JP2012215248A - 歯付ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】 高負荷で長時間使用しても、ベルト本体に摩耗、損傷、クラック、破断等が生じにくい耐久性に極めて優れた歯付ベルトを提供する。
【解決手段】 本発明の歯付ベルトは、ベルト本体の全部又は一部が、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）と、不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）とを含有する熱可塑性エラストマーアロイにより形成されていることを特徴とする。前記不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）と熱可塑性ポリウレタン（Ａ）との重量割合［（Ｂ）／（Ａ）］は０．１／９９．９〜３０／７０であることが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、動力伝達用、搬送用等に利用される歯付ベルトに関し、より詳しくは、ベルト本体の全部又は一部が熱可塑性エラストマーアロイにより形成されている歯付ベルトに関する。

歯付ベルトは、摩擦のみにより回転力を伝達する平ベルトやＶベルトとは異なり、プーリに設けられた歯形と噛み合わせることにより、スリップすることなく回転を伝えることができるベルトである。このため、歯付ベルトは、高負荷或いは同期動力伝達用ベルト、精密搬送用ベルトとして広く利用されている。

歯付ベルトは、通常、ベルト本体と、必要に応じて設けられる抗張体等とにより構成される。そして、前記ベルト本体は、熱可塑性エラストマーにより形成することが知られている。例えば、特開２００４−２２４８４８号公報には、歯ゴム層と背ゴム層とをウレタンエラストマーにより形成した歯付ベルトが開示されている。また、特開２００４−３４７０５４号公報には、熱可塑性ポリウレタンエラストマーからなる本体部と、抗張体としての心線と、ベルト歯面を覆う帆布とを具備する歯付ベルトが開示されている。

しかしながら、従来の熱可塑性ポリウレタンエラストマーにより形成されたベルト本体を有する歯付ベルトを高負荷動力伝達用ベルト等として用いると、早期にベルト本体が摩耗したり、クラックが入り、ベルトの耐久性が十分でない場合がある。

特開２００４−２２４８４８号公報 特開２００４−３４７０５４号公報

従って、本発明の目的は、動力伝達用等として高負荷で使用しても、早期にベルト本体に摩耗、損傷、クラック、破断等が生じない耐久性に極めて優れた歯付ベルトを提供することにある。

本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討した結果、これまでは架橋して工業用ゴム製品として利用することが多く、他の樹脂の改質剤としてはあまり用いられていなかった不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性ＥＰＤＭ）を熱可塑性ポリウレタンに配合して得られる熱可塑性エラストマーアロイにより歯付ベルトのベルト本体を形成すると、耐摩耗性及び耐屈曲疲労性が著しく向上し、耐久性に極めて優れた歯付ベルトが得られることを見出し、本発明を完成した。

すなわち、本発明は、ベルト本体の全部又は一部が、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）と、不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）とを含有する熱可塑性エラストマーアロイにより形成されていることを特徴とする歯付ベルトを提供する。

前記歯付ベルトにおいて、前記不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）と熱可塑性ポリウレタン（Ａ）との重量割合［（Ｂ）／（Ａ）］は、０．１／９９．９〜３０／７０であることが好ましい。

また、前記不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）は、無水マレイン酸で変性されたエチレン−プロピレン−ジエン共重合体であることが好ましい。

さらに、ベルト本体の少なくとも歯部は、前記熱可塑性エラストマーアロイにより形成されていることが好ましい。

前記熱可塑性エラストマーアロイの硬度（ＪＩＳ Ｋ６２５３ デュロメータタイプＡ）は７５以上であるのが好ましい。

なお、本明細書において、硬度は、ＪＩＳ Ｋ６２５３（デュロメータタイプＡ）に準拠して測定された値である。

本発明の歯付ベルトは、ベルト本体が特定の熱可塑性エラストマーアロイにより形成されているので、耐摩耗性に優れるだけでなく、耐屈曲疲労性にも優れ、高負荷で長時間使用しても、早期にベルト本体に摩耗、損傷、クラック、破断等が生じにくく、耐久性に極めて優れている。

本発明の歯付ベルトの一例を模式的に示す斜視図である。 本発明の歯付ベルトを製造する方法の一例を模式的に示す概略斜視図である。 比較例４で得られた熱可塑性エラストマーアロイ（ＥＰＤＭとエーテル系ＴＰＵのアロイ）のペレット断面のＳＥＭ写真である。 実施例４で得られた熱可塑性エラストマーアロイ（無水マレイン酸変性ＥＰＤＭとエーテル系ＴＰＵのアロイ）のペレット断面のＳＥＭ写真である。 比較例６で得られた熱可塑性エラストマーアロイ（ＥＰＤＭとエステル系ＴＰＵのアロイ）のペレット断面のＳＥＭ写真である。 実施例７で得られた熱可塑性エラストマーアロイ（無水マレイン酸変性ＥＰＤＭとエステル系ＴＰＵのアロイ）のペレット断面のＳＥＭ写真である。

