JP2010096229A

JP2010096229A - 歯付ベルト

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Publication number: JP2010096229A
Application number: JP2008266223A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Okuno; 茂樹奥野; Masahiro Shindo; 昌宏進藤
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2008-10-15
Publication date: 2010-04-30
Anticipated expiration: 2028-10-15
Also published as: JP5204611B2

Abstract

【課題】寸歩安定性及び耐久性が優れるポリウレタン樹脂製の歯付ベルトを提供する。
【解決手段】歯付ベルト１０は、ベルト内周に一定ピッチで設けられた複数の歯部１４を有するポリウレタン樹脂製の歯付ベルト本体１１と、歯付ベルト本体１１に、ベルト長さ方向に沿うと共にベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された心線１２と、歯付ベルト本体１１のベルト厚さ方向の心線１２の埋設位置よりも内側に、歯付ベルト本体１１を形成するポリウレタン樹脂を含み込んで層を形成するように埋設された繊維補強材１３と、を備える。心線１２は、構成材料としてカーボン繊維を含む。
【選択図】図１

Description

本発明はポリウレタン樹脂製の歯付ベルトに関する。

ポリウレタン樹脂製の歯付ベルトは、低速・高トルク伝動が必要な機械等の高負荷伝動用途で広く用いられている。

かかるポリウレタン樹脂製の歯付ベルトでは、抗張体として、例えば、アラミド繊維、ナイロン繊維、ガラス繊維の心線が埋設されており、また、歯部の剛性及び強度を高める目的から織布等が埋設されている（例えば特許文献１〜３参照）。

ところで、アラミド繊維やナイロン繊維の心線の場合、寸法安定性が乏しく、そのため歯付ベルトが走行途中に噛み合い不良を起こし、その結果、耐屈曲疲労性が低くなる虞があるといった問題がある。

これに対し、特許文献４には、ポリウレタン樹脂製の歯付ベルトであって、歯部表面が補強帆布で被覆されて歯部の耐久性が高められると共に、カーボン繊維の心線が用いられて寸法安定性が確保されたものが開示されている。
特公平５−６２６５７号公報特許第２９６５４０３号公報特開２００６−１１２５７４号公報特許第２９５４５５４号公報

本発明は、寸歩安定性及び耐久性が優れるポリウレタン樹脂製の歯付ベルトを提供することを目的とする。

本発明の歯付ベルトは、
ベルト内周に一定ピッチで設けられた複数の歯部を有するポリウレタン樹脂製の歯付ベルト本体と、
上記歯付ベルト本体に、ベルト長さ方向に沿うと共にベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された心線と、
上記歯付ベルト本体のベルト厚さ方向の上記心線の埋設位置よりも内側に、該歯付ベルト本体を形成するポリウレタン樹脂を含み込んで層を形成するように埋設された繊維補強材と、
を備え、
上記心線は、構成材料としてカーボン繊維を含む。

本発明によれば、心線が構成材料としてカーボン繊維を含んでいると共に、繊維補強材が心線の埋設位置よりも内側に層を形成するように埋設されているので、カーボン繊維を含む心線の性能を十分に引き出すことができ、優れた寸法安定性及び耐久性を得ることができる。

以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明はこれら実施形態により何等限定されるものではない。

図１は本実施形態に係る歯付ベルト１０を示す。

本実施形態に係る歯付ベルト１０は、ポリウレタン樹脂製の歯付ベルト本体１１に心線１２及び繊維補強材１３が埋設された構成を有する。この歯付ベルト１０は、例えば、低速・高トルク伝動が必要な工作機械や成形機等の高負荷伝動用途に好適に用いられ、ベルト周長が５００〜３０００ｍｍ、ベルト幅が１０〜２００ｍｍ、及びベルト厚さが３〜２０ｍｍである。

歯付ベルト本体１１は、ウレタンプレポリマーに、硬化剤、可塑剤等の配合剤を配合したウレタン組成物が加熱及び加圧されて硬化したポリウレタン樹脂で形成されている。

ウレタンプレポリマーとしては、例えば、イソシアネート成分がトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）などであり、ポリオール成分がポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）などであるもの等が挙げられる。ウレタンプレポリマーは、単一種で構成されていてもよく、また、複数種が混合されて構成されていてもよい。

硬化剤としては、例えば、１，４−フェニレンジアミン、２，６−ジアミノトルエン、１，５−ナフタレンジアミン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）、３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノジフェニルメタン、１−メチル−３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−ジアミノベンゼン、１−メチル−３，５’−ジエチル−２，６−ジアミノベンゼン、４，４’−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４’−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４’−メチレン−ビス−（オルト−クロロアニリン）、４，４’−メチレン−ビス−（２，３−ジクロロアニリン）、トリメチレングリコール−ジ−パラ−アミノベンゾエート、４，４’−メチレン−ビス−（２，６−ジエチルアニリン）、４，４’−メチレン−ビス−（２，６−ジイソプロピルアニリン）、４，４’−ジアミノジフェニルスルホンなど、１級アミン、２級アミン、３級アミンのアミン化合物等が挙げられる。硬化剤は、単一種で構成されていてもよく、また、複数種で構成されていてもよい。硬化剤の配合量は、例えば、アミン化合物の場合、硬化剤中のＮＨ_２のモル数とウレタンプレポリマー中のＮＣＯのモル数との比であるα値（ＮＨ_２／ＮＣＯ）が０．７０〜１．１０の範囲となる量である。

