TWI361255B - Toothed power transmission belt - Google Patents

Description

1361255 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體而言係關於 具有相對較厚的護套、 先前技術】 齒形帶，更特定言之，係關於一 較細的索帶（cord)的齒形帶。 現已知道’設置用於引擎之齒形帶(諸如，同步帶），宜 :猎由引擎用帶輪中之凹槽中之模製齒的作用，而傳送負 =及運動。-般地，此種齒形帶包括：一個帶體、沿此帶 之至少-個齒形周邊表面而安置的護套、及一個嵌入於 帶體中的抗拉構件。此帶體具有複數個帶齒，而該等帶齒 係由帶體所形成’且相隔有—預定節距。此抗拉構件包含 嵌入於帶體中之一或多根索帶。 亦知道，齒形帶與帶輪具有特定幾何關係。舉例而言， 如圖1所述，帶輪6具有相對於帶輪6之中心（c)而描繪 出周節（CP，circular pitch )或齒重複距離的外徑（⑽， outside diameter)及節徑（PD，pitch diameter)。皮帶 8具有亦描繪出CP的皮帶節線（BPL，belt pitch Une) 或中性軸線。此皮帶之CP必須與帶輪之cp相匹配，以達 到恰當的嚙合或配合。帶輪6具有一節線差（pLD，pitch line differential)，其係為帶輪6之PD與帶輪6之〇D 之間的差值之一半。皮帶8具有等於BPL與皮帶脊面之間 距離的PLD。該脊面為皮帶之鄰近的縱向間隔開的齒之間 的凹槽之底表面，且在圖3中由元件符號20所指示。一 般地，抗拉構件之中心或中性軸線係沿著或假設為沿著皮 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 5 1361255 帶之BPL。 ，知道，弓丨擎設計者在引擎之設計中保持標準pu)及若 干*卩線差°例示性標準包括：針對汽車用罩下（_er-h00d) 同步驅動器的SAE jl278與ISQ刪、及針對 :動器的RMA㈣與IS〇 5296_ppLD及節距為確二 喂之齒與合作帶輪之間充分嚙合的關鍵尺寸。結果，經設 計而用於現有引擎的皮帶，按照慣例必須併入有標準 PI^。一般實施方法在於，設計皮帶之PLD，以使其與帶 輪系統之PLD相匹配，從而使得BPL與PD如圖i所述在 實用公差内相符合。皮帶之節距一般係藉由適當選擇模具 尺寸而被控制。皮帶之PLD 一般係由抗拉構件及護套之尺 寸及性質所㈣。然而，g些引擎設計者業已設計出併入 有多種帶輪之皮帶驅動系統’其中’此等帶輪並不彼此匹 配及/或具有非標準PLD，因而會將劇烈的應力施加於 帶上。 、 此外’汽車設計者要求，頂置凸輪皮帶系統亦能驅動諸 水果、燃:油果及類似物之額外組件，⑼而對皮帶施加不 斷增加的劇烈負載。以前’為了增進同步帶之承載能力， 故改變了用於帶體之彈性化合物之物理性質，從而大體上 減小了皮帶之撓性。替代地或另外地，研究了對護套及/ 或抗拉構件之構造的改變、或對更新的高效能纖維材料的 利用。然而，改變抗拉構件或護套之尺寸來產生皮帶之較 強撓性及/或負載能力，將導致PLD變化，並且可能會有 害地影響節距配合。因此’儘管改變抗拉構件或護套亦可 312XP/發明說明書(補件)/96G7/96ni281 1J01255 :有利地衫響負載能力，然而上述幾何限制對此等變化之 實用範圍加入了相當嚴格的限制。 所以’帶體、抗拉構件及護套之間的相互作用，對皮帶 =幾何形狀、特定驅動系統中之運作、及皮帶之壽命與效 月匕係重要的。已揭示了此類相互作用之實例、及對操控索 帶及護套變數以達成效能改良之先前#試。在Y〇k〇y刪 等人之美國專利第4, 721，496號中，揭示了與1. 8至5 〇 鲁之索帶直徑對濩套厚度比例相結合的極小的玻璃纖維索 帶直徑範圍，0.9至I!毫米（mm)。在〇sak〇等人之美國 專利第5’531，649號中，揭示了與〇 3與〇 5麗之間的 護套厚度相結合的具有在0.73與〇 85 mm之間的標稱上 (ab0ve-nominal)PLD之皮帶，其具有玻璃或芳族聚醯胺 索帶。在Yokoi之美國專利第5,2〇9 961號中，揭示了與 2約1.5至2. 2之範圍内的索帶直徑對護套厚度比例相結 合的具有0. 63 mm至0. 85 mm之玻璃索帶直徑之皮帶。因 φ此，對此等組件中之一者之變化可能無法實現，除非慮及 了其他組件。但是，在此等習知參數範圍内設計之皮帶之 效旎，無法滿足所要的效能標準，且在某些情況下，甚至 無法達成較新咼效能材料（諸如，碳纖維）之最小預期潛 力。因此，需要集中於抗拉構件及護套之變化上，此等變 化需彼此互補，以達成所要的皮帶幾何形狀及效能改良。 所以需要為同步帶提供一種集中於抗拉構件及護套的 新穎皮帶構造，來達成所要皮帶幾何形狀及效能改良（包 括改良的負載能力及撓性）。亦需要為同步帶提供一種將 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-07/96111281 7 1361255 直索帶用於抗拉構件的新穎皮帶構造。還需要提供 I種用高強度、高模數索帶材料產生改良效能的新穎皮帶 -又汁方法。另外需要提供一種在預定節線差範圍内在多種 帶：中,當發揮作用之新穎皮帶構造。所以，在此項技術 中需要提供一種滿足此等願望中之至少一者之齒形帶。 【發明内容】 因此本發明之一實施例為一種適合於汽車用同步驅動 •器之具有相對較厚護套、較細索帶的齒形帶。該種齒形帶 *包括.-彈性帶體、由該帶體所形成之至少一個齒、一沿 著帶體之周邊表面而設置之護套、及一彼入於該帶體中的 ,拉構件或索帶。該護套具有〇 5随至約〇 8随之壓縮 厚度，且，索帶直徑與護套厚度之比例小於18，而且， 皮帶之節線差不超過約丨.2 mm。 本&明之-態樣為自以下之組群選擇之索帶纖維材 料：碳、PBO、芳族聚醯胺、玻璃、及兩種或兩種以上前 籲述諸物質之混合物。該索帶可為碳纖維，且可具有約〇 5 麗至約o.95mm之索帶直徑，套可具有約〇 57咖 至約0. 75 mm之壓縮計量厚度。 在另Λ施例中’本發明為一種同步驅動總成，該總成 包含具有-預定的設計PLD的至少—個驅動器和一個從 動帶輪，以及，一條與該等帶輪呈驅動嗜合的齒形帶。該 齒形帶包含：一彈性帶體.加曰士 咿體，一個具有一直徑的抗拉索帶； -個具有-歷縮厚度的護套；及，一皮帶光學⑽。皮帶 PLD與设计PLD之比例在約1 δ 你π ^至約〗· 75之範圍内；且， 312ΧΡ/發明說明書(捕件)/96·07/9611Π81 . 1361255 索帶直徑與護套厚度之比例在約〇. 7至約1. 7之範圍内。 該索帶可為具有約1K至約48K之長絲支數的碳纖維。 本發明之-個優點在於，為車輪提供一種厚護套、細索 的#㈣。本發明之另—優點在於’該齒形帶併入有一 種由6K絲束之纖維所製成的新穎抗拉構件，用於齒形帶 =索帶’以增強皮帶之撓性。本發明之又一優點在於該 =帶具有厚護套（其為「硬性護套」），以增強皮帶之齒 。本發明之又—優點在於’該齒形帶具有輕接至 小直徑索帶之厚護套，其可改良皮帶構造之承載能力’連 同其他的皮帶效能特性。本發明之又一優 形帶在具有標準則或某一範圍内之pu)之帶輪中，= 2發揮作用。本發明之又—優點在於，該齒 =潛在使用壽命，因為，用於其厚護套的織物不會如薄 2 =地磨壞。本發明之又一優點在於，該齒形帶允 例如，在需要「細索帶」用二！曲=碳纖維索帶’ 本發明之另-優點在於，該齒;；之情況下。 猙，a聽“性 料帶具有小直徑的高撓性索 帶，、了降低皮帶運轉溫度，從而’減少化合物熱降解(亦 P，化合物老化）之發生.本發明之又一優點 形帶具有ΘΚ紗，苴紗不會隨荽/胳1 ；，該w 數個猫m- u 會隨在動引擎上之數小時或 :個：：之運仃而產生抗拉降級，從而，增加了皮帶之壽 告形帶勺優點在於，與目前的皮帶構造相比，該 件，及較大厚度之護套。4㈣狀之索帶的抗拉構 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-07/96丨11281 1361255 在閱讀下文結合附圖所作之說明之後，會更佳地理解本 發明’亦將易於瞭解本發明之其他特徵及優點。 【實施方式】 參看诸圖’待別是圖2及圖3’其展示本發明之一條厚 護套、細索帶的齒形帶10之實施例。