JP6532543B2 - Ｃｖｔベルト - Google Patents

Description

本発明は概略的に無断変速機（「ＣＶＴ」）用の動力伝達ベルトに関し、より詳しくは繊維添加ゴム組成物、具体的にはパルプ及びステープル両方の高モジュラス繊維を有するポリオレフィンエラストマー系ゴム組成物を備えたＣＶＴベルトに関する。

ＣＶＴは一般的に、システムの駆動力学に基づく自動で比較的迅速なシフトのための或る種の閉ループ制御又はフィードバック機構を有する。ＣＶＴではしばしば、ドライバシーブは速度計測又は速度変化に基づいて制御され又はそれらに反応して電源又はモーターを最適な動力又は速度の範囲内に保持し、そしてドリブンシーブはトルク負荷に基づいて制御され又はそれに反応する。可変ピッチシーブは機械的、電気機械的、電子的、水力学的等を含む種々のメカニズムによって調整されることができる。ベルト駆動式ＣＶＴは、スクーター、全地形対応車（「ＡＴＶ」）、スノーモービル、農業機器、重機補機駆動及び他の車両に広く用いられている。一般的に、２つのプーリハーフが軸方向に離れるか又は寄るように動いてＣＶＴにおけるベルトの半径方向位置の変化を強制すると、ベルトがシーブ内で半径方向位置を変えるのでベルトは極度の摩擦力に付され得る。２つのシーブハーフが軸方向に寄るように動いてベルトのピッチラインを増加させると、ベルトは極度の摩擦力及び高い軸方向又は横方向の圧縮力に付される。高くかつ可変のトルク負荷は高い張力と高い楔力を生じさせ、それはベルトに高い横方向圧縮力と摩擦力も生じさせる。幾つかのアプリケーションはベルトをクラッチとしても使用し、ベルトの接触面にさらなる摩擦力を生じさせる。これら全ての力は、アプリケーションの動態（例えば、頻繁な、高い加速度負荷を伴う急速なシフト）のためにＣＶＴにおいて大変に苛酷なものとなることがある。ＣＶＴベルトが駆動プーリ及び被駆動プーリを横切るとき、それは連続的な曲げ又は屈曲にも付される。ゴム製ＣＶＴベルトは一般的に、いわゆる「ドライＣＶＴ」アプリケーションにおいて潤滑なしに用いられる。従って、ＣＶＴベルトは優れた長手方向の可撓性、高い長手方向のモジュラス、高い耐摩耗性、及び高い横方向剛性を有していることが必要である。ベルトは長期間、広い温度範囲にわたって動作しなければならない。

当該技術の典型である米国特許第６，６２０，０６８号明細書は、内側と外側に曲線を成すコグと、例えば、ポリエステル、アラミド、及び／又はガラス繊維などの繊維で作られている螺旋状に巻き付けられた心線の層を有する可変速駆動用のローエッジダブルコグドＶベルトを開示している。ベルトは、横方向の補強のための横方向に整列した短繊維を含むゴムの圧縮層及び張力層を含む。ベルトは内側及び／又は外側のコグ表面上に補強織物の層も含んでいる。

米国特許第４，７０８，７０３号明細書も当該技術の典型であり、整列した上側及び下側の歯及び溝と、長手方向の心線を備えたＣＶＴベルトを開示している。歯は、好ましくは、その上部が横方向補強要素で覆われて座屈の問題に対処しトルク能力を高める。

米国特許第６，４８５，３８６号明細書は横方向剛性を高めるコグドＶベルトにおける剛性のインサートに関する。本明細書及び特許請求の範囲において、用語「ゴム製ＣＶＴベルト」はかかる剛性のインサート又は補強要素の使用、並びに外部の剛性の付属物又はクリップ又はブロックの使用を除外する。

しかしそれでも、ＣＶＴベルトは使用時の高い軸力及びアスペクト比のために高い横方向剛性を必要とする。過去には、剛性を高めるための種々のアプローチが試みられてきた。最も一般的なアプローチは横方向に配向されたチョップト繊維をベルト本体に組込むことである。このアプローチには限界がある。

米国特許第７，１８９，７８５号明細書はＨＮＢＲとＥＰＤＭ又は他のエチレン−α−オレフィンエラストマーとのブレンドに関する。チョップト繊維添加エラストマーについての詳細なデータが含まれている。当該明細書は、過剰量（エラストマー１００重量部当たり２０重量部（「ｐｈｒ」）を超える）は発熱に関する利益もなく、加工の問題を引き起こすということを教示している。

米国特許第８，６７２，７８８号明細書は、アングルドサイド、ベルト本体中に埋設された螺旋状に巻かれた抗張心線の抗張心線層、オーバーコードゴム層、及びアンダーコードゴム層を備えた、抗張心線が連続フィラメント、炭素繊維の撚られたシングルトウ（single-tow）の束である、エンドレスＶベルトの形の加硫ゴム製ＣＶＴベルトに関する。それは１８ｋ炭素心線の使用がＣＶＴベルトの横方向剛性を高めたことを教示している。

米国特許第５，６１０，２１７号明細書は、充填剤及びα−β−不飽和有機酸の金属塩で強化されたエチレン−α−オレフィンエラストマーを有するエラストマー組成物を組込む主ベルト本体部を備えた動力伝達ベルトに関する。

米国特許第６，６１６，５５８号明細書は、前記エラストマーベルト本体部及び前記接着性ゴム部材の少なくとも１つが１７５℃、２０００．０ｃｐｍ及び０．０９°の歪で測定された少なくとも１５，０００ｋＰａの複素弾性率；及び１０％伸びで測定された少なくとも２５０ｐｓｉ（１．７２４ＭＰａ）の引張弾性率の少なくとも１つを示すことに関する。

米国特許第６，５１１，３９４号明細書は、高分子量のエチレン−α−オレフィンポリマーと低分子量のエチレン−α−オレフィンポリマーとのエラストマーブレンドを有するエラストマー組成物に関する。

国際公開第２０１０／０４７０２９号パンフレットは、エチレン−α−オレフィンエラストマーを含む伝動平ベルト用のゴム組成物に関する。

国際公開第２０１５／０４５２５５号パンフレットは、ＥＰＤＭエラストマー中にナイロン短繊維又はＰＥＴナノファイバーとチョップトパラ系アラミド繊維との混合物を有するコグドＶベルト組成物に関する。

ホイットフィールド（Whitfield）に対する米国特許第６，３５８，１７１号明細書は、歯付きベルトにおけるアラミドパルプ又はステープル繊維の使用を開示している。

動力伝達ベルトの主ベルト本体エチレン−α−オレフィンエラストマー組成物にアラミドパルプ繊維とアラミドチョップト繊維とのブレンド又は組み合わせを用いることは知られておらず示唆もされていない。

本発明は高い横方向剛性を有するＣＶＴベルトを提供するシステム及び方法に関する。

ＣＶＴベルトは使用時の高い軸力及びアスペクト比のために高い横方向剛性を必要とする。従って、本発明はＣＶＴベルトにおけるゴム組成物に関する。ゴム組成物はステープル繊維とパルプ繊維の両方、好ましくは、アラミド繊維、が繊維添加される。エラストマーは、好ましくは、飽和エチレン−α−オレフィンエラストマーである。組成物は圧延されて、ベルトの走行方向に対して横切って、すなわち、ベルトが走行するプーリ又はシーブの軸に関して軸方向に繊維を配向させる。得られたベルトの軸方向の又は横方向の剛性は所定範囲内となり、その結果、従来のＣＶＴベルトを超える有意な性能の利益がもたらされる。

幾つかの実施形態において、本発明は、圧縮部、張力部、接着層、及び接着部と接触し圧縮部と張力部との間に埋設された抗張心線、アングルドサイド、及び約２〜３の幅厚比を有する主ベルト本体を有するエンドレスゴム製ＣＶＴベルトであって；圧縮部、張力部及び接着部の少なくとも１つが飽和エチレン−α−オレフィンエラストマー、ステープル繊維、及びパルプ繊維を含むか、又はエラストマー、高モジュラスステープル繊維、及び高モジュラスパルプ繊維（パルプ繊維は高モジュラス繊維総量の４０％未満（又は３５％未満）を構成する）を含むエラストマー組成物を含む、エンドレスゴム製ＣＶＴベルトを対象とする。

