(57)【要約】【課題】  ベルトをプーリに巻きかけて走行させたときにブロックがプーリに進入またはプーリから脱出する際のブロックとプーリとの摩擦抵抗を低下させるとともにセンターベルトに対するブロックの揺動を起こりにくくし、ブロックとプーリとの摩擦やブロックの揺動が原因で発生する振動や騒音の発生、発熱などの問題を低減し、より寿命の長い高負荷伝動ベルトを提供する。【解決手段】  上ビーム１１と下ビーム１２とピラー１３によって囲まれたセンターベルト３ｂを挿入する溝を有するブロック２とからなる高負荷伝動ベルトであり、上ビーム１１の側面２ｂには凹溝２２を設けてなる。【選択図】      図２
2006329375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エラストマー中に心体を埋設したセンターベルトと、上ビームと下ビームをピラーによって連結しており上下ビームとピラーによって囲まれたセンターベルトを挿入する溝を有するブロックとからなり、上下ビームには夫々プーリとの接触する側面を有する高負荷伝動ベルトにおいて、上ビームの側面にはベルト長手方向の凹溝が設けられていることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【請求項２】
凹溝の最下端を上ビーム側面の高さ方向の下から１／３〜２／３の位置に配置してなる請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項３】
凹溝の幅を上ビーム側面全高さの１／５〜８／１５の範囲に設定してなる請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項４】
凹溝の深さを０．３〜０．７ｍｍの範囲内に設定してなる請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチでブロックを固定した高負荷伝動ベルトに関し、ベルト走行時におけるプーリへの進入や脱出する際の抵抗を軽減するとともにセンターベルトに対するブロックの傾きやがたつきの発生を低減した高負荷伝動ベルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変えることによってプーリに巻きかかる有効径を変化させ変速比を調節する様な変速プーリに巻き掛けて使用するものであり、プーリからの側圧が大きくなるのでベルトは大きな側圧に耐えるものでなくてはならない。また、無段変速の用途以外にも通常のゴムベルトでは寿命が短くなりすぎるような高負荷伝動の用途には特別に高負荷に耐えうるようなベルトを用いる必要がある。
【０００３】
そのようなベルトとして使用されるものの中に、センターベルトにブロックを固定してベルト幅方向の強度を高めた引張伝動式の高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心体をゴムなどのエラストマー中に埋設したセンターベルトをブロックの両側面にもうけた溝に嵌合し、センターベルトの長手方向に多数のブロックを配置したようなベルトがある。
【０００４】
このようなベルトにおいては走行中にベルトがプーリに進入しブロックがプーリと接触した状態で回転するが、まずプーリからベルトが脱出する際にプーリとの間の摩擦抵抗が高いと騒音や発熱の原因になるということが挙げられる。またブロックがプーリに進入および脱出する際のプーリとの摩擦抵抗が大きいとセンターベルトに対する揺動が大きくなりブロックが進行方向に傾きを生じることがある。そのような動きをすることによって、ブロックとセンターベルトの間でも摩擦が生じ、ベルトの振動や騒音の発生、発熱といった問題につながりベルトの寿命を縮めることにもなる。
【０００５】
特許文献１にはブロックの側面にプーリ半径方向の長さが略一定となる突起を設けることによってブロックが走行で摩耗してもプーリとの接触面積が変化せず、ベルト音、発熱、推力バランス等の経時変化を少なく抑えることができるベルトが開示されている。
【０００６】
特許文献２には上記のようなセンターベルトにブロックを複数配置したベルトであって、ブロックの嵌合溝にセンターベルトを嵌め込む際に圧縮的に嵌合するような寸法を持たせたベルトが開示されている。ブロックをセンターベルトに圧縮的に嵌合することによって、ブロックのセンターベルトに対する揺動を防止して前記のような問題を解消しようとしたものである。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１７６７３５号公報
【特許文献２】実開平１−５５３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１に記載されたベルトでもベルト走行時のブロックがプーリへ進入したり脱出したりする際の摩擦抵抗を小さくすることはできず、その際の発音や発熱はどうしても大きなものとなってしまう。またブロックの揺動も同じく大きなものとなり、ブロックとセンターベルトとの摩擦も大きくなる。
