歯付ベルト駆動装置
【課題】騒音の発生を抑制することが可能な歯付ベルト駆動装置を提供する。
【解決手段】長さ方向に沿って配置した複数の歯部３と、心線１を埋設した背部２とを有し、上記歯部３の表面に歯布４を被覆した歯付ベルトＡと、溝部１３と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部３とプーリの溝部１３間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．０〜２．５％であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部３とプーリの溝部１３間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．６〜１０％である歯付ベルトの駆動装置である。
【解決手段】長さ方向に沿って配置した複数の歯部３と、心線１を埋設した背部２とを有し、上記歯部３の表面に歯布４を被覆した歯付ベルトＡと、溝部１３と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部３とプーリの溝部１３間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．０〜２．５％であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部３とプーリの溝部１３間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．６〜１０％である歯付ベルトの駆動装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用エンジンのカム軸又はカム軸とインジェクションポンプの駆動用、一般産業用機械の同期伝動用などに使用される歯布被覆の歯付ベルトに関し、特に高負荷用ベルトに関して、耐摩耗性及び耐歯欠け性を維持しつつ、特に心線の伸びを小さくして、ジャンピングを低減して伝達能力を高め、そして高温高張力下及び高温多湿下での走行における耐久性を改善した歯付ベルト駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのカム軸、インジェクションポンプ、オイルポンプ、ウォーターポンプ等を駆動する歯付ベルトは、エンジンの高出力化に伴うベルトへの負荷の増大及び、エンジンルームのコンパクト化に伴う雰囲気温度の上昇等歯付べルトの使用環境は近年特に厳しくなってきている為、更なる耐久性の向上が要求されている。又、一般産業用に使用される歯付ベルトについても、射出成形機等の高負荷駆動用等取替え周期の延長を要求されている。
【０００３】
特に高負荷条件下で使用される歯付ベルトは、弾性体エラストマーで歯部が形成されており、該弾性体エラストマーは硬度がＪＩＳＡ７０°程度である為、歯部の変形、歯飛びから歯欠けへと故障形態が進み、高負荷の動力を伝達するにはベルトの伝達力が劣っていた。
【０００４】
そこで、ベルトを形成するエラストマーをＪＩＳＡ８０°〜ＪＩＳＡ８８°程度の硬度の歯付ベルトで形成して歯部の弾性変形による歯飛び現象を防ごうとした。しかし、ベルト歯高さとプーリ溝深さの比を従来通りとしていた為、つまりベルト歯高さ／プーリ溝深さ＝１.０８であった為、ベルト歯が変形しにくく、ベルト歯の圧縮率が硬度をＪＩＳＡ７０°のときと比べて小さくなりベルトのＰＬＤの位置がプーリの仮想ＰＬＤの位置と比べて高い位置になり、両者のＰＬＤの位置が一致せずにベルト歯とプーリ溝とのかみ合い状態が不安定となり歯飛び現象が発生していた。
【０００５】
又、上記心線として、ガラス繊維やアラミド繊維に代わって炭素繊維を使用した伝動ベルトも提案されている。例えば、特許文献１にはウレタンエラストマーのベルト素材に心線として炭素繊維コードを使用し、又特許文献２には熱可塑性エラストマーのベルト素材に、片撚りの炭素素材で撚る前にベルト本体と同じ材質の熱可塑性エラストマーで処理して接着を改善したものが使用されている。また特許文献２には、上撚り係数が２.０〜４.０であって、下撚り係数が上撚り係数の１／２〜３／２にして、初期強力が大きく、伸びが小さく、耐水性、耐屈曲疲労性を改善した歯付ベルトが開示されている。
【０００６】
しかし、従来の歯付ベルトでは、高負荷伝動の場合には、心線の伸びによってベルトのジャンピングが発生し、又走行後のベルト残存強力も走行前に比べて大きく低下することがあった。
【特許文献１】特許第２９５４５５４号
【特許文献２】特開平１０−２３７９号公報
【特許文献３】特公平０３−４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような問題点を改善するものであり、特に上記ベルト歯部に加わる力を歯が圧縮することによって分散する形状の丸歯を有する歯付ベルト駆動装置のベルト歯部の硬度が高いベルトについて、ベルト歯部高さとプーリ溝部深さとの関係適正化することにより、高負荷を伝達しなければならない箇所に使用される歯付ベルト駆動装置について、ベルト歯先端部と、プーリ歯底部を干渉（接触）させ、ベルト歯を圧縮させることによりベルト歯圧力面から歯元部分を膨張させ、歯付ベルト駆動装置の動力伝達力を向上させる。さらに、駆動プーリ側では、ベルト歯とプーリ歯溝とのバックラッシュを極力小さくし、一方従動プーリ側では、ベルト歯とプーリ歯溝とのバックラッシュを駆動側よりも大きくして多数歯プーリを使用する用途においてかみ合い干渉を小さくした歯付ベルト駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、長さ方向に沿って配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトと、溝部と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．０〜２．５％の寸法であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．６〜１０％の寸法である歯付ベルトの駆動装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明によると、歯付ベルトの一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各歯の前方及び後方側面の大部分又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期駆動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように、直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さく、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下を満足する如く構成せしめ、ベルトとプーリが完全にかみ合ったときに、ベルト歯が高さ方向に圧縮されることにより、ベルト歯が膨張し、プーリとの隙間が全くなくなりベルト歯部側面、底面での応力が全体に分散され、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致する請求項１に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記プーリ溝の底部が平坦である請求項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記歯付ベルトが少なくとも歯部を構成するゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記ゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物０.２〜１０質量部を配合して架橋したゴムで形成されている請求項４に記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、有機過酸化物の他に、カーボンブラック５〜５０質量部を配合する請求項５に記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、前記歯付ベルトのゴム層がベルトの背面硬度として略ＪＩＳＡ８０°であるクロロプレンゴムを使用した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、長さ方向に沿って配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトと、溝部と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．０〜２．５％の寸法であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．６〜１０％の寸法である歯付ベルトの駆動装置であることから、少なくとも一対のプーリ間に懸架するプーリのプーリ歯数によってバックラッシュ量を変えることで、かみ合い不良を少なくできる効果がある。
【００２０】
請求項２に記載の発明によると、歯付ベルトの一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各歯の前方及び後方側面の大部分又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期駆動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように、直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さく、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下を満足する如く構成せしめ、ベルトとプーリが完全にかみ合ったときに、ベルト歯が高さ方向に圧縮されることにより、ベルト歯が膨張し、プーリとの隙間が全くなくなりベルト歯部側面、底面での応力が全体に分散され、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致する請求項１に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、ベルト歯部の強度が大きく、一定の圧縮率があり、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致することによりかみ合いも良好となり、大きな伝達力を得られる効果がある。