可塑剤としては、例えば、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）やジオクチルフタレート（ＤＯＰ）等のジアルキルフタレート、ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）等のジアルキルアジペート、ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）等のジアルキルセバケート等が挙げられる。可塑剤は、単一種で構成されていてもよく、また、複数種で構成されていてもよい。可塑剤の配合量は、例えば、ウレタンプレポリマー１００質量部に対して３〜２０質量部である。

なお、配合剤としては、その他に、例えば、着色剤、消泡剤、安定剤等が挙げられる。

歯付ベルト本体１１を構成するポリウレタン樹脂の物性は、例えば、硬度が７０〜１００°（ＪＩＳＫ７３１２準拠）である。

歯付ベルト本体１１は、ベルト外周が平坦である一方、ベルト内周に、各々、間隔をおいて一定ピッチで設けられた複数の歯部１４を有する。そして、歯付ベルト本体１１における歯部１４と歯部１４との間の部分が歯底部１５に構成されている。なお、歯付ベルト本体１１のベルト外周にはコグが設けられていてもよい。

歯部１４の側面視の形状としては、例えば、台形形状、円弧形状（ＳＴＳ歯形）等が挙げられる。歯部１４は、例えば、歯数が３０〜４００、歯幅（ベルト長さ方向の寸法）が２〜１０ｍｍ、歯高さが２〜８ｍｍ、及び配設ピッチが５〜２０ｍｍである。

心線１２は、歯付ベルト本体１１に、ベルト長さ方向に沿うと共にベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設されている。心線１２は、例えば、心線径が０．２〜５ｍｍ、及びベルト幅方向の配設ピッチが０．２５〜６ｍｍである。また、ＰＬＤは例えば０．２〜５ｍｍである。

心線１２は、構成材料としてカーボン繊維を含む。つまり、心線１２は、カーボン繊維のみで構成されていてもよく、また、カーボン繊維と他の種類の繊維とが複合して構成されていてもよい。カーボン繊維は、ＰＡＮ系のものであってもよく、ピッチ系のものであってもよく、それら両方を含んでいてもよい。カーボン繊維には、エポキシ樹脂等のサイジング剤が付着していてもよい。カーボン繊維は、例えば、フィラメント径が５〜１０μｍであり、心線１２に含まれるフィラメント数が１０００〜１０００００フィラメントである。他の種類の繊維としては、例えば、ガラス繊維、金属繊維などの無機繊維；アラミド繊維、ポリエステル繊維、ＰＢＯ繊維、ナイロン繊維、ポリケトン繊維などの有機繊維等が挙げられる。

心線１２の構造としては、片撚り糸、諸撚り糸、ラング撚り糸、コアヤーン、組紐等が挙げられる。なお、心線１２には、成形前に予めエポキシ接着剤に浸漬した後に乾燥させる等の接着処理が施されていることが好ましい。

片撚り糸の心線１２は、カーボン繊維単独の繊維束、又は、カーボン繊維と他の種類の繊維とを束ねた繊維束を一方向（Ｓ方向又はＺ方向）に撚り数２０〜１５０回／ｍで撚ることにより得ることができる。

諸撚り糸の心線１２は、カーボン繊維の繊維束を含む複数の繊維束のそれぞれを一方向（Ｓ方向又はＺ方向）に撚り数４０〜２００回／ｍで下撚りした下撚り糸を複数本集めて、下撚り方向とは逆方向に撚り数４０〜２００回／ｍで上撚りすることにより得ることができる。

ラング撚り糸の心線１２は、カーボン繊維の繊維束を含む複数の繊維束のそれぞれを一方向（Ｓ方向又はＺ方向）に撚り数２０〜１００回／ｍで下撚りした下撚り糸を複数本集めて、下撚り方向と同じ方向に撚り数２０〜１００回／ｍで上撚りすることにより得ることができる。

コアヤーンの心線１２は、無撚りのカーボン繊維の繊維束又は撚り数１０〜１００回／ｍで撚ったカーボン繊維の繊維束をコアとし、その周りにカーボン繊維又は他の種類の繊維の繊維束を撚り数５０〜２００回／ｍで撚ったものの複数本を長さ方向に沿って巻き数５０〜１０００回／ｍで巻き付けてスキン層を形成することにより得ることができる。

