KR102040347B1

KR102040347B1 - 오일 중 전동 벨트의 용도 및 그와 관련된 전동 시스템

Info

Publication number: KR102040347B1
Application number: KR1020147023888A
Authority: KR
Inventors: 마르코 디 메코; 카를로 발도비노; 마리노 페타치아
Original assignee: 데이코 유로페 에스.알.엘.
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-31
Publication date: 2019-11-04
Also published as: IN2014DN06481A; BR112014018979A8; BR112014018979B1; US20150005123A1; BR112014018979A2; US9927001B2; KR20150005908A; ITTO20120080A1; CN104302947A; RU2014135336A; EP2809968A1; CN104302947B; WO2013114318A1; EP2809968B1; JP2015511299A; JP6290791B2

Abstract

본 발명에는 전체가 폴리아라미드 섬유로 제조된 전동 벨트용 직물이 기술되어 있다. 또한, 제1 엘라스토머 물질로 이루어진 본체, 이 본체에 내장된 길이 방향으로 저항성이 있는 다수의 섬유상 삽입물, 및 위사 및 경사에 폴리아라미드 섬유를 포함하는 피복 직물로 피복된 작용면을 포함하는 전동 벨트가 제공되고, 상기 전동 벨트가 치형 벨트인 것이 유리하다. 본 발명에 따르면, 사용시에 상기 벨트는 오일과 연속적으로 접촉되어 있거나 오일 중에 부분적으로 침지되어 있다.

Description

오일 중 전동 벨트의 용도 및 그와 관련된 전동 시스템{USE OF A TRANSMISSION BELT IN OIL AND RELATED TRANSMISSION SYSTEM}

본 발명은 직물을 포함하는 전동 벨트 및 그와 관련된 전동 시스템에 관한 것이며, 특히 치형 벨트(toothed belt)에 관한 것이다.

치형 벨트는 통상적으로, 길이 방향으로 저항성이 있는 다수의 섬유상(filiform) 삽입물(코드로도 알려져 있음) 및 피복용 직물류에 의해 피복된 다수의 톱니가 설치되어 있는, 엘라스토머 물질로 이루어지는 본체를 포함한다.

벨트의 각 구성 요소는 기계적 내성 면에서 성능 향상에 기여함으로써 벨트 파손의 위험을 감소시키고, 또한 특정한 동력 전달력을 증가시킨다.

코드(cords)는 벨트의 필요한 기계적 특성을 보증하는 데에 특히 기여하며, 벨트 계수 그 자체에 필수적으로 기여하고, 특히 장기간의 성능 지속을 보장하여 준다. 코드는 보통 고강성 섬유에 수회 꼬임을 주어 얻어진다.

코드는 통상적으로 코드를 에워싸는 본체 혼합물(body mixture)과 섬유의 양립성을 증가시키기 위해 적절한 화합물로 처리된다.

상기 본체 혼합물은 전술한 구성 요소들을 결합하고, 그들이 벨트의 최종 성능에 상승 작용하도록 보증할 수 있다.

상기 본체 혼합물은 하나 이상의 엘라스토머 물질에 기초하며, 바람직하게는 섬유로 보강하여 경도를 증가시킨다.

마지막으로, 벨트의 피복용 직물은 내마모성을 증진시키는 기능을 가지며, 따라서 벨트 톱니의 측면 및 정면과 그 벨트가 상호작용하는 풀리의 홈 측면 및 저면 간의 마찰로 인한 마모로부터 벨트의 작용면을 보호한다.

더욱이, 피복용 직물은 작용면 상에서의 마찰 계수를 감소시키며, 톱니의 변형성을 줄이고, 무엇보다도, 톱니의 베이스를 강화시키는데, 이러한 방식으로 톱니의 파손을 방지하게 된다.

특히, 예를 들어, 폴리아미드 섬유를 포함하는 위사(weft yarn)와 함께 씨실(weft) 및 날실(warp)에 의해 구성된 단순한 구조를 갖거나, 또는 복합 구조를 갖는 치형 벨트를 위해 피복용 직물을 이용하는 것이 현재 알려져 있는데, 여기서 씨실은 위사로 구성되며, 각각의 위사는 코어로서 탄성사와 그 탄성사에 감긴 한 쌍의 복합사들에 의해 형성되고, 각각의 복합사는 높은 내열성 및 기계 내성을 갖는 실 및 상기한 높은 내열성 및 기계 내성을 갖는 실에 감긴 적어도 하나의 피복사(covering yarn)를 포함하여 이루어진다. 각각의 복합사는 높은 내열성 및 기계 내성을 갖는 실 및 상기한 높은 내열성 및 기계 내성을 갖는 실에 감긴 한 쌍의 피복사들을 포함한다. 상기 탄성사는 예를 들면, 폴리우레탄으로 제조될 수 있다. 상기한 높은 내열성 및 기계 내성을 갖는 실은 예를 들면, 파라 방향족 폴리아미드로 제조될 수 있다.

그러나, 상기한 피복용 직물의 제조에는 이들이 제조되는 복합 구조로 인하여 매우 복잡하고 비싼 기술이 요구되기 때문에 상기 해결책은 특히 불리하다.

따라서, 전동 벨트, 특히 치형 벨트용 피복 직물의 제조를 위한 대안적인 재료가 모색되고 있는데, 이것은 톱니 면에 완벽하게 부착되고, 또한 공지된 섬유의 기계적 특성에 필적하거나 그보다 더 양호한 기계적 특성을 여전히 유지하도록 하는, 더 단순하면서도 비용이 덜 드는 직물 구조를 얻는 것을 가능하게 한다.

또한, 지난 수년간 더 엄격한 배출가스 규제로 가동 시 엔진실에서 점증적으로 더 높은 온도에 도달하는 엔진이 설계되었다.

예를 들어, 벨트의 길이 방향으로 단순한 나일론 66사를 포함하는 피복 직물을 제조하기 위해 현재 사용되는 재료들은 이들 고온에서 최적의 동작상태를 나타내지 않는다.

