KR101614573B1 - 톱니형 벨트 및 오일 중 톱니형 벨트의 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 탄성중합체 소재로 제조되며 다수의 종방향 선형 내성 인서트(3)이 내장되어 있는 몸체(2), 및 코팅 직물(5)로 코팅되어 있으며, 유리하게는 톱니(4)로 이루어진 작용면을 포함하는 벨트(1)에 관한 것이다. 상기 제1 탄성중합체 소재는 내성 인서트에 대해 실질적으로 수직이고 내성 인서트의 축에 의해 구획된 표면에 대해 실질적으로 평행인 방향에서 연장되는 섬유(6)를 포함한다.

Description

톱니형 벨트 및 오일 중 톱니형 벨트의 용도 {TOOTHED BELT AND USE OF A TOOTHED BELT IN OIL}

본 발명은 톱니형 구동 벨트, 및 특히 오일 중 톱니형 벨트의 용도에 관한 것이다.

구동 벨트는 일반적으로 "코드(cords)"로도 표시되는 다수의 종축 선형 (filiform) 내성 인서트가 내장된 탄성중합체 몸체와, 코팅 직물로 코팅되어 있는 다수의 톱니들(teeth)을 포함한다.

벨트의 각 성분은 기계적 내성면에서의 성능을 증가시켜, 벨트의 파손 위험을 감소시키고, 특정의 전달가능한 동력을 증가시키는데 기여한다.

벨트의 코팅 직물은 내마모성을 증가시켜 벨트 톱니의 측면과 상부 사이 및 벨트와 상호작용하는 풀리 레이스의 측면과 바닥 사이에서의 러빙 (rubbing)으로 인한 마모로부터 벨트의 작용면을 보호한다.

또한, 코팅 직물은 작용면 상의 마찰계수를 감소시키고, 톱니의 변형을 감소시키며, 특히 톱니의 뿌리를 강화시켜 이의 파손을 피하도록 한다.

코드는 특히 벨트에 요구되는 기계적 특성을 보장하는데 기여하며, 특히 시간이 경과됨에 따라 벨트의 성능을 유지하도록, 벨트 자체의 모듈러스에 실질적으로 기여한다. 코드는 일반적으로 높은 모듈러스 섬유를 수차례 꼬아 형성시킨다.

코드는 또한 통상적으로 코드 자신을 둘러싸는 몸체 화합물과의 섬유의 화합성(compatibility)을 증가시키도록 채택된 물질로 처리된다.

최종적으로, 몸체 화합물은 다양한 상기 요소들이 연결될 수 있도록 하며 벨트 자체를 형성하는 다양한 요소가 벨트 자체의 최종 성능에 상승적으로 기여하도록 한다.

몸체 화합물은 섬유로 강화될 수 있는 탄성중합체 소재 1종 이상을 포함하여 이의 경도를 증가시킨다.

그러나, 최근 일부 엔진에서는, 벨트가 오일중에서, 즉, 벨트가 블록 안쪽에 있는 시스템에서 사용되어 오일 스플래쉬와 직접 접촉하거나 심지어 항상 오일에 부분적으로 침지된 상태로 작동한다.

이런 경우, "건식 조건"에서 사용되며 따라서 단시간 및 저온에서만 오일에 견딜 수 있도록 디자인된 구동 벨트의 소재는 오일의 흡수를 피할 수 없으며 따라서 화합물 자체가 팽윤되어 기계적 특성의 열화를 일으키고, 이에 따라 톱니를 파괴시킬 수 있으며 벨트의 평균 수명을 단축시킬 수 있다.

그러므로, 오일을 피하거나 적어도 오일의 흡수를 감소시킬 뿐만 아니라 양호한 내마모성을 유지하기 위해서는, 고온에서도 오일에 견디는 몸체 화합물이 특히 기본적이다.

또한, 벨트가 오일과 직접 접촉하거나 부분적으로 침지된 상태로 사용되는 시스템에서, 엔진 오일은 흔히 연료에 의해 오염된다. 특히, 심지어 높은 퍼센트로 오일과 혼합되어 오일 자체를 희석시키고 벨트를 형성하는 소재를 공격하는 연료에 의한 오염이 해롭다.

예를 들어, 일부 용도에서 연료가 오일에 혼합되는데 심지어 연료가 30% 까지 포함될 수 있다. 연료의 퍼센트는 엔진의 작동 조건에 따라 변화되며 엔진의 부하량이 높고 온도가 낮아짐에 따라 더 높아진다.

공지되어 있는 바와 같이, 연료는 또한 톱니형 벨트의 제조에 일반적으로 사용되는 화합물을 손상시킬 수 있는 많은 첨가제를 함유할 수 있다.

그러므로, 본 발명의 첫번째 목적은 수명이 길고 따라서 탁월한 기계적 특성, 접착성, 메싱 정확성 및 음향 방출 특성을 갖는 톱니형 벨트 (toothed belt)를 수득하는 것이다.

