KR20220138865A - 톱니 벨트 전동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 벨트 길이 방향으로 연장하여 매설된 심선, 벨트 길이 방향으로 소정의 간격으로 배설된 복수의 벨트 톱니부를 갖는 톱니 벨트, 및 외주에 상기 벨트 톱니부에 상대하는 복수의 풀리 톱니부를 갖고, 상기 톱니 벨트가 감겨 걸리는 복수의 톱니 풀리를 구비하는 톱니 벨트 전동 장치에 관한 것이다. 상기 심선은, 탄소 섬유를 포함하는 하연사를 복수 합쳐 상연한 탄소 섬유 코드를 포함하고, 상기 하연사의 하연의 꼬임 방향과 상기 상연의 꼬임 방향이 같고, 상기 하연의 하연 계수가, 0.62~1.30이고, 상기 상연의 상연 계수가, 2.06~3.95이고, 상기 톱니 벨트의 톱니 피치가, 당해 톱니 벨트가 감겨 걸리는 상기 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여, -0.4%~+0.1%의 범위에 있다.

Description

톱니 벨트 전동 장치

본 발명은 고부하를 벨트에 의해 전달하는 장치의 동기 전동에 사용되는 톱니 벨트 전동 장치에 관한 것이다.

동력을 전달하는 전동(傳動) 벨트는 마찰 전동 벨트와 맞물림 전동 벨트로 크게 나누어진다. 마찰 전동 벨트로서는, 평 벨트, V 벨트, V 리브드(V-ribbed) 벨트 등을 들 수 있고, 맞물림 전동 벨트로서는, 톱니 벨트(齒付 belt; toothed belt)를 들 수 있다. 톱니 벨트는, 심선(心線)을 벨트 길이 방향과 대략 평행하게 매설한 등부(背部), 벨트 길이 방향으로 소정 간격으로 배설된 톱니부, 톱니부의 표면을 피복하는 톱니포(齒布)를 구비하고 있다. 톱니 벨트의 톱니부는, 이것과 상대하는 홈(溝)을 갖는 풀리(pulley)와 감합함으로써 동력 전달을 행한다. 톱니 벨트는 풀리와의 사이에서 슬립(slip)이 발생하지 않고, 고부하를 확실하게 전동할 수 있기 때문에, 근년, 체인 대신에 자동 이륜차의 후륜 구동용으로서 사용되는 예가 증가하고 있다.

자동 이륜차의 후륜 구동용 등의 고부하 전동 용도에 사용되는 톱니 벨트로서, 심선에 탄소 섬유의 꼬임 코드(撚 cord)를 채용한 것이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 랭연(Lang 撚; 랭 꼬임)의 탄소 섬유로 이루어지고, 또한, 1.1㎜ 이상 2.5㎜ 이하의 지름으로 형성된 심선을 매설한 톱니 벨트가 개시되어 있다. 그리고, 상기 구성으로 함으로써, 굽힘 강성이 낮아지는 것, 심선의 신장이 커지는 것에 의한 톱니 빠짐(齒缺)을 방지할 수 있는 것, 심선의 내굴곡피로성(耐屈曲疲勞性)의 저하에 의한 심선 절단의 발생을 방지할 수 있는 것이 기재되어 있다(특히, 단락 0009). 또, 심선의 하연(下撚) 계수는 0.65~1.61이어도 되고, 상연(上撚) 계수는 1.14~3.61이어도 되는 것이 기재되어(단락 0021), 실시 예에서는 하연 계수 0.97, 상연 계수 2.07의 심선을 사용하여, 톱니형(齒型(齒形)): H14M(톱니 피치 14mm)의 톱니 벨트가 제작되고 있다.

특허문헌 1에 개시된 심선을 포함하는 톱니 벨트는, 자동 이륜차의 후륜 구동용으로서 어느 정도의 내구성을 나타내지만, 14mm 피치의 큰 톱니형에 의해 콤팩트화에 대응할 수 없는 문제가 있는 것과 동시에, 최근의 전달 동력의 증대에 의해, 내구성이 부족한 장면이 나오고 있다. 특히, 풀리와의 맞물림이 악화되면, 톱니포의 마모가 촉진됨으로써 벨트의 내구성이 저하되기 쉬워진다.

특허문헌 1: 일본국 특개2015-64103호 공보 특허문헌 2: 일본국 특개평4-331844호 공보

그래서, 본 발명의 제 1 목적은 콤팩트한 레이아웃에서도 고부하 전동이 가능하고, 내구성을 향상시킨 톱니 벨트를 제공하는 것이다.

그런데, 톱니 벨트와 풀리의 맞물림을 논의하는 경우에는, 각각의 톱니 피치 및 PLD(Pitch Line Differential)가 중요해진다. 예를 들면, 특허문헌 2에는, 타이밍 벨트(톱니 벨트)의 피치 라인 디퍼런스(PLD)를 풀리의 설계 PLD(풀리의 PLD)에 대하여 10~20% 높게(크게) 하고, 또한 피치(톱니 벨트의 톱니 피치)를 풀리의 설계 피치(풀리의 톱니 피치)에 대하여 0.02~0.15% 크게 한 것을 특징으로 하는 톱니 벨트 전동 장치가 개시되어 있다.

그리고, 종래의 기술로서, 톱니 벨트의 톱니 피치와 풀리의 톱니 피치, 및 벨트의 PLD와 풀리의 PLD를 일치시키는 것이 일반적인 한편, 벨트와 풀리의 피치 차가 약간 마이너스일(톱니 벨트의 톱니 피치가 풀리의 톱니 피치보다도 약간 작을) 때 수명이 길어지는 것이 개시되어 있다. 이에 대하여는, 부하 토크가 가해질 때 톱니 벨트가 늘어나기 때문에, 톱니 벨트의 톱니 피치와 풀리의 톱니 피치가 일치하기 때문이라고 설명한다.

특허문헌 2에 개시된 바와 같이, 톱니 벨트의 톱니 피치를 풀리의 톱니 피치보다 약간 작게 함으로써 맞물림을 최적화할 수 있는 경우가 있는 것은 공지이지만, 자동 이륜차의 후륜 구동용에 사용되는 전동 장치에서는, 맞물림에 영향을 미치는 다른 요인이 존재한다. 옥외를 주행하는 자동 이륜차에서는, 톱니 벨트와 풀리 사이에 자갈 등의 이물질이 들어가 퇴적(돌 물림, 모래 물림)하기 쉽다. 모래 물림이 발생하면, 톱니 벨트의 PLD가 커진 것과 같은 상태가 되기 때문에, 톱니 벨트와 풀리의 맞물림이 악화된다. 요컨대, 주행 초기(신차 시)에는 톱니 벨트와 풀리가 이상적으로 맞물려 있어도, 주행 거리가 연장됨에 따라 맞물림이 악화되어, 톱니 벨트의 내구성이 저하되는 우려가 높아진다.

그래서, 본원의 제 2 목적은, 모래 물림과 같은 톱니 벨트와 풀리의 맞물림을 악화시키는 요인이 존재하는 경우라도, 맞물림을 가능한 한 이상적인 상태로 유지하고, 톱니 벨트의 수명을 향상시킬 수 있는 톱니 벨트 전동 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 벨트 길이 방향으로 연장하여 매설된 심선, 벨트 길이 방향으로 소정의 간격으로 배설된 복수의 벨트 톱니부를 갖는 톱니 벨트, 및 외주에 상기 벨트 톱니부에 상대하는 복수의 풀리 톱니부를 갖고, 상기 톱니 벨트가 감겨 걸리는 복수의 톱니 풀리를 구비하는 톱니 벨트 전동 장치에 있어서, 상기 심선은, 탄소 섬유를 포함하는 하연사(下撚絲)를 복수 합쳐 상연한 탄소 섬유 코드를 포함하고, 상기 하연사의 하연의 꼬임 방향과 상기 상연의 꼬임 방향이 같고, 상기 하연의 하연 계수가, 0.62~1.30이고, 상기 상연의 상연 계수가, 2.06~3.95이고, 상기 톱니 벨트의 톱니 피치가, 당해 톱니 벨트가 감겨 걸리는 상기 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여, -0.4%~+0.1%의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

상기 구성에 의하면, 톱니 벨트에 매설된 심선이 탄소 섬유를 포함함으로써 인장 강력이 향상되고, 고부하 전동에서의 내구성이 향상된다.

또, 심선에 대해서는, 복수의 하연사를 합쳐 상연으로 하고, 하연의 꼬임 방향과 상연의 꼬임 방향을 같게 하는(랭연) 것으로 내굴곡 피로성이 향상된다.

또, 하연 계수 및 상연 계수를 상기 범위로 함으로써, 내굴곡 피로성을 확보하면서 심선과 톱니 벨트의 신장을 억제할 수 있어, 내구성이 향상된다. 하연 계수 및 상연 계수가 상기 범위보다 작으면 내굴곡 피로성이 저하되고, 역으로 크면 인장 강력이 저하됨과 함께 톱니 벨트의 신장이 커져, 내구성이 저하된다.

톱니 벨트의 톱니 피치가, 톱니 벨트가 감겨 걸리는 톱니 풀리의 톱니 피치에 대해, -0.4%~+0.1%의 범위를 벗어나면, 톱니 벨트의 톱니와 톱니 풀리의 톱니와의 맞물림이 악화되어 톱니 벨트의 내구성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 상기 범위 내로 하여, 톱니 벨트의 톱니와 톱니 풀리의 톱니의 맞물림이 악화되는 것을 억제하여, 톱니 벨트의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 톱니 벨트 전동 장치에 있어서, 상기 톱니 벨트의 톱니 피치가, 상기 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여, -0.2%~+0.1%의 범위에 있는 것을 특징으로 한다.

톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여 톱니 벨트의 톱니 피치를 종래품(톱니 벨트의 톱니 피치를 톱니 풀리의 톱니 피치보다도 작게 하여, 사용에 의해 톱니 벨트의 신장에 대응하도록 하는 톱니 벨트)보다도 큰 범위로 설정함으로써, 모래 물림에 의한 맞물림의 악화를 억제할 수 있고, 톱니 벨트의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 본 발명은, 상기 톱니 벨트 전동 장치가 자동 이륜차의 후륜 구동 용으로 사용될 수 있다.

상기 구성에 의하면, 자동 이륜차의 후륜 구동에 의한 고부하에 의해 톱니 벨트가 신장했을 때에도, 구동 측의 톱니 풀리(소경 풀리)와 종동 측의 톱니 풀리(대경 풀리)의 어느쪽에 있어서도 톱니끼리의 맞물림을 양호하게 유지할 수 있고, 톱니 벨트의 내구성을 향상시킨 톱니 벨트 전동 장치로 할 수 있다.

콤팩트한 레이아웃이라도 고부하 전동이 가능하고, 내구성을 향상시킨 톱니 벨트, 및 모래 물림과 같은 톱니 벨트와 풀리의 맞물림을 악화시키는 요인이 존재하는 경우에도, 맞물림을 가능한 한 이상적인 상태로 유지하여 톱니 벨트의 수명을 향상시킬 수 있는 톱니 벨트 전동 장치를 제공할 수 있다.

[도1] 도1은 실시 형태에 관한 톱니 벨트의 단면 사시도이다.
[도2] 도2는 실시 형태에 관한 톱니 벨트의 단면도이며, 심선과 PLD와의 관계를 나타내는 도면이다.
[도3] 도3은 실시 형태에 관한 톱니 벨트 및 구동 풀리(종동 풀리)의 구성(치수)을 설명하는 명칭에 관한 설명도이다.
[도4] 도4는 톱니 벨트의 PLD의 측정에 관한 설명도이다.
[도5] 도5는 톱니 벨트의 단면도이며, 심선 지름 및 톱니포의 두께를 변화시킨 경우의 심선과 PLD와의 관계를 나타내는 도면이다.
[도6] 도6은 실시 형태에 관한 톱니 벨트 전동 장치의 개략도이다(실시 예에 관한 주행 시험기의 개략도이다).

다음에, 본 발명의 실시 형태를 도면을 참조하여 설명한다.

(톱니 벨트(3) 및 톱니 벨트 전동 장치(21))

톱니 벨트(3)는, 도1 및 도2에 도시하는 바와 같이, 벨트 길이 방향(X 방향)을 따라 소정 간격으로 배치되고, 표면이 톱니포(11)로 피복된 복수의 톱니부(7), 및 심선(9)이 벨트 길이 방향으로 연장되어 매설된 등부(4)으로 구성되어 있다.

상기 톱니 벨트(3)는, 복수의 풀리 사이에 감겨져 동력 전달기구로서 널리 사용된다. 예를 들면, 톱니 벨트(3)는, 자동 이륜차의 후륜 구동용 등의 고부하 전동 용도의 톱니 벨트 전동 장치에 사용된다. 구체적으로는, 도6 및 도3에 도시한 바와 같이, 톱니 벨트(3)가 구동 풀리(22)(톱니 풀리)와 종동 풀리(23)(톱니 풀리: 도3에서는 도시하지 않음) 사이에 감겨 걸린 톱니 벨트 전동 장치(21)로서 실현된다.

구동 풀리(22)의 외주에는, 도3에 도시하는 바와 같이, 톱니 벨트(3)의 톱니부(7)(벨트 톱니부에 상당)에 상대하는, 구동 풀리 톱니(221)(풀리 톱니부에 상당)가 복수 마련되어 있다. 종동 풀리(23)의 외주에도, 톱니 벨트(3)의 톱니부(7)에 상대하는 종동 풀리 톱니(231)(풀리 톱니부에 상당)가 복수 마련되어 있다(도시하지 않음).

본 실시 형태의 구동 풀리(22)는, 중형(배기량 500cc 정도)의 자동 이륜차용으로, 외경이 67㎜~90㎜의 범위의, 특허문헌 1의 구동 풀리에 대하여 비교적 작은 것을 상정하고 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1의 구동 풀리는 톱니형이 H14M, 톱니수가 33 톱니(외경 약 144mm)이며, 대형의 자동 이륜차용으로 되어 있다. 그에 대하여, 본 실시 형태의 구동 풀리(22)는, 중형(배기량 500cc 정도)의 자동 이륜차용으로, 톱니형이 H11M, 톱니 수는 26 톱니(외경 약 89mm)의 소형 풀리를 상정하고 있다(콤팩트화의 요구에 의해, 톱니 피치 PP 및 풀리의 외경이 작다).

또한, 종동 풀리(23)의 외경 OD는 구동 풀리(22)의 외경 OD보다 크다. 따라서, 종동 풀리(23)의 톱니(231)의 수는 구동 풀리(22)의 구동 풀리 톱니(221)의 수보다 많지만, 구동 풀리(22)의 PLD(피치 라인 디퍼런스)와 종동 풀리(23)의 PLD는 일치하고, 또한, 구동 풀리(22)의 톱니 피치(PP)와 종동 풀리(23)의 톱니 피치(PP)는 일치한다.

여기에서, 도2 및 도3을 참조하여, 톱니 벨트(3) 및 구동 풀리(22)(종동 풀리(23))의 구성(치수)을 설명하는 명칭에 대하여 정의한다.

톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP: 인접하는 톱니부(7)와 톱니부(7) 사이의 거리(또한, 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP는, 인장력이나 구부림 지름에 의해 변화하기 때문에, 『톱니 벨트(3)의 길이(둘레 길이)/톱니부(7)의 수(톱니 수)』로 정한다)

톱니 벨트(3)의 PL(피치 라인): 톱니 벨트(3)의 심선(9)의 중심 위치를 연결하는 선톱니 벨트(3)의 PLD(피치 라인 디퍼런스): 톱니부(7)의 저부로부터 톱니 벨트(3)의 PL(심선(9)의 중심)까지의 거리

풀리의 외경 OD: 풀리의 톱니 끝 원 직경

풀리 피치 둘레 PPL: 풀리에 톱니 벨트(3)를 감아 건 상태에서, 풀리의 외주 상에서 톱니 벨트(3)의 심선(9)의 중심 위치를 연결한 선

피치 지름 PD: 풀리 피치 둘레 PPL의 지름

풀리의 톱니 피치 PP: 풀리 피치 둘레 상에서의 인접한 톱니부와 톱니부 사이의 거리(원호의 길이)

풀리의 PLD(피치 라인 디퍼런스): 풀리의 톱니 끝으로부터 풀리 피치 둘레 PPL까지의 거리(『(피치 지름 PD - 풀리의 외경 OD)/2』로 정한다)

(톱니 벨트(3)의 상세：심선(9))

등부(背部)(4)에는, 심선(9)이 벨트 길이 방향으로 나선 형상으로 감겨진 상태로 매설되어 있고, 벨트 폭 방향(Y 방향)의 단면 시로, 소정 간격으로 배설되어 있다(도1 참조).

심선(9)은, 하연의 꼬임 방향과 상연의 꼬임 방향이 같은 랭연의 탄소 섬유 코드를 포함하고 있다. 심선(9)을 랭연으로 함으로써, 제연(諸撚) 또는 편연(片撚)에 비교하여 굽힘 강성이 낮아져, 우수한 내굴곡 피로성이 얻어진다. 탄소 섬유는, 예를 들면 도레이 주식회사 제조, 상품명 「토레카」 등이 사용된다. 랭연의 탄소 섬유 코드는 다음과 같이 형성할 수 있다. 우선, 섬도가 300~1000tex인 탄소 섬유의 멀티필라멘트사(絲)에, 고무 라텍스 및 에폭시 수지를 톨루엔 등의 용제에 용해하여 얻어지는 처리액을 함침 부착시켜 접착 처리사(絲)를 제작한다. 그리고, 제작한 접착 처리사를 0.62~1.30의 하연 계수로 S 또는 Z방향으로 하연하여 하연사를 제작하고, 하연사를 2~4본 합쳐 더욱이 2.06~3.95의 상연 계수로 하연과 같은 방향으로 상연을 실시한다. 이상에 의해, 랭연의 탄소 섬유 코드가 얻어진다. 여기서, 꼬임 계수 TF는, TF=(섬도(tex))^1/2×T/960 (T: 1m당의 꼬임 횟수)로 표현된다.

탄소 섬유의 멀티필라멘트사는, 필라멘트 수가 다른 6K, 12K 등의 멀티필라멘트사로부터 선택할 수 있다. 6K는 필라멘트수가 6000본, 12K는 필라멘트수가 12000본인 멀티필라멘트사를 나타내고 있다. 6K 멀티필라멘트사의 섬도는 약 400tex이고, 12K 멀티필라멘트사의 섬도는 약 800tex이다.

탄소 섬유의 멀티필라멘트사의 섬도가 1000tex보다 크면, 내굴곡피로성이 저하될 우려가 있다. 반대로 탄소 섬유의 멀티필라멘트사의 섬도가 300tex보다 작은 것은 재료 비용이 상승함과 동시에, 충분한 인장 강력을 가지는 심선(9)을 제작하는데 필요한 하연사의 본수(本數)가 증가하기 위해, 작업 공수의 증가를 초래해 버린다. 그래서, 내굴곡피로성, 및 비용·작업 공수의 적정을 충분히 확보하기 위해서, 탄소 섬유의 멀티필라멘트사의 섬도의 범위로서는, 하한 값으로서 500tex 또는 700tex, 상한 값으로서 900tex인 것이 바람직하다.

