KR102062752B1 - 이붙이 벨트 및 이를 구비한 벨트 감속장치 - Google Patents

Abstract

이붙이 벨트(16)는, 배부(back portion)와, 배부의 내주(內周)측에 형성되어, 벨트 길이방향에 일정의 피치로 복수 배치된 나선형 이(helical teeth)(20)를 구비한다. 나선형 이(20)의 잇줄(tooth trace)이 이어지는 방향과 벨트 폭방향이 이루는 각도(θ)는 7도 이상이며 또한 10도 이하이고, 배부의 두께를 tb로 하며, 나선형 이(20)의 이높이(tooth height)를 hb로 하여, tb의 hb에 대한 비율 A를 A＝100×tb／hb로 할 때, A는 120％ 이상이며 또한 240％ 이하이다.

Description

이붙이 벨트 및 이를 구비한 벨트 감속장치{TOOTHED BELTS AND BELT REDUCTION GEARS PROVIDED WITH SAME}

본 명세서에 개시된 기술은, 파워 스티어링(power steering) 장치에 이용되는 이붙이 벨트에 관한 것이다.

차량용 전동 파워 스티어링에 있어서, 벨트를 가진 감속장치를 이용하는 기술이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 마찰식의 이른바 V 벨트(V-belt)를 이용한 벨트 감속장치가 개시되어 있다. 이 벨트 감속장치에서는, 동력이 마찰에 의해 전동(傳動)되므로, 큰 장력을 벨트에 부여하여 충분한 마찰력을 얻을 필요가 있다. 따라서, 특허문헌 1에 기재된 벨트 감속장치를 이용한 경우, 무(無)부하 시의 토크(torque)가 크게 되고, 스티어링 휠(steering wheel)의 되돌아옴이 늦어지는 경향이 있다.

이에 반해, 특허문헌 2에는, 직사각 모양의 이를 갖는 벨트(이붙이 벨트)를 이용한 벨트 감속장치가 개시되어 있다. 이 방식의 벨트 감속장치에서는, 풀리의 이(tooth)와 벨트의 이(tooth)가 맞물림으로써 힘이 전달되므로, V 벨트를 이용하는 경우에 비해 큰 장력을 벨트에 가할 필요가 없어, 무(無)부하 시의 토크를 작게 할 수 있다.

그러나, 이붙이 벨트를 이용한 벨트 감속장치에서는, 회전할 시에 풀리측의 이(tooth)와 벨트측의 이(tooth)와의 맞물림 개시 시 및 종료 시에 특유의 동작음이 발생한다. 벨트 이의 크기를 작게 함으로써 이 문제는 어느 정도 해소할 수 있으나, 한편으로는 이(tooth)의 크기가 작게 됨으로 인해 이의 강도가 저하되는 새로운 문제가 발생할 수 있다. 이(tooth)의 강도가 저하하면, 이(tooth)에 큰 힘이 가해진 경우에 이(tooth)의 전단(shear)으로 시작되어, 전단한 이가 풀리의 홈에 맞물리고, 감속 기구의 록(lock), 나아가 스티어링 불가능한 상태로 진행될 우려가 생긴다. 따라서, 작동음을 저감하는 목적으로 벨트의 이의 크기를 작게 하면, 벨트의 폭을 넓게 하여 이(tooth)의 강도를 확보할 수 밖에 없어, 감속장치가 대형화되고, 차체 내로의 이 감속장치의 레이아웃이 곤란하게 되어 버린다. 또, 벨트 폭이 넓어지면 소음이 크게 되는 문제도 발생한다.

때문에, 나선형 이(helical teeth)가 형성된 풀리와, 풀리의 나선형 이에 맞물림(meshing)하는 나선형 이가 형성된 이붙이 벨트가 사용된다(특허문헌 3, 4 참조). 여기서, 나선형 이(helical teeth)란, 그 잇줄(tooth trace)이, 벨트의 경우에는 벨트 주행 방향에 직교하는 벨트 폭방향, 풀리의 경우에는 풀리의 회전 방향에 직교하는 풀리의 폭 방향에 대해 소정의 각도를 갖고 경사져 있는 이(tooth)를 말한다. 나선형 이가 형성된 이붙이 벨트를 이용한 경우, 감속 장치의 동작 시에 풀리의 이와 벨트의 이와의 맞물림이 이의 한쪽 단부(端部)로부터 다른 쪽의 단부로 순차 진행되므로, 이끼리가 맞물릴 시에 발생하는 소음을 저감시킬 수 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 소화62-004673호 공보 특허문헌 2 : 일본 실용신안 공개 평성06-049489호 공보 특허문헌 3 : 일본 특허공개 2005-29145호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허공개 2004-314770호 공보

그러나, 최근 자동차의 정숙화가 진행됨에 따라서, 벨트 감속장치로부터 발생하는 소음의 저감이 더욱 강하게 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 소음 및 진동이 충분히 저감된 파워 스티어링 장치용의 이붙이 벨트를 제공하는 데 있다.

본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트는, 탄성체로 이루어진 배부(背部, back portion)와, 상기 배부의 내주(內周)측에 형성되어, 벨트 길이방향에 일정 피치로 복수 배치된 나선형 이(helical teeth)를 구비한 파워 스티어링 장치용의 이붙이 벨트에 있어서, 상기 나선형 이의 잇줄이 이어지는 방향과 벨트 폭방향이 이루는 각도(θ)는 7도 이상이며 또한 10도 이하이고, 상기 배부의 두께를 tb로 하고, 상기 나선형 이의 이높이(tooth height)를 hb로 하여, tb의 hb에 대한 비율 A를 A＝100×tb／hb로 할 때, A는 120％ 이상이며 또한 240％ 이하이다.

