JP2965403B2

JP2965403B2 - 高負荷伝動用歯付ベルト

Info

Publication number: JP2965403B2
Application number: JP26774991A
Authority: JP
Inventors: 英昭川原
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 1991-10-16
Filing date: 1991-10-16
Publication date: 1999-10-18
Anticipated expiration: 2014-10-18
Also published as: JPH05106689A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ポリウレタン樹脂製
のベルト本体に抗張体としてアラミド繊維心体を埋設し
てなる高負荷伝動用歯付ベルトの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、工作機械や成形機等の大型加
工機の駆動用として高負荷伝動用歯付ベルトが用いられ
ている。従来は、ゴム中に抗張体としてのガラス繊維心
体を埋設し、歯部表面をナイロン織布で補強した構造の
歯付ベルトが使用されていた。ところが、近年、さらに
高負荷条件で使用できる歯付ベルトの要求が高まってき
ており、これを受けてゴムよりも強度のあるポリウレタ
ン樹脂を用い、そのポリウレタン樹脂のベルト本体中に
アラミド繊維の心体を埋設し、さらに歯部を織布や不織
布で補強することにより、高負荷条件に対応させる試み
がなされている。

【０００３】ところで、歯付ベルトが寿命に至る破損モ
ードは大きく分けて２つあり、歯部剪断及びベルト切断
である。前者の歯部剪断寿命を向上させるには、負荷が
加わってもベルト歯のピッチを正確に保てるようベルト
引張弾性率を高くすることが重要であり、かつ荷重を受
ける歯部の疲労強度を高くすることが必要である。ま
た、後者のベルト切断寿命を向上させるには、小径のプ
ーリに巻き掛けられてベルトが繰返しの屈曲を受けたと
きの心体疲労を小さくすることが必要とされる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のポリウレタン樹
脂製歯付ベルトに関しては、抗張体を構成する心体がガ
ラス繊維から高弾性率のアラミド繊維に変えられ、ベル
ト本体のゴムがポリウレタン樹脂とされることによっ
て、ベルト引張弾性率及び歯部疲労強度は従来に比べ大
幅に改善され、この結果、歯部剪断寿命を飛躍的に向上
させることができる。

【０００５】しかし、反面では、心体を高弾性率にした
ことで、心体の屈曲疲労は従来よりも若干悪くなる問題
が生じる。従って、高負荷ポリウレタン樹脂製歯付ベル
トの使用範囲として、小プーリではあまり使用でき
ず、また高速では屈曲の繰返し数が多くなるので使用
できない等、使用範囲が限定されているのが現状であ
る。特に小プーリで使用できないという制約は大型の加
工機では大きな欠点であり、プーリが大きくならざるを
得ないことで、ベルト伝動系で大きなスペースをとって
しまい、装置自体が大きくなるという問題がある。

【０００６】この発明はこれらの問題を解決するために
なされたもので、その目的は、上記アラミド繊維心体の
構成を改良することで、ポリウレタン樹脂製歯付ベルト
の歯部剪断寿命を向上させつつ、ベルト切断寿命をも向
上させて、小プーリや高回転でも使用できるようにする
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１の発明では、ベルトヤング率を増大させる
ことで、歯部の剪断寿命が延びることを見出だし、この
ベルトヤング率の増大と屈曲疲労性とを両立させるため
に、ポリウレタン樹脂製歯付ベルトに抗張体として埋設
されるアラミド繊維心体のフィラメントデニール、総デ
ニール数、心体上撚り本数、下撚り係数、上撚り係数、
ベルト幅に対する心体占有率を特定するようにした。

【０００８】すなわち、この発明では、内面に等ピッチ
間隔の歯部を有するポリウレタン樹脂からなるベルト本
体に、上記歯底部に沿って抗張体としてのアラミド繊維
心体が埋設され、歯部に織布、編布、不織布等の補強材
層が形成された高負荷伝動用歯付ベルトにおいて、上記
アラミド繊維心体を、フィラメントデニールが０．９ｄ
ｅ〜１．６ｄｅであるフィラメントを、ベルト歯ピッチ
Ｐ（単位mm）に対して１６．３Ｐ²＜ｄ＜２４．５Ｐ²
のデニール数ｄとなるように数百から数千本束ねたフィ
ラメント束が下撚り係数１．２〜４．２で下撚りされて
なる下撚り糸を、５本引き揃えて下撚り方向とは逆方向
に上撚り係数で３．２〜４．２で上撚りすることで、心
体総デニール数Ｄが８２Ｐ²＜Ｄ＜１２２Ｐ²とし、か
つベルト幅に対する心体占有率７５〜９５％で歯底部に
沿って埋設する。

