コグドＶベルト
【課題】厳しい使用条件下においても、長期間に渡って正常に使用可能な耐久性に優れたコグドＶベルトを実現する。
【解決手段】コグ２０１がプーリ５０に接すると、円弧領域２０Ｃが接触領域５０Ｃの下端に到達する。このときコグ２０１は緩やかに湾曲しているため、コグ２０１の表面におけるプーリ５０との接触面積は広くなる。また、ピッチ幅が大きくてコグ山頂領域２０Ｐが広いため、プーリ５０の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられた状態にあるコグ２０２、２０３のプーリ５０に対する接触面積も広くなる。このようにコグの接触面積が広く保たれるため、コグドＶベルト１０は応力緩和性に優れている。さらに、耐熱性および形状追従性に優れた材質でコグを形成することにより、コグドＶベルト１０の耐久性が向上される。
【解決手段】コグ２０１がプーリ５０に接すると、円弧領域２０Ｃが接触領域５０Ｃの下端に到達する。このときコグ２０１は緩やかに湾曲しているため、コグ２０１の表面におけるプーリ５０との接触面積は広くなる。また、ピッチ幅が大きくてコグ山頂領域２０Ｐが広いため、プーリ５０の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられた状態にあるコグ２０２、２０３のプーリ５０に対する接触面積も広くなる。このようにコグの接触面積が広く保たれるため、コグドＶベルト１０は応力緩和性に優れている。さらに、耐熱性および形状追従性に優れた材質でコグを形成することにより、コグドＶベルト１０の耐久性が向上される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コグドＶベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
プーリとの摩擦により動力を伝達するＶベルトなどの摩擦伝動ベルトが知られている（例えば特許文献１参照）。Ｖベルトには、トラックやバス等の大型車を中心とした自動車の補機駆動用に幅広く用いられるコグドＶベルトが含まれる。
【０００３】
補機駆動のためのコグドＶベルト等を含む自動車用のベルトは、安全走行のために所定の走行距離ごとに交換されることが多い。そして、通常は定期的に交換されるとはいえ、大型車の走行距離の増加等により、ベルトには優れた耐久性が要求される。また、定期的に交換されることの多いベルトに対し、補機プーリは、長期間に渡って交換なしに継続使用されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２５１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
長期間に渡って継続使用される補機プーリ等に掛け回されるコグドＶベルトは、厳しい条件下で使用される場合がある。例えば、補機プーリ間のミスアライメントの影響等により、プーリに偏摩耗が生じていた場合である。
【０００６】
偏摩耗等の異常が生じていたプーリに使用されるコグドＶベルトは、たとえ正常なプーリでの使用には十分なだけの耐久性を備えていたとしても、比較的早期のうちに切断や破損を引き起こすおそれがある。プーリが本来の形状を有さないために、正常なベルト走行が不可能となるためである。
【０００７】
そこで本発明は、プーリ側に偏摩耗が生じていた等の厳しい使用条件下においても、長期間に渡って正常に使用可能な耐久性に優れたコグドＶベルトを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明のコグドＶベルトは、コグが、ＥＰＤＭを主成分としており、コグ山頂領域とコグ山頂領域の両端に設けられた円弧領域とを備え、コグ山頂領域が円弧領域よりも緩やかに湾曲した凸状であることを特徴とする。
【０００９】
コグドＶベルトは、長手方向に沿った心線をさらに有し、心線の中心からコグのコグ底までの距離が、３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下であることが好ましい。コグドＶベルトのピッチ幅は７ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１０】
コグ山頂領域の曲率半径が４．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲にあり、円弧領域の曲率半径が０．８ｍｍ以上１．３ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。また、コグドＶベルトは、背面を覆う上帆布をさらに有し、上帆布が二層構造であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プーリ側に偏摩耗が生じていた等の厳しい使用条件下においても、長期間に渡って正常に使用可能な耐久性に優れたコグドＶベルトを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のコグドＶベルトを示す側面図である。
【図２】図１のII−II線に沿って切断したコグドＶベルトの断面図である。
【図３】比較例のコグドＶベルトを示す側面図である。
【図４】実施例のコグドＶベルトがプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。
【図５】比較例のコグドＶベルトがプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。
【図６】実施例と比較例のコグドＶベルトの走行試験の結果を示す図である。
【図７】実施例のコグドＶベルトが、偏摩耗が生じたプーリに巻き付けられた状態を示す断面図である。
【図８】比較例のコグドＶベルトが、偏摩耗が生じたプーリに巻き付けられた状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施形態のコグドＶベルトを、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のコグドＶベルトを示す側面図である。図２は、図１のII−II線に沿って切断したコグドＶベルトの断面図である。
