CN115667760B - 齿形带 - Google Patents

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Abstract

齿形带(B)包括由弹性体制成的带主体(11)和由碳纤维制成的芯线(12)，该芯线(12)设置为埋设在带主体中并且形成在带宽方向上具有间距的螺旋，带主体(11)具有平带部和多个齿部，该平带部的剖面呈横向长的矩形，多个该齿部与该平带部一体地设置在该平带部的内周侧。当带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上，并且齿形带与齿形带轮之间的齿隙量为0.10mm以上且0.75mm以下，所述带主体的硬度按照日本工业标准JIS K6253硬度计A型为89°以上，表面动摩擦系数为1.5以下。

Description

齿形带
技术领域
本发明涉及一种齿形带。
背景技术
使用了由碳纤维制成的芯线的齿形带已为众人所知。例如，在专利文献1中公开了在橡胶带主体中埋设有由碳纤维制成的芯线的齿形带。
专利文献1：日本公开专利公报特开2005－24075号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
本发明的目的在于：提供一种定位精度良好的齿形带。
－用于解决技术问题的技术方案－
本发明以一种齿形带为对象，所述齿形带包括带主体和芯线，所述带主体由弹性体制成，所述芯线由碳纤维制成，所述芯线设置为埋设在所述带主体中并且形成在带宽方向上具有间距的螺旋，所述带主体具有平带部和多个齿部，所述平带部的剖面呈横向长的矩形，多个所述齿部与该平带部一体地设置在该平带部的内周侧，当带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上，并且所述齿形带与齿形带轮之间的齿隙量为0.10mm以上且0.75mm以下，所述带主体的硬度按照日本工业标准JIS K 6253硬度计A型为89°以上，表面动摩擦系数为1.5以下。
所述带主体优选由热固性弹性体形成，更优选由热固性聚氨酯树脂形成。
制成所述芯线的碳纤维的长丝总根数优选为6000根以上且48000根以下。
所述芯线优选为将碳纤维的长丝束朝着一个方向加捻而得到的单捻线。
由所述单捻线制成的芯线，每10cm长度的捻度优选为4捻/10cm以上且12捻/10cm以下。
多个所述齿部的间距优选为8mm以上且14mm以下。
－发明的效果－
根据本发明，带张力T0.2为70N/mm以上并且齿形带与齿形带轮之间的齿隙量为0.10mm以上且0.75mm以下，带主体的硬度按照日本工业标准JIS K6253硬度计A型为89°以上，表面动摩擦系数为1.5以下，因此能够得到偏移量小且定位精度良好的齿形带。
附图说明
图1A是实施方式所涉及的齿形带的一段的立体图；
图1B是实施方式所涉及的齿形带的一部分的纵剖视图；
图2是示出带拉伸试验机的结构的图；
图3A是实施方式所涉及的齿形带的制造方法的第一说明图；
图3B是实施方式所涉及的齿形带的制造方法的第二说明图；
图3C是实施方式所涉及的齿形带的制造方法的第三说明图；
图4是带偏移量测量试验机的带轮布局图；
图5是示出驱动带轮和从动带轮的局部放大主视图；
图6是动摩擦系数变化试验机的带轮布局图；
图7是示出实施例和比较例1～5的齿形带的结构的表。
具体实施方式
下面，参照附图对实施方式进行详细说明。
图1A和图1B示出实施方式所涉及的齿形带B。实施方式所涉及的齿形带B是啮合齿形带，适用于机床、印刷机、纺织机、注塑成型机等的高负荷传动用途。实施方式所涉及的齿形带B的带长例如为500mm以上且3000mm以下。带宽例如为10mm以上且200mm以下。带厚(最大)例如为3mm以上且20mm以下。
实施方式所涉及的齿形带B包括齿形带主体11，该齿形带主体11呈环形，并由聚氨酯树脂所形成的弹性体制成。齿形带主体11具有平带部111和多个齿部112，该平带部111的剖面呈横向长的矩形，该多个齿部112与该平带部111一体地设置在该平带部111的内周侧。多个齿部112在带长方向上以固定间距隔开间隔而设。
