JP4834331B2 - 摩擦伝動ベルト及びそれを用いたベルト伝動装置 - Google Patents

Description

本発明は、ローエッジ型の摩擦伝動ベルト及びそれを用いたベルト伝動装置に関する。

自動車のエンジンに取り付けられたクランクプーリを駆動プーリとした補機駆動用ベルト伝動装置には、一般的に動力伝動用ベルトとしてＶリブドベルトが用いられている。

例えば、特許文献１には、ベルト長手方向に沿って心線を埋設したゴム層と、そのゴム層に隣接してベルト長手方向に延びるリブ部を有するＶリブドベルトであり、リブ部が短繊維を含まないゴム弾性体からなる内層と、短繊維を三次元的にランダムに配向させたゴム弾性体の外層からなり、外層の表面に存在する短繊維を起毛させた構成のものが開示されている。そして、これによれば、正確に成形したリブ部の外層に存在する短繊維を起毛させてベルト走行時の騒音を軽減することができる、と記載されている。

ところで、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置では、エアコン用コンプレッサを駆動するためのエアコンプーリとして、マグネットクラッチによりＯＮ／ＯＦＦ切替するものが主として用いられてきた。しかしながら、マグネットクラッチを用いたエアコンプーリでは、ＯＮ／ＯＦＦ切替持に衝撃が発生し、それが車両の静粛性を損なうという問題があることから、近年、エアコンプーリとして、通常はトルク変動を吸収しながらコンプレッサに動力を伝達する一方、トルクが所定値以上となった場合にはリミッタが切れるように構成されたＤＬ（Damping & Limiting）プーリが広く用いられるようになってきている。

ＤＬプーリのエアコンプーリは、コンプレッサが焼き付く等してロックすると、Ｖリブドベルトがロックしたプーリ上をスリップし、伝達されるトルクが所定値以上となってリミッタが切れると共に無負荷状態で空回りするようになっている。そして、これによって、Ｖリブドベルトがロックしたプーリ上をスリップし続けて発熱により破損することが回避され、他の補機駆動が損なわれるのが防止されている。
特開２００４−３１６７８７号公報

ところが、Ｖリブドベルトのエアコンプーリへの巻き付け角度が小さいプーリレイアウトであったり、Ｖリブドベルトに負荷される張力が低かったりすると、Ｖリブドベルトがロックしたプーリ上でスリップしてもリミッタを切るのに十分なトルクがＤＬプーリに作用せず、ＤＬプーリの正常な機能が営まれない場合が想定される。そして、そのような場合、Ｖリブドベルトは、ロックしたプーリ上をスリップし続けると、発熱により破損に至ることとなる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、例えば、ＤＬプーリがロックした場合に、そのリミッタを確実に切ることができる摩擦伝動ベルト及びそれを用いたベルト伝動装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、 所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリを備えたベルト伝動装置において、該複数のプーリに巻き掛けられる摩擦伝動ベルトであって、
ベルト本体の少なくとも上記ＤＬプーリに接触するプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていると共に、該プーリ接触部分の表面に露出した短繊維が該プーリ接触部分の表面から突出しており、
上記ＤＬプーリが回転不能となって上記プーリ接触部分が該ＤＬプーリ上をスリップすると、該プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の数が減ずることにより、該プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まることを特徴とする。

上記の構成によれば、プーリ接触部分が所定条件で回転不能に固定されたプーリ上をスリップすると、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維が切断され、また、プーリ接触部分が短繊維との接着性能、或いは、短繊維の保持性能の低いエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていることも相俟って短繊維が抜け、その数が減少し、プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まる。従って、例えば、ＤＬプーリがロックしたような場合、プーリ接触部分がロックしたプーリ上をスリップして見掛けの動摩擦係数が高まることにより、ロックしたＤＬプーリに作用するトルクも高くなり、それによってＤＬプーリのリミッタを確実に切ることができる。ここで、見掛けの動摩擦係数とは、摩擦伝動ベルトのプーリへの楔効果により補正された動摩擦係数のことである。

上記の構成のようにするには、上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維を、固形分濃度が３０質量％以下であるレゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液（以下、「ＲＦＬ水溶液」という。）に浸漬した後に加熱する処理が施されたものとすればよい。

また、上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維を、その表面がレゾルシン・ホルマリン・ラテックス被膜（以下、「ＲＦＬ被膜」という。）で被覆されていないものとしてもよい。この場合、ＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する処理を施さなければよい。

そして、上記摩擦伝動ベルトにより、それを所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリに巻き掛けたベルト伝動装置を構成することができる。

以上説明したように、本発明によれば、例えば、ＤＬプーリがロックしたような場合、プーリ接触部分がロックしたＤＬプーリ上をスリップして見掛けの動摩擦係数が高まることにより、ロックしたＤＬプーリに作用するトルクも高くなり、それによってＤＬプーリのリミッタを確実に切ることができる。

（本発明の摩擦伝動ベルトの構成）
本発明の摩擦伝動ベルトは、ベルト本体の少なくともプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されている。また、摩擦伝動ベルトは、プーリ接触部分の表面に露出した短繊維がプーリ接触部分の表面から突出している。そして、プーリ接触部分が所定条件で回転不能に固定されたプーリ上をスリップすると、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の数が減ずることにより、プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まるように構成されている。

