KR20040066844A - 저 모듈러스 벨트 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중-유닛 코드 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 동력 전달 벨트에 관한 것이다. 또한, 이 벨트는 저 모듈러스 엘라스토머 몸체를 포함한다. 다중-유닛 코드 인장 부재 구조가 엘라스토머 몸체에 층상 배열되고, 각 겹 사이에서 상기 인장 코드 부재의 끼인각이 120°내지 180°이다. 상기 벨트는 그 탄성 모듈러스가 1,500 N/m 미만이고, 약 0∼350 뉴턴의 하중 범위에 대해 약 6.8%의 연신율을 갖는다.

Description

저 모듈러스 벨트{LOW MODULUS BELT}

동력 전달 벨트는 회전 동력을 전달하는 데 널리 사용되고 있다. 벨트는, 예컨대 차량 엔진의 부속 벨트 드라이브의 경우에서와 같이, 대개 구동 풀리와 피동 풀리 사이에 설치된다.

벨트는 엘라스토머 재료에 매설된 인장 코드를 포함한다. 인장 코드 또는 코드는 하중 운반능을 최대화하기 위하여 길이방향 축선에 평행하게 배향된다. 인장 코드는 제조 중에 벨트 빌드(belt build) 상에 연속적인 방식으로 감긴다.

동력 전달 벨트는 필요한 토크 및 하중이 풀리 사이에서 전달되게 할 수 있도록 충분한 인장 강도를 가져야 한다.

또한, 높은 인장 강도를 갖는 벨트는 대개 그에 상응하는 정도의 높은 모듈러스를 갖는다. 높은 모듈러스를 갖는 벨트는 상대적으로 뻣뻣하고, 보다 높은 작동 온도를 받는다. 또한, 종래의 고 모듈러스 벨트를 설치하는 데에는 가동 풀리가 요구된다.

저 모듈러스 벨트는 전달되는 토크가 비교적 낮은 곳에서 사용될 수 있다.저 모듈러스 벨트는 예하중(preload)이 없거나 거의 없는 인장 코드를 사용하여 제조되고, 또는 하중 하에서 예정된 연신(延伸)을 가능하게 하는 소정의 비틀림을 갖는 인장 코드를 사용하여 제조된다.

관련 기술의 대표적인 예로는, 길이방향 예하중을 갖는 상태로 감긴 인장 코드를 구비한 저 모듈러스 벨트를 개시하고 있는 Gates사에 허여된 EP 0 625 650호가 있다.

관련 기술의 다른 대표적인 예로는, 크로스 바이어스층에서 연장되는 두 겹의 코드를 구비한 보강 구조를 갖는 벨트를 개시하고 있는 Gill에게 허여된 US 4,229,254호(1980)가 있다.

관련 기술의 또 다른 대표적인 예로는, 벨트의 응력-연신율의 평균 기울기가 12 내지 20 daN/%[단위 폭(cm)당 연신율]를 나타내도록 지지 구조를 갖는 벨트를 개시하고 있는 Winninger 등에게 허여된 US 6,033,331호(2000)가 있다.

이러한 종래 기술은 인장 하중을 견뎌내기 위해 길이방향으로 감긴 인장 코드의 사용을 교시한다. 또한, 상기 종래 기술은 높은 모듈러스에 비해 비교적 적당히 낮은 모듈러스를 갖는 저 모듈러스 벨트를 교시한다.

다중-유닛 코드 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 벨트가 요구되고 있다. 직물 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 벨트가 요구되고 있다. 팬터그래프 형태를 나타내는 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 벨트가 요구되고 있다. 1,500 N/m 미만의 모듈러스를 갖는 저 모듈러스 벨트가 요구되고 있다. 본 발명은 이러한 요구를 충족시킨다.

본 발명은 동력 전달 벨트에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 저 모듈러스 동력 전달 벨트에 관한 것이다.

도 1은 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 평면도.

도 2는 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 평면도.

도 3은 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 평면도.

도 4는 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 단부도.

도 5는 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 단부도.

도 6은 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 단부도.

도 7은 본 발명에 따른 벨트에 있어서 하중 대 연신율의 거동 특성을 보여주는 도표.

본 발명의 주 양태는 다중-유닛 코드 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 벨트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태는 직물 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 벨트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 팬터그래프(pantograph) 형태를 나타내는 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 벨트를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 양태는 1,500 N/m 미만의 모듈러스를 갖는 저 모듈러스 벨트를 제공하는 것이다.

본 발명의 그 밖의 양태는 후술하는 본 발명의 상세한 설명과 첨부 도면을 통해 교시되거나 명백해질 것이다.

