KR20130105866A

KR20130105866A - 마찰전동벨트

Info

Publication number: KR20130105866A
Application number: KR1020137012738A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 시리이케
Original assignee: 반도 카가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2013-09-26
Also published as: KR101495453B1; US9011283B2; EP2631507B1; JPWO2012053176A1; EP2631507A4; WO2012053176A1; CN103168184B; EP2631507A1; US20130237354A1; CN103168184A; JP5829614B2

Abstract

마찰전동벨트(B)는, 벨트 본체(10) 중 적어도 풀리 접촉부분(15)이 고무 조성물로 형성된다. 벨트 본체(10)의 풀리 접촉부분(15)의 표면에는, 다수의 소공(小孔)(16)이 형성됨과 동시에 평균 높이가 4∼40㎛의 다수의 소돌기(17)가 형성된다.

Description

마찰전동벨트{FRICTION TRANSMISSION BELT}

본 발명은, 마찰전동벨트에 관한 것이다.

풀리의 접촉 표면에 다수의 소공(小孔)이 형성된 V리브드 벨트(V ribbed belt)가 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 활제(滑劑)로써 초(超)고분자량 폴리 에틸렌을 함유한 기포율 5∼20%의 다공성(多孔性) 고무 조성물로 마찰 전동면이 구성된 마찰전동벨트가 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 표면처리가 행해지지 않은 단섬유를 배합한 고무 조성물로 마찰 전동면을 구성한 마찰전동벨트에 있어서, 표면에, 단섬유의 탈락에 의한 공공(空孔) 및/또는 단섬유와 고무와의 틈새가 존재하는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 벨트 본체의 적어도 풀리 접촉부분이 엘라스토머(elastomer) 조성물로 형성된 마찰전동벨트에 있어서, 풀리 접촉 표면에 중공(中空)입자에 의해 다수의 셀(cell) 형상 소공이 형성된 것이 개시되어 있다.

특허문헌 4에는, 벨트 본체의 내주(內周)측에 형성된 압축 고무층이 풀리에 접촉하도록 감겨 동력을 전달하는 마찰전동벨트에 있어서, 압축 고무층이, 중공입자에 의해 평균 구멍지름 5∼120㎛의 복수의 소공이 형성되어 기포율이 5∼40%로 된 것이 개시되어 있다.

일본 특허공개 2007-255635호 공보 일본 특허공개 2006-064015호 공보 일본 특허 재공표 2008/007647호 공보 일본 특허 재공표 2009/101799호 공보

본 발명은, 벨트 본체의 적어도 풀리 접촉부분이 고무 조성물로 형성된 마찰전동벨트에 있어서, 상기 벨트 본체의 풀리 접촉부분의 표면에는, 다수의 소공이 형성됨과 동시에 평균 높이가 4∼40㎛의 다수의 소(小)돌기가 형성되어 있다.

도 1은, 실시형태에 관한 V리브드 벨트의 사시도이다.
도 2는, 실시형태에 관한 V리브드 벨트에 의한 작용 효과의 설명도이다.
도 3은, 벨트 성형틀의 종단면도이다.
도 4는, 벨트 성형틀 일부분의 확대 종단면도이다.
도 5는, 적층체를 형성하는 공정을 나타내는 설명도이다.
도 6은, 적층체를 외틀에 세팅하는 공정을 설명하는 설명도이다.
도 7은, 외틀을 내틀의 외측에 설치하는 공정을 나타내는 설명도이다.
도 8은, 벨트 슬래브(belt slab)를 성형하는 공정을 나타내는 설명도이다.
도 9는, 실시형태에 관한 자동차의 보기(補機) 구동벨트 전동장치의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 10은, 실시형태에 관한 V리브드 벨트 변형예의 사시도이다.
도 11은, 실시형태에 관한 V리브드의 다른 변형예의 사시도이다.
도 12는, 피수(被水) 시 이음(異音) 평가용 벨트주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 13은, 내열내구성(耐熱耐久性) 평가용 벨트주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 14는, 소돌기의 평균 높이와 피수 시 이음과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 15는, 소돌기의 평균 높이와 내열내구성과의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 실시형태를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

도 1은 실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)(마찰전동벨트)를 나타낸다. 실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)는, 예를 들어, 자동차의 엔진 룸 내에 설치되는 보기 구동벨트 전동장치 등에 이용되는 것이다. 실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)는, 예를 들어, 벨트 길이가 700∼3000㎜, 벨트 폭이 10∼36㎜, 및 벨트 두께가 4.0∼5.0㎜이다.

실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)는, 벨트 내주(內周)측의 압축 고무층(11)과 중간의 접착 고무층(12)과 벨트 외주(外周)측의 배면 고무층(13)과의 3중층으로 구성된 V리브드 벨트 본체(10)를 구비하고, 이 V리브드 벨트 본체(10)의 접착 고무층(12)에는, 벨트 폭방향에 피치(pitch)를 갖는 나선을 형성하도록 배치된 심선(心線)(14)이 매설(埋設)된다.

