JP2014137083A - 負荷伝動用ｖベルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で且つ耐久性が改善されたＶベルトを提供する。
【解決手段】複数のブロック１０がベルト長さ方向に並ぶように配設されると共に、それぞれが無端状の張力帯２０に係止され、複数のブロック１０の両側面１１がプーリ接触面となるように構成された負荷伝動用Ｖベルトである。複数のブロック１０の各々は、補強材１３と、補強材１３を被覆する樹脂被覆層１４とで構成される。補強材１３は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む第１の炭素繊維強化樹脂で構成されており、樹脂被覆層１４は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む第２の炭素繊維強化樹脂で構成されている。
【選択図】図２

Description

本明細書に記載された技術は、張力帯と複数のブロックとを有する負荷伝動用のＶベルト及びその製造方法に関する。

自動車等のベルト式無段変速装置に用いられる高負荷伝動用のＶベルトが知られている。特許文献１、２には、無端状の張力帯と、張力帯の長さ方向に並べられた複数のブロックとを備えたＶベルトが開示されている。ブロックは、金属等からなる補強材と、補強材を覆い、樹脂で構成された被覆層とを有している。

また、特許文献３には、補強材を用いず炭素繊維で強化された樹脂のみで構成されたブロックが開示されている。

特開２０１１−２３６９９４号公報 特開２０１０−１７５０１１号公報 特開２００４−３５３１号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載されたＶベルトでは、被覆層の耐久性が十分でなく、補強材の効果を活かすことが難しい。また、特許文献３に記載されたＶベルトでは、ブロックに補強材が用いられていないことにより、軽量化が図られているものの、高度な力学特性を維持しながらブロック表面に良好な摩耗特性を付与することは困難である。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、軽量で且つ耐久性が改善されたＶベルトを提供することを目的とする。

本開示の一実施形態に係る負荷伝動用Ｖベルトは、複数のブロックがベルト長さ方向に並ぶように配設されると共に、それぞれが無端状の張力帯に係止され、前記複数のブロックの両側面がプーリ接触面となるように構成された負荷伝動用Ｖベルトであって、前記複数のブロックの各々は、補強材と、前記補強材を被覆する樹脂被覆層とで構成され、前記補強材は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む第１の炭素繊維強化樹脂で構成されており、前記樹脂被覆層は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む第２の炭素繊維強化樹脂で構成されている。

また、本開示の一実施形態に係る負荷伝動用Ｖベルトの製造方法は、複数のブロックがベルト長さ方向に並ぶように配設されると共に、それぞれが無端状の張力帯に係止され、前記複数のブロックの両側面がプーリ接触面となるように構成された負荷伝動用Ｖベルトの製造方法である。この方法は、射出成形、トランスファー成形、又は圧縮成形によって、第１の炭素繊維強化樹脂で構成された補強材を形成する工程と、射出成形、トランスファー成形、又は圧縮成形によって第２の炭素繊維強化樹脂を前記補強材上に接着成形させて前記複数のブロックの各々を形成する工程とを備えている。また、成形後の前記第１の炭素繊維強化樹脂及び成形後の前記第２の炭素繊維強化樹脂は、共に、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含んでいる。

本開示の一実施形態に係る負荷伝動用Ｖベルトの構成によれば、軽量化と高耐久性とを両立しうる。

図１は、本開示の一実施形態に係る負荷伝動用ＶベルトＢを示す図である。 図２は、図１に示す負荷伝動用ＶベルトのII-II線における断面を示す図である。 図３は、ブロックを示す図である。 図４は、張力帯を示す断面図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢを用いたベルト式無段変速装置を示す側面図である。 図６は、ブロックの成形方法を示す図である。

（実施形態）
−負荷伝動用Ｖベルトの構成−
図１は、本開示の一実施形態に係る負荷伝動用ＶベルトＢを示す図であり、図２は、図１に示す負荷伝動用ＶベルトのII-II線における断面を示す図である。この負荷伝動用ＶベルトＢは、比較的高い負荷を伝動することが要求される場合に好ましく用いられ、例えば１Ｌを越える高排気量の自動車等におけるベルト式無段変速装置等に用いられるものである。

図１及び図２に示すように、本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢでは、複数のブロック１０がベルト長さ方向に並ぶように配設されると共に、それぞれが無端状の張力帯２０に係止され、複数のブロック１０の両側面１１がプーリ接触面となるように構成されている。

複数のブロック１０の各々は、補強材１３と、該補強材１３の少なくとも一部を被覆する樹脂被覆層１４とで構成される。

この負荷伝動用ＶベルトＢは、例えば、ベルト長さが４５０〜７５０ｍｍ、ベルトピッチ幅が２０〜３０ｍｍである。高負荷伝動用ＶベルトＢは、例えば、ブロック１０の数が９０〜３７５個、ブロックピッチが２〜５ｍｍである。

図３は、ブロック１０を示す図である。同図は、ベルト長さ方向を正面とした場合の側面図である。

各ブロック１０は、正面から見た場合に上底が下底よりも長い略台形状となる板状体であって、ベルト幅方向の両側部のそれぞれに側方に開口したスリット状の嵌合部１２が形成されている。すなわち、各ブロック１０は、「Ｈ」の文字を横に倒したような形状に構成されている。

