CN105579740B - 齿形皮带 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿形皮带，所述齿形皮带具有沿长度方向以规定间隔配置有多个的以橡胶组合物(A)作为基材的齿部、和埋设有芯线的以橡胶组合物(B)作为基材的背部，其中，所述芯线包含顺捻的碳纤维且以1.1mm以上且2.5mm以下的直径形成，构成所述背部的橡胶组合物(B)的硬度以JIS‑A硬度计为80度～89度。

Description

齿形皮带
技术领域
本发明涉及例如在一般产业用途中利用皮带传递高负荷的机械的用于同步传动用等的齿形皮带。
背景技术
对于用于摩托车的后轮驱动用等高负荷传动用途的齿形皮带，要求耐久性。
因此，在专利文献1中公开了一种齿形皮带，其包含使用超高分子量聚乙烯纤维的齿布、碳纤维芯线和由JIS-A硬度为87度以上的橡胶组合物构成的背部，可防止齿布和齿部的损伤，在高负荷传动用途中可得到优良的耐久性。另外，在专利文献2中公开了一种齿形皮带，其包含使用聚四氟乙烯(PTFE)纤维的齿布、碳纤维芯线和由JIS-A硬度为85度以上的橡胶组合物构成的背部，在高负荷传动用途中可得到优良的耐久性。另外，在专利文献3中公开了一种齿形皮带，其使用特定捻系数的顺捻的碳纤维芯线来改善耐弯曲疲劳性。
然而，专利文献1、2的齿形皮带虽然使用了弯曲性优良的碳纤维芯线，但是其捻构成限于单向加捻或合股加捻，与顺捻相比，弯曲刚性高。另外，构成背部的橡胶组合物的JIS-A硬度被设定为85度以上或87度以上这样的高硬度。由此，专利文献1、2的齿形皮带存在如下问题：皮带整体的柔软性受损，得不到充分的耐弯曲疲劳性，因背部裂纹造成皮带断开。
另一方面，专利文献3的齿形皮带虽然得到了一定的耐弯曲疲劳性，但是芯线直径细至约1.0mm，因此限于皮带有效张力为约3500N以下的用途(例如汽车的OHC驱动等)。即，在高负荷的条件下使用专利文献3的齿形皮带时，由于芯线直径细，因此由于皮带的伸长而导致缺齿的不良状况。因此，专利文献3的齿形皮带不能用于施加于皮带的有效张力为4000～10000N的摩托车的后轮驱动用等高负荷传动用途。此外，对于皮带的尺寸设计而言，通常从与皮带轮的尺寸相称考虑，按照与皮带轮的齿间距匹配的方式设计皮带的齿间距和PLD(节顶距，Pitch Line Differential：从皮带齿底至芯线的中心的距离)。在齿间距为14mm等的大型齿形中，若芯线直径如专利文献3的齿形皮带那样细，则从皮带齿底至芯线的中心的距离变短，得不到与皮带轮匹配的适当的PLD。于是产生皮带的齿间距与皮带轮的齿间距不匹配的问题。在这样的状态下在高负荷条件下使用皮带时，皮带轮与皮带的齿间距存在差异，因而在皮带的压力面、齿底面产生异常磨损，结果产生缺齿、断开等不良情况。另外，皮带啮合时在皮带轮直径方向上的皮带振动加大，产生异响。另一方面，即使是芯线直径细的情况下，虽然如果增厚齿布则可以增大PLD，但是橡胶刚好会减少齿布多出的那部分，因而耐缺齿性下降。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004-245405号公报
专利文献2：日本特开2006-90338号公报
专利文献3：日本特开平3-4782号公报
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于，解决上述的课题，提供一种即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性的高耐久性齿形皮带。
用于解决问题的手段
为了解决上述课题，本发明的齿形皮带具有沿长度方向以规定间隔配置有多个的以橡胶组合物(A)作为基材的齿部、和埋设有芯线的以橡胶组合物(B)作为基材的背部，其特征在于，上述芯线包含顺捻的碳纤维且以1.1mm以上且2.5mm以下的直径形成，构成上述背部的橡胶组合物(B)的硬度以JIS-A硬度计为80度～89度。
根据本发明的齿形皮带的构成，通过以顺捻构成芯线，与合股加捻或单向加捻相比，弯曲刚性降低。另外，通过由碳纤维构成芯线，可以防止在高负荷条件下由芯线的伸长率增大造成的缺齿(齿部的缺损)。另外，通过将芯线直径设定为1.1mm以上且2.5mm以下，可得到在高负荷条件下良好的运行剩余强度。即，通过将芯线直径设定为1.1mm以上，可得到适当的PLD，并且能够防止由芯线的伸长率增大造成的缺齿。另外，通过将芯线直径设定为2.5mm以下，能够防止由芯线的弯曲疲劳性的下降造成产生芯线断开。并且，通过将构成背部的橡胶的硬度设定为以JIS-A硬度计为80度～89度，可以得到在高负荷条件下优良的耐弯曲疲劳性。即，通过以使构成背部的橡胶的硬度为80度以上的方式构成，能够防止由异物的碰撞等造成产生裂纹的可能性，并且通过以使构成背部的橡胶的硬度为89度以下的方式构成，弯曲刚性降低，皮带整体的柔软性提高，能够防止由背部裂纹造成皮带断开。由此，能够实现即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性的高耐久性齿形皮带。
