JP2004138239A

JP2004138239A - 歯付ベルト

Info

Publication number: JP2004138239A
Application number: JP2003302697A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Takehara; 竹原　剛; Masakuni Yoshida; 吉田　正邦
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2004-05-13

Abstract

【課題】高負荷での使用に耐えられるオーバーヘッドカムシャフト駆動用歯付ベルトを提供する。
【解決手段】歯付ベルト５の少なくとも背部２が、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩及びシリカを配合して有機過酸化物で架橋したゴム組成物からなる歯付ベルトである。さらに、心線として総デニール数１，０００〜４０，０００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コードを使用した。
【選択図】図１

Description

　本発明は歯付ベルトに係り、詳しくは高負荷のかかる自動車用オーバーヘッドカムシャフト駆動用歯付ベルトに関する。

　ベルトのゴム組成物にシリカを配合し背ゴム及び底ゴムの強度を著しく向上せしめると共に、背ゴムと心線及び底ゴムと心線の接着性をも著しく向上せしめ、熱時においても高強度かつ良好な接着性を保持して、歯付ベルトの寿命を従来に比べ著しく向上せしめることを見出した、とある。
特公昭５８−３３４２３号公報

　又、従来、オーバーヘッドカムシャフト駆動用歯付ベルトには、原料ゴムとしてＨ−ＮＢＲ、補強剤として主にカーボンブラックが使用されてきた。しかし、エンジンの高負荷に伴い、更なる高強度の歯付ベルトの開発が求められている。

　しかし、高硬度のゴムを得る為に、有機過酸化物加硫剤を使用すると、心線との接着力が低下して、ベルト強度が著しく低下する問題もある。

　上記のことを解決する為に、共役ジエン系ゴム、エチレン−プロピレンゴム又は水素添加アクリロニトリル−ブタジエンゴムに塩化ゴム、塩化パラフィン及びシリカ粉末を複合して添加することにより、有機過酸化物加硫ゴムに対して優れた接着力及び耐屈曲疲労性を有するベルト用ガラス抗張体用接着剤組成物が得られることを発明した。
特登録２６７６３８０号公報

　しかしながら上記ゴムでは、強度が小さく、特にディーゼルエンジン車のオーバーヘッドカムシャフト駆動に使用される歯付ベルトでは、より高強度のものが求められていた。そこで背ゴム及び歯ゴムにメタクリル酸亜鉛を混合した水素添加ニトリルゴムを使用するとゴム硬度が上昇すると共に強度も大幅に上がり、上記のような高負荷で使用してもベルトにクラック等が入ることはなかった。しかしながら、メタクリル酸亜鉛を混合した水素添加ニトリルゴムを使用した場合、通常の水素添加ニトリルゴムを使用した場合、通常の水素添加ニトリルゴムを使用する場合よりもさらにガラス繊維との接着が悪化し、心線が剥離するなどの問題が発生していた。

　又、上記心線として、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３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４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。

　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。
特許第２９５４５５４号特開平１０−２３７９号公報特公平０３−４７８２号公報

　本発明はこのような問題点を解決するものであり、高負荷での使用に耐えられるオーバーヘッドカムシャフト駆動用歯付ベルトを提供することを目的とする。

　本発明は、長さ方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部と、心線を埋設した背部とを有し、上記歯部の表面に歯布を貼着した歯付ベルトにおいて、前記背部が、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩及びシリカを配合して有機過酸化物で架橋したゴム組成物からなる歯付ベルトにある。

　請求項２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に対して１５〜４０質量部添加した請求項１に記載の歯付ベルトにある。

　請求項３に記載の発明は、少なくとも前記背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合した請求項１又は２に記載の歯付ベルトにある。

　請求項４に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜４０，０００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／ｍｍ^２である請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルトである。

　請求項５に記載の発明は、前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜４０，０００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／ｍｍ^２である請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルトにある。

　請求項６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４又は５に記載の歯付ベルトにある。

　請求項７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４又は５に記載の歯付ベルトにある。

　請求項８に記載の発明は、前記歯付ベルトがオーバーヘッドカムシャフト駆動用の自動車のディーゼルエンジンに使用される請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルトである。

　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、前記背部が、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩及びシリカを配合して有機過酸化物で架橋したゴム組成物からなる歯付ベルトであるから、ベルト背部が高強度であり、かつ心線との接着力も確保できる。

　又、請求項２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に対して１５〜４０質量部添加した請求項１に記載の歯付ベルトであるから、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。

　請求項３に記載の発明によると、短繊維の配合量が、ゴム１００質量部に対して１質量部よりも少ない場合は、短繊維を配合する効果が小さく、２０質量部を越えて配合すると、ゴムのムーニー粘度が上がりすぎて、加工工程（練り工程で分散不良、シート圧延工程で圧延できない、表面肌が悪く厚みが出ない等）で問題となる。又、歯が精度良く形成されない等の問題がある。

