KR20150024443A - 전동 벨트 및 그 제조방법 - Google Patents

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타카유키 쿠사노
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반도 카가쿠 가부시키가이샤
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Abstract

전동 벨트(B)는, 평 풀리에 감아 걸린 시에, 이 평 풀리에 접촉하는 고무 요철면(17)을 갖는다. 이 요철면(17)은, 볼록부의 정상면(18)이 평탄면으로 형성된다.

Description

전동 벨트 및 그 제조방법{TRANSMISSION BELT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은, 전동 벨트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 보조기계(補助機械) 구동용 벨트 전동장치에는, 예를 들어, 크랭크 샤프트 풀리(crank shaft pulley), 파워 스티어링 풀리(power steering pulley), 에어컨 풀리(air conditioning pulley), 워터펌프 풀리(water pump pulley), 및 AC 제네레이터 풀리(AC generator pulley) 등에 V 리브드 벨트(V-ribbed belt)가 감아 걸린 서펜타인 방식인 것이 있다. 그리고, 이 종류의 벨트 전동장치에는, 오토 텐셔너(auto tensioner)와 고정 아이들러 풀리(idler pulley) 등의 평 풀리(flat pulley)로 V 리브드 벨트의 배면(背面)을 누르고 벨트 장력을 부여하도록 구성된 것이 있다.
특허문헌 1에는, V 리브드 벨트의 배면이 아이들러 풀리에 접촉하여 발생하는 점착 연마 등에 의해 이상음이 발생하는 것을 개선하기 위해, V 리브드 벨트의 배면에 커버 범포(帆布)를 적층하지 않고, 직물의 요철(凹凸) 패턴을 형성한 고무층을 형성하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허공개 2005-61593호 공보
본 발명의 전동 벨트는, 평 풀리에 감아 걸린 시에, 이 평 풀리에 접촉하는 고무의 요철면을 가지며, 이 요철면은 볼록부의 정상면이 평탄면으로 형성된다.
본 발명의 전동 벨트 제조방법은, 볼록부의 정상(頂上)면이 평탄면으로 형성된 요철면의 전사(轉寫)면인 성형면에, 고무 조성물을 압접(壓接)시킴으로써 상기 평 풀리에 접촉하는 요철면을 형성하는 것이다.
도 1은, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트의 사시도이다.
도 2는, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트 변형예의 사시도이다.
도 3은, 도 2의 V 리브드 벨트 배면(背面)의 사진이다.
도 4는, 도 2의 V 리브드 벨트 배면의 평면도이다.
도 5는, 가로로 골 지게 짠 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6은, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트를 이용한 자동차의 보조기계 구동용 벨트 전동장치의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 7(a)∼도 7(b)은, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트 배면의 요철면을 형성하는 방법을 나타내는 설명도이다.
도 8(a)∼도 8(e)은, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트의 제조방법을 나타내는 설명도이다.
도 9는, 제 2 실시형태에 관한 평 벨트의 단면도이다.
도 10은, 제 2 실시형태에 관한 평 벨트를 이용한 벨트 전동장치의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 11은, 점착 시험용 벨트 주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
이하, 실시형태에 대해 도면에 기초하여 상세히 설명한다.
(제 1 실시형태)
도 1은, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)를 나타낸다. 이 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)는, 예를 들어, 자동차의 엔진 룸 내에 설치되는 보조기계(補助機械) 구동용의 벨트 전동장치 등에 이용되는 이음매 없는(엔드리스, endless) 것이다. 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)는, 예를 들어 벨트 길이가 700∼3000㎜, 벨트 폭이 10∼36㎜, 및 벨트 두께가 4.0∼5.0㎜이다.
제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)는, 벨트 내주(內周)측의 풀리 접촉부분을 구성하는 압축 고무층(11)과 중간의 접착 고무층(12)과 벨트 외주(外周)측의 배면 고무층(13)과의 3중층으로 구성된 고무제의 V 리브드 벨트 본체(10)를 구비한다. 그리고, 접착 고무층(12)에는, 벨트 폭 방향에 피치를 갖는 나선을 형성하도록 배치된 심선(心線)(14)이 매설(埋設)된다.
압축 고무층(11)에는, 복수의 V 리브(15)가 벨트 내주측에 늘어지도록(수하(垂下)하도록) 형성된다. 복수의 V 리브(15)는, 각각이 벨트 길이방향으로 연장되는 단면(斷面)이 거의 역삼각형의 돌조(rib)로 형성됨과 동시에, 벨트 폭방향으로 나열 형성된다. 각 V 리브(15)는, 예를 들어, 리브 높이가 2.0∼3.0㎜, 기단(基端) 사이의 폭이 1.0∼3.6㎜이다. 또, 리브 수는, 예를 들어 3∼10개이다(도 1에서는, 3개).
접착 고무층(12)은, 단면(斷面)이 가로로 긴 직사각형의 띠형상으로 구성되고, 두께가 예를 들어 1.0∼2.5㎜이다.
배면 고무층(13)도, 단면이 가로로 긴 직사각형의 띠형상으로 구성되고, 두께가 예를 들어, 0.4∼0.8㎜이다. 배면 고무층(13)의 표면, 즉, 후술하듯이 평 풀리에 감아 걸린 시에, 이 평 풀리에 접촉하는 면은 고무의 요철면(17)으로 구성되고, 이 요철면(17)의 볼록부 정상(頂上)면(18)은 평탄면으로 형성된다.
