KR20220032624A - 중심 코드-라인 v-벨트 - Google Patents

Abstract

매우 높은 모듈러스의 접착 껌에 매립되는 나선형으로 감긴 인장 코드의 반경 방향 중심에 배치된 코드-라인, 오버코드 층 및 언더코드 층을 갖는, 중심 코드-라인 V-벨트. 접착 껌은, 실질적으로 등방성 모듈러스를 갖는 반면, 오버코드 층 및 언더코드 층은, 위드-그레인 및 크로스-그레인 모듈러스에서 이방성을 갖는다. 오버코드 및 언더코드 크로스-그레인 모듈러스는, 접착 껌 모듈러스보다 작다. 이방성 모듈러스는, 배향된 짧은 섬유의 결과이며, 위드-그레인 모듈러스는, 벨트에서 축 방향으로 배향된다. 접착 껌은 바람직하게, 짧은 섬유를 갖지 않는다. 벨트는 바람직하게, 보강 직물 층 및 직물 랩을 갖지 않는다. 접착 껌, 오버코드 층 및 언더코드 층은 바람직하게, 과산화물 경화, 보강 충전제 및 α-β-불포화 유기산의 금속염과 함께, 에틸렌-알파-올레핀 탄성중합체를 기반으로 한다. 벨트는, 추가적인 유연성을 위해, 내측 반경방향 표면 및 외측 반경방향 표면 중 하나 또는 양자 모두 상의 노치들을 구비할 수 있다.

Description

중심 코드-라인 V-벨트

본 발명은 개괄적으로, 직물 보강재를 갖지 않는 중심 코드-라인 V-벨트에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 매우 높은 모듈러스의 접착 껌(adhesion gum) 및 더 낮은 모듈러스의 섬유-장전 오버코드(fiber-loaded overcord) 및 언더코드를 갖는 V-벨트에 관한 것이다.

중심 코드-라인("Center cord-line: CCL") V-벨트들이, 수십 년 동안 알려져 왔다. 벨트 내의 중심에 배치되는 코드-라인을 이용하여, 경화된 벨트 슬래브 또는 슬리브가, 재료 낭비를 최소화하거나 재료 낭비 없이, 반전 벨트와 직립 벨트로 교호 반복되는 개별 벨트들로 절단될 수 있다. 중심 코드-라인은 또한, V-벨트를, 더욱 안정적으로, 즉 사용 도중에 전복되기 덜 쉽도록, 만들 수 있다. 그러나, 더 낮은 코드-라인으로 인해, CCL V-벨트는, 벨트 상면에 더 가까운 코드-라인을 갖는 현대의 V-벨트와 비교하여, "저품질" 벨트(즉, 더 낮은 부하 지탱 능력)로 알려져 왔다. V-자 형상으로 인해, 벨트의 더 넓은 상면 근처에 있는 코드-라인보다, 더 적은 수의 코드들이, 중심 코드-라인에서 벨트 폭을 가로질러 조립될 수 있으며, 이는, 낮은 인장 강도를 유발한다. 중심에 배치되는 코드는 또한, 지지를 위한 자체의 아래의 더 적은 재료를 가지고 있어, 더 이른 벨트 고장을 야기하도록, 횡방향 강성을 줄이는 경향이 있으며 그리고 에지 코드들이 중심의 코드보다 훨씬 더 가늘어지도록 야기하는 경향이 있다(커핑(cupping) 또는 처짐). 코드 위의 장력 섹션 내의 더 많은 재료와 더불어, 중심 코드-라인 벨트는, 후방 균열이 생기기 쉽다. 이러한 문제점에 대한 이전의 해법들은 일반적으로, 벨트를 보강하기 위해 보강 직물 층을 사용하는 것을 수반하지만, 그것은, 벨트 비용을 증가시키며 그리고 제조 단계들을 부가한다. 이러한 문제점의 결과로서, 중심 코드-라인 벨트들은, 30년 이상 동안 다소 인기가 없었다.

예시적인 중심 코드-라인 V-벨트들이, 미국 특허 제3,941,005호 및 제3,869,933호에 개시되어 있고, 예시적인 하이 코드-라인 벨트들이, 미국 특허 제4,231,826호 및 제3,869,933호에 개시되어 있다. 후자의 특허는, CCL V-벨트들에서의 처진 코드-라인의 문제점을 설명하며, 그리고 직물 층들을 부가하는 것 또는 코드-라인을 상승시키는 것의 해법들을 제안한다.

EPDM 및 기타 에틸렌-알파-올레핀 탄성중합체 재료를 기반으로 하는 벨트들이, 미국 특허 제5,610,217호 및 제6,616,558호에 개시되어 있다.

노치형(Notched) 또는 톱니형(cogged) V-벨트들 및 방법들이, 미국 특허 제4,106,966호 및 제2,016,140호에 개시되어 있다.

많은 직물 적층물들을 갖는 최신 EPDM CCL V-벨트가, The Timken Company의 브로셔 "Carlisle Super II V-Belt for HVAC," 2017, Order No. 10952에, 개시되어 있다.

필요한 것은, 최소한의 스크랩을 동반하는 가운데 제조될 수 있지만 상업적으로 실현 가능하기에 충분히 좋은 성능과 충분히 낮은 비용을 갖는, 중심 코드-라인 V-벨트이다. 필요한 것은, 직물 보강재를 갖지 않는 CCL V-벨트이다.

본 발명은, 최소의 폐기물을 생성하는 방법을 사용하여 제조될 수 있는, 양호한 성능 특성을 갖는 더욱 유연하고 더욱 비용 효율적인 CCL V-벨트를 제공하는, 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.

본 발명은, 매우 높은 모듈러스의 접착 껌 내에 매립되는 나선형으로 감긴 인장 코드의 반경 방향 중심에 배치된 코드-라인, 오버코드 층 및 언더코드 층을 갖는, 중심 코드-라인 V-벨트에 관한 것이다. 접착 껌은, 실질적으로 등방성의 모듈러스를 갖는 반면, 오버코드 층 및 언더코드 층은, 동일하지 않은 위드-그레인(with-grain) 모듈러스 및 크로스-그레인(cross-grain) 모듈러스를 갖는다. 오버코드 및 언더코드 크로스-그레인 모듈러스는, 접착 껌 모듈러스보다 작다. 이방성 모듈러스는, 배향된 짧은 섬유들의 결과이며, 그리고 위드-그레인 모듈러스는, 벨트 내에서 축 방향으로 배향된다. 접착 껌은 바람직하게, 짧은 섬유를 갖지 않는다. 벨트는 바람직하게, 보강 직물 층 및 직물 랩(fabric wrap)을 갖지 않는다. 접착 껌, 오버코드 층 및 언더코드 층은 바람직하게, 과산화물 경화, 보강 충전제, 및 α-β-불포화 유기산의 금속염과 함께, 에틸렌-알파-올레핀 탄성중합체를 기반으로 한다.

바람직한 구성은, 축방향 또는 횡방향 강성 및 굽힘 강성의 균형 또는 비율을 최대화한다. 벨트는, 벨트 유연성을 더욱 향상시키는, 내측 반경방향 표면 및 외측 반경방향 표면 중 하나 또는 양자 모두 상의 노치들을 구비할 수 있다.

전술한 내용은, 뒤따르는 본 발명의 상세한 설명이 더 잘 이해될 수 있도록 본 발명의 특징 및 기술적 이점을 다소 광범위하게 설명하였다. 본 발명의 청구범위의 대상을 형성하는, 본 발명의 부가적인 특징들 및 이점들이, 이하에서 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는, 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조를 수정하거나 설계하기 위한 기초로서 용이하게 활용될 수 있다는 것이 당업자에 의해 인식되어야 한다. 또한 그러한 등가 구성은 첨부된 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다는 것이 당업자에 의해 인식되어야 한다. 추가의 목적 및 이점과 함께, 그 구성 및 작동 방법 모두에 관한 본 발명의 특징으로 믿어지는 신규한 특징은 첨부 도면과 관련하여 고려될 때 아래의 설명으로부터 더 잘 이해될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제공되며 본 발명의 한계에 대한 한정으로서 의도되지 않는다는 것이 명백히 이해되어야 한다.

