JP2014185771A - 自動車の補機駆動ベルト伝動装置及びそれに用いるｖリブドベルト - Google Patents

Abstract

【課題】Ｖリブドベルトがプーリに乗り上げるのを抑制する。
【解決手段】エンジン１１の回転数が４０００ｒｐｍ以上のときに、クランクシャフトプーリ１３の外周面の回転変動率が６％以上となることがあり、且つ複数のプーリ１４，１５にＶリブドベルト２０が巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在する。Ｖリブドベルト２０は背面補強布を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の補機駆動ベルト伝動装置、及びそれに用いるＶリブドベルトに関する。

自動車の補機駆動ベルト伝動装置では、動力伝達部材として一般的にＶリブドベルトが用いられている。

特許文献１には、ポリアミド繊維及びポリエステル繊維で形成された心線が埋設された接着ゴム層と、接着ゴム層のベルト内周側に設けられたベルト幅方向に３個のＶリブが形成された圧縮ゴム層と、接着ゴム層のベルト外周側に貼設された背面補強布とを有するＶリブドベルトが開示されている。

また、昨今、コストを削減する観点から、背面補強布に代えて背面ゴム層を設けたＶリブドベルトが用いられるようになってきている（例えば特許文献２）。

特開２０１０−１０６８９８号公報 特開２０１１−２５２５１０号公報

自動車のエンジンでは、燃費の改善を目的として、軽量化やエンジンフリクションの低減等の改善が図られている。

ところが、従来のエンジンでは、回転数が４０００ｒｐｍ以上において、クランクシャフトプーリの外周面の回転変動率が３％以下のレベルであったのに対し、かかる改善が図られたエンジンでは、回転数が４０００ｒｐｍ以上において、クランクシャフトプーリの外周面の回転変動率が６％以上になることがある。そして、Ｖリブドベルトが巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在すると、ポリアミド繊維で形成された心線を有するＶリブドベルトは、高回転時の高い回転変動率により著しく振動してプーリに乗り上げてしまうという新たな問題が生じている。

本発明の課題は、Ｖリブドベルトがプーリに乗り上げるのを抑制することである。

本発明の自動車の補機駆動ベルト伝動装置は、エンジンと、前記エンジンのクランクシャフトに設けられたリブプーリであるクランクシャフトプーリと、リブプーリである補機駆動用プーリと、前記クランクシャフトプーリ及び前記補機駆動用プーリを含む複数のプーリに巻き掛けられたＶリブの数が３個又は４個のＶリブドベルトとを備え、前記エンジンの回転数が４０００ｒｐｍ以上のときに、前記クランクシャフトプーリの外周面の回転変動率が６％以上となることがあり、且つ前記複数のプーリに前記Ｖリブドベルトが巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在する。そして、前記Ｖリブドベルトは、ベルト内周側に前記Ｖリブが形成されたゴム製のＶリブドベルト本体と、前記Ｖリブドベルト本体に埋設されたポリアミド繊維で形成された心線と、前記Ｖリブドベルト本体のベルト外周側に貼設された背面補強布とを有する。

本発明のＶリブドベルトは、本発明の自動車の補機駆動ベルト伝動装置に用いられる前記Ｖリブドベルトである。

本発明によれば、エンジンの回転数が４０００ｒｐｍ以上のときに、クランクシャフトプーリの外周面の回転変動率が６％以上となることがあり、且つ複数のプーリにＶリブドベルトが巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在するものの、Ｖリブドベルトに背面補強布が設けられていることにより、Ｖリブドベルトがプーリに乗り上げるのを抑制することができる。

実施形態に係る自動車の補機駆動ベルト伝動装置の概略構成を示す正面図である。 Ｖリブドベルトを示す斜視図である。 （ａ）は捩れ角度試験の試験装置を示す正面図であり、（ｂ）はその要部拡大図である。 ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。 捩れ角度と押さえ荷重との関係を示すグラフである。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、実施形態に係る自動車の補機駆動ベルト伝動装置１０を示す。

実施形態に係る自動車の補機駆動ベルト伝動装置１０は、エンジン１１、補機としてのウォーターポンプ１２、エンジン１１のクランクシャフト１２に設けられたリブプーリであるクランクシャフトプーリ１３、図示しないウォーターポンプに設けられたリブプーリであるウォーターポンププーリ１４（補機駆動用プーリ）、並びにクランクシャフトプーリ１３及びウォーターポンププーリ１４に巻き掛けられたエンドレスのＶリブドベルト２０を備える。

