KR102165523B1

KR102165523B1 - V 벨트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102165523B1
Application number: KR1020167010892A
Authority: KR
Inventors: 케이조 노나카; 야스히로 타카노
Original assignee: 반도 카가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2020-10-14
Also published as: EP3045771A1; CN105579741B; EP3045771A4; JP6145170B2; TW201520449A; CN105579741A; US9909647B2; TWI628375B; EP3045771B1; KR20160061399A; WO2015045255A1; US20160208890A1; JPWO2015045255A1

Abstract

V 벨트(B)는, V 측면(110)을 구성하는 부분(11)이 고무 조성물로 형성된다. 상기 고무 조성물에는, 유기섬유의 나노섬유(nano fiber)(16) 및 유기 단섬유(17)가 벨트 폭 방향으로 배향하도록 포함된다. 상기 고무 조성물은, 결 방향(grain direction)의 저장 탄성계수의 널결 방향(cross-grain direction)의 저장 탄성계수에 대한 비(比)가 5 이상이다.

Description

V 벨트 및 그 제조방법{V-BELT AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은, V 벨트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

엘라스토머에 나노섬유(nano fiber)를 분산시킨 복합재료의 자동차 부품이나 전기전자 부품으로의 적용이 검토되고 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 해도형(海島型) 복합 단섬유(短纖維)를 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머(ethylene－α－olefin elastomer)의 매트릭스(matrix)에 첨가하고, 해(海) 성분을 용융(溶融)시켜 도(島) 성분의 섬유 지름이 10∼5000㎚인 나노섬유를 매트릭스의 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머에 분산시킨 섬유강화 엘라스토머 성형품이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 이붙이 벨트(toothed belt), 평 벨트 등의 자동차용 벨트와 공업용 벨트 등에 이용되는 섬유강화 탄성체에 있어서, 폴리올레핀(polyolefine), 제 1 엘라스토머, 및 실리카(silica)에 의해 구성된 매트릭스에, 섬유 지름이 1㎛ 이하이며 종횡비(aspect ratio)가 2∼1000인 나노섬유가 분산된 섬유강화 열가소성(熱可塑性) 수지 조성물과 제 2 엘라스토머를 혼련(混鍊)하여 얻어지는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2012－207220호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허공개 2012－77223호 공보

본 발명의 V 벨트는, V 측면을 구성하는 부분이 고무 조성물로 형성되고, 상기 고무 조성물에는, 섬유 지름이 300∼1000㎚인 유기섬유의 나노섬유 및 섬유 지름이 10㎛ 이상인 유기 단섬유가 벨트 폭 방향으로 배향(配向)하도록 포함되고, 상기 고무 조성물은, JIS K6394에 기초하여, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하(負荷)한 때의 변형률을 평균 변형률(mean strain)로 하고, 변형률 진폭(strain amplitude) 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장 방법에 의해 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향(grain direction)의 저장 탄성계수의, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향(cross-grain direction)의 저장 탄성계수에 대한 비(比)가 5 이상이다.

본 발명의 V 벨트의 제조방법은, 고무성분, 및 열가소성 수지의 해(海)와 섬유 지름이 300∼1000㎚인 유기섬유의 나노섬유 다발체가 다수인 도(島)와의 해도(海島)구조를 갖는 복합재료를, 상기 복합재료의 열가소성 수지의 융점(融點) 또는 연화 온도 이상의 온도 하에서 혼련하는 조작을 포함하고, 상기 고무성분에 상기 나노섬유 및 섬유 지름이 10㎛ 이상인 유기 단섬유가 분산된 미가교 고무 조성물의 혼련물을 제조하는 혼련물 제조 단계와, 상기 혼련물 제조 단계에서 제조한 미가교 고무 조성물의 혼련물을 압연(壓延)함으로써 상기 V 측면을 구성하는 부분을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트를 제작하는 압연단계와, 상기 압연단계에서 제작한 미가교 고무조성물 시트를, 그 결 방향이 벨트 폭 방향이 되도록 배치하고 벨트 성형체를 성형한 후에 가교시키는 성형 가교단계를 포함한다.

도 1은, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트로부터 잘라낸 일부분을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트의 V 리브의 횡단면도이다.
도 3은, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트의 변형예로부터 잘라낸 일부분을 나타내는 사시도이다.
도 4는, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트를 이용한 자동차의 보조기계(補助機械) 구동 벨트 전동장치의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 5는, 복합재료의 사시도이다.
도 6(a) 및 도 6(b)은, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트의 제조방법을 나타내는 제 1 설명도이다.
도 7은, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트의 제조방법을 나타내는 제 2 설명도이다.
도 8은, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트의 제조방법을 나타내는 제 3 설명도이다.
도 9는, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트의 제조방법을 나타내는 제 4 설명도이다.
도 10은, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(double cogged V-belt)로부터 잘라낸 일부분을 나타내는 사시도이다.
도 11은, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트 일부분의 종단면도이다.
도 12는, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트의 횡단면도이다.
도 13(a) 및 도 13(b)은, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트를 이용한 변속장치의 구성을 나타내는 도이다.
도 14(a) 및 도 14(b)는, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트의 제조방법을 나타내는 제 1 설명도이다.
도 15(a) 및 도 15(b)는, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트의 제조방법을 나타내는 제 2 설명도이다.
도 16(a)∼도 16(c)은, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트의 제조방법을 나타내는 제 3 설명도이다.
도 17은, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트의 제조방법을 나타내는 제 4 설명도이다.
도 18(a) 및 도 18(b)은, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트의 제조방법을 나타내는 제 5 설명도이다.
도 19는, 그 밖의 실시형태의 로 엣지 타입의 V 벨트(raw edge V belt)로부터 잘라낸 일부분을 나타내는 사시도이다.
도 20(a)은 내굴곡 피로성 평가시험용 벨트 주행시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이며, 도 20(b)은 벨트 주행시 이상음 평가시험용 벨트 주행시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 21은, 더블 코그드 V 벨트용 벨트 주행시험기의 평면도이다.
도 22(a)는 전동능력·전동효율 평가시험의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이며, 도 22(b)는 고속 내구성 평가시험의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.

이하, 실시형태에 대해 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.

(제 1 실시형태)

도 1 및 도 2는, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)(V 벨트)를 나타낸다. 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는, 폴리 V 벨트라고도 불리며, 예를 들어, 자동차의 엔진 룸 내(內)에 설치되는 보조기계 구동 벨트 전동장치 등에 이용된다. 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는, 예를 들어, 벨트 길이가 700∼3000㎜, 벨트 폭이 10∼36㎜, 및 벨트 두께가 4.0∼5.0㎜이다.

제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는, 벨트 내주측(內周側)의 압축 고무층(11)과 벨트 외주측(外周側)의 접착 고무층(12)이 적층되도록 배치되어 일체화된 V 리브드 벨트 본체(10)를 구비한다. 접착 고무층(12)에는, 이 벨트 외주측에, 벨트 배면을 구성하는 배면 보강포(補强布)(13)가 적층되도록 붙여진다. 또, 접착 고무층(12)에는, 이 벨트 두께 방향 중간부에, 벨트 폭 방향으로 피치를 갖는 나선을 형성하도록 배치된 심선(14)이 매설(埋設)된다.

압축 고무층(11)에는, 각각, 풀리 접촉면이 되는 V 측면(110)을 구성하는 복수의 V 리브(15)가 벨트 내주측에 늘어지도록（수하（垂下）하도록） 형성된다. 복수의 V 리브(15)는, 각각이 벨트 길이 방향으로 연장되는 횡단면이 거의 역삼각형의 돌조(rib)로 형성됨과 동시에 벨트 폭 방향으로 나열 형성된다. 각 V 리브(15)는, 예를 들어, 리브 높이가 2.0∼3.0㎜, 기단(基端) 사이의 폭이 1.0∼3.6㎜, 및 V 각도가 35∼40°이다. 리브 수는, 예를 들어 3∼6개이다(도 1에서는 6개).

압축 고무층(11)은, 고무성분에 유기섬유의 나노섬유(16)(이하, 단순히 ＂나노섬유(16)＂라고 함.) 및 유기 단섬유(17)와 함께 여러 가지 고무배합제가 배합된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 고무성분을 가교제에 의해 가교시킨 고무 조성물로 형성된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분으로는, 예를 들어, 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머(ethylene－α－olefin elastomer), 클로로프렌고무(chloroprene rubber, CR), 클로로술폰화 폴리에틸렌고무(chlorosulfonated polyethylene rubber, CSM), 수소 첨가 아크릴로 니트릴고무(H－NBR), 천연고무(NR), 스티렌부타디엔고무(styrene butadiene rubber, SBR), 부타디엔고무(butadiene rubber, BR), 니트릴고무(nitrile rubber, NBR) 등을 들 수 있다. 이들 중, 내열성(耐熱性) 및 내한성(耐寒性)의 관점에서 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머가 바람직하다.

에틸렌－α－올레핀 엘라스토머의 α－올레핀 성분으로는, 예를 들어, 프로필렌(propylene), 펜텐(pentene), 옥텐(octane) 등을 들 수 있다. 디엔 성분으로는, 예를 들어, 1,4－헥사디엔(1,4－hexadiene), 디시클로펜타디엔(dicyclopentadiene), 에틸리덴 노보넨(ethylidene norbornene) 등의 비공액 디엔(non-conjugated diene)을 들 수 있다. 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머로는, 구체적으로는, EPDM, EPR 등을 들 수 있다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분은, 단일종만으로 구성되어도 되며, 또, 복수종의 혼합 고무로 구성되어도 된다. 그리고, 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머를 주성분으로 하는 혼합 고무를 이용하는 경우에는, 그 특징을 손상시키는 일이 없도록, 그 밖의 고무 종류의 비율을 25질량% 이하로 하는 것이 바람직하다.

나노섬유(16)는, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에, 벨트 폭 방향으로 배향하도록 포함된다.

나노섬유(16)의 섬유 지름은 300∼1000㎚이지만, 바람직하게는 400㎚ 이상이며, 또, 바람직하게는 900㎚ 이하이다. 나노섬유(16)의 섬유 길이는, 바람직하게는 0.3㎜ 이상, 보다 바람직하게는 0.5㎜ 이상이며, 또한, 바람직하게는 5㎜ 이하, 보다 바람직하게는 4㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 2㎜ 이하이다. 나노섬유(16)의 섬유 지름에 대한 섬유 길이의 비(aspect ratio)는, 바람직하게는 500 이상, 보다 바람직하게는 1000 이상이며, 또, 바람직하게는 10000 이하, 보다 바람직하게는 7000 이하, 더욱 바람직하게는 3000 이하이다. 여기서, 나노섬유(16)의 섬유 지름 및 섬유 길이는 SEM(scanning electron microscope) 등의 전자현미경 관찰에 의해 측정할 수 있다.

나노섬유(16)로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 섬유, 6－나일론(6-nylon) 섬유, 6,6－나일론(6,6-nylon) 섬유 등의 나노섬유를 들 수 있다. 이들 중 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 나노섬유가 포함되는 것이 바람직하다. 나노섬유(16)는, 단일종만이 포함되어도 되며, 또, 복수종이 포함되어도 된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서 나노섬유(16)의 함유량은, 이에 따른 벨트 폭 방향의 고(高)탄성률화 효과를 발현시키는 관점에서, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 1질량부 이상, 보다 바람직하게는 2질량부 이상이며, 또, 가공성을 양호하게 하는 관점에서, 바람직하게는 20질량부 이하, 보다 바람직하게는 15질량부 이하, 더욱 바람직하게는 10질량부 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서 나노섬유(16)의 부피분율은, 이에 따른 벨트 폭 방향의 고(高)탄성률화 효과를 발현시키는 관점에서, 바람직하게는 0.4부피% 이상, 보다 바람직하게는 0.8부피% 이상이며, 또, 가공성을 양호하게 하는 관점에서, 바람직하게는 8.0부피% 이하, 보다 바람직하게는 6.0부피% 이하이다.

유기 단섬유(17)도, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에, 벨트 폭 방향으로 배향하도록 포함되고, 또, 이 중 V 측면(110)에 노출된 유기 단섬유(17)는, V 측면(110)으로부터 돌출한 유기 단섬유(17)를 포함한다.

