ゴム製歯付ベルト
【課題】高負荷走行時の耐久性を向上させた歯付ベルトを提供すること。
【解決手段】ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部２、及び、心線３が埋設された背部４を含む、ゴムを基材としたベルト本体１０と、複数の歯部２の表面を被覆する歯布５とを有する歯付ベルト１であって、心線３が化学繊維からなり、ベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内にある。
【解決手段】ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部２、及び、心線３が埋設された背部４を含む、ゴムを基材としたベルト本体１０と、複数の歯部２の表面を被覆する歯布５とを有する歯付ベルト１であって、心線３が化学繊維からなり、ベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム製歯付ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高負荷がかかるエンジンや駆動装置に使用されるゴム製歯付ベルトとして、ベルト長手方向に所定間隔で配置された歯部と、心線を埋設した背部と、歯部の表面を被覆する歯布とを有するものが一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような歯付ベルトにおいては、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持するために、高モジュラス性が求められることから、ベルト中における心線断面積が大きいことが好ましい。そこで、高負荷用歯付ベルトには、下撚りコードを多数撚り合わせた太径撚糸心線が広く用いられている。また、この太径撚糸心線を構成する繊維の素材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維等の高モジュラス繊維が使用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６８３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、歯付ベルトに、高モジュラス繊維からなる太径撚糸心線を使用した場合には、（１）屈曲疲労性の悪化、及び、（２）高負荷走行時の心線撚り締まりによる初期伸びの増大、という２つの問題が生じる。
【０００６】
屈曲疲労性が悪いと、プーリ上での噛み合い時における心線の屈曲回数が増えるにつれ屈曲劣化が大きくなり、この屈曲劣化に起因して生じる心線の伸びによってベルトの張力低下が顕著になる。さらに屈曲低下が大きくなると、歯欠けによるベルト故障が生じる前に、早期にベルトが破断してしまう。
【０００７】
一方で、高負荷走行状態における心線撚り締まりによる初期伸びが大きいと、走行初期の張力低下が大きくなる。このように張力低下が大きくなると、適度な張力でプーリに巻き掛けられた状態と比較して、ベルト歯ピッチが変化し、ベルトの歯部を被覆する歯布の偏摩耗から発生する歯部クラック等の不具合が生じやすい。また、高負荷走行条件において、初期伸びによる心線の寸法変化が大きいときには、噛み合い不良からの剥離故障を引き起こしやすい。
【０００８】
しかしながら、上記（１）、（２）は相反する関係にある。即ち、屈曲疲労性の低下を改善すべく心線の撚数を増やすと、初期伸びが大きくなる。逆に、初期伸びを抑制するために心線の撚数を減らすと、屈曲疲労性が悪化する。従って、（１）、（２）の問題点の両方を極力抑制して耐久性を高めるためには、心線の太さや撚数等を適切に決定する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、高負荷走行時の耐久性を向上させた歯付ベルトを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
第１の発明のゴム製歯付ベルトは、ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、ベルトの幅方向に並ぶ心線の本数をｎ、心線径をＤｃ、ベルト幅をＢとしたときに、Ｒ＝ｎ×Ｄｃ／Ｂ×１００で求められる、ベルトの心線占有率Ｒが、７５％以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
ベルトの幅方向に関する心線占有率を７５％以上とすることにより、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持できる、モジュラスの高い歯付ベルトが得られ、高負荷時の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明のゴム製歯付ベルトは、ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、
前記心線が化学繊維からなり、ベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内にあることを特徴とするものである。
【００１３】
心線断面積を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を抑制でき、高負荷走行時の耐久性に優れたゴム製歯付ベルトが得られる。
【００１４】
第３の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１又は第２の発明において、前記心線の撚り数をＴ（回／ｍ）、太さをＤ（ｔｅｘ）としたときに、Ｋ＝Ｔ×Ｄ１／２／９６０で算出される、前記心線の撚係数Ｋが、１．５≦Ｋ≦２．５の範囲内にあることを特徴とするものである。
【００１５】
心線の撚係数を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を一層抑制でき、高負荷走行時の耐久性がさらに優れたゴム製歯付ベルトが得られる。
【００１６】
第４の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記歯布が、経糸と少なくとも２種類の緯糸とが織成された多重織構造を有し、
前記経糸がナイロン繊維であり、前記２種類の緯糸のうちの前記歯布の表面側に位置する緯糸がフッ素系繊維であることを特徴とするものである。
【００１７】
歯布を織成する緯糸のうち、歯布の表面側に位置する緯糸をフッ素系繊維とすることによって、歯布と歯付プーリとの間の摩擦を低減することができる。また、歯布の歯部との接着側に位置する緯糸にはフッ素系繊維以外の繊維を使用することで、歯布と歯部のゴムとの接着力を高めることが可能となる。
【００１８】
第５の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第４の発明において、前記フッ素系繊維の周囲に、前記ベルト本体の加硫温度で軟化又は融解する、低融点繊維が配されていることを特徴とするものである。
【００１９】
この構成によれば、ベルト本体のゴムを高温で硬化（加硫）させるときに、低融点繊維が軟化又は融解し、歯布を構成する繊維間に流れ込んだ後、低融点繊維が結晶化する。そのため、歯付プーリへの噛み込み時、あるいは、歯付プーリからの噛み抜け時に、歯布表面に生じる衝撃や摩耗によってフッ素系繊維が切断・飛散するのが抑制される。これにより、ベルト本体をより長期間保護して、ベルトの歯欠けを防止することができ、高負荷走行時の高寿命化が可能となる。
【００２０】
ここで、前記低融点繊維としては、少なくともポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、又は、オレフィン系繊維を使用することができる（第６の発明）。
【００２１】
第７の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記歯布は、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系化合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１種類の加硫助剤、又は、前記加硫助剤を水に分散させたものが添加されたレゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス処理液に含浸され、乾燥した後に、前記歯部に接着されていることを特徴とするものである。
【００２２】
このように、歯布が、加硫助剤が添加されたレゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス（ＲＦＬ）処理液に含浸され、乾燥された状態で、歯部に接着されていることから、ゴムを基材とするベルト本体の歯部と、歯布との接着力が高まり、歯布の剥離が抑えられる。