組紐の心線１２は、無撚りのカーボン繊維の繊維束を含む複数の繊維束を丸打ち組紐又は平打ち組紐に加工することにより得ることができる。

なお、心線１２が片撚り糸、諸撚り糸、ラング撚り糸、又はコアヤーンの場合、Ｓ撚り糸（諸撚り糸又はラング撚り糸の場合は上撚り方向がＳ方向のもの、コアヤーンの場合はスキン層の構成糸の巻き付け方向がＳ方向のもの）及びＺ撚り糸（諸撚り糸又はラング撚り糸の場合は上撚り方向がＺ方向のもの、コアヤーンの場合はスキン層の構成糸の巻き付け方向がＺ方向のもの）の２種を用い、ベルト幅方向にそれらが交互に並ぶように二重螺旋状に設けられていてもよい。

繊維補強材１３は、歯付ベルト本体１１のベルト厚さ方向の心線１２の埋設位置よりも内側に、歯付ベルト本体１１を形成するポリウレタン樹脂を含み込んだ層を形成するように埋設されている。繊維補強材１３は、歯部１４に対応する部分が歯部１４側に入り込んでベルト厚さ方向に厚く広がって設けられており、歯底部１５に対応する部分が心線１２に接触してベルト厚さ方向に薄く圧縮されて設けられている。繊維補強材１３は、一枚で構成されていてもよく、また、複数枚で構成されていてもよい。繊維補強材１３によって形成される層の厚さは、例えば、歯部１４に対応する部分が１〜８ｍｍである（歯高さの７０％以上であることが好ましい。）なお、繊維補強材１３には、成形前に予めエポキシ接着剤に浸漬した後に乾燥させる等の接着処理が施されていてもよい。

繊維補強材１３の材質としては、例えば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ポリケトン繊維、カーボン繊維等が挙げられる。

繊維補強材１３の構造としては、例えば、織布、編布、不織布等が挙げられる。これらのうち不織布が好ましい。不織布は、ウレタン組成物の含浸性を高める観点から、低密度で嵩高であることが好ましい。不織布の目付量は例えば２００〜６００ｇ／ｍ^２であり、特に歯部１４の配設ピッチが８ｍｍ以下の場合には２３０〜３００ｇ／ｍ^２、歯部１４の配設ピッチが８ｍｍを超える場合には３９０〜５００ｇ／ｍ^２であることが好ましい。

本実施形態に係る歯付ベルト１０は、例えば一対のプーリに巻き掛けられ、駆動源からの動力を従動側に伝達する。ここで、プーリの外径は例えば２０〜７００ｍｍである。また、ベルト走行速度は例えば１０〜２０００ｍ／ｍｉｎであり、伝達容量は例えば０．１〜６００ＫＷである。

以上の構成の本実施形態に係る歯付ベルト１０によれば、心線１２が構成材料としてカーボン繊維を含んでいると共に、繊維補強材１３が心線１２の埋設位置よりも内側に層を形成するように埋設されているので、カーボン繊維を含む心線１２の性能を十分に引き出すことができ、優れた寸法安定性及び耐久性を得ることができる。

次に、本実施形態に係る歯付ベルト１０の製造方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、円柱状の内金型２１に筒状に加工した繊維補強材１３を被せ、その上から心線１２を螺旋状に巻き付ける。なお、内金型２１の外周には、断面が歯部１４に対応した形状の軸方向に延びる凹部２２が周方向に間隔をおいて一定ピッチで設けられている。

次いで、図２（ｂ）に示すように、内金型２１を円筒状の外金型２４の中に収容する。このとき、内金型２１と外金型２４との間に歯付ベルト本体成形用のキャビティＣが構成される。

続いて、図３（ｃ）に示すように、密閉したキャビティＣにウレタンプレポリマーに配合剤を配合したウレタン組成物を注入して充填すると共に加熱する。このとき、ウレタン組成物が流動して硬化することにより、凹部２２において歯部１４が、また、凸部２３において歯底部１５がそれぞれ形成され、そして、ウレタン組成物が繊維補強材１３に含浸して硬化して一体化すると共に心線１２が一体化して円筒状のスラブが成形される。なお、成形条件は、例えば、成形温度が７０〜１３０℃、及び成形時間が１０〜１２０分である。

最後に、内金型２１及び外金型２４からスラブを脱型し、それを輪切りすることにより本実施形態に係る歯付ベルト１０を得ることができる。

（心線）
以下の心線Ａ〜Ｊを作製準備した。それぞれの構成については表１にも示す。

＜心線Ａ＞
カーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を３本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数５０回／ｍで撚った片撚り糸を心線Ａとした。なお、Ｓ撚り糸とＺ撚り糸の２種を準備した（以下、心線Ｂ〜Ｊも同じ）。

＜心線Ｂ＞
カーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を１本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数８０回／ｍで下撚りした下撚り糸を３本集めて、下撚り方向とは逆方向に撚り数５０回／ｍで上撚りした諸撚り糸を心線Ｂとした。

＜心線Ｃ＞
カーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を１本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数５０回／ｍで下撚りした下撚り糸を３本集めて、下撚り方向と同じ方向に撚り数５０回／ｍで上撚りしたラング撚り糸を心線Ｃとした。

