KR102038788B1 - 인성을 지닌 패브릭을 이용하는 싱크로 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 벨트는, 탄성중합체 본체와, 이 본체에 매설된 인장 코드, 그리고 본원에서 정의한 패브릭 인장 인성의 상승된 값을 갖는 톱니 패브릭을 구비한다. 상기 패브릭 인장 인성은, 실의 선밀도, 실의 최대 연신율, 실의 인장 강도, 실의 패킹 밀도 및 제직 비 등과 같은, 패브릭을 이루는 실의 특성들로부터 도출될 수 있다. 상기 패브릭 인장 인성은 60 mJ/㎟보다 클 수 있다. 벨트는 탄소 섬유 인장 코드를 갖는 주조 폴리우레탄으로 구성된 이붙이 벨트일 수 있다. 또한, 이붙이 동력 전달 벨트용의 알려진 톱니 커버 패브릭을 개선하는 방법으로서, 상기 알려진 톱니 커버 패브릭보다 높은 패브릭 인장 인성을 갖는 다른 패브릭을 선택하는 단계와, 최고의 패브릭 인장 인성의 방향이 벨트의 길이방향으로 배향되도록 상기 다른 패브릭을 배향하는 단계를 포함하는 방법이 개시되어 있다.

Description

인성을 지닌 패브릭을 이용하는 싱크로 벨트

본 발명은 일반적으로 보다 높은 인성을 지닌 톱니 커버 패브릭 구성의 사용을 통해, 보다 구체적으로는 벨트 길이방향에 있어서 높은 연신율과 높은 강도를 갖는 패브릭의 사용을 통해, 상세하게는 본원에서 정의한 패브릭 인장 인성이 보다 큰 패브릭의 사용을 통해, 싱크로 벨트 또는 이붙이 벨트를 개선하는 것에 관한 것이다.

싱크로 벨트는, 확실한 결합과 동기화된 운동 또는 동력의 전달을 위해, 양립 가능한 홈이 형성된 풀리와 맞물리도록 구성된 톱니를 적어도 일측에 구비하는 벨트이다. 이러한 이붙이 벨트는 일반적으로, 인장 하에서 톱니 피치를 유지하도록 높은 인장 강도 및 탄성률의 인장 코드가 매설되어 있는 엘라스토머 벨트 본체를 구비한다. 내마모성을 향상시키도록 또는 코드를 지지하도록, 톱니 표면에는 패브릭 또는 필름이 피복될 수 있다. 미국 특허 제2,507,852호에 개시된 것과 같은 초기의 이붙이 벨트는, 견고하고 두꺼운 평직물인 덕(duck)을 이용하였다. 덕과 신축성이 제한된 다른 패브릭은, 톱니 형상의 예비 성형을 필요로 하였다. 신축성 패브릭은 관류 몰딩(flow-through molding)을 허용하는 미국 특허 제3,078,206호에 도입되었는데, 관류 몰딩에서는, 몰딩 중에 고무가 코드 라인을 지나 몰드 홈 안으로 압입되어 패브릭을 앞으로 밀어서 패브릭이 톱니 형상을 따르게 되었다. 인장-강도가 높은 권축 나일론을 기초로 한 신축성 패브릭이, 예를 들어 미국 특허 제4,826,472호에 개시되어 있다. 권축 또는 텍스처링은 가연(假撚)법에 의한 것이었다.

특별한 패브릭 조정이 필요에 따라 특정 벨트용으로 개발되었다. 미국 특허 제3,964,328호에는, 낮은 마찰 계수를 제공하고 저점도의 주조 엘라스토머가 벨트 표면에 침투하는 것을 방지하는, 폴리에틸렌 라미네이트를 갖는 패브릭 톱니 커버가 개시되어 있다. 미국 특허 제5,362,281호에는, 단일 층으로 엮여 있는 두 세트의 경사 및 위사를 이용하여 이중 직조된 패브릭으로서, 14-㎜-피치, 둥근-이붙이 벨트에서 유용한 것으로 입증된 패브릭이 개시되어 있는데, 이 특허 문헌의 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.

미국 특허 제5,529,545호에는 아라미드 섬유를 혼입한 스트레치 패브릭이 개시되어 있다. 아라미드 실은 텍스처링을 통해 신축 가능하게 만들기가 어려우므로, 나일론과 아라미드로 피복된 탄성실로부터 신축성 실이 형성되었다.

미국 특허 제8,932,165호에는 내구성을 증가시키기 위해 이붙이 벨트에 상대적으로 두꺼운 패브릭을 이용하는 것이 개시되어 있는데, 이 특허 문헌의 내용은 본원에 참조로 인용되어 있다.

EP 2,072,857 A2에는 위사 질량 대 경사 질량의 비가 3.00 내지 5.17의 범위인 패브릭이 개시되어 있다. 또한, 모든 위사의 선형 단편의 적어도 60%가 경사를 덮고 벨트의 톱니측 외부면에 면하는 것이 개시되어 있다. 이는 이붙이 벨트의 노이즈를 개선하는 것으로 보고되어 있다.

