KR100437235B1 - 몰드표면과축방향으로상호맞물리는치형을구비한동기식구동벨트를제조하는방법및장치 - Google Patents

Abstract

동기식 구동 벨트 또는 타이밍 벨트를 성형하기 위한 장치 및 방법이 상술되어 있다. 상기 방법은 축방향으로 상호 맞물림된 치형을 구비한 벨트를 성형할 수 있다. 상기 방법은 압축 성형(compression molding)과는 반대로 트랜스퍼 성형(transfer molding)을 사용하며, 러버(rubber)(38)를 맨드렐(mandrel)(60)로부터 내측 표면상에 치형을 갖는 몰드(mold)내로 반경방향 외측으로 미는 팽창식 다이어프램(40)을 포함한다. 상기 방법은 벨트내에서 제조될 수 있는 배리어 층을 제공하여, 트랜스퍼 성형 방법을 개선한다.

Description

몰드 표면과 축방향으로 상호 맞물리는 치형을 구비한 동기식 구동 벨트를 제조하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS OF MANUFACTURING SYNCHRONOUS DRIVE BELT WITH TEETH WHICH ARE AXIALLY INTERLOCKED WITH A MOLD SURFACE}

그래그(Gregg)의 미국 특허 제 5,209,705 호에는 경사진 및 편심인 치형을 구비한 동기식 구동 벨트가 개시되어 있다.

스쿠라(Skura)의 미국 특허 제 3,078,206 호에는 벨트 치형 및 보강된 포지티브 구동 벨트(reinforced positive drive belts)의 제조 방법이 개시되어 있다.

미국 특허 제 2,600,775 호에는 동력 전달 벨트를 제조 및 경화시키기 위한 방법 및 장치가 개시되어 있다.

마지막으로, 일본 특허 제 84-133,034 호에는 동기식 구동 벨트를 제조하는 방법이 개시되어 있다.

동기식 구동 벨트는 일반적으로 탄성의 탄성중합체로 제조되며, 벨트의 피치선을 따라 놓여 있고 고탄성 모듈을 갖는 다수의 코드로 제조되는 종방향 인장 부재로 보강된다. 상기 코드는 유리 섬유, 탄소 섬유, 강(steel), 폴리에스테르, 고 강인성 레이온(high tenacity rayon) 또는 바람직하게 폴리아미드로 제조될 수 있다. 치형 표면은 내마모 직물, 예를 들면 나일론으로 보강될 수 있다. 탄성중합체는 폴리클로로프렌, 폴리우레탄, NBR, IIR, IR, SBR, CSM, EPDM, 다른 열경화성 탄성중합체, 열가소성 탄성중합체 및 다른 폴리머 합금을 포함하는 그러한 벨트에 사용하기에 적합한 공지된 것중 하나일 수 있다.

평평한 원통형 맨드렐상에서 비동기식, 정확한 또는 타이밍 벨트를 "인사이드-아웃(inside-out)"식으로 제조하는 것이 공지되어 있다. 벨트를 제조하기 위해 사용되는 재료는 맨드렐 둘레에 둘러싸이며, 맨드렐은 가황 장치내의 원통형 다이어프램 내측에 위치된다. 다이어프램은 팽창되고, 경화 공정동안 벨트상의 반경방향 내측으로 가압한다. 그런 후, 경화된 벨트 또는 슬랩(slab)은 그 외측 표면이 가공되어, 플랭크 또는 리브(ribs)를 형성하고 "우측 밖으로(right side out)" 회전되기 전에 개별적인 벨트를 서로에서 분리한다.

경화된 링 벨트는 여러 공정에 의해 제조된다. 한 방법에서, 개별 가황처리되지 않은 벨트는 맞물림 링을 적층함으로써 형성된 몰드 캐비티내에 위치된다. 캐비티는 그 내경에서 개방된다. 가황 처리 공정동안, 몰드는 다이어프램과 리테이너의 외측 둘레에 위치되며, 조립체는 가황 장치내에 위치된다. 다이어프램은 팽창되며, 몰드 캐비티의 개구에 대해 반경방향 외측으로 밀며, 벨트를 몰드를 향해 가압한다.

적용을 위한 "Poly-V 벨트"라 공지된 벨트는 붕괴가능한 맨드렐상에서 인사이드 아웃식으로 성형된다. 예를 들면, 영국 특허 제 875,283 호에 포지티브 구동 벨트를 성형하는 방법이 개시되었다. 상기 방법은 외측 몰드를 사용한다. 상기 상부 커버 플라스틱은 팽창된 드럼에 가해진 제 1 층이다. 다음에, 부하 이동 밴드 권선에 의해 뒤따르는 치형 스톡 층이 위치된다. 직물 층은 그 후에 가해진다. 그런 후, 드럼은 붕괴되며 경화되지 않은 벨트 카커스(carcass)는 제거되고 그런 후 몰드내에 위치된다. 몰딩 공정동안, 상기 치형 스톡 층은 부하 이동 밴드를 통해 상기 몰드 캐비티내로 사출된다.

그러한 공정에 있어서, 상기 벨트는 맨드렐로부터 제거되어, 내측 표면에 원주방향 홈을 갖는 원통형 몰드 내측에 위치된다(이러한 단계는 자동으로 하기에는 어려워 수동으로 됨). 그런 후, 내측 다이어프램 및 리테이너는 가황 처리되지 않은 벨트 또는 슬랩 내측에 위치된다. 다이어프램은 경화동안 슬랩을 홈내로 반경방향 외측으로 가압한다. 경화후, 다이어프램은 제거되며, 슬랩은 반경방향 내측으로 굽어져 성형된 리브(molded ribs)를 몰드내의 홈으로부터 분리한다. 그런 후, 슬랩은 축방향으로 제거된다.

