JP3733005B2

JP3733005B2 - コグドベルト

Info

Publication number: JP3733005B2
Application number: JP2000196616A
Authority: JP
Inventors: 明彦徳田
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2000-06-29
Filing date: 2000-06-29
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-29
Also published as: JP2002013595A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コグ部を設けて形成されるコグドベルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
動力伝動用ベルトとして、圧縮ゴム層と伸張ゴム層のうち少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷とを交互に多数配したコグ部を設けて形成した、ローエッジシングルコグドベルトあるいはローエッジダブルコグドベルトとして知られているコグドベルトがある。
【０００３】
図１はこのようなローエッジシングルコグドベルトとして知られているコグドベルトＡの一例を示すものであり、内周側の圧縮ゴム層１と、外周側の伸張ゴム層１０と、両ゴム層１，１０間の接着ゴム層１１と、接着ゴム層１１に埋入された心線１２から構成され、断面形状をＶ字形（逆台形）に形成してある。そして圧縮ゴム層１にベルト長手方向に沿ってコグ山２とコグ谷３を交互に多数配置して形成されるコグ部４が設けてある。このようにコグ山２とコグ谷３からなるコグ部４を設けることによって、コグドベルトＡはコグ谷３の部分で容易に屈曲することができるものであり、小径のプーリにも使用することが可能になるのである。
【０００４】
従ってコグドベルトＡが屈曲する際には、コグ部４のコグ谷３の底部に応力が集中する。そのため、コグドベルトＡの運転時にはコグ谷３への繰り返し応力によって、コグ谷３の底部に亀裂が生じてベルト破損に至るおそれがある。またこのようにコグ谷３の底部に応力が集中するために、コグドベルトＡが屈曲する際に発熱し易く、この発熱による温度上昇によって亀裂が一層生じ易くなる。
【０００５】
そこで、例えば特開２０００-２３００号公報にみられるように、短繊維をベルト長手方向に配向して含有する亀裂防止ゴムを少なくともコグ谷３に積層して設けることによって、コグドベルトＡのコグ谷３を補強して亀裂を防ぐ工夫などが従来から行なわれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようにコグ谷３を補強することによって、コグ谷３の亀裂を防ぐことができるが、補強のために亀裂防止ゴムのような別途の材料を用いる必要があると共に、亀裂防止ゴムを積層するための工程を必要とする。このために、コグドベルトＡの形状の工夫によって、コグ谷３の亀裂を防止できるようすることが望まれているものであった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、コグ谷の底部の形状の工夫によって、コグ谷に亀裂が発生することを防ぐことができるコグドベルトを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るコグドベルトは、少なくとも圧縮ゴム層１にベルト長手方向に沿ってコグ山２とコグ谷３を交互に多数配して形成されるコグ部４を設けたコグドベルトＡにおいて、コグドベルトＡをベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断した断面に表われるコグ谷３の底部の曲線が、複数の曲率の円弧が連続する曲線で形成されている。
【０００９】
請求項１の発明は、上記の複数の曲率の円弧のうちコグ谷３の底部の最深部の曲線を形成する円弧の曲率が最も小さく（曲率ゼロを除く）形成されていると共に、コグ山２の側面に近い曲線を形成する円弧の曲率が大きく形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
また請求項２の発明は、上記の複数の曲率の円弧が連続する曲線は、コグ谷３の底部の最深部からコグ山２の側面へと曲率が順次大きくなるように連続的に変化する円弧の連なりの曲線で形成されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１２】
コグドベルトＡは既述の図１に示すように、内周側の圧縮ゴム層１と、外周側の伸張ゴム層１０と、両ゴム層１，１０間の接着ゴム層１１を積層一体化した構造に形成してあり、接着ゴム層１１にはベルト長手方向に心線１２が埋入してある。そして圧縮ゴム層１と伸張ゴム層１０のうち少なくとも圧縮ゴム層１に、ベルト長手方向に沿ってコグ山２とコグ谷３を交互に配置して形成されるコグ部４が設けてある。
