JP6158465B1 - 歯付ベルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

歯付ベルト(B)は、歯ゴム部(12)が、相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成された高硬度ゴム層(1121a)と相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物で形成された低硬度ゴム層(1121b)とがベルト幅方向に交互に積層された内部ゴム部分(1121)と、内部ゴム部分(1121)の内周側表面を被覆するように設けられ高硬度ゴム層(1121a)と同一の相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成された表面ゴム部分(1122)とを含む。

Description

本発明は、歯付ベルト及びその製造方法に関する。

自動車エンジンにおいて、クランクシャフトの動力を利用してオーバーヘッドカムシャフトを回転駆動するための動力伝達部材として歯付ベルトが用いられている。かかる歯付ベルトは、一般に、エンドレスの平帯状の背ゴム部の内周側に所定ピッチで間隔をおいて複数の歯ゴム部が一体に設けられたゴム製のベルト本体を備えており、通常、ベルト本体の歯ゴム部が設けられた内周側の表面が歯部補強布で被覆された構成を有する。特許文献１には、背ゴム部のゴム硬さが歯ゴム部よりも高く且つ背ゴム部の外周面から歯ゴム部の内周面に向かってゴム硬さが連続的に低下している歯付ベルトが開示されている。特許文献２には、歯ゴム部を短繊維を含むゴム組成物で形成して高硬度化する一方、ベルト本体の歯ゴム部が設けられた内周側の表面を被覆する歯部補強布の外側を低硬度ゴム層で更に被覆して耐摩耗性及び衝撃吸収性を高めた歯付ベルトが開示されている。

特開２００３−３１４６２２号公報 特開２０１０−２１００８８号公報

本発明は、エンドレスの平帯状の背ゴム部と、前記背ゴム部の内周側に所定ピッチで間隔をおいて配設されて各々が前記背ゴム部に一体に設けられた複数の歯ゴム部とを有するゴム製のベルト本体を備えた歯付ベルトであって、前記複数の歯ゴム部のそれぞれは、相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成された高硬度ゴム層と相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物で形成された低硬度ゴム層とがベルト幅方向に交互に積層された内部ゴム部分と、前記内部ゴム部分の内周側表面を被覆するように設けられ前記高硬度ゴム層と同一の相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成された表面ゴム部分とを含む。

本発明は、本発明の歯付ベルトの製造方法であって、各々、軸方向に延びるように形成された複数の歯部形成溝が周方向に間隔をおいて配設された外周面を有するベルト成形型を用い、前記ベルト成形型の外周面に心線を螺旋状に巻き付けた後、その上に前記相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物を形成するシート状の第１未架橋ゴム組成物及び前記相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物を形成するシート状の第２未架橋ゴム組成物を順に巻き付けて前記ベルト成形型上に未架橋スラブを成形し、前記未架橋スラブを前記ベルト成形型側に押圧すると共に加熱することにより、前記第１及び第２未架橋ゴム組成物を前記心線間に通して前記ベルト成形型の前記複数の歯部形成溝のそれぞれに流入させると共に架橋させるものである。

実施形態１の歯付ベルトの一片の斜視図である。 図１における矢視Ｘの正面図である。 実施形態１の歯付ベルトの歯部２個分の側面図である。 図２におけるＩＶ-ＩＶ断面図である。 図２におけるＶ-Ｖ断面図である。 図３におけるＶＩ-ＶＩ断面図である。 ベルト成形型の一部分の断面図である。 実施形態１の歯付ベルトの製造方法の第１の説明図である。 実施形態１の歯付ベルトの製造方法の第２の説明図である。 実施形態１の歯付ベルトの製造方法の第３の説明図である。 実施形態１の歯付ベルトの製造方法の第４の説明図である。 実施形態２の歯付ベルトの一片の斜視図である。 実施形態２の歯付ベルトの図６に対応する断面図である。 実施形態１の歯付ベルトの変形例の図６に対応する断面図である。 実施形態２の歯付ベルトの変形例の図１０に対応する断面図である。 実施形態１の歯付ベルトの別の変形例の図６に対応する断面図である。 高負荷耐久試験用ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。 耐衝撃性振動試験用ベルト試験機のプーリレイアウトを示す図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

（実施形態１）
図１〜６は、実施形態１に係る歯付ベルトＢを示す。実施形態１に係る歯付ベルトＢは、例えば自動車エンジンにおいて、クランクシャフトの動力を利用してオーバーヘッドカムシャフト（ＯＨＣ）を回転駆動するための動力伝達部材として用いられるものである。実施形態１に係る歯付ベルトＢは、例えば、ベルト長さが７００ｍｍ以上２３００ｍｍ以下、ベルト幅が１０ｍｍ以上４０ｍｍ以下、及びベルト厚さが４．５ｍｍ以上７．０ｍｍ以下である。

実施形態１に係る歯付ベルトＢは、内周側に所定ピッチで間隔をおいて複数の歯部１０Ａが配設された噛み合い伝動ベルトである。歯部１０Ａは、ベルト幅方向に延びるように形成された側面視形状が半円形の突条で構成されたいわゆる丸歯である。歯部１０Ａの歯高さＨは、ベルト長さ方向に相互に隣接する一対の歯部１０Ａ間の歯底部１０Ｂから歯部１０Ａの先端までの寸法で規定され、例えば２．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。歯部１０Ａの歯幅Ｗは、ベルト長さ方向の歯部１０Ａを挟んだ相互に隣接する一対の歯底部１０Ｂの端間の寸法で規定され、例えば４．５ｍｍ以上８．０ｍｍ以下である。歯部１０Ａの歯ピッチＰは例えば６．０ｍｍ以上１０．０ｍｍ以下である。なお、歯部１０Ａは、台形歯等のその他の形状であってもよく、また、ベルト幅方向に対して傾斜する方向に延びるように形成されたハス歯であってもよい。

