JP2010175011A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ベルトをプーリに巻きかけて走行させたときにブロックがプーリに進入またはプーリから脱出する際のブロックとプーリとの摩擦抵抗を低下させるとともにセンターベルトに対するブロックの揺動を起こりにくくし、ブロックとプーリとの摩擦やブロックの揺動が原因で発生する振動や騒音の発生、発熱などの問題を低減し、より寿命の長い高負荷伝動ベルトを提供する。
【解決手段】上ビーム１１と下ビーム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、上ビーム１１の側面上端のエッジ７と下ビーム１２の側面下端のエッジ７の角度が鈍角になるように突出部８を設けた。
【選択図】図３

Description

本発明は、センターベルトの長手方向に沿って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、ベルト走行時におけるプーリへの進入や脱出する際の抵抗を軽減するとともにセンターベルトに対するブロックの傾きやがたつきの発生を低減した高負荷伝動ベルトに関するものである。

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様な変速プーリに巻き掛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ブロックの両側面にもうけた溝に嵌合し、センターベルトの長手方向に多数のブロックを配置したようなベルトがある。

このようなベルトにおいては走行中にベルトがプーリに進入しブロックがプーリと接触した状態で回転するが、まずプーリからベルトが脱出する際にプーリとの間の摩擦抵抗が高いと騒音や発熱の原因になるということが挙げられる。またブロックがプーリに進入および脱出する際のプーリとの摩擦抵抗が大きいとセンターベルトに対する揺動が大きくなりブロックが進行方向に傾きを生じることがある。そのような動きをすることによって、ブロックとセンターベルトの間でも摩擦が生じ、ベルトの振動や騒音の発生、発熱といった問題につながりベルトの寿命を縮めることにもなる。プーリ中にあるブロックはくさび効果でしっかりと挟み込まれており、特にプーリから脱出する際の脱出を妨げる力は大きく、ブロックをプーリから無理やり引き抜くことによって脱出するといった形態を採っていた。

そのために、ブロックのプーリからの脱出時に発熱を生じて、ベルトの寿命の低下を招く結果となっていた。また、プーリと接触するブロック側面の上端と下端にあるエッジがブロックのプーリからの脱出時に引っ掛かりを発生して、脱出を更に妨げ、発熱や騒音、また、ブロックの揺動といった問題につながり、ベルトの寿命を短期化する原因となっていた。

特許文献１にはブロックの側面にプーリ半径方向の長さが略一定となる突起を設けることによってブロックが走行で摩耗してもプーリとの接触面積が変化せず、ベルト音、発熱、推力バランス等の経時変化を少なく抑えることができるベルトが開示されている。

特許文献２には上記のようなセンターベルトにブロックを複数配置したベルトであって、ブロックの嵌合溝にセンターベルトを嵌め込む際に圧縮的に嵌合するような寸法を持たせたベルトが開示されている。ブロックをセンターベルトに圧縮的に嵌合することによって、ブロックのセンターベルトに対する揺動を防止して前記のような問題を解消しようとしたものである。

特開平１０−１７６７３５号公報 実開平１−５５３４４号公報

しかし、特許文献１に記載されたベルトでもベルト走行時のブロックがプーリへ進入したり脱出したりする際の摩擦抵抗を小さくすることはできず、その際の発音や発熱はどうしても大きなものとなってしまう。またブロックの揺動も同じく大きなものとなり、ブロックとセンターベルトとの摩擦も大きくなる。

特許文献２に記載されたベルトでもブロックの揺動を防止できる効果を有しているが、ベルトが走行するうちにセンターベルトを構成するゴムなどのエラストマー材にへたりを生じて、ブロックとセンターベルトとの圧縮的な嵌合力が低下してくる。そうすると、ブロックの揺動を防止する効果が徐々に低下して最後にはなくなってしまう。特許文献１の方法では長期的な効果を得ることが難しい。

そこで本発明では、このようなセンターベルトに多数のブロックを装着した高負荷伝動ベルトにおいて、ベルトがプーリに進入したり脱出したりする際のブロックとプーリとの摩擦抵抗が大きいことによる騒音や発熱の問題、またそれによってセンターベルトに対してブロックの揺動も大きくなり、発生する振動や騒音、発熱などが大きくなるのを防止し、より寿命の長い高負荷伝動ベルトの提供を課題とする。

