JP2005009662A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 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及びそのブロックを提供する。
【解決手段】 張力帯３ａ、３ｂと、該張力帯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において、熱可塑性樹脂からなるインサート材２ａの表面に熱硬化性樹脂を被覆材２ｂとして設けたブロック２を用いるベルトとする。
【選択図】図３

Description

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及びそのブロックに関する。

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。

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。

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。

これらの要求を満たす高負荷伝動ベルトとして、例えば、特許文献１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。

特許文献２にはポリアミドなどの熱可塑性樹脂に炭素繊維を配合したもので、金属製のインサート材を埋設していないブロックを用いた高負荷伝動ベルトが開示されている。

また、特許文献３にはベルトに関するものではないが熱可塑性樹脂をインサート材として表面に熱硬化性樹脂を被覆した成形体に関する技術が開示されている。

特開昭６３−３４３４２号公報 特開２００１−３１１４５３号公報 特開平５−３１８５２７号公報

特許文献１に開示されているような樹脂中にアルミニウムなどの金属製のインサート材を埋設したベルトであると、インサート材を有する分、ブロックの重量がどうしても大きなものとなってしまい、ベルト走行時の遠心張力も必然的に大きなものとなってしまう。そうするとそのベルトを走行させる駆動装置側においても、軸荷重を高くかつプーリの剛性も高いものにする必要があるので、駆動装置全体として大きなものとなってしまう傾向があり、高価になってしまうことや小型化することが難しいという欠点がある。また、高速回転に不向きであるといった欠点もある。

特許文献２に開示されているようなベルトであると、ブロックがポリアミドなどの樹脂からなっており、インサート材が埋設されていないのでブロックの重量は比較的軽いものとなり、ベルト走行時の遠心張力も小さなものとなることから、そのベルトを駆動するベルト駆動装置に求められる軸荷重やプーリの剛性なども程々のものでよく、安価に済ませることができるようになるほかにも高速回転に向いており、例えば小さい排気量で回転数の高いエンジンに適用することが可能である。

しかし、例えばポリアミドなどの熱可塑性樹脂では、融点が低くガラス転移点も低いためにプーリとの摩擦により高温になると、ブロックが溶融状態となって摩耗してしまうという問題がある。

特許文献３は熱可塑性樹脂を熱硬化性樹脂で被覆する技術に関する開示はあるが、本発明のようなブロックを用いたベルトに関するものでない。

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、高温環境下においてもブロックの摩耗などの問題が少なく、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及びそのブロックを提供することを目的とする。

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、熱可塑性樹脂からなるインサート材の表面に熱硬化性樹脂を被覆材として設けたブロックを用いることを特徴とする。

請求項２では、インサート材に用いる熱可塑性樹脂がナイロン４６、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン９Ｔ、ポリフェニレンサルファイドの中から選ばれてなる少なくとも一種の樹脂である高負荷伝動ベルトとしている。

請求項３では、被覆材として用いる熱硬化性樹脂は熱硬化性樹脂１００質量部に対して繊維状補強材が１５〜１１０質量部の割合で配合されている樹脂組成物である高負荷伝動ベルトとしている。

請求項４では、被覆材として用いる熱硬化性樹脂がフェノール樹脂もしくはジアリルフタレート樹脂である高負荷伝動ベルトとしている。

請求項５では被覆材として用いる熱硬化性樹脂がフェノール樹脂にＰＡＮ系炭素繊維、アラミド繊維、酸化亜鉛ウィスカから選ばれてなる少なくとも１種の繊維状補強材を配合した高負荷伝動ベルトとしている。

請求項６では被覆材として用いる熱硬化性樹脂がジアリルフタレート樹脂にＰＡＮ軽炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、硫酸バリウムから選ばれてなる少なくとも１種の繊維状補強材を配合した高負荷伝動ベルトとしている。

請求項７ではインサート材が凹部もしくは凸部の少なくともいずれか一方を有しており、インサート材と被覆材が前記凹部もしくは凸部にて嵌合している高負荷伝動ベルトとしており、請求項８ではインサート材に貫通孔有しており被覆材が該貫通孔を通して両側の被覆材が連結されている高負荷伝動ベルトとしている。

請求項１では熱可塑性樹脂からなるインサート材を用いているので、金属のインサート材に比べてベルトを軽量化することができ、走行時の遠心張力が小さく高速回転にも適用することができる。また表面には熱硬化性樹脂を被覆していることからブロック表面の耐摩耗性にも優れた摩耗による故障を防止することができるベルトが得られる。