このような摩擦伝動ベルトによれば、プーリ接触部分が所定条件で回転不能に固定されたプーリ上をスリップすると、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維が切断され、また、プーリ接触部分が短繊維との接着性能、或いは、短繊維の保持性能の低いエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていることも相俟って短繊維が抜け、その数が減少し、プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まる。従って、例えば、ＤＬプーリがロックしたような場合、プーリ接触部分がロックしたプーリ上をスリップして見掛けの動摩擦係数が高まることにより、ロックしたＤＬプーリに作用するトルクも高くなり、それによってＤＬプーリのリミッタを確実に切ることができる。

ここで、摩擦伝動ベルトの見掛けの動摩擦係数とは、摩擦伝動ベルトのプーリへの楔効果により補正された動摩擦係数のことである。その求め方について図１に基づいて説明する（図１は、ベルト摩擦試験機の概略構成を示す）。

まず、摩擦伝動ベルトＡから短冊状の試験片を切り出し、その中間部分を所定のプーリ径のプーリに掛け渡し、一端側を延ばして固定体２２に取り付けられたロードセル２３に止着する一方、他端に荷重２４を吊す。このとき、摩擦伝動ベルトＡの荷重２４の吊り下げ側部分に加わる張力をＴｓとする。また、摩擦伝動ベルトＡのプーリ２１への巻付角度をθとする。

続いて、この状態で、摩擦伝動ベルトＡのロードセル２３への止着側部分に張力が加えられる方向（図１の反時計回り方向）にプーリ２１を回転駆動させ、ロードセル２３により摩擦伝動ベルトＡのロードセル２３への止着側部分加えられる張力を検知する。具体的には、摩擦伝動ベルトＡの荷重２４の吊り下げ側部分に加わる張力を一定のＴｓに保持しつつ、所定範囲の回転速度（滑り速度）でプーリ２１を回転駆動させ、プーリ２１上で摩擦伝動ベルトＡが滑っているときのロードセル２３の検知張力を読み取る。このとき、ロードセル２３が検知する張力をＴｔとする。

そして、見掛けの動摩擦係数をμ’とすると、Ｅｕｌｅｒの式により、
ｅｘｐ（μ’θ）＝Ｔｔ／Ｔｓ
が成立する。

これより、
μ’＝ｌｎ（Ｔｔ／Ｔｓ）／θ
を求めることができる。

なお、測定に用いられるプーリ２１の外径は、測定される摩擦伝動ベルトＡに使用する最小径のプーリに近いプーリ径とするのがよく、例えば、平ベルトで５０〜１００ｍｍ、Ｖベルトで７０〜１００ｍｍ、そして、Ｖリブドベルトで５０〜１００ｍｍである。また、プーリ２１の周速は、例えば、平ベルトで１０〜５０ｍｍ／ｓ、Ｖベルト及びＶリブドベルトで１００〜１５０ｍｍ／ｓである。この周速は、実用でのもの（２０〜３０ｍ／ｓ）に比べるとはるかに遅い。

上記のように見掛けの動摩擦係数が上昇する特性は、短繊維のベルト本体への接着性能、或いは、ベルト本体の短繊維の保持性能を低くする手段を短繊維側に施すことにより得ることができる。

例えば、プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維として、固形分濃度が３０質量％以下であるＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する処理が施されたものを用いればよい。このように、固形分濃度の低いＲＦＬ水溶液で処理した短繊維を用いれば、短繊維の表面を被覆するＲＦＬ被膜の膜厚が薄くなり、短繊維のベルト本体に対する接着性能が低くなるので、プーリ接触部分がプーリ上をスリップした際に、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維が容易に脱落する。ここで、ＲＦＬ水溶液の固形分濃度が３０質量％よりも高くなると、短繊維の表面を被覆するＲＦＬ被膜の膜厚が厚くなって接着性能が高くなり、プーリ接触部分がプーリ上をスリップした際に、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の脱落が十分に起こらない。

また、プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維として、その表面がＲＦＬ被膜で被覆されていないものを用いればよい。このように、ＲＦＬ被膜を付着させる処理が施されていない短繊維を用いれば、ベルト本体が短繊維を物理的に保持するだけであり、ベルト本体の短繊維の保持性能が低くなるので、プーリ接触部分がプーリ上をスリップした際に、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維が容易に脱落する。

本発明の摩擦伝動ベルトでは、プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維がナイロン短繊維であることが好ましい。このように、短繊維がナイロン短繊維であると、通常時には、ナイロン短繊維がプーリ接触部分のゴム部分よりも弾性率が高いので、プーリ接触部分の摩耗が進行してもゴム部分の方が優先して摩耗することにより、ナイロン短繊維のプーリ接触部分の表面からの突出した状態を維持できる一方、プーリ接触部分がプーリ上をスリップした際には、プーリ接触部分の表面から突出したナイロン短繊維が容易に切断し、プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数を早期に上昇させることができる。