【０００９】請求項２の発明では、上記ベルト歯高さｈ
（単位mm）をプーリ溝深さＨ（単位mm）に対し１．００
Ｈ＜ｈ＜１．０２Ｈとする。

【００１０】請求項３の発明では、上記アラミド繊維心
体を、加熱延伸により結晶の配向角度が約９°とされた
アラミド繊維で構成する。

【００１１】

【作用】請求項１の発明では、ベルト抗張体としてのア
ラミド繊維心体は、フィラメントデニールが０．９ｄｅ
〜１．６ｄｅであるフィラメントが数百から数千本束ね
られて下撚りされてなる下撚り糸を下撚り方向と逆方向
に上撚りしてなり、下撚り糸の上撚り係数が３．２〜
４．２であるので、ベルトのヤング率と屈曲疲労性とを
両立させることができる。

【００１２】そのとき、下撚り糸の下撚り係数は１．２
〜４．２であるので、心体自身の捩れのバランスの悪化
によるベルトの蛇行を招くことがないとともに、下撚り
係数が大きくなることによるベルトヤング率の低下を防
止できる。

【００１３】また、下撚り糸が５本引き揃えられて上撚
りされているので、ベルトヤング率を確保しつつ、屈曲
疲労性を向上させることができる。また、ベルト歯部の
ピッチＰに関し、アラミド繊維心体における下撚り糸デ
ニール数ｄが１６．３Ｐ²＜ｄ＜２４．５Ｐ²であり、
心体総デニール数Ｄが８２Ｐ²＜Ｄ＜１２２Ｐ²である
ので、これら限定によってもベルトヤング率と屈曲疲労
性とを両立させることができる。

【００１４】また、ベルト幅に対する心体占有率が７５
〜９５％であるので、十分な弾性率が得られ、かつ歯部
と抗張体層との間で層間剥離を起こし難くなり、歯部剪
断寿命を長くすることができる。

【００１５】以上により、ベルトヤング率の増大により
歯部の剪断寿命の向上と屈曲疲労性の向上とが両立で
き、ポリウレタン樹脂製の高負荷伝動用歯付ベルトにお
ける歯部剪断寿命を向上させつつ、ベルト切断寿命を向
上させて小プーリや高回転での使用を可能とすることが
できる。

【００１６】請求項２の発明では、上記ベルト歯高さｈ
がプーリ溝深さＨに対し１．００Ｈ＜ｈ＜１．０２Ｈで
あるので、ベルトに初張力を与えた状態で、ベルト歯底
部がプーリ歯頂部に接触し、正規な噛合状態を得ること
ができ、屈曲疲労性を向上させることができる。

【００１７】請求項３の発明では、上記心体におけるア
ラミド繊維の結晶の配向角度が約９°とされているの
で、上記各効果が有効に得られる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例に係る高負荷伝動用の歯
付ベルトＢを示し、このベルトＢは、基本的には従来の
歯付ベルトと同様の構成で、内面にピッチＰの間隔の歯
部２，２，…を有するベルト本体１を備え、そのベルト
本体１の各歯部２の底部に沿って抗張体としてのアラミ
ド繊維からなる心体３が埋設されている。ベルト本体１
はＪＩＳ／Ａ硬度８５°〜９３°のポリウレタン樹脂か
らなる。また、各歯部２には織布、編布、不織布等から
なる補強材層４が形成されている。

【００１９】そして、本発明の特徴とするところは、上
記抗張体を構成するアラミド繊維心体３の構成にある。
すなわち、上記アラミド繊維心体３の総デニール数Ｄ
（デニール）は、ベルトＢの歯ピッチＰ（単位mm）に関
し、８２Ｐ²＜Ｄ＜１２２Ｐ²の範囲である。また、フ
ィラメント束デニール数ｄ（単位デニール）は、同様に
１６．４Ｐ²＜ｄ＜２４．４Ｐ²の範囲である。このフ
ィラメント束を下撚り係数１．２〜４．２で下撚りして
下撚り糸３ａを形成し、さらに、この下撚り糸３ａを図
３（ｂ）に示すように５本引き揃えて下撚りとは逆方向
に上撚り係数３．２〜４．２で上撚りし、総デニール数
Ｄが上記範囲の心体３とする。この心体３を占有率７５
〜９５％で歯部２の底部に沿って埋設した構成である。