유기 단섬유(17)의 섬유 지름은 10㎛ 이상이며, 또, 바람직하게는 50㎛ 이하, 보다 바람직하게는 30㎛ 이하이다. 유기 단섬유(17)의 섬유 길이는, 바람직하게는 1.5㎜ 이상, 보다 바람직하게는 2㎜ 이상이며, 또한, 바람직하게는 10㎜ 이하, 보다 바람직하게는 8㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 4㎜ 이하이다. 유기 단섬유(17)의 섬유 지름에 대한 섬유 길이의 비(aspect ratio)는, 바람직하게는 100 이상, 보다 바람직하게는 150 이상, 더욱 바람직하게는 200 이상이며, 또, 바람직하게는 500 이하, 보다 바람직하게는 400 이하, 더욱 바람직하게는 300 이하이다. 여기서, 유기 단섬유(17)의 섬유 지름 및 섬유 길이는 마이크로 스코프(microscope)에 의해 측정할 수 있다.

유기 단섬유(17)의 V 측면(110)으로부터의 돌출 길이는, 바람직하게는 0.01∼5㎜이고, 보다 바람직하게는 0.05∼2㎜이다. 여기서, 유기 단섬유(17)의 돌출 길이는, SEM 등의 전자현미경 관찰에 의해 측정할 수 있다.

유기 단섬유(17)로는, 예를 들어, 6－나일론 섬유, 6,6－나일론 섬유, 4,6－나일론 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 섬유, 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유, 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸(poly-p-phenylenebenzobisoxazole, PBO) 섬유 등의 합성섬유, 면이나 마 등의 천연섬유, 레이온 등의 재생섬유 등의 단섬유를 들 수 있다. 이들 중 6－나일론 섬유, 6,6－나일론 섬유, 4,6－나일론 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 및 파라계 아라미드 섬유 중 1 종 또는 2 종 이상의 단섬유가 포함되는 것이 바람직하다. 유기 단섬유(17)는, 단일종만이 포함되어도 되며, 또, 복수종이 포함되어도 된다.

유기 단섬유(17)에는, 예를 들어 레조르신(resorcin)·포르말린(formalin)·라텍스(latex) 수용액(이하 ＂RFL 수용액＂이라고 함.)에 침지(浸漬)한 후에 가열하는 접착처리가 행해져도, 또, 이러한 접착처리가 행해지지 않아도, 어느 쪽이라도 된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서 유기 단섬유(17)의 함유량은, V 측면(110)의 마찰계수를 저감하는 관점에서, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 5질량부 이상, 보다 바람직하게는 10질량부 이상이며, 또, 가공성을 양호하게 하는 관점에서, 바람직하게는 20질량부 이하, 보다 바람직하게는 15질량부 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서 유기 단섬유(17)의 부피분율은, 바람직하게는 3부피% 이상, 보다 바람직하게는 4부피% 이상이며, 또, 바람직하게는 8부피% 이하, 보다 바람직하게는 7부피% 이하이다.

나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)는, 다른 섬유종류여도, 또, 동일한 섬유종류여도, 어느 쪽이라도 된다. 구체적으로는, 예를 들어, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에는, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 나노섬유(16) 및 6,6－나일론 섬유 또는 파라계 아라미드 섬유의 유기 단섬유(17)가 포함되어도 되며, 또, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)가 포함되어도 된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 나노섬유(16)의 함유 질량은 유기 단섬유(17)의 함유 질량 이하인 것이 바람직하고, 나노섬유(16)의 함유 질량은 유기 단섬유(17)의 함유 질량보다 적은 것이 보다 바람직하다. 나노섬유(16) 함유 질량의 유기 단섬유(17) 함유 질량에 대한 비는, 바람직하게는 0.05 이상, 보다 바람직하게는 0.10 이상이며, 또, 바람직하게는 1.00 이하, 보다 바람직하게는 0.95 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)의 합계의 함유 질량은, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 1.0질량부 이상, 보다 바람직하게는 2.0질량부 이상, 더욱 바람직하게는 10질량부 이상이며, 또, 바람직하게는 25.0질량부 이하, 보다 바람직하게는 20.0질량부 이하, 더욱 바람직하게는 18.0질량부 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 나노섬유(16)의 부피분율은 유기 단섬유(17)의 부피분율 이하인 것이 바람직하고, 나노섬유(16)의 부피분율은 유기 단섬유(17)의 부피분율보다 작은 것이 보다 바람직하다. 나노섬유(16) 부피분율의 유기 단섬유(17) 부피분율에 대한 비는, 바람직하게는 0.05 이상, 보다 바람직하게는 0.10 이상이며, 또, 바람직하게는 1.00 이하, 보다 바람직하게는 0.95 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)의 합계의 부피분율은, 바람직하게는 5부피% 이상, 보다 바람직하게는 5.5부피% 이상이며, 또, 바람직하게는 8부피% 이하, 보다 바람직하게는 7.5부피% 이하이다.

고무배합제로는, 예를 들어, 보강제, 가소제(可塑劑), 프로세스 오일(process oil), 가공조제(加工助劑), 가류(加硫)촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제, 가교제 등을 들 수 있다.

보강제로는, 예를 들어, 카본 블랙(carbon black)이나 실리카(silica)를 들 수 있다. 카본 블랙으로는, 예를 들어, SAF, ISAF, N－339, HAF, N－351, MAF, FEF, SRF, GPF, ECF, N－234 등의 퍼네스 블랙(furnace black); FT, MT 등의 서멀블랙(thermal black) 등을 들 수 있다. 보강제는, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 보강제의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 30∼80질량부, 보다 바람직하게는 40∼70질량부이다.

가소제로는, 예를 들어, 디부틸 프탈레이트(dibutyl phthalate, DBP), 디옥틸 프탈레이트(dioctyl phthalate, DOP) 등의 디알킬 프탈레이트(dialkyl phthalate), 디옥틸 아디프산(dioctyl adipate, DOA) 등의 디알킬 아디프산(dialkyl adipate), 디옥틸 세바스산(dioctyl sebacate, DOS) 등의 디알킬 세바스산(dialkyl sebacate) 등을 들 수 있다. 가소제는, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 가소제의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 0.1∼40질량부, 보다 바람직하게는 0.1∼20질량부이다.

프로세스 오일로는, 예를 들어, 파라핀계 오일(paraffinic oil), 나프텐계 오일(naphthenic oil), 방향족 오일(aromatic group oil) 등을 들 수 있다. 프로세스 오일은, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 프로세스 오일의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 0.1∼40질량부, 보다 바람직하게는 0.1∼20질량부이다. 여기서, 휘발 감량이 적으며 또한 내열성이 우수한 시판의 프로세스 오일로서, 예를 들어 Japan sun oil co.ltd.제 ＂SUNPAR 2280＂가 널리 알려져 있다.

가공조제로는, 예를 들어, 스테아린산(stearic acid), 폴리에틸렌 왁스(polyethylene wax), 지방산의 금속염 등을 들 수 있다. 가공조제는, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 가공조제의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 0.1∼3질량부이다.

가류촉진제로는, 예를 들어, 티우람계(thiuram type)(예를 들어 TET 등), 디티오카르밤산염계(dithiocarbamate type)(예를 들어 EZ 등), 술펜아미드계(sulfenamide type)(예를 들어 MSA 등)의 것 등을 들 수 있다. 가류촉진제는, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 가류촉진제의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 2∼10질량부이다.

가류촉진조제로는, 예를 들어, 산화마그네슘(magnesium oxide)이나 산화아연(아연화(亞鉛華)) 등의 금속산화물, 금속탄산염, 스테아린산 등의 지방산 및 그 유도체 등을 들 수 있다. 가류촉진조제는, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 가류촉진조제의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 0.5∼8질량부이다.

노화방지제로는, 예를 들어, 디아민계 노화방지제, 페놀계 노화방지제 등을 들 수 있다. 노화방지제는, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 노화방지제의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 0.1∼5질량부, 보다 바람직하게는 0.5∼3질량부이다.

가교제로는, 유기과산화물 및 유황을 들 수 있다. 내열성을 높이는 관점에서는, 가교제로서 유기과산화물이 바람직하다. 유기과산화물로는, 예를 들어, 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 등의 디알킬 퍼옥사이드(dialkyl peroxide)류, t－부틸 퍼옥시 아세트산(t-butyl peroxyacetate) 등의 퍼옥시 에스테르(peroxy ester)류, 디사이클로헥사논 퍼옥사이드(dicyclohexanone peroxide) 등의 케톤 퍼옥사이드(ketone peroxide)류 등을 들 수 있다. 유기과산화물은, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 유기과산화물의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 0.5∼10질량부, 보다 바람직하게는 1∼6질량부이다.

가교제로서 유기과산화물을 이용하는 경우, 공가교제(co-crosslinker)도 포함되어도 된다. 이러한 공가교제로는, 예를 들어, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate), 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate), 트리알릴 이소시아누레이트(triallyl isocyanurate), 액상 폴리부타디엔, N,N’－m－페닐렌 비스말레이미드(N,N'-m-phenylene bismaleimide) 등을 들 수 있다. 공가교제는, 단일종만이 포함되어도, 또, 복수종이 포함되어도, 어느 쪽이라도 된다. 공가교제의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 바람직하게는 0.5∼10질량부, 보다 바람직하게는 2∼7질량부이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에는, 후술하는 복합재료의 열가소성 수지가 포함된다. 열가소성 수지의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 1∼7질량부이다.

그리고, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에는, 그 밖에, 탄산칼슘(calcium carbonate), 탤크(talc), 규조토(diatomite) 등의 충전제(filler), 안정제, 착색제 등이 포함되어도 된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6253에 기초하여 타입 A 듀로미터(durometer)에 의해 측정되는 고무경도(硬度)는, 바람직하게는 80° 이상, 보다 바람직하게는 85° 이상이며, 또, 바람직하게는 98° 이하, 보다 바람직하게는 95° 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향, 즉, 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)의 배향 방향인 결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)은, 바람직하게는 3㎫ 이상, 보다 바람직하게는 5㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 40㎫ 이하, 보다 바람직하게는 30㎫ 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 인장 강도(TB)는, 바람직하게는 8㎫ 이상, 보다 바람직하게는 10㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 50㎫ 이하, 보다 바람직하게는 40㎫ 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 절단 시의 신장률(elongation at break)(EB)은, 바람직하게는 20% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상이며, 또, 바람직하게는 300% 이하, 보다 바람직하게는 250% 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향, 즉, 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)의 배향 방향과 직교하는 방향인 널결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)은, 바람직하게는 0.5㎫ 이상, 보다 바람직하게는 0.8㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 10㎫ 이하, 보다 바람직하게는 8㎫ 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 50% 신장 시의 인장응력(M50)은, 바람직하게는 1㎫ 이상, 보다 바람직하게는 1.5㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 20㎫ 이하, 보다 바람직하게는 15㎫ 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 인장 강도(TB)는, 바람직하게는 5㎫ 이상, 보다 바람직하게는 8㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 20㎫ 이하, 보다 바람직하게는 18㎫ 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 절단 시의 신장률(EB)은, 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 70% 이상이며, 또, 바람직하게는 400% 이하, 보다 바람직하게는 300% 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 벨트 폭 방향인 결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)의, 벨트 길이 방향인 널결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)에 대한 비는, 바람직하게는 3 이상, 보다 바람직하게는 5 이상이며, 또, 바람직하게는 20 이하, 보다 바람직하게는 18 이하이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 바람직하게는 50㎫ 이상, 보다 바람직하게는 80㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 2000㎫ 이하, 보다 바람직하게는 1500㎫ 이하이다. 이 결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하한 때의 변형률을 평균 변형률로 하고, 변형률 진폭 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 손실 계수(tanδ)는, 바람직하게는 0.02 이상, 보다 바람직하게는 0.04 이상이며, 또, 바람직하게는 0.20 이하, 보다 바람직하게는 0.17 이하이다. 이 결 방향의 손실 계수(tanδ)도, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하한 때의 변형률을 평균 변형률로 하고, 변형률 진폭 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 바람직하게는 10㎫ 이상, 보다 바람직하게는 15㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 100㎫ 이하, 보다 바람직하게는 80㎫ 이하이다. 이 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 손실 계수(tanδ)는, 바람직하게는 0.05 이상, 보다 바람직하게는 0.07 이상이며, 또, 바람직하게는 0.20 이하, 보다 바람직하게는 0.17 이하이다. 이 널결 방향의 손실 계수(tanδ)도, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 벨트 폭 방향인 결 방향의 저장 탄성계수(E’)의, 벨트 길이 방향인 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)에 대한 비는, 바람직하게는 5 이상, 보다 바람직하게는 6 이상이며, 또, 바람직하게는 20 이하, 보다 바람직하게는 18 이하이다.