作为齿部112的侧视时的齿形，例如能够列举出两侧朝外侧呈圆弧状鼓出的STS齿形或梯形齿形等。齿部112的齿数例如为30个以上且400个以下。齿宽(在带长方向上的最大尺寸)例如为2mm以上且10mm以下。齿高例如为2mm以上且8mm以下。布置间距例如为8mm以上且14mm以下。
形成齿形带主体11的材料优选为热固性弹性体。更优选为热固性聚氨酯树脂。该聚氨酯树脂是由聚氨酯组合物经过加热和加压而固化得到的，该聚氨酯组合物是通过在聚氨酯预聚物中添加固化剂、增塑剂等添加剂而形成的。
聚氨酯预聚物是由异氰酸酯成分与多元醇成分进行反应而得到的、在末端具有多个异氰酸酯基(NCO)的、分子量相对较低的聚氨酯化合物。作为异氰酸酯成分，例如能够列举出甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)等。作为多元醇成分，例如能够列举出聚四亚甲基醚二醇(PTMG)等。聚氨酯预聚物可以由单一的聚氨酯化合物构成，也可以由多种聚氨酯化合物混合而成。
作为固化剂，例如能够列举出1,4－苯二胺、2，6－二氨基甲苯、1,5－萘二胺、4,4’－二氨基二苯甲烷、3,3’－二氯－4,4’－二氨基二苯甲烷(MOCA)等胺化合物等。固化剂优选含有这些化合物中的一种或两种以上。作为胺化合物的固化剂，优选按照以下所述添加：使固化剂中的NH2基的摩尔数与聚氨酯预聚物中的NCO基的摩尔数之比，即α值(NH2基/NCO基)为0.70以上且1.10以下。
作为增塑剂，例如能够列举出邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)等邻苯二甲酸二烷基酯；己二酸二辛酯(DOA)等己二酸二烷基酯；癸二酸二辛酯(DOS)等癸二酸二烷基酯等。增塑剂优选含有这些化合物中的一种或两种以上。增塑剂的添加量例如为：相对于100质量份的聚氨酯预聚物，增塑剂为3质量份以上且20质量份以下。
需要说明的是，作为其他添加剂，例如能够列举出着色剂、消泡剂、稳定剂等。
形成齿形带主体11的聚氨酯树脂的硬度为89°以上且100°以下。该聚氨酯树脂的硬度是按照日本工业标准JIS K 6253硬度计A型测量的，也可以从带主体侧面部来测量。此时，带宽为10mm以上。
实施方式所涉及的齿形带B包括芯线12，该芯线12由碳纤维制成，并埋设在齿形带主体11的平带部111中。从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，芯线12的外径优选为0.6mm以上且2.2mm以下，更优选为0.8mm以上且1.2mm以下。
从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，制成芯线12的碳纤维优选为聚丙烯腈(PAN)基碳纤维。从同样的观点出发，碳纤维的长丝直径优选为4μm以上且9μm以下，更优选为6μm以上且8μm以下。
从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，制成芯线12的碳纤维的长丝总根数优选为6000根(6K)以上且48000根(48K)以下，更优选为9000根(9K)以上且18000根(18K)以下，进一步优选为12000根(12K)。从同样的观点出发，制成芯线12的碳纤维的细度优选为400tex以上且3200tex以下，更优选为600tex以上且1200tex以下，进一步优选为800tex。
从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，芯线12优选为捻线。作为制成芯线12的捻线，能够列举出单捻线、合股线和同向捻线(lang's lay)。从同样的观点出发，由捻线制成的芯线12优选为将碳纤维的长丝束朝着一个方向加捻而得到的单捻线。从同样的观点出发，由单捻线制成的芯线12的捻度优选为4捻/10cm以上且12捻/10cm以下，更优选为6捻/10cm以上且10捻/10cm以下。由单捻线制成的芯线12，既可以使用S捻线，也可以使用Z捻线，还可以使用这两者。
