JP2004003531A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ブロックを軽量化して、なおかつ曲げ弾性率、耐衝撃性、疲労強度といった性能を大幅に向上させることができ高負荷の用途に用いても十分に耐えうることができる高負荷伝動ベルトを提供する。
【解決手段】張力帯３ａ、３ｂの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロック２とからなる高負荷伝動ベルト１であり、前記ブロック２はインサート材を埋設していない合成樹脂材料からなっており、そのブロック２を形成する合成樹脂には長さが６〜２０ｍｍであり、また長繊維を１５〜３５質量％配合した材料からなっている。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、張力帯の長手方向に沿って所定ピッチでブロックを固定した高負荷伝動ベルトに関し、詳しくは軽量でありなおかつ曲げ弾性率、耐衝撃性、耐摩耗性、寸法制度に優れた高負荷伝動ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変えることによってプーリに巻きかかる有効径を変化させ変速比を調節する様な変速プーリに巻き掛けて使用するものであり、プーリからの側圧が大きくなるのでベルトは大きな側圧に耐えるものでなくてはならない。また、無段変速の用途以外にも通常のゴムベルトでは寿命が短くなりすぎるような高負荷伝動の用途には特別に高負荷に耐えうるようなベルトを用いる必要がある。
【０００３】
そのようなベルトとして使用されるものの中に、センターベルトにブロックを固定してベルト幅方向の強度を高めた引張伝動式の高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心線をゴムなどのエラストマー中に埋設したセンターベルトにボルトやリベットなどの止着材を用いてセンターベルトに使用しているエラストマーよりも比較的硬質のエラストマーからなるブロックを止着固定したものがある。
【０００４】
このような引張伝動式の高負荷伝動ベルトのブロックの要求品質としては、上記のように摩擦伝動において高負荷の伝動を目的としているために、曲げ疲労性、耐摩耗性、耐熱性、剛性、耐衝撃性等の性質をバランス良く保有する必要がある。さらにプーリを摩耗させないようにすることも大切な要素である。
【０００５】
これらの要求を満たす高負荷伝動ベルトとして、例えば、特開昭６３−３４３４２号公報に開示されているようなものがある。このベルトは、ブロックとプーリの接触する部分が、フェノール系樹脂成分にゴム成分が添加された樹脂成形材料によって、金属等によって形成されているインサート材を被覆した２重構造のブロックを用いたものである。
【０００６】
また、特公平７−１１０９００号公報には、フェノール系樹脂にアクリロニトリル−ブタジエン系ゴムをマトリックスとして炭素繊維及びアラミド繊維の２繊維を含む繊維質充填率２５〜６０重量部を配合させて、炭素繊維はオニオン構造を有し、結晶層厚が２５〜２００μｍであるフェノール系樹脂を用いたブロックが用いられた高負荷伝動ベルトが開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近はニーズの多様化により、高負荷ではあるが、従来のものより負荷が少し低く、高速で回転させることができる高負荷伝動ベルトが要求されるようになってきている。
【０００８】
このため、例えば特開昭６３−３４３４２号公報に開示されているベルトは、アルミニウム合金等をインサート材として使用しているため、高速で回転すると、その重量のため、大きな遠心力がかかり、ベルトに大きな張力が作用して、ベルトが早期破損するという問題が生じるようになった。
【０００９】
また、高速回転により、プーリとブロック間で発生する熱量も多くなり、そのため、特公平７−１１０９００号公報で開示されているようなフェノール系樹脂を主成分とするブロックでは、フェノール系樹脂が耐衝撃性に劣るところがあり、ベルトの破損が発生することがある。これを改善しなくては、前述の高負荷伝動ベルトとしての要求を高いレベルで満足することができないものであった。また、フェノール樹脂は熱硬化性樹脂であるために成形サイクルが長くなってしまうことやリサイクル性に劣るといった問題もある。
【００１０】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、ブロック重量を軽くし、高速回転した場合であっても、十分な強度を有するとともに、高負荷伝動ベルトとして要求されている条件を高いレベルで満足できる引張伝動式の高負荷伝動ベルトを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明の請求項１の高負荷伝動ベルトは、張力帯と、該張力帯の長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックはインサート材を埋設していない合成樹脂材料からなっており、そのブロックを形成する合成樹脂には長さが６〜２０ｍｍの長繊維が配合されていることを特徴とする。
【００１２】
