JP2020516834A - 硬化された歯を有する同期ベルト - Google Patents

Abstract

エラストマ本体に埋設された抗張部材を有する抗張部材層と、本体から突出し、規則的に間隔を空けられ、横方向に延びる複数の歯を有する歯面と、歯面を被覆するジャケットとを備え、歯が、歯の剛性を増加させる複数の布製挿入物の層を備え、挿入物の層がエラストマ合成物の層によって相互に分離される同期ベルト。層は抗張部材層に平行、抗張部材に垂直、あるいは歯の外形に沿って配向されてもよい。層は折曲された一片の布、あるいは分離された布片でもよい。

Description

本発明は概略的に同期ベルトに関し、より詳しくは、増加した歯の負荷のために硬化された歯を有するベルトに関し、特に複数の布製挿入物により硬化された歯に関する。

同期ベルトは、歯付きベルト、タイミングベルト、および積極駆動ベルトとも呼ばれ、機械的動力伝達および同期駆動のために広く用いられる。例えば、自動車のバルブのタイミングシステム、ビジネスマシン、自転車、オートバイの駆動、および多くの他のアプリケーションに用いられる。このような多くのアプリケーションにおいて、ベルトの負荷容量を改善すること、またはベルトの要求される幅を減少させること、またはその両方は有利である。負荷容量における一つの要素は歯の剛性である。その技術は、増加する歯の剛性に対して多くのアプローチを開示する。

米国特許第４６３２６６５号明細書は、ゴムのクッション層により布を覆う通常の外歯とは別に、各歯の本体内に布製強化物の層を有するベルトを開示する。両方の布はベルト全体の周囲に広がり、したがって両方の布はランド領域においてコードを支持し、ピッチラインの位置決めに寄与する。これは、ピッチラインの位置を制御することを困難にするかもしれない。ベルトの製造において、布とクッションゴムの２つの層は、抗張部材と付加的なゴムが設けられる前に、鋳型に中に置かれ、歯の概略的な形状に予成形される。これは、いわゆる「予成形」方法である。

例えば米国特許第３５３５９４６号明細書、第４５８３９６３号明細書と第４６２６２３２号明細書は、歯の合成物を硬化するために歯ゴム内に短繊維を用いることを開示している。歯の合成物またはその一部は、繊維が充填された歯を成型するための成型圧力により、抗張部材を通って鋳型の溝の中に押し込められる。これは、いわゆる「フロースルー」方法である。この工程は、繊維により合成物の粘性が増加するので、繊維が充填された合成物を注入することが困難である。

米国特許第４８９５５５５号明細書は、ランド領域内でコードの下方において薄く圧縮され、歯の部分に拡散して混合された不織布を有する液化エラストマ・ベルトの成形方法を開示している。

米国特許第６４０６３９７号明細書は、繊維が規則的に配向された繊維充填歯ゴムを開示している。製造方法は予成形方法である。

本発明は、硬化された歯を有するタイミングベルトを提供するシステムおよび方法に向けられる。硬化された歯により、ベルトは増加した負荷容量、または減少した同期誤差すなわちバックラッシュを有し、あるいはベルトの寸法はより狭く、またはより小さいまま、同じ負荷に耐えるかもしれない。

本発明は、エラストマ本体に埋設された抗張部材を有する抗張部材層と、本体から突出し、規則的に間隔を空けられ、横方向に延びる複数の歯を有する歯面と、歯面を被覆するジャケットとを備え、歯は、歯の剛性を増加させる複数の布製挿入物の層を備え、挿入物の層はエラストマ合成物の層によって相互に分離される同期ベルトに関する。層は抗張部材層に略平行、抗張部材に垂直、あるいは歯の外形に沿って配向されてもよい。層は折曲された、あるいは巻かれた一片の布でもよく、あるいは分離された布片でもよい。

以上は、後述する本発明の詳細な記述をよく理解するために、本発明の特徴と技術的利点を広く説明したものである。本発明の付加的な特徴と利点は以下に記載され、これは、本発明の特許請求の範囲の主題を形成する。開示される概念と特定の実施形態は、本発明の目的を達成するために他の構造を設計したり修正するための基礎として容易に使用されるかもしれないことが当業者により理解されるべきである。また、そのような均等な構造が添付された特許請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱しないことが当業者によって理解されるべきである。本発明の特徴であると思われる新しい特徴は、構成および作動方法として、さらなる目的および利点とともに、添付される図面とともに検討されるとき、後述する記載からよりよく理解される。しかし、各図面は図示と記載のためだけであり、本発明の限定の定義として意図されないことは、明確に理解されるべきである。

