KR20100020950A - 압축성 탄성 스프링을 위한 탄성 패드 - Google Patents

Abstract

압축성 탄력 탄성 패드는 소정의 재료로 형성되고 각 둘레측 표면을 갖는 중심축을 형성(defining)하는 본체, 제1 축단부 및 제2 축단부를 포함하고, 제1 및 제2 축단부 각각은 상기 중심축에 수직으로 배치된 평면을 갖는다. 제1 융기된 돌출부는 제1 축단부의 평면 중앙에 형성되며, 제2 융기된 돌출부는 제2 축단부의 평면 중앙에 형성된다. 제1 홈은 제1 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계인 제1 축단부의 평면에 형성되고, 제2 홈은 제2 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계인 제2 축단부의 평면에 형성된다.

Description

압축성 탄성 스프링을 위한 탄성 패드 {ELASTOMERIC PAD FOR A COMPRESSIBLE ELASTOMERIC SPRING}

관련 출원들의 상호 참조

본 출원은 2007년 5월 1일 출원된 가출원 번호 60/926,987에 관한 것으로 이의 우선권을 주장하는 바이다. 본 출원은 보다 상세하게는 동시에 같이 출원된 발명의 명칭 "압축성 탄성 스프링"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호, 발명의 명칭 "압축성 탄성 스프링을 위한 플레이트"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호, 발명의 명칭 "압축성 탄성 스프링의 제조 방법"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호, 발명의 명칭 "압축성 탄성 스프링을 위한 탄성 패드의 제조 방법"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호, 발명의 명칭 "결합 요크 및 탄성 드래프트 기어"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호, 발명의 명칭 "결합 요크 및 마찰 장치를 갖는 탄성 드래프트 기어"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호, 발명의 명칭 "하우징을 갖는 탄성 드래프트 기어"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호에 관한 것이다. 이들 출원은 본 발명의 양수인에게 양도되었으며 이들 동시계속출원 공개 문서는 참조로 본 문서에 기재되어 있다.

발명의 분야

본 발명은 일반적으로 압축성 탄성 스프링에 관한 것으로, 보다 특히, 본 발명은 에너지를 흡수하기 위한 압축성 탄성 스프링에 이용가능한 압축성 탄성 패드에 관한 것이며, 보다 더 특히, 본 발명은 철도 차량 운행 시 보통 당면하게 되는 버프(buff) 및 드래프트 동적 충격력을 완충시키기 위한 드래프트 기어 조립체 내에 이용되는 압축성 탄성 스프링을 위한 압축성 탄성 패드에 관한 것이다.

일반적으로 잘 알려진 바와 같이, 탄성 패드 및 금속판을 이용하는 압축성 탄성 스프링은 에너지 흡수를 위해 다양한 용도로 광범위하게 사용되어 왔다. 또한 공지된 바와 같이, 상기 압축성 탄성 스프링의 흡수 용량은 탄성 패드 디자인의 영향을 받으며, 보다 상세하게는, 재료 선택, 성형 공정 및 플레이트에 탄성 패드의 기계적 부착에 의해 영향을 받는다. 여러 대안적 패드 디자인이 U.S. 특허 제5,351,844호(Carlstedt) 및 U.S. 특허 제4,198,037호(Anderson)에 기재되어 있다. Carlstedt는 코폴리에스테르 폴리머(copolyester polymer) 재료로 제조되며 금속판에 형성된 구멍과 기계적으로 인터록킹(interlock)된 각 단부로부터 연장된 중심 돌출부 (central projection)를 포함하는 패드를 제공한다. Anderson은 코폴리에스테르 재료로 또한 제조되며, 한 단부에 중심 돌출부 및 맞은편 단부에 중앙 소켓(central socket)을 가지며 금속판 상에서 소켓과 돌출부가 각각 인터록킹되는 패드를 제공한다.

그러나, 스프링이 더 높은 에너지를 흡수 및 완충할 수 있도록 개선된 압축 성 탄성 패드에 대한 요구가 지속적으로 있어 왔다.

발명의 요약

본 발명은 압축성 탄력 탄성 패드를 제공한다. 패드는 패드의 중심축을 형성(defining)하는 본체(body)를 포함한다. 본체는 소정의 재료로 형성되며, 둘레측 표면, 제1 축단부 및 제2 축단부 각각을 갖는다. 제1 및 제2 축단부 각각은 중심축에 수직으로 배치된 평면을 갖는다. 본 발명의 한 목적에 따르면, 패드는 제1 및 제2 축단부 중 하나의 평면 중앙에 형성된, 소정 모양의 홈(groove)을 포함한다.