본 실시형태에서는, 12K의 멀티필라멘트사(섬도는 약 800tex) 1본을 하연하여 하연사를 제작하고, 제작한 하연사를 4본 합쳐 상연한 랭연의 탄소 섬유 코드(12K -1/4)을 심선(9)로 하고 있다. 또한, 「12K-1/4」는, 12K의 멀티필라멘트사 1본을 하연하여 하연사를 제작하고, 제작한 하연사를 4본 합쳐 상연한 꼬임 코드인 것을 나타내고 있다. 마찬가지로, 「12K-1/3」은, 12K의 멀티필라멘트사 1본을 하연하여 하연사를 제작하고, 제작한 하연사를 3본 합쳐 상연한 꼬임 코드임을 나타내며 있다. 또, 「12K-4/0」은, 12K의 멀티필라멘트사를 4본 합쳐 편연한 꼬임 코드인 것을 나타내고 있다.

랭연의 탄소 섬유 코드를 형성할 때에 사용하는 처리액에 있어서의 고무 라텍스는, 등부(4) 및 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물과 동종의 고무 조성물로 이루어지는 것이 바람직하다. 에폭시 수지로서는, 에틸렌글리콜디글리시딜에테르, 글리세롤폴리글리시딜에테르, 트리메틸올프로판폴리글리시딜에테르, 소르비톨폴리글리시딜에테르, 헥산디올디글리시딜에테르 등의 1종 또는 2종 이상이 사용된다.

심선(9)의 심선 지름은 1.1mm 이상 2.5mm 이하가 바람직하다. 심선 지름이 1.1mm 미만이면, 심선(9)의 신장이 커짐으로써, 톱니 빠짐(톱니부(7)의 결손)이 발생하기 쉬워진다. 심선 지름이 2.5mm를 초과하면, 심선(9)의 내굴곡 피로성의 저하에 의해, 심선 절단이 발생하기 쉬워진다. 또, 톱니 벨트(3)의 PLD는 도5(a)에 도시된 바와 같이 톱니포(11)의 두께와 심선(9)의 심선 지름과의 관계로 결정된다. 그 때문에, 심선 지름이 1.1mm 미만이면, 도5(b)와 같이 작은 PLD 밖에 설정할 수 없어, 적정한 PLD를 얻기 어렵다. 또, 심선 지름이 작아도, 톱니포(11)을 두껍게 하면, 도5(c)와 같이 큰 PLD가 얻어지지만, 톱니부(7)의 고무의 용적이 줄어들어, 그 결과, 내톱니빠짐성(耐齒缺性, tooth chipping resistance))이 저하한다. 심선(9)의 심선 지름의 하한 값은 바람직하게는 1.2mm 이상, 보다 바람직하게는 1.6mm 이상, 특히 바람직하게는 1.9mm 이상이며, 상한 값은 바람직하게는 2.4mm 이하, 보다 바람직하게는 2.2mm 이하이다.

여기서, 톱니 벨트(3)의 PLD는, 내굴곡 피로성과 내톱니빠짐성을 양립할 수 있기 때문에, 0.8~2.0mm이어도 되고, 바람직하게는 0.9~1.5mm, 보다 바람직하게는 1.0~1.2mm일 수 있다. 또, 톱니 벨트(3)의 PLD와 구동 풀리(22)의 PLD는 대략 일치하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 톱니 벨트(3)의 PLD는, 구동 풀리(22)의 PLD에 대하여, -5%~+5%의 범위에 있으면 대략 일치하고 있다고 할 수 있다.

(등부(4))

등부(4)는, JIS-A 경도가 80도 이상 89도 이하가 되는 경도의 고무 조성물로 구성된다. 여기서, JIS-A 경도란, JIS K 6253(2012)에 준거한 경도이며, 타입 A 듀로미터를 사용하여 측정한, 톱니 벨트(3)의 등부(4) 표면의 경도이다. 등부(4)의 JIS-A 경도를 80도 이상 89도 이하로 함으로써, 등부(4)의 굽힘 강성이 낮아져, 우수한 내굴곡 피로성이 얻어진다. 등부(4)의 JIS-A 경도가 80도 미만이면, 이물질의 충돌 등에 의해 등부(4)에 크랙(crack)이 발생할 가능성이 있다. 등부(4)의 JIS-A 경도가 89도를 초과하면 내굴곡 피로성이 저하되고, 등부(4)에 크랙이 발생하기 쉬워진다.

등부(4)를 구성하는 고무 조성물(고무 조성물(B), 이하 「등부 고무」라고 한다)은 수소화 니트릴 고무(이하, 「HNBR」이라고 한다.)와 불포화 카복실산 금속염을 포함하는 수소화 니트릴 고무(이하, 「불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR」이라고 한다)와의 혼합물이 사용되는 것이 바람직하고, 경도의 조정은 양자의 혼합 비율을 변경함으로써 달성된다. 구체적으로는, 80도 이상 89도 이하의 경도를 얻기 위해서는, 「HNBR」:「불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR」의 질량비를 40:60~100:0으로 설정하여 혼합하는 것이 바람직하다. 불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR로서, 예를 들면, HNBR에 불포화 카복실산 금속염인, 메타크릴산아연을 고도로 미분산시킨 것(예를 들면, 일본 제온 제, 상품명 「Zeoforte(ZSC)」) 등)이 사용될 수 있다.

HNBR이란, 종래의 니트릴 고무의 이점인 내유성을 유지하면서, 열 노화 중의 황의 재결합 반응에 의한 고무 탄성의 노화를 방지하기 위해, 종래의 니트릴 고무가 가지는 불포화 결합(탄소·탄소 이중 결합)을 화학적으로 수소화함으로써, 열 노화 중의 재결합 반응을 일으키기 어렵게 하고, 내열성을 개량한 것이다. 불포화 카복실산 금속염이란, 1개 또는 2개 이상의 카복실기를 갖는 불포화 카복실산과 금속이 이온 결합한 것이다. 불포화 카복실산으로서는, 아크릴산, 메타크릴산 등의 모노카복실산이나, 말레산, 푸마르산, 이타콘산 등의 디카복실산을 예시할 수 있다. 또, 금속으로서는 마그네슘, 티타늄, 철, 구리, 아연, 알루미늄, 납, 니켈 등을 예시할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 HNBR은 요오드가(iodine value)가 7~30mg/100mg의 범위, 바람직하게는 11~28mg/100mg의 범위의 불포화 고무이다. 여기서, 불포화 고무란, 폴리머 분자 사슬(polymer molecular chain) 중에 탄소·탄소 이중 결합(C=C 결합)으로 이루어지는 불포화 결합을 갖는 고무를 말한다. 또, 요오드가란 불포화 결합의 양을 나타내는 지표이며, 요오드가가 높을수록 폴리머 분자 사슬에 포함되는 불포화 결합의 양이 많다는 것을 나타낸다. 요오드가의 측정 방법으로서는, 측정 시료에 대하여 과잉의 요오드를 첨가하여 완전히 반응(요오드와 불포화 결합의 반응)시키고, 남은 요오드의 양을 산화 환원 적정에 의해 정량함으로써 구할 수 있다. HNBR의 요오드가가 7mg/100mg 미만에서는, HNBR끼리의 가교 반응이 충분하지 않고, 톱니부의 강성이 낮아지기 때문에, 벨트 주행시에 톱니 빠짐 등의 문제가 발생할 우려가 있다. 한편, HNBR의 요오드가가 30mg/100mg을 초과하면, 불포화 결합의 양이 과잉으로 많아져, 톱니부의 내열성의 저하나 산화에 의한 열화가 진행되어 벨트 수명이 짧아질 우려가 있다.

(톱니부(7))

톱니부(7)는, JIS-D 경도(타입 D 듀로미터를 사용하여 측정한 값)로 60도 이상 66도 이하가 되는 경도의 고무 조성물로 구성된다. 여기서, JIS-D 경도란, JIS K 6253 (2012)에 준거 한 경도이며, 타입 D 듀로미터를 사용하여 측정한 톱니 벨트(3)의 톱니부(7) 측면의 경도이다. 또한, 타입 D 듀로미터는, 고경도용의 시험기이며, 타입 A 듀로미터를 사용하여 측정한 값이 90도를 초과하는 경우에는, 타입 D 듀로미터를 사용하는 것이 바람직하다고 여겨지고 있다. 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물의 경도는 등부(4)를 구성하는 고무 조성물의 경도보다 높고, JIS-A 경도는 90도를 초과한다. 그 때문에, 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물의 경도는 타입 D 듀로미터를 사용하여 측정한 값으로 한다.

톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물(고무 조성물(A), 이하 「톱니부 고무」라고 한다.)은, 등부(4)와 마찬가지로, HNBR과 불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR의 혼합물이 사용되는 것이 바람직하고, 경도의 조정은 양자의 혼합 비율을 변경함으로써 달성된다. 구체적으로는, 「HNBR」: 「불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR」의 질량비를 50:50~0:100으로 설정하여 혼합하는 것이 바람직하다.

또한, 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물에는, 방향족 폴리아미드 등의 단섬유(5)가 매설되는 것이 바람직하다. 단섬유(5)는, 톱니포(11)에 가까운 측은 톱니부(7)의 외형상을 따라 배향하고, 심선(9)에 가까워짐에 따라 단섬유(5)는 심선(9)과 거의 평행이 되도록 배향하여 매설하는 것이 바람직하다. 단섬유(5)의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 아라미드 섬유, PBO(폴리파라페닐렌벤조비스옥사졸) 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 탄소 섬유 등의 모듈러스가 높은 섬유를 적합하게 사용될 수 있다.

