KR102051175B1 - 이격된 리브 플랭크 보강부재를 구비한 v-리브 벨트 - Google Patents

이격된 리브 플랭크 보강부재를 구비한 v-리브 벨트 Download PDF

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Abstract

본 발명은 이격된 리브 플랭크 보강 부재를 갖는 V-리브 벨트 및 이의 제조 방법을 제공한다. 상기 V-리브 벨트는 길이방향으로 연장되는 제1 플랭크 및 제2 플랭크를 갖고, 횡방향으로 이격되어 있으며 길이방향으로 연장하는 하나 이상의 V-리브를 포함하는 압축부를 포함한다. 상기 V-리브는 탄성 재료의 건조 마찰 계수보다 작은 건조 마찰 계수를 갖는 복수의 보강 바디들을 둘러싸는 탄성 재료를 포함한다. 복수의 보강 바디들은 보강 바디들의 적어도 일부가 길이방향으로 연장하는 제1 플랭크 및 제2 플랭크 중 하나 이상의 일부를 형성하도록, V-리브 내에 대체로 횡방향으로 배열된다.

Description

이격된 리브 플랭크 보강부재를 구비한 V-리브 벨트{V-RIBBED BELT WITH SPACED RIB FLANK REINFORCEMENT}
본 발명은 동력 전달 벨트, 특히 건조 및 습윤 작동 조건 모두에서 일관된 벨트 성능을 위해 이격된 리브 플랭크 보강 부재를 갖는 개선된 V-리브 벨트에 관한 것이다.
V-벨트 및 V-리브 벨트는 다양한 환경에서 사용된다. V-리브 벨트는 높은 동력 전달 능력(power transmission capacity)을 위해 선호되는데, 이는 벨트 상의 리브와 협력 풀리(cooperating pulley) 상의 플랭크 사이의 큰 접촉 영역에 기인한다.
작동시, V-벨트 및 V-리브 벨트는 소음을 발생시키는 경향이 있고, 이는 특히 자동차 구동에서 통상적인 불만 사항이다. 벨트 소음은 주로 풀리의 맞물림 및 분리 소음의 결과이며, 이는 벨트 상의 리브(rib)가 풀리 홈으로 들어오거나 풀리 홈에서 빠져나갈 때의 발생하거나, 또는 벨트에 대한 풀리의 과도한 회전 슬리브(slip)에서 발생한다. 회전 슬리브는 드라이브의 신속한 가속 및 감속 동안 발생하는데, 예를 들어 이동(shifting), 엔진 시동 또는 엔진 셧다운 동안 발생하거나, 또는 풀리 주위의 과도한 로딩 또는 불충분한 래핑(wrapping) 때문에 발생한다.
습윤 및 건조의 작동 조건 모두에서, 벨트 상의 V-리브와 풀리 홈의 사이에 적절하고 지속적인 견인력(traction)을 갖는 것이 바람직하다. 견인 수준을 정량화하는 통상의 방법은 SAEJ2432(본 명세서에 전체로서 참고됨)에서 정의된 "유효 마찰 계수(effective coefficient of friction)"(μe)를 참조하여 이루어진다. 종래의 V-리브 벨트는 약 0.4 내지 2.1 범위의 μe 값을 가지나, 자동차 악세서리 드라이브를 위한 바람직한 범위는 약 0.7 내지 1.5이다.
기존의 V-리브 벨트에 대한 유효마찰계수는 일반적으로 사용 시점의 환경 조건에 따라 급격히 가변된다. 습윤 환경에서, μe는 벨트와 풀리 플랭크 사이의 물의 윤활 효과 때문에 상기 범위의 하단에 있으며, 건조 환경에서 μe는 상기 범위의 상단에 있다. 따라서, 건조 및 습윤의 작동 환경 모두에서 목표로 하는 일관된 견인력을 얻기 위해서는, 습윤 견인 수준을 올리고 동시에 건조 견인 수준을 낮출 필요가 있다.
하나의 측면에서, 기계적 동력 전달을 위한 V-리브 벨트가 기술된다. V-리브 벨트는 횡방향으로 이격되어 있고 길이방향으로 연장되는 하나 이상의 V-리브를 갖는 압축부를 포함한다. V-리브는 제1 건조 마찰 계수를 갖고, V-리브 내에 대체로 횡방향으로 배열되는 복수의 보강 바디(reinforcing body)를 포함하여, 보강 바디들의 적어도 일부는 V-리브의 외부 표면의 일부를 형성하게 된다. 보강 바디는 제2 건조 마찰 계수를 갖는다. 제1 건조 마찰 계수는 제2 건조 마찰 계수보다 크고, 생성되는 압축부는 종래의 벨트와 비교하여 증가된 습윤 유효 마찰 계수를 갖는 V-리브의 외부 표면을 생성한다. 이들 V-리브 벨트는 습윤 조건에서의 마찰 계수가 건조 조건에서의 마찰 계수와 실질적으로 동일하므로 유리하다. 상기 벨트는 엔진에 지속적인 성능을 제공한다.
