JP2006038215A - 高負荷伝動ベルトおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ブロックの走行方向の揺動を抑えて、ベルトの振動、騒音、発熱を防止した高負荷伝動ベルトおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】センターベルト３をセンターベルト保持部３２にセットした状態で金型３０、３１内のキャビティに樹脂材料を送り込んでブロック２を成形すると同時にセンターベルト３にブロック２を取り付け、更に隣り合うブロック２とブロック２との間に規制部材６を成形配置することでブロックの動きを規制し揺動を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は、センターベルトの長手方向に沿って複数のブロックを固定した高負荷伝動ベルトに係り、ブロックの走行方向の揺動を抑えて、ベルトの振動、騒音、発熱を防止した高負荷伝動ベルトおよびその製造方法に関する。

ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変化させ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ような変速プーリに巻きか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自体が大きな側圧に耐えるものではなくてはならない。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られ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、耐衝撃性などの性質をバランスよく保有する必要がある。更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。このベルトのブロックは金属製のインサートをフェノール系樹脂によって被覆した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には金属製のインサートを埋設していないブロックを用いたベルトであり、金属製のインサートを有していないことから多少ブロックの強度面では劣るところがあるものの、ベルトを大幅に軽量化することが可能となっている。インサートを埋設したブロックを用いたベルトが比較的重量があり、ベルトを高速で回転させると遠心力によるセンターベルトの劣化が早いという問題があるのであまり高回転の用途に向いていないということがあった。それに対して特許文献２に開示されているような金属製のインサートを埋設していないベルトでは遠心力の問題が少なく高回転にも適用できる。

このような高負荷伝動ベルトはセンターベルトに多数のブロックを設けたベルトはベルトの製造の際にセンターベルトへのブロックの装着に手間がかかり、効率のよい機械化もなかなか困難であることからコスト的には不利であった。

特許文献３にはそのようなベルトを製造する方法が開示されている。金型内にセンターベルトを配置してセンターベルトを取り囲むようにキャビティを形成して樹脂を射出することによってブロックを成形すると共にセンターベルトに取り付ける方法である。この方法によればブロックの成形とセンターベルトへのブロックの取り付けが一度で行える。

特許文献４にはブロックの金属補強部材（インサート）が軟質ゴム部材を介して連結されているベルトが開示されている。軟質ゴム部材を介して連結することによって、ベルト走行時のブロックの揺動を防止することができるといったものである。

特開昭６３−３４３４２号 特開２００１−３１１４５３号 特開２００３−２０２０５４号 実願昭６１−５１０９０号（実開昭６２−１６２４３４号）のマイクロフィルム

特許文献３で開示されているベルトは、センターベルトへのブロックの取り付けをブロックの成形と同時に行うことができるため、製造の面では非常に有利であるものの、ブロックを成形するための金型の厚みによって隣り合うブロックの間隔が広くなってしまう。ブロック同士の間隔が広くなるとブロックが動くやすくなり、センターベルトに対して進行方向に揺動するという問題が出てくる。また、ブロックのピッチが大きくなるとベルトの騒音は大きくなるといった問題もある。

特許文献４ではブロックを軟質ゴム部材で連結することによって、ブロックの揺動は防止することができるが、センターベルトにブロックを取り付ける手間はもとより、更にブロックを軟質ゴム部材で連結する作業が必要となるので、ブロックの製造の面ではあまり好ましい形態であるとはいえない。

そこで本発明ではブロックをセンターベルトに取り付ける工程はブロックの成形と共にごく簡単に行うことができ、ベルト走行時のブロックのセンターベルトに対する揺動を抑えることができ、発熱や摩耗といった問題を解消した高負荷伝動ベルトの提供を課題とする。

このような課題を解決するために本発明の請求項１では、センターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトであって、センターベルト保持部と、該センターベルト保持部に保持されたセンターベルトの所定位置に成形されたブロックが嵌合されるように配置したブロックを成形するためのキャビティを有した金型を用いて、センターベルトを前記センターベルト保持部にセットした状態で金型内のキャビティに樹脂材料を送り込んでブロックを成形すると同時にセンターベルトにブロックを取り付けることによって得た高負荷伝動ベルトにおいて、ブロックとブロックとの間に規制部材を成形配置したことを特徴とする。

