴리머 재료 본체를 갖고, 또한, 나사산형 금속 인서트(threaded metal insert)가 내부에 배치될 수 있게 하는 포트를 한정할 수 있다. 일부 실시예에서, 연속 치형 구조체는 강철 또는 주조가능한 폴리머 재료로 형성된다.
본 개시 내용의 다른 일부 실시예에서, 고 토크 스프로킷은, 외주를 한정하는 본체 및 부싱과 맞물리기 위한 허브 섹션, 및 본체의 외주 상에 배치된 벨트 맞물림 구조체를 포함한다. 허브 섹션의 내면은 테이퍼 형상이고, 본체는, 어떠한 금속 구조체도 없는 주조가능한 폴리머 재료로 형성된다. 텍스타일 보강부는, 허브 섹션의 내면에 인접하게 본체에 내장될 수 있다. 고 토크 스프로킷은, 본체의 벨트 맞물림 구조체에 바로 인접하는 측 또는 측들 상에 배치된, 플랜지 또는 플랜지들을 더 포함할 수 있다. 일부 경우에, 텍스타일 보강부는 플랜지(들)의 벨트 맞물림 구조체에 바로 인접하는 면에 내장된다. 또한, 텍스타일 보강부는 벨트 맞물림 구조체의 외면에 내장될 수 있다. 텍스타일 보강부는, 탄소 밧줄, 나일론, 면, 아라미드, PTFE, 및 이들의 혼합물 중에서 선택될 수 있다. 허브 섹션의 내면은, 종래의 QD 부싱 또는 테이퍼-록 부싱과 맞물리도록 이루어질 수 있다. 고 토크 스프로킷은, v-벨트, 폴리 v-벨트, 마이크로 v-벨트, 또는 동기식 벨트와 맞물리는 데 사용될 수 있다. 또한, 스프로킷은, 요약이나 상세한 설명에 기재된 다른 임의의 기능부나 재료를 포함할 수 있다.
본 개시 내용의 또 다른 실시예는, 외주를 한정하는 본체 및 부싱과 맞물리기 위한 허브 섹션, 본체의 외주 상에 배치된 연속 치형 구조체, 및 허브 섹션의 내면에 내장된 텍스타일 보강부를 갖는 고 토크 스프로킷이다. 허브 섹션의 내면은 테이퍼 형상이다. 본체의 외측 부분은 주조가능한 폴리머 재료로 형성되고, 본체의 내측 부분은 강철로 형성된다. 일부 양태에서, 주조가능한 폴리머 재료는 프리코팅(precoating)을 사용하여 본체의 내측 부분에 부착되는 한편, 다른 일부 양태에서는, 주조가능한 폴리머 재료가 본체의 내측 부분 상에 주조된다. 또한, 스프로킷은, 요약이나 상세한 설명에 기재된 다른 임의의 기능부와 재료를 포함할 수 있다.
이하, 동일한 참조번호가 동일한 요소를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 개시 내용의 소정의 실시예를 설명할 것이다. 그러나, 첨부 도면은 본 명세서에 설명된 다양한 구현예를 도시하고 본 명세서에 설명된 다양한 기술의 범위를 제한하는 것으로 의미되지 않는다는 점을 이해해야 한다.
도 1은 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 고 토크 스프로킷을 사시도로 도시한다.
도 2a와 도 2b는 본 개시 내용의 실시예에 따른 일부 고 토크 스프로킷의 다른 양태를 등각도로 함께 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 본 개시 내용에 따른 스프로킷에 유용한 연속 치형 또는 홈형 패턴의 일부 예를 측면도로 도시한다.
도 4는 본 개시 내용의 일 실시예에 따른 고 토크 스프로킷과 부싱 조립체를 사시도로 도시한다.
