JP7448724B2

JP7448724B2 - 伝動ベルト

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Publication number: JP7448724B2
Application number: JP2023507328A
Authority: JP
Inventors: 莉恵森本
Original assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Current assignee: Bando Chemical Industries Ltd
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2022-11-18
Publication date: 2024-03-12
Anticipated expiration: 2042-11-18
Also published as: JPWO2023090423A1; JP2024052724A; WO2023090423A1

Description

本発明は、伝動ベルトに関する。

従来、駆動側から従動側に動力を伝達する手段として伝動ベルトが知られている。そのような伝動ベルトとして、例えば特許文献１には、ベルト長さ方向に延びる心線が埋設された接着ゴム層と、該接着ゴム層のベルト底面側に設けられた圧縮ゴム層とを備え、上記接着ゴム層が、短繊維が混入分散されて圧縮ゴム層と略同等の弾性率を有する高弾性ゴム組成物で構成された伝動ベルトが開示されている。

特許第３７２１２２０号公報

ところで、伝動ベルトには、使用の際、大きな応力や歪みによる高負荷がかかり、また発熱部品が周辺に配置されている場合もあり高温になりやすい。特に、伝動ベルトは、気温の高い地域で利用する場合に高温になりやすい。このような状況下でも、伝動ベルトの伝動効率が低下しないように、伝動ベルトが耐久性を有するようにしたい。

また、伝動ベルトでは、接着ゴム層で破損が起こりやすい。これは、接着ゴム層が、伝動のはたらきを主に担う圧縮ゴム層と、圧縮ゴム層のように弾性変形しない心線との間に存在することにより、伝動のはたらきにより生じる応力が接着ゴム層に集中し、その結果、接着ゴム層が破壊起点となりやすいためと考えられる。

以上のことから、本発明の課題は、伝動ベルトの接着ゴム層の高負荷及び高温の下での耐久性を向上させることである。

本発明は、伝動ベルトであって、圧縮ゴム層と、上記圧縮ゴム層の厚さ方向一方側に設けられ、ベルト長さ方向に延びる心線が埋設された接着ゴム層とを備え、上記接着ゴム層の少なくとも一部は第１ゴム組成物で構成され、該第１ゴム組成物で構成された部分は、１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが４．０ＭＰａ以上である。

本発明によれば、接着ゴム層の少なくとも一部は第１ゴム組成物で構成され、その第１ゴム組成物で構成された部分は１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが４．０ＭＰａ以上であるので、接着ゴム層が高負荷及び高温の下で高い耐久性を有する。

実施形態に係るＶリブドベルトの断面を含む斜視図である。各実施例及び各比較例における走行耐久性試験のベルトレイアウト図である。実施例２におけるベルトモデル及び応力－歪み分布解析の結果を示す３Ｄ画像である。比較例１における図３相当図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

（実施形態）
＜Ｖリブドベルトの構成＞
実施形態に係るＶリブドベルト１（伝動ベルト）は、輪状に形成されている。なお、図１に示すように、Ｖリブドベルト１のベルト厚さ方向においてプーリに当接する方が内周側である。

Ｖリブドベルト１は、圧縮ゴム層２を備える。圧縮ゴム層２の内周側には、ベルト長さ方向に延びる複数のリブ３が設けられている。各リブ３は、図１に示すように、ベルト長さ方向と垂直に切断した断面視において、内周側にいくほど狭い台形状に形成されている。

また、Ｖリブドベルト１は、圧縮ゴム層２の外周側（厚さ方向一方側）に設けられた接着ゴム層４を備える。接着ゴム層４には、ベルト長さ方向に延びる複数の心線５が埋設されている。複数の心線５は、互いにベルト幅方向に一定の間隔をおいて並んでいる。複数の心線５の各中心は、図１に示すように、接着ゴム層４の厚さ方向中央部に位置する。複数の心線５は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、芳香族ポリアミド、４，６ナイロン、６ナイロン、６，６ナイロン等の樹脂製の繊維により構成されている。

また、Ｖリブドベルト１は、接着ゴム層４の外周側に設けられた背面ゴム層６を備える。以上説明した各層２，４，６は、ベルト長さ方向及びベルト幅方向全体にわたり、連続的に形成されている。