【００２１】
請求項３に記載の発明によると、前記プーリ溝の底部が平坦である請求項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、プーリ溝の他の寸法を変えることなくプーリ溝部深さを変更するだけでプーリ溝の中心線とベルト歯の中心線を略一致させることができ、かみ合いを良好とすることができる効果がある。
【００２２】
請求項４に記載の発明によると、前記歯付ベルトが少なくとも歯部を構成するゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、硬度がＪＩＳＡ８０°からＪＩＳＡ８８°のエラストマーで無端同期伝動ベルトを形成でき、歯飛びを防ぐ効果がある。
【００２３】
請求項５に記載の発明によると、前記ゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物０.２〜１０質量部を配合して架橋したゴムで形成されている請求項４に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、請求項４の効果に加えてさらにエラストマーの強度を向上できる効果を有する。
【００２４】
請求項６に記載の発明によると、有機過酸化物の他に、カーボンブラック５〜５０質量部を配合する請求項５に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、請求項５の作用に加えてより歯付ベルトを形成するエラストマーの強度を向上できる。
【００２５】
請求項７に記載の発明によると、前記歯付ベルトのゴム層がベルトの背面硬度として略ＪＩＳＡ８０°であるクロロプレンゴムを使用した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、背面クラックの発生を防止できる効果がある。
【００２６】
請求項８から１１に記載の発明によると、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、心線の伸びを小さくして、起動時或いは停止時の従動側のオーバーシュートを小さくすることができて応答性を高めることができ、またジャンピングを低減して伝達容量も高くでき、そして高温高張力下及び高温多湿下での走行における耐久性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
図１は、本発明形態に係る歯付ベルトの全体斜視概略図である。図１において、歯付ベルトＡは、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部３と、歯部３と連続する背部２と、背部２に埋設された心線１と、歯部３の表面に被覆された歯布４とを有する構造である。背部２と歯部３は、ゴム層９で形成されたベルト本体を構成する。又、歯布４は、ベルトの長手方向に延在する緯糸７と、ベルトの幅方向に延在する経糸８とを織成してなる繊維材料を基材として構成される。
【００２８】
本発明の歯付ベルト駆動装置においては、少なくとも４９歯以下のプーリと５０歯以上の一対のプーリ間に歯付ベルトを懸架して使用する場合において、４９歯以下のプーリにおいては、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．０〜２．５％であり、一方５０歯以上のプーリにおいては、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．６〜１０．０％であることが本発明の要旨である。そうすることによって、４９歯以下のプーリでは、プーリの歯溝内でベルト歯が走行中に移動することなく、ベルトとプーリのかみ合い干渉がなく、振動が起こりにくく、発音につながることはない。一方、５０歯以上のプーリにおいては、ベルト歯とプーリ歯溝とのかみ合い状態はベルトの長さに影響するところから、バックラッシュを小さくすると、ベルトの長さが規格の上限と下限の場合、累積ピッチ誤差が大きくなり、例えばベルト長さが上限の場合は、プーリとのかみ合い始めにおいてベルトのピッチ誤差を吸収することができず、かみ合い干渉が発生する。その為、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュをベルトの歯の高さの２．６〜１０．０％とすると、かみ合い干渉が緩和される。
【００２９】
図２は、バックラッシュをベルト歯の高さの２％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示し、図３は、バックラッシュをベルト歯の高さの７％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示し、図４は、バックラッシュをベルト歯の高さの１０％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示す。ここで、４９歯以下のプーリでバックラッシュをベルトの歯の高さの２．０％より小さくすると、ベルト歯とプーリ歯溝とのかみ合いの余裕が全くなくなり、かみ合い干渉を起こす。一方、２．５％より大きくすると、ベルト走行中にベルト歯がプーリ歯溝内で移動し易くなり、それによる発音が起こる。又、５０歯以上のプーリにおいて、バックラッシュをベルト歯の高さの２．６％より小さくすると、ベルト長さからくる累積ピッチ誤差をプーリ歯溝が吸収することができず、かみ合いが悪くなり、干渉を起こし、発音する。一方、１０％より大きくなると、バックラッシュが大きくなりすぎ、ベルト走行中にプーリ歯溝内でベルト歯が移動し、発音を起こす。
【００３０】
表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように相対的に本発明によると、ピッチ線に沿って延在し、かつそれにより該ピッチ線を画定する１個以上の補強部材により補強された弾性エラストマーで形成された無端同期駆動ベルトであって、一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各ベルト歯の前方及び後方側面の大部分（プーリ溝の側面と係合する部分であって側面の半分以上を占める部分）又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期伝動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の形状づけられた無端同期駆動ベルトとプーリの組み合わせが提供される。
【００３１】
本発明で必要なことは歯先とプーリ溝の底部とが接触し、これにより圧縮応力がかみ合う各ベルト歯の内部に発生することである。
【００３２】
好適には、各プーリ溝の表面は、半径がＷ＋ｘｃであり、ここでｘは選択し得る数値係数、ｃはベルト歯の側面とプーリ溝の表面との間の所望の間隔であり、プーリ溝の前方及び後方表面の中心はピッチ円上にあり、両中心はＷ＋（２ｘ−１）ｃだけ離れている。
【００３３】
しかして、本発明においては、上記の如き歯付ベルト駆動装置でベルト歯の強度を大きくする為にベルトを形成するエラストマーの硬度をＪＩＳＡ８０°からＪＩＳＡ８８°とした場合、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線とを略一致させる為に直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さくして、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下の範囲に設定されている。ここで、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１．０より小さくなると、ベルトの伝達力が小さくなり、一方ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１．０１５より大きくなると、ベルトとプーリのＰＬＤの位置が一致せずにベルト歯とプーリ溝とのかみ合い状態が不安定となり歯飛びが生じる。
【００３４】
さらに図５に示すように、プーリ１１の溝１３の底部１５を平坦とするのがより好ましい。
【００３５】
ここで少なくとも歯部を構成するゴムとしては、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されていることが好ましい。
前記ラテックスとしては、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体、ＨＮＢＲ、ＣＲ、エピクロルヒド、天然ゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン等のラテックスが挙げられる。
【００３６】
不飽和カルボン酸金属塩が４０より小さくなると、所定のゴム硬度にならず、歯部の剛性が狙いどおりに出現しなく、歯が柔軟である為にベルトがプーリに乗り上げてジャンピングするという問題が依然存在することになる。
一方、不飽和カルボン酸金属塩が６０より大きくなると、歯布が歯部のゴムとの接着力が小さくなり、ベルト走行中に歯布が歯部のゴムから剥離するという問題がある。
【００３７】
また少なくとも歯部３を構成するゴムに用いられる上記の水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２％〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラス（引張弾性率）や硬度を高めるようにしているものであり、モジュラス（引張弾性率）や切断伸度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、上記のように水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合することが必要である。不飽和カルボン酸金属塩としては特に制限されるものではないが、アクリル酸亜鉛やメタクリル酸亜鉛等を用いることができる。