본 발명의 추가적인 목적은 높은 내마모성과 따라서 내구성이 좋으며 동시에 고속 및 저속 둘다 및 벨트의 작동 온도 전 범위에서 낮은 소음 수준을 가질 수 있는 톱니형 벨트를 수득하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고온에서 오일과 직접 접촉하거나 부분적으로 오일에 침지된 상태에서 견딜 수 있는 톱니형 벨트를 수득하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 직접 접촉하여, 즉, 일정한 연료-혼합된 오일 스플래쉬의 존재하에 또는 연료-혼합된 오일에 부분적으로 침지된 상태로 사용시 벨트의 팽윤을 피하거나 감소시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 고온의 연료-혼합된 오일에서 팽윤을 감소시키는 몸체 화합물을 수득하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 톱니형 벨트와, 톱니형 벨트를 연료-혼합된 오일과 직접 접촉하거나 연료-혼합된 오일에 부분적으로 침지된 상태로 유지시키기 위한 수단을 포함하는 구동 시스템으로서, 톱니형 벨트는 연료-혼합된 오일에서 200시간 작동 후에도 낮은 팽윤성을 갖는 구동 시스템을 수득하는 것이다.

마지막으로, 본 발명의 다른 목적은 벨트 중의 섬유 배향을 용이하게 할 수 있는 단순한 톱니형 벨트의 제조 방법을 수득하는 것이다.

본 발명에 따라서, 상기 목적이 청구항 1에 따르는 톱니형 벨트에 의해 성취된다.

본 발명에 따라서, 청구항 17에 따르는 톱니형 벨트의 제조를 위한 구동 시스템이 또한 제공된다.

본 발명에 따라서, 청구항 19에 따르는 톱니형 벨트의 제조 방법이 또한 제공된다.

본 발명의 보다 원활한 이해를 위하여, 이제 첨부되는 도면을 참고로 하여 설명한다:
도 1은 본 발명에 따르는 톱니형 벨트의 부분 사시도이다;
도 2는 본 발명에 따르는 제1의 톱니형 벨트를 사용하는 제1의 타이밍 제어 시스템의 도해이다;
도 3은 본 발명에 따르는 제2의 톱니형 벨트를 사용하는 제2의 타이밍 제어 시스템의 도해이다;
도 4는 본 발명에 따르는 제3의 톱니형 벨트를 사용하는 제3의 타이밍 제어 시스템의 도해이다;
도 5는 본 발명에 따르는 톱니형 벨트의 제조 방법의 공정 단계의 도식적 설명이다;
도 6은 공지의 벨트와 본 발명에 따르는 벨트의 폭의 변화를 나타내는 도해이다;
도 7은 본 발명에 따르는 톱니형 벨트와 공지된 기술에 따르는 벨트를 측정하는 시험에 사용되는 구동 시스템이다.

이후, 표현 "탄성중합체 소재가 실질적으로 이루어진"이란 화합물의 물리화학적 특성을 변화시키지 않으면서, 따라서 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않으면서 탄성중합체 소재에 첨가될 수 있는 기타 중합체 또는 공중합체가 적은 퍼센트로 탄성중합체 소재에 포함될 수 있음을 의미한다.

이후, 표현 "탄성중합체 소재용 첨가제"란 탄성중합체 소재의 물리화학적 특성을 변화시키기 위하여 이에 첨가될 수 있는 물질을 의미한다.

"오일 중에" 사용(use in oil)이란 벨트가 오일욕에 부분적으로 침지되거나 오일과 직접 접촉하여 사용되는 것을 의미하며, 일반적으로 사용시 벨트는 엔진 블럭 내에, 예를 들어, 체인 또는 기어 시스템의 대체물로 포함되는 것을 의미한다.

"건식 조건에서" 사용이란 벨트가 엔진 블럭 외부에 있으며 우연한 경우에만 엔진 오일과 접촉하게 되고 일반적으로는 연료-혼합된 오일과 접촉하지 않는 것을 의미한다.

"연료-혼합된 오일에서" 사용이란 톱니형 벨트가 30%를 넘는 연료가 혼합된 오일 혼합물에서 사용되는 것을 의미한다.

도 1은 톱니형 벨트(1)을 전체적으로 나타낸 것이다. 벨트(1)은 탄성중합체 소재로 만들어진 몸체(2)를 포함하며, 여기에는 다수의 종축 선형 (filiform) 내성 인서트(3)이 내장되어 있다.

몸체(2)는 톱니(4)를 가지며, 톱니는 코팅 직물(5)로 코팅되어 있다.

유리하게, 몸체(2)는 몸체 화합물로도 표시되는 1종 이상의 탄성중합체로 형성된 화합물로 제조된 것이다.

본 발명에 따르는 톱니형 벨트의 몸체를 형성하는 화합물은, 도 1에도 나타낸 바와 같이 내성 인서트와는 실질적으로 수직 방향으로, 그리고 내성 인서트의 축에 의해 구획된 표면에 대해서는 실질적으로 평행하게 연장되어 있는 강화 섬유(6)을 포함한다.

섬유(6)는 1 내지 40 phr의 양으로 첨가되는 것이 유리하며, 더욱 유리하게는 10 내지 30 phr, 예를 들어 20 phr의 양으로 첨가된다.

강화 섬유(6)의 길이 범위는 0.1 내지 10 mm인 것이 유리하다.

섬유(6)는 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리아미드 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리비닐 아세테이트 섬유, PTFE, 폴리케톤, PBO, PEEK, PPS, 폴리이미드, 면 (cotton) 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 유리하게 선택된다.

