歯付きベルト
【課題】ベルト本体への接着性を良好なものとしつつ、摩擦係数を長期にわたって低いものとすることにより、ベルトの耐久性を向上させる。
【解決手段】歯付きベルト１０は、一方の面１１Ａに長手方向に沿って歯部１５と歯底部１６が交互に設けられ、ゴムから形成されるベルト本体１１を備える。ベルト本体１１の一方の面１１Ａを歯布１７で被覆する。歯布１７は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜４０重量部の高密度ポリエチレンを含むゴム糊によって含浸処理が施されている。高密度ポリエチレンの平均分子量は３００，０００〜４００，０００である。
【解決手段】歯付きベルト１０は、一方の面１１Ａに長手方向に沿って歯部１５と歯底部１６が交互に設けられ、ゴムから形成されるベルト本体１１を備える。ベルト本体１１の一方の面１１Ａを歯布１７で被覆する。歯布１７は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜４０重量部の高密度ポリエチレンを含むゴム糊によって含浸処理が施されている。高密度ポリエチレンの平均分子量は３００，０００〜４００，０００である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高負荷環境下、特に自動車の内燃機関等で使用されるベルトであって、歯布に含浸されるゴム糊が改良された歯付きベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関において、クランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するために、歯付きベルトが広く使用されている。内燃機関で使用される歯付きベルトには一般的に高負荷が作用されるので、歯付きベルトの寿命は比較的短くなる傾向にある。近年、内燃機関は小型化されつつあり、それに伴い歯付きベルトも細幅化されているので、歯付きベルトにはより高い負荷が作用されるようになっている。また、内燃機関は、比較的高温環境下で運転されることが多く、高温環境下における歯付きベルトの耐久性能を向上させる必要がある。
【０００３】
ベルト寿命を延ばす１つの方法としては、歯面の摩擦係数を下げて、ベルト歯に作用される負荷を低減させることが考えられる。摩擦係数を下げる具体的な方法としては、例えばポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）で歯布表面を処理することや、分子量１００万以上の超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）粉末等の摩擦係数が低いものを、歯布処理液に添加することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＰＴＦＥで歯布表面を処理し、或いはＵＨＭＷＰＥ粉末を歯布処理液に添加した場合、ベルト本体と歯布との接着性が低下することがある。また、これらはゴムとの相溶性が低く、ベルト運転に伴い歯布表面から離脱するため、ベルト歯面の摩擦係数が時間経過と共に上昇することがある。したがって、ＰＴＦＥやＵＨＭＷＰＥで摩擦係数が改善されたベルトは、ベルトの寿命を十分に向上させることができない。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、歯布のベルト本体への接着性を良好なものとしつつ、摩擦係数を長期にわたって低いものとし、ベルト寿命、特に高温環境下での寿命を延ばすことができる歯付きベルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る歯付きベルトは、一方の面に長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に設けられ、ゴムから形成されるベルト本体と、一方の面に被覆される歯布とを備え、歯布は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜４０重量部の高密度ポリエチレンを含むゴム糊によって含浸処理が施されていることを特徴とする。
【０００８】
高密度ポリエチレンの平均分子量は、３００，０００〜４００，０００であることが好ましい。また、ゴム糊は、ＨＮＢＲ又はＮＢＲを含むことが好ましい。ベルト本体の一部を形成し、かつ歯布に接着されるゴムは、高密度ポリエチレンを含むことが好ましく、より好ましくはさらにＨＮＢＲも含む。本発明に係る歯付きベルトは例えば、内燃機関で使用される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、歯布に含浸されるゴム糊が、高密度ポリエチレンを所定量含むことにより、高温環境下における歯布と歯ゴム層の接着強度、及び歯面の摩擦係数を良好なものとし、高温環境下におけるベルトの耐久性を向上させることができる。さらに、歯面の摩擦係数を低減することで、異音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る歯付ベルトの側面図である。
【図２】歯付ベルトの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図３】歯付ベルトの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図４】接着強度試験に使用された接着試験サンプルを示す斜視図である。
【図５】接着試験サンプルを引張試験機に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図６】接着強度試験の結果を示すグラフである。
【図７】耐久性能試験で使用される伝動システムのレイアウトを示す模式図である。
【図８】耐久性能試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態における歯付きベルトを示す。歯付きベルト１０は、例えば、自動車の内燃機関等で使用される無端状ベルトであって、例えば、クランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するために使用される動力伝達ベルトである。
【００１２】
歯付きベルト１０は、ゴムから形成されるベルト本体１１と、ベルト本体１１に埋設され、ベルトの長手方向に沿って延びる心線要素１８とを備える。心線要素１８は、例えば一対の心線が歯付きベルト１０の長手方向に沿って螺旋状に巻回されることにより幅方向に複数本並べられたものであり、ベルト１０の抗張部材となる。ベルト本体１１の一方の面（歯面）１１Ａには、長手方向に沿って歯部１５と歯底部１６が交互に設けられている。
【００１３】
ベルト本体１１は、ベルト本体１１の歯面１１Ａ側に設けられた歯ゴム層１２と、ベルト本体１１の他方の面（背面）１１Ｂ側に設けられた背ゴム層１３と、これら歯ゴム層１２と背ゴム層１３の間に設けられる芯ゴム層１４とが一体となって形成される。心線要素１８は、背ゴム層１３と芯ゴム層１４との境界面に配置されており、背ゴム層１３と芯ゴム層１４との境界面は、ベルト１０のピッチ面に略一致する。すなわち本実施形態では、心線要素１８より背面側のベルト本体１１は背ゴム層１３によって形成されると共に、心線要素１８より歯面側のベルト本体１１は、芯ゴム層１４に歯ゴム層１２が積層されて形成される。
【００１４】
芯ゴム層１４と歯ゴム層１２との境界面は、歯面１１Ａの形状に応じた形状を呈しており、歯部１５のベルト長手方向における中央で最もピッチ面（心線要素１８）から遠ざかるとともに、歯底部１６に近づくに従ってピッチ面（心線要素１８）に近づく。すなわち、芯ゴム層１４は、歯部１５内部において歯部１５の形状に合わせて上側に膨らんでおり、歯部１５内部の中心部分を構成する。また、歯部１５における歯ゴム層１２は、芯ゴム層１４の歯面１１Ａ側を取り巻くように積層され、歯面１１Ａに沿って配置される。一方、歯底部１６や歯底部１６近傍では、芯ゴム層１４と歯ゴム層１２はともに、相体的に薄い層となっている。
【００１５】