［歯付ベルト］
図１は本発明の歯付ベルトの一例を、一部を破断して模式的に示した斜視図である。この例では、歯付ベルト１は、ベルト本体２と、該ベルト本体２の内部に埋設されている心線（抗張体）３とで構成されている。ベルト本体２は背部２ａと歯部２ｂとからなり、背部２ａ側の表面（背面）は平坦面となっており、歯部２ｂ側の表面（歯面）には、ベルトの幅方向に延びる断面台形状の歯部２ｂと歯底部２ｃが、ベルト長手方向に交互に一定の間隔で形成されている。歯底部２ｃのベルト長手方向の略中央部には、心線３をベルト本体２の所定位置に埋設するための型の形状に対応する歯溝部２ｄが形成されている。そして、ベルト本体２の背部２ａ中に、複数の心線３が、ベルト幅方向に所定の間隔をおいてベルト長手方向に向けて埋設されている。前記心線３は、高トルク伝達が要求される用途において伸びを抑えて高い強度を得るために用いられる部材である。

前記歯部２ｂの断面形状は台形でなくてもよく、例えば、円弧形状（円弧歯形）等であってもよく、用途等に応じて適宜選択できる。

心線３としては、特に限定されず、例えば、スチールコード、ステンレススチールコード、アラミド繊維コード、ガラス繊維コード、カーボン繊維コードなどを使用できる。

本発明の歯付ベルトは、必要に応じて、上記以外の部材や部品、被覆層などを有していてもよい。

本発明の歯付ベルトは、ベルト本体２の全部又は一部が、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）と、不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）とを含有する熱可塑性エラストマーアロイにより形成されていることを特徴とする。ベルト本体２は１つの部材で構成されていてもよく、２以上の部材で構成されていてもよい。本発明においては、ベルト本体２のうち少なくとも歯部２ｂが前記熱可塑性エラストマーアロイにより形成されているのが好ましい。以下、「不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム」を、単に「変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム」又は「変性ＥＰＤＭ」と略称する場合がある。

［熱可塑性ポリウレタン（Ａ）］
本発明において、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）としては、公知の熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ）を使用できる。熱可塑性ポリウレタン（Ａ）は単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。熱可塑性ポリウレタンは、通常、ポリイシソアネートと、長鎖ポリオールと、鎖伸長剤と、必要に応じて他のイソシアネート反応性化合物とを反応させることにより得られる。

前記ポリイソシアネートとしては、分子内に少なくとも２つのイソシアネート基を有する化合物であれば特に制限されない。ポリイソシアネートには、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネートなどが含まれる。ポリイソシアネートは単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。

脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、１，３−トリメチレンジイソシアネート、１，４−テトラメチレンジイソシアネート、１，５−ペンタメチレンジイソシアネート、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、１，２−プロピレンジイソシアネート、１，２−ブチレンジイソシアネート、２，３−ブチレンジイソシアネート、１，３−ブチレンジイソシアネート、２−メチル−１，５−ペンタメチレンジイソシアネート、３−メチル−１，５−ペンタメチレンジイソシアネート、２，４，４−トリメチル−１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４−トリメチル−１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。

脂環式ポリイソシアネートとしては、例えば、１，３−シクロペンタンジイソシアネート、１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、１，３−シクロヘキサンジイソシアネート、３−イソシアネートメチル−３，５，５−トリメチルシクロヘキシルイソシアネート（イソホロンジイソシアネート）、４，４´−メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）、メチル−２，４−シクロヘキサンジイソシアネート、メチル−２，６−シクロヘキサンジイソシアネート、１，３−ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン、１，４−ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン、ノルボルナンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネートなどが挙げられる。

芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、ｍ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、ナフチレン−１，４−ジイソシアネート、ナフチレン−１，５−ジイソシアネート、４，４´−ジフェニルジイソシアネート、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート、２，２´−ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４´−ジフェニルエーテルジイソシアネート、２，２´−ジフェニルプロパン−４，４´−ジイソシアネート、３，３´−ジメチルジフェニルメタン−４，４´−ジイソシネート、４，４´−ジフェニルプロパンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネートなどが挙げられる。

芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、例えば、１，３−キシリレンジイソシアネート、１，４−キシリレンジイソシアネート、ω，ω´−ジイソシアネート−１，４−ジエチルベンゼン、１，３−ビス（１−イソシアネート−１−メチルエチル）ベンゼン、１，４−ビス（１−イソシアネート−１−メチルエチル）ベンゼン、１，３−ビス（α，α−ジメチルイソシアネートメチル）ベンゼン等の芳香脂肪族ジイソシアネートなどが挙げられる。

ポリイソシアネートとしては、１，６−ヘキサメチレンジイソシアネート、４，４´−メチレンビス（シクロヘキシルイソシアネート）、１，３−ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン、１，４−ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン、イソホロンジイソシアネート、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４´−ジフェニルメタンジイソシアネート、１，３−キシリレンジイソシアネート、１，４−キシリレンジイソシアネート、ノルボルナンジイソシアネート、１，３−ビス（α，α−ジメチルイソシアネートメチル）ベンゼンを好適に用いることができる。

