TW202235756A - 齒型皮帶 - Google Patents

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大崎侑
逸見祐介
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日商三星皮帶股份有限公司
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    • F16G1/08—Driving-belts made of rubber with reinforcement bonded by the rubber
    • F16G1/10—Driving-belts made of rubber with reinforcement bonded by the rubber with textile reinforcement

Abstract

本發明係關於一種齒型皮帶，其特徵在於其係具有齒部及補強層者，該齒部在皮帶周向上以特定之間隔配設，該補強層沿著前述齒部之輪廓而埋設；且前述補強層以自前述齒部之底部至該補強層之最大高度成為自前述齒部之底部至齒頂之高度之30～100%之區域之範圍內之方式埋設於前述齒部；前述補強層包含排列在前述皮帶周向上之複數條補強纖維絲；於前述補強層中，與前述皮帶周向交叉之纖維之每單位面積之重量，為前述補強纖維絲之每單位面積之重量之30%以下；前述補強層設為將前述補強纖維絲以無撚之狀態排列在前述皮帶周向上且結合成片材狀之構造，前述補強層之厚度為0.05～0.2 mm，前述補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)滿足5≦[前述補強層之厚度(mm)]×[前述補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)]≦60之條件。

Description

齒型皮帶
本發明係關於一種齒型皮帶，其使用於藉由皮帶傳遞高負載之裝置之同步傳動用。
傳遞動力之傳動皮帶大致劃分為摩擦傳動皮帶與嚙合傳動皮帶。作為摩擦傳動皮帶可舉出平皮帶、V型皮帶、V 型多楔帶等，作為嚙合傳動皮帶可舉出齒型皮帶。齒型皮帶具有：背部，其將芯線與皮帶周向大致平行地埋設；齒部，其於皮帶周向上以特定間隔配設；及齒布，其被覆齒部之表面。齒型皮帶之齒部藉由與具有與其相對之槽之皮帶輪嵌合而進行動力之傳遞。齒型皮帶可在與皮帶輪之間不產生打滑地確實地傳動高負載。近年來，於產業用機械、汽車之內燃機、機車之後輪驅動用上使用之例增加，特別是伴隨著機械之小型化而亦要求齒型皮帶小型化(對於小徑皮帶輪之應對、細寬度化)。其結果為，於經小型化之齒型皮帶中，亦需要可耐受在作用有更高負載之條件下之使用的耐用性高之齒型皮帶。
齒型皮帶之故障形態之一為齒部自皮帶本體殘缺之缺齒。該缺齒考量為在應力集中作用於齒部之根部之過程中，因齒部重複變形而產生。作為產生缺齒之原因，考量首先於齒根產生微小之龜裂，接著該龜裂生長之機制。特別是，當在作用有高負載之條件下使用齒型皮帶時，集中於齒根部分之應力格外變大，以齒根為起點產生龜裂，而容易導致缺齒。
因此，需要抑制齒部之變形、及格外補強在負載之作用下應力(齒荷重)集中之齒根部分。亦即，除了齒部之剛性(耐變形性)以外，確保耐齒根龜裂性(耐缺齒性)成為大的課題。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開平3-265739號公報 [專利文獻2]國際公開第2016/047052號 [專利文獻3]日本特表2020-517877號公報 [專利文獻4]日本特開2010-196889號公報 [專利文獻5]日本特開2018-119680號公報
[發明所欲解決之課題]
關於此點，補強齒型皮帶之齒部之方法自古以來揭示較多之先前技術，提議各種手段，例如，作為揭示由在特定之部位配向之短纖維或布層實現之補強、特別是配置「將布層沿著齒之形狀(大致輪廓)而配置之補強層」之方法之文獻，可舉出專利文獻1～3，該等基本而言，目的在於作為齒型皮帶之補強而解決「齒根之補強、防止缺齒」之課題。
又，於專利文獻4中，揭示如下之附齒V型皮帶：由於是與不同於齒型皮帶之附齒V型皮帶相關之發明，故雖然不產生「補強齒根、防止缺齒」之課題，但作為V型皮帶之補強，而將由纖維強化樹脂形成之補強層沿著齒形狀埋設於壓縮橡膠層。該補強層包含在皮帶寬度方向上配向之碳纖維。再者，專利文獻4之附齒V型皮帶之外觀雖然有與齒型皮帶類似之部分，但相對於將齒型皮帶分類為使齒部與皮帶輪槽嵌合、藉由嚙合傳動而傳遞動力之嚙合傳動皮帶，將附齒V型皮帶分類為在皮帶下表面(內周面)不與皮帶輪接觸下、使皮帶側面與皮帶輪接觸而進行摩擦傳動之摩擦傳動皮帶，兩者為動力傳遞機構迥然相異之不同種類之傳動皮帶。
又，於專利文獻5中，揭示如下之V型皮帶：由於是與不同於齒型皮帶之V型皮帶相關之發明，故雖然不產生「補強齒根、防止缺齒」之課題，但作為V型皮帶之補強，而將使纖維絲沿單向配向而成之片材(單向性纖維片材)埋設為補強層。
再者， V型皮帶之補強層因其目的在於為了提高V字狀之兩側面對於自皮帶輪承受之側壓之耐性而進行皮帶之寬度方向之補強，故使單向性纖維片材之纖維絲在寬度方向上配向。相對於此，於齒型皮帶之情形下，因在皮帶寬度方向上不與皮帶輪接觸，而在皮帶周向上齒部與皮帶輪接觸，故需要進行周向之補強。因此，於齒型皮帶中，使纖維絲在周向上配向，但若向周向配向，則齒型皮帶之彎曲性(易於彎曲性)下降，而向皮帶輪之捲繞性(與皮帶輪之嚙合性)下降。
因此，齒型皮帶之補強層需要考量兼顧(與補強背離之)齒型皮帶之彎曲性(易於彎曲性)之獨特之設計思想。
因此，本發明之目的在於提供一種確保彎曲性、且確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性之齒型皮帶。 [解決課題之技術手段]
為了解決上述課題，本發明之齒型皮帶之特徵在於，其係具有齒部及補強層者，該齒部在皮帶周向上以特定之間隔配設，該補強層沿著前述齒部之輪廓而埋設，且前述補強層以自前述齒部之底部至該補強層之最大高度成為自前述齒部之底部至齒頂之高度之30～100%之區域之範圍內之方式埋設於前述齒部；前述補強層包含排列在前述皮帶周向上之複數條補強纖維絲；於前述補強層中，與前述皮帶周向交叉之纖維之每單位面積之重量，為前述補強纖維絲之每單位面積之重量之30%以下， 前述補強層設為將前述補強纖維絲以無撚之狀態排列在前述皮帶周向上且結合成片材狀之構造， 前述補強層之厚度為0.05～0.2 mm， 前述補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)滿足5≦[前述補強層之厚度(mm)]×[前述補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)]≦60之條件。
根據該構成，複數條補強纖維絲於皮帶周向上排列且片材狀地作為補強層埋設於齒型皮帶。進而，構成補強層之複數條補強纖維絲以成為片材狀之方式被結合，故可防止補強纖維絲之配向之紊亂。 又，補強層包含之與皮帶周向交叉之纖維，僅為補強纖維絲之每單位面積之重量之30%以下。因此，可確保與不設置補強層之情形大致相同之彎曲性。即，可抑制齒型皮帶之彎曲性之下降。又，藉由以無撚之狀態埋設補強纖維絲，而可減薄補強層之厚度。藉此，可進一步抑制彎曲性之下降。再者，於本發明中，「無撚」意指撚數為1次/10 cm以下。又，因補強纖維絲係以無撚之狀態埋設，故在彎曲時不易產生因纖維彼此之摩擦所致之發熱。又，藉由抑制彎曲性之下降，而可抑制因齒型皮帶捲繞於或離開皮帶輪時之彎曲所致之齒型皮帶之發熱。因此，可抑制移行過程中之齒型皮帶之溫度上升。藉由抑制齒型皮帶之溫度上升而可將齒型皮帶更長壽命化。 又，補強層之厚度為0.05～0.2 mm。若補強層之厚度超過0.2 mm，則因彎曲剛性之增加(彎曲性之下降)而有耐彎曲疲勞性劣化之情形。於本發明中，藉由將補強層之厚度設為0.2 mm以下，而可確實地抑制因彎曲性之下降所致之耐彎曲疲勞性。另一方面，若補強層之厚度未達0.05 mm，則有無法確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性之情形。於本發明中，因使無撚之補強纖維絲之耐齒根龜裂(缺齒)性提高之效果為高，故即便補強層為0.05～0.2 mm之薄度，仍可抑制耐彎曲疲勞性之下降、且可確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性。再者，於本發明中，所謂「補強層之厚度」，即便具有複數層補強層，亦指各補強層之厚度。 又，補強層所含之補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)係表示補強層之剛性之指標值，藉由『[前述補強層之厚度(mm)]×[前述補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)]』之值(指數Z)滿足5以上60以下之條件，而在補強層之厚度為0.05～0.2 mm之範圍內，可抑制耐彎曲疲勞性之下降、且可確保充分之耐齒根龜裂性。 又，補強纖維絲以成為片材狀之方式被結合，而不會散離，故在製造齒型皮帶時，容易進行補強層之操作。具體而言，容易進行：在未硫化橡膠之上捲繞作為補強層之片材之作業、對補強層實施RFL處理或橡膠糊處理等之接著處理之作業。
又，本發明可如上述齒型皮帶者，其中前述補強纖維絲之拉伸彈性模量為50～300 GPa。
若補強纖維絲之拉伸彈性模量未達50 GPa，則有無法確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性之情形。於本發明中，藉由將補強纖維絲之拉伸彈性模量設為50 GPa以上，即便減小補強層之厚度仍可抑制耐彎曲疲勞性之下降、且可確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性。 又，若補強纖維絲之拉伸彈性模量為300 GPa以下，則可確保上述之不良狀況之抑制效果，而可將齒型皮帶更長壽命化。
又，本發明可如上述齒型皮帶者，其中前述補強纖維絲之粗細度為0.1～50 μm。
根據上述構成，可確保製造步驟之操作性、且可確保齒型皮帶之彎曲性。
又，本發明可如上述齒型皮帶者，其中前述補強層不包含與前述皮帶周向交叉之纖維。
亦即，於補強層中，於與皮帶周向交叉之纖維之每單位面積之重量為補強纖維絲之每單位面積之重量之0%時，於齒型皮帶中，可確保與不設置補強層之情形同等之彎曲性。 [發明之效果]
