KR101164728B1

KR101164728B1 - 동력 전달 벨트 및 이를 포함하는 가변속 벨트 구동 장치

Info

Publication number: KR101164728B1
Application number: KR1020107001228A
Authority: KR
Inventors: 쇼운 시앙 우
Original assignee: 더 게이츠 코포레이션
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2008-06-23
Publication date: 2012-07-12
Also published as: EP2167840A1; EP2167840B1; JP5480807B2; CN101688586A; WO2009005617A1; JP2010532450A; US20090011883A1; KR20100032432A; TW200920968A; RU2429397C1; US8298665B2; BRPI0813803A2

Abstract

본 발명은 100℃에서의 1% 미만의 열 수축률 및/또는 150℃에서의 약 1.5% 미만의 열 수축률 및/또는 약 6% 미만의 치수 안정성 지수를 갖는 폴리에스테르 인장 코드를 포함하는 동력 전달 벨트에 관한 것이다. 벨트는 100℃에서의 24시간 이후에 1% 미만의 열 수축률을 갖는다. 폴리에스테르는 Performance Fibers, Inc.에 의해 상품명 A360 또는 A363로 판매되거나 이와 등가의 폴리에틸렌 테레프탈레이트일 수 있다. 인장 코드는 특히 가변속 구동 장치에 대한 V 벨트에서의 이용에 적합하다.

Description

동력 전달 벨트 및 이를 포함하는 가변속 벨트 구동 장치{POWER TRANSMISSION BELT AND VARIABLE SPEED BELT DRIVE COMPRISING THE BELT}

본 발명은 일반적으로 개선된 인장 코드를 갖는 동력 전달 벨트, 더 구체적으로는 치수적으로 안정적인 폴리에스테르 섬유를 포함하는 낮은 수축률의 인장 코드를 구비한 동력 전달 벨트, 상세하게는 Performance Fibers, Inc.에 의해 A360 또는 A363의 상품명으로 판매되는 치수적으로 안정적인 폴리에스테르 섬유제 인장 코드를 갖는 가변속 또는 클러칭 용례에 대한 V 벨트에 관한 것이다.

동력 전달 벨트의 인장 코드를 형성하기 위한 상이한 재료의 많은 코드가 알려져 있다. 치형 벨트 용례를 위해서는 치수 안정성을 필요로 하는 것으로 공지되어 있고, 치수 안정성을 달성하기 위한 많은 제안이 존재한다. 치수 안정성의 일 태양은 이용중의 낮은 신장율, 즉 낮은 성장률 또는 높은 탄성률이다. 치수 안정성의 또 다른 태양은 벨트가 작동에 기인하여 가열된 이후의 열 수축률이다. 치수 불안정성 문제는 (폴리에틸렌 테레프탈레이트, 즉 "PET"와 같은) 폴리에스테르, 나일론, 폴리비닐 알코올, 및 폴리에틸렌 나프탈레이트("PEN") 등의 열가소성 폴리머로 이루어진 코드와 보통 관련되어 있다. 치수 안정성 지수["Dimensional Stability Index(DSI)"]는 (ASTM D885의 방법에 따라) 1000 데니어("d")당 45 N에서(4.5 g/d)의 신장율과 177℃와 같은 주어진 온도에서 공기에서의 자유 열 수축률의 합으로서 정의될 수 있다. 치형 벨트의 치수 안정성에 대한 하나 또는 그 이상의 문제를 해결하는 예로는 Cicognani의 미국 특허 제3,992,959호, Knotson의 미국 특허 제6,695,733호, Whitfield의 미국 특허 제6,358,171호, 및 Knotson 등의 미국 특허 제5,807,194호를 포함한다. 이들 제안 대부분은 PBO, 탄소 섬유, 아라미드 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)와 같은 매우 비싼 재료를 포함한다. 이러한 용례를 위하여 제안된 다른 코드 재료는 복잡한 처리 공정을 요구하는 유리 섬유 코드, 및 PET보다 훨씬 더 비싸지만 비교적 낮은 인장 강도를 갖는 레이온을 포함한다. 따라서, PET는 양호한 저비용의 코드를 필요로 하지만 높은 신장 또는 높은 열 수축이 용인될 수 있는 경우에 일반적으로 이용된다. 더 높은 치수 안정성, 즉 낮은 신장률 및 낮은 열 수축률을 요구하는 용례는 일반적으로 레이온, 아라미드, 유리, 탄소, 또는 PEN, PBO, PVA를 포함하고, 이들 모두는 고성능이지만 비용이 더 비싸기도 한다. 그러나, 치수 안정성에 대한 요구 조건이 증가하고 있는 많은 벨트 용례는 이들 제안된 재료보다 더 경제적인 기법을 요구하는 대량 생산례이다.