이하의 변형예의 설명은, 본질적으로 예시적인 것일 뿐이며, 본 개시 내용, 본 개시 내용의 응용분야, 또는 사용의 범위를 결코 제한하려는 것이 아니다. 상세한 설명과 예는, 본 개시 내용의 다양한 실시예를 예시하기 위한 목적으로만 본원에 제시된 것이며, 본 개시 내용의 범위와 적용 가능성을 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다. 본 개시 내용의 조성물은 본원에서 소정의 재료를 포함하는 것으로 설명되지만, 조성물이 선택적으로 두 개 이상의 화학적으로 상이한 재료를 포함할 수 있음을 이해해야 한다. 또한, 조성물은 이미 인용된 성분 이외의 일부 성분도 포함할 수 있다. 본 개시 내용의 요약과 이러한 상세한 설명에서, 각 수치는, 일단 (미리 "약"이라는 용어에 의해 명시적으로 수식되지 않는다면) "약"이라는 용어에 의해 수식되는 것으로 읽혀져야 하며 이어서 문맥에서 달리 명시되지 않은 한 그렇게 수식되지 않는 것으로 다시 읽혀져야 한다. 또한, 본 개시 내용의 요약과 이러한 상세한 설명에서, 유용하고, 적합한 것 등으로서 열거되거나 설명되는 농도 또는 양의 범위 또는 치수는, 한계값을 포함한 그 범위 내에서의 임의의 모든 농도 또는 양 또는 치수가 언급된 것으로 간주해야 한다는 점을 의도한다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어 "1 내지 10의 범위"는, 약 1 내지 약 10의 연속체를 따라 가능한 각각의 모든 수를 나타내는 것으로 읽혀져야 한다. 따라서, 범위 내의 특정 데이터 포인트 또는 심지어 범위 내의 데이터 포인트 없음이 명시적으로 식별되거나 단지 몇 개의 특정 데이터만을 가리키는 경우에도, 본 발명자가 그 범위 내의 임의의 모든 데이터 포인트가 지정된 것으로 간주해야 함을 이해하고 인식하며, 본 발명자가 전체 범위 및 그 범위 내의 모든 포인트를 갖고 있음을 이해 및 인식한다는 점을 이해해야 한다.
명시적으로 반대로 되는 경우를 제외하고는, "또는"은, 포괄적 논리합을 가리키며 배타적 논리합을 가리키는 것이 아니다. 예를 들어, 조건 A 또는 B는, 다음에 따르는 조건들 중 임의의 하나에 의해 충족되는데, 즉, A는 참(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 존재하지 않음), A는 거짓(또는 존재하지 않음)이고 B는 참(또는 존재)이고, A와 B 모두가 참(또는 존재)인 조건들이다.
또한, "한"(a) 또는 "하나"(an)라는 표현의 사용은 본원의 실시예의 요소 및 구성요소를 설명하기 위해 사용된 것이다. 이것은 단지 편의상 및 본 개시 내용에 따른 개념의 일반적인 의미를 부여하도록 사용된 것이다. 이러한 설명은, 한 개 또는 적어도 한 개를 포함하는 것으로 읽혀져야 하며, 단수 형태는 달리 언급되지 않는 한 복수도 포함한다.
본원에 사용되는 용어와 표현은, 설명을 위한 것이며 범위를 제한하는 것으로 해석해서는 안 된다. "포함하는"(including), "구비하는"(comprising), "갖는"(having), "함유하는"(containing), 또는 "수반하는"(involving) 등의 용어와 그 변형은, 폭넓음을 의도한 것이며, 그 이후에 열거되는 대상, 균등물, 및 열거되지 않은 추가 대상을 포함한다.
또한, 본원에서 사용되는 바와 같이, "하나의 실시예"(one embodiment) 또는 "일 실시예"(an embodiment)에 대한 임의의 참조는, 해당 실시예와 관련하여 설명되는 특정 요소, 기능, 구조, 또는 특징이 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 본 명세서의 다양한 곳에서 보이는 "하나의 실시예에서"(in one embodiment)라는 문구의 출현은, 반드시 동일한 실시예를 가리키는 것은 아니다.
일부 실시예에서는, 도 1에 제시된 사시도에 도시한 바와 같이, 외주(104)를 한정하는 본체(102) 및 부싱과 맞물리기 위한 허브 섹션(106)을 포함하는 고 토크 스프로킷(100)을 제공한다. 연속 치형 구조체(108)는 본체(102)의 외주 둘레 전체에 걸쳐 배치된다. 일부 실시예에서, 텍스타일 보강부는 허브 섹션의 내면(110)에 인접하게 내장된다. 텍스타일 보강부는, 내면(110)으로부터의 임의의 적절한 거리에서 내면(110)에 인접하게 내장될 수 있어서, 부싱이 허브 섹션(106) 내에 설치되는 경우 본체(102)에 부여되는 후프 응력으로부터 본체(102) 전체에 대하여 유효한 형상 유지 강도를 제공할 수 있다.