本発明の摩擦伝動ベルトでは、プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維の繊維長が０．５〜５．０ｍｍであることが好ましい。このように、短繊維の繊維長が０．５〜５．０ｍｍであると、プーリ接触部分がプーリ上をスリップした際に、上記の見掛けの動摩擦係数の上昇がなされるように、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の脱落が適度になされる。ここで、繊維長が０．５ｍｍよりも短くなると、通常走行時の短繊維の脱落が多くなり、プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が高くなって異音が発生する虞がある。一方、繊維長が５．０ｍｍよりも長くなると、ゴム組成物の混練が困難となる。ここで、繊維長は、数平均である。

本発明の摩擦伝動ベルトでは、プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維の繊維径が１０〜３０μｍであることが好ましい。このように、短繊維の繊維径が１０〜３０μｍであると、プーリ接触部分がプーリ上をスリップした際に、上記の見掛けの動摩擦係数の上昇がなされるように、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の脱落が適度になされる。ここで、繊維径が１０μｍよりも小さくなると、通常走行時の短繊維の脱落が多くなり、プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が高くなって異音が発生する虞がある。一方、繊維径が３０μｍよりも大きくなると、ゴム組成物の混練が困難となる。

本発明の摩擦伝動ベルトでは、プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維の混入量がゴム組成物を構成する原料ゴムのエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して１０〜３０質量部であることが好ましい。ここで、短繊維の混入量が原料ゴム１００質量部に対して１０質量部よりも少ないと、プーリ接触部分の表面から突出する短繊維の数が少なくなるため、その見掛けの動摩擦係数が高くなるので、通常時にベルト走行に伴う異音が発生する虞がある。一方、短繊維の混入量が原料ゴム１００質量部に対して３０質量部よりも多いと、プーリ接触部分の表面から突出する短繊維の数が多いため、プーリ接触部分がプーリ上をスリップした際にプーリ接触部分の表面から突出した短繊維の切断に時間を要するので、プーリ接触部分の表面の動摩擦係数の高まりが緩やかで遅くなる。

本発明の摩擦伝動ベルトでは、上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物をカットした中心線平均粗さ（Ｒａ）が１〜３μｍのカット面の動摩擦係数が１．０±０．４であることが好ましい。このように、カット面の動摩擦係数が１．０±０．４と高い値であるということは、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維が無くなったときのプーリ接触部分表面の動摩擦係数が高い値であるということなので、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の数が減じた際の見掛けの動摩擦係数の上昇が急峻なものとなり、プーリ接触部分がプーリ上をスリップする期間が短期間となる。

ここで、摩擦伝動ベルトＡの動摩擦係数は、図２に示すように、摩擦伝動ベルトＡのプーリ接触部分１３を、中心線平均粗さ（Ｒａ）が１〜３μｍであるカット面が露出するようにカットし、そのカット面に摩擦抵抗検知部材６０を所定の力で圧接させると共に所定速度で一定時間だけ摺動させ、検知された摩擦抵抗力を圧接力で除すことにより求めることができる。

本発明の摩擦伝動ベルトでは、上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物を構成するエチレン−α−オレフィンエラストマーが重量平均分子量１．０×１０⁵以下のものを１０〜６０質量％含有することが好ましい。このように、プーリ接触部分のエチレン−α−オレフィンエラストマーが重量平均分子量１．０×１０⁵以下のものを１０〜６０質量％含有する場合にも、プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の数が減じた際の見掛けの動摩擦係数の上昇が急峻なものとなり、プーリ接触部分がプーリ上をスリップする期間が短期間となる。

本発明の摩擦伝動ベルトによれば、所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリと、本発明の摩擦伝動ベルトとを備え、プーリ接触部分がＤＬプーリに接触するように摩擦伝動ベルトが複数のプーリに巻き掛けられたベルト伝動装置を構成することができる。

本発明の摩擦伝動ベルトは、ローエッジ型のものであれば、特に限定されるものではなく、ベルト本体がプレーンＶベルト本体やＶリブドベルト本体やダブルＶリブドベルト本体の他、コグドＶベルト本体等であってもよい。但し、プーリとの接触面積が広くなるようにされたＶリブドベルトやダブルＶリブドベルトでは、ＤＬプーリがロックしたときのスリップによる発熱が特に著しくなるので、本発明の作用効果が特に高いものとなる。

以下、本発明の摩擦伝動ベルトの具体例としてＶリブドベルト及びダブルＶリブドベルトについて図面に基づいてそれぞれ詳細に説明する。

（実施形態１）
図３は、本発明の実施形態に係るＶリブドベルトＢを示す。このＶリブドベルトＢは、ベルト周長６００〜３０００ｍｍ、ベルト幅１０〜４０ｍｍ、及び、ベルト厚み３．５〜５．５ｍｍであって、例えば、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に用いられるものである。

このＶリブドベルトＢは、Ｖリブドベルト本体１０と、Ｖリブドベルト本体１０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１６と、Ｖリブドベルト本体１０の背面側を被覆するように設けられた背面補強布１７と、を備えている。

