JP2006183791A - 高負荷伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト走行時にブロックとの間で摩擦が生じたとしてもセンターベルトの摩耗を防止することができるのベルトの切断といった故障を低減することができ、また、発熱を少なくすることもでき、ブロックを構成する樹脂材料の劣化の防止も可能な高負荷伝動ベルトを提供する。
【解決手段】エラストマー４中に心線５をスパイラル状に埋設したセンターベルト３と、該センターベルト３の長手方向に沿って複数のブロック２を設けた高負荷伝動ベルト１において、ブロック２の少なくともセンターベルト３と接触する部位に金属被膜１０を配置しブロック２との摩擦からセンターベルト３を保護してなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、センターベルトの長手方向に沿って多数のブロックを固定した高負荷伝動ベルトに係り、詳しくはセンターベルトとブロックとの摩擦によって発生する摩耗を低減しセンターベルトの切断といった原因によるベルトの故障を防止した長寿命な高負荷伝動ベルトに関する。

ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変えることによってプーリに巻きかかる有効径を変化させ変速比を調節する様な変速プーリに巻き掛けて使用するものであり、プーリからの側圧が大きくなるのでベルトは大きな側圧に耐えるものでなくてはならない。また、無段変速の用途以外にも通常のゴムベルトでは寿命が短くなりすぎるような高負荷伝動の用途には特別に高負荷に耐えうるようなベルトを用いる必要がある。

そのようなベルトとして使用されるものの中に、センターベルトにブロックを固定してベルト幅方向の強度を高めた高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心体をゴムなどのエラストマー中に埋設したセンターベルトにボルトやリベットなどの止着材を用いてセンターベルトに使用しているエラストマーよりも比較的硬質のエラストマーからなるブロックを止着固定したものや、特許文献１に示すようにブロックの両側面に溝を有しており、一対のセンターベルトを前記側面に設けた溝に嵌合したようなベルトがある。

このような引張伝動式の高負荷伝動ベルトはベルトの走行中にブロックとセンターベルトとの間で常に摩擦を生じ、応力の集中や発熱によりセンターベルトやブロックが劣化するという問題がある。また、このようなベルトの場合、上記のように無段変速の用途として使われるために、ベルトを巻きかけるプーリの有効径を変化させることによって変速するような仕組みとなっており、ベルトは小プーリ径で用いられることになる。

特に小プーリ径にベルトが巻きかかる際に、センターベルトの内周面側がブロックに挟まれた状態になって応力が集中するとともに大きな摩擦力が発生し、センターベルトを構成するゴムが劣化してクラックが生じたり、ベルト切断の原因となったりしていた。

そこでそのようなセンターベルトにかかる応力の集中を緩和するために特許文献２には、センターベルトの内周面に設けた凸部上端がブロックの凸部下端位置よりも上に位置するように設定して、ベルトがプーリに巻きかかって屈曲した際にセンターベルトの凸部がブロックによって挟まれることがないようにしたベルトが提案されている。

また、特許文献３にはブロックとセンターベルトの嵌合する部分においてセンターベルト内周面に形成する凹部の曲率半径よりブロックの形成する凸部の曲率半径を小さく設定することによって両者の間に隙間を設けるようにしたベルトが開示されている。

特開昭６３−３４３４２号公報 特開昭６２−１５１６４６号公報 特開平９−２５９９９号公報

前記特許文献２や特許文献３のような構成を採ることによって、ベルトの屈曲によってブロックとセンターベルトとの間で摩擦が発生するとともにの内周面に応力が集中して、センターベルトに亀裂を生じることや、発熱を来たしてゴムなどの材料が劣化するといった問題が発生することは緩和することができる。

しかし、基本的にブロックによって拘束されたセンターベルトが屈曲する、特に小プーリ径にて屈曲することによってより強くブロックとセンターベルトとの間の摩擦が発生して発熱すること、また内周面が大きく圧縮されてどうしても内部発熱が発生し、センターベルトの摩耗につながるといった問題が解消されない。

そこで本発明ではベルト走行時においてブロックとセンターベルトとの間で摩擦が発生したとしてもセンターベルトが摩耗することがないとともに発熱も少なく、センターベルトの切断によるベルトの寿命を防止できるとともに、熱によるブロックやセンターベルトの劣化を緩和した高負荷伝動ベルトの提供を課題とする。

上記のような課題を解決するために本発明の請求項１は、センターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトにおいて、ブロックの少なくともセンターベルトと接触する部位に金属被膜を形成したことを特徴とする。

