近年、最も急速に成長している伝動ベルトの種類は、カットエッジVベルト、マルチリブベルト(図2)、およびシンクロナスベルト(図3)である。カットエッジVベルトは、ラップドVベルトと比較して、より高い伝動効率、大容量の動力伝達能力、長い使用寿命、および高い省エネルギー性能を備えている。マルチリブベルトは、カットエッジVベルトの利点に加えて、フラットベルトのような柔軟性、高い速度比、および高速運転能力も兼ね備えている。シンクロナスベルト駆動は、ベルト駆動、チェーン駆動、ギア駆動の特徴を組み合わせたものである。このため、これらのベルトはますます多くの応用分野で採用されつつあり、これは今後の伝動ベルトの開発においても継続される傾向である。
最新鋭のVベルト、マルチリブベルト、およびシンクロナスベルトの生産工程および製造設備は、基本的に類似しており、相違点は特定の手順およびその後の加工工程にのみ見られます。製造工程には、部品製造(シート押出、短繊維充填シートの継ぎ合わせ、ナイロン製伸縮性ファブリックの縫製、ファブリックの裁断)、組立、加硫、研削、切断、および品質検査(外観、寸法、性能)が含まれます。
2.1 建設
単ドラム式ビルドマシンは通常、カットエッジVベルト、マルチリブベルト、およびシンクロナスベルトを製造します。シンクロナスベルトにおける引張コードのねじれ効果を除去するためには、異なるねじり方向(すなわち「S」ねじりおよび「Z」ねじり)のコードを同時に配置するために、2つの独立したテンショニングシステムが必要です。中国のいくつかのメーカーは、初期段階においてドイツのSCHOLZ社製ビルドマシンを輸入していました。当時の投資コストを考慮し、多目的ビルドマシン(ユニバーサルマシン)を導入することが主流でした。これらのマシンは、ラップドVベルト、カットエッジVベルト、マルチリブベルト、シンクロナスベルトの製造に加え、保護スリーブの切断やシンクロナスベルトの背面研削にも適用可能です。 および最先端のVベルトおよび同期ベルトです。この機械には、主駆動装置、ビルドドラム、カットドラム、切断ユニット、研削ユニット、テールストック、4ステーション(ストリップ)レットオフ、コード敷設ユニット、2ステーションコードレットオフ、および電気制御システムが装備されています。
多機能Vベルトビルドマシンのいくつかの機能を統合または分離することにより、切断・裏面研削機能を備えた研削/切断機や、単一機能のビルドマシン、切断機、裏面研削機などの専用設備が開発されました。これらの機械は構造的には同一であり、基本的に多機能Vベルトビルドマシンから必要な機能部品のみを保持し、不要な部品を省略しています。
中国では、青島イリダ社が「第九次五カ年計画」として知られる国家科学技術プロジェクトを受注・達成した唯一の企業ではなく、他のメーカーも高技術を用いたVベルト、マルチリブベルト、およびシンクロナスベルト製造機を製造しています。これらの装置は、ほぼ同様の動作原理に基づいており、その製品はユーザーの要件レベルに応じて単純なものから高度なものまで多様です。
2.2 加硫
カットエッジVベルト、同期ベルト、マルチリブベルトは、ラップドVベルトと同様に、加硫オートクレーブを用いて加硫されます。また、すべてのベルトは、垂直型ゴムスリーブ加硫オートクレーブで加硫可能です。加圧方式により、ゴムスリーブ加硫オートクレーブには2種類あります:蒸気加熱・加圧方式、および蒸気加熱・水加圧方式です。現在、輸入品のオートクレーブおよび国産のDLTオートクレーブはいずれも蒸気加熱・加圧方式を採用しています。これらはPLD(比例・積分・微分)制御を採用しており、高い温度制御精度、高い生産効率、および高い製品品質を実現しますが、中圧または高圧の蒸気ボイラーを必要とします。
2.3 カットエッジVベルトの切断
2.3.1 単ドラム切断
単ドラム切断では、上記の多機能Vベルト製造機を含む単ドラム切断機が使用される。保護用切断スリーブは、拡張ドラム上で事前に切断し、円形に研削する必要がある。このスリーブは、2枚の円盤状ディスクカッターによって個別のカットエッジ付きVベルトに切断される。ベルトの断面は均一であり、生産能力は高い。しかし、拡張ドラムのコストは高く、また保護スリーブの作業は手間がかかり、時間もかかる。
2.3.2 二重ドラム切断