특히, 스쿠터, 스노우모빌 등과 같은 가변속 용례는 일반적으로 V 벨트 및 특히 인장 코드 재료에 극도로 높은 성능 요건을 부과한다. 하나의 문제점은 이용중에 벨트의 신장 및/또는 열 수축은 가변속 구동 장치의 변속 및 다른 성능 특성을 변화시킨다는 점이다. 전동 공구, 잔디 깎이 등에서 이용되는 것과 같은 클러칭 맞물림 메커니즘을 갖는 V 벨트 구동 장치는 예컨대 Breed 등의 미국 특허 제6,595,883호에 기술된 것과 같은 적절한 클러치 작동을 위한 치수 안정성을 요구한다. 제3의 예로서, 타이밍 벨트 또는 치형 벨트 또는 동기 벨트는 또한 관련 치형 풀리 또는 스프로킷과 적절한 맞물림을 유지하기 위해서 우수한 치수 안정성을 요구한다. 이러한 벨트에 대한 코드 재료의 상세한 목록(laundry list)에는 폴리에스테르, 레이온, 또는 나일론과 같은 재료가 흔히 포함되어 있지만, 극도의 치수 안정성을 요구하는 그러한 용례에서는 일반적으로 아라미드, 탄소, 유리와 같은 높은 탄성률, 고강도 및 고가의 재료를 이용할 것을 권장한다. 특히 폴리에스테르는 저렴하고, 높은 탄성률과 낮은 신장률을 제공하도록 처리 중에 연신될 수 있지만, 몇몇 벨트 구동 장치에서 장력을 유지하기에는 유리할 수 있지만 치수 안정성을 요구하는 가변속 구동 장치에는 불리한 과도한 열 수축률을 갖는다. 따라서, 소위 치수적으로 안정적인 폴리에스테르("DSP") 또는 높은 탄성률, 낮은 수축률의 폴리에스테르("HMLS" 폴리에스테르)를 포함하는 개선된 폴리에스테르가 저렴하면서도 몇몇 용례에 대하여 충분한 치수 안정성을 여전히 나타낸다. 8% 내지 11%의 DSI를 갖는 DSP의 예가 미국 특허 제5,067,538호에 개시되어 있다. 약 6% 미만의 DSI를 갖는 코드는 개시되어 있거나 제안되어 있지 않다. 클러칭 용례 등을 포함하는 가변속 용례를 위한 V 벨트에 대한 적절한 고성능 및 치수 안정성 특성을 갖는 더 경제적인 코드 재료에 대한 요구가 존재한다.

본 발명은 치수적으로 안정적인 가변속 구동 장치 벨트를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 종래의 DSP 또는 HMLS 폴리에스테르를 이용한 벨트와 비교하여 극도로 낮은 열 수축률과 높은 탄성률의 이점을 제공한다.

본 발명의 제1 태양은 폴리에스테르 섬유제 인장 코드를 갖는 동력 전달 벨트이다. 코드는 100℃에서의 1% 미만의 열 수축률, 150℃에서의 약 1.5% 미만의 열 수축률, 및 약 6% 미만의 치수 안정성 지수 중 적어도 하나를 특징으로 하고; 벨트는 100℃에서 24 시간 후에 1% 미만의 열 수축률을 특징으로 한다. DSI는 4.5 g/d의 인장 하중에서의 신장률과 177℃의 공기에서의 열 수축률의 합으로 산출된다.

폴리에스테르는 Performance Fibers, Inc.에 의해 상품명 A360 또는 A363으로 팔리는 것 또는 등가의 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리에스테르는 7 g/d의 인장 강도, 177℃에서의 2%의 열 수축률, 4.5 g/d의 인장 하중에서의 3%의 신장률, 및 6% 미만의 치수 안정성 지수를 특징으로 하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 얀을 포함할 수 있다.

본 발명의 벨트는 V 벨트, 동기화 벨트(synchronous belt), 또는 다중 V 리브 벨트(multi-v-ribbed belt)일 수 있다. 벨트는 가변속 벨트 구동 장치에서 이용하기에 적합할 수 있다.

본 발명의 다른 태양에서, 코드는 2/3 케이블 구성에서 A360 섬유 얀(yarn)을 6개 포함할 수 있다.

앞에서는 이하의 본 발명의 상세한 설명을 더 잘 이해할 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적인 이점을 다소 광범위하게 개요를 설명하였다. 본 발명의 청구범위의 주제를 이루는 본 발명의 추가적인 특성 및 이점을 이하에서 기술할 것이다. 개시한 개요 및 특정 실시예는, 본 발명의 동일한 목적을 실시하기 위하여 기타 구조를 변경하거나 설계하기 위한 근거로서 용이하게 이용될 수 있다. 또한, 이러한 등가의 구성이 첨부한 청구범위에서 명시한 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않는다는 점을 당업자가 이해하여야 한다. 다른 목적 및 이점과 함께, 본 발명의 구성 및 작동 방법 모두에 대하여 본 발명의 특징이라 여겨지는 신규한 특징은, 첨부 도면과 함께 고려할 때 이하의 설명에서 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 예시 및 설명을 위해서만 제공되고 본 발명의 범위를 정하는 것으로 의도되지 않음을 명확히 이해하여야 한다.

동일한 번호가 동일한 부분을 가리키는, 명세서에 포함되어 그 일부를 형성하는 첨부 도면은, 본 발명의 실시예를 도시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명한다.

본 발명에 따르면, 종래의 벨트와 비교하여 열 수축률이 극도로 낮고 탄성률이 높은, 치수적으로 안정적인 가변속 구동 장치용 벨트를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 구성된 다중 V 리브 벨트 일부의 단면을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 V 벨트 일부의 단면을 나타내는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 구성된 동기화 벨트의 일부의 단면을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 시스템 실시예의 사시도이다.

