高負荷伝動ベルト
【課題】ベルト走行時にブロックとの間で摩擦が生じたとしてもセンターベルトの摩耗を防止してベルトの切断といった故障を低減することができ、また、発熱を少なくすることもでき、ブロックを構成する樹脂材料の劣化の防止も可能な高負荷伝動ベルトを提供する。
【解決手段】エラストマー４中に心線５をスパイラル状に埋設したセンターベルト３と、該センターベルト３の長手方向に沿って複数のブロック２を設けた高負荷伝動ベルト１において、センターベルト３のブロック２と当接する面に繊維強化樹脂からなる保護材１０を配置しブロック２との摩擦からセンターベルト３を保護してなる。
【解決手段】エラストマー４中に心線５をスパイラル状に埋設したセンターベルト３と、該センターベルト３の長手方向に沿って複数のブロック２を設けた高負荷伝動ベルト１において、センターベルト３のブロック２と当接する面に繊維強化樹脂からなる保護材１０を配置しブロック２との摩擦からセンターベルト３を保護してなる。
【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多数のブロックを固定した高負荷伝動ベルトに係り、詳しくはセンターベルトとブロックとの摩擦によって発生する摩耗を低減しセンターベルトの切断といった原因によるベルトの故障を防止した長寿命な高負荷伝動ベルトに関する。
【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高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心体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や、特許文献１に示すようにブロックの両側面に溝を有しており、一対のセンターベルトを前記側面に設けた溝に嵌合したようなベルトがある。
【０００４】
このような引張伝動式の高負荷伝動ベルトはベルトの走行中にブロックがセンターベルトに対する揺動や、幅方向の動きによって、ブロックとセンターベルトとの間で常に摩擦が発生しており、ブロックやセンターベルトが摩耗するという問題があった。両者の摩耗によりブロックとセンターベルトの間の嵌合が緩むことで、更に動きが大きくなって摩擦も大きくなり摩耗が進むことになる。最終的にはセンターベルト表面に配置したカバー帆布が摩耗摩滅してしまい、ゴムの層にクラックが生じて心線とゴムとの剥離が生じたり、心線にまで摩耗が到達したりすることでセンターベルトが切断するなどベルトの寿命を迎えることになる。
【０００５】
センターベルトの摩耗を低減してベルトを長寿命化するために、特許文献１にはセンターベルトの表面に耐摩耗性に優れた水素化ニトリルゴム等からなるゴム層を形成することで、センターベルト表面の摩耗を防止する工夫がなされている。
【０００６】
特許文献５にはセンターベルトに積層した帆布の表面に更にフッ素樹脂繊維を積層配置することによって、表面の摩擦係数を低下させてセンターベルトの摩耗を防止する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１５６１０３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１や特許文献２のような耐摩耗性に優れたゴム層を配置する構成を採ることで、摩耗を低減する効果はあるものの、効果の程度としてはまだまだ十分ではなく、例えば排気量の大きいエンジンでの駆動用途で高トルクを伝達する用途として適用するには耐久性が不足しており、更なる改良が必用とされているところである。
【０００９】
そこで本発明ではベルト走行時においてブロックとセンターベルトとの間の動きが発生したとしても、センターベルトの摩耗を低減することができ、センターベルトの切断によるベルトの早期に寿命に到達するのを防止できる高負荷伝動ベルトの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような課題を解決するために本発明の請求項１は、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複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトにおいて、センターベルトはエラストマー中に心体を埋設すると共に少なくともブロックと接触する部位の表面に繊維に熱硬化性樹脂を含浸して成形した繊維強化樹脂からなる保護材を配置してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２では、保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する繊維が炭素繊維である請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１２】
請求項３では、保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１〜２のいずれかに記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１３】
請求項４では、保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項３記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１４】
請求項５では、保護材を構成する繊維がベルト長手方向に配向されてなる請求項１〜３４いずれかに記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１５】
請求項６では、保護材は、カバー帆布の上に保護材をせきそうしたものである請求項１〜５のいずれかに記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【発明の効果】
【００１６】
センターベルトの表面に保護材を配置することによってベルト走行時にブロックとの間で互いにこすれあう状態が発生したとしても、ブロックとセンターベルトの間の摩擦を極力抑えることができる。よってブロックの摩耗を低減すると共にセンターベルトの摩耗を極力抑えることができるので、長時間走行させてもブロックとセンターベルトとの嵌合が緩むこともなく長期間走行しても両者の間のガタツキの発生も少なく、センターベルトの摩耗によりベルトが切断に至ってしまうという問題を防止することができる。
【００１７】
請求項２では保護材に用いる繊維を炭素繊維としていることから、保護材の強度や対摩耗をあげることができ、ベルトの走行に伴ってブロックとの間で摩擦が発生したとしても、保護材は長期にわたってセンターベルトを保護し、高負荷伝動ベルトの寿命を大幅に延長することができる。
【００１８】
請求項３および４では、保護材に用いる樹脂を熱硬化性樹脂とし、更には熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂としていることから、やはり保護材の強度や耐摩耗性を高いものとすることができるので、センターベルトの摩耗を防止し、高負荷伝動ベルトの寿命を大幅に延長することができる。
【００１９】
請求項５では、保護材に用いる繊維をベルト長手方向に配向しており、ブロックのセンターベルトとの接触する面がベルト幅方向に延びる面であり、センターベルトに対するブロックの動きは幅方向の動きと前後方向の揺動となることから、センターベルトの幅方向に平行な摩擦を生じて同方向の亀裂を生じやすく、保護材を構成する繊維をその直角方向であるベルト長手方向に配向することで、より摩耗を低減させることができる。
【００２０】
請求項６では、センターベルトはカバー帆布を有しており、該カバー帆布の上に繊維強化樹脂を積層した保護材を用いた構成としているので、センターベルトはカバー帆布での補強に加えて繊維強化樹脂にて保護することができ、センターベルトの切断といった問題をより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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はその側断面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内にロープ状の心体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３と、このセンターベルト３に所定ピッチで取り付けられた複数のブロック２とから構成されている。ブロックの側面６、７に嵌合溝８、９を有しており、該嵌合溝にセンターベルト３が装着されている。このブロック２の両側面６、７は、プーリのＶ溝と接触する傾斜面となっており、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３を引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝達する。またセンターベルト３の表面には本発明の特徴である保護材１０がセンターベルト３と一体的に積層配置されている。