섬유(6)의 길이 범위는 0.1 내지 10 mm인 것이 유리하다. 더욱 유리하게는, 상기 섬유의 길이 범위가 0.5 내지 2 mm이다.

유리하게는, 섬유(6)의 평균 직경 범위가 0.1 내지 50 ㎛, 더욱 유리하게는 1 내지 20 ㎛, 더더욱 유리하게는 5 내지 15 ㎛, 예를 들어 12 ㎛이다.

강화 섬유(6)은 유리하게는 방향족 폴리아미드, 더욱 유리하게는 파라-아라미드(para-aramid)로, 예를 들어, 상기 화합물에 예를 들면 레조르시놀 및 포름알데히드 라텍스 (RFL) 처리에 의해 또는 에폭시 수지, 이소시아네이트 또는 접착제에 의해 접착될 수 있는, 테크노라(Technora; 상표명) 섬유가 유리하게 사용될 수 있다. 예를 들어, 사용되는 라텍스가 비닐피리딘-스티렌-부타디엔 공중합체 (VP-SBR)을 포함할 수 있다.

아라미드계 섬유, 예를 들어 텐진사의 1 mm 길이 테크노라(Teijn's 1 mm-long Technora) 섬유가 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

섬유(6)를 사용함으로써 몸체를 형성하는 화합물의 기계적 특성이 추가로 증가될 수 있으며, 따라서 톱니형 벨트의 기계적 특성이 증가되고 이에 따라 벨트의 팽윤 및 확장을 감소시킬 수 있다.

본 발명에 따르는 톱니형 벨트(1)은 공지의 제조 방법을 사용하여 제조되지만, 이 방법을 섬유(6)가 내성 인서트의 방향에 대해 횡단식으로 배열되도록 개량한다.

본 발명에 따르는 톱니형 벨트의 제조 방법은, 섬유가 적재된 화합물을 칼렌더(calender)에 통과시켜 섬유가 칼렌더링 방향으로 배열되어 있는 재료의 스트립을 형성시키는 단계를 포함한다. 이어서 칼렌더링 방향으로 배향된 섬유가 있는 화합물을 롤러 상에서 수거한다.

이후, 도 5에 나타낸 바와 같이, 제1 방향에 따라 화합물의 스트립(100)을 롤러(101)로 풀고 대략 사각형 조각(102)으로 절단한다. 이어서, 사각형 조각(102)이 제2의 수직 방향으로 합해져서 연속 스트립(103)을 형성시키는데, 연속 스트립(103)은 제2의 롤러(104) 상에 권취된다.

그러므로, 제2의 롤러(104)는 풀리는 방향에 대해 수직인 방향으로 섬유를 갖는다. 따라서, 이전 단계에서 형성된 스트립으로부터 풀린 탄성중합체 재료는 톱니형 벨트에 대한 공지된 제조 방법에 따라, 가황처리 실린더에 배열된다. 그러나, 톱니형 벨트에서 섬유는 본 발명에 따라서, 즉 내성 인서트에 대해 실질적으로 수직인 방향으로 그리고 내성 인서트의 축에 의해 구획된 표면에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 배열된다.

유리하게는, 몸체 화합물이 니트릴 그룹-함유 단량체 및 디엔으로부터 형성된 공중합체를 1종 이상 포함한다.

상기 니트릴 그룹-함유 단량체는 전체 최종 공중합체에 대해 34 내지 60 중량%의 범위의 퍼센트로 존재하는 것이 유리하다.

이후, 아크릴로니트릴 유니트와 관련한 모든 퍼센트는 중량 퍼센트이다.

더욱 유리하게는, 이들이 34 내지 53 중량% 범위로 존재한다.

더더욱 유리하게는, 이들이 49 내지 51 중량% 범위로, 예를 들면, 50 중량% 존재한다.

더욱 유리하게는, 사용되는 공중합체(들)가 니트릴 고무, 유리하게는, NBR로 공지된 아크릴로니트릴 부타디엔 고무이다. 더더욱 유리하게, 이들은 HNBR로 공지된 수소화된 아크릴로니트릴 부타디엔, 또는 XHNBR 즉, 카복실화 및 수소화된 아크릴로니트릴 부타디엔이다.

유리하게는, 불포화도가 더 낮은 HNBRs - 예를 들어 포화도가 4% 또는 5.5%인 HNBRs, 소위 부분적으로 포화된 HNBRs - 를 대체제로 사용할 수 있지만, 사용되는 HNBR이 높은 수소화도를 갖고 있어, 예를 들면, 소위 전체적으로 포화된 HNBRs - 잔류 이중결합 퍼센트가 최대 0.9%인 HNBR을 사용할 수 있다.

