JP2005098470A - 歯付ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 自動車等のエンジンに使用され、ＯＨＣ用歯付ベルトとして、高負荷での使用に耐え得る歯付ベルトを提供する。
【解決手段】 長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部２と、心線３を埋設した背部４を有し、前記歯部２の表面に歯布５を被覆した歯付ベルト１において、背部４が、水素化ニトリルゴムに第１の共架橋剤として不飽和カルボン酸金属塩を配合した配合ゴムを主成分とし、この配合ゴムに、繊維、針状結晶又はパウダー状の無機材料又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤を添加剤として用い、有機過酸化物にて架橋してなるものであることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、歯付ベルトに関し、特に、高負荷のかかる自動車用ＯＨＣ歯付ベルトに関する。

近年、省エネルギー、省資源を目指す社会的背景のもとに、農業機械や自動車等に用いられている歯付ベルトにおいても長寿命化、高負荷化が重要な課題となっている。近年、自動車のＯＨＣ歯付ベルトは、自動車の車体スペースの小型化、軽量化及び燃費節約から複数のプーリーに１本の歯付ベルトを曲がりくねった状態で取り付け、駆動させるようになっている。自動車用ＯＨＣ歯付ベルトは、ベルト張力を調整するため背面アイドラープーリと接触して背面駆動も行うため、ベルト背面の摩耗が激しく、ベルト張力の変動が生じてベルトスリップを引き起こす問題があった。

そのため、例えば、特許文献１にあるように、ベルト背面にカバー層として少なくともセラミックウィスカーを分散配合したゴム部材を繊維部材に含浸付着させ、かかるカバー層をゴム部材が露出する状態で貼着するものがある。

また、上記心線として、ガラス繊維やアラミド繊維の代わりに、炭素繊維を使用した伝動ベルトも提案されている。例えば、ウレタンエラストマーのベルト素材に心線として炭素繊維コードを使用したもの（例えば、特許文献２参照）や、心線としての炭素素材に片撚りが施される前に、この炭素素材がベルト本体と同じ材質の熱可塑性エラストマーで接着処理されるもの（例えば、特許文献３参照）などがある。さらに、上撚り係数が２．０〜４．０であり且つ下撚り係数が上撚り係数の１／２〜３／２とすることにより、初期強力が大きく、伸びが小さく、さらには、耐水性及び耐屈曲疲労性をも改善した歯付ベルトが提案されている（例えば、特許文献４参照）

特開昭６２−１４７１４２号明細書 特許第２９５４５５４号公報 特開平１０−２３７９号公報 特公平３−４７８２号公報

しかしながら、自動車等のエンジンの高性能化に伴い、特許文献１に記載の構造のベルトにおいては、高硬度、高負荷に十分に耐え得ることが困難となってきている。

また、特許文献２〜４に記載の歯付ベルトでは、高負荷を伝動する際に、心線の伸びによってベルトのジャンピング（歯飛び）が発生し、さらには、走行後のベルト残存強力も走行前に比べて大きく低下することがあった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、自動車等のエンジンに使用され、ＯＨＣ用歯付ベルトとして、高負荷での使用に耐え得る歯付ベルトを提供することを目的とする。

前述の課題を解決するための第１の発明に係る歯付ベルトは、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部を有し、前記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、背部が、水素化ニトリルゴムに共架橋剤として不飽和カルボン酸金属塩を配合した配合ゴムを主成分とし、この配合ゴムに、繊維、針状結晶、六方晶系結晶、六角板状結晶又はパウダー状の無機材料、黒鉛、鉱物又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤を添加剤として用い、有機過酸化物にて架橋してなるものであることを特徴とするものである。

このような構成によると、背部ゴムの屈曲性を損なうことなく、ベルト強度、耐摩耗性が向上する。また、背面アイドラープーリと接触するベルト背面に繊維、針状結晶、六方晶系結晶、六角板状結晶又はパウダー状の無機材料、黒鉛、鉱物又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤が表出するようになるため、ベルト背面と背面アイドラープーリ間の摩擦係数を小さくすることが可能となる。このため、背面側に帆布を貼着する必要がなくなる。

また、第２の発明の歯付ベルトは、前記第１の発明において、前記配合ゴムに、さらに他の共架橋剤を配合したものである。

このような構成によると、不飽和カルボン酸金属塩以外の他の共架橋剤を配合することで、心線と配合ゴムとの接着力を低下させることなく、配合ゴムのモジュラスを高くすることができ、ベルト寿命が向上する。