尚、不飽和カルボン酸金属塩を用いず、カーボンブラックによる補強でモジュラス（引張弾性率）を高めることは可能ではあるが、ゴムの切断伸度や引き裂き強度が低下してしまい、ゴムの変形や屈曲によるクラックの発生に対する充分な耐久性を付与することができない。さらにはゴムを圧入することで歯部を形成する圧入方式の製造方法においては、歯部が精度良く出ず好ましくない。
【００３８】
この水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩からなるポリマー成分に配合される上記の有機過酸化物は架橋剤として用いられるものであり、所定のモジュラス（引張弾性率）や切断伸度を確保する為には、上記のようにポリマー成分１００質量部に対して有機過酸化物を０.２〜１０質量部配合して架橋することが必要である。有機過酸化物としては、特に制限されるものではないが例えば、１，１−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロへキサン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）へキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）へキシン、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｔ−ブチルパ−オキシイソプロピルカーボネート等を使用することができる。またこのような有機過酸化物の他に、硫黄化合物、オキシムニトロソ化合物や、モノマー類、ポリマー類で共架橋剤として一般に使用されるものを適量添加しても差し支えない。
【００３９】
さらに、これらの他に、硬度やモジュラス（引張弾性率）や切断伸度を確保し、適度な引き裂き強度を確保する範囲で、カーボンブラックや可塑剤等を適宜添加することもできる。水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩からなるポリマー成分１００質量部に対して、カーボンブラックは５〜５０質量部配合するのが好ましい。
【００４０】
又、前記歯付ベルトのゴム層としてベルトの背面硬度が略ＪＩＳＡ８０°となるようなクロロプレンゴムを使用することもできる。この場合、歯部を構成するゴムと背面ゴムとの両方にクロロプレンゴムを使用することが好ましい。
【００４１】
上記心線は、一般には、ガラス心線、アラミド心線及びポリベンゾオキサゾール心線が使用される。また、ポリパラフェ二レンナフタレート、ポリエステル、アクリル、カーボン、スチールを組成とする撚コードの何れでも使用できる。ガラス心線の組成はＥガラス、Ｓガラス（高強度ガラス）何れでも良く、フィラメントの太さ及びフィラメントの収束本数及びストランド本数に制限されない。一方、アラミド心線においても、材質の分子構造の違いや心線構成及びフィラメントの大きさや接着処理剤の違いによっても制限されない。
【００４２】
ポリペンゾオキサゾール心線は、ポリパラフェ二レンベンゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維（以下、ＰＢＯ繊維と略記する）によって形成されている。
該ＰＢＯ繊維は剛直で、極めて直線性の高い分子構造を持つポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維で、既知のパラ型アラミド繊維の倍以上の強度、弾性率を有し、耐熱性、耐撚性に優れると共に、低吸湿性（０.６％）で吸脱湿時の寸法安定性良好な特性を示す有機繊維である。
【００４３】
既存の抗張体構成繊維であるアラミド心線は強度、弾性率が既知の抗張体構成繊維中では優れたものであるが、吸湿性が高い為寸法安定性に欠けるのに対し、本発明の抗張体を構成する上記ＰＢＯ繊維は強度、弾性率が既存繊維を遥かに越えるのみならず、低吸湿性で寸法安定性良好であり、従って自動車用の歯付ベルトに用いて優れた性能を発揮させる。
【００４４】
心線１は総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードであってもよい。
【００４５】
炭素繊維のマルチフィラメント糸を構成するモノフィラメント（単繊維）は、その断面形状が実質的に真円形状に近いものであり、数多くのフィラメントを効率よく集合して、密接したフィラメント間の空間を減少させてコードの強度を高めている。具体的には、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、フィラメント群が効率よく高充填しており、ベルトの引張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２になる。もし楕円形になると、モノフィラメント同士が擦れ合いよりコードが破断しやすくなる。また、これ以外の形状になると、フィラメントを集合しても密接したフィラメント間の空間が多くなってコードの強度が向上しなくなる。
【００４６】
コード中の処理液（固形分）の含有量は、炭素繊維のマルチフィラメント糸１００質量部に対して１０〜４０質量部、好ましくは１５〜３５質量部である。１０質量部未満であると、モノフィラメント同士の擦れ合いによりコードの耐疲労性が低下することがあり、一方４０質量部を越えるとコードの耐熱性、耐水性、耐溶剤性が低下することがある。
【００４７】
上記処理液（固形分）に含まれるゴムラテックス（固形分）の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがあり、一方８０質量部を越えるとコードに粘着性が過剰になり、取扱い性が悪くなる。
【００４８】
上記ゴムラテックスの具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、スチレン−ブタジエンゴムラテックス、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。
【００４９】
上記処理液（固形分）に含まれる処理液中のエポキシ樹脂の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードとゴム界面の接着性が低下することがあり、８０質量部を越えるとコードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがある。
【００５０】
エポキシ樹脂の具体例としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の一種又は二種以上が使用される。
【００５１】
上記のコードには、その表面に接着層を付着させるが、ここでは接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）から得られた１層であってもよく、またゴム糊から得られた１層であってもよく、更にはＲＦＬ液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層であってもよい。
【００５２】
ＲＦＬ液は、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとを混合したものであり、この場合レゾルシンとホルムアルデヒドのモル比は３／１〜１／３にすることが接着力を高めるうえで好適である。また、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物は、これをゴムラテックスのゴム分１００質量部に対して樹脂分が５〜５０質量部になるようにゴムラテックスと混合し、更にフェノール樹脂を含むレゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとの固形分の質量比が５／９５〜４０／６０に調節する。５／９５未満では接着性が著しく低下し、また４０／６０を超えるとゴムラテックス分が少なくなり、耐熱性が悪くなって屈曲疲労性が低下する。
【００５３】
ＲＦＬ処理液に使用するゴムラテックスとしては、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、クロロプレンゴムラテックス、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。水素化ニトリルゴムラテックスとビニルピリジンゴムラテックスとは、固形分の質量比が６０／４０〜９５／５で混合される。その水素化ニトリルゴムの質量比が６０未満であれば、耐熱性が悪くなり屈曲疲労性が低下し、９５を超えると、耐水性が著しく低下する。
【００５４】
使用する炭素繊維コードは下記方法によって処理される。まず未処理無撚りマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液に含浸処理し、その後１３０〜２５０℃に調節したオ−ブンに通して熱処理する。続いて、上記処理したマルチフィラメント糸を５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードにした後、このコードをＲＦＬ液に含浸処理して接着層を形成する。
【００５５】
また、該処理コードをゴム糊に漬けてゴム層を付着し、この後１３０〜１８０℃前後に調節したオ−ブンに通して熱処理する。
このゴム糊としては、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）以外に、ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ＳＢＲ、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）のゴム配合物トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などの溶剤に溶かして得られたものである。
【００５６】
また、該処理コードを前述と同様にＲＦＬ液に含浸処理して下層を形成した後、ゴム糊でオーバーコート処理して上層の２層を形成してもよい。
【００５７】
歯布４を構成する緯糸、経糸の材質としては、それぞれポリアミド、アラミド、ポリエステル、ポリベンゾオキサゾール繊維の何れか又は組み合わせが採用できる。繊維の形態は、フィラメント糸及び紡績糸の何れでも良く、単独組成の撚糸又は混撚糸、混紡糸の何れであっても良い。ＲＦＬ液を繊維内部にまで含浸できる程度に紡績糸又はフィラメントが集まった糸が好ましい。また、アラミド繊維又はポリベンゾオキサゾール繊維は、それ自体が低摩擦係数の繊維であるため、少なくともベルト長手方向の緯糸に含ませることにより、耐歯欠け性を向上させる。また、織成構成は綾織り、朱子織り、平織り等何れであっても良い。
