KR20120089770A - 기능층들을 가진 공차링을 위한 시스템, 방법, 및 장치 - Google Patents

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KR20120089770A
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한스-유르겐 예거
도미니크 부어게프
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생?고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 팜푸스 게엠베하
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Abstract

기능층들을 가진 공차링은 환상 밴드 및 엘라스토머층을 포함한다. 조립체는 또한 이에 접합 또는 캘린더링 또는 적층될 수 있는 저마찰층을 포함할 수 있다. 저마찰 재료는 환상 밴드를 완전히 봉지할 수 있다.

Description

기능층들을 가진 공차링을 위한 시스템, 방법, 및 장치{SYSTEM, METHOD AND APPARATUS FOR TOLERANCE RING WITH FUNCTIONAL LAYERS}
본 발명은 전반적으로 이동 부품들 사이에 위치하는 공차링에 관한 것으로, 특히 기능층들을 가진 공차링을 위한 개선된 시스템, 방법, 및 장치에 관한 것이다.
공차링은 하우징 보어 내의 회전축과 같이 서로에 대해 이동하는 부품들 사이의 이동에 제약을 가한다. 공차링의 일 유형으로는, 축의 외면 및 보어의 내면 사이의 갭에 위치하는 환상 밴드가 있다. 이러한 공차링은 보어 내의 축의 반경방향 또는 축방향 운동을 제한하고, 그 동안 여전히 상대 이동이 가능하다.
종래의 공차링 구성에서는, 내외부 부품 사이의 긴밀한 끼워맞춤을 추구한다. 또한, 슬라이딩력의 최소 변동 또는 최대 마찰 맞물림을 제공하기 위한 힘을 추구한다. 부품들 사이의 긴밀한 끼워맞춤은 부품들 사이의 상대 진동을 저감하므로 바람직하다. 따라서, 공차링은 공차 또는 오정렬을 보상할 수 있고, 토크를 생성할 수 있고, 소음, 진동, 거칠음(NVH) 특성과 같은 그 밖의 특성들을 개선할 수 있다. 토크 및 심지어 NVH는, 통상 스테인리스강으로만 형성되는 일반적인 공차링의 재료 특성에 의해 주로 영향을 받는다. 내외부 부품 사이의 이러한 요건은 실질적인 강한 접촉을 요구하고, 이는 마찰력을 증가시킨다.
상기 해결 방안이 일부 응용에 대해 적용 가능함에도 불구하고, 공차링의 개선에 대한 지속된 관심이 존재한다.
기능층들을 가진 공차링을 위한 시스템, 방법, 및 장치의 실시형태들을 개시한다. 일부 변형예에서, 공차링 조립체는: 외부 부품; 외부 부품 내에 위치하며 외부 부품에 대해 이동 가능한 내부 부품; 및 내외부 부품 사이에 장착되는 공차링을 포함한다. 공차링은 환상 금속 밴드, 및 금속층에 고정되는 엘라스토머층을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 조립체는 환상 밴드와 엘라스토머층 중 적어도 하나에 구비되는 저마찰층을 더 포함한다. 환상 밴드는 스프링강으로 형성될 수 있고, 저마찰층은 공차링의 슬라이딩 특성을 개선하기 위해 환상 밴드의 적어도 일 측에 적층될 수 있다. 저마찰층은 엘라스토머층 반대편에서 환상 밴드 상에 위치할 수 있다. 저마찰층은 PTFE를 포함할 수 있고, 환상 밴드 또는 엘라스토머층에 접합될 수 있다. 조립체는 환상 밴드 및 엘라스토머층 사이에 접착층 또는 프라이머층을 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 공차링은 반경방향 내외면을 가진 금속 재료로 형성된 환상 밴드를 포함한다. 저마찰 재료는 반경방향 내외면 모두가 저마찰 재료 내에 실질적으로 완전히 위치하도록 환상 밴드를 봉지한다. 환상 밴드는 저마찰 재료 내에 완전히 위치할 수 있고, 그에 따라 환상 밴드의 어떤 부분도 저마찰 재료로부터 노출되어 외부에 위치하지 않거나, 또는 단지 일부분만이 저마찰 재료로부터 노출되어 외부에 위치한다. 환상 밴드는 스프링강을 포함할 수 있고, 천공되거나 스탬핑될 수 있다. 환상 밴드는 코이닝 또는 딥 드로잉에 의해 형성된 파형(waves)과 같은 기하학적 성형부들을 포함할 수 있다. 아울러, 환상 밴드는 캘린더링 또는 적층에 의해 저마찰 재료 내에 봉지될 수 있다.
