KR20140082833A

KR20140082833A - 고부하 전동용 v 벨트 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20140082833A
Application number: KR1020147013590A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 사카나카; 히로유키 타치바나; 카츠히코 하타
Original assignee: 반도 카가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2014-07-02
Also published as: US20140235393A1; EP2772662A4; JPWO2013061538A1; WO2013061538A1; EP2772662A1

Abstract

고부하 전동용 V 벨트(B)는, 이음매 없는 장력밴드(10)와, 그 길이방향으로 나열하도록 배치되고, 각각, 장력밴드(10)에 걸림 고정된 복수의 블록(20)를 구비한다. 복수 블록(20)의 각각은, 탄소섬유로 형성된 보강 구조재(23)와, 이를 피복하도록 형성된 수지 피복층(24)을 갖는다.

Description

고부하 전동용 V 벨트 및 그 제조방법{V-BELT FOR TRANSMITTING HIGH LOAD AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 고부하 전동용 V 벨트 및 그 제조방법에 관한 것이다.

자동차 등의 벨트식 무단변속장치에 이용되는 고부하 전동용 V 벨트로서, 이음매 없는 장력밴드의 길이방향으로 나열하도록 복수의 블록이 배치되고, 이들 각각이 장력밴드에 걸림 고정된 구성을 갖는 것이 공지되어 있다.

특허문헌 1에는, 이러한 고부하 전동용 V 벨트에 있어서, 블록이 알루미늄제의 보강재를 수지 피복층으로 피복한 구성을 갖는 것이 개시되어 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2010-60114호 공보

본 발명의 고부하 전동용 V 벨트는, 이음매 없는 장력밴드와, 이 장력밴드의 길이방향으로 나열하도록 배치되고, 각각, 이 장력밴드에 걸림 고정된 복수의 블록을 구비한 것에 있어서, 이 복수의 블록 각각은, 탄소섬유로 형성된 보강 구조재와, 이 보강 구조재를 피복하도록 형성된 수지 피복층을 갖는다.

본 발명의 고부하 전동용 V 벨트의 제조방법은, 블록 성형틀의 캐비티(cavity)에 탄소섬유로 형성된 보강 구조재를 배치하고, 이 캐비티 내에 미고체화 수지재료를 공급하는 블록 성형공정을 포함한 것이다.

도 1은, 고부하 전동용 V 벨트의 사시도이다.
도 2는, 도 1의 II-II 단면도이다.
도 3은, 장력밴드의 측면도이다.
도 4는, 블록의 측면도이다.
도 5(a) 및 (b)는, 탄소 섬유사의 시트형 기재(基材)로의 고정 상태를 나타내는 도이다.
도 6(a)∼(d)는, 탄소 섬유사의 배향 패턴을 나타내는 도이다.
도 7(a) 및 (b)은, 벨트식 무단변속장치의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 8은, 블록의 성형을 나타내는 도이다.
도 9(a)∼(c)는, 벨트 주행 시험기의 모식도이다.

이하, 실시형태에 대해 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

(고부하 전동용 V 벨트(B))

도 1 및 도 2는, 본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)를 나타낸다. 이 본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)는, 예를 들어 자동차 등의 벨트식 무단변속장치에 이용되는 것이다.

본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)는, 한 쌍의 이음매 없는 장력밴드(10)와 복수의 블록(20)을 구비하고, 복수의 블록(20)이 한 쌍의 장력밴드(10)의 길이 방향으로 나열됨과 동시에 일정 피치로 상호 간격을 두어 배치되며, 각각이 한 쌍의 장력밴드(10)에 걸림 고정된 구성을 갖는다. 이 고부하 전동용 V 벨트(B)는, 예를 들어, 벨트 길이(장력밴드(10)에 있어서 후술하는 심선 중심위치의 벨트 길이방향의 치수)가 480∼750㎜, 벨트 피치 폭(장력밴드(10)에 있어서 심선 중심위치의 벨트 폭방향의 치수)이 20∼30㎜, 및 벨트 두께가 10∼16.5㎜, 그리고 블록(20)의 수가 96∼375개, 블록 피치가 2∼5㎜, 블록(20) 사이의 간격이 0.01∼0.5㎜이다.

도 3은 장력밴드(10)를 나타낸다.

각 장력밴드(10)는, 이음매 없는 평 밴드 형상으로 형성된다. 각 장력밴드(10)는, 한쪽의 측부가 상측 및 하측의 각각에서 모따기 가공되며, 다른 쪽 측부가 경사면에 형성된다. 각 장력밴드(10)는, 상면측(외주면(外周面)측)에 벨트 폭방향으로 연장되는 단면(斷面)이 U자형 홈으로 이루어진 상측 감합(嵌合) 오목부(11a)가 벨트 길이방향에 일정피치로 형성됨과 동시에, 상측 감합 오목부(11a)에 대응하도록, 하면측(내주(內周)면측)에 벨트 폭방향으로 연장되는 단면이 원호(圓弧)형 홈으로 이루어진 하측 감합 오목부(11b)가 벨트 길이방향에 일정피치로 형성된다. 각 장력밴드(10)는, 예를 들어, 길이가 480∼750㎜, 폭이 6∼13㎜, 및 두께가 1.0∼5.0㎜(바람직하게는 1.5∼3.0㎜)이다. 특히 상측 감합 오목부(11a)와 하측 감합 오목부(11b)와의 저부(底部) 사이의 가장 얇은 부분의 두께(t₁)는 예를 들어 0.606∼3.0㎜(바람직하게는, 0.606∼1.5㎜)이다.

각 장력밴드(10)는, 장력밴드 본체가 보형(保形) 고무층(12)으로 구성된다. 보형 고무층(12)에는, 벨트 두께방향 거의 중앙에, 벨트 폭방향에 피치를 갖는 나선을 형성하도록 배치된 심선(13)이 매설(埋設)된다. 보형 고무층(12)에는, 상면측 표면을 피복하도록 상측 보강포(14)가 붙여진다. 보형 고무층(12)에는, 하면측 표면을 피복하도록 하측 보강포(15)가 붙여진다. 또한, 장력밴드(10)는, 상측 보강포(14) 및 하측 보강포(15)가 배치되지 않고, 보형 고무층(12) 및 심선(13)만으로 구성되어도 된다.

보형 고무층(12)은, 고무성분에 여러 가지 고무 배합제가 배합되어 혼련된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 가교제에 의해 가교시킨 고무 조성물로 형성된다.

고무성분으로는, 예를 들어, 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR), 에틸렌·프로필렌코폴리머(EPR), 에틸렌·프로필렌·디엔터폴리머(EPDM), 에틸렌·옥텐코폴리머(ethylene octence copolymer), 에틸렌·부텐코폴리머(ethylene butene copolymer) 등의 에틸렌-α-올레핀엘라스토머, 클로로프렌 고무(CR), 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM) 등을 들 수 있다. 고무성분은, 디메타크릴산(dimethacrylate) 아연과 디아크릴산 아연 등의 불포화 카르복실산 금속염이 첨가되어 강화된 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR)라도 된다. 고무성분은, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종이 혼합되어 구성되어도 된다.

배합제로는, 가류 촉진제, 가소제(可塑劑), 보강재, 노화 방지제, 공가교제, 가교제 등을 들 수 있다.

가류 촉진제로는, 예를 들어, 산화 마그네슘이나 산화아연(아연화(亞鉛華)) 등의 금속 산화물, 금속 탄산염, 스테아린산(stearic acid) 등의 지방산 및 그 유도체 등을 들 수 있다. 가류 촉진제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 가류 촉진제의 고무성분 100질량부에 대한 배합량은 예를 들어 5∼15질량부이다.

