JP2006292134A - ベルト伝動システム - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト伝動システムにおいて、ベルト背面が接触する合成樹脂製の平プーリの表面が削られたり、摩耗したりするのを抑制する。
【解決手段】複数の伝動プーリにＶリブドベルト１が巻き付けられ、前記伝動プーリの少なくとも１つが、前記Ｖリブドベルト１のベルト背面が接触する合成樹脂製の平プーリである。Ｖリブドベルト１のベルト背面は、帆布がなく、背面ゴム層２のゴム面となっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ベルト伝動システムに関するものである。

従来より、自動車において、オルタネータやパワーステアリング装置のポンプ等のエンジン補機をエンジンにより駆動する場合に用いられる補機駆動用のベルト伝動システムとして、Ｖリブドベルトを用い、このＶリブドベルトを、エンジンのクランク軸上のクランクプーリと各エンジン補機の入力軸上の補機プーリとの間に巻き掛けたものは広く一般に知られている。このベルト伝動システムは、前記補機プーリにサーペンタイン状（蛇行状）に巻き掛けられた１本のＶリブドベルトを走行させる一方、そのベルトのテンションをオートテンショナで常にコントロールする構成とされ、このシステムに用いられるＶリブドベルトは、ベルト背面においても補機プーリに接触し、そのベルト背面によりそのプーリを回転させている。

近年、環境問題に対応すべく、様々な方法で自動車の燃費の向上が研究されており、その有効な手段として自動車の軽量化が注目されている。

その自動車の軽量化を図る手段として、エンジン補機の駆動に使用される金属プーリに代えて、合成樹脂製のプーリが使用することが行われている。この樹脂製のプーリに特有の問題として、補機ベルト（伝動ベルト）と樹脂製のプーリとの間にダストが介在することにより、樹脂製のプーリが摩耗するという課題がある。特に、自動車において、エンジン補機の駆動に使用されるプーリとしては、リブドプーリと平プーリとがあり、前述したところの摩耗が大きな問題となるのは、合成樹脂製の平プーリである。なお、リブドプーリの場合には、ダストが入り込んでも、プーリのリブ溝などへダストが逃げて、平プーリに比べて摩耗への影響は大きくない。

ところで、そのような補機ベルトは、ベルト背面に、縦裂き防止のために帆布層を設けるのが一般的であり、その帆布層の帆布の構造について種々の工夫がなされている（例えば特許文献１参照）。

具体的には、例えば図８に示すように、一般的な補機ベルトであるＶリブドベルト１０１は、ベルト背面が帆布層１０２（例えば、エステル繊維と綿繊維とを編み込んだ帆布を複数枚積層してなる層）で構成され、その下側に強度を保持するためのＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）製の心線１０３が螺旋状に埋め込まれた接着ゴム層１０４および複数のリブ１０５ａを有するリブゴム層１０５を順に積層して構成される。

このように、一般的な補機ベルトは、ベルト背面が帆布層で構成されるために、ベルト背面とプーリとの間にダストが存在すると、帆布の編み目の中にダストが入り込む。この編み目に入り込んだダストは、ベルトとプーリとの接触部分から放出されにくくなるので、そのダストが合成樹脂製の平プーリの表面（ベルト背面と接触するプーリ表面）を削り、プーリ表面を摩耗させる原因となっていた。

そこで、このようなプーリ表面の摩耗の問題を解決するために、少なくともベルト転送面にＳｉＯ₂およびＡｌ₂Ｏ₃を主体とするセラミック被膜を溶射により形成することで、プーリの表面硬度を高めてダスト（例えば砂塵）による摩耗を抑制するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００４−１６９８８３号公報（段落００２１，００２２および図２） 特開平０７−１２２０６号公報（段落００１０〜００１２）

