JP2006017264A - 高負荷用歯付ベルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯部剛性の適正化と、歯布の耐摩耗性の向上とを図る。
【解決手段】歯部ゴム層２と歯布層３との間に接着性改善剤（Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミド）が添加された内側糊ゴム層５を、歯布層３の歯表面側に低摩擦剤（ＰＴＦＥ）が添加された外側糊ゴム層６をそれぞれ設ける。歯部ゴム層２と内側及び外側糊ゴム層５，６との糊ゴムは、水素化ニトリルゴムからなる第１のゴム成分と、水素化ニトリルゴムにメタクリル酸亜鉛を添加した第２のゴム成分（パーオキサイド架橋）とをブレンドしたものである。内側糊ゴム層５の糊ゴムは、外側糊ゴム層６のよりも第２のゴム成分の占める割合が大きい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高負荷用歯付ベルト及びその製造方法に関するものである。

自動車用エンジンのカムシャフト駆動やディーゼルエンジンの燃料噴射ポンプ駆動などに用いる歯付ベルトは、高負荷条件下で使用されるため、歯部剛性あるいは接着性の不足が原因となる歯部の剥離や、歯布（歯布層）の耐摩耗性不足による歯部ゴムの摩耗が問題となっている。

歯部の耐摩耗性を改善した高負荷用歯付ベルトについてはいくつか提案されている。その一つとして、歯部の耐摩耗性を向上させるために、歯布の外側を被覆する抵抗層を設け、この抵抗層が、フッ素処理されたプラストマ、エラストマー材料、及び、加硫剤を含み、上記フッ素処理されたプラストマが、上記エラストマー材料の量よりも多い量で上記抵抗層内に存在するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ベルト本体の外側の帆布の一面側に、少なくとも一種類のバインダ成分と少なくとも一種類の摩擦軽減成分からなる耐摩耗性合成物を付加するものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−０３９２７６号公報（段落００１０，００１１） 米国特許第６４１９７７５号明細書及び図面（第３欄、第４欄）

しかしながら、歯部ゴムの耐摩耗性を向上させるために、歯部ゴムに低摩擦剤（ＰＴＦＥ）を添加すると、その低摩擦剤が歯部ゴムに対する歯布の接着性を阻害する。

また、一般に、歯部の剥離は、歯部の剛性が不足する場合には、所定値以上の負荷が作用すると、歯底部付近の心線層と歯底部の歯布との境界で発生することが多い。一方、歯部の剛性が高くなりすぎると、歯部の歯元にクラックが発生しやすくなることが多い。

そのため、歯部の剛性を適正化し、歯部の耐剥離性・耐クラック性に関しバランスをとる必要もある。

この発明は、歯部剛性の適正化と、歯布の耐摩耗性の向上とを図った高負荷用歯付ベルト及びその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、心線層の下側の歯部ゴム層が歯布層にて覆われる高負荷用歯付ベルトであって、前記歯部ゴム層と歯布層との間に接着性改善剤が添加された内側糊ゴム層が、前記歯布層の歯表面側に低摩擦剤が添加された外側糊ゴム層がそれぞれ形成され、前記歯部ゴム層を構成するゴムと前記内側及び外側糊ゴム層を構成するゴムとは、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）である第１のゴム成分と、水素化ニトリルゴムにメタクリル酸亜鉛により補強してなる第２のゴム成分とをブレンドしたものであることを特徴とする。

このようにすれば、低摩擦剤が添加された外側糊ゴム層によって摩擦係数が低減され、歯布の耐摩耗性が向上せしめられる。一方、接着性改善剤が添加された内側糊ゴム層によって、低摩擦剤により、歯部ゴム層に対する歯布の接着性が損なわれるのが回避される。

とくに、前記歯部ゴム層を構成するゴムと前記内側及び外側糊ゴム層を構成するゴムとは、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）である第１のゴム成分と、水素化ニトリルゴムにメタクリル酸亜鉛により補強してなる第２のゴム成分とをブレンドしたものであるので、各層において第２のゴム成分の占める割合をコントロールすることで、歯部剛性の適正化と、歯布の耐摩耗性の向上とを図ることが可能となる。