본 발명은 다중-유닛 코드 인장 부재를 구비한 저 모듈러스 동력 전달 벨트를 포함한다. 또한, 상기 벨트는 저 모듈러스의 엘라스토머 몸체를 포함한다. 다중-유닛 코드 인장 부재가 상기 엘라스토머 몸체에 층상 배열되고, 각 겹 사이에서 상기 인장 코드 부재의 끼인각이 120°내지 180°이다. 상기 벨트는 그 탄성 모듈러스가 1,500 N/m 미만이고, 약 0∼350 뉴턴의 하중 범위에 대해 약 6.8%의 연신율을 갖는다.

명세서에 포함되어 있고 이 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.

도 1은 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 평면도이다. 본 발명에 따른 벨트는 낮은 모듈러스를 갖는다. 모듈러스가 낮으면 벨트의 유연성이 높아질 수 있다. 벨트의 온도가 작동중에 얼마만큼 올라갈 것인가에 대한 문제는 유연성에 의해 부분적으로 결정된다. 본 발명에 따른 저 모듈러스 벨트는 비교적 유연성이 큰 벨트를 포함하므로, 비교적 낮은 작동 온도가 구현된다. 더욱이, 이는 벨트의 수명을 상당히 증대시킨다.

벨트(100)는 엘라스토머 몸체(10)와 그 안에 매설되는 인장 코드(11)를 포함한다. 엘라스토머 몸체(10)는 EPDM, 또는 천연 고무, 합성 고무 혹은 이들의 블렌드를 비롯한 벨트 분야에 사용되고 있는 그 밖의 엘라스토머 조성물로 이루어질 수 있다.

본 발명에 따른 벨트에서, 인장 코드(11 및 21)는 평면도에서 볼 때 팬터그래프 형상을 이루도록, 제조 중에 벨트 빌드 상에 놓인다. 인장 코드(11 및 12)에는 끼인각( α)이 나타난다. 상기 끼인각( α)은 0°내지 180°이거나, 별법으로서 벨트의 폭(W)으로부터 측정될 경우 0°내지 90°이다. 바람직한 범위는 120°내지 150°이다.

인장 코드(11 및 21)는 폴리아미드 4.6 또는 폴리아미드 6.6으로 이루어질 수도 있고, 폴리에스테르 및 아라미드, 면, 레이온, 섬유유리, 강, 혹은 이들의 블렌드나 조합물을 비롯한 벨트 인장 코드 분야에 알려진 그 밖의 코드 재료로 이루어질 수도 있다.

인장 코드(11 및 21)는 당업계에 다중-유닛 코드로 알려져 있는 복수 개의 평행 코드로 이루어져, 인장 코드층이 벨트 빌드에 도포될 때 벨트 중심선(CL)에 대하여 필요 끼인각이 얻어지도록 배너형 테이블 상에 놓인다. 도 1 및 도 2에 도시된 팬터그래프 형태를 얻기 위해, 벨트 중심선(CL)에 대한 상반각(相反角)을 각각 갖는 인장 코드 시트를 교대층 형태로 상기 벨트 빌드 상에 차례로 쌓아올린다. 보다 구체적으로 말하면, 벨트 중심선(CL)에 대하여 소정의 대각으로 배향되는 제1 다중-유닛 코드층(11)을 벨트 빌드에 놓는다. 그 후, 상기 제1 다중-유닛 코드층에 대해 반대로 배향되는 제2 다중-유닛 코드층(21)을 벨트 빌드에 놓으면, 그 결과 끼인각( α)이 형성된다. 또한, 엘라스토머층은 당업계에 알려진 바와 같이 벨트 빌드에도 포함된다. 또한, 다중-유닛 코드 인장 부재(11)는 도 3에 도시된 바와 같이 벨트 중심선에 평행하게 연장되는 경사(經絲) 형태로 벨트 빌드에 도포될수도 있다.

다중-유닛 코드는 경사 방향으로 배향된 복수 개의 평행 코드로 이루어진다. 이는 타이어 제조 분야에 알려져 있다. 각 코드는 꼬인 스트랜드 또는 꼬이지 않은 스트랜드로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 상기 경사의 적절한 배향을 유지하기 위하여, 경사보다 데니어 값이 현저히 낮은 위사(緯絲)가 길이방향으로 1.0 cm 마다 포함되어 있지만, 이러한 치수는 제조자에 따라 변경될 수 있다. 위사는 벨트의 모듈러스에 영향을 미치지 않으며, 코드가 벨트 빌드 상에 일단 놓이면 제조 공정 중에 파괴될 수 있다. 다중-유닛 코드는 시트로 이루어지고, 벨트 빌드에 시트로서 도포된다. 벨트 빌드에 대한 도포 공정 중에 인장 코드에는 예하중이 인가되지 않는다. 또한, 벨트 빌드에 일단 도포된 다중-유닛 코드 시트의 단부는 맞대기 접합부에서 연결될 수도 있고, 중첩될 수도 있다. 하나의 유닛 코드가 벨트 빌드 둘레에 나선형으로 감겨 있는 단일 유닛 코드 벨트의 경우와 같은 연속적인 감기 방식으로, 다중-유닛 코드를 도포하지는 않는다.

