KR20190012797A - 탄성 엔코더 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20190012797A
KR20190012797A KR1020170096329A KR20170096329A KR20190012797A KR 20190012797 A KR20190012797 A KR 20190012797A KR 1020170096329 A KR1020170096329 A KR 1020170096329A KR 20170096329 A KR20170096329 A KR 20170096329A KR 20190012797 A KR20190012797 A KR 20190012797A
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Abstract

탄성 엔코더 및 그 제조방법에 대한 발명이 개시된다. 본 발명의 탄성 엔코더는: 보강 바디와, 보강 바디의 둘레부를 따라 형성되는 보강 플랜지를 구비하고, 금속성 소재로 제작되는 보강테; 및 보강 플랜지를 둘러싸도록 보강 플랜지에 접합되고, 합성수지, 고무소재 및 자성분말을 포함하고, 원주방향을 따라 복수의 자극이 착자되는 플라스틱자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

탄성 엔코더 및 그 제조방법{ELASTICITY ENCODER AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 탄성 엔코더 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 접합력을 증가시키고, 크랙이나 파손을 방지할 수 있는 탄성 엔코더 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 엔코더라 함은 변위, 회전방향 및 각도 등을 검출하는 장치이다. 차량의 휠축에는 구름베어링이 설치되고, 구름 베어링의 회전레이스에는 엔코더가 설치된다. 휠 베어링에 엔코더를 설치하여 휠의 회전수나 회전방향을 검출한다.
차량의 휠에 설치되는 엔코더는 백플레이트와, 링형태로 형성되어 백플레이트 후면에 가류 접합되는 플라스틱 마그넷을 포함한다. 플라스틱 마그넷에는 원주방향을 따라 복수의 돌출부가 형성되고, 백플레이트에는 복수의 돌출부가 삽입되도록 복수의 홀부가 형성된다. 돌출부가 홀부에 끼워짐에 따라 플라스틱 마그넷과 백플레이트를 안정되게 밀착되게 한다.
그러나, 종래에는 백플레이트가 금속성 재질로 이루어지고, 마그네트가 플라스틱 재질로 형성되므로, 서로 다른 재질의 백플레이트와 마그네트를 긴밀하게 접합시키기 어려웠다. 또한, 플라스틱 마그네트가 얇은 두께로 형성되므로, 외부의 충격에 의해 플라스틱 마그넷이 손상될 수 있었다.
또한, 플라스틱 마그네트의 돌출부가 백플레이트의 홀부에 삽입되므로, 돌출부가 백플레이트에서 돌출되게 배치된다. 따라서, 백플레이트의 일면에 실링부재를 설치하기 어려우며, 휠베어링에 물이나 먼지와 같은 이물질이 침투될 수 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2006-0098243호(2006. 09. 18 공개, 발명의 명칭: 차량용 휠 베어링의 엔코더 타겟 구조 및 그 제작방법)에 개시되어 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 접합력을 증가시키고, 크랙이나 파손을 방지할 수 있는 탄성 엔코더 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 탄성 엔코더는: 보강 바디와, 상기 보강 바디의 둘레부를 따라 형성되는 보강 플랜지를 구비하고, 금속성 소재로 제작되는 보강테; 및 상기 보강 플랜지를 둘러싸도록 상기 보강 플랜지에 접합되고, 합성수지, 고무소재 및 자성분말을 포함하고, 원주방향을 따라 복수의 자극이 착자되는 플라스틱자석을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보강 바디는 환형으로 형성되고, 상기 보강 플랜지는 상기 보강 바디의 외측면에서 반경방향으로 연장되고, 상기 보강 바디와 동심을 이루도록 환형으로 형성될 수 있다.
상기 플라스틱자석은 상기 보강 플랜지의 일면과 모서리부에 접합되고, 상기 보강 플랜지의 모서리부는 상기 플라스틱자석에 매립될 수 있다.
상기 플라스틱자석은 상기 보강 플랜지의 일면에 접합되는 일면 접합부; 상기 일면 접합부에서 연장되고, 상기 보강 플랜지의 모서리부에 접합되는 모서리 접합부; 및 상기 보강 플랜지의 모서리부가 매립되도록 상기 모서리 접합부에서 상기 보강 바디 측으로 연장되는 타면 접합부를 포함할 수 있다.
상기 타면 접합부의 외측면에는 상기 타면 접합부의 단부 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사면부가 형성되고, 상기 타면 접합부의 내측면에는 상기 보강 플랜지의 타면에 밀착되도록 상기 보강 바디 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태의 밀착부가 형성될 수 있다.
