KR101927274B1

KR101927274B1 - 전동 벨트

Info

Publication number: KR101927274B1
Application number: KR1020137006010A
Authority: KR
Inventors: 미쓰히로 야마다; 게이지 사카모토; 신지 우치가시마
Original assignee: 게이츠 유닛타 아시아 가부시키가이샤
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2018-12-10
Also published as: JP5885240B2; CN103403389A; EP2784346A4; PL2784346T3; CN103403389B; EP2784346A1; EP2784346B1; BR112014012264A2; JP2013108564A; CA2856274C; US20140287862A1; ZA201403645B; KR20140093599A; WO2013077004A1; BR112014012264B1; MX2014006006A; CA2856274A1; RU2014125256A; IL232602A; US9140329B2

Abstract

심선(心線)이나, 범포(帆布) 또는 단섬유(短纖維)에 대한 박리 강도를 높이면서, 고무 자체의 강도도 향상시킴으로써, 벨트의 내구성(耐久性)을 양호하게 한다. 톱니형 벨트(toothed belt)(10)는, 한쪽 면 측에 설치된 톱니 고무(11)와, 다른쪽 면 측에 설치된 배킹 고무(backing rubber)(12)에 의해 일체적으로 형성된 벨트 본체(13)와, 톱니 고무(11)와 배킹 고무(12)와의 경계 부분에 있어서, 스파이럴형으로 감겨져 벨트의 길이 방향으로 연장되어 매설되는 심선(14)을 구비한다. 톱니 고무(11)의 표면, 즉 벨트 본체(13)의 한쪽 면에는, 톱니 고무(11)를 피복하는 톱니형 직물(齒布; facing fabric)(20)가 접착된다. 톱니 고무(11)는, HNBR 등의 고무와 레조르시놀과 멜라민 화합물과 실리카 등을 포함하는 고무 조성물을 가류(加硫) 성형하여 얻은 것이다.

Description

전동 벨트{POWER TRANSMISSION BELT}

본 발명은, 전동(轉動) 벨트에 관한 것이며, 특히 고온, 고부하 환경 하에서 사용되는 톱니형 벨트(toothed belt)에 관한 것이다.

자동차의 내연 기관 등에 있어서는, 동력 전달을 위해 톱니형 벨트가 널리 사용되고 있다. 최근, 톱니형 벨트는, 엔진의 컴팩트화 등에 의해, 사용 환경의 고온화나 세폭화가 진행되어, 고온·고부하 환경 하에서 사용되는 경우가 많아지고 있다. 종래, 톱니형 벨트는, 고부하 환경 하에서의 내구성(耐久性)이 양호해지도록, 예를 들면, 톱니 고무에 단섬유(短纖維) 등이 배합되고, 또한 이른바 미리 성형 기술에 의해 비교적 고(高)모듈러스의 고무가 톱니 고무에 사용된다.

또한, 톱니형 벨트는, 고온 환경 하에서는, 톱니의 변형량이 커지고, 내부 발열량도 커지므로, 열 열화(劣化)되기 쉬워지는 동시에, 톱니원 부분(tooth root portion)의 고무나 범포(帆布)가 반복되어 크게 신장되어, 크랙(crack)이 생기기 쉬워진다. 종래, 크랙 방지 등을 목적으로 하여, 범포, 단섬유, 심선(心線) 등은, RFL(resorcinol formaldehyde latex)이나 고무풀 등에 의해 표면 처리가 행해지고, 고무와 이들 부재와의 접착력이 높여져 있다.

또한, 예를 들면, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, V 리브드 벨트(V ribbed belt)에 있어서는, 심선과, 심선을 내부에 매설하는 접착 고무와의 접착력을 높이기 위해, 레조르신 포르말린 수지 또는 멜라민 수지가 접착 고무에 배합되는 구성도 알려져 있다.

일본공개특허 제2008-261489호 공보

그런데, 시장의 내구성에 대한 요구 레벨은, 최근 높아지고 있고, 그러므로, 고강도의 고무나 단섬유를 사용하고, 또한 각종 부재를 RFL이나 고무풀에 의해 표면 처리한 것만으로는, 내구성을 요구 레벨까지 높이는 것이 어렵게 되어 있다. 또한, 톱니 고무를 고모듈러스로 하면, 범포나 단섬유와의 접착성이나, 고온 하에서의 고무 강도가 저하되기 쉬운 경향이 있다. 또한, 특허 문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 레조르신 포르말린 수지 또는 멜라민 수지를 접착 고무에 배합하면, 접착력을 향상시킬 수는 있지만, 고무 자체의 인렬(引裂) 강도 등이 낮아져, 톱니가 부러지거나(tooth shear) 크랙 등이 생기기 쉽게 되는 경우가 있다.

그래서, 본 발명은, 고온 환경 하에서도, 인렬 강도 등을 향상시켜 고무 자체의 강도를 양호하게 하면서, 고무와 각종 부재의 접착력을 향상시킴으로써, 고부하·고온 환경 하에서 사용되는 벨트의 내구성을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 전동 벨트는, 고무와 레조르시놀과 멜라민 화합물을 포함하는 고무 조성물이 가류(加硫)되어 성형된 고무부를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 고무부는, 통상, 심선 또는 범포에 접착되거나, 또는 내부에 단섬유가 매설되는 것이다. 여기서, 고무부는, 아라미드(aramid) 단섬유가 내부에 매설되어 있던 쪽이 양호하다. 또한, 고무는, 수소 첨가 니트릴 고무를 포함하고 있던 쪽이 양호하다. 또한, 고무 조성물은 실리카를 더 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 심선, 범포, 및 단섬유 중 적어도 어느 하나는, RFL 처리가 행해지고, 그 표면에 RFL 성분이 부착되어 있는 것이 바람직하다.

