KR101919215B1 - 전기 전도성 전동 벨트 - Google Patents

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카라 제이 바이어
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게이츠 코포레이션
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Abstract

벨트(10)는 탄성중합체 벨트 본체(12), 벨트 본체를 보강하는 코드층에 있는 탄소 섬유와 같은 전기 전도성 인장 코드(14), 폴리프로필렌 필름과 같은 전기 전도성 열가소성 재료로 이루어진 외층(18), 및 인장 코드층과 외층 사이에 위치하고, 외층과 인장 코드 간의 전기적 연속성을 제공하는 전기 전도성 직물층(14)으로 구성된다. 전기 전도성 스레드(thread)가 직물로 직조될 수 있으며, 직물의 양 표면에 존재할 수 있고, 외층과 인장 코드 모두와 접촉하여 이들 간의 전기적 연속성을 제공할 수 있다.

Description

전기 전도성 전동 벨트{ELECTRICALLY CONDUCTIVE POWER TRANSMISSION BELT}
본 발명은 일반적으로 전기 전도성 전동(傳動) 벨트에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정전 전도성 타이밍 벨트(static conductive timing belt)에 관한 것이며, 상세하게는 전도성 필름, 직물 및 인장 코드를 지닌 벨트에 관한 것이다.
구동 벨트는 타이밍 어플리케이션뿐만 아니라, 동력 전달, 동작 제어, 운송 어플리케이션을 위해 사용된다. 전동 벨트는 플랫 벨트, 치형 벨트, V-벨트, 멀티-v 리브형 벨트 또는 다른 고유한 프로파일 형태일 수 있다. 전동 벨트는 전기 절연성이고/이거나, 전기 절연재를 포함한다. 종종, 벨트가 정전하를 보유하지 않는 것, 즉 벨트가 대전 방지 특성(anti-static property)을 갖는 것이 바람직하다.
대전 방지 특성은 다양한 기준으로 정의될 수 있고, 일반적으로 다음 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다: 108 Ω 미만의 표면 저항; 109 Ω 미만의 체적 저항; 및 106 Ω/m 미만의 그라운드 블리더 저항(ground bleeder resistance). BS PD CLC/TR 50404:2003, DP EN 13463-1, 및 IEC 60079-0과 같은 표준은 정전기로 인한 위험을 방지하는 데 대한 정보를 제공한다. ASTM D-257는 다양한 고무 물품에 대한 저항 시험을 제공한다. ISO 9563:1990(E) 표준 - 이 표준에 따라 측정했을 때에 신규한 대전 방지 벨트의 저항(Ω 단위)이 6×105 L/w를 넘어서는 안 됨 - 이 타이밍 벨트에 특별히 적용 가능하다. 여기에서, ISO 9563 표준에 부합하는 벨트는, 이 벨트가 신규의 것이든 사용되는 것이든 “전도성”이라고 하겠다. 사용 시, 벨트는 전도성 재료 구성요소의 마모 또는 고장으로 인해 전도성을 급격히 손실할 수 있다.
미국 특허 제8,192,316호는, 비전도성 천연 섬유 또는 합성 폴리머 섬유와 전도성 섬유를 포함하는, 대전 방지, 내마모성 외피 직물을 지닌 탄성중합체 전동 벨트를 개시한다. 전도성 섬유는 은과 같은 전도성 금속 코팅을 지닌 합성 폴리머 섬유이다.
JP 1018410 A는 치형 벨트의 카운터페이터(counterfeiter)를 저지하기 위한 전도성 얀(yarn)의 사용을 개시한다.
미국 특허 제6,770,004호는 풀리와 접촉하는 표면 상에 전기 전도성 열가소성 수지층을 지닌 타이밍 벨트를 개시한다. 상기 개시는, 연장된 사용 수명에 걸쳐 벨트의 전도성이 유지되는 것을 주장하며, 유연성 시험에 기초한 2개의 예를 제공한다. 요구사항이 보다 많은 부하 시험에서의 성능은 보고되지 않았다.
미국 특허 제4,767,389호는, 직물 지지 요소의 스레드(thread)에 있는 전기 전도성 필라멘트나, 직물 지지부와 플라스틱 외피 사이의 전기 전도층에 기인하는 대전 방지 특성을 지닌 플랫형의 플라스틱으로 덮인 직물 벨트를 개시한다. 전도성 필라멘트는 금속 또는 탄소 섬유일 수 있다. 전도층은 그을음 함유 플라스틱(soot-containing plastic)일 수 있다. 플라스틱 외피는 열가소성 폴리우레탄일 수 있다. 미국 특허 제7,328,785호는 전도성 열가소성 수지로 형성된 전도성 치형 풀리를 교시한다. 열가소성 수지는, 내부에 혼합되는 전도성 마이크로섬유, 흑연 또는 카본 블랙의 사용으로 인해 전도성으로 될 수 있다.
미국 특허 제6,228,448호는, 바람직하게는 외측 플라이(ply) 또는 전체 무단 벨트에 약 1014 Ω/sq 미만의 표면 저항을 부여하기에 충분한 양의 카본 블랙으로 도핑되는 전기 전도성 탄성중합체 표면 플라이의 사용을 교시한다.