上記特許文献２の技術は、プーリ表面における摩耗の抑制には一定の効果はあるものの、十分とはいえないのが現状である。

そこで、縦裂き防止に対して帆布層を設けることが望ましいが、縦裂き引張試験を行ったところ、ベルト背面に帆布層を設けた場合のベルト縦裂き強さを１００とすると、短繊維補強ゴムや短繊維を混合していないゴムでベルト背面を構成した場合のベルト縦裂き強さはそれぞれ表１に示すようになるが、発明者は、短繊維を混合していないゴムでベルト背面を構成した場合でも、縦裂きの防止には十分効果があることを知見したので、それに基づき本発明をなすに至ったものである。なお、縦裂き試験は、図９（ａ）（ｂ）に示すように、所定形状の試験ベルト２０１の一端部を２つの部分２０１Ａ，２０１Ｂに分け、その分けられた部分２０１Ａ，２０１Ｂをそれぞれ反対方向Ａ，Ｂに所定の荷重を作用させて引張り、縦裂きが生ずる荷重を計測するもので、その試験結果を指数表示したものを表１に示す。

また、前述した補機ベルト伝動システムに限らず、複数の平プーリ（伝動プーリ）に平ベルトが巻き付けられ、前記平プーリの少なくとも１つが、前記平ベルトのベルト背面（帆布層）が接触する合成樹脂製の平プーリで構成されるベルト伝動システムにおいても、ベルト背面と平プーリのプーリ表面との間にダストが存在する場合には、同様に摩耗するという課題がある。

本発明は、ベルト伝動システムにおいて、伝動ベルトのベルト背面が接触する合成樹脂製の平プーリの表面が削られたり、摩耗したりするのを抑制することを目的とする。

請求項１の発明は、複数の伝動プーリに伝動ベルトが巻き付けられ、前記伝動プーリの少なくとも１つが、前記伝動ベルトの背面が接触する平プーリで構成されるベルト伝動システムにおいて、前記少なくとも１つの平プーリは合成樹脂製であり、前記伝動ベルトの背面は、ダストの保持を禁止あるいは抑制する表面粗さを有するゴム面となっていることを特徴とする。ここで、伝動ベルトには、平ベルトやＶリブドベルトが含まれ、「ダストの保持を禁止あるいは抑制する表面粗さを有するゴム面」とは、ベルト背面全体が帆布で構成されず、ゴムが露出するゴム面となっており、しかもそのゴム面の表面粗さが小さく、ダストの保持を禁止あるいは抑制する程度の大きさである、という意味である。また、平プーリに用いる合成樹脂について特制限されないが、通常短繊維が混合されている。

このようにすれば、ベルト背面を、帆布が存在しないゴム面としているので、帆布の編み目にダストが入り込むというようなことがなくなる。また、そのゴム面は、ダストの保持を禁止あるいは抑制する表面粗さを有するので、プーリ表面の摩耗の原因となるダストはベルトとプーリとの接触部分から容易に放出される。よって合成樹脂製の平プーリの表面がダストにより削られるということがなくなり、プーリ表面が摩耗することが抑制される。

請求項２に記載のように、前記伝動ベルトのベルト背面の表面粗さは、中心線平均粗さ１．５〜２μｍの範囲であることが望ましい。この範囲であれば、ベルト背面において、ダストの保持が禁止あるいは抑制される。

請求項３に記載のように、前記少なくとも１つの平プーリが、ガラス繊維により補強された繊維強化プラスチックからなるようにすることも可能である。

このようにすれば、プーリ表面の耐摩耗性が向上して摩耗しにくくなることと、ベルトとプーリとの接触部分からダストが放出されるのとが相俟って、プーリ摩耗がより一層抑制される。

請求項４に記載のように、多数のエンジン補機を１本のベルトを介して駆動するサーペンタインドライブシステムであり、前記伝動ベルトが、背面ゴム層、心線が螺旋状に埋設された接着ゴム層およびリブゴム層が順に積層されてなるＶリブドベルトである。

この場合、請求項５に記載のように、前記Ｖリブドベルトの背面ゴム層およびリブゴム層が、ベルト幅方向に短繊維が配向された短繊維混合ゴムで構成されることが望ましい。ここで、短繊維としては、ナイロン繊維やアラミド繊維が用いられる。

