JP3665886B2

JP3665886B2 - すじ付きベルト、その製造方法及び該ベルトを用いた駆動システム

Info

Publication number: JP3665886B2
Application number: JP25713597A
Authority: JP
Inventors: ウインニジェールアレン; セディロジャン−クロード; ロベルジャン−ジャック
Original assignee: Hutchinson S0ciete Anonyme
Current assignee: Hutchinson S0ciete Anonyme
Priority date: 1996-09-20
Filing date: 1997-09-22
Publication date: 2005-06-29
Anticipated expiration: 2017-09-22
Also published as: FR2753766B1; EP0831247B1; US6896634B2; EP0831247A3; DE69700377D1; US20050164815A1; US7247110B2; FR2753766A1; EP0831247A2; ES2137764T3; DE69700377T2; JPH10184813A; US6033331A; US6497832B1; US20020055406A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、すじ付き（striated）ベルト、特に、自動車に適用することを目的とするＶ型ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は、断面Ｖ型の歯を持ったすじ付きベルト、いわゆる適応弾性ベルト(adapted-modulus belt）を販売しており、このベルトは、捻りを掛けたポリアミド６．６の糸条（ストランド）を備え、リネンワッシャーやドライヤーのような家電製品に用いられている。
【０００３】
このようなベルトは、それらの弾性係数及びその平均傾斜が、伸び率１％と１０％の間で、ベルトのセンチメートル幅当たり及びストランド当たり、実質５．５ｄａＮ／％に等しい応力−伸び率線図（stress-elongation diagram）を示す。
【０００４】
前記ベルトは、テンションを与えられることによって、軸間に一定の距離を離して載せられ、テンションを緩めることによって一旦配置される（いわゆる自動搭載工程又は“スナップ−オン”）。
【０００５】
このタイプのベルトは、自動車に適用することはできるが、現在では市場には無い。
【０００６】
実際問題として、撚りストランドを自動車に適用することを意図して使用することは、オルタネーターのようにエンジンと受動部品との間に動力を伝達するために、特に、エンジン出力曲線の非周期的特性（the acyclic property）による多くの問題があり、この非周期的性状は、６気筒エンジンや８気筒エンジンよりも４気筒エンジンの方がより鋭く、しかも、ガソリンエンジンにおけるよりもディーゼルエンジンにおける方が遙かに大きい。
【０００７】
自動車の必要電力は、現在増加傾向にあるため（エアーコンディショニング等）、オルタネーターのアンペア数もまた必然的に増加し、従って、それらの慣性（inertia）も増加し、このことが、ベルトにかかる応力を均等に増加させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、高負荷の下でさえも、長寿命を呈する自動車用ベルトを提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、際だった非周期的特性を持つエンジンをも作動させることのできるベルトを提供することにある。
【００１０】
本発明の更に他の目的は、特に受動部品がオルタネーターである場合に、受動部品による速度及び電圧の信号出力の高調波成分をフィルタリングできる自動車用ベルトを提供することを目的とする。
【００１１】
