JP2010265920A - 歯付ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 長期間にわたって歯欠けの生じ難い、耐久性の高い歯付ベルトを提供する。
【解決手段】 歯付ベルト１０は、表面に複数の歯部２２が形成されているベルト本体２００と、ベルト本体の歯部の表面に配されている歯布１００と、ベルト本体の裏面又は内部に配されてベルト本体を補強する心線３００と、心線と歯布とを縫い合わせている補強材５００とを備えている。歯付ベルト１０は、ベルト本体の歯部の表面に配されている歯布と、ベルト本体の内部に配されている心線とを、補強材によって縫い合わせて一体化しているため、耐久性を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面に複数の歯部が形成されている歯付ベルトに関する。

歯付ベルトは、表面に複数の歯部が形成されているゴム製のベルト本体を備えている。ベルト本体の歯部の表面には歯部を補強する歯布が配されており、ベルト本体の内部又は裏面にはベルト本体を補強する心線が配されている。この歯付ベルトは、動力伝達に用いられ、繰り返し負荷が作用する。このため、歯付ベルトを補強するための技術が開発されている（特許文献１，２）。

特許文献１の歯付ベルトでは、ベルト本体の内部に配される心線にアラミド繊維コードが用いられる。アラミド繊維コードを心線に用いることで、ベルトの屈曲疲労性と心線のホツレ性を改善している。また、特許文献２の歯付ベルトでは、ベルト本体の歯部の内部に補強用心線が配されている。これによって、歯部の無理な変形が抑えられ、歯部の耐久性を向上させている。

特開平６−３３７０３７号公報 特開昭６３−１６７１４７号公報

特許文献１の歯付ベルトでは、歯部の表面は歯布に覆われて補強されているが、歯部の内部はゴムのみであり、その強度は弱い。このため、歯部に繰り返し負荷（押圧力）が作用すると、その押圧力が集中する歯部の根元の歯布に疲労によって亀裂が生じ、そこから歯欠けを生じる。

特許文献２の歯付ベルトでは、歯部の内部に補強用心線が配されているため、歯部の強度は向上されている。しかしながら、歯部の内部に均一に補強用心線が配されておらず、押圧力が集中する歯部の根元の近傍にも補強用心線が配されていない。その結果、歯部の根元の強度が高められておらず、歯部の根元に生じる亀裂や歯欠けといった問題を解決することができない。

本発明は上記の課題を解決する。すなわち本発明は、長期間にわたって歯欠けの生じ難い、耐久性の高い歯付ベルトを提供することを目的としている。

本発明の歯付ベルトは、表面に複数の歯部が形成されているベルト本体と、ベルト本体の歯部の表面に配されている歯布と、ベルト本体の裏面又は内部に配されてベルト本体を補強する心線と、心線と歯布とを縫い合わせている補強材とを備えている。

この歯付ベルトは、ベルト本体の歯部の表面に配されている歯布と、ベルト本体の内部又は裏面に配されている心線とを、補強材によって縫い合わせて一体化している。そのため、歯部の根元に補強材を配することができる。その結果、歯部の根元の強度が向上し、歯部の根元に亀裂や歯欠けが生じることを抑制することができる。

本発明の歯付ベルトによれば、長期間にわたって歯欠けが生じ難くなり、耐久性を向上することができる。

第1実施例に係る歯付ベルトの断面図。 歯布と心線とを補強材によって縫い合わせた状態を説明するための図。 第1実施例の歯付ベルトをプーリーで駆動したときに、歯付ベルトに作用する応力の状態を説明するための図。 従来の歯付ベルトをプーリーで駆動したときに、歯付ベルトに作用する応力の状態を説明するための図。 第２実施例に係る歯付ベルトの断面図。 第３実施例に係る歯付ベルトの断面図。

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
（特徴１）心線と歯布を補強材（線材）で縫い合わせることにより、歯布と歯ゴムと心線を一体化している。
（特徴２）補強材（線材）は、ベルト本体内をベルト本体に対して垂直方向に往復しながら心線と歯布を縫い合わせている。
（特徴３）補強材（線材）は、三次元織りで心線と歯布を縫い合わせている。

図1は第1実施例の歯付ベルト1０を示している。歯付ベルト1０は、自動車のエンジンのバルブの開閉タイミングを調整するタイミングベルトとして用いられる。歯付ベルト１０は、ベルト本体２００と歯布１００と心線３００と背ゴム４００と補強材５００を備えている。

