KR20110045062A - 코드 및 폴리머 재킷 재료 내에 마찰 안정제를 갖는 폴리머 재킷 조립체 - Google Patents

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KR20110045062A
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Abstract

예시적 조립체는 적어도 하나의 세장형 인장 부재(32)를 포함한다. 재킷은 인장 부재(32)의 적어도 일부를 덮는다. 재킷은 재킷 상의 적어도 외부 표면의 원하는 마찰 특징 유지를 돕는 마찰 안정제(62)를 포함하는 폴리머 재료(64, 68)를 포함한다.

Description

코드 및 폴리머 재킷 재료 내에 마찰 안정제를 갖는 폴리머 재킷 조립체{CORD AND POLYMER JACKET ASSEMBLY HAVING A FRICTION STABILIZER IN THE POLYMER JACKET MATERIAL}
세장형의 유연한 조립체들(elongated flexible assemblies), 예컨대 엘리베이터 부하 베어링 부재(elevator load bearing member)들 또는 로핑 배열체(roping arrangemet)들, 승객 수송장치(passenger conveyor)와 같은 기계를 위한 구동 벨트들 및 승객 수송장치용 핸드레일들에 대한 여러 수요가 존재한다. 이러한 조립체들은 폴리우레탄 재킷으로 덮인 복수의 코드들을 갖도록 설계될 수 있다.
예를 들어, 미국특허 US 6,295,799 및 US 6,739,433은 엘리베이터 시스템 내의 엘리베이터 차체 및 평형추를 매다는 데 쓰이는 벨트들을 제시하고 있다. 미국특허 US 4,982,829에는 예시적인 승객 수송장치 핸드레일 구조가 제시되어 있다. 미국특허 US 6,540,060에는 예시적인 승객 수송장치 구동 벨트가 제시되어 있다.
이러한 조립체들의 한가지 측면은 그들이 다른 시스템 구성요소들과 상호작용한다는 것이다. 재킷과 다른 시스템 구성요소들 간의 마찰계수는 통상적으로 충분한 성능을 얻도록 선택된다. 예를 들어, 엘리베이터 차체의 움직임을 제어하기 위하여 엘리베이터 부하 베어링 부재들과 구동 시브 간에 충분한 마찰을 얻기 위해 소정의 마찰이 있는 것이 바람직하다. 시브나, 재킷이나 또는 이 둘 모두 상의 표면 거칠기는 그들 간의 마찰계수에 영향을 미치는 한가지 인자이다. 또 다른 인자는 재킷 재료의 화학적 조성이다.
승객 수송장치용 핸드레일들은 다른 마찰 특징 요건들을 갖는다. 핸드레일의 일 측은 가이던스(guidance)를 따라 미끄러진다. 핸드레일의 이동은 핸드레일과 가이던스 간에 제한된 마찰을 갖거나 마찰 없이 이루어지는 것이 바람직하다. 핸드레일의 다른 측은 컨베이어 상에 오른 승객들을 위한 파지면(gripping surface)을 제공하는 것이다. 파지면은 상이한 마찰 특징들을 필요로 한다. 파지면은 흔히 핸드레일을 구동시키는 데 이용되는 롤러들과 결합된다. 이러한 배열에 있어, 원하는 움직임을 얻기 위해 핸드레일과 구동 배열체(drive arrangement) 간에 충분한 양의 마찰을 유지할 필요가 있다.
시간이 지남에 따라, 이러한 구성요소들간의 마찰계수는 변하려는 경향이 있다. 예를 들어, 표면 거칠기나, 계면 화학(surface chemistry)이나 또는 이들 둘 모두가 변할 수 있다. 표면 오염물이 축적될 수도 있으며, 이들을 제거될 필요가 있다. 유지보수 과정 동안 세정제(cleaning solvent) 또는 윤활제가 이용될 수도 있다. 이들 인자들 중 여하한의 인자가 표면 거칠기나, 계면 화학이나 또는 이들 둘 모두를 변경시킬 수 있으며, 이는 구성요소들의 마찰 특징들의 변동성을 더욱 증대시킨다. 원하는 마찰 특징들을 유지시키기 위한 추가적인 노력을 기울일 필요가 있다. 알려진 시도들이 있는 경우에도, 결과는 일관되거나 충분히 정밀하지 않다. 예를 들어, 원하는 수준의 성능을 유지시키기 위해서는 일정한 마찰 특성들을 유지시키는 것이 바람직하다.