Ｖリブドベルト本体１０は、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーに、カーボンブラックなどの充填材や可塑剤などのゴム配合薬品等が混入され、加熱及び加圧されて、そのうちの原料ゴム成分が有機過酸化物や硫黄によって架橋されたゴム組成物で形成されている。エチレン−α−オレフィンエラストマーは、例えば、エチレン・プロピレン共重合体ゴム（ＥＰＭ）やエチレン・プロピレン・ジエンモノマー三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、或いは、それらの混合物であるが、重量平均分子量が１．０×１０⁵以下のものを１０〜６０質量％含んでいるのが好適である。Ｖリブドベルト本体１０は、心線１６が埋設された接着ゴム層１１と、接着ゴム層１１の下側に設けられた圧縮ゴム層１２と、が積層されて一体となった構成となっている。

接着ゴム層１１は、心線１６が埋設されて張力に抗する部分であって、帯状に形成されている。

圧縮ゴム層１２は、ベルト内側のプーリに接触して直接的に動力を伝達する部分であって、プーリとの接触面積が広くなるように、ベルト長さ方向に延びる横断面略Ｖ字形状の突条のＶリブ（プーリ接触部分）１３がベルト幅方向に並列して形成されている。Ｖリブ１３は、標準で、例えば、その数が３〜１２であり（図３ではＶリブ１３が６のものを示している。）、高さが２．５ｍｍ、横断面のＶ角度が４０°、及び、ピッチが３．５６ｍｍである。圧縮ゴム層１２を形成するゴム組成物には、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維１４が分散して混入されており、Ｖリブ１３の表面に露出した短繊維１４がＶリブ１３の表面から突出している。Ｖリブ１３は、このように表面に露出した短繊維１４が突出していることにより表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４に低減され、それによってベルト走行時の異音の発生を抑制している。

ここで、ＶリブドベルトＢの見掛けの動摩擦係数とは、ＶリブドベルトＢのリブプーリへの楔効果により補正された動摩擦係数のことである。その求め方についてＶリブ１３が３つのものを例として図１に基づいて具体的に説明する（図１は、ベルト摩擦試験機の概略構成を示す）。

まず、ＶリブドベルトＢから短冊状の試験片を切り出し、その中間部分をプーリ径φがφ＝６０ｍｍであるリブプーリ２１に掛け渡し、一端側を水平方向に延ばして固定体２２に取り付けられたロードセル２３に止着する一方、他端に荷重２４（１７．１５Ｎ）を吊す。これにより、ＶリブドベルトＢのリブプーリ２１との間の巻付角度θがθ＝９０°（π／２）になる。

続いて、この状態で、ＶリブドベルトＢの水平部分に張力が加えられる方向（図１の反時計回り方向）にＶリブドプーリ２１を回転駆動させ、ロードセル２３で検知した張力値を読み取る。具体的には、荷重２４を１７．１５Ｎに一定化するとともに、電動モータにより０．０５〜０．３５ｍ／ｓｅｃの範囲の回転速度（滑り速度）でリブプーリ２１を回転駆動し、リブプーリ２１上でＶリブドベルトＢが滑っているときのロードセル２３で検知した張力値を読み取る。なお、「滑り速度」とは、ＶリブドベルトＢとリブプーリ２１との間のトルク伝達に伴って生じる両者間の相対的な回転速度の差であって、一般にエンジンの回転速度に一定の係数を乗算して設定される。

そして、ロードセル２３の検知した張力値（Ｎ）から下記式に基づいて見掛けの動摩擦係数μ’を算出する。

μ’＝２÷π×ｌｎ（ロードセル２３の検知した張力値÷１７．１５）
圧縮ゴム層１２を形成するゴム組成物に混入された短繊維１４は、例えば、ナイロン短繊維、アラミド短繊維、綿短繊維等であるが、これらのうちナイロン短繊維であることが好ましい。また、短繊維１４は、繊維長が０．５〜５．０ｍｍであるのが好ましい。さらに、短繊維１４は、繊維径が１０〜３０μｍであるのが好ましい。また、短繊維１４は、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して１０〜３０質量部混入されていることが好ましい。

短繊維１４は、未加硫ゴム組成物の混練の前に表面にゴム用接着剤としてのＲＦＬ被膜を僅かに付着させる処理が施されたもの、或いは、そのような処理が施されずに表面にＲＦＬ被膜が付着していないものが用いられている。これによって、短繊維１４のＶリブドベルト本体１０に対する接着性能、或いは、Ｖリブドベルト本体１０の短繊維１４の保持性能が低くされている。

前者の場合には、短繊維１４は、ヤーン状態の繊維束を長手方向に所定ピッチでカットすることによって製造されるが、そのカット前のヤーン状態又はカット後に、固形分濃度が３０質量％以下であるＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する処理が施されることにより表面がＲＦＬ被膜で被覆される。ここで、ＲＦＬ水溶液は、レゾルシン及びホルムアルデヒドの初期縮合物とラテックスとの混合水溶液である。なお、レゾルシン及びホルムアルデヒドの初期縮合物は、レゾルシンとホルマリン（３７質量％のホルムアルデヒド水溶液）とを混合することにより得られる。ラテックスは、例えば、ゴム接着性能の優れるビニルピリジンとスチレンとブタジエンとのゴム状共重合体（ＪＩＳ Ｋ ６３９７による分類でＰＳＢＲ）のラテックス等である。ＲＦＬ被膜は、ＲＦＬ水溶液が付着した繊維を加熱することにより、ＲＦＬ水溶液の水分が飛散すると共にレゾルシン及びホルムアルデヒドの初期縮合物の縮合反応が進行し、繊維表面を被覆するように形成される。

