説明

低モジュラスベルト

発明は、マルチユニット心線の抗張部材を有する低モジュラスの動力伝達ベルトである。ベルトは、低モジュラスのエラストマー本体を有する。マルチユニットの心線抗張部材の配置は、エラストマー本体中に層状であり、抗張心線部材は、120°〜180°の範囲の各層間の角度を有する。ベルトは、1,500N/mm未満のエラスティクモジュラスを有し、約0〜350ニュートンの荷重の範囲において、上限が約6.8%の伸び率を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、動力伝達ベルト、特に低モジュラスの動力伝達ベルトに関する。
【背景技術】
【0002】
動力伝達ベルトは、回転力を伝達するために広く使用される。ベルトは、自動車エンジンの補機ベルト駆動装置のように一般的に原動および従動プーリに取り付けられる。
【0003】
ベルトは、エラストマー物質に埋設される抗張心線を備える。抗張心線すなわち心線群は、耐荷重性能が最大となるように、長手軸に平行に配向させられる。抗張心線は、製造時ベルトビルドに連続的に巻き付けられる。
【0004】
動力伝達ベルトは、必要なトルクや加重のプーリ間の伝達を許容できるだけの充分な抗張強度を持たなければならない。
【0005】
ベルトは、高い抗張強度を有すると、それに比例して一般的に高いモジュラスを有する。ベルトは、高いモジュラスを有すると、相対的に曲がりが悪く、高温での使用が強いられる。さらに、従来の高モジュラスベルトは、可動プーリへの適用が必要とされる。
【0006】
低モジュラスベルトは、伝達されるトルクが相対的に低い状況下で使用される。低モジュラスベルトは、荷重が前もってほとんど作用されず、または全く作用されずに製造され、または荷重下において一定の伸長ができるように、撚り合わされた抗張心線が用いられて製造される。
【0007】
代表的な技術は、ゲイツ(Gates)の欧州特許公開第0625650号公報であって、ここには長手方向に前もって荷重が作用されながら巻き付けられた抗張心線を有する低モジュラスベルトが開示される。
【0008】
また、代表的な技術は、ギル(Gill)の米国特許第4,229,254号明細書(1980年)であって、ここには交差するバイアス層として2重に延びるコードを有する強化構造を備えるベルトが開示される。
【0009】
さらに、代表的な技術は、ウイニンガー(Winninger)等の米国特許第6,033,331号明細書(2000年)であって、ここには、幅方向のセンチメートル当たりの伸びについて、応力−伸びの平均の傾きが、12〜20daN/%である支持構造を有するベルトが開示される。
【0010】
従来技術は、長手方向に巻き付けられる抗張心線が、伸長荷重に対して抗するために使用されることを示唆する。従来技術は、低モジュラスベルトは、高モジュラスベルトに対して、相対的にモデレートである。
【0011】
要求されるのは、マルチユニット心線の抗張部材を有する低モジュラスベルトである。要求されるのは、織物帆布である抗張部材を有する低モジュラスベルトである。要求されるのは、パントグラフ形状を有する抗張部材を有する低モジュラスベルトである。要求されるのは、モジュラスが1,500N/mm未満の低モジュラスベルトである。本発明は、これら要求に一致する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
本発明の第1の目的は、マルチユニット心線である抗張部材を有する低モジュラスベルトを提供することにある。
【0013】
本発明の他の目的は、織物帆布の抗張部材を有する低モジュラスベルトを提供することである。
【0014】
本発明の他の目的は、パントグラフ形状を有する抗張部材を有する低モジュラスベルトを提供することである。
【0015】
本発明の他の目的は、モジュラスが1,500N/mm未満の低モジュラスベルトを提供することである。
【0016】
本発明の他の目的は、以下の発明の説明と添付図面によって指摘され、また明らかにされるであろう。
【0017】
本発明は、マルチユニット心線の抗張部材を有する低モジュラス動力伝達ベルトである。また、ベルトは低モジュラスのエラストマー本体を有する。マルチユニット心線の抗張部材は、エラストマー本体の中に積層されて配置されており、それぞれの層における抗張心線部材は、互いに120°〜180°の範囲の夾角を有する。ベルトは1,500N/mm未満のモジュラス(elastic modulus)を有し、さらに、0〜350ニュートンの範囲の荷重において、約6.8%の伸び率を有する。
【0018】
添付図面は、明細書の一部に組み込まれ、明細書の一部を構成し、本発明の好ましい実施形態を説明し、そして詳細な説明とともに本発明の本質の説明を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0019】
図1は、抗張心線の配置を示すベルトの平面図である。発明ベルトは、低モジュラスを有する。低モジュラスは、ベルトが高い屈曲性を有することを可能とする。屈曲性は、ある程度、ベルト使用におけるベルトの温度がどれくらい増加するかを決定する。本発明の低モジュラスベルトは、相対的に高い屈曲性を有するベルトであるので、相対的に低い使用温度が実現される。これは、同様にベルトの寿命を著しく増加させる。