이 구성에 의하면, 나선형 이의 비틀림 각(helix angle)(θ)이 7도 이상이며 또한 10도 이하로 되어 있음에 따라, 비틀림 각(θ)을 이 범위 외로 설정한 경우에 비해 소음을 대폭으로 저감시킬 수 있다.

또, 상술의 이붙이 벨트에 의하면, 배부 두께 tb의 나선형 이의 이높이 hb에 대한 비율 A가 120％ 이상이며 또한 240％ 이하로 되어 있으므로, 신뢰성을 확보하면서, 나선형 이와 배부의 압축 탄성률을 높게 하여, 진동의 감쇠(減衰) 효과를 크게 할 수 있다.

그리고, 상술의 이붙이 벨트는, 파워 스티어링의 벨트 감속장치에 바람직하게 이용된다.

본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트 및 벨트 감속장치에 의하면, 소음 및 진동이 효과적으로 저감되고, 파워 스티어링의 조향감(steering feeling)을 향상시킬 수 있다.

도 1은, 본 개시의 실시형태에 관한 벨트 감속장치를 나타내는 측면도이다.
도 2는, 종동 풀리를 나타내는 사시도이다.
도 3(a)은, 본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트의 일부를 확대하여 나타내는 측면도이고, 도 3(b)은, 이 이붙이 벨트의 일부를 나선형 이(tooth)측으로부터 본 경우의 평면도이다.
도 4(a)는, 본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트의 도 3(a)에 나타내는 IVa-IVa선의 단면을 나타내는 도이고, 도 4(b)는, 벨트 길이방향의 이붙이 벨트의 단면을 확대하여 나타내는 도이다.
도 5는, 본 개시의 실시형태에 관한 벨트 감속장치에 있어서, 나선형 이와 풀리의 홈이 맞물림 한 상태를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 6은, 치피치(tooth pitch)가 2㎜의 이붙이 벨트에 있어서, 나선형 이의 비틀림 각과 소음 레벨의 관계를 나타내는 도이다.
도 7은, 치피치가 2㎜의 이붙이 벨트에 있어서, 배부 두께／이높이의 값 A(％)와 소음 레벨과의 관계를 나타내는 도이다.
도 8은, 치피치가 3㎜의 이붙이 벨트에 있어서, 나선형 이의 비틀림 각과 소음 레벨과의 관계를 나타내는 도이다.
도 9는, 치피치가 3㎜의 이붙이 벨트에 있어서, 배부 두께／이높이의 값 A(％)와 소음 레벨과의 관계를 나타내는 도이다.

-벨트 감속장치 및 이붙이 벨트의 구성-

이하, 도면을 이용하여 본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트와, 이를 이용한 벨트 감속장치에 대해 설명한다.

도 1은, 본 개시의 실시형태에 관한 벨트 감속장치를 나타내는 측면도이다. 도 1에 나타내듯이, 벨트 감속장치(10)는, 소정의 피치로 복수의 나선형 이(13)가 형성된 구동 풀리(12)와, 소정의 피치로 복수의 나선형 이(19)가 형성된 종동 풀리(14)와, 나선형 이(13) 및 나선형 이(19)와 맞물림 하는 나선형 이(20)을 가지고, 구동 풀리(12) 및 종동 풀리(14)에 걸린 이붙이 벨트(16)를 구비한다.

이 벨트 감속장치는 자동차용의 파워 스티어링 장치에 이용된다. 예를 들어, 예시적인 전동 파워 스티어링 장치(도시 않음)의 경우, 핸들이 조작(操作)되면, 입력 축에 이 회전이 전달되고, 이 회전은 토션 바(torsion bar)를 돌리면서 이를 개재하여 피니온(pinion)에 전달된다. 피니온의 회전이 랙(rack)축에 전달되면, 랙축은 축 방향으로 이동한다. 토션 바의 비틀림 양이 토크 검출장치에 의해 검출되면, 토크 검출장치의 출력신호는, 제어장치에 입력되어, 이 제어장치가 어시스트 모터(assist motor)를 회전시킨다. 이 어시스트 모터의 회전력은, 구동 풀리(12)로부터, 이붙이 벨트(16), 종동 풀리(14)로 전달된다. 이 동작에 의해, 핸들동작이 어시스트 모터에 의해 보조되게 된다.

또한, 구동 풀리(12) 및 종동 풀리(14)는, 운전자가 핸들을 조향하는 방향에 따라 회전하고, 이붙이 벨트(16)는 길이 방향(벨트 길이방향)을 따라 전방 또는 후방으로 진행한다. 이와 같이, 이붙이 벨트(16)는, 운전자가 핸들을 조향하고 있는 동안만 회전하게 된다. 구동 풀리(12)의 회전 수는 최대로 예를 들어 5000rpm 정도가 된다. 본 실시형태의 이붙이 벨트(16)는, 전동 파워 스티어링 장치에 바람직하게 이용된다.

도 2는, 종동 풀리(14)를 나타내는 사시도이다. 도 2에 나타내듯이, 종동 풀리(14)의 외주면(外周面)에는 상술의 나선형 이(19)가 형성되고, 외주 가장자리부에는, 예를 들어 벨트 탈락 방지용의 플랜지(flange)(21)가 형성된다. 또, 종동 풀리(14)는, 도시하지 않는 파워 스티어링 장치의 랙축을 관통시키기 위한 관통공(17)을 갖는다. 구동 풀리(12)의 외주 가장자리부에는 통상 플랜지가 형성되지 않는다.