【００２０】さらに、図２は上記歯付ベルトＢが巻き掛
けられる歯付プーリ１１を示し、このプーリ１１は外周
に等ピッチ間隔の歯部１２，１２，…を有し、この歯部
１２，１２間にベルト歯部２が噛み合わされる溝部１３
が形成されている。そして、このプーリ１１の溝深さＨ
（単位mm）に対し、上記ベルトＢの歯部２の高さｈ（単
位mm）は１．００Ｈ＜ｈ＜１．０２Ｈに設定されてい
る。

【００２１】また、より好ましくは、上記アラミド繊維
は加熱延伸により、結晶の配向角度を約９°としたもの
を用いる。

【００２２】以下に、上記数値限定した理由についてそ
れぞれ順に詳細に説明する。まず、ベルト本体１を構成
するポリウレタン樹脂の硬度は８５°〜９３°で構成す
る。高負荷条件において、ベルトＢの耐久寿命を高める
には、ポリウレタン樹脂には十分な強度が要求される。
しかし、硬度９３°を越える硬さでは、小プーリへの巻
付きを繰り返すことにより、ベルト背面部に割れが生じ
易く、割れの進展によりベルト切断の危険性がある。ま
た、硬度８５°を下回る硬さでは歯部の強度不足であ
り、耐久寿命が短くなる。よってポリウレタン樹脂の硬
度は８５°〜９３°とする必要がある。

【００２３】また、抗張体はアラミド繊維心体３を用い
る。アラミド繊維はガラス繊維よりも弾性率が高いの
で、負荷が加わったとき、ベルト歯のピッチをより正確
に保つことができる。

【００２４】さらに、ベルト歯部２には織布、編布、不
織布等の補強材層４を設けることによって、歯部２の疲
労強度を高くすることができる。

【００２５】ここで、図５にベルトヤング率を変えるこ
とによる負荷耐久性評価結果を示す。試験装置は図４の
構成であり、１対の歯付プーリ１１，１１間に歯付ベル
トＢを巻き掛けたものである。ベルトＢは、歯部２のピ
ッチＰがＰ＝１４mm、ベルト本体１のポリウレタン樹脂
の硬度が９０°、歯部２が不織布で補強され、歯部２の
形状が円弧歯形であり、歯高さｈがｈ＝４．６５mm、ア
ラミド繊維心体３の抗張体を有し、歯数１００^Tのもの
を使用した。また、各プーリ１１は２８^T−２８^Tで、
歯溝深さＨがＨ＝４．９５mmのものを用いた。また、プ
ーリ回転数は１９００rpm 、負荷トルクは１５kgfmで、
ベルト幅が１５mm及び１２mmの２種類について行った。
ベルトヤング率の変量は上記アラミド繊維心体３の総デ
ニール数、撚り係数、加熱延伸処理により行った。心体
３のピッチは全て２．５mmである。撚り係数ＴＭは次式
で表される。

【００２６】ＴＭ＝ｔ・ｄ^1/2／Ｋ但し、ｔ：１インチ当りの撚り回数ｄ：コードのデニールＫ：素材定数（アラミド繊維は６８）アラミド繊維はＰＰＴＡ（ポリパラフェニレンテレフタ
ルアミド繊維）で結晶の配向角度ＯＡが約１５°のもの
と、これを約５％加熱延伸して配向角度ＯＡを約９°に
したものとの２種類を用いた。ベルトヤング率は、引張
試験機に２８^T−２８^Tプーリを装着し、ベルトＢを巻
き掛けて引張速度５０mm／min で測定した。尚、ベルト
Ｂは断面が一様材料でないので、便宜上、弾性率Ｅに断
面積Ａを掛けた値ＡＥをベルトヤング率とした。心体３
はフィラメントデニール１．４ｄｅのものと２．２５ｄ
ｅのものとの２種類を用いた。心体３の構成は、上記フ
ィラメントを束ねたフィラメント束を上記の撚り係数Ｔ
Ｍにて下撚りし、さらに、この下撚り糸を数本引き揃え
て下撚りとは逆方向に下撚り係数と同じ撚り係数ＴＭに
て上撚りしたものを用いた。図５に示されるとおり、ベ
ルト耐久寿命は、ヤング率を高くすることで飛躍的に向
上する。