본 명세서에 포함되고 본 명세서의 일부를 형성하며 유사한 번호가 유사한 부분을 나타내는 첨부 도면은 본 발명의 실시예를 예시하며, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다. 도면에서:
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 부분적으로 단편화된 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 부분적으로 단편화된 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예의 부분적으로 단편화된 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예의 부분적으로 단편화된 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예를 제조하는 프로세스의 한 지점에서의 부분적으로 단편화된 도면이다.
도 6은 본 발명을 특징짓기 위해 사용되는 부하 시험의 레이아웃의 개략도이다.
도 7은 본 발명을 특징짓기 위해 사용되는 굴곡 시험의 레이아웃의 개략도이다.
도 8은 본 발명을 특징짓기 위해 사용된 안정성 시험의 레이아웃의 개략도이다.
도 9는 예시적인 벨트에 대한 파워 손실 대 벨트 장력의 그래프이다.

본 발명은, 사다리꼴 단면을 갖는 무한 파워 전달 벨트로서 정의되고, 축방향 측면들이 V-자형 또는 부분 V-자형 배열로 경사지는, V-벨트에 관한 것이다. 본 발명에 따른 V-벨트는, 탄성중합체 벨트 본체 및, 그 내부에 매립되는, 길이방향으로 연장되고 나선형으로 감긴, 인장 코드들을 구비한다. 중심 코드-라인 V-벨트는, 벨트 본체의 실질적으로, 대략 반경 방향으로 중간의, 층 내에 인장 코드들을 구비한다. 배경에서 언급한 바와 같이, V-벨트의 성능은, 벨트 구동에서 부하를 당기는 높은 인장 강도, V-시브(V-sheave) 또는 풀리 내에 놓일 때 V-자형으로 경사진 측면들 상에서 쐐기 힘에 저항하기 위한 높은 횡방향 강성, 및 벨트 구동에서 풀리들 주위에서의 휘어짐으로 인한 에너지 소비 및 열 축적을 최소화하기 위한 우수한 종방향 유연성을 갖는지에 의존한다. 이러한 세 가지 목표는, 종종 역효과를 낳는다. 높은 횡방향 강성을 갖는 고무 화합물들은 종종, 종방향에서 똑같이 강하다. 심지어 이방성 고무 화합물조차들도, 횡방향 강성과 및 종방향 강성 사이에 충분한 차이(또는 충분히 높은 강성 비율)를 제공하지 않는다. 벨트를 보강하기 위한 다양한 직물들의 사용은, 또한 충분하지 않을 수 있을 뿐만 아니라, 부가적으로 벨트의 비용과 제조 복잡성을 확실히 증가시킬 것이다. 일반적으로, 증가된 강성은 또한, 코드-라인이, 인장 변형이 휘어지는 도중에 가장 높은 곳인 벨트의 상면(반경방향 외측 표면)을 향해, 이동될 것을 요구한다. 따라서, CCL V-벨트의 제조상의 이점들은, 벨트의 성능 또는 품질을 유지하거나 개선하는 가운데, 획득하기 어렵다.

본 발명의 실시예에 따르면, CCL V-벨트가, 굴곡 및 부하 용량 시험에서 우수한 벨트 수명으로 이어지는, 높은 횡방향 강성, 높은 인장 강도, 우수한 유연성을 갖도록 제공된다. 본 발명의 벨트들은, 인장 코드 자체 외에는 직물 또는 직물 보강재를 갖지 않는다. 중심 코드-라인을 갖는 것은, 제조 효율성과 최소 폐기물을 가능하게 한다. 중심 인장 코드 층은, 나선형으로 감긴 인장 코드 및 매우 높은 모듈러스의 접착 껌을 포함한다. 벨트 본체의 나머지(즉, 오버코드 층 및 언더코드 층)는, 섬유-장전된 높은 모듈러스의 고무 화합물을 포함한다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 V-벨트의 4가지 실시예를 도시한다.

본 발명의 제1 실시예가 도 1에 도시된다. 도 1에서, V-벨트(10)는, 인장 코드(13) 및 본 명세서에서 접착 껌(14)으로 지칭될 매우 높은 모듈러스의 화합물(14)을 포함하는, 인장 층(12)을 포함한다. V-벨트(10)는 또한, 오버코드(16) 및 언더코드(18)를 포함한다.

본 발명의 제2 실시예가 도 2에 도시된다. 도 2에서, V-벨트(20)는, 인장 코드(13) 및 접착 껌(14)을 포함하는, 인장 층(12)을 포함한다. V-벨트(10)는 또한, 오버코드(16) 및 언더코드(18)를 포함한다. V-벨트(20)는 또한, 벨트의 내측 또는 하측 표면 상에 있는 단일 세트의 노치들(25)을 포함한다. 노치들은, 교호반복되는 함몰부들(depressions) 또는 트로프들(troughs) 및 코그들(cogs) 또는 톱니 형상 돌출부들이다. 이러한 교호반복되는 함몰부들 및 돌출부들은, 바람직하게, 벨트가 작동 도중에 풀리 또는 시브 주위를 통과할 때 휨 응력을 분산 및 최소화하는 역할을 할 수 있는, 도시된 바와 같은 대체로 사인 곡선 경로를 따를 수 있다.

본 발명의 제3 실시예가 도 3에 도시된다. 도 3에서, V-벨트(30)는, 인장 코드(13) 및 접착 껌(14)을 포함하는, 인장 층(12)을 포함한다. V-벨트(10)는 또한, 오버코드(16) 및 언더코드(18)를 포함한다. V-벨트(30)는 또한, 벨트의 외측 또는 상측 표면 상에 있는 단일 세트의 노치들(37)을 포함한다.

본 발명의 제4 실시예가 도 4에 도시된다. 도 4에서, V-벨트(40)는, 인장 코드(13) 및 접착 껌(14)을 포함하는, 인장 층(12)을 포함한다. V-벨트(10)는 또한, 오버코드(16) 및 언더코드(18)를 포함한다. V-벨트(20)는 또한, 언더코드 및 오버코드 각각에 두 세트의 노치들(25 및 37)을 포함한다.

각각의 실시예에서, 인장 코드 층은, 인장 코드 및, 본 명세서에서 "접착 껌"으로도 지칭되는, 매우 높은 모듈러스의 고무 화합물을 포함한다. 인장 코드 그리고 언더코드 및 오버코드에 대한 접착은, 접착 껌의 기능들 중 하나일 뿐임을 이해해야 한다. 이러한 화합물은 또한, 높은 횡방향 강성의 핵심이다. 높은 모듈러스의 인장 코드 층은, 벨트 본체에 중심을 갖는 비교적 얇은 층으로 제한되며, 이는, 인장 층이 종방향으로 충분히 유연하게 유지되도록 돕는다. 인장 코드 층 두께는, 코드 직경의 몇 배까지, 코드 직경보다 약간 더 두꺼울 수 있다. 직경이 약 1mm 정도인 코드의 경우, 인장 코드 층은, 약 1mm 내지 약 7mm의 두께, 또는 1.5mm 내지 5mm의 두께, 또는 2mm 내지 3mm의 두께 범위일 수 있을 것이다. 다른 크기의 V-벨트들 및 코드들의 경우, 인장 코드 및 접착 껌 양자 모두를 포함하는, 인장 코드 층 두께는, 1 내지 7 코드 직경, 또는 1 내지 5 코드 직경, 또는 1.5 내지 5, 또는 2 내지 3 코드 직경일 수 있다.