図３に示すように、各ブロック１０は、側面視で嵌合部１２より上側に位置する部分が均一な厚さに形成されている一方、嵌合部１２より下側に位置する部分の厚みが下方に向かうに従って薄くなるように形成されている。各ブロック１０は、例えば、高さが１０〜１６．５ｍｍ、幅が２０〜３０ｍｍ、及び厚さが２〜５ｍｍである。両側部のなす角度、すなわち、ベルト角度は例えば１５〜２６°である。

各ブロック１０の各嵌合部１２は、中央側の奥部から側部の開口に向かって（すなわち、ベルト幅方向に）同じ間隔で水平に延びるように形成されている。各嵌合部１２は、上側面にベルト幅方向に延びる断面半円状の突条からなる上側嵌合凸部１２ａが形成されていると共に、下側面にベルト幅方向に延びる断面円弧状の突条からなる下側嵌合凸部１２ｂが形成されている。各嵌合部１２は、奥部が上側面から連続して奥側に傾斜した面とその面に連続して外側に傾斜して下側面に続く面とによって構成されている。各嵌合部１２におけるベルト厚さ方向の隙間ｔ１は、例えば１〜３ｍｍであり、ベルト幅方向の奥行きは、例えば２〜５ｍｍである。

各ブロック１０は、骨格をなすように中央に配された補強材１３が上述の樹脂被覆層１４で被覆された構成を有する。なお、補強材１３は、その全体が樹脂被覆層１４で被覆されている必要はなく、少なくとも張力帯２０との接触部分及びプーリとの接触部分が被覆されていればよい。従って、プーリとの接触面となるブロック１０の両側面１１には、樹脂被覆層１４が露出していることになる。その他の部分では補強材１３が露出していてもよい。

補強材１３は、ブロック１０と同様に「Ｈ」の文字を横にしたような形状に形成され、ベルト幅方向に延びる上側ビーム１３ａ及び下側ビーム１３ｂの各ベルト幅方向の中央部同士がセンターピラー１３ｃによって上下に連結された構成を有する。

補強材１３は、例えば、上側ビーム１３ａの高さが５．０〜９．５ｍｍ、及び下側ビーム１３ｂの高さが５．０〜９．５ｍｍである。

本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢにおいて、補強材１３は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む炭素繊維強化樹脂（第１の炭素繊維強化樹脂）で構成されている。また、補強材１３を構成する炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の平均長さは、２５０μｍ以上であることが好ましく、５００μｍ以上であればより好ましい。このため、補強材１３は、金属で構成される場合に比べて軽量化されているのにも関わらず、良好な高負荷耐久性を示している。補強材１３中の炭素繊維長が３ｍｍ以上であればより耐久性が向上するので、好ましい。なお、補強材１３中の炭素繊維の最大長さの上限は特に限定されないが、例えば圧縮成形の場合は３０ｍｍ以下、トランスファー成形の場合は１０ｍｍ以下、射出成形の場合は８ｍｍ以下であれば成形が比較的容易になるので好ましい。
この炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量は、樹脂の成形が可能となる範囲であれば特に限定されないが、４０質量％以上７０質量％以下であると好ましく、５０質量％以上７０質量％以下であればより好ましく、４０質量％以上６０質量％以下であるとさらに好ましく、５０質量％以上６０質量％以下であると特に好ましい。

炭素繊維の含有量が４０％未満であると、耐疲労性が低下するおそれがあり、炭素繊維の含有量が７０質量％を超えると成形が困難となる。また、炭素繊維の含有量が６０％質量％を超えると圧縮成形は可能であるものの、射出成形が困難となる。従って、炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量を４０質量％以上６０質量％以下とすることで、高い強度と良好な耐疲労性とを維持しつつ、製造コストの低減を図ることができる。

補強材１３を構成する炭素繊維強化樹脂のマトリクス樹脂は、耐熱性の面から見て熱硬化性樹脂であることが好ましく、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以上の熱硬化性樹脂であればより好ましい。ここで、熱硬化性樹脂として、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂等が好ましく用いられる。

フェノール樹脂を構成しているフェノール類は、特に限定されず、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｏ−エチルフェノール、ｍ−エチルフェノール、ｐ−エチルフェノールなどのアルキルフェノール；１−ナフトール、２−ナフトールなどのナフトール類；ヒドロキシビフェニルなどのヒドロキシアリール化合物；多価フェノールやサリチル酸などの水酸基以外の官能基を有するフェノール化合物等が挙げられる。また、アルデヒド類は、特に限定されず、ホルムアルデヒド、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどが挙げられる。
また、フェノール樹脂は、硬化剤としてヘキサミンを加えたノボラック型フェノール樹脂またはレゾール型フェノール樹脂のどちらを使用してもかまわない。樹脂被覆層１４の層厚さは、部分によっても異なるが、例えば０．８〜１．５ｍｍ程度である。

補強材１３を構成する炭素強化樹脂は、例えばポリアクリロニトリル系炭素長繊維（以下、「ＰＡＮ系炭素長繊維」という。）を含んでいてもよい。ＰＡＮ系炭素長繊維のファイバ径は例えば５〜１５μｍである。ＰＡＮ系炭素長繊維は、引張強さが２３００ＭＰａ以上であることが好ましく、切断時伸度が０．４％以上であることが好ましく、引張弾性率が２３０ＧＰａ以上であることが好ましい。