일부 실시형태에서, 저마찰 재료는 평활한 원통형 프로파일을 형성할 수 있고, 환상 밴드는 평활한 원통형 프로파일 내에서 비원통형 프로파일로 기복을 형성할 수 있다. 저마찰 재료 및 환상 밴드 각각은 비원통형 프로파일을 가질 수 있고, 서로 형상보완적일 수 있다. 공차링은 이에 결합되는 지지층(backing layer)을 더 포함할 수 있다.
추가적인 실시형태에서, 공차링의 형성 방법은: 금속 재료로 형성된 시트를 마련하는 단계; 시트에 개구들을 형성하는 단계; 시트에 기하학적 성형부들을 제조하여 시트 프로파일을 형성하는 단계; 시트 프로파일을 저마찰 재료 내에 봉지하는 단계; 및 봉지된 시트 프로파일을 환상으로 성형하여 공차링을 형성하는 단계를 포함한다. 환상 밴드는 반경방향 내외면을 가질 수 있고, 저마찰 재료는 반경방향 내외면 모두가 저마찰 재료 내에 실질적으로 완전히 위치하도록 환상 밴드를 봉지한다. 상기 방법은 시트 프로파일의 기하학적 성형부들과 형상보완적일 수 있는 형상부들을 저마찰 재료에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조함으로써 더 잘 이해될 것이고, 본 발명의 많은 특징들과 이점들은 당해 기술분야의 숙련자에게 명확해질 것이다. 상이한 도면에서 동일한 도면 부호를 사용하여 유사 또는 동일한 요소를 나타낸다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 천공된 금속 시트의 일 실시형태의 평면도 및 측단면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 천공된 금속 시트의 성형된 버전의 다른 실시형태의 측단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 천공, 봉지, 및 성형된 금속 시트의 또 다른 실시형태의 측단면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 천공, 봉지, 및 성형된 금속 시트의 추가적인 실시형태의 측단면도이다.
도 8 및 도 9는 본 발명에 따른 천공, 봉지, 및 성형된 금속 시트의 또 다른 실시형태의 측단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 도 5의 실시형태의 등각도이다.
도 11은 본 발명에 따른 공차링의 일 실시형태의 측단면도이다.
도 12a, 도 12b, 도 12c는 본 발명에 따른 공차링의 다른 실시형태의 측단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 공차링의 또 다른 실시형태의 측단면도이다.
도 14a, 도 14b, 도 14c는 본 발명에 따른 공차링의 또 다른 실시형태의 측단면도이다.
기능층들을 가진 공차링을 위한 시스템, 방법, 및 장치의 실시형태들이 도 1 내지 도 14에 개시되어 있다. 예컨대, 도 12 내지 도 14는 내부에 축이 있는 보어(25)를 가진 외부 부품(23)을 포함하는 공차링 조립체(21)를 도시한다. 내부 부품(27)이 외부 부품(23)의 보어(25) 내에 장착되고, 외면(29)을 가진다. 내부 부품(27)은 외부 부품(23)과 결합되며 외부 부품에 대해 이동 가능하다. 공차링(31)이 내외부 부품(23, 27) 사이의 보어(25) 내에 위치한다. 공차링(31)은 금속 재료로 형성된 환상 밴드(33), 환상 밴드(33) 상의 엘라스토머층(35), 및 환상 밴드(33)와 엘라스토머층(35) 중 적어도 하나에 구비된 저마찰층(37, 도 13)을 포함한다.
