JP6161711B2 - 平ベルト及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、平ベルト及びその製造方法に関する。

エラストマーにナノファイバーを分散させた複合材料の自動車部品や電気電子部品への適用が検討されている。

例えば、特許文献１には、海島型複合短繊維をエチレン−α−オレフィンエラストマーのマトリックスに添加し、海成分を溶融させて島成分の繊維径が１０〜５０００ｎｍのナノファイバーをマトリックスのエチレン−α−オレフィンエラストマーに分散させた繊維強化エラストマー成型品が開示されている。

特許文献２には、歯付ベルト、平ベルトなどの自動車用ベルトや工業用ベルト等に用いられる繊維強化弾性体であって、ポリオレフィン、第１のエラストマー、及びシリカにより構成されたマトリックスに、繊維径が１μｍ以下のアスペクト比が２〜１０００のナノファイバーが分散した繊維強化熱可塑性樹脂組成物と第２のエラストマーとを混練して得られるものが開示されている。

特開２０１２−２０７２２０号公報 特開２０１２−７７２２３号公報

本発明の平ベルトは、ベルト内周面を構成する部分が、エチレン−α−オレフィンエラストマーをゴム成分とするゴム組成物で形成され、前記ゴム組成物には、繊維径が３００〜１０００ｎｍの有機繊維のナノファイバーがベルト幅方向に配向して含まれており、前記ベルト内周面の見掛けの摩擦係数が０．７０以上である。

本発明の平ベルトの製造方法は、ゴム成分、及び熱可塑性樹脂の海と繊維径が３００〜１０００ｎｍの有機繊維のナノファイバーの収束体の多数の島との海島構造を有する複合材料を、前記複合材料の熱可塑性樹脂の融点又は軟化温度以上の温度下で混練することにより、ベルト内周面を構成する部分を形成するための未架橋ゴム組成物を作製するゴム組成物作製ステップを含む。

実施形態の平ベルトから切り出した一部分を示す斜視図である。 実施形態の平ベルトのベルト内周面の見掛けの摩擦係数の測定方法の説明図である。 実施形態の平ベルトを用いたベルト伝動装置のプーリレイアウトの一例を示す図である。 複合材料の斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態の平ベルトの製造方法を示す第１の説明図である。 実施形態の平ベルトの製造方法を示す第２の説明図である。 実施形態の平ベルトの製造方法を示す第３の説明図である。 実施形態の平ベルトの変形例から切り出した一部分を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態の平ベルトの別の変形例から切り出した一部分を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は、実施形態の平ベルトのさらに別の変形例から切り出した一部分を示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施形態の平ベルトの補強布を有する変形例から切り出した一部分を示す斜視図である。 （ａ）は、繊維の体積分率とゴム硬さとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は、繊維の体積分率と列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）との関係を示すグラフであり、及び（ｃ）は、繊維の体積分率と列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）との関係を示すグラフである。 （ａ）は、繊維の体積分率と摩擦係数との関係を示すグラフであり、（ｂ）は、ゴム硬さと摩擦係数との関係を示すグラフであり、及び（ｃ）は、列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）と摩擦係数との関係を示すグラフである。 （ａ）は、繊維の体積分率と耐屈曲疲労性評価試験における切断までの屈曲回数との関係を示すグラフであり、及び（ｂ）は、ゴム硬さと耐屈曲疲労性評価試験における切断までの屈曲回数との関係を示すグラフである。 ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。

図１は実施形態の平ベルトＢを示す。実施形態の平ベルトＢは、例えば、送風機やコンプレッサーや発電機などの駆動伝達用途、自動車の補機駆動用途等の比較的高負荷条件下での使用において長寿命が要求される用途で用いられる。実施形態の平ベルトＢは、例えば、ベルト長さが６００〜３０００ｍｍ、ベルト幅が１０〜２０ｍｍ、及びベルト厚さが２〜３．５ｍｍである。

実施形態の平ベルトＢは、ベルト内周側の内側ゴム層１１とそのベルト外周側の心線保持層１２とさらにそのベルト外周側の外側ゴム層１３とが積層されるように設けられて一体化した平ベルト本体１０を備えている。そして、内側ゴム層１１の内周面がベルト内周面を構成すると共に、外側ゴム層１３の外側面がベルト外周面を構成している。また、心線保持層１２には、そのベルト厚さ方向の中間部に、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように配された心線１４が埋設されている。

実施形態の平ベルトＢでは、内側ゴム層１１が、有機繊維のナノファイバー１６（以下、単に「ナノファイバー１６」という。）が配合されたゴム組成物で形成されている。より具体的には、内側ゴム層１１は、ゴム成分にナノファイバー１６を含む種々のゴム配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されることにより架橋剤により架橋されたゴム組成物で形成されている。内側ゴム層１１の厚さは、好ましくは０．３ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、また、好ましくは３．０ｍｍ以下、より好ましくは２．５ｍｍ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物のゴム成分としては、例えば、エチレン−α−オレフィンエラストマー、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）、水素添加アクリロニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）等が挙げられる。これらのうち、耐熱性及び耐寒性の観点からエチレン−α−オレフィンエラストマーが好ましい。

エチレン−α−オレフィンエラストマーのα−オレフィン成分としては、例えば、プロピレン、ペンテン、オクテン等が挙げられる。ジエン成分としては、例えば、１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、エチリデンノルボネン等の非共役ジエンが挙げられる。エチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、具体的には、ＥＰＤＭ、ＥＰＲ等が挙げられる。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物のゴム成分は、単一種のみで構成されていてもよく、また、複数種のブレンドゴムで構成されていてもよい。なお、エチレン−α−オレフィンエラストマーを主成分とするブレンドゴムを用いる場合には、その特徴を損なうことがないように、その他のゴム種の割合を２５質量％以下とすることが好ましい。

ナノファイバー１６は、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物に、無配向に含まれていても、また、特定の方向に配向するように含まれていても、どちらでもよいが、ベルト幅方向又はベルト厚方向に配向するように含まれていることが好ましく、ベルト幅方向の弾性率に比べてベルト長さ方向の弾性率を低くして耐屈曲疲労性を向上させる観点からは、ベルト幅方向に配向するように含まれていることが好ましい。

ナノファイバー１６の繊維径は３００〜１０００ｎｍであるが、好ましくは４００ｎｍ以上であり、また、好ましくは９００ｎｍ以下である。ナノファイバー１６の繊維長は、好ましくは０．３ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、また、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは４ｍｍ以下、更に好ましくは２ｍｍ以下である。ナノファイバー１６の繊維径に対する繊維長の比（アスペクト比）は、好ましくは５００以上、より好ましくは１０００以上であり、また、好ましくは１００００以下、より好ましくは７０００以下、更に好ましくは３０００以下である。ここで、ナノファイバー１６の繊維径及び繊維長はＳＥＭ等の電子顕微鏡観察により測定することができる。