カーボン長繊維は、ピッチ系カーボン長繊維を含んでいてもよい。ピッチ系カーボン長繊維のカーボン短繊維における含有量は例えば０〜２２質量％である。ピッチ系カーボン短繊維のファイバ径は例えば５〜１５μｍである。ピッチ系カーボン長繊維は、引張強さが２３００ＭＰａ以上であることが好ましく、切断時伸度が０．４％以上であることが好ましく、引張弾性率が２３０ＧＰａ以上であることが好ましい。
カーボン長繊維は、ＰＡＮ系カーボン長繊維のみで構成されていてもよく、また、ピッチ系カーボン長繊維のみで構成されていてもよく、さらに、ＰＡＮ系カーボン長繊維及びピッチ系カーボン長繊維がブレンドされたもののみで構成されていてもよいが、その他に気相成長系カーボン長繊維等を含んでいてもよい。

樹脂被覆層１４は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む炭素繊維強化樹脂（第２の炭素繊維強化樹脂）で構成される。このため、樹脂被覆層１４は、軽量化されているのにも関わらず、良好な高負荷耐久性を示している。樹脂被覆層１４中の炭素繊維長が３ｍｍ以上であればより耐久性が向上するので、好ましい。なお、樹脂被覆層１４中の炭素繊維の最大長さの上限は特に限定されないが、例えば、圧縮成形で３０ｍｍ以下、トランスファー成形で１０ｍｍ以下、射出成形で８ｍｍ以下であれば成形が比較的容易になるので好ましい。
樹脂被覆層１４を構成する炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量は、樹脂の成形が可能となる範囲であれば特に限定されないが、４０質量％以上７０質量％以下であると好ましく、４０質量％以上６０質量％以下であるとより好ましい。この構成により、高い強度と良好な耐疲労性とが両立されている。炭素繊維の含有量が、５０質量％以上６０質量％以下であれば特に好ましい。

樹脂被覆層１４を構成する炭素繊維強化樹脂のマトリクス樹脂は、摩擦及び摩耗特性や耐熱性の面から見て熱硬化性樹脂であることが好ましく、Ｔｇが１００℃以上の熱硬化性樹脂であればより好ましい。ここでも、熱硬化性樹脂として、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂等が好ましく用いられる。

樹脂被覆層１４を構成する炭素繊維強化樹脂は、マトリクス樹脂及び炭素長繊維の他、パラアラミド短繊維、グラファイト粉末等を含んでいてもよい。パラアラミド短繊維は、例えば、繊維長が１〜３ｍｍであり、マトリクス樹脂１００質量部に対する添加量が２〜５質量部である。グラファイト粉末は、例えば、粒径が５〜１０μｍであり、マトリクス樹脂１００質量部に対する添加量が１５〜２０質量部である。

なお、樹脂被覆層１４において、炭素繊維の最大長さや炭素繊維の含有量、使用されるマトリクス樹脂等は、補強材１３と同様にしてもよいが、ベルトの使用条件等に応じて適宜変更することもできる。

図４は、張力帯２０を示す断面図である。同図は、ベルト長さ方向における張力帯２０の断面を示している。

各張力帯２０は、エンドレスの平帯状に形成されている。各張力帯２０は、一方の側部がブロック１０の奥部の形状に対応するように上側及び下側のそれぞれで面取り加工されており、他方の側部がブロック１０の側部の傾斜に対応した傾斜面に形成されている。各張力帯２０は、上側面にベルト幅方向に延びる断面Ｕ字溝からなる上側嵌合凹部２１ａがベルト長さ方向に一定ピッチで形成されていると共に、上側嵌合凹部２１ａに対応するように、下側面にベルト幅方向に延びる断面円弧溝からなる下側嵌合凹部２１ｂがベルト長さ方向に一定ピッチで形成されている。各張力帯２０は、例えば、長さが４５０〜７５０ｍｍ、幅が２０〜３０ｍｍ、及び厚さが２〜５ｍｍである。特に上側嵌合凹部２１ａと下側嵌合凹部２１ｂとの底部間の最も薄い部分（嵌め入れ部分）の厚さｔ２は例えば１．０〜３．０ｍｍである。

各張力帯２０は、本体を構成する保形ゴム層２２のベルト厚さ方向の略中央に、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように配された心線２３が埋設されていると共に、上側面に上側補強布２４及び下側面に下側補強布２５がそれぞれ貼設された構成を有する。

保形ゴム層２２は、水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）やエチレンプロピレンジエンゴム（ＥＰＤＭ）等を原料ゴムとするゴム組成物で形成されている。保形ゴム層２２を構成するゴム組成物は、ジメタクリル酸亜鉛やジアクリル酸亜鉛等の不飽和カルボン酸金属塩が原料ゴムに添加されて強化されたものであることが好ましい。また、当該ゴム組成物は、補強材であるカーボンブラック或いはシリカの他、アラミド短繊維やナイロン短繊維等の有機短繊維が配合されて補強されていることが好ましく、さらに、ジクミルパーオキサイド等の有機過酸化物で架橋されていることが好ましい。保形ゴム層２２を構成するゴム組成物は、ＪＩＳ−Ｃ硬度計で測定したときに７５°以上のゴム硬度を有するものであることが好ましい。