설상차 트랙은 내측 다이어프램 또는 부분으로되고 팽창하는 내측 몰드를 사용해 유사한 방법으로 제조된다. 그러나, Poly-V(등록 상표) 벨트 또는 설상차 트랙을 제조하는 방법으로 타이밍 벨트 및 다른 동기식 벨트를 제조하기 이전에는 적합하지 않았는데, 그 이유는 타이밍 벨트 및 다른 동기식 벨트는 고정밀도가 요구되지만 설상차 트랙 또는 Poly-V(등록 상표) 벨트는 고정밀도가 요구되지 않기 때문이다.

미국 특허 제 2,600,775 호에 개시된 방법에 있어서, 다수의 경화되지 않은 벨트는 로딩 스테이션(loading station)에 위치된 백(bag)의 외측 벽상에 위치된다. 그런 후, 상기 백은 몰드 반부(mold halves)사이에 삽입되고 핀상에 중심설정된다. 그런 후, 상기 몰드 반부는 폐쇄되며 상기 백은 팽창되어 상기 벨트를 상기 몰드 캐비티내로 외측으로 가압한다.

붕괴가능한 맨드렐과, 인사이드 아웃 몰드에 있어서 슬랩의 수동식 정렬은 동기식 벨트에 적용시에 요구되는 것과 같은 정밀한 제품을 이전에는 제공하지 못했다. 대신에, 필요한 정확도 및 정밀도는 외측 원통형 표면상에 치형을 가지며 그리고 일 단편의 금속으로 정밀하게 가공되는 내측 몰드로 통상 이뤄졌다. 몰드는 성형 기계내에 위치되며, 이 재료는 몰드 둘레에 권선된다. 가황 처리되지 않은 벨트가 성형된 후, 몰드는 경화중에 슬랩상에서 반경방향 내측으로 미는 경화 다이어프램 내측에 위치된다.

이러한 반경방향 내측으로 배향된 푸싱(pushing)은 압축 성형 또는 반경방향 내측의 트랜스퍼 성형 공정을 통해 이루어질 수 있다. 타이밍 벨트의 코드를 가능하면 벨트 치형 공간의 상부 가까이에 위치시키고, 성형 및 경화동안 성형된 치형의 상부로 이 코드를 지지하는 것이 바람직하다.

압축 성형 공정에 있어서, 코드가 맨드렐 둘레에 권선되기 전에 맨드렐 둘레에 권선된 재료는 맨드렐의 치형 공간과 맞물리는 사전 형성된 치형을 가질 수 있다. 이러한 재료는 코드와 몰드 치형 공간사이의 캐비티를 대부분 충전한다. 추가적인 재료는 코드 다음에 위치될 수 있다. 성형중에 다이어프램이 반경방향 내측으로 밀려질 때, 코드상의 본래의 재료는 코드위에 잔류하며, 코드 아래의 본래의 재료는 코드 아래에 잔류된다. 이러한 것은 압축 성형 공정이다.

반경방향 내측 트랜스퍼 성형 공정은 몰드 치형 공간과 연결되지 않거나 이를 충전하지 않는 재료를 사용한다. 이러한 재료가 몰드 주위에 권선될 때, 재료는 몰드의 치형 끝면(tooth crest)에서 치형 끝면까지 천으로 도포되며, 각각의 몰드 치형 공간에 캐비티를 남겨 놓는다. 이러한 방법에 있어서, 코드와 벨트 치형 공간의 상부 사이에 놓이도록 의도되는 재료는 코드 전에 몰드 둘레에 권선된다. 벨트 치형을 충전하도록 의도된 것을 포함하는 남아 있는 재료는 코드 후에 몰드 둘레에 권선된다. 성형동안, 다이어프램은 몰드의 치형 공간을 충전하도록 코드 사이의 반경방향 내측으로 밀려진다. 이러한 것은 반경방향 내측으로의 트랜스퍼 성형 공정이다. 코드에 대한 치형 재료의 상대적인 위치는 성형동안 변하게 된다. 이러한 방법으로 성형된 벨트는 몰드와 상호 맞물림되며 코드가 반경방향 팽창을 차단하기 때문에 축방향으로만 제거될 수 있다.

경화후, 몰드의 단부 형성 링은 제거되며, 슬랩은 몰드로부터 축방향으로 스트립된다. 이러한 공정이 몇몇 우수한 특성을 갖는 반면, 슬랩을 몰드로부터 제거하기 위해 큰 힘의 적용을 필요로 한다. 그러한 큰 힘의 사용은 슬랩 및 맨드렐에 손상을 입힐 수 있다. 또한, 그러한 방법은 몰드와 상호 맞물리지 않는 슬랩과 함께 이뤄질 수 있다. 이러한 것은 축방향으로만의 슬랩 또는 매우 간단한 헬리컬치형을 제조하는 방법을 제한한다.

본 명세서에서 기술된 본 발명의 방법은, 슬랩 및 맨드렐이 몰드 및 맨드렐에 사용되는 레지스터링 수단(registering means)을 통해 몰드내에 위치될 때 벨트 슬랩을 지지하고 정렬하기 위한 도구로서 성형 맨드렐을 사용하고 있다. 본 발명의 다른 중요한 특징은 성형 및 경화동안 팽창가능한 조립 맨드렐을 사용하여 슬랩에 대해 외측으로의 반경방향 힘을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 중요한 특징은 팽창하는 맨드렐을 사용하여 벨트상에 치형 또는 리브를 정확히 형성하도록 새로운 외측으로의 반경방향 트랜스퍼 성형 공정을 제공하는 것이다. 치형은 몰드의 캐비티와 상호 맞물림되는 것과 같은 형상일 수 있다. 본 발명의 방법은 상호 맞물림 슬랩이 몰드로부터 축방향으로 제거되도록 경화된 슬랩의 반경방향 내측의 버클링(buckling)을 이용한다.

몰드는 그 내측 원통형 표면에 캐비티를 형성하는 치형 또는 리브를 갖는다. 벨트는 팽창가능한 맨드렐의 외측 원통형 표면상에 완전히 성형된다. 재료 층은 반경방향 내측의 트랜스퍼 성형과 비교하여 역순으로 맨드렐에 적용된다. 치형 또는 리브 재료는 코드의 적용에 앞서 맨드렐상에 위치된다. 코드 길이는 공지 기술인 반경방향 내측의 트랜스퍼 성형과, 공지 기술인 반경방향 외측의 압축 성형 및 본 발명의 반경방향 외측 트랜스퍼 성형에 있어서의 길이와 실제로 동일하여야 한다. 치형을 정렬하기 위한 직물 또는 다른 재료의 박막은 코드의 외측에 위치될 수 있다.

