KR102431563B1 - 헬리컬 톱니 벨트 및 벨트 전동 장치 - Google Patents

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Abstract

등부(31)와, 벨트 폭 방향으로 배열되어 매설된 심선(33)과, 등부의 한쪽 표면에 벨트 길이 방향을 따라 소정 간격으로 마련되고, 각각이 벨트 폭 방향에 대하여 경사진 복수의 톱니부(32)를 가지는 헬리컬 톱니 벨트(30)에 있어서, 톱니부(32)의 표면 및 등부(31)의 한쪽 표면의 일부가 톱니포(35)로 구성되어 있고, 톱니부(32)의 톱니 피치 P가 1.5mm 이상 2.0mm 미만이고, 등부(31)의 두께가 0.4mm 이상 1.2mm 이하이고, 심선(33)은 고강도 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 포함하는 꼰 코드이고, 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선과 심선의 간격 d의 합계치의, 벨트 폭에 대한 비율이 20% 이상 60% 이하의 범위인, 헬리컬 톱니 벨트(30)를 제공한다.

Description

헬리컬 톱니 벨트 및 벨트 전동 장치
본 발명은 헬리컬 톱니 벨트에 관한 것이며, 특히 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에 적용되는 헬리컬 톱니 벨트(henrical tooth belt) 및 벨트 전동 장치(傳動裝置)에 관한 것이다.
예를 들어, 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치와 같이 높은 부하 또는 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에 있어서, 벨트 폭 방향에 평행하게 연장되는 톱니부(齒部)를 갖는 직치(直齒) 벨트를 사용하면 톱니부와 풀리의 톱니부와의 맞물림의 시작 및 종료 시에 큰 소음이나 진동이 발생한다. 이 문제의 대책으로서 톱니부가 벨트 폭 방향에 대해 비스듬하게 배치된 헬리컬 톱니 벨트가 사용되고 있다. 헬리컬 톱니 벨트는 톱니부와 풀리의 톱니부와의 맞물림이 톱니부의 폭 방향 일단(一端)으로부터 타단(他端)으로 순차적으로 진행된다. 따라서 직치 벨트를 이용한 벨트 전동 장치에 비해 소음과 진동을 저감할 수 있다.
그러나 헬리컬 톱니 벨트를 이용해도 반드시 소음 및 진동을 충분히 저감할 수 없는 경우가 있었다. 이에 대해 예를 들어 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2는 헬리컬 톱니 벨트를 이용한 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에서 소음 및 진동을 보다 저감하는 기술을 제안하고 있다.
특허문헌1은 톱니 피치를 Pt, 벨트 폭을 W로 하고, 치근(齒筋) 각도 θ을 -0.2≤1-W·tanθ/Pt≤0.75을 만족하는 값으로 설정하고 있다. 또한, 헬리컬 톱니 벨트의 톱니부와 풀리의 톱니부 사이의 백래시(backlash, 隙間)를 톱니 피치 Pt의 1.6%~3%로 설정하고 있다.
특허문헌2에서는 치근 각도 θ를 7도 이상 또한 10도 이하로 하고 있다. 또한, 등부의 두께를 슈, 톱니부의 톱니 높이를 hb로 하여, 두께 슈의 톱니 높이 hb에 대한 비율 (100×tb/hb)을 120% 이상 240 %이하로 설정하고 있다.
최근 자동차의 정숙화(靜肅化)가 진행되고 있기 때문에, 예를 들면, 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치 등의 벨트 전동 장치는 소음을 보다 저감하는 것이 요구되고 있다. 그러나, 특허문헌1 및 특허문헌2의 기술에서는 만족스러운 수준까지 소음 및 진동을 저감할 수 있지 않다.
특허문헌1: 일본국 특개2004-308702호 공보 특허문헌2: 국제공개 제2014/024377호
이 점, 소음 및 진동을 저감시키기 위해, 헬리컬 톱니 벨트의 강성(탄성률)을 높이는 것이 고려되고 있다. 강성을 높이는 방법으로는 헬리컬 톱니 벨트의 두께(특히 등부(背部)의 두께)를 크게 하는 방법이 있다. 그러나 이 방법에서는 진동과 소음을 억제 할 수 있지만, 헬리컬 톱니 벨트의 굴곡성이 나빠지기 때문에 풀리 상에서의 굴곡 피로가 증대하고 특히 저온 환경에서 균열이 생기기 쉬워진다. 따라서, 헬리컬 톱니 벨트의 두께를 크게 하지 않고 강성을 높이고, 내굴곡피로성(耐屈曲疲勞性)을 충분히 확보할 필요가 있다.
한편, 진동 및 소음을 억제하는 데 있어, 헬리컬 톱니 벨트의 전동 성능(헬리컬 톱니 벨트가 감겨 걸리는 풀리와의 맞물림에 있어서 톱니 점핑(jumping)하지 않는 것 등)은 담보할 필요가 있다.
따라서, 본 발명은 헬리컬 톱니 벨트의 두께를 크게 하지 않고 강성을 높이고, 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에 사용된 경우, 전동 성능을 유지하면서 소음 및 진동을 보다 저감할 수 있는 헬리컬 톱니 벨트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 헬리컬 톱니 벨트는
등부와,
상기 등부에, 벨트 폭 방향으로 배열되어 매설된 심선(心線)과,
상기 등부의 한쪽 표면에 벨트 길이 방향을 따라 소정 간격으로 마련되고, 각각이 벨트 폭 방향에 대하여 경사진 복수의 톱니부를 가지는 헬리컬 톱니 벨트에 있어서,
상기 톱니부의 표면 및 상기 등부의 상기 한쪽 표면의 일부가 톱니포(齒布)로 구성되어 있고,
상기 복수의 톱니부의 톱니 피치가 1.5mm 이상 2.0mm 미만이고,
상기 등부의 두께가 0.4mm 이상 1.2mm 이하이고,
상기 심선은 고강도 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 포함 꼰 코드(撚cord)이고,
상기 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선과 심선 사이의 간격의 합계치(合計値)의 벨트 폭에 대한 비율이 20% 이상 60% 이하의 범위이다.
상기 구성에 의하면, 등부의 톱니부의 표면은, 톱니포로 구성되어 있기 때문에 보강되고 강성이 높아진다. 또한 등부에 매설되는 심선은 고강도 (고탄성율)의 섬유 재료인 고강도 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 포함하는 꼰 코드로 하여 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선과 심선의 간격의 합계치의, 벨트 폭에 대한 비율을 20% 이상 60% 이하의 범위로 하고 있기 때문에, 심선 배열의 밀도의 정도를 비교적 조밀하게 할 수 있다. 이에 의해, 등부의 굴곡성을 확보하면서 심선에 의해 등부의 강성을 보다 높일 수 있다.
이와 같이 등부에 강성을 높인 것으로, 헬리컬 톱니 벨트가 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에 사용 되어도, 톱니부가 풀리의 톱니부와 맞물리는 때 발생하는, 헬리컬 톱니 벨트의 심선을 중심으로 한 진동(현진동)을 억제 할 수 있다. 이에 의해, 진동에 의해 생기는 소음을 저감 할 수 있다.
또한, 상기 헬리컬 톱니 벨트는, 톱니 피치가 1.5mm 이상 2.0mm 미만이고, 등부의 두께는 0.4mm 이상 1.2mm 이하이다. 이러한 값에 대해, 예를 들어, 자동차의 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치에 사용되는 기존의 헬리컬 톱니 벨트에 비해 등부의 두께에 관해서는 동일한 정도이지만, 톱니 피치에 관해서는 상대적으로 작다. 이처럼 톱니 피치가 비교적 작은 값이기 때문에 이에 대응하여 톱니부의 스케일(톱니부의 벨트 길이 방향의 길이 및 톱니부의 톱니 높이)도 작아지고 있다. 그 때문에, 기존에 비해, 등부의 두께를 크게 하지 않고 등부의 강성을 높이고, 내굴곡피로성을 충분히 확보 할 수 있고, 더욱이 톱니부의 스케일(톱니부의 벨트 길이 방향의 길이 및 톱니부의 톱니 높이)를 비교적 작게 하고 있기 때문에 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은 상기 헬리컬 톱니 벨트에서 심선의 지름이 0.2mm 이상 0.6mm 이하의 범위이다.
상기 구성에 의하면, 심선의 지름이 0.2mm 이상 0.6mm 이하이다. 따라서 등부의 굴곡성을 확보하면서 심선에 의해 등부의 강성을 보다 높일 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은 상기 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 심선과 심선 사이의 각 심선 피치가 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위가 되도록 배열되어 있다.
상기 구성에서는 등부에 매설되는 심선은, 심선 사이의 각 심선 피치가 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위가 되도록 배열되어 있다. 이것에 의해, 등부의 두께를 더욱 크게 한다든지, 심선의 지름을 더욱 크게 한다든지 하는 것 없이(굴곡성을 희생하는 것 없이), 헬리컬 톱니 벨트의 강성을 더욱 높일 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은, 상기 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 등부에 매설된 상기 심선은 해당 헬리컬 톱니 벨트의 벨트 폭 방향의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝에 걸쳐, 상기 각 심선 피치가 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위의 일정한 값이 되도록 배열되어 있다.
상기 구성에 의하면, 등부의 두께를 더욱 크게 한다든지, 심선의 지름을 더욱 크게 한다든지 하는 것 없이(굴곡성을 희생하는 것 없이), 헬리컬 톱니 벨트의 강성을 더욱 높일 수 있고, 진동 및 소음을 보다 억제할 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은, 상기 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 톱니부의 톱니 높이가 0.6mm 이상 1.0mm 이하의 범위이고, 또한, 상기 톱니 피치에 대해 40~50% 범위의 높이이다.