도 1 내지 도 3은 각각 인장 코드(22)를 갖는 세 개의 본 발명의 벨트 실시예를 도시하고 있다. 주요한 개선점은 예컨대 Performance Fibers, Inc.에 의해 A360 또는 A363의 상품명으로 판매되거나 그와 등가의 폴리에스테르 얀의 수축률이 매우 낮은 형태의 인장 코드(22)를 이용한다는 뜻이다. 본 발명을 실시하기에 유용한 매우 낮은 수축률의 폴리에스테르 얀은 약 6% 미만의 치수 안정성 지수("DSI")를 특징으로 할 수 있다. 6%의 DSI는 통상의 DSP 또는 HMLS 폴리에스테르 코드에서 발견되는 것보다 상당히 더 낮다. DSI는 탄성률 성분 및 수축률 성분을 포함한다. 탄성률 성분은, 실제로 탄성률과는 역으로 변하는 "EASL(Elongation at Specified Load)"로 표현된다. 달리 표시되지 않는다면, 4.5 g/d의 특정 하중이 본 명세서에서 이용된다. 얀 또는 인장 코드에 대한 DSI의 열 수축률("HS") 성분은 ASTM D885에 따라 일반적으로 결정되며, 제조자 선호도, 기구 디자인 등에 따른 다양한 수정이 이루어진다. HS 성분은 보통 0.05 g/d의 프리 텐션(pre-tension) 및 177℃의 온도에 기초하고 공기에서 측정된다. 이하에서 언급할 다른 변형예는 오일에서의 측정 및 100℃ 또는 150℃의 온도에서의 측정을 포함한다. 본 발명에서 유용한 인장 코드는 또한 1% 미만의 100℃에서의 열 수축률 또는 약 1.5% 미만의 150℃에서의 열 수축률을 특징으로 할 수 있다. 표 1은 A 360, 다양한 다른 재료 및 종래의 재료에 대한 얀 특성을 나타내고 있으며 이하에서 더 상세하게 논의될 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 V 리브 벨트(10)가 대략적으로 도시되어 있다. 다중 V 리브 벨트(10)는, 탄성중합체로 이루어진 벨트 본체부(12) 즉 언더코드(undercord)와, 이 벨트 본체부(12)의 내주를 따라 배치된 시브 접촉부(14: sheave contact portion)를 포함한다. 본 문헌에서 사용된 "시브"라는 단어는 동력 전달 벨트와 함께 이용되는 종래의 풀리 및 스프로킷뿐만 아니라 롤러 및 유사한 기구를 포함한다. 도 1의 벨트의 특정 시브 접촉부(14)는 융기 영역, 즉 마루 영역(36)들을 복수 개 골 영역(38)들과 교대로 배치하여 그 사이에 서로 대향하는 측면들을 형성하는 복수 개의 리브 형태이다. 도 1 및 도 2의 각 경우에, 시브 접촉부(14)는 벨트 본체부(12)와 일체화되고 이하 기술한 것과 동일한 탄성중합체 재료(들)로부터 형성될 수 있다. 그러나, 도 3에서, 시브 접촉부(14)는 동기화 벨트 형성 구성에서 종래에 이용된 것처럼, 이하에서 더 상세하게 설명한 강화 패브릭(24)을 포함하는 것으로 판단될 수 있고, 따라서 본 발명의 실시예에서 벨트 본체부(12)의 재료 이외의 재료로 형성된다.

벨트(10)에 지지력과 강도를 제공하기 위해 언더코드(12) 위에 인장 또는 하중 전달용 코드부(20)가 배치된다. 도시한 형태에서 인장부는, 이하에서 더 상세하게 기술되어 있는 바와 같이 벨트 길이를 따라 정렬되어 있는 적어도 하나의 종방향 연장 인장 코드(22)를 포함하며, 본 발명의 다양한 실시예에 따라, 이하에서 더 상세하게 기술되는 접착성 고무 부재(18)와 적어도 부분적으로 접촉하거나 접착성 고무 부재(18) 내에 매립되어 있다. 당업자는, 도 1 내지 도 3에서, 접착성 고무 부재(18)가 벨트의 다른 탄성중합체부와 시각적으로 구별되도록 과장된 형태로 도시되어 있음을 용이하게 이해할 것이다. 실제로, 경화된 복합물은 예컨대 접착성 고무 부재(18)와 언더코드(12) 중 하나에만 섬유를 충전한(loaded) 경우를 제외하고 주변의 탄성중합체 벨트 본체부와 흔히 시각적으로 구별될 수 없다. 접착성 고무 부재(18)는 실제로 탄성중합체 벨트 본체부(12)와 동일한 재료일 수 있다.

강화 패브릭(도 1에는 미도시)이 선택적으로 이용될 수 있고, V 벨트 및 다중 V 리브 벨트의 경우에 시브 접촉부(14)와는 반대측에 벨트의 표면을 따라 밀착 결합하여 벨트에 대하여 페이스 커버 또는 오버코드를 형성한다. 상기 패브릭은 임의의 소망의 각도로 배치된 날실(warp) 및 씨실(weft threads)로 이루어진 통상의 직포(weave)와 같은 임의의 소망의 구조를 가질 수 있거나, 타이어 코드 패브릭을 예로 들 수 있는 바와 같이 간격을 두고 떨어진 씨실 코드(pick cord)에 의해 함께 유지되는 날실로 이루어질 수 있거나, 니팅(knitting) 또는 브레이딩(braiding)된 형태로 이루어질 수 있거나, 부직포(nonwoven) 형태, 종이 또는 플라스틱 필름 등으로 이루어질 수 있다. 패브릭은 탄성중합체 벨트 본체부(12)의 조성과 동일하거나 상이한 탄성중합체 조성으로 마찰 코팅(friction-coated)되거나 스킴 코팅(skim-coated)될 수 있다. 2겹 이상의 패브릭이 이용될 수 있다. 바람직하게는, 패브릭은 스트랜드(strand)가 벨트의 진행 방향에 대해 소정 각도를 이루게 비스듬하게 배치되도록 절단 또는 기타 방식으로 형성될 수 있다. 이러한 강화 패브릭 용도의 일실시예가 도 2에 도시되어 있고, 고무 스킴 코팅된 타이어 코드 패브릭(29)이 과장된 형태로 도시되어 있다. 부직포 또는 종이 재료의 사용은 예컨대 Patterson 등의 미국 특허 제6,793,599호에 기술되어 있고, 이에 대한 개시 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있다. 플라스틱 필름의 이용은 예컨대 미국 특허 출원 공보 제2002/0187869호에 기술되어 있고, 이에 대한 공보의 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.