본 발명의 다른 목적에 따르면, 패드는 제1 및 제2 축단부 중 최소 하나의 평면에 형성된 복수 개의 포켓(pocket)을 포함한다.

본 발명의 또 다른 목적에 따르면, 패드는 제1 축단부의 평면 중앙에 형성된 제1 융기된 돌출부 및 제2 축단부의 평면 중앙에 형성된 제2 융기된 돌출부를 포함한다. 제1 홈은 제1 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계인 제1 축단부의 평면에 형성되며, 제2 홈은 제2 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계인 제2 축단부의 평면에 형성된다.

본 발명은 또한 그에 가해진 에너지를 흡수 및 분산할 수 있는 현재 이용되는 압축성 탄성 패드의 개선 방법을 제공한다. 개선 방법은 성형 공정 중에 분자 구조 배향을 변형시키고 소정의 재료의 최대 인장 강도의 약 130%를 초과하는 에너지를 반복적으로 흡수 및 분산할 수 있도록 상기 성형 공정 중에 달성된 소정의 형상 계수(shape factor)를 갖는 소정의 재료로 상기 패드를 제조하는 것을 포함한다.

발명의 목적

그러므로, 본 발명의 제1 목적은 압축성 탄성 스프링을 위한 탄성 패드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 패드가 상기 코폴리에스테르 폴리머 재료의 최대 인장 강도의 130%를 초과하는 동적 충격 하중을 흡수 및 분산시킬 수 있는 형상 계수 및 배향된(oriented) 분자 구조를 갖는 변형된 코폴리에스테르 폴리머 재료로 제조된 탄성 패드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 축단부로부터 돌출되는 돌출부 및 상기 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계로 형성된 홈을 갖는 탄성 패드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각 축단부로부터 돌출되는 돌출부 및 상기 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계로 형성된 복수 개의 구멍을 갖는 탄성 패드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 하나 이상의 축단부에 형성된 홈을 갖는 탄성 패드를 제공하는 것이다.

상기와 같이 어느 정도 상세하게 기재된 본 발명의 여러 목적 및 장점에 더하여, 본 발명의 다양한 다른 목적 및 장점들이, 특히, 첨부된 도면 및 청구항과 함께 설명되었을 때 당업자들에게 보다 용이하게 명료해질 것이다.

본 발명의 다양한 구현예의 간단한 설명

본 발명을 보다 상세히 기재 하기 전에, 명확한 이해를 위해, 동일한 기능을 하는 동일한 구성 요소들은 도면에 나타난 여러 도면을 통해 동일한 참조 번호로 식별됨을 주지해야 한다.

본 발명을 수행하는 최선의 방법은 도 1 내지 도 8에 도시된 다양한 구현예에 따라 나타난다. 그러나, 본 발명은 설명된 구현예에 국한되지 않으며, 당업자는 본 발명의 많은 다른 구현예가 본 발명의 기본 개념에서 벗어남 없이 가능하며 그와 같은 실시는 본 발명의 범위에 해당된다는 점을 이해할 것이다. 본 발명의 다른 형태나 구성은 본 발명의 교시에 용이하게 포함될 수 있으며, 단지 여러 특정 구성들은 명확성과 공개를 위한 목적으로 제시되어 기재될 것이나, 범위를 제한하지는 않을 것임이 예측 가능하다.

본 발명은 일반적으로 110으로 지정된 압축성 탄성 패드를 제공한다. 패드(110)는 동시에 출원된 발명의 명칭 "압축성 탄성 스프링을 위한 탄성 패드의 제조 방법"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호에서 공개된 바와 같이, 일반적으로 106으로 지정된 예비 성형체(preform)으로부터 제조된다.

패드(110)는 중심축(112)을 형성(defining)하는 본체(111)를 갖는다. 본 발명의 바람직한 구현예에서, 예를 들어 직사각형과 같은, 다른 단면 형상이 본 발명에서 사용될 수 있을 지라도, 본체(111)는 중심축(112)에 대해 수직으로 배치된 원형 단면을 갖는다. 제1 축단부(114)는 본체(111)상에 배치되며, 중심축(112)에 수직으로 배치된, 바람직하게는 실질적으로, 평면(118)을 갖는다. 축방향으로 반대편의 제2 단부(116)는 또한 본체(111)에 배치되어, 중심축(112)에 대해 수직으로 배치된,바람직하게는 실질적으로, 평면(120)을 갖는다. 본체(111)는 또한 둘레측 표면(122)을 갖는다. 둘레측 표면(122)은 패드의 성형 공정 중에 달성된, 바깥쪽으로 돌출된 만곡 형상(curved shape)을 갖는다. 축단부(114, 116) 각각은 소정의 직경을 갖는다.