【００１４】
本実施形態のコグドＶベルト１０は、例えば自動車の補機駆動に用いられる。コグドＶベルト１０は、背面側の上ゴム層１２、心線１４、底面側の下ゴム層１６を含む。心線１４は、上ゴム層１２と下ゴム層１６との間に埋設されており、コグドＶベルト１０の長手方向に沿って延びる。上ゴム層１２と心線１４との間、および下ゴム層１６と心線１４との間には、接着ゴム層１８が設けられている。上ゴム層１２および下ゴム層１６は、主としてエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）により形成されている。
【００１５】
下ゴム層１６には、複数のコグ２０が設けられている。コグ２０の表面は、底帆布２２で覆われており、コグドＶベルト１０の背面、すなわちコグ２０とは反対側の上ゴム層１２の表面は上帆布２４によって覆われている。上帆布２４は二層構造であり、第１帆布２５および第２帆布２６が互いに接着され、重ねられている。
【００１６】
コグ２０においては、コグ山頂領域２０Ｐが設けられている。コグ山頂領域２０Ｐの両端には円弧領域２０Ｃが設けられている。図示されたように、コグ山頂領域２０Ｐは、平坦ではなく、円弧領域２０Ｃよりも緩やかに湾曲した曲面である。すなわち、コグ２０の側面形状、あるいはベルト長手方向に沿って切断された断面形状は、台形に近く、円弧領域２０Ｃとコグ底２０Ｂを結ぶ傾斜領域２０Ｔではほぼ直線的であるものの、コグ山頂領域２０Ｐが緩やかに隆起するように、コグ山頂領域２０Ｐおよび円弧領域２０Ｃが湾曲している。
【００１７】
具体的には、コグ山頂領域２０Ｐにおいては、曲率半径Ｒ１が４．０〜５．０ｍｍほどの範囲内にあって例えば４．５ｍｍであり、円弧領域２０Ｃの曲率半径Ｒ２は、０．８〜１．３ｍｍほどの範囲内にあって例えば１．１ｍｍである。そしてコグ２０は、コグ山頂領域２０Ｐの中心がコグ山頂、すなわち心線１４からの距離が最も長い領域となるように、凸状に膨らんでいる。なお、コグ２０の表面におけるコグ底２０Ｂ近傍での曲率半径Ｒ３は、１．５〜２．０ｍｍほどで、例えば１．８ｍｍである。
【００１８】
コグドＶベルト１０においては、心線１４の中心からコグ２０のコグ底２０Ｂまでの距離Ｄが比較的長くなっている。具体的には、距離Ｄは３．５ｍｍ以上であり、例えば４．５〜５．０ｍｍ程度である。コグドＶベルト１０の剛性を向上させるためである。なお図２においては、説明の便宜上、本来は断面に含まれないコグ底２０Ｂを覆う底帆布２２も鎖線にて示されている。
【００１９】
距離Ｄの上限は、コグ２０がプーリに掛け回されたときにコグ山頂領域２０Ｐがプーリの溝底に接しないように、プーリの形状にも応じて定められる。距離Ｄの上限は、概ね５．５ｍｍほどである。
【００２０】
また、コグドＶベルト１０のピッチ幅Ｐ、すなわち隣り合うコグ底２０Ｂ同士の間隔も長めに設計されている。具体的には、ピッチ幅Ｐは７ｍｍ以上であり、好ましくは１０ｍｍ以上、例えば１１〜１２ｍｍ程度である。そしてコグ２０の扁平率、すなわちコグ断面高さＨ／コグ断面幅Ｐ×１００（％）は比較的小さく、３５〜５５（％）ほどである。このように、コグ２０のベルト長手方向の幅を大きくすることにより、コグドＶベルト１０の剛性を向上させることができる。
【００２１】
次に、比較例のコグドＶベルトにつき説明する。図３は、比較例のコグドＶベルトを示す側面図である。なお図３においては、実施例のコグドＶベルト１０に対応する構成要素は、コグドＶベルト１０の構成要素の符号に２０を加えた符号で表されている。
【００２２】
比較例のコグドＶベルト３０においては、心線３４の中心からコグ４０のコグ底４０Ｂまでの距離Ｄ’が、実施例のコグドＶベルト１０における距離Ｄ（図１、２参照）よりも短い。また、ピッチ幅Ｐ’も、実施例のコグドＶベルト１０のピッチ幅Ｐよりも短く、ベルト長手方向におけるコグ４０の幅が実施例よりも狭い。
【００２３】
さらにコグ４０の形状も、実施例のコグドＶベルト１０のコグ２０とは異なる。すなわち、比較例のコグドＶベルト３０においては、コグ山頂領域４０Ｐはほぼ平坦であり、湾曲していない。また、本実施形態における円弧領域２０Ｃに対応する屈曲領域４０Ｃにおいて、コグ４０は湾曲しておらず屈曲している。すなわちコグ４０は、実施例のコグ２０よりも台形に近い形状を有する。
【００２４】
また、コグドＶベルト３０の背面は、単一の上帆布４４により覆われている。このように上帆布４４が単一層である点も、本実施形態における二層構造の上帆布２４とは異なる。
【００２５】
次に、実施例と比較例のコグドＶベルトのプーリへの巻付き状態につき説明する。図４は、実施例のコグドＶベルト１０がプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。図５は、比較例のコグドＶベルト３０がプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。
【００２６】
矢印Ａの示す方向に走行する実施例のコグドＶベルト１０がプーリ５０に巻き付けられると、コグ２０の側面２０Ｓを含むコグドＶベルト１０の側面がプーリ５０のプーリシーブの壁面を押圧しつつ、コグ２０がプーリ５０のＶ溝の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられる。なお図４および５では、説明の便宜上、プーリシーブは省略されているものの、コグドＶベルト１０がプーリシーブの壁面に接する領域を、接触領域５０Ｃとして示している。
【００２７】
コグ２０１を含むコグドＶベルト１０がプーリ５０に接すると、図示されたように、まずは図中左側の円弧領域２０Ｃが接触領域５０Ｃの下端に到達する。このとき、上述のようにコグ２０１が緩やかに湾曲しているため、コグ２０１の表面において円弧領域２０Ｃとプーリ５０との接触面積は広くなる。