　請求項４から７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１,０００〜４０，０００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／ｍｍ^２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。

　請求項４に記載の発明によると、前記歯付ベルトがオーバーヘッドカムシャフト駆動用の自動車のディーゼルエンジンに使用される請求項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、最も厳しい条件で使用されるベルトに背部のゴムを高強度のものを使用し、シリカ補強によって心線との接着力も強力なものとすることによって、上記厳しい条件でも十分に歯付ベルトとしての機能を果たすことができる。

　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。

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。

　不飽和カルボン酸金属塩はカルボキシル基を有する不飽和カルボン酸と金属とがイオン結合したものであり、不飽和カルボン酸としてはアクリル酸、メタクリル酸などのジカルボン酸が好ましく、金属としてはベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、モリブデン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、錫、鉛、アンチモンなどを用いることができる。

　前記水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合物にシリカを配合する。このときのシリカの量は、総ポリマー１００質量部に対して１０〜４０質量部が好ましい。シリカの量が１０質量部より少なければシリカを配合した効果がなく、一方シリカの量が４０質量部より多い場合は、ゴムのムーニー粘度が高くなり、ベルトを成形するときに歯の形状が正確に出せずベルトの成形不良が多くなってしまう。

　さらに高い強度を得る為には、短繊維を総ポリマー１００質量部に対して１〜２０質量部添加することが好ましい。

　上記有機過酸化物としては、通常、ゴム、樹脂の架橋に使用されているジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルミルパーオキサイド、１.１−ｔ−ブチルぺロキシ−３.３.５−トリメチルシクロヘキサン、２.５−ジ−メチル−２.５−ジ（ｔ−ブチルぺロキシ）へキサン、２.５−ジ−メチル−２.５−ジ（ｔ−ブチルぺロキシ）へキサン、ｔ−ブチルぺロキシベンゾアート、ｔ−ブチルぺロキシ−２−エチル−ヘキシルカーボネートなどが用いられる。そして、その配合量としてはポリマー成分１００質量部に対して０.２〜１０質量部とする。０.２質量部未満であると架橋が十分に行われず、１０質量部を越えると十分な弾性が得られなくなるからである。

　ここで使用する歯布５はＲＦＬ液、イソシアネート溶液或いはエポキシ溶液によって処理される。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、ビニルピリジン三元共重合体、水素化ニトリルゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、エピクロルヒドリンなどから選ばれる。

　上記ＲＦＬ処理した歯布は、歯部に用いたゴム組成物を含浸付着させ加硫したゴム付帆布である。具体的には歯部に使用したポリマー分にカーボンブラック、シリカなどの補強剤、有機過酸化物、加硫促進剤などを配合したゴム組成物を溶剤によって溶解したゴム糊を作成した後、これを含浸付着させ、そして乾燥させた後に加硫してゴム付帆布にする。また、必要に応じてニッケルジブチル−ジチオカルバメイト（ＮｉＤＢＣ）を添加することもできる。

　得られたゴム組成物はメチルエチルケトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、クロロホルムなどから選ばれた溶剤に溶解してゴム糊にした後、該ゴム糊を歯布に塗布、吹き付け等によって含浸付着させ加硫したものである。

　歯布５として用いられる帆布は平織物、綾織物、朱子織物などからなる。これらの織物のベルト長手方向に配置される緯糸としては、例えば少なくとも０.３〜１.２デニールのパラ系アラミド繊維のフィラメント原糸を収束したマルチフィラメント糸をベルト長手方向の緯糸全量の２０〜８０質量％含んだものが好ましい。

　即ち、緯糸は少なくともパラ系アラミド繊維のマルチフィラメント糸にメタ系アラミド繊維からなる糸とを含めることができる。具体的な緯糸の構成は、パラ系アラミド繊維のマルチフィラメント糸、メタ系アラミド繊維からなる紡績糸、そしてウレタン弾性糸の３種の糸を合撚したものである。
　また、他の具体的な緯糸の構成は、パラ系アラミド繊維のマルチフィラメント糸、脂肪族短繊維糸（６ナイロン、６６ナイロン、ポリエステル、ポリビニルアルコール等）、そしてウレタン弾性糸の３種の糸を合撚したものであっても良い。

　又、ベルト長手方向に配置する緯糸全量の２０〜８０質量％がパラ系アラミド繊維のマルチフィラメント糸である。この理由として、２０質量％未満ではベルト長手方向の歯布の引張強さが低下し、高負荷でのベルト走行時に歯欠けが発生し易くなり、又一方８０質量％を越えると、パラ系アラミド繊維のマルチフィラメント糸の打ち込み方向の剛性が前記理由と同じく過大になる為、均一な厚みの帆布を得ることができなくなる為である。