心線２３は、アラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、炭素繊維等の高強度繊維からなる撚り糸或いは組紐にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する処理及び／又はゴム糊に浸漬した後に乾燥させる処理が施されたもので構成されている。心線２３は、例えば、２６４０〜４４００ｄｔｅｘのフィラメント束で構成され、外径が０．５５〜０．７０ｍｍである。

上側補強布２４及び下側補強布２５のそれぞれは、アラミド繊維やナイロン繊維等の織布、編物、或いは不織布にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する処理及び／又はゴム糊に浸漬或いはゴム糊をコートした後に乾燥させる処理が施されたもので構成されている。上側補強布２４及び下側補強布２５のそれぞれの厚さは、例えば０．６〜１．２ｍｍ程度である。

この負荷伝動用ＶベルトＢでは、複数のブロック１０の嵌合部１２にそれらを連結するように張力帯２０が嵌め入れられている。具体的には、各ブロック１０の各嵌合部１２には、面取り加工された一方の側部の方から張力帯２０が挿入され、嵌合部１２の上側面の上側嵌合凸部１２ａが張力帯２０の上側面の上側嵌合凹部２１ａに嵌合すると共に、嵌合部１２の下側面の下側嵌合凸部１２ｂが張力帯２０の下側面の下側嵌合凹部２１ｂに嵌合し、且つ嵌合部１２の奥部に張力帯２０の一方の側部が当接するように、嵌合部１２に張力帯２０が嵌め入れられている。そして、それによって複数のブロック１０が一対の張力帯２０にベルト長さ方向に間隔をおいて係止固定された構造が構成されると共に、複数のブロック１０の両側面１１及び外側に露出した張力帯２０の他方の側面がプーリ接触面になるよう構成されている。

また、本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢでは、ブロック１０の嵌合部１２の隙間ｔ１が張力帯２０の嵌合凹部間における厚さｔ２よりも若干小さい。従って、張力帯２０は圧縮状態でブロック１０の嵌合部１２に嵌め入れられている。ここで、その締め代ｔ２−ｔ１は例えば０．０３〜０．１５ｍｍであり、ブロック１０の嵌合部１２の隙間の隙間ｔ１に対する締め代ｔ２−ｔ１の割合である締め代率をα＝｛（ｔ２−ｔ１）／ｔ１｝×１００で表すとするとα＝１〜５％であることが好ましい。

なお、図２に示すように、この負荷伝動用ＶベルトＢにおいて、張力帯２０はブロック１０の嵌合部１２からはみ出して一部が突出した状態に設けられていてもよい。この構成によれば、負荷伝動用ＶベルトＢがプーリに突入する際の衝撃を突出した張力帯２０により緩和することができる。ここで、その出代Δｄは例えば０．０３〜０．１５ｍｍ程度であることが好ましい。

−負荷伝動用ＶベルトＢの適用例−
本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢの適用例として、ベルト式無段変速装置を挙げて説明する。

図５（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢを用いたベルト式無段変速装置３０を示す側面図である。

このベルト式無段変速装置３０は、駆動軸３１とそれに平行に配置された従動軸３３とを備え、駆動軸３１上に駆動プーリ３２が、また、従動軸３３上に駆動プーリ３２と略同径の従動プーリ３４が、それぞれ設けられている。駆動プーリ３２は、駆動軸３１上に回転一体に且つ摺動不能に固定された固定シーブとそれに対向するように回転一体に且つ摺動可能に支持された可動シーブとを備えている。同様に、従動プーリ３４は、従動軸３３上に回転一体に且つ摺動不能に固定された固定シーブとそれに対向するように回転一体に且つ摺動可能に支持された可動シーブとを備えている。駆動プーリ３２及び従動プーリ３４のそれぞれは、固定シーブと可動シーブとの間にＶ溝が構成され、これらの駆動プーリ３２及び従動プーリ３４のＶ溝間に負荷伝動用ＶベルトＢが巻き掛けられている。駆動プーリ３２及び従動プーリ３４のそれぞれは、プーリピッチ径が５５〜１５５ｍｍの範囲で可変に構成されている。

そして、このベルト式無段変速装置３０では、ベルト伝動に要する動力が駆動軸３１側で供給されて従動軸３３側で消費され、また、駆動プーリ３２のベルト巻き掛け径及び従動プーリ３４の巻き掛け径が変化することにより負荷伝動用ＶベルトＢの走行速度が変化するように構成されている。具体的には、駆動プーリ３２の可動シーブを固定シーブに接近させ、且つ従動プーリ３４の可動シーブを固定シーブから遠ざけると、図５（ａ）に示すように、駆動プーリ３２のベルト巻き掛け径の方が従動プーリ３４のベルト巻き掛け径よりも大きくなり、その結果、負荷伝動用ＶベルトＢは高速で走行することとなる。逆に、駆動プーリ３２の可動シーブを固定シーブから遠ざけ、且つ従動プーリ３４の可動シーブを固定シーブに接近させると、図５（ｂ）に示すように、駆動プーリ３２のベルト巻き掛け径の方が従動プーリ３４のベルト巻き掛け径よりも小さくなり、その結果、負荷伝動用ＶベルトＢは低速で走行することとなる。