【００２７】次に、図６に屈曲疲労性評価結果を示す。
このときの試験装置は基本的に図４のものと同様で、両
プーリ１１，１１を上下に配置し、一方のプーリ１１に
８０Kgf の重量を加えてベルト張力を付与する。プーリ
１１は１８^T−１８^T、ベルト幅は１５mm、プーリ回転
数３６００rpm で、無負荷走行とした。その他は図５の
試験時と同じで、心体撚り係数ＴＭ＝３．４，４．８の
２種類のものについて行った。図６のとおり、屈曲後の
強力は屈曲回数１０⁷付近より急激な低下傾向を示す。
市場での使用条件は様々であるが、およそ１０⁸〜２×
１０⁸回程度が目安とされる。従って、ベルトＢが切断
することなく走行するためには、１０⁸回で約５０％の
強力保持率を有していれば問題はない。図６に示す屈曲
疲労性の低下傾向より、２×１０⁷回で約８０％の強力
保持率を有していれば、１０⁸回で５０％の強力保持率
が推定できる。よって２×１０⁷回で８０％の強力保持
率を１つの指標と考える。

【００２８】この考えに基づくと、撚り係数ＴＭ＝４．
８のものは、１８^Tプーリでも使用できる。しかしなが
ら、図５に示すとおり、撚り係数ＴＭ＝４．８では、ベ
ルトヤング率が不十分であるので歯部剪断寿命が低い。
このようにベルト寿命を向上させつつ、小プーリで使用
するには、適切な心体の仕様を選定することにより、ベ
ルトヤング率と屈曲疲労性とを両立させなければならな
いことが判る。

【００２９】ベルトヤング率と屈曲疲労性とを両立させ
るために、心体３の上撚り係数をＴＭ＝３．２〜４．２
としている。図７に撚り係数の変化によるベルトヤング
率及び屈曲疲労性の変化を示す。図７に示すとおり、撚
り係数ＴＭ＝２．０ではヤング率は高いが、屈曲疲労性
は非常に低い。また、撚り係数ＴＭ＝４．８では屈曲疲
労性は高いが、ヤング率が低くなる。ヤング率と屈曲疲
労性とを両立させるためには、撚り係数はＴＭ＝３．２
〜４．２の範囲であることが必要である。図７に示す試
験は、上撚りと下撚りとを逆方向に撚り係数を同じにし
て行った。ゴムベルトの場合、下撚り糸間の摩耗が強力
低下に大きく影響するため、上撚りと下撚りとを逆方向
に撚ると、下撚り糸間のフィラメントの交差角度が大き
くなり、より摩耗し易くなるという問題があるが、ポリ
ウレタン樹脂ベルトの場合には、下撚り糸間にポリウレ
タン樹脂が十分に充填しており、下撚り糸同士の摩耗に
よる強力低下は殆ど起きないので、下撚り係数はベルト
屈曲疲労性にあまり影響しない。一例として、下撚り糸
デニール数４５００デニール、上撚り本数５、上撚り係
数ＴＭ＝３．４で下撚りなしとして、図７と同条件にて
屈曲疲労性を調べたところ、強力保持率は５８％であっ
た。図７に示す上下撚り係数ＴＭ＝３．４のものが強力
保持率６０％であったので、殆ど下撚り係数が影響して
いないことが判る。但し、下撚り係数は、大きくなるほ
どベルトヤング率が下がる傾向にあるので、最大でも上
撚り係数と同じまでとする。また、あまり小さいと、心
体自身の捩れのバランスが悪くなるので、ベルトの蛇行
を引き起こす虞れがある。従って下撚り係数はＴＭ＝
１．２〜４．２の間で設定している。