＜心線Ｄ＞
無撚りのカーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を１本引き揃えた繊維束をコアとし、その周りにガラス繊維（Ｋガラス２２０ｄｔｅｘ）を３本引き揃えた繊維束をレゾルシン・ホルマリン・ラテックス（ＲＦＬ）水溶液に浸漬した後に加熱処理を施して一方向に撚り数８０回／ｍで下撚りしたもの１３本をそれぞれ長さ方向に沿って下撚り方向とは逆方向に巻き数８０回／ｍで巻き付けてスキン層を形成したコアヤーンを心線Ｄとした。

＜心線Ｅ＞
アラミド繊維（デュポン社製商品名：ケブラー４９１２７０ｄｔｅｘ）を１本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数３００回／ｍで下撚りした下撚り糸を５本集めて、下撚り方向とは逆方向に撚り数１３０回／ｍで上撚りした諸撚り糸を心線Ｅとした。なお、Ｓ撚り糸とＺ撚り糸の２種を準備した。

＜心線Ｆ＞
カーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を９本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数２５回／ｍで撚った片撚り糸を心線Ｆとした。

＜心線Ｇ＞
カーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を１本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数８０回／ｍで下撚りした下撚り糸を９本集めて、下撚り方向とは逆方向に撚り数２５回／ｍで上撚りした諸撚り糸を心線Ｇとした。

＜心線Ｈ＞
カーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を１本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数５０回／ｍで下撚りした下撚り糸を９本集めて、下撚り方向と同じ方向に撚り数２５回／ｍで上撚りしたラング撚り糸を心線Ｈとした。

＜心線Ｉ＞
無撚りのカーボン繊維（東邦テナックス社製商品名：ＨＴＡ４０Ｅ１３６Ｋ（６０００フィラメント）４００ｔｅｘ）を３本引き揃えた繊維束をコアとし、その周りにガラス繊維（Ｋガラス２２０ｄｔｅｘ）を９本引き揃えた繊維束をＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱処理を施して一方向に撚り数１６０回／ｍで下撚りしたもの１３本をそれぞれ長さ方向に沿って下撚り方向とは逆方向に巻き数１６０回／ｍで巻き付けてスキン層を形成したコアヤーンを心線Ｉとした。

＜心線Ｊ＞
アラミド繊維（デュポン社製商品名：ケブラー４９１２７０ｄｔｅｘ）を４本引き揃えた繊維束を一方向に撚り数１５０回／ｍで下撚りした下撚り糸を５本集めて、下撚り方向とは逆方向に撚り数６５回／ｍで上撚りした諸撚り糸を心線Ｊとした。

（歯付ベルト）
以下の実施例１〜８及び比較例１〜１２の歯付ベルトを作製準備した。それぞれの構成については表２及び３にも示す。

＜実施例１＞
図３（ａ）に示すような歯部１４の形状が円弧形状の歯付ベルト１０であって、プレポリマー（三井化学ポリウレタン社製商品名：ハイプレンＬ−１００）１００質量部に対して、硬化剤として３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（イハラケミカル工業社製商品名：イハラキュアミンＭＴ）１３質量部、及び可塑剤としてジオクチルフタレート（ＤＯＰチッソ社製商品名：ＤＯＰ）１０質量部を配合したウレタン組成物が硬化したポリウレタン樹脂で歯付ベルト本体１１を構成し、上記心線Ａで心線１２を構成し、無加圧でニードルパンチ法で作製された総厚が３．４〜４．２ｍｍである嵩高のナイロン不織布（目付量２５０ｇ／ｍ^２無バインダー処理）で繊維補強材１３を構成したものを上記実施形態に準じた方法で作製し、それを実施例１とした。この実施例１の歯付ベルトをベルト幅１０ｍｍのものと１５ｍｍのものの２種を複数本ずつ作製した。なお、心線Ａには、エポキシ接着剤に浸漬した後に乾燥させる処理を施したものを用いた。また、心線Ａを、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸がベルト幅方向に交互に並ぶと共に隣接する心線ピッチが１．５ｍｍとなるように二重螺旋状に設けた。

なお、実施例１の歯付ベルトは、ベルト周長が１２００ｍｍ、及びベルト厚さが４．８ｍｍであり、歯部１４の歯形が円弧歯形、歯数が１００、歯幅が５ｍｍ、歯高さが２．８６ｍｍ、及び配設ピッチが８ｍｍであり、心線のベルト幅方向の配設ピッチが１．５ｍｍであり、ＰＬＤが０．８ｍｍであった。また、不織布の繊維補強材１３は、歯部１４において、歯高さの約８０％の厚さであった。

