JPS58203249A - 歯付きベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は運動同期伝達用歯付・きベルトに関し、特に所
要特性を有する材料を組合せて既知のベルトより優れた
特性を有する歯付ベルトを提供する。

歯付きベルトの性能を向上させるための現在の方法はベ
ルト歯型、歯のピンチ、歯補強材料、エラストマーの組
成、スプロケットの形状等を変化させる。この変更に応
答して、はルトの負荷支持寿命は僅に改善される。各種
のベルト歯型が提案されているが、概略として、長手方
向断面が米国特許２５０７８５２号に記された梯形、米
国特許！１７５６０９１号、４０３７４８５号に記され
だ円又は曲線形米国特許３９７７２６５号に記された切
頭円形がある。小馬力伝達用以外に使用される歯付きベ
ルトの９０％以上は、ゴム、合成ゴム又はその混合物の
エラストマーのマトリックスによって外層と歯付きの内
層を形成し、内外層間に引張部材を形成するためにらせ
ん状に巻いたケーブル又はコードを介挿する。外層には
布補強材を埋めこむものがあり、ベルト歯を形成する内
層外面に沿って布補強材を埋込み、耐摩耗面を形成する
と共に歯の剪断強度を大にする。内面表面に沿って面被
覆したベルトの例として、米国特許２５０７８５２号、
４０６７４８５号、３９３７０９４号、３９６４３２８
号がある。

米国特許６９ろ７０９４号の記載によれば、ベルト性能
と寿命の向上のため及び歯の剪断強度を高めるために歯
表面に２層を布を接着する。ベルト性能を向上する他の
技法はベルトのエラストマーを変える。例えばウレタン
製のベルトはゴム製のベルトに比較して寿命と馬力伝達
の点で向上し、ウレタンはゴムより強靭である。このベ
ルトの例は米国特許３９６４３２８号に示されている。

はｙ非伸長性の引張部材がこの種ベルトには必要であり
、歯間ピッチを保ってベルトがスプロケットにかみ合う
ようにする。しかし米国特許４０４７４４４号に記され
た通り、ある種の張力部材は非伸長性ではなく、ベルト
性能を向上するために駆動被動スプロケットのピッチを
変えてベルト長の変化、出力負荷の変化に適合させる。

現在のダム型歯付ベルトに使用されるファイバーガラス
はグレーダのヤング率１０Ｘ１０ｐｓ１（約７Ｘ　１０
５ｋｙｚｃｎ２）である。鯖にはヤング率２０Ｘ１０６
ｐｓｉ　（約１４×１０６１Ｋｇ１０６ｌの金属ケーブ
ルを引張部材として使用する。アラミド耕維はグレーグ
のヤング率９．　ＯＸ　１０６ｐｓｉ　（約６．３　Ｘ
　１０”ｋｌ？／ｃｍ’）であり、ゴム又はウレタンエ
ラストマー類の歯付ベルトに使用されている。

ニジストマー材料はどれであっても、ベルトの引張部材
はらせん状に巻いたコード又はケーブルとし、ベルト巾
の単位寸法当りのコードを所要数として並列させ、ベル
トは単位巾当りの引張弾性率を所要値としてベルト歪み
を制（財）し、所要の歯のピンチを保つ。歯付ベルトの
負荷支持寿命はコードの引張材料の種類にははｙ無関係
であり、最小引張骨性率を保たれれば十分である。コー
ト９から引張部材を形成する間にコート９を曲げ捩るた
め、通常はコードの引張強度は低下する。しかし、引張
部材は倒れもはＶ同様の手順で形成し、曲げ、捩りを受
けるため、比較のために次の実施例ではコードのみの特
性を記した。

実施例　１゜ 各種高強度引張部材材料が負荷支持寿命に対して効果の
ないことを示すために、はｙ同じ構造のイムベルトを製
造し、ベルト巾１１ｎ（約２５闘）当り９本の引張部材
を６種使用して試験した。