【００２８】
また、コグドＶベルト１０においては、ピッチ幅Ｐ（図１参照）が大きくてコグ山頂領域２０Ｐが広い。このため、プーリ５０の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられた状態にあるコグ２０２、２０３などのプーリに対する接触面積も広くなる。このように、コグ２０がプーリ５０に接触を開始するときのみならず、コグドＶベルト１０がプーリ５０に巻き付けられた状態においてもコグ２０の接触面積が広く保たれるため、コグドＶベルト１０はさらに応力緩和性に優れている。
【００２９】
さらにコグドＶベルト１０においては、心線１４の中心からコグ２０のコグ底２０Ｂまでの距離ＤとコグドＶベルト１０のピッチ幅Ｐが大きくて側面２０Ｓが広い（図１および２参照）ため、コグドＶベルト１０がプーリシーブの壁面に接する接触領域５０Ｃも広い。
【００３０】
以上のようにコグドＶベルト１０は、プーリ５０に接触する領域が広く、応力を緩和し易くなっている。このように応力緩和性に優れたコグドＶベルト１０は、長期間に渡って走行されても、プーリ５０への接触によるクラックの発生、および発熱を抑えることが可能であり、耐久性に優れている。
【００３１】
さらに、距離Ｄ（図１および２参照）が大きいコグドＶベルト１０は、プーリ５０に巻き付けられる前の状態において、曲がったり、ねじれたりしにくくなっている。このように、プーリ５０に接する前の状態で、矢印Ａの示す進行方向に向かって真っ直ぐ進むコグドＶベルト１０においては、不要な屈曲、ねじれによる発熱が防止されるため、特に耐久性に優れている。なお距離Ｄが大きいことにより、心線１４を確実に保護できるという効果も認められる。
【００３２】
また、上帆布２４が二層構造である（図１、２参照）ことによっても、実施例のコグドＶベルト１０は耐久性に優れている。これは、一枚のみの上帆布は広範囲に渡って容易に剥離し、コグドＶベルト１０の破断の要因となり得るのに対し、二層構造であれば剥離しにくいためである。
【００３３】
さらに、三層以上の帆布を重ねて上帆布とすると、上帆布の剛性が必要以上に高くなり、心線１４よりも内側でデラミネーションが生じ、コグドＶベルト１０の強度が低下し易い傾向にある。これに対し、二層構造の上帆布２４は剛性が適度に保たれる。すなわち、本実施形態では、デラミネーションが生じ得るのは主として心線１４よりも上帆布２４側であり、このようなデラミネーションは、コグドＶベルト１０の強度を著しく低下させる可能性が低い。
【００３４】
一方、図５に示されるように、比較例のコグドＶベルト３０がプーリ５０に巻き付けられると、コグ４０１がプーリに接する。このとき、コグ４０１の屈曲領域４０Ｃが角張っているために、コグ４０１の表面におけるプーリシーブとの接触面積は狭くなる。このため比較例のコグドＶベルト３０は応力緩和性に優れておらず、実施例のコグドＶベルト１０よりも耐久性が低い。
【００３５】
また、比較例のコグドＶベルト３０においては、ピッチ幅Ｐ’（図３参照）が小さくてコグ山頂領域４０Ｐが狭いため、プーリ５０の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられた状態にあるコグ４０２、４０３などのプーリに対する接触面積も狭い。このように、プーリ５０への接触時のみならず巻き付けられた状態においてもコグ４０の接触面積が狭くなるため、コグドＶベルト３０は応力緩和性に劣る。また、距離Ｄ’とピッチ幅Ｐ’とが小さくてコグ４０の側面４０Ｓが狭く（図３参照）、コグドＶベルト３０がプーリシーブの壁面に接する接触領域５０Ｃが実施例のコグドＶベルト１０（図４参照）よりも狭いことも、コグドＶベルト３０の応力緩和性を低下させる。
【００３６】
さらに、距離Ｄ’（図３参照）が小さいことにより、コグドＶベルト３０は、プーリ５０に巻き付けられる前に、曲がったり、ねじれたりし易い。このように、不要な屈曲、ねじれによる発熱のおそれがある点においても、比較例のコグドＶベルト３０は耐久性に劣る。
【００３７】
また、実施例と比較例のいずれとも形状が異なり、コグの側面形状が半円形に近いコグドＶベルトも、実施例のコグドベルト１０に比べて耐久性に劣る傾向にある。比較例のコグドＶベルト３０と同様にプーリ５０に対する接触面積が小さく、応力緩和性が低いためである。
【００３８】
比較例等に比べて応力緩和性、耐久性に優れる本実施形態のコグドＶベルト１０は、例えばプーリ５０に偏摩耗が生じたといった過酷な使用条件下でも、変形、および変形による発熱を最小限に抑え、正常な走行を可能にし得る。
【００３９】
次に、コグドＶベルトの材質につき説明する。表１は、実施例および比較例のコグドＶベルトを構成する部材の材質を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示されるように、実施例のコグドＶベルト１０においては、コグ２０（図１、２参照）の主成分はＥＰＤＭである。これに対し、比較例のコグドＶベルト３０では、クロロプレンゴム（ＣＲ）を用いてコグ４０（図３参照）が形成されている。
【００４２】
コグの材質としてのＥＰＤＭとＣＲの適否と、上述のように互いに異なる形状のコグドＶベルトの耐久性を評価するために、実施例と比較例１〜３のコグドＶベルトについて、走行試験を行った。この走行試験においては、偏摩耗したプーリを含む３つのプーリにコグドＶベルトを掛け回し、室温下で８３０Ｎの張力を与えつつ、各コグドＶベルトを走行させた。このとき、偏摩耗プーリを他のプーリに対してプーリ軸方向にわずかにずらして配置させることにより、各コグドＶベルトを０．５°だけ傾いた状態で走行させた。
【００４３】
図６は、実施例と比較例のコグドＶベルトの走行試験の結果を示す図である。図６では、実施例のコグドＶベルト走行時間を１００とした場合の相対的な走行時間の比を横軸に、リブゴムの硬度（ＪＩＳ−Ａ）を縦軸に示している。
【００４４】
