JP2007092993A - ポリウレタン製歯付ベルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト歯部の中で最も圧縮応力を受けるベルト歯元部とそれを含む領域を補強して高負荷伝動を可能にし、しかも製造の容易なポリウレタン製歯付ベルトとその製造方法を提供する。
【解決手段】長さ方向に沿って歯部２と溝部３を交互に形成し、心線５を背部４に埋設したベルトであって、前記歯部２に不織布１１を埋設した歯付ベルトにおいて、該不織布１１が芯部２５と表面部２６からなり、少なくとも表面部２６の短繊維１４をバインダー処理せずに形成し、さらに前もって圧力を掛け一定の厚みとしたものであって、上記表面部２６の短繊維が芯部２５から分離して動力伝達領域7に拡散し、芯部２５が該動力伝達領域７に残存しているポリウレタン製歯付ベルト及びその製造方法。
【選択図】図４

Description

本発明はポリウレタン製歯付ベルト及びその製造方法に係り、ベルト歯部を補強したポリウレタン製歯付ベルト及びその製造方法に関する。

従来の歯付ベルトは、加硫ゴムから成形されたものや液状ポリウレタン等を原料として形成されたものが知られている。このうち、ポリウレタン製歯付ベルトは、耐候性と耐摩耗性に優れているために、屋外で使用される自転車等の動力伝動装置に装着されている。このポリウレタン製歯付ベルトは、ベルト長手方向に一定ピッチで歯部と溝部を交互に有し、ピッチライン上にガラス繊維やアラミド繊維等のロープからなる心線を背部に埋設した構成からなっている。

しかし、この歯付ベルトは溝部の歯底面に補強材が存在しないために、歯底面が摩耗して心線の損傷が起こりやすくなっていた。具体的には、駆動中に埃、砂等の異物がプーリ歯部表面とベルト歯底面の間にかみ込み、ベルト歯底面が擦られて摩耗しやすくなり、心線を露出させていた。その結果、心線は水分を吸収して強度低下を起こし、ベルトを早期に切断させていた。

この点を改善するために、荒目の織布をベルト歯底面に沿って配置したポリウレタン製歯付ベルトが特許文献１に提案され、またエラストマー材料を含浸した不織布をベルト歯底面に沿って配置したポリウレタン製歯付ベルトが特許文献２に記載されている。
実公昭４６−６４１２号公報 実開昭６３−６６６４８号公報

更に、高負荷伝動の能力を持つベルトとして、心線にグレーグフィラメントの引張弾性率が約１．３×１０^６ｋｇ／ｃｍ^２のアラミド２型コード材料を使用し、ベルト歯部と歯底面に帆布を被覆したポリウレタン製歯付ベルトが、特許文献３に開示されている。更に、他のポリウレタン製歯付ベルトとして、ベルト歯底面にエラストマー材料を含浸し薄く圧縮された圧縮不織布を設け、歯部内ではこの圧縮不織布と連続する不織布が非加圧の拡散状態として分散され、歯部を補強した構成のものが、特許文献４に開示されている。
特公平３−９３３５号公報 特公平５−６２６５７号公報

しかし、従来のベルト歯部と歯底面に帆布を被覆したポリウレタン製歯付ベルトは、帆がベルト歯部と歯底面を充分に保護しているために、心線の損傷が小さくて高負荷伝動を可能にしている。しかし、このベルトを製造する場合、帆布を予め金型の溝部に沿わせておかないと、帆布が歯部表面に密着することができなかった。
本発明はこのような問題点を改善するものであり、特にベルト歯部の中で最も圧縮応力を受けるベルト歯元部とそれを含む領域を補強して高負荷伝動を可能にし、しかも製造の容易なポリウレタン製歯付ベルトとその製造方法を提供することを目的とする。