가소제로는, 예를 들어, 프탈산(phthalic acid) 유도체, 아이소프탈산(isophthalic acid) 유도체, 테트라하이드로프탈산(tetrahydrophthalic acid) 유도체, 아디프산(adipic acid) 유도체, 아젤라산(azelaic acid) 유도체, 세바식산(sebacic acid) 유도체, 도데칸(dodecane)-2-산 유도체, 말레산(maleic acid) 유도체, 푸마르산(fumaric acid) 유도체, 트리멜리트산(trimellitic acid) 유도체, 피로멜리트산(pyromellitic acid) 유도체, 구연산 유도체, 이타콘산(itaconic acid) 유도체, 올레산(oleic acid) 유도체, 리시놀산(recinoleic acid) 유도체, 스테아르산(stearic acid) 유도체, 술폰산(sulfonic acid) 유도체, 인산(phosphoric acid) 유도체, 글루타르산(Glutaric acid) 유도체, 글리콜산(glycolic acid) 유도체, 글리세린(glycerine) 유도체, 파리핀(paraffin) 유도체, 에폭시 유도체 등을 들 수 있다. 가소제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 가소제의 고무성분 100질량부에 대한 배합량은 예를 들어 5∼15질량부이다.

보강재로는, 카본블랙에서는, 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. 보강재로는 실리카(silica)도 들 수 있다. 보강재는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 보강재의 고무성분 100질량부에 대한 배합량은 예를 들어 5∼100질량부이다. 또한, 보강재로서, 아라미드 단섬유나 나일론 단섬유 등의 유기 단섬유나 탄소 단섬유 등의 무기 단섬유도 들 수 있다. 이들 보강용 단섬유는, 배합되어도 되고, 또, 배합되지 않아도 된다. 보강용 단섬유가 배합되는 경우, 이들은 벨트 폭방향에 배향하도록 형성되는 것이 바람직하다.

노화 방지제로는, 아민계, 퀴놀린(quinolone)계, 하이드로퀴논(hydroquinone) 유도체, 페놀계, 아인산(phosphorous acid) 에스테르계의 것 등을 들 수 있다. 노화 방지제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 노화 방지제의 고무성분 100질량부에 대한 배합량은 예를 들어 0.1∼10질량부이다.

공가교제(co-crosslinker)로는, 예를 들어, 비스말레이미드(bismaleimide)계 공가교제, TAIC, 1,2-폴리부타디엔(polybutadiene), 불포화 카르복실산 금속염, 옥심(oxime)류, 구아니딘(guanidine), 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트(trimethylolpropane trimethacrylate) 등을 들 수 있다. 이들 중 비스말레이미드계 공가교제가 바람직하고, 구체적인 비스말레이미드계 공가교제로는, 예를 들어, N,N-m-페닐렌(phenylene) 비스말레이미드, 4,4’-디페닐메탄(diphenylmethane) 비스말레이미드, 4-메틸-1,3-페닐렌 비스말레이미드, 1,6’-비스말레이미드-(2,2,4-트리메틸)헥산(hexane), 비스페놀(bisphenol) A 디페놀 에테르 비스말레이미드, 3,3’-디메틸(dimethyl)-5,5’-디에틸(diethyl)-4,4’-디페닐메탄 비스말레이미드, 4,4’-디페닐 에테르 비스말레이미드, 4,4’-디페닐 설폰(sulfone) 비스말레이미드, 1,3-비스(bis)(3-말레이미드 페녹시(maleimide phenoxy))벤젠(benzene), 1,3-비스(4-말레이미드 페녹시)벤젠 등을 들 수 있다. 공가교제는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 공가교제의 고무성분 100질량부에 대한 배합량은 예를 들어, 0.5∼15질량부이다.

가교제로는 예를 들어, 유황, 유기과산화물을 들 수 있다. 가교제로서, 유황만을 이용하여도 되고, 또, 유기과산화물만을 이용하여도 되며, 또한, 이들 양쪽을 병용하여도 된다. 가교제는, 유황의 경우, 고무성분 100질량부에 대한 배합량이 0.1∼5질량부인 것이 바람직하고, 유기과산화물의 경우, 고무성분 100질량부에 대한 배합량이 예를 들어 0.1∼10질량부이다. 단, 내열성의 관점에서는, 가교제는 유기과산화물인 것이 바람직하다. 유기과산화물로는, 예를 들어, 디아실퍼옥사이드(diacyl peroxide), 퍼옥시에스테르(peroxyester), t-부틸큐밀 퍼옥사이드(butyl cumyl peroxide), 다이큐밀 퍼옥사이드(dicumylperoxide)(DCP), 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸퍼옥시(butylperoxy)헥산-3,1, 3-비스(t-부틸퍼옥시 이소프로필(isopropyl))벤젠, α,α'-비스(t-부틸퍼옥시) 다이아이소프로필벤젠(diisopropylbenzene), 1,1-디부틸퍼옥시-3,3,5-트리메틸사이클로헥산(trimethylcyclohexane) 등을 들 수 있다.

심선(13)은, 아라미드 섬유, PBO 섬유, 탄소섬유 등의 고강도 섬유의 연사(撚絲) 또는 끈목에 접착처리가 실행된 것으로 구성된다. 심선(13)은, 예를 들어, 800∼1200dtex의 필라멘트 속(bundle)으로 구성되고, 바깥 지름이 0.5∼1.4㎜이다.

심선(13)의 접착처리는, 에폭시 용액 또는 이소시아네이트(isocyanate) 용액의 처리액에 침지한 후에 가열하는 제 1 처리, 및 RFL 수용액에 침지(浸漬)한 후에 가열하는 제 2 처리가 실행된 것으로 구성된다. 제 2 처리 후, 고무풀에 침지한 후에 건조시키는 제 3 처리가 실행되어도 되나, 이 제 3 처리는 실행되지 않는 것이 바람직하다.

제 1 처리에 이용되는 처리액은 에폭시 화합물 또는 이소시아네이트 화합물의 수용액 또는 톨루엔(toluene)이나 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone) 등을 용제로 하는 용액이다.

제 2 처리에 이용되는 RFL 수용액은, 레조르신(resorcin)(R)-포르말린(formalin)(F)의 초기 축합물 수용액과 고무 라텍스 (L)와의 혼합 수용액이다. 이 고무 라텍스는 카르복시화 수소화 니트릴고무(카르복시화 H-NBR)라텍스인 것이 바람직하다.

제 3 처리에 이용되는 고무물은, 고무 및 수지를 톨루엔이나 메틸에틸케톤 등을 용제에 용해시킨 용액 또는 시판의 고무 접착제이다.

상측 및 하측 보강포(14, 15)의 각각은, 아라미드 섬유나 나일론 섬유 등의 직포, 편물, 또는 부직포에, 에폭시 용액 또는 이소시아네이트 용액에 침지한 후에 가열하는 제 1 처리, RFL 수용액에 침지한 후에 가열하는 제 2 처리, 및 필요에 따라 고무풀에 침지 또는 고무풀을 코팅한 후에 건조시키는 제 3 처리가 실행된 것으로 구성된다. 상측 및 하측 보강포(14, 15) 각각은, 두께가 예를 들어 0.2∼0.4㎜이다.

도 4는, 블록(20)을 나타낸다.