クランクシャフトプーリ１３及びウォーターポンププーリ１４は、例えば、金属のプレス加工品や鋳物、ナイロン樹脂、フェノール樹脂などの樹脂成形品で構成されている。クランクシャフトプーリ１３のプーリ径は例えばφ１２０〜１７０ｍｍであり、ウォーターポンププーリ１４のプーリ径は例えばφ８０〜１２０ｍｍである。

そして、実施形態に係る自動車の補機駆動ベルト伝動装置１０では、エンジン１１の回転数が４０００ｒｐｍ以上のときに、クランクシャフトプーリ１３の外周面の回転変動率が６％以上となることがある。回転変動率は８％以上となる場合もある。ここで、回転変動率とは、回転数の最大値ピークと最大値ピークの差分を平均回転数で除した値である。

また、実施形態に係る自動車の補機駆動ベルト伝動装置１０では、クランクシャフトプーリ１３及びウォーターポンププーリ１４間のスパン長さが２２０ｍｍ以上である。つまり、クランクシャフトプーリ１３及びウォーターポンププーリ１４にＶリブドベルト２０が巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在する。このスパン長さは、２４０ｍｍ以上の場合もある一方、最大でも３５０ｍｍ以下である。ここで、スパン長さとは、相互に隣接してＶリブドベルトが巻き掛けられた一対のプーリにおける共通接線の接点間距離である（養賢堂発行「ベルト伝動の実用設計 ベルト伝動技術懇話会編」第５６頁）。

さらに、実施形態に係る自動車の補機駆動ベルト伝動装置１０では、クランクシャフトプーリ１３及びウォーターポンププーリ１４に巻き掛けられたＶリブドベルト２０に負荷される張力が例えば１５〜７０Ｎ／１Ｖリブである。

図２はＶリブドベルト２０を示す。Ｖリブドベルト２０は、例えば、ベルト長さが８００〜１２００ｍｍ、ベルト幅が１０〜１５ｍｍ、及びベルト厚さが４．０〜５．０ｍｍである。

Ｖリブドベルト２０は、ベルト内周側のプーリ接触部分を構成する圧縮ゴム層２１ａとそのベルト外周側の接着ゴム層２１ｂとの二重層に構成されたゴム製のＶリブドベルト本体２１を備えており、接着ゴム層２１ｂには、接着処理が施された心線２２が埋設され、また、接着ゴム層２１ｂのさらにベルト外周側には接着処理が施された背面補強布２３が帖設されている。

圧縮ゴム層２１ａには、３個又は４個のＶリブ２４がベルト内周側に垂下するように設けられている（図２では３個）。３個又は４個のＶリブ２４は、各々がベルト長さ方向に延びる断面略逆三角形の突条に形成されていると共に、ベルト幅方向に並設されている。各Ｖリブ２４の高さは例えば２．０〜３．０ｍｍであり、その基端間の幅は例えば１．０〜３．６ｍｍである。

接着ゴム層２１ｂは、断面横長矩形の帯状に構成されており、厚さが例えば１．０〜２．５ｍｍである。

圧縮ゴム層２１ａ及び接着ゴム層２１ｂは、ゴム成分に種々の配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物を加熱及び加圧して架橋剤により架橋させたゴム組成物で形成されている。このゴム組成物は、硫黄を架橋剤として架橋したものであってもよく、また、有機過酸化物を架橋剤として架橋したものであってもよい。圧縮ゴム層２１ａ及び接着ゴム層２１ｂは、別配合のゴム組成物で形成されていてもよく、また、同じ配合のゴム組成物で形成されていてもよい。

圧縮ゴム層２１ａ及び接着ゴム層２１ｂを形成するゴム組成物のゴム成分としては、例えば、エチレン−α−オレフィンエラストマー（ＥＰＤＭ、ＥＰＲなど）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、水素添加アクリロニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等が挙げられる。配合剤としては、補強剤、充填剤、老化防止剤、軟化剤、架橋剤、加硫促進剤等が挙げられる。

圧縮ゴム層２１ａを形成するゴム組成物には、ナイロン短繊維等の短繊維が配合されていてもよい。その場合、短繊維が圧縮ゴム層２１ａにベルト幅方向に配向するように含まれていることが好ましく、また、短繊維が圧縮ゴム層２１ａの表面から突出するように設けられていることが好ましい。なお、圧縮ゴム層２１ａを形成するゴム組成物に短繊維を配合した構成ではなく、圧縮ゴム層２１ａの表面に短繊維を付着させた構成であってもよい。