몸체 화합물로 사용될 수 있지만, 톱니형 벨트의 여러 구성 요소들에 대한 상이한 처리에서 사용될 수 있는 HNBR 공중합체의 예로는 Lanxess에 의해 생산되는 THERBAN 패밀리에 포함되는 공중합체, 예로서 니트릴 그룹을 34% 함유하며 수소화도가 최대 0.9%인 THERBAN 3407, 니트릴 그룹을 34% 함유하며 불포화도가 최대 0.9%인 THERBAN 3406, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 0.9%인 THERBAN 3607, 니트릴 그룹을 34% 함유하며 불포화도가 최대 4%인 THERBAN 3446, 니트릴 그룹을 34% 함유하며 불포화도가 최대 5.5%인 THERBAN 3447, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 2%인 THERBAN 3627, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 2%인 THERBAN 3629, 니트릴 그룹을 39% 함유하며 불포화도가 최대 0.9%인 THERBAN 3907이 있다.

Nippon Zeon에 의해 ZETPOL이란 상표명으로 생산되는 HNBRs가 또한 대체제로 사용될 수 있다. 특히, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 0.9%인 ZETPOL 2000, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 0.9%인 ZETPOL 2000L, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 4%인 ZETPOL 2010, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 4%인 ZETPOL 2010L, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 4%인 ZETPOL 2010H, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 5.5%인 ZETPOL 2020, 니트릴 그룹을 36% 함유하며 불포화도가 최대 5.5%인 ZETPOL 2020L이 사용될 수 있다.

디엔 단량체 및 니트릴 그룹-함유 단량체로부터 수득한 공중합체 1종 이상의 혼합물에 의해 형성된 중합체가 더더욱 유리하게 사용된다. 상기와 같은 공중합체 1종 이상에 불포화 카복실산 또는 이의 염을 첨가하는 것이 유리하다.

불포화 카복실산은 더욱 유리하게는 메타크릴산 또는 아크릴산이고 상기 염은 메타크릴산 또는 아크릴산의 아연염이다.

메타크릴산의 아연염이 더더욱 유리하게 사용된다.

메타크릴산의 아연염을 10 내지 60 중량% 범위의 양으로 가하는 것이 더더욱 바람직하다.

예를 들어, 다음과 같은 상표명으로 Zeon에 의해 판매되는 탄성중합체가 유리하게 사용된다: ZSC 1295, ZSC 2095, ZSC 2195, ZSC 2295, ZSC 2295L, ZSC 2295R 및 ZSC 2395.

ZSC 2095가 더욱 유리하게 사용된다.

특히, 전술한 HNBRs, 즉, ZETPOL 및(또는) THERBAN이 불포화 카복실산과 산화아연을 포함하는 ZSC 및(또는) 불포화 카복실산의 염을 포함하는 THERBAN ART로 부분적으로 또는 전체적으로 대체될 수 있다.

제1 탄성중합체 소재 중의 화합물은 기타 통상의 첨가제, 예를 들어, 강화제, 필러, 안료, 스테아르산, 촉진제, 가황화제, 산화방지제, 활성화제, 개시제, 가소제, 왁스, 전-가황(pre-vulcanisation) 억제제, 붕해방지제, 가공 오일 등을 함유할 수 있다.

유리하게는, 카본블랙이 필러로서 사용될 수 있으며, 유리하게는 0 내지 80 phr, 더욱 유리하게는 대략 40 phr의 양으로 첨가된다. 유리하게는, 강화용 백색 필러, 예로서 탈크, 탄산칼슘, 실리카 및 실리케이트를 0 내지 80 phr, 유리하게는 대략 40 phr 범위의 양으로 가하는 것이 바람직하다. 실란을 또한 0 내지 5 phr 범위의 양으로 유리하게 사용할 수 있다.

유리하게는, 산화아연 및 산화마그네슘을 0 내지 15 phr의 범위의 양으로 유리하게 가한다.

유리하게는, 트리멜리테이트 또는 에테르 에스테르와 같은 에스테르 가소제를 0 내지 20 phr 범위의 양으로 유리하게 가한다.

트리알릴시아누레이트, 금속염과 같은 유기 또는 무기 메타크릴레이트와 같은 가황 보조제를 0 내지 20 phr 범위의 유리한 양으로, 또는 예를 들어, 이소프로필 벤젠 퍼옥사이드와 같은 유기 퍼옥사이드는 0 내지 15 phr 범위의 유리한 양으로 가하는 것이 유리하다.

톱니(4)의 코팅 직물(5) 또는 배면(7)의 임의의 코팅 직물은 1개 이상의 층을 포함할 수 있으며 예를 들어, 2x2 트윌로 공지된 방직 기술에 의해, 상이한 방직 기술로 수득할 수 있다.

별법으로, 코팅 직물(5)을 적어도 1개의 거친 표면을 수득할 수 있도록 하여 기계적 접착성을 향상시키는 방직 모드에 따라서 수득할 수 있다.

톱니의 코팅 직물(5)는 유리하게는 지방족 또는 방향족 폴리아미드, 더욱 유리하게는 방향족 폴리아미드 (아라미드)를 포함한다.

사용되는 직물이 위사와 경사로 이루어진 복합 구조를 갖는 것이 유리하며, 여기서 위사는 코어로서 탄성 스레드 (thread)와 상기 탄성 스레드에 권취되어 있는 적어도 한쌍의 복합 스레드에 의해 형성된 각각의 위사 스레드로 이루어져 있고, 각각의 복합 스레드는 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드와 상기 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드 상에 권취되어 있는 적어도 1개의 커버링 스레드를 포함한다. 각각의 복합 스레드는 유리하게는 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드와 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드 상에 권취되어 있는 한쌍의 커버링 스레드를 포함한다. 탄성 스레드는 유리하게는 폴리우레탄이다. 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드는 유리하게는 파라-방향족 폴리아미드로 만들어진 것이다.

