JP6313991B2 - ダブルコグドｖベルト - Google Patents

Description

本開示は、ダブルコグドＶベルトに関する。

２輪車（スクーター）の無段変速機には、ゴム製のベルトが用いられている。変速機に用いるベルトには、高い耐屈曲性が求められる。また、近年の小型化及び燃費低減の要求に答えるために高い伝動効率も求められている。

高い耐久性と伝動効率とが両立するベルトとして、外周面及び内周面に一定のピッチでコグが設けられたダブルコグドＶベルトが注目されている（例えば、特許文献１を参照。）。ベルト内周側にコグを形成することにより、ベルトの曲げ剛性を抑え、ベルトの自己発熱を抑制することができると共に、ベルトの曲げ歪みを低減してクラックの発生を抑止することができる。また、ベルト外周側にもコグを形成することにより、ベルトの側圧による座屈変形を防止することができる。このため、ダブルコグドＶベルトは高い耐屈曲性と、高い伝動効率とを両立させることが可能となる。

特開２００４−３６８５５号公報

しかしながら、従来のダブルコグドＶベルトには以下のような問題がある。従来のダブルコグドＶベルトにおいては、動的粘弾性を高くし、変形ができるだけ小さくなるように設計されている。これにより、ベルトの摩耗を抑え、耐久性を向上させることができる。しかし、ベルト周方向の変形が困難となることにより、伝動効率が低下してしまう。特に、近年のスクーターの小型化に対応した小径で幅も狭いベルトにおいてこの問題は顕著になる。

本開示は、耐久性を維持しつつ伝動効率をさらに向上したダブルコグドＶベルトを実現できるようにすることを目的とする。

本開示のダブルコグドＶベルトの一態様は、心線を有するエンドレスの心線埋設部と、心線埋設部の内周側に一体に設けられた、下コグ形成部と、心線埋設部の外周側に一体に設けられた、上コグ形成部とを備え、下コグ形成部及び上コグ形成部を構成するゴム組成物は、以下の式（１）及び式（２）を満たす。
Ｅ^*１００℃≧１６０ＭＰａ・・・（１）
Ｅ^*１００℃／Ｍ２０≧６０・・・（２）
但し、Ｅ^*１００℃は、１００℃における列理方向の動的粘弾性であり、Ｍ２０は反列理方向の２０％モジュラスである。

ダブルコグドベルトの一態様において、ゴム組成物は、ゴム１００質量部に対し、４０質量部以上、８０質量部以下のフィラーを含み、フィラーは、シリカを３０％以上含む構成とすることができる。

ダブルコグドＶベルトの一態様において、ゴム組成物は、クロロプレンゴムを主成分とすることができる。

本開示のダブルコグドＶベルトによれば、耐久性を維持しつつ伝動効率をさらに向上することができる。

一実施形態に係るダブルコグドＶベルトを示す斜視図である。 （ａ）及び（ｂ）は一実施形態に係るダブルコグドＶベルトを示し、（ａ）は縦断面図であり、（ｂ）は横断面図である。 Ｅ^*１００℃とスリップ率との関係を示すグラフである。 Ｅ^*１００℃／Ｍ２０と伝動効率との関係を示すグラフである。

図１及び図２に示すように本実施形態のダブルコグドＶベルト１００は、エンドレスの心線埋設部１１０と、心線埋設部１１０の内周側に一体に設けられた下コグ形成部１２０と、心線埋設部１１０の外周側に一体に設けられた上コグ形成部１３０とを有している。

心線埋設部１１０は、ゴム組成物で形成された心線埋設部本体１１１と、それにベルト幅方向に所定ピッチの螺旋を形成するように埋設された心線１１２とを含む。心線埋設部本体１１１を構成するゴム組成物のゴム成分は、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマーゴム（ＥＰＤＭ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＡＣＳＭ）、又は水素添加ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）等とすることができる。中でもクロロプレンゴムが好ましい。