모든 재료 층이 슬랩에 도포된 후, 슬랩 및 맨드렐은 전술한 방법으로 몰드에 위치된다. 외측으로의 반경방향 트랜스퍼 성형동안, 치형 또는 리브 재료는 그의 위치로부터 코드들사이에서 반경방향 외측으로 유동함으로써 코드의 반경방향 내측으로 이동된다.

외측으로의 반경방향 트랜스퍼 성형은 인사이드-아웃 성형 슬랩의 외측 직경이 몰드의 내측 직경보다 작도록 하며, 우선 슬랩이 버클링되지 않게 슬랩을 몰드내에 위치되도록 하며, 슬랩을 내측으로 구부리기 위해 성형 맨드렐로부터 슬립을 제거할 필요가 없다. 본 발명의 이러한 특성은 성형 맨드렐이 레지스터링 수단을 사용해 몰드내에 성형 슬랩을 이동시켜 정확하게 위치시키도록 사용될 수 있으며, 그에 따라 포지티브 구동 동기식 벨트에 대해 이러한 방법을 사용하기에 필요한 보다 큰 정확도를 제공하며, 슬랩을 이동시켜 이를 몰드내에 위치시키는 자동화를 용이하게 한다.

치형 또는 리브 스톡이 반경방향 외측으로 트랜스퍼 성형될 때, 슬랩은 몰드에 상호 맞물림된다. 팽창 성형 맨드렐은 몰드로부터 제거되며, 몰드 캐비티로부터 분리하도록 반경방향 내측으로 슬랩을 구부리는 룸(room)을 제공하며, 그에 따라 슬랩이 몰드 또는 벨트 슬랩에 대해 손상의 위험없이 최소 힘을 갖고 몰드로부터 축방향으로 제거되도록 한다.

발명의 요약

본 발명의 다른 이점 및 장점은 하기의 상세한 설명을 읽고 이해하는 본 기술 분야에 숙련된 자들에게 명백해 질 것이다.

본 발명의 실시에 따르면, 트랜스퍼 성형에 의해 동기식 구동 벨트를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 벨트를 위치결정하기 위한 위치결정 수단을 통해 몰드의 내부 표면에 대해 벨트를 위치결정하는 단계를 포함한다. 상기 몰드는 이의 내부 표면에 리세스를 갖는다. 다음에, 벨트는 가압하기 위한 가압 수단을 통해 리세스내로 반경방향 외측으로 가압되며, 그에 따라 트랜스퍼 성형 치형은 코드 사이의 벨트내에 그리고 몰드내의 리세스에 간직된다. 다음에, 벨트는 단부를 경화시키기 위한 경화 수단에 의해 경화되며 마지막으로 벨트는 몰드로부터 제거된다. 벨트는 이의 일부를 몰드의 축선쪽의 반경방향 내측으로 구부림으로써 몰드로부터 제거된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 벨트는 성형용 성형 수단상에서 성형된다. 블래더(bladder) 또는 다이어프램은 성형 수단상에 장착되어 함께 협력한다. 맨드렐은 몰드내에 위치될 수 있으며 레지스터링 수단에 의해 정확하게 위치된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 동기식 구동 벨트를 성형하는 방법은 배리어 층을 가압하기 위한 가압 수단의 반경방향 외측에 위치결정하는 단계를 포함한다. 다음에, 벨트의 치형 스톡 층은 배리어 층의 반경방향 외측에 위치결정된다. 다음에, 치형 스톡 층은 코드 사이에서 가압되어 가압 수단에 의해 배리어 층을 반경방향 외측으로 가압함으로써 관련된 몰드의 리세스내로 가압된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상부 탄성중합체 층은 가압 수단의 반경방향 외측 및 배리어 층의 반경방향 내측에 위치된다. 상부 탄성중합체 층은 치형 스톡 층의 점성과 상이한 점성을 갖는다. 상부 탄성중합체 층 및 치형 스톡 층의 점성은 가압 수단에 의해 가해지는 소망의 압력을 제공하도록 선택된다. 상부층의 점성은 치형 스톡 층의 점성보다 상당히 크다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 동기식 구동 벨트는 상부 탄성중합체 층, 상부 탄성중합체 층의 반경방향 내측에 있는 배리어 층 및 배리어 층의 반경방향 내측에 있는 인장 부재 층을 포함한다. 치형 스톡 층은 벨트 인장 부재 층 및 치형을 향하는 직물의 반경방향 내측에 있으며, 치형에 직면한 직물은 치형 스톡 탄성중합체의 반경방향 내측에 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 트랜스퍼 성형을 통해 동기식 구동 벨트를 성형하는 방법은 벨트를 관련된 몰드의 리세스내로 가압하기 위해 벨트의 치형 스톡 층을 가압 수단의 접촉 표면의 반경방향 외측으로 위치시키는 단계를 포함한다. 다음에, 치형 스톡 층은 가압 수단을 통해 배리어 층 또는 치형 스톡 층을 반경방향 외측으로 가압함으로써 관련된 몰드의 리세스내로 가압되며, 가압 수단의 접촉 표면은 고르지 않게 되며, 파형지며, 리브되며, 움푹들어 가며, 또는 달리 매끈하지 않게 된다. 파의 피치 또는 공간과, 깊이는 벨트의 다른 특징에 비례하는 크기이어서 벨트는 이의 의도된 및 소망의 기능을 수행할 수 있으며, 따라서 가압 수단의 파는 배리어 또는 코드에 접촉하여 반경방향 외측 힘을 가한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 동기식 구동 벨트를 성형하는 장치는 맨드렐을 포함하며, 벨트는 경화전에 상기 맨드렐상에서 성혀될 수 있다. 후에, 맨드렐은 벨트를 경하시키도록 몰드내로 위치될 수 있다. 맨드렐은 경화 수단에 대해 맨드렐을 레지스터링하도록 레지스터링 수단을 갖는다.