상기 플라스틱자석은 플라스틱링을 압출한 후 일정 길이로 절단하고, 절단된 플라스틱링의 단부를 접합하여 환형으로 형성하고, 환형의 플라스틱링을 상기 보강 플렌지의 상측에 위치시킨 후 금형으로 가압하여 상기 보강 플랜지에 접합함에 따라 형성될 수 있다.
상기 플라스틱자석에는 자장이방화에 의해 복수의 자극이 착자될 수 있다.
상기 플라스틱자석에는 기계이방화에 의해 복수의 자극이 착자될 수 있다.
상기 고무소재는 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), SBR(Styrene Butadiene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), ACM(Acrylic Rubber), AEM(Acrylic Ethylene Rubber), EPM(Ethylene Propylene Rubber), FPM(Fluorocarbon Rubber), FKM(Fluoro Rubber), VMQ(Vinyl Methyl Silicone Rubber), ECO(Epichlorohydrin Rubber), PU(Polyester Urethane), HNBR(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), CSM(Chloro sulfonated Polyethylene Rubber) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 탄성 엔코더의 제조방법은: 합성수지, 고무소재, 자성분말을 혼합하는 단계; 압출장치에 의해 플라스틱선재를 압출하는 단계; 상기 플라스틱선재를 보강테의 원주 길이로 절단하는 단계; 절단된 상기 플라스틱선재의 단부를 접합하여 플라스틱링을 형성하는 단계; 상기 플라스틱링과 상기 보강테를 금형을 이용하여 가류 성형하는 단계; 및 상기 보강테에 가류 성형된 플라스틱링을 착자하여 플라스틱자석을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 보강테의 보강 플랜지의 모서리부는 상기 플라스틱자석에 매립될 수 있다.
상기 플라스틱자석은 상기 보강 플랜지의 일면에 접합되는 일면 접합부; 상기 일면 접합부에서 연장되고, 상기 보강 플랜지의 모서리부에 접합되는 모서리 접합부; 및 상기 보강 플랜지의 모서리부가 매립되도록 상기 모서리 접합부에서 상기 보강 바디 측으로 연장되는 타면 접합부를 포함할 수 있다.
상기 타면 접합부의 외측면에는 상기 타면 접합부의 단부 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사면부가 형성되고, 상기 타면 접합부의 내측면에는 상기 보강 플랜지의 타면에 밀착되도록 상기 보강 바디 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태의 밀착부가 형성될 수 있다.
상기 플라스틱자석에는 자장이방화에 의해 복수의 자극이 착자될 수 있다.
상기 플라스틱자석에는 기계이방화에 의해 복수의 자극이 착자될 수 있다.
본 발명에 따르면, 연성의 플라스틱자석이 보강 플랜지에 접합되므로, 플라스틱자석의 계면 접합력이 향상될 수 있다. 따라서, 플라스틱자석과 보강 플랜지의 접합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 보강 플랜지의 타면이 매끄럽게 형성되므로, 보강 플랜지의 타면에 실링부재를 설치함으로써 이물질이 휠베어링으로 침투되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 플라스틱자석이 보강 플랜지의 일면과 모서리부에 접합되고, 보강 플랜지의 모서리부가 플라스틱자석에 매립되므로, 플라스틱자석이 보강 플랜지에 긴밀하게 밀착 및 접합될 수 있다. 따라서, 이종 재질의 보강 플랜지와 플라스틱자석이 열팽창계수 차이에 의해 접촉면이 떨어지거나 벌어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 모서리 접합부와 타면 접합부가 보강 플랜지의 모서리부 전체를 둘러싸도록 링형태로 형성되므로, 플라스틱자석의 외측 부분이 보강 플랜지의 모서리부에서 벌어지는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 상측을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 하측를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더를 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더를 도시한 확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 제조방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 제조과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강테와 플라스틱링이 하부 금형에 탑재된 상태를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱링이 상부 금형에 의해 가압되는 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱링이 보강테에 접합된 상태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 출력 특성과 피치 편차를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 내열 실험을 거친 탄성 엔코더의 출력 특성과 피치 편차를 도시한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 탄성 엔코더 및 그 제조방법의 일 실시예를 설명한다. 탄성 엔코더 및 그 제조방법을 설명하는 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 상측을 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 하측를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더를 도시한 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더를 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더를 도시한 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더(1)는 보강테(10) 및 플라스틱자석(20)을 포함한다.
