KR20220100706A - 접촉 표면에서 원하는 슬립 토크를 갖는 두 구성요소 사이에 공차 링을 포함하는 조립체 - Google Patents

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KR20220100706A
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앤드류 알. 슬레인
스테판 손더스
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생-고뱅 퍼포먼스 플라스틱스 렌콜 리미티드
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Abstract

본 발명에 따른 조립체는 내부 구성요소, 외부 구성요소, 및 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 억지 끼워맞춤을 제공하기 위해 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 위치하는 공차 링(100)을 포함한다. 상기 공차 링은 제1 반경방향 표면 상의 복수의 반경방향으로 연장되는 돌출부(108) 및 제1 반경방향 표면 맞은편에 있는 제2 반경방향 표면 상의 미형성 영역(114)을 포함하는 측벽(102)을 포함한다. 상기 공차 링(100)은 공차 링 돌출부(108)와 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제1 이탈 토크(τ1)를 제공하고, 상기 공차 링(100)은 미형성 영역(114)과 내부 구성요소 또는 외부 구성요소의 중 다른 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제2 이탈 토크(τ2)를 제공하며, 여기서 1.1 τ2 ≤ τ1인 것을 특징으로 한다.

Description

접촉 표면에서 원하는 슬립 토크를 갖는 두 구성요소 사이에 공차 링을 포함하는 조립체
본 개시는 일반적으로 공차 링, 특히 토크 조립체를 변형하는 공차 링에 관한 것이다.
일반적으로, 공차 링은 외부 구성요소 내의 보어에서 회전하는 내부 구성요소와 같이 상대적으로 이동하는 부품들 사이의 움직임을 제한한다. 또한, 공차 링은 정확한 수치로 가공되지 않은 부품들에 대한 공차 상쇄, 부품들 간의 다양한 팽창계수 상쇄, 신속한 조립 및 내구성과 같은 다수의 다른 잠재적인 이점이 있다. 한 유형의 공차 링은 조립체 내에서 토크를 전달하기 위해 외부 구성요소의 보어의 내부 표면과 내부 구성요소의 외부 표면 사이의 틈(gap)에 위치할 수 있다. 예시적인 조립체는 도어, 후드, 테일게이트 및 엔진 컴파트먼트 힌지, 시트, 스티어링 칼럼, 플라이휠, 구동샤프트 조립체를 포함할 수 있거나 혹은 특히 자동차에 사용되는 다른 조립체를 포함할 수 있다. 때때로, 그러한 조립체에서 외부 구성요소와 내부 구성요소의 원하는 표면에서 원하는 슬립을 가질 필요가 있다. 따라서, 적절한 공차 상쇄를 유지하고 조립체의 더 긴 수명을 제공하면서도 개선된 슬립 성능을 제공하는 개선된 공차 링에 대한 지속적인 요구가 존재한다.
본 발명은 첨부도면들을 참조함으로써 통상의 기술자에게 자명한 다수의 특징 및 이점들을 더 잘 이해할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 공차 링을 생성하는 방법을 포함한다;
도 2a는 일 실시예에 따른 공차 링의 일 실시예의 횡단면도를 포함한다;
도 2b는 일 실시예에 따른 공차 링의 일 실시예의 횡단면도를 포함한다;
도 2c는 일 실시예에 따른 공차 링의 일 실시예의 횡단면도를 포함한다;
도 2d는 일 실시예에 따른 공차 링의 일 실시예의 횡단면도를 포함한다;
도 3a는 본 발명에 따라 구성된 공차 링의 일 실시예의 사시도를 포함한다;
도 3b는 본 발명에 따라 구성된 공차 링의 일 실시예의 상면도를 포함한다;
도 3c는 본 발명에 따라 구성된 공차 링의 일 실시예의 측면도를 포함한다;
도 4는 본 발명에 따라 구성된 공차 링의 또 다른 실시예의 사시도를 포함한다;
도 5a는 조립체에서 도 3a의 공차 링의 축방향 단면도를 포함한다;
도 5b는 조립체에서 도 3a의 공차 링의 반경방향 단면도를 포함한다;
도 6은 일 실시예에 따른 조립체내의 공차 링의 단부도를 포함한다;
도 7은 일 실시예에 따라 공차 링을 테스트할 때 시간(s)의 함수로서 토크의 샘플 그래프(N·m)를 포함한다;
도 8은 자유 상태 조건 또는 조립 상태에서 다수의 제어 공차 링을 포함한다;
도 9는 일 실시예에 따른 자유 상태 조건 또는 조립 상태에서 다수의 실험 공차 링을 포함한다.
통상의 기술자는 도면의 요소가 단순성과 명학성을 위해 예시되며 반드시 실측으로 도시된 것이 아니라는 점을 이해할 것이다. 예를 들어, 도면의 일부 요소의 수치는 본 발명의 실시예의 이해를 향상시키는 데 도움이 되도록 다른 요소에 비해 과장하여 도시될 수 있다. 상이한 도면들에서 동일한 도면부호를 사용하는 것은, 그와 동일하거나 또는 그보다 작은 구성요소를 가리킨다.
하기 발명의 상세한 설명은, 첨부도면들과 함께, 본 명세서에 기재된 개념을 이해하는 데 도움을 주기 위해 제공된다. 하기 설명은, 본 발명의 특정 구현예들과 실시예들에 초점을 맞출 것이다. 이러한 내용은, 본 발명의 개념을 기술하는 데 도움을 위해 제공되는 것이며 본 발명의 적용 및 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 하지만, 본 발명의 개념에 따라 기술된 것과 같이 그 밖의 실시예들도 사용될 수 있다.
용어 "포함하다", "포함하는", "구성하다", "구성하는", "가지다", "가지는", 또는 그 밖의 임의의 변형 용어들은 포괄적으로 포함하는 것을 가리키기 위한 것이다. 예를 들어, 일련의 특징부들을 포함하는 조립체, 물품, 또는 방법은 반드시 상기 특징부들에만 제한될 필요는 없으며 상기 조립체, 물품 또는 방법에 기재된 그 밖의 다른 특징부들도 포함할 수 있다. 또한, 명시적으로 반대로 기술되지 않는 한, 용어 "또는"은 포함하는 것을 가리키지 배제되는 것을 가리키는 것이 아니다. 예를 들어, 상태 A 또는 B는 다음과 같이: A가 참(또는 존재)이고 B는 거짓(또는 부존재)인 것, A는 거짓(또는 부존재)이고 B는 참(또는 존재)인 것, 그리고 A와 B 둘 다 참(또는 존재)인 것 중 하나를 충족한다.
또한, 관사 "a" 또는 "an"을 사용하는 것은 본 명세서에 기술된 요소 및 구성요소들을 기재하기 위한 것이다. 이는 본 발명의 범위를 일반적으로 제공하기 위해 편의상 수행되는 것이다. 이러한 내용은, 그 밖에 달리 기술되지 않는 한, 복수를 포함하는 하나, 하나 이상 또는 단수를 포함하거나 또는 그 반대를 포함하는 것으로 이해해야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 단일의 실시예가 기술되면, 단일의 실시예 대신에 하나 이상의 실시예가 사용될 수도 있다. 이와 유사하게, 본 명세서에 하나 이상의 실시예가 기술되면, 하나 이상의 실시예를 단일의 실시예로 대체할 수도 있다.
그 밖에 달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용되는 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 기술자에 의해 통상적으로 이해되는 용어들과 똑같은 의미를 가진다. 재료, 방법, 및 예들은 오직 예시적인 것이며 제한하려는 의도가 아니다. 본 명세서에 기술되지 않는 내용에서, 특정 재료 및 처리 기술에 관한 다수의 세부 사항들은 일반적인 것이며 공차 링 및 공차 링 조립체 기술의 교재 및 기타 출처에서 찾아볼 수 있다.
설명을 위해, 도 1은 공차 링을 형성하기 위한 형성 공정(10)을 도시하는 다이어그램을 포함한다. 형성 공정(10)은 기판을 포함하는 재료 또는 복합 재료를 제공하는 제1 단계(12)를 포함할 수 있다. 선택적으로는, 형성 공정(10)은 공차 링을 형성하기 위해 재료 또는 복합 재료의 단부를 마는 제2 단계(14)를 추가로 포함할 수 있다.
도 2a는 형성 공정(10)의 제1 단계(12)의 공차 링으로 형성될 수 있는 재료(1000)의 예시를 포함한다. 공차 링은 기판(119)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(119)은 금속을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 금속은 철, 구리, 티타늄, 주석, 알루미늄, 이들의 합금을 포함하거나 또 다른 유형의 금속일 수 있다. 보다 구체적으로, 기판(119)은 강, 가령, 스테인리스 스틸, 탄소강 또는 스프링 강을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(119)은 301 스테인리스 스틸을 적어도 부분적으로 포함할 수 있다. 301 스테인리스 스틸은 어닐링될 수 있거나, ¼강성, ½ 강성, ¾강성, 또는 완전히 강성일 수도 있다. 더욱이, 강은 크롬, 니켈, 또는 이들의 조합을 포함하는 스테인리스 스틸을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 기판(119)은 직조된 메쉬 또는 팽창된 금속 그리드를 포함할 수 있다. 직조된 메쉬 또는 팽창된 금속 그리드는 금속 또는 금속 합금, 가령, 알루미늄, 강철, 스테인리스 스틸, 청동 등을 포함할 수 있다. 대안으로, 직조된 메쉬는 직조된 폴리머 메쉬일 수 있다. 한 대안의 실시예에서, 기판(119)은 메쉬 또는 그리드를 포함하지 않을 수도 있다. 또한, 기판(119)은 ≥350, 가령, ≥375, ≥400, ≥425, 또는 ≥450일 수 있는 비커스 피라미드 수 경도(VPN)를 포함할 수 있다. VPN은 ≤500, ≤475, 또는 ≤450일 수도 있다. VPN은 또한 본 명세서에 설명된 VPN 값 중 임의의 값을 포함하며 이들 범위 사이에 있을 수도 있다. 또 다른 양태에서, 기판(119)은 내식성을 증가시키도록 처리될 수 있다. 특히, 기판(119)은 부동태화될 수 있다(passivated). 예를 들어, 기판(119)은 ASTM 표준 A967에 따라 부동태화될 수 있다. 기판(119)은 챔퍼링, 터닝, 리밍, 단조, 압출, 몰딩, 소결, 롤링, 또는 주조 중 적어도 하나에 의해 형성될 수 있다.