구동 풀리(12)의 직경 및 이의 수, 종동 풀리(14)의 직경 및 이의 수는 필요로 하는 감속비(比)에 따라 적절히 설정된다. 구동 풀리(12)의 직경은 예를 들어 17㎜∼32㎜ 정도이고, 이의 수는 예를 들어 28∼50개 정도이다. 종동 풀리(14)의 직경은 예를 들어 64㎜∼102㎜ 정도이고, 이의 수는 예를 들어 100∼160개 정도이다. 종동 풀리(14)와 구동 풀리(12)의 이의 수 비(比)(＝(종동 풀리 이의 수)／(구동 풀리 이의 수))는 2.2∼4.0 정도이고, 종동 풀리(14)와 구동 풀리(12)의 바깥 지름비(＝(종동 풀리의 직경)／(구동 풀리의 직경))는 2.2∼4.0 정도이다.

나선형 이(13)의 피치 및 나선형 이(19)의 피치는, 예를 들어 2㎜ 이상이며 또한 3㎜ 이하이다. 나선형 이(13)의 잇줄이 이어지는 방향과 구동 풀리(12)의 두께 방향이 이루는 각도, 및 나선형 이(19)의 잇줄이 이어지는 방향과 종동 풀리(14)의 두께 방향이 이루는 각도는 예를 들어 7도 이상이며 또한 10도 이하이다.

도 3(a)은, 본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트(16)의 일부를 확대하여 나타내는 측면도이고, 도 3(b)은, 이붙이 벨트(16)의 일부를 나선형 이(20)측으로부터 본 경우의 평면도이다. 그리고, 도 3(a)에서는 벨트 배면(상면)이 평면으로 되도록 나타내지나, 실제의 이붙이 벨트(16)는, 풀리에 걸리지 않은 상태에서는 이음매 없는 링형으로 된다.

또, 도 4(a)는, 본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트(16)의 도 3(a)에 나타내는 IVa-IVa선의 단면을 나타내는 도이고, 도 4(b)는, 벨트 길이방향의 이붙이 벨트(16)의 단면을 확대하여 나타내는 도이다.

도 3(a), (b)에 나타내듯이, 이붙이 벨트(16)의 내주측에는 소정의 피치 P로 상술의 나선형 이(20)가 형성되고, 그 피치 P는 나선형 이(13, 19)의 피치와 실질적으로 동일하고, 예를 들어 2㎜ 이상이며 또한 3㎜ 이하이다. 여기서, 피치 P는 서로 인접하는 나선형 이(20)의 벨트 길이방향의 중심 사이의 거리를 가리키는 것으로 한다. 각 나선형 이(20)의 벨트 길이방향의 폭 Wt는 예를 들어 1.30㎜ 이상 1.95㎜ 이하 정도이다.

또, 이붙이 벨트(16)의 벨트 폭(W)은 예를 들어 20㎜ 이상이고 또한 40㎜ 이하이다. 이붙이 벨트(16)의 둘레 길이는, 풀리의 지름 등에 따라 적절히 설정되나, 예를 들어 300㎜∼400㎜ 정도이다.

또한, 나선형 이(20)의 잇줄이 이어지는 방향과 벨트 폭 방향이 이루는 각도(비틀림 각이라고도 함)(θ)는, 7도 이상이며 또한 10도 이하이다. 여기서, 각도(θ)가 7도 이상이고 또한 10도 이하이면, 나선형 이(20)의 잇줄은 벨트 폭방향을 수평기준으로 하여 우측으로 상승되어도 되고, 좌측으로 상승되어도 된다. 그리고, 나선형 이(20)의 비틀림 각(θ)은, 구동 풀리(12)의 나선형 이(13)의 비틀림 각, 및 종동 풀리(14)의 나선형 이(19)의 비틀림 각과 실질적으로 동등하게 된다. 또, 1개의 나선형 이(20)가 풀리의 나선형 이(13, 19)와 맞물리는 기간과, 다음 나선형 이(20)가 풀리의 나선형 이(13, 19)와 맞물리는 기간과 겹치는 기간의 비율(맞물림 겹침률)ε＝W·tanθ／P로 할 때, －2.53≤1－ε≤0.18이 성립된다.

본 실시형태에 관한 이붙이 벨트(16)는, 도 4(a), (b)에 나타내듯이, 탄성체로 이루어진 링형의 배부(24)와, 벨트 길이방향을 따르도록 배부(24)의 예를 들어 내주측에 매설(埋設)된 심선(心線)(22)과, 배부(24)의 내주측에 형성되고, 상술의 나선형 이(20)을 갖는다.

나선형 이(20)은, 치고무(tooth rubber)(28)와, 치고무(28)의 내주면을 피복하는 치포(tooth cloth)(26)를 가진다. 서로 인접하는 나선형 이(20) 사이의 영역에서는, 치포(26)가 심선(22) 또는 배부(24)와 직접 접촉하여도 되고, 치포(26)와 심선(22) 또는 배부(24)가 치고무(28)의 얇게 된 부분을 사이에 끼워 접촉하여도 된다.

배부(24) 및 치고무(28)의 구성재료로는, －40℃ 정도의 저온에서 120℃ 정도의 고온까지 견딜 수 있는 고무가 이용되고, 예를 들어 수소화 니트릴 고무(hydrogenated nitrile rubber, HNBR)가 바람직하게 이용된다. 그 밖에, 클로로프렌 고무(chloroprene rubber, CR), 에틸렌프로필렌 디엔 고무(ethylene-propylene-diene rubber, EPDM), 스티렌 부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber), 에피클로로하이드린 고무(epichlorohydrin rubber), 폴리우레탄 고무(polyurethane rubber) 등을 배부(24) 및 치고무의 구성재료로서 이용하여도 된다. 또, 이들 고무에 공지의 강화섬유 등이나 첨가제가 배합되어도 된다.