보강테(10)는 보강 바디(11)와 보강 플랜지(13)를 구비한다. 보강테(10)는 금속성 소재로 제작된다. 보강 바디(11)는 환형으로 형성된다. 보강 플랜지(13)는 보강 바디(11)의 둘레부를 따라 형성된다. 보강 플랜지(13)는 보강 바디(11)의 외측면에서 반경방향으로 연장되고, 보강 바디(11)와 동심을 이루도록 환형으로 형성된다. 보강 플랜지(13)는 보강 바디(11)와 수직하게 형성된다. 보강 바디(11)의 폭은 휠베어링(미도시)의 축방향과 평행하고, 보강 플랜지(13)의 폭은 휠베어링의 축방향과 수직하게 배치된다. 보강 플랜지(13)가 보강 바디(11)와 동심을 이루도록 환형으로 형성되므로, 차량의 구동축과 동축을 이루도록 배치된다.
플라스틱자석(20)은 보강 플랜지(13)를 둘러싸도록 보강 플랜지(13)에 접합되고, 합성수지, 고무소재 및 자성분말을 포함한다. 플라스틱자석(20)에는 원주방향을 따라 복수의 자극이 착자된다. 이때, 플라스틱자석(20)에는 N극과 S극이 교번으로 형성된다. 플라스틱자석(20)이 보강 플랜지(13)에 접합되고, 플라스틱자석(20)이 휠베어링의 축방향과 동축을 이루므로, 플라스틱자석(20)의 자극을 감지하여 구동축의 회전 속도를 측정할 수 있다. 이러한 플라스틱자석(20)의 조성물에 관해서는 아래에서 상세히 설명하기로 한다.
연성의 플라스틱자석(20)이 보강 플랜지(13)에 접합되므로, 플라스틱자석(20)의 계면 접합력이 향상될 수 있다. 따라서, 플라스틱자석(20)과 보강 플랜지(13)의 접합력을 향상시킬 수 있다. 또한, 보강 플랜지(13)의 타면이 매끄럽게 형성되므로, 보강 플랜지(13)의 타면에 실링부재(미도시)를 설치함으로써 이물질이 휠베어링으로 침투되는 것을 방지할 수 있다.
플라스틱자석(20)은 보강 플랜지(13)의 일면과 모서리부에 접합되고, 보강 플랜지(13)의 모서리부는 플라스틱자석(20)에 매립된다. 플라스틱자석(20)이 보강 플랜지(13)의 일면과 모서리부에 접합되고, 보강 플랜지(13)의 모서리부가 플라스틱자석(20)에 매립되므로, 플라스틱자석(20)이 보강 플랜지(13)에 긴밀하게 밀착 및 접합될 수 있다. 따라서, 이종 재질의 보강 플랜지(13)와 플라스틱자석(20)이 열팽창계수의 차이에 의해 접촉면이 떨어지거나 벌어지는 것을 방지할 수 있다.
플라스틱자석(20)은 일면 접합부(21), 모서리 접합부(23) 및 타면 접합부(25)를 포함한다. 일면 접합부(21)는 보강 플랜지(13)의 일면에 접합된다. 일면 접합부(21)는 보강 플랜지(13)와 평행하게 형성된다. 모서리 접합부(23)는 일면 접합부(21)에서 연결되고, 보강 플랜지(13)의 모서리부에 접합된다. 모서리 접합부(23)는 일면 접합부(21)와 수직하게 형성된다. 타면 접합부(25)는 보강 플랜지(13)의 모서리부가 매립되도록 모서리 접합부(23)에서 보강 바디(11) 측으로 연장된다. 타면 접합부(25), 모서리 접합부(23) 및 일면 접합부(21) 사이에는 보강 플랜지(13)의 모서리부가 매립된다. 모서리 접합부(23)와 타면 접합부(25)는 보강 플랜지(13)의 모서리부 전체를 둘러싸도록 링형태로 형성되므로, 플라스틱자석(20)의 외측 부분이 보강 플랜지(13)의 모서리부에서 벌어지는 것을 방지할 수 있다.
타면 접합부(25)의 외측면에는 타면 접합부(25)의 단부 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사면부(25a)가 형성되고, 타면 접합부(25)의 내측면에는 보강 플랜지(13)의 타면에 밀착되도록 보강 바디(11) 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태의 밀착부(25b)가 형성된다. 타면 접합부(25)의 단부 측으로 갈수록 폭이 좁아지는 경사면부(25a)가 형성되므로, 플라스틱자석(20)이 하부 금형(110: 도 7 참조) 내에서 성형된 후 하부 금형(110)에서 용이하게 분리될 수 있다. 또한, 밀착부(25b)가 보강 바디(11) 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태로 형성되므로, 밀착부(25b)의 신축성이 다른 부위에 비해 증가됨에 따라 보강 플랜지(13)와 플라스틱자석(20)의 열팽창 편차가 발생될 때에 용이하게 신축될 수 있다.