Ａ、　　１本当りの引張部材特性 材料　　　　イラメントの　　直径　　全線維　　コー
ト９ング率　　　　　　　　面積　　　１張強度グ１０
６ｐｓｉ　　ｉｎ　　　　ｉｎ２　　　　　　グｐｓｉ
１型 ガラスファイ　　　　　１０．０　　　　０．０９９　
　００３２５９　　１６２，６２７２型 アラミ白　　　　　　９．０　　　０．０７Ｂ　０．０
０２６９１　２９７２８７Ｂ、ベルト形状 ニジストマー：　ネオプレン（７０〜８０ジユロメータ
、少なくとも１００％ 伸びの引張弾性率４９０　ｐｓｉ （３４，５ｋｌ？／ｃＩｎ２）　） 歯　型：　梯型（ＨＭＡ・セクションＸ）（）歯ピッチ
：　　０，８７５ 歯面補強：　　０．０４５ｉｎ（１，１４＋ｍ）縮みナ
イロン布ベルト長：　　５　（Ｓ　ｉｎ（１４２，２ｃ
ｍ）ベルト巾：　　１　ｉｎ　（２，’５４ｃｒＩＬ）
Ｃ１引張部材材料による比較試験 ベルトをピッチ直径５．５７０ｉｎ（約１４１闘）の２
０歯のスプロケットで、１７５０　ｒｐｍ連続連続値力
値損するまで試験し、ベルトの負荷支持寿命に及ぼす引
張部材の効果を試験した。第４図に示す通り、引張部材
の強度はベルトの負荷支持寿命にほとん゛　ど影響しな
い。概略は、頂部中１１ｎ（約２５闘）のゴムベルトは
１０Ｈ）で１６００時間運転し、６０Ｈ：ｌでは２０時
ｌｉ１の運転を行った。すべてのベルトは°　ベルト歯
の損傷又は摩耗で破損した。既知の引張しい影響はない
ことは第４図から明らかである。

この理由は１１０１Ｐでの理論的なコード当りの張力は
１７．８１ｂｓ１８ｋｇ）Ｃ”あり３０）Ｐ−Ｃ−は３
倍即ち５３．４１ｂＳ　（約２４　ｋｇ）になる。この
負荷ハ１ｉｎ（２，５４Ｇ：ｎＬ）巾のベルトの９本の
コードの理論的グレーグ引張強度が４７７０１ｂＳ（約
２１００ゆ）に比較して著しく小さい。

実施例　２゜ 歯型がベルトの負荷支持寿命に対する影響を試験するた
めに丸型歯のゴムベルトを製造し、１１ｎ当り９本のフ
ァイルミーガラスの引張部材を巻いたもので試験した。

（ベルト４型） Ａ、　　１本当り引張部材特性 フィラメントヤング率、（グレーグ１０６ｐｓｉ）　：
　１０．０直径（ｉｎ　）　　　　　　　　　：　０．
０９９（２，５１ｍｍ）全繊維面積（ｉｎ　）　　　　
　　　　　：　０．００５２５９コ一ド引張強度（グレ
ーグＥ）８１）　　　：　１６２，６２７Ｂ−−＜ルト
形状 エラストマー：ネオプレン（７０〜８０ジユロメータ、
４９０ｐｓｉ引張強度、１００笈較）歯型二　円（米国
特許３７５６０９１）歯面補強：　　　０．０４５１ｎ
（１，１４ｍｍ）縮みナイロン布ベルト長：　　６３．
４ｉｎ（１６０ｃｒｒＬ）ベルト巾：　　１１ｎ（２，
５ｃＩｎ）Ｃ１歯型の比較試験 ベルトをｓ、６１ｕｎ（約１４２１）の′５２枚歯のス
プロケットで連続馬力値で１７５０巾ｍで運転し破損さ
せて歯型がベルｌ荷支持寿命に及ぼす影響を試験した。