유효 마찰 계수의 일관성은, 탄성 재료의 압축으로 보강 바디들이 압축부의 나머지 부분에 비해 돌출되도록 하기 때문에 건조 조건 및 습윤 조건 모두에서 얻어지는데, 건조 조건에서는 보강 바디들에 기인한 V-리브의 상당량의 표면적 때문에 μe를 감소시키지만, 습윤 조건에서는 돌출부가 벨트와 풀리 플랭크 간의 물의 윤활 효과에 대해 갖는 방해 효과(disruptive effect) 때문에 μe를 증가시킨다.
또 다른 측면에서, 횡방향으로 이격되어 있고 길이방향으로 연장되는 하나 이상의 V-리브를 갖는 압축부를 포함하며, 상기 V-리브가 길이방향으로 연장되는 제1 플랭크 및 길이방향으로 연장되는 제2 플랭크를 갖는 V-리브 벨트를 기술한다. 상기 압축부는 보강 요소를 둘러싸는 탄성 재료를 포함한다. 복수의 기다란 보강 바디들은 플랭크들 사이에서 일반적으로 횡방향으로 배열되는데, 보강 바디들의 말단들의 적어도 일부는 길이방향으로 연장되는 제1 플랭크와 길이방향으로 연장되는 제2 플랭크의 양 표면에 있게 된다. 압축부에는, 평방인치당 약 250개 내지 약 2500개의 기다란 보강 바디들이 있을 수 있다.
하나의 구현예에서, V-리브 벨트의 압축부는 횡방향으로 압축 로드에 저항하는 개선된 내구성을 가지나, 보강 바디들을 둘러싸는 탄성 재료는 바람직하게는 섬유 로드를 포함하는 탄성 재료와는 대조적으로 균일하기 때문에, 여전히 최대의 굽힘 수명(flex life) 및 크랙 저항성을 보유한다.
또 다른 측면에서, V-리브 벨트의 제조 방법이 기재되었다. 상기 방법은 압축부 전체에 걸쳐 대체로 횡방향으로 연장되는 기다란 보강 바디를 갖는 벨트를 형성하는 단계, 및 V-리브들을 압축부 내로 절단하는 단계를 포함한다. 수득되는 V-리브들은 대체로 평평한 길이방향의 플랭크들을 포함하며, 보강 바디들의 말단들은 플랭크들의 표면 영역의 일부를 포함한다.
그리고, 상기 보강 바디들은 복수의 스트랜드(strand)의 번들일 수 있다.
도 1은 전방 및 후방의 풀리와 맞물린 V-리브 벨트를 개략적으로 도시한 정면도이다.
도 2 중, 도 2a는 이격된 리브 플랭크 보강 부재를 구비한 V-리브 벨트의 일 실시 태양에 대한 등척 단면도이며, 도 2b는 그 내부의 재료 번들의 확대도이다.
도 3은 도 2의 V-리브 벨트의 저면도이다.
도 4는 압축부가 압축 로드 하에 있는 경우의, 도 2의 V-리브 벨트의 등척 단면도이다.
도 5는 도 4의 V-리브 벨트의 저면도이다.
도 6은 V-리브가 절단되기 전의, 도 2의 벨트의 등척 횡단면(V-리브들이 절단될 부위를 나타내는 점선부 포함)이다.
도 7은 습윤 슬리브 시험 #89-222의 개요 및 지시사항을 도시하고 있다.
도 8은 건조 슬리브 시험 #89-338의 개요 및 지시사항을 도시하고 있다.
도 9는 건조 조건에서 습윤 조건으로의 조건 변화에 따른, 종래의 벨트 및 본 발명의 벨트의 견인력, 즉 유효 마찰 계수의 그래프이다.
도 10은 벨트의 습윤 견인력에 대한 보강 부재 밀도의 영향을 나타내기 위해, 표 1의 데이터를 플로팅한 그래프이다.
개선된 V-리브 벨트(102)의 바람직한 구현예는, 이하의 첨부된 도면에 대한 기재에 의해 설명된다. 본 발명의 다양한 특성들은 이하에서 도면에 대한 기재로부터 도시 및 설명되며, 본 발명은 설명된 구현예들에만 한정되지 않고 그 범주가 넓어질 수 있다고 이해될 것이다.
도 1에서, 서펀틴(serpentine) 벨트 구동 시스템(일반적으로, 100)은 V-리브 벨트(102), 전방 구동 풀리(108), 하나 이상의 종동 전방 악세사리 풀리(104, 106), 및 하나 이상의 후방 풀리(110)를 포함할 수 있다. 도 1에서 도시한 구동 시스템(100)은 구동 시스템 구성의 하나의 예일 뿐이다. 많은 대안적인 배치들이 당업계에 알려져 있으며, 이들은 본 발명에 따른 사용에 적합하다.