플라스틱자석(20)은 플라스틱선재(20a)를 압출한 후 일정 길이로 절단하고, 절단된 플라스틱선재(20a)의 단부(20b)를 접합하여 환형의 플라스틱링(20a)을 형성하고, 환형의 플라스틱링(20a)을 보강 플랜지(13)의 상측에 위치시킨 후 금형(110,120)으로 가압하여 보강 플랜지(13)에 접합함에 따라 형성된다. 플라스틱링(20a)은 플라스틱선재(20a)의 단부(20b)를 접합하여 환형으로 형성된 구성이므로, 플라스틱링(20a)과 플라스틱선재(20b)에 동일한 도면 부호를 부여한다.
절단된 플라스틱선재(20a)의 단부(20b)를 접합하여 환형으로 형성하므로, 접합된 플라스틱링(20a)이 보강 플랜지(13)와 동심을 이루도록 배치된다. 따라서, 금형(110,120)이 접합된 플라스틱링(20a)을 고온 고압 상태에서 가압함으로써 플라스틱링(20a)이 보강 플랜지(13)와 동심원을 이루도록 접합될 수 있다.
플라스틱자석(20)에는 자장이방화에 의해 복수의 자극이 착자된다. 자장이방화는 플라스틱자석(20)을 압출하는 과정에서 자기장을 가하여 페라이트 분말을 정방향으로 눕혀줌에 따라 이방성 자석을 형성하는 것을 의미한다.
또한, 플라스틱자석(20)에는 기계이방화에 의해 복수의 자극이 착자된다. 기계이방화는 롤러(미도시)를 이용하여 고무소재를 얇게 압축하여 페라이트 분말입자를 강제적으로 정방향으로 눕히고, 복수의 얇은 고무소재를 합친 후 다시 압착함에 따라 이방석 자석을 형성하는 것을 의미한다.
플라스틱자석(20)은 합성수지, 고무소재 및 자성분말을 혼합화여 형성하므로, 페라이트 블랜딩량을 극대화함으로써 탄성 엔코더(1)의 자기 출력을 극대화시킬 수 있다. 또한, 고무소재의 특성상 탄성력을 가지므로, 외부 충격이 플라스틱자석(20)에 가해지더라도 크랙이 발생되거나 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 플라스틱자석(20)은 사출공정에 의한 제작되거나 가류공정을 이용하여 제작이 가능하므로, 설비를 소형화하고 금형의 소형화에 기여할 수 있다. 이러한 탄성 엔코더는 출력 특성이 높게 형성되고, 단일 피치 오차(SPD: single pitch deviation)와 전체 피치 오차(TPD: total pitch deviation)가 안정적으로 유지된다.
고무소재는 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), SBR(Styrene Butadiene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), ACM(Acrylic Rubber), AEM(Acrylic Ethylene Rubber), EPM(Ethylene Propylene Rubber), FPM(Fluorocarbon Rubber), FKM(Fluoro Rubber), VMQ(Vinyl Methyl Silicone Rubber), ECO(Epichlorohydrin Rubber), PU(Polyester Urethane), HNBR(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), CSM(Chloro sulfonated Polyethylene Rubber) 중 1종 이상을 포함한다.
고무소재 중 ACM, NBR 등은 기존 플라스틱 수지의 50-250% 이내로 포함될 수 있다.
고무소재에 혼합되는 자성분말로는 탄성 엔코더(1)의 제조시 사용되는 페라이트 분말을 제한없이 사용할 수 있다. 페라이트 분말은 중심입도가 약 1미크론 크기인 것을 적용할 수 있다.
페라이트 분말의 입도가 1 미크론 초과인 경우 믹싱작업성은 좋아지나 분산도 및 제품화시 표면상태의 상품성이 떨어질 수 있고, 페라이트 분말의 입도가 서브미크론 단위인 것인 경우 고무조성물의 무니점도가 너무 높아져서 믹싱이 어려워져 자성분말의 고충진이 불가능해질 수 있다.