実施形態１に係る歯付ベルトＢは、ベルト本体１１、心線１２、背面補強布１３、及び歯部補強布１４を備えている。

ベルト本体１１は、ゴム製であって、背ゴム部１１１と複数の歯ゴム部１１２とを有する。背ゴム部１１１は、エンドレスの平帯状に形成されている。背ゴム部１１１の厚さは例えば１．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。複数の歯ゴム部１１２は、歯部１０Ａに対応して背ゴム部１１１の内周側に所定ピッチで間隔をおいて配設されており、且つ各々が歯部１０Ａに対応した形状に形成されていると共に背ゴム部１１１に一体に設けられている。歯ゴム部１１２の高さｈは、背ゴム部１１１に埋設された心線１２の最内周部から歯ゴム部１１２の先端までの寸法で規定され、例えば２．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。

心線１２は、ベルト本体１１の背ゴム部１１１の内周側の表層に、周方向に延びると共にベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設されている。心線１２は、ガラス繊維、アラミド繊維、カーボン繊維、金属繊維等で形成された撚り糸で構成されている。心線１２は、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸が二重螺旋を形成するように設けられていることが好ましいが、単一のＳ撚り糸又はＺ撚り糸で構成されていてもよい。心線１２の直径は例えば０．５ｍｍ以上２．５ｍｍ以下である。ベルト幅方向に相互に隣接する心線１２間の間隙は、ほぼ一定であって、例えば０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

背面補強布１３は、ベルト本体１１の背ゴム部１１１の外周側の表面を被覆するように貼設されている。歯部補強布１４は、ベルト本体１１の複数の歯ゴム部１１２が設けられた内周側の表面を被覆するように貼設されている。従って、歯ゴム部１１２が歯部補強布１４で被覆されて各歯部１０Ａが構成されている。歯底部１０Ｂでは、ベルト本体１１の背ゴム部１１１に埋設された心線１２が歯部補強布１４のすぐ内側に配置されている。

背面補強布１３及び歯部補強布１４は、例えば、ナイロン繊維（ポリアミド繊維）、ポリエステル繊維、アラミド繊維、綿等の糸で形成された織布、編物、不織布等で構成されている。背面補強布１３及び歯部補強布１４は、これらのうちのナイロン繊維の織布で構成されていることが好ましい。背面補強布１３及び歯部補強布１４は、例えば、緯糸にウーリー加工等が施された織布のように伸縮性を有することが好ましい。背面補強布１３及び歯部補強布１４には、ベルト本体１１との接着のため、いわゆるＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱するＲＦＬ処理、低粘度のゴム糊に浸漬した後に乾燥させるソーキング処理、及び高粘度のゴム糊をベルト本体１１側の表面に塗布して乾燥させるコーティング処理のうちの１種又は２種以上の接着処理が施されていることが好ましい。背面補強布１３及び歯部補強布１４には、接着処理の前に、エポキシ溶液又はイソシアネート溶液に浸漬した後に加熱する下地処理が施されていてもよい。背面補強布１３及び歯部補強布１４の厚さは例えば０．３ｍｍ以上２ｍｍ以下である。

実施形態１に係る歯付ベルトＢでは、ベルト本体１１が相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物と、相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物とで形成されている。

ベルト本体１１の背ゴム部１１１は、複数の心線被覆ゴム部分１１１ａと、それ以外の背面ゴム部分１１１ｂとを含む。複数の心線被覆ゴム部分１１１ａは、ベルト幅方向に間隔をおいて配設されている。複数の心線被覆ゴム部分１１１ａのそれぞれは、１本の心線１２が埋設され且つその心線１２を被覆するように設けられている。心線被覆ゴム部分１１１ａは、高硬度の第１ゴム組成物で形成されている。背面ゴム部分１１１ｂは、背ゴム部１１１の背面層を構成し、背面補強布１３が帖設されている。背面ゴム部分１１１ｂは、低硬度の第２ゴム組成物で形成されている。

ベルト本体１１の複数の歯ゴム部１１２のそれぞれは、内部ゴム部分１１２１と、その内周側表面を被覆するように設けられた表面ゴム部分１１２２とを含む。

内部ゴム部分１１２１は、高硬度ゴム層１１２１ａと低硬度ゴム層１１２１ｂとがベルト幅方向に交互に積層されて構成されている。高硬度ゴム層１１２１ａは、ベルト幅方向において、背ゴム部１１１の複数の心線被覆ゴム部分１１１ａのそれぞれに対応して設けられている。高硬度ゴム層１１２１ａは、背ゴム部１１１の心線被覆ゴム部分１１１ａと同一の高硬度の第１ゴム組成物で形成されており、従って、対応する心線被覆ゴム部分１１１ａと連続して構成されている。低硬度ゴム層１１２１ｂは、ベルト幅方向において、相互に隣接する心線１２の間隙に対応して設けられている。低硬度ゴム層１１２１ｂは、背ゴム部１１１の背面ゴム部分１１１ｂと同一の低硬度の第２ゴム組成物で形成されており、従って、背面ゴム部分１１１ｂと連続して構成されている。また、全ての低硬度ゴム層１１２１ｂは背面ゴム部分１１１ｂを介して繋がっている。高硬度ゴム層１１２１ａ及び低硬度ゴム層１１２１ｂのそれぞれは、ベルト横断面における層厚さがベルト厚さ方向に沿ってほぼ一定であってもよい。高硬度ゴム層１１２１ａの層厚さは例えば０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。低硬度ゴム層１１２１ｂの層厚さは例えば０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