본 발명의 또 다른 특징에 따라, 장치는 맨드렐 둘레에 다이어프램을 더 포함한다. 다이어프램은 이를 팽창 또는 수축시킴으로써 선택적으로 조절될 수 있는 외주연부를 갖는다.

본 발명의 또 다른 이점 및 장점은 하기의 상세한 명세서를 읽고 이해하는 본 기술분야에 숙련된 자들에게 명백해 질 수 있다.

용어 정의

또한, 본 발명은 하기의 용어 정의에 의해 보다 잘 이해될 것이며, 이 용어 정의는 명세서 및 첨부된 청구의 범위에 적용가능하다.

본 원에서 사용된 "축방향(axial)" 및 "축방향으로(axially)"는 벨트, 몰드 또는 맨드렐의 회전축에 평행한 선 또는 방향을 나타낸다.

"측방향(lateral)"은 축방향을 의미한다.

"반경방향(radial)" 및 "반경방향으로(radially)"는 맨드렐 또는 성형 드럼과 같은 원통의 회전축으로부터 반경방향으로 향하거나 멀어지는 방향을 의미하도록 사용된다.

본 발명은 동기식 구동 벨트(synchronous drive belts) 및 타이밍 벨트에 관한 것으며, 특히 몰드 표면과 축방향으로 상호 맞물리는 치형을 구비한 동기식 구동 벨트를 제조하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따라 내측 헬리컬 치형을 구비한 몰드 링의 축방향 단면도,

도 2는 링의 축을 내포하는 도 1의 몰드 링의 단면도,

도 3은 도 2에 도시된 몰드 링의 일 부분의 확대도,

도 4는 도 1에 원으로 표시된 부분으로서 몰드 링의 치형의 확대도,

도 5는 다이어프램 리테이너 및 유연한 성형 맨드렐로서 작용하는 결합 내측 부품을 도시하는 것으로, 내측 헬리컬 치형을 구비한 한 스택의 링을 사용하는 조립된 몰드의 정단면도,

도 6은 도 5의 일부 확대도,

도 7은 본 발명의 방법의 일 실시예를 도시하는 단면도,

도 8은 도 7의 일부 확대도,

도 9는 본 발명의 방법의 일부 개략도,

도 10은 도 9의 일부 확대도.

본 발명은 특정 부품 및 부품의 특정 배열에 있어서 물리적인 형태를 가질 수 있으며, 이의 바람직한 실시예는 본 명세서에 자세히 상술되며 첨부된 도면에 도시된다.

도면은 동기식 구동 벨트 및 이를 제조하기 위한 방법 및 장치를 도시한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 몰드 링(12)이 상술된다. 도면으로부터 명백해지는 바와 같이, 몰드 링(12)은 이의 반경방향 내측 표면(18)상에 다수의 리세스(14)를 갖는다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 개별 몰드 링(12)의 단부 부분(22)은 리세스(14) 및 반경방향 내측 표면(18)의 일부와 마찬가지로 확대되어 도시되어 있다.

도 5를 참조하면, 다수의 몰드 링(12)은 몰드 조립체(26)로 조립되어 있다.상기 몰드 조립체(26)는 상부 단부 플레이트(30), 바닥 단부 플레이트(32) 및 캔(36)을 구비한다. 몰드 링(12)에 대해 슬랩 또는 경화되지 않은 벨트(38)를 가압하기 위한 가압 수단은 팽창식 다이어프램(40)이다. 상기 다이어프램(40)은 도관(46, 48)내의 공기, 증기 또는 고온의 물과 같은 유체에 의해 선택적으로 팽창되거나 수축될 수 있다. 마찬가지로, 몰드 링(12)은 가열 수단에 의해 가열될 수 있으며, 이의 일 실시예는 각 몰드 링(12)내에 공동 영역(58)으로 이루어져 있으며, 상기 공동 영역(58)은 도관(52, 54)을 통해 공급된 유체로 선택적으로 채워지고 가열되거나 또는 냉각될 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 중요한 일 특징은 가황 처리되지 않은 벨트(38)가 제조되었을 시 성형 맨드렐(building mandrel)(60)은 다이어프램(40)과 끼워맞춰지며 몰드 조립체(26)내로 위치될 수 있다는 것이다. 먼저, 동기식 타이밍 벨트를 위한 요구되는 정밀도는 그러한 제조 기법을 통해 얻어질 수 없다. 필요한 정확도는 본 명세서에서 상술된 본 발명의 방법에 의해서 뿐만 아니라 몰드 링(12)에 대한 적당한 관계로 맨드렐(60)을 레지스트하기 위한 레지스터링 수단(registering means)을 통해 얻어질 수 있다. 레지스터링 수단은 도 6에 도시되어 있으며, 도 6은 도 5의 일 부분이 확대되어 있다.

도 6을 참조하면, 레지스터링 수단은 캔(can)내의 리세스내로 끼워맞춰지는 상부 단부 플레이트의 모서리를 포함하는 것을 볼 수 있다. 특히, 상부 단부 플레이트(30)의 굴곡진 모서리부(66)는 캔(36)내의 리세스(70)내로 끼워맞춰진다. 리세스(70)는 2개의 수직 표면, 즉 수평방향으로 연장하는 1개의 표면(76)과 수직방향으로 연장하는 1개의 표면(78)으로 이루어진다. 모서리부(66)를 리세스(70)내로 레지스트함으로써, 상부 단부 플레이트(30)는 캔(36) 및 몰드 조립체(26)의 레스트(rest)에 대해 축방향 및 반경방향으로 레지스트되며, 몰드 링(12)은 조립 맨드렐(60)에 대해 정확하게 끼워맞춰지고 레지스트될 수 있다.