なお、ポリイソシアネートとして、前記例示の脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネ−ト、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネートによる二量体や三量体、反応生成物又は重合物（例えば、ジフェニルメタンジイソシアネートの二量体や三量体、トリメチロールプロパンとトリレンジイソシアネートとの反応生成物、トリメチロールプロパンとヘキサメチレンジイソシアネートとの反応生成物、ポリメチレンポリフェニルイソシアネート、ポリエーテルポリイソシアネート、ポリエステルポリイソシアネートなど）なども用いることができる。

前記長鎖ポリオールとしては、例えば、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリアクリルポリオールなどが挙げられる。長鎖ポリオールの数平均分子量は、通常、５００以上であり、好ましくは５００〜１００００、より好ましくは６００〜６０００、さらに好ましくは８００〜４０００である。長鎖ポリオールは単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。

ポリエーテルポリオールとしては、例えば、ポリエチレンエーテルグリコール、ポリプロピレンエーテルグリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）などのポリアルキレンエーテルグリコールの他、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体などのモノマー成分として複数のアルキレンオキシドを含む（アルキレンオキサイド−他のアルキレンオキサイド）共重合体などが挙げられる。ポリエーテルポリオールの中でも、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）が特に好ましい。

ポリエステルポリオールとしては、例えば、多価アルコールと多価カルボン酸との縮合重合物；環状エステル（ラクトン）の開環重合物；多価アルコール、多価カルボン酸及び環状エステルの３種類の成分による反応物などを用いることができる。多価アルコールと多価カルボン酸との縮合重合物において、多価アルコールとしては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、２−メチル−１，３−プロパンジオール、１，５−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、２，４−ジエチル−１，５−ペンタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、シクロヘキサンジオール類（１，４−シクロヘキサンジオールなど）、シクロヘキサンジメタノール類（１，４−シクロヘキサンジメタノールなど）、ビスフェノール類（ビスフェノールＡなど）、糖アルコール類（キシリトールやソルビトールなど）などを用いることができる。一方、多価カルボン酸としては、例えば、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸等の脂肪族ジカルボン酸；１，４−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸；テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、パラフェニレンジカルボン酸、トリメリット酸等の芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。また、環状エステルの開環重合物において、環状エステルとしては、例えば、プロピオラクトン、β−メチル−δ−バレロラクトン、ε−カプロラクトンなどが挙げられる。３種類の成分による反応物において、多価アルコール、多価カルボン酸、環状エステルとしては、前記例示のものなどを用いることができる。ポリエステルポリオールの中でも、アジピン酸と多価アルコール（例えば、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール等の炭素数２〜６のアルカンジオールの一種又は二種以上）との縮合重合物であるアジペート系ポリエステルポリオール［例えば、ポリ（エチレンアジペート）、ポリ（ジエチレンアジペート）、ポリ（プロピレンアジペート）、ポリ（テトラメチレンアジペート）、ポリ（ヘキサメチレンアジペート）、ポリ（ネオペンチレンアジペート）などの、ポリ（Ｃ_2-6アルキレンアジペート）等］、ε−カプロラクトンを開環重合させて得られるカプロラクトンポリオール、β−メチル−δ−バレロラクトンをエチレングリコール等の多価アルコールを用いて開環重合させて得られるポリエステルポリオールなどが好ましい。

ポリカーボネートポリオールとしては、例えば、多価アルコールとホスゲン、クロロギ酸エステル、ジアルキルカーボネート又はジアリールカーボネートとの反応物；環状炭酸エステル（アルキレンカーボネートなど）の開環重合物などが挙げられる。具体的には、多価アルコールとホスゲンとの反応物において、多価アルコールとしては、前記例示の多価アルコール（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，９−ノナンジオール等）を用いることができる。また、環状炭酸エステルの開環重合物において、アルキレンカーボネートとしては、例えば、エチレンカーボネート、トリメチレンカーボネート、テトラメチレンカーボネート、ヘキサメチレンカーボネートなどが挙げられる。なお、ポリカーボネートポリオールは、分子内にカーボネート結合を有し、末端がヒドロキシル基である化合物であればよく、カーボネート結合とともにエステル結合を有していてもよい。ポリカーボネートポリオールの代表的な例として、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール、ポリヘキサメチレンカーボネートジオールにラクトンを開環付加重合して得られるジオール、ポリヘキサメチレンカーボネートジオールとポリエステルジオール又はポリエーテルジオールとの共縮合物などが挙げられる。

ポリオレフィンポリオールは、オレフィンを重合体又は共重合体の骨格（又は主鎖）の成分とし且つ分子内に（特に末端に）ヒドロキシル基を少なくとも２つ有するポリオールである。前記オレフィンとしては、末端に炭素−炭素二重結合を有するオレフィン（例えば、エチレン、プロピレン等のα−オレフィンなど）であってもよく、また末端以外の部位に炭素−炭素二重結合を有するオレフィン（例えば、イソブテンなど）であってもよく、さらにはジエン（例えば、ブタジエン、イソプレンなど）であってもよい。ポリオレフィンポリオールの代表的な例として、ブタジエンホモポリマー、イソプレンホモポリマー、ブタジエン−スチレンコポリマー、ブタジエン−イソプレンコポリマー、ブタジエン−アクリロニトリルコポリマー、ブタジエン−２−エチルヘキシルアクリレートコポリマー、ブタジエン−ｎ−オクタデシルアクリレートコポリマーなどのブタジエン若しくはイソプレン系ポリマーの末端をヒドロキシル基に変性したものが挙げられる。

