歯付ベルト
【課題】歯付ベルトの歯部に使用される材料の接着力を保持しながら、摩擦係数を下げることにより、高負荷下で発生するベルト歯部の摩耗、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面磨耗、損傷が防止でき、それによりエンジン及び動力伝達装置の正常な動きを維持するベルトを提供する。
【解決手段】背部２に心線１を埋設した歯付ベルト５に長手方向に沿って複数の歯部３を設け、歯部３表面を歯布４で被覆して形成される歯付ベルトに関する。少なくとも前記歯部３に使用される歯布４の接着力を維持しながら、動摩擦係数を小さくする。その手段として、前記歯部３を構成する繊維材料にポリテトラフルオロエチレン繊維を使用し、その織り組織を３／１綾織りあるいは、２重織りとする。
【解決手段】背部２に心線１を埋設した歯付ベルト５に長手方向に沿って複数の歯部３を設け、歯部３表面を歯布４で被覆して形成される歯付ベルトに関する。少なくとも前記歯部３に使用される歯布４の接着力を維持しながら、動摩擦係数を小さくする。その手段として、前記歯部３を構成する繊維材料にポリテトラフルオロエチレン繊維を使用し、その織り組織を３／１綾織りあるいは、２重織りとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車用エンジンのカム軸又はカム軸とインジェクションポンプの駆動用、大型の２輪車の後輪駆動用或いは、一般産業用機械の同期伝動用等に使用される歯布被覆の歯付ベルトに関するものである。特に、高負荷用ベルトに関して、耐摩耗性及び耐歯欠け性を向上し、さらにベルト端面損傷についても改善するとともに、心線の伸びを小さくしてジャンピングを低減して伝達能力を高めた歯付ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのカム軸、インジェクションポンプ、オイルポンプ、ウォータポンプ等を駆動する歯付ベルトは、エンジンの高出力化に伴い、ベルトへの負荷の増大及びエンジンルームのコンパクト化に伴う雰囲気温度の上昇など歯付ベルトの使用環境は近年特に厳しくなってきている為、さらなる耐久性の向上が要求されている。また、大型の２輪車については、近年チェーン及びシャフト駆動から歯付ベルトでの駆動方式が増えてきている。さらに、一般産業用に使用される歯付ベルトについても、射出成形機等の高負荷駆動用等取替え周期の延長を要求されている。
【０００３】
歯付ベルトの故障形態は、心線の屈曲疲労及びゴムの耐熱性不足によるベルト切断に対しては、心線材質、心線構成の細径化等の改良、心線処理剤の耐熱性改良が実施されている。また、ゴムの耐熱性改良についても水素添加ニトリルゴムの使用等により故障は減少している。
【０００４】
特に、ベルトに高負荷が掛かるエンジン、又は産業用駆動装置を駆動する歯付ベルトは、高負荷の為、負荷を受ける歯底部の摩耗が大きく、その歯底部の摩耗から歯欠けが発生しやすい。また、高負荷によりプーリ軸が撓んだり、ベルトの片寄り走行が発生し、プーリフランジ等との摩擦によるベルト側面の異常摩耗及び側面の損傷による切断、歯欠けについても懸念される。
【０００５】
また、高負荷によりベルトが伸びて、オートテンショナーが作動せず、ベルトに適正な負荷が掛からなくなり、エンジンの正常な動作を妨げる現象が生じる。
【０００６】
ベルト側面摩耗、損傷、ベルトの伸びに対し、プーリ歯とかみ合う歯付ベルト表面の歯布材料に摩擦係数低減作用のあるフッ素樹脂や層状のグラファイト等を添加した処理を施すことや、心線材料の検討が実施されているが、未だに十分な改良策が見出されていない。
【０００７】
また、特許文献１には、歯布の一方の糸に高接着性を有する６−ナイロン或いは６・６ナイロンの繊維材料とし、他方の糸をフッ素系繊維或いはカーボン繊維とするものであることが開示されているが、歯布の他方の糸にフッ素系繊維又はカーボン繊維を使用するのみで、歯付ベルト歯部の寸法精度を容易に実現できない。さらには、高度な寸法精度を要する自動車用歯付ベルトとしては、使用可能な寸法が発現できなかった。
【０００８】
【特許文献１】特公昭５８−３３４２３号公報
【０００９】
ガラス繊維やアラミド繊維に代わって炭素繊維を使用した伝動ベルトも提案されている。例えば、特許文献１にはウレタンエラストマーのベルト素材に心線として炭素繊維コードを使用し、又特許文献２には熱可塑性エラストマーのベルト素材に、片撚りの炭素素材で撚る前にベルト本体と同じ材質の熱可塑性エラストマーで処理して接着を改善したものが使用されている。また特許文献２には、上撚り係数が２.０〜４.０であって、下撚り係数が上撚り係数の１／２〜３／２にして、初期強力が大きく、伸びが小さく、耐水性、耐屈曲疲労性を改善した歯付ベルトが開示されている。
【００１０】
しかし、従来の歯付ベルトでは、高負荷伝動の場合には、心線の伸びによってベルトのジャンピングが発生し、又走行後のベルト残存強力も走行前に比べて大きく低下することがあった。
【特許文献２】特許第２９５４５５４号
【特許文献３】特開平１０−２３７９号公報
【特許文献４】特公平０３−４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような問題点を解決するものであり、歯付ベルトの歯部に使用される歯布の摩擦係数を下げることにより、高負荷下で発生するベルト歯布の摩耗、摩耗による歯部の亀裂からなる歯の損傷が防止でき、それによりエンジン或いは動力伝達装置の正常な動きを維持し、寸法精度も容易に発現できる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】
【００１２】
本発明は、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、少なくとも前記歯部に使用される織物の構成が経糸にナイロン繊維、緯糸にポリテトラフルオロエチレン繊維及びポリウレタン弾性糸からなる構成とする歯付ベルトにある。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記ポリテトラフルオロエチレン繊維中のポリ４フッ化エチレンの含有量がポリテトラフルオロエチレン繊維１００に対して９０〜１００質量部である請求項１に記載の歯付ベルトにある。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記織物の織り組織が、３／１綾織り又は二重織りのいずれかであり、前記歯布中のポリテトラフルオロエチレン繊維が歯部の表面に現れるのがポリテトラフルオロエチレン繊維中７５〜１００％である請求項１又は２に記載の歯付ベルトにある。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記織物をゴム１００質量部に対してグラファイトを１０質量部から２００質量部含んだゴム糊で処理した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機化酸化物又は硫黄化合物を配合した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー１００に対して１５〜４０質量部添加した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、前記歯付ベルトの背面硬度がＪＩＳＡ型硬度計で測定して８０度〜９５度である請求項１から６のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルトである。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルトである。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルトである。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルトである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の歯付ベルトは、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、 少なくとも前記歯部に使用される織物の構成が経糸にナイロン繊維、緯糸にポリテトラフルオロエチレン繊維及びポリウレタン弾性糸からなる構成とする歯付ベルトであることから、少なくとも前記歯部に使用されるポリテトラフルオロエチレン繊維による織物の摩擦係数が０．２よりも小さくなるので、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００２４】