본체(102)는, 주조가능한 폴리머 재료로 형성될 수 있고, 일부 양태에서는, 본질적으로 임의의 금속 구조체 또는 구조체들로부터 자유롭거나 이러한 금속 구조체 또는 구조체들을 갖지 않을 수 있다. 다른 일부 양태에서, 본체(102)는, 주조가능한 폴리머 재료로 형성되고, 주조가능한 폴리머 본체(102)가 부착, 주조, 또는 그 외에는 설치되는 금속 허브를 포함한다. 다른 일부 실시예에서, 본체(102)는, 본질적으로 설치된 부싱을 보유지지하도록 본체(102)의 포트 내에 설치된 금속 나사산형 인서트 및/또는 금속 칼라(collar)가 아닌 임의의 금속 구조체(들)로부터 자유롭거나 이러한 금속 구조체(들)를 갖지 않는 주조가능한 폴리머 재료로 형성되고; 이러한 경우에, 이는, 추가로 상세히 후술하는 바와 같이 이러한 별도의 금속 부품들이 하나 이상의 포트에 또는 심지어 부분적 포트들에 설치되는 경우 "본질적으로 임의의 금속 구조체(들)로부터 자유롭거나 이러한 금속 구조체(들)를 갖지 않는다"는 정의 내에 속한다.
일부 실시예에서, 본체(102)의 외주 둘레에 배치된 연속 치형 구조체(108)는, 본체(102)를 형성하는 주조가능한 재료의 연장부이거나 그 외에는 이러한 본체로부터 형성된 것이다. 이러한 경우에, 본체(102)와 치형 구조체(108)를 형성하는 재료의 매트릭스는, 본질적으로 연속 매트릭스이며, 적절한 텍스타일 보강 재료(들)가 내부에 내장되는 경우에도 그러하다. 일부 대체 실시예에서, 본체(102)의 외주 둘레에 배치된 연속 치형 구조체(108)는, 다른 폴리머 재료나 복합물, 또는 심지어 금속, 예컨대, 강철, 알루미늄 등과 같은, 본체(102)를 형성하는 주조가능한 재료와는 다른 재료로 형성된다. 또한, 선택적으로, 일부 실시예에서, 도 1에서 대안으로 도시된 바와 같이, 본체(102)의 외측 부분은 주조가능한 폴리머 재료로 형성되고 본체의 내측 부분은 강철(122)로 형성된다.
일부 양태에서, 플랜지(112)는, 본체(102)의 연속 치형 구조체(108)에 바로 인접하는 측에 배치된다. 도 1에 도시한 실시예에서는 하나의 플랜지가 예시되어 있지만, 스프로킷 실시예가 0개, 1개, 또는 2개의 플랜지를 갖는 것은 본 개시 내용의 범위 내에 있다. 일부 실시예에서, 텍스타일 보강부는, 플랜지(112)(2개가 사용되는 경우에는 플랜지들)의 연속 치형 구조체(108)에 바로 인접하는 측면(114)에 내장된다. 또한, 일부 실시예에서, 텍스타일 보강부는 연속 치형 구조체(108)의 외면에 내장된다. 도 1에 또한 도시한 바와 같이, 본체(102)는, 부싱을 보유지지하도록 적절한 파스너를 사용한 다른 구성요소에 대한 부착, 균형, 중량 최적화, 온도 전도성 등의 목적으로 본체 내부에 형성된 포트(116, 118)를 포함할 수 있다.
이제, 본 개시 내용에 따른 일부 스프로킷 실시예의 다른 양태를 도시하는 도 2a와 도 2b를 참조한다. 스프로킷(200)은, 도 2a에서 측면도 관점으로 도시되어 있으며, 본체(202)를 포함한다. 연속 치형 구조체(204)는 본체(202)의 치형 외주(206)의 둘레 전체에 걸쳐 배치된다. 선택적 플랜지(208, 210)는, 치형 외주(206)의 외측 에지로부터 외측으로 연장되고, 2개의 플랜지가 도시되어 있지만, 참조번호(208 또는 210)와 같은 1개의 플랜지를 갖거나 플랜지를 갖지 않는 것도 본 개시 내용의 범위와 사상 내에 있다. 본체(202)는, 또한, 본질적으로 부싱을 수용하고 맞물리기 위한 개구인 허브 섹션(212)을 한정한다. 섹션 A-A에서 절취한 도 2a의 단면도인 도 2b에 도시한 바와 같이, 허브 섹션(212)은, 개구(214)의 직경이 개구(216)의 직경보다 큰 테이퍼 형상이다. 본체(202)는, 또한, 적절한 파스너 시스템을 사용하여 스프로킷을 QD형 부싱에 고정하거나 그 외에는 보유지지하기 위한 포트(218)(도 2a에서는 예를 들어 3개가 도시되어 있음)를 한정할 수 있다.