배면 고무층(13)의 표면인 요철면(17)을 구성하는 볼록부를 평면에서 본 바깥 지름(최대 바깥 지름)은, 바람직하게는 0.3㎜ 이상, 보다 바람직하게는, 0.5㎜ 이상이고, 또한 바람직하게는 1.4㎜ 이하, 더욱 바람직하게는 1.2㎜ 이하이다. 볼록부의 높이, 즉, 요철면(17)의 표면 거칠기(surface roughness)(Rz)는, 바람직하게는, 0.05㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는, 0.1㎜ 이상이며, 또, 바람직하게는 0.25㎜ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.2㎜ 이하이다. 여기서, 요철면(17)의 표면 거칠기(Rz)는, JISB0601(2001)의 부속서 1에 기초하여, 표면 거칠기 계(計)에 의해 측정할 수 있다. 배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)을 구성하는 다수의 볼록부는, 치수 구성이 다른 볼록부가 혼재하여 구성되어도 되나, 치수 구성이 동일한 볼록부로 구성되는 것이 바람직하다.
배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)을 구성하는 각 볼록부의 종단면 형상으로는, 예를 들어, 사다리꼴, 가로로 긴 직사각형, 세로로 긴 직사각형 등을 들 수 있다. 배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)을 구성하는 각 볼록부를 평면에서 본 형상으로는, 예를 들어, 원형, 삼각형, 직사각형, 다각형, 부정형 등을 들 수 있다. 배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)을 구성하는 다수의 볼록부는, 종단면 형상 및/또는 평면에서 본 형상이 다른 볼록부가 혼재하여 구성되어도 되나, 종단면 형상 및 평면에서 본 형상이 동일 볼록부로 구성되는 것이 바람직하다.
배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)을 구성하는 다수의 볼록부는, 이산적으로 분산하여 배치되어도 되고, 또, 연속하도록 배치되어도 되며, 또한, 복수 개가 연속하여 형성된 볼록부 군(群)이 이산적으로 분산하여 배치되어도 된다. 볼록부가 이산적으로 분산하여 배치되는 경우 또는 복수개의 볼록부가 연속하여 형성된 볼록부 군이 이산적으로 분산하여 배치되는 경우, 볼록부 사이 또는 볼록부 군 사이의 간격은 예를 들어 1.0∼1.5㎜이다. 볼록부가 이산적으로 분산하여 배치되는 경우 또는 복수개의 볼록부가 연속하여 형성된 볼록부 군이 이산적으로 분산하여 배치되는 경우, 볼록부 또는 볼록부 군은, 모양을 형성하도록 규칙적으로 배치되어도 되고, 또, 랜덤으로 배치되어도 된다.
배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)을 평면에서 본 면적 중 볼록부 평탄면의 정상면(18) 면적의 총 합계는, 바람직하게는 10% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상이며, 또, 바람직하게는 60% 이하, 보다 바람직하게는 50% 이하이다. 여기서, 볼록부의 정상면(18)의 면적은, 3차원 거칠기 측정기에 의해 측정할 수 있다.
요철면(17)은, 예를 들어, 직포, 편포, 부직포, 코드섬유(cord fabric) 등의 표면과 동일 형태로 형성되어도 된다. 이들 중 요철면(17)은 골 지게 짠(rep weave fabric) 직포 등의 표면과 동일형태로 형성되는 것이 바람직하다.
도 2는, 도 1에 나타낸 V 리브드 벨트의 변형예이고, 요철면(17)이 특허 제 3722478호 공보의 도 5 및 도 6에 기재된 골 지게 짠 직포의 표면과 동일 형태로 형성된 V 리브드 벨트(B)이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 V 리브드 벨트(B)의 요철면(17)을 확대한 1600×1200 픽셀의 사진이다. 그리고, 931 픽셀이 10㎜이다. 도 4는, 도 3의 요철면(17) 볼록부를 도시(圖示)화 한 것으로, 골 지게 짠 씨실(D) 및 날실(E)의 방향을 나타낸다. 볼록부의 정상면(18)은 거의 타원형이다.
골 지게 짠 직포는, 가로로 골 지게 짠 구성이라도 되고, 또, 날실과 씨실이 교체된 세로로 골 지게 짠 구성의 것이라도 된다. 예를 들어, 가로로 골 지게 짠 직포는, 도 5에 나타내듯이, 씨실(D) 1가닥에 대해 날실(E)을 2가닥으로 1조로 하여 부침(浮沈)시켜 짜고, 씨실(D)이 2가닥의 날실(E)마다 앞 및 뒤로 교대로 나타나는 패턴을 가지고, 인접하는 씨실(D)이 이와 반대의 패턴으로 2가닥의 날실(E)마다 앞 및 뒤로 교대로 나타나는 패턴을 갖는다. 물론, 3가닥 이상의 날실(E)마다 앞 및 뒤로 교대로 나타나는 패턴을 가져도 된다. 골 지게 짠 직포의 표면과 동일 형태의 요철면(17)에서는, 볼록부는, 씨실(D)과 날실(E)과의 교점에 의해 구성된다. 골 지게 짠 직포의 표면과 동일 형태의 요철면(17)에서는, 날실 패턴 및 씨실 패턴이 벨트 길이방향으로 교차하여도 되고, 날실 패턴 또는 씨실 패턴이 벨트 길이방향을 따르도록 연장되어도 된다. 골 지게 짠 직포의 표면과 동일 형태의 요철면(17)에서는, 날실 패턴 및 씨실 패턴이 직교하여도 되고, 또, 90˚ 이외의 각도로 교차하여도 된다.