齒形帶1〇包括由任 何合適的固化彈性體組合物所形成的帶體丨2。帶體丨2包 括至少一個、較佳為複數個帶齒14，而該等帶齒14係由 鲁帶體12所形成，且相隔有一預定齒節（p，t〇〇thpitch)。 對於帶體彈性體組合物之利用而言，可使用任何合適及 /或習知的彈性體類型，包括澆注型及非澆注型彈性體， 且亦包括熱塑性彈性體。至於熱塑性彈性體，可有利地使 用熱塑性I私基甲酸@旨（Τρυ) ^至於非洗注型彈性體，可 有利地使用氯丁二埽橡膠（CR)、丙烯腈丁二烯橡膠 (NBR)、氫化NBR(HNBR)、苯乙烯-丁二烯橡膠（SBR)、烷 基化氯續化聚乙烯（ACSM)、表氯醇、丁二烯橡膠（BR)、天 φ然橡膠（NR)、與乙烯-α_烯烴彈性體（諸如，乙烯丙烯三 元共聚物（EPDM)、及乙烯丙烯共聚物（ERM))、或任兩種或 兩種以上前述諸物質之組合。 對適合於用作為本發明之皮帶之帶體彈性體的澆注型 彈性體而言，提及以下非限制性實例：胺基曱酸酯、聚胺 基甲酸S曰、胺基甲酸酯/尿素塑料、及尿素塑料。對於澆 注型彈性體而言，帶體丨2係由液體皮帶材料澆注而成， 而該液體及帶材料在固化時具有動力傳送帶所需之必要 物理特性。舉例而言，該材料可具有如Westhoff之美國 312XP/發明說明書(補件)/96·07/96111281 10 1361255 專利第4,謂，843 m、Patters〇n等人之美國專利第 5, 1 12,282號、或WU等人之公開案第96/㈣4號 (1996年2月1曰）之任一者中所揭示之性質。 習知的彈性體組合物添加劑(包括：填充劑、短纖維、 固化劑、活化劑、加速劑、防焦劑、穩定劑、抗氧化劑、 抗臭氧劑、增塑劑）可與彈性體成分本身結合使用，以形 成帶體部分，而以為此目的而慣常使用之量來使用此㈣ 合物。本發明之皮帶（如圖2及圖3所述，其可為齒形的） 可利用已知的皮帶建構技術進行製造，許多此等技術易於 為熟習相關技術者所瞭解。在美國專利2, 5〇7, 852號、 工3，1，962號中，揭示了動力傳送帶(即，齒形或同步 帶）之貫例。在美國專利第3，G78，鳩號、帛3，爪，929 號、及第4, 066, 732號中，揭示了此等皮帶之製造方法之 實例。應瞭解’此等參考專利案僅作為多類齒形動力 帶及其現今形成技術之實例。 狀由：：12:形成之帶齒14 ’可具有任何所要的剖面形 ^ ’老如’梯形、曲線形、曲線截錐形。曲線形齒形狀之 ^例’出現於! ler之美國專利第3,咖，〇91號、如一 專人之美國專利第Νο· 4,515,577號、及Westh〇ff之 國⑽號中。應瞭解’帶齒“係彼此相隔 齒形帶1G亦包括可選擇的護套15，以覆蓋帶體^之 背面。皮帶之背面可選擇地為不具有護套，及/或磨平、 或賦予波紋圖案。皮帶可為兩側上均具有齒的雙侧同牛 312XP/#@t^ 書(補件)/%·07/9611128ΐ 11 1361255 帶’而相對於單側帶之所有幾何形狀及材料考慮事項，亦 視情況同時適用於此種雙側同步帶。帶齒14被覆蓋有如 圖所示之護套16，而此護套16係沿著帶齒14之周邊表 面而被設置。護套16係由抗磨損織物所製成，用以促進 齒抗煎強度’而在澆注型皮帶構造中，特別可用於減小在 進入鍵輪或帶輪之凹槽時對帶齒14之侵襲度。護套16相 對地較厚。護套16具有壓縮的計量厚度（Th)。應瞭解， 壓縮的護套厚度為皮帶製造之後、在護套壓縮於皮帶中而 成為皮帶結構之一部分時護套之厚度。 任何合適或習知的材料可用於護套16，包括：捲曲的 =論、編織的耐綸、職、麻繩、黃麻、芳族聚醯胺、聚 酉曰、聚四齓乙烯（PTFE)、及玻璃纖維。織物可為編織的、 雙層編織的、針織的、或非編織的。可使用多股織物，或 者，多於-種型式的織物可組合於多層中，以達成所 總=箸在westhoff之美國專利第5 971，879號中，揭 組合之實例。必要時，織物可沿斜紋線裁開，使 =版線與齒形帶1G之行進方向形成H織㈣且 所想要的組態，諸如，由成 經 ;與:線所組成之習知織品’或者，織物可由 :數或辮形組態、或類似組態組成。應除解， 10之外層或背侧中不）’可視情況形成於齒形帶 曰4月側中。亦應瞭解， 凹槽在某些應用中或在特定情形下，； 重：該等 增強皮帶撓性，特別係在纽型材料用於形成帶體 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 12 1361255 情形下。護套織物可用橡膠組合物進行處理，可相容地黏 接至帶體。此項處理可為橡膠溶液、或RFL浸液，或壓延、 摩擦、或膠清（skimmed)橡膠，及類似物。橡膠層可設於 織物之一側上，作為織物與索帶之間的緩衝層。如美國專 利第3, 964, 328中所揭示，織物可具有被層壓至一側的熱 塑性薄膜、。 在特別適合於具有約0.686 mm之系統設計PLD、或具 鲁有在約0. 6 mm至約〇. 8 mm之範圍内之實際帶輪PLD的汽 車應用之實施例中，護套厚度（Th)在約〇. 5 mm至約〇. 8 mm 之範圍内’且，索帶直徑與護套厚度之比例小於丨8，而 且’皮帶PLD不超過約1. 2 mm。一個例示性的護套16包 含以斜紋圖案編織之耐綸6-6捲曲變形紗，而以織物重量 在約500至700克/平方米（gsm)之間，較佳地，重量在約 550 gsm至約650 gsm之間。在此實施例中，在被壓縮至 壓縮計量厚度（Th)之前，護套16具有約1. 83 mm之原坯 φ織物原始計量厚度、及約2. 1 mm之處理後織物/原始護套 计量厚度。因此’當在此實施例中與直徑為約〇. 5至約 0.9 mm之合適索帶相組合時，索帶直徑（D)對原始護套計 量厚度之比例’可在約〇. 24至約0. 43之範圍内，且，比 例D/Th可在約〇.7至約丨· 8之範圍内。較佳地，索帶直 徑可在約〇· 6 mm至約〇. 85 mm之範圍内。一合適的索帶 包含6K碳纖維’且具有約〇· 7至約〇. 8 mm之直徑。 齒形帶10包括被嵌入於帶體12中之抗拉構件18。此 抗拉構件18包括被嵌入於帶體12中的至少一根、較佳為 312XP/發明說明書(補件)/96·〇7/96111281 13 Ϊ361255 複數根之成螺旋形盤旋的索帶。在此實施例中，根據此項 技術中之普通實施方法，呈索帶形態之抗拉構件18在齒 开y帶10之寬度上呈螺旋形盤旋，成為以間隔並列方式配 對的S與z雙絞索帶。在本發明之非限制性實施例中索 帶可因而佔據皮帶寬度之約百分之五十六（56%)至約百 分之九十五（95%)，且較佳為佔據皮帶寬度之約百分之六 十五（65%)至約百分之九十二（92%)。 鲁抗拉構件18之索帶包含複數根撚紗（twisted yarns) 及/或紮紗（bund led yarns)，而該等紗之至少一者包含纖 維f。在目前的說明中及本申請案全文中，術語「纖維」 與「長絲」可互換地用來表示具有較小剖面直徑（例如，4 至9 #m)及長度至少約為其直徑之1〇〇倍的材料但， 此等材料一般具有極大乃至不定長度，且形成紗之基本要 素術》。紗」在此處及本申請案全文中用來表示至少兩 根仁般對於纖維紗而言為1 000根或更多根纖維，而 •該等纖維係-起被放置成及/或絞撫成及/或束紫成連續 的股線，以形成一索帶組件。術語「索帶」在本申請案全 ，中用來表示可按此項技術中之已知方式絞撚成的一或 .多根紗之產品，且，在使用兩根或兩根以上紗的情況下， 可另=將該等炒放置及/或束紮及/或絞撚在一起，及/或 用黏著處理劑處理該等紗。 該等纖維為高強度、高模數纖維。該等纖維可由（例如） 玻璃纖維、芳族聚醯胺、聚對伸苯基_2, 6—苯幷二噁唑 (ΡΒΟ)、碳或其混組物製成。較佳地，該等纖‘為碳纖維。 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96_6山281 14 1361255 舉例而言，在上述美國專利第5, 807, 194號中，描繪了用 於本發明之實施例之實施的例示性碳纖維，該專利案之内 容（關於可用於本發明之實施例之實施的說明性碳纖維之 類型:組態及名稱）以引用的方式併入本文中。碳纖維一 般係藉由碳化諸如聚丙烯腈（PAN)、嫘縈（ray〇n)、或瀝主 纖維之類的有機纖維而製成，其中，在碳化過程中，^二 之直徑實質上減小。由一或多根碳纖維所形成之紗，一般 具有約66特（㈣至um特之每單位長度質量及約 U〇〇至約54,〇〇〇之長絲支數（⑴·t c〇unt，亦即， 母根紗之㈣碳纖職目）。如根據咖D侧所判定，

