JP2000009186A - 歯付ベルト - Google Patents
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- F16G1/28—Driving-belts with a contact surface of special shape, e.g. toothed
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- D02—YARNS; MECHANICAL FINISHING OF YARNS OR ROPES; WARPING OR BEAMING
- D02G—CRIMPING OR CURLING FIBRES, FILAMENTS, THREADS, OR YARNS; YARNS OR THREADS
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- D02G3/16—Yarns or threads made from mineral substances
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- D02G3/44—Yarns or threads characterised by the purpose for which they are designed
- D02G3/447—Yarns or threads for specific use in general industrial applications, e.g. as filters or reinforcement
Abstract
フトの駆動に用いられ近年の高負荷エンジンへの対応及
びエンジンルームのコンパクト化によるベルトの細幅化
に対応できる高負荷伝達性と耐屈曲疲労性、しかも耐摩
耗性及び耐熱性に優れた歯付ベルトを提供する。 【解決手段】 所定径の高強度ガラス繊維フィラメント
を所定の条件で撚り合わせた所定の直径の心線1を有す
るため、可撓性および柔軟性さらには引張り強度に優れ
ており、高負荷エンジンでなおかつ小径のプーリに巻き
掛けて高速で走行させても、長期にわたって破損するこ
となく、安定的に走行し得て、過酷な条件下で使用され
るOHC軸駆動に用いて好適である。
Description
内燃機関のオーバーヘッドカムシャフトの駆動に用いら
れる歯付ベルトに関し、特に高負荷伝達性と耐屈曲疲労
性、しかも耐摩耗性及び耐熱性に優れた歯付ベルトに関
する。
は異なり、滑りがないために伝動効率に優れ、さらに
は、ギヤやチェーン等の伝動装置に比べて騒音がきわめ
て小さいという利点を有している。このため、歯付ベル
トは、最近では自動車のオーバーヘッドカム(OHC)
軸の同期駆動用に用いられる等、その利用が拡大されつ
つある。OHC軸駆動用の歯付ベルトは、自動車のエン
ジンルームという高温下において、高速でかつ高負荷で
走行される。しかも、内燃機関の高性能化に伴い、歯付
ベルトは、狭小なスペースに配置され、小径のプーリに
巻き掛けられて走行されている。歯付ベルト内には、通
常、幅方向に所定の間隔をあけて、心線が配設されてい
るが、プーリ径が小さくなると、該心線はプーリに沿う
ように屈曲されて走行されるため、十分な可撓性および
柔軟性を有していないと短時間の走行により破断するお
それがある。従来、歯付ベルトの心線は、例えば特開昭
62−159827号公報に開示されているように、E
ガラス繊維(汎用性無アルカリガラス繊維)フィラメン
トを束ねて撚り合わせて使用されている。従来の心線は
通常、直径9μmのEガラス繊維フィラメントを、通
常、レゾルシン・ホルマリン樹脂ラテックス混合物(以
下RFLという)にて含浸処理して得たストランドを、
撚り合わせ条件3/13(ガラス繊維フィラメントを束
ねたストランド3本を下撚りして子縄を形成し、13本
の子縄を上撚りすること)で撚り合わせたもの等が使用
されている。
では、近年の内燃機関の高性能化による厳しい条件に対
応できなくなりつつあり、歯付ベルトの寿命が短くなる
傾向にある。このため、近時、内燃機関自体の性能が向
上し、寿命も長くなりつつあるのに対し、歯付ベルトは
寿命がそれほど向上せず、例えばOHC駆動用に用いら
れる歯付ベルトの取り替えは従来よりも頻繁に行わなけ
ればならない。また、歯付ベルトを高温下で、径が小さ
いプーリの外径に沿って高速回転させれば、心線を構成
する繊維同士の摩擦による発熱が歯付ベルト内部に蓄積
し、帆布とゴムの接着、心線とゴムの接着、帆布自体へ
の悪影響、ゴム自体への悪影響を与える為、歯付ベルト
の寿命を著しく低下させるという問題もある。
に、直径6〜8μmの直径の高強度ガラス繊維フィラメ
ントをEガラス繊維と同様にRFL処理した後、束ねて
ストランドを形成し、所定本のストランドをストランド
を7.2〜8.8回/10cmの撚数にて下撚りして5
00〜800本のフィラメントを有する子縄を形成し、
該子縄9〜12本を逆方向へ7.2〜8.8回/10c
mの撚り数にて上撚りしてなる心線を有する歯付ベルト
が見出された。
関がより高性能となり、さらに高負荷となるとともに歯
付ベルトはより狭小なスペースに配置されるようになっ
てきた。このことより上記6〜8μmの直径の高強度ガ
ラス繊維フィラメントを束ねてストランドを形成した
後、所定本のストランドを7.2〜8.8回/10cm
の撚数にて下撚りして500〜800本のフィラメント
を有する子縄を形成し該子縄9〜12本を逆方向へ7.