그런데, 특허문헌 1에 기재한 V 리브드 벨트에 의하면, 물로 덮인 시(被水時) 의 슬립음과 이상음 발생방지를 기대할 수 있으나, 배면 고무의 요철면이 평 풀리에 접촉할 때, 이 볼록부의 접촉이 점접촉과 선접촉이 되고, 이로써, 배면이 마모함에 따른 고무 가루가 발생하기 쉽고, 이 고무 가루가 배면과 평 풀리에 점착하여, 결과적으로 배면과 평 풀리와의 사이에서 이상음이 발생할 우려가 있다.
그러나, 이와 같은 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)에 의하면, 평 풀리에 감긴 시에 접촉하는 배면 고무층(13)의 표면이, 볼록부의 정상면(18)이 평탄면에 형성된 고무의 요철면(17)에 구성되므로, 평 풀리에 접촉하는 배면 고무층(13) 표면의 접촉 양태가 면접촉이 되어 작용하는 힘이 분산되고, 그 결과, 물로 덮인 시의 슬립과 이상음의 발생방지 효과와 더불어, 고무의 요철면(17)에 구성된 배면 고무층(13) 표면의 마모를 억제할 수 있다.
압축 고무층(11), 접착 고무층(12), 및 배면 고무층(13)은, 고무성분에 여러 가지 배합제가 배합되어 혼련(混鍊)된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 가교제에 의해 가교된 고무 조성물로 형성된다. 이 고무 조성물은, 유황을 가교제로서 가교한 것이라도 되고, 또, 유기 과산화물을 가교제로서 가교한 것이라도 된다.
압축 고무층(11), 접착 고무층(12), 및 배면 고무층(13)은, 별도 배합의 고무 조성물로 형성되어도 되고, 또, 동일 배합의 고무 조성물로 형성되어도 된다. 벨트 배면이 접촉하는 평 풀리와의 접촉에서 점착이 발생하는 것을 억제하는 관점에서는, 배면 고무층(13)은, 접착 고무층(12)보다 약간 단단한 고무 조성물로 형성되는 것이 바람직하다.
압축 고무층(11), 접착 고무층(12), 및 배면 고무층(13)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분으로는, 예를 들어, 에틸렌-α-올레핀엘라스토머(EPDM; ethylene-α-olefin elastomer, EPR 등), 클로로프렌 고무(CR;chloroprene-rubber), 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM;chlorosulfonated polyethylene rubber), 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR;hydrogenated acrylonitrile rubber) 등을 들 수 있다. 배합제로는, 보강제, 충전제, 노화 방지제, 연화(軟化)제, 가교제, 가류(加硫) 촉진제 등을 들 수 있다. 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에는, 나일론 단섬유 등의 단섬유(16)가 배합되어도 된다. 그 경우, 단섬유(16)가 압축 고무층(11)에 벨트 폭방향으로 배향하도록 포함되는 것이 바람직하고, 또, 단섬유(16)가 압축 고무층(11)의 표면으로부터 돌출하도록 형성되는 것이 바람직하다. 그리고, 압축 고무층(11)을 형성하는 고무 조성물에 단섬유(16)를 배합한 구성이 아닌, 압축 고무층(11)의 표면에 단섬유(16)를 부착시킨 구성이라도 된다.
심선(14)은, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 섬유, 폴리비닐 알코올 섬유(polyvinyl alcohol, PVA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 섬유, 파라계 아라미드(para-aramid) 섬유, 메타계 아라미드(meta-aramid) 섬유, 4,6 나일론 섬유, 6,6 나일론 섬유, 카본 섬유, 또는 유리 섬유로 형성된 꼰 실(연사)에, 성형 가류 전에, 레조르신ㆍ포르말린ㆍ라텍스 수용액(RFL) 수용액 등에 의한 접착 처리가 행해진 것으로 구성된다.
도 6은, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)를 이용한 자동차의 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)의 풀리 레이아웃을 나타낸다. 이 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)는, V 리브드 벨트(B)가 4개의 리브 풀리 및 2개의 평 풀리를 합쳐 6개 풀리에 감겨 동력을 전달하는 서펜타인 드라이브 방식(serpentine drive type)의 것이다.
이 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)는, 최상 위치의 파워 스티어링 풀리(power steering pulley)(21)와, 이 파워 스티어링 풀리(21)의 약간 경사진 우측 하방에 배치된 AC제네레이터 풀리(AC generator pulley)(22)와, 파워 스티어링 풀리(21)의 좌측 경사진 하방이며, 또한 AC제네레이터 풀리(22)의 좌측 경사진 상방에 배치된 평 풀리인 텐셔너 풀리(tensioner pulley)(23)와, AC제네레이터 풀리(22)의 좌측 경사진 하방이며, 또한 텐셔너 풀리(23)의 바로 밑에 배치된 평 풀리인 워터펌프 풀리(24)와, 텐셔너 풀리(23) 및 워터펌프 풀리(24)의 좌측 경사진 하방에 배치된 크랭크 샤프트 풀리(crank shaft pulley)(25)와, 워터펌프 풀리(24) 및 크랭크 샤프트 풀리(25)의 우측 경사진 하방에 배치된 에어컨 풀리(air-conditioner pulley)(26)를 구비한다. 이들 중, 평 풀리인 텐셔너 풀리(23) 및 워터펌프 풀리(24) 이외는 모두 리브 풀리(rib pulley)이다. 이들 리브 풀리 및 평 풀리는, 예를 들어, 금속의 프레스 가공품이나 주물(鑄物), 나일론 수지, 페놀 수지 등의 수지 성형품으로 구성되며, 또, 풀리 지름이 Φ50∼150㎜이다.