각 블록(20)은, 평면에서 보아 윗변이 아랫변보다 긴 사다리꼴형 판상체(板狀體)의 벨트 폭방향의 양 측면부(21) 각각에 측방으로 개구한 슬릿형 감합부(22)가 형성된 “H”의 문자를 옆으로 한 형상으로 구성된다. 각 블록(20)은, 측면에서 보아 감합부(22)보다 상측 부분이 균일한 두께로 형성되는 한편, 감합부(22)보다 하측 부분이 하방을 향함에 따라 두께가 얇아지도록 형성된다. 각 블록(20)은, 예를 들어, 높이가 10∼16.5㎜, 폭이 20∼30㎜, 및 두께가 2∼5㎜이다. 양 측부가 이루는 각도, 즉, 벨트 각도는 예를 들어 15∼26˚이다.

각 블록(20)의 각 감합부(22)는, 중앙측의 안쪽부로부터 측부의 개구를 향해 균일한 간격으로 수평으로 연장되도록 형성된다. 각 감합부(22)는, 상면측에 벨트 폭방향으로 연장되는 단면(斷面)이 반원형의 돌조로 이루어진 상측 감합 볼록부(22a)가 형성됨과 동시에, 하면측에 벨트 폭방향으로 연장되는 단면이 원호형의 돌조로 이루어진 하측 감합 볼록부(22b)가 형성된다. 각 감합부(22)는, 안쪽부가 상측면으로부터 연속하여 안쪽측으로 경사진 면과 그 면에 연속하여 외측으로 경사지고 하측면에 계속되는 면에 의해 구성된다. 각 감합부(22)는, 예를 들어, 벨트 두께방향의 틈새(t₂)가 1∼3㎜, 및 벨트 폭방향의 깊이가 2∼5㎜이다.

각 블록(20)은, 골격을 이루도록 중앙에 배치된 보강 구조재(23)가 수지 피복층(24)으로 피복된 구성을 가진다. 또한, 보강 구조재(23) 전체가 수지 피복층(24)으로 피복되어 있을 필요는 없고, 적어도 장력밴드(10)와의 접촉부분 및 풀리 접촉면을 구성하는 양 측면부(21)(감합부(22)보다 상측의 상측 측면부 및 감합부(22)보다 하측의 하측 측면부)를 형성하도록 피복되면 되고, 그 밖의 부분에서는 보강 구조재(23)가 노출되어도 된다.

보강 구조재(23)는, 블록(20)과 마찬가지로 “H” 문자를 옆으로 한 형상으로 형성되고, 벨트 폭방향으로 연장되는 상측 및 하측 빔(beam)(23a, 23b)의 중앙부 사이가 센터필러(center pillar)(23c)에 의해 상하로 연결된 구성을 갖는다. 보강 구조재(23)는, 예를 들어, 상측 빔(23a)의 높이가 5.0∼9.5㎜, 및 하측 빔(23b)의 높이가 5.0∼9.5㎜이다.

보강 구조재(23)는 탄소섬유로 형성된다. 탄소섬유는, 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile)계 탄소섬유(PAN계 탄소섬유)라도 되고, 또한, 피치계 탄소섬유(pitch-based carbon fiber)라도 되며, 또한, 이들이 혼재된 것이라도 된다. 탄소섬유에는 실란 커플링제(silane coupling agent) 등에 의한 표면처리가 행해진 것이 바람직하다. 탄소섬유의 필라멘트 지름은 예를 들어 4∼20㎛이다.

보강 구조재(23)는, 탄소섬유의 필라멘트사로 형성되어도 되고, 또한, 탄소섬유의 방적사로 형성되어도 된다. 탄소섬유의 필라멘트사는 꼬여 있어도 되고, 또, 꼬이지 않아도 된다. 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사에는, 탄소섬유에 의해 말아 감침(lapping seam)이 실행되어도 된다. 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사의 섬도(纖度)는 예를 들어 50∼2000tex이다.

보강 구조재(23)는, 상기 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사와 그 이외의 섬유와의 복합사로 형성되어도 된다. 탄소섬유 이외의 섬유로는, 예를 들어, 폴리에틸렌(polyethylene) 섬유, 폴리프로필렌(polypropylene) 섬유, 폴리에스테르(polyester) 섬유, 나일론 섬유, 아라미드(aramid) 섬유, PBO 섬유 등의 합성섬유, 목면이나 마 등의 천연섬유, 유리섬유, 강선(steel wire) 등의 금속섬유를 들 수 있다. 이들 중, 블록 성형 시에 용융(溶融)하여 수지 피복층(24)과 상용(compatibility)함으로써 일체성을 높일 수 있는 관점에서, 성형온도에서 용융하는 열가소성 수지섬유가 바람직하다. 복합사는, 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사의 섬유속(fiber bundle) 내(內) 또는 외(外)에 탄소섬유 이외의 섬유가 세로로 붙여진 구성이라도 되고, 또한, 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사에 탄소섬유 이외의 섬유에 의해 말아 감침 된 구성이라도 되고, 또, 이들이 조합된 구성이라도 된다. 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사의 섬유속 내 또는 외에 탄소섬유 이외의 섬유가 세로로 붙여진 구성에서는, 꼬임이 행해져도 되고, 또한, 꼬임이 없어도 된다. 복합사에서, 탄소섬유와 그 이외의 섬유의 비율은, 전자가 후자보다 많아도 되고, 또한, 전자가 후자보다 적어도 되며, 또한, 전자와 후자가 동일하여도 된다. 탄소섬유 이외의 섬유의 섬도는, 예를 들어 50∼30000tex이다. 그리고, 이러한 복합사에 대해서는, 특허공개 2010-121250호 공보에 개시되어 있다.

보강 구조재(23)는, 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사가 복수개 합쳐져 끈목상(狀)으로 구성된 편사(編絲)로 형성되어도 된다.

보강 구조재(23)는, 도 5(a) 및 (b)로 나타내듯이, 탄소섬유의 필라멘트사, 방적사, 복합사, 또는 편사(이하 “탄소 섬유사(T)”라 함)가 블록 형상의 시트형 기재(25)에 고정되고 구성되어도 된다. 탄소섬유를 에폭시 수지 등으로 굳힌 판형상의 프리프레그(prepreg)를 이용하여 예비성형을 행한 후, 이를 오토클레이브(autoclave) 등에 넣어 수지를 경화(硬化)시키는 탄소섬유 강화수지 성형품의 제조방법, 또는, 탄소섬유의 직포 등을 소정 형상으로 재단(裁斷)하여 금형의 캐비티 내에 배치하고, 거기에 미고체화 수지재료를 공급하여 경화시키는 탄소섬유 강화수지 성형품의 제조방법에서는, 예비성형이나 직포 등의 절단에 의해 탄소섬유의 큰 로스가 발생하나, 탄소 섬유사(T)가 시트형 기재(25)에 고정된 보강 구조재(23)를 이용하면, 이들의 경우에 비교하여, 탄소섬유의 로스 발생을 현저하게 저감시킬 수 있다. 시트형 기재(25)로는, 예를 들어, 폴리에틸렌 수지시트, 폴리프로필렌 수지시트 등의 열가소성 수지 시트; 폴리에틸렌 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 아라미드 섬유, PBO 섬유 등의 합성섬유로 형성된 직포나 편물, 부직포 등을 들 수 있다. 이들 중, 블록 성형 시에 용융하여 수지 피복층(24)과 상용함으로써 일체성을 높일 수 있는 관점에서, 예를 들어, 융점이 130℃ 이하의 폴리에틸렌 수지 시트 등의 열가소성 수지 시트나 폴리에틸렌 섬유 등의 열가소성 수지섬유로 형성된 직포나 편물, 부직포가 바람직하다. 시트형 기재(25)의 두께는, 예를 들어 0.1∼10㎜이다.