【００５８】
前記ベルト背面硬度は少なくとも８０度以上、好ましくは８５度以上（ＪＩＳＡ）である。背面硬度を少なくとも８０度以上とする為には、ゴム配合物としては、Ｈ−ＮＢＲを使用する、又はＨ−ＮＢＲに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部、或いは５〜１５質量部添加する又は、高硬度となるクロロプレンゴムを使用する。ここで、不飽和カルボン酸金属塩の量が５質量部未満であるとゴム硬度が所定の硬度にならず、一方４０質量部を越えるとゴム硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が高くなり、屈曲疲労に劣りベルト寿命が短くなる。
【００５９】
実施例１としてまず、５５質量部のポリメタクリル酸亜鉛と、４５質量部の水素添加率９０％の水素添加にトリルゴムとを重合させたポリマー複合体（ＺＳＣ−２２９５）８０質量部と、水素添加率９０％の水素添加ニトリルゴム（日本ゼオン株式会社製Zetpol２０２０）２０質量部に有機パーオキサイド（ＴＹ１３）１.５質量部及び老防剤（ノンフレＤＢＤ）２質量部を加えて歯付ベルト用ゴム組成物を作成した。
【００６０】
歯布として、緯糸（横糸、以下同じ）として４０デニールの６，６ナイロンとウレタン糸を混紡し、経糸（縦糸、以下同じ）として４０デニールの６，６ナイロンを用いた帆布を使用した、この歯布用織物を、表１のゴム配合物をＭＥＫ、トルエンに溶かした後にイソシアネート化合物としてポリアリールポリイソシアネートを添加した処理液に浸漬した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
次に、ベルト作製用のＳ１４Ｍ歯形１００歯数の金型に上記の歯布を巻き付け、歯布上からＳ撚りとＺ撚りの心線を交互に０.５ｍｍピッチで配置するように巻き付け、さらにこの上から表１のゴム組成物からなる圧延シートを巻き付け、加圧・加硫して、ベルト背面を一定厚さに研磨しスリーブ状の成形品を作製した。これを所定幅に切断することによって、歯数が１００歯ピッチが１４ｍｍの歯付ベルトを得た。
【００６３】
このときのベルト歯部高さ／プーリ溝部深さを１.０１５とし、プーリ溝の底部を平坦とした。又、このときの駆動側プーリは３２歯、従動側プーリは９４歯のプーリを使用し、駆動側プーリでのバックラッシュ量を０．０３１ｍｍ（バックラッシュがベルト歯高さの２％）、従動側プーリのバックラッシュ量を０．１１ｍｍ（バックラッシュがベルト歯高さの７％）とした。
【００６４】
次に、従来例１として、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さを１.０８とし、プーリ溝の底部をベルト側に凸となった曲面とした。プーリ歯数は実施例と同じ歯数で、駆動側プーリ、従動側プーリ共にバックラッシュ量は０．１１ｍｍとした。
【００６５】
前記実施例と従来例のベルト駆動装置にて発音試験を行った。ベルト駆動装置としては、駆動プーリとして３０歯のプーリ、従動プーリとして６０歯のプーリを使用した。音圧測定位置は、音圧測定位置としては、図６から図８に示すようにマイク１としては、駆動プーリでのベルト歯のかみ合い入り口でベルトの真上５０ｍｍの位置、マイク２としては、従動プーリでのベルトの出口におけるベルトの真上５０ｍｍの位置、マイク３としては、ベルト張り側でのスパン中心において、ベルトから２ｍ離れた位置、マイク４は、ベルト張り側において、スパン長をｌとした場合の、ベルト張り側で駆動側プーリより１／３ｌ離れた位置でのベルトの真上５０ｍｍの位置、マイク５は、ベルト張り側において、スパン長をｌとした場合の、ベルト張り側において、従動側プーリより１／３ｌ離れた位置でのベルトの真上５０ｍｍの位置でおこなった。このとき駆動プーリの回転数は１８００ｒｐｍ、負荷としては、無負荷の場合と、２ＫＷの負荷を掛けて行った。試験条件は表２に示し、条件１での結果を表３及び図９に、条件２での結果を表４及び図１０に、条件３での結果を表５及び図１１に示す。本発明を実施したベルト伝動装置は、従来例に比べてどの位置で測定しても音圧が下がっていることがわかる。
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の歯付ベルトは、駆動側の回転により従動側のロボットアームを移動させる駆動装置や自動車のオーバーヘッドカムシャフトの駆動装置に使用するものであり、歯付ベルトがコード断面積に占める繊維断面積の割合を７０〜９０％にして炭素繊維を多く充填するで、ベルトの引張り弾性率を５０〜８５Ｎ／ｍｍ２に設定し、これにより心線の伸びを小さくして、起動時あるいは停止時の従動側のオーバーシュートを小さくすることができて、応答性を高めることができ、また伝達容量も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の歯付ベルト駆動装置に使用する歯付ベルトの実施形態の一例を示す一部の断面図である。
【図２】バックラッシュをベルト歯高さの２％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示した図である。
【図３】バックラッシュをベルト歯高さの７％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示した図である。
【図４】バックラッシュをベルト歯高さの１０％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示した図である。
【図５】本発明の歯付ベルト駆動装置に使用するプーリの実施形態の一例を示す一部の断面図である。
【図６】発音試験において、音圧測定位置を示した図である。
【図７】発音試験において、音圧測定位置を示した図である。
【図８】発音試験において、音圧測定位置を示した図である。
【図９】本発明の歯付ベルト駆動装置の条件１での騒音試験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の歯付ベルト駆動装置の条件２での騒音試験結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の歯付ベルト駆動装置の条件３での騒音試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１ 心線
２ 背部
３ 歯部
４ 歯布
５ 歯付ベルト
７ 緯糸
８ 経糸
９ ゴム層
１１ 歯付プーリ
１３ 溝部
１５ 底部
２１ 駆動側プーリ
２３ 従動側プーリ
２５ マイク１
２７ マイク２
２９ マイク３
３１ マイク４
３３ マイク５
３５ マイク６
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車用エンジンのカム軸又はカム軸とインジェクションポンプの駆動用、一般産業用機械の同期伝動用などに使用される歯布被覆の歯付ベルトに関し、特に高負荷用ベルトに関して、耐摩耗性及び耐歯欠け性を維持しつつ、特に心線の伸びを小さくして、ジャンピングを低減して伝達能力を高め、そして高温高張力下及び高温多湿下での走行における耐久性を改善した歯付ベルト駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのカム軸、インジェクションポンプ、オイルポンプ、ウォーターポンプ等を駆動する歯付ベルトは、エンジンの高出力化に伴うベルトへの負荷の増大及び、エンジンルームのコンパクト化に伴う雰囲気温度の上昇等歯付べルトの使用環境は近年特に厳しくなってきている為、更なる耐久性の向上が要求されている。又、一般産業用に使用される歯付ベルトについても、射出成形機等の高負荷駆動用等取替え周期の延長を要求されている。
【０００３】
特に高負荷条件下で使用される歯付ベルトは、弾性体エラストマーで歯部が形成されており、該弾性体エラストマーは硬度がＪＩＳＡ７０°程度である為、歯部の変形、歯飛びから歯欠けへと故障形態が進み、高負荷の動力を伝達するにはベルトの伝達力が劣っていた。
【０００４】
そこで、ベルトを形成するエラストマーをＪＩＳＡ８０°〜ＪＩＳＡ８８°程度の硬度の歯付ベルトで形成して歯部の弾性変形による歯飛び現象を防ごうとした。しかし、ベルト歯高さとプーリ溝深さの比を従来通りとしていた為、つまりベルト歯高さ／プーリ溝深さ＝１.０８であった為、ベルト歯が変形しにくく、ベルト歯の圧縮率が硬度をＪＩＳＡ７０°のときと比べて小さくなりベルトのＰＬＤの位置がプーリの仮想ＰＬＤの位置と比べて高い位置になり、両者のＰＬＤの位置が一致せずにベルト歯とプーリ溝とのかみ合い状態が不安定となり歯飛び現象が発生していた。
【０００５】
又、上記心線として、ガラス繊維やアラミド繊維に代わって炭素繊維を使用した伝動ベルトも提案されている。例えば、特許文献１にはウレタンエラストマーのベルト素材に心線として炭素繊維コードを使用し、又特許文献２には熱可塑性エラストマーのベルト素材に、片撚りの炭素素材で撚る前にベルト本体と同じ材質の熱可塑性エラストマーで処理して接着を改善したものが使用されている。また特許文献２には、上撚り係数が２.０〜４.０であって、下撚り係数が上撚り係数の１／２〜３／２にして、初期強力が大きく、伸びが小さく、耐水性、耐屈曲疲労性を改善した歯付ベルトが開示されている。
【０００６】
しかし、従来の歯付ベルトでは、高負荷伝動の場合には、心線の伸びによってベルトのジャンピングが発生し、又走行後のベルト残存強力も走行前に比べて大きく低下することがあった。
【特許文献１】特許第２９５４５５４号
【特許文献２】特開平１０−２３７９号公報
