ゴムを補強するための補強用コードおよびそれを用いたゴム製品
本発明の補強用コードは、ゴムを補強するための補強用コードであって、炭素繊維ストランド（１１）と炭素繊維ストランド（１１）の周囲に配置された複数のガラス繊維ストランド（１２）とを含む。本発明によれば、ゴム製品の補強に十分な引張強度を有するとともに、寸法安定性および耐屈曲疲労性が高い補強用コードが得られる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
本発明は、ゴムを補強するための補強用コードおよびそれを用いたゴム製品に関する。
【背景技術】
ゴムベルトやタイヤといったゴム製品の補強材として、ガラス繊維やアラミド繊維といった補強用繊維が用いられてきた。しかし、これらのゴム製品は屈曲応力を繰り返し受けるため、屈曲疲労によって性能が低下しやすい。その結果、補強用繊維とゴムマトリックスとの間で剥離が生じたり、補強用繊維が摩耗することによって強度低下が生じたりしやすい。そのため、これらのゴム製品に用いられる補強用繊維には、高い耐屈曲疲労性が求められる。
一方、自動車の内燃機関のカムシャフト駆動などに用いられるタイミングベルトでは、適切なタイミングを維持するために高い寸法安定性が要求される。また、インジェクションポンプの補助駆動や、産業機械の動力伝達に用いられるゴムベルトでは、高強度で高弾性であることが要求されている。
上記要求を達成するために、従来から、特定の補強用繊維を含む補強用コードが用いられてきた。補強用繊維としては、たとえば、高強度ガラス繊維や、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（アラミド繊維）が使用されてきた。最近では、炭素繊維やポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールからなる繊維も用いられている。例えば、特開平８−１７４７０８号公報には歯付きベルトの抗張体として炭素繊維が提案されている。
ゴムを補強するためのコードには、高強度、高弾性、及び曲げに対する柔軟性や耐摩耗性といった様々な特性が要求される。しかし、１種類の補強用繊維を用いる従来の補強材では、強度と耐屈曲性とのバランスを取ることは難しい。例えば、補強用繊維として炭素繊維を用いた補強用コードは、高強度で高弾性であるが耐屈曲性が低く、屈曲による強度低下が生じやすいという問題があった。
【発明の開示】
このような状況に鑑み、本発明は、ゴム製品の補強に十分な引張強度を有するとともに、寸法安定性および耐屈曲疲労性が高い補強用コードを提供することを目的の１つとする。また、本発明は、その補強用コードを用いたゴム製品を提供することを目的の１つとする。
上記目的を達成するため、本発明の補強用コードは、ゴムを補強するための補強用コードであって、炭素繊維ストランドと前記炭素繊維ストランドの周囲に配置された複数のガラス繊維ストランドとを含む。
また、本発明のゴム製品は、ゴム部と、前記ゴム部に埋め込まれた補強用コードとを含み、前記補強用コードが上記本発明の補強用コードである。
本発明によれば、ゴム製品の補強に十分な引張強度を有するとともに、寸法安定性および耐屈曲疲労性が高い補強用コードが得られる。該コードを用いている本発明のゴム製品は、高性能で耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の補強用コードの一例を模式的に示す断面図である。
図２は、本発明の補強用コードの構造の一例を模式的に示す図である。
図３は、本発明のゴム製品の一例を示す分解斜視図である。
図４は、屈曲試験の方法を模式的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜補強用コード＞
本発明の補強用コードは、炭素繊維ストランドと炭素繊維ストランドの周囲に配置された複数のガラス繊維ストランドとを含む。
炭素繊維ストランドは、典型的には炭素繊維のみからなるが、本発明の効果が得られる限り、他の繊維を含んでもよい。炭素繊維ストランドに占める炭素繊維の割合は、通常９９重量％以上であり、典型的には１００重量％である。
ガラス繊維ストランドは、典型的にはガラス繊維のみからなるが、本発明の効果が得られる限り、他の繊維を含んでもよい。ガラス繊維ストランドに占めるガラス繊維の割合は、通常９９重量％以上であり、典型的には１００重量％である。
本発明の補強用コードの繊維ストランドは、典型的には、炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドのみからなる。ただし、本発明の効果が得られる限り、他の繊維からなるストランドを含んでもよい。炭素繊維ストランドの断面積とガラス繊維ストランドの断面積との合計が、繊維ストランドの全断面積に占める割合は、通常９５％以上で、典型的には１００％である。
コードの中心部に配置される炭素繊維ストランドは、その特性によって、コードに対して高い引張強度と優れた寸法安定性を付与する。耐屈曲疲労性が高い補強用コードを得るには、コード及びコードによって補強されるマトリックスゴムが屈曲された場合に、引っ張り応力や圧縮応力を緩和する構造が必要となる。ガラス繊維ストランドは、炭素繊維ストランドに比べて、弾性率が低く耐摩耗性が高い。このようなガラス繊維ストランドで炭素繊維ストランドの周囲を取り巻くことによって、引っ張り応力や圧縮応力を緩和できるため、耐屈曲疲労性が高い補強用コードが得られる。このような効果は、単に炭素繊維とガラス繊維とを混合してストランドを形成しても得られない。本発明の補強用コードは、炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドとを特別な配置で組み合わせたハイブリッドコードであり、強度、寸法安定性および耐屈曲疲労性に優れる。また、ガラス繊維ストランドは、通常、炭素繊維ストランドよりもゴムとの接着性が高いため、本発明の補強用コードはゴムとの接着性に優れる。
炭素繊維ストランドとしては、引張弾性率が１５５〜６５０ＧＰａの範囲のものが好適に用いられる。そのような炭素繊維ストランドの密度は、たとえば１．７４〜１．９７ｇ／ｃｍ３である。特に、直径が４μｍ〜８μｍの炭素フィラメントを５００〜２５０００本束ねて形成される、３０〜２０００ｔｅｘのストランドが好適に使用される。
炭素繊維ストランドの全断面積は、炭素繊維ストランドの全断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の２０〜８０％の範囲であることが好ましい。コードの中心側に配置された炭素繊維ストランドは、高い引張強度と優れた寸法安定性とに寄与する。しかし、コード内における炭素繊維ストランドの割合が高すぎると、静的強度は向上するが、屈曲性が低下する場合がある。そのため、炭素繊維ストランドの全断面積は、炭素繊維ストランドの全断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の８０％以下（より好ましくは７０％以下）であることが好ましい。一方、コード内における炭素繊維ストランドの割合が低すぎると、炭素繊維ストランドによる効果を十分に得ることができない場合がある。そのため、炭素繊維ストランドの全断面積は、炭素繊維ストランドの全断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の２０％以上（より好ましくは４０％以上）であることが好ましい。