又、請求項２に記載の発明によると、前記ポリテトラフルオロエチレン繊維中のポリ４フッ化エチレンの含有量がポリテトラフルオロエチレン繊維１００に対して９０〜１００質量部である請求項１に記載の歯付ベルトであることから、歯布の摩擦係数を確実に小さくすることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によると、前記織物の織り組織が、３／１綾織り又は二重織りのいずれかであり、前記歯布中のポリテトラフルオロエチレン繊維が歯部の表面に現れるのがポリテトラフルオロエチレン繊維中７５〜１００％である請求項１又は２に記載の歯付ベルトであることから、ポリテトラフルオロエチレン繊維が接着面に極力出ない組織となり、織物とゴムとの接着性を上げ、かつ歯面の摩擦係数を小さくすることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によると、前記織物をゴム１００質量部に対してグラファイトを１０質量部から２００質量部含んだゴム糊で処理した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、高負荷下で発生するベルト歯面の摩耗、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機化酸化物又は硫黄化合物を配合した請求項１から４のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、背部に使用されるゴムの動摩擦係数を０．５よりも小さくできる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー１００に対して１５〜４０質量部添加した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によると、前記歯付ベルトの背面硬度がＪＩＳＡ型硬度計で測定して８０度〜９５度である請求項１から６のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、応力が負荷された場合であっても、ゴムの変形を抑制することができる。このため、ベルト走行時の発熱が抑制されると共に、摩擦時の抵抗も小さくできる。これによって、ベルト走行時のベルト側面の摩耗及び損傷を小さくすることができる。
【００３０】
請求項８から１１に記載の発明によると、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から１１のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、心線の伸びを小さくして、ジャンピングを低減して伝達容量も高くでき、そして高温高張力下及び高温多湿下での走行における耐久性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
図１は、本発明形態に係る歯付ベルトの全体斜視概略図である。図１において、歯付ベルト５は、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部３と、歯部３と連続する背部２と、背部２に埋設された心線１と、歯部３の表面に被覆された歯布４とを有する構造である。背部２と歯部３は、ゴム層９で形成されたベルト本体を構成する。又、歯布４は、ベルトの長手方向に延在する緯糸７と、ベルトの幅方向に延在する経糸８とを織成してなる繊維材料を基材として構成される。
【００３２】
背ゴムのゴム配合物としては、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合したものを用いる。又、水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラス（引張弾性率）や硬度を高めるようにしているものであり、モジュラス（引張弾性率）や切断伸度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部添加する。不飽和カルボン酸金属塩の量が１５質量部未満であるとゴム硬度が所定の硬度にならず、一方４０質量部を越えるとゴム硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が高くなり、屈曲疲労性に劣りベルト寿命が短くなる。
【００３３】
ここで、少なくとも前記歯部に使用される織物の摩擦係数が０．２よりも小さいことが好ましい。前記動摩擦係数が０．２より大きいベルトを使用した場合、スラスト力が大きくなり、軸手前にベルトが移動したままになり、それによりベルト端面の損傷が発生しベルト歯損等の問題が生じる。
ここで使用する織物の構成は、経糸として６, ６ナイロン繊維、緯糸としてウレタン弾性糸とポリテトラフルオロエチレン繊維とした。織り組織は、３／１綾織又は、歯面側を１／３綾織、接着面側を２／２綾織とした２重織りの織組織とした。
【００３４】
ポリテトラフルオロエチレンの材質としては、ＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）、ＦＥＰ（４フッ化エチレン、６フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（４フッ化エチレン、パーフロロアルコキシ基共重合体）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン、オレフィン共重合体）などがある。このどの材料を使用しても問題はないが、ＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）から繊維化した。
【００３５】
前記ベルト背面硬度は少なくともＪＩＳＡ硬度計で８０度以上、好ましくは８５度以上である。背面硬度を少なくとも８０度以上とする為には、ゴム配合物としては、水素化ニトリルゴムを使用する、又は、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜５０質量部添加する。不飽和カルボン酸金属塩の量が５質量部未満であるとゴム硬度が所定の硬度にならず、一方５０質量部を越えるとゴム硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が高くなり、屈曲疲労性に劣りベルト寿命が短くなる。
【００３６】
また上記の水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラス(引張弾性率)や硬度を高めるようにしているものであり、モジュラス(引張弾性率)や切断強度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、上記のように水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜５０質量部配合することが望ましい。
【００３７】
上記心線３としては、５〜９μｍのＥガラス又は高強度ガラスのフィラメント、或いは０．５〜２．５デニールのパラ系アラミド繊維のフィラメントを撚り合わせ、ＲＦＬ液、エポキシ溶液、イソシアネート溶液とゴムコンパウンドとの接着剤で処理された撚りコードが使用される。
【００３８】
又、心線３として炭素繊維を使用するのが好ましい。心線３は総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードであってもよい。
【００３９】
炭素繊維のマルチフィラメント糸を構成するモノフィラメント（単繊維）は、その断面形状が実質的に真円形状に近いものであり、数多くのフィラメントを効率よく集合して、密接したフィラメント間の空間を減少させてコードの強度を高めている。具体的には、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、フィラメント群が効率よく高充填しており、ベルトの引張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２になる。もし楕円形になると、モノフィラメント同士が擦れ合いよりコードが破断しやすくなる。また、これ以外の形状になると、フィラメントを集合しても密接したフィラメント間の空間が多くなってコードの強度が向上しなくなる。
【００４０】
コード中の処理液（固形分）の含有量は、炭素繊維のマルチフィラメント糸１００質量部に対して１０〜４０質量部、好ましくは１５〜３５質量部である。１０質量部未満であると、モノフィラメント同士の擦れ合いによりコードの耐疲労性が低下することがあり、一方４０質量部を越えるとコードの耐熱性、耐水性、耐溶剤性が低下することがある。