이제 본 개시 내용에 따른 일부 스프로킷을 위한 맞물림 구조체로서 유용한 연속 치형 또는 홈형 패턴의 일부 예를 측면도 또는 에지 도로 도시하는 도 3a 내지 도 3d를 참조한다. 도 3a에 도시한 제1 양태에서, 도 1의 참조번호(108)로 도시하고 도 2의 참조번호(206)로 도시한 것과 같은 상승형 치형 패턴은, 본체(304)의 치형 외주를 둘러싸며, 대향하는 선택적 플랜지들(306, 308) 사이에 위치한다. 도시된 치형 패턴은, 동기식 벨트 또는 정합면을 갖는 임의의 벨트 구동 또는 이러한 벨트에 의한 구동뿐만 아니라, 동기식 스프로킷, 기어 스프로킷, 커플링 등으로서의 사용을 포함하지만 이에 제한되지 않는 여러 응용분야에 대하여 유용할 수 있다.
도 3b는, 본체(314)의 주연부 상에 연속적으로 배치되고 대향하는 선택적 플랜지들(316, 318) 사이에 위치하는 것으로 도시된 벨트 맞물림 구조체(312)를 도시한다. 벨트 맞물림 구조체(312)는 폴리 v-벨트를 구동하거나 이러한 벨트에 의해 구동되는 데 효과적이다. 벨트 맞물림 구조체(312)는, 본질적으로 본체(314)의 주연부에 엠보싱된 일련의 연속 평행 홈이다. 일부 양태에서, 벨트 맞물림 구조체(312)의 표면은 적절한 텍스타일 보강 재료로 엠보싱될 수 있다.
도 3c는, 소위 오프셋된 치형 벨트를 구동하거나 이러한 벨트에 의해 구동되는 데 유용한 또 다른 벨트 맞물림 구조체(322)를 도시하며, 이러한 벨트의 일부는, 미국 오하이오주 페어론(Fairlawn)에 소재하는 Continental Corporation에 의해 SILENTSYNC®라는 명칭으로 시판되고 있다. 오프셋된 벨트 맞물림 구조체(322)는 본체(324)의 주연부 상에 연속적으로 배치된다. 벨트 맞물림 구조체(322)는, 정합 오프셋 치형 벨트 상의 치형부와 메싱되도록 설계된 랜딩부와 치형부의 오프셋 행들을 포함한다. 전술한 것과 유사하게, 벨트 맞물림 구조체(322)의 표면은 적합한 텍스타일 보강 재료로 엠보싱될 수 있다.
도 3d는, 본체(334)의 외주 상에 연속적으로 배치되고 대향하는 선택적 플랜지(336)와 선택적 플랜지(338) 사이에 위치하는 것으로 도시된, v-벨트와 맞물리는 벨트 맞물림 구조체(332)를 도시한다. 여기서, 벨트 맞물림 구조체(332)의 표면도 적절한 텍스타일 보강 재료로 엠보싱될 수 있다.
이제, 고 토크 스프로킷과 부싱 조립체(400)를 사시도로 도시하는 도 4를 참조한다. 스프로킷과 부싱 조립체(400)는 스프로킷(402) 및 부싱(404)을 포함한다. QD 부싱이 참조번호(404)로서 도시되어 있지만, 다른 일부 양태에서는, 테이퍼형 부싱을 사용할 수도 있다. 부싱(404)은, 부싱(404)을 수용하도록 스프로킷(402)의 본체에 의해 한정된 오목한 허브(406) 내에 설치될 수 있고, 스프로킷(402)의 본체 내의 정렬된 상보적 나사산형 포트와 맞물리는 부싱(404)의 포트(410)를 통해 설치되는 나사(408)(1개 도시되어 있음) 등의 임의의 적절한 고정 수단에 의해 보유지지될 수 있고, 이에 따라 스프로킷(402)과 부싱(404)을 서로 고정할 수 있다. 대안으로, 나사(408)는, 내부의 포트를 통해 스프로킷(402)의 반대측으로부터 설치될 수 있고, 스프로킷(402)과 부싱(404)을 고정하도록 부싱(404)의 나사산형 포트(412) 내로 나사 결합될 수 있다.