本発明の特徴として、接着ゴム層４は、高温及び高負荷の下で高い耐久性を有するようにするという観点から、１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが４．０ＭＰａ以上、好ましくは４．３ＭＰａ以上となるような、第１ゴム組成物で構成されている。本実施形態では、接着ゴム層４の全体が第１ゴム組成物で構成されているが、後述する第１～第４変形例のように、接着ゴム層４の一部が第１ゴム組成物で構成されていてもよい。

また、接着ゴム層４は、高温及び高負荷の下で高い耐久性を有するようにするという観点から、ＪＩＳＫ６２５３に準拠したジュロメータ硬度（ショアーＡ）が８６以上であることが好ましく、８９以上であることがより好ましい。

なお、圧縮ゴム層２及び背面ゴム層６は、第１ゴム組成物で構成されていてもよく、伝動ベルト１に通常用いられるゴム組成物であれば第１ゴム組成物とは組成の異なるゴム組成物で構成されていてもよい。

以下、第１ゴム組成物について説明する。

＜第１ゴム組成物＞
第１ゴム組成物は、ゴム成分と、ゴム成分を架橋するための架橋剤とを含有する。ゴム成分は、高温及び高負荷の下で高い耐久性を有するようにするという観点から、エチレン－α－オレフィンエラストマーを含有することが好ましい。エチレン－α－オレフィンエラストマーとしては、例えば、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－ブテンコポリマー等が挙げられ、特に、加工性及び架橋効率の観点から、エチレン－プロピレン－ジエン－ターポリマーが好ましい。

架橋剤としては、例えば、ジ－ｔ－ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ－ブチルクミルパーオキサイド、１，１－ｔ－ブチルパーオキシ－３，３，５－トリメチルシクロヘキサン、２，５－ジメチル－２，５－ジ－（ｔ－ブチルパーオキシ）ヘキサン、２，５－ジメチル－２，５－ジ（ベンゾイルパーオキシ）ヘキサン、ｔ－ブチルパーオキシベンゾエート、ｔ－ブチルパーオキシ－２－エチル－ヘキシルカーボネート、α，α’－ジ－（ｔ－ブチルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン，１，１－ジ－（ｔ－ブチルパーオキシ）シクロヘキサン等が挙げられる。

また、第１ゴム組成物は、ゴム成分及び架橋剤以外の配合剤を含有していてもよい。そのような配合剤としては、例えば、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、タルク等の充填剤が挙げられ、特に、高温及び高負荷の下で高い耐久性を有するようにするという観点から、カーボンブラック及びシリカの少なくとも一方を含有していることが好ましい。カーボンブラックとしては、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック等が挙げられる。また、充填剤以外の配合剤として、酸化亜鉛、ステアリン酸、加工助剤、老化防止剤、加水分解安定剤、パラフィン系プロセス油、共架橋剤等が挙げられる。第１ゴム組成物は、このほかの、伝動ベルトのゴム組成物に通常用いられる配合剤を含有していてもよい。

以下、本実施形態の変形例について説明する。なお、以下の説明では、本実施形態と共通する構成の説明を省略する。

（実施形態の第１変形例）
前述の実施形態では、接着ゴム層４は、全体が第１ゴム組成物で構成されているが、第１変形例では、接着ゴム層４は、第１ゴム組成物で構成された第１層と、第２ゴム組成物で構成された第２層とを含む２層構造である。第１層は、圧縮ゴム層２の直上に設けられ、第２層は、第１層の直上に設けられている。

第２ゴム組成物は、構成成分の種類及び各構成成分の含有量の少なくとも一方が第１ゴム組成物とは異なっている。また、第２ゴム組成物は、第２層の１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが、第１層とは異なり４．０ＭＰａ未満となるようなものであってもよい。