전동 벨트는, 톱니 고무를 구비하는 톱니형 벨트인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 고무부는, 톱니 고무 중 적어도 일부를 구성하는 것이 바람직하다. 또한, 멜라민 화합물로서는, 헥사 메톡시 메틸올 멜라민 화합물이 바람직하게 사용된다. 그리고, 헥사 메톡시 메틸올 멜라민 화합물은, 예를 들면, 헥사 메톡시 메틸올 멜라민, 그 부분 축합물인 올리고머, 또는 이들의 혼합물이다.

톱니형 벨트는, 예를 들면, 심선과, 심선을 경계로 한쪽 면 측에 배치되는 톱니 고무와, 다른쪽 면 측에 배치되는 배킹 고무(backing rubber)와, 톱니 고무의 상기 한쪽 면 측을 피복하는 톱니형 직물(齒布; facing fabric)을 구비한다. 이 경우, 톱니 고무 중, 적어도 한쪽 면 측의 부분은, 상기 고무부로 형성되는 동시에 톱니형 직물은 그 고무부에 접착되어 있다

본 발명에 관한 전동 벨트의 제조 방법은, 고무와 레조르시놀과 멜라민 화합물을 포함하는 고무 조성물을 가류하여, 전동 벨트 중 적어도 일부를 구성하는 고무부를 성형하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서는, 고무 조성물에 소정의 내첨형(內添型) 접착제를 배합하는 것에 의해, 심선, 범포 또는 단섬유 등에 대한 고무의 접착 강도를 높이면서, 고무 자체의 강도도 향상시켜, 벨트의 내구성을 개선할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 관한 톱니형 벨트의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시형태에 관한 톱니형 벨트의 제조 방법을 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 톱니형 벨트의 단면도이다.
도 4는 고부하 내구성 시험에서의 레이아웃(layout)을 나타낸다.
도 5는 고부하 내구성 시험의 결과를 나타낸 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 있어서의 톱니형 벨트를 나타낸다. 톱니형 벨트(10)는, 무단상(無端狀)으로 형성되어, 예를 들면, 내연 기관 등에 있어서, 종동(從動) 및 원동(原動) 풀리(pully)(도시하지 않음)에 걸어돌려져 사용되는 것이다. 톱니형 벨트(10)는, 원동 풀리의 토크(구동력)를, 맞물림 전동에 의해 종동 풀리에 전동시키는 타이밍 벨트이다.

톱니형 벨트(1O)는, 한쪽 면 측에 설치된 톱니 고무(11)와, 다른쪽 면 측에 설치된 배킹 고무(12)에 의해 일체적으로 형성된 벨트 본체(13)와, 톱니 고무(11)와 배킹 고무(12)와의 경계 부분에 있어서, 스파이럴형으로 감겨져 벨트의 길이 방향을 따라 연장되어 매설되는 심선(14)을 구비한다. 심선(14)은, 톱니 고무(11) 및 배킹 고무(12)에 접착된다.

톱니 고무(11)는, 벨트 본체(13)의 한쪽 면 측에, 벨트의 길이 방향을 따라 톱니부(15)와 톱니 바닥부(16)를 교호적(交互的)으로 형성하는 것이다. 톱니 고무(11)의 표면[즉, 벨트 본체(13)의 한쪽 면]에는, 톱니 고무(11)[톱니부(15) 및 톱니 바닥부(16)]를 피복하는 톱니형 직물(범포)(20)이 접착된다.

톱니 고무(11)에는, 나일론 섬유, 나일론을 변성한 변성 나일론 섬유, 아라미드 섬유 등으로 이루어지고, 섬유 길이 0.5 ~ 10㎜ 정도의 단섬유(25)가 혼입되지만, 톱니 고무(11)를 보다 고모듈러스로 하기 위해, 아라미드 단섬유가 혼입되는 것이 바람직하다. 또한, 아라미드 섬유가 혼입되는 경우에는, 후술하는 2개의 내첨형 접착제에 의해, 고무와 단섬유(25) 등과의 접착 강도나 인렬 강도 등의 고무 물성이 개선되기 용이해진다. 단섬유(25)는, 톱니 고무(11)에 있어서, 후술하는 매트릭스 100 중량부에 대하여, 예를 들면 4 ~ 36 중량부 정도, 바람직하게는 10 ~ 25 중량부 정도, 특히 바람직하게는 12 ~ 16 중량부 정도 함유된다.

단섬유(25)는, 후술하는 내첨형 접착제와 반응할 수 있는 수지 성분을 포함하는 처리제에 의해 처리된 것인 것이 바람직하고, 예를 들면, RFL(레조르신-포르말린-라텍스) 처리되는 것이 바람직하다. RFL 처리는, 단섬유가 RFL 처리액에 침지된 후, 가열 건조되는 함침(含浸) 처리에 의해 행해진다. RFL 처리액은, 라텍스와 레조르신·포름알데히드 축합물을 포함하고, 이들이 예를 들면, 물 등에 의해 희석된 것이다. 또한, 상기 수지 성분은, 우레탄 수지나 에폭시 수지 등이라도 된다.