^發明所使用的碳纖維擁有在約5〇咖至約_如之 範圍内之拉伸模數；較佳A 最佳為約叫至二Π 約_Gpa;且 心Lc 阳。在其中個別的碳纖維之 i，用二述之^1至約9㈣之範圍内的本發明實施例 為約3, _ i約^ 應用令的索帶之長絲支數可 所熟知的，碳紗及由々点為約6,刚。如此項技術中 /及由其形成之索 有之纖維數目而非「丹居爾^. μ又了用其中所含 來表示。數目加字母「κ ^咖打）或「分特」（㈣㈣ 維數目。因此，在「31( \命名法用來表明紗中之碳纖 纖維」之縮寫名稱，而」H维紗中，「κ」為「1，刚根 等同於3，_根纖維或長絲:之表；"乘數。因此，「3Κ」碳紗 言，在（例如）「3Κ_2心"。此外，對於索帶命名而 3K紗絞撚及/或束紮於」一維索帶中，「2」表示將兩根 ' 而因此形成具有6, 000的長 312XP/發明說明書(補件)/96·〇7/96ιι咖 1 1361255 絲支數之索帶。 碳纖維索帶包含適合於特定應用的紗之任何組合，包括 (但不限於）1K-1、3K-1、3K-2、6K-1...6K-9、 12Κ-1...12Κ-4 、 18Κ-1...18Κ-3 、 24Κ-1 、 24Κ-2 、 48Κ-1 及類似的紗，該等紗為索帶提供由下文所論述之設計方法 所判定之直徑（D)。適用於實施本發明之碳纖維之非限制 性實例，可購自Toray Industries, Inc.，商品名為