톱니 피치, 즉 톱니부의 스케일(톱니부의 벨트 길이 방향의 길이, 및, 톱니부의 톱니 높이)를 작게 하면 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있는 반면, 너무 톱니부 스케일을 작게 하면, 헬리컬 톱니 벨트가 감겨 걸린 풀리와의 맞물림에 있어서 톱니 점핑하기 쉽게 되는 것이 우려된다. 그래서 진동 및 소음 억제와 톱니 점핑의 발생 어려움과의 밸런스를 잡을 필요가 있다.
상기 구성의 헬리컬 톱니 벨트는, 톱니부의 톱니 높이를 0.6mm 이상 1.0mm 이하의 범위로, 또한 톱니 피치에 대해 40~50% 범위의 높이로 제한함으로써, 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에 사용 되어도 진동 및 소음 억제와 톱니 점핑의 발생 어려움과의 밸런스를 잡은 주행을 가능하게 할 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은, 상기 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 등부가 고무 성분을 포함하고, 상기 고무 성분이 적어도 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체 또는 수소화 니트릴 고무를 포함하고 있다.
상기 구성에 의하면, 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은, 상기 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 톱니포가 경사(經絲) 및 위사(緯絲)를 포함 직포(織布)로 구성되어 있고, 경사 또는 위사가 벨트 길이 방향으로 연장하도록 배치되어 있고, 상기 벨트 길이 방향으로 연장하도록 배치된 경사 또는 위사가 신축성을 가진 탄성사(彈性絲)를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면은, 상기 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 톱니포를 구성하는 섬유가, 나일론, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리벤즈옥사졸 및 면으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도1 종의 섬유를 포함한다.
상기 구성에 의하면, 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면은 상기 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 등부의 다른 표면이 등포(背布)로 구성되어 있으며, 상기 등포를 구성하는 섬유가, 나일론, 아라미드 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도1 종의 섬유를 포함하고 있다.
상기 구성에 의하면, 등부의 다른 쪽의 면은 등포로 구성되고, 이 등포를 구성하는 섬유가, 나일론, 아라미드 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도1종의 섬유를 포함하기 때문에, 등부는 더욱 강화되고 강성이 높아진다.
또, 본 발명의 일 측면은 상기, 헬리컬 톱니 벨트에서 소정의 부착 장력으로 풀리 사이에 감겨 걸리는 때의 벨트 신장율(%)에 대한 벨트 폭 1mm 당 벨트 장력(N)으로 정의되는 벨트 탄성율이 22N/% 이상이다.
상기 구성에 의하면, 굴곡성을 확보하면서, 등부의 강성을 높인 헬리컬 톱니 벨트를 벨트 탄성율에 의해 정의 할 수 있다. 이것에 의해, 설계자는 헬리컬 톱니 벨트의 등부의 설계 사양을 객관적으로 판단할 수 있다.
또, 본 발명의 벨트 전동 장치는 구동원(驅動源)에 의해 회전 구동되는 구동 풀리와,
종동 풀리와,
상기 구동 풀리 및 상기 종동 풀리에 감겨 걸리는, 상기 헬리컬 톱니 벨트를 구비하는 벨트 전동 장치이다.
상기 구성에 의하면, 구동 풀리의 구동력을 종동 풀리 전동시키는 벨트 전동 장치에서, 소음 및 진동을 저감 할 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은, 상기 벨트 전동 장치에 있어서, 상기 구동 풀리의 회전 속도가 1000rpm 이상 4000rpm 이하이다.
상기 구성에 의하면, 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에서 소음 및 진동을 충분히 저감할 수 있다.
또, 본 발명의 일 측면은, 상기 벨트 전동 장치에 있어서, 상기 종동 풀리의 부하가 0.5kW 이상 3kW 이하이다.
상기 구성에 의하면, 고부하로 구동되는 벨트 전동 장치에서, 소음 및 진동을 충분히 저감할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면은, 상기 벨트 전동 장치에 있어서, 상기 종동 풀리의 외경이 상기 구동 풀리의 외경보다 크고, 상기 벨트 전동 장치가 자동차용의 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치이다.
상기 구성에 따르면, 자동차용의 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치에서 소음 및 진동을 충분히 저감할 수 있다.
헬리컬 톱니 벨트의 두께를 크게 하지 않고 강성을 높이고, 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 벨트 전동 장치에 사용 된 경우, 전동 성능을 유지하면서 소음 및 진동을 보다 저감 할 수 있는 헬리컬 톱니 벨트를 제공 할 수 있다.
[도1] 도1은 본 실시 형태의 헬리컬 톱니 벨트가 적용되는 전동 파워 스티어링 장치의 개략 구성을 나타내는 모식도이다.
[도2] 도2는 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치의 측면도이다.
[도3] 도3은 헬리컬 톱니 벨트 부분 사시도이다.
[도4] 도4는 헬리컬 톱니 벨트를 내주 측에서 본 도이다.
도5는 도5는 헬리컬 톱니 벨트의 벨트 폭 방향의 단면도이다.
[도6] 도6은 점핑 시험에 사용하는 2축 토크 측정 시험기의 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시의 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태의 헬리컬 톱니 벨트(30)는, 예를 들어 도1에 나타내는 자동차용의 전동 파워 스티어링 장치(1)의 감속 장치(20) (벨트 전동 장치)에 사용된다.
[전동 파워 스티어링 장치의 구성]
전동 파워 스티어링 (EPS) 장치(1)는 스티어링 휠(2)에 연결된 스티어링 샤프트(3)와 스티어링 샤프트(3)에 연결된 중간축(4)과, 중간축(4)에 연결되어 스티어링 휠(2)의 연동에 연동하여 차륜(9)을 조타하는 조타 기구(5)를 가진다.
조타 기구(5)는, 중간축(4)에 연결된 피니언 축(6)과 피니언 축(6)에 맞물리는 랙 축(7)을 포함한다. 랙 축(7)은 차량의 좌우 방향을 따라 연장하여 있다. 랙 축(7)의 축 방향의 도중부에는 피니언 축(6)에 마련된 피니언(6a)와 맞물리는 랙(7a)이 형성되어 있다. 랙 축(7)의 양단부에는 타이로드(8) 및 너클 아암(미도시)를 통해 차륜(9)이 연결되어 있다. 스티어링 휠(2) 회전은 스티어링 샤프트(3) 및 중간축(4)를 통해 피니언 축(6)에 전달된다. 피니언 축(6) 회전은, 랙 축(7)의 축 방향으로의 이동으로 변환된다. 이것에 의해, 그러면 차륜(9)이 전타(轉舵)된다.
전동 파워 스티어링 장치(1)는, 스티어링 휠(2)에 부가되는 조타 토크에 따라 조타 보조력을 얻을 수 있게 되어 있다. 이를 위한 수단으로서 전동 파워 스티어링 장치(1)는 조타 토크를 검출하는 토크 센서(13)와, 제어 장치(14)와, 조타 보조용의 전동 모터(15)(구동원)과, 전동 모터(15)의 구동력을 조타 기구(5)에 전동하는 전동 장치로서의 감속 장치(20)를 포함한다.
토크 센서(13)에서 조타 토크를 검출하기 위해, 스티어링 샤프트(3)는, 입력축(10)과, 토션 바(11)와 출력축(12)를 가진다. 스티어링 휠(2)이 조작되고, 입력축(10)에 조타 토크가 입력되면 토션 바(11)가 비틀림 변형하여, 입력축(10)과 출력축(12)이 상대 회전한다. 토크 센서(13)는, 입력축(10)과 출력축(12)의 상대 회전 변위량에 따라, 스티어링 휠(2)에 입력된 조타 토크를 검출한다. 토크 센서(13)의 검출 결과는, 제어 장치(14)에 입력된다. 제어 장치(14)는, 토크 센서(13)에 의해 검출된 조타 토크 등에 기초하여, 전동 모터(15)를 제어한다.
감속 장치(20)는 구동 풀리(21)와, 종동 풀리(22)와, 구동 풀리(21) 및 종동 풀리(22)에 감겨 걸린 헬리컬 톱니 벨트(30)를 갖는다. 종동 풀리(22)는, 구동 풀리 21보다 외경이 크다. 구동 풀리(21)는 전동 모터(15)의 회전축에 고정된다. 종동 풀리(22)는, 피니언 축(6)에 고정된다. 도2에 나타낸 바와 같이, 구동 풀리(21)의 외주면에는, 복수의 헬리컬 톱니(21a)가 형성되어 있다. 종동 풀리(22)의 외주면에는 복수의 헬리컬 톱니(22a)가 형성되어 있다. 구동 풀리(21)의 회전 속도는, 예를 들면, 1000rpm 이상 4000rpm 이하이다. 종동 풀리(22)의 부하는, 예를 들어, 0.5kW 이상 3kW 이하이다.
스티어링 휠(2)이 조작되면, 조타 토크가 토크 센서(13)에 의해 검출되고, 제어 장치(14)가 전동 모터(15)를 구동한다. 전동 모터(15)가 구동 풀리(21)를 회전 시키면, 헬리컬 톱니 벨트(30)가 주행하여, 종동 풀리(22) 및 피니언 샤프트(6)가 회전한다. 전동 모터(15)의 회전력은, 감속 장치(20)에 의해 감속되어, 피니언 축(6)에 전달된다. 또, 상술 한 바와 같이, 스티어링 휠(2)의 회전은 스티어링 샤프트(3) 및 중간축(4)를 통해 피니언 축(6)에 전달된다. 그리고 피니언 축(6)의 회전은, 랙 축(7)의 축 방향 이동으로 변환되고, 이것에 의해, 차륜(9) 조타된다. 이와 같이, 전동 모터(15)에 의해 피니언 축(6)의 회전이 보조되는 것으로, 운전자의 조타가 보조된다.
