JP2008514888A - オイル存在下で用いられる歯付きベルトドライブ - Google Patents

Abstract

少なくとも一対の歯付きプーリー（５，６）と、このプーリー（５，６）にかみ合う歯付きベルト（１０）とを備えた、オイル存在下で用いられる歯付きベルトドライブ（１）であって、前記ベルト（１０）の歯部（１４）および前記各プーリー（５，６）の歯部（２５）がそれぞれ無限曲率半径ピッチ線を有する参照プロファイルを有し、前記ベルト（１０）の参照プロファイルの歯（２０）と一プーリー（５，６）の参照プロファイルの溝（２９）との間の横方向クリアランスが、それぞれの側部（２２，３１）の少なくとも中間部分において、−０．１ｍｍと＋０．１５ｍｍの間となる。

Description

本発明は、オイル存在下で用いられる歯付きベルトドライブに関するものである。限定はされないが、本発明は自動車用の内燃エンジンのタイミングシステムに好適に適用される以下においてより明確に、しかし一般性を欠くことなく、本発明に言及する。

内燃エンジン内のタイミングの制御、すなわちドライブシャフトによる一または複数のカムシャフトの同期駆動は、一般的に歯付きベルトまたはチェーンによって実行される。歯付きベルトはチェーンドライブに対しいくつかの利点がある。すなわち、歯付きベルトはより安価で、より軽く、かつ乾燥した状態での作動が可能であり、それによって通常はドライブ全体がより簡素でかつ低廉である。

さらにベルトの経時的延伸は、ピンの磨耗を免れないチェーンより少ない。最後に、ベルトドライブは通常、チェーンドライブより静かである。

前述のチェーンドライブに対する歯付きベルトドライブの利点を考慮して、歯付きベルトドライブの使用は、乾燥適用だけでなく潤滑油にさらされた環境においても有利である。しかしオイル存在下での歯付きベルトの使用には、現在解決が困難な一連の技術的問題があるとされている。

まず、通常乾燥適用に使用されるベルトの歯およびプーリーのプロファイルは、オイルが存在する場合、被駆動部品（カムシャフト）と駆動部品（ドライブシャフト）間のタイミングエラーの増加を引き起こすことがわかっている。

オイルを適応する歯付きベルトの使用に関する他の問題点として、ベルト材料へのオイルの侵攻的な作用が懸念される。特に、ベルト本体を構成するエラストマー材料とこの材料に組み込まれた耐性挿入部（ｒｅｓｉｓｔａｎｔ ｉｎｓｅｒｔｓ）（コード）との間の接着を長時間にわたって持続させることが困難である。

本発明は、前述の問題点を解決することができる、特に、駆動と被駆動のドライブ部品間のタイミングの正確さおよびベルトの持続時間向上を高いレベルで保証する、オイル存在下で用いられる歯付きベルトドライブを製造することを目的とする。

前述の目的は、請求項１に請求されたドライブによって達成される。

本発明をより理解するために、好ましい実施の形態を、付随する図に関して、限定されない形の例として以下に記載する。

図１において、内燃エンジンの第一のカムシャフト２から第二のカムシャフト３への運動を伝達する歯付きタイミングベルトドライブは、符号１で全体が示されている。第一のカムシャフトは順に、その運動をドライブシャフト（図示せず）から他の同期ドライブ４を通して行う。この同期ドライブ４は同じタイプのものが望ましく、図１では図式的、部分的にのみ示されている。

“カム・トゥー・カム（ｃａｍ−ｔｏ−ｃａｍ）”として知られているドライブ１は、カムシャフト２に固定した歯付き駆動プーリー５、カムシャフト３に固定した歯付き被駆動プーリー６、およびプーリー５，６に巻きついた歯付きベルト１０を有する。

ベルト１０（図２）は、中に複数の縦糸状の耐性挿入部１３が埋め込まれたエラストマー材料からなる本体１２を有する。本体１２は、被覆布１５で覆われた歯部１４を備えた第１面と、第２面、すなわちベルトの裏面１６とを有する。裏面１６も布１７で覆われることが望ましい。

さらに、歯部１４を覆う布１５は、裏面１６を覆う布１７と同じものであることがより望ましい。本体１２は、主なエラストマー、すなわち、混合物中の他のエラストマーに対して５０質量％より多く存在するエラストマーとして、ニトリル基を含むモノマーとジエンとで形成される共重合体からなることが望ましい。