比較例１は、上述のコグドＶベルト３０であって、上ゴム３２、下ゴム３６および接着ゴム３８の材質としてＣＲを用いた、実施例とは異なる形状のコグ４０（以下、台形コグ形状という）を有する。比較例２は、実施例と同じＥＰＤＭを用いた台形コグ形状、比較例３は、比較例１と同じ材質を用いた実施例と同じ形状のコグ（以下、円弧コグ形状という）を有するコグドＶベルトである。すなわち、比較例１においてはコグの材質と形状の両方、比較例２においてはコグの形状、比較例３においてはコグの材質が、実施例とは異なる。なおこの走行試験においては、比較例１および２のコグドＶベルトは破断するまで、比較例３および実施例のコグドＶベルトはコグが破損するまで、いずれも上述の条件下で走行させた。
【００４５】
実施例と比較例２を比較すると、走行前のコグの硬度は、いずれも８７、８８（ＪＩＳ Ａ・以下同じ）前後で同程度であったところ、比較例２では、実施例よりも早くリブゴムの硬度が上昇し、かつ切断までの走行時間が短かった。これに対し、実施例のコグドＶベルト１０は、リブゴムの硬度上昇が緩やかであり、切断するまでの時間が比較例２の５倍以上長かった。
【００４６】
この結果は、円弧コグ形状を有するコグドＶベルトは、台形コグ形状のコグドＶベルトよりも耐久性に優れていることを示す。さらにこのことは、円弧コグ形状の比較例３が、コグの材質が比較例３と同じであって台形コグ形状を有する比較例１よりも良好な結果を示していることによっても明らかである。
【００４７】
また、実施例と比較例３とを比較すると、走行後の硬度は、比較例３では短時間のうちに９５以上の値になったのに対し、実施例のコグドＶベルト１０のコグ２０の硬度は、長い時間に渡ってほぼ初期値の８８前後を保ち、安定していた。これは、ＥＰＤＭのコグの内部発熱量が大幅に小さいことによると考えられる。
【００４８】
コグの硬さ上昇、すなわち硬化劣化が抑制されていれば、コグドＶベルトは、応力緩和性が良好でクラック等も生じにくく、耐久性に優れている。このため、実施例のコグドＶベルト１０は比較例３に比べて長時間走行可能であった。以上のように、コグドＶベルト１０のコグ２０の材質としては、ＣＲよりもＥＰＤＭの方が優れていることが確認された。さらにこのことは、比較例２が、コグ形状が比較例２と同じであって材質のみが異なる比較例１よりも良好な結果を示したことからも明らかである。なお、ＥＰＤＭがＣＲよりも優れているのは、耐熱性のみならず、形状追従性も以下のようにより良好である。
【００４９】
図７は、実施例のコグドＶベルト１０が、溝底面５０Ｂの近傍に偏摩耗が生じたプーリ５０に巻き付けられた状態を示す断面図である。図８は、比較例のコグドＶベルト３０が、溝底面５０Ｂの近傍に偏摩耗が生じたプーリ５０に巻き付けられた状態を示す断面図である。
【００５０】
長期間の使用により偏摩耗が生じたプーリ５０に実施例のコグドＶベルト１０を巻き付けて走行させると、コグ２０が偏摩耗したプーリ５０の形状に対応して摩耗し、Ｖ溝のプーリ５０の凹部である偏摩耗領域５０Ｄに倣う形状になった。このように、コグ２０において、プーリ５０の偏摩耗に追従した追従領域２０Ｅを形成することにより、コグ山頂領域２０Ｐが溝底面５０Ｂに対して傾くこともなく、コグドＶベルト１０は正常に走行可能であった。
【００５１】
これに対し、比較例のコグドＶベルト３０を同じプーリ５０に巻き付けて走行させると、コグ４０においては、図８に示されたように、コグ山頂領域４０Ｐが偏摩耗領域５０Ｄに乗り上げ、コグドＶベルト３０は傾斜した。
【００５２】
この場合、コグドＶベルト３０がプーリ５０に対して線接触することとなり、接触部位に異常な摩耗が進行したり、あるいは接触部位で生じたクラックが心線３４まで到達してしまう可能性がある。その結果、正常な動力の伝達が不可能となるおそれがある。以上のことから明らかであるように、実施例におけるＥＰＤＭは形状追従性においてもＣＲより優れており、コグ２０の材質として適している。
【００５３】
以上のように本実施形態のコグドＶベルト１０は、応力緩和性、耐久性を向上させる形状を有するとともにコグ２０の材質が適当であることによる相乗効果によって、例えば、偏摩耗の生じたプーリ５０に巻き付けられるといった厳しい使用条件下でも正常に走行できる。さらに、塩素を含むＣＲの代わりに塩素を含まないＥＰＤＭを用いることから、環境問題への対応も可能である。
【００５４】
コグドＶベルト１０の形状、材質等については、上述の実施形態におけるものに限定されない。例えば、コグ２０の寸法等を、使用されるプーリ５０の形状等に応じて適宜変更しても良い。また、ＥＰＤＭのみではなく、耐熱性に優れる水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ウレタンゴム等、あるいはこれらの混合物、ＣＲ等の他の成分を含みつつＥＰＤＭ、Ｈ−ＮＢＲ、またはウレタンゴムを主成分とする材料等を用いてコグ２０を形成しても良く、上ゴム層１２、下ゴム層１６内に短繊維を含めても良い。コグドＶベルト１０は、自動車の補機駆動以外の用途で使用されても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１０ コグドＶベルト
１４ 心線
２０ コグ
２０Ｂ コグ底
２０Ｃ 円弧領域
２０Ｐ コグ山頂領域
２４ 上帆布
Ｐ ピッチ幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コグドＶベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
プーリとの摩擦により動力を伝達するＶベルトなどの摩擦伝動ベルトが知られている（例えば特許文献１参照）。Ｖベルトには、トラックやバス等の大型車を中心とした自動車の補機駆動用に幅広く用いられるコグドＶベルトが含まれる。
【０００３】
補機駆動のためのコグドＶベルト等を含む自動車用のベルトは、安全走行のために所定の走行距離ごとに交換されることが多い。そして、通常は定期的に交換されるとはいえ、大型車の走行距離の増加等により、ベルトには優れた耐久性が要求される。また、定期的に交換されることの多いベルトに対し、補機プーリは、長期間に渡って交換なしに継続使用されることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１２５１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