또한, 본 발명의 헬리컬 톱니 벨트(30)를 적용 할 수 있는 전동 파워 스티어링 장치(1)의 구성은, 도1에 나타낸 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 감속 장치(20)의 종동 풀리(22)가 중간축(4) 또는 스티어링 샤프트(3)에 고정되어 있어도 좋다. 또, 예를 들면, 감속 장치(20)의 종동 풀리(22)가 변환 메커니즘을 통해 랙 축(7)에 연결되어있을 수도 있다. 변환기구는, 예를 들면, 볼 나사 기구 또는 베어링 나사기구이며, 종동 풀리(22)의 회전력을 랙 축(7) 방향의 축 방향의 힘으로 변환하여 랙 축(7)에 전달한다.
[헬리컬 톱니 벨트의 구성]
도3에 나타낸 바와 같이, 헬리컬 톱니 벨트(30)는, 심선(33)이 벨트 길이 방향을 따라 나선상으로 매설된 등부(31)와, 등부(31)의 내주면(등부(31)의 한쪽의 표면에 상당)에 벨트 길이 방향을 따라 소정 간격으로 마련된 복수의 톱니부(32)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 복수의 톱니부(32)는, 등부(31)의 내주면에 일체 성형되어 있다. 또, 도4에 나타낸 바와 같이, 톱니부(32)는 벨트 폭 방향에 대해 경사지게 연장되어있다. 또, 헬리컬 톱니 벨트(30)의 내주면, 즉 톱니부(32)의 표면 및 등부(31)의 내주면의 일부는 톱니포(35)로 피복되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 등부(31)의 외주면(등부(31)의 다른 쪽의 표면에 상당)은 천 등으로 피복되어 있지 않지만, 등포에 의해 피복되어 있어도 좋다.
헬리컬 톱니 벨트(30)의 둘레 길이는, 예를 들어, 150~400mm이다. 또한, 본 명세서에서, 「X~Y」로 나타낸 수치 범위는 X 이상 Y 이하를 의미한다. 헬리컬 톱니 벨트(30)의 폭 W(도4 참조)는, 예를 들어, 4~30mm이다. 톱니부(32)의 톱니 피치 P(도3 참조)는, 1.5mm 이상 2.0mm 미만이고, 바람직하게는 1.6~1.8mm이다. 톱니 피치 P가 1.5mm 이상 2.0mm 미만의 경우, 등부(31)의 두께 tb(도3 참조)은 0.4~1.2mm이다. 또, 톱니부(32)의 톱니 높이 hb(도3 참조)는, 0.6mm 이상 1.0mm 이하의 범위이고, 또한 톱니 피치 P에 대해 40~50% 범위의 높이이다. 예를 들어, 톱니 피치 P가 1.5mm라면 톱니 높이 hb는 0.6mm~0.75mm의 범위의 높이이고, 톱니 피치 P가 1.99mm이면, 톱니 높이 hb는 0 .796mm~0.995mm 범위의 높이이다. 헬리컬 톱니 벨트(30)의 총 두께 (최대 두께) t(도3 참조)는, 등부(31)의 두께 tb와 톱니 높이 hb의 합계이다. 톱니부(32)의 벨트 폭 방향에 대한 경사 각도 θ도4 참조)는, 예를 들어, 2~7°, 바람직하게는 2~6°이다.
상기와 같이, 본 실시 형태에서는 헬리컬 톱니 벨트(30)의 톱니 피치 P(1.5mm 이상 2.0mm 미만)에 관해서는, 종래에 비해 상대적으로 작다. 이처럼 톱니 피치 P가 비교적 작은 값이기 때문에 이에 대응하여 톱니부(32)의 스케일(톱니부(32)의 벨트 길이 방향의 길이 hW, 및 톱니부(32)의 톱니 높이 hb: 도3 참조)도 작아지고 있다. 이에 따라 기존에 비해 등부(31)의 두께를 크게 하지 않고 등부(31)의 강성을 높이고, 내굴곡피로성을 충분히 확보 할 수 있고, 더욱이, 톱니부(32)의 스케일(톱니부(32) 벨트 길이 방향의 길이 hW 및 톱니부(32)의 톱니 높이 hb)을 비교적 작게 하고 있기 때문에 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있다.
그러나 톱니 피치 P, 즉 톱니부(32)의 스케일(톱니부(32)의 벨트 길이 방향의 길이 hW 및 톱니부(32)의 톱니 높이 hb)을 줄이면 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있는 한편, 너무 톱니부(32)의 스케일을 작게 하면, 헬리컬 톱니 벨트(30)가 감겨 걸린 구동 풀리(21) 및 종동 풀리(22)의 맞물림에 있어서 톱니 점핑이 쉽게 될 우려가 있다. 그래서 위와 같이 톱니부(32)의 톱니 높이 hb를 0.6mm 이상 1.0mm 이하의 범위에서, 또한 톱니 피치 P에 대해 40~50 % 범위의 높이로 제한함으로써 헬리컬 톱니 벨트(30)가 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 감속 장치(20)에 사용되어도 진동 및 소음 억제와 톱니 점핑의 발생 어려움과의 밸런스를 잡은 주행이 가능하게 된다.
[등부와 톱니부]
등부(31) 및 톱니부(32)는 고무 조성물로 구성되며, 이 고무 조성물의 고무 성분으로는 클로로프렌 고무(CR), 니트릴 고무, 수소화 니트릴 고무(HNBR), 에틸렌-프로필렌 공중합체(EPM ), 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체(EPDM), 스티렌-부타디엔 고무, 부틸 고무, 클로로설폰화 폴리에틸렌 고무 등이 이용된다. 이들 고무 성분은 단독 또는 조합하여 사용할 수 있다. 바람직한 고무 성분은, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체(EPDM)이며, 클로로프렌 고무, 수소화 니트릴 고무(HNBR)도 바람직하게 사용된다. 특히 바람직하게는 적어도 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체(EPDM) 또는 수소화 니트릴 고무(HNBR)를 포함하는 구성이다. 본 실시 형태에서는 등부(31) 및 톱니부(32)는 같은 고무 조성물로 형성되어 있지만, 다른 고무 조성물로 형성되어 있어도 좋다.
등부(31) 및 톱니부(32)를 구성하는 고무 조성물은 필요에 따라 관용의 각종 첨가제 (또는 배합제)를 포함 할 수 있다. 첨가제로는 가류제 또는 가교제(예를 들면, 옥심류(퀴논디옥심 등), 구아니딘류(디페닐구아니딘 등), 금속 산화물(산화 마그네슘, 산화 아연 등)), 또는 가류조제, 또는 가류촉진제, 가류지연제, 보강제(카본 블랙, 함수실리카 등의 산화 규소 등), 금속 산화물 (예를 들면, 산화 아연, 산화 마그네슘, 산화 칼슘, 산화 바륨, 산화철, 산화 구리, 산화 티탄 산화 알루미늄 등), 충전제(클레이, 탄산 칼슘, 탈크, 마이카 등), 가소제, 연화제(파라핀 오일, 나프텐계 오일 등의 오일류 등), 가공제 또는 가공조제(스테아린산, 스테아린산 금속염, 왁스, 파라핀 등), 노화 방지제 (방향족 아민계, 벤즈이미다졸계 노화 방지제 등), 안정제(산화 방지제, 자외선 흡수제, 열안정제 등), 윤활제, 난연제, 대전 방지제 등을 예시 할 수 있다. 이들 첨가제는 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있으며 고무 성분의 종류와 용도, 성능 등에 따라 선택할 수 있다.
[심선]
심선(33)는 등부(31)에 벨트 길이 방향을 따라 벨트 폭 방향으로 소정의 간격 d(0.5mm 이상 0.6mm 이하)를 두고 나선형으로 매설되어 있다. 즉, 심선(33)는 도5에 나타낸 바와 같이, 등부(31)에, 벨트 폭 방향으로 소정의 간격 d를두고 배열되어 있다. 보다 상세하게는, 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선(33)과 심선(33)과의 간격 d의 합계치의 벨트 폭 W에 대한 비율(%)이 20% 이상 60% 이하의 범위(바람직하게는 20% 이상 40% 이하의 범위)로 되도록, 심선(33) 등부(31)에 매설되어있다. 또한, 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선(33)과 심선(33)과의 간격 d의 합계치는, 벨트의 끝과 심선(33)과의 간격도 포함된다(양단 부분). 즉, 본 발명의 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선(33)과 심선(33)과의 간격 d의 합계치는, 「벨트 폭」값에서 「심선 지름의 합계(심선 지름×심선의 본수)」의 값을 감산한 값이라고 할 수 있다. 따라서, 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선(33)과 심선(33)과의 간격 d의 합계치의, 벨트 폭 W에 대한 비율(%)은, 「심선 지름 D와 심선 피치 SP의 관계식」으로 치환 가능하다(수1 참조). 여기서, 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선(33)과 심선(33)과의 간격 d의 합계치의, 벨트 폭 W에 대한 비율(%)이 작은 값으로 될 수록, 심선(33)과 심선(33)과의 간격 d가 작아지므로 심선 배열의 밀도의 정도가 조밀하게 된다고 할 수 있다.
Figure 112020097817761-pct00001
더욱이 심선(33)는 도3 및 도5에 나타낸 바와 같이, 등부(31)의 벨트 폭 방향의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝에 걸쳐 나선형으로 매설된 심선(33)과 심선(33)의 중심 사이의 거리인 각 심선 피치 SP가 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위의 일정한 값이 되도록 배열되어 있다. 또한, 본 명세서에서는, 도5에 나타낸 바와 같이, 벨트 폭 방향으로 소정의 심선 피치 SP로 배열된 심선의 단면시에서의 외관상의 수를 「심선의 본수」로 다루고 있다. 즉, 1본(本)의 심선(33)를 나선형으로 매설한 경우, 그 나선의 수를 「심선의 본수」라고 하고 있다.