【００４１】
上記処理液（固形分）に含まれるゴムラテックス（固形分）の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがあり、一方８０質量部を越えるとコードに粘着性が過剰になり、取扱い性が悪くなる。
【００４２】
上記ゴムラテックスの具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、スチレン−ブタジエンゴムラテックス、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。
【００４３】
上記処理液（固形分）に含まれる処理液中のエポキシ樹脂の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードとゴム界面の接着性が低下することがあり、８０質量部を越えるとコードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがある。
【００４４】
エポキシ樹脂の具体例としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の一種又は二種以上が使用される。
【００４５】
上記のコードには、その表面に接着層を付着させるが、ここでは接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）から得られた１層であってもよく、またゴム糊から得られた１層であってもよく、更にはＲＦＬ液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層であってもよい。
【００４６】
ＲＦＬ液は、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとを混合したものであり、この場合レゾルシンとホルムアルデヒドのモル比は３／１〜１／３にすることが接着力を高めるうえで好適である。また、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物は、これをゴムラテックスのゴム分１００質量部に対して樹脂分が５〜５０質量部になるようにゴムラテックスと混合し、更にフェノール樹脂を含むレゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとの固形分の質量比が５／９５〜４０／６０に調節する。５／９５未満では接着性が著しく低下し、また４０／６０を超えるとゴムラテックス分が少なくなり、耐熱性が悪くなって屈曲疲労性が低下する。
【００４７】
ＲＦＬ処理液に使用するゴムラテックスとしては、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、クロロプレンゴムラテックス、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。水素化ニトリルゴムラテックスとビニルピリジンゴムラテックスとは、固形分の質量比が６０／４０〜９５／５で混合される。その水素化ニトリルゴムの質量比が６０未満であれば、耐熱性が悪くなり屈曲疲労性が低下し、９５を超えると、耐水性が著しく低下する。
【００４８】
使用する炭素繊維コードは下記方法によって処理される。まず未処理無撚りマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液に含浸処理し、その後１３０〜２５０℃に調節したオ−ブンに通して熱処理する。続いて、上記処理したマルチフィラメント糸を５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードにした後、このコードをＲＦＬ液に含浸処理して接着層を形成する。
【００４９】
また、該処理コードをゴム糊に漬けてゴム層を付着し、この後１３０〜１８０℃前後に調節したオ−ブンに通して熱処理する。
このゴム糊としては、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）以外に、ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ＳＢＲ、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）のゴム配合物トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などの溶剤に溶かして得られたものである。
【００５０】
また、該処理コードを前述と同様にＲＦＬ液に含浸処理して下層を形成した後、ゴム糊でオーバーコート処理して上層の２層を形成してもよい。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
（実施例）
表１に示す配合からなるゴムを通常の方法で混練し、カレンダーロールにて所定の厚さのゴムシートを調整した。又、歯布は、表２に示す繊維を用いて、表３に示す処理を行った。表３におけるゴム糊処理は、表４に示すゴム配合物を表３に示すＣ−２及びＣ−３のように、メチルエチルケトンに溶かした後にイソシアネート化合物としてポリアールポリイソシアネート(商品名ＰＡＰＩ)を添加した処理液に、適宜、ＭＢＩやN-(1,3-Dimethyl-Butyl)-N´-phenyl-p-phenylendiamine、フッ素樹脂粉末又はグラファイト等の減摩材を添加混合した処理液に歯布を浸漬し乾燥したものである。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
【００５５】
【表４】
【００５６】
次に、ベルト作製用のＺＢＳ歯形１２０歯数の金型に上記の歯布を巻き付け、ＳＺ撚一対のＲＦＬ及び水素化ニトリルゴムをトルエン等の溶剤にて溶かしたゴム糊にて接着処理された表５に示す心線を表６のピッチにてスパイラルに所定の張力で巻き付けた。この心線の上に、表１のゴムシートを貼り付けた。更に、加硫缶に投入して通常の圧力方式により歯形を形成させた後１６５°Ｃにて３０分加圧加硫して、ベルト背面を一定厚さに研磨し一定幅(３０ｍｍ)にカットして走行用歯付ベルトを得た。歯付ベルトの歯布とゴムの接着性を表７に示す。
【００５７】
【表５】
【００５８】
【表６】
【００５９】
作製したベルトのサイズは、ベルト幅３０ｍｍ、ベルト歯形ＺＢＳ、歯数１２０歯、歯ピッチ９．５２５ｍｍであり、通常１２０ＺＢＳ３０と表示される。走行試験装置として、図２に示す２２歯のクランクプーリ１１、４４歯のカムプーリ１３、１９歯のウォータポンププーリ１５、偏心プーリ１９、アイドラー２１からなるレイアウトの試験装置を使用する。クランクプーリ回転数４０００ｒｐｍでベルトに掛かる有効張力を３７００Ｎとし、初張力を３５０Ｎにて走行試験を行った。そして、走行試験用ベルトの両端歯部に白インクで歯部前面にマーク(塗りつぶす)を入れた。走行条件は４０００ｒｐｍで２００時間走行し、走行後の歯底歯布の残存厚みを評価した。その摩耗現象と歯布残存厚みとの関係を表８に示す。
【００６０】
【表７】
【００６１】
【表８】
【００６２】
表７に示すとおり、実施例１及び２は接着力を維持しながら、動摩擦係数を小さくできた。又、表８に示すとおり、動摩擦係数の小さい実施例１及び２で、歯布残存厚みが良い結果となった。又、比較例２及び３は、動摩擦係数は小さめであるが、接着力が弱い為に早期の破損となった。
【００６３】
実施例３〜５
次に、実施例３から５として、炭素繊維の無撚のマルチフィラメント糸（Ｔ７００ＧＣ・６Ｋ・３１Ｅ（型番、東レ（株）製）繊度４，３００デニール）を、処理液（固定分濃度４０質量％のビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックス：ＪＳＲ社製２００質量部とエチレングルコールジグリシジルエーテル２００質量部を水５００質量部に溶かした水溶液）を含む処理液槽に通過させて含浸させた後、１４０℃の温度調節したオ−ブンに通して熱処理する。続いて、上記処理したマルチフィラメント糸を５回／１０ｃｍで片撚りしてコードにした後、このコードを表９に示すＲＦＬ液に浸漬し、１３０〜１８０℃の範囲で熱処理して接着層を形成した。
【００６４】
【表９】
【００６５】
上記処理コードの片撚り数と強力の関係をオートグラフで測定した結果を図２に示す。これによると、片撚りコードでは撚り数が５〜１０回／１０ｃｍであれば、高強度を維持できることが判る。
【００６６】
歯部と背部用のゴムシートとして、表１に示す配合からなるゴムを通常の方法で混練してカレンダーロールによって所定の厚さに調整した。
