KR20080108229A

KR20080108229A - 톱니 벨트 및 타이밍 컨트롤 시스템

Info

Publication number: KR20080108229A
Application number: KR1020087019608A
Authority: KR
Inventors: 마르코 디 메코; 칼로 발도비노
Original assignee: 데이코 유로페 에스.알.엘. 콘 유니코 소시오
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2007-01-18
Publication date: 2008-12-12
Also published as: CN101384834B; BRPI0706940A2; BRPI0706940B1; CA2637462A1; EP1977135B1; US20100004082A1; CN101384834A; RU2426923C2; EP1977135A1; WO2007082920A1; RU2008133973A; US8475309B2; JP2009523979A; KR101569937B1; CA2637462C

Abstract

본체(2), 다수의 내성 인서트 또는 코드(3) 및 본체의 적어도 한 표면에서 연장된 다수의 톱니(4)를 포함하는 톱니 벨트로서; 톱니는 코팅 직물(5)로 코팅되어 있다. 본체는 제1 탄성중합체 재질로 형성된다. 직물(5)는 제2 탄성중합체 재질을 포함하는 직물 처리로 처리된다. 내성 인서트 또는 코드(3)는 제3 탄성중합체 재질을 포함하는 코드 처리로 처리된다. 제1, 제2 및 제3 탄성중합체 재질은 하나 이상의 디엔 단량체 및 전체 중량의 공중합체에 대해 30~39 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 단량체에서 얻어진, 공중합체의 혼합물로 형성된다.

Description

톱니 벨트 및 타이밍 컨트롤 시스템{TOOTHED BELT AND TIMING CONTROL SYSTEM}

본 발명은 톱니 벨트에 관한 것으로, 특히 톱니 벨트 및 타이밍 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 톱니벨트는 탄성중합체 재질(elastomeric material)로 이루어지며, "코드(cord)"라고도 불리는, 다수의 세로 방향의 섬유상 내성 인서트(insert)가 매립되어 있는 본체와, 코팅 직물로 코팅된 다수의 톱니로 구성되어 있다.

벨트의 각 구성요소는 기계적 내성의 측면에서 성능을 증가시킴으로써 벨트파손의 위험을 줄이고 특정 전달력(specific transmissible power)을 증가시킨다.

벨트의 코팅 직물은 마모에 대한 저항력을 증가시켜서, 벨트 톱니의 측면 및 바닥면과, 벨트와 상호작용하는 풀리의 홈의 측면과 바닥면과의 마찰로 인한 마모로부터 벨트의 작동 면을 보호한다.

게다가, 코팅 직물은 작동 면의 마찰계수를 줄이고, 톱니의 변형을 줄여 톱니의 뿌리를 보강하여 파손을 방지한다.

코팅 직물은 단일 층으로 형성할 수 있고, 또한, 강도 및 강성을 강화시키기 위해 이중 층으로 형성할 수 있다. 통상적으로 본체와 직물 간의 부착력을 증가시 키도록 만들어진 화합물로 직물을 처리한다.

코드는 벨트의 필요한 기계적인 특성을 보장하고 벨트 자체의 모듈러스(modulus)에 근본적으로 기여하여 특히 시간이 지남에도 벨트의 성능의 유지를 유지하는데 도움이 된다. 코드는 일반적으로 높은 모듈러스를 가진 섬유를 여러 번 뒤틀어서 형성된다.

또한 코드는 일반적으로 코드 자신을 둘러싼 본체 혼합물과 섬유의 융화성(compatibility)을 증가시키도록 만들어진 화합물로 처리된다.

예를 들면, 코드는 "접착제(adhesive)"로서 기능하는 탄성중합체 라텍스(elastomeric latex)로 처리될 수 있다.

마지막으로, 본체 혼합물은 각종 전술한 구성요소의 연결을 가능하게 하고 충분한 경도를 제공하고 벨트 자체를 구성하는 각종 구성요소가 벨트 자체의 최종 성능에 공동으로 도움이 되는 것을 보장해야 한다.

본체 혼합물은 그들의 경도를 증가하기 위하여 섬유로 강화된 하나 이상의 탄성중합체 재질을 기반으로 한다.

벨트의 수명 및 성능을 향상시키기 위해 벨트의 기본 구성요소를 구성하는 각종 재질 사이의 화학-물리적(chemico-physical) 호환성을 증가시키기 위한 새로운 해결책을 위한 지속적인 연구가 있었다. 이 목적을 위해, 예를 들면, 직물, 코드 및 본체 사이의 호환성을 증가시킬 수 있는 코드를 위한 새로운 처리 및 톱니의 코팅 직물을 위한 새로운 처리를 위한 연구가 있었다.

본 발명의 제1 목적은 결과적으로 긴 수명을 제공하고, 따라서 부착력, 내마모성, 맞물림(meshing)의 정확도 및 낮은 소음 발생이라는 우수한 기계적 특성을 제공하는 벨트를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 제2 목적은 우수한 특성을 벨트의 운전 온도의 범위 및 따라서 -30~180℃ 의 범위 내에서 내내 달성될 수 있도록 적당한 물질을 선택하는 것이다.