−負荷伝動用Ｖベルトの効果−
本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢによれば、複数のブロックの各々が補強材１３と樹脂被覆層１４とで構成されているとともに、補強材１３は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む炭素繊維強化樹脂で構成されている。この構成によれば、補強材１３は、繊維長が短い炭素繊維を含有する樹脂で構成される場合に比べて耐久性が大きく向上する。その上、補強材がアルミニウム等の金属で構成される場合に比べて大きく軽量化されるので、ベルトの伝動効率が高くなり、車両の燃費を向上させることができる。

また、本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢでは、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む炭素繊維強化樹脂で構成された樹脂被覆層１４によって補強材１３の少なくとも一部が覆われているので、優れた摩擦特性及び摩耗特性が得られるとともに、樹脂被覆層１４の耐久性が大きく向上している。

従って、本実施形態の負荷伝動ＶベルトＢは、従来のベルトに比べて大幅に軽量化されていながら、高い負荷が加えられた状態でも高い耐久性を示すことができる。また、ブロック１０が別個に成形され、共に炭素繊維強化樹脂で構成された補強材１３及び樹脂被覆層１４で構成されているので、ブロック１０全体の強度を高いレベルで維持しつつ、ベルトの用途に応じて補強材１３と樹脂被覆層１４とで炭素繊維の含有量を変化させたり、炭素繊維の配向を異なるものとしたりすることが可能となる。

炭素繊維の長さは、補強材１３で３ｍｍ以上、樹脂被覆層１４で１ｍｍ以上が好ましい。炭素繊維の配向について、補強材１３ではセンターピラー１３ｃと上ビーム１３ａのつけ根形状に沿っているのが好ましく、樹脂被覆層１４ではセンターピラー１３ｃと下ビーム１３ｂのつけ根形状に沿っているのが好ましい。炭素繊維含有量は、補強材１３で５０質量％以上７０質量％以下、樹脂被覆層１４で４０質量％以上７０質量％以下であることが好ましい。補強材１３のマトリクス樹脂と樹脂被覆層１４のマトリクス樹脂は、接着強度の点で接着面の表面処理をしない限り同種であることが好ましい。

また、補強材１３及び樹脂被覆層１４をそれぞれ構成する炭素繊維強化樹脂のマトリクス樹脂が、共に１００℃以上のガラス転移温度を有していることにより、ブロック１０の耐摩耗性及び耐久性をさらに向上させることができる。

また、補強材１３及び樹脂被覆層１４をそれぞれ構成する炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量がそれぞれ４０質量％以上７０質量％以下であることにより、高い強度と良好な耐疲労性とを両立させつつ、補強材１３及び樹脂被覆層１４の成形を容易にすることが可能となる。炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量が６０質量％であれば、射出成形が可能となるので、生産効率を向上させることができる点でより好ましい。

なお、本実施形態の負荷伝動用ＶベルトＢにおいて、ブロック１０の形状は略Ｈ字状であるが、負荷伝動用Ｖベルトは、Ｃ字状のブロックの嵌合部に１本の張力帯２０が挟み込まれたような形状であってもよい。

また、上記で説明した負荷伝動用Ｖベルトや以下で説明する製造方法は、実施形態の１つであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

−負荷伝動用Ｖベルトの製造方法−
次に、負荷伝動用ＶベルトＢの製造方法について説明する。
（１）ブロック成形工程
まず、繊維束の内部までフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させるとともに、５ｍｍ以上３０ｍｍ以下に裁断された炭素繊維で構成されたペレット（樹脂材料）を公知の方法によって準備する。ペレットにおける炭素繊維含有量は、例えば４０質量％〜７０質量％程度とする。

次いで、射出成形、トランスファー成形、又は圧縮成形によって上記のペレットを例えばＨ字状に成形することによって、炭素繊維強化樹脂で構成された補強材１３を形成する。ここで、炭素繊維の内部までフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂が含浸されているので、射出成形、トランスファー成形の場合、成形時の流動によって炭素繊維が開繊及び分散する。

本工程で、射出成形をする場合、上述の炭素繊維ペレットに（０％以上）５質量％以下のアルコール系又はケトン系の有機溶剤を均一に加える。なお、有機溶剤の添加は任意であるが、有機溶剤の添加によって、ペレットの流動性を高めて成形性を向上させ、炭素繊維の折損を抑制を図ることができる。ペレット中の炭素繊維含有量は、４０％以上６０％以下とする。

このペレットを射出成形機のシリンダーに入れ、８０〜１００℃程度に熱した状態で１６０〜２３０℃程度に熱した金型に注入する。このまま保圧、加熱硬化し、金型から補強材１３を取り出す。射出成形の場合、補強材１３中の炭素繊維の長さは成形前に比べて短くなる。