＜実施例２＞
上記心線Ｂで心線を構成したことを除いて実施例１と同一の構成の歯付ベルトを実施例２とした。

＜実施例３＞
上記心線Ｃで心線を構成したことを除いて実施例１と同一の構成の歯付ベルトを実施例３とした。

＜実施例４＞
上記心線Ｄで心線を構成したことを除いて実施例１と同一の構成の歯付ベルトを実施例４とした。

＜比較例１＞
図３（ｂ）に示すように繊維補強材１３を有さない代わりに歯部１４側の表面が表面補強布１７で被覆された歯付ベルト１０であって、捲縮加工されたナイロン糸で形成された厚さ０．８ｍｍの織布で表面補強布１７を構成したことを除いて実施例１と同一の構成の歯付ベルト１０を比較例１とした。

＜比較例２＞
上記心線Ｂで心線を構成したことを除いて比較例１と同一の構成の歯付ベルトを比較例２とした。

＜比較例３＞
上記心線Ｃで心線を構成したことを除いて比較例１と同一の構成の歯付ベルトを比較例３とした。

＜比較例４＞
上記心線Ｄで心線を構成したことを除いて比較例１と同一の構成の歯付ベルトを比較例４とした。

＜比較例５＞
上記心線Ｅで心線を構成したことを除いて実施例１と同一の構成の歯付ベルトを比較例５とした。

＜比較例６＞
上記心線Ｅで心線を構成したことを除いて比較例１と同一の構成の歯付ベルトを比較例６とした。

＜実施例５＞
図３（ａ）に示すような歯部１４の形状が円弧形状の歯付ベルトであって、プレポリマー（三井化学ポリウレタン社製商品名：ハイプレンＬ−１００）１００質量部に対して、硬化剤として３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン（イハラケミカル工業社製商品名：イハラキュアミンＭＴ）１３質量部、及び可塑剤としてジオクチルフタレート（ＤＯＰチッソ社製商品名：ＤＯＰ）１０質量部を配合したウレタン組成物が硬化したポリウレタン樹脂で歯付ベルト本体１１を構成し、上記心線Ｆで心線１２を構成し、無加圧でニードルパンチ法で作製された総厚が４．９〜５．９ｍｍである嵩高のナイロン不織布（目付量４１０ｇ／ｍ^２無バインダー処理）で繊維補強材１３を構成したものを上記実施形態に準じた方法で作製し、それを実施例５とした。この実施例５の歯付ベルトをベルト幅１０ｍｍのものと１５ｍｍのものの２種を複数本ずつ作製した。なお、心線Ｆには、エポキシ接着剤に浸漬した後に乾燥させる処理を施したものを用いた。また、心線Ｆを、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸がベルト幅方向に交互に並ぶと共に隣接する心線ピッチが２．５ｍｍとなるように二重螺旋状に設けた。

なお、実施例５の歯付ベルトは、ベルト周長が１４００ｍｍ、ベルト幅が１５ｍｍ、及びベルト厚さが８．５ｍｍであり、歯部１４の歯形が円弧歯形、歯数が１００、歯幅が１０ｍｍ、歯高さが４．６５ｍｍ、及び配設ピッチが１４ｍｍであり、心線のベルト幅方向の配設ピッチが２．５ｍｍであり、ＰＬＤが１．６５ｍｍであった。

＜実施例６＞
上記心線Ｇで心線を構成したことを除いて実施例５と同一の構成の歯付ベルトを実施例６とした。

＜実施例７＞
上記心線Ｈで心線を構成したことを除いて実施例５と同一の構成の歯付ベルトを実施例７とした。

＜実施例８＞
上記心線Ｉで心線を構成したことを除いて実施例５と同一の構成の歯付ベルトを実施例８とした。

＜比較例７＞
図３（ｂ）に示すように繊維補強材１３を有さない代わりに歯部１４側の表面が表面補強布１７で被覆された歯付ベルトであって、捲縮加工されたナイロン糸で形成された厚さ１．２ｍｍの織布で表面補強布１７を構成したことを除いて実施例５と同一の構成の歯付ベルトを比較例７とした。

＜比較例８＞
上記心線Ｇで心線を構成したことを除いて比較例７と同一の構成の歯付ベルトを比較例８とした。

＜比較例９＞
上記心線Ｈで心線を構成したことを除いて比較例７と同一の構成の歯付ベルトを比較例９とした。

＜比較例１０＞
上記心線Ｉで心線を構成したことを除いて比較例７と同一の構成の歯付ベルトを比較例１０とした。

＜比較例１１＞
上記心線Ｊで心線を構成したことを除いて実施例５と同一の構成の歯付ベルトを比較例１１とした。

＜比較例１２＞
上記心線Ｊで心線を構成したことを除いて比較例７と同一の構成の歯付ベルトを比較例１２とした。

（試験評価方法）
図４はベルト走行試験機３０のプーリレイアウトを示す。

このベルト走行試験機３０は、駆動プーリ３１と従動プーリ３２とが横方向に間隔をおいて配設されており、従動プーリ３２には、側方にデッドウエイトを負荷することができ、また、回転負荷を与えることができるように構成されている。

