JPH0573934B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、Ｖベルトに関し、特にＶベルトにお
ける横方向および長手方向の補強構造に関する。

従来技術とその問題点 周知の通り、Ｖベルトのエラストマーから成る
本体には、可撓性に富みかつ伸張しない材料から
作られ、同一平面上にあり、かつベルトの長手方
向に配向された複数本のコードにより形成される
抵抗力に富むインサートが埋設されている。

運転中、ベルトとプリーとの間の運動の伝達作
用は、側面により限定されるベルトの一部分とプ
リーの頂部との間の密着による。

Ｖベルトは多くの用途において横方向には充分
に強靭ではなく、かなり変形するので、一定の伝
達効率を長期間保有することができない。更に、
横方向の強さが小さいため、プリーの溝内におい
てベルトの横方向の変形が生じて伝達の全効率が
著しく低下するのである。

また、横方向の強さが不十分であるため過度の
動力を吸収するという欠陥を生じ、そのため弾性
材料が過熱し疲労寿命が短くなる。

上記の欠陥を克服するための一つの解決法は、
一般に弾性材料である非常に高い硬度を有する重
合材料を使用することである。しかし、この場合
には、横方向の硬度は横方向に硬さをもたらす
が、小さな曲率半径のプリーに対するベルトの長
手方向順応性に直接影響を及ぼす。

更に、ベルトの底部に歯列を設けて柔軟性と小
さな曲率半径のプリーに対する順応性の改善を行
なうことにより前記のような欠陥を克服すること
が可能である。

しかし、またこの場合、プリーとの接触面が減
少すると、ベルト側面とプリー側面との接触部位
においてベルト本体が耐えられない程の過大な圧
力が生じるおそれがあるため、更に多くの欠陥に
遭遇することになる。

上記の欠陥を克服するため更に他の解決法を求
めること、特に、弾性を有するベルト本体に種々
の材料を埋設すると同時に適当な歯列をベルトの
下部に設けることができる。

このような解決法により有効な結果を得るが、
ある用途においては、ベルトの本体に組込まれる
接触材料に剥離を生じて、ベルトの使用寿命を短
くするおそれがある。

また、繊維性または鉱物質の材料の繊維を用い
てプリーの側面と接触しようとするベルト部分を
横方向に補強することも考えることができる。

しかし、公知の解決法においては、横方向の強
度を高めれば長手方向に過大な強度を生じること
になり、この解決法においても上記の欠陥、即ち
小さな曲率半径のプリーに対するＶベルトの順応
性を欠くことになる。

更にまた、上記の解決法においては、繊維の埋
設は工業製品において望ましい再現性に乏しい傾
向がある。換言すれば、特に弾性材料の機能の方
向における繊維の確実な配向に対する更に適当な
条件を的確に、あるいはまた実験的に決定するこ
とが不可能であることも考えるべきである。

本発明は、小さな曲率半径に対する馴染みを許
容するために必要な長手方向の柔軟性を損なうこ
となく、応力の存在下でプリーの溝に対するベル
トの楔合接触を避けようとする非常に大きな横方
向の剛性を備えたＶベルトを実現して、大量生産
規模において適用可能な解決法により水準技術の
全ての欠陥を克服することを目的とする。

本発明のＶベルトは、可撓性に富む重合材料の
本体と、ベルトと同心状のリング上に相互に平行
に配置されかつベルトの長手方向に従つて配向さ
れた複数の抵抗力の大きなインサートとからな
る。前記本体の一部分は伝達装置におけるプリー
の溝の接触面と接触しようとする側面により限定
される。

このベルトの特徴は、前記複数の層が、長手方
向に配向された繊維を埋設する層の第１の列と、
横方向に配向された繊維を埋設する層の第２の列
とにより形成され、該第２の列の各層が、長手方
向に配向された繊維を有する第１の列の２つの隣
接する層の間に挟まれて結合されている横方向に
配向された繊維を有し、前記繊維を含む各層の厚
さは、該層に存在する繊維の平均的な長さより短
いかあるいはこれとほとんど等しいことである。