【００２２】
ブロック２は、図１に示すように、上ビーム部１１および下ビーム部１２と、上下ビーム部１１、１２の中央部同士を連結したセンターピラー１３からなっており、ブロック２の両側面には前述のようにセンターベルト３の嵌合溝８、９が形成されており、嵌合溝８、９内の溝上面および溝下面にはセンターベルト３の上面に設けた凹条部１５と下面に設けた凹条部１６に係合する凸条部１７、１８が設けられている。
【００２３】
図３は、別のベルトの例であり、ビーム部２１の両端から上方に向かって一対のサイドピラー２２、２３が延びており、このサイドピラー２２、２３の上端からそれぞれブロック２の中心に向かって延びるロック部２４、２５が対向するように設けられている。そして、これらビーム部２１、サイドピラー２２、２３及びロック部２４、２５によってセンターベルト３が嵌合する嵌合溝２０が形成されている。この嵌合溝２０に、センターベルト３が、ロック部２４、２５間の開口部より挿入され装着される。また、ロック部２４、２５の嵌合溝２０側には、凸部２７がそれぞれ設けられており、この凸部２７が、センターベルト３に所定ピッチで設けられている凹条部２６に嵌合する。これによって、センターベルト３は、装着後はブロック２から抜けにくい状態となる。そして、センターベルト３の表面には保護材１０がセンターベルト３と一体的に積層配置されている。
【００２４】
センターベルト３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、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンなどの単一材また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、心体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、心体５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維の織布、編布や金属薄板等を使用することもできる。
【００２５】
図２に示すように、センターベルト３は上下両面に保護材１０が配置されており、ベルト走行時に発生するセンターベルトとブロックとの摩擦からセンターベルトを保護するようになっている。このような構成を採ることによって、センターベルト３の摩耗が防止されるのでベルトの切断による故障を低減することができる。
【００２６】
本発明における保護材１０は、繊維に熱硬化性樹脂を含浸して成形した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）であり、このような保護材１０をセンターベルト３の表面に積層配置することで、ブロック２との間の摩擦によりセンターベルト２表面が摩耗して、亀裂を生じ、最後には切断にいたってしまうといったベルトの故障を抑制することができるので、より長寿命なベルトとすることができる。
【００２７】
保護材１０に用いることができる繊維としては、炭素繊維を挙げることができ、また保護材１０の繊維に含浸する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を挙げることができる。
【００２８】
また、保護材１０は図４に示すようにカバー帆布１０ａの上に繊維強化樹脂１０ｂを積層した構成にすることも可能であり、そうすることによってカバー帆布１０ａと繊維強化樹脂１０ｂとでセンターベルトをより強固に保護することができる。両者の積層一体化は、例えば次のような方法で行うことができる。繊維に半硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを用意して、それをカバー帆布１０ａに重ね合わせ、加熱・加圧することによって半硬化状態の熱硬化性樹脂をカバー帆布１０ａ側に滲ませると共に硬化させて両者を一体化し、その後冷却することで積層一体化する。
【００２９】
カバー帆布１０ａとして用いられるのは、平織物、綾織物、朱子織物などを挙げることができ、全てがアラミド繊維である必要はなく例えばベルト長手方向の緯糸にアラミド繊維を用いる形態が挙げられる。アラミド繊維としてはパラ系アラミド繊維でもメタ系アラミド繊維でもいずれでもよいが、０．３〜１．２デニールの原糸を収束したマルチフィラメント糸を用いることが好ましい。また、アラミド繊維以外にポリアミド繊維やウレタン弾性糸を混撚りした糸も用いることができるが、アラミド繊維の占める割合が緯糸の全重量の２０〜８０％であることが好ましい。原糸の太さが０．３デニール未満であるとベルト長手方向のカバー帆布１０ａの引張強さが低下し、耐摩耗性にも劣ることになるので好ましくない。逆に１．２デニールを超えるような太さであると製織後にカバー帆布１０ａとしての剛性が高くなりすぎて経糸と緯糸とのバランスが取れなくなったり帆布にしわを発生させたりする原因となるので好ましくない。
【００３０】
パラ系アラミド繊維としては、例えば商品名をケブラー、テクノーラ、トワロンを挙げることができ、メタ系アラミド繊維としたは、商品名でノーメックス、コーネックスを挙げることができる。
【００３１】
また、ベルト幅方向の経糸についても緯糸と同様にパラ系アラミド繊維やメタ系アラミド繊維などのアラミド繊維からなるフィラメント糸としてもよく、その他６ナイロン、６，６−ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維などのフィラメント糸を用いることができる。
【００３２】
このような構成のカバー帆布１０ａをセンターベルトの表面に積層接着するために接着処理がなされる。接着処理としては例えばＲＦＬ液、イソシアネート溶液あるいはエポキシ溶液による処理が挙げられる。ＲＦＬ液はレゾルシンとホルマリンとの初期縮合物をラテックスに混合したものであり、ここで使用するラテックスとしてはスチレン・ブタジエン・ピリジン三元共重合体、水素化ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンなどのラテックスである。また、ゴムを溶剤に溶かしてゴム糊状にしたものをカバー帆布１０ａの表面に付着させる糊引き処理、ソーキング処理、コーチング処理も接着処理として挙げることができる。
【００３３】
図５において高負荷伝動ベルト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たセンターベルト３と、このセンターベルト３の上下面に所定ピッチで形成された凹条部１５、１６に嵌合し、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６、７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３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。また、センターベルト３の表面には図示しないが保護材１０がセンターベルトに一体的に積層配置されておりブロック２との間の摩擦によりセンターベルト３が摩耗しないように保護している。
【００３４】
ブロック２は、図５に示すように、上ビーム部１１および下ビーム部１２と、両側部１４、１４が一体的にセンターベルト３の周囲に形成されている。ブロック２の中央にはセンターベルト３を嵌めこむ開口部１９を有し、開口部１５内の上面および下面にはセンターベルト３の上面に設けた凹条部１５と下面に設けた凹条部１６に係合する凸条部が形成されている。
【００３５】
金型にセンターベルトをセットした状態で樹脂を射出しセンターベルトの周囲にブロックを形成する図５に示すような高負荷伝動ベルトの製造するにあたり、図６および図７に示すように一対の金型３０、３１を用い、その金型３０、３１にはセンターベルト保持部３２を有するとともに、一対の金型３０、３１が合さった状態でブロック２を成形するためのキャビティ３３を形成するようになっており、センターベルト３を前記センターベルト保持部３２にセットした状態で金型３０、３１内のキャビティ３３にゲート３４から樹脂を射出する。センターベルト３には上下面のブロック２と嵌合する凹条部４１、４２の間に金型のセンターベルト保持部３２と嵌合する凹部４３、４４を有しており、ブロック２を射出成形で成形する際にセンターベルト３の位置決めを行うようになっている。
【００３６】