몰드내의 벨트 슬랩의 축방향 및 반경방향 위치결정은 축방향 및 반경방향 위치결정기(positioners)를 통해 적당히 수행될 수 있다. 실제적인 축방향 위치결정은 벨트의 다른 영역의 허용가능한 공차와 비교해 상대적으로 중요하지 않다. 반경방향 위치결정은 보다 중요하지만, 여전히 비임계적이며, 이는 다이어프램이 반경방향 외측으로 가압됨에 따라 벨트 슬랩과 다이어프램이 몰드에 대해 순응적이며 적합하기 때문이다.

제어해야 할 가장 중요한 인자는 벨트내의 코드의 위치에 의해 규정되는 것과 같은 몰드의 축과 벨트 슬랩의 축사이의 각도이다. 만약 벨트 축과 몰드 축이 평행하지 않다면, 코드는 최종 벨트의 하나의 에지로부터 나머지로 균일한 나선에 놓이지 않을 것이다. 이것은 중요한 정렬이며 본 명세서에서 상술된 본 발명의 장치 및 방법은 수용가능한 한계 이상의 새로운 정확한 수준으로 개선한다.

전술된 기계적인 레지스터는 2개의 강성 원통형 구조체의 축사이의 동심성 및 평행성을 얻기 위해 맨드렐을 몰드에 대해 정렬하는 일 수단이다. 이러한 경우에 있어서, 강성 구조체는 금속 몰드 및 금속 맨드렐이다. 실제로, 보다 어려운 점은 코드에 의해 형성된 비강성 원통의 축을 규정하고 정확하게 제어하는 것이다. 코드는 가황 처리되지 않은 벨트내의 다른 재료에 의해 대체적으로, 그렇지만 비강성적으로 헬리컬 패턴을 유지한다. 코드가 맨드렐상에 권선될 때, 강성 맨들릴의 축와 동심이며 평행한 정확한 나선을 형성할 수 있다. 종래의 방법 및 장치에 있어서, 벨트(그리고 벨트내에 수용된 코드)가 맨드렐로부터 방출된다면, 상기 정렬은 잃게 되며 벨트의 축은 가황 처리되지 않은 벨트 및 이의 표면의 순응성 및 다양한 특성에 의해 쉽게 측정되지 않는다. 그러나, 본 발명의 방법 및 장치에 있어서, 벨트는 맨드렐로부터 방출되지 않는다. 따라서, 벨트 및 코드 축의 규정 및 제어는 잃지 않게 된다. 벨트 및 맨드렐은 맨드렐상의 강성 레지스터 표면에 의해 위치결정될 수 있는 조립체와 같이 몰드내에 위치된다.

본 발명의 중요한 일 특징은 벨트가 압축 성형 또는 사출 성형과는 반대로 트랜스퍼 성형 방법에 의해 제조된다는 것이다. "트랜스퍼 성형(transfer molding)", "압축 성형(compression molding)" 및 "사출 성형(injection molding)"은 본 기술분야에 공지되어 있으며 본 기술분야에 공지된 다양한 서적 및 RT Vanderbilt 주식회사에 의해 출판된 "더 반더빌트 러버 핸드북(The Vanderbilt Rubber Handbook)"과 같은 핸드북에 상술되어 있다. 본 참고서에 있어서, 고무 및 플라스틱으로 제조된 성형된 및 사출 성형된 물품이 개시되어 있으며 상기 서적의 상기 부분은 본 명세서에서 참고로 인용된다.

트랜스퍼 성형의 배리어 방법

도 7을 참고하면, 몰드 링(12)이 도시되어 있다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 도 7의 확대된 부분이 더 도시되어 있다. 도 8a는 트랜스퍼 성형 공정에 앞서 장치 및 벨트 부품의 구조를 도시하는 반면, 도 8b는 트랜스퍼 성형 공정이 끝난후 구조체 및 부품의 구조를 도시한다. 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 몰드 링(12)은 리세스(14)를 포함한다. 가황 처리된 벨트(80)는 여러 부품을 포함한다. 그러한 부품은 치형에 직면한 직물(84), 벨트 인장 부재 코드(88), 치형 스톡 탄성중합체(92), 배리어 층(94) 및 상부 탄성중합체(98)를 포함한다. 경화 공정에서 사용되는 몇몇 구조체는 다이어프램(40) 및 성형 맨드렐(60)을 더 포함한다. 맨드렐(60) 및 다이어프램(40) 사이에는 가압 유체(102)가 있다. 배리어 층(94)은 타이어 코드, 부직포 또는 편조포, 소성 필름 또는 탄성중합체 필름, 랜덤 또는 배향된 필라멘트를 갖는 스펀본디드 구조체(spun-bonded structures), 또는 와이어 천으로 제조될 수 있다. 선택된 재료는 최종 벨트의 기능과 순응할 수 있어야 하며, 트랜스퍼 성형 및 가황 처리동안 소망의 배리어 기능을 수행하여야 한다. 또한, 배리어는 최종 벨트에서 기능적인 구조체로서 사용될 수 있다.

몇몇 동기식 벨트는 직물 또는 타이어 코드의 층의 형태로 횡방향 보강재를 필요로 한다. 이러한 층의 목적은 각진 치형에 의해 발생된 축방향 스러스트를 전달하는 것이다. 이 층은 인장 부재 코드(88) 위에, 인장 부재 코드(88)의 아래에 또는 양쪽에 위치될 수 있다. 피치선 차이(pitch line differential : PLD)를 낮게 유지하도록, 상기 층은 인장 부재 코드(88) 위에 위치되는 것이 바람직하나 인장 부재 코드(88)에 대해 단단해질 필요는 없다. 치형에 직면한 직물(84)의 체적에 치형 스톡 탄성중합체(92)의 체적을 더한 것이 몰드 리세스의 체적에 인장 부재 코드 층의 코드사이의 체적을 더한 것보다 100%보다 작다면, 배리어 층(94)은 트랜스퍼 성형 및 경화동안 보다 가까이 이동하며 인장 부재 코드(88)와 실질적으로 접촉하게 된다. 배리어 층(94)이 유동에 대해 어떠한 저항도 제공하지 않는다면, 100% 체적의 균형은 인장 부재 코드(88)사이의 치형 스톡 탄성중합체(92)의 유동으로부터 얻어지는 것과 대체로 동일한 압력에서 배리어 층(94)을 통해 유동하는 상부 탄성중합체(98)로부터 이루어질 수 있다.