EP 2,570,529 A1에는 리브드 벨트의 작동면에 사용될 수 있는 패브릭이 개시되어 있다. 이 패브릭은 텍스처링된 열가소성 폴리머 실로서, 2 kg-힘에서 25 ㎜-폭 샘플의 경사 확장률이 5~60%이고 2 kg-힘에서 25 ㎜-폭 샘플의 위사 확장률이 40~250%인 실로 직조된다. 이 패브릭은 고벌크성의 텍스처링된 경사 및 위사로서, 바람직하게는 낮은 탄성률을 갖고 높은 확장성/신축성 및 낮은 침투성을 갖는 경사 및 위사를 가질 수 있다.

싱크로 벨트 기술을 보다 높은 성능 레벨로 발전시키기 위해 개선된 패브릭 구조가 필요하다.

본 발명은, 싱크로 벨트를 위한 신규의 패브릭 구조를 제공하고, 싱크로 벨트의 성능을 향상시킬 수 있는 패브릭 구조를 선택하는 방법을 제공하는, 시스템 및 방법에 관한 것이다.

일 실시형태는, 이붙이 동력 전달 벨트용의 알려진 톱니 커버 패브릭을 개선하는 방법으로서, 상기 알려진 톱니 커버 패브릭보다 높은 패브릭 인장 인성을 갖는 다른 패브릭을 선택하는 단계와, 최고의 패브릭 인장 인성의 방향이 벨트의 길이방향으로 배향되도록 상기 다른 패브릭을 배향하는 단계를 포함하는 방법이다. 상기 다른 패브릭의 패브릭 인장 인성은 60 N/㎜ 이상, 또는 80 N/㎜ 이상, 또는 90 N/㎜ 이상일 수 있다.

몇몇 실시형태에서, 본 발명은, 탄성중합체 본체와, 이 본체에 매설된 인장 코드, 그리고 상기 다른 패브릭의 패브릭 인장 인성이 60 N/㎜ 이상, 또는 80 N/㎜ 이상, 또는 90 N/㎜ 이상인 톱니 패브릭을 포함하는 벨트에 관한 것이다. 상기 톱니 패브릭은 본원의 표 1에 나타내어진 예 2 또는 예 3의 특성, 혹은 표 2에 나타내어진 예 5, 예 6 또는 예 7의 특성을 가질 수 있다. 상기 탄성중합체 본체는 가황 고무 또는 열가소성 엘라스토머 또는 주조 폴리우레탄과 같은 주조 엘라스토머로 구성될 수 있다. 상기 인장 코드는 탄소 섬유로 구성될 수 있다. 상기 벨트는 이붙이 벨트, 평 벨트, 다중-V-리브드 벨트, 또는 V-벨트의 형태일 수 있다. 상기 이붙이 벨트는 8-㎜, 9.525-㎜, 11-㎜, 14-㎜의 톱니 피치, 또는 다른 피치를 가질 수 있다. 패브릭의 위사 방향은 벨트의 길이방향으로 배치될 수 있다.

적어도 어느 한 방향에서 인성이 2배인 패브릭을 이용함으로써, 이붙이 벨트의 하중 수명은 3배 증가될 수 있고, 하중 용량도 또한 약 15% 증가될 수 있다. 이는, 벨트가 종래의 구성보다 훨씬 더 오래간다는 것과, 동일한 수명을 유지하면서, 보다 콤팩트하고 가벼운 벨트/스프로켓 구성을 제공하도록, 벨트 폭이 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 개선을 통해, 현재는 벨트에 의해서 제공될 수 있는 고하중 용례를 포함하도록, 잠재적인 시장이 증대될 수 있다. 추가적으로, 상기 패브릭 구성은 현재의 스프로켓 및 벨트 프로파일에 대한 벨트의 적절한 핏(fit)을 유지할 수 있고, 상기 패브릭은 현재의 패브릭, 재킷 및 벨트 제조 프로세스에 사용될 수 있다.

상기 패브릭은 사이즈, 접착 처리, 라미네이트 필름 또는 고무 코팅, 또는 이들의 조합으로 처리될 수 있다. 이와 같이 처리된 패브릭은 본원에서 "재킷"으로 지칭될 것이다.

V-벨트, 평 벨트 및 다중-V-리브드 벨트 등을 비롯한 다른 타입의 동력 전달 벨트는, 대개 하나 이상의 표면을, 특히 풀리 접촉면을 덮고 있는 패브릭을 포함한다. 여러 용례에서, 이러한 패브릭은 내마모성을 증가시키거나, 벨트의 본체에 사용된 고무에 있어서의 균열의 성장을 중단 또는 억제하거나, 벨트 강도 또는 하중 용량을 향상시키거나, 내환경성을 제공하거나, 벨트의 소음 레벨에 영향을 미치거나, 제조 방법의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 벨트는 또한 본원에 개시된 방법 및 패브릭으로부터 이익을 얻을 수 있다.