キャビティ３３はセンターベルト保持部３２にセンターベルト３を嵌め込んだ状態でセンターベルト３を取り囲むように配置されており、キャビティ３３でブロック２を成形するとセンターベルト３にブロック２が凹条部４１、４２で嵌合された状態で成形されるようになっている。
【００３７】
以上のような工程を経て、ブロック２を成形すると同時にセンターベルト３にブロック２を取り付けることができる。
【００３８】
図７に示す例では、金型３０、３１に設けられたキャビティ３３は５箇所であり、一度に成形できるブロックの数は５個である。よって５個のブロックを成形した後に金型から一度ベルトを取り外してブロック５個分を図４中の矢印方向に回転させて次の位置にブロック２を成形できるようにして再度金型３０、３１に装着し、次の位置に５個のブロック２を成形する。このような操作を繰り返してベルト全周のブロック２全部を成形してベルトが完成する。ブロック２の全数と同じ数のキャビティを有する金型を用いて一度に全部を成形しても構わない。
【００３９】
この射出成形によってセンターベルトの周囲にブロックを成形する方法で製造される高負荷伝動ベルトは図５で示した例に限られることはなく、様々な形態を採ることができる。図８に示すベルトは図５に示すベルトとほぼ同じ形状を有しているが、センターベルト３の幅方向の中央にブロックを取り付けるのと同じピッチで貫通孔５１を有しており、ブロック２が成形される際にその貫通孔５１を通して樹脂が連結５２されている。
【００４０】
このようにセンターベルト３に設けた貫通孔５１を通して上下でブロックを形成する樹脂が連結５２されていることによって、ブロック２とセンターベルト３との固定力がより強固なものになる。ベルト１が長期にわたって走行を続けるとブロック２とセンターベルト３とのがたつきが発生し、それが原因でベルト１の騒音が大きくなったり、ブロック２の破損やセンターベルト３が切断したりといった故障につながることがあるが、ブロック２とセンターベルト３の固定力を高めることによってベルト１の寿命を長期化することができるものである。
【００４１】
図８の例では一つのブロック２につきセンターベルト３に設けている貫通孔５１の数は一つであるが、一つであることに限定されるものでなく、二つや三つといった複数の孔を設けることも可能である。
【００４２】
ブロック２は金属などからなるインサート材に樹脂材を被覆したものでも、そうでない樹脂材のみからなっているものでもどちらでもよい。アルミニウム合金など金属などからなるインサート材を用いていないブロック２を用いた場合、インサート材を埋設したブロックを用いたベルトよりも、軽量化が可能なので高回転で使用してもベルトに発生する遠心力が小さいという優位点があるが、自動二輪などの比較的軽負荷で高回転の用途に向いている。
【００４３】
射出成形で製造する場合でも、このブロック２は合成樹脂素材のみからなっているものに限られず、センターベルト３にアルミニウム合金などの金属などからなるインサート材を装着した状態で金型にセットしてブロックを成形することも可能である。
【００４４】
図１〜図３に示すようなベルトの場合は、ブロック２の樹脂として用いることができるのは、具体的には硬度９０°ＪＩＳ Ａ以上の硬質ゴム、硬質ポリウレタン樹脂、液晶樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等のゴムや合成樹脂が用いられる。
【００４５】
図６〜７で説明したような成形でブロックを成形する場合に用いられる素材の樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の合成樹脂が用いられるが、中でも低摩擦係数で耐摩耗性に優れ、剛性があるとともに曲げに対しても弾力性を有しており、簡単に破損してしまうことのない樹脂がよく、ポリアミド樹脂、なかでもナイロン４６が好ましいといえる。
【００４６】
また、これらの樹脂中に、綿糸、ポリアミド繊維やアラミド繊維等の化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、カーボン繊維等からなる織布、フィラー、ウィスカ、シリカ、炭酸カルシウムなどの無機材料等を混入してもよい。
【００４７】
繊維状やウィスカ状の補強材を配合することは可能であり、繊維状の補強材は１５〜４０重量％の範囲で配合する。１５重量％未満であると補強効果が少なくブロックの耐摩耗性が十分でないなどの問題があり、４０重量％を超えると樹脂への配合が困難になったり射出成形が困難になったりするなどの問題があるので好ましくない。
【００４８】
なお、これらの他に、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素系樹脂から選ばれてなる少なくとも一つを混入することによってもブロック２の潤滑性を向上させることができる。フッ素系樹脂としては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化エチレンプロピレンエーテル（ＰＦＰＥ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、ポリフッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）等が挙げられる。
【００４９】
樹脂材中にインサート材を埋設したものの場合、インサート材は、ブロック２の耐側圧性や曲げ剛性を持たせる部分となるインサート材であり、素材としてはアルミ合金、セラミックス、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、炭素繊維強化樹脂や鉄などの素材が挙げられる。
【００５０】
耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が好ましく、金属材料の中ではアルミ合金の弾性率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が２．８であるのに対し、鉄は弾性率が２２０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が７．８であり、強度的には鉄を用いるほうが高いといえるが、高速で回転するベルトにとって、ベルト重量は寿命に大きく影響を与えるため軽量化の面で有利なアルミ合金を用いることが好ましい。ただし、耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が優れており、インサート材２２の所定箇所に樹脂材２１を被覆したブロック２を用いることが好ましい。
【００５１】
樹脂材を所定の箇所に配置する場合、ブロック２の大きさよりもひと回り小さい金属材料からなるインサート材を用いてそのほぼ全面を樹脂材で被覆したものを用いると、部分的に樹脂材を被覆配置したものに比べて、樹脂材の剥離などの問題が発生しにくいので好ましい形態ということができる。ただし、全面といっても製造工程の上で樹脂材を被覆する際にインサート材を固定する部材が接触しているところは、インサート材が露出する箇所が発生することになるが、その程度のインサート材の露出は、実質的に全面を樹脂材で被覆している形態に含まれるといってよいものである。
【００５２】
なお、本発明にかかる高負荷伝動ベルトに用いられるブロックには、本実施形態に示した形態に限定されるものではない。
【００５３】
次に、本発明の特徴部分であるセンターベルト３の表面に繊維強化樹脂からなる保護材１０を積層した場合の摩耗を低減する効果を、以下のように実施例および比較例を挙げて確認した。
【実施例】
【００５４】
（実施例１）
炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグであり、エポキシ樹脂の含有割合は３３％のものを保護材として使用した。保護材に用いる炭素繊維はベルト長手方向に相当する一方向に配向したものとしている。カバー帆布にはアラミド繊維からなるものを使用している。このプリプレグとカバー帆布を夫々２５ｍｍ×２４０ｍｍの大きさに切り取り、それらを重ね合わせ、１３０℃の温度で５ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧し、９０分加圧加熱した状態で静置し、その後５０℃まで冷却した後で加圧を解除した。そのようにして得られた表面に繊維強化樹脂を積層したカバー帆布からなる試験サンプルを用いて評価を行った。評価は、ベルト走行時のセンターベルトとブロックとの摩擦動作に相当する、学振型堅牢度試験機特型（ＡＢ−３０１、テスター産業株式会社製）を用いて、図９に示すような摩耗試験とした。尚、相手材としてはブロックの素材として用いられるポリアミド４６に炭素繊維を３０質量％配合した材料（ＰＡ４６／ＣＦ）を用い、速度１．９３ｍ／分、荷重１１Ｎ、圧力１．９３ＭＰａの試験条件とした。
【００５５】
（比較例１）