환상 밴드(33)는 스프링강으로 형성될 수 있고, 저마찰층(37)은 환상 밴드의 적어도 일 측에 적층될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 저마찰층(37)은 엘라스토머층(35) 반대편에서 환상 밴드(33) 상에 위치할 수 있다. 저마찰층(37)은 PTFE를 포함할 수 있고, 환상 밴드(33)와 엘라스토머층(37) 중 하나에 아교 또는 접착제(39)로 접합될 수 있다. 엘라스토머층은 예컨대 니트릴 고무, 올레핀 엘라스토머, 폴리에테르-/폴리에스테르-엘라스토머, 에틸렌-프로필렌-엘라스토머, 에틸렌-아크릴 고무, 및 플루오르 엘라스토머 재료를 포함할 수 있다. 접착제(39)는 또한 환상 밴드(33)와 엘라스토머층(35) 사이에 그리고 환상 밴드 및/또는 엘라스토머층과 저마찰층(37) 사이에 프라이머를 포함할 수 있다.
이제 도 11을 참조하면, 실시형태는 또한 외부 부품(53), 및 외부 부품(53) 내에 위치하며 외부 부품에 대해 이동 가능한 내부 부품(55)을 구비한 조립체(51)를 포함할 수 있다. 공차링(61)은 내외부 부품(53, 55) 사이에 장착된다. 공차링은, 금속 재료로 형성되며 반경방향 내외면(65, 67)을 가진 환상 밴드(63)를 포함한다. 저마찰 재료(71)는 반경방향 내외면(63, 65) 모두가 저마찰 재료(71) 내에 실질적으로 완전히 위치하도록 환상 밴드(63)를 봉지한다.
도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 밴드(63)는 저마찰 재료(71) 내에 완전히 위치할 수 있으므로, 밴드(63)의 어떤 부분도 저마찰 재료로부터 노출되어 외부에 위치하지 않는다. 다른 실시형태(도 4 내지 도 7)에서는, 밴드(63)의 적어도 일부분이 저마찰 재료(71)로부터 노출되어 외부에 위치한다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 밴드(63)는 스프링강으로 형성될 수 있고, 천공되거나 스탬핑된다(73). 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 밴드(63)는 코이닝 또는 딥 드로잉에 의해 내부에 형성되는 기하학적 성형부(75)들을 포함할 수 있다. 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 기하학적 성형부(75)들은 파형, 원뿔형, 또는 볼형의 성형부들을 포함할 수 있다. 밴드(63)는 캘린더링 및 소결(도 4 내지 도 7) 또는 적층(도 8 및 도 9)에 의해 저마찰 재료 내에 봉지될 수 있다. 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 밴드(63)에 적층된 저마찰 재료(71)는 PTFE 화합물 테이프를 포함할 수 있다.
일부 실시형태(도 4, 도 5, 도 10, 도 11)에서, 저마찰 재료(71)는 평활한 프로파일(예컨대, 도 11의 최종 형태에서는 원통형)을 형성할 수 있고, 그에 따라 밴드(63)는 재료(71)의 평활한 원통형 프로파일 내에서 비원통형 프로파일로 기복을 형성한다. 다른 실시형태(도 6 내지 도 9)에서, 저마찰 재료(71) 및 밴드(63) 각각은 비원통형 프로파일을 가지며, 서로 형상보완적이다.