기판(119)은 약 1 마이크론 내지 약 1000 마이크론 사이, 예컨대, 약 50 마이크론 내지 약 500 마이크론 사이, 예컨대, 약 100 마이크론 내지 약 250 마이크론 사이, 예컨대, 약 75 마이크론 내지 약 150 마이크론 사이의 두께(Ts)를 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 기판(119)은 약 50 마이크론 내지 1000 마이크론 사이의 두께(Ts)를 가질 수 있다. 기판(119)의 두께(Ts)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 기판(119)의 두께는 균일할 수 있는데, 즉, 기판(119)의 제1 위치에서의 두께가 제2 위치에서의 두께와 동일할 수 있다. 기판(119)의 두께는 불균일할 수 있는데, 즉, 기판(119)의 제1 위치에서의 두께가 제2 위치에서의 두께와 상이할 수 있다.
도 2a는 형성 공정(10)의 제1 단계(12)의 공차 링으로 형성될 수 있는, 재료(1000)의 대안인 복합 재료(1001)의 한 예시를 포함한다. 예시를 위해, 도 2b는 공차 링의 복합 재료(1001)의 층별 구성을 도시한다. 다수의 실시예에서, 복합 재료(1001)는 기판(119)을 포함할 수 있으며(위에서 언급된 바와 같음) 기판(119)에 결합되거나 그 위에 놓인 저마찰 층(104)을 포함할 수도 있다. 보다 특정한 실시예에서, 다수의 실시예에서, 복합 재료(1001)는 기판(119)을 포함할 수 있으며(위에서 언급된 바와 같음) 기판(119)에 결합되거나 그 위에 놓인 저마찰층(104)을 포함할 수도 있다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 저마찰층(104)은 기판(119)의 적어도 일부에 결합될 수 있다. 특정 실시예에서, 저마찰층(104)은 또 다른 구성요소의 또 다른 표면과 경계면을 형성하기 위해 기판(119)의 표면에 결합될 수 있다. 저마찰층(104)은 기판(119)의 반경방향으로 내부 표면에 결합될 수 있다. 대안으로, 저마찰층(104)은 기판(119)의 반경방향으로 외부 표면에 결합될 수 있다.
다수의 실시예들에서, 저마찰층(104)은 저마찰 재료를 포함할 수 있다. 저마찰 재료는, 예를 들어, 폴리머, 가령, 폴리케톤, 폴리아라미드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리에테르설폰, 폴리페닐렌 설폰, 폴리아미드이미드, 초고분자량 폴리에틸렌, 플루오로폴리머, 폴리벤즈이미다졸, 폴리아세탈, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에틸렌(PE), 폴리설폰, 폴리아미드(PA), 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리우레탄, 폴리에스테르, 액정 폴리머(LCP), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일 예에서, 저마찰층(104)은, 폴리케톤, 가령, 폴리에테르 에테르 케톤(PEEK), 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 케톤 케톤, 폴리에테르 케톤 에테르 케톤, 이들의 유도체, 또는 이들의 조합을 포함한다. 한 추가 예에서, 저마찰층(104)은 초고분자량 폴리에틸렌을 포함할 수 있다. 또 다른 예에서, 저마찰층(104)은, 플루오로폴리머, 가령, 플루오르화 에틸렌 프로필렌(FEP), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리비릴리덴 플루오라이드(PVDF), 퍼플루오로알콕시(PFA), 테트라플루오로에틸렌, 헥사플루오로프로필렌, 및 비릴리덴 플루오라이드의 터폴리머(THV), 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE), 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 코폴리머(ETFE), 또는 에틸렌 클로로트리플루오로에틸렌 코폴리머(ECTFE)를 포함할 수 있다. 저마찰층(104)은, 고체-계 재료, 가령, 리튬 비누, 그래파이트, 보론 니트라이드, 몰리브덴 디설파이드, 텅스텐 디설파이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 카본 니트라이드, 텅스텐 카바이드, 또는 다이아몬드 유사 카본, 금속(가령, 알루미늄, 아연, 구리, 마그네슘, 주석, 백금, 티타늄, 텅스텐, 철, 청동, 스틸, 스프링 스틸, 스테인리스 스틸), 금속 합금(상기 열거된 금속 포함), 양극산화 금속 (상기 열거된 금속 포함) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 특정 실시예들에 따르면, 플루오로폴리머들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 저마찰층(104)은 직조된 메쉬 또는 팽창된 금속 그리드를 포함할 수 있다. 직조된 메쉬 또는 팽창된 금속 그리드는 금속 또는 금속 합금, 가령, 알루미늄, 강철, 스테인리스 스틸, 청동 등을 포함할 수 있다. 대안으로, 직조된 메쉬는 직조된 폴리머 메쉬일 수 있다. 한 대안의 실시예에서, 저마찰층(104)은 메쉬 또는 그리드를 포함하지 않을 수도 있다.
다수의 실시예들에서, 저마찰층(104)은, 필러, 가령, 유리 섬유, 탄소 섬유, 실리콘, PEEK, 방향족 폴리에스테르, 카본 입자, 청동, 플루오로폴리머, 열가소성 필러, 알루미늄 옥사이드, 폴리아미드이미드 (PAI), PPS, 폴리페닐렌 설폰 (PPSO2), LCP, 방향족 폴리에스테르, 몰리브덴 디설파이드, 텅스텐 디설파이드, 그래파이트, 그래핌, 팽창 그래파이트, 보론 니트라이드, 활석, 칼슘 플루오라이드, 또는 이들의 임의의 조합을 추가로 포함할 수 있다. 또한, 필러는, 알루미나, 실리카, 티타늄 디옥사이드, 칼슘 플루오라이드, 보론 니트라이드, 마이카, 규회석, 실리콘 카바이드, 실리콘 니트라이드, 지르코니아, 카본 블랙, 색소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 필러는 비드, 섬유, 분말, 메쉬 또는 이들의 임의의 조합의 형태일 수 있다. 필러는 저마찰층의 총 중량을 기준으로 적어도 10 중량%, 예를 들어, 적어도 15 중량%, 20 중량%, 25 중량% 또는 심지어 30 중량%일 수 있다.
일 실시예에서, 저마찰층(104)은 약 1 마이크론 내지 약 1000 마이크론 사이, 예컨대 약 10 마이크론 내지 약 250 마이크론 사이, 예컨대 약 30 마이크론 내지 약 150 마이크론 사이, 예컨대 약 40 마이크론 내지 약 100 마이크론 사이의 두께(TLFL)를 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 저마찰층(104)은 약 50 마이크론 내지 250 마이크론 사이의 두께(TLFL)를 가질 수 있다. 저마찰층(104)의 두께(TNFL)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 저마찰층(104)의 두께는 균일할 수 있는데, 즉, 저마찰층(104)의 제1 위치에서의 두께가 제2 위치에서의 두께와 동일할 수 있다. 저마찰층(104)의 두께는 불균일할 수 있는데, 즉, 저마찰층(104)의 제1 위치에서의 두께가 제2 위치에서의 두께와 상이할 수 있다. 상이한 저마찰층(104)은 상이한 두께를 가질 수 있는 것을 이해할 수 있다. 저마찰층(104)은 도시된 바와 같이 기판(119)의 하나의 주 표면 위에 놓이거나 양쪽 주 표면 위에 놓일 수 있다. 기판(119)은 저마찰층(104)에 의해 적어도 부분적으로 캡슐화될 수 있다. 즉, 저마찰층(104)은 기판(119)의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 기판(119)의 축방향 표면은 저마찰층(104)으로부터 노출될 수 있다.
도 2c는 형성 공정(10)의 제1 단계(12)의 공차 링으로 형성될 수 있는, 재료(1000, 1001)의 대안인 복합 재료(1002)의 한 대안의 실시예를 예시한다. 예시를 위해, 도 2c는 공차 링의 복합 재료(1002)의 층별 구성을 도시한다. 이 특정 실시예에 따르면, 복합 재료(1002)는, 복합 재료(1002)가 저마찰층(104)을 저마찰층(104) 및 저마찰층(104)을 기판(119)에 결합할 수 있는 적어도 하나의 접착층(121)을 포함할 수 있다는 점을 제외하고는, 도 2b의 복합 재료(1001)와 유사할 수 있다. 또 다른 대안의 실시예에서, 기판(119), 가령, 강성의 구성요소, 직조된 메쉬 또는 팽창된 금속 그리드는, 저마찰층(104)과 기판(119) 사이에 포함된 적어도 하나의 접착층(121) 사이에 매립될 수 있다.
접착층(121)은, 링 기술에 일반적인 임의의 공지의 접착 재료, 이들에만 제한되는 것은 아니지만, 플로오로폴리머, 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리에테르/폴리아미드 코폴리머, 에틸렌 비닐 아세테이트, 에틸렌 테트라플루오로에틸렌 (ETFE), ETFE 코폴리머, 퍼플루오로알콕시 (PFA), 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 또한, 접착제는, -C=O, -C-O-R, -COH, -COOH, -COOR, -CF2=CF-OR, 또는 이들의 임의의 조합으로부터 선택된 하나 이상의 작용기를 포함할 수 있는데, 여기서 R은 1 내지 20개의 탄소 원자를 함유하는 환형 또는 선형 유기 그룹이다. 또한, 접착제는 코폴리머를 포함할 수 있다.