자성 분말은 탄성 엔코더(1)의 자력 특성을 가지기 위해 고무소재 100 중량부에 대해 600-2100 중량부로 포함될 수 있고, 제품으로 응용이 가능한 적정 투입량은 800-1600 중량부이며, 바람직하게는 900-1300 중량부로 포함될 수 있다.
플라스틱자석(20)의 가교제로는 황 또는 과산화물 가교제 등이 사용될 수 있다.
고충진 배합에서 황은 고무소재 100 중량부에 대해 0.5~4 중량부를 사용할 수 있으며, 1~2.5 중량부를 사용하는 것이 저장 안정성 등에 있어서 바람직하다.
과산화물 가교제로는 예를 들어, 알킬계열 디(tert-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 디큐밀 퍼옥사이드, 디-tert-부틸퍼옥사이드 등을 사용할 수 있다.
과산화물 가교제는 고무소재 100 중량부에 대해 0.5-6 중량부를 사용하는 경우 가교가 일어나며, 1-3 중량부를 사용하는 것이 제품의 흐름성, 가황 후 변색문제에 있어서 바람직하다.
탄성 엔코더용 고무 조성물에 포함되는 첨가제는 가공조제, 노화방지제, 가교촉진제, 가소제, 이형조제, 분산제, 커플링제 및 가교 촉매로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물일 수 있으며, 탄성 엔코더(1)를 제조하는데 통상적으로 첨가되는 첨가제는 모두 사용할 수 있음은 물론이다.
첨가제로는, 예를 들어, 니더, 반바리, 오픈밀 등과 같은 혼합물의 믹싱작업시 고충진으로 인한 무니점도를 낮춰주는 가공조제 또는 가소제, 가교속도를 높여주는 촉진제 및 촉진조제, 바인더 고무의 내구성을 높여주는 노화방지제 등이 부가적으로 선택 사용가능하다. 이외에도 믹싱설비 표면과의 이형성을 좋게 해주는 이형조제, 페라이트 입자 및 각종 약품의 분산을 향상시키는 분산제, 페라이트 입자와 바인더간 결합력을 높여주는 커플링제, 페놀수지의 가교속도를 높여주는 촉매 등을 제한 없이 사용할 수 있다.
탄성 엔코더용 고무 조성물에 포함되는 첨가제로서 가공 조제는 일반적인 고무조성물의 믹싱공정인 1차믹싱 및 롤 혼련시 필러의 분산, 롤 작업성, FMB(Final Master Batch)의 점착도 조정 등의 목적으로 사용될 수 있다.
가공조제로는 탄성 엔코더의 제조시 사용되는 가공조제, 예를 들어 지방산 또는 지방산 에스테르계 가공조제 등을 사용할 수 있다.
가공조제는 고무소재 100 중량부에 대해 0.5-16 중량부, 바람직하게는 2-4 중량부 사용될 수 있다. 탄성 엔코더용 고무 조성물은 첨가제로서 노화방지제를 포함할 수 있다.
노화방지제는 고무의 가교에 참여하지 않은 타입으로 중합성 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린 수지 이외 시중에서 판매되고 있는 우수한 성능의 노화방지제가 제한없이 사용될 수 있다.
노화방지제는 고무소재 100 중량부에 대해 0.5~4 중량부를 사용할 수 있고, 원료 고무의 내노화성을 고려할 때 1~2.5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
탄성 엔코더용 고무 조성물은 첨가제로서 TMTD(Tetramethyl-thiuram disulfide), TETD(Tetraethyl-thiuram disulfide), DPTD(dipenta-methylene thiuram tertrasulfide), MBT(2-mercapto benzothiazole), MBTS(dibenzothiazyl disulfide), CBS(N-cyclohexyl benzothiazyl 2-sulfenamide) 및 NOB(N-oxydiethylene benzothiazyl 2-sulfenamide)로 이루어진 군에서 선택되는 가교촉진제를 포함할 수 있다.
가교촉진제는 황가교 시스템이나 황 및 과산화물 가교 시스템에서 가교 속도 증진을 위해 사용된다.
가교촉진제는 고무소재 100 중량부에 대해 0.2~4 중량부를 사용할 수 있고, 제품 가교후 변색 및 트리밍 공정을 고려하여 0.5~1.5 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
탄성 엔코더용 고무 조성물은 첨가제로서 가소제를 포함할 수 있다.
가소제는 고무 조성물의 믹싱시 점도를 낮추어주고 필러/고무소재 간의 믹싱 상태를 양호하게 해주는 기능을 한다.