このようにすれば、Ｖリブドベルトの背面ゴム層およびリブゴム層は、短繊維によってベルト幅方向の剛性が確保され、伝動能力の低下が回避される。また、短繊維をベルト幅方向に配向することで、縦裂きが発生しにくくなっている。

以上のように、本発明は、ベルト背面を、ダストの保持を禁止あるいは抑制する表面粗さを有するゴム面としているので、摩耗の原因となるダストをベルトとプーリとの接触部分から簡単に放出させることができ、合成樹脂製の平プーリの表面が削られたり、摩耗したりするのを抑制することできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。

図１は本発明に係るＶリブドベルトの一実施の形態を示す縦断面図である。

図１において、１は伝動ベルトとしてのＶリブドベルトで、ベルト背面を構成する背面ゴム層２、ベルトとして必要な強度を保持するためのＰＥＴ製の心線３が螺旋状に埋め込まれた接着ゴム層４および複数のリブ５ａを有するリブゴム層５とが上側から順に積層されて構成される。背面ゴム層２とリブゴム層５は、共に短繊維混合ゴム層、つまり短繊維２ａ，５ａ（例えばナイロン短繊維）がベルト幅方向に配向されているゴム層となっている。このゴム層２，５は、例えば、周知のＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）系のゴムベースの配合に短繊維を、５〜５０ｐｈｒの範囲で、用途（目的）に応じて混合する割合を変化させて混合したものである。そして、ベルト背面（背面ゴム層２）の表面粗さは、中心線平均粗さＲａで、１．５〜２μｍの範囲とされている。

このＶリブドベルト１は、いわゆる自動車用の補機ベルトとして用いられるものである。つまり、このＶリブドベルト１は、複数の伝動プーリに巻き付けられ、前記伝動プーリの少なくとも１つが、Ｖリブドベルト１のベルト背面が接触する合成樹脂製の平プーリで構成されるベルト伝動システム（いわゆるサーペンタインドライブシステム）において用いられる。そのレイアウトの一例を図２に示す。図２において、１１はクランクシャフトプーリ、１２はオートテンショナー用プーリ（樹脂プーリ）、１３はパワステポンプ用プーリ、１４はアイドラプーリ（樹脂プーリ）、１５はオルタネーター用プーリ、１６はウォータポンプ用プーリ、１７はエアコンのコンプレッサー用プーリである。そして、プーリ１２が合成樹脂製の平プーリで、背面がけとなっている。

続いて、上記Ｖリブドベルト１について、それのベルト背面が合成樹脂製の平プーリに接触する場合における前記プーリ表面の摩耗試験を行った。
（試験ベルト）
本発明ベルトとしてのＶリブドベルトの製造方法は、次の通りである。まず、ＥＰＤＭ系のゴムに繊維長さ１ｍｍのナイロン短繊維、カーボン、オイル、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤などを混合して混練し、シート厚さ０．６ｍｍ、１ｍｍのゴムシートを得る。ここで、ナイロン短繊維の混合割合は、３０ｐｈｒである。それから、加硫用の円筒形状の中型にシート厚１ｍｍのゴムシートを巻き付け、次に接着ゴムシートを巻き付け、ＰＥＴ製の心線をその上に螺旋状に巻き付ける。そして、前記心線の上にまた別の接着ゴムシートを巻き付ける。最後にシート厚０．６ｍｍのゴムシートを巻き付けて、加硫金型に装填し、所定の温度条件、圧力条件および時間条件でもって加硫し、円筒状の加硫構造物を得る。その加硫構造物の外周面を研削し、半径方向外方にリブが突出するリブ面を形成し、それから所定の幅で円筒状構造物を輪切りにして、目的とするＶリブドベルトを得た。

