JPH10299836A - 歯付ベルト - Google Patents

歯付ベルト

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JPH10299836A
JPH10299836A JP9116395A JP11639597A JPH10299836A JP H10299836 A JPH10299836 A JP H10299836A JP 9116395 A JP9116395 A JP 9116395A JP 11639597 A JP11639597 A JP 11639597A JP H10299836 A JPH10299836 A JP H10299836A
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JP
Japan
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tooth
belt
pitch
aramid fiber
teeth
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JP9116395A
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Masakuni Yoshida
正邦 吉田
Nobutaka Osako
信隆 大迫
Toshiyuki Oya
俊之 大屋
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Mitsuboshi Belting Ltd
Original Assignee
Mitsuboshi Belting Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 自動車エンジン駆動用歯付ベルトで、高負荷
による早期ジャンピング故障を防止し、小プーリ径でも
歯部の異常摩耗が発生しなく、かみあいが良く寿命が長
い歯付ベルトを提供する。 【解決手段】 自動車エンジン駆動用歯付ベルトにおい
て、歯のピッチを5.5mmから7.5mmの範囲に
し、心線3として直径が0.6mmから1.1mmの範
囲のガラスコードあるいはアラミド繊維を使用し、歯布
5としてはベルト長手方向を構成する糸6が少なくとも
50重量%がアラミド繊維からなる織物で、ベルト中で
の歯布厚を0.2〜0.4mmとする。さらに歯部2お
よび背面部4を構成するゴムエラストマーを少なくとも
水素添加率が90%以上のアクリルニトリルーブタジエ
ン共重合体とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車エンジン駆
動用歯付ベルトに係り、詳しくは高温環境下および高負
荷で使用され、ベルトレイアウトの省スペース化を可能
にする歯付ベルトに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に歯付ベルトのピッチは2mm,3
mm,5mm,8mm,9.525mm,12.7mm
に設定されており、特に自動車用エンジンのカムシャフ
トを駆動する歯付ベルトは8mmまたは9.525mm
の歯ピッチの2種類がある。近年、自動車用エンジンは
高性能化、エンジンルームのコンパクト化によるベルト
回りの温度上昇のためゴム材料もクロロプレンゴムでは
耐久性に劣るようになってきた。さらに歯布も従来のナ
イロン織物製の歯布では上記環境下のもとでは、耐熱
性、耐摩耗性で要求品質を満たさなくなってきた。
【0003】また、近年特に自動車の衝突安全性確保の
ためさらに、エンジンのスペースをコンパクトにする必
要性から小プーリで駆動でき、幅の狭い歯付ベルトの要
求がでてきた。現在自動車のカム駆動用に使用されてい
る8mmピッチのベルトに使用されているクランクプー
リの歯数は一般的には24歯数で外径が約59.7mm
であり、同様に9.525mmピッチでは20歯数で外
径が約59.3mmに設定されているがレイアウトをコ
ンパクトにするにはまずプーリ外径を小径にすることが
必要である。従来の歯付ベルトを8mmピッチの小径プ
ーリに適用した場合、プーリに巻きかけたときのベルト
内の心線の曲率が大きく、歯ピッチ毎に歯部と歯底部の
境界の歯元部分に応力が集中する多角形効果により、心
線の屈曲疲労が大きく早期切断に至る。