또, 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물에는, 분말상(粉末狀)의 보강성(補强性) 무기 충전제가, HNBR 및 불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR을 포함하는 고무 성분의 총량 100질량부에 대하여 10질량부 이하의 배합량으로 배합되는 것이 바람직하고, 보다 바람직한 범위는 0.1~8질량부, 0.5~5질량부, 1~3질량부이다. 분말상의 보강성 무기 충전제의 배합량이 고무 성분의 총량 100질량부에 대하여 10질량부를 초과하면, 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물의 발열이 커져, 고무 조성물의 내열성이 저하되기 때문에, 열 노화에 의해 톱니 빠짐이나 균열이 발생할 우려가 있다.

본 실시 형태에서는, 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물에, 카본 블랙이나 실리카 등의 분말상의 보강성 무기 충전제를 반드시 배합할 필요는 없다. 특히, 카본 블랙은 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물을 흑색으로 착색할 수 있는 정도로 배합되어 있으면 되고, 바람직하게는 HNBR 및 불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR을 포함하는 고무 성분의 총량 100질량부 10질량부 이하이며, 보다 바람직한 범위는 0.1~8질량부, 0.5~5질량부, 1~3질량부이다. 이 카본 블랙은 착색제로서 사용되고, 고무 조성물을 흑색으로 착색하는 데는 카본 블랙이 최적이다.

또, 톱니부(7)를 구성하는 고무 조성물에는, 비(非)보강성 충전제가 배합되는 것이 바람직하다. 비보강성 충전제로서는, 예를 들면, 다가 금속 탄산염류(탄산칼슘, 탄산마그네슘 등), 다가 금속 수산화물(수산화알루미늄 등), 다가 금속 황산염(황산바륨 등), 규산 염(규산알루미늄, 규산마그네슘, 규산알루미늄마그네슘 등의 규소의 일부가 다가 금속 원자로 치환된 천연 또는 합성 규산염; 혹은 규산염을 주성분으로 하는 광물, 예를 들면 규산 알루미늄을 포함하는 클레이, 규산 마그네슘을 포함하는 탈크 및 마이카 등의 규산염 광물 등), 리토폰, 규사 등을 예시할 수 있다. 이들 비보강성 충전제는 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 바람직한 비보강성 충전제는, 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 수산화알루미늄, 황산바륨, 규산염(규산알루미늄, 규산마그네슘, 규산알루미늄마그네슘 등의 규산염, 또는 규산염광물(탈크, 클레이, 마이카 등))으로부터 선택된 적어도 일종이다. 또한, 비보강성 충전제는, 벨트의 가공성이나 배합제의 분산성 향상의 효과가 크고, 배합제의 분산 불량을 일으키기 어려운 점에서, 탄산칼슘, 규산마그네슘 또는 규산마그네슘을 포함하는 탈크, 규산염 알루미늄 또는 규산염 알루미늄을 포함하는 클레이로부터 선택된 적어도 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 특히 탄산 칼슘을 포함하는 것이 바람직하다. 비보강성 충전제로서는, 고무의 충전제로서 시판되고 있는 분말상의 충전제를 사용할 수 있다.

비보강성 충전제의 평균 입자 지름(평균 1차 입자 지름)은, 예를 들면 0.01~25㎛(예를 들면, 0.2~20㎛), 바람직하게는 0.5~17㎛(예를 들면, 1~15㎛) 정도의 범위에서 선택할 수 있다. 비보강성 충전제의 평균 입자 지름(평균 1차 입자 지름)은, 예를 들면, 0.01~3㎛(예를 들면, 0.02~2㎛), 바람직하게는 0.05~1.5㎛(예를 들면, 0.1~1㎛) 정도일 수 있고, 비교적 크다. 예를 들어, 비보강성 충전제의 평균 입자 지름(평균 1차 입자 지름)은 0.2~5㎛(예를 들면, 0.3~3㎛), 바람직하게는 0.5~2.5㎛(예를 들면, 1~2㎛) 정도일 수 있다. 또한, 비보강성 충전제의 종류, 예를 들면, 규산마그네슘 또는 그 광물 등에 따라서는, 고무 성분 등과의 혼련(混鍊) 과정에서 비보강성 충전제가 해쇄(解碎) 또는 파쇄(破碎)되는 경우가 있다. 이러한 해쇄성 또는 파쇄성을 갖는 비보강성 충전제의 평균 입자 지름은, 고무 성분 등과의 혼련 전의 평균 입자 지름이어도 된다. 비보강성 충전제는, 톱니부 또는 그의 고무 조성물에 있어서, 통상, 상기 범위의 평균 입자 지름(예를 들면, 0.1~10㎛, 바람직하게는 0.5~5㎛, 더욱 바람직하게는 1~3㎛)을 가지고 있어도 좋다. 비보강성 충전제의 평균 입자 지름은, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치를 이용하여, 체적 평균 입자 지름으로서 측정해도 된다. 또, 나노미터 사이즈의 충전제의 평균 입자 지름은, 주사형 전자 현미경 사진을 포함하는 전자 현미경 사진의 화상 해석에 의해 적당한 샘플 수(예를 들면, 50 샘플)의 산술 평균 입자 지름으로서 산출해도 된다.

비보강성 충전제의 비율은, 고무 성분의 총량 100질량부에 대하여, 3~50질량부(예를 들어, 5~40질량부)이며, 바람직하게는 5~30질량부(예를 들면, 6~25 질량부), 더욱 바람직하게는 7~20질량부(예를 들면, 8~15질량부) 정도여도 된다. 비보강성 충전제의 함유량이 너무 적으면, 벨트의 가공성이나 배합제의 분산성을 충분히 향상할 수 없는 우려가 있고, 비보강성 충전제의 함유량이 너무 많으면 배합제의 분산성이 불량해질 우려가 있다.

비보강성 충전제를 비교적 많은 비율로 사용하면, 고무 연중(練中)의 각종 배합제(산화아연, 보강성 충전제, 단섬유 등)의 분산성을 향상시킬 수 있어, 고무 조성물의 균일성을 높이는 것이 가능함과 함께, 손실 계수 Tanδ를 크게 상승시키는 일이 없고, 고무의 변형에 의한 발열을 억제할 수 있다. 그 때문에, 균열의 발생과 성장의 양쪽을 억제할 수 있어, 톱니 벨트의 내톱니빠짐성을 크게 향상시킬 수 있다.

또, 본 실시형태의 톱니부(7)에 사용하는 고무 조성물의 가류물(加硫物)은, JIS K6394(2007)에 준하여 측정된 70℃ 분위기 온도 하에서의 저장 탄성률(E')이 200~300MPa이고, 또한, 손실 계수(Tanδ가 0.1~0.2의 범위인 것이 바람직하다. 이 범위이면, 톱니 빠짐 등의 문제는 일어나기 어려워져, 톱니부(7)의 변형이 억제됨으로써, 톱니 풀리(구동 풀리(22), 종동 풀리(23))와의 맞물림에 지장을 초래하지 않고, 내구성이 향상된다.

E'는 주기 진동을 주는 동적 상태의 시험으로부터 얻어지는 탄성률이며, 변형(strain)과 동 위상의 탄성 응력(elastic stress)의 비율로 정의된다. E'가 높을수록 물체는 변형하기 어려워지고, 고부하 조건과 같은 강한 외부의 힘에서도 변형량은 작아지므로, 균열이나 절단 등은 발생하기 어렵다. 한편, E'가 낮아지면 물체는 변형하기 쉬워지기 때문에, 작은 외부 힘에서도 물체는 용이하게 절단, 파괴가 일어난다.

Tanδ란, 손실 탄성률(E'')을 E'로 나눈 것으로, 진동 1사이클 동안 열로서 산일(散逸)되는 에너지와 저장되는 최대 에너지의 비의 척도로 되어 있다. 즉, Tanδ는 고무 조성물에 가해지는 진동 에너지가 열로서 산일되기 쉬운 정도를 나타내는 것이며, Tanδ가 커질수록 외부로부터 가해지는 에너지의 대부분이 열로 변환되기 때문에, 고무 조성물은 자기 발열에 의해 온도가 높아져 내열성이 저하된다. 한편, Tanδ가 낮을수록 발열량은 낮게 억제되기 때문에, 고무 조성물의 내열성이 향상된다.

(톱니포(11))

톱니포(11)는, 벨트 폭 방향으로 연장하는 경사(經絲)(6)와 벨트의 길이 방향으로 연장하는 위사(緯絲)(8)를 직성(織成)하여 이루어지는 섬유 직물을 기재(基材)로 한다. 또, 이 섬유 직물은, 평직물이나 능직물, 주자직물 등으로 이루어진다. 이 섬유 직물을 구성하는 섬유 재료로서는, 예를 들면, 아라미드 섬유, 우레탄 탄성사, 지방족 섬유 (6 나일론, 66 나일론, 폴리에스테르, 폴리비닐알코올 등) 등을 사용할 수 있다. 또한, 톱니포(11)는 마련하지 않아도 된다.