【特許文献３】特公平０３−４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明はこのような問題点を改善するものであり、特に上記ベルト歯部に加わる力を歯が圧縮することによって分散する形状の丸歯を有する歯付ベルト駆動装置のベルト歯部の硬度が高いベルトについて、ベルト歯部高さとプーリ溝部深さとの関係適正化することにより、高負荷を伝達しなければならない箇所に使用される歯付ベルト駆動装置について、ベルト歯先端部と、プーリ歯底部を干渉（接触）させ、ベルト歯を圧縮させることによりベルト歯圧力面から歯元部分を膨張させ、歯付ベルト駆動装置の動力伝達力を向上させる。さらに、駆動プーリ側では、ベルト歯とプーリ歯溝とのバックラッシュを極力小さくし、一方従動プーリ側では、ベルト歯とプーリ歯溝とのバックラッシュを駆動側よりも大きくして多数歯プーリを使用する用途においてかみ合い干渉を小さくした歯付ベルト駆動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、長さ方向に沿って配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトと、溝部と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．０〜２．５％の寸法であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．６〜１０％の寸法である歯付ベルトの駆動装置である。
【０００９】
請求項２に記載の発明によると、歯付ベルトの一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各歯の前方及び後方側面の大部分又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期駆動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように、直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さく、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下を満足する如く構成せしめ、ベルトとプーリが完全にかみ合ったときに、ベルト歯が高さ方向に圧縮されることにより、ベルト歯が膨張し、プーリとの隙間が全くなくなりベルト歯部側面、底面での応力が全体に分散され、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致する請求項１に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、前記プーリ溝の底部が平坦である請求項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、前記歯付ベルトが少なくとも歯部を構成するゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、前記ゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物０.２〜１０質量部を配合して架橋したゴムで形成されている請求項４に記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、有機過酸化物の他に、カーボンブラック５〜５０質量部を配合する請求項５に記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、前記歯付ベルトのゴム層がベルトの背面硬度として略ＪＩＳＡ８０°であるクロロプレンゴムを使用した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置にある。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１７】
請求項１０に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【００１８】
請求項１１に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、長さ方向に沿って配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトと、溝部と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．０〜２．５％の寸法であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．６〜１０％の寸法である歯付ベルトの駆動装置であることから、少なくとも一対のプーリ間に懸架するプーリのプーリ歯数によってバックラッシュ量を変えることで、かみ合い不良を少なくできる効果がある。
【００２０】
請求項２に記載の発明によると、歯付ベルトの一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各歯の前方及び後方側面の大部分又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期駆動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように、直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さく、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下を満足する如く構成せしめ、ベルトとプーリが完全にかみ合ったときに、ベルト歯が高さ方向に圧縮されることにより、ベルト歯が膨張し、プーリとの隙間が全くなくなりベルト歯部側面、底面での応力が全体に分散され、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致する請求項１に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、ベルト歯部の強度が大きく、一定の圧縮率があり、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致することによりかみ合いも良好となり、大きな伝達力を得られる効果がある。
【００２１】
請求項３に記載の発明によると、前記プーリ溝の底部が平坦である請求項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、プーリ溝の他の寸法を変えることなくプーリ溝部深さを変更するだけでプーリ溝の中心線とベルト歯の中心線を略一致させることができ、かみ合いを良好とすることができる効果がある。
【００２２】
請求項４に記載の発明によると、前記歯付ベルトが少なくとも歯部を構成するゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、硬度がＪＩＳＡ８０°からＪＩＳＡ８８°のエラストマーで無端同期伝動ベルトを形成でき、歯飛びを防ぐ効果がある。
【００２３】
請求項５に記載の発明によると、前記ゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物０.２〜１０質量部を配合して架橋したゴムで形成されている請求項４に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、請求項４の効果に加えてさらにエラストマーの強度を向上できる効果を有する。
【００２４】
請求項６に記載の発明によると、有機過酸化物の他に、カーボンブラック５〜５０質量部を配合する請求項５に記載の歯付ベルト駆動装置であることから、請求項５の作用に加えてより歯付ベルトを形成するエラストマーの強度を向上できる。
【００２５】
請求項７に記載の発明によると、前記歯付ベルトのゴム層がベルトの背面硬度として略ＪＩＳＡ８０°であるクロロプレンゴムを使用した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、背面クラックの発生を防止できる効果がある。
【００２６】
請求項８から１１に記載の発明によると、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、心線の伸びを小さくして、起動時或いは停止時の従動側のオーバーシュートを小さくすることができて応答性を高めることができ、またジャンピングを低減して伝達容量も高くでき、そして高温高張力下及び高温多湿下での走行における耐久性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
図１は、本発明形態に係る歯付ベルトの全体斜視概略図である。図１において、歯付ベルトＡは、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部３と、歯部３と連続する背部２と、背部２に埋設された心線１と、歯部３の表面に被覆された歯布４とを有する構造である。背部２と歯部３は、ゴム層９で形成されたベルト本体を構成する。又、歯布４は、ベルトの長手方向に延在する緯糸７と、ベルトの幅方向に延在する経糸８とを織成してなる繊維材料を基材として構成される。
【００２８】
本発明の歯付ベルト駆動装置においては、少なくとも４９歯以下のプーリと５０歯以上の一対のプーリ間に歯付ベルトを懸架して使用する場合において、４９歯以下のプーリにおいては、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．０〜２．５％であり、一方５０歯以上のプーリにおいては、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュがベルトの歯の高さの２．６〜１０．０％であることが本発明の要旨である。そうすることによって、４９歯以下のプーリでは、プーリの歯溝内でベルト歯が走行中に移動することなく、ベルトとプーリのかみ合い干渉がなく、振動が起こりにくく、発音につながることはない。一方、５０歯以上のプーリにおいては、ベルト歯とプーリ歯溝とのかみ合い状態はベルトの長さに影響するところから、バックラッシュを小さくすると、ベルトの長さが規格の上限と下限の場合、累積ピッチ誤差が大きくなり、例えばベルト長さが上限の場合は、プーリとのかみ合い始めにおいてベルトのピッチ誤差を吸収することができず、かみ合い干渉が発生する。その為、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュをベルトの歯の高さの２．６〜１０．０％とすると、かみ合い干渉が緩和される。
【００２９】
