(57)【要約】【課題】テンショナを用いずとも軸間距離変化に伴うベルト張力上昇を抑制でき、且つ、十分なベルト耐久性も確保できる、新たなベルト駆動装置及びそれに用いられる歯付ベルトを提供する。【解決手段】歯付ベルト４は、背部１２と、駆動プーリ２及び従動プーリ３の外周面に設けられた歯溝部と噛み合う歯部１３と、背部１２に埋設され、所定の繊度の高強度ガラス繊維から形成された心線１１とを有し、駆動プーリ２及び従動プーリ３に所定の取付張力で巻き掛けられる。歯付ベルト４は、駆動源の本体５の温度変化による軸間距離変化率に対する、ベルト張力の変化量の割合を、所定の範囲内とするように構成されている。カム駆動装置１は、歯付ベルト４を用いた、カム軸駆動ベルトシステムである。【選択図】図３
2020101268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源によって回転駆動される駆動軸と連結され、外周面に歯溝部が設けられた駆動プーリと、
従動軸に連結され、外周面に歯溝部が設けられた従動プーリと、
背部と、前記駆動プーリ及び前記従動プーリの前記歯溝部と噛み合う歯部と、前記背部に埋設された心線とを有し、前記駆動プーリ及び前記従動プーリに所定の取付張力で巻き掛けられる歯付ベルトと、を備えた歯付ベルト駆動装置であって、
前記心線は、高強度ガラス繊維から形成されており、繊度が１０００ｍあたり１５５０ｇ以上２３１０ｇ以下の範囲のものであり、
前記駆動源の本体の温度変化による前記駆動軸と前記従動軸との間の軸間距離変化率（ΔＸ）が０．２３％以下であって、
且つ、前記取付張力が前記歯付ベルトの１ｍｍ幅あたり２．５Ｎ以上５Ｎ以下の範囲内に設定されて前記駆動軸が回転駆動している間、前記軸間距離変化率（ΔＸ）に対するベルト幅１ｍｍあたりのベルト張力の変化量（ΔＹ）の割合で定義されるベルト弾性係数（ΔＹ／ΔＸ）は、２０以上５６以下の範囲になるように構成されていることを特徴とする歯付ベルト駆動装置。
【請求項２】
前記駆動源の本体は、アルミニウム合金で形成されており、前記本体の温度変化量は、１００℃以下である、請求項１に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項３】
複数本の前記心線が、ベルト幅方向に並べられており、
隣り合う心線と心線との間隔の合計値の、ベルト幅に対する割合が４１％以上５７％以下である、請求項１又は２に記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項４】
ベルト幅が２０ｍｍ、前記心線はその径が１．１ｍｍ以上１．５ｍｍ未満の撚りコードであり、ベルト幅方向における心線ピッチが２．１ｍｍ以上３．２ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項５】
前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に、ベルトに接触して張力を調整するテンショナが設けられていない、自動車エンジンのオーバーヘッドカム軸駆動用の歯付ベルト駆動装置である、請求項１〜４のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項６】
前記従動プーリの数は１つである、請求項１〜５のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置に用いられる、歯付ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歯付ベルト駆動装置及びその歯付ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
歯付ベルトは、平ベルト、Ｖベルト等とは異なり、滑りがない回転を伝える同期伝動が可能であり、さらに、ギヤやチェーン等の伝動装置に比べて、騒音が小さいという利点を有している。このため、歯付ベルトは、従来から自動車エンジンのオーバーヘッドカム（ＯＨＣ）軸の同期駆動システム（以下、カム軸駆動ベルトシステム）等に適用されてきた。
【０００３】
特許文献１には、カム軸駆動ベルトシステムに好適な歯付ベルトとして、ベルトの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、を備え、歯部及び歯底部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトが開示されている。
【０００４】
また、自動車エンジンのカム軸駆動ベルトシステムにおいては、ベルトの張力を調整するためのテンショナが設けられるのが一般的であり、ベルト張力を自動的に調整することができる、オートテンショナが採用される。例えば、特許文献２には、エンジンブロックに固定されるベースと、ベースに回転自在に支持され、回動によりベルト張力の上昇を抑制するアームと、アームに回転可能に取り付けられ、ベルト背面と接触可能なプーリと、を備えたオートテンショナが開示されている。
【０００５】
このいわゆる主機用オートテンショナは、ベルト走行時のベルト張力を適度に保持し、バルブタイミングのずれを抑制する役割を担うとともに、エンジン（駆動源）の本体の熱膨張による、駆動軸と従動軸との間の軸間距離変化に伴うベルト張力の上昇を抑制する役割を担っている。ベルト張力が過度に上昇した状態でベルトが走行すると、ベルトの耐久性が早期に低下し、ベルトの切断故障を早期に引き起こす虞があり、これを防止するオートテンショナは、従来の自動車エンジンのカム軸駆動ベルトシステムにおいて広く採用されてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−００９１８６
