JPH0665650U - 歯付きベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 歯付きベルトのプーリとの噛合時における歯
元歪による疲労の発生を抑えて歯欠損を抑制し、かつス
ムースな噛合係合により歯部の摩耗を抑制し、歯欠け寿
命を向上させる。 【構成】 歯付きゴム部３側に加硫用ゴム材７の加硫成
形によりカバー帆布４が貼着された歯付きベルトＡの歯
部側面５ａで部分でカバー帆布４を露出させる一方で、
ベルト歯底部６でカバー帆布４を加硫用ゴム材７被覆し
て、歯部側面５ａ側に比べてベルト歯底部６での摩擦係
数を高くし、ベルト伝動負荷の多くをベルト歯底部６に
て負担できるようにする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

この考案は、たとえば自動車エンジン用タイミングベルト等として採用される 歯付きベルトに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来の歯付きベルトは、たとえば図２あるいは図３に示すような構造になって いる。すなわち、図２および図３はそれぞれ従来の歯付きベルトの一例を示して おり、いずれの場合も、芯線１８が埋設された歯付きベルト１１は、背ゴム層１ ２と歯付きゴム部１３とからなり、歯付きゴム部１３の表面側に帆布などの織布 １４がゴム糊などの加硫用ゴム材１７によって一体的に貼着された構造となって いる。

【０００３】 いうまでもなく、上記加硫用ゴム材１７は、歯付きゴム部１３の表面側に織布 １４を一体的に貼着する目的で使用されるが、この加硫用ゴム材１７を被着面に 塗布した後に、加硫成形する際、加硫成形の諸条件（たとえば温度、圧力、加硫 用ゴム材の量）の違いにより、織布１４生地面に対する加硫用ゴム材１７の被覆 状態に差が生じる。

【０００４】 具体的に説明すると、まず、図２に示す歯付きベルト１１Ａの場合、歯付きベ ルト１１の歯付きゴム部１３を構成する歯部１５およびベルト歯底部１６のいず れの部位においても、加硫用ゴム材１７が織布１４表面を完全に充填かつ被覆し ているわけではなく、加硫処理時、加硫用ゴム材１７が歯付きゴム部１３側から 織布１４側へ滲出して、経糸と緯糸とにより織成された織布１４の凹凸起伏の凹 部（生地面の織り目）に充填されるにとどまり、凸部分まで加硫用ゴム材１７で 被覆されず、外観上は梨子状地に、加硫用ゴム材１７層面から多数の経糸もしく は緯糸の各頂部が突出したような構造となっている。

【０００５】 そして、このように、歯部１５およびベルト歯底部１６で、織布１４生地面の 凸部分がそのままの状態で露出していると、たとえば、この歯付きベルトをプー リに噛合させた際、このプーリの歯溝に接触する部分は上記凸部分となり、実質 的に織布生地面となる。したがって、歯部１５およびベルト歯底部１６の摩擦係 数μは、いずれも織布１４固有の摩擦係数μに支配される結果、一様に低くなる 。

【０００６】 一方、図３に示す歯付きベルト１１Ｂでは、上記した図２のものとは異なり、 歯部１５およびベルト歯底部１６のいずれの部位でも、歯付きゴム部１３に貼着 された織布１４生地面が加硫用ゴム材１７によってほぼ完全に充填かつ被覆され ている。つまり、加硫処理時、加硫用ゴム材１７が歯付きゴム部１３側から織布 １４側へ滲出して、経糸と緯糸により織成された織布１４の凹凸起伏の凹部（生 地面の織り目）を充填するにとどまらず、凸部分まで加硫用ゴム材１７でほぼ一 様に覆われており、その結果、あたかも上記織布１４生地面が加硫用ゴム材１７ の層によって隠蔽されたような構造となっている。

【０００７】 このように、歯部１５およびベルト歯底部１６の双方の部分にわたって織布１ ４生地面上が加硫用ゴム材１７で覆われた歯付きベルトの場合、そのプーリ溝部 に接触する部分は、実質的に織布生地面を覆う加硫用ゴム材１７により形成され た平滑面となるので、歯部１５およびベルト歯底部１６の摩擦係数μは、いずれ も、上記加硫用ゴム材１７に固有の摩擦係数μに支配される結果、織布１４生地 面の摩擦係数μに比べ一様に高くなる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、歯付きベルトの伝動形態は、歯部側面による噛合伝動だけではなく 、条件によって異なるが、一般に、伝動負荷の多くをベルト歯底面の摩擦伝達で 受け持っていることが噛合伝動解析および実験結果より明らかとなっている。