また、第３の発明の歯付ベルトは、前記第１又は第２の発明において、前記配合ゴムが、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを質量比４０：６０〜５０：５０で配合した複合ポリマー体に、前記複合ポリマー体と水素化ニトリルゴムとを質量比９０：１０〜２０：８０で配合してなるものである。

このような構成によると、ベルトの屈曲性を損なうことなく、ベルト背面と背面アイドラープーリ間とで摩擦係数を低減することができる。

また、第４の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第３の発明のいずれかにおいて、前記パウダー状の無機材料の充填剤の粒径が、０．１〜１００μｍであるものである。

このような構成によると、充填剤が配合ゴム内に均等に分散し、配合ゴムの特性のバラツキを小さくすることができる。

また、第５の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第４の発明のいずれかにおいて、前記無機材料が、炭素材料、ガラス、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、二硫化モリブデンであるものである。

このような構成によると、使用環境によるベルト特性のバラツキを小さくすることができる。

また、第６の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第３の発明において、前記鉱物が雲母であるものである。

また、第７の発明の歯付ベルトは、前記第２〜第６の発明のいずれかにおいて、前記他の共架橋剤が、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソイアヌレート、トリメチロールプロパン、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジアミンイミド（Ｎ，Ｎ’−ｍ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅｉｍｉｄｅ）、エチレン−グリコール−ジメタクリレートのうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せであるものである。

このような構成によると、配合ゴムを確実に架橋することができ、セット性に優れた高硬度のベルトとすることができる。また、配合ゴム中に添加されている添加剤が、ベルト使用時に脱落することなく、強固に配合ゴム中に保持されるようになる。

また、第８の発明の歯付ベルトは、前記第２〜第７の発明のいずれかにおいて、前記充填剤を前記配合ゴム１００質量部に対して５〜３０質量部使用し、前記他の共架橋剤を前記配合ゴム１００質量部に対して０．５〜１０質量部使用したものである。

このような構成によると、配合ゴムの屈曲性を損なうことなく、高硬度のベルトとできる。ここで、不飽和カルボン酸金属塩以外の他の共架橋剤が配合ゴム１００質量部に対して０．５質量部よりも少ない場合は、配合ゴムのモジュラス向上の効果が小さく、また、多いと配合ゴムの破断伸びの低下が著しく、ベルトの耐久寿命が低下する。

また、第９の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第８の発明のいずれかにおいて、前記配合ゴムに、シランカップリング剤を添加したものである。

このような構成によると、ゴムの加工性及び物性を向上することができる。

また、第１０の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第９のいずれかの発明において、前記心線が、総デニール数１，０００〜４０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ²であるものである。

第１１の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第９のいずれかの発明において、前記心線が、総デニール数１，０００〜４０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、数本引き揃えて２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ²であるものである。

これら第１０、第１１の発明によれば、心線の伸びを小さくして、ジャンピングを低減して負荷の伝達容量を高くできる。また、高温高張力下及び高温多湿下における耐久性を改善することができる。

また、第１２の発明の歯付ベルトは、前記第１０又は第１１の発明において、前記接着層が、レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層であるものである。

また、第１３の発明の歯付ベルトは、前記第１０又は第１１の発明において、前記接着層が、レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層と、ゴム糊からなる上層の２層からなるものである。

これら第１２、第１３の発明によれば、炭素繊維の接着性が向上し、さらに、耐熱性も向上して歯付ベルトの耐屈曲疲労性が改善される。

本発明は、以上のように構成されており、背部に水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合した配合ゴムを主成分とする配合ゴムを使用し、この配合ゴムに、繊維、針状結晶、六方晶系結晶、六角板状結晶又はパウダー状の無機材料、黒鉛、鉱物又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤を添加剤として用い、共架橋剤にて架橋することによって、ベルトの屈曲性を損なうことなく、ベルトの物性を向上させることができる。また、充填剤が、背部の表面であるベルト背面に表出し、ベルト背面と背面アイドラープーリとの間の摩擦係数を低減することができる。このため、ベルト背面側に帆布を設けることなく、高負荷での使用に耐え得る歯付ベルトできる。

さらに、歯付ベルトの心線が、総デニール数１，０００〜４０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、または、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りしてから、数本引き揃えて２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りして、その表面に接着層を被覆したコードであり、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ²であるため、心線の伸びを小さくして、ジャンピングの発生を低減して負荷の伝達容量も高くできる。そして、高温高張力下及び高温多湿下における耐久性を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態例に係る歯付ベルトを示す斜視図である。