전술한 내용에는, 이하의 본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록, 본 발명의 특징 및 기술적 이점에 대한 개요가 다소 대략적으로 기술되어 있다. 본 발명의 청구범위의 주제를 형성하는, 본 발명의 추가적인 특징 및 이점이 이하에 기술될 것이다. 개시된 특정 실시형태 및 개념은, 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조를 설계 또는 변경하기 위한 기반으로서 용이하게 이용될 수 있다는 것이 당업자에게 인지되어 할 필요가 있다. 또한, 이러한 등가의 구성이 첨부된 청구범위에 제시된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다는 것이 당업자에게 인식되어야 할 필요가 있다. 본 발명의 구조 및 작동 방법 양자 모두에 관한, 본 발명의 특징을 나타내는 것으로 여겨지는 신규한 피처와, 이와 더불어 추가적인 목적 및 이점은, 첨부 도면과 관련하여 이하의 상세한 설명을 살펴보는 것을 통해 보다 잘 이해될 것이다. 그러나, 각 도면은 예시 및 설명의 목적으로만 제공되며, 본 발명의 경계의 규정을 의도하고 있지 않는 것으로 분명히 이해되어야 한다.

본 명세서에 포함되어 그 일부분을 형성하며 유사한 도면부호가 유사한 부분을 나타내고 있는 첨부 도면은, 본 발명의 실시형태를 보여주며, 발명의 상세한 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 이붙이 벨트의 부분적으로 파단된 측면도이고;
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 패브릭 조직(組織)의 개략도이며;
도 3은 3개의 예의 벨트에 대한 하중-수명 벨트 시험 데이터의 그래프이고;
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다른 패브릭 조직의 개략도이며;
도 5는 본 발명의 일 실시형태에 따른 다른 패브릭 조직의 개략도이고;
도 6은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다른 패브릭 조직의 개략도이며;
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따른 다른 패브릭 조직의 개략도이다.

도 1을 참조해 보면, 본 발명의 벨트(10)는, 주조 우레탄 벨트 재료로 구성될 수 있는 본체(12)와, 상기 본체로 형성되며 피치 P를 두고 이격 배치된 벨트 톱니(14)를 구비한다. 톱니는 벨트 톱니의 주변 표면을 따라 배치된 내마모성 패브릭(16)으로 덮여 있다. 나선형으로 형성된 코드의 인장 부재(18)가 벨트 본체에 매설된다. 복수 개의 가로 방향으로 배향된 홈(20)이 선택적으로 벨트의 외부 층에 형성될 수 있다. 필수적인 것은 아니지만, 홈(20)은 벨트 중량을 감소시킬 수 있고, 벨트의 유연성을 다소 향상시킬 수 있다.

싱크로 패브릭을 개선시키기 위한 종래의 기법은, 고성능 섬유 재료를 시도하거나, 패브릭 중량 또는 밀도를 증가시키는 것 등과 같이, 어느 한 특징을 시의적절하게 향상시키는 것에 기초를 하고 있었다. 본 발명은, 다수의 설계 변수를 동시에 고려하는 것과, "패브릭 인장 인성"이라고 하는 파라미터를, 특히 이붙이 벨트에 대한 길이방향으로 최대화함으로써, 벨트의 수명의 급격히 향상된다는 것을 발견하는 것에 비롯된다. 여기서, 패브릭의 위사 방향은 벨트의 길이방향으로서 사용되고, 패브릭의 경사 방향은 벨트의 가로 방향으로서 사용된다. 그러나, 필요하다면, 제직 프로세스에 따라, 상기한 방향 관계는 반대로 바뀔 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

본원에서, 패브릭 인장 인성은 실의 재료 특성, 실의 구조 및 패브릭의 구조의 함수로서 모델링된다. 이 모델은 기본적으로 패브릭의 2개의 제직 방향 각각에 대한 5개-파라미터 모델이다. 5개 파라미터는 실의 선밀도, 실의 최대 연신율, 실의 강도, 실의 제직 비 및 실의 패킹 밀도이다.

실의 선밀도 ld는 데시텍스 단위, 즉 g/10,000 m로 측정될 수 있다. 실의 최대 연신율 ε은, 본원에서 펴진 실에 기초하고 있는데, 즉 텍스처링된 실을 먼저 최소의 하중으로 곧게 잡아당긴 후, 인장 시험을 임의의 종래의 인장 시험기에서 완료한다. 정규화된 실의 강도 τ=f/ld는 상기 모델에서 실 재료의 특성으로서 사용된다. 마찬가지로 실의 파단력 f는, 최대 연신율을 측정할 때, 임의의 적절한 인장 시험기에서 동시에 측정될 수 있다(f는 N/end의 단위일 수 있다). 실의 제직 비 η는, 평평하고, 이완되어 있는 직물의 단위 길이당 곧게 편 실의 길이로서, 즉 단위 길이(또는 폭)의 패브릭을 생산하는 데 필요한 직선의 실의 양으로서 정의된다. 따라서, 제직 비 η = (곧게 편 실의 길이)/(상기 실의 방향에서의 패브릭의 규모)로서, 무차원이다. 실의 패킹 밀도 n은, 패브릭의 단위 폭 또는 길이당 실 단부의 수로서, 단부/25 ㎜로서 표현될 수 있다.