可提供一種可確保彎曲性、且可確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性之齒型皮帶。
接著，參照圖式對於本發明之實施形態之齒型皮帶1進行說明。
[齒型皮帶1] 本實施形態之齒型皮帶1係環狀之嚙合傳動皮帶，如圖1～圖3所示般，包含：背部2，其在皮帶周向(皮帶長度方向)上延伸地埋設有芯線4；及複數個齒部3，其等沿著背部2之內周面以特定間隔配設。
進而，本實施形態之齒型皮帶1之齒部3於芯線4之皮帶內周面側具有由第1橡膠層(表部橡膠層)33與第2橡膠層(內部橡膠層)34構成之齒橡膠層。於該齒橡膠層中，在第1橡膠層33與第2橡膠層34之間，具有沿著齒部3之輪廓在皮帶周向上埋設之補強層5。亦即，第1橡膠層33沿著齒部3之輪廓配設於補強層5之皮帶內周面側，第2橡膠層34配設於補強層5與芯線4之間(與補強層5及芯線4相接)。再者，於本說明書中，將第1橡膠層33與第2橡膠層34總稱為齒橡膠層。
於相鄰之齒部3與齒部3之間，存在平坦之齒底部7，齒部3與齒底部7在皮帶內周面上沿著周向(皮帶長度方向)交替形成。於圖1至圖3所示之態樣中，於齒部3之表面及背部2之內周面(亦即，齒底部7之表面)，配設有連續之1片齒布6。齒布6可基於齒部3之耐磨耗性、耐缺齒性等之觀點，根據需要而使用。
再者，於本說明書中，構成齒部3之表面之齒布6為齒部3之構成要件，另一方面，構成齒底部7之表面之齒布6為背部2之構成要件。又，構成齒部3之各齒布6為連續之齒布6之一部分(圖1中之齒布6之一部分)。又，於齒底部7亦然，於齒布6與芯線4之間，介置有作為表部橡膠層之第1橡膠層、補強層、作為內部橡膠層之第2橡膠層(未圖示)。齒底部7之第1橡膠層及第2橡膠層之厚度與齒部3之第1橡膠層33及第2橡膠層34之厚度相比，為極其薄壁。
背部2具有配設於芯線4之皮帶外周面側之背橡膠層21，該背橡膠層21形成皮帶外周面。
芯線4沿皮帶周向(皮帶長度方向)延伸，且於皮帶寬度方向上空開間隔地排列。相鄰之芯線4之間隙，可由構成背橡膠層21及/或第2橡膠層之橡膠組成物(特別係構成背橡膠層21之橡膠組成物)形成。
齒型皮帶1使用於產業用機械、汽車之內燃機、機車之後輪驅動用等之高負載傳動用途。例如，齒型皮帶1在捲掛於驅動皮帶輪(齒型皮帶輪)與從動皮帶輪(齒型皮帶輪)之間之狀態下，藉由驅動皮帶輪之旋轉，而將動力自驅動皮帶輪側傳遞至從動皮帶輪側。
再者，齒型皮帶1並不限定於圖1～圖3所示之形態或構造。例如，複數個齒部3只要可與齒型皮帶輪嚙合即可，齒部3之剖面形狀(齒型皮帶1之皮帶周向之剖面形狀)並不限定於大致梯形，例如亦可為半圓形、半橢圓形、多角形(三角形、四角形(矩形等)等)等。該等之中，基於嚙合傳動性等之觀點，較佳為大致梯形。
又，在周向上相鄰之齒部3之間隔(齒距)可為例如2～25 mm。齒距之數值亦對應於齒部3之比例(齒部3之皮帶周向之長度、及齒部3之齒高度H1)之大小。亦即，齒距愈大，於相似性上齒部3之比例亦愈大。特別是在作用有高負載之用途下，需要比例大之齒部3，齒距可為5 mm以上，較佳為8 mm以上，更佳為14 mm以上。
進而，齒部3之平均齒高度相對於皮帶整體之平均厚度，可為40～70%，較佳為50～65%。再者，如圖3所示般，齒部3之平均齒高度意指在皮帶內周面上，突出之齒部3之平均高度(自齒底部7突出之齒部3之平均高度)。
[齒部3] 齒部3之表面係由齒布6構成，包含：第1橡膠層33，其沿著齒部3之輪廓，配置於與齒布6相接之側；補強層5，其配置於第1橡膠層33之皮帶外周面側；及第2橡膠層34，其配置於補強層5之皮帶外周面側。第1橡膠層33與第2橡膠層34可由不同之橡膠組成物形成，亦可由相同之橡膠組成物形成。
齒部3(第1橡膠層33、第2橡膠層34)較佳為由JIS-D硬度(使用D型硬度計測定出之值)為60度以上66度以下之硬度之橡膠組成物構成。此處，JIS-D硬度為依照JIS K 6253(2012)之硬度，且為使用D型硬度計測定出之齒型皮帶1之齒部3側面之硬度。
通常，橡膠組成物之橡膠硬度使用JIS-A硬度(使用A型硬度計測定出之值)居多，但在使用A型硬度計測定出之值超過90度時，理想的是使用D型硬度計。於本實施形態之齒型皮帶1中，齒部3之硬度高於後述之背部2之硬度，JIS-A硬度超過90度。因此，齒部3之硬度係以JIS-D硬度來評估。
(齒橡膠層：交聯橡膠組成物) (A)橡膠成分 作為構成齒部3(齒橡膠層)之橡膠組成物(交聯橡膠組成物)之橡膠成分，例如，可例示：二烯系橡膠[天然橡膠、異戊二烯橡膠、丁二烯橡膠、氯平橡膠、丁基橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、乙烯基吡啶-苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠(腈橡膠：NBR)、丙烯腈-氯平橡膠、氫化丁腈橡膠(HNBR)等]、乙烯-α-烯烴彈性體[乙烯-丙烯共聚物(EPM)、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)等]、氯磺化聚乙烯橡膠(CSM)、烷基化氯磺化聚乙烯橡膠(ACSM)、表氯醇橡膠、丙烯酸系橡膠、矽氧橡膠、胺基甲酸酯橡膠、氟橡膠等。該等橡膠成分可如羧化SBR、羧化NBR等般被羧化。該等橡膠成分可單獨或組合兩種以上使用。 尤佳之橡膠成分為氫化丁腈橡膠(HNBR)，亦可較佳的使用氯平橡膠、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)。在作用有特別高之負載之用途下之較佳之橡膠成分，為耐熱老化性高之橡膠、特別是氫化丁腈橡膠。橡膠成分中，上述較佳之橡膠成分之比例較佳為50質量%以上(例如80～100質量%左右)，尤佳為100質量%。氫化丁腈橡膠之加氫率可自50～100%左右之範圍選擇，可為70～100%。
HNBR意指如下之橡膠：為了維持先前之腈橡膠之優點即耐油性、且防止因熱老化中之硫之複合反應所致之橡膠彈性之老化，藉由將先前之腈橡膠所具有之不飽和鍵(碳-碳雙鍵)化學性氫化，而不易產生熱老化中之複合反應，而改良了耐熱性。
HNBR之碘值(單位：mg/100 mg) 為例如5～60(例如7～50)，較佳為8～40(例如8～35)，更佳為10～30。再者，碘值係表示不飽和鍵之量之指標，表示碘值愈高，則聚合物分子鏈中所含之不飽和鍵之量愈多。藉由對測定試料加入過量之碘使其等完全反應(使碘與不飽和鍵反應)，藉由氧化還原滴定法將剩餘之碘之量進行定量而求得碘值。於HNBR之碘值為小時，HNBR彼此之交聯反應不充分，而交聯橡膠之剛性變低，因此有皮帶移行時耐變形性及耐缺齒性下降之虞。另一方面，於HNBR之碘值為大時，不飽和鍵之量過量地多，交聯橡膠之熱劣化或氧化劣化進展，而有皮帶壽命變短之虞。
橡膠成分較佳的是包含含有氫化丁腈橡膠與不飽和羧酸金屬鹽之複合聚合物或聚合物摻合物(以下稱為包含「不飽和羧酸金屬鹽之HNBR」)。該聚合物可提高齒部之彈性模量(modulus)及硬度，且可抑制橡膠之變形，而抑制齒根龜裂之生長。
不飽和羧酸金屬鹽亦可為具有1個或2個以上之羧基之不飽和羧酸與金屬離子鍵合而成之化合物。
作為不飽和羧酸金屬鹽之不飽和羧酸，例如可例示(甲基)丙烯酸、巴豆酸等之單羧酸、馬來酸、富馬酸、衣康酸等二羧酸、該等二羧酸之一烷基酯等。該等不飽和羧酸可單獨或組合兩種以上使用。較佳之不飽和羧酸為(甲基)丙烯酸。
作為不飽和羧酸金屬鹽之金屬，可例示多價金屬，例如：週期表第2族元素(鎂、鈣等)、週期表第4族元素(鈦、鋯等)、週期表第8族～第14族元素(例如，鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鋁、錫、鉛等)等。該等金屬可單獨或組合兩種使用。較佳之金屬為週期表第2族元素(鎂等)、週期表第12族元素(鋅等)等。
作為較佳之不飽和羧酸金屬鹽，可例示(甲基)丙烯酸鋅、(甲基)丙烯酸鎂等。不飽和羧酸金屬鹽亦可單獨或組合兩種以上使用。
氫化丁腈橡膠與不飽和羧酸金屬鹽之質量比可自前者/後者=100/80～100/180左右之範圍選擇，較佳為100/85～100/175，更佳為100/90～100/175。若不飽和羧酸金屬鹽之比例過少，則有交聯橡膠組成物之彈性模量(modulus)及硬度下降之虞，反之，若過多，則皮帶之加工性或彎曲性下降。
再者，前述「包含不飽和羧酸金屬鹽之HNBR」可使用市售品。例如，可使用使作為不飽和羧酸金屬鹽之甲基丙烯酸鋅高度地微分散於HNBR者(例如，日本瑞翁(ZEON)(株)製、商品名「Zeoforte(ZSC)」等)。
又，「包含不飽和羧酸金屬鹽之HNBR」，較佳的是作為與不包含不飽和羧酸金屬鹽之氫化丁腈橡膠(HNBR)之混合物而使用。氫化丁腈橡膠與不飽和羧酸金屬鹽之質量比，可將市售之「包含不飽和羧酸金屬鹽之HNBR」、與市售之氫化丁腈橡膠加以混合而調整。彈性模量(modulus)及硬度之調整可藉由變更兩者之混合比率而調整。
「包含不飽和羧酸金屬鹽之HNBR」之比例可為橡膠成分中10質量%以上，特別是在形成齒部之橡膠組成物時，較佳為30質量%以上、更佳為50質量%以上、尤佳為80質量%以上、最佳為90質量%以上，可為100質量%。該等之比例可為商品「Zeoforte(ZSC)」中之比例。
作為與「包含不飽和羧酸金屬鹽之HNBR」組合之其他橡膠成分，較佳的是選自由EPDM及CR所組成之群之至少一種。其他橡膠成分之比例為橡膠成分中80質量%以下，較佳為50質量%以下，更佳為30質量%以下，最佳為10質量%以下。
(B)填充系調配劑 又，交聯橡膠組成物可進一步包含填充系調配劑。作為填充系調配劑，可例示補強性填充劑、非補強性填充劑、短纖維等。
作為補強性填充劑，例如可例示碳黑、二氧化矽等。該等補強性填充劑可單獨或組合兩種以上使用。補強性填充劑可為粉末狀。補強性填充劑之比例相對於橡膠成分100質量部可為10質量部以下，較佳為5質量部以下，更佳為1質量部，尤佳為0質量部。於根據需要使用補強性填充劑時，補強性填充劑之比例可相對於橡膠成分100質量部為例如0.1～8質量部，較佳為0.5～5質量部，更佳為1～3質量部。若補強性填充劑之比例過多，則因橡膠組成物之發熱變大而耐熱性下降，故有因熱劣化而產生龜裂或缺齒之虞。