【０００９】 すなわち、図４は、歯付きベルトの荷重分布と歯荷重の関係を示した実験結果 であり、同図から明らかなように、歯付きベルトの噛合伝動時、一般的に、ベル トの歯部がプーリの歯溝に入り込み始めた後（図面上では「入側」と表示）、同 歯溝から出ていく（図面上では「出側」と表示）場合の歯部にかかる歯荷重分布 ａに加え、ベルト歯底部での摩擦力分布ｂもかなり大きい。そして、この歯荷重 分布ａで示される荷重と、摩擦力分布ｂで示される荷重との和である合力ｃが、 歯付きベルトを伝動させるための伝動負荷量となるので、歯付きベルトで伝動さ せる負荷の多くをベルト歯底面の摩擦伝達で受け持っていることは明らかである 。

【００１０】 このことから、図２に示す歯付きベルトの噛合伝動状態を検討すると、同ベル トの場合、前述のように、ベルト歯底部１６で織布１４生地面が露出し、その凸 部では、織布１４生地面の構成繊維の露出により摩擦係数μが低くなり、ベルト 歯底部１６での摩擦伝動能力は非常に小さくなることから、ベルト歯底部１６で の摩擦伝動能力が小さくなる分、本来、ベルト歯底部１６で受け持っていた伝達 負荷の多くを歯部１５側面で負担せざるを得ず、歯部１５にかかる荷重は大きく なってしまう。この結果、歯部の歪が大きくなり、特に歯元に歪が集中すること により疲労を早めることとなる。

【００１１】 一方、図３で示す歯付きベルトの噛合伝動状態を検討すると、同ベルトの場合 、前述のように、ベルト歯底部１６の部位では、織布１４表面が加硫用ゴム材１ ７で被覆されており、同部位での摩擦係数μは上記加硫用ゴム材１７固有の摩擦 係数μに支配されるので、相対的に高くなる。したがって、ベルト歯底面での摩 擦伝動能力は高く、歯部にかかる荷重は小さい。

【００１２】 ところが、その反面、ベルトの歯部１５側も、ベルト歯底面と同様に摩擦係数 μが高くなっている。そして、一般に、歯付きベルト伝動の場合においては、歯 部がプーリ溝に入り込む時と出ていく時とにベルト歯部側面がプーリ歯溝側面に 擦れながら滑り込んでいくか滑り出していく状態での面圧および滑り速度は非常 に大きいため、歯部側の摩擦係数μが高いと、摩擦力が大きくなってベルト歯元 に不必要な応力が発生し、歯元歪を増大させ歯部の疲労を促進する。また、摩擦 力が大きいにもかかわらず滑り込んでいくので発熱も大きくなり、歯部側面の摩 耗も速くなる。

【００１３】 すなわち、このように、歯付きベルトの歯部１５およびベルト歯底部１６の部 位で一様に摩擦係数μが低いか、あるいは逆に、歯部１５およびベルト歯底部１ ６の部位で一様に摩擦係数μが高い場合でも、プーリの歯溝への噛合時に歯部分 が摩耗しやすく、ひいては歯部の疲労を促進し、ベルト寿命に影響を与えるとい う不都合があった。

【００１４】 この考案は、上記の課題にかんがみてなされたもので、その目的とするところ は、歯付きベルトの歯部での摩擦係数を小さくし、かつベルト歯底部で多くの摩 擦伝動能力を確保することで、プーリ溝への噛合時における歯部応力の増大を抑 制し、かつスムースな噛合により歯部の摩耗を抑制し、歯部の耐疲労性を向上さ せることにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

