KR940006943B1 - 전동벨트 및 그 제조방법 - Google Patents

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내용 없음.

Description

전동벨트 및 그 제조방법

제1a도 및 제1b도는 이 발명에 의한 전동벨트의 부분단면도로, 제1A도는 타이빙벨트(timing belt)에 씌여지며 제1b도는 코그벨트(cog belt)에 쓰여짐.

제2도, 제3도 및 제4도는 이 발명의 제조방법을 나타낸 것으로, 제2도는 부직포로 내부다이(die)를커버하는 공정에서 내부다이의 일부횡단면도이고,

제3도는 장력코드(tensile cords)을 감는 공정에서 내부다이의 일부분의 부분단면도이고,

제4도는 엘라스토머재료(elastomer)를 주입하는 공정에서 성형다이의 횡단면도.

제5도, 제6a도 및 제6b도는 실시예의 실험장치에 대한 개략도.

제7a도, 제7b도, 제8a도는 종래의 실시예의 전동벨트의 부분 단면도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 벨트본체(belt body) 1b : 톱니부(tooth parts)

1a : 톱니저부(tooth bottoms) 2 : 인장코드(tensilecords)

3 : 부직포 3a : 부직포층

3b : 부직포섬유 4 : 내부다이

5 : 톱니형상면(toothed face) 5a : 상면(top faces)

5b : 요홈(grooves) 6 : 외부다이(external die)

7 : 성형다이(forming die) 8 : 주입포오트(injectingport)

10 : 실험장치 11 : 클로(claw)

12 : 간격유지롤 A : 전동벨트

14,14' : 구동풀리 15,15' : 종동풀리

이 발명은 전동벨트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 자세하게 말하면 점도가 낮은 액상 우레탄등의 엘라스토머재료로 구성된 전동벨트메트릭스(matrix)와 그 제조방법의 개량에 관한 것이다.

종래에 사용되었던 소형 경량의 전동벨트로서 우레탄등 엘라스토머재료로 구성된 전동벨트, 예로서 타이밍벨트와 코그벨트(cog belt)는 널리 공지되어 있다.

이와같은 벨트종류의 매트릭스는 커버직물(covering fabric)에 함침하도록 하기 위하여 점도가 낮은 액상 엘라스토머재료로 구성되어 있기 때문에, 점도가 높은 다른 엘라스토머재료를 사용하여 톱니부를 가압하는제조방법에 의하여 구성할 수 있는 톱니부면 커버층을 가진 벨트를 성형하기가 대단히 어렵다.

즉, 두성형다이(die)사이의 갭에 압력을 가하여 벨트의 톱니부를 형성하는 내부다이의 요홈에 그 톱니면을 엘라스토머재료로 커버하는 직물을 주입시킴으로써 그 벨트의 톱니면을 형성할때 그 액상엘라스토머재료가 그 층을 함침하기 때문에 톱니부를 커버하는 층을 형성하기가 어렵다.

또, 그 벨트가 위 공정에 의해 형성될때 커버직물로 비침투처리(non permeation-proof treatment)를할 필요가 있기 때문에 지나치게 코스트가 높아지는 문제점이 있다.

따라서, 점도가 낮은 액상엘라스토머재료를 사용함으로써 형성되는 타이밍벨트, 코그벨트등 톱니부를 가진 전동벨트는 일반적으로 로에지 벨트(raw edge belt)이며, 이 벨트는 커버직물(covering fabric)을 구비하고 있지 않다.

그러나 제7a도와 제7b도에서와 같이 그 로에지타입을 가진 전동벨트에서 벨트(a)에 매입(embed)시킨 인장코드(tensile cords)(b)는 톱니기부(tooth bases)에 노출시킨다. 따라서, 타이밍벨트(제7a도)에서는 그 인장코드를 톱니형상폴리상면(도시생략)과 접촉시킴으로써 마모 또는 파괴되어 수명을 장기간 효과적으로유지시킬 수 없는 문제점이 있다.

V-풀리의 코그벨트(제7b도)에서는 큰하중을 가하여 "영구변형"이 발생될때 측면압력에 의한 불충분한강도때문에 슬립(slip)의 발생이 용이한 문제점이 있다. 즉, 로에지벨트, 특히 타이밍벨트에서 인장코드(b)가 직접 톱니형상폴리와 접촉할 수 있는 타이밍벨트에서 그 보호를 위한 조성물은 대단히 중요하다.

