JP2002286098A

JP2002286098A - 歯付ベルト

Info

Publication number: JP2002286098A
Application number: JP2001088480A
Authority: JP
Inventors: Sadakichi Sakanaka; 貞吉阪中
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2001-03-26
Filing date: 2001-03-26
Publication date: 2002-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】歯付ベルトの弾性率を上げることにより、ベ
ルトの伸びを押さえ、オートテンショナーが正常に作動
しベルトに適正な負荷が掛かることにより、自動車エン
ジンの正常な動きを維持する歯付ベルトを提供する。【解決手段】心線１を埋設した歯付ベルト５に長手方
向に沿って複数の歯部３を設け、歯部３表面を歯布４で
被覆して形成される歯付ベルトに関する。歯付ベルト５
の引張弾性率が３０ｍｍ幅で少なくとも８５０Ｎ／ｍｍ
以上の弾性率を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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等に使用される
歯布被覆の歯付ベルトに関するものである。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、特にベルトの伸びを防ぐ為に改善した発明に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】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い、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など歯付ベルトの使用環境は近年特
に厳しくなってきている為、さらなる耐久性の向上が要
求されている。また、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】歯付ベルトの故障形態は、心線の屈曲疲労
及びゴムの耐熱性不足による亀裂発生からのベルト切断
と過負荷や歯布及び歯ゴムの耐熱性不足、歯布の摩耗に
よる歯欠けに大別される。心線の屈曲疲労及びゴムの耐
熱性不足によるベルト切断に対しては、心線材質、心線
構成の細径化等の改良、心線処理剤の耐熱性改良が実施
されている。また、ゴムの耐熱性改良についても水素添
加ニトリルゴムの使用等により故障は減少している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】特に、ベルトに高負荷
が掛かるエンジン又は産業用駆動装置を駆動する歯付ベ
ルトは、高負荷の為プーリ軸が撓んだり、ベルトの片寄
り走行が発生しプーリフランジ等との摩擦によるベルト
側面の異常摩耗及び側面の損傷による切断、歯欠けが発
生し易い。

【０００５】又、高負荷によりベルトが伸びて、オート
テンショナーが作動せず、ベルトに適正な負荷が掛から
なくなり、エンジンの正常な動作を妨げる現象が生じ
る。このように織り目の目開きが大きくなってベルト本
体のゴムが露出すると、露出したゴムが歯付プーリとの
間で摩耗し、ゴム粉として飛散するという問題が生じる
ものであった。

【０００６】ベルト側面摩耗、損傷、ベルトの伸びに対
し、プーリ歯とかみ合う歯付ベルト表面の歯布材料に摩
擦係数低減作用のあるフッ素樹脂や層状のグラファイト
等を添加した処理を施すことや、心線材料の検討が実施
されているが、未だに十分な改良策が見出されていな
い。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決する為、歯付ベルトの弾性率を上げることにより、ベ
ルトの伸びを抑え、オートテンショナーが正常に作動
し、ベルトに適正な負荷が掛かることにより、エンジン
の正常な動きを維持するベルトを提供する。

【０００８】その手段として、本発明は長手方向に沿っ
て所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、
心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部
の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、歯付ベル
トの引張弾性率が３０ｍｍ幅で８５０Ｎ／ｍｍ以上の弾
性率を有する歯付ベルトにある。

【０００９】請求項１の発明によると、歯付ベルトの引
張弾性率が３０ｍｍ幅で８５０Ｎ／ｍｍ以上の弾性率を
有する歯付ベルトであることから、ベルトの引張弾性率
を向上させることにより、ベルトの伸びを抑え、オート
テンショナーの動きをそれ自体が持つ適性可動範囲に押
さえることができる。

【００１０】請求項２に記載の発明は、少なくとも前記
背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合した請求項
１に記載の歯付ベルトである。

【００１１】請求項２に記載の発明によると、少なくと
も前記背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合する
ことによって、ベルトレイアウト上でベルト背面と接触
するアイドラー又はテンショナープーリ表面との摩擦係
数を低減させ、ベルト側面と走行中接触するプーリフラ
ンジとの摩擦時の応力を緩和させ、側面の摩耗、損傷を
防ぐことができる。

【００１２】請求項３に記載の発明は、前記ゴムが水素
化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー
に対して１５〜４０質量部添加した請求項１に記載の歯
付ベルトにある。

