KR20150095644A

KR20150095644A - 전동벨트

Info

Publication number: KR20150095644A
Application number: KR1020157014494A
Authority: KR
Inventors: 토시로 오카모토
Original assignee: 반도 카가쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2015-08-21
Also published as: EP2933528A4; WO2014091673A1; CN104797847A; US20150276017A1; JPWO2014091673A1; EP2933528A1

Abstract

복수의 풀리 사이에 감아 걸려 복수의 풀리 사이의 토크(torque) 전달을 행하는 전동벨트에 있어서, 벨트 내주(內周)측의, 복수의 풀리와의 접촉면에, 파우더상(狀)의 금속 비누가 도포되어 형성되는 금속 비누층(7)이 형성된다.

Description

전동벨트{TRANSMISSION BELT}

본 명세서에 개시된 기술은, 엔진 등에 이용되는 전동벨트에 관한 것이다.

자동차용 보조기계(補助機械) 벨트에 대해, 종래부터 스틱 슬립(stick-slip) 현상에 의한 이상음과 물로 덮이는 때에 발생하는 이상음이 문제가 되고 있으며, 현재까지 여러 가지 개량이 이루어지고 있다.

그러나, 연비의 저감요구에 따른 벨트 장력의 저하와 엔진 회전 변동률의 증가, 전장(電裝)부품의 증가에 따른 보조기계 부하의 증가, 충돌 안정성을 확보하기 위한 차체(car body) 설계의 변화 등에 의해, 벨트의 사용환경은 매년 악화되고 있다.

이에 반해, 특허문헌 1에 기재된 마찰벨트에서는, 마찰벨트의 각 리브(rib)의 표면에 가루 비누 등의 계면 활성제를 부착시킴으로써 이상음의 저감을 도모하고 있다.

특허문헌 1 : 일본 특허공개 2001-289284호 공보 특허문헌 2 : 일본 특허공개 2011-190916호 공보 특허문헌 3 : 일본 실용신안 공개 평성 4-5547호 공보 특허문헌 4 : 일본 특허공개 2001-336585호 공보

그러나, 특허문헌 1에서 부착되는 계면 활성제는 친수성(親水性)이므로, 물로 덮이는 때에는 계면 활성제가 용해되어 유실(流失)되고, 이상음 억제 효과가 얻어지지 않는 경우가 있다.

이에 대해, 이상음을 저감할 수 있는 성분을, 리브를 구성하는 고무에 배합하는 것을 생각할 수 있다. 이 경우, 벨트의 사용환경이 악화하는 데 수반하여, 충분히 이상음을 저감시키기 위해 이상음을 저감시키는 성분의 배합량을 늘릴 필요가 있다. 이 성분의 배합량을 늘리면 균열(crack)의 발생이 증가하거나, 내(耐)마모성이 저하되거나 하는 문제가 현재화(顯在化)한다.

또, 이 문제는, 특허문헌 2∼4에 기재된 벨트를 이용하여도 해소할 수 없다.

본 발명은, 이러한 점을 감안하여 이루어진 것이고, 물로 덮이는 때에도 효과적으로 이상음을 저감시킬 수 있는 전동벨트를 제공하는 데 있다.

본 개시의 일례에 관한 전동벨트는, 복수의 풀리 사이에 감아 걸려 상기 복수의 풀리 사이의 토크(torque) 전달을 행하는 전동벨트며, 벨트 내주(內周)측의, 상기 복수의 풀리와의 접촉면에, 파우더상(狀)의 금속 비누가 도포(塗布)되어 이루어진 금속 비누층이 형성된다.

이 구성에 의하면, 파우더상의 금속 비누에 의해 구성된 금속 비누층이 풀리와의 접촉면이 되므로, 이 전동벨트가 벨트식 보조기계 구동장치 등에 이용된 경우, 물로 덮이는 상태에서도 이상음의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 한편, 금속 비누층을 제외한 벨트 본체의 구성을 바꾸지 않으므로, 금속 비누를 벨트 본체에 배합하는 경우에 비해 벨트 수명을 단축시키는 일 없이, 내마모성의 저하를 초래할 우려도 없어진다. 또, 엔진 등의 설계변경에도 용이하게 대응하는 것이 가능하게 된다.

본 개시에 관한 전동벨트에 의하면, 물로 덮이는 때에도 효과적으로 이상음을 저감시킬 수 있다.

도 1은, 본 개시의 실시형태에 관한 V 리브드 벨트(V-ribbed belt)를 나타내는 사시도이다.
도 2는, 도 1에 나타내는 V 리브드 벨트가 이용된 벨트식 보조기계 구동 장치의 구성예를 나타내는 정면도이다.
도 3은, 물로 덮이는 때 이상음 평가용의 벨트 주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 4는, 역 굽힘(reverse bending) 내구 시험용의 벨트 주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.
도 5는, 내마모성을 평가하기 위한 벨트 주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다.

이하, 본 개시의 실시형태에 관한 전동벨트를 도면에 기초하여 상세히 설명한다.

(실시형태)

-V 리브드 벨트 및 벨트식 보조기계 구동장치의 구성-

도 1은, 본 개시의 실시형태에 관한 V 리브드 벨트를 나타내는 사시도이고, 도 2는, 도 1에 나타내는 V 리브드 벨트가 이용된 벨트식 보조기계 구동장치의 구성예를 나타내는 정면도이다. 이하에서는, 전동벨트의 예로 V 리브드 벨트를 들어 설명한다.