당업자는 또한, 여러 도 1 내지 도 4에서 접착 껌(14)이 벨트의 다른 탄성중합체 부분들과 시각적으로 구별되도록 하기 위해 과장된 형태로 예시되어 있음을 쉽게 이해할 것이다. 실제로, 경화된 복합재는, 특정 경우에, 예를 들어 접착 껌(14) 및 언더코드(18) 및/또는 오버코드(16) 중 하나가 섬유-장전되며 그리고 다른 하나가 섬유-장전되지 않는 경우를 제외하고는, 주변 탄성중합체 벨트 본체 부분과 시각적으로 종종 구별될 수 없다. 접착 껌은 더불어, 오버코드 또는 언더코드에서 완벽하게 평평한 계면을 형성하거나 또는 도면들에 의해 제안될 수 있는 비율들과 유사할 필요가 없다. 어떻게 접착 껌이 적용되고 벨트가 성형되는지에 의존하여, 접착 껌은, 도면들에 나타난 부드러운 계면 대신에, 로브들 또는 다른 형상의 유동 라인들을 구비할 수 있을 것이다.

인장 코드는, V-벨트들에 대해 공지된 임의의 요구되는 높은 모듈러스의 섬유 재료일 수 있다. 인장 코드는, 폴리에스테르, 나일론, 섬유 유리, 탄소 섬유, 아라미드(파라-, 메타- 또는 코-폴리-아라미드), 강철 와이어 또는 케이블, 또는 이들의 조합들일 수 있다. 폴리에스테르, 나일론 및 아라미드가, 바람직한 코드 재료들이다. 인장 코드는, 임의의 원하는 구성, 즉 얀(yarn) 스타일, 트위스트 레벨, 꼬임형 또는 케이블형 등일 수 있다. 인장 코드는, 임의의 요구되는 크기 결정, 코팅, 접착제 및 이와 유사한 것을 동반하도록 처리될 수 있다.

벨트 본체의 장력 섹션 또는 오버코드(16)는, 인장 코드 층의 반경 방향 외측에 놓이며, 즉 벨트가 직립 위치에 있을 때의 벨트의 상측 층이다. 벨트 본체의 압축 섹션 또는 언더코드(18)는, 인장 코드 층의 반경 방향 내측에 놓이며, 즉 벨트가 직립 배향에 있을 때의 하측 층이다. 따라서, 장력 섹션의 고무 화합물이, 오버코드라고 지칭된다. 압축 섹션의 고무 화합물이, 언더코드라고 지칭한다. 오버코드는, 인장 코드 층이 중심에 위치되기 때문에, 언더코드와 대략 동일한 두께이다. 오버코드와 언더코드는, 동일한 조성을 가질 수 있으며, 따라서 반전 벨트 또는 직립 벨트가 동일한 슬리브로부터 절단되는지에 관계없이, 동일한 조성 및 비슷한 특성을 가질 것이다. 바람직하게, 언더코드 화합물 및 오버코드 화합물은, 동일한 조성이다. 바람직하게, 언더코드 화합물 및 오버코드 화합물은, 접착 껌보다 더 큰 유연성 및 균열 저항성을 보유한다. 일반적으로, 더 큰 유연성은, 더 낮은 모듈러스, 더 높은 연신율, 및 이와 유사한 것을 요구한다. 오버코드 화합물 및 언더코드 화합물은, 경사진 측면들과 시브 사이의 요구되는 마찰계수("COF")를 제공하도록 선택될 수 있다. 오버코드 및 언더코드의 COF는, 인장 코드 층의 접착 껌에 대한 그들의 더 높은 표면적 때문에, V-벨트의 마찰 특성을 지배할 것이다. 짧은 섬유들이, 오버코드 화합물 및 언더코드 화합물에 포함될 수 있다. 짧은 섬유들은, 요구되는 COF를 제공하는 데 도움이 될 수 있다. 축 방향으로(즉, 벨트 내에서 횡방향으로) 배향될 때, 짧은 섬유들은, 종방향 유연성에 대한 최소의 영향을 갖는 가운데, 횡방향 강성을 제공하는 데 도움이 될 수 있다.

도 5는 본 발명의 CCL V-벨트들을 제조하기 위한 하나의 가능한 제조 프로세스에서의 한 지점을 예시한다. 맨드릴(50)이, 벨트 재료들을 쌓기 위해 제공될 수 있을 것이다. 원통형 맨드릴(매끄러운 원통형 표면을 가짐)이, 내측 표면 및 외측 표면 중 하나 또는 양자 모두를 구비하는 V-벨트를 매끄럽게 만들 기 위해 사용될 수 있을 것이다. 홈형의 또는 물결 형상의 맨드릴이, 노치 형성 실시예를 구축 및/또는 성형하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 대안적으로, 홈형의 또는 물결 형상의 매트릭스가, 매끄러운 맨드릴 주위를 감싸서 노치 형성 실시예를 성형할 수 있다. 언더코드 또는 오버코드 중 하나가, 맨드릴에 먼저 적용될 수 있다. 그 다음 인장 코드 층의 재료가, 그 위에 적용될 수 있다. 인장 코드 층(12)은, 다양한 방식으로 적용될 수 있다. 인장 코드는, 맨드릴에 나선형으로 감길 수 있다. 인장 코드는, 병렬 방식으로 동시에 적용되는, "S" 트위스트 코드 및 "Z" 트위스트 코드와 같은, 두 개의 코드를 포함할 수 있다. 접착 껌(14)은, 인장 코드 이전에 또는 인장 코드 이후에, 또는 인장 코드 이전과 이후에 하나씩 2개의 층으로서 적용될 수 있다. 마지막으로 오버코드와 언더코드 중 다른 하나가, 그 위에 적용된다. 결과적으로 구축된 재료 층들이, 벨트 슬래브 또는 벨트 슬리브(52)로 지칭된다.

벨트 슬리브(52)는, 맨드릴(50) 상에서 경화되거나 또는 경화(또는 가황)를 위해 제2 맨드릴 또는 몰드로 이동될 수 있다. 경화는, 당업계에 공지된 임의의 방식으로 달성될 수 있다. 통상적인 방법은, 맨드릴 상의 벨트 슬리브 주위에 경화 백을 배치하는 것 그리고 벨트 슬리브를 경화하기에 충분한 열과 압력을 가하는 것이다. 경화 백은, 노치가 요구되는 경우, 홈형이거나 물결 형상일 수 있다. 대안적으로, 홈형 또는 물결 형상의 매트릭스가, 노치가 요구되는 경우에, 매끄러운 경화 백 내에 배치하기 이전에 벨트 슬래브 주위에 감길 수 있다. 경화 이후에, 벨트 슬리브는, 맨드릴 또는 몰드에서 제거되거나 맨드릴 또는 몰드 상에서 추가로 처리될 수 있다. 가장 중요한 추가 처리 단계는, 개별 CCL V-벨트들을 형성하기 위한 벨트 슬리브의 절단이다. 바람직한 방법은, 도 5에 도시된 바와 같이, 절단 각도를 교호반복시키는 것이고, 따라서 직립 벨트들(54)이 반전 벨트들(55)과 교호반복적으로 절단될 수 있다. 이러한 절단 접근법은, 결과적으로 각 벨트 슬리브로부터의 폐기물로서 2개의 부분적 벨트 단부 조각(53)만을 생성하는, 재료들의 최대 활용을 달성한다. 절단은, 맨드릴이나 몰드의 손상을 방지하기 위해 별도의 절단 장치에서 수행될 수 있다.

수행될 수 있는 다른 프로세스 단계들이, 벨트에 라벨을 적용하는 것또는 인쇄하는 것, 요구되는 최종 효과 또는 외관을 위해 하나 이상의 표면을 터치 연마하는 것 또는 기계가공하는 것, 그리고 직립 배향을 취하도록 하기 위해 반전된 벨트들을 뒤집는 것을 포함한다.

오버코드 및 언더코드을 위해 상이한 화합물들을 사용하는 것이 바람직한 경우, 벨트들은, 슬리브를 V-자형 절단함에 의해, 또는 정사각형 절단에 뒤따라 V-자형 각도를 연마함에 의해, 동일하게 만들 수 있다. 따라서, 모든 벨트가, 바람직한 제조 프로세스들에 의존하여, 반전되거나 모두 직립으로 만들어질 수 있다. 이것은 물론, 프로세스가 CCL V-벨트를 만드는 주된 이유인 감소된 폐기물 달성하지 못한다는 것을 의미할 것이다.