필러 입자(기능적 및/또는 비-기능적)가 접착층(121)에 첨가될 수 있는데, 이러한 필러는, 가령, 탄소 필러, 탄소 섬유, 탄소 입자, 그래파이트, 금속성 필러, 가령, 청동, 알루미늄 및 기타 금속 및 이들의 합금, 금속 산화물 필러, 금속 코팅된 탄소 필러, 금속 코팅된 폴리머 필러, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 고온의 용융 접착제는 250℃이하, 예컨대 220℃ 이하의 용융 온도를 가질 수 있다. 또 다른 실시예에서, 접착제는 200℃ 이상, 가령, 220℃ 이상으로 제공될 수 있다. 추가 실시예들에서, 고온의 용융 접착제의 용융 온도는 250℃ 이상 또는 심지어 300℃ 이상일 수도 있다. 접착층(121)은 약 1 마이크론 내지 약 500 마이크론 사이, 예컨대 약 10 마이크론 내지 약 250 마이크론 사이, 예컨대 약 30 마이크론 내지 약 150 마이크론 사이, 예컨대 약 40 마이크론 내지 약 100 마이크론 사이의 두께(TsL)를 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 접착층(121)은 약 50 마이크론 내지 250 마이크론 사이의 두께(TAL)를 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 접착층(121)은 약 80 마이크론 내지 120 마이크론 사이의 두께(TAL)를 가질 수 있다. 접착층(121)의 두께(TAL)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 접착층(121)의 두께는 균일할 수 있는데, 즉, 접착층(121)의 제1 위치에서의 두께가 제2 위치에서의 두께와 동일할 수 있다. 접착층(121)의 두께는 불균일할 수 있는데, 즉, 접착층(121)의 제1 위치에서의 두께가 제2 위치에서의 두께와 상이할 수 있다.
도 2d는 형성 공정(10)의 제1 단계(12)의 공차 링으로 형성될 수 있는, 재료(1000, 1001, 1002)의 대안인 복합 재료(1003)의 한 대안의 실시예를 예시한다. 예시를 위해, 도 2d는 공차 링의 복합 재료(1003)의 층별 구성을 도시한다. 이 특정 실시예에 따르면, 복합 재료(1003)는, 복합 재료(1003)가 적어도 하나의 부식 보호층(704, 705, 및 708) 및 저마찰층(104)과 기판(119)에 결합될 수 있는 에폭시 층(129) 및 접착 촉진제층(127)을 포함할 수 있는 내부식성 코팅(1124)을 포함할 수 있다는 점을 제외하고는, 도 2c의 복합 재료(1002)와 유사할 수 있다.
기판(119)은 처리 전에 복합 재료(1003)의 부식을 방지하기 위해 부식 보호 재료를 포함하는 부식 보호층(704 및 1705)로 코팅될 수 있다. 또한, 부식 보호층(708)이 층(704) 위에 제공될 수 있다. 각각의 층(704, 705, 및 708)들은 약 1 내지 50 마이크론, 가령, 약 7 내지 15 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 층(704 및 705)은 부식 보호 재료, 가령, 아연, 철, 망간, 또는 이들의 임의의 조합의 인산염, 또는 나노-세라믹 층을 포함할 수 있다. 추가로, 층(704 및 705)들은 부식 보호 재료, 가령, 작용 실란, 나노-스케일 실란계 프라이머, 가수분해 실란, 오르가노실란 접착 촉진제, 용매/물계 실란 프라이머, 염소화 폴리올레핀, 부동태화 표면, 상업적으로 구매가능한 아연(기계적/갈바닉) 또는 아연-니켈 코팅, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 층(708)은 작용 실란, 나노-스케일 실란계 프라이머, 가수분해 실란, 오르가노실란 접착 촉진제, 용매/물계 실란 프라이머를 포함할 수 있다. 부식 보호층(704, 1706, 및 708)들은 처리 동안 유지되거나 제거될 수 있다.
전술한 바와 같이, 복합 재료(1003)는 내부식성 코팅(125)을 추가로 포함할 수 있다. 내부식성 코팅(125)은 약 1 내지 50 마이크론, 가령, 약 5 내지 20 마이크론, 및, 가령, 약 7 내지 15 마이크론의 두께를 가질 수 있다. 내부식성 코팅(125)은 접착 촉진제층(127) 및 에폭시 층(129)을 포함할 수 있다. 접착 촉진제층(127)은 부식 보호 재료, 가령, 아연, 철, 망간, 주석 또는 이들의 임의의 조합의 인산염, 또는 나노-세라믹 층을 포함할 수 있다. 접착 촉진제층(127)은 부식 보호 재료, 가령, 작용 실란, 나노-스케일 실란계 층, 가수분해 실란, 오르가노실란 접착 촉진제, 용매/물계 실란 프라이머, 염소화 폴리올레핀, 부동태화 표면, 상업적으로 구매가능한 아연(기계적/갈바닉) 또는 아연-니켈 코팅, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 접착 촉진제층(127)은 스프레이 코팅, e-코팅, 딥 스핀 코팅, 정전기 코팅, 플로우 코팅, 롤 코팅, 나이프 코팅, 코일 코팅 등에 의해 제공될 수 있다.
에폭시 층(129)은 부식 보호 재료, 가령, 열경화 에폭시, UV 경화 에폭시, IR 경화 에폭시, 전자 빔 경화 에폭시, 방사선 경화 에폭시, 또는 공기 경화 에폭시일 수 있다. 추가로, 에폭시 층(129)은, 부식 보호 재료, 가령, 폴리글리시딜에테르, 디글리시딜에테르, 비스페놀 A, 비스페놀 F, 옥시레인, 옥사사이클로프로판, 에틸렌옥사이드, 1,2-에폭시프로판, 2-메틸옥시레인, 9,10-에폭시-9,10-디하이드로안트라센, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 에폭시 층(129)은 경화제를 추가로 포함할 수 있다. 경화제는, 아민, 애시드 안하이드라이드, 페놀 노볼락 경화제, 가령, 페놀 노볼락 폴리[N-(4-하이드록시페닐)말레이미드](PHPMI), 레졸 페놀 포름알데히드, 지방 아민 화합물, 폴리카보닉 안하이드라이드, 폴리아크릴레이트, 이소시아네이트, 피포성 폴리이소시아네이트, 보론 트리플루오라이드 아민 복합제, 크롬계 경화제, 가령, 크롬, 폴리아미드, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 애시드 안하이드라이드는 화학식 R-C=O-O-C=O-R'에 따를 수 있는데, 여기서 R은 위에 기술된 것과 같이 CXHYXZAU 일 수 있다. 아민은, 지방족 아민, 가령, 모노에틸아민, 디에틸렌트리아민, 트리에틸렌테트라아민, 등, 지환족 아민, 방향족 아민, 가령, 환형 지방족 아민, 사이클로 지방족 아민, 아미도아민, 폴리아미드, 디시얀디아미드, 이미다졸 유도체 등, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 일반적으로, 아민은 화학식 R1R2R3N을 따르는 1차 아민, 2차 아민, 또는 3차 아민일 수 있으며, 여기서 R은 상기 기재된 바와 같이 CXHYXZAU일 수 있다. 일 실시예에서, 에폭시 층(129)은, 전도성을 향상시키기 위한 필러, 가령, 탄소 필러, 탄소 섬유, 탄소 입자, 그래파이트, 금속성 필러, 가령, 청동, 알루미늄 및 기타 금속 및 이들의 합금, 금속 산화물 필러, 금속 코팅된 탄소 필러, 금속 코팅된 폴리머 필러, 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 전도성 필러는 전류가 에폭시 코팅을 통과하도록 할 수 있으며 전도성 필러가 없는 복합 재료와에 비해 복합 재료의 전도성을 증가시킬 수 있게 한다. 일 실시예에서, 에폭시 층(129)은 스프레이 코팅, e-코팅, 딥 스핀 코팅, 정전기 코팅, 플로우 코팅, 롤 코팅, 나이프 코팅, 코일 코팅 등에 의해 제공될 수 있다. 추가로, 에폭시 층(129)은 경화될 수 있는데, 가령, 열 경화, UV 경화, IR 경화, 전자 빔 경화, 조사 경화, 또는 이들의 임의의 조합에 의해 경화될 수 있다. 바람직하게는, 경화는 저마찰층(104), 접착층(121), 기판(119) 또는 접착 촉진제층(127) 중 어느 하나의 파괴 온도 이상으로 구성요소의 온도를 증가시키지 않고도 달성될 수 있다. 따라서, 에폭시는 약 250℃ 미만, 심지어 약 200℃ 미만으로 경화될 수 있다.
일 실시예에서, 도 1의 단계(12) 하에서, 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003) 상의 층들 중 임의의 층은, 위에 기술된 것과 같이, 각각, 압력 하에서, 접착제 또는 이들의 임의의 조합에 의해, 상승된 온도에서 함께 벗겨지고 롤링된 상태로 배열될 수 있다(고온 또는 저온 가압 또는 롤링). 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003)의 층들 중 임의의 층은, 위에 기술된 것과 같이, 서로 적어도 부분적으로 중첩되도록 함께 라미네이트될 수 있다. 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003) 상의 층들 중 임의의 층은, 위에 기술된 것과 같이, 코팅 기술, 가령, 예를 들어, 물리적 또는 화학적 증기 증착법, 스프레잉, 플레이팅, 분말 코팅을 이용하여, 또는 그 밖의 화학적 또는 전기화학적 기술을 통해 함께 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 저마찰층(104)은 롤-롤 코팅 공정, 가령, 예를 들어, 압출 코팅에 의해 제공될 수 있다. 저마찰층(104)은 용융 또는 반-용융 상태로 가열될 수 있으며 슬롯 다이를 통해 기판(119)의 주 표면 상으로 압출될 수 있다. 일 실시예에서, 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003)는 단일의 일체형 스트립 재료일 수 있다.