접착 고무층(12)은, 단면(斷面)이 가로로 긴 직사각형의 띠 형상으로 형성되고, 두께가 예를 들어 1.0∼2.5㎜이다. 접착 고무층(12)은, 고무성분에 여러 가지 고무배합제가 배합되어 혼련된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 가교제에 의해 가교시킨 고무 조성물로 형성된다.

접착 고무층(12)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분으로는, 예를 들어, 압축 고무층(11)과 마찬가지로, 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머 등을 들 수 있다. 접착 고무층(12)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분은, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분과 동일한 것이 바람직하다. 이들이 동일한 경우, 접착 고무층(12)을 형성하는 고무 조성물은, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물과 동일하여도 된다. 고무배합제로는, 압축 고무층(11)과 마찬가지로, 예를 들어, 보강제, 가소제, 프로세스 오일, 가공조제, 가류촉진제, 가류촉진조제, 노화방지제, 가교제 등을 들 수 있다. 접착 고무층(12)을 형성하는 고무 조성물에는, 나노섬유(16)가 포함되어도, 포함되지 않아도, 어느 쪽이라도 된다. 또, 접착 고무층(12)을 형성하는 고무 조성물에는, 유기 단섬유(17)가 포함되어도, 포함되지 않아도, 어느 쪽이라도 된다.

배면 보강포(13)는, 예를 들어, 면, 폴리아미드 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유 등의 실로 형성된 직포(織布), 편물(編物), 부직포(不織布) 등의 천 재료로 구성된다. 배면 보강포(13)는, V 리브드 벨트 본체(10)에 대한 접착성을 부여하기 위해, 성형 전에 RFL 수용액에 침지한 후에 가열하는 접착처리 및／또는 고무풀에 침지한 후에 건조시키는 접착처리가 행해진다. 배면 보강포(13)의 두께는 예를 들어 0.5∼3㎜이다. 그리고, 배면 보강포(13) 대신에, 도 3에 나타내듯이 배면 고무층(18)을 형성하고, 압축 고무층(11), 접착 고무층(12), 및 배면 고무층(18)의 3중 층(層)에 의해 V 리브드 벨트 본체(10)를 구성하여도 된다.

심선(14)은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 섬유, 파라계 아라미드 섬유, 비닐론 섬유 등의 꼰 실이나 끈목 등의 끈 재료로 구성된다. 심선(14)은, V 리브드 벨트 본체(10)에 대한 접착성을 부여하기 위해, 성형 전에 RFL 수용액에 침지한 후에 가열하는 접착처리 및／또는 고무풀에 침지한 후에 건조시키는 접착처리가 행해진다. 여기서, 심선(14)은, RFL 수용액 및／또는 고무풀에 의한 접착처리 전에, 필요에 따라 에폭시 수지(epoxy resin)나 폴리이소시아네이트 수지(polyisocyanate resin) 등의 용액으로 된 접착제 용액에 침지한 후에 가열하는 접착처리가 행해져도 된다. 심선(14)의 바깥지름은 예를 들어 0.1∼2㎜이다.

그런데, 종래부터 V 리브드 벨트와 같이 V 측면을 구성하는 압축 고무층이 고무 조성물로 형성된 V 벨트에서는, 풀리로부터 부하되는 높은 측압(側壓)에 저항하기 위해 압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 벨트 폭 방향으로 배향하도록 유기 단섬유가 포함되며, V 벨트의 굽힘 강성(剛性)을 높이는 일 없이, 벨트 폭 방향의 탄성률을 높인다. 그러나, 벨트 폭 방향의 고(高)탄성률화를 한층 더 도모하기 위해, 유기 단섬유의 함유량을 많게 하면, 압축 고무층을 형성하는 고무 조성물의 벨트 길이 방향의 절단 시의 신장률이 저하됨과 동시에 탄성률이 상승하고, 그 결과, 주행초기에 균열이 발생함에 따라 내굴곡 피로성이 떨어지는 것으로 되어 버리는 문제가 있다.

그러나, 이상 구성의 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)에 의하면, V 측면(110)을 구성하는 부분인 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에, 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)가 벨트 폭 방향으로 배향하도록 포함되며, 이들 중 나노섬유(16)가, 적은 함유량으로도 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 벨트 폭 방향의 높은 탄성률 향상 효과를 발현하는 한편, 벨트 길이 방향의 물성으로의 영향이 작고, 그리고, 이에 기인하여, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물이, 벨트 폭 방향인 결 방향의 저장 탄성계수의, 벨트 길이 방향인 널결 방향의 저장 탄성계수에 대한 비가, 5 이상의 높은 이방성(異方性)을 가지므로, V 리브드 벨트(B)에 있어서, 벨트 폭 방향의 높은 탄성률과 함께, 이와 비교하여 벨트 길이 방향의 탄성률이 높지 않으므로, 우수한 내굴곡 피로성을 얻을 수 있다. 또, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물이 높은 이방성을 가지므로, 굴곡으로 인한 에너지 손실이 적고, 따라서, 고효율의 동력 전달이 가능해진다. 또한, V 측면(110)에 노출된 유기 단섬유(17)가 V 측면(110)으로부터 돌출한 유기 단섬유(17)를 포함하므로, V 측면(110)의 마찰계수가 저감되고, 이에 따라 풀리와의 사이의 마찰로 인해 생기는 이상음 발생을 억제할 수 있음과 동시에 우수한 내마모성을 얻을 수 있다.

도 4는, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)를 이용한 자동차의 보조기계(補助機械) 구동 벨트 전동장치(20)의 풀리 레이아웃을 나타낸다. 이 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)는, V 리브드 벨트(B)가 4개의 리브 풀리 및 2개의 평 풀리 총 6개의 풀리에 감아 걸려 동력을 전달하는 서펜타인 드라이브(serpentine drive) 방식의 것이다.

이 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)는, 최상 위치의 파워 스티어링 풀리(power steering pulley)(21)와, 이 파워 스티어링 풀리(21)의 약간 우측 하방(下方)에 배치된 AC 제네레이터 풀리(AC generator pulley)(22)와, 파워 스티어링 풀리(21)의 좌측 하방이며 또한 AC 제네레이터 풀리(22)의 좌측 상방(上方)에 배치된 평 풀리인 텐셔너 풀리(23)와, AC 제네레이터 풀리(22)의 좌측 하방이며 또한 텐셔너 풀리(23)의 바로 하방에 배치된 평 풀리인 워터펌프 풀리(water pump pulley)(24)와, 텐셔너 풀리(23) 및 워터펌프 풀리(24)의 좌측 하방에 배치된 크랭크샤프트 풀리(crank shaft pulley)(25)와, 워터펌프 풀리(24) 및 크랭크샤프트 풀리(25)의 우측 하방에 배치된 에어컨 풀리(air conditioning pulley)(26)를 구비한다. 이들 중, 평 풀리인 텐셔너 풀리(23) 및 워터펌프 풀리(24) 이외는 모두 리브 풀리다. 이들 리브 풀리 및 평 풀리는, 예를 들어, 금속의 프레스 가공품이나 주물(鑄物), 나일론수지, 페놀수지 등의 수지성형품으로 구성되며, 또, 풀리 지름이 φ50∼150㎜이다.

이 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)에서는, V 리브드 벨트(B)는, V 리브(15)측이 접촉하도록 파워 스티어링 풀리(21)에 감아 걸리고, 이어서, 벨트 배면이 접촉하도록 텐셔너 풀리(23)에 감아 걸린 후, V 리브(15)측이 접촉하도록 크랭크샤프트 풀리(25) 및 에어컨 풀리(26)에 차례로 감아 걸리고, 또한, 벨트 배면이 접촉하도록 워터펌프 풀리(24)에 감아 걸리며, 그리고, V 리브(15)측이 접촉하도록 AC 제네레이터 풀리(22)에 감아 걸리고, 마지막으로 파워 스티어링 풀리(21)로 되돌아오도록 설치된다.

계속해서, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)의 제조방법의 일례에 대해 도 5∼도 9에 기초하여 설명한다.

－부재(部材) 준비공정－

부재 준비공정에서는, 고무성분, 및 열가소성 수지의 해(海)와 섬유 지름이 300∼1000㎚인 유기섬유의 나노섬유 다발체가 다수인 도(島)와의 해도(海島)구조를 갖는 복합재료를, 복합재료의 열가소성 수지의 융점 또는 연화 온도 이상의 온도 하에서 혼련하는 조작과 더불어, 섬유 지름이 10㎛ 이상인 유기 단섬유(17)도 추가하여 혼련하는 조작을 행함으로써, 고무성분에 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)가 분산된 미가교 고무 조성물의 혼련물을 제조하고(혼련물 제조 단계), 이 제조한 미가교 고무 조성물의 혼련물을 압연함으로써 V 측면(110)을 구성하는 압축 고무층(11)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트를 제작한다(압연 단계).

구체적으로는, 먼저, 밴버리 믹서(banbury mixer) 등의 밀폐식 혼련기에, 가교제, 공가교제, 열가소성 수지와 나노섬유(16)와의 복합재료, 및 유기 단섬유(17)를 제외한 성분을 투입하고 소정의 에너지를 부여하여 혼련한 후, 복합재료를 투입하여, 이에 포함되는 열가소성 수지의 융점 또는 연화 온도 이상의 온도 하에서 더 혼련한다. 이 때, 복합재료는, 열가소성 수지가 용융(溶融) 내지 연화하여 고무성분 중에 확산됨과 동시에, 나노섬유(16) 다발체가 전단력(剪斷力)에 의해 개섬(開纖)되어 고무성분 중에 분산된다. 또, 이와 같이 복합재료를 이용하여 혼련함으로써, 나노섬유(16)의 고무성분 중의 높은 분산성을 얻을 수 있다.

여기서, 도 5에 나타내듯이, 복합재료(M)는, 열가소성 수지(R)의 해(海) 폴리머 중에 나노섬유(16)가 서로 독립하며 또한 병렬하여 도(島) 형상으로 존재한 복합섬유(conjugate fiber)를 막대(rod)형상으로 절단한 것이다.

열가소성 수지(R)로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 수지, 에틸렌 아세트산 비닐 공중합체 수지(ethylene-vinyl acetate copolymer resin), 나일론계 수지, 우레탄계 수지 등을 들 수 있다. 열가소성 수지(R)는, 혼련 시 고무성분에 확산되므로, 고무성분과의 상용성(compatibility)이 높은 것이 바람직하고, 이러한 관점에서, 열가소성 수지(R)는, 고무성분이 저극성(低極性)인 경우에는, 저극성의 폴리에틸렌 수지나 에틸렌 아세트산 비닐 공중합체 수지가 바람직하다. 특히, 고무성분이 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머인 경우에는, 열가소성 수지(R)가 폴리에틸렌 수지인 것이 바람직하다. 또, 열가소성 수지(R)는, 고무성분이 니트릴고무(NBR)와 같이 극성이 높은 경우에는, 폴리에틸렌 수지에 말레산(maleic acid) 등의 극성기(極性基)를 도입하여 변성시킨 것, 나일론계 수지, 우레탄계 수지 등이어도 된다.