比較例１としては繊維強化樹脂からなる保護材を設けていないカバー帆布のみの試験サンプルを用いて、その他試験条件等は実施例とまったく同じにして摩耗試験を行った。
【００５６】
（比較例２）
比較例２としては実施例において保護材を形成するプリプレグの炭素繊維の方向をベルトの幅方向に相当する一方向に配向し、それ以外は試験条件等も含めて実施例とまったく同じにして摩耗試験を行った。
【００５７】
比較例１では、３９時間時点で試験サンプルが破断したのに対して、繊維強化樹脂からなる保護材を積層した実施例では１００時間経過した時点でも試験サンプルに大きな損傷は認められず、更には相手材の摩耗もほとんどない状態であった。
【００５８】
比較例２では、１５時間時点で表面のプリプレグからなる保護材が局所的に摩耗し、摩耗した部分でカバー帆布が視認できるようになり、摩耗試験の相手材の摩耗量を測定すると−０．４７ｗｔ％であったのに対して、実施例では１００時間経過した時点でも、保護材の様子の変化が認められず、摩耗試験の相手材の摩耗量も０ｗｔ％であった。
【００５９】
以上の結果から、センターベルトの表面に繊維強化樹脂からなる保護材を積層配置することによって、ベルト走行中にブロックとの間で摩擦が発生しても、保護材、ブロック共に摩耗を少なく抑えることができるので、センターベルトに亀裂が発生したり、切断にいたってしまったり、その他摩耗によってブロックとセンターベルトとの間のガタツキが発生してベルトに異常を来たすといった問題を解消することができることがわかった。
【００６０】
更に、リング・オン・ディスク摩擦摩耗試験を行い、センターベルト表面に繊維強化樹脂からなる保護材を積層配置した場合の耐摩耗性を確認した。
【００６１】
（実施例２）
実施例２では、経糸が６ナイロン繊維、緯糸がアラミド繊維と６６ナイロン繊維とウレタン弾性糸を混撚りした糸から構成されたカバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグであり、エポキシ樹脂の含有割合は３３％のものを使用した。炭素繊維はベルト長手方向に相当する一方向に配向したものとしている。この繊維強化樹脂からなる試料の１枚もののディスクを台の上に固定した。相手材としては、ブロックの素材として用いられるポリアミド４６に炭素繊維を３０質量％配合した材料（ＰＡ４６／ＣＦ）からなるリングを用いて、前記ディスク上に当接させ摺動回転させた。速度２１．７ｍ／分、面圧２．０６Ｐａ、雰囲気温度は常温の試験条件とした。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６２】
（実施例３）
カバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として、実施例２で使用したのと同様のプリプレグで図１０に示すように炭素繊維ＣＦが同心の四角となるよう配置したものを使用した以外は、実施例２と同じ条件とした。もちろん試験条件も実施例２と同様である。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６３】
（実施例４）
カバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として、実施例２で使用したのと同様のプリプレグを炭素繊維の向きが同じになるように２枚重ねた状態のものを使用した以外は、実施例２と同じ条件とした。もちろん試験条件も実施例２と同様である。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６４】
（実施例５）
カバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として、実施例２で使用したのと同様のプリプレグを炭素繊維の向きが直角方向になるように２枚重ねた状態のものを使用した以外は、実施例２と同じ条件とした。もちろん試験条件も実施例２と同様である。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６５】
（比較例３）
カバー帆布の表面に何も積層することなくそのままの状態で試験サンプルとしリング・オン・ディスク摩擦摩耗試験を行った。試験条件は実施例２と同様とした。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６６】
（比較例４）
カバー帆布の表面にＨＮＢＲ系のソーキングを施したものを試験サンプルとしてリング・オン・ディスク摩擦摩耗試験を行った。試験条件は実施例２と同様とした。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
以上の結果からカバー帆布の表面に繊維強化樹脂を積層することで耐摩耗性は大幅に改善され長期にわたって摩耗してしまうことなくセンターベルトを保護することができることがわかった。繊維強化樹脂を積層したものの中でも、摺動する方向に炭素繊維の長手方向を近づけた実施例３において破断するまでに時間が長い結果となっており、炭素繊維をベルト長手方向に配向した繊維強化樹脂を用いるものがより寿命が長くなるということが推測される。また、複数層の繊維強化樹脂を重ねて配置する場合には、炭素繊維を同じ方向に配置したほうが破断までの時間が長いという結果になった。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
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の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の高負荷伝動ベルトの要部斜視図である。
【図２】本発明の高負荷伝動ベルトの側面図である。
【図３】本発明の別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。
【図４】本発明で用いる保護材の側面図である。
【図５】本発明の更に別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。
【図６】本発明の製造方法で用いられる製造装置の概要斜視図である。
【図７】金型を開いたところから見た正面図である。
【図８】本発明の更に別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。
【図９】学振型堅牢度試験機での試験の様子を示す概要図である。
【図１０】実施例３における試験サンプルの炭素繊維の配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ センターベルト
４ エラストマー
５ 心線
６ 側面
７ 側面
８ 嵌合溝
９ 嵌合溝
１０ 保護材
１０ａ カバー帆布
１０ｂ 繊維強化樹脂
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１５ 凹条部
１６ 凹条部
１７ 凸条部
１８ 凸条部
３０ 金型
３１ 金型
３２ センターベルト保持部
３３ キャビティ
３４ ゲート
【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多数のブロックを固定した高負荷伝動ベルトに係り、詳しくはセンターベルトとブロックとの摩擦によって発生する摩耗を低減しセンターベルトの切断といった原因によるベルトの故障を防止した長寿命な高負荷伝動ベルトに関する。
【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高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心体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や、特許文献１に示すようにブロックの両側面に溝を有しており、一対のセンターベルトを前記側面に設けた溝に嵌合したようなベルトがある。
【０００４】
このような引張伝動式の高負荷伝動ベルトはベルトの走行中にブロックがセンターベルトに対する揺動や、幅方向の動きによって、ブロックとセンターベルトとの間で常に摩擦が発生しており、ブロックやセンターベルトが摩耗するという問題があった。両者の摩耗によりブロックとセンターベルトの間の嵌合が緩むことで、更に動きが大きくなって摩擦も大きくなり摩耗が進むことになる。最終的にはセンターベルト表面に配置したカバー帆布が摩耗摩滅してしまい、ゴムの層にクラックが生じて心線とゴムとの剥離が生じたり、心線にまで摩耗が到達したりすることでセンターベルトが切断するなどベルトの寿命を迎えることになる。
【０００５】
センターベルトの摩耗を低減してベルトを長寿命化するために、特許文献１にはセンターベルトの表面に耐摩耗性に優れた水素化ニトリルゴム等からなるゴム層を形成することで、センターベルト表面の摩耗を防止する工夫がなされている。