보강 구조재(23)는, 도 5(a)에 나타내듯이, 탄소 섬유사(T) 자체에 의해 시트형 기재(25)가 꿰매지고, 탄소섬유에 의해 시트형 기재(25)에 자수(刺繡)가 행해진 구성이라도 된다. 또, 보강 구조재(23)는, 도 5(b)에 나타내듯이, 탄소 섬유사(T)가 시트형 기재(25)에 가는 탄소 섬유사 등으로 이루어진 봉사(sewing thread)(26)에 의해 꿰매 붙여지고 자수가 행해진 구성이라도 된다. 이러한 보강 구조재(23)는, 구체적으로는, 예를 들어, 시트형 기재(25)에 탄소 섬유사(T)를 누르면서 두고 나열하여, 이를 순시에 봉사(26)로 꿰매어 탄소 섬유사(T)를 시트형 기재(25)에 위치 고정하여 자수하는 방법으로 얻을 수 있고, 공업용 로크 미싱을 이용하여 제작할 수 있다. 이들의 경우에 있어서, 탄소섬유의 절손(breakage)을 억제하는 관점에서, 탄소 섬유사(T)의 접힘(fold-back) 사이의 거리는 1㎜ 이상인 것이 바람직하고, 2㎜ 이상인 것이 보다 바람직하며, 5㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 이들의 경우에, 탄소 섬유사(T)의 배향패턴으로서, 도 6(a)에 나타내듯이, 상측 및 하측 빔(23a, 23b)에 있어서 탄소 섬유사(T)가 실질적으로 벨트 폭방향으로 연장하도록 형성됨과 동시에, 센터필러(23c)에서 탄소 섬유사(T)가 벨트 두께방향으로 연장되도록 형성되는 것이 바람직하다. 또, 도 6(b)에 나타내듯이, 상측 및 하측 빔(23a, 23b)에 있어서는, 탄소 섬유사(T)가 풀리 접촉면을 구성하는 양 측면부(21)에 대해 수직방향으로 연장하도록 형성되어도 된다. 또한, 블록(20)에는, 감합부(22) 안쪽의 상하 코너부에 감합부(22)의 개구를 넓히도록 응력이 집중하므로, 도 6(c)에 나타내듯이, 이 부분에 대응하는 보강 구조재(23)의 상측 및 하측 빔(23a, 23b)의 각각과 센터필러(23c)와의 결합부에 있어서, 보강효과를 높이는 관점에서, 탄소 섬유사(T)가 센터필러(23c)로부터 상측 및 하측 빔(23a, 23b) 각각의 양측 외향(外向) 쪽에 경사진 방향으로 연장하도록 설치되어도 된다. 또, 도 6(d)에 나타내듯이, 탄소 섬유사(T)가 시트형 기재(25)의 윤곽을 따라 다층으로 형성되어도 된다. 이 패턴에서는, 상측 및 하측 빔(23a, 23b) 그리고 센터필러(23c)를 보강하는 탄소 섬유사(T)가 연속하는 것에 더불어, 상측 및 하측 빔(23a, 23b)의 각각과 센터필러(23c)와의 결합부에서 탄소 섬유사(T)가 고밀도로 배치됨으로써, 높은 보강효과를 얻을 수 있다.

보강 구조재(23)는, 탄소섬유가 일방향으로 배향하도록 배치된 프리프레그로 구성되어도 된다. 구체적으로는 예를 들어, 보강 구조재(23)는, 탄소섬유가 일방향으로 배향하도록 배치된 프리프레그 시트를 재단하고 적층 성형하여 구성된 것이라도 된다. 이 경우, 탄소섬유는, 벨트 폭방향으로 배향하도록 형성되는 것이 바람직하다.

보강 구조재(23)는, 탄소 섬유사(T)로 형성된 3차원 직물로 구성되어도 된다.

블록(20)에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는, 블록(20)의 높은 보강효과가 얻어지는 관점에서 1㎜ 이상인 것이 바람직하고, 2㎜ 이상인 것이 보다 바람직하고, 5㎜ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 블록(20)에 포함되는 보강 구조재(23)를 형성하는 탄소섬유의 함유량은, 블록(20)의 높은 보강효과가 얻어지는 관점에서 15∼95체적％인 것이 바람직하고, 25∼80체적％인 것이 보다 바람직하며, 30∼75체적％인 것이 더욱 바람직하다.

블록(20)에는, 단일 보강 구조재(23)가 매설되어도 되고, 또한, 복수의 보강 구조재(23)가 적층되어 매설되어도 된다. 또, 블록(20)에는, 보강 구조재(23)에 추가로, 종래보다 두께가 얇은 금속 보강재가 매설되어도 된다.

수지 피복층(24)은, 매트릭스 수지에 수지 배합제가 배합된 수지 조성물로 형성된다. 수지 피복층(24)의 층 두께는 예를 들어 0.8∼1.5㎜이다.

수지 피복층(24)을 형성하는 수지 조성물의 매트릭스 수지는, 열경화성 수지라도 되고, 또, 열가소성 수지라도 된다. 열경화성 수지로는, 예를 들어, 페놀수지, 에폭시 수지 등을 들 수 있다. 열가소성 수지로는, 예를 들어, 폴리아미드 수지, 폴리이미드 수지, 폴리카보네이트 수지 등을 들 수 있다. 매트릭스 수지는, 단일 종으로 구성되어도 되고, 또, 복수 종으로 구성되어도 된다. 매트릭스 수지는, 열경화성 수지만으로 구성되어도 되고, 또 열가소성 수지만으로 구성되어도 되며, 또한 열경화성 수지와 열가소성 수지가 혼합된 것이라도 된다. 매트릭스 수지는, 그 밖에 고무성분 등을 포함하여도 된다.

수지 피복층(24)은, 매트릭스 수지에 탄소 단섬유가 배합된 탄소 단섬유 보강 수지 조성물로 형성되어도 된다. 특히, 적어도 풀리 접촉면을 구성하는 양 측부(21)는, 내(耐) 마찰 마모성을 향상시키는 관점에서, 탄소 단섬유가 배합된 열경화성 수지의 탄소 단섬유 보강 수지 조성물로 형성되는 것이 바람직하다. 탄소 단섬유는, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유(PAN계 탄소 단섬유)라도 되고, 또, 피치계 탄소 단섬유라도 되며, 또한, 이들이 혼재된 것이라도 된다. 탄소 단섬유의 매트릭스 수지 100질량부에 대한 배합량은 예를 들어 10∼40 중량부이다. 수지 피복층(24)에 포함되는 탄소 단섬유의 길이는 예를 들어 50∼150㎛이다.

수지 피복층(24)을 형성하는 수지 조성물에는, 그 밖에, 그라파이트 분말, 파라 아라미드 단섬유 등이 배합되어도 된다. 파라 아라미드 단섬유는, 예를 들어, 섬유길이가 1∼3㎜이고, 매트릭스 수지 100질량부에 대한 배합량이 2∼5질량부이다. 그라파이트 분말은, 예를 들어, 입자지름이 5∼10㎛이고 매트릭스 수지 100질량부에 대한 배합량이 15∼20질량부이다. 그리고, 매트릭스 수지가 열경화성 수지의 경우, 수지 피복층(24)을 형성하는 블록 성형용 수지 재료에는 경화제가 배합되어도 된다.