TORAYCA-T400 HB 6K 40D 及 TORAYCA-T700 GC 6K ;類似 材料亦可購自Toho Tenax Co.， Ltd.，商品名為 UT500-6k ;且，類似材料亦可購自Cytec Industries, Inc.，商品名為T-650/35 6K 309ΝΤ»合適的玻璃纖維包 括Ε-玻璃，或較佳包括高強度玻璃，諸如，S-玻璃、R-玻璃、或U-玻璃。適用於實施本發明的玻璃纖維之非限 制性實例，可購自位於South Carol ina，Aiken之AGY， 商品名為762 S-2玻璃。適用於實施本發明的芳族聚醯胺 纖維之非限制性實例，可購自Dupont Chemical Company ’ 商品名為Kevlar™及Nomex™，且可購自Teijin Techno Products Limited，商品名為 Technora™、Twaron™及

Te i j i nconex™。適用於實施本發明的PBO纖維之非限制性 實例，可購自Toyobo Co.，Ltd.，商品名為ZyIon™。 另外，索帶可具有混合索帶構造。舉例而言，索帶可具 有碳纖維（6K)中心線芯，而在中心線芯外面圍包有玻璃纖 維或芳族聚醯胺紗。在適合於上述汽車應用的混合索帶構 造中，中心線芯具有小於〇 · 8 mm之直徑（D)。較佳地，線 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 16 x^〇1255 心具有在約〇. 55 mm與約〇. 碳纖維束為主要的承載組件 8 min之間的直徑（D)。應瞭解 一=維:造商通常會用膠料（Sizing)塗覆纖維，而此膠料 =而言係用於在將纖維處理成紗且纏繞至卷軸上時抑 匕、斷裂，及/或用於在利用索帶處理劑 :形成之在某些情況下，此膠料可因