ベルト本体２００は、無端環状に形成されている。ベルト本体２００は、ゴムによって形成されている。材料には、公知のゴム材料を用いることができ、例えば、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、ニトリルゴム水素添加アクリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ミラブルウレタンゴム等を用いることが出来る。ベルト本体２００の表面には、複数の歯部２２が形成されている。歯部２２の高さとピッチは、歯付ベルト１０を駆動するプーリーに形成された歯部と噛合うように設定されている。

歯布１００は、ベルト本体２００の歯部２２の表面に接着されている。歯布１００には、公知の歯布を用いることが出来る。例えば、高伸縮性を有する領域と低伸縮性を有する領域とが交互に設けられた歯布を用いることができる。このような歯布は、一般的にはポリウレタン又はポリアミド繊維等からなる芯糸に紡績糸が巻き付けられたカバーリング糸を縦糸として使用する帆布長手方向に高伸縮性を有する部分と、アラミド、カーボン、又はガラス繊維等からなる高剛性糸を縦糸として使用する帆布長手方向に低伸縮性を有する部分とが交互に配置されて接着又は縫い合わされている。歯布１００は、ベルト本体２００との接着性を高めるため、先ず織物を構成する経糸と緯糸の表面にレゾルシンホルマリンラテックス液（ＲＦＬ）、イソシアネート溶液あるいはエポキシ溶液の硬化物からなる接着層を被覆することができる。

心線３００は、ベルト本体２００の裏面に配されている。心線３００は、ベルト本体２００を補強し、ベルト本体２００の伸びを抑制する。心線３００の材料には、公知の繊維材料を用いることができ、例えば、スチールコードや、ガラス繊維、アラミド繊維等を用いることが出来る。一般的には、一本もしくは一束の心線を筒状のベルト金型にらせん状に巻きつける事でベルトに心線を配するが、複数の無端環状の心線を並列に配しても良い。

背ゴム４００は、ベルト本体２００と心線３００の背面側に設けられている。背ゴム４００は、心線３００に作用する外部からの応力を緩和し、心線３００を保護する機能を有している。背ゴム４００の材料には、公知のゴム材料を用いることができ、例えば、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、ニトリルゴム水素添加アクリルブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ミラブルウレタンゴム等を用いることが出来る。一般的に背ゴム４００は、金型に巻いたゴムが加熱及び加硫によってベルト本体２００に形成される際に、心線３００より背部に生じる。そのため、ベルト本体２００とは同一の材料であるが、ベルト本体２００の形成後に背ゴム４００を加圧もしくは接着剤によって貼り合わせて形成することも可能である。

補強材５００は、心線３００と歯布１００とを縫い合わせる線材である。補強材５００によって心線３００と歯布１００が縫い合わされることで、ベルト本体２００と心線３００と歯布１００とを一体化している。補強材５００の材料には、公知の繊維材料を用いることができ、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維等を用いることができる。補強材５００により心線３００と歯布１００を縫い合わせる方法については、後述する。

本願の歯付ベルト１０の製造方法の例を示す。先ずレゾルシンホルマリンラテックス液（ＲＦＬ）処理されたナイロン製の歯布１００を無端環状に縫い合わせる。次に所定の張力で、心線３００となるアラミド繊維等を、無端環状に縫い合わされたナイロン製の歯布１００の外周面に、らせん状に巻き付ける。前記所定の張力とは、心線にたわみが生じ無い程度の張力である。次に、三次元織機によってナイロン製の歯布１００の外周面に巻かれた心線３００と歯布１００を、補強材５００となるアラミド繊維等でハシゴ状に交互に縫い合わせる（図２参照）。補強材５００は、ほつれないように無端環状のものを用いている。他の縫い合わせ方は後に詳細に説明する。これを筒状のベルト金型に装着し、ベルト本体２００及び背ゴム４００となるクロロプレンゴムをベルト金型に巻き付ける。次に加熱加硫を行ってゴム成分を架橋させ、歯部２２を成形する。これにより、心線３００がベルト本体２００と背ゴム４００の間に埋め込まれるとともに、歯部２２の表面が耐摩耗性を向上させるための歯布１００で覆われ、歯布１００と心線３００が補強材５００によって縫い合わされた構成となる。また、歯布１００は、レゾルシンホルマリンラテックス（ＲＦＬ）で処理されることにより、ベルト本体２００を形成するゴム材料との接着性が向上されている。このため、走行時においてベルト本体２００が屈曲することにより歯部２２にクラックが発生することが抑制されている。最後に、金型から成形された歯付ベルト１０を取り外し、製品の所定の幅に幅裁することで、歯付ベルト１０を得ることが出来る。

