JP6660997B2 - 両面歯付ベルト - Google Patents
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Description
本実施形態のベルトシステム1は、一般産業用機械に備わるベルトシステムに適用される。図1に示すように、ベルトシステム1は、複数のプーリ2〜5と両面歯付ベルト6から構成されていて、1本の両面歯付ベルト6が複数のプーリ2〜5に巻き掛けられている。ベルトシステム1の内周側に駆動タイミングプーリ2、アイドルタイミングプーリ3、従動タイミングプーリ4が配置され、ベルトシステム1の外周側に従動タイミングプーリ5が配置されている。図1〜3に示すように、両面歯付ベルト6は、ベルト6の内周側にベルト長手方向に沿って並ぶ複数の内歯部8と、ベルトの外周側に前記ベルト長手方向に沿って並ぶ複数の外歯部9を有している。
図2、3に示すように、本発明の両面歯付ベルト6は、無端状のベルトであり、ベルト6の本体部分に埋設されている心線7と、ベルト6の内周側にベルト長手方向に沿ってピッチP1で並ぶ複数の内歯部8と、ベルト6の外周側にベルト長手方向に沿ってピッチP2で並ぶ複数の外歯部9と、内歯部8及び外歯部9を覆う歯布10とを有する。内歯部8のピッチP1と外歯部9のピッチP2は等しく、且つ、内歯部8と外歯部9とでベルト長手方向における位置が一致している。つまり、内歯部8と外歯部9は、心線7を挟んで対向する位置関係にある。また、歯部8、9の間の部分である歯底部84、94の位置も、ベルト長手方向において一致している。
図2、3に示すように、心線7は、両面歯付ベルト6の本体部分に埋設されていて、ベルト6のベルト厚み方向の中心付近に存在している。心線7は、Eガラスまたは高強度ガラスの5〜9μmのフィラメントを撚り合わせたものを、ゴムコンパウンドからなる保護剤あるいは接着剤であるRFL液等で処理されたものである。なお、心線7は、上記以外でもよく、有機繊維としては応力に対して伸びが小さく、引張強度が大きいパラ系アラミド繊維(商品名:ケブラー、テクノーラ)の0.5〜2.5デニールのフィラメントを撚り合わせ、RFL液、エポキシ溶液、イソシアネート溶液とゴムコンパウンドとの接着剤で処理された撚りコードを使用してもよい。また、例えば、心線7の線径は約0.8mmである。
内歯部8と外歯部9は、共に、クロロプレンゴムなどを主成分とするゴム材料で形成されている。また、本実施形態では、内歯部8と外歯部9を構成するゴムは、成分が同じで、硬度も等しい。例えば、ゴム硬度は、JIS K6253:2012に準拠したデュロメータA硬さで約75である。内歯部8及び外歯部9の形状の詳細については後で述べる。
図2、3に示すように、歯布10は両面歯付ベルト6の形状に沿って、内歯部8及び外歯部9の表面全体を覆っている。本実施形態では、歯布10として、経糸(ベルト幅方向)を6ナイロンとし、緯糸(ベルト長手方向)をウーリ6ナイロンとした織構成が綾織物である帆布が用いられている。なお、緯糸には伸縮性を有するウレタン弾性糸を一部使用されている。上記の帆布をRFL液によって浸漬処理したものを歯布10として用いた。例えば、歯布10の厚さは約0.2mmである。なお、歯布10は上記のものに限られない。歯布10として用いられる帆布は、ポリエステル、アラミド繊維等であって、単独あるいは混合されたものであってもよい。
ところで、図2、3に示すように、内歯部8と外歯部9とで歯形状が異なっている。具体的には、この実施形態では、プーリ2〜5の歯溝11の側面12と接触するベルト6の歯部8、9の側面形状を、内歯部8と外歯部9とで異ならせている。内歯部8については側面82が平面に形成され、外歯部9については側面92が曲面に形成されている。以下、内歯部8と外歯部9の歯形状の詳細について説明する。
図2、3に示すように、内歯部8の歯形状は、T歯形と呼ばれる形状で、断面では台形の形状であり、それぞれ平面からなる2つの側面を平坦面でつないだ形状を有する。内歯部8の先端である歯先部81は、平坦な面であり、2つの側面82は共に平面である。内歯部8の歯元部83は一定の曲率を有する曲面で歯底部84と繋がっている。なお、内歯部8の歯先部81と側面82との間の稜線は面取りされている。