가소제로는 내열 또는 내한 특성을 개선해 주는 가소제, 채종유, 아마유 등의 식물성 오일 및 범용 프로세스 오일인 DOP, DOS 등을 사용할 수 있다.
가소제는 고무소재 100 중량부에 대해 3~60 중량부를 사용할 수 있고, 정상적인 고무의 가교를 위해 5~20 중량부를 사용하는 것이 바람직하다.
탄성 엔코더(1)는 내마모성 및 내열성이 개선될 뿐만 아니라, 기존의 자력특성인 특정 에어 갭(air gap)에서의 자속 밀도, 피치 오차 등의 값이 향상된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 제조방법에 관해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 제조방법을 도시한 플로우 차트이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 제조과정을 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 보강테와 플라스틱링이 하부 금형에 탑재된 상태를 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱링이 상부 금형에 의해 가압되는 상태를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱링이 보강테에 접합된 상태를 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 10을 참조하면, 보강테(10)가 환형으로 제작된다. 보강테(10), 합성수지, 고무소재, 자성분말, 첨가재, 보강제, 가소제 등을 준비하고, 이러한 재료는 20±3℃ 온도에서 보관된다.
준비된 각 재료를 자동칭량장치로 칭량(weighing)하고 배합을 준비한다. 칭량된 재료를 일정한 온도 조건에서 혼합(mixing)한다(S11). 이때, 합성수지, 고무소재, 자성분말, 첨가재, 보강제, 가소제, 오일, 페놀수지 등 기 설정된 비율로 혼합한다. 고무재료의 혼합 공정은 40-100℃ 온도 조건에서 이루어진다.
혼합된 고무재료에 촉진재를 첨가한 후 배합하고, 롤러(미도시)를 이용하여 압착한다(S12). 이때, 롤러의 가압 공정은 대략 60-100℃의 온도 조건에서 이루어진다. 가압된 고무재료를 압출장치에 넣은 후 플라스틱선재(20a)를 압출한다(S13). 플라스틱선재(20a)의 단면은 원형으로 형성된다.
플라스틱선재(20a)의 물성 및 가류도를 검사한다(S14). 이때, 플라스틱선재(20a)는 마모율은 3% 이하, 경도는 97 이상, 인장강도는 40
Figure pat00001
정도로 형성될 수 있다.
플라스틱선재(20a)를 일정한 길이로 절단한다(S15). 이때, 플라스틱선재(20a)는 보강테(10)의 보강 플랜지(13)의 원주 길이 정도로 절단된다.
절단된 플라스틱선재(20a)는 20±3℃ 정도의 온도에서 대략 12시간 정도 안정화시킨다(S16). 절단된 플라스틱선재(20a)가 안정화됨에 따라 분자 결합력, 응력 상태가 안정화된다.
플라스틱선재(20a)의 단부(20b)를 접합하여 플라스틱링(20a)을 형성한다(S17). 플라스틱링(20a)의 직경은 보강 플랜지(13)의 직경과 거의 동일하게 형성된다. 플라스틱링(20a)은 플라스틱선재(20a)의 단부(20b)를 접합하여 환형으로 형성되는 구성이므로, 플라스틱링(20a)과 플라스틱선재(20b)에 동일한 도면 부호를 부여한다.
이때, 플라스틱선재(20a)의 단부(20b)에는 접합제가 도포되거나 플라스틱선재(20a)의 단부(20b)를 고온으로 용융시킨 후 플라스틱선재(20a)의 단부(20b)를 접합시킬 수 있다. 플라스틱링(20a)이 환형으로 접합됨에 따라 보강테(10)의 보강 플랜지(13)와 유사한 직경을 갖도록 형성된다.
보강테(10)의 보강 플랜지(13)가 하부 금형(110)의 안착부(111)에 탑재된 후 접합된 플라스틱링(20a)을 보강 플랜지(13)의 상면에 위치시킨다. 이때, 플라스틱링(20a)이 환형으로 형성되므로, 플라스틱링(20a)이 보강 플랜지(13)의 중심과 동심원 상에 배치될 수 있다.
이때, 하부 금형(110)과 상부 금형(120)은 플라스틱링(20a)을 고온 고압으로 가류 성형할 수 있는 온도로 미리 가열된다.
플라스틱링(20a)과 보강테(10)를 고온 고압에서 가압하는 가류 성형을 실시한다(S18). 이때, 하부 금형(110)이 하강됨에 따라 하부 금형(110)의 가이드벽면(123)이 보강 바디(11)의 내측면에 접촉되고, 하부 금형(110)의 단차부(121)가 하부 금형(110)의 성형홈부(113)의 내부로 진입된다.
