(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プーリ径が４０ｍｍ以下であるプーリを含む駆動及び従動プーリに掛け回され、前記駆動及び従動プーリが設けられた伝動装置の内部において、油が付着する状態で使用されるタイミングベルトであって、
複数のフィラメントから成る糸をＲＦＬ溶液に浸漬し乾燥させ、かつ下撚りして得られるストランドを、複数本束ねてさらに上撚りして形成される心線を備え、
前記駆動及び従動プーリの中で最小のプーリ径を有するプーリの前記プーリ径をｘ（ｍｍ）、前記上撚り回数をｙ（回／ｉｎｃｈ）とするとき、前記上撚り回数が以下の（１）式を満足することを特徴とするタイミングベルト。
−４．３Ｌｎ（ｘ）＋１７≦ｙ≦−４．３Ｌｎ（ｘ）＋２１・・・（１）
【請求項２】
以下の（２）式を満足するように前記上撚り回数を決定することを特徴とする請求項１に記載のタイミングベルト。
ｙ＝−４．３Ｌｎ（ｘ）＋１９・・・（２）
【請求項３】
請求項１に記載されるタイミングベルトと、プーリ径が４０ｍｍ以下であるプーリを含む駆動及び従動プーリとを備えることを特徴とする伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はタイミングベルト及びこのタイミングベルトを用いた伝動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
タイミングベルトにおいては、一般に、伸びを抑制し、強度を高めるために心線が埋設されている（例えば特許文献１）。心線は、例えば、多数のフィラメントから成る糸を下撚りして得られるストランドを、複数本束ねて上撚りすることにより形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１９３０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
タイミングベルトが、油が付着する環境で使用される場合、油が付着しない環境でのみ使用される場合に比べ、引張強度が大きく低下する傾向にある。特に、タイミングベルトが小径のプーリに掛け回されて使用される場合、タイミングベルトの引張強度は、走行時間の経過とともに大きく低下し易い。
【０００５】
そこで本発明は、長期間に渡って強度を維持することができるタイミングベルトおよび伝送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】
【０００６】
本発明に係るタイミングベルトは、プーリ径が４０ｍｍ以下であるプーリを含む駆動及び従動プーリに掛け回され、油が付着する状態で使用されるものであり、複数のフィラメントから成る糸をＲＦＬ溶液に浸漬し乾燥させ、かつ下撚りして得られるストランドを、複数本束ねてさらに上撚りして形成される心線を備え、駆動及び従動プーリの中で最小のプーリ径を有するプーリのプーリ径をｘ（ｍｍ）、上撚り回数をｙ（回／ｉｎｃｈ）とするとき、上撚り回数が以下の（１）式を満足することを特徴としている。
−４．３Ｌｎ（ｘ）＋１７≦ｙ≦−４．３Ｌｎ（ｘ）＋２１・・・（１）
【０００７】
タイミングベルトは、以下の（２）式を満足するように上撚り回数を決定してもよい。
ｙ＝−４．３Ｌｎ（ｘ）＋１９・・・（２）
【０００８】
また本発明に係る伝動装置は、上記タイミングベルトと、プーリ径が４０ｍｍ以下であるプーリを含む駆動及び従動プーリとを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、長期間に渡って強度を維持することができるタイミングベルトおよび伝動装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態のタイミングベルトの一部を破断して示す斜視図である。
【図２】タイミングベルトに含まれる心線の内部を拡大して示す斜視図である。
【図３】直径が２０ｍｍの駆動プーリを用いた引張強度試験の結果を示す図である。