벨트의 양 측부들 상의 노치들은, 실질적으로 동일하지만, 이들은 서로 거울 대칭이 아니다. 벨트를 경제적으로 생산하기 위해 필요한 프로세스들은, 상측 노치 피치 및 하측 노치 피치가 완벽하게 동일한 것을 허용하지 않는다. 따라서, 상측 노치 및 하측 노치의 피크 및 밸리는, 약간의 주기성을 가지고 동상(in phase) 및 이상(out of phase)으로 진행한다. 주기성 또는 피치는, 하나의 노치 패턴이 안쪽으로 구부러지고 다른 하나의 노치 패턴이 바깥쪽으로 구부러지기 때문에, 벨트 둘레에 의존할 수 있다. 따라서, 임의의 벨트의 임의의 지점에서의 상측 노치 대 하측 노치 배향은, 일반적으로 무작위적이다.

접착 껌, 오버코드 및 언더코드 화합물들은 바람직하게, 에틸렌-알파-올레핀 공중합체로부터 선택되는 베이스 탄성중합체를 갖는 고무 제제이다. 적합한 에틸렌-알파-올레핀 공중합체는, 폴리(에틸렌 프로필렌), 폴리(에틸렌 부텐), 폴리(에틸렌 펜텐) 등을 포함하여, 폴리(에틸렌 옥텐)까지 포함한다. 적합한 공중합체는, 경화 부위 디엔 모노머 또는 기타 불포화 성분과 같은, 하나 이상의 부가적 모노머를 또한 포함할 수 있는, 전술한 임의의 것을 포함한다. 가장 주목할만한 예는, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체 탄성중합체(EPDM)이다. 본 명세서에서, 이러한 모든 에틸렌-알파-올레핀계 탄성중합체 및 이들의 혼합물은, "에틸렌 탄성중합체"("EE")로 지칭될 것이다.

접착 껌, 오버코드 및 언더코드 화합물을 위한 고무 제제들은 바람직하게, α-β-불포화 유기산의 금속염을 포함한다. 본 발명에 유용한 α-β-불포화 유기산의 금속염은, 예를 들어 아크릴산, 메타크릴산, 말레산, 푸마르산, 에타크릴산, 비닐-아크릴산, 이타콘산, 메틸 이타콘산, 아코니트산, 메틸 아코니트산, 크로톤산, 알파-메틸크로톤산, 아스코르브산, 신남산 및 2,4-디히드록시 신남산과 같은, 산들의 금속염들이다. 이러한 염들은, 아연, 카드뮴, 칼슘, 마그네슘, 나트륨 또는 알루미늄의 염일 수 있으며, 바람직하게는 아연의 염이다. α-β-불포화 유기산의 바람직한 금속염은, 아연 디아크릴레이트 및 아연 디메타크릴레이트이다. 불포화 유기산의 가장 바람직한 금속염은, 아연 디메타크릴레이트이다. 본 발명에 유용한 금속염의 양은, 벨트의 어느 성분이 배합되는지에 의존한다.

접착 껌, 오버코드 및 언더코드 화합물을 위한 고무 제제들은 바람직하게, 하나 이상의 보강 충전제를 포함한다. 바람직한 보강 충전제들은, 실리카 및 카본 블랙을 포함한다. 충전제의 양과 유형은, 벨트의 어느 성분이 배합되는지에 의존한다. 일반적으로, 구조가 더 크고 입자 크기가 더 작은 충전제들이 더 많이 보강하며, 그리고 그에 따라 본 발명에 유용한 높은 모듈러스의 화합물을 얻는 데 바람직하다.

접착 껌은 바람직하게, 매우 높은 모듈러스의 화합물이다. 모듈러스는, ASTM D412 또는 ISO 37과 같은 임의의 적절한 직접 측정으로 측정될 수 있다. 모듈러스는 또한, 쇼어 경도계, 바람직하게는 예를 들어 ASTM D2240에서 교시된 A 또는 D 스케일 또는 예를 들어 ASTM D1415에서 교시된 IRHD 스케일의 사용과 같은, 간접 측정에 의해 표시될 수 있다. 경화 레오미터 시험(예를 들어, ASTM D5289에 설명된 이동 다이 레오미터)의 MH(즉, 달성된 최고 토크)가 또한, 고온에서의 접착 껌의 매우 높은 모듈러스의 양호한 표시자이다. 접착 껌은 바람직하게, 짧은 섬유 보강재를 포함하지 않는다. 비록 짧은 섬유들이, 특히 그의 종횡비가 높을 때, 모듈러스를 극적으로 증가시키는 것으로 알려져 있지만, 이러한 효과는, CCL V-벨트의 인장 코드 층에서 유리한 것으로 밝혀지지 않았다. 따라서, 바람직한 접착 껌은, 그이 물리적 특성들에서 상당히 등방성이다. 바람직하게, 예를 들어 위드-그레인/크로스-그레인 모듈러스로 정의되는, 접착 껌의 이방성은, 2.0 미만, 또는 1.5 미만, 또는 1.2 미만이다. 접착 껌의 경우, α-β-불포화 유기산의 금속염의 양은, 약 20 phr 내지 약 50 phr의 범위일 수 있으며, 그리고 바람직하게 약 25 내지 약 35 phr이다. phr은, 고무 또는 탄성중합체 성분 또는 성분들의 100 부분당 부분들 수를 나타낸다. 접착 껌을 위한 보강 충전제는 바람직하게, 선택적으로 약간의 카본 블랙을 또한 갖는, 대부분 실리카이다. 실리카는, 유사한 부하에서 카본 블랙보다 높은 모듈러스를 생성하는 것으로 흔히 확인된다. 보강 충전제의 총 레벨은, 약 30 phr 내지 약 200 phr, 바람직하게는 약 40 phr 내지 약 100 phr 범위일 수 있다. 실란, 티타네이트 또는 지르코네이트 결합제들이 또한, 화합물의 모듈러스 및 기타 물리적 특성을 추가로 향상시키기 위해, 보강 충전제와 함께 사용될 수 있다. 매우 높은 모듈러스의 접착 껌이, 짧은 섬유 또는 불연속 섬유의 사용에 관한 교시를 제외하고는, 미국 특허 제5,610,217호 및 미국 특허 제6,616,558호에 제시된 관련 교시를 이용하여, 배합될 수 있을 것이다.

RT에서 ASTM D412에 따라 결정된 10% 연신율에서의 인장 응력("M10")을 기반으로 하는, 접착 껌의 모듈러스에 대한 바람직한 범위는, 500 psi(3.45 MPa)보다 크다. 125℃(257℉)에서의 접착 껌의 M10에 대한 바람직한 범위는, 위드-그레인 방향 및 크로스-그레인 방향 양자 모두에서 250 psi(1.72 MPa)보다 크거나, 또는350 psi(2.41 MPa)보다 크거나, 또는 400 psi(2.76 MPa) 내지 약 600 psi(약 4.14 MPa)이다. 경도계 경도로 표시되는 바람직한 모듈러스는, 약 90 쇼어 A보다 크거나, 또는 약 40 쇼어 D보다 크거나, 또는 40 내지 60 쇼어 D이다. 바람직한 MH 값은, 80 in-lb.(9 N-m)보다 크거나, 또는 90 in-lb.(10 N-m)보다 크거나, 또는 100 in-lb.(11 N-m)보다 크거나, 또는 110 in-lb.(12 N-m)보다 크거나, 또는 80 내지 140 in-lb.(9-16 N-m), 또는 90 내지 130 in-lb.(10-15 N-m), 또는 100 내지 120 in-lb.(11-14 Nm), 또는 110 내지 130 in.lb.(12-15 N-m)의 범위 이내이다. MH는, 177℃ 이상, 바람직하게는 198℃ 또는 200℃의 온도에서, 측정될 수 있을 것이다.