第４図に示す通り、丸型歯のベルトは同じ寸法の俤型歯
のベルトとはｙ同じ寿命である。実施例１と同様に、丸
歯のベルトは１０）Ｐで１６００時間運転し、３０Ｈ）
では２０時間に減少した。すべてのベルトは歯の破損又
は磨耗によって破損した。第４図に示す通り、ベルト歯
型はベルトの負荷支持寿命に著しい影曽はないことはｑ
りらかである。

実施例　６０．。

エラストマーの警荷支持々命に及ぼす影響を明らかにす
るために、丸型歯のポリウレタンベルトを実施例２と同
様の形状とし、アラミドＩ型の引張部材を１１ｎ（約２
５朋）当り９本巻いた。（ベルト５型） Ａ、１本当りの引張部材特性 フィラメントヤング率（グレーグ１０　　ｐｓｉ）　　
：　９．０直径（１ｎ）：　　　　　　　　：　０．０
７８（１，９８朋）全繊維面積（ｉｎ　）　　、　　０
．００２６９１　（１７，５ｍｍ　）コート”引張強度
（ｆ　レー／　ｐｓｉ　）　：　２９７．２８７（２，
０８ｋｇ／ｍ７　）Ｂ、ベルト形状 歯　型　：元型（米国特許３７５６０９１　）歯ピンチ
ェ１４朋 歯面補強：　０．０４０　ｉｎ（１，０２＋＋＋ｉ）縮
みナイロン布ベルト長さ：６９．４５ｉｎ（１７６，６
ｃｒｒＬ）ベルト巾：　１１ｒｌ（２，５０ＧＩｒＬ）
Ｃ，エラストマーの比較試験 ヘルトヲヒンチ直径５．６１４１ｎ（約１４２ｍｍ）の
６２枚歯スプロケットで１７５　Ｏｒｐｍで連続馬力値
で破損まで試験し、ニジストマーがベルト支持寿命に及
ぼす影響を試験した。ゴム、ガラス及びゴム、鋼のベル
トはウレタン、アラミド９Ｉのベルトの引張強度より僅
に低い値であるが、負荷作用下の引張部材の伸びの影響
はすべてのベルトについてはｙ同じである。コートｇ当
りの最大ベルト負荷は５３１ｂｓ　（約２４　ｋｙ　）
であり、ベルト強度の１０％に達しないため予定ベルト
伸びは最小である。それでも第５図に明らかに示す通り
、ウレタン、アラミド月のベルトはゴム、ガラス又はゴ
ム、アラミ、ピＩのベルトに比較して高馬力負荷におい
てはｙ２倍の増加となる。ウレタン、アラミド”Ｉのベ
ルトは５５）Ｐで２０時間の運転可能であり、ゴム、ガ
ラスのベルトは３０”Ｐで２０時間運転ができるだけで
ある。３０）Ｐでの総計期待寿命は運転時間即ち負荷支
持寿命で１５倍となる。ゴム、ガラスベルトもウレタン
、アラミド９Ｉベルトも単位中にはｇ同じ引張部材強度
であって歯間ピッチ・を保つが、ポリウレタン、アラミ
ド９Ｉベルトは同じ寿命の場合約１．８倍の負荷支持能
力がある。

ウレタンベルトがゴムベルトに対して性能が高いのは上
述の構成のポリウレタンニジストマー〇性能によるもの
である。

米国特許４０４７４４４号の記載によれば、引張負荷の
下でのベルトピンチとスプロケット歯のピンチとの差が
ベルト寿命に影響する。ある場合には、スプロケット歯
のピッチを変化させればベルト寿命は向上する。同じ型
式の性能向上は、スプロケット歯のピンチでなく、ベル
ト歯のピッチを賓えれば得られる。

実施例　４ 歯のピンチ変更が負荷支持寿命に対する影響を試験する
ために、実施例乙のベルト、即ちベルト５型丸歯ベルト
を製造し、歯のピッチを１４闘でな（１３，９ｍｍとし
た。

