JP2006144826A - タイミングベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 ベルトの引張剛性を強化することができるとともに、ピッチライン外周側の屈曲性を調整することで、多角形噛み合いによる心線の局部的屈曲を防止し、ベルトの耐屈曲疲労性を向上することができる。
【解決手段】 リング状のベルト本体３と、前記ベルト本体３の内周面に沿って所定の間隔で複数形成された歯部２と、ベルト本体３の周方向に沿って埋設される心線６と、ベルト本体３における心線６の外周側に設けられる中間帆布７と、を備えたタイミングベルト１であって、中間帆布７は、周方向に伸縮性を有することを特徴とするタイミングベルト１である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、同期伝動を行うタイミングベルトに関する。

タイミングベルトは、リング状ベルト本体の内周側に、周方向に沿って所定の間隔で並ぶ歯が形成されたベルトであって、同期回転が必要な用途に適している。正確な回転運動を伝達する方式には、歯車やチェーンも挙げられるが、タイミングベルトには、騒音が小さい、給油がいらない、伝達誤差が小さい等の長所がある。
例えば、タイミングベルトは、自動車のエンジンのクランク軸とカムとを同期伝動するためのベルトとして使用されるほか、カメラ、コンピュータ、複写機等の精密機械、一般産業用機械等の同期伝動が必要な全てのベルト伝動系に使用されている。

特に、自動車用エンジンの各部品に動力を伝達するタイミングベルトは、エンジンの高出力化にともなう熱環境の悪化や、エンジンのコンパクト化による小プーリ化にともなって屈曲回数が増加したりすることで劣化しやすくなっている。つまり、近年、タイミングベルトの使用環境は厳しいものとなっているため、タイミングベルトは、その強度や耐久性を重視して設計されることが要求されている（例えば、特許文献１参照）。

ここで、従来のタイミングベルトの構成について説明する。図６は、従来のタイミングベルトの一部断面斜視図である。
図６に示すとおり、従来のタイミングベルト１’は、リング状のベルト本体３’と、このベルト本体３’の内周面に沿って所定の間隔で複数形成された歯部２’と、この歯部２’の表面を被覆する歯布４’と、ベルト本体３’の周方向に沿って埋設される心線６’とから構成される。このような構成により、心線６’でベルト本体３’の引張方向の強度アップと高剛性化を図り、歯布４’で歯部２’の変形や磨耗を防止している。
特開平６−２１３２８２号公報（段落００３０、図２）

しかしながら、近年、使用条件が厳しくなりつつあるタイミングベルトにおいて、従来の補強方法では必ずしも十分とは言えない。必要駆動力の増大やベルト共振荷重の増大にともなって、タイミングベルトには、従来以上の強度や耐久性が要求されている。また、さらなる小プーリ化および屈曲回数の増加にともなって、耐屈曲疲労性を上げる必要がある。

従って、本発明は、ベルトの引張剛性を強化するとともに、ピッチライン外周側の屈曲性を調整することで、多角形噛み合いを低減し、耐屈曲疲労性を向上したタイミングベルトを提供することを目的とする。同時に、高負荷駆動による縦裂きの防止、側面磨耗といった問題に対処することができる。

前記目的を達成するために、本発明は、リング状のベルト本体と、前記ベルト本体の内周面に沿って所定の間隔で複数形成された歯部と、前記ベルト本体の周方向に沿って埋設される心線と、前記ベルト本体における前記心線の外周側に設けられる中間帆布と、を備えたタイミングベルトであって、前記中間帆布は、周方向に伸縮性を有することを特徴とするタイミングベルトである。
このような構成とすることで、中間帆布により、ベルト本体の剛性を強化することができる。それと同時に中間帆布に周方向への伸縮性を持たせたことで、ピッチライン外周側においては周方向に伸縮することができ、ベルトの屈曲にともない発生する曲げ応力を適切に分散することができる。また、中間帆布を設けることで、ベルトの縦裂きや側面の磨耗を抑え、引張強度を向上させることができる。
さらに、前記中間帆布を、前記心線より外周側に設けることで、心線の曲げ剛性を高め、多角形噛み合いによる局部的な応力集中を分散させることができる。
さらに、前記心線と中間帆布の間に加硫接着により成形されるゴム層を有することで心線と帆布の直接の干渉を防止し、繊維の切断等による強度低下を防止することができる。

