JP6270643B2 - 歯付きベルト - Google Patents

Description

本発明は歯付きベルトに関し、特に背面におけるクラックの発生を防止するための改良に関する。

通常、多くの歯付きベルトの背面はゴムで構成されている。このような歯付きベルトは、例えば−４０℃以下の冷間時ではゴムの柔軟性が低下するので、背面にクラックが入りやすく、これが起点となってベルトが切断するおそれがある。背面にクラックが入るのを防止することができる歯付きベルトとして、特許文献１に開示されたように、ＲＦＬ液により処理された帆布によって背面を被覆する構成が従来知られている。

特開２０１２−２５５２８号公報

従来の歯付きベルトは冷間時での使用を想定していないので十分な耐寒性を有しておらず、−５０℃という最近の厳しい耐寒性の要求に対応することは不可能である。また耐寒性に加えて、例えば１４０℃の高温環境下での使用も想定した、広範囲にわたる温度環境において使用される歯付きベルトでは、上述のようなＲＦＬ処理された帆布によって背面を被覆しても、背面におけるクラックの発生を完全には防止できない。

本発明は、冷間時から高温までの広い温度範囲において、背面にクラックが生じることのない歯付きベルトを提供することを目的としている。

本発明に係る歯付きベルトは、ベルト本体の背面側に設けられ、水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム組成物から成形される背ゴム層と、背ゴム層の表面を被覆し、ＲＦＬ処理された背面帆布とを備えることを特徴としている。

背面帆布はベルト本体の長手方向に伸縮性を有する織布であることが好ましい。この伸縮性の大きさとしては例えば、背面帆布が原反の状態において、ベルト本体の長手方向の破断伸縮率が５０％以上である。あるいは、ＲＦＬ処理後における背面帆布の低荷重伸び率が１５％以上／２Ｋｇｆ・５０ｍｍ幅であってもよい。

背面帆布は、ベルト本体の幅方向に対して傾斜した継ぎ目において突き合わせて縫合され、前記継ぎ目の傾斜角度が４°〜１２°であることが好ましい。

背面帆布に対するＲＦＬ処理は、レゾルシン―ホルムアルデヒドとラテックスの固形分重量比が例えば１：３〜１：２０の間である処理液を用いて行われる。このレゾルシン―ホルムアルデヒドとラテックスの固形分重量比は好ましくは１：５である。

背ゴム層の水素化ニトリルゴムにおける結合アクリロニトリル量は、例えば２５％〜４０％であり、好ましくは３２％である。

背ゴム層は、ベルト本体の長手方向に配向された短繊維を有することが好ましい。また短繊維は、長さが約３ｍｍのアラミド短繊維であることが好ましい。短繊維の含有量としては、背ゴム層の主成分であるポリマー１００重量部に対して１〜２０重量部である。短繊維の含有量は、好ましくは、ポリマー１００重量部に対して２〜６重量部であり、より好ましくは４重量部である。

ベルト本体の表面側に一定間隔毎に形成されたベルト歯を構成する歯ゴムが背ゴム層と同一成分のゴム組成物から成形されてもよい。あるいは歯ゴムは背ゴム層と異なる成分のゴム組成物から成形されてもよい。

本発明によれば、冷間時から高温までの広い温度範囲において、背面にクラックが生じることのない歯付きベルトを得ることができる。

本発明の一実施形態である歯付きベルトを示し、ベルトの長手方向に垂直な平面で切断した斜視図である。 図１の歯付きベルトを背面側から見た平面図である。 実施例と比較例の歯付きベルトの耐寒性を評価するための試験機の概略構成を示す図である。 図３に示す試験機による耐寒試験における駆動サイクルを示す図である。 歯付きベルトに生じるクラックの位置を示す図である。

以下、図示された実施形態を参照して本発明を説明する。
図１は本発明の一実施形態である歯付きベルト１０を示す。歯付きベルト１０は無端状に形成され、例えば内燃機関において、原動および従動プーリに掛け回され、原動プーリの駆動力を従動プーリに伝動する。