도 1, 도 2에 나타내듯이, 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는, 복수의 풀리 사이에 감아 걸려 상기 복수의 풀리 사이의 토크 전달을 행하는 전동벨트이고, 벨트 내주(內周)측의, 복수의 풀리와의 접촉면에 파우더상의 금속 비누가 도포(塗布)되어 이루어지는 금속 비누층(7)이 형성된다. 여기서, ＂금속 비누＂란, 장쇄(長鎖) 지방산의, 나트륨 및 칼륨 이외의 금속염의 총칭이다.

본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)의 벨트 둘레길이는 예를 들어 700∼3000㎜ 정도이고, 벨트 폭은 예를 들어 10∼36㎜ 정도이며, 벨트 두께는 예를 들어 4.0∼5.0㎜ 정도이다.

본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는 무단상(無端狀)으로 형성되고, 벨트 외주(外周)측의 접착 고무층(4)과, 벨트 내주측에 위치하는 리브 고무층(6)으로 구성된 벨트 본체(9)를 구비한다. 벨트 본체(9)의 외주면에는 보강천(reinforcing fabric)(5)이 배치된다.

접착 고무층(4)은, 띠 형상으로 형성되고, 벨트 폭방향의 단면은 가로로 긴 사변형상으로 된다. 접착 고무층(4) 내에는, 둘레방향으로 연장됨과 동시에, 벨트 폭방향으로 소정의 피치를 가진 나선을 형성하도록 심선(3)이 매설(埋設)된다.

리브 고무층(6)의 내주측에는, 둘레방향으로 연장되고, 벨트 폭방향의 단면(斷面)이 거의 V자 형상(실제로는 사다리꼴 형상)의 리브(1)가 복수 형성된다. 서로 인접하는 리브(1) 사이 홈의 벨트 폭방향 단면은 V자 형상으로 된다. 리브 고무층(6)의 내주측은, 보강천(5a)과 상술의 금속 비누층(7)으로 피복된다. 그리고, 파우더상의 금속 비누는, 리브 고무층(6) 내주면에 보강천이 붙여지지 않은 경우, 리브(1)의 내주면에 도포된다.

금속 비누층(7)을 구성하는 파우더상의 금속 비누는, 예를 들어, 스테아린산 아연(zinc stearate), 스테아린산 칼슘(calcium stearate), 스테아린산 알루미늄(aluminum stearate) 및 스테아린산 마그네슘(magnesium stearate) 중에서 선택된 적어도 하나로 구성되면 된다. 단, 금속 비누층(7)이 스테아린산 리튬(lithium stearate), 스테아린산 바륨(barium stearate), 라우린산 칼슘(calcium laurate), 라우린산 바륨(barium laurate), 라우린산 아연(zinc laurate), 리시놀산 칼슘(calcium ricinoleate), 리시놀산 바륨(barium ricinoleate), 리시놀산 아연(zinc ricinoleate) 등으로 선택된 적어도 하나의 파우더(powder)로 구성되어 있어도 된다. 금속 비누층(7)은, 1종류의 금속 비누만이 아닌, 2종류 이상의 금속 비누가 혼합된 것이라도 된다.

그리고, 리브 고무층(6)에 금속 비누가 배합되는 경우, 후술과 같이 우수한 이상음 억제효과가 얻어지는 데 반해, 굽힘 내구성 및 내마모성이 저하한다. 이로써, 리브 고무층(6)에 포함되는 금속 비누는, 고무재료의 중량에 대해 10중량％ 이하인 것이 바람직하다.

금속 비누의 부착량이, 0.01g/rib·m 이상이면 이상음 억제효과를 발휘시킬 수 있다. 금속 비누의 부착량이 너무 많은 경우라도, 벨트의 회전에 의해 여분의 금속 비누는 탈락하므로, 벨트 동작에는 문제가 없다. 단, 금속 비누의 부착량이 너무 많으면 다른 부품으로 비산(飛散)하므로, 바람직하지 않다.

상기 접착 고무층(4)은, 예를 들어, 두께 1.0∼2.5㎜로 형성된다. 접착 고무층(4)은, 원료 고무성분에 여러 가지 배합제가 배합된 고무 조성물로 형성된다. 접착 고무층(4)을 구성하는 고무 조성물의 원료 고무성분으로서, 예를 들어, 에틸렌·프로필렌 고무(EPR; ethylene-propylene rubber)와 에틸렌프로필렌 디엔모노머 고무(EPDM) 등의 에틸렌-α-올레핀엘라스토머(ethylene-α-olefin elastomer), 클로로프렌 고무(CR; chloroprene-rubber), 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM; chlorosulfonated polyethylene rubber), 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR; hydrogenated acrylonitrile rubber) 등을 들 수 있다. 이들 중, 내열성(耐熱性) 및 내한성(耐寒性)의 점에서 우수한 성질을 나타내는 관점에서, 에틸렌-α-올레핀엘라스토머가 바람직하다. 배합제로는, 예를 들어, 가교제(예를 들어, 유황, 유기 과산화물), 노화 방지제, 가공조제(助劑), 가소제(可塑劑), 카본 블랙 등의 보강재, 충전재 등을 들 수 있다. 접착 고무층(4)을 구성하는 고무 조성물에는, 단섬유가 배합되어도 되나, 심선(3)과 접착성의 점에서는 단섬유가 배합되지 않은 것이 바람직하다. 그리고, 접착 고무층(4)을 형성하는 고무 조성물은, 원료 고무성분에 배합제가 배합되어 혼련(混鍊)된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 가교제에 의해 가교시킨 것이다.