상기한 실 파라미터들은 이하의 모델에 따라 패브릭 특성을 추정하는 데 사용될 수 있다. 총 실 중량, 즉 패브릭의 어느 한 방향에서의 면적 밀도 AD는, 위사 또는 경사의 경우에 AD = ld·n·η/250으로서 추정된다. 인수 250은 단위를 처리하는데, 즉 덱시스트의 인수 10과 실 패킹의 인수 25를 처리한다. N/25 ㎜의 단위에 있어서 소정 방향(위사 또는 경사)에서의 패브릭 인장 강도 F는 F = τ·ld·n으로서 추정된다. 패브릭 최대 연신율 ε_u는 ε_u = (ε + 1)η-1로서 추정된다.

끝으로, "패브릭 인장 인성" T는, 인장시 패브릭에 대해 선형 거동을 가정한 경우, 단위 면적(mJ/㎟ 또는 N/㎜의 단위를 가짐)의 패브릭을 파단하는 데 필요한 에너지로서 정의될 수 있다. 따라서, T = ½·F·ε_u이다. 이는 응력-변형률 곡선의 종점에 기초한 삼각형 면적 공식을 나타낸다. 상기한 실 파라미터들을 대입하면, 이하의 최종 5-파라미터 모델 방정식이 얻어진다.

T = τ·ld·n·[(ε + 1)η-1]/50

다시, 인수 50은 n의 단위에 함축된 25-㎜를 포함한다. F, ε_u 및 이에 따른 T는 패브릭에서 직접적으로 측정될 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 별법으로서, 패브릭을 직접적으로 측정하는 경우, 응력-변형률 곡선을 적분함으로써, 면적이 결정될 수 있다. 따라서, 실 특성들로부터 산출한 인성과, 위사 방향 및 경사 방향 각각에서 다시 직접 측정한 패브릭의 인성을 비교함으로써, 모델을 테스트할 수 있다. 이러한 비교는, 중량이 359 g/㎡ 내지 535 g/㎡의 범위 내에 있는, 서로 다른 4개의 타이밍 벨트 패브릭을 이용하여 수행되었다. 실 특성들로부터 산출한 패브릭 중량은, 측정한 패브릭 중량과 4% 내지 11%의 차이가 났다. 실 특성들로부터 산출한 패브릭의 위사 강도는, 측정한 위사 강도와 1% 내지 8%의 차이가 났다. 실 특성들로부터 산출한 패브릭의 경사 강도는, 측정한 패브릭의 경사 강도와 18% 내지 22%의 차이가 났다. 위사 방향에서의 패브릭 연신율은, 실 특성들로부터 산출한 값과 10% 내지 17%의 차이가 났다.

실 특성들에 기초한 패브릭 인성에 대한 모델은, 직접적으로 결정된 패브릭 값들과 실질적으로 일치하므로, 패브릭 인장 인성을 특징짓고 본 발명을 기술하는 데, 어느 기법이라도 사용될 수 있는 것으로 여겨진다.

패브릭 모델에 있어서의 5개의 파라미터는, 미가공 패브릭으로부터, 또는 미가공 패브릭을 뜯어보는 것을 통해, 결정하는 것이 가장 쉽다. 미가공 패브릭의 경우보다 더 어렵기는 하지만, 상기 파라미터들과 패브릭 특성들은 또한, 완성된 벨트 제품에서 추출한 패브릭에서 결정될 수도 있다. 처리, 벨트 제조 및 추출 중에, 상기 파라미터들은 패브릭의 취급시 약간 변경된다. 본원에서, 패브릭 또는 실의 상태는 중요한 경우에 전후 문맥에서 확인될 것이다. 일반적으로, 청구범위 또는 발명의 상세한 설명에서의 상기 파라미터의 범위는, 달리 명시되지 않는 한, 상기한 바와 같이 취급이 영향을 미칠 가능성을 포함하는 것으로 의도되어 있으므로, 미가공의 패브릭 또는 실과 벨트에서 추출 또는 발견되는 패브릭 또는 실 모두에 적용된다.

상기 모델의 5개의 파라미터는, 소기의 패브릭 인장 인성을 얻기 위해 다양한 방식으로 조작될 수 있다. 실의 선밀도 ld는 임의적으로 선택되거나 또는 이용 가능한 실 크기들로부터 선택될 수 있다. 실의 최대 연신율 ε과, 정규화된 실의 강도 τ는, 주로 실의 재료(들)의 선택에 의해 결정된다. 보다 큰 규모로, 실의 구조(꼬임, 혼방, 혼성 등)가 또한 ε와 τ에 영향을 미칠 수 있다. 임의의 알려진 적절한 섬유 재료가 실에 혼입될 수 있고, 그 후에 모델에서 사용하기 위해 연신율과 강도가 결정될 수 있다. 제직 비 η는 실의 처리에 의해, 특히 텍스처링의 사용에 의해, 크게 영향을 받는다. 크게 텍스처링된 실이 높은 제직 비를 가질 것이다. 제직 파라미터와 패브릭의 후처리는 또한, 패브릭 수축, 패브릭의 실의 비틀림 등에 영향을 미침으로써 제직 비에 영향을 줄 것이다. 실의 패킹 밀도 n은, 실의 크기, 패브릭의 두께, 제직 제한 등과 관련된 다양한 실제 한계 내에서 임의적으로 선택될 수 있다.