このベルト走行試験機３０を用い以下の試験評価を行った。試験評価の内容については表４にも示す。

＜屈曲疲労試験＞
実施例１〜４及び比較例１〜６のそれぞれのベルト幅１５ｍｍのものについて、未走行品のベルト周長及びベルト強度を測定した。そして、ベルト周長を測定したものについて、上記ベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１及び従動プーリ３２に巻き掛け、従動プーリ３２に３９２Ｎのデッドウエイトを負荷し、雰囲気温度５０℃の下、駆動プーリ３１を３６００ｒｐｍの回転数で回転させて２００時間ベルト走行させた後、ベルト周長及びベルト強度をそれぞれ測定した。なお、駆動プーリ３１及び従動プーリ３２として、プーリ歯ピッチ８ｍｍ及びプーリ歯数１８のものを用いた。また、従動プーリ３２には回転負荷を与えなかった。

実施例５〜８及び比較例７〜１２のそれぞれのベルト幅１５ｍｍのものについて、未走行品のベルト周長及びベルト強度を測定した。そして、ベルト周長を測定したものについて、上記ベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１及び従動プーリ３２に巻き掛け、従動プーリ３２に７８４Ｎのデッドウエイトを負荷し、雰囲気温度５０℃の下、駆動プーリ３１を３６００ｒｐｍの回転数で回転させて２００時間ベルト走行させた後、ベルト周長及びベルト強度をそれぞれ測定した。なお、駆動プーリ３１及び従動プーリ３２として、プーリ歯ピッチ１４ｍｍ及びプーリ歯数１８のものを用いた。また、従動プーリ３２には回転負荷を与えなかった。

未走行品のベルト強度から求められる心線１本当たりの強度とベルト走行後のベルト強度から求められる心線１本当たりの強度とから下記式（１）に基づいて強力保持率を算出した。また、ベルト走行前後のベルト周長から下記式（２）に基づいてベルト周長変化率を算出した。

＜負荷耐久試験＞
実施例１〜４のそれぞれのベルト幅１０ｍｍのもの及び１５ｍｍのもの並びに比較例１〜６のそれぞれのベルト幅１５ｍｍのものについて、未走行品のベルト周長を測定した。そして、それを上記ベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１及び従動プーリ３２に巻き掛け、従動プーリ３２に３９２Ｎのデッドウエイトを負荷すると共に４９Ｎ・ｍの回転負荷を与え、雰囲気温度５０℃の下、駆動プーリ３１を１９００ｒｐｍの回転数で回転させて５０時間ベルト走行させた後、ベルト周長を測定した。また、その後、切断するまでベルト走行させた。なお、駆動プーリ３１及び従動プーリ３２として、プーリ歯ピッチ８ｍｍ及びプーリ歯数１８のものを用いた。

比較例１〜６のそれぞれのベルト幅１０ｍｍのものについて、上記ベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１及び従動プーリ３２に巻き掛け、従動プーリ３２に３９２Ｎのデッドウエイトを負荷すると共に４９Ｎ・ｍの回転負荷を与え、雰囲気温度５０℃の下、駆動プーリ３１を１９００ｒｐｍの回転数で回転させて切断するまでベルト走行させた。なお、駆動プーリ３１及び従動プーリ３２として、プーリ歯ピッチ８ｍｍ及びプーリ歯数１８のものを用いた。

実施例５〜８のそれぞれのベルト幅１０ｍｍのもの及び１５ｍｍのもの並びに比較例７〜１２のそれぞれのベルト幅１５ｍｍのものについて、未走行品のベルト周長を測定した。そして、それを上記ベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１及び従動プーリ３２に巻き掛け、従動プーリ３２に７８４Ｎのデッドウエイトを負荷すると共に１４７Ｎ・ｍの回転負荷を与え、雰囲気温度５０℃の下、駆動プーリ３１を１９００ｒｐｍの回転数で回転させて５０時間ベルト走行させた後、ベルト周長を測定した。また、その後、切断するまでベルト走行させた。なお、駆動プーリ３１及び従動プーリ３２として、プーリ歯ピッチ１４ｍｍ及びプーリ歯数２８のものを用いた。

比較例７〜１２のそれぞれのベルト幅１０ｍｍのものについて、上記ベルト走行試験機３０の駆動プーリ３１及び従動プーリ３２に巻き掛け、従動プーリ３２に７８４Ｎのデッドウエイトを負荷すると共に１４７Ｎ・ｍの回転負荷を与え、雰囲気温度５０℃の下、駆動プーリ３１を１９００ｒｐｍの回転数で回転させて切断するまでベルト走行させた。なお、駆動プーリ３１及び従動プーリ３２として、プーリ歯ピッチ１４ｍｍ及びプーリ歯数２８のものを用いた。

切断までのトータルのベルト走行時間を負荷耐久時間とした。また、ベルト走行前後のベルト周長から上記式（２）に基づいてベルト周長変化率を算出した。

（試験評価結果）
表２に試験結果を示す。

＜屈曲疲労試験＞
実施例１〜４及び比較例１〜６について、屈曲疲労試験における強力保持率は、実施例１が８８％、それに対応する比較例１が５７％であり、実施例２が８５％、それに対応する比較例２が５５％であり、実施例３が９２％、それに対応する比較例３が５５％であり、実施例４が８７％、それに対応する比較例４が５６％であり、比較例５及び６がいずれも８５％であった。