【0020】
ベルト100は、エラストマー本体10と、それに埋設される抗張心線11を有する。エラストマー本体10は、EPDM、または、天然ゴム、合成ゴム、これらの混合物を含む従来のベルトに使用される任意の他のエラストマー成分を有していても良い。
【0021】
発明ベルトにおいて、抗張心線11、21は、平面的に見るとパントグラフ形状を形成するように製造時にベルトビルド上に配置される。抗張心線11、21は、夾角αを有する。夾角αは0°〜180°の範囲にあって、ベルトの幅Wから測定された場合には、その代わりの角度は0°〜90°である。好ましい範囲は、120°〜150°である。
【0022】
抗張心線11、21は、ポリアミド4.6またはポリアミド6.6、または、ポリエステルとアラミド、綿、レーヨン、ガラス繊維、スチール、これらの混合物、もしくはこれらそれぞれの組み合わされたものを含む他の従来のベルトの抗張心線に用いられるものとして知られている他の心線物質を有する。
【0023】
抗張心線11、21は、従来マルチユニット心線として知られている複数の平行心線群を有し、抗張心線層がベルトビルドに取り付けられるときに、ベルト中心線CLに対する必要な夾角が得られるように、その平行な心線はバナーテーブル上に配置される。図1や図2に示すパンタグラフ形状を得るために、ベルト中心線CLに対して同様の角度の関係を有するそれぞれの抗張心線シートは、ベルトビルドにいずれか一方の層として配置され、他方の層の上に一方の層が配置される。さらに特に、第1のマルチユニット心線層11は、ベルト中心線CLに対して斜めの配向を有するようにベルトビルド中に配置される。そして、第2のマルチユニット心線層21は、第1のマルチユニット心線層に対して逆の配向を有するようにベルトビルド中に配置され、これにより夾角αが形成される。従来技術として知られるように、エラストマー層は、ベルトビルド中に含まれる。マルチユニット心線の抗張心線11は、図3に示すように、たて糸がベルトの中心線に対して平行に進むように、ベルトビルドに取り付けられても良い。
【0024】
マルチユニット心線は、たて糸方向に配向される複数の平行心線群を備える。これは、タイヤの製造技術として知られる。それぞれの心線は、撚られた、または撚られないストランドであっても良い。たて糸に対して顕著に低いデニール(繊度)を有するよこ糸は、一般的にたて糸の本来の配向性を保つために、長手に沿って1cm毎に備えられる。ただし、この幅は、製造者に応じて変化可能である。よこ糸は、ベルトのモジュラスに影響を与えずに、そしてひとたび心線がベルトビルドに配置されると、製造工程中におそらく壊されるであろう。マルチユニット心線はシートであって、シートとしてベルトビルドに取り付けられる。抗張心線には、ベルトビルドへの取付工程において、荷重が作用されない。さらに、ベルトビルドに取り付けられたマルチユニット心線のシートの端部は、突き合わせ接合により連結されても良く、重ねられていても良い。マルチユニット心線は、単一ユニット心線ベルトの巻き付け製造法のように、単一ユニット心線がベルトビルドに螺旋状に巻き付けられるように、連続的に取り付けられない。
【0025】
図2は、抗張心線の配置を示すベルトの平面図である。この図は、各層間のマルチユニット抗張心線の夾角が120°であることを示す。これは、ベルトの幅Wから測定された角度が60°であることを示しているのと同等である。
【0026】
図3は、抗張部材の配置を示すベルトの平面図である。
【0027】
図4は、抗張部材の配置を示すベルトの端部の図である。この図は、ベルトが、マルチユニット心線である抗張心線の、第1の抗張心線層11と第2の抗張心線層21、すなわち積層を有していることを示す。本発明ベルトの側面は、マルチリブであり、マルチリブは、ベルトの幅方向に間隔がある複数のリブ12を備える。各リブ12間の溝は、34°〜52°の範囲にある角度βを有する。リブ12は、その中に埋設された繊維を備え、繊維は例えば有機または合成短繊維であってベルト係合面13から延びる。面13は、さらに摩擦係数を有する。
【0028】
図5は、抗張心線の配置を示すベルトの端部の図である。この図は、マルチユニット抗張心線が3層であるベルトを示す。図3または図5に示すミル・ラン(mill run)(夾角=180°)にマルチユニット心線が取り付けられるとき、奇数の層が使用される。パンタグラフの心線配向は、一般的に図1、図2、図4、および図6に示すように、トラッキングを防止するために、心線が偶数であることを要求する。
【0029】
図6は、抗張心線の配置を示すベルトの端部の図である。この図は、4層のマルチユニット抗張心線を有するベルトの抗張心線の配置を示す。
【0030】
図4、5、および6に示す抗張心線層の数は、発明ベルトに使用される抗張心線層の数を限定するものではないことは明らかである。
【0031】