請求項２は、金属メッキが低摩擦材を含んだニッケル被膜である請求項１記載の高負荷伝動ベルトである。

請求項３は、低摩擦材がフッ素化合物である請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルトである。

請求項４は、ニッケル被膜が、無電解メッキ法で形成される請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルトである。

請求項５は、ブロックが熱可塑性樹脂に少なくともウィスカ状の補強材を配合した樹脂組成物からなる請求項１〜４記載の高負荷伝動ベルトである。

ブロックの表面に金属被膜を形成することによって、ベルト走行時にブロックとの間で摩擦が生じたとしてもセンターベルトの摩耗を防止することができると共にベルトの切断といった故障を低減することができる。また、発熱を少なくすることもでき、ブロックを構成する樹脂材料の劣化の防止にもなる。

請求項２では金属被膜が低摩擦材を含んだニッケル被膜であり、ブロックとセンターベルトが強くこすれあったとしても、センターベルトの摩耗はほとんど発生することがなく、ブロックとセンターベルトの嵌合の緩みを防止することができる。

請求項３では低摩擦材がフッ素化合物からなるとしており、より摩耗を少なくすることができるものである。

請求項４ではニッケル被膜を無電解メッキ法で形成しており、これにより被膜を均一な巻くとすることができ、ブロックを高い寸法精度で製造することができるとともに被膜の形成が容易である。

請求項５ではブロックが熱可塑性樹脂にウィスカを補強材として配合した樹脂組成物を用いている。ブロックを構成する樹脂にウィスカを配合することによってブロックの強度を十分に確保することができるが一方でウィスカ−によってセンターベルトを早期に摩耗させていたのを、金属被膜によってセンターベルトを保護することができる。

図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図であり、図２はその側断面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内にロープ状の心体５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３と、このセンターベルト３に所定ピッチで取り付けられた複数のブロック２とから構成されている。ブロックの側面６、７に嵌合溝８、９を有しており、該嵌合溝にセンターベルト３が装着されている。このブロック２の両側面６、７は、プーリのＶ溝と接触する傾斜面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されているセンターベルト３を引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝達する。またブロック２の全表面に本発明の特徴である金属被膜１０が形成されている。金属被膜１０はブロック２の全表面でなくとも少なくともセンターベルト３と接触する部位のみに設けてもよい。しかし、全表面に均一に設けた方が金属被膜１０の剥がれ等の問題が起こりにくいので好ましい。

ブロック２は、図１に示すように、上ビーム部１１および下ビーム部１２と、上下ビーム部１１、１２の中央部同士を連結したセンターピラー１３からなっており、ブロック２の両側面には前述のようにセンターベルト３の嵌合溝８、９が形成されており、嵌合溝８、９内の溝上面および溝下面にはセンターベルト３の上面に設けた凹条部１５と下面に設けた凹条部１６に係合する凸条部１７、１８が設けられている。

図３は、別のベルトの例であり、ビーム部２１の両端から上方に向かって一対のサイドピラー２２、２３が延びており、このサイドピラー２２、２３の上端からそれぞれブロック２の中心に向かって延びるロック部２４、２５が対向するように設けられている。そして、これらビーム部２１、サイドピラー２２、２３及びロック部２４、２５によってセンターベルト３が嵌合する嵌合溝２０が形成されている。この嵌合溝２０に、センターベルト３が、ロック部２４、２５間の開口部より挿入され装着される。また、ロック部２４、２５の嵌合溝２０側には、凸部２７がそれぞれ設けられており、この凸部２７が、センターベルト３に所定ピッチで設けられている凹条部２６に嵌合する。これによって、センターベルト３は、装着後はブロック２から抜けにくい状態となる。そして、ブロック２の表面には金属被膜１０が形成されている。

センターベルト３のエラストマー４として使用されるものは、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンなどの単一材またはこれらを適宜ブレンドしたゴムあるいはポリウレタンゴム等が挙げられる。そして、心体５としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチールワイヤ等から選ばれたロープが用いられる。また、心体５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維の織布、編布や金属薄板等を使用することもできる。

図１に示すように本発明においてブロック２は表面に金属被膜１０を形成しており、ベルト走行時に発生するブロック２とセンターベルト３の間の摩擦によってセンターベルトが摩耗するのを保護するようになっている。このような構成を採ることによって、センターベルト３の摩耗を防止することができるのでブロック２との間の嵌合の緩みになることがなくベルトの切断といった故障を低減することができる。