오버코드는 바람직하게, 접착 껌보다 낮은 모듈러스의 제제이다. 오버코드는 바람직하게, 캘린더링, 압출 또는 기타 가공 작업에 의해 배향되는, 짧은 섬유들의 부가에 의해 특성이 이방성이 된다. 섬유들의 배향의 방향이 "위드-그레인" 방향으로 지칭되며, 그리고 섬유와 직교하는 방향이 "크로스-그레인" 방향으로 지칭된다. 오버코드는 바람직하게, 접착 껌 모듈러스보다 낮은 크로스-그레인 모듈러스를 갖지만, 섬유로 인해 접착 껌 모듈러스에 비해 위드-그레인 방향에서 유사하거나 훨씬 더 큰 모듈러스를 가질 수 있다. 중요한 결과는, 오버코드가, 사용 도중에 벨트가 시브 주위에 감길 때 벨트의 해당 부분이 겪는 더 높은 변형에서 반복적인 휨을 견디기 위해, (화합물의 크로스-그레인 방향일) 벨트 종방향에서 적절하게 가요성이라는 것이다. 다른 한편, 인장 코드 층의 영역으로 제한되는 접착 껌은, 벨트 사용 도중에 그러한 심한 변형 및 응력을 겪지 않는다. 따라서 접착 껌 모듈러스는, 실제로 매우 높아질 수 있다.

언더코드는 또한 바람직하게, 접착 껌보다 낮은 모듈러스 제제이다. 언더코드는 또한 바람직하게, 위드-그레인 방향이 벨트의 폭을 가로질러 정렬되도록 캘린더링, 압출 또는 기타 가공 작업에 의해 배향되는, 짧은 섬유들의 부가에 의해 특성이 이방성으로 된다. 언더코드 제제는, 오버코드 제제와 동일할 수 있다. 오버코드 및 언더코드가 동일한 제제이고 양자 모두 벨트의 코드 방향에 대해 횡방향으로 배향될 때, 동일한 벨트 슬리브로부터 반전 및 직립 배향으로 절단된 개별 벨트들은, 정합 구성을 가질 것이다(도 5에 예시됨).

실온("RT")에서의 오버코드 및 언더코드의 M10에 대한 바람직한 범위는, 크로스-그레인 방향에서 100 psi(0.69 MPa)보다 크거나, 또는 200 psi(1.38 MPa)보다 크거나, 또는 300 psi(2.07 MPa)보다 크거나, 또는 400 psi(2.76 MPa)보다 크며, 그리고 위드-그레인 방향에서 200 psi(1.38 MPa)보다 크거나, 400 psi(2.76 MPa)보다 크거나, 600 psi(4.14 MPa)보다 크거나, 또는 900 psi(6.21 MPa)보다 크다. 따라서, 오버코드 및 언더코드에 대한 RT에서의 M10에 기초한 이방성 비율은, 바람직하게, 2.0보다 크거나, 2.5보다 크거나, 약 3이거나, 3.0보다 크다. 125°C에서의 오버코드 및 언더코드의 M10에 대한 바람직한 범위는, 크로스-그레인 방향에서 50 psi(0.35 MPa)보다 크거나, 100 psi(0.69 MPa)보다 크거나, 200 psi(1.38 MPa)보다 크거나, 또는 250 psi(1.72 MPa)보다 크거나, 또는 최대 약 200 psi(약 1.38 MPa), 400 psi(2.76 MPa) 또는 또는 600 psi(4.14 MPa)이며, 그리고 위드-그레인 방향에서 100 psi(0.69 MPa)보다 크거나, 200 psi(1.38 MPa)보다 크거나, 500 psi(3.45 MPa)보다 크거나, 또는 600 psi(4.14 MPa)보다 크다. 따라서, 오버코드 및 언더코드에 대한 125℃에서의 M10에 기초한 이방성 비율은, 바람직하게, 2.0보다 크거나, 2.5보다 크거나, 약 3이거나, 3.0보다 크다. RT에서 경도계 경도로 표시되는 오버코드 및 언더코드에 대한 바람직한 모듈러스는, 약 75, 80, 85 또는 90 쇼어 A보다 크거나, 또는 약 30 또는 40 쇼어 D보다 크거나, 또는 40 내지 60 쇼어 D이다. 경도계 경도로 표시되는 오버코드 및 언더코드에 대한 바람직한 모듈러스는, 접착 껌의 모듈러스보다 수 포인트 낮거나, 또는 3 내지 20 포인트 낮거나, 또는 5 내지 10포인트 낮다. 바람직한 MH 값은, 80 in-lb.(9 Nm) 미만, 또는 70 in-lb.(8 Nm) 미만, 또는 60 in-lb.(7 Nm) 미만, 또는 50 in-lb.(6 Nm) 미만, 또는 20 내지 80 in-lb.(2-9 Nm)의, 또는 25 내지 70 in-lb.(3-8 Nm)의, 또는 30 내지 60 in-lb.(3-7Nm)의 범위 이내이다. MH는, 177℃ 이상의, 바람직하게는 198℃ 또는 200℃의 온도에서 측정될 수 있다.

오버코드 및 언더코드 화합물에 유용한 짧은 섬유들은, 예를 들어 면, 케나프(kenaf), 목재, 레이온, 폴리에스테르, 아라미드, 탄소(나노튜브 포함), 폴리이미드, 폴리비닐 알코올, 나일론 및 섬유 유리와 같은 재료를 포함하는, 임의의 통상적인 또는 적합한 재료 또는 형태; 및 스테이플 또는 절단 섬유들, 및 펄프 또는 플록 섬유들(pulped or flocked fibers)을 포함하는 형태일 수 있다. 섬유들은, 선택적으로, 크기 결정, 접착제, 또는 당업계에 공지된 다른 통상적인 및/또는 적합한 섬유 처리들에 의해, 처리될 수 있다. 바람직한 섬유는 면, 나일론, 폴리에스테르 및 아라미드이다. 가장 바람직한 것은 면이다. 필요한 레벨은, 보강 충전제 및 기타 성분의 레벨을 고려하여, 당업자에 의해 쉽게 식별 가능할 수 있어야 한다. 일반적으로, 섬유의 양은, 약 1 phr 내지 약 75 phr, 또는 약 10% 내지 약 20 부피% 범위일 수 있다. 짧은 섬유 길이는, 최대 약 7mm일 수 있다. 일부 천연 스테이플 섬유는, 더 긴 길이를 가질 수 있을 것이다. 절단 합성 섬유들은 일반적으로 1 내지 3mm 범위에서 유용하다.

언더코드 제제 및 오버코드 제제는 또한, 짧은 섬유 또는 불연속 섬유의 사용에 관한 교시를 포함하는 미국 특허 제5,610,217호 및 미국 특허 제6,616,558호에 기술된 관련 교시를 활용할 수 있을 것이다.

접착 껌, 오버코드 및 언더코드 화합물들은, 요구되는 특성이 얻어지는 한, 중량 기준으로 총 탄성중합체의 50% 미만, 바람직하게는 20% 미만으로 혼합되는, 다른 탄성중합체; 기타 보강 및 비보강 충전제; 프로세스 보조제 및 분산 보조제; 분해 방지제; 가소제, 연화제 및 오일; 보조제; 경화제 등을 포함할 수 있다.

접착 껌, 오버코드 및 언더코드에 대해 임의의 적합한 경화 시스템이 사용될 수 있고, 이들은 최대 호환성 및 접착성에 대해 모두 유사할 수 있다. 바람직하게는, 화합물은, 선택적으로 혼합 경화 시스템에서 소량의 황의 존재 하에서, 유기 과산화물 또는 기타 자유 라디칼 촉진 물질에 의해 경화된다. 에틸렌 탄성중합체 경화에 적합한 과산화물은, 예를 들어 디쿠밀 과산화물, 비스-(t-부틸 퍼옥시-디이소프로필 벤젠, t-부틸 퍼벤조에이트, 디-t-부틸 과산화물, 2,5-디메틸-2,5-디-t-부틸퍼옥시헥산, α-α-비스(t-부틸퍼옥시) 디이소프로필벤젠을 포함한다. 바람직한 유기 과산화물 경화제는, α-α-비스(t-부틸퍼옥시) 디이소프로필벤젠이다. 본 발명의 목적을 위한 유기 과산화물의 경화 유효량은, 통상적으로 약 2 내지 약 10 phr이다. 유기 과산화물의 바람직한 레벨은, 약 4 내지 약 6phr이다. 황은, 선택적으로 약 0.01 내지 약 1.0 phr의 양으로 혼합 경화 시스템의 일부로서 유기 과산화물 경화제에 첨가될 수 있다.