【００１３】請求項３に記載の発明によると、前記ゴム
が水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポ
リマーに対して１５〜４０質量部添加した請求項１に記
載の歯付ベルトであることから、ベルトの背面硬度が適
度の硬さとなり、一定応力が掛かったときにゴムが変形
し難く、発熱が起こりにくく、さらに高負荷時の抵抗も
大きくならないので、ベルト走行時に伸びが発生しな
い。

【００１４】請求項４に記載の発明は、前記ゴムが水素
化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー
に対して５〜１５質量部添加した請求項２に記載の歯付
ベルトにある。

【００１５】請求項４に記載の発明によると、前記ゴム
が水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポ
リマーに対して５〜１５質量部添加した請求項２に記載
の歯付ベルトにあることから、ベルトの背面硬度が適度
の硬さとなり、一定応力が掛かったときにゴムが変形し
難く、発熱が起こりにくく、さらに高負荷時の抵抗も大
きくならないので、ベルト走行時に伸びが発生しない。

【００１６】請求項５に記載の発明は、前記歯付ベルト
の背面硬度が８０度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上である請
求項１から４のいずれかに記載の歯付ベルトである。

【００１７】請求項５に記載の発明によると、前記歯付
ベルトの背面硬度が８０度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上、
好ましくは８５度以上であるため、応力が負荷された場
合であっても、ゴムの変形を抑制することができる。こ
のため、ベルト走行時の発熱が抑制されるとともに、摩
擦時の抵抗も小さくできる。これによって、ベルト走行
時のベルト側面の摩耗及び損傷を小さくすることができ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図１は、本実施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５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
て成る繊維材料を基材として構成される。

【００１９】ここで、歯付ベルトの引張弾性率として
は、３０ｍｍ幅で８５０Ｎ／ｍｍ以上の弾性率を有し、
より好ましくは、３０ｍｍ幅で８８０Ｎ／ｍｍ以上の弾
性率が好ましい。ここで、ベルトの引張弾性率として
は、ベルトに使用される心線種、心線径、心線ピッチに
影響される。従って、これらの組み合わせにより、歯付
ベルトの引張弾性率が３０ｍｍ幅で少なくとも８５０Ｎ
／ｍｍ以上の弾性率を有するようにする。

【００２０】上記心線は、一般には、ガラス心線、アラ
ミド心線が使用される。また、ポリベンゾオキサゾー
ル、ポリパラフェニレンナフタレート、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。また、接着処理剤及び屈曲時のガラスフ
ィラメントの保護材として使用されるサイジング剤、Ｒ
ＦＬ、オーバーコート剤等にも制限されない。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。

【００２１】ポリベンゾオキサゾール心線は、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
（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。

【００２２】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
を用いて優れた性能を発揮させる。

【００２３】ベルト本体を形成するゴム配合物の材質に
は特に制限はなく、使用条件に応じて適切なものが適宜
選択される。自動車エンジン用及び各種エンジン用歯付
ベルトの場合、耐熱性と耐油性を備えたＨ−ＮＢＲ、Ｃ
Ｒ、ＣＳＭ等が使用される。一般産業用機械に用いられ
る歯付ベルトには、Ｈ−ＮＢＲ、ＣＲ、ＣＳＭ以外に、
ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤ
Ｍ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ＳＢ
Ｒ、イソプロピレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、
フッ素ゴム、シリコンゴム等何れの場合も使用可能であ
る。このような歯付ベルトの場合、図１で説明した歯布
の使用が有効である。

【００２４】歯布４の緯糸、経糸８等を形成する繊維材
料の材質としては、それぞれナイロン、アラミド、ポリ
エステル、ポリベンゾオキサゾール、綿等の何れか又は
これらの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。また、織成
構成は綾織り、繻子織り、平織り等何れであっても良
い。

【００２５】背部２のゴム層９には、このゴム層９を構
成するゴム１００質量部に対して１〜２０質量部の短繊
維１７が配合されている。ここで、短繊維１７には、摩
擦時に低温で溶融しにくい高融点、又は融点を持たない
綿、ビニロン、アラミド、無機繊維等が好ましい。その
長さは５ｍｍ以下であることが好ましい。繊維長が５ｍ
ｍを越える場合は、ゴムをカレンダー又は押し出し機等
で圧延シート状にする時に、配向し易く、ベルトになっ
た場合に、屈曲により早期にクラックが発生し易い。ま
た、短繊維の配向方向は、ベルト幅方向が好ましいが、
ベルト長さ方向の配向であってもよい。短繊維の配合量
が１質量部より少ないと、短繊維を配合した効果が現れ
ず、一方短繊維の量が２０質量部より多くなると、ベル
ト背部２の硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が大きく
なりすぎる。