【００２３】
第８の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１〜第７の何れかの発明において、前記歯部の、５０％伸張時のモジュラスが少なくとも５ＭＰａ以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
これによると、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持できる、モジュラスの高い歯付ベルトが得られる。
【００２５】
第９の発明のゴム製歯付ベルトは、第１〜第８の何れかの発明において、前記背部に複数本の前記心線がベルト幅方向に並べて埋設され、ベルト幅方向の心線間距離が、無張力状態における心線径以下であることを特徴とするものである。
【００２６】
これによると、ベルト幅方向に関して心線が密に配置されるため、モジュラスの高い歯付ベルトが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る歯付ベルトの断面斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の歯付ベルト１は、ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部２、及び、複数の心線３が埋設された背部４とを有するベルト本体と、複数の歯部２の表面を被覆する歯布５とを有する。
【００２９】
複数の歯部２と背部４とを有するベルト本体１０は、ゴムを基材とする。このベルト本体１０に使用される原料ゴムは、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）を始めとして、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン（ＡＣＳＭ）、クロロプレンゴムなどの耐熱老化性の改善されたものが好適である。
【００３０】
特に、少なくとも歯部２を構成するゴムの硬度が、ＪＩＳ−Ａ硬度で８９度〜９７度であることが好ましい。また、５０％伸張時のモジュラスが少なくとも５ＭＰａ以上であることが好ましい。このような高モジュラスなゴムとして、例えば、ＨＮＢＲと、ＨＮＢＲにポリメタクリル酸亜鉛を高度に微分散させたもの（例えば、日本ゼオン製、商品名「ＺＳＣ」等）をブレンドしたものに、シリカ、カーボン、及び、短繊維を配合して補強したものが好適に用いられる。これにより、ベルト本体１０のモジュラスが高まり、高負荷走行時においても歯部２の歯付ベルト１との噛み合いが維持される。
【００３１】
ベルト本体１０の背部４には、それぞれベルト長手方向に延在する複数の心線３が、ベルト幅方向に並べて背部４に埋設されている。この心線３は、化学繊維からなる下撚りコードを多数本撚り合わせた太径撚糸心線である。また、心線３を構成する化学繊維としては、例えば、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサザール）繊維、ポリアリレート繊維、アラミド繊維、炭素繊維等を好適に使用できる。
【００３２】
また、心線３として、歯付ベルト１の１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内のものが使用される。より好ましくは、心線断面積が１．１０〜１．６６ｍｍ２の範囲のものが好ましいが、製造上のバラツキや心線断面積測定上の誤差が発生する可能性があり、上限値は１．７０ｍｍ２となってもよい。心線３の断面積を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線３の撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を抑制でき、高負荷走行時の耐久性に優れた歯付ベルト１が得られる。さらに、撚り数をＴ（回／ｍ）、太さをＤ（ｔｅｘ）としたときに、Ｋ＝Ｔ×Ｄ１／２／９６０の式で算出される撚係数Ｋが、１．５≦Ｋ≦２．５の範囲内にあるコードが使用されることが好ましい。心線３の撚係数を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線３の撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を一層抑制でき、高負荷走行時の耐久性がさらに優れた歯付ベルト１が得られる。
【００３３】
尚、ベルト１の幅方向に心線３が密に配置されていると、ベルト１のモジュラスが高くなる。具体的には、歯付ベルト１の幅方向に並ぶ心線３の本数をｎ、心線径をＤｃ（ｍｍ）、ベルト幅（背部４の幅）をＢ（ｍｍ）としたときに、Ｒ＝ｎ×Ｄｃ／Ｂ×１００で求められる、ベルト１の心線占有率Ｒが、７５％以上であることが好ましい。尚、ここでの「心線径」とは、ベルト本体１０内に埋設された状態での心線３の径である。このように、心線占有率を７５％以上に設定することにより、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持できる、モジュラスの高い歯付ベルトが得られる。
【００３４】
さらに、ベルト幅方向の心線間距離（ピッチ）は、無張力状態における心線径以下であることが好ましい。尚、「無張力状態」とは、背部４に埋設される前の、心線３に張力がほとんど作用していない状態（より具体的には、張力４．９Ｎ（０．５ｋｇｆ）以下の状態）を示す。このように、心線間距離を無張力状態における心線径以下とすることで、ベルト幅方向に関して心線３が密に配置され、モジュラスの高い歯付ベルト１が得られる。
【００３５】
歯布５は、ベルト幅方向に延在する経糸６とベルトの長手方向に延在する緯糸７とを織成してなる繊維織物を基材とする。また、この繊維織物は、平織物や綾織物、朱子織物などからなる。この繊維織物を構成する繊維材料としては、例えば、アラミド繊維、ウレタン弾性糸、脂肪族繊維糸（6ナイロン、66ナイロン、ポリエステル、ポリビニルアルコール等）等を使用できる。
【００３６】
さらに、前記繊維織物として、少なくとも２種類の緯糸７と１種類の経糸６とが織成された多重織（２重織）構造のものを採用することもできる。この場合、経糸６をナイロン繊維とし、緯糸７にはフッ素系繊維、ナイロン繊維、及び、ウレタン弾性糸を使用することが好ましい。また、緯糸７のうちの、少なくとも歯布５の表面側（歯付プーリとの噛み合い側）に位置する（露出する）緯糸７としては、歯布５と歯付プーリとの間の摩擦を低減するために、摩擦係数が低いフッ素系繊維（例えば、ＰＴＦＥ繊維）を使用することが好ましい。一方、歯布５の歯部２との接着側に位置する緯糸７には、フッ素系繊維以外の繊維（ナイロン繊維やウレタン弾性糸）を使用することで、歯布５と歯部２を構成するゴムとの接着力を高めることが可能となる。
【００３７】
また、フッ素系繊維の周囲に、ゴムを基材とするベルト本体１０の加硫温度で融解又は軟化する性質を有する、低融点繊維が配されていることが好ましい。具体的には、例えば、フッ素系繊維と低融点繊維が混撚されている、又は、フッ素系繊維が低融点繊維によってカバーされているなどの形態が含まれる。尚、ベルト本体１０の加硫条件（加硫温度や加硫時間）は、特に限定されるものではなく、加硫剤や加硫促進剤の種類や加硫手段等を考慮して、通常、ムーニー粘度計やその他の加硫挙動測定機を用いて測定した加硫曲線を参照して決定される。このようにして決定される一般的な加硫条件は、加硫温度１００〜２００℃で、加硫時間１分〜５時間程度である。必要により二次加硫を行ってもよい。
【００３８】
この場合、ベルト本体１０の加硫時に低融点繊維が軟化又は融解し、歯布５を構成する繊維間に流れ込んだ後、低融点繊維が結晶化する。そのため、歯付プーリへの噛み込み時、あるいは、歯付プーリからの噛み抜け時に、歯布５の表面に生じる衝撃や摩耗によってフッ素系繊維が切断・飛散するのが抑制される。これにより、ベルト本体１０をより長期間保護して、ベルトの歯欠けを防止することができ、高負荷走行時の高寿命化が可能となる。
【００３９】
ここで、低融点繊維としては、例えば、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、又は、オレフィン系繊維を使用することができる。
【００４０】
低融点繊維として使用可能なポリアミド系繊維としては、Ｗ−アミノカルボン酸成分又はジカルボン酸成分とジアミンとの組み合わせからなる、共重合ポリアミド類のものがある。
【００４１】