심선(22)은, 배부(24)의 내주측, 치고무(28) 또는 치포(26)와의 경계 부근에 예를 들어 나선형으로 감겨있다. 심선(22)은 복수 개 배치되어도 된다. 이붙이 벨트(16)에 나선형 이(20)가 형성되므로, 벨트 감속장치(10)의 동작 시에는 풀리의 가장자리 방향으로 벨트가 편향되기 쉽게 된다. 이에 반해, 예를 들어 S 꼬임사와 Z 꼬임사를 적절히 조합하여 복수의 심선(22)을 구성하여, 나선형 이(20)에 기인하는 추력(thrust force)을 약화하도록 구성하여도 된다. 심선(22)에는, 높은 탄성을 갖는 재료가 바람직하게 이용되고, 예를 들어 유리섬유가 바람직하게 이용된다. 그리고, 심선(22)으로서 아라미드 섬유 등을 이용하여도 된다.

치포(26)의 재료로는, 예를 들어 나일론 섬유와 나일론 섬유에 아라미드 섬유를 추가한 것 등이 바람직하게 이용된다. 치포(26)의 두께는 예를 들어 0.30㎜ 이상이며 또한 0.50㎜ 이하 정도이다. 그리고, 치포(26)의 재료로는, 6,6-나일론, 4,6-나일론 등의 나일론 섬유, 아라미드 섬유, 폴리파라페닐렌 벤조비스 옥사졸(polyparaphenylene benzobisoxazole, PBO)섬유 등을 이용할 수 있다.

또, 본 개시의 일례에 관한 이붙이 벨트(16)에서는, 종래의 이붙이 벨트에 비해 배부(24)의 두께가 두껍게 된다. 구체적으로는, 배부(24) 두께 tb의 나선형 이(20)의 이높이 hb에 대한 비율 A를 A＝100×tb／hb로 할 때, A는 120％ 이상이며 또한 240％ 이하가 된다. 이와 같이 설정함으로써, 종래의 이붙이 벨트에 비해 벨트 감속장치(10)에 사용한 시에 발생하는 소음 레벨을 대폭으로 저감시킬 수 있다. 또한, 상술의 비율 A를 175％ 이상이며 또한 240％ 이하로 하는 경우에는 구동 시의 소음 레벨을 더욱 저감시킬 수 있어 한층 바람직하다. 그리고, 배부(24) 및 치고무(28)를 HNBR로 구성한 경우, 나선형 이(20)의 이높이 hb는 예를 들어, 0.76㎜ 이상 1.14㎜ 이하 정도이고, 이붙이 벨트(16)의 총 두께(벨트 배면에서 나선형 이의 선단까지의 두께) t는 예를 들어 1.67㎜ 이상이며 또한 3.88㎜ 이하 정도로 하는 것이 바람직하다.

또한, 이 이붙이 벨트(16)를 구동 풀리(12) 및 종동 풀리(14)에 걸어, 나선형 이(20)을 나선형 이(13, 19)과 각각 맞물림 시킨 상태로 하면, 나선형 이(20)는 압축된다. 여기서, 구동 풀리(12)의 홈 깊이 및 종동 풀리(14)의 홈 깊이를 모두 hp로 하고, 나선형 이(20)의 이높이 hb의 hp에 대한 압축률 B를 B＝100×(hb－hp)／hb로 할 때, B≤1.4％이다.

도 5는, 나선형 이(20)와 풀리 홈이 맞물림 한 상태를 모식적으로 나타내는 도이다. 도 5에서는, 예로써 종동 풀리(14)를 나타내나, 구동 풀리(12)의 홈도 거의 마찬가지 형상을 한다. 여기서, 도 5에서 P1은 종동 풀리(14)(또는 구동 풀리(12))의 치형(齒形)을 나타내는 선이고, P2는 이붙이 벨트(16)의 치형을 나타내는 선이다. 또, 이점 쇄선(鎖線)의 직선(B)은 이붙이 벨트(16)의 이(tooth)의 저면(底面)을 지나는 기준선이고, 일점 쇄선으로 나타나는 원호 C는, 기준선 B으로부터 이붙이 벨트(16)의 이높이 hb의 절반 거리(0.5hb)에 있는 점을 지나는 원호(圓弧)이고, 이 원호의 중심은 종동 풀리(14)(구동 풀리(12))의 중심과 일치한다.

도 5에 나타내듯이, 이붙이 벨트(16)는, 종동 풀리(14) 및 구동 풀리(12)와 맞물린 상태에서 소정의 백래시(backlash, BL)가 발생하도록 구성된다. 여기서 백래시(BL)는, 원호 C를 따른 위치의 풀리의 나선형 이(19)(또는 나선형 이(13))와 이붙이 벨트(16)의 나선형 이(20)와의 거리라 정의한다. 이 백래시(BL)는, 나선형 이(20)의 치피치(P)와 비율 C를 C＝100×BL／P로 할 때, 1.7％≤C≤2.5％가 되도록 설정된다. 여기서, 종동 풀리(14) 및 구동 풀리(12) 양쪽에 대해, 이붙이 벨트(16)와의 사이에서 1.7％≤C≤2.5％가 성립된다.

