KR20160140682A

KR20160140682A - 톱니 벨트

Info

Publication number: KR20160140682A
Application number: KR1020167027091A
Authority: KR
Inventors: 토모아키 사쿠시로; 싱고 이이즈카
Original assignee: 미쓰보 시베루토 가부시키 가이샤
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-12-07
Also published as: EP3128205A4; CN106170641B; JP2015200406A; KR101907156B1; EP3792521B1; CA2943785C; TWI645124B; EP3128205B1; EP3128205A1; JP6324336B2; TW201542951A; EP3792521A1; CA2943785A1; WO2015151974A1; US20170108079A1; CN106170641A

Abstract

본 발명은, 등부, 톱니부, 및 상기 등부에 매설된 심선을 구비하는 톱니 벨트에 있어서, 상기 등부 및 톱니부는 우레탄 수지 조성물을 포함하고, 상기 심선은, 유리 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드, 또는 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드이고, 상기 심선이, 유리 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우, 상기 톱니부의 피치는, 0.45~0.60 ㎜, 상기 유리 섬유 필라멘트의 직경이 6~9 미크론, 상기 심선의 선 직경이 0.14~0.20 ㎜이고, 상기 심선이, 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우, 상기 톱니부의 피치는, 0.45~0.71 ㎜, 상기 심선의 선 직경이 0.14~0.28 ㎜인, 톱니 벨트에 관한 것이다.

Description

톱니 벨트{TOOTHED BELT}

본 발명, 프린터 등의 OA기기, 그외 일반 산업용에 이용되는 풀리 사이에 있어서 동기 전동(同期傳動)이 가능한 톱니 벨트(toothed belt)에 관한 것이다.

종래, 잉크젯 프린터로 대표되는 캐리지 구동이나 액츄에이터와 같은 워크(work)의 왕복 동작을 수반하는 정밀 구동에는 높은 위치 결정 정밀도가 요구되기 때문에, 동기 전동이 가능한 톱니 벨트(또는, 치형 벨트라고 함)가 이용되고 있다. 특히, 프린터에 있어서는, 근년, 고품질인 칼라 인쇄나 고속 처리 대응의 제품화가 급속히 진행되고 있다. 그리고, 인자 불일(印字不一) 등을 야기하지 않도록, 고정밀도의 위치 결정을 하기 위하여는, 서로 맞물림 동기에 있어서 벨트 속도 변동(속도 불일(速度不一))을 작게 하는 것이 요구되고 있다.

벨트 속도 변동(속도 불일)을 작게 하는 기술로서, 심선(心線)에 유리(glass) 심선을 이용한 톱니 피치 0.65~0.85 ㎜의 톱니 벨트가 개시되어 있다(특허문헌 1). 특허문헌 1에는, 가는(細) 유리 섬유(纖維)를 이용하여 가는 선 직경으로 꼰 유리 심선을 이용한 소(小)톱니피치의 톱니벨트로 하는 것에 의해, 치수 안정성의 확보와 충분한 굴곡 대응을 꾀함과 함께, 벨트 속도 변동을 억제하는 것이 가능하기 때문에, 소직경(小經) 풀리(pulley)에 사용할 수 있는 것으로부터 모터의 소형화를 실현할 수 있고, 장치의 소형ㆍ경량화 및 생(省)전력화에 기여하는 취지가 개시되어 있다.

여기에서, 풀리를 소형화하면, 풀리가 가지는 톱니 수가 적게 되고, 톱니 벨트의 톱니와 풀리의 톱니와의 맞물림이 적게 되어 버린다. 그러면, 톱니 벨트가 풀리 사이를 주행할 때의 톱니 벨트의 주행 라인(벨트 피치 라인(belt pitch line))이 상하 움직이게 하기 쉽게 되고, 벨트 속도 변동이 크게 되어 버린다. 여기에서, 톱니 벨트의 톱니와 톱니와의 사이의 거리인 톱니 피치를 작게 하여, 톱니 벨트의 톱니와 풀리의 톱니와의 맞물림을 많게 하는 것이 요구된다.

또, 최근은 요구(needs)의 다양화에 의해, 한층 더 장치의 소형ㆍ경량화 및 생전력화의 요구가 있어, 더욱 소형 모터(예를 들면, 프린터 캐리지용 구동모터)에 대하여 이용하는 것이 가능한 톱니 벨트가 요구되고 있다.

상기한 바와 같이 구동 모터의 소형화ㆍ생전력화의 요구에 따라, 구동 모터에 저출력 타입이 사용되는 경우가 있다. 여기에서, 저출력의 구동 모터 축에 구동 풀리를 붙여, 구동 풀리와 종동 풀리와의 사이에 톱니 벨트를 감아 걸 때의 벨트 설치 장력(축하중(軸荷重), 텐션(tension))을 높게 하면, 구동 모터의 초동 토크(初動 torque)가 증대하거나, 축하중이 증대하거나 해버리기 때문에, 저출력의 구동모터를 사용할 때에는 형편이 좋지 못하다. 이 때문에 구동풀리ㆍ종동풀리에 대한 소직경 풀리의 채용과 함께, 더욱 벨트 설치 장력(축하중, 텐션)을 낮게 설정할 필요가 있다. 또, 특허문헌 1에 있어서는, 소직경 풀리에의 대응이라는 기재는 있어도, 구동모터의 소형화ㆍ저출력화에 의한 벨트 설치 장력(축하중, 텐션)에 대한 기재는 없다.

한편, 벨트 설치 장력(축하중, 텐션)을 낮게 하면, 톱니 벨트와 풀리의 톱니와의 맞물림 상태가 약하게 되고, 벨트 속도 변동이 크게 되는 경우가 있다.

이 점, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, 벨트 톱니부의 풀리 톱니 홈부에의 맞물림이 스무스(smooth)하게 이루어지지 않을 때, 즉, 벨트 톱니부와 풀리 톱니 홈부가 완전한 맞물림 위치에 도달하기보다 전에, 벨트 톱니 선부(先部)가 풀리 톱니 측면부에 접촉하여 버리는 것과 같은 경우, 맞물림 시에 벨트 피치 라인의 밀어 올림을 수반하여, 벨트 피치 라인의 상하동(上下動)을 초래한다. 벨트 피치 라인의 상하동은, 그대로, 맞물림에 의한 속도 불일, 즉, 맞물림 주기에 있어서의 벨트 속도 변동으로 직결된다. 이것에 의해, 벨트 톱니부와 풀리 톱니 홈부와의 맞물림 시의 간섭을 유효하게 억제하여, 맞물림이 스무스하게 되는 톱니 형상의 최적 설계에 의해, 벨트 속도 변동을 일정 정도 억제하는 것이 알려져 있다.

또, 벨트 속도 변동의 요인인 벨트 피치 라인의 상하동은, 주로 벨트의 심선의 사양(仕樣)에 기초한 벨트의 치수 안정성이나 벨트의 굴곡성의 좋고 나쁨에 좌우된다. 벨트의 치수 안정성의 양부(良否)는 벨트의 맞물림 정밀도의 양부에 직결되고, 맞물림에 의한 벨트의 속도 변동에 직결된다. 거기에서, 심선의 탄성률이 높고, 흡습(吸濕) 등에 의한 시간 경과에 따른 치수 변화가 적은 재질로 이루어지는 심선을 선정할 필요가 있다. 또, 벨트의 굴곡성은, 벨트를 풀리에 감아 걸 때의 벨트의 부드러운 정도이고, 우선, 심선 자체가 부드러운가 아닌가, 즉, 심선의 재질이나, 섬유 및 심선의 선직경, 꼼 등 심선의 구성에 좌우되고, 더욱이, 벨트의 두께 방향의 치수, 특히는, 등두께(背厚)의 대소(大小)에도 좌우된다. 등두께의 설정에 관하여는, 우레탄 수지제 톱니 벨트, 특히 소톱니 피치의 것의 경우는, (주형법에 의한) 제조상의 관점(주형의 용이성)과 재료 코스트 상의 관점(얇음만큼 유리)이 양립할 수 있는, 필요 최소한의 두께로 설정된다. 이 때문에, 벨트의 치수 안정성이나 벨트의 굴곡성을 높게 하는 것이 가능하면, 벨트 설치 장력이 낮은 경우에도, 보다 소직경의 풀리에 벨트를 피치 어긋남 없이 스무스하게 감아 걸기 쉽게 되기 때문에, 벨트 피치 라인의 상하동을 억제할 수 있어, 맞물림에 의한 벨트 속도 변동을 작게 하는 것이 가능하다.

이 점, 특허문헌 3에는, 심선으로서 폴리아릴레이트 섬유 코드를 사용하는 것으로, 고강도ㆍ고모듈러스(高 modulus)인 것과 함께, 시간 경과에 따른 치수 안정성을 확보하면서, 굴곡성(나아가서는, 내구성)이 우수하고, 모터에의 부하(기동 토크)도 억제할 수 있고, 특히, 고정밀 기기의 동력 전동에 이용하는 것에 유효한 톱니 벨트가 개시되어 있다. 그렇지만, 벨트 속도 변동에 주목한 기재는 눈에 띄지 않는다.

특허문헌 1: 일본국특개2011-133022호 공보 특허문헌 2: 일본국특개2002-98202호 공보 특허문헌 3: 일본국특개2002-349636호 공보

여기에서, 본 발명은, 벨트 설치 장력(축하중, 텐션)을 낮게 설정되어도(저장력 시에 있어서도), 시간 경과에 따른 치수 안정성, 굴곡성, 내구성을 가짐과 함께, 벨트 속도 변동을 억제하는 것이 가능한 톱니 벨트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 측면은, 등부(背部), 톱니부(齒部), 및 상기 등부에 매설된 심선(心線)을 구비하는 톱니 벨트에 있어서,

상기 등부 및 톱니부는 우레탄 수지 조성물을 포함하고,

상기 심선은, 유리 섬유 필라멘트(glass fiber filament) 그룹으로 이루어지는 꼰 코드(twisted cord), 또는 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트(polyarylate fiber filament) 그룹으로 이루어지는 꼰 코드이고,

상기 심선이, 유리 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우,

상기 톱니부의 피치(pitch)는, 0.45~0.60 ㎜,

상기 유리 섬유 필라멘트의 직경이 6~9 미크론,

상기 심선의 선 직경이 0.14~0.20 ㎜이고,

상기 심선이, 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우,

상기 톱니부의 피치는, 0.45~0.71 ㎜,

상기 심선의 선 직경이 0.14~0.28 ㎜이다.