압축 고무층(11)은, 풀리 접촉부분을 구성하는 복수의 V리브(15)가 벨트 내주측에 수하(垂下)하도록 형성된다. 복수의 V리브(15)는, 각각이 벨트 길이방향으로 연장되는 단면(斷面)이 거의 역삼각형의 돌기로 형성됨과 동시에, 벨트 폭방향으로 병렬 형성된다. 각 V리브(15)는, 예를 들어, 리브 높이가 2.0∼3.0㎜, 및 리브 기단(基端) 사이의 폭이 1.0∼3.6㎜이다. 또, 리브 수는, 예를 들어, 3∼6개이다(도 1에서는 리브 수가 6개).

압축 고무층(11)은, 고무성분에 가교제(架橋劑)를 포함한 여러 가지 배합제가 배합되어 혼련(混練)된 미가교(未架橋) 고무 조성물이 가열 및 가압되어 가교제에 의해 가교된 고무 조성물로 형성된다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분은, 예를 들어, 에틸렌?프로필렌코폴리머(EPR; ethylene propylene copolymer), 에틸렌?프로필렌?디엔터폴리머(EPDM; ethylene propylene dieneterpolymer), 에틸렌?옥텐코폴리머(ethylene octence copolymer), 에틸렌?부텐코폴리머(ethylene butene copolymer) 등의 에틸렌-α-올레핀엘라스토머(ethylene-α-olefin elastomer), 클로로프렌고무(CR; chloroprene-rubber), 클로로술폰화 폴리에틸렌고무(CSM; chlorosulfonated polyethylene rubber), 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR; hydrogenated acrylonitrile rubber) 등을 들 수 있다. 고무성분은, 이들 중 에틸렌-α-올레핀엘라스토머인 것이 바람직하다. 고무성분은, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종이 혼합되어 구성되어도 된다.

배합제로는, 카본블랙 등의 보강제, 연화제(軟化劑), 가공조제(加工助劑), 가류조제(加硫助劑), 가교제(架橋劑), 가류촉진제, 고무 배합용 수지 등을 들 수 있다.

보강제로는, 카본블랙으로, 예를 들어 채널블랙(channel black), SAF, ISAF, N-339, HAF, N-351, MAF, FEF, SRF, GPF, ECF, N-234 등의 퍼네이스블랙(furnace black), FT, MT 등의 서멀블랙(thermal black), 아세틸렌 블랙(acetylen black) 등을 들 수 있다. 보강제로는 실리카(silica)도 들 수 있다. 보강제는 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 보강제의 배합량은, 내(耐)마모성 및 내굴곡 피로성의 밸런스가 양호해진다는 관점에서, 고무성분 100질량부에 대해 30∼80질량부인 것이 바람직하다.

연화제로는, 예를 들어, 석유계 연화제, 파라핀 왁스 등의 광물유(鑛物油)계 연화제, 피마자유(castor oil), 면실유, 아마인유(linseed oil), 채종유(rape oil), 대두유, 팜유(palm oil), 야자유(coconut oil), 낙하생유, 목랍(Japan wax), 로진(rosin), 파인오일(pine oil) 등의 식물유계 연화제 등을 들 수 있다. 연화제는 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 연화제의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 2∼30질량부이다.

가공조제로는, 예를 들어, 스테아린산(stearic acid) 등을 들 수 있다. 가공조제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 가공조제의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 0.5∼5질량부이다.

가류조제로는, 산화마그네슘이나 산화아연(아연화(亞鉛華)) 등의 금속산화물 등을 들 수 있다. 가류조제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 가류조제의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 1∼10질량부이다.

가교제로는, 예를 들어, 유황, 유기 과산화물(過酸化物)을 들 수 있다. 가교제는, 유황이 단독으로 사용되어도 되고, 또, 유기 과산화물이 단독으로 사용되어도 되며, 또한, 이들 양쪽이 병용되어도 된다. 가교제의 배합량은, 유황의 경우, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 0.5∼4.0질량부이며, 유기 과산화물의 경우, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어, 0.5∼8질량부이다.

고무 배합용 수지로는, 예를 들어, 페놀수지 등을 들 수 있다. 고무 배합용 수지는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 고무 배합용 수지의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 0∼20질량부이다.

가류촉진제로는, 금속산화물, 금속탄산염, 지방산 및 그 유도체(誘導體) 등을 들 수 있다. 가류촉진제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 가류촉진제의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 0.5∼8질량부이다.

압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에는 단섬유가 배합되지 않은 것이 바람직하다. 단, 단섬유가 배합된 구성을 배제하는 것은 아니고, 단섬유가 배합된 구성의 경우에는, 단섬유는 벨트 폭방향으로 배향하도록 배치되는 것이 바람직하다. 또, 단섬유 중 표면에 노출된 것은, 그 표면으로부터 돌출되는 것이 바람직하다. 이와 같은 단섬유로는, 예를 들어, 나일론 섬유, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 면 등을 들 수 있다. 단섬유는, 예를 들어, 레조르신?포르말린?라텍스 수용액(RFL수용액) 등에 침지(浸漬)된 후에 가열되는 접착처리가 행해진 것이라도 된다. 단섬유의 길이는 예를 들어 0.2∼3.0㎜이다. 단섬유의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 예를 들어 3∼30질량부이다.

압축 고무층(11)의 V리브(15) 표면에는 다수의 소공(16)이 형성된다. 소공(16)의 평균 구멍지름은 70∼120㎛인 것이 바람직하고, 100∼120㎛인 것이 보다 바람직하다. 소공(16)의 평균 구멍지름은, 표면 화상에 의해 측정되는 50∼100개의 수(數)평균으로 구할 수 있다.