請求項２に記載のように、請求項１の高負荷用歯付ベルトにおいて、歯部ゴム層を構成するゴムは、前記第１のゴム成分と第２のゴム成分とのブレンド比が５０：５０〜３５：６５の範囲とされることが望ましい。

このようにすれば、歯部ゴム層において、第２のゴム成分の占める割合を大きくしているので、必要な歯部剛性が確保される。

この場合、請求項３に記載のように、請求項２の高負荷用歯付ベルトにおいて、前記内側及び外側糊ゴム層を構成するゴムは、前記第１のゴム成分と第２のゴム成分とのブレンド比が２０：８０〜８５：１５の範囲とされ、前記外側糊ゴム層の糊ゴムは、前記内側糊ゴム層の糊ゴムよりも第２のゴム成分の占める割合が小さいものを用いることが望ましい。

このようにすれば、歯底部の表面においては、帆布外面に発生する応力は帆布内面より大きく、発熱が高くなるが、第２のゴム成分の占める割合を帆布内面側より帆布外面側よりも小さくしているので、帆布外面（表面）側は硬さが抑制され、耐久性が確保される。これは、前述したようなブレンドゴムの場合、第２のゴム成分の占める割合が大きいと、ゴムは硬くなり、屈曲を受けた際の歪みにより、高応力発生から発熱を引き起こし、糊ゴムのクラックが発生しやすくなるからである。

請求項４に記載のように、請求項１〜３のいずれかの高負荷用歯付ベルトにおいて、前記低摩擦剤としては、ポリテトラフルオロエチレンで、このポリテトラフルオロエチレンは、前記外側糊ゴム層のゴム１００重量部に対して１００重量部添加されることが望ましい。

請求項５に記載のように、請求項１〜４のいずれかの高負荷用歯付ベルトにおいて、前記接着性改善剤として、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミドを用いることができる。

また、請求項６に記載のように、請求項１〜５のいずれかの高負荷用歯付ベルトにおいて、前記歯部ゴム層は、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が８０〜８６度で、前記心線層の心線の直径が１〜１．２ｍｍである構成とすることができる。

請求項７の発明は、歯部を覆う歯布を有する高負荷用歯付ベルトの製造方法であって、前記歯布層の歯布へのレゾルシン・フォルマリン・ラテックス（ＲＦＬ）によるディップ処理後に、前記歯布の歯部ゴム層側の面に接着性改善剤が添加された糊ゴムコーティングを行い、その後歯表面側に低摩擦剤が添加された糊ゴムコーティングを行うことを特徴とする。

このようにすれば、低摩擦剤を含む外側糊ゴム層によって歯布の耐摩耗性が向上せしめられ、接着性改善剤を含む内側糊ゴム層によって、低摩擦剤により歯布の接着性が損なわれるのが回避される。よって、歯布の接着力を低下させることなく、低摩擦剤の添加を無理なくすることができる。

請求項８の発明は、請求項７の高負荷用歯付ベルトの製造方法において、前記外側糊ゴム層の糊ゴムは、前記内側糊ゴム層の糊ゴムよりも糊ゴム濃度が低いことが望ましい。

このようにすれば、外側糊ゴム層の糊ゴムが、前記内側糊ゴム層の糊ゴムよりも糊ゴム濃度が低いので、歯部の表面付近において低摩擦剤を含む糊ゴムをある程度歯布層内部にまで含浸させることができる。

以上のように構成したから、本発明は、歯部の剛性を適正化し、歯部の耐剥離性・耐クラック性についてバランスを図り、歯布の接着性を損なうことなく、歯布の耐摩耗性を向上させることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に沿って詳細に説明する。

図１は本発明に係る高負荷用歯付ベルトを、一部断面で示す斜視図である。

図１に示すように、高負荷用歯付ベルト１は、歯部ゴム層２の歯表面を覆う歯布層３を有する。歯部ゴム層２の硬さは８０〜８６度である。歯部ゴム層２の上側の心線層４の心線４ａの直径が１〜１．２ｍｍである。歯布の材質はナイロン又はアラミド繊維、あるいは両方を用いた歯布である。歯部ゴム層２と歯布層３との間に接着性改善剤が添加された内側糊ゴム層５が、歯布層３の歯表面側に低摩擦剤が添加された外側糊ゴム層６がそれぞれ設けられている。