성능이 현저하게 향상된 최근의 엔진에서, 치형 벨트는 고온에 노출되며, 이러한 고온으로 상기 벨트의 여러 구성 요소를 이루는 물질은 급격히 열화된다.

더욱이, 벨트들은 종종 오일 내에서, 또는 상기 벨트가 크랭크케이스 내부에 있는 시스템에서 상당히 오일 내에서 사용되고, 따라서 오일 스프레이와 직접 접촉하거나, 또는 영구적으로 또한 부분적으로는 오일에 침지된 상태로 작동하기도 한다. 특히, 저온에서 단기간 동안만 오일에 견디도록 설계된 "건식"으로 사용되는 전동 벨트들의 재료들은 고온에서 기계적 특성의 악화를 피하기 어렵고, 따라서 톱니 파손을 야기함으로써, 결과적으로는 벨트의 평균 수명이 단축된다.

따라서, 연속적으로 오일 중에서 사용될 때 특히, 현재 엔진들의 고온에 내성이 있는 피복 직물이 추구되고 있다.

더욱이, 건식으로 사용될 때와 오일 내에서 또는 엔진 크랭크케이스 내부에서 사용될 때 모두, 벨트들은 수많은 화학 약품에 의한 공격에 노출된다. 벨트가 직접 접촉하여 사용되거나, 또는 부분적으로 오일 중에 침지되는 시스템에서, 엔진 오일은 종종 에탄올, 가솔린(petrol) 및 디젤 연료와 같은 오염물질들을 포함한다. 특히, 오일을 희석하고, 벨트를 구성하는 물질들을 공격하는, 아주 높은 퍼센트에서조차도 오일과 혼합되는 가솔린으로부터의 오염은 직물의 재료에 유해하다.

예를 들면, 일부 용도에서, 오일은 가솔린 30% 이하를 함유할 수도 있다. 가솔린의 퍼센트는 엔진의 가동 조건에 따라서 가변적이며, 고부하 및 낮은 엔진 온도와 함께 증가한다.

또한, 요즈음의 소위 "그린 연료"는 직물의 실들을 공격하는 수많은 첨가제를 함유하기 때문에 특히 공격적이다.

따라서, 오일 내에서 벨트의 전체 수명 동안 작용할 수 있음과 동시에, 특히 고온에서 다른 화학 약품에 내성이 있는 피복 직물들이 추구된다.

본 발명의 제1 목적은 건조 상태일 때, 특히 오일 내에 있을 때 고온에 내성이 있고, 제조가 간단하고 비용이 적게 드는 피복 직물을 수득하는 것이다.

본 발명의 제2 목적은 화학 약품, 특히 엔진 오일에 존재하는 불순물에 내성이 있는 피복 직물을 수득하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수명이 길고, 따라서 탁월한 기계적 특성, 부착 특성 및 맞물림(meshing) 정밀도 특성을 갖는 전동 벨트, 특히 치형 벨트를 수득하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 톱니 면이 단순하고 온도와 화학 약품 모두에 내성이 있는 피복 직물로 피복되는 치형 벨트를 포함하는 전동 시스템을 수득하는 것이다.

본 발명에 따르면, 전술한 목적들은 특허청구범위 제1항에 따른 전동 벨트에 의해 달성된다.

본 발명에 따르면, 전동 시스템은 또한 특허청구범위 제18항에 따라서 제공된다.

본 발명의 더 나은 이해를 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 이하에서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 치형 벨트의 부분적인 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 치형 벨트를 이용하는 제1 타이밍 제어 시스템에 대한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 치형 벨트를 이용하는 제2 타이밍 제어 시스템에 대한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 제3 치형 벨트를 이용하는 제3 타이밍 제어 시스템에 대한 도면이다.
도 5는 10% 가솔린이 혼합된 오일 내에서 28일 동안 150℃로 유지된 폴리 메타 아라미드 및 기타 물질로 이루어진 실에 대해 측정된 인장 강도의 수치들을 보여주는 그래프이다.
도 6은 공지 기술에 따른 벨트와 비교하여 본 발명에 관한 벨트의 오일/RME/디젤 중에서의 팽윤 시험 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 치형 벨트 및 공지 기술에 따른 치형 벨트의 수명 시험에 사용된 전동 시스템을 나타내는 도면이다.

이하에서, "엘라스토머 물질은 본질적으로 ~ 구성된다"라는 표현은 그 엘라스토머 물질이 혼합물의 화학적 및 물리적 특성을 변화시키지 않고, 따라서 본 발명의 범주에서 벗어남이 없이, 상기 엘라스토머 물질에 첨가될 수 있는 다른 중합체 또는 공중합체 소량의 퍼센트를 포함할 수도 있음을 의미한다.

이하에서, "엘라스토머 물질에 대한 첨가제"는 엘라스토머 물질에 첨가하여 그의 화학적 및 물리적 특성을 변화시키는 일종의 물질을 의미한다.

"오일 중(in-oil)" 또는 "연속적으로 오일과 접촉하거나 또는 오일 욕 중에"란, 사용시에 상기 벨트가 부분적으로 오일 내에 침지되거나 연속적으로 오일과 직접 접촉해 있는 것을 의미한다. 일반적으로, 사용시에 상기 벨트는 예를 들어, 체인 또는 기어 시스템의 대체로서 엔진 크랭크케이스 내부에 있다.

"건식" 사용이란, 상기 벨트가 엔진 크랭크케이스 외부에 있고, 엔진 오일과 오로지 우연하게 접촉할 뿐, 일반적으로 가솔린과 혼합된 오일과 접촉하지 않는 것을 의미한다.

사용된 "가솔린과 혼합된 오일 중에"란, 치형 벨트가 30%를 훨씬 초과하는 가솔린과 오일의 혼합물에 사용되는 것을 의미한다.

