JP2009287697A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ブロックがセンターベルトに対して左右方向に傾かないようにしており、ベルト走行中のブロックの斜行が発生するのを防止することができ、よって、それに起因して起こる動力伝達効率の低下や、ベルト振動の発生、騒音の発生といった問題を解消し、ベルトの寿命も延長することができる高負荷伝動ベルトを提供する。
【解決手段】ブロック２の両側面に上下ビーム１１、１２とピラー１３によって囲まれたセンターベルト３を挿入する溝を有するブロック２とからなる高負荷伝動ベルトであり、前記嵌合溝１４、１５の幅はブロック２の中央から両側端にいくにつれて徐々に幅細になるように形成されており、嵌合溝１４、１５を形成する上ビーム１１の下面１６および下ビーム１２の上面１７はベルト水平方向に対して下方向に傾斜してなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ゴム中に心線を埋設した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ブロックのセンターベルトに対する傾きが生じるのを防止し、ブロックが斜行することによりベルトに振動が発生したり騒音が生じたりするのを抑え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、両側面に溝を有するブロックに、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を、前記ブロックの溝に嵌合装着したようなベルトが挙げられる。
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。

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１には、センターベルトにブロックを装着したベルトにおいてブロックの側端し面に形成するセンターベルトの嵌合溝を、置く側が拡開した断面略台形状に形成したベルトが開示されている。このようなベルトにすることでブロックの側端面においてセンターベルトが強固に挟み込まれるためにセンターベルトが嵌合溝の奥側へ押し込まれることがなく、プーリからの側圧が加わったときのブロックとセンターベルトとの荷重分担率が適度な比率となりベルトのスリップやノイズの発生が低減されるといったことが開示されている。

また、特許文献２にはセンターベルトにブロックを装着したベルトにおいて、センターベルトの張力とプーリからの側圧によってディッシングが発生することが記載されており、ディッシングによってブロックの一部がセンターベルトに食い込んで破損させる問題があり、その問題を解消するためにブロックの一部に角度を持たせることが開示されている。

実開平６−３２７９３号公報 特開平１１−１９０４００号公報

特許文献１に開示されているようなベルトでは、ブロックの嵌合溝内のセンターベルトが接触する面が傾斜しているために、センターベルトもベルトの水平方向に対して傾きを生じることがある。例えばベルトの外側に行くほどセンターベルトが上がったような傾きになったとすると、センターベルトの外側において内側よりも大きな張力が作用することになる。そのためにセンターベルトの張力安全率が低下して大きな負荷に耐えることができなくなる。

また、センターベルトに大きな張力がかかるとともにブロックに側圧が発生した際には、ブロックが撓んでディッシング現象が発生し、そうなることでプーリ内にベルトが落ち込み伝達効率が低下したり所定の減速比が得られなかったりするといった問題が発生する。

そこで本発明では、センターベルトがブロックの嵌合溝内に強固に挟まれて固定することができるとともに、ディッシング現象でブロックにベルトに撓みが生じてもセンターベルトの心線はベルトの水平方向と平行に略保たれて、張力が不均一に作用することのない高負荷伝動ベルトの提供を目的とする。

上記のような目的を達成するために本発明の請求項１では、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、ブロックの両側面に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嵌合溝を有するブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記嵌合溝の幅はブロックの中央から両側端にいくにつれて漸次幅細になるように形成されており、嵌合溝を形成する上ビームの下面および下ビームの上面はベルト水平方向に対して下方向に傾斜してなることを特徴とする。

請求項２では、ブロックの嵌合溝にセンターベルトを挿入後の状態で下ビームの上面がベルトの水平方向に対して下方向に傾斜する角度は１°以内である請求項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、ブロックに形成されるセンターベルトの嵌合溝はブロックの中央から両側端にいくにつれて徐々に幅細となるように形成されているので、嵌合溝に挿入したセンターベルトはしっかりと挟持固定されてベルト走行後も緩みが発生したりセンターベルトがブロックに対してずれたりするといった問題が抑えられる。また、上ビームの下面および下ビームの上面を下方向に傾斜させており、ベルトの走行時に大きな張力がかかってプーリ内でベルトが撓むディッシング現象が発生しても、その状態でセンターベルトがベルト水平方向に近い状態に保たれるので、ベルトの中央に近い位置と側面に近い位置とで張力が不均一になるのを防止することができ、ベルトの走行を安定させてブロックの摩耗などによる故障を防止すると共に、より伝達効率の高い高負荷伝動ベルトとすることができる。