여기에서 「심선의 본수」란 벨트의 강도(탄성율)에 영향을 주는 본수(유효 본수)만을 세는 것이 바람직하다. 따라서, 헬리컬 톱니 벨트(30)의 등부(31)의 폭 방향 한쪽 끝과 다른 쪽 끝에 배치된, 재단되어 단면시(斷面視)가 원형이 아닌 심선(33)는 유효 본수에 넣지 않고 단면시에서 재단되어 있지 않은 심선(33)을 유효 본수로 계산 것이 바람직하다.
무엇보다, 실제로는, 심선(33)은 나선상으로 매설되어 있기 때문에, 1본의 무단상(無端狀)의 헬리컬 톱니 벨트(30) 중에서도 단면을 채취하는 부위에 따라, 심선(33)의 배치 형태가 다를 수 있으며 재단되어 단면시가 원형이 아닌 심선(33)도 벨트의 강력(탄성율)에 미치는 영향은 무시할 수 없기 때문에, 실용적으로는 각 심선 피치 SP가 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위의 일정한 값인 경우에는 벨트 폭을 심선 피치 SP(0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위의 일정한 값)로 나눈 계산치로부터 소수점 이하의 값을 절사한 값을, 개산적인 「심선의 본수」(유효 본수)로 간주하고 있다. 예를 들어, 벨트 폭 25mm, 심선 피치 SP가 0.56mm라면, 계산치는 44.64로 되고, 「심선의 본수」(유효 본수)는 44본으로 간주하고 있다. 또, 벨트 폭 25mm, 심선 피치 SP가 0.52mm라면, 계산치는 48.07로 되고, 「심선의 본수」(유효 본수)는 48본으로 간주하고 있다. 또, 벨트 폭 25mm, 심선 피치 SP가 0.60mm라면, 계산치는 41.67로 되고, 「심선의 본수」(유효 본수)는 41 개로 간주하고 있다.
또, 심선(33)은 복수 본의 스트랜드(strand)를 꼬아 합쳐 형성된 꼰 코드로 구성된다. 1본의 스트랜드는 필라멘트(장섬유)을 묶어 가지런히 당겨 형성되어 있어도 좋다. 심선(33)의 지름은, 0.2~0.6mm이다. 꼰 코드를 형성하는 필라멘트의 굵기, 필라멘트의 수속(收束) 본수, 스트랜드의 본수, 및 꼰 방법 등의 꼼 구성에 대해서는 특별히 제한되지 않는다. 필라멘트의 재질은 고강도 유리 섬유 또는 탄소 섬유이다. 고강도 유리 섬유 및 탄소 섬유는, 함께 고강도 또한 저신도이며, 심선(33)의 재질로서 호적하지만, 저비용의 관점에서 고강도 유리 섬유가 보다 바람직하다.
고강도 유리 섬유로는, 예를 들면, 인장 강도가 300kg/㎠ 이상의 것, 특히 무알칼리 유리 섬유(E유리섬유)보다도 Si 성분이 많은 하기 표1에 나타낸 조성의 유리 섬유를 호적하게 사용할 수 있다. 또한, 하기 표1에는 비교를 위한 E유리섬유의 조성도 기재하고 있다. 이러한 고강도 유리 섬유로는, K 유리섬유, U 유리섬유(모두 日本硝子纖維社 製), T 유리섬유(日東紡績社 製), R 유리섬유(Vetrotex社 製), S 유리섬유, S-2 유리섬유, ZENTRON 유리섬유(모두 Owens Corning Fiberglass社 製) 등을 들 수 있다.
성분항목 고강도 유리 섬유 E 유리 섬유
SiO2 58~70 52~56
Al2O3 17~27 12~16
MgO 7~17 0~6
CaO 0~10 12~25
Na2O 0~2 0~0.8
K2O 0~2 8~13
B2O3 0~2
Fe2O3, TiO2 등의 불순물을 포함한다.
탄소 섬유로서는, 예를 들어, 피치계 탄소 섬유, 폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소 섬유, 페놀수지계 탄소 섬유, 셀룰로오스계 탄소 섬유, 폴리비닐알코올계 탄소 섬유 등을 들 수 있다. 탄소 섬유의 시판품으로는, 예를 들어, 토레이(주) 製 「토레카(등록 상표)」, 東邦테낙스(주) 製 「테 낙스(등록 상표)」, 미쓰비시 케미칼(주) 製 「다이아리드(등록 상표)」등을 이용할 수 있다. 이들 탄소 섬유는 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이들 탄소 섬유 중, 피치계 탄소 섬유, PAN계 탄소 섬유가 바람직하고, PAN계 탄소 섬유가 특히 바람직하다.
심선(33)으로서 사용하는 꼰 코드는 등부(31)와의 접착성을 높이기 위해 접착 처리가 실시되는 것이 바람직하다. 접착 처리로서는, 예를 들어, 꼰 코드를, 레졸신-포르말린-라텍스 처리액(RFL 처리액)에 침지 후, 가열 건조하여, 표면에 균일하게 접착층을 형성하는 방법이 채용된다. RFL 처리액은, 레졸신과 포르말린과의 초기 축합체를 라텍스에 혼합한 것이며, 여기에 사용되는 라텍스로는 클로로프렌, 스티렌ㆍ부타디엔ㆍ비닐피리딘 삼원 공중합체(VP 라텍스), 수소화 니트릴, NBR 등을 들 수 있다. 또한, 접착 처리로는, 에폭시 또는 이소시아네이트 화합물로 전처리 한 후, RFL 처리액으로 처리하는 방법 등도 있다.
[톱니포]
톱니포(35)는 경사와 위사를 일정한 규칙에 의해 종횡으로 교착(交錯)시켜 짜여진 직포(織布)로 구성되는 것이 바람직하다. 직포의 짠 방식은, 능직, 주자직 등의 어느 것이라도 좋다. 경사 및 위사의 형태는 필라멘트 (장섬유)를 간지런히 당긴다든지, 합쳐 꼰 멀티필라멘트사(絲) 1본의 장섬유 인 모노필라멘트사, 단섬유를 합쳐 꼰 맞춘 스팬사(방적사)의 어느 것이라도 좋다. 경사 또는 위사가 멀티필라멘트사 또는 스팬사의 경우, 복수 종류의 섬유를 이용한 혼연사(混撚絲) 또는 혼방사(混紡絲)도 좋다. 위사는 신축성을 갖는 탄성사를 포함하는 것이 바람직하다. 탄성사로서는, 예를 들면, 폴리우레탄으로 이루어지는 스판덱스처럼 재질 자체가 신축성을 갖는 것이거나, 섬유를 신축 가공(예를 들면 울리 가공, 권축(卷縮) 가공 등)한 가공사가 사용될 수 있다. 통상, 경사에 탄성사를 이용하지 않는다. 따라서 제직이 용이하다. 그리고 톱니포(35)로는 직포의 경사를 벨트 폭 방향으로, 위사를 벨트 길이 방향으로 연장되도록 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 톱니포(35)의 벨트 길이 방향의 신축성을 확보할 수 있다. 또한, 톱니포(35)는 직포의 위사를 벨트 폭 방향으로, 경사를 경사 벨트 길이 방향으로 연장하도록 배치하여도 좋다. 이 경우, 경사로서 신축성을 가진 탄성사를 이용해도 좋다. 톱니포(35)을 구성하는 섬유의 재질로는, 나일론, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리벤즈옥사졸, 면(綿) 등의 어느 것이나 또는 이들의 조합을 채용 할 수 있다.
톱니포(35)로 이용되는 직포는, 등부(31) 및 톱니부(32)과의 접착성을 높이기 위해 접착 처리가 실시되어 있어도 좋다. 접착 처리로는 직포를 레졸신-포르말린-라텍스(RFL 액)에 침지 후, 가열 건조하여 표면에 균일하게 접착층을 형성하는 방법이 일반적이다. 그러나 이에 한정되지 않고, 에폭시 또는 이소시아네이트 화합물로 전처리를 행한 후에, RFL 액으로 처리하는 방법 외에, 고무 조성물을 메틸에틸케톤, 톨루엔, 크실렌 등의 유기 용매에 용해하여 고무 풀로하고, 이 고무풀에 직포를 침지 처리하여 고무 조성물을 함침, 부착시키는 방법도 채용 할 수 있다. 이들 방법은 단독 또는 조합하여 수행 할 수도 있고, 처리 순서와 처리 횟수는 특별히 한정되지 않는다.
[등포]
또한, 본 실시 형태에서는, 등부(31)의 외주면(등부(31)의 다른 쪽의 상당)는 포(布) 등으로 피복되어 있지 않지만, 등포(36)에 의해 피복되어 있어도 좋다. 등부(31)의 외주면을 등포(36)로 피복하는 경우, 등포(36)는 편사(編絲)로 짜여진 편포(遍布), 또는, 경사와 위사를 일정한 규칙에 의해서 종횡으로 교착시켜 짜여진 직포로 구성되는 것이 바람직하다.
