(57)【要約】【課題】樹脂や繊維を用いて一体に形成され、かつ圧縮強度および引張強度を向上させることのできる伝動ベルトを提供する。【解決手段】合成樹脂に強化繊維を配合して一体に形成され、かつ一方の回転部材の動力を他方の回転部材に伝達する伝動ベルトにおいて、厚さ方向での中心部を構成する第１材料ｂの圧縮強度より大きい圧縮強度の第２材料ａによって、前記厚さ方向での中心部より内周側と外周側との少なくともいずれか一方側の部分が形成されている。【選択図】図１
2012087851.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂に強化繊維を配合して一体に形成され、かつ一方の回転部材の動力を他方の回転部材に伝達する伝動ベルトにおいて、
厚さ方向での中心部を構成する第１材料の圧縮強度より大きい圧縮強度の第２材料によって、前記厚さ方向での中心部より内周側と外周側との少なくともいずれか一方側の部分が形成されていることを特徴とする伝動ベルト。
【請求項２】
前記第２材料によって形成されている部分は、前記中心部の内周側であることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
【請求項３】
前記第２材料によって形成されている部分は、前記中心部を挟んで内周側と外周側との両側であることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
【請求項４】
前記第２材料の引張強度は、前記第１材料の引張強度以上であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の伝動ベルト。
【請求項５】
前記第１材料によって形成されている部分と前記第２材料によって形成されている部分との境界部分には、圧縮強度が厚さ方向で次第に変化する遷移層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の伝動ベルト。
【請求項６】
前記遷移層は、前記第２材料の配合の割合が厚さ方向で次第に変化して形成されていることを特徴とする請求項５に記載の伝動ベルト。
【請求項７】
少なくとも前記第２材料によって形成されている部分に、引っ張り残留応力を付与していることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の伝動ベルト。
【請求項８】
前記引っ張り残留応力は、無負荷状態での曲率半径より小さい曲率半径に変化させて固化処理を施すことにより付与されることを特徴とする請求項７に記載の伝動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、駆動側の回転体から動力を伝達され、他方の回転体にその動力を伝達する伝動ベルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、動力伝達装置として伝動ベルトを利用したものが知られている。それらの伝動ベルトは、使用される環境によっては高トルクの動力が作用することがあるので、その動力に耐え得る引っ張り強度が要求されている。また、回転体に巻き掛けられて動力を伝達するので、その回転体に巻き掛けられた部分で曲率半径が減少して伝動ベルトの内周側に圧縮応力が作用し、あるいは各回転体の間に位置する部分で直線状となって伝動ベルトの外周側に圧縮応力が作用することがあり、それらの圧縮応力にも耐え得る圧縮強度が要求されている。
【０００３】
そのため、特許文献１に記載されたベルトは、薄い金属製のリングを積層して形成している。また、金属リングを積層した積層金属ベルトを成形する際に、ベルトの曲率半径を変更することによりベルトに引っ張り方向の残留応力を付与して、圧縮応力の緩和を図るように構成されている。
【０００４】
また、特許文献２には、自転車などに利用させる歯付きベルトが記載されていて、そのベルトは樹脂で構成されている。そのため、引張強度を向上させるために、ベルトに炭素繊維やアルミナ繊維などの短繊維を配合することが記載されている。さらに、特許文献３には、ベルトの内周面と外周面とのそれぞれに張力帯の帆布層の素材を付与することによりベルトの幅方向の弾性率を向上させる技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１２６９３３号公報
【特許文献２】特開平５−２００９０５号公報
【特許文献３】特開２００９−１３８８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１に記載された積層型の金属リングは引張強度と圧縮強度とが大きいので、ベルトの耐久性を向上させることができる。また、引張方向に残留応力を付与しておくことにより、圧縮方向の許容させる変位量が増大するので、圧縮応力に対する耐久性を向上させることができる。しかしながら、積層型の金属リングは、積層された各リング同士で滑りが発生して、トルクの伝達効率が低下する可能性がある。
【０００７】
また、特許文献２および３に記載されたベルトのように同一の材質で一体に形成された樹脂製のベルトは、強度を確保するために、通常、ベルトの厚み方向に複数の繊維もしくは樹脂で形成された高引張強度の心線が設けられる。そのように心線を設けることにより引張強度が向上する反面、ベルトの柔軟性が低下して伝達効率が低下する可能性がある。また、樹脂や繊維で形成された心線は一般的に圧縮強度が低いので、回転体に巻き掛けられたり、各回転体の間で直線状に引き延ばされたりする場合に、ベルトの内周側や外周側に圧縮応力が作用して、その内周側や外周側の部分に塑性変形や座屈が発生する可能性がある。
【０００８】