この歯付ベルト１は、図示しない背面アイドラープーリを使用して、少なくとも２軸間で回転駆動するものであり、図１に示すようにベルトの長手方向に沿って所定ピッチで列設された複数の歯部２と、心線３を埋設した背部４と、歯部２の表面を被覆する歯布５と、で構成されている。又、歯布５は、ベルトの長手方向に延在する緯糸６と、ベルトの幅方向に延在する経糸７とを織成して成る繊維材料を基材として構成される。

背部４は、水素化ニトリルゴムに共架橋剤として不飽和カルボン酸金属塩を配合した配合ゴムを主成分とし、この配合ゴムに、繊維、針状結晶、六方晶系結晶、六角板状結晶又はパウダー状の無機材料、黒鉛、鉱物又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤を添加剤として用い、有機過酸化物にて架橋してなるものである。

水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２〜９８％が好適である。

そして、この水素化ニトリルゴム（以下、ＨＮＢＲという。）に共架橋剤として不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、引張弾性率や硬度を高めるようにしている。引張弾性率や切断伸度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを質量比４０：６０〜５０：５０で配合された複合ポリマー体と、水素化ニトリルゴムとを９０：１０〜２０：８０で配合したポリマー分とすることが好ましい。これによって、不飽和カルボン酸金属塩がポリマー分を高次構造にし、不飽和カルボン酸金属塩がポリマー分で微細に分散したフィラーを形成するとも思われ、当初から水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合するよりも大きな引張り強さを有する。また、背部４の背面硬度を８０度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上とすることができる。背面硬度が８０度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上、好ましくは８５度以上とできることから、応力が負荷された場合であっても、ゴムの変形を抑制することができる。

不飽和カルボン酸金属塩はカルボキシル基を有する不飽和カルボン酸と金属とがイオン結合したものであり、不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタクリル酸等のモノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸などのジカルボン酸が好ましく、金属としてはベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、モリブデン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、錫、鉛、アンチモンなどを用いることができる。

このようにして構成される配合ゴムに繊維、針状結晶、六方晶系結晶、六角板状結晶又はパウダー状の無機材料、黒鉛、鉱物又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤が添加剤として添加される。

添加剤として用いられる無機材料としては、炭素材料、ガラス、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、二硫化モリブデンを使用することができる。また、これら無機材料は、繊維、針状結晶又はパウダー状のものを使用することができる。このような形状の無機材料を使用することによって、これらが、背部４の表面である背面に表出し、背面アイドラープーリとの間の摩擦係数を低減できる。なお、使用するパウダー状の無機材料の粒径としては、０．１〜１００μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍであることが好ましい。このような範囲の粒径の無機材料を使用することによって、配合ゴムの加硫時に、ゴムの屈曲性を損なうことを抑制できる。また、繊維又は針状結晶の場合は、その長さは５ｍｍ以下であることが好ましい。繊維長が５ｍｍを越える場合は、ゴムをカレンダー又は押し出し機等で圧延シート状にする時に、配向し易く、ベルトになった場合に、屈曲により早期にクラックが発生し易い。また、短繊維の配向方向は、ベルト幅方向が好ましいが、ベルト長さ方向の配向であってもよい。

これら充填剤は、前述の配合ゴム１００質量部に対して５〜３０質量部添加することが好ましい。これら充填剤が５質量部より少ないと、心線３と背部４との確実な接着力が得られない。一方、３０質量部より多いと加硫が遅れ、所定の物性が出現しない。また、加工上、ムーニ粘度が上昇し、加工工程(バンバリー、カレンダー等)で加工が困難となる。

配合ゴムは、これら添加剤を添加し、さらに不飽和カルボン酸金属塩以外の他の共架橋剤を配合することによって架橋度を向上させることもできる。不飽和カルボン酸金属塩以外の他の共架橋剤としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソイアヌレート、トリメチロールプロパン、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジアミンイミド（Ｎ，Ｎ’−ｍ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅｉｍｉｄｅ）、エチレン−グリコール−ジメタクリレートのうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せを用いることができる。この他の共架橋剤は、前述の配合ゴム１００質量部に対して０．５〜１０質量部を添加することが好ましい。この他の共架橋剤を配合することで、心線と配合ゴムとの接着力を低下させることなく、配合ゴムのモジュラスを高くすることができ、ベルト寿命が向上する。この他の共架橋剤の配合量が、配合ゴム１００質量部に対して０．５質量部よりも少ないと、配合ゴムのモジュラス向上の効果が小さく、また１０質量部よりも多いと配合ゴムの破断伸びの低下が著しく、ベルトの耐久寿命が低下する。