請求項２ではナイロン４６、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン９Ｔ、ポリフェニレンサルファイドは熱可塑性樹脂の中でも曲げ強度、曲げ弾性率が高く強靱であり、ブロックおよびベルトに負荷がかかっても割れにくい利点を有している。

請求項３ではブロックの表面を熱硬化性樹脂で構成することによって高温の環境下においても樹脂が溶融してしまうということがないので、溶融摩耗の問題を防止することができる。また、繊維状の補強材を配合することによって素材のもろさや耐摩耗性を改善することができるとともに、強度をより向上させることができる。

請求項４では耐熱性に優れ高温環境下においてより高い耐久性を持たせることができる。また、ジアリルフタレート樹脂を用いた場合はブロックを成形後の収縮量が少なくより正確な寸法やブロック側面の角度を出すことができ、ひいてはベルト走行時における騒音の低減や長寿命化につながる。

請求項５および６では被覆材として用いる樹脂の種類によってそれぞれにあった繊維状補強材を配合することによって、耐摩耗性、摩擦係数、強度などの物性においてバランスの取れた材料を得ることができる。

請求項７および請求項８ではインサート材と被覆材との間で凹凸による嵌合しているか、インサート材の貫通孔にて被覆材を連結した構成を採っており、被覆材のインサート材への固定強度をきわめて大きなものとすることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。

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り、図２はその側断面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内にロープ状の心体５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、このセンターベルト３ａ、３ｂの上下面６、７に所定ピッチで形成された凹条部１８、１９に嵌合し、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８、９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センターベルト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。

ブロック２の形状は図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の両側面にはセンターベルト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にはセンターベルト３ａ、３ｂの上面６に設けた凹条部１８と下面７に設けた凹条部１９に係合する凸条部２０、２１が設けられている。

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によってセンターベルト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、センターベルト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、センターベルト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、センターベルト３ａ、３ｂは、装着後はブロック２から抜けにくい状態となる。

本発明においてブロック２は、図３や図４に示すように熱可塑性樹脂からなるインサート材２ａの表面を熱硬化性樹脂からなる被覆材２ｂで覆った構造からなっている。図３は図１に示すベルトに用いられるブロック２であり、インサート材２ａの全面が被覆材２ｂで覆われており、完全に埋設した形態である。図４は図２に示すベルトに用いられるブロック２であり、被覆材２ｂはインサート材２ａ全面を覆っておらず、インサート材２ａが部分的に露出した形態である。

図５、図６に示すのはまた別の形態を示すブロック２の正面図であり、このブロック２の場合はインサート材２ａの上ビーム部１１に貫通孔４０を有しており、その貫通孔４０にて図７に示すようにインサート材２ａの表裏面の被覆材２ｂが連結している。このような構成を採ることによって被覆材２ｂのインサート材２ａへの固着力を大きなものとすることができ被覆材２ｂの剥がれによるベルトの故障を防止することができる。

被覆材２ｂはインサート材２ａの全面に被覆してもよいが、少なくともブロック２のプーリとの接触面を覆っていればよく、部分的な被覆でも構わない。また部分的な被覆とすることによってブロック２中のインサート材２ａの占める割合を大きくすることができ、強度の面でも有利であるが、逆に被覆材２ｂの剥がれの問題がでてくる。それを前記のようなインサート材２ａに設けた貫通孔４０によって被覆材２ｂを表裏面で連結させることによって被覆材２ｂの剥がれの問題を心配することなくブロックの強度を上げることができる。

上記の例ではインサート材２ａに貫通孔を設けることによってインサート材２ａの表裏面で被覆材２ｂを連結させているが、貫通孔でなくとも凹部を設けることによって被覆材がその凹部に入り込んで被覆材２ｂのインサート材２ａへの固着力を高めることができる。凹部のみでなく凸部を設けたり凹凸両方を設けることによって同様の効果を得ることができる。

また、インサート材２ａと被覆材２ｂとの間にエポキシ系接着剤などを介在することによって更に固着力を向上させることができる。

熱硬化性樹脂からなるインサート材２ａは通常それだけで略ブロックの形状をなすものであり、ブロックの物性の主要部分を担う部分であり、被覆材２ｂは例えば厚みが０．１〜０．５ｍｍ程度のもので、ベルトが走行する際にプーリと接触する部位、そして隣り合うブロック同士が接触する部位のインサート材２ａの表面を覆っている。被覆材２ｂは前記のような摩擦が発生する箇所のみを覆うようにしてもよいが、インサート材２ａの全面を覆ってしまうものであってもよい。