따라서, 제8a도 및 제8b도에 나타낸 바와같이, 인장코드(b)를 보호하기 위한 톱니기부(c)에서 엘라스토머층(d)의 구성을 제안하였으며, 실용화되었다(예로서, 일본국 실용공보소 58-38187 공보참조).

그러나, 제8a도와 제8b도에 나타낸 바와같이 구성된 타이밍벨트(a)에서 홈이파진 가는 요부(dimpledstrlae)(e)가 제조공정중에서 인장코드(b)를 엘라스토머층(d)으로 매입시키기 위하여 내부다이의 상면에 구성된 립(rib)(도시생략)의 흔적(impression)으로써 엘라스토머층(d) 상에 남는다.

따라서, 어떤 상태에서 이들의 요부(e)에 응력을 집중시킴으로써 균열이 발생되는 문제점이 있다.

반면에, 엘라스토머재료의 매트릭스에 강도가 높은 짧은 섬유를 서로 혼입시킨 벨트에 대해서는 톱니부를 보강시켜 균열이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 구성된 전동벨트로서, 일본국특공소 55-182441호에 기재되어 있다.

더 나아가서, 짧은 섬유로 서로 혼입시킨 엘라스토머재료의 매트릭스에서도 그 요부(e)는 제8a도 또는제8b도에 나타낸 톱니기부(base) 표면상에 존재한다. 그 이유는 그 상면(top faces)의 립(rib)은 그 제조공정상에서 처리하는데 필요로하여 기본적으로 해결해야하는 상기 문제가 남아있다.

또, 그 부직포층은 그 타이밍벨트 표면가까이에서 쉽게 형성할 수 있으나 이 경우 위에서 설명한 엘라스토머재료의 불침투처리(non-permeation-proof treatment)는 부직포층에서 필요로하기 때문에 실용적인면에서 사용할 수 없다.

상기 코크벨트의 경우에는, 그 인장코도(b)를 보호하는 위 조성물을 특히 필요로 하지 않는다. 그 이유는 타이밍벨트에서와 같은 다수의 문제점이 없기 때문이다.

내측압력(strength antiside pressure)의 향상은 그 벨트의 전동능력(power transmittability)의 향상, 특히 소형경량의 전동장치용으로 필요성이 크다.

따라서, 이 발명의 목적은 위에서 열거한 문제점을 감안하여, 인장코드가 톱니기부(tooth bases)에 노출됨이 없이 벨트본체내에 완전하게 매합되어 그 어떤 사용상태하에서도 충분한 내구강도를 발휘할 수 있고, 그 로에지 벨트(raw edge belt)에 대해서도 용이하게 제조할 수 있는 전동벨트와 그 제조방법을 제공하는데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여, 이 발명의 전동벨트는 그 톱니부가 그 내부원주상에서 블록형상으로 형성되고 그 톱니부사이에 톱니저부가 형성되는 엘라스토머재료 매트릭스로된 이음매 없는 벨트본체로 구성되어있다.

그리고, 그 인장코드는 벨트본체를 보강하기 위하여 그 벨트본체의 톱니부 내측에 그리고 톱니저부에 따라 길이방향으로 연속해서 매입되어 있다. 그 벨트본체에는 강도가 높은 섬유로된 부직포가 벨트내주면과 인장코드사이에 매입되어 있다. 그 부직포는 그 톱니저부에 엘라스토머매트릭스 힘침 압축층을 형성하여 보호할 수 있는 인장코드를 커버한다 그리고 그 톱니부 내측에는 톱니부의 전단강도를 강화할 수 있는 그 압축층과 연속하는 부직포가 비가압 확산상태로 분산되어 있다.

이 발명의 전동벨트의 제조에 있어서 가압이 없는 상태에서 전동벨트 성형몰드의 내부다이 상면을 부직포로 커버한 다음 그 부직포를 압축하는 내부다이의 외부원통 형상면에 따라 그 부직포상에 인장코드를 나선상으로 감아 그 상면에서 그 부직포가 소정의 두께가 형성되도록 압축한다.