직물(5)는 일반적으로 1차 처리 및 2차 처리로 가공한다.

유리하게는, 직물(5)을, RFL을 사용한 1차 처리로 가공하는 것이다.

유리하게는, 직물(5)을, 불소화된 소성중합체(plastomer), 예를 들면 PTFE와, 탄성중합체, 예를 들면 몸체 화합물용으로 사용되는 것과 유사한 소재를 포함하는 2차 처리로 가공하는 것이다.

유리하게는, 니트릴 그룹-함유 단량체와 디엔으로부터 형성된 공중합체 1종 이상을 사용한다.

니트릴 그룹-함유 단량체는 유리하게는 전체 최종 공중합체에 대해 34 내지 60 중량% 범위의 퍼센트이다.

더욱 유리하게는, 이들이 34 내지 53 중량%이다.

더더욱 유리하게는, 이들이 49 내지 51 중량%이다.

더욱 유리하게는, 사용되는 상기 공중합체(들)가 니트릴 고무, 유리하게는 NBR로 공지된 아크릴로니트릴 부타디엔 고무이다. 더더욱 유리하게, 이들은 HNBR로 공지된 수소화된 아크릴로니트릴 부타디엔, 또는 심지어 XHNBR 즉, 카복실화된 수소화된 아크릴로니트릴 부타디엔 고무이다.

이들을 제조할 소재의 양을 적절하게 선택함으로써, 2차 처리에 의해 직물 자체와는 분명하게 분리되어 있으며 이후 내성층(8)로 표시되고 EP1157813에 개시된 타입의 커버링층이 형성될 수 있다. 내성층(8)은 벨트의 작용면을 형성하며 따라서 내구성을 추가로 증가시키고 오일의 흡수를 피하도록 한다.

유리하게는, 불소화된 소성중합체가 상기 내성층에 불소화된 탄성중합체 및 제2의 탄성중합체성 소재의 합 보다 더 높은 phr 양으로 존재한다.

내성층(8)이 두께는 유리하게는 0.03 mm 내지 0.2 mm 범위이다.

내성층(8)을 직물(5) 위에 상이한 방식으로 배치할 수 있다. 칼렌다링 단계에 의해 배치하는 것이 바람직하다.

접착성 물질을 직물(5)와 내성층(8) 사이에 배치하여 직물(5) 상에서의 내성층(8)의 접착을 향상시킬 수 있다.

요구되는 내성을 위해서는 내성층(8)의 중량 범위가 50 내지 120 g/㎡인 것이 바람직하다.

톱니형 벨트의 배면을 또한 코팅 직물(5)로 커버하는 것이 바람직하며, 상기 코팅 직물(5)은 지방족 또는 방향족 폴리아미드로 형성된 것이 바람직하고, 내열성과 인성이 높은 폴리아미드 6/6으로 형성된 것이 더욱 바람직하다.

배면의 코팅 직물(5)은 전술한 것과 동일한 것이 바람직하다.

배면의 코팅 직물(5)은 또한 내성층으로 코팅되는 것이 바람직하다. 더더욱 바람직하게는, 배면의 코팅 직물을 커버하는 내성층은 톱니의 코팅 직물(5)을 커버하는 것과 동일하다.

유리 섬유, 아라미드계 섬유, 탄소 섬유, PBO 섬유로 이루어진 군으로부터 선택되는 소재로 제조되며, 내성 인서트로도 표시되는, 내성 인서트(3)를 사용하는 것이 유리하다. 또한, 소위 "하이브리드" 타입의 코드, 즉 유리하게는 상기 언급된 것들 중에서 선택된 상이한 소재들로 제조된 필라멘트를 포함하는 코드가 또한 사용될 수 있다.

코드는 높은 모듈러스 유리 섬유, 예를 들면 22.5 3x18 형태의 유리 섬유로 제조된 것이 바람직하다.

코드를 형성하는 섬유는 Nippon Glass의 특허 WO2004057099에 개시된 공법에 의해 수용성 퍼옥사이드로 가황처리한 HNBR 라텍스로 처리되는 것이 바람직하다.

그러므로, 상기 처리는 액체, 바람직하게는 수성 접착제로 이루어진 액체, 따라서 물 50 % 이상을 포함하며, 탄성중합체 물질 라텍스와 가황처리 보조제를 포함하는 액체로 처리하는 것을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르는 벨트는 오일과 직접 접촉하거나 오일에 부분적으로 침지된 상태의 시스템에 사용하는데 특이적으로 적합하다. 상세하게, 본 발명의 벨트를 블럭 내부의 통상적인 기어 또는 체인 시스템 대신 사용한 경우 최적의 결과가 성취되었는데, 이 시스템에서 벨트는 전체 수명기간 동안 연속적인 오일 스플래쉬와의 접촉 상태에 또는 가능하게는 심지어 오일욕에 부분적으로 침지된 상태로 노출되었다.

