JPH0446240A - 歯付きベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば自動車のオーバーへラドカム（ＯＨＣ
）軸の駆動に用いられる歯付きベルトに関し、特に耐久
性に優れ、過酷な条件下での高寿命化を可能とした歯付
きベルトに関する。

（従来の技術） 歯付きベルトは、平ベルト・Ｖベルト等とは異なり、滑
りがないために伝動効率が高く、また、ギヤ、チェーン
等の伝動装置に比べると、騒音がきわめて小さいという
利点を有している。このため、歯付きベルトは、最近で
は自動車のオーバーへラドカム（ＯＨＣ）軸の同期駆動
用に用いられる等、その利用が拡大されつつある。

通常、歯付きベルトは、第１図に示すように、ゴム等の
弾性体により一体的に形成された背面部ｌおよび歯部２
と、プーリとの摩擦による摩耗を防止すべく、歯部２お
よび相隣する歯部２間の歯底部５表面を覆う歯布３と、
該歯布３と接触するように背面部１内を長手方向に挿通
する複数の心線４．４、・・・とにより構成される。

このような構成の歯付きベルトは、例えば自動車のＯＨ
Ｃ軸の同期駆動に用いられる。ＯＨＣ軸駆動のために用
いられる歯付きベルトは、高温下において、高負荷で、
かつ高速にて走行される。

特に、最近は、自動車エンジンの高出力化が図られてい
るために、歯付きベルトは、−層、高速にて走行され、
エンジンルーム内も、−層、高温になる。このような状
態で、歯付きベルトが使用されると、ベルトは底部を覆
う歯布は、プーリに接触することにより摩耗が促進され
ると同時に、高温にさらされることにより劣化が促進さ
れる。歯付きベルトが多数のプーリに巻き掛けられてい
る場合には、その歯付きベルトは多屈曲状態で走行され
る。ＯＨＣ軸駆動用の歯付きベルトは、高温下で使用さ
れるため、背面部ｌおよび歯部２を構成するゴム等の弾
性体は老化が激しくクラックが発生しやすい。歯付きベ
ルトは高負荷でしかも高速で走行されるため、ブーりと
接触する歯布３は摩耗が激しく、歯布３に、クラック、
せん断等が発生しやすい。同様に、ブーりと噛合する歯
部２にも、大きな力が加わるため、歯部２にも、クラ７
りやせん断等が発生しやすく、損傷しやすいという問題
がある。また、多数のプーリに巻き掛けて多屈曲状態で
走行させる場合には、歯付きベルトは屈曲部が増加し、
心線４と、背面部１および歯部２を構成するゴム弾性体
とが摩擦して内部発熱を生じる。このような発熱は、心
線およびゴム弾性体の老化を促進する。このように、Ｏ
ＨＣ軸駆動用の歯付きベルトは、過酷な条件下で使用さ
れるために、耐久性に問題があり、長時間走行ができな
い。

特開昭６２−１５９８２７号公報、および特開昭６４−
８７９３７号公報には、耐久性等に優れた歯付きベルト
が提案されている。特開昭６２−１５９８２７号公報に
開示された歯付きベルトは、背面部１および歯部２とし
て、水素添加率が８０％以上の水素添加アクリロニトリ
ル−ブタジェン共重合体（Ｎ　Ｂ　Ｒ）を使用し、歯布
３として、硫酸相対粘土が２６６〜２．８、引っ張り強
度が５グラム／デニール以上、単繊維の繊径が５デニー
ル以下の産業資材用ナイロン原糸を使用し、さらに、＋
（１・線４として、ガラス繊維フィラメントを所定の撚
り数で撚り合わせて、直径が歯布に対して所定の範囲内
としたものを使用している。このような構成にすること
により、耐久性が著しく向上し、しかも、長時間にわた
って高負荷および高速で安定的に走行させることができ
る。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような歯付きベルトであっても、自動車の
ＯＨＣ軸駆動に使用する場合には、条件が過酷であるた
めに十分な耐久性が得られず、その寿命はエンジンの寿
命に比べて短いという問題がある。特に、最近は、自動
車エンジンの高出力化が図られているために、歯付きベ
ルトは、−層、高速にて走行され、エンジンルーム内部
、−層、高温になる。このような状態で、歯付きベルト
が使用されると、ベルトは底部を覆う歯布は、プーリに
接触することにより摩耗が促進されると同時に、高温に
さらされることにより劣化が促進される。ベルト走行時
には、歯元部に応力が集中し、また、該歯元部が屈曲さ
れやすいために、このような状態で走行されることにり
、歯布は、ベルト歯元部において亀裂が発生し、さらに
は、ベルト歯部が欠損する事態が発生する。