また、配合ゴムには、前述のポリマー分１００質量部に対して、シランカップリング剤を１〜１０質量部添加することもできる。好ましくは、１〜５質量部添加される。シランカップリング剤が１質量部より少ないと、充填剤を添加した場合に接着力が低下する。一方、１０質量部より多いと、スコーチの発生やブルームしたり、加硫が早くなりすぎて所定の物性を発現できないことがある。ここで、シランカップリング剤としてはシラン系、チタネート系、アルミニウム系があげられる。好ましくはシラン系γ−グリシジオキシプロピルトリメチルオキシシラン（γ-glycidioxypropyltrimethoxysilane）、N−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメチルオキシシラン（N-β-(aminoethyl)-γ-aminopropyltrimethoxysi1ane）、γ−メタクリルオキシプロピルメチルジメチルオキシシラン（γ-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane）が好ましいが、それにこだわる必要はない。なお、前述の充填剤の表面にシランカップリング剤を被覆したものを使用することもできる。

以上のように構成される背部４に埋設される心線３は、一般には、ガラス繊維及びアラミド繊維が使用される。また、ポリベンゾオキサゾール、ポリパラフェニレンナフタレート、ポリエステル、アクリル、カーボン、スチールを組成とする撚コードのいずれでも使用できる。ガラス繊維の組成は、Ｅガラス、Ｓガラス（高強度ガラス）のいずれでもよく、フィラメントの太さ及びフィラメントの集束本数及びストランド本数に制限されない。

この心線３を処理するＲＦＬ液は、レゾルシンとホルマリンの初期縮合物とゴムラテックスを混合したものが用いられる。レゾルシンとホルマリンのモル比は１：１．５〜３にすることが接着力を高める上で好ましい。また、レゾルシンとホルマリンの初期縮合物は、これをラテックスのゴム分１００質量部に対してその樹脂分が２〜３０質量部になるようにラテックスと混合したうえ、全固形濃度を５〜４０％濃度に調節される。このラテックスとしては、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン三元共重合体、クロロスルホン化ポリエチレン、水素化ＮＢＲ、エピクロルヒドリン、天然ゴム、ＳＢＲ、クロロプレンゴム、オレフィン−ビニルエステル共重合体等が使用できる。

心線３は、このＲＦＬ液による処理後、フェノール樹脂とニトリル基含有高飽和重合体ゴムを含む処理剤で処理する。ここで、ニトリル基含有高飽和重合体ゴムとしては、例えば、アクリロニトリル・ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等を使用することができる。また、高飽和重合体とは、水添加率が高いものをいい、本実施形態例では、水添加率が８０％以上、好ましくは９０％以上のものを使用する。また、処理剤中のフェノール樹脂配合量は、ニトリル基含有高飽和重合体ゴム１００質量部に対して１〜３０質量部であることが好ましく、より好ましくは３〜２０質量部である。このように、心線３をフェノール樹脂ニトリル基含有高飽和重合体ゴムを含む処理剤で処理することによって、前述の背部４に含まれているフェノール樹脂とが、加硫時に相溶化し、心線３と背部４との接着力が向上する。

また、歯布５を構成する緯糸７と、経糸６を形成する繊維材料の材質としては、それぞれナイロン、アラミド、ポリエステル、ポリベンゾオキサゾール、綿等の何れか又はこれらの組合せが採用できる。繊維の形態は、フィラメント糸及び紡績糸の何れでも良く、単独組成の撚糸又は混撚糸、混紡糸の何れであっても良い。また、織成構成は綾織り、繻手織り、平織り等何れであっても良い。

この歯布５は、ＲＦＬ液、イソシアネート溶液あるいはエポキシ溶液によって処理されたものであることが好ましい。これらで、処理した歯布５は、歯部２に用いた配合ゴムを含浸付着させ加硫したゴム付帆布となる。具体的には配合ゴムに使用したポリマー分を溶剤によって溶解したゴム湖を作製した後、これを含浸付着させ、そして乾燥させた後に加硫してゴム付帆布にする。また、必要に応じて老化防止剤を添加することもできる。

また、配合ゴムに用いたポリマー分にカーボンブラック、シリカなどの補強剤、有機過酸化物、加硫促進剤などを同時に混合配合し、これを溶剤によって溶解したゴム糊を使用することもできる。これによって、歯布５表面に潤滑性を持たせることが可能となる。

なお、配合ゴムを溶解する溶剤としては、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、クロロホルムなどから選ばれた溶剤を使用することができる。そして、配合ゴムを溶解して得られたゴム糊は、この歯布５に塗布、吹き付け等によって含浸付着させ加硫させることが好ましい。