芯ゴム層１４は、多数の短繊維２０が略均等に混入されており、短繊維２０が混入されない歯ゴム層１２及び背ゴム層１３に比べてモジュラスが高くなる。短繊維２０としてはモジュラスの比較的高いアラミド短繊維が好適に使用される。本実施形態では、芯ゴム層１４のモジュラスを歯ゴム層１２より高めることにより、歯部１５全体の剛性が低下することを抑制しつつ、歯表面部分を柔らかくすることができる。したがって、歯部表面や歯底部におけるクラックや、ベルト運転時の異音発生等を抑制しつつ、歯部１５の耐久性能を向上させることができる。
【００１６】
なお、ゴム層のモジュラスとは、そのゴム層と同一のゴム組成物を加硫して得られた試験片を、ＪＩＳ Ｋ６２５１に従って測定した２０％伸びたときの応力をいう。なお、ゴム層に短繊維が混入している場合、試験片では短繊維を一方向に配向させ、その配向方向に試験片を引っ張ったときに測定されたモジュラスをいう。また、試験片はＪＩＳ Ｋ６２５１のダンベル状５号形を用いて採取した加硫ゴムである。
【００１７】
芯ゴム層１４において、短繊維２０は規則的に分布させられる。具体的には短繊維２０は、歯部１５の中央領域では、ほぼベルトの厚さ方向に配向されると共に、その中央領域から歯面に近づくにつれて、歯面に沿うように厚さ方向に対して傾いて配向され、歯部１５の頂部近傍や歯底部１６近傍ではほぼベルトの長手方向に沿って配向される。
【００１８】
歯ゴム層１２の外周、すなわちベルト本体１１の一方の面１１Ａには、歯布１７が接着・被覆されている。本実施形態における歯布１７はポリアリレート繊維を含むことが好ましい。歯布１７は例えば、ベルトの幅方向に延びるたて糸と、ベルトの長手方向に延びるよこ糸によって織られた織物で構成され、そのよこ糸にポリアリレートを含むことが好ましい。例えばよこ糸は、ポリアリレート繊維から成る糸と、ポリアリレート繊維よりも伸縮性の高い繊維から成る糸（以下高伸縮性繊維糸という）を含む複合糸である。複合糸は例えば、高伸縮性繊維糸を芯糸として、その周りにポリアリレート繊維糸が巻き回され、さらにポリアリレート繊維糸の周りに、カバー糸が巻き回されて構成されたものである。
【００１９】
上記高伸縮性繊維糸としては、例えばウレタン弾性糸等が使用され、カバー糸としては、例えばナイロン繊維、ポリエステル繊維等で構成される糸が使用される。よこ糸に使用されるポリアリレート繊維は、いわゆる全芳香族ポリエステルからなるものであり、その具体例として、例えばベクトラン（商品名．クラレ社製）が挙げられる。歯布１７のたて糸は、その材質が特に限定されるわけではないが、ナイロン繊維またはポリエステル繊維等で構成される。
【００２０】
歯布１７は歯ゴム層１２に接着される前に、ゴム成分及び高密度ポリエチレンを含むゴム糊に浸漬された後乾燥されることにより、ゴム糊含浸処理が施されている。これにより、加硫成型時にゴム糊が加硫され、歯布１７は歯ゴム層１２に接着されやすくなる。高密度ポリエチレンとしては、例えば、粒子状、繊維状のものが使用され、その表面にＯＨ基及び／またはＣＯＯＨ基が付加されて表面処理されていても良い。なお、本明細書においては、高密度ポリエチレンとは、比重０．９２以上のものをいい、その比重は好ましくは０．９２〜０．９６である。ゴム糊に添加される高密度ポリエチレンの荷重たわみ温度（ＡＳＴＭ−Ｄ６４８による）は、例えば１００〜１３０℃程度、粘度法（ＭＦＲ）による平均分子量は、３００，０００〜４００，０００程度である。なお、高密度ポリエチレンは、他の分子に架橋可能な部分を有していない。
【００２１】
本実施形態では、ゴム糊が上記高密度ポリエチレンを含むことにより、歯布１７と歯ゴム層１２との接着性を良好にすることができる。また、高密度ポリエチレンによって、歯布表面（すなわち、歯面１１Ａ）の摩擦係数を低減させることができるので、ベルト運転時の有効張力を低下させ、ベルトに作用される負荷を低減させることができる。さらに、上記分子量を有する高密度ポリエチレンは、後述する方法でゴム糊のゴム成分に十分に混合・相溶することができるので、ベルト運転に伴い歯布から離脱することが防止される。
【００２２】
高密度ポリエチレンは、ゴム糊において、ゴム成分１００重量部に対して、１５〜４０重量部配合される。高密度ポリエチレンを１５重量部未満しか配合しないと、ベルトの摩擦係数を低減させる効果は限定的であり、また歯布１７の歯ゴム層１２に対する接着力も十分に上昇させることができない。また、４０重量部より多く配合すると、摩擦係数、特に高温環境下における摩擦係数が、高密度ポリエチレンの軟化による粘着が生じることで上昇し、ベルトの耐久性を十分に向上させることができない。ベルトの高温環境下における耐久性をより高めるために、高密度ポリエチレンは、ゴム糊のゴム成分１００重量部に対して好ましくは２４〜４０重量部配合され、また、摩擦係数を十分に低下させ、かつ歯布１７と歯ゴム層１２との接着強度を十分に高めるためにより好ましくは２４〜３２重量部配合される。
【００２３】
ゴム糊に使用されるゴム成分としては、ＨＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）、フッ素ゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、これらの混合物、またはこれら１以上のゴムに他の種類のゴムが混合されたもの等が使用されるが、これらゴム成分の中でも、ＨＮＢＲ又はＮＢＲが好適に使用される。ゴム糊のゴム組成物は、ゴム成分及び高密度ポリエチレンに加えて、加硫剤、老化防止剤、加硫助剤、カーボンブラック等の各種添加剤が配合されたものである。
【００２４】
本実施形態において、ゴム糊は、以下のように用意される。まず、高密度ポリエチレンを含む、加硫剤以外のゴム組成物の添加剤がゴムと共に混練される（一次練り）。このとき、混練温度は高密度ポリエチレンの荷重たわみ温度以上であり、したがって、高密度ポリエチレンは軟化した状態でゴムに混合され、ゴムに良好に混合・相溶される。一次練りを終えた混合物にはさらに加硫剤が添加され、加硫剤の加硫温度未満（一次練りの混練温度未満）で混練されてゴム組成物が得られる（二次練り）。そして、このゴム組成物に、フェノールレジン等の有機補強剤、および溶媒等が加えられてゴム糊が得られる。なお、上記ゴム組成物は、高密度ポリエチレンが荷重たわみ温度以上の温度でゴム成分と混練されるとともに、加硫剤が加硫温度未満の温度でゴム成分に混練されるのならば、上記方法で混練されなくても良い。例えば、二次練りで加硫剤以外の添加剤が添加されても良い。
【００２５】
歯ゴム層１２、背ゴム層１３、及び芯ゴム層１４は、ゴム組成物が加硫して形成されたものである。ゴム層１２〜１４のゴム成分としては、上記ゴム糊で例示したゴム成分と同様のものが使用されるが、ＨＮＢＲが好適に使用される。またゴム層１２〜１４のゴム成分としては、互いに同種のゴムが使用されることが好ましい。さらに歯ゴム層１２のゴム成分は、ゴム糊のゴム成分と同種のゴムが使用されることが好ましい。
【００２６】
各ゴム層１２〜１４のゴム組成物には、ゴム成分に加えて、加硫剤、老化防止剤、加硫助剤、カーボンブラック等の各種添加剤が含まれている。また、ゴム層１２〜１４のゴム組成物には、これらの強度を向上させるために、（メタ）アクリル酸亜鉛等のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩が含まれていることが好ましい。
【００２７】
本実施形態では、歯ゴム層１２のゴム組成物には好ましくは、高密度ポリエチレンが含まれる。歯ゴム層１２のゴム組成物に添加される高密度ポリエチレンは、ゴム糊に配合される高密度ポリエチレンと同様のものが使用される。歯ゴム層１２のゴム組成物に高密度ポリエチレンが含まれる場合、歯ゴム層１２のゴム組成物は、ゴム糊のゴム組成物と同様の方法により混練されて得られることが好ましい。
【００２８】
歯ゴム層１２に上記高密度ポリエチレンが含まれることにより、動的粘弾性測定法により測定された歯ゴム層１２の１００〜１２０℃におけるｔａｎδは、０．１００〜０．１２０の範囲内となることが好ましい。なお、ｔａｎδとは、弾性に相当する貯蔵弾性率（Ｅ’）と粘性に相当する損失弾性率（Ｅ”）の比である損失正接（＝Ｅ”／Ｅ’）をいう。本実施形態では歯ゴム層１２のｔａｎδが高温環境下で上記範囲となることにより、高温環境下でベルトの噛み合い面（歯面１１Ａ）に作用される負荷エネルギーを吸収しやすくなるので、ベルト１０を高温環境下で使用しても、噛み合い時等に生じる異音の発生が防止される。また、歯ゴム層１２に上記性質の高密度ポリエチレンを含有させることにより、ｔａｎδを上記範囲内としつつ歯ゴム層１２と歯布１７との接着性を高めることができるので、ベルトの耐久性を高めることができる。
