JP2005516790A - 動力伝達ベルトおよび方法 - Google Patents

Abstract

本発明は層構造重合張力コードを有するベルトを備える。エラストマレイヤはオーバーコードの上に重なり、これは他のエラストマレイヤの上に重なり、これは張力コードの上に重なる。オーバーコードレイヤは成型中張力コードを支持し、これによりリブ頂点に関してコードラインの位置を安定させる。この構成は、マルチリブベルトにおいて、張力コードの中心線からリブ頂点とリブ/プーリ境界面までの距離を著しく減少させる。これにより、ベルトの寿命を著しく長くする。

Description

本発明は低いコードラインを有する動力伝達ベルト、およびその製造方法に関する。

従来、埋設された張力部材を有するエラストマ材料から動力伝達ベルトを成形することが知られている。ベルトはマルチリブ、歯付き、あるいはＶ型形状を有する。ベルトは対応した形状を有するプーリにより走行する。

動力伝達ベルトの張力コードは一般的にエラストママトリクスに配置されることが知られている。特にマルチリブベルトでは、張力部材はベルトのボディ内に設けられる。この構造の形態は、張力部材により支持されるベルトリブに、長いレバーアームを配置する。作用する力の大きさは、張力コードのラインの中心から係合するプーリの軸受面までのラジアル距離に正比例する。レバーアームの長さを長くすると、ベルトの稼動寿命が短くなる。

ベルトの製造の方法は、張力コードの位置をある程度決定する。研削されるベルトの場合、ベルトスラブが成形され、マンドレル上において加硫される。そしてベルトスラブは取出され、マルチリブド形状がベルトスラブに研削される。研削動作は完全には制御できないので、研削動作によって切断されるのを防ぐために張力コードの配置には、いくらかの削り代が設けられなければならない。これにより張力コードラインは、リブ頂点からの好ましい距離よりも長いことが必要となる。

従来技術の代表は、複数の近接して配置され、負荷を受けるコードを横切って、その少なくとも一方の側に配置された支持コードを有するＶベルトを開示したメドース（Meadows）に付与された米国特許第3,820,409号明細書である。

必要なものは張力コードからリブ頂点までの著しく減少した距離を有するベルトである。必要なものは張力コードからリブ/プーリ境界面までの著しく減少した距離を有するベルトである。必要なものは、成型中に張力コードの位置を制御するために、張力コードに重ねたエラストマレイヤに設けられたオーバーコードレイヤを有するベルトである。本発明はこれらのニーズに合致する。

本発明の主な特徴は、張力コードからリブ頂点までの著しく減少した距離を有する動力伝達ベルトを提供することである。

本発明の他の特徴は、張力コードからリブ/プーリ境界面までの著しく減少した距離を有する動力伝達ベルトを提供することである。

本発明の他の特徴は、成型中に張力コードの位置を制御するために、張力コードに重ねたエラストマレイヤに設けられたオーバーコードレイヤを有する動力伝達ベルトを提供することである。

本発明の他の特徴は、本発明の次の記載と添付図面により指摘され、あるいは明らかにされる。

本発明は層構造重合張力コードを有するベルトを備える。エラストマレイヤはオーバーコードの上に重なり、これは他のエラストマレイヤの上に重なり、これは張力コードの上に重なる。オーバーコードレイヤは成型中張力コードを支持し、これによりコードラインの位置を安定させる。この構成は、マルチリブベルトにおいて張力コードの中心線からリブ頂点とリブ/プーリ境界面までの著しく減少した距離をもたらす。

図１は従来技術の断面図である。従来技術の構造はオーバーコードＡ、アンダーコードＢおよび張力コードＣを備える。コードラインの中心線はマルチリブド形状の頂点から所定の距離ｄをあけて示される。コードラインは、マルチリブド形状がベルトに研削されるときに破損するのを避けるため、リブ頂点から十分な距離ｄになければならない。張力コードＣは弾性材料Ｄ内に埋め込まれる。

図２は本発明のベルトの断面図である。ベルト１００は複数のレイヤを備える。アンダーコード１４は好ましい実施形態においてマルチリブド形状を備える。稼動中、ベルト１００はプーリＰに係合する。