도 2를 참조하면, 노치를 형성한 V 벨트(26)가 도시되어 있다. V 벨트(26)는 도 1에 도시한 것과 유사한 탄성중합체 벨트 본체부(12)와, 도 1에 도시한 것과 유사하게 선택적인 접착성 고무 부재(18)에 매립되어 있는 하나 또는 그 이상의 인장 코드(22) 형태의 인장 또는 하중 전달부(20)를 포함한다. V 벨트(26)의 주요 탄성중합체 벨트 몸체부(12), 접착성 고무 부재(18), 및 하중 전달부(20)가 도 1에 대하여 상기한 것과 동일한 재료로부터 구성될 수 있다.

V 벨트(26)는 또한 도 1의 다중 V 리브 벨트(10)에서와 같은 시브 접촉부(14)를 포함한다. 탄성중합체 벨트 본체부(12)의 측면, 또는 도시한 것과 같은 V 벨트의 경우에는 압축부의 측면이 벨트(26)의 구동면으로서 기능을 한다. 도시한 실시예에서, 시브 접촉부(14)는 노치형 함몰면 또는 홈(28)과 치형 돌출부(30)가 교대로 배치된 형태이다. 교대로 배치된 함몰면(28)과 돌출부(30)는 바람직하게는 도시한 바와 같이 대체로 사인파 모양의 경로를 따를 수 있고, 이 경로는 작동중에 시브 접촉부(14)가 풀리 주위를 지나갈 때 굽힘 응력을 분배하고 최소화시킨다.

도시한 실시예에서 V 벨트(26)는 로우 에지(raw-edged) 벨트 형태이지만, 상기한 바와 같은 강화 패브릭(29)이 도시한 것처럼 벨트에 대한 페이스 커버 또는 오버코드로서 이용되거나 벨트를 완전히 에워싸게 이용되어 밴디드 V 벨트(banded V 벨트)를 형성할 수 있다. 본 발명은 주로 가변속 구동 장치에서 이용되는 V 벨트에 관한 것이지만, 본 발명은 또한 다중 V 리브 벨트와 치형 벨트뿐만 아니라 V 벨트의 다른 용례에서도 유용할 수 있다는 것을 의도하고 있다는 점을 이해하여야 한다. 도 2는 상반된 비율을 도시하고 있지만, 가변속 V 벨트는 그 두께보다 넓은 비율로 조정될 수 있음을 이해하여야 한다. 매우 높은 하중에 대한 가변속 V 벨트는, 복수 개의 블럭이 부착되어 있고 벨트의 종방향에 대한 횡방향으로 극도의 강직성을 제공하고 종방향에서 가요성을 제공하는 무한 벨트를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 치형 벨트(32)가 도시되어 있다. 치형 벨트(32)는 도 1 및 도 2의 경우와 같이 주요 탄성중합체 벨트 몸체부(12) 및 시브 접촉부(14)를 포함하고, 또한 앞서 도 1 및 도 2의 벨트에 대해 기술한 것처럼 하중 운반부(20)를 포함한다. 그러나, 동기화 벨트(32)의 경우, 시브 접촉부(14)는 톱니부(16)와 랜드부(19)가 교대하는 형태이다. 도 1 및 도 2의 벨트에 대하여 앞에서도 기술한 바와 같은 강화 패브릭(24)이 또한 이용될 수 있고, 이 경우에 벨트(32)의 교대하는 톱니부(16)와 랜브부(19)를 따라 밀착 결합하여 페이스 커버를 형성한다.

상기한 도 1 내지 도 3의 각 경우에, 벨트 본체부(12)가 임의의 적절한 경화 탄성중합체 조성으로 형성될 수 있고, 선택적인 접착성 고무 부재(18)와 관련하여 이하에서 기술되는 것과 동일하거나 상이할 수 있다. 이를 위해 이용될 수 있는 적절한 탄성중합체는 예컨대 폴리우레탄 탄성중합체(마찬가지로 폴리우레탄/요소 탄성중합체 포함)(PU), 폴리클로로프렌 고무(CR), 아크릴로니트릴 부타디엔 고무(NBR), 수소화 NBR(HNBR), 스티렌 부타디엔 고무(SBR), 알킬레이티드 클로로술포네이티드 폴리에틸렌(ACSM), 에피클로로하이드린, 폴리부타디엔 고무(BR), 천연 고무(NR), 에틸렌 알파 올레핀 탄성중합체[에틸렌 프로필렌 코폴리머(EPM), 에틸렌 프로필렌 디엔 터폴리머(EPDM), 에틸렌 옥텐 코폴리머(EOM), 에틸렌 부텐 코폴리머(EBM), 에틸렌 옥텐 터폴리머(EODM), 에틸렌 부텐 터폴리머(EBDM), 에틸렌 비닐아세테이트 탄성중합체(EVM), 및 에틸렌 메틸아크릴레이트(EAM)], 및 실리콘 고무, 또는 이들의 임의의 두 개 또는 그 이상의 조합을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 탄성중합체 벨트 본체부(12)를 형성하기 위해서, 탄성중합체(들)은, 종래에 채택된 양으로, 필러, 가소제, 안정제, 가황제/경화제 및 촉진제를 포함하는 종래의 고무 합성 첨가 성분과 혼합될 수 있다. 예컨대, HNBR과 같은 디엔 탄성중합체 및 에틸렌 알파 올레핀 탄성중합체와 함께 이용하기 위해서, 알파 베타 유기산의 하나 또는 그 이상의 금속염이 현재 통상적으로 이용되는 양으로 채택될 수 있어서 결과적인 물품의 역학적인 성능을 개선한다. 따라서, 아연 디메타크릴레이트 및/또는 아연 디아크릴레이트가 약 1 내지 약 50 phr의 양; 또는 대안적으로 약 5 내지 약 30 phr의 양; 또는 약 10 내지 약 25 phr의 양의 이러한 조성에서 이용될 수 있다. 이들 재료는 또한 조성의 접착성에 기여하고, 퍼옥사이드 또는 관련 작용제에 의해 이온성 가교를 통해 경화할 때 폴리머의 전체 가교 밀도를 증가시킨다.