【００２９】
なお、ｔａｎδは、歯ゴム層と同一のゴム組成物を、温度１２０℃で２０分間加硫して得られたサンプルから作製された厚み１．９〜２．７ｍｍ、幅６ｍｍ、長さ５ｍｍの試料を用いて測定したものをいう。また、測定装置としては、島津製作所社製の粘弾性スペクトロメータ（商品名．粘弾性試験機 トライトン製トライテック２０００）を用い、振幅±２．５％、周波数１Ｈｚの測定条件で測定したものとする。
【００３０】
高密度ポリエチレンは、歯ゴム層１２のゴム組成物において、マトリックスゴム１００重量部に対して１０重量部以下、好ましくは３〜１０重量部、特に好ましくは５〜１０重量配合される。高密度ポリエチレンを３重量部未満しか配合しないと、耐久性能や音性能の向上が限定的であるとともに、１０重量部より多く配合すると、耐久性能や音性能が実質的に向上しなくなる。また、５〜１０重量部配合した場合、耐久性能を特に効果的に向上させることができる。なお、“マトリックスゴム１００重量部”とは、ゴム組成物にα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩が配合されている場合には、ゴムとα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩との合計が１００重量部であることを示し、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩が配合されていない場合には、ゴム単独で１００重量部であることを示す。
【００３１】
背ゴム層１３には、心線要素１８から離間した位置で、ピッチ面（心線要素１８）と略平行に配置された中間帆布２１が埋設される。中間帆布２１は、ベルトの長手方向及び幅方向に沿って面状に広がり、ベルトの長手方向及び幅方向の全体にわたって設けられるものである。中間帆布２１は、ベルト幅方向に剛性が高く、ベルト長手方向に伸縮性のある帆布である。中間帆布２１としては、好ましくはベルト幅方向における弾性率が１００ＧＰａ以上の帆布が使用されるが、特に好ましくは当該弾性率が１８０〜２４０ＧＰａである帆布が使用される。なお、弾性率は、ＪＩＳ Ｌ１０９５ ９．１３の初期引張抵抗度に基づいて測定されたものである。
【００３２】
中間帆布２１は、ベルト幅方向に延びるたて糸２２と、ベルト長手方向に延びるよこ糸２３によって織られた織布であって、例えば綾織、平織等で織られたものである。中間帆布２１のたて糸２２としては、高剛性の非伸縮糸が使用され、例えばアラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、カーボン繊維、またはこれらの混合繊維等から構成される糸が使用される。また、よこ糸２３としては、伸縮糸が使用され、例えばウーリーナイロン等の捲縮ナイロン糸が使用される。
【００３３】
本実施形態では、背ゴム層１３にベルト幅方向に剛性の高い中間帆布２１が埋設されることにより、歯部１５の剛性を上げることなく、歯付きベルト１０の捻り剛性が向上し、ベルト運転時の有効張力を低減させることが可能となる。有効張力が低減すると、ベルトに作用される負荷が抑制され、ベルトの耐久性を向上させることができる。また、中間帆布２１のベルト長手方向に延びる糸として伸縮糸が使用されることにより、後述する製造工程で中間帆布２１が歯付きモールドに容易に取り付けられ、ベルトの成型性を良好なものとすることができる。なお、本実施形態では、中間帆布２１は省略されても良い。
【００３４】
次に、図２、３を用いて歯付きベルト１０の製造工程について説明する。図２は、歯付きモールド３１に、予成型ゴム付き歯布３２、心線１８’、第１の背ゴムシート１３Ａ’が貼付された中間帆布２１’、及び第２の背ゴムシート１３Ｂ’を巻き付ける工程を示す。なお、図２における歯ゴムシート１２’、芯ゴムシート１４’、及び背ゴムシート１３Ａ’、１３Ｂ’は、加硫成型後にそれぞれベルト１０において歯ゴム層１２、芯ゴム層１４、背ゴム層１３となるものである。上記各ゴムシートは、未加硫のゴム組成物それぞれがシート状にされたものであり、芯ゴムシート１４’には短繊維２０が配合されている。また、歯布１７’、心線１８’、中間帆布２１’は、ベルト１０において歯布１７、心線要素１８、及び中間帆布２１となるものである。
【００３５】
本方法においては、まずゴム糊で含浸処理された歯布１７’がコルゲート状に予成型されて、歯布１７’に歯部１５’と歯底部１６’が所定の方向に沿って交互に設けられる。次いで、その予成型された歯布１７’に歯ゴムシート１２’及び芯ゴムシート１４’がこの順で圧着されて一体化され、予成型ゴム付き歯布３２が用意される。このとき、歯ゴムシート１２’及び芯ゴムシート１４’は押圧されることにより、歯布１７’の歯部１５’に相体的に肉厚に圧着される一方、歯底部１６’に相体的に薄く圧着される。また、芯ゴムシート１４’において、短繊維２０は圧着前上記所定の方向に配向されているが、歯布１７’に圧着されるとき、歯部１５’内部において歯部形状に沿うように傾けられる。
【００３６】
次いで、歯付きベルト１０を加硫成型するために使用される歯付きモールド３１が用意される。歯付きモールド３１は、円筒形状を有するとともに、その外周面がベルト１０の歯面の形状に一致する形状を呈し、周方向に沿って凹部３３と凸部３４が交互に設けられている。歯付きモールド３１の外周面には、まず予成型ゴム付き歯布３２が、各歯部１５’が各凹部３３の内部に配置されるようにして巻き付けられる。なお、各歯部１５’は、通常、凹部３３に完全に一致した形状となっておらず、歯部１５’と凹部３３の間には隙間がある。
【００３７】
次いで、予成型ゴム付き歯布３２の芯ゴムシート１４’の上に心線１８’が螺旋状に巻き付けられる。巻き付けられた心線１８’の上には、所定の厚みの第１の背ゴムシート１３Ａ’が貼付された中間帆布２１’が、背ゴムシート１３Ａ’がモールド３１の内側（心線１８’側）を向くように巻き付けられる。但し、第１の背ゴムシート１３Ａ’は、中間帆布２１’とは別体とされ、心線１８’の上に第１の背ゴムシート１３Ａ’、中間帆布２１’がこの順で巻き付けられても良い。なお、このとき、たて糸２２がモールド３１の軸方向に、よこ糸２３がモールド３１の周方向に沿って配置される。巻き付けられた中間帆布２１’の上にはさらに、第２の背ゴムシート１３Ｂ’が巻き付けられる。これら予成型ゴム付き歯布３２等が巻き付けられた歯付きモールド３１は、加硫釜（不図示）内に収容される。加硫釜内において、歯付きモールド３１に巻き付けられた予成型ゴム付き歯布３２等は、例えばスチームにより加熱され、加硫釜内に設けられた加硫バッグ等によって外側から内側に向けて加圧される。
【００３８】
上記加圧・加熱により、ゴムシート１２’、１３Ａ’、１３Ｂ’、１４’は流動性が増した状態で内側に押圧され、第２の背ゴムシート１３Ｂ’は、中間帆布２１’のたて糸２２、よこ糸２３の隙間から内部に流入し、第１の背ゴムシート１３Ａ’に一体化される。これにより、背ゴムシート１３Ａ’、１３Ｂ’の内部に中間帆布２１’が埋設される。さらには、心線１８’も、背ゴムシート１３Ａ’及び芯ゴムシート１４’の間に埋設される。また、歯布１７’はこれらゴムシートに押されて、モールド３１の外周面に一致した形状となり、ベルトの歯面が形成される。ここで、芯ゴムシート内部の短繊維２０は、一部がさらに厚さ方向に沿うように配向され、図１の配向を示すようになる。また、上記加圧・加熱により、各ゴムシートが加硫され、各ゴムシート、歯布１７’、中間帆布２１’、及び心線１８’が一体化され図３に示すようなベルトスラブ１０’が得られる。ベルトスラブ１０’は、歯付きモールド３１から取り外され研磨後裁断されることにより、歯付きベルト１０（図１参照）となる。
【００３９】
以下、本実施形態の具体的な例として実施例を示すが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【００４０】
［実施例１］