インサート材を埋設していないブロックとすることによって軽量化は実現できるものの、ブロックの曲げ弾性率、耐衝撃性といった性能が不足することがあったが、長繊維を配合することによって曲げ弾性率、耐衝撃性、疲労強度といった性能を大幅に向上させることができ高負荷の用途に用いても十分に耐えうることができる高負荷伝動ベルトを提供することができる。
【００１３】
請求項２では、長繊維の長さが８〜１４ｍｍである高負荷伝動ベルトとしており、より長繊維の長さを最適化することによって、曲げ弾性率、耐衝撃性などの物性において高い補強効果が得られるとともに成形も良好なものとすることができる。
【００１４】
請求項３では、長繊維の配合量が１５〜３５質量％である高負荷伝動ベルトとしており、ブロックの耐摩耗性が十分に得られるとともに、成形性において良好なものとすることができる。
【００１５】
請求項４では、合成樹脂材料がポリアミド樹脂である高負荷伝動ベルトとしている。
【００１６】
ブロックに繊維状補強材を配合したポリアミド樹脂を用いることで、強度を向上させることができるとともにブロック重量を軽量にすることが可能となり、作用する遠心力を小さくすることができる。
【００１７】
請求項５では、長繊維が炭素繊維である高負荷伝動ベルトとしており、ブロックの硬度が高くなり、耐摩耗性に優れたものとすることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内に心線５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本の張力帯３ａ、３ｂと、この張力帯３ａ、３ｂに係止固定されている複数のブロック２とから構成されている。このブロック２の両側面２ａ、２ｂは、プーリのＶ溝と係合する傾斜のついた面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されている張力帯３ａ、３ｂを引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝動している。
【００２０】
ブロック２は、図１に示すように、上ビーム部１１および下ビーム部１２と、上下ビーム部１１、１２の中央部同士を連結したセンターピラー１３からなっており、ブロック２の両側面２ａ、２ｂには張力帯３ａ、３ｂを嵌めこむ溝１４、１５が形成されている。また、溝１５内の溝上面１６および溝下面１７には張力帯３の上面に設けた凹条部１８と下面に設けた凹条部１９に係合する凸条部２０、２１に係合するようになっている。
【００２１】
図２は、別のベルトの例であり、ビーム部３１の両端から上方に向かって一対のサイドピラー３２、３３が延びており、このサイドピラー３２、３３の上端からそれぞれブロック２の中心に向かって延びるロック部３４、３５が対向するように設けられている。そして、これらビーム部３１、サイドピラー３２、３３及びロック部３４、３５によって張力帯３ａ、３ｂが嵌合する嵌合溝３０が形成されている。この嵌合溝３０に、張力帯３ａ、３ｂが、ロック部３４、３５間の開口部より挿入され装着される。また、ロック部３４、３５の嵌合溝３０側には、凸部３７がそれぞれ設けられており、この凸部３７が、張力帯３ａ、３ｂに所定ピッチで設けられている凹部３６に嵌合する。これによって、張力帯３ａ、３ｂは、装着後はブロック２から抜けにくい状態となる。
【００２２】
このブロック２は合成樹脂素材のみからなっており、アルミニウム合金などの金属などからなるインサート材は一切埋設されていない。ただし、ここで金属などからなるインサート材というのは、それだけでほぼブロックの形状を呈する骨組的なものことを指し、例えば合成樹脂素材中に配合する形で加える短繊維やウィスカなどの補強材を添加することは本発明の範囲から外れるものではない。
【００２３】
ブロックの樹脂として用いることができるのは、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の合成樹脂が用いられる。
【００２４】
このようなインサート材を埋設していないブロックの場合、インサート材による補強がなされていないことから、ベルトに負荷がかかることによってブロックが変形しやすく、ブロックの変形が大きくなるとベルトの伝達性能が落ちるとともに、ブロックの繰り返し変形による劣化も激しくベルトの寿命を短くすることになる。
【００２５】
そこで、本発明ではブロック２を構成する合成樹脂には長さが６〜２０ｍｍ、より好ましくは８〜１４ｍｍの長繊維が配合されている。このように長繊維を配合することによって、長い繊維で補強されているため剛性が高くなり、曲げ弾性率、耐衝撃性が向上し、短繊維を用いる場合よりも破断面が少なくなるためにブロックの摩耗量も少なくなり、更なる高負荷での用途に適用することができる。更に、長い繊維の補強効果で寸法精度の向上も期待でき、しかも長期にわたって補強効果を維持することができるのでベルトの寿命の長期化も達成できる。
【００２６】
本発明で長繊維として用いることができる素材としては、アラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などを挙げることができる。そのなかでも炭素繊維を用いることが最も好ましく、他の繊維を用いた場合よりもブロックの摩擦係数を低くすることができ、より耐摩耗性に優れたものとすることができる。