"텍스처(textured)"란, 상기 직물이 신장성 및 부피를 증가시키기에 적합한 개별 필라멘트의 영구 변형을 나타내도록 열처리 및 기계 처리된 실을 포함하는 것을 의미한다.

본 발명의 범위 내에서 "날실(warp)"이란, 사용시에 벨트의 폭 방향으로 있는 실의 세트, 즉 이들이 사용시에 벨트의 이동 방향에 대하여 수직 방향으로 연장되는 것을 의미한다.

"씨실(weft)"이란, 사용시에 벨트의 길이 방향으로 있는 실의 세트, 즉 이들이 벨트가 이동하는 방향에 대하여 길이 방향으로 연장되는 것을 의미한다.

치형 벨트의 경우에, 상기 위사는 벨트의 가황 단계 중에 톱니의 형상에 추종하도록 직물을 변형시킬 수 있도록 탄성을 가져야한다.

"폴리아라미드" 또는 "방향족 폴리아미드"는 방향족 환을 함유하는 적어도 하나의 단량체로부터 얻어진 폴리아미드를 의미한다.

"파라 아라미드"는 중합체 쇄에 적어도 2개의 방향족 환을 나란히 함유하며, 이들 환이 파라 위치(원자 1 및 4)에 결합되는 폴리아미드를 의미한다.

그러한 재료의 예는 케블라(Kevlar)®, 테크노라(Technora)®, 헤라크론(Heracron)® 및 트와론(Twaron)®이다.

"메타 아라미드"는 중합체 쇄에 적어도 2개의 방향족 환을 나란히 함유하며, 이들 환이 메타 위치(원자 1 및 3)에 결합되는 폴리아미드를 의미한다.

그러한 재료의 예는 코넥스(Conex®) 및 노멕스(Nomex®)이다.

도 1에서, 치형 벨트는 전체로서 부호 1로 표시된다. 이 벨트(1)는 엘라스토머 물질로 이루어지는 본체(2)를 포함하며, 본체에는 길이 방향으로 저항력이 있는 다수의 섬유상 삽입물이 내장된다.

본체(2)는 피복 직물(5)로 피복되는 톱니(4)를 갖는다. 피복 직물(5)은 또한 상기 벨트의 배면(7) 상에 배치될 수 있다.

톱니(4)의 피복 직물(5) 또는 배면(7)의 임의의 피복 직물은 하나 이상의 가닥으로 구성될 수 있고, 다른 직조 기술을 통해, 예를 들면, 2x2 능직으로 알려진 직조 기술을 이용하여 얻을 수 있다.

직물(5)은 일반적으로 제1, 제2, 제3 및 제4 처리를 한다.

이들 처리는 벨트가 고온에서 오일과 연속적으로 접촉 상태로 장기간 수명을 갖도록 하기에 극히 유리한 것으로 나타났다.

유리하게는, 상기 제1 처리는 폴리이소시아네이트에 기초한다.

상기 제1 처리는 폴리아라미드 섬유의 제조에 특히 효과가 있으며, 따라서 본 발명의 경우에, 전체 직물이 본체 엘라스토머에 부착되는 것으로 밝혀졌다.

유리하게는, 직물(5)은 계속해서 RFL로 제2 처리를 행하며, 이로 인해 기본 본체 혼합물에 대한 직물의 접착 능력이 증가한다. 명백하게, RFL은 동일 목적에 유용한 다른 접착제로 치환될 수 있다.

유리하게는, 직물(5)은 계속해서 시멘트로도 또한 알려진 고무, 바람직하게는 수소화 니트릴 고무, 예를 들면, 젯폴(Zetpol)에 기초한 제3 처리를 실행한다. 이러한 처리의 목적은 직물과 본체 혼합물 간의 양립성을 더욱 증가시키는 것이고, 이러한 이유에서 니트릴기 함유 단량체로부터 형성된 바와 같은, 본체 혼합물과 같은 화학 타입의 재료, 예를 들면, NBR, HNBR 및 XHNBR을 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 벨트는 제4 처리에 의해 피복하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 이러한 처리는 예를 들어, 직물의 상부에 캘린더링되는 코팅을 형성한다.

제3, 제4 처리는 예를 들어, 엘라스토머 및 감마찰 재료, 예를 들면 PTFE 또는 흑연, 몰리브덴 디설파이드, 구리 분말 및 유사물을 포함하는 단일 처리에 의해 치환될 수 있다.

제4 처리는 불소화 중합체, 예를 들면, PTFE, 및 가공 엘라스토머, 예를 들면, 본체 혼합물 또는 플루오로엘라스토머에 사용된 바와 유사한 물질을 포함하는 것이 유리하다.

따라서, 니트릴 함유 단량체 및 디엔으로부터 형성된 하나 이상의 공중합체는 제4 처리를 위한 엘라스토머로서 사용될 수 있는 것이 유리하다.

유리하게는, 상기 니트릴기 함유 단량체는 최종 공중합체 전체에 대해 15 내지 60%의 범위에 있다.

유리하게는, 상기 니트릴기 함유 단량체는 최종 공중합체 전체에 대하여 33 내지 51%의 범위에 있다.

더욱 유리하게는, 이들은 -40℃로 내려간 온도의 냉온 적용의 경우에 15 내지 25중량%, 건식 적용의 벨트에는 33 내지 39중량%, 및 오일 중의 적용에는 39 내지 51중량%이다.

한층 더 유리하게는, 오일 중의 적용에서, 이들은 49 내지 51중량%, 예를 들면, 50중량%인 반면, 건식 적용의 경우, 이들은 19 내지 23중량%, 예를 들면, 21중량%이다.

더욱 유리하게는, 사용된 가공 공중합체(들)는 니트릴 고무 및/또는 플루오로엘라스토머이고, 한층 더 유리하게는, 약자 NBR로 알려진, 아크릴로니트릴 부타디엔 고무이다. 한층 더 유리하게는, 이들은 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 또는 HNBR, 또는 XHNBR, 즉 카복실화 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔이다.