上記の目的を達成するため、請求項１の考案では、芯線が埋設されたベルト本 体の内周面に、ベルト長さ方向に並設された複数の歯部とこれら歯部間に歯部側 面に連続するように形成されるベルト歯底部とからなる歯付き部を有し、この歯 付き部の表面側にエラストマーの加硫成形により布部材が貼着された歯付きベル トにおいて、上記ベルト歯底部表面は布部材表面をエラストマーで充填かつ被覆 して平滑面とする一方、上記歯部側面は布部材の織目が明らかに露出する凹凸面 とする構成としている。

【００１６】 また、請求項２の考案では、請求項１の考案におけるベルト歯底部表面の凹凸 起伏の平均高さを０．０５ｍｍ以下に設定し、かつ歯部側面の凹凸起伏の平均高 さを０．０７〜０．３０ｍｍに設定する構成としている。

【００１７】 さらに、請求項３の考案では、請求項１の考案におけるベルト歯底部表面の摩 擦係数μを０．５〜０．７であり、歯部側面の摩擦係数μを０．０５〜０．３に 設定する構成としている。

【００１８】

【作用】

上記のように構成した請求項１の考案では、ベルト歯底部に位置する布部材を エラストマーで充填かつ被覆し、ベルト歯底部表面をエラストマーの平滑面とし てあるので、上記ベルト歯底部の布部材は上記エラストマーで隠蔽された状態に ある。すなわち、このベルト歯底部の接触面は、布部材ではなくてエラストマー による平滑面となり、ベルト歯底部での摩擦係数μはエラストマー固有の摩擦係 数μに支配され、布部材の場合に比べ相対的に高くなる。

【００１９】 一方、歯側面に位置する布部材は、上記エラストマーで被覆されていないので 、同部位では、布部材の生地面の凹凸起伏が露出した状態となる。したがって、 この歯部側面での摩擦係数μは布部材固有の摩擦係数μに支配され、エラストマ ーの場合に比べ相対的に低くなる。

【００２０】 このように、歯付きベルトの歯付き部における摩擦係数μはベルト歯底部のみ で高く、歯部側面では低いので、ベルト歯底部での摩擦伝動能力が高くなり、伝 達負荷のほとんどを歯部で受け持つ場合のように、歯部にかかる荷重が増大する ことはない。

【００２１】 しかも、歯部側面の摩擦係数μがベルト歯底部に比べて低くなっているので、 この歯付きベルトがプーリに噛合係合する際にも、スムースに噛込み、もしくは 噛外れが行われ、歯元にかかる応力も小さくなる。これらにより、ベルト歯部の 耐疲労性の向上が期待される。

【００２２】 また、請求項２の考案では、ベルト歯底部表面の凹凸起伏の平均高さが０．０ ５ｍｍ以下であるので、摩擦係数μを十分に高く保つことができ、所定の摩擦伝 動能力を安定して確保できる。

【００２３】 また、歯部側面の凹凸起伏の平均高さを０．０７〜０．３０ｍｍに設定した理 由は、０．０７ｍｍ未満であれば同部位での摩擦係数μが高くなり、プーリとの 噛合係合時にスムースな噛込みや噛外れが行われず、歯元にかかる応力も大きく なる傾向が見られる一方、０．３０ｍｍ超えると、噛合伝動時の騒音が大きくな る。したがって、この歯部側面の凹凸起伏の平均高さを０．０７〜０．３０ｍｍ とすることで、上記問題を良好に解決することができる。

【００２４】 さらに、請求項３の考案においては、ベルト歯底部表面の摩擦係数μを０．５ 〜０．７に設定した理由は、０．５未満であれば、摩擦係数が低くなって所定の 摩擦伝動能力が期待できないからであり、ベルト歯底部の摩擦係数μが０．７を 超えると、摩擦係数が高くなりすぎる傾向があるからである。

【００２５】 また、歯部側面の摩擦係数μを０．０５〜０．３とした限定理由は、０．０５ 未満であれば、歯付きベルトの噛合伝動に際し、ベルト歯底部で負担しきれない 伝動負荷量を分担でき得ない程度の摩擦伝動能力しかないからであり、０．３を 超えると、歯部の摩擦伝動能力が大きくなって歯元に不必要な応力が発生し、歯 元歪による疲労を促進したり、発熱による歯部の摩耗が速くなるという不都合が あるからである。