【０００９】
特許文献２に記載されたベルトでもブロックの揺動を防止できる効果を有しているが、ベルトが走行するうちにセンターベルトを構成するゴムなどのエラストマー材にへたりを生じて、ブロックとセンターベルトとの圧縮的な嵌合力が低下してくる。そうすると、ブロックの揺動を防止する効果が徐々に低下して最後にはなくなってしまう。特許文献１の方法では長期的な効果を得ることが難しい。
【００１０】
そこで本発明では、このようなセンターベルトに多数のブロックを装着した高負荷伝動ベルトにおいて、ベルトがプーリに進入したり脱出したりする際のブロックとプーリとの摩擦抵抗が大きいことによる騒音や発熱の問題、またそれによってセンターベルトに対してブロックの揺動も大きくなり、発生する振動や騒音、発熱などが大きくなるのを防止し、より寿命の長い高負荷伝動ベルトの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記のような課題を解決するために本発明の請求項１では、エラストマー中に心体を埋設したセンターベルトと、上ビームと下ビームをピラーによって連結しており上下ビームとピラーによって囲まれたセンターベルトを挿入する溝を有するブロックとからなり、上下ビームには夫々プーリとの接触する側面を有する高負荷伝動ベルトにおいて、上ビームの側面にはベルト長手方向の凹溝が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２では、凹溝の最下端を上ビーム側面の高さ方向の下から１／３〜２／３の位置に配置してなる高負荷伝動ベルトとしている。
【００１３】
請求項３では、凹溝の幅を上ビーム側面全高さの１／５〜８／１５の範囲に設定してなる高負荷伝動ベルトとしている。
【００１４】
請求項４では、凹溝の深さを０．３〜０．７ｍｍの範囲内に設定してなる高負荷伝動ベルトとしている。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１ではブロックの上ビーム側面にベルト長手方向の凹溝を設けており、そうすることによって、上ビームの強度を保ったままプーリとの接触面積を減少させることができ、ベルトがプーリへ進入又は脱出する際のブロックとプーリとの間の緩衝を小さなものとすることができるので摩擦による発熱や発音、またブロックの揺動を小さくしセンターベルトとの間の摩擦も抑えることができる。
【００１６】
請求項２では、凹溝の最下端位置を上ビーム側面の１／３より上に配置するように限定したものであり、ブロック側面のプーリとの接触による動力を伝達の面では、より下側の位置における伝達効率が高いことから凹溝を上ビーム側面の上側位置に配置して下側はプーリと接触させて伝達性能を高く保てるようにしている。また、ブロックの揺動は中心から離れたところのプーリとの干渉ほど影響が大きく、凹溝を上側に配置することで揺動への影響を少なくできる。
【００１７】
請求項３では凹溝の幅を所定の範囲に限定しており、ベルトがプーリに進入またはプーリから脱出する際の摩擦抵抗を抑えることができる程度の幅を持たせるとともに、逆に上ビーム側面とプーリとの接触面積が小さくなりすぎて伝達効率を低下させないように設定している。
【００１８】
請求項４では、凹溝の深さを０．３〜０．７ｍｍの範囲に設定しており、ブロック側面の摩耗によりベルトが寿命に達するまで凹溝の持続し、且つ上ビームの強度を低下させすぎないような範囲を設定したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
【００２０】
図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内に心線５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、このセンターベルト３ａ、３ｂに係止固定されている複数のブロック２とから構成されている。このブロック２の両側面２ａ、２ｂは、プーリのＶ溝と係合する傾斜のついた面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されているセンターベルト３ａ、３ｂを引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝動している。
【００２１】
ブロック２は、図１に示すように、上ビーム１１および下ビーム１２と、上下ビーム１１、１２の中央部同士を連結したピラー１３からなっており、ブロック２の両側面２ａ、２ｂには一対のセンターベルト３ａ、３ｂを嵌めこむ溝１４、１５が形成されている。また、溝１５内の溝上面１６および溝下面１７にはセンターベルト３ａ、３ｂの上面に設けた凹条部１８と下面に設けた凹条部１９に係合する凸条部２０、２１に係合するようになっている。
【００２２】