請求項２では、規制部材の硬度をＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡ硬度で５０〜９５度の範囲とした請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項３では、センターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトの製造方法において、金型はセンターベルト保持部と、該センターベルト保持部に保持されたセンターベルトの所定位置に成形されたブロックが嵌合されるように配置したブロックを成形するためのキャビティを有しており、センターベルトを前記センターベルト保持部にセットした状態で金型内のキャビティに樹脂を射出することによって、ブロックを成形すると同時にセンターベルトにブロックを取り付け、その後センターベルトをセンターベルト保持部にセットしたままでブロックの間に規制部材を成形すると同時にセンターベルトに固定する工程を含むことを特徴とする。

請求項４では、規制部材の硬度をＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡ硬度で５０〜９５度の範囲とした請求項３記載の高負荷伝動ベルトとしている。

センターベルトを金型にセットした状態で樹脂材料を送り込んでブロックを成形すると共にセンターベルトに対してブロックを固定し、次いでブロックの間に規制部材を成形することによって、ブロックおよびブロックの動きを抑制する規制部材を成形すると同時にセンターベルトに取り付けることができるのでベルトの製造を簡単なものとすることができる。しかも、ブロックのセンターベルトに対する進行方向の揺動を効果的に抑制することができるのでベルトの発熱や振動、騒音の問題を防止できる。

また、請求項２および請求項４においては規制部材を所定の範囲の硬度に設定しており、このようなベルトにおける規制部材として用いるのに十分な強度を有するとともにベルト走行時に繰返し力を受けても発熱を小さく抑えることができる。

本発明の高負荷伝動ベルトは図１、図２に示すようなベルトで、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センターベルト３と、このセンターベルト３の上下面に所定ピッチで形成された凹部に嵌合し、係止固定されている複数のブロック２と隣り合うブロック２の間に配置された規制部材６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３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、図１、２に示すように、上ビーム部１１および下ビーム部１２と、両側部１３、１４が一体的にセンターベルト３の周囲に形成されている。ブロック２の中央にはセンターベルト３を嵌めこむ開口部１５を有し、開口部１５内の上面および下面にはセンターベルト３の上面に設けた凹条部７と下面に設けた凹条部８に係合する凸条部１６、１７が形成されている。

このようにブロックにセンターベルトを嵌め込んで形成するような高負荷伝動ベルトの製造するにあたり、図３および図４、図５に示すように一対の金型３０、３１を用い、その金型３０、３１にはセンターベルト保持部３２を有するとともに、一対の金型３０、３１が合さった状態でブロック２を成形するためのキャビティ３３を形成するようになっており、センターベルト３を前記センターベルト保持部３２にセットした状態で金型３０、３１内のキャビティ３３に樹脂を射出する。センターベルト３には上下面のブロック２と嵌合する凹条部７、８の間に金型のセンターベルト保持部３２と嵌合する凹部９、１０を有しており、ブロック２を射出成形で成形する際にセンターベルト３の位置決めを行うようになっている。

ブロック２を成形するキャビティ３３以外のところではセンターベルトは固定する必要がなく、金型を閉じる時のベルトの逃げ場所としてベルトの概略形状よりやや広い通路３４が形成されている。

それぞれのキャビティ３３にはブロックの上側中央付近に射出成形のゲート３５を配置しており、溶融した樹脂を射出することによってブロック１を形成するものである。

キャビティ３３はセンターベルト保持部３２にセンターベルト３を嵌め込んだ状態でセンターベルト３を取り囲むように配置されており、キャビティ３３でブロック２を成形するとセンターベルト３にブロック２が凹条部６、７で嵌合された状態で成形されるようになっている。続いて、図５に示すようにブロック２を成形するための金型３０、３１のスライド部３６、３７をスライドさせることによって隣り合うブロック２とスライド部３６、３７とで囲まれた規制部材６を成形するキャビティ３８を形成し、そこにゲート３９から樹脂材料を送り込むことによって今度は規制部材６を成形する。