図7は発明ベルトの荷重と伸び率の挙動の関係を示すチャートである。チャートは、70°F(約23℃)における応力−歪み曲線、すなわちモジュラス曲線である。チャートは互いの夾角が120°である2つの抗張心線層を備えるベルトが荷重に対して最も高い伸び率、0.13を有する、すなわち最も低いモジュラスを有することを示す。曲線Aに示されるベルトは、長さへの荷重が50Nであるとき、6.8%の上限まで伸びるであろう。曲線Aのベルトのモジュラスは230N/mmである。
【0032】
モジュラスの増加とともに進む、荷重に対する低伸び率化の進行は、一部分、層の数の2〜3、4への増加とともにある。これはまた、角度の増加とともにもあるであろう。これらは、それぞれ、曲線Bは4層で角度が120°、曲線Cは2層で角度が150°、曲線Dは4層で角度が150°である。曲線E、FおよびGは、それぞれ、ミル・ラン配向のマルチユニット心線の2、3および4層に対応する。“ミル・ラン”は、たて糸がベルトの中心線に対して平行に進むことを表す。それぞれのベルトのモジュラスは、曲線Bが373N/mm、曲線Cが428N/mm、曲線Dが913N/mm、曲線Eが728N/mm、曲線Fが1019N/mm、曲線Gが1385N/mmである。(ベルトの中心線に平行な)配向である単一ユニットの抗張心線を有する対照ベルトは、モジュラスが曲線Hに示すように1989N/mmであり、それぞれの発明ベルトのモジュラスに対して顕著に高い。
【0033】
それぞれのベルトのモジュラスは、以下のように測定される。使用された装置は、デジタル制御を有するインストロン(商標名)8532サーボ油圧式テスト機であって、10kNの動荷重検出器と、10mm/分のクロスヘッドの速度とを備える。ベルトは、直径が108mmの平スチールプーリに、自由に回転できるように、取り付けられる。テストの過程は、リブドベルトの反転と、そのベルトの平プーリへの取り付けを含む。ベルトは、最初、ベルトのゆるみを排除するのに十分なだけ張られる。インストロン(商標名)は、テストソフトフェア、さらに特にエラストテスト(商標名)ソフトフェアを含み、このソフトフェアは、ベルトへの荷重の作用と、データ採取に使用される。データは、プーリ間の距離がおよそ0.25mm離れる毎に採取される。テストは、約23℃(室温)の温度において行われる。ベルトは、およそ6.7%の伸び率を最高の伸び率として回され、3回にわたって回転される。この場合において、“伸び率”はテスト中の合計のクロスヘッドの移動として測定される。データ分析のため、エラストテスト(商標名)ソフトフェアからのデータファイルは、ベルトの標準長さ、リブの数、クロスヘッドの位置、および合計荷重を有する。これらの情報が使用され、それぞれのベルトの応力−歪み曲線が、図7に示すように作られる。モジュラスの値N/mmのために、応力−歪み曲線の平均傾きは、2回目および3回目のベルト伸び回転において、1%〜5%の間で計算される。
【0034】
モジュラスMの増加は、層の数との組み合わせで、90〜180°における範囲の下限から上限において、夾角または傾き角度の増加とともにある。この角度の範囲の上限は、実質的にベルト中心線CLと平行であって、夾角180°である。特に、ベルトの荷重に対して最も低い伸び率(0.023)、すなわち相対的に高いモジュラスは、角度180°において4層構造を有するものによって達成させられる。
【0035】
荷重に対する伸び率が最も低いベルトは、またはモジュラスが最も高いベルトは、一般的にミル・ラン配向である。それぞれのこのようなベルトは、それぞれの抗張心線層の増加によって、許容荷重が大きくなることを立証する。これらのことは、図7における曲線E、FおよびGによってそれぞれ示唆される。
【0036】
すなわち、発明ベルトのモジュラスは、特に、抗張心線層の数、抗張心線の角度、またはこれら両方を調整することにより、使用者の要求に合うように設計することができる。
【0037】
上述したように、抗張部材の角度の範囲は、ベルト中心線に対して平行の配向または180°を越えるということは当業者ならば容易に認識できる。他方の限界の範囲は、ベルトの中心線に対して90°に近似する、または実質的にベルトの中心線に対して横向きまたは垂直の配向である。
【0038】
他の実施形態においては、発明ベルトは、抗張部材11として織物帆布の単層または多重層を有していても良い。織物帆布は、アラミド、綿、ナイロン、ポリエステル、およびこれらの混合物、およびこれらと等価のものであっても良い。帆布におけるたて糸とよこ糸の夾角は、およそ90°〜150°に変更されても良い。織物帆布は、製造過程において、ベルトビルドに貼り付けられ、そして夾角は、ベルトの中心線に対して垂直である線によって、2等分される。モジュラス増加のために、織物帆布は、ベルト上に配向され、そして夾角はベルトの中心線によって2等分されるであろう。最も高いモジュラスにおいては、たて糸の配向は、ベルトの中心線に対しておよそ0°の角度であって、例えば帆布は、ベルトの長手軸の直線と一致するミル・ラン方向に配向する。
【0039】
発明ベルトの利点は、使用環境温度の引き下げのみならず、取り付けやすさにもある。ベルトはプーリを越えるように単純に伸ばされてベルト駆動システムに取り付けられる。これは、知られている方法、すなわちプーリを外して、ベルトを取り付けて、そしてプーリを運転のための適当な前負荷の位置に再調整する方法に比べて極めて簡単である。それは、さらに、用途によってはベルトテンショナの必要性を除去する。これは、時間、部材、および複雑さの顕著な除去を表す。
