高負荷伝動ベルト及び高負荷伝動ベルト用ブロック
【課題】ブロックの摩擦係数を高く維持するとともに剛性といった機械的強度を維持しつつ、プーリとの接触面における摩耗量を低減することができ、寿命の長いベルトを提供する。
【解決手段】センターベルト３の長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロック２とからなる高負荷伝動ベルト１であり、前記ブロック２は熱可塑性樹脂に炭素繊維やアラミド繊維等からなる繊維補強材およびグラファイト等からなる摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、樹脂組成物全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜６０質量％、摩擦低減材は１〜５０質量％を配合してなる。
【解決手段】センターベルト３の長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロック２とからなる高負荷伝動ベルト１であり、前記ブロック２は熱可塑性樹脂に炭素繊維やアラミド繊維等からなる繊維補強材およびグラファイト等からなる摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、樹脂組成物全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜６０質量％、摩擦低減材は１〜５０質量％を配合してなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチでブロックを固定した高負荷伝動ベルトおよび高負荷伝動ベルト用ブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変えることによってプーリに巻きかかる有効径を変化させ変速比を調節する様な変速プーリに巻き掛けて使用するものであり、プーリからの側圧が大きくなるのでベルトは大きな側圧に耐えるものでなくてはならない。また、無段変速の用途以外にも通常のゴムベルトでは寿命が短くなりすぎるような高負荷伝動の用途には特別に高負荷に耐えうるようなベルトを用いる必要がある。
【０００３】
そのようなベルトとして使用されるものの中に、センターベルトにブロックを固定してベルト幅方向の強度を高めた引張伝動式の高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心線をゴムなどのエラストマー中に埋設したセンターベルトにボルトやリベットなどの止着材を用いてセンターベルトに使用しているエラストマーよりも比較的硬質のエラストマーからなるブロックを止着固定したものがある。
【０００４】
ブロックとしては、アルミニウムなど金属製の心材の表面に樹脂を被覆したものが提案されている（特許文献１）。しかしながらニーズの多様化により、負荷は多少低めであるものの回転数が高く、かつプーリ径が小さいといったものがある。金属製の心材を有するブロックは心材の分が重量増となることは避けられず、ベルトを高速で走行させると、遠心張力が上がってベルトが早期に破損するといった問題があった。
【０００５】
そこで心材を用いない樹脂材のみからなるブロックを用いたベルトが提案されている。負荷が低めの用途であったとしても、ブロックには十分な機械的強度が求められ特許文献２には４，６−ナイロンなどの熱可塑性樹脂に対してＰＡＮ系炭素繊維とウィスカを配合することによって補強し、心材を埋設していなくとも側圧に対抗でき、しかも軽量であることからベルト走行中の遠心張力が小さくベルトの破損も防止できるといったことが記載されている。
【０００６】
更に、特許文献３にはポリアミド樹脂として９，Ｔ−ナイロンを用いることによって、心材を用いることなく軽量化を図っており、なおかつ強度的にも更に優れている高負荷伝動ベルトが記載されている。特許文献２および３に各種のウィスカを配合することについての記載もなされている。
【０００７】
また、このようなブロックに求められる性能として機械的強度以外に、耐摩耗性に優れていることがある。摩擦係数の低い材料を用いて滑らせることによりブロックの摩耗を少なくすることが考えられるが、このベルトは元々Ｖベルトであり、ブロックとプーリとの間の摩擦で動力を伝達するものなので摩擦係数が低くなりすぎてスリップ率が大きくなるとベルト自体の伝達効率が下がってしまうという根本的な問題につながる。
【０００８】
特許文献４には熱可塑性樹脂に炭素繊維と摩擦低減材を配合したブロックを使用したベルトが開示されており、摩擦低減材として炭酸カルシウムウィスカーやリン酸カルシウムウィスカーを使用することによって、ブロックの機械的強度を低下させることなくブロックの摩擦による摩耗を低減する技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献５には同様に、熱可塑性樹脂に対して炭素繊維と摩擦低減材を配合したブロックを使用したベルトが開示されている。特許文献５では、摩擦低減材としてグラファイトを用いているが、こちらも摩耗試験においてブロックの摩耗が少ない結果となっている。
【００１０】
特許文献６には、ポリオキシアルキレン系樹脂に低密度ポリエチレン及びアラミド粉末を配合した自滑性組成物が開示されており、摩擦特性や耐摩耗性が改善されることが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−７３１４９号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１４５３号公報