圧縮ゴム層１２のＶリブ１３を形成するゴム組成物をカットした中心線平均粗さ（Ｒａ）が１〜３μｍのカット面の動摩擦係数が１．０±０．４であることが好ましい。

ここで、ＶリブドベルトＢの上記動摩擦係数の求め方についてＶリブ１３が３つのものを例として図２に基づいて具体的に説明する。

まず、ＶリブドベルトＢを伝動面と平行にカットして、Ｖリブ１３に中心線平均粗さ（Ｒａ）が１〜３μｍであるカット面を露出させる。

続いて、そのカット面に、円錐台形状のＳＵＳ３０４製の摩擦抵抗検知部材６０の尖頭側を０．１１ＭＰａ（直径１．５ｍｍの円形の接触面から０．１９６Ｎの圧接力を負荷）の圧力で当接させると共に毎分２５ｍｍの速度で３０秒間だけ摺動させる。

そして、摩擦抵抗検知部材６０に接続したロードセル（例えば、ヘイドン型磨耗係数測定機を用いる。）で検知した摩擦抵抗力を摩擦抵抗検知部材６０に負荷された圧接力で除すことにより算出する。

心線１６は、ポリエチレンテレフタレート繊維（ＰＥＴ）やポリエチレンナフタレート繊維（ＰＥＮ）の撚り糸であって、例えば、トータル４０００〜８０００ｄｔｅｘのヤーンを所定の撚り係数で一方向にＺ撚り又はＳ撚りした片撚り糸やトータル２０００〜３０００ｄｔｅｘのヤーンを所定の撚り係数で一方向にＺ撚り又はＳ撚りに下撚りした下撚り糸を複数本集めて下撚りと同一の撚り係数で下撚りとは逆方向に上撚りした諸撚り糸で構成されている。心線１６を構成する撚り糸には、Ｖリブドベルト本体１０に対する接着性能を付与するために、成形加工前にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に延伸して加熱する延伸熱固定処理及びゴム糊に浸漬した後に乾燥させる処理が施されている。

背面補強布１７は、ナイロン繊維や綿やポリエステル繊維（ＰＥＴ）の布であって、例えば、経糸及び緯糸からなる平織り等の織布で構成されている。背面補強布１７を構成する布には、Ｖリブドベルト本体１０に対する接着性能を付与するために、成形加工前にＲＦＬ水溶液に浸漬して加熱する処理及びＶリブドベルト本体１０側となる表面にゴム糊をコーティングして乾燥させる処理が施されている。

以上のような構成のＶリブドベルトＢでは、Ｖリブ１３が所定条件で回転不能に固定されたプーリ上をスリップすると、Ｖリブ１３の表面から突出した短繊維１４が切断され、また、Ｖリブ１３が短繊維１４との接着性能、或いは、短繊維１４の保持性能の低いエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていることに加え、短繊維１４側からしても、短繊維１４のＶリブドベルト本体１０への接着性能、或いは、Ｖリブドベルト本体１０の短繊維１４の保持性能が低いために短繊維１４が抜け、Ｖリブ１３の表面から突出した短繊維１４の数が減じ、Ｖリブ１３の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まる。従って、例えば、ＤＬプーリがロックしたような場合、Ｖリブ１３がロックしたプーリ上をスリップして見掛けの動摩擦係数が高まることにより、ロックしたＤＬプーリに作用するトルクも高くなり、それによってＤＬプーリのリミッタを確実に切ることができる。

また、短繊維１４の繊維長が０．５〜５．０ｍｍ、繊維径が１０〜３０μｍであれば、Ｖリブ１３がプーリ上をスリップした際に、上記の見掛けの動摩擦係数の上昇がなされるよう、Ｖリブ１３の表面から突出した短繊維１４の脱落が適度になされる。

さらに、圧縮ゴム層１２のＶリブ１３を形成するゴム組成物をカットした中心線平均粗さ（Ｒａ）が３．０のカット面の動摩擦係数が１．０±０．４であれば、圧縮ゴム層１２のＶリブ１３の表面から突出した短繊維が無くなったときの表面の動摩擦係数が高いということになるので、Ｖリブ１３の表面から突出した短繊維１４の数が減じた際の見掛けの動摩擦係数の上昇が急峻なものとなり、Ｖリブ１３がプーリ上をスリップする期間を短期間とすることができる。同様の作用効果は、Ｖリブ１３を形成するゴム組成物を構成する原料ゴムのエチレン−α−オレフィンエラストマーが重量平均分子量１．０×１０⁵以下のものを１０〜６０質量％含有する場合にも奏される。