炭素繊維ストランドは、撚られていてもよいし、撚られていなくてもよい。炭素繊維ストランドの撚り数は、５．０回／２５ｍｍ以下、すなわち、２５ｍｍあたりの撚り数が５．０回以下であることが好ましい。炭素繊維ストランドの撚り数は、より好ましくは２．５回／２５ｍｍ以下である。
また、炭素繊維ストランドの表面には、接着性を向上させるための処理や繊維がほつれるのを防止するための処理をしてもよい。たとえば、炭素繊維ストランドの表面に、ゴムを含む被膜を形成してもよいし接着剤を塗布してもよい。そのような被膜は、たとえば、レゾルシンおよびホルマリンの初期縮合物とゴムラテックスとの混合物を主成分とする処理液（以下、「ＲＦＬ処理液」という場合がある）を用いて形成できる。レゾルシンおよびホルマリンの初期縮合物には、公知のものを適用できる。たとえば、レゾルシンとホルムアルデヒドをアルカリ性触媒（たとえば水酸化アルカリ）の存在下で反応させて得られるレゾール型の縮合物や、レゾルシンとホルムアルデヒドを酸触媒の存在下で反応させて得られるノボラック型の縮合物を用いることができる。なお、エポキシ化合物やイソシアネート化合物などを用いて、ガラス繊維ストランドの表面の接着性を向上させる処理を行ってもよい。
ガラス繊維ストランドとしては、弾性率が６０〜８０ＧＰａのものが好適に用いられる。そのようなガラス繊維ストランドの密度はたとえば約２．５ｇ／ｃｍ３であり、引張強度はたとえば２５０〜３１０ｃＮ／ｄｔｅｘ（２８０〜３５０ｇｆ／ｄ）である。ガラス繊維ストランドに使用されるガラス繊維としては、たとえば、Ｅガラス繊維のフィラメントや高強度ガラス繊維のフィラメントを用いることができる。ガラス繊維ストランドとしては、ガラスフィラメント（直径がたとえば７〜９μｍ）を２００〜２４００本束ねて下撚りすることによって得られるストランドであって、太さが２０〜４８０ｔｅｘの範囲であるものが好ましく用いられる。
ガラス繊維ストランドはコードの外周側に配置されるため、コードが埋め込まれるマトリックスゴムとの接着性が重要である。ガラス繊維ストランドとマトリックスゴムとの接着性は、接着性を向上させるための処理をガラス繊維ストランドに施したり、ガラス繊維ストランドに撚りを加えたりすることによって向上させることができる。
ガラス繊維ストランドの表面は、レゾルシンおよびホルマリンの縮合物とゴムラテックスとの混合物を主成分とする処理液（ＲＦＬ処理液）で処理されていてもよい。これによって、ガラス繊維ストランドの耐屈曲疲労性を向上でき、また、ガラス繊維ストランドとゴムとの接着性を向上できる。また、他の方法によってガラス繊維ストランドの表面にゴムを含む被膜を形成してもよい。また、ガラス繊維ストランドの表面に接着剤を塗布してもよい。たとえば、エポキシ化合物やイソシアネート化合物などを使用して、ガラス繊維ストランドの表面の接着性を向上させる処理を行ってもよい。
ガラス繊維ストランドは、０．２５〜５．０回／２５ｍｍの範囲の撚り数で下撚りされていてもよい。撚り数をこの範囲とすることによって、耐屈曲疲労性を改善することができる。ガラス繊維ストランドに下撚りが施されている場合、補強用コードは、ガラス繊維ストランドの下撚りの方向とは逆の方向に上撚りされていてもよい。この構成によれば、撚り戻りを減少させることができる。
炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドとが共に下撚りされる場合には、同じ方向に下撚りされていてもよい。
本発明の補強用コードは上撚りされていてもよい。その場合、上撚り数は０．５〜１０回／２５ｍｍの範囲であることが好ましい。
本発明の補強用コードの表面には、ゴムを含む被膜（オーバーコート層）が形成されていてもよい。この被膜は、コードが埋め込まれるマトリックスゴムに応じて選択することが好ましい。たとえば、マトリックスゴムが水素化ニトリルゴム系のゴムである場合には、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）を含む処理液で被膜を形成することが好ましい。
本発明の補強用コードの一例を図１に示す。図１のコード１０は、中心部に配置された炭素繊維ストランド１１と、炭素繊維ストランド１１の周囲に配置された複数のガラス繊維ストランド１２と、すべてのストランドを覆うように形成されたオーバーコート層１３（ハッチングは省略する）とを備える。炭素繊維ストランド１１の表面には、被膜１１ａが形成されており、ガラス繊維ストランド１２の表面には被膜１２ａが形成されている。なお、被膜１１ａおよび１２ａ、ならびにオーバーコート層１３は省略してもよい。
本発明の補強用コードに上撚りが加えられている場合の炭素繊維ストランド１１およびガラス繊維ストランド１２の配置を図２に模式的に示す。この場合、複数のガラス繊維ストランド１２は、炭素繊維ストランド１１を中心として螺旋状に配置される。
炭素繊維ストランド１１の数とガラス繊維ストランド１２の数とは、コードに要求される特性や、ストランドの特性に応じて選択される。［炭素繊維ストランドの数］／［ガラス繊維ストランドの数］の比の好ましい例としては、たとえば、［１］／［３〜３０］、［２］／［６〜３０］および［３］／［１０〜４０］が挙げられる。中心部に配置される炭素繊維ストランドが複数である場合には、複数の炭素繊維ストランドを束ねて撚りを加えてもよいし、撚りを加えなくてもよい。
炭素繊維ストランドは、ガラス繊維ストランドに比べてマトリックスゴムとの接着性が低いことが多い。従って、炭素繊維ストランドがマトリックスゴムと接触しないように、炭素繊維ストランドの周りを取り囲むように複数のガラス繊維ストランドを配置することが好ましい。
本発明のコードは公知の方法で製造できる。本発明のコードを製造する方法の一例を以下に説明する。
繊維ストランドは、繊維のフィラメントを束ねることによって形成できる。ストランドには、下撚りを加えてもよい。また、複数のストランドを束ねて撚りを加え、１本のストランドとしてもよい。形成したストランドには、特定の処理、たとえばＲＦＬ処理液による処理、を行ってもよい。
なお、ＲＦＬ処理液を用いて被膜を形成する場合、ＲＦＬ処理液にストランドを浸漬した後に熱処理すればよい。ＲＦＬ処理液に用いられるゴムラテックスに特に制限はなく、たとえば、アクリルゴム系ラテックス、ウレタンゴム系ラテックス、スチレン・ブタジエンゴム系ラテックス、ニトリルゴム系ラテックス、クロロスルホン化ポリエチレン系ラテックス、それらの変性ラテックス、またはそれらの混合物を用いることができる。被膜は、エポキシ化合物やイソシアネート化合物などの一般的な接着剤を用いて形成してもよい。
炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドとは、公知の方法で束ねることができる。たとえば、中心部ガイド孔とその周囲に配置された複数の外周部ガイド孔とを備えるガイドを用いて束ねることができる。複数の外周部ガイド孔は、中心部ガイド孔の中心からほぼ等しい距離に配置される。
１本または複数本の炭素繊維ストランドは、中心部ガイド孔に通される。炭素繊維ストランドは、無撚りでも下撚りされていてもよい。ガラス繊維ストランドは、外周部ガイド孔に通される。ガラス繊維ストランドは、下撚りされていることが好ましい。これらのストランドが上撚りされて束ねられる。上撚りの撚り数は、０．５〜１０回／２５ｍｍ程度が好ましく、その撚りの方向はガラス繊維ストランドの下撚りの方向と同じ方向であってもよいし、逆方向であってもよい。上撚りと下撚りとを同じ方向とすることによって、すなわち、いわゆるラング撚りとすることによって、耐屈曲疲労性がより高いコードが得られる。
本発明のコードを製造するための装置に限定はなく、様々な装置、たとえば、リング撚糸機やフライヤー撚糸機、撚り線機などを用いることができる。
