JPH0379836A - 歯付ベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、例えば内燃機関の動力伝達ベルトとして用い
られる歯付ベルトに関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の本体は、通常鋳鉄あるいはアルミ合金鋳物か
ら成形され、−前動力伝達ベルトを構成する歯付ベルト
の心線は、ガラス繊維あるいはアラミド繊維から成形さ
れる。歯付ベルトは室温下において所定の張力で内燃機
関に取り付けられ、内燃機関の始動により機関本体が略
一定の高温になると、心線と機関本体の線膨張率の差の
ために、歯付ベルトに作用する張力は室温下に比べて約
１゜５〜２倍まで増大する。

したがって、室温下での取付は時における歯付ベルトの
張力が高すぎると、機関の始動により機関本体の温度が
高くなった時、歯付ベルトの張力が大きくなりすぎ、騒
音が増大する。このような騒音は、ベルト歯とプーリ歯
の噛み合い時に、ベルト歯底がプーリ歯先に打ちつけら
れたり、またベルト歯先がプーリ溝側面に擦りつけられ
ることにより発生する。一方室温下での取付は時におけ
る歯付ベルトの張力が低すぎると、上述のような騒音の
発生は防止できるが、機関始動後しばらくの間歯付ベル
トは低い張力でカム軸を駆動することとなり、ベルト歯
の耐久性が問題となる。

このような歯付ベルトによる騒音を低減するための構成
として、従来、例えば特開昭６２−１．’１３９３９号
公報に開示されたものが知られている。

これは、歯頂部に特殊な隆起部を形成するとともに、ベ
ルト歯の高さをプーリ溝の深さよりも高く形成した構成
を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の歯付ベルトは、機関低温時にある程度高い張力を
保持し、かつ機関の温度上昇により張力が高くなりすぎ
るのを防止するために、機関本体への取付は時、ベルト
の張力が所定の範囲内になるように精密に調整しなけれ
ばならない。

一方、上記公報に記載されたベルト歯は歯頂部に特殊な
隆起部を有することから、この歯付ベルトの成形用の金
型には、その隆起部に対応した形状を有する溝を形成し
なければならず、このため金型を作成するのが困難であ
る。また、この金型による歯付ベルトの成形時、正確な
ベルト歯形を得るために、帆布を特殊な形状を有する溝
に正確に押し込めなければならず、したがって成形作業
が困難である。さらに、この歯付ベルトは特殊な隆起部
を有するために、機関の運転時に風切り音等の新たな騒
音が発生する。

本発明は、機関等への取付は時に張力を高精度に調整す
る必要がなく、また製造が容易であり、しかも騒音が十
分低減された歯付ベルトを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

第１の発明に係る歯付ベルトは、ベルト歯の断面形状の
外形が円弧状曲線から成り、かつ心線が６Ｘ１０−”〜
９ＸｌＯ−”／度Ｃの線膨張率を有する材料から成形さ
れることを特徴としている。

第２の発明に係る歯付ベルトは、ベルト歯の断面形状の
外形が円弧状曲線から成り、かつベルト歯を形成するゴ
ムが、表面側に軟性ゴム層を有し、内部に剛性ゴム層を
有することを特徴としている。

第３の発明に係る歯付ベルトは、ベルト歯の断面形状の
外形が円弧状曲線から成り、心線が６×１０−６〜９×
１０−”／度Ｃの線膨張率を有する材料から成形され、
かつベルト歯を形成するゴムが、表面側に軟性ゴム層を
有し、内部に剛性ゴム層を有することを特徴としている
。

〔作用］ 第１の発明によれば、ベルト歯の断面形状の外形が円弧
状曲線から成るので、ベルト歯はプーリ溝と干渉しにく
く、騒音が低減される。また心線の線膨張率が機関の線
膨張率に近づくため、機関の運転時におけるベルトの張
力の上昇が抑えられて騒音は低減される。