【００６７】
歯布及びその処理としては、実施例１にて用いた歯布同一の材質、処理法の歯布を使用した。
【００６８】
次に、ベルト作製用のＳＴＰＤ歯形１２０歯数の金型に上記歯布を巻き付け、心線としてＳＺ撚一対の前記炭素繊維コード（片撚り数、５回／１０ｃｍ）をピッチ（１．０ｍｍ／本）にてスパイラルに所定の張力で巻き付けた。この心線の上に、表１のゴムシートを巻き付けた後、ジャケットを被せて加硫缶に投入し、通常の圧入方式により加圧加硫して歯形を形成させた。その後、ベルト背面を一定厚さに研磨し一定幅（１０．０ｍｍ）にカットして走行用歯付ベルトを得た。
【００６９】
作製したベルトは３種あり、ベルト幅１０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１２０、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１、ベルト幅１９．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１０５歯、歯ピッチ８．００ｍｍのタイプ２、そしてベルト幅３０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１００歯、歯ピッチ１４．００ｍｍのタイプ３であった
【００７０】
比較例４〜６
心線として、無撚のガラス繊維(Ｅ−ガラス)を３本引き揃えたものを表２に示すＲＦＬ処理液に浸漬した後、２００〜２８０°Ｃで熱処理した。これを撚り数８回／ｃｍでＳ及びＺ方向に片撚りコードを準備した。これを１１本引き揃え、１２回／ｃｍで上撚りした。更に、これをゴム糊に浸漬し、１３０〜１８０°Ｃの範囲で熱処理した。その後、ゴムとしては、Ａ−１のゴム、歯布としてはＢ―１の帆布を用いた。また、歯布処理は比較例１と同じ処理をした。そして同様の製造条件にて３種の歯付ベルトを作製した。
【００７１】
作製したベルトは３種あり、ベルト幅１０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１２０、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１、ベルト幅１９．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１０５歯、歯ピッチ８．００ｍｍのタイプ２、そしてベルト幅３０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１００歯、歯ピッチ１４．００ｍｍのタイプ３であった。
【００７２】
上記実施例３から５と比較例４から６に係る歯付ベルトのコード径、コードの断面積、コード断面積中の繊維断面積占有率、ベルト弾性率（幅当り）を求めた結果を表１０に示す。ベルト弾性率はベルトの軸間距離変化率と軸荷重の関係を室温下においてオートグラフによって測定した。
【００７３】
【表１０】
【００７４】
これによると、実施例は比較例に比べて高強度、高弾性率により、伸びが小さくなっていることが判り、ベルト高張力時における寸法変化が小さくなっている。また、コード断面積中の繊維断面積占有率については、実施例の炭素繊維コードは比較例のガラス繊維コードに比べて繊維の充填量が多くなっていることが判る。
【００７５】
また、歯付ベルトの伝動容量比較を行うため、ジャンピング試験を行った。このジャンピング試験では、ベルト走行中に従動軸の負荷を上げて行き、ジャンピング（歯飛び）が発生した際の負荷値を測定した。試験条件としては、２２歯の駆動プーリ、２０歯の従動プーリに歯付ベルトを懸架し、回転数３，６００ｒｐｍ、軸荷重１０．６ｋｇｆで測定した。その結果を表１１に併記する。
【００７６】
【表１１】
【００７７】
これによると、実施例の歯付ベルトは、ジャンピング試験ではジャンピングが発生しにくく、伝達容量が高いことが判る。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の歯付ベルトは、駆動側の回転により従動側のロボットアームを移動させる駆動装置や自動車のオーバーヘッドカムシャフトの駆動装置に使用するものであり、歯付ベルトがコード断面積に占める繊維断面積の割合を７０〜９０％にして炭素繊維を多く充填するで、ベルトの引張り弾性率を５０〜８５Ｎ／ｍｍ２に設定し、これにより心線の伸びを小さくして、起動時あるいは停止時の従動側のオーバーシュートを小さくすることができて、応答性を高めることができ、また伝達容量も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る歯付ベルトの概略斜視図である。
【図２】歯付ベルトの走行試験装置の概略図である。
【図３】織り組織が３／１綾織りである歯布の歯表面側を示した模式図である。
【図４】織り組織が３／１綾織りである歯布のゴムとの接着面側を示した模式図である。
【図５】織り組織が２重織りである歯布の歯表面側を示した模式図である。
【図６】織り組織が２重織りである歯布のゴムとの接着面側を示した模式図である。
【図７】上記歯付ベルトの心線処理コードの片撚り数と強力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１ 心線
２ 背部
３ 歯部
４ 歯布
５ 歯付ベルト
７ 緯糸
８ 経糸
９ ゴム層
１１ クランクプーリ
１３ カムプーリ
１５ ウォータポンププーリ
１９ 偏心プーリ
２１ アイドラー
２３ オートテンショナー
２５ ポリ４フッ化エチレン
２７ ナイロン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、自動車用エンジンのカム軸又はカム軸とインジェクションポンプの駆動用、大型の２輪車の後輪駆動用或いは、一般産業用機械の同期伝動用等に使用される歯布被覆の歯付ベルトに関するものである。特に、高負荷用ベルトに関して、耐摩耗性及び耐歯欠け性を向上し、さらにベルト端面損傷についても改善するとともに、心線の伸びを小さくしてジャンピングを低減して伝達能力を高めた歯付ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのカム軸、インジェクションポンプ、オイルポンプ、ウォータポンプ等を駆動する歯付ベルトは、エンジンの高出力化に伴い、ベルトへの負荷の増大及びエンジンルームのコンパクト化に伴う雰囲気温度の上昇など歯付ベルトの使用環境は近年特に厳しくなってきている為、さらなる耐久性の向上が要求されている。また、大型の２輪車については、近年チェーン及びシャフト駆動から歯付ベルトでの駆動方式が増えてきている。さらに、一般産業用に使用される歯付ベルトについても、射出成形機等の高負荷駆動用等取替え周期の延長を要求されている。
【０００３】
歯付ベルトの故障形態は、心線の屈曲疲労及びゴムの耐熱性不足によるベルト切断に対しては、心線材質、心線構成の細径化等の改良、心線処理剤の耐熱性改良が実施されている。また、ゴムの耐熱性改良についても水素添加ニトリルゴムの使用等により故障は減少している。
【０００４】
特に、ベルトに高負荷が掛かるエンジン、又は産業用駆動装置を駆動する歯付ベルトは、高負荷の為、負荷を受ける歯底部の摩耗が大きく、その歯底部の摩耗から歯欠けが発生しやすい。また、高負荷によりプーリ軸が撓んだり、ベルトの片寄り走行が発生し、プーリフランジ等との摩擦によるベルト側面の異常摩耗及び側面の損傷による切断、歯欠けについても懸念される。
【０００５】
また、高負荷によりベルトが伸びて、オートテンショナーが作動せず、ベルトに適正な負荷が掛からなくなり、エンジンの正常な動作を妨げる現象が生じる。
【０００６】
ベルト側面摩耗、損傷、ベルトの伸びに対し、プーリ歯とかみ合う歯付ベルト表面の歯布材料に摩擦係数低減作用のあるフッ素樹脂や層状のグラファイト等を添加した処理を施すことや、心線材料の検討が実施されているが、未だに十分な改良策が見出されていない。
【０００７】
また、特許文献１には、歯布の一方の糸に高接着性を有する６−ナイロン或いは６・６ナイロンの繊維材料とし、他方の糸をフッ素系繊維或いはカーボン繊維とするものであることが開示されているが、歯布の他方の糸にフッ素系繊維又はカーボン繊維を使用するのみで、歯付ベルト歯部の寸法精度を容易に実現できない。さらには、高度な寸法精度を要する自動車用歯付ベルトとしては、使用可能な寸法が発現できなかった。
【０００８】
【特許文献１】特公昭５８−３３４２３号公報
【０００９】
