KR100219341B1 - 편포로 보강된 치부를 구비한 동력전달 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력 전달 벨트에 관한 것으로, 이 벨트는 벨트 물질로 구성된 본체와, 그리고 이 본체에 형성되고 1×1 리브 형태의 니트 섬유로 피복된 벨트 잇날로 구성된다.

Description

편포로 보강된 치부(齒部)를 구비한 동력 전달 벨트

본 발명은 이붙이 동력 전달 벨트에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 벨트를 구성하는 치부의 보강재로서 편포(編布)를 사용하고 있는 벨트에 관한 것이다.

많은 동력 전달 벨트는 벨트제(belt material)로 이루어진 본체를 구비하며, 이 본체에는 벨트의 적어도 한면을 따라 복수 개의 치부가 형성되어 있다. 이러한 벨트는 하중을 지탱하기 위한 부재로서 본체 속에 매설된 항인장 부재와, 벨트의 치부를 비롯한 벨트 표면의 둘레의 보강재로서의 내마모성 천 재료(wear resistant fabric material)를 구비한다. 동력 전달 벨트는 변속 벨트 등과 같은 V 벨트일 수 있는데, 이 벨트에서 치부는 벨트의 유연성을 향상시키기 위한 벨트홈을 형성하는 톱니 형태를 취한다. 다른 한 형태의 이붙이 벨트는 벨트 치부가 이붙이 풀리와 맞물려 동력 전달을 수행하도록 설계되는 동기 벨트(synchronous belt) 혹은 타이밍 벨트이다. 편포는 전술한 형태의 각 벨트에 대하여 치부를 보강하고 내마모성 표면을 제공한다.

공지된 동력 전달 벨트는 동력을 이붙이 풀리로 전달하고, 소직경의 V 풀리 둘레로 굴곡되는 유연성을 향상시키는 벨트 홈을 제공하는 두 가지 기능의 벨트 치부를 사용하고 있다. 미국 특허 제1,828,136호에는 단면에 V자형으로서, V자를 이루고 있는 홈의 양면이 소직경의 V 풀리와 맞물리고 벨트의 치부가 대직경의 이붙이 풀리와 맞물리는 이붙이 동력 전달 벨트를 개시하고 있다.

미국 특허 제4,305,714호에는 편포가 덮힌 벨트의 내측면을 따라 복수 개의 치부가 형성되어 있는 컷 엣지형 변속 벨트(cut-edge, variable speed belt)가 개시되어 있다. 이들 치부는 유연성을 향상시키는 복수 개의 홈을 형성한다.

벨트에 치부를 형성할 때, 신축성이 있는 천을 사용하는 것은 공지되어 있다. 미국 특허 제3,078,206호에는 이붙이 동력 전달 벨트를 제작하는 데에 신축성 천을 사용하는 것이 개시되어 있는데, 신축성 천이 있는 벨트 슬리브를 이붙이 성형부재(toothed mold member) 위에 배치하고, 벨트 슬리브의 외측면을 다른 성형부재로 가압하여, 벨트 치부의 성형중에 이 다른 성형 부재에 의해 벨트재가 이동되고 천이 신장되어 이붙이 성형 부재 속으로 유입되게 한다. 이때, 벨트 치부는 천으로 덮힌 상태로 남는다.

벨트 치부를 보강하기 위해 사용된 기존의 천은 정사각형의 면직물 재료(square woven cotton material) 형태였다. 몇몇 경우에는 어느 정도의 신축성을 부여하기 위하여 비스듬하게 절단했다. 미국 특허 제3,078,206호에 이용되는 것과 같은 방법의 성형 공정으로 벨트 치부를 쉽게 형성하기 위하여, 이붙이 벨트용으로 종방향으로 고도의 유연성을 갖는 특수한 천이 개발되었다. 이러한 편포의 한가지 형태는 고도의 신장성을 갖는 정사각형의 직조·권축된 나일론 천(woven crimped nylon fabric)이다. 또 다른 형태의 특별히 개발된 편포의 예는 미국 특허 제4,518,375호에 개시되어 있다.

V 벨트를 제조함에 있어서, 치부를 덮기 위하여 경편 편포(經編編布)(warp knit fabrics)가 사용되어 왔다. 이 편포는 어느 정도 지지력을 제공하기는 하지만, 벨트 치부와는 낮은 접착성을 갖는다. 소형의 동기 동력 전달용 벨트의 치부를 덮는 데 사용되는 나일론 편포(knitted nylon fabric)의 일례는 미국 특허 제5,427,728호에 개시되어 있다.