第２の発明によれば、ベルト歯の断面形状の外形が円弧
状曲線から戒るので、騒音が低減され、またベルト歯が
軟性ゴム層を有するので、騒音発生のエネルギーが吸収
され、騒音はさらに低減される。さらにベルト歯の剛性
ゴム層により、プーリ歯との噛み合い時にベルト歯が変
形することはなく、したがって、歯付ベルトによるプー
リの同期駆動が確保される。

第３の発明は、第１および第２の発明の作用を併せ持っ
ており、騒音はより低減される。

〔実施例〕

以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る歯付ベルトを示す。

この歯付ベルトの本体は台底ゴムがら成形され、ベル［
１０および歯底面２０の表面には帆布３０が被覆されて
おり、また本体内部には、ベルトの長平方向に沿って延
びる心線４０が埋設される。

ベルト歯ＩＯの断面形状の外形は複数の円弧状曲線から
成り、中心線に対して対称形を有する。

すなわち歯側面１１、歯元１２および歯頂部１３の断面
形状は、それぞれ円弧状の輪郭を有し、各円弧は相互に
滑らかに接続している。歯元１２を構成する円弧の曲率
半径は、歯側面１１をｆＩ或する円弧の曲率半径の３５
分の１０である。歯底面２０の断面形状は直線状であり
、歯底面２０の端部は歯元１２に滑らかに接続する。

なお、本実施例においてベルト＠１０の断面形状の外形
は円弧状を有しているが、厳密に円弧である必要はなく
、円弧により近似される曲線であればいかなるものでよ
く、例えば放物線の一部、楕円の一部、サイクロイド曲
線の一部、双曲線の一部、懸垂曲線の一部等であっても
よい。

帆布３０は歯形を保護するものであり、ナイロン６．６
の合成繊維から成る基布である。基布は伸縮性のもので
もよく、また非伸縮性のものでもよい。この基布の織り
に特別な制限はなく、平織り、綾織り、あるいは朱子織
りでもよく、また変性織りも可能である。さらに、帆布
３０の素材はナイロン１１、ナイロン１２あるいはポリ
エステル繊維でもよく、またこれらに限定されるもので
はなく、耐熱性を備えていれば、いかなる合成繊維であ
ってもよい。

心線４０は、９Ｘ４０−’／度Ｃの線膨張率を有する改
良されたガラス繊維から成る。すなわちこの心線４０は
、従来のガラス繊維よりも約１．　２〜１．５倍の大き
さの線膨張率を有し、内燃機関の本体の線膨張率との差
は従来のものよりも小さい。

なお従来のガラス繊維として、例えばＥガラスの成分を
述べると、Ｓｉｎｇは５２〜５６重量％、ＣａＯは１６
〜２５重量％、Ｂ　ｚ　Ｏ３は８〜１３重量％、Ａｌ２
Ｏ３は１２〜１６重量％、ＭｇＯは０〜６重量％、Ｎ　
ａ　ｔ　ＯｌＫ、０５Ｌｆ、Ｏは０〜３重量％であり、
また線膨張係数は５Ｘ１０−ｂ／度Ｃである。

これに対し、本実施例においては、上述のように改良さ
れたガラス繊維が用いられており、その成分は次のよう
なものである。すなわち、従来のガラス繊維に比し、５
３０ｔの＆ｇ戒割合は大きくし、例えば６５〜７５重量
％とする。ＡｔｚＯｚの組成割合は小さくし、たとえば
０〜１０重量％とする。ＣａＯの組成割合は小さくし、
例えば３〜１５重量％とする。ＮａｎｏＸＫ、０１Ｌｉ
、Ｏの組成割合にはさらに幅をもたせ、たとえばＯ〜２
０重景％とする。その他の成分としてＺｒ０ｚを添加し
てもよい。

この成分により、上述のように従来のガラス繊維よりも
約１．２〜１．５倍の大きさの線膨張率が得られるが、
この線膨張率を満足するものであれば、心線４０を構成
するガラス繊維は他の成分を有していてもよい。