適当なエチレン−オクテンエラストマーのエチレン含有量は６０．０重量％〜６５．０重量％の範囲内にあるか、又は７５重量％未満、又は７０重量％未満であり、又はエチレン−オクテンエラストマーの溶融流量は５ｇ／１０分未満又は１．０ｇ／１０分以下又は０．５ｇ／１０分以下である。

ステープル繊維とパルプ繊維との合計量は組成物の３〜１９容量パーセント又は１〜６５ｐｈｒであることができる。繊維の一方又は両方はアラミド繊維であることができる。

幾つかの実施形態において、ベルトは動的軸方向剛性試験で５．０ｋＮ／ｍｍより大きい又は６．０ｋＮ／ｍｍより大きい又は７．０ｋＮ／ｍｍより大きい、又は約７〜約８ｋＮ／ｍｍの剛性を示す。

幾つかの実施形態において、ベルトはゲイツ圧縮試験で９０℃で５．０ｋＮ／ｍｍ以上又は室温で６．０ｋＮ／ｍｍ若しくは７．０ｋＮ／ｍｍ若しくは８ｋＮ／ｍｍより大きい、又は室温で約８〜約９ｋＮ／ｍｍの剛性を示す。

前述したことは、以下の発明の詳細な説明がよりよく理解されることができるように、本発明の特徴及び技術的な利点をむしろ広く概説したものである。本発明のさらなる特徴及び利点は以下に説明され本発明の特許請求の範囲の主題を形成する。当業者であれば、開示された概念及び特定の実施形態は、本発明の同じ目的を実行するために他の構造をモディファイ又は設計するための基礎として容易に用いられることができることを理解されたい。当業者であれば、かかる同等の構成は別紙の特許請求の範囲に記載された発明の範囲から逸脱していないことも理解されよう。さらなる目的及び利点と共に、その機構及び操作方法の両方について、本発明の特徴であると考えられる新規な特徴は、添付の図面と関連して考慮されれば、以下の説明からより良く理解されるであろう。しかしながら、各図面は例示及び説明のためだけに設けられているのであり、本発明の範囲の定義として意図されるものではないことは明確に理解されたい。

添付図面は、同様の数字は同様の部分を示す本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を成し、本発明の実施形態を説明するものであり、本明細書の記載とともに本発明の原理を説明するために寄与する。

本発明の実施形態の部分的な側面図である。

図１の２−２線に沿う、実施形態の横断面図である。

本発明の別の実施形態の部分的な断面斜視図である。

３つの例示組成物の温度に対する弾性率のグラフである。

負荷能力試験装置の配置の図である。

負荷能力試験における４つのベルト構造物の速度損失、ベルト温度、及びベルトスリップを示すグラフである。

４つのベルト構造物の負荷能力試験における動力損失のグラフである。

９０℃で試験した比較ベルトＣのＣＶＴベルト試料のゲイツ圧縮試験データのグラフである。

９０℃で試験した比較ベルトＤのＣＶＴベルト試料のゲイツ圧縮試験データのグラフである。

ゲイツ圧縮試験のための試料調製を示す。

ＣＶＴベルト性能を改善する問題は、多くの他の特性、例えば、長手方向の可撓性、耐亀裂性、耐熱性、摩擦特性、ヒステリシス特性、接着性、引張強さなどを改善しながら又は少なくとも維持しながら横方向剛性を高めるという根本的な問題に結びついていることができる。

ベルト本体に対してゴム組成物に短繊維を添加することは高められた剛性をもたらすことができることが知られてきた。繊維を横方向に配向させることは長手方向における高いレベルの可撓性を維持しながらベルトの横方向剛性を高めることができる（異方性モジュラス）。しかしながら、ゴム組成物中に高モジュラス繊維を混合し、分散させて配向させるという問題は実際に添加されることができる前記のような繊維の量を制限する。今や、２種類の異なる繊維型の適正なブレンド及びベースエラストマーの賢明な選択は、改善された加工を与えそして最終的には得られたＣＶＴベルト性能を改善しながらも、最終配合物のゴム組成物モジュラス及び剛性に劇的な効果を及ぼすことができることが見出された。パルプ繊維対ステープル繊維の比を変えることによって、エチレン−α−オレフィン又はポリオレフィンエラストマーの特有の性質を採用しながら、得られたベルトにおいて次に例外的な耐久性及び負荷容量を生じさせる有意に改善されたレベルの剛性を得ることができる。

従って、本発明はＣＶＴベルト用のゴム組成物に関する。ゴム組成物はステープル繊維とパルプ繊維の両方、好ましくは、アラミド繊維、が繊維添加される。エラストマーは、好ましくは、エチレン−α−オレフィンエラストマーである。組成物は圧延され又は押出されて繊維を（圧延されたシート材料において長手方向に）配向し、次いで、最終ベルトにおけるベルト走行方向に対して横方向に、すなわち、ベルトが走行するプーリ又はシーブの軸に対して軸方向に、配向されるように配置される。得られたベルトの軸方向又は横方向の剛性は所定の範囲にあり、その結果、従来のＣＶＴベルトを超える有意な性能の利益がもたらされる。

図３はＣＶＴベルトの形態の本発明の典型的な実施形態を示す。ベルト１００は概して、底側、下側、又は内側４０と平行な背側、上側、外側又は表側３０を持つ等脚台形断面を有する。他の２つの側である横側４２は夾角αを有するＶ字型を規定するプーリ接触面である。ベルト本体は任意の接着部又は接着ゴム層１１６に埋設された抗張心線１６、張力部又はオーバーコード層１４、及び圧縮部又はアンダーコード層１２を含む。接着ゴム層１１６、オーバーコード層１４、及びアンダーコード層１２は一般に加硫ゴム組成物であり、その少なくとも１つは本明細書中に記載の本発明の組成物からなる。少なくともアンダーコード層は横方向に配向された分散された短繊維を含んで、長手方向の可撓性を維持しながらベルト本体の横方向剛性を高めることができる。抗張心線１６は長手方向の負荷支持部材である。それは高モジュラスで耐疲労性の撚られた又はケーブル化された繊維、例えば、ポリエステル、アラミド、炭素、ＰＢＯ若しくはガラス繊維など又は糸の束であることができ、接着剤で処理されていることができる。幾つかの実施形態において、抗張心線は、米国特許第８，６７２，７８８号明細書（その内容は参照までに本明細書に組み込まれる）の例示に記載されているように、約１２，０００又は１８，０００の炭素繊維が撚られたシングルトウの炭素繊維糸であることができる。ベルトの下側又は底部はしばしば「ノッチ付き」又は「コグ付き」であり、すなわち、波形の輪郭が付与されており、ベルト本体に必要とされる可撓性と剛性とのバランスを改善する。ベルトの底部にはアンダーコード布カバー（又はノッチ布）（図示せず）が付与されてアンダーコードにおける亀裂の形成及び生長を低減し及びベルト本体の横方向剛性を高めることができる。同様に、ベルトの背部には同様の理由からオーバーコード布カバー（図示せず）が付与されていることができる。或る実施形態において、布は用いられない。

図２は、ベルト本体のための単一のゴム組成物とその中に埋設された抗張心線１６を有する本発明の別の実施形態の横断面を示す。ベルト全体の幅は上幅と呼ばれ、図２で「ＴＷ」と特定される。ベルトの全体的な厚さは「Ｔ₀」と特定される。上記のＣＶＴ用途などの広範囲の可変速駆動に対しては、単一速度Ｖベルトに比べて比較的に幅広で薄い特別なベルト横断面が必要とされる。典型的な従来のＶベルトは概して、厚さと略同じ寸法の上幅、又は約１〜約１．７のＴＷ／Ｔ₀の比を有するのに対し、本発明に係るＣＶＴベルトは典型的には幅が厚さの少なくとも約２倍であり、又は約２〜約２．５若しくはさらには約３．０のＴＷ／Ｔ₀の比を有する。当該技術分野で公知のように、幅、厚さ及びＶ角度は可能な速度変動の範囲を決定する。例えば、ウォレス・Ｄ・エリクソン編、「エンジニアのためのベルトの選択と応用」、マルセル・デッカー社、ニューヨーク（１９８７）（その内容は参照することにより本明細書に組み込まれる）、及び特にデビッド・Ｅ・ルースによる第６章、「Ｖベルトを用いた可変速駆動の設計」を参照されたい。

