JP2004245405A

JP2004245405A - 歯付ベルト

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Publication number: JP2004245405A
Application number: JP2003302536A
Authority: JP
Inventors: Masakuni Yoshida; 正邦吉田
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 2003-01-21
Filing date: 2003-08-27
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2023-08-27
Also published as: JP4459574B2

Abstract

【課題】高負荷の作用する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、大型自動２輪車の後輪の駆動用あるいは、一般産業用機械の同期伝動用等に使用される歯付ベルトの耐摩耗性及び耐歯欠け性を維持しつつ、特にベルトの歯布及び歯部の損傷を防ぎ、寿命を向上させた歯付ベルトを提供する。
【解決手段】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２と、心線３を埋設したゴムを基材とした背部４を有し、前記歯部２の表面を被覆する歯布５が、ナイロン繊維あるいはアラミド繊維と超高分子量ポリエチレン繊維を混然りした繊維を横糸７及び縦糸６のいずれか一方若しくは両方に用いてなる帆布であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

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、大型自動２輪車の後輪の駆動用あるいは、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。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維持しつつ、特にベルトの歯布及び歯部の損傷を防ぐ歯付ベルトに関する。

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、ベルトヘ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。このため、さらなる耐久性の向上が要求されている。また、近年大型自動２輪車の後輪駆動用にこれまでのチェーンあるいはシャフト駆動から、静粛性、メンテナンスフリー性が受けて、ベルトでの駆動方式がとられるようになってきている。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、取替え周期の延長が要求されている。

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亀裂発生からのベルト切断と過負荷や歯布及び歯ゴムの耐熱性不足、歯布の摩耗による歯欠けに大別される。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、心線構成の太径化等の改良、心線処理済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。

特に、ベルトに高負荷が掛かるエンジン、２輪車の後輪駆動用又は産業用駆動装置を駆動する歯付ベルトは、高負荷のため、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、歯欠けが発生し易い。

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しないあるいは２軸駆動のためベルト張力が低下し、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。

このため、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歯付ベルトが開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

また、上述の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歯付ベルトと同様に、歯布表面の摩擦係数を低減させることを目的として、歯布に超高分子量ポリエチレン繊維製の綾織帆布を用いた歯付ベルトもある（特許文献３参照）。

また、上記心線として、従来から使用されているガラス繊維やアラミド繊維の代わりに、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、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たもの（例えば、特許文献４参照）や、心線としての炭素素材に片撚りが施される前に、この炭素素材がベルト本体と同じ材質の熱可塑性エラストマーで接着処理されるもの（例えば、特許文献５参照）などがある。さらに、上撚り係数が２．０〜４．０であり且つ下撚り係数が上撚り係数の１／２〜３／２とすることにより、初期強力が大きく、伸びが小さく、さらには、耐水性及び耐屈曲疲労性をも改善した歯付ベルトが提案されている（例えば、特許文献６参照）

特開２００２−２２１２５７号公報特開２００１−３０４３４３号公報特公平８−３０５１４号公報特許第２９５４５５４号公報特開平１０−２３７９号公報特公平３−４７８２号公報

しかしながら、近年、歯付ベルトへの負荷が高くなる一方で、市場からはより高い静粛性、寿命の延命化等の特性向上が要求されている。このため、前述した従来の歯付ベルトでは、このような市場の要求に十分に耐え得るものではなくなってきている。

具体的には、摩擦係数低減作用のフッ素樹脂やグラファイトを添加したものの場合は、長期間の使用による歯布の摩耗にしたがって、摩擦係数が高まるという問題がある。また、特許文献３に記載されている歯布に超高分子量ポリエチレン繊維製の綾織帆布を用いた歯付ベルトでは、歯部と歯布との接着力が十分でなく、使用時の温度上昇もあいまって、歯布の接着力が低下し、歯布及び歯部が損傷するおそれがあった。

また、特許文献４〜６に記載の歯付ベルトでは、高負荷を伝動する際に、心線の伸びによってベルトのジャンピング（歯飛び）が発生し、さらには、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。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、高負荷の作用する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、大型自動２輪車の後輪の駆動用あるいは、一般産業用機械の同期伝動用等に使用される歯付ベルトの耐摩耗性及び耐歯欠け性を維持しつつ、特にベルトの歯布及び歯部の損傷を防ぎ、寿命を向上させた歯付ベルトを提供することを目的とする。