이 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)에서는, V 리브드 벨트(B)는, 압축 고무층(11)의 V 리브(15)측이 접촉하도록 파워 스티어링 풀리(21)에 감기고, 이어서, 배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)이 접촉하도록 텐셔너 풀리(23)에 감긴 후, 압축 고무층(11)의 V 리브(15)측이 접촉하도록 크랭크 샤프트 풀리(25) 및 에어컨 풀리(26)에 차례로 감기며, 또한, 벨트 고무층(13) 표면의 요철면(17)이 접촉하도록 워터펌프 풀리(24)에 감기고, 또한, 압축 고무층(11)의 V 리브(15)가 접촉하도록 AC제네레이터 풀리(22)에 감기며, 마지막에 파워 스티어링 풀리(21)로 되돌아오도록 설치된다.
이 보조기계 구동 벨트 전동장치(20)에 의하면, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)를 이용하고, 평 풀리인 텐셔너 풀리(23) 및 워터펌프 풀리(24)에 감아 걸려 접촉하는 배면 고무층(13)의 표면이, 볼록부의 정상면(18)이 평탄면에 형성된 고무의 요철면(17)에 구성되므로, 텐셔너 풀리(23) 및 워터펌프 풀리(24)에 접촉하는 배면 고무층(13) 표면의 접촉양태가 면접촉이 되어 작용하는 힘이 분산되고, 그 결과, 물로 덮인 시의 슬립과 이상음의 발생 방지효과와 더불어, 고무의 요철면(17)으로 구성된 배면 고무층(13) 표면의 마모를 억제할 수 있다. 따라서, 마모에 의해 탈락된 고무 가루가 배면 고무층(13)의 표면 및/또는 평 풀리에 점착되어, 이에 기인하여 이상음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)의 제조방법의 일례에 대해 도 7 및 도 8에 기초하여 설명한다.
제 1 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(B)의 제조방법에서는, 사전에 원통형 고무틀(31)을 제작한다.
먼저, 천(35)에 대해 고무부착 처리를 행한다. 이러한 고무부착 처리로는, 예를 들어, RFL 처리, 고무풀 소킹(soaking treatment) 처리, 고무풀 코팅처리, 프릭셔닝(frictioning) 처리 등을 들 수 있다.
이어서, 가류기(도시 않음)를 이용하여 천(35)의 표면 가공을 행한다. 구체적으로는, 천(35)을 원통형으로 가공하여, 외주면이 평활(平滑)면의 원통형 금형의 외주(外周)에 점착하고, 천(35)이 점착된 원통형 금형을 가류기(valcanizer)에 수용하여, 소정의 온도와 압력을 가한다. 이 때, 도 7(a)에 나타내듯이, 천(35)은, 가압되어 밀폐상태로 원통형 금형에 천(35)이 눌림으로써, 천(35) 내주면의 요철면 볼록부가 뭉개지고, 도 7(b)에 나타내듯이 볼록부의 정상면(36)이 평탄면으로 형성된다.
계속해서, 원통형 금형을 냉각시킴과 동시에, 가류기의 내부를 감압하여 밀폐를 해제하고, 원통형 금형과 함께 가압된 천(이하, 가압 천이라 함)(35’)을 꺼낸다.
그리고, 도 7(c)에 나타내듯이, 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR), 클로로프렌 고무(CR), 에틸렌-α-올레핀엘라스토머(EPDM, EPR 등) 등의 미가교 고무 조성물로 형성된 원통형 고무틀(31) 외주에, 볼록부의 정상면을 평탄면으로 형성한 요철면이 접촉하도록 가압 천(35’)을 감아, 이를 원통형 금형에 씌운 후에 가류기에 수용하고, 소정의 온도와 압력을 가한다. 이 때, 가류기에서는, 원통형 고무틀(31)이 가교함과 동시에, 이 외주면에, 가압 천(35’)의 볼록부 정상면(36)이 평탄면에 형성된 요철면의 내주면이 압접(壓接)되어 전사(轉寫)됨으로써 성형면이 형성된다.
마지막에, 원통형 금형을 냉각시킴과 동시에, 가류기의 내부를 감압하여 밀폐를 해제하고, 가압 천(35’)과 일체화한 원통형 고무틀(31)을 꺼내어, 원통형 고무틀(31)로부터 가압 천(35’)을 떼어 냄으로써 도 7(d)에 나타내는 원통형 고무틀(31)이 얻어진다.
다음에, 상기 원통형 고무틀(31)을 이용한 V 리브드 벨트(B)의 제조방법에 대해 도 8을 이용하여 설명한다.
먼저, 원료고무에 각 배합물을 배합하고, 니더(kneader), 밴버리 믹서(banbury mixer) 등의 혼련기에서 혼련하고, 얻어진 미가교 고무 조성물을 캘린더 성형 등에 의해 시트형상으로 성형하고, 압축 고무층(11)용, 접착 고무층(12)용 및 배면 고무층(13)용의 미가교 고무시트(벨트 형성용 미가교 고무 조성물)(11’, 12’, 13’)를 제작한다. 압축 고무층(11)에 단섬유를 포함하는 경우에는, 이 미가교 고무시트(11’)에 단섬유(16)를 배합되면 된다. 또, 심선(14)이 되는 꼰 실(연사(撚絲))(14’)을 RFL 수용액에 침지하고 가열하는 접착처리를 행한 후, 꼰 실(연사(撚絲))(14’)을 고무풀에 침지하고 가열 건조하는 접착처리를 행한다.