ピッチ直径５．６１４ｉｎ（約１４２問）３２枚歯のス
プロケットで連続馬力値で１７５　Ｏｒｐｍでベルトを
駆動して破損させ、歯のピンチのベルトの負荷支持寿命
に対す゛る影響を試験した。第５図に示す通り、高負荷
におけるベルトの負荷支持寿命はウレタン、アラミド”
Ｉのベルトのピンチを１４．０問から１３．９ｎに減少
し、同じ１４朋の標準６２枚歯スプロケットで運転した
時に著しく増加した。

スプロケット歯のピッチ又はベルト歯のピンチを高馬力
トルク負荷用に調整することはベルトの負荷支持寿命を
増加させるが、この処置は低負荷におけるベルト寿命を
減少し、ベルトとスプロケットとの広範囲の工業的標準
とはできない。標準ピンチベルトの負荷支持寿命と、調
整可能のベルト又はスプロケット歯のピッチによって高
性能を得るための各種寸法の在庫の問題とは歯付ベルト
をチェン駆動に代えて使用することを制限している。

本発明によって歯付ベルトの構造を提供し、予想ベルト
負荷寿命を予想外に著しく延長させる。

ベルト負荷寿命の著しい延長はポリウレタンニジストマ
ーを使用したベルト構造によって得られた。

本発明によるベルトの引張部材はポリウレタンエラスト
マ一層間に介挿する。一層ははルト頂部を形成し、他層
はベル゛□ト歯を形成する。引張部材はアラミドゝ■型
繊維によって形成し、グレーグのフィラメントヤング率
を少な（とも約１８Ｘ１０６ｐｓｉ（１２４０ＤＯＭＰ
ａ）とする。歯面に補強材を被覆して歯の剪断強度を高
くし、耐摩耗面を形成し、ベルト歯のフランクとスプロ
ケット歯との間の低摩擦係数を保つ。

へ化ト歯のフランクを倫摩擦系数、０．４以下とするに
はフランクに沿って布及び特別なポリマーを被覆する。

このベルトは同じ構造の、アラミド９１ｔ′！ＩＩ維の
引張部材のベルト以外の既−知のベルトに比較して同じ
寿命で２〜４倍の負荷支持能力となる。本発明のベルト
は十分な負荷支持寿命を有し、チェン駆動方式に代えて
十分使用できる。

本発明の他の特長と利点とを明らかにするための例示と
した実施例並びに図面について説明する。

第１〜６図に示す本発明による歯付きベルト１０はポリ
ウレタンのエラストマ一本体１２を有し、外層１４と、
複数の一体成形の互に離間したベルト歯１８付きの内層
１６とを形成する。耐摩耗性布補強材２０を歯のフラン
ク２２を含む内層外面に被覆する。織ったコード２４と
した引張部材はベルト巾Ｗ全部に離間して並列したらせ
ん状の巻きとして外層１４と内層１６との間に配置し内
外層に接着する。ベルトを構成する素子の最低要求性能
は、互に組合されて前述した通り既知の負荷寿命性能の
数倍の性能を有するベルトとなる。

ベルトは既知の技法で製造する。ニジストマ一本体は液
状４ｖウレタンの鋳造とし、硬化すれば引張弾性率は少
くとも約１５（）Ｏｐｓｉ　（約ｉ　０５　ｋｙＡ！　
）伸び１００％が標準ＡＳＴＭ試験法で得られる。好適
な例ではポリウレタンの性能は引張弾性率を少なくとも
約１７００ｐｓｉ（約１２０ｋｇ／ＣｆｒＬ２）伸び１
００％とする。

複数の措向きの溝２６を外層に設けることもできる。溝
２６は必要条件ではないがベルト重量を減少し、ベルト
の可撓性を増す。

本体の形成する歯１８は所要の断面形、例えば梯型、曲
線、曲線円錐形等とする。既知の歯の形状の例として米
国特許４０６７４８５号に記載された各種形式があり、
図示の形もこの特許の記載のものを使用した。