従来ベルトとしては、ベルト背面が帆布層で構成されるＶリブドベルト（図８参照）を用いた。ベルト背面が帆布層である従来ベルトは、次のような一般的な製造方法によって製造した。綿繊維とエステル繊維との混紡したあぜ織り帆布に糊ゴムを含浸させ、それを乾燥させ、加硫用の円筒形状の中型に巻き付ける。次に接着ゴムシートを巻き付け、その上にＰＥＴ製の心線を螺旋状に巻き付け、さらにその上に接着ゴムシートを巻き付ける。ＥＰＤＭ系のゴムにナイロン短繊維、カーボン、オイル、加硫剤、加硫促進剤、老化防止剤などを混合、混練して得られたゴムシートを最後に巻き付け、リブゴム層を形成する。それから、加硫金型に装填し、所定の温度条件、圧力条件および時間条件で加硫し、円筒状の加硫構造物を得る。その加硫構造物の表面を研磨し、外周方向にリブ面を形成し、所定の幅で円筒状の加硫構造物を輪切りにして、従来ベルトとしてのＶリブドベルトを得た。
（試験方法）
図３に示すレイアウトで、本発明ベルトあるいは従来ベルトをそれぞれ試験ベルトとして背面がけで巻き掛け、室温雰囲気で（サーペンタイン）走行試験を行った。

すなわち、直径１２０ｍｍの駆動プーリ１１（回転数５０００ｒｐｍ）および従動プーリ１２、評価用の樹脂プーリ１３に対し、試験ベルト１４を巻き付け、合成樹脂製の平プーリ１３にＡ方向に荷重Ｆ（＝９８０Ｎ）を作用させた状態で、４０秒の時間をかけて１０ｇのダスト（関東ローム層８種）を、投入用シューター１５を通じて、従動プーリ１２と評価用の樹脂プーリ１３との間で試験ベルト１４のベルト背面側に投入し、１８時間走行させた。なお、ベルト走行方向は矢符で示す。

ここで、樹脂プーリ１３としては、市販されているベース樹脂（６ナイロン）にガラス繊維３５重量％を含有する合成樹脂からなりベアリングインサート成形したプーリ（外径７０ｍｍ）を使用した。
（試験結果）
１８時間走行させた後のプーリ外径の幅方向の形状を形状測定器を用いて測定し、外径摩耗量を計測したところ、本発明ベルトでは、図４（ａ）に示すように、プーリ表面１３ａにはダストによる摩耗が認められなかったが、従来ベルトでは、図４（ｂ）に示すように、プーリ表面１３ａにダストによる摩耗が認められた。その摩耗量は、摩耗が小さい部位ではＬ１＝０．０６６ｍｍ程度の摩耗が生じ、大きいところではＬ２＝０．１６９ｍｍ程度の摩耗が生じた。

また、走行試験後のベルト背面の状態を、本発明ベルトについては図５（ａ）に、従来ベルトについては図５（ｃ）にそれぞれ示す。図５（ｂ）（ｄ）はそれぞれ図５（ａ）（ｃ）を１００倍に拡大するしたもので、従来ベルト（図５（ｄ）参照）では帆布の編み目内にダストが入り込んでいるが、本発明ベルトで（図５（ｂ）参照）は、そのようなダストが全く存在ないことがわかる。

ところで、一般的な粉塵の粒径範囲は、１．５〜３０μｍであり、ベルト背面に帆布層を設けた場合の表面粗さＲａは１８〜３２μｍで、上記粒径範囲の粉塵を帆布の目の間に容易に取り込んでしまい、樹脂プーリの表面をその粉塵が削り摩耗させる原因となる。一方、上記背面ゴム層２の表面粗さＲａは１．５〜２μｍで、上記粒径範囲の粉塵をほとんど取り込まない。その結果、粉塵を樹脂プーリとの接触面から排除し、プーリ摩耗の低減を実現することができる。ベルト背面の表面粗さを変量して、樹脂プーリの摩耗量を測定した結果を表２に示す。