【0004】さらに、8mmピッチでプーリ歯数を20
以下にした場合プーリとベルト歯のかみ合い時に干渉が
起こりやすくなるため異常摩耗が発生し、特に雰囲気温
度が高い走行条件では早期歯欠けが発生する。プーリ径
またはプーリ歯数を小さくしても心線の疲労が少なく、
かつ走行条件の厳しい高負荷で雰囲気温度が高い場合で
も歯布の異常摩耗が発生しにくい構成の歯付ベルトを開
発することが急務となってきた。
【0005】この要求に対し、従来の歯付ベルトの歯ピ
ッチについて、8mm、9.525mmピッチのベルト
はジャンピングの故障は発生しにくいが、プーリ径を小
さくしてプーリの歯数を少なくするとプーリ歯とベルト
歯のかみ合い干渉が大きくなり、ベルト歯の異常摩耗に
より早期寿命となっていた。そこで、従来の歯のピッチ
が5mmピッチのベルトを使用しようとした。このベル
トは、歯のピッチに相似して歯の高さも8mmピッチの
ベルトよりも小さくなっている。さらに、まず歯布の厚
さと心線の直径との関係について説明するが、歯付ベル
トのベルト歯とプーリ歯とのかみ合い関係はベルトの心
線ピッチ上で成り立っているため、ベルト歯底から心線
の中心までの距離(以下PLDと記す)が最も重要な寸
法である。PLDはベルト中の歯布厚みと心線の半径の
和で求められる。このPLDも歯のピッチと比例して小
さくなるのが従来の設計思想であった。ところが、この
PLDを従来の設計思想と同様に歯のピッチに合わせて
小さくすると、歯布の厚みあるいは心線の直径を細くし
なければならず、それではベルトの切断、あるいは歯欠
けの可能性が十分考えられた。そこで、歯のピッチは小
さくするが、PLDは8mmピッチのベルトと同等程度
とすることを考えた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような問
題点を改善するものであり、高負荷による早期ジャンピ
ニグ故障を防止し、小プーリ径でも歯部の異常摩耗が発
生しなく、かみ合いが良く寿命が長い歯付ベルトを提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】即ち、上記発明に適合す
る本発明の特徴は、長さ方向に沿って配置した複数の歯
部と、心線を埋設した背面部と、歯部表面および歯底部
の表面を被覆した歯布からなる歯付ベルトにおいて、歯
のピッチが5.5mmから7.5mmの範囲にあり、上
記心線として少なくとも直径が0.6mmから1.1m
mの範囲のガラスコードあるいはアラミド繊維を使用
し、さらに上記歯布の厚みが0.2mmから0.4mm
であって、ベルト長手方向を構成する糸が少なくとも5
0重量%がアラミド繊維からなる織物であって、上記歯
部および背面部を構成するゴムエラストマーとして少な
くとも水素添加率が90%以上のアクリルニトリルーブ
タジエン共重合体であり、さらに、心線の直径Dmmと
歯布厚さTmmの関係が 0.65≦D/2+T≦0.85 を満足する歯付ベルトにある。
【0008】請求項1に係る発明では、歯のピッチを
5.5mmから7.5mmの範囲にすることによって、
歯部の断面積がピッチが5mmの場合と比べて大きくな
ることより単位面積当たりに受ける力が小さくなり、ジ
ャンビングもせずさらに8mmピッチのベルトよりも耐
屈曲性が良くなり、プーリ歯数が小さくなってもプーリ
歯とベルト歯のかみ合い干渉を起こさなくベルトが異常
摩耗を起こさない。また直径が0.6mmから1.1m
mの範囲のガラスコードあるいはアラミド繊維を使用す
ることによって、ベルトとプーリのかみ合いが良好とな
る。そして、歯布がベルト長手方向を構成する糸が少な
くとも50重量%がアラミド繊維からなる織物であっ
て、厚みを0.2mmから0.4mmとすることによっ
て、心線の耐屈曲性を損なわずにさらに、耐摩耗性にも
優れたベルトとなる。さらに歯部および背面部を構成す
るゴムエラストマーが少なくとも水素添加率が90%以
上のアクリルニトリルーブタジエン共重合体であること
より、背ゴム表面または歯元部に早期にクラックが発生
することもない。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照しつつ説明する。図1は本発明の歯付ベルトの斜視
図である。図2から図7は本発明の歯付ベルトの一例で
あり、歯のピッチと歯の高さの関係を示した図である。
本発明の歯付ベルトの歯のピッチは5.5mmから7.