低硬度ゴム層１１２１ｂは、ベルト幅方向に相互に隣接する心線１２の間隙から内周側に垂下するように形成されている。ベルト縦断面における低硬度ゴム層１１２１ｂの形状は歯ゴム部１１２の形状に対応した半円形状であることが好ましい。背ゴム部１１１に埋設された心線１２の最内周部からこの低硬度ゴム層１１２１ｂの先端までの平均寸法ｌは、後述の優れた高負荷耐久性及び耐衝撃性を得る観点から、歯ゴム部１１２の高さｈに対して好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、更に好ましくは７０％以上である。

表面ゴム部分１１２２は、心線被覆ゴム部分１１１ａ及び高硬度ゴム層１１２１ａと同一の高硬度の第１ゴム組成物で形成されており、従って、内部ゴム部分１１２１の高硬度ゴム層１１２１ａと連続して構成されている。全ての心線被覆ゴム部分１１１ａ及び高硬度ゴム層１１２１ａは表面ゴム部分１１２２を介して繋がっている。表面ゴム部分１１２２の厚さは例えば０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。

第１及び第２ゴム組成物は、それぞれゴム成分に各種のゴム配合剤が配合された第１及び第２未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されてゴム成分が架橋剤により架橋したものである。

第１及び第２ゴム組成物のゴム成分としては、例えば、水素添加アクリロニトリルゴム（以下「Ｈ−ＮＢＲ」という。）、メタクリル酸亜鉛等の不飽和金属塩を微分散させて補強したＨ−ＮＢＲ（以下「補強Ｈ−ＮＢＲ」という。）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、クロロプレンゴム、エチレンプロピレンジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）などのエチレン−α−オレフィンエラストマー等が挙げられる。ゴム成分は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。第１及び第２ゴム組成物は同一のゴム成分を含むことが好ましい。第１及び第２ゴム組成物のゴム成分はＨ−ＮＢＲ及び補強Ｈ−ＮＢＲのうちの少なくとも一方を含むことが好ましい。高硬度の第１ゴム組成物のゴム成分がＨ−ＮＢＲ及び補強Ｈ−ＮＢＲのブレンドゴムであり、且つ低硬度の第２ゴム組成物のゴム成分がＨ−ＮＢＲのみであることがより好ましい。

ゴム配合剤としては、加工助剤、加硫促進助剤、老化防止剤、補強材、可塑剤、共架橋剤、短繊維、架橋剤等が挙げられる。

加工助剤としては、例えば、ステアリン酸、ポリエチレンワックス、脂肪酸の金属塩等が挙げられる。加工助剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。加工助剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば０．３質量部以上０．７質量部以下である。

加硫促進助剤としては、例えば、酸化亜鉛（亜鉛華）や酸化マグネシウムなどの金属酸化物、金属炭酸塩、脂肪酸及びその誘導体等が挙げられる。加硫促進助剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。加硫促進助剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば３質量部以上１５質量部以下である。

老化防止剤としては、例えば、ベンズイミダゾール系、芳香族第二級アミン系、アミン−ケトン系のもの等が挙げられる。老化防止剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。老化防止剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１．５質量部以上３．５質量部以下である。

補強材としては、カーボンブラック、炭酸カルシウム、シリカ等が挙げられる。補強材は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。カーボンブラックとしては、例えば、チャネルブラック；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、Ｎ−３３９、ＨＡＦ、Ｎ−３５１、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＥＣＦ、Ｎ−２３４などのファーネスブラック；ＦＴ、ＭＴなどのサーマルブラック；アセチレンブラック等が挙げられる。カーボンブラックは、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。カーボンブラックの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば０．１質量部以上５０質量部以下である。補強材として炭酸カルシウムを用いる場合、その含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば５質量部以上１５質量部以下である。補強材としてシリカを用いる場合、その含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１０質量部以上３０質量部以下である。

可塑剤としては、例えば、ポリエーテルエステル、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）などのジアルキルセバケート、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）、ジオクチルフタレート（ＤＯＰ）などのジアルキルフタレート、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）などのジアルキルアジペート等が挙げられる。可塑剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。可塑剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば３質量部以上１５質量部以下である。

共架橋剤としては、例えば、トリメチロールプロパントリメタクリレート、ｍ−フェニレンジマレイミド、亜鉛ジメタクリレート、トリアリルイソシアヌレート等が挙げられる。共架橋剤は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。共架橋剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１質量部以上８質量部以下である。

短繊維としては、例えば、アラミド短繊維、ナイロン短繊維、ポリエステル短繊維等が挙げられる。短繊維の長さは例えば１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。短繊維は、これらのうちの１種又は２種以上を用いることが好ましい。短繊維の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１質量部以上５質量部以下である。

架橋剤としては、硫黄及び有機過酸化物が挙げられる。架橋剤として、硫黄のみが用いられてもよく、また、有機過酸化物のみが用いられてもよく、更には、それらの両方が併用されていてもよい。これらのうち硫黄及び有機過酸化物の併用が好ましく、その場合、架橋剤の配合量は、例えば、ゴム成分１００質量部に対して、硫黄が０．１質量部以上０．７質量部以下であり、有機過酸化物が２質量部以上５質量部以下である。