본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)에서는, 복수의 블록(20) 감합부(22)에 이들을 연결하도록 장력밴드(10)가 끼워 넣어져 있다. 구체적으로는, 각 블록(20)의 각 감합부(22)에는, 모따기 가공된 한쪽 측부 쪽으로부터 장력밴드(10)가 삽입되고, 감합부(22) 상측면의 상측 감합 볼록부(22a)가 장력밴드(10) 상측면의 상측 감합 오목부(11a)에 감합함과 동시에, 감합부(22) 하측면의 하측 감합 볼록부(22b)가 장력밴드(10) 하측면의 하측 감합 오목부(11b)에 감합하고, 또한 감합부(22) 안쪽부에 장력밴드(10)의 한쪽 측부가 접촉하도록, 감합부(22)에 장력밴드(10)가 끼워 넣어진다. 그리고, 이에 의해 이음매 없는 장력밴드(10)에 벨트 길이방향을 따라 일정 피치로 상호 간격을 두도록 복수의 블록(20)이 걸림 고정된 구조가 구성됨과 동시에, 복수의 블록(20) 양 측면부(21) 및 외측에 노출한 장력밴드(10)의 다른 쪽 측면이 풀리 접촉면에 구성된다.

또, 본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)에서는, 장력밴드(10) 상측 및 하측 감합 오목부(11a, 11b) 사이의 두께(t₁)보다 블록(20) 감합부(22)의 틈새(t₂)가 약간 작다. 따라서, 장력밴드(10)는 압축 상태에서 블록(20)의 감합부(22)에 끼워 넣어진다. 여기서, 체결여유(t₁－t₂)는, 예를 들어 0.006∼0.150㎜이고, 블록(20) 감합부(22)의 틈새(t₂)에 대한 체결여유(t₁－t₂)의 비율인 체결여유율을 α＝{(t₁－t₂)/t₂}×100으로 나타내면 α＝1∼5％인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)에서는, 장력밴드(10)는 블록(20)으로부터 튀어나와 돌출된 상태로 설치되고, 이에 따라 고부하 전동용 V 벨트(B)가 풀리에 돌입할 시의 충격을 돌출된 장력밴드(10)에 의해 완화시킬 수 있다. 여기서, 이 돌출량의 돌출여유(Δd)는 예를 들어 0.02∼0.25㎜이고, 한편, 벨트 피치라인(심선 중심위치)에 있어서의 장력밴드(10)의 삽입폭(w)은 예를 들어 6∼13㎜이고, 벨트 피치라인에 있어서의 블록(20)의 장력밴드 치합(meshing) 위치에서의 장력밴드(10)의 삽입폭(w)에 대한 돌출여유(Δd)의 비율인 돌출여유율을 β＝(Δd/w)×100으로 나타내면 β＝0.3∼1.5％인 것이 바람직하다. 또한, 이 돌출여유(Δd)는, 고부하 전동용 V 벨트(B)의 측면을 콘트레이서(Contracer, 윤곽 형상 측정기)로 주사(走査)하면 용이하게 측정할 수 있다.

이상 구성의 본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)에 의하면, 블록(20)의 보강 구조재(23)가 탄소섬유로 형성되므로, 종래의 알루미늄제 보강재를 이용한 것과 비교하여, 고부하 전동용 V 벨트(B) 전체의 경량화를 도모할 수 있다. 구체적으로는, 블록(20)의 밀도가 1.5∼2.2g/㎤까지 경량화되는 것이 바람직하고, 1.5∼1.8g/㎤까지 경량화되는 것이 보다 바람직하며, 1.4∼1.6g/㎤까지 경량화되는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 고부하 전동용 V 벨트(B)로는, 벨트 단위길이당 질량이 0.25∼0.46g/㎜까지 경량화되는 것이 바람직하다.

도 7(a) 및 (b)는 본 실시형태에 관한 고부하 전동용 V 벨트(B)를 이용한 벨트식 무단변속장치(70)를 나타낸다.

이 벨트식 무단변속장치(70)는, 구동축(71)과 이에 평행하게 배치된 종동축(73)을 구비하고, 구동축(71) 상에 구동풀리(72)가, 또, 종동축(73) 상에 구동풀리(72)와 거의 같은 지름의 종동풀리(74)가, 각각 설치된다. 구동풀리(72)는, 구동축(71) 상에 회전 일체이며 또한 슬라이딩 불가능하게 고정된 고정 시브(sheave)와 이에 대응하도록 회전 일체이며 또한 슬라이딩 가능하게 지지된 가동(可動) 시브를 구비한다. 마찬가지로, 종동풀리(74)는, 종동축(73) 상에 회전 일체이며 또한 슬라이딩 불가능하게 고정된 고정 시브와 이에 대향하도록 회전 일체이며 또한 슬라이딩 가능하게 지지된 가동 시브를 구비한다. 구동풀리(72) 및 종동풀리(74)의 각각은, 고정 시브와 가동 시브와의 사이에 V 홈이 구성되고, 이들 구동풀리(72) 및 종동풀리(74)의 V 홈 사이에 고부하 전동용 V 벨트(B)가 감아 걸린다. 구동풀리(72) 및 종동풀리(74)의 각각은, 풀리 피치지름이 예를 들어 40∼150㎜의 범위에서 가변(可變)하게 구성된다.

그리고, 이 벨트식 무단변속장치(70)에서는, 벨트 전동에 필요로 하는 동력이 구동축(71)측에서 공급되어 종동축(73)측에서 소비되며, 또한, 구동풀리(72)의 벨트 감김 지름 및 종동 풀리(74)의 감김 지름이 변화함으로써 고부하 전동용 V 벨트(B)의 주행속도가 변화하도록 구성된다. 구체적으로는, 구동풀리(72)의 가동 시브를 고정 시브에 접근시키고, 또한 종동풀리(74)의 가동 시브를 고정 시브로부터 멀리하면, 도 7(a)에 나타내듯이, 구동풀리(72)의 벨트 감김 지름쪽이 종동풀리(74)의 벨트 감김 지름보다 크게 되며, 그 결과, 고부하 전동용 V 벨트(B)는 고속으로 주행하게 된다. 반대로, 구동풀리(72)의 가동 시브를 고정 시브로부터 멀리하고, 또한 종동풀리(74)의 가동 시브를 고정 시브에 접근시키면, 도 7(b)에 나타내듯이, 구동풀리(72)의 벨트 감김 지름쪽이 종동풀리(74)의 벨트 감김 지름보다 작아지고, 그 결과, 고부하 전동용 V 벨트(B)는 저속(低速)으로 주행하게 된다.

(고부하 전동용 V 벨트(B)의 제조방법)

다음에, 고부하 전동용 V 벨트(B)의 제조방법에 대해 설명한다.

<장력밴드 제작공정>

-미가교 고무 조성물 준비-

밴버리 믹서(Banbury mixer) 등의 고무 반죽 가공기에 고무성분을 투입하고 반죽한 후, 여기에 고무 배합제를 투입하여 혼련한다. 그리고 반죽된 미가교 고무 조성물을 캘린더 롤에 의해 시트형으로 가공하여 시트형의 미가교 고무 조성물을 얻는다.