このように、エンジンルーム内にて使用される歯付きベ
ルトは、高温下での高速走行により、歯布の劣化に起因
するベルト破損が発生する。

また、エンジンルーム内は、カバーにより／−ルされて
いるが、そのシール性が不十分であるために、エンジン
ルーム内に、水、砂、泥、塵芥等（以下、環境異物と称
する）が進入し、これらが、エンジンルーム内のエンジ
ンオイル等とともに、ベルトにかかるおそれがある。こ
のような環境異物が、ベルト歯底部５における歯布３と
プーリとの間に進入すると、歯布３は、摩耗が促進され
る。

このような歯布３の摩耗は、上述した過酷な環境下にお
いて生じる歯布３の摩耗よりも、促進が早いために、歯
元部の歯布３に早期に亀裂が発生したり、あるいは歯布
３の摩耗が促進されることにより、歯布３に直接接触し
た心線４が早期に損傷するおそれがある。このような状
態になれば、べルト歯部２の欠損、心線４の破断等が発
生する。

このような環境異物によるベルトの損傷は、高温等の過
酷な環境下によって発生するベルトの損傷よりも早期に
生じるために、熱的疲労、屈曲疲労等の要素がベルトの
損傷にほとんど影響を与えていないと考えられる。

このように、自動車エンジン用の歯付きベルトでは、ベ
ルトの寿命を向上させるために、環境異物によるベルト
の損傷を防止することが重要であり、そのために、歯布
の耐熱性、耐屈曲性、耐摩耗性、強度、心線および背面
部との接着性を向上させることが必要であると考えられ
る。

本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その目
的は、耐久性が著しく向上し、特に、環境異物に対して
優れた耐久性を有しているために、高負荷での高速走行
させた場合にも、長時間にわたって安定的に走行できる
歯付きベルトを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本願発明者は、実験の結果、背面部１および歯部２を構
成する弾性体、歯部２および歯底部５を覆う歯布３、お
よび心線４を特定の材料の組合せで構成することにより
、歯付きベルト自体の耐久性が著しく向上することを見
い出した。

背面部１および歯部２について考慮すると、自動車エン
ジンにおいては、今後、さらに高出力化が見込まれるた
めに、これらの部分は、−ｍｍの高温にさらされる。こ
のために、ベルト背面部およびベルト歯部を構成するゴ
ム材料としては、−ｍｍの耐熱性を有するものが要求さ
れる。

心線４については、通常、背面部ｌおよび歯部２を構成
するゴム材料との摩擦による発熱、歯布３との摩擦によ
る発熱、さらには、心線４自体の内部発熱く心線を構成
する各繊維同士の摩擦熱）を抑制するために、直径を小
さくすることが好ましい。しかしながら、歯付きベルト
では、直径を小さくすれば、心線４自体の強度が低下し
、十分な引っ張り強度が得られない。このため、十分な
引っ張り強度を有する細径の心線４を使用することが必
要になる。

歯布３は、プーリと直接接触し、しかも、環境異物によ
る影響等のように環境の影響を最も受けやすいために、
歯布３の機械的諸特性が歯付きベルト全体の特性に大き
く作用する。従って、機械的諸特性がバランスよく満足
された材料により歯布３を構成しなければ、耐環境性に
優れた歯付きベルトが得られない。