さらに、前記中間帆布を、前記ベルト本体に埋設することで、外周面を研磨することができるタイミングベルトを提供することができる。

さらに、前記ベルト本体は、その厚みが均一になるようにベルト本体の外周面を研磨されていることで、背面テンショナ接触部の厚さ不均一により生じる張力変動を抑え、ベルト走行時の騒音や振動を抑制することができる。

さらに、前記中間帆布は、周方向に沿った横糸と幅方向に沿った縦糸とから製織され、前記横糸は有機繊維から形成し、前記縦糸は有機繊維あるいは無機繊維から形成することができる。

さらに、前記横糸は、伸縮性を有する加工糸からなることで、前記中間帆布の周方向に伸縮性を与えることができる。

さらに、前記加工糸は、捲縮加工されてなる構成とすることで、伸縮性を備えることができる。

さらに、前記伸縮性を有する加工糸は、伸縮性のある弾性糸を芯糸として、前記芯糸の外周側に少なくとも１重以上のカバリング糸を巻き付けてなる構成としたことで、前記横糸に伸縮性を付与する方法を提供することができる。

さらに、前記縦糸は、ポリエステル繊維やポリアミド繊維以外にも特に引張強度に優れた芳香族ナイロンあるいはカーボン繊維からなることで、タイミングベルトの縦裂きを積極的に防止することができる。さらに、ベルト側面がプーリフランジと摺動する際に、ベルト側面の磨耗を減少させることができる。

さらに、前記横糸および前記縦糸を、太さ１００デニール以上２０００デニール以下の撚糸とすることで、中間帆布の剛性を高める一方で適切に製織できる太さの糸を提供することができる。また、中間帆布の厚さを加硫成形条件にあわせて適切に調整することができる。

さらに、前記中間帆布の表面に接着処理を施したことで、ゴムとの結合だけでなく、繊維自体を保護してタイミングベルトの耐久性を高めることができる。

本発明によれば、ベルトの引張剛性を強化することができるとともに、ピッチライン外周側の屈曲性を調整することで、多角形噛み合いを低減し、耐屈曲疲労性を向上したタイミングベルトを提供することができる。同時に、高負荷駆動による縦裂きの防止、側面磨耗といった問題にも対処することができる。

以下、本発明の最良の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態に係るタイミングベルトの一部断面斜視図である。なお、通常、タイミングベルトは、雰囲気温度の上昇、エンジンオイル・冷却水の接触等、劣化しやすい厳しい環境で使用されているため、これらの環境に耐えうる耐久性を要求されている。

図１に示すとおり、タイミングベルト１は、リング状のベルト本体３と、このベルト本体３の内周面に沿って所定の間隔で複数形成された歯部２と、歯部２の表面を被覆する歯布４と、ベルト本体３の周方向に沿って埋設される心線６と、ベルト本体３における心線６の外周側に設けられる中間帆布７とから構成される。

中間帆布７は、後記するベルト本体３を補強するために設けられるものであるが、補強部材として要求される剛性および耐磨耗性のほか、タイミングベルト１の使用環境を考慮して、耐熱性、耐油性、耐水性、耐泥水性、耐候性等も要求される。

中間帆布７は、ベルト本体３の周方向に沿う横糸と、幅方向に沿う縦糸により製織された織布から形成され、ベルト本体３の外周面５に露出しないように、ベルト本体３を構成する部材内に埋設されている。

横糸には、伸縮性を備えるように加工した加工糸を用いる。これにより、中間帆布７に、周方向の伸縮性を付与する。なお、この加工糸の原糸には、例えば、脂肪族ナイロンや芳香族ナイロン等が好適である。