【特許文献３】特開２００２−１９５３５１号公報
【特許文献４】特開２００８−１８０３４４号公報（炭酸カルシウム、リン酸カルシウム）
【特許文献５】特開２００８−２０８９９６号公報（グラファイト）
【特許文献６】特表２００５−５２１５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のような繊維やウィスカ等で補強した樹脂を用いることによって、ブロックの耐摩耗性や剛性を高めることができる。しかし、長期にわたってベルトを走行させるとブロックの摩耗は発生し、変速比に影響したりスリップが発生したりして動力伝達能力が低下するといった問題はあり、機械的強度や摩擦係数を下げることなく更なる耐摩耗性の改善が望まれている。
【００１３】
そこで、本発明ではブロックのプーリとの接触面において摩擦係数を適度に保ちつつ、また剛性といった機械的強度を低下させることなく、ブロックの摩耗量を低減することができるベルトの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記のような目的を達成するために本発明の請求項１においては、心体をエラストマー中に埋設したセンターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックは熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合してなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【００１５】
請求項２では、アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１６】
請求項３では、センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトに用いる高負荷伝動ベルト用ブロックにおいて、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合した樹脂組成物からなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４では、アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項３のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト用ブロックとしている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１では、熱可塑性樹脂からなるブロックに繊維補強材とアラミド粉からなる摩擦低減材を配合していることから、軽量で高回転での使用に適しているとともにブロックの強度も十分に持たせることができ、且つベルト走行時のブロックのプーリとの接触面においてブロックの摩耗量を大きく低減することができる。
【００１９】
請求項２では摩擦低減材として用いるアラミド粉の平均粒径ｄ５０を１〜１００μｍとしており、樹脂中の分散も良好で耐摩耗性の効果を十分に発揮することができる。
【００２０】
請求項３では、請求項１と同様に熱可塑性樹脂からなるブロックに繊維補強材とアラミド粉からなる摩擦低減材を配合していることから、軽量で高回転での使用に適しているとともにブロックの強度も十分に持たせることができ、且つベルト走行時のブロックのプーリとの接触面においてブロックの摩耗量を大きく低減することができる。
【００２１】
請求項４では、請求項２と同様に摩擦低減材として用いるアラミド粉の平均粒径ｄ５０を１〜１００μｍとしており、樹脂中の分散も良好で耐摩耗性の効果を十分に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図であり、図２は側面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内に心線５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、このセンターベルト３ａ、３ｂに係止固定されている複数のブロック２とから構成されている。このブロック２の両側面２ａ、２ｂは、プーリのＶ溝と係合する傾斜のついた面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されているセンターベルト３ａ、３ｂを引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝動している。
【００２４】
ブロック２は、図１、図２に示すように、上ビーム１１および下ビーム１２と、上下ビーム１１、１２の中央部同士を連結したピラー１３からなっており、ブロック２の両側面２ａ、２ｂには一対のセンターベルト３ａ、３ｂを嵌めこむ溝１４、１５が形成されている。また、溝１５内の溝上面１６および溝下面１７にはセンターベルト３ａ、３ｂの上面に設けた凹条部１８と下面に設けた凹条部１９に係合する凸条部２０、２１に係合するようになっている。
【００２５】
また本発明ではブロック２として用いられる素材として、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜４０質量％、摩擦低減材は１〜２０質量％の割合で配合してなる。
【００２６】