도 2는 등척 단면에서의, 이격된 리브 플랭크 보강 부재를 갖는 V-리브 벨트의 하나의 구현예를 도시한다. V-리브 벨트(102)는 횡방향으로 이격되어 있고 길이방향으로 연장되는 복수의 V-리브(122)를 갖는 압축부(120), 텐션부(124), 및 압축부와 텐션부 사이의 로드-운반부(load-carrying section)(126)를 포함한다. 로드-운반부는 로드-운반 코드(128)를 포함할 수 있다. V-리브 벨트(102)는 몇몇 단면 크기들[리브 사이의 피치(pitch)에 대해 오름차순으로, (US) PVH, PVJ, PVK PVL 및 PVM, (ISO) PH, PJ, PL 및 PM)] 중 어느 것일 수 있다. V-리브 벨트(102)의 압축부(120), 텐션부(124), 및 로드-운반부(126)는 공지의 기술을 이용하여 탄성 화합물, 직물 및 코드로 제조될 수 있다.
V-리브 벨트(102)는 풀리와 맞물리도록 구성될 수 있다. 풀리와 벨트 사이의 마찰 접촉에 의해 벨트가 구동하거나, 또는 풀리에 의해 구동되도록 허용한다. 마찰이 불충분하면 미끄러짐(slip)이 발생하고, 소음이 증가한다. 압축부(120)의 V-리브(122)는 하나 이상의 전방 풀리(104, 106, 108)와 맞물리도록 구성될 수 있으며, 텐션부는 하나 이상의 후방 풀리(110)와 맞물리도록 구성될 수 있다. 텐션부(124)는 매끄러운 벨트-수용 표면을 갖는 평탄면일 수 있거나, 또는 미국 특허 제8,192,315호(본 명세서에 전체로서 참조됨)에 기재된 바와 같이 개선된 마찰 접촉을 위하여 변형될 수 있거나, 또는 질감처리 표면을 갖거나, 또는 당업계의 통상적인 기술자에게 알려진 다양한 선택사항의 직물 피복 표면을 가질 수 있다.
도 2에서 또한, 각 V-리브는 길이방향으로 연장되는 제1 플랭크(132) 및 길이방향으로 연장되는 제2 플랭크(250)를 가지며, 상기 각각의 길이방향으로 연장되는 플랭크는 풀리 또는 다른 대상(미도시)의 표면과 맞물리도록 디자인된 표면을 갖는다. 플랭크(132, 250)의 표면은 바람직하게는 압축부(120)가 압축되지 않은 상태인 경우 평평할 수 있다. 본 명세서에서 "평평한(flat)"이란 말은 대체로 평면이고, 돌출부(protuberance), 돌기(bump) 또는 의도적인 질감처리(texturing)가 없는 것을 의미한다.
압축부(120)는 스틸(steel)에 대해 건조 측정될 때, 제1 마찰 계수가 약 0.3 내지 약 1.1, 바람직하게는 약 0.4 내지 약 0.9인 재료로 제조될 수 있다. 상기 재료는 탄성을 가질 수 있으며, 하나의 구현예에서 바람직하게는 천연 또는 합성 고무일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 재료는 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM)-계 고무일 수 있다. 상기 재료는 바람직하게는 균질하여 벨트의 굽힘 수명(flex life) 및 크랙 저항성을 최대화하나, 미국 특허 제6,793,599호(본 명세서에 전체로서 참조됨)에 기술된 바와 같이 제한된 양의 섬유가 로딩될 수 있다.
압축부(120)에는 복수의 보강 바디들(130)이 포함되며, 이는 압축부(120)의 주변 물질의 마찰계수보다 작은 제2 마찰 계수를 갖는 재료로 제조된다. 제2 마찰 계수는 스틸에 대해 건조 측정될 때, 약 0.02 내지 약 0.3, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 0.3일 수 있다. 복수의 보강 바디들은 통상 각 V-리브(122) 내에 대체로 횡방향으로 배열되어(즉, V-리브의 폭을 가로질러), 보강 바디들(130)의 적어도 일부, 바람직하게는 이들의 절단된 말단부는 V-리브(122)의 길이방향으로 연장되는 외부 표면 또는 플랭크(132, 250) 중 적어도 하나, 또는 양쪽의 일부를 형성한다 . 그 결과, V-리브의 외부 표면(132)은 바람직하게 탄성 재료로 일반적으로 구성되었지만, 보강 바디들(130)이 V-리브의 표면으로 연장되는 비교적 큰 파괴부(disruption)를 갖는다. 하나의 구현예에서, 도 6의 말단에서 볼 수 있는 바와 같이, 기다란 보강 바디들(130)의 간격 및 정밀 각도는 불균일한데, 이는 보강 바디들(130)은 벨트의 어떠한 특정 평면 또는 참조 지점에 맞게 엄격하게 배열되지 않으며, 오히려 각각의 V-리브(122) 내부의 무작위 정도 또는 정확한 배향에 대한 가변성을 부여한다는 것을 의미한다.
본 명세서에 기술된 기다란 보강 바디(130)의 배향은 횡방향 압축 로드에 대한 저항성을 제공함으로써, V-리브 벨트(102)를 강화한다. 대부분의 보강 바디들(130)이 압축부(120) 내에 횡방향으로 위치하여(벨트(102)의 횡단면에 평행임) 최소의 길이방향 깊이를 가지므로, V-리브 벨트(102)는 크랙에 덜 취약하고 양호한 굽힘 수명을 갖는다. 추가로, 압축부(120) 내부의 탄성 재료는 바람직하게는 균질하며 섬유 로딩을 포함하는 경우와는 반대로 길게 연장되기 위해 제조되며, 이는 또한 탄성 재료의 내부 구조의 파괴(disruption)를 최소화하고 보강 바디들 간에 높은 연장성을 제공함으로써, 굽힘 수명과 크랙 저항성을 최대화한다.