ナノファイバー１６としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、６−ナイロン繊維、６，６−ナイロン繊維等のナノファイバーが挙げられる。これらのうちポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維のナノファイバーが含まれていることが好ましい。ナノファイバー１６は、単一種のみが含まれていてもよく、また、複数種が含まれていてもよい。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるナノファイバー１６の含有量は、それによるベルト幅方向の高弾性率化の効果を発現させる観点から、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは１質量部以上、より好ましくは２質量部以上であり、また、加工性を良好にする観点から、好ましくは２０質量部以下、より好ましくは１５質量部以下、更に好ましくは１０質量部以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるナノファイバー１６の体積分率は、それによるベルト幅方向の高弾性率化の効果を発現させる観点から、好ましくは１体積％以上、より好ましくは２体積％以上であり、また、加工性を良好にする観点から、好ましくは１５体積％以下、より好ましくは１３体積％以下、更に好ましくは８体積％以下である。

ところで、一般に、平ベルトは、高負荷伝動に適用する場合、高張力が負荷されて使用されることになる。そして、この高張力に耐久すると共に、ゴムの圧縮変形を抑えるためには、内周側のゴム層の弾性率（ゴム硬さ）をある程度高くする必要がある。

ところが、内周側のゴム層の弾性率を高めるために短繊維を配合したり、或いは、補強剤のカーボンブラックを多く配合した場合、ベルト内周面の摩擦係数が低下するという問題がある。

また、内周側のゴム層にα，β−不飽和有機酸の金属塩が配合されて補強されたエチレン−α−オレフィンエラストマーや水素添加アクリロニトリルゴムを用いた場合、走行初期には優れた伝動能力を示すものの、長時間走行するとベルト内周面の摩擦係数が大きく低下するという問題がある。

しかしながら、このように実施形態の平ベルトＢによれば、ベルト内周面を構成する内側ゴム層１１が、ナノファイバー１６を含むゴム組成物で形成されており、そのナノファイバー１６が少量の配合量でもゴム組成物の弾性率を著しく高める効果を発現するので、内側ゴム層１１を高弾性率化しつつも、ベルト内周面の摩擦係数の低下抑制を図ることができる。

その他のゴム配合剤としては、例えば、補強剤、可塑剤、プロセスオイル、加工助剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、老化防止剤、架橋剤等が挙げられる。

補強剤としては、例えば、カーボンブラックやシリカが挙げられる。カーボンブラックとしては、例えば、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等が挙げられる。補強剤は、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。補強剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３０〜８０質量部、より好ましくは４０〜７０質量部、更に好ましくは６０〜７０質量部である。

可塑剤としては、例えば、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、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）などのジアルキルセバケート等が挙げられる。可塑剤は、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。可塑剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．１〜４０質量部、より好ましくは０．１〜２０質量部である。

プロセスオイルとしては、例えば、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、芳香族オイル等が挙げられる。プロセスオイルは、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。プロセスオイルの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．１〜４０質量部、より好ましくは０．１〜２０質量部である。なお、揮発減量が少なく且つ耐熱性に優れる市販のプロセスオイルとして、例えば日本サン石油社製の「サンパー２２８０」が公知である。

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、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。加工助剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば０．１〜３質量部である。

加硫促進剤としては、例えば、チウラム系（例えばＴＥＴなど）、ジチオカルバメート系（例えばＥＺなど）、スルフェンアミド系（例えばＭＳＡなど）のもの等が挙げられる。加硫促進剤は、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。加硫促進剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば２〜１０質量部である。

加硫促進助剤としては、例えば、酸化マグネシウムや酸化亜鉛（亜鉛華）などの金属酸化物、金属炭酸塩、ステアリン酸などの脂肪酸及びその誘導体等が挙げられる。加硫促進助剤は、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。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０．５〜８質量部である。

老化防止剤としては、例えば、ジアミン系老化防止剤、フェノール系老化防止剤等が挙げられる。老化防止剤は、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。老化防止剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．１〜５質量部、より好ましくは０．５〜３質量部である。

架橋剤としては、有機過酸化物及び硫黄が挙げられる。耐熱性を高める観点からは、架橋剤として有機過酸化物が好ましい。有機過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイドなどのジアルキルパーオキサイド類、ｔ−ブチルパーオキシアセテートなどのパーオキシエステル類、ジシクロヘキサノンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド類等が挙げられる。有機過酸化物は、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。有機過酸化物の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．５〜１０質量部、より好ましくは１〜６質量部である。

架橋剤として有機過酸化物を用いる場合、共架橋剤も含まれていてもよい。かか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、エチレングリコールジメタクリレート、トリアリルイソシアヌレート、液状ポリブタジェエン、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド等が挙げられる。但し、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物には、共架橋剤であっても、アクリル酸亜鉛やメタクリル酸亜鉛等のα，β−不飽和有機酸の金属塩は配合されていないことが好ましい。より具体的には、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物は、α，β−不飽和有機酸の金属塩が配合されて補強されたエチレン−α−オレフィンエラストマーや水素添加アクリロニトリルゴムでないことが好ましい。α，β−不飽和有機酸の金属塩としては、例えば、アクリル酸亜鉛やメタクリル酸亜鉛等が挙げられる。共架橋剤は、単一種のみが含まれていても、また、複数種が含まれていても、どちらでもよい。共架橋剤の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは０．５〜１０質量部、より好ましくは２〜７質量部である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物には、後述の複合材料の熱可塑性樹脂が含まれる。熱可塑性樹脂の含有量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１〜７質量部である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物には、ベルト内周面の摩擦係数の低下を防止する観点から、繊維径が１０μｍ以上の有機短繊維が含まれていないことが好ましい。但し、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物には、ナノファイバー１６によるベルト内周面の摩擦係数の低下抑制効果を損なわない範囲で、かかる有機短繊維が含まれていてもよい。また、この場合、内側ゴム層１１には、有機短繊維がベルト幅方向に配向するように含まれていることが好ましい。かかる有機短繊維としては、例えば、パラ系アラミド繊維、綿などのセルロース系繊維、ポリエステル繊維等の有機短繊維が挙げられる。有機短繊維は、単一種が配合されていても、また、複数種が配合されていても、どちらでもよい。有機短繊維の長さは例えば１〜６ｍｍである。有機短繊維の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１〜１０質量部である。

なお、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物には、その他に、炭酸カルシウム、タルク、珪藻土などの充填剤、安定剤、着色剤等が含まれていてもよい。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５３に基づいてタイプＡデュロメータにより測定されるゴム硬さは、好ましくは７９°以上、より好ましくは８２°以上であり、また、好ましくは９５°以下、より好ましくは９２°以下である。