단섬유(25)는, 톱니부(15)의 중앙 영역에서는, 대략 벨트의 두께 방향으로 배향되는 동시에, 그 중앙 영역으로부터 톱니면(齒面; tooth surface)에 가까워짐에 따라, 톱니면을 따르도록 두께 방향에 대하여 경사지게 배향되어, 톱니부(15)의 정상부 근방이나 톱니 바닥부(16) 근방에서는 대략 벨트의 길이 방향을 따라 배향된다.

톱니 고무(11)는, 고무와 각종 첨가제를 함유하는 고무 조성물이 가류되어 성형된 것이다. 이 고무 조성물은, 고무로서 수소 첨가 니트릴 고무(HNBR)를 주성분으로서 포함하는 것이지만, 수소 첨가 카르복실화 니트릴 고무(HXNBR)나 니트릴 고무(NBR) 등의 다른 고무 성분을 포함해도 된다.

톱니 고무(11)를 성형하기 위한 고무 조성물에는, 매트릭스로서, 상기 고무에 더하여, α-β-에틸렌성 불포화 카르복실산 금속염을 포함하는 것이 바람직하지만, α-β-에틸렌성 불포화 카르폰산 금속염은 함유되지 않아도 된다. α-β-에틸렌성 불포화 카르복실산 금속염은, 예를 들면, 매트릭스(고무 및 α-β-에틸렌성 불포화 카르복실산 금속염의 합계 중량)에 대하여, 0.2 ~ 0.4 정도 함유된다.

α-β-에틸렌성 불포화 카르복실산 금속염은, α-β-에틸렌성 불포화 카르복실산과 금속이 이온 결합한 것이며, α-β-에틸렌성 불포화 카르복실산으로서는, 예를 들면, 아크릴산, 메타크릴산 등의 모노카르본산, 말레인산, 푸마르산, 이타콘산, 시트라콘산 등의 디카르복실산이 사용되고, 바람직하게는 메타크릴산이 사용된다. 금속으로서는, 예를 들면, 아연, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 티탄, 크롬, 철, 코발트, 니켈, 알루미늄, 주석, 납 등이 사용되고, 바람직하게는 아연이 사용된다. 그리고, 예를 들면, 상기 금속염으로서는 디메타크릴산 아연이 사용된다.

톱니 고무(11)를 성형하기 위한 고무 조성물은, 또한 내첨형 접착제로서, 레조르시놀과 멜라민 화합물을 함유한다. 본 실시형태에서는, 이들 화합물이 포함되는 것에 의해, 예를 들면, 가류 성형 시의 가열에 의해, 멜라민 화합물이나 레조르시놀이 중합되어 망눈 구조(network structure)가 구축되어, 톱니 고무(11) 자체의 인렬 강도 등을 높일 수 있는 동시에, 심선(14), 톱니형 직물(20) 및 단섬유(25)에 대한 톱니 고무(11)의 접착 강도도 높일 수 있다.

상기 멜라민 화합물로서는, 예를 들면, 아미노기 중 적어도 일부가 메톡시메틸화된 멜라민 화합물로서, 구체적으로는, 헥사 메톡시 메틸올 멜라민, 그 부분 축합물인 올리고머, 또는 그 혼합물인, 헥사 메톡시 메틸올 멜라민 화합물이 사용된다. 이와 같은 멜라민 화합물은, 그 25℃에서의 점도(DIN19268에 의함)가 3000 ~ 8000 mPa·s 정도로 되는 것이 바람직하다.

레조르시놀은, 고무 조성물의 매트릭스 100 중량부에 대하여, O.3 ~ 8 중량부, 바람직하게는 0.5 ~ 4.5 중량부, 더욱 바람직하게는 1.5 ~ 3.0 중량부 배합된다. 또한, 멜라민 화합물은, 레조르시놀보다 배합부수(중량)가 적은 것이 바람직하고, 고무 조성물의 매트릭스 100 중량부에 대하여, 0.2 ~ 5 중량부, 바람직하게는 0.3 ~ 2.7중량부, 더욱 바람직하게는 0.9 ~ 1.8 중량부 배합된다. 멜라민 화합물이나 레조르시놀의 배합량이, 상기 범위보다 많아지면, 인렬 강도나 파단(破斷) 강도 등이 양호해지기 어려워지는 한편, 상기 범위보다 적으면 접착 강도가 향상되기 어려워진다.

톱니 고무(11)를 성형하기 위한 고무 조성물은, 실리카를 포함하는 것이 바람직하다. 실리카로서는, 미립자 또는 분말형 등의 것이 사용된다. 본 실시형태에서는, 실리카에 포함되는 수분에 의해, 멜라민 화합물로부터 포름알데히드가 공여(供與)되어, 그 포름알데히드에 의해 레조르시놀이 중합되는 동시에, 멜라민 화합물도 중합되어 상기한 바와 같이 접착력이나 인렬 강도 등이 양호해진다. 실리카는, 고무 조성물의 매트릭스 100 중량부에 대하여, 5 ~ 50 중량부, 바람직하게는 20 ~ 40 중량부이다.