또한, 이상에서 설명한 이붙이 벨트(16) 및 벨트 감속장치(10)의 구성은 실시형태의 일례이고, 그 형상, 구성재료 등은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

-본 개시의 일례에 관한 이붙이 벨트의 작용과 효과-

본 실시형태의 이붙이 벨트(16)에 의하면, 나선형 이(20)의 비틀림 각(θ)이 7도 이상으로 되어 있음에 따라, 벨트 감속장치(10)의 동작 시에 풀리의 이와 벨트의 이와의 이의 맞물림이, 이의 한쪽 단부로부터 다른 쪽 단부로 보다 원활하게 진행되므로 이끼리가 맞물릴 시에 발생하는 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 한편, 벨트의 나선형 이의 비틀림 각(θ)이 10도를 초과하면, 풀리에 감긴 벨트에 작용하는 추력이 커진다. 그 결과, 풀리 상에서의 벨트의 편향이 크게 되어, 벨트 측면과 풀리의 플랜지와의 사이에서 마찰음이 발생하고, 소음이 오히려 증대하는 경우가 있다.

따라서, 본 실시형태의 이붙이 벨트(16)에서는, 나선형 이(20)의 비틀림 각(θ)이 7도 이상이며 또한 10도 이하로 되어 있으므로, 비틀림 각(θ)을 이 범위 외로 설정한 경우에 비해 소음을 대폭으로 저감시킬 수 있다.

또, 본 실시형태의 이붙이 벨트(16)에서는, 맞물림 겹침률 ε＝W·tanθ／P로 할 때, －2.53≤1－ε≤0.18이 되므로, 이붙이 벨트(16)와 구동 풀리(12), 또는 이붙이 벨트(16)와 종동 풀리(14)가 연속적으로 원활하게 맞물려 소음의 발생을 저감시킬 수 있다.

또한, 본 실시형태의 이붙이 벨트(16)에서는, 배부(24) 두께 tb의 나선형 이의 이높이 hb에 대한 비율 A＝100×tb／hb로 할 때, A는 120％ 이상이며 또한 240％ 이하로 된다. 여기서, 비율 A가 120％ 이상임에 따라, 치고무(28)와 배부(24)의 압축 탄성률이 높아지므로, 진동의 감쇠효과를 크게 할 수 있다.

한편, 비율 A가 240％를 초과하여도, 실제로는, 이붙이 벨트(16)의 두께가 두꺼운 쪽이 소음 레벨은 저하한다. 그러나, 벨트의 두께를 너무 크게 하면, 벨트의 강성(剛性)이 높아지고, 벨트의 이가 풀리의 이와 맞물리지 않게 되어, 결과적으로 소음 레벨이 높게 된다. 이와는 별도로, 비율 A가 240％를 초과하면, 벨트의 강성이 배부측에서 높아지고, 풀리 상에서의 굴곡 피로가 증대하여, 특히 저온환경에서 균열이 생기기 쉽게 된다.

따라서, 본 실시형태의 이붙이 벨트(16)에 의하면, 비율 A는 120％ 이상이며 또한 240％ 이하로 함으로써, 벨트 감속장치의 수명을 충분히 확보한 후에, 동작 시의 진동 및 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다. 그리고, 비율 A가 175％ 이상이며 또한 240％ 이하의 범위이면, 동작 시의 진동 및 소음을 더욱 저감시키는 것이 가능하게 된다. 또, 배부(24)의 두께를 0.91㎜ 이상이며 또한 2.74㎜ 이하로 하여도 벨트 감속장치의 수명을 충분히 확보한 후에, 동작 시의 진동 및 소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

또, 본 실시형태의 벨트 감속장치(10)에서는, 구동 풀리(12)의 홈 깊이 및 종동 풀리(14)의 홈 깊이를 모두 hp로 할 때, 나선형 이(20)의 이높이 hb의 hp에 대한 압축률 B를 B＝100×(hb－hp)／hb로 할 때, B≤1.4％가 된다.

이로써, 본 실시형태의 벨트 감속장치(10)에서는, B가 1.4％를 초과하는 경우에 비해 나선형 이(20)가 나선형 이(13, 19)와 맞물릴 시의 이(tooth)면끼리의 타격을 완화할 수 있으므로, 소음의 발생을 저감시킬 수 있다.

또한, 벨트 감속장치(10)에서는, 이붙이 벨트(16)와 구동 풀리(12) 및 종동 풀리(14)와의 사이의 백래시(BL)와 나선형 이(20)의 치피치(P)와의 비율 C를 C＝100×BL／P로 할 때, 1.7％≤C≤2.5％가 된다.

이로써, 나선형 이(13, 19)의 치선부(tooth tip part)와 나선형 이(20)의 치원부(tooth root part)를 부분적으로 접촉시키거나, 또는 이에 가까운 상태로 유지하고, 이붙이 벨트(16)와 풀리와의 맞물림 및 이격 시에 간섭을 배제하여, 이붙이 벨트(16)의 회전 시에 발생하는 소음을 더욱 저감하는 것이 가능하게 된다.

또, 이붙이 벨트(16)의 치피치(tooth pitch)는 특별히 한정되지 않으나, 치피치가 2㎜ 이상 3㎜ 이하인 것이 바람직하다. 치피치를 2㎜ 이상으로 함으로써, 벨트의 이를 충분히 크기로 할 수 있어, 이붙이 벨트(16)를 전동 파워 스티어링에 이용할 시에 충분한 토크를 얻는 것이 가능하게 된다. 한편, 치피치를 3㎜ 이하로 하면, 풀리의 이의 수가 지나치게 적게 되지 않으므로, 이붙이 벨트(16)가 풀리에 다각형상으로 감기는 등이 발생하지 않고, 이붙이 벨트(16)가 풀리의 형상에 추종하지 않음에 따른 소음의 발생을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 이붙이 벨트(16) 및 이를 이용한 벨트 감속장치(10)에 의하면, 상술한 구성의 상승(相乘) 효과를 얻을 수 있으므로, 동작 시의 진동 및 소음을 대폭으로 저감시킬 수 있고, 특히 전동 파워 스티어링의 조향감을 현저하게 향상시킬 수 있다. 또, 동작 시의 진동 및 소음이 작으므로, 본 실시형태의 이붙이 벨트(16) 및 이를 이용한 벨트 감속장치(10)는, 최근 소음이 저감된 가솔린 차만이 아니라, 하이브리드형 자동차와 전기 자동차라도 바람직하게 사용할 수 있다.