横糸に伸縮性を付与するための一つの方法として、捲縮加工を挙げることができる。例えば、２本以上の糸を撚糸し熱処理後に撚りを戻す、強撚熱処理法が好適である。
他には、狭い隙間にフィラメントの束を押し込む方法（押し込み法）、機械的に型に押し付けて糸に波形を付ける方法（加熱ギヤ法）、熱収縮性の異なる２成分からなる複合繊維を熱処理により螺旋状捲縮を与える方法（収縮熱処理法）等により、捲縮性を付与することができる。

また、横糸に伸縮性を付与するための他の方法として、複合糸として加工する方法がある。
例えば、図２（ａ）に示すように、伸縮性のある弾性糸を芯糸２１としたダブルカバリング糸２０ａが好適である。本実施形態において、ダブルカバリング糸２０ａは、伸縮性を備えたポリウレタン系弾性糸等を芯糸２１として、この芯糸２１の周囲に耐熱性に優れた第１のカバリング糸２２を下巻きし、さらにその外側に、第１のカバリング糸２２の巻きと同一の方向に耐摩耗性に優れた第２のカバリング糸２３ａを上巻きして構成される。第１のカバリング糸２２に耐熱性および剛性に優れた芳香族ナイロン、第２のカバリング糸２３ａに接着性に優れた脂肪族ナイロンであることが好適である。複合糸が伸縮性を満たすことができれば、第１のカバリング糸２２および第２のカバリング糸２３ａはフィラメント糸であってもよいし、捲縮糸あるいは紡績糸であってもよい。

なお、カバリング糸の構成は、前記したものに限定されることはない。
例えば、図２（ｂ）に示すように、下巻きした第１のカバリング糸２２と逆の方向に第２のカバリング糸２３ｂを上巻きすることによって、ダブルカバリング糸２３ｂを構成してもよい。あるいは、伸縮性のある弾性糸等を芯糸２１として、１本の芳香族ナイロン繊維または脂肪族ナイロン繊維をカバリング糸として巻き付けた、シングルカバリング糸であってもよい。芯糸２１に対しカバリング糸を３重以上巻き付けた構成であってもよい。
カバリング糸だけでなく、芯糸２１についても、前記したものに限定されることはない。例えば、芯糸２１は、１本ではなく複数本の弾性糸から構成してもよい。

再び図１を参照しての説明を続ける。中間帆布７の縦糸は、一般的に用いられるポリエステル繊維やポリアミド繊維以外にも、例えば、芳香族ナイロン等、非伸縮性で剛性および耐熱性に優れた有機繊維のフィラメント糸から構成することができる。芳香族ナイロン繊維の中でも、とりわけ、ＰＢＯ（登録商標：東レ株式会社製）やベクトラン（登録商標：株式会社クラレ製）は剛性が高く好適である。あるいは、縦糸は剛性に優れたカーボン繊維等の無機繊維によって構成することもできる。
縦糸をこのように構成することで、タイミングベルト１の縦裂きを防止し、ベルトのねじれを抑制することでベルトの走行を安定にすることができる。さらに、ベルト側面がプーリフランジと摺動する際に、側面に露出した中間帆布７の効果によって、ベルト側面の摩耗を減少させることができる。

なお、横糸と縦糸は、中間帆布７の剛性を高めるために、撚り合わせてそれぞれ所定の太さにした後に製織してもよい。本実施形態においては、横糸および縦糸の撚糸の太さは、それぞれ１００ｄ〜２０００ｄ（ｄ：デニール）の範囲にあることが好適である。中間帆布７の剛性を高めるには１００ｄ以上の撚糸が効果的であり、一方で、２０００ｄ以上の撚糸では適切な製織が困難になるためである。

中間帆布７にＲＦＬ（レゾルシン‐ホルマリン‐ラテックス）処理やゴム糊処理といった接着処理を施すことによって、ゴムとの結合を高めている。さらに、この接着処理により、中間帆布７の繊維自体を保護することができる。