배리어 층(94)내의 오리피스의 크기가 감소되거나, 치형 스톡 탄성중합체(92) 또는 상부 탄성중합체(98)의 점성이 증가한다면, 배리어 층(94)은 코드에 가해지는 압력을 증가시키는 반면 치형 스톡은 코드를 통해 유동한다. 이러한 증가된 압력은 배리어 층(94)에 의해 인장 부재 코드(88)로 전달될 수 있으며, 이는 탄성 한도내에서 몰드(12) 및 치형에 직면한 직물(84)에 대해 외측으로 가압할 수 있다. 치형 스톡 체적이 공동 체적의 100%보다 작다면, 배리어는 코드와 접촉할 것이다. 배리어 층(94)내의 오리피스의 크기가 감소되거나, 상부 탄성중합체(98)의 점성이 증가한다면, 배리어 층(94)은 상부 탄성중합체(98)가 유동하는 곳의 압력을 증가시킬 것이다.

벨트에 사용되는 다수의 재료는 어느 정도는 열가소성이며, 몇몇 재료는 점탄성(viscoelastic)일 수 있다. 다른 재료는 직물 또는 섬유를 함유할 수 있다. 대부분의 벨트 재료는 비뉴톤 유동(non-Newtonian flow) 특성을 나타내며, 따라서 역학적 점성 계수(dynamic viscosity) 또는 동점성 계수(kinematic viscosity) 범위를 한정하는 것은 적절하지 못하다. 중요한 특징은 소망의 재료로 몰드의 치형 공간을 완전히 충전하는 동안 코드상의 반경방향 외측으로 힘을 얻기 위해 코드를 통한 치형 스톡 층의 및 배리어를 통한 상부 층의 상대적인 유동 운동이다.

전류계가 예상되는 치형 스톡 층 및 상부 층의 상대적인 점성을 측정할 수 있는 반면, 상기 전류계는 상기 적용이 코드의 기하학 및 배리어의 기하학에 의존하기 때문에 2개 재료의 수용성을 규정할 수 없다. 궁극적인 테스트는 주어진 압력으로 특정 코드 패턴을 통과해 흐르는 치형 스톡의 체적으로, 동일한 압력, 온도 및 시간으로 주어진 배리어를 통과해 흐르는 상부 층의 체적과 비교된다. 달리, 이용가능한 비율은 배리어 층을 통과하는 상부 층의 유동에 대한 저항에 대해 코드 사이를 통과하는 치형 스톡의 유동에 대한 저항일 수 있다. 이러한 것은 코드 사이의 치수 및 통로의 간격에 의존하며, (가능하다면) 배리어 층내의 치수 및 구멍의 간격에 의존하며, 배리어 층의 강도에 의존한다.

상부 층의 점도가 치형 스톡 층의 점도보다 휠씬 클 때, 벨트 설계자는 배리어 재료의 선택시 상당한 허용도를 갖는다. 점성에 있어서 차이는 벨트의 다른 요구치에 의해 종종 제한되어 배리어내의 구멍은 일반적으로 코드사이의 공간보다 훨씬 작아야 한다. 상부 층의 점도에 대한 상한은 몰드 치형 공간과 치형 스톡 층의 부피 정확도에 의해 결정된다. 상부 층 및 배리어는 수용가능한 치형 스톡 부피 또는 두께의 범위내에서 몰드 치형 공간을 완전히 충전하기에 적어도 충분히 유동하거나 또는 변형해야 한다. 치형 스톡 층의 두께는 0.001인치(0.0025㎝) 내지 0.012인치(0.030㎝)로 변할 수 있으며, 어떻게 생성되는가에 달려있다. 배리어 층 및 상부 층은 이러한 변화를 조절하여야 한다.

이러한 최종 특징은 중요한데, 이는 이러한 것이 단일 몰드를 사용하는 반면 코드 길이에 있어서 작은 차이를 갖는 동기식 벨트를 제조할 수 있기 때문이다.이러한 방법은 제조 공정을 세밀히 조절하거나, 변화 및 재료를 보상하거나, 또는 특별한 세공없이 중요한 적용용 특별 길이의 벨트를 제조하기에 유용하다.

도 8a는 트랜스퍼 성형 공정에 앞서 벨트 부품의 위치를 도시한다. 도 8b를 참조하면, 트랜스퍼 성형 공정이 끝난 후의 벨트 부품을 도시한다. 치형에 직면한 직물(84)은 리세스내로 이동되었다. 치형 스톡 탄성중합체(92)는 리세스(14)내로 밀려진다. 벨트 인장 부재 코드(88), 배리어 층(94) 및 상부 탄성중합체는 도 8b에 나타낸 구조를 갖는다. 다이어프램(40)은 몰드 링(12)의 반경방향 내측 표면쪽으로 이동된다. 가압 유체(102)는 다소 팽창된다. 성형 맨드렐(60)은 변화된 위치를 갖지 않는다. 도 8a 및 도 8b를 비교하면 쉽게 알 수 있는 바와 같이, 트랜스퍼 성형 공정동안 치형 스톡 탄성중합체(92)는 벨트 인장 부재 코드(88)를 통해 이동되는 것이 중요하다.

파형의 다이어프램 방법

도 9를 참조하면, 동기식 구동 벨트를 트랜스퍼 성형하는 다른 방법이 도시되어 있다.