なお、ベルト金型に三次元織機の機能を備えることで、歯布１００と心線３００をベルト金型上に装着した後に、金型内で補強材５００を縫い合わせる事が出来る。これによって、歯布１００と心線３００を補強材５００で縫い合わせる工程から歯付ベルト１０を成形する工程までの成形時間を短縮するが出来る。

また、本願の歯付ベルト１０は、前記の製造工程以外にも、先ず歯布１００とベルト本体２００となるゴムと、心線３００を、補強材５００で縫い合わせた後に金型に装着してベルトを形成する事によっても得ることができる。

図２は第1実施例の歯付ベルト１０における補強材５００と心線３００と歯布１００の具体的構造を示している。補強材５００は、心線３００と、歯布１００の経糸１１０もしくは緯糸１２０とを、心線３００に対して垂直方向にベルト本体２００内で往復し、縫い合わせる。図２では緯糸１２０に対して縫い返しているが、経糸１１０でも同様に縫い返すことができる。
補強材５００の縫い方は、歯布１００と心線３００とをハシゴ状に縫う本返し縫いのほかに、半返し縫いなどを採用することが出来る。縫い返しの回数が多いほど、もしくは縫いピッチが短い程、歯付ベルト１０の補強強度が増すため好ましい。また、補強材５００を垂直に織り返すだけでなく、捻りを加えて折り返すことも可能である。補強材５００の縫い合わせには公知の織機を用いる事が出来る。手縫いでも可能であるが、短時間に複雑な面に対して繊維を縫うことが出来る、三次元織機が好ましい。

ここで、本実施例に係る歯付ベルト１０の作用効果を、従来の補強材を配さない歯付ベルトと比較して説明する。まず、従来の補強材を配さない歯付ベルトの作用効果から説明する。図４は従来の補強材を配さない一般的な歯付ベルト３０を示している。
図４に示すように、従来の歯付ベルト３０は、ベルト本体２１０と背ゴム４１０の間に心線３１０が配され、歯布１３０がベルト本体２１０の歯部に接着されたたものである。歯付ベルト３０をプーリー６００で駆動すると、プーリー６００から歯付ベルト３０に負荷が伝えられる。この場合、負荷は歯付ベルト３０の歯部２２の側面に作用し、歯付ベルトの歯部２２にはせん断応力が発生する。このせん断応力は、歯根元部２４に集中し、歯根元部２４の歯布１３０やベルト本体２１０に亀裂や歯欠け、歯飛びが生じる。
なお、このような亀裂や歯欠け等を防止するために、歯布を２層で補強した歯付ベルトも考案されている。歯布が補強されることで歯布表面に亀裂が生じにくくなるが、ベルト本体の内部には補強材が無いため、歯上部と歯根元部で剛性差が生じる。そのため、歯布根元部での、せん断応力による応力集中は避けられず、歯内部から破損が生じる。
また、特許文献２のように、歯部の内部に補強材を配した歯付ベルトにおいては、歯部の内部に補強材が配されることで歯全体の強度は向上する。しかしながら、歯根元部に補強材が配されておらず、この補強材の無い歯根元部に応力が集中するため、歯布に亀裂が生じ、歯欠けに繋がる。

次に、本実施例の歯付ベルト１０の作用について説明する。図３は本実施例の歯付ベルト１０がプーリー６００と噛合っている状態を示している。本実施例の歯付ベルト１０にプーリー６００から負荷が作用すると、その負荷は歯付ベルト１０の歯部２２で受ける。この際、ベルト本体２００に発生する応力は、心線３００と歯布１００の間に縫い合わされた補強材５００によって、歯付ベルト１０の全体に分散する。これにより、せん断応力が歯根元部２４に集中するのを緩和し、歯布１００やベルト本体２００の亀裂や歯欠け、歯飛びを生じ難くすることが可能となる。また、歯布１００と補強材５００が一体化しているため、万が一、歯布１００に亀裂が生じても、歯全体で応力を受ける機能が保持される。以上により、本実施例に係る歯付ベルトにおいては、歯欠けに対する耐久性を向上させることができる。