歯付きベルト１０は、ベルト本体の表面側に一定間隔毎に形成されたベルト歯を構成する歯ゴム１１と、ベルト本体の背面側に設けられ、ベルト本体の全体にわたって略均一の厚さを有する背ゴム層１２とを備える。歯ゴム１１と背ゴム層１２の境界部分には、ベルト本体の長手方向に延在する心線１３が埋設される。歯ゴム１１の表面は接着ゴム層１４を介して歯布１５により被覆される。背ゴム層１２の表面は背面帆布１６により被覆される。

歯ゴム１１は水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム組成物によって構成され、短繊維２１が混入される。背ゴム層１２も同様に水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム組成物から構成されるが、その成分は歯ゴム１１と同一であってもよく、異なっていてもよい。また背ゴム層１２にも短繊維２２が混入される。歯ゴム１１と背ゴム層１２には、短繊維２１、２２とゴムの接着強度を高めるために内添型接着剤が含有される。

歯ゴム１１と背ゴム層１２は、歯付きベルト１０が−５０℃〜１４０℃の広い範囲であり、かつ油が付着するような環境下で使用されることを想定し、耐寒性、耐熱性と耐油性を兼ね備えた性能を有する水素化ニトリルゴムを用いて成形される。このような水素化ニトリルゴムとしては、アクリロニトリル含有量（結合ＡＮ量）が２５％〜４０％であることが必要であり、好ましくは３２％である。

短繊維２１、２２は、歯ゴム１１および背ゴム層１２に成形される前のゴムシートの状態において、ゴムシートの長手方向に配向されているが、歯付きベルト１０の成形工程において、歯ゴム１１内の短繊維２１はベルト歯の形状に従って変位する。すなわち、歯ゴム１１内の短繊維２１は、ベルト歯の中央領域ではベルトの厚さ方向を向いているが、中央領域から歯面に近づくに従って歯面に沿うように傾斜し、ベルト歯の頂部近傍ではベルト本体の長手方向に沿って配向される。一方、背ゴム層１２内の短繊維２２は全体的に、ベルト本体の長手方向に沿って配向される。

歯ゴム１１内に混入される短繊維２１はポリアミド繊維またはアラミド繊維等からなり、その長さは０．５〜１．０ｍｍである。背ゴム層１２内に混入される短繊維２２もポリアミド繊維またはアラミド繊維等からなり、その長さは０．５〜３．０ｍｍである。これらの短繊維２１、２２は、歯ゴム１１と背ゴム層１２の強度を高めてクラックの発生あるいは発達を防止するために設けられる。短繊維２２の量として、背ゴム層１２の主成分であるポリマー１００重量部に対して短繊維２２が１〜２０重量部であるが、好ましくは２〜６重量部である。より好ましくは、ポリマー１００重量部に対して短繊維２２が４重量部である。

心線１３は例えば高強度ガラス繊維から構成され、歯ゴム１１と背ゴム層１２に対する密着性を高めるために接着処理が施される。

歯布１５はベルト本体の長手方向に伸縮性を有し、例えばアラミド繊維から構成された織布である。また歯布１５は、その表面がエポキシ樹脂の硬い層によって被覆されている。エポキシ樹脂の層は歯布をエポキシ処理液に含浸処理することによって形成される。

接着ゴム層１４は歯ゴム１１と同じゴム組成物であるが短繊維２１は混入されず、歯ゴム１１に対する歯布１５の接着力を向上させるために設けられるもので、内添型接着剤が含有される。