상기 구성에 의하면, 심선이, 유리 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우, 톱니부의 피치를 0.45~0.60 ㎜로 설정하고 있기 때문에, 톱니 벨트의 톱니 수(齒數)를, 톱니부의 피치가 0.60 ㎜보다도 큰 것에 비하여 증가시키는 것이 가능하다. 이것에 의해, 작은 직경의 풀리에 톱니 벨트를 감아 걸 때, 톱니 벨트의 톱니와 풀리의 톱니와의 맞물림으로부터 생기는 다각 형상(多角形狀)을, 보다 원형에 가깝게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트가 풀리 사이를 주행할 때의 톱니 벨트의 주행 라인(벨트 피치 라인)의 상하동을 억제하고, 톱니 벨트의 주행 시에 있어서 벨트 속도 변동(속도 불일)을 작게 하는 것이 가능하다.

또, 심선을, 유리 섬유 필라멘트 그룹(필라멘트의 직경이 6~9 미크론)으로 이루어지는, 선 직경 0.14~0.20 ㎜의 꼰 코드로 하는 것에 의해, 선 직경 0.20 ㎜보다도 큰 것에 비해 톱니 벨트의 굴곡성을 높게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트를, 보다 작은 직경의 풀리 사이에 저장력으로 감아 거는 것이 가능하다.

게다가, 심선의 선 직경을 작게 하고 있기 때문에, 톱니 벨트의 등부를 얇게 하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해서도, 톱니 벨트의 굴곡성을 높게 하는 것이 가능하다.

또, 심선에 유리 섬유 필라멘트 그룹을 사용하는 것에 의해, 시간 경과ㆍ환경적인 톱니 벨트의 치수 안정성을 확보하는 것이 가능하다.

그리고, 톱니 벨트의 치수 안정성ㆍ굴곡성을 높게 하는 것에 의해, 작은 직경의 풀리 사이에 톱니 벨트를 저장력으로 감아 건 경우에도, 톱니 벨트의 주행 시에 있어서 벨트 속도 변동을 작게 하는 것이 가능하다.

또, 심선이 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우, 톱니부의 피치를 0.45~0.71 ㎜로 설정하고 있기 때문에, 톱니 벨트의 톱니 수(齒數)를, 톱니부의 피치가 0.71 ㎜보다도 큰 것에 비하여 증가시키는 것이 가능하다. 이것에 의해, 작은 직경의 풀리에 톱니 벨트를 감아 걸 때, 톱니 벨트의 톱니와 풀리의 톱니와의 맞물림으로부터 생기는 다각 형상(多角形狀)을, 보다 원형에 가깝게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트가 풀리 사이를 주행할 때의 톱니 벨트의 주행 라인(벨트 피치 라인)의 상하동을 억제하고, 톱니 벨트의 주행 시에 있어서 벨트 속도 변동(속도 불일)을 작게 하는 것이 가능하다.

또, 심선을 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는, 선 직경 0.14~0.28 ㎜의 꼰 코드로 하는 것에 의해, 선 직경 0.28 ㎜보다도 큰 것에 비해 톱니 벨트의 굴곡성을 높게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트를, 보다 작은 직경의 풀리 사이에 저장력으로 감아 거는 것이 가능하다.

또, 심선에 폴리 아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹을 사용하는 것에 의해, 시간 경과ㆍ환경적인 톱니 벨트의 치수 안정성을 확보하는 것이 가능하다.

또, 톱니 벨트의 치수 안정성ㆍ굴곡성을 높게 하는 것에 의해, (구동 풀리의 축에 설치된 구동 모터의) 기동 토크를 낮게 하는 것이 가능하고, 기동 시의 동력 전달성을 높게 하는 것이 가능하다.

또, 상기 톱니 벨트는, 벨트 장력에 의해 풀리 사이에 감겨 걸릴 때의 당해 풀리의 축에 걸리는 하중인 축 하중이 5~15N으로 되는 조건에서 사용되는 것이 바람직하다.

상기 구성에 의하면, 톱니 벨트가 벨트 장력에 의해 풀리 사이에 감겨 걸릴 때의 축 하중이, 비교적 낮은 5~15N으로 설정되는 것에 의해, 풀리의 축에 대한 부담을 저감하는 것이 가능하다. 풀리의 축에 대한 부담을 저감하는 것이 가능하다면, 예를 들면, 풀리에 설치되는 구동 모터에 저출력ㆍ소형 타입의 것을 사용하는 것이 가능하기 때문에, 구동 모터의 소형화ㆍ생전력화가 가능하게 된다.

또, 축 하중을, 비교적 낮은 5~15 N으로 설정하고 있기 때문에, 톱니 벨트의 내구성(수명)도 높게 하는 것이 가능하다.

또한, 축 하중이, 5~15 N에서 사용되는 이유로서는 하기 이유가 열거된다. 우선, 축 하중이 5 N 미만에서는 벨트 장력이 너무 약해, 톱니 벨트를 풀리 사이에 걸어 설치하는 것이 가능하지 않고, 풀리 사이에 있어서 동기 전동 성능을 충분히 발휘하게 할 수 없다. 한편, 15 N은, 저출력ㆍ소형 타입의 모터를 장치의 구동용으로 채용할 수 있는 축 하중의 최대치로 되어, 축 하중이 15 N보다 크면, 저출력ㆍ소형 타입의 모터 축에 과잉의 부하가 걸려, 모터의 토크 성능을 충분히 발휘하게 할 수 없다.

벨트 설치 장력(축 하중, 텐션)이 낮게 설정되어도, 시간 경과에 따른 치수 안정성, 굴곡성, 내구성을 가짐과 함께, 벨트 속도 변동을 억제하는 것이 가능한 톱니 벨트를 제공하는 것이 가능하다.

도 1은, 제1 실시 형태에 관한 톱니 벨트의 개략 설명도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 관한 톱니 벨트의 단면 사시도 및 측면도이며, 도 2의 (A)는 단면 사시도이고, 도 2의 (B)는 측면도이다.
도 3은, 속도 변동율 시험의 설명도이다.
도 4는, 내구 주행 시험의 설명도이다.
도 5는, 속도 변동율 시험에 있어서 축 하중과 벨트 속도 변동율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은, 속도 변동율 시험에 있어서 톱니 피치와 벨트 속도 변동율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은, 제1 실시예의 실시 예4에 관한 톱니 벨트에 있어서, 경과 일수(經過日數)와 축간 거리 변화율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은, 제1 실시예의 비교예 7 및 실시예 4에 관한 톱니 벨트에 관하여, 축 하중과 기동 토크와의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는, 속도 변동율 시험에 있어서 축 하중과 벨트 속도 변동율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은, 속도 변동율 시험에 있어서 톱니 피치와 벨트 속도 변동율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 11은, 제2 실시예의 비교예 1 및 실시예 3에 관한 톱니 벨트에 있어서, 경과 일수와 축간 거리 변화율과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 12는, 제2 실시 예의 벨트 굴곡성 시험에 있어서, 축 하중과 기동 토크와의 관계를 나타내는 그래프이다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 도면에 따라 설명한다. 도 1 및 도 2에 본 발명의 실시 형태에 관한 톱니 벨트(1)를 나타낸다.

(제1 실시 형태)

제1 실시 형태에 관한 톱니 벨트(1)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 구동 풀리(5)와 종동 풀리(6) 사이에 감아 걸리어 사용된다. 이것에 의해, 구동 풀리(5)와 종동 풀리(6) 사이에서 동기 전동이 가능하게 된다.

톱니 벨트(1)는, 벨트 길이 방향을 따라 복수의 톱니부(2)와, 톱니 벨트(1)의 벨트 피치 라인 상에 보강용 심체(心體)인 심선(3)과, 당해 심선(3)을 매설한 등부(4)로 이루어진다. 또, 도 2의 (B)에 나타낸 톱니부(2)와 톱니부(2) 사이의 거리인 톱니 피치는, 0.45~0.60 ㎜로 되도록 구성되어 있다. 톱니부(2)의 형상으로서는 둥근 톱니 형상으로 하고 있지만, 이것에 한하지 않고, 단면 대(臺)형상이나 단면 삼각 형상 등으로 임의로 선택할 수 있다.

톱니 벨트(1)의 톱니부(2) 및 등부(4)는, 우레탄 수지 조성물로 이루어진다. 우레탄 수지 조성물은, 액상의 우레탄 원료를 주형하고, 가열하는 것에 의해 얻어지지만, 일반적으로 성형 방법으로서는, 폴리올(polyol), 촉매(catalyst), 쇄연장제(chain extender), 안료(pigment) 등을 혼합한 프리믹스 액(premix 液)과, 이소시아네이트(isocyanate) 성분을 함유하는 용액을 혼합하고, 이것을 주형하여 경화 반응시키는 원샷법(one-shot 法)과, 미리 이소시아네이트와 폴리올을 반응시켜, 이소시아네이트의 일부를 폴리올로 변성한 프리폴리머(prepolymer)와 경화제를 혼합하여 주형하고, 가교(架橋) 반응시키는 프리폴리머 법이 있지만, 본 발명에서는 프리폴리머 법이 바람직하게 이용된다.

이소시아네이트로서는 한정되는 것은 아니지만, 방향족(芳香族) 폴리이소시아네이트, 지방족(脂肪族) 폴리이소시아네이트, 지환식(脂環式) 폴리이소시아네이트, 또 이들의 변성체가 사용 가능하다. 구체적으로는, 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 메틸렌디이소시아네이트(MDI), 크실렌디이소시아네이트(XDI), 나프탈렌디이소시아네이트(NDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI) 그리고 이소포론디이소시아네이트(IPDI) 등이 예시될 수 있는데, 그 중에서도 TDI 및 MDI가 바람직하게 이용된다.