예시적 조립체는 적어도 하나의 세장형 인장 부재(elongated tension member)를 포함한다. 재킷은 인장 부재의 적어도 일부를 덮는다. 재킷은 재킷 상의 적어도 외부 표면의 원하는 마찰 특징 유지를 돕는 마찰 안정제(friction stabilizer)를 포함하는 폴리머 재료를 포함한다.
적어도 부분적으로 재킷으로 덮인 적어도 하나의 세장형 인장 부재를 갖는 조립체를 만드는 예시적인 방법은, 섞인 재료의 마스터 뱃치(master batch)를 제공하기 위하여 마찰 안정제와 폴리머 기초 수지를 섞는 단계를 포함한다. 그 다음, 섞인 재료는 재킷 재료를 생산하기 위해 기초 폴리머 재료(base polymer material)와 혼합된다. 그 다음, 재킷 재료는 원하는 형상의 재킷을 형성하기 위하여 인장 부재의 적어도 일 부분 상으로 성형된다(molded).
당업자라면 후속하는 상세한 설명부로부터 개시된 예들의 다양한 특징들 및 장점들이 명확히 이해될 것이다. 상세한 설명부에 첨부된 도면들은 다음과 같이 간략하게 설명될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 부하 베어링 부재를 포함하는 엘리베이터 시스템의 선택된 부분들의 개략도,
도 2는 일 예시적 엘리베이터 부하 베어링 부재 조립체를 개략적으로 나타낸 끝단면도,
도 3은 다른 예시적 부하 베어링 부재 조립체를 개략적으로 예시한 끝단면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 구동 벨트 및 핸드레일을 포함하는 승객 컨베이어를 개략적으로 예시한 도,
도 5는 예시적 구동 벨트 구조의 개략도,
도 6은 예시적 핸드레일 구조의 개략도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 설계된 조립체를 만드는 예시적 방법을 개략적으로 예시한 도이다.
도 1은 예시적 엘리베이터 시스템(20)의 선택된 부분들을 개략적으로 나타내고 있다. 엘리베이터 차체(22) 및 평형추(24)는 부하 베어링 부재(26)에 의하여 매달려 있다. 일 예시에서, 부하 베어링 부재(26)는 복수의 편평한 벨트(flat belt)들을 포함한다. 다른 예시에서, 부하 베어링 부재(26)는 복수의 둥근 로프(round rope)들을 포함한다.
부하 베어링 조립체(26)는 엘리베이터 차체(22) 및 평형추(24)의 무게를 지지하며, 엘리베이터 차체(22)가 시브들(28 및 30)을 따라 이동하여 원하는 위치로 원활하게 움직일 수 있게 한다. 시브들 중 하나는 엘리베이터 차체(22)의 원하는 움직임 및 배치를 유도하기 위해 알려진 방식으로 엘리베이터 기계에 의하여 움직이는 구동 시브(traction sheave)이다. 몇몇 예에서, 예컨대 편평한 벨트를 이용하는 경우, 구동 시브는 기계의 샤프트를 포함할 수 있다(즉, 샤프트에 장착되는 별개의 구성요소는 없다). 본 예시의 다른 시브는 아이들러 시브(idler sheave)이다.
도 2는 예시적 부하 베어링 조립체(26)의 예시적인 편평한 벨트 구조를 개략적으로 나타낸 끝단면도이다. 이 예시에서, 편평한 벨트는 복수의 세장형 코드 인장 부재들(32) 및 상기 인장 부재들(32)과 접촉하는 폴리머 재킷(34)을 포함한다. 이 예시에서, 재킷(34)은 인장 부재들(32)을 감싼다(encase). 일 예시에서, 인장 부재들(32)은 강철과 같은 권취된(wound) 금속계 코드들을 포함한다. 폴리머 재킷(34)은, 일 예시에서 열가소성 엘라스토머를 포함한다. 일 예시에서, 재킷(34)은 열가소성 폴리우레탄을 포함한다.