2〜8.8回/10cmの撚り数にて上撚りしてなる心
線を用いた歯付ベルトを使用しても、高負荷で使用され
た場合心線の伸びが発生し、ベルトが伸びることでプー
リとの噛み合いが悪くなり、ベルト歯の異常摩耗により
早期歯欠けが発生した。さらに通常の負荷でもベルト幅
を細くした場合、単位幅当たりに掛かる負荷が大きくな
り、同様に早期歯欠けが発生した。さらに、歯布として
従来ナイロン製の歯布を使用していたが、高負荷で使用
する場合、ベルトの初張力を高張力で設定するためにナ
イロン製では耐摩耗性が不足し、早期に歯底摩耗が発生
し、やがて歯欠けによるベルト寿命となっていた。
のであり、その目的は、ベルトに高負荷がかかる場合、
又、エンジンルームのコンパクト化のためにベルト幅を
小さくする場合等に、ベルトの歯とプーリの歯溝が噛み
合い不良を起こさず、耐久性の優れた歯付ベルトを提供
することにある。
本発明は、ベルト長さ方向に沿って配置した複数の歯部
と、心線を埋設した背部と、歯部表面及び歯底部の表面
に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、前記心線が直径
5〜10μmの高強度ガラス繊維フィラメントを束ねて
ストランドを形成し、所定本のストランドを下撚した子
縄を形成したのち、該子縄を逆方向へ所定の撚数にて上
撚してなる直径が1.1〜1.5mmである心線を有す
る歯付ベルトである。このように請求項1の歯付ベルト
では、直径5〜10μmの高強度ガラス繊維フィラメン
トを束ねて所定の方法にて下撚り及び上撚りをかけ直径
を1.1〜1.5mmとした心線を使用したことから、
ベルトの引張り強さ及びベルトの引張弾性率が上昇し高
負荷又はベルト幅に対して過剰な負荷で走行させてもベ
ルト伸びが発生することなく、長時間走行してもベルト
とプーリの良好な噛み合いを保ち、早期寿命となること
はない。
中心に到る距離であるPLDが0.75〜1.00mm
である歯付ベルトにある。
0.75〜1.00mmに保つことによって心線の直径
が大きくなった場合でも歯布の厚みを薄くする必要がな
く、歯布が早期に摩滅するという不具合は発生しない。
くとも緯糸中にアラミド繊維を含んだ歯付ベルトにあ
る。
緯糸中にアラミド繊維を含んでいることより、歯布が早
期に摩滅することはなく、早期寿命となることはない。
配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、
該歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、前
記心線が直径5〜10μmの高強度ガラス繊維フィラメ
ントを束ねてストランドを形成し、所定本のストランド
を10〜16回/10cmの撚り数にて下撚して400
〜800本のフィラメントを有する子縄を形成し、該子
縄15〜25本を逆方向へ5〜10回/10cmの撚数
にて上撚してなる直径が1.1〜1.5mmである心線
を有し、さらに該歯布が緯糸中に少なくともアラミド繊
維を含んでいる歯付ベルトにある。本発明の歯付ベルト
は、このように所定径の高強度ガラス繊維フィラメント
を所定の条件で撚り合わせた心線であって、上撚りとし
て下撚りを施した400〜800本のフィラメントを有
する子縄15〜25本を下撚りとは逆方向に5〜10回
/10cmの撚数にて上撚りして直径を1.1〜1.5
mmの心線としたことで、よりベルトの引張り強さ及び
ベルトの引張弾性率が上昇し高負荷又はベルト幅に対し
て過剰な負荷で走行させてもベルト伸びが発生すること
なく、長時間走行してもベルトとプーリも良好な噛み合
いを保ち早期寿命となることはない。