【図４】直径が３０ｍｍの駆動プーリを用いた引張強度試験の結果を示す図である。
【図５】直径が５０ｍｍの駆動プーリを用いた引張強度試験の結果を示す図である。
【図６】基準時間走行した状態のタイミングベルトの引張強度比率を示す図である。
【図７】引張強度試験の結果に基づく、最小プーリ径に対する理想的な撚り回数を示す曲線である。
【図８】直径が２０ｍｍの駆動プーリを用いた、下撚り回数の異なるタイミングベルトの引張強度試験の結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明におけるタイミングベルトの実施形態を、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態のタイミングベルトの一部を破断して示す斜視図である。図２は、タイミングベルトに含まれる心線の内部を拡大して示す斜視図である。
【００１２】
タイミングベルト１０は歯ゴム層１２、帆布１８、背ゴム層２０を有する。歯ゴム層１２の歯部１４および歯底部１６の外表面は、帆布１８によって覆われている。帆布１８は、例えばナイロン繊維から成る織布で形成されている。歯ゴム層１２と背ゴム層２０とは、例えば水素化ニトリルゴムにより形成されている。
【００１３】
歯ゴム層１２と背ゴム層２０との間には、複数の心線３０が埋設されている。心線３０はタイミングベルト１０の長手方向に平行である。なお、複数の心線３０は、互いに接することなく離間して埋設されている。
【００１４】
心線３０は、例えばガラス繊維を用いて、以下のように製造される。すなわち、図２に示すように、ガラス繊維であるフィラメント３２を、例えば２００本ずつ収束して１本の糸３４とする。フィラメント３２の直径は、例えば７〜１０μｍほどである。糸３４を、ＲＦＬ（レゾルシン−ホルマリン−ラテックス）溶液に浸漬させ、乾燥させる。さらにその後、糸３４を３本束ねてＺ方向に下撚りをかけ、１本のストランド３６を形成する。
【００１５】
こうして形成された３本のストランド３６を上撚りすることにより、心線３０を形成する。この上撚り工程においては、ストランド３６に張力をかけながら、下撚りとは反対方向に、すなわちＳ方向に撚りがかけられる。
【００１６】
タイミングベルト１０は、伝動装置（図示せず）の内部において、油の付着する環境で使用される。このため、長期間使用後のタイミングベルト１０の引張強度は、実際の使用状態を模した試験機（図示せず）により、以下のように評価される。なお、引張強度試験の対象となったタイミングベルト１０においては、所定本数の心線３０（図１参照）が、ベルト長手方向に沿って互いに接することなく一定の間隔をおいて埋設されている。
【００１７】
試験機には、いずれも小径の駆動プーリおよび従動プーリ（いずれも図示せず・プーリ）が設けられている。タイミングベルト１０は、駆動および従動プーリに掛け回されて走行する。この試験機においては、それぞれ直径の異なる駆動、従動プーリを選択して使用可能である。
【００１８】
試験機には油（図示せず）が供給されている。そして駆動プーリが下側に、従動プーリが上側に配置されている。タイミングベルト１０には、試験機の駆動プーリ上を走行するときに油が付着する。この結果、タイミングベルト１０は、表面に油が付着した状態で走行する。なお、油の温度は、ヒータ（図示せず）によって適温、例えば１００℃前後に保たれる。
【００１９】
以下、タイミングベルト１０の引張強度試験の結果につき、説明する。図３〜５は、引張強度試験の結果を示す図である。図３では直径が２０ｍｍ、図４では直径が３０ｍｍ、
図５では直径が５０ｍｍの駆動プーリが、それぞれ使用されている。また、図６は、所定の基準時間（図中ではＸ時間）走行した状態のタイミングベルト１０の引張強度比率を示す図である。
【００２０】
なお、引張強度を評価するためにタイミングベルト１０を走行させた基準時間は、実際にタイミングベルト１０が交換されるまでの目安となる走行時間等を考慮して定めたものである。
【００２１】