作為非補強性填充劑，例如可例示：多價金屬碳酸鹽類(碳酸鈣、碳酸鎂等)、多價金屬氫氧化物(氫氧化鋁等)、多價金屬硫酸鹽(硫酸鋇等)、矽酸鹽(矽酸鋁、矽酸鎂、矽酸鋁鎂等矽之一部分經多價金屬原子置換而成之天然或合成矽酸鹽，以矽酸鹽為主成分之礦物、例如包含矽酸鋁之黏土、包含矽酸鎂之滑石及雲母等矽酸鹽礦物等)、立德粉、矽砂等。該等非補強性填充劑可單獨或組合兩種以上使用。較佳的是，非補強性填充劑係選自碳酸鈣、碳酸鎂、氫氧化鋁、硫酸鋇、矽酸鹽(矽酸鋁、矽酸鎂、矽酸鋁鎂等之矽酸鹽、或者矽酸鹽礦物(滑石、黏土、雲母等))之至少一種。進而，非補強性填充劑基於皮帶之加工性或調配劑之分散性之提高之效果大、而不易產生調配劑之分散不良之點，較佳的是包含選自包含碳酸鈣、矽酸鎂或矽酸鎂之滑石、矽酸鋁或包含矽酸鋁之黏土之至少一種，特別是包含碳酸鈣為較佳。作為非補強性填充劑，可使用作為橡膠之填充劑而市售之粉末狀之填充劑。
非補強性填充劑之平均粒徑(平均一次粒徑)例如為0.01～25 μm(例如，0.2～20 μm)，較佳的是可自0.5～17 μm(例如，1～15 μm)左右之範圍選擇。非補強性填充劑之平均粒徑(平均一次粒徑)例如為0.01～3 μm(例如，0.02～2 μm)，較佳為0.05～1.5 μm(例如，0.1～1 μm)。又，非補強性填充劑之平均粒徑(平均一次粒徑)可比較大，例如為0.2～5 μm(例如，0.3～3 μm)，較佳可為0.5～2.5 μm(例如，1～2 μm)。再者，有因非補強性填充劑之種類、例如矽酸鎂或其礦物等而在與橡膠成分等之混煉過程中非補強性填充劑粉碎或破碎之情形。如此之具有粉碎性或破碎性之非補強性填充劑之平均粒徑可為與橡膠成分等之混煉前之平均粒徑。非補強性填充劑於各交聯橡膠組成物中通常可具有前述範圍之平均粒徑(例如，0.1～10 μm，較佳為0.5～5 μm，更佳為1～3 μm)。非補強性填充劑之平均粒徑可利用雷射繞射式粒度分佈測定裝置測定為體積平均粒徑。又，奈米尺寸之填充劑之平均粒徑可藉由包含掃描型電子顯微鏡相片之電子顯微鏡相片之圖像解析而算作適當之樣品數(例如，50樣品)之算術平均粒徑。 非補強性填充劑之比例相對於橡膠成分之總量100質量部為例如70質量部以下，較佳為40質量部以下，更佳為30質量部以下。於根據需要使用非補強性填充劑時，非補強性填充劑之比例相對於橡膠成分100質量部可為例如3～70質量部，較佳為5～40質量部，更佳為10～30質量部。在非補強性填充劑之比例過多時，有調配劑之分散性不良之虞。
於將以密閉式混煉機等混煉而成之橡膠組成物，利用輥或壓延機等進行壓延而調製未交聯橡膠片材之過程中，可使短纖維沿特定之方向配向(排列)。於構成齒部3之齒橡膠層中，較佳的是使短纖維之配向方向朝向皮帶周向而配置。進而，短纖維較佳的是進行如下配置：於靠近齒布6之側沿著齒部3之輪廓而配向，隨著靠近芯線4而短纖維以與芯線4成為大致平行之方式配向。
作為短纖維，例如可例示：聚烯烴系纖維(聚乙烯纖維、聚丙烯纖維等)、聚醯胺纖維(聚醯胺6纖維、聚醯胺66纖維、聚醯胺46纖維、芳綸纖維等)、聚酯系纖維[聚亞烷基丙烯酸酯系纖維(例如，聚對苯二甲酸乙二酯(PET)纖維、聚對苯二甲酸丙二酯(PTT)纖維、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)纖維、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)纖維等C2-4亞烷基C8-14丙烯酸酯系纖維)；聚丙烯酸酯纖維、液晶聚酯系纖維等全芳族聚酯系纖維等]、維尼綸纖維、聚乙烯醇系纖維、 聚對苯撐苯并二噁唑(PBO)纖維等合成纖維；棉、麻、羊毛等天然纖維、縲縈等再生纖維素纖維、纖維素酯纖維等；碳纖維、玻璃纖維等無機纖維等。該等短纖維可單獨或組合兩種以上使用。特別是，可較佳地使用芳綸纖維、PBO纖維、玻璃纖維、碳纖維等彈性模量(modulus)高之纖維。
短纖維之平均纖維直徑為例如1～100 μm(例如3～70 μm)，較佳為5～50 μm(例如7～30 μm)，更佳為10～25 μm(特別是12～20 μm)。短纖維之平均纖維長為例如0.3～10 mm(例如0.5～7 mm)，較佳為1～5 mm(特別是2～4 mm)。
若添加短纖維，雖然可提高交聯橡膠組成物之彈性模量(modulus)及硬度，但在橡膠成分與短纖維之界面容易產生微小龜裂。因此，需要調整成適當之調配量。短纖維之比例相對於橡膠成分100質量部為10質量部以下，較佳為7質量部以下，更佳為5質量部以下。
(C)交聯繫調配劑 橡膠組成物調配有用於使橡膠成分交聯之交聯劑(硫化劑)，根據需要而調配有共交聯劑、交聯助劑(硫化助劑)、交聯促進劑(硫化促進劑)、交聯延遲劑(硫化延遲劑)等。該等之中，交聯繫調配劑較佳為至少包含交聯劑及共交聯劑(交聯助劑)，更佳為交聯劑與共交聯劑之組合。 作為交聯劑，可根據橡膠成分之種類使用慣用之成分，例如可例示：有機過氧化物、硫系交聯劑、金屬氧化物等。
(D)其他調配劑 橡膠組成物可進一步包含在齒型皮帶1之橡膠組成物中使用之慣用之添加劑。作為慣用之添加劑，例如可舉出：金屬氧化物(氧化鈣、氧化鋇、氧化鐵、氧化銅、氧化鈦、氧化鋁等)、軟化劑(石蠟油或環烷系油等之油類等)、加工劑或加工助劑(硬酯酸或其金屬鹽、蠟、石蠟、脂肪酸醯胺等)、增塑劑[脂肪族羧酸系增塑劑(己二酸酯系增塑劑、癸二酸酯系增塑劑等)、芳香族羧酸酯系增塑劑(苯二甲酸酯系增塑劑、苯三甲酸酯系增塑劑等)、羥基羧酸酯系增塑劑、磷酸酯系增塑劑、醚系增塑劑、醚酯系增塑劑等]、抗老化劑(抗氧化劑、抗熱老化劑、抗彎曲抗龜裂劑、抗臭氧劣化劑等)、著色劑、增黏劑、增塑劑、耦合劑(矽烷耦合劑等)、穩定劑(紫外線吸收劑、熱穩定劑等)、阻燃劑、抗靜電劑等。又，橡膠組成物可根據需要而包含接著性改善劑(間苯二酚-甲醛共縮合物、胺基樹脂等)。該等添加劑可單獨或組合兩種以上使用。
又，於本實施形態之齒部3中所使用之交聯橡膠組成物較佳為在基於JIS K6394(2007)測定出之70℃環境溫度下之儲能模量(E´)為200～300 MPa、且損失係數(Tanδ)為0.1～0.2之範圍。若為該範圍，則不易引起缺齒等之不良狀況，藉由抑制齒部3之變形，而不對與齒型皮帶輪(驅動皮帶輪、從動皮帶輪)之嚙合帶來障礙，而提高耐久性。
E´係根據賦予週期振動之動態狀態之試驗而獲得之彈性模量，被定義為與應變同相位之彈性應力之比率。E´愈高則物體愈不易變形，即便在如高負載條件之較強之外部之力下變形量亦較小，因此不易產生龜裂或切斷等。另一方面，若E´變低，則物體易於變形，故即便以較小之外部力，物體亦容易產生切斷、破壞。 Tanδ為將損失彈性模量(E´´)以E´相除而得者，為在1個振動循環之期間作為熱而散出之能量與所儲藏之最大能量之比之尺度。亦即，Tanδ係表示施加於橡膠組成物之振動能量作為熱而散出之難易度者，Tanδ愈大則自外部施加之能量之大部分被轉換成熱，因此橡膠組成物因自身發熱而溫度變高，耐熱性降低。另一方面，若Tanδ愈低則發熱量被抑制為愈低，因此提高橡膠組成物之耐熱性。
[補強層5] 補強層5如圖1～圖3所示般，於齒型皮帶1(主要為齒部3)，沿著齒部3之形狀(大致輪廓)埋設於第1橡膠層33與第2橡膠層34之間。該補強層5埋設於齒部3之皮帶厚度方向之位置只要自齒部3之底部31(包含齒布6)至補強層5為止之最大高度H2(以下為補強層5之位置H2)，為自齒部3之底部31至齒頂32(包含齒布6)為止之高度H1(以下為齒高度H1)之30～100%(H2/H1=0.3～1.0)之區域即可，更佳的是為50～100%(H2/H1=0.5～1.0)之區域。若補強層5之位置H2過小(補強層5之位置H2過於靠近芯線4)，則彎曲剛性變得過大。藉由調整於前述特定之區域，而可較佳地調整存在背離關係之齒型皮帶1之齒剛性與彎曲剛性之平衡，而可確保彎曲性、且可確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性。 再者，於補強層5之位置H2為齒高度H1之100%(H2/H1=1.0)時，成為補強層5與齒布6相接之態樣。亦即，成為齒橡膠層僅為第2橡膠層34、而不存在第1橡膠層33之態樣。
補強層5包含在皮帶周向上排列之複數條補強纖維絲51(參照圖4)，關於與皮帶周向交叉之纖維，與皮帶周向交叉之纖維之每單位面積之重量為補強纖維絲51之30%以下。或者，補強層5亦可完全不包含與皮帶周向交叉之纖維。藉此，可確保與不設置補強層5之情形大致相同之彎曲性。即，可抑制齒型皮帶1之彎曲性之下降。
又，補強層5設為補強纖維絲51以無撚之狀態在皮帶周向上排列且以成為片材狀之方式被結合之構造。藉此，可減薄補強層5之厚度。因此，可進一步抑制彎曲性之下降。再者，於本實施形態中，「無撚」意指撚數為1次/10 cm以下。
又，因補強纖維絲51以無撚之狀態被埋設，故在彎曲時不易產生因纖維彼此之摩擦所致之發熱。又，藉由抑制彎曲性下降，而可抑制因齒型皮帶1對齒型皮帶輪(驅動皮帶輪、從動皮帶輪)捲繞或分開時之彎曲所致之齒型皮帶1之發熱。因此，可抑制移行中之齒型皮帶1之溫度上升。藉由抑制齒型皮帶1之溫度上升，而可更為延長齒型皮帶1之壽命。
具體而言，補強層5係由1片或經積層之複數片單向性纖維片材50(UD片材)構成。若各單向性纖維片材50之構成相同，則構成補強層5之單向性纖維片材50之片數愈多，愈可提高耐齒根龜裂(缺齒)性。又，若各單向性纖維片材50之構成，則構成補強層5之單向性纖維片材50之片數愈少，愈可抑制齒型皮帶1之彎曲性下降。
如圖4所示般，單向性纖維片材50具有沿皮帶周向排列、且結合成片材狀之複數條補強纖維絲51。例如，單向性纖維片材50中之補強纖維絲51之皮帶寬度方向之密度，可為1×10 9～1×10 11條/5 cm左右。補強纖維絲51係以無撚之狀態配置。藉此，可防止補強纖維絲51之配向紊亂。
將補強纖維絲51彼此藉由熱固性樹脂52而結合。熱固性樹脂52含浸於補強纖維絲51。作為熱固性樹脂52，例如可使用環氧樹脂、酚樹脂、三聚氰胺樹脂、尿素樹脂、聚胺基甲酸酯樹脂、聚醯亞胺樹脂等，其中較佳的是環氧樹脂。
或者，熱固性樹脂52亦可為藉由以包含間苯二酚與甲醛之縮合物的間苯二酚-福馬林-乳膠液(RFL液)進行處理之方法而產生之固化物。RFL處理係將補強纖維絲51浸漬於RFL液後進行熱處理，而使補強纖維絲51附著於RFL液中之熱固性樹脂成分之處理。 RFL液係將間苯二酚與福馬林之初始縮合物混合於乳膠而成者，作為乳膠可使用苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶三元共聚物、氫化丁腈橡膠、氯磺化聚乙烯、表氯醇等。
補強層5包含之與皮帶周向交叉之纖維，僅為補強纖維絲51之每單位面積之重量之30%以下。或者，補強層亦可完全不包含與皮帶周向交叉之纖維。