以上のように、構成されている本実施形態例に係る歯付ベルトは、背部４を水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合した配合ゴムを主成分とし、この配合ゴムに、繊維、針状結晶又はパウダー状の無機材料又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤を添加剤として用い、共架橋剤にて架橋することによって、ベルトの屈曲性を損なうことなく、ベルトの物性を向上させることができる。また、充填剤が、背部４の表面であるベルト背面に表出し、ベルト背面と背面アイドラープーリとの間の摩擦係数を低減することができる。このため、ベルト背面側に帆布を設けることなく、高負荷での使用に耐え得る歯付ベルトできる。

また、歯部２側のゴムにも同様の配合ゴムを使用することもできる。この場合、歯部２表面に貼付されている歯布５からも充填剤が表出し、歯部２側の摩擦係数も低減することが可能である。加えて、耐摩耗性も向上し、ベルト寿命がより一層長寿命化する効果が得られる。

ところで、前述の心線３としては、炭素繊維を使用するのが特に好ましい。この心線３は、総デニール数１，０００〜４０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは、５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、数本引き揃えて２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードであってもよい。

炭素繊維のマルチフィラメント糸を構成するモノフィラメント（単繊維）は、その断面形状が実質的に真円形状に近いものであり、数多くのフィラメントを効率よく集合させて、密接したフィラメント間の空間を減少させることによりコードの強度を高めている。具体的には、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、フィラメント群が効率よく高密度に充填されており、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ²になっている。ここで、仮に、モノフィラメントの断面形状が楕円形形状であると、モノフィラメント同士が擦れ合うことによりコードが破断しやすくなる。また、その他の断面形状である場合には、フィラメントを集合させたときに密接したフィラメント間の空間が大きくなってしまうため、コードの強度を十分に向上させることができない。

コード中の処理液（固形分）の含有量は、炭素繊維のマルチフィラメント糸１００質量部に対して、１０〜４０質量部、好ましくは１５〜３５質量部である。処理液の含有量が１０質量部未満であると、モノフィラメント同士の擦れ合いによりコードの耐疲労性が低下することがあり、一方、４０質量部を超えると、コードの耐熱性、耐水性及び耐溶剤性が低下することがある。

この処理液（固形分）に含まれるゴムラテックス（固形分）の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがあり、一方、８０質量部を超えるとコードの粘着性が過剰になり、取り扱い性が悪くなる。

上記ゴムラテックスの具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、スチレン−ブタジエンゴムラテックス、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。

上記処理液（固形分）に含まれる処理液中のエポキシ樹脂の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードとゴム界面の接着性が低下することがあり、８０質量部を超えるとコードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがある。

エポキシ樹脂の具体例としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の一種又は二種以上が使用される。

上記のコードの表面には接着層が被覆されるが、この接着層は、レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）から得られた１層であってもよく、または、ゴム糊から得られた１層であってもよく、さらには、ＲＦＬ液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層であってもよい。

ＲＦＬ液は、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとを混合したものであり、この場合、レゾルシンとホルムアルデヒドのモル比は３／１〜１／３にすることが、接着力を高める上で好適である。また、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物を、ゴムラテックスのゴム分１００質量部に対して樹脂分が５〜５０質量部になるようにゴムラテックスと混合し、さらに、フェノール樹脂を含むレゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとの固形分の質量比が５／９５〜４０／６０になるように調節する。この質量比が５／９５未満では接着性が著しく低下し、一方、４０／６０を超えるとゴムラテックス分が少なくなることにより、耐熱性が悪くなって耐屈曲疲労性が低下する。

ＲＦＬ処理液に使用するゴムラテックスとしては、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、クロロプレンゴムラテックス、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。水素化ニトリルゴムラテックスとビニルピリジンゴムラテックスとは、固形分の質量比が６０／４０〜９５／５で混合される。その水素化ニトリルゴムの質量比が６０／４０未満では耐熱性が悪くなり耐屈曲疲労性が低下し、一方、９５／５を超えると耐水性が著しく低下する。

ここで使用される炭素繊維コードは、下記の方法により処理される。まず、未処理無撚りマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液に含浸処理し、その後、１３０〜２５０℃に調節したオーブンに通して熱処理する。続いて、上記の処理がなされたマルチフィラメント糸を５〜１０回／１０ｃｍで片撚るか、あるいは、５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、さらに、数本引き揃えて２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りして、諸撚りコードにした後、このコードをＲＦＬ液に含浸処理して接着層を形成する。

また、該処理コードをゴム糊に漬けてゴム層を付着させ、その後、１３０〜２５０℃に調節したオーブンに通して熱処理する。ここで、このゴム糊としては、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）以外に、ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ＳＢＲ、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）のゴム配合物トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などの溶剤に溶かして得られたものである。