後述の実施例で示すように、接着ゴム層４は、背面ゴム層６側よりも圧縮ゴム層２側で歪みが大きくなりやすい。このため、本変形例のように、圧縮ゴム層２側に設けられた第１層を第１ゴム組成物から構成すれば、接着ゴム層４の高温及び高負荷の下で高い耐久性が得られる。その一方で、第２層の第２ゴム組成物を構成する成分の種類及び含有量は、製造コストやその他様々な観点から、自由に選択できる。すなわち、本実施例によれば、接着ゴム層４における背面ゴム層６側に使用する第２ゴム組成物の選択の自由度が高くなる。

例えば、第２ゴム組成物は、以下のように選択してもよい。後述の実施例で示すように第２層は第１層よりも使用時における歪みが小さいと考えられる。このため、第２層が第１層よりも低弾性率となるように、第２ゴム組成物の材料を選択してもよい。このようにすることで、第１層でＶリブドベルト１の高い耐久性が得られるとともに、第２層でＶリブドベルト１の屈曲に起因する応力によるエネルギー損失を低減させることができる。その結果、さらなる伝動効率の向上が得られ、消費電力を削減できる。

ところで、接着ゴム層４は、接着ゴム層４と心線５との材質の違いにより、心線５と接している部分で歪みが大きくなることが考えられる。また、接着ゴム層４は、後述の実施例で示すように、背面ゴム層６側よりも、伝動のはたらきを主に担う圧縮ゴム層２側で特に歪みが大きくなりやすい。以上のことを考慮すると、高温及び高負荷の下で非常に高い耐久性を有するようにするという観点から、第１層は、埋設された心線５の断面中央部よりも内周側（すなわち、圧縮ゴム層２側）全体に設けられていることが好ましい。この場合、図１の構成では、第１層及び第２層の界面は、接着ゴム層４のベルト厚さ方向中央である。

（実施形態の第２変形例）
第２変形例では、接着ゴム層４は、ベルト幅方向両端部に沿って設けられた第１部と、ベルト幅方向中央部に沿って設けられた第２部とを含む。第１部は第１ゴム組成物で構成され、第２部は第２ゴム組成物で構成されている。

後述の実施例で示すように、接着ゴム層４は、ベルト幅方向両端部において歪みが大きくなりやすい。このため、本変形例のように、ベルト幅方向両端部に設けられた第１部を第１ゴム組成物から構成すれば、Ｖリブドベルト１の高温及び高負荷の下で耐久性が得られる。第２ゴム組成物を構成する成分の種類及び含有量は、製造コストやその他様々な観点から、自由に選択できる。すなわち、本実施例によれば、接着ゴム層４におけるベルト幅方向中央部に使用する第２ゴム組成物の選択の自由度が高くなる。例えば、前述の第１変形例と同様の理由から、第２部が第１部よりも低弾性率となるように、第２ゴム組成物を使用してもよい。

（実施形態の第３変形例）
前述の第１変形例及び第２変形例に代えて、例えば、接着ゴム層４においてベルト幅方向両端部に沿った部分（すなわち、第２変形例の第１部に相当する部分）のみを２層構造とし、その２層のうち圧縮ゴム層２側の層（すなわち、第１変形例の第１層に相当する層）を第１ゴム組成物で構成し、これ以外の部分を第２ゴム組成物で構成してもよい。この場合、前述の第１変形例で説明したように高温及び高負荷の下で非常に高い耐久性を有するようにするという観点から、圧縮ゴム層２側の層は、埋設された心線５の断面中央部よりも内周側（すなわち、圧縮ゴム層２側）全体に設けられていることが好ましい。この場合、図１の構成では、第１層及び第２層の界面は、接着ゴム層４のベルト厚さ方向中央である。

（実施形態の第４変形例）
前述の第１～第３変形例に代えて、例えば、接着ゴム層４においてベルト幅方向中央部に沿った部分（すなわち、第２変形例の第２部に相当する部分）のみを２層構造とし、その２層のうち背面ゴム層６側の層（すなわち、第１変形例の第２部に相当する層）を第２ゴム組成物で構成し、これ以外の部分を第１ゴム組成物で構成してもよい。

（その他の実施形態）
前述の実施形態では、伝動ベルトがＶリブドベルトであるが、本発明に係る伝動ベルトは、これに限定されず、Ｖベルト、歯付ベルト等のあらゆる伝動ベルトであってもよい。