그다음 그 내부다이를 외부 다이내에 설정시켜 벨트본체 성형용 엘라스토머재료를 이들의 다이내에 주입하여 경화시켜 그 다이를 탈형하여 얻어진 원통형상 성형체를 소정의 폭으로 링형상의 절달을 한다.

이 발명에 의한 전동벨트는 엘라스토머 매트릭스(elestomer matrix)로 구성된 벨트본체(belt body)와, 인장코드(tensile cords)와, 특히 압축강도하에 있는 이 부직포의 변형특성을 이용하는 니들 펀치(needlepunching) 부직포로 구성되어 있다.

이 발명의 실시예의 전동벨트(A)에서 그 일부단면은 이음매없이 형성된 타이밍벨트와 코그벨트에 대응되는 제1a도와 제1b도에 나타내며, 여기서 다수의 톱니부(1b)는볼록하게 형성되고 다수의 톱니저부(toothbottoms)(la)는 벨트본체(1)의 매트릭스가 엘라스토머로 구성된 벨트본체(1)의 내주면에 형성되어 있다.

위 벨트본체(1)에는 인장코드(tensile cords)(2)가 톱니저부(1a)의 표면의 소정깊이에서 길이방향으로 형성되어 매립되며, 그 인장코드(2)가 형성되는 주면은 그 벨트본체(1)의 피치라인으로 형성된다.

그 벨트본체(1)의 톱니저부(1a)에는 엘라스토머 매트릭스 함침 부직포(3)로 된 압축부직포층(3a)이 설정되어 있어 인장코드(2)를 완전히 커버한다.

여기서 그 부직포(3)는 강도가 강한 섬유(3b)로 구성되어 있다. 그 인장코드(2)는 그 벨트본체(1)의 톱니저부(1a)에서 엘라스트머 매트릭스함침 압축 부직포층(3a)으로 완전하게 커버되어 있기 때문에, 타이밍벨트의 경우 톱니상풀리와의 접촉과 마모를 완전히 보호받을 수 있고, 그 코그벨트의 경우 측압력을 보강한다.

또, 그 벨트본체(1)의 톱니부(1b)내측은 실질적으로 엘라스토머 메르릭스로 구성되어 있으나, 위 부직포층(3a)과 연속되는 부직포(3)의 섬유(3b)가 편향됨이 없이(nobias) 비가압 확산상태로 분산되어 있다.

따라서, 이 부직포의 섬유(3b)는 톱니부(1b) 엘라스토머의 보강섬유적기능을 발휘하여 톱니부(1b)의 전단강도를 향상시킨다. 또, 톱니저부(1a)의 엘라스토머재료함침 부직포층(3a)이 인장코드(2)에 의하여 그부직포(3)를 압축함으로 압축압력을 조절시킴으로써 임의의 층두께로 조절할 수 있다.

즉, 톱니저부(1a)표면과 인장코드 사이의 PLD(pitch line difference : 피치라인 편차)도 임의로 조절할수 있다. 그 다음으로 제2도, 제3도 및 제4도에 나타낸 바와같이, 전동벨트성형다이(7)는 원통형상 내부다이(4)와 원통형상외부다이(6)로 구성되어 있다. 그 내부다이(4)의 외측원통형상 주연은 축방향의 톱니형상으로 형성되어 있고, 그 톱니형성 형성면(5)에는 다수의 요홈(5b)이 그 전동벨트의 톱니부(1b)를 형성하도록 하며 다수의 상면(top face)(5a)은 그 톱니저부를 형성하도록 한다. 그 외부다이(6)의 내주면은 원통형상면으로 정밀하게 형성되어 있어 그 내부다이(4)의 상면(5a)과 소정의 간극을 두고 결착되어 있다.

그리고, 그 제조공정에 있어서, 제2도에서와 같이 벌키 부직포(buliy nonwoven fabric)(3)는 그 내부다이(4)의 톱니형상면(5)상에서 압축함이 없이 커버되어 있으며, 그 다음으로 제3도에서와 같이 그 인장코드(2)가 그 톱니저부(1b)에서 그 톱니형상면(5)에 따라 나선상으로 감아 소정의 두께(H)로 되게 그 부직포를압축한다. 이때, 그 부직포(3)는 가압함이 없이 벌키상태로 유지하면서 인장코드(2)에 의해 가압시켜 내부다이(4)의 요홈(5b)내에 들어가게 한다.