본 발명의 제3 목적은 벨트 자체를 구성하는 각종 요소 사이의 관련 화학 호환성을 최적화하는 것이다.

본 발명에 따르면 상기 목적은 청구항 제1항에 따른 벨트에 의해 달성될 수 있다.

본 발명에 따르면 청구항 제21항에 따른 타이밍 컨트롤 시스템이 또한 제공된다.

본 발명의 더 나은 이해를 위해, 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 톱니 벨트의 일부의 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 제1 톱니 벨트를 사용하는, 제1 타이밍 컨트롤 시스템의 다이어프램이다.

도 3은 본 발명에 따른 제2 톱니 벨트를 사용하는, 제2 타이밍 컨트롤 시스템의 다이어프램이다.

도 4는 본 발명에 따른 제3 톱니 벨트를 사용하는, 제3 타이밍 컨트롤 시스 템의 다이어프램이다.

도 5는 공지된 벨트와 비교하여 본 발명에 따른 벨트의 고온에서의 내구성 테스트의 결과를 보여주는 도표이다.

다음에서 톱니 벨트에 대해 특히 참조할 것이지만, 발명은 또한 다른 유사한 벨트와 일반적으로 전동 벨트(transmission belt)에 대해 참조할 것이다.

톱니 벨트가 도 1에서 전체로서 1로 지정된다. 벨트(1)는 탄성중합체 재질로 이루어진 본체(2)를 포함하며, 다수의 세로방향의 섬유상 내성 인서트 또는 코드(3)가 매립되어 있다. 본체(2)는 직물 또는 코팅 직물(5)로 코팅된 톱니(4)가 제공된 제1 면과, 벨트의 제2 면 또는 후면(6)을 포함한다. 바람직하게, 또한 후면(6)은 코팅 직물(7)로 코팅되어 있다.

더욱 바람직하게, 톱니(4)를 코팅하는 직물(5)은 후면(6)을 코팅하는 직물(7)과 동일하다.

바람직하게, 본체(2)는 하나 이상의 탄성중합체로 구성된 혼합물로 만들어지며, 상기 탄성중합체는, 기본적으로 하나 이상의 공중합체의 혼합물로 형성된, "제1 탄성중합체 재질"로 편의상 전체로서 지정되며, 상기 공중합체는 니트릴 그룹을 포함하는 단량체 및 디엔에서 만들어지며, 니트릴 그룹을 함유하는 단량체는 전체 최종 공중합체에 대하여 30~39 wt%이다.

"기본적으로 형성된"이란 낮은 비율의 다른 중합체 또는 공중합체가 본체 혼합물과 톱니 벨트를 구성하는 다른 요소 사이에서 화학적 호환성에 불리하게 영향 을 미치지 않고 따라서 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 탄성중합체 재질에 추가될 있다는 사실을 가리킨다.

더 바람직하게, 니트릴 그룹은 총 공중합체에 대하여 34~38 wt%, 더 바람직하게는 34~36 wt%이다. 가장 바람직하게는, 니트릴 그룹은 총 공중합체에 관하여 약 34 wt%이다.

바람직하게, 사용된 공중합체는 수소화 아크로릴로니트릴 부타디엔 고무(hydrogenated acrylonitrile butadiene rubber) 또는 HNBR 이다.

바람직하게, 사용된 HNBR는 높은 정도의 수소화도(nydrogenation)를 가진다; 예를 들면, 소위 완전 포화된 HNBR, 바람직하게 많아야 0.9%의 이중 결합의 잔여 비율을 가지는 HNBR가 사용될 수 있고, 그러나 또한 예를 들면 4% 또는 5.5%의 포화도를 가지는 HNBR 등과 같은, 낮은 비포화도를 가지는 HNBR, 즉 부분 포화된 HNBR를 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 본체 혼합물로서, 또한 톱니 벨트를 구성하는 각종 요소의 다른 처리에서, 유용한 HNBR 공중합체의 예는, 34 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 0.9%의 수소화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3407, 34 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 0.9%의 불포화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3406, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 0.9%의 불포화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3607, 34 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 4%의 불포화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3446, 34 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 5.5%의 불포화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3447, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 2%의 불포화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3627, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 2%의 불포화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3629, 39 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 0.9%의 불포화도를 가지는 데어반(THERBAN) 3907 또는 그 혼합물 등과 같은, 랑세스(Lanxess) 사에 의해 생산된 데어반(THERBAN) 류에 속하는 공중합체이다.