이 경우, 배면의 코팅 직물(5)이 존재할 때, 1차 및/또는 2차 처리를 배면(7) 상에서 수행하는 것이 유리하다. 이 경우, 내성층(8)으로 톱니형 벨트(1)의 배면(7)의 측면 상에서도 오일의 침투를 피할 수 있으며, 벨트의 배면(7)이 슈즈 또는 텐셔너와 접촉하는 제어 시스템에서 톱니형 벨트(1)를 사용할 때 특히 유리한 결과가 수득되었다. 사실, 이들 시스템에서 오일은 슈즈 또는 텐셔너와 벨트의 접촉면과, 벨트 자체의 배면 사이에 개재된 상태로 남아 있어 몸체를 형성하는 화합물 내로의 침투가 촉진될 수 있다.

톱니형 벨트(1)를 모든 외부 표면 상에서, 특히, 몸체 화합물이 오일의 공격에 더욱 노출되는 측면(10) 상에서, 팽윤 내성 고무, 예를 들어 ENDURLAST (Lord 등록상표)로 처리하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명에 따르는 벨트(1)는 예를 들어, 도 2에 나타낸 타입의 자동차용 타이밍 제어 시스템에 사용할 수 있다. 타이밍 제어 시스템은 상기 도면에 번호 (11)로 전체적으로 표시되어 있으며 구동 샤프트 (나타나 있지 않음)에 견고하게 고정된 구동 풀리(12), 제1 및 제2의 종동(從動) 풀리(13a, 13b) 및 톱니형 벨트를 인장시키기 위한 텐셔너(14)를 포함한다.

도 3에 나타낸, 두번째 대안적 양태에 따라서, 번호 (20)은 본 발명에 따르는 톱니형 벨트를 나타내며, 이 톱니형 벨트는 양면에 톱니를 갖고 있으며, 따라서 양면의 톱니를 커버하는 내성 직물을 나타낸다.

톱니형 벨트(20)는 예를 들어, 도 3에 나타낸 타입의 자동차용 타이밍 제어 시스템에 사용될 수 있다. 이 타이밍 제어 시스템은 상기 도면에 번호 (21)로 전체적으로 표시되어 있으며 구동 샤프트 (나타나있지 않음)에 견고하게 고정된 구동 풀리(22), 제1, 제2 풀리 및 제3의 종동 풀리(23a, 23b, 24)를 포함한다.

도 4에 나타낸, 본 발명에 따르는 세번째 양태에 따라서, 본 발명에 따르는 톱니형 벨트(30)를 상기 도면에 번호 (31)로 전체적으로 나타낸 타이밍 제어 시스템에 유리하게 사용할 수 있다. 이러한 타이밍 제어 시스템은 구동 샤프트 (나타나 있지 않음)에 견고하게 고정된 구동 풀리(32), 제1 및 제2의 종동 풀리(33a, 33b), 슈 텐셔너(34) 및 슈(35)를 포함한다.

특히, 본 발명의 톱니형 벨트는 통상적으로 "밸런스 샤프트"로 알려져 있는 구동 시스템에서 사용시 특히 효과적인 것으로 밝혀졌다.

사용시, 각각의 제어 시스템 (11), (21) 및 (31)중 톱니형 벨트(1), (20) 및 (30)은 오일과 직접 접촉하고 있다.

도 2 및 도 4는 본 발명에 따르는 톱니형 벨트가 또한 소위 "캠-투-캠 (cam-to-cam)"에 또는 오일 펌프의 조작을 위하여 사용될 수 있음이 자명하지만, 밸런스 카운터샤프트 (balance countershafts)의 조작과 관련한 제어 시스템을 언급한다. 이들 경우에는, 사용시, 벨트가 오일욕에 부분적으로 침지된다.

또한, 본 발명에 따르는 벨트는 캠의 조작을 위한 메인 구동에 사용될 수 있으며, 또한 디젤 엔진에서 인젝션 펌프의 조작을 위해서도 사용될 수 있다.

본 발명에 따르는 톱니형 벨트중 섬유의 배열이 오일에 대해 효과적인 방벽을 수득할 수 있도록 하며 따라서 톱니형 벨트가 자동차에 사용하기 위하여 수행하는 내구성 시험을 통과할 수 있도록 하여 오일과 접촉하여 사용시 톱니형 벨트의 모든 문제점, 특히 기계적 특성의 감소, 감소된 접착성, 덜 효율적인 메싱 및 약한 내구성을 피할 수 있도록 함이 실험적으로 증명되었다.

또한, 본 발명에 따르는 톱니형 벨트를 사용함으로써, 연료-혼합된 오일과 연속적으로 접촉하는 엔진 블럭 내에서 사용시 벨트의 팽윤 및 확장을 감소시킨다는 것이 증명되었다.

본 발명에 따라서 제조된 톱니형 벨트의 특성 분석으로부터, 상기와 같은 장점이 수득될 수 있음이 자명하다.

특히, 몸체 화합물의 섬유가 내성 인서트에 대해 실질적으로 수직이고 내성 인서트의 축에 의해 구획된 표면에 대해 실질적으로 평행인 방향으로 연장될 때, 놀랍게도, 벨트의 내구성이 추가로 향상되고 톱니형 벨트를 오일과 직접 접촉하거나 오일에 부분적으로 침지된 상태로 고온에서 시스템에 사용시 250,000 km의 벨트 내구성을 시뮬레이션한 내구성 시험을 견딜 수 있는 것으로 밝혀졌다. 동시에, 작동시, 본 발명의 벨트는 또한 높은 속도 및 낮은 속도 모두에서 및 전 범위의 작동 온도에서 낮은 소음 수준을 갖는다.