5mmであり、歯形は相似形となるためそれぞれの歯の
ピッチに応じて歯の高さも異なっている。歯形に関して
は、歯圧力面が円弧からなる丸歯と言われる歯形あるい
は台形歯のいずれでも良い。
【0010】ここで、歯のピッチが5.5mmより小さ
くなると歯部の体積が小さくなるために、負荷が大きく
なるとジャンピングが発生して早期寿命となり、また
7.5mmを越えると小プーリ歯数を20歯以下にした
場合、プーリとベルト歯のかみ合いに干渉が起こりやす
くなり、歯部摩耗が発生する。
【0011】そして、ベルトに与えられる設定張力とベ
ルトに掛かる負荷に対してベルトの伸びが少なく、かつ
長期間使用してもベルト長さの変化が0.1%以下に保
持されなければ良好なかみ合いが得られなくなる。この
ことより、上記心線3としてはガラスコードまたは芳香
族ポリアミド繊維(アラミド繊維)の撚りコードを使用
する。ガラスコードとしては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、
ゴム組成物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。また、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組成物と
の接着剤で処理された撚りコードが使用される。さらに
上記心線3の直径としてはエンジンスペースが制限され
ているためベルト幅が狭く設定されることにより、0.
6mm〜1.1mmが好ましい。0.6mmより小さく
なると、ベルト負荷により伸びが大きいため良好なかみ
合いが得られず、また1.1mmより大きいと歯布の厚
さとの関係から良好なかみ合いが得られない。
【0012】上記歯布5は、負荷およびベルト単位幅当
たりの張力が大きい場合、特に雰囲気温度が100°C
以上となる高温走行条件では歯布の耐摩耗性を考慮し、
緯糸6(ベルトの長手方向)として少なくとも50重量
%がアラミド繊維からなる歯布を使用する必要がある。
また、経糸7としては材質が6ナイロン、66ナイロ
ン、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良い。織構成も平織物、
綾織物、朱子織物でいずれでも良い。上記歯布5はRF
L液、イソシアネート溶液あるいはエポキシ溶液によっ
て処理される。RFL液はレゾルシンとホルマリンとの
初期縮合物をラテックスに混合したものであり、ここで
使用するラテックスとしてはスチレンーブタジエンービ
ニルピリジン三元共重合体、水素化ニトリルゴム、クロ
ロスルフォン化ポリエチレン、エポクロルヒドリンなど
のラテックスである。さらにベルト上での歯布の厚み
は、0.2mm〜0.4mmとする。ここで歯布の厚み
が0.2mmより小さいと初張力および負荷により歯布
の摩耗により歯欠け寿命に至る。また、0.4mmより
大きくなると、心線の直径との関係により、良好なかみ
合いが得られない。
【0013】上記歯部2及び背部4に使用されるゴムエ
ラストマーは、アクリロニトリルとブタジエンの共重合
体の2重結合を90%以上水素添加して得られた水素添
加アクリロニトリルブタジエンゴムにカーボンブラッ
ク、可塑剤、老化防止剤、架橋剤等を混練りしたゴム配
合物であって、少なくとも水素添加率が90%以上のア
クリルニトリルーブタジエン共重合体であるゴムエラス
トマーを使用する。ここで、水素添加率が90%より小
さい水素添加アクリルーブタジエンゴムを使用すると、
早期に背ゴム表面または歯元部にクラックが発生しベル
トの切断や歯欠けによる早期寿命となる。
【0014】つぎに、歯布の厚さと心線の直径との関係
について説明する。歯付ベルトのベルト歯とプーリ歯と
のかみ合い関係はベルトの心線ピッチ上で成り立ってい
るため、ベルト歯底から心線の中心までの距離(以下P
LDと記す)が最も重要な寸法である。PLDはベルト
中の歯布厚みと心線の半径の和で求められる。そしてベ
ルトとかみ合うプーリの直径は下記の式で求められた場
合が最もかみ合い関係が良好である。 プーリ直径=(プーリ歯数×歯ピッチ)/π−2×PL
D (但し、π:円周率、PLD:そのプーリとかみ合わせ
るベルトの歯底からピッチラインまでの距離) ベルトレイアウトのコンパクト化のため、歯のピッチを