図２〜図４に示すように本発明において上ビーム１１の側面２ｂにはベルト長手方向の凹溝２２が設けられている。凹溝２２の部分はプーリと接触しない領域となるのでプーリＰとの接触面積が小さくなっている。複数のプーリ間に巻きかけられてベルトが走行する中で、ベルト１はプーリへの進入と脱出を繰返すことになる。プーリに巻きかかっている箇所では両者の間に摺動を起こらないが出入の際に摺動が発生する。その摺動によって騒音や熱や振動を発生し、更にはブロック２がセンターベルト３を中心として回転方向の動きをする揺動が発生する。前記のように上ビーム１１側面に凹溝２２を設けプーリとの接触面積を減じておくことによって、ベルト１がプーリＰに進入またはプーリから脱出する際、ブロック２とプーリとの間で発生する摩擦抵抗が小さくなって、騒音や熱等の発生を抑えるとともにブロック２のセンターベルト３を中心とする揺動も抑えることができるものである。
【００２３】
発熱するとブロック２が摩耗しやすくなったり劣化して割れやすくなったりする問題があるほかブロック２のセンターベルト３に対する揺動でブロック２とセンターベルト３の間の係合が緩みガタツキの発生につながってしまい、最後にはベルトの切断といった故障に至る。本発明では上ビーム１１側面２ｂに凹溝２２を設けて摩擦抵抗を小さくすることでその様な問題を解消し寿命の長いベルトとすることができる。
【００２４】
上ビーム１１側面２ｂにおける凹溝２２の配置は凹溝２２の最下端位置が上ビーム１１側面２ｂの高さ方向の下から１／３よりも上に位置し、２／３よりも下に位置するものとし、図３に示すように凹溝２２よりも上に位置するＡ部と下に位置するＢ部とで凹溝２２が挟まれたような形態となる。１／３よりも下に位置すると凹溝よりも下のＢ部が狭くなってプーリとの接触が不十分となり伝達性が低下するので好ましくない。また２／３よりも上に位置すると凹溝よりも上のＡ部が細くなりすぎて折損しやすくなるので好ましくない。
【００２５】
また凹溝２２の幅は上ビーム１１側面２ｂの全高さに対して１／５〜８／１５の範囲とする。１／５未満になるとブロック２がプーリに進入または脱出する際の摩擦抵抗の軽減が少なく十分な効果が得られない。８／１５よりも大きくなると凹溝以外のＡ部やＢ部が細くなりすぎて折損しやすくなったり、伝達性が悪くなったりするので好ましくない。
【００２６】
凹溝２２の深さは０．３〜０．７ｍｍの範囲内とする。０．３ｍｍ未満とするとベルトの走行で上ビーム１１側面２ｂの摩耗でベルト１が寿命と判断されるまでに凹溝が摩耗でなくなってしまい本発明の効果が得られなくなる。０．７ｍｍを超える深さにすると上ビーム１１の強度の低下が大きくなりすぎるので好ましくない。
【００２７】
凹溝２２の形状は図面ではＵ溝としているが、形状はそれに限られるものではなく様々な形状を採ることが可能である。
【００２８】
本発明におけるブロック２は樹脂を上記で説明したような所定形状に成形したものであり、インサート材３２の表面に樹脂材３１を被覆したブロック２やブロック２全部が樹脂材３１からなっているものを挙げることができる。
【００２９】
インサート材３２の表面に樹脂材３１を被覆したブロック２は、ブロック２と略同じエ字形状のインサート材３２を用い、少なくともブロック２同士が接触する箇所やプーリとの接触箇所を樹脂材３１で被覆したものである。インサート材３２は、ブロック２の耐側圧性や曲げ剛性を持たせる部分となるインサート材３２であり、素材としてはアルミ合金、セラミックス、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、炭素繊維強化樹脂や鉄などの素材が挙げられる。
【００３０】
耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が好ましく、金属材料の中ではアルミ合金の弾性率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が２．８であるのに対し、鉄は弾性率が２２０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が７．８であり、強度的には鉄を用いるほうが高いといえるが、高速で回転するベルトにとって、ベルト重量は寿命に大きく影響を与えるため軽量化の面で有利なアルミ合金を用いることが好ましい。
【００３１】
樹脂材３１を所定の箇所に被覆配置する場合、ブロック２の大きさよりもひと回り小さい金属材料からなるインサート材３２を用いてそのほぼ全面を樹脂材３１で被覆したものでもよく、部分的に樹脂材３１を被覆配置したものに比べて、樹脂材３１の剥離などの問題が発生しにくいので好ましい形態ということができる。一方、ブロック２の軽量化という面からは部分的に樹脂材３１を被覆したものが有利である。
【００３２】
ブロック２としては樹脂材３１のみからなるインサート材３２を有していないブロック２を用いた場合、インサート材３２を埋設したブロック２を用いたベルトよりも、軽量化が可能なので高回転で使用してもベルトに発生する遠心力が小さいという優位点があるが、自動二輪などの比較的軽負荷で高回転の用途に向いている。