도 3에는 또 다른 예시가 개략적으로 도시되어 있다. 부하 베어링 조립체(26)의 일부로서 사용되는 로프의 끝단면도는 적어도 하나의 인장 부재(32) 및 폴리머 재킷(34)을 포함한다. 도 3의 예시에서, 상술된 것과 동일한 재료들이 이용될 수 있다.
예시적 벨트 상의 부하는 인장 부재(32)에 의하여 지지된다. 재킷(34)과 시브(28, 30) 간의 상호작용은, 예를 들어 충분한 구동력을 얻기 위하여 원하는 양의 마찰을 필요로 한다. 원하는 마찰계수를 유지하는 것이 일관된 시스템 성능을 보장한다. 도 2 및 도 3의 예시들 각각에서, 재킷(34)의 폴리머 재료는 재킷(34) 상의 적어도 외부 표면의 원하는 마찰 특징 유지를 돕는 마찰 안정제를 포함한다.
도 4는 예시적인 승객 수송장치(40)를 개략적으로 예시하고 있다. 이 예시에서는, 승강장 44와 46 사이에서 승객들을 수송하기 위하여 복수의 계단(42)이 알려진 방식으로 이동한다. 승객들이 승객 수송장치(40) 상에서 이동하는 동안 잡을 수 있도록 핸드레일(48)이 제공된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 핸드레일(48)은 적어도 부분적으로 폴리머 재킷(34)으로 덮인 강철 코드들과 같은 복수의 인장 부재들(32)을 포함한다. 이 예시에서 폴리머 재킷은 핸드레일(48)의 몸체 및 파지면(gripping surface)을 구성한다. 폴리머 재킷 재료는 재킷(34) 상의 적어도 외부 파지면의 원하는 마찰 특징의 유지를 돕는 적어도 하나의 마찰 안정제를 포함한다.
도 4의 예시는 계단들(42)을 원하는 방향으로 추진하기 위한 구동 배열체(drive arrangement; 50)를 포함한다. 모터(52)는 구동 시브(54)를 회전시켜 구동 벨트(56)를 이동시킨다. 도 5에 도시된 바와 같이, 예시적 구동 벨트(56)는 재킷(34)으로 덮인 복수의 세장형 코드 인장 부재들(32)을 갖는다. 재킷 재료는 구동 시브(54) 상의 대응되는 표면과 상호작용하는 티스(teeth; 57)를 구성한다. 계단 체인(58)(도 4)은 계단(42)의 원하는 움직임이 가능하도록 하기 위해 구동 벨트(56) 상의 티스(59)와 결합된다.
원하는 마찰의 양은 한편으로는 구동 벨트(56)와 다른 한편으로는 구동 시브(54) 또는 계단 체인(58) 간의 원하는 상호작용을 보장하는 데 유용하다. 이 예시에서, 구동 벨트(56)는 재킷(34) 상의 적어도 외부 표면의 원하는 마찰 특징 유지를 돕는 적어도 하나의 마찰 안정제를 갖는 폴리머 재킷 재료를 포함한다.
예시의 인장 부재(32)들을 위해 금속이 이용되는 경우, 금속 재료는 코팅되지 않거나, 코팅되거나 또는 보호 금속으로 도금될 수도 있다. 예를 들어, 베이스 철 금속(base ferrous metal)은 아연, 주석 또는 구리로 도금되거나 코팅될 수 있다.
도 7은, 엘리베이터 부하 베어링 부재, 승객 수송장치 핸드레일 또는 승객 수송장치에 이용되는 것과 같은 구동 벨트와 같은 조립체를 만드는 60의 예시적 방법을 개략적으로 예시하고 있다. 마찰 안정제(62)는 마스터 뱃치 믹서(66) 내에서 기초 폴리머 수지(64)의 공급물과 섞인다.
마찰 안정제(62)는 멜라민-계나, 포스페이트-계 중 하나 또는 이 둘 모두이다. 예시적 마찰 안정제들은 멜라민 솔트를 함유한 비할로겐을 포함한다. 몇몇 예시의 멜라민 솔트 마찰 안정제들은 멜라민 시아누르산염(melamine cyanurate) 및 멜라민-포스페이트(melamine-phosphate)를 포함한다. 상기 예시들은 열가소성 폴리우레탄 재킷 재료를 갖는 것이 유용하다.