此处，芯线直径是指使用碳纤维进行顺捻而成的加捻绳(碳纤维绳)的纤维直径。另外，顺捻是指将一根或两根以上的纤维合纱并加捻(初捻)，并将两根以上的该加捻线合纱并在与初捻相同的方向上实施加捻(终捻)。另外，单向加捻是指将一根或多根纤维合纱并实施加捻(初捻)。此外，合股加捻是指将一根或两根以上的纤维合纱并加捻(初捻)，并将两根以上的该加捻线合纱并在与初捻相反的方向上实施加捻(终捻)。
在上述齿形皮带中，构成上述齿部的橡胶组合物(A)的硬度以JIS-A硬度计优选为92度～96度。
通过将构成齿部的橡胶的硬度设定为以JIS-A硬度计为92度～96度，可得到在高负荷条件下优良的运行剩余强度。即，通过以使构成齿部的橡胶的硬度以JIS-A硬度计为92度以上的方式构成，能够防止由齿部的变形造成产生缺齿，并且通过以使构成齿部的橡胶的硬度为96度以下的方式构成，能够减小与背部的橡胶组合物的硬度之差从而改善皮带整体的平衡，防止容易在背部与齿部的界面产生应变而产生由应力集中造成的裂纹。
在上述齿形皮带中，构成上述齿部的橡胶组合物(A)的硬度与构成上述背部的橡胶组合物(B)的硬度之差以JIS-A硬度计优选为7度～16度。
通过减小齿部与背部的橡胶组合物的硬度之差而能够改善皮带整体的平衡，防止容易在背部与齿部的界面产生应变而产生由应力集中造成的裂纹。
在上述齿形皮带中，优选的是：构成上述齿部的橡胶组合物(A)和构成上述背部的橡胶组合物(B)两者均包含氢化丁腈橡胶(H-NBR)和含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶(含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR)。
对于构成齿部的橡胶组合物(A)和构成背部的橡胶组合物(B)这两者，通过改变氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶的混合比率，能够调节橡胶组合物的硬度。
在上述齿形皮带中，构成上述背部的橡胶组合物(B)中，优选以40∶60～100∶0的质量比混合氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶。
橡胶组合物的硬度能够通过改变氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶的混合比率来进行调节。另外，通过由以40∶60～100∶0的质量比混合氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶而得到的橡胶组合物构成背部，能够使硬度为80度～89度。
在上述齿形皮带中，构成上述齿部的橡胶组合物(A)中，优选以50∶50～0∶100的质量比混合氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶。
橡胶组合物的硬度能够通过改变氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶的混合比率来进行调节。另外，通过由以50∶50～0∶100的质量比混合氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶而得到的橡胶组合物构成齿部，能够使硬度为92度～96度。
在上述齿形皮带中，优选的是：构成上述齿部的橡胶组合物(A)中，相对于包含氢化丁腈橡胶与含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶的橡胶成分的总量100质量份，包含3～7质量份的短纤维。
根据上述构成，可以提高齿形皮带的长度方向上的齿部的模量，即使在高负荷运行时也能够保持齿部与齿形皮带轮的啮合。
在上述齿形皮带中，上述齿部的齿间距优选为8mm～14mm。
即使在齿间距为8mm～14mm的大型齿形中，由于芯线直径以1.1mm～2.5mm构成，因而可得到适当的PLD而无需加厚齿布，能够防止因齿布增多、橡胶减少而造成产生缺齿。
发明效果
如以上的说明所述，根据本发明，可以得到即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性的高耐久性齿形皮带。
附图说明
图1是本发明的实施方式涉及的齿形皮带的剖视立体图。
图2是本发明的实施方式涉及的齿形皮带的剖视图，是表示芯线与PLD之间的关系的图。
图3(a)～(c)是齿形皮带的剖视图，是表示在改变芯线直径和齿布的厚度时的芯线与PLD之间的关系的图。
图4是表示本发明的实施方式涉及的齿形皮带的运行试验装置的概要的图。
图5是表示本发明的实施方式涉及的齿形皮带的芯线的拉伸试验装置的概要的图。
具体实施方式
接着，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1和图2所示，本实施方式的齿形皮带3由沿皮带长度方向(X方向)以规定间隔配置的表面由齿布11覆盖的多个齿部7、以及埋设有多根芯线9的背部4构成。
背部4中，在皮带宽度方向(Y方向)上并排埋设有各自沿皮带长度方向延伸的多根芯线9。芯线9包含顺捻的碳纤维绳。通过使芯线9为顺捻，与合股加捻或单向加捻相比，弯曲刚性降低，可得到优良的耐弯曲疲劳性。碳纤维使用例如东丽株式会社制的商品名“TORAYCA”等。顺捻的碳纤维绳可以如下形成。首先，使将橡胶胶乳和环氧树脂溶于甲苯等溶剂而得到的处理液浸渍附着于总旦尼尔数1000～10000的碳纤维的复丝。然后，将处理后的碳纤维以0.65～1.61的初捻系数在S或Z方向上进行初捻，将2～4根初捻后的处理碳纤维聚集并进一步以1.14～3.61的终捻系数在与初捻相同的方向上实施终捻。由此，可得到顺捻的碳纤维绳。此处，捻系数TF由表示(D：绳的总旦尼尔数、T：每厘米的加捻次数)。
