KR20040066878A - 전동 벨트 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인장 코드 위에 놓이는 층상 구조를 갖는 벨트를 포함한다. 엘라스토머층은 오버코드 위에 위치하고, 이 오버코드는 또 다른 엘라스토머층 위에 위치하며, 이 엘라스토머층은 다시 인장 코드 위에 위치한다. 상기 오버코드층은 성형 중에 인장 코드를 지지함으로써 코드선의 중심선 위치를 리브 정점에 대해 안정화시킨다. 이 구조는 다중 리브형 벨트에서 인장 코드의 중심선으로부터 리브 정점 및 리브/풀리 계면까지의 거리를 상당히 감소시킴으로써 벨트 수명을 현저히 증가시킨다.

Description

전동 벨트 및 그 제조 방법{POWER TRANSMISSION BELT AND METHOD}

본 발명은 코드선이 낮은 전동 벨트와 그 제조 방법에 관한 것이다.

인장 부재가 매립되어 있는 엘라스토머 재료로 전동 벨트를 제조하는 것은 당업계에 공지되어 있다. 상기 전동 벨트는 다수의 리브가 있는 기어이 또는 v 자형 윤곽을 가질 수 있다. 전동 벨트는 협동하는 윤곽을 갖고 있는 풀리에서 주행된다.

전동 벨트 내의 인장 코드는 대체로 엘라스토머 매트릭스에 배치된다고 알려져 있다. 특히, 다중 리브형 전동 벨트에서 인장 부재는 벨트의 본체 내에 배치된다. 이 형태의 구조에서는 인장 부재에 의해 지지되는 벨트 리브 상에 늘어난 레버 아암이 위치된다. 가해진 힘의 양은 인장 코드선의 중심으로부터 부합하는 풀리의 지지면까지의 반경 방향 거리에 정비례한다. 레버 아암의 길이가 길어지면 벨트의 작동 수명이 감소된다.

전동 벨트의 제조 방법이 인장 코드의 위치를 부분적으로 결정한다. 연마된 벨트의 경우에, 벨트 슬래브를 성형하고 맨드릴 상에서 가황 처리한다. 이어서, 벨트 슬래브를 제거하고 다중 리브 윤곽을 벨트 슬래브로 연마한다. 연마 작업은 완벽하게 제어될 수 없기 때문에, 인장 코드가 연마 작업에 의해 절단되는 것을 방지하기 위하여 인장 코드의 위치에서 어느 정도의 공차가 이루어져야 한다. 이에따라, 인장 코드선이 리브 정점으로부터의 바람직한 거리보다 길어진다.

당분야의 대표적인 예는 메도우스(Meadows)에게 허여된 미국 특허 제3,820,409호인데, 이 특허는 부하 지지 코드의 적어도 일측면에 대해 횡방향으로(그리고 그 일측면 상에) 배치되며 밀접한 간격을 두고 있는 복수 개의 지지 코드가 있는 v-벨트를 개시하고 있다.

인장 코드로부터 리브 정점까지의 거리가 현저히 감소된 벨트가 요구된다. 인장 코드로부터 리브/풀리 계면까지의 거리가 현저히 감소된 벨트가 요구된다. 성형 중에 인장 코드 위치를 제어하기 위하여 인장 코드 상부에 놓인 엘라스토머층 내에 오버코드층이 배치되는 벨트가 요구된다. 본 발명은 이들 요구에 부합된다.

도 1은 종래 기술의 횡단면도.

도 2는 본 발명 벨트의 횡단면도.

도 2a는 성형 작업 후에 도 2의 상세도.

도 3은 본 발명 벨트의 시험 결과 챠트.

도 4는 본 발명 벨트의 고부하 수명 시험 결과의 도표.

도 5는 본 발명 벨트의 고온 내구성 수명의 도표.

도 6은 -d 치수의 횡단면도.

도 7은 벨트 단면의 측면도.

도 8은 종래의 오버코드 구조를 도시하는 단면도.

도 9는 본 발명 벨트의 오버코드 구조를 도시하는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11: 크로스코드층

12: 엘라스토머층

13: 인장 코드

14: 언더코드

100: 벨트

120: 로브

본 발명의 주요 양태는 인장 코드로부터 리브 정점까지의 거리가 현저히 감소된 전동 벨트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태는 인장 코드로부터 리브/풀리 계면까지의 거리가 현저히 감소된 전동 벨트를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 양태는 성형 중에 인장 코드 위치를 제어하기 위하여 인장 코드 상부에 놓인 엘라스토머층 내에 오버코드층이 배치되는 벨트를 제공하는 것이다.