이어서, 도 8(a)에 나타내듯이, 원통형 금형(30) 상에 상기에서 제작한 원통형 고무틀(31)을 씌우고, 이 외주의 성형면 상에, 배면 고무층(13)용의 미가교 고무시트(13’), 및 접착 고무층(12) 용의 미가교 고무시트(12’)를 차례로 감아 적층하고, 그 위에 심선(14)을 원통형 고무틀(31)에 대해 나선형으로 일정 장력을 부여하여 감고, 또한 그 위에 접착 고무층(12)용의 미가교 고무시트(12’) 및 압축 고무층(11)용 미가교 고무시트(11’)를 차례로 감아 적층함으로써 벨트 형성용 성형체(B’)를 성형한다.
계속해서, 도 8(b)에 나타내듯이, 벨트 형성용 성형체(B’)에 고무 슬리브(sleeve)를 씌우고, 이를 가류기 내에 배치하여 밀폐함과 동시에, 가류기 내에 고온 및 고압의 증기를 충전하여 소정의 성형 시간만 유지한다. 이 때, 도 8(c)에 나타내듯이, 미가교 고무시트(11’, 12’, 13’)의 가교가 진행되어 일체화함과 동시에 심선(14)과 복합화하고, 최종적으로, 원통형의 벨트 슬래브(belt slab)(S)가 성형된다. 또, 벨트 슬래브(S)의 내주면은, 원통형 고무틀(31) 외주면의 성형면에 전사되고, 볼록부의 정상면이 평탄면으로 형성된 요철면으로 구성된다. 여기서, 벨트 슬래브(S)의 성형 온도는, 예를 들어 140∼180℃, 성형압력은 예를 들어 0.5∼1.5㎫, 성형시간은 예를 들어 15∼60분이다.
또한, 가류기 내로부터 증기를 배출하여 밀폐를 해제하고, 원통형 고무틀(31) 상에 성형된 벨트 슬래브(S) 꺼내고, 도 8(d)에 나타내듯이, 벨트 슬래브(S)를 한 쌍의 슬래브 걸림축(33) 사이에 검과 동시에, 벨트 슬래브(S)의 외주면에 대해, 둘레 방향으로 연장되는 V 리브 형상 홈이 외주면의 축방향으로 연이어 형성된 연삭숫돌(34)을 회전시키면서 접촉시키고, 또한, 벨트 슬래브(S)도 한 쌍의 슬래브 걸림 축(33) 사이에서 회전시킴으로써, 이 외주면을 전 둘레에 걸쳐 연삭한다. 이 때, 도 8(e)에 나타내듯이, 벨트 슬래브(S) 외주면에는 V 리브(15)가 형성된다. 그리고, 벨트 슬래브(S)는, 필요에 따라 폭방향으로 분할하여 연삭을 행하여도 된다.
그리고, 연삭에 의해 V 리브(15)를 형성한 벨트 슬래브(S)를 소정 폭으로 절단하여 앞뒤를 뒤집음에 따라 V 리브드 벨트(B)가 얻어진다.
그리고, V 리브드 벨트(B)의 제조방법은, 이에 한정되지 않으며, 내주면에 V 리브 형성 홈이 축방향으로 일정 피치로 형성된 외틀을 이용하여, 이에 벨트 형성용 성형체(B’)를 압접시켜 V 리브(15)를 형성한 벨트 슬래브(S)를 제작하여도 된다.
(제 2 실시형태)
도 9는, 제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)를 나타낸다. 이 제 2 실시형태에 관한 평 벨트는, 예를 들어, ATM의 지폐 반송 및 자동 개찰기의 티켓 반송 등 지엽류(紙葉類)의 반송과 공작기의 주축 구동 등에 이용되는 이음매 없는(엔드리스, endless) 것이다. 제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)는, 예를 들어, 벨트 길이가 100∼6000㎜, 벨트 폭이 3∼300㎜, 및 벨트 두께가 0.8∼2.0㎜이다.
제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)는, 벨트 내주측의 풀리 접촉부를 구성하는 내측 고무층(41)과 중간의 접착 고무층(42)과 벨트 외주측의 외측 고무층(43)과의 3중층으로 구성된 고무제의 평 벨트 본체(40)를 구비하고, 접착 고무층(42)에는, 벨트 폭 방향에 피치를 갖는 나선을 형성하도록 배치된 심선(44)이 매설(埋設)된다.
내측 고무층(41)은, 단면이 가로로 긴 직사각 모양의 띠형상으로 구성되고, 두께가 예를 들어, 0.8∼2.0㎜이다. 내측 고무층(41)의 표면, 즉, 후술하듯이 평 풀리에 감아 걸린 시에, 이 평 풀리에 접촉하는 면은 고무의 요철면(45)으로 구성되고, 이 요철면(45)의 볼록부 정상면(46)은 평탄면으로 형성된다. 이 내측 고무층(41)의 표면 요철면(45)은, 제 1 실시형태의 배면 고무층(13) 표면의 요철면(17)과 마찬가지의 상세 구성을 갖는다.
이와 같은 제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)에 의하면, 평 풀리에 접촉하는 내측 고무층(41)의 표면이, 볼록부 정상면(46)이 평탄면으로 형성된 고무의 요철면(45)으로 구성되므로, 평 풀리에 접촉하는 내측 고무층(41) 표면의 접촉양태가 면접촉이 되어 작용하는 힘이 분산되고, 그 결과, 고무의 요철면(45)으로 구성된 내측 고무층(41)의 표면의 마모를 억제할 수 있다.