前記課題を解決するための第１の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、前記歯部の表面を被覆する歯布が、ナイロン繊維あるいはアラミド繊維と超高分子量ポリエチレン繊維とを混撚りした繊維を横糸及び縦糸のいずれか一方若しくは両方に用いてなる帆布であることを特徴とするものである。

繊維に混撚りされた超高分子量ポリエチレン繊維が加硫時に溶融し歯布表面を被覆するようになる。また、超高分子量ポリエチレン繊維がナイロン繊維あるいはアラミド繊維と混撚りされているため、歯部を形成するゴムに硬度の高い水素化ニトリルゴム等を使用した場合であっても、超高分子量ポリエチレン繊維の有する特性を損なうことなく、歯部表面を歯布で被覆することができる。

また、第２の発明の歯付ベルトは、前記第１の発明において、前記ゴムが、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを質量比４０：６０〜５０：５０で配合した複合ポリマー体に、前記複合ポリマー体と水素化ニトリルゴムとを質量比９０：１０〜２０：８０で配合してなるものである。

不飽和カルボン酸金属塩がポリマー分を高次構造にし、不飽和カルボン酸金属塩がポリマー分で微細に分散したフィラーを形成し、当初から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よりも大きな引張り強さを有するようになる。

また、第３の発明の歯付ベルトは、前記第１又は第２の発明において、前記歯布と前記歯部の間に接着層を設け、前記接着層が水素化ニトリルゴム又はウレタンエラストマーのいずれかであるものである。

歯布と歯部間との接着力を確実に改善することができるとともに、高負荷下で発生するベルト歯面の亀裂、損傷によるベルトの損傷を防止できる。

また、第４の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第３のいずれかの発明において、前記超高分子量ポリエチレン繊維の分子量が２００万〜５００万であるものである。

超高分子量ポリエチレンで歯布表面を確実に被覆することができる。ここで、超高分子量ポリエチレンの分子量が２００万以下であるとすると、加硫時粘度が極端に下がり流れ落ちてしまい、５００万以上であると、樹脂膜の形成ができなくなり好ましくない。

また、第５の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第４のいずれかの発明において、前記心線が、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、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ^２であるものである。

第６の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第４のいずれかの発明において、前記心線が、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、さらに、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、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ^２であるものである。

これら第５、第６の発明によれば、心線の伸びを小さくして、ジャンピングを低減して負荷の伝達容量を高くできる。また、高温高張力下及び高温多湿下における耐久性を改善することができる。

また、第７の発明の歯付ベルトは、前記第５又は第６の発明において、前記接着層が、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層であるものである。

また、第８の発明の歯付ベルトは、前記第５又は第６の発明において、前記接着層が、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層からなるものである。

これら第７、第８の発明によれば、炭素繊維の接着性が向上し、さらに、耐熱性も向上して歯付ベルトの耐屈曲疲労性が改善される。

また、第９の発明の歯付ベルトは、前記第１〜第８のいずれかの発明において、前記背部の硬度がＪＩＳＡ型硬度計で８３度以上であるものである。

背部の背面硬度がＪＩＳＡ型硬度計で８３度以上、好ましくは８７度以上である為、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。また、歯部の硬度も上昇するため、確実に高負荷下において、使用した場合であっても、ゴムの変形が抑制される。

以上のように、本発明に係る歯付ベルトは、縦糸及び横糸のいずれか一方若しくは両方に超高分子量ポリエチレン繊維を混撚りした繊維を用いてなる帆布を用いているので、歯布表面に超高分子量ポリエチレンの皮膜が形成されるため、表面の摩擦係数が大幅に低減することができ、また、歯部と歯布との接着力をためることができる。このため、高負荷の作用する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、大型自動２輪車の後輪の駆動用あるいは、一般産業用機械の同期伝動用等に使用される歯付ベルトにおいて発生するベルト歯部にかかる歯飛びの不良現象を防止することができるという効果を得る。また、歯欠け等の歯部及び歯布の損傷を防止でき、歯付ベルトの寿命を延命化すす効果も得ることができる。

さらに、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、または、これを５〜１０回／１０ｃｍで下撚りしてから、さらに、２．５〜５回／１０ｃｍで上撚りして、その表面に接着層を被覆したコードであり、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ^２であるため、心線の伸びを小さくして、ジャンピングの発生を低減して負荷の伝達容量も高くできる。そして、高温高張力下及び高温多湿下における耐久性を改善することができる。