補強層5之厚度為0.05～0.2 mm。再者，補強層5之厚度亦包含覆蓋補強纖維絲51之周圍之熱固性樹脂52之厚度。若補強層5之厚度超過0.2 mm，則因彎曲剛性之增加(彎曲性之下降)而有耐彎曲疲勞性劣化之情形。於本實施形態中，藉由將補強層5之厚度設為0.2 mm以下，而可確實地抑制因彎曲性之下降所致之耐彎曲疲勞性。另一方面，若補強層5之厚度未達0.05 mm，則有無法確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性之情形。於本實施形態中，因使無撚之補強纖維絲51之耐齒根龜裂(缺齒)性提高之效果為高，故即便補強層5為0.05～0.2 mm之薄度，仍可抑制耐彎曲疲勞性之下降、且可確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性。再者，於本實施形態中，所謂「補強層5之厚度」，即便具有複數層補強層5，亦指各補強層5之厚度。
又，包含單向性纖維片材50之熱固性樹脂52之目標量較佳為50～400 g/m 2。若單向性纖維片材50之目標量未達50 g/m 2，則為了確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性所需之構成補強層5之單向性纖維片材50之片數增加，而齒型皮帶1之製造所花費之工時增大。單向性纖維片材50之目標量較佳為50 g/m 2以上。藉此，可藉由以1片或較少片數之單向性纖維片材50構成之補強層5，確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性。又，若單向性纖維片材50之目標量超過400 g/m 2，則即便於補強層5以1片單向性纖維片材50構成之情形下，仍有補強層5之厚度過厚而彎曲性下降之情形。單向性纖維片材50之目標量較佳為400 g/m 2以下，更佳為200 g/m 2以下(特別是100 g/m 2以下)。藉此，可抑制彎曲性之下降。
補強纖維絲51之粗細度並無特別限定，為例如0.1～50 μm左右，較佳為5～25 μm左右。若纖維徑過細則難以操作，若過粗則有使皮帶之彎曲性下降之虞。
補強纖維絲51之拉伸彈性模量(GPa)(楊氏模量)係由『指數Z=[補強層之厚度(mm)]×[補強纖維絲之拉伸彈性模量(單向性纖維彈性模量)(GPa)]』定義，『指數Z』滿足『5≦指數Z≦60』之條件(較佳為10≦指數Z≦60)。補強層5所含之補強纖維絲51之拉伸彈性模量為表示補強層5之剛性之指標值，藉由『指數Z』之值滿足5以上60以下之條件，而可在補強層5之厚度為0.05～0.2 mm之範圍內，抑制耐彎曲疲勞性之下降、且確保充分之耐齒根龜裂性。
進而，補強纖維絲51之拉伸彈性模量較佳為50～300 GPa。若補強纖維絲51之拉伸彈性模量未達50 GPa，則有無法確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性之情形。為了獲得充分之補強效果，需要使補強層5之厚度大於0.2 mm，但若增大厚度，彎曲剛性之增加(彎曲性之下降)，故耐彎曲疲勞性劣化。因此，藉由將使用於單向性纖維片材50之補強纖維絲51之拉伸彈性模量設為50 GPa以上，可減小補強層5之厚度(0.05～0.2 mm)而抑制耐彎曲疲勞性之下降、且可確保充分之耐齒根龜裂(缺齒)性。 又，若補強纖維絲51之拉伸彈性模量為300 GPa以下，則可確保上述之不良狀況之抑制效果，而可將齒型皮帶1更長壽命化。
例如，若補強層5之厚度為0.05 mm，則補強纖維絲51之拉伸彈性模量為100～1200 GPa(5≦指數Z≦60)，較佳為200～1200 GPa(10≦指數Z≦60)，更佳的是基於補強纖維絲51之拉伸彈性模量之上限值及下限值(50～300 Gpa)而為100～300 Gpa(尤佳為200～300 GPa)。 又，若補強層5之厚度餓0.10 mm，則補強纖維絲51之拉伸彈性模量為50～600 GPa(5≦指數Z≦60)，較佳為100～600 GPa(10≦指數Z≦60)，更佳的是基於補強纖維絲51之拉伸彈性模量之上限值及下限值(50～300 GPa)而為50～300 GPa(尤佳為100～300 GPa)。 又，若補強層5之厚度為0.20 mm，則補強纖維絲51之拉伸彈性模量為25～300 GPa(5≦指數Z≦60)，較佳為50～300 GPa(10≦指數Z≦60)。
補強纖維絲51之熱傳導率較佳為5.0 W/(m·K)以上。補強纖維絲51之熱傳導率之上限並無特別限定，可為20 W/(m·K)左右。
補強纖維絲51之纖維之種類並無特別限定，例如可舉出：碳纖維、玻璃纖維、芳綸纖維、聚醯胺纖維、聚酯纖維等。該等之中，自拉伸彈性模量為高而言，較佳為碳纖維、芳綸纖維，自拉伸彈性模量與熱傳導率為高而言，尤佳為碳纖維。構成單向性纖維片材50之補強纖維絲51之纖維之種類可為1種，亦可為複數種。作為構成單向性纖維片材50之碳纖維之具體例，例如有東麗(TORAY)(株)製之「TORAYCA」、帝人(株)製之「TENAX」、三菱化學(株)製之「PYROFIL」。作為單向性纖維片材50，可利用樹脂使排列之碳纖維絲結合而製作片材，亦可使用市售品。作為市售品之具體例，例如有東麗(TORAY)(株)製之「TORAYCA Pre-Preg」、或三菱化學(株)製之「PYROFIL Pre-Preg」。 作為構成單向性纖維片材50之芳綸纖維之具體例，例如有東麗(TORAY)(株)製之「Kevlar」、帝人(株)製之「Twaron(註冊商標)」、「CONEX」、「NOMEX」。作為單向性纖維片材50之市售品之具體例，有Fibex(株)製之「FIBRA Sheet」。
補強層5可藉由用於提高與周圍之橡膠層(齒部3)之接著性之接著處理而附著有接著成分(未圖示)。即便不進行接著處理，但可藉由覆蓋補強纖維絲51之表面之熱固性樹脂52確保與橡膠層之接著性，為了進一步提高接著性，較佳的是進行接著處理。作為接著處理，有前述之RFL處理、或橡膠糊處理(浸泡處理)。RFL處理係將單向性纖維片材50浸漬於RFL液後，進行熱處理使接著成分(包含RF縮合物之樹脂成分)附著於單向性纖維片材50之處理。再者，如前述般，於熱固性樹脂52為藉由RFL液之處理而產生之熱固性樹脂成分(包含RF縮合物之樹脂成分)之情形下，無需進一步之RFL之接著處理。橡膠糊處理係將使溶劑熔解於未硫化之橡膠組成物而成為橡膠糊狀者，塗佈於單向性纖維片材50之表面之後，使溶劑蒸發而於單向性纖維片材50之表面形成未硫化橡膠組成物之膜(接著成分)之處理。橡膠糊處理可在使用RFL液之接著處理之後進行。
[齒布6] 構成皮帶內周面(齒部3及齒底部7之表面)之齒布6例如可由織布、編布、不織布等之布帛等形成。於慣用上多為織布(帆布)，由將在皮帶寬度方向上延伸之經紗與在皮帶周向上延伸之緯紗織成之織物構成。織布之織製組織並無特別限制，只要為經紗與緯紗規則地在縦橫方向上交叉之組織即可，平紋織、斜紋織(或twill)、緞紋織(緞織、satin)等之任一者，亦可為組合該等之組織之織製組織。較佳之織布具有斜紋織及緞紋織組織。
作為形成齒布6之緯紗及經紗之纖維，除了與前述短纖維相同之纖維外，亦可例示聚苯醚系纖維、聚醚醚酮系纖維、聚醚碸系纖維、聚胺基甲酸酯系纖維等。該等纖維可單獨或組合兩種以上使用。該等纖維之中，泛用有機纖維，較佳為棉或縲縈等纖維素系纖維、聚酯系纖維(PET纖維等)、聚醯胺系纖維(聚醯胺66纖維等脂肪族聚醯胺纖維、芳綸纖維等)、PBO纖維、氟樹脂纖維[聚四氟乙烯(PTFE)纖維等]等。又，較佳的是該等纖維、與具有伸縮性之彈性紗(例如，由聚胺基甲酸酯形成之彈性纖維等之具有伸縮性之聚胺基甲酸酯系彈性紗、經伸縮加工(例如，羊毛加工、捲縮加工等)之加工紗等)之複合紗。
經紗及緯紗之形態並無特別限定，可為將1條長纖維即單絲紗、絲(長纖維)拉齊、或為經撚合之複絲紗、撚合短纖維而成之短纖維加撚紗(紡織紗)等。前述複絲紗或前述短纖維加撚紗可為使用複數種纖維之混撚紗或混紡紗。緯紗較佳的是包含具有前述伸縮性之彈性紗，經紗基於製織性之點，通常大多不包含彈性紗。為了確保齒布6向皮帶周向之伸縮性，而包含彈性紗之緯紗沿皮帶周向延伸，經紗沿皮帶寬度方向延伸。
纖維(或紗)之平均直徑為例如1～100 μm(例如3～50 μm)，較佳為5～30 μm，更佳為7～25 μm。關於紗(撚紗)之平均纖維直徑(粗細度)，緯紗可為例如100～1000 dtex(特別是300～700 dtex)左右，經紗例如可為50～500 dtex(特別是100～300 dtex)左右。緯紗之密度(條/cm)可為例如5～50(特別是10～30)左右，經紗之密度(條/cm)可為例如10～300(特別是20～100)左右。
織布可具有多重織結構(雙重織結構等)，於具備經紗及緯紗之織製組織中，可由含有氟樹脂之纖維(包含由PTFE等之氟樹脂形成之纖維之複合紗等)等之低摩擦係數之纖維(或低摩擦性纖維)形成至少一部分之緯紗。例如，可行的是，由耐隆66等之聚醯胺纖維、聚酯纖維等形成前述經紗，以由前述氟樹脂形成之單獨纖維，由前述氟樹脂形成之纖維、與聚醯胺纖維、聚胺基甲酸酯纖維(彈性紗)等之第2纖維之複合紗，該複合紗與由前述複數條第2纖維形成之第2複合紗而成之複合紗等形成緯紗。 於該態樣中，緯紗中之作為位於(露出於)齒布6之正面側(與齒型皮帶輪之嚙合側)之緯紗，為了降低齒布6與齒型皮帶輪之間之摩擦，較佳的是使用摩擦係數低之氟系纖維(例如，PTFE纖維)。另一方面，於位於齒布6之背面側(與齒橡膠層之接著側)之緯紗，藉由使用氟系纖維以外之纖維(耐隆纖維或胺基甲酸酯彈性紗)，而可提高與構成齒布6及齒部3之橡膠之接著力。於該態樣之齒布6中，可降低齒布6與齒型皮帶輪與嚙合下之摩擦，而可抑制發出聲音。
又，於氟系纖維之周圍，較佳的是配置具有在以橡膠為基材之齒部3及背部2之交聯(硫化)溫度下熔解之熔點之低熔點纖維。具體而言，包含將氟系纖維與低熔點纖維進行混撚、或藉由低熔點纖維覆蓋氟系纖維等之形態。再者，齒部3及背部2之交聯(硫化)條件並無特別限定，一般而言，為在交聯(硫化)溫度100～200℃下交聯(硫化)時間1分鐘～5小時左右。
該情形下，低熔點纖維在齒部3及背部2之交聯(硫化)時熔解，在流入構成齒布6之纖維間之後，藉由冷卻至熔點以下，而將低熔點纖維結晶化。因此，在咬入齒型皮帶輪時、或者自齒型皮帶輪咬出時，抑制因在齒布6之表面產生之衝擊或磨耗而氟系纖維切斷/飛散。藉此，可更長期間地保護齒部3及背部2，防止皮帶之缺齒，而可實現高負載移行時之長壽命化。
齒布6(齒型皮帶1中之齒布6)之平均厚度為例如0.1～2 mm，較佳為0.2～1.5 mm。再者，作為原料之齒布(成形前之齒布)之平均厚度為例如0.5～3 mm，較佳為0.75～2.5 mm。