【００２６】

【実施例】

以下、この考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

【００２７】 図１は、この考案の一実施例に係る歯付きベルトＡを示し、この歯付きベルト Ａは、ゴムやポリウレタンなどのエラストマーよりなるベルト本体１と、このベ ルト本体１にゴム糊などのエラストマーによって貼着された布部材としてのカバ ー帆布４とを備えている。

【００２８】 上記ベルト本体１は、ベルトの長手方向に延びる背ゴム層２と、この背ゴム層 ２の内面側に一体に設けられた歯付きゴム部３とからなり、この歯付きゴム部３ の表面側には、複数の歯部５，５…と、これら歯部５，５間に歯部側面５ａに連 続するように形成されたベルト歯底部６とがベルト長さ方向に交互に並設されて いる。なお、８はベルト本体１に背ゴム層２と歯付きゴム部３との間に位置する ように埋設された芯線である。

【００２９】 上記ベルト歯底部６では、カバー帆布４の生地面が加硫用ゴム材７によって覆 われており、このベルト歯底部６の表面は実質的に平滑面となっている一方、歯 部５では、カバー帆布４の生地面が加硫用ゴム材７によって覆われておらず、そ の表面はカバー帆布４の生地面（織目）が明らかに露出した凹凸面となっている 。

【００３０】 具体的には、上記ベルト歯底部６表面の凹凸起伏の平均高さを０．０５ｍｍ以 下とし、かつ歯部側面５ａの凹凸起伏の平均高さを０．０７〜０．３０ｍｍに設 定するのが望ましく、さらに望ましくは、ベルト歯底部６の摩擦係数μを０．５ 〜０．７に設定し、歯部側面５ａの摩擦係数μを０．０５〜０．３とする。

【００３１】 上記のように、歯部側面５ａおよびベルト歯底部６の凹凸起伏の高さを限定し た理由について説明すると、ベルト歯底部６表面の凹凸起伏の平均高さが０．０ ５ｍｍを超えると、摩擦係数が低くなって、所定の摩擦伝動能力が期待できない からである。また、歯部側面５ａの凹凸起伏の平均高さが０．０７ｍｍ未満であ れば、同部位での摩擦係数が高くなって、噛合係合時に、スムースに噛込みや噛 外れが行われず、歯元にかかる応力も大きくなる傾向が見られる一方、０．３０ ｍｍを超えると、噛合伝動時の大きな騒音の発生があって好ましくなく、よって 歯部側面５ａの凹凸起伏の平均高さは０．０７〜０．３０ｍｍに設定されている 。

【００３２】 また、ベルト歯底部６の摩擦係数μは、０．５未満であれば、摩擦係数が低く なって所定の摩擦伝動能力が期待できない一方、０．７を超えると、摩擦係数が 高くなりすぎる傾向があるので、０．５〜０．７に設定されている。また、歯部 側面５ａの摩擦係数μは、０．０５未満であれば、歯付きベルトの噛合伝動に際 し、ベルト歯底部で負担しきれない伝動負荷量を分担でき得ない程度の摩擦伝動 能力しかなく、逆に０．３を超えると、歯部の摩擦伝動能力が大きくなって歯元 に不必要な応力が発生し、歯元歪による疲労を促進したり、発熱による歯部の摩 耗が速くなったりするという不都合があるから、摩擦係数μ＝０．０５〜０．３ に設定している。

【００３３】 したがって、上記実施例に係る歯付きベルトによれば、ベルト歯底部６に位置 するカバー帆布４を加硫用ゴム材７で充填かつ被覆し、ベルト歯底部６表面を加 硫用ゴム材７の平滑面としてあるので、ベルト歯底部６での摩擦係数μは、加硫 用ゴム材７固有の摩擦係数μに支配されて、カバー帆布４の場合に比べ相対的に 高くなる。一方、歯部側面５ａに位置するカバー帆布４は、上記加硫用ゴム材７ で仮想線Ｈで示すレベルまで被覆されていないので、同部位ではカバー帆布４の 生地面の凹凸起伏が露出した状態となり、この歯部側面５ａでの摩擦係数μは、 カバー帆布４固有の摩擦係数μに支配されて加硫用ゴム材７の場合に比べて相対 的に低くなる。