二本ロール切断では、二本ロール切断機を用いて、加硫済みベルトスリーブを幅および角度の規格に基づき個別のベルトに切断します。この技術は当初、ドイツのベルストルフ社によって発明されました。上海や開封などの中国国内の多数の工場が、順次ドイツからこのような機械を輸入しています。また、青島イリダ社、青島モソン社、紹興ジュンマ社などの国内企業が、同種の設備を開発しています。二本ロール切断機は、主駆動装置、切断ロール、張力ロール、切断装置および制御システムで構成されています。張力ロールと切断ロール間の距離を制御することにより、内周長680~3000mmのベルトを切断できます。二本ロール切断機は、拡張ロールおよび保護切断スリーブを必要としないため、設備投資額が少なくなります。ただし、切断精度はやや低く、切断後のベルトについては長さ測定および研削作業が必要です。
2.4 マルチリブベルト研削
加硫済みのマルチリブベルトスリーブは、マルチリブベルト研削機を用いてリブ状表面に成形されます。この機械は、加工方式に応じて、単ベルト式マルチリブベルト研削機および全スリーブ式マルチリブベルト研削機に分類されます。
2.4.1 単ベルト式マルチリブベルト研削
単ベルト式マルチリブベルト研削機は、研削ユニット、ドライブプーリー、テンションプーリーおよび電気制御システムから構成される機械です。ベルトの素地(ブランク)は必要な幅に切断され、ドライブプーリーに装着された後、テンションプーリーにより張力が与えられ、特殊な形状を有する高速回転研削ホイールによってベルト表面が研削されます。本機械は、周長600~2500 mm、幅30 mm未満のPJ、PKおよびPL規格のマルチリブベルトのリブを、研削線速度30 m/sで研削することが可能です。
2.4.2 全スリーブ式マルチリブベルト研削
全 sleeve 多溝ベルト研削機の原理は以下の通りである:加硫済みベルト sleeve はその金型とともに研削機の主軸に取り付けられ、主軸とともに回転する。あるセクションの研削が完了すると、研削ユニットは横方向に所定の距離だけ移動し、次のセクションの研削を開始する。この操作を繰り返して、ベルト sleeve 全体の研削を完了する。多溝ベルト研削機は、単一ベルト方式の機械と比較して生産効率が高く、製品の寸法精度も優れている全 sleeve 方式の機械である。ただし、装置・金型・制御システムに対する精度要求が高いため、より高価な設備投資が必要となる。また、この機械は同期ベルトの裏面(背面)の研削にも使用可能である。
3. 検査
伝動ベルトの総合検査には、外観(断面寸法、長さ)、物理・機械的特性、動的性能(伝達動力および疲労寿命)の各項目が含まれる。
3.1 長さ測定
中国の改革・開放以降、中国におけるベルト伝動装置の規格は、国際規格および欧米規格に基づき、順次改訂および制定されてきた。ベルトの長さは、長年にわたり中国で採用されていた内周長方式ではなく、基準長方式および有効長方式によって規定されるようになった。このため、専用の長さ測定装置が必要となる。1980年代半ばより、上海航空機設計研究院が自動車用Vベルトの寸法規格制定に対応するため、自動車用Vベルト長さ測定機を開発した。その後、中国においてVベルトの新規格が施行された際には、Vベルト長さ測定機がメーカーにとって必須の設備となった。
同期ベルト長さ試験機は、より高精度な性能を要求され、通常は相対測定法を採用します。無錫ゴム工場は、ドイツのSCHOLZ社製同期ベルト長さ試験機を輸入しました。SEUおよび青島モーソン社も同様の試験機を設計しています。
3.2 疲労寿命
疲労寿命試験は、トルクを加えない方法とトルクを加える方法に分類され、前者はフレックス試験機(Flex Tester)として知られています。中国におけるVベルトの新規格(GB1174-96)に対応するため、非トルク式試験機が開発されました。この試験中、ベルトは動力を伝達せず、プーリーに対するベルトの内面および外面は滑らず、ベルト内部の張力はプーリーの回転とともに変化しません。この試験では、ベルトがプーリー上を通過する際の曲げのみを模擬し、曲げ回数および伸長量を測定します。通常、この試験には5~7日間の時間を要しますが、プーリー径または初期張力を小さくすることにより、摩耗速度を高めることも可能です。この方法は、実際のベルト伝動運転条件との相関性が低く、品質管理に適しています。