수득되는 압축부(120)는, 일단 그 내부에 번들이 포함되면, 번들(제2 건조 마찰 계수를 가짐)을 둘러싸는 재료에 대한 제1 건조 마찰 계수와 제2 건조 마찰계수 사이의 마찰계수 값을 가져서, 압축부에서 얻은 유효 마찰 계수는 약 0.7 내지 약 1.6이 된다.
이제 도 2에서 도시된 바와 같이, 압축부(120)는 1/3 부분(146)이 각각의 V-리브(122)의 팁(134)으로부터 로드-운반부(126) 쪽으로 연장되고, 2/3 부분(148)이 상기 1/3 부분(146)과 로드-운반부(126) 사이에 있는 것으로 볼 수 있다. 하나의 구현예에서, 보강 바디들(130)은 압축부(120) 내에 위치하며, 보강 바디들(130)의 약 0% 내지 약 40%는 상기 1/3 부분(146) 내에 위치한다. 역으로 말하면, 상기 보강 바디들(130)의 약 100% 내지 약 60%는 2/3 부분(148) 내에 위치한다. 이것은 크랙 개시 영역으로서 작용할 수 있는 각 V-리브(122)의 팁 부분(134)의 탄성 재료 매트릭스가 보강 바디들(130)의 과잉에 의해 약화되지 않음을 보장함으로써, 팁에 초기 크랙 형성의 위험성을 최소화시킬 수 있어 벨트(102)를 강화시킨다.
보강 바디들(130)은 코드일 수 있다. 하나의 구현예에서, 상기 코드는 200 내지 9000 데니어의 나일론 6 또는 나일론 66이거나, 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 다른 구현예에서, 코드는 폴리에스테르, 코튼, 폴리아미드, 아라미드, 레이온, 흑연, 탄소, 유리섬유, 및 나일론 6 및 나일론 66를 포함하는 다른 사용가능한 섬유 재료, 및 이들 재료 중 어느 것들의 혼합물로서 200 내지 9000 데니어를 갖도록 수득되는 것일 수 있다.
제조사에 따라 다르지만, 코드, 보강 바디들(130)은 고형 막대이거나 또는 섬유일 수 있지만, 바람직하게는 도 2의 확대도(도 2b)에 도시된 바와 같이 섬유(138)의 번들(136)을 포함할 수 있다. 번들(136)은 약 0.1mm 내지 약 0.8mm의 직경을 가질 수 있고, 압축부(120) 내에서 평방 인치당 약 250개 내지 약 2500개의 번들로서 이격될 수 있으며, 상기 이격에 의해 V-리브의 절단 길이방향으로 연장되는 제1 및 제2 플랭크에는 평방 인치당 약 750개의 번들이 존재하게 된다. 하나의 구현예에서, 번들(136)은 0.11mm 내지 0.76mm의 직경을 갖는다. 다른 구현예에서, 번들(136)은 평방 인치당 약 260개의 번들, 평방 인치당 약 520개의 번들, 평방 인치당 약 800개의 번들, 평방 인치당 약 1200개의 번들, 평방 인치당 1600개의 번들, 평방 인치당 2400개의 번들, 및 평방 인치당 3000개의 번들로서, 압축부(120) 내부에 이격되어 있다. 보강 바디들(130)은, 이들이 고형이거나 또는 상기 재료(138)의 번들(136)로 구성되었는지 여부에 불문하고, 일반적으로 압축부(120) 전체에 걸쳐 불균일하게 이격되어 있으며, 상기 보강 바디들(130)은 크기가 다양할 수 있다.
보강 바디들(130)이 일반적으로 원형 단면을 갖는 모양으로 묘사되기는 했으나, 보강 바디들(130)의 단면이 이에 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 기술자들에게 자명한 사실일 것이다. 다른 구현예에서, 보강 바디들(130)의 단면적은 직사각형, 삼각형, 육각형, 타원형, 또는 무정형을 포함한 어떠한 다른 형태일 수 있고, 상기 단면은 개개의 보강 바디(130)의 길이 전체에 걸쳐 균일할 필요도 없으며, 상기 단면이 특정 구현예에 포함되는 모든 보강 바디들(130)에 대해 균일해야 하는 것도 아니다.