편포는 1본 또는 2본 이상의 편사가 망목(網目)(루프)을 만들고, 그 루프에 다음 실(絲)을 걸어 당겨 새로운 루프를 연속으로 만들어 편성된 구조를 갖는 포이다. 즉, 편포에서는, 실을 직선상으로 교착시키지 않고 루프를 만드는 것으로 형성된다. 등포(36)에 편포를 사용하는 경우, 편포(또는 편포의 편성)은 위편(緯編)(또는 위편으로 편성된 편포), 경편(經編)(또는 경편으로 편성된 편포)의 어느 것이어도 좋다. 편포의 형태로는, 평면 형상, 원통 형상(丸編) 등 제한되지 않고, 또편지(編地)는 표목(表目)과 이목(裏目) 어느 쪽이 벨트 본체의 피착면으로 되어도 좋다. 위편(또는 위편의 편조직)으로는, 예를 들어, 평편(平編)(천축편(天竺編)), 고무편, 록자편(鹿子編), 스무스(smooth) 편, 자카드 편 등을 들 수 있다. 또, 경편(또는 경편의 편조직)으로는, 예를 들어, 싱글덴비, 싱글코드, 트리코, 하프 트리코 등을 들 수 있다.
등포(36)에 직포를 사용하는 경우, 직포의 짠 방식은 평직, 능직, 주자직 등의 어느 것이라도 좋다. 헬리컬 톱니 벨트(30)의 굴곡성을 확보하는 관점에서, 벨트 길이 방향으로 구부러지기 쉽게 하기 위해, 짠(織) 구성 또는 뜬(編) 구성을 벨트 길이 방향으로 신축하기 쉬운 형태로 하는 것이 바람직하다. 따라서 위사에 신축성을 가진 탄성사를 포함하는 직포를 이용하고, 직포의 경사를 벨트 폭 방향으로 위사를 벨트 길이 방향으로 연장되도록 배치하는 것이 바람직하다. 편포의 편사 또는 직포의 경사 및 위사의 형태는 필라멘트(장섬유)를 가지런히 당긴다든지, 합쳐 꼰 멀티 필라멘트사, 1본의 장섬유인 모노필라멘트사, 단섬유를 합쳐 꼰 스팬사(방적사) 중 어느 것이어도 좋다. 경사 또는 위사가 멀티필라멘트사 또는 스팬사의 경우, 복수 종류의 섬유를 이용한 혼연사 또는 혼방사이어도 좋다. 등포(36)를 구성하는 섬유의 재질로는, 나일론, 아라미드, 폴리에스테르 등의 어느 것 또는 이들의 조합을 채용할 수 있다. 이 경우, 등부(31)는 더욱 보강되어, 헬리컬 톱니 벨트(30)의 강성이 높아진다.
등포(36)로서 사용하는 직포 또는 편포는 등부(31)과의 접착성을 높이기 위해 접착 처리가되어 있어도 좋다. 접착 처리로는, 톱니포(35)의 경우와 마찬가지로, 포를 레졸신-포르말린-라텍스(RFL 액)에 침지 후, 가열 건조하여 표면에 균일하게 접착층을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나 이에 한정되지 않고 에폭시 또는 이소시아네이트 화합물로 전처리한 후, RFL 액으로 처리하는 방법 외에, 고무 조성물을 메틸 에틸 케톤, 톨루엔, 크실렌 등의 유기 용매에 용해하여 고무풀로하고, 이 고무풀에 포를 침지 처리하여, 고무 조성물을 함침, 부착시키는 방법도 채용할 수 있다. 이들 방법은, 단독 또는 조합하여 행할 수도 있고, 처리 순서와 처리 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 또한 등포(36)가 편포인 경우에는, 후술하는 헬리컬 톱니 벨트(30)의 제조 방법에 있어서, 가열·가압 공정에서 편포의 위에 감겨 붙여진 미가류(未加硫) 고무 시트가 편포에 함침되므로, 접착 처리를 실시하지 않아도 좋다.
또한, 상세는 실시예에서 후술하지만, 톱니 벨트(30)가 소정의 부착 장력으로 풀리 사이에 감겨 걸린 때의, 벨트 신장율(%)에 대한 벨트 폭 1mm 당 벨트 장력(N)으로 정의되는 벨트 탄성율은 22N/% 이상인 것이 바람직하다(보다 바람직하게는 30N/% 이상 125N/% 이하의 범위, 특히 바람직하게는 30N/% 이상 50N/% 이하의 범위가 좋다).
[헬리컬 톱니 벨트의 제조 방법]
헬리컬 톱니 벨트(30)는 예를 들면 이하의 수순으로 제조된다.
먼저, 헬리컬 톱니 벨트(30)의 복수의 톱니부(32)에 대응하는 복수의 홈부(溝部)을 갖는 원통형 몰드(미도시)에, 톱니포(35)을 형성하는 접착 처리가 실시된 직포를 감아 붙인다. 이어서, 감겨 붙여진 직포의 외주면에, 심선(33)을 구성하는 꼰 코드를 나선상으로 스피닝(spinning)한다. 또한 그 외주 측에 등부(31) 및 톱니부(32)을 형성하기 위한 미가류의 고무 시트를 감아 붙여, 미가류의 벨트 성형체를 형성한다.
또한 등포(36)를 피복하는 경우는, 등부(31) 및 톱니부(32)를 형성하기 위한 미가류의 고무 시트를 감아 붙인 후, 등포(36)를 형성하는 편포 또는 직포를 감아 붙인다. 등포(36)로서 직포를 사용하는 경우에는, 감아 붙이기 전에, 직포에 접착 처리를 실시하여 두는 것이 바람직하다. 한편, 등포(36)에 편포를 사용하는 경우에는 접착 처리를 실시하지 않아도 좋다.
다음으로, 미가류의 벨트 성형체가 원통상 몰드의 외주에 배치된 상태에서, 더욱 그 외측에 증기 차단재인 고무 재킷이 씌워진다. 이어서, 재킷이 씌워진 벨트 성형체 및 원통형 몰드는 가류관의 내부에 수용된다. 그리고 가류관의 내부에서 벨트 성형체를 가열 가압하여 고무 시트를 가류한다. 이에 따라 고무 시트의 고무 조성물이 몰드의 홈부에 압입되어 톱니부(32)가 형성된다. 그리고 탈형(脫型)한 슬리브 형태의 성형체를 소정의 폭으로 절단하여 복수의 헬리컬 톱니 벨트(30)가 얻어진다.
상기 구성 헬리컬 톱니 벨트(30)에 의하면, 등부(31)의 톱니부(32) 측의 표면은 톱니포(35)로 구성되어 있기 때문에, 보강되어 강성이 높아진다. 또, 등부(31)에 매설되는 심선(33)는 고강도 (고탄성율)의 섬유 재료인 고강도 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 포함하는 꼰 코드로 하여, 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선(33)과 심선(33)과의 간격 d의 합계치의, 벨트 폭 W에 대한 비율을 20% 이상 60% 이하의 범위로 하고 있기 때문에, 심선 배열의 밀도의 정도를 비교적 조밀하게 할 수 있다. 그러면 등부(31) 굴곡성을 확보하면서 심선(33)에 의해 등부(31)의 강성을 보다 높일 수 있다.
이와 같이 등부(31)의 강성을 높인 것으로, 헬리컬 톱니 벨트(30)가 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 감속 장치(20)에 사용 되어도 톱니부(32)가 구동 풀리(21)나 종동 풀리(22)의 톱니부와 맞물릴 때에 생기는, 헬리컬 톱니 벨트(30)의 심선(33)을 중심으로 한 진동(현진동)을 억제 할 수 있다. 이것에 의해, 진동에 의해 생기는 소음을 저감 할 수 있다.
또, 심선(33)의 지름 D가 0.2mm 이상 0.6mm 이하이다. 따라서 등부(31)의 굴곡성을 확보하면서, 심선(33)에 의해 등부(31)의 강성을 보다 높일 수 있다.
또, 등부(31)에 매설되는 심선(33)은, 심선 간의 각 심선 피치 SP가, 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위가 되도록 배열되어 있다. 이것에 의해, 등부(31)의 두께를 더욱 크게 한다든지, 심선(33)의 지름을 더욱 크게 한다든지 하는 것 없이(굴곡성을 희생하는 것 없이), 헬리컬 톱니 벨트(30)의 강성을 더욱 높일 수 있다.
또, 헬리컬 톱니 벨트(30)는, 톱니 피치 P가 1.5mm 이상 2.0mm 미만이고, 등부(31)의 두께는 0.4mm 이상 1.2mm 이하이다. 이들 값에 관하여, 예를 들어, 자동차의 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치(20)에 이용되는 기존의 헬리컬 톱니 벨트에 비해, 등부(31)의 두께에 관해서는 동일한 정도이지만, 톱니 피치 P에 관해서는 비교적 작다. 이와 같이 톱니 피치 P가 비교적 작은 값이기 때문에 이에 대응하여 톱니부(32)의 스케일(톱니부(32)의 벨트 길이 방향의 길이 hW, 및, 톱니부(32)의 톱니 높이 hb)도 작아지고 있다. 따라서 종래에 비해 등부(31)의 두께를 크게 하는 것 없이 등부(31)의 강성을 높이고, 내굴곡피로성을 충분히 확보 할 수 있고, 더욱이 톱니부(32)의 스케일(톱니부(32)의 벨트 길이 방향의 길이 hW 및 톱니부(32)의 톱니 높이 hb)을 비교적 작게 하고 있기 때문에 진동 및 소음을 보다 억제 할 수 있다.
또, 상기 구성의 헬리컬 톱니 벨트에서는, 톱니부(32)의 톱니 높이 hb를 0.6mm 이상 1.0mm 이하의 범위이고, 또한 톱니 피치 P에 대해 40~50 % 범위의 높이로 제한하는 것에 의해, 고부하 또는 고속 회전으로 구동되는 감속 장치(20)에 사용되어도 진동 및 소음 억제와 톱니 점핑의 발생 어려움과의 밸런스를 잡은 주행을 가능하게 할 수 있다.
