JP5516313B2 - 伝動ベルト - Google Patents

Description

この発明は、駆動側の回転体から動力を伝達され、他方の回転体にその動力を伝達する伝動ベルトに関するものである。

従来、動力伝達装置として伝動ベルトを利用したものが知られている。それらの伝動ベルトは、使用される環境によっては高トルクの動力が作用することがあるので、その動力に耐え得る引っ張り強度が要求されている。また、回転体に巻き掛けられて動力を伝達するので、その回転体に巻き掛けられた部分で曲率半径が減少して伝動ベルトの内周側に圧縮応力が作用し、あるいは各回転体の間に位置する部分で直線状となって伝動ベルトの外周側に圧縮応力が作用することがあり、それらの圧縮応力にも耐え得る圧縮強度が要求されている。

そのため、特許文献１に記載されたベルトは、薄い金属製のリングを積層して形成している。また、金属リングを積層した積層金属ベルトを成形する際に、積層金属ベルトが使用される状態でその積層金属ベルトの内周側と外周側とに作用する圧縮および引っ張り荷重が均一になるように積層金属ベルトに予め残留応力を付与して、その積層金属ベルトに作用する最大圧縮荷重あるいは最大引っ張り荷重の緩和を図るように構成されている。

特開２００３−１２６９３３号公報

上述した特許文献１に記載された積層型の金属リングは引張強度と圧縮強度とが大きいので、ベルトの耐久性を向上させることができる。また、引張方向に残留応力を付与しておくことにより、圧縮方向の許容させる変位量が増大するので、圧縮応力に対する耐久性を向上させることができる。しかしながら、積層型の金属リングは、積層された各リング同士で滑りが発生して、トルクの伝達効率が低下する可能性がある。

また、同一の材質で一体に形成された樹脂製のベルトは、強度を確保するために、通常、ベルトの厚み方向に複数の繊維もしくは樹脂で形成された高引張強度の心線が設けられる。そのように心線を設けることにより引張強度が向上する反面、ベルトの柔軟性が低下して伝達効率が低下する可能性がある。また、樹脂や繊維で形成された心線は一般的に圧縮強度が低いので、回転体に巻き掛けられたり、各回転体の間で直線状に引き延ばされたりする場合に、ベルトの内周側や外周側に圧縮応力が作用して、その内周側や外周側の部分に塑性変形や座屈が発生する可能性がある。

この発明は、上述した技術的な課題に着目したものであり、動力を伝達する際に生じる周方向における圧縮および引っ張り力に対する強度を向上させることのできる伝動ベルトを提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために請求項１の発明は、一対の回転部材のそれぞれに巻き掛けられるとともに、それらの回転部材に巻き掛けられることにより引っ張り力が付与されてトルクを伝達するリング部材を有する伝動ベルトにおいて、前記リング部材は、前記回転部材の半径方向で所定の厚さを有し、そのリング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の圧縮強度が、厚さ方向での内周側の部分における周方向の圧縮強度より大きくなるように構成され、前記リング部材の少なくとも外周側の部分に、引っ張り残留応力が付与され、前記引っ張り残留応力は、無負荷状態での曲率半径より大きい曲率半径に変化させて固化処理を施すことにより付与されていることを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記リング部材は、その全体が同一材料で一体に形成されるとともに、周方向の圧縮強度が、厚さ方向に連続的に変化するように構成されていることを特徴とする伝動ベルトである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成において、前記リング部材の厚さ方向での内周側を構成する第１材料の周方向の圧縮強度より大きい圧縮強度の第２材料によって、前記厚さ方向での外周側が形成されていることを特徴とする伝動ベルトである。