金属被膜１０としてはメッキ層を挙げることができ、例えばニッケルメッキ層がある。また、ニッケル被膜に低摩擦材を含んだものは摩擦係数が低く相手材の摩耗を少なく抑えることができるので好ましい。このニッケル被膜に含まれる低摩擦材としては、摩擦係数が低いフッ素化合物を用いることが好ましく、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体樹脂（ＰＦＡ）、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体樹脂（ＰＦＥＰ）、四フッ化エチレン・エチレン共重合体樹脂（ＰＥＴＦＥ）、ビニリデンフルオライド樹脂（ＰＶＤＦ）、ビニルフルオライド樹脂（ＰＶＦ）、クロロトリフルオロエチレン樹脂（ＣＴＦＥ）、エチレン・クロロトリフルオロエチレン樹脂（ＥＣＴＦＥ）、エチレン・四フッ化エチレン共重合体樹脂（ＰＥＴＦＥ）等を挙げることができる。その中でも耐摩耗性や発熱を少なく抑えるという面で四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を用いることが好ましい。

このようなフッ素化合物からなる低摩擦材が含浸されたニッケル被膜は、無電解ニッケルと前述のフッ素化合物を、水に硫酸ニッケル、次亜リン酸ナトリウム、乳酸、プロピオン酸、鉛等を配合した処理液中で共析させ、フッ素化合物を５〜４０％、好ましくは１０〜３０％含ませて成膜し、その後、熱処理して無電解ニッケルとフッ素化合物を密着させたものである。フッ素樹脂の含有量が５％未満の場合は摩耗を減らす効果が少なく、また、４０％を超えると、表面硬度が低くなって金属被膜の摩耗が多くなるため好ましくない。フッ素化合物からなる低摩擦材が含浸されたニッケル被膜は、このようにして形成されているため、表面のピンホールを少なくすることができるとともに被膜厚のばらつきが少ない均一な被膜とすることができる。よって、被膜を形成してもブロックの寸法精度を高く保つことができる。

更に、被膜圧は５〜２０μｍの範囲内で調整することができる。そして、被膜厚を５〜２０μｍの範囲内で調整することで、表面の硬度もマイクロビッカース硬度Ｈｍｖで３００〜６００に調整することができる。また、−２００〜２００℃の広い温度範囲で安定した性能を発揮することができる。

ブロック２は金属などからなるインサート材に樹脂材を被覆したものでも、そうでない樹脂材のみからなっているものでもどちらでもよい。アルミニウム合金など金属などからなるインサート材を用いていないブロック２を用いた場合、インサート材を埋設したブロックを用いたベルトよりも、軽量化が可能なので高回転で使用してもベルトに発生する遠心力が小さいという優位点があるが、自動二輪などの比較的軽負荷で高回転の用途に向いている。

ブロック２の樹脂として用いることができるのは、具体的には硬度９０°ＪＩＳ Ａ以上の硬質ゴム、硬質ポリウレタン樹脂、液晶樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等のゴムや合成樹脂が用いられる。中でも低摩擦係数で耐摩耗性に優れ、剛性があるとともに曲げに対しても弾力性を有しており、簡単に破損してしまうことのない樹脂がよく、ポリアミド樹脂、なかでもナイロン４６が好ましいといえる。

また、これらの樹脂中に、綿糸、ポリアミド繊維やアラミド繊維等の化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、カーボン繊維等からなる織布、フィラーや酸化亜鉛ウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカ等のウィスカ、シリカ、炭酸カルシウムなどの無機材料等を混入することによって樹脂が強化されて高負荷を伝動するのに適したブロックとすることができる。

繊維状やウィスカ状の補強材を配合することは可能であり、繊維状の補強材は１５〜４０重量％の範囲で配合する。１５重量％未満であると補強効果が少なくブロックの耐摩耗性が十分でないなどの問題があり、４０重量％を超えると樹脂への配合が困難になったり射出成形が困難になったりするなどの問題があるので好ましくない。

しかし、本発明のようなベルトでは走行中にブロックとセンターベルトが互いに擦れあい大きな摩擦が発生する。ブロックに補強材として酸化亜鉛ウィスカ等のウィスカを配合することでブロックは強化されるが配合したウィスカがセンターベルトを摩耗させてしまうという問題がある。センターベルト表面にアラミド繊維などの帆布を積層して補強しても摩耗が大きく、ブロックとセンターベルトの嵌合の緩みとなってそこから不具合が発生しベルトの切断等の故障につながっていた。本発明のようにブロックの少なくともセンターベルトと接触する部位に金属被膜を形成することによって、ウィスカを配合した樹脂からセンターベルトを保護することができ摩耗を防止することができる。