インサート材２ａに用いられる熱可塑性樹脂としては、ナイロン４６、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６Ｔ、ナイロン９Ｔなどのポリアミド樹脂、その他ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトンなどを挙げることができ、それらの樹脂に炭素繊維、ポリアミド繊維、セルロース、綿、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ポリアリレート繊維、ガラス繊維、金属繊維などの長繊維、短繊維を配合したものも用いることができる。

樹脂への繊維の配合量は、１５〜１１０質量％の範囲とすることが好ましい。１５質量％未満であると繊維を配合することによる補強効果がほとんど得られず、１１０質量％を超えると、成形が困難になるとともに硬度は上がるが靭性が低下してブロックの耐衝撃性の面では低くなるので好ましくない。

被覆材２ｂとして用いられる熱硬化性樹脂は、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、アルキド樹脂、アクリル樹脂などを用いることができ、その中でもフェノール樹脂を用いることが曲げ強度などの物性の面、またコストの面で有利である。またジアリルフタレート樹脂は耐熱性に優れていることから、自動車のエンジンルーム内などの高温環境下においてより高い耐久性を発揮できる。さらにジアリルフタレート樹脂自身が成形収縮の少ない樹脂であり、ブロック成形後の収縮量が少なくより正確な寸法やブロック側面の角度を出せるのでベルト走行時における騒音の低減や更には長寿命化にもつなげることができる。

また、この被覆材２ｂを構成する熱硬化性樹脂にも補強材として繊維を配合することが可能であり、繊維としては炭素繊維、ポリアミド繊維、セルロース、綿、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、ポリアリレート繊維、ガラス繊維、金属繊維などの長繊維、短繊維を挙げることができる。配合量としては１５〜１１０質量％の範囲とすることが好ましく、１５質量％未満であると繊維を配合することによる補強効果がほとんど得られず、１１０質量％を超えると、成形が困難になるとともに硬度は上がるが靭性が低下してブロックの耐衝撃性の面では低くなるので好ましくない。

以上のようなブロックの構成を採ることによってすべてが樹脂からなっているので、従来のアルミニウムなどの金属材料からなるインサート材を埋設したものよりも軽量に仕上げることができるので高速回転で使用しても遠心張力を低く抑えることができる。またインサート材２ａとしては熱可塑性樹脂を用いることによって粘りがあり割れにくいブロックとすることができ、しかもブロックの表面には被覆材２ｂとしてフェノール樹脂やジアリルフタレート樹脂などの熱硬化性樹脂を被覆しているので耐熱性に優れており、耐摩耗性に優れたベルトとすることができる。

また、特に被覆材２ｂとしてジアリルフタレート樹脂を用いた場合は、熱硬化性樹脂なので熱可塑性樹脂よりも高温環境には強いが、それ以外に成形時に高温で成形できるので成形時間が短く、成形収縮率も小さいので高寸法精度のブロックを得ることができるといった利点もある。よって所望の寸法で所望のＶ角度を有するブロックを正確に成形することができ、ベルトとして走行させた際にも騒音の発生や摩耗が少なく長寿命化にもつながる。

また、短繊維などの補強材以外にもチタン酸カリウム、ホウ酸アルミニウムなどのウィスカを配合することも可能である。ウィスカとしては、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。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を、前述の熱可塑性樹脂１００質量部に対して、その添加量が５質量部よりも少ない場合は、添加した効果が発現せず、６０質量部を越えて添加した場合は、混練できず、成形することが困難となる。

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。

張力帯３ａ、３ｂは、前述のように、上面、即ちブロック２のロック部８、９に接する面側に所定ピッチで凹部６が形成されている。この凹部６にブロック２のロック部８、９に設けられている凸部７が嵌合される。

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。

次に、本発明の高負荷伝動ベルトを表１に示すような構成で作製し、ベルトの走行試験を行い、ブロックの割れの発生を観察し、ブロック側面の摩耗量を測定した。

なお、使用した高負荷伝動ベルトは、図１に示すようなブロックを用いたものであり、そのブロックのインサート材と被覆材の材料を表１に示すように変えて、実施例、比較例１の高負荷伝動ベルトとした。なお、比較例２および比較例３はインサート材を被覆材で覆ったものではなく一種類の樹脂で構成したブロックを用いた。