さらに、使用される共重合体は水素化アクリロニトリルブタジエンであることが望ましい。

使用される共重合体は、最終的な共重合体に対して百分率で３３％以上４９質量％以下のニトリル基を有するモノマーから得られるものが望ましい。

さらに、使用される共重合体は、最終的な共重合体に対して質量百分率で３９％のニトリル基を有するモノマーから得られるものがより望ましい。例として、ＴＨＥＲＢＡＮ（テルバン）３４４６（バイエル社登録商標）５０％とＴＨＥＲＢＡＮ４３０７（バイエル社登録商標）５０％の構成による混合物の使用が可能である。

また、エラストマー材料の混合物が繊維を含んでいると効果的である。繊維はエラストマー材料に対して０．５％から１５％の質量百分率で含まれるのが好ましく、０．１ｍｍから１０ｍｍの長さを有していることが好ましい。

歯部１４を覆う布１５または裏面１６を覆う布１７は、一つ以上の層によって構成することができ、例えば、２×２綾織として知られる製織技術によって得ることが可能である。

布１５および１７は、好ましくはポリマー材料で構成され、より好ましくは脂肪族ポリアミドまたは芳香族ポリアミドで構成され、さらに好ましくは高耐熱性かつ高靱性のポリアミド６．６で構成される。

布１５および１７は、それぞれの横糸が弾性糸をコアとして、この弾性糸に少なくとも一つの複合糸を巻きつけて構成されたタイプのものが有利である。ここで、複合糸は、耐熱性が高く機械的耐性が高い糸とそれに巻きつけた少なくとも一つの被覆糸から成るものである。

本発明の一形態として、前記歯付きベルト１０は、前記布１５に対して外側に配置した耐性層１８を有する。

前記耐性層１８は、エラストマー材料を添加したフッ素系プラストマーで構成され、フッ素系プラストマーの質量はエラストマー材料に対して大きい。

使用可能な耐性層の例としては、例えば、同じ出願人による特許ＥＰ１１５７８１３に記述されているものが挙げられる。

前記フッ素系プラストマーはポリテトラフルオロエチレンをベースとする混合物であることが望ましい。

前記耐性層１８を形成するために前記フッ素系プラストマーが混合される前記エラストマー材料は、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）であることが望ましい。さらに、ポリメタクリル酸の亜鉛塩で変性された水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、例えばＺＥＯＦＯＲＴＥ ＺＳＣ（日本ゼオン登録商標）、がより好ましい。

必要な耐性を確保するために、前記耐性層１８は１５０ｇ／ｍ^２から４００ｇ／ｍ^２の質量を有することが望ましく、これは平均厚０．０５０ｍｍから１ｍｍに相当する。

前記フッ素系プラストマーは、エラストマー材料１００質量部に対して１０１質量部から１５０質量部存在することが望ましい。

前記耐性層１８は、加硫剤として、過酸化物も含む。この過酸化物は通常、エラストマー材料１００質量部に対し、１質量部から１５質量部添加される。

前記被覆布１５と前記耐性層１８との間には接着剤が配置されることが望ましい。

前記耐性挿入部１３は、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、およびＰＢＯ（ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維からなる群より選ばれる一つ以上の材料で製造される。

前記耐性挿入部１３は“ハイブリッド”タイプ、つまり少なくとも２種類の異なる材料から製造されるものであることが望ましい。

第一材料は好ましくはガラス繊維であり、第二材料は好ましくは炭素繊維である。より好ましくは、前記ガラス繊維は高弾性繊維である。

前記ガラス繊維は、前記炭素繊維の外側を少なくとも部分的に覆うように、好ましくは該炭素繊維全体を覆うように、この炭素繊維に巻きつけられる。

前記耐性挿入部１３は、ＲＦＬとして知られるレソルシノールホルムアルデヒドラテックスをベースとする組成物で処理されることが望ましく、特にオイル吸収の防止に適したＲＦＬ組成物で処理されることが望ましい。ゆえに使用されるＲＦＬは、ニトリル基を含むモノマーとジエンとから形成されるラテックスを含有するもの、例えばＨＮＢＲまたは水素化アクリロニトリルブタジエン、が好ましい。さらに、前記ラテックスは、含有するニトリル基の質量百分率が、最終的な共重合体に対して、前述の歯付きベルト１０の本体１２を形成するために好適に使用されるエラストマー材料と同等であるモノマーから得られるものであることがより望ましい。

前記ベルト１０の前記歯部１４は、前記歯２０および前記溝２１の連続によって定義され、従来型の幾何学形状を有する。図３は前記ベルト１０の直線的構成における（すなわち、幾何学的にはラックと同様である、前記プーリー間の部分における前記ベルトが取る構成における）前記歯部１４のプロファイルを示している。このプロファイルは、本願明細書および本願特許請求の範囲において、“無限曲率半径ピッチ線を有する参照プロファイル”あるいはより簡潔に“参照プロファイル”として示されている。

