JP4245475B2 - 動力伝達ベルトおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は低いコードラインを有する動力伝達ベルト、およびその製造方法に関する。

従来、埋設された張力部材を有するエラストマ材料から動力伝達ベルトを成形することが知られている。ベルトはマルチリブ、歯付き、あるいはＶ型形状を有する。ベルトは対応した形状を有するプーリにより走行する。

動力伝達ベルトの張力コードは一般的にエラストママトリクスに配置されることが知られている。特にマルチリブベルトでは、張力部材はベルトのボディ内に設けられる。この構造の形態は、張力部材により支持されるベルトリブに、長いレバーアームを配置する。作用する力の大きさは、張力コードのラインの中心から係合するプーリの軸受面までのラジアル距離に正比例する。レバーアームの長さを長くすると、ベルトの稼動寿命が短くなる。

ベルトの製造の方法は、張力コードの位置をある程度決定する。研削されるベルトの場合、ベルトスラブが成形され、マンドレル上において加硫される。そしてベルトスラブは取出され、マルチリブド形状がベルトスラブに研削される。研削動作は完全には制御できないので、研削動作によって切断されるのを防ぐために張力コードの配置には、いくらかの削り代が設けられなければならない。これにより張力コードラインは、リブ頂点からの好ましい距離よりも長いことが必要となる。

従来技術の代表は、複数の近接して配置され、負荷を受けるコードを横切って、その少なくとも一方の側に配置された支持コードを有するＶベルトを開示したメドース（Meadows）に付与された米国特許第3,820,409号明細書である。

必要なものは張力コードからリブ頂点までの著しく減少した距離を有するベルトである。必要なものは張力コードからリブ/プーリ境界面までの著しく減少した距離を有するベルトである。必要なものは、成型中に張力コードの位置を制御するために、張力コードに重ねたエラストマレイヤに設けられたオーバーコードレイヤを有するベルトである。本発明はこれらのニーズに合致する。

本発明の主な特徴は、張力コードからリブ頂点までの著しく減少した距離を有する動力伝達ベルトを提供することである。

本発明の他の特徴は、張力コードからリブ/プーリ境界面までの著しく減少した距離を有する動力伝達ベルトを提供することである。

本発明の他の特徴は、成型中に張力コードの位置を制御するために、張力コードに重ねたエラストマレイヤに設けられたオーバーコードレイヤを有する動力伝達ベルトを提供することである。

本発明の他の特徴は、本発明の次の記載と添付図面により指摘され、あるいは明らかにされる。

本発明は層構造重合張力コードを有するベルトを備える。エラストマレイヤはオーバーコードの上に重なり、これは他のエラストマレイヤの上に重なり、これは張力コードの上に重なる。オーバーコードレイヤは成型中張力コードを支持し、これによりコードラインの位置を安定させる。この構成は、マルチリブベルトにおいて張力コードの中心線からリブ頂点とリブ/プーリ境界面までの著しく減少した距離をもたらす。

図１は従来技術の断面図である。従来技術の構造はオーバーコードＡ、アンダーコードＢおよび張力コード（すなわち張力部材）Ｃを備える。コードラインの中心線はマルチリブド形状の頂点から所定の距離ｄをあけて示される。コードラインは、マルチリブド形状がベルトに研削されるときに破損するのを避けるため、リブ頂点から十分な距離ｄになければならない。張力コードＣは弾性材料Ｄ内に埋め込まれる。

図２は本発明のベルトの断面図である。ベルト１００は複数のレイヤを備える。アンダーコードレイヤ１４は好ましい実施形態においてマルチリブド形状を備える。稼動中、ベルト１００はプーリＰに係合する。

特に、レイヤ１０はゴムすなわち繊維が充填されたエラストマ材料を備える。オーバーコードすなわちクロスコード１１はクロスコードレイヤを備える。クロスコードレイヤは、成型および加硫工程中、張力コード１３を支持し、ベルト本体内において適切なコードライン位置を維持する。クロスコード１１は織布あるいは不織布材料を備えてもよい。

クロスコードレイヤ１１は実質的に非孔質であり、成型工程中、著しい量のレイヤ１０がレイヤ１１を貫通するのを阻止する。これは、レイヤ１１が張力コード１３を支持して、均一な張力コード中心線ＣＬの位置を制御する効果を有する。