도 2는 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 평면도이다. 이 도면은 다중-유닛 인장 코드의 각 층 사이에 120°의 끼인각이 형성된 것을 보여준다. 또한, 상기 끼인각은 벨트의 폭(W)으로부터 측정되는 경우에는 60°에 해당한다.

도 3은 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 평면도이다.

도 4는 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 단부도이다. 이 도면은 제1 인장 코드층(11)과 제2 인장 코드층(21), 즉 두 겹의 다중-유닛 코드 인장 부재를 구비한 벨트를 보여준다. 본 발명에 따른 벨트는 복수 개의 리브가 형성된 프로파일을 갖고, 이 리브(12)는 벨트의 소정 폭에 걸쳐 마련되어 있다. 각 리브(12) 사이의 홈에는 34°내지 52°의 각도( β)가 형성된다. 또한, 리브(12)에는 짧은 유기 섬유 또는 합성 섬유 등과 같은 섬유가 매설되어 있는데, 이 섬유는 벨트의 맞물림면(13)으로부터 연장된다. 또한, 맞물림면(13)은 소정의 마찰 계수를 갖는다.

도 5는 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 단부도이다. 이 도면은 세 겹의 다중-유닛 코드 인장 부재를 구비한 벨트를 보여준다. 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같은 밀런(mill run) 다중-유닛 코드를 도포하는 경우에(끼인각 = 180°), 홀수 개의 겹을 사용할 수 있다. 팬터그래프 형태로 코드를 배향하려면, 일반적으로 트랙킹을 방지하기 위해 도 1, 도 2, 도 4 및 도 6에 도시된 바와 같이 짝수 개의 코드가 필요하다.

도 6은 인장 코드의 구성을 보여주는 벨트의 단부도이다. 이 도면은 네 겹의 다중-유닛 코드 인장 부재를 구비한 벨트에 있어서 인장 코드의 구성을 보여준다.

도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 인장 코드층의 개수가 본 발명에 따른 벨트에 사용될 수 있는 인장 코드층의 개수를 한정하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 벨트에 있어서 하중 대 연신율의 거동 특성을 보여주는 도표이다. 이 도표는 70℉(∼23℃)에서의 응력-변형율 또는 모듈러스 곡선을 포함한다. 이 도표는 서로에 대한 끼인각이 120°인 두 겹의 인장 코드를 구비하는 벨트는 하중 대 연신율의 비의 최고값이 0.13이고, 이 때 모듈러스가 가장 낮다는 것을 보여준다. 곡선 A로 표시된 벨트는 50 N의 하중에서 길이가 6.8% 까지 연신될 수 있다. 곡선 A의 벨트의 경우에 탄성 모듈러스는 230 N/m이다.

하중 대 연신율의 비는 점차 낮아지고 모듈러스는 커지는 방향으로의 진행에는 적층수의 증대(2에서 3으로 그리고 3에서 4로)라는 인자가 부분적으로 포함되고, 끼인각의 증대라는 인자도 포함될 수 있다. 곡선 B는 네 겹이고 끼인각이 120°인 경우를, 곡선 C는 두 겹이고 끼인각이 150°인 경우를, 그리고 곡선 D는 네 겹이고 끼인각이 150°인 경우를 각각 나타낸다. 곡선 E, F 및 G는 두 겹, 세 겹 및 네 겹의 "밀런(mill run)" 배향된 다중-유닛 코드에 해당한다. "밀런"이란 벨트의 중심선에 평행하게 연장되는 경사(經絲)를 지칭한다. 각 벨트에 대한 탄성 모듈러스는 다음과 같다. 곡선 B의 벨트는 373 N/mm이고, 곡선 C의 벨트는 428 N/mm이며, 곡선 D의 벨트는 913 N/mm이고, 곡선 E의 벨트는 728 N/mm이며, 곡선 F의 벨트는 1019 N/mm이고, 곡선 G의 벨트는 1385 N/mm이다. 단일 유닛 인장 코드의 배향(벨트의 중심선에 평행)을 갖는 제어 벨트는 곡선 H에 도시된 바와 같이 그 탄성 모듈러스가 1989 N/m이고, 이는 본 발명에 따른 각각의 벨트의 경우에 비해 매우 높은 값이다.