또, 종동 풀리(22)의 외경이 구동 풀리(21)의 외경보다 큰, 자동차용의 전동 파워 스티어링 장치(1) 감속 장치(20)에 상기 헬리컬 톱니 벨트(30)를 사용하는 것에 의해 소음과 진동을 충분히 저감할 수 있다.
이상, 본 발명의 호적한 실시 형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상술 한 실시 형테에 한정되는 것이 아니고 특허 청구 범위에 기재한 한에 있어서 다양한 변경이 가능하다.
실시예
본 발명은 종래의 헬리컬 톱니 벨트보다도 톱니 피치 P을 축소하여 헬리컬 톱니 벨트의 진동이나 소음을 저감 할 수 있는 것이 특징이지만, 톱니 피치 P을 축소하면 톱니 높이 hb도 축소되므로, 헬리컬 톱니 벨트가 감겨 걸린 풀리와의 맞물림에 있어서 톱니 점핑이 쉽게 되는 것이 우려되었다. 따라서 본 발명에서는 헬리컬 톱니 벨트의 진동이나 소음의 저감과, 톱니 점핑의 발생의 어려움을 양립시킬 필요가 있다.
따라서, 본 실시예에서는 실시예 1~18 및 비교예 1~5에 따른 헬리컬 톱니 벨트를 제작하고, 음압(音壓) 측정 시험과 점핑 시험을 실시하여 비교 검증을 행하였다.
실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트에 사용되는 심선으로서, 하기 표2에 나타낸 구성의 A1~A4의 꼰 코드를 작성했다.
A1의 꼰 코드는 다음과 같이 작성하였다. JIS R 3413 (2012)에 기재되어있는 호칭 KCG150의 유리 섬유 필라멘트를 묶어 가지런히 당겨, 3본의 스트랜드로 하였다. 이 3본의 스트랜드를 하기 표3에 나타낸 조성의 RFL액(18~23℃에 3초 동안 통과시킴으로써 침지한 후 200~280℃에서 3분간 가열 건조하여, 표면에 균일하게 접착층을 형성하였다. 이 접착 처리 후, 3본의 스트랜드를 꼰 수 12회/10cm에서 아래꼬기(下撚)하여, 위꼬기(上撚)는 주지 않고, 편꼬기(片撚)로 지름이 0.35mm인 꼰 코드를 준비하였다. A2 및 A3의 꼰 코드는 유리 섬유를 UCG150 및 ECG150로 변경 한 이외는 A1과 마찬가지로 작성하였다. A4의 꼰 코드는, 이용한 스트랜드를 탄소 섬유의 필라멘트(3K)을 묶어 가지런히 당긴 1본의 스트랜드로 한 이외는 A1~A3의 심선과 같은 순서로 작성하고, 편꼬기로 지름이 0.53mm인 꼰 코드로 하였다.
(심선의 구성)
A1 A2 A3 A4
재질 K 유리 섬유 U 유리 섬유 E 유리 섬유 탄소 섬유
필라멘트직경(μm) 9 9 9 7
스트랜드 구성 KCG150-3/10 UCG150-3/10 ECG150-3/10 3K-1/0
아래꼬기수(회/10cm) 12 12 12 12
꼰방식 편꼬기 편꼬기 편꼬기 편꼬기
코드지름(mm) 0.35 0.35 0.35 0.53
탄성율(MPa) 41.5 42.8 35.5 51.9
(심선의 탄성률)
여기서, 표2에 나타낸 심선(길이 방향)의 탄성률(인장 탄성률)의 측정 방법에 관하여 설명한다. 오토그래프((주) 시마즈제작소(島津製作所) 製 「AGS-J10kN」)의 하측 고정부와 상측 로드셀 연결부에 지퍼를 부착하여 심선을 고정한다. 다음으로, 상측 척(chuck)을 상승시켜 심선이 느슨해지지 않을 정도로 응력(약 10N)을 걸었다. 이 상태에서 있는 상측 척 위치를 초기 위치로 하고, 250mm/분의 속도로 상측 척을 상승시켜, 심선의 응력이 200N에 도달 후, 즉시 상측 척을 하강시켜 초기 위치까지 돌려 보냈다. 이 때 측정된 응력-변형 곡선에서 비교적 직선 관계에 있는 영역(100~200N)의 직선의 기울기(평균 경사)를 심선의 인장 탄성률로서 산출하였다.
(RFL 액)
질량부
레졸신 1.35
포르말린(고형분 농도: 37%) 1
비닐피리딘라텍스(고형분 농도: 40%) 130
물 50
실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트에 사용되는 톱니포는, 1종류로 하였다. 톱니포에는, 능직의 직포를, 이용해 직포의 경사를 벨트 폭 방향으로, 위사를 벨트 길이 방향으로 연장하도록 배치하였다. 직포의 위사로는, 66 나일론의 섬도155dtex의 멀티필라멘트사와 스판덱스(폴리우레탄 탄성 섬유)의 섬도122dtex의 멀티필라멘트사를 사용하였다. 직포의 경사는, 섬도가 155dtex의 66 나일론 멀티필라멘트사를 사용하였다. 또한, dtex(데시텍스)란, 10000 미터의 사(絲)의 질량을 그램 단위로 나타낸 것이다.
톱니포에 사용하는 직포에는 표3에 나타낸 RFL 액에 침지 후, 가열 건조하여 표면에 균일하게 접착층을 형성하는 접착 처리를 실시했다.
실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트의 등부 및 톱니부를 형성하는 미가류 고무 시트로서 하기 표4에 나타낸 조성 C1~C3의 미가류 고무 시트를 작성하였다.
(미가류 고무 시트의 조성)
C1 C2 C3
질량부 질량부 질량부
EPDM ※1 100 - -
CR ※2 - 100 -
H-NBR ※3 - - 100
아디핀산계 가소제 0.5 8.75 -
산화마그네슘 - 4 -
오일 8 - -
스테아린산 - - 1
노화방지제 ※4 2 16.75 -
가류촉진제 ※5 3.4 1.5 0.5
카본블랙 ※6 50 45 50
무기충전제 5 35 -
산화아연 ※7 5 5 5
유황 1 0.5 1.5
합계 174.9 216.5 158.0
※1 미쓰이화학사(三井化學社) 製 「EPT」
※2 덴카사(Denka社) 製 「PM-40」
※3 일본제온사(日本Zeon社) 製 「Zetpole2021」
※4 대내신흥 화학공업사(大內新興化學工業社) 製 「노크랙 MB」
※5 대내신흥 화학공업사 製 「N-시클로헥실-2벤조티아졸술펜아미드」
※6 도카이카본사(東海carbon社) 製 「시스토 3」
※7 정동화학공업사(正同化學工業社) 製 「산화아연 3 종」
꼰 코드(심선) A1~A4, 톱니포, 및, 조성 C1~C3의 미가류 고무시트를 사용하여, 상기 실시 형태에 기재한 수순으로 실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트를 작성하였다. 가류는 161℃에서 25분간 행하였다. 실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트의 구성을 하기 표5~표10에 나타낸다. 실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트의 벨트 폭은 모두 25mm로 하고, 톱니부의 벨트 폭 방향에 대한 경사 각도는 모두 5°로 하였다. 또, 실시예 1~18 및 비교예 1~5에서는, 벨트의 톱니 높이 hb을 변량하고 있지만, 각 시험에서 이용하는 풀리의 톱니 홈 깊이에 대해서는, 표11에 나타낸 바와 같이, 각각의 톱니 높이 hb에 대응한 톱니 홈 깊이의 풀리를 이용하였다.
또한, 표5에서는, 톱니 피치 P를 변량한 비교를 하기 위해, 실시예 1~4 및 비교예 1~2의 헬리컬 톱니 벨트의 구성을 기재하고 있다. 또, 표6에서는, 실시예 2의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로 톱니 높이 hb을 변량한 비교를 하기 위해, 실시예 2, 5~8의 헬리컬 톱니 벨트의 구성을 기재하고 있다. 또, 표7에서는, 실시예 2의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로 벨트 등부 두께 tb를 변량한 비교를 하기 위해, 실시예 2, 9~11, 비교예 3의 헬리컬 톱니 벨트의 구성을 기재 하고 있다. 또, 표8에서는, 실시예 2의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로 고무 성분을 변경한 비교를 하기 위해, 실시예 2, 12~13의 헬리컬 톱니 벨트의 구성을 기재하고 있다. 또, 표9에서는, 실시예 2의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로로 심선 배열의 밀도를 변량한 비교를 하기 위해, 실시예 2, 14~16, 비교예 4의 헬리컬 톱니 벨트의 구성을 기재하고 있다. 또한 표10에서는, 실시예 2의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로 심선 재료를 변경한 비교를 하기 위해 실시예 17~18 및 비교예 5의 헬리컬 톱니 벨트의 구성을 기재하고 있다.