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、４，６−ナイロン、９，Ｔ−ナイロン等を挙げることができる。これらの中でも４，６−ナイロンもしくは９，Ｔ−ナイロンを使用することが好ましい。４，６−ナイロンおよび９，Ｔ−ナイロンは、結晶性樹脂で熱可塑性樹脂の中でも剛性等の機械的強度や耐摩耗性に優れ、繊維補強材を添加することでこれらの特性が一層向上するものである。また、射出成形が可能になることから、ブロックの成形を行うのがより簡単であるというメリットもある。更に４，６−ナイロンや９，Ｔ−ナイロンからなるブロックを用いたベルトは走行させたときに、プーリを摩耗させる量が少ないので、プーリの摩耗により走行を不安定にするといった問題も少なくなる。
【００２７】
９，Ｔ−ナイロンは、芳香環と長鎖ジアミンを有するポリアミド樹脂で、ノナンジアミンとテレフタル酸の重縮合により製造され、芳香環と高級脂肪族鎖を有していることから、耐熱性、低吸水性を有している。また、ホモポリマーで結晶化度が高いため、結晶化度の低いポリアミドと比較すると４，６−ナイロンと同様に耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性に優れている。従って、本材料を使用することにより、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性、熱時の曲げ剛性などの物性に優れているとともに吸水性の問題も少ないブロックを得ることができる。９，Ｔ−ナイロンの商品の例としては株式会社クラレの「ジェネスタ」を挙げることができる。
【００２８】
また、その他の樹脂の具体例として、以下のものが挙げられる。ポリアセタール：ポリプラスチック株式会社「ジュラコン」、４，６−ナイロン：株式会社クラレ「スタニール」、６，６−ナイロン：旭化成ケミカルズ株式会社「レオナ」、６−ナイロン：宇部興産株式会社「ＵＢＥナイロン」。
【００２９】
繊維補強材を配合することでブロックの剛性や耐摩耗性を向上させることができるが、本発明で用いられる繊維補強材としては、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリエステル繊維等からなる短繊維を挙げることができる。ブロックの剛性をより高めるとともに耐摩耗性を向上させるという面から前記の繊維の中では炭素繊維を用いることが最も好ましく、更に好ましくはＰＡＮ系炭素繊維を用いることである。
【００３０】
ＰＡＮ系炭素繊維はそもそも弾性率が高くて補強効果の高い繊維であるが、そのなかでも特に弾性率が２８０〜７００ＧＰａと高いものを用いることによって、本発明のような高負荷伝動ベルトのブロックとして用いる場合にも十分に耐えうる素材を提供することができる。弾性率が２８０ＧＰａ未満であるとブロックの耐側圧性はある程度得られるものの耐摩耗性に関しては不足気味になり、７００ＧＰａを超えると弾性率の高いものにしても耐側圧性や耐摩耗性の向上はあまり見られずコスト的に高いものとなるので好ましくない。
【００３１】
繊維補強材の長さは通常０．１〜１０ｍｍ程度のものを用いる。繊維補強材の配合量は１０〜６０質量％としており、１０質量％未満であると十分な補強効果を得ることができず、６０質量％を超えるとブロックの射出成形が困難になるので好ましくない。
【００３２】
摩擦低減材として、本発明ではアラミド粉を用いている。アラミド粉とは、アラミド繊維を平均粒径ｄ５０が１００μｍ以下に微細化したものであり、これを樹脂に配合することによって、摩擦係数を低下させるとともに耐摩耗性を向上させることができる。アラミド繊維の種類としてはメタ系、パラ系のアラミドがあり、いずれも使用することができるが、どちらかといえばパラ系アラミドを使用することが好ましい。パラ系アラミド繊維はメタ系アラミド繊維よりも配合した場合の機械的強度の低下が少なく、耐摩耗性を向上させる効果も高いことから好ましい形態といえる。
【００３３】
アラミド粉は、平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍの範囲のものを用いることが好ましい。１００μｍを超えるような粒径のものを使用すると樹脂中への分散状態が悪くなり、ブロック全体で強度にバラツキが発生したり、耐摩耗性の向上についても均一な性能を得ることが難しくなるので好ましくない。
【００３４】
また、配合量は１〜３０質量％の範囲内で配合することが好ましい。１質量％未満であると耐摩耗性を向上させる効果を得ることができず、３０質量％を超えると混ざりが悪くなって配合が困難となるとともに、成形性も悪くなる。また、強度的にも低下する傾向が現れるので好ましくない。
【００３５】
センターベルト３ａ、３ｂのエラストマー４として使用されるものは、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴムなどの単一材又はこれらを適宜ブレンドしたゴムあるいはポリウレタンゴム等が挙げられる。そして、心線５としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチールワイヤ等から選ばれたロープが用いられる。また、心線５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維からなる織布、編布や金属薄板等を使用することもできる。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の高負荷伝動ベルトに用いるアラミド粉を所定量配合したブロックと同様の配合である樹脂成形物からなる試験片と本発明から外れた配合である樹脂成形体からなる試験片とをもちいて、樹脂の摩擦係数および摩耗量の比較を行った。
【００３７】
（実施例１）