また、歯布３は、ブーりとの噛み合いを考慮した場合に
、その厚さが心線４の直径により制限されるという問題
がある。プーリとの適正な噛み合いを得るためには、ベ
ルト歯底部における歯布３の厚さと心ＩＩ４の直径とが
、所定の範囲内になければならない。従って、歯布３の
厚さを大きくすれば、歯布３自体の機械的強度は同上す
るものの、ブーりとの噛み合いを考慮すると、心線４の
直径を小さくする必要がある。歯布３の厚さを大きくす
るためにも、心線４の直径を小さくしなければならない
。心線４の直径を小さくすることにより、ベルト自体の
曲げ剛性が低下して、ベルト歯元部における歯布３の屈
曲疲労性が改善されることになる。心線４の細径化によ
り、ベルト歯底部における心線４と、背面部ｌおよび歯
部２を構成するゴム材料、および歯布３との接触面積が
低下することになり、反対に、各心線４の間にて接触す
るゴム材料と歯布３との接触面積が増加することになる
。

特に、心線４がガラス繊維の場合には、ゴム材料に比べ
て、弾力性が著しく低いために、ガラス心線自体がベル
トのプーリへの噛み合い時に生じる衝撃を吸収すること
はできないが、前述したゴム材料と歯布３との接触面積
が増加することで、プーリとの衝撃が、ゴム材料にて吸
収され、心線４に加わる衝撃が緩和される。同様に、ブ
ーりとの噛み合い時に生じる歯布３に加わる衝撃も、該
歯布３に接するゴム材料により吸収されるために、自重
３＠体の耐久性も向上することになる。環境異物が、歯
布３とプーリとの間に介在する場合には、歯布３、心線
４およびゴム材料に加わる衝撃が一層増加することにな
るが、歯布３とゴム材料との接触面積が増加することに
より、その衝撃が、ゴム材料に吸収されて、歯布３およ
び心線４の耐久性は、従来のものより一層向上すること
になる。

本発明は、このような背景のもとになされたものである
。本発明の歯付きベルトは、水素添加率が９０％以上の
アクリロニトリル−ブタジェン共重合体（Ｎ　Ｂ　Ｒ）
にて構成される背面部および歯部と、硫酸相対粘度が２
．４５〜２．５３、引張強度が５グラム／デニール以上
、かつ単繊維の繊径が５デニール以下の産業資材用ナイ
ロン原糸にて構成された布を、レゾルシノール−ホルム
アルデヒド樹脂に水素添加ＮＢＲをラテックス成分とし
て混合したレゾルシノール−ホルムアルデヒド−ラテッ
クス（ＲＦ　Ｌ）液により処理することにより形成され
た、歯部および歯底部表面を覆う歯布と、高強度ガラス
繊維を撚り合わせて、０．６３〜０．８５５ｍの直径と
された心線と、を具備してなり、そのことにより上記目
的が達成される。

（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。

本発明の歯付きベルトは、従来の歯付きベルトと同様の
外観をしており、第１図に示すように、背面部１および
歯部２と、歯部２および歯底部５の表面を覆う歯布３と
、背面部１内に挿通される複数の心線４．４、・・・と
を有する。各心線４は歯布３にも接している。

背面部１および歯部２は、水素添加廊が９０％以上であ
って、例えば、パーオキサイド加硫のアクリロニトリル
−ブタジェン共重合体（Ｎ　Ｂ　Ｒ：ｌにより一体的に
形成されている。水素添加率が９０％以上のＮＢＲは、
耐熱性および耐オゾン性等が改善され、また、耐熱硬化
性、耐内部発熱性、耐寒性、耐油性も一層向上している
。また、このＮＢＲは、歯布３および各心線４との接着
性に優れており、歯付きベルトの背面部１および歯部２
を構成する弾性体として好適である。

背面部１および歯部２を構成するＮＢＲは、パーオキサ
イド加硫したものに限らず、硫黄加硫したものであって
もよい。パーオキサイド加硫のＮＢＲは、硫黄加硫のＮ
ＢＲと比較して以下の特性を有している。パーオキサイ
ド加硫のＮＢＲは、引っ張り強さは、硫黄加硫のＮＢＲ
よりも優れている。また、伸びは低くモジュラスが高い
。永久伸びは小さく、引き裂き抵抗は高く、動的発熱と
低温屈曲性も良好である。圧縮永久ひずみは小さく、特
に高温空気中または熱油中では小さい。熱老化性に特に
優れてており、蒸気または熱油中での耐老化性に優れて
いる。このような特性を有しているために、自動車のＯ
ＨＣ軸駆動に使用する場合には、パーオキサイド加硫し
た水素添加ＮＢＲが好適である。