背面帆布１６は、耐熱性に優れるポリアミド、アラミド、ポリアリレート繊維等から成る経糸および緯糸によって構成され、ベルト本体の長手方向に伸縮性を有する織布をＲＦＬ処理することによって得られる。織布にベルト本体の長手方向の伸縮性を持たせるため、その長手方向に沿って延びる緯糸は、例えばウーリー加工された捲縮糸である。織り方の種類としては、平織、綾織、朱子織が可能であるが、綾織または朱子織が好ましい。背面帆布１６の伸縮性としては、原反の状態において、ベルト本体の長手方向の破断伸縮率が５０％以上である。またＲＦＬ処理後における背面帆布１６のベルト本体の長手方向の低荷重伸び率は、１５％以上／２Ｋｇｆ・５０ｍｍ幅である。

背面帆布１６に施すＲＦＬ処理は、背面帆布１６の耐寒性、耐熱性と耐油性を向上させるためである。ＲＦＬ処理は、レゾルシン―ホルムアルデヒドとラテックスの固形分重量比が１：３〜１：２０の間である処理液を用いて行われ、好ましくは、レゾルシン―ホルムアルデヒドとラテックスの固形分重量比が１：５である処理液を用いて行われる。

背ゴム層１２が背面帆布１６によって覆われることにより、背ゴム層１２の酸素や油に直接触れる箇所がベルト側面に限定されるので、背ゴム層１２の劣化が防止される。また背ゴム層１２の厚さを背面帆布１６の厚さ分だけ薄くすることができるので、劣化しやすい材料（ゴム）を少なくすることができ、歯付きベルト１０の耐久性を向上させることができる。

背面帆布１６がベルト本体の長手方向に伸縮性を有するため、歯付きベルト１０の屈曲性が改良され、長期の使用によってベルト背面にクラックが生じることが防止される。また背面帆布１６が、ＲＦＬ処理されているので、背面帆布１６の耐久性が向上し、これによってもクラックの発生を防止する効果が得られる。

背面帆布１６は背ゴム層１２を効果的に保護するため、目の詰まった密度の高い織布であることが好ましいが、実際には極小の空孔が存在する。しかし、この空孔は歯付きベルト１０の成形工程において背ゴム層１２のゴムによって閉塞される。

図２（ａ）、図２（ｂ）に示されるように、背面帆布１６は継ぎ目３１において突き合わせてミシン縫い等により縫合される。継ぎ目３１は背面帆布１６の表面と同一平面上にあり、突出していない。継ぎ目３１は、通常、図２（ａ）に示されるように背面帆布１６の表面において、ベルト本体の長手方向に直交する方向、すなわちベルト本体の幅方向に延在させるが、図２（ｂ）に示されるように、ベルト本体の幅方向に対して傾斜角度αだけ傾けて延在させてもよい。傾斜角度αの好適な範囲は４°〜１２°である。

継ぎ目３１をベルト本体の幅方向に対して角度αだけ傾斜させて延在させるのは以下の理由による。歯付きベルト１０がプーリ軸周りに曲げられるとき、ベルト背面に発生する応力は心線を挟んでベルト歯の歯頂部に相対するベルト背面位置において最も小さく、ベルト歯の歯底部または歯元部に相対するベルト背面位置において最も大きい。したがって継ぎ目３１はベルト歯の歯頂部に相対するベルト背面位置に位置するように定めることが理想的であるが、製造誤差等により、継ぎ目３１はベルト歯の歯頂部に相対するベルト背面位置からずれる可能性があり、ベルト歯の歯底部または歯元部に相対するベルト背面位置に位置するかもしれない。そこで本実施形態では、継ぎ目３１はベルト本体の幅方向に対して角度αだけ傾斜するように設定している。これにより、継ぎ目３１の位置がどこにあっても、継ぎ目３１の全体がベルト歯の歯底部または歯元部に相対するベルト背面位置に一致することはなく、大きな応力が継ぎ目３１に生じることが防止される。