화합물의 유연성 또는 내굴곡성은, ASTM D430 방법 B에 설명된 바와 같은 DeMattia 피로 시험, 또는 ASTM D813의 관통 DeMattia 균열 성장 시험에 따라 측정될 수 있다. 초기 균열이 1인치(시편의 폭)로 성장하기 위한 킬로사이클("kcycles")로 측정한 굴곡 수명은, 굴곡 하의 화합물 성능의 상대적 표시자로 사용할 수 있다.

화합물들은 공지된 방법에 따라 혼합될 수 있다. 예를 들어, 화합물들은, 내부 믹서에서 혼합될 수 있고, 분쇄기에서 마무리될 수 있으며, 그리고 섬유를 배향시키기 위해 그리고 맨드릴 상에 V-벨트를 구축하기 위해, 요구되는 폭과 두께로 캘린더링될 수 있다. 통상적인 경화 온도 및 압력이, 사용될 수 있을 것이다.

접착 껌에 대한 그리고 오버코드 및 언더코드 양자 모두에 대한 예시적인 제제가, phr 단위로 주어지는 양으로, 표 1에 나타난다. 화합물들의 일부 특성이, 표 2에 나열된다. 표 2에서, Tb는 파단 시 인장 응력이며, 그리고 Eb는 6 인치/분(150mm/분)으로 인장된 ASTM D412, die-C에 따른 파단 연신율이다. 나열된 속성들에 부가하여, DeMattia 균열 성장 시험이, 300cpm, 0.5"(1.27cm) 스트로크, 125°C, w/g에서, 오버코드/언더코드 화합물에 대해 실행되었다. 동일한 시험이, 면 섬유를 뺀 오버코드 화합물에 대해 반복되었다. 평균 굴곡 수명은, 섬유가 있는 경우 약 5kcycles/인치이었으며, 그리고 섬유가 없는 경우 약 19kcycles/인치이었다. 이는, 접착 껌이 훨씬 더 높은 모듈러스의 제제일 때, 접착 껌에서 섬유를 생략하는 것이, 그리고 섬유-장전 오버코드/언더코드 화합물의 모듈러스를 감소시키는 것이, 유리할 수 있음을 보여준다.

예시적인("Ex") CCL V-벨트들은, 도 5와 관련하여 본 명세서에 설명된 바와 같이 제조되었다. 벨트들은, 42인치(107cm) 공칭 길이, 외부 둘레 45인치(114cm)의 소위 "B-섹션" 벨트였다. 예시적인 벨트들은, 전술한 화합물 및 폴리에스테르 인장 코드(S 트위스트, 16.5 코드/인치에서 직경 약 0.050"(1.27 mm))로 구성되었다. 예 1은, 도 1의 실시예에 따라 노치 없이 구성되었다. 인장 코드 층을 구성하는 캘린더링된 접착 껌의 총 두께는, 0.024인치(0.061cm)였다. 예 1 벨트의 전체 두께는, 0.39인치(9.9mm)였다. 예 2는 예 1과 같이 구성되었지만, 그러나 접착 껌의 두께는, 0.060인치(0.152cm)이다. 예 2 벨트의 전체 두께는, 0.36인치(9.1mm)였다.

예 4는, 도 4의 실시예에 따라 이중 노치로 제조된, 본 발명의 CCL V-벨트이다. 예 4 벨트의 전체 두께는, 0.43인치(10.9mm)였다.

본 발명의 벨트와의 비교를 위해, 비교예("Comp. Ex.") 벨트도 제조되거나 획득되었다. 비교예 3은, 예 1 및 예 2와 같은 CCL V-벨트였지만, 위에서 언급한 오버코드/언더코드 제제로만, 즉 매우 높은 모듈러스의 접착 껌 없이 제조되었다. 마찬가지로 비교예 5는, 예 4와 같은 CCL V-벨트였지만, 위에서 언급한 오버코드/언더코드 제제로만, 즉 매우 높은 모듈러스의 접착 껌 없이 제조되었다.

비교예 6은, Gates Corporation에서 상표 Hi-Power® II로 판매되는 종래의 상업용의 B42 직물로 감긴 V-벨트였다. 비교예 6은, 도 1과 같이 평평하였는데, 즉, 노치가 없다. 비교예 6의 폴리에스테르 인장 코드는 벨트 본체의 상단 1/3에 위치되므로 CCL 벨트가 아니다. 비교예 7은, The Timken Company에서 상표 Carlisle® Super II로 판매되는 로우 에지 적층 CCL V-벨트였다. 비교예 7은, 65인치(165cm)의 외부 둘레를 가진 B62 구성이었다. 따라서, 비교예 7에 대한 벨트 시험 결과는, SAE J637의 수명 2.75 멱법칙 관계를 사용하여 다른 예와 비교하기 위해 등가 길이 기준으로 조정되어야 했다. 비교예 7은, 감진 V-벨트보다 우수한 것으로 알려져 있다. 따라서, 비교예 6 및 비교예 7은, 최신 상업용 벨트를 나타낸다.

본 발명의 벨트의 성능을 평가하기 위해 3가지 상이한 벨트 시험을 수행하였다. 시험은 부하 지탱 시험, 굴곡 시험 및 안정성 시험이었다. 모든 예시적인 벨트에 대해 모든 시험이 완료된 것은 아니다. 이러한 시험의 결과는 표 3에 보고되어 있다. 처음 5개의 예에 대해, 구축 및 절단 프로세스로부터의 반전 및 직립 벨트 둘 다가 시험되었다. 배면 아이들러(back side idler)가 시험에서 가장 심각한 굽힘 응력 원인이기 때문에 반전 벨트는 굴곡 시험에서 직립 벨트보다 성능이 좋을 것으로 예상된다.

도 6에 예시된 부하 시험은 2-포인트 시험이었고, 벨트(60)가 4.75인치(12.1cm) 직경의 드라이버(62) 및 63개의 피구동 시브 주위에서 훈련되고, 실온, 1750 rpm 및 두 가지 다른 부하 조건에서 작동되었다. 첫 번째 부하 조건은, 262 lb.(1170N) 총 장력과 10 hp(7.5kW)의 부하로 실행되었다. 두 번째 부하 조건은, 313 lb.(1390N)의 총 장력과 12 hp(8.9kW)의 부하로 실행되었다. 부하 시험은, 실제 실습에서 벨트에 대해 권장되는 것보다 훨씬 더 높은 hp와 훨씬 더 높은 장력을 사용하여 크게 가속화된다. 또한 HP가 10% 증가하면 첫 번째 근사치로 벨트 수명이 절반으로 줄어들 것으로 예상된다. 비교를 위해, 비교예 3에 대해 권장되는 최대 hp는, 약 70 lb.(310 N)의 총 장력에서 약 3.8 hp(2.8kW)이다.

도 7에 예시된 굴곡 시험은, 4.75인치(12.1cm) 직경의 드라이버(72) 및 73개의 피구동 시브 상에서, 5인치(12.7cm) 직경의 평평한 배면 아이들러(74)를 사용하여, 실온에서, 3600rpm, 50lb.(220N)의 총 장력에서 부하 없이 실행되었다. 벨트의 실제 사용에 권장되는 것보다 훨씬 작은 아이들러 직경을 사용하여 굴곡 시험을 크게 가속화한다. 이러한 벨트에 대해 ARPM 표준에서 권장하는 최소 배면 아이들러 직경은 약 7.7인치(약 19.6cm)이다.