Figure 112020097817761-pct00002
Figure 112020097817761-pct00003
Figure 112020097817761-pct00004
Figure 112020097817761-pct00005
Figure 112020097817761-pct00006
Figure 112020097817761-pct00007
톱니 피치 P(mm) 1.4 1.5 1.6 1.75 1.9 2.0
벨트의 톱니 높이 hb(mm) 0.62 0.66 0.70 0.53 0.72 0.77 0.86 1.05 0.84 0.88
풀리의 톱니홈 깊이(mm) 0.62 0.66 0.70 0.53 0.72 0.77 0.86 1.05 0.84 0.88
(벨트 탄성률의 측정)
실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트(벨트 길이 방향)에 대하여 벨트 탄성률(인장 탄성률)을 측정했다. 벨트 탄성률의 측정 방법에 대하여 설명한다. 오토그래프((주)시마즈제작소 제 「AGS-J10kN」)의 하측 고정부와 상측 로드셀 연결부에 한 쌍의 풀리(30 톱니 외경 18.6mm)를 설치하고, 헬리컬 톱니 벨트를 풀리에 걸었다. 다음으로, 상측 풀리를 상승시켜, 헬리컬 톱니 벨트가 느슨해지지 않을 정도로 장력(약 10N)을 걸었다. 이 상태에 있는 상측 풀리의 위치를 초기 위치로 하고, 50mm/분의 속도로 상측 풀리를 상승시켜, 헬리컬 톱니 벨트의 장력이 500N에 도달 후, 즉시 상측 풀리를 하강시켜, 초기 위치로 되돌렸다. 이 때 측정된 장력(N)과 벨트 신장율(%)의 관계를 나타내는 응력-변형 곡선(S-S 선도)에서, 비교적 직선 관계에 있는 영역(100~500N)의 직선 기울기(평균 경사)로부터, 벨트 신장율(%)에 대한 벨트 장력(N)의 값(N/%)을 산출하고, 이것을 벨트 탄성률(인장 탄성률)로 하였다. 그리고 벨트 폭 1mm 당의 벨트 탄성율로 환산하여, 그 값이 22N/% 이상인 경우에는, 헬리컬 톱니 벨트의 강성이 높다고 평가했다.
(음압 측정 시험)
실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트에 대해 음압 측정 시험을 실시하고, 벨트 주행 중의 소음의 평가를 실시했다. 시험에는 2축 주행 시험기를 사용했다. 이 2축 주행 시험기는, 도2에 나타내는 감속 장치(20)와 마찬가지로, 구동 풀리(21)와 구동 풀리(21)보다 큰 지름의 종동 풀리(22)를 가지는 구성으로 하였다. 구동 풀리(21)와 종동 풀리(22)에는, 표12에 나타내는 톱니 수의 풀리를 사용했다. 구동 풀리(21)와 종동 풀리(22)와의 사이에는 헬리컬 톱니 벨트를 감아 걸고, 벨트 장력이 90N이 되도록 풀리의 축 간의 거리를 조정하고, 종동 풀리에 5Nm의 부하를 걸어, 구동 풀리를 회전 속도1200rpm으로 회전시켜, 헬리컬 톱니 벨트를 주행시켰다. 분위기 온도는 23℃로 하였다. 그리고 소음계의 집음 마이크 M으로 음압(소음 레벨)를 측정했다. 또한, 집음 마이크 M의 위치를 설명하기 위해, 도2에 나타내는 감속 장치(20)에 집음 마이크 M을 나타냈다. 구체적으로는, 집음 마이크 M은, 구동 풀리(21)의 중심 위치 S를 통하고, 또한 구동 풀리(21)의 중심 위치 S와 종동 풀리(22)의 중심 위치 K를 통하는 직선 T에 수직인 직선 A를 종동 풀리(22)의 방향으로 25mm 평행 이동시켜, 헬리컬 톱니 벨트(30)의 외주면과 접한 부분 B으로부터 헬리컬 톱니 벨트(30)의 외주면에 대하여 수직 방향 외측으로 30mm 떨어진 위치에 배치하였다. 집음 마이크 M으로 측정한 측정 결과를 표5~표10에 나타낸다. 또한, 표5~표10의 측정 결과에서는, 음압의 값은 소수점 첫째 자리를 사사오입한 정수 값으로 하여 기재하고 있다. 그 결과로부터, 음압의 수치에 따라 랭크 A, B, C를 사용하여 랭크 부여를 행하고, 음압(소수점 첫째 자리를 사사오입한 정수 값)이 55dBA 이하의 경우는 랭크 A, 56 ~ 57dBA의 경우는 랭크 B, 58dBA 이상의 경우는 랭크 C로 하였다. 헬리컬 톱니 벨트의 실용상의 소음 레벨로서의 적정 관점으로부터는, 랭크 A, B의 벨트가 호적하고, 특히 랭크 A의 벨트가 호적하게 사용된다.
톱니 피치 P(mm) 1.4 1.5 1.6 1.75 1.9 2.0
구동 풀리의 톱니 수 57 53 50 46 42 40
종동 풀리의 톱니 수 153 143 134 123 113 107
(점핑 시험)
실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트에 대해 점핑 시험을 행하였다. 시험에는 2축 토크 측정 시험기를 사용했다. 상기 음압 측정 시험에서 사용한 레이아웃에서 구동 풀리와 종동 풀리 사이에는 헬리컬 톱니 벨트를 감아 걸고, 벨트 장력이 50N이 되도록 풀리의 축 간의 거리를 조정했다. 그리고, 도6에 나타낸 바와 같이, 종동 풀리가 회전하지 않도록 미리 고정한 다음, 구동 풀리의 축에 삽입한 육각 렌치를, 수동으로 도6의 화살표 방향으로 돌려 구동 풀리를 회전시켜, 톱니 점핑이 발생했을 때의 구동축에 걸리는 부하 토크를 점핑 토크로서 측정하였다. 측정 결과를 표5~표10에 나타낸다. 점핑성(톱니 점핑의 발생 어려움)의 판정으로서, 점핑 토크의 수치를 지표(토크 값이 클수록 톱니 점핑하기 어렵다)로 하고, 점핑 토크 값이 11.2N·m 이상의 경우를 랭크 A, 11.0N·m 이상 11.2N·m 미만의 경우를 랭크 B, 11.0N·m 미만의 경우를 랭크 C로 하였다. 본 용도에서의 실제 사용에 대한 적정의 관점에서, 랭크 A, B의 벨트를 합격 레벨로 하였다.
(내한성 시험)
또, 상기 음압 측정 시험과 동일한 레이아웃의 2축 주행 시험기를 사용하여, 내한성(저온 내구성) 시험을 실시했다. 분위기 온도는 -40℃로 하여, 무부하에서 구동 풀리(21)를 회전 속도 2000rpm으로 회전시켰다. 6초 동안 주행시킨 후, 10분간 정지시키는 동작을 1 사이클로 하여, 1000 사이클 행하였다. 그리고 500 사이클 째와 1000 사이클 째에, 헬리컬 톱니 벨트의 등부의 표면에 크랙이 생기고 있는지 어떤지를 눈으로 확인하였다.
그 확인 결과를, 랭크 A, B, C를 사용하여 표5~표10에 나타내었다. 랭크 A는, 1000 사이클 째에서도 크랙이 발생하지 않은 경우이다. 랭크 B는 500 사이클 째에서는 크랙이 발생하지 않고, 1000 사이클 째에서 크랙이 발생하여 있던 경우이다. 랭크 C는 500 사이클 째에서 크랙이 발생하고 있던 경우이다. 내한성(저온 내구성)의 지표로는, 최저 기온이 -40℃에 달하는 한랭지역에서 벨트를 사용하는 경우, 랭크 A의 벨트에 비해 랭크 B, C 순으로 크랙 수명에 도달하기 쉬운 저온 내구성이 떨어지는 등급의 위치 부여로 된다. 최저 기온이 -40℃에 도달하는 한랭 지역에서의 실사용에 대한 적정의 관점으로부터는, 랭크 A, B의 벨트가 호적하고, 특히 랭크 A의 벨트가 호적하게 사용될 수 있다.
(시험 결과)
실시예 1~18 및 비교예 1~5의 헬리컬 톱니 벨트 대해서, 벨트 탄성율의 측정치, 및 음압 시험, 점핑 시험, 내한성 시험에서의 각 랭크 부여의 결과로부터, 하기의 기준으로 종합적인 우열 판정을 행하였다.
· A 판정: 모든 시험 항목에서 랭크 A의 경우
· B 판정: 랭크 C의 시험 항목은 없지만, 하나라도 랭크 B의 시험 항목이 있는 경우
· C 판정: 하나라도 랭크 C의 시험 항목이 있는 경우
(시험 결과: 톱니 피치 P를 변량한 비교)
표5에 나타낸, 실시예 1~4 및 비교예 1~2의 헬리컬 톱니 벨트는, 톱니 피치 P를 변량한 것 이외는 동일 구성의 헬리컬 톱니 벨트이다. 실시예 1~4의 헬리컬 톱니 벨트는, 종래의 톱니 피치(2.0mm)의 헬리컬 톱니 벨트(비교예 2)보다도 음압이 저감하고(랭크 A, 혹은 랭크 B), 점핑성, 내한성도 합격 레벨(랭크 A)이고, 종합 판정에서 A 판정 또는 B 판정으로 되었다.
한편, 비교예 1은, 실시예 1~4보다, 톱니 피치 P을 더욱 축소 한 예(1.40mm)인데, 음압은 저감했지만, 점핑성의 면에서 불합격(랭크 C)으로 되었다.
(톱니 높이 hb을 변량한 비교)
표6에 나타낸, 실시예 5-8의 헬리컬 톱니 벨트는, 실시예 2(톱니 피치 1.75mm)의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로, 톱니 피치 1.75mm인 채, 톱니 높이 hb를 변량한 예이다. 톱니 높이 hb가 톱니 피치 P에 대해 40~50% 범위의 높이인 실시예 6(41%), 실시예 2(44%), 실시예 7(49%)에서는, 음압이 저감(랭크 A)하고, 점핑, 내한성도 합격 레벨(랭크 A)이며, 종합 판정에서 A 판정으로 되었다. 톱니 높이 hb가 톱니 피치 P에 대해 37%인 실시예 5는 점핑성이 약간 작은(랭크 B) 것으로, 또 톱니 높이 hb가 톱니 피치 P에 대해 54% 인 실시예 8은 음압이 약간 큰(랭크 B) 것으로, 종합 판정에서 B 판정으로 되었다.