ベルト本体を構成するゴムは水素添加ニトリルゴムであ
り、その硬度はベルト全体にわたって略均−である。な
お、本実施例においては歯付ベルトを熱的環境下で使用
することから水素添加ニトリルゴムが採用されているが
、クロロプレンゴム、クロルスルホン化ポリエチレン、
ポリウレタン等の合成ゴムを用いてもよい。

ベルト歯１０のゴムの中には、酸化亜鉛を成分としたテ
トラポット状のウィスカー等が充填され、これによりベ
ルト歯ｌＯの剛性が高められている。

このウィスカーは、１０〜１５０ミクロンの微小サイズ
を有するので、ゴム内に多量に充填されることができる
。またウィスカーは、単体では５゜７８の比重を有して
おり、テトラポット状であることから相互に絡み合い、
したがって比重の高い層を形成するとともに、十分な剛
性を発揮する。

本実施例品は、ベルト歯の断面形状の外形が円弧状曲線
から成るので、ベルト歯１０はプーリ溝と干渉しにくく
、騒音が低減される。また本実施例品は、上述のように
ベルト歯１０内には立体ウィスカー等が充填されている
ので、ベルトｉＩＯの耐久性が向上する。さらに、内燃
機関の線膨張率に近い線膨張率を有する心線４０が設け
られているので、機関温度が上昇してもベルト自体の伸
びは小さく、室温時からの張力の増加率は従来よりも小
さい。したがって、室温下でのベルト取付けにおいてベ
ルトの張力を高精度に調整する必要がなく、ベルトの組
付は作業が容易になり、また機関の運転時におけるベル
トの張力の上昇が抑えられて騒音はさらに低減される。

第２図は第２実施例を示す。この歯付ベルトは第１実施
例と基本的には同じ形状を有するが、心線４０とベルト
本体のゴムの構成が異なる。

すなわち、心ｖＡ４０は従来公知のＥガラス繊維から成
り、５Ｘ１０−’／度Ｃの線膨張率を有する。

ベルト本体は、第１実施例と同様に水素添加ニトリルゴ
ムから戒る基本ゴム材料により構成されるが、背面ゴム
層５１と剛性ゴム層５２と軟性ゴム層５３とを有する。

背面ゴム層５１はベルト本体の長手方向に沿って延び、
剛性ゴム層５２と軟性ゴム層５３は心線４０より前面側
に位置する。軟性ゴム層５３は帆布３０の裏面に沿って
おり、剛性ゴム層５２は軟性ゴム層５３の裏側に位置し
、剛性ゴム層５２の層厚さはベルト歯１０の中央に近い
ほど厚い。

剛性ゴム層５２は、酸化亜鉛を収骨とし１０〜１５０ご
クロンの大きさのテトラボ・ノド状のウィスカーを充填
して構成される。一方軟性ゴム層５３は、水素添加ニト
リルゴムから戒る基本ゴム材料に、軟化剤あるいはこれ
の相当品を添加して成るものでもよいが、軟性をもたせ
るゴムをブレンドして戒るものであってもよい。

背面ゴム層５１と剛性ゴムＮ５２と軟性ゴム層５３の割
合は、目的に応じて自由に定めることができ、この割合
により、ベルトの剛性とエネルギー損失が、このベルト
が取付けられる内燃機関にとって最適なものとなる。ま
たこの割合は、ベルトの成形部の工程において、各ゴム
層を構成するシート状ゴム材料の厚さを適当に定めるこ
とにより、決定される。なお、剛性ゴム層５２と軟性ゴ
ム層５３とは、後述のように、未加硫状態で相互に接し
ているため、加熱および加圧後の歯付ベルトにおいては
両者の境界は渾然一体となっており、したがってベルト
歯１０内の各層５３．５２の境界におけるゴムの硬度は
、軟性ゴム［５３から剛性ゴム１ｉ５２にかけて、連続
的かつ傾斜的に増加する。