心線２２は、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように配されており、その螺旋のピッチは例えば０．８〜１．５ｍｍである。なお、S撚り心線とZ撚り心線を２本同時に巻く場合はピッチは上記の２倍となる。

心線２２は脂肪族ポリアミド繊維（ＰＡ）で構成されている。脂肪族ポリアミド繊維としては、例えば、ナイロン６６繊維、ナイロン６繊維、ナイロン４６繊維、ナイロン６１０繊維、ナイロン１２繊維、ナイロン６１１繊維、ナイロン６１２繊維等が挙げられる。

心線２２を構成する脂肪族ポリアミド繊維のフィラメント糸の繊度は例えば２〜６ｄｔｅｘであり、フィラメント径は例えば１４〜２５μｍである。心線２２を構成する脂肪族ポリアミド繊維のトータル繊度は例えば２５００〜１００００ｄｔｅｘである。心線２２の外径は例えばφ０．５〜１．５ｍｍである。

心線２２の糸構成としては、例えば、片撚り糸、諸撚り糸、ラング撚り糸、組紐が挙げられる。これらのうち片撚り糸及び諸撚り糸が好ましい。

心線２２が片撚り糸の場合、撚り数は、例えば３〜２０Ｔ／１０ｃｍである。片撚り糸の心線２２は、Ｓ撚り糸であってもよく、また、Ｚ撚り糸であってもよく、さらに、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸の両方を、それらで二重螺旋を形成するように設けてもよい。

心線２２が諸撚り糸の場合、下撚り糸の繊度は、例えば１００〜１０００ｄｔｅｘである。下撚り数は、例えば６〜３５Ｔ／１０ｃｍである。下撚り糸の本数は例えば２〜７本である。上撚り数は、例えば３〜２０Ｔ／１０ｃｍである。諸撚り糸の心線２２は、上撚りがＳ撚りであるＳ撚り糸であってもよく、また、上撚りがＺ撚りであるＺ撚り糸であってもよく、さらに、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸の両方を、それらで二重螺旋を形成するように設けてもよい。

心線２２に施される接着処理には、ＲＦＬ水溶液に浸漬して加熱する処理が含まれる。ＲＦＬ水溶液による処理の前に、エポキシやイソシアネート（ブロックイソシアネート）をトルエン等の溶剤に溶解させた、或いは、水に分散させたプライマー溶液に浸漬して加熱する処理を施してもよい。また、ＲＦＬ水溶液による処理の後に、未加硫ゴム組成物をトルエン等の溶剤に溶解させたゴム糊に浸漬して乾燥させる接着処理を施してもよい。

背面補強布２３は、ベルト背面を被覆するように設けられており、その厚さは例えば０．６〜１．０ｍｍである。

背面補強布２３を構成する繊維は、例えば、綿、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等が挙げられる。背面補強布２３は、単一種の繊維で構成されていても、また、複数種の繊維で構成されていても、どちらでもよい。背面補強布２３を構成する繊維のフィラメント糸の繊度は例えば２〜６ｄｔｅｘであり、フィラメント径は例えば１４〜２５μｍである。

背面補強布２３の布構成としては、例えば、織布、編布、不織布が挙げられる。これらのうち織布が好ましい。織布としては、例えば、平織、綾織、朱子織、畝織り（畦織り）等が挙げられる。

背面補強布２３が織布の場合、経糸及び緯糸の繊度は例えば２５０〜４００ｄｔｅｘである。織布の背面補強布２３は、経糸及び緯糸の延びる方向のなす角度が１００°以上であることが好ましく、その広角がベルト長さ方向を向くように設けられていることが好ましい。その場合、経糸及び緯糸の延びる方向がベルト長さ方向及びベルト幅方向に対してなす角度は同一であることが好ましい。

