(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト長手方向に沿って複数設けられた歯部と、歯部の背面側の心線が埋設された背面部とからなり、背面部を構成するゴム層は、共役ジエン系単量体単位２０質量％以下、不飽和ニトリル系単量体単位１５〜３０質量％、ビニル系単量体単位１〜４０質量％、残りが水素化共役ジエン系単量体単位の各単量体単位からなる共重合体を主材ポリマーとするゴムで形成されており、歯部を構成するゴム層は、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを９８：２〜５５：４５の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物を０．２〜１０質量部配合して架橋させたゴムで形成されていることを特徴とする歯付ベルト。
【請求項２】
歯部を構成するゴム層は、ゴム硬度７０度以上のゴムで形成されていることを特徴とする請求項１に記載の歯付ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車エンジンなどにおいて動力伝達用に用いられる歯付ベルトに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車エンジンの高出力化・高回転化に伴って、回転駆動の伝動に用いられる歯付ベルトにかかる負荷が増大しており、また使用環境温度も過酷なものになりつつある。
【０００３】
歯付ベルトは、ベルト長手方向に沿って複数設けられた歯部と、歯部の背面側の心線が埋設された背面部とからなっているが、このような自動車エンジン用の歯付ベルトに対する要求品質は、歯部の高負荷に対する耐久性、背面部の耐クラック性やベルト長手方向の屈曲性に優れることなどが挙げられる。そして歯付ベルトを構成するゴムとしては、使用環境の高温化に伴ってクロロプレンゴムからクロロスルフォン化ポリエチレンへと変化し、さらに現在では水素化ニトリルゴムが主流となっている。
【０００４】
しかし最近では、耐熱性は勿論のこと、耐寒性の要求も高まっており、自動車エンジン用歯付ベルトの要求品質として、１１０℃雰囲気下での２５０時間走行後、−４０℃雰囲気下で１５時間放置し、この後−４０℃雰囲気下で３０秒走行と、２５分の停止とを繰り返す耐寒走行試験において、２０サイクルの繰り返し試験でクラックが発生しない、という厳しいものもある。これは耐熱性と耐寒性を兼ね備えた歯付ベルトでないとクリアすることができない要求品質であり、歯付ベルトを構成するゴムのゴム配合中の可塑剤を増量する等の対策では解決することはできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで方策として、歯付ベルトを構成するゴムとして耐寒性の水素化ニトリルゴムを用いることが考えられる。しかし耐寒性の水素化ニトリルゴムは一般的な水素化ニトリルゴムに比べて硬度が低いという特性がある。このため、歯付ベルトの歯部の剪断力が低下し、高負荷の伝動を強いられる自動車エンジン用の歯付ベルトにあっては、走行駆動時の歯部の変形が大きくなり、ベルト寿命に悪影響を及ぼすおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、耐寒性に優れる歯付ベルトを提供することを目的とするものであり、また高負荷においても歯部の耐久性に優れた歯付ベルトを提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係る歯付ベルトは、ベルト長手方向に沿って複数設けられた歯部と、歯部の背面側の心線が埋設された背面部とからなり、背面部を構成するゴム層は、共役ジエン系単量体単位２０質量％以下、不飽和ニトリル系単量体単位１５〜３０質量％、ビニル系単量体単位１〜４０質量％、残りが水素化共役ジエン系単量体単位の各単量体単位からなる共重合体を主材ポリマーとするゴムで形成されており、歯部を構成するゴム層は、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを９８：２〜５５：４５の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物を０．２〜１０質量部配合して架橋させたゴムで形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また請求項２の発明は、請求項１において、歯部を構成するゴム層は、ゴム硬度７０度以上のゴムで形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１１】
歯付ベルトは図１に示すように、ベルト長手方向に沿って所定の一定間隔で多数突設される歯部１と、歯部１の背面側のベルト本体を構成する背面部２とから形成されるものであり、背面部２にはベルト長手方向に沿う複数本の心線３が埋設してあると共に、歯部１の表面から歯部１間の歯底部４の表面にかけて歯布５で被覆してある。
【００１２】
そして本発明では、歯付ベルトの背面部２を構成するゴム層６を、共役ジエン系単量体単位２０質量％以下、不飽和ニトリル系単量体単位１５〜３０質量％、ビニル系単量体単位１〜４０質量％、残りが水素化共役ジエン系単量体単位の各単量体単位からなる共重合体、すなわち水素化ニトリルゴムを主材ポリマーとするゴム組成物で形成してある。
【００１３】
共役ジエン系単量体と、不飽和ニトリル系単量体と、ビニル系単量体単位を共重合して得られる共重合体中の共役ジエン系単量体単位を部分的に水素化することによって、共役ジエン系単量体単位と、不飽和ニトリル系単量体単位と、ビニル系単量体単位と、水素化共役ジエン系単量体単位の各単量体単位からなる共重合体を得ることができる。そしてこの共重合体は各単量体単位の含有率を上記の範囲に設定することによって、耐熱性及び耐寒性が改良されたものとすることができるものであり、この共重合体を主材ポリマーとするゴム組成物で背面部２のゴム層６を形成することによって、歯付ベルトの耐熱性及び耐寒性を高めることができるものである。
【００１４】
ここで、共役ジエン系単量体単位を構成する共役ジエン系単量体としては、１，３−ブタジエン、２，３−ジメチルブタジエン、イソプレン、１，３−ペンタジエン等を挙げることができる。耐熱性の点から共役ジエン系単量体単位は２０質量％以下であることが必要である。共役ジエン系単量体単位の含有量の下限は特に限定されるものではないが、２質量％を下限とするのが好ましい。