도 11의 실시형태는 공차링(61)에 결합되는 지지층(77)을 더 포함한다. 지지층(77)은 예컨대 강, 알루미늄, 구리, 및 티타늄으로 형성될 수 있고, 저마찰 재료(71)의 반경방향 외부에 위치한다. 일부 실시형태에서, 저마찰 재료(71)는 지지층(77)에 적층된다. 일부 변형예에서, 저마찰층은 밴드(63)의 반경방향 내외면(65, 67) 상에서 대략 0.1㎜ 내지 0.05㎜의 두께를 가질 수 있다. 아울러, 저마찰 재료(71)는 밴드(63)에 접합 또는 용접될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 공차링의 형성 방법은: 금속 재료로 형성된 시트를 마련하는 단계; 시트에 개구들을 형성하는 단계; 시트에 기하학적 성형부들을 제조하여 시트 프로파일을 형성하는 단계; 시트 프로파일을 저마찰 재료 내에 봉지하는 단계; 및 봉지된 시트 프로파일을 환상으로 성형하여 공차링을 형성하는 단계를 포함한다.
개구 형성 단계는 천공 또는 스탬핑에 의해 시트에 형상화된 구멍들을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 시트에 기하학적 성형부들을 제조하는 단계는, 시트 프로파일을 형성하도록 파형, 볼형, 또는 원뿔형을 코이닝, 성형, 또는 딥 드로잉함으로써 이루어질 수 있다. 봉지 단계는 시트의 개구들을 통해 캘린더링 또는 적층에 의해 저마찰 재료 내에서 시트 프로파일에 수행될 수 있다. 시트는 반경방향 내외면을 가진 환상 밴드로 성형될 수 있다. 저마찰 재료는 반경방향 내외면 모두가 저마찰 재료 내에 위치하도록 환상 밴드를 봉지한다.
상기 방법은, 봉지 단계 후에, 시트 프로파일의 기하학적 성형부들과 형상보완적인 형상부들을 저마찰 재료에 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 형상부 형성 단계는 저마찰 재료를 코이닝하는 단계, 캘린더링하는 단계, 및/또는 소결하는 단계를 포함할 수 있다. 제조 및 봉지 단계는 서로의 전후에 이루어질 수 있고, 봉지 단계는 적층을 통해 이루어질 수 있다. 상기 방법은 예컨대 저마찰층의 반경방향 외부에 공차링에 대한 지지층을 설치하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본원에 개시된 실시형태들은 종래의 해결 방안들에 비해 현저한 이점이 있다. 예컨대, 공차링 및 엘라스토머 지지층의 조합은 더 부드러운 성능으로 공차링의 설계를 개선한다. "부드러운(soft)" 이라는 용어는 더 적은 변동으로 더 낮은 레벨의 토크를 제공한다는 점에서 사용된다. NVH에 관하여, 이러한 재료는 다른 성능 면적의 감소 없이 공차링에 의해 연결되는 두 결합 부품들을 현저히 분리한다. 결과적으로, 이러한 설계는 소음 및 진동을 현저히 저감한다.
다른 예로, 스프링 거동을 가진 금속 재료가 복합 재료를 형성하도록 접착제 및/또는 프라이머로 코팅되어 엘라스토머층과 결합된다. 금속은 예컨대 스테인리스강, 탄소강, 또는 다른 탄성 금속을 포함할 수 있다. 엘라스토머 지지층은 예컨대 니트릴 고무, 네오프렌 고무, 실리콘 고무, 올레핀 엘라스토머, 폴리에테르-/폴리에스테르-엘라스토머, 에틸렌-프로필렌-엘라스토머, 에틸렌-아크릴 고무, 및/또는 플루오르 엘라스토머를 포함할 수 있다. 또 다른 실시형태에서, 공차링은 내부 금속층 및 외부 엘라스토머층을 포함할 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 슬라이딩 또는 저마찰층을 구조에 추가한다. 이러한 설계는 공차 보상 요소의 슬라이딩 특성을 개선한다. 예컨대, 저마찰 재료는 엘라스토머층 상에 및/또는 심지어 엘라스토머층의 반대편의 금속측에 PTFE를 포함할 수 있다. 엘라스토머층처럼 저마찰층도 접착제 또는 아교로 공차링(예컨대, 금속 또는 엘라스토머층)에 부착될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 탄성 금속층이 저마찰 재료로 적층된다. 이후, 금속 표면은 복합 재료를 형성하도록 접착제 및/또는 프라이머로 코팅되어 엘라스토머층과 결합된다. 다른 조합들 역시 가능하다. 일부 실시형태는 저마찰층 화합물에 의해 완전히 봉지된 공차링을 포함한다. 예컨대, 스프링강으로 형성되는 천공된 금속 코어를 가진 복합 구조를 PTFE로 완전히 봉지한다.