エラストマレイヤ１２はレイヤ１１と張力コード１３の間に設けられる。コード１３はベルトの長手軸に沿って延びる。好ましい実施形態においてエラストマレイヤ１２はレイヤ１１と張力コード１３の間に設けられるが、エラストマレイヤ１２は、成型工程中にコード１３がエラストマレイヤ１２によって包まれない限り、張力コード１３とアンダーコードレイヤ１４の間に設けられてもよい。

アンダーコードレイヤ１４は繊維を充填したエラストマ材料を備える。他の実施形態において、アンダーコードレイヤは繊維を充填しない純粋なエラストマ、すなわちゴムレイヤをも備えていてもよい。レイヤ１０および１４の繊維充填は１００部に対して０．１〜２０部の範囲であってもよい。繊維は、例えばコットン、ＰＴＦＥ、およびアラミドを含む従来公知のものであってもよい。

ジャケット１５が設けられてもよく、これは摩擦係数を定めるために織布あるいは不織布材料を備えてもよい。

製造
本発明のベルトは、ビルドドラムに各レイヤを順々に貼り付ける工程によって成形される。ベルトは、ベルトスラブをリブ付きアウターシェルに押しつける膨張膜を利用した成型工程によって加工される。この工程においてベルトは、表面に膨張可能な部材を有するマンドレルの表面上において組付けられる。成型および加硫工程において、膨張可能部材はベルト構造体をアウターシェルモールドに押しつける。クロスコードとオーバーコードの層１１を利用することにより、張力コードライン１３の位置を安定させ、正確に制御されたコードライン位置を得る。これは張力コード１３をリブ頂点１６に接近させ、すなわちリブ／プーリ境界面ＲＰに接近させて配置させ、稼動寿命を著しく長くする。比較すると、従来技術のコードラインはリブ頂点およびリブ／プーリ境界面からより長い距離にあり、これにより稼動寿命が短くなる。

特に、ゴムエラストマあるいは繊維充填材料の第1のエラストマレイヤ１０がマンドレル上に巻きつけられる。次に、クロスコードレイヤ１１が重ねて巻きつけられる。成型の間におけるゴムの流動特性のため、クロスコードレイヤ１１は図９に示されるようなギャップを残して、あるいは層の端部を縫い合わせることより、突合せて接合することができる。

次に、薄い層である第２のエラストマレイヤ１２がクロスコード層１１の上に重ねて巻きつけられる。好ましい実施形態において、エラストマレイヤ１２はゴム材料のみから作られる。次に、張力部材すなわちコード１３がゴム材料の層の上に巻きつけられる。次に繊維充填されたアンダーコードレイヤ１４を備える第３のエラストマレイヤが重ねて巻きつけられる。最後に、不織布材料１５の層がアンダーコードレイヤの表面に巻きつけられる。不織布材料１５はセルロースあるいはノンセルロースを基にした材料を備えてもよい。

この組付けと処理を利用することにより、最終的なコード位置が安定し、またリブ頂点１６とリブ／プーリ境界面ＲＰに著しく近くなる。特に、反転成型工程において、ベルト構造体と特にコード１３はビルドドラム内に配置された膨張膜上に螺旋状に巻きつけられる。成型工程中、膨張膜すなわちバッグはベルト構造体をモールド殻体のリブに押しつける。

従来技術において、成型の工程の間、コード１３はゆがむか、最初に接触する支持レイヤの中に引き込まれやすかった。生じたコードの不整列はコードに異なる負荷を与え、これにより稼動寿命を縮める。

本発明のベルトおよび工程では、この発生を防ぐための支持がクロスコードレイヤ１１によって得られる。この方法において、コード１３は支持され、コードラインＣＬをリブ／プーリ境界面ＲＰに対して、より正確にそしてより接近させて配置させる。

この構造はまた、ベルト形状が加硫されたベルト構造体に研削される製造方法において著しい利点を有する。研削されるベルトの場合、コードラインは、研削動作によってコードが損傷を受けるのを避けるために、リブ頂点１６からより長い距離をあけて配置されなければならない。この成型構造の場合、コードラインは頂点にかなり近い。

本発明ベルトの開示された構造は、従来技術のベルトと比較して、リブ頂点１６とリブ／プーリ境界面ＲＰ（ｄ２）の上方のより小さなラジアル距離ｄにコードラインＣＬを配置する。この方法によるコードラインの位置決めにより、優れた動的性能が得られる。図３参照。本発明ベルトにおけるラジアル距離ｄの範囲は、コード１３の外表面がリブ頂点１６の上方で約0.000センチから0.127センチである。コード１３を部分的あるいは全体的にリブ内に配置してコードの外表面がリブ頂点よりも下にあり、コードラインの距離ｄが負の値になることも可能である。図６参照。コードの中心線のリブ頂点に対する距離は約-0.101センチから0.000センチの範囲である。例えば-0.101センチの負の値は、コードがリブ内に設けられてコードがリブ頂点よりも下にあることを示す。-dの場合を示す断面図である図６参照。