また、該処理コードを前述と同様の方法でＲＦＬ液に含浸処理して下層を形成した後、その下層の上にゴム糊によりオーバーコート処理を施して上層を形成してもよい。

次に、本発明に係る歯付ベルトを実施例によって具体的に説明する。

表１に示す各種配合（実施例１〜７、比較例１〜４）からなるゴムを通常の方法で混練し、カレンダーロールにて所定の厚さのゴムシートを調整した。また、歯布は、ナイロン帆布を使用し、心線にはガラス心線を用いた。ベルトは、１０５ＭＹのＴｇベルトを作製した。配合ゴムの加硫は、１６５℃、３０分の加硫条件で行った。この加硫条件によるゴム物性を表２に示す。

表２より、実施例１〜４は不飽和カルボン酸混合ＨＮＢＲ比が増大するにつれて、高硬度、高強度の配合となっている。一方、比較例３はＨＮＢＲ単独で、硬度が６３と最も低くなった。実施例５のガラスパウダー、実施例６のチタン酸カリウムを使用しても、実施例３のカーボン繊維と略同等の物性を示した。実施例７は、カップリング剤の効果により実施例３に比べ、未加硫の粘度は３．５ポイント低下した。硬度は２ポイント上昇した。比較例４は共架橋剤を使用していないため、実施例３に比べ、硬度が８ポイント低下した。

次に、これら各歯付ベルトについて、リングスラスト試験（ＪＩＳ Ｋ ７２１８）を行い、スラスト摩擦係数を測定した。なお、リングスラスト試験は、使用したリングは外径２５．６ｍｍ、内径２０ｍｍ、荷重は２００Ｎ、速度は０．２５ｍ／ｓｅｃ、室温、１０分後の摩擦係数という試験条件で行った。表３に試験結果をまとめて示す。

表３より、実施例１〜６は無機材料の充填剤の効果で摩擦係数が非常に低くなっている。実施例７はカップリング剤の効果により硬度が上がり、結果として摩擦係数も低下した。

さらに、これらの各ベルトを室温下で、ベルト１ｍｍ幅あたり１５ｋｇｆという高負荷の１００時間打ち切り走行試験を行った。走行試験装置は、図２に示す２２歯のクランクプーリ１４、４４歯のカムプーリ１１、同じく４４歯のインジェクションポンププーリ１２、ウォータポンププーリ１３、オートテンショナー１５からなるレイアウトの試験装置を使用した。表４に各ベルトの１００時間打ち切り走行試験の結果をまとめて示す。

表４より、スラスト摩擦係数の低かった実施例４及び６は１００時間後も損傷が発生せず、耐高負荷について有効であった。これはベルト背面の摩擦係数が低くなり、走行時も力がうまく分散したためであると考えられる。一方、スラスト摩擦係数の高かった比較例１は、１００時間走行後端面が損傷しており、背部にクラックが生じていた。これは、背面の滑りが悪く、背部にプーリがきつく当たり、クラックが生じたものと考えられる。

(実施例８〜１０、比較例４〜６)
次に、実施例８〜１０として、炭素繊維の無撚のマルチフィラメント糸（Ｔ７００ＧＣ・６Ｋ・３１Ｅ（型番、東レ（株）製）繊度４，３００デニール）を、処理液（固定分濃度４０質量％のビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックス（ＪＳＲ社製）２００質量部とエチレングリコールジグリシジルエーテル２００質量部を水５００質量部に溶かした水溶液）を含む処理液槽に通過させて含浸させた後、１４０℃に温度調節したオーブンに通して熱処理する。続いて、上記の処理がなされたマルチフィラメント糸を０〜２０回／１０ｃｍで片撚りしてコードにした後、このコードを表５に示すＲＦＬ液に浸漬させ、１３０〜１８０℃の範囲で熱処理して接着層を形成した。

上記処理コードの片撚り数と強力との関係をオートグラフで測定した結果を図３に示す。これによると、片撚りコードでは撚り数が５〜１０回／１０ｃｍであれば、高強度を維持できることがわかる。

歯部と背部用のゴムシートとして、表１の実施例１に示す配合からなるゴムを通常の方法で混練してカレンダーロールにより所定の厚さに調整した。歯布としては、実施例１で用いた歯布と、材質及び処理法が同一である歯布を使用した。

次に、ベルト作製用のＳＴＰＤ歯形１２０歯数の金型に上記歯布を巻き付け、心線としてＳＺ撚一対の前記炭素繊維コード（片撚り数５回／１０ｃｍ）を１．０ｍｍ／本のピッチでスパイラルに所定の張力で巻き付けた。この心線の上に、表１のゴムシートを巻き付けた後、ジャケットを被せて加硫缶に投入し、通常の圧入方式により加圧加硫して歯形を形成した。その後、ベルト背面を一定厚さに研磨し、一定幅（１０．０ｍｍ）にカットして走行用歯付ベルトを得た。