歯布としてたて糸とよこ糸が２／２の綾織で織られた織布を用意した。歯布において、たて糸は、１１０ｄｔｅｘのナイロン６６のフィラメント糸であるとともに、よこ糸は、４７０ｄｔｅｘのウレタン弾性糸から成る芯糸の周りに、２８０ｄｔｅｘのポリアリレート繊維糸（ベクトラン（商品名．クラレ社製））を巻き回し、そのポリアリレート繊維糸の周りにさらに１１０ｄｔｅｘのナイロン６６から成るカバー糸を巻き回した複合糸であった。次いで、歯布を表１に示すゴム組成物を有するゴム糊に浸漬した後、乾燥（１００℃、５分間）して含浸処理を施した。ゴム糊は、加硫剤以外の添加剤及びゴム成分を１２０℃以上で混練し（一次練り）、その後加硫剤を添加して加硫剤の加硫温度未満で混練してゴム組成物を得て（二次練り）、そのゴム組成物にＭＥＫ及びフェノールレジンを加えて作製した。ゴム糊において、ゴム組成物：フェノールレジン：ＭＥＫの重量比は、１００：３３：５００であった。
【００４１】
【表１】
※ ＨＮＢＲのゴム成分としてZetpol 2020（商品名．日本ゼオン社製）を、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）としてインヘンス（ＩＮＨＡＮＣＥ）ＰＥＦファイバー（商品名．フルオロシール社製）を使用した。表１における各数値は重量部を示す。
【００４２】
表２に示すゴム組成物から成る背ゴムシート（第１及び第２の背ゴムシート）、芯ゴムシート、歯ゴムシートを用意した。なお、歯ゴムシートは、ゴム糊と同様の方法で混練されたゴム組成物を、カレンダー処理して得られたものであった。また、芯ゴムシートには繊維長１ｍｍのアラミド短繊維が配合されており、芯ゴムシートのモジュラスは第１及び第２の背ゴムシート及び歯ゴムシートよりも高かった。歯布を予成型し、この歯布に歯ゴムシート及び芯ゴムシートを圧着して、予成型ゴム付き歯布を得た。
【００４３】
【表２】
※１ 表中において、ＨＮＢＲ／(ＨＮＢＲ＋ジメタクリル酸亜鉛)、ジメタクリル酸亜鉛／(ＨＮＢＲ＋ジメタクリル酸亜鉛)はこれらの比率を、それ以外は重量部であることを示す。
※２ ＨＮＢＲポリマーは水素添加率９９％のＨＮＢＲであった。
※３ ジメタクリル酸亜鉛含有ポリマー（１）は、ＨＮＢＲとジメタクリル酸亜鉛の配合比が５５：４５のゴムマトリックスであり、ＨＮＢＲの水素添加率は９９％であった。
※４ ジメタクリル酸亜鉛含有ポリマー（２）は、ＨＮＢＲとジメタクリル酸亜鉛の配合比が８３：１７のゴムマトリックスであり、ＨＮＢＲの水素添加率は９６％であった。
※５ ＨＤＰＥとして、インヘンス（ＩＮＨＡＮＣＥ）ＰＥＦファイバー（商品名．フルオロシール社製）を使用した。
【００４４】
次いで、予成型ゴム付き歯布、心線、第１の背ゴムシートを貼付した中間帆布、および第２の背ゴムシートを歯付きモールドにこの順に巻き付けた。中間帆布としては、ナイロン６６から成る４７０ｄｔｅｘのウーリーナイロン糸のよこ糸と、アラミド繊維（商品名．テクノーラＨＭ、帝人テクノプロダクツ社製）の撚り糸から成る４４０ｄｔｅｘのたて糸が平織された織布を用い、よこ糸をモールドの周方向に沿って配置した。モールドに巻き付けられる前の中間帆布のたて糸方向（ベルトの幅方向に相当）の弾性率は１００ＧＰａであった。次いで、モールドに取り付けられたゴムシート等を加硫釜内で、加熱・加圧により加硫成型しベルトスラブを得た。ベルトスラブを研磨・切断し、ベルト幅１６ｍｍ、周長さ９００ｍｍ、歯数９２のＲＵ型の歯付きベルトを得た。
【００４５】
［実施例２〜４］
ゴム糊に配合される高密度ポリエチレンの重量部を表１に示すように変更した点を除いて、実施例１と同様に実施例２〜４を実施した。
【００４６】
［実施例５］
ゴム糊のゴム成分として、ＨＮＢＲの代わりにＮＢＲを使用した点を除いて実施例４と同様に実施した。
【００４７】
［比較例１］
ゴム糊に高密度ポリエチレンを配合しなかった点を除いて、実施例１と同様に実施した。
【００４８】
［比較例２］
ゴム糊に配合される高密度ポリエチレンを１０重量部とした点を除いて、実施例１と同様に実施した。
【００４９】
［比較例３］
ゴム糊のゴム成分として、ＨＮＢＲの代わりにＮＢＲを使用した点を除いて比較例１と同様に実施した。
【００５０】
各実施例、比較例のゴム糊含浸処理を施した歯布について、動摩擦係数を新東科学社製の摩擦試験装置ＴＹＰＥ：１４ＦＷで測定した。その結果を表３に示す。測定条件は、移動モードがシングルモード、移動速度５００ｍｍ／分、荷重２００ｇであった。
【表３】
【００５１】
実施例１〜５、および比較例１〜３に係る歯布と歯ゴム層間の接着強度を、接着強度試験により評価した。図４に示すように、本試験においては、未加硫ゴムシートの上に歯布を配置し、プレス機により圧力を作用させつつ１６０℃で２０分間加硫して、これらが一体化された接着試験サンプル５０を用いた。接着試験サンプル５０は、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ４ｍｍであった。本試験における未加硫ゴムシートには、各実施例、比較例の歯ゴム層と同じ配合のゴム組成物を用い、また歯布には各実施例、比較例と同様に含浸処理された歯布を用いた。
【００５２】
図５は、接着試験サンプルを引張試験機に取り付けた状態を示す。図５に示すように、接着試験サンプル５０において、歯布５２とゴムシート５１を僅かに剥がし、歯布５２の端部をチャック６１で挟み、ゴムシート５１の端部をチャック６２で挟み、両者を５０ｍｍ／分の速度で引っ張りこれらを剥離した。このときの剥離に要する力を接着強度とした。接着強度試験は、１２０℃の高温環境下で行った。接着強度試験の結果を図６に示す。
【００５３】
図７は、内燃機関における伝動システムの一例を示すレイアウトである。この伝動システムを用いて、上記実施例１〜５、比較例１〜２の歯付きベルトについて耐久性能試験を実施した。伝動システム４０は、クランクシャフトに連結される２０歯・直径６０ｍｍの原動歯付きプーリ４１と、カムシャフトに連結される４０歯・直径１２１ｍｍの従動歯付きプーリ４２、４３と、直径８０ｍｍの平テンショナプーリ４４を有する。歯付きベルト１０をプーリ４１〜４３に架設し、ベルトの緩み側でテンショナプーリ４４によって外周側から張力を付与した状態で、４０００ｒｐｍで回転させ、ベルトが破損されるまでの時間を測定した。なお、試験は１２０℃雰囲気下で行われた。各実施例、比較例について、ベルトが破損されたときの時間を図８に示す。但し、実施例２〜５に関しては、ベルトが破損される前に２００時間経過した時点でベルト運転を停止した。
【００５４】
図８から明らかなように、ＨＮＢＲのゴム糊に高密度ポリエチレンを配合せず、若しくは１０重量部配合した比較例１、２に比べて、高密度ポリエチレンを１５〜４０重量部配合した実施例１〜４は高温環境下における耐久性が向上したことが理解できる。特に、本評価では表３、図６、８から明らかなように、高密度ポリエチレンを２４〜３２重量部配合した場合に、接着強度、摩擦係数、耐久性が良好であったことが理解できる。さらに、ゴム糊のゴム成分としてＮＢＲを使用した比較例３、実施例５に関しても、高密度ポリエチレンを添加した実施例５のほうが接着強度、摩擦係数が比較例３に比べて良好になるとともに、実施例５の耐久性は良好になったことが理解できる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 歯付きベルト
１１ ベルト本体
１２ 歯ゴム層
１３ 背ゴム層
１４ 芯ゴム層
１５ 歯部
１６ 歯底部
１７ 歯布
１８ 心線要素
２０ 短繊維
２１ 中間帆布
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高負荷環境下、特に自動車の内燃機関等で使用されるベルトであって、歯布に含浸されるゴム糊が改良された歯付きベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の内燃機関において、クランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するために、歯付きベルトが広く使用されている。内燃機関で使用される歯付きベルトには一般的に高負荷が作用されるので、歯付きベルトの寿命は比較的短くなる傾向にある。近年、内燃機関は小型化されつつあり、それに伴い歯付きベルトも細幅化されているので、歯付きベルトにはより高い負荷が作用されるようになっている。また、内燃機関は、比較的高温環境下で運転されることが多く、高温環境下における歯付きベルトの耐久性能を向上させる必要がある。
【０００３】