상술의 심선(3)은, 폴리에스테르 섬유, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN; polyethylenenaphthalate) 섬유, 아라미드 섬유, 비닐론 섬유, 폴리케톤(polyketone) 섬유, 4,6-나일론 섬유, 6,6-나일론 섬유 또는 유리섬유 등의 꼰 실로 구성된다. 심선(3)의 바깥지름은, 예를 들어 0.5∼1.5㎜ 정도이다.

상술의 리브(1) 높이는 예를 들어 2.0∼3.0㎜이고, 리브(1)의 기단(基端) 사이의 폭은 1.0∼3.6㎜이 된다. 또, 리브 수는, 예를 들어, 3∼10개이다.

리브 고무층(6)은, 예를 들어 원료 고무성분에 여러 가지 배합제가 배합된 고무 조성물로 형성된다. 리브 고무층(6)을 구성하는 고무 조성물의 원료 고무성분으로는, 예를 들어, 에틸렌·프로필렌고무(EPR)와 에틸렌프로필렌 디엔모노머 고무(EPDM) 등의 에틸렌-α-올레핀엘라스토머, 클로로프렌 고무(CR), 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM), 수소첨가 아크릴로니트릴 고무(H-NBR) 등을 들 수 있다. 이들 중, 내열성 및 내한성의 점에서 우수한 성질을 나타내는 관점에서, 에틸렌-α-올레핀엘라스토머가 바람직하다. 배합제로는, 예를 들어, 가교제(예를 들어, 유황, 유기 과산화물), 노화 방지제, 가공조제, 가소제, 카본 블랙 등의 보강재, 충전재, 단섬유 등을 들 수 있다. 그리고, 리브 고무층(6)을 형성하는 고무 조성물은, 원료 고무성분에 배합제가 배합되어 혼련된 미가교 고무 조성물을 가열 및 가압하여 가교제에 의해 가교시킨 것이다.

보강천(5)은, 예를 들어, 면, 폴리아미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 아라미드 섬유 등의 실로 형성된 평직(平織), 능직(綾織), 주자직(朱子織) 등으로 제직(製織)한 천 재료로 구성된다. 보강천(5)은, 예를 들어 두께가 0.4㎜ 정도이다. 보강천(5)은, 벨트 본체(9)에 대한 접착성을 부여하기 위해, 성형가공 전에 RFL수용액에 침지(浸漬)하여 가열하는 접착처리 및/또는 벨트 본체(9)측이 되는 면에 고무풀을 코팅하여 건조시키는 접착처리가 행해진다. 그리고, 보강천(5) 대신에 벨트 외주측 표면부분이 고무 조성물로 구성되어도 된다. 또, 보강천(5)은, 편물(編物)이나 부직포로 구성되어도 된다.

또, 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는, 예를 들어, 도 2에 나타내는, 자동차 엔진의 벨트식 보조기계 구동장치에 이용된다.

즉, 본 실시형태에 관한 벨트식 보조기계 구동장치는, 엔진(10)의 구동력을 V 리브드 벨트(B)를 개재하여 에어 컨디셔너의 압축기(11) 및 얼터네이터(alternator)(12)로 전동시키는 장치이다. 엔진(10)의 크랭크 샤프트(10a)에는, 이 크랭크 샤프트(10a)와 일체로 되어 회전하는 구동 풀리(13)가 장착된다. 압축기(11) 및 얼터네이터(12)의 각 회전축(11a, 12a)에는, 각각 종동 풀리(14, 15)가, 상기 회전축(11a, 12a)과 일체로 되어 회전하도록 장착된다.

구동 풀리(13), 종동 풀리(14, 15)는 모두 V 리브드 풀리이고, 이들 풀리에 V 리브드 벨트(B)가 감아 걸린다. 또, 엔진(10)의 근방에는, 텐셔너(16)가 배치된다. 이 텐셔너(16)는, V 리브드 벨트(B)의 배면을 누르고 상기 V 리브드 벨트(B)에 소정의 장력을 부여하는 텐셔너 풀리(17)를 갖는다.

이상의 구성에 의하면, 엔진(10)에서 발생한 구동력이 V 리브드 벨트(B)를 개재하여 압축기(11) 및 얼터네이터(12)에 높은 효율로 전달된다.

-V 리브드 벨트의 효과-

본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)에서는, 파우더상의 금속 비누에 의해 구성된 금속 비누층(7)이 풀리와의 접촉면이 되므로, 상기 V 리브드 벨트(B)가 벨트식 보조기계 구동장치에 이용된 경우, 구동 시의 이상음 발생을 효과적으로 억제할 수 있다. 이는, 금속 비누가 벨트와 풀리와의 사이에서 활제(滑劑)로서 작용하여 벨트와 풀리와의 사이의 마찰이 저감되고, 벨트의 회전에 의해 발생하는 진동과, 풀리와 벨트와의 접촉에 의해 발생하는 진동이 효과적으로 저감되기 때문이라 생각할 수 있다.