또, 이붙이 벨트(16)에 의하면, 상술의 구성에 의해 폭(W)을 20㎜ 이상이며 또한 40㎜ 이하로 하여도 진동 및 소음을 충분히 저감할 수 있으므로, 벨트 감속장치(10)의 크기를 작게 할 수 있다.

-이붙이 벨트의 제조방법-

다음에, 상기 이붙이 벨트(16) 제조방법의 일례에 대해 설명한다. 이 제조방법에서는, 원통 금형과, 이를 내부에 끼우는 것이 가능한 가류기(valcanizer)가 이용된다. 그리고, 원통 금형의 외주면에는, 복수의 나선형 이(20)를 성형하기 위한 홈이 축방향에 대해 비틀림 각(θ)만큼 기울어 이어지도록 둘레방향에 등피치로 형성된다.

먼저, 치포(26)가 되는 나일론 등의 섬유재료를 준비하고, 그 편면에, 나이프 코터(knife coater)나 롤 코터(roll coater)를 이용하여 고무풀을 도포하는 처리를 행한다. 그리고, HNBR 등으로 이루어진 고무풀을 도포한 면이 외측이 되도록 섬유재료를 배치하여 원통형으로 성형한다.

또, 별도, 이붙이 벨트(16)의 배부(24)를 형성하기 위한 미가교 고무 시트 및 심선(22)을 형성하기 위한 유리섬유제의 꼰 실을 준비한다.

다음에, 원통 금형에 섬유재료를 씌우고, 그 위로부터 꼰 실을 등피치로 나선형으로 감는다. 또한, 그 위로부터 미가류 고무 조성물 시트를 감는다. 이 때, 원통 금형 둘레면 상에는, 금형측으로부터 차례로 섬유재료, 꼰 실, 그리고 미가교 고무시트가 층을 이루어 세팅된 상태가 된다.

이어서, 재료를 세팅한 원통 금형을 가류기 안에 넣고, 소정의 온도와 압력을 가한다. 이 때, 미가류 고무 조성물이 유동(流動)하여, 원통 금형에 형성된 홈에 범포를 누르도록 하여 압입(indentation)되고, 이에 따라 나선형 이(20)가 형성되게 된다.

마지막에, 가류기로부터 꺼낸 원통 금형으로부터, 이 둘레면 상에 형성된 원통형 벨트 전구체를 탈형하고, 이를 소정 폭으로 절단함으로써 이붙이 벨트(16)를 얻는다.

그리고, 이붙이 벨트(16)의 제조방법은 이상의 방법에 한정되는 것은 아니고, 다른 방법으로 적절히 교체하여도 된다.

실시예

이하, 이붙이 벨트에 대해 행한 소음시험의 결과에 대해 설명한다.

(시험평가용 벨트 1)

이하의 실시예 및 비교예의 이붙이 벨트를 제작하였다. 여기서, 각 실시예 및 비교예에 관한 이붙이 벨트에서는, 배부, 치고무, 심선, 및 치포를 구성하는 재료는 각각 동일하게 하고, 나선형 이의 치피치를 2㎜로 하여, 이높이를 0.76㎜로 한 후에, 이하의 파라미터를 각각 변경한 이붙이 벨트를 제작하였다. 즉, 표 1에 나타내듯이, 벨트의 총 두께를 각각 1.31㎜(A＝72), 1.47㎜(A＝93), 1.67㎜(A＝120), 1.90㎜(A＝150), 2.10㎜(A＝176), 2.22㎜(A＝192), 2.34㎜(A＝208), 2.46㎜(A＝224), 2.58㎜(A＝239), 2.70㎜(A＝255), 2.90㎜(A＝282)로 하고, 나선형 이의 비틀림 각을 각각 5도, 7도, 9도, 10도 및 12도로 변경한 이붙이 벨트를 제작하였다. 그리고, 벨트의 총 두께는, 배부 두께와 이높이의 합이다.

각 이붙이 벨트는, 상술의 방법으로 제작하였다. 이붙이 벨트의 배부 및 치고무의 구성재료로, HNBR을 이용하고, 심선으로는 유리섬유를 이용하였다. 치포로는, 66나일론을 날실 및 씨실로 하는 천을 이용하였다. 또, 압축률 0％의 상태에서 벨트 폭을 28㎜, 벨트의 둘레 길이를 322㎜로 하였다.

(시험평가용 벨트 2)

이하의 실시예 및 비교예의 이붙이 벨트를 제작하였다. 여기서, 각 실시예 및 비교예에 관한 이붙이 벨트에서는, 배부, 치고무, 심선 및 치포를 구성하는 재료는 위에서 나타내는 「시험평가용 벨트 1」의 항에 기재된 이붙이 벨트와 각각 동일하게 하며, 나선형 이의 치피치를 3㎜로 하고, 이높이를 1.14㎜로 한 후에, 이하의 파라미터를 각각 변경한 이붙이 벨트를 제작하였다. 즉, 표 2에 나타내듯이, 벨트의 총 두께를 각각 2.10㎜(A＝84), 2.30㎜(A＝102), 2.50㎜(A＝119), 2.70㎜(A＝137), 2.90㎜(A＝154), 3.10㎜(A＝172), 3.30㎜(A＝189), 3.50㎜(A＝207), 3.70㎜(A＝225), 3.90㎜(A＝242) 4.15㎜(A＝264)로 하고, 나선형 이의 비틀림 각을 각각 5도, 7도, 9도, 10도 및 12도로 변경한 이붙이 벨트를 제작하였다.