為了提高與第1橡膠層33之接著性，可對形成齒布6之布帛實施接著處理。作為接著處理，例如可例示：在將布帛浸漬於RFL處理液之後，進行加熱乾燥之方法；以環氧化合物或異氰酸酯化合物對布帛進行處理之方法；將橡膠組成物溶解於有機溶媒而成為橡膠糊，於在該橡膠糊中對布帛進行浸漬處理後，進行加熱乾燥之方法；組合該等之處理方法之方法等。該等方法可單獨或組合進行，處理順序或處理次數亦無限定。例如，亦可將布帛在環氧化合物或異氰酸酯化合物中進行前處理，進而在浸漬於RFL處理液之後，進行加熱乾燥。
進而，在提高齒布6與第1橡膠層33之接著性之目的下，可在供形成齒布6之布帛之背面側(與齒橡膠層之接著側)表面，積層將橡膠組成物壓延而成之未交聯橡膠片材。該橡膠組成物(交聯橡膠組成物)可自例示為供形成前述之齒橡膠層(第1橡膠層33、第2橡膠層34)之交聯橡膠組成物之交聯橡膠組成物適當選擇，可為慣用之接著橡膠組成物。再者，由該橡膠組成物形成之未交聯橡膠片材，於齒型皮帶1中，可形成介置於齒布6與第1橡膠層33之間之第3橡膠層(接著橡膠層)。將實施了以上之接著處理之布帛表述為齒布前驅體。
[背部2(背橡膠層21)] 背部2在內周面上形成有齒部3及齒底部7，且在其外周面側具有供形成皮帶外周面之背橡膠層21。進而，背橡膠層21係由橡膠組成物(交聯橡膠組成物)形成。於圖1～圖3之態樣中，未形成有齒部3之側之另一表面(皮帶背面)未由布帛(織布、編布、不織布等)被覆，但可根據需要而被覆。該布帛包含較佳之態樣而可自例示為齒布6之布帛選擇。
背部2(背橡膠層21)之硬度基於減小皮帶之彎曲剛性、確保彎曲性(與皮帶輪之捲繞性)及耐彎曲疲勞性之點，較佳為小於齒部3之硬度。具體而言，形成背橡膠層21之交聯橡膠組成物之橡膠硬度Hs，在JIS-A硬度下為例如80～89度。再者，JIS-A硬度為背橡膠層21之表面之硬度，可依照JIS K 6253(2012)，使用A型硬度計來測定。藉由將背橡膠層21之JIS-A硬度調整成前述範圍，而背部2之彎曲剛性變低，而獲得優異之耐彎曲疲勞性若背部2之JIS-A硬度過低，則有因異物之碰撞等而有在背部2產生裂紋之虞，反之，若過高，則而耐彎曲疲勞性下降而在背部2產生裂紋之虞。
形成背部2(背橡膠層21)之橡膠組成物只要無損背部2與齒部3之密接性即可，並無特別限定，例如，可自例示為齒橡膠層之交聯橡膠組成物之交聯橡膠組成物選擇，可以橡膠硬度成為前述範圍之方式適當調整。背部2可由與齒部3不同之橡膠組成物形成，亦可由相同之橡膠組成物形成。通常，背部2與齒部3包含同系列之橡膠或聚合物或同種類之橡膠成分之情形居多。 特別是，於構成背橡膠層21之交聯橡膠組成物中，基於提高背橡膠層21與齒部3之密接性之點，橡膠成分較佳為包含與第2橡膠層34(內部橡膠層)同系列或同種類之橡膠成分，更佳為同種類之橡膠成分。
背橡膠層21之平均厚度為例如0.3～3 mm，較佳為0.5～2 mm。背部2之平均厚度(齒底部7處之背部2之平均厚度)為例如1～5 mm，較佳為1.5～4 mm。
[芯線4] 於背部2內，在背橡膠層21之內周側，埋設有沿著皮帶周向延伸之芯線4。該芯線4作為抗拉體發揮作用，可提高齒型皮帶1之移行之穩定性及強度。進而，於背部2中，通常為沿著皮帶周向延伸之加撚簾線即芯線4，於皮帶寬度方向上空開特定之間隔而埋設，可配設與皮帶周向平行之複數條芯線4，但基於生產性之點，通常埋設成螺旋狀。於配設成螺旋狀時，芯線4相對於皮帶周向之角度可為例如5°以下，基於皮帶移行性之點，愈接近0°愈佳。
更詳細而言，芯線4如圖1所示般，可在背部2之自皮帶寬度方向之一端至另一端，空開特定之間隔(或節距)(或等間隔地)埋設。相鄰之芯線4之中心間之距離即間隔(紡紗節距)，只要大於芯線4之直徑即可，可相應於芯線4之直徑為例如0.5～3.5 mm，較佳為0.8～3 mm，更佳為1～2.8 mm。
芯線4可由將複數條絞合線或複絲紗撚合而成之加撚簾線形成。該等之中，較佳為絞合線之加撚簾線，可將絲(長纖維)束集而形成1條絞合線。形成加撚簾線之絲之粗細度、絲之集束條數、絞合線之條數、及加撚方式之加撚構成並無特別限制。
形成芯線4之加撚簾線，可使用單撚、多撚、順撚之簾線。藉由將芯線4設為下撚之加撚方向與上撚之加撚方向為相同之順撚，與多撚或單撚相比彎曲剛性變低，而可獲得優異之耐彎曲疲勞性。
作為形成芯線4之纖維並無特別限制，例如可例示：聚酯系纖維(聚亞烷基丙烯酸酯系纖維、聚鄰苯二甲酸對伸苯基酯系纖維)、聚苯并噁唑纖維、丙烯酸系纖維、聚醯胺系纖維(脂肪族聚醯胺纖維、芳綸纖維等)等之合成纖維、玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維(鋼纖維)等之無機纖維等。該等纖維可單獨或組合兩種以上使用。作為形成芯線之纖維，基於低伸度高強度之點，例如泛用：聚酯系纖維、聚醯胺系纖維等之合成纖維、玻璃纖維、碳纖維等之無機纖維等。 於作用有特別高之負載之用途下，較佳地使用碳纖維之複絲紗。碳纖維例如使用東麗(TORAY)株式會社製、商品名「TORAYCA」等。
碳纖維之複絲紗可自絲數不同之6K、12K等之複絲紗選擇。6K表示絲數為6000條之複絲紗，12K表示絲數為12000條之複絲紗。6K之複絲紗之線密度為約400 tex、12K之複絲紗之線密度為約800 tex。
若碳纖維之複絲紗之線密度大於1000 tex，則有耐彎曲疲勞性下降之虞。反之，碳纖維之複絲紗之線密度小於300 tex者之材料成本上升，且為了製作具有充分之拉伸強力之芯線4所需之下撚紗之條數增加，因此招致作業工時之增加。
於本實施形態中，將單撚1條12K之複絲紗(線密度為約800 tex)而成之碳纖維簾線(12K-1/0)作為芯線4。或者，可對 1條12K之複絲紗(線密度為約800 tex) 進行下撚而製作下撚紗，將組合4條所製作之下撚紗進行上撚而成之順撚之碳纖維簾線(12K-1/4)作為芯線4。再者，「12K-1/0」表示單撚1條12K之複絲紗而成之加撚簾線，「12K-1/4」表示對1條12K之複絲紗進行下撚而製作下撚紗，組合4條所製作之下撚紗進行上撚而成之加撚簾線。同樣地，例如「12K-1/3」表示對1條12K之複絲紗進行下撚而製作下撚紗，組合3條所製作之下撚紗進行上撚而成之加撚簾線，「12K-4/0」表示組合4條12K之複絲紗進行單撚而成之加撚簾線。
為了提高背橡膠層21及第2橡膠層34之接著性，而可對芯線4實施接著處理。作為接著處理之方法，例如可為如下方法：在將加撚簾線浸漬於間苯二酚-福馬林-乳膠處理液(RFL處理液)後，進行加熱乾燥，而於加撚簾線之表面形成均一之接著層。RFL處理液為將間苯二酚與福馬林之初始縮合物混合於乳膠而成之混合物，乳膠例如可為氯平橡膠、苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶三元共聚物(VP乳膠)、腈橡膠、氫化丁腈橡膠等。進而，接著處理之方法亦可為如下方法：在利用環氧化合物或異氰酸酯化合物實施前處理後，利用RFL處理液進行處理。
加撚簾線(或芯線4)之平均直徑(平均線徑)為例如0.2～2.5 mm左右。於作用有特別高之負載之用途下為1.0 mm～2.5 mm，較佳為0.5～2.3 mm，更佳為0.7～2.2 mm，於作用有特別高之負載之用途下較佳為0.8～2.1 mm。若芯線徑過細，則有因芯線4之伸長變大而產生缺齒(齒部3之缺損)之虞。若芯線徑過粗，則有因芯線4之耐彎曲疲勞性之下降而產生芯線切斷之虞。再者，於本說明書之一實施形態中，將芯線徑調整為1.1 mm。
[齒型皮帶之製造方法] 本實施形態之齒型皮帶1例如可藉由以下之工法(預成形工法)製作。 首先，製作供形成補強層5之單向性纖維片材、供形成齒布6之齒布前驅體、供形成第1橡膠層33(表部橡膠層)之未交聯橡膠片材、供形成第2橡膠層34(內部橡膠層)之未交聯橡膠片材、供形成背橡膠層21之未交聯橡膠片材。
(預成形步驟) 接著，如圖5所示般，於在下模具有與齒型皮帶1之齒部3對應之複數個槽部(凹條)之衝壓用模具(平模)，鋪設供形成齒布6之齒布前驅體。繼而，於其上表面積層供形成第1橡膠層33之未交聯橡膠片材而製作積層體A。然後，加熱至橡膠組成物軟化之程度之溫度(例如，70～90℃左右)，且利用具備與複數個槽部每一者對應之突起(凸條)之壓盤對積層體A進行加壓，將積層體A壓入槽部內而獲得特定形狀。此時，壓盤之突起之形狀被調整成之後配設之補強層5之形狀或與位置H2對應之形狀。
接著，如圖6所示般，於形成特定形狀之積層體A之上表面，將供形成補強層5之單向性纖維片材以纖維絲沿皮帶周向排列之方式配設。然後，如圖6及圖7所示般，以沿著積層體A之形狀之方式對單向性纖維片材進行成型而獲得積層體B。成型之方法並無特別限制，作為一例，可使用如下方法：使用小齒輪輥，逐次一齒地依次壓入在衝壓用模具(平模)中排列之槽部而成型(於日本特開2001-263432、日本特開2005-41165等揭示)。
此處，單向性纖維片材因補強纖維絲51結合成片材狀而不會散離，故在預成形步驟中容易進行操作。
接著，如圖8所示般，在形成特定形狀之積層體B之上表面，配設供形成第2橡膠層34之未交聯橡膠片材，加熱至橡膠組成物軟化之程度之溫度(例如，70～90℃左右)，且藉由利用上模具對供形成第2橡膠層34之未交聯橡膠片材進行加壓並壓入槽部內，而形成齒部3，獲得半交聯狀態之預成形體。於進行該壓入而形成齒部3之過程中，形成如下之層構造：齒布6以沿著齒部3之輪廓之形態伸長並配置於最表面，向其內部側依序配置第1橡膠層33、補強層5(單向性纖維片材)、第2橡膠層34。在將預成形體自衝壓用模具脫模後，於具有與齒部3對應之複數個槽部(凹條)之圓筒狀模具上捲繞安裝預成形體(將齒部3與槽部進行嵌合)，並移至下一步驟。
(交聯成形步驟) 於所獲得之預成形體之外周面，將構成芯線4之加撚簾線以特定之節距(以於圓筒狀模具之軸方向上具有特定之節距之方式)捲繞成螺旋狀。進而，於其外周側，捲繞供形成背橡膠層21之未交聯橡膠片材而形成未交聯之皮帶成形體(未交聯積層體)。
繼而，在未交聯之皮帶成形體配置於圓筒狀模具之外周之狀態下，進而將蒸氣阻斷材即橡膠製之夾套罩於其外側。繼而，將罩有夾套之皮帶成形體及圓筒狀模具收容於硫化罐等交聯成形裝置之內部。然後，若在交聯成形裝置之內部對皮帶成形體進行加熱加壓，則形成所期望之形狀，且各構成構件藉由皮帶成形體所含之未交聯及半交聯之橡膠成分之交聯反應而接合，被固化成一體，而形成套管狀之交聯成形體(交聯皮帶套管)。
(切斷步驟) 最後，藉由將自圓筒狀模具脫模之交聯皮帶套管切斷成特定之寬度，而獲得複數個齒型皮帶1。 [實施例]
(藉由二維有限元素法(FEM)進行之解析) 於實施例1～5、比較例1～2、參考例1～2中，使用總厚度(t)5.6 mm、齒高度H1(包含齒布)3.5 mm、齒距(P)8 mm、齒模G8M之齒型皮帶，製作模擬齒剪切試驗之二維模型，於賦予施加於齒型皮帶之齒部與齒型皮帶輪之接觸面之荷重時，藉由有限元素法解析對齒根產生之應力進行了比較驗證。