소공(16)은, 압축고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 배합된 중공입자의 일부분이 절제(切除)된 것에 의해 구성되어도 된다. 중공입자로는, 예를 들어, 내부에 용제가 봉입(封入)된 열 팽창성의 중공입자를 들 수 있다. 중공입자의 입자지름은 15∼50㎛인 것이 바람직하고, 25∼35㎛인 것이 보다 바람직하다. 중공입자는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 중공입자의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 0.5∼15질량부인 것이 바람직하고, 1∼5질량부인 것이 보다 바람직하다.

또, 소공(16)은, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 배합된 발포제에 의해 발포 형성된 중공부분의 일부분이 절제된 것에 의해 구성되어도 된다. 발포제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또한, 복수 종으로 구성되어도 된다. 발포제의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 1∼20질량부인 것이 바람직하고, 5∼15질량부인 것이 보다 바람직하다.

또한, 소공(16)은, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물의 고무 가공 공정에서, 미가교 고무 조성물 내에 초임계(超臨界) 유체 또는 아임계(亞臨界) 유체를 함침(含浸)시킨 후, 이 초임계 유체 또는 아임계 유체를 기체로 상(相)변화시킴으로써 발포 형성된 중공부분의 일부분이 절제된 것에 의해 구성되어도 된다.

압축 고무층(11)의 V리브(15)의 표면에는 다수의 소돌기(17)가 형성된다. 소돌기(17)의 평균 높이는 4∼40㎛이고, 10∼30㎛인 것이 바람직하며, 15∼20㎛인 것이 보다 바람직하다. 소돌기(17)의 평균 높이는, 표면 화상에 의해 측정되는 50∼70개의 수평균으로 구할 수 있다. 소돌기(17)의 평균 바깥지름은 50∼120㎛인 것이 바람직하고, 100∼120㎛인 것이 더욱 바람직하다. 소돌기(17)의 평균 바깥지름은, 표면 화상에 의해 측정되는 50∼100개의 수평균으로 구할 수 있다.

소돌기(17)는, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 배합된 중실(中實)입자의 일부분이 표면 노출된 것에 의해 구성되어도 된다. 중실입자로는, 예를 들어, 초(超)고분자량 폴리에틸렌 입자(예를 들어, 중량 평균 분자량 100만 이상), 나일론 수지입자 등의 수지입자, 멜라민(melamine) 아라미드(aramid) 등을 들 수 있다. 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분이 에틸렌-α-올레핀엘라스토머의 경우, 고무성분과의 상성(相性)이 좋으므로 분산성이 우수하고, 이로써 중실입자를 배합함에 의한 강도(强度) 저하를 억제할 수 있고, 추가로, V리브(15) 표면의 저(低)마찰계수화에 의한 소음 억제효과를 얻을 수 있다는 관점에서, 중실입자는 초(超)고분자량 폴리에틸렌 입자인 것이 바람직하다. 중실입자의 입자지름은 25∼180㎛인 것이 바람직하고, 50∼150㎛인 것이 보다 바람직하다. 중실입자는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 중실입자의 배합량은, 고무성분 100질량부에 대해 5∼40질량부인 것이 바람직하고, 10∼20질량부인 것이 보다 바람직하다.

접착 고무층(12)은, 단면(斷面)이 가로로 긴 직사각형의 띠 형상으로 구성되고, 두께가 예를 들어 1.0∼2.5㎜이다. 배면 고무층(13)도, 단면이 가로로 긴 직사각형의 띠 형상으로 구성되고, 두께가 예를 들어 0.4∼0.8㎜이다. 배면 고무층(13)의 표면은, 벨트 배면이 접촉하는 평 풀리와의 사이에서 발생하는 음(音)을 억제하는 관점에서, 직포의 결(texture)이 전사(轉寫)된 형태로 형성되는 것이 바람직하다.

접착 고무층(12) 및 배면 고무층(13)의 각각은, 고무성분에 가교제를 포함한 여러 가지 배합제가 배합되어 혼련된 미가교 고무 조성물이 가열 및 가압되어 가교제에 의해 가교된 고무 조성물로 형성되는 것이 바람직하다. 배면 고무층(13)은, 벨트 배면이 접촉하는 평 풀리와의 접촉에 의해 점착(粘着)이 생기는 것을 억제하는 관점에서, 접착 고무층(12)보다 약간 딱딱한 고무 조성물로 형성되는 것이 바람직하다.

접착 고무층(12) 및 배면 고무층(13)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분으로는, 예를 들어, 에틸렌-α-올레핀엘라스토머, 클로로프렌 고무(CR), 클로로설폰화 폴리에틸렌 고무(CSM), 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR) 등을 들 수 있다. 접착 고무층(12) 및 배면 고무층(13)의 고무성분은 압축고무층(11)의 원료고무와 동일한 것이 바람직하다.

배합제로는, 압축 고무층(11)과 마찬가지로, 예를 들어, 카본블랙 등의 보강제, 연화제, 가공조제, 가류조제, 가교제, 가류촉진제, 고무 배합용 수지, 노화방지제 등을 들 수 있다.

압축 고무층(11), 접착 고무층(12), 및 배면 고무층(13)은, 다른 배합의 고무 조성물로 형성되어도 되고, 또, 동일 배합의 고무 조성물로 형성되어도 된다.