또, 금속 비누는 소수성(疏水性)이므로, 금속 비누층(7)은, 활석(talc) 등의 친수성 파우더로 구성된 층에 비해 물로 덮이는 때에 유실(流失)되기 어렵다. 이로써, 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는 특허문헌 1에 기재된 벨트에 비해 물로 덮이는 때의 이상음 억제효과의 지속성이 현저하게 향상된다. 따라서, 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)를 구비한 벨트식 보조기계 구동장치를 이용하면, 예를 들어 엔진 룸 내가 물로 덮이는 경우라도 이상음의 발생을 계속하여 억제할 수 있다.

이 이상음 억제효과는, 금속 비누층(7)을 구성하는 파우더가 어떠한 금속 비누라도 얻어지나, 금속 비누가 스테아린산 아연, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 알루미늄, 스테아린산 마그네슘, 또는 이들의 혼합물이면 보다 바람직하다.

또, 금속 비누를 리브 고무층에 섞어 넣음으로써 어느 정도의 이상음 억제효과를 얻을 수 있다고도 생각할 수 있으나, 이 경우, 리브 고무층에 섞어 넣은 금속 비누의 양이 증가하면 고무의 가류(加硫) 저해가 발생하여 벨트의 굽힘 내구성 및 내(耐)마모성이 저하하므로, 벨트 수명이 단축되어, 장기 신뢰성의 확보가 어렵게 된다.

이에 반해, 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)에 의하면, 벨트 본체(9)의 굽힘 내구성과 내마모성을 저하시키는 일 없이 건조 시 및 물로 덮이는 때의 이상음 발생을 효과적으로 억제하는 것이 가능해진다. 이로써, 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)를 이용함으로써, 벨트의 굴곡 수명 단축과 장기 신뢰성의 저하를 초래하는 일 없이 이상음을 효과적으로 저감하는 것이 가능하게 된다. 또, 최근의 엄격한 사용 환경에서도 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)는 상술의 효과를 얻을 수 있다.

또한, 금속 비누층(7)에 의한 효과는, 벨트 본체(9)의 구성에 의하지 않고 얻을 수 있다. 따라서, 엔진 개발의 말기에 이상음의 문제 등이 발생하여 V 리브드 벨트의 설계를 변경할 필요가 발생한 경우라도, 설계 변경하지 않고 벨트 본체의 내주면에 파우더상의 금속 비누를 부착시킴으로써, 용이하게 구동 시의 이상음을 저감시킬 수 있다.

-V 리브드 벨트의 제조방법-

먼저, 공지의 방법에 의해, 접착 고무층(4) 및 리브 고무층(6)을 형성하기 위한 접착 고무재료 및 리브 고무재료를 제작한다. 또, 심선(3)을 구성하는 꼰 실과, 보강천(5, 5a)을 구성하는 천 재료에 공지의 접착처리를 행한다. 천 재료는, 공지의 방법에 의해 통형상으로 성형한다.

V 리브드 벨트의 성형에 이용되는 벨트 성형장치는, 원통형상의 고무 슬리브(sleeve)틀과 고무 슬리브틀에 감합되는 원통형 외틀로 구성된다. 고무 슬리브틀은, 예를 들어 아크릴 고무제의 가요성(可撓性)의 것이고, 원통 내측으로부터 고온의 수증기를 공급하는 등의 방법에 의해 고무 슬리브틀을 지름방향 바깥쪽으로 팽창시켜, 원통형 외틀에 압접(壓接)시킬 수 있다. 고무 슬리브틀의 외주면은, 예를 들어, V 리브드 벨트(B)의 외주측이 되는 면을 평활하게 성형하기 위한 형상으로 된다.

고무 슬리브틀은, 예를 들어, 바깥 지름이 700∼2800㎜, 두께가 8∼20㎜, 및 높이가 500∼1000㎜이다. 원통형 외틀은, 예를 들어 금속제의 것이고, 내주면에, V 리브드 벨트(B)의 리브(1)를 형성하기 위한 단면(斷面)이 거의 삼각형상의 돌조(rib)부가, 둘레방향으로 연장됨과 동시에 높이 방향에 소정의 피치로 나열하도록 형성된다. 돌조부는, 예를 들어, 높이 방향에 140개 나열 형성된다. 원통형 외틀은, 예를 들어, 바깥 지름이 830∼2930㎜, 안쪽 지름(돌조부를 포함하지 않음)이 730∼2830㎜, 높이가 500∼1000㎜, 돌조부의 높이가 2.0∼2.5㎜, 및 돌조부 1개당의 폭이 3.5∼3.6㎜이다.

이 벨트 성형장치에 순차로 벨트 재료를 세팅한다. 통형상의 천 재료를 고무 슬리브틀에 끼운 후, 시트형상의 접착 고무재료를 감음과 동시에 꼰 실을 둘레방향으로 연장되도록 복수 감는다. 이 때, 고무 슬리브틀의 높이방향에 피치를 갖는 나선을 형성하도록 꼰 실을 감는다. 이어서, 꼰 실의 위로부터 시트형상의 접착 고무재료를 감고, 추가로, 시트형상의 리브 고무재료, 통형상의 천 재료를 차례로 감는다. 이어서, 이들 벨트 재료의 외측에 원통형상 외틀을 장착한다.