ベルト寿命を延ばす１つの方法としては、歯面の摩擦係数を下げて、ベルト歯に作用される負荷を低減させることが考えられる。摩擦係数を下げる具体的な方法としては、例えばポリテトラフロオロエチレン（ＰＴＦＥ）で歯布表面を処理することや、分子量１００万以上の超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）粉末等の摩擦係数が低いものを、歯布処理液に添加することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、ＰＴＦＥで歯布表面を処理し、或いはＵＨＭＷＰＥ粉末を歯布処理液に添加した場合、ベルト本体と歯布との接着性が低下することがある。また、これらはゴムとの相溶性が低く、ベルト運転に伴い歯布表面から離脱するため、ベルト歯面の摩擦係数が時間経過と共に上昇することがある。したがって、ＰＴＦＥやＵＨＭＷＰＥで摩擦係数が改善されたベルトは、ベルトの寿命を十分に向上させることができない。
【０００６】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、歯布のベルト本体への接着性を良好なものとしつつ、摩擦係数を長期にわたって低いものとし、ベルト寿命、特に高温環境下での寿命を延ばすことができる歯付きベルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る歯付きベルトは、一方の面に長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に設けられ、ゴムから形成されるベルト本体と、一方の面に被覆される歯布とを備え、歯布は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜４０重量部の高密度ポリエチレンを含むゴム糊によって含浸処理が施されていることを特徴とする。
【０００８】
高密度ポリエチレンの平均分子量は、３００，０００〜４００，０００であることが好ましい。また、ゴム糊は、ＨＮＢＲ又はＮＢＲを含むことが好ましい。ベルト本体の一部を形成し、かつ歯布に接着されるゴムは、高密度ポリエチレンを含むことが好ましく、より好ましくはさらにＨＮＢＲも含む。本発明に係る歯付きベルトは例えば、内燃機関で使用される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明においては、歯布に含浸されるゴム糊が、高密度ポリエチレンを所定量含むことにより、高温環境下における歯布と歯ゴム層の接着強度、及び歯面の摩擦係数を良好なものとし、高温環境下におけるベルトの耐久性を向上させることができる。さらに、歯面の摩擦係数を低減することで、異音の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る歯付ベルトの側面図である。
【図２】歯付ベルトの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図３】歯付ベルトの製造方法を模式的に示す断面図である。
【図４】接着強度試験に使用された接着試験サンプルを示す斜視図である。
【図５】接着試験サンプルを引張試験機に取り付けた状態を示す斜視図である。
【図６】接着強度試験の結果を示すグラフである。
【図７】耐久性能試験で使用される伝動システムのレイアウトを示す模式図である。
【図８】耐久性能試験の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施形態における歯付きベルトを示す。歯付きベルト１０は、例えば、自動車の内燃機関等で使用される無端状ベルトであって、例えば、クランクシャフトからカムシャフトに動力を伝達するために使用される動力伝達ベルトである。
【００１２】
歯付きベルト１０は、ゴムから形成されるベルト本体１１と、ベルト本体１１に埋設され、ベルトの長手方向に沿って延びる心線要素１８とを備える。心線要素１８は、例えば一対の心線が歯付きベルト１０の長手方向に沿って螺旋状に巻回されることにより幅方向に複数本並べられたものであり、ベルト１０の抗張部材となる。ベルト本体１１の一方の面（歯面）１１Ａには、長手方向に沿って歯部１５と歯底部１６が交互に設けられている。
【００１３】
ベルト本体１１は、ベルト本体１１の歯面１１Ａ側に設けられた歯ゴム層１２と、ベルト本体１１の他方の面（背面）１１Ｂ側に設けられた背ゴム層１３と、これら歯ゴム層１２と背ゴム層１３の間に設けられる芯ゴム層１４とが一体となって形成される。心線要素１８は、背ゴム層１３と芯ゴム層１４との境界面に配置されており、背ゴム層１３と芯ゴム層１４との境界面は、ベルト１０のピッチ面に略一致する。すなわち本実施形態では、心線要素１８より背面側のベルト本体１１は背ゴム層１３によって形成されると共に、心線要素１８より歯面側のベルト本体１１は、芯ゴム層１４に歯ゴム層１２が積層されて形成される。
【００１４】
芯ゴム層１４と歯ゴム層１２との境界面は、歯面１１Ａの形状に応じた形状を呈しており、歯部１５のベルト長手方向における中央で最もピッチ面（心線要素１８）から遠ざかるとともに、歯底部１６に近づくに従ってピッチ面（心線要素１８）に近づく。すなわち、芯ゴム層１４は、歯部１５内部において歯部１５の形状に合わせて上側に膨らんでおり、歯部１５内部の中心部分を構成する。また、歯部１５における歯ゴム層１２は、芯ゴム層１４の歯面１１Ａ側を取り巻くように積層され、歯面１１Ａに沿って配置される。一方、歯底部１６や歯底部１６近傍では、芯ゴム層１４と歯ゴム層１２はともに、相体的に薄い層となっている。
【００１５】
芯ゴム層１４は、多数の短繊維２０が略均等に混入されており、短繊維２０が混入されない歯ゴム層１２及び背ゴム層１３に比べてモジュラスが高くなる。短繊維２０としてはモジュラスの比較的高いアラミド短繊維が好適に使用される。本実施形態では、芯ゴム層１４のモジュラスを歯ゴム層１２より高めることにより、歯部１５全体の剛性が低下することを抑制しつつ、歯表面部分を柔らかくすることができる。したがって、歯部表面や歯底部におけるクラックや、ベルト運転時の異音発生等を抑制しつつ、歯部１５の耐久性能を向上させることができる。
【００１６】
なお、ゴム層のモジュラスとは、そのゴム層と同一のゴム組成物を加硫して得られた試験片を、ＪＩＳ Ｋ６２５１に従って測定した２０％伸びたときの応力をいう。なお、ゴム層に短繊維が混入している場合、試験片では短繊維を一方向に配向させ、その配向方向に試験片を引っ張ったときに測定されたモジュラスをいう。また、試験片はＪＩＳ Ｋ６２５１のダンベル状５号形を用いて採取した加硫ゴムである。
【００１７】
芯ゴム層１４において、短繊維２０は規則的に分布させられる。具体的には短繊維２０は、歯部１５の中央領域では、ほぼベルトの厚さ方向に配向されると共に、その中央領域から歯面に近づくにつれて、歯面に沿うように厚さ方向に対して傾いて配向され、歯部１５の頂部近傍や歯底部１６近傍ではほぼベルトの長手方向に沿って配向される。
【００１８】
歯ゴム層１２の外周、すなわちベルト本体１１の一方の面１１Ａには、歯布１７が接着・被覆されている。本実施形態における歯布１７はポリアリレート繊維を含むことが好ましい。歯布１７は例えば、ベルトの幅方向に延びるたて糸と、ベルトの長手方向に延びるよこ糸によって織られた織物で構成され、そのよこ糸にポリアリレートを含むことが好ましい。例えばよこ糸は、ポリアリレート繊維から成る糸と、ポリアリレート繊維よりも伸縮性の高い繊維から成る糸（以下高伸縮性繊維糸という）を含む複合糸である。複合糸は例えば、高伸縮性繊維糸を芯糸として、その周りにポリアリレート繊維糸が巻き回され、さらにポリアリレート繊維糸の周りに、カバー糸が巻き回されて構成されたものである。
【００１９】
上記高伸縮性繊維糸としては、例えばウレタン弾性糸等が使用され、カバー糸としては、例えばナイロン繊維、ポリエステル繊維等で構成される糸が使用される。よこ糸に使用されるポリアリレート繊維は、いわゆる全芳香族ポリエステルからなるものであり、その具体例として、例えばベクトラン（商品名．クラレ社製）が挙げられる。歯布１７のたて糸は、その材質が特に限定されるわけではないが、ナイロン繊維またはポリエステル繊維等で構成される。
【００２０】