다른 실시예에서, 도 1의 단계(12) 하에서, 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003) 상의 층들 중 임의의 층은, 위에 기술된 것과 같이, 코팅 기술, 가령, 예를 들어, 물리적 또는 화학적 증기 증착법, 스프레잉, 플레이팅, 분말 코팅, 또는 그 밖의 화학적 또는 전기화학적 기술에 의해 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 저마찰층(104)은 롤-롤 코팅 공정, 가령, 예를 들어, 압출 코팅에 의해 제공될 수 있다. 저마찰층(104)은 용융 또는 반-용융 상태로 가열될 수 있으며 슬롯 다이를 통해 기판(119)의 주 표면 상으로 압출될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 저마찰층(104)은 주조되거나 또는 몰딩될 수 있다.
일 실시예에서, 저마찰층(104) 또는 임의의 층은 라미네이트를 형성하기 위해 용융 접착제층(121)을 사용하여 기판(119)에 접착될 수 있다. 일 실시예에서, 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003) 상의 개재층 또는 미처리층(outstanding layer) 중 임의의 층은 라미네이트를 형성할 수 있다. 라미네이트는 공차 링으로 형성될 수 있는 스트립(strip) 또는 블랭크(blank)로 절단될 수 있다. 이러한 라미네이트의 절단은 스탬프, 프레스, 펀치, 톱의 사용을 포함하거나 그 밖의 다른 방식으로 가공될 수 있다. 라미네이트를 절단하면, 기판(119)의 노출된 부분을 포함하는 절단 에지(cut edge)가 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 도 1의 단계 14 하에서, 블랭크는 라미네이트 스트립 또는 블랭크의 단부를 말아서 공차 링으로 형성될 수 있다. 공차 링은 스탬프, 프레스, 펀치, 톱, 롤링, 플랜징, 딥 드로잉에 의해 형성될 수 있거나, 혹은 그 밖의 다른 방식으로 가공될 수 있다.
반제품 공차 링을 성형한 후, 반제품 공차 링을 세척하여, 형성 공정 및 성형 공정에 사용된 윤활제와 오일을 제거할 수 있다. 추가로, 세척은 코팅 제공을 위해 내하중 기판의 노출된 표면을 준비할 수 있다. 세척에는 용제를 사용하는 화학적 세척 및/또는 초음파 세척과 같은 기계적 세척이 포함될 수 있다.
도 3a는 전술한 바와 같이 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003)의 블랭크로부터 형성된 일 실시예를 포함하는 공차 링(100)을 도시한다. 공차 링(100)은 측벽(102)을 포함한다. 측벽(102)은 전술한 바와 같이 블랭크로부터 형성될 수 있고 중심축(3000) 주위로 링 형태의(실질적으로 환형 또는 일반적으로 원통형) 형상으로 만곡되어 구멍(115)을 형성할 수 있는 기판(119)(예를 들어, 스프링 강)을 포함할 수 있다. 측벽(102)의 단부는 만나지 않을 수 있고(예를 들어, 스플릿 링으로서 형성될 수 있음), 그에 따라 측벽(102)의 외주에 인접한 축방향 틈(106)을 남길 수 있다. 다른 실시예에서, 측벽은 단부가 서로 겹치도록 만곡될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 측벽(102)은 연속적이고 파손되지 않은 링일 수 있다. 측벽(102)은 전술한 바와 같이 저마찰층(104)으로서 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003)의 블랭크로부터 형성된 측벽(102)의 형상에 일치하는 저마찰층(104)을 추가로 포함할 수 있다. 공차 링(100) 및/또는 측벽(102)은 제1 축방향 단부(120) 및 제2 축방향 단부(122)를 가질 수 있다. 공차 링(100) 및/또는 측벽(102)은 내부 표면(130) 및 외부 표면(132)을 가질 수 있다. 공차 링(100) 및/또는 측벽(102)의 내부 표면(130)은 전술한 바와 같이 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003)로부터 형성되는 측벽의 형상에 일치하는 저마찰층(104)을 가질 수 있다.
공차 링(100)은 공차 링(100)의 외부 표면(132)으로부터 반경방향으로 내부 또는 외부로 연장되는 복수의 이격된 돌출부(108)를 가질 수 있다. 돌출부는 압축 시에 변형될 수 있다. 돌출부(108)는 스탬핑(예를 들어, 적절한 형상의 몰드를 사용하여 가압되거나, 회전 파형 형성 등)을 통해 형성될 수 있다. 선택적으로, 돌출부(108)의 적어도 하나의 축방향 단부에 위치한 복합 재료의 평평한 외주방향으로 연장되는 림(109)이 있을 수 있다. 대안으로, 돌출부(108)의 축방향 단부는 공차 링(100)의 제1 축방향 단부(120) 또는 제2 축방향 단부(122)에 배치될 수 있다. 선택적으로는, 각각의 돌출부(108)는 림(109)과 연속적으로 형성되고 제1 쌍의 인접한 돌출부(108) 사이에서 외주방향으로 이격될 수 있는 공차 링(100)의 미형성 섹션(110)에 의해 이웃 돌출부(108)로부터 분리될 수도 있다. 돌출부(108)는 종래의 공차 링에 사용된 파형과 형상이 유사할 수 있는 반경 방향으로 연장되는 축방향으로 연신된 외주 리지를 포함할 수 있다. 각각의 리지의 피크(113)는 둥글 수 있으며, 각각의 리지의 축방향 단부는 한 쌍의 테이퍼형 숄더(111)에서 종료된다. 선택적으로, 공차 링(100)은 돌출부(108)가 반경방향으로 연장되는 표면과 반대 표면에 미형성 영역(114)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 미형성 영역(114)은 내부 표면(130) 상에 있을 수 있는 반면, 돌출부(108)는 외부 표면(132)을 따라 반경방향으로 외부로 연장된다. 미형성 영역(114)은 돌출부를 포함하지 않을 수 있고 측벽(102)과 인접할 수 있다.
도 3a-3c에 도시된 바와 같이, 공차 링(100)은 상이한 유형의 복수의 돌출부(108)를 포함할 수 있다. 공차 링(100)은 제1 유형의 돌출부(108a) 및 제2 유형의 돌출부(108b)를 포함할 수 있다. 제1 유형의 돌출부(108a)는 반경방향 높이(HPA)를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)는 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이 돌출부(108a)의 피크(113)로부터 측벽(102)의 미형성 영역(114)까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)는 적어도 약 0.1mm, 또는 적어도 약 0.2 mm 또는 적어도 약 0.3 mm 또는 적어도 약 0.4 mm 또는 심지어 적어도 약 0.5 mm 일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)는 약 10mm 이하, 예를 들어 8mm 이하, 6mm 이하, 5mm 이하, 3mm 이하, 1mm 이하, 0.9 mm 이하 또는 심지어 약 0.8 mm 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)는 적어도 약 0.1mm 내지 약 1.5mm 이하의 범위에 있을 수 있다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)는 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
제1 유형의 돌출부(108a)는 외주방향 폭(WPA)을 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)은 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이 제1 유형의 돌출부(108a)에 인접한 하나의 미형성 섹션(110)의 에지로부터 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주 방향으로 맞은편에 있는 미형성 섹션(110)까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)은 적어도 약 0.1mm 또는 적어도 약 0.2mm 또는 적어도 약 0.3mm 또는 적어도 약 0.4mm 또는 심지어 적어도 약 0.5mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)은 약 20mm 이하, 예를 들어 15mm 이하, 10mm 이하, 5mm 이하, 1mm 이하, 0.9mm 이하 또는 심지어 약 0.8mm 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)은 적어도 약 1mm 내지 약 10mm 이하의 범위에 있을 수 있다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)은 위에서 언급된 최소값과 최대값 중 임의의 값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)은 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)은 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있음을 이해할 수 있다.
제1 유형의 돌출부(108a)는 숄더 길이(LSA)를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제1 유형의 돌출부(108a)의 숄더 길이(LSA)는 도 3c에 가장 잘 도시된 바와 같이 공차 링(100)의 림(109) 또는 축방향 단부(120, 122)로부터 피크(113)에서 숄더(111)의 상부의 에지까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 숄더 길이(LSA)는 적어도 약 0.1mm 또는 적어도 약 0.2mm 또는 적어도 약 0.3mm 또는 적어도 약 0.4mm 또는 심지어 적어도 약 0.5mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 숄더 길이(LSA)는 약 5mm 이하, 예를 들어 1mm 이하, 약 0.9mm 이하 또는 심지어 약 0.8mm 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)의 숄더 길이(LSA)는 적어도 약 0.3mm 내지 약 2mm 이하의 범위에 있을 수 있다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 숄더 길이(LSA)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 숄더 길이(LSA)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 제1 유형의 돌출부(108a)의 숄더 길이(LSA)는 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있다는 것이 이해될 수 있다.
제1 유형의 돌출부(108a)는 리지의 경사(SRPA)를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제1 유형의 돌출부(108a)의 리지의 경사(SRPA)는 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 폭(WPA)의 절반으로 나눈 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 높이(HPA)이다. 특정 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 리지의 경사(SRPA)는 적어도 약 0.1 또는 적어도 약 0.2 또는 적어도 약 0.3 또는 적어도 약 0.4, 적어도 약 0.5, 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 4, 적어도 약 6, 또는 심지어 적어도 약 10일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부(108a)의 리지의 경사(SRPA)는 약 50 이하, 예를 들어, 약 20 이하 또는 심지어 약 10 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)의 리지의 경사(SRPA)는 적어도 약 0.02 내지 약 3 이하의 범위에 있을 수 있다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 리지의 경사(SRPA)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제1 유형의 돌출부(108a)의 리지의 경사(SRPA)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 제1 유형의 돌출부(108a)의 리지의 경사(SRPA)는 제1 유형의 돌출부(108a)의 외주방향 길이를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있음을 이해할 수 있다.
특정 실시예에서, 공차 링(100)의 제1 유형의 돌출부(108a)는 약 50 내지 약 6000 N의 반경방향 강성을 가질 수 있다. 또한, 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 강성은 전술한 값들 중 임의의 값을 포함하며 이들 범위 사이에 있을 수도 있다. 공차 링(100)의 제1 유형의 돌출부(108a)의 반경방향 강성은 외주방향으로 구성요소(후술되는 내부 또는 외부 구성요소) 간극(clearance)에 대한 제1 유형의 돌출부(108a)를 압축하는 데 필요한 반경방향 힘을 측정함으로써 측정될 수 있다.
