JP6427302B1 - 伝動ベルト - Google Patents

Abstract

伝動ベルトは少なくとも底部ゴム（１１）層を備える。底部ゴム層（１１）を構成するゴム組成物は、ゴム成分と、セルロース微細繊維と、短繊維とを含む。セルロース微細繊維は、平均直径が１ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であり、且つ、ゴム成分１００質量部に対して０．５質量部以上配合されている。短繊維は、平均直径が５μｍ以上で且つ３０μｍ以下であり、且つ、ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上配合されている。

Description

本開示は、伝動ベルトに関する。

伝動ベルトを構成するゴム組成物には、目的とする特性を得るために多様な物質が配合されている。例えば特許文献１において、Ｖリブドベルトの少なくとも圧縮層を、カーボンブラック及び短繊維を含有するゴム組成物によって構成することが開示されている。

特開２０１４−１６７３４７号公報

ゴム組成物を用いた伝動ベルトには、様々な特性について要求がある。本開示は、ゴム組成物を用いて製造された伝動ベルトについて、耐久性と、伝動効率とに関して改善する技術を説明する。

本開示の伝動ベルト用は、少なくとも底部ゴム層を備える。底部ゴム層を構成するゴム組成物は、ゴム成分、セルロース微細繊維及び短繊維を含む。セルロース微細繊維は、平均直径が１ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であり、且つ、ゴム成分１００質量部に対して０．５質量部以上配合されている。短繊維は、平均直径が５μｍ以上で且つ３０μｍ以下であり、且つ、ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上配合されている。

本開示の伝動ベルトによると、耐久性及び伝動効率が向上される。

図１は、本開示の一実施形態のＶリブドベルトを模式的に示す斜視図である。 図２は、実施形態のＶリブドベルトの要部の断面図である。 図３は、実施形態のＶリブドベルトの製造方法を示す第１の説明図である。 図４は、実施形態のＶリブドベルトの製造方法を示す第２の説明図である。 図５は、実施形態のＶリブドベルトの製造方法を示す第３の説明図である。 図６は、実施形態のＶリブドベルトの製造方法を示す第４の説明図である。 図７は、実施形態のＶリブドベルトの製造方法を示す第５の説明図である。 図８は、実施形態のＶリブドベルトの製造方法を示す第６の説明図である。 図９は、実施形態の平ベルトを模式的に示す斜視図である。 図１０は、実施形態の平ベルトの製造方法を示す第１の説明図である。 図１１は、実施形態の平ベルトの製造方法を示す第２の説明図である。 図１２は、実施形態の平ベルトの製造方法を示す第３の説明図である。 図１３は、実施形態のシングルコグドＶベルトを模式的に示す斜視図である。 図１４は、実施形態のラップドＶベルト、ローエッジＶベルト及び歯付ベルトを模式的に示す図である。 図１５は、伝動ベルトの伝動効率を測定するための走行試験機を模式的に示す図である。 図１６は、ベルトの耐摩耗性及び屈曲疲労性に関して評価するための走行試験装置を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施形態について説明する。

（ゴム組成物）
本実施形態に係るゴム組成物は、ゴム成分に、セルロースナノファイバ（以下、「ＣＮＦ」ともいう。）及び短繊維が分散して含有された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されてゴム成分が架橋したものである。ＣＮＦの含有量はゴム成分１００質量部に対して好ましくは０．５質量部以上であり、より好ましくは１質量部以上であり、また、好ましくは２０質量部以下であり、より好ましくは１０質量部以下である。また、短繊維の含有量はゴム成分１００質量部に対して好ましくは１質量部以上であり、より好ましくは５質量部以上であり、また、好ましくは４０質量部以下であり、より好ましくは３０質量部以下である。

ここで、ゴム成分としては、エチレン・プロピレンコポリマー（ＥＰＲ）、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、エチレン・オクテンコポリマー、エチレン・ブテンコポリマーなどのエチレン−α−オレフィンエラストマー；クロロプレンゴム（ＣＲ）；クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）；水素添加アクリロニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等が挙げられる。ゴム成分は、これらのうち１種又は２種以上のブレンドゴムであることが好ましい。特に、クロロプレンゴム（ＣＲ）が好ましい。

ゴム成分としてＣＲを用いる場合、ＣＲが主成分であって、ゴム成分におけるＣＲの含有量は５０質量％よりも多いのが好ましい。更に、発熱を抑制し且つ優れた耐摩耗性を得る観点から、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。

ＣＲとしては、Ｇタイプの硫黄変性ＣＲ、Ｗタイプのメルカプタン変性ＣＲ、Ａタイプの高結晶ＣＲ、低粘度ＣＲ、カルボキシル化ＣＲ等が挙げられる。ゴム成分に含有されるＣＲは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、ベルトの伝動効率及び耐久性の観点から、硫黄変性ＣＲを含むことがより好ましく、硫黄変性ＣＲを主体として含むことが更に好ましく、硫黄変性ＣＲのみで構成されることがより更に好ましい。最も好ましいのは、ゴム成分が硫黄変性ＣＲのみで構成されることである。

ＣＮＦは、植物繊維を細かくほぐすことで得られる植物細胞壁の骨格成分で構成されている。ＣＮＦの原料パルプとしては、例えば、木材、竹、稲（稲わら）、じゃがいも、サトウキビ（バガス）、水草、海藻等のパルプが挙げられる。これらのうち木材パルプが好ましい。