好ましい実施形態において、ｄの範囲は、約0.101センチの直径を有するコード１３に対して、リブ頂点から約0.025センチから0.038センチの間である。ラジアル距離ｄが0.050センチに等しい場合、張力コード１３はリブ頂点１６においてアンダーコードレイヤ１４の表面にある。ここで与えられるコードの直径は説明のためだけであり、ユーザのニーズおよびベルトの動作条件に応じて変えてもよい。

前述したように、本発明ベルトの開示された構造は、リブ／プーリ境界面ＲＰからベルトコードラインＣＬまでの距離ｄ2を縮小する効果を有することである。距離ｄ2の縮小は、ベルトがプーリに係合するときにおけるリブのゆがみの大きさを減少させる。特に、ベルトがプーリに係合する動作において、リブのエラストマ材料はプーリに伝えられるトルクに応じてゆがむ。そのゆがみは長手軸に沿っており、また張力コードの位置に関係する。図７参照。

図7はベルトの一部の側面図である。Ａは張力コード１３にある点を表す。Ｃはアンダーコードレイヤ１４のプーリ係合面にある点を表す。負荷Ｌを受けるベルトがプーリ（図示せず）に係合するとき、アンダーコードレイヤ１４は、Ｃ点が距離Ｄ３だけＢ点までひずむように変形する。距離Ｄ３の大きさは、ここに説明されるようにｄ2の関数である。ｄ2が大きくなるとＤ３も大きくなる。逆にｄ2が小さくなるとＤ３も小さくなる。過度なゆがみＤ３はリブの亀裂による早期ベルト損傷の原因となる。動作中にｄ2を極端に減少させることによりＤ３を減少させると、本発明ベルトの寿命を著しく増加させる。

図２Ａは図２の詳細である。ベルト断面は、エラストマレイヤ１２が張力コード１３の間において、またそれを介して押圧され、ロブ１２０を形成する。ロブ１２０は張力コードに平行に沿って延び、実質的に長手軸方向に平行である。レイヤ１１は張力コードに近接して圧縮され、そしてコード１３上のエラストマレイヤ１２の薄い残りの部分を圧迫する。ロブ１２０はエラストマレイヤ１２のエラストマである。ロブ１２０は動作中においてコードを支持し、クッションとなる。

図３は本発明ベルトのテスト結果の図表である。図３に示されるように、リブ頂点１６およびリブ／プーリ境界面ＲＰとコードラインＣＬとの間の平均距離を減少させると、ベルト寿命が長くなる。例えば、張力コード中心線からリブ頂点まで約0.106センチの平均ラジアル距離を有するベルトの寿命が１００時間であるのに対し、張力コード中心線からリブ頂点まで約0.081センチの平均ラジアル距離ｄを有するベルトは２８０時間である。

図４は本発明ベルトの高負荷寿命テストの結果を示す。本発明ベルトは著しく改善された高負荷寿命を示す。高負荷テストは、約８５°Ｆ（２９°Ｃ）の温度下で約１１９．７Kgの張力を与えて約４９００ＲＰＭでベルトを走行させる。本発明ベルトは損傷するまで約２８０時間稼動したのに対し、より高いコードライン位置を有するベルトは損傷するまで１５０時間未満稼動し、８６％の改良であった。

図５は本発明ベルトの高温耐久寿命を示す。本発明ベルトは著しく改良された高温耐久性を示す。高温耐久性テストは、約２５０°Ｆ（１２１°Ｃ）の温度下で約１２７．９Kgの張力を与えて約１３０００ＲＰＭで３点駆動でベルトを走行させる。本発明ベルトは損傷するまで約３９０時間稼動したのに対し、標準のコードラインを有するベルトは２５０時間稼動して損傷し、５６％の改良であった。

図８は従来のオーバーコード構造を示す。オーバーコードレイヤＣはラップジョイントにおいて接合される。ラップジョイントの端部は量ＯＬだけ下部に重ねられる。この「高い部分」は隆起を生じ、背面アイドラを有するベルトを使用する場合に、稼動中に騒音を発生することとなる。