ポリエステル系繊維としては芯鞘型複合繊維が好ましい。融点がベルト本体１０の加硫温度よりも高い芯成分のポリエステル系ポリマーは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、それらの共重合体であり、加硫温度よりも融点の低い鞘成分の共重合ポリエステルは、二塩基酸とジオールの重縮合反応で得られ、その例としては、テレフタル酸とジエチレングリコールをベースに共重合成分として、イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどが挙げられ、その組み合わせ及び共重合比率により融点を調整可能である。
【００４２】
オレフィン系繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維（例えば、高密度ポリエチレン繊維、中密度ポリエチレン繊維、低密度ポリエチレン繊維、直鎖状低密度ポリエチレン繊維、超高分子量ポリエチレン繊維）などが挙げられる。
【００４３】
また、これらを共重合させたものでも良く、さらには、ベルト加硫温度で軟化又は融解する繊維であれば、その撚糸方法や構成について特に限定されるものではない。さらに、これら低融点繊維の表面に、接着処理剤との親和性を上げることを目的として、プラズマ処理等がなされてもよい。
【００４４】
この歯布５は、以下のような工程を含む一連の接着処理を経て、歯部２を構成するゴムに接着される。
【００４５】
（１）歯布５を構成する繊維織物を、レゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス処理液（以下、ＲＦＬ処理液という）に含浸し、乾燥させる。
【００４６】
ここで、前記ＲＦＬ処理液には、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系化合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１つの加硫助剤、又は、これらの加硫助剤を水に分散させたものを添加することが好ましい。
【００４７】
硫黄化合物の水分散物としては、例えば、硫黄の水分散物やテトラメチルチウラムジスルフィドなどが採用され得る。キノンオキシム系化合物としては、例えば、p-キノンジオキシムなどが採用され得る。メタアクリレート系化合物としては、例えば、エチレングリコールジメタクリレートやトリメチロールプロパントリメタクリレートなどが採用され得る。マレイミド系化合物としては、例えば、N,N’-m-フェニレンビスマレイミドやN,N’-(4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド)などが採用され得る。
【００４８】
尚、上述した「当該加硫助剤を水に分散させたもの」における「水」は、例えばアルコールなどのメタノールを若干程度含むものであってもよい。これによれば、「当該加硫助剤」が水に対して不溶性の場合であっても、「当該加硫助剤」の水に対する親和性が向上して「当該加硫助剤」が分散し易くなる。
【００４９】
このように、ＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加することで以下の効果が期待される。即ち、ＲＦＬ処理液中に含まれるゴムラテックス成分と外層ゴム（後記（２）のゴム糊処理や（３）のCoat処理で形成されるゴム糊又は圧延ゴムを意味する。Coat処理が省略される場合は歯部２を構成するゴムを意味する。）との層間の化学的結合力が強化されることで、接着性が向上し、歯布５の剥離が抑制される。更に期待される効果として、ＲＦＬ処理液中に含まれるゴムラテックス成分自身の化学的結合力（架橋の力）が強化され、その結果、接着層の凝集破壊による剥離（即ち、層間剥離）よりも、接着対象である上記外層ゴムの破壊による剥離が先行すると考えられる。
【００５０】
また、ＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加する場合、繊維織物の含浸処理を２回に分けて実行してもよい。この場合、まず、１回目のＲＦＬ含浸処理においては、ＲＦＬ処理液には、前述した何れの加硫助剤も添加しないこととする。これは、１回目の処理工程においては、ゴムラテックス成分の架橋よりもＲＦの熱硬化を優先するためである。
【００５１】
一方、２回目のＲＦＬ含浸処理においては、１回目のＲＦＬ処理液と比較してゴムラテックス成分を多く含み、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系化合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１つの加硫助剤、又は、加硫助剤を水に分散させたものを添加したＲＦＬ処理液を使用する。尚、１回目の含浸処理と２回目の含浸処理とで、ＲＦＬ処理液のゴムラテックス成分の割合に差を設けるのは、親和性の異なる繊維とゴムの両方に対する、ＲＦＬ層の接着性を高めるためである。
【００５２】
（２）繊維織物に、ゴム組成物を溶剤に溶かしたゴム糊からなる接着処理剤を付着させた後にベーキング処理する、２種類のゴム糊処理（Ｐ１処理、Ｓ１処理）を行う。
【００５３】
（３）繊維織物の表面に、ゴム糊と圧延ゴムとをこの順にコーティングする。本工程は、Coat処理とも称される。「この順に」とあるのは、詳細には「繊維織物から歯部２へ向かって、この順に」を意味する。ここで、ＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加した場合には、このCoat処理で使用するゴム糊と圧延ゴムにも、ＲＦＬ処理液に添加した加硫助剤と同一の加硫助剤を添加することが好ましい。これにより、(a)ＲＦＬ処理液で処理された繊維織物とゴム糊の間の接着力、(b)ＲＦＬ処理液で処理された繊維織物と圧延ゴムの間の接着力、(c)ＲＦＬ処理液で処理された繊維織物とゴム糊と圧延ゴムの間の接着力、の著しい改善が期待される。
【００５４】
尚、上記（１）〜（３）の処理は、全てを行う必要はなく、必要に応じて、何れか１つ、あるいは、２以上の複数を組み合わせて行う。例えば、（１）の処理においてＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加する場合には、この処理のみで繊維織物とゴム間の接着力がかなり高められることから、（２）のゴム糊処理を省略してもよい。
【００５５】
（耐久試験）
次に、２軸高負荷走行試験を用いた耐久試験を行って、本発明の歯付ベルトの技術的効果を検証した。
【００５６】
［試験条件］
試験機：２軸高負荷走行試験機
評価ベルトサイズ：130H14M20（ベルト歯数：１３０歯、歯型：H14M、ベルト幅：２０ｍｍ）
駆動プーリ歯数：３３歯
従動プーリ歯数：６１歯
設定張力：５５０Ｎ
回転数：１２００ｒｐｍ
負荷：従動プーリに対して６２６Ｎｍ（走行条件１）、５５４Ｎｍ（走行条件２）、４８０Ｎｍ（走行条件３）の何れか
【００５７】
その他、本耐久試験で使用されるベルトの、ゴム配合、心線構成、及び、歯布構成を、表１、表２、及び、表３にそれぞれ示す。また、表１には、使用されている３種類のゴム配合(R-0,R-1,R-2)のそれぞれについて、硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）とＭ５０（５０％伸張モジュラス：ＭＰａ）も併記している。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
表３に示すように、５種類の歯布のうち、Ｆ−２の緯糸には、フッ素系繊維であるＰＴＦＥ繊維が配合されている。さらに、Ｆ−３，Ｆ−４，Ｆ−５の３種類の歯布には、緯糸に、ＰＴＦＥ繊維だけでなく、ゴム加硫温度で軟化又は融解する性質を有する低融点繊維である、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、オレフィン系繊維がそれぞれ配合されている。具体的には、本試験で使用したベルトのゴム加硫条件は、加硫温度１６５℃、加硫時間３０分である。一方で、今回使用したポリエステル系繊維（ユニチカ株式会社製「コルネッタ」）は、芯部融点が２５６℃、鞘部融点が１６０℃である。また、ポリアミド系繊維（ユニチカ株式会社製「フロールＭ」）は融点が１３５℃である。さらに、オレフィン系繊維（東洋紡績株式会社製「ダイニーマ」）は融点が１４０℃である。
【００６２】
また、歯布接着処理に用いられる、ＲＦＬ処理液の配合、ゴム糊処理（Ｐ１処理及びＳ１処理）の配合、及び、Coat処理用ゴム配合を、表４、表５、及び、表６にそれぞれ示す。
【００６３】
【表４】
【００６４】
【表５】
【００６５】
【表６】
【００６６】