上述の処理剤のみではマトリックスゴムと補強用コードとの接着強度が不十分な場合には、コードの表面に更に別の接着剤を塗布してもよいし、ゴム被膜（オーバーコート層）を形成してもよい。ゴム被膜によって、コードとマトリックスゴムとの親和性を高めることができる。ゴム被膜のゴムとしては、水素添加ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、クロロプレンゴム、天然ゴム、ウレタンゴム等を用いることができる。これらのゴムは架橋剤とともに用いられる。ゴム被膜のゴムは、通常、マトリックスゴムの種類に応じて公知のゴムから選択される。ゴム被膜の量に特に限定はないが、ゴム被膜形成前のコードの重量に対して、２．０〜１０．０重量％であることが好ましい。
本発明のコードは、様々なゴム製品やゴム部材の補強に用いることができ、特に、歯付きベルトや移動ベルトといったゴムベルトやゴムクローラ（ｒｕｂｂｅｒ ｃｒａｗｌｅｒ）の補強に好適である。本発明の補強用コードは、１本のロープの形態で使用してもよいし、シート状の補強材の形態で使用してもよい。シート状の補強材は、平行に配置された複数の該コードを緩く接着することによって得られる。
＜ゴム製品＞
本発明のゴム製品は、ゴム部と、ゴム部に埋め込まれた補強用コードとを含み、その補強用コードが上記本発明の補強用コードである。本発明は、様々なゴム製品やゴム部材に適用され、たとえば、歯付きベルトや移動ベルトといったゴムベルト、ゴムクローラ、タイヤコードなどに適用される。
本発明のゴム製品では、本発明の補強用コードの占める割合が１０〜７０重量％の範囲であることが好ましい。本発明の補強用コードの量や配置は、ゴム製品に求められる特性に応じて決定される。
以下に、本発明のゴム製品の一例について説明する。図３に、歯付きベルト３０の分解斜視図を示す。歯付きベルト３０は、本体３１と、本体３１に埋め込まれた複数のコード３２とを備える。本体３１は、ゴム、またはゴムと他の材料とによって構成される。コード３２は、本発明の補強用コードであり、歯付きベルト３０の移動方向に平行に配置される。コード３２を除く部分については、公知の部材を適用できる。
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
炭素繊維ストランドにＲＦＬ処理液を含浸させたのち、熱処理（１８０℃で１２０秒間）して乾燥させた。このようにして、被膜が形成された炭素繊維ストランド（被膜２０重量％）を作製した。炭素繊維ストランドには、炭素繊維のフィラメント（直径７．０μｍ）を６０００本束ねた炭素繊維ストランド（４００ｔｅｘ、外径約０．７６ｍｍ、弾性率２３５ＧＰａ、密度約１．７６ｇ／ｃｍ３、無撚品、東邦テナックス株式会社製）を用いた。また、ＲＦＬ処理液には、レゾルシンホルマリン縮合物の溶液（固形分８重量％）と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエンラテックス（固形分４０重量％）と、クロロスルホン化ポリエチレンゴム分散液（固形分４０重量％）とを、固形分重量比で２：１３：６の比で混合した混合物を用いた。
また、被膜が形成されたガラス繊維ストランド（約１００ｔｅｘ、外径約０．３５ｍｍ、弾性率７０ＧＰａ、密度約２．５ｇ／ｃｍ３、被膜２０重量％）を用意した。このガラス繊維ストランドは、ガラス繊維のフィラメント（Ｅガラス組成、直径９μｍ）を６００本束ねたストランドにＲＦＬ処理液を含浸させたのち、熱処理（１８０℃で１２０秒間乾燥）することによって乾燥し、次いで、Ｓ方向に下撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加えることによって製造された。
次に、図１に示すように、１本の炭素繊維ストランドの周囲に９本のガラス繊維ストランドを配置し、Ｚ方向に上撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加えることによって、第１のコード（直径約１．１５ｍｍ）を得た。第１のコードにおいて、炭素繊維ストランドの断面積は、炭素繊維ストランドの断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の３４％であった。また、第１のコードの番手（ｌｉｎｅａｒ ｄｅｎｓｉｔｙ）は１６５０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１６５０ｇであった。
第１のコードに、表１に示す組成のオーバーコート用処理剤を塗布して乾燥させ、オーバーコート層が形成された第２のコードを得た。オーバーコート層の重量は、第１のコードの５重量％であった。
第２のコードについて、コード１本あたりの引張強度、および破断時の伸び（％）を測定した。また、コードに引張荷重を加えてコードの長さの伸びが０．４％になったときのコード１本あたりの引張荷重を測定した。伸長時の引張荷重が大きいほど、寸法安定性が優れていることを示す。初期の引張強度は７１０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは２．７％であった。引張荷重は１１０Ｎ／コードであった。
また、１本の第２のコードを、２枚のゴムシート（幅１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ１ｍｍ）で挟み、両面から１５０℃で２０分間プレス加硫することによって帯状のサンプルを作製した。ゴムシートは、表２で表される成分を配合することによって形成した。
次に、得られたサンプルについて、図４に示す屈曲試験機４０で屈曲試験を行った。屈曲試験機４０は、直径２５ｍｍの１個の平プーリ４１と、モータ（図示せず）と、４個のガイドプーリ４２とを備える。まず、作製されたサンプル４３を、５個のプーリに架けた。そして、サンプル４３の一端４３ａにおもりをつけて、サンプル４３に９．８Ｎの初期張力を与えた。その状態で、サンプル４３の他端４３ｂを図４の矢印の方向に１０ｃｍの移動幅で１万回往復運動させ、平プーリ４１の部分でサンプル４３を繰り返し屈曲させた。屈曲試験は室温で行った。このようにして、サンプル４３の屈曲試験を行ったのち、屈曲試験後のサンプルの引張強度を測定した。そして、屈曲試験前のサンプルの引張強度を１００％としたときの、屈曲試験後のサンプルの引張強度の保持率（％）を求めた。この引張強度の保持率の値が高いほど耐屈曲疲労性に優れていることを示す。実施例１のサンプルの引張強度の保持率は８３％であった。
【実施例２】
まず、実施例１と同様に、被膜を備える炭素繊維ストランドを作製し、これにＳ方向に下撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加えた。このようにして得られた炭素繊維ストランドを用いることを除いて、実施例１と同様の方法で第１のコード（直径１．１８ｍｍ）を作製した。この第１のコードの番手は、１７７０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１７７０ｇであった。
次に、実施例１と同様に、第１のコードの表面にオーバーコート層を形成した。このようにして、オーバーコート層を備える第２のコードを得た。オーバーコート層の重量は、第１のコードの５重量％であった。この第２のコードについて実施例１と同様に評価を行った。また、実施例１と同様に屈曲試験用のサンプルを作製して屈曲試験を行った。