背部がエラストマーからなり、該エラストマーが少なく
とも80%水素添加されたアクリロニトリル−ブタジエ
ン共重合体であることより、耐熱性及び耐油性に優れ熱
による劣化よって早期にクラックが発生するようなこと
はない。
する。図1は歯付ベルトの構造の一例を示すものであ
り、心線1を埋設したベルト背部2の片面にその長手方
向に沿って多数の歯部3を一定間隔で一体に突出して設
け、歯部3の表面及び歯部3間の歯底部4の表面に沿っ
て歯布5を貼着することによって形成してある。心線1
は、従来使用されているEガラス繊維フィラメント(汎
用性無アルカリガラス繊維フィラメント)に替えて、高
強度ガラス繊維フィラメントを所定条件にて撚り合わせ
て使用される。高強度ガラス繊維は、Eガラス繊維に比
べ、SiO 2成分、Al2O3成分、MgO成分の含有割
合を増加させて、CaO成分、B2O 3成分の含有割合を
減少させたガラス繊維である。その成分表は表1に示
す。その結果、表2に示すように、Eガラス繊維に比べ
て、引張り強さ、引っ張り弾性率が著しく向上する。こ
のようなガラス繊維を高強度ガラス繊維という。高強度
ガラス繊維としては、Uガラス繊維(日本硝子繊維
(株))、Tガラス繊維(日東紡績(株))、Rガラス
繊維(Vetrotex Saint Gobain
社)、Sガラス繊維(Owens Corning Fi
berglass社)等が挙げられる。
のような高強度ガラス繊維を用いた比較的細径である直
径5〜10μm、好ましくは7μmのフィラメントを5
00〜800本程度束ねて6〜16回/10cmで下撚
りすることにより子縄を製造した後、このようにして得
られた子縄を、15〜25本束ねて、5〜10回/10
cmの撚り数にて上撚りして直径1.1〜1.5mmの
心線が形成される。上撚り数は、下撚り数の0〜10%
減が好ましい。ここで、高強度ガラス繊維のフィラメン
ト径が5μm未満では紡糸や接着処理をしにくく工数が
増える。一方上記フィラメント径が10μmを越えると
ベルト走行時に耐屈曲疲労性が極端に低下する。上記下
撚り数が6回/10cm未満ではガラス繊維間に水が入
り易くなる為耐水性が劣り、一方16回/10cmを越
えると心線強力が低下する。上撚り回数は、5回/10
cm未満ではベルトの耐屈曲疲労性に劣り、10回/1
0cmを越えると高負荷で走行させた場合、心線の伸び
が大きくなるため、プーリとの噛み合いが悪くなり歯欠
けが発生し易くなる。上撚りした心線径が1.1mm未
満の場合は、初期引っ張り力が低く、一定応力に対する
ベルト伸びが大きいためプーリとの噛み合いが悪くな
り、歯欠けを起こし易くなる。一方、心線径が1.5m
mを越えると、プーリのPLDに比べてベルトのPLD
が大きくなりすぎベルトの噛み合い状態が多角形となり
ベルトの耐屈曲疲労性が低下し、ベルト寿命が短くな
る。
を受けて走行している時の仮想ピッチライン上で通常
8.0mmと9.525mmの長さの歯部ピッチを有し
ている。そのときの仮想ピッチラインとは、ベルト歯部
とプーリ溝部とがかみ合った状態で、ベルト歯底面から
ピッチライン迄の距離(PLD値)が0.686mmに
設定された仮想の距離である。
る。ベルトを幅方向に歯と平行にかつ歯底部の中央に沿
って鋭利な刃物でカットして投影機等により拡大して歯
底面から心線の下端と上端までの距離を求め次式により
PLDを求める。 PLD=(a+b)/2 a:歯底面から心線の下端までの距離 b:歯底面から心線の上端までの距離 ベルトの幅方向に打ち込まれている全ての心線(両端の
部分的にカットされている心線を除く)の位置にて測定
し、その平均値をそのベルトの測定位置でのPLDとす