尚、上記表１〜表６中、特記ない限り、数字の単位は[wt%]であり、斜線は「添加なし」又は「処理なし」を意味する。
【００６７】
そして、表１〜表６に示す、ゴム配合、心線構成、歯布構成、及び、歯布接着処理によって製造した１４種類のベルトについて、上述した試験条件で耐久試験を行った。その結果を表７、表８に示す。また、１４種類のベルトＴＧ−１〜１４のうち、低負荷試験（走行条件３）の結果、耐久性が比較的低いと判断できる、ＴＧ−１〜５のベルトについては、より高負荷の試験（走行条件１，２）は省略している。一方、高負荷試験（走行条件１又は走行条件２）の結果、耐久性が比較的高いと判断できる、ＴＧ−８〜１４のベルトについては、より低負荷の試験（走行条件２又は走行条件３）は省略している。
【００６８】
【表７】
【００６９】
【表８】
【００７０】
尚、表７、表８に示されているように、１４種類のベルトで、心線のピッチや心線断面積、及び、心線占有率といった、心線に関する条件を異ならせてある。
【００７１】
表７、表８中のベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積は、以下の式で算出される。
ベルト１ｍｍ幅当たりの心線断面積（ｍｍ２／ベルト１ｍｍ）
＝（ベルト幅（ｍｍ）／心線ピッチ（ｍｍ））×１本当たりの心線断面積（ｍｍ２／本）÷ベルト幅（ｍｍ）
＝１本当たりの心線断面積（ｍｍ２／本）／心線ピッチ（ｍｍ２）
【００７２】
ここで、１本当たりの心線断面積（ｍｍ２／本）は、各々の心線について、ベルト断面（歯山部分）のＳＥＭ画像解析から心線断面積を算出し、心線本数ｎで平均した値である。また、心線ピッチ（ｍｍ）は、ベルト断面の心線中心間距離を連続１０カ所測定し、それらを平均した値である。但し、ベルト幅が狭く、１０カ所も測定できない場合には、連続５カ所を測定し、これらを平均した値を採用している。尚、心線中心間距離は、ＳＥＭや投影機などの公知の装置を用いて測定した。
【００７３】
また、心線占有率（％）は、以下の式で算出される。
心線占有率（％）
＝心線の有効本数ｎ（本）×心線径Ｄｃ（ｍｍ）÷ベルト幅Ｂ（ｍｍ）×１００
尚、心線の有効本数ｎとは、ベルトの幅方向に並ぶ心線の数であるが、表７、表８では、ベルト幅Ｂを心線ピッチで除して、小数点以下を切り捨てた値としている。
【００７４】
また、表７、表８において、「予成型の有無」とは、ベルト製造工程において、「予成型工法」を採用したか否かを示している。「予成型工法」とは、歯型を有する金型によって歯布と歯部とを予め成型してから、得られた予備成型体の上に心線と背部を構成する未加硫ゴムを巻いた後、全体を加硫缶で加硫する工法のことである。この予成型工法においては加硫前に歯布と歯部が成型されるため、加硫時に、背部を構成する未加硫ゴムを心線の間から内側（腹側）へ流動させ、歯布を緊張させて歯部を形成する必要がない。そのため、心線間距離（ピッチ）を狭くすることが可能となる。従って、実施形態の説明において述べたように、ベルト幅方向の心線ピッチを、無張力状態における心線径以下まで小さくした、高モジュラスのベルトを作製する場合には、この予成型工法が適している（表７のベルトＴＧ−７〜１４）。
【００７５】
［考察］
表７、表８に示されているように、ベルト１ｍｍ当たりの心線断面積が小さい（＜１．１０）、比較例のベルトＴＧ−１は、最も負荷の低い走行条件３でも、３０時間程度でベルト故障が生じ、耐久性がかなり低い。一方、ベルトＴＧ−１よりも心線断面積が大きく、また、心線の撚係数が１．５≦Ｋ≦２．５（表２参照）の範囲内にあるベルトＴＧ−２〜５では、ベルトＴＧ−１と比べて、同じ走行条件３で４倍以上の寿命が得られており、耐久性が向上していることがわかる。
【００７６】
また、ベルトＴＧ−１やＴＧ−３〜５とは異なる歯布（経糸と２種類の緯糸とが織成された多重織構造の歯布（Ｆ−２〜Ｆ−５））が用いられた、ベルトＴＧ−２及びＴＧ−６〜１４では、より高負荷の走行条件１又は走行条件２で、２００時間以上の寿命が得られており、ＴＧ−１及びＴＧ−３〜５よりも耐久性に優れていることがわかる。
【００７７】
また、ＴＧ−９〜１１は、ＴＧ−８と歯布の条件以外はほとんど同じであるが、高負荷の走行条件１において１．６倍以上の寿命が得られている。これは、ＴＧ−８では緯糸に低融点繊維が使用されていない歯布Ｆ−２を用いているのに対し、ＴＧ−９〜１１では、緯糸に、低融点繊維であるポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、オレフィン系繊維とを使用している（表２参照）ことが要因である。即ち、緯糸のフッ素系繊維（ＰＴＦＥ繊維）の周りに低融点繊維が配されることによって、フッ素系繊維の切断・飛散が抑制され、ベルト本体のゴムが長期間にわたって保護されるからであると考えられる。
【００７８】
また、ベルトＴＧ−８〜１４は、歯布接着時のＲＦＬ処理を２回に分けて実施し、且つ、２回目のＲＦＬ処理液には、加硫助剤が配合されている。これにより、歯布の接着力が高まり、このような処理を行っていないベルトＴＧ−６，７よりも耐久性が向上していると考えられる。
【００７９】
さらに、ベルトＴＧ−７〜１４は、ベルト製造工程において、「予成型工法」が採用されることにより、心線ピッチが、無張力状態における心線径よりも小さくなっている。このように、ベルトＴＧ−１〜６と比べてベルト幅方向に関して心線が密に配置されて、心線占有率が大きくなり（７５％以上）、モジュラスが高くなっていることによって、耐久性が高くなっていると考えられる。
【００８０】
さらに、心線構成としてＡ−５を採用しているＴＧ−１３は、Ａ−４を採用しているＴＧ−１２と比べて、走行条件１での走行寿命が伸びている。これは、Ａ−５の心線構成では、張力維持性が良好で、心線の処理時に張力が上がるため、撚り締まりによる初期伸びを抑えて、ベルトの伸びによる歯欠けを抑制することができるためである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る歯付ベルトの断面斜視図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 歯付ベルト
２ 歯部
３ 心線
４ 背部
５ 歯布
６ 経糸
７ 緯糸
１０ ベルト本体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゴム製歯付ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、高負荷がかかるエンジンや駆動装置に使用されるゴム製歯付ベルトとして、ベルト長手方向に所定間隔で配置された歯部と、心線を埋設した背部と、歯部の表面を被覆する歯布とを有するものが一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような歯付ベルトにおいては、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持するために、高モジュラス性が求められることから、ベルト中における心線断面積が大きいことが好ましい。そこで、高負荷用歯付ベルトには、下撚りコードを多数撚り合わせた太径撚糸心線が広く用いられている。また、この太径撚糸心線を構成する繊維の素材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維等の高モジュラス繊維が使用されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１６８３０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、歯付ベルトに、高モジュラス繊維からなる太径撚糸心線を使用した場合には、（１）屈曲疲労性の悪化、及び、（２）高負荷走行時の心線撚り締まりによる初期伸びの増大、という２つの問題が生じる。
【０００６】
屈曲疲労性が悪いと、プーリ上での噛み合い時における心線の屈曲回数が増えるにつれ屈曲劣化が大きくなり、この屈曲劣化に起因して生じる心線の伸びによってベルトの張力低下が顕著になる。さらに屈曲低下が大きくなると、歯欠けによるベルト故障が生じる前に、早期にベルトが破断してしまう。
【０００７】
一方で、高負荷走行状態における心線撚り締まりによる初期伸びが大きいと、走行初期の張力低下が大きくなる。このように張力低下が大きくなると、適度な張力でプーリに巻き掛けられた状態と比較して、ベルト歯ピッチが変化し、ベルトの歯部を被覆する歯布の偏摩耗から発生する歯部クラック等の不具合が生じやすい。また、高負荷走行条件において、初期伸びによる心線の寸法変化が大きいときには、噛み合い不良からの剥離故障を引き起こしやすい。
【０００８】