톱니 고무(11)를 성형하기 위한 고무 조성물은, 첨가물로서, 또한 가류제, 가소제(可塑劑), 윤활제, 카본 블랙 등의 공지의 고무 첨가제를 포함한다. 본 실시형태에서는, 가류제로서는, 유기과산화물계의 가류제가 사용되는 것이 바람직하다.

톱니형 직물(20)은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 벨트의 길이 방향을 따라 연장되는 제1 실[예를 들면, 씨실(weft threads)]과, 벨트의 폭 방향을 따라 연장되는 제2 실[예를 들면, 날실(warp threads)]이 짜여져 구성된 직물이다. 톱니형 직물(20)은, 예를 들면, 제1 실이 신축성 실, 제2 실이 비신축성 실로 구성되며, 벨트의 길이 방향으로 신축성을 가지고 있고, 미리 성형될 때 콜게이트형(corrugated shape)으로 성형되기 용이해진다. 본 실시형태에서는, 벨트 표면의 강도를 향상시키기 위해, 톱니형 직물(20)을 구성하는 적어도 일부의 섬유가, 아라미드 섬유인 것이 바람직하고, 예를 들면, 제1 실 중 적어도 일부가 아라미드 섬유인 것이 바람직하다. 또한, 톱니형 직물(20)에는, 필요에 따라, RFL 처리 등의 함침 처리 등이 행해진다.

톱니 고무(11)를 성형하기 위한 고무 조성물은, 다음과 같이 준비된다. 먼저, 단섬유, 실리카 등의 가류제 및 내첨형 접착제(레조르시놀, 및 멜라민 화합물) 이외의 고무 조성물의 첨가제가, 바람직하게는 하기 1차 반죽보다 높은 온도에서, 고무와 함께 혼련(混練)된다. 이어서, 상기 내첨형 접착제가 더해지고 또한 혼련(1차 반죽)된다. 이 1차 반죽에서는, 혼련 온도는 100℃ 이상인 것이 바람직하고, 이로써, 실리카의 수분이 조성물 중에 방출되고, 상기한 바와 같이, 멜라민 화합물로부터 포름알데히드가 공여되기 용이해진다. 1차 반죽을 끝낸 혼합물에는 다시 가류제가 첨가되어 가류제의 가류 온도 미만(1차 반죽의 혼련 온도 미만)으로 혼련되어 고무 조성물을 얻을 수 있다(2차 반죽). 이 고무 조성물은, 시트형(sheet shape)으로 되어, 톱니 고무 시트(11')(도 2 참조)로서 사용된다. 단, 고무의 혼련 방법은, 이 방법에 한정되지 않고, 예를 들면, 가류제 이외의 첨가제가 1차 반죽이나 2차 반죽에 의해 적절히 첨가되어도 된다.

배킹 고무(12)는, 종래 공지의 톱니형 벨트의 배킹 고무에 사용되는 고무와 마찬가지의 것이 사용되어도 되지만, 단섬유가 혼입되어 있지 않은 것이 바람직하다. 또한, 배킹 고무(12)에 사용되는 고무는, 톱니 고무(11)와 마찬가지로, HNBR을 주성분으로 하는 것이 바람직하고, 필요에 따라 그 외의 고무 성분을 포함하고 있어도 된다.

다음에, 도 2를 사용하여 본 실시형태에 있어서의 톱니형 벨트(10)의 제조 방법을 설명한다. 본 실시형태에서는, 함침 처리 등이 행해진 톱니형 직물(20)이, 먼저, 종래 공지의 방법에 의해, 톱니부(23) 및 톱니 바닥부(24)를 교호적으로 가지는 콜게이트형(corrugated shape)으로 미리 성형된다.

이어서, 콜게이트형으로 된 톱니형 직물(2O)의 한쪽 면에, 톱니 고무 시트(11')가 압착되어 고무가 부착된 톱니형 직물(26)을 얻을 수 있다. 톱니 고무 시트(11')는, 톱니형 직물(20)을 향해 압압(押壓)되는 것에 의해, 톱니부(23) 상에 상대적으로 두껍게 압착(壓着)되는 한편, 톱니 바닥부(24) 상에 상대적으로 얇게 압착된다. 또한, 톱니 고무 시트(11')에 혼입되는 단섬유(25)는, 길이 방향을 따라 배합하고 있던 것이, 도 2로부터 명백한 바와 같이, 압착될 때 적절히 경사져, 톱니형 벨트(10)에서의 단섬유와 거의 마찬가지로 배향되게 된다.

이와 같이 얻어진 고무가 부착된 톱니형 직물(26)은, 톱니형 몰드(30)에 권취된다. 톱니형 몰드(30)는, 원통형상을 가지고, 그 외주면에 오목부(31)와 볼록부(32)가 같은 방향을 따라 교호적으로 형성된 것으로서, 고무가 부착된 톱니형 직물(26)의 각각의 톱니부(23)는, 각각의 오목부(31)의 내부에 배치된다. 그리고, 고무가 부착된 톱니형 직물(26)의 각각의 톱니부(23)는, 통상, 오목부(31)에 완전히 일치한 형상으로 되어 있지 않고, 톱니부(23)와 오목부(31) 사이에는 간극이 있다.