ポリアクリルポリオールは、（メタ）アクリレートを重合体又は共重合体の骨格（又は主鎖）の成分とし且つ分子内に（特に末端に）ヒドロキシル基を少なくとも２つ有するポリオールである。（メタ）アクリレートとしては、（メタ）アクリル酸アルキルエステル［例えば、（メタ）アクリル酸Ｃ_1-20アルキルエステルなど］が好適に用いられる。また、ポリオールに関しては、ここに挙げられたもの以外のあらゆる材料を使用することができる。

前記鎖伸長剤としては、熱可塑性ポリウレタンの製造に通常用いられる鎖伸長剤を使用でき、その種類は特に制限されないが、低分子量のポリオール、ポリアミン等を用いることができる。鎖伸長剤の分子量は、通常、５００未満であり、好ましくは３００以下である。鎖伸長剤は単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。

鎖伸長剤の代表的な例として、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，２−ペンタンジオール、２，３−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、３−メチル−１，５−ペンタンジオール、１，４−シクロヘキサンジオール、１，４−シクロヘキサンジメタノールなどのポリオール（特に、ジオール）；ヘキサメチレンジアミン、３，３′−ジメチル−４，４′−ジアミノジシクロヘキシルメタン、４，４′−メチレンビス−２−クロロアニリンなどのポリアミン（特に、ジアミン）などが挙げられる。これらの中でも、ジオールが特に好ましい。

熱可塑性ポリウレタン（Ａ）としては、ポリイシソアネート、長鎖ポリオール、鎖伸長剤とを、ポリイソシアネートのイソシアネート基のモル数と、長鎖ポリオール及び鎖伸長剤が有するイソシアネート反応性基（水酸基、アミノ基等）のモル数との比（ＮＣＯ／イソシアネート反応性基）が、０．９〜１．３、特に０．９５〜１．１となる範囲で反応させて得られたものが好ましい。長鎖ポリオールと鎖伸長剤との割合［前者／後者（モル比）］は、熱可塑性ポリウレタンの物性等に応じて、例えば０．１〜１０、好ましくは０．２〜２の範囲から適宜選択できる。上記反応には、反応を促進するため、必要に応じて、第３級アミン、有機金属化合物、スズ化合物等の触媒を用いてもよい。

熱可塑性ポリウレタン（Ａ）は、重量平均分子量Ｍｗが、通常５，０００〜１，０００，０００であり、明確な融点を示さないものもあるが熱可塑性を有しており、押出成形、射出成形、熱プレス成形などの一般的な熱可塑性樹脂用成形機にて成形加工できる。

また、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）の硬度は、熱可塑性エラストマーアロイの機械的特性を高くする観点から、７５以上（例えば、７５〜９６）が好ましく、より好ましくは７８以上（例えば、７８〜９６）、さらに好ましくは８９以上（例えば、８９〜９５）、特に好ましくは９１以上（例えば、９１〜９４）である。また、熱可塑性エラストマーアロイに適度な柔軟性を持たせ、耐屈曲疲労性を高めるという点からは、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）の硬度は、例えば７５〜９３、特に７８〜９１（中でも７８〜８８）の範囲が好ましい。

熱可塑性ポリウレタン（Ａ）としては、市販品を使用できる。市販品として、例えば、硬度８０のアジペート系ＴＰＵ、硬度９０のアジペート系ＴＰＵ、硬度９０のカプロラクトン系ＴＰＵ、硬度９２のＰＴＭＧ系ＴＰＵ、硬度９２のアジペート系ＴＰＵなどが挙げられる。

［変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）］
本発明において、不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）（変性ＥＰＤＭ）としては、公知の不飽和カルボン酸又はその誘導体により変性されたエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴムを使用できる。該不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）は単独で又は２種以上を組み合わせて使用できる。

エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤＭ）は、エチレンとプロピレンと非共役ジエンとの共重合体である。ジエンとしては、例えば、５−エチリデン−２−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、１，４−ヘキサジエンなどが挙げられる。本発明で用いられる変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（変性ＥＰＤＭ）は、このＥＰＤＭを、例えば、不飽和カルボン酸又はその誘導体（エステル、酸無水物等）又はその他の官能基で変性することにより得られる。不飽和カルボン酸又はその誘導体として、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、（メタ）アクリル酸グリシジル、マレイン酸エステル、無水マレイン酸などが挙げられ、それらのエステル塩、金属塩等の構造でもよい。これらの中でも、アクリル酸、メタクリル酸、無水マレイン酸が好ましく、特に、無水マレイン酸が好ましい。