【特許文献２】特開２０１７−１８０８２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
最近は環境規制により自動車に対する燃費向上の要求が高く、エンジンにおける、駆動損失（フリクション）の低減や重量低減が燃費向上に直結するものと考えられている。
【０００８】
この点、現状の駆動システムにおいて、テンショナが設けられていることによる、エンジン重量の増加、フリクション（機械的摩擦損失）の増加、及び、製造コストの増加が問題となりつつある。特に、オートテンショナは、前述の通り、可動部材と固定部材とで構成された複合部品であり、上記問題に及ぼす影響は大きい。この観点から、テンショナを用いない新たな駆動システムの開発が求められる。
【０００９】
本発明の目的は、テンショナを用いずとも軸間距離変化に伴うベルト張力上昇を抑制でき、且つ、十分なベルト耐久性も確保できる、ベルト駆動装置及びそれに用いられる歯付ベルトを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る歯付ベルト駆動装置は、駆動源によって回転駆動される駆動軸と連結され、外周面に歯溝部が設けられた駆動プーリと、従動軸に連結され、外周面に歯溝部が設けられた従動プーリと、背部と、前記駆動プーリ及び前記従動プーリの前記歯溝部と噛み合う歯部と、前記背部に埋設された心線とを有し、前記駆動プーリ及び前記従動プーリに所定の取付張力で巻き掛けられる歯付ベルトと、を備えた歯付ベルト駆動装置であって、前記心線は、高強度ガラス繊維から形成されており、繊度が１０００ｍあたり１５５０ｇ以上２３１０ｇ以下の範囲のものであり、前記駆動源の本体の温度変化による前記駆動軸と前記従動軸との間の軸間距離変化率（ΔＸ）が０．２３％以下であって、且つ、前記取付張力が前記歯付ベルトの１ｍｍ幅あたり２．５Ｎ以上５Ｎ以下の範囲内に設定されて前記駆動軸が回転駆動している間、前記軸間距離変化率（ΔＸ）に対するベルト幅１ｍｍあたりのベルト張力の変化量（ΔＹ）の割合で定義されるベルト弾性係数（ΔＹ／ΔＸ）は、２０以上５６以下の範囲になるように構成されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、心線は、引張弾性率及び引張強度が高い高強度ガラス繊維から形成され、且つ、繊度が１０００ｍあたり１５５０ｇ以上２３１０ｇ以下の範囲とすることにより、同期性ひいてはベルトの耐久性確保のためのベルトの引張強度を確保することができる。
【００１２】
また、ベルト弾性係数（ΔＹ／ΔＸ）を比較的低く抑え、その範囲を２０以上５６以下とすることにより、ベルトの引張強度とベルト弾性係数とのバランスを確保できる。
【００１３】
つまり、上記構成によれば、テンショナが設けられない場合でも、ベルトの耐久性を確保しつつ、テンショナが備わる従来の歯付ベルト駆動装置における、走行時ベルト張力の上限値と同水準以下に、駆動源の本体の熱膨張による軸間距離変化に伴うベルト張力の上昇を抑制できる。
【００１４】
本発明において、前記駆動源の本体は、アルミニウム合金で形成されており、前記本体の温度変化量は、１００℃以下であることが好ましい。
【００１５】
この構成は、駆動源の本体の温度変化による駆動軸と従動軸との間の軸間距離変化率（ΔＸ）が０．２３％以下である場合を別観点から規定するものである。この構成によれば、アルミニウム合金で形成された駆動源の本体であって、その温度変化量が１００℃以下である場合の、歯付ベルト駆動装置は、テンショナが設けられない場合でも、ベルトの耐久性を確保しつつ、ベルト走行時のベルト張力の上昇をさらに抑制できる。
【００１６】
本発明において、複数本の前記心線が、ベルト幅方向に並べられており、隣り合う心線と心線との間隔の合計値の、ベルト幅に対する割合が４１％以上５７％以下であるように構成されていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、心線は、同期性ひいてはベルト耐久性確保のためのベルトの引張強度を確保し得る範囲内で、隣り合う心線と心線との間隔の合計値のベルト幅に対する割合、即ち、心線配列の密度の程度を比較的疎にすることができる。これにより、低く抑えたベルト弾性係数とベルトの引張強度とのバランスを確実に確保できる。
【００１８】
本発明において、ベルト幅が２０ｍｍ、前記心線はその径が１．１ｍｍ以上１．５ｍｍ未満の撚りコードであり、ベルト幅方向における心線ピッチが２．１ｍｍ以上３．２ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１９】
この構成は、心線配列の密度の程度が疎である代わりに、心線が比較的太いベルトの構成を別観点から規定するものである。この構成によれば、ベルトの製造条件に直結し得る、ベルトの設計事項をより具体的なものにできる。その結果、テンショナが設けられない場合でも、ベルトの耐久性を確保しつつ、ベルト走行時のベルト張力の上昇を確実に抑制できる。
【００２０】
本発明において、前記駆動プーリと前記従動プーリとの間に、ベルトに接触して張力を調整するテンショナが設けられていない、自動車エンジンのオーバーヘッドカム軸駆動用の歯付ベルト駆動装置であることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、テンショナが設けられないことで、歯付ベルト駆動装置の軽量化、フリクションの低減、及び、製造コストの抑制が実現できる。