따라서, 그 벌키 부직포(3)는 내부다이(4)의 상면(5a)상에서 압축되어, 그 요홈(5b)내에서 비압축된 부드러운 상태("softly")로 분산된다(부드러운 상태=감촉이 좋은 상태).

또, 이때 압축부직포층(3a)은 인장코드(2)에 의해 압축되어 층두께(H))가 감소되나, 도시에 내부다이(4)와 인장코드(2)를 분리하여 간격을 둔 스페이서(spacer)로서 작용을 한다.

위에서와 같은 내부다이(4)은 제4도에서와 같이 외부다이(6)내에 삽입되어 성형다이(7)를 조립한다음 주입 포오토(injecting port)(8)에서 점도가 낮은 액상엘라스토머재료를 주입한다. 주입하면, 이 엘라스토머재료는 그 성형다이(7)의 간극(gap)에서 압축 또는 비압축 부직포(3)에 침투하여 그 상면(5a)의 형상과 내부다이(4)의 요홈(5b)에 따라 정확한 톱니형상이 형성된다.

그리고 그 엘라스토머가 경화된 후 그 성형다이(7)를 탈형하여 전동벨트의 원통형상 성형체가 얻어진다. 앞서 설명한 전동벨트(A)는 통상의 방법에 의해 링형상으로 절단시켜 얻어진다.

다음으로 본 발명의 제조공정의 실시예를 아래에 설명한다.

[실시예 1]

단위중량 70gr/m², 무가압하에서의 총두께 1mm의 폴리에스테르 벌키 부직포(3)를 니들펀치에 의해 형성시켰으며 접착처리를 하지 않았다. 그 부직포(3)를, 직경이 약 155mm인 타이밍벨브성형용 내부다이(4)의 외주면에 압력이 가하여지지 않도록 하여 부드러운 상태에서 커버하였다. 그 다음으로 그 위에 방향족 폴리아미드로 된 연장코드(tensile cord)(외경 0.4mm)(2)(Dupon Co. 제품, 상품명 "Kevlar")를 부직포(3)가톱니저부(1a)를 성형하는 내부다이(4)의 상면(5a)에서 두께(H)가 0.1mm로 되도록 일정한 장력을 가하여나선상으로 감았다. 이때 이 공정에서, 그 부직포(3)는, 제3도에서와 같이 그 상면(5a)에서 두께가 0.1mm로 압축되어 요홈(5b)에서는 길이 1.2mm의 홈내에서의 부드럽게 압입된 상태로 되었다.

그 다음으로, 이 내부다이(4)를 외부다이(6)에 넣은 다음 아래에 기재된 바와같이 배합된 액상폴리우레탄수지를 통상의 방법에 의해 진공하에 주입하여 타이밍벨트의 원통형상 성형체를 성형하였다.

프레폴리머…100중량부, 경화제(3,3'-디클로로-4,4'-아미노디페닐메탄)13중량부, 가소제 디-(2-에틸헥실)세바케이트(DOS) 10중량부, 착색제 0.5중량부, 그 다음으로 그 원통형상성형체를 링형상으로 전달시켜 폭 6mm, 원둘레 길이 486mm, 톱니 피치 3mm를 가진 링형상 타이밍 벨트를 다수 절단하였다. 이 타이밍벨트는 그 톱니저부(1a)에서 압축 부직포층(3a)이 그 폴리우레탄 매트릭스를 함침시켜 성형하여 그 인장코드(2)를 완전커버하도록 구성하였다. 또 그 부직포(3)를 구성하는 단섬유(3b)는 그 액상 원료로 주입할때 난류의 영향에 의해 일부 분해되어 톱니부(1b)의 엘라스토머 매트릭스 내부에서 균열분산상으로(evenly diffusedly) 확산되었다.