제2 유형의 돌출부(108b)는 반경방향 높이(HPB)를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)는 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이 돌출부(108b)의 피크(113)로부터 측벽(102)의 미형성 영역(114)까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)는 적어도 약 0.1mm 또는 적어도 약 0.2mm 또는 적어도 약 0.3mm 또는 적어도 약 0.4mm 또는 심지어 적어도 약 0.5mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)는 약 10mm 이하, 예를 들어 8mm 이하, 6mm 이하, 5mm 이하, 3mm 이하, 1mm 이하, 0.9 mm 이하 또는 심지어 약 0.8 mm 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)는 적어도 약 0.1mm 내지 약 1.5mm 이하의 범위에 있을 수 있다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)는 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)는 제2 유형의 돌출부(108b)에 비해 상이한 반경방향 높이를 가질 수 있다. 이는 제1 유형의 돌출부(108a)가 제2 유형의 돌출부(108b)에 비해 상이한 특성 또는 거동을 갖는 결과를 초래할 수 있다.
제2 유형의 돌출부(108b)는 외주방향 폭(WPB)을 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 폭(WPB)은 도 3b에 가장 잘 도시된 바와 같이 제2 유형의 돌출부(108b)에 인접한 하나의 미형성 섹션(110)의 에지로부터 외주방향으로 맞은편에 있는 미형성 섹션(110)까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 폭(WPB)은 적어도 약 0.1mm 또는 적어도 약 0.2mm 또는 적어도 약 0.3mm 또는 적어도 약 0.4mm 또는 심지어 적어도 약 0.5mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 폭(WPB)은 약 20mm 이하, 예를 들어 약 15mm 이하, 10mm 이하, 5mm 이하, 1mm 이하, 0.9mm 이하 또는 심지어 약 0.8mm 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 폭(WPB)은 적어도 약 1mm 내지 약 10mm 이하의 범위에 있을 수 있다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 폭(WPB)은 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 폭(WPB)은 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 폭(WPB)은 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)는 제2 유형의 돌출부(108b)에 비해 상이한 외주방향 폭을 가질 수 있다. 이는 제1 유형의 돌출부(108a)가 제2 유형의 돌출부(108b)에 비해 상이한 특성 또는 거동을 갖는 결과를 초래할 수 있다.
제2 유형의 돌출부(108b)는 숄더 길이(LSB)를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제2 유형의 돌출부(108b)의 숄더 길이(LSB)는 도 3c에 가장 잘 도시된 바와 같이 공차 링(100)의 림(109) 또는 축방향 단부(120, 122)로부터 피크(113)에서 숄더(111)의 상부의 에지까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 숄더 길이(LSB)는 적어도 약 0.1mm 또는 적어도 약 0.2mm 또는 적어도 약 0.3mm 또는 적어도 약 0.4mm 또는 심지어 적어도 약 0.5mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 숄더 길이(LSB)는 약 5mm 이하, 예를 들어 약 1mm 이하, 약 0.9mm 이하 또는 심지어 약 0.8mm 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제2 유형의 돌출부(108b)의 숄더 길이(LSB)는 적어도 약 0.3mm 내지 약 2mm 이하의 범위에 있을 수 있다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 숄더 길이(LSB)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 숄더 길이(LSB)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 제2 유형의 돌출부(108b)의 숄더 길이(LSB)는 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있음을 이해할 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)는 제2 유형의 돌출부(108b)에 비해 상이한 숄더 길이를 가질 수 있다. 이는 제1 유형의 돌출부(108a)가 제2 유형의 돌출부(108b)에 비해 상이한 특성 또는 거동을 갖는 결과를 초래할 수 있다.
제2 유형의 돌출부(108b)는 리지의 경사(SRPB)를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 제2 유형의 돌출부(108b)의 리지의 경사(SRPB)는 제2 유형의 외주방향 폭(WPB)의 절반으로 나눈 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 높이(HPB)이다. 특정 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 리지의 경사(SRPB)는 적어도 약 0.1 또는 적어도 약 0.2 또는 적어도 약 0.3 또는 적어도 약 0.4, 적어도 약 0.5, 적어도 약 1, 적어도 약 2, 적어도 약 4, 적어도 약 6, 또는 심지어 적어도 약 10일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 제2 유형의 돌출부(108b)의 리지의 경사(SRPB)는 약 50 이하, 예를 들어, 약 20 이하 또는 심지어 약 10 이하일 수 있다. 다수의 실시예에서, 제2 유형의 돌출부(108b)의 리지의 경사(SRPB)는 적어도 약 0.02 내지 약 3 이하의 범위에 있을 수 있다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 리지의 경사(SRPB)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 제2 유형의 돌출부(108b)의 리지의 경사(SRPB)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 제2 유형의 돌출부(108b)의 리지의 경사(SRPB)는 제2 유형의 돌출부(108b)의 외주방향 길이를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있음을 이해할 수 있다. 다수의 실시예에서, 제1 유형의 돌출부(108a)는 제2 유형의 돌출부(108b)에 대해 돌출부의 적어도 하나의 리지의 상이한 경사를 가질 수 있다. 이는 제1 유형의 돌출부(108a)가 제2 유형의 돌출부(108b)에 비해 상이한 특성 또는 거동을 갖는 결과를 초래할 수 있다.
특정 실시예에서, 공차 링(100)의 제2 유형의 돌출부(108b)는 약 50 내지 약 6000 N의 반경방향 강성을 가질 수 있다. 더욱이, 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 강성은 임의의 위에서 설명한 값 중 임의의 값을 포함하며 이들 범위 사이에 있을 수도 있다. 공차 링(100)의 제2 유형의 돌출부(108b)의 반경방향 강성은 외주방향으로 구성요소(후술되는 내부 또는 외부 구성요소) 간극에 대한 제2 유형의 돌출부(108b)를 압축하는 데 필요한 반경방향 힘을 측정함으로써 측정될 수 있다. 다수의 실시예에서, 제2 유형의 돌출부(108b)의 토크는 약 2500 N/mm일 수 있다.
도 4는 공차 링(200)의 또 다른 실시예를 도시한다. 도 3에 도시된 바와 유사하게, 공차 링(200) 및/또는 측벽(202)은 제1 축방향 단부(220) 및 제2 축방향 단부(222)를 가질 수 있고, 중심축(3000) 주위에 형성되어 구멍(215)을 형성할 수 있다. 공차 링(200) 및/또는 측벽(202)은 내부 표면(320), 및 외부 표면(232)을 가질 수 있다. 측벽(202)은 또한 내부 표면(130)으로부터 반경방향으로 내부로 연장되는 복수의 돌출부(208)(208a, 208b)를 가질 수 있다. 돌출부(208)(208a, 208b)는 도시된 바와 같이 다른 돌출부에 외부방향으로 접할 수 있거나, 또는 도 3a의 실시예에서와 같이 외주방향으로 이격되어 배열될 수 있다. 돌출부(208)(208a, 208b)는 도 3a-3c에서 전술한 돌출부(108)(108a, 108b)와 유사한 형상, 매개변수(예를 들어, 돌출부의 반경방향 높이, 돌출부의 강성), 또는 배향일 수 있다.
작동 시에, 공차 링(100)은 조립체의 2개의 구성요소 사이에 위치될 수 있다. 예를 들어, 내부 구성요소(예를 들어, 샤프트)와 외부 구성요소(예를 들어, 하우징)의 보어 사이의 환형 공간에 위치할 수 있다. 돌출부(108)는 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에서 압축될 수 있다. 각각의 돌출부(108)는 스프링으로서 작용할 수 있고 구성요소들 사이에 0의 간극으로 함께 끼워맞춤 되도록 변형될 수 있다. 즉, 내부 구성요소는 공차 링(100)의 내부 표면(130)과 접촉하고, 외부 구성요소는 공차 링(100)의 외부 표면(132)과 접촉한다.
도 5a는 공차 링(200)의 일 실시예를 포함하는 예시적인 조립체(300)를 통한 축방향 단면도를 도시한다. 조립체(300)는, 예를 들어, 도 3a에 도시된 공차 링(200)을 포함한다. 조립체(300)는 중심축(3000) 아래에 있는 하우징(302) 또는 외부 구성요소를 포함할 수 있다. 하우징(302)은 샤프트(306) 또는 내부 구성요소를 수용하는 내부에 형성된 축방향 보어(304)를 가질 수 있다. 샤프트(306)의 외부 표면(308)과 보어(304)의 내부 표면(310) 사이에 환형 틈이 존재한다. 이 환형 틈의 크기는 샤프트(306) 및 보어(304)의 직경이 제조 공차 내에서 변할 수 있기 때문에 가변적일 수 있다. 보어(304) 내에서 샤프트(306)의 진동을 방지하기 위하여, 환형 틈은 공차 링(200)에 의해 채워져 구성요소들 사이에 0의 간극 끼워맞춤을 형성한다. 사용 시에, 공차 링(200)의 외주방향 돌출부(208)는 돌출부(208)가 내부 구성요소(306)와 접촉하도록 샤프트(306)와 하우징(302) 사이의 환형 틈에서 반경방향으로 압축될 수 있다. 공차 링은 토크를 전달하기 위해 사용되거나 또는 이러한 응용 프로그램에서 토크 리미터로서 사용될 수 있다.