心線１１２は、ダブルコグドＶベルトに用いられる通常の心線を用いることができる。例えば、接着処理が施されたアラミド繊維又はポリエステル繊維等を用いることができる。心線１１２は所定外径ｄ（例えば、ｄ＝０．８〜１．６ｍｍ）を有している。例えば、心線１１２は、マルチフィラメントを下撚りし、この下撚りされたマルチフィラメントを数本束ねて下撚り方向とは逆方向に上撚りした、太さが６０００ｄｔｅｘ以上、例えば６６００ｄｔｅｘであるポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ））繊維の撚り糸により形成することができる。この撚り糸にはレゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液に浸漬した後に乾燥させる接着処理を施すことができる。心線１１２の太さを６６００ｄｔｅｘ以上とすることにより、心線１１２を縦弾性率の低いＰＥＴ繊維により形成してもベルト１００の伝動能力が低下しないようにすることができる。ポリエチレンテレフタレート繊維に代えてポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維とすることもできる。

下コグ形成部１２０は、ゴム組成物からなる下コグ形成部本体１２２と、その表面に接着された帆布１２３とを含む。下コグ形成部１２０を構成するゴム組成物のゴム成分は、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマーゴム（ＥＰＤＭ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＡＣＳＭ）、又は水素添加ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）等とすることができる。中でもクロロプレンゴムが好ましい。下コグ形成部１２０の厚さは５．０ｍｍ以上、８．０ｍｍ以下とすることができる。帆布１２３は、ナイロン繊維、綿、綿とナイロン繊維との混合繊維、綿とポリエステル繊維との混合繊維、又はアラミド繊維等からなる伸性を有する織布を、ゴム糊に浸漬した後に乾燥させる接着処理を施して用いることができる。

上コグ形成部１３０を構成するゴム組成物のゴム成分は、クロロプレンゴム（ＣＲ）、エチレン・プロピレン・ジエン・ターポリマーゴム（ＥＰＤＭ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＡＣＳＭ）、又は水素添加ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）等とすることができる。中でもクロロプレンゴムが好ましい。上コグ形成部１３０の厚さは、１．５ｍｍ以上、３．０ｍｍ以下とすることができる。

下コグ形成部１２０及び上コグ形成部１３０を構成するゴム組成物は、フィラー（図示せず）と短繊維１２１とを含んでいる。下コグ形成部１２０及び上コグ形成部１３０を構成するゴム組成物は、ゴム１００質量部に対して４０質量部以上のフィラーを含んでいる。加工性等の観点からフィラーは８０質量部以下とすることが好ましい。フィラーはシリカを含む。フィラーにおけるシリカの含有量は３０％以上である。シリカの含有量は、９０％以下とすることが好ましい。シリカは、特に限定されないが、湿式法シリカを用いることができる。例えば、トクヤマ社製のトクシールＵ、日本シリカ工業社製のニップシールＶＮ３、神島化学社製のスターシール及びエボニック社製のウルトラジルＶＮ３等を用いることができる。フィラーは、シリカの他にカーボンブラックを含んでいてもよい。カーボンブラックは、特に限定されないが、ファーネスブラックを用いることができる。例えば、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＧＰＦ及びＦＥＦ等を用いることができる。

短繊維１２１及び短繊維１３１は、列理方向がベルト幅方向と一致するように配向させて混合分散されている。短繊維１２１及び短繊維１３１は、引張弾性率５ＧＰａ以上の繊維を用いることができる。例えば、高強力ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）繊維、パラ系アラミド繊維、メタ系アラミド繊維、芳香族ポリエステル繊維、又はヘテロ環含有芳香族繊維等とすることができる。これらのうち、パラ系アラミド繊維（例えば、デュポン社製商品名：ケブラー２９、ケブラー１１９，帝人社製商品名：テクノーラ）及びメタ系アラミド繊維（例えば、帝人社製商品名：コーネックス）は、ゴム成分中に短繊維を混練する際に繊維が切断されにくく、少量で弾性率を高めることができるという観点から好適に用いられる。短繊維１２１及び短繊維１３１はゴム成分１００質量部に対して１５質量部以上、２５質量部以下とすることができる。

下コグ形成部１２０及び上コグ形成部１３０を構成するゴム組成物は、以下の式（１）及び式（２）を満たす。
Ｅ^*１００℃≧１６０ＭＰａ ・・・（１）
Ｅ^*１００℃／Ｍ２０≧６０ ・・・（２）
但し、Ｅ^*１００℃は、１００℃における列理方向の動的粘弾性であり、Ｍ２０は反列理方向の２０％モジュラスである。Ｅ^*１００℃及びＭ２０は、実施例において示す方法により測定することができる。