ガラス繊維やアラミド繊維に代わって炭素繊維を使用した伝動ベルトも提案されている。例えば、特許文献１にはウレタンエラストマーのベルト素材に心線として炭素繊維コードを使用し、又特許文献２には熱可塑性エラストマーのベルト素材に、片撚りの炭素素材で撚る前にベルト本体と同じ材質の熱可塑性エラストマーで処理して接着を改善したものが使用されている。また特許文献２には、上撚り係数が２.０〜４.０であって、下撚り係数が上撚り係数の１／２〜３／２にして、初期強力が大きく、伸びが小さく、耐水性、耐屈曲疲労性を改善した歯付ベルトが開示されている。
【００１０】
しかし、従来の歯付ベルトでは、高負荷伝動の場合には、心線の伸びによってベルトのジャンピングが発生し、又走行後のベルト残存強力も走行前に比べて大きく低下することがあった。
【特許文献２】特許第２９５４５５４号
【特許文献３】特開平１０−２３７９号公報
【特許文献４】特公平０３−４７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明はこのような問題点を解決するものであり、歯付ベルトの歯部に使用される歯布の摩擦係数を下げることにより、高負荷下で発生するベルト歯布の摩耗、摩耗による歯部の亀裂からなる歯の損傷が防止でき、それによりエンジン或いは動力伝達装置の正常な動きを維持し、寸法精度も容易に発現できる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】
【００１２】
本発明は、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、少なくとも前記歯部に使用される織物の構成が経糸にナイロン繊維、緯糸にポリテトラフルオロエチレン繊維及びポリウレタン弾性糸からなる構成とする歯付ベルトにある。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、前記ポリテトラフルオロエチレン繊維中のポリ４フッ化エチレンの含有量がポリテトラフルオロエチレン繊維１００に対して９０〜１００質量部である請求項１に記載の歯付ベルトにある。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記織物の織り組織が、３／１綾織り又は二重織りのいずれかであり、前記歯布中のポリテトラフルオロエチレン繊維が歯部の表面に現れるのがポリテトラフルオロエチレン繊維中７５〜１００％である請求項１又は２に記載の歯付ベルトにある。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、前記織物をゴム１００質量部に対してグラファイトを１０質量部から２００質量部含んだゴム糊で処理した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機化酸化物又は硫黄化合物を配合した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１７】
請求項６に記載の発明は、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー１００に対して１５〜４０質量部添加した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１８】
請求項７に記載の発明は、前記歯付ベルトの背面硬度がＪＩＳＡ型硬度計で測定して８０度〜９５度である請求項１から６のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１９】
請求項８に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルトである。
【００２０】
請求項９に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルトである。
【００２１】
請求項１０に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルトである。
【００２２】
請求項１１に記載の発明は、接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルトである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の歯付ベルトは、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、 少なくとも前記歯部に使用される織物の構成が経糸にナイロン繊維、緯糸にポリテトラフルオロエチレン繊維及びポリウレタン弾性糸からなる構成とする歯付ベルトであることから、少なくとも前記歯部に使用されるポリテトラフルオロエチレン繊維による織物の摩擦係数が０．２よりも小さくなるので、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００２４】
又、請求項２に記載の発明によると、前記ポリテトラフルオロエチレン繊維中のポリ４フッ化エチレンの含有量がポリテトラフルオロエチレン繊維１００に対して９０〜１００質量部である請求項１に記載の歯付ベルトであることから、歯布の摩擦係数を確実に小さくすることができる。
【００２５】
請求項３に記載の発明によると、前記織物の織り組織が、３／１綾織り又は二重織りのいずれかであり、前記歯布中のポリテトラフルオロエチレン繊維が歯部の表面に現れるのがポリテトラフルオロエチレン繊維中７５〜１００％である請求項１又は２に記載の歯付ベルトであることから、ポリテトラフルオロエチレン繊維が接着面に極力出ない組織となり、織物とゴムとの接着性を上げ、かつ歯面の摩擦係数を小さくすることができる。
【００２６】
請求項４に記載の発明によると、前記織物をゴム１００質量部に対してグラファイトを１０質量部から２００質量部含んだゴム糊で処理した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、高負荷下で発生するベルト歯面の摩耗、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００２７】
請求項５に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機化酸化物又は硫黄化合物を配合した請求項１から４のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、背部に使用されるゴムの動摩擦係数を０．５よりも小さくできる。
【００２８】
請求項６に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー１００に対して１５〜４０質量部添加した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００２９】
請求項７に記載の発明によると、前記歯付ベルトの背面硬度がＪＩＳＡ型硬度計で測定して８０度〜９５度である請求項１から６のいずれかに記載の歯付ベルトであることから、応力が負荷された場合であっても、ゴムの変形を抑制することができる。このため、ベルト走行時の発熱が抑制されると共に、摩擦時の抵抗も小さくできる。これによって、ベルト走行時のベルト側面の摩耗及び損傷を小さくすることができる。
【００３０】
請求項８から１１に記載の発明によると、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から１１のいずれかに記載の歯付ベルト駆動装置であることから、心線の伸びを小さくして、ジャンピングを低減して伝達容量も高くでき、そして高温高張力下及び高温多湿下での走行における耐久性を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明を実施する為の最良の形態を説明する。
図１は、本発明形態に係る歯付ベルトの全体斜視概略図である。図１において、歯付ベルト５は、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部３と、歯部３と連続する背部２と、背部２に埋設された心線１と、歯部３の表面に被覆された歯布４とを有する構造である。背部２と歯部３は、ゴム層９で形成されたベルト本体を構成する。又、歯布４は、ベルトの長手方向に延在する緯糸７と、ベルトの幅方向に延在する経糸８とを織成してなる繊維材料を基材として構成される。
【００３２】