도 5b는 공차 링(100)의 또 다른 실시예를 포함하는 예시적인 조립체(400)를 통한 축방향 단면도를 도시한다. 조립체(300)는, 예를 들어, 도 3a에 도시된 공차 링(200)을 포함한다. 조립체(400)는 중심축(3000) 아래에 있는 하우징(302) 또는 외부 구성요소를 포함할 수 있다. 하우징(302)은 샤프트(306) 또는 내부 구성요소를 수용하는 내부에 형성된 축방향 보어(304)를 가질 수 있다. 샤프트(306)의 외부 표면(308)과 보어(304)의 내부 표면(310) 사이에 환형 틈이 존재한다. 이 환형 틈의 크기는 샤프트(306) 및 보어(304)의 직경이 제조 공차 내에서 변할 수 있기 때문에 가변적일 수 있다. 보어(304) 내에서 샤프트(306)의 진동을 방지하기 위하여, 환형 틈은 공차 링(100)에 의해 채워져 구성요소 사이에 0의 간극 끼워맞춤을 형성한다. 사용 시에, 공차 링(100)의 외주방향 돌출부(108)는 돌출부(108)가 외부 구성요소(302)와 접촉하도록 샤프트(306)와 하우징(302)의 보어(304) 내부 사이의 환형 틈에서 반경방향으로 압축될 수 있다.
다수의 실시예에서, 도 3a 및 4-5b에 도시된 바와 같이, 공차 링(100, 200)은 공차 링(100, 200)의 제1 축방향 단부(120, 220)와 제2 축방향 단부(122, 22) 사이에서 측정된 길이(LTR)을 가질 수 있다. 길이(LTR)는 도 2a-2d에 도시된 바와 같이 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003)의 길이와 실질적으로 유사할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 특정 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 길이(LTR)은 적어도 약 1mm, 예를 들어, 적어도 약 10mm 또는 적어도 약 30mm 또는 적어도 약 50mm 또는 적어도 약 100mm 또는 심지어 적어도 약 500mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 길이(LTR)는 약 1000mm 이하, 예를 들어 약 500mm 이하 또는 심지어 약 250mm 이하일 수 있다. 공차 링(100, 200)의 길이(LTR)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것을 이해할 것이다. 공차 링(100, 200)의 길이(LTR)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한 공차 링(100, 200)의 길이(LTR)가 그 외주를 따라 변할 수 있다는 것을 이해할 수 있다.
다수의 실시예에서, 도 3b 및 도 5b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 공차 링(100, 200)은 특정 내부 반경(IRTR)을 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 공차 링(100, 200)의 내부 반경(IRTR)은 중심 축(3000)으로부터 내부 표면(130, 230)까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 내부 반경(IRTR)은 적어도 약 10mm 또는 적어도 약 20mm 또는 적어도 약 30mm 또는 적어도 약 50mm 또는 심지어 적어도 약 100mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 내부 반경(IRTR)은 약 500mm 이하, 예를 들어 약 250mm 이하 또는 심지어 약 100mm 이하일 수 있다. 공차 링(100, 200)의 내부 반경(IRTR)은 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 공차 링(100, 200)의 내부 반경(IRTR)은 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 공차 링(100, 200)의 내부 반경(IRTR)은 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있다.
다수의 실시예에서, 도 3b 및 도 5b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 공차 링(100, 200)은 특정 외부 반경(ORTR)을 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 공차 링(100, 200)의 외부 반경(ORTR)은 중심 축(3000)으로부터 외부 표면(132, 232)까지의 거리이다. 특정 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 외부 반경(ORTR)은 적어도 약 10mm 또는 적어도 약 20mm 또는 적어도 약 30mm 또는 적어도 약 50mm 또는 심지어 적어도 약 100mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 외부 반경(ORTR)은 약 500mm 이하, 예를 들어 약 250mm 이하 또는 심지어 약 100mm 이하일 수 있다. 공차 링(100, 200)의 외부 반경(ORTR)은 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 공차 링(100, 200)의 외부 반경(ORTR)은 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 공차 링(100, 200)의 외부 반경(ORTR)은 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있다.
다수의 실시예에서, 도 2a-2d 및 도 5a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 공차 링(100, 200)은 특정 두께(TTR)를 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 실시예의 목적을 위해, 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 내부 표면(130, 230)으로부터 외부 표면(132, 232)까지의 거리이다. 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 도 2a-2d에 도시된 재료 또는 복합 재료(1000, 1001, 1002, 1003)와 실질적으로 유사하거나 동일한 두께일 수 있다. 특정 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 적어도 약 0.1mm 또는 적어도 약 0.2mm 또는 적어도 약 0.3mm 또는 적어도 약 0.4mm 또는 심지어 적어도 약 0.5mm일 수 있다. 또 다른 실시예에 따르면, 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 약 1mm 이하, 예를 들어, 약 0.9mm 이하 또는 심지어 약 0.8mm 이하일 수 있다. 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 범위 내에 있을 수 있다는 것이 이해될 것이다. 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 위에서 언급된 임의의 최소값과 최대값 사이의 임의의 값일 수 있다는 것이 추가로 이해될 것이다. 또한, 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 그 외주를 따라 변할 수 있다는 것을 이해할 수 있다. 공차 링(100, 200)의 두께(TTR)는 그 외주를 따라 변할 수 있고 복수의 공차 링에 걸쳐 변할 수 있다는 것이 또한 이해될 수 있다.
도 6은 공차 링(100)의 또 다른 실시예를 포함하는 예시적인 조립체(500)를 통한 단부도를 도시한다. 조립체(500)는 예를 들어, 도 3a에 도시된 공차 링(100)을 포함한다. 조립체(500)는 하우징(302) 또는 외부 구성요소를 포함할 수 있다. 하우징(302)은 샤프트(306) 또는 내부 구성요소를 수용하는 내부에 형성된 축방향 보어(304)를 가질 수 있다. 샤프트(306)의 외부 표면(308)과 보어(304)의 내부 표면(310) 사이에 환형 틈이 존재한다. 이 환형 틈의 크기는 샤프트(306) 및 보어(304)의 직경이 제조 공차 내에서 변할 수 있기 때문에 가변적일 수 있다. 보어(304) 내에서 샤프트(306)의 진동을 방지하기 위하여, 환형 틈은 공차 링(100)에 의해 채워져 구성요소 사이에 0의 간극 끼워맞춤을 형성한다. 사용 시에, 공차 링(100)의 외주방향 돌출부(108)는 돌출부(108)가 외부 구성요소(302)와 접촉하도록 샤프트(306)와 하우징(302)의 보어(304) 내부 사이의 환형 틈에서 반경방향으로 압축될 수 있다. 이 실시예에서, 내부 구성요소(306) 또는 외부 구성요소(302) 중 적어도 하나는 돌출부(108) 중 적어도 하나를 수용하도록 구성된 홈(303)을 포함하며 공차 링 돌출부(108)와 홈(303) 사이의 외주방향 이동이 방지된다. 또 다른 실시예에서, 내부 구성요소(306) 또는 외부 구성요소(302) 중 적어도 하나는 공차 링(100)과 내부 구성요소(306) 또는 외부 구성요소(302) 사이의 축방향 이동을 방지하기 위해 공차 링(100) 자체를 수용하도록 구성된 홈을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이, 홈(303)은 외부 구성요소(302) 상에 위치될 수 있고 외부방향으로 돌출하는 제2 유형의 반경방향으로 연장되는 돌출부(108b)를 수용할 수 있다. 결과적으로, 공차 링(100)은 외부 구성요소(302)에서 홈(303)과 돌출부(108b) 사이의 잠금으로 인해 중심축(3000)을 따라 또는 중심축 주위로 축방향 또는 외주방향으로 움직이는 것이 제한될 수 있다.
적어도 하나의 실시예에서, 조립체(300, 400, 500)는 윤활제를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 구현예에서, 윤활제는 리튬 비누, 이황화리튬, 흑연, 광물성 또는 식물성 오일, 실리콘 그리스, 플루오로에테르계 그리스, 아피에존, 식품-등급 그리스, 석유화학 그리스 중 적어도 하나를 포함하는 그리스를 포함할 수 있거나, 상이한 유형일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 윤활제는 오일, 가령, 그룹 I-그룹 III+ 오일, 파라핀계 오일, 나프텐계 오일, 방향족 오일, 생물학적 윤활제, 피마자유, 카놀라유, 팜유, 해바라기씨유, 평지씨유, 톨유, 라놀린, 합성유, 폴리알파-올레핀, 합성 에스테르, 폴리알킬렌 글리콜, 인산 에스테르, 알킬화 나프탈렌, 실리케이트 에스테르, 이온성 유체, 다중 알킬화 시클로펜탄, 석유화학계 오일 중 적어도 하나를 포함하거나, 또는 상이한 유형일 수 있다. 적어도 하나의 실시예에서, 윤활제는 리튬 비누, 흑연, 질화붕소, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 금속, 금속 합금 중 적어도 하나를 포함하는 고체계 윤활제를 포함하거나, 또는 상이한 유형일 수 있다. 윤활제를 사용하는 경우, 적어도 원하는 슬립 경계면(후술됨)을 따라 배치되는 것이 바람직하다.
정상 작동 시에, 회전 토크가 내부 및 외부 구성요소 중 하나에 제공되고, 해당 토크는 공차 링의 억지 끼워맞춤에 의해 내부 및 외부 구성요소 중 다른 하나에 전달된다. 그러나, 구성요소 중 하나가 회전 방식으로 고정된(bound up) 경우, 공차 링은 내부 및 외부 구성요소 사이의 슬립을 허용하는 기능을 한다. 본 명세서의 실시예에 따르면, 상기 슬립은 원하는 슬립 경계면, 일반적으로 돌출부의 맞은편 표면에서 발생한다. 예를 들어, 외부방향으로 돌출하는 돌출부를 갖는 것으로 도시된 일부 실시예에서, 슬립 경계면은 공차 링/내부 구성요소 경계면에서 공차 링의 반경방향으로 내부 표면을 따라 발생한다. 이는, 앞서 설명한 바와 같이, 반경방향 높이, 외주방향 폭, 숄더 길이, 경사 또는 강성의 차이에 따라 서로 다른 속성을 갖는 제1 유형의 반경방향으로 연장하는 돌출부 및 제2 유형의 반경방향으로 연장하는 돌출부를 사용하기 때문일 수 있다. 원하는 경계면에서 슬립을 보장하기 위해, 파형/돌출의 반대 방향으로 두 경계면(공차 링의 반경방향 맞은편 표면)에서 이탈 토크(breakaway torque)(τ)가 상이하다. 이탈 토크(τ)는 아래에 정의되어 있다. 여기서, 원하는 슬립 경계면에서의 이탈 토크(τ)는 슬립-방지 경계면에서 이탈 토크(τ)보다 낮다.