本願請求項１記載の発明は、長さ方向に沿って歯部と溝部を交互に形成し、心線を背部に埋設したベルトであって、前記歯部に不織布を埋設した歯付ベルトにおいて、該不織布が芯部と表面部からなり、少なくとも表面部の短繊維をバインダー処理せずに形成し、さらに前もって圧力を掛け一定の厚みとしたものであって、上記表面部の短繊維が芯部から分離して動力伝達領域に拡散し、芯部が該動力伝達領域に残存しているポリウレタン製歯付ベルトにある。

請求項２に記載の発明は、不織布の厚みが１．０〜２．０ｍｍである請求項１に記載のポリウレタン製歯付ベルトにある。

請求項３に記載の発明は、前記動力伝達領域が、心線からベルト歯部先端に至るまでの高さをＨとした場合に、心線からHの２／３付近までの動力伝達領域である請求項１又は２のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルトにある。

請求項４に記載の発明は、前記不織布の表面部が芯部に比べて大きい目付量を有している請求項１から３のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルトにある。

請求項５に記載の発明は、前記不織布の芯部の目付量が２０〜５０g／ｍ^２で、各表面部の目付量が５０〜１００g／ｍ^２である請求項４に記載のポリウレタン製歯付ベルトにある。

請求項６に記載の発明は、溝部を所定の間隔で設けた内金型の外周面に不織布を装着し、そして心線を巻き付けた後、この内金型を外金型に挿入して液状ポリウレタンを内金型と外金型の間の空間部に充満させ、硬化させて得られたベルトである、長さ方向に沿ってベルト歯部とベルト溝部を交互に形成し、心線を背部に埋設した形状のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法において、上記不織布として芯部と表面部からなり、少なくとも表面部の短繊維をバインダー処理せずに形成し、さらに前もって圧力を掛けることによってその厚みを調整したものであって、そして上記表面部の短繊維が液状ポリウレタンの流動中に芯部から分離して動力伝達領域に拡散し、芯部が該動力伝達領域に残存するものを使用するポリウレタン製歯付ベルトの製造方法にある。

請求項７に記載の発明は、不織布の表面部が芯部に比べて大きい目付量を有している請求項６記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法にある。

請求項８に記載の発明は、不織布の芯部の目付量が２０〜５０ｇ／ｍ^２で、各表面部の目付量が５０〜１００ｇ／ｍ^２である請求項７に記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法にある。

請求項９に記載の発明は、不織布の厚みが１．０〜２．０ｍｍである請求項６から８のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法にある。

請求項１０に記載の発明は、ベルト歯部の心線に近い領域が、心線からベルト歯部先端に至るまでの高さをＨとした場合に、心線からＨの２／３付近までの動力伝達領域である請求項６から９のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法にある。

本発明のポリウレタン製歯付ベルト及びその製造方法では、芯部と表面部を持つ不織布を使用し、成形時の液状ポリウレタンの流動中に不織布の表面部の短繊維を芯部から分離拡散させベルト歯部の中で最も圧縮応力を受けるベルト歯元部とこれを含む動力伝達領域に残存させることによって、ベルト歯部の中で最も圧縮応力を受けるベルト歯元部とこれを含む動力伝達領域を補強することができ、耐久性に優れ、高負荷伝動を可能にする歯付ベルトを得ることができる。
又、従来のようにベルト歯部全体を補強する場合に比べて、ベルト歯先部に補強材となる短繊維を存在させる必要がないために、使用する不織布を減量することができる。又、製造も容易である。

以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。図１及び図３は本発明に係る歯付ベルトの製造方法を示す概略図である。これによると歯付ベルトは以下の通り製造される。
まず、不織布１１は、圧縮ロール１３間で力３０〜５０Ｎで加圧され、厚さ１．０〜２．０ｍｍで厚み調整した連続した不織布１１を、溝部２１を有する内金型２０の外面に配置した後、その上から心線５を巻き付けて不織布１１をさらに圧縮する。このとき、不織布１１は少し溝部２１へ入り込む。

上記心線５としては、パラ系アラミド繊維（商品名：トワロン、ケブラー、テクノーラ）或いはガラス繊維（Ｅガラス、高強度ガラス）のいずれでも良く、その構成、太さ、撚り数等には左右されない。