일 예시의 마찰 안정제들은 유기 포스페이트들을 포함한다. 이러한 한가지 예시는 탄화수소 포스페이트를 포함한다. 이러한 마찰 안정제는 용융-가공성(melt processible) 고무들과 같은 엘라스토머 합금(elastomeric)을 포함하는 재킷 재료들을 갖는 것이 유용하다.
마찰 안정제의 양은 타겟 마찰 특징들을 달성하기 위해 변할 수 있다. 일 예시에서, 마스터 뱃치 믹서(66) 내에서 기초 폴리머 수지와 섞이는 마찰 안정제의 양은 20 중량% 내지 50 중량%이다. 그 다음, 이 예시에서 섞인 재료의 결과적인 마스터 뱃치는 재킷 재료 믹서(70) 내의 기초 폴리머 재료(68)와 혼합된다. 믹서(70)에서 섞임 후의 결과적인 재킷 재료는 질량의 최대 20 %의 마찰 안정제를 포함할 수 있다. 일 예는 재킷 재료 내에 0.2 중량% 내지 20 중량%의 마찰 안정제를 포함한다. 일 예에서, 재킷 재료 믹서(70) 내의 결과적인 폴리머 재료는 대략 0.2 중량% 내지 대략 10 중량%의 마찰 안정제를 포함한다.
도 7을 참조하면, 이 예시의 재킷 재료는 원하는 기하학적 구조의 재킷을 제공하기 위하여 성형 장치(molding device)와 같은 재킷 형성 스테이션(72)에서 형성된다. 나타난 예시에서는, 복수의 스풀들(74)이, 재킷이 인장 부재들(32)의 적어도 하나의 외부 표면 상으로 성형되어 원하는 조립체를 형성하는 재킷 형성 스테이션(72)으로 인장 부재들(32)을 공급한다. 도 5의 경우에, 결과적인 조립체는 엘리베이터 부하 베어링 부재(26)이다.
멜라민-계 또는 포스페이트-계 마찰 안정제를 재킷 폴리머 재료의 20 중량%까지의 양으로 제공하면, 재킷 재료의 마찰 특징의 장기간 지속성을 증대시킨다. 마찰 안정제는 시간에 걸친 마찰 특징의 변화를 최소화하거나 방지한다.
재킷이 특정 응용례에 대해 원하는 바와 같이 기능하도록[예를 들어, 조립체가 승객 수송장치 핸드레일을 포함하는 경우 가이던스를 따르거나(follow a guidance), 조립체가 벨트와 같은 구동 부재를 포함하는 경우 충분한 구동력을 전달하거나, 또는 조립체가 엘리베이터 부하 베어링 부재를 포함하는 경우 엘리베이터 차체를 이동시키기 위한 충분한 구동력을 얻을 수 있도록] 하기 위해, 적어도 일 실시예에서 마찰 안정제의 존재는 기초 폴리머 재료의 유연성과 같은 재킷 재료의 다른 특성들을 간섭하거나 상기 다른 특성들을 불리하게 변화시키지 않는다. 추가적으로, 재킷을 원하는 형상으로 성형하고 재킷(34)과 인장 부재(32) 간에 양호한 접착력을 유지하기 위한 능력이 상충되지 않는다. 실제에 있어, 재킷(34)의 재료와 인장 부재(32) 간의 접착력은 재킷 재료의 마찰 안정제의 존재로 인해 향상된다.
예시의 마찰 안정제들은 그들 중 하나가 없는 폴리머 재킷 재료와 비교하여 재킷의 마찰 특징들의 예상외로 증대된 안정성을 제공한다. 몇몇 예에서, 접착 강도는 예시의 마찰 안정제들 없이 얻어질 수 있는 강도의 적어도 2 배이다.