ＥＰＤＭの変性は、例えば、ＥＰＤＭと不飽和カルボン酸又はその誘導体とを、グラフト重合開始剤［例えば、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ジクミルペルオキシド等の過酸化物系開始剤等］の存在下で加熱、混練することにより行うことができる。原料として用いるＥＰＤＭにおけるエチレンとプロピレンの比率は、エラストマーとしての特性等の観点から、例えば、前者／後者（重量比）＝１０／９０〜９５／５、好ましくは５０／５０〜８５／１５程度である。また、ＥＰＤＭにおけるジエン成分由来の構成単位の含有率は、例えば、ＥＰＤＭ全体の０．１〜２５重量％、好ましくは１〜２０重量％、さらに好ましくは２〜１０重量％程度である。

変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）における不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性率は、不飽和カルボン酸又はその誘導体に由来する構造単位の含有率として、例えば、変性ＥＰＤＭ全体に対して、０．１〜２０重量％、好ましくは０．５〜１０重量％、さらに好ましくは１〜８重量％程度である。この含有率が少なすぎると、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）と配合した際の耐摩耗性、耐屈曲疲労性の改善効果が小さくなりやすい。一方、この含有率が多すぎると、エラストマーとしての機能が低下しやすくなる。

ＥＰＤＭの変性は、ＴＰＵとブレンドする前にＥＰＤＭ単独に対して行ってもよく、また、変性前のＥＰＤＭをＴＰＵとブレンドする段階において同時に変性処理してもよい。また、未反応のカルボン酸又はその誘導体を除去してもよいし、残存したまま使用してもよい。

変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）のメルトフローレート（ＡＳＴＭ Ｄ１２３８ ２８０℃／２．１６ｋｇ）は、例えば、５〜８０ｇ／１０ｍｉｎ、好ましくは１０〜４０ｇ／１０ｍｉｎである。

変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）としては、市販品を使用することもできる。市販品として、例えば、商品名「フサボンド Ｎ４１６」（無水マレイン酸変性ＥＰＤＭ、デュポン社製）などが挙げられる。

なお、変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）は架橋していてもよく、未架橋であってもよい。熱可塑性を保ったまま架橋する動的架橋も可能である。

［熱可塑性エラストマーアロイ］
本発明において、熱可塑性エラストマーアロイは、前記熱可塑性ポリウレタン（Ａ）と、前記不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）とを含有している。このような熱可塑性エラストマーアロイから得られる歯付ベルトは、耐摩耗性に優れるだけでなく、耐屈曲疲労性にも優れ、高負荷で連続的又は断続的に長時間使用しても、摩耗、クラック等の損傷が顕著に抑制され、寿命が著しく長い。

なお、前記熱可塑性エラストマーアロイの成形品断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察すると、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）からなるマトリックス中に、変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）が高度に微分散していることが分かる（図４、図６参照）。例えば、２０００倍のＳＥＭ写真によれば、変性ＥＰＤＭとエーテル系ＴＰＵからなる熱可塑性エラストマーアロイでは、凹凸はかすかに見られるものの、粒子形状は確認できず、変性ＥＰＤＭとエステル系ＴＰＵからなる熱可塑性エラストマーアロイでは、凹凸もほとんど観察されない。一方、変性ＥＰＤＭの代わりに無変性のＥＰＤＭを用いた場合には、ＥＰＤＭの粒子がはっきりと確認でき、特に、ＥＰＤＭとエステル系ＴＰＵからなる熱可塑性エラストマーアロイでは、ＥＰＤＭの球状の粒子がエステル系ＴＰＵのマトリックス中に分散しているのが明確に観察される。変性ＥＰＤＭとＴＰＵ（特に、エステル系ＴＰＵ）からなる熱可塑性エラストマーアロイにおいて分散性が著しく向上するのは、変性ＥＰＤＭにおける変性部位の極性がＴＰＵの極性部位と親和性を有するためと推測される。

本発明において、不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）と熱可塑性ポリウレタン（Ａ）との重量割合［（Ｂ）／（Ａ）］は、特に限定されないが、０．１／９９．９〜３０／７０の範囲であるのが好ましい。前記（Ｂ）と（Ａ）の重量割合［（Ｂ）／（Ａ）］は、より好ましくは１／９９〜２５／７５であり、さらに好ましくは３／９７〜２２／７８（特に、７．５／９２．５〜２２／７８）である。この割合が０．１／９９．９より小さい場合には、耐摩耗性、耐屈曲疲労性の改善効果が小さくなる。一方、この割合が３０／７０を超えると、ＴＰＵ本来の特性（機械的強度）が低下しやすくなる。

前記熱可塑性エラストマーアロイは、上記の成分（Ａ）、（Ｂ）のほか、必要に応じて添加剤を配合できる。添加剤としては、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、安定剤、離型剤、界面活性剤、帯電防止剤、着色剤（顔料、染料）、難燃剤、発泡剤、滑剤、充填剤、架橋剤、ワックス、老化防止剤等が挙げられる。

前記熱可塑性エラストマーアロイにおいて、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）と前記変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）の総含有量は、例えば、８５重量％以上、好ましくは９０重量％以上、さらに好ましくは９５重量％以上である。