이어서, 톱니 고무 시트(11') 상에 심선(14)이 나선형으로 권취되고, 심선(14) 상에 다시 배킹 고무 시트(12')가 권취된다. 그 후, 톱니형 몰드(30)는, 가류 챔버(도시하지 않음) 내에 수용된다. 그리고, 톱니 고무 시트(11') 및 배킹 고무 시트(12')는, 가류 성형 후에, 톱니 고무(11), 배킹 고무(12)로 되는 미가류(未加流) 고무 시트이다.

가류 챔버 내에 있어서, 톱니형 몰드(30) 상에 권취된 고무가 부착된 톱니형 직물(26) 등은, 예를 들면, 스팀에 의해 가열되는 동시에, 가류 챔버 내에 설치된 가류 백 등에 의해 외측으로부터 내측을 향해 가압된다. 이 가압·가열에 의해, 오목부(31) 내부의 간극은 완전히 없어지고, 또한 고무 시트(11', 12') 등이 가류됨으로써, 톱니형 직물(20), 고무 시트(11', 12') 및 심선(14)이 일체화되어 벨트 슬래브(velt slab)가 성형된다. 벨트 슬래브는, 톱니형 몰드(30)로부터 분리되어(demolded) 적절히 연마 등이 행해진 후, 소정 폭으로 재단되는 것에 의해, 톱니형 벨트(10)(도 1 참조)로 된다.

이상과 같이 본 실시형태에서는, 톱니 고무(11)는, 상기한 2개의 내첨형 접착제가 배합된 것에 의해, 인렬 강도 등의 고무 자체의 강도를 높이면서, 심선(14), 톱니형 직물(20) 및 단섬유(25)에 대한 접착력도 높일 수 있어, 고온·고부하 환경 하에서도 벨트의 내구성이 향상된다.

도 3은 본 발명의 제2 실시형태에 관한 톱니형 벨트를 나타낸다. 제2 실시형태는, 톱니 고무의 구성 이외에는, 제1 실시형태와 같다. 이하, 제2 실시형태에 대하여, 제1 실시형태의 상위점을 설명한다.

제2 실시형태에서는, 톱니 고무(11)는, 톱니부(15)의 대부분을 차지하는 동시에 배킹 고무(12) 상에 적층되고, 톱니부(15)의 형상을 따른 형상을 가지는 코어고무부(core rubber portion)(37)와, 그 코어 고무부(37) 상에 적층되고, 톱니 고무(11)의 표면에 배치되는 얇은 톱니 표면 고무부(38)에 의해 구성된다. 그리고, 그 톱니 표면 고무부(38)의 외주면에, 톱니형 직물(20)이 피복·접착된다.

본 실시형태에서는, 톱니 표면 고무부(38)는, 단섬유가 배합되지 않는 이외에는, 제1 실시형태에 있어서의 톱니 고무(11)와 마찬가지의 고무 조성물에 의해 성형된 것이다. 즉, 톱니 표면 고무부(38)는, 실리카, 레조르시놀, 및 멜라민 화합물 등이 배합된 고무 조성물에 의해 성형된다. 한편, 코어 고무부(37)는, 레조르시놀 및 멜라민 화합물이 배합되지 않는 것 이외에는, 제1 실시형태의 톱니 고무(11)와 마찬가지의 배합을 가지는 고무 조성물에 의해 성형된 것이다. 그리고, 코어 고무부에서의 단섬유(25)의 재료나 배향 등은, 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.

이상과 같이, 본 실시형태에서는, 톱니 표면 고무부(38)에, 상기한 2개의 내첨형 접착제가 배합되므로, 톱니 고무(11)와 톱니형 직물(20)과의 접착 강도를 향상시키는 동시에, 톱니면 근방의 톱니 고무(11)의 고무 강도를 향상시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 톱니 표면 고무(38)가 형성된 것에 의해, 톱니형 직물(20)과 톱니 고무(11)와의 접착이, 단섬유에 의해 저해되지 않게 되어, 그 접착 강도를 더욱 향상시키기 용이해진다.

그리고, 본 실시형태에서는, 코어 고무부(37)도, 톱니 표면 고무부(38)와 마찬가지로, 레조르시놀, 및 멜라민 화합물 등이 배합된 고무 조성물에 의해 성형되어도 된다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 톱니형 벨트의 제조 방법은, 톱니형 직물에 압착되는 고무 시트가, 2층(톱니 표면 고무 시트 및 코어 고무 시트)으로 되는 점을 제외하고 제1 실시형태와 마찬가지이므로, 그 설명은 생략한다.

그리고, 상기 각각의 실시형태에서는, 톱니 고무(11), 배킹 고무(12)를 구성하는 고무는, EPDM(에틸렌-프로필렌디엔 공중합체) 등의 상기한 HNBR, NBR, HXNBR 이외의 고무 성분을 포함해도 되고, HNBR 이외의 고무 성분을 주성분으로 해도 된다.

또한, 상기 각각의 실시형태에서는, 톱니형 직물(20) 및 심선(14)도, 단섬유(25)와 마찬가지로, 예를 들면, RFL 처리 등이 행해지는 것에 의해, 그 표면에 내첨형 접착제와 반응할 수 있는 수지 성분이 부착되는 것인것이 바람직하다.