なお、これらの他に、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素系樹脂から選ばれてなる少なくとも一つを混入することによってもブロック２の潤滑性を向上させることができる。フッ素系樹脂としては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化エチレンプロピレンエーテル（ＰＦＰＥ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、ポリフッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）等が挙げられる。

樹脂材中にインサート材を埋設したものの場合、インサート材は、ブロック２の耐側圧性や曲げ剛性を持たせる部分となるインサート材であり、素材としてはアルミ合金、セラミックス、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、炭素繊維強化樹脂や鉄などの素材が挙げられる。

耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が好ましく、金属材料の中ではアルミ合金の弾性率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ^２で比重が２．８であるのに対し、鉄は弾性率が２２０００ｋｇｆ／ｍｍ^２で比重が７．８であり、強度的には鉄を用いるほうが高いといえるが、高速で回転するベルトにとって、ベルト重量は寿命に大きく影響を与えるため軽量化の面で有利なアルミ合金を用いることが好ましい。ただし、耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が優れており、インサート材２２の所定箇所に樹脂材２１を被覆したブロック２を用いることが好ましい。

樹脂材を所定の箇所に配置する場合、ブロック２の大きさよりもひと回り小さい金属材料からなるインサート材を用いてそのほぼ全面を樹脂材で被覆したものを用いると、部分的に樹脂材を被覆配置したものに比べて、樹脂材の剥離などの問題が発生しにくいので好ましい形態ということができる。ただし、全面といっても製造工程の上で樹脂材を被覆する際にインサート材を固定する部材が接触しているところは、インサート材が露出する箇所が発生することになるが、その程度のインサート材の露出は、実質的に全面を樹脂材で被覆している形態に含まれるといってよいものである。

なお、本発明にかかる高負荷伝動ベルトに用いられるブロックには、本実施形態に示した形態に限定されるものではない。

（実施例１）
実施例１としては、図１に示すよう高負荷伝動ベルトであり、ブロックに用いた樹脂材料としてはカーボン繊維を３０質量％含有した４６ナイロンを使用した。そしてセンターベルトとして心線５にアラミド繊維、エラストマー４にクロロプレンゴムを用い、上下面にアラミド繊維からなるカバー帆布を設けたものを用いた。ベルトのサイズはベルトピッチ幅１８ｍｍ、ピッチ周長６９０ｍｍ、ブロックピッチ３ｍｍとした。なお、ブロックの表面には金属被膜としてポリテトラフルオロエチレン樹脂（ＰＴＦＥ）を含浸したニッケルを無電解メッキ法により形成した。このベルトを表１に示す条件で走行させて故障が発生するまでの時間を測定した。その結果を表２に示す。

（比較例１）
比較例１としてはブロックの表面に金属被膜を設けなかった以外は実施例１と全く同じ条件でベルトを作成した。同様に表１に示す条件で走行させて故障が発生するまでの時間を測定した。その結果を表２に示す。

表２の結果より、金属被膜を設けていない比較例１のベルトが走行開始後３５０時間でセンターベルトの摩耗が発生しブロックとセンターベルトの嵌合が緩み走行不能になっているのに対して実施例１では４００時間経過してもベルトに異常が見られることなく引き続き走行可能な状態であり、ブロックに金属被膜を形成することによりセンターベルトが保護されて寿命を延長させることができるということがわかる。

自動車や自動二輪車、農業機械の無段変速装置など、プーリの有効径が変化し大きなトルクを伝達するようなベルトの製造に適用することができる。

本発明の高負荷伝動ベルトの要部斜視図である。 本発明の高負荷伝動ベルトの側面図である。 本発明の別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。

符号の説明

１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ センターベルト
４ エラストマー
５ 心線
６ 側面
７ 側面
８ 嵌合溝
９ 嵌合溝
１０ 金属被膜
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１５ 凹条部
１６ 凹条部
１７ 凸条部
１８ 凸条部

Claims (5)

1. センターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトにおいて、ブロックの少なくともセンターベルトと接触する部位に金属被膜を形成したことを特徴とする高負荷伝動ベルト。
2. 金属メッキが低摩擦材を含んだニッケル被膜である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
3. 低摩擦材がフッ素化合物である請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルト。
4. ニッケル被膜が、無電解メッキ法で形成される請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。
5. ブロックが熱可塑性樹脂に少なくともウィスカ状の補強材を配合した樹脂組成物からなる請求項１〜４記載の高負荷伝動ベルト。
   

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