[실시예 2]

실시예 1에서와 동일한 부직포(3)를 직경이 약 155mm인 코그벨트 성형용 내부다이(4)의 외주에 가압하지 않도록하여 보드럽게 감아, 그위에 폴리에스테르로 된 직경 0.5mm의 인장코드(2)를, 위 부직포(3)가 내부다이(4)의 상면(5a)에서 두께(H)가 0.1mm로 되도록 일정한 장력을 가하여 나선상으로 감았다.

이때 이 공정에서 그 부직포(3)는 제3도에서와 같이 그 상면(5a)상에서 두께 0.1mm로 되게 압축하였으며 길이가 1.2mm인 요홈내에 부드럽게 압입된 상태로 하였다.

그 다음으로, 이 내부다이(4)를 그 외부다이(6)에 넣고 실시예 1에서와 동일하게 배합한 액상폴리우레탄수지를 통상의 방법으로 진공하에서 주입하였다.

그다음 코크벨트 원통형상성형체를 성형하였다.

그 코그벨트 원통형상성형체를 링형상으로 절단시킴으로써 폭 6mm, 원주 486mm의 코그벨트를 다수 절단시켰다. 이 코크벨트는 톱니면형상이 다른것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 구조를 가졌다.

[실시예의 성능시험]

다음으로, 실시예 1 및 2에서 성형한 벨트의 성능실험 결과를 아래에 나타낸다.

실시예 1에서 제조한 타이밍 벨트에서 무작위로 선택한 3개의 샘플의 톱니부 전단력(kgf/1톱니)를 제5도에 나타낸 전단시험장치에 의해 측정하여 다음 표1에 나타낸 결과를 얻었다.

제5도에 나타낸 그 시험장치(10)는 치구(齒溝)(tooth groove)와 결착한 클로(claw)(11)와 간격유지를(12)사이에 톱니형상전동벨트(A)를 끼워 그 전동벨트(A)를 도면에서 화살표방향 P로 인장시킴과 동시에그 간격유지를 (12)을 도면에서 화살표 방향 Q로 회전시켜 톱니형상 전동벨트(A)의 전단력을 측정하였다.

[표 1]

위 표1에서 샘플벨트 실시예 1은 실시예 1에서 제조된 로에지(raw edge)타입의 타이밍벨트이며, 샘플벨트 비교예 1은 제8a도에 나타낸 종래의 방법으로 제조된 로에지 타입의 타이밍벨트로, 실시예 1에서와 같은 동일한 형상 및 크기를 갖도록 성형되며, 샘플벨트 비교예 2는 클로로프렌러버로 형성된 톱니부 표면피복 섬유층을 가진 타이밍벨트로 실시예 1에서와 같이 성형된 것이다.

위 표1에서와 같이, 이 발명에 의해 얻어진 로에지타입벨트는 전단응력에 있어서, 피복표면 섬유층을 가진 종래의 벨트와 동일함을 확인하였다.

그 다음으로, 이 발명의 실시예 1의 타이밍벨트를 제6a도에서와 같이 톱니수 20의 구동풀리(14)와 톱니수 38의 종동풀리(15)에 걸어 종동풀리(15)의 부하를 950w로 하고 구동풀리(14)를 10,000rpm으로 회전시켜 실제 구동상태하에서의 수명을 테스트하였다(내용시험 : 耐用試驗).

그 결과 표2에 나타낸다.

[표 2]

위 표2에서 샘플벨트 비교에 1 및 2는 위에서와 같이 타이밍벨트이다. 위 표2에서는 위의 전단력에서와 같이 주행성능에서도 우수함을 나타낸다.

그 다음으로, 실시예 2의 코그벨트에서 임의로 선택한 3개의 샘플에 대하여 제6B도에서와 같이 직경 20mm의 구동풀리(14)와 직경 40mm의 중동풀리에 걸어 종동풀리(15)의 부하를 160W로 하고 구동풀리(14)를 500rpm으로 회전시켜 통상의 수명을 시험하였다(내용시험).

그 결과를 표3에 나타낸다.

[표 3]

위 표에서, 샘플벨트 비교예 1은 실시예 2와 동일형인 종래의 통상의 방법에 의해 얻어진 로에지 코그벨트이다 이 표에서는 이 발명에 의해 얻어진 코그벨트가 종래의 코그벨트보다 우수함을 나타낸다.