또는, 제트폴(ZETPOL) 이라는 상업적 이름으로 니폰 제온(Nippon Zeon) 사에 의해 생산된 HNBR를 사용하는 것도 가능하다. 특히, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 0.9%의 불포화도를 가지는 제트폴(ZETPOL) 2000, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 0.9%의 불포화도를 가지는 제트폴(ZETPOL) 2000L, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 4%의 불포화도를 가지는 제트폴(ZETPOL) 2010, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 4%의 불포화도를 가지는 제트폴(ZETPOL) 2010L, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 4%의 불포화도를 가지는 제트폴(ZETPOL) 2010H, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 5.5%의 불포화도를 가지는 제트폴(ZETPOL) 2020, 36 wt%의 니트릴 그룹 및 많아야 5.5%의 불포화도를 가지는 제트폴(ZETPOL) 2020L 또는 그 혼합물을 사용할 수 있다.

바람직하게, 완전히 수소화된, 즉 1% 이하의 불포화도를 가지는, HNBR가 사용된다. 이런 HNBR은 전체 온도 범위에서 최적 값을 얻을 수 있다.

제1 탄성중합체 재질은 강화제, 충전재, 안료, 스테아르산, 촉진제, 가황제, 산화방지제, 활성제, 개시제, 가소제, 왁스, 선가황억제제(prevulcanizing inhibitors), 분해 방지제(anti-degrading agent), 공정용 오일(process oil) 등과 같은 공지의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

유리하게, 충전제 카본 블랙을 사용할 수 있고, 바람직하게 그 첨가량은 0~80phr, 더 바람직하게는 20~60 phr, 가장 바람직하게는 약 40 phr이다. 유리하게, 활석, 탄산칼슘, 실리카, 실리케이트 등과 같은 경질 충전제를 바람직하게 0~80 phr, 더 바람직하게 20~60 phr, 가장 바람직하게는 40 phr 첨가한다. 게다가 0~5 phr의 양의 실란을 이용하는 것이 유리할 수도 있다.

유리하게, 아연과 산화마그네슘을 0~15 phr의 양으로 추가한다.

유리하게, 트리멜리테이트(trimellitate) 또는 에테르 에스테르와 같은, 에스테르 가소제(ester plasticizer)를 0~20 phr의 양으로 추가한다.

유리하게, 가황 보조제(vulcanizing co-agent)가 추가되며, 트리-알릴 시아니데이트(tri-allyl cyanidate), 금속염 등과 같은, 유기 또는 무기 메타크릴레이트와 같은 경우는 0~20 phr, 이소프로필 벤젠 퍼옥사이드(isopropyl benzene peroxide) 등과 같은 유기 퍼옥사이드는 0~15 phr의 양이 추가된다.

바람직하게, 제1 탄성중합체 재질은, 더 바람직하게는 2~40 phr, 가장 바람직하게는 20 phr의 양의, 강화 섬유를 포함한다. 바람직하게, 강화 섬유는 0.1~10㎜ 범위의 길이를 가진다.

섬유는 본체를 구성하는 혼합물의 기계적인 특성을 더 향상시킨다. 바람직하게, 강화 섬유는 방향족 폴리아미드, 바람직하게, 파라마이드(paramide)를 포함하며; 예를 들면, 테크노라ⓒ(Technoraⓒ) 섬유는 유리하게 사용될 수 있고, RFL 기반 처리(RFL- 레조르신(resorcin) 포름알데히드 라텍스)에 의하여 혼합물에 접착할 수 있게 할 수 있다.

예를 들면, 사용된 라텍스는 VP-SBR-기반 라텍스, 즉 비닐피리딘-스틸렌-부 타디엔 공중합체 라텍스(vinylpyridine-styrene-butadiene copolymer latex)일 수 있다.

바람직하게 테이진(Teijin) 사에 의해 생산된 테크노라(Technora) 등과 같은, 더 바람직하게는 1㎜의 길이를 가지는, 아라미드 섬유(aramidic fibre)가 사용된다.

톱니(4)의 코팅 직물(5) 또는 후면(6)의 코팅 직물(7)은 하나 이상의 층으로 제조될 수 있으며, 2×2 바둑무늬(twill)로 알려진 직조기술 등과 같은 다른 직조 기술로 얻어질 수 있다.

톱니(4)의 코팅 직물(5)은 바람직하게 지방족 또는 방향족 폴리아미드, 더 바람직하게는 방향족 폴리아미드 (아라미드)로 구성된다.

바람직하게, 사용된 직물은 선호하여, 씨실(weft)과 날실(warp)에 의해 구성된 복합 구조를 가지며, 씨실은 코어로서 탄력 있는 실 및 상기 탄력 있는 실로 감긴 적어도 한 쌍의 복합 실에 의해 구성된다. 각 복합 실은 고 내열성 및 고 기계 내성을 가진 실 및 고 내열성 및 고 기계 내성을 가진 실로 감긴 적어도 하나의 코팅 실로 구성된다. 바람직하게, 각 복합 실은 고 내열성 및 고 기계 내성을 가진 실 및 고 내열성 및 고 기계 내성을 가진 실로 감긴 한 쌍의 코팅 실을 포함한다. 바람직하게, 탄력 있는 실은 폴리우레탄으로 만들어진다. 고 내열성 및 고 기계 내성을 가진 실은 바람직하게 파라-방향족 폴리아미드로 만들어진다.