実施例１としてはポリアミド４６を６５質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合するとともに、摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるテクノーラ（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が１０μｍの粉末を５質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００３８】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００３９】
（実施例２）
実施例２では摩耗低減材として平均粒径ｄ５０が１０μｍの粉末を使用した以外は実施例１と同様にして試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４０】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４１】
（実施例３）
実施例３では摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるトワロン（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が５０μｍの粉末を使用した以外は実施例１と同様にして試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４２】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４３】
（実施例４）
実施例４としてはポリアミド４６を４０質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合するとともに、摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるテクノーラ（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が５０μｍの粉末を３０質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４４】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４５】
（比較例１）
比較例１としてはポリアミド４６を７０質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４６】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４７】
（比較例２）
比較例２としてはポリアミド４６を３５質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合するとともに、摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるテクノーラ（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が５０μｍの粉末を３５質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製しようとしたが、溶融混練を行うことができなかった。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１の結果から、摩耗低減材としてアラミド粉を所定の範囲内で配合した実施例１〜４の試験サンプルでは、曲げ弾性率としてはアラミド粉を配合していない比較例１と略同等の数値を示しており、摩擦係数も同等となっているが、摩耗量については半分程度に抑えられており、アラミド粉を配合したことによる耐摩耗性の向上の効果が確認できた。また、アラミド粉の配合量を３５質量％とした比較例２では、アラミド粉の配合量が多くなりすぎると成形自体ができなくなることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
ベルトに装着したブロックの複数方向の撓みを抑えて割れを防止することができ、自動車や自動二輪車、農業機械の無段変速装置など、プーリの有効径が変化し大きなトルクを伝達するようなベルトとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。
【図２】本発明に係る高負荷伝動ベルトの側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ａ センターベルト
３ｂ センターベルト
４ エラストマー
５ 心体
６ 上面
７ 下面
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１４ 嵌合溝
１５ 嵌合溝
１８ 凸条部
１９ 凸条部
２０ 溝条部
２１ 溝条部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチでブロックを固定した高負荷伝動ベルトおよび高負荷伝動ベルト用ブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変えることによってプーリに巻きかかる有効径を変化させ変速比を調節する様な変速プーリに巻き掛けて使用するものであり、プーリからの側圧が大きくなるのでベルトは大きな側圧に耐えるものでなくてはならない。また、無段変速の用途以外にも通常のゴムベルトでは寿命が短くなりすぎるような高負荷伝動の用途には特別に高負荷に耐えうるようなベルトを用いる必要がある。
【０００３】