심선(14)은, 폴리에스테르 섬유(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트 섬유(PEN), 아라미드 섬유, 비닐론 섬유 등의 연사(撚絲)로 구성된다. 심선(14)은, V리브드 벨트 본체(10)에 대한 접착성을 부여하기 위해, 성형가공 전에 RFL수용액에 침지된 후에 가열되는 접착처리 및/또는 고무풀에 침지된 후에 건조되는 접착처리가 행해진다.

그런데, 자동차 주행 중의 정음성(靜音性)에 대한 요구에 의해, 엔진 룸 내에서 사용되는 V리브드 벨트에 대해서는, 피수(被水) 시 벨트주행한 때에 슬립이음(異音)이 발생하는 것을 억제하는 것이 요구된다. 또, 피수 시의 벨트주행에서는, 아울러 동력 전달능력이 저하하는 것을 억제하는 것도 요구된다.

이들의 피수 시에 벨트주행 시, 슬립이음의 발생 및 동력 전달능력 저하의 억제 요구에 대해, 이상의 구성의 실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)에 의하면, V리브드 벨트 본체(10)에서의 압축 고무층(11)의 V리브(15) 표면에 다수의 소공(16)이 형성됨과 동시에 평균 높이가 4∼40㎛의 다수의 소돌기(17)가 형성되므로, 도 2에 나타내듯이, 소공(16)에 물(W)이 흘러 들어감과 동시에, 소돌기(17)에 의해 생긴 풀리(P)와의 사이의 틈새에 물(W)의 유로가 구성되게 되며, 이들에 의해 효율적인 배수가 이루어지고, 결과적으로, 슬립이음의 발생을 억제할 수 있음과 동시에, 동력 전달능력의 저하를 억제할 수 있다. 충분한 물(W)의 유로를 확보하는 관점에서는, 압축 고무층(11)의 V리브(15)의 표면에서, 소공(16)과 소돌기(17)는 인접하여 형성되는 것이 바람직하다. 또, 소공(16)과 소돌기(17)의 최대 요철(凹凸)차는 45㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이 소공(16)과 소돌기(17)의 최대 요철차는, 레이저 현미경을 이용하여 벨트 표면을 예를 들어 400배로 확대하여 관찰하고, 그리고, 소공(16)의 깊이 및 이에 인접하는 소돌기(17)의 높이를 각각 측정하여 가산하고, 이 데이터의 50∼70개의 평균값으로 구할 수 있다.

다음에, 실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)의 제조방법에 대해 설명한다.

실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)의 제조에서는, 도 3 및 도 4에 나타내듯이, 동심상(同心狀)으로 형성된, 각각, 원통형의 내틀(21) 및 외틀(22)로 이루어지는 벨트 성형틀(20)을 이용한다.

이 벨트 성형틀(20)에서는, 내틀(21)은 고무 등의 가요성(可撓性) 재료로 형성된다. 외틀(22)은 금속 등의 강성(剛性) 재료로 형성된다. 외틀(22)의 내주면은 성형면에 구성되며, 그 외틀(22)의 내주면에는, V리브 형성홈(23)이 축방향에 일정 피치로 형성된다. 또, 외틀(22)에는, 수증기 등의 열매체나 물 등의 냉매체를 유통시켜 온도 조절하는 온도조절기구가 설치된다. 그리고, 이 벨트 성형틀(20)에서는, 내틀(21)을 내부로부터 가압 팽창시키기 위한 가압수단이 설치된다.

실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)의 제조에 있어서, 먼저, 고무성분에 각 배합제를 배합하고, 니더(kneader), 밴버리 믹서(banbury mixer) 등의 혼련기(混練機)에서 혼련하여 얻어진 미가교 고무 조성물을 캘린더 성형 등에 의해 시트형상으로 성형하고 압축 고무층용의 미가교 고무시트(11’)를 제작한다. 그리고, 압축 고무층용의 미가교 고무시트(11’)에는, 중공입자나 발포제 등의 소공 형성인자 및 중실입자 등의 소돌기 형성인자를 배합한다. 마찬가지로, 접착 고무층용 및 배면 고무층용의 미가교 고무시트(12’, 13’)도 제작한다. 또, 심선용 연사(14’)를 RFL수용액에 침지하고 가열하는 접착처리를 행한 후, 고무풀에 침지하여 가열 건조하는 접착처리를 행한다.

이어서, 도 5에 나타내듯이, 표면이 평활한 원통 드럼(24) 상에 고무슬립(25)을 씌우고, 그 위에, 배면 고무층용 미가교 고무시트(13’), 및 접착 고무층용의 미가교 고무시트(12’)를 차례로 감아 적층하고, 그 위로부터 심선용 연사(14’)를 원통형 내틀(21)에 대해 나선형으로 감고, 또 그 위로부터 접착 고무층용의 미가교 고무시트(12’), 그리고 압축 고무층용(11)의 미가교 고무시트(11’)를 차례로 감아 적층체(10’)를 형성한다.

이어서, 적층체(10’)를 형성한 고무슬립(25)을 원통 드럼(24)으로부터 떼어 내고, 도 6에 나타내듯이, 이를 외틀(22)의 내주면(內周面)측에 끼운 상태로 세팅한다.