中間帆布７を処理するＲＦＬ溶液は、後記するガラス繊維からなる心線６を処理するためのＲＦＬ溶液に比べ、レゾルシン‐ホルマリン縮合物の比率が高い組成であることが好ましい。
また、ＲＦＬ溶液のラテックスには中間帆布７あるいは後記するゴム糊との接着性が良好なものが適宜選択される。具体的には、クロロプレンゴム(ＣＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマーゴム(ＥＰＤＭ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴム(ＡＣＳＭ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、アクリロニトリルブタジエンゴム（ＮＢＲ）、水素添加ＮＢＲ（Ｈ‐ＮＢＲ）等のラテックスが適用できる。なお、ラテックス成分は、適宜最良なものを選択することができ、前記した例に限定されることはない。
例えば、中間帆布７に脂肪族ナイロンを選択した場合には、ビニルピリジンラテックスを使用することで、優れた接着力が得られることがよく知られている。

ＲＦＬ膜が形成された中間帆布７は、ゴム糊処理を施すことができる。
ゴム糊には、例えば、タイミングベルト１のゴム成分と相容するゴムを用いて、イソシアネート等の接着剤を同時に溶かしたものが用いられる。

本実施形態においてはＲＬＦ処理およびゴム糊処理の双方により中間帆布７を被覆して中間帆布７とベルト本体３のゴムとの接着強度を増加しているが、ＲＦＬ処理またはゴム糊処理の一方だけで十分な接着力が得られる場合には、何れか一方のみの処理だけでもよい。

歯部２およびベルト本体３は、ゴム材料から形成される。
ベルト本体３の外周面５は、研磨され、均一の厚さになっている。
この研磨によって、ベルト外周面５に背面テンショナを設置した際においても、ベルト走行時にピッチラインが上下することがなく、ベルト走行方向に対し左右いずれかの方向に偏りが出てしまったりすることがない。また、ベルトの張力変動によるベルト走行時の騒音や振動を抑制することができる。
また、歯部２とベルト本体３のゴムは同一のゴムで成分であることが好適であるが、接着が良好なゴム成分であれば、異なるゴム成分によって構成してもよい。

心線６は、例えば、ポリエステル、脂肪族ナイロン、芳香族ナイロン等の有機繊維、または、ガラス等の無機繊維を撚り合わせて、ベルトの用途に応じて適当なコードに形成し、熱延伸処理および接着処理が施されているものである。前記繊維の中でも、伸び特性、汎用性、価格、タイミングベルト１の製造工程に適用させやすい点で、通常、ガラス繊維が選択されることが多い。
心線６に対して、ＲＦＬ処理およびゴム糊処理の接着処理を施してもよい。

歯布４は、例えば、脂肪族ナイロン等の耐摩耗性に優れた有機繊維により製織された織布から形成される。本実施形態において、製造工程に適用させやすい点から、中間帆布７と歯布４を同一の原糸または加工糸から製織してもよいし、あるいは、同一の織り方としてもよい。
基本的には、歯布４を製織するための有機繊維は耐磨耗性を重視して選択されるのに対して、中間帆布７を製織するための有機繊維はベルト本体３のゴム等との接着性や耐熱性を重視して選択される。また、歯布４は耐摩耗性、低摩擦性を重視した織り方により製織されるのに対して、中間帆布７は周方向への伸縮性を重視した織り方により製織される。

歯布４に対して、ＲＦＬ処理およびゴム糊処理の接着処理を施してもよい。本実施形態において、製造工程に適用させやすい点から、中間帆布７と歯布４に対して同一の接着処理を行ってもよい。
基本的には、歯布４を接着処理するためのＲＦＬ溶液やゴム糊は、耐熱性、耐摩耗性、低摩擦性を重視して選択されるのに対して、中間帆布７を接着処理するためのＲＦＬ溶液やゴム糊は、ベルト本体３のゴムとの接着性を重視して選択される。