図１に示されるようにＣＶＴベルトは内側、背側又は両方の側にコグを有していることができる。図１を参照するに、ダブルコグドＣＶＴベルト１０はベルトの主本体を構成するオーバーコード層１４とアンダーコード層１２との間に挟まれた抗張心線層１６を含む。図１に示されたダブルコグドＶベルトも主ベルト本体から突き出た下側コグ１８及び上側コグ２０を有している。上側コグ２０は先端１７、フランク２６及び谷又は基底２２を含む。同様に、下側コグ１８は先端１９、フランク３６及び基底３２を含む。図１のダブルコグドＶベルトはラック形に、すなわち、平面にそして抗張層の湾曲なしに描かれている。用いられることができる代表的なコグの輪郭として、例えば、米国特許第８，２０６，２５１号明細書、第８，３３３，６７４号明細書、及び第８，４２５，３５７号明細書（それらの内容は参照することにより本明細書に組み込まれる）に開示された輪郭を挙げることができる。

図２は、図１の平面２−２で取られた本発明の実施形態の横断面図を示しており、本発明ベルトの任意の逃げ角の特徴を説明する。Ｖベルトのプーリ接触面又は側面４２は、プーリ又は駆動システムの垂直軸と概ね一致していることが好ましいベルトの垂直軸に対して角度α／２で切られている。従って、一対の対抗するベルト側面４２は夾角αを描く。各側面４２は、同様に実質的にα／２に等しいシーブ角度で動作中にシーブと係合する。ベルトは場合により、ベルトの内側面又は下側コグ先端１９に対して配置され及び下側先端１９からの測定高さｈ_tで相交わることによって第一の側面４２と協働している一対の対向する第二の側面４４を含んでいることができる。第二の側面４４の各対は夾角γを描く。角度αは約１５°〜５０°（プーリシーブ角度につき約７°〜約２５°）の範囲にあることができる。角度γは約２５°〜６５°の範囲にあることができる。すなわち、γ＝α＋（２×逃げ角）である。「逃げ角」は約５°以上であることができ、（γ／２−α／２）と定義されることができる。図２の図が取られた図１はダブルコグドＶベルトを表しているが、図２の断面はシングルコグドＣＶＴベルト又はコグのないＣＶＴベルトを等しく表すものであることを理解されたい。

ＣＶＴベルトのゴム組成物のより詳細な説明をすると、本明細書中で「ゴム」又は「エラストマー」には通常の定義が用いられ、すなわち、その原長の少なくとも約２倍まで繰り返し引伸ばされることができ、直後の応力の除去後に略その原長まで戻る材料をいう。本明細書中で、文脈によって他に規定しない限り、用語「エラストマー」又は「ベースエラストマー」は組成物を形成するように用いられる弾性重合体に限定されるが、「ゴム」又は「ゴム組成物」はベースエラストマー及び他の配合成分を含む組成物を指すように用いられる。大部分のゴムは、ベースエラストマーを充填剤、加工助剤、劣化防止剤、硬化剤などと配合した後、加熱によって架橋又は加硫することによりその最終的な特性が与えられる。本発明の繊維添加されたゴム組成物の最終的な特性は、必ずしも、とりわけ繊維の配向方向に破断なくその原長の２倍超を達成しなくてもよく、従って標準的な定義のこの部分は本明細書中で緩和されていることができる。

本明細書中で説明される配合原理は、ベルトに有用である多種多様なエラストマー、例えば、ポリクロロプレン（ＣＲ）、ニトリル−ブタジエン（ＮＢＲ、ＨＮＢＲ）、不飽和を有するコポリマー及びターポリマー又は完全に飽和されているそれらを含むポリオレフィンエラストマー、天然ゴム（ＮＲ）などに適用可能であると考えられる。しかしながら、好ましい材料は、飽和ポリオレフィンエラストマー（ＰＯＥ）、例えば、エチレン−プロピレン、エチレン−ブテン、エチレン−ペンテンなどを含むエチレン−α−オレフィンコポリマーエラストマーなどである。飽和されたとは、一方の又は両方の末端基にあり得る場合を除き、主鎖又はそれに対するペンダントに二重結合がないことを意味する。最も好ましいエラストマーはエチレン−オクテンエラストマー（ＥＯＭ）、エチレン−ブテン（ＥＢＭ）、及びエチレン−プロピレンエラストマー（ＥＰＭ）である。種々の実施形態において、記載されるゴム組成物は上記ベルト層、すなわち、接着ゴム層、オーバーコード層、及びアンダーコード層の少なくとも１つに、又は２つに又は全ての層に用いられることができる。組成物は存在する唯一のエラストマーとしてベースエラストマーだけを含んでいることができ、又はベースエラストマーと１種又は２種以上の他のエラストマーとのブレンドであることができる。ベースエラストマーは常に、存在する全てのエラストマーの総量の、重量で又は容量で、５０％を超え、好ましくは、７０％若しくは８０％を超え、又は約９０％若しくはそれを超える。

有用なエチレン−オクテンエラストマーはザ・ダウ・ケミカル社によってその商標下に販売されるエンゲージ（ENGAGE）（登録商標）ポリオレフィンエラストマーにより例示されることができる。ＥＯＭは、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８−１３により５ｇ／１０分以下、好ましくは、１ｇ／１０分以下、又は最も好ましくは、０．５ｇ／１０分以下（２．１６ｋｇ＠１９０℃）のメルトインデックスを有していることができる。ＥＯＭは、０．８５０〜０．８７５、好ましくは、０．８５５〜０．８７０、最も好ましくは、０．８６０〜０．８７０の密度（ｇ／ｃｃ）を有していることができる。エチレン含有量はＥＯＭについて６０〜６５重量％であることができる。

有用なエチレン−ブテンエラストマーはザ・ダウ・ケミカル社によってその商標下に販売されるエンゲージ（登録商標）ポリオレフィンエラストマー及びエクソンモービル・ケミカルによってその商標下に販売されるイグザクト（EXACT）（登録商標）コポリマー及び三井化学グループによってその商標下に販売されるタフマー（TAFMER）（登録商標）コポリマーによって例示されることができる。ＥＢＭは、ＡＳＴＭ Ｄ１２３８−１３により、５ｇ／１０分以下、好ましくは、１ｇ／１０分以下、又は最も好ましくは、０．５ｇ／１０分以下（２．１６ｋｇ＠１９０℃）のメルトインデックスを有していることができる。ＥＢＭは、０．８５０に等しい又は０．８５０〜０．８９０の、又は０．８５０〜０．８８０の、又は０．８５０〜０．８７０の密度を有していることができる。ＥＢＭについてのエチレン含有量は４０〜６０重量％であることができる。

種々の実施形態のベルト組成物は、ステープル又はチョップト高モジュラス繊維、及びパルプ又はフィブリル化高モジュラス繊維の両方を含み、好ましくは、両方がアラミド又は芳香族ポリアミド材料である。

ベルトエラストマーの強化材として有利に用いられることができる好ましいアラミド繊維として、メタ系アラミド、パラ系アラミド、及びパラ系アラミドコポリマー、例えば、デュポン社によってケブラー（KEVLAR）（登録商標）及びノーメックス（NOMEX）（登録商標）の下に、及び帝人によってテクノーラ（TECHNORA）（登録商標）、コーネックス（CONEX）（登録商標）、及びトワロン（TWARON）（登録商標）の下に販売されているものなどを挙げることができる。繊維はフィブリル化又はパルプ化繊維及びチョップト又はステープル繊維の両方を含む。本発明の開示の目的で、用語「フィブリル化」及び「パルプ」は交換可能に用いられてこの型の繊維を示し、そして用語「チョップト」又は「ステープル」は交換可能に用いられてその型の繊維を示す。繊維は場合により、或る程度繊維とエラストマーの型に基づいて所望のように処理されてエラストマーに対するそれらの接着性を改善することができる。繊維処理の例は任意の適当なレゾルシノール・ホルムアルデヒド・ラテックス（ＲＦＬ）である。