폴리올로서는, 에스테르계 폴리올, 에테르계 폴리올, 아크릴폴리올, 폴리부타디엔폴리올, 및 이들의 혼합 폴리올 등이 열거될 수 있다. 에테르계 폴리올로서는, 폴리에틸렌에테르글리콜(PEG), 폴리프로필렌에테르글리콜(PPG), 폴리테트라에틸렌에테르글리콜(PTMG) 등이 있고, 또 에스테르계 폴리올로서는, 폴리에틸렌아디페이트(PEA), 폴리부틸렌아디페이트(PBA), 폴리헥사메틸렌아디페이트(PHA), 폴리-ε-카프로락톤(PCL) 등이 예시될 수 있다.

경화제로서는, 1급 아민, 2급 아민, 3급 아민인 아민 화합물을 이용하는 것이 가능하다. 구체적으로는, 1,4-페닐렌디아민, 2,6-디아미노톨루엔, 1,5-나프탈렌디아민, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄(이하 MOCA라 기재한다), 3,3'-디메틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 1-메틸-3,5-비스(메틸티오)-2,6-디아미노벤젠, 1-메틸-3,5'-디에틸-2,6-디아미노벤젠, 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(오르토-클로로아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(2,3-디클로로아닐린), 트리메틸렌글리콜 디-파라-아미노벤조에이트, 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디에틸아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디이소프로필아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(2-메틸-6-디이소프로필아닐린), 4,4'-디아미노디페닐술폰 등이 이용될 수 있다.

상기 각 성분 이외의 다른 것으로, 가소제, 안료, 소포제, 충전제, 촉매, 안정제 등의 첨가제를 배합하는 것이 가능하다. 가소제로서는, 일반적으로는 프탈산디옥틸(DOP), 프탈산디부틸(DBP), 아디핀산디옥틸(DOA), 인산트리크레실(TCP), 염소계파라핀, 프탈산디알킬 등이 이용될 수 있다.

또, 촉매로서는, 산촉매인 유기카복실산 화합물이 이용될 수 있다. 구체적으로는 아젤라산, 올레산, 세바스산, 아디핀산 등의 지방족 카복실산, 안식향산, 톨루산 등의 방향족 카복실산 등이 이용될 수 있다. 그 외에, 트리에틸아민, N,N-디메틸시클로헥실아민, 트리에틸렌디아민으로 대표되는 아민 화합물, 스타나스옥토에이트, 디부틸틴딜라우레이트, 디옥틸틴마-커프티드로 대표되는 유기금속 화합물이 적절히 이용될 수 있다.

다음으로, 우레탄 원료의 준비 공정의 예를 기술한다. 상기 이소시아네이트와 폴리올과 미리 반응시킨 우레탄 프리폴리머에 필요에 따라 소포제, 가소제를 배합한 A액을 조정하고, 50~85℃에서 보관한다. 또, 경화제를 120℃ 이상의 분위기 온도 하에서 완전히 용해시킨 B액을 준비한다. 또, 촉매를 우레탄 원료에 배합하는 경우는 B액에 미리 교반 혼합하여 두는 것이 바람직하다.

벨트 성형 방법으로서는, 종래의 제조 방법이 적용될 수 있다. 즉, 금형에 심선을 나선으로 감아 붙인 상태에서, 상기 A액, A액을 교반 혼합하여 금형 내에 주입하고, 일정 조건 하에서 가열하여 가교시키는 것에 의해 벨트 슬리브(sleeve)를 제작하고, 그 후 소정 폭으로 커트(cut)하는 것에 의해 톱니 벨트를 제조하는 것이 가능하다.

심선(3), 유리 섬유 필라멘트 그룹을 꼬아 합친 꼰 코드이고, 직경 6~9미크론(필라멘트 직경)의 유리 섬유 필라멘트를, 예를 들면 약 200본을 묶어 당겨 가지런히 한 스트랜드(원사, strand)에, 우레탄 침지(浸漬) 처리를 행한 후, 소정 회수의 꼼을 주어, 선 직경이 0.14~0.20 ㎜로 되도록 조정하고 있다. 예를 들면, 직경 6~9미크론의 유리 섬유 필라멘트 약 200본을 묶어 당겨 가지런히 한 스트랜드에, 우레탄 침지 처리를 행한 후, 꼰 회수 17회/10 ㎝의 꼼을 주어, 선 직경 0.17 ㎜의 꼰 코드로 하는 등, 적절히, 꼰 회수를 조정하여, 심선(3)의 선 직경이 0.14~0.20 ㎜로 되도록 조정하고 있다.

(제2 실시 형태)

이하, 본 발명의 제2 실시 형태를 설명한다. 또한, 제1 실시 형태와 같은 모양의 요소에 대하여는, 적절히 그 설명을 생략한다. 즉, 이하에서 구체적으로 설명되지 않는 요소에 대하여는, 상기 제1 실시 형태에 있어서 대응하는 요소와 같은 모양의 설명이 적용된다.

제2 실시 형태에 관한 톱니 벨트(1)는, 벨트 길이 방향을 따라 복수의 톱니부(2)와, 톱니 벨트(1)의 벨트 피치 라인 상에 보강용 심체(心體)인 심선(3)과, 당해 심선(3)을 매설한 등부(4)로 이루어진다. 또, 도 2의 (B)에 나타낸 톱니부(2)와 톱니부(2) 사이의 거리인 톱니 피치는, 0.45~0.71 ㎜로 되도록 구성되어 있다.

심선(3)은, 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹을 꼬아 합친 꼰 코드이고, 예를 들면 섬도(纖度) 5.5 dtex의 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트(필라멘트 섬도) 20본을 묶어 당겨 가지런히 한 토탈 110 dtex의 스트랜드(원사)에, 소정 회수의 꼼을 주어, 선 직경이 0.14~0.28 ㎜로 되도록 조정하고 있다(이하, 폴리아릴레이트 심선). 예를 들면, 섬도(纖度) 5.5 dtex의 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 20본을 묶어 당겨 가지런히 한 토탈 110 dtex의 스트랜드에, 꼰 수 43회/10 ㎝의 꼼을 주어, 선 직경 0.17 ㎜의 꼰 코드로 하는 등, 적절히, 꼰 수를 조정하여, 심선(3)의 선 직경이 0.14~0.28 ㎜로 되도록 조정하고 있다. 또, 폴리아릴레이트 심선은 접착 처리를 행하지 않아도 좋다. 폴리아릴레이트 섬유는, 프탈산 또는 이소프탈산과 비스페놀을 축합(縮合)한 전방향족(全芳香族) 폴리에스테르 섬유이고, 예를 들면 폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸 등의 헤테로환(環) 강직성 고분자 섬유, 및 메타계 아라미드, 파라계 아라미드 등의 전방향족 폴리에스테르 섬유라는 강직성 섬유 그룹으로 분류되는 것이다. 일반적으로 강직성 섬유는 고무와의 접착력이 낮다고 되어 있지만, 본 발명에서는 벨트 본체(톱니부(2) 및 등부(4))를 우레탄 조성물로 구성하는 것으로, 폴리아릴레이트 섬유 코드에 접착 처리를 행하는 것 없이 톱니 벨트(1) 본체와 심선(3)과의 복합화가 가능할 수 있다.

실시예

다음으로, 본 발명의 각 실시 형태의 구성을 구비하는 톱니 벨트를 실시 예로서, 각 실시 형태의 구성을 구비하지 않는 톱니 벨트를 비교 예로서, 1. 속도 변동율 시험, 2. 내구 주행시험, 3. 벨트 치수 안정성 시험, 4. 벨트 굴곡성 시험을 행하였다.

(1. 속도 변동율 시험)

속도 변동율 시험에서는, 도 3에 나타내는 2축 레이아웃에서 톱니 벨트(1)를 주행시킬 때의 속도 불일을 레이저 도플러계(laser Doppler 計)에서 측정하고, 주파수 분석에 의해, 맞물림 1차 주파수에서의 벨트 속도 변동율(%)을 구했다.

구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동 풀리(5)와 종동 풀리(6)와의 사이에 톱니 벨트(1)를 걸어 설치하고(구동 풀리(5) 및 종동 풀리(6)는, 톱니 수, 톱니 피치, 피치 원(圓)직경이 동일 톱니 풀리이다), 톱니 벨트(1)에 소정의 장력을 부여하기 위하여, 종동 풀리(6)을 이동시켜, 소정의 축 하중(본 시험에서는, 5 N, 10 N, 15 N, 20 N)을 부여 고정하였다. 다음으로, 구동 풀리(5)를 1200 rpm에서 회전시켰다. 그리고, 축 하중이 소정의 수치에서 안정한 후, 레이저 도플러계에서 톱니 벨트(1)의 속도 불일을 측정하여, 벨트 속도 변동율(%)을 산출했다.

또한, 레이저 도플러계는, 레이저 광의 도플러 효과를 이용한 비접촉 타입의 측정기이다. 또, 벨트 장력에 의해 풀리 사이(구동 풀리(5)와 종동 풀리(6))에 감겨 걸릴 때의 풀리(종동 풀리(6), 또한, 구동 풀리(5)이어도 좋다)의 축에 걸리는 하중을 축 하중으로 하였다. 또, 벨트 속도 변동율(단지, 속도 변동율로 부르는 것도 있다)은, 평균적인 회전 속도 V0에 대한 회전 속도의 변동율?V의 백분율로서 다음 식에 의해 정의되고 있다.

벨트 속도 변동율 = (ΔV/V0) × 100 (%)

(2. 내구 주행 시험)

내구 주행시험에서는, 도 4에 나타낸 2축 레이아웃에서 톱니 벨트(1)에 프린터 캐리지 등을 상정한 워크(work, 추(錘))를 장착하고, 톱니 벨트(1)의 왕복 동작을 반복하여, 톱니 벨트(1)의 기능 특성(톱니 빠짐ㆍ톱니뿌리 크랙ㆍ마모ㆍ절단 등의 유무, 벨트 장력 강도의 잔존율)을 평가하였다.