계속해서, 원통형 외틀을 고무 슬리브틀에 장착한 상태에서 고무 슬리브틀에, 예를 들어 고온의 수증기를 공급하여 열 및 압력을 가하고, 고무 슬리브틀을 팽창시켜 원통형 외틀에 압접시키고, 고무 슬리브틀과 원통형 외틀에 의해 벨트 재료를 사이에 끼운다. 이 때 벨트 재료는, 예를 들어, 온도가 150∼180℃가 되고, 반지름 방향 바깥쪽에 0.5∼1.0㎫의 압력이 가해진 상태가 된다. 이로써, 고무성분이 유동(流動)됨과 동시에 가교 반응이 진행되고, 꼰 실 및 천 재료의 고무성분으로의 접착 반응도 진행되며, 또한, 원통형 외틀의 돌조부에 의해 리브(1) 사이의 V 형 홈이 성형된다.

이어서, V 리브를 갖는 벨트 슬래브(slab)를 냉각하고 나서 이를 벨트 성형장치로부터 떼어낸다. 계속해서, 떼어낸 V 리브 장착 벨트 슬래브를 예를 들어 10∼28㎜ 정도의 폭으로 절단하고 나서 각 벨트를 뒤집어 앞뒤를 반대로 한다.

계속해서, 벨트와 파우더상의 금속 비누를 봉지에 넣어 교반시켜, 벨트의 표면에 금속 비누를 부착시킨다. 이어서, 벨트를 봉지로부터 꺼내어, 여분의 금속 비누를 벨트로부터 털어냄으로써, 본 실시형태의 V 리브드 벨트(B)가 얻어진다. 그리고, 여기서 성형 후의 V 리브를 갖는 벨트 슬래브의 리브측 표면에 파우더상의 금속 비누가 부착되어 있어도 문제는 없다.

또, 이상에서는, 몰드 제법을 이용하여 V 리브드 벨트를 제조하는 방법에 대해 설명하였으나, V 홈이 형성되지 않은 벨트를 제작한 후, 연삭(硏削)에 의해 V 홈을 형성하여도 된다. 이 경우, 금속 비누는 V 홈 형성 후에 부착시키면 된다.

그리고, 이상의 설명에서는 V 리브드 벨트를 예로 들어 설명하였으나, 금속 비누의 파우더체가 벨트 내주측의 풀리와의 접촉면에 도포되어 있으면, V 벨트와 평 벨트, 마찰 전동벨트 등이라도 구동 시의 이상음을 효과적으로 억제하는 것이 가능하다.

이상에서 설명한 V 리브드 벨트는, 실시형태의 일례이고, 구성재료, 벨트 형상, 크기 등은 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경 가능하다.

실시예

(V 리브드 벨트)

이하의 실시예 및 비교예에 관한 V 리브드 벨트를 제작하고, 평가시험을 행하였다.

-벨트 재료의 준비-

먼저, 접착 고무층을 형성하기 위한 접착 고무재료로서, 원료고무인 EPDM(JSR Corporation, 상품명: JSR EP123) 100질량부에 대해, 카본블랙(Asahi Carbon Co., Ltd., 상품명: Asahi＃60) 50질량부, 가소제(Japan Sun Oil Co., Ltd., 상품명: Sunflex 2280) 15질량부, 가교제(NOF corporation, 상품명: PERCUMYL D) 8질량부, 노화 방지제(Kawaguchi Chemical Industry Co., Ltd., 상품명: Antage MB) 3질량부, 산화아연(Sakai Chemical Industry Co., Ltd., 상품명: 산화아연 2종) 6질량부, 및 스테아린산(Kao Corporation, 상품명: 스테아린산) 1질량부를 배합하여 혼련한 미가류 고무 조성물을 제조하였다. 이 미가교 고무 조성물을, 롤을 이용하여 두께 0.4㎜의 시트형상으로 가공하였다.

또, 리브 고무층을 형성하기 위한 고무재료로서, 원료고무인 EPDM 100질량부에 대해, 카본블랙 55질량부, 가소제 15질량부, 가교제 8질량부, 노화 방지제 3질량부, 산화아연 6질량부, 및 스테아린산 1질량부를 배합하여 혼련한 미가류 고무 조성물을 제조하였다. 이 미가교 고무 조성물을, 롤을 이용하여 두께 1㎜의 시트형상으로 가공하였다.

심선을 형성하기 위한 꼰 실로는, 폴리 에스테르 섬유인 것을 준비하고, 이것에 RFL 수용액에 침지하여 가열 건조하는 처리를 행하였다.

외주측 및 내주측의 보강천을 형성하기 위한 천 재료로는, 폴리에스테르/면 혼방사를 평직으로 한 것을 준비하고, 이것에 RFL 수용액에 침지하여 가열 건조하는 처리를 행하였다.

-V 리브드 벨트의 성형-

벨트 성형장치의 고무 슬리브틀에, 외주측의 보강천이 되는 천 재료, 접착 고무층을 형성하기 위한 미가교 고무 재료, 꼰 실을 차례로 감고, 이어서, 접착 고무층을 형성하기 위한 미가교 고무 재료, 리브 고무층을 형성하기 위한 미가교 고무재료 및 내주측의 보강천이 되는 천 재료를, 차례로 감았다.

이어서, 원통형 외틀을 벨트 재료의 위로부터 고무 슬리브틀에 끼워 벨트 성형장치 내를 밀폐하고, 고무 슬리브틀 측에 벨트 재료를 누름과 동시에 고무 슬리브틀을 고열의 수증기 등에 의해 가열하였다. 이 때, 고무 성분이 유동함과 동시에 가교반응이 진행하고, 또한, 꼰 실 및 보강천의 고무로의 접착 반응도 진행되었다. 이에 따라, 통형상의 벨트 전구체가 얻어진다.