る。さらにベルトの長さ方向でベルト1本の中のPLD
の値に差がある場合を考慮すると、少なくとも等分に分
割される3箇所を同様に測定して総平均値で測定するベ
ルトのPLDとすることが望ましい。
ある歯底面から心線中心までの距離が走行時に0.68
6mmになるように設定されるのが通常で、無張力下で
は上記PLDは0.68〜0.72mmであった。
1.5mmの高強度ガラス心線を使用すると、上記のよ
うにPLD値を0.68〜0.72mmに設定するより
もさらにPLD値を0.75〜1.00mmに設定する
方が歯布の厚みが薄くなることがない為に歯布が摩滅し
にくくなり歯付ベルトの寿命も延びる。ここで、PLD
値が0.75mmよりも小さい場合は、歯布が薄くなり
歯布摩滅が起こり歯付ベルトの寿命が短くなる可能性が
ある。一方、PLD値が1.00mmを超えるとベルト
歯とプーリ歯とのかみ合いが悪くなり歯欠けあるいは歯
部亀裂等の不具合が発生する。
性体はゴム組成物を架橋して形成されるものであり、こ
のゴム組成物としては、水素添加率が少なくとも80重
量%の水素化ニトリルゴム100重量部に、カーボンブ
ラック、可塑剤、さらに架橋剤その他必要に応じた添加
剤を配合して調製されるものである。ここで、上記水素
化ニトリルゴムの水素添加率が80重量%未満である
と、熱による劣化のために背ゴム及び歯ゴムに早期にク
ラックが発生し、切断や歯欠けによる寿命となる。
ないが、トリメリット酸系、ポリエーテル系、ポリエス
テル系、フタル酸系のものを用いることができる。架橋
剤としては、硫黄加硫系では、水素化ニトリルゴム10
0重量部に対する硫黄0.5〜2重量部と、メルカプト
ベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルジサルファイド、
N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジルスルフェンア
ミド、テトラメチルチウラムジサルファイド、テトラエ
チルチウラムジサルファイド等の加硫促進剤を併用する
のが好適である。また有機過酸化物加硫系では、水素化
ニトリルゴム100重量部に対して有機過酸化物0.2
〜10重量部が好適であり、1,1−ジ−t−ブチルパ
ーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、ジ
−t−ブチルパーオキサイド、ジブチルクミルパーオキ
サイド、ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−
2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5
−ジメチル−2,5−ジ(t―ブチルパーオキシ)ヘキ
サン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパー
オキシ)ヘキシン、1,3−ビス(t−ブチルパーオキ
シイソプロピル)ベンゼン、t−ブチルパーオキシイソ
プロピルカーボネート等の有機過酸化物を用いることが
でき、さらに硫黄化合物、オキシムニトロソ化合物、モ
ノマー類、ポリマー類で共架橋剤として一般に使用され
るものを適用添加しても差し支えない。
性体の硬度は、歯付ベルトの振動による発音や寿命への
影響を抑えるために、JIS K 6301で規定するス
プリング式硬度計で60〜75°の範囲にあることが好
ましく、65〜70°がより好適である。硬度が60°
未満では、歯付ベルトを歯付プーリに噛み合わせるとき
の歯部3の変形が大きくなって寿命が低下する結果にな
るおそれがあり、また硬度が75°を超えると、歯付ベ