본 발명의 한 구현예에 따라, 패드(110)는 참조로 본 문서에 포함된 U.S. 특허 제5,351,844호 및 제4,198,037호에 공개된 기존 탄성 패드의 에너지 흡수 및 분산 능력을 향상시킨다. U.S. 특허 제5,351,844호 및 제 4,198,037호는 철도 차량의 드래프트 기어용 탄성 스프링을 공개한다.

상기 패드(110)는 예비 성형체(106) 제조 전에 변형된 열가소성 탄성체 재료로 제조된다. 패드(110)는 또한 마찰 클러치 장치의 사용 없이 상기 코폴리에스테르 폴리머 재료의 최대 인장 강도의 130%를 초과하는 동적 충격 하중의 반복적인 흡수 및 분산을 가능하게 하는 성형 공정 후에 달성된 소정의 형상 계수 및 성형 공정 중에 70% 이상 배향된 분자 구조를 갖는다. 변형되기 전의 바람직한 본래의 또는 가공전(virgin) 열가소성 탄성체 재료는 일반적인 상품명 "HYTREL", 보다 상세하게는 상품명 "Hytrel 5556"으로, 델라웨어주, 윌밍턴시의 E.I. DuPont de Nemours & Co.사에 의해 제조된 코폴리에스테르 폴리머이다. 상기 가공전 Hytrel 5556 재료는 평방 인치당 (PSI) 약 5,800 파운드의 최대 인장 강도를 특징으로 갖는다. 발견된 바와 같이, "압축성 탄성 스프링을 위한 탄성 패드의 제조 방법"이라는 발명의 명칭 하의 동시계속 U.S. 출원 호에 공개된 성형 공정과 약 3.30의 형상 계수를 결합한 변형된 재료는 패드(110)가 "압축성 탄성 스프링"이라는 발명의 명칭 하에 동시 출원된 상기 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호의 공개에 따라 스프링(100)에 설치되었을 때, 7,500 PSI보다 큰 동적 충격 하중을 반복적으로 흡수하고 분산할 수 있다. 상기 변형된 재료는 패드(110)의 구조적 일체성의 손실 없이 약 9,500 PSI 내지 약 11,000 PSI의 범위인 동적 충격 하중을 반복적으로 흡수 및 분산시킬 수 있다 것이 또한 발견되었다. 패드(110)의 형상 계수는 약 9.0 인치의 표준 미국철도협회 (AAR) 드래프트 기어 포켓의 현재 높이 각각과 약 3.25 인치의 버프 동적 충격력을 완충하는 중에 드래프트 기어 조립체의 이동에 의해 한정되고 제한된다.