この発明は、上述した技術的な課題に着目したものであり、樹脂や繊維を用いて一体に形成され、かつ圧縮強度および引張強度を向上させることのできる伝動ベルトを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために請求項１の発明は、合成樹脂に強化繊維を配合して一体に形成され、かつ一方の回転部材の動力を他方の回転部材に伝達する伝動ベルトにおいて、厚さ方向での中心部を構成する第１材料の圧縮強度より大きい圧縮強度の第２材料によって、前記厚さ方向での中心部より内周側と外周側との少なくともいずれか一方側の部分が形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の構成において、前記第２材料によって形成されている部分は、前記中心部の内周側であることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１の構成において、前記第２材料によって形成されている部分は、前記中心部を挟んで内周側と外周側との両側であることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかの構成において、前記第２材料の引張強度は、前記第１材料の引張強度以上であることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの構成において、前記第１材料によって形成されている部分と前記第２材料によって形成されている部分との境界部分には、圧縮強度が厚さ方向で次第に変化する遷移層が設けられていることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項５の発明の構成において、前記遷移層は、前記第２材料の配合の割合が厚さ方向で次第に変化して形成されていることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの構成において、少なくとも前記第２材料によって形成されている部分に、引っ張り残留応力を付与していることを特徴とする伝動ベルトである。
【００１６】
請求項８の発明は、請求項７の発明の構成において、前記引っ張り残留応力は、無負荷状態での曲率半径より小さい曲率半径に変化させて固化処理を施すことにより付与されることを特徴とする伝動ベルトである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、合成樹脂に強化繊維を配合して一体に形成された伝動ベルトにおいて、その伝動ベルトの厚さ方向の中央部を構成する第１材料の圧縮強度より、その中央部を挟んだ内周側と外周側との少なくともいずれか一方側の部分を形成する第２材料の圧縮強度が大きいので、伝動ベルトが動作することによって作用する圧縮応力により、伝動ベルトが塑性変形してしまうことを抑制もしくは防止することができる。また、その第２材料の引張強度が、第１材料の引張強度以上であるので、伝達トルクが高トルクであって伝動ベルトに作用する張力が大きい場合の引っ張り方向の塑性変形を抑制もしくは防止することができる。さらに、第１材料によって形成されている部分と第２材料によって形成されている部分との境界部分には、圧縮強度が厚さ方向で次第に変化する遷移層が設けられているので、伝動ベルトの中央部に向けて次第に低下する圧縮応力に基づいた構成とすることができ、その結果、伝動ベルトの厚み方向における各部分での塑性変形を抑制もしくは防止することができる。そして、その伝動ベルトには、少なくとも第２材料によって形成されている部分に、引っ張り残留応力を付与しているので、伝動ベルトに作用する最大圧縮応力を低減することができ、その結果、伝動ベルトの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明に係る伝動ベルトの厚み方向における断面を示す線断面図である。
【図２】その伝動ベルトの無負荷状態と負荷状態とを示す概略図である。
【図３】伝動ベルトに作用する応力を説明するための平面図である。
【図４】この発明に係る引っ張り残留応力を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
つぎにこの発明に係る伝動ベルトを例を挙げて説明する。図２に示す装置は、伝動ベルトを使用したものであり、その一例として車両の動力伝達装置の一部であるベルト式無段変速機を模式的に示したものである。図２（ｂ）は、伝動ベルト１に狭圧力および張力を作用させて動力を伝達している状態（以下、負荷状態と記す。）を示したものである。なお、図２（ａ）は、伝動ベルト１に狭圧力および張力を作用させていない状態（以下、無負荷状態と記す。）を示したものである。この無段変速機は、図示しない動力源と連結されてトルクが伝達される駆動プーリ２と、その駆動プーリ２のトルクが伝達されて駆動し、図示しないギヤトレーンや車輪にトルクを伝達する従動プーリ３と、それらのプーリ２，３に巻き掛けられてトルクを伝達する伝動ベルト１とで構成されている。そして、伝動ベルト１は、樹脂や繊維などを用いた複合材で一体に形成されている。
【００２０】
上述したように構成された無段変速機では、図３（ａ）に示すように各プーリ２，３に伝動ベルト１が巻き掛けられて曲げられている箇所では、伝動ベルト１の内周側に圧縮応力が作用し、外周側には引っ張り応力が作用する。また、伝動ベルト１に張力が作用して図３（ｂ）に示すように伝動ベルト１が直線状になる箇所では、伝動ベルト１の内周側には引っ張り応力が作用し、外周側には圧縮応力が作用する。これは、図２に示すように伝動ベルト１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１よりも、伝動ベルト１の負荷状態の曲率半径Ｒ３が小さいからである。
【００２１】