ＣＮＦとしては、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ及び機械解繊ＣＮＦが挙げられる。ＣＮＦは、これらのうちの１種又は２種を含むことが好ましく、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦを含むことが好ましく、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦを主体として含むことが好ましく、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦのみで構成されることが更に好ましい。

ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦは、原料パルプに含まれるセルロースにＮ−オキシル化合物を触媒として共酸化剤を作用させることにより、セルロース分子中のＣ６位の水酸基を選択的にカルボキシル基に酸化し、それを機械的に微細化して得られるＣＮＦである。Ｎ−オキシル化合物としては、例えば、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（ＴＥＭＰＯ）のフリーラジカルや４−アセトアミド−ＴＥＭＰＯ等が挙げられる。共酸化剤としては、例えば、次亜ハロゲン酸及びその塩、亜ハロゲン酸及びその塩、過ハロゲン酸及びその塩、過酸化水素、並びに過有機酸等が挙げられる。機械解繊ＣＮＦは、原料パルプを、例えば、二軸混練機などの混練機、高圧ホモジナイザー、グラインダー、ビーズミル等の解繊装置により粉砕して得られるＣＮＦである。

ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦの繊維径は例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であり、また、その分布が狭い。一方、機械解繊ＣＮＦの繊維径は数十ｎｍ〜数百ｎｍであり、その分布が広い。従って、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦ及び機械解砕ＣＮＦは、このような繊維径の大きさ及びその分布により明確に区別することができる。

本実施形態のゴム組成物が含有するＣＮＦの平均繊維径は、好ましくは１ｎｍ以上で有り、より好ましくは２ｎｍ以上であり、また、好ましくは２００ｎｍ以下であり、より好ましくは５０ｎｍ以下であり、更に好ましくは２０ｎｍ以下である。

ＣＮＦは、疎水化処理された疎水化ＣＮＦを含んでいてもよい。疎水化ＣＮＦとしては、セルロースの水酸基の一部又は全部が疎水性基に置換されたＣＮＦ、及び表面処理剤によって疎水化表面処理されたＣＮＦが挙げられる。セルロースの水酸基の一部又は全部が疎水性基に置換されたＣＮＦを得るための疎水化としては、例えば、エステル化、アルキル化、トシル化、エポキシ化、アリール化等が挙げられる。これらのうちエステル化が好ましい。具体的には、エステル化された疎水化ＣＮＦは、セルロースの水酸基の一部又は全部が、酢酸、無水酢酸、プロピオン酸、酪酸等のカルボン酸、若しくは、そのハロゲン化物によりアシル化されたＣＮＦである。表面処理剤によって疎水化表面処理されたＣＮＦを得るための表面処理剤としては、例えば、シランカップリング剤等が挙げられる。

また、短繊維としては、例えば、パラ系アラミド短繊維、メタ系アラミド短繊維、ナイロン６短繊維、ナイロン６，６短繊維、ナイロン４，６短繊維、ポリエチレンテレフタレート短繊維、ポリエチレンナフタレート短繊維等が挙げられる。短繊維は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、パラ系アラミド短繊維を含むことがより好ましく、パラ系アラミド短繊維を主体として含むことが好ましく、パラ系アラミド短繊維のみで構成されることがより更に好ましい。

パラ系アラミド短繊維としては、ポリパラフェニレンテレフタルアミドの短繊維（例えば、デュポン社製のケブラー、帝人社製のトワロン）及びコポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維（例えば帝人社製のテクノーラ）が挙げられる。パラ系アラミド短繊維は、これらのうちの１種又は２種を含むことが好ましく、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維を含むことがより好ましく、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維を主体として含むことが更に好ましく、コポリパラフェニレン−３，４’−オキシジフェニレンテレフタルアミドの短繊維のみで構成されることがより更に好ましい。

短繊維の繊維長は、好ましくは０．５ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、より好ましくは１．０ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。短繊維の繊維径は、好ましくは５．０μｍ以上であり、より好ましくは８μｍ以上であり、また、好ましくは３０μｍ以下であり、より好ましくは２５μｍ以下である。

実施形態に係るゴム組成物を形成する未架橋ゴム組成物には、ＣＲの架橋剤が配合されてる。その架橋剤としては、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等の金属酸化物が挙げられる。架橋剤は、酸化亜鉛及び酸化マグネシウムを併用することが好ましい。酸化亜鉛の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３質量部以上７質量部以下、より好ましくは４質量部以上６質量部以下である。酸化マグネシウムの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して、好ましくは３質量部以上７質量部以下、より好ましくは４質量部以上６質量部以下である。

また、本実施形態の係るゴム組成物は、カーボンブラック（以下、「ＣＢ」ともいう）が分散して含有されていても良い。例えば、チャネルブラック；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、Ｎ−３３９、ＨＡＦ、Ｎ−３５１、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＥＣＦ、Ｎ−２３４などのファーネスブラック；ＦＴ、ＭＴなどのサーマルブラック；アセチレンブラック等が挙げられる。ＣＢは、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、ＦＥＦを含むことがより好ましく、ＦＥＦを主体として含むことが更に好ましく、ＦＥＦのみで構成されることがより更に好ましい。