당업자는 벨트의 탄성중합체 부분에 또는 탄성중합체 부분으로서 이용하기 위한 여러 가지의 적절한 조성물을 용이하게 인식할 것이다. 수많은 적절한 탄성중합체 조성물이 예컨대 R.T. Vanderbilt Rubber Handbook(1996년 13판)에 기술되어 있고, 특히 높은 인장 탄성률 특성을 갖는 조성물 및 EPM 조성물 또는 EPDM 조성물에 대하여, 미국 특허 제5,610,217호 및 제6,616,558호에서 각각 더 설명하고 있고, 그 내용이, 동력 전달 벨트 본체부를 제조할 때에 이용하기에 적절할 수 있는 다양한 탄성중합체 조성물에 관하여, 본 명세서에서 참조로 특히 포함된다. 더하여, 본 발명의 다양한 실시예의 실시에 또한 이용될 수 있는 여러 캐스트 PU 조성물에 대하여는, 예컨대 Wu 등의 WO 09602584에 기술되어 있고, 이에 대한 국제 특허 명세서의 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.

또한, 탄성중합체 벨트 본체부(12)는, 스태플 섬유 또는 단섬유(chopped fiber), 양털(flock) 또는 펄프와 같은 형태의 면, 폴리에스테르, 유리 섬유, 아라미드 및 나일론을 비롯하여 이들에 한정되지 않는 것과 같은 재료를 이용하여, 당업계에 공지된 바와 같이 불연속 섬유가 통상 이용되는 양으로 충전될 수 있다. (예컨대 절단 또는 연삭에 의하여) 형상 가공한 다중 V 리브 벨트에 관한 바람직한 실시예에서, 바람직하게는 섬유의 상당 부분이 벨트의 진행 방향에 대한 대체로 횡방향으로 놓이게 그러한 섬유 충전이 형성 배치된다. 그러나, 관통 유동(flow through) 방식에 따라 제조된 성형 다중 V 리브 벨트 및/또는 동기화 벨트에서, 섬유 충전은 일반적으로 그러한 각도의 배향이 이루어지지 않을 것이다.

본 발명의 일실시예에 따라, 도 1 및 도 3에 대한 상기 여러 실시예에서 기술한 바와 같은 복합 벨트 구조체 내에서 하중 전달 코드와의 적어도 부분적인 접촉에 이용하기 위한 경화 조성물은, 그 내용이 본 명세서에 참조로 포함되어 있는 전술한 미국 특허 제6,616,558호에 상세하게 기술된 특징 및 그 이점을 선택적으로 포함할 수 있다.

얀과 코드의 가연을 기술하는 데에는 다양한 용어가 당업계에서 이용된다. 본 발명의 문맥상 "기본 얀"은 기본 얀 제조업자로부터 얻어진 것과 같은 형태의 필라멘트 또는 섬유의 다발을 지탱하는 것으로 가연이 있는 얀 또는 가연이 없는 얀을 포함할 수 있다. "스트랜드(strand)" 또는 "얀" 또는 "플라이(ply)"는 코드를 형성하는 중간 단계로서 제연(folded), 가연(twisted), 합연(plied), 또는 복합연(cabled) 처리한 기본 얀(들)을 지칭한다. "코드"는 코드를 형성하는 최종 단계에서 함께, 가연, 합연, 또는 복합연 처리한 하나 또는 그 이상의 스트랜드, 플라이, 또는 얀을 지칭한다. "가연 계수(twist multiplier)" 즉 "TM"은 본 발명의 실시에 적용할 때 가연 특성을 설명하는데 이용되는 것으로, 얀 번수의 제곱근에 대한 인치당 회전수(TPI)의 비율로서 정의된다. 얀 카운트는, 9000 미터당 그램수로 나타낸 데니어로 5315를 나눈 비율로서 정의된다. 따라서, 이하의 식이 가연 계수를 정의한다.

코드 구성에서 제1 TM 및 제2 TM을 기술하는 데에, 본 명세서에서는 다음과 같은 규정을 따른다. 즉, "2 × 6"으로 표기하고, 여기서 제1 TM은 2이고 제2 TM은 6이다. 코드의 구성에서 이용되는 기본 얀 및 스트랜드의 품번을 기술하는 데에, 본 명세서에서는 다음과 같은 규정에 따른다. 즉, "y-n/m"으로 표기하고, 날실당 "y" 데이어를 갖는 기본 얀 정수 "n"개가 코드의 "m"개의 스트랜드 각각을 형성함을 나타낸다. 따라서, 제1 가연 단계 이후의 전체 스트랜드 크기(데니어)는 y와 n의 곱이다. 제2 가연 단계 이후의 전체 코드 크기(데니어)는 y와 n과 m의 곱이다.