請求項４の発明は、請求項３の構成において、前記第２材料の配合の割合が厚さ方向で外周側から内周側に次第に変化して形成されていることを特徴とする伝動ベルトである。

請求項５の発明は、一対の回転部材のそれぞれに巻き掛けられるとともに、それらの回転部材に巻き掛けられることにより引っ張り力が付与されてトルクを伝達するリング部材を有する伝動ベルトにおいて、前記リング部材は、前記回転部材の半径方向で所定の厚さを有し、そのリング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の圧縮強度が、厚さ方向での内周側の部分における周方向の圧縮強度より大きくなるように構成され、前記リング部材は、その全体が同一材料で一体に形成されるとともに、周方向の圧縮強度が、厚さ方向に連続的に変化するように構成され、前記リング部材の厚さ方向での内周側を構成する第３材料の周方向の圧縮強度より大きい圧縮強度の第４材料によって、前記厚さ方向での外周側が形成され、前記第４材料の配合の割合が厚さ方向で外周側から内周側に次第に変化して形成されていることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、一対の回転部材のそれぞれに巻き掛けられるとともに、それらの回転部材に巻き掛けられることにより引っ張り力が付与されてトルクを伝達するリング部材を有する伝動ベルトにおいて、前記リング部材は、前記回転部材の半径方向で所定の厚さを有し、そのリング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の圧縮強度が、厚さ方向での内周側の部分における周方向の圧縮強度より大きくなるように構成され、前記リング部材の少なくとも外周側の部分に、引っ張り残留応力が付与され、前記リング部材の厚さ方向での内周側を構成する第５材料の周方向の圧縮強度より大きい圧縮強度の第６材料によって、前記厚さ方向での外周側が形成され、前記第６材料の配合の割合が厚さ方向で外周側から内周側に次第に変化して形成されていることを特徴とするものである。

請求項７の発明は、請求項６の構成において、前記リング部材は、その全体が同一材料で一体に形成されるとともに、周方向の圧縮強度が、厚さ方向に連続的に変化するように構成されていることを特徴とする伝動ベルトである。

請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの発明において、前記リング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の引張強度は、厚さ方向での内周側の部分における周方向の引張強度以上であることを特徴とする伝動ベルト。

この発明によれば、伝動ベルトは、リング部材の厚さ方向における外周側の周方向の圧縮強度が、厚さ方向における内周側の周方向の圧縮強度より大きくなるように構成されているので、伝動ベルトが一対の回転部材体に巻き掛けられ、かつそれら回転部材同士の間に位置する箇所で直線状になって張力が負荷された場合に、その伝動ベルトの外周側に作用する圧縮応力により、伝動ベルトが塑性変形してしまうことを抑制もしくは防止することができる。

また、リング部材の少なくとも外周側の部分に、引っ張り残留応力が付与されるので、伝動ベルトに作用する最大圧縮応力を低減することができ、その結果、伝動ベルトの耐久性を向上させることができる。

また、リング部材は、同一材料で一体に形成され、周方向の圧縮強度が、厚さ方向に連続的に変化するように構成されているので、伝動ベルトが直線状になって張力が付与された場合に、リング部材の厚さ方向における外周側から内周側に向けて次第に変化して作用する圧縮応力に対応した圧縮強度とすることができる。したがって、伝動ベルトが一対の回転部材体に巻き掛けられ、かつそれら回転部材同士の間に位置する箇所で直線状になって張力が負荷された場合に、その伝動ベルトの外周側に作用する圧縮応力により、伝動ベルトが塑性変形してしまうことを抑制もしくは防止することができる。

また、リング部材の厚さ方向での内周側を構成する材料の周方向の圧縮強度より大きい圧縮強度の材料によって、厚さ方向の外周側が形成されているので、伝動ベルトが一対の回転部材体に巻き掛けられ、かつそれら回転部材同士の間に位置する箇所で直線状になって張力が負荷された場合に、その伝動ベルトの外周側に作用する圧縮応力により、伝動ベルトが塑性変形してしまうことを抑制もしくは防止することができる。

また、比較的周方向の圧縮強度が大きい材料の配合割合が厚さ方向で外周側から内周側に次第に変化して形成されているので、伝動ベルトが一対の回転部材体に巻き掛けられ、かつそれら回転部材同士の間に位置する箇所で直線状になって張力が負荷された場合に、その伝動ベルトの外周側に作用する圧縮応力により、伝動ベルトが塑性変形してしまうことを抑制もしくは防止することができる。

そして、リング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の引張強度は、厚さ方向での内周側の引張強度以上であるので、伝達トルクが高トルクであって伝動ベルトに作用する張力が大きい場合の引っ張り方向の塑性変形を抑制もしくは防止することができる。

この発明に係るリング部材の厚み方向における断面を示す線断面図である。 そのリング部材の無負荷状態と負荷状態とを示す概略図である。 リング部材に作用する応力を説明するための平面図である。 この発明に係る引っ張り残留応力を説明するための概略図である。