그를 형성하는 재료의 양을 적절히 선택함으로써, 제4 처리는 편리하게 피복 코팅을 뚜렷이 형성하여, 직물 자체와 분리하고, 이하에서 마모 내성 코팅(8)이라고도 칭한다. 마모 내성 코팅(8)은 상기 벨트의 작용면을 구성하므로, 내마모성을 더 증가시키고, 오일 흡착을 감소시킨다.

유리하게는, 상기 불소화 중합체는 마모 내성 코팅(8) 중에 불소화 엘라스토머 및 제2 엘라스토머 물질의 총합보다 더 많은 phr 양으로 존재한다.

마모 내성 코팅(8)의 게이지는 0.03mm 내지 0.3mm인 것이 유리하다.

마모 내성 코팅(8)은 다른 방식으로 직물(5)의 상부에 배치할 수 있다. 바람직하게는, 이는 캘린더링 단계에 의해 배치할 수 있다.

접착 물질은 직물(5)과 마모 내성 코팅(8) 사이에 배치되어 직물(5) 상의 마모 내성 코팅(8)의 접착을 개선할 수 있다.

바람직하게는, 필요한 내성을 확보하기 위해, 마모 내성 코팅(8)은 200 내지 400gr/m²범위의 중량을 갖는다.

바람직하게는, 상기 벨트의 배면(7)은 또한 전술한 바와 같은, 직물(5)을 피복함으로써 피복된다.

바람직하게는, 피복 직물(5)은 또한 다른 처리 방법으로 처리된다. 상술한 작용면을 피복하는, 직물의 제4 처리와 유사한 처리로 배면(7)을 처리하는 것이 특히 유리한 것으로 밝혀졌다. 더욱 유리하게는, 이러한 제4 처리는 직물의 상부 위에 마모 내성 코팅을 형성한다. 한층 더 바람직하게는, 배면의 피복 직물(5)을 피복하는 마모 내성 코팅은 톱니의 피복 직물(5)을 피복하는 것과 동일하다.

피복 직물(5)은 씨실 및 날실로 구성되는 구조를 가지며, 상기 씨실 및 날실은 모두 폴리아라미드 섬유를 포함하는 실을 함유한다.

유리하게는, 위사는 직물의 스트레칭을 용이하게 하기 위해 적어도 하나의 탄성사 및 적어도 하나의 폴리아라미드 섬유의 섬유사를 포함하여, 가황 단계 중에 톱니의 형상에 추종하도록 한다. 한층 더 유리하게는, 위사는 탄성사 및 적어도 폴리아라미드 섬유의 제1 및 제2 섬유사를 포함한다.

본 발명의 특히 바람직한 실시형태에서, 폴리아라미드 섬유의 제1 섬유사가 탄성사에 제1 방향 S로 감기고, 폴리아라미드 섬유의 제2 섬유사가 반대 방향 Z로 상기 제1 실에 감기는 직물로 작용면이 피복되는 전동 벨트(1)가 오일 중에 특히 내성이 있는 것을 알 수 있다.

유리하게는, 상기 탄성사는 폴리우레탄으로 제조되고, 이는 톱니의 형성 중에 직물의 탄성을 제공한다.

유리하게는, 상기 위사는 파라 폴리아라미드 섬유를 포함한다.

예를 들면, 상기 위사는 한 쌍의 파라 폴리아라미드 실, 예를 들어, 테크노라 실을 폴리우레탄 실에 권취함으로써 형성될 수 있다.

상기 실은 코어로서 탄성사의 사용을 피하기 위해서 텍스처링할 수 있다.

유리하게는, 상기 경사(warp yarns)는 메타 폴리아라미드 섬유를 포함한다.

메타 폴리아라미드 실을 사용함으로써, 오일 중에서 치형 벨트의 가동 조건을 보여주는, 도 5에 도시한 그래프의 결과에 의해 나타난 바와 같이, 즉 치형 벨트가 체인 또는 기어 시스템 대신에 엔진 크랭크케이스 내부에 있고, 연속적으로 오일과 직접 접촉하거나, 부분적으로 오일 욕에 침지될 때, 고온에서도, 또한 가솔린과 혼합된 오일 중에서도 탁월한 인장값을 유지할 수 있는 것으로 놀랍게도 밝혀졌기 때문에 특히 유리하다.

바람직하게는, 본 발명의 경사에는 300 내지 800dtex의 범위에 있는 값이 사용된다.

특히, 코넥스 실은 특히 바람직하고, 40/2 배열에서, 즉 500dtex에서 한층 더 바람직하다.

유리하게는, 폴리우레탄과 같은 탄성사와 이에 폴리 파라 아라미드 실 2개가 감겨 구성되는 위사를 갖는 직물이 사용된다. 상기 벨트의 길이 방향으로 전처리 직물의 인장 강도는 800 내지 1400 N/25 mm, 한층 더 유리하게는 1000 내지 1200 N/25 mm의 범위에 있다.

유리하게는, 폴리 메타 아라미드 실로 구성된 경사를 갖는 직물이 사용된다. 폭 방향으로 인장 강도는 700 내지 1300 N/25 mm, 한층 더 유리하게는 900 내지 1100 N/25 mm의 범위에 있다.

유리하게는, 제1 및 제2 처리들 후의 중량이 400 내지 1000 grams/m², 한층 더 유리하게는 500 내지 700 grams/m²의 범위에 있는 직물이 사용된다.

유리하게는, 본체(2)는 본체 혼합물로 이루어지며, 상기 본체 화합물은 또한 하나 이상의 엘라스토머로 구성된다.

유리하게는, 상기 본체 혼합물은 니트릴기 함유 단량체 및 디엔으로부터 형성된 하나 이상의 공중합체를 포함한다.

유리하게는, 상기 니트릴기 함유 단량체는 상기 본체 재료와 유사한 퍼센트로 존재한다.

유리하게는, 상기 니트릴기 함유 단량체는 최종 공중합체 전체에 대하여 15 내지 60중량%의 범위로 존재한다.