前記熱可塑性エラストマーアロイの硬度は、７５以上（例えば、７５〜９５）が好ましく、より好ましくは７８以上（例えば、７８〜９５）、さらに好ましくは８９以上（例えば、８９〜９５）、特に好ましくは９１以上（例えば、９１〜９５）である。また、適度な柔軟性を有し、耐屈曲疲労性を高めるという点からは、熱可塑性エラストマーアロイの硬度は、例えば７５〜９３、特に７７〜９１（中でも７７〜８８）の範囲が好ましい。熱可塑性エラストマーアロイの硬度は、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）の硬度、前記変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）と熱可塑性ポリウレタン（Ａ）の重量割合、添加剤の種類及び量などにより調整できる。

また、前記熱可塑性エラストマーアロイの破断強度（ＪＩＳ Ｋ７３１１）は、例えば、２５〜１００ＭＰａ、好ましくは３０〜８０ＭＰａ、さらに好ましくは３５〜７５ＭＰａであり、破断伸び（ＪＩＳ Ｋ７３１１）は、例えば、３００〜１０００％）、好ましくは３５０〜８００％、さらに好ましくは４００〜７００％である。

前記熱可塑性エラストマーアロイは、上記の熱可塑性ポリウレタン（Ａ）、前記変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）、及び必要に応じて用いられる前記添加剤を、通常のポリマーアロイ或いはポリマーブレンドを調製する場合と同様の方法で混合することにより製造できる。例えば、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）、前記変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）、及び必要に応じて用いられる添加剤を所定の割合で予備混合した後、単軸押出機、二軸押出機、ミキシングロール、バンバリーミキサーなどを用いて、加熱下で混練することにより製造できる。押出機を用いて加熱混練を行う場合には、溶融押出しした後、適当な長さに切断してペレットなどの粒状物としてもよい。また、前記方法のほか、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）の製造中に、前記変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）及び／又は添加剤を入れることで、前記熱可塑性エラストマーアロイを得ることもできる。

また、前記熱可塑性エラストマーアロイの製造と歯付ベルトの成形とを同時に行ってもよい。この場合、例えば、サイドフィード方式、ドライブレンド方式などを採用できる。

［歯付ベルトの製造］
前記熱可塑性エラストマーアロイは、溶融成形、加熱加工が可能であるため、本発明の歯付ベルトは、押出成形、射出成形、ブロー成形、カレンダー成形、注型などの任意の成形法を利用して製造することができる。

図２は本発明の歯付ベルトを製造する方法の一例を模式的に示す概略斜視図である。この例では、前記熱可塑性エラストマーアロイを、押し出し機４にて、先端ダイ（Ｔダイ）よりシート状に連続的に溶融押し出しし、前記ダイ付近で、目的とする歯付ベルト１の歯面形状に適合する凹凸形状を型表面に有する回転する成形用金型ロール５の表面とスチールバンド９との間に形成されたキャビティに、溶融樹脂２０（熱可塑性エラストマーアロイ）を流し込みとともに、心線３（スチールコード等）を引き込んで成形する。成形用金型ロール５の周りに、押し付けロール６、ロール７、ロール８が配設され、前記スチールバンド９は各ロール６〜８間に張設されており、成形用金型ロール５と協働してともに回動するようになっている。成形用金型ロール５とスチールバンド９の圧力により心線３は溶融樹脂中に埋め込まれ、長尺状の歯付ベルト１が成形される。

こうして得られた長尺状の歯付ベルトから、以下のようにしてエンドレスベルトを製造できる。すなわち、上記で得られた長尺状の歯付ベルトを一定幅のフィンガー（Ｗ）形状の刃物にて必要長さにカットし、カットされたベルト両端部を突き合わせてベルト歯形に適合する凹凸形状を表面に有する金型にセットし、熱プレスにて突き合わせ部を溶着して継ぎ手を形成し、エンドレスベルトとすることができる。なお、心線（スチールコード等）はカット部で分断されるが、樹脂部分が溶着にて一体化されベルトとして必要な強度が保たれる。なお、エンドレスベルトとしては、継ぎ手のないシームレスベルトであってもよい。継ぎ手のないシームレスベルトでは、更に高耐久なベルトとなる。

本発明の歯付ベルトは、耐摩耗性に優れるだけでなく、耐屈曲疲労性にも優れ、高負荷で連続的あるいは断続的に長時間使用しても、摩耗、損傷、クラック、破断等が生じにくく、耐久性に極めて優れ、長寿命である。

以下、本発明について実施例及び比較例を挙げてさらに具体的に説明する。本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。

実施例等で用いた材料を下記に示す。

＜熱可塑性ポリウレタン（Ａ）＞
ＴＰＵ−１：硬度９０のアジペート系ＴＰＵ
ＴＰＵ−２：硬度９０のカプロラクトン系ＴＰＵ
ＴＰＵ−３：硬度９２のＰＴＭＧ系ＴＰＵ
ＴＰＵ−４：硬度９２のアジペート系ＴＰＵ
ＴＰＵ−５：硬度８０のアジペート系ＴＰＵ

＜変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）＞
ＭＡＨ−ＥＰＤＭ：商品名「フサボンド Ｎ４１６」（無水マレイン酸変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム、デュポン社製）

＜エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム＞
ＥＰＤＭ：商品名「ＥＰ２１」（エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム、ＪＳＲ社製）