구체적으로는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 구동 풀리(5)와 종동 풀리(6) 사이에, 350 g의 워크(추)를 장착한 톱니 벨트(1)를 걸어 설치하고, 톱니 벨트(1)에 소정의 장력을 부여하기 위하여, 종동 풀리(6)를 이동시켜, 15 N의 축 하중을 부여 고정하였다. 다음으로, 구동 풀리(5)를 600 rpm에서 회전시켜, 워크 이동거리가 140 ㎜에 달했을 때, 구동 풀리(5)를 600 rpm으로 역회전시키는 것에 의해 워크를 장착한 톱니 벨트(1)를 왕복 동작시켰다. 그리고, 이 왕복 동작을 100만회(200만 패스) 행하여, 톱니 벨트(1)의 기능 특성(톱니 빠짐ㆍ톱니뿌리 크랙ㆍ마모ㆍ절단 등의 유무, 벨트 장력 강도의 잔존율)을 평가하였다. 또한, 사용하는 구동 풀리(5)의 톱니 수, 톱니 피치, 피치원 직경은 표 4 및 11에 기재하고 있다. 또, 종동 풀리(6)는, 평(平) 풀리(φ10 ㎜)를 사용하였다. 평가 기준으로서는, 톱니 벨트에 톱니 빠짐ㆍ톱니뿌리 크랙ㆍ이상한 마모ㆍ절단 등이 있으면, 불량(X)으로 하고, 더욱이, 톱니 벨트에 톱니 빠짐ㆍ톱니뿌리 크랙ㆍ이상한 마모ㆍ절단 등이 없는 경우에 있어서, 벨트 인장 강도의 잔존율(내구 주행 시험 전의 톱니 벨트에 대한 잔존율)을 측정하고, 85% 이상이면 최양호(◎)로 평가하고, 80% 이상 85% 미만이면 양호(○)로 평가하고, 80% 미만이면, 불량(×)으로 평가하였다.

(3. 벨트 치수 안정성 시험)

벨트 치수 안정성 시험에서는, 비교 예 및 실시 예의 톱니 벨트(1)를 실온 40℃, 습도 90%의 환경 하에서 프리(free)의 상태에서 보관하고, 경과 일수와 벨트의 치수 변화율을 측정하였다.

구체적인 치수 변화율의 측정으로서는, 보관 시와 동일 환경하에서 2개의 톱니 풀리에 톱니 벨트(1)를 걸어 설치하고, 축 하중 12 N을 주어 풀리의 축간 거리를 측정하고, 당초의 풀리의 축간 거리를 비교한 축간 거리 변화율을 측정하였다. 또, 평가 기준으로서는, 경과 일수 10일에서 축간 거리 변화율(절대치)이 0.02% 이하인 경우를 양호(○)로 하고, 0.02%를 초과한 경우를 불량(×)으로 하였다.

(4. 벨트 굴곡성 시험)

벨트 굴곡성 시험에서는, 톱니 벨트(1)의 굴곡성, 및, 기동의 용이성(기동 시의 동력 전달성)의 대용시험으로서 기동 토크를 측정하였다.

구체적으로는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 구동 풀리(5)와 종동 풀리(6)와의 사이에 톱니 벨트(1)를 걸어 설치하고(구동 풀리(5) 및 종동 풀리(6)는, 톱니 수, 톱니 피치, 피치원(圓) 직경이 동일 톱니 풀리이다), 톱니 벨트(1)에 소정의 장력을 부여하기 위하여, 종동 풀리(6)를 이동시켜, 톱니 벨트(1)에 소정의 축 하중(본 시험에서는, 5 N, 10 N, 15 N, 20 N)을 주었다. 그 후, 구동 풀리(5)에 실을 감아 걸고, 실의 선단에 장착한 로드 셀(load cell)을 당겨 팽팽하게 하였다. 이때, 종동 풀리(6)가 회전을 개시하는 때의 토크치(기동 토크 Nㆍm)를 측정하였다. 또, 평가기준으로서는, 축하중이 10 N시에 있어서 비교 예(제1 실시예, 및 제2 실시예 함께 비교예 7)의 기동 토크의 수준과 비교하고, 동등의 경우는 평가를 가(△)로 하고, 이 수준보다 낮은 경우에는 양호(○)로 평가하였다(또한, 현저히 낮으면 최양호(◎)로 평가).

(제1 실시예)

본 발명의 제1 실시 형태에 관련된 구성을 구비하는 톱니 벨트(1)를 제1 실시예로 하고, 평가를 행하였다.

제1 실시예의 각 시험에서 사용하는 톱니 벨트(1)는, 폴리우레탄 조성물(배합 A: NCO 함유율 4.1%의 우레탄 프리폴리머 100 질량부, 아민계 경화제(MOCA) 약 12 질량부, 가소제(프탈산디알킬) 약 20 질량부, 촉매(아젤라산) 0.2 질량부)에 의해 구성하였다. 이 배합 A는, 심선(3)에 대한 접착성의 관점으로부터도 적당하다. 또, 심선(3)은, 유리 섬유 필라멘트 그룹을 꼬아 합친 꼰 코드이고, 유리 섬유 필라멘트 약 200 본을 묶어 당겨 가지런히 한 스트랜드(원사)에, 우레탄 침지 처리를 행한 후, 소정 회수의 꼼을 주어, 소정의 심선 직경으로 하였다(표 1 참조). 또, 톱니 벨트(1)는 상술한 방법에 의해 제조하였다.

그리고, 상기 톱니 벨트(1)에 대하여, 각 시험에 따라 조건(톱니 피치의 길이, 심선 직경, 필라멘트 직경 등)을 바꿔 작성한 실시 예 및 비교 예에 관련된 톱니 벨트를 이용하여 각 시험을 행하였다. 또한, 실시예 1~6, 및 비교예 1~9에 관련된 톱니 벨트의 구성 조건을 표1에 나타낸다.

또, 1. 속도 변동율 시험, 2. 내구 주행시험, 3. 벨트 치수 안정성 시험, 및 4. 벨트 굴곡성 시험의 시험 결과를 표 1에 정리하여 기재하고 있다. 또 일부의 실시 예 및 비교 예에 관하여는, 1. 속도 변동율 시험의 시험결과를 표 2 및 표 3에, 2. 내구 주행시험의 시험 결과를 표 4에, 3. 벨트 치수 안정성 시험의 시험 결과를 표 5에, 4. 벨트 굴곡성 시험의 시험 결과를 표 6 및 표 7에 나타내고, 상세히 비교 검토하였다.

속도 변동율 시험에서는, 표 2에 나타낸 바와 같이 실시예 4, 실시예 6, 비교예 1, 비교예 7, 비교예 8, 및, 비교예 9의 톱니 벨트에 대하여, 축 하중을 5 N, 10 N, 15 N, 20 N으로 설정한 경우의 벨트 속도 변동율을 산출하고, 평가하였다. 또, 평가 기준으로서는, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하인 경우를 양호(○)로 하고, 0.40%를 초과하는 경우를 불량(×)으로 하였다. 여기에서, 평가 기준으로서, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하인 경우를 양호로 판단하고 있는 것은, 저출력ㆍ소형 타입의 모터의 사용을 전제로 한 프린터 캐리지 구동 등에 톱니 벨트를 사용할 때에, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하인 경우에, 프린터 캐리지 구동에 관하여 고정밀도의 위치 결정을 담보할 수 있고, 인자 불일을 야기하지 않기 때문이다. 표2에 속도 변동율 시험의 결과를 정리한 표를 나타낸다. 또, 도5에 속도 변동율 시험에 있어서 실시 예 및 비교 예에 관련된 톱니 벨트의 축 하중과 벨트 속도 변동율과의 관계를 그래프화한 도를 나타낸다.

	축하중 N	심선재질	톱니피치 ㎜	구동 풀리 톱니수 톱니	동 피치원 직경 ㎜	속도변동율 %	속도변동 평가
비교예 1	5	유리	0.400	46	5.857	0.22	○
	10	유리	0.400			0.20	○
	15	유리	0.400			0.18	○
	20	유리	0.400			0.16	○
실시예 4	5	유리	0.508	36	5.821	0.28	○
	10	유리	0.508			0.26	○
	15	유리	0.508			0.24	○
	20	유리	0.508			0.22	○
실시예 6	5	유리	0.600	30	5.730	0.38	○
	10	유리	0.600			0.35	○
	15	유리	0.600			0.32	○
	20	유리	0.600			0.29	○
비교예 7	5	유리	0.706	26	5.840	0.54	×
	10	유리	0.706			0.51	×
	15	유리	0.706			0.48	×
	20	유리	0.706			0.45	×
비교예 8	5	유리	0.800	23	5.857	0.75	×
	10	유리	0.800			0.7	×
	15	유리	0.800			0.66	×
	20	유리	0.800			0.61	×
비교예 9	5	유리	0.850	22	5.952	0.88	×
	10	유리	0.850			0.82	×
	15	유리	0.850			0.76	×
	20	유리	0.850			0.70	×

상기 속도 변동율 시험에 의하면, 실시예 4, 실시예 6, 비교예 1, 비교예 7, 비교예 8, 및 비교예 9의 시험 결과에 있어서, 톱니 벨트의 주행시의 축 하중이 감소할수록, 벨트의 속도 변동율은 증가한 것을 알 수 있다(도 5 참조).

그리고, 표 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 톱니 피치를 0.400 ㎜(비교예 1), 0.508 ㎜(실시예 4), 0.600 ㎜(실시예 6)로 설정한 경우에는, 축 하중을 5 N, 10 N, 15 N, 20 N의 어느 값으로 설정한 경우에도, 벨트 속도 변동율은 0.40% 이하로 되어, 평가는 양호(○)였다. 한편, 톱니 피치를, 0.706 ㎜(비교예 7), 0.800 ㎜(비교예 8), 0.850 ㎜(비교예 9)로 설정한 경우에는, 축 하중을 5 N, 10 N, 15 N, 20 N의 어느 값으로 설정한 경우에도, 벨트 속도 변동율은 0.40% 초과로 되어, 평가는 불량(×)이었다.