歯部ゴム層２を構成するゴムと内側及び外側糊ゴム層５，６を構成するゴムとは、同一のゴム成分を含むものが用いられている。例えば、水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）である第１のゴム成分と、水素化ニトリルゴムにメタクリル酸亜鉛の添加により補強した第２のゴム成分とのブレンドゴムが用いられる。なお、第２のゴム成分としては、具体的には、日本ゼオン株式会社の商品（Zeoforte ZSC）が用いられる。これは、耐熱性、耐油性に優れる水素化ニトリルゴムにメタクリル酸亜鉛を高度に微分散させたポリマーアロイであり、有機過酸化物（パーオキサイド）で架橋することにより、極めて高い破断強度を示すゴム弾性体である。

このように、内側及び外側糊ゴム層５，６を構成するゴムは、第１のゴム成分（水素化ニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ））と第２のゴム成分（ＺＳＣ）とをブレンドしたゴムを用い、それらのブレンド比は２０：８０〜８５：１５が適用範囲であるが、内側糊ゴム層５は、外側糊ゴム層６よりも第２のゴム成分の占める割合が大きくなるように設定されている。これは、そのようなブレンドゴムの場合、第２のゴム成分の占める割合が大きくなると、ゴムは硬くなり、屈曲を受けた際の歪みにより高応力が発生して発熱を引き起こし、糊ゴムにクラックが発生しやすくなるからである。つまり、歯底部の表面付近においては、帆布外側に発生する応力は帆布内側に発生する応力より大きく、発熱が高くなるので、帆布の外側は硬度を抑制して耐久性を確保するために、第２のゴム成分（ＺＳＣ）の占める割合を帆布内側より小さくしているのである。

前記接着性改善剤としては、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミド（以下バルノックＰＭという）が用いられる。前記低摩擦剤としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）が用いられる。このポリテトラフルオロエチレンは、糊ゴム１００重量部に対して１００重量部添加される。

歯部ゴム層２のゴムは、ゴム単体のゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）は８０〜８６度、第１のゴム成分と第２のゴム成分とのブレンド比は、５０：５０〜３５：６５の範囲とされる。つまり、第２のゴム成分の占める割合を大きくして、必要な歯部剛性を確保している。

歯部ゴム層２において、第２のゴム成分（ＺＳＣ）の占める割合が、糊ゴム層５，６よりも比較的小さいのは、歯部ゴム層２においての第２のゴム成分の占める割合を高めると歯部ゴムが硬くなり過ぎ、ベルト背面部、歯元部、歯部で屈曲による刺激を受ける箇所は発生する応力が大きくなり、発熱等によりクラックが発生しやすくなるからである。また、心線層４下部の歯元部には歯荷重からの力が作用することになるが、このとき歯部ゴムの弾性率が低い場合、歯荷重からの力による変形が大きく（応力×歪が大きくなる）、早期のクラックの発生に至ることになる。よって、内側糊ゴム層５において、第２のゴム成分の占める割合を大きくゴムを硬くすることで、歪みを抑制し、長寿命化を図っている。

外側糊ゴム層６の糊ゴムには、耐摩耗性を向上させるために低摩擦剤（ＰＴＦＥ）を添加するが、歯布の接着力を低下させることなく、低摩擦剤を添加する必要がある。

歯布の歯部表面側になる面を第１面とし、歯部ゴム層２側になる面を第２面とすると、ＲＦＬディップ後に第２面に接着性改善剤（バルノックＰＭ）を添加した内側糊ゴム（ＪＩＳ−Ａ ９５度）をコーティングし、その後第１面に低摩耗剤（ＰＴＦＥ）が添加された外側糊ゴム（ＪＩＳ−Ａ ８６度）をコーティングする。