実施例１
ＴＰＵ−１ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ １０重量部とを、二軸押出機（テクノベル社製、商品名「ＫＺＷ２０ＴＷ−３０」）を用いて混練した。押出機はバレル温度２００℃（但し、フィーダー部１６０℃）に設定し、スクリュー回転数を３００ｒｐｍとして、前記樹脂を溶融混練し、ペレタイザーを通してペレットを作製した。得られたペレットを射出成形機（日精樹脂工業社製、商品名「ＮＥＸ１１０−１８Ｅ」）を用いて射出成形し、試験片［１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚み２ｍｍ（摩耗試験用）、１２０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み４ｍｍ（デマチャ屈曲試験用）］を作製した。

比較例１
原料樹脂を、ＴＰＵ−１ １００重量部のみとした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例２
原料樹脂を、ＴＰＵ−２ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ １０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

比較例２
原料樹脂を、ＴＰＵ−２ １００重量部のみとした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例３
原料樹脂を、ＴＰＵ−３ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ ５重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例４
原料樹脂を、ＴＰＵ−３ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ １０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例５
原料樹脂を、ＴＰＵ−３ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ ２０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

比較例３
原料樹脂を、ＴＰＵ−３ １００重量部のみとした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

比較例４
原料樹脂を、ＴＰＵ−３ １００重量部と、ＥＰＤＭ １０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例６
原料樹脂を、ＴＰＵ−４ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ ５重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例７
原料樹脂を、ＴＰＵ−４ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ １０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例８
原料樹脂を、ＴＰＵ−４ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ ２０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

実施例９
原料樹脂を、ＴＰＵ−５ １００重量部と、ＭＡＨ−ＥＰＤＭ １０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

比較例５
原料樹脂を、ＴＰＵ−４ １００重量部のみとした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

比較例６
原料樹脂を、ＴＰＵ−４ １００重量部と、ＥＰＤＭ １０重量部とした以外は実施例１と同様の操作を行い、ペレット及び試験片を作製した。

評価試験Ａ
＜テーバー摩耗試験＞
ＪＩＳ Ｋ７３１１に準じ、テーバー摩耗試験機を使用して、１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚み２ｍｍの試験片について、摩耗輪Ｈ−２２、荷重９．８Ｎにて１０００回の回転後の摩耗量（ｍｇ）を測定した。結果を表１に示す。

＜屈曲疲労試験（屈曲亀裂成長試験）＞
ＪＩＳ Ｋ６２６０に準じてデマチャ屈曲試験を実施した。１２０ｍｍ×１０ｍｍ×厚み４ｍｍの短冊状の試験片に対して、長辺の中間部分（長手方向の端から６０ｍｍの位置）に、幅方向のほぼ全長に亘って深さ０．５ｍｍの切り欠き（切れ込み）を入れたものを試験に供した。つかみ具間の最大距離８０ｍｍ、つかみ具間の運動距離７０ｍｍ、屈曲速度９７回／ｍｉｎの条件で試験を行い、試験片の切り欠きからの亀裂の深さが３．５ｍｍに達するまでの屈曲回数を測定した。結果を表１に示す。

＜硬度＞
ＪＩＳ Ｋ６２５３（デュロメータタイプＡ）に準じて硬度を測定した。ペレットを射出成形機（日精樹脂工業社製、商品名「ＮＥＸ１１０−１８Ｅ」）を用いて射出成形し、試験片１００ｍｍ×１００ｍｍ×厚み２ｍｍを作製し、それを三枚重ねた６ｍｍの厚さの試験片を用いて硬度の測定を実施した。結果を表１に示す。

＜引張試験＞
ＪＩＳ Ｋ７３１１に準じて引張試験を実施し、破断強度（ＭＰａ）及び破断伸び（％）を求めた。結果を表１に示す。

＜分散状態確認試験（ＳＥＭ観察）＞
二軸押出機で得られたペレットの断面を凍結ミクロトームで切り出し、走査型電子顕微鏡（株式会社日立テクノロジー社製、商品名「Ｓ−４３００」）を用いて、２０００倍で前記断面を観察した。比較例４で得られたペレットの断面のＳＥＭ写真を図３に、実施例４で得られたペレットの断面のＳＥＭ写真を図４に、比較例６で得られたペレットの断面のＳＥＭ写真を図５に、実施例７で得られたペレットの断面のＳＥＭ写真を図６に示す。