第１ゴム組成物のゴム硬さは第２ゴム組成物のゴム硬さはよりも高い。第１ゴム組成物のゴム硬さは、後述の優れた高負荷耐久性及び耐衝撃性を得る観点から、好ましくは８５Ｈ_Ａ以上９５Ｈ_Ａ以下、より好ましくは８８Ｈ_Ａ以上９４Ｈ_Ａ以下である。第２ゴム組成物のゴム硬さは、同様の観点から、好ましくは５０Ｈ_Ａ以上８０Ｈ_Ａ以下、より好ましくは６５Ｈ_Ａ以上７５Ｈ_Ａ以下である。第１及び第２ゴム組成物のゴム硬さの差は、同様の観点から、好ましくは５Ｈ_Ａ以上４５Ｈ_Ａ以下、より好ましくは１３Ｈ_Ａ以上２９Ｈ_Ａ以下である。第１ゴム組成物のゴム硬さの第２ゴム組成物のゴム硬さに対する比は、同様の観点から、好ましくは１．１以上１．９以下、より好ましくは１．２以上１．５以下、更に好ましくは１．２以上１．４以下である。

第１ゴム組成物の列理方向の２５℃での引張強さＴ_Ｂは、後述の優れた高負荷耐久性及び耐衝撃性を得る観点から、好ましくは２０ＭＰａ以上４０ＭＰａ以下、より好ましくは２５ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下である。第２ゴム組成物の列理方向の２５℃での引張強さＴ_Ｂは、同様の観点から、好ましくは１５ＭＰａ以上３５ＭＰａ以下、より好ましくは２０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である。この第１ゴム組成物の引張強さＴ_Ｂは、第２ゴム組成物の引張強さＴ_Ｂよりも高いことが好ましい。

第１ゴム組成物の列理方向の２５℃での伸びＥ_Ｂは、後述の優れた高負荷耐久性及び耐衝撃性を得る観点から、好ましくは１００％以上３００％以下、より好ましくは１５０％以上２５０％以下である。第２ゴム組成物の列理方向の２５℃での伸びＥ_Ｂは、同様の観点から、好ましくは３５０％以上５５０％以下、より好ましくは４００％以上５００％以下である。この第１ゴム組成物の伸びＥ_Ｂは、第２ゴム組成物の伸びＥ_Ｂよりも小さいことが好ましい。

第１ゴム組成物の列理方向の２５℃での１００％時引張応力Ｍ_１００は、後述の優れた高負荷耐久性及び耐衝撃性を得る観点から、好ましくは１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下、より好ましくは１５ＭＰａ以上２５ＭＰａ以下である。第２ゴム組成物の列理方向の２５℃での１００％時引張応力Ｍ_１００は、同様の観点から、好ましくは１．５ＭＰａ以上５．５ＭＰａ以下、より好ましくは２．５ＭＰａ以上４．５ＭＰａ以下である。この第１ゴム組成物の１００％時引張応力Ｍ_１００は、第２ゴム組成物の１００％時引張応力Ｍ_１００よりも高いことが好ましい。

ここで、第１及び第２ゴム組成物のゴム硬さは、ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づいてタイプＡデュロメーターを用いて測定されるものである。第１及び第２ゴム組成物の列理方向の引張強さＴ_Ｂ、伸びＥ_Ｂ、及び１００％時引張応力Ｍ_１００は、ＪＩＳ Ｋ６３０１に基づく引張試験により測定されるものである。

以上の構成の実施形態１に係る歯付ベルトＢは、例えば、自動車エンジンにおいて、クランクシャフトプーリ及びＯＨＣプーリ間に巻き掛けられ、前者の動力を後者に伝達するための動力伝達部材として用いられる。

ところで、自動車エンジンにはコンパクト化の要求があり、その要求に対応して歯付ベルトには細幅化が求められる。しかしながら、細幅化した歯付ベルトに対しても、細幅化する前と同等の高負荷耐久性や耐衝撃性が要求される。これに対し、この実施形態１に係る歯付ベルトＢによれば、歯ゴム部１１２が、相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成された高硬度ゴム層１１２１ａと相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物で形成された低硬度ゴム層１１２１ｂとがベルト幅方向に交互に積層された内部ゴム部分１１２１を有し、また、その内周側表面を被覆するように設けられた表面ゴム部分１１２２が高硬度ゴム層１１２１ａと同一の相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成されていることにより、優れた高負荷耐久性及び耐衝撃性を得ることができる。これは、高硬度の表面ゴム部分１１２２により歯ゴム部１１２の変形が抑制されるので、歯ゴム部１１２に歯欠けに直結するようなピーク歪が生じるのを回避することができ、それに加えて、内部ゴム部分１１２１が高硬度ゴム層１１２１ａと低硬度ゴム層１１２１ｂとの交互積層構造を有することにより、歯ゴム部１１２の変形に対する追随性が高まると共に、歯ゴム部１１２に負荷される荷重分布が均一化されるので、歯ゴム部１１２に歯欠けに直結するようなピーク応力が生じるのを回避することができるためであると推測される。

次に、実施形態１に係る歯付ベルトＢの製造方法について図７及び図８Ａ〜Ｄに基づいて説明する。

実施形態１に係る歯付ベルトＢの製造方法は、材料準備工程、成形工程、架橋工程、及び仕上げ工程を有する。

＜材料準備工程＞
所定のゴム成分を素練りし、そこに各種のゴム配合剤を投入して混練することにより相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物を形成する第１未架橋ゴム組成物を得る。そして、得られた第１未架橋ゴム組成物をカレンダー成形等することによりシート状の第１未架橋ゴム組成物１５１を作製する。