本文において用いられる如き用語「繊維の平均
長さ」は、前記層中に存在する大多数の繊維によ
り決定される長さを指すものである。

従つて、本発明の特徴は二つである。

第１の特徴は、異なる方向に重合された柔軟性
に富む重合材料、特に弾性材料の複数の層に関す
る。

この解決方法においては、それぞれ単一方向に
配向された繊維を有しており、その方向は、一層
の繊維はベルトの長手方向に延び、これに隣接す
る層の繊維は横方向に延びるように、交互に定め
られている。

実際には、この第１の特徴によれば、少なくと
も側面により限定されかつプリーの頂部と接触し
ようとするベルト部分において、各網状組織の網
目が繊維即ちその間で略々90゜で交差する不連続
要素により形成される縦横の網目が形成される。

この形成された様々に重なり合う網目は、非常
に多くの数、例えばベルトの形成のための未完成
の製品として使用され、かつその後未硬化の接着
状態を経てベルトの硬化工程の間エラストマの架
橋結合過程において形成され安定化される所要厚
さの単一層を形成するように繊維を埋設する弾性
に富む生乾きシートを接触させることにより形成
される層を20乃至30層得ることが可能な数とな
る。

第２の特徴は、２つのベルトの主な方向即ち縦
方向及び横方向のそれぞれに配向された繊維から
なる単一層の各々の厚さの寸法と関連している。

この特徴によれば、各層の厚さはそれ自体のど
んな値でもなく、この層中に埋設された繊維の平
均長さの値と密接に関連し、即ち各層の厚さは繊
維の平均長さより小さいかあるいは略々等しい。

２つの上記の特性の組合せが従来のＶベルトに
おいて見出された全ての欠陥の克服に導く理由に
ついては明確に説明することは不可能である。

この点に関しては、本出願人は僅かにいくつか
の仮説を提供することができるのみであるが、こ
れが本発明の目的の妥当性を限定するものではな
い。

第１の方向に繊維が配向された層を、第１の方
向に対して横切る方向に繊維が配向された２つの
隣接層間に設ける本解決法の妥当性は、Ｖベルト
が運動の伝達中に種々の応力を受けることと関連
させて理解すべきである。

例えばもしベルトに横方向に大きな剛性を持た
せかつ長手方向に大きな柔軟性を持たせるため補
強繊維を交差させずに全て横方向に配向させて実
施するならば、本発明の効果は得られない。

実際に、加工中プリーの溝により及ぼされる横
方向の圧縮作用は半径方向および長手方向におけ
る変形を伴ない、これは前記方向における応力が
単一の弾性材料により支えられるため、前記層お
よび繊維間に「剥離」効果を生じるようとする。

本発明のＶベルトにおいて配置されるように、
長手方向に配向された繊維を埋設する層と、横方
向に配向された繊維を埋設する層とを交互に隣接
して結合積層することにより、各層に加えられる
横方向圧縮応力により生じる各層の変形量を減少
させることが可能となり、ベルトの横方向の剛性
及びその疲労寿命の双方を増大させる結果とな
る。すなわち、横方向に繊維を埋設する層は、横
方向圧縮応力に対して容易に抵抗することが可能
である一方、横方向に繊維を埋設する層を隣接し
て挟む長手方向に繊維を埋設する層は、長手方向
圧縮応力に抵抗すると共に、横方向に繊維を埋設
する層を一層強化することが可能となる。

実際には、繊維を埋設するどの層に対しても明
らかに有効であると思われるこの結果は、層の厚
さがその内部に埋設した繊維の長さに比して大き
い時には得られない。

実際において、隣接する面の繊維間の網目構造
の達成、即ち各繊維の長さより層厚を薄くする
と、相互係止状態が改善されることが判つたが、
更に、最も望ましい結果もまた層の厚さを繊維の
平均長さの半分よりも小さい値とすることによつ
て達成される。