【００３３】
樹脂材３１としては、比較的摩擦係数の大きく耐摩耗性に優れ、センターベルト３ａ、３ｂを構成するエラストマー４と比べると剛性の高い、具体的には硬度９０°ＪＩＳ  Ａ以上の硬質ゴム、硬質ポリウレタン樹脂、液晶樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等のゴムや合成樹脂が用いられる。
【００３４】
これらの中でもブロック２を効率よく製造するために射出成形法にて製造するには、ポリアミド樹脂のような熱可塑性樹脂を用いることになる。また低摩擦係数で耐摩耗性に優れ、剛性があるとともに曲げに対しても弾力性を有しており、簡単に破損してしまうことのない樹脂がよいということからすると、ポリアミド樹脂なかでも４，６−ナイロンが好ましいといえる。
【００３５】
また、これらの樹脂中に、綿糸、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維やアラミド繊維等の化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、炭素繊維等からなる織布、フィラー、ウィスカ、シリカ、炭酸カルシウムなどの無機材料等を混入した強化樹脂からなる。
【００３６】
本発明では前述のようにブロックを形成する樹脂材中に繊維状補強材やウィスカ状補強材を配合することは可能であり、繊維状補強材を配合することによって樹脂の強度や剛性を高めることができ、樹脂への繊維補強材の配合量は、１〜６０質量％の範囲とすることが好ましい。１質量％未満であると繊維を配合することによる補強効果がほとんど得られず、６０質量％を超えると、成形が困難になるとともに硬度は上がるが靭性が低下してブロックの耐衝撃性の面では低くなるので好ましくない。
【００３７】
合成樹脂に配合する繊維状補強材としては、前記のようにアラミド繊維、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維などを挙げることができるが、その中でも前記のブロックを構成する樹脂で好ましい例である４，６−ナイロンと炭素繊維を組み合わせて用いることによって炭素繊維が４，６−ナイロンの吸水性の欠点を改善し、剛性を大幅に向上させることができて、且つ４，６−ナイロンの有する耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性を生かすことができるものである。
【００３８】
また、ウィスカ状補強材としては酸化亜鉛ウィスカ、チタン酸カリウムウィスカ、ホウ酸アルミニウムウィスカなどを挙げることができる。この中でも酸化亜鉛ウィスカは、テトラポット状に四方に手が延びた立体的形状をしており、これ単独でも耐熱性、耐摩耗性に優れたものであるが、前述のようにテトラポット状の立体的形状をしているため、繊維補強材とともに配合すると、繊維補強材の配向が抑制され、成形時のそりや成形収縮の異方性が改良されることから最も好ましい。さらに、このように繊維補強材の配向を低減できるため、ブロック２の靭性、曲げ剛性等の強度についての異方性も低減することができ、かつ、摩擦係数が安定するため耐摩耗性が向上する。また、酸化亜鉛ウィスカは、高比重、高剛性であるため、プーリとの接触時の振動を低減でき、ノイズの発生を小さくする効果も期待できる。
【００３９】
ウィスカ状補強材の配合量は対して１〜３０質量％の範囲で配合する。１質量％未満であると耐摩耗性を向上させる効果が低く好ましくない。また３０質量％を超えると配合することが困難になり成形性も悪くなるので好ましくない。
【００４０】
また、他にも二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素系樹脂から選ばれてなる少なくとも一つを混入することによってもブロック２の潤滑性を向上させることができる。フッ素系樹脂としては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化エチレンプロピレンエーテル（ＰＦＰＥ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、ポリフッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）等が挙げられる。
【００４１】
また、ブロック２の下ビームは屈曲を許容しベルトがプーリに巻きかかることができるようにしなければならず、ベルト走行方向の前後面の少なくともいずれか一方に傾斜面を設けている。傾斜面を設けることによってブロック同士が緩衝することなくベルトが屈曲することができる。
【００４２】