特に、レイヤ１０はゴムすなわち繊維が充填されたエラストマ材料を備える。オーバーコードすなわちクロスコード１１はクロスコードレイヤを備える。クロスコードレイヤは、成型および加硫工程中、張力コード１３を支持し、ベルト本体内において適切なコードライン位置を維持する。クロスコード１１は織布あるいは不織布材料を備えてもよい。

クロスコードレイヤ１１は実質的に非孔質であり、成型工程中、著しい量のレイヤ１０がレイヤ１１を貫通するのを阻止する。これは、レイヤ１１が張力コード１３を支持して、均一な張力コード中心線ＣＬの位置を制御する効果を有する。

ゴム１２の薄いレイヤはレイヤ１１と張力コード１３の間に設けられる。コード１３はベルトの長手軸に沿って延びる。好ましい実施形態においてゴム１２のレイヤはレイヤ１１と張力コード１３の間に設けられるが、ゴム１２は、成型工程中にコード１３がゴム１２によって包まれない限り、張力コード１３とアンダーコードレイヤ１４の間に設けられてもよい。

アンダーコード１４は繊維を充填したエラストマ材料を備える。他の実施形態において、アンダーコードは繊維を充填しない純粋なエラストマ、すなわちゴムレイヤをも備えていてもよい。レイヤ１０および１４の繊維充填は１００部に対して０．１〜２０部の範囲であってもよい。繊維は、例えばコットン、ＰＴＦＥ、およびアラミドを含む従来公知のものであってもよい。

ジャケット１５が設けられてもよく、これは摩擦係数を定めるために織布あるいは不織布材料を備えてもよい。

製造
本発明のベルトは、ビルドドラムに各レイヤを順々に貼り付ける工程によって成形される。ベルトは、ベルトスラブをリブ付きアウターシェルに押しつける膨張膜を利用した成型工程によって加工される。この工程においてベルトは、表面に膨張可能な部材を有するマンドレルの表面上において組付けられる。成型および加硫工程において、膨張可能部材はベルト構造体をアウターシェルモールドに押しつける。クロスコードとオーバーコードの層１１を利用することにより、張力コードライン１３の位置を安定させ、正確に制御されたコードライン位置を得る。これは張力コード１３をリブ頂点１６に接近させ、すなわちリブ／プーリ境界面ＲＰに接近させて配置させ、稼動寿命を著しく長くする。比較すると、従来技術のコードラインはリブ頂点およびリブ／プーリ境界面からより長い距離にあり、これにより稼動寿命が短くなる。

特に、ゴムエラストマあるいは繊維充填材料の第1のエラストマレイヤ１０がマンドレル上に巻きつけられる。次に、クロスコードレイヤ１１が重ねて巻きつけられる。成型の間におけるゴムの流動特性のため、クロスコードレイヤ１１は図９に示されるようなギャップを残して、あるいは層の端部を縫い合わせることより、突合せて接合することができる。

次に、ゴムストック１２の薄い層を備える第２のエラストマレイヤがクロスコード層１１の上に重ねて巻きつけられる。好ましい実施形態において、レイヤ１２はゴム材料のみから作られる。次に、張力部材すなわちコード１３がゴム材料の層の上に巻きつけられる。次に繊維充填されたアンダーコード層１４を備える第３のエラストマレイヤが重ねて巻きつけられる。最後に、不織布材料１５の層がアンダーコード層の表面に巻きつけられる。不織布材料１５はセルロースあるいはノンセルロースを基にした材料を備えてもよい。

この組付けと処理を利用することにより、最終的なコード位置が安定し、またリブ頂点１６とリブ／プーリ境界面ＲＰに著しく近くなる。特に、反転成型工程において、ベルト構造体と特にコード１３はビルドドラム内に配置された膨張膜上に螺旋状に巻きつけられる。成型工程中、膨張膜すなわちバッグはベルト構造体をモールド殻体のリブに押しつける。

従来技術において、成型の工程の間、コード１３はゆがむか、最初に接触する支持レイヤの中に引き込まれやすかった。生じたコードの不整列はコードに異なる負荷を与え、これにより稼動寿命を縮める。