歯布１７は歯ゴム層１２に接着される前に、ゴム成分及び高密度ポリエチレンを含むゴム糊に浸漬された後乾燥されることにより、ゴム糊含浸処理が施されている。これにより、加硫成型時にゴム糊が加硫され、歯布１７は歯ゴム層１２に接着されやすくなる。高密度ポリエチレンとしては、例えば、粒子状、繊維状のものが使用され、その表面にＯＨ基及び／またはＣＯＯＨ基が付加されて表面処理されていても良い。なお、本明細書においては、高密度ポリエチレンとは、比重０．９２以上のものをいい、その比重は好ましくは０．９２〜０．９６である。ゴム糊に添加される高密度ポリエチレンの荷重たわみ温度（ＡＳＴＭ−Ｄ６４８による）は、例えば１００〜１３０℃程度、粘度法（ＭＦＲ）による平均分子量は、３００，０００〜４００，０００程度である。なお、高密度ポリエチレンは、他の分子に架橋可能な部分を有していない。
【００２１】
本実施形態では、ゴム糊が上記高密度ポリエチレンを含むことにより、歯布１７と歯ゴム層１２との接着性を良好にすることができる。また、高密度ポリエチレンによって、歯布表面（すなわち、歯面１１Ａ）の摩擦係数を低減させることができるので、ベルト運転時の有効張力を低下させ、ベルトに作用される負荷を低減させることができる。さらに、上記分子量を有する高密度ポリエチレンは、後述する方法でゴム糊のゴム成分に十分に混合・相溶することができるので、ベルト運転に伴い歯布から離脱することが防止される。
【００２２】
高密度ポリエチレンは、ゴム糊において、ゴム成分１００重量部に対して、１５〜４０重量部配合される。高密度ポリエチレンを１５重量部未満しか配合しないと、ベルトの摩擦係数を低減させる効果は限定的であり、また歯布１７の歯ゴム層１２に対する接着力も十分に上昇させることができない。また、４０重量部より多く配合すると、摩擦係数、特に高温環境下における摩擦係数が、高密度ポリエチレンの軟化による粘着が生じることで上昇し、ベルトの耐久性を十分に向上させることができない。ベルトの高温環境下における耐久性をより高めるために、高密度ポリエチレンは、ゴム糊のゴム成分１００重量部に対して好ましくは２４〜４０重量部配合され、また、摩擦係数を十分に低下させ、かつ歯布１７と歯ゴム層１２との接着強度を十分に高めるためにより好ましくは２４〜３２重量部配合される。
【００２３】
ゴム糊に使用されるゴム成分としては、ＨＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）、フッ素ゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、これらの混合物、またはこれら１以上のゴムに他の種類のゴムが混合されたもの等が使用されるが、これらゴム成分の中でも、ＨＮＢＲ又はＮＢＲが好適に使用される。ゴム糊のゴム組成物は、ゴム成分及び高密度ポリエチレンに加えて、加硫剤、老化防止剤、加硫助剤、カーボンブラック等の各種添加剤が配合されたものである。
【００２４】
本実施形態において、ゴム糊は、以下のように用意される。まず、高密度ポリエチレンを含む、加硫剤以外のゴム組成物の添加剤がゴムと共に混練される（一次練り）。このとき、混練温度は高密度ポリエチレンの荷重たわみ温度以上であり、したがって、高密度ポリエチレンは軟化した状態でゴムに混合され、ゴムに良好に混合・相溶される。一次練りを終えた混合物にはさらに加硫剤が添加され、加硫剤の加硫温度未満（一次練りの混練温度未満）で混練されてゴム組成物が得られる（二次練り）。そして、このゴム組成物に、フェノールレジン等の有機補強剤、および溶媒等が加えられてゴム糊が得られる。なお、上記ゴム組成物は、高密度ポリエチレンが荷重たわみ温度以上の温度でゴム成分と混練されるとともに、加硫剤が加硫温度未満の温度でゴム成分に混練されるのならば、上記方法で混練されなくても良い。例えば、二次練りで加硫剤以外の添加剤が添加されても良い。
【００２５】
歯ゴム層１２、背ゴム層１３、及び芯ゴム層１４は、ゴム組成物が加硫して形成されたものである。ゴム層１２〜１４のゴム成分としては、上記ゴム糊で例示したゴム成分と同様のものが使用されるが、ＨＮＢＲが好適に使用される。またゴム層１２〜１４のゴム成分としては、互いに同種のゴムが使用されることが好ましい。さらに歯ゴム層１２のゴム成分は、ゴム糊のゴム成分と同種のゴムが使用されることが好ましい。
【００２６】
各ゴム層１２〜１４のゴム組成物には、ゴム成分に加えて、加硫剤、老化防止剤、加硫助剤、カーボンブラック等の各種添加剤が含まれている。また、ゴム層１２〜１４のゴム組成物には、これらの強度を向上させるために、（メタ）アクリル酸亜鉛等のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩が含まれていることが好ましい。
【００２７】
本実施形態では、歯ゴム層１２のゴム組成物には好ましくは、高密度ポリエチレンが含まれる。歯ゴム層１２のゴム組成物に添加される高密度ポリエチレンは、ゴム糊に配合される高密度ポリエチレンと同様のものが使用される。歯ゴム層１２のゴム組成物に高密度ポリエチレンが含まれる場合、歯ゴム層１２のゴム組成物は、ゴム糊のゴム組成物と同様の方法により混練されて得られることが好ましい。
【００２８】
歯ゴム層１２に上記高密度ポリエチレンが含まれることにより、動的粘弾性測定法により測定された歯ゴム層１２の１００〜１２０℃におけるｔａｎδは、０．１００〜０．１２０の範囲内となることが好ましい。なお、ｔａｎδとは、弾性に相当する貯蔵弾性率（Ｅ’）と粘性に相当する損失弾性率（Ｅ”）の比である損失正接（＝Ｅ”／Ｅ’）をいう。本実施形態では歯ゴム層１２のｔａｎδが高温環境下で上記範囲となることにより、高温環境下でベルトの噛み合い面（歯面１１Ａ）に作用される負荷エネルギーを吸収しやすくなるので、ベルト１０を高温環境下で使用しても、噛み合い時等に生じる異音の発生が防止される。また、歯ゴム層１２に上記性質の高密度ポリエチレンを含有させることにより、ｔａｎδを上記範囲内としつつ歯ゴム層１２と歯布１７との接着性を高めることができるので、ベルトの耐久性を高めることができる。
【００２９】
なお、ｔａｎδは、歯ゴム層と同一のゴム組成物を、温度１２０℃で２０分間加硫して得られたサンプルから作製された厚み１．９〜２．７ｍｍ、幅６ｍｍ、長さ５ｍｍの試料を用いて測定したものをいう。また、測定装置としては、島津製作所社製の粘弾性スペクトロメータ（商品名．粘弾性試験機 トライトン製トライテック２０００）を用い、振幅±２．５％、周波数１Ｈｚの測定条件で測定したものとする。
【００３０】
高密度ポリエチレンは、歯ゴム層１２のゴム組成物において、マトリックスゴム１００重量部に対して１０重量部以下、好ましくは３〜１０重量部、特に好ましくは５〜１０重量配合される。高密度ポリエチレンを３重量部未満しか配合しないと、耐久性能や音性能の向上が限定的であるとともに、１０重量部より多く配合すると、耐久性能や音性能が実質的に向上しなくなる。また、５〜１０重量部配合した場合、耐久性能を特に効果的に向上させることができる。なお、“マトリックスゴム１００重量部”とは、ゴム組成物にα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩が配合されている場合には、ゴムとα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩との合計が１００重量部であることを示し、α，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩が配合されていない場合には、ゴム単独で１００重量部であることを示す。
【００３１】
背ゴム層１３には、心線要素１８から離間した位置で、ピッチ面（心線要素１８）と略平行に配置された中間帆布２１が埋設される。中間帆布２１は、ベルトの長手方向及び幅方向に沿って面状に広がり、ベルトの長手方向及び幅方向の全体にわたって設けられるものである。中間帆布２１は、ベルト幅方向に剛性が高く、ベルト長手方向に伸縮性のある帆布である。中間帆布２１としては、好ましくはベルト幅方向における弾性率が１００ＧＰａ以上の帆布が使用されるが、特に好ましくは当該弾性率が１８０〜２４０ＧＰａである帆布が使用される。なお、弾性率は、ＪＩＳ Ｌ１０９５ ９．１３の初期引張抵抗度に基づいて測定されたものである。
【００３２】