스프로킷(402)은 본 개시 내용에 따른 임의의 적합한 설계로 된 것일 수 있다. 도 4에 도시한 실시예에서, 스프로킷(402)은, 외주를 한정하는 본체(414), 및 부싱(404)과 맞물리기 위한 오목한 허브 섹션(406)을 포함한다. 연속 치형 구조체(416)는 본체(414)의 외주 둘레 전체에 걸쳐 배치된다. 전술한 바와 같이, 텍스타일 보강부는 내면에 인접하게 허브 섹션(406)에 내장될 수 있고/있거나 텍스타일 보강부는 연속 치형 구조체(416)의 외면에 내장될 수 있다. 플랜지(418)는 본체(414)의 연속 치형 구조체(416)에 바로 인접하는 일측 또는 양측에 배치될 수 있으며, 텍스타일 보강부는, 일부 경우에는 플랜지(들)의 측면에 내장될 수 있다.
부싱(404)은, 강철로 형성될 수 있거나, 일부 경우에는, 본원에서 스프로킷 실시예에 대해 기술된 바와 유사한 주조가능한 폴리머 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 부싱(404)은, 부싱의 포트 내에 설치된 금속 나사산형 인서트 및/또는 금속 칼라 이외의 임의의 금속 구조체(들)로부터 본질적으로 자유롭거나 이러한 금속 구조체(들)가 없는 주조가능한 폴리머 재료로 형성된다. 대안으로, 부싱(404)은 주조가능한 폴리머 재료와 금속 성분 모두로 형성될 수 있다. 일부 양태에서, 부싱(404)은, 허브 섹션(406)에 설치되는 부싱(404) 부분의 외면에 인접하게 내장된 텍스타일 보강 재료(들)를 가질 수 있다.
임의의 바람직한 중량 및 배향으로 직물 또는 부직물을 포함하지만 이에 제한되지 않는 임의의 적절한 텍스타일 보강 재료는, 본 개시 내용에 따른 실시예에서 사용될 수 있으며, 일부 경우에, 적절한 엘라스토머층 또는 접착층에 의해 분리된 다수의 개별 겹(ply)으로 구성된다. 다른 일부 양태에서, 텍스타일 보강부는 단일 겹이다. 텍스타일 보강 재료는, 폴리에스테르, 나일론, 아라미드(예를 들면, 케블라), 유리, 폴리프로필렌, 탄소 밧줄, 셀룰로오스, 울 등을 포함하는 광범위한 합성 섬유 및 천연 섬유에 기초할 수 있다. 섬유는 멀티 필라멘트, 모노 필라멘트 또는 스테이플 섬유일 수 있다. 일부 실시예에서, 텍스타일 보강 재료는 폴리에스테르 및/또는 나일론의 단일 겹이다. 폴리에스테르는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 나프탈레이트일 수 있다. 일부 경우에, 폴리에스테르는, 테레프탈산과 이소프탈산 또는 이들의 디메틸 에스테르 모두로부터 유도된 반복 단위를 함유하는 코폴리에스테르일 수 있다. 이러한 경우, 코폴리에스테르는 통상적으로 약 95 중량% 이상의 테레프탈산 및 약 5 중량% 이하의 이소프탈산을 함유할 것이다. 더욱 통상적으로, 코폴리에스테르는 약 97 중량% 이상의 테레프탈산 및 약 3 중량% 이하의 이소프탈산을 함유할 것이다. 폴리에스테르 직물은, 선택적으로, 접착 특성을 개선하도록 폴리에스테르 스테이플 얀(yarn)으로 제조될 수 있다. 본 개시 내용과 함께 사용될 수 있는 나일론 직물은, 실질적으로 임의의 유형의 나일론, 예컨대 나일론-6,6, 나일론-6,12, 나일론-6,10, 나일론-6,9, 나일론-6, 나일론-11, 또는 나일론-12로 이루어질 수 있다. 상업적 이유로, 나일론은 통상적으로 나일론-6,6 또는 나일론 6일 것이다.