【００２６】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。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、屈曲疲労性に劣り
ベルト寿命が短くなる。

【００２７】また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質量部混合することが必
要であり、不飽和カルボン酸を５〜１５質量部混合する
場合は、前記ゴム配合中に短繊維をポリマー成分１００
に対して１〜２０質量部配合することが必要となる。

【００２８】

【実施例】次に、本発明を実施例によって具体的に説明
する。（実施例）表１に示す配合からなるゴムを通常の方法絵
で混練し、カレンダーロールにて所定の厚さのゴムシー
トＡ−１からＡ−３を調整した。また、歯布は、表２に
示す繊維を用いて、表２に示す処理を行いＢ−１を得
た。表２におけるＲＦＬ処理は、表３に示すＣ−１の配
合からなるＲＦＬ処理液に、歯布を浸漬し、１２０°Ｃ
にて乾燥後１８０°Ｃにて２分間熱処理したものであ
る。また、表２におけるゴム糊処理は、表３に示すＣ−
２〜Ｃ−４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（商品名ＰＡＰＩ）を添加した処理液に、
適宜、ノクラックＮＢＣ（老化防止剤）や、フッ素樹脂
粉末又はグラファイト等の減摩材を添加混合した処理液
に歯布を浸漬し乾燥したものである。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】

【表３】

【００３２】次に、ベルト作製用のＳ８Ｍ歯形１２０歯
数の金型に上記の歯布を巻き付け、ＳＺ撚一対のＲＦＬ
及び水素化ニトリルゴムをトルエン等の溶剤にて溶かし
たゴム糊にて接着処理された表４に示す心線を表５のピ
ッチにてスパイラルに所定の張力で巻き付けた。この心
線の上に、表１のゴムシートを貼り付けた。更に、加硫
缶に投入して通常の圧入方式により歯形を形成させた後
１６５°Ｃにて３０分加圧加硫して、ベルト背面を一定
厚さに研磨し一定幅（３０ｍｍ）にカットして走行用歯
付ベルトを得た。各ベルトの背面硬度は表５に示す。

【００３３】

【表４】

【００３４】

【表５】

【００３５】作製したベルトのサイズは、ベルト幅３０
ｍｍ、ベルト歯形Ｓ８Ｍ、歯数１２０歯であり、通常１
２０Ｓ８Ｍ３０Ｓと表示される。走行試験装置として、
図２に示す２２歯のクランクプーリ１１、４４歯のカム
プーリ１３、１９歯のウォータポンププーリ１５、偏心
プーリ１９、アイドラー２１からなるレイアウトの試験
装置を使用する。クランクプーリ回転数４０００ｒｐｍ
でベルトに掛かる有効張力を３０００Ｎとし、初張力を
３５０Ｎにて走行試験を行い、オートテンショナー２３
のプッシュロッド可動代２５を調査した。その結果を表
６に示す。

【００３６】次に、ベルトの引張弾性率を測定した。図
３に示すように、検尺機２６を用いてベルトの弾性率を
測定した。プーリにベルト本体５を掛け、下側のプーリ
２９を下方に下げ、ベルト本体５にテンションを掛け
た。テンションは、９８Ｎから１９６０Ｎまでスムーズ
に負荷を掛けベルト本体５に掛かる応力と軸離測定値と
のＳ−Ｓ曲線を求めた。ベルトの応力−歪曲線を図４に
示す。

【００３７】図４において、曲線の立つ部分についての
応力、即ち荷重（５８８Ｎ〜１７６４Ｎ）に対する歪を
もとめた。つまり、軸離測定値をプロットし、その点で
１次の回帰直線を求め、その勾配がベルトのリング状
（ベルト２本分）での引張弾性率となる。この値の１／
２を歯付ベルト本体の引張弾性率とした。その結果を表
６に示す。