例として、前記ベルト１４の前記歯２０のプロファイルは、放物線状の側部２２が、近接する溝２１の底面２３において、円周２４の弧によって互いに接続した、本出願人によってＩＳＯＲＡＮ（登録商標） ＲＨＰ（登録商標）という名で販売されているプロファイルになり得る；前記歯２０は、ちょうど二つの凸状突起２７（例えばそのプロファイルが円周の孤を示すもの）によって定義され、それぞれ対応する側部２２に接続しかつ凹状の孤２８（例えば円周の弧）によって互いに接続している頂面２６を有する。

前記プーリー５，６にはそれぞれ同一の歯部が備わっており、それぞれ、前記ベルト１０の前記歯２０を受けるのに適した溝２９と、前記ベルト１０の前記溝２１をはめ込むのに適した歯３０との連続によって定義される。

また前記プーリー５，６に関して歯部のプロファイルを説明すると、図３にも示されているとおり、このプロファイルは、無限曲率半径ピッチ線を有する参照プロファイルとなっており、すなわち同等のラックの歯部のプロファイル、または前記プーリー５、６を切削するホブのプロファイルに対する“メス形（ｎｅｇａｔｉｖｅ）”、となっている。

前記ベルトと前記プーリーに同じプロファイルを適用することにより、これらプーリーの歯数に関わらず、またそれゆえにこれらプーリー５，６と一部においてかみ合う前記ベルト１０のピッチ線半径に関わらず、これらプロファイル間の直接比較ができるようになる（図３）。

前記溝２８のそれぞれのプロファイルは、中心線Ｍに対して対称である。従って、溝２９の側部３１の一つのみについて説明する。

この側部３１は、既知の方法で、基線３３と頂線３４に接続する放物線３２の凹状の弧により定義されている。特に、放物線の弧は、ｘが前記基線３３に平行な座標を表し、ｙが前記溝２９の高さ方向に平行な座標を示すデカルト座標軸ｘｙの系において、方程式ｙ＝ｋｘ^２で表される。この放物線の弧は、この放物線の頂点を構成し、かつこの放物線３２の弧と基線３３の間の接点を構成する、基線３３上の点０を原点とする（図３）。放物線３２の弧は、円周ｒおよび中心Ｃを持つ円周３５の弧によって、頂線３４からｒの距離をもって、頂線３４に接続している。放物線３２の弧と円周３５の弧の間の接点はＴで示されている。また、溝の中心線Ｍから点Ｃまでの距離はａで示され、溝の両側にある点Ｔの高さで計測された溝２９の幅はｂで示され、そして溝の高さ、つまり基線３３と頂線３４との間の距離はｈで示されている。

本発明によれば、前記歯部の高さの１／５から４／５の範囲にあるそれぞれの側部の中間部分において、前記ベルトの参照プロファイルの歯と一プーリーの参照プロファイルの溝との間の横方向クリアランス（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｃｌｅａｒａｎｃｅ）が、−０．１ｍｍと＋０．１５ｍｍの間となる。クリアランスの負の値は、干渉状態を示す。

このクリアランスは−０．０５ｍｍと０．１ｍｍの間であることが望ましい。さらに、前記クリアランスは０に等しくなることがより望ましい。

単に例として挙げると、前述の後者の条件は、従来のＩＳＯＲＡＮ（登録商標） ＲＨＰ（登録商標） のプロファイルを持つベルトに関して、下記の溝パラメータ値を有する場合に得られる。
ｋ＝１．４９６３３
ｈ＝２．９２ ｍｍ
ａ＝３．２６４ ｍｍ
ｂ＝５．３０ ｍｍ

図３では、前記歯の上部に相当する範囲を除き、示された例において前記プーリーの参照プロファイルと前記ベルトの参照プロファイル間にどれくらい実質的な同一性あるかが分かる。

この例では、前記歯の高さの１／５から４／５の範囲にある側部の中間部分全体においてクリアランスが実質的に０となるが、本発明によれば、この条件は必ずしも必須ではなく、前述中間部分の少なくとも一部分において、横方向クリアランスが前記範囲内であるか、好ましくは実質的に０であれば十分である。

本発明によれば、ベルトの歯とプーリーの溝の間のクリアランスが実質的に低い値またはゼロとなるように歯部の寸法を決定すると共に、エラストマー材料を添加したフッ素系プラストマーをベースとする耐性層を備えた被覆布を用いることにより、オイルの使用下で、駆動部品と被駆動部品間のタイミングエラーを、ベルトの持続時間を減少させずに、大幅に減少させることができるようになる。