각 벨트에 대한 탄성 모듈러스는 다음과 같이 결정된다. 사용된 장비는 10 kN의 동적 로드 셀과 10 mm/분의 크로스헤드 속도를 갖는 디지털 제어기를 구비한 Instron^TM8532 서보-유압식 시험기를 포함한다. 벨트는 자유롭게 회전하는 108 mm 직경의 평강(平鋼) 풀리에 장착되어 있다. 시험 절차는 리브가 형성된 동력 전달 벨트를 역전시키는 단계와, 이 동력 전달 벨트를 상기 평강 풀리에 설치하는 단계를 포함한다. 벨트의 느슨함을 충분히 제거할 수 있을 정도로 벨트를 초기에 인장시킨다. Instron^TM은 시험 소프트웨어, 구체적으로 말하면 벨트에 하중을 걸고 데이터를 수집하는 데 사용되는 ElastTest^TM소프트웨어를 포함한다. 풀리 사이에서 약 0.25 mm 변위마다 데이터를 수집한다. 약 23℃(실온)의 온도에서 시험을 수행한다. 벨트는 최고 연신율이 약 6.7%인 3개의 사이클을 통해 순환된다. 이 경우, "연신율"은 시험 동안의 총 크로스헤드 운동으로서 측정된다. 데이터 분석을 위해, ElastTest^TM소프트웨어로부터의 데이터 파일은 벨트 게이지 길이, 리브의 수, 크로스헤드 위치 및 총 하중 등을 포함한다. 이러한 정보를 이용하면 각 벨트에 대한 응력-변형율 곡선이 형성된다(도 7 참조). 전술한 탄성 모듈러스 값(N/mm)의 경우, 응력-변형율 곡선의 평균 기울기가 제2 벨트 연신 사이클과 제3 벨트 연신 사이클에서 1% 내지 5%로 계산된다.

모듈러스(M)의 증대는, 끼인각 또는 바이어스 각도의 하한 범위에서 상한 범위로의, 즉 90°에서 180°으로의 증대를 포함하고, 이와 더불어 적층수의 증대도 포함한다. 상기 각도 범위의 상한은 벨트 중심선(CL)에 대해 실질적으로 평행하며, 이 때 끼인각은 180°이다. 보다 구체적으로, 벨트에 대한 하중 대 연신율의 비의 최저값(0.023) 또는 상대적으로 높은 모듈러스는 네 겹을 구비하고 끼인각이 180°인 실시에서 나타난다.

하중 대 연신율의 비가 가장 낮거나 탄성 모듈러스가 가장 큰 벨트는 대개 밀런 배향을 갖는 벨트이다. 이러한 벨트는 인장 코드를 한 겹씩 추가할 때마다하중 운반능이 커진다는 것을 보여준다. 이들 벨트는 도 7에 곡선 E, F 및 G로 도시되어 있다.

따라서, 인장 코드의 적층수 또는 인장 코드의 끼인각을 조정하거나, 이들 모두를 조정함으로써, 본 발명에 따른 벨트의 모듈러스를 사용자의 요구에 맞게 구체적으로 설계할 수 있다.

전술한 바와 같이, 당업자라면 인장 부재에 대한 각도 범위는 벨트 중심선에 대해 평행한 방위, 즉 180°까지 포함할 수 있다는 것을 알 것이다. 상기 각도 범위의 다른 한계에서, 이 한계는 벨트 중심선에 대해 90°, 즉 실질적인 가로 방위 또는 벨트 중심선에 대해 직각에 이른다.

변형예에서, 본 발명에 따른 벨트는 하나의 직물층 또는 복수 개의 직물층을 인장 부재(11)로서 포함할 수 있다. 직물은 아라미드, 면, 나일론, 폴리에스테르 및 블렌드와 그 등가물을 포함할 수 있다. 직물에서 경사(經絲)와 위사(緯絲) 사이의 끼인각은 약 90°내지 150°에서 변할 수 있다. 상기 직물은 그 끼인각이 벨트 중심선에 대하여 직각인 선에 의해 양분되도록, 제조 중에 벨트 빌트에 도포된다. 모듈러스를 증대시키기 위하여, 직물은 그 끼인각이 벨트 중심선에 의해 양분되도록 벨트 상에 배향될 수 있다. 모듈러스가 최대인 경우, 경사는 벨트 중심선에 대하여 약 0°의 각도를 나타내며, 즉 직물은 벨트의 길이방향 축선과 일렬로 정렬된 밀런 방향으로 배향된다.