上記の通り、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物には、ナノファイバー１６がベルト幅方向に配向するように含まれていることが好ましい。その場合、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物は、ナノファイバー１６の配向方向のベルト幅方向に相当する列理方向及びベルト長さ方向に相当する反列理方向のそれぞれが、以下のような引張特性及び粘弾性特性を有することが好ましい。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）は、好ましくは１．０ＭＰａ以上、より好ましくは１．５ＭＰａ以上であり、また、好ましくは２０ＭＰａ以下、より好ましくは１８ＭＰａ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される列理方向の５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）は、好ましくは２．０ＭＰａ以上、より好ましくは３０ＭＰａ以上であり、また、好ましくは２０ＭＰａ以下、より好ましくは１８ＭＰａ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される列理方向の引張強さ（Ｔ_Ｂ）は、好ましくは８ＭＰａ以上、より好ましくは１０ＭＰａ以上であり、また、好ましくは３０ＭＰａ以下、より好ましくは２８ＭＰａ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される列理方向の切断時伸び（Ｅ_Ｂ）は、好ましくは１３０％以上、より好ましくは１５０％以上であり、また、好ましくは４００％以下、より好ましくは３８０％以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される反列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）は、好ましくは０．３ＭＰａ以上、より好ましくは０．５ＭＰａ以上であり、また、好ましくは５ＭＰａ以下、より好ましくは３ＭＰａ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される反列理方向の５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）は、好ましくは１ＭＰａ以上、より好ましくは１．５ＭＰａ以上であり、また、好ましくは１０ＭＰａ以下、より好ましくは８ＭＰａ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される反列理方向の１００％伸び時における引張応力（Ｍ_１００）は、好ましくは１ＭＰａ以上、より好ましくは３ＭＰａ以上であり、また、好ましくは２０ＭＰａ以下、より好ましくは１８ＭＰａ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される反列理方向の引張強さ（Ｔ_Ｂ）は、好ましくは５ＭＰａ以上、より好ましくは８ＭＰａ以上であり、また、好ましくは２５ＭＰａ以下、より好ましくは２３ＭＰａ以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて測定される反列理方向の切断時伸び（Ｅ_Ｂ）は、好ましくは１５０％以上、より好ましくは１７０％以上であり、また、好ましくは４００％以下、より好ましくは３８０％以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物における列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）の反列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）に対する比は、好ましくは１以上、より好ましくは１．５以上であり、また、好ましくは２０以下、より好ましくは１８以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物における列理方向の５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）の反列理方向の５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）に対する比は、好ましくは１．５以上、より好ましくは２．０以上であり、また、好ましくは２０以下、より好ましくは１８以下である。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて測定される列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）は、好ましくは２０ＭＰａ以上、より好ましくは３０ＭＰａ以上であり、また、好ましくは２００ＭＰａ以下、より好ましくは１８０ＭＰａ以下である。この列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）は、歪み１％時の荷重の１．３倍の荷重を負荷したときの歪みを平均歪みとし、歪み振幅０．１％、周波数１０Ｈｚ、及び試験温度１００℃として引張方法により測定される。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて測定される列理方向の損失係数（ｔａｎδ）は、好ましくは０．０１以上、より好ましくは０．０３以上であり、また、好ましくは０．２０以下、より好ましくは０．１８以下である。この列理方向の損失係数（ｔａｎδ）も、歪み１％時の荷重の１．３倍の荷重を負荷したときの歪みを平均歪みとし、歪み振幅０．１％、周波数１０Ｈｚ、及び試験温度１００℃として引張方法により測定される。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて測定される反列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）は、好ましくは５ＭＰａ以上、より好ましくは７ＭＰａ以上であり、また、好ましくは４０ＭＰａ以下、より好ましくは３５ＭＰａ以下である。この反列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）は、平均歪み５％、歪み振幅１％、周波数１０Ｈｚ、及び試験温度１００℃として引張方法により測定される。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物におけるＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて測定される反列理方向の損失係数（ｔａｎδ）は、好ましくは０．０８以上、より好ましくは０．１以上であり、また、好ましくは０．３０以下、より好ましくは０．２８以下である。この反列理方向の損失係数（ｔａｎδ）も、平均歪み５％、歪み振幅１％、周波数１０Ｈｚ、及び試験温度１００℃として引張方法により測定される。

内側ゴム層１１を形成するゴム組成物における列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）の反列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）に対する比は、好ましくは１．５以上、より好ましくは２以上であり、また、好ましくは２０以下、より好ましくは１８以下である。

内側ゴム層１１の表面、つまり、ベルト内周面の見掛けの摩擦係数μ’は、好ましくは０．７０以上、より好ましくは０．７５以上であり、また、好ましくは２．０以下、より好ましくは１．８以下、更に好ましくは１．２以下、より更に好ましくは０．８５以下である。この見掛けの摩擦係数μ’は、図２に示すように、平ベルト片２１を、内側ゴム層１１のベルト内周面が接触するように、外径が５０〜１００ｍｍの平プーリ２２に、巻き掛け角度θとして巻き掛け、平ベルト片２１の上側の端をチャッキングしてロードセル２３に接続すると共に、鉛直に垂下する下側の端をチャッキングして重錘２４を取り付け、そして、平ベルト片２１のロードセル２３から平プーリ２２までの部分の張力を高めるように平プーリ２２を２０ｍ／ｓの周速で回転させ（図２では反時計回り）、そのときの重錘２４による緩み側張力Ｔｓ及びロードセル２３により検出される張り側張力Ｔｔから、Ｅｕｌｅｒの式に基づいて下記式により求められる。なお、この見掛けの摩擦係数μ’の測定方法については「ベルト伝動の実用設計 ベルト伝動技術懇話会編 株式会社養賢堂発行」の第１２２頁に記載されている。

心線保持層１２及び外側ゴム層１３は、それぞれ断面横長矩形の帯状に形成されており、ゴム成分に種々の配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されることにより架橋剤により架橋されたゴム組成物で形成されている。心線保持層１２の厚さは例えば０．６〜１．５ｍｍ及び外側ゴム層１３の厚さは例えば０．６〜１．５ｍｍである。

心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するゴム組成物のゴム成分としては、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物のゴム成分と同様、例えば、エチレン−α−オレフィンエラストマー（ＥＰＤＭやＥＰＲなど）、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）、水素添加アクリロニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等が挙げられる。これらのうち耐熱性の観点からは、エチレン−α−オレフィンエラストマー及び水素添加アクリロニトリルゴムが好ましく、ＥＰＤＭが特に好ましい。心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するゴム組成物のゴム成分は、単一種で構成されていてもよく、また、複数種のブレンドゴムで構成されていてもよい。心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するゴム組成物のゴム成分は同一であることが好ましく、内側ゴム層１１を形成するゴム組成物のゴム成分とも同一であることが好ましい。

配合剤としては、例えば、補強剤、可塑剤、プロセスオイル、加工助剤、老化防止剤、架橋剤、共架橋剤、加硫促進助剤、安定剤、着色剤、有機短繊維等が挙げられる。なお、心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するゴム組成物には、ナノファイバーが含まれていてもよい。

心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するゴム組成物に用いられる架橋剤としては、有機過酸化物及び硫黄が挙げられる。耐熱性を高める観点からは、これらのうち有機過酸化物が好ましい。

架橋剤として有機過酸化物を用いる場合、心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するゴム組成物には、共架橋剤として、アクリル酸亜鉛やメタクリル酸亜鉛等のα，β−不飽和有機酸の金属塩が配合されていてもよい。従って、心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するゴム組成物は、α，β−不飽和有機酸の金属塩が配合されて補強されたエチレン−α−オレフィンエラストマーや水素添加アクリロニトリルゴムであってもよい。