背ゴムのゴム配合物としては、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合したものを用いる。又、水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラス（引張弾性率）や硬度を高めるようにしているものであり、モジュラス（引張弾性率）や切断伸度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部添加する。不飽和カルボン酸金属塩の量が１５質量部未満であるとゴム硬度が所定の硬度にならず、一方４０質量部を越えるとゴム硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が高くなり、屈曲疲労性に劣りベルト寿命が短くなる。
【００３３】
ここで、少なくとも前記歯部に使用される織物の摩擦係数が０．２よりも小さいことが好ましい。前記動摩擦係数が０．２より大きいベルトを使用した場合、スラスト力が大きくなり、軸手前にベルトが移動したままになり、それによりベルト端面の損傷が発生しベルト歯損等の問題が生じる。
ここで使用する織物の構成は、経糸として６, ６ナイロン繊維、緯糸としてウレタン弾性糸とポリテトラフルオロエチレン繊維とした。織り組織は、３／１綾織又は、歯面側を１／３綾織、接着面側を２／２綾織とした２重織りの織組織とした。
【００３４】
ポリテトラフルオロエチレンの材質としては、ＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）、ＦＥＰ（４フッ化エチレン、６フッ化プロピレン共重合体）、ＰＦＡ（４フッ化エチレン、パーフロロアルコキシ基共重合体）、ＥＴＦＥ（４フッ化エチレン、オレフィン共重合体）などがある。このどの材料を使用しても問題はないが、ＰＴＦＥ（ポリ４フッ化エチレン）から繊維化した。
【００３５】
前記ベルト背面硬度は少なくともＪＩＳＡ硬度計で８０度以上、好ましくは８５度以上である。背面硬度を少なくとも８０度以上とする為には、ゴム配合物としては、水素化ニトリルゴムを使用する、又は、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜５０質量部添加する。不飽和カルボン酸金属塩の量が５質量部未満であるとゴム硬度が所定の硬度にならず、一方５０質量部を越えるとゴム硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が高くなり、屈曲疲労性に劣りベルト寿命が短くなる。
【００３６】
また上記の水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラス(引張弾性率)や硬度を高めるようにしているものであり、モジュラス(引張弾性率)や切断強度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、上記のように水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜５０質量部配合することが望ましい。
【００３７】
上記心線３としては、５〜９μｍのＥガラス又は高強度ガラスのフィラメント、或いは０．５〜２．５デニールのパラ系アラミド繊維のフィラメントを撚り合わせ、ＲＦＬ液、エポキシ溶液、イソシアネート溶液とゴムコンパウンドとの接着剤で処理された撚りコードが使用される。
【００３８】
又、心線３として炭素繊維を使用するのが好ましい。心線３は総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードであってもよい。
【００３９】
炭素繊維のマルチフィラメント糸を構成するモノフィラメント（単繊維）は、その断面形状が実質的に真円形状に近いものであり、数多くのフィラメントを効率よく集合して、密接したフィラメント間の空間を減少させてコードの強度を高めている。具体的には、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、フィラメント群が効率よく高充填しており、ベルトの引張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２になる。もし楕円形になると、モノフィラメント同士が擦れ合いよりコードが破断しやすくなる。また、これ以外の形状になると、フィラメントを集合しても密接したフィラメント間の空間が多くなってコードの強度が向上しなくなる。
【００４０】
コード中の処理液（固形分）の含有量は、炭素繊維のマルチフィラメント糸１００質量部に対して１０〜４０質量部、好ましくは１５〜３５質量部である。１０質量部未満であると、モノフィラメント同士の擦れ合いによりコードの耐疲労性が低下することがあり、一方４０質量部を越えるとコードの耐熱性、耐水性、耐溶剤性が低下することがある。
【００４１】
上記処理液（固形分）に含まれるゴムラテックス（固形分）の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがあり、一方８０質量部を越えるとコードに粘着性が過剰になり、取扱い性が悪くなる。
【００４２】
上記ゴムラテックスの具体例としては、アクリロニトリル−ブタジエンゴムラテックス、クロロプレンゴムラテックス、スチレン−ブタジエンゴムラテックス、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。
【００４３】
上記処理液（固形分）に含まれる処理液中のエポキシ樹脂の含有量は、処理液（固形分）１００質量部に対して２０〜８０質量部、好ましくは３０〜７０質量部である。２０質量部未満であると、コードとゴム界面の接着性が低下することがあり、８０質量部を越えるとコードの柔軟性が低下してベルトの耐屈曲疲労性が低下することがある。
【００４４】
エポキシ樹脂の具体例としては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパンポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリジルエーテル、ヘキサンジオールジグリシジルエーテル等の一種又は二種以上が使用される。
【００４５】
上記のコードには、その表面に接着層を付着させるが、ここでは接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）から得られた１層であってもよく、またゴム糊から得られた１層であってもよく、更にはＲＦＬ液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層であってもよい。
【００４６】
ＲＦＬ液は、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとを混合したものであり、この場合レゾルシンとホルムアルデヒドのモル比は３／１〜１／３にすることが接着力を高めるうえで好適である。また、レゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物は、これをゴムラテックスのゴム分１００質量部に対して樹脂分が５〜５０質量部になるようにゴムラテックスと混合し、更にフェノール樹脂を含むレゾルシンとホルムアルデヒドの初期縮合物とゴムラテックスとの固形分の質量比が５／９５〜４０／６０に調節する。５／９５未満では接着性が著しく低下し、また４０／６０を超えるとゴムラテックス分が少なくなり、耐熱性が悪くなって屈曲疲労性が低下する。
【００４７】
ＲＦＬ処理液に使用するゴムラテックスとしては、水素化ニトリルゴムラテックス（Ｈ−ＮＢＲラテックス）、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体（ＶＰラテックス）、クロロプレンゴムラテックス、ＥＰＤＭゴムラテックスの一種又は二種以上のブレンド物が使用される。水素化ニトリルゴムラテックスとビニルピリジンゴムラテックスとは、固形分の質量比が６０／４０〜９５／５で混合される。その水素化ニトリルゴムの質量比が６０未満であれば、耐熱性が悪くなり屈曲疲労性が低下し、９５を超えると、耐水性が著しく低下する。
【００４８】
使用する炭素繊維コードは下記方法によって処理される。まず未処理無撚りマルチフィラメント糸をゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液に含浸処理し、その後１３０〜２５０℃に調節したオ−ブンに通して熱処理する。続いて、上記処理したマルチフィラメント糸を５〜１０回／１０ｃｍで片撚り、あるいは５〜１０回／１０ｃｍで下撚りをし、更に２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りをした諸撚りコードにした後、このコードをＲＦＬ液に含浸処理して接着層を形成する。
【００４９】