더욱 유리하게는, 이들은 -40℃로 내려간 온도로 냉온 적용하는 경우에, 15 내지 25중량%이고, 건식 적용의 벨트에서는 33 내지 39중량%이고, 오일 중의 적용에서는 39 내지 51중량%이다.

더욱 유리하게는, 본체 혼합물로서 사용된 공중합체(들)은 니트릴 고무이고, 유리하게는 약칭 NBR로 알려진 아크릴로니트릴 부타디엔 고무이다. 한층 더 유리하게는, 이들은 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔 또는 HNBR, 또는 XHNBR, 즉 카복실화 수소화 아크릴로니트릴 부타디엔이다.

유리하게는, 상기 벨트가 부분적으로 오일 욕 중에 있거나, 오일 또는 불순물과 직접 접촉해 있는 전동 시스템의 제조에 사용된 HNBR은 고도의 수소화를 갖는다. 예를 들면, 소위 완전 포화 HNBR을 사용할 수 있고, 이들은 최대한 0.9%의 잔류 이중 결합을 가지나, 더 낮은 포화도를 갖는 HNBR을 사용할 수도 있으며, 예를 들면, 부분 포화된 HNBR로 알려진, 포화도가 4% 또는 5.5%인 HNBR일 수 있다.

본체 혼합물에, 또한 치형 벨트를 형성하는 각종 요소의 다른 처리 방법에 사용할 수 있는 HNBR 공중합체의 예로는 란세스(Lanxess)의 제품인 THERBAN류, 예를 들면, 34% 니트릴기를 함유하고, 수소화도가 최대한 0.9%인 THERBAN 3407, 34% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 0.9%인 THERBAN 3406, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 0.9%인 THERBAN 3607, 34% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 4%인 THERBAN 3446, 34% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 5.5%인 THERBAN 3447, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 2%인 THERBAN 3627, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 2%인 THERBAN 3629, 및 39% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 0.9%인 THERBAN 3907에 속하는 공중합체를 포함한다.

대안으로, 상품명 젯폴(ZETPOL)로 닛폰 제온에서 생산한 HNBR을 사용할 수 도 있다. 특히, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 0.9%인 ZETPOL 2000, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 0.9%인 ZETPOL 2000L, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 4%인 ZETPOL 2010, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 4%인 ZETPOL 2010L, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 4%인 ZETPOL 2010H, 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 5.5%인 ZETPOL 2020, 및 36% 니트릴기를 함유하며, 불포화도가 최대한 5.5%인 ZETPOL 2020L.

한층 더 유리하게는, 디엔 단량체 및 니트릴기 함유 단량체로부터 수득된 하나 이상의 공중합체의 혼합물로 형성된 중합체가 사용된다. 하나 이상의 이들 공중합체는 이들에 부가된 불포화 카복실산 또는 불포화 카복실산의 염을 갖는 것이 유리하다.

더욱 유리하게는, 불포화 카복실산은 아크릴산 또는 메타크릴산이고, 상기 염은 아크릴산 또는 메타크릴산의 아연 염이다.

한층 더 유리하게는, 메타크릴산의 아연 염이 사용된다.

한층 더 유리하게는, 메타크릴산의 아연 염은 10 내지 60 phr의 양으로 첨가된다.

예를 들면, 제온에 의해 다음 상품명으로 판매되는 엘라스토머를 사용하는 것이 유리하다: ZSC 1295, ZSC 2095, ZSC 2195, ZSC 2295, ZSC 2295L, ZSC 2295R 및 ZSC 2395.

특히, 상기 언급한 HNBR, 즉 ZETPOL 및/또는 THERBAN을 불포화 카복실산 및 아연 옥사이드를 포함하는 ZSC로, 및/또는 불포화 카복실산 염을 포함하는 THERBAN ART로 부분적으로 또는 전체적으로 치환할 수 있다.

유리하게는, 상기 벨트가 건식인 전동 시스템을 제조하는 경우, 아크릴로니트릴을 15 내지 25%의 범위로 갖는 NBR 또는 HNBR에 기초한 중합체가 사용된다.

제1 엘라스토머 물질의 혼합물은 또한 예를 들어, 보강제, 충전재, 안료, 스테아르산, 가속화제, 가황제, 항산화제, 활성화제, 개시제, 가소제, 왁스, 예비가황제, 억제제, 분해억제제, 가공유 및 유사물과 같은 통상의 첨가제를 포함할 수도 있다.

유리하게는, 카본 블랙은 충전재로서 사용할 수 있고, 이는 0 내지 80 phr의 양으로 첨가하는 것이 유리하고, 대략 40 phr을 첨가하는 것이 더욱 유리하다. 유리하게는, 탈크, 탄산 칼슘, 실리카 및 실리케이트와 같은 보강용 페일(pale) 충전재를 0 내지 80 phr, 유리하게는 대략 40 phr의 양으로 첨가한다. 실란은 또한 0 내지 5 phr의 양으로 사용하는 것이 유리할 수 있다.

유리하게는, 산화 아연 및 산화 마그네슘을 0 내지 15 phr의 양으로 첨가한다.

유리하게는, 트리멜리테이트 또는 에틸 에스테르와 같은 에스테르 가소화제는 0 내지 20 phr의 양으로 첨가한다.

유리하게는, 트리알릴 이소시아누레이트, 및 유기 및 무기 메타크릴레이트, 예를 들면 금속 염과 같은 가황 보조제는 0 내지 20 phr의 양으로 첨가할 수 있고, 또는 예를 들어, 이소프로필벤젠 과산화물과 같은 유기 과산화물은 0 내지 15 phr의 양으로 첨가할 수 있다.

유리하게는, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 탄소 섬유 및 PBO 섬유로 이루어진 그룹 중에서 선택된 물질로 제조된, 코드로서 알려진 저항성 삽입물(3)을 사용할 수 있고, 또한, 일명 "하이브리드" 타입, 즉 전술한 바와 같은 것 중에서 유리하게 선택된 다른 물질의 가닥(thread)을 포함하는 코드를 사용할 수도 있다.