作製したベルトは３種あり、ベルト幅１０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１２０歯、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１（実施例８）、ベルト幅１９．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１０５歯、歯ピッチ８．００ｍｍのタイプ２（実施例９）、そして、ベルト幅３０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１００歯、歯ピッチ１４．００ｍｍのタイプ３（実施例１０）であった。

一方、比較例４〜６として、心線としての無撚ガラス繊維（Ｅ−ガラス）を３本引き揃えたものを表５に示すＲＦＬ処理液に浸漬させた後、２００〜２８０℃で熱処理した。これを撚り数８回／ｃｍでＳ方向及びＺ方向に片撚り、コードを準備した。これを１１本引き揃え、１２回／ｃｍで上撚りした。さらに、これをゴム糊に浸漬させ、１３０〜１８０℃の範囲で熱処理した。そして、ゴムとしては、比較例１のゴム、歯布としては、比較例１の帆布を用いた。また、歯布処理は、比較例１と同様の処理を行った。そして、前述の実施例８〜１０と同様の製造条件にて３種の歯付ベルトを作製した。

作製したベルトは３種あり、ベルト幅１０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１２０歯、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１（比較例４）、ベルト幅１９．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１０５歯、歯ピッチ８．００ｍｍのタイプ２（比較例５）、そして、ベルト幅３０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１００歯、歯ピッチ１４．００ｍｍのタイプ３（比較例６）であった。

上記実施例８〜１０と、比較例４〜６に係る歯付ベルトのコード径、コードの断面積、コード断面積中の繊維断面積占有率、ベルト弾性率（幅当たり）を求めた結果を表６に示す。ベルト弾性率は、ベルトの軸間距離変化率と軸荷重の関係を室温下においてオートグラフにより測定した。

この結果によると、実施例８〜１０に係る歯付ベルトは、比較例４〜６と比べて高強度及び高弾性率を有し、伸びが小さくなっていることがわかり、ベルト高張力時における寸法変化が小さくなる。また、コード断面積中の繊維断面積占有率については、実施例８〜１０の炭素繊維コードは、比較例４〜６のガラス繊維コードに比べて繊維の充填率が高くなっていることがわかる。

また、歯付ベルトの伝動容量比較を行うために、ジャンピング試験を行った。このジャンピング試験においては、ベルト走行中に従動軸の負荷を上げていき、ジャンピング（歯飛び）が発生した際の負荷値を測定した。試験条件としては、２２歯の駆動プーリ、２０歯の従動プーリに、実施例８と比較例４の歯付ベルトを懸架し、回転数３，６００ｒｐｍ、軸荷重１０．６ｋｇｆで測定した。その結果を表７に示す。

この結果によれば、実施例８の歯付ベルトは、比較例４の歯付ベルトと比較してジャンピングが発生しにくく、負荷の伝達容量が大きいことがわかる。

(実施例１１〜１６、比較例７〜９)
次に、表８に示す各種配合からなるゴムを用いた場合について説明する（実施例１１〜１６、比較例７〜９）。

配合ゴムの加硫は、１６５℃、３０分の加硫条件で行った。この加硫条件によるゴム物性を表９に示す。

表９より、実施例１１〜１４は、不飽和カルボン酸混合ＮＨＢＲ比が増大するにつれて、高硬度、高強度の配合となっている。一方、比較例９はＨＮＢＲ単独で、硬度が６２と最も低くなった。実施例１５のグラファイト及び実施例１６の雲母粉を使用した場合でも、実施例１３の二硫化モリブデンとほぼ同等の特性を示した。

実施例１１〜１６及び比較例７〜９においては、心線としてガラス心線、歯布としてナイロン帆布を使用し、ベルトは、１０５ＭＹのＴｇベルトを作製した。背面は研磨し、これら各歯付ベルトについて、リングスラスト試験（ＪＩＳ Ｋ ７２１８）を行い、スラスト摩擦係数を測定した。使用したリングは外径２５．６ｍｍ、内径２０．０ｍｍで、荷重は２００Ｎ、速度は０．２５ｍ／ｓｅｃ、室温下の条件で、１０分後の摩擦係数を測定した。表１０にその試験結果を示す。