기본 얀의 크기는, 본 발명의 실시로 한정되는 것이 아니라 제조업자로부터 기본 얀의 입수가능성에 의해서 단지 한정된다. 최종 코드 크기는 본 발명의 실시로 특히 한정되는 것이 아니라 "n" 및 "m"의 적절한 선택에 의해서 특정 용례에 대하여 바람직한 것으로서 제어될 수 있다. 그러나, 매우 많은 날실의 경우 장비 및 취급 비용이 증가하기 때문에 "n" 및 "m"의 선택에 대한 실제 상한이 흔히 존재한다. 따라서, "n"은 1 내지 약 10의 범위 내에 있을 수 있고 "m"은 1 내지 약 12의 범위 내에 있을 수 있다. 본 발명의 일실시예에서, 약 400 데니어 내지 약 3000 데니어의 기본 얀이 이용될 수 있다. 따라서, 제1 가연 단계 이후의 스트랜드 크기는 약 400 내지 약 30,000 데니어 범위에 있을 수 있고, 제2 가연 단계 이후의 코드 크기는 약 400 내지 약 360,000 데니어 범위에 있을 수 있다. 본 발명에서 이용된 코드는 2/3 케이블 구성에서 A 360 또는 등가의 PET 섬유의 6 얀을 포함할 수 있다.

스트랜드 및 코드를 가연 및 합연하는데 이용되는 방법 및 장치가 특히 한정되지 않는다. 적절한 직물 가연 장치는 예컨대 링 트위스터, 2 for 1 트위스터, 다이렉트 케이블러, 당업계에서 알려진 임의의 다른 트위스터를 포함한다. 본 발명에 대한 가연 레벨 및 코드 구성은 특히 한정되지 않지만, 주어진 용례에 대하여 적절하게 선택될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 하중 전달 코드는, 벨트의 주변 탄성중합체 성분에 대한 접착성을 얻거나 개선하기 위해서, 임의의 적절한 및/또는 종래의 재료 및 적용 방법을 이용하여 하나 또는 그 이상의 접착성 조성물로 처리될 수 있다. 예컨대 코드가 접착제(들)로 처리될 수 있어서, 서로 필라멘트를 결합시키고 벨트의 탄성중합체 부분에 대한 코드의 접착성을 개선시킨다. 일실시예에 따라, 코드는 폴리이소시아네이트 및 에폭시 화합물과 같은 수성계 또는 솔벤트계일 수 있는 프라이머로 우선 처리될 수 있다. 그 후, 처리된 코드는 레조르시놀 포름알테히드 라텍스(RFL)와 같은 또 다른 종래의 및/또는 다른 적절한 접착제로 처리될 수 있다. 각 처리 후에, 코드는 일반적으로 접착제를 건조시키고 경화시키기 위해서 100℃ 내지 290℃의 온도에서 오븐 또는 일련의 오븐을 통과한다. 선택적으로, 코드는 추가의 접착성 개선을 위해서, 추가의 오버코트 접착제, 예컨대 수성 매질 내의 고 에멀젼, 안료 및 경화제의 혼합물, 또는 Lord Corporation의 상표명 CHEMLOK으로 입수 가능한 것과 같은 솔벤트 용액 내의 용해된 폴리머와 안료 및 경화제의 혼합물, 또는 다른 적절한 고무 시멘트로 처리될 수 있다.

대안적으로, 예컨대, 주변 탄성중합체 조성물이 캐스터블 PU 엘라스토머일 때, 그러한 처리는 프라이머의 적용만으로 제한하거나, 추가적으로 수정하거나, 완전히 생략할 수 있다. 그러나, 임의의 적절한 코드 처리 공정이 이용될 수 있고, 예로서 미국 특허 제5,807,194호는 캐스트 PU 무한 벨트에서 이용하기 위한 코드 처리 방법을 개시하고 있고, 관련 내용이 본 명세서에 참조로 포함된다.

임의의 적절한 및/또는 종래의 방법이 본 발명의 다양한 실시예에 따른 벨트를 형성하는데 이용될 수 있다. 예컨대, 비(非) 캐스터블 벨트 탄성중합체, 즉 섬유 충전이 있거나 없는 밀러블형 고무(millable rubber)가 이용되는 경우, 벨트 형성 단계는 상기한 바와 같은 선택적인 패브릭 커버 요소를 치형 또는 리브 또는 노치를 형성하기 위한 홈 형성부를 구비한 적절하게 배치된 몰드 캐비티(mold cavity) 내에, 또는 적절하게 배치된 벨트 형성 드럼 또는 맨드릴 위에 위치 설정하는 단계; 패브릭의 둘레에 하나 또는 그 이상의 인장 코드를 나선형으로 감는 등으로 패브릭 커버 요소의 제2 표면에 접하게 하중 운반 코드를 배치하는 단계; 인장 부재에 접하게 탄성중합체 재료를 배치하는 단계; 주어진 구성에서 필요에 따라, 인장 부재 및/또는 이 인장 부재에 접하는 탄성중합체 재료를 추가적으로 교대로 배치하는 단계; 탄성중합체 재료를 경화 또는 가황 처리하도록 충분한 온도 및 압력을 가하는 단계; 및 몰드 캐비티 또는 맨드릴로부터 조립체를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

캐스터블 벨트 몸체부가 예컨대 치형 PU 벨트 제조에 이용되는 경우에, 제조 단계는, 패브릭 커버 요소의 제1 표면이 홈이 형성된 몰드부에 인접하도록 하는 방식으로 홈이 형성된 몰드부의 표면을 내마모성 패브릭으로 둘러싸는 단계; 패브릭의 둘레에 하나 또는 그 이상의 인장 코드를 나선으로 감는 등으로 내마모성 패브릭에 접하게 하중 운반 코드를 적용하는 단계; 몰드 캐비티 내로 실질적으로 액체인 탄성중합체 재료를 도입하는 단계; 및 이렇게 형성된 제품을 중합시키는 단계를 선택적으로 더 포함할 수 있다. 이러한 벨트의 치형부는 또한 곡선형, 사다리꼴형 등을 포함한 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다.