본 발명에 따른 벨트의 장점은 설치가 용이하고 작동 온도가 낮다는 점이다. 이러한 벨트는 풀리 상에서 간단히 잡아당기는 것에 의해 벨트 구동 시스템에 설치될 수 있다. 이는 풀리를 느슨하게 하고, 벨트를 설치한 후, 풀리를 적절한 작동 예하중 위치로 재조정하는 공지의 방법에 비하여 상당히 용이하다. 또한, 특정 용례에서는 벨트 텐셔너에 대한 요구도 배제시킨다. 이는 시간, 부품 및 복잡성을 상당히 덜어주는 것으로 나타난다.

본 발명에 따른 한 가지 형태가 본원에 기술되어 있지만, 당업자라면 본원에 기술된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않고도 구성과 부품의 관계 등을 변경할 수 있다는 것을 명백히 알 것이다.

Claims (20)

1. 소정의 길이와 중심선을 갖는 엘라스토머 몸체와;

   상기 몸체에 매설되는 인장 부재

   를 포함하는 벨트로서, 스트랜드 당 약 0 내지 350 뉴턴의 하중 범위에 대해 약 6.8% 이하의 연신율을 갖는 것인 벨트.
2. 제1항에 있어서, 상기 인장 부재는 팬터그래프(pantograph) 형태를 나타내는 복수 개의 코드를 더 포함하는 것인 벨트.
3. 제1항에 있어서, 상기 인장 부재는 벨트 중심선에 거의 평행한 복수 개의 코드를 포함하는 것인 벨트.
4. 제1항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사(經絲)와 위사(緯絲)를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선에 대한 각도가 0°보다 큰 것인 벨트.
5. 제1항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사와 위사를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선과 거의 일렬로 정렬되어 있는 것인 벨트.
6. 소정의 길이와 중심선을 갖는 엘라스토머 몸체와;

   상기 몸체에 매설되는 인장 부재

   를 포함하는 벨트로서,

   벨트 폭과 관련하여 소정의 탄성 모듈러스를 갖고, 벨트의 길이방향으로 측정된 상기 탄성 모듈러스는 약 1,200 N/mm 미만인 것인 벨트.
7. 제6항에 있어서, 상기 인장 부재는 팬터그래프 형태를 나타내는 복수 개의 코드를 더 포함하는 것인 벨트.
8. 제6항에 있어서, 상기 인장 부재는 벨트 중심선에 거의 평행한 복수 개의 코드를 포함하는 것인 벨트.
9. 제6항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사와 위사를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선에 대한 각도가 0°보다 큰 것인 벨트.
10. 제6항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사와 위사를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선과 거의 일렬로 정렬되어 있는 것인 벨트.
11. 소정의 길이와 중심선을 갖는 엘라스토머 몸체와;

    직물로 이루어지며 상기 몸체에 매설되는 인장 부재

    를 포함하는 벨트로서,

    벨트 폭과 관련하여 소정의 탄성 모듈러스를 갖고, 벨트의 길이방향으로 측정된 상기 탄성 모듈러스는 약 1,500 N/mm 미만인 것인 벨트.
12. 제11항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사와 위사를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선에 대한 각도가 0°보다 큰 것인 벨트.
13. 제11항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사와 위사를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선과 거의 일렬로 정렬되어 있는 것인 벨트.
14. 소정 길이와 중심선을 갖는 엘라스토머 몸체와;

    다중-유닛 코드로 이루어지며 상기 몸체에 매설되는 인장 부재

    를 포함하는 벨트.
15. 제14항에 있어서, 스트랜드 당 약 0 내지 350 뉴턴의 하중 범위에 대해 약 6.8% 이하의 연신율을 갖는 것인 벨트.
16. 제14항에 있어서, 상기 인장 부재는 팬터그래프 형태를 나타내는 복수 개의 코드를 더 포함하는 것인 벨트.
17. 제14항에 있어서, 상기 인장 부재는 벨트 중심선에 거의 평행한 복수 개의코드를 포함하는 것인 벨트.
18. 제14항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사와 위사를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선에 대한 각도가 0°보다 큰 것인 벨트.
19. 제14항에 있어서, 상기 인장 부재는 경사와 위사를 갖는 직물을 포함하고, 상기 경사는 벨트 중심선과 거의 일렬로 정렬되어 있는 것인 벨트.
20. 제14항에 있어서, 벨트 폭과 관련하여 소정의 탄성 모듈러스를 갖고, 벨트의 길이방향으로 측정된 상기 탄성 모듈러스는 약 1,200 N/mm 미만인 것인 벨트.