本発明のベルトおよび工程では、この発生を防ぐための支持がクロスコードレイヤ１１によって得られる。この方法において、コード１３は支持され、コードラインＣＬをリブ／プーリ境界面ＲＰに対して、より正確にそしてより接近させて配置させる。

この構造はまた、ベルト形状が加硫されたベルト構造体に研削される製造方法において著しい利点を有する。研削されるベルトの場合、コードラインは、研削動作によってコードが損傷を受けるのを避けるために、リブ頂点１６からより長い距離をあけて配置されなければならない。この成型構造の場合、コードラインは頂点にかなり近い。

本発明ベルトの開示された構造は、従来技術のベルトと比較して、リブ頂点１６とリブ／プーリ境界面ＲＰ（ｄ２）の上方のより小さなラジアル距離ｄにコードラインＣＬを配置する。この方法によるコードラインの位置決めにより、優れた動的性能が得られる。図３参照。本発明ベルトにおけるラジアル距離ｄの範囲は、コード１３の外表面がリブ頂点１６の上方で約0.000インチから0.050インチである。コード１３を部分的あるいは全体的にリブ内に配置してコードの外表面がリブ頂点よりも下にあり、コードラインの距離ｄが負の値になることも可能である。図６参照。コードの中心線のリブ頂点に対する距離は約-0.040インチから0.000インチの範囲である。例えば-0.040インチの負の値は、コードがリブ内に設けられてコードがリブ頂点よりも下にあることを示す。-dの場合を示す断面図である図６参照。

好ましい実施形態において、ｄの範囲は、約0.040インチの直径を有するコード１３に対して、リブ頂点から約0.010インチから0.015インチの間である。ラジアル距離ｄが0.020インチに等しい場合、張力コード１３はリブ頂点１６においてレイヤ１４の表面にある。ここで与えられるコードの直径は説明のためだけであり、ユーザのニーズおよびベルトの動作条件に応じて変えてもよい。

前述したように、本発明ベルトの開示された構造は、リブ／プーリ境界面ＲＰからベルトコードラインＣＬまでの距離ｄ2を縮小する効果を有することである。距離ｄ2の縮小は、ベルトがプーリに係合するときにおけるリブのゆがみの大きさを減少させる。特に、ベルトがプーリに係合する動作において、リブのエラストマ材料はプーリに伝えられるトルクに応じてゆがむ。そのゆがみは長手軸に沿っており、また張力コードの位置に関係する。図７参照。

図７はベルトの一部の側面図である。Ａは張力コード１３にある点を表す。Ｃはリブ１４のプーリ係合面にある点を表す。負荷Ｌを受けるベルトがプーリ（図示せず）に係合するとき、リブ１４は、Ｃ点が距離Ｄ３だけＢ点までひずむように変形する。距離Ｄ３の大きさは、ここに説明されるようにｄ2の関数である。ｄ2が大きくなるとＤ３も大きくなる。逆にｄ2が小さくなるとＤ３も小さくなる。過度なゆがみＤ３はリブの亀裂による早期ベルト損傷の原因となる。動作中にｄ2を極端に減少させることによりＤ３を減少させると、本発明ベルトの寿命を著しく増加させる。

図２Ａは図２の詳細である。ベルト断面は、エラストマ材料１２が張力コード１３の間において、またそれを介して押圧され、ロブ１２０を形成する。ロブ１２０は張力コードに平行に沿って延び、実質的に長手軸方向に平行である。レイヤ１１は張力コードに近接して圧縮され、そしてコード１３上のレイヤ１２の薄い残りの部分を圧迫する。ロブ１２０はレイヤ１２のエラストマである。ロブ１２０は動作中においてコードを支持し、クッションとなる。

図３は本発明ベルトのテスト結果の図表である。図３に示されるように、リブ頂点１６およびリブ／プーリ境界面ＲＰとコードラインＣＬとの間の平均距離を減少させると、ベルト寿命が長くなる。例えば、張力コード中心線からリブ頂点まで約0.042インチの平均ラジアル距離を有するベルトの寿命が１００時間であるのに対し、張力コード中心線からリブ頂点まで約0.032インチの平均ラジアル距離ｄを有するベルトは２８０時間である。