齒型皮帶之二維之有限元素法解析模型，如圖9所示般具有：與背橡膠層(A)與齒橡膠層(E)相當之橡膠部、與芯線相當之芯線層1(B)及芯線層2(C)、由單向性纖維片材形成之補強層D、及齒布層F。再者，將第1橡膠層與第2橡膠層總稱為齒橡膠層(E)。
該模型係將齒型皮帶之一齒之量模型化，皮帶背面之Y方向之面被約束在面內(參照圖10)。 然後，芯線層之模型在皮帶厚度方向上之中立面配置桁架要素(芯線層1)，將其周圍以固體要素構成(芯線層2)。
於解析中，作為賦予施加於齒型皮帶之齒部與齒型皮帶輪之接觸面之荷重之方法，以齒剪切試驗為模型。具體而言，如圖10及圖11所示般，在將皮帶背面固定於Y方向之面內後，將齒型皮帶之齒部鉤掛於齒剪切治具(設想成齒型皮帶輪之齒形狀之剛體)，拉伸芯線中心部而使其變位。
此處，作為使用於解析之物性值為超彈性材料模型即門尼-裡夫林(Mooney-Rivlin)相對於固體要素之材料特性(C10、C01)，橡膠部(背橡膠層(A)、齒橡膠層(E))設為C10=5.0 MPa、C01=1.25 MPa，齒布層F設為C10=10 MPa、C01=1.2 MPa。 又，芯線層1(B)之桁架要素部為線形材料模型，設為楊氏模量=27000 MPa、泊松比=0.4，芯線層2(C)之固體要素部為線形材料模型，設為楊氏模量=2000 MPa、泊松比=0.4。 補強層D為線形材料模型，楊氏模量為變量，設為泊松比=0.4。 又，設為補強層D之厚度=0.1 mm。 補強層D之配置在模型上為變量。
使用以上之模型進行有限元素法解析，將對於變位之變位力(反作用力)定義為齒部之剛性(以下為齒剛性)而進行了評估。進而，利用Mises應力對齒根產生之應力進行了評估。
(有限元素法解析結果之合格與否判定基準) 對於以下所示之實施例及比較例中所驗證之各種齒型皮帶，製作二維之有限元素模型並進行解析，算出齒剛性之最大值X、及齒根產生之Mises應力之最大值Y。齒剛性之最大值X愈大愈優異，Mises應力之最大值Y愈小愈優異。基於以下之基準而判定出優劣。
(齒剛性之最大值X之判定基準) A判定：100 N/mm以上 B判定：62 N/mm以上、未達100 N/mm C判定：未達62 N/mm
(Mises應力之最大值Y之判定基準) A判定：未達15.0 MPa B判定：15.0 MPa以上、未達22.0 MPa C判定：22.0 MPa以上
(有限元素法解析之驗證結果) 對於經比較驗證之實施例及比較例之齒型皮帶，將各皮帶之規格、與藉由有限元素法解析算出之齒剛性之最大值X、及齒根產生之Mises應力值之最大值Y，與綜合判定結果一起顯示於圖12及圖14。再者，於圖12及圖14中，關於各皮帶之規格，將齒部之補強層之位置顯示為補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例[H2/H1×100(%)](參照圖9)。進而，顯示單向性纖維彈性模量(GPa)、齒剛性之最大值X(N/mm)、齒根產生之Mises應力之分佈圖、齒根產生之Mises應力之值之最大值Y(MPa)。單向性纖維彈性模量意指構成單向性纖維片材(補強層)之補強纖維絲之拉伸彈性模量。 又，圖13(A)係將圖12中之補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例[H2/H1×100(%)]與齒剛性之關係性圖表化者。又，圖13(B)係將圖12中之補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例[H2/H1×100(%)]與Mises應力之關係性圖表化者。又，圖15(A)係將圖14中之單向性纖維彈性模量與齒剛性之關係性圖表化者。又，圖15(B)係將圖14中之單向性纖維彈性模量與Mises應力之關係性圖表化者。
(綜合判定) 於圖12(及圖13)、圖14(及圖15)所示之綜合判定中，基於以下之基準而分類成A等級～C等級。 A等級：X、Y皆為A判定之情形 B等級：X、Y之一者或兩者為B判定之情形(非為C判定) C等級：X、Y即便一者為C判定之情形
(實施例1～3及比較例1～2：圖12、圖13) 對於實施例1～3及比較例1～2，圖12及圖13顯示在齒距=8.0 mm、齒模G8M之齒型皮帶中，以單向性纖維彈性模量115 GPa之單向性纖維片材為補強層，使補強層之位置H2相對於齒高度H1變化時之齒剛性之最大值X(N/mm)、及齒根產生之Mises應力之最大值Y(MPa)之解析結果及綜合判定結果。
在不埋設補強層(即補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例H2/H1為0%)時(比較例1)，齒剛性之最大值X小至61 N/mm，齒根產生之Mises應力之最大值Y大至26.2 MPa，皆為C判定，而綜合判定成為C等級。
相對於此，於沿著齒之形狀(大致輪廓)埋設有補強層時，如以下所述，得知齒剛性之最大值X增大、且齒根產生之Mises應力之最大值Y減小。
例如，於補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例H2/H1為6%(0.2/3.5≒0.06)之齒型皮帶(比較例2)中，齒剛性為最大值X=86 N/mm而提高為B判定，但齒根產生之Mises應力之最大值Y=24.0 MPa，依然較大(C判定)，其綜合判定維持為C等級不變。 於補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例H2/H1為34%(1.2/3.5≒0.34)之齒型皮帶(實施例1)中，齒剛性為最大值X=133 N/mm，齒根產生之Mises應力為最大值Y=12.5 MPa，皆為A判定，綜合判定為A等級。 於補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例H2/H1為63%(2.2/3.5≒0.63)之齒型皮帶(實施例2)中，齒剛性為最大值X=140 N/mm，齒根產生之Mises應力為最大值Y=11.0 MPa，皆為A判定，綜合判定為A等級。 於補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例H2/H1為91%(3.2/3.5≒0.91)之齒型皮帶(實施例3)中，齒剛性為最大值X=137 N/mm，齒根產生之Mises應力為最大值Y=10.9 MPa，皆為A判定，綜合判定為A等級。
根據以上之結果，隨著補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例H2/H1變大，而齒剛性之最大值X增大，齒根產生之Mises應力之最大值Y減小，但H2/H1為34%以上之齒型皮帶為A等級，若為34%以上則無顯著之變化。
(實施例1、實施例4～5、參考例1～2：圖14、圖15) 圖14及圖15顯示：以實施例1之齒型皮帶(單向性纖維彈性模量為115 GPa、補強層之位置H2相對於齒高度H1之比例H2/H1為34%)為基準(基礎)，將H2/H1固定為34%不變，使單向性纖維彈性模量變化時之齒剛性之最大值X、及齒根產生之Mises應力之最大值Y之解析結果。
於單向性纖維彈性模量為0.5 GPa之齒型皮帶(參考例1)中，齒剛性小至最大值X=64 N/mm(B判定)，齒根產生之Mises應力大至最大值Y=25.1 MPa(C判定)，而綜合判定成為C等級。 於單向性纖維彈性模量為5 GPa之齒型皮帶(參考例2)中，齒剛性為最大值X=79 N/mm，齒根產生之Mises應力為最大值Y=20.7 MPa，皆為B判定，而綜合判定成為B等級。 於單向性纖維彈性模量為50 GPa之齒型皮帶(實施例4)中，齒剛性為最大值X=118 N/mm，齒根產生之Mises應力為最大值Y=13.7 MPa，皆為A判定，而綜合判定成為A等級。 於單向性纖維彈性模量較實施例1大之齒型皮帶(230 GPa：實施例5)中，齒剛性為最大值X=140 N/mm，齒根產生之Mises應力為最大值Y=12.5 MPa，皆為A判定，而綜合判定成為A等級。
根據以上之結果，隨著單向性纖維彈性模量變大，而齒剛性之最大值X增大，齒根產生之Mises應力之最大值Y減小，但單向性纖維彈性模量為50 GPa以上之齒型皮帶成為A等級。若為115 GPa以上則無顯著之變化。
(齒型皮帶之齒剛性評估) 於實施例A～M及比較例A～G中，自基於下述表1～8所示之材料/構成而製作之各齒型皮帶採集試驗片(寬度20 mm、長度196 mm)，進行齒剛性試驗，對各齒型皮帶之齒剛性進行了比較評估。
[表1] 表1 [橡膠組成物(質量部)]
   齒部 背部
橡膠組成物A 橡膠組成物B
HNBR - 80
包含不飽和羧酸金屬鹽之HNBR 100 20
芳綸短纖維 2 -
硬酯酸 1 1
碳黑SRF 2 2
二氧化矽 - 40
碳酸鈣 20 -
氧化鋅 5 2
抗老化劑 2 2
有機過氧化物 2 2
共交聯劑 1 2
增塑劑 - 10
合計 135 161
[橡膠組成物之使用材料] HNBR：日本瑞翁(ZEON)(株)製「Zetpol2010」、碘值11 mg/100 mg 包含不飽和羧酸金屬鹽之HNBR：日本瑞翁(ZEON)(株)製「Zeoforte ZSC2295CX」、基底HNBR：不飽和羧酸金屬鹽(質量比)=100：110、基底HNBR之碘值28 mg/100 mg 芳綸短纖維：帝人(株)製「CONEX」、平均纖維長3 mm、平均纖維直徑14 μm 硬酯酸：日油(株)製「硬酯酸 TSUBAKI」 碳黑SRF：東海碳素(株)製「SEAST S」、平均粒徑66 nm、碘吸附值26 mg/g 二氧化矽：Evonik Degussa Japan(株)製「Ultrasil Vn-3」、比表面積155～195 m 2/g 碳酸鈣：丸尾鈣(株)製「Super#1500」、平均粒徑1.5 μm 氧化鋅：堺化學工業(株)製「氧化鋅2種」、平均粒徑0.55 μm 抗老化劑：p,p'-二辛基二苯胺、精工化學(株)製「NORFLEX OD3」 有機過氧化物：1.3-雙(叔丁基過氧化異丙基)苯、理論活性氧量9.45% 共交聯劑：N,N'-間亞苯基雙馬來醯亞胺、大內新興化學(株)製「Barnock PM」 增塑劑：(株)ADEKA製「Adeka Sizer　RS700」