図５は第2実施例の歯付ベルト２０を示している。なお、第２実施例は、第１実施例とほぼ同様の構成を有しており、補強材の縫い方のみが異なる。このため、第１実施例と同一の部材については第１実施例と同一の符号を付すことで、その説明を省略する。第２実施例の歯付ベルト２０は、歯布１００と、ベルト本体２００及び心線３００とを、補強材５１０で三次元織り形成によって縫い合わせたものである。補強材５１０には、第１実施例と同様、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維などを用いることができる。第２実施例では、補強材５１０を三次元織りによって歯布１００と心線３００を縫い合わせている。縫い方の種類としては、補強材を経、緯および垂直の三方向に配置して、立体的に織り合わせた三次元織りを採用することができる。この縫い方を実施するためには、多次元織機や多軸織機等の従来から使用されている繊維織機を使用することができる。ベルト本体２００における補強材５１０の進入角度は、製品の用途に応じて任意の角度を設定することが出来る。また、縫い返しの回数が多いほど、もしくは縫いピッチが短い程、歯付ベルトの補強強度が増すため、好ましい。手縫いでも可能であるが、三次元織機によって補強材５１０を縫うと、短時間に複雑な面に対して繊維を縫うことが出来るため好ましい。

第２実施例の歯付ベルト２０では、第１実施例の歯付ベルト１０と同等もしくはそれ以上の耐久性の向上を図ることが出来る。すなわち、第２実施例の歯付ベルト２０では、プーリーから受ける斜めからの応力に対しても、三次元織に配された補強材５１０が、歯付ベルト全体に応力を分散させる事ができる。これにより、せん断応力が歯根元部２４に集中するのをより緩和し、歯布１００やベルト本体２００の亀裂や歯欠け、歯飛びをより生じ難くすることが可能となる。

図６は第３実施例の歯付ベルト４０を示している。なお、第３実施例は、第１実施例とほぼ同様の構成を有しており、補強材の縫い方のみが異なる。このため、第１実施例と同一の部材については第１実施例と同一の符号を付すことで、その説明を省略する。第３実施例の歯付ベルト４０は、歯部の側面２６から歯根元部２４までの部位に対して、それ以外の部位と比較して、多くの補強材５２０で歯布１００とベルト本体２００及び心線３００を交互に縫い合わせたものである。補強材５２０には、第１実施例と同様、ガラス繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維などを用いることができる。縫い方の種類としては、第１実施例及び第２実施例に挙げられた縫い方を採用することが出来る。歯部の側面２６から歯根元部２４までの間の縫い返しの回数が多いほど、もしくは縫いピッチが短い程、歯付ベルトの補強強度が増すため、好ましい。手縫いでも可能であるが、三次元織機によって補強材５２０を縫うと、短時間に複雑な面に対して繊維を縫うことが出来るため好ましい。

第３実施例の歯付ベルト４０では、第１実施例の歯付ベルト１０と同程度の耐久性を維持したまま、補強材５２０を縫い合わせる時間を短縮することが出来る。すなわち、せん断応力が生じやすい歯根元部２４の周囲を中心に、補強材５２０によって補強することで、歯根元部２４の歯布１００やベルト本体２００の亀裂や歯欠け、歯飛びを生じ難くすることが可能となる。これにより、歯布１００と心線３００を補強材５２０で縫い合わせる工程が短縮されると共に、コストの削減を図ることが出来る。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は、複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１００ 歯布
１１０ 歯布（横糸）
１２０ 歯布（縦糸）
１３０ 歯布
２００ ベルト本体
２１０ ベルト本体
３００ 心線
３１０ 心線
４００ 背ゴム
４１０ 背ゴム
５００ 補強材
５１０ 補強材
５２０ 補強材
６００ プーリー
２２ 歯部
２４ 歯根元部

Claims (1)

1. 表面に複数の歯部が形成されているベルト本体と、
   ベルト本体の歯部の表面に配されている歯布と、
   ベルト本体の裏面又は内部に配されてベルト本体を補強する心線と、
   心線と歯布とを縫い合わせている補強材とを備えることを特徴とする歯付ベルト。

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