以下、実施例１，２及び比較例１，２を説明する。

＜Ｖリブドベルトの製造＞
実施例１では、密閉型混練機に、表１に示す配合表にしたがい、ゴム成分、架橋剤、充填剤その他配合剤を投入し、混練し、未架橋の接着ゴム層４用の第１組成物を調製した。また、同様の手順で、圧縮ゴム層２用及び背面ゴム層６用の各ゴム組成物も調製した。

圧縮ゴム層２、接着ゴム層４及び背面ゴム層６形成するための各ゴム組成物を、未架橋の状態でシート状に形成し、これらを成型ドラムに順番に巻き付けた。その際、接着ゴム層４用のシートには、接着処理を行った心線５を、弛まないよう一定張力で張りながら成型ドラムの一端部から他端部まで巻きつけ、その上からさらに接着ゴム層４用のシートを巻き付け、これにより心線５を接着ゴム層４に埋設した。

最後に、各層２，４，６の積層体が巻き付けられた成型ドラムを、約１７０℃で約２０分間プレス加硫して一度に架橋させ、筒状のベルト（スラブ）を成型した。その後、そのスラブをベルトの幅にカットし、Ｖリブドベルトを製造した。なお、製造したＶリブドベルトのリブの数は３つであった。

実施例２及び比較例１，２では、接着ゴム層４を構成するゴム組成物を、表１に示すような配合にしたことを除き、実施例１と同じようにしてＶリブドベルト１を製造した。すなわち、実施例１，２及び比較例１，２に係るＶリブドベルト１は、圧縮ゴム層２を構成するゴム組成物、背面ゴム層６を構成するゴム組成物など、接着ゴム層４を構成するゴム組成物を除くあらゆる構成が、互いにすべて同じである。

＜走行耐久性試験＞
以上のようにして得た実施例１，２及び比較例１，２に係るＶリブドベルト１を、それぞれ、図２に示すようにベルト走行試験機１０のプーリ１１～１４に掛け渡して、走行耐久性試験を行った。ベルト走行試験機１０は、互いに間隔をおいて設けられた駆動プーリ１１及び従動プーリ１２と、両プーリ１１，１２間に設けられたアイドラプーリ１３と、アイドラプーリ１３と間隔をおいて設けられたテンションプーリ１４とを備える。テンションプーリ１４は、駆動プーリ１１及び従動プーリ１２からの距離が互いに等しい位置に設けられており、Ｖリブドベルト１にテンションを加えるために、図２の矢印で示すようにアイドラプーリ１３から離れる方向に移動可能に構成されている。駆動プーリ１１及び従動プーリ１２は、いずれも、プーリ径が１２０ｍｍであり、外周にＶ溝が形成されている。アイドラプーリ１３のプーリ径は８０ｍｍであり、テンションプーリ１４のプーリ径は５５ｍｍである。

走行耐久性試験は、１２０℃の温度下で、テンションプーリ１４によりＶリブドベルト１に対し１２０ｋｇ重の張力をかけるとともに、駆動プーリ１１を４９００ｒｐｍで回転させて行った。

表２は、実施例１，２及び比較例１，２について、接着ゴム層４の物性及び走行耐久性試験結果を示す。具体的には、物性は、１２０℃における５０％モジュラス及びＪＩＳＫ６２５３に準拠したジュロメータ硬度である。走行耐久性試験結果は、Ｖリブドベルト１に破損が生じるまでにかかった時間（耐破損時間）及び耐破損時間の経過時における目視により確認された破損状況（どの部位が破損していたかなど）である。

表２に示すように、接着ゴム層４の物性は、１２０℃における５０％モジュラスが４．０ＭＰａ（実施例１）、４．３ＭＰａ（実施例２）、３．０ＭＰａ（比較例１）及び３．３ＭＰａ（比較例２）であり、硬度が８６(実施例１)、８９（実施例２）、８５（比較例１）及び８４（比較例２）であった。

また、耐破損時間は、それぞれ２５０時間（実施例１）、３５０時間（実施例２）及び５０時間未満（比較例１，２）であることから、実施例１，２のように接着ゴム層４に第１ゴム組成物（１２０℃における５０％モジュラスが４．０ＭＰａ以上）を用いることにより、接着ゴム層４が破損しにくく、耐久性が向上したことがわかる。