그 외에 본 발명의 양태는 본 발명의 다음 설명 및 첨부 도면에 의해 교시되거나 명백해진다.

본 발명은 인장 코드 상부에 층상 구조가 있는 벨트를 포함한다. 엘라스토머층은 오버코드 위에 위치하며, 이 오버코드는 또 다른 엘라스토머층 위에 위치하고, 이 엘라스토머층은 다시 인장 코드 위에 위치한다. 상기 오버코드층은 성형 중에 인장 코드를 지지함으로써, 코드선 위치를 안정화시킨다. 이 구조에 의해, 다중 리브형 벨트에서 인장 코드 중심선으로부터 리브 정점 및 리브/풀리 계면까지의 거리가 현저히 감소된다.

도 1은 종래 기술의 횡단면도이다. 종래 기술의 구조는 오버코드(A)와, 언더코드(B) 및 인장 코드를 포함한다. 코드선의 중심선은 다중 리브형 윤곽의 정점으로부터 소정의 거리(d)에 도시되어 있다. 상기 코드선은 다중 리브형 윤곽이 벨트로 연마될 때 손상되는 것을 피하기 위해 리브 정점으로부터 충분한 거리(d)에 위치해야 한다. 인장 코드(C)는 엘라스토머 재료(D) 내에 매립된다.

도 2는 본 발명 벨트의 횡단면도이다. 벨트(100)는 복수 개의 층을 포함한다. 바람직한 실시예에서 언더코드(14)는 다중 리브형 윤곽으로 구성된다. 동작시, 벨트(100)는 풀리(P)와 맞물린다.

보다 구체적으로, 층(10)은 고무 또는 섬유가 장입된 엘라스토머 재료를 포함한다. 오버코드 또는 크로스코드(11)는 크로스코드층을 포함한다. 상기 크로스코드층은 성형 및 경화 공정 중에 인장 코드(13)를 지지하여, 벨트 본체 내에 적절한 코드선 위치를 유지시킨다. 크로스코드(11)는 직물 또는 부직물을 포함하여도 좋다.

크로스코드층(11)은 실질적으로 비다공성을 갖고 있어, 성형 공정 중에층(10)의 상당량이 크로스코드층(11)을 관통하는 것을 방지한다. 이는 인장 코드(13)를 지지하는 크로스코드층(11)의 효과를 가짐으로써 균일한 인장 코드 중심선(CL)의 위치를 제어한다.

크로스코드층(11)과 인장 코드(13) 사이에는 얇은 고무층(12)이 부착된다. 인장 코드(13)는 벨트의 길이 방향 축선을 따라 연장된다. 바람직한 실시예에서, 고무층(12)은 크로스코드층(11)과 인장 코드(13) 사이에 부착되지만, 인장 코드(13)가 성형 중에 고무층(12)에 의해 봉입되는 한, 고무층(12)은 인장 코드(13)와 언더코드층(14) 사이에 부착될 수도 있다.

언더코드(14)는 섬유가 장입된 엘라스토머 재료를 포함한다. 변형예에서, 언더코드는 또한 섬유가 장입되지 않은 순수한 엘라스토머, 즉 고무층을 포함할 수도 있다. 층(10, 14)에 장입되는 섬유는 0.1 내지 20%의 범위에 있을 수 있다. 섬유는, 예컨대 무명, PTFE 및 아라미드를 비롯하여 당업계에 공지된 임의의 섬유를 포함할 수도 있다.

소정의 마찰 계수를 달성하기 위해 재킷(15)은 직물 또는 부직물로 구성되거나 직물 또는 부직물을 포함할 수도 있다.

본 발명의 벨트는 빌드 드럼 상에 각 층을 연속적으로 부착하는 공정으로 조립된다. 벨트는 벨트 슬래브를 리브형 외관으로 가압하는 확장막을 사용하여 성형함으로써 제조된다. 이 공정에서 벨트는 맨드릴 표면에 확장 가능한 부재가 있는 맨드릴 상에 형성된다. 성형 및 경화 공정 중에 확장 가능한 부재는 벨트 빌드를 외관 몰드 내로 가압한다. 크로스코드 오버코드층(11)을 사용하면, 인장코드선(13)의 위치가 안정화되고, 이에 의해 코드선의 위치가 정확하게 제어된다. 이는 인장 코드(13)가 리브 정점(16)에 가깝게 위치되게 하고 이에 의해 리브/풀리 계면(RP)에 가깝게 위치되게 하여, 작동 수명을 상당히 증가시킨다. 비교해 보면, 종래 기술의 코드선은 리브 정점 및 리브/풀리 계면으로부터 더 먼 거리에 위치함으로써, 작동 수명이 더 단축된다.