본 발명에 따르면 직물(5)은 직물 처리로 처리된다.

용어 "직물 처리"는 톱니 벨트의 직물의 처리를 위한 용액을 말한다.

바람직하게 벨트의 직물은 직물 처리에 침지되고 따라서 벨트가 용액에 침지된 후의 벨트가 직물 처리를 포함한다. 직물 처리는 비수용성(non-aqueous) 용액이다. 바람직하게 비수용성 용매는 MEC 30% 및 톨루올(toluol) 70%의 혼합물에 의해 구성된다. 더 바람직하게 용매와 탄성 중합체 사이 비율은 탄성 중합체 1에 대해 용매가 6 내지 8이다.

본 발명에 따르면 직물 처리는 니트릴 그룹을 포함하는 단량체 및 디엔에서 형성된, 하나 이상의 공중합체의 혼합물로 형성된 제2 탄성중합체 재질을 포함하며, 상기 니트릴 그룹을 함유하는 단량체는 총 최종 공중합체에 대해 30~39 wt%이다. 더 바람직하게, 니트릴 그룹은 총 최종 공중합체에 관하여 34~36 wt%이다. 가장 바람직하게는 약 34 wt%이다.

바람직하게, 공중합체는 HNBR이다. 더 바람직하게는, 앞서 언급한 HNBR의 하나 또는 그 혼합물이다.

유리하게 벨트의 직물을 직물 처리에 침지한 후에, 직물을 도포(spreading)에 의한 제2 직물 처리로 더 처리한다.

바람직하게, 제2 직물 처리는 제1 처리의 구성과 유사하며 따라서 제1 직물 처리와 동일한 탄성중합체 재질을 더 포함하는 용매의 비수용성 용액을 포함한다.

바람직하게, 직물(5)은 저항층(8)으로 코팅된다.

선택적으로, 접착제(9)가 직물(5)과 저항층(8) 사이에 더 존재한다.

바람직하게, 저항층(8)은 탄성중합체 재질이 추가된 플루오르화 가소성 중합체(fluorinated plastomer)로 구성되며, 더 바람직하게는 플루오르화 가소성 중합 체는 탄성중합체 재질에 대하여 더 많은 중량이 존재한다.

상술한 바와 같이 사용될 수 있는 저항층의 예로는 데이코 유로페(DAYCO EUROPE)의 명의로 출원된 특허번호 EP1157813에서 기술된다.

본 발명에 따르면, 플루오르화 가소성 중합체는 바람직하게 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)을 기반으로 한 화합물이다.

탄성중합체 재질은 니트릴 그룹을 포함하는 단량체 및 디엔에서 형성된, 하나 이상의 공중합체를 포함하는 탄성중합체 재질로 구성되며, 상기 니트릴 그룹을 포함하는 단량체는 총 최종 공중합체에 대하여 30~39 wt%이다. 더 바람직하게는, 니트릴 그룹은 34~38 wt%이며, 더욱더 바람직하게는 35~37 wt%이고, 가장 바람직하게는 36 wt%이다.

바람직하게, 저항층(8)을 형성하기 위하여 플루오르화 가소성 중합체가 혼합된 탄성중합체 재질은 HNBR이다; 더 바람직하게는, 폴리메타크릴산 아연염(zinc salt of polymethacrylic acid)으로 개질된 HNBR이다; 예를 들면, ZEOFORTE ZSC (NIPPON ZEON사의 등록상표)를 사용할 수 있다.

바람직하게, 플루오르화 가소성 중합체는 탄성중합체 재질 100 중량부에 대해 101~150 중량부로 존재한다.

저항층(8)은 가황제로서 퍼옥사이드를 더 포함한다. 퍼옥사이드는 일반적으로 탄성중합체 재질 100 중량부에 대하여 1~15 중량부가 첨가된다.

또한 톱니 벨트의 후면은 바람직하게 지방족 또는 방향 폴리아미드, 더 바람직하게 고 내열성 및 고 인성을 가지는 6/6 폴리아미드로 구성된, 코팅직물(7)로 코팅된다.

후면을 코팅하기 위한 직물(7)은 이전의 것과 같다.

바람직하게, 또한 후면의 코팅직물(7)은 저항층으로 코팅된다. 더 바람직하게, 후면을 코팅하기 위한 직물을 코팅하는 저항층은 톱니를 코팅하기 위한 직물(5)과 같고 저항층은 벨트의 기계 내성을 특히 향상시키고 고온에서 엔진 오일과 직접 접촉하여 벨트가 작동하는 타이밍 컨트롤 시스템에서 전체 수명을 위해 특히 유리함이 증명된다.

바람직하게 유리 섬유, 아라미드 섬유, 카본 섬유, PBO 섬유로 이루어진 그룹에서 선택된 재질로 형성된 코드가 사용된다; 게다가, 앞서 언급한 재질에서 선택된 것과 다른 재질의 스트랜드(strand)를 포함하는, "하이브리드' 유형의 코드가 사용될 수도 있다.