본 실시 형태의 섬유 직물로서, 2 종류의 위사(8)와 1종류의 경사(6)로 직성된 다중직(2중직) 구조의 것을 채용할 수도 있다. 이 경우, 경사(6)를 나일론 섬유로 하고, 위사(8)에는 불소계 섬유, 나일론 섬유 및 우레탄 탄성사를 사용하는 것이 바람직하다. 또, 위사(8) 중, 톱니포(11)의 표면측(톱니 풀리와의 맞물림 측)에 위치하는(노출하는) 위사(8)로서는, 톱니포(11)와 톱니 풀리 사이의 마찰을 저감하기 위해, 마찰 계수가 낮은 불소계 섬유(예를 들면, PTFE 섬유)를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 톱니포(11)의 이면 측(톱니부(7)과의 접착 측)에 위치하는 위사(8)에는, 불소계 섬유 이외의 섬유(나일론 섬유나 우레탄 탄성사)를 사용함으로써, 톱니포(11)와 톱니부(7)를 구성하는 고무와의 접착력을 높일 수 있다.

또, 불소계 섬유의 주위에는, 고무를 기재로 하는 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류(加硫; 가황(加黃)) 온도에서 융해하는 융점을 갖는 저융점 섬유가 배치되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 불소계 섬유와 저융점 섬유가 혼련되어 있거나, 불소계 섬유가 저융점 섬유에 의해 커버되어 있는 등의 형태가 포함된다. 또한, 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류 조건(가류 온도 및 가류 시간)은, 특별히 한정되는 것은 아니고, 가류제 및 가류 촉진제의 종류 및 가류 수단 등을 고려하여, 통상, 무니 점도계 또는 다른 가류 거동 측정기를 사용하여 측정된 가류 곡선을 참조하여 결정된다. 이와 같이 결정되는 일반적인 가류 조건은, 가류 온도 100~200℃에서 가류 시간 1분~5시간 정도이다. 필요에 따라 2차 가류를 행해도 된다.

이 경우, 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류 시에 저융점 섬유가 융해하여, 톱니포(11)를 구성하는 섬유 사이에 흘러 들어간 후, 융점 이하까지 냉각함으로써 저융점 섬유가 결정화된다. 그 때문에, 톱니 풀리에 물고 들어갈 때, 혹은, 톱니 풀리로부터 빠져나올 때, 톱니포(11)의 표면에 생기는 충격이나 마모에 의해 불소계 섬유가 절단·비산하는 것이 억제된다. 이에 의해, 톱니부(7) 및 등부(4)를 보다 장기간 보호하여, 벨트의 톱니 빠짐을 방지할 수 있어, 고부하 주행시의 장수명화가 가능해진다.

여기서, 저융점 섬유로서는, 융점이 바람직하게는 165℃ 미만, 보다 바람직하게는 150℃ 미만인, 예를 들면, 폴리아미드계 섬유, 폴리에스테르계 섬유, 또는 올레핀계 섬유를 사용할 수 있다.

저융점 섬유로서 사용할 수 있는 폴리아미드계 섬유로서는, W-아미노카복실산 성분 또는 디카복실산 성분과 디아민의 조합으로 이루어지는 공중합폴리아미드(copolyamide)류의 것이 있다.

저융점 섬유로서 사용할 수 있는 폴리에스테르계 섬유로서는, 융점이 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류 온도보다 높은 코어(core; 芯) 성분의 폴리에스테르계 폴리머와, 융점이 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류 온도보다도 낮은 시스(sheath; 초) 성분의 공중합폴리에스테르계 폴리머로 이루어지는 심초형(芯초型) 복합 섬유가 바람직하다. 융점이 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류 온도보다도 높은 코어 성분의 폴리에스테르계 폴리머는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 및 이들의 공중합체를 들 수 있다. 융점이 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류 온도보다 낮은 시스 성분의 공중합폴리에스테르계 폴리머는, 이염기산과 디올의 중축합(重縮合) 반응으로 얻어지며, 그 예로는, 테레프탈산과 디에틸렌글리콜을 베이스(base)로, 공중합 성분으로서, 이소프탈산, 아디프산, 세바신산, 부탄디올, 헥산디올, 폴리에틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜 등을 들 수 있고, 그 조합 및 공중합 비율에 의해 융점을 조정 가능하다.

저융점 섬유로서 사용할 수 있는 올레핀계 섬유로서는, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유(예를 들면, 고밀도 폴리에틸렌 섬유, 중밀도 폴리에틸렌 섬유, 저밀도 폴리에틸렌 섬유, 직쇄상(直鎖狀; linear) 저밀도 폴리에틸렌 섬유, 초고분자량 폴리에틸렌 섬유) 등을 들 수 있다.

또, 이들을 공중합시킨 것이어도 좋고, 더욱이는, 톱니부(7) 및 등부(4)의 가류 온도에서 융해하는 섬유이면, 그 연사(撚絲) 방법이나 구성에 대해서 특별히 한정되는 것은 아니다. 더욱이, 이들 저융점 섬유의 표면에, 접착 처리제와의 친화성을 높이기 위한 목적으로, 플라즈마 처리 등이 이루어질 수도 있다.

이 톱니포(11)는, 예를 들면 이하와 같은 공정을 포함하는 일련의 접착 처리를 거쳐, 톱니부(7)를 구성하는 고무에 접착된다.

(1) 톱니포(11)를 구성하는 섬유 직물을, 레조르신-포르말린-고무 라텍스 처리액(resorcin-formalin-rubber latex treatment liquid)(이하, RFL 처리액이라고 한다)에 함침하고, 건조시킨다.

여기서, RFL 처리액에는, 유황 화합물의 수분산물, 퀴논옥심계 화합물, 메타아크릴레이트계 화합물, 말레이미드계 화합물 중 적어도 하나의 가류 조제, 또는 이들 가류 조제를 물(水)에 분산시킨 것을 첨가하는 것이 바람직하다.

유황 화합물의 수분산물로서는, 예를 들면, 유황의 수분산물이나 테트라메틸티우람디설파이드 등을 채용할 수 있다. 퀴논옥심계 화합물로서는, 예를 들면, p-퀴논디옥심 등을 채용할 수 있다. 메타아크릴레이트계 화합물로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트나 트리메틸올프로판트리메타크릴레이트 등을 채용할 수 있다. 말레이미드계 화합물로서는, 예를 들면, N, N'-m-페닐렌비스말레이미드나 N, N'-(4, 4'-디페닐메탄비스말레이미드) 등을 채용할 수 있다.

또한, 상기한 「당해 가류 조제를 물에 분산시킨 것」에 있어서의 「물」은, 예를 들면 메탄올 등의 알코올을 약간 정도 포함하는 것이어도 된다. 이것에 의하면, 「당해 가류 조제」가 물에 대하여 불용성인 경우라도, 「당해 가류 조제」의 물에 대한 친화성이 향상되어 「당해 가류 조제」가 분산하기 쉬워진다.

이와 같이, RFL 처리액에 가류 조제를 첨가함으로써 이하의 효과가 기대된다. 즉, RFL 처리액 중에 포함되는 고무 라텍스 성분과 외층 고무(후기 (2)의 고무 풀 처리나 (3)의 코트 처리에 사용되는 고무 풀 또는 압연 고무를 의미한다. 코트 처리가 생략되는 경우는 톱니부(7)를 구성하는 고무를 의미한다.)와의 층간의 화학적 결합력이 강화됨으로써 접착성이 향상되고, 톱니포(11)의 박리가 억제된다. 더욱 기대되는 효과로서, RFL 처리액 중에 포함되는 고무 라텍스 성분 자신의 화학적 결합력(가교의 힘)이 강화되어, 그 결과, 접착층의 응집 파괴에 의한 박리(즉, 층간 박리)보다도, 접착 대상인 상기 외층 고무의 파괴에 의한 박리가 선행하는 것으로 생각된다.

또, RFL 처리액에 가류 조제를 첨가하는 경우, 섬유 직물의 함침 처리를 2회로 나누어 실행해도 된다. 이 경우, 우선, 1회째의 RFL 함침 처리에 있어서는, RFL 처리액에는, 전술한 어떠한 가류 조제도 첨가하지 않는 것으로 한다. 이것은, 1회째의 처리 공정에 있어서는, 고무 라텍스 성분의 가교보다도 RF 성분의 열경화를 우선하기 위함이다.

한편, 2회째의 RFL 함침 처리에 있어서는, 1회째의 RFL 처리액과 비교하여 고무 라텍스 성분을 많이 포함하고, 유황 화합물의 수분산물, 퀴논옥심계 화합물, 메타아크릴레이트계 화합물, 말레이미드계 화합물 중 적어도 하나의 가류 조제, 또는, 가류 조제를 물에 분산시킨 것을 첨가한 RFL 처리액을 사용한다. 또한, 1회째의 함침 처리와 2회째의 함침 처리에서, RFL 처리액의 고무 라텍스 성분의 비율에 차이를 마련하는 것은, 친화성이 다른 섬유와 고무의 양쪽에 대한, RFL층의 접착성을 높이기 위함이다.

(2) 섬유 직물에, 고무 조성물을 용제에 녹인 고무 풀(糊)로 이루어지는 접착 처리제를 부착시킨 후에 베이킹(baking) 처리하는, 2종류의 고무 풀 처리(P1 처리, S1 처리)를 행한다.

(3) 섬유 직물의 표면에 고무 풀과 압연 고무를 이 순서로 코팅(coating)한다. 이 공정은 코트 처리라고도 불린다. 「이 순서로」란, 상세히는 「섬유 직물로부터 톱니부(7)에 향하여, 이 순서로」를 의미한다. 여기서, RFL 처리액에 가류 조제를 첨가한 경우에는, 이 코트 처리에서 사용하는 고무 풀과 압연 고무에도, RFL 처리액에 첨가한 가류 조제와 동일한 것을 첨가하는 것이 바람직하다. 이에 의해, RFL 처리액으로 처리된 섬유 직물과 고무 풀 사이의 접착력의 현저한 개선을 기대할 수 있다.