【００２７】
長繊維の長さが６ｍｍ未満であると、曲げ弾性率、耐衝撃性などの物性を十分に向上させることができず、２０ｍｍを超える長さになるとブロックを成形する際に射出成形を行うことが困難になるので好ましくない。８〜１４ｍｍの範囲内と摺ることによって曲げ弾性率、耐衝撃性などの物性において更に望ましい結果が得られるとともに、成形性においてもきわめて良好な結果が得られる。
【００２８】
また、長繊維の配合量としては１５〜３５質量％の範囲とすることが好ましく、１５重量％未満であると補強効果が少なくブロックの耐摩耗性が十分でないなどの問題があり、３５重量％を超えると樹脂への配合が困難になったり射出成形が困難になったりするなどの問題があるので好ましくない。
【００２９】
本発明では前述のようにブロックを形成する合成樹脂中に長繊維を配合しているが、その他にもウィスカ状の補強材を配合することは可能であり、具体的には酸化亜鉛ウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカなどの無機繊維を配合してもよい。これらの中では、酸化亜鉛ウィスカを用いることが好ましい。酸化亜鉛ウィスカは、テトラポット状に四方に手が延びた立体的形状をしている。この酸化亜鉛ウィスカは、これ単独でも耐熱性、耐摩耗性に優れたものであるが、前述のようにテトラポット状の立体的形状をしているため、炭素繊維とともに配合すると、炭素繊維の配向が抑制され、成形時のそりや成形収縮の異方性が改良される。さらに、このように炭素繊維の配向を低減できるため、ブロック２の靭性、曲げ剛性等の強度についての異方性も低減することができ、かつ、摩擦係数が安定するため、耐摩耗性が向上する。
【００３０】
また、酸化亜鉛ウィスカは、高比重、高剛性であるため、プーリとの接触時の振動を低減でき、ノイズの発生を小さくすることができる。なお、この酸化亜鉛ウィスカの配合量が少ない場合は、添加した効果が発現せず、多すぎると、混練できず、成形することが困難となる。
【００３１】
このような材料構成とすることによって、プーリと接する際に受ける側圧にも十分に耐えうる剛性、靭性等の強度を有するとともに、耐摩耗性に優れ、更には、摩擦時に発生する熱に対しても強いブロックとすることが可能となり、プーリから受ける動力を効率よく張力帯３ａ、３ｂに引張力として伝えることができ、引張伝動式の高負荷伝動ベルトを構成することができる。
【００３２】
なお、これらの他に、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素系樹脂から選ばれてなる少なくとも一つを混入することによってもブロック２の潤滑性を向上させることができる。フッ素系樹脂としては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化エチレンプロピレンエーテル（ＰＦＰＥ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、ポリフッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）等が挙げられる。
【００３３】
張力帯３ａ、３ｂのエラストマー４として使用されるものは、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴムなどの単一材またはこれらを適宜ブレンドしたゴムあるいはポリウレタンゴム等が挙げられる。そして、心線５としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチールワイヤ等から選ばれたロープが用いられる。また、心線５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維の織布、編み布や金属薄板等を使用することもできる。
【００３４】
【実施例】
次に長繊維の所定の配合量を混入して作成したブロックを用いたベルトと、長繊維を用いてはいるが所定の範囲から外れた配合量を混入して作成したブロックを用いたベルトと、短繊維を配合して作成したブロックを用いたベルトとを走行させて、耐久時間と騒音、ブロックの摩耗量を比較してみた。
【００３５】
（実施例１）
ブロックを構成する樹脂としてナイロン６６を用い、繊維長さ１１ｍｍの炭素繊維（ダイセル化学工業製　プラストロン）を３０質量％配合して射出成形にてブロックを成形し張力帯に嵌め込んで図１に示すような高負荷伝動ベルトを作製した。ベルトピッチ幅は２２ｍｍ、ピッチ周長は８３１ｍｍ、ブロックのピッチは３ｍｍである。
【００３６】
このベルトを走行させ、耐久時間と走行中の騒音、走行開始１００時間後のブロック側面の摩耗量を測定した。なお、走行条件は表１に示すような高トルクの条件で行っている。走行試験の結果を表２に示す。
【００３７】
【表１】

【００３８】
（比較例１）
長繊維を用いず長さが３ｍｍの短繊維をナイロン６６に配合した以外は実施例１と同じ条件で高負荷伝動ベルトを作成した。表１に示す走行条件にてベルトを走行させ、耐久時間と走行中の騒音、走行開始１００時間後のブロック側面の摩耗量を測定した。走行試験の結果を表２に示す。
【００３９】
（比較例２）