つぎにこの発明に係る伝動ベルトを例を挙げて説明する。まず、図２にこの発明に係る伝動ベルトの構成を説明するための概略図を示す。図２（ｂ）は、リング部材１に狭圧力および張力を作用させて動力を伝達している状態（以下、負荷状態と記す。）を示したものである。なお、図２（ａ）は、リング部材１に狭圧力および張力を作用させていない状態（以下、無負荷状態と記す。）を示したものである。この伝動ベルトは、図示しない動力源と連結されてトルクが伝達される駆動プーリ２と、その駆動プーリ２のトルクが伝達されて駆動し、図示しないギヤトレーンなどにトルクを伝達する従動プーリ３と、それらのプーリ２，３に巻き掛けられてトルクを伝達するリング部材１とで構成されている。そして、リング部材１は、樹脂や繊維などを用いた複合材で一体に形成されている。

上述したように構成された伝動ベルトでは、図３に示すようにリング部材１に張力が作用してリング部材１が直線状になる箇所では、リング部材１の内周側には引っ張り応力が作用し、外周側には圧縮応力が作用する。これは、無負荷状態で一定の曲率半径で形成されていたリング部材１、その曲率半径を増加させる方向に変形させられるからである。

一方、一般的な樹脂や繊維を用いた複合材は圧縮強度が低いので、大きな圧縮応力が作用した場合もしくは大きく変位した場合に、塑性変形や座屈が生じる可能性があるので、この発明に係るリング部材１は張力が作用して直線状となった時に大きな圧縮応力が作用する外周側の材料を、内周側の材料と比較して圧縮強度の大きいものとしている。つまり、図１に示すようにリング部材１の外周側の材料ａをボロン繊維などを用いた圧縮強度および引張強度の大きいものとする。なお、内周側の材料ｂは、引張強度の大きい材料を利用する。

さらに、リング部材１の厚み方向で外周側から内周側に向かって、各部分に作用する圧縮応力は次第に低くなるので、上述した圧縮強度の大きい材料ａの配合率を変化させる。なお、図１に示す各材料ａ，ｂの領域は、各部分での材料の配合率を示している。

上述したようにリング部材１を形成する材料ａ，ｂの配合率を定めることにより、樹脂や繊維を用いて一体に形成された複合材のリング部材１の伝達効率を低下させることなく圧縮強度を向上させることができる。

そして、この発明に係るリング部材１は、リング部材１の使用時の最大圧縮応力を低減するために、成形時に固化処理を施してもよい。以下、その固化処理について説明する。上述したようにリング部材１の無負荷状態ではリング部材１が曲率半径Ｒ１となる曲率で曲がっていて、リング部材１に張力が作用してリング部材１が直線状となっていることにより、プーリ２，３に巻き掛けられたリング部材１の外周側に圧縮応力が作用する。

したがって、この発明に係るリング部材１は、リング部材１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１より大きい曲率半径Ｒ２に固化処理を施す。図４は、その固化処理を施す例を説明するための概略図であり、リング部材１に固化処理を施すための曲率半径Ｒ２と一致するように複数のローラ４，４が配置され、複数のローラ４，４の外周面に沿ってベルト５が配置されている。そして、そのベルト５とリング部材１を搬送するために設けられた他の搬送ローラ６とでリング部材１を挟んで搬送する。さらに、ベルト５に沿っているリング部材１の外周面に固化処理を施す。なお、固化処理は、リング部材１を形成している材料ａ，ｂにより異なるが、例えば、その材料ａ，ｂが熱硬化素材である場合には、リング部材１のベルト５に沿っている位置に熱を加え、また、その材料ａ，ｂが熱可塑素材である場合には、リング部材１のベルト５に沿っている位置を冷却し、さらに、その材料ａ，ｂが半固体もしくは液状素材である場合には、リング部材１のベルト５に沿っている位置を乾燥させる。なお、固化処理は、上述した方法に限定されず、例えば、紫外線を照射して固化させてもよい。要は、リング部材１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１より大きい曲率半径Ｒ２となるように固化処理を施せればよい。