、''覆於鈔及/或長絲的索帶處理劑相容之化學結構，以用 於將經處理的索帶結合至動力傳送帶中，且可（例如）因而 為一種基於水或溶劑的環氧化物溶液。在本申請案全文 中，術語「膠料」用來表示以約〇2%至2〇%乾重（亦即， 基於乾燥而如此處理的紗或長絲之重量，即，已塗覆有膠 料的乾燥的紗或長絲之重量）之含量而塗覆至紗或紗長絲 以便如上所述地發揮作用的大體上之薄膜。 根據本發明之一實施例，RFL組合物，亦即，另包含有 間苯二酚_甲醛反應產物的彈性體乳膠組合物，可作為索 帶處理劑而塗覆至紗及/或其一或多根碳長絲之至少一部 分。在本申請案全文中，術語「索帶處理劑」用來表示下 述情形下之材料：其係塗覆至紗及/或紗長絲（可包括或可 不包括膠料），且位於紗及/或紗長絲表面之至少一部分 上、及處在形成於此等索帶長絲及紗之間的一或多個間隙 之至少一部分内’其中索帶係經由束紮及/或絞撚此等經 處理索帶之紗所形成、及/或由此等經處理索帶之紗的其 他組合或組態所形成；且’其係基於經如此處理的索帶之 最终重量，而以大於百分之二（2.0%)之含量塗覆至此類 3 UXP/發明說明書(補件)/96·07/961 i 1281 17 1361255 紗及/或紗長絲。 —至於RFL成刀，可使用任何合適的材料。較佳地肌 溶液中之間苯二酚-甲醛樹脂份額的乾基重量百分比為約 2%至約鄕，@乳膝份額為約百分之六十（6〇%)至約百 分之九十八（98%)。較佳地’間苯二盼_甲駿樹脂份額的 乾基重量百分比為約百分之五⑽)至約百分之三十⑶ %)，且，乳膠份額為約百分之七十（7〇%)至約百分之九 -籲十五（95%)。在本發明之一實施例中，已發現此比例允 許充分浸潰碳纖維之多種長絲，以減輕對長絲之磨蝕及破 壞同時保持凡成習知的絞樵（twisting)及並撚 (cabling)操作所需的足夠撓性。然而，無論所用之間苯 二酚-f醛樹脂與乳膠之特定份額或所達成之精選含量如 何，在本發明之實施中業已發現，應使索帶處理劑溶液之 固體含量達到並保持在處理過程中當RFL溶液大體上保 持穩定時之該數值。 _ RFL溶液中之乳膠組合可為任何合適的類型包括·· HNBR、NBR、羧化HNBR、羧化NBR、乙烯基吡啶/苯乙烯一 丁二稀橡膠（VP/SBR)、羧化 VP/SBR、SBR、氫化 SBR、氯 磺化聚乙烯（CSM)、乙烯-α-烯烴型彈性體（諸如，ΕρΜ 及EPM)，或任何兩種或兩種以上前述物質之組合。在一 較佳實施例中，乳膠組份為羧化HNBR類型，且可包括最 小里乃至專里的、或等重量比例的、或更多的其他彈性體 類型，包括諸如EPDM及EPM之乙浠-α-埽烴型彈性體。 乙烯-α -烯烴彈性體可單獨使用或以其兩者或兩者以上 312ΧΡ/發明說明書(補件)/96-07/96111281 18 1361255 之組合而使用’以改良所得到的皮帶之低溫效能性質諸 如’低溫撓性。 亦可適當地使用此項技術中所已知的其他索帶處理 劑，諸如，美國專利第6,500,531號中所揭示的針對碳纖 維索帶之環氧化物-乳膠/RFL雙步驟處理劑，或美國專利 第6’824, 871號中所揭示的針對PB〇索帶之類似處理劑， 或美國專利第4,883,712號中所揭示的針對碳纖維之溶 鲁劑基底環氧化物-橡膠/RFL處理劑。 在本發明之實施例中，索帶可具有約〇 2mm至大於2^ ηπη之直徑（D)。下文之說明陳述一實施例之皮帶，該皮帶 被設計成配合具有〇. 686 rom(0· 027吋）之系統設計pld的 標準汽車應用。對於此類皮帶而言，D可在約〇 . 5 mm至 約0. 9 mm之範圍内。較佳地，此種索帶具有在約〇 7咖 與約0.8 mm之間的直徑。合適的索帶可包含⑽碳纖維。 如圖2所述，索帶之中心（C)界定出皮帶中性軸線/節線。 φ帶輪PLD之標準設計公差為+〇. 05 — 0. 〇〇簡。然而，在至 少一個已知的汽車實例中，帶輪6(圖丨）具有在約〇.648 mm(0. 0255吋）至約〇· 775 mm(0. 0305吋）之較大範圍内之 節線差（PLD) ’該節線差導致習知皮帶之節距配合問題。 本發明之皮帶之皮帶中性軸線位於最大帶輪PLD上方。該 皮帶具有一差分節線（△ PL，differential pitch line)， 在此情況下，該差分節線為該皮帶之PLD或中性軸線與 0. 686之設計帶輪PLD之間的差值。a pl在約〇 〇9 mm(0. 003吋）至約0. 5 mm(0. 02吋）之範圍内。較佳地， 312XP/發明說明書(補件 V96-07/96111281 19 1361255 △ PL在約〇 16 mm至約〇 y mm今f〜 至约Ο 36 之或在約0.16随 至約0.36 mm之範圍内。應瞭解，Λρι^亦為_帶 帶輪6之間的節線差值。因& 套16 -起提供一種可且有在此约；^之抗拉構件18與護 〆、有在約〇. 78 mm至約1 2 夕r 圍内、較佳在約0. 85 mm至约1 9 ♦ γ 辜 至約1 · 2 mm之範圍内或在約〇 顏至約Llmm之範圍内之⑽的皮帶。 構 18與護套1卜起提供—種可 抗拉構件 佳約0.9至約1.6或約丨〇 /的】.至約丨· 8或較 皮帶。 <、’’ .0至約1. 5之範圍内之D/Th的 如圖4所述，齒形帶1()之pL])可用光學方式量測，且 可基於護套表面位置（Pfs)、索帶-織物界面（PCF)、及帶體 橡膠-索帶界面㈤而進行計算，其中，該位置及該等界 =係在穿過脊面區域（圆3中之20)之皮帶剖面上被判 定。平均護套厚度（Th)等於平均PeF與平均Pps之間差值之 絕對值。平均索帶直徑（D)等於平均&與平均〜之間差 值之絕對值。光學PLD等於平均護套厚度（Th)加上平均索 帶直KD)之-半’亦即，pLD=Th+D/2。應瞭解，齒形 帶10之光予PLD係基於若干讀數之平均值而量測，量測 較佳地在皮帶周圍之一或多個脊面2〇位置上進行。 為了 °又e十出適合於特定驅動系統之皮帶，必須慮及五個 變數。該五個變數為D(索帶之直徑）、Th(護套之厚度）、 PLDp (帶輪或驅動系統之節線差）、(基於前述光學尺 寸量測法之皮帶節線差）、及△ PL(皮帶與帶輪之間的節 線差值）°或者’ PLr(節線或PLD比）可用來替代APL而 312XP/發明說明書(補件)/96·〇7/96η 1281 20 1361255 用作第五設計變數。PLDp 一般係特意給定，且被視為習 知的皮帶/驅動系統之設計PLD。提供兩個算式：⑴訊 = PLDb-PLDp 4 PLr=PLDb/PLDp > ^(2)PLDb=Th + D/ 2因此為了定出皮帶規格，必須由設計者提供另外 兩個算式或變數。有兩種設計方法係實用的。⑴若變數 D/Th在給定的範圍内，且紙或…亦在給定的範圍内， 方法稱為「厚度比」方法。此設計方法可視為獨 立於PLDp，或可適用於任何所要的PLDp。⑵若1)及Th 被給定或在給定的範圍内，則_易於計算，而△