背面補強布２３に施される接着処理には、ＲＦＬ水溶液に浸漬して加熱する処理が含まれる。ＲＦＬ水溶液による処理の前に、エポキシやイソシアネート（ブロックイソシアネート）をトルエン等の溶剤に溶解させた、或いは、水に分散させたプライマー溶液に浸漬して加熱する処理を施してもよい。また、ＲＦＬ水溶液による処理の後に、未加硫ゴム組成物をトルエン等の溶剤に溶解させたゴム糊に浸漬して乾燥させる処理を施してもよい。さらに、ＲＦＬ水溶液による処理の後に、未加硫ゴム組成物をトルエン等の溶剤に溶解させたゴム糊を、背面補強布２３のＶリブドベルト本体２１側となる面にコーティングして乾燥させる処理を施してもよい。

なお、Ｖリブドベルト２０は公知の方法により製造することができる。

以上の構成の実施形態に係る自動車の補機駆動ベルト伝動装置１０によれば、エンジン１１の回転数が４０００ｒｐｍ以上のときに、クランクシャフトプーリ１３の外周面の回転変動率が６％以上となることがあり、且つクランクシャフトプーリ１３及びウォーターポンププーリ１４にＶリブドベルト２０が巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在するものの、Ｖリブドベルト２０に背面補強布２３が設けられていることにより、Ｖリブドベルト２０がクランクシャフトプーリ１３やウォーターポンププーリ１４に乗り上げるのを抑制することができる。

なお、上記実施形態では、クランクシャフトプーリ１３及びウォーターポンププーリ１４の２個のプーリにＶリブドベルト２０が巻き掛けられたレイアウトとしたが、特にこれに限定されるものではなく、３個以上のプーリにＶリブドベルト２０が巻き掛けられたレイアウトであってもよい。

（Ｖリブドベルト）
＜実施例＞
ナイロン６６繊維（旭化成社製 商品名：レオナ）製の心線（９４０ｄｔｅｘ／２×３構成の諸撚り糸）、及びポリエステル繊維（東レ社製 商品名：T３７１）と綿の混紡製の背面補強布（経糸及び緯糸の繊度２９５ｄｔｅｘの畝織り織布、経糸及び緯糸の延びる方向のなす角度広角１２０°、経糸及び緯糸の延びる方向がベルト幅方向に対してなす角度広角１５０°）を用いたＪＡＳＯ−Ｅ１０９規格におけるＰＫ形のＶリブドベルトを作製し、それを実施例とした。

実施例のＶリブドベルトは、ベルト長さが８５６ｍｍ及びベルト厚さが４．３ｍｍであり、リブ数が３個のベルト幅が１０ｍｍのものであった。なお、圧縮ゴム層は短繊維を含むＥＰＤＭ組成物で形成し、接着ゴム層は短繊維を含まないＥＰＤＭ組成物で形成した。

＜比較例＞
背面補強布の代わりに接着ゴム層と同一のＥＰＤＭ組成物で形成した背面ゴム層を設けたことを除いて実施例と同一構成のＶリブドベルトを作製し、それを比較例とした。

（試験評価方法）
＜捩れ角度試験＞
図３（ａ）及び（ｂ）は捩れ角度試験機３０を示す。

捩れ角度試験機３０は、プーリ径が１４３ｍｍの大リブプーリ３１とプーリ径が４５ｍｍの小リブプーリ３２とを備え、それらの間にＶリブドベルトＢが巻き掛けられるように構成されている。スパン長さは２７７ｍｍである。大リブプーリ３１と小リブプーリ３２との間における中間には、ＶリブドベルトＢの幅方向の奥側の一対のＶリブの間の谷部を支持する支持部材３３が設けられている。

実施例及び比較例のそれぞれのＶリブベルトＢについて、捩れ角度試験機３０の大リブプーリ３１及び小リブプーリ３２間に、ＶリブドベルトＢに３０Ｎの張力が負荷されるように巻き掛けた。次いで、ＶリブドベルトＢを走行させることなく、大リブプーリ３１の中心から水平に１２０ｍｍの位置におけるＶリブベルトＢの支持部材３３で支持された部分について、ＶリブドベルトＢの幅方向の手前側の端を、ロードセルに結合した押圧部材３４で下方に押した。そして、ベルト背面が水平方向に対してなす角度θ、つまり、ＶリブベルトＢの捩れ角度θと押圧部材３４による押さえ荷重Ｆとの関係を求めた。

＜ベルト走行試験＞
図４はベルト走行試験機４０を示す。

ベルト走行試験機４０は、プーリ径が１４３ｍｍのリブプーリである駆動プーリ４１とプーリ径が１００ｍｍのリブプーリである従動プーリ４２とを備え、それらの間にＶリブドベルトＢが巻き掛けられるように構成されている。スパン長さは２２０ｍｍである。