平ベルトＢが平プーリに巻き掛けられて張力を受けると、心線保持層１２の心線１５よりも内側部分及び内側ゴム層１１は心線１５から平プーリ側への大きな押し付け力を受ける。そして、心線保持層１２が低弾性率であると、心線１５が内側に沈み込み、心線保持層１２が大きな繰り返し変形で発熱して早期に破損に至る虞がある。かかる観点からは、心線保持層１２を形成するゴム組成物には、繊維径が１０μｍ以上の有機短繊維が含まれて高弾性率化されていることが好ましい。また、この場合、心線保持層１２には、有機短繊維がベルト幅方向に配向するように含まれていることが好ましい。かかる有機短繊維としては、例えば、６−ナイロン繊維、６，６−ナイロン繊維、ポリエステル繊維、綿、アラミド繊維等の有機短繊維が挙げられる。有機短繊維は、単一種が配合されていても、また、複数種が配合されていても、どちらでもよい。有機短繊維の長さは例えば１〜６ｍｍである。有機短繊維の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して例えば１０〜３０質量部である。なお、外側ゴム層１３を形成するゴム組成物には、有機短繊維が配合されていても、また、配合されていなくても、どちらでもよい。

心線１４は、ベルト厚さ方向の中央に埋設されていても、ベルト内周面側に近い側に埋設されていても、さらに、ベルト外周面側に埋設されていても、いずれでもよい。

心線１４は、例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート繊維（ＰＥＮ）などのポリエステル繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ガラス繊維、カーボン繊維等の撚り糸や組紐の線材で構成されている。心線１４の外径は例えば０．１〜２．０ｍｍである。心線１４には、心線保持層１１に対する接着性を付与するために、成形加工前にレゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液（以下「ＲＦＬ水溶液」という。）に浸漬した後に加熱する接着処理及び／又はゴム糊に浸漬した後に乾燥させる接着処理が施されている。

以上の構成の実施形態の平ベルトＢは、例えば、図３に示すように、複数の平プーリ３１，３２，３３に巻き掛けられてベルト伝動装置３０を構成する。ここで、ベルト伝動装置３０に含まれる平プーリ３１，３２，３３の数は例えば３〜８個である。平プーリ３１，３２，３３の外径は例えば３０〜５００ｍｍである。また、ベルト伝動装置３０の複数の平プーリ３１，３２，３３は、平ベルトＢのベルト外周面が接触するように設けられた平プーリ３３を含んでいてもよい。

そして、実施形態の平ベルトＢでは、内側ゴム層１１及び心線保持層１２の適切な設計により、心線１５に均一に荷重分担させることができ、その結果、高負荷伝動用途においても、高い走行安定性を得ることができる。また、ベルト内周面の摩擦係数を高く設定できると共に、その高い摩擦係数を長時間走行後も維持することができる、つまり、摩擦係数の低下を抑制することができるので、平ベルトＢの初期張力を低く設定でき、その結果、平ベルトＢによる動力伝達の特徴である高効率伝動が可能となり、例えば特許第３６８００８３号公報に開示されたような蛇行防止システムとの組み合わせることで、メンテナンスフリーのベルト伝動装置を実現することができる。

次に、実施形態の平ベルトＢの製造方法について図４〜７に基づいて説明する。

−部材準備工程−
部材準備工程では、ゴム成分、及び熱可塑性樹脂の海と繊維径が３００〜１０００ｎｍのナノファイバー１６の収束体の多数の島との海島構造を有する複合材料を、複合材料の熱可塑性樹脂の融点又は軟化温度以上の温度下で混練した後に圧延することにより、ベルト内周面を構成する内側ゴム層１１を形成するための未架橋ゴム組成物シートを作製する（ゴム組成物作製ステップ）。

具体的には、まず、バンバリーミキサー等の密閉式混練機に、架橋剤、共架橋剤、及び熱可塑性樹脂とナノファイバー１６との複合材料を除く成分を投入して所定のエネルギーを与えて混練した後、複合材料を投入して、そこに含まれる熱可塑性樹脂の融点又は軟化温度以上の温度下でさらに混練する。このとき、複合材料は、熱可塑性樹脂が溶融乃至軟化してゴム成分中に拡散すると共に、ナノファイバー１６の収束体が剪断力により開繊されてゴム成分中に分散する。また、このように複合材料を用いて混練することにより、ナノファイバー１６のゴム成分中における高い分散性を得ることができる。

ここで、図４に示すように、複合材料Ｍは、熱可塑性樹脂Ｒの海ポリマー中にナノファイバー１６が互いに独立し且つ並列して島状に存在したコンジュゲート繊維をロッド状に切断したものである。

熱可塑性樹脂Ｒとしては、例えば、ポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂、ナイロン系樹脂、ウレタン系樹脂等が挙げられる。熱可塑性樹脂Ｒは、混練時にゴム成分に拡散することから、ゴム成分との相溶性が高いことが好ましく、かかる観点から、熱可塑性樹脂Ｒは、ゴム成分が低極性の場合には、低極性のポリエチレン樹脂やエチレン酢酸ビニル共重合体樹脂が好ましい。特に、ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーである場合には、熱可塑性樹脂Ｒがポリエチレン樹脂であることが好ましい。また、熱可塑性樹脂Ｒは、ゴム成分がニトリルゴム（ＮＢＲ）のように極性が高い場合には、ポリエチレン樹脂にマレイン酸などの極性基を導入して変性したもの、ナイロン系樹脂、ウレタン系樹脂等であってもよい。

熱可塑性樹脂Ｒの融点又は軟化温度は、好ましくは７０℃以上、より好ましくは９０℃以上であり、また、好ましくは１５０℃以下、より好ましくは１４０℃以下である。融点は、結晶性高分子の熱可塑性樹脂Ｒの場合において、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により測定される。軟化温度は、不定形高分子の熱可塑性樹脂Ｒの場合において、ＪＩＳ Ｋ７２０６に基づいて測定されるビカット軟化温度である。例えば、低密度ポリエチレン樹脂（ＬＤＰＥ）の融点は９５〜１３０℃である。高密度ポリエチレン樹脂（ＨＤＰＥ）の融点は１２０〜１４０℃である。エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）の融点は６５〜９０℃である。超高分子量ポリエチレン樹脂（ＵＨＭＷＰＥ）の融点は１２５〜１３５℃である。

ナノファイバー１６としては、既述の通り、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、６−ナイロン繊維、６，６−ナイロン繊維等のナノファイバーが挙げられる。

複合材料Ｍの外径は、加工性を良好にする観点から、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは８０μｍ以下である。複合材料Ｍの長さは、材料コストを抑える観点から、好ましくは０．５ｍｍ以上であり、また、ナノファイバー１６の分散性を高める観点から、好ましくは５ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下である。複合材料Ｍの外径に対する長さの比（アスペクト比）は、好ましくは２０以上、より好ましくは３０以上であり、また、好ましくは７００以下、より好ましくは５００以下である。

複合材料Ｍにおけるナノファイバー１６の含有量は、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは５０質量％以上であり、また、好ましくは９５質量％以下、より好ましくは９０質量％以下である。複合材料Ｍに含まれるナノファイバー１６の本数は例えば１００〜１０００本である。

次いで、密閉式混練機から未架橋ゴム組成物の塊状の混練物を排出して一旦冷却した後、それを架橋剤と共にオープンロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機に投入して混練する。このとき、架橋剤がゴム成分中に分散する。

続いて、混練機から未架橋ゴム組成物の塊状の混練物を排出した後、それをカレンダーロールに通して圧縮ゴム層１１を形成するための未架橋ゴム組成物シートに加工する。この未架橋ゴム組成物シートは、列理方向、つまり、カレンダーロールからの引き出し方向にナノファイバー１６が配向したものとなる。