【００１５】
また、不飽和ニトリル系単量体単位を構成する不飽和ニトリル系単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−クロロアクリロニトリルなどを挙げることができる。不飽和ニトリル系単量体単位が１５質量％未満であると、耐油性が乏しくなり、３０質量％を超えると耐寒性の改良効果が不十分になる。
【００１６】
さらに、ビニル系単量体単位を構成するビニル系単量体としては、トリフルオロエチルアクリレート、テトラフルオロプロピルアクリレート、ペンタフルオロプロピルアクリレート、ヘプタフルオロブチルアクリレート、オクタフルオロペンチルアクリレート、ノナフルオロペンチルアクリレート、ウンデカフルオロヘキシルアクリレート、ペンタデカフルオロオクチルアクリレート、ヘプタデカフルオロノニルアクリレート、ヘプタデカフルオロデシルアクリレート、ノナデカフルオロデシルアクリレート、トリフルオロエチルメタクリレート、テトラフルオロプロピルメタクリレート、オクタフルオロペンチルメタクリレート、ドデカフルオロヘプチルメタクリレート、ペンタデカフルオロオクチルメタクリレート、ヘキサデカフルオロノニルメタクリレート等のフッ素数３〜２１程度のフルオロアルキル基を有するアクリレート及びメタクリレート；フルオロベンジルアクリレート、ジフルオロベンジルアクリレート、フルオロベンジルメタクリレート、ジフルオロベンジルメタクリレート等のフッ素置換ベンジルアクリレート及びメタクリレート；フルオロエチルビニルエーテル、フルオロプロピルビニルエーテル、トリフルオロメチルビニルエーテル、トリフルオロエチルビニルエーテル、パーフルオロヘキシルビニルエーテル等のフルオロアルキルビニルエーテル、ｏ−又はｐ−トリフルオロメチルスチレン、ペンタフルオロ安息香酸ビニル、ジフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンなどの含フッ素ビニル系単量体；さらに、アクリル酸、メタリクリ酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸又はそのエステルなどを挙げることができる。ビニル系単量体単位は耐寒性を改良するために導入されているものであり、含有量が１質量％未満であるときは勿論、４０質量％を超えても耐寒性を改良する効果は小さくなる。
【００１７】
上記の共重合体を主材ポリマーとするゴム層６は厚み０．５ｍｍ以上であることが、歯付ベルトの耐熱性や耐寒性を十分に得るために望ましい。
【００１８】
一方、歯部１を形成するゴム層７は背面部２を形成するゴム層６とは別のゴム組成物で形成されるものであり、この歯部１を形成するゴム層７は、ゴム硬度７０度以上のゴムで形成されるものである。歯部１のゴム層７のゴム硬度が７０度以上であることによって、高負荷伝動時に歯部１の変形が大きくなることを防ぐことができ、歯部１の耐久性を高めることができるものである。ゴム層７のゴム硬度の上限は特に設定されるものではないが、ゴム硬度が高くなり過ぎるとスムーズな動力伝動が困難になると共に騒音の発生が発生し易くなるので、ゴム層７のゴム硬度は８５度以下であることが望ましい。
【００１９】
このようにゴム層７を構成するゴムとしてはゴム硬度が７０度以上であればよく、例えば硬度の低いゴム組成物にカーボンブラックの添加量を多くして硬度を７０度以上にしたものを用いることが可能である。
【００２０】
しかし、カーボンブラックを過剰に添加するのは作業性に問題があるので、歯部１を構成するゴム層は、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを９８：２〜５５：４５の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物を０．２〜１０質量部配合して架橋させたゴム組成物で形成するのが好ましい。
【００２１】
ここで水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラスを高めると共にゴム硬度を高めるようにしているものであり、上記のように水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを９８：２〜５５：４５の質量比で混合することが必要である。不飽和カルボン酸金属塩としては特に制限されるものではないが、アクリル酸亜鉛やメタクリル酸亜鉛等を用いることができる。
【００２２】
この水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩からなるポリマー成分に配合される有機過酸化物は架橋剤として用いられているものであり、モジュラスを高めると共にゴム硬度を高めるためには、上記のようにポリマー成分１００質量部に対して有機過酸化物を０．２〜１０質量部配合して架橋することが必要である。有機過酸化物としては、特に制限されるものではないが例えば、１，１−ジ−ｔ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、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（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキシン、１，３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシイソプロピル）ベンゼン、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート等を使用することができる。またこのような有機過酸化物の他に、硫黄化合物、オキシムニトロソ化合物や、モノマー類、ポリマー類で共架橋剤として一般に使用されるものを適量添加しても差し支えない。
【００２３】
さらに、これらの他に、カーボンブラックや可塑剤等を適宜添加することもできる。水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩からなるポリマー成分１００質量部に対して、カーボンブラックは５〜５０質量部、可塑剤は２〜１５質量部配合するのが好ましい。可塑剤としては耐熱性に優れたトリメリット酸系、ポリエステル系、ポリエーテル系、フタル酸系のものなどを用いることができる。