【００２２】
本発明において、前記従動プーリの数は１つであることが好ましい。
【００２３】
この構成によれば、従動プーリの数が２つの場合と比べて、駆動プーリの歯溝部が設けられた外周面の、歯付ベルトに接する部分が長くなり、歯付ベルトと駆動プーリとの噛み合い歯数が増える。そのため、ベルトの伝動容量が増し、歯付ベルト駆動装置の作動、及び、ベルトの耐久性に係る信頼性をより向上させることができる。
【発明の効果】
【００２４】
テンショナを用いずとも軸間距離変化に伴うベルト張力上昇を抑制でき、且つ、十分なベルト耐久性も確保できる、ベルト駆動装置及びそれに用いられる歯付ベルトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る、自動車エンジンのカム軸駆動装置の斜視図である。
【図２】カム軸駆動ベルトシステムに使用される、本実施形態のカム軸駆動装置の概略図である。
【図３】歯付ベルトの一部斜視図である。
【図４】アルミニウム合金製のエンジン本体の温度変化量と、駆動軸と従動軸との軸間距離変化率との関係を示す図である。
【図５】テンショナが備わる従来のカム軸駆動装置における、走行時のベルト張力の水準を示す図である。
【図６】（ａ）は、ベルト弾性係数の上限値に関する説明図である。（ｂ）は、ベルト弾性係数の測定に関する説明図である。
【図７】ベルトの弾性係数と心線密度との関係を示す図である。
【図８】心線の配列状態を示すベルトの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車エンジンの動力をカム軸に伝達して駆動するカム駆動装置１に、本発明を適用した一例である。
【００２７】
図１及び図２に示すように、カム駆動装置１（本発明の歯付ベルト駆動装置）は、１つの駆動プーリ２と、１つの従動プーリ３と、１本の歯付ベルト４と、で構成される。駆動プーリ２は、自動車エンジン（駆動源）の駆動軸６（クランク軸）に連結される、クランクプーリである。従動プーリ３は、オーバーヘッドカム（ＯＨＣ）の従動軸７（カム軸）に連結される、カムプーリである。また駆動軸６及び従動軸７は、エンジン（駆動源）の本体５に連結される。歯付ベルト４は、駆動プーリ２と従動プーリ３に巻き掛けられ、エンジンの動力の一部をカム軸に伝達する。
【００２８】
続いて、以下に、本実施形態に係るカム軸駆動装置１に用いられる歯付ベルト４について詳しく説明する。
【００２９】
図３に示すように、歯付ベルト４は、心線１１と、背部１２と、歯部１３と、歯底部１４と、歯布１５と、で構成される。
【００３０】
心線１１は、高強度ガラス繊維フィラメントを束ねて小縄フィラメントを形成し、小縄フィラメントを集めて下撚した小縄を形成した後、小縄を所定の撚数にて上撚して得られる。また、心線１１の繊度は、１０００ｍあたり１５５０ｇ以上２３１０ｇ以下の範囲となるように構成される。
【００３１】
高強度ガラス繊維を構成する成分は、ＳｉＯ２成分が６０〜６５％、Ａｌ２Ｏ３成分が２３〜２６％、ＣａＯ成分が０〜１０％、ＭｇＯ成分が７〜１１％、Ｂ２Ｏ３成分が０〜１％、Ｒ２Ｏ成分が０〜０．５％である。高強度ガラス繊維としては、Ｋガラス繊維（日本板硝子社）、Ｕガラス繊維（日本板硝子社）、Ｓガラス繊維（セントラル硝子社）等が挙げられる。
【００３２】
ベルトの背部１２、歯部１３及び歯底部１４を構成するゴム状弾性体は、ゴム組成物を架橋して形成されるものである。ゴム組成物は、水素添加率が少なくとも８０重量％の水素化ニトリルゴム１００重量部に、カーボンブラック、可塑剤、さらに架橋剤その他必要に応じた添加剤を配合して調製されるものである。
【００３３】
可塑剤としては、特に制限されるものではないが、トリメリット酸系、ポリエーテル系、ポリエステル系、フタル酸系のものを用いることができる。
【００３４】
架橋剤は、硫黄加硫系では、例えば、水素化ニトリルゴム１００重量部に対する硫黄０．５〜２重量部と、メルカプトベンゾチアゾール、ジベンゾチアジルジサルファイド、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド、テトラメチルチウラムジサルファイド、テトラエチルチウラムジサルファイド等の加硫促進剤を併用するのが好適である。また、有機過酸化物加硫系では、例えば、水素化ニトリルゴム１００重量部に対して有機過酸化物０．２〜１０重量部が好適であり、１，１−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、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）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ―ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパー オキシ）ヘキシン、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート等の有機過酸化物を用いることができ、さらに硫黄化合物、オキシムニトロソ化合物、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よい。
【００３５】