層の厚さを各層に埋設された繊維の平均長さよ
りかなり小さいかあるいは等しくすることと関連
する解決法の妥当性のこれ以上の説明は、厚さが
このような値であれば、弾性材料中の繊維を配向
させるカレンダ工程においてほぼ確かに繊維を単
一方向に配向させ得るという事実に依存し得る。
すなわち、当業者において周知のように、カレン
ダ工程においては、高粘性を有するエラストマー
原材料がカレンダ装置のシリンダー近辺を流れ
る。該エラストマー原材料の流れは、完全に薄層
状であり、各エラストマー原材料は平行に流れて
おり、該流れは該原材料とシリンダーとの接触点
におけるシリンダーの周速度に依存する。したが
つて、特にシリンダー近辺のエラストマー原材料
の流れは、シリンダー周速度に影響されながら、
単一方向に配向される。この際、もしエラストマ
ー層の厚さが、各層の繊維長さよりも長ければ、
エラストマー層内の繊維、すなわちシリンダーか
ら離れた繊維はシリンダー周速度に依存しにく
く、ゆえに単一方向に正確に配向されなくなる。
したがつて、かかる繊維の単一方向の配向は、各
層の厚さが該層に埋設される繊維長さもより短い
かあるいは少なくとも等しい際に得られる。

使用において要求される応力の存在下のベルト
の抵抗力の増大の説明に対する更に別の理由は、
繊維がプリーの溝との接触において横方向に配向
されかつ圧縮荷重が課された層に対しベルトに対
し長手方向に配向された繊維によつて形成される
ベルト締め効果によつて決定することができる。

実施例 本発明については、図面に関して限定されない
事例による以下の詳細な記述によつて更によく理
解されよう。

第１図においては、Ｖベルト１は、プリーの溝
の対応する面と接触する側面３により制限された
部分２を有する弾性材料の本体と、ベルトの長手
方向に対して横向きに配置されベルトの内表面６
から突出し、空間５と交互になつた複数の歯４に
より構成される歯列とからなる。

この歯列は、対応するプリーの側面と接触状態
となろうとする側面部により側方に制限されるベ
ルトの部分を実質的に占有する。

ベルト１の部分２は、硬度がシヨアＡ硬さ80乃
至90の範囲内にある複数の弾性材料層からなつて
いる。

部分２の各層は単一方向、即ちベルトの長手方
向もしくは横断方向に配向された複数の繊維を埋
設し、部分２の各層は、その数の如何に拘らず例
えばベルトの長手方向に配向された繊維を有する
層７が最初に接着剤で接合され、次いで共に横方
向に配向された繊維を有する上下２のつの隣接す
る層８，９に対し架橋結合によつて化学的に結合
される。

本文において用いられる如くベルトの長手方向
および横方向に従つて実質的に配向されるという
表現は、１つの層に埋設された繊維がベルトの長
手方向に対して＋5゜乃至−5゜の範囲内の角度で傾
斜させることができるが、この層に隣接する層内
では各繊維が常にベルトの長手方向に対して85乃
至95゜の範囲内の角度で配向されることを示す。

層内に埋設された繊維は、特にガラスの如き鉱
物性材料、またはKevlarとして知られる
aramidic樹脂の如き繊維性材料、あるいはナイ
ロン、ポリエステルまたはレーヨンの如き実質的
に伸張性のない材料等の色々な種類のものでよ
い。

本発明の目的のため、部分２の層は、埋設され
ている繊維の最大長さに関連した特有の厚みを有
する。

本発明によれば、どの層でもその厚さｓ（第２
図）は下式により繊維の平均長さｌよりも小さ
い。即ち、 ｓ≦ｌ この厚さが繊維長さよりも長ければ、前述の層
内での繊維の単一方向の配向が得られない。特に
正確な単一方向の配向を得るために、この厚さは
繊維の平均長さの半分よりも小さいことが望まし
い。

繊維は、0.5乃至５mmの範囲内の長さ、および
10μ乃至400μの範囲内の直径を有する。

繊維が平均長さｌ＝1.5mmのKevlarである特定
の事例においては、厚さは0.4mmである。

実施可能な一例においては、ベルトは、プリー
と接触しようとする側面部により制限される部分
２の上に、相互に同一面内にありかつベルトの長
手方向に配向された複数本の鋼もしくはKevlar
のコード１３を有する。