비제한적인 예로서, 제2 유형의 돌출부(108b)는 돌출부가 접촉하는 내부 또는 외부 구성요소에 더 적극적으로 결합될 수 있는 더 날카로운 프로파일을 포함할 수 있다. 제2 유형의 돌출부(108b)는 제1 유형의 돌출부(108a)와 매개변수(예를 들어, 반경방향 높이, 외주방향 폭, 숄더 길이, 경사 또는 강성)에서 차이를 가질 수 있으며, 이는 더 날카로운 프로파일을 야기할 수 있고 각각의 유형의 상이한 거동 및 특성을 제공할 수 있다. 그 결과, 특정 실시예에 따르면, 제1 유형의 돌출부는 내부 및 외부 구성요소 사이의 제조 공차를 수용하기 위해 원하는 공차 상쇄를 제공한다. 또한, 제2 유형은 공차 링과 접촉하는 내부/외부 부재 사이에 향상된 '물림' 또는 '그립'을 제공하여 해당 경계면에서 이탈 토크를 증가시킨다. 제2 유형의 돌출부(108b) 대 제1 유형의 돌출부(108a)의 수, 배치 및 매개변수(예를 들어, 반경방향 높이, 외주방향 폭, 숄더 길이, 경사 또는 강성)는 돌출부에 상이한 특성 및/또는 거동을 제공하여 내부 또는 외부 구성요소의 원하는 표면으로 슬립을 제한하면서도 강력한 토크 성능을 갖는 원하는 슬립 성능을 구현하도록 선택된다.
실시예에 따르면, 공차 링은 공차 링 돌출부와 돌출부가 접촉하는 내부 또는 외부 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제1 이탈 토크(τ1) 및 미형성 영역과 내부 및 외부 구성요소 중 다른 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의된 제2 이탈 토크(τ2)를 가질 수 있다. 다수의 실시예에서, 1.1 τ2 ≤ τ1, 예컨대 1.2 τ2 ≤ τ1, 예컨대 1.5 τ2 ≤ τ1, 예컨대 2 τ2 ≤ τ1, 또는 심지어 5 τ2 ≤ τ1이다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 유형의 돌출부는 내부 및 외부 구성요소 사이의 공차 상쇄를 제공하도록 구성될 수 있고, 제2 유형의 돌출부는 내부 구성요소(306) 또는 외부 구성요소(302)와 결합되도록 구성될 수 있어서, 해당 경계면에서 외주방향 이탈 토크(τ2)가 증가된다.
본 명세서에 설명된 토크 값의 측정은 Mecmesin Ltd에서 제공한 토크 테스트 장치 모델 Helixa-i로 수행된다. 공차 링은 내부 및 외부 구성요소 사이에 배치되고, 내부 구성요소에 견고하게 고정되어, 반경방향으로 외부 경계면에서 이탈 토크를 측정하며, 그런 다음 별도의 테스트에서 반경방향으로 내부 경계면에서 이탈 토크를 측정하기 위해 외부 구성요소에 견고하게 고정된다. 금속 구성요소를 서로 고정하도록 구성된 Super Glue와 같은 접착제를 사용하여, 고정할 수 있다. 장치는 실온(약 21℃) +360°, -360°, 30 rpm에서 50주기 동안 실행되어, 내부 및 외부 구성요소 사이에 증가된 토크를 제공하고, 측정된 피크 토크가 기록되며 일반적으로 슬립이 시작될 때 토크 값에 상관된다. 이 테스트는 저마찰 코팅이 없는 공차 링에 대해 수행되지만, 평가되는 슬립 경계면을 따라 그리스가 제공된다. 결과적으로, 저마찰층을 갖는 일 실시예에서, 측정된 이탈 토크 값이 그러한 저마찰층에 따르지 않는다는 것을 보장하기 위해 저마찰층이 제거된 상태에서 테스트가 수행된다. 시간(s)의 함수로서 토크(N·m)의 샘플 결과 그래프가 도 7에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 동그라미 영역(702)은 이탈 토크가 발생하는 위치이다.
예시예
2개의 공차 링을 테스트 하였다. 제1 공차 링(링 A)은 반경방향으로 외부를 향하는 제1 유형의 돌출부만 갖는 제어 링이다. 자유 상태 조건 또는 장착된 상태(내부 구성요소(306) 주위에)의 링 A(800)의 도면이 도 8에 도시되어 있다. 링 A에는 최대 0.2의 허용가능한 버 사양(burr specification)을 갖는, 외주 주위에 동일한 간격으로 이격되어 배열된 제1 유형의 돌출부가 14개 있다. 조립했을 때, 11.859 mm 직경의 내부 구성요소와 12.692 mm의 외부 구성요소 사이에서, 18 내지 32kg의 조립력(assembly force)이 느껴졌다. 단부 파형 높이는 최소 약 0.42 mm였다. 링 A는 12.5mm의 직경, 3mm의 길이, 및 0.2 +/- 0.013 mm의 두께를 갖는다. 링 A는 약 400 내지 약 450 VPN의 재료 경도를 갖는다. 링 A는 스테인리스 스틸로 제조된다. 제2 공차 링(링 B)은, 제1 유형의 돌출부의 돌출부와 제2 유형의 돌출부의 돌출부들이 모두 반경방향으로 외부를 향하는 본 명세서의 실시예에 따른 실험을 위한 링이다. 자유 상태 조건 또는 장착된 상태(내부 구성요소(306) 주위에)의 링 B(900)의 도면이 도 9에 도시되어 있다. 링 B에는 최대 0.2의 허용가능한 버 사양으로 표시된, 외주 주위에 동일한 간격으로 배열된 제1 유형의 돌출부 10개와 제2 유형의 돌출부 4개가 있다. 조립했을 때, 11.82 mm 직경의 내부 구성요소와 12.692 mm의 외부 구성요소 사이에서, 18 내지 32kg의 조립력(assembly force)이 느껴졌다. 단부 파형 높이는 최소 약 0.42 mm였다. 링 B는 12.5mm의 직경, 3mm의 길이, 및 0.2 +/- 0.013 mm의 두께를 갖는다. 링 B는 약 400 내지 약 450 VPN의 재료 경도를 갖는다. 링 B는 스테인리스 스틸로 제조된다. 공차 링을, 하우징 대신 샤프트에 대해 원하는 슬립이 발생하도록, 구성하였다. 링 A와 B를 슬립 토크에 대해 두 가지 조건에서 테스트 하였다: 1) 하우징 또는 외부 구성요소의 슬립 표면에서 슬립을 보장하기 위해, 샤프트 또는 내부 구성요소에 접착하거나; 혹은 2) 샤프트 또는 내부 구성요소의 슬립 표면에서 슬립을 보장하기 위해 하우징 또는 외부 구성요소에 접착하였다. 상기 테스트의 내부 구성요소와 외부 구성요소는 모두 황동 C3604였으며, 윤활제를 공차 링 사이 및 내부 구성요소 또는 외부 구성요소의 슬립 표면에만 제공하였다. 이러한 테스트의 결과는 아래 표 1에 나타난다:
표 1
Figure pct00001
도시된 바와 같이, 시스템이 하우징에 대해 미끄러지는 경향이 있는데, 이는 그렇게 하는 데 필요한 토크가 샤프트보다 낮기 때문이다. 또한, 도시된 바와 같이, 2가지 유형의 돌출부가 있는 링 B는, 샤프트의 슬립에 대한 토크에 미미한 영향을 끼치면서도, 하우징에서 슬립이 발생하는 토크가 약 2배이다. 따라서, 샤프트에서 슬립되는 토크는 하우징에서 슬립되는 토크보다 낮으므로, 제2 유형의 돌출부가 포함되어, 샤프트에 슬립이 발생한다고 결론 지을 수 있다.
이러한 실시예에 대한 애플리케이션은, 예를 들어 전기 모터(예를 들어, 앞유리 와이퍼 모터)와 같은 회전 장치와 관련된 조립체, 또는 축방향 슬라이딩 애플리케이션(예를 들어, 스티어링 칼럼 조정 메커니즘)을 포함한다. 본 명세서에 개시된 실시예는 로봇, 메카트로닉스, 자동차 구성요소, 또는 기타 용도에서 발견되는 애플리케이션을 갖는다. 공차 링 또는 조립체를 사용하면 여러 응용 분야에서 더 많은 이점을 얻을 수 있다. 본 명세서의 실시예에 따르면, 공차 링은 원하는 경계면에서만 원하는 슬립을 제공할 수 있다. 이 기능은, 슬립이 발생하는 토크 값에 현저한 변화 없이 원하는 표면(축방향 또는 외주방향으로)에서 여러 작업 주기에 걸쳐 미리 결정된 토크 수준에서 슬립함으로써 과부하(overload)로부터 조립체(300, 400, 500)의 구성요소를 보호할 수 있다. 또한, 2개의 슬립 가능한 경계면 중 오직 하나에서만 슬립하도록 공차 링을 구성함으로써, 공차 링은 조립체 내에서 제자리에 유지될 수 있는데, 가령, 회전 조립체의 경우, 하우징 또는 샤프트를 따라 축방향으로 이동하는 것이 방지된다. 그 결과, 본 명세서의 실시예에 따른 공차 링(100, 200)은, 적절한 공차 상쇄 및 위치를 유지하면서도, 토크 또는 슬립 성능을 개선할 수 있으며, 결과적으로 조립체, 공차 링, 및 다른 이웃 구성요소의 수명 및 개선된 효율성 및 성능을 초래할 수 있다.
다수의 상이한 양태들과 실시예들이 가능하다. 　 이러한 양태들과 실시예들 중 몇몇이 밑에 기술된다. 　 본 명세서를 읽고 나면, 통상의 기술자는 상기 양태들과 실시예들이 오직 예시적인 것이며 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니라는 것을 이해할 것이다. 　 실시예들은, 밑에 기술된 것과 같이, 실시예들 중 임의의 한 실시예 또는 하나 이상의 실시예에 따를 수 있다.