【0040】
本発明は、ここでは、発明の一態様が述べられたが、一部の構成及び連関における変形が、本発明の精神あるいは範囲から逸脱することなく、当業者によって作られるであろうことは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【0041】
【図1】抗張心線の配置を示すベルトの平面図である。
【図2】抗張心線の配置を示すベルトの平面図である。
【図3】抗張心線の配置を示すベルトの平面図である。
【図4】抗張心線の配置を示すベルト端部の図である。
【図5】抗張心線の配置を示すベルト端部の図である。
【図6】抗張心線の配置を示すベルト端部の図である。
【図7】発明ベルトの荷重と伸び率の挙動の関係を示すチャートである。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
長さと中心線を有するエラストマー本体と、
前記本体に埋設された抗張部材とを備え、
ストランド毎の荷重が約0〜350ニュートンの範囲において、上限が約6.8%の長さの伸び率を有するベルト。
【請求項2】
前記抗張部材は、パントグラフ形状を示す複数の心線群をさらに備える請求項1に記載のベルト。
【請求項3】
前記抗張部材は、ベルトの中心線に対して実質的に平行である複数の心線群を備える請求項1に記載のベルト。
【請求項4】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸は中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項1に記載のベルト。
【請求項5】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項1に記載のベルト。
【請求項6】
長さと中心線を有するエラストマー本体と、
前記本体に埋設された抗張部材とを備え、
ベルトの長手方向において測定され約1,200N/mm未満の幅方向に関するモジュラス有するベルト。
【請求項7】
前記抗張部材は、パントグラフ形状を示す複数の心線群をさらに備える請求項6に記載のベルト。
【請求項8】
前記抗張部材は、ベルトの中心線に対して実質的に平行である複数の心線群を備える請求項6に記載のベルト。
【請求項9】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルトの中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項6に記載のベルト。
【請求項10】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項6に記載のベルト。
【請求項11】
長さと中心線を有するエラストマー本体と、
前記本体に埋設された織物材料を有する抗張部材を備え、
ベルトの長手方向において測定され約1,500N/mm未満の幅方向に関するモジュラスを有するベルト。
【請求項12】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルトの中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項11に記載のベルト。
【請求項13】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項11に記載のベルト。
【請求項14】
長さと中心線とを有するエラストマー本体と、前記本体に埋設されたマルチユニット心線を備える抗張部材と、を備えるベルト。
【請求項15】
ストランド毎の荷重が約0〜350ニュートンの範囲において、上限が約6.8%の長さの伸び率を有する請求項14に記載のベルト。
【請求項16】
前記抗張部材は、パントグラフ形状を示す複数の心線群をさらに備える請求項14に記載のベルト。
【請求項17】
前記抗張部材は、ベルトの中心線に対して実質的に平行である複数の心線群を備える請求項14に記載のベルト。
【請求項18】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸は中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項14に記載のベルト。
【請求項19】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項14に記載のベルト。
【請求項20】
ベルトの長手方向において測定され約1,200N/mm未満の幅方向に関するモジュラスを有する請求項14に記載のベルト。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
長さと中心線を有するエラストマー本体と、
前記本体に埋設された抗張部材とを備え、
ストランド毎の荷重が約0〜350ニュートンの範囲において、上限が約6.8%の長さの伸び率を有するベルト。