また、本工程でトランスファー成形をする場合、炭素繊維含有量を４０質量％以上７０質量％とした炭素繊維ペレットに（０％以上）５質量％以下のアルコール系又はケトン系の有機溶剤を均一に加える。ここで、成形品中の炭素繊維の含有量を上げたい場合には、有機溶剤中で炭素繊維ペレットの樹脂成分を溶出させてもよい。

次に、炭素繊維ペレットをトランスファー成形機のポット部分にセットし、圧力をかけて溶解した炭素繊維ペレットを金型内に注入する。所定の期間１６０〜２３０℃程度で保持して樹脂を架橋させた後、金型から成形された補強材１３を取り出す。トランスファー成形の場合、補強材１３中の炭素繊維の長さは成形前に比べて若干短くなる。

また、本工程で圧縮成形をする場合、例えば炭素繊維含有量を４０質量％以上７０質量％とした炭素繊維ペレットを準備する。次に、炭素繊維ペレットを熱した金型内に入れ、加圧成形機で加圧することによって硬化させる。樹脂の硬化後、金型から成形された補強材１３を取り出す。圧縮成形は、射出成形やトランスファー成形に比べ、炭素繊維含有量が多い場合や炭素繊維が長い場合であっても成形することができる。なお、圧縮成形の場合、炭素繊維の長さは成形前後でほとんど変化しない。

次に、ブロック１０の成形を行う。この工程においても、射出成形、トランスファー成形、又は圧縮成形によって、補強材１３上に樹脂被覆層１４を接着成形することで、ブロック１０を形成する。

図６は、ブロック１０の成形方法を示す図である。射出成形又はトランスファー成形の場合、図６に示すようなブロック成形機の金型のキャビティＣ内に補強材１３を配置して型締めした後、キャビティＣ内に、上述した炭素繊維ペレット（炭素繊維強化樹脂）Ｍを、マトリクス樹脂を溶融させた状態で供給することによりブロック１０を成形する。ここでも、炭素繊維ペレットに含まれる炭素繊維の最大長さは５ｍｍ以上とする。

キャビティＣへの炭素繊維強化樹脂Ｍの供給は、例えばキャビティＣの内壁における補強材１３の側面に対向する部分から行ってもよい。

次いで、金型を型開きしてブロック１０を取り出す。その後、ブロック１０にアフターキュア処理等することにより樹脂被覆層１４を十分に硬化させてもよい。アフターキュア温度は例えば１９０〜２５０℃であり、アフターキュア時間は例えば２〜４時間である。
（２）張力帯作製工程
なお、これらの処理の前に撚り糸等にエポキシ溶液やイソシアネート溶液に浸漬した後に乾燥させる処理を施してもよい。

張力帯２０の嵌合凹部形状の金型軸方向に延びる突条が周方向に等ピッチで設けられた円筒金型を筒状に形成した下側補強布２５で被覆し、その上にシート状に加工した未架橋ゴム組成物を所定層設ける。

続いて、心線２３を等ピッチで螺旋状に巻き付け、その上に再びシート状に加工した未架橋ゴム組成物を所定層設け、その上から筒状に形成した上側補強布２４を被せる。

次いで、内周面が上側嵌合凹部形状のスリーブを最外層に被せる。

そして、加熱加圧装置の中に材料をセットした円筒金型を入れ、装置内を所定の温度及び圧力に設定して所定時間その状態を保持する。以上のようにして、円筒金型表面に円筒状のスラブが成形される。

最後に、加熱加圧装置から円筒金型を取り出し、その周面上に形成された円筒状のスラブを脱型し、これを所定幅の帯状に輪切りし、それを面取り加工等を行うことにより張力帯２０を得る。
（３）組立工程
一方の張力帯２０の上側嵌合凹部２１ａにブロック１０の嵌合凸部１２ａを対応させ、上側嵌合凹部２１ａに嵌合凸部１２ａが嵌め入れられるように、ブロック１０の一方の嵌合部１２に張力帯２０を挿入し、ブロック１０を張力帯２０に係止させる。この操作を張力帯２０の全周について行う。同様に、他方の張力帯２０をブロック１０の他方の嵌合部１２に挿入し、それによって負荷伝動用ＶベルトＢを得る。