図９は本発明ベルトのオーバーコード構造を示す。この明細書の他の部分に記載されたように、レイヤ１０はクロスコードレイヤ１１に重ねられる。ＤＤは、この明細書の他の部分に記載されたように、製造中にベルトが積み重ねられるビルドドラムを示す。レイヤ１１の端部１１Ａおよび１１Ｂは相互に突合せ接合、および／または縫い合わされるように構成されてもよい。しかし好ましい実施形態では、ビルドドラムでの組立てにおいて、小さいギャップＧが端部１１Ａと１１Ｂの間に存在してもよく、これにより、端部１１Ａが反対側の端部１１Ｂの替わりにレイヤ１０に縫い合わされる。加硫の間、レイヤ１０の材料はギャップを流動し、シームレスジョイントを生じる。シームレスジョイントは背面アイドラの上を走行するベルトにより発生する騒音を除去する。したがって、ベルトにおいてオーバーコード上にギャップを作ることは、従来技術のベルトがオーバーコードレイヤの両端部が接近するように制御することが必要であったので、オーバーコードレイヤ上のギャップが背面アイドラの使用の場合に騒音を生じる従来技術のベルトに対して改良である。本発明ベルトは、レイヤ１１の両端部が精密に切断されたり、整列されたりする必要がなく、製造コストの削減になる。

本発明のひとつの形態が説明されたが、ここに記載された本発明の精神と範囲から逸脱することなく、構成と関連した部分に種々の変形が施されることは当業者にとって自明である。

従来技術の断面図である。 本発明ベルトの断面図である。 成型工程の後の図２の詳細である。 本発明ベルトのテスト結果の図表である。 本発明ベルトの高負荷寿命テストの結果を示す。 本発明ベルトの高温耐久性寿命を示す。 -ｄの場合の断面図である。 ベルトの一部の側面図である。 従来のオーバーコード構造を示す。 本発明ベルトのオーバーコード構造を示す。

Claims (12)

1. ベルトであって、
   第１のエラストマレイヤと、
   前記第１のエラストマレイヤに貼り付けられた実質的に非孔質のクロスコードレイヤと、
   前記ベルトの長手軸に沿って延びる張力部材と、
   前記クロスコードレイヤに貼り付けられ、前記張力部材を支持しかつ前記張力部材に実質的に平行であるロブが形成された第２のエラストマレイヤと、
   所定の形状を有する前記第２のエラストマレイヤに貼り付けられる第３のエラストマレイヤとを備え、
   前記ロブが隣接する前記張力部材の間を隔離する
   ベルト。
2. 前記第１のエラストマレイヤに繊維が充填されている請求項１に記載のベルト。
3. 前記第３のエラストマレイヤに繊維が充填されている請求項１に記載のベルト。
4. 前記第２のエラストマレイヤがゴムのみで成形される請求項１に記載のベルト。
5. マルチリブド形状を有する請求項１に記載のベルト。
6. 第１のエラストマレイヤと、
   前記第１のエラストマレイヤと第２のエラストマレイヤの間に配置される実質的に非孔質のクロスコードレイヤと、
   ベルトの長手軸に沿って延びる張力部材とを備え、
   前記第２のエラストマレイヤが前記クロスコードレイヤに貼り付けられ、かつ前記第２のエラストマレイヤが前記張力部材を支持するロブを備え、
   所定の形状を有する前記第２のエラストマレイヤに貼り付けられる第３のエラストマレイヤとを備え、
   前記ロブが隣接する前記張力部材の間を隔離する
   ベルト。
7. 前記第３のエラストマレイヤに繊維が充填されている請求項６に記載のベルト。
8. 前記第３のエラストマレイヤがゴムのみで成形される請求項６に記載のベルト。
9. 前記クロスコードレイヤが織布材料をさらに備える請求項６に記載のベルト。
10. 前記クロスコードレイヤが不織布材料をさらに備える請求項６に記載のベルト。
11. ベルトであって、
    所定の形状を有するアンダーコードを有するエラストマボディと、
    前記エラストマボディ内に前記ベルトの長手方向に配置された複数の張力部材と、
    前記エラストマボディ内において前記張力部材を挟んで前記所定の形状とは反対側に配置された実質的に非孔質のクロスコードレイヤとを備え、
    前記エラストマボディが前記クロスコードレイヤと前記張力部材の間に配置されたエラストマレイヤを有し、前記エラストマレイヤが各張力部材を支持するロブを有し、
    前記ロブが隣接する前記張力部材の間を隔離する
    ベルト。
12. 前記アンダーコードに繊維が充填されている請求項１１に記載のベルト。

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