이하에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이, 각 V-리브(122)의 길이방향으로 연장되는 외부 표면(132) 상에 노출된 보강 바디들(130)의 존재의 결과로, 각 V-리브(122)의 외부 표면(132)과 벨트(102)의 전체로서의 유효마찰계수는, 벨트가 건조 환경 하에/중에서 작동되는 경우 (본 발명의 보강 바디들이 없는 것을 제외하고는 동일한 일반 구조의 V-리브 벨트에 비하여) 감소한다. 건조 조건 하에서, 본 발명의 V-리브(122)의 외부 표면(132) 전체에 걸쳐 분포된 낮은 마찰 계수의 보강 바디들(130)의 존재는, 상기 외부 표면(132)의 평균 건조 마찰 계수에 영향을 줌으로써 각 V-리브 플랭크의 유효마찰계수를 낮춘다. 추가로, 각각의 V-리브(122)의 외부 표면(132)과 벨트(102)의 전체로서의 유효마찰계수는, 대체로 상기 벨트가 습윤 조건 하에서/중에서 작동되는 경우 증가한다. 종래의 V-리브의 마찰 계수가 최소값인 지점에서의 습윤 조건하에서, 본 발명의 V-리브(122)의 보강 바디 돌출부(140)는 물의 존재에도 불구하고 물을 이동시키고 이에 맞물리는 풀리(도시하지 않음)의 플랭크를 붙잡음으로써, V-리브 플랭크(132)의 유효마찰계수를 유의적으로 증가시킨다. 몇몇 구현예에서, 얻어진 습윤 유효 마찰 계수는 하기 표 1에서 나타난 바와 같이 약 0.8이다. 다른 구현예에서, 습윤 유효 마찰 계수는 약 0.9 내지 약 1이다. 또 하나의 구현예에서, 습윤 유효 마찰 계수는 약 0.6으로 측정되었다.
하나의 구현예에서, 보강 바디들(130)이 존재한 결과로, 벨트(102)는 습윤 조건 하에/중에서의 마찰 계수와 실질적으로 동일한, 건조 환경 하의/중에서의 마찰 계수를 갖는다. 본 명세서에서 "실질적으로 동일한(substantially equal)"이란, 두 마찰 계수의 값이 서로의 약 20%를 갖는 것을 의미한다. 이러한 개선은 도 9에서 그래프로 나타내었다. 상기 그래프에서, 보강 바디들의 존재를 제외하고는 본 발명의 벨트들과 동일 재료로 만들어진 종래의 벨트는, 건조에서 습윤으로 조건이 변화함에 따라 유효마찰계수에서의 급격한 감소를 경험한다는 것을 보여준다. 역으로, 본 발명의 벨트는 일반적으로 일관된 유효 마찰 계수를 갖는다. 본 명세서에서, 도 9에서 시험된 보강 벨트는 압축부에 포함된 평방 인치당 약 800개의 번들을 갖는다. 이 벨트는 대부분의 작동 조건 하에서 일관된 벨트 성능을 보이므로 유리하다.
실시예
압축부에 보강 바디 번들을 갖는 벨트, 특히 V-리브의 플랭크의 노출된 보강 번들의 말단을 갖는 벨트(표 1에서, 벨트 R1-R14로 나타냄)에 대해 시험하여, 습윤 견인(즉, 습윤 유효 마찰 계수)을 결정하였다. 습윤 견인력은 도 7에서 제시된 시험 조건에 따라 측정되었다. R1-R14를, 고무 내의 섬유 로딩을 갖고 압축부를 형성하는 종래의 벨트(동일한 방법으로 시험)와 비교하였다.
기존의
벨트		 압축부(V-리브)
종래의 구조		 피복 고무 보강 부재 번들의 수/평방인치 V-리브 내의
보강부재 위치		 습윤 견인
(μ)
C1 EPDM 중의
균질한 섬유 로딩		 na 0.0 na 0.452
C2 EPDM 중의
균질한 섬유 로딩		 na 0.0 na 0.444
C3 EPDM 중의
균질한 섬유 로딩		 na 0.0 na 0.53
C4 CR 중의
비균질한 섬유 로딩		 na 0.0 na 0.436
C5 EPDM 중의
균질한 섬유 로딩		 na 0.0 na 0.523
C6 EPDM 중의
균질한 섬유 로딩		 na 0.0 na 0.57
벨트 압축부(V-리브)
구조		 피복 고무 보강부재 번들의 수/평방인치 V-리브* 내의
보강부재 위치		 습윤 견인
(μ)
R1 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 258.4 중간 0.762
R2 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 258.4 중간 0.862
R3 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 516.8 기저 및 중간 0.882
R4 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 516.8 중간 0.895
R5 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 516.8 중간 및 팁 0.938
R6 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 516.8 중간 및 팁 0.939
R7 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 775.2 기저, 중간 및 팁 0.84
R8 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 810.5 팁 0.792
R9 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM w/섬유 1215.7 중간 및 팁 0.93
R10 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM 516.8 기저 및 중간 0.782
R11 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM 2384.5 기저, 중간 및 팁 1.02
R12 고무 피복
보강부재 번들		 EPDM 3054.0 기저, 중간 및 팁 0.633
R13 고무 피복
보강부재 번들		 CR 1215.7 중간 및 팁 0.808
R14 고무 피복
보강부재 번들		 CR 1621.0 기저, 중간 및 팁 0.879
표 1에서, 종래의 벨트는 C1 내지 C6으로 나타내었다. 이들 벨트는 벨트 내에 다양한 수준의 공지의 섬유 보강 부재를 포함한다. 종래의 벨트 C4는 섬유 로드 벨트에서 균일한 섬유 분포를 파괴하는 것이 이들 벨트의 습윤 견인력을 증가시키는데 효과적이지 않다는 것을 입증한다.