その結果、コード１本あたりの初期の引張強度は１０８０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは２．１％であった。０．４％伸長時のコード１本あたりの引張荷重は２００Ｎ／コードであった。屈曲試験後の引張強度保持率は７１％であった。
［比較例１］
比較例１では、炭素繊維ストランドを用いずにコードを作製した。具体的には、まず、実施例１で用いたガラス繊維ストランド、すなわち、ＲＦＬ処理してＳ方向に下撚りしたガラス繊維ストランドを用意した。このガラス繊維ストランドを１１本束ねてＺ方向に上撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加え、炭素繊維を含まない第１のコード（直径約１．１３ｍｍ）を得た。この第１のコードの番手は１４４０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１４４０ｇであった。
次に、実施例１と同様に、第１のコードの表面にオーバーコート層を形成した。このようにして、オーバーコート層を備える第２のコードを得た。オーバーコート層の重量は、コードの５重量％であった。この第２のコードについて実施例１と同様に評価を行った。また、実施例１と同様に屈曲試験用のサンプルを作製して屈曲試験を行った。
その結果、コード１本あたりの初期の引張強度は８９０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは３．４％であった。０．４％伸長時のコード１本あたりの引張荷重は８０Ｎ／コードであった。また、屈曲試験後の引張強度保持率は５１％であった。
［比較例２］
比較例２では、ガラス繊維ストランドを用いずにコードを作製した。具体的には、まず、炭素繊維のフィラメント（直径６．９μｍ）を１２０００本束ねた炭素繊維ストランド（８００ｔｅｘ、弾性率２４０ＧＰａ、密度約１．８０ｇ／ｃｍ３、無撚品、東邦テナックス株式会社製）に撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加え、上記オーバーコート用処理剤を塗布して乾燥させた。このようにして、オーバーコート層を備えるコード（直径１．１０ｍｍ）を得た。このコードの番手は１１４０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１１４０ｇであった。オーバーコート層の重量は、コードの５重量％であった。このコードについて実施例１と同様に評価を行った。また、実施例１と同様に屈曲試験用のサンプルを作製して屈曲試験を行った。
その結果、コード１本あたりの初期の引張強度は１４４０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは２．１％であった。０．４％伸長時のコード１本あたりの引張荷重は９０Ｎ／コードであった。また、屈曲試験後の引張強度保持率は６８％であった。
実施例１，２および比較例１，２について、ストランドの種類、番手、０．４％伸長時の引張荷重、および引張強度保持率を表３に示す。
表３から明らかなように、実施例１および２のコードは、０．４％伸長時の引張荷重、および引張強度保持率が高く、寸法安定性および耐屈曲疲労性に優れていた。これに対して、補強用繊維としてガラス繊維ストランドのみを用いた比較例１のコードは、伸長時の引張荷重および引張強度保持率がともに低く、寸法安定性および耐屈曲疲労性がともに実施例１および２のコードと比べて劣っていた。また、補強用繊維として炭素繊維ストランドのみを用いた比較例２のコードは、伸長時の引張荷重および引張強度保持率は比較例１のコードよりも高かったが、実施例１および２のコードに比べて劣っていた。
実施例１のコードは、実施例２のコードに比べて、屈曲試験後の引張強度保持率が高く、伸長時の引張荷重は低かった。従って、実施例１のコードは、実施例２のコードよりも耐屈曲疲労性に優れる。また、実施例２のコードは、実施例１のコードよりも寸法安定性に優れる。
撚りコードは、一般的に、撚り数が多くなると耐屈曲疲労性が向上し、撚り数が少なくなると寸法安定性が向上する。実施例１のコードでは、Ｚ方向に上撚りを加える際に、炭素繊維ストランド（下撚りなし）にも撚りが加わる。その結果、炭素繊維ストランドには、Ｚ方向に約２．０回／２５ｍｍの撚りが加わる。一方、実施例２のコードでは、Ｚ方向に上撚りを加える際に、炭素繊維ストランド（Ｓ方向に下撚り）の下撚りが減少し、下撚りがほぼなくなる。これらの撚りの差によって、実施例１のコードと実施例２のコードとの性能差が生じていると考えられる。したがって、上撚り後の炭素繊維ストランドの実質的な撚り数は、耐屈曲疲労性が重視される場合には０．５〜５．０回／２５ｍｍの範囲であることが好ましく、寸法安定性が重視される場合には、０．５回／２５ｍｍ未満（無撚りの場合を含む）であることが好ましい。
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用の可能性】
本発明によれば、ゴム製品の補強に十分な引張強度を有するとともに、寸法安定性および耐屈曲疲労性が高い補強用コードが得られる。該コードは、様々なゴム製品に適用でき、特に、高い寸法安定性と高い耐屈曲疲労性とを要求されるようなゴム製品に好適に用いられる。たとえば、該コードは、タイミングベルトなどの歯付きベルトや、ゴムクローラに好適に用いられる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【技術分野】
本発明は、ゴムを補強するための補強用コードおよびそれを用いたゴム製品に関する。
【背景技術】
ゴムベルトやタイヤといったゴム製品の補強材として、ガラス繊維やアラミド繊維といった補強用繊維が用いられてきた。しかし、これらのゴム製品は屈曲応力を繰り返し受けるため、屈曲疲労によって性能が低下しやすい。その結果、補強用繊維とゴムマトリックスとの間で剥離が生じたり、補強用繊維が摩耗することによって強度低下が生じたりしやすい。そのため、これらのゴム製品に用いられる補強用繊維には、高い耐屈曲疲労性が求められる。
一方、自動車の内燃機関のカムシャフト駆動などに用いられるタイミングベルトでは、適切なタイミングを維持するために高い寸法安定性が要求される。また、インジェクションポンプの補助駆動や、産業機械の動力伝達に用いられるゴムベルトでは、高強度で高弾性であることが要求されている。
上記要求を達成するために、従来から、特定の補強用繊維を含む補強用コードが用いられてきた。補強用繊維としては、たとえば、高強度ガラス繊維や、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維（アラミド繊維）が使用されてきた。最近では、炭素繊維やポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾールからなる繊維も用いられている。例えば、特開平８−１７４７０８号公報には歯付きベルトの抗張体として炭素繊維が提案されている。
ゴムを補強するためのコードには、高強度、高弾性、及び曲げに対する柔軟性や耐摩耗性といった様々な特性が要求される。しかし、１種類の補強用繊維を用いる従来の補強材では、強度と耐屈曲性とのバランスを取ることは難しい。例えば、補強用繊維として炭素繊維を用いた補強用コードは、高強度で高弾性であるが耐屈曲性が低く、屈曲による強度低下が生じやすいという問題があった。
【発明の開示】
このような状況に鑑み、本発明は、ゴム製品の補強に十分な引張強度を有するとともに、寸法安定性および耐屈曲疲労性が高い補強用コードを提供することを目的の１つとする。また、本発明は、その補強用コードを用いたゴム製品を提供することを目的の１つとする。