【請求項2】
前記抗張部材は、パントグラフ形状を示す複数の心線群をさらに備える請求項1に記載のベルト。
【請求項3】
前記抗張部材は、ベルトの中心線に対して実質的に平行である複数の心線群を備える請求項1に記載のベルト。
【請求項4】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸は中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項1に記載のベルト。
【請求項5】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項1に記載のベルト。
【請求項6】
長さと中心線を有するエラストマー本体と、
前記本体に埋設された抗張部材とを備え、
ベルトの長手方向において測定され約1,200N/mm未満の幅方向に関するモジュラス有するベルト。
【請求項7】
前記抗張部材は、パントグラフ形状を示す複数の心線群をさらに備える請求項6に記載のベルト。
【請求項8】
前記抗張部材は、ベルトの中心線に対して実質的に平行である複数の心線群を備える請求項6に記載のベルト。
【請求項9】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルトの中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項6に記載のベルト。
【請求項10】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項6に記載のベルト。
【請求項11】
長さと中心線を有するエラストマー本体と、
前記本体に埋設された織物材料を有する抗張部材を備え、
ベルトの長手方向において測定され約1,500N/mm未満の幅方向に関するモジュラスを有するベルト。
【請求項12】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルトの中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項11に記載のベルト。
【請求項13】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項11に記載のベルト。
【請求項14】
長さと中心線とを有するエラストマー本体と、前記本体に埋設されたマルチユニット心線を備える抗張部材と、を備えるベルト。
【請求項15】
ストランド毎の荷重が約0〜350ニュートンの範囲において、上限が約6.8%の長さの伸び率を有する請求項14に記載のベルト。
【請求項16】
前記抗張部材は、パントグラフ形状を示す複数の心線群をさらに備える請求項14に記載のベルト。
【請求項17】
前記抗張部材は、ベルトの中心線に対して実質的に平行である複数の心線群を備える請求項14に記載のベルト。
【請求項18】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸は中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項14に記載のベルト。
【請求項19】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項14に記載のベルト。
【請求項20】
ベルトの長手方向において測定され約1,200N/mm未満の幅方向に関するモジュラスを有する請求項14に記載のベルト。
【請求項21】
長さと中心線を有するエラストマー本体と、
前記本体に埋設される抗張部材とを備え、
1%と5%の伸び率の間で計算される応力−歪み曲線の平均傾きであるモジュラスを有し、前記モジュラスはおよそ1,500N/mm未満であるベルト。
【請求項22】
前記抗張部材は、パントグラフ形状を示す複数の心線群をさらに備える請求項21に記載のベルト。
【請求項23】
前記抗張部材は、ベルトの中心線に対して実質的に平行である複数の心線群を備える請求項21に記載のベルト。
【請求項24】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸は中心線に対して0°より大きい角度を有する請求項21に記載のベルト。
【請求項25】
前記抗張部材はたて糸とよこ糸を有する織物材料を備え、前記たて糸はベルト中心線に実質的に沿う請求項21に記載のベルト。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公表番号】特表2006−502349(P2006−502349A)
【公表日】平成18年1月19日(2006.1.19)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2003−547816(P2003−547816)
【出願日】平成14年11月18日(2002.11.18)
【国際出願番号】PCT/US2002/037110
【国際公開番号】WO2003/046408
【国際公開日】平成15年6月5日(2003.6.5)
【出願人】(504005091)ザ ゲイツ コーポレイション (103)