【００３０】次に、心体上撚り本数を５本とした理由に
ついて説明する。図８に心体上撚り本数の変化に対する
ベルトヤング率及び屈曲疲労性の変化特性のグラフを示
す。他の要因を取り除くために、総デニール数を２８４
００〜２９８２０デニールと略一定にし、撚り係数をＴ
Ｍ＝３．４に固定し、フィラメントデニールを１．４ｄ
ｅに固定して、上撚り本数と下撚り糸デニール数（フィ
ラメント数）との比率を変えることにより、上撚り本数
を変更した。アラミド繊維の伝動ベルト用撚り心体とし
ては上撚り３本が最も多く用いられている。これは、図
３（ａ）に示すように、下撚り糸３ａにとって最も安定
した構成であるので、下撚り糸３ａの引揃えが最もよ
く、この結果、強力や弾性率の変動が小さくて信頼性に
優れる理由による。この次に安定した本数は図３（ｂ）
に示す５本撚りである。この５本撚りは、３本撚りほど
ではないがかなり安定した構成であるので、一部に用い
られている。さらに、図３（ｃ）に示す６本撚りやこれ
以上の本数は、極めて不安定な構成であり、下撚り糸３
ａの引揃えが悪くて信頼性に劣るため、殆ど使用されて
いない。図８のとおり、５本撚りは３本撚りに比べベル
トヤング率については大差ないが、屈曲疲労性が著しく
高い。また、７本撚り以上では屈曲疲労性は良いが、弾
性率が大きく低下する傾向を示す。さらに、６本撚りで
は、上記のように強力や弾性率の変動が大きく、信頼性
に問題がある。従って、心体上撚り本数は５本とする。

【００３１】次に、図９にフィラメントデニールの変化
によるベルトヤング率及び屈曲疲労性の変化特性のグラ
フを示す。他の要因を取り除くために、総デニール数Ｄ
を２８４００デニールに固定して、撚り係数をＴＭ＝
３．４、上撚り本数を５本と一定にし、下撚りフィラメ
ント数の変更により、下撚り糸デニール数を揃えてフィ
ラメントデニールを変量させた。図９のとおり、フィラ
メントデニールが１．４ｄｅのものは同２．１ｄｅのも
のに比べ１２％も保持率が高い。図９によりフィラメン
トデニールは１．６ｄｅ以下がよいことが判る。但し、
フィラメントデニールが０．９ｄｅを下回るものは、繊
維の製造上、安定したデニールが得られず、信頼性に欠
けるため、実質的には使用できない。従って、フィラメ
ントデニールは０．９〜１．６ｄｅが選定される。

【００３２】次に、図１０にベルト歯高さの変化による
屈曲疲労性の変化特性のグラフを示す。このとき、心体
の仕様はフィラメントデニール１．４ｄｅ、下撚り糸デ
ニール数５６８０ｄｅ、下撚り係数ＴＭ＝３．４、上撚
り本数５、撚り係数ＴＭ＝３．４に固定し、ベルト歯高
さのみ変量した。図１０のように歯高さｈに対し６％の
隙間のあく設計に対し、±０％では１２％保持率が良く
なる。さらに１％圧縮させれば８％良くなる。ベルト歯
高さをプーリ溝深さよりも高くすると、静的にベルトＢ
をプーリ１１に巻き付けた状態では歯先当りとなり、ベ
ルト歯底部はプーリ歯頂部より浮き上がった状態となる
が、圧縮率２％以内であれば、初張力を与えることで沈
み込んで接触し、正規な噛合いとなる。しかし、ベルト
歯高さを２％以上大きくすると、初張力を与えても浮き
上がった状態となってしまい、ＰＬＤ（ピッチラインデ
ィフレンス）が合わないために、ベルトとプーリとが噛
合い不良となってしまう。従って、ベルト歯高さｈはプ
ーリ溝深さＨに対し、１．００Ｈ＜ｈ＜１．０２Ｈの範
囲とすることが好ましい。これまでポリウレタン樹脂歯
付ベルトは、その殆どがＨ＞ｈで設定されていたが、上
記の範囲とすることにより、屈曲疲労性を向上させるこ
とができる。