미국 특허 제5,417,619호는, 전도성 카본 블랙을 주성분으로 하고, 대전 방지 고무 성분으로 함침된 외피 컨버스를 교시한다. 그러한 코팅의 원치 않는 부작용은 사용 중에 대전 방지 효과의 급속한 손실을 초래하는 직물의 내마멸성의 감소이다. 결과적인 마멸된 입자들은 근처 전자 부품이나 전기 부품 또는 시스템에 유해할 수 있다. 미국 특허 제5,351,530호는 전도성 고무 코팅 직물의 마모 상태를 나타내기 위해 상기한 전도성 손실을 이용한다.
요구사항이 많은 부하 어플리케이션에 대해서, 연장된 사용 수명에 걸쳐 전도성을 보유하는 전도성 벨트가 필요하다.
본 발명은, 부하 어플리케이션에서의 벨트의 수명에 걸쳐 전도성을 유지하는 전기 전도성 전동 벨트를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명은 탄성중합체 벨트 본체, 벨트 본체를 보강하는 코드층에 있는 탄소 섬유와 같은 전기 전도성 인장 코드, 폴리프로필렌 필름과 같은 전기 전도성 열가소성 재료로 이루어진 외층, 및 인장 코드층과 외층 사이에 위치하고, 외층과 인장 코드 간의 전기적 연속성을 제공하는 전기 전도성 직물층으로 구성된 벨트에 관한 것이다. 전기 전도성 스레드 또는 필라멘트가 직물 내에 포함될 수 있으며, 직물의 양 표면에 존재할 수 있고, 외층과 인장 코드 모두와 접촉하여 이들 사이에 전기적 연속성을 제공할 수 있다. 전도성 스레드 또는 필라멘트는 직물로 직조되거나, 스티칭되거나, 니들 펀칭되거나, 편직되거나 할 수 있다. 전도성 스레드는, 폴리아미드 상의 은과 같은 전도성 금속 코팅 섬유를 포함할 수 있다. 전도성 스레드는 비전도성 섬유와 묶여, 예정된 간격 또는 중량 비율로 비전도성 스레드와 함께 직물에 직조될 수 있다. 예정된 양의 전도성 스레드는 1 mm 이상 또는 1 내지 10 mm 범위로, 또는 약 3 내지 5 mm의 간격을 가질 수도 있고, 총 직물 중량을 기초로 적어도 1 % 또는 1 % 내지 9 %의 중량 퍼센트일 수 있다. 전도성 스레드 또는 스레드들은 직물의 날실(warp) 또는 씨실(weft) 방향이나 양자 모두의 방향일 수 있다.
다른 실시예에서, 전도성 직물은 전도성 함침 코팅을 지닌 직물일 수 있다.
본 발명은 또한, 전도성 열가소성 필름, 전도성 직물 및 전도성 인장 코드가 전기 접촉하도록 벨트 몰드에 도포되는 전도성 벨트의 제조 방법에 관한 것이다.
전술한 내용은, 후속하는 본 발명의 상세한 설명이 보다 양호하게 이해될 수 있도록, 오히려 본 발명의 피쳐(feature) 및 기술적 장점을 광범위하게 약술하였다. 본 발명의 청구범위의 대상을 형성하는 본 발명의 추가의 피쳐 및 장점은 이후에 설명하겠다. 당업자라면, 개시된 개념 및 특정 실시예는, 본 발명의 동일한 목적을 이행하기 위해 수정하거나 다른 구조를 구성하기 위한 근간으로서 용이하게 활용될 수 있다는 점을 이해해야만 한다. 당업자라면, 그러한 등가의 구성은 첨부된 청구범위에 기술한 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것도 또한 이해해야만 한다. 다른 목적 및 장점과 함께 본 발명의 구성 및 작동 방법 양자 모두에 관하여 본 발명의 특징으로 생각되는 신규한 피쳐들은, 아래의 설명을 첨부도면과 연계하여 고려할 때에 아래의 설명으로부터 양호하게 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 오로지 예시와 설명만을 위해 제공되는 것이지, 본 발명의 한계에 관한 정의로서 의도되는 것이 아니라는 점이 명확히 이해된다.
본 명세서에 포함되어 그 일부를 이루는 첨부 도면 - 유사한 도면부호는 유사한 부분을 가르킴 - 은 본 발명의 실시예를 예시하는 것으로, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 부분 절단 사시도이다.
도 2는 도 1의 실시예의 일부의 부분 확대 단면도이다.
도 3은 극심한 사용 후의 도 1의 벨트의 부분 측면도이다.
도 4는 전도성 직물의 개략도이다.
도 5는 벨트 내구성을 시험하는 데 사용되는 벨트 구동부 레이아웃의 개략도이다.
도 6은 벨트 전도성 시험의 개략도이다.
도 7은 도 5의 벨트 구동부 레이아웃에 대해 시험된 다수의 예 및 비교예의 벨트의 경우의 벨트 수명의 퍼센트에 관한 벨트 전기 저항 대 시간의 그래프이다.
도 8은 도 5의 벨트 구동부 레이아웃에 대해 시험된 다수의 예 및 비교예의 벨트의 경우의 벨트 전기 저항 대 벨트 수명의 퍼센트의 그래프이다.