部材準備工程では、同様に、心線保持層１２及び外側ゴム層１３を形成するための未架橋ゴム組成物シートも作製する。また、心線１４となる線材に所定の接着処理を行う。

−成形架橋工程−
成形架橋工程では、図５（ａ）に示すように、円筒金型４１の外周に外側ゴム層１３用の未架橋ゴムシート１３’を巻き付けた後、その上に心線保持層１２用の未架橋ゴムシート１２’を巻き付ける。このとき、心線保持層１２用の未架橋ゴムシート１２’に特定の方向に配向した有機短繊維が含まれている場合には、未架橋ゴムシート１２’の列理方向、つまり、有機短繊維の配向方向を円筒金型４１の軸方向に一致させる。これにより、製造される平ベルトＢは、心線保持層１２がベルト幅方向に配向した有機短繊維を含むこととなる。

次いで、図５（ｂ）に示すように、心線保持層１２用の未架橋ゴムシート１２’の上に心線１４となる線材１４’を螺旋状に巻きつけた後、その上に再び心線保持層１２用の未架橋ゴムシート１２’を巻き付ける。

次いで、図５（ｃ）に示すように、心線保持層１２用の未架橋ゴムシート１２’の上に内側ゴム層１１用の未架橋ゴムシート１１’を巻き付けて円筒金型４１上にベルト成形体Ｂ’を成形する。このとき、内側ゴム層１１用の未架橋ゴムシート１１’の列理方向を円筒金型４１の軸方向に一致させれば、製造される平ベルトＢは、内側ゴム層１１がベルト幅方向に配向したナノファイバー１６を含むこととなる。

続いて、図６に示すように、円筒金型４１上のベルト成形体Ｂ’にゴムスリーブ４２を被せた後、それを加硫缶にセットして密閉し、高熱の水蒸気などにより円筒金型４１を加熱すると共に、高圧をかけてゴムスリーブ４２を円筒金型４１側の半径方向に押圧する。このとき、ベルト成形体Ｂ’の未架橋ゴム組成物が流動すると共にゴム成分の架橋反応が進行し、加えて、線材１４’のゴムへの接着反応も進行し、これにより図７に示すように円筒金型４１上に筒状のベルトスラブＳが形成される。

−研磨・仕上げ工程−
研磨・仕上げ工程では、加硫缶から円筒金型４１を取り出し、円筒金型４１上に形成された円筒状のベルトスラブＳを脱型した後、その外周面及び内周面を研磨して内側及び外側の厚さを均一化させる。

最後に、ベルトスラブＳを所定幅に幅切りし、それぞれの表裏を反対にすることにより平ベルトＢが得られる。

なお、上記実施形態では、内側ゴム層１１、心線保持層１２、及び外側ゴム層１３の３層構造の平ベルトＢとしたが、特にこれに限定されるものではなく、図８に示すように、内側ゴム層１１を表面側の内側表面ゴム層１１ａと内側内部ゴム層１１ｂとの２層として平ベルト本体１０を４層構造とし、ベルト内周面を構成する部分である内側表面ゴム層１１ａを、ナノファイバー１６を含むゴム組成物で形成した平ベルトＢとしてもよい。このとき、図９（ａ）に示すように、内側内部ゴム層１１ｂ及び心線保持層１２を同一のゴム組成物で形成した単一ゴム層１５として平ベルト本体１０を３層構造とした平ベルトＢとしてもよく、また、図９（ｂ）に示すように、心線保持層１２及び外側ゴム層１３を同一のゴム組成物で形成した単一ゴム層１５として平ベルト本体１０を３層構造とした平ベルトＢとしてもよく、さらに、図９（ｃ）に示すように、内側内部ゴム層１１ｂ、心線保持層１２、及び外側ゴム層１３を同一のゴム組成物で形成した単一ゴム層１５として平ベルト本体１０を２層構造とした平ベルトＢとしてもよい。

上記実施形態では、平ベルト本体１０を、内側ゴム層１１、心線保持層１２、及び外側ゴム層１３の３層構造の平ベルトＢとしたが、図１０（ａ）に示すように、心線保持層１２及び外側ゴム層１３を同一のゴム組成物で形成した単一ゴム層１５として平ベルト本体１０を２層構造とした平ベルトＢとしてもよく、図１０（ｂ）に示すように、内側ゴム層１１及び心線保持層１２を同一のゴム組成物で形成した単一ゴム層１５として平ベルト本体１０を２層構造とし、ベルト内周面を構成する部分である内側ゴム層１１及び心線保持層１２の単一ゴム層１５を、ナノファイバー１６を含むゴム組成物で形成した平ベルトＢとしてもよく、さらに、図１０（ｃ）に示すように、内側ゴム層１１、心線保持層１２、及び外側ゴム層１３を同一のゴム組成物で形成した単一ゴム層１５として平ベルト本体１０を単一層構造とし、ベルト内周面を構成する部分である内側ゴム層１１、心線保持層１２、及び外側ゴム層１３の単一ゴム層１５を、ナノファイバー１６を含むゴム組成物で形成した平ベルトＢとしてもよい。

上記実施形態では、最外層に外側ゴム層１３が設けられた平ベルトＢとしたが、特にこれに限定されるものではなく、図１１（ａ）に示すように、外側ゴム層１３の外側に補強布１７が設けられた構成であってもよく、また、図１１（ｂ）に示すように、外側ゴム層１３の代わりに補強布１７が設けられた構成であってもよい。なお、補強布１７を設ける場合、平ベルトＢの製造時に、ＲＦＬ水溶液及び／又はゴム糊による接着処理を施した織布や編布を用いればよい。

［試験評価１］
（ゴム組成物）
以下の実施例１〜６及び比較例１〜３のゴム組成物を作製した。それぞれの詳細構成については表１にも示す。

＜実施例１＞
試験用バンバリーミキサーに、ゴム成分としてのＥＰＤＭ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製ＥＰＤＭ 商品名：Ｎｏｒｄｅｌ ＩＰ ４６４０）、並びに、このゴム成分１００質量部に対して、カーボンブラック（東海カーボン社製ＦＥＦ 商品名：シーストＳＯ）６５質量部、プロセスオイル（サン石油社製 商品名：サンパー２２８０）１０質量部、加工助剤としてのステアリン酸（新日本理化社製 商品名：ステアリン酸５０Ｓ）１質量部、加硫促進助剤としての酸化亜鉛（堺化学社製 商品名：酸化亜鉛３種）５質量部、及び老化防止剤（大内新興化学興業社製 商品名：ノクラックＭＢ）２質量部を投入し、ローターの回転数を８２ｒｐｍとして７０Ｗ・ｈのエネルギーに達するまで混練した後、ゴム成分１００質量部に対して複合材料Ａ（帝人社製ポリエチレン樹脂-ＰＥＴナノファイバー複合材料）４．３質量部を投入して、複合材料Ａに含まれるポリエチレン樹脂の融点よりも高い１４０℃の温度に達するまでさらに混練した。