본 명세서에 기재된 바와 같이 제조된 벨트는, 표 1의 시험 R1-R14의 벨트이다. 시험 R1-R14 각각에서, 벨트는 압축부를 형성하는 고무로 둘러싸인 보강 부재 번들을 포함한다. 시험 R1-R9에서 나타난 바와 같이, 보강 부재 번들은 종래의 섬유 로딩도 또한 포함하는 벨트에 포함되었다. 보강 번들의 존재는 종래의 벨트에 비해, 이들 벨트 각각의 습윤 견인력을 증가시킨다. 시험 R10-R14에서 볼 수 있는 바와 같이, 종래의 섬유 로딩을 갖지 않는 벨트도 또한 시험되었다. 이 때 시험 R10, R11, R13 및 R14에서는, 증가된 습윤 견인력 값을 위해서 피복 고무 내에 섬유가 존재할 필요가 없다는 것이 입증되며, 이로 인하여 벨트의 굽힘 수명이 강화되고, 제조가도 낮아질 것이다. 보강 부재 번들의 존재의 결과로, 시험된 모든 벨트는 습윤 견인력도 또한 증가되었다.
표 1의 데이터는 도 10에서 그래프로 나타나 있다. 상기 데이터 및 도 10에서 볼 수 있는 바와 같이, 평방 인치당 번들이 평방 인치당 2500개의 번들로 증가함에 따라, 일반적으로 습윤 견인력(즉, 벨트의 유효 마찰 계수)은 증가한다. 그러나, 평당 인치당 보강 부재 번들이 평당 인치당 3000개의 번들을 초과하는 경우, 이들의 존재는 습윤 견인력에 부정적인 영향을 미친다. 이것은 표 1에서 시험 R12로 도시되었다. 비교로서, 보강 부재 번들을 갖지 않는 벨트(종래의 벨트, C1-C6)는 일관되게 0.6 미만의 습윤 유효 마찰 계수를 갖는다.
평방 인치당 번들 이외에, 압축부 내부, 즉 V-리브 내부의 번들의 배치가 평가되었다. 각 V-리브는 기술할 때 기저 부분, 중간 부분 및 팁 부분(각각 V-리브의 1/3 부분을 나타냄)으로 나누어진다. 표 1의 데이터에서 볼 수 있듯이, 번들이 중간 부분, 기저 부분 및 중간 부분, 중간 부분 및 팁 부분, 또는 기저 부분, 중간 부분 및 팁 부분에서 둘러싸이는 경우, 습윤 견인력이 증가한다. 시험 R1-R4 및 R10은, V-리브의 팁 부분에 보강 부재 번들이 없는 벨트는 여전히 습윤 견인력 값이 증가한다는 것을 보여주었다. 이들 구현예는 보강 부재 번들이 그 내부에 존재하는 경우 발생될 수 있는 팁의 크래킹의 가능성을 감소시킴으로써, 벨트의 마모 수명을 더욱 연장시키는 장점을 갖는다고 여겨진다.
도 4 및 도 5는 작동 상태에서 도 2의 이격된 리브 플랭크 보강 부재를 구비한 V-리브 벨트(102)를 나타낸다. 작동시, 벨트(102)는 압축 로드를 받고(도시하지 않음), 이로 인하여 벨트(102)의 압축부(120)가 압축된다. 이것은 V-리브(122)의 외부 표면(132)을, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 보강 바디들(130)의 노출된 부분이 V-리브(122)를 둘러싼 탄성 재료와 대체로 고르게 되어 있는 매끄러운 상태(smooth state)로부터, 도 4 및 도 5에 나타난 바와 같이, 보강 바디들(130)의 노출된 부분이 V-리브(122)를 둘러싼 탄성 재료 외부로 연장되어 V-리브(122)의 외부 표면(132) 상에 돌출부(140)을 형성하는 텍스쳐 상태(textured state)로, 변화시킨다. 도 5는 도 4의 V-리브를 저면에서 도시한 것이다.
상기에서 기재한 V-리브 벨트(102)의 제조 방법은, 도 6을 참고하여 설명된다. 하나의 구현예에서, 상기 방법은 압축부(120)가 압축부(120) 전체에 걸쳐 대체로 횡방향으로 연장되는 복수의 대체로 기다란 보강 바디들(130)을 갖도록, 텐션부(124), 로드-운반부(126), 및 압축부(120)를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 텐션부(124) 및 로드-운반부(126)는 당업계의 통상의 기술자에게 잘 알려진 어느 방법에 의해 형성되며, 이때 상기에 기재된 재료 중 어느 것을 사용할 수 있다. 탄성 재료의 복수의 얇은 층을 선택적으로 적용하고 대체로 기다란 보강 바디들(130)을 상기 선택된 층들 사이에 배치하고 이들을 압축부(120)의 폭 전체를 가로질러 횡방향으로 배열하여, 대체로 기다란 보강 바디들(130)이 압축부에 부가될 수 있다. 상기 보강 바디들(130)은 또한 탄성 재료로 이겨넣거나, 그렇지 않으면 바람직하게는 탄성 재료에 의해 덮여서, 여전히 통상의 횡방향 배치를 유지하지만 그 위치가 변화되고 무작위 배치될 수 있다. 생성된 벨트는 압축부(120)의 바디 내부에 매입된 보강 바디들(130)을 가지면서, 일반적으로 모든 면에서 평평할 것이다.