다양한 실시형태들에 따르면, 이붙이 벨트의 경우, 앞서 정의한 패브릭 인장 인성이 가능한 크도록, 벨트의 길이방향에서의 실과 패브릭의 파라미터를 선택하는 것이 유익하다. 패브릭에 대한 파라미터들의 선택, 즉 벨트 및 패브릭에 대한 기하학적 제약의 선택을 제한하는, 다른 제약이 있을 것이다. 예를 들어, 패브릭의 두께는 벨트, 풀리 및 벨트가 적용될 시스템의 소기의 피치 직경에 의해 제약될 수 있다. 상기한 치수 관계와 제약은 당업계에 잘 알려져 있다. 패브릭 두께와 피치 직경의 광범위한 설명에 관하여는, 예를 들어 본원에 참조로 인용되어 있는 미국 특허 제8,932,165호를 참조하라.

따라서, 종래의 시스템 설계의 14-㎜ 피치 이붙이 벨트의 경우, 패브릭 인장 인성이 경사 방향 및 위사 방향 중 어느 하나 또는 양자 모두에서 60 mJ/㎟ 이상 또는 80 N/㎜ 이상이거나, 또는 90 mJ/㎟ 이상의 범위인 것이 유익하다. 패브릭 인장 인성의 목표 레벨은 경사 또는 위사의 섬유 재료에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 실의 인장 강도가 약 0.050 N/dtex보다 큰 고-강인성(high-tenacity) 재료의 경우, 패브릭 인장 인성이 80 N/㎜ 이상이거나, 또는 90 mJ/㎟ 이상의 범위인 것이 유익할 수 있다. 실의 인장 강도가 약 0.030 내지 0.049 N/dtex인 중간 강인성 재료의 경우, 패브릭 인장 인성이 60 N/㎜ 이상이거나, 또는 70 또는 80 mJ/㎟ 이상의 범위인 것이 유익할 수 있다.

5개의 파라미터가 있기 때문에, 상기한 목표를 달성하는 패브릭 구조가 다수 존재할 수 있다. 이하의 예들은 상기 목표를 달성하는 몇 가지 가능한 예시를 제공할 것이다.

표 1은 14-㎜ 피치 타이밍 벨트용의 개선된 타이밍 벨트 패브릭을 2개 제공하기 위해 모델을 사용하는 것을 예시한다. 비교예(비교예 1)는, 텍스처링된 위사가 중간 강인성 나일론 66으로 이루어진 종래의 14-㎜ 벨트용 패브릭을 나타낸다. 본 발명의 예(예 2)는 고-강인성 나일론 66을 위사에 이용하여, 정규화된 실의 인장 강도를 45% 증가시킨다. 실의 제직 비와 패킹도 또한 증가되며, 이에 따라 3개의 파라미터가 밸런스보다 많이 증가되고 실의 선밀도 및 실의 최대 연신율의 감소가 줄어들며, 그 결과 위사 방향에서 패브릭 인장 인성이 극적으로 106% 증가된다. 본 발명의 예(예 3)는 비교예 1과 동일한 재료 및 기본 제직으로서, 위사 밀도가 더 높은 것을 이용한다.

예 2는 경사의 선밀도가 감소되어 있는데, 이는 경사 방향의 패브릭 특성이 감소된 것에 대해 주요 원인이 된다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 14-㎜ 이붙이 벨트의 경우에, 이는 벨트에서 적절한 피치 선 또는 코드 위치를 유지하는 데 필요한 대로 패브릭 두께의 밸런스를 허용한다. 따라서, 일부 벨트 용례의 경우에, 위사 중량 대 경사 중량의 비를 약 5.2보다 크거나 5.5보다 크게 되도록 선택하는 것이 유익할 수 있다. 또한, 일부 벨트 용례의 경우에, 위사를 크게 텍스처링하고 경사를 약간 텍스처링하거나 또는 경사를 텍스처링하지 않는 것이 유익할 수 있다.

(Knutson 및 Dodson에게 허여된 미국 특허 제5,807,194호에 개시된 것과 같이) 카본 코드를 갖고 GT^® 톱니 프로파일을 갖는 14-㎜ 피치의 주조 폴리우레탄 이붙이 벨트를 만들어 하중 수명 시험에서 시험하였다. 표 1의 3개의 패브릭을 사용하였다. 패브릭이 벨트에서 사전에 늘어나지 않기 위해, 몰드 프로파일을 (Redmond, Jr.에게 허여된 미국 특허 제3,964,328호에 개시된 것과 같은 낮은 마찰 계수를 제공하는) 폴리에틸렌 라미네이트와 맞추도록, 각 패브릭을 예비 성형하였다. 바꿔 말하면, 최종 벨트에서 발견되는 패브릭의 경우에, 본원에 정의된 제직 비는 평평하고 이완되어 있는 패브릭과 동일하였다. 비교예 1의 패브릭 조직(組織)은 Dutton 및 Conley에게 허여된 미국 특허 제5,363,381호에 개시된 바와 같이, 2층, 나일론, 정방형 조직이었다. 본 발명의 예 2 모델의 파라미터들은, 쉐브론(chevron) 또는 지그재그형 4×2 파단 능직 패턴으로 여겨질 수도 있는 도비(dobby) 조직으로 직조된 단일층 패브릭에서 구현되었다. 위사 방향이 수평이고 경사 방향이 수직인, 예 2의 조직 패턴이, 도 2에 도시되어 있다.