表１に示す評価結果から、本発明において用いる熱可塑性エラストマーアロイから形成された成形品は、熱可塑性ポリウレタンのみから形成された成形品、熱可塑性ポリウレタンと無変性のエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴムからなる熱可塑性エラストマーアロイから形成された成形品と比較して、テーバー摩耗量だけでなく、耐屈曲疲労性に著しく優れることが分かる。変性のエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴムを添加した場合、熱可塑ポリウレタンの材料特性を損なわず、耐摩耗性と屈曲疲労性を改善できている。無変性のエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴムを添加した場合でも屈曲疲労性の改善効果がある程度見られることがあるが、耐摩耗性と屈曲疲労性を共に大幅に改善できるのは変性のエチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴムにてアロイ化した場合である。また、分散状態確認試験の結果から、分散状態は、エステル系ＴＰＵ−ＥＰＤＭ＜エーテル系ＴＰＵ−ＥＰＤＭ＜エーテル系ＴＰＵ−無水マレイン酸変性ＥＰＤＭ＜エステル系ＴＰＵ−無水マレイン酸変性ＥＰＤＭの順に良好になっていることが分かる。テーバー摩耗及び屈曲回数における著しい改善が見られた理由は、エネルギー吸収効果を有するゴム成分の微分散化によるクラック伸長の遅延効果により、ＴＰＵの凝着摩耗がシビアな進行からマイルドな進行へと状態変化したことなどが考えられる。これは、本発明において、ＴＰＵと強く反応しすぎない形でエラストマー成分がミクロ相分離構造になる組合せが得られたためである。通常ミクロ相分離構造とすると、動疲労条件下でアロイの発熱が大きくなり、これが原因となり耐久性に劣ることになる。しかし、本発明の熱可塑性エラストマーアロイでは、アロイ化による過度の硬度変化を抑え、繰返し荷重がかかるシビアな条件下での耐久性を著しく向上することができている。このような特性を発現させ、効果を確認した者は今まで無く、本発明者らが鋭意工夫することにより見出したものである。

実施例１０
実施例７で得られたペレット（熱可塑性エラストマーアロイ）を用い、図２に示す方法により図１で示される歯付ベルトを製造した。すなわち、前記熱可塑性エラストマーアロイを、押し出し機にて、先端ダイ（Ｔダイ）よりシート状に連続的に溶融押し出しし、前記ダイ付近で、目的とする歯付ベルトの歯面形状に適合する凹凸形状を型表面に有する成形用金型ロールの表面とスチールバンドとの間に形成されるキャビティに溶融樹脂を流し込むとともに、スチールコード［３×３×φ０．１２（Ｓ／Ｚ）］を引き込んで成形し、長尺状の歯付ベルト１を得た。
得られた長尺状の歯付ベルトを一定幅のフィンガー（Ｗ）形状の刃物にて必要長さにカットし、カットされたベルト両端部を突き合わせてベルト歯形に適合する凹凸形状を表面に有する金型にセットし、熱プレスにて突き合わせ部を溶着して継ぎ手を形成し、エンドレスの歯付ベルト［歯形：Ｔ１０（台形歯形）、歯数：１２０歯、ベルト幅２５ｍｍ、ベルト長さ：１２００ｍｍ］を得た。得られた歯付ベルトにおいて、１インチ幅当たりのスチールコードの打ち込み本数は１５本である。

比較例７
比較例３で得られたペレット（熱可塑性エラストマー）を用いた以外は、実施例１０と同様の操作を行い、エンドレスの歯付ベルトを製造した。

評価試験Ｂ
＜ベルト寿命試験＞
実施例１０及び比較例７で得られたエンドレスの歯付ベルトについて、過負荷走行試験機を用いてベルト寿命試験を行った。走行試験の条件は、以下の通りである。ベルトの回転伝達能力が無くなった時点で試験を終了した。
レイアウト：単純２軸
プーリ歯数：１４歯
回転数：２３００ｒｐｍ
負荷トルク：５．８８Ｎ・ｍ（０．６ｋｇｆ・ｍ）
初期張力：２１６Ｎ
その結果、実施例１０の歯付ベルトの寿命（走行時間）は、比較例７の歯付ベルトの寿命（走行時間）を１００とした場合、９００以上であった（走行時間比：９倍以上）。
上記の試験結果より、歯付ベルトの寿命は、熱可塑性エラストマー（アロイ）のテーバー摩耗試験における摩耗量やデマチャ屈曲試験における屈曲回数と相関があると考えられる（表１）。

１ 歯付ベルト
２ ベルト本体
２ａ 背部
２ｂ 歯部
２ｃ 歯底部
２ｄ 歯溝部
３ 心線
４ 押し出し機
５ 成形用金型ロール
６ 押し付けロール
７ ロール
８ ロール
９ スチールバンド
２０ 溶融樹脂（熱可塑性エラストマーアロイ）

Claims (5)

1. ベルト本体の全部又は一部が、熱可塑性ポリウレタン（Ａ）と、不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）とを含有する熱可塑性エラストマーアロイにより形成されていることを特徴とする歯付ベルト。
2. 前記不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）と熱可塑性ポリウレタン（Ａ）との重量割合［（Ｂ）／（Ａ）］が０．１／９９．９〜３０／７０である請求項１記載の歯付ベルト。
3. 前記不飽和カルボン酸又はその誘導体による変性エチレン−プロピレン−ジエン共重合ゴム（Ｂ）が、無水マレイン酸で変性されたエチレン−プロピレン−ジエン共重合体である請求項１又は２に記載の歯付ベルト。
4. ベルト本体の少なくとも歯部が前記熱可塑性エラストマーアロイにより形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の歯付ベルト。
5. 前記熱可塑性エラストマーアロイの硬度（ＪＩＳ Ｋ６２５３ デュロメータタイプＡ）が７５以上である請求項１〜４のいずれか１項に記載の歯付ベルト。