바람직학하게, 코드는 예를 들면 구조가 22.5 3x18인, 높은 모듈러스의 유리섬유로 만들어진다.

코드를 구성하는 섬유는 "코드 처리"로 처리된다.

바람직하게 코드 처리는 용액 또는 코팅 액체에 의해 구성된다. 따라서 용어 "코드 처리"는 톱니 벨트의 코트의 처리를 위한 용액을 말한다.

바람직하게, 코드 처리는 수용성 부착제를 포함하며 더 바람직하게는 50wt% 이상의 물을 포함하며, 제3 탄성중합체 재질의 라텍스 및 가황제를 포함한다.

바람직하게, 제3 탄성중합체 재질은 코팅 액체에 분산된 라텍스의 형태이다. 제3 탄성중합체 재질은 니트릴 그룹을 포함하는 단량체 및 디엔에서 형성된, 하나 이상의 공중합체의 혼합체로 형성되며, 니트릴 그룹을 포함하는 단량체는 총 최종 공중합체에 대하여 30~39 wt%이다. 더 바람직하게, 니트릴 그룹은 총 최종 공중합체에 대하여 30~36 wt%이며, 더욱더 바람직하게는, 32~34 wt%이며, 가장 바람직하게는 33 wt%이다.

더 바람직하게, 코팅 액체는 가황제를 가지는 가황된 HNBR 라텍스(vulcanized HNBR latex), 바람직하게는 수용성 퍼옥사이드(water-soluble peroxide)에 의해 형성된다. 코드 처리는 니폰 글라스 사의 특허출원번호 WO2004057099에서 개시된 것 중에서 선택된다.

50% 이상의 물을 포함하는 수용성 용액에 가황제와 조합을 이룬 HNBR 라텍스에 의해 형성된 코팅 액체를 포함하는 코드 처리를 선택하는 것은 VP-SBR 혼합물(비닐 피리딘 스틸렌 부타디엔 고무(vinyl-pyridine-styrene-butadiene rubber)) 또는 CSM(클로로설폰화 폴리에틸렌고무(Chlorosulphonated polyethylene rubber))를 사용하는 공지의 코드 처리에 비해 특히 유리함이 증명되었다. 특히 본 발명의 코드 처리는 고 내열성이 매우 향상된다. 따라서 적절하게 선택한 범위의 본체 혼합물과 알맞게 선택한 범위의 직물 처리를 조합하면 본 발명에 따른 코드 처리를 포함하는 벨트는 고온에서의 수명이 향상되었다.

본 발명에 따른 벨트는, 예를 들면 도 2에 나타난 유형의 타이밍 컨트롤 시스템에서 사용될 수 있다. 타이밍 컨트롤 시스템은 번호 11에 의해 도면에서 전체로서 지정되고 엔진 샤프트(미도시)에 단단히 고정된 구동 풀리(drive pulley; 12), 제1 종동 풀리(first driven pulley; 13a), 제2 종동 풀리(second driven pulley; 13b) 및 톱니 벨트를 팽팽하게 하기 위한 벨트 텐셔너(belt tensioner; 14)를 포함한다.

또한 오일 톱니 벨트 또는 오일 벨트로서 정해지진 경우에, 본 발명에 따른 벨트(1)는 또한 오일 안에서 전체 수명 동안 작업을 위해 사용될 수 있다.

"오일 톱니 벨트"는 100.000㎞ 이상의 수명을 보장하도록, 오일과 직접 접해서 사용하거나 또는 전체 수명 동안 180℃ 이상의 고온에서 언젠 오일에 일부가 침지할 때 그 기계적 특성을 유지하는데 적당한 벨트를 말한다. 오일 벨트는 엔진을 변화시키지 않고 체인과 기어를 교체할 수 있다.

이 오일 벨트는 전 수명 동안 벨트에 직접 살포되거나 또는 오일 배스에 일부 침지되어 기름과 접촉하는 엔진의 기부(basement) 안에서 사용된다. 특히 기부는 엔진, 오일 배스 및 오일 벨트를 포함한다.

예를 들면, 본 발명에 따른 오일 벨트는 도 4에 도시된 유형의 자동차를 위한 타이밍 컨트롤 시스템에 사용될 수 있다. 타이밍 컨트롤 시스템은 숫자 11로 도면에서 전체로서 지시되며 톱니 벨트를 팽팽하게 하기 위한 미도시된, 구동 샤프트에 단단히 고정된 구동 풀리(12), 제1 종동 풀리(13a), 제2 종동 풀리(13b) 및 템셔너(14)를 포함한다.

도 5에 도시된, 제2 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 톱니 벨트는 숫자 20으로서 지시되며, 양면에 톱니가 있어서 양 톱니를 덮는 내성 직물이 마련된다.