しかしながら、上記（１）、（２）は相反する関係にある。即ち、屈曲疲労性の低下を改善すべく心線の撚数を増やすと、初期伸びが大きくなる。逆に、初期伸びを抑制するために心線の撚数を減らすと、屈曲疲労性が悪化する。従って、（１）、（２）の問題点の両方を極力抑制して耐久性を高めるためには、心線の太さや撚数等を適切に決定する必要がある。
【０００９】
本発明の目的は、高負荷走行時の耐久性を向上させた歯付ベルトを提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１０】
第１の発明のゴム製歯付ベルトは、ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、ベルトの幅方向に並ぶ心線の本数をｎ、心線径をＤｃ、ベルト幅をＢとしたときに、Ｒ＝ｎ×Ｄｃ／Ｂ×１００で求められる、ベルトの心線占有率Ｒが、７５％以上であることを特徴とするものである。
【００１１】
ベルトの幅方向に関する心線占有率を７５％以上とすることにより、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持できる、モジュラスの高い歯付ベルトが得られ、高負荷時の耐久性を向上させることができる。
【００１２】
第２の発明のゴム製歯付ベルトは、ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、
前記心線が化学繊維からなり、ベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内にあることを特徴とするものである。
【００１３】
心線断面積を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を抑制でき、高負荷走行時の耐久性に優れたゴム製歯付ベルトが得られる。
【００１４】
第３の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１又は第２の発明において、前記心線の撚り数をＴ（回／ｍ）、太さをＤ（ｔｅｘ）としたときに、Ｋ＝Ｔ×Ｄ１／２／９６０で算出される、前記心線の撚係数Ｋが、１．５≦Ｋ≦２．５の範囲内にあることを特徴とするものである。
【００１５】
心線の撚係数を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を一層抑制でき、高負荷走行時の耐久性がさらに優れたゴム製歯付ベルトが得られる。
【００１６】
第４の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１〜第３の何れかの発明において、前記歯布が、経糸と少なくとも２種類の緯糸とが織成された多重織構造を有し、
前記経糸がナイロン繊維であり、前記２種類の緯糸のうちの前記歯布の表面側に位置する緯糸がフッ素系繊維であることを特徴とするものである。
【００１７】
歯布を織成する緯糸のうち、歯布の表面側に位置する緯糸をフッ素系繊維とすることによって、歯布と歯付プーリとの間の摩擦を低減することができる。また、歯布の歯部との接着側に位置する緯糸にはフッ素系繊維以外の繊維を使用することで、歯布と歯部のゴムとの接着力を高めることが可能となる。
【００１８】
第５の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第４の発明において、前記フッ素系繊維の周囲に、前記ベルト本体の加硫温度で軟化又は融解する、低融点繊維が配されていることを特徴とするものである。
【００１９】
この構成によれば、ベルト本体のゴムを高温で硬化（加硫）させるときに、低融点繊維が軟化又は融解し、歯布を構成する繊維間に流れ込んだ後、低融点繊維が結晶化する。そのため、歯付プーリへの噛み込み時、あるいは、歯付プーリからの噛み抜け時に、歯布表面に生じる衝撃や摩耗によってフッ素系繊維が切断・飛散するのが抑制される。これにより、ベルト本体をより長期間保護して、ベルトの歯欠けを防止することができ、高負荷走行時の高寿命化が可能となる。
【００２０】
ここで、前記低融点繊維としては、少なくともポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、又は、オレフィン系繊維を使用することができる（第６の発明）。
【００２１】
第７の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１〜第６の何れかの発明において、前記歯布は、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系化合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１種類の加硫助剤、又は、前記加硫助剤を水に分散させたものが添加されたレゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス処理液に含浸され、乾燥した後に、前記歯部に接着されていることを特徴とするものである。
【００２２】
このように、歯布が、加硫助剤が添加されたレゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス（ＲＦＬ）処理液に含浸され、乾燥された状態で、歯部に接着されていることから、ゴムを基材とするベルト本体の歯部と、歯布との接着力が高まり、歯布の剥離が抑えられる。
【００２３】
第８の発明のゴム製歯付ベルトは、前記第１〜第７の何れかの発明において、前記歯部の、５０％伸張時のモジュラスが少なくとも５ＭＰａ以上であることを特徴とするものである。
【００２４】
これによると、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持できる、モジュラスの高い歯付ベルトが得られる。
【００２５】
第９の発明のゴム製歯付ベルトは、第１〜第８の何れかの発明において、前記背部に複数本の前記心線がベルト幅方向に並べて埋設され、ベルト幅方向の心線間距離が、無張力状態における心線径以下であることを特徴とするものである。
【００２６】
これによると、ベルト幅方向に関して心線が密に配置されるため、モジュラスの高い歯付ベルトが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る歯付ベルトの断面斜視図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態の歯付ベルト１は、ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部２、及び、複数の心線３が埋設された背部４とを有するベルト本体と、複数の歯部２の表面を被覆する歯布５とを有する。
【００２９】
複数の歯部２と背部４とを有するベルト本体１０は、ゴムを基材とする。このベルト本体１０に使用される原料ゴムは、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）を始めとして、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン（ＡＣＳＭ）、クロロプレンゴムなどの耐熱老化性の改善されたものが好適である。
【００３０】
特に、少なくとも歯部２を構成するゴムの硬度が、ＪＩＳ−Ａ硬度で８９度〜９７度であることが好ましい。また、５０％伸張時のモジュラスが少なくとも５ＭＰａ以上であることが好ましい。このような高モジュラスなゴムとして、例えば、ＨＮＢＲと、ＨＮＢＲにポリメタクリル酸亜鉛を高度に微分散させたもの（例えば、日本ゼオン製、商品名「ＺＳＣ」等）をブレンドしたものに、シリカ、カーボン、及び、短繊維を配合して補強したものが好適に用いられる。これにより、ベルト本体１０のモジュラスが高まり、高負荷走行時においても歯部２の歯付ベルト１との噛み合いが維持される。
【００３１】
ベルト本体１０の背部４には、それぞれベルト長手方向に延在する複数の心線３が、ベルト幅方向に並べて背部４に埋設されている。この心線３は、化学繊維からなる下撚りコードを多数本撚り合わせた太径撚糸心線である。また、心線３を構成する化学繊維としては、例えば、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサザール）繊維、ポリアリレート繊維、アラミド繊維、炭素繊維等を好適に使用できる。
【００３２】