図４は本発明ベルトの高負荷寿命テストの結果を示す。本発明ベルトは著しく改善された高負荷寿命を示す。高負荷テストは、約８５°の温度下で約２６４ポンドの張力を与えて約４９００ＲＰＭでベルトを走行させる。本発明ベルトは損傷するまで約２８０時間稼動したのに対し、より高いコードライン位置を有するベルトは損傷するまで１５０時間未満稼動し、８６％の改良であった。

図５は本発明ベルトの高温耐久寿命を示す。本発明ベルトは著しく改良された高温耐久性を示す。高温耐久性テストは、約２５０°Ｆの温度下で約２８２ポンドの張力を与えて約１３０００ＲＰＭで３点駆動でベルトを走行させる。本発明ベルトは損傷するまで約３９０時間稼動したのに対し、標準のコードラインを有するベルトは２５０時間稼動して損傷し、５６％の改良であった。

図８は従来のオーバーコード構造を示す。オーバーコードレイヤＣはラップジョイントにおいて接合される。ラップジョイントの端部は量ＯＬだけ下部に重ねられる。この「高い部分」は隆起を生じ、背面アイドラを有するベルトを使用する場合に、稼動中に騒音を発生することとなる。

図９は本発明ベルトのオーバーコード構造を示す。この明細書の他の部分に記載されたように、レイヤ１０はクロスコードレイヤ１１に重ねられる。Ｄは、この明細書の他の部分に記載されたように、製造中にベルトが積み重ねられるビルドドラムを示す。レイヤ１１の端部１１Ａおよび１１Ｂは相互に突合せ接合、および／または縫い合わされるように構成されてもよい。しかし好ましい実施形態では、ビルドドラムでの組立てにおいて、小さいギャップＧが端部１１Ａと１１Ｂの間に存在してもよく、これにより、端部１１Ａが反対側の端部１１Ｂの替わりにレイヤ１０に縫い合わされる。加硫の間、レイヤ１０の材料はギャップを流動し、シームレスジョイントを生じる。シームレスジョイントは背面アイドラの上を走行するベルトにより発生する騒音を除去する。したがって、ベルトにおいてオーバーコード上にギャップを作ることは、従来技術のベルトがオーバーコードレイヤの両端部が接近するように制御することが必要であったので、オーバーコードレイヤ上のギャップが背面アイドラの使用の場合に騒音を生じる従来技術のベルトに対して改良である。本発明ベルトは、レイヤ１１の両端部が精密に切断されたり、整列されたりする必要がなく、製造コストの削減になる。

本発明のひとつの形態が説明されたが、ここに記載された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と関連した部分に種々の変形が施されることは当業者にとって自明である。

従来技術の断面図である。 本発明ベルトの断面図である。 成型工程の後の図２の詳細である。 本発明ベルトのテスト結果の図表である。 本発明ベルトの高負荷寿命テストの結果を示す。 本発明ベルトの高温耐久性寿命を示す。 -ｄの場合の断面図である。 ベルトの一部の側面図である。 従来のオーバーコード構造を示す。 本発明ベルトのオーバーコード構造を示す。

Claims (30)