続いて、試験用バンバリーミキサーから未架橋ゴム組成物の塊状の混練物を排出してゴムロール上で一旦冷却した後、それを試験用バンバリーミキサーに投入し、ローターの回転数を５４ｒｐｍとして混練して可塑化させた後、ゴム成分１００質量部に対して、架橋剤としての有機過酸化物（日本油脂社製 商品名：パークミルＤ（ジクミルパーオキサイド））３質量部及び共架橋剤としてのエチレングリコールジメタクリレート（三新化学工業社製 商品名：サンエステルＥＧ）２質量部を投入して１００℃に達するまで混練した。

そして、試験用バンバリーミキサーから未架橋ゴム組成物の塊状の混練物を排出してゴムロール上で冷却した後、それをカレンダーロールにより圧延して厚さが０．６〜０．７ｍｍの実施例１の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

複合材料Ａは、融点が１３０℃のポリエチレン樹脂の海と繊維径が８４０ｎｍの７００本のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維のナノファイバーの収束体による７００の島との海島構造を有し、ポリエチレン樹脂の含有量が３０質量％及びナノファイバーの含有量が７０質量％、並びに外径が２８μｍ、長さが１ｍｍ、及びアスペクト比が３５．７である。従って、複合材料Ａに含まれるナノファイバーのアスペクト比は１１９０である。また、実施例１のゴム組成物におけるポリエチレン樹脂及びナノファイバーの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、それぞれ１．３質量部及び３質量部である。

実施例１のゴム組成物は、ナノファイバーの体積分率が２．２体積％である。

＜実施例２＞
複合材料Ａの配合量を、ゴム成分１００質量部に対して８．６質量部としたことを除いて実施例１と同一構成の実施例２の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

実施例２のゴム組成物におけるポリエチレン樹脂及びナノファイバーの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、それぞれ２．６質量部及び６質量部である。

実施例２のゴム組成物は、ナノファイバーの体積分率が２．５体積％である。

＜実施例３＞
複合材料Ａの配合量を、ゴム成分１００質量部に対して１３．５質量部としたことを除いて実施例１と同一構成の実施例３の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

実施例３のゴム組成物におけるポリエチレン樹脂及びナノファイバーの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、それぞれ４質量部及び９．５質量部である。

実施例３のゴム組成物は、ナノファイバーの体積分率が３．９体積％である。

＜実施例４＞
複合材料Ａの代わりに、ゴム成分１００質量部に対して、複合材料Ｂ（帝人社製ポリエチレン樹脂-ＰＥＴナノファイバー複合材料）４．３質量部を配合したことを除いて実施例１と同一構成の実施例４の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

複合材料Ｂは、融点が１３０℃のポリエチレン樹脂の海と繊維径が４００ｎｍの７００本のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維のナノファイバーの収束体による７００の島との海島構造を有し、ポリエチレン樹脂の含有量が３０質量％及びナノファイバーの含有量が７０質量％、並びに外径が１４μｍ、長さが１ｍｍ、及びアスペクト比が７１．４である。従って、複合材料Ｂに含まれるナノファイバーのアスペクト比は２５００である。また、実施例２のゴム組成物におけるポリエチレン樹脂及びナノファイバーの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、それぞれ１．３質量部及び３質量部である。

実施例２のゴム組成物は、ナノファイバーの体積分率が１．３体積％である。

＜実施例５＞
複合材料Ｂの配合量を、ゴム成分１００質量部に対して８．６質量部としたことを除いて実施例４と同一構成の実施例５の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

実施例５のゴム組成物におけるポリエチレン樹脂及びナノファイバーの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、それぞれ２．６質量部及び６質量部である。

実施例５のゴム組成物は、ナノファイバーの体積分率が２．５体積％である。

＜実施例６＞
複合材料Ｂの配合量を、ゴム成分１００質量部に対して１３．５質量部としたことを除いて実施例４と同一構成の実施例６の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

実施例６のゴム組成物におけるポリエチレン樹脂及びナノファイバーの含有量は、ゴム成分１００質量部に対して、それぞれ４質量部及び９．５質量部である。

実施例６のゴム組成物は、ナノファイバーの体積分率が３．９体積％である。

＜比較例１＞
複合材料Ａを配合していないことを除いて実施例１と同一構成の比較例１の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

＜比較例２＞
複合材料Ａを配合せずに、６，６−ナイロン繊維の有機短繊維（帝人社製 商品名：ＣＦＮ３０００、繊維径：２６μｍ、繊維長：３ｍｍ、アスペクト比：１１５）の含有量をゴム成分１００質量部に対して２５．５質量部配合したことを除いて実施例１と同一構成の比較例２の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

比較例２のゴム組成物は、有機短繊維の体積分率が１１．６体積％である。

＜比較例３＞
複合材料Ａを配合せずに、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維の有機短繊維（帝人社製 商品名：ＣＦＴ３０００、繊維径：１６μｍ、繊維長：３ｍｍ、アスペクト比：１８８）の含有量をゴム成分１００質量部に対して２５．５質量部配合したことを除いて実施例１と同一構成の比較例３の未架橋のゴム組成物シートを作製した。

比較例３のゴム組成物は、有機短繊維の体積分率が１０．０体積％である。

（試験評価方法）
実施例１〜６及び比較例１〜３のそれぞれについて、プレス成形により架橋したゴム組成物の試験片を作製し、以下の試験を実施した。

＜ゴム硬さ評価試験＞
ＪＩＳ Ｋ６２５３に基づいてタイプＡデュロメータによりゴム硬さを測定した。

＜引張特性評価試験＞
ＪＩＳ Ｋ６２５１に基づいて列理方向及び反列理方向のそれぞれについて引張試験を行った。そして、列理方向については、１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）、５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）、引張強さ（Ｔ_Ｂ）、及び切断時伸び（Ｅ_Ｂ）を測定した。反列理方向については、１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）、５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）、１００％伸び時における引張応力（Ｍ_１００）、引張強さ（Ｔ_Ｂ）、及び切断時伸び（Ｅ_Ｂ）を測定した。また、列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）の反列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）に対する比、及び列理方向の５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）の反列理方向の５０％伸び時における引張応力（Ｍ_５０）に対する比を求めた。

＜動的粘弾性特性評価試験＞
ＪＩＳ Ｋ６３９４に基づいて、列理方向については、歪み１％時の荷重の１．３倍の荷重を負荷したときの歪みを平均歪みとし、歪み振幅０．１％、周波数１０Ｈｚ、及び試験温度１００℃として引張方法により貯蔵弾性係数（Ｅ’）及び損失係数（ｔａｎδ）を測定した。反列理方向については、平均歪み５％、歪み振幅１％、周波数１０Ｈｚ、及び試験温度１００℃として引張方法により貯蔵弾性係数（Ｅ’）及び損失係数（ｔａｎδ）を測定した。また、列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）の反列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）に対する比を求めた。なお、測定には、ＲＨＥＯＬＯＧＹ社の粘弾性試験機を用いた。

＜耐摩耗特性・摩擦係数評価試験＞
ピン・オン・ディスク型摩擦摩耗試験機を用い、５ｍｍ角の試験片における列理方向に直交する面を摺動面とし、その摺動面を、１００℃に調温したＳ４５Ｃ製のディスク状の相手材の表面に、列理方向及び反列理方向に直交する方向が摺動方向となるように当接させると共に、試験片に上から１９．６Ｎの荷重を負荷し、相手材を８０ｒｐｍの回転数で回転させ（すべり速度：１５．０７２ｍ／ｍｉｎ）、２４時間後の摩耗体積を測定した。この試行を２回行い、その平均値を摩耗体積のデータとした。