また、心線３として、歯付ベルト１の１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内のものが使用される。より好ましくは、心線断面積が１．１０〜１．６６ｍｍ２の範囲のものが好ましいが、製造上のバラツキや心線断面積測定上の誤差が発生する可能性があり、上限値は１．７０ｍｍ２となってもよい。心線３の断面積を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線３の撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を抑制でき、高負荷走行時の耐久性に優れた歯付ベルト１が得られる。さらに、撚り数をＴ（回／ｍ）、太さをＤ（ｔｅｘ）としたときに、Ｋ＝Ｔ×Ｄ１／２／９６０の式で算出される撚係数Ｋが、１．５≦Ｋ≦２．５の範囲内にあるコードが使用されることが好ましい。心線３の撚係数を上記範囲内に設定することにより、屈曲疲労性の悪化、及び、心線３の撚り締まりによる初期伸びの増大に起因するベルト故障を一層抑制でき、高負荷走行時の耐久性がさらに優れた歯付ベルト１が得られる。
【００３３】
尚、ベルト１の幅方向に心線３が密に配置されていると、ベルト１のモジュラスが高くなる。具体的には、歯付ベルト１の幅方向に並ぶ心線３の本数をｎ、心線径をＤｃ（ｍｍ）、ベルト幅（背部４の幅）をＢ（ｍｍ）としたときに、Ｒ＝ｎ×Ｄｃ／Ｂ×１００で求められる、ベルト１の心線占有率Ｒが、７５％以上であることが好ましい。尚、ここでの「心線径」とは、ベルト本体１０内に埋設された状態での心線３の径である。このように、心線占有率を７５％以上に設定することにより、高負荷時においても歯付プーリとの噛み合いを維持できる、モジュラスの高い歯付ベルトが得られる。
【００３４】
さらに、ベルト幅方向の心線間距離（ピッチ）は、無張力状態における心線径以下であることが好ましい。尚、「無張力状態」とは、背部４に埋設される前の、心線３に張力がほとんど作用していない状態（より具体的には、張力４．９Ｎ（０．５ｋｇｆ）以下の状態）を示す。このように、心線間距離を無張力状態における心線径以下とすることで、ベルト幅方向に関して心線３が密に配置され、モジュラスの高い歯付ベルト１が得られる。
【００３５】
歯布５は、ベルト幅方向に延在する経糸６とベルトの長手方向に延在する緯糸７とを織成してなる繊維織物を基材とする。また、この繊維織物は、平織物や綾織物、朱子織物などからなる。この繊維織物を構成する繊維材料としては、例えば、アラミド繊維、ウレタン弾性糸、脂肪族繊維糸（6ナイロン、66ナイロン、ポリエステル、ポリビニルアルコール等）等を使用できる。
【００３６】
さらに、前記繊維織物として、少なくとも２種類の緯糸７と１種類の経糸６とが織成された多重織（２重織）構造のものを採用することもできる。この場合、経糸６をナイロン繊維とし、緯糸７にはフッ素系繊維、ナイロン繊維、及び、ウレタン弾性糸を使用することが好ましい。また、緯糸７のうちの、少なくとも歯布５の表面側（歯付プーリとの噛み合い側）に位置する（露出する）緯糸７としては、歯布５と歯付プーリとの間の摩擦を低減するために、摩擦係数が低いフッ素系繊維（例えば、ＰＴＦＥ繊維）を使用することが好ましい。一方、歯布５の歯部２との接着側に位置する緯糸７には、フッ素系繊維以外の繊維（ナイロン繊維やウレタン弾性糸）を使用することで、歯布５と歯部２を構成するゴムとの接着力を高めることが可能となる。
【００３７】
また、フッ素系繊維の周囲に、ゴムを基材とするベルト本体１０の加硫温度で融解又は軟化する性質を有する、低融点繊維が配されていることが好ましい。具体的には、例えば、フッ素系繊維と低融点繊維が混撚されている、又は、フッ素系繊維が低融点繊維によってカバーされているなどの形態が含まれる。尚、ベルト本体１０の加硫条件（加硫温度や加硫時間）は、特に限定されるものではなく、加硫剤や加硫促進剤の種類や加硫手段等を考慮して、通常、ムーニー粘度計やその他の加硫挙動測定機を用いて測定した加硫曲線を参照して決定される。このようにして決定される一般的な加硫条件は、加硫温度１００〜２００℃で、加硫時間１分〜５時間程度である。必要により二次加硫を行ってもよい。
【００３８】
この場合、ベルト本体１０の加硫時に低融点繊維が軟化又は融解し、歯布５を構成する繊維間に流れ込んだ後、低融点繊維が結晶化する。そのため、歯付プーリへの噛み込み時、あるいは、歯付プーリからの噛み抜け時に、歯布５の表面に生じる衝撃や摩耗によってフッ素系繊維が切断・飛散するのが抑制される。これにより、ベルト本体１０をより長期間保護して、ベルトの歯欠けを防止することができ、高負荷走行時の高寿命化が可能となる。
【００３９】
ここで、低融点繊維としては、例えば、ポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、又は、オレフィン系繊維を使用することができる。
【００４０】
低融点繊維として使用可能なポリアミド系繊維としては、Ｗ−アミノカルボン酸成分又はジカルボン酸成分とジアミンとの組み合わせからなる、共重合ポリアミド類のものがある。
【００４１】
ポリエステル系繊維としては芯鞘型複合繊維が好ましい。融点がベルト本体１０の加硫温度よりも高い芯成分のポリエステル系ポリマーは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、それらの共重合体であり、加硫温度よりも融点の低い鞘成分の共重合ポリエステルは、二塩基酸とジオールの重縮合反応で得られ、その例としては、テレフタル酸とジエチレングリコールをベースに共重合成分として、イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ジエチレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、ネオペンチルグリコールなどが挙げられ、その組み合わせ及び共重合比率により融点を調整可能である。
【００４２】
オレフィン系繊維としては、ポリプロピレン繊維、ポリエチレン繊維（例えば、高密度ポリエチレン繊維、中密度ポリエチレン繊維、低密度ポリエチレン繊維、直鎖状低密度ポリエチレン繊維、超高分子量ポリエチレン繊維）などが挙げられる。
【００４３】
また、これらを共重合させたものでも良く、さらには、ベルト加硫温度で軟化又は融解する繊維であれば、その撚糸方法や構成について特に限定されるものではない。さらに、これら低融点繊維の表面に、接着処理剤との親和性を上げることを目的として、プラズマ処理等がなされてもよい。
【００４４】
この歯布５は、以下のような工程を含む一連の接着処理を経て、歯部２を構成するゴムに接着される。
【００４５】
（１）歯布５を構成する繊維織物を、レゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス処理液（以下、ＲＦＬ処理液という）に含浸し、乾燥させる。
【００４６】
ここで、前記ＲＦＬ処理液には、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系化合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１つの加硫助剤、又は、これらの加硫助剤を水に分散させたものを添加することが好ましい。
【００４７】
硫黄化合物の水分散物としては、例えば、硫黄の水分散物やテトラメチルチウラムジスルフィドなどが採用され得る。キノンオキシム系化合物としては、例えば、p-キノンジオキシムなどが採用され得る。メタアクリレート系化合物としては、例えば、エチレングリコールジメタクリレートやトリメチロールプロパントリメタクリレートなどが採用され得る。マレイミド系化合物としては、例えば、N,N’-m-フェニレンビスマレイミドやN,N’-(4,4’-ジフェニルメタンビスマレイミド)などが採用され得る。
【００４８】
尚、上述した「当該加硫助剤を水に分散させたもの」における「水」は、例えばアルコールなどのメタノールを若干程度含むものであってもよい。これによれば、「当該加硫助剤」が水に対して不溶性の場合であっても、「当該加硫助剤」の水に対する親和性が向上して「当該加硫助剤」が分散し易くなる。
【００４９】
このように、ＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加することで以下の効果が期待される。即ち、ＲＦＬ処理液中に含まれるゴムラテックス成分と外層ゴム（後記（２）のゴム糊処理や（３）のCoat処理で形成されるゴム糊又は圧延ゴムを意味する。Coat処理が省略される場合は歯部２を構成するゴムを意味する。）との層間の化学的結合力が強化されることで、接着性が向上し、歯布５の剥離が抑制される。更に期待される効果として、ＲＦＬ処理液中に含まれるゴムラテックス成分自身の化学的結合力（架橋の力）が強化され、その結果、接着層の凝集破壊による剥離（即ち、層間剥離）よりも、接着対象である上記外層ゴムの破壊による剥離が先行すると考えられる。
【００５０】