5.5mmから7.5mmのピッチに設定し、プーリ歯
数もできるだけ少数の小プーリの直径にする場合、PL
Dの値は小さい方が心線の耐屈曲性は良好であるが、歯
布の耐摩耗性を考慮して、次の範囲に設定した。 0.65mm≦PLD(=D/2+T)≦0.85mm ここで、PLD(D/2+T)が0.65mmより小さ
ければ歯布の摩耗が早くなり、ベルトが早期寿命とな
る。また0.85mmより大きくなると耐屈曲性が悪く
なり、歯欠けが生じる。
【0015】
【実施例】
実施例1〜3 心線として表1に示す高強度ガラスの材質で7μmのフ
ィラメント径をもった3本の原糸を引き揃えて下撚りを
10cm当たり12回掛け、その子縄を更に11本引き
揃えて下撚りと逆方向に10cm当たり8回上撚りを掛
けた。そして、そのコードを主成分がレゾルシンとホル
マリンとゴムラテックスとの混合物からなる接着剤(R
FL)とそのRFLの表面に施すゴム糊をコーティング
し乾燥した。そして、そのガラスコードを準備し、歯布
として表4に示すような緯糸が200デニールのテクノ
ーラ(パラ系アラミド繊維のフィラメント糸)と550
デニールのコーネックス(メタ系アラミド繊維の紡績
糸)からなり、経糸が420デニールのナイロンで構成
され、さらに製織時のアラミド繊維割合(アラミド繊維
の重量を総繊維重量で除して100を乗じた数)が75
%であり、製織時の経糸と緯糸の50mm幅当たりの打
ち込み本数を経糸を60本、緯糸を100本とした帆布
を心線処理に使用したRFL液に浸漬、乾燥した処理を
実施した。そして表5からなる配合ゴムをバンバリーミ
キサーで混練りし、カレンダーロールで約2.5mmの
ゴムシートとしてベルト成形用の未加硫ゴムシートとし
た。
【0016】つぎに、ベルト作製用金型に表4の歯布を
ベルト長手方向を歯布の緯糸方向として金型周長とほぼ
同じ長さにミシンで縫い合わせた処理済み歯布を母型と
してセットし、表1の心線となるコードを表6のピッチ
でスパイラル状に一定張力で巻きつけ、その外周に表5
の配合ゴムのシートをセットした後、加硫装置で圧入し
160°Cで30分加圧加硫して所定の幅にリング状に
カットして走行用ベルトを得た。実施例1はベルト歯の
ピッチを5.5mm、実施例2はベルト歯のピッチを
6.5mm、実施例3はベルト歯のピッチを7.5mm
とした。ベルト周長をそれぞれ840mm近辺とするた
めにベルト歯数は、実施例1が153歯、実施例2が1
30歯、実施例3を112歯とした。
【0017】
【表1】
【0018】
【表2】
【0019】
【表3】
【0020】
【表4】
【0021】
【表5】
【0022】そして上記実施例1〜3のベルトを図8の
レイアウトで、表6に記載したプーリを用いて雰囲気温
度120°C、駆動プーリ回転数6000rpm、従動
プーリの負荷5ps、初張力20kgfとし、寿命まで
ベルトを走行させ寿命時間と故障形態および故障原因を
調査した。その結果を表6に示す。
【0023】比較例1〜3 比較例1および比較例2は、実施例と構成は同じで、ベ
ルト長さもほぼ同じとして、ベルト歯ピッチのみ5mm
および8mmとしたものであり、走行条件としても駆動
プーリおよび従動プーリがそれぞれ同じ水準の外径とな
るような歯数を設定している。比較例3は、表7に示す
ように9μmのフィラメント径のEガラスであるECG
150を用い、構成および処理は実施例と同じ心線を用
いた。また、歯布は緯糸として420デニールのナイロ
ンを、経糸は120デニールのナイロンを用い、50m
m幅当たりの打ち込み本数は経糸100本、緯糸120
本とした。歯布の処理は実施例と同じとした。そして、
実施例1〜3と同じ条件で走行試験を行い、寿命までベ
ルトを走行させ寿命時間と故障形態および故障原因を調
査した。その結果を表7に示す。
【0024】
【表6】
【0025】
【表7】
【0026】この結果によると、比較例1の歯ピッチが
5mmとしたのに対して、実施例1の歯ピッチを5.5
mmと若干大きく設定したことによって、歯の大きさが
歯のピッチに比例しているため、耐歯欠け性が増し、寿
命が延びた。実施例3は歯のピッチを7.5mmとし
て、比較例2の歯のピッチ8mmとしたのに比べて0.