도 1은, 평편한 이면측(11) 및 랜드(13; land)와 교호하는 치형부(15)를 포함하는 치형부측(17)을 지닌 동기식 벨트(10) 형태의 본 발명의 전도성 벨트의 실시예를 보여준다. 동기식 벨트(10)의 내부 구성은 탄성중합체 본체(12), 내부에 매립된 인장 코드(14), 직물층(16) 및 외층(18)을 포함한다. 인장 코드(14)는 탄소 섬유 또는 금속 와이어와 같은 전기 전도성 재료를 포함한다. 전도성 재료가 적어도 복수 개의 위치에서 코드의 표면에 존재한다면, 인장 코드는 전기 전도성 재료와, 유리, 아라미드, PBO 등과 같은 다른 비전도성 코드 재료의 혼성물일 수 있다. 직물층(16)도 이와 마찬가지로 전도성이다. 외층(18)도 또한 전도성이며, 외층은 벨트에, 적어도 정전하를 소산시키기에 적합한 표면 전도성을 제공하는 전도성 열가소성 필름 또는 전도성 열경화성 코팅일 수 있다. 직물층(16)은 외층과 전도성 인장 코드 사이에 전기적 연속성을 제공한다. 결과적인 전도성 벨트는 단지 그 표면에서만 전도성인 것이 아니고, 또한 단지 그 코드를 통해서만 전도성인 것이 아니라, 코드와 표면 양자 모두에 걸쳐 그리고 직물층을 통해 코드와 표면 사이에서도 전도성이다.
동기식 벨트의 탄성중합체 치형부를 덮는 재료를 "재킷(jacket)"이라고 부르는 것이 통상적이다. 벨트(10)의 전도성 재킷은 이에 따라 전도성 외층(18)과 전도성 직물층(16)의 조합을 포함한다. 이에 따라, 전도성 재킷과 전도성 인장 코드 사이에는 전기적 연속성이 존재한다.
도 2는 도 1의 벨트(10)의 몇몇 피쳐들을 보다 상세히 예시한다. 도 2에서, 인장 코드(14)는 사이에 간격(22)을 지닌 개별 섬유(24)들의 묶음인 것으로 보인다. 본체(12)의 탄성중합체 재료가 어느 정도로 또는 완전히 간격(22) 내로 침투할 수 있다. 대안으로서, 간격들의 일부 또는 전부는, 벨트 본체의 탄성중합체 재료와 다를 수 있는 코드 트리트먼트로 함침될 수 있다. 직물(16)은 날실(26)과 씨실(27)을 포함한다. 도시한 바와 같이, 날실은 일반적으로 벨트의 폭을 가로질러 또는 횡방향으로 연장되는 한편, 씨실은 일반적으로 벨트의 길이를 따라 또는 종방향으로 연장된다. 직물 직조법에 따라, 날실이 종방향 스레드이고, 씨실이 횡방향 스레드일 수도 있고, 직물이 벨트에 대해 소정 각도로 놓일 수도 있다. 씨실(27)은 전도성 섬유(28, 28', 28")를 포함한다. 전도성 섬유(28)는 인장 코드(14)와의 접촉 지점을 예시한다. 전도성 섬유(28')는 인장 코드(14) 또는 외층(18)과의 비접촉 지점을 예시한다. 전도성 섬유(28")는 외층(18)과의 접촉 지점을 예시한다. 주어진 벨트(10)에서는, 직물(16)의 전도성 섬유(28)와 전도성 외층(18) 및 인장 코드(14) 간의 다수의 그러한 접촉부가 있을 것이다. 결과적으로, 벨트의 전도성은 코드, 직물 및 외층을 통과하는 다수의 경로를 통해 형성될 수 있다.
본 발명의 벨트는, 단지 전도성 표면만, 단지 전도성 코드만, 또는 단지 전도성 직물만 갖는 종래의 벨트에 비해 훨씬 우수한 전도성을 나타낸다. 상기한 종래의 벨트는, 전도성 요소가 손상되거나 마모될 때에 전도성을 급속히 손실한다. 사실상, 벨트의 마모 상태 또는 열화 상태를 결정하는 방법으로서 상기한 다른 경우라면 바람직하지 않은 전도성 손실을 사용하는 것이 제안되었다. 그러나, 전도성을 요구하는 여러 어플리케이션에서는, 벨트가 벨트 전체 수명에 걸쳐 전도성을 유지하는 것이 보다 바람직할 것이다. 본 발명은 이러한 목적을 달성한다. 더욱이, 상이한 어플리케이션들은, 벨트의 가용 수명의 종료로 이어지는 상이한 타입의 벨트 손상, 즉 상이한 “고장 모드”를 야기할 수 있다. 치형부 부하가 작고 소직경 풀리를 지닌 동기식 벨트 구동부는, 외층 또는 직물이 매우 마모되기 전에 인장 코드 손상, 즉 인장 코드 고장 모드를 경험할 가능성이 있다. 벨트가 전도성을 위해 전도성 인장 코드에 의존하는 경우, 벨트는 그 수명 동안에 점점 전도성을 손실할 것이다. 다른 한편으로, 온건한 직경의 풀리를 지닌 치형부 부하가 높은 구동부는 재킷 마모 고장 모드 또는 치형부 전단 고장 모드를 나타낼 가능성이 있다. 벨트가 표면 전도성 또는 직물 전도성에 의존하는 경우, 벨트는, 전도성 외층 또는 (경우에 따라) 전도성 직물이 몇몇 부위에 있어서 마모되는 즉시, 전도성을 유지하는 데 실패할 가능성이 있다.