下コグ形成部１２０及び上コグ形成部１３０を構成するゴム組成物が式（１）及び式（２）を満たすことにより、ベルト幅方向の変形を抑えつつ、ベルト周方向の変形を可能にすることができる。このため、ベルトの耐久性を維持しつつ、伝動効率を向上させることができる。これにより燃費を向上させることができる。

下コグ形成部１２０を構成するゴム組成物と、上コグ形成部１３０を構成するゴム組成物とは、同一とすることができる。また、先に述べた条件を満たせば互いに異なる配合のゴム組成物とすることもできる。

下コグ形成部１２０は、ベルト長手方向に沿って一定ピッチＰ１（例えば、Ｐ１＝６ｍｍ）で配設された下コグ１２４を有し、相互に隣接した下コグ１２４間にベルト幅方向に延びる溝１２５が構成されている。下コグ１２４の縦断面外形は、コグ高さＤ１が４〜６ｍｍの略正弦波形とすることができ、溝１２５の底が外向きに凹である半径Ｒ１（例えば、Ｒ１＝２．０ｍｍ）の円弧状に形成することができる。下コグ１２４のコグ高さＤ１を４ｍｍ以上、６ｍｍ以下とすることにより、ベルトの曲げ剛性を低くしベルトの発熱を抑えると共にベルトの受ける曲げ歪を小さくすることができる。これにより、クラックの発生を抑える効果を十分に得ることができる。また、回転変動が生じた際に下コグ１２４が揺動して張力変動に対する耐久性に悪影響が及ぶのを阻止することができる。

上コグ形成部１３０は、ベルト長手方向に沿って一定ピッチＰ２（例えば、Ｐ２＝６ｍｍ）で配設された上コグ１３４を有し、相互に隣接した上コグ１３４間にベルト幅方向に延びる溝１３５が構成されている。上コグ１３４の縦断面外形は、所定コグ高さＤ２（例えば、Ｄ２＝２．２ｍｍ）の略台形に形成することができ、溝１３５の底が外向きに凹である半径Ｒ２（例えば、Ｒ２＝１．２ｍｍ）の円弧状に形成することができる。

下コグ１２４の配設ピッチＰ１は上コグ１３４の配設ピッチＰ２以下とすることができる。また、上コグ１３４のコグ高さＤ２に対する下コグ１２４のコグ高さＤ１の比Ｄ１／Ｄ２は１．７以上とすることができる。さらに、下コグ形成部１２０の溝１２５の底と上コグ形成部１３０の溝１３５の底との間の距離ＴＣに対するベルト厚さＴの比Ｔ／ＴＣは１．５以上とすることができる。但し、ＴＣは、下コグ形成部１２０の溝１２５の底から心線１１２の中心までの距離Ｔ１と上コグ形成部１３０の溝１３５の底から心線の中心までの距離Ｔ２との和である。下コグ１２４のコグ高さＤ１を４ｍｍ以上、６ｍｍ以下とすることにより、ベルトの曲げ剛性を低くしベルトの発熱を抑えると共にベルトの受ける曲げ歪を小さくすることができる。これにより、クラックの発生を抑える効果を十分に得ることができる。また、回転変動が生じた際に下コグ１２４が揺動して張力変動に対する耐久性に悪影響が及ぶのを阻止することができる。

＜ゴム組成物＞
−ゴム組成物１−
クロロプレンゴム（東ソー社製、スカイプレンＲ２２）と、クロロプレンゴム１００質量部に対して５質量部のカーボンブラック（東海カーボン社製、ＦＥＦ）と、２４質量部のシリカ（エボニック社製、ウルトラジルＶＮ３）と、５質量部の酸化マグネシウムと、５質量部の酸化亜鉛と、３．３３質量部の老化防止剤（大内新興化学工業社製、ノラックＡＤ：３質量部、ノラック８Ｃ：０．３３質量部）と、５質量部の可塑剤（三建加工社製、ＤＯＳ）と、１質量部のステアリン酸と、１０質量部の亜鉛末（白水化学社製、ＵＦ）と、をインターナルミキサーに投入して混練した後に計量分割した。次に、これにクロロプレンゴム（ＣＲ）１００質量部に対して３質量部の架橋促進剤（大内新興化学工業社製、ノラックＡＤ−Ｆ）と、１６質量部の繊維長３ｍｍのメタ系アラミド短繊維（帝人社製、コーネックス）とをさらに投入して混練して塊状のゴム組成物１を形成した。