図2、3に示すように、外歯部9の歯形状は、STPD歯形と呼ばれる形状であり、それぞれ曲面(円弧面)からなる2つの側面を平坦面でつないだ形状を有する。外歯部9の歯先部91は平坦な面であり、両側面92は共に外側に膨らんだ凸状曲面である。より詳細には、側面92は、ベルト長手方向を含む断面において、2つの円弧をなめらかに繋げた形状をしている。なお、外歯部9の歯元部93は一定の曲率を有する曲面で歯底部94と繋がっている。
上記の両面歯付ベルト6は、例えば、次のようにして製造できる。1.歯布10を溝付モールドの外周面に沿って巻き付け、その上に心線7をスパイラルに巻き、更にその上に未加硫ゴムシートおよび歯布10を巻き、このようして得られたベルト成形体を加熱加圧して未加硫の予備成形体を作製する。2.上記溝付モールドから取り出した予備成形体を軸間距離調節可能な2つのプーリに掛架し、内外一対の歯付モールドからなるプレス金型により上記予備成形体を加圧して内歯部8と外歯部9を成形し、加硫し終わった部位を移動して、次の内歯部8と外歯部9の形成加硫を繰り返し行う。
図2に示すように、本実施形態の両面歯付ベルト6は、内歯部8と外歯部9の配列ピッチが同じであり、内歯部8と外歯部9のベルト長手方向における位置(中心線)が一致しているものの、内歯部8と外歯部9とで側面形状が異なっている。具体的には、図2、3に示すように、内歯部8の側面82が平面、外歯部9の側面92が外側に膨らんだ凸状曲面である。外歯部9の側面92が膨らんだ凸状曲面であると、側面92が平面である場合と比べて、この曲面状の側面92にプーリ5の歯溝11の側面12が連続的に接触しつつプーリ5が回転していく際の、噛み合いがスムーズになり、ベルト6の外周側において円滑な動力伝達が可能となる。よって、外歯部9が外側に膨らんだ曲面になっているため、ベルト6の外周側の伝動容量が高いといえる。実際、外歯部9の伝動容量は、内歯部8の伝動容量の約2倍である。つまり、ベルト外周側で特に効率よく動力伝達を行いたいベルトシステムにおいて、この実施形態の両面歯付ベルト6は最適である。
内歯部8、外歯部9の形状については、前記実施形態のものに限られず、以下のように適宜変更可能である。
(2)内歯部の側面と外歯部の側面が共に曲面であり、両者の曲率が異なっていてもよい。曲面の曲率が異なっていることによっても伝動容量は変化する。(3)内歯部の側面と外歯部の側面が共に平面であり、歯底部84、94(心線7)に対する傾斜角度が異なっていてもよい。
実施例1、参考例1、及び、比較例1、2の両面歯付ベルト(供試体)について、内歯部及び外歯部のピッチ、ならびに、内歯部及び外歯部の歯形状を表1に示す構成とした。なお、表1に、各ベルト(供試体)における、内歯部及び外歯部の、歯高さと歯元幅についても示した。
(1)ベルト幅:10mm
(2)ベルト周長:385mm
(3)心線:心線の諸元を表2に示す。また、心線の接着処理に用いたRFL液の組成を表3に示す。
(6)歯布:歯布の構成を表5に示す。実施例1、参考例1、及び、比較例1については、ベルト内周側、ベルト外周側とも、歯布Aを用いた。比較例2については、ベルト内周側に歯布Aを用い、ベルト外周側に歯布Bを用いた。
(1)上記実施形態に記載した手順で、上記構成からなる実施例1、参考例1、及び、比較例1、2の両面歯付ベルト(供試体)を作製した。加硫は、予備成形体を165℃(プレス金型の表面温度)、面圧5.0MPaで、20分間加熱・加圧することにより行った。
(2)上記により作製された両面歯付ベルト(供試体)の、ベルト長手方向を含む断面での一部拡大断面図を、実施例1は図2、参考例1は図6、比較例1は図8、および、比較例2は図9、に示す。
実施例の評価に係るベルトシステムは、上記実施形態に記載したベルトシステム1と同じものであり、その概略構成図についても、図1のものと略同じである。
ここで、各プーリの歯数及びピッチ径を表6に示す。なお、各プーリにおけるベルトとの噛み合い歯数は、すべて6以上確保されている。
1.ベルトの内外周での伝動容量
内歯部の伝動容量及び外歯部の伝動容量は、それぞれ、日本工業規格JISK6372:1995(一般用歯付ベルト)において、参考(一般用歯付ベルトの使い方)として記載された別表(歯形別基準伝動容量表)から読み取った。この別表は、「ベルトの伝動容量」を算出する式(同規格3.3.1項、式7に該当)に基づき、作成されたものである。ここで、読み取るべき小プーリの回転数は後述する耐久走行試験時での走行条件に相当する1800rpmとした。読み取った内歯部の伝動容量及び外歯部の伝動容量の結果を、表6に示す。なお、T5歯形を有する歯部の伝動容量を100とした場合の指数を括弧書きで併記した。