접착 고무층(42) 및 외측 고무층(43)도, 단면이 가로로 긴 직사각 모양의 띠형상으로 구성되고, 각각 두께가 예를 들어, 0.4∼1.5㎜ 및 예를 들어, 0.3∼1.0㎜이다.
내측 고무층(41), 접착 고무층(42), 및 외측 고무층(43)은, 고무성분에 여러 가지 배합제가 배합되어 혼련된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 가교제에 의해 가교시킨 고무 조성물로 형성된다. 이 고무 조성물은, 유황을 가교제로서 가교한 것이라도 되고, 또, 유기 과산화물을 가교제로서 가교한 것이라도 된다. 내측 고무층(41), 접착 고무층(42), 및 외측 고무층(43)은, 별도 배합의 고무 조성물로 형성되어도 되고, 또, 동일 배합의 고무 조성물로 형성되어도 된다.
내측 고무층(41), 접착 고무층(42), 및 외측 고무층(43)을 형성하는 고무 조성물의 고무성분으로는, 예를 들어, 에틸렌-α-올레핀엘라스토머(EPDM, EPR 등), 클로로프렌 고무(CR), 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(chlorosulfonated polyethylene rubber latex, CSM), 수소첨가 아크릴로 니트릴 고무(H-NBR) 등을 들 수 있다. 배합제로는, 보강제, 충전제, 노화 방지제, 연화제, 가교제, 가류촉진제 등을 들 수 있다.
심선(44)은, 예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 섬유, 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, PVA) 섬유, 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 섬유, 파라계 아라미드(para-aramid) 섬유, 메타계 아라미드(meta-aramid) 섬유, 4,6 나일론 섬유, 6,6 나일론 섬유, 카본 섬유, 또는, 유리 섬유로 형성된 꼰 실(연사)에, 성형 가류 전에 레조르신ㆍ포르말린ㆍ라텍스(RFL) 수용액 등에 의해 접착처리가 행해진 것으로 구성된다.
도 10은, 제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)를 이용한 벨트 전동장치(50)의 풀리 레이아웃을 나타낸다.
이 벨트 전동장치(50)는, 평 벨트(C)가 구동 풀리(51) 및 종동 풀리(52)의 한 쌍의 평 풀리에 감아 걸려 동력을 전달하는 구성의 것이다. 구동 풀리(51)의 풀리지름은 예를 들어 30∼1500㎜이고, 종동 풀리(52)의 풀리지름은 예를 들어 30∼1500㎜이다.
이 벨트 전동장치(50)에 의하면, 제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)를 이용하고, 평 풀리인 구동 풀리(51) 및 종동 풀리(52)에 접촉하는 내측 고무층(41)의 표면이, 볼록부의 정상면(46)이 평탄면으로 형성된 고무의 요철면(45)으로 구성되므로, 구동 풀리(51) 및 종동 풀리(52)에 접촉하는 내측 고무층(41) 표면의 접촉양태가 면접촉이 되어 작용하는 힘이 분산되고, 그 결과, 고무의 요철면(45)에 구성된 내측 고무층(41) 표면의 마모를 억제할 수 있다. 따라서, 마모에 의해 탈락된 고무 가루가 구동 풀리(51) 또는 종동 풀리(52)에 점착하고, 이에 기인하여 이상음이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)의 제조방법의 일례에 대해 설명한다.
제 2 실시형태에 관한 평 벨트(C)의 제조에서는, 제 1 실시형태와 마찬가지 제조법으로 사전에 제작한 원통형 고무틀(31)을 이용한다.
먼저, 내측 고무층(41)용, 접착 고무층(42)용, 및 외측 고무층(43)용의 각 미가교 고무시트(벨트 형성용의 미가교 고무 조성물)을 제 1 실시형태와 마찬가지로 제작한다.
이어서, 원통형 금형(30) 상에 상기에서 제작한 원통형 고무틀(31)을 씌우고, 그 외주 상에, 외측 고무층(43)용의 미가류 고무시트 및 접착 고무층(42)용의 미가류 고무시트를 차례로 감아 적층하고, 그 위에 심선(44)이 되는 꼰 실(연사)을 원통형 고무틀(31)에 대해 나선형으로 일정 장력을 부여하여 감고, 또한 그 위에, 접착 고무층(42)용의 미가류 고무시트 및 내측 고무층(41)용의 미가류 고무시트를 차례로 감아 적층함으로써 벨트 형성용 성형체를 성형한다.
계속해서, 이 벨트 형성용 성형체에 고무 슬리브를 씌우고, 이를 가류기 내에 배치하여 밀폐함과 동시에, 가류기 내에 고온 및 고압의 증기를 충전하여 소정의 성형시간만 유지한다. 이 때, 각 미가류 고무시트의 가교가 진행되어 일체화함과 동시에 심선(44)과 복합화하고, 최종적으로, 원통형의 벨트 슬래브가 성형된다. 여기서, 벨트 슬래브의 성형온도는, 예를 들어 140∼180℃, 성형 압력은, 예를 들어, 0.5∼1.5㎫, 성형시간은 예를 들어 15∼60분이다.
그리고, 가류기 내로부터 증기를 배출하여 밀폐를 해제하고, 원통형 고무틀(31) 상에 성형된 벨트 슬래브를 꺼내어 탈형(脫型)한다.
마지막으로, 벨트 슬래브의 외주면 및 내주면을 연마함으로써 내측 및 외측의 두께를 균일하게 한 후에 소정 폭으로 절단하여 앞뒤를 뒤집음으로써 평 벨트(C)를 얻는다.
