KR20150119768A - 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물 - Google Patents

체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물을 제공한다. 본 발명의 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물은, 체인이 계합되는 체인 스프로켓 상면에 접착된 고무의 조성물로서, 아민기를 큐어 사이트 모노머로 가진 수소첨가 니트릴고무(HNBR)로 이루어진 폴리머와, 아민계 가류제를 포함한다.

Description

체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물{RUBBER COMPONENTS OF A RUBBER FOR REDUCING NOISE OF CHAIN SPROCKET}
본 발명은 자동차 엔진에서 크랭크축이나 캠 샤프트와 함께 회전하는 체인 스프로켓에 적용 가능하다.
자동차 엔진은 자동차에 필요한 동력을 발생시키는 기능을 가진다. 자동차의 엔진은 실린더 내부에서 연료와 산소를 연소시켜, 고압, 고온으로 된 가스의 팽창력이 직접 피스톤을 움직이게 한다. 이 때, 위 아래로 움직이는 피스톤의 왕복운동은 크랭크축에 연결된 커넥팅 로드(connecting rod)에 의해 회전운동으로 전환된다. 크랭크축에서 발생된 회전동력은 흡기 밸브 및 배기 밸브를 구동하기 위한 캠 샤프트에 전달/되도록 구성된다. 크랭크축과 캠 샤프트 사이에는 구동력의 손실이 적으면서 보다 정확한 회전력이 전달될 수 있도록 하는 체인 동력전달장치가 사용될 수 있다.
도 1은 통상적인 체인 동력전달장치를 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 크랭크축과 캠 샤프트에는 각각 크랭크축 스프로켓(1) 및 캠샤프트 스프로켓(2)이 일체로 회전되게 설치된다. 상기 크랭크축 스프로켓(12) 및 캠샤프트 스프로켓(2)은 체인(3)에 의하여 연동하여 회전한다. 상기 체인(3)은 풀리(5) 등에 의하여 적절한 장력을 유지한 상태로 연결되고, 상기 연료펌프 스프로켓(6)을 회전시킬 수 있다.
이 경우, 상기 크랭크축 스프로켓(1), 캠샤프트 스프로켓(2) 및 연료펌프 스프로켓(6) 등의 체인(3)과 치합하여 회전하는 스프로켓을 체인 스프로켓이라 한다.
이에 따라 엔진의 피스톤에서 발생된 상하 직선 운동력이 크랭크 축을 통해 회전력으로 전환된 다음에 체인 스프로켓을 통해서 자동차의 각 부위로 전달된다
그런데 상기와 같은 체인을 이용한 동력전달장치에서는 체인과 스프로켓의 치합시에 필연적으로 소음이 발생하게 된다.
상기 소음을 방지하기 위하여, 한국 공개특허 제10-2004-0026966호와 같이, 오링을 체인 스프로켓에 끼우는 방법을 생각할 수 있다. 그러나, 이 경우에는 오링이 끼워지는 링가이드에 링홈이 형성되어야 하고, 그 후에 사람이 상기 오링을 끼우는 작업을 행하여야 한다. 이와 더불어, 오링이 상기 링가이드에 접합되는 것이 아니므로 빠지는 위험이 있을 수 있고, 상기 오링의 형상에 제약이 있으므로 효과적인 소음 방지 구조를 만들기 어렵다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 체인 스프로켓 표면 상에 접착되어서 체인과의 소음을 방지하도록 하는 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 이루기 위해 본 발명의 실시예에 따른 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물은, 체인이 계합되는 체인 스프로켓 상면에 접착된 고무의 조성물로서, 아민기를 큐어 사이트 모노머로 가진 수소첨가 니트릴고무(HNBR)로 이루어진 폴리머와, 아민계 가류제를 포함한다.
상기 아민계 가류제는 di-o-tolylguanidine를 포함하고, 상기 di-o-tolylguanidine는 상기 폴리머 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 에스테르 및 에테르를 포함하는 가소제와, 디페닐아민(diphenylamine)를 포함하는 노화방지제를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 가소제는 상기 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지고, 상기 노화방지제는 상기 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가질 수 있다.
본 발명에 따르면 내열성, 저온성 및 압축영구줄음율이 향상되고, 체인과의 사이의 마찰 소음이 저감된다.