【００３３】次に、図１１に心体総デニール数Ｄの変化
によるベルトヤング率及び屈曲疲労性のグラフを示す。
他の要因を取り除くために、フィラメントデニール１．
４ｄｅ、上撚り本数５本、撚り係数ＴＭ＝３．４、ベル
ト歯高さを５．００mmに固定して、下撚り糸デニール数
ｄを変えることにより、心体総デニール数Ｄを変量させ
た。また、心体総デニール数Ｄを小さくすれば、単位幅
当り多くの心体を埋設できるということを考慮して、心
体の占有率を約８５％に固定した。上記占有率とは、ベ
ルト幅に対して心体部分の占める割合で、占有率（％）＝（Ｃｐ／Ｃｄ）×１００但し、Ｃｐ：心体ピッチＣｄ：心体径（mm）で算出される。上記心体径Ｃｄは、Ｃｄ＝２｛１６×Ｄ／（π³×９×１０³×Ｓ）｝1/2 但し、Ｄ：総デニール数Ｓ：比重（ＰＰＴＡは１．４４〜１．４７）で算出される。この心体占有率は７５〜９５％に設定す
る。つまり、７５％以下の占有率では、十分な弾性率が
得られない一方、９５％を越えると、歯部２と抗張体層
との間で層間剥離を起こし易く、逆に歯部剪断寿命が短
くなってしまうからである。

【００３４】再び図１１に戻り、ベルトヤング率につい
ては、総デニール数Ｄが１６０００デニール以上有れ
ば、ヤング率７５００kgf ／１５幅以上は保持できるの
で、高い歯部剪断寿命を保つことができる。逆に、屈曲
疲労性については、総デニール数Ｄが２４０００以下で
あれば、強力保持率は８０％程度あるので、１０⁸回の
屈曲でも５０％の保持率が推定できる。従って、１４mm
ピッチの歯付ベルトでは、心体総デニール数ＤはＤ＝１
６０００〜２４０００デニールの範囲で設定される。さ
らに、上撚り本数が５本であるため、下撚り糸デニール
数ｄはｄ＝３２００〜４８００の範囲で設定される。

【００３５】ここで、歯付ベルトは同タイプでも負荷ト
ルクに応じて異なる幾つかの歯ピッチがある。例えば歯
ピッチは上記１４mmの他に１１mm、８mm、５mm、３mm等
が工業化されている。歯付ベルト心体の改良をする場
合、上記の撚り係数に関しては、どのピッチにも適用で
きるものであるが、上記総デニール数Ｄや下撚り糸デニ
ール数ｄについては各ピッチに応じて設定されるもので
ある。本発明は、１４mmピッチの歯付ベルトだけを対象
にしたものではなく、どのピッチにおいてもベルトヤン
グ率を高くしつつ屈曲疲労性を向上させることで、より
小プーリで使用できるようにした改良である。一般に、
同タイプの歯付ベルトでピッチが異なる場合、ベルト形
状はピッチに比例して略相似的に変化している。よっ
て、総デニール数Ｄや下撚り糸デニール数ｄは、ベルト
ピッチＰの２乗×定数によって一般化できる。

【００３６】したがって、総デニール数Ｄは、上記の如
く１４mmピッチの歯付ベルトにおいて、Ｄ＝１６０００
〜２４０００デニールにより一般化して、８２Ｐ²＜Ｄ
＜１２２Ｐ²の範囲で設定される。同様に、下撚り糸デ
ニール数ｄは１４mmピッチでｄ＝３２００〜４８００ｄ
ｅにより一般化して、１６．３Ｐ²＜ｄ＜２４．５Ｐ²
の範囲で設定される。

【００３７】例えば、８mmピッチの歯付ベルトの場合、
総デニール数ＤはＤ＝５２００〜７８００ｄｅ、下撚り
糸デニール数ｄはｄ＝１０５０〜１５６０デニールの間
で設定される。

【００３８】以上のように構成された歯付ベルトＢで
は、ベルトヤング率の増大により歯部２の剪断寿命の向
上と屈曲疲労性の向上とが両立でき、ベルトにおける歯
部剪断寿命を向上させつつ、切断寿命を向上させて小プ
ーリや高回転での使用を可能とすることができる。

【００３９】（具体例）この発明が非常に有効であるこ
とを説明するために、本発明例及び幾つかの比較例につ
いて、負荷耐久性及び屈曲疲労性の評価結果を示す。負
荷耐久性の評価試験では、図５と同条件でベルト幅を変
量して行った。屈曲疲労性の評価試験では、プーリ歯数
を１８^T−１８^T、２２^T−２２^T、２８^T−２８^Tと
変量させ、その他の条件は図７と同一で行った。