실시예 1: 공차 링으로서, 상기 공차 링은 제1 반경방향 표면 상의 복수의 반경방향으로 연장되는 돌출부 및 제1 반경방향 표면 맞은편에 있는 제2 반경방향 표면 상의 미형성 영역을 포함하는 측벽을 포함하며, 공차 링은 공차 링 돌출부와 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제1 이탈 토크(τ1)를 제공하고, 공차 링은 미형성 영역과 내부 구성요소 또는 외부 구성요소의 중 다른 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제2 이탈 토크(τ2)를 제공하며, 여기서 1.1 τ2 ≤ τ1인, 공차 링.
실시예 2: 조립체로서, 상기 조립체는 내부 구성요소, 외부 구성요소, 및 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 억지 끼워맞춤을 제공하기 위해 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 위치하는 공차 링을 포함하고, 상기 공차 링은 제1 반경방향 표면 상의 복수의 반경방향으로 연장되는 돌출부 및 제1 반경방향 표면 맞은편에 있는 제2 반경방향 표면 상의 미형성 영역을 포함하는 측벽을 포함하며, 공차 링은 공차 링 돌출부와 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제1 이탈 토크(τ1)를 제공하고, 공차 링은 미형성 영역과 내부 구성요소 또는 외부 구성요소의 중 다른 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제2 이탈 토크(τ2)를 제공하며, 여기서 1.1 τ2 ≤ τ1인, 조립체.
실시예 3: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 1.2 τ2 ≤ τ1, 1.5 τ2 ≤ τ1, 2 τ2 ≤ τ1, 또는 5 τ2 ≤ τ1인, 공차 링 또는 조립체.
실시예 4: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 공차 링 돌출부는 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 공차 상쇄를 제공하도록 구성된 제1 유형의 돌출부, 및 내부 구성요소 또는 외부 구성요소와 결합되도록 구성된 제2 유형의 돌출부를 포함하여, 공차 링과 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 사이에서 외주방향 이탈 토크가 증가되는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 5: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 각각의 돌출부는 외주방향 폭과 반경방향 높이, 및 반경방향으로 연장되는 외주방향 리지를 포함하고, 상기 리지는 외주방향 폭 내에서 피크까지 상승하고 하강하며 한 쌍의 숄더에 의해 축방향으로 경계를 이루는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 6: 실시예 4 또는 5에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 반경방향 높이를 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 7: 실시예 4 내지 6 중 어느 한 실시예에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 외주방향 폭을 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 8: 실시예 4 내지 7 중 어느 한 실시예에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 숄더 길이를 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 9: 실시예 4 내지 8 중 어느 한 실시예에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 대해 외주방향 리지의 상이한 경사를 포함하는, 공차 링.
실시예 10: 실시예 4 내지 9 중 어느 한 실시예에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 강성을 포함하는, 공차 링.
실시예 11: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 복수의 돌출부는 반경방향으로 내부로 연장되고 내부 구성요소와 접촉하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 12: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 복수의 돌출부는 반경방향으로 외부로 연장되고 외부 구성요소와 접촉하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 13: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 중 적어도 하나는 돌출부 중 적어도 하나를 수용하도록 구성된 홈을 포함하며 공차 링 돌출부와 홈 사이의 외주방향 이동이 방지되는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 14: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 공차 링은 축방향 틈을 갖는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 15: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 측벽은 금속을 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 16: 실시예 15에 있어서, 금속은 탄소강 또는 스테인리스 스틸을 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 17: 실시예 15 또는 16에 있어서, 제1 반경방향 표면과 제2 반경방향 표면은 금속 외부 표면을 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 18: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 공차 링은 AA-BB mm 범위 내의 내부 반경을 갖는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 19: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 공차 링은 CC mm-DD mm 범위 내의 외부 반경을 갖는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 20: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 공차 링은 FF 내지 GG mm 범위 내의 길이를 갖는, 공차 링 또는 조립체.
실시예 21: 선행 실시예들 중 어느 한 실시예에 있어서, 공차 링은 윤활제를 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
위에 기술된 모든 특징들이 반드시 필요한 것은 아닌데, 이는 특정 특징들 중 한 영역이 필요하지 않을 수도 있으며 위에 기술된 특징들 외에도 하나 이상의 특징들이 제공될 수 있다는 의미이다. 추가로, 상기 특징들이 기술된 순서가 반드시 이러한 특징부들이 장착되는 순서일 필요도 없다.
본 명세서에서, 특정의 특징부들은, 명확성을 위해, 개별 실시예들로 기술되었으며, 단일의 실시예에서 조합하여 제공될 수도 있다. 이와 반대로, 간결성을 위해 단일의 실시예에 관해 기술된 다양한 특징들은 개별적으로 또는 임의의 하위-조합들로 제공될 수 있다.
위에서, 문제점들에 대한 해결방안, 혜택, 및 그 밖의 이점들이 특정 실시예들에 관해 기술되었지만, 문제점들에 대한 해결방안, 혜택, 및 이점들, 및 임의의 해결방안, 혜택, 이점들이 생성되거나 보다 자명하게 되게 할 수 있는 임의의 특징(들)은 임의의 또는 모든 청구항들의 필수불가결한, 요구되는 또는 핵심적인 특징들로 간주되어서는 안 된다.
본 명세서에 기술되고 예시된 실시예들은, 다양한 실시예들의 구성을 일반적으로 이해할 수 있도록 하기 위한 것이다. 이렇게 예시되고 기술된 실시예들은, 본 명세서에 기술된 구성 또는 방법들을 사용하는 조립체 및 시스템들의 모든 특징 및 요소들에만 제한하기 위한 것이 아니다. 또한, 개별 실시예들이 단일의 실시예에서 조합하여 제공될 수 있으며, 그와 반대로, 간결성을 위해, 단일의 실시예로 기술된 다양한 특징들이 개별적으로 또는 임의의 하위-조합으로 제공될 수도 있다. 추가로, 특정 범위에 기술된 값들에 대한 기준은 범위 내에 있는 모든 그리고 각각의 값을 포함한다. 본 명세서를 읽고 난 뒤에, 통상의 기술자에게는 그 밖의 다른 다수의 실시예들이 자명해 질 것이다. 본 발명으로부터, 그 밖의 다른 실시예들이 유도되어 사용될 수 있으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 구조적으로 대체되거나, 국부적으로 대체되거나, 또는 임의의 변형이 가능하다. 그에 따라, 본 발명은 제한하려는 것이 아니라 예시하기 위한 것이다.

Claims (15)

  1. 공차 링으로서, 상기 공차 링은:
    제1 반경방향 표면 상의 복수의 반경방향으로 연장되는 돌출부 및 제1 반경방향 표면 맞은편에 있는 제2 반경방향 표면 상의 미형성 영역을 포함하는 측벽을 포함하며, 상기 공차 링은 공차 링 돌출부와 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제1 이탈 토크(τ1)를 제공하고, 상기 공차 링은 미형성 영역과 내부 구성요소 또는 외부 구성요소의 중 다른 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제2 이탈 토크(τ2)를 제공하며, 여기서 1.1 τ2 ≤ τ1인, 공차 링.
  2. 조립체에 있어서, 상기 조립체는:
    내부 구성요소;
    외부 구성요소; 및
    내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 억지 끼워맞춤을 제공하기 위해 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 위치하는 공차 링을 포함하고, 상기 공차 링은 제1 반경방향 표면 상의 복수의 반경방향으로 연장되는 돌출부 및 제1 반경방향 표면 맞은편에 있는 제2 반경방향 표면 상의 미형성 영역을 포함하는 측벽을 포함하며, 상기 공차 링은 공차 링 돌출부와 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제1 이탈 토크(τ1)를 제공하고, 상기 공차 링은 미형성 영역과 내부 구성요소 또는 외부 구성요소의 중 다른 구성요소 사이의 이탈 토크로 정의되는 제2 이탈 토크(τ2)를 제공하며, 여기서 1.1 τ2 ≤ τ1인, 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항 중 어느 한 항에 있어서, 1.2 τ2 ≤ τ1인, 공차 링 또는 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 공차 링 돌출부는 내부 구성요소와 외부 구성요소 사이에 공차 상쇄를 제공하도록 구성된 제1 유형의 돌출부, 및 내부 구성요소 또는 외부 구성요소와 결합되도록 구성된 제2 유형의 돌출부를 포함하여, 공차 링과 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 사이에서 외주방향 이탈 토크가 증가되는, 공차 링 또는 조립체.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 돌출부는 외주방향 폭과 반경방향 높이, 및 반경방향으로 연장되는 외주방향 리지를 포함하고, 상기 리지는 외주방향 폭 내에서 피크까지 상승하고 하강하며 한 쌍의 숄더에 의해 축방향으로 경계를 이루는, 공차 링 또는 조립체.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 반경방향 높이를 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 외주방향 폭을 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
  8. 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 숄더 길이를 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
  9. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 대해 외주방향 리지의 상이한 경사를 포함하는, 공차 링.
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 유형의 돌출부는 제2 유형의 돌출부에 비해 상이한 강성을 포함하는, 공차 링.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 돌출부는 반경방향으로 내부로 연장되고 내부 구성요소와 접촉하는, 공차 링 또는 조립체.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 돌출부는 반경방향으로 외부로 연장되고 외부 구성요소와 접촉하는, 공차 링 또는 조립체.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 내부 구성요소 또는 외부 구성요소 중 적어도 하나는 돌출부 중 적어도 하나를 수용하도록 구성된 홈을 포함하며 공차 링 돌출부와 홈 사이의 외주방향 이동이 방지되는, 공차 링 또는 조립체.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 공차 링은 축방향 틈을 갖는, 공차 링 또는 조립체.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 측벽은 금속을 포함하는, 공차 링 또는 조립체.
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