또한, 본 발명에 따르는 벨트는 팽윤성, 특히 연료-혼합된 오일에서 사용시 팽윤성이 매우 낮다.

일부 양태가 본 발명의 설명 수단으로 개시되었지만, 당해 분야의 숙련가는 섬유의 소재 및 이를 형성하는 소재, 뿐만 아니라 톱니형 벨트의 몸체 화합물 및 기타 성분의 소재에 대해 본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고 개량할 수 있음이 자명하다. 이제, 본 발명에 따르는 톱니형 벨트를 실시예로 설명하고자 하며 이들 실시예에 의해 본 발명이 제한되지 않는다.

실시예

표준 벨트를 시험하였다. 모든 벨트는 니트릴 유니트가 50%인 HNBR로 제조된 몸체 화합물을 포함한다. 몸체 화합물은 텐진사의 1 mm 길이 테크노라(Teijn's 1 mm-long Technora) 섬유의 강화 섬유 20 phr로 강화시킨다.

톱니를 커버하는 직물은 2*2 트윌 형태, 및 위사와 경사로 이루어진 구조를 가지며, 여기서 위사는 코어로서 탄성 스레드 (thread)와, 상기 탄성 스레드에 권취되어 있는 적어도 한쌍의 복합 스레드에 의해 형성된 각각의 위사 스레드로 이루어져 있고, 각각의 복합 스레드는 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드와 상기 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드 상에 권취되어 있는 적어도 1개의 커버링 스레드를 포함한다. 각각의 복합 스레드는 유리하게는 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드와 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드 상에 권취되어 있는 한쌍의 커버링 스레드를 포함한다. 탄성 스레드는 폴리우레탄으로 제조된 것이다. 열적 및 기계적 내성이 큰 스레드는 파라-방향족 폴리아미드로 제조된 것이다. 직물은 니트릴 유니트가 50%인 HNBR 스프레딩 화합물과 EP1157813에 개시된 조성에 따르는 PTFE로 처리한다.

코드는 k 글래스로 제조된 것이다.

표준 벨트와 본 발명에 따르는 벨트 간의 시험에서의 차이점은 몸체 화합물의 섬유의 배향이다. 분명하게도, 몸체 화합물 또는 벨트의 다른 구성요소의 제조를 위하여 상이한 소재를 사용함으로써, 벨트의 최종 확장에 있어서 정량적으로 상이한 결과가 수득될 수 있지만, 놀랍게도, 섬유를 청구항 1에 따라서 배열하는 경우에는, 섬유가 공지된 기술에 따라 배열되는 경우, 즉 풀리 상 벨트의 권취 방향에 대해 종방향으로 배열되는 경우 수득되는 결과에 비해 연료-혼합된 오일의 흡수가 더 낮고, 이에 따라 벨트의 확장이 감소된다.

팽윤의 증명 시험은 2.0 L AUDI FSI 엔진의 카운터샤프트 상에서 3000 rpm으로 100% 부하하여 약 48시간의 시험 시간을 수행한 후, 벨트를 추출하고 이의 확장을 측정하여, 벨트상에 흡수된 연료-혼합된 오일의 양을 측정한다.

사용되는 구동 시스템은 도 7에 나타낸 바와 같으며 여기서 번호 (200)으로 표시되며, 구동 풀리(201), 카운터샤프트 풀리(202), 트랜스미션 풀리(203) 및 톱니형 벨트(204)를 포함한다. 본 구동 시스템은 블럭(205) 내에 배열되며, 추가로 슈 텐셔너(206)와 스페이서 요소(207)를 포함한다.

트랜스미션 시스템을 형성하는 풀리의 톱니의 수를 표 1에 나타낸다.

구동	[n°]	42
제1 카운터샤프트	[n°]	21
제2 카운터샤프트	[n°]	24

벨트는 084ROL100으로 공지되어 있으며 8-mm 간격과 10-mm 폭을 갖는 톱니 84개가 있는 벨트이다.

오일의 온도는, 처음 36시간 동안에는 80 ℃이고, 이후 각 12시간의 시험 기간 동안 120 ℃이다. 연료의 양은 가변적이지만, 어떠한 경우라도 시험 중 일부 단계에서 30%를 넘는다.

놀랍게도, 본 발명에 따르는 톱니형 벨트는 연료-혼합된 오일의 감소된 흡수성에 기이한 팽윤성을 갖지만, 본 발명에 따르는 톱니형 벨트와 공지 기술에 따르는 벨트의 수차례 시험에서 수득한 결과를 비교하는 도 6의 도해로부터 알 수 있는 바와 같이, 기계적 특성은 최적의 상태를 보유하며 공기 중에서의 열적 노화 후에도 양호한 상태를 유지하였다.

사용되는 시험, 또는 구동 시스템, 또는 벨트를 형성하는 다양한 구성요소들과는 독립적으로, 더 낮은 최종 확장이 수득되었다.