또, 속도 변동율 시험에서는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1~9 및 실시예 1~6의 톱니 벨트에 대하여, 축 하중을 5 N으로 설정한 경우의 벨트 속도 변동율을 산출하고, 평가하였다. 또한, 표 3에, 비교예 1, 실시예 1, 실시예 4, 실시예 6, 비교예 6, 비교예 7, 비교예 8 및 비교예 9의 톱니 벨트에 대하여, 축 하중을 5 N으로 설정한 경우의 벨트 속도 변동율을 산출하고, 평가한 결과를 기재하고 있다. 또, 도 6에, 표 3에 있어서 실시 예 및 비교 예에 관련된 톱니 벨트의 톱니 피치와 벨트 속도 변동율과의 관계를 그래프화한 도를 나타낸다.

	축하중 N	심선재질	톱니피치 ㎜	구동 풀리 톱니수 톱니	동 피치원 직경 ㎜	속도변동율 %	속도변동 평가
비교예 1	5	유리 심선	0.400	46	5.587	0.22	○
실시예 1	5	유리 심선	0.450	40	5.730	0.24	○
실시예 4	5	유리 심선	0.508	36	5.821	0.28	○
실시예 6	5	유리 심선	0.600	30	5.730	0.38	○
비교예 6	5	유리 심선	0.650	28	5.793	0.45	×
비교예 7	5	유리 심선	0.706	26	5.840	0.54	×
비교예 8	5	유리 심선	0.800	23	5.857	0.75	×
비교예 9	5	유리 심선	0.850	22	5.952	0.88	×

표 3 및 도 6의 속도 변동율 시험에 의하면, 톱니 피치가 작아질수록, 벨트 속도 변동율은 감소하였다. 그리고, 톱니 피치를, 0.400 ㎜(비교예 1), 0.450 ㎜(실시예 1), 0.508 ㎜(실시예 4), 0.600 ㎜(실시예 6)로 설정한 경우에는, 벨트 속도 변동율은 0.40% 이하로 되어, 평가는 양호(○)였다.

상기 속도 변동율 시험으로부터, 톱니 피치를 적어도 0.400 ㎜~0.600 ㎜의 범위로 설정하는 것에 의해, 축 하중을 5 N~20 N으로 한 경우에도, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하로 되어, 평가를 양호(○)로 하는 것이 가능했다.

여기에서, 축 하중이 5 N 미만에서는 벨트 장력이 너무 약해, 톱니 벨트(1)를 풀리 사이에 걸어 설치할 수 없고, 풀리 사이에 있어서 동기 전동 성능을 충분히 발휘할 수 없다. 한편, 15 N은, 저출력ㆍ소형 타입의 모터를 장치의 구동용으로 채용할 수 있는 축 하중의 최대치로 되어, 축 하중이 15 N보다 크면, 저출력ㆍ소형 타입의 모터 축에 과잉의 부하가 걸려, 모터의 토크 성능을 충분히 발휘할 수 없다.

따라서, 실시 예의 톱니 벨트(1)는, 축 하중을 5N~15N으로 한 경우이어도 벨트 속도 변동율의 평가를 양호(○)로 하는 것이 가능한 것에 의해, 예를 들면, 구동 풀리(5)에 설치하는 구동 모터에, 저출력ㆍ소형 타입의 것을 채용하기 쉽다고 하는 메리트(merit)가 생긴다.

또한, 톱니 피치를 0.400 ㎜(비교예 1)로 한 경우, 벨트 속도 변동율의 평가는 양호(○)이지만, 후술하는 내구 주행 시험에서는, 톱니 뿌리 크랙이 생겨버리기 때문에, 종합 판정은 불량(×)으로 된다.

내구 주행 시험에서는, 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예 1~9 및 실시예 1~6의 톱니 벨트에 대하여, 시험을 행하였다. 표 4에, 비교예 2(심선 직경 0.12 ㎜), 실시예 2(심선 직경 0.14 ㎜), 실시예 4(심선 직경 0.17 ㎜), 실시예 5(심선 직경 0.20 ㎜), 비교예 5(심선 직경 0.22 ㎜)의 톱니 벨트에 대하여 행한 내구 주행 시험의 시험 결과를 나타낸다.

		비교예 2	실시예 2	실시예 4	실시예 5	비교예 5
벨트&구동풀리	톱니피치 ㎜	0.508	0.508	0.508	0.508	0.508
심선	유리	○	○	○	○	○
심선	심선직경 ㎜	0.12	0.14	0.17	0.20	0.22
구동풀리	톱니수 톱니	36	36	36	36	36
구동풀리	피치원직경 ㎜	5.821	5.821	5.821	5.821	5.821
결과	내구회수 만회	55~65	100	100	100	100
결과	평가	절단 ×	잔존율86.3% ◎	잔존율88.0% ◎	잔존율85.5% ◎	잔존율69.4% ×

상기 내구 주행 시험에 의하면, 실시예 2(심선 직경 0.14 ㎜), 실시예 4(심선 직경 0.17 ㎜), 실시예 5(심선 직경 0.20 ㎜)에서는, 평가가 최양호(◎)로 되었다. 한편, 비교예 2(심선 직경 0.12 ㎜)에서는, 톱니 벨트(1)가 절단되어 버려, 내구성이 떨어지는 결과(×)로 되었다. 또, 비교예 5(심선 직경 0.22 ㎜)에서는, 톱니 벨트(1)의 벨트 인장 강도의 잔존률이 69.4%로 되어, 심선의 굴곡 피로가 크게 되어 버려, 평가는 불량(×)으로 되었다.

상기로부터, 유리 심선의 선 직경은, 적어도 0.14 ㎜~0.20 ㎜의 범위에 있으면, 톱니 피치를 비교적 작게 한 경우에도 내구성을 담보하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

또, 표 1에 나타낸 바와 같이, 심선을 구성하는 유리 섬유 필라멘트의 필라멘트 직경을, 비교 예3(5 ㎛), 실시예 3(6 ㎛), 실시예 4(9 ㎛), 비교예 4(10 ㎛)로 각각 설정한 경우, 실시예 3(6 ㎛), 실시예 4(9 ㎛)에서는, 내구 주행 시험의 평가는 최양호(◎)였다. 한편, 비교예 3(5 ㎛)에서는, 톱니 빠짐의 상태로 되어 내구성이 떨어지는 결과(×)로 되었다. 또, 비교예 4(10 ㎛)에서는, 톱니 벨트(1)의 벨트 인장 강도의 잔존률이 75.6%로 되어, 심선의 굴곡 피로가 크게 되어 버려, 평가는 불량(×)으로 되었다.

상기로부터, 심선을 구성하는 유리 섬유 필라멘트의 필라멘트 직경은, 적어도 6~9 미크론의 범위에 있으면, 톱니 벨트(1)의 내구성을 담보하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

또, 표 1에 나타낸 바와 같이, 비교예1(톱니 피치: 0.400 ㎜)의 톱니 벨트(1)에 대한 내구 주행 시험에서는, 톱니 뿌리 크랙이 발생하고, 내구성이 떨어지는 평가(×)로 되었다. 이것은, 톱니 피치가 너무 작게 되면, 풀리의 톱니와 톱니 벨트의 톱니의 맞물림 부하에 대한, 톱니부 하나 당 필요로 되는 강성(剛性)을 확보하는 것이 가능하지 않게 되었기 때문이라고 추찰(推察)된다.

표 5에 실시 예4에 관련한 톱니 벨트(1)의 벨트 치수 안정성 시험 결과를 나타낸다. 또, 도 7에 실시예 4에 관련한 톱니 벨트(1)에 있어서, 경과 일수와 축간 거리 변화율과의 관계를 나타낸다.

	심선재질	심선직경 ㎜	일수 일	축간거리 변화율 %	평가
실시예 4	유리	0.170	0	0	○
			1	-0.005
			2
			3	-0.002
			4
			5	-0.002
			6
			7	-0.003
			8
			9
			10	-0.007

상기 벨트 치수 안정성 시험으로부터, 비교예 1~9 및 실시예 1~6의 어느 것의 톱니벨트(1)에 있어서도, 경과 일수 10일에서의 축간 거리 변화율(절대치)이 0.02% 이하이고 양호(O)로 평가되었다. 이것에 의해, 톱니벨트(1)에, 선 직경이 0.14~0.20 ㎜의 비교적 가는 직경의 심선(3)을 채용한 경우에도, 축간 거리 변화율에 거의 변화가 없어, 톱니벨트(1)의 치수 안정성은 충분히 확보되었다는 것을 알 수 있다.

표 6에, 비교예 7 및 실시예 4에 관련된 톱니벨트에 관하여, 축 하중을 5 N, 10 N, 20 N, 30 N으로 한 경우의 기동 토크를 측정한 결과를 나타낸다. 표 7에, 비교예 7 및 실시예 4에 관련된 톱니벨트에 관하여, 벨트 구성, 축 하중을 10 N으로 한 경우의 기동 토크, 및 평가를 정리한 표를 나타낸다. 또, 도 8에, 비교예 7 및 실시예 4에 관련된 톱니벨트에 관하여, 축하중과 기동 토크와의 관계를 그래프화한 도를 나타낸다.

축하중 [N]	비교예 7 톱니피치 0.706	실시예 4 톱니피치 0.508
5	0.002	0.002
10	0.011	0.010
20	0.013	0.012
30	0.014	0.013

		비교예 7	실시예 4
벨트&구동 풀리	톱니피치 ㎜	0.706	0.508
심선	유리	○	○
심선	심선 직경 ㎜	0.24	0.17
구동풀리	톱니수 톱니	26	36
구동풀리	피치원 직경 ㎜	5.840	5.821
결과	축하중 10 N 시 기동토크 N·m	0.011	0.010
결과	평가(상대평가)	△	○

표 6, 표 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 실시예 4(심선 직경 0.17 ㎜)와 비교예 7(심선 직경 0.24 ㎜)을 비교하면, 톱니 벨트(1)에, 비교적 가는 직경의 심선(3)을 채용한 편이, 기동 토크는 낮은 것을 알 수 있다. 여기에서, 톱니 벨트(1)의 기동 토크가 낮은 경우, 톱니 벨트(1)의 굴곡성이 높고, 요컨대, 기동 토크가 낮은 톱니벨트(1)는, 기동 시의 동력 전달 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 심선(3)이 가는 직경인 편이, 톱니 벨트(1)의 굴곡성이 높고, 부드러워 기동 시의 동력 전달 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다.