도 8에 예시된 안정성 시험은, 벨트(60)가 전복될 때까지 오정렬 각도(84)를 증가시키는 것을 포함한다. 안정성 시험을 위한 레이아웃은, 실온에서 700rpm 및 260lb.(1160N) 총 장력에서, 직경 6.75인치(17.1cm) 풀리(82 및 83)에서 실행되는 2-포인트 시험이다. 풀리 축들은 평행하지만 하나의 풀리(82)는 벨트(60)가 전복되어 고장날 때까지 그 축을 따라 변위된다. 전복시의 오정렬 각도(84)는 벨트의 안정성을 나타낸다.

벨트 시험의 이용가능한 결과가, 표 3에 나타나 있다. 이 데이터로부터 여러 비교가 이루어질 수 있다. 먼저 접착 껌 두께의 효과를 비교한다. 예 2에서 발견된 더 두꺼운 접착 껌은, 12 hp(8.9kW) 및 10 hp(7.5kW) 부하 시험에서 예 1보다 양호한 성능을 제공한다. 이러한 시험은, 높은 장력에서 실행되므로 인장 코드 층의 접착 껌에 의해 제공되는 양호한 횡방향 강성을 필요로 한다. 양 두께 레벨은, 횡방향 응력을 많이 일으키지 않지만 낮은 모듈러스의 오버코드 및 언더코드에 의해 제공되는 종방향 유연성을 요구하는 굴곡 시험에서 잘 작동된다. 예 4에서의 노치 추가는, 최상의 굴곡 시험 결과를 유발하지만 10 hp(7.5kW) 부하 시험에서는 수명이 다소 짧다. 12 hp(8.9kW) 시험은, 이러한 벨트 구성 중 일부에 대해서는 비현실적이다.

유사하게, 접착 껌이 있는 벨트(예 1, 2 및 4)와 접착 껌이 없는 벨트(비교예 3 및 5)를 비교하면, 접착 껌이 있는 본 발명의 벨트가 일반적으로 다소 더 나은 성능을 가져온다는 것을 알 수 있다.

마지막으로, 본 발명의 CCL V-벨트(예 1, 2 및 4)는 상업용 최신 벨트인 비교예 6 및 7보다 매우 바람직하다.

따라서, 본 발명의 CCL-V-벨트는, 많은 이점을 제공한다. 일반적인 직물 적층 또는 랩을 피함으로써 제조가 더 간단해지고 재료 비용이 절감된다. 본 명세서에서 설명된 높은 모듈러스의 재료를 적용함으로써, 성능은, 예상외로 기존의 적층형 또는 감김형 V-벨트와 같거나 더 나을 수 있다. 따라서, CCL V-벨트의 열악한 품질에 대한 평판은 놀랍게도 극복된다.

CCL V-벨트의 양쪽에 노치를 성형함으로써, 굴곡 도중의 변형 레벨이 더욱 감소되고 재료 비용이 더욱 감소된다. 동시에 직물의 사용은 여전히 회피된다. 이중 노치 CCL V-벨트는, 기존의 밴드형(감김형) V-벨트보다 더 나은 성능을 갖는다.

본 발명의 벨트가 부하 및 굴곡 시험에서 잘 작동되는 이유는 축방향 강성과 종방향 유연성의 최적 조합이라는 것이 당업자에 의해 인식될 수 있다. 벨트는 부하를 견딜 수 있도록 특정 축 방향 강성을 필요로 한다. 인장 코드는 풀리에 토크를 적용하기 위한 인장 강도의 대부분을 제공하지만 코드는 그를 지지하기 위해 V 풀리를 가로지르는 "브리지"를 필요로 한다. 완전히 지지되지 않으면 에지 코드가 중심의 코드보다 훨씬 더 가늘어져 벨트가 더 일찍 고장날 수 있다. 따라서 순수한 부하 지칭을 위해 매우 단단한 탄성중합체 재료가 요구된다.

그러나, 벨트는 또한, 그의 작동 방향(종방향)으로 휘어져야 한다. 따라서 매우 뻣뻣한 벨트는, 히스테리시스 손실로 인해 효율성이 떨어지고 벨트 작동 온도가 높아져 더 빨리 고장날 것이다. 따라서 축 방향 강성 대 종방향 강성의 비율이 높은 벨트가 필요하다. 비율만 중요한 것이 아니다. 최소 요구 축방향 강성은 물론, 최대 허용 굽힘 강성도 있다.

축방향 강성(또는 횡방향 강성) 및 종방향 유연성을 전달하는 하나의 수단은, 이방성 특성을 갖는 탄성중합체 재료를 적용하는 것이다. 캘린더링 및 절단/선회를 통해 적절하게 정렬될 때, 짧은 섬유 보강 탄성중합체가, 뚜렷한 직교 이방성 재료 모듈러스를 생성할 수 있다. 전통적으로 이러한 수단은, 축방향 강성의 대부분을 차지했다. 여기서, 이 수단은, 우수한 유연성을 유지하는 방식으로 오버코드와 언더코드에 적용된다. 이어서, 축 방향 강성을 얻는 두 번째 수단, 즉 접착 껌도 적용된다. 이러한 껌의 전통적인 기능은, 단순히 인장 코드 주위를 흐르고 접착하는 것이다. 본 발명에서 접착 껌은, 코드-라인 주변의 좁은 대역에 있는 매우 높은 모듈러스의 재료이다. 따라서, 이러한 재료는, 기존 벨트보다 벨트의 축 방향 강성에서 훨씬 더 큰 분담을 제공하는 동시에, 고강성 재료를 벨트의 중립 축에 매우 가깝게 유지한다. 따라서, 매우 높은 모듈러스의 재료는, 히스테리시스 손실을 유발할 수 있는 높은 변형을 경험하는 것이 아니라, 여전히 충분한 축방향 강성을 제공할 것이다. 그 결과 중립 축에서 멀리 떨어진 벨트의 오버코드 및 언더코드 영역에서, 유연한 탄성중합체 재료의 균형이 더 좋아진다. 그 결과 부하 내구성과 유연성이 우수한 벨트가 생성된다. 그 결과 에너지 효율이 좋고 히스테리시스 손실이나 열 축적이 적은 벨트가 생성된다. EE 재료를 사용하면, 폴리클로로프렌 또는 스티렌-부타디엔 고무와 같은 기존 탄성중합체와 비교하여, 매우 높은 내열성(잠재적으로 최대 285°F 또는 140°C 동작 온도)이 얻어질 수 있다.

따라서, 본 발명은 다음에 관한 것이다.

낮은 종방향 굽힘 강성을 가지면서도 부하를 효율적으로 견딜 수 있는, 충분한 축방향 강성(인장 코드 지지)을 갖는 벨트.

굽힘 강성(또는 손실)에 대한 축방향 강성의 비율이 최대화되는 벨트. 이러한 비율의 측정이 계획되어 있다.

축방향 강성의 대부분이 인장 코드를 둘러싸는 매우 높은 모듈러스의 탄성중합체(즉, 접착 껌)의 얇은 층에 의해 제공되는 벨트. 이 인장 코드 층의 두께는, 바람직하게는 1 mm 내지 5 mm(인장 코드 및 접착 껌 포함)이다. 이 층의 두께는, 코드 직경의 배수로 지정하거나 전체 벨트 두께의 백분율로 지정될 수도 있다. 벨트의 오버코드 및 언더코드에서 벨트의 나머지는, 굽힘 강성을 최소화하기 위해 보다 유연한 재료로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 인장 코드는, 벨트의 중심선에 위치된다.

벨트는, 한쪽 또는 양쪽에 노치를 가질 수 있다.

본 명세서에 설명된 특징들의 임의의 조합이 적용될 수 있다.

본 명세서에 설명된 본 발명의 V-벨트 구성은, 매우 다양한 V-벨트 응용에 유용하다. 이러한 구조는 직물로 감싼 V-벨트(밴드화된 V-벨트)와 같은 다른 유형 또는 스타일의 V-벨트에 대한 베이스 벨트 본체로도 사용될 수 있음을 인식해야 한다. 본 발명의 구성은 또한, 파워 대역, 즉 함께 밴드화된 다수의 V-벨트의 기초로 사용될 수 있다. 이것은, 가변 속도 V-벨트에도 사용할 수 있다.