ルトの振動が大きくなって発音が大きくなるおそれがあ
る。
ナイロン6、ナイロン6,6などの脂肪族ポリアミド繊
維(ナイロン繊維)を素材とする織布に接着処理をした
ものが一般的に用いられているが、本発明では、強度や
分解温度がナイロンよりも高く、耐摩耗性に優れている
芳香族ポリアミド繊維(アラミド繊維)を素材とする織
布を用いるのが好ましい。アラミド繊維を素材とする織
布は耐摩耗性が高く、この織布を歯布5として用いるこ
とによって、歯部3の耐摩耗性や耐歯欠け性を高めるこ
とができるものである。アラミド繊維が100%の織布
である必要はなく、織布の一部がアラミド繊維で形成さ
れていればよいが、表面に露出する側の経糸あるいは緯
糸としてアラミド繊維が用いられているものが好まし
く、またアラミド繊維を50%以上使用することによっ
て効果は飛躍的に高まる。このアラミド繊維としては、
ポリ−パラフェニレンテレフタルアミド、ポリ−メタフ
ェニレンイソフタルアミド、ポリ−パラフェニレン−
3,4−ジフェニルエーテル−テレフタルアミドなどを
用いることができる。
する。表3の配合成分をバンバリーミキサーで4分間混
練りすることによって、ベルト背部2と歯部3を形成す
るゴム状弾性体用のゴム組成物を調製した。
し、165°C、30分間の条件でプレス加硫すること
によって、加硫ゴムシートを作製し、この加硫ゴムシー
トについて、硬度を測定し、またJIS K 6301に
準じて引っ張り試験を行なった。結果を表4に示す。
成の歯布を製織し、RFL液に浸漬、乾燥、熱処理して
表3の配合成分のゴムを溶剤に溶かしたゴム糊に浸漬、
乾燥した表面処理を実施した。この歯布をエンドレス筒
状に巻いて仕上げ、これを歯部形成用の溝を外周に多数
設けて形成した円柱状の金型の外周にセットし、この上
から表6の組成及び構成をしたガラス心線をS,Z撚を
一対として交互に配置するように巻き上げた。次に、表
3のゴム状弾性体用のゴム組成物をロールで厚み2.5
mmに圧延し、これを心線の上から巻き付け、加硫を行
なった。このように加硫を行なった後、スリーブ状の加
硫物を所定の幅に輪切りして切断することによって、1
05ZB19(歯形:ZBタイプ、歯数:105、幅:
19.mm、歯ピッチ8.00mm)の歯付ベルトを得
た。各ベルトの心線種と歯布種の組み合わせは表7に示
す。
走行性能(寿命、ベルト伸び)を測定し、結果を表7に
示した。走行性能の試験は、図2の試験機6を用いて、
雰囲気温度100°Cで行ない、ベルト背部2のゴムク
ラック、歯部3の歯元のクラックなど歯付ベルトとして
の機能が果たせなくなった時点をもって寿命とし、その
ときまでの走行時間を表7に示した。図2において7は
歯数20の駆動プーリ(6000rpm)、8は歯数4
0の従動プーリ、9は52mmφの背面テンショナーで
ある。歯付ベルト(19mm幅)の初期張力は40kg
・fであり、これは通常張力の2.7倍であった。
歯欠けや異常摩耗が起こりにくく、寿命時間も1200
時間以上であった。心線径が大きい比較例1では心線劣
化による切断が発生し、子縄数の少ない心線を用いた比
較例2では心線の伸びが発生し、ベルト伸びからプーリ
との噛み合いが悪くなり、異常摩耗が発生した。さらに
歯布にアラミド繊維を全く含んでいない帆布を使用した
比較例3は歯布が摩滅したことにより心線も摩耗、劣化
を起こし、走行後1000時間迄に切断した。比較例4
は子縄数が少なく、さらに心線径が小さい心線を使用し
たために心線が伸び、さらにベルト伸びが発生しプーリ
との噛み合いの悪さからベルトの異常摩耗、さらには歯
欠けに到った。
求項1では、心線が直径5〜10μmの高強度ガラス繊
維フィラメントを束ねてストランドを形成し、所定本の