　歯布５の経糸としては、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維からなるアラミド繊維のフィラメント糸、６ナイロン、６.６ナイロン、１２ナイロン等のポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリエステル等のフィラメント糸からなる。好ましくは、アラミド繊維のフィラメント糸が緯糸７にパラ系アラミド繊維のマルチフィラメント原糸を収束したマルチフィラメント糸を使用すれば、剛性のバランスが取れ、均一な厚みの歯布になる。
　しかし、上記経糸と緯糸の材質はこれらに限定されるものではない。

　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。

　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１，０００〜４０，０００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。

　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／ｍｍ^２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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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。

　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、経糸に１４０ｄ／２本ナイロンフィラメント糸、緯糸に１４０ｄ／２本ナイロンフィラメント糸とスパンデックス１１０Ｄ／１本からなる合撚糸を使用し、織時組織（経１４０本／３ｃｍ、緯１００本／３ｃｍ）からなる２／２綾織帆布を製織した。製織後、帆布を水中にて振動を与えて製織時の幅の約１／２幅まで収縮させた後、ゴム糊（表１のポリマーを用いたゴム組成物を所定比率でメチルエチルケトン中に溶解したもの）に浸漬、乾燥した後、１５３°Ｃで３０分間加硫して０.９ｍｍの処理帆布を歯布とした。この場合、上記帆布は緯糸方向をベルトの長手方向に使用した。

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２に示す心線を所定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入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。このときの表１に示すゴムシートとガラス心線との接着力を表３に示す。

表３より実施例１〜７はシリカ補強である為、硬度がＪＩＳＡ８０°以上の高硬度であるのに対し伸びも２９８％以上の高い伸びが得られている。さらに接着力も１４５Ｎ／２５ｍｍ幅以上の高い値が得られた。又、実施例３及び４は実施例２に比べ１２５°Ｃの粘度が低下しており、カップリング剤の効果により加工性が向上した。実施例６はアラミドカット糸を使用することにより伸びなどの物性を低下させることなくＪＩＳＡ９０°の高硬度配合が得られた。

一方、比較例１はシリカ量が多すぎた為、１２５°Ｃの粘度が８９.４と高く、ベルト作製時、歯の形状がきちんと出なかった。比較例２はカーボンブラック補強である為、接着力が９４Ｎ／２５ｍｍと小さくなった。比較例３、４は不飽和カルボン酸塩ＨＮＢＲを使用していない為、硬度がＪＩＳＡ５２°と低くなってしまった。

作製したベルトのサイズは、ベルト幅１５ｍｍ、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、３３歯の駆動側プーリ、６１歯の従動側プーリからなる２軸の試験装置を使用する。駆動側プーリ回転数１２００ｒｐｍで従動側プーリに掛かるトルクを４９０Ｎ・ｍとし、初張力を３５０Ｎにて走行試験を行った。そのときの雰囲気温度は２３°Ｃであった。その結果を表４に示す。

表４のように実施例はいずれも走行寿命が長くなっている。一方、比較例２は心線との接着が悪く剥離が発生し短寿命となった。比較例３は心線の接着力が不十分な為、２４時間走行で心線剥離が発生してしまった。

次に、実施例８から１０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０〜２０回／１０ｃｍで片撚りしてコードにした後、このコードを表５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。

　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。

　歯部と背部用のゴムシートとして、表１の実施例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。

　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。

　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。

　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。

　比較例５〜７
　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５に示すＲＦＬ処理液に浸漬した後、２００〜２８０℃で熱処理した。これを撚り数８回／ｃｍでＳおよび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℃の範囲で熱処理した。その後、ゴムとしては、比較例１のゴム、歯布としては比較例１の帆布を用いた。又、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して３種の歯付ベルトを作製した。

　上記実施例８から１０と比較例５から７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６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。

　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。

　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７に併記する。

　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。

　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／ｍｍ^２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。

本発明の実施形態に係る歯付ベルトの全体概略図である。歯付ベルトの走行試験装置の概略図である。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

　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

Claims

　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、前記背部が、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩及びシリカを配合して有機過酸化物で架橋したゴム組成物からなることを特徴とする歯付ベルト。
　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に対して１５〜４０質量部添加し、さらにシリカを総ポリマーに対して１０〜４０質量部配合した請求項１に記載の歯付ベルト。
　少なくとも前記背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合した請求項１又は２に記載の歯付ベルト。
　前記歯付ベルトの心線が総デニール数１,０００〜４０，０００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／ｍｍ^２である請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト。
　前記歯付ベルトの心線が総デニール数１，０００〜４０，０００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／ｍｍ^２である請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト。
　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４又は５に記載の歯付ベルト。
　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４又は５に記載の歯付ベルト。
　前記歯付ベルトがオーバーヘッドカムシャフト駆動用の自動車のディーゼルエンジンに使用される請求項１から７のいずれかに記載の歯付ベルト。