また、５ｍｍ角の試験片における列理方向に直交する面を摺動面とし、その摺動面を、室温（２３℃）に調温したＳ４５Ｃ製のディスク状の相手材の表面に、列理方向及び反列理方向に直交する方向が摺動方向となるように当接させると共に、試験片に上から１９．６Ｎの荷重を負荷し、相手材を８０ｒｐｍの回転数で回転させ（すべり速度：１５．０７２ｍ／ｍｉｎ）、その摩擦係数を測定した。

＜耐屈曲疲労性評価試験＞
デマッチャ式屈曲試験機を用い、反列理方向を長さ方向とした試験片を、ストロークを２０ｍｍ及び毎分の屈曲回数を３００回として繰り返し屈曲させ、切断までの屈曲回数を測定した。試行を２回行い、その平均値を切断までの屈曲回数のデータとした。

＜カット面の表面粗さ＞
厚さ２ｍｍのシートを、高速カッターを用いて、列理方向に直交する方向に切断したものを試験片とした。そして、表面粗度計（ミツトヨ社製 フォームトレーサー型番：ＳＶ−Ｃ４１００、サーフテスター型番：ＳＶ３０００）を用い、カットオフ値条件をλｃ＝０．８ｍｍ及びλｓ＝２．５μｍとし、且つ走査速度を０．５ｍｍ／ｓｅｃ及び走査長さを８ｍｍとして、試験片のカット面の最大高さ粗さ（Ｒｙ）を測定した。

（試験評価結果）
表２は試験結果を示す。図１２（ａ）〜（ｃ）は、繊維の体積分率とゴム硬さとの関係、繊維の体積分率と列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）との関係、及び繊維の体積分率と列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）との関係をそれぞれ示す。図１３（ａ）〜（ｃ）は、繊維の体積分率と摩擦係数との関係、ゴム硬さと摩擦係数との関係、及び列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）と摩擦係数との関係をそれぞれ示す。図１４（ａ）及び（ｂ）は、繊維の体積分率と耐屈曲疲労性評価試験における切断までの屈曲回数との関係、及びゴム硬さと耐屈曲疲労性評価試験における切断までの屈曲回数との関係をそれぞれ示す。

図１２（ａ）〜（ｃ）によれば、ナノファイバーを含む複合材料Ａ又は複合材料Ｂを配合した実施例１〜６では、有機短繊維を配合した比較例２及び３に比べて、少ない体積分率で高いゴム硬さ及び高い弾性率が得られることが分かる。特に、列理方向の１０％伸び時における引張応力（Ｍ_１０）及び列理方向の貯蔵弾性係数（Ｅ’）では、有機短繊維の体積分率を１１．６体積％（比較例２）或いは１０．０体積％（比較例３）とすることにより実現される水準を、ナノファイバーの体積分率を１〜３体積％として達成できることが分かる。これは、正に細い繊維径でアスペクト比が大きいことによるナノファイバー効果に起因するものであると考えられる。なお、ナノファイバーの繊維径が８４０ｎｍである複合材料Ａを配合した実施例１〜３とナノファイバーの繊維径が８４０ｎｍである複合材料Ｂを配合した実施例４〜６との大きな差異は見られない。

図１３（ａ）〜（ｃ）によれば、ナノファイバーを含む複合材料Ａ又は複合材料Ｂを配合した実施例１〜６では、有機短繊維を配合した比較例２及び３に比べて、同一水準のゴム硬さや弾性率（Ｍ_１０，Ｅ’）において、高い摩擦係数を有することが分かる。なお、ナノファイバーも有機短繊維も配合されていない比較例１は、高い摩擦係数を有するが、ゴム硬さ及び弾性率（Ｍ_１０，Ｅ’）が低いため、平ベルトの内側ゴム層として用いるのには適さない。

図１４（ａ）によれば、ナノファイバーを含む複合材料Ａ又は複合材料Ｂを配合した実施例１〜６では、ナノファイバーも有機短繊維も配合されていない比較例１に比べて、同一水準乃至それ以上の耐屈曲疲労性を有する一方、有機短繊維を配合した比較例２及び３では、比較例１に比べても、著しく耐屈曲疲労性が劣ることが分かる。また、図１４（ｂ）によれば、ナノファイバーを含む複合材料Ａ又は複合材料Ｂを配合した実施例１〜６は、ゴム硬さが高く、しかも耐屈曲疲労性が優れることが分かる。

［試験評価２］
（平ベルト）
上記実施形態と同様の方法により、実施例２及び５並びに比較例１〜３のそれぞれのゴム組成物を用い、列理方向がベルト幅方向となるように内側ゴム層を形成した平ベルトを作製した。

なお、試験評価２では、内側ゴム層の試験評価を目的としたことから、その目的に支障が及ばないように、心線保持層及び外側ゴム層をゴム硬さの高いゴム組成物で形成した。具体的には、心線保持層及び外側ゴム層は、表３に示すように、ゴム成分をＥＰＤＭ（Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社製ＥＰＤＭ 商品名：Ｎｏｒｄｅｌ ＩＰ ４６４０）とし、このゴム成分１００質量部に対して、カーボンブラック（東海カーボン社製ＦＥＦ 商品名：シーストＳＯ）６５質量部、プロセスオイル（サン石油社製 商品名：サンパー２２８０）１０質量部、加工助剤としてのステアリン酸（新日本理化社製 商品名：ステアリン酸５０Ｓ）１質量部、加硫促進助剤としての酸化亜鉛（堺化学社製 商品名：酸化亜鉛３種）５質量部、老化防止剤（大内新興化学興業社製 商品名：ノクラックＭＢ）２質量部、架橋剤としての有機過酸化物（日本油脂社製 商品名：パークミルＤ（ジクミルパーオキサイド））３質量部、共架橋剤としてのエチレングリコールジメタクリレート（三新化学工業社製 商品名：サンエステルＥＧ）２質量部、及びパラ系アラミド短繊維（帝人社製 テクノーラカットファイバーＣＨＦ３０５０、繊維径：１２．３μｍ、繊維長：３ｍｍ）２５質量部を配合したゴム組成物で形成した。心線保持層及び外側ゴム層を形成するゴム組成物についてＪＩＳ Ｋ６２５３に基づいてタイプＡデュロメータにより測定したゴム硬さは９４°であった。

また、心線にはアラミド繊維の外径が０．７ｍｍの撚り糸を用いた。平ベルトは、ベルト長さが１０００ｍｍ、ベルト幅が２０ｍｍ、及びベルト厚さが３ｍｍ（内側ゴム層の厚さ０．８ｍｍ）とした。

（試験評価方法）
＜ベルト内周面の見掛けの摩擦係数μ’＞
各平ベルトについて、長さ２５０ｍｍの平ベルト片２１を切り出し、それを、図２に示すように、外径が７５ｍｍの平プーリ２２に、巻き掛け角度９０°として巻き掛け、平ベルト片２１の上側の端をチャッキングしてロードセル２３に接続すると共に、鉛直に垂下する下側の端をチャッキングして重錘２４を取り付け、そして、平ベルト片２１のロードセル２３から平プーリ２２までの部分の張力を高めるように平プーリ２２を２０ｍ／ｓの周速で回転させ、そのときの重錘２４による緩み側張力Ｔｓ（＝１９．６Ｎ）及びロードセル２３により検出される張り側張力Ｔｔから、Ｅｕｌｅｒの式に基づいて上記式（１）によりベルト内周面の見掛けの摩擦係数μ’を求めた。