請求項２では、下ビームの上面の角度がベルト水平方向に対して下方向に１°以内の範囲で傾斜しているとしており、ベルト走行時におけるセンターベルトの状態をより水平方向に近い状態とすることができる。

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、図３はブロック２の正面図である。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２ａ、２ｂには一対のセンターベルトを嵌合する嵌合溝１４、１５が形成されている。また、嵌合溝１４、１５内に位置する上ビームの下面１６および下ビームの上面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。

また、本発明によると、ブロック２の両側面２ａ、２ｂに設けた嵌合溝１４、１５は上ビーム１１と下ビーム１２との間隔である嵌合溝１４、１５の幅が、ブロック２の中央から両側端へいくに従って徐々に幅狭になる形状としている。そうすることによって、ブロック２とセンターベルト３との間で緩みが発生して、センターベルト３に対してブロック２がガタツクといった問題を防止することができるので、ガタツキが発生したことによりブロック２が摩耗や破損を起こしたり、センターベルトの亀裂の発生や切断、またひいては伝達効率を低下させたりする問題を解消することができるものである。

また、嵌合溝１４、１５を徐々に幅が狭くなる形状にすると、センターベルト２を支えている上ビームの下面１６と下ビーム１２の上面１７が上方に傾くことになるので、センターベルト２内に埋設されている心線ロープ５の並びがベルト水平方向に対して傾いた状態になってしまい、情報に位置するベルト側面近くの心線に大きなトルクが発生することになる。そうするとセンターベルト２内で張力のかかり方が不均一になって、伝達効率を低下させたり、センターベルト２を早期に故障に至らしめたりするといった問題があった。しかし、本発明においては、嵌合溝を形成する上ビーム１１の下面および下ビーム１２の上面を、ベルト水平方向に対して下方向に傾斜させている。ベルトがプーリに巻きかかって走行している状態で大きな張力がかかると、ベルトが撓んで、プーリに接したベルトの側面に対して中央部分がプーリ内方向に沈み込むディッシング現象が発生するが、前記のように嵌合溝１４、１５を形成する上ビーム１１の下面１６および下ビーム１２の上面１７を、ベルト水平方向に対して下方向に傾斜させることで、センターベルト２も傾斜した嵌合溝１４、１５に沿って傾いた状態になるが、前記のようにディッシング現象でブロック２が撓んだ状態にあっては、センターベルト２がベルト水平方向と平行に近くなり、センターベルト２内の心線５の並びも同様にベルト水平方向に沿った状態になる。

心線５の並びがベルト水平方向に近い状態に保たれるので、ベルト幅方向の心線の位置により心線にかかる張力の大きさのバラツキも少なくなり、ベルトにかかる張力の安全率も確保されてベルトの耐えうる負荷の大きさも高まることになり、また、ベルト内での張力のバラツキにより走行が不安定になることもなく伝達効率を低下させることもない。

なお、ブロックの嵌合溝にセンターベルトを挿入後の状態での下ビーム１２の上面１７のベルト水平方向に対する傾き角度θは、１°以内とすることが好ましく、より好ましくは０．３〜１°の範囲内である。下ビーム１２の上面１７のベルト水平方向に対する傾き角度が１°を超えるとベルトのディッシング現象が発生してもセンターベルト２がなおベルト側面に行くに従って下方へ傾いた状態となってしまうので、ベルト内での心線５位置によってかかる張力の大きさが変わってしまい、張力安全率が低下してしまうとともに、ベルト走行の不安定化にもつながり、更には伝動効率を低下させることや、ベルトの早期故障にもつながるので好ましくない。

ブロック２は樹脂材中にインサート材が埋設されたものでもよく、樹脂材のみで成形されたものでもよい。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。

またブロック２としては樹脂材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。

センターピラ１３の中央前面に突起Ｔが設けられていると共に、後面の同位置に同形状の窪み（図示しない）が設けられて両者が前後のブロック同士で嵌合する構造となっており、これらはブロックを整列させる目的で設けたものである。

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
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
Ｔ 突起

Claims (2)

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、ブロックの両側面に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嵌合溝を有するブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記嵌合溝の幅はブロックの中央から両側端にいくにつれて漸次幅細になるように形成されており、嵌合溝を形成する上ビームの下面および下ビームの上面はベルト水平方向に対して下方向に傾斜してなることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. ブロックの嵌合溝にセンターベルトを挿入後の状態で下ビームの上面がベルトの水平方向に対して下方向に傾斜する角度は１°以内である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。

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