長繊維を用いず長さが３ｍｍの短繊維を４０質量％の配合量でナイロン６６に配合した以外は実施例１と同じ条件で高負荷伝動ベルトを作成した。表１に示す走行条件にてベルトを走行させ、耐久時間と走行中の騒音、走行開始１００時間後のブロック側面の摩耗量を測定した。走行試験の結果を表２に示す。
【００４０】
（比較例３）
長繊維の配合量を１０質量％にした以外は実施例１と同じ条件で高負荷伝動ベルトを作成した。表１に示す走行条件にてベルトを走行させ、耐久時間と走行中の騒音、走行開始１００時間後のブロック側面の摩耗量を測定した。走行試験の結果を表２に示す。
【００４１】
（比較例４）
長繊維の配合量を４０質量％にした以外は実施例１と同じ条件で高負荷伝動ベルトを作成した。表１に示す走行条件にてベルトを走行させ、耐久時間と走行中の騒音、走行開始１００時間後のブロック側面の摩耗量を測定した。走行試験の結果を表２に示す。
【００４２】
【表２】

【００４３】
表２の結果からわかるように、本発明の実施例１は高トルクの条件においても３００時間を過ぎても異常なく走行を続けており、騒音も低くブロックの摩耗量も小さい結果となっている。
【００４４】
それに対して、長繊維を短繊維に変えた比較例１ではスリップが大きく短時間でブロックが溶けて寿命になりベルトが切断している。この比較で短繊維よりも長繊維を用いることによる効果が確認できる。
【００４５】
また、比較例２では樹脂への炭素繊維の配合自体ができないという結果が得られており、短繊維ではあまり炭素繊維の配合量を増やすことができないということがわかる。
【００４６】
比較例３では、長繊維を用いているものの配合量が所定の範囲よりも少ない数値となっていることからスリップが発生して切断している。
【００４７】
比較例４では、長繊維を用いているものの配合量が多すぎて射出成形ができなかった。
【００４８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、張力帯と、該張力帯の長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックはインサート材を埋設していない合成樹脂材料からなっており、そのブロックを形成する合成樹脂には長さが６〜２０ｍｍの長繊維が配合されていることを特徴とする。
【００４９】
インサート材を埋設していないブロックとすることによって軽量化は実現できるものの、ブロックの曲げ弾性率、耐衝撃性といった性能が不足することがあったが、長繊維を配合することによって曲げ弾性率、耐衝撃性、疲労強度といった性能を大幅に向上させることができ高負荷の用途に用いても十分に耐えうることができる高負荷伝動ベルトを提供することができる。
【００５０】
請求項２では、長繊維の長さが８〜１４ｍｍである高負荷伝動ベルトとしており、より長繊維の長さを最適化することによって、曲げ弾性率、耐衝撃性などの物性において高い補強効果が得られるとともに成形も良好なものとすることができる。
【００５１】
請求項３では、長繊維の配合量が１５〜３５質量％である高負荷伝動ベルトとしており、ブロックの耐摩耗性が十分に得られるとともに、成形性において良好なものとすることができる。
【００５２】
請求項４では、合成樹脂材料がポリアミド樹脂である高負荷伝動ベルトとしている。
【００５３】
ブロックに繊維状補強材を配合したポリアミド樹脂を用いることで、強度を向上させることができるとともにブロック重量を軽量にすることが可能となり、作用する遠心力を小さくすることができる。
【００５４】
請求項５では、長繊維が炭素繊維である高負荷伝動ベルトとしており、ブロックの硬度が高くなり、耐摩耗性に優れたものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。
【図２】本発明に係る高負荷伝動ベルトの他の例を示す斜視概略図である。
【符号の説明】
１　　高負荷伝動ベルト
２　　ブロック
３ａ　張力帯
３ｂ　張力帯
４　　エラストマー
５　　心線
１１　上ビーム部
１２　下ビーム部ー
１３　センターピラー
１４　嵌合溝
１５　嵌合溝

Claims (5)

1. 張力帯と、該張力帯の長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックはインサート材を埋設していない合成樹脂材料からなっており、そのブロックを形成する合成樹脂には長さが６〜２０ｍｍの長繊維が配合されていることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. 長繊維の長さが８〜１４ｍｍである請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
3. 長繊維の配合量が１５〜３５質量％である請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルト。
4. 合成樹脂材料がポリアミド樹脂である請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。
5. 長繊維が炭素繊維である請求項１〜４記載の高負荷伝動ベルト。

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