도 3은 벨트의 가용 수명의 종료 시 또는 가용 수명에 근접하여 심각하게 마모된 상태의 도 1의 벨트(10)의 예를 보여준다. 도 3에서는, 전도성 외층(18)이 단지 치형부(17)의 팁 상에만 온전한 상태로 남아 있다. 전도성 외층은 치형부 플랭크(47)와 랜드(13)에서는 마모되었다. 더욱이, 전도성 직물(16)은 치형부의 근부(根部)에서 크랙(45)에 의해 파손되었다. 그럼에도 불구하고, 상기한 마모 상태인 본 발명의 시험 벨트는, 적어도 랜드(13) 영역에서 외면으로서 남아 있는 것으로부터 남아 있는 직물(16)을 통해 인장 코드(14)까지 제공되는 전도성 경로를 통해 여전히 전도성이다.
대전 방지의 내마모성 직물은 씨실 및 날실 얀이나 스레드로 직조되거나, 편직되거나, 부직(不織)될 수 있다. 평직, 능직 등과 같은 임의의 적절한 직조물 또는 편직물이 직물(16)을 위해 사용될 수 있다. 도 4는 직물(16)에 대한 한 가지 가능한 구성, 즉 7개 이상에 한 개씩의 전도성 스레드(29)를 갖는 날실(26)과, 6개에 한 개씩의 전도성 스레드(30)를 갖는 씨실(27)을 지닌 2×2 능직을 예시한다. 전도성 스레드는 씨실에만, 날실에만 또는 씨실과 날씰 모두에 직조될 수 있다. 대안으로서, 전도성 스레드 또는 필라멘트는 직물에 스티칭되거나, 니들 펀칭되거나, 편직되거나 할 수 있다. 전도성 스레드(들)의 간격은 소망하는 전도성을 제공하도록 미리 정해질 수 있다. 예정된 간격은, 예컨대 1 내지 10 mm, 바람직하게는 약 3 내지 약 5 mm 범위일 수 있다. 전도성 스레드는 전도성 섬유로 이루어진 모노필라멘트, 전도성 섬유로 이루어진 필라멘트의 묶음, 전도성 모노필라멘트나 섬유와 비전도성 섬유 또는 필라멘트의 혼합 묶음일 수 있다. 전도성 스레드는 임의의 적절한 방식으로 구성될 수 있는데, 예컨대 트위스트형이거나, 케이블형이거나, 권취(wrapping)형이거나, 텍스쳐형 등일 수 있다. 바람직하게는, 전도성 스레드의 전도성 재료는 스레드의 표면에 그리고 이에 따라 결과적인 직물의 표면에 존재하여, 벨트의 다른 구성요소와의 전기적 연속성을 형성한다. 예컨대, 전도성 스레드는 비전도성 코어가 전도성 필라멘트나 스레드로 둘러싸인 코어-인서트 구성일 수 있다. 금속 코팅 전도성 섬유로 이루어진 베이스 섬유뿐만 아니라 비전도성 폴리머 섬유는, 폴리에스터, 나일론 또는 폴리아미드(“PA”), 아크릴, 면, 레이온, 아라미드와 같은 임의의 소망하는 천연 또는 합성 섬유일 수 있다. 섬유는 텍스쳐형, 트위스트형, 혼합형 등일 수 있다. 혼성, 복합 또는 혼합형 스레드는 무작위 섬유 혼합물일 수도 있고, 다양한 타입의 트위스트형 또는 케이블형 얀이나 스레드일 수도 있으며, 랩핑형 또는 코어-외피 얀과 같이 구조화될 수도 있다. 바람직한 비전도성 섬유와 전도성 섬유를 위한 베이스 섬유는 PA-66을 포함하는 폴리에스터 및 폴리아미드이다. 전도성 섬유는 금속 코팅 섬유나 필라멘트, 탄소 섬유, 금속 섬유 등일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 전도성 섬유는 직물의 총 중량의 약 1 % 내지 약 9 %를 구성할 수 있다. 다른 실시예에서, 직물은 약 3 % 내지 약 6 %가 전도성 섬유이고, 나머지가 비전도성 섬유들의 조합일 수 있다. 직물은 설명한 바와 같이 전도성 스레드의 예정된 간격과 중량 퍼센트를 가질 수 있다. 전도성 직물 내의 전도성 섬유 또는 스레드의 예정된 양은 직물 가격 및/또는 특성을 최적화하도록 선택될 수 있다. 전도성 스레드를 벨트에 사용되는 기존의 직물 구성에 첨가할 때에 전도성 스레드의 양을 제한할 수 있는 한가지 이유는 제품의 부하 용량이나 내구성 또는 다른 특성에 대한 가능한 부정적인 영향을 최소화하려는 것이다. 직물은 전체가 전도성 스레드로 형성될 수 있지만, 이것은 비용을 터무니 없이 비싸게 할 가능성이 있고, 여기에서 설명하는 정전 전도성(static conductivity) 레벨을 달성하는 데 불필요하다.