上記目的を達成するため、本発明の補強用コードは、ゴムを補強するための補強用コードであって、炭素繊維ストランドと前記炭素繊維ストランドの周囲に配置された複数のガラス繊維ストランドとを含む。
また、本発明のゴム製品は、ゴム部と、前記ゴム部に埋め込まれた補強用コードとを含み、前記補強用コードが上記本発明の補強用コードである。
本発明によれば、ゴム製品の補強に十分な引張強度を有するとともに、寸法安定性および耐屈曲疲労性が高い補強用コードが得られる。該コードを用いている本発明のゴム製品は、高性能で耐久性に優れる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の補強用コードの一例を模式的に示す断面図である。
図２は、本発明の補強用コードの構造の一例を模式的に示す図である。
図３は、本発明のゴム製品の一例を示す分解斜視図である。
図４は、屈曲試験の方法を模式的に示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
＜補強用コード＞
本発明の補強用コードは、炭素繊維ストランドと炭素繊維ストランドの周囲に配置された複数のガラス繊維ストランドとを含む。
炭素繊維ストランドは、典型的には炭素繊維のみからなるが、本発明の効果が得られる限り、他の繊維を含んでもよい。炭素繊維ストランドに占める炭素繊維の割合は、通常９９重量％以上であり、典型的には１００重量％である。
ガラス繊維ストランドは、典型的にはガラス繊維のみからなるが、本発明の効果が得られる限り、他の繊維を含んでもよい。ガラス繊維ストランドに占めるガラス繊維の割合は、通常９９重量％以上であり、典型的には１００重量％である。
本発明の補強用コードの繊維ストランドは、典型的には、炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドのみからなる。ただし、本発明の効果が得られる限り、他の繊維からなるストランドを含んでもよい。炭素繊維ストランドの断面積とガラス繊維ストランドの断面積との合計が、繊維ストランドの全断面積に占める割合は、通常９５％以上で、典型的には１００％である。
コードの中心部に配置される炭素繊維ストランドは、その特性によって、コードに対して高い引張強度と優れた寸法安定性を付与する。耐屈曲疲労性が高い補強用コードを得るには、コード及びコードによって補強されるマトリックスゴムが屈曲された場合に、引っ張り応力や圧縮応力を緩和する構造が必要となる。ガラス繊維ストランドは、炭素繊維ストランドに比べて、弾性率が低く耐摩耗性が高い。このようなガラス繊維ストランドで炭素繊維ストランドの周囲を取り巻くことによって、引っ張り応力や圧縮応力を緩和できるため、耐屈曲疲労性が高い補強用コードが得られる。このような効果は、単に炭素繊維とガラス繊維とを混合してストランドを形成しても得られない。本発明の補強用コードは、炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドとを特別な配置で組み合わせたハイブリッドコードであり、強度、寸法安定性および耐屈曲疲労性に優れる。また、ガラス繊維ストランドは、通常、炭素繊維ストランドよりもゴムとの接着性が高いため、本発明の補強用コードはゴムとの接着性に優れる。
炭素繊維ストランドとしては、引張弾性率が１５５〜６５０ＧＰａの範囲のものが好適に用いられる。そのような炭素繊維ストランドの密度は、たとえば１．７４〜１．９７ｇ／ｃｍ３である。特に、直径が４μｍ〜８μｍの炭素フィラメントを５００〜２５０００本束ねて形成される、３０〜２０００ｔｅｘのストランドが好適に使用される。
炭素繊維ストランドの全断面積は、炭素繊維ストランドの全断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の２０〜８０％の範囲であることが好ましい。コードの中心側に配置された炭素繊維ストランドは、高い引張強度と優れた寸法安定性とに寄与する。しかし、コード内における炭素繊維ストランドの割合が高すぎると、静的強度は向上するが、屈曲性が低下する場合がある。そのため、炭素繊維ストランドの全断面積は、炭素繊維ストランドの全断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の８０％以下（より好ましくは７０％以下）であることが好ましい。一方、コード内における炭素繊維ストランドの割合が低すぎると、炭素繊維ストランドによる効果を十分に得ることができない場合がある。そのため、炭素繊維ストランドの全断面積は、炭素繊維ストランドの全断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の２０％以上（より好ましくは４０％以上）であることが好ましい。
炭素繊維ストランドは、撚られていてもよいし、撚られていなくてもよい。炭素繊維ストランドの撚り数は、５．０回／２５ｍｍ以下、すなわち、２５ｍｍあたりの撚り数が５．０回以下であることが好ましい。炭素繊維ストランドの撚り数は、より好ましくは２．５回／２５ｍｍ以下である。
また、炭素繊維ストランドの表面には、接着性を向上させるための処理や繊維がほつれるのを防止するための処理をしてもよい。たとえば、炭素繊維ストランドの表面に、ゴムを含む被膜を形成してもよいし接着剤を塗布してもよい。そのような被膜は、たとえば、レゾルシンおよびホルマリンの初期縮合物とゴムラテックスとの混合物を主成分とする処理液（以下、「ＲＦＬ処理液」という場合がある）を用いて形成できる。レゾルシンおよびホルマリンの初期縮合物には、公知のものを適用できる。たとえば、レゾルシンとホルムアルデヒドをアルカリ性触媒（たとえば水酸化アルカリ）の存在下で反応させて得られるレゾール型の縮合物や、レゾルシンとホルムアルデヒドを酸触媒の存在下で反応させて得られるノボラック型の縮合物を用いることができる。なお、エポキシ化合物やイソシアネート化合物などを用いて、ガラス繊維ストランドの表面の接着性を向上させる処理を行ってもよい。
ガラス繊維ストランドとしては、弾性率が６０〜８０ＧＰａのものが好適に用いられる。そのようなガラス繊維ストランドの密度はたとえば約２．５ｇ／ｃｍ３であり、引張強度はたとえば２５０〜３１０ｃＮ／ｄｔｅｘ（２８０〜３５０ｇｆ／ｄ）である。ガラス繊維ストランドに使用されるガラス繊維としては、たとえば、Ｅガラス繊維のフィラメントや高強度ガラス繊維のフィラメントを用いることができる。ガラス繊維ストランドとしては、ガラスフィラメント（直径がたとえば７〜９μｍ）を２００〜２４００本束ねて下撚りすることによって得られるストランドであって、太さが２０〜４８０ｔｅｘの範囲であるものが好ましく用いられる。
ガラス繊維ストランドはコードの外周側に配置されるため、コードが埋め込まれるマトリックスゴムとの接着性が重要である。ガラス繊維ストランドとマトリックスゴムとの接着性は、接着性を向上させるための処理をガラス繊維ストランドに施したり、ガラス繊維ストランドに撚りを加えたりすることによって向上させることができる。
ガラス繊維ストランドの表面は、レゾルシンおよびホルマリンの縮合物とゴムラテックスとの混合物を主成分とする処理液（ＲＦＬ処理液）で処理されていてもよい。これによって、ガラス繊維ストランドの耐屈曲疲労性を向上でき、また、ガラス繊維ストランドとゴムとの接着性を向上できる。また、他の方法によってガラス繊維ストランドの表面にゴムを含む被膜を形成してもよい。また、ガラス繊維ストランドの表面に接着剤を塗布してもよい。たとえば、エポキシ化合物やイソシアネート化合物などを使用して、ガラス繊維ストランドの表面の接着性を向上させる処理を行ってもよい。