ステープル又はチョップト種の繊維は適当なアラミド又は他の高性能の繊維から形成されていることができ、そして好ましくは１０以上のアスペクト比又は「Ｌ／Ｄ」（繊維の長さ対直径比）を有する。ステープル繊維は概して、その全長にわたり均一な断面を有している。ステープル繊維は約０．１〜約１０ｍｍ、又は〜約５ｍｍ、好ましくは、約１〜約３ｍｍの長さを有していることができる。ステープル繊維は約１〜約３０ミクロン、好ましくは、約６〜約２０ミクロン、又は約１０〜１５ミクロンの直径を有していることができる。ステープル繊維の型、長さ、又は直径の混合物が使用されることができる。パラ系アラミド繊維が好ましいが、ステープル繊維は他の高性能又は高モジュラスの高分子材料、例えば、メタ系アラミド、ポリベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）、ポリエーテルエーテルケトン、ビニロン、ナイロン、ポリアクリロニトリル、液晶ポリマー等から成っていることができる。

パルプ化又はフィブリル化種の高モジュラス繊維は、所定の繊維型について可能な場合に加工されてその表面積を増加させ、好ましくは、適当なパラ系アラミドから形成されていることができ、そして約１ｍ²／ｇ〜約１５ｍ²／ｇ、より好ましくは、約３ｍ²／ｇ〜約１２ｍ²／ｇ、最も好ましくは、約７ｍ²／ｇ〜約１１ｍ²／ｇの比表面積；又は約０．１ｍｍ〜約５．０ｍｍ、より好ましくは、約０．３ｍｍ〜約３．５ｍｍ、そして最も好ましくは、約０．５ｍｍ〜約２．０ｍｍの平均繊維長を有していることができる。パルプ繊維は不規則な断面及び形状のフィブリルを有していることができるが、主として、パルプは原繊維から分離され又は分岐された多くの、はるかに小さい直径のフィブリルの存在によって特徴付けられる。本明細書中で、用語「パルプ」は、木材、紙、果実、フィクション又は他の分野からの任意の他の一般的用い方とは何も関係がないが、本明細書中で定義される通りに本明細書及び特許請求の範囲においてのみ用いられる。

組成物中のパルプとステープル繊維との合計量は約１ｐｈｒ〜６５ｐｈｒ、好ましくは、約６〜約５０ｐｈｒ、又は約１７〜約３５ｐｈｒの範囲であることができる。本発明の種々の実施形態において用いられるアラミドパルプ又はフィブリル化繊維の量は有利には、エラストマー１００重量部当たり約０．５〜約２５重量部（ｐｈｒ）であることができ；好ましくは、約０．９〜約２０ｐｈｒ、より好ましくは、約１．０〜約１５ｐｈｒであり、そして最も好ましくは、約２．０〜約１０ｐｈｒである。本発明の好ましい実施形態において用いられるアラミドステープル繊維の量は有利には、エラストマー１００重量部当たり約０．５〜約４０重量部（ｐｈｒ）であることができ；好ましくは、約５〜約３５ｐｈｒ、より好ましくは、約１０〜約３０ｐｈｒであり、そして最も好ましくは、約１５〜約２５ｐｈｒである。最適量は用いられる各繊維の量及び型、エラストマーの型、及び所望の最終結果に依存していることができる。アラミドパルプ含有量の範囲は総繊維重量の０％より多く、又は５％若しくは１０％より多く、かつ１００％又は７０％又は６０％より少ない。好ましくは、アラミドパルプ重量は総繊維重量の５０％又は４５％又は４０％又は３５％未満である。ＥＯＭ又はＥＢＭエラストマーなどの飽和ポリオレフィンエラストマーを用いる場合、より高いパルプレベルが可能であるが、ＥＰＤＭ又はＣＲなどの他のエラストマーの場合には、総繊維の４０％若しくは３５％以下又はそれ未満が必要とされる。

最終的な特性により直接的に関連するのは、繊維容量パーセント及び総繊維容積の百分率としてのパルプの相対量である。パルプ及びステープル繊維の量は、組成物の所望の最終的な特性並びにその加工性に対して重要であり、そしてそれらに対して選択されることができ、そして繊維長及びフィブリル化の程度及びエラストマーの選択のような他の要因に依存することができる。種々の実施形態において、例えば、ポリオレフィンエラストマー中のステープル部分及びパルプ部分の両方に対する１〜３ｍｍ長のパラ系アラミド繊維に基づく実施形態において、総繊維容量％は有利には３〜１９容量％である。総繊維濃度は有利には５〜１７容量％、又は７〜１５容量％であることができる。繊維の総容量％は９〜１３容量％であることができる。アラミドパルプの容積含有率の範囲は総繊維容積の０％より大きく、又は５％若しくは１０％より大きく、かつ１００％又は７０％又は６０％未満である。好ましくは、アラミドパルプの容積含有率は総繊維容積の５０％未満である。さらに好ましくは、パルプ量は総繊維の４０％以下である。最も好ましくは、パルプ量は総繊維量の３５％未満である。

組成物中の他の成分は当該技術分野で通常のように選択されることができる。関連技術分野の当業者であれば、エラストマーが、好ましくは、モディファイされて追加の材料、例えば、可塑剤、劣化防止剤、補強用粒状充填剤、例えば、カーボンブラック及びシリカなど、硬化剤、コエージェント、及び場合により他の天然繊維及び合成繊維、例えば、綿、ケナフ、大麻、羊毛、亜麻、木部繊維、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、アクリル酸系誘導体等を含むということを認識するであろう。上記の主要な繊維と同様な長さ及び補強効果を有する他の高モジュラスステープル繊維が含まれる場合に、それらは総繊維量に含められることが好ましい。

最良の耐摩耗性のために、ポリオレフィンエラストマー組成物は適当なコエージェントで過酸化物硬化されることができる。好ましいコエージェントは米国特許第５，６１０，２１７号明細書（その全内容は参照までに本明細書に組み込まれる）に開示されたようにα−β−不飽和有機酸の金属塩である。典型的な金属塩はジアクリル酸亜鉛及びジメタクリル酸亜鉛（ＺＤＭＡ）である。

《混合、圧延、成形等》

繊維は、任意の適切な又は通常の手法により、例えば、最初に適切な第一のエラストマー組成物にフィブリル化繊維を練り込み、例えば、最終繊維含有量約５０重量％又は任意の他の適切な量を有する繊維添加マスターバッチを形成し；その後、ベルトエラストマー組成物にこの繊維添加マスターバッチを添加してベルトエラストマー組成物中での繊維の適切な分布を可能にし；次いでこのように繊維添加されたエラストマー組成物を用いて任意の適切な又は通常の手法によってベルトを形成することにより、エラストマー組成物に添加されることができる。

《実施例》

以下の例示において、本発明の例は「実施例」と表示される。そして比較例は「比較例」と表示される。

例示の第一のセットにおいて、ゴム組成物は表１に容量％で、及び表２にｐｈｒで示される。実施例１及び実施例２は、２つの異なる比率のケブラー（登録商標）パルプ対パラ系アラミド（１ｍｍチョップト・テクノーラ（登録商標））ステープル繊維を有するＥＯＭエラストマーに基づくゴム組成物を示す。比較例３は実施例２と同様の繊維量を有するＥＰＤＭに基づき、一方で比較例４はＣＲエラストマーに基づく。ＥＰＤＭエラストマーは、約２５の大変に低いムーニー粘度、及び広い分子量分布を有する、エクソン由来のビスタロン２５０４（商品名）であり、オイル約１０ｐｈｒを含むが、全ての特徴は高い繊維添加を分散させるのに役立つように意図されていることに留意されたい。一方で、ＥＯＭエラストマーははるかに高いムーニー粘度約３７を有し、（より高い分子量を示し）、実際にオイルは添加されないにもかかわらず、ＥＯＭ組成物は混合、ロール練り（mill）及び圧延がＥＰＤＭ処方よりずっと容易であった。