このように固化処理を施されたリング部材１には、その外周側に引っ張り残留応力が付与されるので、各プーリ２，３の間に位置して直線状となって外周側に圧縮応力が作用した場合には、その残留応力により圧縮応力が相殺される。その結果、リング部材１の外周側に作用する圧縮応力の許容限界を増大することができ、もしくはリング部材１が各プーリ２，３の間に位置して直線状となってそのリング部材１に作用する最大圧縮応力を減少することができるので、塑性変形や座屈を抑制もしくは防止することができるため、リング部材１の耐久性を向上させることができる。

上述したリング部材１は、樹脂や繊維などによって一体に形成されたものであるが、この発明は、それに限定されず、例えば、周長が互いに異なる複数の環状片を積層して構成されたリング部材１であってもよい。その場合には、内周側に位置する環状片の圧縮強度より外周側に位置する環状片の圧縮強度が大きくなるように形成すればよい。

なお、この発明は上述した構成に限定されず、回転体と噛み合って動力を伝達するように構成された伝動ベルトであってもよく、あるいは、いわゆるベルトコンベアなどに利用される伝動ベルトであってもよい。

１…リング部材、 ２…駆動プーリ、 ３…従動プーリ、 ａ…引張強度および圧縮強度が大きい材料、 ｂ…引張強度が大きい材料。

Claims (8)

1. 一対の回転部材のそれぞれに巻き掛けられるとともに、それらの回転部材に巻き掛けられることにより引っ張り力が付与されてトルクを伝達するリング部材を有する伝動ベルトにおいて、
   前記リング部材は、前記回転部材の半径方向で所定の厚さを有し、そのリング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の圧縮強度が、厚さ方向での内周側の部分における周方向の圧縮強度より大きくなるように構成され、
   前記リング部材の少なくとも外周側の部分に、引っ張り残留応力が付与され、
   前記引っ張り残留応力は、無負荷状態での曲率半径より大きい曲率半径に変化させて固化処理を施すことにより付与されていることを特徴とする伝動ベルト。
2. 前記リング部材は、その全体が同一材料で一体に形成されるとともに、周方向の圧縮強度が、厚さ方向に連続的に変化するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
3. 前記リング部材の厚さ方向での内周側を構成する第１材料の周方向の圧縮強度より大きい圧縮強度の第２材料によって、前記厚さ方向での外周側が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の伝動ベルト。
4. 前記第２材料の配合の割合が厚さ方向で外周側から内周側に次第に変化して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の伝動ベルト。
5. 一対の回転部材のそれぞれに巻き掛けられるとともに、それらの回転部材に巻き掛けられることにより引っ張り力が付与されてトルクを伝達するリング部材を有する伝動ベルトにおいて、
   前記リング部材は、前記回転部材の半径方向で所定の厚さを有し、そのリング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の圧縮強度が、厚さ方向での内周側の部分における周方向の圧縮強度より大きくなるように構成され、
   前記リング部材は、その全体が同一材料で一体に形成されるとともに、周方向の圧縮強度が、厚さ方向に連続的に変化するように構成され、
   前記リング部材の厚さ方向での内周側を構成する第３材料の周方向の圧縮強度より大きい圧縮強度の第４材料によって、前記厚さ方向での外周側が形成され、
   前記第４材料の配合の割合が厚さ方向で外周側から内周側に次第に変化して形成されていることを特徴とする伝動ベルト。
6. 一対の回転部材のそれぞれに巻き掛けられるとともに、それらの回転部材に巻き掛けられることにより引っ張り力が付与されてトルクを伝達するリング部材を有する伝動ベルトにおいて、
   前記リング部材は、前記回転部材の半径方向で所定の厚さを有し、そのリング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の圧縮強度が、厚さ方向での内周側の部分における周方向の圧縮強度より大きくなるように構成され、
   前記リング部材の少なくとも外周側の部分に、引っ張り残留応力が付与され、
   前記リング部材の厚さ方向での内周側を構成する第５材料の周方向の圧縮強度より大きい圧縮強度の第６材料によって、前記厚さ方向での外周側が形成され、
   前記第６材料の配合の割合が厚さ方向で外周側から内周側に次第に変化して形成されていることを特徴とする伝動ベルト。
7. 前記リング部材は、その全体が同一材料で一体に形成されるとともに、周方向の圧縮強度が、厚さ方向に連続的に変化するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の伝動ベルト。
8. 前記リング部材の厚さ方向での外周側の部分における周方向の引張強度は、厚さ方向での内周側の部分における周方向の引張強度以上であることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の伝動ベルト。

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