センターベルト３ａ、３ｂのエラストマー４として使用されるものは、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴムなどの単一材またはこれらを適宜ブレンドしたゴムあるいはポリウレタンゴム等が挙げられる。そして、心体５としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチールワイヤ等から選ばれたロープが用いられる。また、心体５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維の織布、編布や金属薄板等を使用することもできる。
【００４３】
また、図６に示すように上ビーム１１側面２ｂの凹溝２２上に位置するＡ部を上ビーム１１の側面２ｂに対して突出した突起としてもよい。樹脂製のブロックがプーリに接して伝達を行うようなベルトの場合、ゴムベルトと異なりプーリからの側圧を受けても変形が少ない。製造時の誤差によってプーリのＶ角度とブロック側面の角度にわずかながらでも差が生じるが、プーリの角度よりブロックの角度が小さくなった場合はブロック側面の下側のみがプーリと接触することになり、角度の大小が逆になるとブロック側面の上側のみがプーリと接触することになる。
【００４４】
プーリとブロックとの摺動により摩耗するので経時とともに解消されるが、走行初期においてブロック側面の上下いずれかのみで伝達が行われるといった状況が発生する。その場合、ブロック側面の下側のみで接触することになると滑りが多くなり伝達性能が大きく低下する。そこで前記のように上ビーム１１側面の凹溝２０上に位置するＡ部を上ビーム１１の側面に対して突出させて走行初期において上側のみで接触させることで大きな伝達性能の低下を防止することができる。その後、走行によって突起は摩耗してＢ部と面一となり上下両側で接触する定常状態に移行する。
【００４５】
突起は例えば図６に示すようにブロック側面からの高さが０．０６ｍｍ程度の突起であって、突起の先と下ビームとに接する直線の角度θ１をプーリＰの角度θ２（図５）に対して＋１．０〜＋１．５度である範囲とすることによって、ベルトを巻きかけた際には確実に上あたりとなるとともに、上下両方がプーリＰと接触する定常状態に移行するのに極めて短時間で移行することができる。
【実施例】
【００４６】
本発明の実施例は、図１に示す形状のベルトでブロックに用いる樹脂としては、４，６−ナイロンに対して炭素繊維を３０質量％配合したものを用いた。センターベルトとしては心線にアラミド繊維、エラストマーに水素化ニトリルゴムを用いたものとし、上ビームの側面には凹溝を設けており、上ビーム側面の全高さが１．９ｍｍ、凹溝より下側のＡ部の高さが１．０ｍｍ、凹溝の幅が０．４ｍｍ、凹溝より上側のＢ部の高さが０．５ｍｍ、凹溝の深さが０．５ｍｍとしたベルトを用いた。
【００４７】
一方比較例としては上ビームの側面には凹溝を設けなかった以外は実施例と全く同様のベルトを作成しそれを用いた。
【００４８】
これらのベルトを表１に示すような条件で走行させ、１時間走行後のベルト側面の温度を測定した結果を表２に示す。
【００４９】
【表１】
2006329375.tif 000003
【００５０】
【表２】
2006329375.tif 000004
【００５１】
表２の結果からわかるように本発明のベルトでは発熱が大幅に低下しており、凹溝を設けることによりブロックのプーリとの摩擦抵抗が低減されていることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
ベルトに装着したブロックの複数方向の撓みを抑えて割れを防止することができ、自動車や自動二輪車、農業機械の無段変速装置など、プーリの有効径が変化し大きなトルクを伝達するようなベルトとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。
【図２】本発明に係る高負荷伝動ベルトの要部断面図である。
【図３】凹溝付近の拡大断面図である。
【図４】凹溝付近の拡大側面図である。
【図５】本発明の更に別の例を示す高負荷伝動ベルトの断面図である。
【図６】本発明に係る別の高負荷伝動ベルトの要部断面図である。
【図７】プーリの断面図である。
【符号の説明】
【００５４】
１    高負荷伝動ベルト
２    ブロック
２ａ  側面
２ｂ  側面
２ｃ  側面
２ｄ  側面
３ａ  センターベルト
３ｂ  センターベルト
４    エラストマー
５    心体
１１  上ビーム
１２  下ビーム
１３  センターピラー
１４  嵌合溝
１５  嵌合溝
１６  溝上面
１７  溝下面
１８  溝条部
１９  溝条部
２０  凸条部
２１  凸条部
２２  凹溝
３１  樹脂材
３２  インサート材
【図１】
2006329375.tif 000005
【図２】
2006329375.tif 000006
【図３】
2006329375.tif 000007
【図４】
2006329375.tif 000008
【図５】
2006329375.tif 000009
【図６】
2006329375.tif 000010
【図７】
2006329375.tif 000011