また、該処理コードをゴム糊に漬けてゴム層を付着し、この後１３０〜１８０℃前後に調節したオ−ブンに通して熱処理する。
このゴム糊としては、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）以外に、ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ＳＢＲ、イソプレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）のゴム配合物トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素などの溶剤に溶かして得られたものである。
【００５０】
また、該処理コードを前述と同様にＲＦＬ液に含浸処理して下層を形成した後、ゴム糊でオーバーコート処理して上層の２層を形成してもよい。
【実施例】
【００５１】
次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。
（実施例）
表１に示す配合からなるゴムを通常の方法で混練し、カレンダーロールにて所定の厚さのゴムシートを調整した。又、歯布は、表２に示す繊維を用いて、表３に示す処理を行った。表３におけるゴム糊処理は、表４に示すゴム配合物を表３に示すＣ−２及びＣ−３のように、メチルエチルケトンに溶かした後にイソシアネート化合物としてポリアールポリイソシアネート(商品名ＰＡＰＩ)を添加した処理液に、適宜、ＭＢＩやN-(1,3-Dimethyl-Butyl)-N´-phenyl-p-phenylendiamine、フッ素樹脂粉末又はグラファイト等の減摩材を添加混合した処理液に歯布を浸漬し乾燥したものである。
【００５２】
【表１】
【００５３】
【表２】
【００５４】
【表３】
【００５５】
【表４】
【００５６】
次に、ベルト作製用のＺＢＳ歯形１２０歯数の金型に上記の歯布を巻き付け、ＳＺ撚一対のＲＦＬ及び水素化ニトリルゴムをトルエン等の溶剤にて溶かしたゴム糊にて接着処理された表５に示す心線を表６のピッチにてスパイラルに所定の張力で巻き付けた。この心線の上に、表１のゴムシートを貼り付けた。更に、加硫缶に投入して通常の圧力方式により歯形を形成させた後１６５°Ｃにて３０分加圧加硫して、ベルト背面を一定厚さに研磨し一定幅(３０ｍｍ)にカットして走行用歯付ベルトを得た。歯付ベルトの歯布とゴムの接着性を表７に示す。
【００５７】
【表５】
【００５８】
【表６】
【００５９】
作製したベルトのサイズは、ベルト幅３０ｍｍ、ベルト歯形ＺＢＳ、歯数１２０歯、歯ピッチ９．５２５ｍｍであり、通常１２０ＺＢＳ３０と表示される。走行試験装置として、図２に示す２２歯のクランクプーリ１１、４４歯のカムプーリ１３、１９歯のウォータポンププーリ１５、偏心プーリ１９、アイドラー２１からなるレイアウトの試験装置を使用する。クランクプーリ回転数４０００ｒｐｍでベルトに掛かる有効張力を３７００Ｎとし、初張力を３５０Ｎにて走行試験を行った。そして、走行試験用ベルトの両端歯部に白インクで歯部前面にマーク(塗りつぶす)を入れた。走行条件は４０００ｒｐｍで２００時間走行し、走行後の歯底歯布の残存厚みを評価した。その摩耗現象と歯布残存厚みとの関係を表８に示す。
【００６０】
【表７】
【００６１】
【表８】
【００６２】
表７に示すとおり、実施例１及び２は接着力を維持しながら、動摩擦係数を小さくできた。又、表８に示すとおり、動摩擦係数の小さい実施例１及び２で、歯布残存厚みが良い結果となった。又、比較例２及び３は、動摩擦係数は小さめであるが、接着力が弱い為に早期の破損となった。
【００６３】
実施例３〜５
次に、実施例３から５として、炭素繊維の無撚のマルチフィラメント糸（Ｔ７００ＧＣ・６Ｋ・３１Ｅ（型番、東レ（株）製）繊度４，３００デニール）を、処理液（固定分濃度４０質量％のビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックス：ＪＳＲ社製２００質量部とエチレングルコールジグリシジルエーテル２００質量部を水５００質量部に溶かした水溶液）を含む処理液槽に通過させて含浸させた後、１４０℃の温度調節したオ−ブンに通して熱処理する。続いて、上記処理したマルチフィラメント糸を５回／１０ｃｍで片撚りしてコードにした後、このコードを表９に示すＲＦＬ液に浸漬し、１３０〜１８０℃の範囲で熱処理して接着層を形成した。
【００６４】
【表９】
【００６５】
上記処理コードの片撚り数と強力の関係をオートグラフで測定した結果を図２に示す。これによると、片撚りコードでは撚り数が５〜１０回／１０ｃｍであれば、高強度を維持できることが判る。
【００６６】
歯部と背部用のゴムシートとして、表１に示す配合からなるゴムを通常の方法で混練してカレンダーロールによって所定の厚さに調整した。
【００６７】
歯布及びその処理としては、実施例１にて用いた歯布同一の材質、処理法の歯布を使用した。
【００６８】
次に、ベルト作製用のＳＴＰＤ歯形１２０歯数の金型に上記歯布を巻き付け、心線としてＳＺ撚一対の前記炭素繊維コード（片撚り数、５回／１０ｃｍ）をピッチ（１．０ｍｍ／本）にてスパイラルに所定の張力で巻き付けた。この心線の上に、表１のゴムシートを巻き付けた後、ジャケットを被せて加硫缶に投入し、通常の圧入方式により加圧加硫して歯形を形成させた。その後、ベルト背面を一定厚さに研磨し一定幅（１０．０ｍｍ）にカットして走行用歯付ベルトを得た。
【００６９】
作製したベルトは３種あり、ベルト幅１０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１２０、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１、ベルト幅１９．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１０５歯、歯ピッチ８．００ｍｍのタイプ２、そしてベルト幅３０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１００歯、歯ピッチ１４．００ｍｍのタイプ３であった
【００７０】
比較例４〜６
心線として、無撚のガラス繊維(Ｅ−ガラス)を３本引き揃えたものを表２に示すＲＦＬ処理液に浸漬した後、２００〜２８０°Ｃで熱処理した。これを撚り数８回／ｃｍでＳ及びＺ方向に片撚りコードを準備した。これを１１本引き揃え、１２回／ｃｍで上撚りした。更に、これをゴム糊に浸漬し、１３０〜１８０°Ｃの範囲で熱処理した。その後、ゴムとしては、Ａ−１のゴム、歯布としてはＢ―１の帆布を用いた。また、歯布処理は比較例１と同じ処理をした。そして同様の製造条件にて３種の歯付ベルトを作製した。
【００７１】
作製したベルトは３種あり、ベルト幅１０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１２０、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１、ベルト幅１９．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１０５歯、歯ピッチ８．００ｍｍのタイプ２、そしてベルト幅３０．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴＰＤ、歯数１００歯、歯ピッチ１４．００ｍｍのタイプ３であった。
【００７２】
上記実施例３から５と比較例４から６に係る歯付ベルトのコード径、コードの断面積、コード断面積中の繊維断面積占有率、ベルト弾性率（幅当り）を求めた結果を表１０に示す。ベルト弾性率はベルトの軸間距離変化率と軸荷重の関係を室温下においてオートグラフによって測定した。
【００７３】
【表１０】
【００７４】
これによると、実施例は比較例に比べて高強度、高弾性率により、伸びが小さくなっていることが判り、ベルト高張力時における寸法変化が小さくなっている。また、コード断面積中の繊維断面積占有率については、実施例の炭素繊維コードは比較例のガラス繊維コードに比べて繊維の充填量が多くなっていることが判る。
【００７５】
また、歯付ベルトの伝動容量比較を行うため、ジャンピング試験を行った。このジャンピング試験では、ベルト走行中に従動軸の負荷を上げて行き、ジャンピング（歯飛び）が発生した際の負荷値を測定した。試験条件としては、２２歯の駆動プーリ、２０歯の従動プーリに歯付ベルトを懸架し、回転数３，６００ｒｐｍ、軸荷重１０．６ｋｇｆで測定した。その結果を表１１に併記する。
【００７６】
【表１１】
【００７７】