在形成顺捻的碳纤维绳时使用的处理液中的橡胶胶乳优选包含与构成背部4和齿部7的橡胶组合物同种的橡胶组合物。作为环氧树脂，使用乙二醇二缩水甘油醚、甘油多缩水甘油醚、三羟甲基丙烷多缩水甘油醚、山梨糖醇多缩水甘油醚、己二醇二缩水甘油醚等中的一种或二种以上。
芯线9的芯线直径优选为1.1mm以上且2.5mm以下。芯线直径小于1.1mm时，由于芯线9的伸长率增大，因而容易产生缺齿(齿部的缺损)。芯线直径大于2.5mm时，由于芯线9的弯曲疲劳性下降，因而容易产生芯线断开。另外，如图3(a)那样，齿形皮带3的PLD由齿布11的厚度与芯线9的芯线直径之间的关系确定。因此，芯线直径小于1.1mm时，如图3(b)那样，只能设定小的PLD，难以得到适当的PLD。另外，即使芯线直径小，如果加厚齿布11，如图3(c)那样，也可得到大的PLD，但是齿部7的橡胶的体积减小，其结果是，耐缺齿性下降。芯线9的芯线直径的下限值优选为1.2mm以上，上限值优选为2.4mm以下、更优选为2.1mm以下、特别优选为1.8mm以下。
背部4由JIS-A硬度为80度以上且89度以下的硬度的橡胶组合物构成。此处，JIS-A硬度是指依据JIS K6253(2012)的硬度，是使用A型硬度计测定的齿形皮带3的背部4表面的硬度。通过使背部4的JIS-A硬度为80度以上且89度以下，背部4的弯曲刚性降低，可得到优良的耐弯曲疲劳性。背部4的JIS-A硬度小于80度时，有可能由于异物的碰撞等而在背部4产生裂纹。背部4的JIS-A硬度大于89度时，弯曲疲劳性下降，在背部4容易产生裂纹。
构成背部4的橡胶组合物(橡胶组合物(B)，在下文中称作“背部橡胶”)优选使用H-NBR与含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR的混合物，硬度的调节通过改变两者的混合比率来实现。具体来说，为了得到80度以上且89度以下的硬度，优选将“H-NBR”∶“含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR”的质量比设定为40∶60～100∶0进行混合。作为含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR，可以使用例如：在H-NBR中高度微分散有作为不饱和羧酸金属盐的甲基丙烯酸锌的H-NBR(例如日本瑞翁制、商品名“ZSC”等)。
H-NBR是指：为了保持作为以往的丁腈橡胶的优点的耐油性并且防止由热老化中的硫的复合反应造成的橡胶弹性老化，通过对以往的丁腈橡胶具有的不饱和键(碳-碳双键)进行化学氢化，使得不易发生热老化中的复合反应，从而改良了耐热性的丁腈橡胶。不饱和羧酸金属盐是指具有一个或两个以上的羧基的不饱和羧酸与金属进行离子键合而得到的盐。作为不饱和羧酸，可以例示丙烯酸、甲基丙烯酸等一元羧酸、马来酸、富马酸、衣康酸等二元羧酸。另外，作为金属，可以例示镁、钛、铁、铜、锌、铝、铅、镍等。
在本发明中使用的H-NBR是碘值为7～30mg/100mg的范围、优选为11～28mg/100mg的范围的不饱和橡胶。此处，不饱和橡胶是指在聚合物分子链中具有包含碳-碳双键(C＝C键)的不饱和键的橡胶。另外，碘值是表示不饱和键的量的指标，碘值越高，则表示聚合物分子链中含有的不饱和键的量越多。作为碘值的测定方法，添加相对于测定试样过量的碘并使之完全反应(碘与不饱和键的反应)，通过氧化还原滴定对残余的碘的量进行定量，由此求出碘值。H-NBR的碘值小于7mg/100mg时，H-NBR彼此的交联反应不充分，齿部的刚性降低，因此在皮带运行时有可能产生缺齿等不良情况，另一方面，H-NBR的碘值大于30mg/100mg时，不饱和键的量变得过多，齿部的耐热性的下降或由氧化导致的劣化进行，皮带寿命有可能变短。
齿部7由JIS-A硬度为92度以上且96度以下的硬度的橡胶组合物构成。此处，JIS-A硬度是指依据JIS K6253(2012)的硬度，是使用A型硬度计测定的齿形皮带3的齿部7侧面的硬度。齿部7的JIS-A硬度小于92度时，容易发生由齿部7的变形造成的缺齿。齿部7的JIS-A硬度大于96度且与背部4的硬度之间存在过大差异时，产生应变，在背部4与齿部7的界面容易产生破裂(裂纹)。背部4与齿部7的硬度差优选作为目标形成为以JIS-A硬度计为7～16。背部4与齿部7的硬度差过大时，齿形皮带3整体的平衡变差，其结果是，在背部4与齿部7的界面容易产生由应力集中造成的破裂(裂纹)。反之，背部4与齿部7的硬度差过小时，由硬度差得到的效果不足。
构成齿部7的橡胶组合物(橡胶组合物(A)，在下文中称为“齿部橡胶”)优选与背部4同样地使用H-NBR与含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR的混合物，硬度的调节通过改变两者的混合比率来实现。具体来说，为了得到92度以上且96度以下的硬度，优选将“H-NBR”∶“含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR”的质量比设定为50∶50～0∶100进行混合。