配合物の試験結果が表３に示されている。

配合物の流動学的性質が１３２℃（２７０°Ｆ）で３０分間運転される小ローターを備えたムーニー粘度計でＡＳＴＭ Ｄ−１６４６に従って評価された（表３のムーニースコーチ結果）。また、ムーニー粘度が１２５℃で大ローターを用いて評価された。硬化特性がローターレス硬化計により１７７℃で３０分間及び２００℃で３分間、ＡＳＴＭ Ｄ−５２８９に従って評価された。表３において、ＭＬは最小トルクを示し、ＭＨは最大トルクを示し、Ｓ’は同相トルクであり、そしてＳ”は異相トルクである。ＭＨに基づき、好ましいパルプ量を有する実施例１はこれらの材料の中で最も高い剛性である。

硬化された配合物の物理的性質も標準的なゴム試験を用いて試験された。低歪領域における列理（with-grain）方向の引張試験結果はとりわけ興味深い。モジュラスは、ＡＳＴＭ Ｄ−４１２（ダイＣ、及び６インチ／分のクロスヘッド速度を使用）に従って、一般的な引張弾性率測定を用いて決定された。そして本願明細書中で「モジュラス」（Ｍ５及びＭ１０）とはＡＳＴＭ Ｄ−１５６６及び ＡＳＴＭ Ｄ−４１２に規定される所定の伸び率（それぞれ５％及び１０％）における引張応力をいう。ゴム硬度は、最初の及びオーブン老化された配合物試料について、ショアＡ及びショアＤスケールを用い、ＡＳＴＭ Ｄ−２２４０に従ってジュロメーターを用いて標準的な圧縮ペレットについて試験された。２つの異なる方向である列理及び反列理（cross-grain）における、ＡＳＴＭ Ｄ−６２４、ダイＣに従って試験された引裂強さの結果は幾つかの変数に対して含められる。

ジュロメーター及び引張特性から、これらは全て大変に剛性で硬質の組成物であることが明らかであり、ベルトについて可撓性ゴムと呼ばれることができるものの限界に挑んでいる。室温における列理の破断点伸び（％Ｅｂ）はこれらの材料についてわずか約１５％であり、そして５％又は１０％伸びにおける応力（それぞれ、Ｍ５及びＭ１０）はかなり高い。列理特性はＣＶＴベルトの横方向剛性に直接に関連することになる。しかしながら、反列理方向であるベルト可撓性に対する方向の％Ｅｂは有意に大きい。実際に、これらの配合物は加工性及び反列理の可撓性のちょうど限界内で横方向剛性を最大にするように意図的に選択された。異方性比（anisotropy ratio）（Ｍ５又はＭ１０のいずれかに基づく）は、配合物が他の方向において極めて剛性でありながら或る方向では如何に十分に可撓性であることができるかの別の指標である。これらの４つの配合物はかなり類似する異方性比を有し、同様のモジュラス又は硬度に配合されているが、本発明の例は、比較例よりはるかに高いベルトの可撓性を予測する、有意に高い反列理％Ｅｂを有する。本発明の実施例の反列理引張強さ（Ｔｂ）も、最初及び１５０℃で１６８時間の熱老化後のいずれでも、エラストマーの違いに起因して比較例よりかなり高い。列理引張強さは、繊維添加及び配向の類似性に起因して、より同等である。２つの実施例の材料はいずれの列理方向でも室温（ＲＴ）で最高のＭ５及びＭ１０を有することが明らかである。このことは、本明細書で後ほど報告される高いベルト圧縮剛性に直接つながり、それは次にＣＶＴ用途における優れた性能につながると考えられる。

ＣＶＴベルト用のゴム組成物はロール練り方向（列理）において５％の歪で１８００ｐｓｉ以上の、１９００ｐｓｉ以上の、又は２０００ｐｓｉ以上の引張応力を有し；及びＥＯＭ配合物は５％の引張歪で４以上の、又は４．５以上の、又は５以上の異方性比を有することが望ましい。ＥＯＭ又はＥＢＭをアラミドパルプ及びアラミドステープルの両方と一緒に用いることがこのことを可能にする。

表３は、耐摩耗性、いわゆるＤＩＮ試験（ＤＩＮ ５３５１６又はＩＳＯ ４６４９）、ＰＩＣＯ摩耗試験（ＡＳＴＭ Ｄ−２２２８）、及びテーバー摩耗試験（ＡＳＴＭ Ｄ−３３８９）についての３つの摩耗試験の結果を含む。ＤＩＮ及びテーバー試験結果は体積損失の観点によるものであり、低いほど良好である。ＰＩＣＯ試験はインデックスとして報告され、より高いインデックスは摩耗に対するより良好な耐性を示す。本発明の実施例の耐摩耗性は、試験及び条件に依存して、概して比較例と同等であるか時によるとそれより良いことが理解され得る。

デマチア屈曲亀裂成長試験は室温及び１２５℃、０．５インチストロークでＡＳＴＭ Ｄ−４３０（穿孔）に従った。試験には列理及び反列理の両方が予定されたが、全ての配合物について全ての結果が入手できたわけではない。室温において、実施例１は比較例３及び４より約一桁良好である。

配合物の動的性質は、組成物を硬化させた後に６．９８％歪でＲＰＡ２０００試験機において温度掃引を用いてＡＳＴＭ Ｄ−６２０４に従って評価された。配合物の弾性率（Ｇ’）の結果は図４に示される（実施例２はこの試験に含まれなかった）。比較例３又は比較例４はとりわけ温度に伴いかなりの軟化を示す温度依存性モジュラスであるが、本発明の実施例１はそれよりはるかに望ましいモジュラスを有することが理解され得る。ＣＶＴベルト性能への効果は、ベルト性能がより高い運転温度で低下する「ヒートフェード（heat fade）」がより少ないことであると考えられる。

配合物の加工に関する幾つかの観察に留意されたい。低いムーニー粘度及び広いＭＷを有するＣＲエラストマーに基づく比較例４は組成物にオイルが添加されているが、それでもなおゴムをスコーチせずに混合及び圧延するという点で加工がとても難しい。ＣＲの熱に対する感受性は、適切なスコーチ安全性を維持しながら繊維を分散させることを大変困難にする。エチレンエラストマーの改善された耐熱性及び加工性はＣＲに勝る利点である。比較のＥＰＤＭの例は２５ムーニーで広い分子量の重合体を略１０ＰＨＲの可塑剤と一緒に用いて適切な加工を達成したのに対し、エチレン−α−オレフィンは３７ムーニーの重合体を用いたが可塑剤を必要とせずに良好な加工を達成した。パルプ対ステープル繊維の比を変えることによって、エチレン−α−オレフィン又はポリオレフィンエラストマーの固有の性質を取り入れながら、配合物ＭＨによって表示されるモジュラスは、得られるベルトに有意に改善されたレベルの剛性を付与し、ベルトは優れた耐久性及び負荷支持能力を与えられる。

観察された配合物の改善された性能の理由についてさらに推測すると（それによって本発明の範囲を限定しようとするものではないが）、ＥＯＭの高いムーニー粘度から、高分子量重合体を推論することができるかもしれない。また、メタロセン重合体は狭い分子量分布（ＭＷＤ）を有することができることが一般に知られている。高分子量及び狭いＭＷＤを有する重合体はより良好な物理的性質を与えることが多い。

この第一のシリーズの例示からの結論を要約すると、ベースエラストマーとしてのＥＯＭ又は他の飽和ポリオレフィンエラストマーの選択は、高い総繊維添加量及び所定比率の総繊維に対するパルプでのアラミドパルプとステープル繊維との組み合わせと一緒になることによって、より高いムーニーのエラストマー及びより少ないオイルを用いることを可能にし、より良好な加工特性、より高い反列理伸び又は可撓性及び同様な又はより高い列理モジュラスでの強度を備えた、よりポリマーリッチの組成物を与える。後述するが、これらの効果はＣＶＴベルト性能における劇的な改善と相関していることが示される。