14-㎜ 하중 수명 시험은 2점 테스터에서 수행된다. 종동 풀리와 구동 풀리 모두가 32개의 홈을 구비한다. 상기 2점 테스터는 1750 rpm 및 75 HP 하중으로 작동된다. 벨트 톱니의 수는 가변적일 수 있지만, 시험은 140개와 125개의 톱니를 갖는 벨트들에서 실행되었다. 벨트 폭은 가변적일 수 있지만, 시험은 20 ㎜, 16 ㎜ 및 14 ㎜의 폭을 갖는 벨트들에서 실행되었다. 따라서, 3개의 하중 레벨이 구현되었다: 각각 2.66 kg/㎜/톱니, 3.42 kg/㎜/톱니, 및 3.91 kg/㎜/톱니. 그 결과들이 도 3의 그래프에 나타내어져 있다.

도 3에서 얻어지는 최종 결과는, 보다 높은 인성을 가진 패브릭을 이용함으로써, 벨트의 하중 수명이 3~5배 증가되고, 하중 용량도 또한 약 15~25% 증가된다는 것이다. 이는, 보다 높은 인성을 가진 패브릭을 이용한 벨트가 종래의 구성보다 훨씬 더 오래간다는 것을 의미한다. 이는 또한, 동일한 수명을 유지하면서, 보다 콤팩트하고 가벼운 벨트/스프로켓 구성을 제공하도록, 벨트 폭이 감소될 수 있다는 것을 의미한다. 이로써, 잠재적인 시장의 용례가, 현재는 체인에 의해서만 제공되는 고하중 용례를 포함하도록 증대된다. 추가적으로, 상기한 패브릭 구성은 현재의 스프로켓 및 벨트 프로파일과 벨트의 적절한 핏(fit)을 유지하고, 현재의 패브릭, 재킷 및 벨트 제조 프로세스에 사용될 수 있다.

모델의 5개의 파라미터를 매칭시키는 것과 관련하여, 예 2에 필적할 수 있는 패브릭 구조가 다수 존재한다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 도 4~도 7은 여러 대안적인 조직을 보여주는데, 이들 조직은 모두 지그재그형 4×2 능직 패턴의 변형이다. 추가적으로, 목표 패브릭 인장 인성을 얻기 위해, 모델의 동일한 실 파라미터들이 다른 능직 패턴에 적용될 수 있다. 예를 들어, 5×2, 2×2, 3×2, 3×1, 2×1 등과, 또한 헤링본, 지그재그, 파단 및 쉐브론 등과 같은 관련 능직 파생물에 적용될 수 있다. 요컨대, 상기한 목표를 달성하는 능직 패브릭 구조가 다수 존재할 수 있다. 마찬가지로, 목표 패브릭 인장 인성을 달성하는 데 사용될 수 있는 다른 패브릭 구조 또는 스타일이 다수 존재한다. 그 중에서도, 평직과 주자직, 그리고 옥스포드, 배스킷, 베드포드 코드, 피케(pique) 등; 덧대어진 패브릭, 이중, 삼중 및 다중 패브릭; 레노 패브릭 등과 같은 평직과 주자직의 파생물들이 있다. 덧대어진 패브릭은 경사 또는 위사의 제2 세트를 갖고, 이중, 삼중 또는 다중 패브릭은 경사 및 위사 모두의 세트를 각각 2세트, 3세트, 또는 복수 세트 갖는다.

예 3은 싱크로 벨트용 패브릭 개선에 대한 모델의 다른 적용의 예를 제공한다. 예 3의 패브릭은 비교예 1과 동일한 이중층 제직 구조를 갖고 동일한 중간-강인성(medium-tenacity) 나일론 66 위사 재료를 갖지만, 위사 방향에서의 패브릭 인장 인성을 36% 증가시키기 위해, 위사의 밀도와 위사 크기가 조정되어 있다. 패브릭 변수 및 특성의 비교예 1에 대한 예 3의 변화율(%)도 또한 표 1에 나타내어져 있다. 예 3의 패브릭을 이용한 벨트를 예 2와 동일한 방식으로 구성하고, 예 2와 동일한 방식으로 시험하였다. 그 결과가 또한 도 3에 나타내어져 있다. 예 3의 성능이 예 2에 비해 약간 향상되어 있고, 게다가 비교예 1에 비해 크게 향상되어 있다고 확인될 수 있다. 이는, 패브릭 인장 인성의 약간의 (예를 들어, 단지 36%의) 향상으로도 벨트 성능(~3×)이 대폭 향상될 수 있다는 것을 보여준다. 또한, 다른 인자들도 벨트 성능에 영향을 미칠 것이며, 상기한 모델이 상기한 모든 인자를 설명할 필요는 없을 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 이러한 인자들에는 패브릭 조직 스타일, 패브릭 두께 등이 포함될 수 있다. 예 2를 예 3에 대비하여 비교해 보면, 예 2는 파단 또는 지그재그형 능직이고 예 3은 이중층 정방향-조직 패브릭이므로, 조직 타입에 있어서 상당한 차이가 있다. 추가적으로, 예 3은 예 2보다 방향에 있어서 더 두꺼워, 미국 특허 제8,932,165호에 기술된 바와 같이 긍정적인 효과를 초래할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 다른 모든 것들이 동일하다면, 패브릭 인장 인성을 고려하여, 모델에 따라 벨트 용도에 맞춰 주어지는 임의의 패브릭을 개선시킬 수 있다.