【０００６】
特許文献５にはセンターベルトに積層した帆布の表面に更にフッ素樹脂繊維を積層配置することによって、表面の摩擦係数を低下させてセンターベルトの摩耗を防止する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１５６１０３号公報
【特許文献２】特開２００６−１７７５４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記特許文献１や特許文献２のような耐摩耗性に優れたゴム層を配置する構成を採ることで、摩耗を低減する効果はあるものの、効果の程度としてはまだまだ十分ではなく、例えば排気量の大きいエンジンでの駆動用途で高トルクを伝達する用途として適用するには耐久性が不足しており、更なる改良が必用とされているところである。
【０００９】
そこで本発明ではベルト走行時においてブロックとセンターベルトとの間の動きが発生したとしても、センターベルトの摩耗を低減することができ、センターベルトの切断によるベルトの早期に寿命に到達するのを防止できる高負荷伝動ベルトの提供を課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記のような課題を解決するために本発明の請求項１は、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複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトにおいて、センターベルトはエラストマー中に心体を埋設すると共に少なくともブロックと接触する部位の表面に繊維に熱硬化性樹脂を含浸して成形した繊維強化樹脂からなる保護材を配置してなることを特徴とする。
【００１１】
請求項２では、保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する繊維が炭素繊維である請求項１記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１２】
請求項３では、保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する樹脂が熱硬化性樹脂である請求項１〜２のいずれかに記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１３】
請求項４では、保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する熱硬化性樹脂がエポキシ樹脂である請求項３記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１４】
請求項５では、保護材を構成する繊維がベルト長手方向に配向されてなる請求項１〜３４いずれかに記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【００１５】
請求項６では、保護材は、カバー帆布の上に保護材をせきそうしたものである請求項１〜５のいずれかに記載の高負荷伝動ベルトとしている。
【発明の効果】
【００１６】
センターベルトの表面に保護材を配置することによってベルト走行時にブロックとの間で互いにこすれあう状態が発生したとしても、ブロックとセンターベルトの間の摩擦を極力抑えることができる。よってブロックの摩耗を低減すると共にセンターベルトの摩耗を極力抑えることができるので、長時間走行させてもブロックとセンターベルトとの嵌合が緩むこともなく長期間走行しても両者の間のガタツキの発生も少なく、センターベルトの摩耗によりベルトが切断に至ってしまうという問題を防止することができる。
【００１７】
請求項２では保護材に用いる繊維を炭素繊維としていることから、保護材の強度や対摩耗をあげることができ、ベルトの走行に伴ってブロックとの間で摩擦が発生したとしても、保護材は長期にわたってセンターベルトを保護し、高負荷伝動ベルトの寿命を大幅に延長することができる。
【００１８】
請求項３および４では、保護材に用いる樹脂を熱硬化性樹脂とし、更には熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂としていることから、やはり保護材の強度や耐摩耗性を高いものとすることができるので、センターベルトの摩耗を防止し、高負荷伝動ベルトの寿命を大幅に延長することができる。
【００１９】
請求項５では、保護材に用いる繊維をベルト長手方向に配向しており、ブロックのセンターベルトとの接触する面がベルト幅方向に延びる面であり、センターベルトに対するブロックの動きは幅方向の動きと前後方向の揺動となることから、センターベルトの幅方向に平行な摩擦を生じて同方向の亀裂を生じやすく、保護材を構成する繊維をその直角方向であるベルト長手方向に配向することで、より摩耗を低減させることができる。
【００２０】
請求項６では、センターベルトはカバー帆布を有しており、該カバー帆布の上に繊維強化樹脂を積層した保護材を用いた構成としているので、センターベルトはカバー帆布での補強に加えて繊維強化樹脂にて保護することができ、センターベルトの切断といった問題をより低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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はその側断面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内にロープ状の心体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３と、このセンターベルト３に所定ピッチで取り付けられた複数のブロック２とから構成されている。ブロックの側面６、７に嵌合溝８、９を有しており、該嵌合溝にセンターベルト３が装着されている。このブロック２の両側面６、７は、プーリのＶ溝と接触する傾斜面となっており、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３を引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝達する。またセンターベルト３の表面には本発明の特徴である保護材１０がセンターベルト３と一体的に積層配置されている。
【００２２】
ブロック２は、図１に示すように、上ビーム部１１および下ビーム部１２と、上下ビーム部１１、１２の中央部同士を連結したセンターピラー１３からなっており、ブロック２の両側面には前述のようにセンターベルト３の嵌合溝８、９が形成されており、嵌合溝８、９内の溝上面および溝下面にはセンターベルト３の上面に設けた凹条部１５と下面に設けた凹条部１６に係合する凸条部１７、１８が設けられている。
【００２３】
図３は、別のベルトの例であり、ビーム部２１の両端から上方に向かって一対のサイドピラー２２、２３が延びており、このサイドピラー２２、２３の上端からそれぞれブロック２の中心に向かって延びるロック部２４、２５が対向するように設けられている。そして、これらビーム部２１、サイドピラー２２、２３及びロック部２４、２５によってセンターベルト３が嵌合する嵌合溝２０が形成されている。この嵌合溝２０に、センターベルト３が、ロック部２４、２５間の開口部より挿入され装着される。また、ロック部２４、２５の嵌合溝２０側には、凸部２７がそれぞれ設けられており、この凸部２７が、センターベルト３に所定ピッチで設けられている凹条部２６に嵌合する。これによって、センターベルト３は、装着後はブロック２から抜けにくい状態となる。そして、センターベルト３の表面には保護材１０がセンターベルト３と一体的に積層配置されている。
【００２４】
センターベルト３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、クロロスルホン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンなどの単一材また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、心体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、心体５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維の織布、編布や金属薄板等を使用することもできる。
【００２５】
図２に示すように、センターベルト３は上下両面に保護材１０が配置されており、ベルト走行時に発生するセンターベルトとブロックとの摩擦からセンターベルトを保護するようになっている。このような構成を採ることによって、センターベルト３の摩耗が防止されるのでベルトの切断による故障を低減することができる。