各ゴム層の硬度は、背面ゴム層５１において、ＪＩＳ　
　Ａ　　７２前後、剛性ゴム層５２において、ＪＩＳ　
　Ａ　　７４〜８０、軟性ゴム層５３においてＪＩＳ　
　Ａ　　６２〜７０が好ましい。また背面ゴム層５１の
２００％モジュラスは７５〜９８Ｋｇｆ／ｃ＋＋”　、
剛性ゴム層５２の２００％モジュラスは９２〜１２５　
Ｋｇｆ／ｃｍ”　、軟性ゴム層５３の２００％モジュラ
スは４８〜８９　Ｋｇｆ／ｃｍ”である。

軟性ゴム層５３において、６２以下の硬度とすると、ベ
ルトとプーリとの噛み合い時に発生する衝撃力が軟性ゴ
ム層５３により吸収されて騒音が低減する。しかし、帆
布３０と剛性ゴム層５２が剪断応力に対して強いのに対
し、軟性ゴム層５３は、ベルト歯１０がプーリ溝の側面
に摺接することにより生じる摩擦応力に対して、十分に
耐えることができず、破損するおそれが生しる。一方、
軟性ゴム層５３の硬度が７０を越えると、剪断に対する
耐久性は向上するが、プーリとの噛み合い時に発生する
衝撃力を十分に吸収することができず、騒音の低減効果
が低下する。したがって、軟性ゴム層５３の硬度はＪＩ
Ｓ　　Ａ　　６２〜７０が好ましい。

剛性ゴム層５２において、７４以下の硬度とすると、軽
負荷時には問題は生じないが、高負荷が作用した時、ベ
ルト歯形が変形し易くなり、形状の保持性が低下する。

一方、この硬度が８０を越えると、歯形の形状保持性に
は問題がなくなるが、長期にわたる靭性保持の性能が低
下する。したがって剛性ゴム層５２の硬度はＪＩＳ　　
Ａ　　７４〜８０が好ましい。

背面ゴム層５１の硬度は、歯付ベルトとプーリの動力伝
達性能のバランスおよび熱的環境下での背面における耐
クラツク性の点から７２前後が適当である。

本実施例の歯付ベルトの製造方法を説明する。

まず、外周にベルト歯１０に対応した数および形状を有
する凹部を形成された円筒形の金型を底形する。次にこ
の金型に円筒形状の基布を嵌合させ、さらにその上から
心線４０を巻く。そしてその上にゴムのシート材を巻く
。この時、初めに軟性ゴムのシート材、次に剛性ゴムの
シート材、最後に背面ゴム層となる基本ゴム材料のシー
ト材を巻く。

そして、加熱、加硫工程により歯形の底形を行った後、
金型を除去して筒状のベルト材を取り出す。

ここでベルト材には、第２図に示すような３層のゴムＩ
’Ｗ５１．５２．５３が形成されている。背面研磨等の
所定の仕上げ工程の後、ベルト材は、所定の幅（例えば
１９ｍｍ）に切断され、これにより歯付ベルトが得られ
る。

このような第２実施例の歯付ベルトは、ベルト歯１０の
断面形状の外形が円弧状曲線から成るので、ブーりとの
干渉が発生せず、したがって騒音が低減される。また、
ベルト歯１０が軟性ゴム層５３を有するので、騒音発生
のエネルギーが吸収され、騒音はさらに低減される。さ
らにベルト歯１０の剛性ゴム層５２により、プーリ歯と
の噛み合い時にベルト歯が変形することはなく、したが
って、歯付ベルトによるプーリの同期駆動が確保される
。

本発明の第３実施例は、図示しないが、心ｖＡ４０が９
Ｘ１０−ｂ／度Ｃの線膨張率を有する、改良されたガラ
ス繊維から成形されており、その他の構成は第２図に示
す第２実施例と同様である。すなわち、ベルト歯１０の
断面形状の外形は複数の円弧から形成され、また本体の
ゴムは背面ゴム層５１、剛性ゴム層５２および軟性ゴム
、１１５３を有し、かつ表面は帆布３０により被覆され
る。