歯部１３の表面及び歯底部１４の表面を被覆する歯布１５は、ナイロン６、ナイロン６，６などの脂肪族ポリアミド繊維（ナイロン繊維）を素材とする織布に接着処理をしたものが一般的に用いられる。また、装置（エンジン）の種別毎の有効張力（負荷）の大きさに応じ、強度や分解温度がナイロンよりも高く、耐摩耗性に優れている芳香族ポリアミド繊維（アラミド繊維）を素材とする織布を用いてもよい。アラミド繊維としては、例えば、ポリ−パラフェニレンテレフタルアミド、ポリ−メタフェニレンイソフタルアミド、ポリ−パラフェニレン−３，４−ジフェニルエーテル−テレフタルアミドなどが挙げられる。また、ナイロン繊維又はアラミド繊維が１００％の織布である必要はなく、それぞれの混合素材でもよい。
【００３６】
ところで、自動車エンジンのカム軸駆動装置では、エンジン本体の温度変化等に起因して、駆動軸と従動軸との間の軸間距離が変動する。この軸間距離の変化によって、ベルトの張力が走行中に大きく変動すると、ベルトの耐久性が損なわれる。ベルト自身で張力変動を吸収させることも可能であるが、その場合にはベルトの強度が不足する虞がある。そこで、従来のカム軸駆動装置では、一般に、駆動プーリと従動プーリとの間に、ベルトに接触してベルト張力を調整するテンショナが設けられている。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、以下のような設計思想に従って、駆動装置やベルトの構成等を工夫することにより、テンショナを設けなくても、ベルト耐久性とベルトの強度確保を両立し得るシステムを実現している。即ち、ベルト走行時において、ベルト自身の弾性により張力変動を抑え、且つ、十分なベルト耐久性も確保できるような、歯付ベルト４の各種仕様を決定した。
歯付ベルト４の仕様は、（１）エンジン（駆動源）の本体、（２）温度変化による軸間距離の変化、（３）取付張力、（４）走行時ベルト張力、（５）ベルトの引張強度、の前提条件と、歯付ベルトの詳細設計と、を踏まえ決定できる。
【００３８】
（１）エンジン（駆動源）の本体
本体５は、アルミニウム合金製であることを前提とした。なお、アルミニウム合金製のエンジン本体５の線膨張係数は２３×１０−６／℃である。
【００３９】
（２）温度変化（熱膨張）による軸間距離変化
駆動軸６と従動軸７との間の軸間距離変化率の最大値は、０．２３％とする。
軸間距離変化率の値は、エンジン種別毎の、エンジンの本体５の温度変化（熱膨張）量により異なるが、本実施形態におけるカム軸駆動装置１の使用環境として、ベルト取付時のエンジン本体５の温度が２５℃の場合、ベルト走行中のエンジンの本体５の温度が最大で１２５℃であることを前提とする。また、前述したように、アルミニウム合金製のエンジン本体５の線膨張係数は２３×１０−６／℃である。以上から、図４に示すように、温度変化量の最大値１００℃に対応する、軸間距離変化率の最大値は０．２３％となる。
【００４０】
（３）取付張力
ベルトの取付張力は、２．５Ｎ／ｍｍ〜５Ｎ／ｍｍとする。
ベルトの取付張力の下限値は、同期性を確保するために最低限必要な水準を示す。この下限値を下回ると、駆動軸６と従動軸７の位相ずれが大きくなりすぎ（例えば、位相ずれ角が２°以上となり）、同期性を損なう虞がある。
ベルトの取付張力の上限値は、１つの駆動プーリに対し、１つの従動プーリが配置される、２軸レイアウトでの取付限界を示す水準であり、エンジンの組み立て工程での作業形態として、人間の手（冶工具なし）で取り付け可能な上限の水準を示す。なお、この上限値が適用可能なベルト幅は、２０ｍｍ以下に限るものとする。ベルト幅が２０ｍｍを上回ると、人間の手で取付困難になり得る。しかしながら、最近の環境（燃費）規制によりエンジンのコンパクト化や軽量化に対する市場要求が絶えず、今後、ベルト幅に対する市場要求としては２０ｍｍ以下が見込まれるため、実質的に問題はない。
【００４１】
（４）走行時ベルト張力
ベルト走行時のベルト張力は、９Ｎ／ｍｍ〜１８Ｎ／ｍｍとする。
図５に示すように、テンショナが備わる、従来のカム軸駆動装置における、走行時ベルト張力の市場実績の水準（対象：各種自動車エンジン６機種）と同水準を前提とした。
【００４２】
（５）ベルトの引張強度
ベルトの引張強度の許容最小値は、１０．５ｋＮとする。
カム軸駆動装置１の同期性を確保しつつ、要求寿命を満足し得るベルトの引張強度の許容最小値をベルト設計の前提条件に加える必要がある。この値は、エンジン種別毎のカム軸駆動装置１の有効張力に応じて決定される。本実施形態のカム軸駆動装置１において、有効張力（負荷）は７００Ｎであり、安全率（例えば安全率３）を考慮して導かれたベルトの引張強度の許容最小値は、１０．５ｋＮであった（算出式省略）。
【００４３】
ベルトの耐久性とベルト強度の確保を両立できるようなカム軸駆動ベルトシステムを得るには、歯付ベルト４の、ベルト弾性係数の適切な範囲を定める必要がある。そこで、以下に、上記前提条件に基づいた、ベルト弾性係数の推奨範囲の決定方法について説明する。
【００４４】
ベルト弾性係数とは、歯付ベルト４をカム軸駆動装置１に取付けた状態での、ベルトの弾性率に相当するものである。具体的には、カム軸駆動装置１における、駆動源の本体５の温度変化に伴う、駆動軸６と従動軸７との間の軸間距離変化率（ΔＸ）（％）に対するベルト幅１ｍｍあたりのベルト張力の変化量（ΔＹ）（Ｎ／ｍｍ）の割合、即ち（ΔＹ／ΔＸ）で定義される本願独自の指標である。
【００４５】