次に、本発明の実施例である歯付きベルトと比較例の歯付きベルトとの作用効果を説明する。実施例と比較例の歯付きベルトの各構成要素は表１に示す通りである。

実施例１の歯付きベルトは、歯布とベルト歯を予成型して得られる。歯布はナイロン／アラミド繊維からなる織布でエポキシ処理が施される。ゴムは上述した実施形態と同様に、接着ゴム層と歯ゴムと背ゴム層から成る。いずれもＨＮＢＲゴムから成るが、接着ゴム層には歯ゴムと歯布を接着させるための内添型接着剤が添加される。歯ゴムにはアラミド繊維から成る短繊維が混入されている。歯ゴム中のアラミド短繊維は、長さが１．０ｍｍで、ゴム１００重量部に対して１２重量部配合され、ベルト歯の中央領域ではベルト厚さ方向を向いているが、中央領域から歯面に近づくに従って歯面に沿うように傾斜し、ベルト歯の頂部近傍ではベルト本体の長手方向に沿って配向される。背ゴム層は結合アクリロニトリル量が３２％のＨＮＢＲのパーオキサイド加硫ゴムであり、ゴムの中にはアラミド短繊維が混入されている。背ゴム層中のアラミド短繊維は、長さが３．０ｍｍで、ゴム１００重量部に対して４重量部配合され、ベルト本体の長手方向に沿うように配向されている。歯ゴムと背ゴム層には短繊維とゴムとの接着を高めるために内添型接着剤が添加される。

背面帆布はナイロン帆布をＲＦＬ処理して得られる。ＲＦＬ処理液におけるラテックスはＮＢＲであり、レゾルシン―ホルムアルデヒドとラテックスの重量比は１：５である。背面帆布はナイロン繊維から成るフィラメント糸を経糸とし、またナイロン繊維から成るウーリー加工糸を緯糸として、２／２綾織によって得られる。背面帆布は、原反の状態において、ベルト本体の長手方向の破断伸縮率が５０％以上であり、ＲＦＬ処理後において、低荷重伸び率が１５％以上／２Ｋｇｆ・５０ｍｍ幅である。背面帆布の継ぎ目は、本体ベルトの長手方向に直交する方向に延在するようにミシン縫いされる。心線は高強度ガラス繊維から成り、ＲＦＬ処理が施されている。

実施例２の歯付きベルトは一体成型して成るもので、歯布は実施例１と比較して繊維種と織構成は共通であるが、ベルト本体の長手方向に相対的に大きい伸縮性を有し、実施例１と同様にエポキシ処理が施される。ベルト本体を構成するゴムは、実施例１の背ゴム層と同じく、結合ＡＮ量が３２％のＨＮＢＲ・ＰＯ加硫ゴムから成る。ゴムの中にはアラミド繊維から成る短繊維が混入されている。短繊維の長さは０．５ｍｍ、短繊維の量はゴム１００重量部に対して１６重量部であり、短繊維は背ゴム層においてベルト本体の長手方向に沿うように配向されるが、歯ゴムにおいてはベルト成型時にゴムが流動してベルト背面側から心線の間隙を通過して歯ゴム側に移動するので歯ゴム中央部ではベルト厚さ方向に配向するが、ベルト歯の表面に近づくにつれてベルト歯の輪郭に沿うように配向する。なお、背面帆布、心線は実施例１と同じである。

比較例１の歯付きベルトは、実施例１と同様に歯布とベルト歯を予成型して成るもので、歯布の構成は実施例１と同じである。ゴムは実施例１と同様に、接着ゴム層と歯ゴムと背ゴム層から成る。接着ゴム層と歯ゴムと背ゴム層は実施例１と同じ構成を有するが、背ゴム層は実施例１と異なり、短繊維は混入されていない。また比較例１の歯付きベルトでは、背面帆布は設けられておらず、ベルト背面は背ゴム層で構成される。心線は実施例１、２と同じである。

比較例２の歯付きベルトは、実施例２と同様に一体成型して成るもので、歯布の構成は実施例２と同じである。ゴムは実施例２と同様に、結合ＡＮ量が３２％のＨＮＢＲ・ＰＯ加硫ゴムから成る。ゴムの中にはアラミド繊維から成る短繊維が混入されている。短繊維の長さ、量および配向についても実施例２と同様である。比較例２の歯付きベルトでは、比較例１と同様に背面帆布は設けられておらず、ベルト背面は背ゴム層（歯ゴム）で構成される。なお心線は実施例１、２および比較例１と同じである。