また別の実施例においては、下側の部分におけ
る如き交番層に従つて配列された繊維を埋設する
弾性材料の更に別の層１５をコード１３上に設け
ることができる。

部分２において予め決められた方向に従つて配
向された繊維を有する層は、ベルトの２つの横断
層面ａ−ａおよびｂ−ｂ（第３図）に認められる
ように加硫処理を行なつたベルトにおいて特定の
経路をとる。

歯列の高さは、２つの歯列１１，１２間にある
空間１０における最小値s₀から歯列の中心線にお
ける最大値s₁まで変化する。

第３図で判るように、成形工程における歯列の
「形出し」は、層が補強コード１３の内側区域か
ら離れてベルトの内表面に接近するに従い歯の形
状に益々近い形状を有するように行なう。

これは歯列間の中間区域における層の薄化及び
歯列の区域における層の肥厚の結果生じる。前記
層を形成するエラストマはこのように薄化区域か
ら除去されて肥厚区域に装入され、第３図に示さ
れた層の最終的な形態を形造るのである。

このエラストマの流れの他に繊維の運動も生じ
ることを避けるため、厚さs₀は、層の数と繊維の
直径とのの積から得られる値よりも決して小さく
てはならない。

無論、本発明の原理によれば、歯の中心線にお
ける各層の厚さは繊維の平均長さよりも小さいか
あるいはこれと等しい。

いくつかの事例によれば、値s₀はs₁の５％乃至
20％の範囲内にあるようにすることができる。前
記範囲以外の場合には、Ｖベルトの歯列における
横方向圧縮応力に対する横方向強度及びプリーの
溝に対する安定性が得られないので、好ましくな
い。

以下において明らかになるように、ベルトの長
手方向を横切る方向に測定した各歯の根元におけ
る幅Ｌと、内表面６から突出するベルトの歯の最
大高さs₁との間の予め定めた比率による解を用い
ることが適当であることが判つた。

この比率Ｌ：s₁は３乃至６の範囲内にあること
が望ましい。

更に別の解決法によれば、歯列のピツチｐと空
間の深さとの間の比率は0.6と１の間にある。

図４ａ及び図４ｂに示されるように、各歯は末
端に横方向圧縮応力が負荷される梁として振る舞
うので、歯の幅と高さとの比率及び歯列のピツチ
と歯列間の空間の深さとの間の比率が前記範囲以
外の場合には、各歯の横方向安定性が得られず、
好ましくない。

上記の実施例においては、前記空間は不平行四
辺形もしくは曲線的な形状を呈し得る。ある用途
における非常に深い空間の場合には、湾曲形状を
用いてこの空間の底部の曲率半径を前記深さに拘
束することにより更なる改善を得ることもでき
る。

このような場合には、ある強度を有するベルト
においては、空間底部の半径と空間深さの間の比
率は0.1よりも大きい、即ちｒ／s₁＞0.1となる。
前記範囲外の場合には、ベルトとプリーとの接触
面が減少して、ベルト本体に過大の圧力が生じる
ので、好ましくない。

多くの可能な解決法の１つにおいては、本ベル
トの製造プロセスは、成形ドラムを用い、また相
互に直角をなす２つの方向に配向された繊維を有
する種々の層からなる部分２を得るための平担な
プレスを用いることにより実施される。

このプレスは図示しないが、平担なプラテンが
設けられ、第１の平担なプラテンと、ベルトの歯
列に対応する歯列が設けられた第１のプラテンの
付近に近付けたりこれから遠去けたりすることが
できる第２のプラテンとからなつている。

上記プラテンは加熱装置が設けられることが望
ましい。固定されたプラテン上には、前のカレン
ダ工程を別個に実施して薄いシートに対して交互
に配向された繊維からなる弾性材料の薄いシート
が積重ねられる。

薄いシートの積層は、プラテンを相互に引付け
ることによりベルトの歯列に対応する１組の溝お
よび突起が形成される。

形出し突起の押込み工程の間、完成したベルト
に関して第３図に示されるように材料の厚さは空
間に対応して小さくされ、これと同時に歯列が圧
縮作用によつて形成される。

製造プロセスの工程は、更に、成形型に対して
このようにして得られた、歯列が設けられたベル
トの部分２と対応する未完成製品を直接定置する
ことによつて完了する。

その後、この未完成の製品に対して鋼、または
Kevlar、もしくは伸張性の小さな材料の巻かれ
たコード１３が定置され、このコードの上に層即
ち最後の薄いシートが置かれる。

