JP2005042840A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ブロックの高さ方向の撓みに対する補強のみならず、ベルト進行方向の撓みに対しても補強し、熱硬化性樹脂を用いた場合に頻発しやすいブロックの割れの問題を解消し、より寿命の長いベルトを提供する。
【解決手段】センターベルト３ａ、３ｂに多数のブロック２を嵌合固定した高負荷伝動ベルト１であって、ブロック１の上ビーム１１と下ビーム１２の少なくとも一方にベルト幅方向の補強桟２２を設けるとともに、該補強桟２２をベルト進行方向に対して後ろ側に５〜４５°の傾きを有するものとしている。また、ブロック１を構成する素材が熱可塑性樹脂であるものとする。
【選択図】図１

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に関し、ブロックの割れを防止した高負荷伝動ベルトに関するものである。

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に用いる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。

また、特許文献２には、同様に張力帯に対してブロックを装着したベルトにおいて、ブロック上下の腕の少なくともいずれか一方の外面にリブを立設することによってベルト自身に冷却効果を持たせて耐久性の向上を図った高負荷伝動ベルトが開示されている。

特開昭６３−３４３４２号公報 特開昭６１−１０３０３２号公報

このようなベルトは、特に高負荷を伝動する用途に用いられるものであり、ブロックに対してプーリから大きな側圧がかかるとともにベルトはプーリ内で上下動し、また張力帯とブロックとの間にも大きな力が働く。その中でブロックの上下ビームは撓みが発生し、例えば図６に示すようにブロック２の下ビーム１２が下方向（矢印）に撓んだり、図７に示すようにベルト進行方向（二重矢印）に対して後方向（矢印）に撓んだりすることが頻繁に起こる。そのように撓みが繰り返し発生することによってブロックが疲労し、ブロックが樹脂素材からなっている場合に、割れが発生してしまうといった問題がある。

特許文献２にはベルトの冷却のためにブロックにリブを設けることが開示されており、このリブは冷却のみならず、ブロックを補強することもできるといえる。しかし、この形態ではベルト高さ方向の撓みを抑える補強には効くものの、他の方向の補強効果は期待できない。ブロックはベルト高さ方向のみならず進行方向の撓みも含めて補強をすることが好ましく、改善が期待されるものであった。

本発明は、ベルト走行時の側圧などブロックに大きな負荷がかかったとしても割れが発生しベルトの故障となってしまうのを防止するために、ブロックの上ビームと下ビームの少なくとも一方にベルト幅方向の補強桟を設けるとともに、該補強桟をベルト進行方向に対して後ろ側に５〜４５°の傾きを有するものとしている。また、ブロックを構成する素材が熱硬化性樹脂であるものとする。

本発明の高負荷伝動ベルトでは、前記のようにブロックに所定範囲の角度の傾きを有する補強桟を設けていることから、ベルト高さ方向の撓みのみならずベルト進行方向の撓みに対しても補強する効果が得られ、かつ複数の桟を設けることなく、ブロックの重量の増加も最小に抑えることができるので、ベルト走行時における遠心力も小さなものにとどめることができるという利点を有し、ベルト走行時の空気抵抗も小さなものとすることができる。また、ブロックが熱可塑性樹脂でできているものは素材自体の靭性により割れが発生しにくいが、熱硬化性樹脂からなっている場合は割れの問題が発生しやすく、補強桟がより効果を発揮するものである。

ブロックの素材が熱硬化性樹脂からなる高負荷伝動ベルトにおいて、補強桟の傾きを５〜４５°、より好ましくは２０〜４０°の範囲とすることによって、ブロックの高さ方向の撓みに対する補強のみならず、ベルト進行方向の撓みに対しても補強をすることができるので、熱硬化性樹脂を用いた場合に頻発しやすいブロックの割れの問題を解消し、より寿命の長いベルトを得ることができるものである。

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の一例を示す要部斜視図であり、図２は同じく要部側面図、図３は同じく断面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内に心線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は、上ビーム１１および下ビーム１２と、上下ビーム１１、１２の中央部同士を連結したピラー１３からなっており、ブロック２の両側面２ａ、２ｂには一対のセンターベルト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。