実施例１１〜１５は無機材料の充填剤の効果で摩擦係数が非常に低くなっている。実施例１６は、比較例８のｐ−アラミドとほぼ同じ摩擦係数となった。

これらの各ベルトを室温下で、ベルト１ｍｍ幅あたり１５ｋｇｆという高負荷の１００時間打ち切り走行試験を行った。走行試験装置は、図２に示す２２歯のクランクプーリ１４、４４歯のカムプーリ１１、同じく４４歯のインジェクションポンププーリ１２、ウォータポンププーリ１３、オートテンショナー１５からなるレイアウトの試験装置を使用した。表１１に各ベルトの１００時間打ち切り走行試験の結果をまとめて示す。

表１１に示すように、スラスト摩擦係数の低かった実施例１４及び１６は１００時間後も損傷が発生せず、耐高負荷について有効であった。これはベルト背面の摩擦係数が低くなり、走行時も力がうまく分散したためであると考えられる。一方、スラスト摩擦係数の高かった比較例７は、１００時間走行後端面が損傷しており、背部にクラックが生じていた。これは、背面の滑りが悪く、背部にプーリがきつく当たり、クラックが生じたものと考えられる。

本発明の歯付ベルトは、駆動側の回転により従動側のロボットアームを駆動させる駆動装置や、自動車のオーバーヘッドカムシャフトの駆動装置等に使用することが可能なものである。特に、この歯付ベルトにおいては、コード断面積に占める繊維断面積の割合を７０〜９０％にして炭素繊維を高密度に充填することで、ベルトの引張弾性率を５０〜８５Ｎ／ｍｍ²に設定できる。これにより、心線の伸びを小さくして駆動装置の起動／停止時における従動側のオーバーシュートを抑制して応答性を高めることができ、また、負荷の伝達容量が大きくなる。

本発明に係る歯付ベルトの概略斜視図である。 歯付ベルトの１００時間打ち切り走行試験装置の概略図である。 歯付ベルトの心線処理コードの片撚り数と強力との関係を示す図である。

符号の説明

１ 歯付ベルト
２ 歯部
３ 心線
４ 背部
５ 歯布
６ 経糸
７ 緯糸

Claims (13)

1. 長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部を有し、前記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、
   前記背部が、水素化ニトリルゴムに共架橋剤として不飽和カルボン酸金属塩を配合した配合ゴムを主成分とし、前記配合ゴムに、繊維、針状結晶、六方晶系結晶、六角板状結晶又はパウダー状の無機材料、黒鉛、鉱物又は金属のうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せた充填剤を添加剤として用い、有機過酸化物にて架橋してなるものであることを特徴とする歯付ベルト。
2. 前記配合ゴムに、さらに他の共架橋剤を配合した請求項１に記載の歯付ベルト。
3. 前記配合ゴムが、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを質量比４０：６０〜５０：５０で配合した複合ポリマー体に、前記複合ポリマー体と水素化ニトリルゴムとを質量比９０：１０〜２０：８０で配合してなるものである請求項１又は２に記載の歯付ベルト。
4. 前記パウダー状の無機材料の充填剤の粒径が、０．１〜１００μｍである請求項１乃至３のいずれかに記載の歯付ベルト。
5. 前記無機材料が、炭素材料、ガラス、チタン酸カリウム、酸化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、酸化マグネシウム、二硫化モリブデンである請求項１乃至４のいずれかに記載の歯付ベルト。
6. 前記鉱物が雲母である請求項１乃至３のいずれかに記載の歯付ベルト。
7. 前記他の共架橋剤が、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソイアヌレート、トリメチロールプロパン、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジアミンイミド（Ｎ，Ｎ’−ｍ−Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅｄｉａｍｉｎｅｉｍｉｄｅ）、エチレン−グリコール−ジメタクリレートのうちから選ばれた１種又は２種以上の組合せである請求項２乃至６のいずれかに記載の歯付ベルト。
8. 前記充填剤を前記配合ゴム１００質量部に対して５〜３０質量部使用し、前記他の共架橋剤を前記配合ゴム１００質量部に対して０．５〜１０質量部使用した請求項２乃至７のいずれかに記載の歯付ベルト。
9. 前記配合ゴムに、シランカップリング剤を添加した請求項１乃至８のいずれかに記載の歯付ベルト。
10. 前記心線が、総デニール数１，０００〜４０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ²である請求項１乃至９のいずれかに記載の歯付ベルト。
11. 前記心線が、総デニール数１，０００〜４０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、数本引き揃えて２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ²である請求項１乃至９のいずれかに記載の歯付ベルト。
12. 前記接着層が、レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項１０又は１１に記載の歯付ベルト
13. 前記接着層が、レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層と、ゴム糊からなる上層の２層からなる請求項１０又は１１に記載の歯付ベルト。

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