또, 톱니 벨트(1)의 굴곡성이 높으면, 축 하중을 5 N~15 N(저 장력)으로 한 경우에 있어서도, 기동 토크는 낮게 되는 경향이 있었다.

따라서, 굴곡성이 우수하고, 기동 토크가 낮은 벨트는, (구동 풀리(5)의 축에 붙여 설치된 구동 모터를) 기동하기 쉽고, 기동 시의 동력 전달 성능이 우수함과 함께, 보다 소형으로 저출력의 구동 모터의 채용, 나아가서는, 구동 모터의 소형화ㆍ경량화, 생전력화에 공헌하는 것이 가능하다.

(종합 판정)

상기 1. 속도 변동율 시험, 2. 내구 주행시험, 3. 벨트 치수 안정성 시험, 및, 4. 벨트 굴곡성 시험의결과, 속도 변동율 시험에서의 벨트 속도 변동율의 평가를 양호(○)로 하고, 내구 주행시험에서의 평가를 최양호(◎)로 하고, 벨트 치수 안정성 시험에서의 결과를 양호(○)로 하고, 벨트 굴곡성 시험에서 양호(○)로 평가된 톱니 벨트(1)의 조건을 정리하면, 톱니부와 톱니부와의 사이의 피치는 0.45~0.60 ㎜이고, 심선(3)은, 유리 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드로서, 필라멘트의 직경이 6~9 미크론, 심선(3)의 선 직경이 0.14~0.20 ㎜인 것을 알 수 있다.

상기 구성에 의하면, 톱니부(2)와 톱니부(2)와의 사이의 피치를 0.45~0.60 ㎜로 설정하고 있기 때문에, 톱니 벨트(1)의 톱니 수를, 톱니부(2)의 피치가 0.60 ㎜보다도 큰 것에 비하여 증가시키는 것이 가능하다. 이것에 의해, 작은 직경의 풀리에 톱니 벨트(1)를 감아 걸 때, 톱니 벨트(1)의 톱니부(2)와 풀리의 톱니와의 맞물림으로부터 생기는 다각 형상(多角形狀)을, 보다 원형에 가깝게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트(1)가 풀리 사이를 주행할 때의 톱니 벨트(1)의 주행 라인(벨트 피치 라인)의 상하동을 억제하고, 톱니 벨트(1)의 주행 시에 있어서 벨트 속도 변동(속도 불일)을 작게 하는 것이 가능하다.

또, 심선(3)을, 유리 섬유 필라멘트 그룹(필라멘트의 직경이 6~9 미크론)으로 이루어지는, 선 직경 0.14~0.20 ㎜의 꼰 코드로 하는 것에 의해, 선 직경 0.20 ㎜보다도 큰 것에 비해 톱니 벨트(1)의 굴곡성을 높게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트(1)를, 보다 작은 직경의 풀리 사이에 저장력으로 감아 거는 것이 가능하다.

게다가, 심선(3)의 선 직경을 작게 하고 있기 때문에, 톱니 벨트(1)의 등부(4)를 얇게 하는 것이 가능하게 된다. 이것에 의해서도, 톱니 벨트(1)의 굴곡성을 높게 하는 것이 가능하다.

또, 심선(3)에 유리 섬유 필라멘트 그룹을 사용하는 것에 의해, 시간 경과ㆍ환경적인 톱니 벨트(1)의 치수 안정성을 확보하는 것이 가능하다.

그리고, 톱니 벨트(1)의 치수 안정성ㆍ굴곡성을 높게 하는 것에 의해, 작은 직경의 풀리 사이에 톱니 벨트(1)를 저장력으로 감아 건 경우에도, 톱니 벨트(1)의 주행 시에 있어서 벨트 속도 변동을 작게 하는 것이 가능하다.

또, 톱니 벨트(1)가 벨트 장력에 의해 풀리 사이에 감겨 걸릴 때의 축 하중이, 비교적 낮은 5~15 N으로 설정되는 것에 의해, 풀리의 축에 대한 부담을 저감하는 것이 가능하다. 풀리의 축에 대한 부담을 저감하는 것이 가능하다면, 예를 들면, 풀리에 설치되는 구동 모터에 저출력ㆍ소형 타입의 것을 사용하는 것이 가능하기 때문에, 구동 모터의 소형화ㆍ생전력화가 가능하게 된다.

더욱이, 잉크젯 프린터로 대표되는 캐리지 구동이나 액츄에이터와 같은 워크(work)의 왕복 동작을 수반하는 정밀 구동에 상기 톱니벨트(1)를 사용하는 것에 의해 벨트 속도 변동(속도 불일)을 작게 하고, 인자 불일(印字不一) 등을 야기하지 않도록, 고 정밀도의 위치 결정이 가능하게 된다. 또, 상기 톱니 벨트(1)는, 벨트 설치 장력(축 하중, 텐션)이 낮게 설정되어도(저장력 시에 있어서도), 시간 경과에 따른 치수 안정성, 굴곡성, 내구성을 가지므로 풀리에 설치되는 구동 모터에 저출력ㆍ소형 타입의 것을 사용하는 것이 가능하여, 구동 모터의 소형화ㆍ생전력화, 더욱이는, 잉크젯 프린터로 대표되는 캐리지 구동 장치나 액츄에이터 자체의 소형화ㆍ생전력화가 가능하게 된다.

(제2 실시예)

본 발명의 제2 실시 형태에 관련되는 구성을 구비하는 톱니 벨트(1)를 제2 실시예로 하고, 평가를 행하였다.

제2 실시예의 각 시험에서 사용하는 톱니 벨트(1)는, 폴리우레탄 조성물(배합 A: NCO 함유율 4.1%의 우레탄 프리폴리머 100 질량부, 아민계 경화제(MOCA) 약 12 질량부, 가소제(프탈산디알킬) 약 20 질량부, 촉매(아젤라산) 0.2 질량부)에 의해 구성하였다. 또, 비교예 2~6 및 실시예 1~7에서 사용하는 심선(3)은, 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹을 꼬아 합친 꼰 코드이고, 섬도(纖度) 5.5 dtex의 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트(필라멘트 섬도) 20본을 묶어 당겨 가지런히 한 토탈 110 dtex의 스트랜드(원사)에, 소정 회수의 꼼을 주어, 소정의 심선 직경으로 하였다(표 8 참조). 또, 비교예 1 및 비교예 7에서 사용하는 심선(3)은, 유리 섬유 필라멘트 그룹을 꼬아 합친 꼰 코드이고, 유리 섬유 필라멘트(필라멘트 직경이 9 미크론) 약 200 본을 묶어 당겨 가지런히 한 스트랜드(원사)에, 우레탄 침지 처리를 행한 후, 소정 횟수의 꼼을 주어, 소정의 심선 직경으로 하였다(예를 들면, 꼼 회수 17회/10 ㎝의 꼼을 주어 0.17 ㎜의 심선 직경으로 하는 등. 이하, 유리 심선). 또, 각 비교예 및 각 실시예에 관련되는 톱니 벨트(1)는 상술한 방법에 의해 제조하였다.

그리고, 상기 톱니 벨트(1)에 대하여, 각 시험에 따라 조건(톱니 피치의 길이, 심선 직경, 심선의 종류 등)을 바꿔 작성한 실시 예 및 비교 예에 관련되는 톱니 벨트를 이용하여 각 시험을 행하였다. 또한, 실시예 1~7, 및 비교예 1~7에 관련되는 톱니 벨트의 구성 조건을 표8에 나타낸다.

또, 1. 속도 변동율 시험, 2. 내구 주행시험, 3. 벨트 치수 안정성 시험, 및 4. 벨트 굴곡성 시험의 시험 결과를 표8에 정리하여 기재하고 있다. 또 일부의 실시 예 및 비교 예에 관하여는, 1. 속도 변동율 시험의 시험결과를 표9 및 표10에, 2. 내구 주행시험의 시험 결과를 표11에, 3. 벨트 치수 안정성 시험의 시험 결과를 표12에, 4. 벨트 굴곡성 시험의 시험 결과를 표 13 및 표 14에 나타내고, 상세히 비교 검토하였다.

속도 변동율 시험에서는, 표 9에 나타낸 바와 같이, 비교예 1, 비교예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 6, 및, 비교예 5, 및 비교예 6의 톱니 벨트에 대하여, 축 하중을 5 N, 10 N, 15 N, 20 N으로 설정한 경우의 벨트 속도 변동율을 산출하고, 평가하였다. 또, 평가 기준으로서는, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하인 경우를 양호(○)로 하고, 0.40%를 초과하는 경우를 불량(×)으로 하였다. 여기에서, 평가 기준으로서, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하인 경우를 양호(○)로 판단하고 있는 것은, 저출력ㆍ소형 타입의 모터의 사용을 전제로 한 프린터 캐리지 구동 등에 톱니 벨트를 사용할 때에, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하인 경우에, 프린터 캐리지 구동에 관하여 고정밀도의 위치 결정을 담보할 수 있고, 인자 불일을 야기하지 않기 때문이다. 표 9에 속도 변동율 시험의 결과를 정리한 표를 나타낸다. 또, 도 9에 속도 변동율 시험에 있어서 실시 예 및 비교 예에 관련된 톱니 벨트(1)의 축 하중과 벨트 속도 변동율과의 관계를 그래프화한 도를 나타낸다.