도 4와 같은 전도성 직물에 대한 대안으로서, 직물에 스며들어 직물 전반에 걸쳐 연속성을 제공하는 전도성 RFL 딥(dip), 또는 전도성 고무 시멘트, 또는 전도성 고무 스킴이나 마찰층, 또는 다른 전도성 코팅(들)과 같은 하나 이상의 적절한 전도성 코팅 또는 트리트먼트를 도포하는 것에 의해 임의의 적절한 비전도성 직물이 전도성으로 될 수 있다. RFL, 고무 시멘트 또는 다른 코팅은, 전도성 카본 블랙, 흑연, 금속 입자나 섬유, 또는, 예컨대 탄소 나노튜브를 포함하는 탄소 섬유 등과 같은 전도성 첨가제의 사용에 의해 전도성으로 될 수 있다.
외층은, 직물에 적층될 수 있는 전도성 열가소성 필름일 수 있다. 적절한 재료의 예로는, 코폴리머를 포함하여, 폴레에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에스터, 혼합물 등이 있다. 열가소성 필름은, 전도성 카본 블랙, 흑연, 금속 입자나 섬유, 예컨대 탄소 나노튜브를 포함하는 탄소 섬유 등과 같은 전도성 첨가제의 사용에 의해 전도성으로 될 수 있다. 바람직한 열가소성 필름은 전도성 카본 블랙을 함유하는 폴리프로필렌이다. 폴리프로필렌 필름은 폴리프로필렌 호모폴리머 또는 폴리프로필렌 코폴리머일 수 있다. 코폴리머는, 프로필렌이 주성분이거나 에틸렌이 약 10 % 미만인 폴리(프로필렌-에틸렌)일 수 있다. 적층 프로세스 중에, 전도성 필름은 연화 또는 용융되어, 전도성 직물 내로 다소 스며들게 될 수 있으므로, 전도성 직물과의 전기적 연속성을 보장하는 기계적 인터로킹과 강건한 기계적 및/또는 화학접 결합을 형성할 수 있다.
외층은 대안으로서 직물에 적층되거나 도포되는 열경화성 필름일 수 있다. 열경화성 수지는, 전도성 첨가제에 의해 전도성으로 될 수 있는 고무 성분, 교차 결합형 열가소성 수지, 폴리우레탄, 에폭시 등일 수 있다.
탄성중합체 본체 재료는, 니트릴(NBR 또는 HNBR), 스티렌-부타디엔(SBR), 클로로프렌(CR), 에틸렌-프로필렌(EPM 또는 EPDM), 고무 혼합물 등과 같은 가황 고무 성분이나, 열가소성 탄성중합체 성분이나 주조 폴리우레탄 성분을 포함하는 임의의 적절한 탄성중합체 성분일 수 있다. 본체 재료는 전도성일 수 있지반, 반드시 그럴 필요는 없다. 주조 폴리우레탄 벨트에 있어서, 직물과 코드는 미처리되고, 주조 공정 중에 폴리우레탄 제제에 의한 침투에 적어도 부분적으로 개방되는 것이 바람직하다. 이러한 침투는 (존재하는 임의의 화학적 결합에 더하여) 양호한 기계적 접착을 달성하여, 벨트 구성요소들 모두를 함께 접합한다. 전도성 딥 및/또는 업코트(upcoat)로 처리된 직물에 있어서, 모든 구성요소들 간의 양호한 접착을 얻기란 더욱 어려울 수 있고, 화학적 접착에만 의존할 수 있다.
임의의 적절한 벨트 제조 방법이 사용될 수 있다. 주조 폴리우레탄 타이밍 벨트는, 예컨대 미국 특허 제5,231,159호, 제5,807,194호, 및 제6,964,626호 - 참조에 의해 본 명세서에 포함됨 - 에 설명된 바와 같이 형성될 수 있다. 이 방법에서, 전도성 외층이 전도성 직물에 적층되어 전도성 재킷을 형성할 수 있다. 재킷은 홈 형성 몰드 주위에 배치될 수 있고, 탄소 인장 코드가 재킷 상에 나선형으로 권취된다. 몰드가 우레탄 재료로 충전되는 쉘과 공동 내에 배치될 수 있으므로, 우레탄 재료가 경화되기 전에 인장 코드와 직물에 침투하게 된다. 경화된 벨트 슬래브(slab)는 개별 벨트들로 절단될 수 있다. 벨트 형성 중에 이루어지는 직물과 인장 코드 간의 접촉이 이에 따라 최종 벨트에서 유지된다.
가황 고무 벨트는, 예컨대 미국 특허 제6,695,733호 및/또는 이 미국 특허에 인용된 특허들 - 참조에 의해 본 명세서에 그 내용이 포함됨 - 에 설명된 바와 같이 형성될 수 있다. 고무 성분의 높은 점성으로 인해, 직물과 인장 코드는 일반적으로 다양한 딥 또는 고무 시멘트로 예처리된다. 바람직하게는, 트리트먼트는, 표면과 인장 코드 간의 연속성이 유지되도록 하는 전도성 재료이다. 전도성 외층은, 전도성 코팅 또는 딥에 의한 처리 이전에 또는 그 이후에 직물에 적층될 수 있다. 딥 트리트먼트(들)가 적절한 적도성이 있으면, 직물은 전도성 스레드를 필요로 하지 않을 수 있다. 적층은 적절한 접착제를 포함할 수 있다.
길이가 긴 열가소성 벨트류가, 예컨대 미국 특허 제8,668,799호 - 참조에 의해 그 내용이 본 명세서에 포함됨 - 에 설명된 바와 같이 형성될 수 있다. 벨트류는 소망하는 길이로 절단될 수 있고, 단부들이 결합되어 무단 벨트를 형성할 수 있다. 벨트류는, 여기에서 설명한 바와 같이 외면 재료로부터 전도성 인장 코드까지 전기적 연속성을 형성하는 것에 의해 전도성으로 형성될 수 있다.