実施例1、参考例1、及び、比較例1、2の両面歯付ベルト(供試体)を用いて、ベルト耐久走行試験を図1に示すレイアウト、及び、表6に示す走行条件で行った。なお、試験に先立ち、走行前のベルト張力を音波式張力計(三ツ星ベルト社製、商品名「ドクターテンション タイプIV」)で測定した。そして、ベルト耐久走行試験を開始し、走行後(表6に示す屈曲回数に達し、走行を停止させた直後)のベルト張力を再度測定した。表6では、走行前後の各ベルトの張力からベルト張力保持率の値を算出した結果を示した。ベルト張力保持率の値が高いほど、動力伝動時のベルトとプーリの噛み合い性、及び、心線の耐屈曲疲労性が良好であることを示す。また、走行におけるベルトの故障について観察し、歯欠け、歯元部の亀裂、ジャンピングなどの不具合が生じた場合については、その故障現象を記載した。
ベルトの内外周での伝動容量、および、ベルト耐久走行試験の評価結果は、表6に示す。評価(判定)は、下記AまたはBとした。
即ち、ベルトの内外周での伝動容量を異ならせることができ、しかも、ベルト耐久走行試験の結果、ベルトの故障がなく、ベルト張力保持率が63%以上のものについては、動力伝動時のベルトとプーリの噛み合い性、ならびにベルトの耐久性を確保しつつ、ベルトの内外周での伝動容量が異なる同期伝動ベルトシステムに適用できるとみなせるとして判定A、とした。
ベルトの内外周での伝動容量を異ならせることができなかった場合、あるいは、ベルト耐久走行試験の結果、ベルトの故障が有った場合や、ベルトの故障がなくても、ベルト張力保持率が63%に満たないものについては、動力伝動時のベルトとプーリの噛み合い性、ならびにベルトの耐久性を確保しつつ、ベルトの内外周での伝動容量が異なる同期伝動ベルトシステムに適用できるとみなせないとして判定B、とした。
表6の評価結果によると、実施例1、参考例1は、耐久走行後のベルト張力保持率に問題はなく、動力伝動時のベルトとプーリの噛み合い性、及び、心線の耐屈曲疲労性が良好であり、ベルトの故障もなく、ベルトの耐久性が良好な結果となった。
これは、実施例1については、外歯部(S5M歯形)の伝動容量(367W)が内歯部(T5歯形)の伝動容量(183W)の約2倍である分、ベルト外周側で特に効率よく動力伝達が行えたためであると想定される。参考例1については、内歯部(S5M歯形)の伝動容量(367W)が外歯部(T5歯形)の伝動容量(183W)の約2倍である分、ベルト内周側で特に効率よく動力伝達が行えたためであると想定される。
比較例2は、当走行条件下ではベルトの耐久性が最も劣る結果となった。これは、外歯部が、内歯部(T5歯形)に比べて、伝動容量が大きく(指数111)、プーリとの噛み合いがスムーズな歯形(S2M歯形)に形成されている。しかし、内歯部と外歯部のピッチが異なることにより、ベルト長手方向における内歯部と外歯部の位置が必ずしも一致しない。そのため、ベルトの曲げ剛性が全体的に大きくなった分、ベルトとプーリとの噛み合い性が悪くなり、心線の屈曲疲労性が悪化したためであると想定される。
2〜5 プーリ
6 両面歯付ベルト
7 心線
8 内歯部
9 外歯部
10 歯布
Claims (2)
- ベルトの内周側にベルト長手方向に沿って所定のピッチで並ぶ複数の内歯部と、ベルトの外周側に前記ベルト長手方向に沿って所定のピッチで並ぶ複数の外歯部を有し、前記内歯部と噛み合う駆動プーリから複数の他のプーリへと駆動力を伝達する両面歯付ベルトであって、
前記複数の内歯部の前記ピッチと前記複数の外歯部の前記ピッチとが等しく、且つ、前記内歯部と前記外歯部とで前記ベルト長手方向における位置が一致し、
前記内歯部と前記外歯部とで、歯部を構成するゴムの硬度が等しく、
前記内歯部と前記外歯部のうちの一方の歯部の側面が平面であり、
他方の歯部の側面が外側に膨らんだ円弧面を含む曲面であり、
前記他方の歯部は、前記外歯部であり、前記一方の歯部は、前記内歯部であり、
前記外歯部の伝動容量が、前記内歯部の伝動容量より高いことを特徴とする両面歯付ベルト。 - 前記他方の歯部の側面が複数の円弧面がつなぎ合わされた面形状であることを特徴とする請求項1に記載の両面歯付ベルト。
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