図３〜６より明らかであるように、引張強度試験は、心線３０における３本のストランド３６（図２参照）の上撚り回数を、２回（／ｉｎｃｈ）、４回（／ｉｎｃｈ）、６回（／ｉｎｃｈ）および９回（／ｉｎｃｈ）（図中ではそれぞれ２回撚り、４回撚り、６回撚りおよび９回撚りと示す）に調整した複数のタイミングベルト１０のそれぞれについて、上述の試験機の駆動プーリの直径（Φ）を変えて実施された。
【００２２】
これらの複数回に渡る引張強度試験においては、駆動プーリの直径とストランド３６（図２参照）の上撚り回数に加え、従動プーリの直径を、駆動プーリの直径の２倍となるように変更したこと以外、条件はいずれも同じである。
【００２３】
図３〜５における横軸は、タイミングベルト１０の走行時間（時間）を示し、縦軸は、タイミングベルト１０の引張強度比を示す。これらの図面では、いずれも、２回撚りの場合の引張強度（太線）の初期値を基準とし、この値と、その他の引張強度の結果（２回撚りの走行開始後の引張強度値と４、６、９回撚りの引張強度値）との比率が示されている。また、図６の横軸は、心線３０におけるストランド３６（図２参照）の上撚り回数（／ｉｎｃｈ）を示し、縦軸は、基準時間（Ｘ時間）走行した状態のタイミングベルト１０の引張強度比を示す。
【００２４】
これらの試験結果を比較することにより、タイミングベルト１０の初期状態においては、心線３０の単位長さ当たりにおけるストランド３６の上撚り回数（以下、単に撚り回数という）が少ないタイミングベルト１０ほど引張強度が高いこと、および、使用に伴っていずれのタイミングベルト１０も引張強度が低下することが明らかである。
【００２５】
さらに、引張強度の低下は、駆動プーリの直径が小さいほど著しいといえる（図３〜６参照）。これは、小径の駆動プーリが用いられるほど、走行中のタイミングベルト１０がより大きな曲率で曲げられ、心線３０が疲労することに起因する。
【００２６】
そして、所定時間、例えばこの度の基準時間（Ｘ時間）走行した状態のタイミングベルト１０の引張強度比を比較すると、以下のことが明らかである。すなわち、駆動プーリの直径が２０ｍｍと非常に小さく、最も厳しい走行条件の下で使用された場合（図３参照）、心線３０におけるストランド３６の上撚り回数が多いタイミングベルト１０ほど、初期（走行開始直後）の引張強度は低いものの、その後の走行による強度低下が抑制されている。この傾向は、撚り回数が多いほど、心線３０のＲＦＬ層（段落［００１４］参照）内の最大発生応力が小さくなり、ＲＦＬ層における亀裂の発生等が防止されることによるものと考えられる。
【００２７】
これに対し、駆動プーリの直径が５０ｍｍと大きく、最も穏やかな走行条件の下で基準時間（Ｘ時間）走行した場合（図５参照）、心線３０のストランド３６の撚り回数の少ないタイミングベルト１０ほど、引張強度が相対的に高いままで維持されている。これは、穏やかな走行条件により引張強度がさほど低下せず、初期値、すなわち走行前の引張強度が高いものほど、使用後も引張強度が相対的に高いままであることを示す。
【００２８】
そして、直径が３０ｍｍの駆動プーリが使用された場合（図４参照）、相対的な引張強度に影響を及ぼす上述の２つの要素、すなわちＲＦＬ層内の最大発生応力（段落［００２６］参照）と走行前の引張強度（段落［００２７］参照）がいずれも関わることにより、基準時間走行時のタイミングベルト１０の相対的な引張強度は、撚り回数が４回の場合に最も高くなっている。
【００２９】
相対的な引張強度に認められる上述の傾向は、図６に示された、駆動プーリの直径（Φ）ごとの引張強度比が、いずれも異なる撚り回数（／ｉｎｃｈ）においてピークを有する（例えば、直径が５０ｍｍの駆動プーリでは撚り回数が２回（／ｉｎｃｈ）のときに引張強度のピークが存在し、直径が３０ｍｍの駆動プーリでは撚り回数が４回（／ｉｎｃｈ）のときに引張強度のピークが存在する）ことからも明らかである。
【００３０】
図７は、引張強度試験の結果に基づく、最小プーリ径に対する理想的な撚り回数を示す曲線である。
【００３１】