又、ここで使用する不織布１１は、長さ５〜６０ｍｍのポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、アクリル、ガラス等の繊維を素材とし、例えばウェブ中の繊維を機械的な作用により絡み合わせ、交絡させて強力を生じさせるニードルパンチ等により成形され、バインダー処理をしていない。構成している短繊維１４は分離可能になっている。この不織布１１は、図２に示すように、芯部２５と表面部２６の２層から形成され、表面部２６の目付量は、芯部２５のそれより大きくなっている。即ち、表面部２６は多くの短繊維１４を含み、液状ポリウレタンの流動中に芯部２５から分離分散しやすくなっている。不織布の芯部２５の目付量が２０〜５０ｇ／ｍ^２で、各表面部２６の目付量が５０〜１００ｇ／ｍ^２である。

成形する前の不織布の厚みは、ＪＩＳＬ１０８５に基づいて測定すると１．０〜２．０ｍｍである。不織布１１の厚みが２．０ｍｍを超えると、歯底面から心線中心位置までのＰＬＤが大きくなり、又不織布１４の芯部２５から分離し拡散した短繊維１４がベルト歯先部８まで分散し、目的とする領域内での短繊維１４の分散密度が小さくなって補強効果が小さくなる。一方、不織布１１の厚みが１．０ｍｍ未満になると、不織布１１の芯部２５から分散する短繊維１４の量が少なくなって、目的とする領域を充分に補強できなくなる。
芯部２５と表面部２６の比率については、特に制限はない。表面部２６の厚みと目付量は、短繊維１４の分離拡散する量やその拡散範囲を調節することができる。
尚、芯部２５は短繊維１４を分離拡散する必要が無い為、バインダー処理をしても良いが、不織布１１が硬くなるためにバインダー処理をしないほうが好ましい。

このうち金型２０を予め所定量の液状ポリウレタンを注入した外金型２２内に挿入し、金型内を密閉して減圧して液状ポリウレタン内の気泡を除去した後に液状ポリウレタンを上方へ流動させて不織布１１に浸透させる。このときの液状ポリウレタンの乱流によって不織布１１の表面部２６の短繊維１４が芯部２５から分離し所定領域内に拡散する。
尚、液状ポリウレタンを予め外金型に注型しておく必要はなく、内金型２０を外金型２２に設置した後、注型してもよい。

液状ポリウレタンが上昇し終わると、金型内を開けて空気を入れて加圧し、所定温度で液状ポリウレタンを硬化させる。この時に金型温度は８０〜１５０°Ｃである。硬化後にベルトスリーブを内金型２０から抜き取り、輪状に切断して歯付ベルトが得られる。

図４は本発明に係る歯付ベルトの要部断面図であり、図４は図３に示す歯付ベルトの歯部の拡大図である。本発明の歯付ベルト１は、ベルト長手方向（図中矢印）に沿って複数の歯部２と溝部３とを交互に有し、背部４に心線５を埋設している。

上記歯部２は、心線５の外面Ｌからベルト歯部先端６に至るまでの領域を２つに区分され、心線５に近い領域がプーリからの大きな圧縮応力を受けて動力の伝達を担う動力伝達領域７になり、ベルト歯部先端６に至る領域をベルト歯先部８になる。
ベルト歯元部９は動力伝達領域７の一部となり、最も圧縮応力を受ける箇所になっている。動力伝達領域７とベルト歯先部８との境界線Ｂは、心線５の外面ＬからＨの２／３付近、好ましくは１／２付近にある。

エラストマー材料を含浸した不織布１１は、溝部の歯底面１２と動力伝達領域７内に連続して配置されている。動力伝達領域７内の不織布１１は、歯底面１２のそれよりやや薄くなって心線５から垂れ下がった状態となり、動力伝達領域７を補強している。更に、上記動力伝達領域７内では、短繊維１４が不織布１１から分離して拡散し、動力伝達領域７の補強を助長している。
ベルト歯元部９では、他の動力伝達領域７に比べると不織布１１及び短繊維１４の添加量を多くして、補強強化を向上させている。
又、短繊維１４の分散状態は、均一或いは不均一でも良い。