그러나, 벨트가 오일과 직접 접촉하거나 오일에 부분적으로 침지된 상태에서 작동하는 구동 시스템에 대한 최적의 결과는 도 6의 경우에서와 같이, 톱니형 벨트가 아크릴로니트릴 유니트를 50% 함유하는 HNBR 몸체 화합물을 추가로 포함하는 경우에 수득되었다.

또한, 이 벨트의 경우, 최적의 결과는 직물을 RFL로 처리하고 이어서 EP1157813에 기재된 것과 같은 2차 처리하였다는 사실로 수득되며, 여기서 아크릴로니트릴 유니트를 50% 함유하는 HNBR이 탄성중합체 물질로 사용된다.

그러므로, 벨트가, 내성 인서트에 대해 실질적으로 수직이고 내성 인서트의 축에 의해 구획되는 표면에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 섬유를 포함하는 몸체 화합물을 갖는다는 사실과 함께, 상기 몸체 화합물을 형성하는 소재와 직물의 특정 조합이 공지의 벨트의 경우보다 본 발명의 벨트의 평균 수명을 더 길게 한다.

Claims (20)

1. 제1 탄성중합체 소재로 만들어진 몸체(2), 직물(5)로 코팅되어 있는 톱니(4) 및 벨트의 몸체에 내장되어 있는 다수의 종방향 내성 인서트(3)를 포함하는 톱니형 벨트(1)에 있어서,
   상기 제1 탄성중합체 소재는 상기 내성 인서트에 대해 실질적으로 수직이고 상기 내성 인서트의 축에 의해 구획된 표면에 대해 실질적으로 평행인 방향으로 연장되는 섬유(6)를 포함하고,
   상기 섬유(6)의 길이 범위가 0.5 mm 내지 2 mm이며, 상기 섬유(6)의 평균 직경 범위는 1 ㎛ 내지 20 ㎛이고,
   상기 톱니형 벨트는 연료가 30% 이상 혼합된 연료와 오일의 혼합물인 연료-혼합된 오일에 부분적으로 침지된 상태로 사용되며,
   상기 섬유(6)는 상기 톱니형 벨트의 배면으로부터 톱니까지 상기 제1 탄성중합체 소재 전체에 걸쳐 분포되어 있는 것을 특징으로 하는 톱니형 벨트(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 섬유(6)가 상기 제1 탄성중합체 소재 중에 1 내지 40 phr 범위의 양으로 존재함을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
3. 제2항에 있어서, 상기 섬유(6)가 상기 제1 탄성중합체 소재 중에 10 내지 30 phr 범위의 양으로 존재함을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
4. 제1항에 있어서, 상기 섬유(6)가 유리 섬유, 탄소 섬유, 폴리아미드 섬유, 아라미드계 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리비닐 아세테이트 섬유, PTFE, 폴리케톤, PBO, PEEK, PPS, 폴리이미드, 면 (cotton) 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
5. 삭제
6. 삭제
7. 제1항에 있어서, 상기 섬유(6)가 접착되어 있는 것임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
8. 제1항에 있어서, 상기 제1 탄성중합체 소재가 디엔 단량체와 니트릴-그룹 함유 단량체로부터 수득되는 것임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
9. 제8항에 있어서, 상기 니트릴 그룹이 34 내지 53 중량% 범위의 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
10. 제8항에 있어서, 상기 니트릴 그룹이 49 내지 51 중량% 범위의 퍼센트로 존재함을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
11. 제1항에 있어서, 상기 제1 탄성중합체 소재가 NBR, HNBR, XHNBR 또는 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
12. 제8항에 있어서, 상기 제1 탄성중합체 소재가 불포화 카복실산 및 불포화 카복실산의 염으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나가 첨가된 중합체를 포함하는 것임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
13. 제12항에 있어서, 상기 불포화 카복실산이 메타크릴산 또는 아크릴산이고 상기 염이 메타크릴산 또는 아크릴산의 아연염임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
14. 제1항에 있어서, 상기 직물이 1차 처리 및 2차 처리한 것임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
15. 제14항에 있어서, 상기 1차 및 2차 처리 중 적어도 하나가 불소화된 소성중합체 (plastomer)를 포함함을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
16. 제15항에 있어서, 상기 2차 처리가 제2 탄성중합체 소재를 포함하며, 상기 제2 탄성중합체 소재는 디엔 단량체 및 니트릴 그룹-함유 단량체로부터 수득되고 니트릴 그룹-함유 단량체가 전체 최종 공중합체에 대해 49 내지 53 중량% 범위의 퍼센트로 존재하는 것인 공중합체 1종 이상의 혼합물을 포함하는 것임을 특징으로 하는 톱니형 벨트.
17. 적어도 1개의 구동 풀리, 종동(從動) 풀리, 제1항 내지 제4항, 제7항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따르는 톱니형 벨트(1), 및 상기 벨트를 오일과 연속하여 접촉하는 상태로 유지시키기 위해 채택된 수단을 포함하는 자동차용 타이밍 제어 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 톱니형 벨트가 엔진 블럭내에 배치되어 있음을 특징으로 하는, 엔진 블럭을 포함하는 자동차용 타이밍 제어 시스템.
19. 삭제
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