−ゴム組成物２−
カーボンブラックを２５質量部、シリカを２０質量部とした以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物３−
カーボンブラックを７質量部、シリカを３５質量部とした以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物４−
カーボンブラックを９質量部、シリカを４５質量部とした以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物５−
カーボンブラックを８質量部、シリカを４０質量部とした以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物６−
カーボンブラックを２０質量部、シリカを３５質量部とした以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物７−
カーボンブラックを４８質量部、シリカを１０質量部とした以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物８−
カーボンブラックを２０質量部、シリカを４０質量部とした以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物９−
カーボンブラックを４８質量部とし、シリカを配合しなかった以外は、ゴム組成物１と同様にした。

−ゴム組成物１０−
カーボンブラックを６０質量部とし、シリカを配合しなかった以外は、ゴム組成物１と同様にした。

各ゴム組成物におけるフィラーの配合を表１にまとめて示す。

＜心線＞
１１００ｄｔｅｘの太さのポリエステル繊維を２本集めて下撚り係数２．６で下撚りし、その下撚りしたものを５本集めて下撚り方向とは逆方向に上撚り係数２．９で上撚りしたトータル１１０００ｄｔｅｘの太さの心線とした。心線は、レゾルシン・ホルムアルデヒド・ラテックス（ＲＦＬ）処理をして用いた。

＜ベルト＞
−ベルト１−
ゴム組成物１をカレンダロールで厚さ０．７ｍｍに圧延し、長手方向に短繊維を配向させた。次に、これを所定長さ毎に裁断し、それらを短繊維が幅方向に配向するようにジョイントした。短繊維が幅方向に配向するようにジョイントしたシート状のゴム組成物１、心線及び伸縮性のナイロン帆布を円筒状金型にセットし、それらから円筒状のスラブを円筒金型の外周に成形加硫し、これを所定幅に幅切りした後にベルト横断面が３２°の楔角度になるようにカットすると共に研磨して作製した。ベルト１は、ベルト厚さＴが１４．８ｍｍ、心線のベルト幅方向の中心でのベルト幅Ｗが２３．０ｍｍ、下コグの配設ピッチＰ１が１１．０ｍｍ、上コグの配設ピッチＰ２が７．５ｍｍである。下コグ形成部の溝底の断面形状の半径Ｒ１が１．５ｍｍ、上コグ形成部の溝底の断面形状の半径Ｒ２が１．０ｍｍである。下コグのコグ高さＤ１が７．１ｍｍ、上コグのコグ高さＤ２が３．６ｍｍである。下コグ形成部の溝の底から心線の中心までの距離Ｔ１が２．９ｍｍ、上コグ形成部の溝の底から心線の中心までの距離Ｔ２が１．２ｍｍである。

−ベルト２〜１０−
ゴム組成物１をゴム組成物２〜１０として、それぞれベルト２〜１０を作製した。

＜物理特性＞
−物理特性評価用シート−
各ゴム組成物について、カレンダロールにより厚さが０．４ｍｍの未加硫シートを作成した。未加硫シートを３枚重ね合わせて１７０℃×２０分の熱プレスを行い厚さが約１．１ｍｍの粘弾性率評価用シートを作成した。未加硫シートを６枚重ね合わせて１７０℃×２０分の熱プレスを行い、厚さが約２．２ｍｍの引張り試験評価用シートを作成した。

−粘弾性−
粘弾性率評価シートを用いてカレンダー列理方向への引張りモードでの静歪１．５％、動歪０．１％、周波数１０Ｈｚ、１００℃で動的粘弾性（Ｅ^*１００℃）を測定した。

−モジュラス−
物理特性評価用シートから、カレンダー反列理方向にＪＩＳ３号ダンベル試験片を切り出しＪＩＳ Ｋ ６２５１に準拠して引張り試験を行い２０％モジュラス（Ｍ２０）を測定した。

＜評価＞
−伝動効率及びスリップ率−
伝動効率及びスリップ率は、駆動プーリと従動プーリとの間にベルトを掛け渡し、駆動プーリを所定の条件で回転させることにより測定した。