上記のような課題を解決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、上下ビームには夫々プーリとの接触する側面を有する高負荷伝動ベルトにおいて、上ビーム側面の上端および下ビーム側面の下端のエッジが側面に対して鈍角となる突出部を形成するとともに、前記突出部の厚みは、心線から離れるに連れて徐々に幅が狭くなる形状を有することを特徴とする。

請求項２では、突出部の上下ビーム側面に対する角度が３０〜６０°となっている請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項３では、前記突出部のベルト進行方向の厚みは、心線から離れるに連れて徐々に幅が狭くなる形状を有する請求項１〜２のいずれかに記載の高負荷伝動ベルトとしている。

請求項１ではブロックの上ビーム側面の上端および下ビーム側面の下端に側面に対して鈍角を斜めの角度を有する切り欠き部を設けており、上ビーム側面の上端および下ビーム側面の下端におけるエッジの角度がより鈍角になることから、ブロックとプーリとの間の引っ掛かりを少なくすることができるので、ブロックがプーリから抜け出すときの摩擦抵抗を軽減することができ、騒音の発生や発熱、振動の発生を防止することができる。

請求項２では、突出部の形成する角度を１２０〜１５０°の範囲としており、ブロックがプーリから抜け出す際の引っ掛かりを少なくすることができる。

請求項３では、更に、突出部の厚みを、徐々に幅が狭くなる形状としていることから突出部を設けることによる重量の増加を少なくすることができる。

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、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図であり、図２は要部側面図である。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同じ幅の二本のセンターベルト３と、このセンターベルト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６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。センターベルトの上下表面にはカバー帆布１０が積層配置されている。

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の中央部同士を連結したピラー１３からなっており、ブロック２の両側面６には一対のセンターベルト３、３を嵌めこむ溝１４、１５が形成されている。また、溝１５内の溝上面および溝下面にはセンターベルト３、３の上面に設けた凹条部１６と下面に設けた凹条部１７に係合する凸条部１８、１９に係合するようになっている。

本発明では、上ビーム１１側面６上端のエッジ７と下ビーム１２側面６下端のエッジ７の角度が鈍角になるように突出部８を設けている。好ましくは図２に示すように、それぞれのエッジ７の角度θが１２０〜１５０°の範囲内になるように設定する。ブロック２がプーリのＶ溝内にあるブロックはくさび効果により、しっかりと挟み込まれていることから、エッジ７の角度θが直角以下であると、その鋭角なエッジ７が引っ掛かりを生じてブロック２の脱出を妨げる原因となる。そこで、本発明では前記のようにエッジ７の角度θを鈍角にすることで引っ掛かりをなくして、ブロック２がプーリからスムーズに脱出できるようにし、騒音の発生や発熱やベルトの振動といった問題を低減して、ベルトの寿命を延長することができる。

エッジ７の角度θが鋭角（９０°未満）であると、エッジ７の引っ掛かりが大きくなって、前記のような騒音、発熱、振動といった問題が大きくなるが、１２０°以上に設定することがより好ましい。エッジ７の角度θが１８０°になってしまうと、突出部８がプーリに接触するようになってしまうので１８０°未満に設定する必要があるが、そもそも１５０°を超える数値にすると、前記のような騒音、発熱、振動といった問題に関してはよくなるが、突出部８の体積が大きくなってブロックの重量増となることから１５０°以下に設定することが好ましい。

また、該突出部８は、一方でベルト長手方向の厚みに関しては、心線から離れるに連れて徐々に幅が狭くなる形状を有しており、突出部８を設けることによる重量増をできるだけ軽減するようになしている。

本発明では、ブロックの上ビーム１１上端及び下ビーム１２下端にあるエッジ７がプーリとの間で引っ掛かりを生じてブロックがプーリから抜け出す際の妨げになるのを防止することができればよく、突出部８の高さはできるだけ低めに設定することが好ましい。