또, 압축률 0％의 상태에서 벨트 폭을 25㎜, 벨트의 둘레길이를 324㎜로 하였다.

(평가방법)

치피치가 2㎜의 이붙이 벨트(「시험평가용 벨트 1」의 항에 기재)의 평가 방법은 다음과 같다.

구동 풀리와 종동 풀리 2축의 풀리에 평가대상이 되는 벨트를 감고, 구동 풀리의 회전 수를 500rpm에서 5000rpm까지 변화시킨 시의 소음 레벨을 측정하였다. 구동 풀리의 이의 수는 41개, 종동 풀리의 이의 수는 111개로 하여, 각 풀리의 치피치는 2㎜로 하였다. 구동 풀리와 종동 풀리의 직경은 각각 26.10㎜, 70.66㎜로 하였다. 각 풀리 이의 비틀림 각은 평가대상이 되는 벨트와 동일하게 하였다. 벨트 장력은 100N으로 하고, 정밀 소음계(ONO SOKKI CO., LTD., 제, 상품명 LA-5560)를 이용하여 소음 레벨의 측정을 행하였다. 집음 마이크는, 벨트 단면으로부터 측방(벨트 폭방향)으로 30㎜, 또한 구동 풀리의 중심으로부터 종동 풀리의 중심을 향해 20㎜ 떨어진 위치에 설치하였다. 측정은 각 벨트마다 500rpm∼5000rpm으로 400포인트씩 행하여, 표 1 우측에는 이 400포인트에서의 측정 결과의 평균값을 나타내었다.

또, 치피치가 3㎜인 이붙이 벨트(「시험평가용 벨트 2」의 항에 기재)의 평가방법은, 치피치가 2㎜인 이붙이 벨트의 평가방법과 마찬가지이다. 단, 구동 풀리의 이의 수는 28개, 종동 풀리의 이의 수는 74개로 하고, 각 풀리의 치피치는 3㎜로 하였다. 측정은 각 벨트마다 500rpm∼5000rpm으로 400포인트씩 행하여, 표 2 우측에는 이 400포인트에서의 측정 결과의 평균값을 나타내었다.

(시험평가 결과)

나선형 이의 피치가 2㎜인 이붙이 벨트에 대한 시험평가 결과를 표 1의 우측에 나타낸다(수치의 단위는 dB). 표 1의 우측에서, 측정 결과 중, 나선형 이의 비틀림 각이 7도 이상 10도 이하이고 또한 비율 A가 120％ 이상 240％ 이하의 범위인 것을 실시예(21 예)의 결과로써 선이 있는 두꺼운 문자로 나타내었다. 또, 도 6은, 표 1에 나타내는 결과를, 이붙이 벨트의 나선형 이의 각도를 가로축, 소음 레벨을 세로축으로 나타낸 도이고, 도 7은, 표 1에 나타내는 결과를, 비율 A를 가로축, 소음 레벨을 세로축으로 나타낸 도이다.

표 1 및 도 6에 나타내는 결과로부터, 나선형 이의 비틀림 각이 7도 미만, 또는 10도를 초과하는 경우에 비해 나선형 이의 비틀림 각을 7도 이상이며 또한 10도 이하로 한 경우에 소음 레벨이 효과적으로 저감될 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 나선형 이의 비틀림 각이 동일하면, 배부 두께／이높이의 값 A가 72％∼282％의 범위에서 A의 값이 크게 될수록 소음 레벨이 내려가는 것을 확인할 수 있었다.

또, 표 1 및 도 7에 나타내는 결과로부터, 나선형 이의 비틀림 각이 7도, 9도, 10도의 어느 경우라도, 배부 두께／이높이의 값 A(％)를 120％ 이상으로 함으로써 소음 레벨을 효과적으로 저감시킬 수 있는 것, 및 A를 175％ 이상으로 함으로써 소음 레벨을 더욱 저감시킬 수 있는 것을 확인할 수 있었다. 그리고, 측정한 범위 내에서는 배부 두께／이높이의 값 A가 크게 될수록 소음 레벨이 작게 되었으나, 배부 두께／이높이의 값 A가 240％를 초과하면 벨트의 내구성이 저하되므로 실용상 바람직하지 않다. 이와 같이, A의 범위를 120％이상이며 또한 240％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 175％이상이며 또한 240％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직한 것을 확인할 수 있었다.

또한, 나선형 이의 피치가 3㎜인 이붙이 벨트에 대한 시험평가의 결과를 표 2의 우측에 나타내었다(수치의 단위는 dB). 표 2의 우측에서, 측정결과 중, 나선형 이의 비틀림 각이 7도 이상 10도 이하이고 또한 비율 A가 120％ 이상 240％ 이하의 범위의 것을 실시예(18 예)의 결과로써 선이 있는 두꺼운 문자로 나타내었다.

또, 도 8은, 표 2에 나타내는 결과를 이붙이 벨트의 나선형 이의 각도를 가로축, 소음 레벨을 세로축으로 나타낸 도이고, 도 9는, 표 2에 나타내는 결과를 비율 A를 가로축, 소음 레벨을 세로축으로 하여 나타낸 도이다.