以下、本発明の実施の形態例について図面を参照しつつ説明する。図１は、本発明の一実施形態例に係る歯付ベルトを示す斜視図である。

図１に示すように、本実施形態例に係る歯付ベルト１は、ベルトの長手方向に沿って所定ピッチで列設された複数の歯部２と、心線３を埋設した背部４と、歯部２の表面を被覆する歯布５と、で構成されている。又、歯布５は、ベルトの長手方向に延在する縦糸６と、ベルトの幅方向に延在する横糸７とを織成して成る繊維材料を基材として構成されている。

歯部２及び背部４を構成する基材となるゴムは、水素化ニトリルゴムに共架橋剤として不飽和カルボン酸金属塩を配合した配合ゴムを主成分として用い、有機過酸化物にて架橋してなるものである。

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（Ｈ−ＮＢＲ）に共架橋剤として不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、引張弾性率や硬度を高めるようにしている。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と不飽和カルボン酸金属塩とを質量比４０：６０〜５０：５０で配合された複合ポリマー体と、水素化ニトリルゴムとを９０：１０〜２０：８０で配合したポリマー分とすることが好ましい。これによって、不飽和カルボン酸金属塩がポリマー分を高次構造にし、不飽和カルボン酸金属塩がポリマー分で微細に分散したフィラーを形成するとも思われ、当初から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よりも大きな引張り強さを有する。また、背部４の背面硬度を８３度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上とすることができる。背面硬度が８３度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上、好ましくは８７度以上とできることから、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。

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、メタクリル酸等のモノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン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。

なお、本発明に係る歯付ベルト１の基材となるゴムは、上述の水素化ニトリルゴムに限らず、使用条件等によって適宜選択することができる。例えば、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三次元共重合体（ＶＰ）、スチレンブタジエン共重合体（ＳＢＲ）、クロロプレン（ＣＲ）、アクリロニトリルブタジエン共重合体（ＮＢＲ）、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、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）、イソプロビレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、フッ素ゴム、シリコンゴム等を適宜選択して使用することができる。

以上のように構成される背部４に埋設される心線３は、一般には、ガラス繊維及びアラミド繊維が使用される。また、ポリベンゾオキサゾール、ポリパラフェニレンナフタレート、ポリエステル、アクリル、カーボン、スチールを組成とする撚コードのいずれでも使用できる。ガラス繊維の組成は、Ｅガラス、Ｓガラス（高強度ガラス）のいずれでもよく、フィラメントの太さ及びフィラメントの集束本数及びストランド本数に制限されない。

この心線３を処理するＲＦＬ液は、レゾルシンとホルマリンの初期縮合物とゴムラテックスを混合したものが用いられる。レゾルシンとホルマリンのモル比は１：１．５〜３にすることが接着力を高める上で好ましい。また、レゾルシンとホルマリンの初期縮合物は、これをラテックスのゴム分１００質量部に対してその樹脂分が２〜３０質量部になるようにラテックスと混合したうえ、全固形濃度を５〜４０％濃度に調節される。この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、クロロスルホン化ポリエチレン、水素化ニトリルゴム、エピクロルヒドリン、天然ゴム、ＳＢＲ、クロロプレンゴム、オレフィン−ビニルエステル共重合体等が使用できる。

そして、歯部２の表面に被覆される歯布５は、ナイロン繊維あるいはアラミド繊維と超高分子量ポリエチレン繊維とを混撚りした繊維を横糸及び縦糸のいずれか一方若しくは両方に用いてなる帆布で形成されている。繊維の形態は、フィラメント糸及び紡績糸の何れでもよい。また、織成構成は綾織、繻手織、平織等何れであっても良い。なお、超高分子量ポリエチレン繊維と混撚りする繊維としては、ナイロン繊維あるいはアラミド繊維の他に、ポリエステル、ポリベンゾオキサゾール、綿、ポリオレフィン等のいずれか又はこれらの組み合わせが採用できる。このような構成とすることによって、伸びの特性が、１００％以上、さらには３００％以上とすることでき、確実に歯を形成することができる。

また、加硫時に分解することなく、歯部２表面を被覆することが可能となる。さらに、超高分子量ポリエチレン繊維は、一般的に、非極性材料であり、極性材料である水素化ニトリルゴム等とは接着できないが、アラミド繊維等と混撚りすることによって、これらゴムと接着することが可能となり、歯部２表面に高い接着力で接着、被覆させることが可能となる。また、加硫時に超高分子量ポリエチレン繊維の一部が溶融し、歯布５表面で皮膜を形成するようになる。これによって、歯布５表面の摩擦係数が大幅に低減する。