図２は、バックラッシュをベルト歯の高さの２％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示し、図３は、バックラッシュをベルト歯の高さの７％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示し、図４は、バックラッシュをベルト歯の高さの１０％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示す。ここで、４９歯以下のプーリでバックラッシュをベルトの歯の高さの２．０％より小さくすると、ベルト歯とプーリ歯溝とのかみ合いの余裕が全くなくなり、かみ合い干渉を起こす。一方、２．５％より大きくすると、ベルト走行中にベルト歯がプーリ歯溝内で移動し易くなり、それによる発音が起こる。又、５０歯以上のプーリにおいて、バックラッシュをベルト歯の高さの２．６％より小さくすると、ベルト長さからくる累積ピッチ誤差をプーリ歯溝が吸収することができず、かみ合いが悪くなり、干渉を起こし、発音する。一方、１０％より大きくなると、バックラッシュが大きくなりすぎ、ベルト走行中にプーリ歯溝内でベルト歯が移動し、発音を起こす。
【００３０】
表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように相対的に本発明によると、ピッチ線に沿って延在し、かつそれにより該ピッチ線を画定する１個以上の補強部材により補強された弾性エラストマーで形成された無端同期駆動ベルトであって、一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各ベルト歯の前方及び後方側面の大部分（プーリ溝の側面と係合する部分であって側面の半分以上を占める部分）又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期伝動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の形状づけられた無端同期駆動ベルトとプーリの組み合わせが提供される。
【００３１】
本発明で必要なことは歯先とプーリ溝の底部とが接触し、これにより圧縮応力がかみ合う各ベルト歯の内部に発生することである。
【００３２】
好適には、各プーリ溝の表面は、半径がＷ＋ｘｃであり、ここでｘは選択し得る数値係数、ｃはベルト歯の側面とプーリ溝の表面との間の所望の間隔であり、プーリ溝の前方及び後方表面の中心はピッチ円上にあり、両中心はＷ＋（２ｘ−１）ｃだけ離れている。
【００３３】
しかして、本発明においては、上記の如き歯付ベルト駆動装置でベルト歯の強度を大きくする為にベルトを形成するエラストマーの硬度をＪＩＳＡ８０°からＪＩＳＡ８８°とした場合、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線とを略一致させる為に直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さくして、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下の範囲に設定されている。ここで、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１．０より小さくなると、ベルトの伝達力が小さくなり、一方ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１．０１５より大きくなると、ベルトとプーリのＰＬＤの位置が一致せずにベルト歯とプーリ溝とのかみ合い状態が不安定となり歯飛びが生じる。
【００３４】
さらに図５に示すように、プーリ１１の溝１３の底部１５を平坦とするのがより好ましい。
【００３５】
ここで少なくとも歯部を構成するゴムとしては、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されていることが好ましい。
前記ラテックスとしては、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体、ＨＮＢＲ、ＣＲ、エピクロルヒド、天然ゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン等のラテックスが挙げられる。
【００３６】
不飽和カルボン酸金属塩が４０より小さくなると、所定のゴム硬度にならず、歯部の剛性が狙いどおりに出現しなく、歯が柔軟である為にベルトがプーリに乗り上げてジャンピングするという問題が依然存在することになる。
一方、不飽和カルボン酸金属塩が６０より大きくなると、歯布が歯部のゴムとの接着力が小さくなり、ベルト走行中に歯布が歯部のゴムから剥離するという問題がある。
【００３７】
また少なくとも歯部３を構成するゴムに用いられる上記の水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２％〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラス（引張弾性率）や硬度を高めるようにしているものであり、モジュラス（引張弾性率）や切断伸度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、上記のように水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合することが必要である。不飽和カルボン酸金属塩としては特に制限されるものではないが、アクリル酸亜鉛やメタクリル酸亜鉛等を用いることができる。
尚、不飽和カルボン酸金属塩を用いず、カーボンブラックによる補強でモジュラス（引張弾性率）を高めることは可能ではあるが、ゴムの切断伸度や引き裂き強度が低下してしまい、ゴムの変形や屈曲によるクラックの発生に対する充分な耐久性を付与することができない。さらにはゴムを圧入することで歯部を形成する圧入方式の製造方法においては、歯部が精度良く出ず好ましくない。
【００３８】
この水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩からなるポリマー成分に配合される上記の有機過酸化物は架橋剤として用いられるものであり、所定のモジュラス（引張弾性率）や切断伸度を確保する為には、上記のようにポリマー成分１００質量部に対して有機過酸化物を０.２〜１０質量部配合して架橋することが必要である。有機過酸化物としては、特に制限されるものではないが例えば、１，１−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロへキサン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）へキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）へキシン、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｔ−ブチルパ−オキシイソプロピルカーボネート等を使用することができる。またこのような有機過酸化物の他に、硫黄化合物、オキシムニトロソ化合物や、モノマー類、ポリマー類で共架橋剤として一般に使用されるものを適量添加しても差し支えない。
【００３９】
さらに、これらの他に、硬度やモジュラス（引張弾性率）や切断伸度を確保し、適度な引き裂き強度を確保する範囲で、カーボンブラックや可塑剤等を適宜添加することもできる。水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩からなるポリマー成分１００質量部に対して、カーボンブラックは５〜５０質量部配合するのが好ましい。
【００４０】
又、前記歯付ベルトのゴム層としてベルトの背面硬度が略ＪＩＳＡ８０°となるようなクロロプレンゴムを使用することもできる。この場合、歯部を構成するゴムと背面ゴムとの両方にクロロプレンゴムを使用することが好ましい。
【００４１】
上記心線は、一般には、ガラス心線、アラミド心線及びポリベンゾオキサゾール心線が使用される。また、ポリパラフェ二レンナフタレート、ポリエステル、アクリル、カーボン、スチールを組成とする撚コードの何れでも使用できる。ガラス心線の組成はＥガラス、Ｓガラス（高強度ガラス）何れでも良く、フィラメントの太さ及びフィラメントの収束本数及びストランド本数に制限されない。一方、アラミド心線においても、材質の分子構造の違いや心線構成及びフィラメントの大きさや接着処理剤の違いによっても制限されない。
【００４２】
ポリペンゾオキサゾール心線は、ポリパラフェ二レンベンゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維（以下、ＰＢＯ繊維と略記する）によって形成されている。
該ＰＢＯ繊維は剛直で、極めて直線性の高い分子構造を持つポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維で、既知のパラ型アラミド繊維の倍以上の強度、弾性率を有し、耐熱性、耐撚性に優れると共に、低吸湿性（０.６％）で吸脱湿時の寸法安定性良好な特性を示す有機繊維である。
【００４３】
既存の抗張体構成繊維であるアラミド心線は強度、弾性率が既知の抗張体構成繊維中では優れたものであるが、吸湿性が高い為寸法安定性に欠けるのに対し、本発明の抗張体を構成する上記ＰＢＯ繊維は強度、弾性率が既存繊維を遥かに越えるのみならず、低吸湿性で寸法安定性良好であり、従って自動車用の歯付ベルトに用いて優れた性能を発揮させる。
【００４４】
心線１は総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードであってもよい。
【００４５】
炭素繊維のマルチフィラメント糸を構成するモノフィラメント（単繊維）は、その断面形状が実質的に真円形状に近いものであり、数多くのフィラメントを効率よく集合して、密接したフィラメント間の空間を減少させてコードの強度を高めている。具体的には、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、フィラメント群が効率よく高充填しており、ベルトの引張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２になる。もし楕円形になると、モノフィラメント同士が擦れ合いよりコードが破断しやすくなる。また、これ以外の形状になると、フィラメントを集合しても密接したフィラメント間の空間が多くなってコードの強度が向上しなくなる。