実施形態に係るゴム組成物は、その他に、可塑剤、加工助剤、加硫促進助剤、加硫促進剤等のゴム配合剤を含有していてもよい。

以上の構成の実施形態に係るゴム組成物は、ＣＲラテックスにＣＮＦを混合し、溶媒を除去することによりＣＲにＣＮＦが分散したマスターバッチを作製し、そのマスターバッチに、或いは、そのマスターバッチにＣＲ等のゴム成分を混練して希釈したものに、ＣＢを含むゴム配合剤を配合して混練することにより未架橋ゴム組成物を得て、その未架橋ゴム組成物を加熱及び加圧してゴム成分を架橋させることにより得ることができる。

実施形態に係るゴム組成物は、伝動ベルトを構成するために用いると、耐久性及び伝動効率に優れることから、伝動ベルト、特には変速ベルトのベルト本体の少なくとも一部を形成する材料として好適に用いることができる。

（ＶリブドベルトＢ）
次に、本実施形態のゴム組成物を少なくとも一部に用いて形成される伝動ベルトとして、ＶリブトベルトＢを説明する。

図１及び図２は、実施形態に係るＶリブドベルトＢを示す。実施形態に係るＶリブドベルトＢは、例えば、自動車のエンジンルーム内に設けられる補機駆動ベルト伝動装置等に用いられるエンドレスの動力伝達部材である。実施形態に係るＶリブドベルトＢは、例えば、ベルト長さが７００〜３０００ｍｍ、ベルト幅が１０〜３６ｍｍ、及びベルト厚さが４．０〜５．０ｍｍである。

実施形態に係るＶリブドベルトＢは、ベルト内周側のプーリ接触部分を構成する圧縮ゴム層１１（底部ゴム層）と中間の接着ゴム層１２とベルト外周側の背面ゴム層１３との三層構造に構成されたゴム製のＶリブドベルト本体１０を備えている。Ｖリブドベルト本体１０における接着ゴム層１２の厚さ方向の中間部には、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように心線１４が埋設されている。なお、背面ゴム層１３の代わりに背面補強布が設けられ、Ｖリブドベルト本体１０が圧縮ゴム層１１及び接着ゴム層１２の二重層に構成されていてもよい。

圧縮ゴム層１１は、複数のＶリブ１５がベルト内周側に垂下するように設けられている。複数のＶリブ１５は、各々がベルト長さ方向に延びる断面略逆三角形の突条に形成されていると共に、ベルト幅方向に並列するように設けられている。各Ｖリブ１５は、例えば、リブ高さが２．０〜３．０ｍｍ、基端間の幅が１．０〜３．６ｍｍである。Ｖリブ１５の数は例えば３〜６個である（図１では６個）。接着ゴム層１２は、断面横長矩形の帯状に構成されており、その厚さが例えば１．０〜２．５ｍｍである。背面ゴム層１３も、断面横長矩形の帯状に構成されており、厚さが例えば０．４〜０．８ｍｍである。背面ゴム層１３の表面には、背面駆動時の音発生を抑制する観点から、織布パターンが設けられていることが好ましい。

圧縮ゴム層１１、接着ゴム層１２、及び背面ゴム層１３は、ゴム成分に種々のゴム配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されて架橋剤により架橋したゴム組成物で形成されている。圧縮ゴム層１１、接着ゴム層１２、及び背面ゴム層１３を形成するゴム組成物は、同一であっても、また、異なっていても、どちらでもよい。

圧縮ゴム層１１、接着ゴム層１２及び背面ゴム層１３の少なくとも一つは、本実施形態のゴム組成物により形成される。少なくとも圧縮ゴム層１１は本実施形態のゴム組成物により形成されることが好ましく、圧縮ゴム層１１、接着ゴム層１２及び背面ゴム層１３がいずれも本実施形態のゴム組成物により形成されることが更に好ましい。

心線１４は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維、パラ系アラミド繊維、ビニロン繊維等の撚り糸や組紐等の線材で構成されている。心線１４は、Ｖリブドベルト本体１０に対する接着性を付与するために、成形前にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する接着処理及び／又はゴム糊に浸漬した後に乾燥させる接着処理が施されている。なお、心線１４は、ＲＦＬ水溶液及び／又はゴム糊による接着処理の前に、必要に応じてエポキシ樹脂やポリイソシアネート樹脂等の溶液からなる接着剤溶液に浸漬した後に加熱する接着処理が施されていてもよい。心線１４の直径は例えば０．５〜２．５ｍｍであり、断面における相互に隣接する心線１４中心間の寸法は例えば０．０５〜０．２０ｍｍである。

（ＶリブドベルトＢの製造方法）
実施形態に係るＶリブドベルトＢの製造方法について、図３〜図８に基づいて説明する。

図３及び図４は、実施形態に係るＶリブドベルトＢの製造に用いるベルト成形型３０を示す。

このベルト成形型３０は、同心状に設けられた、各々、円筒状の内型３１及び外型３２を備えている。

内型３１はゴム等の可撓性材料で形成されている。外型３２は金属等の剛性材料で形成されている。外型３２の内周面は成型面に構成されており、その外型３２の内周面には、Ｖリブ１５の形状と同一のＶリブ形成溝３３が軸方向に一定ピッチで設けられている。外型３２には、水蒸気等の熱媒体や水等の冷媒体を流通させて温調する温調機構が設けられている。また、内型３１を内部から加圧膨張させるための加圧手段が設けられている。