5mm小さくなったことより、小プーリ径によるかみ合
い時のベルト歯とプーリ歯の干渉が少なくなり、圧力面
摩耗が少なくなり、歯欠けに至る時間が延びた。さら
に、実施例2は最も好ましく、故障形態は歯欠けとは成
っていない。これはベルト歯とプーリ歯とのかみ合い干
渉が少なく、また過負荷となっても歯の面積が十分に負
荷に耐えうるだけの面積が有り、アラミド繊維を緯糸に
含んでいることより歯底摩耗からの歯欠けも発生しなか
った。逆に、比較例3は歯布の緯糸がナイロン繊維から
成っているため、歯底面の摩耗から歯欠けに至った。
【0027】実施例4〜11 実施例1〜3と同様に、表1および表2の心線と表3お
よび表4の歯布および表5のゴムを使用して、歯ピッチ
を6.5mmとして歯形は図5〜7の丸歯としてベルト
幅19.1mmのベルトを作製し、実施例1〜3と同じ
レイアウトで雰囲気温度120°C、駆動プーリ回転数
6000rpm、従動プーリの負荷5ps、初張力20
kgfとし、1000時間走行後の耐屈曲疲労性と耐歯
欠け性を評価するため走行前後のベルト引張強さと歯剪
断強さの保持率を求めた。実施例4〜6のベルトは全
て、ベルト幅は19.1mm、歯数は130、ベルトピ
ッチ長さは845mmであり、使用プーリ歯数は駆動プ
ーリが19歯数、従動プーリを38歯数とした。但し、
かみ合い性を同じ条件とするため、プーリ外径はそれぞ
れのベルトのPLD値に合わせて次式により求めた外径
のプーリを使用した。 プーリ外径=歯ピッチ×プーリ歯数/π−各ベルトのP
LD値×2 その結果は表8〜表10に示す。
【0028】比較例4〜7 比較例4〜7は、ベルト歯のピッチを6.5mmで固定
した。比較例4は、心線と歯布を変え、心線の直径を
0.5mm、歯布の厚さを0.43mmとした。比較例
5は、歯布を変え歯布の厚さを0.18mmとした。そ
してPLDを0.63mmとした。比較例6は歯布の緯
糸としてナイロン繊維を使用した。比較例7はPLDを
0.9mmとし歯布の緯糸にはナイロン繊維を使用し
た。そして走行試験として、実施例4〜11と同様の条
件で試験を行い、1000時間走行後の耐屈曲疲労性と
耐歯欠け性を評価するため走行前後のベルト引張強さと
歯剪断強さの保持率を求めた。その結果を表10および
表11に示す。そして、実施例4〜11および比較例4
〜7の結果より、歯布のベルト中での厚さと歯欠け性の
指標となる歯剪断力の保持率の関係を図9に示す。ま
た、ベルトのPLDの値と屈曲疲労性の指標となるベル
ト強力の保持率との関係を図10に示す。
【0029】
【表8】
【0030】
【表9】
【0031】
【表10】
【0032】
【表11】
【0033】この結果によると、歯布は、アラミド繊維
を50重量%以上含んでいてベルト中の厚さを0.2m
m以上確保しないと耐歯欠け性が劣り、一方心線の直径
は、0.6mm以上でなければ走行時の張力によりベル
トの伸びが大きくなり、かみ合い干渉により異常摩耗か
ら耐歯欠け性に劣ることがわかる。また、歯底からピッ
チラインまでの距離はできるだけ小さい方が耐屈曲疲労
性は良好であるが、0.85mmを越えると走行後ベル
トの強力保持率が小さい。よって、ベルトのPLDの値
は、0.65mm≦PLD≦0.85mmを満足する必
要がある。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、歯のピッチを5.