【００２６】
本発明における保護材１０は、繊維に熱硬化性樹脂を含浸して成形した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）であり、このような保護材１０をセンターベルト３の表面に積層配置することで、ブロック２との間の摩擦によりセンターベルト２表面が摩耗して、亀裂を生じ、最後には切断にいたってしまうといったベルトの故障を抑制することができるので、より長寿命なベルトとすることができる。
【００２７】
保護材１０に用いることができる繊維としては、炭素繊維を挙げることができ、また保護材１０の繊維に含浸する熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂を挙げることができる。
【００２８】
また、保護材１０は図４に示すようにカバー帆布１０ａの上に繊維強化樹脂１０ｂを積層した構成にすることも可能であり、そうすることによってカバー帆布１０ａと繊維強化樹脂１０ｂとでセンターベルトをより強固に保護することができる。両者の積層一体化は、例えば次のような方法で行うことができる。繊維に半硬化の熱硬化性樹脂を含浸させたプリプレグを用意して、それをカバー帆布１０ａに重ね合わせ、加熱・加圧することによって半硬化状態の熱硬化性樹脂をカバー帆布１０ａ側に滲ませると共に硬化させて両者を一体化し、その後冷却することで積層一体化する。
【００２９】
カバー帆布１０ａとして用いられるのは、平織物、綾織物、朱子織物などを挙げることができ、全てがアラミド繊維である必要はなく例えばベルト長手方向の緯糸にアラミド繊維を用いる形態が挙げられる。アラミド繊維としてはパラ系アラミド繊維でもメタ系アラミド繊維でもいずれでもよいが、０．３〜１．２デニールの原糸を収束したマルチフィラメント糸を用いることが好ましい。また、アラミド繊維以外にポリアミド繊維やウレタン弾性糸を混撚りした糸も用いることができるが、アラミド繊維の占める割合が緯糸の全重量の２０〜８０％であることが好ましい。原糸の太さが０．３デニール未満であるとベルト長手方向のカバー帆布１０ａの引張強さが低下し、耐摩耗性にも劣ることになるので好ましくない。逆に１．２デニールを超えるような太さであると製織後にカバー帆布１０ａとしての剛性が高くなりすぎて経糸と緯糸とのバランスが取れなくなったり帆布にしわを発生させたりする原因となるので好ましくない。
【００３０】
パラ系アラミド繊維としては、例えば商品名をケブラー、テクノーラ、トワロンを挙げることができ、メタ系アラミド繊維としたは、商品名でノーメックス、コーネックスを挙げることができる。
【００３１】
また、ベルト幅方向の経糸についても緯糸と同様にパラ系アラミド繊維やメタ系アラミド繊維などのアラミド繊維からなるフィラメント糸としてもよく、その他６ナイロン、６，６−ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド繊維、ポリビニルアルコール繊維、ポリエステル繊維などのフィラメント糸を用いることができる。
【００３２】
このような構成のカバー帆布１０ａをセンターベルトの表面に積層接着するために接着処理がなされる。接着処理としては例えばＲＦＬ液、イソシアネート溶液あるいはエポキシ溶液による処理が挙げられる。ＲＦＬ液はレゾルシンとホルマリンとの初期縮合物をラテックスに混合したものであり、ここで使用するラテックスとしてはスチレン・ブタジエン・ピリジン三元共重合体、水素化ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンなどのラテックスである。また、ゴムを溶剤に溶かしてゴム糊状にしたものをカバー帆布１０ａの表面に付着させる糊引き処理、ソーキング処理、コーチング処理も接着処理として挙げることができる。
【００３３】
図５において高負荷伝動ベルト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たセンターベルト３と、このセンターベルト３の上下面に所定ピッチで形成された凹条部１５、１６に嵌合し、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６、７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３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。また、センターベルト３の表面には図示しないが保護材１０がセンターベルトに一体的に積層配置されておりブロック２との間の摩擦によりセンターベルト３が摩耗しないように保護している。
【００３４】
ブロック２は、図５に示すように、上ビーム部１１および下ビーム部１２と、両側部１４、１４が一体的にセンターベルト３の周囲に形成されている。ブロック２の中央にはセンターベルト３を嵌めこむ開口部１９を有し、開口部１５内の上面および下面にはセンターベルト３の上面に設けた凹条部１５と下面に設けた凹条部１６に係合する凸条部が形成されている。
【００３５】
金型にセンターベルトをセットした状態で樹脂を射出しセンターベルトの周囲にブロックを形成する図５に示すような高負荷伝動ベルトの製造するにあたり、図６および図７に示すように一対の金型３０、３１を用い、その金型３０、３１にはセンターベルト保持部３２を有するとともに、一対の金型３０、３１が合さった状態でブロック２を成形するためのキャビティ３３を形成するようになっており、センターベルト３を前記センターベルト保持部３２にセットした状態で金型３０、３１内のキャビティ３３にゲート３４から樹脂を射出する。センターベルト３には上下面のブロック２と嵌合する凹条部４１、４２の間に金型のセンターベルト保持部３２と嵌合する凹部４３、４４を有しており、ブロック２を射出成形で成形する際にセンターベルト３の位置決めを行うようになっている。
【００３６】
キャビティ３３はセンターベルト保持部３２にセンターベルト３を嵌め込んだ状態でセンターベルト３を取り囲むように配置されており、キャビティ３３でブロック２を成形するとセンターベルト３にブロック２が凹条部４１、４２で嵌合された状態で成形されるようになっている。
【００３７】
以上のような工程を経て、ブロック２を成形すると同時にセンターベルト３にブロック２を取り付けることができる。
【００３８】
図７に示す例では、金型３０、３１に設けられたキャビティ３３は５箇所であり、一度に成形できるブロックの数は５個である。よって５個のブロックを成形した後に金型から一度ベルトを取り外してブロック５個分を図４中の矢印方向に回転させて次の位置にブロック２を成形できるようにして再度金型３０、３１に装着し、次の位置に５個のブロック２を成形する。このような操作を繰り返してベルト全周のブロック２全部を成形してベルトが完成する。ブロック２の全数と同じ数のキャビティを有する金型を用いて一度に全部を成形しても構わない。
【００３９】
この射出成形によってセンターベルトの周囲にブロックを成形する方法で製造される高負荷伝動ベルトは図５で示した例に限られることはなく、様々な形態を採ることができる。図８に示すベルトは図５に示すベルトとほぼ同じ形状を有しているが、センターベルト３の幅方向の中央にブロックを取り付けるのと同じピッチで貫通孔５１を有しており、ブロック２が成形される際にその貫通孔５１を通して樹脂が連結５２されている。
【００４０】
このようにセンターベルト３に設けた貫通孔５１を通して上下でブロックを形成する樹脂が連結５２されていることによって、ブロック２とセンターベルト３との固定力がより強固なものになる。ベルト１が長期にわたって走行を続けるとブロック２とセンターベルト３とのがたつきが発生し、それが原因でベルト１の騒音が大きくなったり、ブロック２の破損やセンターベルト３が切断したりといった故障につながることがあるが、ブロック２とセンターベルト３の固定力を高めることによってベルト１の寿命を長期化することができるものである。
【００４１】
図８の例では一つのブロック２につきセンターベルト３に設けている貫通孔５１の数は一つであるが、一つであることに限定されるものでなく、二つや三つといった複数の孔を設けることも可能である。
【００４２】
ブロック２は金属などからなるインサート材に樹脂材を被覆したものでも、そうでない樹脂材のみからなっているものでもどちらでもよい。アルミニウム合金など金属などからなるインサート材を用いていないブロック２を用いた場合、インサート材を埋設したブロックを用いたベルトよりも、軽量化が可能なので高回転で使用してもベルトに発生する遠心力が小さいという優位点があるが、自動二輪などの比較的軽負荷で高回転の用途に向いている。
【００４３】