열가소성 수지(R)의 융점 또는 연화(軟化) 온도는, 바람직하게는 70℃ 이상, 보다 바람직하게는 90℃ 이상이며, 또, 바람직하게는 150℃ 이하, 보다 바람직하게는 140℃ 이하이다. 융점은, 결정성(結晶性) 고분자의 열가소성 수지(R)의 경우에, 시차주사 열량측정(differential scanning calorimetry, DSC)에 의해 측정된다. 연화 온도는, 비결정성(非結晶性) 고분자의 열가소성 수지(R)의 경우에, JIS K7206에 기초하여 측정되는 비캇(vicat) 연화 온도이다. 예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌 수지(low density polyethylene resin, LDPE)의 융점은 95∼130℃이다. 고밀도 폴리에틸렌 수지(high density polyethylene resin, HDPE)의 융점은 120∼140℃이다. 에틸렌 아세트산 비닐 공중합체 수지(ethylene-vinyl acetate copolymer resin, EVA)의 융점은 65∼90℃이다. 초고분자량 폴리에틸렌 수지(ultrahigh molecular weight polyethylene resin, UHMWPE)의 융점은 125∼135℃이다.

나노섬유(16)로는, 이미 서술한 바와 같이, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 6－나일론 섬유, 6,6－나일론 섬유 등의 나노섬유를 들 수 있다.

복합재료(M)의 바깥지름은, 가공성을 양호하게 하는 관점에서, 바람직하게는 10㎛ 이상, 보다 바람직하게는 15㎛ 이상이며, 또, 바람직하게는 100㎛ 이하, 보다 바람직하게는 80㎛ 이하이다. 복합재료(M)의 길이는, 재료비용을 억제하는 관점에서, 바람직하게는 0.5㎜ 이상이며, 또, 나노섬유(16)의 분산성을 높이는 관점에서, 바람직하게는 5㎜ 이하, 보다 바람직하게는 2㎜ 이하이다. 복합재료(M)의 바깥지름에 대한 길이의 비(aspect ratio)는, 바람직하게는 20 이상, 보다 바람직하게는 30 이상이며, 또, 바람직하게는 700 이하, 보다 바람직하게는 500 이하이다.

복합재료(M)에 있어서 나노섬유(16)의 함유량은, 바람직하게는 30질량% 이상, 보다 바람직하게는 50질량% 이상이며, 또, 바람직하게는 95질량% 이하, 보다 바람직하게는 90질량% 이하이다. 복합재료(M)에 있어서 나노섬유(16)의 개수는 예를 들어 100∼1000개이다.

이어서, 밀폐식 혼련기로부터 미가교 고무 조성물의 덩어리 형상의 혼련물을 배출하여 일단 냉각한 후, 이를 유기 단섬유(17) 및 가교제와 함께 오픈 롤(open roll), 니더(kneader), 밴버리 믹서 등의 혼련기에 투입하여 혼련한다. 이 때, 유기 단섬유(17) 및 가교제가 고무성분 중에 분산된다.

계속해서, 혼련기로부터 미가교 고무 조성물의 덩어리 형상의 혼련물을 배출한 후, 이를 캘린더 롤(calender roll)에 통과시켜 압축 고무층(11)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트로 가공한다. 이 미가교 고무조성물 시트는, 결 방향, 즉, 캘린더 롤로부터 인출(引出)하는 방향으로 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)가 배향(配向)한 것이 된다.

부재 준비공정에서는, 마찬가지로, 접착 고무층(12)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트도 제작한다. 또, 배면 보강포(13)가 되는 천 재료 및 심선(14)이 되는 끈 재료에 각각 소정의 접착처리를 행한다.

－성형 가교공정－

성형 가교공정(성형 가교단계)에서는, 먼저, 도 6(a)에 나타내듯이, 원통틀(mold)(31)의 외주면(外周面) 위에, 배면 보강포(13)가 되는 천 재료(13’), 및 접착 고무층(12)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(12’)를 차례로 감아 적층하고, 이 위에 심선(14)이 되는 끈 재료(14’)를 원통틀(31)에 대해 나선 형상으로 감아, 또 이 위에 접착 고무층(12)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(12’) 및 압축 고무층(11)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(11’)를 차례로 감아 적층함으로써 벨트 성형체(B’)를 성형한다. 이 때, 압축 고무층(11)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(11’)를, 그 결 방향이 원통틀(31)의 축 방향이 되도록, 즉, 벨트 폭 방향이 되도록 배치한다.

이어서, 도 6(b)에 나타내듯이, 벨트 성형체(B’)에 고무 슬리브(sleeve)(32)를 씌우고, 이를 가류기(valcanizer) 내에 배치하여 밀폐함과 동시에, 가류기 내에 고온 및 고압의 증기를 충전하고, 이 상태를 소정의 시간만 유지한다. 이 때, 미가교 고무조성물 시트(11’, 12’)의 가교가 진행되어 일체화됨과 동시에 천 재료(13’) 및 끈 재료(14’)와 복합화하여, 도 7에 나타내듯이, 최종적으로, 원통 형상의 벨트 슬래브(belt slab)(S)가 성형된다. 벨트 슬래브(S)의 성형 온도는 예를 들어 100∼180℃, 성형 압력은 예를 들어 0.5∼2.0㎫, 성형 시간은 예를 들어 10∼60분이다.

－연삭·마무리 공정－

가류기 내로부터 증기를 배출하여 밀폐를 해제한 후, 원통틀(31)을 꺼내어 고무 슬리브(32)를 떼어 내고 냉각하여, 원통틀(31)로부터 벨트 슬래브(S)를 탈형(脫型)한다.

이어서, 도 8에 나타내듯이, 벨트 슬래브(S)를 한 쌍의 슬래브 걸림 축(33) 사이에 걸침과 동시에, 벨트 슬래브(S)의 외주면에 대해, 둘레 방향으로 연장되는 V 리브형상 홈이 외주면의 축 방향으로 연이어 설치된 연삭숫돌(34)을 회전시키면서 접촉시키며, 또, 벨트 슬래브(S)도 한 쌍의 슬래브 걸림 축(33) 사이에서 회전시킴으로써, 그 외주면을 전 둘레에 걸쳐 연삭한다. 이 때, 도 9에 나타내듯이, 벨트 슬래브(S)의 외주면에는 V 리브(15)가 형성되며, 또, 이 V 리브(15) 표면으로부터 유기 단섬유(17)가 돌출한 형태가 얻어진다. 그리고, 벨트 슬래브(S)는, 필요에 따라 길이 방향으로 분할하여 연삭을 행하여도 된다.

그리고, 연삭에 의해 V 리브(15)를 형성한 벨트 슬래브(S)를 소정 폭으로 절단하여 앞뒤를 뒤집음으로써, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)가 얻어진다.

(제 2 실시형태)

도 10∼도 12는, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(double cogged V-belt)(C)(V 벨트)를 나타낸다. 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)는, 예를 들어, 이륜 스쿠터, 버기카, 스노모빌 등 소형자동차의 변속장치 등에 이용된다. 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)는, 상부(上部)부분의 횡단면 형상이 가로로 가늘고 긴 직사각형으로 형성되며 또한 하부(下部)부분의 횡단면 형상이 윗변보다 아랫변 쪽이 짧은 사다리꼴로 형성되고, 예를 들어, 벨트 길이가 700∼1000㎜, 벨트 외주측의 벨트 폭이 10∼36㎜, 벨트 두께가 13∼16㎜, 및 횡단면의 V 각도가 27∼33°이다.

제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)는, 벨트 내주측의 압축 고무층(41)과 이 벨트 외주측의 접착 고무층(42)과 또 이 벨트 외주측의 신장 고무층(43)이 적층되도록 배치되어 일체화된 더블 코그드 V 벨트 본체(40)를 구비한다. 압축 고무층(41)에는, 이 벨트 내주면(內周面)을 피복하도록 저면 보강포(44)가 적층되어 붙여진다. 또, 접착 고무층(42)에는, 이 벨트 두께 방향 중앙에, 벨트 폭 방향으로 피치를 갖는 나선을 형성하도록 배치된 심선(45)이 매설된다.

압축 고무층(41)은, 이 양측의 측면이 풀리 접촉면이 되는 V 측면(410)에 구성된다. 압축 고무층(41)의 두께는 예를 들어 8∼10㎜이다.

압축 고무층(41)에는, 벨트 길이 방향을 따라 하측 코그(41a)가 일정 피치로 나열 형성된다. 하측 코그(41a)는, 그 종단면 외곽이 거의 정현파형(sinusoidal wave form)을 구성하도록 형성된다. 하측 코그(41a)의 피치는, 예를 들어 8∼10㎜이다. 하측 코그(41a)의 높이, 즉, 하측 코그(41a) 사이의 홈 바닥으로부터 하측 코그(41a) 정상부까지의 벨트 두께 방향의 치수는, 예를 들어 6∼8㎜이다.

압축 고무층(41)은, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)의 압축 고무층(11)과 마찬가지로, 나노섬유(46) 및 유기 단섬유(47)를 포함하며 또한 이들이 벨트 폭 방향으로 배향한 고무 조성물로 형성된다. 고(高)배기량 이륜 스쿠터의 변속장치 등의 고부하 전동용도로 이용되는 경우에는, 압축 고무층(41)의 벨트 폭 방향의 탄성률이 보다 높은 것이 바람직하므로, 압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에는, 유기 단섬유(47)로서 파라계 아라미드 섬유의 단섬유가 포함되는 것이 바람직하다. V 측면(410)에 노출된 유기 단섬유(47)는, V 측면(410)으로부터 돌출한 유기 단섬유(47)를 포함하여도, 또, 이러한 유기 단섬유(47)를 포함하지 않아도, 어느 쪽이라도 된다.

단, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)는, 통상, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)와 비교하여 압축 고무층(41)의 V 측면(410)이 높은 측압을 받으며 사용되는 관점에서, 압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물은 이하의 특성을 갖는 것이 바람직하다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6253에 기초하여 타입 A 듀로미터에 의해 측정되는 고무경도는, 바람직하게는 88° 이상, 보다 바람직하게는 90° 이상이며, 또, 바람직하게는 100° 이하, 보다 바람직하게는 98° 이하이다.

압축 고무층(14)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향, 즉, 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)의 배향 방향인 결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)은, 바람직하게는 5㎫ 이상, 보다 바람직하게는 10㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 70㎫ 이하, 보다 바람직하게는 50㎫ 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 인장 강도(TB)는, 바람직하게는 10㎫ 이상, 보다 바람직하게는 15㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 80㎫ 이하, 보다 바람직하게는 60㎫ 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 절단 시의 신장률(EB)은, 바람직하게는 10% 이상, 보다 바람직하게는 15% 이상이며, 또, 바람직하게는 100% 이하, 보다 바람직하게는 80% 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향, 즉, 나노섬유(16) 및 유기 단섬유(17)의 배향 방향과 직교하는 방향인 널결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)은, 바람직하게는 0.5㎫ 이상, 보다 바람직하게는 1㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 10㎫ 이하, 보다 바람직하게는 8㎫ 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 50% 신장 시의 인장응력(M50)은, 바람직하게는 2㎫ 이상, 보다 바람직하게는 3㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 20㎫ 이하, 보다 바람직하게는 18㎫ 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 인장 강도(TB)는, 바람직하게는 5㎫ 이상, 보다 바람직하게는 7㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 30㎫ 이하, 보다 바람직하게는 20㎫ 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6251에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 절단 시의 신장률(EB)은, 바람직하게는 50% 이상, 보다 바람직하게는 60% 이상이며, 또, 바람직하게는 200% 이하, 보다 바람직하게는 180% 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 벨트 폭 방향인 결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)의, 벨트 길이 방향인 널결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)에 대한 비는, 바람직하게는 3 이상, 보다 바람직하게는 5 이상이며, 또, 바람직하게는 20 이하, 보다 바람직하게는 18 이하이다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 바람직하게는 150㎫ 이상, 보다 바람직하게는 200㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 2000㎫ 이하, 보다 바람직하게는 1800㎫ 이하이다. 이 결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하한 때의 변형률을 평균 변형률로 하고, 변형률 진폭 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 손실 계수(tanδ)는, 바람직하게는 0.02 이상, 보다 바람직하게는 0.04 이상이며, 또, 바람직하게는 0.20 이하, 보다 바람직하게는 0.18 이하이다. 이 결 방향의 손실 계수(tanδ)도, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하한 때의 변형률을 평균 변형률로 하고, 변형률 진폭 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 바람직하게는 10㎫ 이상, 보다 바람직하게는 15㎫ 이상이며, 또, 바람직하게는 70㎫ 이하, 보다 바람직하게는 50㎫ 이하이다. 이 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)는, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, JIS K6394에 기초하여 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 손실 계수(tanδ)는, 바람직하게는 0.03 이상, 보다 바람직하게는 0.05 이상이며, 또, 바람직하게는 0.30 이하, 보다 바람직하게는 0.25 이하이다. 이 널결 방향의 손실 계수(tanδ)도, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정된다.