また、短繊維１４がナイロン短繊維１４であれば、通常時には、ナイロン短繊維１４がＶリブ１３のゴム部分よりも弾性率が高いので、Ｖリブ１３の摩耗が進行してもゴム部分の方が優先して摩耗することにより、ナイロン短繊維１４のＶリブ１３の表面からの突出した状態を維持できる一方、Ｖリブ１３がプーリ上をスリップした際には、Ｖリブ１３の表面から突出したナイロン短繊維１４が容易に切断し、Ｖリブ１３の表面の見掛けの動摩擦係数を早期に上昇させることができる。

次に、上記のＶリブドベルトＢの製造方法を、図４に基づいて説明する。

ＶリブドベルトＢの製造では、外周に、ベルト背面を所定形状に形成する成形面を有する円筒状の内金型と、内周に、ベルト内面を所定形状に形成する成形面を有するゴムスリーブとを用いる。

まず、内金型の外周を背面補強布１７となる布１７’で被覆した後、その上に、接着ゴム層１１の背面側部分１１ｂを形成するための未架橋ゴムシート１１ｂ’を巻き付ける。

次いで、その上に、心線１６となる撚り糸１６’をスパイラル状に巻き付けた後、その上に、接着ゴム層１１の内面側部分１１ａを形成するための未架橋ゴムシート１１ａ’を巻き付け、さらにその上に、圧縮ゴム層１２を形成するための未架橋ゴムシート１２’を巻き付ける。このとき、圧縮ゴム層１２を形成するための未架橋ゴムシート１２’として、エチレン−α−オレフィンエラストマーを原料ゴムとして短繊維１４等を配合した未加硫ゴム組成物を混練し、それをカレンダロールでシート状に成形したものを用いる。カレンダロールによるシート成形では短繊維１４が引き出し方向に配向するが、未架橋ゴムシート１２’の巻き付けの際には、短繊維１４の配向方向が周方向と直交するようにする。また、短繊維１４として、混練の前に表面にゴム用接着剤としてのＲＦＬ被膜を僅かに付着させる処理が施されたもの、或いは、そのような処理が施されずに表面にＲＦＬ被膜が付着していないものを用いる。なお、各未架橋ゴムシート１１ｂ’，１１ａ’，１２’を巻き付ける際には、それぞれ、巻付方向両端部同士は、重ね合わせないで突付けとする。

しかる後、内金型上の成形体にゴムスリーブを套嵌してそれを成形釜にセットし、内金型を高熱の水蒸気などにより加熱すると共に、高圧をかけてゴムスリーブを半径方向内方に押圧する。このとき、ゴム成分が流動すると共に架橋反応が進行し、撚り糸１６’及び織布１７’のゴムへの接着反応も進行する。そして、これによって、筒状のベルトスラブが成形される。

そして、内金型からベルトスラブを取り外し、それを長さ方向に数個に分割した後、それぞれの外周を研磨してＶリブ１３を形成する。

最後に、分割されて外周にＶリブ１３が形成されたベルトスラブを所定幅に幅切りし、それぞれの表裏を裏返すことによりＶリブドベルトＢが得られる。

次に、上記のＶリブドベルトＢを用いた自動車の補機駆動用ベルト伝動装置について説明する。

図５は、補機駆動用ベルト伝動装置４０のレイアウトを示す。

この補機駆動用ベルト伝動装置４０のレイアウトは、最上位置のオルタネータプーリ４１と、オルタネータプーリ４１の左斜め下方に配置されたクランクシャフトプーリ４２と、クランクシャフトプーリ４２の右方に配置されたエアコンプーリ４３と、エアコンプーリ４３の左斜め上方及びオルタネータプーリ４１の左斜め下方に配置されたウォーターポンププーリ４４と、により構成されている。これらのうち、平プーリであるウォーターポンププーリ４４以外は全てＶリブプーリである。そして、エアコンプーリ４３は、通常はトルク変動を吸収しながらコンプレッサに動力を伝達する一方、トルクが所定値以上となった場合にはリミッタが切れるように構成されたＤＬ（Damping & Limiting）プーリである。ＶリブドベルトＢは、Ｖリブ１３側が接触するようにオルタネータプーリ４１に巻き掛けられ、次いで、Ｖリブ１３側が接触するようにクランクシャフトプーリ４２及びエアコンプーリ４３に順に巻き掛けられ、さらに、ベルト背面が接触するようにウォーターポンププーリ４４に巻き掛けられ、最後にオルタネータプーリ４１に戻るように設けられている。

この補機駆動用ベルト伝動装置４０では、例えば、コンプレッサが焼き付く等してＤＬプーリであるエアコンプーリ４３がロックした場合、ＶリブドベルトＢのＶリブ１３がロックしたエアコンプーリ４３上をスリップする。そして、それによってＶリブ１３の表面から突出した短繊維１４が切断され、また、Ｖリブ１３が短繊維１４との接着性能、或いは、短繊維１４の保持性能の低いエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていることに加え、短繊維１４側からしても、短繊維１４のＶリブドベルト本体１０に対する接着性能、或いは、Ｖリブドベルト本体１０の短繊維１４の保持性能が低いために短繊維１４が抜け、Ｖリブ１３の表面から突出した短繊維１４の数が減じる。その結果、Ｖリブ１３の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まって、ロックしたエアコンプーリ４３に作用するトルクも高くなり、それによってエアコンプーリ４３のリミッタが確実に切れる。