계속하여, V-리브(122)는 도 6에 도시된 점선을 따라서 압축부(120) 내로 절단된다. 상기 압축부는 보강 바디들(130)의 위치에 관계없이 절단되어, 압축부(120)의 대부분을 차지하는 탄성 재료 및 보강 바디들(130)은 둘다 V-리브가 형성될 때 동시에 절단되게 된다. 생성된 V-리브 벨트는 실질적으로 도 2의 V-리브 벨트(102)이다. 새로 형성된 V-리브(122)의 수득된 플랭크 표면(132, 250)은 바람직하게는 매끄러워야 하며, 여전히 탄성 재료의 부분과 노출된 보강 바디들(130)의 부분을 포함한다. V-리브 절단은 플라이 커팅(flying cutting), 나이프 커팅(knife cutting), 또는 그라인딩을 포함하나 이에 제한되지 않는, 당업계의 통상의 기술자에게 공지된 어떠한 공정에 의해서도 수행될 수 있다. V-리브 절단은 특정 풀리의 크기 요구조건을 만족시키도록 맞춤 제작될 수 있다.
본 발명을 상세히 기재하고 이의 특정 구현예에 대해 기재할 때, 하기의 청구항에 의해 정의된 본 발명의 사상을 벗어나지 않고도 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 자명한 사실일 것이다.

Claims (36)

  1. 길이방향으로 연장하는 제1 플랭크 및 길이방향으로 연장하는 제2 플랭크를 갖고, 횡방향으로 이격되어 있으며 길이방향으로 연장하는 하나 이상의 V-리브를 갖는 재료를 포함하는 압축부를 포함하는 V-리브 벨트로서,
    상기 V-리브는, 복수의 코드들로 이루어지고 제2 건조 마찰 계수를 갖는 복수의 보강 바디들을 둘러싸는 제1 건조 마찰 계수를 갖는 탄성 재료를 포함하며,
    상기 복수의 보강 바디들은, 상기 보강 바디들의 적어도 일부분이 상기 길이방향으로 연장하는 제1 플랭크 및 제2 플랭크 중 하나 이상의 일부를 형성하도록, 상기 V-리브 내에 횡방향으로 배열되고 평방 인치당 250 번들 내지 평방 인치당 2500 번들 사이에서 상기 V-리브 내에서 이격되어 있으며,
    상기 제1 건조 마찰 계수는 상기 제2 건조 마찰 계수보다 크고, 상기 V-리브 벨트는 0.6보다 큰 습윤 유효 마찰계수를 가지는, V-리브 벨트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 재료는 고무인, V-리브 벨트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 탄성 재료는 균질한, V-리브 벨트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 번들은 0.1㎜ 내지 0.8㎜m의 직경을 갖는, V-리브 벨트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 코튼, 폴리에스테르, 나일론, 폴리아미드, 아라미드, 레이온, 흑연, 탄소, 유리섬유, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는, V-리브 벨트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 바디들의 최대 40%는 상기 압축부 내 팁으로부터 연장되는 상기 압축부의 1/3 부분에 배치되는, V-리브 벨트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 코튼, 폴리에스테르, 나일론, 폴리아미드, 아라미드, 레이온, 흑연, 탄소, 유리섬유, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는, V-리브 벨트.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축부는 상기 제1 건조 마찰 계수와 상기 제2 건조 마찰 계수 사이의 마찰 계수값을 가져서, 결과적인 유효 마찰 계수가 0.7과 1.6 사이에 있는, V-리브 벨트.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축부는 상기 제1 건조 마찰 계수와 상기 제2 건조 마찰 계수 사이의 마찰 계수 값을 가져서, 건조 조건에서의 유효 마찰 계수가 습윤 조건에서의 유효 마찰 계수와 동일한, V-리브 벨트.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 V-리브의 길이 방향으로 연장하는 제1 및 제2 플랭크는 상기 압축부가 압축되지 않은 상태에서 평평하고, 상기 복수의 보강 바디들은 상기 압축부가 압축된 상태에서 상기 V-리브의 길이 방향으로 연장하는 제1 및 제2 플랭크 상에 복수의 돌출부를 형성하는, V-리브 벨트.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 플랭크 표면들은 습윤 유효 마찰 계수가 0.7과 1.6 사이에 있는, V-리브 벨트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    건조 조건에서의 상기 플랭크 표면들의 유효 마찰 계수는 습윤 조건에서의 상기 플랭크 표면들의 유효 마찰 계수와 동일한, V-리브 벨트.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 서로에 대해 평행한 평면에서 상기 V-리브를 가로지르는, V-리브 벨트.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 코드들은 각각 200과 9000 사이의 데니어를 가지는, V-리브 벨트.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 코드들은 나일론 6 또는 나일론 66으로 이루어지는, V-리브 벨트.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 코드들은 각각 200과 9000 사이의 데니어를 가지는, V-리브 벨트.