ガラス繊維ストランドは、０．２５〜５．０回／２５ｍｍの範囲の撚り数で下撚りされていてもよい。撚り数をこの範囲とすることによって、耐屈曲疲労性を改善することができる。ガラス繊維ストランドに下撚りが施されている場合、補強用コードは、ガラス繊維ストランドの下撚りの方向とは逆の方向に上撚りされていてもよい。この構成によれば、撚り戻りを減少させることができる。
炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドとが共に下撚りされる場合には、同じ方向に下撚りされていてもよい。
本発明の補強用コードは上撚りされていてもよい。その場合、上撚り数は０．５〜１０回／２５ｍｍの範囲であることが好ましい。
本発明の補強用コードの表面には、ゴムを含む被膜（オーバーコート層）が形成されていてもよい。この被膜は、コードが埋め込まれるマトリックスゴムに応じて選択することが好ましい。たとえば、マトリックスゴムが水素化ニトリルゴム系のゴムである場合には、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）を含む処理液で被膜を形成することが好ましい。
本発明の補強用コードの一例を図１に示す。図１のコード１０は、中心部に配置された炭素繊維ストランド１１と、炭素繊維ストランド１１の周囲に配置された複数のガラス繊維ストランド１２と、すべてのストランドを覆うように形成されたオーバーコート層１３（ハッチングは省略する）とを備える。炭素繊維ストランド１１の表面には、被膜１１ａが形成されており、ガラス繊維ストランド１２の表面には被膜１２ａが形成されている。なお、被膜１１ａおよび１２ａ、ならびにオーバーコート層１３は省略してもよい。
本発明の補強用コードに上撚りが加えられている場合の炭素繊維ストランド１１およびガラス繊維ストランド１２の配置を図２に模式的に示す。この場合、複数のガラス繊維ストランド１２は、炭素繊維ストランド１１を中心として螺旋状に配置される。
炭素繊維ストランド１１の数とガラス繊維ストランド１２の数とは、コードに要求される特性や、ストランドの特性に応じて選択される。［炭素繊維ストランドの数］／［ガラス繊維ストランドの数］の比の好ましい例としては、たとえば、［１］／［３〜３０］、［２］／［６〜３０］および［３］／［１０〜４０］が挙げられる。中心部に配置される炭素繊維ストランドが複数である場合には、複数の炭素繊維ストランドを束ねて撚りを加えてもよいし、撚りを加えなくてもよい。
炭素繊維ストランドは、ガラス繊維ストランドに比べてマトリックスゴムとの接着性が低いことが多い。従って、炭素繊維ストランドがマトリックスゴムと接触しないように、炭素繊維ストランドの周りを取り囲むように複数のガラス繊維ストランドを配置することが好ましい。
本発明のコードは公知の方法で製造できる。本発明のコードを製造する方法の一例を以下に説明する。
繊維ストランドは、繊維のフィラメントを束ねることによって形成できる。ストランドには、下撚りを加えてもよい。また、複数のストランドを束ねて撚りを加え、１本のストランドとしてもよい。形成したストランドには、特定の処理、たとえばＲＦＬ処理液による処理、を行ってもよい。
なお、ＲＦＬ処理液を用いて被膜を形成する場合、ＲＦＬ処理液にストランドを浸漬した後に熱処理すればよい。ＲＦＬ処理液に用いられるゴムラテックスに特に制限はなく、たとえば、アクリルゴム系ラテックス、ウレタンゴム系ラテックス、スチレン・ブタジエンゴム系ラテックス、ニトリルゴム系ラテックス、クロロスルホン化ポリエチレン系ラテックス、それらの変性ラテックス、またはそれらの混合物を用いることができる。被膜は、エポキシ化合物やイソシアネート化合物などの一般的な接着剤を用いて形成してもよい。
炭素繊維ストランドとガラス繊維ストランドとは、公知の方法で束ねることができる。たとえば、中心部ガイド孔とその周囲に配置された複数の外周部ガイド孔とを備えるガイドを用いて束ねることができる。複数の外周部ガイド孔は、中心部ガイド孔の中心からほぼ等しい距離に配置される。
１本または複数本の炭素繊維ストランドは、中心部ガイド孔に通される。炭素繊維ストランドは、無撚りでも下撚りされていてもよい。ガラス繊維ストランドは、外周部ガイド孔に通される。ガラス繊維ストランドは、下撚りされていることが好ましい。これらのストランドが上撚りされて束ねられる。上撚りの撚り数は、０．５〜１０回／２５ｍｍ程度が好ましく、その撚りの方向はガラス繊維ストランドの下撚りの方向と同じ方向であってもよいし、逆方向であってもよい。上撚りと下撚りとを同じ方向とすることによって、すなわち、いわゆるラング撚りとすることによって、耐屈曲疲労性がより高いコードが得られる。
本発明のコードを製造するための装置に限定はなく、様々な装置、たとえば、リング撚糸機やフライヤー撚糸機、撚り線機などを用いることができる。
上述の処理剤のみではマトリックスゴムと補強用コードとの接着強度が不十分な場合には、コードの表面に更に別の接着剤を塗布してもよいし、ゴム被膜（オーバーコート層）を形成してもよい。ゴム被膜によって、コードとマトリックスゴムとの親和性を高めることができる。ゴム被膜のゴムとしては、水素添加ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、クロロプレンゴム、天然ゴム、ウレタンゴム等を用いることができる。これらのゴムは架橋剤とともに用いられる。ゴム被膜のゴムは、通常、マトリックスゴムの種類に応じて公知のゴムから選択される。ゴム被膜の量に特に限定はないが、ゴム被膜形成前のコードの重量に対して、２．０〜１０．０重量％であることが好ましい。
本発明のコードは、様々なゴム製品やゴム部材の補強に用いることができ、特に、歯付きベルトや移動ベルトといったゴムベルトやゴムクローラ（ｒｕｂｂｅｒ ｃｒａｗｌｅｒ）の補強に好適である。本発明の補強用コードは、１本のロープの形態で使用してもよいし、シート状の補強材の形態で使用してもよい。シート状の補強材は、平行に配置された複数の該コードを緩く接着することによって得られる。
＜ゴム製品＞
本発明のゴム製品は、ゴム部と、ゴム部に埋め込まれた補強用コードとを含み、その補強用コードが上記本発明の補強用コードである。本発明は、様々なゴム製品やゴム部材に適用され、たとえば、歯付きベルトや移動ベルトといったゴムベルト、ゴムクローラ、タイヤコードなどに適用される。
本発明のゴム製品では、本発明の補強用コードの占める割合が１０〜７０重量％の範囲であることが好ましい。本発明の補強用コードの量や配置は、ゴム製品に求められる特性に応じて決定される。
以下に、本発明のゴム製品の一例について説明する。図３に、歯付きベルト３０の分解斜視図を示す。歯付きベルト３０は、本体３１と、本体３１に埋め込まれた複数のコード３２とを備える。本体３１は、ゴム、またはゴムと他の材料とによって構成される。コード３２は、本発明の補強用コードであり、歯付きベルト３０の移動方向に平行に配置される。コード３２を除く部分については、公知の部材を適用できる。
【実施例】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例１】