ストランドを下撚りした子縄を形成したのち、該子縄を
逆方向へ所定の撚り数にて上撚りしてなる直径が1.1
〜1.5mmの心線を有する歯付ベルトであることか
ら、ベルトの引張り強さ及びベルトの引張弾性率が上昇
し高負荷又はベルト幅に対して過剰な負荷で走行させて
もベルト伸びが発生することなく、長時間走行してもベ
ルトとプーリは良好なかみ合いを保ち早期寿命となるこ
とはない。
75〜1.00mmに保つことによって心線の直径が大
きくなった場合でも歯布の厚みを薄くする必要がなく、
歯布が摩滅するという不具合が発生しないという効果が
ある。
なくとも緯糸中にアラミド繊維を含んでいることによっ
て、歯布が早期に摩滅することがなく、早期寿命となる
ことはないという効果がある。
〜10μmの高強度ガラス繊維フィラメントを束ねてス
トランドを形成し、所定本のストランドを10〜16回
/cmの撚り数にて下撚りして400〜800本のフィ
ラメントを有する子縄を形成し、該子縄15〜25本を
逆方向へ5〜10回/10cmの撚数にて上撚してなる
直径が1.1〜1.5mmの心線を有する歯付ベルトで
あることから、ベルトの引張り強さ及びベルトの引張弾
性率が上昇し高負荷又はベルト幅に対して過剰な負荷で
走行させてもベルト伸びが発生することなく、長時間走
行してもベルトとプーリは良好なかみ合いを保ち早期寿
命となることはない。
ベルトの歯部及び背部がエラストマーからなり、該エラ
ストマーが少なくとも80%水素添加されたアクリロニ
トリル−ブタジエン共重合体であることより、耐熱性及
び耐油性に優れ熱による劣化によって早期にクラックが
発生することを防ぐ効果がある。
である。
Claims (5)
- 【請求項1】 ベルト長さ方向に沿って配置した複数の
歯部と、心線を埋設した背部と、歯部表面および歯底部
の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、前記心線
が直径5〜10μmの高強度ガラス繊維フィラメントを
束ねてストランドを形成し、ストランドを集めて下撚し
た子縄を形成したのち、該子縄を集めて逆方向へ所定の
撚数にて上撚してなる直径が1.1〜1.5mmである
心線を有することを特徴とする歯付ベルト。 - 【請求項2】 ベルトの歯底面から心線の中心に到る距
離であるPLDが0.75〜1.00mmである請求項
1に記載の歯付ベルト。 - 【請求項3】 上記歯布が少なくとも緯糸中にアラミド
繊維を含んだ請求項1又は2に記載の歯付ベルト。 - 【請求項4】 ベルト長さ方向に沿って配置した複数の
歯部と、心線を埋設した背部とを有し、該歯部の表面に
歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、前記心線が直径5
〜10μmの高強度ガラス繊維フィラメントを束ねてス
トランドを形成し、該ストランドを集めて10〜16回
/10cmの撚り数にて下撚して400〜800本のフ
ィラメントを有する子縄を形成し、該子縄15〜25本
を逆方向へ5〜10回/10cmの撚数にて上撚してな
る直径が1.1〜1.5mmである心線を有し、さらに
該歯布が緯糸中に少なくともアラミド繊維を含んでいる
歯付ベルト。 - 【請求項5】 上記歯部と背部がエラストマーからな
り、該エラストマーが少なくとも80%水素添加された
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体である請求項1
〜4のいずれかに記載の歯付ベルト。
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