본 발명의 다른 구현예에 따르면, 도 1 및 도 2에서 가장 잘 나타난 바와 같이, 패드(110)는 제1 평면(118) 중앙에 형성된 제1 돌출부(130)를 갖는다. 돌출부(130)는 소정의 높이 및 소정의 형상 각각을 갖는다. 돌출부(130)의 자유 단부면(132)은 볼록 형상(convex shape)을 갖는다. 공지된 바와 같이, 상기 돌출부(130)는 패드(110)를 플레이트(150, 190)와 인터록킹(interlocking)하는데 이용된다. 도 1 및 도 2의 바람직한 형태에 있어서, 돌출부(130)는 중심축(112)에 수직인 원형 단면을 가지며 돌출부(130)의 직경은 플레이트(150, 190)의 프롱(170) (170a, 170b)과의 마찰 물림(frictional fit)을 제공한다. 평면(118) 바깥쪽으로 돌출된 돌출부(130)의 높이(136)는 인접한 플레이트(150, 190)의 디자인을 기초로 결정된다. 본 발명과, 더 나아가 상기 동시계속출원들의 관점에 있어서, 돌출부(130)의 높이(136)는 스프링(100, 102)의 단부 부재로 사용된 플레이트(150)의 반대편 가장자리, 또는 분리판으로 사용된 플레이트(190)의 중간 평면을 지나서 돌출되지 않도록 플레이트(150, 190)의 두께를 기초로 결정된다. 선택적 제2 돌출부(130)는 제2 축단부(116)의 제2 평면(120)상에 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따라, 도 3 및 도 4에 가장 잘 나타난 바와 같이, 패드(110)는 각 평면(118, 120) 중 하나 이상에 형성된 하나 이상의 홈(140)을 갖는다. 홈(140)은 소정의 형상을 갖는다. 발명의 명칭 "압축성 탄성 스프링"의 동시계속 U.S. 특허 출원 제 호에 공개된 바와 같이, 홈(140)은 플레이트(150, 190)에 형성된 프롱(170) (170a, 170b)과 짝지워지기(mating) 위해 이용된다. 홈(140)의 폭과 깊이는 마찰 물림 방식 또는 압입형(slip fit) 방식으로 패드(110)를 프롱(170) (170a, 170b)과 인터록킹하도록 선택될 수 있다. 열가소성 또는 열경화성 재료는 홈(140)을 갖는 패드(110)의 제조에 이용될 수 있다. 도 3 및 도4의 바람직한 형태로, 소정의 재료는 하나 이상의 코폴리에스테르 폴리머 및 코폴리아미드 재료이다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따르면, 도 5 및 도 6에 가장 잘 나타난 바와 같이, 홈(140)은 소정의 단면 및 소정의 깊이를 갖는 복수 개의 포켓(148)에 의해 대체된다. 상기 동시계속 출원들의 관점에서, 포켓(148)은 프롱(170) (170a, 170b)과 일렬로 정렬되며 상기 프롱과 마찰 물림 또는 압입형 결합을 위한 크기로 제조된다. 도 5 및 도 6의 바람직한 형태에서, 포켓(148)의 소정의 형상은 프롱(170) (170a, 170b)의 형상과 일반적으로 동일하다. 상기 포켓(148)은 스프링(100, 102)의 측면 안전성을 향상시키고 재료 전단 수준(material shear levels)을 낮출 수 있을 것으로 예측된다.

본 발명은 패드(110)가 하나의 축단부상에 형성된 돌출부(130) 및 반대편 축단부에 형성된 홈(140) 또는 포켓(148)을 가질 수 있는 것으로 예측한다. 도 7 및 도 8의 본 발명의 가장 바람직한 구현예에서, 각 축단부(114, 116)은 돌출부(130)의 둘레측 표면(134)과 인접 관계로 배치된 돌출부(130) 및 홈(140)을 구비한다. 전체 평면(118, 120) 상에 패드(110)를 형성하는 중에 발생된 압력을 동일하게 하고 고르게 분산시키기 위해 홈(140)의 부피가 돌출부(130)의 부피와 실질적으로 동일한 것이 또한 바람직하다.

성형 공정 동안, 예비 성형체(106)는 패드(110)의 "밀착 높이(solid height) "로 일반적으로 알려진 최대 이동 높이까지 압축된다. 작용중에, 통상적으로 공지된 바와 같이, 본체(111)는 초기 일반 높이로부터 패드(110)에 가해진 동적 충격 하중 또는 에너지를 완충 및 흡수시키기 위한 밀착 높이와 일반적으로 동일하거나 더 낮은 높이까지 압축된다. 압축중에, 본체(111)의 높이가 감소함에 따라, 외면(122)의 직경은 증가한다. 동적 충격력 또는 에너지가 패드(110)로부터 제거되는 경우, 본체(111)는 이의 초기 높이 및 직경으로 회복된다.

도 1 내지 도 8의 패드는 성형 공정 중에 축단부(114, 116) 각각에 형성된 리세스(recess)(138)를 더 포함할 수 있다. 상기 리세스(138)의 직경은 예비 성형체(106)의 직경과 일반적으로 동일하다.

이와 같이, 본 발명은 당업자가 동일한 것을 제작하고 사용하기에 적합하도록 충분하고, 명확하고, 간결하고 정확한 용어들로 기재되었다. 상세하게 기재된 본 발명의 구현예의 구성 요소들의 변화, 변형, 등가물과 대체물은 첨부된 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명의 개념과 범위로부터 벗어나지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있는 것으로 이해할 것이다.

도 1은 본 발명의 한 구현예에 따라 제조된 압축성 탄성 패드의 평면도이다;

도 2는 도 1의 패드의 단면도이다;

도 3은 본 발명의 다른 구현예에 따라 제조된 압축성 탄성 패드의 평면도이다;

도 4는 도 3의 패드의 단면도이다;

도 5는 본 발명의 또 다른 구현예에 따라 제조된 압축성 탄성 패드의 평면도이다;

도 6은 도 5의 패드의 단면도이다;

도 7은 본 발명의 바람직한 구현예에 따라 제조된 압축성 탄성 패드의 평면도이다;

도 8은 도 7의 패드의 단면도이다.