本発明の更にまた他の目的は、好ましくは固定された締付工具を装備せずに、自動搭載操作（“スナップ−オン”）によって、駆動システム内において駆動軸と被駆動軸との間で組み込むことのできるベルトを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的の少なくとも幾つかを達成するため、弾性基材と、ポリアミド４．６の撚りストランドで構成された長さ方向支持構造物とを有する動力伝達用すじ付きベルトであって、自動車用の動力伝達用すじ付きベルトであって、前記支持構造物は、１センチメートル幅当たり及び１ストランド当たりのベルトの応力−伸び率（％）線図が、１２daＮ／％から２０daＮ／％に及ぶ平均傾斜を持つように選択され、前記撚りストランドは、殆ど無張力で巻かれ、硬化工程及び冷却工程は、ベルトに張力を懸けずに行われることを特徴とする動力伝達用すじ付きベルトを提供する。
【００１３】
より好ましくは、前記平均傾斜は、１センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり、１２daＮ／％から１５daＮ／％に及ぶ。
【００１４】
特許出願ＵＳ−４７０１３７７及びヨーロッパ特許出願ＥＰ−３８１２８１は、すじ付きベルトに関係しており、そこでは、高い弾性係数の撚りストランドが、ポリアミド４．６で作られており、しかしながら、これらの明細書は、そのような撚りストランドを低い係数のベルトの為に使用することを示唆していない。
【００１５】
実際問題として、現在知られている自動車ベルトの応力−伸び率曲線の有効な領域の平均傾斜は、１センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり、３０daＮ／％のオーダーにある。また、そのようなベルトの最大の伸び率は、一般的に１０％以下である。
【００１６】
本発明によれば、前記平均傾斜は、伸び率１％と１０％との間で、好ましくは、実質的には、センチメートル幅当たり及びストランド当たり、１７daＮ／％に等しい。
【００１７】
このベルトは、好適には、ＩＳＯスタンダード９９８１によるテストベンチで測定したベルト長さが、駆動システムの基準長さより１％〜６％だけ低く、例えば、１％〜５％又は１％〜４％だけ低いことを特徴とする。
【００１８】
より好ましい実施形態では、テストベンチで測定した前記ベルトの長さが、前記駆動システムの基準長さよりも２％〜３％だけ低く、より好ましい値は、実質的に２％に等しい。
【００１９】
好適には、前記ベルトは、１４から２０daＮ／センチメートル幅／ストランドに及ぶ安定した操作張力を有し、より好ましくは、１４から１７daＮ／センチメートル幅／ストランドに及ぶ。
【００２０】
前記撚りストランドは、好ましくは、０．７ｍｍから１．３ｍｍに及ぶ直径ｄを有する。
【００２１】
撚りストランド間の間隙は、好適には、０（密着−折返し層＜close-turn lay＞）から４ｄに及び、より好ましくは、０から２ｄに及ぶ。
【００２２】
本発明は、また、上述のベルトのための製造方法に係り、これは、以下のステップによって特徴づけられる；
(a)ベルトのブランクを形成するステップであって、極めて小さいか又は殆どゼロの基準張力で撚りストランドの螺旋巻き取りを有するステップと、
(b)何らの機械的張力をかけずに前記ブランクを硬化させるステップと、
(c)何らの機械的張力をかけずに前記硬化されたブランクを冷却させるステップと、
(d)前記硬化されたブランクを別々のベルトにカットするステップと、
を有する。
【００２４】
最後に、本発明は、自動車のエンジンの駆動シャフトに一体のプーリと受動機の駆動シャフトに一体の少なくとも一つのプーリとの間の駆動システムであって、上述で適宜されたベルトを有し、固定された締付部材を持たない、駆動システムに係る。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るすじ付きベルト、その製造方法及び該ベルトを用いた駆動システムについて、図面を参照しつつ説明する。
【００２６】
エンドレスベルト１０は、その優れた粘着特性のために、ポリクロロプレンゴムや天然ゴムや動力駆動用エンドレスベルトの製造において共通して知られた他のタイプのものの混合物のようなエラストマー基材２１に、すじ付きストランドが埋設された長さ方向支持構造物２０を備えている。このようなベルトは、“すじ付き”タイプ、即ち、その内側面２２が歯２３のような形状とされ、該歯の図示のような三角断面積（Ｖベルト）や、又は台形断面積と同様に、そのピッチＰが標準化され、ＩＳＯ規格９９８１の各参照記号Ｈ，Ｊ，Ｋ，Ｌ及びＭが、ベルトの歯の底２４と外側の表面との間を測定したベルトの厚みをも定義しているタイプに好適である。ベルト１０は、プーリー１１，１２，１３，１４，１５，１６…等と協働し、これらのプーリのリムは、歯２３の外形と接合する外形を有し、即ち、これらプーリと同様にして配列されて三角形や台形等をした歯２３の断面と同じ断面を持つ溝を有し、駆動システムが操作されているときに、歯を受ける。このベルト１０は、２つのストランド１７及び１８を備える。