중장비용 변속 벨트에는, 동기 벨트용으로 개발된 정사각형의 직조·권축된 나일론 천이 많이 사용되고 있는 추세이다. 이러한 신축성 나일론 천은 벨트의 치부를 보강하며, 풀리가 고속에서 저속으로 전환될 때 변속 벨트가 뒤집히는 것을 방지하는 데 필요한 횡방향 강성(transverse rigidity)을 제공한다. 신축성 나일론 편포의 장점은 벨트 치부를 형성하기 위해 벨트 제조 공정에서 미리 형성할 필요가 없다는 것이다. 이러한 나일론 천이 안고 있는 단점은 물이 존재할 경우 약 340℉(171℃)이하의 온도에서 본질적으로 불안정하다는 것이다. 나일론 천은 약 489℉(254℃)에서 용융되며, 이 용융된 나일론이 재응고될 때 변속 풀리 부재상에 잔류물을 남길 수 있다. 나일론은 물이 존재할 경우 분해된다. 이러한 고온은 변속 벨트의 저면이 클러치의 두배인 변속 풀리의 샤프트에 맞닿아 미끄러질 때 도달할 수 있다. 보다 고온에 대하여 저항성을 갖는 재료로 이루어진 정사각형의 직물 천을 변속 벨트에 사용할 수는 있지만, 이들 천은 대개 벨트 제조 공정의 일부로서 그 직물 천을 미리 성형하는 추가적인 처리 단계를 필요로 한다.

위편 나일론 편포가 V 벨트 및 경량급의 동기 벨트에 사용되고 있기는 하지만, 성형된 벨트 치부의 표면에 대하여 높은 접착성을 갖지 않고 동력 전달 벨트를 횡방향으로 보강하는 데 기여하는 구조를 갖지 않기 때문에, V 벨트에 널리 사용되지 않는 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따라 치부가 형성되어 있는 동력 전달 벨트가 제공되는데, 이 벨트는 벨트재로 이루어진 본체와 이 본체에 매설된 항인장 부재를 구비하는 형태이다. 벨트의 치부는 그것을 비롯한 벨트의 둘레면에 배치되는 편포로 덮힌다. 이 편포는 그것의 한쪽면에 형성된 리브는 벨트재에 매설되고 벨트 치부의 외측에 있는 리브 중 적어도 일부는 벨트 치부의 표면에서 노출되는 1×1 리브 형태의 위편사(緯編絲)구조(weft knit yarn structure)이다.

본 발명의 또 다른 목적은 V 벨트, 양호하게는 변속 벨트 및 동기 벨트의 치부를 보강하기에 적합한 편포(knitted fabric materials)를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 벨트 치부에 횡방향 강성을 부여하면서 내마모성을 제공하는 저렴한 편포를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 변속 벨트 장치의 클러치 풀리에 사용하기에 적합한 내열성사(耐熱性絲)(heat resistant yarn)로 제조된 편포로 보강된 벨트 치부를 벨트에 제공하는 데 있다. 그 밖의 본 발명의 목적 및 장점은 첨부 도면 및 이 도면을 참고로 한 이하의 상세한 설명을 통해 더욱 명백해질 것이다.

제1도는 본 발명을 구체화하는 변속 구동 벨트의 일부의 개략적인 사시도.

제2도는 본 발명을 구체화하는 동기 벨트를 보여주는, 제1도와 유사한 사시도.

제3도는 1×1 리브형 위편사 구조를 보여주는 편포의 개략적인 부분 평면도.

제4도는 리브의 측방으로 신장된 1×1 리브형 편포를 확대 도시한, 제3도와 유사한 평면도.

제5도는 신장되지 않은 1×1 리브형 편포를 개략적으로 보여주는, 제3도의 선 5-5를 따라 취한 단면도.