[실시예]

이하, 본 발명의 구체적인 예로서 실시예를 나타내지만, 본 발명은 이하에 나타내는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

각각의 실시예, 비교예에 있어서, 표 1에 나타낸 가류제 및 내첨형 접착제(레조르시놀 및 헥사 메톡시 메틸올 멜라민 화합물) 이외의 첨가제를, 매트릭스에 더하여, 120 ~ 160℃에서 혼련한 후, 상기 내첨형 접착제를 부가하여 100 ~ 130℃에서 혼련하고(1차 반죽), 또한 가류제를 더하여 100℃ 미만에서 2차 반죽하여, 표 1에 나타낸 배합을 가지는 고무 조성물을 얻었다.

※1 "-"는 미배합 또는 미측정을 나타낸다.

※2 매트릭스 및 단섬유 등의 첨가제에서의 각 수치는, 중량부를 나타낸다.

※3 디메타크릴산 아연 함유 HNBR은, 디메타크릴산 아연과 HNBR을 중량비 80: 20으로 미리 혼합한 것이었다. 또한, HNBR은 수소 첨가율 96%의 것이었다.

※4 아라미드 단섬유로서는, 섬유 길이가 1㎜인 파라형(para-type) 아라미드 단섬유인 테크노라(상품명)를 사용하였다. 그리고, 표 1에 있어서, "아라미드 단섬유"는, RFL 처리(RF/L 중량비 = 1/5, 라텍스로서 NBR 라텍스를 사용)한 것을 나타내고, 아라미드 단섬유(무처리)는, RFL 처리 등의 함침 처리가 행해져 있지 않은 것을 나타낸다.

※5 헥사 메톡시 메틸올 멜라민 화합물은, 25℃에서의 점도(DIN19268에 의함)가 550O mPa·s로서, 헥사 메톡시 메틸올 멜라민의 부분 축합물인 올리고머를 사용하였다.

※6 표 1에 있어서, *는 심선으로서 아라미드 심선을 사용한 것을 나타낸다.

[고무 조성물의 물성 평가]

다음과 같이, 상기 각각의 실시예, 비교예의 고무 조성물에 대하여 물성 평가를 행하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[절단 시 인장(引張) 응력(TS_b)]

각각의 실시예, 비교예의 고무 조성물을, 160℃, 20분간, 압력 150kgf로 가류 성형하여 덤벨형 5호형의 고무 샘플을 제작하였다. 이 고무 샘플을 사용하여, JlS K6251에 준거하고, 상태 환경 하(23℃), 열간(熱間) 환경 하(120℃)에서 절단 시 인장 응력(TS_b)을 측정하였다. 그리고, 고무 샘플에 있어서, 단섬유는, 인장 방향을 배향시켰다.

[인렬 강도(TR)]

절단 시 인장 응력(TS_b)과 마찬가지의 가류 조건 하에서, 각각의 실시예, 비교예의 고무 조성물로부터 가류 고무 샘플 「자국이 없는(unnicked) 앵글형 시험편」을 제작하였다. 이 고무 샘플을 사용하여, JIS K6252에 준거하고, 상태 환경 하(23℃), 열간 환경 하(120℃)에서 인렬 강도(TR)를 측정하였다.

[톱니형 직물에 대한 박리 강도(T_F)]

각각의 실시예, 비교예에서의 고무 조성물로 이루어지는 미가류(未加流) 고무 시트를, 가류 온도 160℃, 20분간, 압력 40kgf로 톱니형 직물에 접착시켜 샘플을 얻었다. 그 샘플(폭 25㎜)을 사용하여 가류 고무의 톱니형 직물에 대한 박리 강도(T_F)를, JIS K6256-1에 준거하여, 상태 환경 하(23℃), 열간 환경 하(120℃)에서 측정하였다.

그리고, 본 측정에 사용한 톱니형 직물은, 날실과 씨실이 2/2의 능직(綾織; twill)으로 직조된 직포(woven fabric)를, RFL 처리(RF/L 중량비 = 1/5, 라텍스로서 NBR 라텍스를 사용)한 것이었다. 여기서, 날실은, 11Odtex의 나일론의 필라멘트계로 구성되는 비신축성 실인 동시에, 씨실은, 470dtex의 우레탄 탄성사로 이루어지는 심사(芯絲)의 주위에, 220dtex의 파라아라미드 섬유사(상품명: 테크노라)로 이루어지는 중간사를 감아 돌리고, 그 중간사의 주위에 또한 11Odtex의 나일론 섬유로 이루어지는 커버사를 감아 돌린 복합사로 구성되는 신축성 실이었다. 그리고, 씨실은 샘플의 길이 방향을 따라 연장시키는 동시에, 단섬유의 그레인(grain) 방향은 샘플의 길이 방향이었다.

[심선에 대한 박리 강도(T_F)]

각각의 실시예, 비교예에서의 고무 조성물로 이루어지는 미가류 고무 시트 상에, 길이 방향을 따라 심선이 배열되는 동시에, 그 심선 상에 보조포(補助布)를 두고, 160℃에서, 20분간, 압력 40kgf로 이들을 일체화시켜 샘플을 얻었다. 그 샘플(폭 25㎜)을 사용하여, 고무의 심선에 대한 박리 강도(T_F)를, JIS K6256-1에 준거하여, 상태 환경 하(23℃), 열간 환경 하(120℃)에서 측정했다. 그리고, 실시예 11 ~ 13, 비교예 5, 6에서는 심선으로서 아라미드 심선을, 그 외의 실시예, 비교예에서는 심선으로서 유리 심선을 사용하였다.