PLr便獨立於PLDn日且@ K 際厚度」方法。以D及格且此Γ方法稱為「實 出D及Th規格，一般會得到僅適合 = :LDP方之/帶。應瞭解，齒形帶1〇可基於此等變數及 猎由任一方法加以設計。 因此，根據實際厚度方法’在一設計實例中，可標定 0.5至0.7 Dim之較佳謹矣厘庳 -a (\ η 參 帝帶吉庐έ士 I t. ° 又、及0. 6至0. 8 mm之較佳 素帶直…果，比例D/Th在約〇 9至約16之範圍内。 亦有結果為，PLDb在約0.δ至約U咖之範 縮小標定的範圍以將比例D/Th保持於約i = 圍内、且將腿保持於0.85至1〇“之範圍内，= 而吕可能為較佳的。隨後結果為，對於〇 又 言帶/帶輪系統之隨將在約0·16至約二 動系統之皮帶。 行例可適用於汽車頂置凸輪驅 或者，根據厚度比設計方法，藉由實例的方心可將比 3I2XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 2, 1361255 例PLr標定在約i. 2至約1. 75、或約1· 24至約i. 75、或 較佳為約1. 24至1· 6之範圍内。比例D/Th可在約0. 7至 約1 · 8之範圍内，或在約〇· 9至約丨.6、或約丨.〇至約i 5 之較佳範圍内。結果，對於（例如）〇.686酬之標定pLDp 而言’PLDb必須在約0.83至約1.20 mm、或較佳為約〇. 85 至約1. 2 mm、或約〇. 85至約1. 1 mm之範圍内。在pLr 與PLDp及D/Th被給定的情況下，索帶直徑及護套厚度可 經適當選擇以提供PLDb。因此，本發明之厚護套、細索 帶的皮帶可被設計成用於任何所要的皮帶/帶輪系統 PLD。藉由實例的方式而應用於標準龍A IR_24中所列之 私準工業同步帶輪尺寸或「型號（secti〇n)」的厚度比設 計方法，得到表1所列之索帶直徑及護套厚度範圍。所列 之每一組合為本發明之厚護套、細索帶的齒形帶之按比例 縮放之實施例，而該實施例係利用上列之最小pLr及D/Th 範圍。應瞭解，工業Η型帶在PLD方面等同於最普通的汽 車PLD : 0. 686 mm。藉由實例的方式，在表i中，針對每 一種帶型，列出接近在所要範圍内之標稱直徑之碳纖維索 帶構造。應瞭解，具有每一種所要直徑範圍之合適的索 帶，可由芳族聚酿胺、玻璃、PB〇、或其他合適的高強度、 高模數的纖維來構t亦應瞭解’同—設計方法可應用於 米制皮帶尺寸’諸如’ 2-随、3-随、5一咖、8_丽、及14_随 節距，以及類似節距，且可應用於任何所要的僮形輪靡。 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 1361255 [表1] 帶型 PLDp(mm) PLDb-範圍 (mm) 碳纖維 索帶 標稱D (mm) D-範圍 (mm) Th-範圍 (mm) MXL'XL 0. 254 0.32-0.41 lk 0. 29 0. 21-0. 35 〇·18-0.27 L 0. 381 0.47-0. 61 3k 0. 5 0.31-0.52 0· 27-0· 4】 Η 0. 686 0. 85-1. 1 6k或 12k 0. 75 或 0. 95 0. 57-0. 95 0.49-0.73 ΧΗ 1. 397 1.73-2.24 18k或 24k 1. 24 或 1. 45 1. 15-1.92 1.0-1.5 ΧΧΗ 1. 524 1.89-2.44 24k 1. 45 1. 26-2. 1 1.1-1.fi 齒形帶1 0與現有引擎之帶輪PLD相配合，但，藉由減 小抗拉構件18之直徑、然後超比例地增加護套μ之厚 度，而與習知皮帶設計有顯著的不同。較小直徑之抗拉構 件18彎曲時消耗較少能量，此將減少熱量產生，從而又 減小齒形帶1 〇之運轉溫度，藉此，減輕帶體12之化合物 之老化。將諸如碳纖維之類的高強度、高模數的纖維用於 抗拉構件18’來保持齒形帶10之抗拉強度。厚的護套16, 在利用標準彈性體化合物之同時，增強了帶齒丨4之負载 能力。結果，齒形帶1 〇在有磨蝕情況下持續更長時間， 因為，磨穿此種較厚護套16需要更長的時間。應瞭解， 較大直徑之抗拉構件彎曲時會消耗更多能量，從而導 量產生及帶體化合物之更快老化。 ·、'、 回形帶10具有維持所需* APL或PLr的索帶 比例，而不同於將帶輪PLD匹配於相對較為緊密的公差： 的習知方法。舉例而言’如表2所述，將 差内 紗的抗拉構件及相對較厚的護套的本發明齒 玻璃纖維紗及m碳纖維的抗拉構件 =、有 較，如下所示： 天齒形帶相比 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 23 ^61255