此外，优选在构成齿部7的橡胶组合物中埋设芳香族聚酰胺等的短纤维5。短纤维5优选以接近齿布11的一侧沿齿部7的外形状取向，且随着接近芯线9短纤维5以与芯线9大致平行的方式取向的方式埋设。另外，短纤维5的配合量为相对于包含H-NBR和含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR的橡胶成分的总量100质量份配合3～7质量份。短纤维5的配合量相对于橡胶成分的总量100质量份小于3质量份时，构成齿部7的橡胶组合物的储能弹性模量(E′)低，因此在高负荷运行条件下，齿部7的变形量增大，有可能产生缺齿。短纤维5的配合量相对于橡胶成分的总量100质量份大于7质量份时，构成齿部7的橡胶组合物的E′过高，因此齿部7几乎不发生变形，不能利用变形调整啮合位置，对齿部7的损伤有可能增大。通过将短纤维5的配合量设定为相对于橡胶成分的总量100质量份为3～7质量份，能够提高齿形皮带3的长度方向上的齿部7的模量，齿形皮带3的模量提高，即使在高负荷运行时，也可以保持齿部7与齿形皮带轮之间的啮合。短纤维5的种类没有特别限定，可以优选使用例如芳香族聚酰胺纤维、PBO(聚对亚苯基苯并双唑)纤维、聚乙烯醇纤维、碳纤维等模量高的纤维。
另外，优选在构成齿部7的橡胶组合物以相对于包含H-NBR和含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR的橡胶成分的总量100质量份为10质量份以下的配合量配合粉末状的无机填充剂。粉末状的无机填充剂的配合量相对于橡胶成分的总量100质量份大于10质量份时，构成齿部7的橡胶组合物的发热增大，橡胶组合物的耐热性下降，因此有可能由于热老化而产生缺齿、龟裂。
在本实施方式中，并不一定需要在构成齿部7的橡胶组合物中配合炭黑、二氧化硅等粉末状的无机填充剂。特别是，炭黑只要以能够将构成齿部7的橡胶组合物着色为黑色的程度进行配合即可，优选相对于包含H-NBR和含有不饱和羧酸金属盐的H-NBR的橡胶成分的总量100质量份为10质量份以下。进一步优选为5质量份以下。该炭黑用作着色剂，要将橡胶组合物着色为黑色，炭黑是最佳的。
另外，齿部7的齿间距(皮带的长度方向(X方向)上的齿与齿的间隔，参见图2)优选形成为8mm以上且14mm以下。即使是齿间距为8mm～14mm的大型齿形，在本实施方式中，由于芯线9的芯线直径以1.1mm～2.5mm构成，因而可以在不加厚齿布11的条件下得到适当的PLD，因此能够防止因齿布11增多、齿部7的橡胶减少而造成产生缺齿。
另外，优选本实施方式的齿部7中使用的橡胶组合物的硫化物的依据JIS K6394(2007)测定的在70℃气氛温度下的E′为200～300MPa、并且损耗系数(Tanδ)为0.1～0.2的范围。如果为上述范围，则不易发生缺齿等不良情况，齿部7的变形得到抑制，由此不会对与齿形皮带轮的啮合造成障碍，耐久性提高。
E′是指由施加周期振动的动态状态的试验得到的弹性模量，定义为应变与同相位的弹性应力的比率。E′越高，则物体越不易变形，即使是在高负荷条件那样强的外部力下，变形量也小，因而不易产生龟裂、断开等。另一方面，E′降低时，物体容易变形，因此即使是小的外部力，物体也容易发生断开、破坏。
Tanδ是指损耗模量(E″)除以E′而得到的值，是在振动一周期的期间以热的形式散失的能量与储存的最大能量之比的尺度。即，Tanδ表示施加于橡胶组合物的振动能量以热的形式散失的容易性，Tanδ越大，则从外部施加的能量越多转化为热，因此橡胶组合物由于自发热而温度升高，耐热性下降。另一方面，Tanδ越低，则发热量被抑制得越低，因此橡胶组合物的耐热性提高。
齿布11以将在皮带宽度方向上延伸的经丝6与在皮带长度方向上延伸的纬丝8织成的纤维织物作为基材。另外，该纤维织物包含平纹织物、斜纹织物、缎纹织物等。作为构成该纤维织物的纤维材料，可以使用例如芳酰胺芳香族聚酰胺纤维、聚氨酯弹性丝、脂肪族纤维(尼龙6、尼龙66、聚酯、聚乙烯醇等)等。需要说明的是，可以不设置齿布11。
作为本实施方式的纤维织物，可以采用由两种纬丝8和一种经丝6织成的多层织(双层织)结构的纤维织物。此时，优选的是：将经丝6设定为尼龙纤维，纬丝8使用含氟纤维、尼龙纤维和聚氨酯弹性丝。另外，作为在纬丝8之中的位于(露出于)齿布11的表面侧(与齿形皮带轮啮合的一侧)的纬丝8，为了降低齿布11与齿形皮带轮之间的摩擦，优选使用摩擦系数低的含氟纤维(例如PTFE纤维)。另一方面，位于齿布11的背面侧(与齿部7的胶粘侧)的纬丝8通过使用含氟纤维以外的纤维(尼龙纤维、聚氨酯弹性丝)，能够提高齿布11与构成齿部7的橡胶之间的胶粘力。
另外，优选在含氟纤维的周围配置有具有在以橡胶作为基材的齿部7和背部4的硫化温度下熔化的熔点的低熔点纤维。具体来说，包括：将含氟纤维与低熔点纤维混捻、或者含氟纤维被低熔点纤维覆盖等形态。另外，齿部7和背部4的硫化条件(硫化温度和硫化时间)没有特别限定，考虑到硫化剂和硫化促进剂的种类以及硫化方法等，通常参照使用门尼粘度计或其它硫化行为测定机测定的硫化曲线来确定。如此确定的通常的硫化条件为硫化温度100～200℃、硫化时间约1分种～约5小时。根据需要可以进行二次硫化。