実施例及び比較例のそれぞれのＶリブベルトＢについて、ベルト走行試験機４０の駆動プーリ４１及び従動プーリ４２間に、ＶリブドベルトＢに５０Ｎの張力が負荷されるように巻き掛けた。次いで、駆動プーリ４１を４０００ｒｐｍの回転数で回転させると共に駆動プーリ４１の外周面における回転変動率が６％となるように回転変動を生じさせた。

（試験評価結果）
図５は、ＶリブベルトＢの捩れ角度θと押圧部材３４による押さえ荷重Ｆとの関係を示す。

図５によれば、背面補強布を設けた実施例は、背面ゴム層を設けた比較例に比較して、捩れ変形に高い荷重を要し、従って、捩れにくいことが分かる。

ベルト走行試験では、背面補強布を設けた実施例は、プーリへの乗り上げが起こることなく、安定して走行した。これに対し、背面ゴム層を設けた比較例は、走行途中に、従動プーリ４２に乗り上げた。

本発明は、自動車の補機駆動ベルト伝動装置、及びそれに用いるＶリブドベルトについて有用である。

１０ 自動車の補機駆動ベルト伝動装置
１１ エンジン
１２ クランクシャフト
１３ クランクシャフトプーリ
１４ ウォーターポンププーリ
２０，Ｂ Ｖリブドベルト
２１ Ｖリブドベルト本体
２１ａ 圧縮ゴム層
２１ｂ 接着ゴム層
２２ 心線
２３ 背面補強布
２４ Ｖリブ
３０ 捩れ角度試験機
３１ 大リブプーリ
３２ 小リブプーリ
３３ 支持部材
３４ 押圧部材
４０ ベルト走行試験機
４１ 駆動プーリ
４２ 従動プーリ

Claims (4)

1. エンジンと、
   前記エンジンのクランクシャフトに設けられたリブプーリであるクランクシャフトプーリと、
   リブプーリである補機駆動用プーリと、
   前記クランクシャフトプーリ及び前記補機駆動用プーリを含む複数のプーリに巻き掛けられたＶリブの数が３個又は４個のＶリブドベルトと、
   を備え、
   前記エンジンの回転数が４０００ｒｐｍ以上のときに、前記クランクシャフトプーリの外周面の回転変動率が６％以上となることがあり、且つ前記複数のプーリに前記Ｖリブドベルトが巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在する自動車の補機駆動ベルト伝動装置であって、
   前記Ｖリブドベルトは、ベルト内周側に前記Ｖリブが形成されたゴム製のＶリブドベルト本体と、前記Ｖリブドベルト本体に埋設されたポリアミド繊維で形成された心線と、前記Ｖリブドベルト本体のベルト外周側に貼設された背面補強布と、を有する自動車の補機駆動ベルト伝動装置。
2. 請求項１に記載された自動車の補機駆動用ベルト伝動装置において、
   前記複数のプーリは、前記クランクシャフトプーリ及び前記補機駆動用プーリの２個である自動車の補機駆動ベルト伝動装置。
3. 請求項１又は２に記載された自動車の補機駆動ベルト伝動装置において、
   前記補機駆動用プーリがウォーターポンププーリである自動車の補機駆動ベルト伝動装置。
4. エンジンと、
   前記エンジンのクランクシャフトに設けられたリブプーリであるクランクシャフトプーリと、
   リブプーリである補機駆動用プーリと、
   前記クランクシャフトプーリ及び前記補機駆動用プーリを含む複数のプーリに巻き掛けられたＶリブの数が３個又は４個のＶリブドベルトと、
   を備え、
   前記エンジンの回転数が４０００ｒｐｍ以上のときに、前記クランクシャフトプーリの外周面の回転変動率が６％以上となることがあり、且つ前記複数のプーリに前記Ｖリブドベルトが巻き掛けられたレイアウトに、スパン長さが２２０ｍｍ以上の部分が存在する自動車の補機駆動ベルト伝動装置に用いられる前記Ｖリブドベルトであって、
   ベルト内周側に前記Ｖリブが形成されたゴム製のＶリブドベルト本体と、
   前記Ｖリブドベルト本体に埋設されたポリアミド繊維で形成された心線と、
   前記Ｖリブドベルト本体のベルト外周側に貼設された背面補強布と、
   を有するＶリブドベルト。

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