【００１３】
ここで、圧縮ゴム層１、伸張ゴム層１０、接着ゴム層１１を形成するゴムとしては、天然ゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレン、水素化ニトリルゴム、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマー等のゴム材の単独あるいはこれらの混合物の組成物を用いることができる。そして圧縮ゴム層１や伸張ゴム層１０には繊維を配合して用いるのが好ましい。繊維としては、アラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、綿等の繊維を用いることができる。繊維長は繊維の種類によって異なるが、１〜１０ｍｍの短繊維が用いられ、例えばアラミド繊維であると３〜５ｍｍ、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、綿であると５〜１０ｍｍ程度のものが用いられる。また接着ゴム層１１には繊維を含有してもよいが、含有しないほうが好ましい。
【００１４】
また、心線１２としてはポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維等のコードをＲＦＬ液で処理したものを用いることができる。さらに、圧縮ゴム層１の表面や伸張ゴム層１０の表面に補強布を積層するようにしてもよい。このような補強布としては、綿、ポリエステル繊維、ナイロン繊維等を平織、綾織、朱子織等に製織した帆布を用いることができるものであり、ＲＦＬ液で処理した後、ゴム組成物をフィリクション・コーチングしたゴム付き帆布として用いるものである。ＲＦＬ液はレゾルシンとホルマリンとの初期縮合物を、クロロプレン、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン三元共重合体、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ＮＢＲなどのラテックスに混合したものである。
【００１５】
上記のように形成されるコグドベルトＡにおいて、コグ部４のコグ山２とコグ谷３はそれぞれ、側面視で丸形に形成されるものであり、コグドベルトＡをベルト長手方向に沿ってその厚み方向（内外周方向）に切断すると、その切断面にコグ谷２の頂部は凸曲線として表われ、またコグ谷３の底部は凹曲線として表われる。そしてコグ谷３の底部のこの凹曲線は、従来のものでは一般に、図３に示すように単一の曲率をもつ一つの円弧で形成されており、この単一の円弧の両端はコグ山２の側面へと滑らかに繋がっている。しかしコグ谷３の底部の凹曲線がこのように単一の曲率の円弧で形成されていると、コグドベルトＡの厚みが最も薄くなる部分であるコグ谷３の底部の最深部に屈曲時の応力が集中し易くなり、応力の集中による屈曲疲労によって、コグ谷３の底部の最深部に亀裂が発生し易くなる。
【００１６】
そこで本発明では、このコグ谷３の底部の凹曲線を、複数の曲率の円弧が連続する曲線として形成するようにしたものであり、コグ谷３の底部の最深部に屈曲時の応力が集中することを防ぎ、応力の分散によって屈曲疲労を低減し、コグ谷３に亀裂が発生することを防止するようにしてある。
【００１７】
ここで、コグ谷３の底部の凹曲線を形成するこの複数の曲率の円弧のうち、コグ谷３の底部の最深部の曲線を形成する円弧の曲率が最も小さくなるように形成するのが好ましい。そして図２（ａ）の実施の形態では、このようにコグ谷３の底部の最深部の曲線を形成する円弧の曲率を最も小さく形成すると共に、コグ山２の側面に近付くに従って曲率が段階的に大きくなるように各円弧を形成し、この複数の円弧を滑らかに接続して連続した曲線に形成するようにしてあり、この曲線の両端をコグ山２の側面へと滑らかに繋げてある。
【００１８】
また図２（ｂ）の実施の形態では、上記のようにコグ谷３の底部の最深部の曲線を形成する円弧の曲率を最も小さく形成すると共に、コグ谷３の底部の最深部からコグ山２の側面へと曲率が順次大きくなるように連続的に変化する円弧の連なりの曲線、すなわちスプライン曲線で形成してある。
【００１９】
このように、コグ谷３の底部の凹曲線を形成する複数の曲率の円弧のうち、コグ谷３の底部の最深部の曲線を形成する円弧の曲率を最も小さく形成することによって、コグドベルトＡが屈曲する際にコグ谷３の最深部に応力が集中することを防いでその周辺部へ応力を分散させることができるものあり、コグ谷３の屈曲疲労を低減して亀裂の発生を防ぐことができるものである。またこのように屈曲応力を分散することができるために、コグドベルトＡが屈曲する際の発熱を緩和することができ、発熱による温度上昇によって亀裂が発生し易くなることも防止できるものである。複数の曲率の円弧の曲率の変化は、図２（ａ）（ｂ）のように、コグ谷３の最深部からコグ山２の側面へと向かって順次大きくなるようにするのが好ましく、このようすれば、応力の分散効果を高く得ることができるものである。