在这种情况下，在齿部7和背部4的硫化时低熔点纤维熔化，流入构成齿布11的纤维间后，冷却至熔点以下，由此低熔点纤维结晶化。因此，在向齿形皮带轮啮入时或从齿形皮带轮脱啮时由于在齿布11的表面产生的冲击或磨损而导致的含氟纤维的断开、飞散被抑制。由此，能够更长期地保护齿部7和背部4、防止皮带的缺齿，使高负荷运行时的长寿命化成为可能。
此处，作为低熔点纤维，可以使用熔点优选小于165℃、更优选小于150℃的例如聚酰胺类纤维、聚酯类纤维或烯烃类纤维。
作为可用作低熔点纤维的聚酰胺类纤维，有由ω-氨基羧酸成分或二元羧酸成分与二元胺的组合形成的共聚聚酰胺类的纤维。
作为可用作低熔点纤维的聚酯类纤维，优选包含熔点比齿部7和背部4的硫化温度高的芯成分的聚酯类聚合物和熔点比齿部7和背部4的硫化温度低的鞘成分的共聚聚酯类聚合物的芯鞘型复合纤维。熔点比齿部7和背部4的硫化温度高的芯成分的聚酯类聚合物可以列举例如：聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和它们的共聚物。熔点比齿部7和背部4的硫化温度低的鞘成分的共聚聚酯类聚合物由二元酸与二元醇的缩聚反应得到，作为其例子，以对苯二甲酸和二乙二醇为基础，作为共聚成分，可以列举间苯二甲酸、己二酸、癸二酸、丁二醇、己二醇、聚乙二醇、新戊二醇等，可以通过它们的组合和共聚比率来调节熔点。
作为可用作低熔点纤维的烯烃类纤维，可以列举聚丙烯纤维、聚乙烯纤维(例如高密度聚乙烯纤维、中密度聚乙烯纤维、低密度聚乙烯纤维、线性低密度聚乙烯纤维、超高分子量聚乙烯纤维)等。
另外，可以是使它们共聚而成的物质，此外，只要是在齿部7和背部4的硫化温度下熔化的纤维，则对其捻纱方法、构成没有特别限定。此外，以提高与胶粘处理剂的亲和性为目的，可以对这些低熔点纤维的表面进行等离子体处理等。
该齿布11经过包含例如以下的工序的一系列胶粘处理而与构成齿部7的橡胶胶粘。
(1)使构成齿布11的纤维织物浸渍于间苯二酚-福尔马林-橡胶胶乳处理液(以下称为RFL处理液)，并使之干燥。
此处，RFL处理液中优选添加硫化合物的水分散物、醌肟类化合物、甲基丙烯酸酯类化合物、马来酰亚胺类化合物之中的至少一种的硫化助剂，或者将这些硫化助剂分散在水中而得到的物质。
作为硫化合物的水分散物，可采用例如硫的水分散物、四甲基秋兰姆二硫化物等。作为醌肟类化合物，可采用例如对苯醌二肟等。作为甲基丙烯酸酯类化合物，可采用例如乙二醇二甲基丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯等。作为马来酰亚胺类化合物，可采用例如N，N′-间亚苯基双马来酰亚胺、N，N′-(4，4′-二苯基甲烷双马来酰亚胺)等。
另外，上述的“将该硫化助剂分散在水中而得到的物质”中的“水”例如也可以包含一定程度的甲醇等醇。由此，即使是在“该硫化助剂”在水中为不溶性的情况下，“该硫化助剂”的对水的亲和性提高，从而“该硫化助剂”易于分散。
如此，通过在RFL处理液中添加硫化助剂，期待以下的效果。即，通过将RFL处理液中含有的橡胶胶乳成分与外层橡胶(是指在后述(2)的橡胶糊处理、(3)的涂覆处理中使用的橡胶糊或压延橡胶。在省略涂覆处理的情况下是指构成齿部7的橡胶)的层间的化学键合力强化，胶粘性提高，齿布11的剥离得到抑制。据认为，作为进一步期待的效果，RFL处理液中含有的橡胶胶乳成分自身的化学键合力(交联力)得到强化，其结果是，与由胶粘层的凝聚破坏造成的剥离(即层间剥离)相比，由作为胶粘对象的上述外层橡胶的破坏造成的剥离优先进行。
另外，在RFL处理液中添加硫化助剂的情况下，可以将纤维织物的浸渍处理分为2次实行。在这种情况下，首先，在第一次RFL浸渍处理中，在RFL处理液中不添加前述的任何硫化助剂。这是为了在第一次处理工序中使RF成分的热固化优先于橡胶胶乳成分的交联。
另一方面，在第二次RFL浸渍处理中，与第一次RFL处理液相比，使用如下RFL处理液，所述RFL处理液包含大量橡胶胶乳成分，并且添加有硫化合物的水分散物、醌肟类化合物、甲基丙烯酸酯类化合物、马来酰亚胺类化合物中的至少一种硫化助剂，或者将硫化助剂分散在水中而得到的物质。需要说明的是，在第一次浸渍处理与第二次浸渍处理之间，在RFL处理液的橡胶胶乳成分的比例方面设置差异是为了提高RFL层对于亲和性不同的纤维与橡胶这两者的胶粘性。
(2)进行使包含在溶剂中溶解有橡胶组合物的橡胶糊的胶粘处理剂附着于纤维织物后进行烘烤处理的两种橡胶糊处理(P1处理、S1处理)。
(3)在纤维织物的表面依次涂覆橡胶糊和压延橡胶。本工序中也称作涂覆处理。详细而言，“依次”是指“从纤维织物向齿部7依次”。此处，在RFL处理液中添加有硫化助剂的情况下，优选在该涂覆处理中使用的橡胶糊和压延橡胶中，也添加与在RFL处理液中添加的硫化助剂相同的硫化助剂。由此，可以期待显著改善利用RFL处理液处理的纤维织物与橡胶糊之间的胶粘力。
另外，上述(1)～(3)的处理并非需要全部进行，可以根据需要进行任一项或者组合两项以上的多项进行。例如，在(1)的处理中在RFL处理液中添加硫化助剂的情况下，由于仅利用该处理就可以显著提高纤维织物与橡胶间的胶粘力，因而可以省略(2)的橡胶糊处理。