これにより、歯表面側の外側糊ゴム層６の糊ゴムに低摩擦剤（ＰＴＦＥ）を添加することにより耐摩耗性が向上し、歯部ゴム側の内側糊ゴム層５の糊ゴムに接着性改善剤（バルノックＰＭ）を配合することで、低摩擦剤の添加で低下する心線との接着性、歯部ゴムとの接着性、帆布との接着性を損なわないようにしている。また、第２のゴム成分の占める割合を大きくして、歯部ゴム層２側の内側糊ゴム層５の糊ゴムを歯面側の外側糊ゴム層６の糊ゴムより硬度を高くすることで、歯元クラックの発生を防止するようにもしている。

但し、第１面のコーティングの際は歯部の表面に糊ゴムと低摩擦剤がある程度内部にまで含浸させるため糊ゴム濃度を、第２面のコーティングよりも下げた状態でコーティングを行う。

心線４ａは、高負荷条件下での歯部剥離性を維持するため、直径が１〜１．２ｍｍの高強力ガラス繊維を用いる。

続いて、製造方法について説明する。
(i)歯部ゴム層２のゴム
Ｈ−ＮＢＲ（第１のゴム成分）とＺＳＣ（第２のゴム成分）とをブレンドしたゴムを用いる。高負荷条件下での歯部の変形を抑制するため、歯部ゴムのゴム硬度を８０〜８６度の範囲とする。
(ii)心線
心線４ａの直径が１〜１．２ｍｍの高強力ガラスコードを用い、心線４ａと歯部ゴムおよび歯布の接着性を保持した。
(iii)歯部処理
従来の処理工程は、ＲＦＬ処理、ソーキング処理、コーティング処理を順に行っていたが、このような一連の処理工程で耐摩耗性改善のためソーキング処理にＰＴＦＥ等の低摩擦剤を添加すると、歯部に対する歯布の接着性が低下し、歯部の剥離性能が悪化する。そのため、多量の低摩耗剤（ＰＴＦＥ）を添加することができない。

これを改善するために、処理工程を、ＲＦＬ処理→第２面コーティング処理（歯部ゴム層２側）→第１面コーティング処理（歯面側）の順で処理を行うことにより、歯布と歯ゴムの接着性を低下させることなく、ＰＴＦＥ等の低摩擦剤を添加することを可能としている。

つまり、歯布の接着性を向上させるために、第２面側にコーティングする糊ゴム（歯部ゴム層２側）に、接着性改善剤としてバルノックＰＭを添加する。
（実施例）
歯部ゴム：Ｈ−ＮＢＲ：ＺＳＣ＝４５：５５ ゴム硬度 ８２度
歯布：３／３綾ナイロン帆布、ＲＦＬ処理（Ｈ−ＮＢＲ系）
第１面側の糊ゴム（歯面側）Ｈ−ＮＢＲ：ＺＳＣ＝５０：５０、ＰＴＦＥ Ｍ配合
第２面側の糊ゴム（歯部ゴム層側）Ｈ−ＮＢＲ：ＺＳＣ＝２０：８０、バル ノックＰＭ配合
心線：ＳＣＧ１５０−３／１３ Ｓ，Ｎ撚り
−歯布接着力−
この組成の高負荷用歯付ベルトを用いて、低摩擦剤（ＰＴＦＥ）を添加した場合の歯布接着力を調べたところ、図２に示すように、低摩擦剤を増量しても、歯布接着力はあまり低下しないことがわかる。特に、従来は、低摩擦剤を１１０重量部以上添加することができなかったが、本発明においては、低摩擦剤（ＰＴＦＥ）を１１０重量部以上添加することが可能となる。
−歯部剥離試験−
接着力評価方法は、ＪＡＳＯ Ｅ１１０規格「５．３ 歯布剥離強さ試験」による。なお、歯部剥離評価方法は、図３に示す試験システムを用いて行う。ここで、試験ベルトのベルト幅Ｗは１９ｍｍで、周囲温度Ｔは１００℃である。基台１１に固定された歯付ベルト１２の歯部１２ａに可動部材１３を嵌合させ、最大荷重Ｆ＝２３kgfの荷重振動を周期Ａ＝２０Hzで付与し、剥離寿命は、最初の歯部の剥離（いわゆる歯欠け）が発生するまでの時間を剥離寿命として計測する。