【００４６】
コード中の処理液（固形分）の含有量は、炭素繊維のマルチフィラメント糸１００質量部に対して１０〜４０質量部、好ましくは１５〜３５質量部である。１０質量部未満であると、モノフィラメント同士の擦れ合いによりコードの耐疲労性が低下することがあり、一方４０質量部を越えるとコードの耐熱性、耐水性、耐溶剤性が低下することがある。
【００４７】
上記処理液（固形分）に含まれるゴムラテックス（固形分）の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがあり、一方８０質量部を越えるとコードに粘着性が過剰になり、取扱い性が悪くなる。
【００４８】
上記ゴムラテックスの具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、スチレン−ブタジエンゴムラテックス、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。
【００４９】
上記処理液（固形分）に含まれる処理液中のエポキシ樹脂の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードとゴム界面の接着性が低下することがあり、８０質量部を越えるとコードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがある。
【００５０】
エポキシ樹脂の具体例としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の一種又は二種以上が使用される。
【００５１】
上記のコードには、その表面に接着層を付着させるが、ここでは接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）から得られた１層であってもよく、またゴム糊から得られた１層であってもよく、更にはＲＦＬ液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層であってもよい。
【００５２】
ＲＦＬ液は、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとを混合したものであり、この場合レゾルシンとホルムアルデヒドのモル比は３／１〜１／３にすることが接着力を高めるうえで好適である。また、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物は、これをゴムラテックスのゴム分１００質量部に対して樹脂分が５〜５０質量部になるようにゴムラテックスと混合し、更にフェノール樹脂を含むレゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとの固形分の質量比が５／９５〜４０／６０に調節する。５／９５未満では接着性が著しく低下し、また４０／６０を超えるとゴムラテックス分が少なくなり、耐熱性が悪くなって屈曲疲労性が低下する。
【００５３】
ＲＦＬ処理液に使用するゴムラテックスとしては、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、クロロプレンゴムラテックス、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。水素化ニトリルゴムラテックスとビニルピリジンゴムラテックスとは、固形分の質量比が６０／４０〜９５／５で混合される。その水素化ニトリルゴムの質量比が６０未満であれば、耐熱性が悪くなり屈曲疲労性が低下し、９５を超えると、耐水性が著しく低下する。
【００５４】
使用する炭素繊維コードは下記方法によって処理される。まず未処理無撚りマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液に含浸処理し、その後１３０〜２５０℃に調節したオ−ブンに通して熱処理する。続いて、上記処理したマルチフィラメント糸を５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードにした後、このコードをＲＦＬ液に含浸処理して接着層を形成する。
【００５５】
また、該処理コードをゴム糊に漬けてゴム層を付着し、この後１３０〜１８０℃前後に調節したオ−ブンに通して熱処理する。
このゴム糊としては、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）以外に、ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ＳＢＲ、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）のゴム配合物トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などの溶剤に溶かして得られたものである。
【００５６】
また、該処理コードを前述と同様にＲＦＬ液に含浸処理して下層を形成した後、ゴム糊でオーバーコート処理して上層の２層を形成してもよい。
【００５７】
歯布４を構成する緯糸、経糸の材質としては、それぞれポリアミド、アラミド、ポリエステル、ポリベンゾオキサゾール繊維の何れか又は組み合わせが採用できる。繊維の形態は、フィラメント糸及び紡績糸の何れでも良く、単独組成の撚糸又は混撚糸、混紡糸の何れであっても良い。ＲＦＬ液を繊維内部にまで含浸できる程度に紡績糸又はフィラメントが集まった糸が好ましい。また、アラミド繊維又はポリベンゾオキサゾール繊維は、それ自体が低摩擦係数の繊維であるため、少なくともベルト長手方向の緯糸に含ませることにより、耐歯欠け性を向上させる。また、織成構成は綾織り、朱子織り、平織り等何れであっても良い。
【００５８】
前記ベルト背面硬度は少なくとも８０度以上、好ましくは８５度以上（ＪＩＳＡ）である。背面硬度を少なくとも８０度以上とする為には、ゴム配合物としては、Ｈ−ＮＢＲを使用する、又はＨ−ＮＢＲに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部、或いは５〜１５質量部添加する又は、高硬度となるクロロプレンゴムを使用する。ここで、不飽和カルボン酸金属塩の量が５質量部未満であるとゴム硬度が所定の硬度にならず、一方４０質量部を越えるとゴム硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が高くなり、屈曲疲労に劣りベルト寿命が短くなる。
【００５９】
実施例１としてまず、５５質量部のポリメタクリル酸亜鉛と、４５質量部の水素添加率９０％の水素添加にトリルゴムとを重合させたポリマー複合体（ＺＳＣ−２２９５）８０質量部と、水素添加率９０％の水素添加ニトリルゴム（日本ゼオン株式会社製Zetpol２０２０）２０質量部に有機パーオキサイド（ＴＹ１３）１.５質量部及び老防剤（ノンフレＤＢＤ）２質量部を加えて歯付ベルト用ゴム組成物を作成した。
【００６０】
歯布として、緯糸（横糸、以下同じ）として４０デニールの６，６ナイロンとウレタン糸を混紡し、経糸（縦糸、以下同じ）として４０デニールの６，６ナイロンを用いた帆布を使用した、この歯布用織物を、表１のゴム配合物をＭＥＫ、トルエンに溶かした後にイソシアネート化合物としてポリアリールポリイソシアネートを添加した処理液に浸漬した。
【００６１】
【表１】
【００６２】
次に、ベルト作製用のＳ１４Ｍ歯形１００歯数の金型に上記の歯布を巻き付け、歯布上からＳ撚りとＺ撚りの心線を交互に０.５ｍｍピッチで配置するように巻き付け、さらにこの上から表１のゴム組成物からなる圧延シートを巻き付け、加圧・加硫して、ベルト背面を一定厚さに研磨しスリーブ状の成形品を作製した。これを所定幅に切断することによって、歯数が１００歯ピッチが１４ｍｍの歯付ベルトを得た。
【００６３】
このときのベルト歯部高さ／プーリ溝部深さを１.０１５とし、プーリ溝の底部を平坦とした。又、このときの駆動側プーリは３２歯、従動側プーリは９４歯のプーリを使用し、駆動側プーリでのバックラッシュ量を０．０３１ｍｍ（バックラッシュがベルト歯高さの２％）、従動側プーリのバックラッシュ量を０．１１ｍｍ（バックラッシュがベルト歯高さの７％）とした。
【００６４】
次に、従来例１として、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さを１.０８とし、プーリ溝の底部をベルト側に凸となった曲面とした。プーリ歯数は実施例と同じ歯数で、駆動側プーリ、従動側プーリ共にバックラッシュ量は０．１１ｍｍとした。
【００６５】
前記実施例と従来例のベルト駆動装置にて発音試験を行った。ベルト駆動装置としては、駆動プーリとして３０歯のプーリ、従動プーリとして６０歯のプーリを使用した。音圧測定位置は、音圧測定位置としては、図６から図８に示すようにマイク１としては、駆動プーリでのベルト歯のかみ合い入り口でベルトの真上５０ｍｍの位置、マイク２としては、従動プーリでのベルトの出口におけるベルトの真上５０ｍｍの位置、マイク３としては、ベルト張り側でのスパン中心において、ベルトから２ｍ離れた位置、マイク４は、ベルト張り側において、スパン長をｌとした場合の、ベルト張り側で駆動側プーリより１／３ｌ離れた位置でのベルトの真上５０ｍｍの位置、マイク５は、ベルト張り側において、スパン長をｌとした場合の、ベルト張り側において、従動側プーリより１／３ｌ離れた位置でのベルトの真上５０ｍｍの位置でおこなった。このとき駆動プーリの回転数は１８００ｒｐｍ、負荷としては、無負荷の場合と、２ＫＷの負荷を掛けて行った。試験条件は表２に示し、条件１での結果を表３及び図９に、条件２での結果を表４及び図１０に、条件３での結果を表５及び図１１に示す。本発明を実施したベルト伝動装置は、従来例に比べてどの位置で測定しても音圧が下がっていることがわかる。
【００６６】
【表２】
【００６７】
【表３】
【００６８】
【表４】
【００６９】
【表５】