바람직하게는, 코드를 구성하는 섬유는 닛폰 글래스의 국제특허 WO2004057099에 기재된 공정에 의해 수용성 과산화물로 경화한 HNBR 라텍스로 처리한다.

본 발명에 따른 치형 벨트(1)는 공지된 제조 공정을 사용하여 제조된다.

본 발명의 직물을 포함하는 치형 벨트는 탁월한 내화학약품성을 나타내며, 따라서 특히 건식 적용뿐만 아니라, 오일, 오일/디젤 및 오일/바이오디젤 혼합물, 가솔린, E25, 및 사용된 모든 타입의 연료에서 노화(aging)에 대해 탁월한 내성을 나타낸다.

유리하게는, 전동 벨트용 피복 직물 중의 날실 및 씨실 모두에서 폴리아라미드 섬유를 사용하면, 선행 기술에서 복합 직물의 생산에 사용한 기법에 대해 간편하고 비용이 더 적게 드는 기법이 사용 가능하다.

본 발명에 따른 벨트는 오일과 직접 접촉하거나, 부분적으로 오일에 침지되는 시스템에서 사용하기에 특히 적합하다. 특히, 상기 벨트가 크랭크케이스 내부에서, 상기 벨트가 그의 전체 수명에서 오일 스프레이와 연속적으로 접촉되거나, 또는 필요에 따라 부분적으로 오일 욕에 침지되는 시스템 내부에서 전통적인 기어 또는 체인 시스템 대신에 사용되는 경우에 최적 결과가 달성된다.

이러한 경우에, 피복 직물(5)이 배면(7) 상에 존재할 때, 특히 제2, 제3 및 제4 처리는 또한 배면(7) 상에서 행하는 것이 유리하다. 또한, 제4 처리가 마모 내성 코팅을 형성하는 경우가 특히 바람직하다.

이러한 경우에, 마모 내성 코팅(8)은 치형 벨트(1)의 배면(7)에서 오일 침투를 방지할 수 있을 뿐 아니라, 상기 벨트의 배면(7)이 슈즈 또는 텐셔너와 접촉해 있는 제어 시스템에 치형 벨트(1)가 사용될 때 특히 유리하다. 실제로, 이들 시스템에서, 오일이 슈즈 또는 텐셔너와 상기 벨트 및 상기 벨트의 배면과의 접촉면 사이에 삽입되어 잔류하므로, 상기 본체를 구성하는 혼합물 내부에 침투가 이루어진다.

바람직하게는, 치형 벨트(1)는 외부 표면의 전면, 특히 본체 혼합물이 대부분 오일 공격에 노출되는 측면(10) 상에서 팽윤 내성 고무, 예를 들면, ENDURLAST®로 처리할 수 있다.

본 발명에 따른 벨트(1)는 예를 들어, 도 2에 도시한 형태의 자동차용 타이밍 제어 시스템에서 유리하게 사용할 수 있다. 이 도면에서, 타이밍 제어 시스템은 전체로 부호 11로 표기하며, 도시하지 않은 구동축에 단단히 고정된 구동 풀리(12), 치형 벨트를 텐셔닝하기 위한 텐셔너(14), 및 제1 피동 풀리(13a) 및 제2 피동 풀리(13b)를 포함한다.

도 3에 도시한 제2 대체 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 치형 벨트는 부호 20으로 표시되며, 양면 상에 톱니를 가지므로, 양 톱니를 피복하는 저항성 직물을 갖는다.

치형 벨트(20)는 예를 들어, 도 3에 도시한 형태의 자동차용 타이밍 제어 시스템에 사용할 수 있다. 이 도면에서, 타이밍 제어 시스템은 전체로 부호 21로 표기되고, 이는 도시되지 않은 구동 축에 단단히 고정된 구동 풀리(22), 제1 피동 풀리(23a), 제2 피동 풀리(23b) 및 제3 피동 풀리(24)를 포함한다.

도 4에 도시한 본 발명의 제3 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 치형 벨트(30)는 도면에서 전체로 부호 31로 표기된 타이밍 제어 시스템에 유리하게 사용될 수 있으며, 이는 도시되지 않은 구동축에 단단히 고정된 구동 풀리(32), 제1 피동 풀리(33a), 제2 피동 풀리(33b), 슈 텐셔너(34) 및 슈(35)를 포함한다.

특히, 본 발명의 전동 벨트는 밸런스 샤프트 시스템으로 통상 알려진 전동 시스템에 사용할 경우에 특히 효과가 있음을 알 수 있다.

사용시에, 각각의 제어 시스템(11, 21, 31)에서의 치형 벨트(1, 20, 30)는 엔진 크랭크케이스 내부에서 오일과 직접 접촉된다.

도 2 내지 도 4는 밸런스 카운터샤프트의 이동 조정과 관련된 제어 시스템을 도시하지만, 본 발명에 따른 벨트는 또한 소위 "캠 투 캠(cam to cam)" 시스템에, 또는 오일 펌프를 구동하기 위해 사용할 수 있음이 분명하다. 이들 경우에, 상기 벨트는 작동 중에 오일 욕에 부분적으로 침지된다.

또한, 캠의 이동을 조절하기 위한, 또한 디젤 엔진에서 분사 펌프를 구동하기 위한 주요 전동에서 본 발명의 벨트를 사용할 수도 있다.

대안으로, 본 발명에 따른 벨트는 또한 엔진 타이밍을 위한 건식 벨트로서 사용될 수도 있다.

실험에 의해 입증된 바에 따르면, 본 발명에 따른 직물의 사용으로 고온에서도 효과적인 오일 내성을 달성할 수 있고, 따라서 치형 벨트가 자동차에 사용되기 위해 시행되는 수명 테스트를 통과할 수 있으며, 이로 인해 오일과 연속적으로 접촉하여 사용될 때 벨트에 발생하는 문제, 특히 기계적 특성의 강하, 접착력 부족, 맞물림 악화 및 마모 내성 부족을 모두 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 벨트는 130℃를 넘는 고온에서 타이밍 시스템의 건식 벨트로서 사용할 수 있다.