아래의 예에서, 본 발명의 예는 “예”로 나타내고, 비교예는 “비교예”로 나타낸다. 벨트를 도 5에 개략적으로 도시한 내구성 시험 구동부 상에 배치하였다. 내구성 시험은, 벨트(10)가 실온에서 24 홈 풀리(56, 58) - 예정된 부하 및 장력으로 2000 RPM으로 구동됨 - 둘레에서 견인되는 것으로 도시되어 있다. 선택된 장력과 HP는 인장비(tension ratio), T1/T2(느슨한 측 장력에 대한 팽팽한 측 장력)를 초래한다. 도 6에 개략적으로 도시한 저항 장치(60)를 사용하여 전기 저항에 대해 벨트를 시험 - ISO 9563: 1990(E), 제1 판, 08-15-1990, (이후 "ISO 9563")에 기초함 - 하였다. 도 6에서, 벨트(10)의 저항은, 벨트의 치형부 측 상에 2개의 컨택트(62a, 62b)를 배치하는 것에 의해 측정된다. 컨택트들은, 각각 벨트의 3개의 치형부(17)와 2개의 랜드(13)를 덮도록 윤곽 형성된다. 2개의 리드(63a, 63b)는 전극들을 절연 시험 미터(insulation test meter)에 접속시킨다. 스페이스 핸들(65)이 2개의 컨택트를 거리 L만큼 이격된 상태로 유지하며, 상기 거리는 컨택트들 사이에 6개의 치형부(17)와 7개의 랜드(13)를 제공하도록 설정된다. ISO 9563은 벨트와 전극 사이에서 전도성 유체를 사용할 것과, 강성 절연면 상에서 응력 없이 벨트의 이면측(11)을 지지할 것을 요구한다. 그러나, 내구성 시험에 대해서는 벨트의 전체 수명에 걸쳐 벨트의 저항을 따를 것이 요망되기 때문에, 도 5의 내구성 시험 시에 벨트를 인장 상태로 이면측(11)이 공기 중에 놓이도록 하여, 시험을 수행하였다. 실험에 의해서는 우선, 강성 지지부 없이 그리고 전도성 유체의 사용 없이도 반복 가능한 측정이 사실상 가능하다는 것이 확인되었다. ISO 9563에 따르면, 정전 전도성이라고도 또한 알려진 대전 방지 무단 동기식 벨트(이후에는 “전도성” 벨트라고 칭함)는 0.6 · L/w를 초과해서는 안 되며, 여기에서 L은 도 6에 도시한 거리이고, w는 벨트의 폭이다. 이에 따라, 저항 측정치 R은 상이한 폭 및 피치의 벨트에 대해 정규화될 수 있고, 전도성 벨트에 대한 요건은 Rw /L < 0.6 ΜΩ으로서 정정될 수 있다.
이러한 첫번째 시리즈의 예들에서는, 3개의 상이한 폴리우레탄 동기식 벨트 구성을 비교하였다. 3개의 벨트 구성 모두는 주조 비전도성 폴리우레탄 본체로 형성되었고, 8-mm 피치, Gates GT® 치형부 프로파일, 16-mm 폭 및 140개 치형부를 갖는다. 전술한 적층 및 우레탄 주조 공정이 사용되었다. 비교예 1은 아라미드 섬유로 이루어진 비전도성 인장 코드, 비전도성 나일론 직물 및 외층으로서 전도성 폴리에틸렌 열가소성 필름을 포함하였다. 비교예 2는 다른 비전도성 씨실 스레드들 사이에 전도성 씨실 스레드가 대략 매 4 mm 간격으로 있는 나일론으로 이루어진 전도성 직물을 갖는다는 점을 제외하고는, 비교예 1과 같이 구성되었다. 예 3은, 아마리드 대신에 전도성 탄소 섬유 인장 코드가 사용된다는 점을 제외하고는, 비교예 2와 같이 구성되었다. 이에 따라, 예 3은 적어도 벨트의 랜드 영역에서 외층으로부터 전도성 인장 코드까지 전도성 경로를 제공한다. 이들 구성은 시험 결과와 함께 표 1에 요약된다. 벨트는 내구성 시험 시에 10 HP 부하와 8의 인장비로 작동되었으며, 주기적인 저항 측정이 도 7에 그래프로 도시된 바와 같이 이루어졌다. 저항이 전도성 벨트에 대한 ISO 9563 최대치(2.1 ΜΩ)를 초과하는 시기가, 총 시험 시간 및 시험 중단 원인과 함께 표 1에 보고된다. 비교예의 벨트 모두는, 시험 중인 벨트 수명(아라미드 코드의 경우 약 378 시간)에 이르기 한참 전에 전도성을 손실한다. 본 발명의 벨트는 전도성을 전혀 손실하지 않았으며, 시험은 515 시간만에 중단되었다. 보다 높은 본 발명의 벨트가 보다 높은 부하에서 시험될 필요가 있기 때문에, 벨트 수명은 제한된 시험 자원에 대해서 보다 실용적인 범위일 것이다.