조성 및 제조 방법 모두가 종래의 슬라이딩 베어링과 상이하고 종래의 공차링과도 상이하다. 전술한 봉지된 공차링에 의해 여러 다양한 기능을 제공한다. 이러한 실시형태는 추가적인 공차 보상이 있는 슬라이딩 베어링으로 작동하고, 소정의 토크를 인가할 수 있고, 개선된 마찰 특성을 가진 공차링으로 작동한다.
기판 또는 중간층으로서, 스프링강 재료 시트 또는 코일이 천공된 후 형상결정(예컨대, 파형, 볼형, 및/또는 다른 딥 드로잉 또는 코이닝된 형상)될 수 있다. 이러한 형상화된 영역들이 균일하게 분포될 수 있고, 서로 인접하게 형성될 수 있다. 그러므로, 일부 실시형태에서는, 종래의 공차링만큼 많은 파형이 공차링에 형성된다. 일부 실시형태에서, 스프링강 코어는 최종 화합물 스트립에 파형이 전혀 보이지 않도록 완전히 매립되거나 봉지되어, 블록형으로 보인다.
봉지는 예컨대 캘린더링 공정에 의해 또는 테이프를 강 코어에 적층하는 공정을 통해 이루어질 수 있다. 선택적으로, 후자의 경우, 베어링을 하우징에 압입 가능하게 만들기 위해, 강한 지지 재료가 구조 또는 코어에 추가될 수 있다.
이러한 복합 구조의 실시형태를 위한 일반적인 응용은, 간극이 없거나 간극이 감소된 응용을 위한 슬라이딩 베어링을 제조하기 위해, 또는 낮은 유지력을 가진 공차링을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 스프링강으로 형성된 금속 코어는 스프링으로 작동하고, 그에 따라 저마찰 화합물-코팅된 스프링 파형을 이용하여 베어링면 및 예컨대 축 사이에 공차 조절을 제공한다. 저마찰층은 축 또는 대응물의 기능적인 측에만 연관될 수 있다. 대안으로, 이는 양 부품에 연관될 수 있고/있거나 결합 부품들 사이에 필요한 유지력을 제공할 수 있다. 저마찰층은 저마찰 재료의 고유의 낮은 마찰 계수로 인해 비교적 낮은 유지력을 제공하거나, 또는 복합 구조를 종래의 슬라이딩 베어링으로 작동할 수 있게 한다.
공차링은 스티어링 칼럼 잠금 메커니즘과 같은 결합 부품들 사이에 사용되는 경우 슬라이딩력 제어(예컨대, 축방향 또는 회전)를 제공할 수 있다. 임계 토크 레벨에 도달하면, 공차링은 부품들 사이의 회전을 허용하여 과부하를 방지한다. 예컨대, 스티어링 칼럼 에너지 흡수 시스템에서는, 축력 레벨에 도달하면, 공차링은 축방향 미끄럼이 일어날 수 있게 한다.
일반적으로, 더 낮은 강성을 가진 파형들이 낮은 토크 베어링을 발생시키고, 더 높은 강성을 가진 파형들이 예컨대 도어 힌지 응용을 위해 더 높은 토크를 발생시킨다. 이러한 유형의 성능은 정확한 레벨의 반경방향력을 발생시키는 스프링 특성을 갖도록 공차링 파형들을 설계함으로써 달성될 수 있는데, 이는 조립체의 마찰 특성과 결합되는 경우에 원하는 슬라이딩력 레벨을 형성한다.