압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 있어서, 벨트 폭 방향인 결 방향의 저장 탄성계수(E’)의, 벨트 길이 방향인 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)에 대한 비는, 5 이상이지만, 바람직하게는 7 이상이며, 또, 바람직하게는 20 이하, 보다 바람직하게는 18 이하이다.

접착 고무층(42)의 두께는 예를 들어 1.5∼3.0㎜이다. 접착 고무층(42)은, 고무성분에 여러 가지 고무배합제가 배합된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 고무성분을 가교제에 의해 가교시킨 고무 조성물로 형성된다. 접착 고무층(42)을 형성하는 고무 조성물은, 단섬유나 펄프 형상 섬유, 및／또는, 보강 충전제나 공가교제가 포함되어 고(高)탄성률화되어도 된다. 접착 고무층(42)은, 제 1 실시형태의 V 리브드 벨트(B)의 접착 고무층(12)을 형성하는 것과 동일한 고무 조성물로 형성되어도 되며, 또, 압축 고무층(41)을 형성하는 것과 동일한 고무 조성물로 형성되어도 된다.

신장 고무층(43)의 두께는 예를 들어 3∼5㎜이다. 신장 고무층(43)에는, 벨트 길이 방향을 따라 상측 코그(43a)가 일정 피치로 나열 형성된다. 상측 코그(43a)는, 그 종단면 외곽이 거의 사다리꼴을 구성하도록 형성된다. 상측 코그(43a)의 피치는, 예를 들어 7∼9㎜이고, 하측 코그(41a)의 피치보다 작은 것이 바람직하다. 상측 코그(43a)의 높이, 즉, 상측 코그(43a) 사이의 홈 바닥으로부터 상측 코그(43a) 정상부까지의 벨트 두께 방향의 치수는, 예를 들어 3∼4㎜이다.

신장 고무층(43)은, 고무성분에 여러 가지 고무배합제가 배합된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 고무성분을 가교제에 의해 가교시킨 고무 조성물로 형성된다. 또 신장 고무층(43)도, 압축 고무층(41)을 형성하는 것과 동일한 고무 조성물로 형성되어도 된다.

저면 보강포(44)는, 예를 들어, 면, 폴리아미드 섬유, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 파라계 아라미드 섬유, 메타계 아라미드 섬유 등의 실로 형성된 직포, 편물, 부직포 등의 천 재료(44’)로 구성된다. 저면 보강포(44)는, 면이나 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 날실 및 씨실이 예를 들어 100° 이상의 광각도(廣角度)를 이루도록 제직된 직포나 신축(伸縮)가공이 행해진 나일론 섬유의 직포 등으로 구성되는 것이 바람직하다. 저면 보강포(44)는, 더블 코그드 V 벨트 본체(40)에 대한 접착성을 부여하기 위해, 성형 전에 RFL 수용액에 침지한 후에 가열하는 접착처리 및／또는 고무풀에 침지한 후에 건조시키는 접착처리가 행해진다. 저면 보강포(44)의 두께는 예를 들어 0.5∼3㎜이다. 여기서, 신축 고무층(43)의 벨트 외주면을 피복하도록 마찬가지 구성의 보강포가 적층되어 붙여져도 된다.

심선(45)은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유, 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 섬유, 파라계 아라미드 섬유, 비닐론 섬유 등의 꼰 실이나 끈목 등의 끈 재료로 구성된다. 변속장치 등의 용도로 이용되는 경우에는, 심선(45)은, 신장률이 작은 파라계 아라미드 섬유로 구성되는 것이 바람직하다. 심선(45)은, 더블 코그드 V 벨트 본체(40)에 대한 접착성을 부여하기 위해, 성형 전에 RFL 수용액에 침지한 후에 가열하는 접착처리 및／또는 고무풀에 침지한 후에 건조시키는 접착처리가 행해진다. 여기서, 심선(45)은, RFL 수용액 및／또는 고무풀에 의한 접착처리 전에, 필요에 따라 에폭시 수지나 폴리이소시아네이트 수지 등의 용액으로 된 접착제 용액에 침지한 후에 가열하는 접착처리가 행해져도 된다. 심선(45)의 바깥지름은 예를 들어 0.1∼2㎜이다. 또, 심선(45)의 매설 위치는, 하측 코그(41a) 사이의 홈 바닥으로부터 심선(45)까지의 두께가 2∼5㎜가 되는 위치인 것이 바람직하다.

이상 구성의 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)에 의하면, V 측면(410)을 구성하는 부분인 압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에, 나노섬유(46) 및 유기 단섬유(47)가 벨트 폭 방향으로 배향하도록 포함되며, 이들 중 나노섬유(46)가, 적은 함유량으로도 압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물에 벨트 폭 방향의 높은 탄성률 향상 효과를 발현하는 한편, 벨트 길이 방향의 물성으로의 영향이 작고, 그리고, 이에 기인하여, 압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물이, 벨트 폭 방향인 결 방향의 저장 탄성계수의, 벨트 길이 방향인 널결 방향의 저장 탄성계수에 대한 비가, 5 이상의 높은 이방성을 가지므로, 더블 코그드 V 벨트(C)에 있어서, 벨트 폭 방향의 높은 탄성률과 함께, 이와 비교하여 벨트 길이 방향의 탄성률이 높지 않으므로, 우수한 내굴곡 피로성을 얻을 수 있다. 또, 압축 고무층(41)을 형성하는 고무 조성물이 높은 이방성을 가지므로, 굴곡으로 인한 에너지 손실이 적고, 따라서, 고효율의 동력 전달이 가능해진다. 또한, V 측면(410)에 유기 단섬유(47)가 노출되므로, V 측면(410)의 마찰계수가 저감되고, 이에 따라 풀리와의 사이의 마찰로 인해 생기는 이상음 발생을 억제할 수 있음과 동시에, 더블 코그드 V 벨트(C)가 풀리로부터 송출되는 시에 더블 코그드 V 벨트(C)가 풀리로부터 원활하게 빠져나갈 수 있다.

도 13(a) 및 도 13(b)은, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)를 이용한 자동이륜차 등의 변속장치(50)를 나타낸다.

이 변속장치(50)는, 회전축이 평행이 되도록 배치된 구동풀리(51) 및 종동풀리(52)와 이들 사이에 감아 걸린 더블 코그드 V 벨트(C)를 구비한다.

구동풀리(51) 및 종동풀리(52)는, 각각 축 방향으로 이동 불가능한 고정 시브(sheave)(51a, 52a)와 축 방향으로 이동 가능한 가동 시브(51b, 52b)를 가짐과 동시에, 이들 고정 시브(51a, 52a)와 가동 시브(51b, 52b)와의 사이에 V 홈(53)이 형성되고, 고정 시브(51a, 52a)에 대해 가동 시브(51b, 52b)가 가까워져 가는 방향으로 이동함으로써 풀리 지름(풀리 피치선(L1, L2)의 지름)이 커지는 한편, 멀어지는 방향으로 이동함으로써 풀리 지름이 작아짐으로써, 풀리 지름이 가변(可變)으로 구성된다. 그리고, 더블 코그드 V 벨트(C)는, 구동풀리(51) 및 종동풀리(52)의 각각의 V 홈(53)에 끼어지도록 감아 걸린다. 또한, V 홈(53)의 V 각도는, 더블 코그드 V 벨트(C)의 V 각도보다 약간 작은 것이 바람직하다.

이상의 기구에 의해, 이 변속장치(50)는, 구동풀리(51) 및 종동풀리(52)의 각각의 풀리 지름의 비를 변화시킴으로써, 더블 코그드 V 벨트(C)를 개재하여 구동풀리(51)의 회전 속도를 변속시켜 종동풀리(52)에 전동되도록 구성된다.

이어서, 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)의 제조방법의 일례에 대해 도 14∼도 18에 기초하여 설명한다.

－부재 준비공정－

부재 준비공정에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 고무성분, 및 열가소성 수지의 해(海)와 섬유 지름이 300∼1000㎚인 유기섬유의 나노섬유(46) 다발체가 다수인 도(島)와의 해도(海島)구조를 갖는 복합재료를, 복합재료의 열가소성 수지의 융점 또는 연화 온도 이상의 온도 하에서 혼련하는 조작과 더불어, 섬유 지름이 10㎛ 이상인 유기 단섬유(47)도 추가하여 혼련하는 조작을 행함으로써, 고무성분에 나노섬유(46) 및 유기 단섬유(47)가 분산된 미가교 고무 조성물의 혼련물을 제조하고(혼련물 제조 단계), 이 제조한 미가교 고무 조성물의 혼련물을 압연함으로써 V 측면(410)을 구성하는 압축 고무층(41)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트를 제작한다(압연 단계).

부재 준비공정에서는, 마찬가지로, 접착 고무층(42)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트, 및 신장 고무층(43)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트도 제작한다. 또, 저면 보강포(44)가 되는 천 재료 및 심선(45)이 되는 끈 재료에 각각 소정의 접착처리를 행한다.

―성형 가교공정―

성형 가교공정(성형 가교단계)에서는, 먼저, 도 14(a)에 나타내듯이, 외주(外周)에 축 방향으로 연장되도록 형성된 하측 코그 형성 홈(311a)이 둘레방향으로 연이어 형성된 제 1 원통틀(311)의 외주면 위에, 저면 보강포(44)가 되는 천 재료(44’) 및 압축 고무층(41)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(41’)를 차례로 감아 적층함으로써 하측 코그 성형체(411’)를 성형한다. 이 때, 천 재료(44’)를, 하측 코그 형성 홈(311a)이 형성된 제 1 원통틀(311)의 외주면을 따르도록 배치하는 것이 바람직하다. 또, 압축 고무층(41)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(41’)를, 그 결 방향이 제 1 원통틀(311)의 축 방향, 즉, 벨트 폭 방향이 되도록 배치한다.

이어서, 도 14(b)에 나타내듯이, 제 1 원통틀(311) 위의 하측 코그 성형체(411’)에, 내주면이 평활한 제 1 고무 슬리브(321)를 씌우고, 이를 가류기 내에 배치하여 밀폐함과 동시에, 가류기 내에 고온 및 고압의 증기를 충전하고, 이 상태를 소정의 시간만 유지한다. 이 때, 미가교 고무조성물 시트(41’)가 유동(流動)하여 하측 코그 형성 홈(311a)에 압입됨과 동시에 가교가 반정도 진행되어 천 재료(44’)와 복합화하여, 도 15(a)에 나타내듯이, 내주측에 하측 코그가 형성된 원통 형상의 하측 코그 복합체(412’)가 성형된다. 하측 코그 복합체(412’)의 성형 온도는 예를 들어 100∼120℃, 성형 압력은 예를 들어 0.5∼2.0㎫, 성형 시간은 예를 들어 5∼15분이다.

계속해서, 가류기 내로부터 증기를 배출하여 밀폐를 해제한 후, 제 1 원통틀(311)을 꺼내어 제 1 고무 슬리브(321)를 떼어 내고 냉각하여, 도 15(b)에 나타내듯이, 제 1 원통틀(311) 위에 성형된 하측 코그 복합체(412’)의 배면부를 칼날로 깎아내어 두께를 조정한다.

이어서, 제 1 원통틀(311)로부터 하측 코그 복합체(412’)를 탈형한 후, 도 16(a)에 나타내듯이, 이를, 제 1 원통틀(311)과 마찬가지로, 외주에 축 방향으로 연장되도록 형성된 하측 코그 감합(嵌合) 홈(312a)이 둘레방향으로 연이어 형성된 제 2 원통틀(312)에 외측으로부터 끼운다. 이 때, 하측 코그 복합체(412’)를, 이 내주측의 하측 코그가 제 2 원통틀(312)의 하측 코그 감합 홈(312a)에 끼어지도록 배치한다.