도 1은 통상적인 엔진 체인 스프로켓 및 체인의 결합 구조를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고무 조성물로서 제조된 체인 스프로켓 소음 저감용 고무를 포함하는 엔진 체인 스프로켓 어셈블리를 도시한 사시도이다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명인 체인 스프로켓 표면 상의 고무 접착 방법 및 상기 방법에 의하여 접착된 엔진 체인 스프로켓 어셈블리(100)의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 엔진 체인 스프로켓 어셈블리(100)를 도시한 사시도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라 취한 단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 엔진 체인 스프로켓 어셈블리(100)는, 체인 스프로켓(10)과, 소음 저감용 소음 저감용 고무부재(20)를 포함한다. 이 경우, 상기 엔진 체인 스프로켓 어셈블리(100)는 엔진크랭크 축, 캠 샤프트, 또는 연료펌프 축과 결합되는 것으로, 체인과 계합되어서 회전하는 스프로켓을 의미한다.
상기 스프로켓(10)은 스프로켓 본체부(11)와, 링가이드부(16)를 포함한다. 스프로켓 본체부(11)는 상기 체인(3, 도 1 참조)이 계합되도록 산부(13) 및 골부(12)가 연속적으로 형성된다. 상기 체인은 금속 고리가 연속적으로 연결된 모양을 가지며, 엔진크랭크 축과, 캠샤프트를 함께 회전시키는 기능을 한다.
상기 링가이드부(16)는 스프로켓 본체부(11) 양측에 형성된다. 상기 링가이드부(16)는 상기 스프로켓 본체부(11)보다 동일한 중심축을 가지고, 작은 반지름을 가진다. 이 경우 링가이드부(16)는 상기 스프로켓 본체부(11)의 골부(12)의 측면을 덮지 않도록 작은 반지름을 가진다. 상기 링가이드부(16)는 상기 스프로켓 본체부(11)와 일체로 형성될 수도 있고, 상기 스프로켓 본체부(11)와 별도로 제작되어 결합될 수 있다.
소음 저감용 고무부재(20)는 상기 링가이드부(16) 상면에 접착되어 상기 체인이 회전함에 따라서 소음이 발생하는 것을 방지한다. 이 경우, 소음 저감용 고무부재(20)는 상기 스프로켓 본체부(11)의 산부(13) 하측에는 오목형상의 오목부(23)가 형성되고, 상기 스프로켓 본체의 골부(12) 하측에는 볼록형상의 볼록부(22)가 형성된다. 즉, 체인이 상기 스프로켓 본체부(11)의 산부(13)에 끼워질 경우에는 상기 체인이 스프로켓 본체부(11)에서 빠지지 않도록 오목한 형상을 하고, 체인이 상기 프로켓 본체부의 골부(12)에 끼워지는 경우에는 상기 체인과 만나도록 볼록한 형상을 하여서 소음을 방지하도록 한다.
상기 소음 저감용 고무부재(20)의 폴리머는 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(HNBR 고무)로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 폴리머에서 니트릴 함량을 적절히 조절함으로써 기계적 물성치를 향상시킬 수 있다.
소음 저감용 고무부재(20)는 상기 링가이드부(16) 상면에 접착되어 상기 체인이 회전함에 따라서 소음이 발생하는 것을 방지한다. 이 경우, 소음 저감용 고무부재(20)는 상기 스프로켓 본체부(11)의 산부(13) 하측에는 오목형상의 오목부(23)가 형성되고, 상기 스프로켓 본체의 골부(12) 하측에는 볼록형상의 볼록부(22)가 형성된다. 즉, 체인이 상기 스프로켓 본체부(11)의 산부(13)에 끼워질 경우에는 상기 체인이 스프로켓 본체부(11)에서 빠지지 않도록 오목한 형상을 하고, 체인이 상기 프로켓 본체부의 골부(12)에 끼워지는 경우에는 상기 체인과 만나도록 볼록한 형상을 하여서 소음을 방지하도록 한다.
이하, 상기 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물을 상세히 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 소음 저감용 고무부재용 고무 조성물은 폴리머와, 충진제와, 노화방지제와, 가소제를 포함한다.
상기 소음 저감용 고무부재(20)의 폴리머는 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(HNBR 고무)로 이루어진다. 수소첨가된 제품은 기 알려진 불포화도의 양(이중결합)과 니트릴측쇄기(-C=N)을 가진 폴리 메틸렌 주쇄로 구성되어 있다.
상기 폴리머에서 니트릴 함량을 적절히 조절함으로써 기계적 물성치를 향상시킬 수 있다.
이 경우, 니트릴 함량이 19% 내지 25%이고, 폴리머 포화도 함량이 97% 이상인 것이 바람직하다.
니트릴 함량이 25%을 초과하는 경우에는 저온성이 열화된다. 니트릴 함량이 19% 미만인 경우에는 내열성이 열화된다. 본 발명에 따르면, 니트릴 함량을 낮춤으로써, 저온 유연성을 향상시킨다.