도 10a 및 도 10b를 참조하면, 도 9의 확대도가 도시되어 있다. 도 10a는 트랜스퍼 성형 공정에 앞서 다양한 벨트 요소 및 몰딩 구조체의 방향을 도시한다. 반면에, 도 10b는 트랜스퍼 성형 공정이 끝난후의 요소 및 구조체의 구조를 도시한다. 도 10a를 참조하면, 도 8a 및 도 8b에 도시된 요소 및 부품과 동일한 도 10a 및 도 10b 구조체 및 요소는 동일한 개수로 주어졌다. 주요한 차이는 다이어프램(40a)과 관련된다. 도 8a 및 도 8b에 있어서, 다이어프램(40)은 매끈한방향방향 외측 표면(108)을 갖는다. 그러나, 도 10a 및 도 10b에 도시된 다이어프램(40a)에 있어서, 다이어프램(40a)의 반경방향 외측 표면(108a)은 파형진다.

다이어프램(40a)에 있어서 파(corrugations)(110)의 깊이는 최종 벨트(80)내의 벨트 인장 부재 코드(88) 위에 놓이는 탄성중합체 층의 소망의 두께와 대략 동일하게 설정된다. 치형에 직면한 직물(84)의 체적에 벨트 인장 부재 코드(88)와 다이어프램(40a) 사이에 놓인 탄성중합체(92)의 체적을 더한 체적은 리세스(14)의 체적에 벨트 인장 부재 코드(88) 사이의 공간과 파형 다이어프램(40a) 내의 파(110)사이의 체적을 더한 것과 동일하다. 탄성중합체 층(92)은 하나의 동질 재료로 이루어질 수 있으며, 또는 벨트에 유용한 소망의 특성을 갖는 재료의 층으로 이루어질 수도 있다. 다이어프램(40a)은 치형 스톡 탄성중합체(92)보다 단단하여야 하며 따라서 이의 치형 형태는 경화동안 유도된 압력에 의해 비틀어지지 않는다. 경화 후에 다이어프램(40a)의 내측 반경방향 수축 스톡은 파가 축방향으로 균일한 단면을 갖지 않는다면 파(110)의 깊이보다 커야한다. 달리, 이는 경화된 벨트(80)로부터 다이어프램(40a) 및 맨드렐(60)의 축방향 제거를 방지한다.

이러한 파형 다이어프램 방법의 장점은 벨트를 보다 가요성이 있게하고, 재료를 덜 소비하는 것이다. 단점은 벨트(80)의 최종 파형 배면으로 인해, 몇몇 적용에 있어서 바람직하지 않다는 것이다.

반경방향 외측 트랜스퍼 성형에 사용될 때 구조체의 파형 다이어프램 방법은 새로운 것이다.

본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 상술되었다. 명백히, 변형 및 수정이 본 명세서를 읽고 이해하는 사람들에게서 이루어질 수 있다. 그러한 변형 및 수정이 첨부된 청구의 범위 또는 이의 동등물의 범위내에 있는 한 모든 그러한 변형 및 수정을 포함하도록 되어 있다.

Claims (19)

1. 대응하는 치형 형상 리세스(14)를 그내에 구비한 관련 몰드(12)내의 종방향으로 비스듬히 연장하는 다수의 치형을 구비하는 동기식 구동 벨트(a synchronous drive belt)를 성형하는 방법으로서, 상기 방법은 벨트 슬랩을 성형하기 위한 관련 성형 수단을 제공하는 단계와; 상기 관련 성형 수단의 반경방향 외측에 상부 탄성중합체 층(98)을 위치시키고, 상기 상부 탄성중합체 층의 반경방향 외측에 치형 스톡 층(92)을 위치시키고, 그리고 상기 치형 스톡 층의 반경방향 외측에 인장 부재 층(88)을 위치시킴으로써 상기 관련 성형 수단(60)상에서 상기 벨트 슬랩을 성형하는 단계와; 상기 치형 스톡 층을 연화시키도록 상기 벨트 슬랩을 가열하기 위한 가열 수단을 제공하는 단계와; 상기 벨트 슬랩을 경화시키는 단계를 포함하는, 상기 동기식 구동 벨트 성형 방법에 있어서,

   상기 상부 탄성중합체 층과 상기 치형 스톡 층사이에 배리어 층(94)을 위치시키는 단계와,

   상기 벨트 슬랩을 반경방향 외측으로 가압하기 위한 가압 수단(40)을 구비한 관련 성형 수단을 제공하는 단계와,

   상기 관련 성형 수단을 상기 관련 몰드내에 장착하여, 상기 벨트 슬랩이 상기 몰드의 내부 표면(18)을 향해 위치되게 하는 단계와,

   상기 치형 스톡 층을 연화시키도록 상기 가열 수단을 이용한 후에, 상기 벨트 슬랩을 반경방향 외측으로 가압하는데 상기 가압 수단을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 벨트의 일 부분을 상기 몰드의 축의 반경방향 내측으로 구부림으로써 상기 몰드로부터 상기 경화된 벨트를 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가압 수단은 팽창가능한 다이어프램이며, 상기 가압 수단을 사용하는 단계는 상기 다이어프램을 팽창시키는 단계를 포함하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 관련 몰드내에 상기 관련 성형 수단을 위치시키기 위한 위치결정 수단을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 성형 수단은 리세스(70)를 형성하는 한 쌍의 교차 표면(76, 78)을 포함하며, 상기 관련 몰드는 모서리부(66)를 가지며,

   상기 벨트 슬랩과 상기 관련 몰드사이에 축방향으로 평행한 관계를 얻도록 상기 몰드 모서리부를 상기 리세스내로 위치시킴으로써 상기 몰드에 대해 적절한 관계로 상기 성형 수단을 레지스터링하기 위한 레지스터링 수단을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   치형에 직면한 직물(84)을 상기 인장 부재 층의 반경방향 외측에 위치시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 배리어 층은 그 내에 다수의 오리피스를 가지며, 상기 가압 수단을 사용하는 단계가 상기 배리어 층내의 상기 오리피스를 통해 상기 상부 탄성중합체 층의 일부를 가압하는 단계를 더 포함하며,

   상기 배리어 층은 상기 연화된 치형 스톡 층을 가압하여 상기 인장 부재 층내의 공간을 통해 상기 관련 몰드내의 치형 형상의 리세스내로 유동시키며,