実施形態に係るＶリブドベルトＢの製造方法は、材料準備工程、成形工程、架橋工程、及び仕上げ工程を有する。

＜材料準備工程＞
−圧縮ゴム層用、接着ゴム層用、及び背面ゴム層用の未架橋ゴムシート１１’，１２’，１３’−
圧縮ゴム層用、接着ゴム層用、及び背面ゴム層用の未架橋ゴムシート１１’，１２’，１３’のうち、セルロースナノファイバーを含有させるものの作製を以下のようにして行う。

まず、素練りしているゴム成分にセルロースナノファイバーを投入して混練することにより分散させる。

ここで、ゴム成分へのセルロースナノファイバーの分散方法としては、例えば、セルロースナノファイバーを水に分散させた分散体（ゲル）を、オープンロールで素練りしているゴム成分に投入し、それらを混練しながら水分を気化させる方法、セルロースナノファイバーを水に分散させた分散体（ゲル）とゴムラテックスとを混合して水分を気化させて得られたセルロースナノファイバー／ゴムのマスターバッチを、素練りしているゴム成分に投入する方法、セルロースナノファイバーを溶剤に分散させた分散体とゴム成分を溶剤に溶解させた溶液とを混合して溶剤を気化させて得られたセルロースナノファイバー／ゴムのマスターバッチを、素練りしているゴム成分に投入する方法、セルロースナノファイバーを水に分散させた分散体（ゲル）を凍結乾燥させて粉砕したものを、素練りしているゴム成分に投入する方法、疎水化したセルロースナノファイバーを素練りしているゴム成分に投入する方法等が挙げられる。

次いで、ゴム成分とセルロースナノファイバーとを混練しながら、各種のゴム配合剤を投入して混練を継続することにより未架橋ゴム組成物を作製する。

そして、その未架橋ゴム組成物をカレンダー成形等によってシート状に成形する。

なお、セルロースナノファイバーを含有させないものの作製は、ゴム成分に各種のゴム配合剤を配合し、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機で混練し、得られた未架橋ゴム組成物をカレンダー成形等によってシート状に成形することにより行う。

−心線１４’−
心線１４’に対して接着処理を施す。具体的には、心線１４’に、ＲＦＬ水溶液に浸漬して加熱するＲＦＬ接着処理を施す。また、ＲＦＬ接着処理前に下地接着処理液に浸漬して加熱する下地接着処理を施すことが好ましい。なお、ＲＦＬ接着処理前にゴム糊に浸漬して乾燥させるゴム糊接着処理を施してもよい。

＜成形工程＞
図５に示すように、表面が平滑な円筒ドラム３４上にゴムスリーブ３５を被せ、その外周上に、背面ゴム層用の未架橋ゴムシート１３’、及び接着ゴム層用の未架橋ゴムシート１２’を順に巻き付けて積層し、その上から心線１４’を円筒状の内型３１に対して螺旋状に巻き付け、更にその上から接着ゴム層用の未架橋ゴムシート１２’、及び圧縮ゴム層用の未架橋ゴムシート１１’を順に巻き付ける。このとき、ゴムスリーブ３５上には積層成形体Ｂ’が形成される。

＜架橋工程＞
積層成形体Ｂ’を設けたゴムスリーブ３５を円筒ドラム３４から外し、図６に示すように、それを外型３２の内周面側に内嵌め状態にセットした後、図７に示すように、内型３１を外型３２にセットされたゴムスリーブ３５内に位置付けて密閉する。

次いで、外型３２を加熱すると共に、内型３１の密封された内部に高圧空気等を注入して加圧する。このとき、内型３１が膨張し、外型３２の成型面に、積層成形体Ｂ’における未架橋ゴムシート１１’，１２’，１３’が圧縮されて進入し、また、それらの架橋が進行し、且つ心線１４’が複合一体化し、最終的に、図８に示すように、円筒状のベルトスラブＳが成型される。なお、ベルトスラブＳの成型温度は例えば１００〜１８０℃、成型圧力は例えば０．５〜２．０ＭＰａ、及び成型時間は例えば１０〜６０分である。

＜仕上げ工程＞
内型３１の内部を減圧して密閉を解き、内型３１と外型３２との間でゴムスリーブ３５を介して成型されたベルトスラブＳを取り出し、ベルトスラブＳを所定幅に輪切りして表裏を裏返すことによりＶリブドベルトＢが製造される。

（平ベルトＣ）
次に、本実施形態のゴム組成物を少なくとも一部に用いて形成される他の伝動ベルトとして、平ベルトを説明する。

図９は、本実施形態の平ベルトＣを模式的に示す。平ベルトＣは、例えば、送風機やコンプレッサーや発電機などの駆動伝達用途、自動車の補機駆動用途等の比較的高負荷条件下での使用において長寿命が要求される用途で用いられる動力伝達部材である。平ベルトＣは、例えば、ベルト長さが６００〜３０００ｍｍ、ベルト幅が１０〜２０ｍｍ、及びベルト厚さが２〜３．５ｍｍである。

平ベルトＣは、ベルト内周側の内側ゴム層１２１とそのベルト外周側の接着ゴム層１２２と更にそのベルト外周側の外側ゴム層１２３とが積層されるように設けられて一体化した平ベルト本体１２０を備えている。接着ゴム層１２２には、そのベルト厚さ方向の中間部に、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように心線１２４が埋設されている。