以上のような構成を採ることによって、ブロック２および規制部材６を成形すると同時にセンターベルト３にブロック２を取り付けることができる。

従来、このような高負荷伝動ベルトの製造においてはセンターベルト３を製造し、別途ブロック２を製造した上でセンターベルト３にブロック２を一つ一つ嵌め込んでいく作業を行っており、特にブロック２をセンターベルト３に嵌め込んでいく作業に多くに時間をとられていたが、上記のような製造方法を採ることによって、ブロック２をセンターベルト３の所定位置に成形しているので、ブロック２を成形し終わった時点でブロック２はセンターベルト３に嵌め込まれた状態となり、改めてブロック２をセンターベルト３に嵌め込むといった作業が不要になる。またブロック２だけではなく規制部材６もブロックと同様にブロックに取り付けることができるので、製造に要する時間を大幅に短縮することができるものである。

図４に示す例では、金型３０、３１に設けられたキャビティ３３は５箇所であり、一度に成形できるブロックの数は５個である。よって５個のブロックを成形した後に金型から一度ベルトを取り外してブロック５個分を図４中の矢印方向に回転させて次の位置にブロック２を成形できるようにして再度金型３０、３１に装着し、次の位置に５個のブロック２を成形する。このような操作を繰り返してベルト全周のブロック２全部を成形してベルトが完成する。

ブロックの成形が完了したら金型３０、３１を開いてブロック２を金型から脱型する。脱型には金型から突出するイジェクトピンを用いて行うのが便利であり、例えば図６に示すブロックのようにブロック２の傾斜した側面２ａ、２ｂの上下位置に垂直面部２ｃを形成してイジェクトピンを当接させる箇所としてもよい。

このようなセンターベルト３にブロック２を取り付けた高負荷伝動ベルト１においてブロック２のピッチ（センターベルト３に取り付けるブロック２同士の間隔）は騒音の問題などに関与するものであり、ピッチが大きすぎると騒音が増すことになる。しかし、一方でブロック２の成形をする際のブロック間に存在する金型の厚みが薄くなりすぎると射出圧力によって金型が変形しブロック２の変形にもつながるので好ましくない。そこで、ブロック２とブロック２間の金型の厚みはブロック２の厚みの１／６〜３／２程度になってしまう。よってブロック２同士の間にはその金型の厚みに相当する間隔を有することになるが、本発明ではそのブロック２同士の間に規制部材６を成形配置することでブロック２の動きを規制して、走行中のブロック２の揺動を防止することができる。

以上の説明ではブロック２は一度に５個を成形し、順送り的に全数を成形して高負荷伝動ベルト１を完成させているが、ブロック２の全数と同じ数のキャビティを有する金型を用いて一度に全部を成形しても構わない。

本発明の高負荷伝動ベルトは図１で示した例に限られることはなく、様々な形態を採ることができる。図７に示すベルトは図１に示すベルトとほぼ同じ形状を有しているが、センターベルト３の幅方向の中央にブロックを取り付けるのと同じピッチで貫通孔１８を有しており、ブロック２が成形される際にその貫通孔１８を通して樹脂が連結１９されている。

このようにセンターベルト３に設けた貫通孔１８を通して上下でブロックを形成する樹脂が連結１９されていることによって、ブロック２とセンターベルト３との固定力がより強固なものになる。ベルト１が長期にわたって走行を続けるとブロック２とセンターベルト３とのがたつきが発生し、それが原因でベルト１の騒音が大きくなったり、ブロック２の破損やセンターベルト３の切断したりといった故障につながることがあるが、ブロック２とセンターベルト３の固定力を高めることによってベルト１の寿命を長期化することができるものである。

このブロック２は合成樹脂素材のみからなっているものに限られず、センターベルト３に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を装着してブロックを成形することも可能である。

このような射出成形でブロックを成形する場合に用いられる素材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が、中でも低摩擦係数で耐摩耗性に優れ、剛性があるとともに曲げに対しても弾力性を有しており、簡単に破損してしまうことのない樹脂がよく、ポリアミド樹脂、なかでもナイロン４６が好ましいといえる。

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。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。

樹脂材中にインサート材を埋設したものの場合、インサート材は、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２２の所定箇所に樹脂材２１を被覆したブロック２を用いることが好ましい。