歯付ベルト４のベルト弾性係数の推奨上限値は、エンジンを含むカム軸駆動装置１の種類に応じて決定される。本実施形態においては、前述した、軸間距離変化率ΔＸの最大値（０．２３％）、取付張力の上限値（５Ｎ／ｍｍ）、及び、走行時ベルト張力の上限値（１８Ｎ／ｍｍ）との関係より導かれる。ここで、ベルト張力の変化量ΔＹの上限値は、走行時ベルトの張力の上限値（１８Ｎ／ｍｍ）と取付張力の上限値（５Ｎ／ｍｍ）との差から導かれる。従って、ベルト弾性係数（ΔＹ／ΔＸ）の推奨上限値は、以下の式で示される（図６（ａ）を参照）。
ΔＹ／ΔＸ＝（１８−５）／０．２３＝５６．５２
なお、小数点以下切り捨てとした。
【００４６】
ベルト弾性係数が５６より大きい場合、駆動源の本体５の熱膨張による、軸間距離変化に伴うベルト張力が過度に上昇した状態でベルトが走行してしまう。そのため、心線１１の屈曲疲労あるいは歯布１５の摩耗が促進され、ベルトの耐久性が早期に低下する虞がある。
【００４７】
ベルト弾性係数の推奨下限値は、同期性確保の観点から、カム軸駆動装置１の種類とさほど関係なく、ほぼ画一的に決定される。ベルト弾性係数の推奨下限値２０は、駆動軸６と従動軸７との位相ずれ角が実測で２°（位相ずれ角の上限値）となったカム軸駆動装置１における、ベルト弾性係数（実測値）から導かれたものである。ベルト弾性係数が２０未満の場合、駆動軸６と従動軸７の位相ずれ角が２°より大きくなり、同期性を損なう虞がある。
【００４８】
歯付ベルト４のベルト弾性係数を、上記推奨範囲内に収めるためには、ベルトの心線配列の密度を適切に調整することが求められる。そこで以下に、ベルトの心線配列の密度の程度、即ち、隣り合う心線と心線との間隔ｄの合計値の、ベルト幅に対する割合（％）の推奨範囲の決定方法について説明する。
【００４９】
隣り合う心線と心線との間隔ｄの合計値の、ベルト幅に対する割合（％）は、心線配列の密度の程度を示す指標であり、以下の式で示される。
【式１】
【００５０】
2020101268.tif 000003
【００５１】
隣り合う心線と心線との間隔ｄの合計値の、ベルト幅に対する割合は、小さいと心線配列が密であり、大きいと疎である。また、図７に示すように、この割合とベルト弾性係数との関係をプロットすると、負の相関になり得る。そこで、ベルト弾性係数の推奨上限と推奨下限の範囲内に属する、隣り合う心線と心線との間隔ｄの合計値の、ベルト幅に対する割合の推奨範囲を読み取ったところ、推奨下限は４１％、推奨上限は５７％であった。
なお、推奨下限４１％は、軸間距離変化に伴うベルト張力の上昇の抑制に必要な、ベルト弾性係数の推奨上限５６に対応する。また、推奨上限５７％は、同期性確保のためのベルトの引張強度に必要なベルト弾性係数の推奨下限２０に対応する。
【００５２】
歯付ベルト４の、隣り合う心線と心線との間隔ｄの合計値の、ベルト幅に対する割合（％）を、上記推奨範囲内とすることで、ベルト引張強度とベルト弾性率とのバランスを確保できる。つまり、同期性ひいてはベルトの耐久性確保のためのベルトの引張強度を確保しつつ、軸間距離変化に伴うベルト張力の上昇を抑制するために、心線配列の密度の程度を疎にして、歯付ベルト４をカム軸駆動装置１に取付けた状態でのベルトの弾性率を低く抑えることが可能となる。また、心線に繊度が所定範囲の比較的太い高強度ガラス心線を使用することで、最低限必要なベルトの引張強度をより確保できる。ひいては、歯付ベルトの具体的な設計仕様（例えば、ベルト幅が２０ｍｍの場合の、心線の径及び心線ピッチ）の決定を効率的にできる。
【００５３】
以上の前提条件及び歯付ベルトの詳細設計を踏まえ、歯付ベルト４の設定仕様を決定できる。つまり、図８に示す歯付ベルト４の心線径Ｄ及び心線ピッチＰの推奨範囲は、隣り合う心線と心線との間隔ｄの合計値の、ベルト幅Ｗに対する割合（％）が推奨範囲４１％以上５７％以下となり、かつ、ベルトの引張強度の許容最小値１０．５ｋＮを満たすように決定される。
【００５４】
上記実施形態の構成によれば、本実施形態に係るカム軸駆動装置１は、駆動源によって回転駆動される駆動軸６と連結され、外周面に歯溝部が設けられた駆動プーリ２と、従動軸７に連結され、外周面に歯溝部が設けられた従動プーリ３と、背部１２と、駆動プーリ２及び従動プーリ３の歯溝部と噛み合う歯部１３と、背部１２に埋設された心線１１とを有し、駆動プーリ２及び従動プーリ３に所定の取付張力で巻き掛けられる歯付ベルト４と、を備えたカム軸駆動装置１であって、心線１１は、高強度ガラス繊維から形成されており、繊度が１０００ｍあたり１５５０ｇ以上２３１０ｇ以下の範囲のものであり、駆動源の本体５の温度変化による駆動軸６と従動軸７との間の軸間距離変化率（ΔＸ）が０．２３％以下であって、且つ、取付張力が歯付ベルト４の１ｍｍ幅あたり２．５Ｎ以上５Ｎ以下の範囲内に設定されて駆動軸６が回転駆動している間、軸間距離変化率（ΔＸ）に対するベルト幅１ｍｍあたりのベルト張力の変化量（ΔＹ）の割合で定義されるベルト弾性係数（ΔＹ／ΔＸ）は、２０以上５６以下の範囲になるように構成されていることを特徴とする。
【００５５】
この構成によれば、心線１１は、引張弾性率及び引張強度が高い高強度ガラス繊維から形成され、且つ、繊度が１０００ｍあたり１５５０ｇ以上２３１０ｇ以下の範囲とすることにより、同期性ひいてはベルトの耐久性確保のためのベルトの引張強度を確保することができる。
【００５６】
また、ベルト弾性係数（ΔＹ／ΔＸ）を比較的低く抑え、その範囲を２０以上５６以下とすることにより、ベルトの引張強度とベルト弾性係数とのバランスを確保できる。
【００５７】
つまり、上記構成によれば、テンショナが設けられない場合でも、ベルトの耐久性を確保しつつ、テンショナが備わる従来のカム軸駆動装置１における、走行時ベルト張力の上限値と同水準以下に、駆動源の本体５の熱膨張による軸間距離変化に伴うベルト張力の上昇を抑制できる。