芯线12设置为形成在带宽方向上具有间距的螺旋。芯线12也可以设置为由S捻线和Z捻线这两根制成，且由这两根捻线形成双螺旋。芯线12布置成在带宽方向上隔开间隔地并列延伸，此时，从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，每10mm带宽上的芯线12的根数优选为6根/10mm以上且10根/10mm以下，更优选为7根/10mm以上且9根/10mm以下。
优选对芯线12实施粘接处理，例如在成型前预先浸泡在液态粘接剂中，然后使其干燥等。
实施方式所涉及的齿形带B包括无纺布13，该无纺布13沿着带长方向被埋设在齿形带主体11中的、比芯线12在带厚方向上的埋设位置靠内周侧的部分。无纺布13可以由一片构成，也可以由多片构成。
无纺布13中含有形成齿形带主体11的聚氨酯树脂，并设置为侧视时形成层。无纺布13的与齿部112相对应的部分以侧视时朝内周侧鼓出的方式进入到齿部112中，并在带厚方向上扩展得较厚。无纺布13的与齿部112之间相对应的部分与芯线12相接触，并在带厚方向上被压缩得较薄。
作为制成无纺布13的纤维材料，例如能够列举出尼龙纤维、聚酯纤维、芳纶纤维、聚酮纤维、碳纤维等。无纺布13可以由单种纤维制成，也可以由多种纤维制成。
优选对无纺布13实施粘接处理，例如在成型前预先浸泡在液态粘接剂中，然后使其干燥等。
实施方式所涉及的齿形带B，当带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上。从获得高负荷传动下的优异的耐久性的观点出发，该带张力T0.2优选为80N/mm以上，更优选为90N/mm以上。从避免弯曲刚性变高而抗弯疲劳性能遭受破坏的观点出发，带张力T0.2优选为140N/mm以下，更优选为120N/mm以下。
当实施方式所涉及的齿形带B与相对应的齿形带轮完全啮合时，齿形带B与齿形带轮之间的齿隙量为0.10mm～0.75mm。也就是说，只要不是在过大或者过小的范围内，则偏移量就是合适的。另外，齿形带B的表面动摩擦系数为1.5以下。因为如果表面动摩擦系数过高，齿就会变形。
此处，这些带张力T0.2按照以下所述求出。
首先，在25℃的环境下，如图2所示，将实施方式所涉及的齿形带B卷绕在带拉伸试验机20的带轮直径为95.4mm的一对平带轮21上，该齿形带B的背面与该一对平带轮接触。
接下来，使一个平带轮21以50mm/分的速度远离另一个平带轮21。此时，记录下一对平带轮21间的位移与经由一对平带轮21中的任一者检测的张力之间的关系。
接着，将一对平带轮21间的位移乘以2倍来计算出带伸长量，用该带伸长量除以实施方式所涉及的齿形带B在无负荷状态下的带长，由此将一对平带轮21间的位移换算成带伸长率。另外，用检测到的张力除以2来计算带张力，并用该带张力除以实施方式所涉及的齿形带B的带宽，由此将检测的张力换算成每1mm带宽的带张力。
然后，根据这些带伸长率与带张力之间的关系进行零点校正，以便使每1mm带宽的带张力为50N的点成为起点，然后求出带张力T0.2。
根据上述结构的实施方式所涉及的齿形带B，由于带张力T0.2为70N/mm以上，因此弹性模量大，节线不易偏移；由于带主体的硬度按照JIS K 6253硬度计A型为89°以上，因此不会过于柔软；由于表面动摩擦系数为1.5以下，因此会适当地滑动；在此基础上，齿形带B与齿形带轮之间的齿隙量为0.10mm以上且0.75mm以下，因此定位精度极高。
接下来，对实施方式所涉及的齿形带B的制造方法进行说明。
首先，如图3A所示，将无纺布13覆盖在圆柱状的内模具31上，并从其上方将芯线12卷绕成螺旋状。此时，剖面呈与齿部112相对应的形状的、沿轴向延伸的凹槽32在周向上隔开间隔并以固定间距设置在内模具31的外周，并且在各凹槽32间构成有沿轴向延伸的突条33。因此，无纺布13和芯线12设置为由突条33支承它们。
接下来，如图3B所示，将内模具31收纳在圆筒状的外模具34中。此时，在内模具31与外模具34之间构成有齿形带主体成型用的空腔C。
然后，如图3C所示，将在聚氨酯预聚物中添加了添加剂而得到的液态聚氨酯组合物注入并填充到密闭的空腔C中，并且进行加热。此时，聚氨酯组合物流动并固化，由此形成由聚氨酯树脂制成的齿形带主体11。另外，在凹槽32中形成齿部112。芯线12与该齿形带主体11粘接并被埋设于该齿形带主体11中。此外，随着聚氨酯组合物浸渍并固化，无纺布13与齿形带主体11粘接并被埋设于齿形带主体11中。如上所述，齿形带主体11、芯线12和无纺布13一体化而成型为圆筒状的带坯S。