본 발명에 따라 생산된 벨트의 특성에 관한 검사로부터, 그를 사용하여 달성할 수 있는 이점은 명백하다.

유리하게는, 상술한 벨트는 결과적으로, 특히 공격적인, 예를 들어, 그린 연료 오염물의 존재 하에조차 고온에서 건식 적용 및 오일 중의 적용 모두에 사용할 수 있다.

본 발명을 설명할 목적으로 일부 실시형태를 기술하였지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 치형 벨트의 다른 구성 및 본체 혼합물의 재료뿐만 아니라, 섬유 형태 및 그를 형성하는 재료를 변경할 수 있음은 본 분야의 숙련자에게 명백하다. 본 발명에 따른 직물 및 벨트는 또한 이하에서 실시예로 기술하며, 이들 실시예로 한정되지 않는다.

실시예

실시예1

전체적으로 폴리 메타 아라미드 섬유, 특히 40/2 배열을 갖는 코넥스의 방적사로 경사를 제조하는데, 여기서 40은 미터법 단위이거나, 또는 오히려 1kg이 되는 1000미터 타래의 수이고, 2는 날실로서 사용된 실 안에 있는 방적사의 수이다(dtex로, 500dtex에 상당함).

본 발명에 따르면, 상이한 재료의 경사에 대해 오일 및 바이오디젤 90:10 중, 150℃에서 28일간 인장 강도를 측정하기 위해 시험하였다.

시험에 사용된 연료는 오일(5W30 모빌 1-5W-30 ESP 배합) 및 바이오디젤(유채 종자 메틸 에스테르)이다.

상기 시험들은 150:5의 오일 및 섬유 비로 오일 및 오염물을 함유하는 대략 200ml의 밀봉 시험관에서 행하였다. 상기 시험관을 오븐에 넣어 28일간 두었다. 시험 종료시, 오일을 제거하고, 샘플을 40 내지 60℃에서 광물성 테레빈유(mineral turpentine)로 알려진 석유 스피릿으로 세정하여 건조한 후 인장 강도를 측정하였다.

코넥스 실을 사용하여 얻어진 결과를, 전동 벨트 피복 직물 제조에 사용된 폴리아라미드 6.6, PPB 및 PEEK의 실을 사용하여 얻어진 결과와 비교하였다.

비교 시험 결과는 도 5에 나타내었다.

도 5에서 관찰할 수 있는 바와 같이, 코넥스 실, 즉 폴리 메타 아라미드 실은 폴리아미드 6.6에 대해 측정한 것뿐만 아니라, 다른 통상 사용된 실에 대해 측정한 것보다 훨씬 고도의 인장 강도 보존을 나타냄으로써, 치형 벨트용 직물의 날실로서 사용할 때 특히 효과가 있음을 보여주었다.

실시예 2

표 2는 상기 벨트가 사용시에 엔진 크랭크케이스 내부에서 오일 욕 중에 적어도 부분적으로 또는 오일과 연속적으로 직접 접촉할 때 마모 및 화학 약품에 대한 내성 면에서 탁월한 결과를 달성할 수 있는 본 발명에 따른 전동 벨트에 사용가능한 직물의 예를 나타낸다.

상기 직물은 표 2에 나타낸 특성을 갖는 씨실 및 날실로 구성된 구조 및 2x2 능직 배열을 갖는다.

파라미터	값
전처리 직물 중량(g/m²)	460
제1 및 제2 처리 후의 직물 중량	550
전처리 게이지(mm)	1.09
제1 및 제2 처리 후의 게이지(mm)	1.1
씨실 신장 @ 100N (%)	100
경사 재료	Conex 40/2 - 500 dtex
위사 재료	S 방향으로 1 및 Z 방향으로 1 - 2 방적 테크노라 실이 감기는 1 엘라스탄 실
단일 테크노라 실 번수(dtex)	220
엘라스탄 실 번수(dtex)	400
파단점에서 전처리 날실의 신장(%)	30
파단점에서 전처리 씨실의 신장(%)	150
전처리 씨실의 인장강도(N/25 mm)	1100
전처리 날실의 인장강도(N/25 mm)	1000
위사의 수(25 mm)	55
경사의 수(25 mm)	60

표 3은 대신에, 공지된 기술에 따른 직물의 예를 보여준다. 이 직물은 또한 2x2 능직 배열을 갖는다.

경사는 실시예 1에서 시험한 타입의 폴리아미드 66 HT의 실에 의해 형성된다. 벨트의 길이 방향으로, 따라서 벨트가 사용 중에 움직이는 방향으로 연장되는 위사는 폴리우레탄, 특히 엘라스탄의 코어와, 그에 감기는 한 쌍의 복합사에 의해 형성된 실이다. 각 복합사는 높은 기계 및 열 내성의 실, 특히 테크노라 폴리 파라 아라미드와 그에 감기는 피복사, 특히 텍스처 폴리아미드 6으로 구성된다.

상기 직물의 구조에 관한 상세 내역은 표 3에 나타내었다.

길이 방향 또는 씨실 방향으로 신장된 실의 조성
재료 타입	엘라스탄
번수 dtex, 여기서 1 tex= 실가닥 1 gr/km	480
실가닥수 (2.54 cm당)	55
고내성 실	테크노라
번수 (dtex)	220
피복용량(회전수)	900
피복사	텍스처 나일론 6
폭 방향 또는 날실 방향으로 신장된 실의 조성
재료 타입	나일론 66 HT
번수(dtex)	110
피복용량(회전수)	1300

상기 벨트의 나머지 구성 요소가 서로 완전히 동일하기 때문에, 수행된 시험은 직물의 일반적인 행동을 가리키며, 따라서 상이할 수 있다.