[벨트 성능 평가]

실시예 1 및 비교예 1에 대해서는, 다음과 같이, 제1 실시형태를 모방하여 톱니형 벨트를 제작하고 성능 평가를 실시하였다. 구체적으로는, 상기 접착 시험에서 사용한 톱니형 직물과 마찬가지의 톱니형 직물을, 마찬가지로 RFL 처리한 후, 씨실이 벨트 길이 방향을 따르도록, 콜게이트형으로 미리 성형하는 동시에, 표 1의 배합을 가지는 고무 조성물로 이루어지는 톱니 고무 시트를 톱니형 직물에 압착하여, 고무가 부착된 톱니형 직물을 얻었다. 이어서, 톱니형 몰드에, 고무가 부착된 톱니형 직물, 유리 심선, 및 배킹 고무 시트를 이 순서로 권취하여, 이들을 가류 챔버 내에서 가류 성형하여 벨트 슬래브를 얻었다. 이 벨트 슬래브를 절단하여, 톱니수 92톱니, 벨트 폭 19.l㎜의 RU 기어형을 가지는 톱니형 벨트를 얻었다. 그리고, 실시예 1, 비교예 1 중 어느 것에 있어서도, 배킹 고무 시트에는, HNBR을 고무 성분으로 하고, 단섬유나 내첨형 접착제가 배합되어 있지 않은 같은 고무 조성물로 이루어지는 것을 사용하였다.

[범포 박리 강도]

실시예 1, 비교예 1의 톱니형 벨트를 절단하여 장척형(長尺形)으로 하는 동시에 톱니형 직물에 자국을 넣어, 인장 속도 [50㎜/분]으로, 톱니형 직물을, 길이 방향을 따라 톱니 고무로부터 벗기고, 톱니 정상부에서의 벗기는 데 요하는 힘을 범포 박리 강도로 하였다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

[고부하 내구성 시험]

실시예 1, 비교예 1의 톱니형 벨트에 대하여, 각각 고부하 내구성 시험에 의해, 고부하 작용 시에서의 내구성을 평가했다. 도 4는 고부하 내구성 시험에 사용한 주행 시험 장치(90)를 나타낸다. 주행 시험 장치(90)는, 톱니수가 18톱니의 원동 톱니를 가지는 풀리(91)와, 톱니수가 36톱니인 종동 톱니를 가지는 풀리(92)와, 풀리 직경 55㎜의 아이들러(idler) 풀리(93)와, 톱니수가 18톱니의 아이들러 톱니를 가지는 풀리(94)를 가진다.

본 시험에 있어서, 원동 톱니를 가지는 풀리(91) 및 종동 톱니를 가지는 풀리(92)에, 톱니형 벨트(95)를 걸고 돌려, 100℃의 분위기 하에서 톱니형 벨트(95)를 4OOOrpm으로 회전시켰다. 벨트의 느슨함 측에는, 외측으로부터 아이들러 풀리(93)에 의해, 내측으로부터 아이들러 톱니를 가지는 풀리(94)에 의해 텐션을 작용시켰다. 그리고, 톱니형 벨트(95)가 회전되는 동안, 벨트의 각 톱니에는, 종동 톱니를 가지는 풀리(92)에 의해, 일정한 하중을 반복 작용시켰다. 본 시험에 있어서는, 벨트가 톱니 부서질 때에 달하기까지의 반복 하중 횟수를 측정함으로써 내구성을 평가했다. 그 결과를 도 5에 나타낸다.

먼저, 표 1을 참조하여, 실시예 1과 비교예 1, 실시예 2과 비교예 2, 및 실시예 8과 비교예 3을 대비하면, 고무 조성물에 내첨형 접착제(레조르시놀과 헥사 메톡시 메틸올 멜라민 화합물)를 배합한 경우에는, 박리 강도뿐만아니라, 고온 시의 인렬 강도 등의 고무 물성도 상승한 것이 분명하다. 이 경향은, 실시예 3과 비교예 4의 대비로부터도 명백한 바와 같이, 고무 성분을 HNBR 단독으로 한 경우뿐아니라, HNBR와 HXNBR의 혼합물로 한 경우도 마찬가지였다. 이와 같이, 인렬 강도 등의 고무 물성이나 박리 강도를 향상시키면, 도 5의 고부하 내구성 시험의 결과에 나타낸 바와 같이, 고부하·고온 환경 하에서 사용되는 벨트의 내구성을 양호하게 할 수 있다.

또한, 실시예 1, 2, 8, 9의 대비로부터 명백한 바와 같이, 절단 시 인장 응력, 인렬 강도 등의 고무 물성, 특히, 고온 시의 고무 물성은, 단섬유량이 10 중량부보다 많아지면 양호해지는 한편, 박리 강도는, 단섬유량이 10 중량부보다 많아지면, 약간 저하되는 경향으로 되었다. 그리고, 고무 물성과 박리 강도의 양쪽을 고려하면, 단섬유는 12 ~ 16 중량부 정도 배합하는 것이 가장 효과적인 것으로 생각된다. 그리고, 단섬유량을 많게 하면 박리 강도가 저하된 것은, 범포 또는 심선 근방의 고무 중의 접착제가, 단섬유의 RFL과의 반응에 많이 소비되었기 때문인 것으로 추측된다.