[表2] d 護套計量厚度 (mm) 壓缩計量厚度Th(mm) 比例 D/Th

齒形帶10，具有低於習知皮帶之索帶直徑與護套厚度比 :、及高於習知皮帶之皮帶pLD。因此，具有6K碳纖維 紗的抗拉構件之齒形帶1〇，具有較低初始抗拉強度，但 具有減小皮帶運轉溫度之高曲度索帶。 為了 5兒明本發明之效果，利用由標準玻璃紗、12Κ碳纖 維紗、及6Κ石炭纖維紗所職的抗拉構件來形《此種齒形 帶。此等皮帶僅在護套厚度及索帶材料方面不同。該等皮 帶中之每一者具有25 mm頂寬及141個齒（9.525 mm節 距）且所量測之長度為約1343· 〇25咖。該等齒為曲線 形:為了在標稱皮帶長度下之9 525龍節距的情況下保

持標準汽車齒節並與帶輪相配合，僅將用於本發明皮帶之 模具，開成具有〇· 94 mm之PLD。在下文表3所陳述之實 例之每者中，每一皮帶具有原始皮帶抗拉強度，且測試 多個小時，以得出最終的皮帶抗拉強度： [表3]

上文針對表3而陳述之實例之每一者所描繪的三種不 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 24 I361255 同索帶材料之皮帶，係利用如表2中所陳述之索帶護套組 合而構建完成，且在圖5所述之試驗用具3〇上進行測試。 此試驗用具30被構建成為模擬19〇〇cc、四缸、直 =引擎上所用之定時皮帶。此試驗用具3〇包括如圖^所 提供的示意圖所示之七個帶輪32、34、36、38、4〇、打 及44。f輪32表示驅動帶輪或曲轴帶輪，帶輪％表 張緊帶輪’帶輪36表示凸輪軸帶輪，帶輪38表示空轉 #輪，帶輪40表禾燃油喷射栗帶輪，帶輪42表示水栗帶輪， 且，帶輪44表示空轉帶輪 '帶輪32、帶輪％、帶輪4〇、 及帶輪42各擁有用以與帶齒相喃合之若干鍵輪凹槽（數 ，目分別為22、44、44、及19) ’此等凹槽係在9 525咖 郎距下，但具有不同的PLDp(分別為^.⑽咖^ 749咖、 •749 mm、及0.775職^帶輪38及44為平整的亦即’ 為非齒形帶輪，其所量測之直徑分別為28 mm及80咖， 而自動張緊帶輪34則為平整的，且所量測之直徑為π i随。-個試驗裝置包括-腔室，該腔室含有試驗用具⑽， 且在整個試驗_將腔室内之溫度保持於〗2〇艽。 在「4-随」負載（其表示燃油嘴射系之最大負載或位移） 下、在曲轴帶輪或驅動帶# 32處由電動馬達所施加之 4, 000 RPM(每分鐘轉數）下、在自動機械張緊輪％所賦 之500 N佈設張力下、並且在燃油喷射泵所引起之2 5〇〇 N峰值緊邊張力（由帶輪34中之應變計所量測的）下’使 該等皮帶在試驗用具30上以順時針方向運作。對皮帶進 行測試，直至達成任-破壞或達成最終的皮帶抗拉強度。 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 25 1361255 此等結果表示：具有由標準玻璃纖維紗所形成的抗拉構件 之三個比較齒形帶，在約33〇小時後均具有抗拉破壞，並 且，具有由12K碳纖維紗所形成的抗拉構件之兩個比較齒 t帶’分別在792小時及803小時後具有整個皮帶破壞。 另一方面，具有由6K碳纖維紗所形成的抗拉構件之三個 本發明齒形帶，分別測試1362、1574、及1 936小時，而 分別具有21.9、21.5、及21.2 kN/20 mm之最終皮帶抗

拉強度。本發明之皮帶顯現出正常的磨損破壞跡象，包括 脊面區域中及齒根面上之護套磨損。所以，具有相對較厚 濩套及較細6K碳索帶的齒形帶1〇，具有較低的初始抗拉 強度，但具有較長的壽命及較為合意的破壞模式。