歯部剥離性は、図４に示すように、低摩擦剤（ＰＴＦＥ）を１１０重量部程度添加しても、低摩擦剤の添加がない場合とほとんど変わらないことがわかる。
−歯布摩耗試験−
歯布摩耗性評価方法は、図５に示す試験システムを用いて行う。ここで、４つの主プーリ２１Ａ〜２１Ｄ（ＳＴＳ形歯形の歯部が、８ｍｍピッチで、歯数が１９である）に歯付ベルト２２を巻き掛け、４つのアイドラプーリ２３Ａ〜２３Ｄ（直径４５mm）にて歯付ベルト２２に対しテンションを付与する。歯付ベルト２２が伝達する駆動力は５８８Ｎとし、歯帆布が完全に摩耗し、心線露出又は歯欠けが生じるまでの時間を摩耗寿命とする。

歯布摩耗性は、図６に示すように、低摩擦剤を添加することで、添加しない場合よりも、歯布の耐摩耗性が向上していることがわかる。

本発明に係る高負荷用歯付ベルトを、一部断面で示す斜視図である。 ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加量と歯布接着力との関係を示す図である。 歯部剥離試験の方法を示し、（ａ）は試験システムの概略図、（ｂ）は付与する振動の説明図である。 ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加量と歯部剥離性能との関係を示す図である。 歯布摩耗試験に用いる試験システムの概略図である。 ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の添加量と歯布摩耗性能との関係を示す図である。

符号の説明

１ 高負荷用歯付ベルト
２ 歯部ゴム層
３ 歯布層
４ 心線層
５ 内側糊ゴム層
６ 外側糊ゴム層

Claims (8)

1. 心線層下側の歯部ゴム層が歯布層にて覆われる高負荷用歯付ベルトであって、
   前記歯部ゴム層と歯布層との間に接着性改善剤が添加された内側糊ゴム層が、前記歯布層の歯表面側に低摩擦剤が添加された外側糊ゴム層がそれぞれ形成され、
   前記歯部ゴム層を構成するゴムと前記内側及び外側糊ゴム層を構成するゴムとは、水素化ニトリルゴムである第１のゴム成分と、水素化ニトリルゴムをメタクリル酸亜鉛により補強してなる第２のゴム成分とをブレンドしたものであることを特徴とする高負荷用歯付ベルト。
2. 歯部ゴム層を構成するゴムは、前記第１のゴム成分と第２のゴム成分とのブレンド比が５０：５０〜３５：６５の範囲とされることを特徴とする請求項１記載の高負荷用歯付ベルト。
3. 前記内側及び外側糊ゴム層を構成するゴムは、前記第１のゴム成分と第２のゴム成分とのブレンド比が２０：８０〜８５：１５の範囲とされ、
   前記内側糊ゴム層の糊ゴムは、前記外側糊ゴム層の糊ゴムよりも第２のゴム成分の占める割合が大きいことを特徴とする請求項２記載の高負荷用歯付ベルト。
4. 前記低摩擦剤は、ポリテトラフルオロエチレンで、
   このポリテトラフルオロエチレンは、前記外側糊ゴム層のゴム１００重量部に対して１００重量部添加されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の高負荷用歯付ベルト。
5. 前記接着性改善剤は、Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミドであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の高負荷用歯付ベルト。
6. 前記歯部ゴム層は、ゴム硬度（ＪＩＳ−Ａ）が８０〜８６度で、前記心線層の心線の直径が１〜１．２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の高負荷用歯付ベルト。
7. 歯部ゴム層が歯布層にて覆われる高負荷用歯付ベルトの製造方法であって、
   前記歯布層の歯布へのレゾルシン・フォルマリン・ラテックスによるディップ処理後に、前記歯布の歯部ゴム層側の面に接着性改善剤が添加された糊ゴムコーティングを行い、その後歯表面側に低摩擦剤が添加された糊ゴムコーティングを行うことを特徴とする高負荷用歯付ベルトの製造方法。
8. 前記外側糊ゴム層の糊ゴムは、前記内側糊ゴム層の糊ゴムよりも糊ゴム濃度が低いことを特徴とする請求項７記載の高負荷用歯付ベルトの製造方法。

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