本实施方式涉及的齿形皮带3通过预成型工艺制作。所谓预成型工艺如下：首先，利用具有齿模的模具将齿布11与齿部7预先成型，从而得到预成型体，接着，将所得到的预成型体卷贴至模具上，在其上以螺旋状对芯线9进行纺纱，然后，在其上卷绕构成背部4的未硫化橡胶后，将整体在硫化罐中硫化。在该预成型工艺中，由于在硫化前预先成型出齿布和齿部，在硫化时不需要使构成背部的未硫化橡胶从芯线之间向内侧(腹侧)流动并使齿布绷紧从而形成齿部。因此，可以使芯线间距离(间距)变窄。
实施例
(齿形皮带)
使用下述各构件，通过预成型工艺制作了皮带尺寸130H14M20(皮带齿数：130齿、齿模：H14M、齿部间距：14mm、皮带宽度：20mm)的本实施例涉及的齿形皮带。
在本实施例中，背部、齿部由包含下述所示的表1的各H-NBR的橡胶组合物构成。
【表1】
※1日本瑞翁制“ZETPOL2010”：不饱和羧酸金属盐∶氢化丁腈橡胶＝0∶100碘值11mg/100mg
※2日本瑞翁制“ZSC2295CX”：不饱和羧酸金属盐∶氢化丁腈橡胶＝110∶100碘值28mg/100mg
※3帝人制“Conex短纤维”|※4 1，3-双(叔丁基过氧化异丙基)苯
另外，芯线使用东丽株式会社制TORAYCA 12K-1/2、12K-1/4、6K-1/2的碳纤维，并利用H-NBR类外涂处理剂进行了胶粘处理。
另外，将齿布的齿布构成示于表2中。如表2所示，在齿布中不仅配合有作为纬丝的PTFE纤维，还配合有具有在橡胶硫化温度下熔化的熔点的低熔点纤维的聚酯类纤维。这次使用的聚酯类纤维(UNITICA株式会社制“コルネッタ”)的芯部熔点为256℃、鞘部熔点为160℃。
【表2】
※1PTFE纤维：东丽制TOYOFLON 1330dtox
※2聚酯类纤维：Unitika制コルネッタ
另外，将用于齿布胶粘处理的RFL处理液的配比、橡胶糊处理(P1处理和S1处理)的配比和涂覆处理用橡胶配比分别示于表3、表4和表5中。
【表3】
RFL配比
单位：质量份
【表4】
P1处理(含异氰酸酯的橡胶糊处理)配比、S1处理(橡胶糊处理配比)
单位：质量份
【表5】
涂覆处理用橡胶配比
橡胶配比 C-1
氢化丁腈橡胶※1 50
氢化丁腈橡胶※2 50
氧化锌 2
硬脂酸 1
二氧化硅 50
炭黑 0
抗老化剂 2
硫化助剂※3 2
有机过氧化物※4 2
塑化剂(醚类) 10
※1日本瑞翁制“ZETPOL” 单位：质量份
※2日本瑞翁制“ZSC”
※3马来酰亚胺类化合物
※4 1，3-双(叔丁基过氧异丙基)苯
在本实施例中，在利用预成型工艺的齿形皮带的制作中，首先，将形成齿布和齿部的未硫化橡胶片(厚度：2.35mm)置于具有齿模的模具中，在120℃、160秒、压制压力：4.51MPa(面压)的条件下进行压制，从而制作预成型体。接着，将所制作的预成型体卷贴于模具，在其上以纺纱张力：490N/根、纺纱间距：1.0～2.0mm/根(随着绳径而变化)、纺纱速度：1.5m/s的条件下以螺旋状对芯线9进行纺纱。在其上卷绕构成背部的未硫化橡胶片(厚度：2.0mm)后，将整体在硫化温度179℃、硫化时间40分钟、蒸气压：0.83MPa的条件下使用硫化罐进行硫化，从而制作齿形皮带。
(在高负荷条件下的运行试验)
接着，进行使用图4所示的双轴高负荷运行试验机的在600小时的高负荷条件下的运行试验，对本发明的实施例涉及的齿形皮带的技术效果进行了验证。
[试验条件]
试验机：双轴高负荷运行试验机(参见图4)
驱动皮带轮齿数：33齿
从动皮带轮齿数：61齿
负荷：对于从动皮带轮为900N·m
转速：1200rpm
作为运行试验的对象的齿形皮带是通过在表1～表5中所示的橡胶配比、齿布构成和齿布胶粘处理利用预成型工艺制作的13种(实施例1～7、比较例1～6)的齿形皮带。对于这13种齿形皮带，分别在上述试验条件下进行运行试验，对是否达到寿命进行确认。另外，达到寿命时，确定时间和失效形式。将其结果示于表6中。
由表6所示结果可知，在各实施例中，没有产生由弯曲疲劳造成的背部裂纹，尤其在芯线直径为1.2mm以上的实施例1～7中得到了充分的运行寿命。需要说明的是，在芯线直径为1.2mm的实施例1和齿橡胶硬度为92的实施例6中，运行寿命有一定程度的下降，但认为是容许范围。
另外，在背部硬度以JIS-A硬度计为92度以上的比较例2、3中，发生了由背部裂纹的产生造成的皮带断开。
另外，在芯线为芳香族聚酰胺纤维的比较例4中，在早期产生了由芯线伸长造成的缺齿。
另外，在芯线为合股加捻的比较例5和芯线为单向加捻的比较例6中，由于耐弯曲疲劳性不足，因而在早期发生了芯线断开。
(弯曲疲劳性试验)
此处，作为高负荷条件下的齿形皮带的弯曲疲劳性试验，从上述的运行试验前的12种的各齿形皮带切下30齿的部分作为试样，使用阿姆斯勒试验机，对在50mm/分钟的恒定速度下拉伸得到的断裂时的强度进行测定，并且对于运行试验后的皮带也同样地对断裂时的强度进行测定。然后，计算出运行后的强度相对于运行前的强度之比，作为强度保持率。需要说明的是，强度保持率是表示作为皮带的运行剩余强度的皮带的弯曲疲劳性的值。将其结果示于上述表6的“皮带的弯曲疲劳性(运行剩余强度)”的栏中。
根据表6的结果，与芯线为芳香族聚酰胺纤维的比较例4和芯线为合股加捻或单向加捻的比较例5、6相比，在芯线为碳纤维且为顺捻的各实施例1～7中，得到同等水平的充分高的强度保持率。