두번째 시리즈의 예에서, 본 발명의 벨트는 19 HP에서 내구성 시험되었다. 추가로, 현재 시장에서 입수 가능하며, 전도성인 것으로 선전되는 다양한 비교예가 내구성 시험되었다. 폴리우레탄 구성인 본 발명의 예는 비교예의 고무 벨트보다 훨씬 더 높은 부하 용량의 것이다. 따라서, 고무 벨트에 대한 시험 조건은 최대 약 150 시간 범위의 벨트 수명을 부여하도록 선택되었다. 비교예의 벨트는 상이한 폭을 갖기 때문에, 정규화 저항 Rw /L가 측정치를 비교하는 데 사용되었다. 벨트와 그 내구성 및 전도성 결과가 표 2에 열거된다. 도 8은 벨트 수명에 걸친 정규화 저항 측정치 대 측정 시기의 총 벨트 수명의 퍼센트를 보여준다. 동일한 구성의 다수의 벨트를 시험할 때, 예의 개수는 동일하게 유지되었고, 각각의 반복에 대해 문자 기호를 사용하였다.
비교예 1 비교예 2 예 3
인장 코드 아라미드 섬유 아라미드 섬유 탄소 섬유
나일론 직물 비전도성 전도성 전도성
폴리프로필렌 외층 전도성 전도성 전도성
내구성 시험 시간(시간) 149.8 378 515.9
시험 중단 원인 전도성 손실 인장 코드 파손 시험을 너무 오래함
전도성 시간(시간) 79 303 전도성 손실 없음
초기 저항(MΩ) 0.034 0.01 < 0.004
최종 저항(MΩ) 332 330 0.012
두번째 시리즈에서의 비교예의 벨트 모두는 고무 동기식 벨트이다. 비교예 4는 직물 상에서 전도성 딥을 사용하는 것에 의해 정전 전도성으로 형성되는 고무 벨트이다. 직물 자체는 비전도성 나일론으로 형성된다. 종래의 고무는 약간의 전도성 레벨을 가질 수 있지만, 대전 방지 벨트에 대한 ISO 9563 요건을 충족하기 위해 저항이 너무 높을 것이다. 추가로, 비교예 4는 비전도성 섬유유리 인장 코드를 갖는다. 도 8에 도시한 바와 같이, 비교예 4는 시험이 시작되기 전에 초기에 ISO 9563 상세를 충족하지만, 몇 시간의 시험 후에는 아마도 치형부 표면 상의 마모 또는 전도성 딥의 손상으로 인해 전도성을 손실한다. 이에 따라, 벨트의 가용 수명의 종료 한참 전에 전도성이 손실된다.
비교예 5 및 6은 유사한 구성을 갖지만, 비교예 6은 벨트의 치형부 측 상에 전도성 폴리에틸렌 필름을 가질 뿐만 아니라 이면측 전도성 폴리에틸렌 필름을 갖는 것으로 생각된다. 이들 2개의 구성은 미국 특허 제6,770,004호의 교시에 따라 구성되는 것으로 생각된다. 상기 미국 특허에서의 벨트는 전도성 폴리에틸렌 표면층을 통해서만 전도성을 갖지만, 벨트 수명 동안에 전도성을 나타내는 것으로 보고되었다. 그러나, ‘004 특허에서의 벨트는 부하 시험이 아니라, 단지 유연성 시험에 대해서만 시험되었다. 유연성 시험은 대체로 재킷 전에 인장 코드를 손상시킬 가능성이 있으며, 치형부 전단에 실패할 가능성이 전혀 없다. 그러나, 대부분이 아니라면 많은 어플리케이션은 벨트가 어느 정도 부하를 지탱할 것을 요구한다. 부하 시험은 치형부 전단, 재킷 마모 등에 실패할 가능성이 있을 수 있다. 비교예 5 및 6에 대한 내구성 시험 결과는, 부하 시험 시에 전도성은 벨트 수명 끝까지 가지 않는다는 것을 보여준다. 예 7의 본 발명의 벨트는 탄소 섬유 전도성 인장 부재와 함께 전도성 직물 치형부 상의 전도성 폴리프로필렌 표면을 포함한다. 예 7의 벨트는 치형 표면과 인장 부재 간의 전기적 연속성을 나타낸다. 예 7의 본 발명의 벨트는 시험된 벨트들 중 임의의 벨트의 시초부터 최저 저항을 가질 뿐만 아니라, 전도성을 거의 손실하는 일 없이 부하-수명 내구성 시험의 종료에 수월하게 도달한다. 이들 벨트는 도 3에 예시한 지점까지 마모될 때에도 전도성을 유지한다.
이에 따라, 모두 전기 접속된 전도성 외층과 전도성 직물 및 전도성 코드의 조합은 벨트가 혹독한 어플리케이션에서 종래의 벨트보다 훨씬 오랫 동안 전도성을 유지하는 데 기여한다.
비교예 4 비교예 5 비교예 6 예 7
외층 전도성 딥 전도성
PE		 전도성
폴리에틸렌1 		전도성
폴리프로필렌
직물 종래의 나일론 나일론 종래의 나일론 전도성 나일론
코드 섬유유리 아라미드 아라미드 탄소 섬유
본체 종래의 고무 고무 종래의 고무 주조 폴리우레탄
시험 ID 4a 4b 4c 5 6a 6b 6c 6d 7a 7b 7c
폭(mm) 20 20 16 16 20 20 20 20 16 16 16
T1/T2 8 2.5 8 8 8 2.5 2.5 2.8 8 8 8
부하(HP) 11 10 10 10 11 7.5 9 9 19 19 19
벨트 수명(시간) 35 150 8.4 161 241 18 27 22 164 90 153
전도성 수명(벨트 수명의 %) 1 3 50 86 10 19 35 75 100 100 100
1이 벨트는 이면측 상에 전도성 PE 필름을 갖는 것으로 생각됨.