(그 밖의 실시형태)
상기 제 1 및 제 2 실시형태에서는, V 리브드 벨트(B) 및 평 벨트(C)를 전동 벨트의 예로 하였으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니고, V 벨트나 이붙이 벨트(toothed belt) 등이라도 된다.
실시예
(V 리브드 벨트)
이하의 실시예 및 비교예 1∼4의 V 리브드 벨트를 제작하였다. 각각의 특징적 구성에 대해서는 표 1에도 나타낸다.
<실시예>
상기 제 1 실시형태와 동일 방법에 의해, 배면 고무층의 표면을, 볼록부의 정상면이 평탄면인 요철면으로 구성된 V 리브드 벨트를 제작하고, 이를 실시예로 하였다.
실시예의 V 리브드 벨트 제작 시에는, 골 지게 짠 직포에 대해 수소첨가 아크릴로니트릴(H-NBR)의 부착처리를 행한 후, 이 천을 가류기에서 가압 처리하여 가압 천으로 하고, 또한, 이 가압 천의 요철면을 수소첨가 아크릴로 니트릴(H-NBR)의 미가교 고무 조성물로 형성된 원통형 고무틀 외주면에 전사한 것을 제작하여 이용하였다.
또, 이 실시예의 V 리브드 벨트에서는, 압축 고무층 및 배면 고무층은, 에틸렌프로필렌 디엔 고무(EPDM)에 나일론 단섬유를 배합한 고무 조성물로 구성하였다. 접착 고무층은, 에틸렌프로필렌 디엔 고무(EPDM) 조성물로 구성하였다. 심선은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET)섬유로 형성된 꼰 실(연사)에, 성형 가류 전에, 레조르신ㆍ포르말린ㆍ라텍스 수용액(RFL) 수용액 등에 의한 접착 처리가 행해진 것으로 구성하였다.
실시예의 V 리브드 벨트는, 벨트 둘레길이가 1100㎜, 벨트두께가 4.3㎜, V 리브 높이가 2.0㎜, 및 리브 수가 3개인 것(벨트 폭 10.68㎜)이었다. 요철면을 구성하는 볼록부를 평면에서 본 바깥 지름은 0.85㎜이었다. 요철면의 표면 거칠기(Rz)는, 0.16㎜이었다.
<비교예 1>
원통형 고무틀 대신에, 고무 슬리브에 고무풀 코팅 처리된 골이 지게 짠 직포를 씌운 것을 이용한 것을 제외하고, 실시예와 마찬가지로 제작한 V 리브드 벨트를 비교예 1로 하였다. 이 비교예 1의 V 리브드 벨트는, 배면 고무층의 표면이, 골이 지게 짠 직포와 동일이고 또한 볼록부의 정상면이 평탄면으로 형성되지 않은 요철면으로 구성된 것이다. 요철면을 구성하는 볼록부를 평면에서 본 바깥지름은 1.08㎜이었다. 요철면의 표면 거칠기(Rz)는, 0.35㎜이었다.
<비교예 2>
원통형 고무틀 대신에, 고무 슬리브에 고무풀 코팅 처리된 능직 직포를 씌운 것을 이용한 것을 제외하고, 실시예와 마찬가지로 제작한 V 리브드 벨트를 비교예 2로 하였다. 이 비교예 2의 V 리브드 벨트는, 배면 고무층의 표면이, 능직 직포와 동일이고 또한 볼록부의 정상면이 평탄면으로 형성되지 않은 요철면으로 구성된 것이다. 요철면을 구성하는 볼록부를 평면에서 본 바깥지름은 0.25㎜이었다. 요철면의 표면 거칠기(Rz)는, 0.07㎜이었다.
<비교예 3>
원통형 고무틀 대신에, 고무 슬리브에 고무풀 코팅 처리된 평직 직포를 씌운 것을 이용한 것을 제외하고, 실시예와 마찬가지로 제작한 V 리브드 벨트를 비교예 3으로 하였다. 이 비교예 3의 V 리브드 벨트는, 배면 고무층의 표면이, 평 직포와 동일하고 또한 볼록부의 정상면이 평탄면에 형성되지 않은 요철면으로 구성된 것이다. 요철면을 구성하는 볼록부를 평면에서 본 바깥지름은 1.43㎜이었다. 요철면의 표면 거칠기(Rz)는, 0.51㎜이었다.
<비교예 4>
원통형 고무틀 대신에, 고무 슬리브 외주면에 널링(knurling) 가공을 행한 것을 이용한 것을 제외하고, 실시예와 마찬가지로 제작한 V 리브드 벨트를 비교예 4로 하였다. 이 비교예 4의 V 리브드 벨트는, 배면 고무층의 표면이, 널링 가공모양을 가지며 또한 볼록부의 정상면이 평탄면에 형성되지 않은 요철면에 구성된 것이다. 요철면은 구성하는 볼록부를 평면에서 본 바깥지름은, 0.18㎜이었다. 요철면의 표면 거칠기(Rz)는, 0.19㎜이었다
(시험평가 방법)
도 11은, V 리브드 벨트의 배면 고무층 표면의 점착 시험용의 벨트 주행 시험기(60)를 나타낸다.