本発明におけるブロック２は樹脂を上記で説明したような所定形状に成形したものであり、インサート材３２の表面に樹脂材３１を被覆したブロック２やブロック２全部が樹脂材３１からなっているものを挙げることができる。

インサート材３２の表面に樹脂材３１を被覆したブロック２は、ブロック２と略同じエ字形状のインサート材３２を用い、少なくともブロック２同士が接触する箇所やプーリとの接触箇所を樹脂材３１で被覆したものである。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３２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。

樹脂材３１を所定の箇所に被覆配置する場合、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で被覆したものでもよく、部分的に樹脂材３１を被覆配置したものに比べて、樹脂材３１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。一方、ブロック２の軽量化という面からは部分的に樹脂材３１を被覆したものが有利である。

ブロック２としては樹脂材３１のみからなるインサート材３２を有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２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２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４，６−ナイロンが好ましいといえる。

また、これらの樹脂中に、綿糸、ポリエステル繊維、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、炭素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補強材やウィスカ状補強材を配合することは可能であり、繊維状補強材を配合することによって樹脂の強度や剛性を高めることができ、樹脂への繊維補強材の配合量は、１〜６０質量％の範囲とすることが好ましい。１質量％未満であると繊維を配合することによる補強効果がほとんど得られず、６０質量％を超えると、成形が困難になるとともに硬度は上がるが靭性が低下してブロックの耐衝撃性の面では低くな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、前記のようにアラミド繊維、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が、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４，６−ナイロン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４，６−ナイロン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４，６−ナイロンの有する耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性を生かすことができるものである。

また、ウィスカ状補強材としては酸化亜鉛ウィスカ、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を挙げることができる。この中でも酸化亜鉛ウィスカは、テトラポット状に四方に手が延びた立体的形状をしており、これ単独でも耐熱性、耐摩耗性に優れたものであるが、前述のようにテトラポット状の立体的形状をしているため、繊維補強材とともに配合すると、繊維補強材の配向が抑制され、成形時のそりや成形収縮の異方性が改良されることから最も好ましい。さらに、このように繊維補強材の配向を低減できるため、ブロック２の靭性、曲げ剛性等の強度についての異方性も低減することができ、かつ、摩擦係数が安定するため耐摩耗性が向上する。また、酸化亜鉛ウィスカは、高比重、高剛性であるため、プーリとの接触時の振動を低減でき、ノイズの発生を小さくする効果も期待できる。

ウィスカ状補強材の配合量は対して１〜３０質量％の範囲で配合する。１質量％未満であると耐摩耗性を向上させる効果が低く好ましくない。また３０質量％を超えると配合することが困難になり成形性も悪くなるので好ましくない。

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。

また、ブロック２の下ビームは屈曲を許容しベルトがプーリに巻きかかることができるようにしなければならず、ベルト走行方向の前後面の少なくともいずれか一方に傾斜面を設けている。傾斜面を設けることによってブロック同士が緩衝することなくベルトが屈曲することができる。

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、編布や金属薄板等を使用することもできる。

ベルトに装着したブロックの複数方向の撓みを抑えて割れを防止することができ、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として適用することができる。

本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。 本発明に係る高負荷伝動ベルトの要部側面である。 ブロックの部分拡大図である。 インサート材の埋設の様子を示すブロックの正面図である。

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 エッジ
８ 突出部
１１ 上ビーム
１２ 下ビーム
１３ センターピラー
１４ 嵌合溝
１５ 嵌合溝
１６ 溝条部
１７ 溝条部
１８ 凸条部
１８ 凸条部
３１ 樹脂材
３２ インサート材
θ エッジの角度

Claims (3)

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、上下ビームには夫々プーリとの接触する側面を有する高負荷伝動ベルトにおいて、上ビーム側面の上端および下ビーム側面の下端のエッジが側面に対して鈍角となる突出部を形成してなることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. 突出部の上下ビーム側面に対する角度が１２０〜１５０°となっている請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
3. 前記突出部のベルト進行方向の厚みは、心線から離れるに連れて徐々に幅が狭くなる形状を有する請求項１〜２のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト。

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