この第３実施例の構成によれば、第１および第２実施例
の作用を併せて発揮し、騒音はより低減される。

次に、第１〜第３実施例の歯付ベルトによる騒音を比較
例の歯付ベルトによる騒音とともに説明する。

このような騒音の測定は、第５図に示す装置により行わ
れる。歯付ベル１−９０は、例えば、歯数２０のクラン
クプーリ９１と、歯数４０のカムプーリ９２に巻回され
、この歯付プーリ９０の外面には直径６０ｍｍのテンシ
ョンプーリ９３が係合されている。クランクプーリ９１
は、例えば１１０００ｒｐの回転数で回転せしめられ、
マイクロホン９４はクランクブーＩ７９１から３００　
ｍｍ１１間して配設される。この状態において騒音が測
定される。

第３図は第１比較例を示し、ＲＭＡ　（ＲｕｂｂｅｒＭ
ａｎｕｆａｃｔｕｒｅｓ　Ａｓ５ｏｃｉａｔｉｏｎ）Ｉ
Ｐ−２４（１９７８）に定められた台形歯形りを有する
。すなわち歯側面６１、歯頂部６３および歯底面７０の
断面形状の外形は直線状であり、歯元６２の円弧は歯側
面６１および歯底面７０に滑らかに接続し、ま、た歯肩
部６４の円弧も歯頂部６３に滑らかに接続する。このよ
うな構成を有するベルト歯６０および歯底面７゜は第１
〜第３実施例と同様なナイロン６．６がら成る帆布３０
により覆われ、またベルト本体の長平方向に沿って心線
４０が埋設される。心線４゜は通常のＥガラス繊維から
成り、その線膨張率は５　Ｘ　１０−’／度Ｃである。

ベルト本体は、水素添加二）　ＩＪルゴムから成形され
、その硬度は本体全体にわたって均一であり、ＪＩＳ　
　Ａ　　７４である。

第４図は第２比較例を示し、第１比較例と同様にＲＭＡ
のＬ歯形を有する。心線４０は改良されたガラス繊維か
ら成り、線膨張率は９ＸＩＯ−’／度Ｃである。ベルト
本体のゴムの構成は、背面ゴムｉ５Ｌ剛性ゴム層５２お
よび軟性ゴムＮ５３を有し、各ゴム層の硬度は、背面ゴ
ム層５１が７４、剛性ゴム層５２が６５、軟性ゴム層５
３が８０である。帆布３０はナイロン６．６繊維から形
成される。

第３比較例は、第１図に示すものと同様な構成を有し、
すなわち歯形の外形は複数の円弧を接続してなるもので
あるが、心線４０は従来公知のＥガラス繊維からなり、
線膨張率は５Ｘ１０−’／度Ｃである。ベルト本体のゴ
ムは、ナイロン６６繊維から成り、本体全体にわたって
均一な硬度を有し、またゴムの硬度は、ＪＩＳ　　Ａ　
　７４である。

なお、この騒音の比較において、第１実施例のベルト本
体のゴムの硬度は均一であり、その大きさはＪＩＳ　　
Ａ　　７４である。また第２および第３実施例において
は、ベルト本体のゴムは複合形であり、背面ゴム層の硬
度は７４、剛性ゴム層の硬度は８０、また軟性ゴム層の
硬度は６５である。

これら第１〜第３比較例および第１〜第３実施例の構成
の概略を第７図に示す。また第７図においてｒ記号１は
第６図のグラフに用いられる記号を意味する。

第６図は上記実施例および比較による騒音の温度に対す
る変化を示す。

この図から理解されるように、第１比較例において、騒
音は、低温時において既に大きく、また温度の上昇とと
もにさらに大きくなる。第２比較例に示されるように、
心線として線膨張率の大きい改良されたガラス繊維を用
いるとともに、ベルト本体のゴムとして、剛性ゴム層と
軟性ゴム層を有する複合構造を採用すると、騒音の増加
率を抑えることはできるが、元々の騒音が高いため、十
分な騒音低減の効果を得ることはできない。さらに、第
３比較例のようにベルト歯形を円弧状とし、かつ心線を
従来のＥガラス繊維から形成するとともにベルト本体の
ゴムを均一な硬度を有する構成とすると、騒音は、低温
時においては小さいが、温度の上昇とともに増大し、十
分に騒音を低減することはできない。