内側ゴム層１２１、接着ゴム層１２２、及び外側ゴム層１２３は、それぞれ断面横長矩形の帯状に形成されており、ゴム成分に種々の配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されることにより架橋剤により架橋されたゴム組成物で形成されている。内側ゴム層１２１の厚さは、好ましくは０．３ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、また、好ましくは３．０ｍｍ以下、より好ましくは２．５ｍｍ以下である。接着ゴム層１２２の厚さは例えば０．６〜１．５ｍｍである。外側ゴム層１２３の厚さは例えば０．６〜１．５ｍｍである。

内側ゴム層１２１、接着ゴム層１２２、及び外側ゴム層１２３を形成するゴム組成物のうち少なくとも１つは、本実施形態のゴム組成物からなる。少なくとも内側ゴム層１２１が本実施形態のゴム組成物からなることがより好ましく、内側ゴム層１２１、接着ゴム層１２２及び外側ゴム層１２３の全てが本実施形態のゴム組成物からなることが更に好ましい。

心線１２４については、本実施形態のＶリブドベルトの心線１４と同一の構成を有する。

本実施形態の平ベルトＣによれば、このように平ベルト本体１２０を構成する内側ゴム層１２１、接着ゴム層１２２、及び外側ゴム層１２３を形成するゴム組成物のうち少なくとも１つが、繊維径の分布範囲が５０〜５００ｎｍを含むセルロースナノファイバーを含有することにより、優れた耐屈曲疲労性を得ることができる。また、特に接触部分を構成する内側ゴム層１２１を形成するゴム組成物がかかるセルロースナノファイバーを含有する場合には、高い耐摩耗性と共に、安定な摩擦係数を得ることができる。

（平ベルトＣの製造方法）
平ベルトＣの製造方法について、図１０、図１１及び図１２に基づいて説明する。平ベルトＣの製造方法は、材料準備工程、成形工程、架橋工程、及び仕上げ工程を有する。

＜材料準備工程＞
内側ゴム層用、接着ゴム層用、及び外側ゴム層用の未架橋ゴムシート１２１’，１２２’，１２３’のうち、セルロースナノファイバーを含有させるものを、上記Ｖリブドベルトの場合と同様にして作製する。なお、セルロースナノファイバーを含有させないものの作製は、ゴム成分に各種のゴム配合剤を配合し、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機で混練し、得られた未架橋ゴム組成物をカレンダー成形等によってシート状に成形することにより行う。

また、心線１２４’に対して上記Ｖリブドベルトの場合と同様にして接着処理を施す。

＜成形工程＞
図１０（ａ）に示すように、円筒金型１４５の外周に内側ゴム層用の未架橋ゴムシート１２１’を巻き付けた後、その上に接着ゴム層用の未架橋ゴムシート１２２’を巻き付ける。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、接着ゴム層用の未架橋ゴムシート１２２’の上に心線１２４’を螺旋状に巻きつけた後、その上に再び接着ゴム層用の未架橋ゴムシート１２２’を巻き付ける。

次いで、図１０（ｃ）に示すように、接着ゴム層用の未架橋ゴムシート１２２’の上に外側ゴム層用の未架橋ゴムシート１２３’を巻き付ける。これにより円筒金型１４５上に積層成形体Ｃ’が形成される。

＜架橋工程＞
続いて、図１１に示すように、円筒金型１４５上の積層成形体Ｃ’にゴムスリーブ１４６を被せた後、それを加硫缶にセットして密閉し、高熱の水蒸気などにより円筒金型１４５を加熱すると共に、高圧をかけてゴムスリーブ１４６を円筒金型１４５側の半径方向に押圧する。このとき、積層成形体Ｃ’の未架橋ゴム組成物が流動すると共にゴム成分の架橋反応が進行し、加えて、心線１２４’の接着反応も進行し、これにより図１２に示すように円筒金型１４５上に筒状のベルトスラブＳが形成される。

＜研磨・仕上げ工程＞
研磨・仕上げ工程では、加硫缶から円筒金型１４５を取り出し、円筒金型１４５上に形成された円筒状のベルトスラブＳを脱型した後、その外周面及び／又は内周面を研磨して厚さを均一化させる。

最後に、ベルトスラブＳを所定幅に幅切りすることにより平ベルトＣが作製される。

（コグドベルト）
次に、本実施形態のゴム組成物を少なくとも一部に用いて形成される更に他の伝動ベルトとして、コグドベルトを説明する。

図１３は、本実施形態に係るローエッジのシングルコグドＶベルト３０１を模式的に示す図である。このようなシングルコグドＶベルトは、例えば小型スクーターや農業機械の変速ベルトとして用いられる。

シングルコグドＶベルト３００は、ベルト内周側の圧縮ゴム層３１１、ベルト外周側の伸張ゴム層３１２、及びそれらの間の接着ゴム層３１３が積層されて一体となって構成され、断面形状が台形のゴム製のベルト本体１０を有する。接着ゴム層３１３の厚さ方向の中間部には、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３１４が埋設されている。ベルト内周面を構成する圧縮ゴム層３１１の表面には内側補強布３１５が貼設されており、また、ベルト外周面を構成する伸張ゴム層３１２の表面には外側補強布３１６が貼設されている。そして、ベルト内周側にはベルト長さ方向に一定ピッチで内側コグ３１７が配設されている一方、ベルト外周側は平坦なベルト背面が構成されている。