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の歯付ベルトは、駆動側の回転により従動側のロボットアームを移動させる駆動装置や自動車のオーバーヘッドカムシャフトの駆動装置に使用するものであり、歯付ベルトがコード断面積に占める繊維断面積の割合を７０〜９０％にして炭素繊維を多く充填するで、ベルトの引張り弾性率を５０〜８５Ｎ／ｍｍ２に設定し、これにより心線の伸びを小さくして、起動時あるいは停止時の従動側のオーバーシュートを小さくすることができて、応答性を高めることができ、また伝達容量も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の歯付ベルト駆動装置に使用する歯付ベルトの実施形態の一例を示す一部の断面図である。
【図２】バックラッシュをベルト歯高さの２％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示した図である。
【図３】バックラッシュをベルト歯高さの７％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示した図である。
【図４】バックラッシュをベルト歯高さの１０％としたときの歯付ベルト駆動装置のベルトとプーリとの静的かみ合い状態を示した図である。
【図５】本発明の歯付ベルト駆動装置に使用するプーリの実施形態の一例を示す一部の断面図である。
【図６】発音試験において、音圧測定位置を示した図である。
【図７】発音試験において、音圧測定位置を示した図である。
【図８】発音試験において、音圧測定位置を示した図である。
【図９】本発明の歯付ベルト駆動装置の条件１での騒音試験結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の歯付ベルト駆動装置の条件２での騒音試験結果を示すグラフである。
【図１１】本発明の歯付ベルト駆動装置の条件３での騒音試験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００７２】
１ 心線
２ 背部
３ 歯部
４ 歯布
５ 歯付ベルト
７ 緯糸
８ 経糸
９ ゴム層
１１ 歯付プーリ
１３ 溝部
１５ 底部
２１ 駆動側プーリ
２３ 従動側プーリ
２５ マイク１
２７ マイク２
２９ マイク３
３１ マイク４
３３ マイク５
３５ マイク６
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さ方向に沿って配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトと、溝部と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．０〜２．５％の寸法であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．６〜１０％の寸法であることを特徴とする歯付ベルトの駆動装置。
【請求項２】
歯付ベルトの一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各歯の前方及び後方側面の大部分又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期駆動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように、直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さく、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下を満足する如く構成せしめ、ベルトとプーリが完全にかみ合ったときに、ベルト歯が高さ方向に圧縮されることにより、ベルト歯が膨張し、プーリとの隙間が全くなくなりベルト歯部側面、底面での応力が全体に分散され、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致する請求項１に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項３】
前記プーリ溝の底部が平坦である請求項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項４】
前記歯付ベルトが少なくとも歯部を構成するゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項５】
前記ゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物０.２〜１０質量部を配合して架橋したゴムで形成されている請求項４に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項６】
有機過酸化物の他に、カーボンブラック５〜５０質量部を配合する請求項５に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項７】
前記歯付ベルトのゴム層がベルトの背面硬度として略ＪＩＳＡ８０°であるクロロプレンゴムを使用した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項８】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項９】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項１０】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項１１】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項１】
長さ方向に沿って配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトと、溝部と歯部とを交互に有する歯付プーリとの組み合わせからなる歯付ベルトの駆動装置であって、一方のプーリが４９歯以下の歯数のプーリで、他方のプーリが５０歯以上のものを使用する場合において、少なくとも使用するプーリ歯数が４９歯以下のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．０〜２．５％の寸法であり、一方プーリ歯数が５０歯以上のものは、ベルトの歯部とプーリの溝部間のバックラッシュ量がベルトの歯の高さの２．６〜１０％の寸法であることを特徴とする歯付ベルトの駆動装置。
【請求項２】
歯付ベルトの一連の同一の歯がピッチＰだけ一様に離隔し、各歯の前方及び後方側面の大部分又は全部が半径Ｗの円弧として断面を形状づけられ、前記円弧の両方とも中心が距離Ｗだけ離れて該ピッチ線上に位置しているような無端同期駆動ベルトと、プーリ溝の間に形成した周辺部に設けられた同一形状の複数個のベルト係合歯を有するプーリであって、各プーリ溝の前方及び後方の表面の大部分又は全部がピッチ円上に中心を有する円弧として断面を形状づけられ、ピッチ円の半径がプーリ歯先端を通るプーリの外側半径とベルト歯の間の底部からベルトピッチ線までの距離との和であるようなプーリと、の組み合わせであって、各ベルト歯の先端と各プーリ溝の底部は、ベルトがプーリに係合するときに該プーリ溝の底部から係合する各ベルト歯を介して圧縮応力が作用するように、直線状で測定して前記歯付プーリのプーリ溝部の深さをベルト歯部の高さより小さく、ベルト歯部高さ／プーリ溝部深さが１.０以上１.０１５以下を満足する如く構成せしめ、ベルトとプーリが完全にかみ合ったときに、ベルト歯が高さ方向に圧縮されることにより、ベルト歯が膨張し、プーリとの隙間が全くなくなりベルト歯部側面、底面での応力が全体に分散され、プーリ溝の中心線とベルト歯の中心線が略一致する請求項１に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項３】
前記プーリ溝の底部が平坦である請求項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項４】
前記歯付ベルトが少なくとも歯部を構成するゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分からなるゴムで形成されている請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項５】
前記ゴム層が水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを６０：４０〜４０：６０の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物０.２〜１０質量部を配合して架橋したゴムで形成されている請求項４に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項６】
有機過酸化物の他に、カーボンブラック５〜５０質量部を配合する請求項５に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項７】
前記歯付ベルトのゴム層がベルトの背面硬度として略ＪＩＳＡ８０°であるクロロプレンゴムを使用した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項８】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項９】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項１０】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項１１】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルト駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−１５３２４９（Ｐ２００６−１５３２４９Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５６０７３（Ｐ２００４−３５６０７３）
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月８日（２００４．１２．８）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
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