-심선준비-

연사 또는 끈목에, RFL 수용액에 침지한 후에 가열하는 처리 및/또는 고무풀에 침지(浸漬)한 후에 건조시키는 처리를 행하여 심선(13)을 얻는다. 그리고, 이들의 처리 전에 연사 등에 에폭시 용액이나 이소시아네이트 용액에 침지한 후에 건조시키는 처리를 행하여도 된다.

-상측 및 하측 보강포 준비-

직포, 편물, 또는 부직포에, RFL 수용액에 침지한 후에 가열하는 처리 및/또는 고무풀에 침지 또는 고무풀을 코팅한 후에 건조시키는 처리를 행하여 상측 및 하측 보강포(14, 15)를 얻는다. 그리고, 이들 처리 전에 직포 등에, 에폭시 용액이나 이소시아네이트 용액에 침지한 후에 건조시키는 처리를 행하여도 된다.

-장력밴드 성형-

장력밴드(10)의 하측 감합 오목부 형상의 금형 축방향으로 연장되는 돌조가 외주면의 둘레방향으로 등피치로 형성된 원통형 금형을 통형상으로 형성한 하측 보강포(15)로 피복하고, 그 위에 시트형의 미가교 고무 조성물을 소정층 적층하여 형성한다.

이어서, 가열가압 장치 안에 이 원통 금형을 넣어, 미가교 고무 조성물의 가교가 절반 정도 진행하도록, 장치 내를 소정의 온도 및 압력으로 설정하여 소정 시간 그 상태를 유지한다. 이 때, 미가교 고무 조성물의 가교가 절반 정도 진행하여 보형 고무층(12)의 하측 절반의 형상이 형성된다. 또, 미가교 고무 조성물이 유동(流動)하여 원통 금형에 형성된 돌조가 하측 보강포(15)를 눌러 하측 감합 오목부(11b)가 형성된다.

계속해서, 가열가압 장치 중에서 원통 금형을 꺼내어, 반(半)가교된 고무 조성물의 위에서부터 심선(13)을 등피치로 나선형으로 감고, 그 위에 다시 시트형의 미가교 고무 조성물을 소정층 적층하여 형성하고, 그 위에서부터 통형으로 형성된 상측 보강포(14)를 씌운다.

이어서, 장력밴드(10)의 상측 감합 오목부 형상의 축방향으로 연장되는 돌조가, 내주면의 둘레방향으로 등피치로 형성된 통형상의 슬리브를 최외층(最外層)에 씌운다.

그리고, 가열가압 장치 안에 재료를 세팅한 원통 금형을 넣어, 장치 내를 소정의 온도 및 압력으로 설정하여 소정 시간 그 상태를 유지한다. 이 때, 반가교 고무 조성물 및 미가교 고무 조성물의 가교가 진행되어 보형 고무층(12)이 형성된다. 또, 미가교 고무 조성물이 유동하여 슬리브에 형성된 돌조가 상측 보강포(14)를 눌러 상측 감합 오목부(11a)가 형성된다. 또한, 심선(13) 표면의 접착제와 보형 고무층(12)이 상호 확산함으로써, 심선(13)이 보형 고무층(12)에 일체로 접착함과 동시에, 상측 및 하측 보강포(14, 15)에 부착된 접착제와 보형 고무층(12)이 상호 확산함으로써, 상측 및 하측 보강포(14, 15)가 보형 고무층(12)에 일체로 접착된다.

이상과 같이 하여, 원통 금형 표면에 원통형의 슬래브(slab)가 성형된다.

마지막으로, 가열 가압장치로부터 원통 금형을 꺼내고, 그 둘레면 상에 형성된 원통형 슬래브를 탈형하고, 이를 소정 폭의 밴드형으로 절단하여 모따기 가공 등을 행함으로써 장력밴드(10)를 얻는다.

<블록 성형공정>

-블록 성형용 수지재료 준비-

이축(二軸) 혼련기 등의 수지 혼련기에 매트릭스 수지 및 수지 배합제를 투입하여 혼련하고, 회수한 혼련물을 분쇄하여 분상(粉狀)화 내지 입상(粒狀)화하고 블록 성형용 수지재료를 얻는다.

-블록성형-

도 8에 나타내듯이 블록 성형기의 금형(80)의 캐비티(C) 내에 보강 구조재(23)를 배치하여 성형틀을 닫은 후, 캐비티(C) 내에 수지 피복층(24)을 형성하는 미고체화의 블록 성형용 수지재료(M)를 공급함으로써 블록(20)을 성형한다.

여기서, 보강 보조재(23)를 형성하는 탄소섬유 사이로 미고체화 수지재료의 함침(含浸)을 높이는 관점에서는, 미고체화 수지재료의 점성도는 더 낮은 것이 바람직하고, 이 점에 대해서는 성형온도 등의 성형가공 조건의 설정에 의해 제어할 수 있다.

또, 이 블록 성형공정은, 사출성형에 의해 실행하는 것도 가능하나, 상기와 마찬가지 이유로, 낮은 점성도의 미고체화의 블록 성형용 수지재료(M)를 이용하는 RIM(Reaction Injection Molding) 성형 또는 RTM(Resin Transfer Molding) 성형에 의해 행하는 것이 바람직하다. 또한, 블록(20) 내의 보이드(void) 발생을 억제하는 것을 고려하면, VaRTM(Vacuum assisted Resin Transfer Molding) 성형에 의해 행하는 것이 바람직하다.

또한, 보강 구조재(23)가 탄소섬유와 열가소성 수지섬유와의 복합사로 형성되는 경우에는, 열에 의해 탄소섬유 주위의 열가소성 수지섬유가 용융하여 탄소섬유에 함침하므로, 이 블록 성형공정은 프레스 성형에 의해서도 행할 수 있다.

금형(80)을 냉각한 후, 성형 틀을 열어 블록(20)을 꺼낸다. 또한, 매트릭스 수지가 열경화성 수지의 경우, 그 후, 블록(20)에 어닐 처리 등을 함으로써 수지 피복층(24)을 충분히 경화시키는 것이 바람직하다. 어닐 온도는 예를 들어 190∼195℃이고, 어닐 시간은 예를 들어 2∼4시간이다.

<조립공정>

한쪽 장력밴드(10)의 상측 및 하측 감합 오목부(11a, 11b)에 각각 블록(20)의 상측 및 하측 감합 볼록부(22a, 22b)를 대응시키고, 상측 및 하측 감합 오목부(11a, 11b)에 각각 상측 및 하측 감합 볼록부(22a, 22b)가 끼워 넣어지도록, 블록(20)의 한쪽 감합부(22)에 장력밴드(10)를 삽입하고, 블록(20)을 장력밴드(10)에 걸림 고정시킨다. 이 조작을 장력밴드(10)의 전 둘레에 대해 행한다. 마찬가지로, 다른 쪽의 장력밴드(10)를 블록(20)의 다른 쪽 감합부(22)에 삽입하고, 이에 따라 고부하 전동용 V 벨트(B)를 얻는다.

-실시예-

(고부하 전동용 V 벨트)

이하의 실시예 1∼5 및 비교예 1∼4의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하였다. 각각의 구성은 표 1에도 나타낸다.

<실시예 1>

블록 성형용 수지재료로서, 매트릭스 수지인 페놀 수지(페놀 알랄킬(phenol aralkyl) 수지 50질량％ 및 노볼락 페놀수지 50질량％) 100질량부에 대해, PAN계 탄소 단섬유 72.5질량부, 그라파이트 분말 17.5질량부, 파라아라미드 단섬유 2.8질량부, 및 경화제의 헥사민(hexamine) 15질량부를 배합하여 혼련한 것을 조제(prepare)한다. 이 블록 성형용 수지재료의 밀도는 1.44g/㎤이었다.