【００５８】
また、本実施形態に係る駆動源の本体５は、アルミニウム合金で形成されており、本体５の温度変化量は、１００℃以下である。
【００５９】
この構成は、駆動源の本体の温度変化による駆動軸６と従動軸７との間の軸間距離変化率（ΔＸ）が０．２３％以下である場合を別観点から規定するものである。この構成によれば、アルミニウム合金で形成された駆動源の本体５であって、その温度変化量が１００℃以下である場合の、カム軸駆動装置１は、テンショナが設けられない場合でも、ベルトの耐久性を確保しつつ、ベルト走行時のベルト張力の上昇をさらに抑制できる。
【００６０】
また、本実施形態に係る心線１１は、複数本がベルト幅方向に並べられており、隣り合う心線と心線との間隔の合計値の、ベルト幅に対する割合が４１％以上５７％以下であるように構成されている。
【００６１】
この構成によれば、心線１１は、同期性ひいてはベルト耐久性確保のためのベルトの引張強度を確保し得る範囲内で、隣り合う心線と心線との間隔の合計値のベルト幅に対する割合、即ち、心線配列の密度の程度を比較的疎にすることができる。これにより、低く抑えたベルト弾性係数とベルトの引張強度とのバランスを確実に確保できる。
【００６２】
また、本実施形態において、ベルト幅は２０ｍｍであり、心線１１はその径が１．１ｍｍ以上１．５ｍｍ未満の撚りコードであり、ベルト幅方向における心線ピッチが２．１ｍｍ以上３．２ｍｍ以下である。
【００６３】
この構成によれば、ベルトの製造条件に直結し得る、ベルトの設計事項をより具体的なものにできる。その結果、テンショナが設けられない場合でも、ベルトの耐久性を確保しつつ、ベルト走行時のベルト張力の上昇を確実に抑制できる。
【００６４】
また、本実施形態に係るカム軸駆動装置１は、駆動プーリ２と従動プーリ３との間に、ベルトに接触して張力を調整するテンショナが設けられない、自動車エンジンのオーバーヘッドカム軸駆動用のカム軸駆動装置１である。
【００６５】
この構成によれば、テンショナが設けられないことで、カム軸駆動装置１の軽量化、フリクションの低減、及び、製造コストの抑制が実現できる。
【００６６】
また、本実施形態に係る従動プーリ３の数は１つである。
【００６７】
この構成によれば、従動プーリ３の数が２つの場合と比べて、駆動プーリ２の歯溝部が設けられた外周面の、歯付ベルト４に接する部分が長くなり、歯付ベルト４と駆動プーリ２との噛み合い歯数が増える。そのため、ベルトの伝動容量が増し、カム軸駆動装置１の作動、及び、ベルトの耐久性に係る信頼性をより向上させることができる。
【００６８】
次に、上述した歯付ベルト４の製造方法について説明する。
【００６９】
まず、表１の配合成分を、バンバリーミキサーで４分間混練りすることによって、ベルト背部１２と歯部１３を形成するゴム状弾性体用のゴム組成物を調整する。
【００７０】
【表１】
2020101268.tif 000004
【００７１】
調整したゴム組成物を、オープンロールで圧延し、１６５°Ｃ、３０分間の条件でプレス加硫することによって、加硫ゴムシートを作製する。なお、この加硫ゴムシートのゴム硬度は、デュロメータＡ硬さ（ＪＩＳ  Ｋ６２５３：２０１２準拠）で約７０となる。
【００７２】
続いて、表２に示す構成の歯布１５を製織し、ＲＦＬ液に浸漬、乾燥、熱処理した後、表１に示す配合成分のゴムを溶剤に溶かしたゴム糊に浸漬、乾燥させる処理を実施する。
【００７３】
【表２】
2020101268.tif 000005
【００７４】
得られた歯布１５をエンドレス筒状に巻いて仕上げ、これを、歯部１３形成用の溝を外周に多数設けて形成した円柱状の金型の外周にセットし、この上から、表３の組成及び構成からなるガラス心線をＳ，Ｚ撚を一対として交互に配置するように巻き上げる。
【表３】
2020101268.tif 000006
【００７５】
次に、表１に示すゴム状弾性体用のゴム組成物をロールで厚み２．５ｍｍに圧延し、これを心線１１の上から巻き付け、加硫を行なう。
【００７６】
最後に、金型から脱型したスリーブ状の加硫物を所定の幅に輪切りして切断することによって、所定の呼称の歯付ベルト４を得る。
【００７７】
以上に、本発明の好適な実施形態に係る歯付ベルト駆動装置及び歯付ベルトについて説明したが、本発明はこれらの例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。
また、駆動源の本体５は、アルミニウム合金以外の金属で形成されていてもよい。その場合、前提とする駆動源の本体５の温度変化量は、軸間距離変化率（ΔＸ）０．２３％以下に対応する温度変化量であればよく、１００℃以下に限定されない。
また、カム軸駆動装置は、自動車エンジンのオーバーヘッドカム軸駆動用の、テンショナレスの同期伝動ベルトシステムに限定されない。カム軸駆動装置は、テンショナレスの同期伝動ベルトシステムであればよく、自動車エンジン以外の駆動源に適用される歯付ベルト駆動装置でもよい。
また、カム軸駆動装置１に備わる従動プーリ３の配置数は１つに限らない。例えば２つでもよい。
【００７８】
次に、本発明の具体的な実施例について説明する。
上述した製造方法にて、以下に示す実施例１〜６及び比較例１〜５の歯付ベルトを作製し、評価試験（引張試験、耐久走行試験）を行った。実施例１〜６及び比較例１〜５の歯付ベルトの心線及び心線配列の組み合わせは表４に示す。
【００７９】
【表４】
2020101268.tif 000007
【００８０】