[補強層] 單向性纖維片材1：使用東麗(TORAY)(株)製「TORAYCA T700S」碳纖維絲(拉伸彈性模量230 GPa、絲徑7 μm、密度1.80 g/cm 3)，以環氧樹脂結合，調製成3種水準厚度0.05 mm(目標量60 g/m 2)、0.10 mm(目標量120 g/m 2)、0.20 mm(目標量240 g/m 2)之片材。單向性纖維片材2：使用帝人(株)製「TENAX IMS60」碳纖維絲(拉伸彈性模量290 GPa、絲徑6 μm、密度1.73 g/cm 3)，以環氧樹脂結合，調製成厚度0.10 mm(目標量120g/m 2)之片材。 單向性纖維片材3：使用東麗(TORAY)(株)製「Kevlar 49」芳綸纖維絲(拉伸彈性模量112 GPa、絲徑12 μm、密度1.45 g/cm 3)，以環氧樹脂結合，調製成3種水準厚度0.05 mm(目標量50g/m 2)、0.10 mm(目標量100g/m 2)、0.20 mm(目標量200g/m 2)之片材。 單向性纖維片材4：使用東麗(TORAY)(株)製「Kevlar 119」芳綸纖維絲(拉伸彈性模量54.7 GPa、絲徑12 μm、密度1.44 g/cm 3)，以環氧樹脂結合，調製成3種水準之厚度0.05 mm(目標量50g/m 2)、0.10 mm(目標量100g/m 2)、0.20 mm(目標量200g/m 2)之片材。 簾線片材1：於單向上配向之芳綸纖維之加撚簾線(1670 dtex/1×2)藉由棉之細紗(支20S/1)連結而成之片材(通稱為簾線線)。將加撚簾線之密度設為50條/5 cm、將細紗之密度設為4條/5 cm、將片材之厚度設為0.7 mm。 簾線片材2：於單向上配向之PET纖維之加撚簾線(1100 dtex/1×2)藉由棉之細紗(支 20S/1)連結而成之片材(通稱為簾線線)。將加撚簾線之密度設為50條/5 cm、將細紗之密度設為4條/5 cm、將片材之厚度設為0.6 mm。
[芯線] 製作單撚1條12K之複絲紗[東麗(TORAY)(株)製「TORAYCA T700SC-12000」、單紗線密度0.67 dtex、總線密度800 tex]而成之碳纖維簾線(12K-1/0，拉伸彈性模量230 GPa)，進行利用HNBR系外塗層處理劑之接著處理，獲得芯線徑1.1 mm之芯線。
[齒布及齒布之處理] 使用RFL處理液及橡膠糊對表2所示之織布進行浸漬處理而製作齒布前驅體。詳細而言，RFL處理使用表3所示之2種RFL處理液(RFL1、RFL2)，依照RFL1、RFL2之順序進行了浸漬處理。進而，橡膠糊處理亦使用表4所示之2種橡膠糊(橡膠糊1、橡膠糊2)，依照橡膠糊1、橡膠糊2之順序進行了浸漬處理。
[表2] 表2 (織布構成)
齒布構成
織法構成 緯紗2色2重織 正1/3斜紋織、背2/2斜紋織
經紗 66耐隆
緯紗-1 PTFE纖維※1 聚酯纖維※2 胺基甲酸酯彈性紗
緯紗-2 66耐隆 胺基甲酸酯彈性紗
※1：PTFE纖維[東麗(TORAY)(株)製「TOYOFLON 1330 dtex」] ※2：聚酯纖維[UNITIKA(株)製「Cornetta」、芯部熔點256℃、鞘部熔點160℃之芯鞘型複合纖維]
[表3] 表3 (RFL調配(質量部))
調配 RFL1 RFL2
氫化丁晴橡膠乳膠(40質量%) 100 100
RF縮合體分散液(20質量%) 50 25
NaOH水溶液(10質量%) 0 2
馬來亞醯胺系化合物水分散物(50質量%) 0 20
水 110 110
[表4] 表4 (橡膠糊調配(質量部))
調配 橡膠糊1 橡膠糊2
氫化丁晴橡膠糊橡膠用調配 5 15
聚合材料MDI 5 0
丁酮 90 85
[未交聯橡膠片材之製作] 作為用於形成齒部(第1橡膠層、第2橡膠層)及背部(背橡膠層)之未交聯橡膠片材，對於表1所示之調配之各橡膠組成物使用密閉式混煉機進行混煉，將所獲得之混煉橡膠利用壓延機輥壓延成特定之厚度，而製作未交聯橡膠片材。未交聯橡膠片材中所含之芳綸短纖維於壓延方向上配向。
[齒型皮帶之製造] 於實施例A～M及比較例A～G中，如以下所示般，使用本實施形態中所說明之預成形工法，製作總厚度9.0 mm、齒模S14M、齒高度(包含齒布)5.3 mm、齒距14 mm、齒數80、周長1120 mm、寬度20 mm之齒型皮帶。 表5～8對於在各實施例、比較例及參考例中製作之齒型皮帶，顯示齒部之構成(補強層之構成)及齒剛性之測定結果。
[表5] 表5
   比較例A 比較例B 比較例C 實施例A 實施例B 實施例C 實施例D 實施例E 實施例F 實施例G
補 強 層 之 構 成 單向性 纖維片材 纖維類別 無 單向性纖維片材1 碳纖維 單向性 纖維片材2 碳纖維
加撚 無撚
單向性纖維彈性模量M [GPa] 230 230 230 290
目標量[g/m 2] 120 60 240 60 120
結合方法 藉由熱固性樹脂而結合
配置 齒高度H1 [mm] 5.3 5.3 5.3 5.3 5.3
補強層之位置H2 [mm] 0 0.5 1.0 2.0 2.8 5.3 2.8 5.3 2.8
補強層之位置H2相對於齒高度之比例 H2/H1 ×100 - 9% 19% 38% 53% 100% 53% 100% 53%
積層片數 0 1 1 1 1
補強層之厚度T [mm] — 0.10 0. 05 0. 20 0.05 0.10
指數Z (=M ×T) - 23 12 46 12 29
齒剛性(K值：相對值) 1.00 1.20 1.43 1.92 2.05 1.76 1.76 2.03 1.72 2.10
判定(等級) C C C A A A A A A A
[表6] 表6
   實施例H 實施例I 實施例J 實施例K
補 強 層 之 構 成 單向性 纖維片材 纖維類別 單向性纖維片材3 芳綸纖維
加撚 無撚
單向性纖維彈性模量M [GPa] 112
目標量[g/m 2] 100 50 200
結合方法 藉由熱固性樹脂而結合
配置 齒高度H1 [mm] 5.3
補強層之位置H2 [mm] 2.8 5.3 2.8
補強層之位置H 2相對於齒高度之比例 H2/H1 X100 53% 100% 53%
積層片數 1
補強層之厚度T [mm] 0.10 0.05 0. 20
指數Z( = MxT) 11 5.6 22
齒剛性(K值：相對值) 1.91 1.75 1.61 2.41
判定(等級) A A B A
[表7] 表7
   比較例D 比較例E 實施例L 實施例M
補 強 層 之 構 成 單向性 纖維片材 纖維類別 單向性纖維片材4 芳綸纖維
加撚 無撚
單向性纖維彈性模量M [GPa] 54.7
目標量[g/m 2] 50 100 200
結合方法 藉由熱固性樹脂而結合
配置 齒高度H1 [mm] 5.3
補強層之位置H2 [mm] 5.3 2.8
補強層之位置H2相對於齒高度之比例 H2/H1×100 100% 53%
積層片數 1
補強層之厚度T[mm] 0.05 0.10 0.20
指數Z (=M×T) 2.7 5.5 11
齒剛性(K值：相對值) 1.19 1.32 1.60 1.95
判定(等級) C C B A
[表8] 表8
   比較例F 比較例G
補 強 層 之 構 成 簾線片材(簾線線) 纖維類別 簾線1 芳綸纖維 簾線2 PET纖維
加撚 有加燃
結合方法 藉由細紗而結合
配置 齒高度H1[mm] 5.3
補強層之位置H2[mm] 2.8
補強層之位置H2相對於齒高度之比例 H2/H1×100 53%
積層片數 1
補強層之厚度T [mm] 0.7 0.6
齒剛性(K值：相對值) 1.45 0.95
判定(等級) C C
(比較例B、C、實施例A～C) 於具有與齒型皮帶之齒部對應之複數個槽部(凹條)之衝壓模具(平模)，依序積層供形成齒布之齒布前驅體、供形成第1橡膠層之未交聯橡膠片材(橡膠組成物A)，在溫度90℃、衝壓壓力(面壓)20.2 MPa之條件下進行加壓而形成半交聯狀態之積層體A，接著將供形成補強層5之單向性纖維片材(單向性纖維片材1：目標量120 g/m 2、厚度0.10 mm)成型而形成積層體B，進而壓入供形成第2橡膠層之未交聯橡膠片材(橡膠組成物A)而製作預成形體。
接著，於圓筒狀模具中，捲繞安裝預成形體(將齒部與槽部嵌合)，在預成形體之外周面將供構成芯線之加撚簾線紡紗成螺旋狀(張力：150～250 N/條、紡紗節距：1.25 mm、紡紗速度：1.5 m/s)。進而，於其外周側捲繞供形成背橡膠層之未交聯橡膠片材(橡膠組成物B)而形成未交聯之皮帶成形體(未交聯積層體)。
繼而，使用硫化罐，在加熱溫度179℃、蒸氣壓0.83 MPa之條件下進行40分鐘之交聯成形，而製作交聯成形體(交聯皮帶套管)。
最後，藉由將自圓筒狀模具脫模之交聯皮帶套管切斷成寬度20 mm，而獲得齒型皮帶。
再者，補強層5以單向性纖維片材所含之纖維絲之排列方向成為皮帶長度方向之方式配置，將各例之皮帶厚度方向之位置H2設為表5所記載之位置。
(實施例D、E) 對於供形成補強層5之單向性纖維片材1，除了在實施例D中將目標量變更為60 g/m 2(厚度0.05 mm)、在實施例E中將目標量變更為240 g/m 2(厚度0.20 mm)以外，與實施例B相同地製作齒型皮帶。
(實施例F) 對於供形成補強層5之單向性纖維片材1，除了將目標量變更為60 g/m 2(厚度0.05 mm)以外，與實施例C相同地製作齒型皮帶。
(實施例G) 除了將供形成補強層5之單向性纖維片材變更成單向性纖維彈性模量不同之單向性纖維片材2(將目標量變更為120 g/m 2、厚度0.10 mm)以外，與實施例B相同地製作齒型皮帶。
(實施例H～K) 於實施例H中，除了將供形成補強層5之單向性纖維片材變更為單向性纖維彈性模量不同之單向性纖維片材3(將目標量變更為100g/m 2、厚度0.10 mm)以外，與實施例B相同地製作齒型皮帶。 於實施例I中，除了將供配置補強層5之皮帶厚度方向之位置H2變更為5.3 mm(H2/H1×100=100%)以外，與實施例H相同地製作齒型皮帶。 對於供形成補強層5之單向性纖維片材3，除了於實施例J中將目標量變更為50 g/m 2(厚度0.05 mm)、於實施例K中將目標量變更為200 g/m 2(厚度0.20 mm)以外，與實施例H相同地製作齒型皮帶。
(比較例E、實施例L、M) 於實施例L中，除了將供形成補強層5之單向性纖維片材變更成單向性纖維彈性模量不同之單向性纖維片材4(將目標量變更為100g/m 2、厚度0.10 mm)以外，與實施例B相同地製作齒型皮帶。 對於供形成補強層5之單向性纖維片材4，除了於比較例E中將目標量變更為50 g/m 2(厚度0.05 mm)、於實施例M中將目標量變更為200 g/m 2(厚度0.20 mm)以外，與實施例L相同地製作齒型皮帶。
(比較例D) 除了將供配置補強層5之皮帶厚度方向之位置H2變更為5.3 mm(H2/H1×100=100%)以外，與比較例E相同地製作齒型皮帶。