樹脂材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を用いてそのほぼ全面を樹脂材で被覆したものを用いると、部分的に樹脂材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を被覆する際にインサート材を固定する部材が接触しているところは、インサート材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。

センターベルト３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。

規制部材６に用いることができる素材としては、ポリウレタン樹脂、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）樹脂等の合成樹脂やクロロプレンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、エチレンプロピレンジエンモノマーゴムなどのゴムを挙げることができる。

また、この規制部材６は硬度をＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡのデュロメーターで測定した硬度で５０〜９５度の範囲と設定することが好ましい。硬度が前記の５０度未満とするとこのようなブロック間の規制部材として用いるには強度が不足し、へたりを生じたり簡単に破損したりするので好ましくない。また硬度が前記の７０度を超える硬度となると、ベルト走行時のブロックの動きで繰り返して力を受け発熱が大きくなり、材料の劣化にもつながるので好ましくない。

（実施例１）
実施例１としては、図１に示すよう高負荷伝動ベルトであり、ブロックに用いた樹脂材料としてはカーボン繊維を３０質量％含有した４６ナイロンを使用した。そしてセンターベルトとして心線５にアラミド繊維、エラストマー４にクロロプレンゴムを用いたものとした。ブロックの間にはポリウレタン樹脂の規制部材が配置されており、ベルトのサイズはベルトピッチ幅１８ｍｍ、ピッチ周長６００ｍｍ、ブロックピッチ５ｍｍとした。表１に示すような条件でベルトを走行させて走行時における騒音レベルを測定した。その結果を表２に示す。

（比較例１）
ブロックの間に規制部材を配置しなかった以外は実施例１と全く同じベルトを作成し、表１に示すような条件でベルトを走行させて走行時における騒音レベルを測定した。その結果を表２に示す。

表２の結果から、ブロックの間に規制部材を配置した実施例１のベルトは、規制部材を配置しなかったベルトと比べて走行中における騒音のレベルにかなり差があるということがわかる。

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の製造に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。 本発明の製造方法で用いられる製造装置の概要斜視図である。 金型を開いたところから見た正面図である。 規制部材の成形するところの様子を示す断面図である。 ブロック形状の別の例を示す正面図である。 本発明の別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。

符号の説明

１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ センターベルト
４ エラストマー
５ 心線
６ 側面
７ 側面
８ 嵌合溝
９ 嵌合溝
１０ 保護樹脂層
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１５ 凹条部
１６ 凹条部
１７ 凸条部
１８ 凸条部
３０ 金型
３１ 金型
３２ センターベルト保持部
３３ キャビティ
３５ スライド部
３６ スライド部
３７ キャビティ
３８ ゲート

Claims (4)

1. センターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトであって、センターベルト保持部と、該センターベルト保持部に保持されたセンターベルトの所定位置に成形されたブロックが嵌合されるように配置したブロックを成形するためのキャビティを有した金型を用いて、センターベルトを前記センターベルト保持部にセットした状態で金型内のキャビティに樹脂材料を送り込んでブロックを成形すると同時にセンターベルトにブロックを取り付けることによって得た高負荷伝動ベルトにおいて、ブロックとブロックとの間に規制部材を成形配置したことを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. 規制部材の硬度をＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡ硬度で５０〜９５度の範囲とした請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
3. センターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトの製造方法において、金型はセンターベルト保持部と、該センターベルト保持部に保持されたセンターベルトの所定位置に成形されたブロックが嵌合されるように配置したブロックを成形するためのキャビティを有しており、センターベルトを前記センターベルト保持部にセットした状態で金型内のキャビティに樹脂を射出することによって、ブロックを成形すると同時にセンターベルトにブロックを取り付け、その後センターベルトをセンターベルト保持部にセットしたままでブロックの間に規制部材を成形すると同時にセンターベルトに固定する工程を含むことを特徴とする高負荷伝動ベルトの製造方法。
4. 規制部材の硬度をＪＩＳ Ｋ ６２５３のタイプＡ硬度で５０〜９５度の範囲とした請求項２記載の高負荷伝動ベルトの製造方法。
   

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