同様に、所定のゴム成分を素練りし、そこに各種のゴム配合剤を投入して混練することにより相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物を形成する第２未架橋ゴム組成物を得る。そして、得られた第２未架橋ゴム組成物をカレンダー成形等することによりシート状の第２未架橋ゴム組成物１５２を作製する。

心線１２、背面補強布１３、及び歯部補強布１４のそれぞれに接触処理を施す。また、背面補強布１３及び歯部補強布１４をそれぞれ筒状に成形する。

＜成形工程＞
図７はベルト成形型２０を示す。

このベルト成形型２０は、円筒状であって、各々、軸方向に延びるように形成された複数の歯部形成溝２１が周方向に間隔をおいて配設された外周面を有する。

図８Ａに示すように、ベルト成形型２０の外周面上に筒状の歯部補強布１４を被せ、その上から心線１２を螺旋状に巻き付ける。ここで、隣接する心線１２間の間隙をほぼ一定とするには、心線１２をＳ撚り糸及びＺ撚り糸で構成する場合、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸の中心間距離を一定とし、その中心間距離の２倍の寸法をピッチでそれらのＳ撚り糸及びＺ撚り糸を二重螺旋状に巻き付ければよい。また、心線１２を単一のＳ撚り糸又はＺ撚り糸で構成する場合、それを一定ピッチで螺旋状に巻き付ければよい。

次いで、その上にシート状の第１未架橋ゴム組成物１５１及びシート状の第２未架橋ゴム組成物１５２を順に巻き付ける。ここで、第１未架橋ゴム組成物１５１は、優れた高負荷耐久性及び耐衝撃性を得る観点から、第２未架橋ゴム組成物１５２よりも厚く巻くことが好ましい。第１未架橋ゴム組成物１５１の体積の第２未架橋ゴム組成物１５２の体積に対する比は、同様の観点から、好ましくは１より大、より好ましくは１．５以上であり、また、好ましくは３．５以下、より好ましくは２．５以下である。シート状の第１及び第２未架橋ゴム組成物１５１，１５２は、列理方向がベルト長さ方向に対応するように使用することが好ましい。

そして、更にその上に筒状の背面補強布１３を被せ、ベルト成形型２０上に未架橋スラブＳ’を成形する。

＜架橋工程＞
図８Ｂに示すように、ベルト成形型２０上の未架橋スラブＳ’にゴムスリーブ２２を被せ、それを加硫缶内に配置して密閉すると共に、加硫缶内に高温及び高圧の蒸気を充填して所定の成型時間だけ保持する。こうして未架橋スラブＳ’をベルト成形型側に押圧すると共に加熱することにより、図８Ｃに示すように、第１及び第２未架橋ゴム組成物１５１，１５２を心線１２間に通して歯部補強部を押圧させながらベルト成形型２０の複数の歯部形成溝２１のそれぞれに流入させると共に架橋させる。それと同時に、心線１２、背面補強布１３、及び歯部補強布１４を複合一体化させ、最終的に、図８Ｄに示すように、円筒状のベルトスラブＳを成型する。

ここで、図８Ｃに示すように第１及び第２未架橋ゴム組成物１５１，１５２を流動させる観点からは、第１未架橋ゴム組成物１５１が第２未架橋ゴム組成物１５２よりも１００℃におけるムーニー粘度が高いことが好ましい。第１未架橋ゴム組成物１５１の１００℃におけるムーニー粘度は、好ましくは４０ＭＬ_１＋４（１００℃）以上、より好ましくは５０ＭＬ_１＋４（１００℃）以上であり、また、好ましくは７０ＭＬ_１＋４（１００℃）以下、より好ましくは６０ＭＬ_１＋４（１００℃）以下である。第２未架橋ゴム組成物１５２の１００℃におけるムーニー粘度は、好ましくは２０ＭＬ_１＋４（１００℃）以上、より好ましくは３０ＭＬ_１＋４（１００℃）以上であり、また、好ましくは６０ＭＬ_１＋４（１００℃）以下、より好ましくは５０ＭＬ_１＋４（１００℃）以下である。第１未架橋ゴム組成物１５１の１００℃におけるムーニー粘度の第２未架橋ゴム組成物１５２の１００℃におけるムーニー粘度に対する比は、好ましくは１よりも大きく且つ２．０以下、より好ましくは１．５以下である。ムーニー粘度は、ＪＩＳ Ｋ６３００に基づいて測定される。

＜仕上げ工程＞
加硫缶の内部を減圧して密閉を解き、ベルト成形型２０とゴムスリーブ２２との間に成型されたベルトスラブＳを取り出して脱型し、所定幅に輪切りすることにより歯付ベルトＢを得る。

（実施形態２）
図９及び１０は、実施形態２に係る歯付ベルトＢを示す。なお、実施形態１と同一名称の部分は、実施形態１と同一符号で示す。

実施形態２に係る歯付ベルトＢは、ベルト幅方向に相互に隣接する心線１２間の間隙が相対的に小さい間隙と相対的に大きい間隙とを有する。具体的には、心線１２間の相対的に小さい間隙と相対的に大きい間隙とがベルト幅方向に交互に配設されている。そして、心線１２間の間隙が相対的に小さい部分では、背ゴム部１１１の心線被覆ゴム部分１１１ａが、その小さい間隙を挟んでベルト幅方向に相互に隣接する一対の心線１２が埋設され且つそれらの一対の心線１２を被覆するように設けられている。心線１２間の間隙が相対的に大きい部分では、歯ゴム部１１２の内部ゴム部分１１２１の低硬度ゴム層１１２１ｂが、ベルト横断面において、その大きい間隙から内周側に垂下するように形成されている。つまり、実施形態２に係る歯付ベルトＢでは、心線１２間の相対的に小さい間隙に対応しては低硬度ゴム層１１２１ｂが設けられておらず、高硬度ゴム層１１２１ａが設けられており、心線１２間の相対的に大きい間隙に対応して低硬度ゴム層１１２１ｂが設けられている。心線１２間の相対的に小さい間隙は、例えば０．０１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である。心線１２間の相対的に大きい間隙は、例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。心線１２間の相対的に小さい間隙に対する大きい間隙の比は０．６以上１００以下であることが好ましい。