또한, 실시예 2, 4 ~ 7을 대비한 것으로부터 명백한 바와 같이, 내첨형 접착제의 배합량을 증가시켜 가면, 박리 강도는 양호해지지만, 절단 시 인장 응력(특히, 열간)은, 실시예 2(레조르시놀 1.5 중량부, 멜라민 화합물 0.9 중량부)의 배합량이 피크이며, 그 이상 접착제량을 증가시키면 완만하게 저하되었다. 한편, 열간의 인렬 강도는 실시예 5의 배합량(레조르시놀 3.0중량부, 멜라민 화합물 1.8중량부)이 피크이며, 그 이상 증가시키면 완만하게 저하되었다. 그러므로, 본 실시예에서는, 고무 물성을 고려하면, 고무 조성물에는 멜라민 화합물을 0.9 ~ 1.8 중량부, 레조르시놀을 1.5 ~ 3.0 중량부 정도 배합하는 것이 가장 효과적인 것으로 생각된다.

또한, 단섬유가 배합되지 않는 고무 조성물에서는, 비교예 5와 실시예 11의 대비로부터 명백한 바와 같이, 내첨형 접착제를 첨가함으로써, 고무 물성 자체는 그만큼 상승하지 않았다. 또한, 심선에 대한 박리 강도에 관하여는, 내첨형 접착제를 첨가함으로써 상승했지만, 범포에 관하여는, 모두 범포와 고무와의 계면에서 박리되지 않아 고무 파괴가 생겨, 유의차(有意差; significant difference)는 볼 수 없었다. 그러므로, 그 외에 실시예의 결과와 합하여 생각하면, 단섬유를 배합하는 경우에는, 내첨형 접착제를 첨가함으로써, 고무 물성이나 박리 강도의 것보다 큰 향상 효과를 기대할 수 있는 것을 이해할 수 있다. 또한, 실시예 2, 10, 비교예 2의 대비로부터, 단섬유에 RFL 처리가 행해지고 있던 쪽이, 더욱 효과적으로 고무 물성을 상승시킬 수 있음을 이해할 수 있다.

그리고, 실시예 12, 13, 비교예 6의 대비로부터 명백한 바와 같이, 고무 성분으로서 EPDM을 사용한 경우에는, 내첨형 접착제를 비교적 많이 배합하면, 박리 강도가 향상될뿐, 절단 시 인장 응력이나 인렬 강도 등은 충분히 개선할 수 없는 것을 이해할 수 있다.

10: 톱니형 벨트(전동 벨트)
11: 톱니 고무
12: 배킹 고무
13: 벨트 본체
14: 심선
20: 톱니형 직물(범포)

Claims

전동 벨트로서,
고무와, 레조르시놀과, 멜라민 화합물을 포함하는 고무 조성물이 가류(加硫)성형되어 있는 고무부를 포함하고,
상기 고무는 수소 첨가 니트릴 고무를 포함하며,
상기 전동 벨트는 톱니 고무를 구비하는 톱니형 벨트(toothed belt)이며, 또한 상기 고무부는, 그 내부에 아라미드 단섬유가 고무 100 중량부에 대하여 12 중량부 이상의 양으로 매설되어, 상기 톱니 고무 중 적어도 일부를 구성하는, 전동 벨트.
제1항에 있어서,
상기 멜라민 화합물은, 헥사 메톡시 메틸올 멜라민 화합물인, 전동 벨트.
제1항에 있어서,
상기 고무부는, 심선(心線) 또는 범포(帆布)에 접착되어 있는, 전동 벨트.
제3항에 있어서,
상기 심선, 범포, 및 아라미드 단섬유 중 적어도 어느 하나는 RFL(resorcinol formaldehyde latex) 처리가 되어 있는, 전동 벨트.
제1항에 있어서,
상기 고무 조성물이 실리카를 더 포함하는, 전동 벨트.
제1항에 있어서,
심선과, 상기 심선을 경계로 한쪽 면 측에 배치되는 톱니 고무와, 다른 쪽의 면 측에 배치되는 배킹 고무(backing rubber)와, 상기 톱니 고무의 한쪽 면 측을 피복하는 톱니형 직물(齒布; facing fabric)을 구비하는 톱니형 벨트이며,
상기 톱니 고무 중, 적어도 한쪽 면 측의 부분은 상기 고무부로 형성되고, 상기 톱니형 직물은, 상기 고무부에 접착되어 있는, 전동 벨트.
제1항에 있어서,
상기 멜라민 화합물은 상기 레조르시놀보다 배합부수가 적은, 전동 벨트.
제7항에 있어서,
상기 레조르시놀은 상기 고무 조성물의 매트릭스 100 중량부에 대하여 0.3~8 중량부로 배합되고, 상기 멜라민 화합물은 상기 고무 조성물의 매트릭스 100 중량부에 대하여 0.2~5 중량부로 배합되는, 전동 벨트.
전동 벨트의 제조 방법으로서,
고무와, 레조르시놀과, 멜라민 화합물을 포함하는 고무 조성물을 가류하여, 전동 벨트 중 적어도 일부를 구성하는 고무부를 성형하고,
상기 고무는 수소 첨가 니트릴 고무를 포함하며,
상기 전동 벨트는 톱니 고무를 구비하는 톱니형 벨트이며, 또한 상기 고무부는, 그 내부에 아라미드 단섬유가 고무 100 중량부에 대하여 12 중량부 이상의 양으로 매설되어, 상기 톱니 고무 중 적어도 일부를 구성하는, 전동 벨트의 제조 방법.
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