5mmから7.5mmの範囲にすることによって、ジャ
ンピングもせずプーリ歯数が小さくなってもプーリ歯と
ベルト歯のかみ合い干渉を起こさなくベルトが異常摩耗
を起こさない。また直径が0.6mmから1.1mmの
範囲のガラスコードあるいはアラミド繊維を使用するこ
とによって、ベルトとプーリのかみ合いが良好となる。
そして、歯布がベルト長手方向を構成する糸が少なくと
も50重量%がアラミド繊維からなる織物であって、厚
みを0.2mmから0.4mmとすることによって、心
線の耐屈曲性を損なわずにさらに、耐摩耗性にも優れた
ベルトとなる。さらに歯部および背面部を構成するゴム
エラストマーが少なくとも水素添加率が90%以上のア
クリルニトリルーブタジエン共重合体であることより、
背ゴム表面または歯元部に早期にクラックが発生するこ
ともない。さらに、心線の直径Dmmと歯布厚さTmm
の関係、つまりPLDを、 0.65≦PLD(=D/2+T)≦0.85 とすることによって、ベルト強力の低下が少なく、耐屈
曲性にも優れる効果かある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の歯付ベルトの斜視図である。
【図2】本発明の歯付ベルトの一例であり、丸歯形の一
種で歯のピッチが5.5mmであり、歯の高さが2mm
のときの歯形の該略図である。
【図3】本発明の歯付ベルトの一例であり、丸歯形の一
種で歯のピッチが6.5mmであり、歯の高さが2.3
7mmのときの歯形の該略図である。
【図4】本発明の歯付ベルトの一例であり、丸歯形の一
種で歯のピッチが7.5mmであり、歯の高さが2.7
3mmのときの歯形の該略図である。
【図5】本発明の歯付ベルトの一例であり、丸歯形の一
種で歯のピッチが5.5mmであり、歯の高さが2.1
mmのときの歯形の該略図である。
【図6】本発明の歯付ベルトの一例であり、丸歯形の一
種で歯のピッチが6.5mmであり、歯の高さが2.4
9mmのときの歯形の該略図である。
【図7】本発明の歯付ベルトの一例であり、丸歯形の一
種で歯のピッチが7.5mmであり、歯の高さが2.8
7mmのときの歯形の該略図である。
【図8】本発明の歯付ベルトの走行試験を行ったレイア
ウトを示した図である。
【図9】本発明の歯付ベルトの走行試験後のベルト中で
の歯布の厚さと歯剪断力との関係を示したグラフであ
る。
【図10】本発明の歯付ベルトの走行試験後のベルトの
PLDと引張強力保持率の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
1 歯付ベルト 2 歯部 3 心線 4 背部 5 歯布 6 緯糸 7 経糸 8 従動プーリ 10 駆動プーリ 12 テンションプーリ(φ12)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 長さ方向に沿って配置した複数の歯部
    と、心線を埋設した背面部と、歯部表面および歯底部の
    表面を被覆した歯布からなる歯付ベルトにおいて、歯の
    ピッチが5.5mmから7.5mmの範囲にあり、上記
    心線として少なくとも直径が0.6mmから1.1mm
    の範囲のガラスコードあるいはアラミド繊維を使用し、
    上記歯布の厚みが0.2mmから0.4mmであって、
    ベルト長手方向を構成する糸が少なくとも50重量%が
    アラミド繊維からなる織物であり、上記歯部および背面
    部を構成するゴムエラストマーとして少なくとも水素添
    加率が90%以上のアクリルニトリルーブタジエン共重
    合体であり、さらに、心線の直径Dmmと歯布厚さTm
    mの関係が 0.65≦D/2+T≦0.85 を満足することを特徴とする歯付ベルト。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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