하부 금형(110)이 플라스틱링(20a)을 가압함에 따라 플라스틱링(20a)이 양측으로 밀려나면서 변형된다. 하부 금형(110)이 플라스틱링(20a)을 완전히 가압하면, 플라스틱링(20a)은 고온 고압에 의해 성형홈부(113)로 밀려들어가면서 보강 플랜지(13)에 접합된다. 플라스틱링(20a)이 성형홈부(113)에 밀려들어가면서 보강 플랜지(13)에 접합됨에 따라 보강 플랜지(13)에 접합된다. 이때, 플라스틱링(20a)이 보강 플랜지(13)의 중심과 동심원을 이루도록 배치된 상태에서 상부 금형(120)과 하부 금형(110)이 플라스틱링(20a)을 가류 성형하므로, 플라스틱링(20a)이 보강 플랜지(13)의 원주방향을 따라 고르게 변형되면서 보강 플랜지(13)에 접합된다. 따라서, 플라스틱자석(20)이 보강 플랜지(13)에 접합될 때에 불량률이 감소될 수 있다.
가류 성형된 플라스틱링(20a)을 착자하여 플라스틱자석(20)을 형성한다(S19). 이때, 플라스틱자석(20)에는 자장이방화 또는 기계이방화에 의해 복수의 자극이 착자된다.
보강 플랜지(13)의 모서리부가 플라스틱자석(20)에 매립되므로, 플라스틱자석(20)이 보강 플랜지(13)에 긴밀하게 밀착 및 접합될 수 있다. 따라서, 이종 재질의 보강 플랜지(13)와 플라스틱자석(20)이 열팽창계수의 차이에 의해 접촉면이 떨어지거나 벌어지는 것을 방지할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 실험예에 관해 설명하기로 한다.
먼저, 탄성 엔코더의 출력 특성과 오차에 관해 설명하기로 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 탄성 엔코더의 출력 특성과 피치 편차를 도시한 그래프이다.
도 10을 참조하면, 탄성 엔코더(1)의 에어갭(Air gap)이 1mm인 경우, 음극 플럭스 밀도(Flux density(-))와 양극 플럭스 밀도(Flux density(+))는 모두 최소 15mT 이하로 유지되므로, 탄성 엔코더(1)의 출력 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 탄성 엔코더(1)의 에어갭(Air gap)이 2.13mm인 경우, 음극 단일 피치 오차(SPD: Single Pitch Deviation)는 ±2% 범위를 유지하고, 전체 피치 오차(TPD: Total Pitch Deviation)가 최대 5% 이하를 유지하므로, 피치 오차가 안정적으로 유지되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 탄성 엔코더의 내열 특성에 관해 설명하기로 한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 내열 실험을 거친 탄성 엔코더의 출력 특성과 피치 편차를 도시한 그래프이다.
도 11을 참조하면, 첫 번째, 탄성 엔코더(1)는 135ㅁ2℃의 오븐에서 가열되며, 이 상태에서 탄성 엔코더(1)는 적어도 133℃에 도달된다. 5초 내에 오븐으로부터 탄성 엔코더(1)를 제거하고, 얼음물에 담근 후 3분 정도를 유지한다.
두 번째, 탄성 엔코더(1)는 130±2℃의 온도에서 48 시간동안 온도 캐비닛에서 유지(aged)된다.
세 번째, 탄성 엔코더(1)는 -40±2℃의 온도에서 48 시간동안 온도 캐비닛에서 유지된다.
이러한 실험 조건을 거친 탄성 엔코더(1)의 실험결과는 다음과 같다.
탄성 엔코더(1)의 에어갭(Air gap)이 1mm인 경우, 음극 플럭스 밀도(Flux density(-))와 양극 플럭스 밀도(Flux density(+))는 모두 최소 15mT 이하가 되므로, 탄성 엔코더(1)의 출력 특성이 향상되는 것을 알 수 있다.