また、ＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加する場合、繊維織物の含浸処理を２回に分けて実行してもよい。この場合、まず、１回目のＲＦＬ含浸処理においては、ＲＦＬ処理液には、前述した何れの加硫助剤も添加しないこととする。これは、１回目の処理工程においては、ゴムラテックス成分の架橋よりもＲＦの熱硬化を優先するためである。
【００５１】
一方、２回目のＲＦＬ含浸処理においては、１回目のＲＦＬ処理液と比較してゴムラテックス成分を多く含み、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系化合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１つの加硫助剤、又は、加硫助剤を水に分散させたものを添加したＲＦＬ処理液を使用する。尚、１回目の含浸処理と２回目の含浸処理とで、ＲＦＬ処理液のゴムラテックス成分の割合に差を設けるのは、親和性の異なる繊維とゴムの両方に対する、ＲＦＬ層の接着性を高めるためである。
【００５２】
（２）繊維織物に、ゴム組成物を溶剤に溶かしたゴム糊からなる接着処理剤を付着させた後にベーキング処理する、２種類のゴム糊処理（Ｐ１処理、Ｓ１処理）を行う。
【００５３】
（３）繊維織物の表面に、ゴム糊と圧延ゴムとをこの順にコーティングする。本工程は、Coat処理とも称される。「この順に」とあるのは、詳細には「繊維織物から歯部２へ向かって、この順に」を意味する。ここで、ＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加した場合には、このCoat処理で使用するゴム糊と圧延ゴムにも、ＲＦＬ処理液に添加した加硫助剤と同一の加硫助剤を添加することが好ましい。これにより、(a)ＲＦＬ処理液で処理された繊維織物とゴム糊の間の接着力、(b)ＲＦＬ処理液で処理された繊維織物と圧延ゴムの間の接着力、(c)ＲＦＬ処理液で処理された繊維織物とゴム糊と圧延ゴムの間の接着力、の著しい改善が期待される。
【００５４】
尚、上記（１）〜（３）の処理は、全てを行う必要はなく、必要に応じて、何れか１つ、あるいは、２以上の複数を組み合わせて行う。例えば、（１）の処理においてＲＦＬ処理液に加硫助剤を添加する場合には、この処理のみで繊維織物とゴム間の接着力がかなり高められることから、（２）のゴム糊処理を省略してもよい。
【００５５】
（耐久試験）
次に、２軸高負荷走行試験を用いた耐久試験を行って、本発明の歯付ベルトの技術的効果を検証した。
【００５６】
［試験条件］
試験機：２軸高負荷走行試験機
評価ベルトサイズ：130H14M20（ベルト歯数：１３０歯、歯型：H14M、ベルト幅：２０ｍｍ）
駆動プーリ歯数：３３歯
従動プーリ歯数：６１歯
設定張力：５５０Ｎ
回転数：１２００ｒｐｍ
負荷：従動プーリに対して６２６Ｎｍ（走行条件１）、５５４Ｎｍ（走行条件２）、４８０Ｎｍ（走行条件３）の何れか
【００５７】
その他、本耐久試験で使用されるベルトの、ゴム配合、心線構成、及び、歯布構成を、表１、表２、及び、表３にそれぞれ示す。また、表１には、使用されている３種類のゴム配合(R-0,R-1,R-2)のそれぞれについて、硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）とＭ５０（５０％伸張モジュラス：ＭＰａ）も併記している。
【００５８】
【表１】
【００５９】
【表２】
【００６０】
【表３】
【００６１】
表３に示すように、５種類の歯布のうち、Ｆ−２の緯糸には、フッ素系繊維であるＰＴＦＥ繊維が配合されている。さらに、Ｆ−３，Ｆ−４，Ｆ−５の３種類の歯布には、緯糸に、ＰＴＦＥ繊維だけでなく、ゴム加硫温度で軟化又は融解する性質を有する低融点繊維である、ポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、オレフィン系繊維がそれぞれ配合されている。具体的には、本試験で使用したベルトのゴム加硫条件は、加硫温度１６５℃、加硫時間３０分である。一方で、今回使用したポリエステル系繊維（ユニチカ株式会社製「コルネッタ」）は、芯部融点が２５６℃、鞘部融点が１６０℃である。また、ポリアミド系繊維（ユニチカ株式会社製「フロールＭ」）は融点が１３５℃である。さらに、オレフィン系繊維（東洋紡績株式会社製「ダイニーマ」）は融点が１４０℃である。
【００６２】
また、歯布接着処理に用いられる、ＲＦＬ処理液の配合、ゴム糊処理（Ｐ１処理及びＳ１処理）の配合、及び、Coat処理用ゴム配合を、表４、表５、及び、表６にそれぞれ示す。
【００６３】
【表４】
【００６４】
【表５】
【００６５】
【表６】
【００６６】
尚、上記表１〜表６中、特記ない限り、数字の単位は[wt%]であり、斜線は「添加なし」又は「処理なし」を意味する。
【００６７】
そして、表１〜表６に示す、ゴム配合、心線構成、歯布構成、及び、歯布接着処理によって製造した１４種類のベルトについて、上述した試験条件で耐久試験を行った。その結果を表７、表８に示す。また、１４種類のベルトＴＧ−１〜１４のうち、低負荷試験（走行条件３）の結果、耐久性が比較的低いと判断できる、ＴＧ−１〜５のベルトについては、より高負荷の試験（走行条件１，２）は省略している。一方、高負荷試験（走行条件１又は走行条件２）の結果、耐久性が比較的高いと判断できる、ＴＧ−８〜１４のベルトについては、より低負荷の試験（走行条件２又は走行条件３）は省略している。
【００６８】
【表７】
【００６９】
【表８】
【００７０】
尚、表７、表８に示されているように、１４種類のベルトで、心線のピッチや心線断面積、及び、心線占有率といった、心線に関する条件を異ならせてある。
【００７１】
表７、表８中のベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積は、以下の式で算出される。
ベルト１ｍｍ幅当たりの心線断面積（ｍｍ２／ベルト１ｍｍ）
＝（ベルト幅（ｍｍ）／心線ピッチ（ｍｍ））×１本当たりの心線断面積（ｍｍ２／本）÷ベルト幅（ｍｍ）
＝１本当たりの心線断面積（ｍｍ２／本）／心線ピッチ（ｍｍ２）
【００７２】
ここで、１本当たりの心線断面積（ｍｍ２／本）は、各々の心線について、ベルト断面（歯山部分）のＳＥＭ画像解析から心線断面積を算出し、心線本数ｎで平均した値である。また、心線ピッチ（ｍｍ）は、ベルト断面の心線中心間距離を連続１０カ所測定し、それらを平均した値である。但し、ベルト幅が狭く、１０カ所も測定できない場合には、連続５カ所を測定し、これらを平均した値を採用している。尚、心線中心間距離は、ＳＥＭや投影機などの公知の装置を用いて測定した。
【００７３】
また、心線占有率（％）は、以下の式で算出される。
心線占有率（％）
＝心線の有効本数ｎ（本）×心線径Ｄｃ（ｍｍ）÷ベルト幅Ｂ（ｍｍ）×１００
尚、心線の有効本数ｎとは、ベルトの幅方向に並ぶ心線の数であるが、表７、表８では、ベルト幅Ｂを心線ピッチで除して、小数点以下を切り捨てた値としている。
【００７４】
また、表７、表８において、「予成型の有無」とは、ベルト製造工程において、「予成型工法」を採用したか否かを示している。「予成型工法」とは、歯型を有する金型によって歯布と歯部とを予め成型してから、得られた予備成型体の上に心線と背部を構成する未加硫ゴムを巻いた後、全体を加硫缶で加硫する工法のことである。この予成型工法においては加硫前に歯布と歯部が成型されるため、加硫時に、背部を構成する未加硫ゴムを心線の間から内側（腹側）へ流動させ、歯布を緊張させて歯部を形成する必要がない。そのため、心線間距離（ピッチ）を狭くすることが可能となる。従って、実施形態の説明において述べたように、ベルト幅方向の心線ピッチを、無張力状態における心線径以下まで小さくした、高モジュラスのベルトを作製する場合には、この予成型工法が適している（表７のベルトＴＧ−７〜１４）。
【００７５】
［考察］
表７、表８に示されているように、ベルト１ｍｍ当たりの心線断面積が小さい（＜１．１０）、比較例のベルトＴＧ−１は、最も負荷の低い走行条件３でも、３０時間程度でベルト故障が生じ、耐久性がかなり低い。一方、ベルトＴＧ−１よりも心線断面積が大きく、また、心線の撚係数が１．５≦Ｋ≦２．５（表２参照）の範囲内にあるベルトＴＧ−２〜５では、ベルトＴＧ−１と比べて、同じ走行条件３で４倍以上の寿命が得られており、耐久性が向上していることがわかる。
【００７６】
また、ベルトＴＧ−１やＴＧ−３〜５とは異なる歯布（経糸と２種類の緯糸とが織成された多重織構造の歯布（Ｆ−２〜Ｆ−５））が用いられた、ベルトＴＧ−２及びＴＧ−６〜１４では、より高負荷の走行条件１又は走行条件２で、２００時間以上の寿命が得られており、ＴＧ−１及びＴＧ−３〜５よりも耐久性に優れていることがわかる。