【００３４】 このように、歯付きベルトＡの歯付きゴム部３における摩擦係数μはベルト歯 底部６のみで高く、歯部側面５ａでは低いので、ベルト歯底部６での摩擦伝動能 力が高くなり、伝達負荷のほとんどを歯部表面５ａで受け持っていた従来の歯付 きベルトのように、歯部にかかる荷重が増大するおそれがない。

【００３５】 加えて、歯部側面５ａの摩擦係数μがベルト歯底部６に比べて低くなっている ので、この歯付きベルトＡがプーリに噛合係合する際にも、スムースに噛込みも しくは噛外れが行われ、歯元にかかる応力も小さくなる。これらにより、この歯 付きベルトを使用する場合には、ベルトの歯部応力が軽減し、特に歯元の歪が軽 減されることにより歯部の耐疲労性が向上する効果がある。

【００３６】 最後に、この実施例にかかる歯付きベルトの効果を確認するための具体例につ いて説明する。

【００３７】 まず、この実施例にかかる歯付きベルトの具体例（本考案例）として、ベルト 本体をクロロプレンゴム製のものとし、芯線としてガラス繊維を、また織布（カ バー帆布）としてナイロン繊維を綾織りしたものをそれぞれ用い、上記織布を加 硫用ゴム材によりベルト本体の歯付き部側表面に貼着した。

【００３８】 この際、加硫成形時の加硫条件（温度及び圧力とその付与パターン）を変える ことにより、ベルト歯底部に加硫用ゴム材を織布の生地面に滲出させてゴム層の 平滑層とする一方で、歯部側面では、上記加硫用ゴムを織布の生地面に滲出させ ず、織布の生地面を露出させ凹凸起伏を有する形状とした。

【００３９】 これに対し、ベルト本体及び芯線の構成材料を、上記本考案例と同様のものを 用い、ベルト歯底部及び歯部でともに織布の生地面が露出し、両部分で凹凸起伏 を有する歯付きベルト（比較例１：図２で示す従来例に相当）と、ベルト歯底部 及び歯部でともに織布の生地面が加硫用ゴム材で覆われ、表面が平滑となった歯 付きベルト（比較例２：図３で示す従来例に相当という）とを作製した。

【００４０】 なお、本考案例及び比較例におけるベルトは、いずれも台形歯形の９．５２５ ｍｍピッチのものとした。

【００４１】 これらの本考案例と比較例１，２とにかかる歯付きベルトのベルト歯底部及び 歯部側面の表面凹凸の平均高さは、表１に示す通りである。

【００４２】

【表１】 この表面凹凸の平均高さの測定は、検出部先端が鋭利となった石針（ダイヤモ ンド，サファイヤ等）により表面をトレースすることにより表面の凹凸を測定で きる表面粗度測定装置によって行い、歯底部ならびに歯部側面をそれぞれベルト 幅方向にトレースして織布の織目分に相当する凹凸を１単位として計測し、１０ 点平均粗さとして求めたものである。

【００４３】 さらに、上記本考案例および比較例１，２にかかる歯付きベルトを２８−２８ 歯のプーリに懸装し、５０００ｒｐｍで７．５ｋｇｍの伝動トルクを加えて走行 試験を行ったところ、比較例１では、１３５時間で歯元歪による疲労の発生によ り歯欠損するに至った。また、比較例２では、歯部側面ないし歯元の摩耗が進行 し、１５６時間で歯元歪による疲労の発生により歯欠損するに至った。

【００４４】 これに対して、本考案例のものでは、３００時間走行させても、若干の歯部側 面に摩耗は見られたものの、歯元歪による疲労は発生せず、使用上、特に不都合 はなかった。

【００４５】 上記実験結果について考察すると、比較例１のものは、ベルト歯底部の凹凸起 伏が０．０８５ｍｍであって、いわゆる梨子地状に織布の凹凸が露出しており、 プーリの歯溝に接触するベルト歯底面の摩擦係数が織布固有の摩擦係数に支配さ れる結果、ベルト歯底面での摩擦伝動能力はきわめて小さいものと考えられ、摩 擦伝達負荷のほとんどを歯部側で負っているものと考えられる。その結果、歯部 にかかる荷重が大きくなって、歯元疲労が促進され、早期に歯欠損を起こすに至 ったものと考えられる。