Claims (17)

1. 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축성 탄력 탄성 패드:

   (a) 본체가 소정의 재료로 형성되고, 둘레측 표면(peripheral side surface), 제1 축단부(axial end) 및 제2 축단부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 축단부 각각은 상기 중심축에 수직으로 배치된 실질적 평면(substantially flat surface)을 갖는, 상기 패드의 중심축을 형성(defining)하는 실질적 고형 본체(substantially solid body); 및

   (b) 제1 및 제2 축단부 중 하나의 평면 중앙에 형성되고, 소정의 형태를 갖는 홈(groove).
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 실질적 고형 본체는 상기 중심축에 수직으로 배치된 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 축단부는 소정의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 둘레측 표면은 바깥쪽으로 돌출된 만곡 형상(curved shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 바깥쪽으로 돌출된 만곡 형상은 상기 패드의 성형 공정 중에 형성되는 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 패드는 상기 홈의 외주 내면과 인접하여 접촉하는 제1 및 제2 축단부 중 하나의 평면 중앙에 형성된 융기된 돌출부를 더 포함하고, 상기 돌출부는 소정의 높이 및 소정의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 돌출부의 자유 단부 표면은 볼록 형상(convex shape)을 갖는 것을 특징 으로 하는 압축성 탄성 패드.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 돌출부는 상기 중심축에 수직으로 배치된 원형 단면을 가지며, 상기 홈은 환형(annular shape)을 갖는 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 돌출부의 부피는 상기 홈의 부피와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
10. 제 1 항에 있어서,

    상기 패드는 상기 홈과 접촉하는 1 및 제2 축단부 평면 중 하나에 형성된 리세스(recess)를 더 포함하고, 상기 리세스(recess)는 소정의 깊이 및 소정의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
11. 제 1 항에 있어서,

    상기 소정의 재료는 코폴리에스테르 폴리머(copolyester polymer) 및 코폴리아미드 재료 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
12. 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축성 탄력 탄성 패드:

    (a) 본체가 소정의 재료로 형성되고, 둘레측 표면, 제1 축단부 및 제2 축단부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 축단부 각각은 상기 중심축에 수직으로 배치된 평면을 갖는, 중심축을 형성(defining)하는 실질적 고형 본체; 및

    (b) 상기 제1 및 제2 축단부 중 하나 이상의 평면에 형성된 복수 개의 포켓(pocket).
13. 성형 공정 중에 분자 구조 배향을 변형시키고 소정의 재료의 최대 인장 강도의 약 130%를 초과하는 에너지를 반복적으로 흡수 및 분산할 수 있도록 상기 성형 공정 중에 달성된 소정의 형상 계수(shape factor)를 가지는 소정의 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는, 가해진 에너지를 흡수 및 분산시킬 수 있는 압축성 탄성 패드의 개선 방법.
14. 하기를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축성 탄력 탄성 패드:

    (a) 본체가 소정의 재료로 형성되고, 둘레측 표면, 제1 축단부 및 제2 축단부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 축단부 각각은 상기 중심축에 수직으로 배치된 실질적 평면을 갖는, 중심축을 형성(defining)하는 실질적 고형 본체;

    (b) 소정의 높이 및 소정의 형상을 가지며, 상기 제1 축단부의 상기 실질적 평면 중앙에 형성된 제1 융기된 돌출부;

    (c) 소정의 높이 및 소정의 형상을 가지며, 상기 제2 축단부의 실질적 평면 중앙에 형성된 제2 융기된 돌출부;

    (d) 상기 제1 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계인 상기 제1 축단부의 실질적 평면에 형성된 제1 홈(groove); 및

    (e) 상기 제2 돌출부의 둘레측 표면과 인접 관계인 상기 제2 축단부의 실질적 평면에 형성된 제2 홈.
15. 제 14 항에 있어서,

    상기 제2 돌출부는 상기 제1 돌출부와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
16. 제 14 항에 있어서,

    상기 제2 홈은 상기 제1 홈과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.
17. 제 14 항에 있어서,

    제1 및 제2 홈 각각의 부피는 제1 및 제2 융기된 돌출부 각각의 부피와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 압축성 탄성 패드.

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