このように、ナイロン繊維あるいはアラミド繊維と混撚りされる超高分子量ポリエチレン繊維の分子量は、２００万〜５００万であることが好ましい。超高分子量ポリエチレンの分子量が２００万以下であるとすると、加硫時粘度が極端に下がり流れ落ちてしまい、５００万以上であると、樹脂膜の形成ができなくなり好ましくない。

また、歯布５と歯部２の間には接着層が設けられている。この接着層がは、水素化ニトリルゴム又はウレタンエラストマーのいずれかで形成されている。このように、接着層が形成されていることで、基材となるゴムと歯布５間の接着力を高めることができる。

このように、本発明に係る歯付ベルトは、歯布にナイロン繊維あるいはアラミド繊維と超高分子量ポリエチレン繊維とを混撚りした繊維を横糸及び縦糸のいずれか一方若しくは両方に用いてなる帆布を用いているため、歯部との接着力が長期にわたり維持され、加えて、表面の摩擦係数が低いために、長期にわたって、高負荷下において高い静粛性を有することができる。

ところで、前述の心線３としては、炭素繊維を使用するのが特に好ましい。この心線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、さらに、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させて、密接したフィラメント間の空間を減少させることにより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密度に充填されており、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ^２になっている。ここで、仮に、モノフィラメントの断面形状が楕円形形状であると、モノフィラメント同士が擦れ合うことによりコードが破断しやすくなる。また、その他の断面形状である場合には、フィラメントを集合させたときに密接したフィラメント間の空間が大きくなってしまうため、コードの強度を十分に向上させることができない。

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。処理液の含有量が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質量部を超えると、コードの耐熱性、耐水性及び耐溶剤性が低下することがある。

この処理液（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質量部を超えるとコードの粘着性が過剰になり、取り扱い性が悪くなる。

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質量部を超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シジルエーテル、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。

上記のコードの表面には接着層が被覆されるが、この接着層は、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、または、ゴム糊から得られた１層であってもよく、さらには、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、接着力を高める上で好適である。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、さらに、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になるように調節する。この質量比が５／９５未満では接着性が著しく低下し、一方、４０／６０を超えるとゴムラテックス分が少なくなることにより、耐熱性が悪くなって耐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６０／４０未満では耐熱性が悪くなり耐屈曲疲労性が低下し、一方、９５／５を超えると耐水性が著しく低下する。

ここで使用される炭素繊維コードは、下記の方法により処理される。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℃に調節したオーブンに通して熱処理する。続いて、上記の処理がなされたマルチフィラメント糸を５〜１０回／１０ｃｍで片撚るか、あるいは、５〜１０回／１０ｃｍの下撚りと、２．５〜５回／１０ｃｍの上撚りとを施して、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させ、その後、１３０〜２５０℃に調節したオーブンに通して熱処理する。ここで、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の方法でＲＦＬ液に含浸処理して下層を形成した後、その下層の上にゴム糊によりオーバーコート処理を施して上層を形成してもよい。

以下、本発明の歯付ベルトを実施例により具体的に説明する。
(実施例１、２、比較例１、２)
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Ａ−１からＡ−２を調整した。また、歯布は、表２に示す繊維を用いて、表２に示す処理を行いＢ−１からＢ−４を得た。表２におけるＲＦＬ処理は、表３に示すＣ−１の配合からなるＲＦＬ処理液に、歯布を浸漬し、１２０℃にて乾燥後１８０℃にて２分間熱処理したものである。また、表２におけるゴム糊処理は、表６に示すゴム配合物を表３に示すＣ−２及びＣ−３のように、ＭＥＫ、トルエンに溶かした後にイソシアネート化合物としてポリアリ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−ｐｈｙｅｎｙｌｅｎｄｉａｍｉｎｅ、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。また、歯布繊維にＰＥを使用したものは、１３０℃以上の高温で熱処理すると溶け出すおそれがあるため、Ｂ−２、Ｂ−３ではＣ−４に示す(商品名ケムロック２２５Ｘ等)接着処理をした。さらに接着層として表６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Ｆ−１を得た。

次に、ベルト作製用のＺＢＳ歯型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及びフェノール樹脂にて接着処理された表４に示す心線を表５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℃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。各ベルトの背面硬度は表７に示す。

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、図２に示す２２歯のクランクプーリ１４，４４歯のカムプーリ１１、１９歯のウォータポンププーリ１３、偏心プーリ１２、アイドラー１５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。

表７から比較例１及び２は早期にベルトが破損するのに対し、超高分子量ポリエチレン繊維が歯布表面に皮膜を形成する実施例１及び２の歯付ベルトは、ベルト破損時間が大幅に改善できているのがわかる。