또한, 탄성 엔코더(1)의 에어갭(Air gap)이 2.13mm인 경우, 음극 단일 피치 오차(SPD)는 ㅁ2% 범위를 유지하고, 전체 피치 오차(TPD)가 최대 5%를 유지하므로, 피치 오차가 안정적으로 유지되는 것을 알 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
10: 보강테 11: 보강 바디
13: 보강 플랜지 20: 플라스틱자석
20a: 플라스틱링 20b: 단부
21: 일면 접합부 23: 모서리 접합부
25: 타면 접합부 25a: 경사면부
25b: 밀착부 110: 하부 금형
111: 안착부 113: 성형홈부
120: 상부 금형 121: 단차부
123: 가이드벽면

Claims (15)

  1. 보강 바디와, 상기 보강 바디의 둘레부를 따라 형성되는 보강 플랜지를 구비하고, 금속성 소재로 제작되는 보강테; 및
    상기 보강 플랜지를 둘러싸도록 상기 보강 플랜지에 접합되고, 합성수지, 고무소재 및 자성분말을 포함하고, 원주방향을 따라 복수의 자극이 착자되는 플라스틱자석을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 보강 바디는 환형으로 형성되고,
    상기 보강 플랜지는 상기 보강 바디의 외측면에서 반경방향으로 연장되고, 상기 보강 바디와 동심을 이루도록 환형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석은 상기 보강 플랜지의 일면과 모서리부에 접합되고,
    상기 보강 플랜지의 모서리부는 상기 플라스틱자석에 매립되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석은,
    상기 보강 플랜지의 일면에 접합되는 일면 접합부;
    상기 일면 접합부에서 연장되고, 상기 보강 플랜지의 모서리부에 접합되는 모서리 접합부; 및
    상기 보강 플랜지의 모서리부가 매립되도록 상기 모서리 접합부에서 상기 보강 바디 측으로 연장되는 타면 접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 타면 접합부의 외측면에는 상기 타면 접합부의 단부 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사면부가 형성되고,
    상기 타면 접합부의 내측면에는 상기 보강 플랜지의 타면에 밀착되도록 상기 보강 바디 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태의 밀착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석은 플라스틱링을 압출한 후 상기 보강테의 원주 길이로 절단하고, 절단된 플라스틱링의 단부를 접합하여 환형으로 형성하고, 환형의 플라스틱링을 상기 보강 플렌지의 상측에 위치시킨 후 금형으로 가압하여 상기 보강 플랜지에 접합함에 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석에는 자장이방화에 의해 복수의 자극이 착자되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석에는 기계이방화에 의해 복수의 자극이 착자되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 고무소재는 NR(Natural Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), SBR(Styrene Butadiene Rubber), EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer), ACM(Acrylic Rubber), AEM(Acrylic Ethylene Rubber), EPM(Ethylene Propylene Rubber), FPM(Fluorocarbon Rubber), FKM(Fluoro Rubber), VMQ(Vinyl Methyl Silicone Rubber), ECO(Epichlorohydrin Rubber), PU(Polyester Urethane), HNBR(Hydrogenated Nitrile Butadiene Rubber), CR(Chloroprene Rubber), CSM(Chloro sulfonated Polyethylene Rubber) 중 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더.
  10. 합성수지, 고무소재, 자성분말을 혼합하는 단계;
    압출장치에 의해 플라스틱선재를 압출하는 단계;
    상기 플라스틱선재를 보강테의 원주 길이로 절단하는 단계;
    절단된 상기 플라스틱선재의 단부를 접합하여 플라스틱링을 형성하는 단계;
    상기 플라스틱링과 상기 보강테를 금형을 이용하여 가류 성형하는 단계; 및
    상기 보강테에 가류 성형된 플라스틱링을 착자하여 플라스틱자석을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더의 제조방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 보강테의 보강 플랜지의 모서리부는 상기 플라스틱자석에 매립되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더의 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석은,
    상기 보강 플랜지의 일면에 접합되는 일면 접합부;
    상기 일면 접합부에서 연장되고, 상기 보강 플랜지의 모서리부에 접합되는 모서리 접합부; 및
    상기 보강 플랜지의 모서리부가 매립되도록 상기 모서리 접합부에서 상기 보강 바디 측으로 연장되는 타면 접합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더의 제조방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 타면 접합부의 외측면에는 상기 타면 접합부의 단부 측으로 갈수록 폭이 좁아지도록 경사면부가 형성되고,
    상기 타면 접합부의 내측면에는 상기 보강 플랜지의 타면에 밀착되도록 상기 보강 바디 측으로 갈수록 두께가 얇아지는 형태의 밀착부가 형성되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더의 제조방법.
  14. 제10 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석에는 자장이방화에 의해 복수의 자극이 착자되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더의 제조방법.
  15. 제10 항에 있어서,
    상기 플라스틱자석에는 기계이방화에 의해 복수의 자극이 착자되는 것을 특징으로 하는 탄성 엔코더의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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