예시의 마찰 안정제에 의하면, 조립체의 재킷은 또한 양호한 열적 안정성, 수압 안정성, 작은 친수성의 특징 및 엘리베이터 시브 또는 승객 수송장치 계단 체인과 같은 다른 구성요소들과 상호작용하기 위한 양호한 병립성을 갖는다. 개시된 마찰 안정제들은 또한 재킷 재료에 대한 방염 특성들을 제공한다.
상술된 설명은 예시에 지나지 않으며, 본질적으로 제한하려는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 본질을 벗어나지 않는 개시된 예들에 대한 변경 및 수정들이 가해질 수도 있음을 이해할 것이다. 본 발명에 대해 주어진 법적 보호 범위는 후속 청구범위를 통해서만 결정될 수 있다.

Claims (20)

  1. 조립체에 있어서,
    적어도 하나의 세장형 인장 부재(elongated tension member);
    상기 적어도 하나의 세장형 인장 부재를 덮는 재킷을 포함하며,
    상기 재킷은, 폴리머 재료, 및 상기 재킷 상의 적어도 외부 표면의 원하는 마찰 특징 유지를 돕는 적어도 하나의 마찰 안정제(friction stabilizer)를 포함하는 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마찰 안정제는 멜라민-계(melamine-based)인 조립체.
  3. 제 2 항에 있어서,
    멜라민-계 마찰 안정제는 멜라민 솔트를 포함하는 비할로겐(non-halogen containing melamine salt)을 포함하는 조립체.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 멜라민-계 마찰 안정제는 시아누르산염(melamine cyanurate) 및 멜라민-포스페이트(melamine-phosphate) 중 적어도 하나를 포함하는 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 마찰 안정제는 포스페이트-계인 조립체.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 포스페이트-계 마찰 안정제는 유기 포스페이트(organic phosphate)를 포함하는 조립체.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 포스페이트-계 마찰 안정제는 멜라민-포스페이트 또는 탄화수소 포스페이트 중 적어도 하나를 포함하는 조립체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    적어도 부분적으로 상기 재킷으로 덮이는 복수의 세장형 코드 인장 부재들을 포함하는 조립체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 조립체는 엘리베이터 부하 베어링 부재(elevator load bearing member)를 포함하는 조립체.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 엘리베이터 부하 베어링 부재는 편평한 벨트를 포함하는 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 조립체는 승객 수송장치 구동 부재 및 승객 수송장치 핸드레일 중 하나를 포함하는 조립체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 부재는 구동 벨트를 포함하는 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 최대 20 중량%의 마찰 안정제를 포함하는 조립체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 폴리머 재료는 대략 0.2 중량% 내지 대략 10 중량%의 마찰 안정제를 포함하는 조립체.
  15. 적어도 부분적으로 폴리머 재킷으로 덮인 적어도 하나의 세장형 코드 인장 부재를 갖는 조립체 제조 방법에 있어서,
    폴리머 재료를 제공하는 단계;
    마찰 안정제를 제공하는 단계; 및
    원하는 형상의 재킷을 형성하기 위하여 상기 적어도 하나의 세장형 코드 인장 부재 상에 상기 폴리머 재료 및 상기 마찰 안정제를 배치하는 단계를 포함하는 조립체 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    섞인 재료의 뱃치(batch)를 제공하기 위하여 폴리머 기초 수지와 상기 마찰 안정제를 섞는 단계; 및
    재킷 재료의 뱃치를 제공하기 위하여 상기 섞인 재료의 뱃치와 상기 폴리머 재료를 혼합하는 단계를 포함하며,
    상기 배치하는 단계는 상기 재킷 재료의 뱃치를 이용하는 조립체 제조 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 마찰 안정제는 멜라민-계인 조립체 제조 방법.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 마찰 안정제는 멜라민 시아누르산염이나, 멜라민-포스페이트나, 또는 멜라민 솔트를 포함하는 비할로겐 중 적어도 하나를 포함하는 조립체 제조 방법.
  19. 제 15 항에 있어서,
    상기 마찰 안정제는 포스페이트-계인 조립체 제조 방법.
  20. 제 15 항에 있어서,
    상기 재킷 재료 내의 상기 마찰 안정제의 양은 대략 0.2 중량%와 대략 10 중량% 사이에 있는 조립체 제조 방법.
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