このようなシングルコグドＶベルト３００において、ベルト本体３１０を構成する圧縮ゴム層３１１、伸張ゴム層３１２及び接着ゴム層３１３のうちの少なくとも１つは、本実施形態のゴム組成物からなる。少なくとも圧縮ゴム層３１１が本実施形態のゴム組成物からなることがより好ましく、圧縮ゴム層３１１、伸張ゴム層３１２及び接着ゴム層３１３の全てが本実施形態のゴム組成物からなることが更に好ましい。

心線３１４については、本実施形態のＶリブドベルトの心線１４と同一の構成を有する。

本実施形態のシングルコグドＶベルト３００によると、圧縮ゴム層３１１、伸張ゴム層３１２及び接着ゴム層３１３のうちの少なくとも１つが、繊維径の分布範囲が５０〜５００ｎｍを含むセルロースナノファイバーを含有することにより、優れた耐屈曲疲労性を得ることができる。

（その他のベルト）
以上にＶリブドベルトＢ及び平ベルトＣを説明したが、これらに限定されることは無く、更に他の伝動ベルトであっても良い。図１４には、例として、摩擦伝動ベルトであるローエッジＶベルト４０１及びラップドＶベルト４０２と、噛み合い伝動ベルトである歯付ベルト４０３を示す。これらのベルトは、いずれもベルト本体４１０、心線４１４及び補強布４１５を備えている。ベルト本体４１０のうち底部ゴム部分又は全部が本実施形態のゴム組成物からなっていても良い。

クロロプレンゴム（ＣＲ）をゴム成分とする実施形態のゴム組成物を用いて、各実施例及び比較例のベルトを作製した。ベルトの種類は、図１３に示すローエッジのシングルコグドＶベルトである。

（ＴＥＭＰＯ酸化セルロースナノファイバー調整）
このために、セルロースナノファイバーを調整した。まず、ＴＥＭＰＯ酸化を行った。具体的に、ソフトブリーチクラフトパルプを十分量のＨＣｌ（０．１Ｍ）及びイオン交換水により洗浄した。これにより得た洗浄パルプ（固形分１３％）４００ｇを４０００ｍｌのイオン交換水に混合した。当該混合物に、０．７８ｇの２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキシル（ＴＥＭＰＯ）（東京化成工業株式会社）と、５．０ｇのＮａＢｒとを加え、１時間攪拌した。

続いて、ＮａＣｌＯ（２Ｍ）を１２５ｍｌを加えた。更に、ｐＨを確認しながらＮａＯＨ（０．５Ｍ）を滴下した。この際、反応により変化するｐＨをＮａＯＨの滴下によりｐＨ１０．０に維持するようにした。ｐＨの変化が無くなった時点でＮａＯＨの滴下を終了し、そのまま一時間攪拌した。その後、パルプ混合液を濾過し、濾物をイオン交換水により複数回洗浄した。

次に、解繊を行った。上記のＴＥＭＰＯ酸化により得たパルプ（洗浄済の濾物）とイオン交換水とを混合して固形分１ｗｔ％とし、ビーズミルにより予備分散を行った。

得られた分散液について、湿式微粒子化装置であるスターバースト（株式会社 スギノマシン製）を用いて１５０ＭＰａにて４回の解繊処理を行った。以上により、ＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦを得た。

（ベルトの作製）
上記のようにして得たＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦを用い、試験評価用の種々のシングルコグドＶベルトを作製した。これらベルトの共通した作成方法は次の通りである。

上記で得たＴＥＭＰＯ酸化ＣＮＦと、ＣＲラテックス（東ソー（株）製）とを混合してビーカーに入れ、φ１００の６枚パドル翼のプロペラ型の攪拌機により、６００ｒｐｍにて約４時間攪拌した。攪拌語の分散液について、５０℃の雰囲気にて自然乾燥させてマスターバッチを作製した。 続いて、ＣＲ（硫黄変成クロロプレン）を素練りすると共に、そこにマスターバッチを投入して混練した。マスターバッチの投入量は、トータルのＣＲを１００質量部としたときのセルロース系微細繊維の含有量が所定の質量部となる量とした。

そして、密閉型のミキサーによりＣＲとセルロース系微細繊維とを混練すると共に、配合剤を混練りした。配合剤は、ゴム成分１００質量部に対し、補強材のカーボンブラックＦＥＦ（東海カーボン社製 商品名：シーストＳＯ）を２０質量部、アラミド短繊維を２０質量部、オイル（日本サン石油社製 商品名：サンパー２２８０）を５質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛（堺化学工業社製）を５質量部、酸化マグネシウム（協和化学工業社製 商品名：キョウワマグ１５０）を４質量部それぞれ投入して混練を継続することにより未架橋ゴム組成物を作製した。

上記の配合は、表１に示している。以下でも説明する通り、ＣＮＦ及び短繊維については様々な量の評価用ベルトを作製した。

この未架橋ゴム組成物をシート状に成形し、ベルトの底ゴム層を構成するための未架橋ゴムシートとし、試験評価用のシングルコグドＶベルトを作製した。

（ベルトの伝動効率）
上記に説明した試験評価用のシングルコグドＶベルトにおいて、配合するＣＮＦ及び短繊維の直径を変えて複数の評価用ベルトを作製した。つまり、ＣＮＦについて、平均直径２ｎｍ、１０ｎｍ、２０ｎｍ、５０ｎｍ及び１００ｎｍの五種類を用いた。また、短繊維について、平均直径２μｍ、８μｍ、１５μｍ、２５μｍ及び５０μｍの五種類を用いた。これらの組合せにより、表２に示す番号１〜２５の評価用ベルトを作製した。ここで、ＣＲ１００質量部に対し、ＣＮＦの配合量は１０質量部、短繊維の配合量は１５質量部である。