図３〜６の試験結果に基づき、基準時間に渡って走行されたタイミングベルト１０の理想的な上撚り回数（／ｉｎｃｈ）、すなわち、基準時間走行後に引張強度が相対的に最も高くなる上撚り回数（／ｉｎｃｈ）と、最小プーリ径（ｍｍ）との関係は、図７の太線の曲線で示される。この曲線は図３〜６の試験結果において、相対的な引張強度が最も高いときの最小プーリ径（ｍｍ）と撚り回数（／ｉｎｃｈ）とを選択してプロットした点を滑らかにつないで得られたものである。最小プーリ径（ｍｍ）をｘ、上撚り回数（回／ｉｎｃｈ）をｙとすると、この曲線は、ｙ＝−４．３４６３Ｌｎ（ｘ）＋１８．９３５（ｙ＝−４．３Ｌｎ（ｘ）＋１９）の関数で表される。
【００３２】
なお、最小プーリ径とは、タイミングベルト１０が掛け回される複数のプーリ、すなわち本実施形態では駆動および従動プーリのうち、最も径の小さいプーリの直径を意味する。従って、本実施形態における最小プーリ径は、常に駆動プーリの直径である。
【００３３】
図３〜７によれば、タイミングベルト１０の上撚り回数ｙ（回／ｉｎｃｈ）は、上述の関数で求められる最適な上撚り回数よりも２（回／ｉｎｃｈ）程度まで大きい、あるいは小さい範囲内にあれば、引張強度が良好に維持されることが明らかである。例えば、直径が２０ｍｍの駆動プーリを用いた試験（図３参照）においては、上撚り回数ｙ＝６（回／ｉｎｃｈ）が最適な値であるものの、上撚り回数ｙ＝４もしくは９（回／ｉｎｃｈ）であっても、ｙ＝６（回／ｉｎｃｈ）とほぼ同じレベルまで引張強度が保たれている。これと同様に、直径３０ｍｍの駆動プーリが使用され（図４参照）、上撚り回数ｙ＝４（回／ｉｎｃｈ）が最適値であった場合の上撚り回数ｙ＝２もしくは６（回／ｉｎｃｈ）、直径５０ｍｍの駆動プーリが使用され（図５参照）、上撚り回数ｙ＝２（回／ｉｎｃｈ）が最適値である場合の上撚り回数ｙ＝４（回／ｉｎｃｈ）においても、いずれも最適値とほぼ同等レベルまで引張強度が維持されている。
【００３４】
以上のことから、上撚り回数ｙ（回／ｉｎｃｈ）が、図７の斜線で示される領域内、すなわち、上述の関数を示す太線の曲線をｙ軸方向に＋２および−２（回／ｉｎｃｈ）だけ平行移動した曲線によって囲まれる、−４．３４６３Ｌｎ（ｘ）＋１６．９３５≦ｙ≦−４．３４６３Ｌｎ（ｘ）＋２０．９３５（−４．３Ｌｎ（ｘ）＋１７≦ｙ≦−４．３Ｌｎ（ｘ）＋２１）の範囲内であれば、タイミングベルト１０の強度を長時間に渡り維持できる。なお、図７から明らかであるように、タイミングベルト１０が使用される駆動、従動プーリの最小プーリ径が小さいほど上撚り回数を多くすることが好ましいといえる。
【００３５】
以上のように本実施形態によれば、油が付着する環境という厳しい条件化で使用されるタイミングベルト１０における、最適なストランド３６の撚り回数を決定する方法を実現し、かつ、タイミングベルト１０の強度を長期間に渡って良好に保つことができる。
【００３６】
なお、図８に示すように、心線３０におけるストランド３６の上撚り回数をいずれも同じ２回／ｉｎｃｈとし、糸３４（図２参照）の下撚り回数を２回／ｉｎｃｈ、もしくは９回／ｉｎｃｈとした２本のタイミングベルトにつき、直径が２０ｍｍの駆動プーリを用いて上述の試験と同様に引張強度試験を実施した。この結果、ストランド３６の上撚り回数を変更した上述の試験結果に比べ、タイミングベルトの引張強度の経時変化に大きな差は認められなかった。従って、心線３０において、タイミングベルト１０の引張強度に大きな影響を与えるのはストランド３６の上撚り回数であることが確認された。
【符号の説明】
【００３７】
１０  タイミングベルト
３０  心線
３６  ストランド
【図１】
0005350520.tif 000002
【図２】
0005350520.tif 000003
【図３】
0005350520.tif 000004
【図４】
0005350520.tif 000005
【図５】
0005350520.tif 000006
【図６】
0005350520.tif 000007
【図７】
0005350520.tif 000008
【図８】
0005350520.tif 000009