例として、本発明によるドライブを、ＩＶＥＣＯ ＵＮＩＪＥＴ ＨＰＩ ２．３リットル“コモンレール（Ｃｏｍｍｏｎ Ｒａｉｌ）”エンジンのカムシャフトどうしを接続するために用いた。試験を行ったところ、二つのシャフト間で、タイミングエラーは３０００ｒｐｍで最大０．５°であった。また、従来のベルトとプーリー（ＲＨＰ標準プロファイル）を使用した以外は同等の条件で試験を行ったところ、エラーは最大で０．９５°であった。

従来型のプロファイルを用いたオイルの存在下での用途においてタイミングエラーが増大するのは、かみ合い領域においてオイルギャップが存在することにより、ベルト／プーリー間の摩擦係数が減少するためである。

フッ素系プラストマーをベースとする耐性層を使用すると、摩擦係数をさらに減少させることになるが、ベルトの歯部とプーリーの間のかみ合いを非常に正確にすることが可能になる。すなわち、ベルトの持続時間を犠牲にすることなく、クリアランスを減少あるいはゼロにすることができる。

したがって、前記の層の使用と歯部間の連結の正確さを組み合わせることにより、既知の技術の問題を予想以上に解決することができる。

さらに、この層はベルトをオイル浸透から保護し、それによりその侵攻的作用、特にエラストマー材料と耐性挿入部間の接着への悪影響を制限する。

最後に、前記ドライブは特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱しない範囲で、変形および変更を行ってもよいことは明らかである。

特に、ベルト本体を構成する材料、耐性挿入部、被覆布、および歯部のプロファイルは変更が可能である。

本発明によるベルトドライブの概略図である。 本発明によるベルトドライブの部分斜視図である。 本発明による、ベルトの参照プロファイルとドライブのプーリーの参照プロファイルの比率を示した図である。

Claims (10)

1. それぞれが歯部を有する少なくとも一対のプーリー（５，６）と、該プーリーとかみ合う歯付きベルト（１０）とを備えた、オイル存在下で用いられる歯付きベルトドライブであって、
   前記ベルト（１０）がエラストマー材料でできた本体（１２）と、該本体に埋め込まれた複数の糸状の耐性挿入部（１３）と、被覆布（１５）を設けた歯部とを備えた歯付きベルトドライブにおいて、
   前記ベルトの歯部（１４）および前記各プーリー（５，６）の歯部（２５）がそれぞれ無限曲率半径ピッチ線を有する参照プロファイルを有し、前記ベルトの参照プロファイルの歯（２０）と一プーリーの参照プロファイルの溝（２９）との間の横方向クリアランスが、前記歯（２０）の高さの１／５から４／５の範囲にあるそれぞれの側部（２２，３１）の少なくとも中間部分において、−０．１ｍｍと＋０．１５ｍｍの間となるようにしたことを特徴とし、
   かつ前記被覆布（１５）がエラストマー材料と添加されるフッ素系プラストマーを含む耐性層（１８）で覆われていることを特徴とする、歯付きベルトドライブ。
2. 前記クリアランスが−０．５ｍｍと＋０．１０ｍｍの間であることを特徴とする請求項１に記載のドライブ。
3. 前記クリアランスが実質的にゼロに等しいことを特徴とする請求項１に記載のドライブ。
4. 前記耐性層（１８）において、前記フッ素系プラストマーの質量が前記エラストマー材料に対して大きいことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のドライブ。
5. 前記フッ素系プラストマーがポリテトラフルオロエチレンをベースとする化合物であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のドライブ。
6. 前記耐性層を形成するために前記フッ素系プラストマーが混合される前記エラストマー材料が、ＨＮＢＲを含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のドライブ。
7. 前記エラストマー材料がポリメタクリル酸の亜鉛塩で変性されたＨＮＢＲであることを特徴とする、請求項６に記載のドライブ。
8. 前記ベルト（１０）の前記耐性挿入部（１３）が、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、炭素繊維、およびＰＢＯ繊維からなる群より選択される少なくとも１種の材料によって構成されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載のドライブ。
9. 前記耐性挿入部（１３）がガラス繊維および炭素繊維を含むことを特徴とする前記請求項８に記載のドライブ。
10. 前記耐性挿入部（１３）がニトリル基を含むモノマーとジエンから形成されたラテックスを含むＲＦＬで処理されていることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載のドライブ。

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