長期間に渡って継続使用される補機プーリ等に掛け回されるコグドＶベルトは、厳しい条件下で使用される場合がある。例えば、補機プーリ間のミスアライメントの影響等により、プーリに偏摩耗が生じていた場合である。
【０００６】
偏摩耗等の異常が生じていたプーリに使用されるコグドＶベルトは、たとえ正常なプーリでの使用には十分なだけの耐久性を備えていたとしても、比較的早期のうちに切断や破損を引き起こすおそれがある。プーリが本来の形状を有さないために、正常なベルト走行が不可能となるためである。
【０００７】
そこで本発明は、プーリ側に偏摩耗が生じていた等の厳しい使用条件下においても、長期間に渡って正常に使用可能な耐久性に優れたコグドＶベルトを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明のコグドＶベルトは、コグが、ＥＰＤＭを主成分としており、コグ山頂領域とコグ山頂領域の両端に設けられた円弧領域とを備え、コグ山頂領域が円弧領域よりも緩やかに湾曲した凸状であることを特徴とする。
【０００９】
コグドＶベルトは、長手方向に沿った心線をさらに有し、心線の中心からコグのコグ底までの距離が、３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下であることが好ましい。コグドＶベルトのピッチ幅は７ｍｍ以上であることが好ましい。
【００１０】
コグ山頂領域の曲率半径が４．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲にあり、円弧領域の曲率半径が０．８ｍｍ以上１．３ｍｍ以下の範囲にあることが好ましい。また、コグドＶベルトは、背面を覆う上帆布をさらに有し、上帆布が二層構造であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プーリ側に偏摩耗が生じていた等の厳しい使用条件下においても、長期間に渡って正常に使用可能な耐久性に優れたコグドＶベルトを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のコグドＶベルトを示す側面図である。
【図２】図１のII−II線に沿って切断したコグドＶベルトの断面図である。
【図３】比較例のコグドＶベルトを示す側面図である。
【図４】実施例のコグドＶベルトがプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。
【図５】比較例のコグドＶベルトがプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。
【図６】実施例と比較例のコグドＶベルトの走行試験の結果を示す図である。
【図７】実施例のコグドＶベルトが、偏摩耗が生じたプーリに巻き付けられた状態を示す断面図である。
【図８】比較例のコグドＶベルトが、偏摩耗が生じたプーリに巻き付けられた状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施形態のコグドＶベルトを、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のコグドＶベルトを示す側面図である。図２は、図１のII−II線に沿って切断したコグドＶベルトの断面図である。
【００１４】
本実施形態のコグドＶベルト１０は、例えば自動車の補機駆動に用いられる。コグドＶベルト１０は、背面側の上ゴム層１２、心線１４、底面側の下ゴム層１６を含む。心線１４は、上ゴム層１２と下ゴム層１６との間に埋設されており、コグドＶベルト１０の長手方向に沿って延びる。上ゴム層１２と心線１４との間、および下ゴム層１６と心線１４との間には、接着ゴム層１８が設けられている。上ゴム層１２および下ゴム層１６は、主としてエチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）により形成されている。
【００１５】
下ゴム層１６には、複数のコグ２０が設けられている。コグ２０の表面は、底帆布２２で覆われており、コグドＶベルト１０の背面、すなわちコグ２０とは反対側の上ゴム層１２の表面は上帆布２４によって覆われている。上帆布２４は二層構造であり、第１帆布２５および第２帆布２６が互いに接着され、重ねられている。
【００１６】
コグ２０においては、コグ山頂領域２０Ｐが設けられている。コグ山頂領域２０Ｐの両端には円弧領域２０Ｃが設けられている。図示されたように、コグ山頂領域２０Ｐは、平坦ではなく、円弧領域２０Ｃよりも緩やかに湾曲した曲面である。すなわち、コグ２０の側面形状、あるいはベルト長手方向に沿って切断された断面形状は、台形に近く、円弧領域２０Ｃとコグ底２０Ｂを結ぶ傾斜領域２０Ｔではほぼ直線的であるものの、コグ山頂領域２０Ｐが緩やかに隆起するように、コグ山頂領域２０Ｐおよび円弧領域２０Ｃが湾曲している。
【００１７】
具体的には、コグ山頂領域２０Ｐにおいては、曲率半径Ｒ１が４．０〜５．０ｍｍほどの範囲内にあって例えば４．５ｍｍであり、円弧領域２０Ｃの曲率半径Ｒ２は、０．８〜１．３ｍｍほどの範囲内にあって例えば１．１ｍｍである。そしてコグ２０は、コグ山頂領域２０Ｐの中心がコグ山頂、すなわち心線１４からの距離が最も長い領域となるように、凸状に膨らんでいる。なお、コグ２０の表面におけるコグ底２０Ｂ近傍での曲率半径Ｒ３は、１．５〜２．０ｍｍほどで、例えば１．８ｍｍである。
【００１８】
コグドＶベルト１０においては、心線１４の中心からコグ２０のコグ底２０Ｂまでの距離Ｄが比較的長くなっている。具体的には、距離Ｄは３．５ｍｍ以上であり、例えば４．５〜５．０ｍｍ程度である。コグドＶベルト１０の剛性を向上させるためである。なお図２においては、説明の便宜上、本来は断面に含まれないコグ底２０Ｂを覆う底帆布２２も鎖線にて示されている。