これによると、実施例の歯付ベルトは、ジャンピング試験ではジャンピングが発生しにくく、伝達容量が高いことが判る。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明の歯付ベルトは、駆動側の回転により従動側のロボットアームを移動させる駆動装置や自動車のオーバーヘッドカムシャフトの駆動装置に使用するものであり、歯付ベルトがコード断面積に占める繊維断面積の割合を７０〜９０％にして炭素繊維を多く充填するで、ベルトの引張り弾性率を５０〜８５Ｎ／ｍｍ２に設定し、これにより心線の伸びを小さくして、起動時あるいは停止時の従動側のオーバーシュートを小さくすることができて、応答性を高めることができ、また伝達容量も高くなる。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に係る歯付ベルトの概略斜視図である。
【図２】歯付ベルトの走行試験装置の概略図である。
【図３】織り組織が３／１綾織りである歯布の歯表面側を示した模式図である。
【図４】織り組織が３／１綾織りである歯布のゴムとの接着面側を示した模式図である。
【図５】織り組織が２重織りである歯布の歯表面側を示した模式図である。
【図６】織り組織が２重織りである歯布のゴムとの接着面側を示した模式図である。
【図７】上記歯付ベルトの心線処理コードの片撚り数と強力の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８０】
１ 心線
２ 背部
３ 歯部
４ 歯布
５ 歯付ベルト
７ 緯糸
８ 経糸
９ ゴム層
１１ クランクプーリ
１３ カムプーリ
１５ ウォータポンププーリ
１９ 偏心プーリ
２１ アイドラー
２３ オートテンショナー
２５ ポリ４フッ化エチレン
２７ ナイロン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、少なくとも前記歯部に使用される織物の構成が経糸にナイロン繊維、緯糸にポリテトラフルオロエチレン繊維及びポリウレタン弾性糸からなる構成としたことを特徴とする歯付ベルト。
【請求項２】
前記ポリテトラフルオロエチレン繊維中のポリ４フッ化エチレンの含有量がポリテトラフルオロエチレン繊維１００に対して９０〜１００質量部である請求項１に記載の歯付ベルト。
【請求項３】
前記織物の織り組織が、３／１綾織り又は二重織りのいずれかであり、前記歯布中のポリテトラフルオロエチレン繊維が歯部の表面に現れるのがポリテトラフルオロエチレン繊維中７５〜１００％である請求項１又は２に記載の歯付ベルト。
【請求項４】
前記織物をゴム１００質量部に対してグラファイトを１０質量部から２００質量部含んだゴム糊で処理した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項５】
前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機化酸化物又は硫黄化合物を配合した請求項１から４のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項６】
前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー１００に対して１５〜４０質量部添加した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項７】
前記歯付ベルトの背面硬度がＪＩＳＡ型硬度計で測定して８０度〜９５度である請求項１から６のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項８】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト
【請求項９】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項１０】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルト。
【請求項１１】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルト。
【請求項１】
長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、少なくとも前記歯部に使用される織物の構成が経糸にナイロン繊維、緯糸にポリテトラフルオロエチレン繊維及びポリウレタン弾性糸からなる構成としたことを特徴とする歯付ベルト。
【請求項２】
前記ポリテトラフルオロエチレン繊維中のポリ４フッ化エチレンの含有量がポリテトラフルオロエチレン繊維１００に対して９０〜１００質量部である請求項１に記載の歯付ベルト。
【請求項３】
前記織物の織り組織が、３／１綾織り又は二重織りのいずれかであり、前記歯布中のポリテトラフルオロエチレン繊維が歯部の表面に現れるのがポリテトラフルオロエチレン繊維中７５〜１００％である請求項１又は２に記載の歯付ベルト。
【請求項４】
前記織物をゴム１００質量部に対してグラファイトを１０質量部から２００質量部含んだゴム糊で処理した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項５】
前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機化酸化物又は硫黄化合物を配合した請求項１から４のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項６】
前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマー１００に対して１５〜４０質量部添加した請求項１から５のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項７】
前記歯付ベルトの背面硬度がＪＩＳＡ型硬度計で測定して８０度〜９５度である請求項１から６のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項８】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで片撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト
【請求項９】
前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜１０，０００の炭素繊維のマルチフィラメント糸にゴムラテックスとエポキシ樹脂からなる処理液を含浸付着させた後、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りし、更に２.５〜５回／１０ｃｍで上撚りし、その表面に接着層を被覆したコードであり、更にコード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、かつベルトの引っ張り弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ２である請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項１０】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液から得られた１層である請求項８又は９に記載の歯付ベルト。
【請求項１１】
接着層がレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液からなる下層とゴム糊からなる上層の２層からなる請求項８又は９に記載の歯付ベルト。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−９０３３８（Ｐ２００６−９０３３８Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５７９７９（Ｐ２００４−２５７９７９）
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【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１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月６日（２００４．９．６）
【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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