比較例３の歯付きベルトは、実施例１と同様に歯布とベルト歯を予成型して成るもので、歯布の構成は実施例１と同じである。ゴムは実施例１と同様に、接着ゴム層と歯ゴムと背ゴム層から成り、各ゴムの構成は実施例１と同じである。背面帆布は実施例１と同じナイロン帆布をゴム糊処理して得られる。このゴム糊は接合アクリロニトリル量が３２％のＨＮＢＲゴムに硫黄加硫剤等を配合したゴム配合物を溶剤に溶かして作成した。なお心線は実施例１、２および比較例１、２と同じである。

以上の構成を有する実施例１、２と比較例１、２、３の各歯付きベルトをそれぞれ、図３に示す試験機に掛けて耐寒試験を行った。各歯付きベルトの寸法は、長さ８７６．３ｍｍ、幅１９．１ｍｍで、歯ピッチ９．５２５ｍｍの円弧歯形のベルト歯を有する。試験機は駆動プーリ４１と被駆動プーリ４２とテンショナ４３を有し、駆動プーリ４１は図示しない駆動モータの出力軸に連結される。駆動プーリ４１の歯数は２４、被駆動プーリ４２の歯数は４８、テンショナ４３の外径は５２ｍｍである。歯付きベルトが設けられた環境の温度を−４０℃、−４５℃、−５０℃の３通りに定め、駆動プーリ４１を３００ｒｐｍの回転速度で回転させて試験を行った。この試験では、図４に示すように、３時間放置した後、１分間駆動して１０分間放置するというサイクルを１０サイクル行って、いったん中断し、目視で歯付きベルトの様子を確認した後、再び試験機を起動して、５０サイクルだけ駆動した。

比較例１、２の歯付きベルトでは、−４５℃および−４０℃の環境において、図５（ａ）に示すように背ゴム層１２の表面側に多数の部位Ａにおいて大クラックが発生した。また比較例３の歯付きベルトでは、−４０℃の環境において、図５（ｂ）に示すように背面帆布１６の表面側の多数の部位Ｂにおいて小〜中クラックが発生し、内側の背ゴム層１２にまでクラックが広がった。これに対して実施例１、２の歯付きベルトでは、−４５℃および−５０℃の環境において、図５（ｃ）に示すように、背面帆布１６および内側の背ゴム層１２にクラックが発生しなかった。

実施例１、２の歯付きベルトにおいてクラックが発生しなかった理由は以下のように考えられる。すなわち、実施例１、２の歯付きベルトでは、ＨＮＢＲゴム糊よりも耐寒性能の良いＲＦＬによって処理された背面帆布が低温でも脆化せず、伸びが保持されることにより、クラックの発生が抑制され、さらに背ゴム層に添加されベルトの長手方向に配向した短繊維によりゴムクラックの発生・広がりを抑制されたためと考えられる。また比較例１、２の歯付きベルトに対しては、背面帆布を設ける分、背ゴム層の厚さを薄くすることができるので、背ゴム層の曲げ量が少なくなり、クラックが発生しにくくなったと考えられる。

次に歯付きベルトの背面帆布の継ぎ目を本体ベルトの幅方向に対して傾斜させて延在させた場合の歯付きベルトの耐寒性能を確認するため、実施例１の歯付きベルトと同一のベルト構成・寸法で背面帆布の継ぎ目の延在方向のみ本体ベルトの幅方向に対して傾斜角度αを０°、４°、１２°に設定した歯付きベルトをそれぞれ作成し、１４０℃の油に７２時間浸漬させて歯付きベルトを耐油劣化させたあとで、上述の耐寒試験を行った。