V 벨트의 구성에서 이용될 때 본 명세서에서 기술한 것처럼 본 발명의 다양한 실시예에 따라 6% 미만의 DSI를 갖는 A360 또는 A363 또는 등가의 폴리에스테르 재료로 구성된 하중 운반 코드는, 종래의 하중 운반 코드를 포함하는 유사 벨트와 비교하여 특히 가변속 구동 장치에서 상당히 개선된 성능을 나타내는 벨트를 야기하였음을 알아냈다. 도 4는 가변속 구동 장치의 일실시예를 도시한다. 도 4를 참조하면, 가변속 구동 장치(41)는 V 벨트(26) 및 시브(43, 44)를 포함한다. 시브(43, 44) 중 하나 또는 모두는 간격 조정할 수 있는 두 개의 시브 전반부들을 포함하는 가변속 시브일 수 있다. 따라서, 벨트(26)는 수많은 불연속 위치 또는 연속 가변 위치 반경에서 작동할 수 있고, 속도 비율의 일부 범위에 걸쳐 수많은 불연속 속도 비율 또는 연속 가변속 비율을 제공한다. V 벨트(26)는 상기한 바와 같은 A 360 또는 등가의 폴리에스테르 얀을 포함하는 인장 코드(22)를 포함한다.

실시예

본 발명의 코드에 대한 기본 얀 특성 대 여러 다른 종래의 얀의 비교예가 전형적인 공급자 데이터에 기초하여 표 1에 나타나 있다. 여기서, DSI는 4.5 g/d의 특정 하중에서의 연신률(EASL: Elongation At Specified Load)에 177℃의 공기에서의 자유 열 수축률(HS)을 더한 것에 기초한다. A360 폴리에스테르를 이용한 예시 코드는 PEN을 포함한 임의의 다른 유형의 폴리에스테르의 가장 낮은 열 수축률을 갖고, 다른 폴리에스테르에 비교할 수 있거나 더 높은 탄성률을 갖는다. 따라서, DSI는 다른 폴리에스테르 또는 PEN보다 상당히 낮다.

1650-2/3 구성을 갖는 A360제 가연 코드를 준비하였고 35.6 N(8.01 lbs) 프리 텐션에서 100℃ 또는 150℃로 3분 동안 핫 오일에서의 열 수축률에 대하여 시험하였다. 100℃의 오일에서 얻어진 열 수축률은 0.68%였고, 150℃에서는 1.48%였다. 동일한 가연 코드를 0.05 g/d 프리 텐션에서 177℃로 2분 동안 공기에서의 열 수축률에 대하여 또한 측정하였고, 1.1%의 수축률을 얻었다. 100℃에서의 열 힘(thermoforce)은 18.51 N(4.10 lbs)였고, 150℃에서는 21.29 N(4.79 lbs)였다. 이러한 수축률은 DSP 또는 HMLS 폴리에스테르 코드를 포함한 종래의 폴리에스테르 코드와 비교하여 매우 낮은 것으로 고려된다. 6,000d의 DSP 코드는 100℃ 및 150℃의 오일에서 각각 1.4 및 2.4%의 열 수축률을 가졌다.

배면 재킷, EPDM 고무, 및 치형 재킷을 갖는 치형 V 벨트를 상기 A360 코드를 이용하는 것으로 구성하였다. 벨트는 30°의 V 각을 가졌다. 종래 구성의 추가 코드를 비교를 위해 다른 동일한 벨트로 제조하였다. 벨트를 가변속 구동 장치를 갖는 스쿠터에 설비하였다. 다양한 엔진 속도, 다수의 가속 램프에서의 예열 시간을 포함하는 로드 테스트를 수행하였고, 2000 내지 7000 rpm의 유용한 rpm 범위에 걸친 속도비 측정이 이어졌으며, 평균값을 얻기 위해 3회 반복하였다. 속도비 안정성을 결정하도록 전체 테스트를 6회 반복하였다. 유효 길이 변화를 SAE J636 또는 RMA IP-26에 따른 두 개의 풀리에서의 중심 거리 측정으로부터 결정하였다. 외측 원주 또는 길이 변화를 테스팅 전후에 파이 테이프(pi-tape)로 직접 측정함으로써 결정하였다. 6회의 반복 이후의 유효 길이 변화 및 외측 길이 변화 모두 초기 길이 또는 외측 길이의 비율로서 기록된다. 100℃에서 24시간 후의 벨트의 열 수축률을 또한 측정하였다. 벨트 결과물이 표 2에 나타나 있다.