配合物の例示の第二シリーズにおいて、同じ基本配合による４つの異なるポリオレフィンエラストマーが比較された。組成がｐｈｒで表４に示されている。総繊維添加量は約２８ｐｈｒ及び約１１容量％であった。パルプの量は総繊維重量の約３１％であった。このシリーズの主目的は、密閉式ミキサー中での成分の分散性、二本ロール機における取扱性（その両方が３回繰り返された）の観点から、加工性を評価することであった。結果は表４に示され、表中「＋」は大変に良好な取扱性及び分散性を示し、「ｏ」は良い又は許容することができる取扱性又は分散性を示し、「‐」はロール機において良好でない取扱性及びミキサーからの幾らかの分散されていない成分を示し、そして「‐‐」は不十分な加工性を示す。表示されたように、幾つかの変数はミキサーから砕けやすくなって現れるが、概してロール機で一つにまとめられることができた。最悪の場合は、ロール機とミキサーに３回通過後でさえも、鱗片状の表面を示した。明らかに、他の全ての成分が同じである場合、これらの繊維添加量で、ＥＯＭが最良であり、ＥＢＭは許容することができ、ＥＰＭは難しいが使用することができ、そしてＥＰＤＭは加工するのが最も難しい。

《ベルト試料及び試験結果》

第一の比較において、２つのベルト実施形態であるベルトＡ及びベルトＢが２つの市販ＣＶＴベルト：ゲイツ社から販売されている比較ベルトＣ及び部品番号７１５０００３０２で特定される比較ベルトＤと比較される。これらのベルトは全て表５に示されたものと略同じ寸法を有し、名目で上幅３１ｍｍ、長さ９５２ｍｍ、及びＶ角度２６°を有する。比較ベルトＣ及びＤは、ＣＲエラストマー密度がＥＯＭより大きいのでベルトＡ及びベルトＢより重い。ベルトＢはベルトＡと同じ本発明の材料を用いて作られているが、ベルトのアンダーコード部のゴムが少しだけ少なく、ベルトＢを少し薄くそして軽くしている。比較ベルトＣ及びＤは、通常のゴム組成物を用いて高度に最適化されたベルトの例と考えられる。

これらのベルトは性能の差異を確認するように設計された多くの試験に付された。これらの試験は、約６時間続くベルトコンディショニング試験、次いで負荷能力試験、軸方向剛性試験、曲げ損失試験、及びこれらの試験（合計約８時間）の最後に、ベルト重量損失試験を含む。

ベルト重量損失試験結果は表５に示される。本発明のベルトの初期の重量は同じベルトの大きさでＣＲベルトより約２０％低い。意外にも、８時間の性能試験後、本発明のＣＶＴベルトの摩耗は比較ベルトＤの摩擦の半分未満であった。最終的なベルト寸法の検査は、側面の摩耗と圧縮由来の幅の永続的な減少（厚さの微増によって示される）との組み合わせを示す。

負荷能力試験は、アプリケーションにおいて遭遇する全ての重要な現象を用いてＣＶＴベルト駆動の条件をシミュレーションするように設計される。この試験は制御された再現性のある環境下に、そして速度損失、ベルトスリップ及びベルト軸方向変形を含む、実際的であるほど多くのパラメータを測定して実施される。さらに、摩擦及びヒステリシスのエネルギー損失のためにベルト温度が上昇するのでベルト温度が測定される。試験は駆動条件下のＣＶＴベルトをシミュレーションする電気動力計で行われる。試験の間、駆動軸の速度は１，５００±１ｒｐｍで一定である。掛けられるトルク及びハブ負荷は変化される。試験パラメータは、試験されるベルトの幾つかが極限状態：（１）約１７０℃までのベルト温度；又は（２）過度の（ベルトスリップ及びシーブにおけるベルト変形によって引き起こされる１５％までの）速度損失に達するように選択される。

負荷能力試験の装置配置５００が図５に示される。電気モーター５０５は左の駆動プーリ５１０を駆動し、そしてＣＶＴベルト１００は第二プーリ５２０に動きを伝え、そこで発電機（図示せず）は抵抗トルクを掛ける。発電機は、位置センサ５２６で、右に移動して一定の全張力、すなわち、ハブ負荷Ｈを掛けることができる固定具に取り付けられる。プーリの２つのハーフ間に固定された距離で、ハブ負荷又は全張力は駆動プーリ及び被駆動プーリにおいてベルトに掛けられる軸方向力を制御する。或る程度まで、これはドリブンＣＶＴクラッチの機能をシミュレーションしている。プーリ内部のスペーサーは、センサ５２２及び５２４によってモニターされるベルトピッチ直径、及び意図された速度比を変えることを可能にする。これらの試験では、速度比は約１．６に設定される。実際の速度比は掛けられたトルク及びハブ負荷に伴って変化し、そしてそれはセンサ５３０で測定されるベルト走行温度によっても影響される。

速度損失ｓは、負荷トルクの変化による、被駆動プーリ速度Ｎ_nの変化の百分率として定義される。それは次式に従ってゼロトルクでの被駆動プーリ速度Ｎ_no（速度損失なしの条件）を参照して計算される。

速度損失は両方のシャフト速度の直接測定によって得られる。試験の間、駆動プーリ速度は約０．１％の精度で一定に保たれる。ベルトスリップも速度損失及び測定されたベルトピッチ直径から決定されることができる。

負荷能力試験において、ベルトＡ及びＢは、図６で理解されるように、比較ベルトＣ及びＤよりはるかに良好な性能を示す。具体的には、速度損失は、トルクレベルに応じて、最大で約５０％まで低くなる。ベルトＡ及びＢは上記した極限状態に達することなく、より高いトルクで走行されることができる。同じ車両にベルトＡ又はＢを用いれば、比較ベルトの一つを用いるより高い最大達成可能速度が得られるであろう。また、本発明のベルトの温度は、動力レベルに応じて、最大で３０〜４０℃まで低くなる。速度損失及びベルト軸方向変形は、図６において理解される発熱及び上昇したベルト温度の主たる理由である。或る許容することのできるレベル（＜４％）の速度損失を維持することによってベルト温度が暴走しないようにするには、ベルトが長時間にわたり使用されることができるトルク範囲を限定することが必要であろう。このように、本発明のベルトＡ及びＢは、比較例のベルトに比べて、より高い連続的なトルク又は負荷で走行されることができる。

負荷能力試験において、任意の負荷条件で存在する速度損失がある。結果として、ＣＶＴ駆動による動力Ｐの移動は、速度損失による動力損失Ｐ_sと関連している。それは式Ｐ_s＝Ｐ×ｓ％によって表されることができる。動力損失結果は図７に示されている。本発明のベルトは比較例のベルトより有意に効率的である。

最後に、負荷能力試験はベルトを図６のトルクレベルを超えさせてベルトの短期的なピーク負荷能力を調査した。試験のこの部分は室温で及びトルクのゼロ値で開始する。１分ごとにトルク負荷は、１４５Ｎｍに達するまで５Ｎｍずつ増やされる。３つの選んだトルクレベルで生じる速度損失及びベルト温度並びに最大トルクでのベルト幅変化が表６に示されている。これらの温度は熱平衡を表していない。なぜならば、試験は３０分後に停止されるからである。試験がその時間制限を超えて継続されていたのならば、ベルト温度はずっと高くなっていたであろう。２つの比較例のベルトで、ベルト温度及びスリップレベルは材料限界に近付いた。明らかに、本発明のベルトは従来の最適化されたベルトよりはるかに高いピークトルク能力を有している。

表６は高いトルク負荷によるベルト幅変化の比較を含む。ベルトのこの軸方向圧縮は速度損失の直接の原因の一つであり−ベルト幅の変化は駆動プーリ及び被駆動プーリにおけるベルトの低下したピッチ直径をもたらし、これは低下した速度比及び速度損失をもたらす。本発明のベルトは、本発明のゴム組成物の増加した横方向剛性特性の直接的な結果である、はるかに小さな軸方向圧縮を示す。さらに、より薄いベルトＢの強力な性能は、これらのゴム組成物の改善された横方向の特性によって厚さが好都合に低下されることができることを示唆する。このように、１５．０ｍｍ未満の厚さは好都合であることができる。心線位置も好都合なことに、図１０に示されるように、下側の面又は基底よりも背側の面又は基底に近く乗るように調整されることができる。