短繊維１４を不均一に分散させた実施例が図５に示される。この歯付ベルト１では、短繊維１４の分散密度がベルト歯元部９付近で最も高くなり、ベルト歯元部９を局部的に補強して、ベルト歯元部９の亀裂発生とその伝播を阻止することができる。
即ち、図６に示すように、ベルト歯部２において心線５の位置からベルト歯部先端６に至るまでの領域は、力学的にベルト歯部２の高さ方向に２つに分割される。心線５に近い動力伝達領域７は、図中矢印方向へ回転しているプーリ１７からベルト歯元部９付近で大きな圧縮応力Ｆを受け、ベルト歯先部８に向かって徐々に小さな圧縮応力を受けている。ベルト歯元部９は図に示すように大きな圧縮歪みを受けている。

この動力伝達領域７とベルト歯先部８の境界線Ｂは、心線５の下面Ｌからベルト歯部先端６に至るまでの高さをＨとした場合に、心線５の下面ＬからＨの約２／３付近にある。
この動力伝達領域７に不織布１１を配置するとともに、この不織布１１から分離拡散した短繊維１４をこの領域７内のみに存在させることで、集中的に動力伝達領域７を補強することができる。ベルト歯先部８は、圧縮応力を受けているが、補強材となる短繊維１４を存在させる必要がなく、エラストマー材料で充分である。
又、動力伝達領域７内で拡散した短繊維１４の分散密度をベルト歯元部９付近で最も高くすることで、ベルト歯元部９をさらに補強して亀裂発生を阻止することができる。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明する。
芯部の目付量３０ｇ／ｍ^２、各表面部の目付量７０ｇ／ｍ^２、厚さ２．３ｍｍで、ニードルパンチにより成形され、バインダー処理がされていない６・６ナイロン繊維からなる不織布を、圧縮ロール間で力３０〜５０Ｎを加え加圧した。そして、厚さを１．８ｍｍに調節した。そして、圧縮済の不織布を溝部を有する内金型の外面に装着した。
次に、この上に、アラミド繊維（商品名：トワロン：エンカ社製）１，０９０デニール／５本（５，４５０デニール）を引き揃え、Ｓ方向に１１回／１０ｃｍ、Ｚ方向に２５回／１０ｃｍの割合で撚られたＳ、Ｚ一対の撚りコードとし、この撚りコードをスピニングした。心線占有率は９０．０〜９４．２％である。

上記内金型を予め所定量の液状ポリウレタン原料（プレポリマー１００質量部、３，３´−ジシクロ４，４アミノジフェニルメタンである硬化剤で２０質量部、可塑剤２０質量部、着色剤０．５質量部）を注型した外金型内に挿入して、金型内を密閉して減圧し液状ポリウレタンを上昇させて不織布内に浸透させた。液状ポリウレタンが上昇し終わると、金型内を開けて空気を入れて加圧し、金型温度１１０°Ｃで液状ポリウレタンを硬化させた。ポリウレタンの硬度は９２°（ＪＩＳ−Ａ）であった。硬化後にベルトスリーブを内金型から抜き取り、輪状に切断して歯付ベルトを得た。得られたベルトサイズは、ベルトの歯型：Ｓ８Ｍ（ＳＴＰＤ）、歯数：１５６、ベルト幅：１２ｍｍ、歯ピッチ：８ｍｍであった。
ベルトは、図５に示すように、エラストマー材料を含浸した不織布が溝部の歯底面と動力伝達領域内に連続して配置され、動力伝達領域内に位置する不織布の芯部から拡散した表面部の短繊維が該動力伝達領域内のみに存在していた。