歯布３は、産業資材用ナイロン原糸にて構成された布が
使用される。産業資材用ナイロン原糸は、硫酸相対粘度
が２．４５〜２．５３程度である。硫酸相対粘度が高く
なるということは、布の原材料であるナイロン樹脂の重
合度が高くなることを意味し、その樹脂を使用して製造
した布は強度が向上するものの、屈曲疲労性が低下する
。このために、硫酸相対粘度は、２．４５〜２．５３程
度が最も好ましい。

使用される産業資材用ナイロン原糸の引張強度は、５グ
ラム／デニール以上であり、また単繊維の繊径は、５デ
ニール以下である。このような産業資材用ナイロン原糸
を用いて製造された布は、優れた引張強度、耐熱性、耐
摩耗性を有する。そして、このような布を、レゾルシノ
ール−ホルムアルデヒド樹脂に水素添加ＮＢＲをラテッ
クス成分として混合したレゾルンノールーホルムアルデ
ヒドーラテノクス（ＲＦ　Ｌ）液により処理（ＲＦＬ処
理）して歯布とする。このようなＲＦＬ処理された歯布
は、水素添加ＮＢＲとの接着性に優れているため、水素
添加ＮＢＲにて構成された背面部および歯部と良好に接
着し、走行時における屈曲により、歯布３の歯元部にク
ラックが発生するということを抑制し得る。

各心線４は、高強度ガラス繊維を束ねて下撚りした後に
上撚りして得られる。高強度ガラス繊維は、Ｅガラス繊
維に比べて、Ｓ　ｉ０２成分、Ａｌ２Ｏ３成分、ＭｇＯ
成分の含有割合がそれぞれ増加しており、ＣａＯ成分、
Ｂ２Ｏ３成分の含有割合がそれぞれ減少している。高強
度ガラス繊維とＥガラス繊維との含有成分の割合を、策
１表に示す。

第１表 このような高強度ガラス繊維としては、Ｓガラス繊維、
Ｒガラス繊維、Ｔガラス繊維等がある。

このように、心線４として高強度ガラス繊維を使用する
ことにより、心線４自体の引っ張り強度が向上する。

各心線４の直径は、背面部ｌおよび歯部２を構成する水
素添加ＮＢＲおよび厳重と接触した状態（歯付きベルト
として成形された状態）で、０．６３〜０．８５閣、好
ましくは０．６５〜０．８０■の範囲とされる。このよ
うに心線４の直径を小径とすることにより、屈曲時に生
じる心線４と水素添加ＮＢＲとの摩擦による内部発熱が
抑制される。

また、水素添加ＮＢＲにて形成された背面部１および歯
部２と、産業資材用ナイロン原糸にて形成された厳重３
とに心線４が接触した状態で、各心線４　（Ｄ　直径と
厳重３の厚さとの比が所定の範囲内であれば、心線４の
早期屈曲疲労、歯欠け（歯部２の脱落）および走行時の
ジャンピング発生を防止し得る。心線４の直径と厳重３
の厚さとの比が歯付きベルトに成形された状態で、１．
５以下になれば走行時にジャンピングが発生しやすく、
反対に、２．２以上になるとジャンピング抵抗力の低下
と共に、歯の耐久性が急激に低下する。従って、心線４
の直径と厳重３の厚さの比が、１．５〜２．２の範囲内
であれば、心線４の早期屈曲疲労、歯欠け、および走行
時のジャンピング等は防止される。