(单个芯线单独的弯曲疲劳性试验)
另外，作为在高负荷条件下的单个芯线的弯曲疲劳性试验，如图5所示，使单个芯线以S字状弯曲并卷绕于上下配置的一对圆柱形的旋转棒(φ30mm)，将芯线的一端固定于框架，在另一端施加3kg的载荷。接着，在将这一对旋转棒保持恒定的相对距离的情况下，在上下方向上进行10万次往复(行程：140mm、循环：100次/分钟)，反复进行芯线在旋转棒上的卷绕、放卷，对芯线本身赋予弯曲疲劳。进行经该弯曲疲劳试验后的单个芯线的拉伸试验，根据预先测定的弯曲疲劳试验前的拉伸试验的结果计算出强度保持率。将其结果示于表7中。根据表7所示的结果可知，与合股加捻或单向加捻的芯线相比，顺捻的芯线的强度保持率更高。另外，与芳香族聚酰胺纤维的芯线相比，碳纤维且顺捻的芯线的强度保持率更高。
【表7】
(芯线的弯曲刚性)
另外，对于加捻方式不同的表6所示的实施例2～5和比较例2、3、5、6的8种芯线，依据JIS K 7106(1995)，根据使用奥尔森式弯曲试验机的弯曲试验求出芯线的弯曲刚度Ec，对其乘以通过下述式(1)计算出的芯线的截面二次力矩Ic，通过下述式(2)计算出芯线的弯曲刚性EcIc。此处，试验片的尺寸设定为长度：70mm、宽度：14.4mm(芯线直径1.8mm的芯线8根的程度)、厚度：2mm，并且将支柱间距离S设定为25.4mm、载荷刻度100％时的振子的力矩M设定为0.098N·m。另外，试验在温度23±2℃、湿度65±5％的条件下进行。
Ic＝π×d4/64 (式1)
I c：芯线的截面二次力矩 (mm4)
d：芯线的直径(mm)
(式2)
E c：芯线的弯曲刚度 (N/mm2)
I c：芯线的截面二次力矩 (mm4)
S：支点间距离(mm)
M：振子力矩(N·m)
D：弯曲角度(度)(1度＝π/180＝0.01745弧度)
N：与弯曲角度(度)对应的载荷刻度板的读数(％)
将其结果示于表8的“芯线”栏。由表8的结果可知，实施例2～5和比较例2、3的顺捻的芯线的弯曲刚性显示出比比较例5的合股加捻、比较例6的单向加捻的芯线的弯曲刚性更低的值。
【表8】
(背部橡胶的弯曲刚性)
另外，对于硬度不同的表6所示的实施例2～5和比较例2、3、5、6的8种背部橡胶，依据JIS K 7106(1995)，根据使用奥尔森式弯曲试验机的弯曲试验求出背部橡胶的弯曲刚度Er，对其乘以通过下述式(3)计算出的背部橡胶的截面二次力矩Ir，通过下述式(4)计算出背部橡胶的弯曲刚性ErIr。此处，背部橡胶试验片的尺寸设定为长度：70mm、宽度：25.4mm、厚度：2mm，并且将支柱间距离S设定为25.4mm、载荷标度100％时的振子的力矩M设定为0.098N·m。另外，试验在温度23±2℃、湿度65±5％的条件下进行。
Ir＝b×h3/12 (式3)
I r：试验片的截面二次力矩 (mm4)
b：试验片的宽度(mm)
h：试验片的厚度(mm)
(式4)
E r：试验片的弯曲刚度 (N/mm2)
I r：试验片的截面二次力矩 (mm4)
S：支点间距离(mm)
M：振子力矩(N·m)
D：弯曲角度(度)(1度＝π/180＝0.01745弧度)
N：与弯曲角度(度)对应的载荷刻度板的读数(％)
将其结果示于表8的“背部橡胶”栏。由表8的结果可知，越是硬度低的背部橡胶则弯曲刚性的值越低。另外可知，以背部橡胶的弯曲刚性为100～600N/mm2为佳。
[考察]
通过上述试验可知以下情况。
可知，为了即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性，碳纤维的芯线适合于齿形皮带的芯线。即其理由在于，在使用了芳香族聚酰胺纤维的芯线的比较例4中，在运行中芯线伸长，其结果是，引起齿形皮带的缺齿(参见表6中的比较例4)。另外，根据表7的结果，对于碳纤维的芯线而言，与芳香族聚酰胺纤维的芯线相比，确认到更优良的弯曲疲劳性。
可知，为了即使在高负荷条件下发挥优良的耐弯曲疲劳性，与合股加捻或单向加捻相比，齿形皮带的芯线更适合为顺捻(参见表6～8)。即，根据表6的结果，与芯线为合股加捻或单向加捻的比较例5、6相比，在芯线为顺捻的各实施例1～7中，得到了同等水平以上的充分高的强度保持率。另外，根据表7和表8的结果，对于顺捻的芯线而言，与合股加捻或单向加捻的芯线相比，确认到更优良的弯曲疲劳性。
将实施例3与比较例5、6比较的结果是，比较例5、6的齿形皮带在运行试验170小时、250小时时由于芯线弯曲疲劳，皮带断开，而实施例3的齿形皮带完成了运行试验，运行剩余强度也良好(参见表6)。认为这是因为，在实施例3中使用的顺捻的芯线与在比较例5、6中使用的合股加捻、单向加捻的芯线相比，弯曲刚性的值更低，耐弯曲疲劳性更优良(参见表8的“芯线”栏)。