そのようなベルトとして使用されるものの中に、センターベルトにブロックを固定してベルト幅方向の強度を高めた引張伝動式の高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心線をゴムなどのエラストマー中に埋設したセンターベルトにボルトやリベットなどの止着材を用いてセンターベルトに使用しているエラストマーよりも比較的硬質のエラストマーからなるブロックを止着固定したものがある。
【０００４】
ブロックとしては、アルミニウムなど金属製の心材の表面に樹脂を被覆したものが提案されている（特許文献１）。しかしながらニーズの多様化により、負荷は多少低めであるものの回転数が高く、かつプーリ径が小さいといったものがある。金属製の心材を有するブロックは心材の分が重量増となることは避けられず、ベルトを高速で走行させると、遠心張力が上がってベルトが早期に破損するといった問題があった。
【０００５】
そこで心材を用いない樹脂材のみからなるブロックを用いたベルトが提案されている。負荷が低めの用途であったとしても、ブロックには十分な機械的強度が求められ特許文献２には４，６−ナイロンなどの熱可塑性樹脂に対してＰＡＮ系炭素繊維とウィスカを配合することによって補強し、心材を埋設していなくとも側圧に対抗でき、しかも軽量であることからベルト走行中の遠心張力が小さくベルトの破損も防止できるといったことが記載されている。
【０００６】
更に、特許文献３にはポリアミド樹脂として９，Ｔ−ナイロンを用いることによって、心材を用いることなく軽量化を図っており、なおかつ強度的にも更に優れている高負荷伝動ベルトが記載されている。特許文献２および３に各種のウィスカを配合することについての記載もなされている。
【０００７】
また、このようなブロックに求められる性能として機械的強度以外に、耐摩耗性に優れていることがある。摩擦係数の低い材料を用いて滑らせることによりブロックの摩耗を少なくすることが考えられるが、このベルトは元々Ｖベルトであり、ブロックとプーリとの間の摩擦で動力を伝達するものなので摩擦係数が低くなりすぎてスリップ率が大きくなるとベルト自体の伝達効率が下がってしまうという根本的な問題につながる。
【０００８】
特許文献４には熱可塑性樹脂に炭素繊維と摩擦低減材を配合したブロックを使用したベルトが開示されており、摩擦低減材として炭酸カルシウムウィスカーやリン酸カルシウムウィスカーを使用することによって、ブロックの機械的強度を低下させることなくブロックの摩擦による摩耗を低減する技術が開示されている。
【０００９】
また、特許文献５には同様に、熱可塑性樹脂に対して炭素繊維と摩擦低減材を配合したブロックを使用したベルトが開示されている。特許文献５では、摩擦低減材としてグラファイトを用いているが、こちらも摩耗試験においてブロックの摩耗が少ない結果となっている。
【００１０】
特許文献６には、ポリオキシアルキレン系樹脂に低密度ポリエチレン及びアラミド粉末を配合した自滑性組成物が開示されており、摩擦特性や耐摩耗性が改善されることが記載されている。
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−７３１４９号公報
【特許文献２】特開２００１−３１１４５３号公報
【特許文献３】特開２００２−１９５３５１号公報
【特許文献４】特開２００８−１８０３４４号公報（炭酸カルシウム、リン酸カルシウム）
【特許文献５】特開２００８−２０８９９６号公報（グラファイト）
【特許文献６】特表２００５−５２１５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上記のような繊維やウィスカ等で補強した樹脂を用いることによって、ブロックの耐摩耗性や剛性を高めることができる。しかし、長期にわたってベルトを走行させるとブロックの摩耗は発生し、変速比に影響したりスリップが発生したりして動力伝達能力が低下するといった問題はあり、機械的強度や摩擦係数を下げることなく更なる耐摩耗性の改善が望まれている。
【００１３】
そこで、本発明ではブロックのプーリとの接触面において摩擦係数を適度に保ちつつ、また剛性といった機械的強度を低下させることなく、ブロックの摩耗量を低減することができるベルトの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記のような目的を達成するために本発明の請求項１においては、心体をエラストマー中に埋設したセンターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックは熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合してなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【００１５】
請求項２では、アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１６】
請求項３では、センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトに用いる高負荷伝動ベルト用ブロックにおいて、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合した樹脂組成物からなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする。
【００１７】
請求項４では、アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項３のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト用ブロックとしている。