この明細書に組み込まれその一部を構成し、同一数字が同一部分を示す添付図面は、本発明の実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明するために用いられる。図において、

本発明の実施形態の部分的に破断した斜視図である。

本発明の第２実施形態の部分的に破断した斜視図である。

本発明の第３実施形態の部分的に破断した斜視図である。

本発明の第４実施形態の部分的に破断した側面図である。

本発明の第５実施形態の部分的に破断した側面図である。

本発明の第６実施形態の部分的に破断した側面図である。

本発明の第７実施形態の部分的に破断した側面図である。

第２実施形態において用いられる積層物の側面図である。

第１実施形態において用いられる積層物の端面図である。

本発明の第８実施形態の部分的に破断した側面図である。

本発明の第９実施形態の部分的に破断した側面図である。

従来技術による同期ベルトの歯の２次元ワイヤフレームＦＥＡモデルである。

本発明の第１実施形態による同期ベルトの歯の２次元ワイヤフレームＦＥＡモデルである。

本発明の第２実施形態による同期ベルトの歯の２次元ワイヤフレームＦＥＡモデルである。

本発明の第３実施形態による同期ベルトの歯の２次元ワイヤフレームＦＥＡモデルである。

図１は本発明の第１実施形態を示す。同期ベルト１０は、エラストマすなわちゴム２９に埋設された抗張部材すなわちコード１２を有する張力層１８から、規則的な間隔で突出する歯１１を含む。歯付き面すなわち外形は歯先１４、歯側部１５、歯基部１６およびランド２１を有する。歯とランドが交互に並ぶ歯面はジャケット１３により被覆され、このジャケットは布および種々の処理物を含んでもよい。公知の織布地、不織布地または編布地１７、織物処理、抗張部材、およびエラストマすなわちゴム配合が本発明のどの実施形態においても利用可能である。本発明の第１実施形態によれば、歯１１は、歯ゴム２４に埋設され、ゴム２４の層により相互に分離され、またジャケット１３から分離された、２以上の布製挿入物２２、２３を有することにより強化される。歯ゴム２４、張力層ゴム、および任意のブラックゴム（図示せず）は相互に同一あるいは異なっていてもよい。布製挿入物２２、２３は歯の一般的な形状に従い、Ｕ字状である。布製挿入物は、好ましくはランド２１の領域内には拡張せず、この領域では、コード１２とジャケット１３の間のスペースがベルトの一貫したピッチラインあるいは中立軸を維持するために管理されなければならない。２つのＵ字状の挿入層が示されるが、２よりも多いＵ字状の層が設けられてもよい。

図２は本発明の第２実施形態を示す。同期ベルト２０は、エラストマすなわちゴムに埋設されたコード１２とジャケット１３に被覆された歯付き面とを有する。本発明の第２実施形態によれば、歯は、歯ゴム２４に埋設され、ゴム２４の層により相互に分離され、またジャケット１３から分離された、２以上の平面的な布製挿入物２６、２７、２８を有することにより強化される。布製挿入物２６−２８はベルトの略長手方向に沿い、略平面的または僅かに湾曲し、コード１２に平行であるベルト背面１９に略平行である。布製挿入物は、好ましくはランド２１の領域内には拡張せず、この領域では、コード１２とジャケット１３の間のスペースがベルトの一貫したピッチラインあるいは中立軸を維持するために管理されなければならない。３つの平面状で水平的な布製挿入物の層が示されるが、２以上の水平的な層が設けられてもよい。

図３は本発明の第３実施形態を示す。同期ベルト３０は、エラストマすなわちゴムに埋設されたコード１２とジャケット１３に被覆された歯付き面とを有する。本発明の第２実施形態によれば、歯は、歯ゴム２４に埋設され、ゴム２４の層により相互に分離され、またジャケット１３から分離された、複数の布製挿入物３６、３７、３８を有することにより強化される。布製挿入物３６−３８は歯の突出方向に整列され、すなわちコード１２に垂直である。布製挿入物は、好ましくはランド２１の領域内には拡張せず、この領域では、コード１２とジャケット１３の間のスペースがベルトの一貫したピッチラインあるいは中立軸を維持するために管理されなければならない。布製挿入物３６、３８は垂直から傾斜して、最も近い歯側部１５の歯側面に略平行であってもよい。中央の布製挿入物３７はコード１２に略垂直である。３つの平面状で鉛直な布製挿入物が示されるが、２以上の鉛直な層が設けられていてもよい。