이 벨트 주행 시험기(60)는, 풀리 지름 65㎜의 평 풀리인 텐셔너 풀리(61)와, 그 하방에 설치된 풀리 지름 65㎜의 평 풀리인 종동 풀리(62)와, 종동 풀리(62)의 좌측에 설치된 풀리 지름 65㎜의 평 풀리인 구동 풀리(63)와, 텐션풀리(61)의 좌측 경사진 하방이고 또한 구동 풀리(63)의 우측 경사진 상방이며, 벨트 감김 각도가 120도가 되도록 설치된 풀리 지름 65㎜의 리브풀리인 아이들러 풀리(64)를 구비한다. 텐셔너 풀리(61)는, 감아 걸린 V 리브드 벨트(B)에 벨트 장력이 부하되도록, 상하 가동(可動)이며 또한 상방에 일정의 데드 웨이트(DW, dead weight)에 의한 축 하중이 부하되도록 구성된다.
실시예 및 비교예 1∼4 각각의 V 리브드 벨트(B)에 대해, 상기 벨트 주행시험기(60)의 텐션 풀리(61), 종동 풀리(62), 및 구동 풀리(63)에 배면 고무층의 표면이 접촉하고, 또한, 아이들러 풀리(64)에 압축 고무층의 V 리브가 접촉하도록 감아 건 후, 텐션 풀리(61)에 상방으로 800N의 데드 웨이트(DW)를 부하하였다. 계속해서, 20∼30℃ 분위기 하에서, 구동 풀리를 4000rpm의 회전 수(이 때, 종동 풀리의 회전수는 3960rpm)로 회전시키고 V 리브드 벨트를 30분간 주행시켰다. 그리고, 주행 후의 배면 고무층 표면, 텐션 풀리(61), 종동 풀리(62), 및 구동 풀리(63)로의 고무 점착의 유무를 확인하였다.
<시험평가 결과>
표 1은 시험평가 결과를 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
이에 따르면, 실시예의 V 리브드 벨트의 주행 후에는, 배면 고무층의 표면으로의 고무의 점착은 확인되지 않았다. 한편, 비교예 1∼4에서는, 배면 고무층의 표면, 텐션 풀리(61), 종동 풀리(62), 및 구동 풀리(63)로의 고무의 점착이 확인되었다.
본 발명은, 전동 벨트 및 그 제조방법에 대해 유용하다.
B : V 리브드 벨트(전동 벨트) C : 평 벨트
D : 씨실 E : 날실
10 : V 리브드 벨트 본체 11 : 압축 고무층
12 : 접착 고무층 13 : 배면 고무층
14 : 심선 15 : V 리브
16 : 단섬유 17 : 요철면
18 : 정상면 20 : 보조기계 구동 벨트 전동장치
21 : 파워 스티어링 풀리 22 : AC 제네레이터 풀리
23 : 텐셔너 풀리 24 : 워터펌프 풀리
25 : 크랭크 샤프트 풀리 26 : 에어컨 풀리
30 : 벨트 성형틀 31 : 원통형 고무틀
32 : 고무 슬리브 33 : 슬래브 걸어 감기 축
34 : 연삭 숫돌 35 : 천
35’ : 가압 천 36 : 정상면
40 : 평 벨트 본체 41 : 내측 고무층
42 :접착 고무층 43 : 외측 고무층
44 : 심선 45 : 요철면
46 : 정상면 50 : 벨트 전동장치
51 : 구동 풀리 52 : 종동 풀리
60 : 벨트 주행시험기 61 : 텐션 풀리
62 : 종동 풀리 63 : 구동 풀리
64 : 아이들러 풀리

Claims (11)

  1. 평 풀리에 감아 걸린 시에, 이 평 풀리에 접촉하는 고무의 요철(凹凸)면을 갖는 전동 벨트에 있어서,
    상기 요철면은, 볼록부의 정상면이 평탄면으로 형성되는 전동 벨트.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 요철면의 면적 중 상기 볼록부의 평탄면인 정상(頂上)면의 면적의 총 합이 10∼60%인 전동 벨트.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 요철면은, 직포 또는 편포(編布)의 표면과 동일 형태로 형성되는 전동 벨트.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 요철면은 골 지게 짠 직포(rep weave fabric)의 표면과 동일 형태로 형성되는 전동 벨트.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요철면을 구성하는 볼록부를 평면에서 본 바깥 지름이 0.3∼1.4㎜인 전동 벨트.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5에 있어서,
    상기 요철면의 표면 거칠기(Rz)가 0.05∼0.25㎜인 전동 벨트.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전동 벨트가 V 리브드 벨트 또는 평 벨트인 전동 벨트.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 요철면이 상기 전동 벨트의 배면인 전동 벨트.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 기재된 전동 벨트가 복수의 풀리에 감아 걸린 벨트 전동장치에 있어서,
    상기 복수의 풀리는, 상기 전동 벨트의 상기 요철면이 접촉하는 평 풀리를 포함하는 벨트 전동장치.
  10. 평 풀리에 감아 걸린 시에, 이 평 풀리에 접촉하는 고무의 요철면을 갖는 전동 벨트의 제조방법에 있어서,
    볼록부의 정상면이, 평탄면에 형성된 요철면의 전사(轉寫)면인 성형면에, 고무 조성물을 압접시킴으로써 상기 평 풀리에 접촉하는 요철면을 형성하는 전동 벨트의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    천의 요철면을 틀의 평활면에 누름으로써 상기 천의 요철면 볼록부를 뭉개어 그 정상면을 평탄면으로 형성하고, 상기 천의 볼록부 정상면을 평탄면으로 형성한 요철면을, 미가교 고무 조성물로 형성된 고무틀에 압접(壓接)시킴과 동시에 상기 고무틀을 가교시킴으로써, 상기 고무틀에 상기 천의 요철면을 전사(轉寫)하여 상기 성형면을 형성하는 전동 벨트의 제조방법.
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