【００２７】
自動車に用いられるＶ型ベルトは、一般に、一つの幅ｌ（エル）が３．５６ｍｍの歯を６個持ち、全ベルト幅Ｌが２１．３６ｍｍである。
【００２８】
本発明によれば、撚りストランドは、アジパミドポリテトラメチレンやポリアミド４．６でできている。これらは、１．４ジアミノブタンとアジピン酸とを重縮合することによって得られた樹脂であり、例えば、ＤＳＭカンパニーによってＳＴＡＮＹＬという商品名で市販されている。糸（ヤーン）の形態にあるこのような樹脂が、撚りストランドに作り上げられる。
【００２９】
従って、自動車分野のための駆動システムにおいて共通な厳しい操作環境下で使用可能なベルトは、例えば、伸び率が１％と１０％との間で、平均傾斜が幅センチメートル当たり及びストランド当たり、１２ｄａＮ／％から２０ｄａＮ／％の範囲内にあり、好ましくは、実質的に、１７ｄａＮ／％である、応力−伸び率線図を呈するベルトのため、撚りストランドのサイズや、ベルトのピッチＰを選択することによって得られる。
【００３０】
前記傾斜は、より好ましくは、幅センチメートル及びストランドあたり、１２から１５ｄａＮ／％の範囲にある。
【００３１】
本発明ベルトを製造するための方法は、自動車分野での従来のベルトで実施された方法、即ち、撚りストランドが製造工程中にテンション（張力）を保たれる方法とは異なる。
【００３２】
従来方法では、撚りストランドは最初引張られ、次にゴムシートを備えるドラム上に螺旋状に巻かれる。
【００３３】
巻き取り状態で緊張された撚りストランドは、そのブランクが硬化される時に、未だ緊張下にある。そのような硬化の為に、該ブランクは一般的に製造されるべきベルトのような形状をしたモールド内に配置され、次いで、該モールドの内壁に半径方向の膨張によって押圧される。そのような半径方向の膨張は、撚りストランドのテンションを増加させる。
【００３４】
このテンションは、硬化工程の最後で消滅し、そのときブランクはモールドから抜き取られ、そのようなテンションの消滅は、収縮をもたらし、従って、ベルトの長さが短くなる。
【００３５】
このような収縮を避けるため、前記従来の方法では、撚りストランドは、硬化温度から周囲温度まで冷やす時に緊張させられる。このことは、前記ストランドが、その長さを維持し、且つ、全ての収縮が防止されることを意味する。
【００３６】
このような方法は、多くの結果を生じる：
ベルトが取り付けられる時、操作温度の変動は、長さの変化を引き起こし、しかも、特に、その温度が上昇すると、ベルトが最初の状態に戻され、そして、撚りストランドが短くなろうとし、その結果、ベルトの実働応力が増加する。
【００３７】
ベルト温度が低下するにつれて、その長さは増加しはじめて、ベルトが緩み、この現象は、撚りストランドのクリープから生じる永久歪みによってひどくなる。
【００３８】
対称的に、ベルトが本発明によって製造されると、撚りストランドは、基準張力でゴムシートを持ったドラム上に螺旋状に巻かれ、前記基準張力は、理想的にはゼロであるべきだが、実際には、極めて小さいか或いは殆ど無く、最も小さい張力の下での巻き取り操作に対応し、常に極めて小さいか又は殆ど無い（例えば、５Ｎ以下）残留張力が残ることが理解される。この張力に関する事実は、撚りストランドの重さから生じる張力によるものだけでも発生し、避けることができない。
【００３９】
その後、圧縮硬化処理の間に、ブランクは半径方向に膨張することなく、モールド内壁に押圧され、従って、撚りストランドは、残留張力が殆ど無い。
【００４０】
抜き取り後、冷却処理中に、ブランクは、張力を与えられることなく冷える。一旦冷却が終わると、撚りストランドは、全く張力がなくなる。
【００４１】
従って、本発明に係るベルトの利点は、前記従来方法が実施される時でも、操作温度の変動が、ベルトに全く影響しないというところにある。温度の関数としてベルト長さにおけるこのような、より小さな変化は、テンションの変化を小さくし、これによりベルトがプーリー上をスリップするのを防ぐとともに、ノイズの発生を削減する。