다음에, 이 벨트 전구체를 벨트 성형장치로부터 떼어 내고, 길이방향으로 폭 14.24㎜(4 리브)가 되도록 절단하고, 각 벨트를 앞뒤 반대로 뒤집음으로써 V 리브드 벨트를 얻었다. 이와 같이 하여 얻어진 V 리브드 벨트를 실시예 1로 하였다. 벨트 둘레길이는 1160㎜이고, 벨트 두께는 4.3㎜이고, 리브 높이는 2.0㎜이었다. 이어서, 얻어진 벨트에 파우더상의 스테아린산 아연(Tannan Kagaku Kogyo Co., Ltd., 상품명: ZINC STEARATE N; 후술의 비교예에서도 동일함)을, 0.010g/rib·m의 양으로 부착시켰다.

또한, 실시예 1과, 후술하는 실시예 및 비교예에 관한 벨트는, 모두 JASO 규격 E-109-2011에 의한 PK형의 V 리브드 벨트이다.

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 실시예 2에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 스테아린산 칼슘의 분말(Sakai Chemical Industry Co., Ltd., 상품명: SC-100)을 이용하였다.

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 실시예 3에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 스테아린산 알루미늄의 분말(Tannan Kagaku Kogyo Co., Ltd., 상품명: 스테아린산 알루미늄)을 이용하였다.

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 실시예 4에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 스테아린산 마그네슘의 분말(Tannan Kagaku Kogyo Co., Ltd., 상품명: N.P.1500S)을 이용하였다.

<비교예 1>

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 비교예 1에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 수용성 가루비누(주성분은 붕산 나트륨(sodium borate)(Borax사제, 상품명: Borax(10수염붕사))를 이용하였다.

<비교예 2>

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 비교예 2에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 활석(talc) 분말(Takehara Kagagu Kogyo Co., Ltd., 상품명: T talc)을 이용하였다.

<비교예 3>

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 비교예 3에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 실리카 분말(Evonik Degussa Japan Co., Ltd., 상품명: ULTRASIL VN 3)을 이용하였다.

<비교예 4>

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 비교예 4에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 층상 규산염(clay)(Hojun Co., Ltd., 상품명: BEN-GEL HVP)을 이용하였다.

<비교예 5>

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 비교예 5에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 스테아린산 아연의 분말 대신에, 탄산칼슘 분말(Maruo Calcium Co., Ltd., 상품명: MSK-A)을 이용하였다.

<비교예 6>

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 비교예 6에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 벨트 완성품에 파우더의 도포를 행하지 않았다.

<비교예 7>

실시예 1과 마찬가지 방법에 의해 비교예 7에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 리브 고무층을 형성하기 위한 고무재료로서, 상술의 재료에 추가로, 원료고무 100질량부에 대해 10중량부의 스테아린산 아연을 배합하여 혼련한 미가류 고무 조성물을 이용하였다. 또, 벨트 전구체를 성형할 시에 파우더의 도포를 행하지 않았다.

<비교예 8>

비교예 7과 마찬가지 방법에 의해 비교예 9에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 리브 고무층을 형성하기 위한 고무재료로서, 상술의 재료에 추가로, 원료고무 100질량부에 대해 5중량부의 스테아린산 아연을 배합하여 혼련한 미가류 고무 조성물을 이용하였다.

<비교예 9>

비교예 7과 마찬가지 방법에 의해 비교예 9에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 리브 고무층을 형성하기 위한 고무재료로서, 상술의 재료에 추가로, 원료고무 100질량부에 대해 15중량부의 스테아린산 아연을 배합하여 혼련한 미가류 고무 조성물을 이용하였다.

<비교예 10>

비교예 8과 마찬가지 방법에 의해 비교예 10에 관한 V 리브드 벨트를 제작하였다. 단, 리브 고무층을 형성하기 위한 고무재료로서, 상술의 재료에 추가로, 원료고무 100질량부에 대해 20중량부의 스테아린산 아연을 배합하여 혼련한 미가류 고무 조성물을 이용하였다.

(시험 평가 방법)

-물로 덮이는 때의 이상음 시험-

도 3은, 물로 덮이는 때의 이상음 평가용의 벨트 주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다. 벨트 주행 시험기는, 최상 위치의 얼터네이터 풀리(ALT pulley)(27), ALT 풀리(27)의 하방에 배치된 워터 펌프 풀리(W/P 풀리)(25), 에어 컴프레서 풀리(A/C 풀리)(23), 크랭크 샤프트 풀리(C/R 풀리)(21), 및 텐션 풀리(AT 풀리)(29)를 구비한다. AT 풀리(29) 및 W/P 풀리(25)는 평풀리이고, 그 이외의 풀리는 리브 풀리이다.

ALT 풀리(27)의 풀리지름은 52.5㎜, W/P 풀리(25)의 풀리지름은 95㎜, A/C 풀리(23)의 풀리지름은 110㎜, C/R 풀리(21)의 풀리지름은 139㎜, AT 풀리(29)의 풀리지름은 70㎜로 하였다.

이 벨트 주행 시험기에 도 3에 나타내듯이 평가 대상의 V 리브드 벨트를 감아 걸어, 아이들링(idling) 시의 회전 수를 750rpm, 벨트 장력을 200N으로 하고, ALT 풀리(29) 및 A/C 풀리(23)로의 부하를 온(ON)으로 한 상태에서, 1회당 100mL의 물을 C/R 풀리(21)의 벨트 진입부에서 V 리브드 벨트의 리브 측에 공급한 시에 발생하는 이상음을 관측하였다.