또한, 상기 (1) 내지 (3)의 처리는, 모두를 행할 필요는 없고, 필요에 따라, 어느 하나, 혹은, 2 이상의 복수를 조합하여 행해도 된다. 예를 들면, (1)의 처리에 있어서 RFL 처리액에 가류 조제를 첨가하는 경우에는, 이 처리만으로 섬유 직물과 고무 사이의 접착력이 상당히 높아지기 때문에, (2)의 고무 풀 처리를 생략해도 좋다.

본 실시 형태에 관한 톱니 벨트(3)는 예비 성형 공법에 의해 제조된다. 예비 성형 공법이란, 우선, 톱니형(齒型)을 갖는 금형에 의해 톱니포(11)와 톱니부(7)를 미리 성형하여, 예비 성형체를 얻고, 다음에, 얻어진 예비 성형체를 금형에 감아, 그 위에 심선(9)을 나선형으로 스피닝(spinning)한다. 그리고, 그 위에 등부(4)를 구성하는 미가류 고무를 감은 후, 전체를 가류관으로 가류하는 공법이다. 이 예비 성형 공법에 있어서는 가류 전에 톱니포(11)와 톱니부(7)가 미리 성형되기 때문에, 가류 시에 등부(4)를 구성하는 미가류 고무를 심선(9)의 사이로부터 내측(內側)(복측(腹側))으로 유동시켜, 톱니포(11)을 신장시켜 톱니부(7)를 형성할 필요가 없다. 그 때문에, 심선간 거리(피치)를 좁게 할 수 있다.

(톱니부(7)의 톱니형(齒形), 톱니 피치 BP)

톱니부(7)의 톱니형은, JISB1856(2018) 및 ISO5294(1989)에 규정되어 있는 사다리꼴(台形) 톱니형(MXL, XXL, XL, L, H, XH, XXH), JISB1857-1(2015) 및 ISO13050(2014)에 규정되어 있는 원호(圓弧) 톱니형(H, P, S, R, G) 중 어느 것이어도 되지만, 톱니 벨트(3)와 톱니 풀리(구동 풀리(22), 종동 풀리(23))의 간섭을 저감할 수 있고 톱니 벨트(3)의 내구성을 향상시킬 수 있는 점에서, 원호 톱니형이 바람직하다.

또, 톱니부(7)의 톱니 피치 BP(벨트의 길이 방향(X 방향)에서의 톱니부(7)와 톱니부(7) 사이의 거리, 도2 참조)는 8mm~14mm의 범위에서 선택할 수 있다. 이것에 상당하는 원호 톱니형은, H8M, P8M, S8M, R8M, G8M(각각 톱니 피치 BP가 8mm), H14M, P14M, S14M, G14M(각각 톱니 피치 BP가 14mm) 등을 들 수 있다. 또, 상기 규격에는 규정이 없는 메이커 독자의 톱니형, 예를 들면, H11M(톱니 피치 BP가 11mm)이어도 된다. 톱니 피치 BP가 8㎜보다 작으면 전동 용량이 부족하여 톱니 벨트(3)의 내구성이 저하될 우려가 있다. 반대로, 톱니 피치 BP가 14mm보다 크면, 톱니 벨트 전동 장치(21)가 대형화되어 톱니 벨트(3)의 내굴곡 피로성이 저하될 우려가 있다. 톱니 벨트(3)의 내구성과 톱니 벨트 전동 장치(21)의 소형화를 양립할 수 있기 때문에, 톱니 피치 BP는 11mm가 바람직하고, 톱니형은 H11M이 바람직하다.

또, 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP는 구동 풀리(22)의 톱니 피치 PP에 대하여 -0.4%~+0.1%의 범위에 있다. 또한, 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP는 구동 풀리(22)의 톱니 피치 PP에 대하여 -0.2%~+0.1% (특히, -0.1%~+0.1%)의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 즉, 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP와 구동 풀리(22)의 톱니 피치 PP는 일치하는 것이 바람직하다. 또한, 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP는, 톱니 벨트 전동 장치(21)에서의 사용 후의 톱니 벨트(3)의 신장을 고려하여, 구동 풀리(22)의 톱니 피치(PP)보다 작아도 좋다.

상기 구성의 톱니 벨트(3)에 의하면, 톱니 벨트(3)에 매설된 심선(9)이 탄소 섬유를 포함함으로써 인장 강력이 향상되고, 고부하 전동에서의 내구성이 향상된다.

또, 심선(9)에 대해서는, 복수의 하연사를 합쳐 상연으로 하고, 하연의 꼬임 방향과 상연의 꼬임 방향을 같게 함으로써(랭연) 내굴곡 피로성이 향상된다.

또, 상기 톱니 벨트(3)의 심선(9)의 하연 계수는, 0.62~1.30(바람직하게는 0.75~1.15, 보다 바람직하게는 0.90~1.00)이며, 상연 계수는 2.06~3.95(바람직하게는 2.45~3.55, 보다 바람직하게는 2.80~3.20)이다.

이에 의해, 내굴곡 피로성을 확보하면서 심선(9)과 톱니 벨트(3)의 신장을 억제할 수 있어, 내구성이 향상된다. 하연 계수 및 상연 계수가 상기 범위보다 작으면 내굴곡 피로성이 저하되고, 반대로 크면 인장 강력이 저하됨과 함께 톱니 벨트(3)의 신장이 커져, 내구성이 저하된다.

또, 상기 톱니 벨트 전동 장치(21)에 의하면, 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP가 구동 풀리(22)의 톱니 피치 PP에 대하여 -0.4%~+0.1%의 범위에 있도록 설계하고 있다. 이 구성에 의하면, 톱니 벨트 전동 장치(21)(자동 이륜차의 후륜 구동)에 의한 고부하에 의해 톱니 벨트(3)가 신장했을 때에도, 구동 풀리(22)(소경 풀리)와 종동 풀리(23)(대경 풀리) 중 어느 것이라도 톱니끼리의 맞물림을 양호하게 유지할 수 있어, 톱니 벨트(3)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 상기 범위를 벗어나면, 톱니 벨트(3)의 톱니부(7)와 구동 풀리(22)의 구동 풀리 톱니(221)나 종동 풀리(23)의 종동 풀리 톱니(231)와의 맞물림이 악화되어, 톱니 벨트(3)의 내구성이 저하하는 경우가 있다.

또, 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP는 구동 풀리(22)의 톱니 피치 PP에 대하여 -0.2%~+0.1%(특히, -0.1%~+0.1%)의 범위로 설정하고, 가능한 한 톱니 벨트(3)의 톱니 피치 BP와 구동 풀리(22)의 톱니 피치 PP를 일치시킴으로써 종래품(톱니 벨트의 톱니 피치 BP를 톱니 풀리의 톱니 피치 PP보다 작게 하여, 사용에 의한 톱니 벨트의 신장에 대응하려고 하는 톱니 벨트)보다도 큰 범위로 설정하고 있다. 이에 의해, 모래 물림에 의한 맞물림의 악화를 억제할 수 있고, 톱니 벨트(3)의 내구성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또, 상기 구성에 의하면, 톱니 벨트 전동 장치(21)의 구동 풀리(22)의 외경 OD이 67㎜~90㎜로 비교적 작은 경우라도, 전동 용량의 높음을 유지하면서, 톱니 벨트(3)의 내구성을 향상시킬 수 있기 때문에, 톱니 벨트 전동 장치(21)를 소형화할 수 있다.

실시 예

(톱니 벨트)

실시 예 1~6 및 비교 예 1~7에서는, 하기 각 부재를 사용하여, 벨트 사이즈 120H11M25(톱니부 수: 120 톱니, 톱니형: H11M, 톱니 피치 BP: 약 11mm, 벨트 폭: 25mm)의 톱니 벨트를 제작하였다.

또, 실시 예 7~10 및 비교 예 8~9에서는, 하기 각 부재를 사용하여, 벨트 사이즈 144H14M21(톱니부 수: 144 톱니, 톱니형: H14M, 톱니 피치 BP: 약 14mm, 벨트 폭: 21mm)의 톱니 벨트를 제작하였다.

(고무 조성물: 등부 톱니부)

표1

	톱니부	등부	코트 처리
HNBR	-	80	50
불포화 카복실산 금속염을 포함하는 NHBR	100	20	50
아라미드 단섬유	1	-	-
스테아린산	1	1	1
카본 블랙 SRF	2	2	-
실리카	-	40	50
탄산칼슘	10	-	-
산화 아연	5	2	2
가소제	-	10	10
노화방지제	2	2	2
유기과산화물	2	2	2
합계	123	159	167

단위: 질량부

(고무 조성물의 사용 재료)

HNBR: 일본 제온(Zeon)(주) 제조 「Zetpol2010」, 요오드가 11mg/100mg

불포화 카복실산 금속염을 포함하는 HNBR: 일본 제온(주) 제조 「Zeoforte ZSC2295CX」, HNBR:불포화 카복실산 금속염(질량비) = 100:110, 베이스 HNBR의 요오드가 28mg/100mg

아라미드 단섬유：테이진(Teijin)(帝人)(주) 제조 「Cornex」, 평균 섬유 길이 3mm, 평균 섬유 지름 14㎛

스테아르산: 일유(日油)(주) 제조 「Stearic Acid Camellia」

카본 블랙 SRF: 도카이 카본(Tokai Carbon)(주) 제조 「SEAST S」, 평균 입자 지름 66nm, 요오드 흡착량 26mg/g

실리카：에보닉·데구사·재팬(Evonik Degussa Japan)(주) 제조 「ULTRASIL VN-3」, 비표면적 155~195㎡/g

탄산칼슘: 마루오 칼슘(Maruo Calcium)(주) 제조 「Super #1500」, 평균 입자 지름 1.5㎛

산화아연: 사카이화학공업(주) 제조 「산화아연 2종」, 평균 입자 지름 0.55㎛

가소제: (주) ADEKA 제조 「Adeka Cizer RS700」

노화 방지제: p, p'-디옥틸디페닐아민(정공화학(주) 제조 「Nonflex OD3」

유기 과산화물: 1,3-비스(t-부틸퍼옥시이소프로필)벤젠, 이론 활성 산소량 9.45%

(심선을 구성하는 탄소 섬유의 멀티필라멘트사)

토레이(Toray)(주) 제조 「Torayca T700SC-12000」, 인장 탄성률 230GPa, 필라멘트 섬도 0.67dtex, 필라멘트 수 12000, 섬도 800tex

(심선의 처리)

고무 라텍스 및 에폭시 수지를 톨루엔에 용해한 처리액에 함침시켰다.