これらの番号１〜２５の評価用ベルトについて、伝動効率の評価を行った。図１５は、本実施形態におけるベルトの伝動効率を測定するための走行試験機６０を模式的に示す図である。走行試験機６０において、プーリ径５０ｍｍの駆動プーリ６１と、プーリ径１２０ｍｍの従動プーリ６２が備えられ、これらに評価用のベルトＢが巻き掛けられる。従動プーリ６２には６００Ｎのデッドウェイトを掛け、気温４０℃において、駆動プーリ６１を５０００ｒｐｍにて回転させる。この際に、駆動プーリ６１に入力されるエネルギーに対して従動プーリ６２から出力されるエネルギーを測定し、伝動の効率を算出する。表２には、算出した効率に基づく指数をベルト効率指数として示している。

（ベルト伝動効率の評価）
表２に示す通り、ＣＮＦ直径がいずれであっても、短繊維直径が８μｍ、１５μｍ及び２５μｍの場合に、短繊維直径が２μｍ又は５０μｍの場合よりもベルト効率指数は優れている（番号２〜４、７〜９、１２〜１５、１７〜１９、２２〜２４）。また、ＣＮＦ直径について、１００ｎｍであっても短繊維直径の違いによりベルト効率指数の向上は現れ（番号２２〜２４）、５０ｎｍではより顕著に短繊維直径の違いによりベルト効率指数が向上しており（番号１７〜１９、）、２０ｎｍ、１０ｎｍ及び５ｎｍでは極めて顕著に短繊維直径の違いによりベルト効率指数が向上している（番号２〜４、７〜９、１２〜１５）。

このように、短繊維直径は５μｍ以上でであることが好ましく、８μｍ以上であることがより好ましい。また、３０μｍ以下であることが好ましく、２５μｍ以下であることがより好ましい。これと共に、ＣＮＦ直径については、１ｎｍ以上であることが好ましく、２ｎｍ以上であることがより好ましい。また、２００ｎｍ程度以下であることが好ましく、５０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以下であることが更に好ましい。

（ベルトの耐久性）
上記に説明した試験評価用のシングルコグドＶベルトにおいて、ＣＮＦ及び短繊維の配合量を変えて複数の評価用ベルトを作製した。つまり、ＣＮＦについて、ゴム成分１００質量部に対する配合量を、０質量部（つまり、配合無し）、１質量部、５質量部、２０質量部及び３０質量部の５通りとした。また、短繊維について、ゴム成分１００質量部に対する配合量を、０質量部（配合無し）、５質量部、１０質量部、３０質量部及び４５質量部の５通りとした。但し、両方とも０質量部（配合無し）の場合は除く。従って、番号２６〜４９の２４種類のベルトを作製した。ここで、ＣＮＦの平均直径は１０ｎｍ、短繊維の平均直径は１０μｍとした。

これら番号２６〜４９のベルトについて、耐久性の評価として、耐摩耗性及び屈曲疲労性について評価を行った。

図１６は、耐摩耗性及びベルト屈曲疲労性について試験するための走行試験機４０を示す。走行試験機４０は、プーリ径φ４０ｍｍの駆動プーリ４１とその右側方に設けられたプーリ径４０ｍｍの従動プーリ４２とを備える。従動プーリ４２は、軸荷重（デッドウェイトＤＷ）を負荷してシングルコグドＶベルトＢに張力を付与できるように左右に可動に設けられている。

（耐摩耗性）
番号２６〜４９の試験評価用ベルトについて、走行試験機４０の駆動プーリ４１及び従動プーリ４２間に巻き掛け、従動プーリ４２に対して右側方に６００Ｎの軸荷重を負荷してベルトに張力を与えると共に、４０℃の雰囲気温度下において駆動プーリ４１を３０００ｒｐｍの回転数で回転させることによりベルト走行させた。

２４時間走行させた時点において、ベルトの摩耗量（走行前後のベルト重量の減少量）とを測定した。数値が小さいほど摩耗量が小さいのであり、優れている。結果を表３に示す。

（屈曲疲労性）
また、番号２６〜４９の試験評価用ベルトについて、走行試験機４０の駆動プーリ４１及び従動プーリ４２間に巻き掛け、従動プーリ４２に対して右側方に６００Ｎの軸荷重を負荷してベルトに張力を与えると共に、１００℃の雰囲気温度下において駆動プーリ４１を３０００ｒｐｍの回転数で回転させることによりベルト走行させた。定期的にベルト走行を停止すると共に、シングルコグドＶベルトＢにクラックが発生しているか否かを目視確認し、クラックの発生が確認されるまでのベルト走行時間を屈曲疲労性の評価とした。従って、数値が大きいほど耐久性に優れている。この結果についても、表３に示す。

（ベルト耐久性の評価）
ＣＮＦを配合しない番号２６〜２９は耐摩耗性が劣っており、短繊維の配合量を増やすことで改善はするが、短繊維を４５質量部配合する番号２９のベルトでも耐摩耗性の値は１８８であって不十分である。また、屈曲疲労性についても低く、短繊維の配合量が増えるほど低下する。