【００４６】 また、比較例２のものでは、ベルト歯底部および歯部側面がともに０．０２５ ｍｍ未満の凹凸起伏に設定してあり、ベルト歯底部の摩擦係数は高く、摩擦伝動 能力が大きくなって歯部には大きな荷重がかからない反面、歯部でもベルト歯底 部と同様に摩擦係数が高くなっているので、歯部がプーリ溝内に擦れながら入り 込みあるいは出ていく際に摩擦力が大きくなって歯元に不必要な応力が発生し、 歯元部の摩耗を促進して歯が欠けたものと考えられる。

【００４７】 この点、本考案例のものでは、ベルト歯底部の摩擦係数を格段に高くしてある ので、ベルト伝動負荷のほとんどをベルト歯底部で受け持ち、歯部に必要以上の 負荷がかからず、しかも歯部の摩擦係数を低くしてあるので、スムースな噛合が 行われる。その結果、３００時間という長時間使用後でも歯部の摩耗がほとんど 見られず、歯元歪による疲労の発生に至らなかったものと考えられる。

【００４８】

【考案の効果】

以上説明したように、請求項１の考案によれば、歯付きベルトの歯付き部を構 成するべルト歯底部と歯部とで摩擦係数を異ならせ、ベルト歯底部の摩擦係数を 歯部側面の摩擦係数に比べて高くするという簡単な構成により、ベルト伝動負荷 に必要なベルト歯底面での摩擦伝動能力を大きく確保して歯部への荷重負担を軽 減することができ、歯元に不必要な応力の発生を防ぐことができるとともに、ベ ルト歯底部の摩擦係数に比べて歯部の摩擦係数を低くしたので、プーリとの噛合 伝動時に、歯部の摩擦力が小さくなって摩耗による損傷を少なくでき、プーリ溝 内への歯部の出入りも円滑に行うことができ、比較的長期間、歯元疲労を抑えて 歯欠損の発生を防止し、ベルト寿命を向上させることができ、さらには、騒音も 低くく抑えることができるという効果がある。

【００４９】 さらに、請求項２または請求項３の考案によると、べルト歯底部及び歯部にお ける凹凸起伏の大きさあるいは摩擦係数の高さを所定範囲に設定するという簡単 な構成により、ベルト歯底部の摩擦係数を歯部の摩擦係数に比べて安定して高く でき、上記請求項１の考案の効果を確実に得ることができるいう実用的な効果が ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案の一実施例に係る歯付きベルトの一部
拡大断面図である。

【図２】歯付きベルトの従来例を示す一部拡大断面図で
ある。

【図３】歯付きベルトの他の従来例を示す図２相当図で
ある

【図４】歯付きベルトにおける荷重分布と歯荷重との関
係を示す特性図である。

【符号の説明】

Ａ 歯付きベルト １ ベルト本体 ３ 歯付きゴム部 ４ カバー帆布 ５ 歯部 ５ａ 歯部側面 ６ ベルト歯底部 ７ 加硫用ゴム材 ８ 芯線

Claims (3)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯線が埋設されたベルト本体の内周面
   に、ベルト長さ方向に並設された複数の歯部と、これら
   歯部間に歯部側面に連続するように形成されるベルト歯
   底部とからなる歯付き部を有し、この歯付き部の表面側
   にエラストマーの加硫成形により布部材が貼着された歯
   付きベルトにおいて、 上記ベルト歯底部表面は布部材表面をエラストマーで充
   填かつ被覆して平滑面とする一方、上記歯部側面は布部
   材の織目が明らかに露出する凹凸面としたことを特徴と
   する歯付きベルト。
2. 【請求項２】 ベルト歯底部の布部材織目にしたがって
   形成される表面の凹凸起伏の平均高さが０．０５ｍｍ以
   下であり、かつ歯部側面の凹凸起伏の平均高さが０．０
   ７〜０．３０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載
   の歯付きベルト。
3. 【請求項３】 ベルト歯底部表面の摩擦係数μが０．５
   〜０．７であり、歯部側面の摩擦係数μが０．０５〜
   ０．３であることを特徴とする請求項１記載の歯付きベ
   ルト。