【発明の効果】
【００１８】
請求項１では、熱可塑性樹脂からなるブロックに繊維補強材とアラミド粉からなる摩擦低減材を配合していることから、軽量で高回転での使用に適しているとともにブロックの強度も十分に持たせることができ、且つベルト走行時のブロックのプーリとの接触面においてブロックの摩耗量を大きく低減することができる。
【００１９】
請求項２では摩擦低減材として用いるアラミド粉の平均粒径ｄ５０を１〜１００μｍとしており、樹脂中の分散も良好で耐摩耗性の効果を十分に発揮することができる。
【００２０】
請求項３では、請求項１と同様に熱可塑性樹脂からなるブロックに繊維補強材とアラミド粉からなる摩擦低減材を配合していることから、軽量で高回転での使用に適しているとともにブロックの強度も十分に持たせることができ、且つベルト走行時のブロックのプーリとの接触面においてブロックの摩耗量を大きく低減することができる。
【００２１】
請求項４では、請求項２と同様に摩擦低減材として用いるアラミド粉の平均粒径ｄ５０を１〜１００μｍとしており、樹脂中の分散も良好で耐摩耗性の効果を十分に発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
【００２３】
図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図であり、図２は側面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内に心線５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、このセンターベルト３ａ、３ｂに係止固定されている複数のブロック２とから構成されている。このブロック２の両側面２ａ、２ｂは、プーリのＶ溝と係合する傾斜のついた面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されているセンターベルト３ａ、３ｂを引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝動している。
【００２４】
ブロック２は、図１、図２に示すように、上ビーム１１および下ビーム１２と、上下ビーム１１、１２の中央部同士を連結したピラー１３からなっており、ブロック２の両側面２ａ、２ｂには一対のセンターベルト３ａ、３ｂを嵌めこむ溝１４、１５が形成されている。また、溝１５内の溝上面１６および溝下面１７にはセンターベルト３ａ、３ｂの上面に設けた凹条部１８と下面に設けた凹条部１９に係合する凸条部２０、２１に係合するようになっている。
【００２５】
また本発明ではブロック２として用いられる素材として、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜４０質量％、摩擦低減材は１〜２０質量％の割合で配合してなる。
【００２６】
熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタール、４，６−ナイロン、９，Ｔ−ナイロン等を挙げることができる。これらの中でも４，６−ナイロンもしくは９，Ｔ−ナイロンを使用することが好ましい。４，６−ナイロンおよび９，Ｔ−ナイロンは、結晶性樹脂で熱可塑性樹脂の中でも剛性等の機械的強度や耐摩耗性に優れ、繊維補強材を添加することでこれらの特性が一層向上するものである。また、射出成形が可能になることから、ブロックの成形を行うのがより簡単であるというメリットもある。更に４，６−ナイロンや９，Ｔ−ナイロンからなるブロックを用いたベルトは走行させたときに、プーリを摩耗させる量が少ないので、プーリの摩耗により走行を不安定にするといった問題も少なくなる。
【００２７】
９，Ｔ−ナイロンは、芳香環と長鎖ジアミンを有するポリアミド樹脂で、ノナンジアミンとテレフタル酸の重縮合により製造され、芳香環と高級脂肪族鎖を有していることから、耐熱性、低吸水性を有している。また、ホモポリマーで結晶化度が高いため、結晶化度の低いポリアミドと比較すると４，６−ナイロンと同様に耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性に優れている。従って、本材料を使用することにより、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性、熱時の曲げ剛性などの物性に優れているとともに吸水性の問題も少ないブロックを得ることができる。９，Ｔ−ナイロンの商品の例としては株式会社クラレの「ジェネスタ」を挙げることができる。
【００２８】
また、その他の樹脂の具体例として、以下のものが挙げられる。ポリアセタール：ポリプラスチック株式会社「ジュラコン」、４，６−ナイロン：株式会社クラレ「スタニール」、６，６−ナイロン：旭化成ケミカルズ株式会社「レオナ」、６−ナイロン：宇部興産株式会社「ＵＢＥナイロン」。
【００２９】
繊維補強材を配合することでブロックの剛性や耐摩耗性を向上させることができるが、本発明で用いられる繊維補強材としては、炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、ポリエステル繊維等からなる短繊維を挙げることができる。ブロックの剛性をより高めるとともに耐摩耗性を向上させるという面から前記の繊維の中では炭素繊維を用いることが最も好ましく、更に好ましくはＰＡＮ系炭素繊維を用いることである。
【００３０】