本実施形態のタイミングベルト１の製造方法について、図３ないし図５を参照して説明する。図３は、加硫成型前の成形金型に筒状に各部材を巻き付けた部分拡大図であり、図４は、加硫成形前の成形金型に中間帆布を被う方法を説明するための斜視図である。図５は、加硫成形後に一体成型されたベルト材の構成を示す部分拡大図である。

タイミングベルト１は、通常、噛み合わせ面を成形するために、外周面の軸方向に沿って多数の歯車状条溝を等間隔に並べた円筒状の成形金型８を用いて製造される。

あらかじめ、中間帆布７は、ＲＦＬ処理およびゴム糊処理を施された後、所定の大きさに裁断され、方形の中間帆布７の対向する２辺を接合することにより中間帆布７を円筒状としたものが準備される。
このとき、伸縮性加工が施された横糸が接合部において周方向に一致するようにし、例えば、縫合処理、レーザー溶着または超音波溶着によって２つの端面を互いに対向させた状態で接合し、無端帆布とする（図４の接合部参照）。

図３に示すように、円筒状の成形金型８に歯布４（あるいは、歯部２に用いられるゴムシートを圧着した歯布を含む）を巻き付け、その外周側に接着処理された心線６を一定の張力を作用させながら螺旋状に巻き付ける。
その外周側に、図４に示すように、前記円筒状中間帆布７をその周方向の伸縮性を利用して被せ、さらにその外周側にゴムシート１０を巻き付ける（図３参照）。
そして図示しない加硫用スリーブを嵌合して全体を覆い、公知のスチーム加硫釜を用いて所定条件（温度、圧力および時間）下で加硫する。
このように高圧蒸気で加熱すると、図５に示すように、その際の蒸気圧で、流動化したゴムシート１０のゴムが歯布４と心線６の間および心線６と中間帆布７の間に圧入されてゴム層１１が形成されると同時に、成形金型８の凹部９に圧入されることで歯部２が形成される。このとき、歯布４は、流動化したゴムとともに成形金型８の凹部９に押し込まれ、歯部２の表面に被覆される。
前記工程を経ることで、歯布４、歯部２、心線６、中間帆布７およびベルト本体３を一体的に加硫成形することができる。加硫処理については従来公知であるため、詳細な説明は省略する。

なお、中間帆布７の外周側だけでなく、中間帆布７の内周側（成形金型８において心線６を巻き付けた層の外周側）にもゴムシートを巻き付ける構成とした後に、加硫成形するようにしてもよい。このような構成とすることで、より確実に、歯部２を含むゴム層１１の形成を行うことができる。

加硫成形後、スチーム加硫釜から取り出した円筒状のベルト材からタイミングベルト１を得る。具体的には、離型した円筒状ベルト材の外周面５をロールグラインダ等により所定の厚みにまで研磨した後、所定幅に輪切り状に切断し、複数本のタイミングベルト１を得る。

以上によれば、本実施形態において、次のような効果を得ることができる。
タイミングベルト１に中間帆布７を設けたことで、タイミングベルト１を補強することができる。具体的には、ベルトの周方向および幅方向の引張強度の向上や、側面の磨耗およびベルトの縦裂きの抑制等であり、さらに、ベルト本体３のゴムと材質の異なる中間帆布７をベルト本体３に備えることで、タイミングベルト１の固有振動数を調整することが可能となる。
また、中間帆布７を外周面５に露出させることなく、心線６と外周面５の間に埋設したことで、外周面５を研磨することができる。その結果、横ブレの少ない安定した走行運動を提供することができ、ベルトの張力変動によるベルト走行時の騒音や振動を抑制することができる。
さらに、埋設する中間帆布７により多角形噛み合いによる心線６の局部屈曲を防止することができる。さらに、中間帆布７の伸縮性を調整することにより、タイミングベルト１の曲げ剛性を調整することができる。
本実施形態のタイミングベルト１の製造方法によると、中間帆布７を無端帆布としてから加硫成形前の成形金型８に装着することで、中間帆布７に一定の張力を作用させつつ成形できるため、中間帆布７の厚さを全体にわたって均一にすることができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その技術思想のおよぶ範囲で、種々の変更実施を行うことができる。
例えば、中間帆布７は、必ずしも外周面５と心線６の間に埋設する必要はない。中間帆布７は、ベルト本体３の外周面５より露出する構成としてもよい。