【００４２】
自動車への適用における一つの主要問題は、交番ピストン荷重（alternatingpiston loads）の不均一な時間分布による非周期的性状である。これは、ベルトの過酷な応力につながり、特に、電気モータからの駆動システムのような非周期的特性の無い駆動システムの場合におけるよりもずっと低い安定化（これは、いくらかの操作期間の後である）の後の残留応力につながる。
【００４３】
このような過酷な応力により、現在に至るまで、車の駆動システムでベルトのいわゆる自動搭載のための弾性係数の安定性を持ったベルトを提供することができなかった。
【００４４】
もっとも際だっているのは、本発明に係るベルト、即ち、センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり、１２から２０daＮ／％の範囲の平均傾斜を有するベルトは、操縦の約１０時間後の安定した操作張力を示し、これは、センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり１４〜２０daＮ／％のオーダーにある。
【００４５】
良好な結果は、０．７から１．３ｍｍの範囲の直径を有する撚りストランドで得られ、撚りストランド間の距離は、０から４ｄの範囲内にあり、好ましくは、０から２ｄの範囲内である。
【００４６】
図３（ａ）は、自動車の分野における２つの駆動ベルトの例を示し、該ベルトは、３．５６ｍｍ幅の６つの歯と、ポリアミド４．６の撚りストランド２０を有し、上述した方法（殆どゼロの基準張力下で巻き取り、張力をかけずに硬化し、冷却した）によって製造した。
【００４７】
曲線Ｉによるベルト（撚りストランド，４７０デシテックス（ｄｔｅｘ）×６×３）は、伸び率が１％と１０％との間で、センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり、１７daＮ／％に相当する平均傾斜（最小２乗法を用いた曲線）を有している。
【００４８】
曲線ＩＩに対応するベルトは、伸び率が１％と１０％との間で、センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり、１１daＮ／％に相当する平均傾斜を有している。
【００４９】
このような図表の為に用いられた伸び試験は、例えば、２つの顎部（jaw）の間に保持された２００ｍｍの長さのストランド上で、一方の顎部３０が固定で、他方の顎部３１が移動可能とされ、ダイナモメーター（図３（ｂ）参照）を用いて行われる。
【００５０】
上述の平均傾斜の唯一の目的は、最小２乗法によって得られた応力−伸び率線図の特性値を提供することにある。しかし、このような曲線は、決して直線として考慮されるべきではない。なぜなら、実際問題として、傾斜を持つ各点において、その値は、曲線に沿ってかなり変化するからである。
【００５１】
曲線Ｉによる３．５６ｍｍ幅の６つの歯を有する自動車ベルトは、固定された締付部材を用いずに駆動システム上に載せられる。その搭載操作は、ベルトを駆動システムのプーリ上に適合するように引っ張ることによってなされる。一旦緩めると、ベルトは、２％の伸び率で配置され、これは、ストランド当たり８０daＮの初期の伸び率の力に相当し、これは、実質的には、歯当たり及びストランド当たり１３daＮである。数時間の作動の後、安定した張力が測定される。その値は、実質的には、歯当たり及びストランド当たり、６daＮになる。そのような張力は、安定したままであり、ベルトが長寿命を呈する。
【００５２】
曲線ＩＩによる、３．５６ｍｍ幅の歯を６個の持つ自動車ベルトは、何らの締付工具を使用せずに駆動システム上に載せられている。その搭載操作は、ベルトを駆動システムのプーリにフィットするように引っ張ることによって為されている。
【００５３】
操作の数時間後、安定した張力が測定される。その値は、１つの歯当たり及び１ストランド当たり６daＮ未満であり、しかも、ベルトは、プーリ上を滑る傾向にあり、このことが、騒音を発生させ、ベルトの製品寿命を十分なものにしなかった。
【００５４】
他の制限は、特に、受動機による速度信号出力及び電圧信号出力の高次元調和成分（高長波）に関するフィルター特性に関して考慮されるべきである。そのような現象は、特に、高慣性が存在するとき、即ち、自動車がオルタネーターを備えるときに特に顕著である。