제6도는 벨트의 치부를 보강하기 위해 벨트 본체에 편포를 매설하는 방법을 개략적으로 보여주는 제1도의 선 6-6을 따라 취한 확대 부분 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

12 : 변속 벨트 14 : 타이밍 벨트

16 : 본체 18 : 인장 부재

20, 22 : (벨트의) 치부 24 : 편포

도1 및 도2에는 본 발명에 의한 동력 전달 벨트가 도시되어 있다. 도1에 도시된 벨트는 컷 엣지형(cut-edge type) 변속 벨트(12)의 형태이고, 도2에 도시된 벨트는 동기 벨트 또는 타이밍 벨트(14)이다. 각 벨트는 벨트재로 이루어진 본체(16), 코드재(cord material)로 이루어져 상기 본체에 매설된 항인장 부재(18) 및 벨트의 적어도 한 표면을 따라 본체에 의해 일정 간격을 두고 형성된 복수개의 치부(20,22)를 구비한다. 이 치부는 편포(24)로 보강되어 있다.

본체는, 예를 들면 천연 고무, 합성 고무 또는 이들의 혼합물, 압연 성형이 가능한 탄성 고무 변종(millable gum variety) 등의 우레탄, 그리고 폴리에스테르와 같은 열가소성 재료를 비롯한 어떤 바람직한 재료로 형성될 수 있다. 매설된 항인장 부재는 나선형으로 감긴 코드와 같은 무단형(無端形)인 것이 바람직하며, 유리 섬유와 아라미드와 같이 높은 하중에서도 연신량이 극히 작은 재료로 구성된다. 벨트 치부(20,22)의 외형은 어떤 필요한 형태를 취할 수 있다. 변속 벨트(12)의 경우, 치부는 유연성을 제공하도록 톱니 모양을 취할 수 있고, 홈 형태를 이루는 치부 사이의 공간은 소음을 최소화하도록 변형될 수 있다. 동기 벨트(14)의 경우, 벨트 치부(22)는 동력 전달용으로 설계되며, 사다리꼴이나 곡선형 등과 같은 적당한 형상일 수 있다.

벨트 치부는 공지된 방법으로 본체로 형성된다. 예를 들면, 변속 벨트(12)의 치부는 성형틀(mold matrix)을 벨트의 표면에 가압함으로써 형성될 수 있으며, 동기 벨트의 경우에는, 벨트재를 성형 부재로 벨트 치부를 형성하는 성형 공동(mold cavity)에 밀어넣는 재로 이송 공정으로 형성될 수 있다. 이들 두 경우에 있어서, 벨트 치부를 덮게 되는 편포를 치부 성형 공정 중에 신장시켜 소정 위치에 배치한다.

도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 편포는 1×1 리브 형태의 위편사 구조이다. 이러한 편포는 그것의 각 표면에 측방향으로 오프셋된 리브(26,28)를 구비한다. 각 리브는 상호 연결되는 루우프(interconnecting yarn loops)(30)에 의해 형성된다. 도3에 도시된 바와 같이, 리브(26)는 편포의 전면에 형성되는 반면, 리브(28)는 그 이면에 형성된다. 도5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 1×1 리브형 구조는 전체적으로 외측으로 돌출되는 주름이 형성된 구조이므로, 리브의 횡방향 즉 T-T 방향으로 어코디언처럼 편포를 신축시킬 수 있다. 이러한 편포의 조직 구조는 실(34)로 이루어진 루우프들 사이에 복수 개의 중간 연결부(interstices) 또는 연결 루우프를 형성한다. 도4에 도시된 바와 같이 리브의 횡방향 S-S로 편포를 신장시킴에 따라 리브를 이루고 있는 루우프들 사이의 중간 연결부 또는 연결 루우프(36)가 확장된다.

편포를 형성하는 실은 편성(knitting)하기에 적합한 섬유, 예컨대 면, 면-나일론 혼합물, 나일론, 아라미드, 아라미드-레이온 혼합물, 아크릴, 아크릴-레이온 혼합물, 폴리에스터, 폴리에스터-면 혼합물 및 레이온일 수 있다. 실을 형성하는 섬유중의 한 종류는 아라미드, 면, 레이온 및 아크릴 등과 같이 적어도 500℉(260℃)까지는 열적 안정성을 갖는 것이 바람직하다. 이러한 재료의 장점은 클러치 및 변속 풀리 등과 같은 구성 부품에서 용융 및 재응고되지 않는다는 것이다. 아라미드와 같은 섬유는 약 700℉(371℃)에서 용융되지는 않고 분해된다.