ポリウレタンニジストマーは大部分のスプロケット材料
に対して高い摩擦係数、例えば約０．６５を有する。こ
のため、摩擦係数を障害の生じない程度、例えば約０．
４５以下としてベルト歯がスプロケットに出入する歯の
フランク２２に沿って処理する。ベルト歯フランク外面
に施した布被覆２０は耐摩耗性を良くすると共に歯の剪
断強度を大にし、ベルトのスプロケット歯に入る時の歯
のフランクの過大摩擦を防ぐ。好適な例で、米国特許３
９６４３２８号に記した通り、少なくとも歯のフランク
に沿って被覆した布は低摩擦系数となる。

ベルト使用間の歯の変形に適合するために布は多少の伸
長性を有する必要がある。縮らせたナイロン布がこの用
途に好適である。

引張部材はアラミドの■型織物のコードとし、ブレイブ
のフィラメント引張弾性率を少なくとも約１３ｘ　１０
６ｐｓｉ　（約１．３　Ｘ　１０６ｋｉｒ／ｃｒｒＬ２
）とする。ブレイブの織物はコード形成及び処理に際し
て捩れと曲げが作用するため、実用に際し℃のべ”′：
：・ ルト弾性率は多少低い値になる。ベルトと組合せた後は
引張部材の正確な弾性率を定めることはほとんど不可能
である。

コードはベルトの全巾に亘ってらせん状に互に離れて並
列させて巻く。コードはベルト巾の釣５６〜８８％を占
め、好適な例ではベルト巾の約６４〜８１％、更に好適
にはベルト巾の約７４％を占める。コードはポリウレタ
ン本体内に埋込まれて囲まれ、コードをポリウレタン本
体に接着する。ベルト巾を占めるコートゝが過大であれ
ば、歯は高トルク負荷に際して＠１６を形成する内層１
６と外層１４との間の不十分な接着のため歯が剪断され
る傾向が生ずる。コードがベルト巾の所要の割合を占め
なし・貼は所要ベルト運転条件の下で所要負荷を支持す
るには不十分のコードとなる９コードとエラストマーと
の間の十分な接着を試験するために、本発明のベルトを
製造し、横方向に無為の１本のコードを残し℃切断する
。残ったコー１は切断部から１１ｎ（約２５ｍｍ）突出
させ℃切断する。ベルトを横方向に引張り、突出したコ
ードをエラストマー、内に１　ｉｎ　（約２５市）埋込
みから長手方向に引出すに必要とする力を測定する。

コードをエラストマーから引出すに必要とする力をコー
ドの太さの直径の１１ｎ（約２５闘）長さの円筒の外周
で割った値がコードとエラストマートの接着力ｐｓｉを
示す。高出力負荷で運転するベルトが所要寿命を有する
ためには少なくとも約６００ｐＳｉ　（約４２ｋｇ／σ
２）が必要である。

実施例　５゜ 所要材料の組合せによって本発明のベルトが著しく良い
性能を得ることを示すために、ポリウレタンベルトを製
造、試験した。引張部材は１　ｉｎ（Ｌ２５ｍｍ）当り
９本とする。