(벨트 등부의 두께 tb를 변량한 비교)
표7에 나타낸, 실시예 9 ~ 11, 비교예 3의 헬리컬 톱니 벨트는, 실시예 2(등부 두께 0.85mm)의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로, 등부의 두께 tb를 변량한 예이다. 벨트 등부의 두께 tb가 0.4~1.2mm 범위의 두께인 실시예 9(0.4mm), 실시예 10(0.6mm), 실시예 11(1.2mm)에서는 음압이 저감(랭크 A 또는 B)하고, 점핑, 내한성도 합격 레벨(랭크 A 또는 B)이며, 종합 판정에서 A 또는 B 판정으로 되었다. 한편, 등부의 두께가 1.35mm로 큰 비교예 3에서는, 벨트의 굴곡성의 저하에 의해 내한성(저온 내구성)이 불합격(랭크 C)이 된 것으로부터, 종합 판정에서 C 판정으로 되었다.
여기에서, 내한성의 저하란, 저온 환경 하에서 사용(굴곡 주행)했을 때 균열 등의 결함이 발생하기 쉽게 된다는 것이다. 헬리컬 톱니 벨트를 자동차 용도로 사용하는 경우, 한랭 지역(예를 들면 -40 ℃에서의 사용을 상정한 내한성도 중요하게 된다. 상기 실시예 2, 9~11 및 비교예 3에 따르면, 등부의 두께 tb가 작은 헬리컬 톱니 벨트는, 벨트의 강성이 저하(굴곡성 향상)하는 것으로, 진동(음압)이 증가하고 정숙성이 저하되는 반면, 내한성이 향상된다. 한편, 등부의 두께 tb가 큰 헬리컬 톱니 벨트는, 진동(음압)이 감소하고 정숙성이 향상하는 반면, 벨트의 강성의 증가(굴곡성 저하)에 의해 내한성이 저하된다. 따라서, 등부 두께 tb에 대해서는 그 상한 하한이 중요하게 되고, 상기 실시예 2, 9~11 및 비교예 3에 의하면, 톱니 피치 P가 1.75mm의 경우, 등부의 두께 tb는 0.4~1.2mm가 적절하고, 특히 0.6mm~0.9mm가 바람직하다.
(고무 성분을 변경한 비교)
표8에 나타낸, 실시예 12-13의 헬리컬 톱니 벨트는, 실시예 2(EPDM)의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로, 고무 성분을 변경한 예이다. 고무 성분이 CR인 실시예 12, H-NBR 인 실시예 13에서도, 실시예 2(EPDM)와 마찬가지로 음압이 저감(랭크 A)하는 효과가 보이고, 점핑성도 동등하였다. 다만, CR, H-NBR의 특성으로부터, 실시예 12, 13에서는 내한성이 약간 떨어져(랭크 B), 종합 판정에서 B 판정으로 되었다.
(심선 배열의 밀도를 변량한 비교)
표9에 나타낸, 실시예 14 ~ 16, 비교예 4의 헬리컬 톱니 벨트는 실시예 2(벨트 폭 W에 대한 간격 d의 합계치의 비율: 37.5%)의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로, 심선 피치 SP를 변경하는 것으로 상기 비율을 변량한 예이다. 벨트 폭 W에 대한 간격 d의 합계치의 비율이 20% 이상 60% 이하의 범위인 실시예 14(22.2%), 실시예 15(46.2%) 실시예 16(56.3%)에소는, 음압이 저감(랭크 A 또는 B)하고, 점핑, 내한성도 합격 레벨(랭크 A 또는 B)이며, 종합 판정에서 A 또는 B 판정으로 되었다. 한편, 벨트 폭 W에 대한 간격 d의 합계치의 비율이 61.1 %로 큰 비교예 4에서는, 심선 배열의 밀도가 작기 때문에, 진동을 억제 할 수 있는 정도의 벨트 탄성율을 얻지 못하고(벨트 폭 1mm 당 22N/% 미만)이며, 음압이 저감하지 않았기(랭크 C) 때문에, 종합 판정에서 C 판정으로 되었다.
이상의 결과로부터, 벨트 폭 W에 대한 간격 d의 합계치의 비율은, 20 이상 60% 이하의 범위가 바람직하고, 특히 20 이상 40 % 이하의 범위가 바람직하다고 할 수 있다. 또, 벨트 폭 1mm 당의 벨트 탄성률로는 22N/% 이상이 바람직하고, 특히 30N/% 이상이 호적하다고 할 수 있다.
(심선 재료를 변경한 비교)
표10에 나타낸, 실시예 17~18, 비교예 5의 헬리컬 톱니 벨트는 실시예 2(K 유리 섬유: A1)의 헬리컬 톱니 벨트를 베이스로, 심선을 구성하는 섬유 재료를 변경한 예이다. 실시예 2와는 다른 고강도 유리 섬유(U 유리 섬유: A2)의 심선을 이용한 실시예 17, 탄소 섬유(A4)의 심선을 이용한 실시예 18에서는 실시예 2와 동일한 성능이었다. 한편, 비교예 5는, 고강도 유리 섬유가 아닌 유리 섬유(E 유리 섬유: A3)의 심선을 이용한 예인데, 진동을 억제할 수 없어 음압은 저감하지 않았다(랭크 C). 더욱이, 점핑성도 불합격으,로 되었다(랭크 C).
본 출원은 2018년 4월 6일에 출원된 일본특허출원 2018-073961, 및 2019년 3월 26일에 출원된 일본특허출원 2019-057682에 기초한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로 포함된다.
1 전동 파워 스티어링 장치
15 전동 모터(구동원)
20 감속 장치 (벨트 전동 장치)
21 구동 풀리
22 종동 풀리
30 헬리컬 톱니 벨트
31 등부
32 톱니부
33 심선
35 톱니포
P 톱니 피치
SP 심선 피치
hW 톱니부의 벨트 길이 방향의 길이
t 헬리컬 톱니 벨트의 총 두께
tb 등부의 두께
hb 톱니부의 톱니 높이

Claims (14)

  1. 헬리컬 톱니 벨트에 있어서, 상기 헬리컬 톱니 벨트는:
    등부;
    상기 등부에, 벨트 폭 방향으로 배열되어 매설된 심선; 및
    상기 등부의 한쪽 표면에 벨트 길이 방향을 따라 소정 간격으로 마련되고, 각각이 벨트 폭 방향에 대하여 경사진 복수의 톱니부를 가지고,
    상기 톱니부의 표면 및 상기 등부의 상기 한쪽 표면의 일부가 톱니포로 구성되어 있고,
    상기 복수의 톱니부의 톱니 피치가 1.5mm 이상 2.0mm 미만이고,
    상기 등부의 두께가 0.4mm 이상 1.2mm 이하이고,
    상기 심선은 고강도 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 포함하는 꼰 코드이고,
    상기 벨트 폭 방향으로 서로 이웃하는 심선과 심선의 간격의 합계치의, 벨트 폭에 대한 비율이 20% 이상 60% 이하의 범위인, 헬리컬 톱니 벨트.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 심선은 지름이 0.2mm 이상 0.6mm 이하의 범위인, 헬리컬 톱니 벨트.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 심선과 심선 사이의 각 심선 피치가 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위가 되도록 배열되어 있는, 헬리컬 톱니 벨트.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 등부에 매설된 상기 심선은 해당 헬리컬 톱니 벨트의 벨트 폭 방향의 한쪽 끝에서 다른 쪽 끝에 걸쳐, 상기 각 심선 피치가 0.45mm 이상 1.0mm 이하의 범위의 일정한 값이 되도록 배열되어 있는, 헬리컬 톱니 벨트.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 톱니부의 톱니 높이가 0.6mm 이상 1.0mm 이하의 범위에서, 또한, 상기 톱니 피치에 대하여 40 ~ 50 % 범위의 높이인, 헬리컬 톱니 벨트.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 등부가 고무 성분을 포함하고, 상기 고무 성분이 적어도 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원 공중합체 또는 수소화 니트릴 고무를 포함하는, 헬리컬 톱니 벨트.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 톱니포가 경사 및 위사를 포함하는 직포로 구성되어 있고, 경사 또는 위사가 벨트 길이 방향으로 연장하도록 배치되어 있고, 상기 벨트 길이 방향으로 연장하도록 배치된 경사 또는 위사가 신축성을 갖는 탄성사를 포함하는, 헬리컬 톱니 벨트.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 톱니포를 구성하는 섬유가, 나일론, 아라미드, 폴리에스테르, 폴리벤즈옥사졸 및 면으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 섬유를 포함하는, 헬리컬 톱니 벨트.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 등부의 다른 쪽 표면이 등포로 구성되어 있고,
    상기 등포를 구성하는 섬유가, 나일론, 아라미드 및 폴리에스테르로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 섬유를 포함하는, 헬리컬 톱니 벨트.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    소정의 부착 장력으로 풀리 사이에 감겨 걸린 때의, 벨트 신장율(%)에 대한 벨트 폭 1mm 당 벨트 장력(N)으로 정의되는 벨트 탄성율이 22N/% 이상인, 헬리컬 톱니 벨트.
  11. 벨트 전동 장치에 있어서, 상기 벨트 전동 장치는:
    구동원에 의해 회전 구동되는 구동 풀리;
    종동 풀리; 및
    상기 구동 풀리 및 상기 종동 풀리에 감겨 걸리는 제1항에 기재된 헬리컬 톱니 벨트를 구비하는, 벨트 전동 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 풀리의 회전 속도가 1000rpm 이상 4000rpm 이하인, 벨트 전동 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 종동 풀리의 부하가 0.5kW 이상 3kW 이하인, 벨트 전동 장치.
  14. 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 종동 풀리의 외경이 상기 구동 풀리의 외경보다 크고,
    상기 벨트 전동 장치가 자동차용의 전동 파워 스티어링 장치의 감속 장치인, 벨트 전동 장치.
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