본 개시 내용에 따른 스프로킷 본체를 형성하는 주조가능한 재료는, 폴리우레탄 폴리머, 폴리에스테르 폴리머, 에폭시 폴리머 등과 같은 주조가능한 폴리머 재료를 포함한다. 폴리머 주조는, 몰드를 액체 합성 폴리머로 충전한 후 경화시키는 주조 방법이다. 본 개시 내용에 따른 실시예에서, 주조는, 코폴리머인 최종 산물을 형성하는 데 사용하기 위한 제2 폴리머 또는 반응물을 기능적으로 함유하는 유효량의 액체 "경화제" 더하기 액체 폴리머를 사용하여 달성될 수 있다. 코폴리머는 최종 폴리머 분자에 2개의 상이한 교번 화학 물질을 함유한다. 예를 들어, 폴리우레탄 주조 공정에서, 폴리우레탄 폴리머 구조체는, 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트를 폴리올과 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 폴리우레탄을 제조하는 데 사용되는 이소시아네이트와 폴리올 모두는 평균 분자당 2개 이상의 작용기를 함유한다. 재료들을 혼합하고, 몰드 내에 도입하고, 소정의 조건(즉, 온도, 시간, 압력 등)에 노출시켜 폴리우레탄 폴리머 구조체 또는 본체를 형성한다. 일부 양태에서, 스프로킷 본체 또는 스프로킷 본체의 일부는, 비어있는 몰드 내의 압력을 충분히 감소시키고, 저압을 사용하여 반응 성분들을 비어있는 몰드 내에 전달하고, 이러한 반응 성분들이 그 다음 반응하여 몰드 내에 스프로킷 본체를 주조하는 저압 주조 공정에 의해 제조된다. 다른 일부 양태에서는, 몰드 내의 압력을 감소시키는 것을 포함하지 않는 압축 몰드 공정을 사용하여 스프로킷이 형성되기 보다는, 오히려, 고압을 사용하여 반응 성분들을 비어있는 몰드 내에 전달하고, 몰드 내에 스프로킷을 형성할 때 구성요소들에 충분한 힘을 가한다.
스프로킷 본체를 형성하는 데 사용되는 폴리머 재료는, 또한, 당업자에게 공지된 관례적인 또는 적절한 양으로 다양한 첨가제와 함께 혼합될 수 있다. 이러한 첨가제는, 가교결합제, 촉진제, 과도하게 빠른 경화를 방지하기 위한 지연제, 항산화제, 노화 방지 보조제(예를 들어, 오존 및 UV 내성), 접착 촉진제, 가공 보조제, 난연 첨가제, 보강제와 충전제, 예컨대, 카본 블랙, 실리카, 기타 미네랄 충전제, 리그닌, 섬유, 마찰 개질제, 예컨대, UHMWPE와 PTFE 등을 포함할 수 있지만, 이러한 예로 한정되지는 않는다. 일부 경우에는, 정전기 축적을 제어 및/또는 감소시키도록 카본 블랙, 은 염, 또는 다른 임의의 적절한 도전성 재료를 또한 첨가할 수 있다. 보강 충전제는, 통상적으로 수지 100부당 약 50부(phr) 내지 약 150 phr 범위 내의 수준으로 이용된다.
본 개시 내용에 따른 실시예의 장점은, 고 토크 부하 하에서 경량이면서 내마모성을 갖는 스프로킷을 포함한다. 스프로킷 실시예는, 또한, 기존 기술보다 제조 비용이 덜 들고, 상당한 추가 비용 없이 플랜지 또는 플랜지들을 스프로킷에 추가할 수 있다. 스프로킷 실시예는, 또한, 매우 정밀하고, 강하고, 내마모성의 치형 영역과 홈 영역을 생성하면서 임의의 원하는 성형 설계를 스프로킷 내에 쉽게 주조할 수 있게 한다. 또한, 스프로킷 실시예는, 내부식성을 갖고, 도장 또는 다른 내식성 마감을 필요로 하지 않는다.
응용분야에 있어서, 본 개시 내용의 실시예는, v-벨트, 폴리 v-벨트, 마이크로 v-벨트, 또는 동기식 벨트와 같은 벨트와 맞물리고 이러한 벨트를 구동하거나 이러한 벨트에 의해 구동되는 데 유용할 수 있다. 다른 응용분야에서, 스프로킷 실시예는, 또한, 동기식 스프로킷, 기어 스프로킷, 또는 커플링으로서 사용될 수 있다.