본 실시예의 경우에, 상기 벨트는 연속적으로 오일과 접촉하거나 오일 욕 중에서 사용된다. 상기 벨트는 국제 특허 출원 제WO2005080820호에 따라 제작된다.

이하의 시험에서, 부품 번호 03L115264A로 시판되고 있는 벨트는 상이한 하나의 성분, 직물 만을 사용하였다.

특히, 오일 중에서의 벨트에 대한 팽윤 또는 팽출 시험을 실시하기 위해, 전동 시스템에 대해 시험을 행하여 표 4에 나타내었다. 상기 및 후속 시험에서 시험된 벨트의 피치는 자동차 분야에서 통상 사용되는 것, 즉 9.525mm이다.

벨트 톱니수		59
피치	[mm]	7.43
폭	[mm]	10
구동 풀리 톱니수		22
피동 풀리 톱니수		33
온도	[℃]	120
혼합 조성	[%]	80/10/10 오일/RME/디젤유

시험이 행해지는 시스템은 90초에 2500 회전에서 4500 회전으로, 다음에는 10초 동안 4500 회전, 다음에는 90초에 4500 회전에서 2500 회전으로, 다음에는 10초간 2500 회전으로 전기 구동 엔진을 가동한 다음, 동일한 사이클을 반복한다.

사용된 오일은 AGIP 70045W40 오일이다. RME는 공지된 바이오디젤이다.

도 6에 도시한 팽윤 시험에서, 본 발명에 따른 벨트는 공지된 기술에 따라 생산된 벨트에 대하여 오일 중에 훨씬 더 작은 팽윤값을 갖는 것을 입증한다.

실시예 4

수명 시험은 또한 고온(90℃ 및 120℃)에서 오일 중에서의 벨트에 대해 행하였다.

실시예 3에서 표 2 및 표 3에 전술한 바와 동일한 벨트를 시험하였다.

톱니 파손 확인 시험은 전동 시스템을 사용하여 다시 시행한다.

톱니수		125
피치	[mm]	8
폭	[mm]	19
구동 풀리 톱니수		15
CAM 풀리 톱니수		30
레일 압력	[bar]	1600

시험이 행해지는 시스템은 시험 속도[rpm]를 120초에 3000에서 5000 회전으로, 다음에는 120초에 5000 회전에서 3000 회전으로 실시한다.

사용된 전동 시스템은 도 7에 도시하고, 도면에서 부호 200으로 표기하며, 구동 풀리(201), 2개의 캠(202, 203), 및 치형 벨트(204)를 포함한다. 분사 펌프는 캠(203)의 반대측 상에 있다. 전동 시스템은 크랭크케이스(205) 내부에 배치되며, 또한 자동 텐셔너(206) 및 아이들러(207)를 포함한다.

시험 결과는 표 6에 나타내었다.

오일 온도 (℃)	선행 기술에 따른 벨트 (시간)	본 발명에 따른 벨트 (시간)
90	777 584 793	995 1196
140	233 243	794

표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 오일 온도가 높을수록, 선행 기술에 따른 벨트에 대하여 본 발명에 따른 벨트의 수명 시간 수에서의 차이가 더 크다.

따라서, 상기 벨트를 구성하는 각종 성분 또는 전동 시스템 또는 사용된 시험과 관계없이, 본 발명에 따르는 벨트는 톱니 파손이 지연된다.

Claims

오일과 연속적으로 접촉하거나 오일 욕 중에 침지된 전동 벨트(1)로서, 상기 벨트는 제1 엘라스토머 물질로 이루어진 본체(2), 상기 벨트의 본체에 내장된 길이 방향으로 저항성이 있는 다수의 삽입물(3) 및 톱니(4), 및 배면(7)을 포함하고, 상기 벨트는 작용면을 가지며, 상기 작용면은 위사 및 경사를 포함하는 피복 직물(5)로 피복되고, 상기 위사 및 경사는 폴리아라미드를 포함하고, 상기 경사가 폴리 메타 아라미드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 벨트.
제1항에 있어서,
상기 위사가 탄성사에 의해, 또한 제1 실 및 제2 실에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제2항에 있어서,
상기 제1 실 및 상기 제2 실이 폴리 파라 아라미드에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제3항에 있어서,
제1 폴리 파라 아라미드 섬유사가 상기 탄성사에 제1 방향으로 감기고, 제2 폴리 파라 아라미드 섬유사가 반대 방향으로 상기 제1 실에 감기는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제1항에 있어서,
상기 전동 벨트가 치형 벨트인 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제1항에 있어서,
상기 배면(7)이 상기 피복 직물로 피복되는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제1항에 있어서,
상기 제1 엘라스토머 물질이 디엔 단량체 및 니트릴기 함유 단량체로부터 얻어지는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제7항에 있어서,
상기 니트릴기가 33중량% 내지 51중량%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제7항에 있어서,
상기 제1 엘라스토머 물질이 NBR, HNBR, XHNBR 및 이의 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제9항에 있어서,
상기 제1 엘라스토머 물질이 불포화 카복실산 및/또는 불포화 카복실산의 염을 함유하는 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제1항에 있어서,
상기 직물에 제1 처리 및 제2 처리를 하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제11항에 있어서,
상기 제1 처리가 폴리이소시아네이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제11항에 있어서,
상기 제2 처리가 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제12항에 있어서,
제3 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제14항에 있어서,
상기 제3 처리가 NBR, HNBR, XHNBR 및 이의 혼합물로 이루어지는 그룹에서 선택된 엘라스토머를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
제14항에 있어서,
제4 처리를 포함하는 것을 특징으로 하는 전동 벨트(1).
적어도 하나의 구동 풀리(12, 22, 32), 피동 풀리(13a, 13b, 23a, 23b, 24, 33a, 33b) 및 제1항에 따른 벨트를 오일과 접촉하거나 오일 중에 침지된 상태로 연속적으로 유지하도록 하는 수단을 포함하는 자동차용 타이밍 제어 시스템.
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