본 발명과 그 장점을 상세히 설명하였지만, 첨부된 청구범위에 의해 규정된 본 발명의 범위로부터 벗어나는 일 없이 여기에서는 다양한 변경, 대체 및 개조가 이루어질 수 있다는 것을 이해해야만 한다. 더욱이, 본 출원의 범위는 본 명세서에서 설명된 공정, 기계, 제조, 재료 성분, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자라면, 본 발명의 개시로부터, 여기에서 설명한 대응하는 실시예와 거의 동일한 기능을 수행하거나 거의 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하거나 차후에 개발될 공정, 기계, 제조, 재료 성분, 수단, 방법 또는 단계가 본 발명에 따라 활용될 수 있다는 것을 쉽게 이해할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 상기한 공정, 기계, 제조, 재료 성분, 수단, 방법 또는 단계를 그 범위 내에 포함하는 것으로 의도된다. 여기에 개시된 본 발명은 여기에 특별히 개시되지 않은 임의의 요소의 부재 시에도 적절히 실시될 수 있다.

Claims (19)

  1. 벨트로서,
    탄성중합체 벨트 본체,
    벨트 본체를 보강하는 인장 코드층에 있는 전기 전도성 인장 코드,
    전기 전도성 열가소성 재료로 이루어진 외층, 및
    인장 코드층과 외층 사이에 위치하고 외층과 인장 코드 간의 전기적 연속성을 제공하는 전기 전도성 직물층
    을 포함하는 벨트.
  2. 제1항에 있어서, 전기 전도성 직물층은 전기 전도성 스레드(thread)를 포함하는 직물을 포함하고, 스레드는 직물의 양 표면에 존재하고, 외층 및 인장 코드 양자 모두와 접촉하여, 외층과 인장 코드 간의 전기적 연속성을 제공하는 것인 벨트.
  3. 제1항에 있어서, 전기 전도성 직물층은 직물과, 직물의 양 표면에 존재하고 외층과 인장 코드 양자 모두와 접촉하여 외층과 인장 코드 간의 전기적 연속성을 제공하는 전도성 함침 코팅을 포함하는 것인 벨트.
  4. 제2항에 있어서, 탄성중합체 벨트 본체는 폴리우레탄을 포함하는 것인 벨트.
  5. 제4항에 있어서, 인장 코드는 탄소 섬유를 포함하는 것인 벨트.
  6. 제2항에 있어서, 전도성 스레드는 전도성 금속 코팅 섬유를 포함하는 것인 벨트.
  7. 제6항에 있어서, 금속 코팅은 은을 포함하는 것인 벨트.
  8. 제6항에 있어서, 금속 코팅 섬유는 은 코팅 폴리아미드 섬유인 것인 벨트.
  9. 제2항에 있어서, 전도성 스레드는 비전도성 섬유와 묶이고, 예정된 간격으로 비전도성 스레드와 함께 직물로 직조되는 것인 벨트.
  10. 제2항에 있어서, 전도성 스레드는 비전도성 스레드 주위에 권취되고, 예정된 간격으로 다른 비전도성 스레드와 함께 직물로 직조되는 것인 벨트.
  11. 제9항에 있어서, 예정된 간격은 1 내지 10 mm 범위인 것인 벨트.
  12. 제11항에 있어서, 전도성 스레드는, 실질적으로 벨트의 종방향으로 배향되는 직물의 씨실 방향으로 연장되는 것인 벨트.
  13. 제1항에 있어서, 전도성 스레드의 개수는 씨실에 있는 총 스레드 개수의 10 %인 것인 벨트.
  14. 제1항에 있어서, 전도성 스레드는 총 직물 중량의 1 % 내지 9 %를 구성하는 것인 벨트.
  15. 제1항에 있어서, 전기 전도성 열가소성 재료는 폴리에틸렌을 포함하는 것인 벨트.
  16. 제1항에 있어서, 전기 전도성 열가소성 재료는 폴리프로필렌을 포함하는 것인 벨트.
  17. 전도성 벨트 제조 방법으로서,
    벨트 몰드에, 전도성 열가소성 필름, 전도성 직물 및 전도성 인장 코드층을 도포하는 것을 포함하고, 전도성 직물은 전도성 열가소성 필름과 전도성 인장 코드층 사이에 위치하고 전도성 열가소성 필름 및 전도성 인장 코드층과 접촉하여, 전도성 열가소성 필름과 전도성 인장 코드층 간의 전기적 연속성을 제공하는 것인 전도성 벨트 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 벨트 본체를 형성하고, 전도성 직물과 인장 코드의 적어도 일부에 침투하는 주조 폴리우레탄 성분을 도입하는 것을 더 포함하는 전도성 벨트 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서, 전도성 열가소성 필름과 전도성 직물은, 벨트 몰드에 도포되기 전에 함께 적층되는 것인 전도성 벨트 제조 방법.
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