【００４０】ベルトは全て１４mmピッチの歯付ベルト
で、その歯数は１００^T、歯形は円弧状歯形とした。本
発明例及び比較例１，２はポリウレタン樹脂製ベルト
で、その硬度は全て９０°であり、心体がアラミド繊維
である。

【００４１】本発明例の心体はＰＰＴＡで、結晶の配向
角度ＯＡ＝約１５°の原糸を約５％加熱延伸すること
で、配向角度ＯＡを約９°としたアラミド繊維を使用し
た（これは、東レ・デュポンケブラー社より「ケブラー
４９」という商品名で市販されている）。フィラメント
デニールは１．４デニールのもので、下撚り糸デニール
数ｄはｄ＝４５６０デニールとした（市販の原糸デニー
ル数１１４０ｄｅのものを４本束ねて使用した）。これ
を下撚り係数ＴＭ＝３．４で下撚りし、上撚り本数５本
でＴＭ＝３．４で上撚りしたものを用いた。心体ピッチ
は２．２mmで占有率８６％とした。

【００４２】比較例１の心体は、結晶配向角度ＯＡが本
発明例と同じ９°のアラミド繊維で、そのフィラメント
デニールは１．４ｄｅ、下撚り糸デニール数ｄ＝５６８
０ｄｅ（１４２０ｄｅ×４本）、上撚り本数５、撚り係
数ＴＭ＝３．４、心体ピッチＣｐ＝２．５mmで占有率８
５％とした。比較例２の心体は、結晶配向角度ＯＡ＝１
５°のアラミド繊維（東レ・デュポンケブラー社製の商
品名「ケブラー２９」）で、フィラメントデニール２．
２５ｄｅ、下撚り糸デニール数ｄ＝４５００ｄｅ（２２
５０ｄｅ×２本）、上撚り本数５、撚り係数ＴＭ＝４．
８、心体ピッチＣｐ＝２．５mm、占有率７６％である。

【００４３】また、比較例３はゴム製ベルトで、心体は
ガラス繊維であり、これは広く一般に使用されている。

【００４４】図１２に各ベルトの幅変量時の負荷耐久性
のグラフを示す。図１２に示すとおり、市販されている
比較例３のゴムベルトに対し、本発明例及び比較例１，
２では非常に耐久寿命が長くなっている。これはベルト
主体を疲労強度の高いポリウレタン樹脂とし、さらに歯
部を繊維補強したためである。さらに、本発明例及び比
較例２では、比較例３に比べ耐久寿命が数倍上昇してい
る。これはベルトヤング率を大幅に増大させたことによ
る。尚、本発明例及び比較例２はヤング率が互いに近
く、このことにより耐久寿命も近いところにある。

【００４５】図１３に各ベルトのプーリ歯数変量による
屈曲疲労性のグラフを示す。図１３に示すとおり、本発
明例及び比較例２は１８^Tプーリでも強力保持率が８０
％以上あるので、１８^Tの小プーリで支障なく使用でき
る。比較例１は歯部剪断の耐久寿命が長いが、２８^Tプ
ーリ以上でなければ使用できない。市販のゴムベルト
（比較例３）はさらに悪い結果となっている。

【００４６】したがって、このように、本発明例のみが
歯部剪断の耐久寿命も長く、かつ屈曲疲労性も良いの
で、小プーリでかつ高負荷条件で使用することができる
ことが裏付けられた。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
よると、ポリウレタン樹脂からなるベルト本体に、その
歯底部に沿って抗張体としてアラミド繊維心体が埋設さ
れ、歯部に織布等の補強材層を有する高負荷伝動用歯付
ベルトにおいて、フィラメントデニールが０．９ｄｅ〜
１．６ｄｅであるフィラメントを、ベルト歯ピッチＰ
（単位mm）に対して１６．３Ｐ²＜ｄ＜２４．５Ｐ²の
デニール数ｄとなるように数百から数千本束ねたフィラ
メント束が下撚り係数１．２〜４．２で下撚りされてな
る下撚り糸を、５本引き揃えて下撚り方向とは逆方向に
上撚り係数で３．２〜４．２で上撚りすることで、心体
総デニール数Ｄが８２Ｐ²＜Ｄ＜１２２Ｐ²である上記
アラミド繊維心体を構成し、そのアラミド繊維心体をベ
ルト幅に対する心体占有率７５〜９５％で歯底部に沿っ
て埋設したものであるので、ベルトヤング率の増大によ
り歯部の剪断寿命の向上と屈曲疲労性の向上とを両立
し、歯部剪断寿命が長く、しかも屈曲疲労性が高くて小
プーリや高回転でも好適に使用できるポリウレタン製の
高負荷伝動用歯付ベルトが実現できる。