ＰＡＮ系炭素繊維はそもそも弾性率が高くて補強効果の高い繊維であるが、そのなかでも特に弾性率が２８０〜７００ＧＰａと高いものを用いることによって、本発明のような高負荷伝動ベルトのブロックとして用いる場合にも十分に耐えうる素材を提供することができる。弾性率が２８０ＧＰａ未満であるとブロックの耐側圧性はある程度得られるものの耐摩耗性に関しては不足気味になり、７００ＧＰａを超えると弾性率の高いものにしても耐側圧性や耐摩耗性の向上はあまり見られずコスト的に高いものとなるので好ましくない。
【００３１】
繊維補強材の長さは通常０．１〜１０ｍｍ程度のものを用いる。繊維補強材の配合量は１０〜６０質量％としており、１０質量％未満であると十分な補強効果を得ることができず、６０質量％を超えるとブロックの射出成形が困難になるので好ましくない。
【００３２】
摩擦低減材として、本発明ではアラミド粉を用いている。アラミド粉とは、アラミド繊維を平均粒径ｄ５０が１００μｍ以下に微細化したものであり、これを樹脂に配合することによって、摩擦係数を低下させるとともに耐摩耗性を向上させることができる。アラミド繊維の種類としてはメタ系、パラ系のアラミドがあり、いずれも使用することができるが、どちらかといえばパラ系アラミドを使用することが好ましい。パラ系アラミド繊維はメタ系アラミド繊維よりも配合した場合の機械的強度の低下が少なく、耐摩耗性を向上させる効果も高いことから好ましい形態といえる。
【００３３】
アラミド粉は、平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍの範囲のものを用いることが好ましい。１００μｍを超えるような粒径のものを使用すると樹脂中への分散状態が悪くなり、ブロック全体で強度にバラツキが発生したり、耐摩耗性の向上についても均一な性能を得ることが難しくなるので好ましくない。
【００３４】
また、配合量は１〜３０質量％の範囲内で配合することが好ましい。１質量％未満であると耐摩耗性を向上させる効果を得ることができず、３０質量％を超えると混ざりが悪くなって配合が困難となるとともに、成形性も悪くなる。また、強度的にも低下する傾向が現れるので好ましくない。
【００３５】
センターベルト３ａ、３ｂのエラストマー４として使用されるものは、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴムなどの単一材又はこれらを適宜ブレンドしたゴムあるいはポリウレタンゴム等が挙げられる。そして、心線５としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチールワイヤ等から選ばれたロープが用いられる。また、心線５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維からなる織布、編布や金属薄板等を使用することもできる。
【実施例】
【００３６】
次に、本発明の高負荷伝動ベルトに用いるアラミド粉を所定量配合したブロックと同様の配合である樹脂成形物からなる試験片と本発明から外れた配合である樹脂成形体からなる試験片とをもちいて、樹脂の摩擦係数および摩耗量の比較を行った。
【００３７】
（実施例１）
実施例１としてはポリアミド４６を６５質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合するとともに、摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるテクノーラ（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が１０μｍの粉末を５質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００３８】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００３９】
（実施例２）
実施例２では摩耗低減材として平均粒径ｄ５０が１０μｍの粉末を使用した以外は実施例１と同様にして試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４０】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４１】
（実施例３）
実施例３では摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるトワロン（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が５０μｍの粉末を使用した以外は実施例１と同様にして試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４２】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４３】
（実施例４）
実施例４としてはポリアミド４６を４０質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合するとともに、摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるテクノーラ（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が５０μｍの粉末を３０質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４４】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４５】
（比較例１）