1×1 리브 형태를 갖는 편포는 리브 방향 또는 리브의 횡방향으로 신장될 수 있다. 벨트를 제작할 때 편포가 리브의 측방향으로 약 15 내지 200％ 정도 신장되는 것이 바람직하다. 편포가 신장되는 경우, 연속된 리브간의 중간 연결부 또는 연결 루우프는 확장된다. 이 편포는 동력 전달 벨트로 사용될 때 리브의 측방향인 S-S 방향으로 신장된다. 평탄한 편포를 바느질하여 필요한 외주부를 갖는 원통형의 튜브를 형성하거나, 혹은 튜브재로 직접 편성하여 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 관형 편포는 동력 전달 벨트 슬리브를 제조할 때 신장되고 원주 방향으로 확장된다. 동기 벨트의 경우에 있어서는, 편포를 벨트 슬리브의 외측을 덮어서 배치하고, 공지의 방법으로 성형틀로 벨트 슬리브를 가압하여 성형틀의 슬리브 성형 치부 속으로 밀어넣는다. 동기 벨트의 경우, 편포 튜브를 신장시켜 이붙이 성형틀 위에 배치한 후에 편포위에 배치된 벨트 슬리브를 벨트 치부 성형틀 속으로 가압할 수 있다. 어떤 방법에 의하든, 편포는 벨트 치부의 외부면에 남게 된다.

양호하게는, 편포의 리브(26)는 도1 및 도2에 도시된 바와 같이 벨트의 횡방향으로 치부를 가로지르는 방향으로 배향(配向)된다. 여기에서, 편포는 벨트재와의 필요한 접착력을 얻기에 충분할 정도로 신장되어야 하는 것이 중요하다. 벨트재와의 접착력에 대한 편포 신장의 효과를 설명하기 위하여, RFL 접착제로 처리되어 다른 백분율로 신장되는 1인치 폭의 편포를 사용하여 시험을 하였다. 벨트재의 경화중에 신장되지 않고(0％) 접착된 편포는 20 lb(약 9kg)의 접착력을 나타내었다. 50％ 신장된 섬유는 25 lb(약 11kg), 그리고 100％ 신장된 섬유는 36 lb(16kg)의 접착력을 나타내었다. 도6에 도시한 바와같이, 편포는 성형 공정 중에 벨트 치부를 비롯한 벨트의 외측 표면에 가압된다. 벨트 치부와 마주한 편포의 내측에 위치한 리브(28)는 본체(16)에 매설된다. 편포와 벨트 치부의 외측 표면에 위치한 리브(26)의 적어도 일부는 벨트 치부의 표면에서 노출된다. 또한, 리브들 사이의 중간 연결부, 즉 연결 루우프(36)의 적어도 일부에는 벨트재가 충전된다. 벨트재에 매설되어 본체의 재료가 충전된 리브(28)는 치부(20,22)를 그 치부의 횡방향으로 보강하는 구조 부재로서 작용하는데, 그 이유는 이렇게 매설된 리브들의 연결 루우프에 벨트재가 충전되어 치부를 편포와 함께 고정시키기 때문이다. 본체의 재료에 매설된 편포의 리브(28)는 벨트재와의 사이에 탁월한 기계적 접착력을 제공하여 벨트 치부로부터 편포를 당겨서 분리하기가 극히 어렵게 만든다. 이러한 접착력은 벨트 치부로부터 쉽게 분리될 수 있는 경편 조직의 편포의 경우보다 우수한데, 그 이유는 벨트 치부를 형성하는 편포와 연결되는 리브가 존재하지 않기 때문이다.

본 발명의 효과를 설명하기 위해, 3매의 변속 벨트에 그것의 내측면을 따라 벨트재로 치부를 성형하였다. 첫번째 벨트는 벨트 치부를 덮는 보강재가 전혀 없었다. 두번째 벨트는 동기 벨트 또는 타이밍 벨트에 사용되는 형태의 권축된 나일론 편포[210 데니어(denier), 12.59 oz/yd²]로 제작했다. 세번째 벨트는 본 발명의 제조 방법에 따라 아라미드(상표명 Nomex)-레이온 혼합사(265 데니어, 3.7 oz/yd²)로 형성된 1×1 리브를 구비한 위편사 구조의 편포로 제작했다. 벨트를 변속 풀리 사이에서 작동시켜 벨트의 시프트 특성(shifting attributes)을 평가하기 위한 동적 시험을 수행하였는데, 시프트 특성은 벨트가 뒤집히기 전에 전위(轉位)될 수 있는 벨트의 사이클수로 측정할 수 있다. 치부에 섬유 보강재를 구비하지 않는 벨트는 3 사이클 작동되었다. 보강재로 치부를 덮는 편포로서 권축 나일론 편포를 사용한 벨트는 400 사이클 작동되었다. 벨트 치부에 1×1 리브 편포가 덮힌 벨트는 330 사이클 작동하였다.