벨트 변수	기본 얀 재료	비교 코드 비용 평가	얀 인장 강도(g/d)	EASL 4.5 g/d	177℃에서의 열 수축률	DSI(기본 얀) EASL+HS
실시예 1	A360	1.1	7	3.3%	2.0%	5.3%
비교예 2	종래의 PET	1	7	5.7%	8.8%	14.5%
비교예 3	종래의 DSP 또는 HMLS	1	8	3.9%	4.5%	8.4%
비교예 4	PEN	3.5	9	1.2%	5.5%	8.4%
비교예 5	파라 아라미드	8	22	0.9%	0%	0.9%
비교예 6	레이온	~ 2	5.5	-	-	~ 5.5%
비교예 7	유리섬유	~ 3	-	-	-	-

벨트 변수	코드 재료	DSI	벨트 열 수축률(100℃에서 24시간)	벨트 유효 길이 변화(RMA IP-26)	벨트 외측 길이 변화
실시예 1	A360	5.5%	0.73%	-1.06%	-0.68%
비교예 2	종래의 PET	16%	-	-	-
비교예 3(a)	종래의 DSP 6000d	9.5%	1.4%	-7.9%	-8.1%
비교예 3(b)	종래의 DSP 10,000d	9.5%	1.2%	-4%	-4.3%
비교예 4	PEN	~ 8%	0.65%	-1.1%	-1.5%
비교예 5	아라미드	~ 1%	0.13%	-	-

표 2의 결과물은 A360 폴리에스테르 코드를 갖는 본 발명의 벨트, 즉 실시예 1이 종래의 PET 또는 DSP보다 훨씬 더 양호하게 수행하고 PEN과 같은 훨씬 더 비싼 재료와 동등하게 수행하고 있음을 나타낸다. 본 발명의 스쿠터 벨트, 즉 실시예 1은 스쿠터 테스팅에서 매우 안정적인 속도비뿐만 아니라 매우 낮은 치수 변화를 제공하였다. 상기의 6회 반복한 각 테스트 후에, 2000 내지 7000 rpm의 유용한 rpm 범위에 걸친 속도비를 측정하여 그래프로 나타냈을 때, 6개의 커브가 매우 근접하게 일치하였고, 스쿠터 테스팅 과정에 걸쳐 변속 성능의 악화를 나타내지 않았다.

A360 또는 등가의 PET의 인장 코드가 유리하게는 특히 높은 치수 안정성을 요구하는 용례에서 동력 전달 벨트의 거의 모든 유형에서 인장 부재로서 이용될 수 있다고 여겨진다. A360 또는 등가의 PET를 이용하는 코드가 구성되고 처리되며 유리하고 경제적으로는 종래의 폴리에스테르, PEN, 아라미드 코드, 레이온, 또는 다른 섬유의 위치에서 이용될 수 있다.

본 발명 및 그 이점을 상세하게 기술하였지만, 첨부한 청구범위에 의해 정해진 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변화, 대체, 및 교체가 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에서 기술한 공정, 장치, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법, 및 단계의 특정 실시예에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자가 본 발명의 개시로부터 용이하게 인식할 수 있기 때문에, 본 명세서에 기술된 상응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 얻을 수 있는, 현존하는 또는 후에 개발될 공정, 장치, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법, 또는 단계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그 범위 내에서 이러한 공정, 장치, 제조, 재료의 조성, 수단, 방법, 또는 단계를 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에서 개시한 발명은, 본 명세서에서 명확하게 개시하지 않는 임의 요소 없이 적절하게 실시될 수 있다.

10: 벨트 12: 벨트 본체부
14: 시브 접촉부 18: 접착성 고무 부재
20: 하중 운반부 22: 인장 코드
26: V 벨트 28: 함몰면
30: 돌출부 32: 동기화 벨트
41: 가변속 구동 장치 43, 44: 시브

Claims

폴리에스테르를 포함하는 인장 코드를 구비한 동력 전달 벨트로서,
상기 코드는 100℃에서의 1% 미만의 열 수축률, 150℃에서의 1.5% 미만의 열 수축률, 및 6% 미만의 치수 안정성 지수(Dimensional Stability Index) 중 적어도 하나를 특징으로 하고; 상기 벨트는 100℃에서의 24 시간 이후에 1% 미만의 열 수축률을 특징으로 하며; 상기 치수 안정성 지수는 4.5 g/d의 인장 하중에서의 신장률과 177℃의 공기에서의 열 수축률의 합으로 산출되는 것을 특징으로 하는 동력 전달 벨트.
제1항에 있어서, 상기 폴리에스테르는 7 g/d의 인장 강도, 177℃에서의 2%의 열 수축률, 4.5 g/d의 인장 하중에서의 3%의 신장률, 및 6% 미만의 치수 안정성 지수를 특징으로 하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 얀을 포함하는 것인 동력 전달 벨트.
제2항에 있어서, V 벨트, 동기화 벨트(synchronous belt), 및 다중 V 리브 벨트로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 동력 전달 벨트.
제3항에 있어서, V 벨트 형태이고 가변속 벨트 구동 장치에서 이용하도록 된 것인 동력 전달 벨트.
시브 및 벨트를 포함하는 가변속 벨트 구동 장치로서,
상기 벨트는 폴리에스테르의 인장 코드를 포함하고, 상기 코드는 1% 미만의 100℃에서의 열 수축률, 1.5% 미만의 150℃에서의 열 수축률, 및 6% 미만의 치수 안정성 지수 중 적어도 하나를 특징으로 하고; 상기 벨트는 100℃에서의 24 시간 이후에 1% 미만의 열 수축률을 특징으로 하며; 상기 지수는 4.5 g/d의 인장 하중에서의 신장률과 177℃의 공기에서의 열 수축률의 합으로 산출되는 것을 특징으로 하는 가변속 벨트 구동 장치.
제5항에 있어서, 상기 폴리에스테르는 7 g/d의 인장 강도, 177℃에서의 2%의 열 수축률, 4.5 g/d의 인장 하중에서의 3%의 신장률, 및 6% 미만의 치수 안정성 지수를 특징으로 하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 얀을 포함하는 것인 가변속 벨트 구동 장치.
제6항에 있어서, 상기 벨트는 V 벨트이고 상기 시브는 조정 가능한 것인 가변속 벨트 구동 장치.