（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態に係るダブルＶリブドベルトＣを示す。このダブルＶリブドベルトＣは、ベルト周長６００〜３０００ｍｍ、ベルト幅１０〜４０ｍｍ、及び、ベルト厚み５．０〜８．０ｍｍであって、例えば、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に用いられるものである。

このダブルＶリブドベルトＣは、ダブルＶリブドベルト本体５０と、ダブルＶリブドベルト本体５０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５６と、を備えている。

ダブルＶリブドベルト本体５０は、エチレン−α−オレフィンエラストマーを原料ゴムとし、それにカーボンブラックなどの充填材や可塑剤などのゴム配合薬品等が混入され、加熱及び加圧されて、そのうちの原料ゴム成分が有機過酸化物や硫黄によって架橋されたゴム組成物で形成されている。ダブルＶリブドベルト本体５０は、心線５６が埋設された接着ゴム層５１と、接着ゴム層５１の上側に設けられた上側圧縮ゴム層５２ａと、接着ゴム層５１の下側に設けられた下側圧縮ゴム層５２ｂと、が積層されて一体となった構成となっている。

接着ゴム層５１は、心線５６が埋設されて張力に抗する部分であって、帯状に形成されている。

上側及び下側圧縮ゴム層５２ａ，５２ｂのそれぞれは、ベルト外側のプーリに接触して直接的に動力を伝達する部分であって、プーリとの接触面積が広くなるように、ベルト長さ方向に延びる横断面略Ｖ字形状の突条のＶリブ（プーリ接触部分）５３がベルト幅方向に並列して形成されている。Ｖリブ５３は、標準で、その数が３〜１２であり（図６ではＶリブ５３が６のものを示している。）、高さが２．５ｍｍ、横断面のＶ角度が４０°、及び、ピッチが３．５６ｍｍである。圧縮ゴム層５２を形成するゴム組成物には、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維５４が分散して混入されており、Ｖリブ５３の表面に露出した短繊維５４がＶリブ５３の表面から突出している。

心線５６その他の構成は実施形態１と同一である。

また、このダブルＶリブドベルトＣは、内金型の外周に、下側圧縮ゴム層５２ａを形成するための未架橋ゴムシート、接着ゴム層５１の内面側部分を形成するための未架橋ゴムシートを順に巻き付け、その上に、心線５６となる撚り糸をスパイラル状に巻き付けた後、さらにその上に、接着ゴム層５１の外面側部分を形成するための未架橋ゴムシート、上側圧縮ゴム層５２ｂを形成するための未架橋ゴムシートを順に巻き付けた成形体によりベルトスラブを作製し、その内周及び外周のそれぞれにＶリブ５３を形成することにより製造することができる。

以上のような構成のダブルＶリブドベルトＣでは、Ｖリブ５３が所定条件で回転不能に固定されたプーリ上をスリップすると、Ｖリブ５３の表面から突出した短繊維５４が切断され、また、Ｖリブ５３が短繊維５４との接着性能、或いは、短繊維５４の保持性能の低いエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていることに加え、短繊維５４側からしても、短繊維５４のダブルＶリブドベルト本体５０への接着性能、或いは、ダブルＶリブドベルト本体５０の短繊維５４の保持性能が低いために短繊維５４が抜け、Ｖリブ５３の表面から突出した短繊維５４の数が減じ、Ｖリブ５３の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まる。従って、例えば、ＤＬプーリがロックしたような場合、Ｖリブ５３がロックしたプーリ上をスリップして見掛けの動摩擦係数が高まることにより、ロックしたＤＬプーリに作用するトルクも高くなり、それによってＤＬプーリのリミッタを確実に切ることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態１では、ベルト本体をＶリブドベルト本体１０、条規実施形態２では、ベルト本体をダブルＶリブドベルト本体５０としたが、特にこれらに限定されるものではなく、ベルト本体がローエッジ型のものであれば、プレーンＶベルト本体やコグドＶベルト本体であってもよい。

以上説明したように、本発明は、ローエッジ型の摩擦伝動ベルト及びそれを用いたベルト伝動装置について有用である。

ベルト摩擦試験機の概略構成を示す図である。 動摩擦係数の測定方法についての説明図である。 実施形態１のＶリブドベルトの斜視図である。 実施形態１のＶリブドベルトの製造方法の説明図である。 実施形態１のベルト伝動装置のプーリレイアウトを示す図である。 実施形態２のダブルＶリブドベルトの斜視図である。

符号の説明

Ａ 摩擦伝動ベルト
Ｂ Ｖリブドベルト
Ｃ ダブルＶリブドベルト
１０，５０ （ダブル）Ｖリブドベルト本体
１１，５１ 接着ゴム層
１１ａ’，１１ｂ’，１２’ 未架橋ゴムシート
１２，５２ａ，５２ｂ （上側、下側）圧縮ゴム層
１３，５３ Ｖリブ（プーリ接触部分）
１４，５４ 短繊維
１６，５６ 心線
１６’ 撚り糸
１７ 背面補強布
１７’ 布
２１ リブプーリ
２２ 固定体
２３ ロードセル
２４ 荷重
４０ ベルト伝動装置
４１ オルタネータプーリ
４２ クランクシャフトプーリ
４３ エアコンプーリ
４４ ウォーターポンププーリ
６０ 摩擦抵抗検知部材