다른 용례에서, 상기한 기법을 통해, 위사 방향과 경사 방향 모두가 패브릭의 인성에 관하여 개선되는 것이 허용될 수 있다는 점에 주목해야 할 필요가 있다. 이붙이 (싱크로) 벨트의 성능은 주로 위사 방향(즉, 벨트의 길이방향으로 배향된 방향)에 의해 좌우되므로, 상기한 예 2에서와 같이 경사의 특성은 절충될 수 있고, 이에 따라 패브릭 두께 등과 같은 다른 제약을 유지한다. 경사와 위사 모두가 개선될 필요가 있는 용례의 경우, 상기한 모델은 이를 실시하는 방법을 제공한다.

표 2는 8-㎜ 피치 및 9.525-㎜ 피치 싱크로 벨트에 사용되는 패브릭을 개선하기 위해 모델을 적용하는 것을 예시한다. 비교예 2는 고-강인성 나일론 66 실로 제조되고 위사 방향으로 텍스처링된 2×2 능직 패브릭이다. 예 5~예 7은 모델 계산에 기초하여 개선된 패브릭 구조를 보여준다. 예 5는 동일한 나일론 66 재료를 사용하지만, 제직 비와 패킹 밀도를 증가시켜서, 패브릭 인장 강도와 연신율을 증가시킴으로써, 위사 방향에서의 패브릭 인장 인성을 2× 높인다. 예 6은 위사의 재료 강도를 약간 증가시키고 패킹 밀도와 제직 비도 또한 얼마간 증가시킴으로써, 위사 방향에서의 패브릭 인장 인성을 유사하게 증가시킨다. 예 7은 단지 위사의 재료 강도를 증가시키는 것에 의해서만, 즉 재료를 변경하는 것에 의해서만, 위사 방향에서의 패브릭 인장 인성을 유사하게 증가시킨다. 따라서, 모델은 어느 한 방향 또는 양방향에서 패브릭 인장 인성을 증가시킴으로써, 싱크로 벨트용 톱니 커버 패브릭을 개선하는 지침 및 여러 기법을 제공한다.

따라서, 종래의 시스템 설계의 8-㎜ 또는 9.525-㎜ 피치 이붙이 벨트의 경우, 패브릭 인장 인성이 경사 방향 및 위사 방향 중 어느 하나 또는 양자 모두에서 60 mJ/㎟ 이상 또는 80 N/㎜ 이상이거나, 또는 90 mJ/㎟ 이상의 범위인 것이 유익하다. 패브릭 인장 인성의 목표 레벨은 경사 또는 위사의 섬유 재료에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 실의 인장 강도가 약 0.050 N/dtex보다 큰 고-강인성 재료의 경우, 패브릭 인장 인성이 80 N/㎜ 이상이거나, 또는 90 mJ/㎟ 이상의 범위인 것이 유익할 수 있다. 실의 인장 강도가 약 0.030 내지 0.049 N/dtex인 중간 강인성 재료의 경우, 패브릭 인장 인성이 60 N/㎜ 이상이거나, 또는 70 또는 80 mJ/㎟ 이상의 범위인 것이 유익할 수 있다.

본원에 기술된 패브릭은 사이즈, 접착 처리, 라미네이트 필름 또는 고무 코팅, 또는 이들의 조합으로 처리될 수 있다. 이와 같이 처리된 패브릭은 본원에서 "재킷"으로 지칭될 수 있다. 통상적으로, 재킷은 주조 폴리우레탄 벨트에 사용하는 경우 벨트의 외부면에 열가소성 라미네이트를 포함할 수 있다. 통상적으로, 재킷은 고무 또는 가황 엘라스토머 벨트에 사용하는 경우 내부면에 접착 딥(adhesive dip) 코팅 및 고무 코팅을 포함할 것이다.

V-벨트, 평 벨트 및 다중-V-리브드 벨트 등을 비롯한 이붙이 벨트 이외의 다른 타입의 동력 전달 벨트는, 대개 하나 이상의 표면을, 특히 풀리 접촉면을 덮고 있거나, 벨트 본체에 매설되어 있는 패브릭을 포함한다. 여러 용례에서, 이러한 패브릭은 내마모성을 증가시키거나, 벨트의 본체에 사용된 고무에 있어서의 균열의 성장을 중단 또는 억제하거나, 벨트 강도 또는 하중 용량을 향상시키거나, 내환경성을 제공하거나, 벨트의 소음 레벨에 영향을 미치거나, 제조 방법의 선택에 영향을 미칠 수 있다. 이러한 벨트는 또한 본원에 개시된 방법 및 패브릭으로부터 이익을 얻을 수 있다.