次に、このベルトを２軸走行試験機に取り付けて走行させ、耐久試験を行った。この走行試験は、ベルト駆動プーリ（歯数３６）と従動プーリ（歯数３６）に巻き付け、室温の雰囲気環境温度で駆動プーリの回転数１，２００ｒｐｍ、負荷４．８ｋｗ、ベルト初張力４８ｋｇで走行させた。その結果、ベルトは７８８時間で歯欠けを起こした。
尚、比較例１として、実施例１と同様の方法で作製した不織布を使用しない歯付ベルトを用いた場合には、１７時間で切断した。
又、比較例２として、不織布の代わりに、厚さ０．４ｍｍの６ナイロン繊維からなる織布を用いて、実施例１と同様の方法で作製した歯付ベルトは１６２時間で歯欠けを起こした。

本発明に係る歯付ベルトの製造方法を説明する概略図である。 本発明に使用する不織布の側面図である。 本発明に係る歯付ベルトの製造方法を説明する概略図であって、不織布を圧縮ロールにて加圧している状態を示した図である。 本発明に係る歯付ベルトの側面図である。 図４に示す歯付ベルトの歯部拡大図である。 本発明に係る他の歯付ベルトの歯部拡大図である。 本発明に係る歯付ベルトとプーリとがかみ合っている状態を示す図である。

符号の説明

１ 歯付ベルト
２ 歯部
３ 溝部
４ 背部
５ 心線
６ ベルト歯部先端
７ 動力伝達領域
８ ベルト歯先部
９ ベルト歯元部
１１ 不織布
１２ 歯底面
１３ 圧縮ロール
１４ 短繊維
２０ 内金型
２１ 溝部
２２ 外金型
２５ 芯部
２６ 表面部

Claims (10)

1. 長さ方向に沿って歯部と溝部を交互に形成し、心線を背部に埋設したベルトであって、前記歯部に不織布を埋設した歯付ベルトにおいて、該不織布が芯部と表面部からなり、少なくとも表面部の短繊維をバインダー処理せずに形成し、さらに前もって圧力を掛け一定の厚みとしたものであって、上記表面部の短繊維が芯部から分離して動力伝達領域に拡散し、芯部が該動力伝達領域に残存していることを特徴とするポリウレタン製歯付ベルト。
2. 不織布の厚みが１．０〜２．０ｍｍである請求項１に記載のポリウレタン製歯付ベルト。
3. 前記動力伝達領域が、心線からベルト歯部先端に至るまでの高さをＨとした場合に、心線からHの２／３付近までの動力伝達領域である請求項１又は２のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルト。
4. 前記不織布の表面部が芯部に比べて大きい目付量を有している請求項１から３のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルト。
5. 前記不織布の芯部の目付量が２０〜５０g／ｍ^２で、各表面部の目付量が５０〜１００g／ｍ^２である請求項４に記載のポリウレタン製歯付ベルト。
6. 溝部を所定の間隔で設けた内金型の外周面に不織布を装着し、そして心線を巻き付けた後、この内金型を外金型に挿入して液状ポリウレタンを内金型と外金型の間の空間部に充満させ、硬化させて得られたベルトである、長さ方向に沿ってベルト歯部とベルト溝部を交互に形成し、心線を背部に埋設した形状のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法において、上記不織布として芯部と表面部からなり、少なくとも表面部の短繊維をバインダー処理せずに形成し、さらに前もって圧力を掛けることによってその厚みを調整したものであって、そして上記表面部の短繊維が液状ポリウレタンの流動中に芯部から分離して動力伝達領域に拡散し、芯部が該動力伝達領域に残存するものを使用することを特徴とするポリウレタン製歯付ベルトの製造方法。
7. 不織布の表面部が芯部に比べて大きい目付量を有している請求項６記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法。
8. 不織布の芯部の目付量が２０〜５０ｇ／ｍ^２で、各表面部の目付量が５０〜１００ｇ／ｍ^２である請求項７に記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法。
9. 不織布の厚みが１．０〜２．０ｍｍである請求項６から８のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法。
10. ベルト歯部の心線に近い領域が、心線からベルト歯部先端に至るまでの高さをＨとした場合に、心線からＨの２／３付近までの動力伝達領域である請求項６から９のいずれかに記載のポリウレタン製歯付ベルトの製造方法。
    

Images