예를 들면, 톱니 벨트(20)는 도 3에 도시된 유형의 자동차를 위한 타이밍 컨트롤 시스템에서 사용될 수 있다. 타이밍 컨트롤 시스템은 숫자 21로 도면에서 전 체로서 지시되며 미도시된, 구동 샤프트에 단단하게 고정된 구동 풀리(22), 제1 종동 풀리(23a), 제2 종동 풀리(23b) 및 제3 구동 풀리(24)를 포함한다.

도 6에 도시된, 본 발명의 제3 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 톱니 벨트(30)는 숫자 31로 도면에 지시된 타이밍 컨트롤 시스템에 유리하게 사용될 수 있고, 상기 타이밍 컨트롤 시스템은 미도시된, 구동 샤프트에 단단하게 고정된 구동 풀리(32), 제1 종동 풀리(33a), 제2 종동 풀리(33b), 패드 텐셔너(34) 및 패드(35)를 포함한다.

사용시, 각 컨트롤 시스템(11, 21, 31)에서 톱니 벨트(1, 20, 30)는 오일과 직접 접촉하고 있다.

도 2 내지 도 4는 균형 중간축(balancing countershaft)의 움직임에 상대적인 컨트롤 시스템에 대한 것이지만, 본 발명에 따른 톱니 벨트는 또한 "캠 투 캠(cam to cam)" 시스템에서 또는 오일 펌프의 움직임을 위해 사용될 수 있다.

이러한 경우 가동 도중에 벨트는 오일 배스에 일부가 침전된다.

본 발명의 벨트의 장점은 벨트의 특성의 검사에서 명확하게 나온다.

벨트의 본체를 형성하는 제1 탄성중합체 재질에서의 특정한 범위인 30~39 wt%의 니트릴 유닛, 직물 처리의 제2 탄성중합체 재질에서의 30~39 wt%의 범위의 니트릴 유닛 및 코드 처리의 제3 탄성중합체 재질에서의 30~39 wt%의 니트릴 유닛의 사용의 획기적인 조합은 화학-물리적 호환성, 기계적 특성, 향상된 부착력 및 향상된 내마모성이 향상되었음이 입증되었다.

본 발명에 따른 톱니 벨트는 상기 예에 의해 제한되는 것으로 암시되지 않 고, 실시예와 함께 기술될 것이다.

특히 실시예에서 단독 범위 및 그 조합의 영향이 증명된다. 본 발명에 따라 제조된 벨트와 공지된 종래 기술의 벨트와 비교하기 위해 다른 테스트가 실시된다.

실시예 1~5- 본체 혼합물 및 결합 범위

표 1은 숫자 1~5에 의해 지정된 벨트를 나타내며, 이는 본 발명에 따라 제조되며 본체 혼합물(실시예 1 내지 3)을 형성하는 HNBR에서 30~39 wt%의 범위의 니트릴 그룹(ACN)을 가지는 벨트 및 본체 혼합물을 형성하는 상기 범위를 밖의 HNBR에서 니트릴 그룹(ACN)을 가지는 벨트(실시예 4 및 5)를 비교한 것이다.

0.9%의 불포화도를 가지는 HNBR가 본체 혼합물을 위해 사용된다.

표 1

실시예	본체의 HNBR에서의 ACN 백분율	코드 처리에서의 HNBR에서의 ACN 백분율	직물 처리에서의 HNBR에서의 ACN 백분율	후면을 위한 직물 처리의 HNBR에서의 ACN 백분율	테스트 (h)
1	33	33	33	-	156
2	39	33	33	-	156
3	44	33	33	-	144
4	28	33	33	-	216
5	49	33	33	-	96

벨트는 -25℃의 온도에서 내구성 테스트로 역동적으로 시험된다.

테스트 주기는 8시간 동안의 냉각 제1 단계를 포함한다(내구성에서 고려되지 않음). 냉각 단계 후에 엔진은 30초 동안, 1000rpm으로 가동되고 나서, 멈추고 30 분 동안 다시 냉각시키면 제1 주기가 끝난다. 그러고 나서 제2 주기가 시작되고 엔진을 30초 동안 다시 가동하고 멈추고 다시 30분 동안 냉각시킨다. 각 주기는 30초의 가동 및 30분의 냉각으로 구성된다.

24 주기 후, 즉 약 각 12시간 후에, 작업자는 균열이 눈에 보이면 2시간 동안 다시 벨트를 냉각시킨다. 테스트의 마지막을 구성하는, 작업자가 균열이 눈에 보일 때까지 주기를 다시 시작한다.

테스트가 시행된 조건이 표 4에 주어진다.

표 1b

벨트 유형	138STP150
벨트 너비	15㎜
풀리 프로파일(profile)	STP
드라이버 풀리 속도	1000 rpm
피팅 텐션	250N
토크	0Nm
실험 온도	-25℃
체크	12시간 마다
테스트의 마지막	벨트 후면에 균열이 생긴 때

표 1에서 추정할 수 있는 것처럼, 본체 혼합물에서의 청구된 범위 내의 ACN 함량을 가지는 벨트는 범위 밖의 ACN 함량을 가지는 벨트에 비해 낮은 온도에서 뛰어난 성능을 얻을 수 있다.