본 발명의 벨트는 본원에 개시된 인성을 지닌 패브릭을 이용하는 임의의 알려진 벨트 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 임의의 적절한 인장 코드 또는 엘라스토머 벨트 본체 조성물이 사용될 수 있다.

본 발명 및 그 이점이 상세하게 기술되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 변경, 대체 및 변형이 실시될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에 기술된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시형태에 한정되는 것으로 의도되어 있지 않다. 당업자는, 본원에 기술된 대응 실시형태들이 본 발명에 따라 이용될 때와, 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 또는 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현재 존재하거나 차후에 개발될 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계를, 본 발명의 개시로부터 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는 그 범위 내에, 상기한 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법, 또는 단계를 포함하는 것으로 의도되어 있다. 본원에 개시된 발명은, 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소가 없는 경우에, 적합하게 실시될 수 있다.

Claims (18)

1. 이붙이 동력 전달 벨트로서, 위사 연신율과 위사 방향에서의 패브릭 인장 인성의 곱의 절반이 60 또는 80 mJ/㎟보다 큰 직물을 포함하는 톱니 커버를 구비한 이붙이 동력 전달 벨트.
2. 제1항에 있어서, 상기 위사 방향에서의 패브릭 인장 인성은, 위사가 0.03 내지 0.049 N/dtex의 파단 강도를 갖거나 또는 중간-강인성(medium-tenacity) 나일론 66인 경우, 60 mJ/㎟보다 크거나 같고; 또는 위사가 0.05 N/dtex 이상의 파단 강도를 갖거나 또는 고-강인성(high-tenacity) 나일론 66인 경우, 80 mJ/㎟보다 큰 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 톱니의 공칭 피치는 14 ㎜인 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
4. 제3항에 있어서, 주조 폴리우레탄을 포함하는 벨트 본체를 더 구비한 이붙이 동력 전달 벨트.
5. 제4항에 있어서, 탄소 섬유의 인장 코드를 더 포함하는 이붙이 동력 전달 벨트.
6. 제3항에 있어서, 상기 직물은 지그재그 능직을 갖는 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
7. 제6항에 있어서, 상기 직물은 4×2 능직을 갖는 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
8. 제3항에 있어서, 상기 직물은 2층 제직(製織) 구조를 갖는 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
9. 제1항에 있어서, 주조 폴리우레탄 본체와, 이 본체에 매설된 탄소 섬유 인장 코드, 그리고 본원의 표 1에 나타내어진 예 2의 특성을 갖는 톱니 패브릭을 포함하는 이붙이 동력 전달 벨트.
10. 제1항에 있어서, 주조 폴리우레탄 본체와, 이 본체에 매설된 탄소 섬유 인장 코드, 그리고 본원의 표 1에 나타내어진 예 3의 특성을 갖는 톱니 패브릭을 포함하는 이붙이 동력 전달 벨트.
11. 제1항에 있어서, 주조 폴리우레탄 본체와, 이 본체에 매설된 탄소 섬유 인장 코드, 그리고 본원의 표 2에 나타내어진 예 5, 예 6 또는 예 7의 특성을 갖는 톱니 패브릭을 포함하는 이붙이 동력 전달 벨트.
12. 제1항에 있어서, 탄성중합체 본체와, 이 본체에 매설된 인장 코드, 그리고 본원의 표 1에 나타내어진 예 2 또는 예 3의 특성, 혹은 본원의 표 2에 나타내어진 예 5, 예 6 또는 예 7의 특성을 갖는 톱니 패브릭을 포함하는 이붙이 동력 전달 벨트.
13. 제12항에 있어서, 상기 탄성중합체 본체는 가황 고무 또는 열가소성 엘라스토머 또는 주조 엘라스토머인 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
14. 제12항에 있어서, 이붙이 벨트, 평 벨트, 다중-V-리브드 벨트, 또는 V-벨트의 형태인 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
15. 제12항에 있어서, 패브릭의 위사 방향은 벨트의 길이방향으로 배치되는 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
16. 제1항에 있어서, 패브릭은 위사 중량 대 경사 중량의 비가 5.2보다 크고; 위사와, 상기 위사보다 약하게 텍스처링된 경사를 갖는 것인 이붙이 동력 전달 벨트.
17. 톱니 커버 패브릭을 구비하는 이붙이 동력 전달 벨트를 개선하는 방법으로서:
    상기 톱니 커버 패브릭보다 높은 패브릭 인장 인성을 갖는 다른 패브릭을 선택하는 단계; 및
    최고의 패브릭 인장 인성의 방향이 벨트의 길이방향으로 배향되도록 상기 다른 패브릭을 배향하는 단계
    를 포함하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 다른 패브릭의 패브릭 인장 인성은 60 mJ/㎟ 이상인 것인 방법.

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