이어서, 도 7에 나타내듯이, 내틀(21)을, 외틀(22)에 세팅된 고무슬립(25) 내에 위치시켜 밀폐한다.

계속해서, 외틀(22)을 가열함과 동시에, 내틀(21)의 밀봉된 내부에 고압공기 등을 주입하고 가압한다. 이 때, 도 8에 나타내듯이, 내틀(21)이 팽창되어, 외틀(22)의 성형면에, 적층체(10’)의 벨트 형성용 미가교 고무시트(11’, 12’, 13’)가 압축되고, 또, 이들의 가교가 진행되어 일체화 됨과 동시에 연사(14’)와 복합화하며, 최종적으로, 원통형의 벨트 슬래브(S)가 성형된다. 이 벨트 슬래브(S)의 성형온도는 예를 들어 100∼180℃, 성형압력은 예를 들어 0.5∼2.0㎫, 성형시간은 예를 들어 10∼60분이다.

그리고, 내틀(21)의 내부를 감압하여 밀폐를 해제하고, 내틀(21)과 외틀(22) 사이에서 고무슬립(25)을 개재하여 성형된 벨트 슬래브(S)를 꺼내고, V리브(15)측 표면을 연마한다. 이에 따라, 중공입자 또는 중공부분의 일부분이 절제(切除)되어 V리브(15)의 표면에 다수의 소공(16)이 형성됨과 동시에, 중실입자의 주변고무가 연마 제거되고 중실입자의 일부분이 표면 노출되어 V리브(15)의 표면에 다수의 소돌기(17)가 형성된다.

마지막으로, 벨트 슬래브(S)를 소정 폭으로 절단하여 앞뒤를 뒤집음으로써 V리브드 벨트(B)가 얻어진다.

다음에, 실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)를 이용한 자동차의 보기 구동벨트 전동장치(30)에 대해 설명한다.

도 9는, 실시형태에 관한 V리브드 벨트(B)를 이용한 자동차의 보기 구동벨트 전동장치(30)의 풀리 레이아웃을 나타낸다. 이 보기구동 벨트 전동장치(30)는, V리브드 벨트(B)가 4개의 리브 풀리 및 2개의 평 풀리를 합쳐 6개 풀리에 감겨 동력을 전달하는 서펜타인(serpentine) 드라이브 방식의 것이다.

이 보기 구동벨트 전동장치(30)는, 최상 위치에 리브 풀리의 파워 스티어링 풀리(power steering pulley)(31)가 설치되고, 이 파워 스티어링 풀리(31)의 하방에 리브 풀리의 AC제네레이터 풀리(32)가 설치된다. 또, 파워 스티어링 풀리(31)의 좌측 하방에는 평 풀리의 텐셔너 풀리(tensioner pulley)(33)가 설치되며, 이 텐셔너 풀리(33) 하방에는 평 풀리의 워터펌프 풀리(34)가 설치된다. 또한, 텐셔너 풀리(33)의 좌측 하방에는 리브 풀리의 크랭크샤프트 풀리(crank shaft pulley)(35)가 설치되며, 이 크랭크샤프트 풀리(35)의 우측 하방에 리브 풀리의 에어컨 풀리(36)가 설치된다. 이들 풀리는, 예를 들어, 금속의 프레스 가공품이나 주물(鑄物), 나일론 수지, 페놀 수지 등의 수지 성형품으로 구성되며, 또, 풀리 지름이 φ50∼150㎜이다.

그리고, 이 보기 구동벨트 전동장치(30)에서, V리브드 벨트(B)는, V리브(15)측이 접촉하도록 파워 스티어링 풀리(31)에 감기고, 이어서, 벨트 배면이 접촉하도록 텐셔너 풀리(33)에 감긴 후, V리브(15)측이 접촉하도록 크랭크샤프트 풀리(35) 및 에어컨 풀리(36)에 차례로 감기며, 또한, 벨트 배면이 접촉하도록 워터펌프 풀리(34)에 감기고, 그리고, V리브(15)측이 접촉하도록 AC제네레이터 풀리(32)에 감기며, 마지막에 파워 스티어링 풀리(31)로 되돌아오도록 설치된다. 풀리 사이에 걸쳐지는 V리브드 벨트(B)의 길이인 벨트 스팬(span) 길이는 예를 들어 50∼300㎜이다. 풀리 사이에서 생길 수 있는 미스얼라이먼트(misalignment)는 0∼2°이다.

또한, 상기 실시형태에서는, 마찰전동벨트로써 V리브드 벨트(B)를 나타내나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 로앳지(raw edge) 타입의 V 벨트 등이라도 된다.

또, 본 실시형태에서는, 압축 고무층(11), 접착 고무층(12), 및 배면 고무층(13)에 의해 V리브드 벨트 본체(10)가 구성된 것으로 했으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 압축 고무층(11) 및 접착 고무층(12)에 의해 V리브드 벨트 본체(10)가 구성되고, 배면 고무층(13) 대신에, 도 10에 나타내듯이, 예를 들어, 면, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유 등의 실로 형성된 직포, 편물, 부직포 등으로 구성된 보강포(補强布)(18)가 배치된 것이라도 된다.