【００１９】
距離Ｄの上限は、コグ２０がプーリに掛け回されたときにコグ山頂領域２０Ｐがプーリの溝底に接しないように、プーリの形状にも応じて定められる。距離Ｄの上限は、概ね５．５ｍｍほどである。
【００２０】
また、コグドＶベルト１０のピッチ幅Ｐ、すなわち隣り合うコグ底２０Ｂ同士の間隔も長めに設計されている。具体的には、ピッチ幅Ｐは７ｍｍ以上であり、好ましくは１０ｍｍ以上、例えば１１〜１２ｍｍ程度である。そしてコグ２０の扁平率、すなわちコグ断面高さＨ／コグ断面幅Ｐ×１００（％）は比較的小さく、３５〜５５（％）ほどである。このように、コグ２０のベルト長手方向の幅を大きくすることにより、コグドＶベルト１０の剛性を向上させることができる。
【００２１】
次に、比較例のコグドＶベルトにつき説明する。図３は、比較例のコグドＶベルトを示す側面図である。なお図３においては、実施例のコグドＶベルト１０に対応する構成要素は、コグドＶベルト１０の構成要素の符号に２０を加えた符号で表されている。
【００２２】
比較例のコグドＶベルト３０においては、心線３４の中心からコグ４０のコグ底４０Ｂまでの距離Ｄ’が、実施例のコグドＶベルト１０における距離Ｄ（図１、２参照）よりも短い。また、ピッチ幅Ｐ’も、実施例のコグドＶベルト１０のピッチ幅Ｐよりも短く、ベルト長手方向におけるコグ４０の幅が実施例よりも狭い。
【００２３】
さらにコグ４０の形状も、実施例のコグドＶベルト１０のコグ２０とは異なる。すなわち、比較例のコグドＶベルト３０においては、コグ山頂領域４０Ｐはほぼ平坦であり、湾曲していない。また、本実施形態における円弧領域２０Ｃに対応する屈曲領域４０Ｃにおいて、コグ４０は湾曲しておらず屈曲している。すなわちコグ４０は、実施例のコグ２０よりも台形に近い形状を有する。
【００２４】
また、コグドＶベルト３０の背面は、単一の上帆布４４により覆われている。このように上帆布４４が単一層である点も、本実施形態における二層構造の上帆布２４とは異なる。
【００２５】
次に、実施例と比較例のコグドＶベルトのプーリへの巻付き状態につき説明する。図４は、実施例のコグドＶベルト１０がプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。図５は、比較例のコグドＶベルト３０がプーリに巻き付けられた状態を概略的に示す側面図である。
【００２６】
矢印Ａの示す方向に走行する実施例のコグドＶベルト１０がプーリ５０に巻き付けられると、コグ２０の側面２０Ｓを含むコグドＶベルト１０の側面がプーリ５０のプーリシーブの壁面を押圧しつつ、コグ２０がプーリ５０のＶ溝の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられる。なお図４および５では、説明の便宜上、プーリシーブは省略されているものの、コグドＶベルト１０がプーリシーブの壁面に接する領域を、接触領域５０Ｃとして示している。
【００２７】
コグ２０１を含むコグドＶベルト１０がプーリ５０に接すると、図示されたように、まずは図中左側の円弧領域２０Ｃが接触領域５０Ｃの下端に到達する。このとき、上述のようにコグ２０１が緩やかに湾曲しているため、コグ２０１の表面において円弧領域２０Ｃとプーリ５０との接触面積は広くなる。
【００２８】
また、コグドＶベルト１０においては、ピッチ幅Ｐ（図１参照）が大きくてコグ山頂領域２０Ｐが広い。このため、プーリ５０の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられた状態にあるコグ２０２、２０３などのプーリに対する接触面積も広くなる。このように、コグ２０がプーリ５０に接触を開始するときのみならず、コグドＶベルト１０がプーリ５０に巻き付けられた状態においてもコグ２０の接触面積が広く保たれるため、コグドＶベルト１０はさらに応力緩和性に優れている。
【００２９】
さらにコグドＶベルト１０においては、心線１４の中心からコグ２０のコグ底２０Ｂまでの距離ＤとコグドＶベルト１０のピッチ幅Ｐが大きくて側面２０Ｓが広い（図１および２参照）ため、コグドＶベルト１０がプーリシーブの壁面に接する接触領域５０Ｃも広い。
【００３０】
以上のようにコグドＶベルト１０は、プーリ５０に接触する領域が広く、応力を緩和し易くなっている。このように応力緩和性に優れたコグドＶベルト１０は、長期間に渡って走行されても、プーリ５０への接触によるクラックの発生、および発熱を抑えることが可能であり、耐久性に優れている。
【００３１】
さらに、距離Ｄ（図１および２参照）が大きいコグドＶベルト１０は、プーリ５０に巻き付けられる前の状態において、曲がったり、ねじれたりしにくくなっている。このように、プーリ５０に接する前の状態で、矢印Ａの示す進行方向に向かって真っ直ぐ進むコグドＶベルト１０においては、不要な屈曲、ねじれによる発熱が防止されるため、特に耐久性に優れている。なお距離Ｄが大きいことにより、心線１４を確実に保護できるという効果も認められる。
【００３２】
また、上帆布２４が二層構造である（図１、２参照）ことによっても、実施例のコグドＶベルト１０は耐久性に優れている。これは、一枚のみの上帆布は広範囲に渡って容易に剥離し、コグドＶベルト１０の破断の要因となり得るのに対し、二層構造であれば剥離しにくいためである。
【００３３】
さらに、三層以上の帆布を重ねて上帆布とすると、上帆布の剛性が必要以上に高くなり、心線１４よりも内側でデラミネーションが生じ、コグドＶベルト１０の強度が低下し易い傾向にある。これに対し、二層構造の上帆布２４は剛性が適度に保たれる。すなわち、本実施形態では、デラミネーションが生じ得るのは主として心線１４よりも上帆布２４側であり、このようなデラミネーションは、コグドＶベルト１０の強度を著しく低下させる可能性が低い。
【００３４】