また、使用した張力帯３ａ、３ｂは、全て共通であり、心線５はアラミド繊維、エラストマー４はクロロプレンゴムを用いた。ベルトのサイズは実施例、比較例２、比較例３についてはベルトピッチ幅１８ｍｍ、ピッチ周長８３１ｍｍ、ブロックピッチ３ｍｍとし、比較例１のみはベルトピッチ幅２５ｍｍ、ピッチ周長６１２ｍｍ、ブロックピッチ３ｍｍとした。

ジアリルフタレート樹脂としてはフドー社製ダポールを用い、ジアリルフタレート樹脂１００質量部に対してＰＡＮ系炭素繊維５０質量部、グラファイト１５質量部を配合したものを用いた。フェノール樹脂としてはフドー（株）社製フドーライトを用いフェノール樹脂１００質量部に対してＰＡＮ系炭素繊維４０質量部、グラファイト１０質量部を配合したものを用いた。ナイロン４６としてはＤＪＥＰ社製Ｓｔａｎｙｌを用いＰＡＮ系炭素繊維３０質量部を配合したものを用いた。

ブロック側面の摩耗量は、ベルト走行２４時間後のベルトからブロックを抜き取り投影機で測定した。以上の結果を表１にまとめて示す。

表１より判るように、熱可塑性樹脂としてナイロン４６をインサート材とし熱硬化性樹脂であるジアリルフタレート樹脂およびフェノール樹脂を被覆材として覆ったブロックを用いた実施例１および２のベルトは、ブロックの摩耗量も０．３ｍｍとすくなくブロックの割れをも発生していない。一方インサート材にアルミニウムを用いた比較例１では、ブロックの割れはなく摩耗も大きくないものの２１．５ｈｒでベルトが切断しており、重量が大きく遠心張力も大きくなるので高速回転に向いていないということがわかる。

比較例２は熱可塑性樹脂組成物のみからなるブロックを用いており、ブロックの摩耗が大きい結果となっている。比較例３は熱硬化性樹脂組成物のみからなるブロックを用いており、ブロックの摩耗は少ないが走行中に早期に割れが発生する結果となっている。

自動車やスクータなどの自動二輪車、そして農業機械などの駆動に用いる高負荷を伝達することができるベルトである。

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。 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。 図１にベルトに係るブロックの正面図である。 図２にベルトに係るブロックの正面図である。 ブロックの別の例を示す正面図である。 ブロックの更に別の例を示す正面図である。 貫通孔部分を示す要部断面図である。

符号の説明

１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
２ａ インサート材
２ｂ 被覆材
３ａ センターベルト
３ｂ センターベルト
４ エラストマー
５ 心体
６ 上面
７ 下面
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１４ 嵌合溝
１５ 嵌合溝
１８ 凸条部
１９ 凸条部
２０ 溝条部
２１ 溝条部
４０ 貫通孔

Claims (8)

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、熱可塑性樹脂からなるインサート材の表面の少なくともプーリとの接触面に熱硬化性樹脂を被覆材として設けたブロックを用いることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. インサート材に用いる熱可塑性樹脂がナイロン４６、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６Ｔ、ナイロン９Ｔ、ポリフェニレンサルファイドの中から選ばれてなる少なくとも一種の樹脂である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
3. 被覆材として用いる熱硬化性樹脂は熱硬化性樹脂１００質量部に対して繊維状補強材が１５〜１１０質量部の割合で配合されている樹脂組成物である請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルト。
4. 被覆材として用いる熱硬化性樹脂がフェノール樹脂もしくはジアリルフタレート樹脂である請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。
5. 被覆材として用いる熱硬化性樹脂がフェノール樹脂にＰＡＮ系炭素繊維、アラミド繊維、酸化亜鉛ウィスカから選ばれてなる少なくとも１種の繊維状補強材を配合した請求項４記載の高負荷伝動ベルト。
6. 被覆材として用いる熱硬化性樹脂がジアリルフタレート樹脂にＰＡＮ軽炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、硫酸バリウムから選ばれてなる少なくとも１種の繊維状補強材を配合した請求項４記載の高負荷伝動ベルト。
7. インサート材が凹部もしくは凸部の少なくともいずれか一方を有しており、インサート材と被覆材が前記凹部もしくは凸部にて嵌合している請求項１〜６記載の高負荷伝動ベルト。
8. インサート材に貫通孔有しており被覆材が該貫通孔を通して両側の被覆材が連結されている請求項１〜７記載の高負荷伝動ベルト。
   

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