(톱니포 및 톱니포의 처리)

톱니포의 구성은 특허 문헌 1과 동일하게 하였다. 또, 특허문헌 1과 동일한 RFL 처리(B-1 및 B-2), 코트 처리를 행하였다. 또한, P1 처리 및 S1 처리는 행하지 않는다.

(톱니 벨트의 제조)

실시 예 1~6및 비교 예 1~7의, 예비 성형 공법에 의한 톱니 벨트의 제작에 있어서는, 우선, 톱니형을 갖는 금형에, 톱니포와 톱니부가 되는 미가류 고무 시트(두께: 2.55mm)를 위에 놓고, 120℃, 160초, 프레스압: 4.51MPa(면압)의 조건으로 프레스하여, 예비 성형체를 제작한다. 다음에, 제작한 예비 성형체를 금형에 감아, 그 위에 스피닝 텐션(spinning tension): 460~700N/본, 스피닝 피치: 2.2mm/본, 스피닝 속도: 1.5m/s의 조건으로 심선(9)을 나선형으로 스피닝한다. 그 위에 등부를 구성하는 미가류 고무 시트(두께: 1.35mm)를 감은 후, 전체를 가류 온도 179℃, 가류 시간 40분, 증기압: 0.83MPa의 조건에서 가류관(vulcanization can)을 사용하여 가류하고 톱니 벨트를 제작하였다.

또, 실시 예 7~10 및 비교 예 8~9의, 예비 성형 공법에 의한 톱니 벨트의 제작에 있어서는, 우선, 톱니형을 갖는 금형에, 톱니포와 톱니부가 되는 미가류 고무 시트(두께: 2.90mm)를 위에 놓고, 120℃, 160초, 프레스압: 4.51MPa(면압)의 조건으로 프레스하여, 예비 성형체를 제작한다. 다음으로, 제작한 예비 성형체를 금형에 감아, 그 위에 스피닝 텐션: 300~960N/본, 스피닝 피치: 2.2mm/본, 스피닝 속도: 1.5m/s의 조건으로 심선(9)을 나선형으로 스피닝한다. 그 위에, 등부를 구성하는 미가류 고무 시트(두께: 2.10mm)를 감은 후, 전체를 가류 온도 179℃, 가류 시간 40분, 증기압: 0.83MPa의 조건으로 가류관을 사용하여 가류하고 톱니 벨트를 제작하였다.

(톱니 벨트의 PLD의 측정)

톱니 벨트의 PLD(톱니부의 저부(底部)로부터 심선의 중심까지의 거리)는 이하와 같이 측정하였다. 우선, 톱니 벨트를 폭 방향으로 평행하게 절단하고, 그 단면을 마이크로스코프로 20배로 확대하여 관찰한다. 도4에 도시한 바와 같이, 톱니부의 저부로부터 심선 바로 위까지의 거리(t1)와 톱니부의 저부로부터 심선 바로 아래까지의 거리(t2)를 측정하고, 이들을 평균((t1+t2)/2)하여, 톱니부의 저부로부터 심선의 중심까지의 거리(t3)를 구하였다. 이 거리(t3)를, 단면에서 절단된 모든 심선에 대해 구하고, 또한 이들 거리(t3)의 산술 평균 값을 계산하여 톱니 벨트의 PLD로 했다. 이 때, 측정의 대상이 되는 심선은, 단면 전체가 관찰할 수 있는 심선에 한정하는 것으로 하고, 단면 전체를 관찰할 수 없는(일부가 벨트 단면에 걸려 있다) 심선은 측정의 대상으로부터 제외하였다.

(톱니 벨트의 톱니 피치 BP의 측정)

실시 예 1~6 및 비교 예 1~7의 톱니 벨트의 톱니 피치 BP는, 검척기(檢尺器)로 측정한 톱니 벨트 전체의 길이(피치 둘레 길이)를 톱니 벨트의 톱니부 수로 나누어 구하였다. 2개의 검척 풀리의 톱니 수는 모두 30 톱니로 하고, 검척 하중은 966N으로 하였다. 톱니 벨트의 길이의 측정은, 구동 풀리를 30rpm으로 회전시키고, 회전 개시 후 10초간 경과하여 톱니 벨트가 검척 풀리에 익숙해진 후에 측정하였다.

실시 예 7~10 및 비교 예 8~9의 톱니 벨트의 톱니 피치(BP)는, 검척기로 측정한 톱니 벨트 전체의 길이(피치 둘레 길이)를 톱니 벨트의 톱니부수로 나누어 구하였다. 2개의 검척 풀리의 톱니 수는 모두 30 톱니로 하고, 검척 하중은 1186N으로 하였다. 톱니 벨트의 길이의 측정은 구동 풀리를 30rpm으로 회전시키고, 회전 개시 후 10초간 경과하여 톱니 벨트가 시료 풀리에 익숙해진 후에 측정하였다.

(내구 주행 시험)

다음에, 실시 예 1~10 및 비교 예 1~9에 관한 톱니 벨트에 대하여, 도6에 나타내는 톱니 벨트 전동 장치(21)와 동일한 레이아웃의, 2축 고부하 주행 시험기를 이용한 고부하 조건 하에서의 주행 시험을 실시하여, 실시 예 1~10에 관한 톱니 벨트의 기술적 효과를 검증했다(시험 결과: 표2, 표3 참조).

(시험 조건: 실시 예 1~6 및 비교 예 1~7(실시 예 7~10 및 비교 예 8~9))

시험기: 2축 고부하 주행 시험기(도6 참조)

풀리 톱니형(구동 풀리, 종동 풀리): H11M (H14M)

풀리의 PLD(구동 풀리, 종동 풀리): 1.10mm (1.10mm)

풀리의 톱니 피치(구동 풀리, 종동 풀리): 11.000mm (14.000mm)

구동 풀리 톱니 수: 26 톱니 (30 톱니)

종동 풀리 톱니 수: 59 톱니 (70 톱니)

벨트 초(初)장력：1050N(1150N)

·구동 풀리 회전수의 제어 패턴:

(1) 25초로 0rpm에서 3150rpm까지 올린다

(2) 3150rpm으로 230초 유지

(3) 15초로 3150rpm에서 0rpm까지 내린다

(4) 20초로 0rpm에서 3150rpm까지 올린다

(5) 20초로 3150rpm에서 0rpm까지 내린다

(6) (4)~(5)를 5 회 반복한다.

이상을 하나의 사이클로 반복한다.

·부하 토크의 제어 패턴:

(1) 2초로 0N·m에서 690N·m까지 올린다

(2) 5초로 690N·m에서 220N·m까지 내린다

(3) 220N·m로 230초 유지

(4) 15초로 220N·m에서 0N·m까지 내린다

(5) 2초로 0N·m에서 690N·m까지 올린다

(6) 35초로 690N·m에서 0N·m까지 내린다

(7) (5)~(6)을 5 회 반복한다.

이상을 하나의 사이클로 반복한다.

모래 뿌리기 조건: 모래 종류: 규사와 시멘트 모래의 블렌드(blend)

모래 걸이 장소: 종동 풀리의 맞물림 입구

모래 뿌리기의 양과 빈도: 5g/사이클을 5 사이클 연속적으로 하여 행하고, 계속되는 35 사이클은 모래 뿌리기 없음. 이후 반복.

(실시 예 1)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 S방향으로 32회/m로 하연을 걸어, 4본의 하연사를 제작했다. 제작한 4본의 하연사를 가지런히 당겨 S방향으로 51회/m로 상연을 걸어, 총 섬도 3200tex의 랭연 코드를 제작했다. 또, 꼬임 코드에는 상기한 방법으로 접착 처리를 행하여, 처리 코드를 제작하였다. 이 처리 코드를 심선으로 하여, 상기 톱니 벨트의 제조 방법에 기재된 방법으로 스피닝 텐션을 630N/본으로 하여 톱니 벨트를 제조했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.964mm, 톱니 벨트의 PLD는 1.10mm이었다.

(실시 예 2)

스피닝 텐션을 500N/본으로 하는 것 이외는 실시 예 1과 동일하게 하여 톱니 벨트를 제작했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 11.000mm, 톱니 벨트의 PLD는 1.10mm이었다.

(실시 예 3)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 S방향으로 44회/m로 하연을 걸어, 4본의 하연사를 제작하고, 제작한 4본의 하연사를 가지런히 당겨 S방향으로 67회/m으로 상연을 걸어, 총 섬도 3200tex의 랭연 코드를 제작한 것 이외에는 실시 예 2와 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제작했다.

(실시 예 4)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 S방향으로 21회/m로 하연을 걸어, 4본의 하연사를 제작하고, 제작한 4본의 하연사를 가지런히 당겨 S방향으로 35회/m으로 상연을 걸어, 총 섬도 3200tex의 랭연 코드를 제작한 것 이외에는 실시 예 2와 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제작했다.