また、破損状況については、実施例１，２では接着ゴム層４の欠損はみられず圧縮ゴム層２が欠損していたのに対し、比較例１，２では接着ゴム層４が欠損してそれにより心線５が接着ゴム層４の外側にとび出し露出していた。このとからも、実施例１，２のように、接着ゴム層４に第１ゴム組成物を用いることにより、接着ゴム層４の耐久性が向上したことがわかる。

＜応力－歪み分布解析＞
コンピュータ上で、実施例２及び比較例１のＶリブドベルトのモデル（以下、ベルトモデルという）を作成し、これにプーリ径５５ｍｍのテンションプーリにより１２０ｋｇ重の張力をかけるシミュレーションを行い、この張力による応力を受けたことによりベルトモデルに生じた歪み分布を算出した（以下、この解析を応力－歪み分布解析という）。なお、このシミュレーションには、インターメッシュジャパン社製の汎用ＦＥＭ解析ソフトウェア「Ａｂａｑｕｓ」を使用した。

具体的には、実施例２及び比較例１のベルトモデルは、表１に示すような実施例２及び比較例１の配合の接着ゴム層４について、引張試験（ＪＩＳＫ６２５１）及び圧縮試験（ＪＩＳＫ６２５４）を行って得た応力－歪曲線を入力して、構築した。歪み分布の算出は、ベルトモデルを図３に示すような格子状の体積要素ごとに分割し、各体積要素にかかる応力及びそれによる歪みを有限要素法（ＦＥＭ）により算出した。

図３及び図４は、それぞれ実施例２及び比較例１に係る上記ベルトモデルにおける接着ゴム層４のみを表示した３Ｄ画像の一部と、ベルトモデルの体積要素ごとの歪みの大きさ（歪み値）をグレースケールで表示した、ベルトモデルの応力－歪み分布解析の結果とを示している。なお、図３及び図４に示す歪み値とは、応力を受けて変形した各体積要素の寸法変形量（ｍ）を変形前の各体積要素の寸法（ｍ）で割った値であり、正（＋）の値は各体積要素の体積増加（膨張）を意味し、負（－）の値は各体積要素の体積減少（圧縮）を意味する。

図３及び図４によれば、実施例２及び比較例１の両方で、接着ゴム層４のベルト幅方向両端部の歪み値が、ベルト幅方向中央部よりも大きい。また、実施例２及び比較例１の両方で、歪み値が最大となる体積要素は、接着ゴム層４のベルト厚さ方向の最も内周側（圧縮ゴム層２側）に位置していた。

以上のことから、接着ゴム層４の歪みは、ベルト幅方向両端部がベルト幅方向中央部よりも大きいこと及びベルト厚さ方向の内周側（特に、圧縮ゴム層２との界面付近）が外周側よりも大きいことがわかる。すなわち、接着ゴム層４のベルト幅方向両端部及びベルト厚さ方向内周側のうちの少なくとも一方で、耐久性を高くすることで、接着ゴム層４の耐久性を効率よく高くできるといえる。

また、各ベルトモデルにおける接着ゴム層４の全体積要素の中で最大の歪み値は、実施例２で＋０．３５、比較例１で＋０．４２であり、実施例２の方が比較例１よりも最大の歪み値が小さく、実施例２の方が比較例１よりもＶリブドベルトにおける接着ゴム層４の歪みが小さいといえる。

なお、各ベルトモデルの全体積要素の中で最小の歪み値は、実施例２で＋２．９×１０^－４、比較例１で－３．７×１０^－４であった。

本発明は、伝動ベルトとして有用である。

１Ｖリブドベルト（伝動ベルト）
２圧縮ゴム層
３リブ
４接着ゴム層
５心線
６背面ゴム層
１０ベルト走行試験機
１１駆動プーリ
１２従動プーリ
１３アイドラプーリ
１４テンションプーリ