특히, 고무 엘라스토머 또는 섬유 장입된 재료로 된 제1 엘라스토머층(10)이 맨드릴 상에 적층된다. 이어서, 크로스코드층(11)이 부착된다. 성형 중에 고무의 유동 특성으로 인해, 크로스코드층(11)은 층의 단부를 함께 꿰맴으로써 맞대어 이어지거나 도 9에 도시된 바와 같이 간극을 남겨둘 수 있다.

이어서, 얇은 한 겹의 고무 원료를 포함하는 제2 엘라스토머층(12)이 크로스코드층(11) 위에 부착된다. 바람직한 실시예에 있어서, 상기 제2 엘라스토머층(12)은 고무 원료만으로 제조된다. 이어서, 인장 부재 또는 코드(13)가 고무 원료층 위에 권취된다. 그후에, 섬유가 장입된 언더코드층(14)을 포함하는 제3 엘라스토머층이 부착된다. 최종적으로, 한 겹의 부직물(15)이 언더코드층의 표면에 부착된다. 부직물(15)은 셀룰로오스계 재료 또는 비셀룰로오스계 재료를 포함할 수도 있다.

상기 빌드 및 공정을 사용하면 최종 코드 위치가 안정되고 리브 정점(16) 및 리브/풀리 계면(RP)에 상당히 가깝게 유지된다. 특히, 전도된 성형 작업 중에, 벨트 빌드와, 코드(13)는 특히 빌드 드럼에 위치된 확장막 상에 나선형으로 마련된다. 성형 중에 확장막 또는 백(bag)은 벨트 빌드를 몰드 외관 리브로 가압한다.

종래 기술에서 성형 시퀀스 중에 코드(13)는 왜곡되거나 이용 가능한 제1 지지층으로 당겨지게 된다. 그 결과로 생긴 코드의 오정렬은 코드의 부하를 상이하게 함으로써, 작동 수명을 감소시킨다.

본 발명의 벨트와 공정에서, 이러한 사태를 방지하는 지지는 크로스코드층(11)에 의해 제공된다. 이 방식에서, 코드(13)는 코드선(CL)이 보다 정확하게 위치되고 리브/풀리 계면(RP)에 보다 가깝게 위치될 수 있도록 지지된다.

이 구조는 또한 벨트 윤곽이 경화된 벨트 빌드로 연마되는 제조 방법에 비해 상당한 이점을 갖는다. 연마된 벨트의 경우에, 코드선은 코드가 연마 작업에 의해 부주의하게 손상되는 것을 방지하도록 리브 정점(16)으로부터 더 먼 거리에 배치되어야 한다. 일시적 성형 구조에서, 코드선은 정점에 더욱 가깝다.

본 발명의 벨트의 개시된 구조에서는 종래 기술의 벨트와 비교하여 코드선(CL)이 리브 정점(16)과 리브/풀리 계면(RP) 상부에서 더 작은 반경 방향 거리(d)에 위치된다. 이러한 방식으로 코드선의 위치를 결정하는 것은 우수한 동적 성능을 제공한다(도 3 참조). 본 발명의 벨트에서 반경 방향 거리(d)의 범위는 코드(13)의 외면이 리브 정점(16)의 상부에서 대략 0.000" 내지 0.050"가 되도록 된다. 또한, 코드의 외면이 리브 정점 아래에 있도록 코드선 거리(d)가 음수가 될 수도 있어, 코드(13)를 리브 내에 부분적으로 또는 전체적으로 효율 좋게 배치시킨다(도 6 참조). 리브 정점에 대한 코드 중심선의 거리는 대략 -0.040" 내지 0.000"이다. 음의 값, 예컨대 -0.040"는 코드가 리브 정점 "아래"에 존재하여 리브 내에 설정되는 것을 나타낸다(-d 치수의 횡단면도인 도 6 참조).