표 2 및 도 8에 나타내는 결과로부터, 나선형 이의 피치를 3㎜로 하여도, 나선형 이의 비틀림 각이 7도 미만, 또는 10도를 초과하는 경우에 비해 나선형 이의 비틀림 각을 7도 이상이며 또한 10도 이하로 한 경우에 소음 레벨이 효과적으로 저감되는 것을 확인할 수 있었다. 또, 배부 두께／이높이의 값 A가 84％∼264％의 범위에서 A의 값이 크게 될수록 소음 레벨이 내려가는 것도 확인되었다.

또한, 표 2 및 도 9에 나타내는 결과로부터, 나선형 이의 피치가 3㎜의 경우라도, 나선형 이의 비틀림 각을 7도 이상 10도 이하로 하고, 배부 두께／이높이의 값 A(％)를 120％ 이상으로 함으로써 소음 레벨을 효과적으로 저감할 수 있는 것, 및 A를 175％ 이상으로 함으로써 소음 레벨을 더욱 저감할 수 있는 것이 확인되었다. 그리고, 내구성의 관점에서 배부 두께／이높이의 값 A(％)를 240％를 초과하면 바람직하지 않은 것은 상술과 같다.

이상의 결과로부터, 나선형 이의 피치가 2㎜ 이상 3㎜ 이하의 범위에서, 배부 두께／이높이의 값 A의 범위를 120％ 이상이며 또한 240％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 175％ 이상이며 또한 240％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직한 것이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 개시의 실시형태에 관한 이붙이 벨트 및 벨트 감속장치는, 예를 들어 자동차 등의 파워 스티어링 장치에 이용할 수 있다.

10 : 벨트 감속장치 12 : 구동 풀리
13, 19, 20 : 나선형 이 14 : 종동 풀리
16 : 이붙이 벨트 17 : 관통공
21 : 플랜지 22 : 심선
24 : 배부 26 : 치포
28 : 치고무

Claims (12)

1. 탄성체로 이루어진 배부(back portion)와,
   상기 배부의 내주(內周)측에 형성되어, 벨트 길이방향에 일정의 피치로 복수 배치된 나선형 이(helical teeth)를 구비한 파워 스티어링 장치용의 이붙이 벨트에 있어서,
   상기 나선형 이의 잇줄(tooth trace)이 이어지는 방향과 벨트 폭방향이 이루는 각도(θ)는 7도 이상이며 또한 10도 이하이고,
   상기 배부의 두께를 tb로 하고, 상기 나선형 이의 이높이(tooth height)를 hb로 하여, tb의 hb에 대한 비율 A를 A＝100×tb／hb로 할 때, A는 120％ 이상이며 또한 240％ 이하인 이붙이 벨트.
2. 청구항 1에 있어서,
   A는, 175％ 이상이며 또한 240％ 이하인 이붙이 벨트.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   벨트의 총 두께가 3.88㎜ 이하인 이붙이 벨트.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   벨트 길이방향을 따르도록 상기 배부에 매설(埋設)된 심선(心線)을 추가로 구비하는 이붙이 벨트.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 나선형 이는, 상기 배부 내주측에 형성된 치고무(tooth rubber)와, 상기 치고무의 내주면을 피복하는 치포(tooth cloth)를 갖는 이붙이 벨트.
6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 나선형 이의 피치(P)는, 2㎜ 이상이며 또한 3㎜ 이하인 이붙이 벨트.
7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   벨트 폭(W)은 20㎜ 이상이며 또한 40㎜ 이하인 이붙이 벨트.
8. 제 1 나선형 이가 복수 형성된 구동 풀리와,
   제 2 나선형 이가 복수 형성된 종동 풀리와,
   탄성체로 이루어진 배부와, 상기 배부의 내주측에 상기 제 1 나선형 이 및 상기 제 2 나선형 이에 맞물림 하도록 형성되어, 벨트 길이방향에 일정의 피치로 복수 배치된 제 3 나선형 이를 가지고, 상기 구동 풀리 및 상기 종동 풀리에 걸린 파워 스티어링용의 이붙이 벨트를 구비하며,
   상기 제 3 나선형 이의 잇줄이 이어지는 방향과 상기 이붙이 벨트의 벨트 폭방향이 이루는 각도(θ)는 7도 이상이며 또한 10도 이하이고,
   상기 배부의 두께를 tb로 하고, 상기 제 3 나선형 이의 이높이(tooth height)를 hb로 하여, tb의 hb에 대한 비율 A를 A＝100×tb／hb로 할 때, A는 120％ 이상이며 또한 240％ 이하인 벨트 감속(減速)장치.
9. 청구항 8에 있어서,
   A는 175％ 이상이며 또한 240％ 이하인 벨트 감속장치.
10. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    상기 구동 풀리의 홈 깊이 및 상기 종동 풀리의 홈 깊이를 모두 hp로 하고, 상기 제 3 나선형 이의 이높이 hb의 hp에 대한 압축률 B를 B＝100×(hb－hp)／hb로 할 때, B≤1.4％이고,
    상기 이붙이 벨트와 상기 구동 풀리 및 상기 종동 풀리 사이의 백래시(BL)와 상기 제 3 나선형 이의 치피치(P)와의 비율 C를 C＝100×BL／P로 할 때, 1.7％≤C≤2.5％인 벨트 감속장치.
11. 청구항 8 또는 청구항 9에 있어서,
    벨트 길이방향을 따르도록 상기 배부에 매설된 심선을 추가로 구비하는 벨트 감속장치.
12. 삭제

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