伝動効率を測定する際には、駆動プーリと従動プーリとの径を同じにし、駆動軸トルクを４Ｎ・ｍとして回転させた。その際の、入力回転数Ｎ１、入力トルクＴｒ１、出力回転数Ｎ２及び出力トルクＴｒ２を測定し、以下の式（３）にあてはめて計算した。回転数が３０００ｒｐｍ、５０００ｒｍｐ及び７０００ｒｐｍのそれぞれについて値を求め、その平均値を伝動効率とした。
伝動効率＝（Ｎ２×Ｔｒ２）／（Ｎ１×Ｔｒ１）×１００・・・（３）
スリップ率を測定する際には、駆動プーリの径を従動プーリの径よりも小さくし、駆動軸トルクを８Ｎ・ｍとして回転させた。無負荷時及び負荷時の駆動プーリと従動プーリの回転数とを測定し、以下の式（４）にあてはめて計算した。回転数が３０００ｒｐｍ、５０００ｒｍｐ及び７０００ｒｐｍのそれぞれについて値を求め、その平均値をスリップ率とした。
スリップ率＝｛１−（ｎ’／Ｎ’）×（Ｎ／ｎ）｝×１００・・・（４）
ここで、Ｎは無負荷時の駆動プーリの回転数（ｒｐｍ）、ｎは無負荷時の従動プーリの回転数（ｒｐｍ）、Ｎ’は負荷時の駆動プーリの回転数（ｒｐｍ）、ｎ’は負荷時の従動プーリの回転数（ｒｐｍ）である。

表２に、各ベルトの物理特性、伝動効率及びスリップ率をまとめて示す。

図３は、Ｅ^*１００℃とスリップ率との関係を示している。図３に示すように、Ｅ^*１００℃を１６０ＭＰａ以上とすることにより、スリップ率を向上させることができる。

図４は、Ｅ^*１００℃／Ｍ２０と伝動効率との関係を示している。図４に示すように、スリップ率が大きいベルト１を除いて、Ｅ^*１００℃／Ｍ２０が６０以上の場合には、伝動効率を大きくすることができる。

以上のように、Ｅ^*１００℃が１６０ＭＰａ以上で、Ｅ^*１００℃／Ｍ２０が６０以上の場合には、伝動効率を８５％以上とし、スリップ率を４．５％以下とすることができる。

本開示のダブルコグドＶベルトは、耐久性を維持しつつ伝動効率をさらに向上することができ、特に中排気量以下のスクーターの伝動ベルト等として有用である。

１００ ダブルコグドＶベルト
１１０ 心線埋設部
１１１ 心線埋設部本体
１１２ 心線
１２０ 下コグ形成部
１２１ 短繊維
１２２ 下コグ形成部本体
１２３ 帆布
１２４ 下コグ
１２５ 溝
１３０ 上コグ形成部
１３１ 短繊維
１３４ 上コグ
１３５ 溝

Claims (2)

1. 心線を有するエンドレスの心線埋設部と、
   前記心線埋設部の内周側に一体に設けられた、下コグ形成部と、
   前記心線埋設部の外周側に一体に設けられた、上コグ形成部とを備え、
   前記下コグ形成部及び上コグ形成部を構成するゴム組成物は、以下の式（１）及び式（２）を満たし、
   前記ゴム組成物は、ゴム１００質量部に対し、４０質量部以上、８０質量部以下のフィラーを含み、
   前記フィラーは、カーボンブラック及びシリカを含み且つシリカを３０％以上含み、
   前記下コグ形成部及び前記上コグ形成部は、短繊維を含み、
   前記短繊維は、ポリビニルアルコール繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、又はヘテロ環含有芳香族繊維である、ダブルコグドＶベルト。
   Ｅ^*１００℃≧１６０ＭＰａ ・・・（１）
   Ｅ^*１００℃／Ｍ２０≧６０ ・・・（２）
   但し、Ｅ^*１００℃は、１００℃における列理方向の動的粘弾性であり、Ｍ２０は反列理方向の２０％モジュラスである。
2. 前記ゴム組成物は、クロロプレンゴムを主成分とする、請求項１に記載のダブルコグドＶベルト。