본 개시 내용에 따른 실시예는, 예를 들어, 약 0.1 ft·lb 내지 약 4,000 ft·lb, 약 10 ft·lb 내지 약 1,000 ft·lb, 약 150 ft·lb 이상, 약 200 ft·lb 이상, 약 250 ft·lb 이상, 약 300 ft·lb 이상, 또는 심지어 약 400 ft·lb 이상의 범위가 좁고 넓은 모두인 적절한 토크 부하들의 범위에 걸쳐 이용될 수 있다. 스프로킷/풀리 실시예는, 약 1인치 내지 약 45인치의 직경과 같은 그러나 이에 제한되지 않는 임의의 적절한 직경으로 된 것일 수 있다. 치형 구조체의 폭은, 약 0.25인치 너비 내지 약 10인치 너비, 또는 심지어 약 0.375인치 너비 내지 약 8인치 너비를 포함하는 임의의 적절한 폭일 수 있다. 또한, 치형 구조체는, 8 mm 피치 내지 14 mm 피치 또는 그 사이의 임의의 지점을 포함하지만 이에 한정되지 않는 임의의 적용가능한 치형부 피치를 가질 수 있다.
하나의 실험예에서, 도 1에 도시된 것과 유사한 한 쌍의 스프로킷 각각을, 주조가능한 폴리우레탄으로 형성하였으며, 텍스타일 보강재를 허브 섹션의 내면에 인접하게 본체에 내장하였다. 한 쌍의 스프로킷 각각은, 14 mm의 치형부 피치, 약 5.5인치의 직경 및, 43 mm의 폭을 갖는, 32-치형부 연속 치형 구조체를 가졌다. 스프로킷을 허브 내에 설치된 QD 부싱을 사용하여 샤프트 상에 장착하였다. 한 스프로킷은 구동부(driver)로서 사용되었으며, 나머지 스프로킷이 구동되었다. 드라이버 스프로킷을 사용하여 37 mm 폭 벨트(ContiTech® 벨트 번호 14GTR-1750-37)를 450 RPM에서 4,000시간 동안 2633인치·파운드의 토크로 구동하였으며, 결국 피구동 스프로킷을 구동하였다. 치형부 표면 상의 경미한 마모 이외에는 이러한 시험 조건 후에 스프로킷에 고장이나 다른 임의의 심각한 손상이 없었다.
전술한 실시예들의 설명은 예시 및 설명의 목적으로 제공되었다. 예시적인 실시예들은, 본 개시 내용이 충분히 철저하게 이루어지고 당업자에게 그 범위를 전달하도록 제공된 것이다. 특정 구성요소, 장치, 및 방법의 예들과 같은 많은 특정 세부 사항은, 본 개시 내용의 실시예에 대한 완전한 이해를 제공하도록 설명되었지만, 본 개시 내용을 포괄적으로 설명하거나 제한하려는 것은 아니다. 특정 실시예의 개별 요소들 또는 기능부들은, 일반적으로 그 특정 실시예로 한정되지 않지만, 해당되는 경우, 상호교환될 수 있으며, 특정하게 도시하거나 설명하지 않더라도 선택된 실시예에서 사용될 수 있다는 점이 본 개시 내용의 범위 내에 있음을 이해할 것이다. 동일한 것이, 또한, 많은 방식으로 다양할 수 있다. 이러한 변형예를 본 개시 내용으로부터 벗어난 것으로서 간주해서는 안 되며, 이러한 모든 변경을 본 개시 내용의 범위 내에 포함하는 것으로 의도된다.
또한, 일부 예시적인 실시예에서, 널리 공지된 공정, 널리 공지된 장치 구조, 및 널리 공지된 기술은 상세히 설명되지 않는다. 또한, 예를 들어, 본 개시 내용에 설명된 것을 달성하기 위한 장치의 설계, 제조, 및 동작에 있어서, 장치 설계, 구성, 조건, 구성요소의 소거, 구성요소들 간의 갭의 변형예를 제시할 수 있다는 점이 당업자라면 용이하게 분명할 것이다.