一方、図５に示されるように、比較例のコグドＶベルト３０がプーリ５０に巻き付けられると、コグ４０１がプーリに接する。このとき、コグ４０１の屈曲領域４０Ｃが角張っているために、コグ４０１の表面におけるプーリシーブとの接触面積は狭くなる。このため比較例のコグドＶベルト３０は応力緩和性に優れておらず、実施例のコグドＶベルト１０よりも耐久性が低い。
【００３５】
また、比較例のコグドＶベルト３０においては、ピッチ幅Ｐ’（図３参照）が小さくてコグ山頂領域４０Ｐが狭いため、プーリ５０の溝底面５０Ｂに向かって押し付けられた状態にあるコグ４０２、４０３などのプーリに対する接触面積も狭い。このように、プーリ５０への接触時のみならず巻き付けられた状態においてもコグ４０の接触面積が狭くなるため、コグドＶベルト３０は応力緩和性に劣る。また、距離Ｄ’とピッチ幅Ｐ’とが小さくてコグ４０の側面４０Ｓが狭く（図３参照）、コグドＶベルト３０がプーリシーブの壁面に接する接触領域５０Ｃが実施例のコグドＶベルト１０（図４参照）よりも狭いことも、コグドＶベルト３０の応力緩和性を低下させる。
【００３６】
さらに、距離Ｄ’（図３参照）が小さいことにより、コグドＶベルト３０は、プーリ５０に巻き付けられる前に、曲がったり、ねじれたりし易い。このように、不要な屈曲、ねじれによる発熱のおそれがある点においても、比較例のコグドＶベルト３０は耐久性に劣る。
【００３７】
また、実施例と比較例のいずれとも形状が異なり、コグの側面形状が半円形に近いコグドＶベルトも、実施例のコグドベルト１０に比べて耐久性に劣る傾向にある。比較例のコグドＶベルト３０と同様にプーリ５０に対する接触面積が小さく、応力緩和性が低いためである。
【００３８】
比較例等に比べて応力緩和性、耐久性に優れる本実施形態のコグドＶベルト１０は、例えばプーリ５０に偏摩耗が生じたといった過酷な使用条件下でも、変形、および変形による発熱を最小限に抑え、正常な走行を可能にし得る。
【００３９】
次に、コグドＶベルトの材質につき説明する。表１は、実施例および比較例のコグドＶベルトを構成する部材の材質を示す。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１に示されるように、実施例のコグドＶベルト１０においては、コグ２０（図１、２参照）の主成分はＥＰＤＭである。これに対し、比較例のコグドＶベルト３０では、クロロプレンゴム（ＣＲ）を用いてコグ４０（図３参照）が形成されている。
【００４２】
コグの材質としてのＥＰＤＭとＣＲの適否と、上述のように互いに異なる形状のコグドＶベルトの耐久性を評価するために、実施例と比較例１〜３のコグドＶベルトについて、走行試験を行った。この走行試験においては、偏摩耗したプーリを含む３つのプーリにコグドＶベルトを掛け回し、室温下で８３０Ｎの張力を与えつつ、各コグドＶベルトを走行させた。このとき、偏摩耗プーリを他のプーリに対してプーリ軸方向にわずかにずらして配置させることにより、各コグドＶベルトを０．５°だけ傾いた状態で走行させた。
【００４３】
図６は、実施例と比較例のコグドＶベルトの走行試験の結果を示す図である。図６では、実施例のコグドＶベルト走行時間を１００とした場合の相対的な走行時間の比を横軸に、リブゴムの硬度（ＪＩＳ−Ａ）を縦軸に示している。
【００４４】
比較例１は、上述のコグドＶベルト３０であって、上ゴム３２、下ゴム３６および接着ゴム３８の材質としてＣＲを用いた、実施例とは異なる形状のコグ４０（以下、台形コグ形状という）を有する。比較例２は、実施例と同じＥＰＤＭを用いた台形コグ形状、比較例３は、比較例１と同じ材質を用いた実施例と同じ形状のコグ（以下、円弧コグ形状という）を有するコグドＶベルトである。すなわち、比較例１においてはコグの材質と形状の両方、比較例２においてはコグの形状、比較例３においてはコグの材質が、実施例とは異なる。なおこの走行試験においては、比較例１および２のコグドＶベルトは破断するまで、比較例３および実施例のコグドＶベルトはコグが破損するまで、いずれも上述の条件下で走行させた。
【００４５】
実施例と比較例２を比較すると、走行前のコグの硬度は、いずれも８７、８８（ＪＩＳ Ａ・以下同じ）前後で同程度であったところ、比較例２では、実施例よりも早くリブゴムの硬度が上昇し、かつ切断までの走行時間が短かった。これに対し、実施例のコグドＶベルト１０は、リブゴムの硬度上昇が緩やかであり、切断するまでの時間が比較例２の５倍以上長かった。
【００４６】
この結果は、円弧コグ形状を有するコグドＶベルトは、台形コグ形状のコグドＶベルトよりも耐久性に優れていることを示す。さらにこのことは、円弧コグ形状の比較例３が、コグの材質が比較例３と同じであって台形コグ形状を有する比較例１よりも良好な結果を示していることによっても明らかである。
【００４７】
また、実施例と比較例３とを比較すると、走行後の硬度は、比較例３では短時間のうちに９５以上の値になったのに対し、実施例のコグドＶベルト１０のコグ２０の硬度は、長い時間に渡ってほぼ初期値の８８前後を保ち、安定していた。これは、ＥＰＤＭのコグの内部発熱量が大幅に小さいことによると考えられる。
【００４８】
コグの硬さ上昇、すなわち硬化劣化が抑制されていれば、コグドＶベルトは、応力緩和性が良好でクラック等も生じにくく、耐久性に優れている。このため、実施例のコグドＶベルト１０は比較例３に比べて長時間走行可能であった。以上のように、コグドＶベルト１０のコグ２０の材質としては、ＣＲよりもＥＰＤＭの方が優れていることが確認された。さらにこのことは、比較例２が、コグ形状が比較例２と同じであって材質のみが異なる比較例１よりも良好な結果を示したことからも明らかである。なお、ＥＰＤＭがＣＲよりも優れているのは、耐熱性のみならず、形状追従性も以下のようにより良好である。
【００４９】
図７は、実施例のコグドＶベルト１０が、溝底面５０Ｂの近傍に偏摩耗が生じたプーリ５０に巻き付けられた状態を示す断面図である。図８は、比較例のコグドＶベルト３０が、溝底面５０Ｂの近傍に偏摩耗が生じたプーリ５０に巻き付けられた状態を示す断面図である。
【００５０】