以上の構成の実施形態２に係る歯付ベルトＢは、心線１２をＳ撚り糸及びＺ撚り糸で構成し、未架橋スラブＳ’の成形の際に、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸の中心間距離を一定とし、その中心間距離の２倍の寸法よりも大きいピッチでそれらのＳ撚り糸及びＺ撚り糸を二重螺旋状に巻き付ければよい。従って、この場合、同一の心線被覆ゴム部分１１１ａで被覆される一対の心線１２はＳ撚り糸及びＺ撚り糸となる。

その他の構成及び作用効果は実施形態１と同一である。

（その他の実施形態）
上記実施形態１及び２では、高硬度ゴム層１１２１ａ及び低硬度ゴム層１１２１ｂのそれぞれのベルト横断面における層厚さがベルト厚さ方向に沿ってほぼ一定である構成を示したが、特にこれに限定されるものではなく、実施形態１に対応する図１１Ａ及び実施形態２に対応する図１１Ｂに示すように、ベルト横断面における層厚さが基端側からベルト厚さ方向に沿って漸次大きくなった後に先端で急激に小さくなる断面形状が水滴形状に形成されていてもよい。なお、このような構成は、第１及び第２未架橋ゴム組成物１５１，１５２の配合設計によりそれらの流動性を調節することにより得ることができる。

実施形態１では、全ての心線１２間の間隙に対応して低硬度ゴム層１１２１ｂが設けられた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、図１２に示すように、心線１２間の間隙に対応して低硬度ゴム層１１２１ｂが設けられていない部分を含んでいてもよい。

上記実施形態１及び２では、背面補強布１３を備えた構成としたが、特にこれに限定されるものではなく、背面補強布１３を有さずに背ゴム部１１１が露出した構成であってもよい。

［未架橋ゴム組成物］
高硬度の第１ゴム組成物及び低硬度の第２ゴム組成物をそれぞれ形成する第１及び第２未架橋ゴム組成物を調製した。それらの配合は表１にも示す。

（第１未架橋ゴム組成物）
密閉式のバンバリーミキサーのチャンバーにゴム成分としてのＨ−ＮＢＲ（日本ゼオン社製 商品名：Ｚｅｔｐｏｌ２０００）６０質量％及び補強Ｈ−ＮＢＲ（日本ゼオン社製 商品名：Ｚｅｏｆｏｒｔｅ ＺＳＣ２１９５ＣＸ）４０質量％を投入して素練りし、次いで、このゴム成分１００質量部に対して、加硫促進助剤の酸化亜鉛５質量部、老化防止剤２．５質量部、補強材のカーボンブラック２０質量部、補強材のシリカ２０質量部、可塑剤５質量部、共架橋剤６質量部、アラミド短繊維（１ｍｍ）３質量部、架橋剤の硫黄０．３質量部、及び架橋剤の有機過酸化物３．２質量部を投入配合して混練して第１未架橋ゴム組成物を調製した。

（第２未架橋ゴム組成物）
密閉式のバンバリーミキサーのチャンバーにゴム成分としてのＨ−ＮＢＲ（日本ゼオン社製 商品名：Ｚｅｔｐｏｌ２０００）を投入して素練りし、次いで、このゴム成分１００質量部に対して、加工助剤０．５質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛１０質量部、老化防止剤２．５質量部、補強材のカーボンブラック４０質量部、補強材の炭酸カルシウム１０質量部、可塑剤１０質量部、共架橋剤３質量部、架橋剤の硫黄０．５質量部、及び架橋剤の有機過酸化物３．２質量部を投入配合して混練して第２未架橋ゴム組成物を調製した。

［歯付ベルト］
以下の実施例並びに比較例１及び２の歯付ベルトを作製した。それらの構成は表２にも示す。

（実施例）
第１及び第２未架橋ゴム組成物のそれぞれをカレンダー成形によってシート状に成形した。これらのシート状の第１及び第２未架橋ゴム組成物を用い（第１未架橋ゴム組成物６７体積％及び第２未架橋ゴム組成物３３体積％）、背面補強布を有さないことを除いて上記実施形態１と同様の構成の歯付ベルトを作製し、それを実施例とした。

実施例の歯付ベルトについて、ベルト長さは１３８１ｍｍ、ベルト幅は２５ｍｍ、及びベルト厚さは６．３ｍｍである。歯高さＨは３．５ｍｍ、歯幅Ｗは７．４ｍｍ、及び歯ピッチＰは９．５２５ｍｍである。歯ゴム部の高さｈは３．０ｍｍであった。高硬度ゴム層の層厚さは平均１．５ｍｍであり、低硬度ゴム層の層厚さは平均１．５ｍｍであった。表面ゴム部分の厚さは平均１．０ｍｍであった。心線の最内周部から低硬度ゴム層の先端までの寸法ｌは歯ゴム部の高さｈに対して平均６７％であった。