【００５５】
図４（ａ）及び４（ｂ）は、このフィルター現象を示している。各々は、時間に対する主軸の回転速度（曲線Ｍ）（ここでは理想速度におけるディーゼルエンジンの回転速度）と、受動機１４の軸の回転速度（曲線Ａ）とをそれぞれ示している。ベルト１０は、プーリ１１の回転によって、速度を受動機のプーリ１２，１４，１５，及び１６に伝達し、より詳しくは、プーリ１４は、３．５×１０^-3ｋｇ・ｍ²のトルクを持つオルタネーターを駆動する。
【００５６】
図４（ａ）の曲線Ａは、従来のベルトによって得られたものであり、ポリエステルの撚りストランドで構成され、４８時間操作後、安定操作張力に達したベルトである。
【００５７】
このことから、曲線Ａは、多かれ少なかれ安定した形状を有し、減速時の傾斜妨害に対応する繰り返し異常４０を有することが分かる。このような異常は、より詳しくは、ベルトがプーリ１４にエンジンの非周期的操作（曲線Ｍ参照）をもたらすという事実の下で生じる。この現象は、エンジンが更に非周期的特性を有するにつれてより顕著である。情報によると、４気筒ガソリンエンジンは、ほぼ６〜７％程度の非周期的特性を持つ。このような特性は、６気筒ガソリンエンジンに対しては、ほぼ４〜５％程度であるが、ディーゼルエンジンについては、一般には、１０から１５％に及ぶ。ディーゼルエンジンの中には、２０〜２５％の高さの非周期的特性を持つものもある。前記異常４０は、エンジンの非周期的特性と受動機の慣性との供役効果によるものであり、これらは、エンジンの非周期的値と受動機の慣性とともに増加する。
【００５８】
図４（ｂ）に示された曲線は、本発明によるベルトを使用して得られたものであり、図３（ａ）の曲線Ｉに対応しており、４８時間操作後のものである。該ベルトは、センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり１５daＮ／％の安定した操作張力に達している。このとから前記異常４０が、完全に消えていることが分かる。本発明によるベルトは、受動機によって速度信号出力の高次の高長波をフィルタリングすることができるという全く顕著な特性を有している。
【００５９】
このような異常４０の抑制は、ベルトの長寿命化を意味する。
【００６０】
自動車駆動システムへのベルトの自動搭載は、高い引張り応力を発生する。搭載操作は、図５（ａ），５（ｂ）及び図６に記載されてるようなツールで、より簡単に為され得る。搭載ツール４０は、図５（ａ）及び５（ｂ）に詳細に示されているように、作動レンチ５０の補助部材５１を受けるための方形開口部４２を備える中央部分４１を有している。作動レンチ５０は、搭載ツール４０と一体成形とすることが出来ることに気づくべきである。搭載ツール４０は、その頂端部に案内平滑面４４を備える傾斜した円錐形部材４３と、方形開口部４２から延びる脚部４９を持つＬ字型部材とを有し、その平滑な裏側面４８は、プーリに載るようになっており、エンドフラップ４６は、実質的に脚部４９に対して直角に曲げられており、その内側面４７は、プーリ６０のリム６３に接している。
【００６１】
脚部４９は、案内エリア４５によって、実質的に円弧形状とされている。
【００６２】
本発明方法の目的は、中央開口部６５内に受け入れられた駆動シャフト回りに固定されたままとなっているか又は該軸回りに回転可能であるプーリ６０の周囲（６２，６３）に沿って案内されるマウンティングツール４０を使用て、テコの効果によってベルトを適合（フィット）させることにある。
【００６３】
円錐状部材４３は傾斜平滑面４４によって連結され、案内エリア４５は、ランプ効果（ramp effect）によってそれを案内することを可能とし、側部２６からベルト１０の側部２７は、既にプーリ６０の溝６２に順応させられ、側部２８までは、ベルトが表面６１から離れて立ち上がっている。これは、作動レンチ５０上のベアリングによって完成させられる。
【００６４】
その手順は以下のようである。ツール４０は、脚部４９の裏側面４８がプーリ６０の表面６１上に載るように配置され、そして円錐形部材４３及びフラップ４６の面４７が、プーリ６０の周囲、即ちリム６３に接する。もちろん、ツール４０をプーリ６０の溝６２に押し込むことによってそのようなスラスト効果を得ることも可能であろう。
【００６５】