最后，将带坯S从内模具31和外模具34脱模，并将其切成环状，由此得到实施方式所涉及的齿形带B。
需要说明的是，在上述实施方式中，齿形带B由齿形带主体11、芯线12和无纺布13构成，但并不特别限定于此，也可以在齿形带主体的内周侧的齿部侧表面、和/或齿形带主体的外周侧的背面设置加强布。
在上述实施方式中，齿形带B的齿形带主体由聚氨酯树脂形成，但并不特别限定于此，齿形带主体也可以由交联橡胶组合物形成。
【实施例】
(齿形带)
制作了实施例和比较例1～5的齿形带。在图5中示出了这些齿形带各自的结构。
＜实施例＞
以结构与上述实施方式相同的STS齿形的齿形带作为实施例。
实施例的齿形带的带长为800mm，带宽为10mm，带厚(最大)为4.8mm。齿部为ISO13050:2014(E)中规定的S8M，齿部的布置间距为8mm。
作为用于形成齿形带主体的聚氨酯组合物，使用了以下聚氨酯组合物：在该聚氨酯组合物中，相对于100质量份的聚氨酯预聚物，添加13质量份的作为固化剂的3,3’－二氯－4,4’－二氨基二苯甲烷、以及10质量份的作为增塑剂的邻苯二甲酸二辛酯。形成齿形带主体的聚氨酯树脂按照日本工业标准JIS K7312测得的JIS-A硬度为92°。
作为芯线，使用了将长丝根数为12000根的碳纤维(Tenax-J UTS50 F22日本帝人公司制造、12K、800tex、长丝直径：7.0μm)的长丝束以每10cm长度的捻度为6捻/10cm的方式朝着一个方向加捻而得到。由单捻线制成芯线时，准备S捻线和Z捻线，并对这些捻线实施粘接处理，在该粘接处理中，在将这些捻线浸渍在粘接剂中后使其干燥。由为S捻线和Z捻线的单捻线制成的芯线被设置成它们在带宽方向上交替排列而形成双螺旋。芯线的每10mm带宽上的根数为8根。芯线的外径为0.9mm。
作为无纺布，使用通过针刺法在无加压下制成的尼龙纤维制的无纺布。没有对无纺布实施粘接处理。需要说明的是，所谓的针刺法是指如下所述的方法：对纤维方向已在某种程度上排列整齐的纤维网，反复地将带钩的多根针垂直刺入、抽出，从而使纤维网中的纤维彼此缠结在一起，使其呈片(sheet)状。
(带偏移量测量试验方式)
图4示出带偏移量测量试验机40的带轮布局。该带偏移量测量试验机40具有驱动带轮41和从动带轮42，该驱动带轮41的齿数为24，该从动带轮42设置在驱动带轮41的右侧，齿数也为24。从动带轮42构成为能够左右移动从而能够负荷轴载荷，并且构成为也能够负荷负荷转矩。
实施例和比较例1～5各自的齿形带B，在室温环境下，将该各自的齿形带B卷绕在驱动带轮41与从动带轮42之间。带尺寸为：带长为800mm、带宽为10mm、布置间距为8mm，转速为1800rpm。对从动带轮42施加300N的固定轴载荷(SW)从而对齿形带B赋予张力，并且对从动带轮42施加10N·m的负荷转矩。在该状态下，使驱动带轮41以1800rpm的转速旋转。使驱动轴马达正转(顺时针)转10圈，再反转(逆时针)转10圈，并测量了当驱动轴马达回到原来的位置时的、从动轴的偏移角度，从而计算了带偏移量。
(齿隙测量方法)
对从动带轮42施加441N(45kgf)的静载荷DW而不施加负荷转矩，带尺寸与图4相同，带长为800mm、带宽为10mm、布置间距为8mm，在室温下带静止时进行了测量。图5示出驱动带轮41和从动带轮42的局部放大图。
对于实施例和比较例1～5各自的齿形带B，在室温环境下，将该各自的齿形带B卷绕在驱动带轮41与从动带轮42之间。以手动的方式使主动轮41转3圈，并测量了从动带轮42的啮合齿数、以及第6齿的齿隙。关于测量位置，对齿高度的1/2的位置进行了测量。在左右都有齿隙的情况下，采用了左右之中较大的数值。并以r＝3的平均值作为该带与带轮之间的齿隙。
(动摩擦系数变化测量方法)
图6示出齿形带B的动摩擦系数测量装置60的结构。
该动摩擦系数测量装置60由测力传感器61和平带轮62构成，该测力传感器61安装、固定在纵壁上，该平带轮62设置在该测力传感器61的侧面。平带轮的材质为304不锈钢(SUS304)，表面粗糙度为6.3S以下。