Ａ−１本当りの引張部材特性 材料：　ベルト６型、アラミビ■型 フィラメントのヤング率（グレーグ１ｏｐＳｉ）：ＩＢ
太さくｉｎ）　：　　０．０８ 総計フィラメント面積（１ｎ２）　：　　　０．００３
０３７コードの引張強度（グレーグ１ｂｓ）：　　２９
５０５２Ｂ、ベルトの形状 歯ピンチ：　１４市 歯面被１：　　０．０４１１ｎ（約１關）縮みナイロン
佑ベルト長さ：　　６９．４５１ｎ（約１’７６０ｎｔ
）ベルト巾：　１ｉｎ（約２５脂） Ｃ６比較試、験 ベルトを′５２枚、ピンチ円５６１４１ｎ（約１４２グ
ｍ）のスプロケットで１７５　Ｏｒｐｍで連続馬ノ几／
Ｉで運転して吸トｄさせ、本°そ明の々１）合せが負荷
支持寿命の長いことを示した。ウレタンのアラミド１１
のベルトは７１４施例６とはＶ同じ形状とした各ベルト
のコート破断強度ははソ同じであり、ウレタンアラミド
Ｉのベルトはウレタンアラミド川１のベルトとはＶ同じ
グレーグコート引張強度とはｙ等しり・値である。即ち
、負荷ドでのピッチ変化による予足有効引張部材伸びは
両はルトに関してほり等しい。最大運転ベルト負荷はコ
ード１本当り１０６１ｂｓ　（約５０”）であり、ベル
トの引張強度に対し”’（１５％に達しないため予定ベ
ルト伸びは最小値である。それでも、第５に示す通り、
ウレタンアミド９Ｈのベルトは等しいピッチのウレタン
アミピＩのベルトに比較して高馬力負荷において１００
倍の寿命であった。ウレタンアミド■のベルトは６０　
ＩＰで１６００時間運転可能であり、ウレタンアミドＩ
のベルトは６０）Ｐで１８０時間運転した、即ち、ウレ
タンアミド■の本発明ベルトは既知の最良のベルトに比
較して９倍の寿命となった。ベルト寿命の著しい改良は
上述の材料の組合せによるものである。

上述の実施例は例示であって発明を限定するものではな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による歯付ベルトの部分斜視図、第２図
は第１図の２−２線に沿う拡大部分断面図、第６図は第
２図の変型例の丸歯ベルトを示す断面図、第４図は既知
のＪムばルトの負荷寿命チャート、第５図は既知のゴム
型及びポリウレタン型ベルトと本発明ベルトを比較す□
る負荷寿命チャートである。 １０：ベルト　１２：エラストマ一本体１４：外層　１
６：内層　１８：歯　２０：布補強被覆　２２：フラン
ク　２４：コード。 特許出願人　　ザ・ゲーツ・ラバー・カンパニー図面の
浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ、　１ ０ ＦＩＧ、　２ １０　　　　　　２０　　　　　　３０　　　　　　４
０ベルト巾　Ｔｉｎ’ｊすＩｌ、ｎ ＦＩＧ、４ ベルト巾ｊｉｎｌｌ！＋刀 ＦＩＧ　　５ 手　　続　　補　　正　　書 特許庁視官若杉和　夫殿 １、事件の表示 昭和ｉＪ年特許願第　　７２２１２号 ２、発明の名称 酋シイすく　八゛・レト ロ、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所 一２才千　ザ゛゛・ブパ一・ン、も・−・カンＩぐつ−
４、代理人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）所要中の歯付き動力伝達ベルトであって、１００％
   引張弾性率を少なくとも約１５００ｐｓｉ（約１００ｋ
   ｇ／ＣＷＬ２）とし外層と一体成形して互に離間したフ
   ランク付きベルト歯を有する内層とを形成したポリウレ
   タン本体と、歯のフランクの内面側全面の耐摩粍性布補
   強被覆と、互に離間し″′Ｃ並列して内外層間にらせん
   状に巻き内外層に接着した織ったコート見した引張部材
   とを備え、コードはグレーグフィラメント引張弾性キル
   なくとも約１８Ｘ１０６ｐｓｉ　（絹１．３　ｘ　１　
   ［］６ｋｇ／儒２）としたアラミド■型繊維製とし、コ
   ードはベルト巾の約５６〜８８％を占めることを有機と
   する歯付き動力伝達ベルト。 ２）前記コードはベルト巾の約６４〜８１％を占める特
   許請求の範囲第１ｙ４記載のベルト。 ３）前ａピコードはベルト巾の約７４％を占める特許請
   求の範囲第１項記載のベルト。 ４）前記コー白まポリウレタン本体内に約１　ｉｎ（約
   ２５　ｍｔｓ　）埋込んだ時の引出力をコート８円筒外
   表面積当りで測定して少なくとも約６００ｐｓｉＣ約４
   ２　ｋｇ／ｃｍ２）としてポリウレタン本体に接着され
   る特許請求の範囲第１項記載のベルト。