【００３８】

【表６】

【００３９】オートテンショナーの可動代は４〜１８ｍ
ｍであり、１８ｍｍを越えた場合は負荷が掛からずエン
ジンが作動しない。よって、連続運転を実施した場合、
可動代が少ない方が有利である。表６の結果から、ベル
ト弾性率が８３０Ｎ/ｍｍ以下になるとプッシュロッド
可動代が１０ｍｍ以上となり、この時オートテンショナ
ーの可動代としては１４ｍｍ以上となることから、残り
の可動代が４ｍｍより少なくなり、連続してエンジンを
稼動させた場合は前記残りの可動代がほとんど０ｍｍに
近づき、可動エンジンが掛かり難くなる。こういったこ
とから、ベルト弾性率は８５０Ｎ/ｍｍ以上必要とな
り、好ましくは８８０Ｎ／ｍｍ以上が好ましい。従って
実施例は比較例と比べて、プッシュロッド可動代が極端
に少なく、かなり効果があることがわかる。

【００４０】

【発明の効果】上記のように、本発明は、歯付ベルトの
引張弾性率が３０ｍｍ幅で８５０Ｎ／ｍｍ以上の弾性率
を有する歯付ベルトであることから、ベルトの引張弾性
率を向上させることにより、ベルトの伸びを抑え、オー
トテンショナーの動きをそれ自体が持つ適性可動範囲に
押さえることができるという効果がある。

【００４１】請求項２に記載の発明では、少なくとも前
記背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合すること
によって、ベルトレイアウト上でベルト背面と接触する
アイドラー又はテンショナープーリ表面との摩擦係数を
低減させ、ベルト側面と走行中接触するプーリフランジ
との摩擦時の応力を緩和させ、側面の摩耗、損傷を防ぐ
ことができるという効果が有る。

【００４２】請求項３に記載の発明では、前記ゴムが水
素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマ
ーに対して１５〜４０質量部添加した請求項１に記載の
歯付ベルトであることから、ベルトの背面硬度が適度の
硬さとなり、一定応力が掛かったときにゴムが変形し難
く、発熱が起こりにくく、さらに高負荷時の抵抗も大き
くならないので、ベルト走行時に伸びが発生しないとい
う効果が有る。

【００４３】請求項４に記載の発明では、前記ゴムが水
素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマ
ーに対して５〜１５質量部添加した請求項２に記載の歯
付ベルトにあることから、ベルトの背面硬度が適度の硬
さとなり、一定応力が掛かったときにゴムが変形し難
く、発熱が起こりにくく、さらに高負荷時の抵抗も大き
くならないので、ベルト走行時に伸びが発生しないとい
う効果が有る。

【００４４】請求項５に記載の発明では、前記歯付ベル
トの背面硬度が８０度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上、好ま
しくは８５度以上であるため、応力が負荷された場合で
あっても、ゴムの変形を抑制することができる。このた
め、ベルト走行時の発熱が抑制されるとともに、摩擦時
の抵抗も小さくできる。これによって、ベルト走行時の
ベルト側面の摩耗及び損傷を小さくすることができると
いう効果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係る歯付ベルトの全体斜視概略図
である。

【図２】歯付ベルトの走行試験装置の概略図である。

【図３】ベルト軸離測定機の概略図である。

【図４】歯付ベルトの応力−歪曲線である。

【符号の説明】

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クランクプーリ１３カムプーリ１５ウォータポンププーリ１７短繊維１９偏心プーリ２１アイドラー２３オートテンショナー２５プッシュロッド可動代２６検尺機２７上側のプーリ２９下側のプーリ３１軸間距離

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向に沿って所定間隔で配置した複
数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基
材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した
歯付ベルトにおいて、歯付ベルトの引張弾性率が３０ｍ
ｍ幅で少なくとも８５０Ｎ／ｍｍ以上の弾性率を有する
ことを特徴とする歯付ベルト。
【請求項２】少なくとも前記背部のゴム層に短繊維を
１〜２０質量部配合した請求項１に記載の歯付ベルト。
【請求項３】前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和
カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量
部添加した請求項１に記載の歯付ベルト。
【請求項４】前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和
カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜１５質量部
添加した請求項２に記載の歯付ベルト。
【請求項５】前記歯付ベルトの背面硬度が８０度（Ｊ
ＩＳＡ型硬度計）以上である請求項１から４のいずれか
に記載の歯付ベルト。