【００７７】
また、ＴＧ−９〜１１は、ＴＧ−８と歯布の条件以外はほとんど同じであるが、高負荷の走行条件１において１．６倍以上の寿命が得られている。これは、ＴＧ−８では緯糸に低融点繊維が使用されていない歯布Ｆ−２を用いているのに対し、ＴＧ−９〜１１では、緯糸に、低融点繊維であるポリエステル系繊維、ポリアミド系繊維、オレフィン系繊維とを使用している（表２参照）ことが要因である。即ち、緯糸のフッ素系繊維（ＰＴＦＥ繊維）の周りに低融点繊維が配されることによって、フッ素系繊維の切断・飛散が抑制され、ベルト本体のゴムが長期間にわたって保護されるからであると考えられる。
【００７８】
また、ベルトＴＧ−８〜１４は、歯布接着時のＲＦＬ処理を２回に分けて実施し、且つ、２回目のＲＦＬ処理液には、加硫助剤が配合されている。これにより、歯布の接着力が高まり、このような処理を行っていないベルトＴＧ−６，７よりも耐久性が向上していると考えられる。
【００７９】
さらに、ベルトＴＧ−７〜１４は、ベルト製造工程において、「予成型工法」が採用されることにより、心線ピッチが、無張力状態における心線径よりも小さくなっている。このように、ベルトＴＧ−１〜６と比べてベルト幅方向に関して心線が密に配置されて、心線占有率が大きくなり（７５％以上）、モジュラスが高くなっていることによって、耐久性が高くなっていると考えられる。
【００８０】
さらに、心線構成としてＡ−５を採用しているＴＧ−１３は、Ａ−４を採用しているＴＧ−１２と比べて、走行条件１での走行寿命が伸びている。これは、Ａ−５の心線構成では、張力維持性が良好で、心線の処理時に張力が上がるため、撚り締まりによる初期伸びを抑えて、ベルトの伸びによる歯欠けを抑制することができるためである。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施形態に係る歯付ベルトの断面斜視図である。
【符号の説明】
【００８２】
１ 歯付ベルト
２ 歯部
３ 心線
４ 背部
５ 歯布
６ 経糸
７ 緯糸
１０ ベルト本体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、
前記ベルトの幅方向に並ぶ心線の本数をｎ、心線径をＤｃ、ベルト幅をＢとしたときに、Ｒ＝ｎ×Ｄｃ／Ｂ×１００で求められる、ベルトの心線占有率Ｒが、７５％以上であることを特徴とするゴム製歯付ベルト。
【請求項２】
ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、
前記心線が化学繊維からなり、
ベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内にあることを特徴とするゴム製歯付ベルト。
【請求項３】
前記心線の撚り数をＴ（回／ｍ）、太さをＤ（ｔｅｘ）としたときに、Ｋ＝Ｔ×Ｄ１／２／９６０で算出される、前記心線の撚係数Ｋが、１．５≦Ｋ≦２．５の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項４】
前記歯布が、経糸と少なくとも２種類の緯糸とが織成された多重織構造を有し、
前記経糸がナイロン繊維であり、
前記２種類の緯糸のうちの前記歯布の表面側に位置する緯糸がフッ素系繊維であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項５】
前記フッ素系繊維の周囲に、前記ベルト本体の加硫温度で軟化又は融解する、低融点繊維が配されていることを特徴とする請求項４に記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項６】
前記低融点繊維が、少なくともポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、又は、オレフィン系繊維から選ばれたものであることを特徴とする請求項５に記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項７】
前記歯布は、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１種類の加硫助剤、又は、前記加硫助剤を水に分散させたものが添加されたレゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス処理液に含浸され、乾燥した後に、前記歯部に接着されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項８】
前記歯部の、５０％伸張時のモジュラスが少なくとも５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項９】
前記背部に複数本の前記心線がベルト幅方向に並べて埋設され、
ベルト幅方向の心線間距離が、無張力状態における心線径以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項１】
ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、
前記ベルトの幅方向に並ぶ心線の本数をｎ、心線径をＤｃ、ベルト幅をＢとしたときに、Ｒ＝ｎ×Ｄｃ／Ｂ×１００で求められる、ベルトの心線占有率Ｒが、７５％以上であることを特徴とするゴム製歯付ベルト。
【請求項２】
ベルト長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部、及び、心線が埋設された背部を含む、ゴムを基材としたベルト本体と、前記複数の歯部の表面を被覆する歯布とを有する歯付ベルトであって、
前記心線が化学繊維からなり、
ベルトの１ｍｍ幅当たりの心線断面積が、１．１０〜１．７０ｍｍ２の範囲内にあることを特徴とするゴム製歯付ベルト。
【請求項３】
前記心線の撚り数をＴ（回／ｍ）、太さをＤ（ｔｅｘ）としたときに、Ｋ＝Ｔ×Ｄ１／２／９６０で算出される、前記心線の撚係数Ｋが、１．５≦Ｋ≦２．５の範囲内にあることを特徴とする請求項１又は２に記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項４】
前記歯布が、経糸と少なくとも２種類の緯糸とが織成された多重織構造を有し、
前記経糸がナイロン繊維であり、
前記２種類の緯糸のうちの前記歯布の表面側に位置する緯糸がフッ素系繊維であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項５】
前記フッ素系繊維の周囲に、前記ベルト本体の加硫温度で軟化又は融解する、低融点繊維が配されていることを特徴とする請求項４に記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項６】
前記低融点繊維が、少なくともポリアミド系繊維、ポリエステル系繊維、又は、オレフィン系繊維から選ばれたものであることを特徴とする請求項５に記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項７】
前記歯布は、硫黄化合物の水分散物、キノンオキシム系合物、メタアクリレート系化合物、マレイミド系化合物、のうち少なくとも１種類の加硫助剤、又は、前記加硫助剤を水に分散させたものが添加されたレゾルシン−ホルマリン−ゴムラテックス処理液に含浸され、乾燥した後に、前記歯部に接着されていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項８】
前記歯部の、５０％伸張時のモジュラスが少なくとも５ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【請求項９】
前記背部に複数本の前記心線がベルト幅方向に並べて埋設され、
ベルト幅方向の心線間距離が、無張力状態における心線径以下であることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のゴム製歯付ベルト。
【図１】
【公開番号】特開２００９−２５７３４４（Ｐ２００９−２５７３４４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１０２４４７（Ｐ２００８−１０２４４７）
【出願日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月１０日（２００８．４．１０）
【出願人】（０００００６０６８）三ツ星ベルト株式会社 (730)
【Ｆターム（参考）】
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