なお、心線には接着処理を施したガラス繊維の撚り糸及び歯部補強布には接着処理を施したナイロン６，６繊維の織布を用いた。

（比較例１及び２）
シート状の第１未架橋ゴム組成物のみを用いてベルト本体を形成したことを除いて実施例と同様にして歯付ベルトを作製し、それを比較例１とした。また、シート状の第２未架橋ゴム組成物のみを用いてベルト本体を形成したことを除いて実施例と同様にして歯付ベルトを作製し、それを比較例２とした。

［試験方法］
（材料試験）
＜ムーニー粘度＞
第１及び第２未架橋ゴム組成物のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｋ６３００に基づいて１００℃におけるムーニー粘度を測定した。

＜ゴム硬度＞
第１及び第２未架橋ゴム組成物を架橋させた第１及び第２ゴム組成物のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づいてタイプＡデュロメーターを用いてゴム硬さを測定した。

＜引張特性＞
第１及び第２未架橋ゴム組成物を架橋させた第１及び第２ゴム組成物のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｋ６３０１に基づく引張試験により、列理方向の引張強さＴ_Ｂ、伸びＥ_Ｂ、及び１００％時引張応力Ｍ_１００を測定した。

（ベルト試験）
＜高負荷耐久試験＞
図１３は、高負荷耐久試験用のベルト走行試験機３０のプーリレイアウトを示す。

このベルト走行試験機３０は、駆動プーリ３１と、その右方に設けられた従動プーリ３２と、それらの間の下側に設けられたアイドラプーリ３３とを有する。駆動プーリ３１の外周には２１個の歯部噛合溝が設けられている。従動プーリ３２の外周には４２個の歯部噛合溝が設けられている。アイドラプーリ３３の外径は５２ｍｍである。

実施例並びに比較例１及び２のそれぞれの歯付ベルトＢについて、このベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１、従動プーリ３２、及びアイドラプーリ３３に巻き掛け、従動プーリ３２に右方に１２００ＮのデッドウエイトＤＷを負荷し、雰囲気温度１００℃の下、駆動プーリを６０００ｒｐｍの回転数で回転させてベルト走行試験を行った。そして、歯付ベルトが破損するまでの回転回数を測定した。

＜耐衝撃性振動試験＞
図１４は、耐衝撃性振動試験用のベルト試験機４０のプーリレイアウトを示す。

このベルト試験機４０は、駆動プーリ４１と、その左斜め下方に設けられた固定した第１従動プーリ４２と、その左斜め上方に設けられた第２従動プーリ４３と、駆動プーリ４１、第１従動プーリ４２、及び第２従動プーリ４３の相互間に配設された３個のアイドラプーリ４４と、第１従動プーリ４２及び第２従動プーリ４３間のアイドラプーリ４４の直ぐ上方に設けられた張力付与プーリ４５とを有する。駆動プーリ４１の外周には２２個の歯部噛合溝が設けられている。第１従動プーリ４２の外周には２２個の歯部噛合溝が設けられている。第２従動プーリ４３の外周には４４個の歯部噛合溝が設けられている。アイドラプーリ４４の外径は２８．５ｍｍである。張力付与プーリ４５の外径は６７．７ｍｍである。

実施例並びに比較例１及び２のそれぞれの歯付ベルトＢについて、このベルト試験機４０に、駆動プーリ４１、第１従動プーリ４２、及び第２従動プーリ４３に歯部が噛合すると共に、アイドラプーリ４４及び張力付与プーリ４５にベルト背面が接触するように巻き掛け、張力付与プーリ４５によりベルト張力が８００Ｎとなるようにセットウエイトを負荷し、雰囲気温度２５℃の下、駆動プーリ４１を正方向に回転させ、駆動プーリ４１に所定の負荷が生じたときに回転方向を逆方向に変更し、駆動プーリ４１に所定の負荷が生じたときに回転方向を再び正方向に変更する繰り返し回転振動試験を行った。そして、歯付ベルトが歯欠けして破損するまでの振動回数を測定した。

［試験結果］
試験結果を表３及び４に示す。

表３の材料試験の試験結果によれば、第１未架橋ゴム組成物を架橋させた第１ゴム組成物は、第２未架橋ゴム組成物を架橋させた第２ゴム組成物よりも高硬度であることが確認された。

また、高硬度の第１ゴム組成物を形成する第１未架橋ゴム組成物は、低硬度の第２ゴム組成物を形成する第２未架橋ゴム組成物よりも１００℃におけるムーニー粘度が低いことが分かる。

更に、第１未架橋ゴム組成物を架橋させた第１ゴム組成物は、第２未架橋ゴム組成物を架橋させた第２ゴム組成物よりも、列理方向の引張強さＴ_Ｂが高く、伸びＥ_Ｂが小さく、及び１００％時引張応力Ｍ_１００が高いことが分かる。

表４のベルト走行試験の試験結果によれば、歯ゴム部が、高硬度の第１ゴム組成物で形成された高硬度ゴム層及び低硬度の第２ゴム組成物で形成された低硬度ゴム層がベルト幅方向に交互に積層された内部ゴム部分と、それを被覆するように設けられた高硬度の第１ゴム組成物で形成された表面ゴム部分とを有する実施例は、歯ゴム部が高硬度の第１ゴム組成物のみで形成された比較例１及び歯ゴム部が低硬度の第２ゴム組成物のみで形成された比較例２と比較すると、高負荷耐久性及び耐衝撃性のいずれもが優れることが分かる。