また、設置する中間帆布７は１枚に限らない。ベルト本体３に２枚以上の中間帆布７を設置する構成としてもよい。

さらに、埋設する中間帆布７は、必ずしも全ベルト幅方向に延在する必要はない。補強帆布としての役割を果たす範囲において、幅方向に短くてもよい。このような構成とすることで、埋設した中間帆布７と同一平面上において、ベルトの厚さ方向に部分的にゴム層１１を連続させることが可能となり、厚さ方向の剛性も考慮したタイミングベルト１を提供することができる。

本実施形態において、中間帆布７の周方向の伸縮性は主に横糸の伸縮性に依存したものであるが、織り方によってさらに周方向への伸縮性を出してもよい。例えば、２／２綾織、４枚朱子織等によって、伸縮性を出すことができる。また、織り方向が周方向に対して傾斜するように配したバイアス布によっても伸縮性を出してもよい。

本発明の一実施形態であるタイミングベルトの一部を示す断面斜視図である。 伸縮性のある弾性糸を芯糸としたダブルカバリング糸を説明するための模式図である。 本実施形態において、加硫成形前の成形金型に筒状に各部材を巻き付けたときの部分拡大図である。 本実施形態において、加硫成形前の成形金型に中間帆布を被う方法を説明するための斜視図である。 本実施形態において、加硫成形後に一体成型されたベルト材の構成を示す部分拡大図である。 従来の実施形態であるタイミングベルトの一部を示す断面斜視図である。

符号の説明

１ タイミングベルト
２ 歯部
３ ベルト本体
４ 歯布
５ 外周面
６ 心線
７ 中間帆布
８ 成形金型
９ 凹部
１０ ゴムシート
１１ ゴム層
２０ａ，２０ｂ ダブルカバリング糸
２１ 芯糸２１
２２ 第１のカバリング糸
２３ａ，２３ｂ 第２のカバリング糸

Claims (10)

1. リング状のベルト本体と、
   前記ベルト本体の内周面に沿って所定の間隔で複数形成された歯部と、
   前記ベルト本体の周方向に沿って埋設される心線と、
   前記ベルト本体における前記心線の外周側に設けられる中間帆布と、
   を備えたタイミングベルトであって、
   前記中間帆布は、周方向に伸縮性を有することを特徴とし、
   前記心線と前記中間帆布の間には、加硫成形により成形されるゴム層を有することを特徴とするタイミングベルト。
2. 前記中間帆布は、前記ベルト本体に埋設されていることを特徴とする請求項１に記載のタイミングベルト。
3. 前記ベルト本体は、その厚みが均一になるように外周面を研磨されていることを特徴とする請求項２に記載のタイミングベルト。
4. 前記中間帆布は、周方向に沿った横糸と幅方向に沿った縦糸とから製織され、前記横糸は有機繊維から形成され、前記縦糸は有機繊維あるいは無機繊維から形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタイミングベルト。
5. 前記横糸は、伸縮性を有する加工糸からなることを特徴とする請求項４に記載のタイミングベルト。
6. 前記加工糸は、捲縮加工されてなることを特徴とする請求項５に記載のタイミングベルト。
7. 前記加工糸は、伸縮性のある弾性糸を芯糸として、前記芯糸の外周側に少なくとも１重以上のカバリング糸を巻き付けてなることを特徴とする請求項５に記載のタイミングベルト。
8. 前記縦糸は、芳香族ナイロンあるいはカーボン繊維からなることを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載のタイミングベルト。
9. 前記横糸および前記縦糸は、太さ１００デニール以上２０００デニール以下の撚糸であることを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載のタイミングベルト。
10. 前記中間帆布は、表面に接着処理がなされたことを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載のタイミングベルト。

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