이와 더불어, 내열성을 열화시키지 않기 위해서 폴리머 포화도 함량을 많게 한다. 즉, 폴리머 포화도(saturation) 함량과 내열성은 비례관계를 가지고 있다. 본 발명에서는 폴리머 포화도 함량을 97% 이상으로 함으로써, 내열성을 향상시킨다.
이 경우, 상기 HNBR 고무는 아민기를 큐어 사이트 모노머를 가질 수 있다. 통상적으로 HNBR 고무는 퍼옥사이드 가류 또는 설퍼(sulfur) 가류를 행한다. 그러나, 본 발명에 따르면, HNBR 고무가 아민기의 큐어 사이트 모노머를 가지도록 하여서, 아민 가류를 행할 수 있도록 한다. 이에 따라서 내열성이 향상된다.
충진제는 폴리머의 접착성을 향상시키는 한편, 가공성 및 보강성을 높이기 위한 것이다. 이 경우, 상기 충진제는 상기 폴리머 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부인 카본블랙으로 이루어진 것이 바람직하다.
상기 카본블랙만으로 이루어진 충진제는 상기 탄소강 소재의 링가이드부 상에 접촉력이 약하다. 따라서 본 발명에서는 상기 충진 보조제로 실리카(SiO2)를 다량 첨가한다. 상기 실리카는 상기 폴리머 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부를 적용함으로써, 상기 HNBR 고무의 접착력을 향상시킨다.
가류제는 상기 폴리머를 구성하는 단량체들을 상호 가교하는 기능을 한다. 본 발명에서는 가류제로 아민계를 적용한다.
이는 상기한 바와 같이, 폴리머가 특이하게 아민기를 큐어 사이트 모노머로가지기 때문에, 아민계 가류계가 폴리머를 가교할 수 있게 되기 때문이다. 이에 따라서 보다 고무가 통상적인 HNBR 고무에 비하여 내열성이 향상된다.
이 경우, 상기 가류제는 di-o-tolylguanidine를 포함할 수 있고, 상기 di-o-tolylguanidine는 상기 폴리머 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부를 적용할 수 있다.
가소제는 에스테르 및 에테르를 포함한다. 가소제는 고무의 가공성을 개선하는 동시에 제품에 유연성을 부여하기 위해 가해지는 물질이다. 본 발명에서는 가소제에 에스테르 및 에테르를 포함시킴으로써 저온 유연성을 보다 향상시킨다.
이 경우, 상기 가소제는 상기 폴리머 100 중량부 대비, 5 내지 15 중량부를 가지는 것이 바람직하다. 상기 가소제가 15 중량부를 초과하는 경우에는 가공성이 좋지 않게 된다.
노화 방지제는 유기고분자 재료의 노화를 방지하는 역할을 한다. 노화방지제는 노화현상의 주요 인자인 산소에 의해서 자동 노화되는 연쇄반응을 정지시키는 작용을 한다.
본 발명에서는 노화 방지제로 디페닐아민(diphenylamine)계를 포함한다. 디페닐아민은 암모니아의 두 개 수소를 메틸기로 치환한 이차 아민 화합물이다. 디페닐아민은 상기 폴리머에 첨가되어서 내열성을 향상시킨다. 상기 노화 방지제는 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 니트릴 함량이 낮은 폴리머를 사용하여 저온 유연성을 개선하고, 포화도가 높은 폴리머를 사용함과 동시에 노화방지제를 디페닐아민계로 적용함으로써 내열성이 개선된다.
가교조제는 고무 조성물의 가교 속도를 증가시키는 한편, 측쇄(side chain) 반응을 방지하여 가교 밀도를 증가시키기 위한 것이다. 본 발명의 가교조제는 스테아린산을 적용할 수 있으며, 이 경우 상기 폴리머 100 중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가질 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물이 종래의 HNBR 고무보다 저온 유연성 및 내유성이 우수함과 동시에 내열성 또한 우수하다는 것은 아래 표 1과 표 2에 의해 더욱 명확하게 이해될 수 있다.
표 1은 본 실험에서 사용된 본 발명에 따른 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물(이하, ?퓰첼?라고 칭한다.) 및 종래 HNBR(이하, ?呪냄?라고 칭한다.)를 구성하는 물질을 비교하여 나타낸 것이다.