对于实施例1和比较例1～5各自的齿形带B，切出长度为600mm、宽度为10mm的长条状的试验片，将该试验片的一端固定于测力传感器61并且使该试验片沿水平方向延伸，以该试验片的齿顶与平带轮62相接触的方式将该试验片卷绕在直径为60mm的平带轮62上，在该试验片的另一端悬挂1.75kg的配重63，从而施加17.2N的载荷。在该状态下，使平带轮62以42rpm的转速朝着拉拽测力传感器61的方向旋转。读取从旋转开始30秒后的测力传感器值，并计算出动摩擦系数μ’。需要说明的是，动摩擦系数μ’是根据下式计算出的。计算了r＝3的平均值。T1是测力传感器61的测量值，表示张紧侧张力。T2是配重63的载荷，表示松弛侧张力。
【公式1】
μ’＝ln(T1/T2)/(π/2)
T1：由测力传感器测量的带的张力
T2：由配重产生的张力
(试验结果)
在图5中示出试验结果。实施例的齿形带的带张力T0.2为100N/mm。齿形带与齿形带轮之间的齿隙量为0.16mm。表面动摩擦系数为0.65，偏移量为0.72mm。
＜比较例1＞
比较例1的齿形带，带张力T0.2较低，为50N/mm，齿隙量为0.1mm，除此以外，其他方面都与实施例相同。
比较例1的齿形带的偏移量为1.56mm。因此可知，比较例1的齿形带的弹性模量过低，带伸长而偏移量变大，定位精度差。
＜比较例2＞
比较例2的齿形带，齿隙量较小，为0.08mm，除此以外，其他方面都与实施例相同。
可以看出，比较例2的齿形带的偏移量极大，为4.21mm。由此可知，如果齿隙量过小，则带不与带轮相啮合而是越到带轮之上。
＜比较例3＞
比较例3的齿形带，齿隙量较大，为0.65mm，除此以外，其他方面都与实施例相同。
如果像比较例3的齿形带那样齿隙量过大，则偏移量变大，为1.35，定位精度变差。
＜比较例4＞
比较例4的齿形带，橡胶硬度较低，为87，除此以外，其他方面都与实施例相同。
可知，如果像比较例4的齿形带那样橡胶硬度过低，则齿会发生变形，定位精度会变差。
＜比较例5＞
比较例5的齿形带，表面动摩擦系数较高，为1.65，除此以外，其他方面都与实施例相同。
可知，如果像比较例5的齿形带那样表面动摩擦系数过高，则齿会发生变形，定位精度会变差。
由此可知，与比较例1～5相比，实施例的偏移量小，定位精度非常良好。
－符号说明－
B 齿形带
C 空腔
S 带坯
11齿形带主体(带主体)
111 平带部
112 齿部
12 芯线
13 无纺布
20 带拉伸试验机
21 平带轮
31 内模具
32 凹槽
33 突条
34 外模具
40 带偏移量测量试验机
41 驱动带轮
42 从动带轮
60 动摩擦系数测量装置
61 测力传感器
62 平带轮
63 配重。

Claims (5)

1.一种齿形带，其特征在于：所述齿形带包括带主体和芯线，所述带主体由弹性体制成，所述芯线由碳纤维制成，所述芯线设置为埋设在所述带主体中并且形成在带宽方向上具有间距的螺旋，
所述带主体具有平带部和多个齿部，所述平带部的剖面呈横向长的矩形，多个所述齿部与该平带部一体地设置在该平带部的内周侧，
所述芯线是将构成所述芯线的碳纤维的长丝束朝着一个方向加捻而得到的单捻线，由所述单捻线制成的芯线的每10cm长度的捻度为4捻/10cm以上且12捻/10cm以下，
当带伸长率为0.2％时，每1mm带宽的带张力T0.2为70N/mm以上，并且所述齿形带与所述齿形带轮之间的齿隙量为0.10mm以上且小于0.65mm，所述带主体的硬度按照日本工业标准JIS K 6253硬度计A型为89°以上，表面动摩擦系数为1.5以下。
2.根据权利要求1所述的齿形带，其特征在于：
所述带主体由热固性弹性体形成。
3.根据权利要求2所述的齿形带，其特征在于：
所述带主体由热固性聚氨酯树脂形成。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的齿形带，其特征在于：
构成所述芯线的碳纤维的长丝总根数为6000根以上且48000根以下。
5.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的齿形带，其特征在于：
多个所述齿部的间距为8mm以上且14mm以下。
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