中間帆布２１は、ベルト幅方向に延びるたて糸２２と、ベルト長手方向に延びるよこ糸２３によって織られた織布であって、例えば綾織、平織等で織られたものである。中間帆布２１のたて糸２２としては、高剛性の非伸縮糸が使用され、例えばアラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、カーボン繊維、またはこれらの混合繊維等から構成される糸が使用される。また、よこ糸２３としては、伸縮糸が使用され、例えばウーリーナイロン等の捲縮ナイロン糸が使用される。
【００３３】
本実施形態では、背ゴム層１３にベルト幅方向に剛性の高い中間帆布２１が埋設されることにより、歯部１５の剛性を上げることなく、歯付きベルト１０の捻り剛性が向上し、ベルト運転時の有効張力を低減させることが可能となる。有効張力が低減すると、ベルトに作用される負荷が抑制され、ベルトの耐久性を向上させることができる。また、中間帆布２１のベルト長手方向に延びる糸として伸縮糸が使用されることにより、後述する製造工程で中間帆布２１が歯付きモールドに容易に取り付けられ、ベルトの成型性を良好なものとすることができる。なお、本実施形態では、中間帆布２１は省略されても良い。
【００３４】
次に、図２、３を用いて歯付きベルト１０の製造工程について説明する。図２は、歯付きモールド３１に、予成型ゴム付き歯布３２、心線１８’、第１の背ゴムシート１３Ａ’が貼付された中間帆布２１’、及び第２の背ゴムシート１３Ｂ’を巻き付ける工程を示す。なお、図２における歯ゴムシート１２’、芯ゴムシート１４’、及び背ゴムシート１３Ａ’、１３Ｂ’は、加硫成型後にそれぞれベルト１０において歯ゴム層１２、芯ゴム層１４、背ゴム層１３となるものである。上記各ゴムシートは、未加硫のゴム組成物それぞれがシート状にされたものであり、芯ゴムシート１４’には短繊維２０が配合されている。また、歯布１７’、心線１８’、中間帆布２１’は、ベルト１０において歯布１７、心線要素１８、及び中間帆布２１となるものである。
【００３５】
本方法においては、まずゴム糊で含浸処理された歯布１７’がコルゲート状に予成型されて、歯布１７’に歯部１５’と歯底部１６’が所定の方向に沿って交互に設けられる。次いで、その予成型された歯布１７’に歯ゴムシート１２’及び芯ゴムシート１４’がこの順で圧着されて一体化され、予成型ゴム付き歯布３２が用意される。このとき、歯ゴムシート１２’及び芯ゴムシート１４’は押圧されることにより、歯布１７’の歯部１５’に相体的に肉厚に圧着される一方、歯底部１６’に相体的に薄く圧着される。また、芯ゴムシート１４’において、短繊維２０は圧着前上記所定の方向に配向されているが、歯布１７’に圧着されるとき、歯部１５’内部において歯部形状に沿うように傾けられる。
【００３６】
次いで、歯付きベルト１０を加硫成型するために使用される歯付きモールド３１が用意される。歯付きモールド３１は、円筒形状を有するとともに、その外周面がベルト１０の歯面の形状に一致する形状を呈し、周方向に沿って凹部３３と凸部３４が交互に設けられている。歯付きモールド３１の外周面には、まず予成型ゴム付き歯布３２が、各歯部１５’が各凹部３３の内部に配置されるようにして巻き付けられる。なお、各歯部１５’は、通常、凹部３３に完全に一致した形状となっておらず、歯部１５’と凹部３３の間には隙間がある。
【００３７】
次いで、予成型ゴム付き歯布３２の芯ゴムシート１４’の上に心線１８’が螺旋状に巻き付けられる。巻き付けられた心線１８’の上には、所定の厚みの第１の背ゴムシート１３Ａ’が貼付された中間帆布２１’が、背ゴムシート１３Ａ’がモールド３１の内側（心線１８’側）を向くように巻き付けられる。但し、第１の背ゴムシート１３Ａ’は、中間帆布２１’とは別体とされ、心線１８’の上に第１の背ゴムシート１３Ａ’、中間帆布２１’がこの順で巻き付けられても良い。なお、このとき、たて糸２２がモールド３１の軸方向に、よこ糸２３がモールド３１の周方向に沿って配置される。巻き付けられた中間帆布２１’の上にはさらに、第２の背ゴムシート１３Ｂ’が巻き付けられる。これら予成型ゴム付き歯布３２等が巻き付けられた歯付きモールド３１は、加硫釜（不図示）内に収容される。加硫釜内において、歯付きモールド３１に巻き付けられた予成型ゴム付き歯布３２等は、例えばスチームにより加熱され、加硫釜内に設けられた加硫バッグ等によって外側から内側に向けて加圧される。
【００３８】
上記加圧・加熱により、ゴムシート１２’、１３Ａ’、１３Ｂ’、１４’は流動性が増した状態で内側に押圧され、第２の背ゴムシート１３Ｂ’は、中間帆布２１’のたて糸２２、よこ糸２３の隙間から内部に流入し、第１の背ゴムシート１３Ａ’に一体化される。これにより、背ゴムシート１３Ａ’、１３Ｂ’の内部に中間帆布２１’が埋設される。さらには、心線１８’も、背ゴムシート１３Ａ’及び芯ゴムシート１４’の間に埋設される。また、歯布１７’はこれらゴムシートに押されて、モールド３１の外周面に一致した形状となり、ベルトの歯面が形成される。ここで、芯ゴムシート内部の短繊維２０は、一部がさらに厚さ方向に沿うように配向され、図１の配向を示すようになる。また、上記加圧・加熱により、各ゴムシートが加硫され、各ゴムシート、歯布１７’、中間帆布２１’、及び心線１８’が一体化され図３に示すようなベルトスラブ１０’が得られる。ベルトスラブ１０’は、歯付きモールド３１から取り外され研磨後裁断されることにより、歯付きベルト１０（図１参照）となる。
【００３９】
以下、本実施形態の具体的な例として実施例を示すが、本発明は以下に示す実施例に限定されるものではない。
【００４０】
［実施例１］
歯布としてたて糸とよこ糸が２／２の綾織で織られた織布を用意した。歯布において、たて糸は、１１０ｄｔｅｘのナイロン６６のフィラメント糸であるとともに、よこ糸は、４７０ｄｔｅｘのウレタン弾性糸から成る芯糸の周りに、２８０ｄｔｅｘのポリアリレート繊維糸（ベクトラン（商品名．クラレ社製））を巻き回し、そのポリアリレート繊維糸の周りにさらに１１０ｄｔｅｘのナイロン６６から成るカバー糸を巻き回した複合糸であった。次いで、歯布を表１に示すゴム組成物を有するゴム糊に浸漬した後、乾燥（１００℃、５分間）して含浸処理を施した。ゴム糊は、加硫剤以外の添加剤及びゴム成分を１２０℃以上で混練し（一次練り）、その後加硫剤を添加して加硫剤の加硫温度未満で混練してゴム組成物を得て（二次練り）、そのゴム組成物にＭＥＫ及びフェノールレジンを加えて作製した。ゴム糊において、ゴム組成物：フェノールレジン：ＭＥＫの重量比は、１００：３３：５００であった。
【００４１】
【表１】
※ ＨＮＢＲのゴム成分としてZetpol 2020（商品名．日本ゼオン社製）を、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）としてインヘンス（ＩＮＨＡＮＣＥ）ＰＥＦファイバー（商品名．フルオロシール社製）を使用した。表１における各数値は重量部を示す。
【００４２】
表２に示すゴム組成物から成る背ゴムシート（第１及び第２の背ゴムシート）、芯ゴムシート、歯ゴムシートを用意した。なお、歯ゴムシートは、ゴム糊と同様の方法で混練されたゴム組成物を、カレンダー処理して得られたものであった。また、芯ゴムシートには繊維長１ｍｍのアラミド短繊維が配合されており、芯ゴムシートのモジュラスは第１及び第２の背ゴムシート及び歯ゴムシートよりも高かった。歯布を予成型し、この歯布に歯ゴムシート及び芯ゴムシートを圧着して、予成型ゴム付き歯布を得た。
【００４３】
【表２】
※１ 表中において、ＨＮＢＲ／(ＨＮＢＲ＋ジメタクリル酸亜鉛)、ジメタクリル酸亜鉛／(ＨＮＢＲ＋ジメタクリル酸亜鉛)はこれらの比率を、それ以外は重量部であることを示す。
※２ ＨＮＢＲポリマーは水素添加率９９％のＨＮＢＲであった。
※３ ジメタクリル酸亜鉛含有ポリマー（１）は、ＨＮＢＲとジメタクリル酸亜鉛の配合比が５５：４５のゴムマトリックスであり、ＨＮＢＲの水素添加率は９９％であった。
※４ ジメタクリル酸亜鉛含有ポリマー（２）は、ＨＮＢＲとジメタクリル酸亜鉛の配合比が８３：１７のゴムマトリックスであり、ＨＮＢＲの水素添加率は９６％であった。
※５ ＨＤＰＥとして、インヘンス（ＩＮＨＡＮＣＥ）ＰＥＦファイバー（商品名．フルオロシール社製）を使用した。
【００４４】