実施例１〜６は、上述した、本発明に係る歯付ベルトの設計仕様を満たすものである。実施例１〜３の心線種（表３の心線種：Ａ−２）は同じで、心線ピッチが異なる。また、実施例４〜６も心線種（表３の心線種：Ａ−３）は同じで、心線ピッチが異なる。
【００８１】
比較例１、２は、ともに繊度が供試体間で最も小さい心線（表３の心線種：Ａ−１）を用い、それぞれ、心線ピッチが異なる。比較例１は、テンショナを備える従来の装置に好適に使用されているベルトであり、心線ピッチが最も小さい、即ち、心線配列の密度の程度が供試体間で最も密である。比較例２は、心線配列の密度の程度が比較的疎になるよう、心線ピッチを比較例１よりも大きくさせたものである。
【００８２】
比較例３は、実施例１〜３と心線種は同じであるが、実施例１〜３と比較し、心線配列の密度の程度がより密になるよう、心線ピッチを小さくさせたものである。比較例４は、実施例４〜６と心線種は同じであるが、実施例４〜６と比較し、心線配列の密度の程度がより疎になるよう、心線ピッチを大きくさせたものである。比較例５は、繊度が供試体間で最も大きい心線（表３の心線種：Ａ−４）を用い、且つ、心線配列の密度の程度が比較的疎になるよう、心線ピッチを大きくさせたものである。
【００８３】
実施例１〜６、比較例１〜５の歯付ベルトは１１８ＸＹ２０（歯形：ＸＹタイプ、歯数１１８、幅２０ｍｍ、歯ピッチ８ｍｍ、ベルト周長９４４ｍｍ）と称される。
また、実施例１〜６、比較例１〜５の歯付ベルトは、上述した製造方法で製造され、ゴム状弾性体用のゴム組成物、ゴム組成物のデュロメータＡ硬さ、歯布の構成は共通している（表１、２を参照）。
【００８４】
（引張試験）
上述した実施例及び比較例の歯付ベルトから、幅２０ｍｍ×長さ３００ｍｍの短冊状の試験片を採取し、各試験片について、引張試験機（オートグラフＡＧ−１）を用いて、雰囲気温度２３℃の下、引張速度５０ｍｍ／分で引張試験を行った。
ベルトの破断時の引張強度を、ベルトの引張強度、及び、耐久走行試験における、走行前のベルトの引張強度とした。各供試体のベルトの引張強度は表４に示した。
なお、ベルトの引張強度が許容最小値１０．５ｋＮを下回る比較例２及び比較例４の歯付ベルトは、装置の同期性を確保できず、要求寿命も満足し得ないと判断し、耐久走行試験は無評価とした。
【００８５】
（耐久走行試験）
ベルトの耐久走行試験に用いた装置は、自動車用の実機エンジンに搭載されたカム軸駆動ベルトシステムであって、テンショナを有しない２軸レイアウトのカム軸駆動装置Ｓ１である（図１及び図２を参照）。駆動軸６と従動軸７との間の軸間距離は、冷間時で約３５７ｍｍである。耐久走行試験の走行条件は、表５に示した。
【００８６】
【表５】
2020101268.tif 000008
【００８７】
耐久走行試験は、ベルトの屈曲疲労性の評価を適切に行うため、歯付ベルトを２軸レイアウトでの取付限界に相当する水準の取付張力（５Ｎ／ｍｍ）でカム軸駆動装置に取り付けた状態で行った。耐久走行試験の評価項目は、走行時ベルト張力（Ｎ／ｍｍ）、ベルト弾性係数、ベルトの故障の有無、及び、ベルトの強度保持率（％）とした。
【００８８】
上記引張試験によるベルト引張強度が許容最小値１０．５ｋＮ以上となった各供試体を順次、上記装置Ｓ１に取り付け、表５に示す条件で耐久走行試験を行った。走行中においては、ベルトの故障の有無を観察した。
【００８９】
走行における軸間距離変化率の最大値０．２３％を維持するために、耐久走行試験中のエンジン本体（アルミニウム合金製）の温度変化量が約１００℃となるよう、ベルト走行中のエンジン本体の温度約１２５℃をほぼ維持し得る走行条件（駆動軸６の回転数等）を設定した。必要に応じ、雰囲気温度（熱風装置又は冷風装置による）や油温（熱交換器による）等の設定を適宜微調整した。
なお、走行中のエンジン本体の温度は、駆動軸６と従動軸７との間の軸間計３カ所のエンジン本体（隔壁内）に熱電対を埋め込み、常時監視した。
【００９０】
走行時ベルト張力の値は、以下の方法により得た。
ベルトの走行を開始し、エンジン本体の温度が上昇し切り、軸間距離変化率（ΔＸ）が０.２３％の水準に達する４８時間走行後に、ベルト走行中のエンジンを停止させ、その直後のベルト張力（Ｎ）を音波式張力計（三ツ星ベルト社製、商品名「ドクターテンション  タイプIV」）で測定した。そのベルト張力（測定値）（Ｎ）をベルト１ｍｍ幅あたりに換算した値を、走行時ベルト張力（Ｎ／ｍｍ）とした。
【００９１】
ベルト弾性係数の値は、以下の方法により得た。
軸間距離変化率の最大値と、取付張力及び走行時ベルト張力とから、ベルト弾性係数を測定した。具体的には、図６（ｂ）に示すように、軸間距離変化率が０であるベルトの走行開始時点のベルト張力、即ち、取付張力をＴ０（Ｎ／ｍｍ）、エンジン本体の温度が上昇し切り、軸間距離変化率（ΔＸ）が０.２３％の水準に達する、４８時間走行時点のベルト張力、即ち、走行時ベルト張力をＴ１（Ｎ／ｍｍ）とすると、ベルト張力の変化量ΔＹは、（Ｔ１−Ｔ０）（Ｎ／ｍｍ）で表される。
従って、ベルト弾性係数は、（Ｔ１−Ｔ０）／０．２３で示される式により算出した値とした。
【００９２】
ベルトの強度保持率の値は、以下の方法により得た。
走行後の各ベルトを用いて、雰囲気温度２３℃の下、上記の引張試験を再度行い、走行後のベルトの引張強度を測定した。結果の集計として、上述した「走行前のベルトの引張強度」に対する「走行後のベルトの引張強度」の割合の百分率（％）を算出し、これを「ベルトの強度保持率（％）」とした。
【００９３】