各心線４は、前述と同様のＲＦＬ処理することが好まし
い。ＲＦＬ処理された心線４は、水素添加ＮＢＲおよび
ＲＦＬ処理された厳重と良好に接着する。

く実験例〉 繊径が５デニール、原糸の強度が５グラム／デニール、
硫酸相対粘度が２．４５の産業資材用ナイロン原糸を用
いて布を製造し、その布をＲＦＬ処理することにより厳
重を得た。また、高強度ガラス繊維により直径０．６３
■（歯底部において）の心線を製造した。このような厳
重および心線と、水素添加率が９０％のＮＢＲを使用し
て歯付きベルトを製造した。歯付きベルトは、モールド
内に厳重、心線、未加硫の水素添加ＮＢＲを順に装入し
、その後にパーオキサイド加硫する方法にて製造した。

歯付きベルトは１９■幅とし、その歯数は９２、歯形は
ＺＢ　（ＪＡＳＯ１Ｅ１０５−８１（目動車ベルト）お
よびＥ１０６−８１（プーリ）の規格）とした。

このようにして製造された歯付きベルトを、歯元におけ
る厳重の屈曲疲労試験、耐水性能試験、歯元強度試験、
心線屈曲疲労試験および耐環境性試験にそれぞれ供した
。

歯元における厳重の屈曲疲労試験は、第２図に示す２軸
走行試験により実施した。２軸走行試験では、駆動用の
歯付きプーリ１２として、２０ＺＢ（ＪＡＳＯ，Ｅ１０
５−８１．　　Ｅ１０６−８１）、従動用の歯付きプー
リ１１として、４０２Ｈのものを用い、駆動プーリ１２
を６０００ｒ、　ｐ、　ｒａ、にて回転させた。歯付き
ベル）　（１９ｍ＋幅）の初期張力が１５ｋｇ、ｆとな
るようにテンションプーリ１３を調整し、１０馬力にて
歯付きベルトを走行させた。この場合の環境温度を１１
０″Ｃとした。歯付きベルトの歯元における厳重に亀裂
が生じるまでの時間を計測したところ、４０００〜４３
２０時間であった。その結果を表２に示す。

耐水性能試験は、第２図に示す２軸試験と同様の２軸試
験により実施した。ただし、この場合の走行環境は、１
００°Ｃの蒸気が充満した状態とした。

耐水性能の評価は、ベルトの歯底部における厳重の厚さ
の減少により行った。２０００時間の走行により、厳重
の厚さの減少は、０．０５ａｍであった。結果を表２に
併記する。

歯元強度試験は、第３図に示す３軸試験により実施した
。この３軸試験は、駆動プーリ３１として歯数が２０の
ものを使用し、各従動プーリ３２として歯数が４０のも
のを使用した。歯付きベルトには、５−−ｆの張力が付
与されるように、テンシヲンブーリ３３を調整した。駆
動プーリ３１を２６００ｒ、　ｐ、　ｍ、で駆動して、
歯部の歯元がせん断破壊するまでの時間を計測したとこ
ろ、５８４時間であった。結果を表２に併記する。

心線の屈曲疲労試験は、第４図に示す７軸試験により実
施した。歯付きベルトが巻き掛けられる各プーリ２１．
２３．２５．２７は、１４ＺＡの規格のものであり、他
のプーリ２２．２４．２６は直径が５２ｍの平ブーりで
ある。歯付きベル）（１９＋ｍ幅）の初期張力は、１３
ｋｇ−ｆである。そして、所定のプーリ２５を、４５０
０ｒ、　ｐ、　ｔにて回転させ、室温下において無負荷
で走行させた。このような走行条件で、歯付きベルトの
歯部が破損するまでの時間を計測したところ、４５００
時間であった。その結果を表２に併記する。

耐環境性試験は、第３図に示す試験機を使用し。

て、１００°Ｃの蒸気が充満した環境で、所定量の泥を
含んだ所定量の水を、１日に１回だけ注水して、ベルト
を走行させた。ベルトは、歯底部において歯布が著しく
摩耗し、歯底部において損傷し、心線が露出してベルト
が切断するまでの時間を計１１１７したところ４５０時
間であった。結果を表２に併記する。