屈曲疲労試験におけるベルト周長変化率は、実施例１が０．０５％、それに対応する比較例１が０．１０％であり、実施例２が０．０６％、それに対応する比較例２が０．１２％であり、実施例３が０．０７％、それに対応する比較例３が０．１３％であり、実施例４が０．０４％、それに対応する比較例４が０．１２％であり、比較例５及び６がいずれも０．３５％であった。

実施例５〜８及び比較例７〜１２について、屈曲疲労試験における強力保持率は、実施例５が８５％、それに対応する比較例７が５５％であり、実施例６が８０％、それに対応する比較例８が５０％であり、実施例７が９０％、それに対応する比較例９が５６％であり、実施例８が８５％、それに対応する比較例１０が５５％であり、比較例１１及び１２がいずれも８０％であった。

屈曲疲労試験におけるベルト周長変化率は、実施例５が０．０４％、それに対応する比較例７が０．１２％であり、実施例６が０．０６％、それに対応する比較例８が０．１６％であり、実施例７が０．０８％、それに対応する比較例９が０．１８％であり、実施例８が０．０５％、それに対応する比較例１０が０．１６％であり、比較例１１及び１２がいずれも０．４０％であった。

以上の結果から、実施例１〜４と比較例１〜４とを比較すると、心線がカーボン繊維を含む場合、図３（ａ）に示すような繊維補強材が埋設された歯付ベルトの構造の実施例１〜４の方が、図３（ｂ）に示すような内側表面が表面補強布１７で被覆された歯付ベルトの構造の比較例１〜４よりも著しく強力保持率が高く、卓越した耐屈曲疲労性を有することが分かる。

また、比較例５と比較例６とを比較すると、心線がアラミド繊維で構成されている場合、上記の図３（ａ）に示すような歯付ベルトの構造であっても、上記図３（ｂ）に示すような歯付ベルトの構造であっても、耐屈曲疲労性に大差は見られない。従って、実施例１〜４の優れた耐屈曲疲労性の効果は、心線がカーボン繊維を含むことと繊維補強材が埋設されていることとの組合せの相乗効果により発現されているということが分かる。

さらに、実施例１〜４は、比較例５及び６に比べて、ベルト周長変化率が極めて小さく、従って、噛み合い不良の発生が小さく、優れた噛み合い精度を有することが予想される。実施例１〜４は比較例１〜４と比べてもベルト周長変化率が極めて小さいが、これは、前者が後者よりも心線疲労度が低いためであると考えられる。

実施例５〜８及び比較例７〜１２についても同様の考察を行うことができる。

＜負荷耐久試験＞
実施例１〜４及び比較例１〜６について、負荷耐久試験におけるベルト幅１０ｍｍのものの負荷耐久時間は、実施例１が２１０時間（歯欠け）、それに対応する比較例１が１８時間（心線セパレーション）であり、実施例２が２００時間（歯欠け）、それに対応する比較例２が１４時間（心線セパレーション）であり、実施例３が２２０時間（歯欠け）、それに対応する比較例３が１６時間（心線セパレーション）であり、実施例４が２２０時間（歯欠け）、それに対応する比較例４が１５時間（心線セパレーション）であり、比較例５が１３時間（心線セパレーション）であり、比較例６が１０時間（心線セパレーション）であった。なお、括弧内は破壊モードである。「歯欠け」は歯部の欠損であり、「心線セパレーション」は心線層における剥離である。

負荷耐久試験におけるベルト幅１５ｍｍのものの負荷耐久時間は、実施例１が１０００時間（歯欠け）、それに対応する比較例１が２００時間（歯欠け）であり、実施例２が９５０時間（歯欠け）、それに対応する比較例２が１８０時間（歯欠け）であり、実施例３が１１００時間（歯欠け）、それに対応する比較例３が１９０時間（歯欠け）であり、実施例４が１２００時間（歯欠け）、それに対応する比較例４が２２０時間（歯欠け）であり、比較例５が１２０時間（歯欠け）であり、比較例６が１００時間（歯欠け）であった。

負荷耐久試験におけるベルト幅１０ｍｍのもののベルト周長変化率は、実施例１が０．０８％、実施例２が０．０９％、実施例３が０．０９％、実施例４が０．０９％であった。なお、比較例１〜６は、５０時間以内にベルトが破損したため、ベルト周長変化率を求めることはできなかった。

負荷耐久試験におけるベルト幅１５ｍｍのもののベルト周長変化率は、実施例１が０．０４％、それに対応する比較例１が０．１１％であり、実施例２が０．０６％、それに対応する比較例２が０．１４％であり、実施例３が０．０７％、それに対応する比較例３が０．１８％であり、実施例４が０．０５％、それに対応する比較例４が０．１３％であり、比較例５が０．４０％であり、比較例６が０．４５％であった。