또, 상기 실시형태에서는, 압축 고무층(11)이 소경(小經) 형성인자 및 소돌기 형성인자를 포함하는 고무 조성물의 단일 층으로 형성된 구성으로 했으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니며, 적어도 V리브드 벨트 본체(10)에서의 압축 고무층(11)의 V리브(15) 표면에 다수의 소공(16) 및 다수의 소돌기(17)가 형성되면 되므로, 도 11에 나타내듯이, 압축 고무층(11)이 풀리 접촉표면 전체를 따르도록 층 형상으로 형성된 표면 고무층(11a)과 이 표면 고무층(11a)보다 벨트 내부측에 형성된 내부 고무층(11b)을 가지며, 전자(前者)가 소경 형성인자 및 소돌기 형성인자를 포함하는 고무 조성물로 형성되는 한편, 후자(後者)가 이들을 포함하지 않는 고무 조성물로 형성된 구성이라도 된다.

또한, 상기 실시형태에서는, 벨트 전동장치로써 자동차의 보기 구동벨트 전동장치(30)를 나타내나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니고, 일반 산업용 등의 벨트 전동장치라도 된다.

실시예

(시험 평가용 벨트)

이하의 실시예 1∼7 및 비교예 1∼2의 V리브드 벨트를 제작한다. 각각의 구성은 표 1에도 나타낸다.

<실시예 1>

에틸렌 프로필렌 다이엔 모노머(EPDM)(DUPONT DOW ELASTOMERS CO., LTD. 상품명: NORDEL IP 4640)을 고무성분으로 하고, 이 고무성분 100질량부에 대해, 보강제로 카본블랙 HAF(TOKAI CARBON CO., LTD. 상품명：SEAST 3) 75질량부, 연화제(JAPAN SUN OIL COMPANY LTD. 상품명：SUNPAR2280) 5질량부, 가공조제로 스테아린산(NOF CORPORATION. 상품명：비스스테아린산 TSUBAKI) 1질량부, 가류조제로 산화아연(SAKAI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD. 상품명：아연화 1호) 5질량부, 가교제로 유황(HOSOI CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD. 상품명：OIL SULFUR) 2.3질량부, 고무배합용 수지(SUMITOMO BAKELITE CO., LTD. 상품명：SUMILITE RESIN PR-13355) 5질량부, 가류촉진제(OUCHI SHINKO CHEMICAL INDUSTRY CO., LTD. 상품명：EP-150) 4질량부, 그리고 열팽창성의 중공입자 A(SEKISUI CHEMICAL CO., LTD. 상품명：ADVANCELL EHM303, 입자지름 29㎛) 3질량부, 및 중실입자 A로 초고분자량 폴리에틸렌 수지입자(MITSUI CHEMICALS, INC., 상품명:HIZEX MILLION 240S, 평균 입자지름 120㎛, 중량 평균 분자량 200만) 20질량부를 배합하여 혼련한 미가교 고무 조성물을 이용하여 압축 고무층을 형성한 V리브드 벨트를 제작하고, 이를 실시예 1로 한다.

그리고, 접착 고무층 및 배면 고무층을 다른 EPDM의 고무 조성물로 형성하고, 심선을 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN)제의 연사로 구성한다. 또, 벨트길이를 2280㎜, 벨트 폭을 25㎜, 및 벨트 두께를 4.3㎜로 하여, 그리고, 리브 수를 6개로 했다.

<실시예 2>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자 A 대신에, 중실입자 B로서 초고분자량 폴리에틸렌 수지입자(Heisen Yoko Co. Ltd 상품명:INHANSU UH-1080, 평균 입자지름 180㎛)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 2로 한다.

<실시예 3>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자 A 대신에, 중실입자 C로서 초고분자량 폴리에틸렌 수지입자(Heisen Yoko Co. Ltd 상품명: INHANSU UH-1700, 평균 입자지름 35㎛)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 3으로 한다.

<실시예 4>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자 A 대신에, 중실입자 D로서 나일론 수지입자(Unitika Ltd., 상품명:A1020LP)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 4로 한다.

<실시예 5>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자 A 대신에, 중실입자 E로서 멜라민 수지 파우더(SINTOKOGIO, LTD., 상품명:PP80-100, 입자지름 106∼180㎛)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 5로 한다.

<실시예 6>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중공입자 A 대신에, 열 팽창성의 중공입자 B(Sekisui Chemical Co., Ltd., 상품명:ADVANCELL EHM-302, 입자지름 21㎛)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 6으로 한다.

<실시예 7>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중공입자 A 대신에, 열 팽창성의 중공입자 C(Sekisui Chemical Co., Ltd., 상품명:ADVANCELL EHM-204, 입자지름 40㎛)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 7로 한다.

<실시예 8>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중공입자 A 대신에, 열팽창성의 중공입자 D(Sekisui Chemical Co., Ltd., 상품명:ADVANCELL EM-501, 입자지름 27㎛)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 8로 한다.

<실시예 9>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중공입자 A 대신에, 화학 발포제(Eiwa Chemical Ind. Co., Ltd, 상품명:NEOCELLBORN N#1000M)를 고무성분 100질량부에 대해 6질량부를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 실시예 9로 한다.

<비교예 1>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자를 배합하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 비교예 1로 한다.

<비교예 2>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자 A 대신에, 중실입자 F로서 초고분자량 폴리 에틸렌 수지 입자(Mitsui Chemicals, Inc., 상품명:MIPELON XM-220, 평균 입자지름 30㎛, 중량 평균분자량 200만)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하고, 이를 비교예 2로 한다.