이상음의 유무는, 벨트 주행 시험기의 전방 1m의 위치에서, 물의 공급 전에는 확인되지 않았던 이상음(마찰소음)이 청감(聽感)에 의해 확인 가능한지 여부로 판단하였다. 이상음이 발생하지 않는 경우, 이상음이 발생하기까지 상기 방법에 의한 주수(注水)를 반복하였다. 본 시험은 상온에서 행하였다. 그리고, 평가용의 벨트는 4 리브인 것을 이용하였다.

-역 굽힘 내구시험-

도 4는, 역 굽힘(reverse bending) 내구 시험용의 벨트 주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다. 동 도면에 나타내듯이, 벨트 주행 시험기는, 모두 리브 풀리인 종동 풀리(31) 및 구동 풀리(33)와, 종동 풀리(31)와 구동 풀리(33) 사이에 각각 배치된, 평 풀리인 아이들러 풀리(idler pulley)(35) 및 리브 풀리인 종동 풀리(37)를 구비한다.

종동 풀리(31) 및 구동 풀리(33)의 풀리 지름은 모두 120㎜, 아이들러 풀리(35)의 풀리 지름은 85㎜, 종동 풀리(37)의 풀리지름은 45㎜로 하였다.

이 벨트 주행 시험기에 도 4에 나타내듯이 평가 대상의 V 리브드 벨트를 감아 걸고, 구동 풀리(33)의 회전수를 4900rpm로 하여, 종동 풀리(31)에 12PS의 부하를 부가하여 V 리브드 벨트를 주행시켰다. 아이들러 풀리(35)에서의 V 리브드 벨트의 접촉각(angle of contact)은 60도이고, 종동 풀리(37)에서의 V 리브드 벨트의 접촉각은 90도로 하였다. 벨트 주행 시에는, 종동 풀리(37)에 대해 도 4의 우측 방향에 559N(＝57kgf)의 부하를 부가하였다. 그리고, 본 시험을 섭씨 120도의 분위기 하에서 행하였다. 평가용의 벨트는 3 리브의 것을 이용하였다.

본 시험에서는, 상기 조건에서 각 V 리브드 벨트를 주행시켜, 리브 고무층에 균열이 발생하고, 이것이 심선에 이르기까지의 주행시간을 측정하였다.

-마모시험-

도 5는, 내(耐)마모성을 평가하기 위한 벨트 주행 시험기의 풀리 레이아웃을 나타내는 도이다. 동 도면에 나타내는 주행 시험기는, 각각 좌우로 간격을 두어 설치되고, 모두 풀리 지름이 60㎜의 리브 풀리인 구동 풀리(41) 및 종동 풀리(43)를 구비한다. 본 시험에서는, 리브측이 이 벨트 주행 시험기의 구동 풀리(41) 및 종동 풀리(43)에 접촉하도록, V 리브드 벨트를 감아 걸었다.

평가 대상이 되는 V 리브드 벨트의 각각에 대해, 벨트 질량을 측정한 후, 벨트 주행 시험기에 세팅하고, 종동 풀리(43)에 대해 5.2PS의 부하를 부가하고, 도 5의 우측 방향에 1177N(＝120kgf)의 부하를 부가하였다. 이 상태에서, 실온 분위기 하, 구동 풀리(41)를 3500rpm의 회전수로 회전시켜 24시간 벨트를 주행시켰다. 그리고, 평가용 벨트는 3 리브의 것을 이용하였다.

벨트 주행 후, 다시 벨트 질량을 측정하였다. 벨트 주행 후의 벨트 질량의 감소량을 벨트 주행 전의 벨트 질량으로 나누어 산출한 백분율을 마모율로 하고, 비교예 7의 마모율을 100으로 한 상대값을 내(耐)마모성 지표로 하였다.

(시험 평가 결과)

실시예 1∼4 및 비교예 1∼7에 관한 V 리브드 벨트에 대해 물로 덮이는 때의 이상음 시험의 결과를 표 1에 나타낸다.

먼저, 표 1의 결과로부터, 실시예 1∼4에 관한 V 리브드 벨트는, 비교예 1∼5에 관한 V 리브드 벨트에 비해 이상음이 발생하기까지의 주수 회수가 명백하게 많고, 소수성(疏水性)의 스테아린산염의 분말이 도포된 V 리브드 벨트 쪽이, 수용성 가루비누, 활석, 실리카, 클레이, 탄산칼슘 등의 친수성 물질이 도포된 V 리브드 벨트보다 물로 덮이는 때의 이상음 억제 효과가 장기간 지속되는 것이 확인되었다. 또한, 표 1에 나타내듯이, 리브측에 아무것도 도포하지 않은 V 리브드 벨트(비교예 6, 7)에서는 시험개시 당초부터 이상음이 발생하고 있으므로, V 리브드 벨트에서 이상음이 발생하는 것은, 물에 의해 리브측에 도포된 분말이 유실된 때인 것을 알았다. 따라서, 실시예 1∼4에 관한 V 리브드 벨트에서 이상음 억제 효과가 지속되는 것은, 스테아린산 아연의 분말이 다른 친수성 물질의 분말에 비해, 물에 의해 유실되기 어렵기 때문이라 할 수 있다. 그리고, 비교예 6과 비교예 7의 비교로부터, 금속 비누인 스테아린산 아연이 리브 고무층에 배합되어도 이상음 억제 효과를 충분히 얻을 수 없는 것을 알았다.