短繊維を配合しない番号３０、３５、４０及び４５については、屈曲疲労性の測定条件（雰囲気温度が１００℃）においてベルトの走行が不可能であり、従って屈曲疲労性も測定不可能であった。尚、これらのベルトについても、耐摩耗性の測定条件（雰囲気温度が４０℃）ではベルトは走行可能であり、従って、耐摩耗性は測定可能であった。

ＣＮＦの配合量が１質量部（ゴム成分１００質量部に対して。以下同じ）である番号３０〜３４について、短繊維を配合しない番号６については耐摩耗性が極めて悪い（５６０）が、短繊維を配合している番号３１〜３４については耐摩耗性が７９〜１２５の範囲であって優れている。但し、屈曲疲労性については短繊維の配合量が４５質量部である番号３４について７０であって低い。短繊維の配合量が５質量部、１０質量部、３０質量部である番号３１〜３３については屈曲疲労性についても１０８〜１２５であって優れている。

ＣＮＦの配合量が５質量部である番号３５〜３９についても同様の傾向であり、短繊維の配合量が５質量部、１０質量部及び３０質量部である番号３６〜３８については耐摩耗性及び屈曲疲労性のいずれについても優れている。短繊維を配合しない番号３５は耐摩耗性に劣り、短繊維の配合量が４５質量部である番号３９については屈曲疲労性が劣る。

ＣＮＦの配合量が５質量部である番号４０〜４４についても、短繊維の配合量が５質量部、１０質量部及び３０質量部である番号４１〜４３については耐摩耗性及び屈曲疲労性のいずれについても優れている。

ＣＮＦの配合量がゴム成分１００質量部に対して３０質量部である番号４５〜４９のベルトは、短繊維の配合量が５質量部の場合の屈曲疲労性は９５であって比較的良いが、耐摩耗性が１８０と劣る。耐摩耗性は短繊維の配合量を増やすことで幾分改善するが、屈曲疲労性が大幅に劣化する。

以上から、ＣＮＦを少量でも配合すると共に短繊維を用いることにより、耐摩耗性は大幅に改善する（例えば、番号２６と３１との比較）。従って、ＣＮＦの配合量は、ゴム成分１００質量部に対して０．５質量部以上であることが好ましく、１質量部以上であることがより好ましい。ＣＮＦの配合量が多くなりすぎると耐久性は劣化するので、配合量はゴム成分１００質量部に対して２０質量部以下であることが好ましく、１０質量部以下であることがより好ましい。

また、ＣＮＦを配合する場合において、短繊維を少量でも用いることで耐摩耗性は大幅に改善する（例えば番号３０と３１との比較）。従って、短繊維の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上であることが好ましく、５質量部以上であることがより好ましい。短繊維の配合量を増やすと耐摩耗性は向上するが、多過ぎると屈曲疲労性が劣化する。従って、短繊維の配合量は、ゴム成分１００質量部に対して４０質量部以下であることが好ましく、３０質量部以下であることがより好ましい。

本開示の伝動ベルトによると、ベルトの伝動効率及び耐久性が共に向上するので、各種伝動ベルトとして有用である。

１０ Ｖリブドベルト本体
１１ 圧縮ゴム層
１２ 接着ゴム層
１３ 背面ゴム層
１４ 心線
１５ Ｖリブ
３０ ベルト成形型
３１ 内型
３２ 外型
３３ Ｖリブ形成溝
３４ 円筒ドラム
３５ ゴムスリーブ
１００ ゴム成分
１２０ 平ベルト本体
１２１ 内側ゴム層
１２２ 接着ゴム層
１２３ 外側ゴム層
１２４ 心線
１４５ 円筒金型
１４６ ゴムスリーブ
３０１ シングルコグドＶベルト
３１０ ベルト本体
３１１ 圧縮ゴム層
３１２ 伸張ゴム層
３１３ 接着ゴム層
３１４ 心線
３１５ 内側補強布
３１６ 外側補強布
３１７ 内側コグ
４０１ ローエッジＶベルト
４０２ ラップドＶベルト
４０３ 歯付ベルト
４１０ ベルト本体
４１４ 心線
４１５ 補強布

Claims (4)

1. 少なくとも底部ゴム層を備える伝動ベルトにおいて、
   前記底部ゴム層を構成するゴム組成物は、ゴム成分、セルロース微細繊維及び短繊維を含み、
   前記セルロース微細繊維は、平均直径が１ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であり、且つ、前記ゴム成分１００質量部に対して１質量部以上で且つ２０質量部以下の範囲で配合されており、
   前記短繊維は、繊維長が０．５ｍｍ以上で且つ５．０ｍｍ以下であり、平均直径が８μｍ以上で且つ２５μｍ以下であり、且つ、前記ゴム成分１００質量部に対して５質量部以上で且つ３０質量部以下の範囲で配合されていることを特徴とする伝動ベルト。
2. 請求項１の伝動ベルトにおいて、
   前記セルロース微細繊維は、平均直径が２ｎｍ以上で且つ５０ｎｍ以下であることを特徴とする伝動ベルト。
3. 請求項１又は２の伝動ベルトにおいて、
   前記セルロース微細繊維は、化学的解繊手段によって製造されたものであることを特徴とする伝動ベルト。
4. 請求項１〜３のいずれか１つの伝動ベルトにおいて、
   前記ゴム成分は、エチレン・プロピレンコポリマー、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー、エチレン・オクテンコポリマー、エチレン・ブテンコポリマー、クロロプレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム及び水素添加アクリロニトリルゴムの少なくとも一つであることを特徴とする伝動ベルト。

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