布製挿入物は、相互に、また歯布と、同一であっても異なっていてもよい。したがってどの布も、適切な織り方あるいは材料の織布、編布、不織布であってもよい。例えば、布は、ポリエステル、ナイロン、コットン、アラミド、アクリル、ビニロン、レーヨン、アセテート、ガラス繊維、カーボン、金属等を含み、天然あるいは合成繊維、またはこれらの合成物であってもよい。布とゴムの間、あるいは繊維の間の良い接着を有することが望ましく、１以上の接着処理またはバインダ処理が必要である。ＲＦＬ処理、ゴムのり、または他のラッテクス系処理が使用可能である。布に対する、イソシアネート、エポキシ、ウレタン等による前処理、サイジング、仕上げは有用である。

図４〜７は、複数の布製挿入物の層が一片の布を折曲加工することによって成形された、他の実施形態を示す。布の一面または両面がゴムでコーティングされたならば、折り曲げはベルト歯を硬化するために有用な布とゴムの層になる。ゴム層は、他の歯ゴムまたはジャケットを被覆するゴムと同じまたは異なってもよい。図４の歯４０の実施形態は、図２のように複数の水平な層４４を有するが、一片の布において折り目４６により接続された一片の布製挿入物４２を有する。

図５の歯５０の実施形態は、図３のように複数の鉛直な層５４であるが、一片の布において折り目５６により接続された一片の布製挿入物５２を有する。

図６の歯６０の実施形態は、一片の布により複数の螺旋状の層４４が形成された一片の布製挿入物６２を有する。

図７の歯７０の実施形態は、図１のようにＵ字状（または逆Ｕ字状）の層７４を有するが、一片の布において折り目７６により接続された一片の布製挿入物７２を有する。

布製挿入物あるいは挿入層は、ここに示されたような特定の数、大きさおよび形状に限定されない。例えば、第１実施形態の挿入物の数は２あるいは３よりも多くてもよい。薄い布製挿入物により、より多くの層が、適当な薄いゴム層をその間に保持しつつ組み込み可能である。挿入物は相互に分離され、ジャケットまたは抗張部材から分離される。１またはそれ以上の挿入物がジャケット、他の挿入物または抗張部材に近接し、または接触してもよい。挿入物は、基布を浸漬、コーティング、接着、および／またはゴム層により処理することにより製作されてもよい。ゴム層はフリクショニングまたはスキミング工程においてカレンダ処理することにより貼付されてもよい。挿入物は貼付の前に組み入れられてもよく、挿入物の層は後述するように、ベルトの成形工程において個別に貼付されてもよい。挿入物は、望ましい間隔を空けて歯布１３に組付けられ、成型あるいは予成型されたベルトに貼付されてもよい。

米国特許第４６３２６６５明細書の例に記載されたように、２層の歯布１３が使用可能であり、内側層が挿入物をベルトの成型工程に組み込むために使用可能である。図１０、１１は、ランド領域２１に２つの布層を有する２つの可能な構成を示す。図１０は、ベルト１００の歯において、３つの挿入物１０１、１０２、１０３を有する第１のジャケット１３と第２の内側ジャケット層１３′を示す。図１１は、歯において２つのジャケットに間に配置された挿入物１０１、１０２、１０３を有する第１のジャケット１３と第２のジャケット１３″を示す。このように、歯の中に１以上の挿入物の追加として、望むならば、ランド領域２１に１以上の布製挿入物を設けてもよい。１以上の挿入物はランド領域に拡張可能である。

第２実施形態の水平挿入物を準備する方法は、所望する数の挿入層とゴム層によって積層を構築し、ある角度で繰り返し積層物を切断して、所望の歯の挿入物を形成することである。図８はこの工程を示している。図８において布層２６、２７、２８はゴム層２４に積層される。切断２５により、３つの布層を有する４つの台形挿入物が得られる。外側ジャケットは予成形されることが必要であり、いくらかのゴムがコードを通って流れ、歯を完全に充填することが必要である。これはランド領域内に材料がない、水平な挿入物を与える。どのような幅の積層も使用可能で、切断もいかなる数であってもよい。