比較例１としてはポリアミド４６を７０質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製した。
【００４６】
この樹脂成形体を用いて曲げ弾性率および摩擦係数、そして摩耗量をスラスト摩耗試験により測定した。測定条件は荷重を１．５ＭＰａとし、滑り速度は０．５ｍ／ｓとした。摩耗量はスラスト摩擦摩耗試験前後における樹脂成形体の厚みの減少量として測定した。その結果を表１に示す。
【００４７】
（比較例２）
比較例２としてはポリアミド４６を３５質量％、繊維補強材として炭素繊維を３０質量％配合するとともに、摩耗低減材としてパラ系アラミド繊維であるテクノーラ（帝人株式会社製）で平均粒径ｄ５０が５０μｍの粉末を３５質量％配合し、試験サンプルとなる樹脂成形体を作製しようとしたが、溶融混練を行うことができなかった。
【００４８】
【表１】
【００４９】
表１の結果から、摩耗低減材としてアラミド粉を所定の範囲内で配合した実施例１〜４の試験サンプルでは、曲げ弾性率としてはアラミド粉を配合していない比較例１と略同等の数値を示しており、摩擦係数も同等となっているが、摩耗量については半分程度に抑えられており、アラミド粉を配合したことによる耐摩耗性の向上の効果が確認できた。また、アラミド粉の配合量を３５質量％とした比較例２では、アラミド粉の配合量が多くなりすぎると成形自体ができなくなることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
ベルトに装着したブロックの複数方向の撓みを抑えて割れを防止することができ、自動車や自動二輪車、農業機械の無段変速装置など、プーリの有効径が変化し大きなトルクを伝達するようなベルトとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。
【図２】本発明に係る高負荷伝動ベルトの側面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ａ センターベルト
３ｂ センターベルト
４ エラストマー
５ 心体
６ 上面
７ 下面
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１４ 嵌合溝
１５ 嵌合溝
１８ 凸条部
１９ 凸条部
２０ 溝条部
２１ 溝条部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
心体をエラストマー中に埋設したセンターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックは熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合してなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【請求項２】
アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項３】
センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトに用いる高負荷伝動ベルト用ブロックにおいて、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合した樹脂組成物からなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする高負荷伝動ベルト用ブロック。
【請求項４】
アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項３記載の高負荷伝動ベルト用ブロック。
【請求項１】
心体をエラストマー中に埋設したセンターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックは熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合してなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【請求項２】
アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項３】
センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトに用いる高負荷伝動ベルト用ブロックにおいて、熱可塑性樹脂に少なくとも繊維補強材および摩擦低減材を配合した樹脂組成物からなり、該樹脂組成物の全量に対して熱可塑性樹脂３０〜８９質量％、繊維補強材は１０〜５０質量％、摩擦低減材は１〜３０質量％の割合で配合した樹脂組成物からなり、摩擦低減材がアラミド粉であることを特徴とする高負荷伝動ベルト用ブロック。
【請求項４】
アラミド粉の平均粒径ｄ５０が１〜１００μｍである請求項３記載の高負荷伝動ベルト用ブロック。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−２３０１４７（Ｐ２０１０−２３０１４７Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−８１２１３（Ｐ２００９−８１２１３）
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月３０日（２００９．３．３０）
【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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