계속해서, 도 16(b)에 나타내듯이, 제 2 원통틀(312) 위의 하측 코그 복합체(412’) 위에, 접착 고무층(42)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(42’)를 감아 적층하고, 이 위에 심선(45)이 되는 끈 재료(45’)를 제 2 원통틀(312)에 대해 나선 형상으로 감아, 또 이 위에 접착 고무층(42)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(42’) 및 신장 고무층(43)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(43’)를 차례로 감아 적층함으로써 벨트 성형체(C’)를 성형한다. 이 때, 접착 고무층(42) 및／또는 신장 고무층(43)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(42’, 43’)로서, 압축 고무층(41)과 마찬가지로, 나노섬유(46) 및 유기 단섬유(47)를 포함한 것을 이용하는 경우에는, 그 결 방향이 제 2 원통틀(312)의 축 방향이 되도록, 즉, 벨트 폭 방향이 되도록 배치한다.

이어서, 도 16(c)에 나타내듯이, 벨트 성형체(C’)에, 내주에 축 방향으로 연장되도록 형성된 상측 코그 형성 홈(322a)이 둘레방향으로 연이어 형성된 제 2 고무 슬리브(322)를 씌우고, 이를 가류기 내에 배치하여 밀폐함과 동시에, 가류기 내에 고온 및 고압의 증기를 충전하고, 이 상태를 소정의 시간만 유지한다. 이 때, 하측 코그 복합체(412’)의 본 가교가 진행됨과 동시에, 접착 고무층(42)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(42’)의 가교가 진행되어 끈 재료(45’)와 복합화하며, 또, 신장 고무층(43)을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트(43’)가 유동하여 상측 코그 형성 홈(322a)에 압입됨과 동시에 가교가 진행되어, 전체가 일체화되고, 도 17에 나타내듯이, 최종적으로, 원통 형상의 벨트 슬래브(S)가 성형된다. 벨트 슬래브(S)의 성형 온도는 예를 들어 160∼180℃, 성형 압력은 예를 들어 0.5∼2.0㎫, 성형 시간은 예를 들어 10∼60분이다.

－연삭·마무리공정－

가류기 내로부터 증기를 배출하여 밀폐를 해제한 후, 제 2 원통틀(312)을 꺼내어 제 2 고무 슬리브(322)를 떼어 내고 냉각하여, 제 2 원통틀(312)로부터 벨트 슬래브(S)를 탈형한다.

이어서, 도 18(a)에 나타내듯이, 벨트 슬래브(S)를 소정 폭으로 절단한 후, 도 18(b)에 나타내듯이, 양 측면을 칼날로 절단하여 V 측면(410)을 형성하며, 또, 그 표면을 연삭하여 평탄화함으로써 제 2 실시형태의 더블 코그드 V 벨트(C)가 얻어진다.

(그 밖의 실시형태)

제 1 실시형태에서는 V 리브드 벨트(B) 및 제 2 실시형태에서는 더블 코그드 V 벨트(C)를 나타내었으나, 특별히 이들에 한정되는 것은 아니며, 도 19에 나타내는 바와 같은 표준적인 로 엣지 타입의 V 벨트(D)여도 된다.

실시예

［시험 평가 1］

(고무 조성물)

이하의 실시예 1∼5 및 비교예 1∼5 그리고 참고예의 고무 조성물을 제작하였다. 각각의 상세한 구성에 대해서는 표 1에도 나타낸다.

＜실시예 1＞

밴버리 믹서에, 고무성분으로서 EPDM(Dow chemical company제, EPDM 상품명：Nordel IP 4640), 그리고, 이 고무성분 100질량부에 대해, 카본 블랙(Tokai carbon co., ltd.제, FEF 상품명：SEAST SO) 65질량부, 프로세스 오일(Japan sun oil co.ltd.제, 상품명：SUNPAR 2280) 10질량부, 가공조제로서 스테아린산(New japan chemical co., ltd.제, 상품명： 스테아린산 50S) 1질량부, 가류촉진조제로서 산화아연(Sakai chemical industry co.,ltd.제, 상품명： 산화아연 3종) 5질량부, 및 노화방지제(Ouchi shinko chemical industrial co.,ltd.제, 상품명：NOCRAC MB) 2질량부를 투입하여 혼련(混鍊)한 후, 고무성분 100질량부에 대해 복합재료 A(Teijin limited.제, 폴리에틸렌 수지－PET 나노섬유 복합재료) 7.1질량부를 투입하여, 복합재료 A에 포함되는 폴리에틸렌 수지의 융점보다 높은 135℃의 온도 하에서 더 혼련하였다.

이어서, 밴버리 믹서로부터 미가교 고무 조성물의 덩어리 형상의 혼련물을 배출하여 일단 냉각한 후, 이를, 고무성분 100질량부에 대해, 6,6－나일론 단섬유(Teijin limited.제, 상품명： CFN 3000, 섬유지름： 26㎛, 섬유길이： 3㎜, 종횡비：115) 10질량부, 가교제로서 유기과산화물(Nof corporation제, 상품명: Percumyl D(디큐밀 퍼옥사이드)) 3질량부, 및 공가교제로서 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(Sanshin chemical industry co.,ltd.제, 상품명： San-Ester EG) 2질량부와 함께 밴버리 믹서에 투입하여 혼련하였다.

그리고, 밴버리 믹서로부터 미가교 고무 조성물의 덩어리 형상의 혼련물을 배출하고, 이를 캘린더 롤에 의해 압연하여 두께가 0.6∼0.7㎜의 실시예 1의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

복합재료 A는, 융점이 130℃인 폴리에틸렌 수지의 해(海)와 섬유 지름이 840㎚인 700개의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 나노섬유 다발체에 의한 700개의 도(島)와의 해도(海島)구조를 가지고, 폴리에틸렌 수지의 함유량이 30질량% 및 나노섬유의 함유량이 70질량%, 그리고 바깥지름이 28㎛, 길이가 1㎜, 및 종횡비가 35.7이다. 따라서, 복합재료 A에 포함되는 나노섬유의 종횡비는 1190이다. 또, 실시예 1의 고무 조성물에 있어서 폴리에틸렌 수지 및 나노섬유의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 각각 2.1질량부 및 5질량부이다.

실시예 1의 고무 조성물은, 나노섬유의 부피분율이 2.01부피%, 유기 단섬유의 부피분율이 4.74부피%, 나노섬유 및 유기 단섬유의 합계의 부피분율이 6.75부피%이다.

＜실시예 2＞

복합재료 A 대신에, 고무성분 100질량부에 대해, 복합재료 B(Teijin limited.제, 폴리에틸렌 수지－PET 나노섬유 복합재료) 7.1질량부를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 실시예 2의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

복합재료 B는, 융점이 130℃인 폴리에틸렌 수지의 해(海)와 섬유 지름이 400㎚인 700개의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 나노섬유 다발체에 의한 700개의 도(島)와의 해도(海島)구조를 가지고, 폴리에틸렌 수지의 함유량이 30질량% 및 나노섬유의 함유량이 70질량%, 그리고 바깥지름이 14㎛, 길이가 1㎜, 및 종횡비가 71.4이다. 따라서, 복합재료 B에 포함되는 나노섬유의 종횡비는 2500이다. 또, 실시예 2의 고무 조성물에 있어서 폴리에틸렌 수지 및 나노섬유의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 각각 2.1질량부 및 5질량부이다.

실시예 2의 고무 조성물은, 나노섬유의 부피분율이 2.01부피%, 유기 단섬유의 부피분율이 4.74부피%, 나노섬유 및 유기 단섬유의 합계의 부피분율이 6.75부피%이다.

＜실시예 3＞

6,6－나일론 단섬유 대신에, 고무성분 100질량부에 대해, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유(Teijin limited.제, 상품명： CFT 3000, 섬유 지름：16㎛, 섬유 길이： 3㎜, 종횡비： 188) 10질량부를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 실시예 3의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

실시예 3의 고무 조성물은, 나노섬유의 부피분율이 2.02부피%, 유기 단섬유의 부피분율이 4.04부피%, 나노섬유 및 유기 단섬유의 합계의 부피분율이 6.06부피%이다.

＜실시예 4＞

6,6－나일론 단섬유 대신에, 고무성분 100질량부에 대해, 실시예 3에서 이용한 것과 동일한 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유 10질량부를 배합한 것을 제외하고 실시예 2와 동일 구성의 실시예 4의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

실시예 4의 고무 조성물은, 나노섬유의 부피분율이 2.02부피%, 유기 단섬유의 부피분율이 4.04부피%, 나노섬유 및 유기 단섬유의 합계의 부피분율이 6.06부피%이다.

＜실시예 5＞

6,6－나일론 단섬유 대신에, 고무성분 100질량부에 대해, 파라계 아라미드 단섬유(Teijin limited.제, 상품명：Technora, 섬유 지름：12.3㎛, 섬유 길이： 3㎜, 종횡비： 244) 12질량부를 배합함과 동시에, 복합재료 A의 함유량을 고무성분 100질량부에 대해 14.3질량부로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 실시예 5의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

실시예 5의 고무 조성물에 있어서 폴리에틸렌 수지 및 나노섬유의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 각각 4.3질량부 및 10질량부이다.

실시예 5의 고무 조성물은, 나노섬유의 부피분율이 3.90부피%, 유기 단섬유의 부피분율이 4.52부피%, 나노섬유 및 유기 단섬유의 합계의 부피분율이 8.42부피%이다.

＜비교예 1＞

복합재료 A를 배합하지 않고, 6,6－나일론 단섬유의 함유량을 고무성분 100질량부에 대해 25질량부로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 비교예 1의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

비교예 1의 고무 조성물은, 유기 단섬유의 부피분율이 11.40부피%이다.

＜비교예 2＞

복합재료 A를 배합하지 않고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유의 함유량을 고무성분 100질량부에 대해 25질량부로 한 것을 제외하고 실시예 3과 동일 구성의 비교예 2의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

비교예 2의 고무 조성물은, 유기 단섬유의 부피분율이 9.83부피%이다.

＜비교예 3＞

6,6－나일론 단섬유를 배합하지 않고, 복합재료 A의 함유량을 고무성분 100질량부에 대해 14.3질량부로 한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 비교예 3의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

비교예 3의 고무 조성물에 있어서 폴리에틸렌 수지 및 나노섬유의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 각각 4.3질량부 및 10질량부이다.

비교예 3의 고무 조성물은, 나노섬유의 부피분율이 4.08부피%이다.

＜비교예 4＞

6,6－나일론 단섬유를 배합하지 않고, 복합재료 B의 함유량을 고무성분 100질량부에 대해 14.3질량부로 한 것을 제외하고 실시예 2와 동일 구성의 비교예 4의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

비교예 4의 고무 조성물에 있어서 폴리에틸렌 수지 및 나노섬유의 함유량은, 고무성분 100질량부에 대해, 각각 4.3질량부 및 10질량부이다.

비교예 4의 고무 조성물은, 나노섬유의 부피분율이 4.08부피%이다.

＜비교예 5＞

복합재료 A를 배합하지 않고, 파라계 아라미드 단섬유의 함유량을 고무성분 100질량부에 대해 20질량부로 한 것을 제외하고 실시예 5와 동일 구성의 비교예 5의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

비교예 5의 고무 조성물은, 유기 단섬유의 부피분율이 7.78부피%이다.

＜참고예＞

복합재료도 유기 단섬유도 배합하지 않은 것을 제외하고 실시예 1∼5 및 비교예 1∼5와 동일 구성의 참고예의 미가교 고무조성물 시트를 제작하였다.

［표 1］

(시험 평가 방법)

실시예 1∼5 및 비교예 1∼5 그리고 참고예의 각각에 대해, 프레스 성형에 의해 가교한 고무 조성물의 시험편을 제작하고, 이하의 시험을 실시하였다.

＜고무경도 평가시험＞

JIS K6253에 기초하여 타입 A 듀로미터에 의해 고무경도를 측정하였다.