最後に、全体に加硫工程を施す。

上記の解決法による結果を達成する目的のため
には、繊維を弾性層内に埋設するため必要なカレ
ンダ工程が本プロセスにおいて特に重要である。

適当な抵抗力を得るためには、各層に埋設され
る繊維の平均長さより小さいかあるいはせいぜい
これと等しい厚さを有するベルトの部分２を形成
しようとする種々のシートのカレンダ措置を行な
うことがきわめて重要であることが判つた。

本発明は、かかる全ての目的を達成することを
可能にするものである。

第１に、本ベルトは小さな直径のプリーにおい
て著しく改善された性能をもたらす結果となる。

このような結果は、長手方向に配向された繊維
と横方向に配向された繊維とが交互に設けられた
複数の補強層を使用することによつて達成される
ためむしろ予期されないものである。

かなりの重荷重の異なる用途に適する柔軟性の
高いベルトが、多くの層および補強要素によつて
も得られることが判つた。

更に、プリーの側面により伝達される圧縮荷重
の存在下におけるベルトの横方向の安定性は、第
３図および第４ａ図に示されるように繊維を含む
層の特定の分布状態に対するこれらの実施例にお
いて最大限に促進することができる。

実際に、ベルトの側面とプリーの側面間の接触
時に、幅がＬおよび高さがs₁の歯は、ベルトの歯
の側面において受ける圧縮推力と等しい圧縮荷重
Ｐを受ける高さＬおよび直径s₁のビームＴ（第４
図参照）としての挙動を呈することになる。

第４ｂ図の照合番号Ｆは、図示の如く、構造の
安定性を増大し、かつもし囲繞要素が存在しなか
つたならば安全な条件下で適用し得るものよりも
大きな荷重Ｐの付加を許容するべく適用される囲
繞要素を示している。

ベルトの歯列の交互の層において長手方向に配
向される繊維の存在は、前記ビームにおける要素
Ｆのそれと同様な効果を生じる。本発明の実施例
において述べた圧縮応力に対する歯列の安定性の
増加はこのように説明される。

実施において、圧縮荷重Ｐが横方向の繊維から
なる層によつて吸収され、またこれらの層が長手
方向の繊維を含む層により生じるベルト駆動作用
によつて保持されるため、歯は非常に小さな変形
を生じてその元の形態を維持するのである。

従つて、本発明の目的にとつて必須のものは、
更に安定した抵抗力を得るため予め定めた所定の
方向、即ち前に述べたベルト駆動作用を生じる長
手方向に、および応力を受ける歯列の膨張を生じ
ることなく圧縮荷重を吸収するため横方向に、繊
維を分布させた事実にある。

前述の如く、このような結果は、カレンダ工程
即ちベルトが最も大きな応力を受けると考えられ
る事前処理が実際に生じ得るため、繊維の一方向
の経路の維持を確実にするように繊維の平均長さ
よりも小さな値を有する層の厚さの特性によつて
得られたものである。

上記の事柄に加えて、本発明の目的および達成
された安定性のためには、上記の値に関する比率
Ｌ／s₁を選択することもまた有効であることが判
つた。

換言すれば、前記の範囲内に維持されるs₁の値
においては、幅Ｌの歯列の寸法的な安定性が得ら
れることが判つた。

本発明のある特定の実施例については本文に示
し記したが、本発明はその範囲内に当業者が知り
得る他のどのような別の実施態様をも包含するこ
とが理解されよう。例えば、本発明は略々六角形
の断面を有するＶベルト、即ちベルトの略々対称
的な部分が第１図に示すように構成された第１の
部分に対してコード１３を含む面に対して対称的
に重合されるベルトをも対象とするものである。

無論、第１図に示されたベルトが、並列関係に
配置されて単一の伝達要素を構成する多くのベル
トの１つ、即ち上側部分が平担な部分に結合さ
れ、下側が複数の溝を有するプリーの溝と対応す
る溝により分割された複数のベルトにより構成さ
れるベルトであると考えることができる。