第１実施形態のＵ字状挿入物を準備する１つの方法は、例えば布を螺旋状に巻くことにより一巻きの布を成形し、半分に切断することである。図９はこの工程を示す。図９においてロール９１はゴム層２４を含む。２５において切断することにより、２組のＵ字状挿入物９２、９３、９４となる。積層されたゴム層と布のシートは適当な直径のバーに巻き付けられて、半分に切断され、各半割れ部分は、コードを巻く前に歯の中に挿入物として用いられる。外側ジャケットは予成形される必要があり、いくらかのゴムがコードを通過して流動し、歯を十分に充填する。これは、ランド領域に材料がないＵ字状挿入物を与える。

歯、背面ゴム、抗張コードの周りの接着ゴム、またはベルトの他の部分では、如何なるエラストマ・マトリクスあるいは所望のゴム化合物も使用できる。例えば、ゴム化合物はニトリル・ブタジエン・エラストマ、ポリクロロプレン、天然ゴム、ブチル・エラストマ、エチレン・アルファ・オレフィン・エラストマ、ポリウレタン、その他のエチレン・コポリマ・エラストマ等に基づいてもよい。ゴム化合物は、この分野で公知の充填物、短繊維、可塑剤、劣化防止剤、加工助剤、加硫剤等を含んでもよい。注型ポリウレタンのような液化エラストマも使用可能である。

抗張部材は、例えばガラス繊維、カーボンファイバ、ボロン、アラミド、ナイロン、ポリエステル、ＰＢＯ、あるいはこれらの混合物のコードを含む、この分野で公知のものであってもよい。これらは、必要に応じて、バインダ、サイジング、あるいは接着処理を含む。

本発明の同期ベルトは台形、曲線状、螺旋状等のように、所望の歯形状を有してもよい。強化布製挿入物の利点は、８ｍｍまたは９．５２５ｍｍ（０．３７５インチ）のピッチの標準的な自動車のサイズから最大の工業ベルトのサイズまで、より大きいサイズにおいて非常に重要であるが、基準ベルトサイズは所望のサイズであってもよい。

ゴムまたはエラストマの同期ベルトにおいて公知の適当な製造工程が使用可能である。予成形が好ましい。予成形の方法において、歯を被覆するジャケットは、被覆する表面の概略的な形状にまず成形される。これは、ベルト全体を成形するために用いられる溝付きモールド、または別の形状のモールド、またはその目的のために開発された機械において行われる。ジャケットは、必要に応じて、仕上げ、接着、コーティング、ゴム層あるいは熱可塑層を含む種々の処理および布を含んでもよい。ベルトの製造における予成形方法の例は米国特許明細書第３２５０６５３、３９７３８９４、４２３５１１９、６４０６３９７、および９３５３８２７号明細書に記載されている。予成形方法は、フロースルー方法では成形されることができない、伸びがないか制限されたジャケットのために、特に有用である。しかし、この場合、予成形方法は、抗張部材と他の層が適用される前に、挿入物が予成形されたジャケットの歯の凹部内に配置されることを許容する点において有利である。最初に平らな挿入物が、成形および加硫工程の間にいくらか変形されてもよい。湾曲した挿入物はまた、加圧状態で成形される間にいくらか形状を変えるかもしれない。ベルト製造工程は、接着される布の挿入層の間のゴム層を成形することにより容易になるかもしれない。粘着性のあるゴムは例えば、本来粘着性のあるエラストマ、特別な粘着付与剤、低分子量型エラストマ、可塑剤、あるいは他の公知の方法を組み込み、または利用することによって成形されてもよい。成形工程の間、加熱または溶剤の適切な使用もまた粘着を促進するかもしれない。

単一歯の数値的有限要素法（ＦＥＡ）が本発明の実施形態の歯の剛性を比較するために創作された。一つの歯の縁部が固定され、変位がコードラインにおいてコードラインの方向に沿って加えられた。ベルト背面は、コードラインの方向のみに移動するように拘束された。歯の剛性は変位に対する変位力として計算された。同じアプローチが各実施形態のモデルに対して用いられた。図１２は、制御モデルすなわち、ジャケット１３と、張力層１８と、布製挿入物すなわち付加的な強化材がない歯ゴム２４とを有する同期ベルト歯８０を示す。ベルト背面のノード１９はｙ方向に拘束された。歯側部のノード８２は完全に拘束された。張力層１８は矢印８４によって示される方向に変位した。