조립체의 통상의 치수 공차에 걸쳐서 체험되는 힘 변동을 제한하기 위해, 파형 스프링 특성의 탄성/가소성을 이용한다. 이는 상당히 일관된 슬라이딩력을 유지한다. 힘의 조작은 파형 형상, 재료 두께 및 경도의 설계에 의해 이루어진다. 부품 치수 공차를 처리하기 위해, 통상적으로 파형들이 설치된 간극의 공차보다 더 큰 양으로 압축되도록 공차링 파형들을 설계한다.
비교적 낮은 슬라이딩력 또는 회전력 레벨이 요구되는 경우(예컨대, 스티어링 칼럼 조절 메커니즘) 또는 공차링이 피벗 부시로 작동하는 경우에 한계가 존재한다. 이러한 응용에서는, 일반적으로 힘이 너무 높고 반경방향 강성이 너무 낮다. 최대력을 제한하기 위해 공차링 파형의 강성을 줄이는 것이 가능하지만, 조립체가 낮은 반경방향 하중 운반 능력을 갖게 될 수 있다. 심지어는 비교적 낮은 강성의 파형으로도, 형성되는 슬라이딩력 레벨이 너무 높을 수 있다.
다른 실시형태에서, 저마찰층은 예컨대 폴리케톤, 폴리아라미드, 열가소성 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리페닐렌 술폰, 폴리아미드이미드, 초고분자량 폴리에틸렌, 열가소성 불소중합체, 폴리아미드, 폴리벤즈이미다졸과 같은 중합체, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 재료들을 포함할 수 있다. 일례로, 열가소성 재료는 폴리케톤, 폴라아라미드, 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리아미드이미드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 술폰, 불소중합체, 폴리벤즈이미다졸, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 특별한 예로, 열가소성 재료는 폴리케톤, 열가소성 폴리이미드, 폴리에테르이미드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리아미드이미드와 같은 중합체, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 다른 예로, 재료는 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에테르 케톤 에테르 케톤과 같은 폴리케톤, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 예시적인 불소중합체는 불소화 에틸렌 프로필렌(FEP), PTFE, 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 퍼플루오로알콕시(PFA), 테트라플루오로에틸렌과 헥사플루오로프로필렌과 비닐리덴 플루오라이드(THV)의 삼원중합체, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 공중합체(ETFE), 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 공중합체 (ECTFE), 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 추가적인 예로, 열가소성 중합체는 초고분자량 폴리에틸렌일 수 있다.
슬라이딩면의 윤활(예컨대, 오일 또는 그리스를 이용함)을 고력 응용에서 사용할 수 있다. 예시적인 고체 윤활제는 몰리브덴 디설파이드, 텅스텐 디설파이드, 흑연, 그래핀, 팽창 흑연, 보론 나이트라이드, 탈크, 칼슘 플루오라이드, 세륨 플루오라이드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 예시적인 세라믹 또는 미네랄은 알루미나, 실리카, 티타늄 디옥사이드, 칼슘 플루오라이드, 보론 나이트라이드, 운모, 규회석, 실리콘 카바이드, 실리콘 나이트라이드, 지르코니아, 카본블랙, 안료, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
저마찰 화합물계 외면의 저마찰/윤활 특성을 가진 공차링형 코어의 스프링 특성들의 조합은 더 낮은 마찰 슬라이딩 경계면을 제공한다. 이러한 설계에 의해, 공차링은 슬라이딩 베어링 응용을 위해 더 높은 토크 레벨에서 작동하도록, 그리고 종래의 공차링에서 가능한 것보다 더 높은 반경방향 하중 강도 및 더 낮은 슬라이딩력으로 더 넓은 간극에 걸쳐 작동하도록 설계될 수 있다.