특히 낮은 ACN 함량으로 얻어진 결과는 39%의 ACN 함량 이상으로 얻어진 결과보다 좋다. 따라서, 청구된 조합의 범위를 포함하는 벨트는 공지의 벨트에 비해 낮은 온도에서 향상된 수명을 가진다.

실시예 6~10- 직물 처리 및 결합 범위

표 2는 본 발명에 따라 제조되며 직물 처리(실시예 6 및 7)를 형성하는 HNBR에서 30~39 wt%의 범위의 니트릴 그룹(ACN)을 가지는 벨트 및 직물 처리를 형성하는 HNBR에서 상기 범위를 밖의 니트릴 그룹(ACN)을 가지는 벨트(실시예 8 내지 10)를 비교한 것이다.

0.9%의 불포화도를 가지는 HNBR가 직물 처리를 위해 사용된다.

표 2

실시예	본체의 HNBR에서의 ACN 백분율	코드 처리에서의 HNBR에서의 ACN 백분율	직물 처리에서의 HNBR에서의 ACN 백분율	후면을 위한 직물 처리의 HNBR에서의 ACN 백분율	천만 주기 후의 부착력테스트 (h)
6	33	33	33	-	187
7	33	33	39	-	256
8	33	33	44	-	248
9	33	33	49	-	263
10	33	33	28	-	140

특히, 벨트를 부착력 테스트를 했고, 테스트의 조건은 ISO 12046에 따라 실시하였다. 특히, 본 발명에 따른 벨트는 오일과 접촉한 상태로 테스트를 했으며 특히 파이프에 의해 벨트에 오일을 직접 분사하는 컨트롤 시스템에서 실시하였다.

20,000,000 주기 후에 직물 처리의 HBNR의 ACN 또는 니트릴 그룹의 함량이 28 wt%인 종래 기술의 벨트의 경우 톱니 전단의 실패(tooth shear failure)로 인해 오일에서 테스트를 할 수 없었다.

따라서 10,000,000 주기 후에 부착력을 측정하였다.

표 2에서 추정할 수 있는 것처럼, 직물 처리에서 청구된 범위 내의 ACN 함량을 가지는 벨트는 부착력의 최적값을 얻었고 벨트의 수명이 향상될 수 있는 낮은 톱니 마모성을 얻었다.

부착력 테스트에서의 최적값은 ACN 함량이 더 높을 때 얻을 수 있고, 반면 30% 이하의 ACN 함량에서는 부착력이 매우 떨어짐이 증명되었다.

따라서 부착력 테스트는 전술한 냉각 온도 테스트와 반대의 결과를 얻었다.

따라서, 30~39%의 ACN 범위의 조합만이 냉각 온도 테스트 및 부착력 테스트 둘 다에서 최적 결과를 얻을 수 있다.

실시예 11~13- 코드 처리 및 결합 범위

표 3은 본 발명에 따라 제조되며 코드 처리(실시예 11)를 형성하는 HNBR에서 30~39 wt%의 범위의 니트릴 그룹(ACN)을 가지는 벨트 및 코드 처리를 형성하는 HNBR에서 상기 범위를 밖의 니트릴 그룹(ACN)을 가지는 벨트(실시예 12 내지 13)를 비교한 것이다.

표 3

실시예	본체의 HNBR에서의 ACN 백분율	코드 처리	직물 처리의 HNBR에서의 ACN 백분율	후면 직물처리의 HNBR에서의 ACN 백분율	180℃에서의 내구성 테스트
11	33	33wt%의 ACN를 가지는 HNBR	33	33	68
12	33	VP-SBR	33	33	28
13	33	CSM	33	33	21

테스트가 수행된 조건은 표 4와 같다.

표 4

벨트 유형	141 RHX 150
엔진 rpm	4000 rpm
벨트의 후면 온도	180℃

동적 상태 및 작업 상태에서, 즉 고온에서, 정확하게 180℃에서, 벨트의 수명을 측정하기 위한 내구성 테스트의 값이 도 5의 도표에서 주어진다. 상기 테스트를 실행하기 위해 VW 1900 TDI 디젤 엔진을 VP 44 회전 펌프(VP 44 rotary pump)와 함께 사용하거나 또는 피스톤 없이 전기로 구동시켰다.

도 5의 도표에서 추정되는 수 있는 것처럼, 청구된 범위 내의 코드 처리의 HNBR에 있는 ACN 함량을 가지는 벨트는 고열에 수행된 테스트에서 더 저항성을 가진다. 특히 공지된 벨트보다 3배 더 긴 수명을 가진다.