実施例５〜８及び比較例７〜１２について、負荷耐久試験におけるベルト幅１０ｍｍのものの負荷耐久時間は、実施例５が２５０時間（歯欠け）、それに対応する比較例７が２０時間（心線セパレーション）であり、実施例６が２３０時間（歯欠け）、それに対応する比較例８が１７時間（心線セパレーション）であり、実施例７が２４０時間（歯欠け）、それに対応する比較例９が１８時間（心線セパレーション）であり、実施例８が２４０時間（歯欠け）、それに対応する比較例１０が２２時間（心線セパレーション）であり、比較例１１が８時間（心線セパレーション）であり、比較例１２が６時間（心線セパレーション）であった。

負荷耐久試験におけるベルト幅１５ｍｍのものの負荷耐久時間は、実施例５が１２００時間（歯欠け）、それに対応する比較例７が２３０時間（歯欠け）であり、実施例６が１１００時間（歯欠け）、それに対応する比較例８が２００時間（歯欠け）であり、実施例７が１２００時間（歯欠け）、それに対応する比較例９が２４０時間（歯欠け）であり、実施例８が１２００時間（歯欠け）、それに対応する比較例１０が２４０時間（歯欠け）であり、比較例１１が１００時間（歯欠け）であり、比較例１２が８５時間（歯欠け）であった。

負荷耐久試験におけるベルト幅１０ｍｍのもののベルト周長変化率は、実施例５が０．０８％、実施例６が０．０９％、実施例７が０．０９％、実施例８が０．０９％であった。なお、比較例７〜１２は、５０時間以内にベルトが破損したため、ベルト周長変化率を求めることはできなかった。

負荷耐久試験におけるベルト幅１５ｍｍのもののベルト周長変化率は、実施例５が０．０４％、それに対応する比較例７が０．１０％であり、実施例６が０．０６％、それに対応する比較例８が０．１２％であり、実施例７が０．０７％、それに対応する比較例９が０．１６％であり、実施例８が０．０５％、それに対応する比較例１０が０．１０％であり、比較例１１が０．４０％であり、比較例１２が０．４５％であった。

以上の結果から、実施例１〜４と比較例１〜４とをベルト幅１０ｍｍのものについて比較すると、心線がカーボン繊維を含む場合、図３（ｂ）に示すような内側表面が表面補強布１７で被覆された歯付ベルトの構造の比較例１〜４では、ベルト走行初期に心線セパレーションが発生しているのに対し、図３（ａ）に示すような繊維補強材が埋設された歯付ベルトの構造の実施例１〜４では、負荷耐久時間が比較例１〜４の１０倍以上もあり、極めて優れた負荷耐久性を有することが分かる。

実施例１〜４と比較例１〜４とをベルト幅１５ｍｍのものについて比較すると、いずれも破壊モードは歯欠けであるものの、実施例１〜４の方が比較例１〜４よりも負荷耐久時間が５倍以上も長く、極めて優れた負荷耐久性を有することが分かる。

また、比較例５と比較例６とを比較すると、心線がアラミド繊維で構成されている場合、上記の図３（ａ）に示すような歯付ベルトの構造であっても、上記図３（ｂ）に示すような歯付ベルトの構造であっても、負荷耐久性に大差は見られない。従って、実施例１〜４の優れた負荷耐久性の効果は、心線がカーボン繊維を含むことと繊維補強材が埋設されていることとの組合せの相乗効果により発現されているということが分かる。

さらに、実施例１〜４は、屈曲疲労試験の結果と同様。比較例１〜６に比べて、ベルト周長変化率が極めて小さいことが確認された。

本発明はポリウレタン樹脂製の歯付ベルトについて有用である。

実施形態に係る歯付ベルトの部分側面図である。（ａ）〜（ｃ）は実施形態に係る歯付ベルトの製造方法の説明図である。（ａ）及び（ｂ）は実施例で作製した歯付ベルトの構成を示す部分側面図である。ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。

符号の説明

１０歯付ベルト
１１歯付ベルト本体
１２心線
１３繊維補強材
１４歯部

Claims

ベルト内周に一定ピッチで設けられた複数の歯部を有するポリウレタン樹脂製の歯付ベルト本体と、
上記歯付ベルト本体に、ベルト長さ方向に沿うと共にベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された心線と、
上記歯付ベルト本体のベルト厚さ方向の上記心線の埋設位置よりも内側に、該歯付ベルト本体を形成するポリウレタン樹脂を含み込んで層を形成するように埋設された繊維補強材と、
を備え、
上記心線は、構成材料としてカーボン繊維を含む歯付ベルト。
請求項１に記載された歯付ベルトにおいて、
上記繊維補強材が不織布で構成されている歯付ベルト。
請求項１又は２に記載された歯付ベルトにおいて、
上記心線が、片撚り糸、諸撚り糸、ラング撚り糸、又はカーボン繊維をコアとするコアヤーンで構成されている歯付ベルト。