長期間の使用により偏摩耗が生じたプーリ５０に実施例のコグドＶベルト１０を巻き付けて走行させると、コグ２０が偏摩耗したプーリ５０の形状に対応して摩耗し、Ｖ溝のプーリ５０の凹部である偏摩耗領域５０Ｄに倣う形状になった。このように、コグ２０において、プーリ５０の偏摩耗に追従した追従領域２０Ｅを形成することにより、コグ山頂領域２０Ｐが溝底面５０Ｂに対して傾くこともなく、コグドＶベルト１０は正常に走行可能であった。
【００５１】
これに対し、比較例のコグドＶベルト３０を同じプーリ５０に巻き付けて走行させると、コグ４０においては、図８に示されたように、コグ山頂領域４０Ｐが偏摩耗領域５０Ｄに乗り上げ、コグドＶベルト３０は傾斜した。
【００５２】
この場合、コグドＶベルト３０がプーリ５０に対して線接触することとなり、接触部位に異常な摩耗が進行したり、あるいは接触部位で生じたクラックが心線３４まで到達してしまう可能性がある。その結果、正常な動力の伝達が不可能となるおそれがある。以上のことから明らかであるように、実施例におけるＥＰＤＭは形状追従性においてもＣＲより優れており、コグ２０の材質として適している。
【００５３】
以上のように本実施形態のコグドＶベルト１０は、応力緩和性、耐久性を向上させる形状を有するとともにコグ２０の材質が適当であることによる相乗効果によって、例えば、偏摩耗の生じたプーリ５０に巻き付けられるといった厳しい使用条件下でも正常に走行できる。さらに、塩素を含むＣＲの代わりに塩素を含まないＥＰＤＭを用いることから、環境問題への対応も可能である。
【００５４】
コグドＶベルト１０の形状、材質等については、上述の実施形態におけるものに限定されない。例えば、コグ２０の寸法等を、使用されるプーリ５０の形状等に応じて適宜変更しても良い。また、ＥＰＤＭのみではなく、耐熱性に優れる水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、ウレタンゴム等、あるいはこれらの混合物、ＣＲ等の他の成分を含みつつＥＰＤＭ、Ｈ−ＮＢＲ、またはウレタンゴムを主成分とする材料等を用いてコグ２０を形成しても良く、上ゴム層１２、下ゴム層１６内に短繊維を含めても良い。コグドＶベルト１０は、自動車の補機駆動以外の用途で使用されても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１０ コグドＶベルト
１４ 心線
２０ コグ
２０Ｂ コグ底
２０Ｃ 円弧領域
２０Ｐ コグ山頂領域
２４ 上帆布
Ｐ ピッチ幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コグドＶベルトのコグが、ＥＰＤＭを主成分としており、コグ山頂領域と前記コグ山頂領域の両端に設けられた円弧領域とを備え、前記コグ山頂領域が前記円弧領域よりも緩やかに湾曲した凸状であることを特徴とするコグドＶベルト。
【請求項２】
前記コグドＶベルトの長手方向に沿った心線をさらに有し、前記心線の中心から前記コグのコグ底までの距離が、３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【請求項３】
前記コグドＶベルトのピッチ幅が７ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【請求項４】
前記コグ山頂領域の曲率半径が４．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲にあり、前記円弧領域の曲率半径が０．８ｍｍ以上１．３ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【請求項５】
前記コグドＶベルトの背面を覆う上帆布をさらに有し、前記上帆布が二層構造であることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【請求項１】
コグドＶベルトのコグが、ＥＰＤＭを主成分としており、コグ山頂領域と前記コグ山頂領域の両端に設けられた円弧領域とを備え、前記コグ山頂領域が前記円弧領域よりも緩やかに湾曲した凸状であることを特徴とするコグドＶベルト。
【請求項２】
前記コグドＶベルトの長手方向に沿った心線をさらに有し、前記心線の中心から前記コグのコグ底までの距離が、３．５ｍｍ以上５．５ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【請求項３】
前記コグドＶベルトのピッチ幅が７ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【請求項４】
前記コグ山頂領域の曲率半径が４．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下の範囲にあり、前記円弧領域の曲率半径が０．８ｍｍ以上１．３ｍｍ以下の範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【請求項５】
前記コグドＶベルトの背面を覆う上帆布をさらに有し、前記上帆布が二層構造であることを特徴とする請求項１に記載のコグドＶベルト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−１８５５０９（Ｐ２０１０−１８５５０９Ａ）
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９６９５（Ｐ２００９−２９６９５）
【出願日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（０００１１５２４５）ゲイツ・ユニッタ・アジア株式会社 (101)
【公開日】平成２２年８月２６日（２０１０．８．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１２日（２００９．２．１２）
【出願人】（０００１１５２４５）ゲイツ・ユニッタ・アジア株式会社 (101)
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