本発明はまた、ポリウレタン、またはネオプレ
ン、もしくは繊維を埋設するその材料がベルトと
関連するプリーとの間の運動の伝達において通常
用いられる粘弾性材料でよいベルトに対しても適
用されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるベルトを示す部分斜視
図、第２図は繊維を埋設した１つの層の厚さを１
本の繊維の長さと対比させて示す概略図、第３図
は第１図のベルトを示す更に別の部分図、第４ａ
図は荷重下の第１図のベルトの状態を示す図、お
よび第４ｂ図は弾性座屈が生じる限界荷重を有す
るＶベルトの歯と梁との同等性を示す図である。 １…Ｖベルト、３…側面、４…歯列、５…空
間、６…内表面、７，８，９…繊維層、１０…空
間、１１，１２…歯列、１３…補強コード。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可撓性に富む重合材料製の本体と、ベルトに
   対して同心の環状に相互に平行に配置され且つベ
   ルトの長手方向に沿つて配向された複数の長手方
   向の抵抗力を有するインサートとを含み、前記本
   体の一部が伝達装置における対応するプリーの溝
   の表面と接触状態となる側面部により制限され、
   単一方向に配向された繊維を埋設する複数の層か
   ら形成されるＶベルトにおいて、該複数の層が、
   長手方向に配向された繊維を埋設する層の第１の
   列と、横方向に配向された繊維を埋設する層の第
   ２の列とにより形成され、該第２の列の各層が、
   長手方向に配向された繊維を有する前記第１の列
   の２つの隣接する層の間に挟まれて結合されてい
   る横方向に配向された繊維を有し、各層の厚さは
   該層内に存在する繊維の平均長さよりも短いかあ
   るいはこれとほとんど等しいことを特徴とするＶ
   ベルト。 ２ 前記各層の厚さが、該層に含まれる繊維の平
   均長さの半分より小さいかあるいはこれと等しい
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＶ
   ベルト。 ３ 前記側面部により制限された部分における前
   記ベルトの長手方向を横切るように配置された複
   数の歯列を含み、該歯列と対応する前記層が前記
   ベルトの残りの部分に配置された層に関して比較
   的大きな厚さを有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項または第２項記載のＶベルト。 ４ 前記歯列の２つの歯の間の中心線に対応する
   層の厚さが、該歯の中心線に対応する層自体の厚
   さの５％乃至20％の範囲内で変化し、該厚さが前
   記ベルトの長手方向に対して直角の面に沿つて測
   定されることを特徴とする特許請求の範囲第３項
   記載のＶベルト。 ５ 前記ベルトの長手方向を横切る方向に前記歯
   列の根元で測定された各歯の幅と、ベルトの内表
   面から突出する歯の高さと、の間の比率が３乃至
   ６の範囲内にあることを特徴とする特許請求の範
   囲第３項または第４項に記載のＶベルト。 ６ 前記歯列のピツチと歯列間の空間の深さとの
   間の比率が0.6乃至１の間にあることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のＶベルト。 ７ 前記空間が湾曲形状の輪郭を有し、該空間の
   曲率半径と深さとの間の比率が0.1より大きいこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第３項記載のＶベ
   ルト。 ８ 相互に同一面内にあり、関連するプリーと接
   触状態になる側面部により制限される前記部分の
   真上の位置において、前記ベルトの長手方向に配
   向された複数本の非伸張性コードを含むことを特
   徴とする特許請求の範囲の前記各項のいずれかに
   記載のＶベルト。 ９ 単一方向に配向された繊維を含む可撓性に富
   む複数の重合材料層が前記コード上に配置され、
   該複数の層が、長手方向に配向された繊維を埋設
   する層の第１の列と、横方向に配向された繊維を
   埋設する層の第２の列とにより形成され、該第２
   の列の各層が、長手方向に配向された繊維を有す
   る第１の列の２つの隣接する層の間に挟まれて結
   合されている横方向に配向された繊維を有し、各
   層の厚さは該層内に存在する繊維の平均長さより
   も短いかあるいはこれとほとんど等しいことを特
   徴とする特許請求の範囲第８項記載のＶベルト。