제조상의 이점을 기꺼이 포기한다면, 본 명세서에 설명된 벨트 재료는, 하이 코드-라인 V-벨트에 적용될 수 있다.

다른 일련의 시험에서, 본 발명의 벨트 구성은, 다른 V-벨트 구성보다 더 높은 효율 또는 더 효율적인 벨트 성능을 가져온다는 것이 밝혀졌다. 이 시험에서 레이아웃은 도 6에 도시된 바와 같았는데, 풀리(62, 63)는 외부 직경이 5.75"이고 B 섹션 벨트의 피치 직경은 5.40"이었다. 드라이버는, 토크 적용 없이 1770 RPM으로 작동되었다. 파워 손실 시험 동안, 평균 부하, 평균 드라이버 속도와 평균 드라이버 토크를 측정하였다. 먼저 각 허브 부하에서 매우 얇고 작은 벨트를 작동시켜 구동의 기생 토크 또는 베어링 손실을 결정하였다. 이어서, 다양한 예시적인 벨트를 작동시키고 베어링 손실을 빼서 주어진 허브 부하에서의 벨트 구성으로 인한 파워 손실을 결정하였다. 결정된 파워 손실은, mW(밀리와트) 단위로 표 4에 보고된다. 본 발명의 CCL 벨트는, 반전 절단된 것이든 직립으로 절단된 것이든, 종래의 비교예의 벨트 중 임의의 것보다 훨씬 적은 파워 손실로 작동한다.

파워 손실은, 도 9에 허브 부하에 대해 작도되며, 각 벨트에 대한 표 4의 데이터는 직선으로 잘 피팅된다는 것이 분명하다. 예 2에 대한 라인은 비교예에 대한 라인보다 훨씬 아래에 있다. 본 발명의 벨트를 비교용 벨트로부터 분리하는 점선은 방정식 1에 의해 주어질 수 있다.

파워 손실(mW) = 허브 부하(N)/60(mW/N) + 15(mW)

따라서, 본 발명의 벨트는, 파워 손실(mW) ≤ 허브 부하(N)/60(mW/N) + 15(mW)의 부등식에 의해 설명되는, 설계 영역을 특징으로 할 수 있다. 이 결과는, 공칭 5/8인치 상면 폭 및 45인치 길이의 B-섹션 V-벨트에 대해 생성되었지만, 적절하게 스케일링된 시험 레이아웃에서 측정되는 경우, 다른 V-벨트 섹션, 길이 및 크기에 대해 적어도 대략적으로 적용될 것으로 예상된다. "섹션"이라는 용어는, 당업계에 잘 알려진 바와 같이 벨트의 단면 형상 또는 프로파일을 지칭한다.

다시, 요약하면, 본 발명의 V-벨트들은, 중심 코드-라인을 구비하며, 따라서 벨트들이 그로부터 제조되는 것인 슬래브로부터 벨트들이 폐기물 없이 절단될 수 있고, 그 다음 절반은 반전으로 사용되며 절반은 직립으로 사용된다. 본 발명의 벨트는, 코드-라인에서 매우 높은 모듈러스의 접착 껌 층과 코드-라인 아래 및 위 모두에서 더 낮은 모듈러스의 재료를 갖는다. 본 발명의 벨트는, 추가의 직물 또는 직물 보강 층이 없다. 그러나, 본 발명의 벨트는, 더 높은 코드-라인을 갖는 기존의 감김형 V-벨트 또는 직물 보강 CCL V-벨트보다, 부하 수명 시험 및 굴곡 시험에서 더 잘 작동할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 CCL V-벨트는, 종래의 V-벨트보다 더 낮은 파워 손실을 나타낼 수 있다.

본 발명 및 그 이점이 상세하게 설명되었지만, 첨부된 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고, 다양한 변경, 대체 및 변형이 본 명세서에서 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 더욱이, 본 출원의 범위는, 명세서에 기재된 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계의 특정 실시예로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자는, 본 발명의 개시로부터 본 명세서에 설명된 대응하는 실시예와 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현존하거나 나중에 개발될, 프로세스, 기계, 제조, 물질의 조성, 수단, 방법 및 단계가 본 발명에 따라 이용될 수 있다는 것을 쉽게 알 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위는, 그러한 프로세스, 기계, 제조, 물질의 구성, 수단, 방법 또는 단계를 그의 범위에 포함하도록 의도된다. 본 명세서에 개시된 발명은, 본 명세서에 구체적으로 개시되지 않은 임의의 요소의 부재하에 적합하게 실시될 수 있다.

Claims (13)

1. 매우 높은 모듈러스의 접착 껌 내에 매립되는 나선형으로 감긴 인장 코드의 반경 방향 중심에 배치된 코드-라인; 오버코드 층; 및 언더코드 층을 포함하는, 중심 코드-라인 V-벨트로서,
   상기 접착 껌은, 실질적으로 등방성 모듈러스를 구비하고; 상기 오버코드 층 및 언더코드 층은, 동일하지 않은 위드-그레인(with-grain) 모듈러스 및 크로스-그레인(cross-grain) 모듈러스를 구비하며; 상기 오버코드 및 언더코드 크로스-그레인 모듈러스는, 상기 접착 껌 모듈러스보다 작은 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
2. 제1항에 있어서,
   177℃ 이상에서의 이동 다이 경화 레오미터(moving die cure rheometer) 상의 MH 값으로 표시되는 바와 같은, 상기 매우 높은 모듈러스의 접착 껌의 모듈러스는, 80. in.-lb. 또는 9.0 N-m보다 큰 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
3. 제2항에 있어서,
   177℃ 이상에서의 이동 다이 경화 레오미터 상의 MH 값으로 표시되는 바와 같은, 상기 오버코드 및 상기 언더코드의 모듈러스는, 80. in.-lb. 또는 9.0 N-m 미만인 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
4. 제1항에 있어서,
   상기 오버코드 및 상기 언더코드의 이방성 모듈러스는, 배향된 짧은 섬유의 결과이며, 그리고 상기 위드-그레인 모듈러스는, 상기 벨트 내에서 축방향으로 배향되는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
5. 제4항에 있어서,
   상기 오버코드 및 상기 언더코드의 이방성 모듈러스는, 2.0 초과의 위드-그레인 대 크로스-그레인 모듈러스(with-grain over cross-grain modulus)로 표시되는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
6. 제1항에 있어서,
   상기 접착 껌은 짧은 섬유를 갖지 않는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
7. 제1항에 있어서,
   상기 접착 껌의 실질적으로 등방성의 모듈러스는, 2.0 미만의 위드-그레인 대 크로스-그레인 모듈러스로 표시되는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
8. 제1항에 있어서,
   보강 직물 층 및 직물 랩(fabric wrap)을 갖지 않는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
9. 제1항에 있어서,
   상기 접착 껌, 오버코드 층 및 언더코드 층은, 과산화물 경화, 보강 충전제, 및 α-β-불포화 유기산의 금속염과 함께, 에틸렌-알파-올레핀 탄성중합체를 기반으로 하는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
10. 제1항에 있어서,
    내측 반경방향 표면 및 외측 반경방향 표면 중 하나 또는 양자 모두 상의 노치들을 구비하는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
11. 제1항에 있어서,
    제2항 내지 제10항의 한정들의 임의의 조합을 갖는 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
12. 제1항에 있어서,
    2-포인트 무토크 시험기(two-point, no-torque tester)에서 mW 단위로 측정되는 파워 손실이, 60으로 나눈 뉴튼 단위의 허브 부하 더하기 15 mW 이하의 범위인 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.
13. 중심 코드-라인 V-벨트로서,
    2-포인트 무토크 시험기에서 mW 단위로 측정되는 파워 손실이, 60으로 나눈 뉴튼 단위의 허브 부하 더하기 15 mW 이하의 범위인 것인, 중심 코드-라인 V-벨트.

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