また、図１〜３に示すように本発明においては下ビーム１２の下面には補強桟２２が設けられている。補強桟２２は下ビーム１２に限らず上ビーム１１の上面でもよいし、上下ビーム１１、１２の両方に設けてもよい。この補強桟２２を設けることによって次のような効果を得ることができるものである。

ブロック２は高負荷伝動ベルト１の走行時にプーリからの側圧を受ける一方張力帯によって引っ張られ、また有効径を変更することができる変速プーリで使用する場合は、ベルトがプーリ内で上下動することによりさまざまな方向からの力を受けることになる。そして、例えば図３に示すように下ブロックが下方向に撓むなど、ブロック２は高さ方向の撓みを生じることもあれば、ベルト進行方向の撓みを生じることもある。繰り返し撓みを生じる。
そうすると上もしくは下ビームの根元から割れが発生して、折れてしまうといったベルトの故障にもつながる。

そこで本発明では、そのような問題に対処するために上ビームと下ビームの少なくともいずれか一方に補強桟２２を設けている。補強桟２２はブロックの幅と略同じもしくはわずかに短い程度の幅を有し、図２のように補強桟２２のベルト進行方向の厚みＴは０．５〜１．５ｍｍ程度、ブロック上下方向の高さＨは０．５〜３ｍｍ程度の板状体をブロックの上ビームの上面もしくは下ビーム部の下面から延設したものであって、ブロックを構成するのと同じ樹脂で一体的に設けることが好ましい。また、本発明ではこの補強桟２２をベルト進行方向の後方向にθの角度で傾きを有するように設けており、θの範囲を５〜４５°、より好ましくは２０〜４０°とすることを特徴とする。

このような傾きを有する補強桟２２を設けることによって、ブロックが張力帯に引張られるとともにプーリの側圧を受けることによって生じるブロック高さ方向のみならずベルト進行方向の撓みに対して補強することができる。

ブロック２としては樹脂材４１のみからなっているものが使用できる。このようにアルミニウム合金など金属などからなるインサート材を埋設していないブロック２を用いた場合、インサート材を埋設したブロックを用いたベルトよりも、軽量化が可能なので高回転で使用してもベルトに発生する遠心力が小さいという優位点があるが、自動二輪などの比較的軽負荷で高回転の用途に向いている。また、インサート材を埋設していないブロックの場合に上下ビームの撓みも大きくなるので割れが発生しやすく、本発明による補強桟の効果が顕著に現れるといえる。

ここで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インサート材を埋設することを意味するものではない。

ブロック２の樹脂として用いることができるのは、具体的には硬度９０°ＪＩＳ Ａ以上の硬質ゴム、硬質ポリウレタン樹脂、液晶樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、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）樹脂等のゴムや合成樹脂が用いられる。等の合成樹脂が用いられる。しかし、これらの中でも硬質ポリウレタン樹脂、液晶樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂は耐衝撃性に劣るところがあり、割れが発生しやすいので本発明の補強桟２２による補強が好ましい。

本発明では前述のようにブロックを形成する樹脂材中に繊維状の補強材やウィスカ状の補強材を配合することは可能であり、繊維状の補強材は１５〜４０重量％の範囲で配合する。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、４０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。

合成樹脂に配合する繊維状補強材としては、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。その中でも前記のブロックを構成する樹脂で好ましい例であるナイロン４６と炭素繊維を組み合わせて用いることによって炭素繊維がナイロン４６の吸水性の欠点を改善し、剛性を大幅に向上させることができて、且つナイロン４６の有する耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性を生かすことができるものである。炭素繊維の中でも、ＰＡＮ系炭素繊維を用いることが好ましい。また、炭素繊維と組み合わせてアラミド繊維を配合することによってブロックの靭性が向上し、耐摩耗性や、耐衝撃性を一層向上させることができる。

また、前記繊維状補強材として上記の有機繊維のほかにも酸化亜鉛ウィスカ、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センターベルト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。