これに対し、第１実施例によれば、心線が従来よりも大
きい（９Ｘ１０−”／度Ｃ）の線膨張率を有しているの
で、内燃機関の温度上昇に伴い、張力は従来はど上昇せ
ず、したがって騒音は温度の上昇によってあまり増加し
ない。第２実施例においては、心線は従来と同じものが
使用されているが、ベルト本体のゴムが剛性ゴム層と軟
性ゴ去層を備えた複合形を有するため、軟性ゴム層によ
る振動吸収効果により、騒音の発生が抑制される。

したがって温度の上昇による騒音の増大は第１実施例と
同様に少ない。また、第３実施例では、さらに心線が改
良された線膨張率の大きいガラス繊維から形成されてい
るため、内燃機関の温度上昇によるベルト張力の増大も
少ない。したがって、第３実施例においては温度上昇に
伴う騒音の増加率はさらに小さくなる。

第２および第３実施例の歯付ベルトは、複合構造のゴム
層を有するので、ベルト歯１０は十分な耐久性を有し、
したがって室温下において従来よりも低い張力で歯付ベ
ルトを内燃機関に取付けても、機関始動時にベルト歯が
損傷することはない。

また、第１〜第３実施例の歯付ベルトの張力は、温度の
上昇により、従来の歯付ベルトのように大きくならない
ので、室温下において高い張力で機関に取付けても、機
関の温度上昇による張力の増加率は小さく、このため騒
音の増大が抑制される。

したがって、室温下での機関へのベルト取付けにおいて
、張力を高精度に調整する必要がなく、その取付は作業
が容易になる。また、内燃機関が運転および停止を頻繁
に繰り返すような場合、温度変化が大きく、このために
歯付ベルトの張力も変化を繰り返す。しかし、このよう
な場合であっても、第１および第３実施例の歯付ベルト
であれば張力の変化が小さく、また第２実施例の歯付ベ
ルトであれば軟性ゴム層の作用により衝撃が吸収され、
したがって騒音の発生が抑制される。

さらに上記各実施例は、従来のようにベルト歯ｌＯに特
殊な隆起部を有しないので、製造が容易である。

〔発明の効果］ 以上のように本発明によれば、機関等への取付は時に張
力を高精度に調整する必要がなく、また製造が容易であ
り、しかも騒音が十分低減された歯付ベルトが得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１実施例を示す断面図、 第２図は第２実施例を示す断面図、 第３図は第１比較例を示す断面図、 第４図は第２比較例を示す断面図、 第５図は騒音の測定装置を示す図、 第６図は騒音の測定結果を示す図、 第７図は第１〜第３実施例と第１〜第３比較例の構成を
一覧表として示す図である。 １０・・・ベルト歯 ４０・・・心線 ５２・・・剛性ゴム層 ５３・・・軟性ゴム層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ベルト歯の断面形状の外形が円弧状曲線から成り
   、かつ心線が６×１０＾−＾６〜９×１０＾−＾６／度
   Ｃの線膨張率を有する材料から成形されることを特徴と
   する歯付ベルト。
2. （２）ベルト歯の断面形状の外形が円弧状曲線から成り
   、かつベルト歯を形成するゴムが、表面側に軟性ゴム層
   を有し、内部に剛性ゴム層を有することを特徴とする歯
   付ベルト。（３）ベルト歯の断面形状の外形が円弧状曲
   線から成り、心線が６×１０＾−＾６〜９×１０＾−＾
   ６／度Ｃの線膨張率を有する材料から成形され、かつベ
   ルト歯を形成するゴムが、表面側に軟性ゴム層を有し、
   内部に剛性ゴム層を有することを特徴とする歯付ベルト
   。