JP2008133955A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】逆曲げを防止することによりベルト走行時のプーリから抜け出すさいのベルトの上下方向の振れを防止することができ、ベルトの長寿命化を図ると共に騒音の発生も抑えることができる高負荷伝動ベルトを提供する。
【解決手段】センターベルト３ａ、３ｂに、上ビーム１１と下ビーム１２をピラー１３によって連結しセンターベルトを挿入する溝を有するブロック２を装着したこう不可伝動ベルト１であり、隣り合うブロックと当接してベルトの逆曲げを防止する突起８が上ビーム１１の前後面の少なくとも片面に設けてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、センターベルトの長手方向に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、詳しくは走行時におけるベルトの上下方向の振れを防止することによって、ベルトを長寿命化すると共に発生する騒音レベルを低下させることができる高負荷伝動ベルトに関する。

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の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。

また、高トルクを伝達するベルトであることからセンターベルトにかかる負担も大きい。センターベルトの切断はベルトの故障としては致命的であり、車などの動力を駆動するベルトであればベルトの切断はすなわち車の停止につながってしまう。更にはこれらの性能と同時にベルト走行時に発生する騒音を小さなものにする必要がある。

特許文献２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６３−３４３７２号公報 実願昭６１−５１０９０号（実開昭６２−１６２４３４号）のマイクロフィルム

しかし、以上のようなセンターベルトにブロックを装着したベルトを駆動プーリと従動プーリに掛架して走行させた場合、駆動プーリの出口付近において、駆動プーリからベルト走行方向に向かって直線的に出てくることはなく、ブロックが駆動プーリに拘束されたままプーリの回転方向に少し向かった後に、センターベルトによってプーリからブロックが引き抜かれて本来のベルト走行方向へ進行するといった動きをしている。そのため、ブロックがプーリに拘束されて回転方向に進んだ際にベルトは一旦逆曲げの状態になり、次いでプーリから引き出されて直線状態に戻ろうとして上下方向の振れが発生する。

ベルトの振れが継続し過度の逆曲げが起こるとブロックで拘束された部分とそうでない部分との境界でセンターベルトの屈曲が繰り返され、屈曲疲労が進行してセンターベルトがへたってブロックの脱落が起こったり、センターベルトの切断が発生したりするという問題につながってしまう。

特許文献２のように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ということはできない。

そこで本発明では、逆曲げを防止することによりベルト走行時のプーリから抜け出すさいのベルトの上下方向の振れを防止することができ、ベルトの長寿命化を図ると共に騒音の発生も抑えることができる高負荷伝動ベルトの提供を目的とする。

エラストマー中に心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、隣り合うブロックと当接してベルトの逆曲げを防止する突起が上ビームの前後面の少なくとも片面に設けてなることを特徴とする。

請求項２では、突起は上ビームの両側端部に設けてなる請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項３では、突起が少なくともブロックの上ビームの上端から下端にわたる範囲に形成されてなる請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項４では、突起の硬度をＪＩＳ Ｋ６２５３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１によれば上ビームにベルトの逆曲げを防止する突起を設けているので、ベルト走行時においてブロックがプーリに挟持されて回転しても逆曲げできないようになっているのでブロックは所定の位置でプーリの拘束から開放されて従動プーリ側へ直線的に移動するので、ベルトの振れを少なくすることができ長寿命化につながるとともにベルトの騒音の発生も低減させることができる。

請求項２では、突起は上ビームの両側に配置しているので隣り合うブロックと左右のバランスよく当接することになり、ブロックの振れが少なくなってベルトの走行もより安定させることができる。

請求項３では、突起を上ビームの上端から下端にわたる範囲に形成していることから、突起とブロックとの接触面積が広くなるために突起やブロックの摩耗も少なくなり、突起自身をゴムなどの弾性体で形成した場合でも、ヘタリが少なくなり、長期的にベルトの逆曲げを防止することができる。

突起の硬度をＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡ硬度で５０〜９５度の範囲とすることによって、十分にベルトの逆曲げを防止することができ、ベルトの振れを抑えることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。

図１は本発明に係わる高負荷伝動ベルト１の例を示す斜視概要図であり、図２は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二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、このセンターベルト３、３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溝と係合して動力を伝達する傾斜面となっている。駆動プーリに係合したブロックは駆動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を介して従動プーリに係合しているブロックを引っ張り、従動プーリを回転させることによって動力を伝えている。

ブロック２は図１に示すように、上ビーム１１および下ビーム１２と上下ビーム１１、１２を中央にて連結するピラー１３からなっており、両側面２、２には一対のセンターベルトを嵌合する溝１４、１５が形成されている。また、溝１４、１５の上面１６および下面１７にはセンターベルト３の上面に設けた凹条部１８と下面に設けた凹条部１９に嵌合する凸条部２０、２１を突設している。

ブロックの上下方向の中央より下部分の前後面には傾斜がつけられており、ベルトがプーリに巻きかかったときにブロック同士が接触せずに屈曲できるようになっている。一方で、本発明においては上ビーム１１の前面もしくは後面に突起８を設けており、隣り合うブロックの上ビーム１１との間で緩衝材となって、ベルトの逆曲げができないように構成されている。