以下の実施例及び比較例を行った。実施例の内容は表１にも示し、比較例の内容は表２、３にも示す。

−負荷伝動用Ｖベルト−
＜実施例１＞
フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さ１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製；CF9010L12）を圧縮成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が１２ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットを用いて、圧縮成形にて炭素繊維の含有量が７０質量％、比重が１．６１、最大の炭素繊維長が７ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜実施例２＞
フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さ１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製；CF9010L12）をトランスファー成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が８ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットに３質量％のメチルアルコールを均一に噴霧したものを用いて、トランスファー成形にて炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が１１ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜実施例３＞
フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さ１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製；CF9010L12）のフェノール樹脂分をメタノール溶剤中で除去し、乾燥させて再ペレット化させ、圧縮成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が７０質量％、比重が１．６１、最大の炭素繊維長が１２ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットに３質量％のメチルアルコールを均一に噴霧したものを用いて、射出成形にて炭素繊維の含有量が４０質量％、比重が１．４６、最大の炭素繊維長が４ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜実施例４＞
フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さ１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製；CF9010L12）に５質量％のメチルアルコールを均一に噴霧したものを、射出成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が６０質量％、比重が１．５６、最大の炭素繊維長が３ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットに３質量％のメチルアルコールを均一に噴霧したものを用いて、射出成形にて炭素繊維の含有量が４０質量％、比重が１．４６、最大の炭素繊維長が３ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜比較例１＞
フェノール樹脂が含浸された繊維長さ１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製；CF9010L12）のフェノール樹脂分をメタノール溶剤中で除去し、乾燥させて再ペレット化させ、圧縮成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が７０質量％、比重が１．６１、最大の炭素繊維長が１２ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットをロール混練によって炭素繊維を折損させたものを用いて、射出成形にて炭素繊維の含有量が４０質量％、比重が１．４６、最大の炭素繊維長が０．５ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜比較例２＞
フェノール樹脂が含浸された繊維長さ１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製；CF9010L12）に粉末状のフェノール樹脂をドライブレンドしたものを、圧縮成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が３０質量％、比重が１．４２、最大の炭素繊維長が１２ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットに粉末状のフェノール樹脂をドライブレンドしたものを用いて、圧縮成形にて炭素繊維の含有量が４０質量％、比重が１．４６、最大の炭素繊維長が１２ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜比較例３＞
フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さ１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製；CF9010L12）を圧縮成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が１２ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍ、炭素繊維の含有量が７０％の炭素繊維ペレットを用いて射出成形をしようとしたが、長繊維の配合量が多く、成形できなかった。
＜比較例４＞
アルミニウム製の１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材を補強材とした。この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製CF9010L12）をロール混練によって炭素繊維を折損させたものを用いて、トランスファー成形にて炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が０．５ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜比較例５＞
ナイロン６６をマトリクスとした最大長さ１１ｎｍの炭素繊維を含む長繊維ペレット（ダイセル化学社製；商品名：プラストロン）を、射出成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が３０質量％、比重が１．２５、最大の炭素繊維長が４ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットを用いて、圧縮成形にて炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が１２ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜比較例６＞
ナイロン６６をマトリクスとした炭素繊維を含む長繊維ペレット（ダイセル化学社製；商品名：プラストロン）を、射出成形しようとしたが、長繊維の配合量（４０質量％）が多く、成形できなかった。
＜比較例７＞
フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さ１２ｎｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製CF9010L12）をロール混練によって炭素繊維を折損させたものを、射出成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が０．５ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットを用いて、圧縮成形にて炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が１２ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。
＜比較例８＞
フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さ１２ｎｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製CF9010L12）に５質量％のメチルアルコールを均一に噴霧したものを、射出成形にて１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材に成形して補強材とした。得られた補強材は、炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が０．６ｍｍであった。

この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された、最大の繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレットに７質量％のメチルアルコールを均一に噴霧したものを用いて、射出成形しようとしたが、溶剤含有量が多すぎて成形できなかった。
＜比較例９＞
アルミニウム製の１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２ｍｍ厚の板材を補強材とした。この補強材を金型のキャビティに配置し、上記フェノール樹脂が含浸された繊維長さが１２ｍｍの炭素繊維ペレット（住友ベークライト社製CF9010L12）に３質量％のメチルアルコールを均一に噴霧したものを用いて、トランスファー成形にて炭素繊維の含有量が５０質量％、比重が１．５１、最大の炭素繊維長が１０ｍｍとなる樹脂被覆層を補強材上に接着成形し、１２０ｍｍ×１２０ｍｍ×２．６ｍｍ厚の板材とした。得られた２層の板材をダンベル型に切り出して疲労試験片とした。

−成形品中の炭素繊維長さの測定−
各実施例及び比較例の方法により得られた補強材及び樹脂被覆層中の炭素繊維の長さは、以下のようにして測定した。

成形品を窒素雰囲気中４５０℃の炉に１６時間置き、樹脂分を分解・揮発させた。残存した炭素繊維を無作為に１００本抽出し、その中で最大となる炭素繊維の長さを炭素繊維の最大長さとした。

−高温高負荷耐久性評価試験−
１００℃雰囲気中で４点曲げ疲労試験を行い、疲労試験片が破壊するまでの繰り返し回数が１０^７回以上となる荷重が３００Ｎ以上であるものを高負荷耐久性有り（表１、３に示す○印）とした。

−評価結果−
表１に示す実施例１〜４での結果から、樹脂材料中の炭素繊維の含有量が４０質量％以上７０質量％以下の範囲では、圧縮成形、トランスファー成形、又は射出成形によって補強材の成形、樹脂被覆層の成形とも良好に行うことができることが確認できた。ただし、実施例３、４と比較例３との比較から、マトリクス樹脂をフェノール樹脂とし、炭素繊維の長さが５ｍｍ以上と長い場合、炭素繊維の含有量が６０質量％以下でなければ射出成形が行えないことが確認できた。

また、補強材と樹脂被覆層に含まれる炭素繊維の長さを少なくとも１ｍｍ以上とすることで、アルミニウム製の補強材を用いる場合に比べて大幅な軽量化が実現できる上、高負荷がかかった状態での耐疲労性をアルミニウム製の補強材を用いる場合と同等以上にすることができることも分かった（実施例２、比較例９参照）。ここで、実施例２に係る試験片の耐久性が比較例９に係る試験片の耐久性よりも若干高くなっているのは、補強材と被覆材とが同種の樹脂で構成されている方が、補強材と被覆材との接着強さが強くなるためである。