另外可知，为了即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性，齿形皮带的芯线的芯线直径适合为1.1mm以上且2.5mm以下。即，将实施例1、3和比较例1比较的结果是(参见表6)，在芯线直径为1.0mm的比较例1中，在短时间的运行试验中芯线伸长，其结果是，产生了齿形皮带的缺齿。另一方面，芯线直径为1.2mm的实施例1中，虽然观察到在运行中芯线发生伸长、运行寿命一定程度下降，但是运行了410小时，因而这在实用上是容许的范围，并且运行剩余强度良好。芯线直径为1.8mm的实施例3中，完成了运行试验，运行剩余强度也良好。另外，基于芯线直径为1.2mm的实施例1和芯线直径为1.0mm的比较例1，芯线直径为1.1mm的情况下估计运行寿命为约300小时，认为是容许范围。因此，设想如果芯线直径为1.1mm以上则可得到充分的运行寿命。此外，基于芯线直径为2.4mm的实施例7，估计芯线直径为2.5mm时也有接近600小时的长的运行寿命。因此，为了防止芯线的弯曲疲劳性的下降，芯线直径优选为2.5mm以下。由上可知，芯线直径适合为1.1mm以上且2.5mm以下。
另外，为了即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性，齿形皮带的背部橡胶的JIS-A硬度为80度～89度是适合的。即，将实施例2～5与比较例2、3比较的结果是，使用JIS-A硬度为92度、96度的橡胶作为背部橡胶的比较例2、3的皮带在运行试验350小时、187小时时，齿形皮带的背部橡胶产生裂纹、发生断开，但使用JIS-A硬度为80度～89度的橡胶作为背部橡胶的实施例2～5的齿形皮带完成了运行试验，运行剩余强度也良好(参见表6)。认为这是因为，在实施例2～5中使用的硬度低的橡胶与在比较例2、3中使用的硬度高的橡胶相比，弯曲刚性的值更低，耐弯曲疲劳性更优良(参见表8的“背部橡胶”栏)。
另外可知，为了即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性，齿形皮带的齿部橡胶的JIS-A硬度为92度～96度是适合的。即这是因为，在使用JIS-A硬度小于92度的橡胶作为齿部橡胶的情况下，由于橡胶过于柔软，因此有可能在短时间的运行试验中齿部橡胶发生缺损。使用JIS-A硬度为92度～96度的橡胶作为齿部橡胶的实施例1～7的齿形皮带的运行试验的寿命长，运行剩余强度也良好(参见表6)。需要说明的是，使用JIS-A硬度为92度的橡胶作为齿部橡胶的实施例6在运行中齿发生缺损，观察到运行寿命一定程度的下降，但运行了310小时，因而这在实用上是容许的范围，另外运行剩余强度良好。另外，使用JIS-A硬度为96度的橡胶作为齿部橡胶的实施例3完成了运行试验，运行剩余强度也良好。
由上可知，使用芯线直径1.1mm以上且2.5mm以下的顺捻的碳纤维作为芯线、使用硬度较低且JIS-A硬度为80度～89度的橡胶作为背部橡胶、使用硬度较高且JIS-A硬度为92度～96度的橡胶作为齿部橡胶而制作的皮带具有即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性的高耐久性，适合高负荷传动用途。
以上，基于附图对本发明的实施方式进行了说明，但是应当认为具体构成并不限于这些实施方式和实施例。本发明的范围不仅由上述的实施方式和实施例的说明表示，而且由权利要求书表示，还包括在与权利要求书等同的含义和范围内的所有改变。
本申请基于2013年8月30日申请的日本专利申请2013-179391和2014年8月8日的日本专利申请2014-162892，其内容作为参考并入本说明书中。
产业实用性
利用本发明可以得到即使在高负荷条件下也发挥优良的耐弯曲疲劳性的高耐久性齿形皮带。
附图标记
3 齿形皮带
4 背部
5 短纤维
6 经丝
7 齿部
8 纬丝
9 芯线
11 齿布

Claims (6)

1.一种齿形皮带，所述齿形皮带具有沿长度方向以规定间隔配置有多个的以橡胶组合物A作为基材的齿部、和埋设有芯线的以橡胶组合物B作为基材的背部，其中，
所述芯线包含顺捻的碳纤维，且芯线为以1.1mm以上且2.5mm以下的直径形成，
构成所述背部的橡胶组合物B的硬度以JIS-A硬度计为80度～89度，
构成所述齿部的橡胶组合物A的硬度以JIS-A硬度计为92度～96度，且
构成所述齿部的橡胶组合物A的硬度与构成所述背部的橡胶组合物B的硬度之差以JIS-A硬度计为7度～16度。
2.如权利要求1所述的齿形皮带，其中，
构成所述齿部的橡胶组合物A和构成所述背部的橡胶组合物B两者均包含：氢化丁腈橡胶和含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶。
3.如权利要求1所述的齿形皮带，其中，
构成所述背部的橡胶组合物B以40：60～100：0的质量比包含氢化丁腈橡胶和含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶。
4.如权利要求1所述的齿形皮带，其中，
构成所述齿部的橡胶组合物A以50：50～0：100的质量比包含氢化丁腈橡胶和含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶。
5.如权利要求3～4中任一项所述的齿形皮带，其中，
相对于包含氢化丁腈橡胶和含有不饱和羧酸金属盐的氢化丁腈橡胶的橡胶成分的总量100质量份，构成所述齿部的橡胶组合物A包含3～7质量份的短纤维。
6.如权利要求1～4中任一项所述的齿形皮带，其中，所述齿部的齿间距为8mm～14mm。
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