【００２０】
また、コグ谷３の底部の最深部の曲線を形成する曲率の小さい円弧のみでコグ谷３を形成するようにすると、コグ谷３の側面の幅が広くなってコグ谷３の側面積が大きくなり、コグ山２は側面の厚みが薄くなってコグ山２が小さくなってしまうが、上記のように、円弧の曲率をコグ谷３の最深部からコグ山２の側面へと向かって順次大きくなるようにしてあるために、コグ谷３の側面積の増加を最小限に抑えてコグ山２が小さくなることがないようにすることができるものである。
【００２１】
【実施例】
次に、本発明を実施例及び比較例によって具体的に説明する。
【００２２】
（比較例）
図３はコグドベルトＡをベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断したときの切断端面を示すものであり、比較例では、コグ部４のコグ谷３の底部を図３のようにＣＡＤで設計した。すなわち、この切断端面に表われるコグ谷３の底部の曲線を、θ₁＝１６３°の範囲で曲率半径１．６ｍｍの曲率の円弧として形成してあり、この円弧の両端はコグ山２の側面に繋がっている。また、上記の切断端面に表われるコグ山２の頂部の曲線を曲率半径３．２ｍｍの円弧で形成し、コグ山２の高さ（コグ谷３の最深部からコグ山２の頂点までの高さ）を６．８ｍｍ、コグ山２の半ピッチを５．１５ｍｍに形成した。そして図３においてＬは心線１２の中心を示すものであり、心線１２の中心Ｌからコグ谷３の最深部までの厚みを３．１ｍｍ、心線１２の中心Ｌから伸張ゴム層１０の表面までの厚みを３．３ｍｍに形成した。
【００２３】
（実施例１）
図２（ａ）はコグドベルトＡをベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断したときのコグ谷３の部分の切断端面を示すものであり、実施例１では、コグ部４のコグ谷３の底部を図２（ａ）のようにＣＡＤで設計した。すなわち、この切断端面に表われるコグ谷３の底部の曲線を、コグ谷３の最深部においてθ₂＝３４．６°の範囲で曲率半径２．８ｍｍの曲率で形成される円弧と、この円弧の両側においてθ₃＝６４．２°の範囲で曲率半径１．０ｍｍの曲率で形成される円弧とが連続する曲線として形成してあり、この両側の円弧はコグ山２の側面に繋がっている。その他の寸法は上記の図３のものと同様に設計した。尚、図２（ａ）の鎖線は、比較例のコグ谷３の底部の曲線を示す。
【００２４】
（実施例２）
図２（ｂ）はコグドベルトＡをベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断したときのコグ谷３の部分の切断端面を示すものであり、実施例２では、コグ部４のコグ谷３の底部を図２（ｂ）のようにＣＡＤで設計した。すなわち、この切断端面に表われるコグ谷３の底部の曲線を、黒点で示される点をスプライン曲線によってなめらかに接続する曲線で形成してあり、この曲線はコグ谷３の最深部からコグ山２の側面にへと曲率が順次大きくなるように連続的に変化する円弧の連なりの曲線となっている。その他の寸法は上記の図３のものと同様に設計した。尚、図２（ｂ）の鎖線は、比較例のコグ谷３の底部の曲線を示す。
【００２５】
上記の比較例及び実施例１，２のようにコグ部４のコグ谷３の底部を設計したコグドベルトＡについて、コグドベルトＡを屈曲したときにコグ谷３に生じる応力を有限要素法解析によって検証した。図４（ａ）は有限要素法解析モデルを示すものであり、８節点２次平面ひずみ要素からなるゴム１，１０，１１の部分と、２節点トラス要素からなる心線１２の部分にて構成される。心線１２の部分のトラスはゴム１，１０，１１の部分に比べて大きなヤング率であり、コグドベルトＡは心線１２の部分を中心にして屈曲する。このモデルはコグ山２からコグ山２までの２ピッチ分並べたものであって、その両端を対称面として面内に拘束されるようにしてあり、図４（ｂ）に鎖線から実線へと示すように、右側の面を時計回りに回転させてコグドベルトＡを屈曲させた。ここで、ゴム１，１０，１１の部分のヤング率３９Ｎ／ｍｍ²（４ｋｇｆ／ｍｍ²）、ポアソン比０．４９９（非圧縮）、心線１２のヤング率２９４２０Ｎ／ｍｍ²（３０００ｋｇｆ／ｍｍ²）、ポアソン比０．３、断面積０．７８５ｍｍ²に設定し、コグドベルトＡをθ₄＝３０°の角度で屈曲させた。心線１２の中央位置での平均の曲率半径は３９．３ｍｍとなる。
【００２６】
このようにコグドベルトＡを屈曲したときの、図４（ａ）のモデルの二つのコグ谷３のうち、左側のコグ谷３に加わる応力を非線形解析による有限要素法解析で求めた。このとき、屈曲時にコグ谷３は圧縮されるので、コグ谷３に加わる応力を最小主応力として求め、結果を図５〜図７に示す。図５は図３の比較例、図６は図２（ａ）の実施例１、図７は図２（ｂ）の実施例２についての解析結果であり、色が濃いほど最小主応力の絶対値が大きいことを示し、各図に矢印で示す部分で最小主応力の絶対値が最も大きくなっている。また比較例、実施例１，２における最小主応力の絶対値を比較して図８のグラフに示す。