また、実施例１〜４と比較例１、４の結果から、補強材の強度が十分に高くても、樹脂被覆層（被覆材）に含まれる炭素繊維長が短い場合には十分な耐久性が得られないことが分かった。

一方で、実施例１〜４と比較例７の結果からは補強材に含まれる炭素繊維の長さが短い場合には樹脂被覆層中の炭素繊維の長さが１ｍｍ以上であっても十分な耐久性が得られないことが分かった。従って、補強材と樹脂被覆層の両方が繊維長の長い炭素繊維を含んでいることで優れた耐久性を示す負荷伝動用Ｖベルトを実現できることが確認された。

以上説明したように、本開示の一実施例に係る負荷伝動用Ｖベルトは、自動車等、種々の装置における動力の伝動に用いることができる。

１０ ブロック
１１ 側面
１２ 嵌合部
１２ａ 上側嵌合凸部
１２ｂ 下側嵌合凸部
１３ 補強材
１３ａ 上側ビーム
１３ｂ 下側ビーム
１３ｃ センターピラー
１４ 樹脂被覆層
２０ 張力帯
２１ａ 上側嵌合凹部
２１ｂ 下側嵌合凹部
２２ 保形ゴム層
２３ 心線
２４ 上側補強布
２５ 下側補強布
３０ ベルト式無段変速装置
３１ 駆動軸
３２ 駆動プーリ
３３ 従動軸
３４ 従動プーリ

Claims (9)

1. 複数のブロックがベルト長さ方向に並ぶように配設されると共に、それぞれが無端状の張力帯に係止され、前記複数のブロックの両側面がプーリ接触面となるように構成された負荷伝動用Ｖベルトであって、
   前記複数のブロックの各々は、補強材と、前記補強材を被覆する樹脂被覆層とで構成され、
   前記補強材は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む第１の炭素繊維強化樹脂で構成されており、
   前記樹脂被覆層は、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含む第２の炭素繊維強化樹脂で構成されている、負荷伝動用Ｖベルト。
2. 請求項１に記載の負荷伝動用Ｖベルトにおいて、
   前記第２の炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量は、４０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする負荷伝動用Ｖベルト。
3. 請求項１又は２に記載の負荷伝動用Ｖベルトにおいて、
   前記第１の炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量は、５０質量％以上７０質量％以下であることを特徴とする負荷伝動用Ｖベルト。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の負荷伝動用Ｖベルトにおいて、
   前記第１の炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量は、５０質量％以上６０重量％以下であり、
   前記第２の炭素繊維強化樹脂中の炭素繊維の含有量は、４０質量％以上６０質量％以下であることを特徴とする負荷伝動用Ｖベルト。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の負荷伝動用Ｖベルトにおいて、
   前記第１の炭素繊維強化樹脂及び前記第２の炭素繊維強化樹脂のマトリクス樹脂はガラス転移温度が１００℃以上の熱硬化性樹脂であることを特徴とする負荷伝動用Ｖベルト。
6. 複数のブロックがベルト長さ方向に並ぶように配設されると共に、それぞれが無端状の張力帯に係止され、前記複数のブロックの両側面がプーリ接触面となるように構成された負荷伝動用Ｖベルトの製造方法であって、
   射出成形、トランスファー成形、又は圧縮成形によって、第１の炭素繊維強化樹脂で構成された補強材を形成する工程と、
   射出成形、トランスファー成形、又は圧縮成形によって第２の炭素繊維強化樹脂を前記補強材上に接着成形させて前記複数のブロックの各々を形成する工程とを備え、
   成形後の前記第１の炭素繊維強化樹脂及び成形後の前記第２の炭素繊維強化樹脂は、共に、最大長さが１ｍｍ以上の炭素繊維を含んでいる、負荷伝動用Ｖベルトの製造方法。
7. 請求項６に記載の負荷伝動用Ｖベルトの製造方法において、
   前記第１の炭素繊維強化樹脂及び前記第２の炭素繊維強化樹脂は、繊維束の内部まで樹脂によって含浸され、５ｍｍ以上に裁断された炭素繊維で構成されたペレットを用いてそれぞれ成形されることを特徴とする負荷伝動用Ｖベルトの製造方法。
8. 請求項６又は７に記載の負荷伝動用Ｖベルトの製造方法において、
   前記第１の炭素繊維強化樹脂及び前記第２の炭素繊維強化樹脂は、射出成形によってそれぞれ成形され、成形後の前記第１の炭素繊維強化樹脂及び前記第２の炭素繊維強化樹脂の炭素繊維の含有量は、それぞれ４０質量％以上６０質量％以下であることを特徴とする負荷伝動用Ｖベルトの製造方法。
9. 請求項６又は７に記載の負荷伝動用Ｖベルトの製造方法において、
   前記補強材を形成する工程、及び前記各ブロックを形成する工程では、成形前の樹脂材料に０質量％以上５質量％以下のアルコール系又はケトン系の有機溶剤が含まれていることを特徴とする負荷伝動用Ｖベルトの製造方法。

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