ベルト１０は、円錐形部材４３，傾斜平滑面４４及び案内エリア４５でなるランプ内に予め配置されている。矢印Ｆ方向に作動レンチ５０を操作することによって、ツール４０は、プーリ６０の周囲に沿って、矢印Ｆ′方向に移動させられ、その結果、ベルト１０は、溝６２にフィットすることになる。
【００６６】
プーリ６０は、固定されているべきであり、このようなツール４０の移動は、摺動で為される。もし、プーリ６０が回転可能なら、ツール４０のこのような移動は、プーリ６０の回転運動を伴う。テコの効果は、簡単な取付けを提供するランプ効果と結合する。
【００６７】
より詳細には、このような操作は、プーリ６０の面内で起きるか、これに密接して起き、その結果、この方法が、一般的に自動車の制限されたアクセス性の下では、エンジン部品を交換するのに適しているということが言える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るすじ付きベルトの一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係るベルトを備えた駆動システムを概略的に示す側面図である。
【図３】 (a)は、本発明ベルト（曲線Ｉ）と本発明に適さないベルト（II）のそれぞれに対応する応力伸び線図であり、(b)は、その試験台を概略的に示す側面図である。
【図４】 (a)及び(b)は、従来のベルトと本発明ベルトとを用いて車載オルタネーターの駆動試験を比較して示すグラフである。
【図５】 (a)及び(b)は、本発明ベルトを移動的に装着することのできる搭載装置の好ましい実施例を示す側面図(a)及び平面図(b)である。
【図６】ベルトを搭載する方法を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０すじ付きベルト
２１弾性基材
２０長さ方向支持構造物
２３歯
６０プーリー
４０マウンティングツール
６２溝

Claims

弾性基材と、ポリアミド４．６の撚りストランドで構成された長さ方向支持構造物とを有する、自動車用の動力伝達用すじ付きベルトであって、
前記支持構造物は、１センチメートル幅当たり及び１ストランド当たりのベルトの応力−伸び率（％）線図が、１２daＮ／％から２０daＮ／％に及ぶ平均傾斜を持つように選択され、前記撚りストランドは、殆ど無張力で巻かれ、硬化工程及び冷却工程は、ベルトに張力を懸けずに行われることを特徴とする動力伝達用すじ付きベルト。
前記平均傾斜は、１センチメートル幅当たり及び１ストランド当たり、１７daＮ／％に等しいことを特徴とする請求項１に記載のベルト。
ＩＳＯスタンダード９９８１によるテストベンチで測定したベルト長さが、駆動システムの基準長さより１％〜６％低いことを特徴とする請求項１又は２に記載のベルト。
テストベンチで測定した前記ベルトの長さが、前記駆動システムの基準長さよりも２％〜３％低いことを特徴とする請求項３に記載のベルト。
前記ベルトは、１４から２０daＮ／センチメートル幅／ストランドに及ぶ安定した操作張力を有することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載のベルト。
前記撚りストランドが、０．７ｍｍから１．３ｍｍに及ぶ直径ｄを有することを特徴とする請求項１から５の何れかに記載のベルト。
撚りストランド間の間隙が０から４ｄに及ぶことを特徴とする請求項１から６の何れかに記載のベルト。
撚りストランド間の間隙が０から２ｄに及ぶことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載のベルト。
(a)ベルトのブランクを形成するステップであって、極めて小さいか又は殆どゼロの基準張力で撚りストランドの螺旋巻き取りを有するステップと、(b)何らの機械的張力をかけずに前記ブランクを硬化させるステップと、(c)何らの機械的張力をかけずに前記硬化されたブランクを冷却させるステップと、(d)前記硬化されたブランクを別々のベルトにカットするステップと、を有することを特徴とする、請求項１から８の何れかに記載のベルトのための製造方法。
自動車のエンジンの駆動シャフトと一体のプーリと受動機の駆動シャフトと一体の少なくとも一つのプーリとの間の駆動システムであって、請求項１から８のいずれか一つに記載のベルトを有し、固定された締付部材に依存しないことを特徴とする、駆動システム。