【００２７】
最小主応力の絶対値が大きい程、屈曲疲労のダメージが大きく、亀裂が発生し易いと考えられる。そして比較例の図５では最小主応力は１箇所であるが、実施例１の図６や実施例２の図７では最小主応力は２箇所に分散しており、この２箇所の応力はほぼ同じ値になっている。また図８のグラフの結果から、比較例の最小主応力の絶対値に対して、実施例１の最小主応力は１４．３％、実施例２の最小主応力は１７．６％、それぞれ小さくなっていることがわかる。従って、実施例１，２のものでは、屈曲の際の応力をコグ谷３の底部において分散して、大きな応力が集中して作用することを防ぐことができ、コグ谷３に亀裂が発生することを防止できることが確認されるものである。
【００２８】
【発明の効果】
上記のように本発明は、少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドベルトにおいて、コグドベルトをベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断した断面に表われるコグ谷の底部の曲線が、複数の曲率の円弧が連続する曲線で形成されていることを特徴とするものであり、コグドベルトが屈曲するときの応力がコグ谷の底部の一箇所に集中することを防ぐことができ、応力の分散によって屈曲疲労を低減して、コグ谷に亀裂が発生することを防止することができるものである。
【００２９】
また請求項１の発明は、複数の曲率の円弧のうちコグ谷の底部の最深部の曲線を形成する円弧の曲率が最も小さく（曲率ゼロを除く）形成されていると共に、コグ山の側面に近い曲線を形成する円弧の曲率が大きく形成されているので、コグドベルトが屈曲する際にコグ谷の最深部に応力が集中することを防いでその周辺部へ応力を分散させることができるものであり、コグ谷の屈曲疲労を低減して亀裂の発生を防ぐことができるものである。
【００３０】
また請求項２の発明は、複数の曲率の円弧が連続する曲線は、コグ谷の底部の最深部からコグ山の側面へと曲率が順次大きくなるように連続的に変化する円弧の連なりの曲線で形成されているので、コグドベルトが屈曲する際にコグ谷の最深部に応力が集中することを防いでその周辺部へ応力を分散させることができるものあり、コグ谷の屈曲疲労を低減して亀裂の発生を防ぐことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】コグドベルトの実施の形態の一例を示す一部破断斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態の一例におけるコグ谷の部分の切断端面を示す図であり、（ａ）は実施例１を、（ｂ）は実施例２をそれぞれ示し、図２（ａ）において寸法の数字の単位はｍｍである。
【図３】従来の一例におけるコグドベルトの切断端面を示す図であり、寸法の数字の単位はｍｍである。
【図４】（ａ）は有限要素法解析のモデルを示す図、（ｂ）はこのモデルを屈曲した状態を示す図である。
【図５】比較例のコグベルトを屈曲したときにコグ谷に加わる応力を有限要素法解析した結果を示す図である。
【図６】実施例１のコグベルトを屈曲したときにコグ谷に加わる応力を有限要素法解析した結果を示す図である。
【図７】実施例２のコグベルトを屈曲したときにコグ谷に加わる応力を有限要素法解析した結果を示す図である。
【図８】実施例１，２及び比較例の最小主応力の絶対値を比較するグラフである。
【符号の説明】
１圧縮ゴム層
２コグ山
３コグ谷
４コグ部

Claims

少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドベルトにおいて、コグドベルトをベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断した断面に表われるコグ谷の底部の曲線が、複数の曲率の円弧が連続する曲線で形成され、複数の曲率の円弧のうちコグ谷の底部の最深部の曲線を形成する円弧の曲率が最も小さく（曲率ゼロを除く）形成されていると共に、コグ山の側面に近い曲線を形成する円弧の曲率が大きく形成されていることを特徴とするコグドベルト。
少なくとも圧縮ゴム層にベルト長手方向に沿ってコグ山とコグ谷を交互に多数配して形成されるコグ部を設けたコグドベルトにおいて、コグドベルトをベルト長手方向に沿ってその厚み方向に切断した断面に表われるコグ谷の底部の曲線が、複数の曲率の円弧が連続する曲線で形成され、複数の曲率の円弧が連続する曲線は、コグ谷の底部の最深部からコグ山の側面へと曲率が順次大きくなるように連続的に変化する円弧の連なりの曲線で形成されていることを特徴とするコグドベルト。