トルクを用いた方法により、短時間で伝送ベルトの品質を包括的かつ比較的正確に判定することが可能である。自動車用Vベルト疲労寿命試験機は、貴陽、無錫、開封の各メーカーによって中国へ輸入されている。旧上海ゴム製品第2工場で使用されていた自動車用Vベルト疲労寿命試験機は、長期間にわたりハルビン工業大学が設計したものであった。無錫のメーカーは、自動車用マルチリブベルト疲労寿命試験機を輸入しており、この装置は高温下における疲労寿命試験性能も備えている。
自動車用非同期ベルトの疲労寿命試験機は、中国ではあまり使用されていません。王吉民氏は、特許「ベルト伝動装置の全機能動的性能試験装置」(特許出願番号:99258441)を基に、遼陽市吉達工場向けに自動車用非同期ベルトの疲労寿命試験機を開発しました。この装置は、国家標準GB/T 18183-2000(ISO 10917:1995と同等)「自動車用非同期ベルトの疲労寿命試験方法」に適合しており、高温水噴霧による疲労寿命試験を実行できます。
中国の自動車市場が急速に拡大し、自動車の性能が大幅に向上するにつれ、自動車用非同期ベルトの性能に対する要求もますます高まっています。中国国内における自動車用非同期ベルトの疲労寿命試験機の開発・生産・普及を加速させるという課題は、極めて重要です。
4. 展望
中国におけるベルト伝動装置製造設備の現状と将来展望(2005年)
長年にわたる輸入、模倣、吸収および独自開発によって、ベルト式トランスミッションの製造は大幅に促進されてきたが、これは国内のベルト式トランスミッション産業の現状の発展水準を一定程度反映している。しかしながら、海外メーカーと比較すると依然として差が存在する。主な課題は以下の通りである。
(1) 業界内におけるベルト式トランスミッションの製造水準にばらつきがあり、設備が未熟であり、低品質の製品がベルト式トランスミッション市場の健全な発展、特に新規ベルトの普及・応用を著しく阻害している。
(2) 国内の製造設備は、精度、自動化水準、メカトロニクス統合および新技術の導入において、海外メーカーの設備と比べて依然として差がある。
(3) 特定タイプの伝動ベルトの製造設備は、国内産業では生産されていない。成形多溝ベルト、両方向歯付き伝動ベルト、注入反応結合伝動ベルト、短繊維強化伝動ベルト、らせん状(またはヘリンボーン)歯付き伝動ベルト、CVTベルトの製造設備およびプロセス技術。
(4) 一部の分野において、実質的に独立した知的財産権がほとんど存在しない。海外の先進的な製造企業は、技術および設備に関する特許を既に保有している。中国がWTOに加盟し、知的財産保護を強化するに伴い、中国の伝動ベルト産業における持続可能な発展および国際競争力は、大きく制約されている。
(5) 古い試験・検査方法。大手外国メーカーは、性能および品質管理における研究開発に重点を置いており、一部ではオンライン自動試験を実現している。大手外国企業では、多角的・統合的な試験を行うために100種類以上の動的試験機を保有しており、それぞれ独自の試験方法を採用している。一方、国内の限られたメーカーでは、疲労寿命試験機が1~2台しかなく、そのほとんどが故障している。
上記の事実を総合的に考慮すると、著者は、ベルト式トランスミッション装置の製造設備の今後の発展傾向は以下の通りであると見ている。
(1) 現行の製造設備の精度、信頼性および自動化レベルをさらに向上させ、新しいコンピュータ技術を活用して人間と機械の相互作用(ヒューマンマシンインタラクション)を実現すること。
(2) 成形多溝ベルト製造機、Vベルト回転加硫プレス、両方向歯付きトランスミッションベルト製造設備などの国産製造設備を緊急に開発すること。
(3) インジェクション反応結合伝動ベルト、短繊維強化伝動ベルト、ヘリカル(ギザギザ)歯形伝動ベルト、熱可塑性エラストマーVベルトおよびCVTベルトなどの新技術・新機器の研究開発を強化する。
(4) 試験装置の国産化を推進し、試験機の信頼性を向上させる。特に、高温多溝ベルト試験機、高温水噴霧自動車非同期ベルト疲労寿命試験機、オートバイ用CVTベルト疲労寿命試験機の普及を図る。
(5) 条件が整ったメーカーは、自社の生産技術および生産設備の積極的な開発に取り組むべきである。