   상기 배리어 층은 상기 인장 부재 층을 상기 몰드의 상기 내측 표면에 인접한 위치내로 가압하며,

   상기 오리피스의 크기는 상기 상부 탄성중합체 층의 소망의 유동을 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부 탄성중합체는 상기 치형 스톡 층의 점성과 상이한 점성을 가지며, 상기 상부 탄성중합체 층 및 상기 치형 스톡 층의 점성은 상기 가압 수단에 의해 가해질 소망의 압력을 제공하도록 선택되는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
9. 상부 탄성중합체 층(98)과, 상기 상부 탄성중합체 층의 반경방향 내측의 인장 부재 층(88)과, 상기 인장 부재 층의 반경방향 내측의 치형 스톡 층(92)을 갖는 동기식 구동 벨트에 있어서,

   상기 상부 탄성중합체 층의 반경방향 내측의 배리어 층(94)과,

   상기 치형 스톡 층의 반경방향 내측의 치형에 직면한 직물(84)을 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트.
10. 대응하는 치형 형상 리세스(14)를 그내에 구비한 관련 몰드(12)내의 종방향으로 비스듬히 연장하는 다수의 치형을 구비하는 동기식 구동 벨트(a synchronous drive belt)를 성형하는 방법으로서, 상기 방법은 벨트 슬랩을 성형하기 위한 관련 성형 수단을 제공하는 단계와; 상기 상부 탄성중합체 층의 반경방향 외측에 치형 스톡 층(92)을 위치시키고, 그리고 상기 치형 스톡 층의 반경방향 외측에 인장 부재 층(88)을 위치시킴으로써 상기 관련 성형 수단(60)상에서 상기 벨트 슬랩을 성형하는 단계와; 상기 치형 스톡 층을 연화시키도록 상기 벨트 슬랩을 가열하기 위한 가열 수단을 제공하는 단계와; 상기 벨트 슬랩을 경화시키는 단계를 포함하는, 상기 동기식 구동 벨트 성형 방법에 있어서,

    상기 벨트 슬랩을 반경방향 외측으로 가압하기 위한 것으로 반경방향 외측의 불균일한 표면(108)을 가진 가압 수단(40)을 구비한 관련 성형 수단을 제공하는 단계와,

    상기 벨트 슬랩을 반경방향 외측으로 가압하기 위한 가압 수단(40)을 구비한 관련 성형 수단을 제공하는 단계와,

    상기 관련 성형 수단을 상기 관련 몰드내에 장착하여, 상기 벨트 슬랩이 상기 몰드의 내부 표면(18)을 향해 위치되게 하는 단계와,

    상기 치형 스톡 층을 연화시키도록 상기 가열 수단을 이용한 후에, 상기 벨트 슬랩을 반경방향 외측으로 가압하는데 상기 가압 수단을 이용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 반경방향 외측 표면을 사용하여 상기 벨트 슬랩상에 파형 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
12. 제 10 항에 있어서,

    상기 반경방향 외측 표면을 사용해 리브 형상 공간을 포함하는 상기 벨트 슬랩상에 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
13. 제 10 항에 있어서,

    상기 반경방향 외측 표면을 이용하여 상기 벨트 슬랩상에 오목한 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
14. 제 10 항에 있어서,

    상기 반경방향 외측 표면을 이용하는 상기 벨트 슬랩상의 최종 벨트내의 상기 인장 부재 층위의 상기 치형 스톡 층 두께의 85% 내지 115% 사이의 깊이를 갖는 파(110)를 구비한 파형 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
15. 제 10 항에 있어서,

    상기 반경방향 외측 표면을 사용해 0.004인치(0.01㎜) 내지 0.900인치(2.286㎜) 사이의 깊이를 갖는 파(110)를 구비한 파형 표면을 형성하는 단계를 더 포함하는 동기식 구동 벨트 성형 방법.
16. 종방향으로 비스듬히 연장하는 다수의 치형을 포함하는 동기식 구동 벨트를 제조하는 장치로서, 대응하는 치형 형상 리세스(14)를 갖는 몰드(12)와; 벨트 슬랩(80)을 성형하기 위한 것으로 맨드렐(60)을 포함하는 성형 수단과; 상부 탄성중합체 층(98), 치형 스톡 층(92) 및 인장 부재 층(88)을 포함하는 상기 벨트 슬랩과; 상기 치형 스톡 층을 연화시키도록 상기 벨트 슬랩을 가열하기 위한 가열 수단과; 상기 벨트 슬랩을 경화시키기 위한 경화 수단을 포함하는, 상기 동기식 구동 벨트 제조 장치에 있어서,

    상기 벨트 슬랩은 상기 상부 탄성중합체 층과 상기 치형 스톡 층사이에 배리어 층(94)을 가지며,

    상기 몰드 내에 성형 수단을 장착시켜 상기 벨트 슬랩이 상기 몰드의 내부 표면(18)에 대해 위치시키기 위한 위한 장착 수단과, 상기 벨트 슬랩을 반경방향외측으로 가압하기 위한 것으로, 상기 성형 수단의 상기 맨드렐상에 장착되는 가압 수단(40)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동기식 구동 벨트 제조 장치.
17. 제 16 항에 있어서,

    상기 장착 수단이, 상기 벨트 슬랩과 상기 관련 몰드사이에 축방향으로 평행한 관계를 얻도록 상기 성형 수단의 한쌍의 교차 표면(76, 78)에 의해 형성된 리세스(70)내로 상기 몰드 모서리부(66)를 위치시킴으로써 상기 몰드에 대해 적절한 관계로 상기 성형 수단을 레지스터링하기 위한 레지스터링 수단을 포함하는 동기식 구동 벨트 제조 장치.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 가압 수단은 선택적으로 팽창가능한 다이어프램(40)을 포함하는 동기식 구동 벨트 제조 장치.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 다이어프램은 관련 코드 권선 장치로 조정되어, 상기 벨트내의 인장 부재 층에 있어서 보강 코드의 정확한 코드 길이를 유지하는 동기식 구동 벨트 제조장치.