＜인장특성 평가시험＞

JIS K6251에 기초하여 결 방향 및 널결 방향의 각각에 대해 인장시험을 행하였다. 그리고, 결 방향에 대해서는, 10% 신장 시의 인장응력(M10), 인장 강도(TB), 및 절단 시의 신장률(EB)을 측정하였다. 널결 방향에 대해서는, 10% 신장 시의 인장응력(M10), 50% 신장 시의 인장응력(M50), 인장 강도(TB), 및 절단 시의 신장률(EB)을 측정하였다. 또, 결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)의 널결 방향의 10% 신장 시의 인장응력(M10)에 대한 비를 구하였다.

＜동적 점탄성 특성 평가시험＞

JIS K6394에 기초하여, 결 방향에 대해서는, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하한 때의 변형률을 평균 변형률로 하고, 변형률 진폭 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 저장 탄성계수(E’) 및 손실 계수(tanδ)를 측정하였다. 널결 방향에 대해서는, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 저장 탄성계수(E’) 및 손실 계수(tanδ)를 측정하였다. 또, 결 방향의 저장 탄성계수(E’)의 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)에 대한 비를 구하였다. 여기서, 측정에는, RHEOLOGY사의 점탄성시험기를 이용하였다.

＜내마모 특성·마찰계수 평가시험＞

핀 온 디스크(Pin-on-Disk)형 마찰 마모 시험기를 이용하여, 5㎜각의 시험편에 있어서 결 방향과 직교하는 면을 슬라이딩 면(sliding surface)으로 하고, 이 슬라이딩 면을, 100℃로 온도를 조정한 S45C제 디스크 형상의 상대재(counterpart) 표면에, 결 방향 및 널결 방향과 직교하는 방향이 슬라이딩 방향이 되도록 접촉시킴과 동시에, 시험편에 위로부터 19.6N의 하중을 부하하고, 상대재를 80rpm의 회전수로 회전시켜(미끄럼 속도： 15.072m／min), 24시간 후의 마모 부피를 측정하였다. 이 시행을 2회 행하고, 그 평균값을 마모 부피의 데이터로 하였다.

또, 5㎜각의 시험편에 있어서 결 방향과 직교하는 면을 슬라이딩 면으로 하고, 이 슬라이딩 면을, 실온(23℃)에서 S45C제 디스크 형상의 상대재 표면에, 결 방향 및 널결 방향과 직교하는 방향이 슬라이딩 방향이 되도록 접촉시킴과 동시에, 시험편에 위로부터 19.6N의 하중을 부하하고, 상대재를 80rpm의 회전수로 회전시켜(미끄럼 속도： 15.072m／min), 그 마찰계수를 측정하였다.

＜내굴곡 피로성 평가시험＞

JIS K6260에 기초하여, 데마티아(DeMattia)식 굴곡시험기를 이용하며, 널결 방향을 길이 방향으로 한 시험편을, 스트로크를 20㎜ 및 매분의 굴곡 횟수를 300회로 하여 반복 굴곡시켜, 절단까지의 굴곡 횟수를 측정하였다. 시행을 2회 행하고, 그 평균값을 절단까지의 굴곡 횟수의 데이터로 하였다.

(시험 평가 결과)

표 2는 시험결과를 나타낸다.

［표 2］

이들 결과에 의하면, 나노섬유 및 유기 단섬유를 배합한 실시예 1∼4는, 나노섬유를 배합하지 않고 유기 단섬유만을 배합한 비교예 1 및 2와 비교하여, 마찰계수에 대해서는 동등하나, 결 방향의 저장 탄성계수(E’)의 널결 방향의 저장 탄성계수(E’)에 대한 비가 크며, 높은 이방성을 갖는 것을 알 수 있다.

또, 나노섬유 및 유기 단섬유를 배합한 실시예 1∼4는, 유기 단섬유를 배합하지 않고 나노섬유만을 배합한 비교예 3 및 4와 비교하여, 이방성 및 내굴곡 피로성에 대해서는 동등하나, 마찰계수가 낮은 것을 알 수 있다.

또한, 나노섬유 및 파라계 아라미드 단섬유를 배합한 실시예 5는, 결 방향 및 널결 방향 모두 고(高)탄성이며 또한 높은 이방성을 가짐에도 불구하고, 비교적 양호한 내굴곡 피로성을 갖는 것을 알 수 있다. 한편, 나노섬유를 배합하지 않고 파라계 아라미드 단섬유만을 배합한 비교예 5는, 결 방향 및 널결 방향 모두 고탄성이며 또한 높은 이방성을 가지나, 내굴곡 피로성이 떨어지는 것을 알 수 있다.

그리고, 실시예 1∼5의 각각의 인장시험 후의 시험편에 대해, 절단면을 주사형 전자현미경(SEM)으로 관찰한 바, 나노섬유가 응집하는 일 없이 분산되어 있는 것을 확인하였다.

［시험 평가 2］

(V 리브드 벨트)

상기 제 1 실시형태와 마찬가지 방법에 의해, 실시예 1∼4 및 비교예 1∼4의 각각의 고무 조성물을 이용하여, 결 방향이 벨트 폭 방향이 되도록 압축 고무층을 형성한 V 리브드 벨트를 제작하였다.

여기서, 접착 고무층에는 EPDM의 고무 조성물, 배면 보강포에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유／면 혼방 범포의 두께 0.7㎜의 직포, 및 심선에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 섬유의 바깥지름이 1.1㎜인 꼰 실을 각각 이용하였다. V 리브드 벨트는, 벨트 길이가 1400㎜, 벨트 폭이 2.2㎜, 벨트 두께가 4.5㎜, 및 V 리브 수가 3개로 하였다.

(시험 평가 방법)

＜내굴곡 피로성 평가시험＞

도 20(a)은, 내굴곡 피로성 평가시험용 벨트 주행시험기(60)의 풀리 레이아웃을 나타낸다.

이 벨트 주행시험기(60)는, 풀리 지름이 φ60㎜인 구동풀리(61)와, 이 상방에 배치된 풀리 지름이 φ60㎜인 제 1 종동풀리(621)와, 구동풀리(61) 및 제 1 종동풀리(621)의 중간부 우방(右方)에 배치된 풀리 지름이 φ60㎜인 제 2 종동풀리(622)와, 구동풀리(61) 및 제 1 종동풀리(621)의 중간부 우측(右側)에 상하로 간격을 두고 배치된, 각각, 풀리 지름이 φ50㎜인 한 쌍의 아이들러 풀리(63)로 구성된다. 구동풀리(61) 그리고 제 1 및 제 2 종동풀리(621, 622)는 리브 풀리이고, 아이들러 풀리(63)는 평 풀리다. 제 1 종동풀리(61)는, 감아 건 V 리브드 벨트(B)에 사중(dead weight)(DW)을 부하할 수 있도록 상하 방향으로 가동(可動)으로 배치된다. 여기서, 이 벨트 주행시험기(60)에서는, V 리브드 벨트(B)를 배면측으로 굽힘으로써, V 리브 선단에 발생하는 변형률을 크게 하여 굴곡 피로를 가속시킨다.

V 리브드 벨트(B)를, 상기 벨트 주행시험기(60)에, 벨트 내주측이 구동풀리(61) 그리고 제 1 및 제 2 종동풀리(621, 622)에, 또, 벨트 외주측이 아이들러 풀리(63)에, 각각 접촉하도록 감아 걸고, 또한, 제 1 종동풀리(621)에 상방으로 하중을 가하여 V 리브드 벨트(B)에 588N의 사중(DW)을 부하하였다. 그리고, 70℃의 온도 분위기 하에서, 구동풀리(61)를 5100rpm의 회전수로 회전시켜 V 리브드 벨트(B)를 주행시키고, 정기적으로 주행을 정지하여 압축 고무층의 균열 발생 유무를 눈으로 확인하고, 균열 발생이 확인된 시점에서 시험을 종료하고, 그때까지의 주행시간을 균열 발생 수명으로 하였다. V 리브드 벨트(B)의 주행은 최장 500시간으로 하였다.

＜벨트 주행 시 이상음 평가시험＞

도 20(b)은, 벨트 주행 시 이상음 평가시험용 벨트 주행시험기(70)의 풀리 레이아웃을 나타낸다.

이 벨트 주행시험기는, 풀리 지름이 φ80㎜인 구동풀리(71)와, 이 우방(右方)에 배치된 풀리 지름이 φ130㎜인 제 1 종동풀리(721)와, 이들 중간부 상방에 배치된 풀리 지름이 φ60㎜인 제 2 종동풀리(722)와, 구동풀리(71) 및 제 1 종동풀리(721)의 중간부에 배치된 풀리 지름이 φ80㎜인 아이들러 풀리(73)로 구성된다. 구동풀리(71) 그리고 제 1 및 제 2 종동풀리(721, 722)는 리브 풀리이고, 아이들러 풀리(73)는 평 풀리다. 제 2 종동풀리(722)는, 감아 건 V 리브드 벨트(B)에 사중(DW)을 부하할 수 있도록 상하 방향으로 가동으로 배치된다.

V 리브드 벨트(B)를, 상기 벨트 주행시험기(70)에, 벨트 내주측이 구동풀리(71) 그리고 제 1 및 제 2 종동풀리(721, 722)에, 또, 벨트 외주측이 아이들러 풀리(73)에, 각각 접촉하도록 감아 걸고, 또한, 제 1 종동풀리(721)에 구동풀리(71)와의 사이에 1.5°의 미스얼라인먼트(misalignment)를 부여함과 동시에, 제 2 종동풀리(722)에 상방으로 하중을 가하여 V 리브드 벨트(B)에 267N의 사중(DW)을 부하하였다. 그리고, 상온의 온도 분위기 하에서, 구동풀리(71)를 750rpm의 회전수로 회전시켜 V 리브드 벨트(B)를 주행시키고, 제 2 종동풀리(722)에 분무기로 10회 주수(注水)하여, 그때의 이상음 발생 유무를 관능 평가하였다.

(시험 평가 결과)

표 3은 시험결과를 나타낸다.

［표 3］

균열 발생 수명은, 비교예 1이 150시간 및 비교예 2가 130시간이었으나, 그 밖의 실시예 1∼4 그리고 비교예 3 및 4는, 500시간 주행 후에도 균열 발생이 확인되지 않았다.

이상음 발생은, 비교예 3 및 4에서는 확인되었으나, 그 밖의 실시예 1∼4 그리고 비교예 1 및 2에서는 확인되지 않았다.

이들 결과에 의하면, 나노섬유 및 유기 단섬유를 배합한 실시예 1∼4를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트는, 나노섬유를 배합하지 않고 유기 단섬유만을 배합한 비교예 1 및 2를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트보다 내굴곡 피로성이 우수하며, 또, 유기 단섬유를 배합하지 않고 나노섬유만을 배합한 비교예 3 및 4를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트보다 이상음 억제성능이 우수한 것을 알 수 있다.

［시험 평가 3］

(더블 코그드 V 벨트)

상기 제 2 실시형태와 마찬가지 방법에 의해, 실시예 5 및 비교예 5의 각각의 고무 조성물을 이용하여, 결 방향이 벨트 폭 방향이 되도록 압축 고무층을 형성한 더블 코그드 V 벨트를 제작하였다.

여기서, 접착 고무층 및 신장 고무층에는 EPDM의 고무 조성물, 보강포에는 6,6 나일론 섬유제의 두께 1.0㎜의 직포, 및 심선에는 파라계 아라미드 섬유의 바깥지름이 0.7㎜인 꼰 실을 각각 이용하였다. 더블 코그드 V 벨트는, 벨트 길이가 820㎜, 벨트 외주측의 벨트 폭이 28.6㎜, 벨트 두께가 14.5㎜, 및 횡단면 형상의 V 각도가 30°, 그리고 하측 코그의 피치가 9.5㎜, 하측 코그의 높이가 7.3㎜, 상측 코그의 피치가 8.0㎜, 상측 코그의 높이가 3.3㎜, 심선중심으로부터 하측 코그 사이의 홈 바닥까지의 두께가 2.0㎜, 및 심선중심으로부터 상측 코그 사이의 홈 바닥까지의 두께가 1.9㎜로 하였다.