次いで、予成型ゴム付き歯布、心線、第１の背ゴムシートを貼付した中間帆布、および第２の背ゴムシートを歯付きモールドにこの順に巻き付けた。中間帆布としては、ナイロン６６から成る４７０ｄｔｅｘのウーリーナイロン糸のよこ糸と、アラミド繊維（商品名．テクノーラＨＭ、帝人テクノプロダクツ社製）の撚り糸から成る４４０ｄｔｅｘのたて糸が平織された織布を用い、よこ糸をモールドの周方向に沿って配置した。モールドに巻き付けられる前の中間帆布のたて糸方向（ベルトの幅方向に相当）の弾性率は１００ＧＰａであった。次いで、モールドに取り付けられたゴムシート等を加硫釜内で、加熱・加圧により加硫成型しベルトスラブを得た。ベルトスラブを研磨・切断し、ベルト幅１６ｍｍ、周長さ９００ｍｍ、歯数９２のＲＵ型の歯付きベルトを得た。
【００４５】
［実施例２〜４］
ゴム糊に配合される高密度ポリエチレンの重量部を表１に示すように変更した点を除いて、実施例１と同様に実施例２〜４を実施した。
【００４６】
［実施例５］
ゴム糊のゴム成分として、ＨＮＢＲの代わりにＮＢＲを使用した点を除いて実施例４と同様に実施した。
【００４７】
［比較例１］
ゴム糊に高密度ポリエチレンを配合しなかった点を除いて、実施例１と同様に実施した。
【００４８】
［比較例２］
ゴム糊に配合される高密度ポリエチレンを１０重量部とした点を除いて、実施例１と同様に実施した。
【００４９】
［比較例３］
ゴム糊のゴム成分として、ＨＮＢＲの代わりにＮＢＲを使用した点を除いて比較例１と同様に実施した。
【００５０】
各実施例、比較例のゴム糊含浸処理を施した歯布について、動摩擦係数を新東科学社製の摩擦試験装置ＴＹＰＥ：１４ＦＷで測定した。その結果を表３に示す。測定条件は、移動モードがシングルモード、移動速度５００ｍｍ／分、荷重２００ｇであった。
【表３】
【００５１】
実施例１〜５、および比較例１〜３に係る歯布と歯ゴム層間の接着強度を、接着強度試験により評価した。図４に示すように、本試験においては、未加硫ゴムシートの上に歯布を配置し、プレス機により圧力を作用させつつ１６０℃で２０分間加硫して、これらが一体化された接着試験サンプル５０を用いた。接着試験サンプル５０は、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚さ４ｍｍであった。本試験における未加硫ゴムシートには、各実施例、比較例の歯ゴム層と同じ配合のゴム組成物を用い、また歯布には各実施例、比較例と同様に含浸処理された歯布を用いた。
【００５２】
図５は、接着試験サンプルを引張試験機に取り付けた状態を示す。図５に示すように、接着試験サンプル５０において、歯布５２とゴムシート５１を僅かに剥がし、歯布５２の端部をチャック６１で挟み、ゴムシート５１の端部をチャック６２で挟み、両者を５０ｍｍ／分の速度で引っ張りこれらを剥離した。このときの剥離に要する力を接着強度とした。接着強度試験は、１２０℃の高温環境下で行った。接着強度試験の結果を図６に示す。
【００５３】
図７は、内燃機関における伝動システムの一例を示すレイアウトである。この伝動システムを用いて、上記実施例１〜５、比較例１〜２の歯付きベルトについて耐久性能試験を実施した。伝動システム４０は、クランクシャフトに連結される２０歯・直径６０ｍｍの原動歯付きプーリ４１と、カムシャフトに連結される４０歯・直径１２１ｍｍの従動歯付きプーリ４２、４３と、直径８０ｍｍの平テンショナプーリ４４を有する。歯付きベルト１０をプーリ４１〜４３に架設し、ベルトの緩み側でテンショナプーリ４４によって外周側から張力を付与した状態で、４０００ｒｐｍで回転させ、ベルトが破損されるまでの時間を測定した。なお、試験は１２０℃雰囲気下で行われた。各実施例、比較例について、ベルトが破損されたときの時間を図８に示す。但し、実施例２〜５に関しては、ベルトが破損される前に２００時間経過した時点でベルト運転を停止した。
【００５４】
図８から明らかなように、ＨＮＢＲのゴム糊に高密度ポリエチレンを配合せず、若しくは１０重量部配合した比較例１、２に比べて、高密度ポリエチレンを１５〜４０重量部配合した実施例１〜４は高温環境下における耐久性が向上したことが理解できる。特に、本評価では表３、図６、８から明らかなように、高密度ポリエチレンを２４〜３２重量部配合した場合に、接着強度、摩擦係数、耐久性が良好であったことが理解できる。さらに、ゴム糊のゴム成分としてＮＢＲを使用した比較例３、実施例５に関しても、高密度ポリエチレンを添加した実施例５のほうが接着強度、摩擦係数が比較例３に比べて良好になるとともに、実施例５の耐久性は良好になったことが理解できる。
【符号の説明】
【００５５】
１０ 歯付きベルト
１１ ベルト本体
１２ 歯ゴム層
１３ 背ゴム層
１４ 芯ゴム層
１５ 歯部
１６ 歯底部
１７ 歯布
１８ 心線要素
２０ 短繊維
２１ 中間帆布
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に設けられ、ゴムから形成されるベルト本体と、
前記一方の面に被覆される歯布とを備え、
前記歯布は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜４０重量部の高密度ポリエチレンを含むゴム糊によって含浸処理が施されていることを特徴とする歯付きベルト。
【請求項２】
前記高密度ポリエチレンの平均分子量が、３００，０００〜４００，０００であることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項３】
前記ゴム糊は、ＨＮＢＲ又はＮＢＲを含むことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項４】
前記ベルト本体の一部を形成し、かつ前記歯布に接着されるゴムは、高密度ポリエチレンを含むことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項５】
前記ベルト本体の一部を形成し、かつ前記歯布に接着されるゴムは、ＨＮＢＲを含むことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項６】
内燃機関で使用されることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項１】
一方の面に長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に設けられ、ゴムから形成されるベルト本体と、
前記一方の面に被覆される歯布とを備え、
前記歯布は、ゴム成分１００重量部に対して１５〜４０重量部の高密度ポリエチレンを含むゴム糊によって含浸処理が施されていることを特徴とする歯付きベルト。
【請求項２】
前記高密度ポリエチレンの平均分子量が、３００，０００〜４００，０００であることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項３】
前記ゴム糊は、ＨＮＢＲ又はＮＢＲを含むことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項４】
前記ベルト本体の一部を形成し、かつ前記歯布に接着されるゴムは、高密度ポリエチレンを含むことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項５】
前記ベルト本体の一部を形成し、かつ前記歯布に接着されるゴムは、ＨＮＢＲを含むことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項６】
内燃機関で使用されることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６４２５６（Ｐ２０１１−６４２５６Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１４８９３（Ｐ２００９−２１４８９３）
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１１５２４５）ゲイツ・ユニッタ・アジア株式会社 (101)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１６日（２００９．９．１６）
【出願人】（０００１１５２４５）ゲイツ・ユニッタ・アジア株式会社 (101)
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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