  17. 길이방향으로 연장하는 제1 플랭크 및 길이방향으로 연장하는 제2 플랭크를 갖고, 횡방향으로 이격되어 있으며 길이방향으로 연장하는 하나 이상의 V-리브를 갖는 재료를 포함하는 압축부를 포함하는 V-리브 벨트로서,
    상기 V-리브는,
    상기 V-리브 내에 횡방향으로 배열된 복수의 보강 바디들을 둘러싸서 상기 보강 바디들의 적어도 일부분이 상기 길이방향으로 연장하는 제1 및 제2 플랭크의 하나 이상의 일부를 형성하는 탄성 재료를 포함하며,
    상기 V-리브의 길이 방향으로 연장하는 제1 및 제2 플랭크는 상기 압축부가 압축되지 않은 상태에서 평평하고, 상기 복수의 보강 바디들은 상기 압축부가 압축된 상태에서 상기 V-리브의 길이 방향으로 연장하는 제1 및 제2 플랭크 상에 복수의 돌출부를 형성하며,
    상기 복수의 보강 바디들은 상기 탄성 재료의 전체에 걸쳐 균일하지 않게 분포된 개개의 코드들인, V-리브 벨트.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 탄성 재료는 고무인, V-리브 벨트.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 탄성 재료는 균질한, V-리브 벨트.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 고형 막대이거나 섬유인, V-리브 벨트.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 코튼, 폴리에스테르, 나일론, 폴리아미드, 아라미드, 레이온, 흑연, 탄소, 유리섬유, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는, V-리브 벨트.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 나일론 6, 나일론 66, 또는 이것들의 조합으로 제조되고 200 내지 9000 범위의 데니어를 가지는, V-리브 벨트.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 복수의 스트랜드(strand)의 번들이며, 상기 번들들 각각은 0.1 mm와 0.8 mm 사이의 직경을 가지는, V-리브 벨트.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 번들들은 평방 인치당 250 번들 내지 평방 인치당 2500 번들 사이에서 상기 V-리브 내에서 이격되어 있는, V-리브 벨트.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 코튼, 폴리에스테르, 나일론, 폴리아미드, 아라미드, 레이온, 흑연, 탄소, 유리섬유, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는, V-리브 벨트.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 보강 바디들의 최대 40%는 상기 압축부 내 팁으로부터 연장되는 상기 압축부의 1/3 부분에 배치되는, V-리브 벨트.
  27. 제 18 항에 있어서,
    상기 보강 바디들은 코튼, 폴리에스테르, 나일론, 폴리아미드, 아라미드, 레이온, 흑연, 탄소, 유리섬유, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는, V-리브 벨트.
  28. 제 17 항에 있어서,
    상기 탄성 재료는 제1 건조 마찰 계수를 갖고, 상기 복수의 보강 바디들은 제2 건조 마찰 계수를 가지며, 상기 제1 건조 마찰 계수는 상기 제2 건조 마찰 계수보다 더 큰, V-리브 벨트.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 압축부는 상기 제1 건조 마찰 계수와 상기 제2 건조 마찰 계수 사이의 마찰 계수 값을 가져서, 결과적인 습윤 견인 유효 마찰 계수가 0.7과 1.6 사이에 있는, V-리브 벨트.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 압축부는 상기 제1 건조 마찰 계수와 상기 제2 건조 마찰 계수 사이의 마찰 계수 값을 가져서, 건조 조건에서의 결과적인 유효 마찰 계수가 습윤 조건에서의 유효 마찰 계수와 동일한, V-리브 벨트.
  31. 제 17 항에 있어서,
    상기 복수의 보강 바디들은 상기 길이방향으로 연장하는 제1 플랭크와 상기 길이방향으로 연장하는 제2 플랭크 사이에 배열되는 복수의 기다란 보강 바디들로서, 상기 보강 바디들의 말단부들의 적어도 일부는 상기 길이방향으로 연장하는 제1 플랭크의 표면에 있고 상기 보강 바디들의 말단부들의 일부는 상기 길이방향으로 연장하는 제2 플랭크의 표면에 있으며,
    상기 압축부는 평방 인치당 250개의 기다란 바디 내지 평방 인치당 2500개의 기다란 바디를 포함하는, V-리브 벨트.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 압축부는 탄성 재료를 포함하는, V-리브 벨트.
  33. 제 32 항에 있어서,
    상기 탄성 재료는 균질한, V-리브 벨트.
  34. 제 31 항에 있어서,
    상기 플랭크 표면들은 0.7과 1.6 사이의 습윤 유효 마찰 계수를 가지는, V-리브 벨트.
  35. 제 31 항에 있어서,
    건조 조건에서의 상기 플랭크 표면들의 유효 마찰 계수는 습윤 조건에서의 상기 플랭크 표면들의 유효 마찰 계수와 동일한, V-리브 벨트.
  36. 제 31 항에 있어서,
    상기 기다란 보강 바디들은 서로에 대해 평행한 평면에서 상기 V-리브를 가로지르는, V-리브 벨트.
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