Claims (15)

1. 所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリを備えたベルト伝動装置において、該複数のプーリに巻き掛けられる摩擦伝動ベルトであって、
   ベルト本体の少なくとも上記ＤＬプーリに接触するプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていると共に、該プーリ接触部分の表面に露出した短繊維が該プーリ接触部分の表面から突出しており、
   上記ＤＬプーリが回転不能となって上記プーリ接触部分が該ＤＬプーリ上をスリップすると、該プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の数が減ずることにより、該プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
2. 所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリを備えたベルト伝動装置において、該複数のプーリに巻き掛けられる摩擦伝動ベルトであって、
   ベルト本体の少なくとも上記ＤＬプーリに接触するプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていると共に、該プーリ接触部分の表面に露出した短繊維が該プーリ接触部分の表面から突出しており、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維は、固形分濃度が３０質量％以下であるレゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液に浸漬した後に加熱する処理が施されていることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
3. 所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリを備えたベルト伝動装置において、該複数のプーリに巻き掛けられる摩擦伝動ベルトであって、
   ベルト本体の少なくとも上記ＤＬプーリに接触するプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていると共に、該プーリ接触部分の表面に露出した短繊維が該プーリ接触部分の表面から突出しており、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維は、その表面がレゾルシン・ホルマリン・ラテックス被膜で被覆されていないことを特徴とする摩擦伝動ベルト。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維がナイロン短繊維であることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
5. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維は、繊維長が０．５〜５ｍｍであることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
6. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維は、繊維径が１０〜３０μｍであることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
7. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維は、その混入量が該ゴム組成物を構成する原料ゴムのエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して１０〜３０質量部であることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
8. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物をカットした中心線平均粗さ（Ｒａ）が１〜３μｍのカット面の動摩擦係数が１．０±０．４であることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
9. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
   上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物を構成するエチレン−α−オレフィンエラストマーは、重量平均分子量が１．０×１０^５以下のものを１０〜６０質量％含有することを特徴とする摩擦伝動ベルト。
10. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
    上記ベルト本体は、ベルト内側に、各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶように配設されたＶリブドベルト本体であることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
11. 請求項１乃至３のいずれかに記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
    上記ベルト本体は、ベルト内側及び外側のそれぞれに、各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶように配設されたダブルＶリブドベルト本体であることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
12. 請求項２又は３に記載された摩擦伝動ベルトにおいて、
    上記プーリ接触部分が所定条件で回転不能に固定されたプーリ上をスリップすると、該プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の数が減ずることにより、該プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
13. 所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリと、
    ベルト本体の少なくともプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていると共に、該プーリ接触部分の表面に露出した短繊維が該プーリ接触部分の表面から突出した摩擦伝動ベルトと、
    を備え、上記プーリ接触部分が上記ＤＬプーリに接触するように上記摩擦伝動ベルトが上記複数のプーリに巻き掛けられたベルト伝動装置であって、
    上記摩擦伝動ベルトは、上記ＤＬプーリが回転不能となって上記プーリ接触部分が該ＤＬプーリ上をスリップすると、該プーリ接触部分の表面から突出した短繊維の数が減ずることにより、該プーリ接触部分の表面の見掛けの動摩擦係数が０．９±０．４から２．０±０．５に高まることを特徴とするベルト伝動装置。
14. 所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリと、
    ベルト本体の少なくともプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていると共に、該プーリ接触部分の表面に露出した短繊維が該プーリ接触部分の表面から突出した摩擦伝動ベルトと、
    を備え、上記プーリ接触部分が上記ＤＬプーリに接触するように上記摩擦伝動ベルトが上記複数のプーリに巻き掛けられたベルト伝動装置であって、
    上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維は、固形分濃度が３０質量％以下であるレゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液に浸漬した後に加熱する処理が施されていることを特徴とするベルト伝動装置。
15. 所定値以上のトルクが作用したときにリミッタが切れて空回りするように構成されたＤＬプーリを含む複数のプーリと、
    ベルト本体の少なくともプーリ接触部分が、ベルト幅方向に配向した多数の短繊維が混入されたエチレン−α−オレフィンエラストマーのゴム組成物で形成されていると共に、該プーリ接触部分の表面に露出した短繊維が該プーリ接触部分の表面から突出した摩擦伝動ベルトと、
    を備え、上記プーリ接触部分が上記ＤＬプーリに接触するように上記摩擦伝動ベルトが上記複数のプーリに巻き掛けられたベルト伝動装置であって、
    上記プーリ接触部分を形成するゴム組成物の短繊維は、その表面がレゾルシン・ホルマリン・ラテックス被膜で被覆されていないことを特徴とするベルト伝動装置。

Images