이러한 실시형태를 위한 응용은 예컨대 랩톱 컴퓨터 및 휴대 전화와 같은 휴대용 전자기기용 힌지 조립체를 포함한다. 이러한 응용은 제품의 수명에 걸쳐 양호하게 정의된 토크에서 낮은 유지력을 제공하는 힌지 메커니즘을 필요로 한다. 전통적인 베어링은 양호하게 정의된 초기 토크뿐만 아니라 낮은 유지력도 제공한다. 그러나, 본 발명에 의하면, 저마찰층의 저마모와 결합된 스프링강 파형들의 스프링 조절 기능으로 인해, 토크 값을 제품 수명에 걸쳐 비교적 일정하게 유지할 수 있다. 대조적으로, 전통적인 공차링은 강한 유지력을 제공하지만 높은 마찰이 있다.
전술한 설명은 당해 기술분야의 숙련자들이 본 발명을 실시하고 이용할 수 있도록 최상의 방식을 포함한 실시예들을 사용하였다. 본 발명의 특허 가능한 범위는 청구범위에 의해 정의되며, 당해 기술분야의 숙련자들에게 일어날 수 있는 다른 실시예들을 포함할 수 있다. 이러한 다른 실시예들이 청구범위의 문자 그대로의 표현(literal language)과 다르지 않은 구조적 요소를 포함하거나, 또는 청구범위의 문자 그대로의 표현과 실질적인 차이가 없는 균등한 구조적 요소를 포함하는 경우, 이들은 청구범위의 범주 내에 존재하는 것으로 의도된다.

Claims (24)

  1. 내부에 축이 있는 보어를 가진 외부 부품;
    외부 부품과 결합되며 외부 부품에 대해 이동 가능하도록, 외부 부품의 보어 내에 장착되는 내부 부품; 및
    내외부 부품 사이의 보어 내에 위치하는 공차링으로, 금속 재료로 형성된 환상 밴드, 환상 밴드 상의 엘라스토머층, 및 환상 밴드와 엘라스토머층 중 적어도 하나에 형성된 저마찰층을 구비한 공차링을 포함하는 공차링 조립체.
  2. 제1항에 있어서,
    환상 밴드는 스프링강으로 형성되고, 저마찰층은 환상 밴드의 적어도 일 측에 적층되는 것인 공차링 조립체.
  3. 제1항에 있어서,
    저마찰층은 엘라스토머층 반대편에서 환상 밴드 상에 위치하는 것인 공차링 조립체.
  4. 제1항에 있어서,
    저마찰층은 PTFE를 포함하며 환상 밴드와 엘라스토머층 중 하나에 접합되고, 엘라스토머층은 니트릴 고무, 올레핀 엘라스토머, 폴리에테르-/폴리에스테르-엘라스토머, 에틸렌-프로필렌-엘라스토머, 에틸렌-아크릴 고무, 및 플루오르 엘라스토머 재료 중 하나를 포함하는 것인 공차링 조립체.
  5. 제1항에 있어서,
    환상 밴드와 엘라스토머층 사이 및 환상 밴드와 엘라스토머층 중 상기 적어도 하나와 저마찰층 사이에 접착층 또는 프라이머층을 더 포함하는 공차링 조립체.
  6. 외부 부품;
    외부 부품 내에 위치하며 외부 부품에 대해 이동 가능한 내부 부품; 및
    내외부 부품 사이에 장착되는 공차링으로, 금속 재료로 형성되며 반경방향 내외면을 가진 환상 밴드, 및 반경방향 내외면 모두가 저마찰 재료 내에 실질적으로 위치하도록 환상 밴드를 봉지하는 저마찰 재료를 구비한 공차링을 포함하는 조립체.
  7. 제6항에 있어서,
    환상 밴드는 어떤 부분도 저마찰 재료로부터 노출되어 외부에 위치하지 않도록 저마찰 재료 내에 완전히 위치하는 것인 조립체.