動的軸方向剛性試験（「ＤＡＳＴ」）がこれらの４つのベルトについて実施されてゴム組成物のベルトへの直接的な影響を見た。発明の背景の節で上記したように、駆動張力下でベルト圧縮によって引き起こされるベルトの幅の変化はベルトの重要な特徴の一つである。なぜならば、それはＣＶＴ駆動における速度損失又は速度比及びエネルギー損失に影響を与え、駆動の一層の高温及び一層の低効率を生じさせるからである。ＤＡＳＴはベルト張力のベルト幅の変化への影響を調べる。試験装置配置は負荷能力試験に用いたと同じである（図５）。

ベルト軸方向剛性は特定の試験構成に対して定義される。

駆動中の掛けられたハブ負荷の変化ΔＨはベルト幅の変化ΔＷを生じさせる。ハブ負荷力は軸（シャフト軸線に平行）方向力成分に再計算される。それはベルトとプーリ壁との間の圧力を表す。この試験におけるプーリ溝角度Ａ＝２６度という事実を用いると定数２．１７が与えられる。

動的軸方向剛性試験の目的のため、ベルトは駆動プーリピッチ直径９５±５ｍｍ、速度比１．６±０．１、負荷トルク３０Ｎｍ、及びドライバシャフト速度１５００ｒｐｍで設置される。初期ハブ負荷はＨ＝３０００±１００Ｎに設定され、そしてベルトはベルト温度が９０℃を超えるまでであるが１２０℃より高くならずに約３０分間走行される。ベルトの半径方向位置が記録される。次いで、各段階でベルト半径方向位置を測定して、ハブ負荷は次第にＨ＝６００Ｎまで低減される。報告された軸方向剛性は上記式を用いて３０００Ｎと６００Ｎとの間のベルト幅の差から計算される。剛性はＨ対ΔＷによる最小二乗ベストフィットラインの傾きである。試験は原理的には如何なる幅のベルトに対しても行われることができるが、好ましくは、ベルト幅は２５ｍｍ〜３５ｍｍの範囲である。同様に、ベルト長は試験にそれほど影響を与えないことが好ましい。試験は必要であれば拡大縮小されて大変に小さい又は大変に大きいベルトを評価することもできる。小さいベルトに対しては、剛性を決定するための線形応答領域を提供しながら、ハブ負荷は低減されることができる。大きいベルトに対しては、ハブ負荷値又は範囲は増大されて、プーリにベルトを着座させそして適切な幅減少を生じるように準備することができる。このように、ハブ負荷は駆動中の最大適用張力に関して適切に選択されることが好ましい。同様なピッチ直径において、ベルトの大きさは横方向剛性の数値にあまり影響を与えないことが好ましい。しかしながら、より小さいベルトに対して小さい直径のプーリ（又はピッチライン）が必要である場合、又はより大きいベルトに対してより大きい直径のプーリ又はピッチラインが必要である場合に、剛性は、掛け距離（wrap distance）の相違に対して調整されてこれらのＡＴＶサイズのベルトを用いた結果を比較することができるようにしなければならないであろう。調整は剛性の代わりにモジュラス値を決定することと同等であることができる。より好ましいのは、一定の試料領域及び厚さで、後述する圧縮試験を用いてベルトの横方向剛性を評価することである。

ＤＡＳＴ結果の要約が表７に示されている。このように、ベルトＡ及びＢのベルトゴム組成物は直接に幅減少の低下をもたらすが、これは比較例のベルトと比べて増加したベルトの軸方向剛性に起因する。ベルトＡ及びＢは比較ベルトＣ及びＤより平均して約７５％高い動的軸方向剛性を示す。このことは次に、先に記載した性能改善、すなわち、より低いベルト走行温度、低減された径方向スリップ、より高い負荷能力、及びより低い速度損失をもたらす。ＡＴＶなどのようなアプリケーションにおいて、このことはより良好な加速、より高い最高速度、より低いベルト温度、より少ないフェードなどをもたらすであろう。このことはまた、ベルトがスパンとプーリ内との間を移行しているときに入口と出口においてプーリに出入りするベルトを径方向にスライドさせるのに必要な力の損失を低減するであろう。

動的軸方向剛性試験の結果及びそのＣＶＴ駆動性能との相関関係の観点から、ゴム製ＣＶＴベルトは５．０ｋＮ／ｍｍより大きい又は６．０ｋＮ／ｍｍより大きい又は７．０ｋＮ／ｍｍより大きい、又は約７〜約８ｋＮ／ｍｍのベルト動的軸方向剛性を示すことが好都合である。これらの数値はＡＴＶベルトサイズ及び本明細書に記載された試験設定に基づくものであり、他の試験設定における他のベルトの大きさに対して同様の基準で変換されることができることを理解されたい。

上記結果の観点から、ＡＳＴＭ Ｄ５７５−９１（２０１２年に再承認）、試験法Ａに基づいて、より単純な軸方向剛性試験が考案され、本明細書中でゲイツ圧縮試験（「ＧＣＴ」）と呼ばれる。ＡＳＴＭ Ｄ５７５法は、直径２８．６±０．１ｍｍ、すなわち、円形断面積約６５０ｍｍ²（１．０００インチ²）及び高さ１２．５±０．５ｍｍ（０．５インチ）の標準的な円筒状ボタンを用いる、エラストマー材料の圧縮測定に用いられる。かかる試料をＣＶＴベルトから作ることはできないので、図１０に示されるようなベルトの長さが準備される。ベルト１１０の初期の粗い切断片が用意される。ベルト幅は平行な側面１１８（及び見えない対応する反対面）で１２．５±０．５ｍｍ（０．５インチ）まで切詰められる。試料ベルト１１０の長さは、端部１１９及び１２０を捨てカットマーク１１６及び１１７で切り取られて、合計面積６５０±５ｍｍ²の側面１１８を有する最終の試験片１２２を与える。面積は面積測定能力を備えたデジタル顕微鏡を用いて確認される。材料の剛性及び比較的に小さい変形のため、圧縮テスターの平坦な定盤と試験片１２２との間にサンドペーパー（ＡＳＴＭ試験において要求される）は用いられない。

試験は同じベルトから切り出された３つの試料を用いて動的引張試験機で行われ、個別に測定された。また、試験は、変位の正弦波信号を加え変化する変位における力を記録して実行される。他の条件は使用されることができたが、試験は３つの異なる周波数２．５Ｈｚ、１５Ｈｚ及び３０Ｈｚで及び２つの温度値２３℃及び９０℃で実行された。周波数依存はあまり強くなかったので、１５Ｈｚの結果が用いられる。温度９０℃は高負荷における典型的なＣＶＴベルト動作範囲を表す。変位範囲は、アプリケーションに対して比較的高い、定格負荷に近い条件下でＣＶＴ駆動プーリにおいて測定された典型的なＣＶＴベルトの軸方向変形（すなわち、圧縮）、すなわち０．３〜０．９ｍｍに基づいている。

図８は、９０℃で試験された比較ベルトＣのＣＶＴベルト試料に対するゲイツ圧縮試験（「ＧＣＴ」）の例を示す。負荷部分（矢印によって示されるループの下方部）は実質的に直線であり、その傾きは対象の軸方向剛性を与えていることに留意されたい。結果は場合により、試料の面積及び厚さによって正規化されることができるが、全ての試料は同じ寸法であるのでここでは行われない。一部のベルト、例えば、図９に示される比較ベルトＤ試料などは、力応答における一層の曲率を示す。試験された全ての試料について、−０．６ｍｍの変位と−０．９ｍｍの変位との間の部分は図９に示されるように傾き又は剛性値を与える上で十分に直線状であった。このように、圧縮剛性は−０．６ｍｍの変位と−０．９ｍｍの変位（最大変位）との間の矢印で示される曲線の直線部分を用いて計算される。

表８は市場に見出される比較用ベルトを集めたもの並びに本発明のベルトＡについての試験結果を示す。ＧＣＴ及びＤＡＳＴの両方について試験された４つのベルトは２つの試験間で良好な相関を示すが、ＤＡＳＴ値は同じ９０℃の温度でＧＣＴ値より高い傾向にある。その相違はＤＡＳＴにおけるベルトとシーブとの間に存在する半径方向の摩擦力の影響であることができよう。本発明のベルトは両方の試験で最高の剛性を備えており集団から突出している。このように、ＧＣＴ剛性もＣＶＴ駆動性能と相関している。