射出成形で製造する場合でも、このブロック２は合成樹脂素材のみからなっているものに限られず、センターベルト３にアルミニウム合金などの金属などからなるインサート材を装着した状態で金型にセットしてブロックを成形することも可能である。
【００４４】
図１〜図３に示すようなベルトの場合は、ブロック２の樹脂として用いることができるのは、具体的には硬度９０°ＪＩＳ Ａ以上の硬質ゴム、硬質ポリウレタン樹脂、液晶樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、メタアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等のゴムや合成樹脂が用いられる。
【００４５】
図６〜７で説明したような成形でブロックを成形する場合に用いられる素材の樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の合成樹脂が用いられるが、中でも低摩擦係数で耐摩耗性に優れ、剛性があるとともに曲げに対しても弾力性を有しており、簡単に破損してしまうことのない樹脂がよく、ポリアミド樹脂、なかでもナイロン４６が好ましいといえる。
【００４６】
また、これらの樹脂中に、綿糸、ポリアミド繊維やアラミド繊維等の化学繊維、ガラス繊維、金属繊維、カーボン繊維等からなる織布、フィラー、ウィスカ、シリカ、炭酸カルシウムなどの無機材料等を混入してもよい。
【００４７】
繊維状やウィスカ状の補強材を配合することは可能であり、繊維状の補強材は１５〜４０重量％の範囲で配合する。１５重量％未満であると補強効果が少なくブロックの耐摩耗性が十分でないなどの問題があり、４０重量％を超えると樹脂への配合が困難になったり射出成形が困難になったりするなどの問題があるので好ましくない。
【００４８】
なお、これらの他に、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素系樹脂から選ばれてなる少なくとも一つを混入することによってもブロック２の潤滑性を向上させることができる。フッ素系樹脂としては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化エチレンプロピレンエーテル（ＰＦＰＥ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、ポリフッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）等が挙げられる。
【００４９】
樹脂材中にインサート材を埋設したものの場合、インサート材は、ブロック２の耐側圧性や曲げ剛性を持たせる部分となるインサート材であり、素材としてはアルミ合金、セラミックス、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、炭素繊維強化樹脂や鉄などの素材が挙げられる。
【００５０】
耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が好ましく、金属材料の中ではアルミ合金の弾性率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が２．８であるのに対し、鉄は弾性率が２２０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が７．８であり、強度的には鉄を用いるほうが高いといえるが、高速で回転するベルトにとって、ベルト重量は寿命に大きく影響を与えるため軽量化の面で有利なアルミ合金を用いることが好ましい。ただし、耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が優れており、インサート材２２の所定箇所に樹脂材２１を被覆したブロック２を用いることが好ましい。
【００５１】
樹脂材を所定の箇所に配置する場合、ブロック２の大きさよりもひと回り小さい金属材料からなるインサート材を用いてそのほぼ全面を樹脂材で被覆したものを用いると、部分的に樹脂材を被覆配置したものに比べて、樹脂材の剥離などの問題が発生しにくいので好ましい形態ということができる。ただし、全面といっても製造工程の上で樹脂材を被覆する際にインサート材を固定する部材が接触しているところは、インサート材が露出する箇所が発生することになるが、その程度のインサート材の露出は、実質的に全面を樹脂材で被覆している形態に含まれるといってよいものである。
【００５２】
なお、本発明にかかる高負荷伝動ベルトに用いられるブロックには、本実施形態に示した形態に限定されるものではない。
【００５３】
次に、本発明の特徴部分であるセンターベルト３の表面に繊維強化樹脂からなる保護材１０を積層した場合の摩耗を低減する効果を、以下のように実施例および比較例を挙げて確認した。
【実施例】
【００５４】
（実施例１）
炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグであり、エポキシ樹脂の含有割合は３３％のものを保護材として使用した。保護材に用いる炭素繊維はベルト長手方向に相当する一方向に配向したものとしている。カバー帆布にはアラミド繊維からなるものを使用している。このプリプレグとカバー帆布を夫々２５ｍｍ×２４０ｍｍの大きさに切り取り、それらを重ね合わせ、１３０℃の温度で５ｋｇ／ｃｍ２の圧力で加圧し、９０分加圧加熱した状態で静置し、その後５０℃まで冷却した後で加圧を解除した。そのようにして得られた表面に繊維強化樹脂を積層したカバー帆布からなる試験サンプルを用いて評価を行った。評価は、ベルト走行時のセンターベルトとブロックとの摩擦動作に相当する、学振型堅牢度試験機特型（ＡＢ−３０１、テスター産業株式会社製）を用いて、図９に示すような摩耗試験とした。尚、相手材としてはブロックの素材として用いられるポリアミド４６に炭素繊維を３０質量％配合した材料（ＰＡ４６／ＣＦ）を用い、速度１．９３ｍ／分、荷重１１Ｎ、圧力１．９３ＭＰａの試験条件とした。
【００５５】
（比較例１）
比較例１としては繊維強化樹脂からなる保護材を設けていないカバー帆布のみの試験サンプルを用いて、その他試験条件等は実施例とまったく同じにして摩耗試験を行った。
【００５６】
（比較例２）
比較例２としては実施例において保護材を形成するプリプレグの炭素繊維の方向をベルトの幅方向に相当する一方向に配向し、それ以外は試験条件等も含めて実施例とまったく同じにして摩耗試験を行った。
【００５７】
比較例１では、３９時間時点で試験サンプルが破断したのに対して、繊維強化樹脂からなる保護材を積層した実施例では１００時間経過した時点でも試験サンプルに大きな損傷は認められず、更には相手材の摩耗もほとんどない状態であった。
【００５８】
比較例２では、１５時間時点で表面のプリプレグからなる保護材が局所的に摩耗し、摩耗した部分でカバー帆布が視認できるようになり、摩耗試験の相手材の摩耗量を測定すると−０．４７ｗｔ％であったのに対して、実施例では１００時間経過した時点でも、保護材の様子の変化が認められず、摩耗試験の相手材の摩耗量も０ｗｔ％であった。
【００５９】
以上の結果から、センターベルトの表面に繊維強化樹脂からなる保護材を積層配置することによって、ベルト走行中にブロックとの間で摩擦が発生しても、保護材、ブロック共に摩耗を少なく抑えることができるので、センターベルトに亀裂が発生したり、切断にいたってしまったり、その他摩耗によってブロックとセンターベルトとの間のガタツキが発生してベルトに異常を来たすといった問題を解消することができることがわかった。
【００６０】
更に、リング・オン・ディスク摩擦摩耗試験を行い、センターベルト表面に繊維強化樹脂からなる保護材を積層配置した場合の耐摩耗性を確認した。
【００６１】
（実施例２）
実施例２では、経糸が６ナイロン繊維、緯糸がアラミド繊維と６６ナイロン繊維とウレタン弾性糸を混撚りした糸から構成されたカバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として炭素繊維にエポキシ樹脂を含浸させたプリプレグであり、エポキシ樹脂の含有割合は３３％のものを使用した。炭素繊維はベルト長手方向に相当する一方向に配向したものとしている。この繊維強化樹脂からなる試料の１枚もののディスクを台の上に固定した。相手材としては、ブロックの素材として用いられるポリアミド４６に炭素繊維を３０質量％配合した材料（ＰＡ４６／ＣＦ）からなるリングを用いて、前記ディスク上に当接させ摺動回転させた。速度２１．７ｍ／分、面圧２．０６Ｐａ、雰囲気温度は常温の試験条件とした。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６２】
（実施例３）
カバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として、実施例２で使用したのと同様のプリプレグで図１０に示すように炭素繊維ＣＦが同心の四角となるよう配置したものを使用した以外は、実施例２と同じ条件とした。もちろん試験条件も実施例２と同様である。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６３】
（実施例４）
カバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として、実施例２で使用したのと同様のプリプレグを炭素繊維の向きが同じになるように２枚重ねた状態のものを使用した以外は、実施例２と同じ条件とした。もちろん試験条件も実施例２と同様である。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６４】
（実施例５）
カバー帆布に繊維強化樹脂からなる保護材として、実施例２で使用したのと同様のプリプレグを炭素繊維の向きが直角方向になるように２枚重ねた状態のものを使用した以外は、実施例２と同じ条件とした。もちろん試験条件も実施例２と同様である。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６５】
（比較例３）
カバー帆布の表面に何も積層することなくそのままの状態で試験サンプルとしリング・オン・ディスク摩擦摩耗試験を行った。試験条件は実施例２と同様とした。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６６】
（比較例４）
カバー帆布の表面にＨＮＢＲ系のソーキングを施したものを試験サンプルとしてリング・オン・ディスク摩擦摩耗試験を行った。試験条件は実施例２と同様とした。試験サンプルが破断するまでの時間を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
以上の結果からカバー帆布の表面に繊維強化樹脂を積層することで耐摩耗性は大幅に改善され長期にわたって摩耗してしまうことなくセンターベルトを保護することができることがわかった。繊維強化樹脂を積層したものの中でも、摺動する方向に炭素繊維の長手方向を近づけた実施例３において破断するまでに時間が長い結果となっており、炭素繊維をベルト長手方向に配向した繊維強化樹脂を用いるものがより寿命が長くなるということが推測される。また、複数層の繊維強化樹脂を重ねて配置する場合には、炭素繊維を同じ方向に配置したほうが破断までの時間が長いという結果になった。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
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の製造に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の高負荷伝動ベルトの要部斜視図である。
【図２】本発明の高負荷伝動ベルトの側面図である。
【図３】本発明の別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。
【図４】本発明で用いる保護材の側面図である。
【図５】本発明の更に別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。
【図６】本発明の製造方法で用いられる製造装置の概要斜視図である。
【図７】金型を開いたところから見た正面図である。
【図８】本発明の更に別の例を示す高負荷伝動ベルトの斜視図である。
【図９】学振型堅牢度試験機での試験の様子を示す概要図である。
【図１０】実施例３における試験サンプルの炭素繊維の配置を示す平面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ センターベルト
４ エラストマー
５ 心線
６ 側面
７ 側面
８ 嵌合溝
９ 嵌合溝
１０ 保護材
１０ａ カバー帆布
１０ｂ 繊維強化樹脂
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１５ 凹条部
１６ 凹条部
１７ 凸条部
１８ 凸条部
３０ 金型
３１ 金型
３２ センターベルト保持部
３３ キャビティ
３４ ゲート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトにおいて、センターベルトはエラストマー中に心体を埋設すると共に少なくともブロックと接触する部位の表面に、繊維強化樹脂からなる保護材を配置してなることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【請求項２】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する繊維が炭素繊維である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項３】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する樹脂が熱硬化樹脂である請求項１〜２のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項４】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する熱硬化樹脂がエポキシ樹脂である請求項３に記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項５】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する繊維がベルト長手方向に配向されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項６】
カバー帆布の上に保護材を積層したものである請求項１〜５のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト
【請求項１】
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複数のブロックを設けた高負荷伝動ベルトにおいて、センターベルトはエラストマー中に心体を埋設すると共に少なくともブロックと接触する部位の表面に、繊維強化樹脂からなる保護材を配置してなることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【請求項２】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する繊維が炭素繊維である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項３】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する樹脂が熱硬化樹脂である請求項１〜２のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項４】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する熱硬化樹脂がエポキシ樹脂である請求項３に記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項５】
保護材として使用する繊維強化樹脂を構成する繊維がベルト長手方向に配向されてなる請求項１〜４のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項６】
カバー帆布の上に保護材を積層したものである請求項１〜５のいずれかに記載の高負荷伝動ベルト
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１１２５４６（Ｐ２０１０−１１２５４６Ａ）
【公開日】平成２２年５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−４１４７１（Ｐ２００９−４１４７１）
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【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５月２０日（２０１０．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月２４日（２００９．２．２４）
【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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