【００２４】
【実施例】
次に本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００２５】
表１に示すゴム配合をバンバリミキサーを用いて混練することによって、ゴム組成物Ａ〜Ｉを得た。ここで、表１の水素化ニトリルゴム（１）〜（７）の組成を表２に示す。また表１においてゴム硬度は、各ゴム組成物Ａ〜Ｉを硬化させたものの硬度である。
【００２６】
【表１】
0003718425.tif 000002
【００２７】
【表２】
0003718425.tif 000003
【００２８】
（実施例１）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用未加硫ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｂを圧延して背面部用未加硫ゴムシート１１を作製した。
【００２９】
そして図２（ａ）に示すように、外周に所定間隔で歯部形成用凹溝１２を平行に設けて形成した円筒状の金型１３の外周に、綿帆布からなる歯布５を巻き、この上にナイロンコードからなる心線３をスパイラル状に巻き付け、次に、この上に歯部用未加硫ゴムシート１０を巻いた後に、さらに背面部用未加硫ゴムシート１１を巻いた。この後、１６５℃で３０分間加熱加圧することによって加硫し、図２（ｂ）に示すように、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｂで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成したスリーブ状成形物１４を得た。次に、上記のように作製したスリーブ状成形物１４を金型１３から脱型して、輪切りに切断することによって図１に示すような、歯部１の数１６２、歯部１の歯型Ｓ８Ｍ、幅２０ｍｍ、歯底部４から背面までの厚み２．１５ｍｍ、歯部１の高さ２．９４ｍｍの歯付ベルトを得た。この実施例１の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
【００３０】
（実施例２）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用未加硫ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｂを圧延して背面部用未加硫ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｂで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この実施例２の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは０．３ｍｍであった。
【００３１】
（実施例３）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用未加硫ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｂを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｂで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この実施例３の歯付ベルトにあって、背面部２は総てゴム層６で形成されていた。
【００３６】
（比較例１）
ゴム組成物Ａを圧延して歯部用未加硫ゴムシート１０と背面部用未加硫ゴムシート１１を合わせた厚みの未加硫ゴムシートを作製した。後は歯部用未加硫ゴムシート１０と背面部用未加硫ゴムシート１１の代りにこの未加硫ゴムシートを用いる他は、実施例１と同様にして歯付ベルトを得た。この比較例１の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６と歯部１のゴム層７はそれぞれゴム組成物Ａで形成されている。
【００３７】
（比較例２）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ａを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ａで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この比較例２の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
【００３８】
（比較例３）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｆを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｆで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この比較例３の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
【００３９】
（比較例４）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｇを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｇで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを作製したが、ベルト成形を行なうことができなかった。
【００４０】
（比較例５）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｈを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｈで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この比較例５の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
【００４１】
（比較例６）