<비교예 3>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자 A 대신에, 나일론 단섬유(Asahi Kasei Corporation, 상품명:LEONA 66, 섬유길이 1㎜)를 배합한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 비교예 3으로 한다.

<비교예 4>

압축 고무층을 형성하는 고무 조성물에 중실입자를 배합하지 않은 것을 제외하고 실시예 8과 동일 구성의 V리브드 벨트를 제작하여, 이를 비교예 4로한다.

(시험평가 방법)

<소공의 평균 구멍지름>

실시예 1∼9 및 비교예 1∼4의 각각에 대해, 리브선단(先端) 표면 및 리브측면 표면의 각각을 광학 현미경으로 관찰하고, 각각의 표면의 50∼70개 소공의 개구지름을 측정하고, 그 평균값을 평균 구멍지름으로 한다.

<소돌기의 평균 높이>

실시예 1∼9 및 비교예 2∼3의 각각에 대해, 리브선단 표면 및 리브측면 표면의 각각을 KEYENCE CORPORATION제의 레이저 현미경(laser microscope) VK-9510을 이용하여 400배로 확대하여 관찰하고, 각각의 표면의 50∼70개 소돌기의 높이를 측정하고, 그 평균값을 평균 높이로 한다. 그리고, 비교예 3의 소돌기는 단섬유에 의해 형성된 것이다.

<최대 요철차>

실시예 1∼9 및 비교예 1∼4의 각각에 대해, 레이저 현미경(KEYENCE CORPORATION제)을 이용하여 벨트 표면을 400배로 확대 관찰하고, 그리고, 소공의 깊이 및 인접하는 소돌기의 높이를 각각 측정하여 가산하고, 이 데이터를 50∼70개 모아 평균으로 한 것을 최대 요철차로 한다.

<피수 시 이음 평가>

도 12는, 피수 시 이음 평가용 벨트주행 시험기(20)의 풀리 레이아웃을 나타낸다.

피수 시 이음 평가용 벨트주행 시험기(40)는, 풀리 지름이 140㎜의 리브 풀리인 구동풀리(41)를 구비하고, 이 구동풀리(41)의 우측에 풀리 지름이 75㎜의 리브 풀리인 제 1 종동풀리(42)가 설치되고, 또, 제 1 종동풀리(42)의 상방이며 구동풀리(41)의 우측 경사진 상방에 풀리 지름이 50㎜의 리브풀리인 제 2 종동풀리(43)가 설치되고, 또한, 구동풀리(41)와 제 2 종동풀리(43)와의 중간에 풀리지름이 75㎜의 평 풀리인 아이들러 풀리(idler pulley)(44)가 설치된다. 그리고, 이 피수 시 이음 평가용 벨트주행 시험기(40)는, V리브드 벨트(B)의 V리브측이 리브 풀리인 구동풀리(41), 제 1 및 제 2 종동풀리(42, 43)에 접촉함과 동시에, 배면측이 평 풀리인 아이들러 풀리(44)에 접촉하고 감기도록 구성된다.

실시예 1∼9 및 비교예 1∼4의 각각에 대해, 상기 피수 시 이음 평가용 벨트주행 시험기(40)를 세팅하고, 1 리브당 49N의 벨트 장력이 부하되도록 풀리 위치결정을 행하고, 제 2 종동풀리(43)에 이것이 장착된 발전기(alternator)에 60A의 전류가 흐르도록 저항을 부여하고, 상온 하, 구동풀리(41)를 800rpm의 회전 수로 회전시킴과 동시에, V리브드 벨트(B)의 구동풀리(41)로의 진입부에서 V리브드 벨트(B)의 V리브측에 매분 1000㎖의 비율로 물을 적하(滴下)했다. 그리고, 벨트주행 시의 이음발생 상황을, "대", "중", "소", "미소(微小)", 및 "무"의 5단계로 평가한다.

<내열내구성 평가>

도 13은 내열내구성 평가용 벨트주행 시험기(50)의 풀리 레이아웃을 나타낸다.

내열내구성 평가용 벨트주행 시험기(50)는, 각각, 풀리지름이 120㎜의 리브풀리인 대경(大徑) 종동풀리(51) 및 구동풀리(52)가 상하로 간격을 두어 설치되고, 또, 이들의 상하방향 중간에 풀리 지름이 70㎜의 평 풀리인 아이들러 풀리(53)가 설치되며, 또한, 아이들러 풀리(53)의 우측에 풀리지름이 55㎜의 리브풀리인 소경 종동풀리(54)가 설치된다. 그리고, 이 내열내구성 평가용 벨트주행 시험기(50)는, V리브드 벨트(B)의 V리브측이 리브풀리인 대경 종동풀리(51), 구동풀리(52), 및 소경 종동풀리(54)에 접촉함과 동시에, 배면측이 평 풀리인 아이들러 풀리(53)에 접촉하여 감겨지도록 구성된다. 그리고, 아이들러 풀리(53) 및 소경 종동풀리(54)의 각각은 V리브드 벨트(B)의 감김 각도가 90°가 되도록 위치된다.