一方、一般的な樹脂や繊維を用いた複合材は圧縮強度が低いので、大きな圧縮応力が作用した場合もしくは大きく変位した場合に、塑性変形や座屈が生じる可能性があるので、この発明に係る伝動ベルト１は大きな圧縮応力が作用する箇所の材料を圧縮応力が作用しないもしくは作用する圧縮応力が小さい箇所の材料に対して圧縮強度の大きいものとしている。つまり、伝動ベルト１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１が、伝動ベルト１の負荷状態の曲率半径Ｒ３よりも大きい場合には、その伝動ベルト１の内周側には圧縮応力が作用するので、図１（ａ）に示すように、伝動ベルト１の内周側の材料ａをボロン繊維などを用いた圧縮強度および引張強度の大きいものとする。なお、外周側の材料ｂは、引張強度の大きい材料を利用する。
【００２２】
さらに、伝動ベルト１の厚み方向で内周側から外周側に向かって、各部分に作用する圧縮応力は次第に低くなるので、上述した圧縮強度の大きい材料ａの配合率を変化させる。なお、図１に示す各材料ａ，ｂの領域は、各部分での材料の配合率を示している。
【００２３】
上述したように伝動ベルト１を形成する材料ａ，ｂの配合率を定めることにより、樹脂や繊維を用いて一体に形成された複合材の伝動ベルト１の伝達効率を低下させることなく圧縮強度を向上させることができる。
【００２４】
そして、この発明に係る伝動ベルト１は、伝動ベルト１の使用時の最大圧縮応力を低減するために、成形時に固化処理を施してもよい。以下、その固化処理について説明する。上述したように伝動ベルト１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１と、伝動ベルト１の負荷状態の曲率半径Ｒ３とが異なっていることにより、プーリ２，３に巻き掛けられた伝動ベルト１の内周側に圧縮応力が作用する。つまり、伝動ベルト１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１と、伝動ベルト１の負荷状態の曲率半径Ｒ３との差に基づいて伝動ベルト１に圧縮応力が作用する。
【００２５】
したがって、この発明に係る伝動ベルト１は、伝動ベルト１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１と負荷状態の最小曲率半径Ｒ３との間の曲率半径Ｒ２に固化処理を施す。図４は、その固化処理を施す例を説明するための概略図であり、伝動ベルト１に固化処理を施すための曲率半径Ｒ２と一致して形成されたローラ４の外周面に伝動ベルト１の内周面の一部が沿うように配置され、その伝動ベルト１をローラ４と他の搬送ローラ５とで挟んで搬送する。そして、伝動ベルト１のローラ４に沿っている位置に固化処理を施す。なお、固化処理は、伝動ベルト１を形成している材料ａ，ｂにより異なるが、例えば、その材料ａ，ｂが熱硬化素材である場合には、伝動ベルト１のローラ４に沿っている位置に熱を加え、また、その材料ａ，ｂが熱可塑素材である場合には、伝動ベルト１のローラ４に沿っている位置を冷却し、さらに、その材料ａ，ｂが半固体もしくは液状素材である場合には、伝動ベルト１のローラ４に沿っている位置を乾燥させる。なお、固化処理は、上述した方法に限定されず、例えば、紫外線を照射して固化させてもよい。要は、伝動ベルト１の無負荷状態の曲率半径Ｒ１と負荷状態の最小曲率半径Ｒ３との間の曲率半径Ｒ２となるように固化処理を施せればよい。
【００２６】
このように固化処理を施された伝動ベルト１には、その内周側に引っ張り残留応力が付与されるので、プーリ２，３に巻き掛けられて内周側に圧縮応力が作用した場合には、その残留応力により圧縮応力が相殺される。その結果、伝動ベルト１の内周側に作用する圧縮応力の許容限界を増大することができ、もしくは伝動ベルト１がプーリ２，３に巻き掛けられることによってその伝動ベルト１に作用する最大圧縮応力を減少することができるので、塑性変形や座屈を抑制もしくは防止することができるため、伝動ベルト１の耐久性を向上させることができる。
【００２７】
つぎに、この発明に係る伝動ベルト１の他の構成例について説明する。上述した構成例は、圧縮強度が大きい材料ａをベルト１の内周側に配合したものであるが、伝動ベルト１に作用する圧縮強度は、内周側に限らず外周側にも作用するので、他の構成例は、図１（ｂ）に示すように伝動ベルト１の内周側と外周側とのいずれにも圧縮強度の大きい材料ａを配合したものである。つまり、伝動ベルト１の厚み方向における中央部の材料ｂを引張強度の大きい材料ｂとして、その中央部を挟んだ内周側と外周側との両側の材料を引張強度および圧縮強度の大きい材料ａとする。また、各材料ａ，ｂの境界部分は、次第に配合率が変化するように構成されている。
【００２８】
このように内周側と外周側とのそれぞれの材料を圧縮強度に大きい材料ａとすることにより、伝動ベルト１が回転して曲げおよび引っ張り動作を繰り返した場合でも、圧縮応力が作用する箇所の塑性変形や座屈の発生を抑制もしくは防止することができる。
【００２９】
なお、この発明は、車両における伝動ベルトに限定されず、航空機や船舶あるいは産業機械に利用される伝動ベルトでもよい。また、上述した構成例では、プーリの動力を伝達する伝動ベルトを例に挙げたが、これに限定されず、回転体と噛み合って動力を伝達するように構成された伝動ベルトであってもよく、あるいは、いわゆるベルトコンベアなどに利用される伝動ベルトであってもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１…伝動ベルト、  ２…駆動プーリ、  ３…従動プーリ、  ａ…引張強度および圧縮強度が大きい材料、  ｂ…引張強度が大きい材料。
【図１】
2012087851.tif 000003
【図２】
2012087851.tif 000004
【図３】
2012087851.tif 000005
【図４】
2012087851.tif 000006