Claims

伝動ベルトであって、
圧縮ゴム層と、
上記圧縮ゴム層の厚さ方向一方側に設けられ、ベルト長さ方向に延びる心線が埋設された接着ゴム層と
を備え、
上記接着ゴム層の少なくとも一部は第１ゴム組成物で構成され、該第１ゴム組成物で構成された部分は、１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが４．０ＭＰａ以上であり、
上記接着ゴム層は、
上記第１ゴム組成物で構成され、ベルト幅方向両端部においてベルト長さ方向全体に設けられた第１部と、
ベルト幅方向中央部に沿って設けられた、上記第１部よりも弾性率が低い第２部と
を含む、伝動ベルト。
伝動ベルトであって、
圧縮ゴム層と、
上記圧縮ゴム層の厚さ方向一方側に設けられ、ベルト長さ方向に延びる心線が埋設された接着ゴム層と
を備え、
上記接着ゴム層の少なくとも一部は第１ゴム組成物で構成され、該第１ゴム組成物で構成された部分は、１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが４．０ＭＰａ以上であり、
上記接着ゴム層は、
上記第１ゴム組成物で構成され、ベルト幅方向両端部においてベルト長さ方向全体に設けられた第１部と、
構成成分の種類及び含有量の少なくとも一方が上記第１ゴム組成物とは異なる第２ゴム組成物で構成され、ベルト幅方向中央部に沿って設けられた第２部と
を含む、伝動ベルト。
伝動ベルトであって、
圧縮ゴム層と、
上記圧縮ゴム層の厚さ方向一方側に設けられ、ベルト長さ方向に延びる心線が埋設された接着ゴム層と
を備え、
上記接着ゴム層の少なくとも一部は第１ゴム組成物で構成され、該第１ゴム組成物で構成された部分は、１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが４．０ＭＰａ以上であり、
上記接着ゴム層は、ベルト幅方向両端部が、ベルト長さ方向全体で２層構造となっている一方、当該ベルト幅方向両端部を除く部分がベルト長さ方向全体で１層構造となっており、
上記接着ゴム層は、
２層構造となった上記ベルト幅方向両端部における上記圧縮ゴム層に近い側の層は、上記第１ゴム組成物で構成されており、
２層構造となった上記ベルト幅方向両端部における上記圧縮ゴム層から遠い側の層及び１層構造となった部分は、構成成分の種類及び含有量の少なくとも一方が上記第１ゴム組成物とは異なる第２ゴム組成物で構成されている、
伝動ベルト。
請求項３に記載の伝動ベルトにおいて、
上記接着ゴム層において２層構造となった上記ベルト幅方向両端部における、上記圧縮ゴム層に近い側の層は、上記心線の断面中央部よりも圧縮ゴム層側全体に設けられている、
伝動ベルト。
伝動ベルトであって、
圧縮ゴム層と、
上記圧縮ゴム層の厚さ方向一方側に設けられ、ベルト長さ方向に延びる心線が埋設された接着ゴム層と
を備え、
上記接着ゴム層の少なくとも一部は第１ゴム組成物で構成され、該第１ゴム組成物で構成された部分は、１２０℃での５０％伸び時のモジュラスが４．０ＭＰａ以上であり、
上記接着ゴム層は、ベルト幅方向中央部が、ベルト長さ方向全体で２層構造となっている一方、当該ベルト幅方向中央部を除く部分がベルト長さ方向全体で１層構造となっており、
上記接着ゴム層は、
２層構造となった上記ベルト幅方向中央部における上記圧縮ゴム層から遠い側の層を除き、上記第１ゴム組成物で構成されており、
２層構造となった上記ベルト幅方向中央部における上記圧縮ゴム層から遠い側の層は、構成成分の種類及び含有量の少なくとも一方が上記第１ゴム組成物とは異なる第２ゴム組成物で構成されている、
伝動ベルト。
請求項１～５のいずれか１項に記載の伝動ベルトにおいて、
上記第１ゴム組成物は、ゴム成分としてのエチレン－α－オレフィンを含有する、伝動ベルト。
請求項１～５のいずれか１項に記載の伝動ベルトにおいて、
上記第１ゴム組成物は、充填剤として、シリカ及びカーボンブラックの少なくとも一方を含有する、伝動ベルト。