따라서 본 발명의 목적, 즉 저온 및 고온 둘 다에서 기계적 및 물리적 특성을 유지할 수 있는 벨트를 얻기 위해서, 본체 혼합물 및 직물 처리의 HNBR의 적절하게 선택된 ACN 범위의 조합으로 가질 뿐만 아니라 코드 처리가 적절하게 선택된 범위의 ACN을 가지는 HNBR을 포함해야 한다.

고온에서의 테스트는 본체 혼합물, 직물 처리 및 코드 처리의 HNBR에서의 ACN의 세 범위의 조합만이 벨트가 온도의 전체적인 범위에서 기계적인 특성을 유지하기 위할 수 있음을 보여준다.

이 결과는 하나 이상의 공중합체를 포함하는 탄성중합체 재질의 추가한 플루오르화 가소성 중합체를 포함한 저항층으로 직물이 코팅된다면 더 향상되며, 상기 공중합체는 니트릴 그룹을 함유하는 단량체와 디엔에서 만들어지며, 니트릴 그룹을 함유하는 단량체는 전체 최종 공중합체에 대하여 30~39 wt%이다. 게다가 결과는 또한 벨트의 뒤가 유사한 저항하는 층으로 입힐 때 더 개량된다.

Claims

제1 탄성중합체 재질로 형성된 본체(2);

상기 본체의 적어도 하나의 제1 표면에서 연장하는 다수의 톱니(4); 및

제3 탄성중합체 재질로 구성된 코드 처리를 포함하는 다수의 코드(3);를 포함하고, 상기 톱니는 제1 직물로 코팅되며, 상기 직물은 제2 탄성중합체 재질을 포함하는 제1 직물 처리를 포함하며,

상기 제1 탄성중합체 재질은 하나 이상의 공중합체의 혼합물로 형성되며, 상기 공중합체는 디엔 단량체 및 전체 중량의 상기 공중합체에 대해 30~39 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 단량체에서 얻어지며,

상기 제2 탄성중합체 재질은 하나 이상의 공중합체의 혼합물로 형성되며, 상기 공중합체는 디엔 단량체 및 전체 중량의 상기 공중합체에 대해 30~39 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 단량체에서 얻어지고,

상기 제3 탄성중합체 재질은 하나 이상의 공중합체의 혼합물로 형성되며, 상기 공중합체는 디엔 단량체 및 전체 중량의 상기 공중합체에 대해 30~39 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 단량체에서 얻어지는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항에 있어서,

상기 코드 처리는 상기 제3 탄성중합체 재질 및 가황제를 포함하는 고무 라텍스를 포함하는 코팅 액체로 구성되며,

상기 코팅 액체는 적어도 50중량%의 물을 포함하는 매질(medium)인 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 제1 탄성중합체 재질은 상기 공중합체의 전체 중량에 대하여 34~36 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 탄성중합체 재질은 상기 공중합체의 전체 중량에 대하여 34~36 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 탄성중합체 재질은 상기 공중합체의 전체 중량에 대하여 30~32 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 직물(5)은 플루오르화 가소성 중합체, 제 4 탄성중합체 재질 및 가황제를 포함하는 저항층(8)으로 외부에 코팅되는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제6항에 있어서,

상기 플루오르화 가소성 중합체는 상기 저항층(8) 내에서 상기 제4 탄성중합체 재질보다 더 많은 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제6항 또는 제7항에 있어서,

상기 저항층(8)은 상기 탄성중합체 재질에 대하여 101~150 중량부의 상기 플루오르화 가소성 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제4 탄성중합체 재질은 하나 이상의 공중합체의 혼합물로 형성되며, 상기 공중합체는 디엔 단량체 및 전체 중량의 상기 공중합체에 대해 30~39 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 단량체에서 얻어지는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제9항에 있어서,

상기 제4 탄성중합체 재질은 상기 공중합체의 전체 중량에 대하여 34~36 wt%의 니트릴 그룹을 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 코드는 유리 섬유, 아라미드 섬유, 카본 섬유, PBO 섬유 및 그 혼합물로 이루어진 그룹에서 선택된 한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 직물(5)은 폴리아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제12항에 있어서,

상기 직물(5)은 방향족 폴리아미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 벨트의 후면(6)은 제2 직물(7)로 코팅되는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제14항에 있어서,

상기 제2 직물(7)은 제2 저항층(8)으로 외부에 코팅되어 있는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제15항에 있어서,

상기 제2 저항층(8)은 상기 제1 저항층과 같은 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 탄성중합체 재질은 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제17항에 있어서,

상기 섬유는 상기 탄성중합체 재질에 대하여 2~40 phr의 중량으로 존재하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1, 제2 및 제3 탄성중합체는 HNBR을 포함하는 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 코드 처리의 상기 코팅 액체에서의 상기 제3 탄성중합체 재질 및 상기 가황제의 비율은 2 대 1 wt% 내지 1 대 2 wt%인 것을 특징으로 하는 톱니 벨트.
적어도 하나의 구동 풀리, 하나의 종동 풀리 및 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 톱니 벨트(1)를 포함하는 타이밍 컨트롤 시스템.