실시예 1∼9 및 비교예 1∼4의 각각에 대해, 상기 내열내구성 평가용 벨트주행 시험기(50)에 세팅하여, 대경 종동풀리(51)에 11.8㎾의 회전 부하를 부여하고, 벨트장력이 부하되도록 소경 종동풀리(54)에 측방으로 834N의 설정하중(set weight)을 부하하고, 분위기 온도 120℃ 하, 구동풀리(52)를 4900rpm의 회전 수로 회전시켜 벨트주행시켰다. 그리고, V리브드 벨트(B)의 압축 고무층에 균열이 발생하고, 이것이 심선에 도달하기까지의 주행시간을 측정했다.

(시험평가 결과)

표 2는, 시험평가 결과를 나타낸다. 또, 도 14는, 소돌기의 평균 높이와 피수 시 이음과의 관계, 및 도 15는 소돌기의 평균 높이와 내열내구성과의 관계를 각각 나타낸다.

소공의 평균 구멍지름은, 실시예 1이 97㎛, 실시예 2가 94㎛, 실시예 3이 93㎛, 실시예 4가 97㎛, 실시예 5가 96㎛, 실시예 6이 67㎛, 실시예 7이 118㎛, 실시예 8이 53㎛, 및 실시예 9가 104㎛, 그리고 비교예 1이 94㎛, 비교예 2가 99㎛, 비교예 3이 94㎛, 및 비교예 4가 55㎛이었다.

소돌기의 평균 높이는, 실시예 1이 19.4㎛, 실시예 2가 39.4㎛, 실시예 3이 4.1㎛, 실시예 4가 18.5㎛, 실시예 5가 22.8㎛, 실시예 6이 20.4㎛, 실시예 7이 21.6㎛, 실시예 8이 17.9㎛, 및 실시예 9가 20.4㎛, 그리고 비교예 2가 2.7㎛, 및 비교예 3이 42.0㎛(단섬유)이었다.

최대 요철차는, 실시예 1이 71㎛, 실시예 2가 84㎛, 실시예 3이 49㎛, 실시예 4가 62㎛, 실시예 5가 69㎛, 실시예 6이 56㎛, 실시예 7이 82㎛, 실시예 8이 44㎛, 및 실시예 9가 65㎛, 그리고 비교예 1이 43㎛, 비교예 2가 46㎛, 비교예 3이 86㎛, 및 비교예 4가 26㎛이었다. 또한, 비교예 1 및 4는, 최대 소공 깊이이다.

피수 시 이음은, 실시예 1이 "무", 실시예 2가 "무", 실시예 3이 "소", 실시예 4가 "미소", 실시예 5가 "소", 실시예 6이 "미소", 실시예 7이 "무", 실시예 8이 "중", 및 실시예 9가 "소", 그리고 비교예 1이 "대", 비교예 2가 "대", 비교예 3이 "무", 및 비교예 4가 "대"이었다.

내열내구성은, 실시예 1이 421시간, 실시예 2가 401시간, 실시예 3이 425시간, 실시예 4가 386시간, 실시예 5가 367시간, 실시예 6이 423시간, 실시예 7이 390시간, 실시예 8이 436시간, 및 실시예 9가 431시간, 그리고 비교예 1이 445시간, 비교예 2가 438시간, 실시예 3이 221시간, 및 비교예 4가 504시간이었다.

[산업상 이용 가능성]

본 발명은, 마찰전동벨트에 대해 유용하다.

B : V리브드 벨트(마찰전동벨트) 10 : V리브드 벨트 본체
15 : V 리브(풀리 접촉부분) 16 : 소공
17 : 소돌기

Claims

벨트 본체 중 적어도 풀리 접촉부분이 고무 조성물로 형성된 마찰전동벨트에 있어서,
상기 벨트 본체의 풀리 접촉부분의 표면에는, 다수의 소공(小孔)이 형성됨과 동시에 평균 높이가 4∼40㎛의 다수의 소(小)돌기가 형성되는 마찰전동벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 소공은, 상기 풀리 접촉부분을 형성하는 고무 조성물에 배합된 중공(中空)입자의 일부가 절제(切除)되어 구성되는 마찰전동벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 소공은, 상기 풀리 접촉부분을 형성하는 고무 조성물에 배합된 발포제에 의해 발포 형성된 중공부분의 일부분이 절제되어 구성되는 마찰전동벨트.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소공의 평균 구멍지름이 70∼120㎛인 마찰전동벨트.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소돌기는, 상기 풀리 접촉부분을 형성하는 고무 조성물에 배합된 중실(中實)입자가 표면 노출하여 구성되는 마찰전동벨트.
청구항 5에 있어서,
상기 중실입자가 수지입자로 구성되는 마찰전동벨트.
청구항 6에 있어서,
상기 중실입자가 초(超)고분자량 폴리 에틸렌 수지입자로 구성되는 마찰전동벨트.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 소공과 상기 소돌기와의 최대 요철(凹凸)차가 45㎛ 이상인 마찰전동벨트.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풀리 접촉부분을 형성하는 고무 조성물의 고무성분이 에틸렌-α-올레핀엘라스토머(ethylene-α-olefin elastomer)인 마찰전동벨트.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 풀리 접촉부분을 형성하는 고무 조성물에는 단섬유가 배합되지 않은 마찰전동벨트.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 벨트 본체가 V리브드 벨트 본체인 마찰전동벨트.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 기재된 마찰전동벨트가 복수의 풀리에 감겨진 벨트 전동장치.