=此〔本發明之齒形帶1G具有小直徑索帶與厚的織物/ 濩套’從而保持皮帶PLD遠大於帶輪PLD。齒形帶1〇具 有較低的初始抗拉強度、及減小皮帶運轉溫度的高曲产； 帶。齒形Φ 10具有改良的齒負載能力 ：迫 損性的特厚織物。 -、會面之杬磨 已以例示性方式騎了本發明。應瞭解，所用之術 質上為描輕詞語而非為限制性。根據上述教示 發，許多變更及修改。所以，在隨附之申請專利^ 之範脅内，本發明可採用除具體所述方式之外的方= 施。本文所揭示之發明，可在不越田士 — 土 何元件的情況下，適當地加以實施。特別揭不的任 【圖式簡單說明】 圖1為說明帶輪與齒形帶之間的幾何關係之示意圖。 312XP/發明說明書(補件)/9647/96111281 26 1361255 圖2為本發明之厚護套、細索帶的齒形帶之立體透視 圖。 圖3為圖2之齒形帶之片斷圖。 圖4為圖2之齒形帶之一區段之片斷圖。 圖5為表現本發明之一態樣之特徵的測試組態之示意 圖。 【主要元件符號說明】 6 帶輪 * 8 皮帶 10 齒形帶 12 帶體 14 帶齒 15 (可選擇）護套 ^ 16 護套 18 抗拉構件 φ 20 脊面（區域） 30 試驗用具 32 驅動帶輪或曲轴帶輪 34 張緊帶輪；張緊輪 36 凸輪軸帶輪 38 空轉帶輪 40 燃油喷射泵帶輪 42 水泵帶輪 44 空轉帶輪 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 27 1361255

BPL 皮帶節線 C 帶輪中心 CP 周節 D 索帶直徑 0D 外徑 P 節距 PcF 索帶-織物界面 Pfs 護套表面位置 Prc 帶體橡膠-索帶界面 PD 節徑 PLD 節線差 PLDb 節線差 PLDp 節線差 PLr 節線或PLD比 Th 厚度 △ PL 差分節線 312XP/發明說明書(補件)/96-07/96111281 28

Claims (1)

1361255 • · .十、申請專利範圍： 1· 一種齒形帶’用以與有凹 一彈性本體； 槽的帶輪相喝合 29〜艰 '轉. * 〆；乂 -, ，包含： 由該本體所形成之至少一個齒； 一織物製的護套，其係沿著 被嗖置，ς 耆〜至乂一個齒之周邊表面而 极〇又罝立具有0. 5 mm至的η 〇 厚度； ’’ · 8随之乾圍内之壓縮護套 至少一根索帶，其被嵌入於兮 _的索帶直徑； ^本體中，且具有大於0.85 的該索帶直徑 該至少一根索帶及該護套具有小於I 對該護套厚度比例； 且該索帶直徑及該護套厚度描繪出約12匪或更小的 光學皮帶PLD。 2.如申請專利範圍第1項之齒形帶，其中，該至少一根 索帶係㈣自於如下之纖維材料所製成：碳、PBO,以及， 選自於碳、玻璃、芳族聚酿胺、及PBO中之至少兩者之混 合物。 3. 如申印專利範圍第2項之齒形帶，其中，該帶擁有 0. 85 mm至約1· 1 mm範圍内之光學pa。 4. 如申吻專利範圍第2項之齒形帶，其中，該帶可嚙合 於一個具有設計PLD的帶輪，且，該皮帶 PLD比該設計 PLD大了大約〇· 〇9 mm至大約〇. 51 _。 5·如申請專利範圍第1項之齒形帶，其中，該至少一根 索帶包含碳纖維’且，該索帶直徑在約0.5 _至約0.95 96111281 29 1361255 _之範圍内。 6 ·如申請專利範圍第1項之齒形帶，其中，該至少一根 索帶係由一中心碳纖維線芯所製成，而有複數根玻璃纖維 被設置成圍繞著該線芯。 7.如申請專利範圍第1項之齒形帶其中該至少一根 索帶具有選自於 12K-1、6K-2、3K-4、6K-1、3K-卜及 3K-2 之碳纖維構造。 8·如申請專利範圍第i項之齒形帶，其中，該護套具有 、·，勺0.57随至約〇·75咖之範圍内之壓縮厚度。 9. 如申請專利範圍第8項之齒形帶，其中广 之細料：碳、·、芳族聚酿胺、玻璃、高 強度玻璃、及前述諸物質之混合物。 10. 如申請專利範圍第！項之齒形帶， 徑對該護套厚度之比例小於約15。、中该索帶直 11. 如申請專利範圍第1〇項之齒形帶， 含一選自如下之纖維材料：碳、酬、芳“中’該索帶包 高強度玻璃、及前述諸物質之混合物。胺、玻璃、 12. —種同步驅動總成，i且有一 包含至少-個驅動器和—個從動帶輪二設言十⑽，且 帶輪呈驅動唾合的齒形帶；該齒形帶包八及’-條與該等 一彈性帶體； 3 · 一抗拉索帶，其具有一直徑； -織物製的護套，纟具有一壓縮厚度; 一皮帶光學PLD ; ’ 96111281 30 1361255 其中，該皮帶PLD與該設計PLD之比例在約丨2至約 1. 75之範圍内；及 該索帶直徑對該護套厚度之比例在約〇 7至約17之範 圍内。 13. 如申請專利範圍第丨2項之同步驅動總成，其中，該 皮帶PLD與該設計PLD之比例在h24至約175、之範圍 内；及 該索帶直徑對該護套厚度之比例在約〇. 7至小於約i. 5 ’之範圍内。 14. 如申明專利範圍第丨3項之同步驅動總成，立中，該 皮帶PLD與該設計PLD之比例在i 24至社6之範圍内； 及 ，索帶直徑對該護套厚度之比例在約以至小於約ι 5 之乾圍内。 ^如巾請專利範圍第13項之同步驅動總成，其中，該 包：選自於如下之纖維材料:碳、刚、芳族聚酸胺、 玻㈣、南強度玻璃、及前述諸物質之混合物。 16. 如申請專利範圍第12 合μ人、^ 币^項之问步驅動總成，其中，該 於石山㈣#卜之義、，隹材枓.碳、ΡΒΟ,以及，選自 於奴、玻璃、芳族聚醯胺、及ρ 17. 如申請專利範圍第12項二中：至少兩者之混合物： 索帶包含碳纖維，且，該卜：夕驅動總成’其中’ 5亥 維長絲支數。 有約^至約概之碳纖 96111281