(比較例F、G) 於比較例F中，除了將供形成補強層5之單向性纖維片材變更為簾線片材1(厚度0.70 mm)以外，與實施例B相同地製作齒型皮帶。 於比較例G中，除了將供形成補強層5之單向性纖維片材變更為簾線片材2(厚度0.60 mm)以外，與實施例B相同地製作齒型皮帶。
(比較例A) 作為不設置補強層之例，於本實施形態所說明之預成形工法中，以不使用單向性纖維片材之方法製作預成形體。亦即，於具有與齒型皮帶之齒部對應之複數個槽部(凹條)之衝壓模具(平模)，依序積層供形成齒布之齒布前驅體、供形成齒橡膠層(第1橡膠層與第2橡膠層)之未交聯橡膠片材(橡膠組成物A、片材厚度2.3 mm)，在溫度90℃、衝壓壓力(面壓)20.2 MPa之條件下壓入，而製作半交聯狀態之預成形體。 以後之步驟與其他實施例及比較例相同地製作齒型皮帶。
[齒剛性試驗] 自所製作之齒型皮帶採集試驗片(寬度20 mm、長度196 mm)，如圖16(A)所示般將試驗片之齒部卡合於齒剪切治具(設想成齒型皮帶輪之齒形狀之剛體)之突起部，在以一定壓力(緊固力矩0.98 cNm/1 mm寬度)按壓1個齒之狀態下，藉由自動立體測圖儀(autograph)測定針對以2 mm/min之速度拉動時之變位量之荷重(圖17之圖表)，並算出其傾角K 1(N/mm)。此時，以卡盤(抓持具)抓住試驗片之兩端之抓持寬度設為126 mm。再者，藉由該方法獲得之K 1為不僅包含因齒部之變形、而且亦包含因皮帶之彈性伸長所致之變位之影響之測定值。因此，如圖16(B)所示般，將藉由以將與齒剪切治具卡合之部分除外之方法同樣地測定而獲得之傾角K 2視為皮帶之彈性伸長之影響之數值。然後，藉由下述之式(1)之關係，將根據K 1與K 2算出之K之值作為表示齒部之剛性(齒剛性)之指標。
再者，於表5～8中，對於該齒剛性之指標K之值，將不包含補強層(單向性纖維片材)之比較例A之K值設為1.00，將各實施例及比較例之K值換算成相對值而顯示，顯示：該值愈大、則齒部之剛性(耐變形性)因補強層之效果愈提高。
[數1]
Figure 02_image001
(齒剛性之判定基準) 與齒型皮帶之齒剛性相關之判定，基於以下之基準而分類成A等級～C等級。依照C等級、B等級、A等級之順序而定位齒剛性(耐變形性)優異之分級，將實用性上顯著地顯現出補強層之效果者，判定為A等級或B等級之水準。 A等級：K值(相對值)為1.7以上 B等級：K值(相對值)為1.5以上、未達1.7 C等級：K值(相對值)未達1.5
(驗證結果) [1]使用單向性纖維片材1(230 GPa)之情形 (實施例A～C、比較例A～C) 相對於不包含補強層(單向性纖維片材)之比較例A之齒型皮帶(齒剛性之指標K值1.00)，對將由單向性纖維彈性模量高之碳纖維之絲形成之單向性纖維片材1(230 GPa)以厚度0.10 mm(指數Z=230×0.10=23)、且將皮帶厚度方向之位置H2(及H2/H1之比例)變量而配置時之齒剛性(K值)進行比較之例。
於H2/H1之比例為小(即配置於靠近芯線之側)時之比較例B(9%)、比較例C(19%)中，齒剛性(K值)為C等級。於實施例A(38%)、實施例B(53%)、實施例C(100%)中，提高為A等級。
(實施例D～F) 相對於實施例B之補強層(H2/H1×100=53%、厚度0.10 mm、指數Z=23)，於將厚度設為變量之實施例D(厚度0.05 mm、指數Z=12)、實施例E(厚度0.20 mm、指數Z=46)中，齒剛性(K值)亦為A等級。
又，於相當於相對於實施例C進一步減小補強層之厚度之例、及相對於實施例D增大H2/H1之比例之例的實施例F中，齒剛性(K值)亦成為A等級。
[2]使用單向性纖維片材2(290 GPa)之情形 (實施例G) 於使用在實施例B之補強層之配置(H2/H1×100=53%、厚度0.10 mm)中、由單向性纖維彈性模量更高之絲形成之單向性纖維片材2(290 GPa)之實施例G之補強層(指數Z=290×0.10=29)中，齒剛性(K值)亦成為A等級。
[3]使用單向性纖維片材3(112 GPa)之情形 (實施例H～K) 於使用在實施例B之補強層之配置(H2/H1×100=53%、厚度0.10 mm)中、由單向性纖維彈性模量小之芳綸纖維之絲形成之單向性纖維片材3(112 GPa)之實施例H之補強層(指數Z=112×0.10=11)中，雖然較實施例B小，但齒剛性(K值)成為A等級。
又，於相對於實施例H之補強層、將補強層之配置變更為H2/H1×100為100%之位置之實施例I中，齒剛性(K值)亦成為A等級。
進而，於相對於實施例H之補強層(H2/H1×100=53%、厚度0.10 mm、指數Z=11)，將厚度增大之實施例K(厚度0.20 mm、指數Z=22)中，齒剛性(K值)亦成為A等級，但於將厚度減小之實施例J(厚度0.05 mm、指數Z=5.6)中，齒剛性(K值)若干不足而成為B等級。
[4]使用單向性纖維片材4(54.7 GPa)之情形 (實施例L～M、比較例D～E) 於使用在實施例H之補強層之配置(H2/H1×100=53%、厚度0.10 mm)中、由單向性纖維彈性模量更小之芳綸纖維之絲形成之單向性纖維片材4(54.7 GPa)之實施例L之補強層(指數Z=54.7×0.10=5.5)中，齒剛性(K值)較實施例H小，而成為B等級。 於相對於該實施例L之補強層，將厚度增大之實施例M(厚度0.20 mm、指數Z=11)中，齒剛性(K值)成為A等級。
另一方面，於相對於實施例L之補強層、將厚度減小之比較例E(厚度0.05 mm、指數Z=2.7)中，齒剛性(K值)不足而成為C等級。 進而，於相對於比較例E將補強層之配置變更為H2/H1×100為100%之位置之比較例D中，齒剛性(K值)更加不足而成為C等級。
[5]使用簾線片材(通稱為簾線線)之情形 對於在實施例B之補強層之配置(H2/H1×100=53%)中使用一般被稱為簾線線而泛用之簾線片材1(芳綸纖維)、簾線片材2(PET纖維)而製作之齒型皮帶，分別作為比較例F、比較例G而對齒剛性(K值)進行了比較驗證。
比較例F之簾線片材之厚度(簾線線之厚度)為0.7 mm，比較例G之簾線片材之厚度(簾線線之厚度)為0.6 mm。均以所構成之加撚簾線在皮帶長度方向上配向之方式配置簾線片材。 雖然該等簾線片材與本實施例中所使用之單向性纖維片材相比厚度大，但齒剛性(K值)不足而成為C等級。
根據以上之結果，可確認出相對於未設置補強層時之齒剛性(K值)，齒剛性(K值)因利用單向性纖維片材形成之補強層之配置而提高。
使用由拉伸彈性模量高之纖維絲形成之單向性纖維片材，藉由下述之參數之調整，發現對於齒剛性(K值)之補強效果高之較佳之範圍。 ・配置有補強層之區域(自齒部之底部至該補強層為止之最大高度H2，為自齒部之底部至齒頂為止之高度H1之30～100%之區域) ・補強層(單向性纖維片材)之厚度、與纖維絲之拉伸彈性模量之組合 ・指數Z為5以上時，為B等級(K值為1.5以上、未達1.7) ・指數Z為10以上(60以下)時，為A等級(K值為1.7以上)。
本申請案係基於2021年1月25日申請之日本專利申請案2021-009529及2022年1月14日申請之日本專利申請案2022-004259而作成者，將其內容作為參照而納入本申請案中。
1:齒型皮帶 2:背部 3:齒部 4:芯線 5:補強層 6:齒布 7:齒底部 21:背橡膠層 31:底部 32:齒頂 33:第1橡膠層(表部橡膠層) 34:第2橡膠層(內部橡膠層) 50:單向性纖維片材 51:補強纖維絲 52:熱固性樹脂 H1:齒高度 H2:補強層之位置 X,Y:方向
圖1係實施形態之齒型皮帶之剖面立體圖。 圖2係實施形態之齒型皮帶之皮帶周向之剖視圖。 圖3係實施形態之齒型皮帶之皮帶周向之說明圖。 圖4係實施形態之補強層之皮帶寬度方向之剖視圖。 圖5係齒型皮帶之製造方法之預成形步驟之說明圖。 圖6係齒型皮帶之製造方法之預成形步驟之說明圖。 圖7係齒型皮帶之製造方法之預成形步驟之說明圖。 圖8係齒型皮帶之製造方法之預成形步驟之說明圖。 圖9係實施例及比較例之齒型皮帶之二維之有限元素法解析模型之說明圖。 圖10係實施例及比較例之齒型皮帶之齒剪切試驗之說明圖。 圖11係實施例及比較例之齒型皮帶之齒剪切試驗之說明圖。 圖12係彙總實施例1～3及比較例1～2之綜合判定結果等而成之表。 圖13之(A)係將圖12之H2/H1與齒剛性之關係性圖表化之圖。圖13之(B)係將圖12之H2/H1與Mises(米賽斯)應力之關係性圖表化之圖。 圖14係彙總實施例1、實施例4～5、參考例1～2之綜合判定結果等而成之表。 圖15之(A)係將圖14之單向性纖維彈性模量與齒剛性之關係性圖表化之圖。圖15之(B)係將圖14之單向性纖維彈性模量與Mises應力之關係性圖表化之圖。 圖16之(A)、(B)係實施例之齒剛性試驗之說明圖。 圖17係表示實施例之齒剛性試驗之結果之齒剛性之測定值之圖表。
1:齒型皮帶
2:背部
3:齒部
4:芯線
5:補強層
6:齒布
7:齒底部
21:背橡膠層
31:底部
32:齒頂
33:第1橡膠層(表部橡膠層)
34:第2橡膠層(內部橡膠層)
H1:齒高度
H2:補強層之位置

Claims (5)

  1. 一種齒型皮帶，其特徵在於，其係具有齒部及補強層者，該齒部在皮帶周向上以特定之間隔配設，該補強層沿著前述齒部之輪廓而埋設；且 前述補強層以自前述齒部之底部至該補強層之最大高度成為自前述齒部之底部至齒頂之高度之30～100%之區域之範圍內之方式埋設於前述齒部， 前述補強層包含排列在前述皮帶周向上之複數條補強纖維絲， 於前述補強層中，與前述皮帶周向交叉之纖維之每單位面積之重量，為前述補強纖維絲之每單位面積之重量之30%以下， 前述補強層設為將前述補強纖維絲以無撚之狀態排列在前述皮帶周向上且結合成片材狀之構造， 前述補強層之厚度為0.05～0.2 mm， 前述補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)滿足以下條件： 5≦[前述補強層之厚度(mm)]×[前述補強纖維絲之拉伸彈性模量(GPa)]≦60。
  2. 如請求項1之齒型皮帶，其中前述補強纖維絲之拉伸彈性模量為50～300 GPa。
  3. 如請求項1或2之齒型皮帶，其中前述補強纖維絲之粗細度為0.1～50 μm。
  4. 如請求項1或2之齒型皮帶，其中前述補強層不包含與前述皮帶周向交叉之纖維。
  5. 如請求項3之齒型皮帶，其中前述補強層不包含與前述皮帶周向交叉之纖維。
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