보강 구조재로서, 탄소섬유가 일방향에 배향하도록 배치된 프리프레그 시트(TOHO TENAX사 제조, 일방향 프리프레그 상품명 : HTS40, 탄소섬유 함유율 60％ 두께 0.19㎜)를 11장 적층하고, 탄소섬유의 배향방향이 벨트 폭방향으로 대향하도록 블록형상으로 재단하고 성형한 것을 준비한다. 이 보강 구조재의 밀도는, 1.51g/㎤이었다.

상기 보강 구조재를 블록 성형기 금형의 캐비티 내에 배치하여 성형틀을 닫은 후, 상기 블록 성형용 수지재료를 용융시킨 것을 캐비티 내에 사출함으로써, 보강 구조재를 형성하는 탄소섬유의 함유량을 60체적％로 한 블록을 성형한다. 이 블록의 밀도는 1.50g/㎤이었다. 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 1.95㎜이었다.

그리고, 이 블록을 이용한 상기 실시형태와 마찬가지 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 실시예 1로 한다.

실시예 1의 벨트길이는 612㎜, 벨트 피치폭은 25㎜, 벨트 두께는 12.8㎜, 및 벨트 각도는 26˚, 그리고 블록의 수는 204개, 블록 피치는 3㎜, 및 블록간의 간격은 0.05㎜이었다. 또, 실시예 1의 벨트 질량은 215.5g(장력밴드 총 질량 78.0g 및 블록 총 질량 137.5g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.35㎏/m이었다.

또한, 장력밴드의 보형 고무층은 디메타크릴산(dimethacrylate) 아연이 첨가되어 강화된 수소첨가 아크릴로니트릴(acrylonitrile) 고무 조성물, 심선은 아라미드 섬유의 끈목, 그리고 상측 및 하측 보강포는 나일론 섬유 직포로 각각 형성한다.

<실시예 2>

보강 보조재로서, 블록형상으로 형성한 시트형 기재로서 두께 200㎛의 폴리에틸렌 시트에, 탄소섬유의 필라멘트사(TOHO TENAX사 제, 상품명:HTS40, 7μ×3000개, 200tex)에 의해, 탄소섬유의 배향방향이 벨트 폭방향에 대응하도록 자수를 행한 것을 이용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 실시예 2로 한다.

실시예 2의 벨트 질량은 215.5g(장력밴드 총 질량 78.0g 및 블록 총 질량 137.5g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.35㎏/m이었다.

그리고, 보강 구조재의 밀도는, 1.51g/㎤, 블록의 밀도는, 1.50g/㎤, 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 1.80㎜, 블록에 포함되는 보강 구조재를 형성하는 탄소섬유의 함유량을 60체적％이었다.

<실시예 3>

보강 구조재로서, 블록 형상으로 형성한 시트형 기재로서 두께 200㎛의 폴리에틸렌 시트에, 탄소섬유의 필라멘트사와 폴리프로필렌 섬유의 필라멘트사를 1:1의 비율로 평행하게 맞추고, 이들을 폴리프로필렌 섬유에 의해 말아 감친 복합사(실시예 2의 탄소섬유의 필라멘트사와 동일 굵기)에 의해, 탄소섬유의 배향방향이 벨트 폭방향에 대응하도록 자수를 행한 것을 이용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 실시예 3으로 한다.

실시예 3의 벨트 질량은 215.5g(장력밴드 총 질량 78.0g 및 블록 총 질량 137.5g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.35㎏/m이었다.

그리고, 보강 구조재의 밀도는 1.51g/㎤, 블록의 밀도는 1.50g/㎤, 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 1.90㎜, 블록에 포함되는 보강 구조재를 형성하는 탄소섬유의 함유량은 60체적％이었다.

<실시예 4>

보강 구조재로서, 블록 형상으로 형성한 시트형 기재로서 두께 200㎛의 폴리에틸렌 시트에 탄소섬유의 방적사(실시예 2의 탄소섬유의 필라멘트사와 동일 굵기)에 의해, 탄소섬유의 배향방향이 벨트 폭방향에 대응하도록 자수를 행한 것을 이용하고, 블록에 포함되는 보강 구조재를 형성하는 탄소섬유의 함유량을 35체적％로 하고, 벨트 피치 폭을 20㎜으로 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 실시예 4로 하였다.

실시예 4의 벨트 질량은 186.1g(장력밴드 총 질량 63.0g 및 블록 총 질량 123.1g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.30㎏/m이었다.

그리고, 보강 구조재의 밀도는, 1.32g/㎤, 블록의 밀도는, 1.34g/㎤, 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 1.90㎜이었다.

<실시예 5>

보강 구조재로서, 블록 형상으로 형성한 시트형 기재로서 두께 200㎛의 폴리에틸렌 시트에 탄소섬유의 방적사(실시예 2의 탄소섬유의 필라멘트사와 동일 굵기)에 의해, 탄소섬유의 배향방향이 벨트 폭방향에 대응하도록 자수를 행한 것을 이용하고, 블록에 포함되는 보강 구조재를 형성하는 탄소섬유의 함유량을 95체적％로 하고, 벨트 피치 폭을 20㎜으로 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 실시예 5로 하였다.

실시예 5의 벨트 질량은 219.3g(장력밴드 총 질량 63.0g 및 블록 총 질량 156.3g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.36㎏/m이었다.

그리고, 보강 구조재의 밀도는 1.76g/㎤, 블록의 밀도는 1.70g/㎤, 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 1.90㎜이었다.

<비교예 1>

보강 구조재 대신에, JIS H4000의 A2024P T361의 두랄루민(duralumin)으로 형성된 금속 보강재를 이용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 비교예 1로 하였다.

비교예 1의 벨트 질량은 305.3g(장력밴드 총 질량 78.0g 및 블록 총 질량 227.3g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.50㎏/m이었다.

그리고, 금속 보강재의 밀도는 2.70g/㎤, 블록의 밀도는 2.48g/㎤, 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 0.1㎜이었다.

<비교예 2>

블록 성형용 수지재료로서, 매트릭스 수지인 4,6나일론 수지 100질량부에 대해, PAN계 탄소 단섬유 30질량부를 배합하여 혼련한 것을 이용하고, 또, 보강 구조재를 매설하지 않고 제작한 블록을 이용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 비교예 2로 하였다.

비교예 2의 벨트질량은 210.2g(장력밴드 총 질량 78.0g 및 블록 총 질량 210.2g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.34㎏/m이었다.

그리고, 블록의 밀도는 1.44g/㎤, 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 0.1㎜이었다.

<비교예 3>

벨트 피치 폭을 20㎜으로 형성한 것을 제외하고 비교예 1과 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 비교예 3으로 하였다.

비교예 3의 벨트 질량은 216.5g(장력밴드 총 질량 63.0g 및 블록 총 질량 153.5g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.35㎏/m이었다.

그리고, 블록의 밀도는 2.28g/㎤, 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이는 0.1㎜이었다.

<비교예 4>

벨트 피치 폭을 20㎜으로 형성한 것을 제외하고 비교예 2와 동일 구성의 고부하 전동용 V 벨트를 제작하고, 이를 비교예 4로 한다.

비교예 4의 벨트 질량은 159.9g(장력밴드 총 질량 63.0g 및 블록 총 질량 96.9g), 즉, 벨트 단위길이당 질량은 0.26㎏/m이었다.