ゴム組成物Ｃを圧延して歯部用ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｉを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｃで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｉで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この比較例６の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
【００４２】
（比較例７）
ゴム組成物Ａを圧延して歯部用未加硫ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｄを圧延して背面部用未加硫ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ａで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｄで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この比較例７の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
（比較例８）
ゴム組成物Ｂを圧延して歯部用未加硫ゴムシート１０と背面部用未加硫ゴムシート１１を合わせた厚みの未加硫ゴムシートを作製した。後は歯部用未加硫ゴムシート１０と背面部用未加硫ゴムシート１１の代りにこの未加硫ゴムシートを用いる他は、実施例１と同様にして歯付ベルトを得た。この比較例８の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６と歯部１のゴム層７はそれぞれゴム組成物Ｂで形成されている。
（比較例９）
ゴム組成物Ａを圧延して歯部用ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｂを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ａで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｂで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この比較例９の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
（比較例１０）
ゴム組成物Ｅを圧延して歯部用ゴムシート１０を作製し、またゴム組成物Ｂを圧延して背面部用ゴムシート１１を作製した。後は実施例１と同様にして、ゴム組成物Ｅで歯部１のゴム層７を、ゴム組成物Ｂで背面部２のゴム層６をそれぞれ形成した歯付ベルトを得た。この比較例１０の歯付ベルトにあって、背面部２のゴム層６の厚みは１．０ｍｍであった。
上記のように実施例１〜３及び比較例１〜１０で得た歯付ベルトについて、歯部１の剪断力を測定した。結果を表３に示す。
【００４３】
また実施例１〜３及び比較例１〜１０で得た歯付ベルトについて走行試験を行なった。走行試験は、図３に示すように、歯数４６の駆動プーリ１６と、歯数４６の従動プーリ１７と、歯数２５のテンショナープーリ１８にそれぞれ歯部１を噛合させた状態で歯付ベルトＡを懸架すると共に、外径６５ｍｍのアイドラプーリ１９に歯付ベルトＡの背面を掛けて９０°の角度に歯付ベルトＡを屈曲させ、そして１１０℃の雰囲気において、９馬力、３０００ｒｐｍの条件で２５０時間走行させた後、歯付ベルトＡをこの状態で懸架したまま−４０℃の雰囲気に１５時間放置し、そしてこの後に、−４０℃の雰囲気において、１．４馬力、２０００ｒｐｍの条件で３０秒間走行させ、次いで２５分間走行を停止することを１サイクルとし、歯付ベルトＡの背面にクラックが発生するまでこのサイクルを繰り返す耐寒走行させることによって行なった。クラックが発生するまでのサイクル数を表３に示す。
【００４４】
【表３】
0003718425.tif 000004
【００４５】
表３にみられるように、各実施例のものは走行試験の結果、耐寒性が比較例１〜６のものより優れていることが確認されるものであり、特に実施例１，３のものは、ゴム組成物Ｂによるゴム層６の厚みが０．５ｍｍ以上であるので、耐寒性が大幅に向上していることが確認される。また、歯部１のゴム層７のゴム硬度が７０以上である実施例１〜３は、歯部１のゴム層７のゴム硬度が７０以下の比較例８よりも、歯部１の耐久性が高いことが確認される。
【００４６】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る歯付ベルトは、背面部を構成するゴム層が、共役ジエン系単量体単位２０質量％以下、不飽和ニトリル系単量体単位１５〜３０質量％、ビニル系単量体単位１〜４０質量％、残りが水素化共役ジエン系単量体単位の各単量体単位からなる共重合体を主材ポリマーとするゴムで形成されているので、耐熱性と共に耐寒性に優れた共重合体によって背面部を形成することができ、耐寒性に優れた歯付ベルトを得ることができるものである。また歯部を構成するゴム層が、水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩とを９８：２〜５５：４５の質量比で混合したポリマー成分１００質量部に対して、有機過酸化物を０．２〜１０質量部配合して架橋させたゴムで形成されているので、歯部のゴム層のモジュラスを高めることができると共にゴム硬度を高めることができ、耐久性の高い歯部を形成することができるものである。
【００４７】
また請求項２の発明は、歯部を構成するゴム層は、ゴム硬度７０度以上のゴムで形成されているので、高負荷伝動時において歯部の変形が大きくなることを防ぐことができ、歯部の耐久性を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すものであり、（ａ）は一部破断した斜視図、（ｂ）は一部の断面図である。
【図２】歯付ベルトの製造の一例を示すものであり、（ａ），（ｂ）はそれぞれ一部の断面図である。
【図３】歯付ベルトの走行試験を示す概略図である。
【符号の説明】
１  歯部
２  背面部
３  心線
６  背面部のゴム層
７  歯部のゴム層
【図１】
0003718425.tif 000005
【図２】
0003718425.tif 000006
【図３】
0003718425.tif 000007