炭素繊維ストランドにＲＦＬ処理液を含浸させたのち、熱処理（１８０℃で１２０秒間）して乾燥させた。このようにして、被膜が形成された炭素繊維ストランド（被膜２０重量％）を作製した。炭素繊維ストランドには、炭素繊維のフィラメント（直径７．０μｍ）を６０００本束ねた炭素繊維ストランド（４００ｔｅｘ、外径約０．７６ｍｍ、弾性率２３５ＧＰａ、密度約１．７６ｇ／ｃｍ３、無撚品、東邦テナックス株式会社製）を用いた。また、ＲＦＬ処理液には、レゾルシンホルマリン縮合物の溶液（固形分８重量％）と、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエンラテックス（固形分４０重量％）と、クロロスルホン化ポリエチレンゴム分散液（固形分４０重量％）とを、固形分重量比で２：１３：６の比で混合した混合物を用いた。
また、被膜が形成されたガラス繊維ストランド（約１００ｔｅｘ、外径約０．３５ｍｍ、弾性率７０ＧＰａ、密度約２．５ｇ／ｃｍ３、被膜２０重量％）を用意した。このガラス繊維ストランドは、ガラス繊維のフィラメント（Ｅガラス組成、直径９μｍ）を６００本束ねたストランドにＲＦＬ処理液を含浸させたのち、熱処理（１８０℃で１２０秒間乾燥）することによって乾燥し、次いで、Ｓ方向に下撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加えることによって製造された。
次に、図１に示すように、１本の炭素繊維ストランドの周囲に９本のガラス繊維ストランドを配置し、Ｚ方向に上撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加えることによって、第１のコード（直径約１．１５ｍｍ）を得た。第１のコードにおいて、炭素繊維ストランドの断面積は、炭素繊維ストランドの断面積とガラス繊維ストランドの全断面積との合計の３４％であった。また、第１のコードの番手（ｌｉｎｅａｒ ｄｅｎｓｉｔｙ）は１６５０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１６５０ｇであった。
第１のコードに、表１に示す組成のオーバーコート用処理剤を塗布して乾燥させ、オーバーコート層が形成された第２のコードを得た。オーバーコート層の重量は、第１のコードの５重量％であった。
第２のコードについて、コード１本あたりの引張強度、および破断時の伸び（％）を測定した。また、コードに引張荷重を加えてコードの長さの伸びが０．４％になったときのコード１本あたりの引張荷重を測定した。伸長時の引張荷重が大きいほど、寸法安定性が優れていることを示す。初期の引張強度は７１０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは２．７％であった。引張荷重は１１０Ｎ／コードであった。
また、１本の第２のコードを、２枚のゴムシート（幅１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ１ｍｍ）で挟み、両面から１５０℃で２０分間プレス加硫することによって帯状のサンプルを作製した。ゴムシートは、表２で表される成分を配合することによって形成した。
次に、得られたサンプルについて、図４に示す屈曲試験機４０で屈曲試験を行った。屈曲試験機４０は、直径２５ｍｍの１個の平プーリ４１と、モータ（図示せず）と、４個のガイドプーリ４２とを備える。まず、作製されたサンプル４３を、５個のプーリに架けた。そして、サンプル４３の一端４３ａにおもりをつけて、サンプル４３に９．８Ｎの初期張力を与えた。その状態で、サンプル４３の他端４３ｂを図４の矢印の方向に１０ｃｍの移動幅で１万回往復運動させ、平プーリ４１の部分でサンプル４３を繰り返し屈曲させた。屈曲試験は室温で行った。このようにして、サンプル４３の屈曲試験を行ったのち、屈曲試験後のサンプルの引張強度を測定した。そして、屈曲試験前のサンプルの引張強度を１００％としたときの、屈曲試験後のサンプルの引張強度の保持率（％）を求めた。この引張強度の保持率の値が高いほど耐屈曲疲労性に優れていることを示す。実施例１のサンプルの引張強度の保持率は８３％であった。
【実施例２】
まず、実施例１と同様に、被膜を備える炭素繊維ストランドを作製し、これにＳ方向に下撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加えた。このようにして得られた炭素繊維ストランドを用いることを除いて、実施例１と同様の方法で第１のコード（直径１．１８ｍｍ）を作製した。この第１のコードの番手は、１７７０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１７７０ｇであった。
次に、実施例１と同様に、第１のコードの表面にオーバーコート層を形成した。このようにして、オーバーコート層を備える第２のコードを得た。オーバーコート層の重量は、第１のコードの５重量％であった。この第２のコードについて実施例１と同様に評価を行った。また、実施例１と同様に屈曲試験用のサンプルを作製して屈曲試験を行った。
その結果、コード１本あたりの初期の引張強度は１０８０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは２．１％であった。０．４％伸長時のコード１本あたりの引張荷重は２００Ｎ／コードであった。屈曲試験後の引張強度保持率は７１％であった。
［比較例１］
比較例１では、炭素繊維ストランドを用いずにコードを作製した。具体的には、まず、実施例１で用いたガラス繊維ストランド、すなわち、ＲＦＬ処理してＳ方向に下撚りしたガラス繊維ストランドを用意した。このガラス繊維ストランドを１１本束ねてＺ方向に上撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加え、炭素繊維を含まない第１のコード（直径約１．１３ｍｍ）を得た。この第１のコードの番手は１４４０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１４４０ｇであった。
次に、実施例１と同様に、第１のコードの表面にオーバーコート層を形成した。このようにして、オーバーコート層を備える第２のコードを得た。オーバーコート層の重量は、コードの５重量％であった。この第２のコードについて実施例１と同様に評価を行った。また、実施例１と同様に屈曲試験用のサンプルを作製して屈曲試験を行った。
その結果、コード１本あたりの初期の引張強度は８９０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは３．４％であった。０．４％伸長時のコード１本あたりの引張荷重は８０Ｎ／コードであった。また、屈曲試験後の引張強度保持率は５１％であった。
［比較例２］
比較例２では、ガラス繊維ストランドを用いずにコードを作製した。具体的には、まず、炭素繊維のフィラメント（直径６．９μｍ）を１２０００本束ねた炭素繊維ストランド（８００ｔｅｘ、弾性率２４０ＧＰａ、密度約１．８０ｇ／ｃｍ３、無撚品、東邦テナックス株式会社製）に撚り（２．０回／２５ｍｍ）を加え、上記オーバーコート用処理剤を塗布して乾燥させた。このようにして、オーバーコート層を備えるコード（直径１．１０ｍｍ）を得た。このコードの番手は１１４０ｔｅｘ、すなわち、長さ１０００ｍあたりの重量が１１４０ｇであった。オーバーコート層の重量は、コードの５重量％であった。このコードについて実施例１と同様に評価を行った。また、実施例１と同様に屈曲試験用のサンプルを作製して屈曲試験を行った。
その結果、コード１本あたりの初期の引張強度は１４４０Ｎ／コードであった。破断時の伸びは２．１％であった。０．４％伸長時のコード１本あたりの引張荷重は９０Ｎ／コードであった。また、屈曲試験後の引張強度保持率は６８％であった。
実施例１，２および比較例１，２について、ストランドの種類、番手、０．４％伸長時の引張荷重、および引張強度保持率を表３に示す。