＜ベルト走行試験＞
図１５はベルト走行試験機５０を示す。

このベルト走行試験機５０は、外径１００ｍｍの平プーリの駆動プーリ５１とその左側方に設けられた外径１００ｍｍの平プーリの従動プーリ５２とを備える。駆動プーリ５１は、平ベルトＢに対してデッドウエイトＤＷを負荷できるように左右に可動に設けられている。

各平ベルトＢについて、このベルト走行試験機５０の駆動プーリ５１及び従動プーリ５２間に巻き掛け、駆動プーリ５１に対して右側方に３００Ｎの軸荷重（デッドウエイトＤＷ）を負荷して平ベルトＢに張力を負荷すると共に、従動プーリ５２に１２Ｎ・ｍの回転トルクを負荷した状態で、１００℃の雰囲気温度下において駆動プーリ５１を２０００ｒｐｍの回転数で回転させた。そして、平ベルトＢのスリップが発生するまでの走行時間を測定した。同様に、軸荷重を４００Ｎ及び５００Ｎとした場合についても試験を行った。なお、軸荷重を４００Ｎとして３００時間を越えてもスリップが発生しない場合、及び軸荷重を５００Ｎとして５００時間を越えてもスリップが発生しない場合には、その時点で走行を打ち切った。

また、軸荷重を５００Ｎとした場合について、走行開始から２０時間が経過した時点で、一旦、走行を止め、内側表面ゴム層の摩耗状態を確認した。そして、厚みの変化が３０μｍ以下であり、殆ど摩耗が認められない場合をＡ、厚みの変化が３０μｍよりも大きく且つ８０μｍ以下であり、摩耗が少ない場合をＢ、及び厚みの変化が８０μｍを越える場合をＣとそれぞれ評価した。

（試験評価結果）
表４は試験評価結果を示す。

ベルト内周面の見掛けの摩擦係数μ’は、実施例２が０．８５、及び実施例５が０．９１、並びに比較例１が０．８２、比較例２が０．５５、及び比較例３が０．６０であった。

スリップ発生までの走行時間は、軸荷重が３００Ｎの場合、実施例２では１５時間、及び実施例５では８０時間、並びに比較例１〜３では走行直後であった。軸荷重が４００Ｎの場合、実施例２及び５のいずれも３００時間を越えてもスリップが発生しなかったのに対し、比較例１では２６０時間、比較例２では１０時間、及び比較例３では６０時間であった。軸荷重が５００Ｎの場合、実施例２及び５のいずれも５００時間を越えてもスリップが発生しなかったのに対し、比較例１では摩耗が著しかったために２０時間で試験を中止し、比較例２では２００時間、及び比較例３では２３０時間であった。

軸荷重が５００Ｎの場合の走行２０時間時における摩耗状態は、実施例２がＡ、及び実施例５がＡ、並びに比較例１がＣ、比較例２がＡ、及び比較例３がＡであった。

以上の結果より、ナノファイバーを含む複合材料Ａ又は複合材料Ｂを配合した実施例２及び５のゴム組成物で内側ゴム層を形成した平ベルトでは、低い軸荷重でも安定して動力伝達できる時間が長く、また、適正な軸荷重が設定されれば、スリップが発生しないことが分かる。従って、適性に軸荷重を設定すれば、メンテナンスフリーの動力伝達装置を構成することができる。また、軸荷重を低く設定することができるので、平ベルトを低張力で使用することができると共に、動力伝達時の変形によるヒステリシスロスを小さくでき、その結果、低エネルギー消費の動力伝達が可能となる。さらに、摩耗も少ないので、耐久性に優れ、摩耗粉で環境を汚染する等の問題も少ない。

本発明は、平ベルト及びその製造方法について有用である。

Ｂ 平ベルト
Ｂ’ ベルト成形体
１０ 平ベルト本体
１１ 内側ゴム層
１１’，１２’，１３’ 未架橋ゴム組成物シート
１２ 心線保持層
１３ 外側ゴム層
１４ 心線
１４’ 線材
１５ 単一ゴム層
１６ ナノファイバー
１７ 補強布
２１ 平ベルト片
２２，３１，３２，３３ 平プーリ
２３ ロードセル
２４ 重錘
３０ ベルト伝動装置
４１ 円筒金型
４２ ゴムスリーブ
５０ ベルト走行試験機
５１ 駆動プーリ
５２ 従動プーリ

Claims (10)

1. ベルト内周面を構成する部分が、エチレン−α−オレフィンエラストマーをゴム成分とするゴム組成物で形成された平ベルトであって、
   前記ゴム組成物には、繊維径が３００〜１０００ｎｍの有機繊維のナノファイバーがベルト幅方向に配向して含まれており、
   前記ベルト内周面の見掛けの摩擦係数が０．７０以上である平ベルト。
2. 請求項１に記載された平ベルトにおいて、
   前記ナノファイバーは、その繊維長が０．３〜５ｍｍで、且つ繊維径に対する繊維長の比が５００〜１００００である平ベルト。
3. 請求項１又は２に記載された平ベルトにおいて、
   前記ナノファイバーがポリエチレンテレフタレート繊維のナノファイバーである平ベルト。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
   前記ゴム組成物におけるナノファイバーの含有量が、前記ゴム成分１００質量部に対して１〜２０質量部である平ベルト。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
   前記ゴム組成物におけるナノファイバーの体積分率が１〜１５体積％である平ベルト。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
   前記ゴム組成物には、繊維径が１０μｍ以上の有機短繊維が含まれていない平ベルト。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載された平ベルトにおいて、
   前記ゴム組成物には補強剤が配合されており、その含有量が前記ゴム成分１００質量部に対して３０〜８０質量部である平ベルト。
8. ベルト内周面を構成する部分がゴム組成物で形成され、前記ゴム組成物に、繊維径が３００〜１０００ｎｍの有機繊維のナノファイバーが含まれている平ベルトの製造方法であって、
   ゴム成分、及び熱可塑性樹脂の海と繊維径が３００〜１０００ｎｍの有機繊維のナノファイバーの収束体の多数の島との海島構造を有する複合材料を、前記複合材料の熱可塑性樹脂の融点又は軟化温度以上の温度下で混練することにより、前記ベルト内周面を構成する部分を形成するための未架橋ゴム組成物を作製するゴム組成物作製ステップを含む平ベルトの製造方法。
9. 請求項８に記載された平ベルトの製造方法において、
   前記複合材料は、前記熱可塑性樹脂の海ポリマー中に前記ナノファイバーが互いに独立し且つ並列して島状に存在したコンジュゲート繊維をロッド状に切断したものである平ベルトの製造方法。
10. 請求項８又は９に記載された平ベルトの製造方法において、
    前記ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーであり、且つ前記複合材料の熱可塑性樹脂がポリエチレン樹脂である平ベルトの製造方法。

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