(実施例３〜５、比較例３〜５)
次に、実施例３〜５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リ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℃に温度調節したオーブンに通して熱処理する。続いて、上記の処理がなされ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８に示すＲＦＬ液に浸漬させ、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との関係をオートグラフで測定した結果を図３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わかる。

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り所定の厚さに調整した。歯布としては、実施例１で用いた歯布と、材質及び処理法が同一である歯布を使用した。

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１．０ｍｍ／本のピッチで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した。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、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１（実施例３）、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（実施例４）、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（実施例５）であった。

一方、比較例３〜５として、心線としての無撚ガラス繊維（Ｅ−ガラス）を３本引き揃えたものを表２に示すＲＦＬ処理液に浸漬させた後、２００〜２８０℃で熱処理した。これを撚り数８回／ｃｍでＳ方向及び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。さらに、これをゴム糊に浸漬させ、１３０〜１８０℃の範囲で熱処理した。そして、ゴムとしては、表１のＡ−１のゴム、歯布としては、表２のＢ−１の帆布を用いた。また、歯布処理は、比較例１と同様の処理を行った。そして、前述の実施例３〜５と同様の製造条件にて３種の歯付ベルトを作製した。

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、歯ピッチ５．００ｍｍのタイプ１（比較例３）、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（比較例４）、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（比較例５）であった。

上記実施例３〜５と、比較例３〜５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（幅当たり）を求めた結果を表９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り測定した。

この結果によると、実施例３〜５に係る歯付ベルトは、比較例３〜５と比べて高強度及び高弾性率を有し、伸びが小さくなっていることがわかり、ベルト高張力時における寸法変化が小さくなる。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３〜５の炭素繊維コードは、比較例３〜５のガラス繊維コードに比べて繊維の充填率が高くなっていることがわかる。

また、歯付ベルトの伝動容量比較を行うために、ジャンピング試験を行った。このジャンピング試験においては、ベルト走行中に従動軸の負荷を上げていき、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、実施例３と比較例３の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１０に示す。

この結果によれば、実施例３の歯付ベルトは、比較例３の歯付ベルトと比較してジャンピングが発生しにくく、負荷の伝達容量が大きいことがわかる。

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駆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等に使用することが可能なものである。特に、この歯付ベルトにおいては、コード断面積に占める繊維断面積の割合を７０〜９０％にして炭素繊維を高密度に充填することで、ベルトの引張弾性率を５０〜８５Ｎ／ｍｍ^２に設定できる。これにより、心線の伸びを小さくして駆動装置の起動／停止時における従動側のオーバーシュートを抑制して応答性を高めることができ、また、負荷の伝達容量が大きくなる。

本発明に係る歯付ベルトの概略斜視図である。歯付ベルトの走行試験装置の概略図である。歯付ベルトの心線処理コードの片撚り数と強力との関係を示す図である。

符号の説明

１歯付ベルト
２歯部
３心線
４背部
５歯布
６横糸
７縦糸

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、前記歯部の表面を被覆する歯布が、ナイロン繊維あるいはアラミド繊維と超高分子量ポリエチレン繊維を混撚りした繊維とを横糸及び縦糸のいずれか一方若しくは両方に用いてなる帆布であ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と不飽和カルボン酸金属塩とを質量比４０：６０〜５０：５０で配合した複合ポリマー体に、前記複合ポリマー体と水素化ニトリルゴムとを質量比９０：１０〜２０：８０で配合してなる請求項１に記載の歯付ベルト。
前記歯布と前記歯部の間に接着層を設け、前記接着層が水素化ニトリルゴム又はウレタンエラストマーのいずれかである請求項１又は２に記載の歯付ベルト。
前記超高分子量ポリエチレン繊維の分子量が２００万〜５００万である請求項１〜３のいずれかに記載の歯付ベルト。
前記心線が、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、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ^２である請求項１〜４のいずれかに記載の歯付ベルト。
前記心線が、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、さらに、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、さらに、コード断面積に占める繊維断面積の割合が７０〜９０％であり、且つ、ベルトの引張弾性率が５０〜８５Ｎ／ｍｍ^２である請求項１〜４のいずれかに記載の歯付ベルト。
前記接着層が、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５又は６に記載の歯付ベルト
前記接着層が、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５又は６に記載の歯付ベルト。
前記背部の硬度がＪＩＳＡ型硬度計で８３度以上である請求項１〜８のいずれかに記載の歯付ベルト。