引張試験及び耐久走行試験を行い、各ベルトについて判定を行った。判定の評価基準は以下のとおりである。
ベルトの故障がなく、且つ、ベルトの強度保持率が５０％以上のものについては、総合的にみて実用上問題ないものと判断し、判定Ａとした。
ベルトの引張強度が不足した（許容最小値未満であった）もの、若しくは、耐久走行試験で、ベルトの故障が有ったもの、又は、ベルトの故障がなくても、ベルトの強度保持率が５０％に満たないものについては、まだ改良の余地が残されているものと判断し、判定Ｂとした。
【００９４】
（評価結果）
評価試験（引張試験、耐久走行試験）の結果の一覧を、表４に示した。
また、供試体毎に得られたベルト弾性係数と、隣り合う心線と心線との間隔dの合計値の、ベルト幅に対する割合との関係をプロットした散布図を、図７に示した。
【００９５】
表４によると、実施例１〜６の、ベルトの引張強度は、許容最小値１０．５ｋＮ以上、強度保持率は、５０％以上であり、且つ、走行時ベルト張力Ｔ１は、テンショナが備わる従来のカム軸駆動装置における走行時ベルト張力の上限値１８Ｎ／ｍｍ以下であった。つまり、実施例１〜６は、テンショナが設けられなくても、ベルトの耐久性（特には耐屈曲疲労性）を確保しつつ、エンジン本体の熱膨張による軸間距離変化（変化率０．２３％）に伴う走行時ベルト張力の上昇を抑制できることがわかった。
【００９６】
実施例１〜６の歯付ベルトの心線は、引張弾性率及び引張強度が高い高強度ガラス繊維から形成され、且つ、繊度が１０００ｍあたり１５５０ｇ以上２３１０ｇ以下の範囲である。また、ベルトを装置に取付けた状態でのベルトの弾性率に相当する、ベルト弾性係数は比較的低く抑えられ、その範囲は２０以上５６以下である。
具体的なベルトの構成に置換えれば、ベルト幅２０ｍｍに対し、心線の径（Ｄ）１．１ｍｍ以上１．５ｍｍ未満、及び心線ピッチ（Ｐ）２.１〜３.２ｍｍの組み合わせにより、心線配列の密度の程度、即ち、隣り合う心線と心線との間隔ｄの合計値のベルト幅に対する割合が４１％以上５７％以下となる。
【００９７】
従って、上記ベルトの構成により、実施例１〜６は、ベルト弾性係数とベルトの引張強度とのバランスを確保でき、本発明の効果が得られることがわかった。
【００９８】
比較例１は、実施例１よりも細い心線（心線種：Ａ−１）を用いているが、間隔ｄの合計値のベルト幅に対する割合が１８．２％であり、即ち、心線配列の密度の程度がかなり密であると言える。このために、走行時ベルト張力及びベルト弾性係数が上限値を大きく超えてしまい、ベルトの強度保持率、即ちベルトの耐久性（耐屈曲疲労性）が満足しなかった。
【００９９】
比較例２は、比較例１よりも心線ピッチを大きくし、間隔ｄの合計値のベルト幅に対する割合を４３．８％とした。つまり、心線配列の密度の程度は、比較例１よりも疎になっているが、心線の繊度及び心線径が小さすぎるため、比較例１よりもベルトの引張強度の低下が大きく、最低限必要なベルトの引張強度（許容最小値１０．５ｋＮ以上）を確保できなかった。そのため、耐久走行試験は無評価とした。なお、心線ピッチを更に調整し、心線配列の密度の程度を比較例１よりも疎になる側に細かく変量しても、最低限必要なベルトの引張強度を確保できなかった。
【０１００】
比較例３は、実施例１〜３と同じ太さの心線（心線種：Ａ−２）を用いたが、心線ピッチＰが２．０ｍｍと小さく、間隔ｄの合計値のベルト幅に対する割合が推奨下限値の４１％を下回った。つまり、心線配列の密度の程度が、実施例１〜３と比較して密になったことで、走行時ベルト張力及びベルト弾性係数が上限値を超えてしまい、ベルトの強度保持率、即ちベルトの耐久性（耐屈曲疲労性）が満足しなかった。
【０１０１】
比較例４は、実施例４〜６と同じ太さの心線（心線種：Ａ−３）を用いたが、心線ピッチＰが３．３ｍｍと大きく、間隔ｄの合計値のベルト幅に対する割合が推奨上限値の５７％を上回った。つまり、心線配列の密度の程度が、実施例４〜６と比較して疎になったことで、ベルトの引張強度が低下し、最低限必要なベルトの引張強度を確保できなかった。
【０１０２】
比較例５は、間隔ｄの合計値のベルト幅に対する割合が５６．８％であり、実施例６と同程度に心線配列の密度の程度を比較的疎にしたもので、ベルト弾性係数とベルトの引張強度とのバランスは確保できていた。しかし、心線（心線種：Ａ−４）が太すぎるため、屈曲疲労が促進され、ベルトの強度保持率、即ちベルトの耐久性（耐屈曲疲労性）が満足しなかった。
【０１０３】
また、図７によると、隣り合う心線と心線との間隔の合計値のベルト幅に対する割合は、ベルト弾性係数と逆相関（負の相関）の関係になることがわかった。これにより、歯付ベルトの設計の指標となり得るベルト弾性係数の好ましい範囲の決定から、歯付ベルトの具体的な設計仕様への展開（例えば、ベルト幅が２０ｍｍの場合の、心線の径及び心線ピッチの決定）までの一連の設計作業を効率的に行えることが伺えた。
【符号の説明】
【０１０４】
１  カム駆動装置
２  駆動プーリ
３  従動プーリ
４  歯付ベルト
５  駆動源の本体
１１  心線
１２  背部
１３  歯部
１４  歯底部
１５  歯布
【図１】
2020101268.tif 000009
【図２】
2020101268.tif 000010
【図３】
2020101268.tif 000011
【図４】
2020101268.tif 000012
【図５】
2020101268.tif 000013
【図６】
2020101268.tif 000014
【図７】
2020101268.tif 000015
【図８】
2020101268.tif 000016