(시험평가방법)

구동풀리 및 종동풀리가 챔버 내에 설치된 벨트 주행시험기를 이용하여, 이하의 각 항목을 시험평가 하기 위한 벨트 주행시험을 행하였다.

<벨트 전동효율>

실시예 1∼5 및 비교예 1∼4 각각의 고부하 전동용 V 벨트(B)에 대해, 도 9(a)에 나타내듯이, 풀리피치 지름(고부하 전동용 V 벨트(B)를 감아 건 때의 심선위치의 지름)이 65.0㎜의 구동풀리(91) 및 풀리피치 지름이 130㎜의 종동풀리(92)에 감아 검과 동시에, 종동풀리(92)에 4000N의 데드웨이트(DW)를 부하하고, 챔버(93) 내에 90℃의 공기를 불어 넣으면서, 구동축 토크(torque) 80.0N·m로 구동풀리(91)를 2600±60rpm의 회전 수로 회전시켰다. 그리고, 이 때의 N₁:입력 회전수, N₂:출력 회전수, Tr₁:입력 토크, 및 Tr₂:출력 토크를 구하고, (N₂×Tr₂)/(N₁×Tr₁))×100을 벨트 전동효율로서 산출한다.

<고속 고부하 내열내구 수명>

실시예 1∼5 및 비교예 1∼4 각각의 고부하 전동용 V 벨트(B)에 대해, 도 9(b)에 나타내듯이, 풀리 피치지름이 130㎜의 구동풀리(91) 및 풀리 피치지름이 60.0㎜의 종동풀리(92)에 감아 검과 동시에, 종동풀리(92)에 2300N의 데드웨이트(DW)를 부하하고, 챔버(93) 내에 120℃의 공기를 불어 넣으면서, 구동축 토크 65.0N·m로 구동풀리(91)를 5800±60rpm의 회전 수로 회전시키고, 최장 주행시간을 500시간으로 하고 벨트가 파괴하기까지 주행시켰다. 그리고, 벨트가 파괴하기까지의 주행시간을 고속 고부하 내열 내구 수명으로 한다.

<벨트소음>

실시예 1∼5 및 비교예 1∼4 각각의 고부하 전동용 V 벨트(B)에 대해, 도 9(c)에 나타내듯이, 풀리 피치지름이 130㎜의 구동풀리(91) 및 풀리 피치지름이 60.0㎜의 종동풀리(92)에 감아 검과 동시에, 종동풀리(92)에 4000N의 데드웨이트(DW)를 부하하고, 챔버(93) 내에 23±4℃의 공기를 불어 넣으면서, 구동축을 무(無)부하로 하고 구동풀리(91)를 0∼3000rpm의 회전 수의 범위에서 변동시키면서 회전시켰다. 그리고, 이 때 벨트 스팬(span) 사이 중앙에서 벨트 측면으로부터 10㎜의 위치에서 소음 측정기를 이용하여 측정한 소음의 최대값을 벨트 소음으로 한다.

(시험평가 결과)

표 2는 시험결과를 나타낸다.

벨트 전동효율은, 실시예 1이 98％, 실시예 2가 97％, 실시예 3이 98％, 실시예 4가 98％, 및 실시예 5가 98％, 그리고, 비교예 1이 95％, 비교예 2가 97％, 비교예 3이 95％, 및 비교예 4가 97％이었다.

고속 고부하 내열 내구 수명은, 실시예 1∼5가 500시간 이상, 그리고, 비교예 1이 500시간 이상, 비교예 2가 24시간(블록파손), 비교예 3이 500시간 이상, 및 비교예 4가 20시간(블록파손)이었다.

벨트소음은, 실시예 1이 74dB, 실시예 2가 75dB, 실시예 3이 75dB, 실시예 4가 76dB, 및 실시예 5가 76dB, 그리고 비교예 1이 90dB, 비교예 2가 75dB, 비교예 3이 85dB, 및 비교예 4가 75dB이었다.

본 발명은 고부하 전동용 V 벨트 및 그 제조방법에 대해 유용하다.

B : 고부하 전동용 V 벨트 C : 캐비티
T : 탄소 섬유사 10 : 장력밴드
11a : 상측 감합 오목부 11b : 하측 감합 오목부
12 : 보형 고무층 13 : 심선
14 : 상측 보강포 15 : 하측 보강포
20 : 블록 21 : 측면부
22 : 감합부 22a : 상측 감합 볼록부
22b : 하측 감합 볼록부 23 : 보강 구조재
23a : 상측 빔 23b : 하측 빔
23c : 센터필러 24 : 수지 피복층
25 : 시트형 기재 26 : 봉사
70 : 벨트식 무단변속장치 71 : 구동축
72, 91 : 구동풀리 73 : 종동축
74, 92 : 종동풀리 80 : 금형
93 : 챔버

Claims

이음매 없는 장력밴드와,
상기 장력밴드의 길이방향으로 나열하도록 배치되고, 각각, 이 장력밴드에 걸림 고정된 복수의 블록을, 구비한 고부하 전동용 V 벨트에 있어서,
상기 복수의 블록 각각은, 탄소섬유로 형성된 보강 구조재와, 이 보강 구조재를 피복하도록 형성된 수지 피복층을 갖는 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 보강 구조재는, 탄소섬유가 시트형 기재(基材)에 고정되어 구성되는 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 2에 있어서,
상기 보강 구조재는, 탄소섬유에 의해 시트형 기재에 자수(刺繡)가 행해지고 구성되는 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1에 있어서,
상기 보강 구조재는, 탄소섬유가 일방향으로 배향하도록 배치된 프리프레그(prepreg)로 구성되는 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 4에 있어서,
상기 보강 구조재는, 탄소섬유가 벨트 폭방향으로 배향하도록 형성되는 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강 구조재가 탄소섬유의 필라멘트사 또는 방적사로 형성되는 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 보강 구조재가 탄소섬유와 그 이외의 섬유와의 복합사로 형성되는 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
벨트 단위길이당 질량이 0.25∼0.46g/㎜인 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블록의 밀도가 1.5∼2.2g/㎤인 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블록에 포함되는 탄소섬유의 최대 길이가 1㎜ 이상인 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블록에 포함되는 상기 보강 구조재를 형성하는 탄소섬유의 함유량이 15∼95체적％인 고부하 전동용 V 벨트.
청구항 1 내지 청구항 11 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수지 피복층의 적어도 풀리 접촉면을 구성하는 부분은 탄소 단섬유가 배합된 열경화성 수지로 형성되는 고부하 전동용 V 벨트.
이음매 없는 장력밴드와,
상기 장력밴드의 길이방향으로 나열하도록 배치되고, 각각, 이 장력밴드에 걸림 고정된 복수의 블록을, 구비한 고부하 전동용 V 벨트의 제조방법에 있어서,
블록 성형틀의 캐비티(cavity)에 탄소섬유로 형성된 보강 구조재를 배치하고, 이 캐비티 내에 미고체화 수지재료를 공급하는 블록 성형공정을 포함하는 고부하 전동용 V 벨트의 제조방법.
청구항 13에 있어서,
상기 블록 성형공정을 RIM 성형, RTM 성형, 또는 VaRTM 성형에 의해 행하는 고부하 전동용 V 벨트의 제조방법.
청구항 13에 있어서,
보강 구조재가 탄소섬유와 열가소성 수지섬유와의 복합사로 형성되고,
상기 블록 성형공정을 프레스 성형으로 행하는 고부하 전동용 V 벨트의 제조방법.