1. 第１のエラストマレイヤを膨張外表面を有するマンドレルに巻きつけるステップと、
   クロスコードレイヤを前記エラストマレイヤに重ねるステップと、
   第２のエラストマレイヤを前記クロスコードレイヤに重ねるステップと、
   張力部材を前記第２のエラストマレイヤに螺旋状に巻きつけるステップと、
   第３のエラストマレイヤを前記張力コードに重ねるステップとを備えるベルト構造体を構築するステップと、
   前記膨張外表面を押圧して、ベルト形状を有するモールドに前記ベルト構造体を押しつけるステップと、
   前記張力部材を前記クロスコードレイヤで支持して、張力コードの位置を制御するステップと、
   前記ベルト構造体を加熱するステップと、
   前記ベルトを加硫するステップと、
   前記ベルト構造体を前記モールドから取り外すステップと
   を備えるベルト製造方法。
2. 不織布材料を前記第３のエラストマレイヤに重ねるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
3. リブ頂点を有するマルチリブド形状を用いたステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
4. 加硫されたベルト構造体をベルトに切断するステップをさらに備える請求項３に記載の方法。
5. 前記第１のエラストマレイヤに充填した繊維を用いるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
6. 前記第３のエラストマレイヤに充填した繊維を用いるステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
7. リブ頂点から張力部材の中心線までの距離を-0.040インチから0.015インチまでの範囲に制限するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
8. 前記第２のエラストマをゴムのみで成形するステップをさらに備える請求項９に記載の方法。
9. 第１のエラストマレイヤと、
   前記第１のエラストマレイヤに貼り付けられた第１のクロスコードレイヤと、
   前記ベルトの長手軸に沿って延びる張力部材と、
   前記クロスコードレイヤに貼り付けられ、前記張力部材を重ねられ、前記張力コードとリブ頂点の間に配置されるロブを形成する前記張力コードの間に延びる第２のエラストマレイヤであって、前記ロブが前記張力コードに実質的に平行である第２のエラストマレイヤと、
   所定の形状を有する前記第２のエラストマレイヤに貼り付けられる第３のエラストマレイヤを備える
   ベルト。
10. 前記第１のエラストマレイヤに充填された繊維をさらに備える請求項１１に記載のベルト。
11. 前記第３のエラストマレイヤに充填された繊維をさらに備える請求項１１に記載のベルト。
12. 前記第２のエラストマレイヤがゴムのみで成形される請求項１１に記載のベルト。
13. マルチリブド形状をさらに備える請求項１１に記載のベルト。
14. 長手方向に配置されたリブ頂点を有するエラストマボディと、
    長手方向に配置され、かつリブ頂点に対して前記エラストマボディ内に配置され、かつ張力部材の中心線と前記リブ頂点の間にラジアル距離ｄを有する張力部材と、
    前記張力部材に近接し、かつ前記リブ頂点とは反対側に配置されたクロスコードレイヤを備える
    ベルト。
15. プーリ境界面において前記エラストマボディに貼り付けられる繊維充填レイヤをさらに備える請求項１４に記載のベルト。
16. 前記エラストマボディがゴムのみで成形される請求項１４に記載のベルト。
17. 約-0.040インチから0.050インチの範囲のラジアル距離ｄを有する請求項１４に記載のベルト。
18. 約0.020インチから0.015インチの範囲のラジアル距離ｄを有する請求項１４に記載のベルト。
19. 前記クロスコードレイヤが織布材料をさらに備える請求項１７に記載のベルト。
20. 前記クロスコードレイヤが不織布材料をさらに備える請求項１７に記載のベルト。
21. 長手方向に配置されたリブ頂点を有するエラストマボディと、
    長手方向に配置され、かつリブ頂点に対して前記エラストマボディ内に配置され、かつ張力部材の中心線と前記リブ頂点の間に約-0.040インチから+0.050インチの範囲のラジアル距離ｄを有する張力部材を備える
    ベルト。
22. マルチリブド形状をさらに備える請求項２１に記載のベルト。
23. 前記張力部材に近接し、かつ前記リブ頂点とは反対側に配置されたクロスコードレイヤをさらに備える請求項２１に記載のベルト。
24. 長手方向に延びる少なくとも２つのリブを有し、かつ長手方向に配置されたリブ頂点を有するエラストマボディと、
    長手方向に配置され、かつ前記リブ内に配置される張力部材を備える
    ベルト。
25. 張力部材の中心線と前記リブ頂点の間に約-0.040インチから+0.020インチの範囲のラジアル距離ｄをさらに備える請求項２４に記載のベルト。
26. 前記第１のエラストマレイヤの両端部の間にギャップを成形するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
27. 前記第１のエラストマレイヤの両端部の間に突合せ接合を成形するステップをさらに備える請求項１に記載の方法。
28. 前記第１のクロスコードレイヤが実質的に非孔質である請求項９に記載のベルト。
29. 前記クロスコードレイヤが実質的に非孔質である請求項１９に記載のベルト。
30. 前記クロスコードレイヤが実質的に非孔質である請求項２３に記載のベルト。
    
    

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