本発明のようにブロック２を装着したベルト１で高負荷の伝動を行う場合、ブロック２のプーリからの側圧もかなり大きなものであり、ベルト１がプーリに巻きかかって係合したブロック２が、プーリから脱出する際に、通常であればプーリからスムーズに脱出することができず、プーリに係合したままその回転方向にいくらか運ばれて、その後センターベルト３ａ、３ｂの張力によってプーリから強制的に抜き取られるといった現象が起こる。

プーリから強制的に抜き取られるような動きをすることで特に従動プーリの出口においてベルト１が弾かれたような弦振動を起こし、センターベルト３ａ、３ｂに大きな負荷がかかって劣化させたり、ベルト１の走行が乱れて動力の伝達効率の低下させたり、ブロック２とプーリとの摩擦により熱や騒音の発生、ブロック２やプーリの摩耗といった問題が発生する。

しかし、本発明のようにブロック２の上ビーム１１に突起を設けて隣り合うブロック２と緩衝させてベルト１の逆曲げを防止することによって、ベルト１のプーリからの出口においてブロック２がプーリからスムーズに抜け出ることができるようになり、ベルト１の弦振動を抑えて騒音や熱の発生も防止することができ、ひいては動力の伝達効率も向上させることができる。

突起８は、上ビーム１１のいろいろな箇所に配置することが可能であり、中央に１箇所配置したものや複数箇所配置したものなどを挙げることができるが、図３に示すように上ビーム１１の両端部の２箇所に設けることが望ましい。そうすることによってベルト走行方向に対するブロック２のヨーイングを抑えることができる。

突起の高さｈは、ブロック２が直進している状態における上ビーム１１同士の間隔をＳとすると０．２５Ｓ〜Ｓの範囲とすることが好ましい。突起の高さが０．２５Ｓ未満になるとベルト１の逆曲げできる範囲が広がってプーリから脱出した際のベルト１の振動が大きくなるので好ましくない。

また、請求項３では突起８を少なくとも上ビーム１１の上端から下端にまで達する上下方向に長い形状としており（図４参照）、こうすることによって、突起８と隣のブロック２とが接触する際の接触面積が増大することになり、単位面積当たりの圧力を下げることができるので突起８自身やブロック２の変形や摩耗またヘタリ（永久歪）の発生を抑制することができる。図４に示す例では突起８は上ビーム１１の両端付近に２箇所設けているが、図示はしないが、上ビーム１１の全面に設けていても構わない。

また、突起８の硬度をＪＩＳ Ｋ６２５３のタイプＡ硬度で５０〜９５度の範囲とする。５０度未満であると硬度が不十分でベルトの逆曲げを抑えることができず、９５度を超えると、ベルトの振れが増大することで寿命が短くなる。

突起８に用いることができる素材としては、ポリウレタン（ＰＵ）樹脂、ポリアミド（ＰＡ）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）、ポリイミド（ＰＩ）、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）樹脂などの合成樹脂やクロロプレンゴム、二トリルゴム、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。

ブロック２は図５に示すように樹脂材３１中にインサート材３２が埋設されたものであるが、インサート材３２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３２の所定箇所に樹脂材３１を被覆したブロック２を用いることが好ましい。

樹脂材３１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３２を用いてそのほぼ全面を樹脂材３１で被覆したものを用いると、部分的に樹脂材３１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３１を被覆する際にインサート材３２を固定する部材が接触しているところは、インサート材３２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３２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。

またブロック２としては樹脂材３１のみからなっているものも使用できる。このようなインサート材３２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３２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。

樹脂材３１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３ａ、３ｂを構成するエラストマー４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。

これらの中でもブロックを効率よく製造するために射出成形法にて製造するには、ポリアミド樹脂のような熱可塑性樹脂を用いることになる。また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いということからすると、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。

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。

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。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。

また、他にも二硫化モリブデン、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。

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、ベルトの上下面にはカバー帆布６、７を設けてもよい。カバー帆布６、７の素材としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維等を挙げることができる。

自動車やスクータなどの自動二輪車、そして農業機械などの駆動に用いる高負荷を伝達することができるベルトである。

本発明の高負荷伝動ベルトの要部断面斜視図である。 高負荷伝動ベルトの要部側面図である。 ブロックの例を示す正面図である。 ブロックの別の例を示す正面図である。 ブロックの更に別の例を示す正面図である。

符号の説明

１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
２ａ 側面
２ｂ 側面
３ａ センターベルト
３ｂ センターベルト
４ エラストマー
５ 心線
６ カバー帆布
７ カバー帆布
８ 突起
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラ
１４ 嵌合溝
１５ 嵌合溝
１６ 上面
１７ 下面
１８ 凹条部
１９ 凹条部
２０ 凸条部
２１ 凸条部
３１ 樹脂材
３２ インサート材
ｈ 高さ
Ｓ 間隔

Claims (4)

1. エラストマー中に心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、隣り合うブロックと当接してベルトの逆曲げを防止する突起が上ビームの前後面の少なくとも片面に設けてなることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. 突起は上ビームの両側端部に設けてなる請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
3. 突起が少なくともブロックの上ビームの上端から下端にわたる範囲に形成されてなる請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルト。
4. 突起の硬度をＪＩＳ Ｋ６２５３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。

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