く比較例１〉 繊径が５デニール、原糸の強度が５グラム／デニール、
硫酸相対粘度が２．６０の産業資材用ナイロン原糸を用
いた布を歯布とした。この歯布はＲＦＬ処理でなく、背
面部および歯部を構成するゴム組成物と同様の組成物に
より処理した。才た、高強度ガラス繊維により直径１．
　ＯＦ＋ｗの心線を製造した。このような歯布および心
線と、水素添加率が８０％のＮＢＲを使用して歯付きベ
ルトを製造した。

歯付きベルＩ・は、モールド内に歯布、心線、未加硫の
水素添加ＮＢＲを順に装入し、その後に硫黄加硫する方
法にて製造した。このようにして製造された歯付きベル
トを、前述の実施例と同様にして、歯元における歯布の
屈曲疲労試験、耐水性能試験、歯元強度試験、心線屈曲
疲労試験、および耐環境性試験にそれぞれ供した。結果
を表２に併記する。

く比較例２〉 心線の直径を０．６３ｍｍとしたこと以外は比較例１と
同様である。結果を表２に併記する。

く比較例３〉 心線の直径を１．０５ｍｍとしたこと以外は、実験例と
同様である。結果を表２１こ併記する。

〈比較例４〉 歯布の処理剤として、ラテックス成分がビニルビリジン
ースチレンーブタジュンラテックスとしたこと以外は、
比較例２と同様である。結果を表２に併記する。

く比較例５〉 歯布の処理剤としで、ラテックス成分がクロロスルホン
化ポリエチレンラテックスとし、たこと以外は、比較例
４と同様である。結果を表２に併記する。

く比較例６〕〉 歯布の処理剤として、ラテックス成分がカルボキシル化
ＮＢＲラテ／クスとしたこと以外は、比較例４と同様で
ある。結果を表２に併記すＺ、。

表　　２ 本発明の歯付きベルトは、歯石の耐屈曲疲労性、耐水性
能、歯元強度、および心線の耐屈曲疲労性のすべてにお
いて、従来の歯付きベルトに比べて著しく向上している
。しかも、環境異物に対する耐久性は、比較例に比べて
、はぼ２倍にも向上している。心線の直径が本発明のベ
ルトと同様にしても、歯石をＲＦＬ処理でなければ、諸
特性において、本発明のベルトはどの効果が得られない
。

同様に、歯石がＲＦＬ処理されていても、心線の直径が
本発明のベルトと同様でなければ、本発明のベルトはど
の効果が得られない。

（発明の効果） 本発明の歯付きベルトは、このように、背面部および歯
部を、水素添加率が９０％以上のＮＢＲにて構成し、歯
石を産業資材用ナイロン原糸にて構成された布を、ラテ
ックス成分を水素添加ＮＢＲとするＲＦＬで処理して構
成し、さらには、高強度ガラス繊維を用いた小径の心線
を使用しているので、三者は強固に接着され、歯元強度
、耐水性能、および耐屈曲疲労性が著しく同上する。従
って、本発明の歯付きベルトは、高温下での高負荷、高
速走行というような過酷な条件下においても長時間にわ
たって安定的に走行でき、自動車のＯＨＣ軸駆動に好適
に使用される。

４、　　　　　の　　　なＭ　日 第１図は歯付きベルトの部分断面図、第２図は２軸走行
試験の説明図、第３図は３軸走行試験の説明図、茶４図
は多屈曲走行試験の説明図である。

１・・・背面部、２・・・歯部、３・・・歯石、４・・
・心線、５・・・歯底部。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素添加率が９０％以上のアクリロニトリル−ブタ
   ジエン共重合体（ＮＢＲ）にて構成される背面部および
   歯部と、 硫酸相対粘度が２．４５〜２．５３、引張強度が５グラ
   ム／デニール以上、かつ単繊維の繊径が５デニール以下
   の産業資材用ナイロン原糸にて構成された布を、レゾル
   シノール−ホルムアルデヒド樹脂に水素添加ＮＢＲをラ
   テックス成分として混合したレゾルシノール−ホルムア
   ルデヒド−ラテックス（ＲＦＬ）液により処理すること
   により形成された、歯部および歯底部表面を覆う歯布と
   、 高強度ガラス繊維を撚り合わせて、０．６３〜０．８５
   ｍｍの直径とされた心線と、 を具備する歯付きベルト。