또, 표 1에 나타내듯이, 스테아린산 아연 이외에도, 스테아린산 칼슘, 스테아린산 알루미늄, 스테아린산 마그네슘 등, 다른 금속 비누의 분말을 이용한 경우에는, 스테아린산 아연의 분말을 이용한 경우와 동등 정도로 이상음 억제 효과를 지속할 수 있는 것이 확인되었다(실시예 1∼4). 따라서, 소수성의 지방산 금속염, 즉 금속 비누의 분말이면, 그 종류에 의하지 않고 물로 덮이는 때의 이상음 억제 효과를 높은 레벨로 지속할 수 있다고 생각된다. 그리고, 표 1에 나타내는 결과로부터, 수용성 가루 비누 및 탄산 칼슘 등의 친수성 물질의 파우더를 도포한 V 리브드 벨트에서는, 활석이나 실리카의 분말을 도포한 V 리브드 벨트와 마찬가지로 1∼2회 물로 덮임에 의해 이상음 억제 효과가 상실되는 것도 확인되었다.

다음에, 비교예 6∼10에 관한 V 리브드 벨트에 대해 행한 역 굽힘 내구시험 및 마모시험의 결과를 표 2에 나타낸다. 여기서, 실시예 1∼4에 관한 V 리브드 벨트와 벨트 본체의 구성이 공통하고, 파우더가 도포되지 않은 비교예 6에 관한 V 리브드 벨트에서는, 균열 수명시간(균열이 심선에 이르기까지의 시간)이 298시간이고, 마모시험 후의 중량 변화율은 1.7％이었다. 표 2에서는, 비교예 6에 관한 V 리브드 벨트의 균열 수명시간과, 중량 변화율을 각각 100으로 한 경우의, 비교예 6∼10에 관한 V 리브드 벨트의 균열 수명시간 및 중량 변화율을 나타낸다.

표 2에 나타내는 결과로부터, 리브 고무층에 배합되는 스테아린산 아연의 양이 증가함에 따라 균열 수명이 짧아지는 것이 확인되었다. 또, 리브 고무층에 배합되는 스테아린산 아연의 양이 증가됨에 따라 V 리브드 벨트가 마모되기 쉽게 되는 것도 확인되었다. 균열 수명의 단축과 내마모성의 저하는, 리브 고무층으로의 스테아린산 아연의 첨가량이 10중량부(즉, 고무재료에 대해 10중량％)를 초과하면 특히 현저하게 되고, 이상음 억제를 위한 수단으로서는 바람직하지 않은 것이 확인되었다.

그리고, 스테아린산 아연의 배합량이 증가하면 균열 수명이 단축하여, 내마모성이 저하되는 것은, 스테아린산 아연이 고무재료의 가류(加硫)를 저해하는 것이 원인이라 생각할 수 있다. 또한, 스테아린산 아연뿐만 아니라, 다른 금속 비누의 배합량을 늘린 경우에도 마찬가지의 가류 저해는 발생하는 것으로 추정된다.

한편, 실시예 1∼4에 관한 V 리브드 벨트에서는, 벨트본체 및 보강천의 구성 자체는 비교예 6과 동일하므로, 비교예 6에 관한 V 리브드 벨트와 동등의 균열 수명 및 내마모성을 구비한다고 생각할 수 있다.

이상의 결과로부터, 본 실시형태에 관한 V 리브드 벨트에 의하면, 균열 수명의 단축과 내마모성의 저하를 초래하는 일 없이, 물로 덮이는 때의 이상음 억제 효과를 장기간 지속시킬 수 있는 것이 확인되었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 관한 전동벨트는, 자동차의 엔진 등의 구동력을 전달시키는 데에 유용하다.

1 : 리브 3 : 심선
4 : 접착 고무층 5, 5a : 보강천
6 : 리브 고무층 7 : 금속 비누층
9 : 벨트 본체 10 : 엔진
10a : 크랭크 샤프트 11 : 압축기
11a, 12a : 회전 축 12 : 얼터네이터
13, 33, 41 : 구동 풀리
14, 15, 31, 37, 43 : 종동 풀리 16 : 텐셔너
17 : 텐션 풀리 21 : 크랭크 풀리
23 : 에어 컴프레서 풀리 25 : 워터 펌프 풀리
27 : 얼터네이터 풀리 29 : 오토 텐셔너 풀리
35 : 아이들러 풀리

Claims

복수의 풀리 사이에 감아 걸려 상기 복수의 풀리 사이의 토크(torque) 전달을 행하는 전동벨트에 있어서,
벨트 내주측의, 상기 복수의 풀리와의 접촉면에, 파우더상(狀)의 금속 비누가 도포되어 이루어진 금속 비누층이 형성되는 것을 특징으로 하는 전동벨트.
청구항 1에 있어서,
내주측에는, 상기 금속 비누층으로 표면을 피복하여, 단면이 V자 형상이고 둘레방향으로 연장되는 리브(rib)를 복수 갖는 리브 고무층이 형성됨과 동시에, 무단상(無端狀)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 전동벨트.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 금속 비누는, 스테아린산 아연(zinc stearate), 스테아린산 칼슘(calcium stearate), 스테아린산 알루미늄(aluminum stearate) 및 스테아린산 마그네슘(magnesium stearate) 중에서 선택된 적어도 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 전동벨트.