실시예는, 폴리머로 니트릴 함량이 21%이고, 포화도가 97%인 HNBR 고무를 적용하였고, 노화방지제로는 4,4'-디메틸벤젠 디페닐아민을 포함하였다. 또한 가류제로 헥사메틸렌-디아민카바메이트(hexamethylene-diamine carbamate) 및 디-오-토릴구아니딘(d-o-tolylguanidine)을 적용하였으며, 가소제로는 에테르 에스터를 적용하였다.
이와 대비되는 비교예의 경우에는, 폴리머로 니트릴 함량이 44%이고, 포화도가 85%인 HNBR 고무를 적용하였고, 노화방지제로는 파라핀 왁스와, 2-머캡토벤지미디아졸(2-Mercaptobenzimidiazole)을 적용하였고, 가교제로 퍼옥사이드 (peroxide)를 적용하였으며, 가소제로는 헥산디오산계를 적용하였다.
구성성분(중량부) 비교예 실시예
폴리머 Zetpol 10201) 100 0
ZPT 1372) 0 100
충진제 FEF 80 0
HS-453) 0 50
POK-054) 5 5
충진보강제 KC FLOC W2505 ) 5 5
NIPSIL E74P6 ) 0 50
노화방지제 MB2/ME-C7 ) 1 1
KY-4058) 1 1
ANTIUX 5009) 0 1
가공조제 Stearic Acid10 ) 1 1
가류제 F-40 5 0
DIAK NO.111) 0 2
DOTG12 ) 0 2.5
TAIC 2
가소제 ES-M40013 ) 5 5
1) Zetpol 1020 : HNBR(니트릴함량:44%/포화도:85%), ZEON
2) ZPT 137 : HNBR(니트릴함량:21%/포화도:97%), ZEON
3) HS-45 : 오리온 카본블랙
4) POK-05 : (C)n, LUZENAC AMERICA
5)KC Floc W250 : 셀루로오스, 동아특수상사
6) NIPSIL E74P : SiO2, 일본Silica
7) MB2/ME-C : 2-Mercaptobenzimidiazole, LANXESS
8) KY-405 : Bis(4-α,α'-dimethyl benzyl) diphenlamine, 선화인글로블
9) ANTIUX 500 : Paraffin and micro waxes, Phein Chemical
10) Stearic Acid : 스테아린산, NATOLEO
11) DIAK No.1 : Hexamethylene-diamine carbamate, DUPONT
12) DOTG : Di-o-tolylguanidine , NOK
13) ES-M400: diester계(butyldiglycol di adipate), ㈜거영
표 2는 일반적인 가계적 물성치 및 내유시험 결과 상기 실시예와 비교예를 비교 표시한 표이다. 이 경우, 내유시험은 150℃의 온도로서 디젤엔진오일에 70시간 노출한 후의 각 기계적 물성치를 비교하였다.
그 결과, 기계적 물성치는 실시예 및 비교예가 동일 또는 유사한 것으로 나타났다. 또한, 내유시험 결과 실시예가 비교예 대비, 경도변화, 인장강도 변화율, 신율 변화율 및 체적 변화율이 모두 우수한 것을 알 수 있다.
항목 비교예 실시예
기계적 물성 경도(IRHD) 81 80
인장강도(Kgf/cm2) 168 157
신율(%) 176 160
내유시험
150℃×70Hour
디젤엔진오일
경도 변화 (IRHD) +4 +2
인장강도 변화율 (%) -12 +10
신율 변화율 (%) -29 -9
체적 변화율 (%) +3.5 +0.9
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 체인 스프로켓 11: 스프로켓 본체부
16: 링가이드부 20: 고무부재

Claims (5)

  1. 체인이 계합되는 체인 스프로켓 상면에 접착된 고무의 조성물로서,
    아민기를 큐어 사이트 모노머로 가진 수소첨가 니트릴고무(HNBR)로 이루어진 폴리머; 및
    아민계 가류제;
    를 포함하는 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아민계 가류제는 di-o-tolylguanidine를 포함하고, 상기 di-o-tolylguanidine는 상기 폴리머 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    에스테르 및 에테르를 포함하는 가소제; 및
    디페닐아민(diphenylamine)를 포함하는 노화방지제;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 가소제는 상기 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지고,
    상기 노화방지제는 상기 폴리머 100중량부 대비 1 내지 5 중량부를 가지는 것을 특징으로 하는 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 폴리머 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부인 카본블랙으로 이루어진 충진제와;
    상기 폴리머 100 중량부 대비 30 내지 60 중량부인 실리카(SiO2)를 포함하는 충진 보강제;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 체인 스프로켓 소음 저감용 고무부재의 고무 조성물.
KR1020140045615A 2014-04-16 2014-04-16 체인 스프로켓 어셈블리 KR101637191B1 (ko)

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