시험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 벨트는 벨트 치부 보강재로서 종래의 권축 나일론을 사용하는 벨트와 거의 대등하였다. 그러나, 본 발명의 벨트에 있어서는, 700℉(371℃)의 온도(산화 온도)까지의 높은 온도능(溫度能; 고온에서 작동할 수 있는 성능)을 갖는 훨씬 경량(3.7 oz/yd²)의 아라미드-레이온 혼합사로 제조된 반면에, 권축 나일론 편포는 489℉(254℃)(융점)의 온도능이 낮으며 훨씬 무거웠다(12.50 oz/yd²).

본 발명의 벨트의 벨트의 횡방향 강성이 향상되어, 벨트가 주행중에 변속된다 하더라도 벨트가 뒤집힐 염려가 거의 없다. 또한, 벨트의 치부를 포함한 벨트 전체의 둘레에 리브가 부분적으로 노출됨으로써 마찰 및 충격에 대한 강도가 향상되고 또 전체적인 인장 강도도 향상된다. 아울러, 보강재로 사용되는 편포가 리브의 횡방향으로 충분한 신축성을 가지고 있기 때문에, 벨트 성형중의 벨트 본체와의 정합성이 뛰어나 벨트 제조가 용이하고 또 충분한 결합력도 얻어지며, 특히 편포의 일면에 형성된 리브가 벨트재에 매설되고, 또 양면의 리브 사이를 연결시키는 루우프 사이에는 벨트재가 충전되므로, 장기간 사용하더라도 편포가 벨트 본체에서 떨어지지 않게 되어, 수명이 현저히 길어진다.

Claims (3)

1. 벨트재(belt material)로 이루어진 본체와, 이 본체에 매설된 항인장 부재, 그리고 벨트 본체에 형성되어 편포로 보강된 복수 개의 벨트 치부를 구비하는 동력 전달 벨트에 있어서, 상기 편포는 편포의 양면에 서로 측방으로 오프셋된 복수의 리브가 형성된 1×1 리브 형태의 위편사 구조(weft knitted structure)로서, 연속하는 이들 리브들 사이의 중간 연결부가 확장하는 방식으로 리브의 측방으로 신장되며, 상기 편포의 내측면에 있는 리브는 상기 본체에 매설되고 상기 중간 연결부에는 적어도 부분적으로 벨트재가 충전되어 편포의 외측면에 있는 리브가 적어도 부분적으로 벨트 치부의 표면에서 노출되어 있는 것을 특징으로 하는 동력 전달 벨트.
2. 벨트재로 이루어진 본체, 이 본체에 매설된 항인장 부재, 그리고 상기 본체에 형성된 치부와 이 치부에 의해 형성되는 홈을 구비하며, 이들 치부와 홈이 편포로 보강되어 있는 컷 엣지형 V 벨트에 있어서, 상기 편포는 각 면에 상호 연결된 실 루우프(yarn loop)에 의해 형성된 복수 개의 리브를 구비하는 1×1 리브 형태의 위편사 구조로서 편포의 일 면에 있는 리브는 다른 면의 리브와 주름진 형태로서 측방으로 오프셋되어 있으며, 상기 위편사 구조는 리브의 횡방향으로 주름이 펼쳐지고 리브들을 상호 연결하는 실 루우프를 개방시키는 어코디언 방식으로 적어도 15％ 이상 신장되며, 편포의 일 면에 있는 리브들은 벨트재에 매설되고 리브를 상호 연결하는 상기 루우프에는 벨트재가 충전되어 상기 리브를 치부의 외측면에서 적어도 부분적으로 노출되게 한 것을 특징으로 하는 컷 엣지형 V 벨트.
3. 제2항에 있어서, 상기 편포는 약 15 내지 200％ 신장되는 것을 특징으로 하는 컷 엣지형 V 벨트.