耐寒試験において、傾斜角度αが０°の歯付きベルトの場合、背面帆布の継ぎ目が心線を挟んでベルト歯の歯頂部に相対するベルト背面の位置にあるときは、−４０℃の環境でもベルト背面にクラックは発生しなかったが、背面帆布の継ぎ目が心線を挟んでベルトの歯底部または歯元部に相対する背面位置にあるときは、−４０℃の環境でベルト背面の背面帆布継ぎ目部においてクラックが発生し、内部の背ゴム層にまでクラックが広がった。一方、傾斜角度αが４°および１２°の歯付きベルトの場合、−４０℃の環境でも背面帆布の継ぎ目位置も含めてベルト背面にクラックは発生しなかった。

この結果は、以下の理由によると考えられる。すなわち、歯付きベルトの背面帆布継ぎ目部から背ゴム層に高温の油が浸透することにより、背面帆布継ぎ目部付近の背ゴム層が耐油劣化して伸び性能が低下し、耐寒試験において、歯付きベルトがプーリ軸周りに曲げられるとき、ベルト背面に発生する応力は、心線を挟んでベルト歯の歯底部または歯元部に相対するベルト背面位置において最も大きい。このため、背面帆布の継ぎ目の傾斜角度αが０°である歯付きベルトにおいて、背面帆布の継ぎ目全体が心線を挟んでベルトの歯底部または歯元部に相対するベルト背面位置にある場合は、背面帆布の継ぎ目全体に大きな応力が生じて、この継ぎ目部でクラックが発生したのに対し、背面帆布の継ぎ目全体が心線を挟んでベルトの歯頂部に相対するベルト背面位置にある場合は、背面帆布の継ぎ目に大きな応力を受けないため背面帆布の継ぎ目を含むベルト背面にクラックが発生しなかったと考えられる。これに対して背面帆布の継ぎ目の傾斜角度αが４°および１２°の歯付きベルトの場合、背面帆布の継ぎ目の一部は心線を挟んでベルトの歯底部または歯元部に相対するベルト背面位置にあるが、この継ぎ目部の他の部分は心線を挟んでベルトの歯頂部に相対するベルト背面位置にあるので、大きな応力がこの継ぎ目部全体に生じることはないため、背面帆布の継ぎ目部を含むベルト背面にクラックが発生しなかったと考えられる。

以上の結果および考察から、歯付きベルトの耐寒性能をより向上させるためには、背面帆布の継ぎ目をベルト幅方向に平行に延在させる場合は、背面帆布の継ぎ目を、心線を挟んでベルトの歯頂部に相対する背面の位置に配置させる必要がある。これに対して背面帆布の継ぎ目をベルト幅方向に対して傾斜角度４°〜１２°傾けて延在させる場合は、背面帆布の継ぎ目位置を調整する必要なく、歯付きベルトの耐寒性能をより向上させることができる。

１２ 背ゴム層
１６ 背面帆布

Claims (5)

1. ベルト本体の背面側に設けられ、水素化ニトリルゴムを主成分とするゴム組成物から成形される背ゴム層と、
   前記背ゴム層の表面を被覆し、ＲＦＬ処理された背面帆布とを備え、
   前記背面帆布が前記ベルト本体の長手方向に伸縮性を有する織布であり、原反の状態においてベルト本体の長手方向の破断伸縮率が５０％以上であり、かつＲＦＬ処理後における低荷重伸び率が１５％以上／２Ｋｇｆ・５０ｍｍ幅であることを特徴とする歯付きベルト。
2. 前記背面帆布は、前記ベルト本体の幅方向に対して傾斜した継ぎ目において突き合わせて縫合され、前記幅方向に対する前記継ぎ目の傾斜角度が４°〜１２°であることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
3. 前記ＲＦＬ処理が、レゾルシン―ホルムアルデヒドとラテックスの固形分重量比が１：３〜１：２０の間である処理液を用いて行われることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
4. 前記水素化ニトリルゴムにおける結合アクリロニトリル量が２５％〜４０％であることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
5. 前記背ゴム層が、前記ベルト本体の長手方向に配向された短繊維を有することを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
   

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