	축하중 N	심선재질	톱니피치 ㎜	구동 풀리 톱니수 톱니	동 피치원 직경 ㎜	속도변동율 %	속도변동 평가
비교예 1	5	유리	0.508	36	5.821	0.28	○
	10	유리	0.508			0.26	○
	15	유리	0.508			0.24	○
	20	유리	0.508			0.22	○
비교예 2	5	폴리아릴레이트	0.400	46	5.857	0.19	○
	10	폴리아릴레이트	0.400			0.17	○
	15	폴리아릴레이트	0.400			0.16	○
	20	폴리아릴레이트	0.400			0.14	○
실시예 3	5	폴리아릴레이트	0.508	36	5.821	0.23	○
	10	폴리아릴레이트	0.508			0.21	○
	15	폴리아릴레이트	0.508			0.19	○
	20	폴리아릴레이트	0.508			0.17	○
실시예 4	5	폴리아릴레이트	0.600	30	5.730	0.28	○
	10	폴리아릴레이트	0.600			0.25	○
	15	폴리아릴레이트	0.600			0.23	○
	20	폴리아릴레이트	0.600			0.21	○
실시예 6	5	폴리아릴레이트	0.706	26	5.840	0.37	○
	10	폴리아릴레이트	0.706			0.35	○
	15	폴리아릴레이트	0.706			0.33	○
	20	폴리아릴레이트	0.706			0.31	○
비교예 5	5	폴리아릴레이트	0.800	23	5.857	0.48	×
	10	폴리아릴레이트	0.800			0.46	×
	15	폴리아릴레이트	0.800			0.44	×
	20	폴리아릴레이트	0.800			0.42	×
비교예 6	5	폴리아릴레이트	0.850	22	5.952	0.54	×
	10	폴리아릴레이트	0.850			0.52	×
	15	폴리아릴레이트	0.850			0.5	×
	20	폴리아릴레이트	0.850			0.48	×

상기 속도 변동율 시험에 의하면, 어느 것의 비교 예 및 실시 예의 시험 결과에 있어서도(심선(3)의 종류, 톱니 피치의 크기에 관계없이), 톱니 벨트(1)의 주행시의 축 하중이 감소할수록, 벨트의 속도 변동율은 증가한 것을 알 수 있다(도 9 참조).

또, 표 9 및 도 9에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 및 실시예 3에 관하여, 톱니 피치 0.508 ㎜, 및, 심선 직경 0.17 ㎜를 동 조건으로 하여, 심선(3)의 종류를 유리 심선(비교예 1)과 폴리아릴레이트 심선(실시예 3)으로 하였다. 비교예 1과 실시예 3을 비교하면, 폴리아릴레이트 심선(실시예 3)의 쪽이, 어느 축 하중(5 N, 10 N, 15 N, 20 N)에 있어서도, 유리 심선(비교예 1)보다도 벨트 속도 변동율이 작았다는 것을 알 수 있다. 따라서, 저장력 영역(5~15 N)에 있어서도, 폴리아릴레이트 심선을 채용한 쪽이 유리 심선을 채용한 경우보다도 벨트 속도 변동율을 억제할 수 있다. 이것은, 후술하는 벨트 굴곡성 시험의 결과로부터 알 수 있듯이, 폴리아릴레이트 심선을 채용한 톱니 벨트(1)의 쪽이, 유리 심선을 채용한 톱니 벨트(1)보다도 굴곡성(부드러움 정도)이 우수하기 때문이라고 생각된다.

또, 속도 변동율 시험에서는, 표 8에 나타낸 바와 같이, 비교예 1~7 및 실시예 1~7의 톱니 벨트(1)에 대하여, 축 하중을 5N으로 설정한 경우의 벨트 속도 변동율을 산출하고, 평가하였다. 또한, 표 10에, 비교예 2, 실시예 1, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 비교예 5, 및, 비교예 6의 폴리아릴레이트 심선을 채용한 톱니 벨트(1)에 대하여, 축 하중을 5 N으로 설정한 경우의 벨트 속도 변동율을 산출하고, 평가한 결과를 정리하여 기재하고 있다. 또, 도 10에, 표 10에 있어서 실시예 및 비교예에 관련된 폴리아릴레이트 심선을 채용한 톱니 벨트(1)의 톱니 피치와 벨트 속도 변동율과의 관계를 그래프화한 도를 나타낸다.

	축하중 N	심선재질	톱니피치 ㎜	구동풀리 톱니수 톱니	동 피치원 직경 ㎜	속도 변동율 %	속도변동 평가
비교예 2	5	폴리아릴레이트 심선	0.400	46	5.857	0.19	○
실시예 1	5	폴리아릴레이트 심선	0.450	40	5.730	0.21	○
실시예 3	5	폴리아릴레이트 심선	0.508	36	5.821	0.23	○
실시예 4	5	폴리아릴레이트 심선	0.600	30	5.730	0.28	○
실시예 5	5	폴리아릴레이트 심선	0.650	28	5.793	0.32	○
실시예 6	5	폴리아릴레이트 심선	0.706	26	5.840	0.37	○
비교예 5	5	폴리아릴레이트 심선	0.800	23	5.857	0.48	×
비교예 6	5	폴리아릴레이트 심선	0.850	22	5.952	0.54	×

표 10 및 도 10의 속도 변동율 시험에 의하면, 톱니 피치가 작게 될수록 벨트 속도 변동율은 감소하였다. 그리고, 톱니 피치를 0.400 ㎜(비교예 2), 0.450 ㎜(실시예 1), 0.508 ㎜(실시예 3), 0.600 ㎜(실시예 4), 0.650 ㎜(실시예 5), 0.706 ㎜(실시예 6)로 설정한 경우에는, 축 하중을 5 N으로 설정한 경우의 벨트 속도 변동율은 0.40% 이하로 되어, 평가는 양호(○)였다.

상기 속도 변동율 시험으로부터, 톱니 피치를 적어도 0.400 ㎜~0.710 ㎜의 범위(도 10 참조)로 설정하는 것에 의해, 축 하중을 5 N~20 N으로 한 경우에도, 벨트 속도 변동율이 0.40% 이하로 되어, 평가를 양호(○)로 하는 것이 가능했다.

여기에서, 축 하중이 5 N 미만에서는 벨트 장력이 너무 약해, 톱니 벨트(1)를 풀리 사이에 걸어 설치하는 것이 가능하지 않고, 풀리 사이에 있어서 동기 전동 성능을 충분히 발휘할 수 없다. 한편, 15 N은, 저출력ㆍ소형 타입의 모터를 장치의 구동용으로 채용할 수 있는 축 하중의 최대치로 되어, 축 하중이 15 N보다 크면, 저출력ㆍ소형 타입의 모터 축에 과잉의 부하가 걸려, 모터의 토크 성능을 충분히 발휘할 수 없다.

따라서, 실시예의 톱니 벨트(1)는, 축 하중을 5 N~15 N으로 한 경우이어도, 벨트 속도 변동율의 평가를 양호(O)로 하는 것이 가능한 것에 의해, 예를 들면, 구동 풀리(5)에 설치하는 구동 모터에, 저출력ㆍ소형 타입의 것을 채용하기 쉽다고 하는 메리트(merit)가 생긴다.

또한, 톱니 피치를 0.400 ㎜(비교예2)로 한 경우, 벨트 속도 변동율의 평가는 양호(○)이지만, 후술하는 내구 주행 시험에서는, 톱니 뿌리 크랙이 생겨버리기 때문에, 종합 판정은 불량(×)으로 된다.

내구 주행 시험에서는, 표8에 나타낸 바와 같이, 비교예 1~7 및 실시예 1~7의 톱니 벨트에 대하여, 시험을 행하였다. 표 11에, 비교예 3(심선 직경 0.12 ㎜), 실시예 2(심선 직경 0.14 ㎜), 실시예 3(심선 직경 0.17 ㎜), 실시예 6(심선 직경 0.24 ㎜), 실시예 7(심선 직경 0.28 ㎜), 비교예 4(심선 직경 0.30 ㎜)의 톱니 벨트에 대하여 행한 내구 주행 시험의 시험 결과를 나타낸다.

		비교예 3	실시예 2	실시예 3	실시예 6	실시예 7	실시예 8
벨트&구동풀리	톱니피치 ㎜	0.508	0.508	0.508	0.706	0.706	0.706
심선	유리
	폴리아릴레이트	○	○	○	○	○	○
	심선직경 ㎜	0.12	0.14	0.17	0.24	0.28	0.30
구동풀리	톱니수 톱니	36	36	36	26	26	26
구동풀리	피치원 직경 ㎜	5.821	5.821	5.821	5.840	5.840	5.840
결과	내구회수 만회	80~90	100	100	100	100	100
결과	평가	톱니빠짐 ×	잔존율 86.7% ◎	잔존율 89.0% ◎	잔존율 88.0% ◎	잔존율 85.5% ◎	잔존율 73.5% ×

상기 내구 주행 시험에 의하면, 실시예 2(심선 직경 0.14 ㎜), 실시예 3(심선 직경 0.17 ㎜), 실시예 6(심선 직경 0.24 ㎜), 실시예 7(심선 직경 0.28 ㎜)에서는, 평가가 최양호(◎)로 되었다. 한편, 비교예 3(심선 직경 0.12 ㎜)에서는, 톱니 벨트(1)의 톱니부가 빠져 버려, 내구성이 떨어지는 결과(×)로 되었다. 또, 비교예 4(심선 직경 0.30 ㎜)에서는, 톱니 벨트(1)의 벨트 인장 강도의 잔존률이 73.5%로 되어, 심선의 굴곡 피로가 크게 되어 버려, 평가는 불량(×)으로 되었다.

상기로부터, 폴리아릴레이트 심선의 선 직경은, 적어도 0.14 ㎜~0.28 ㎜의 범위에 있으면, 톱니 피치를 비교적 작게 한 경우에도 내구성을 담보하는 것이 가능하다는 것을 알 수 있다.

또, 표 8에 나타낸 바와 같이, 비교예 2(톱니 피치 : 0.400 ㎜)의 톱니 벨트(1)에 대한 내구 주행 시험에서는, 톱니 뿌리 크랙이 발생하여, 내구성이 떨어지는 평가(×)로 되었다. 이것은, 톱니 피치가 너무 작으면, 풀리의 톱니와 톱니 벨트의 톱니와의 맞물림 부하에 대한, 톱니부의 하나 당에 필요로 되는 강성을 확보하는 것이 가능하지 않게 되었기 때문이라고 추찰된다.

표 12에 비교예 1(유리 심선)에 관련한 톱니 벨트(1), 실시예 3(폴리아릴레이트 심선)에 관련한 톱니 벨트(1)의 벨트 치수 안정성 시험 결과를 나타낸다. 또, 도 11에 비교예 1 및 실시예 3에 관련한 톱니 벨트(1)에 있어서, 경과 일수와 축간 거리 변화율과의 관계를 나타낸다.