表３から明らかなように、実施例１および２のコードは、０．４％伸長時の引張荷重、および引張強度保持率が高く、寸法安定性および耐屈曲疲労性に優れていた。これに対して、補強用繊維としてガラス繊維ストランドのみを用いた比較例１のコードは、伸長時の引張荷重および引張強度保持率がともに低く、寸法安定性および耐屈曲疲労性がともに実施例１および２のコードと比べて劣っていた。また、補強用繊維として炭素繊維ストランドのみを用いた比較例２のコードは、伸長時の引張荷重および引張強度保持率は比較例１のコードよりも高かったが、実施例１および２のコードに比べて劣っていた。
実施例１のコードは、実施例２のコードに比べて、屈曲試験後の引張強度保持率が高く、伸長時の引張荷重は低かった。従って、実施例１のコードは、実施例２のコードよりも耐屈曲疲労性に優れる。また、実施例２のコードは、実施例１のコードよりも寸法安定性に優れる。
撚りコードは、一般的に、撚り数が多くなると耐屈曲疲労性が向上し、撚り数が少なくなると寸法安定性が向上する。実施例１のコードでは、Ｚ方向に上撚りを加える際に、炭素繊維ストランド（下撚りなし）にも撚りが加わる。その結果、炭素繊維ストランドには、Ｚ方向に約２．０回／２５ｍｍの撚りが加わる。一方、実施例２のコードでは、Ｚ方向に上撚りを加える際に、炭素繊維ストランド（Ｓ方向に下撚り）の下撚りが減少し、下撚りがほぼなくなる。これらの撚りの差によって、実施例１のコードと実施例２のコードとの性能差が生じていると考えられる。したがって、上撚り後の炭素繊維ストランドの実質的な撚り数は、耐屈曲疲労性が重視される場合には０．５〜５．０回／２５ｍｍの範囲であることが好ましく、寸法安定性が重視される場合には、０．５回／２５ｍｍ未満（無撚りの場合を含む）であることが好ましい。
本発明は、その意図および本質的な特徴から逸脱しない限り、他の実施形態に適用しうる。この明細書に開示されている実施形態は、あらゆる点で説明的なものであってこれに限定されない。本発明の範囲は、上記説明ではなく添付したクレームによって示されており、クレームと均等な意味および範囲にあるすべての変更はそれに含まれる。
【産業上の利用の可能性】
本発明によれば、ゴム製品の補強に十分な引張強度を有するとともに、寸法安定性および耐屈曲疲労性が高い補強用コードが得られる。該コードは、様々なゴム製品に適用でき、特に、高い寸法安定性と高い耐屈曲疲労性とを要求されるようなゴム製品に好適に用いられる。たとえば、該コードは、タイミングベルトなどの歯付きベルトや、ゴムクローラに好適に用いられる。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムを補強するための補強用コードであって、炭素繊維ストランドと前記炭素繊維ストランドの周囲に配置された複数のガラス繊維ストランドとを含む補強用コード。
【請求項２】
前記炭素繊維ストランドの全断面積が、前記炭素繊維ストランドの全断面積と前記ガラス繊維ストランドの全断面積との合計の２０〜８０％の範囲である請求項１に記載の補強用コード。
【請求項３】
前記炭素繊維ストランドの撚り数が５．０回／２５ｍｍ以下である請求項１に記載の補強用コード。
【請求項４】
前記ガラス繊維ストランドの表面が、レゾルシンおよびホルマリンの縮合物とゴムラテックスとを主成分とする処理液によって処理されている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項５】
前記ガラス繊維ストランドが、０．２５〜５．０回／２５ｍｍの範囲の撚り数で下撚りされている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項６】
前記ガラス繊維ストランドの下撚りの方向とは逆の方向に上撚りされている請求項５に記載の補強用コード。
【請求項７】
前記炭素繊維ストランドと前記ガラス繊維ストランドとが同じ方向に下撚りされている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項８】
上撚り数が０．５〜１０回／２５ｍｍの範囲である請求項１に記載の補強用コード。
【請求項９】
表面がゴムで被覆されている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項１０】
ゴム部と、前記ゴム部に埋め込まれた補強用コードとを含み、前記補強用コードが請求項１に記載の補強用コードであるゴム製品。
【請求項１１】
前記補強用コードの占める割合が１０〜７０重量％の範囲である請求項１０に記載のゴム製品。
【請求項１】
ゴムを補強するための補強用コードであって、炭素繊維ストランドと前記炭素繊維ストランドの周囲に配置された複数のガラス繊維ストランドとを含む補強用コード。
【請求項２】
前記炭素繊維ストランドの全断面積が、前記炭素繊維ストランドの全断面積と前記ガラス繊維ストランドの全断面積との合計の２０〜８０％の範囲である請求項１に記載の補強用コード。
【請求項３】
前記炭素繊維ストランドの撚り数が５．０回／２５ｍｍ以下である請求項１に記載の補強用コード。
【請求項４】
前記ガラス繊維ストランドの表面が、レゾルシンおよびホルマリンの縮合物とゴムラテックスとを主成分とする処理液によって処理されている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項５】
前記ガラス繊維ストランドが、０．２５〜５．０回／２５ｍｍの範囲の撚り数で下撚りされている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項６】
前記ガラス繊維ストランドの下撚りの方向とは逆の方向に上撚りされている請求項５に記載の補強用コード。
【請求項７】
前記炭素繊維ストランドと前記ガラス繊維ストランドとが同じ方向に下撚りされている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項８】
上撚り数が０．５〜１０回／２５ｍｍの範囲である請求項１に記載の補強用コード。
【請求項９】
表面がゴムで被覆されている請求項１に記載の補強用コード。
【請求項１０】
ゴム部と、前記ゴム部に埋め込まれた補強用コードとを含み、前記補強用コードが請求項１に記載の補強用コードであるゴム製品。
【請求項１１】
前記補強用コードの占める割合が１０〜７０重量％の範囲である請求項１０に記載のゴム製品。
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０９０２２４
【国際公開日】平成１６年１０月２１日（２００４．１０．２１）
【発行日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０５３０８（Ｐ２００５−５０５３０８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００５０３７
【国際出願日】平成１６年４月７日（２００４．４．７）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【Ｆターム（参考）】
【国際公開日】平成１６年１０月２１日（２００４．１０．２１）
【発行日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＪＰ２００４／００５０３７
【国際出願日】平成１６年４月７日（２００４．４．７）
【出願人】（０００００４００８）日本板硝子株式会社 (853)
【Ｆターム（参考）】
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