바람직한 실시예에서, d의 범위는 대략 0.040"의 직경을 갖는 코드(13)의 경우에 리브 정점 위에서 0.010" 내지 0.015"이다. 반경 방향 거리(d)가 0.020"인 경우에, 인장 코드(13)는 리브 정점(16)에서 층(14)의 표면에 있다. 여기서 제공된 코드 직경은 예시만을 목적으로 하며, 사용자의 요구와 벨트의 작동 조건에 따라 변동될 수도 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 벨트의 개시된 구조는 리브/풀리 계면(RP)으로부터 벨트 코드선(CL)까지의 거리(d2)를 감소시키는 효과를 갖는다. 거리(d2)의 감소는 벨트가 풀리와 맞물릴 때 리브의 편향 크기를 감소시킨다. 보다 구체적으로, 동작 중에 벨트가 풀리와 맞물리면 리브의 엘라스토머 재료는 풀리에 전달되는 토크에 반응하여 편향된다. 이 편향은 길이 방향 축선을 따라 생기며 인장 코드 상의 소정 지점에 관련되어 있다(도 7 참조).

도 7은 벨트 단면의 측면도이다. A는 인장 코드(13) 상의 지점을 나타낸다. C는 리브(14)의 풀리 결합면 상의 소정 지점을 나타낸다. 부하(L)하의 벨트가 풀리(도시 생략)와 맞물리는 경우, 리브(14)는 지점(C)이 거리(D3)를 통해 지점(B)으로 편향되도록 편향된다. 거리(D3)의 크기는 명세서에서 설명된 d2와 상관된다. d2가 증가되면, D3도 증가된다. 반대로, d2가 감소되면, D3도 감소된다. 과도한 편향(D3)은 리브의 크랙에 의한 벨트의 조기 파손을 야기한다. d2를 상당히 감소시킴으로써 동작 중에 편향(D3)을 감소시키면 본 발명의 벨트의 수명이 현저히 증가된다.

도 2a는 도 2의 상세도이다. 벨트의 횡단면은 엘라스토머층(12)이로브(120)를 형성하는 인장 코드(13)를 통해 그 사이에서 가압되도록 된다. 로브(120)는 인장 코드의 길이를 따라 인장 코드에 대해 평행하게, 실질적으로 길이 방향 축선에 평행하게 연장된다. 크로스코드층(11)은 또한 인장 코드에 인접하게 가압되어 인장 코드(13) 위에 얇게 남아 있는 엘라스토머층(12)의 부분에서 지지된다. 로브(120)는 층(12)으로부터의 엘라스토머를 포함한다. 로브(120)는 동작 중에 인장 코드에 지지 및 완충을 제공한다.

도 3은 본 발명 벨트의 시험 결과 챠트이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 리브 정점(16) 및 이에 의해 리브/풀리 계면(RP)과 코드선(CL) 사이의 평균 거리를 감소시키면 벨트 수명이 현저히 증가된다. 예컨대, 대략 0.032"의 평균 인장 코드 중심선 대 리브 정점 반경 방향 거리(d)를 갖는 벨트의 수명이 280 시간인 데 비하여 대략 0.042"의 평균 인장 코드 중심선 대 리브 정점 반경 방향 거리(d)를 갖는 벨트의 벨트 수명은 100 시간이다.

도 4는 본 발명의 벨트의 고부하 수명 시험 결과를 나타낸다. 본 발명의 벨트는 고부하 수명이 상당히 개선된 것으로 나타났다. 고부하 시험은 대략 85°의 온도로 대략 264 파운드의 총 인장 하에서 대략 4900 RPM으로 벨트를 구동하는 것을 포함한다. 본 발명의 벨트는 파괴까지 대략 280 시간을 동작한 반면에, 코드선 위치가 더 높은 벨트는 파괴까지 150 시간 미만을 동작하여, 86%가 향상되었다.

도 5는 본 발명의 벨트의 고온 내구성 수명을 나타낸다. 본 발명의 벨트는 고온 내구성이 상당히 개선된 것으로 나타났다. 고온 내구성 시험은 대략 250℉의 온도로 대략 282 파운드의 총 인장 하에서 대략 13000 RPM으로 3점 드라이브 상에서 구동하는 것을 포함한다. 본 발명의 벨트는 파괴까지 대략 390 시간을 동작한 반면에, 표준 코드선을 갖는 벨트는 파괴까지 250 시간을 동작하여, 56%가 향상되었다.