(시험 평가 방법)

도 21은, 더블 코그드 V 벨트(C)용 벨트 주행시험기(80)를 나타낸다.

이 벨트 주행시험기(80)는, 동일면 내에 횡방향으로 나열 형성된 V 홈 풀리의 구동풀리(81) 및 종동풀리(82)를 갖는다. 구동풀리(81)는 구동축(831)의 일단(一端)에 장착된다. 구동축(831)의 타단(他端)에는 풀리(841)가 장착되고, 이와 구동모터(851)의 모터축(851a)에 장착된 풀리(861)에 벨트(b1)가 감아 걸린다. 그리고, 구동모터(81)의 동력이 벨트(b1)를 개재하여 구동축(831)에 전달되어, 구동풀리(81)가 회전하도록 구성된다. 또, 구동축(831)에는 토크계(torque meter)(871)가 설치된다. 종동풀리(82)는 종동축(832)의 일단에 장착된다. 종동축(832)의 타단에는 풀리(842)가 장착되고, 이와 부하기(負荷機)(852)의 축(852a)에 장착된 풀리(862)에 벨트(b2)가 감아 걸린다. 그리고, 부하기(852)의 부하가 벨트(b2)를 개재하여 종동축(832)에 전달되도록 구성된다. 또, 종동축(832)에는 토크계(872)가 설치된다. 구동모터(851) 등의 구동계는 이동대(881) 위에 설치되며, 이 이동대(881)를 이동시킴으로써 시험편인 더블 코그드 V 벨트(C)에 소정의 하중을 가할 수 있고, 이 하중을 로드셀(891)로 검출하도록 구성된다.

＜전동능력·전동효율 평가시험＞

도 22(a)는, 전동능력·전동효율 평가시험의 풀리 레이아웃을 나타낸다.

전동능력·전동효율 시험에서는, 풀리 지름 68㎜의 구동풀리(81) 및 풀리 지름 158㎜의 종동풀리(82)를 이용하였다. 그리고, 더블 코그드 V 벨트(C)를, 이들 구동풀리(81) 및 종동풀리(82)에 감아 걸고, 종동풀리(82)에 축하중(axial load)을 부하함과 동시에, 구동풀리(81)를 2000rpm으로 회전시켜 더블 코그드 V 벨트(C)를 주행시켰다.

이 때, 축하중을 588∼2452N의 범위에서 변량(變量)하여, 각 축하중에서, 구동풀리(81) 및 종동풀리(82)의 회전수를 계측하고, 종동측 전달 토크를 바꾼 때의 외관 상의 슬립률(slip rate)(벨트의 변형에 의한 벨트의 풀리 내측으로 내려감 및 벨트의 신장으로 인한 슬립률도 포함한 것)을 경시적(經時的)으로 구하였다. 그리고, 종동측 전달 토크와 이론 구동풀리 지름(심선중심 위치에서의 벨트 폭(벨트 피치 폭)이 변화하지 않는다고 가정하고, 이 벨트 폭과 동일한 풀리 폭을 갖는 위치에서의 풀리 지름)과 레이아웃으로부터, 슬립률이 4%인 때의 아래식에서 정의되는 ST값을 구하였다.

［수식 1］

또, 각 축하중의 슬립률이 4%인 때의 ST값(이하 ＂4% ST값＂이라고 함.)을 구하고, 이 축하중과 4% ST값과의 관계로부터, 4% ST값의 극대값을 전동능력(더블 코그드 V 벨트(C)의 단위가 감긴 길이당 전동할 수 있는 힘)의 지표로 하였다.

또한, 아래식에 기초하여, 구동측 입력 토크를 5N·m 및 축하중을 196N로 한 때, 그리고 구동측 입력 토크를 20N·m 및 축하중을 784N로 한 때의 각각에 대해 전동효율을 구하였다.

［수식 2］

＜고속 내구성 평가시험＞

도 22(b)는, 고속 내구성 평가시험의 풀리 레이아웃을 나타낸다.

고속내구 시험에서는, 풀리 지름 128㎜의 구동풀리(81) 및 풀리 지름 105㎜의 종동풀리(82)를 이용하고, 더블 코그드 V 벨트(C)를, 이들 구동풀리(81) 및 종동풀리(82)에 감아 걸고, 종동풀리(82)에 측방으로 686N의 축하중을 부하하였다. 그리고, 120℃의 온도 분위기 하에서, 입력 토크를 20N·m으로 하고 구동풀리(81)를 6000rpm으로 회전시켜 더블 코그드 V 벨트(C)를 주행시키고, 정기적으로 주행을 정지하여 압축 고무층의 균열 발생 유무를 눈으로 확인하고, 균열 발생이 확인된 시점에서 시험을 종료하여, 그때까지의 주행 시간을 고속 내구 수명으로 하였다. 더블 코그드 V 벨트(C)의 주행은 최장 1000시간으로 하였다.

(시험 평가 결과)

표 4는 시험결과를 나타낸다.

［표 4］

전동능력(4% ST값의 극대값)은, 실시예 5가 8200N／m 및 비교예 5가 8100N／m이었다.

전동효율은, 입력 토크가 5N·m 및 축하중이 196N인 때, 실시예 5가 75% 및 비교예 5가 70%이며, 또, 입력 토크가 20N·m 및 축하중이 784N인 때, 실시예 5가 89% 및 비교예 5가 88%이었다.

고속 내구성은, 실시예 5가 1000시간의 주행 후에도 균열 발생은 확인되지 않았으나, 비교예 5가 650시간에서 하측 코그 사이의 홈 바닥에 균열 발생이 확인되었다.

이들 결과에 의하면, 나노섬유 및 파라계 아라미드 단섬유를 배합한 실시예 5를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트도, 나노섬유를 배합하지 않고 파라계 아라미드 단섬유만을 배합한 비교예 5를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트도, 전동능력의 차이는 확인되지 않으나, 전동효율, 특히 저(低)토크에서의 전동효율은, 실시예 5를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트 쪽이, 비교예 5를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트보다 우수한 것을 알 수 있다. 또, 고속 내구성도, 실시예 5를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트 쪽이, 비교예 5를 압축 고무층에 이용한 V 리브드 벨트보다 현저히 우수한 것을 알 수 있다.

B : V 리브드 벨트 B’, C’ : 벨트 성형체
C : 더블 코그드 V 벨트 D : V 벨트
M : 복합재료 R : 열가소성 수지
S : 벨트 슬래브 10 : V 리브드 벨트 본체
11, 41 : 압축 고무층 110, 410 : V 측면
11’, 12’, 41’, 42’, 43’ : 미가교 고무조성물 시트
12, 42 : 접착 고무층 13 : 배면 보강포
13’, 44’ : 천 재료 14, 45 : 심선
14’, 45’ : 끈 재료 15 : V 리브
16, 46 : 나노섬유 17, 47 : 유기 단섬유
18 : 배면 고무층 20 : 보조기계 구동 벨트 전동장치
21 : 파워 스티어링 풀리 22 : AC 제네레이터 풀리
23 : 텐셔너 풀리 24 : 워터펌프 풀리
25 : 크랭크샤프트 풀리 26 : 에어컨 풀리
31 : 원통틀 311 : 제 1 원통틀
311a : 하측 코그 형성 홈 312 : 제 2 원통틀
312a : 하측 코그 감합 홈 32 : 고무 슬리브
321 : 제 1 고무 슬리브 322 : 제 2 고무 슬리브
322a : 상측 코그 형성 홈 33 : 슬래브 걸림 축
34 : 연삭숫돌 40 : 더블 코그드 V 벨트 본체
41a : 하측 코그 411’ : 하측 코그 성형체
412’ : 하측 코그 복합체 43 : 신장 고무층
43a : 상측 코그 44 : 저면 보강포
50 : 변속장치 51, 61, 71, 81 : 구동풀리
51a, 52a : 고정 시브 51b, 52b : 가동 시브
52, 82 : 종동풀리 53 : V 홈
60, 70, 80 : 벨트 주행시험기 621, 721 : 제 1 종동풀리
622, 722 : 제 2 종동풀리 831 : 구동축
832 : 종동축 841, 842, 861, 862 : 풀리
851 : 구동모터 851a : 모터축
852 : 부하기 852a : 축
871, 872 : 토크계 881 : 이동대
891 : 로드셀

Claims

V 측면을 구성하는 부분이 고무 조성물로 형성된 V 벨트에 있어서,
상기 고무 조성물에는, 섬유 지름이 300∼900㎚인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 섬유의 나노섬유(nano fiber) 및 섬유 지름이 10㎛ 이상인 유기 단섬유가 벨트 폭 방향으로 배향하도록 포함되고,
상기 고무 조성물은, JIS K6394에 기초하여, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하(負荷)한 때의 변형률을 평균 변형률(mean strain)로 하고, 변형률 진폭(strain amplitude) 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향(grain direction)의 저장 탄성계수의, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향(cross-grain direction)의 저장 탄성계수에 대한 비(比)가 5 이상인 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 고무 조성물은, JIS K6394에 기초하여, 변형률 1% 시 하중의 1.3배의 하중을 부하한 때의 변형률을 평균 변형률로 하고, 변형률 진폭 0.1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정되는 벨트 폭 방향인 결 방향의 저장 탄성계수의, 평균 변형률 5%, 변형률 진폭 1%, 주파수 10㎐, 및 시험 온도 100℃로 하여 인장방법에 의해 측정되는 벨트 길이 방향인 널결 방향의 저장 탄성계수에 대한 비가 10 이하인 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 고무 조성물의, 상기 나노섬유 및 상기 유기 단섬유의 합계의 함유 질량이, 고무성분 100질량부에 대해 1.0∼25.0질량부인 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 고무 조성물의, 상기 나노섬유의 함유 질량이 상기 유기 단섬유의 함유 질량 이하인 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 고무 조성물의, 상기 나노섬유 및 상기 유기 단섬유의 합계의 부피분율이 5∼8부피%인 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 고무 조성물의, 상기 나노섬유의 부피분율이 상기 유기 단섬유의 부피분율 이하인 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 나노섬유는, 그 섬유 길이가 0.3∼5㎜이며, 또한 섬유 지름에 대한 섬유 길이의 비가 500∼10000인 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 유기 단섬유는, 그 섬유 길이가 1.5∼10㎜이며, 또한 섬유 지름에 대한 섬유 길이의 비가 100∼500인 V 벨트.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 유기 단섬유가 6,6－나일론 단섬유 또는 파라계 아라미드 단섬유인 V 벨트.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 유기 단섬유가 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 단섬유인 V 벨트.
청구항 1에 기재된 V 벨트의 제조방법에 있어서,
고무성분, 및 열가소성(熱可塑性) 수지의 해(海)와 섬유 지름이 300∼900㎚인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 섬유의 나노섬유 다발체가 다수인 도(島)와의 해도(海島)구조를 갖는 복합재료를, 상기 복합재료의 열가소성 수지의 융점(融點) 또는 연화 온도 이상의 온도 하에서 혼련(混鍊)하는 조작을 포함하고, 상기 고무성분에 상기 나노섬유 및 섬유 지름이 10㎛ 이상인 유기 단섬유가 분산된 미가교 고무 조성물의 혼련물을 제조하는 혼련물 제조 단계와,
상기 혼련물 제조 단계에서 제조한 미가교 고무 조성물의 혼련물을 압연함으로써 상기 V 측면을 구성하는 부분을 형성하기 위한 미가교 고무조성물 시트를 제작하는 압연단계와,
상기 압연단계에서 제작한 미가교 고무조성물 시트를, 그 결 방향이 벨트 폭 방향이 되도록 배치하고 벨트 성형체를 성형한 후에 가교시키는 성형 가교단계,
를 포함하는 V 벨트의 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 복합재료는, 상기 열가소성 수지의 해(海) 폴리머 중에 상기 나노섬유가 서로 독립하며 또한 병렬하여 도(島) 형상으로 존재한 복합섬유(conjugate fiber)를 막대(rod)형상으로 절단한 것인 V 벨트의 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 고무성분이 에틸렌－α－올레핀 엘라스토머(ethylene－α－olefin elastomer)이며, 또한 상기 복합재료의 열가소성 수지가 폴리에틸렌 수지인 V 벨트의 제조방법.