위에서 설명한 바와같은 이 발명에 있어서 그 톱니형상면의 피복면 섬유층을 구성하지 아니한 로에지 벨트에 있어서도 인장코드(2)는 엘라스토머재료함침 가압부직포층으로 완전히 피복되어, 그 부직포는 톱니부(1b)를 형성하는 엘라스토머 재료에 보강섬유로서 혼재하여 있어 그 인장코드의 파손과 절단을 확신하게방지할 수 있다. 이 코그벨트에서 그 톱니부의 전단강도와 마찰 전동 V형 벨트에서는 내측압력이 현저하게향상된다. 따라서, 이 발명에 의해 로에지 타이프의 전동벨트를 사용하는 소형전동장치에서 전동벨트의 보수관리의 작업을 크게 절약할 수 있다.

이 발명의 제조방법에 의해, 그 전동벨트에 매입시킨 인장코드의 PLD를 또 다른 새로운 장치없이 선택적으로 조절할 수 있으며, 강인한 전동벨트를 용이하게 성형할 수 있다. 그 외의 효과로서, 그 부직포의 밀도를 톱니상부쪽으로 갈수록 낮게하고 톱니저부 쪽으로 갈수록 높게함으로써 그 전동벨트의 강성효과를 내는 톱니형상면의 응력분포를 이상적으로 할 수 있다.

Claims (5)

1. 엘라스토머재료(elastomer material)로 구성되고 내측원주(innercircumference)에 따라 일정한 길이방향 간격으로 볼루록하게 형성된 다수의 톱니부(tooth parts)와 이들의 톱니부사이에 형성된 다수의 톱니저부(tooth bottoms)를 가진 이음매없는 벨트본체(endless belt body)와, 그 벨트본체의 피치라인(pitchline)에 따라 그 톱니저부표면의 소정의 깊이에서 길이방향으로 형성되는 벨트본체에 매입된(embedded)인장코드(tensile cords)와, 고강도 섬유로 구성되고 그 벨트 본체내에 매입시켜 그 톱니저부면 바로 아래에서 인장코드를 피복하는 톱니저부에서 엘라스토머재로 함침가압층이 형성되고 그 톱니부내측에서 그 압축층과 길이방향으로 연속하여 비가압 확산상태로 분산시켜 배치한 부직포를 구성함을 특징으로 하는 전동벨트.
2. 제1항에 있어서, 그 벨트는 로에지타입(raw dege dype)의 벨트임을 특징으로 하는 위 전동벨트.
3. 제1항에 있어서, 그 벨트는 타이밍벨트(tlnnng belt)임을 특징으로 하는 위 전동벨트.
4. 제1항에 있어서, 그 벨트는 코그벨트(cog belt)입을 특징으로 하는 위 전동벨트.
5. 원통형상 내부다이(cylindrical internal die)를 구성시켜 그 다이의 외부 원통형상 원주에는 벨트본체의 톱니저부를 형성하는 다수의 상면(top faces)와 그 톱니부를 형성하는 다수의 요홈으로 구성되게 축방향으로 동일한 톱니형상을 형성하며, 원통형상 외부다이(cylindrical external die)를 구성시켜 그 다이의 내부원주(inner periphery)에는 그 내부다이의 외부원주 상면과 일정한 간극(gap)를 두고 결착하는 성형다이(forming dies)를 사용하여 전동벨트를 제조하는 방법에 있어서, 그 내부다이의 외부원통형상면을 무가압상태의 벌키 부직포(bulky non woven fabricunder no pressure)로 커버하는 공정과, 그 내부다이의 외부원통형상면에 따라 그 부직포상에서 나선상으로 인장코드를 감아 그 상면(top faces)상에서 소정두께가 되도록 그 부직포를 압축시키는 공정과, 그 내부다이를 외부다이에 넣고 성형다이를 조립하는 공정과, 그 내부다이와 외부다이 사이의 간극(gap)으로 그 벨트본체 성형용 엘라스토머재료를 주입시켜 그 엘라스토머재료를 경화시켜 원통형상성형체를 형성시키는 공정과, 그 성형다이를 탈형시켜 얻어진 원통형상성형체를 소정의 폭으로 링형상절단을 하는 공정으로 구성함을 특징으로 하는 전동벨트의 제조방법.

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