図１３は、歯９０の中に、歯ゴム２４によって分離され、歯の外形に略平行な２つのＵ字状挿入物２２、２３を有する第１実施形態の数値モデルを示す。他の点では、このモデルは図１２の制御モデルと同一である。Ｕ字状すなわち外形に沿った挿入物は、強化の効果の上限値を調査するために非常に高い剛性値に定められた。

図１４は複数の水平な強化挿入物８６を有するベルト歯１００の数値モデルを示す。第２実施形態の歯の強化効果の上限値を調査するために、７つの挿入物が図１４では用いられる。

図１５は複数の鉛直な強化挿入物８８を有するベルト歯１１０の数値モデルを示す。図１５では、第３実施形態の歯の強化効果の上限値を調査するために、５つの挿入物が使用される。

計算された剛性の結果は、制御モデルの計算された剛性で割り算されることにより正規化された。歯の剛性の結果は表１に示される。３つの実施形態のそれぞれは制御モデルに対してベルト歯の著しい硬化を示す。第１実施形態は制御モデルの５倍近くの剛性を示す。第２実施形態は２倍を超えた歯の剛性を示す。第３実施形態は制御モデルよりも、４倍より硬い歯を示す。

このように本発明の実施形態は、同期ベルトの歯の硬さに対して十分な強化を与え、これはベルトの負荷容量を改善する。

この明細書において、「鉛直」「水平」「平行」および「垂直」を含む種々の方向性／配向性の用語は、概略的な意味で、また使用の状況により示された図面または図面の要素に対して、用いられる。

本発明とその利点がここに記載されたが、添付された特許請求の範囲により定義された発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更、置換、変更が可能である。さらに、本出願の範囲は、明細書に記載されたプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法および工程の実施形態に限定されることを意図していない。当業者は本発明の開示から容易に理解するので、ここに記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を発揮し、または実質的に同じ結果を達成するプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法またはシステムが本発明に従って利用される。したがって、添付された特許請求の範囲は、このようなプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法または工程の範囲内にあることを意図する。ここに開示された本発明は、明確に開示されない要素がなくても適切に実現されるかもしれない。

Claims (12)

1. エラストマ本体に埋設された抗張部材を有する抗張部材層と、
   前記本体から突出し、規則的に間隔を空けられ、横方向に延びる複数の歯を有する歯面と、
   前記歯面を被覆するジャケットとを備え、
   前記歯は、前記歯の剛性を増加させる複数の布製挿入物の層を備え、前記挿入物の層はエラストマ合成物の層によって相互に分離される
   同期ベルト。
2. 前記複数の布製挿入物の層が布の分離された片である請求項１に記載の同期ベルト。
3. 前記複数の布製挿入物の層が、前記歯の外形に略平行であるＵ字状を有する請求項２に記載の同期ベルト。
4. 前記複数の布製挿入物の層が平面状であり、前記抗張部材層に略平行に配置される請求項２に記載の同期ベルト。
5. 前記複数の布製挿入物の層が平面状であり、前記抗張部材に略垂直であるか、前記抗張部材に対して前記歯の側面と同じ程度に傾斜する請求項２に記載の同期ベルト。
6. 前記複数の布製挿入物の層が布の単一の片を有する請求項１に記載の同期ベルト。
7. 前記複数の布製挿入物の層が、前記歯の外形に略平行であるＵ字状に折曲加工される請求項６に記載の同期ベルト。
8. 前記複数の布製挿入物の層が一片の布の折り目により接続され、平面状で、かつ前記抗張部材の層に略平行に配向される請求項６に記載の同期ベルト。
9. 前記複数の布製挿入物の層が一片の布の折り目により接続され、平面状で、かつ前記抗張部材に略垂直、または前記抗張部材に対して前記歯の側面と同じ程度に傾斜する請求項６に記載の同期ベルト。
10. 前記複数の布製挿入物の層が一片の布を螺旋状に巻くことにより成形される請求項６に記載の同期ベルト。
11. 交互に並ぶ歯とランドを有し、前記挿入物の層が前記ランドに拡張しない請求項１に記載の同期ベルト。
12. 交互に並ぶ歯とランドを有し、１以上の前記挿入物の層がランド内に拡張する請求項１に記載の同期ベルト。

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