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。

また、ブロック２は図４に示すように樹脂材４１中にインサート材４２が埋設されたものでもよく、インサート材４２は、ブロック２の耐側圧性や曲げ剛性を持たせる部分となるインサート材であり、素材としてはアルミ合金、セラミックス、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、炭素繊維強化樹脂や鉄などの素材が挙げられる。

耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が好ましく、金属材料の中ではアルミ合金の弾性率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ^２で比重が２．８であるのに対し、鉄は弾性率が２２０００ｋｇｆ／ｍｍ^２で比重が７．８であり、強度的には鉄を用いるほうが高いといえるが、高速で回転するベルトにとって、ベルト重量は寿命に大きく影響を与えるため軽量化の面で有利なアルミ合金を用いることが好ましい。ただし、耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が優れており、インサート材４２の所定箇所に樹脂材４１を被覆したブロック２を用いることが好ましい。

樹脂材４１を所定の箇所に配置する場合、ブロック２の大きさよりもひと回り小さい金属材料からなるインサート材４２を用いてそのほぼ全面を樹脂材４１で被覆したものを用いると、部分的に樹脂材４１を被覆配置したものに比べて、樹脂材の剥離などの問題が発生しにくいので好ましい形態ということができる。ただし、全面といっても製造工程の上で樹脂材４１を被覆する際にインサート材４２を固定する部材が接触しているところは、インサート材４２が露出する箇所が発生することになるが、その程度のインサート材４２の露出は、実質的に全面を樹脂材で被覆している形態に含まれるといってよいものである。

インサート材４２を被覆する樹脂材４１としては、比較的摩擦係数の大きく耐摩耗性に優れ、センターベルト４を構成するエラストマー２と比べると剛性の高い、具体的には硬度９０°ＪＩＳ Ａ以上の硬質ゴム、硬質ポリウレタン樹脂、液晶樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、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）樹脂等のゴムや合成樹脂が用いられる。

また、これらの樹脂中に、綿糸、ポリアミド繊維やアラミド繊維等の化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、カーボン繊維等からなる織布、フィラー、ウィスカ、シリカ、炭酸カルシウムなどの無機材料等を混入した強化樹脂からなる。

また、ブロック２の下ビームは屈曲を許容しベルトがプーリに巻きかかることができるようにしなければならず、ベルト走行方向の前後面の少なくともいずれか一方に傾斜面を設けている。傾斜面を設けることによってブロック同士が緩衝することなくベルトが屈曲することができる。

センターベルト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、心体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、心体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、編布や金属薄板等を使用することもできる。

また、補強桟２２はブロック２の下ビーム１２だけでなく、図５に示すように上下ビーム１１、１２の両方に設けることも可能である。

ベルトに装着したブロックの複数方向の撓みをを抑えて割れを防止することができ、自動車や自動二輪車、農業機械の無段変速装置など、プーリの有効径が変化し大きなトルクを伝達するようなベルトとして適用することができる。

本発明の高負荷伝動ベルトの要部斜視図である。 本発明の高負荷伝動ベルトの側面図である。 本発明の高負荷伝動ベルトの断面図である。 本発明の別の例を示す高負荷伝動ベルトの断面図である。 本発明の更に別の例を示す高負荷伝動ベルトの断面図である。 ブロックが高さ方向に撓んだところの断面図である。 ブロックが進行方向に撓んだところの平面図である。

符号の説明

１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
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
２２ 補強桟

Claims (2)

1. エラストマー中に芯線を埋設したセンターベルトと、上ビームと下ビームをピラーによって連結しており上下ビームとピラーによって囲まれたセンターベルトを挿入する溝を有するブロックとからなり、上ビームの上面と下ビームの下面の少なくとも一方にベルト幅方向の補強桟を設けており、該補強桟がベルト進行方向の後側へ５〜４５°の角度を持って傾斜していることを特徴とする高負荷伝道ベルト。
2. ブロックを構成する素材が熱硬化性樹脂である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
   

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