(실시 예 5)

스피닝 텐션을 580N/본으로 하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제작했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.978mm이었다.

(실시 예 6)

스피닝 텐션을 460N/본으로 하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제작했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 11.011mm이었다.

(비교 예 1)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 S 방향으로 32회/m으로 하연을 걸어, 3본의 하연사를 제작했다. 제작한 3본의 하연사를 가지런히 당겨 S방향으로 39회/m로 상연을 걸어, 총 섬도 2400tex의 랭연 코드를 제작하는 것 이외는 실시 예 1과 동일하게 하여 톱니 벨트를 제작했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.964mm, 톱니 벨트의 PLD는 1.00mm이었다.

(비교 예 2)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 S방향으로 32회/m으로 하연을 걸어, 4본의 하연사를 제작했다. 제작한 4본의 하연사를 가지런히 당겨 S방향으로 34회/m로 상연을 걸어, 총 섬도 3200tex의 랭연 코드를 제작하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제조했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.964mm, 톱니 벨트의 PLD는 1.10mm이었다.

(비교 예 3)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 4본 가지런히 당겨 S방향으로 16.2회/m로 꼬임을 걸어, 총 섬도 3200tex의 편연 코드를 제작하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제조하였다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.964mm, 톱니 벨트의 PLD는 1.08mm이었다.

(비교 예 4)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 S방향으로 32회/m으로 하연을 걸어, 4본의 하연사를 제작했다. 제작한 4본의 하연사를 가지런히 당겨 Z방향으로 51회/m로 상연을 걸어, 총 섬도 3200tex의 제연 코드를 제작하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제조했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.964mm, 톱니 벨트의 PLD는 1.11mm이었다.

(비교 예 5)

섬도 800tex의 탄소 섬유의 멀티필라멘트사를 S방향으로 32회/m으로 하연을 걸어, 4본의 하연사를 제작했다. 제작한 4본의 하연사를 가지런히 당겨 S방향으로 107회/m로 상연을 걸어, 총 섬도 3200tex의 랭연 코드를 제작하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제조했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.964mm, 톱니 벨트의 PLD는 1.11mm이었다.

(비교 예 6)

스피닝 텐션을 700N/본으로 하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제작했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 10.945mm였다.

(비교 예 7)

스피닝 텐션을 420N/본으로 하는 것 이외는 실시 예 1과 마찬가지로 하여 톱니 벨트를 제작했다. 톱니 벨트의 톱니 피치는 11.022mm이었다.

(시험 결과)

(실시 예 7~10 및 비교 예 8~9)

실시 예 7~10 및 비교 예 8~9는 상기에서 설명한 바와 같이 톱니형이 H14M인 톱니 벨트이며, 상연 계수(3.01) 및 하연 계수(0.94)를 고정하고, 스피닝 텐션(톱니 벨트의 톱니 피치)만 변량했다.

(실시 예 7)

심선은 실시 예 1과 동일하고, 스피닝 텐션은 800N/본, 톱니 벨트의 톱니 피치는 13.944mm로 하였다.

(실시 예 8)

스피닝 텐션은 940N/본, 톱니 벨트의 톱니 피치는 13.972mm로 했다.

(실시 예 9)

스피닝 텐션은 550N/본, 톱니 벨트의 톱니 피치는 14.000mm로 했다.

(실시 예 10)

스피닝 텐션은 350N/본, 톱니 벨트의 톱니 피치는 14.014mm로 하였다.

(비교 예 8)

스피닝 텐션은 960N/본, 톱니 벨트의 톱니 피치는 13.930mm로 했다.

(비교 예 9)

스피닝 텐션은 300N/본, 톱니 벨트의 톱니 피치는 14.028mm로 하였다.

(시험 결과)

표3

	실시 예				비교 예
	7	8	9	10	8	9
꼬임 구성	12K-1/4	12K-1/4	12K-1/4	12K-1/4	12K-1/4	12K-1/4
꼬임 방법	랭연	랭연	랭연	랭연	랭연	랭연
하연사 섬도(tex)	800	800	800	800	800	800
하연 회수(회/m)	32	32	32	32	32	32
하연 계수	0.94	0.94	0.94	0.94	0.94	0.94
총섬도(tex)	3200	3200	3200	3200	3200	3200
상연 회수(회/m)	51	51	51	51	51	51
상연계수	3.01	3.01	3.01	3.01	3.01	3.01
심선 지름(mm)	2.10	2.10	2.10	2.10	2.10	2.10
톱니벨트의 톱니피치(mm)	13.944	13.972	14.000	14.014	13.930	14.028
톱니벨트의 PLD(mm)	1.10	1.10	1.10	1.10	1.10	1.10
톱니부 경도(JIS-D)	63	63	63	63	63	63
등부 경도(JIS-A)	83	83	83	83	83	83
수명 시간(h)	80	90	100	95	40	60
고장 형태	톱니빠짐	톱니빠짐	톱니빠짐	톱니빠짐	절단	절단
톱니풀리의 톱니피치에 대한 톱니벨트의 톱니피치	-0.4%	-0.2%	±0%	+0.1%	-0.5%	+0.2%

(고찰)

실시 예 1~6은 80시간 이상의 수명 시간을 갖고 있고, 고장 형태는 톱니 빠짐이기 때문에 톱니 벨트의 교환 등의 이상 처치를 실시하기 쉽다고 할 수 있다. 한편, 비교 예 1~7은 70시간 이하의 수명 시간이며, 절단이라는 예견이 어려운 고장 형태로 되었다.

비교 예 1에서는, 하연사의 가지런히 당긴 본수를 3본으로 한 세경(細徑)의 심선을 이용하고 있기 때문에, 인장 강력이 부족하다고 생각된다. 비교 예 2에서는, 상연 계수가 너무 작기 때문에 내굴곡 피로성이 부족한 것으로 생각된다. 비교 예 3 및 비교 예 4에서는, 심선의 꼬임 방법이 편연 또는 제연이기 때문에 내굴곡 피로성이 부족한 것으로 생각된다. 비교 예 5에서는, 상연 계수가 지나치게 크기 때문에 인장 강력이 부족하거나, 톱니 벨트의 신장이 커져 맞물림이 악화되는 것으로 생각된다. 비교 예 6, 7은 실시 예 1로부터 톱니 벨트의 톱니 피치만 변경한 것이지만, 톱니 벨트의 톱니 피치가 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여 -0.4%~+0.1%의 범위를 벗어나기 때문에 수명 시간이 저하되었다.

한편, 실시 예 1은 인장 강력과 내굴곡 피로성을 모두 높게 할 수 있고, 맞물림도 비교적 양호하게 유지되고 있다고 생각된다. 또, 실시 예 2에서는, 톱니 벨트의 톱니 피치를 풀리의 톱니 피치와 일치시킴으로써, 모래 물림에 의한 맞물림의 악화를 억제할 수 있기 때문에, 수명 시간이 더욱 향상된 것으로 생각된다. 더욱이, 실시 예 5, 6에서는, 실시 예 1로부터 톱니 벨트의 톱니 피치만 변경한 것이지만, 톱니 벨트의 톱니 피치가 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여 -0.2%~+0.1%의 범위 내에서 양호한 결과가 얻어졌다.

실시 예 7~10에 대해서는, 톱니 벨트의 톱니 피치가 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여 ±0%인 실시 예 9의 수명 시간이 가장 길고, 그 차이가 커짐에 따라 수명 시간은 저하했다. 한편, 비교 예 8, 9에 대해서는, 톱니 벨트의 톱니 피치가 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여 -0.4%~+0.1%의 범위를 벗어나면, 수명 시간은 크게 저하되었다. 또, 고장 형태도 예견이 곤란한 절단으로 되었다.

본 발명이 상세하게 또한 특정 실시 양태를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있음은 당업자에게 명백하다.

본 출원은, 2020년 5월 29일 출원의 일본특허출원 2020-094540 및 2021년 5월 17일 출원의 일본특허출원 2021-083225에 근거하는 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

3: 톱니 벨트
4: 등부
5: 단섬유
6: 경사
7: 톱니부
8: 위사
9: 심선
11: 톱니포
21: 톱니 벨트 전동 장치
22: 구동 풀리
23: 종동 풀리

Claims (3)

1. 벨트 길이 방향으로 연장하여 매설된 심선, 벨트 길이 방향으로 소정의 간격으로 배설된 복수의 벨트 톱니부를 갖는 톱니 벨트, 및 외주에 상기 벨트 톱니부에 상대하는 복수의 풀리 톱니부를 갖고, 상기 톱니 벨트가 감겨 걸리는 복수의 톱니 풀리를 구비하는 톱니 벨트 전동 장치에 있어서,
   상기 심선은, 탄소 섬유를 포함하는 하연사를 복수 합쳐 상연한 탄소 섬유 코드를 포함하고,
   상기 하연사의 하연의 꼬임 방향과 상기 상연의 꼬임 방향이 같고,
   상기 하연의 하연 계수가, 0.62~1.30이고,
   상기 상연의 상연 계수가, 2.06~3.95이고,
   상기 톱니 벨트의 톱니 피치가, 당해 톱니 벨트가 감겨 걸리는 상기 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여, -0.4 %~+0.1%의 범위에 있는, 톱니 벨트 전동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 톱니 벨트의 톱니 피치가, 상기 톱니 풀리의 톱니 피치에 대하여 -0.2%~+0.1%의 범위에 있는, 톱니 벨트 전동 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   자동 이륜차의 후륜 구동에 사용되는, 톱니 벨트 전동 장치.

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