  8. 제6항에 있어서,
    환상 밴드의 적어도 일부분은 저마찰 재료로부터 노출되어 저마찰 재료에 대해 외부로 연장되는 것인 조립체.
  9. 제6항에 있어서,
    환상 밴드는 스프링강이고, 천공되거나 스탬핑되는 것인 조립체.
  10. 제6항에 있어서,
    환상 밴드는 코이닝 또는 딥 드로잉에 의해 형성된 기하학적 성형부들을 포함하고, 기하학적 성형부들은 파형, 원뿔형, 또는 볼형 성형부들을 포함하는 것인 조립체.
  11. 제6항에 있어서,
    환상 밴드는 캘린더링 또는 적층에 의해 저마찰 재료 내에 봉지되고, 저마찰 재료는 PTFE 화합물 테이프를 포함하는 것인 조립체.
  12. 제6항에 있어서,
    저마찰 재료는 평활한 원통형 프로파일을 형성하고, 환상 밴드는 평활한 원통형 프로파일 내에서 비원통형 프로파일로 기복을 형성하는 것인 조립체.
  13. 제6항에 있어서,
    저마찰 재료 및 환상 밴드 각각은 비원통형 프로파일을 가지고, 서로 형상보완적인 것인 조립체.
  14. 제6항에 있어서,
    공차링에 결합되는 지지층을 더 포함하며,
    지지층은 강, 알루미늄, 구리, 및 티타늄 중 하나로 형성되고, 저마찰층의 반경방향 외부에 위치하며, 저마찰층은 지지층에 적층되는 것인 조립체.
  15. 제6항에 있어서,
    저마찰층은 환상 밴드의 반경방향 내외면 각각에서 대략 0.1㎜ 내지 0.05㎜의 두께를 가지고, 환상 밴드에 접합 또는 용접되는 것인 공차링.
  16. 공차링의 형성 방법에서,
    (a) 금속 재료로 형성된 시트를 마련하는 단계;
    (b) 시트에 개구들을 형성하는 단계;
    (c) 시트에 기하학적 성형부들을 제조하여 시트 프로파일을 형성하는 단계;
    (d) 시트 프로파일을 저마찰 재료 내에 봉지하는 단계; 및
    (e) 봉지된 시트 프로파일을 환상으로 성형하여 공차링을 형성하는 단계를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    (b) 단계는 천공 또는 스탬핑에 의해 시트에 형상화된 구멍들을 형성하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  18. 제16항에 있어서,
    (c) 단계는 시트 프로파일을 형성하도록 파형, 볼형, 또는 원뿔형을 코이닝, 성형, 또는 딥 드로잉함으로써 시트에 기하학적 성형부들을 제조하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  19. 제16항에 있어서,
    (d) 단계는 시트의 개구들을 통해 캘린더링 또는 적층에 의해 시트 프로파일을 저마찰 재료 내에 봉지하는 단계를 포함하는 것인 방법.
  20. 제16항에 있어서,
    시트는 반경방향 내외면을 가진 환상 밴드로 성형되고, 저마찰 재료는 반경방향 내외면 모두가 저마찰 재료 내에 위치하도록 환상 밴드를 봉지하는 것인 방법.
  21. 제16항에 있어서,
    (d) 단계 후에, 시트 프로파일의 기하학적 성형부들과 형상보완적인 형상부들을 저마찰 재료에 형성하는 단계를 더 포함하며,
    형상부 형성 단계는 저마찰 재료를 코이닝하는 단계, 캘린더링하는 단계, 및 소결하는 단계 중 적어도 하나를 포함하는 것인 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    (c) 단계는 (d) 단계 전에 이루어지는 것인 방법.
  23. 제16항에 있어서,
    (d) 단계는 적층을 포함하고, (c) 단계 전에 이루어지는 것인 방법.
  24. 제16항에 있어서,
    저마찰층의 반경방향 외부에 공차링에 대한 지지층을 설치하는 단계를 더 포함하는 방법.
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