この表２より、ベルト背面を、帆布がないゴム面とするにしても、例えば特開２００４−７６９０５号公報に記載されるように、帆布の折り目が転写されたゴム面（帆布の折り目状の微細な凹凸がベルト長さ方向において規則的に設けられるゴム面）であれば、表面粗さが帆布を設けた場合と同様に大きくなり、プーリ摩耗量が増えるといえる。よって、表面粗さが１．５〜２μｍの範囲の大きさ、つまりダストの保持を禁止あるいは抑制する表面粗さを有するゴム面とする必要がある。

前記実施の形態は、Ｖリブドベルトを用いたベルト伝動システムに適用した例であるが、本発明は、平ベルトを用いたベルト伝動システムにも適用することができる。この場合、平ベルト２１は、図６に示すように、螺旋状に巻かれた芯線２２を設けた位置を境として、短繊維２３ａがベルト幅方向に配向された上側ゴム層２３と短繊維を含まない下側ゴム層２４とで構成される。いずれのゴム層２３，２４も、アクリル樹脂混合水素添加ニトリルゴムがベースゴムとして用いられ、上側ゴム層２３においてはベルト幅方向に短繊維（例えばナイロン短繊維あるいはアラミド短繊維）がベルト幅方向に配向されている。レイアウトは、図７に示すように、平ベルト２１が駆動プーリ２５と従動プーリ２６とに巻き掛けられ、それらの間でフランジ付きガイドプーリ２７（樹脂製の平プーリ）が平ベルト２１のベルト背面（上側ゴム層２３）に接触している。

本発明に係るベルト伝動システムに用いるＶリブドベルトの断面図である。 本発明に係る、Ｖリブドベルトを用いたベルト伝動システムのレイアウトの一例を示す説明図である。 試験装置の説明図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ本発明ベルトと比較例ベルトとの、走行試験後の摩耗状態を示す図である。 （ａ）（ｂ）は本発明ベルトの走行試験後のベルト背面の状態を、（ｃ）（ｄ）は従来ベルトの走行試験後のベルト背面の状態をそれぞれ示す図で、（ｂ）（ｄ）はそれぞれ（ａ）（ｃ）の状態を１００倍に拡大して示す。 本発明に係るベルト伝動システムに用いる平ベルトの断面図である。 本発明に係る、平ベルトを用いたベルト伝動システムのレイアウトの一例を示す説明図である。 従来例についての図１と同様な図である。 （ａ）（ｂ）はそれぞれ縦裂き試験方法の説明図である。

符号の説明

１ Ｖリブドベルト
２ 背面ゴム層
３ 心線
４ 接着ゴム層
５ リブゴム層
１２ オートテンショナー用プーリ
２１ 平ベルト
３３ フランジ付きガイドプーリ

Claims (5)

1. 複数の伝動プーリに伝動ベルトが巻き付けられ、前記伝動プーリの少なくとも１つが、前記伝動ベルトの背面が接触する平プーリで構成されるベルト伝動システムにおいて、
   前記少なくとも１つの平プーリは合成樹脂製であり、
   前記伝動ベルトの背面は、ダストの保持を禁止あるいは抑制する表面粗さを有するゴム面となっていることを特徴とするベルト伝動システム。
2. 前記伝動ベルトのベルト背面の表面粗さは、中心線平均粗さ１．５〜２μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のベルト伝動システム。
3. 前記少なくとも１つの平プーリが、ガラス繊維により補強された繊維強化プラスチックからなることを特徴とする請求項１または２記載のベルト伝動システム。
4. 多数のエンジン補機を１本のベルトを介して駆動するサーペンタインドライブシステムであり、前記伝動ベルトが、背面ゴム層、心線が螺旋状に埋設された接着ゴム層およびリブゴム層が順に積層されてなるＶリブドベルトであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のベルト伝動システム。
5. 前記Ｖリブドベルトの背面ゴム層およびリブゴム層は、短繊維がベルト幅方向に配向された短繊維混合ゴムで構成されることを特徴とする請求項４記載のベルト伝動システム。