本発明は、歯付ベルト及びその製造方法の技術分野について有用である。

Ｂ 歯付ベルト
Ｓ ベルトスラブ
Ｓ’ 未架橋スラブ
１０Ａ 歯部
１０Ｂ 歯底部
１１ ベルト本体
１１１ 背ゴム部
１１１ａ 心線被覆ゴム部分
１１１ｂ 背面ゴム部分
１１２ 歯ゴム部
１１２１ 内部ゴム部分
１１２１ａ 高硬度ゴム層
１１２１ｂ 低硬度ゴム層
１１２２ 表面ゴム部分
１２ 心線
１３ 背面補強布
１４ 歯部補強布
１５１ 第１未架橋ゴム組成物
１５２ 第２未架橋ゴム組成物
２０ ベルト成形型
２１ 歯部形成溝
２２ ゴムスリーブ
３０，４０ ベルト走行試験機
３１，４１ 駆動プーリ
３２ 従動プーリ
３３，４４ アイドラプーリ
４２ 第１従動プーリ
４３ 第２従動プーリ
４５ 張力付与プーリ

Claims (15)

1. エンドレスの平帯状の背ゴム部と、前記背ゴム部の内周側に所定ピッチで間隔をおいて配設されて各々が前記背ゴム部に一体に設けられた複数の歯ゴム部と、を有するゴム製のベルト本体を備えた歯付ベルトであって、
   前記複数の歯ゴム部のそれぞれは、相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成された高硬度ゴム層と相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物で形成された低硬度ゴム層とがベルト幅方向に交互に積層された内部ゴム部分と、前記内部ゴム部分の内周側表面を被覆するように設けられ前記高硬度ゴム層と同一の相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物で形成された表面ゴム部分と、を含む歯付ベルト。
2. 請求項１に記載された歯付ベルトにおいて、
   前記第１及び第２ゴム組成物のゴム硬さの差が５Ｈ_Ａ以上４５Ｈ_Ａ以下である歯付ベルト。
3. 請求項１又は２に記載された歯付ベルトにおいて、
   前記第１ゴム組成物のゴム硬さの前記第２ゴム組成物のゴム硬さに対する比が１．１以上１．９以下である歯付ベルト。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された歯付ベルトにおいて、
   前記背ゴム部に、周方向に延びると共にベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された心線を更に備えた歯付ベルト。
5. 請求項４に記載された歯付ベルトにおいて、
   前記背ゴム部は、ベルト幅方向に間隔をおいて配設されていると共に、各々、前記心線を被覆するように設けられた、前記第１ゴム組成物で形成された複数の心線被覆ゴム部分を含む歯付ベルト。
6. 請求項５に記載された歯付ベルトにおいて、
   前記複数の心線被覆ゴム部分のそれぞれは、ベルト幅方向に相互に隣接する一対の前記心線を被覆するように設けられている歯付ベルト。
7. 請求項５又は６に記載された歯付ベルトにおいて、
   前記高硬度ゴム層は、前記複数の心線被覆ゴム部分のそれぞれに対応して設けられ、且つ前記対応する心線被覆ゴム部分と連続して構成されている歯付ベルト。
8. 請求項４乃至７のいずれかに記載された歯付ベルトにおいて、
   前記低硬度ゴム層は、ベルト幅方向に相互に隣接する前記心線の間隙から内周側に垂下するように形成されている歯付ベルト。
9. 請求項４乃至８のいずれかに記載された歯付ベルトにおいて、
   前記心線の最内周部から前記低硬度ゴム層の先端までの平均寸法が、前記歯ゴム部の高さに対して３０％以上である歯付ベルト。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載された歯付ベルトにおいて、
    前記背ゴム部は、その背面層を構成する前記第２ゴム組成物で形成された背面ゴム部分を含む歯付ベルト。
11. 請求項１０に記載された歯付ベルトにおいて、
    前記低硬度ゴム層は、前記背面ゴム部分と連続して構成されている歯付ベルト。
12. 請求項１乃至１１のいずれかに記載された歯付ベルトにおいて、
    前記ベルト本体の前記複数の歯ゴム部が設けられた内周側の表面を被覆するように貼設された歯部補強布を更に備えた歯付ベルト。
13. 請求項１乃至１２のいずれかに記載された歯付ベルトの製造方法であって、
    各々、軸方向に延びるように形成された複数の歯部形成溝が周方向に間隔をおいて配設された外周面を有するベルト成形型を用い、
    前記ベルト成形型の外周面に心線を螺旋状に巻き付けた後、その上に前記相対的にゴム硬さの高い第１ゴム組成物を形成するシート状の第１未架橋ゴム組成物及び前記相対的にゴム硬さの低い第２ゴム組成物を形成するシート状の第２未架橋ゴム組成物を順に巻き付けて前記ベルト成形型上に未架橋スラブを成形し、前記未架橋スラブを前記ベルト成形型側に押圧すると共に加熱することにより、前記第１及び第２未架橋ゴム組成物を前記心線間に通して前記ベルト成形型の前記複数の歯部形成溝のそれぞれに流入させると共に架橋させる歯付ベルトの製造方法。
14. 請求項１３に記載された歯付ベルトの製造方法において、
    前記第１未架橋ゴム組成物の１００℃におけるムーニー粘度が前記第２未架橋ゴム組成物の１００℃におけるムーニー粘度よりも高い歯付ベルトの製造方法。
15. 請求項１４に記載された歯付ベルトの製造方法において、
    前記第１未架橋ゴム組成物の１００℃におけるムーニー粘度の前記第２未架橋ゴム組成物の１００℃におけるムーニー粘度に対する比が１よりも大きく且つ２．０以下である歯付ベルトの製造方法。

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