	심선재질	심선직경 ㎜	일수 일	축간거리 변화율 %	평가
비교예 1 유리 심선	유리	0.170	0	0	○
			1	-0.005
			2
			3	-0.002
			4
			5	-0.002
			6
			7	-0.003
			8
			9
			10	-0.007
실시예 3 폴리아릴레이트심선	폴리아릴레이트	0.170	0	0	○
			1	-0.008
			2
			3	0.003
			4
			5	0.011
			6
			7	0.007
			8
			9
			10	0.007

상기 벨트 치수 안정성 시험으로부터, 비교예 1~7 및 실시예 1~7의 어느 것의 톱니벨트(1)에 있어서도, 경과 일수 10일에서의 축간 거리 변화율(절대치)이 0.02% 이하이고 양호(○)로 평가되었다. 이것에 의해, 톱니벨트(1)에, 선 직경이 0.14~0.28 ㎜의 비교적 가는 직경의 폴리아릴레이트 심선(3)을 채용한 경우에도, 축간 거리 변화율에 거의 변화가 없어, 톱니벨트(1)의 치수 안정성은 충분히 확보되었다는 것을 알 수 있다. 표 12 및 도 11로부터, 심선(3)에 폴리아릴레이트 심선을 사용한 경우에도, 심선(3)에 유리 심선을 사용한 경우와 동등한 치수 안정성이 확보되고 있다는 것을 알 수 있다.

표 13에, 비교예 7, 비교예 1 및 실시예 3에 관련된 톱니벨트(1)에 관하여, 축 하중을 5 N, 10 N, 20 N, 30 N으로 한 경우의 기동 토크를 측정한 결과를 나타낸다. 또, 표 14에, 비교예 1 및 실시예 3에 관련된 톱니벨트(1)에 관하여, 벨트 구성, 축 하중을 10 N으로 한 경우의 기동 토크, 및 평가를 정리한 표를 나타낸다. 또, 도 12에, 비교예 7, 비교예 1 및 실시예 3에 관련된 톱니벨트에 관하여, 축하중과 기동 토크와의 관계를 그래프화한 도를 나타낸다.

축하중 [N]	비교예 7 유리심선 톱니피치 0.706	비교예 1 유리심선 톱니피치 0.508	실시예 3 폴리아릴레이트심선 톱니피치 0.508
5	0.002	0.002	0.001
10	0.011	0.010	0.007
20	0.013	0.012	0.009
30	0.014	0.013	0.010

		비교예 7	비교예 1	실시예 3
벨트&구동풀리	톱니피치 ㎜	0.706	0.508	0.508
심선	유리	○	○
	폴리아릴레이트			○
	심선 직경	0.24	0.17	0.17
구동풀리	톱니 수 톱니	26	36	36
	피치원 직경 ㎜	5.840	5.821	5.821
결과	축하중 10 N 시 기동토크 N·m	0.011	0.010	0.007
	평가(상대평가)	△	○	◎

표 13, 표 14 및 도 12에 나타낸 바와 같이, 비교예 7과 비교예 1과의 유리 심선 사이의 비교에 있어서, 심선(3)이 가는 직경인 편이, 저장력 영역(5~15 N)에 있어서도 기동 토크가 낮았다. 이것은, 심선(3)이 가는 직경인 편이, 벨트의 굴곡성이 높고, 부드럽다는 것을 나타낸다.

또, 비교 예1(유리 심선)과 실시 예3(폴리아릴레이트 심선)을 비교하면, 폴리아릴레이트 심선을 이용한 톱니 벨트(1)의 편이, 유리 심선을 이용한 톱니 벨트(1)보다도 기동 토크가 현저히 낮았다는 것을 알 수 있다. 여기에서, 톱니 벨트(1)의 기동 토크가 낮은 경우, 톱니 벨트(1)의 굴곡성이 높고, 요컨대, 기동 토크가 낮은 폴리아릴레이트 심선을 이용한 톱니 벨트(1)는, 기동 시의 동력 전달 성능이 우수하다는 것을 알 수 있다. 따라서, 심선(3)에 유리 심선을 이용한 톱니 벨트(1)보다도, 심선(3)에 폴리아릴레이트 심선을 이용한 톱니 벨트(1)의 편이, 톱니 벨트(1)의 굴곡성이 높고, 부드러워 기동 시의 동력 전달 성능이 우수하다고 하는 것을 알 수 있다.

또, 톱니 벨트(1)의 굴곡성이 높으면, 축 하중을 5N~15N(저장력)으로 한 경우에 있어서도, 기동 토크는 낮게 되는 경향이 있었다.

따라서, 굴곡성이 우수하고, 기동 토크가 낮은 벨트는, (구동 풀리(5)의 축에 붙여 설치한 구동 모터를) 기동하기 쉽고, 기동 시의 동력 전달 성능이 우수함과 함께, 보다 소형으로 저출력의 구동 모터의 채용, 나아가서는, 구동 모터의 소형화ㆍ경량화, 생전력화에 공헌하는 것이 가능하다.

(종합 판정)

상기 1. 속도 변동율 시험, 2. 내구 주행시험, 3. 벨트 치수 안정성 시험, 및, 4. 벨트 굴곡성 시험의결과, 속도 변동율 시험에서의 벨트 속도 변동율의 평가를 양호(○)로 하고, 내구 주행시험에서의 평가를 최양호(◎)로 하고, 벨트 치수 안정성 시험에서의 결과를 양호(○)로 하고, 벨트 굴곡성 시험에서 양호(○)로 평가된 톱니 벨트(1)의 조건을 정리하면, 톱니부와 톱니부와의 사이의 피치는 0.45~0.71 ㎜이고, 심선(3)은, 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드로서, 심선(3)의 선 직경이 0.14~0.28 ㎜인 것을 알 수 있다.

상기 구성에 의하면, 톱니부(2)와 톱니부(2)와의 사이의 피치를 0.45~0.71 ㎜로 설정하고 있기 때문에, 톱니 벨트(1)의 톱니 수를, 톱니부(2)의 피치가 0.71 ㎜보다도 큰 것에 비하여 증가시키는 것이 가능하다. 이것에 의해, 작은 직경의 풀리에 톱니 벨트(1)를 감아 걸 때, 톱니 벨트(1)의 톱니부(2)와 풀리의 톱니와의 맞물림으로부터 생기는 다각 형상(多角形狀)을, 보다 원형에 가깝게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트(1)가 풀리 사이를 주행할 때의 톱니 벨트(1)의 주행 라인(벨트 피치 라인)의 상하동을 억제하고, 톱니 벨트(1)의 주행 시에 있어서 벨트 속도 변동(속도 불일)을 작게 하는 것이 가능하다.

또, 심선(3)을, 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는, 선 직경 0.14~0.28 ㎜의 꼰 코드로 하는 것에 의해, 선 직경 0.28 ㎜보다도 큰 것에 비해 톱니 벨트(1)의 굴곡성을 높게 하는 것이 가능하다. 이것에 의해, 톱니 벨트(1)를, 보다 작은 직경의 풀리 사이에 저장력으로 감아 거는 것이 가능하다.

또, 심선(3)에 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹을 사용하는 것에 의해, 시간 경과ㆍ환경적인 톱니 벨트(1)의 치수 안정성을 확보하는 것이 가능하다.

또, 톱니 벨트(1)가 벨트 장력에 의해 풀리 사이에 감겨 걸릴 때의 축 하중이, 비교적 낮은 5~15 N으로 설정되는 것에 의해, 풀리의 축에 대한 부담을 저감하는 것이 가능하다. 풀리의 축에 대한 부담을 저감하는 것이 가능하다면, 예를 들면, 풀리에 설치하는 구동 모터에 저출력ㆍ소형 타입의 것을 사용하는 것이 가능하기 때문에, 구동 모터의 소형화ㆍ생전력화가 가능하게 된다.

더욱이, 잉크젯 프린터로 대표되는 캐리지 구동이나 액츄에이터와 같은 워크(work)의 왕복 동작을 수반하는 정밀 구동에 상기 톱니벨트(1)를 사용하는 것에 의해 벨트 속도 변동(속도 불일)을 작게 하고, 인자 불일(印字不一) 등을 야기하지 않도록, 고 정밀도의 위치 결정이 가능하게 된다. 또, 상기 톱니 벨트(1)는, 벨트 설치 장력(축 하중, 텐션)이 낮게 설정되어도(저장력 시에 있어서도), 시간 경과에 따른 치수 안정성, 굴곡성, 내구성을 가지므로 풀리에 설치하는 구동 모터에 저출력ㆍ소형 타입의 것을 사용하는 것이 가능하여, 구동 모터의 소형화ㆍ생전력화, 더욱이는, 잉크젯 프린터로 대표되는 캐리지 구동 장치나 액츄에이터 자체의 소형화ㆍ생전력화가 가능하게 된다.

본 발명을 상세히 또 특정의 실시 양태를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 것 없이 다양한 변경이나 수정을 가하는 것이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.

본 출원은, 2014년 3월 31일 출원의 일본 특허출원 2014-072464, 2014년 3월 31일 출원의 일본 특허출원 2014-072467, 및 2015년 2월 25일 출원의 일본 특허출원 2015-035113에 기초한 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

1. 톱니 벨트 2. 톱니부
3. 심선 4. 등부
5. 구동 풀리 6. 종동 풀리

Claims

등부, 톱니부, 및 상기 등부에 매설된 심선을 구비하는 톱니 벨트에 있어서,
상기 등부 및 톱니부는 우레탄 수지 조성물을 포함하고,
상기 심선은, 유리 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드, 또는 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드이고,
상기 심선이, 유리 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우,
상기 톱니부의 피치는, 0.45~0.60 ㎜,
상기 유리 섬유 필라멘트의 직경이 6~9 미크론,
상기 심선의 선 직경이 0.14~0.20 ㎜이고,
상기 심선이, 폴리아릴레이트 섬유 필라멘트 그룹으로 이루어지는 꼰 코드인 경우,
상기 톱니부의 피치는, 0.45~0.71 ㎜,
상기 심선의 선 직경이 0.14~0.28 ㎜인, 톱니 벨트
제1항에 있어서, 벨트의 장력에 의해 풀리 사이에 감아 걸릴 때의 당해 풀리의 축에 걸리는 하중인 축 하중이 5~15 N으로 되는 조건에서 사용되는, 상기 톱니 벨트.