제1, 제2, 제3 등의 용어가 본원에서 다양한 요소, 구성요소, 영역, 층, 및/또는 섹션을 설명하는 데 사용될 수 있지만, 이들 요소, 구성요소, 영역, 층, 및/또는 섹션이 이들 용어에 의해 제한해서는 안 된다. 이들 용어는, 하나의 요소, 구성요소, 영역, 층, 또는 섹션을 다른 영역, 층, 또는 섹션과 구별하는 데에만 사용될 수 있다. "제1", "제2" 및 다른 수치 용어 등의 용어들은, 본원에서 사용되는 경우, 문맥에 의해 명확하게 나타내지 않는 한 시퀀스 또는 순서를 의미하지 않는다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 요소, 구성요소, 영역, 층, 또는 섹션은, 예시적인 실시예의 교시를 벗어나지 않고 제2 요소, 구성요소, 영역, 층, 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
본원에서는 설명을 용이하게 하도록 "내측", "인접", "외측", "밑", "아래", "하측", "위의", "상측" 등과 같은 공간적으로 비교상의 용어들을 사용하여 도면에 도시된 바와 같은 하나의 요소 또는 기능부와 다른 요소(들) 또는 기능부(들)의 관계를 설명할 수 있다. 공간적으로 비교상의 용어들은, 도면에 도시된 배향에 더하여 사용 또는 작동 중의 장치의 상이한 배향을 포함하고자 하는 것일 수 있다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 기능부의 "아래" 또는 "밑"으로서 기술된 요소는 그 때 그 다른 요소 또는 기능부의 "위에" 배향될 것이다. 따라서, 예시적인 "아래"라는 용어는 위와 아래의 배향 모두를 포함할 수 있다. 장치는, 다른 방식으로 배향될 수 있고(90도 또는 다른 배향으로 회전될 수 있고), 본원에서 사용되는 공간적으로 비교상의 기술어가 이에 따라 해석될 수 있다.
본 개시 내용의 몇몇 실시예를 상세히 상술하였지만, 당업자라면, 본 개시 내용의 교시를 실질적으로 벗어나지 않고 많은 변경이 가능하다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 이에 따라, 이러한 변경은 청구범위에서 정의된 바와 같은 본 개시 내용의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 고 토크 벨트 스프로킷(high torque belt sprocket; 100)으로서,
    외주(104)를 한정하는 본체(102), 상기 고 토크 벨트 스프로킷과의 고정을 위한 적어도 하나의 나사산형 포트를 포함하는 부싱과 맞물리기 위한 내면(110)을 한정하는 오목한 허브 섹션(106), 및 상기 본체(102)의 상기 외주(104) 상에 배치되는 연속 치형 구조체(108)를 포함하고,
    상기 허브 섹션(106)의 내면은 QD 부싱 또는 테이퍼-록 부싱과 맞물리도록 이루어진, 고 토크 벨트 스프로킷에 있어서,
    상기 허브 섹션(106)의 상기 내면(110) 근처에서 상기 내면(110)으로부터의 일정한 거리에서 상기 본체(102)에 내장되는 텍스타일 보강부를 포함하며, 상기 본체(102)는 주조가능한 폴리우레탄 재료로 형성되고,
    상기 주조가능한 폴리우레탄 재료는 상기 본체를 형성하도록 몰드(mold)를 채우고 경화되는 액체로 구성되고, 상기 주조가능한 폴리우레탄 재료에는 어떠한 섬유도 없으며,
    상기 고 토크 벨트 스프로킷(100)은 상기 연속 치형 구조체(108)의 외면에 상기 외면으로부터 이격되어 내장된(embedded) 추가적인 텍스타일 보강부를 더 포함하고,
    상기 텍스타일 보강부는, 나일론, 면, 아라미드, PTFE, 탄소 밧줄(cordage), 및 이들의 혼합물 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는,
    고 토크 벨트 스프로킷(100).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체(102)의 상기 연속 치형 구조체(108)에 바로 인접하는 측에 배치된 플랜지(112)를 더 포함하는,
    고 토크 벨트 스프로킷(100).
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연속 치형 구조체(108)에 바로 인접하게 상기 연속 치형 구조체(108)로부터의 일정한 거리에서 상기 플랜지(112)의 면에 내장된 추가적인 텍스타일 보강부를 더 포함하는,
    고 토크 벨트 스프로킷(100).
  4. 삭제
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 허브 섹션(106)의 내면은 테이퍼 형상인,
    고 토크 벨트 스프로킷(100).
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체(102)에는 어떠한 금속 구조체도 없는,
    고 토크 벨트 스프로킷(100).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 본체(102)는, 내부에 배치된 나사산형 인서트를 포함하는 포트(116, 118)를 한정하는,
    고 토크 벨트 스프로킷(100).
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연속 치형 구조체(108)는 강철 또는 주조가능한 폴리머 재료로 형성된,
    고 토크 벨트 스프로킷(100).
  10. 삭제
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