도 8은 종래의 오버코드 구조를 나타낸다. 오버코드층(C)은 적층 결합부에서 결합된다. 적층 결합부의 단부는 소정량(OL) 만큼 하부 부분 위에 놓인다. 이 "높은 지점"은 이면의 아이들러와 함께 벨트를 사용하는 경우에 동작 중 소음을 일으킬 수 있는 범프를 형성한다.

도 9는 본 발명의 벨트의 오버코드 구조를 나타낸다. 본 명세서의 다른 곳에서도 설명한 바와 같이, 층(10)은 크로스코드층(11)과 중첩된다. D는 본 명세서의 다른 곳에서도 설명한 바와 같이 벨트가 제조 중에 적층되는 빌드 드럼을 나타낸다. 층(11)의 단부(11A, 11B)는 맞댄 이음부로 구성되고/구성되거나 서로 꿰매진다. 그러나, 바람직한 실시예에서, 빌드 드럼 상에서 제조 중에 단부(11A, 11B) 사이에 약간의 간극(G)이 존재할 수 있는데, 이 간극은 단부(11A)가 대향 단부(11B) 대신에 층(11)에 꿰매지게 한다. 가황 처리 중에, 층(10)의 재료는 간극을 가로질러 함께 유동하여 이음매 없는 결합부를 형성한다. 이음매 없는 결합부는 이면의 아이들러 위에서 이동하는 벨트에 의해 야기될 수도 있는 임의의 소음을 제거한다. 따라서, 오버코드 상에 간극이 있는 벨트를 제조하는 것은 이면의 아이들러를 사용하는 경우에 오버코드층 상의 간극이 소음을 야기하게 되는 종래 기술의 벨트에 비한 개선점인데, 그 이유는 종래 기술의 벨트에서는 오버코드층의 양단부가 밀접하게 제어되는 것이 요구되기 때문이다. 본 발명의 벨트는 층(11)의양단부가 정확하게 절단되어 적층되는 것을 요구하지 않으며 또한 그 결과 제조 비용이 감소된다.

본 명세서에서는 본 발명의 단일 형태를 설명하였지만, 본 명세서에 설명된 본 발명의 사상 및 범위를 벗어남이 없이 부품의 구조 및 관계에 있어서 변형이 이루어질 수도 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

본 발명에 따르면, 다중 리브형 벨트에서 인장 코드 중심선으로부터 리브 정점 및 리브/풀리 계면까지의 거리가 현저히 감소되어 벨트의 수명이 상당히 증가될 수 있다.

Claims (8)

1. 벨트 형성 방법에 있어서,

   제1 엘라스토머층을 외면이 팽창 가능한 빌드 맨드릴 상에 적층하는 단계,

   상기 제1 엘라스토머층 상에 크로스코드층을 적층하는 단계,

   상기 크로스코드층 상에 제2 엘라스토머층을 적층하는 단계,

   상기 제2 엘라스토머층 상에 인장 부재를 나선형으로 마련하는 단계,

   인장 코드 상에 제3 엘라스토머층을 적층하는 단계

   를 포함하는 벨트 빌드 형성 단계와;

   팽창 가능한 외면을 압착함으로써 상기 벨트 빌드를 벨트 윤곽을 갖는 몰드내로 가압하는 단계와;

   상기 인장 부재를 크로스코드층으로 지지하여 인장 코드의 위치가 제어되게 하는 단계와;

   상기 벨트 빌드에 소정의 온도를 가하는 단계와;

   벨트를 경화하는 단계와;

   벨트 빌드를 몰드로부터 제거하는 단계

   를 포함하는 것인 벨트 형성 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 엘라스토머층 상에 부직물을 적층하는 단계를 더 포함하는 것인 벨트 형성 방법.
3. 제1항에 있어서, 리브 정점을 갖는 다중 리브형 윤곽을 사용하는 단계를 더 포함하는 것인 벨트 형성 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 경화된 벨트 빌드를 벨트로 절단하는 단계를 더 포함하는 것인 벨트 형성 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 엘라스토머층에 장입되는 섬유를 사용하는 단계를 더 포함하는 것인 벨트 형성 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제3 엘라스토머층에 장입되는 섬유를 사용하는 단계를 더 포함하는 것인 벨트 형성 방법.
7. 제1항에 있어서, 리브 정점으로부터 인장 부재의 중심선까지의 거리를 -0.040 인치 내지 0.015 인치로 제한하는 단계를 더 포함하는 것인 벨트 형성 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 제2 엘라스토머를 고무만으로 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 벨트 형성 방법.