【００４８】また、請求項２の発明によれば、上記ベル
ト歯高さｈをプーリ溝深さＨに対し１．００Ｈ＜ｈ＜
１．０２Ｈとしたので、ベルト溝部とプーリ歯部との正
規な噛合状態を得ることができ、屈曲疲労性をさらに向
上させることができる。

【００４９】請求項３の発明によれば、上記心体におけ
るアラミド繊維の結晶の配向角度を約９°としたので、
上記効果が有効に得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る歯付ベルトを部分的に示
す正面図である。

【図２】プーリの一部を示す正面図である。

【図３】撚り本数の変化を示す心体の断面図である。

【図４】ベルト試験機の概略図である。

【図５】ベルトのヤング率の変化と耐久性との関係を示
す特性図である。

【図６】屈曲疲労性の評価を示す特性図である。

【図７】心体の撚り係数の変化とベルトヤング率及び屈
曲疲労性との関係を示す特性図である。

【図８】心体の上撚り本数の変化とベルトヤング率及び
屈曲疲労性との関係を示す特性図である。

【図９】心体フィラメントデニールの変化とベルトヤン
グ率及び屈曲疲労性との関係を示す特性図である。

【図１０】ベルト歯高さの変化と屈曲疲労性との関係を
示す特性図である。

【図１１】心体総デニール数の変化とベルトヤング率及
び屈曲疲労性との関係を示す特性図である。

【図１２】本発明の具体例におけるベルト幅の変化と負
荷耐久性との関係を示す特性図である。

【図１３】本発明の具体例におけるプーリ歯数の変化と
屈曲疲労性との関係を示す特性図である。

【符号の説明】

Ｂ歯付ベルト１ベルト本体２歯部３心体３ａ下撚り糸４補強材層１１歯付プーリＰ歯部のピッチｄ下撚り糸デニール数Ｄ心体総デニール数ｈベルト歯高さＨプーリ溝深さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16G 1/00 - 5/20 D02G 1/00 - 3/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】内面に等ピッチ間隔の歯部を有するポリ
ウレタン樹脂からなるベルト本体に、上記歯底部に沿っ
て抗張体としてのアラミド繊維心体が埋設され、歯部に
織布、編布、不織布等の補強材層が形成された高負荷伝
動用歯付ベルトにおいて、上記アラミド繊維心体は、フィラメントデニールが０．
９ｄｅ〜１．６ｄｅであるフィラメントを、ベルト歯ピ
ッチＰ（単位mm）に対して１６．３Ｐ²＜ｄ＜２４．５
Ｐ²のデニール数ｄとなるように数百から数千本束ねた
フィラメント束が下撚り係数１．２〜４．２で下撚りさ
れてなる下撚り糸を、５本引き揃えて下撚り方向とは逆
方向に上撚り係数で３．２〜４．２で上撚りすること
で、心体総デニール数Ｄが８２Ｐ²＜Ｄ＜１２２Ｐ²と
されており、かつベルト幅に対する心体占有率７５〜９
５％で歯底部に沿って埋設されていることを特徴とする
高負荷伝動用歯付ベルト。
【請求項２】ベルト歯高さｈ（単位mm）がプーリ溝深
さＨ（単位mm）に対し１．００Ｈ＜ｈ＜１．０２Ｈとさ
れていることを特徴とする請求項１記載の高負荷伝動用
歯付ベルト。
【請求項３】アラミド繊維心体は、加熱延伸により結
晶の配向角度が約９°とされたアラミド繊維からなるこ
とを特徴とする請求項１又は２記載の高負荷伝動用歯付
ベルト。