ゲイツ圧縮試験の結果及びそのＣＶＴ駆動性能との関係を考慮すると、ゴム製ＣＶＴベルトが９０℃で５．０ｋＮ／ｍｍ以上の又は室温で６．０ｋＮ／ｍｍ若しくは７．０ｋＮ／ｍｍ若しくは８ｋＮ／ｍｍより大きい、又は室温で約８〜約９ｋＮ／ｍｍのゲイツ圧縮試験剛性を示すことが好都合である。

ＣＶＴベルトの曲げ損失に対する追加の試験は、本明細書中で、曲げ損失試験（「ＢＬＴ」）と呼ばれ、ベルトＡ〜Ｄについて実施された。この試験は２つの損失源、曲げ損失と半径方向摩擦損失とを分けることができる。ＣＶＴベルトの曲げ損失及び半径方向摩擦損失を測定するためのＢＬＴ装置は図５に表されたＬＣＴ装置とレイアウトが同様であった。この装置は、再度９０℃とされた選択温度でのハブ負荷、シャフト速度及びトルクを測定することを可能にした。

測定される損失は、ドリブンシャフトに掛けられる抵抗なしに２つの小径プーリを用いた単純な駆動でＣＶＴベルトを回転させるのに必要とされるトルクを表す。簡便のために、比較的に低いハブ負荷で測定されるトルク損失はベルト曲げ損失と定義され、ハブ負荷の増加によるトルク損失における差は半径方向の滑りによる摩擦損失と定義される。

ベルト曲げ損失試験からの結果は２つの数値：曲げ損失及び半径方向摩擦損失である。それらは測定されたトルク損失から平均として計算される。表９に、４つのベルト構成に対する、報告された各値について３回の繰り返し試験を行った試験結果が示されている。

曲げによる損失は本発明のベルトについて約２０％高く、これは用いられた高モジュラスのゴム組成物を反映していることができる。同時に、プーリの内外での半径方向の滑りにおける摩擦に打ち勝つための損失は約４０％低く、その結果、本発明のベルトを備えたＣＶＴ駆動において総合的に良好な効率をもたらす。

要約すると、本発明のベルトＡ及びＢの軸方向剛性は他のベルトより約７０％高く、速度損失は定格トルクで２％〜５％低く、そして曲げによる損失は約２０％高い一方でプーリの内外での半径方向の滑りにおける摩擦に打ち勝つための損失は約４０％低く、その結果、ＣＶＴ駆動において総合的に良好な性能をもたらす。

本明細書に記載の繊維添加ゴム組成物はＣＶＴベルトのほかにも他の適用可能性を有していることができる。高い横方向剛性から同様に恩恵を受けるＶベルト及びマルチＶリブドベルトなどの他の動力伝達ベルトも本発明の範囲内にあることができよう。歯付き又は同期動力伝達ベルトもこれらの配合構想から恩恵を受けることができるであろうが、そこでの配向効果は、少なくとも歯において、歯における最大負荷の方向である、ベルト走行方向に平行に向けられるのが最良であろう。

本発明及びその利点が詳細に述べられてきたが、添付の特許請求の範囲によって定められる発明の範囲から逸脱することなく本発明において種々の変化、置換、及び変更がなされ得ることを理解されたい。さらに、本願発明の適用の範囲は、明細書に記載されたプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法、及び段階の特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。当業者であれば本発明の開示から容易に理解できるように、本明細書に記載された対応する実施形態と実質的に同じ機能を果たす又は実質的に同じ結果を達成する既存の又は後発のプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法又は段階が本発明に従って使用されることができる。従って、添付の特許請求の範囲は、その範囲内に、かかるプロセス、機械、製造、組成物、手段、方法又は段階を含むことを意図するものである。本明細書に開示された発明は、本明細書に具体的には開示されていない任意の要素の非存在下で適切に実施されることができる。

Claims (19)

1. 圧縮部、張力部、接着部、及び前記接着部と接触しかつ前記圧縮部と前記張力部との間に埋設された抗張心線、アングルドサイド、及び約２の幅厚比を有する主ベルト本体を有するエンドレスゴム製ＣＶＴベルトであって；前記圧縮部、前記張力部及び前記接着部の少なくとも１つが飽和エチレン−α−オレフィンエラストマー、ステープル繊維、及びパルプ繊維を含むエラストマー組成物を含み、ステープル繊維とパルプ繊維との合計量がエラストマー１００重量部当たり１７重量部（ｐｈｒ）〜６５ｐｈｒである、前記ベルト。
2. 前記ステープル繊維がアラミドステープル繊維であり、前記パルプ繊維がアラミドパルプ繊維である、請求項１に記載のベルト。
3. 前記アラミドステープル繊維がパラ系アラミドであり、前記アラミドパルプ繊維がパラ系アラミドである、請求項２に記載のベルト。
4. 前記エチレン−α−オレフィンエラストマーのα−オレフィンがオクテン又はブテンである、請求項１に記載のベルト。
5. 前記エチレン−α−オレフィンエラストマーが７５重量％未満の範囲のエチレン含有量及び１９０℃で２．１６ｋｇを用いたＡＳＴＭ Ｄ１２３８−１３に基づいて５ｇ／１０分未満の溶融流量を有するエチレン−オクテンエラストマーである、請求項４に記載のベルト。
6. 前記ステープル繊維の量がエラストマー１００重量部当たり約１５（ｐｈｒ）〜約２５ｐｈｒである、請求項１に記載のベルト。
7. 前記エチレン−α−オレフィンエラストマーが６０．０重量％〜６５．０重量％の範囲のエチレン含有量を有するエチレン−オクテンエラストマーである、請求項４に記載のベルト。
8. 前記エチレン−α−オレフィンエラストマーが４０重量％〜６０重量％の範囲のエチレン含有量を有するエチレン−ブテンエラストマーである、請求項４に記載のベルト。
9. アラミドパルプ繊維の容積がエラストマー組成物中のステープル繊維にパルプ繊維を加えた合計容積の４０％未満である、請求項２に記載のベルト。
10. アラミドパルプ繊維の重量がエラストマー組成物中のステープル繊維にパルプ繊維を加えた合計重量の４０％未満である、請求項２に記載のベルト。
11. 前記ベルトが動的軸方向剛性試験において５．０ｋＮ／ｍｍより大きい剛性を示す、請求項１に記載のベルト。
12. 前記ベルトがゲイツ圧縮試験において９０℃で５．０ｋＮ／ｍｍ以上及び室温で６．０ｋＮ／ｍｍより大きい剛性を示す、請求項１に記載のベルト。
13. 全体的なベルト厚が１５ｍｍ未満である、請求項１に記載のベルト。
14. 心線位置がベルトの下側に対してよりも背側に対して近い、請求項１３に記載のベルト。
15. 主ベルト本体を有するエンドレス動力伝達ベルトであって、前記主ベルト本体が：
    前記ベルト本体に埋設された抗張心線、及び
    飽和エチレン−α−オレフィンエラストマー、高モジュラスステープル繊維、及び高モジュラスパルプ繊維を含むエラストマー組成物；前記ステープル繊維と前記パルプ繊維との合計量がエラストマー１００重量部当たり１７重量部（ｐｈｒ）〜６５ｐｈｒである、
    を含む、前記エンドレス動力伝達ベルト。
16. 歯付きベルト、Ｖベルト又はマルチＶリブドベルトの形態である、請求項１５に記載の動力伝達ベルト。
17. 前記ステープル繊維の量がエラストマー１００重量部当たり約１５重量部（ｐｈｒ）〜約２５ｐｈｒである、請求項１５に記載のベルト。
18. 前記エラストマー組成物が存在する全エラストマーの５０重量％未満で他のエラストマーをさらに含む、請求項１５に記載のベルト。
19. 前記高モジュラスステープル繊維及び高モジュラスパルプ繊維が両方ともアラミド繊維である、請求項１５に記載のベルト。
    

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