(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素添加率９５％以上かつアクリロニトリル量が１５〜１７％のポリマーである水素添加ニトリルゴムを原料として成型され、油に接する状態で使用されることを特徴とする動力伝達ベルト。
【請求項２】
前記水素添加ニトリルゴムにジメタクリル酸亜鉛を配合することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達ベルト。
【請求項３】
前記水素添加ニトリルゴム１００重量部に対しエチレンプロピレンコポリマーを２０重量部以下配合したものを原料ゴムとして成型されることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達ベルト。
【請求項４】
前記水素添加ニトリルゴムの加硫に過酸化物系加硫剤を用いることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達ベルト。
【請求項５】
ベルト背ゴム部にのみ前記水素添加ニトリルゴムを原料ゴムとして使用することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達ベルト。
【請求項６】
ベルト歯ゴム部にのみ前記水素添加ニトリルゴムを原料ゴムとして使用することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達ベルト。
【請求項７】
ベルト背ゴム部及び歯ゴム部の両方に前記水素添加ニトリルゴムを原料ゴムとして使用することを特徴とする請求項１に記載の動力伝達ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関内に設けられ、クランク軸の回転を吸排気弁の開閉駆動カム軸等に伝達させる動力伝達ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関において使用される動力伝達ベルトは、その素材であるゴムの酸化により、時間の経過と共に硬化し劣化する。ゴムが一定の硬さに達するとベルト表面にクラックが生じ、その後ベルトは破断するおそれがある。動力伝達ベルトの寿命を延ばすために、ゴムの初期硬度を下げて動力伝達ベルトが破断するまでの時間を遅らせることが従来知られている。
【０００３】
通常、動力伝達ベルトは機関外部に設けられるが、近年、内燃機関の軽量化等のため機関内部において動力伝達ベルトが構成されることが提案されている。内燃機関の内部に設けられる動力伝達ベルトは、機関内部の潤滑油に常に接しており、通常の動力伝達ベルトと異なる環境下で使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、内燃機関の内部で使用される動力伝達ベルトの耐久性を向上させることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る動力伝達ベルトは，耐熱性等を維持するために水素添加率が９５％以上であり、かつ油を吸収しやすくするためにアクリロニトリル量を１５〜２３％と抑えた水素添加ニトリルゴム  （以下Ｈ−ＮＢＲという）を原料ゴムとして成型されることを特徴とする。
【０００６】
動力伝達ベルトの原料ゴムには耐熱性、内部摩擦による発熱を抑制するために、ジメタクリル亜鉛を配合する。配合量は、Ｈ−ＮＢＲ又はＨ−ＮＢＲとエチレンプロピレンコポリマー（  以下ＥＰＭという）とを配合したもの１００重量部に対して１３．  ５重量部のジメタクリル酸亜鉛とすることが好ましい。
【０００７】
例えば、油による原料ゴムの膨潤を適度なレベルに設定するため、動力伝達ベルトの原料ゴムにＨ−ＮＢＲ１００重量部に対し、ＥＰＭ２０重量部以下を配合する。
【０００８】
動力伝達ベルトの原料ゴムに含まれるＨ−ＮＢＲ又はＨ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したもの加硫には過酸化物系加硫剤が用いられる。これにより、弾性が増大し、ベルトの歯欠けに対する強度が増す。
【０００９】
例えば、上述の原料ゴムを動力伝達ベルトの背ゴム部のみ、歯ゴム部のみ、または背ゴム部と歯ゴム部の両方に使用する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態である動力伝達ベルト１４が適用された内燃機関の断面図である。動力伝達ベルト１４はクランクシャフトプーリ１５とカムシャフトプーリ１３とに装着されており、時計回りに回転するクランクシャフトプーリ１５の回転運動を吸排気弁を駆動するカムシャフトプーリ１３に伝達する。内燃機関１１の内部には潤滑油１２が貯溜されており、クランクシャフトプーリ１５の回転運動に連動して矢印方向に回転する羽根車１６が油案内板１７に沿って潤滑油１２を跳ね上げる。跳ね上げられた潤滑油１２によりクランクシャフトプーリ１５や動力伝達ベルト１４が油を浴びることとなる。
【００１２】
図２は、動力伝達ベルト１４の一部を切断した斜視図である。動力伝達ベルト１４の一方の面には円形の歯部１９が形成されており、その表面は、帆布２０により覆われている。ベルト本体１８（ベルト背ゴム部）と歯部１９との境には、ベルトの長手方向に心線２１が埋設される。動力伝達ベルト１４のベルト本体１８及び歯部１９には、水素添加率９５％以上のＨ−ＮＢＲ  （ポリマー）  が原料ゴムとして用いられる。
【００１３】
動力伝達ベルト１４の原料ゴムとして用いられるは、従来の動力伝達ベルトの原料ゴムとして使用されるＨ−ＮＢＲに比べ、含有されるアクリロニトリル量が低減されている。動力伝達ベルト１４の原料ゴムとして一般に使用されるＨ−ＮＢＲに配合される耐油の性質を有するアクリロニトリル量は、約２５％以上であるのに対し、本実施形態のＨ−ＮＢＲには１５〜２３％しか配合されていない。このため本実施態様の動力伝達ベルト１４は、通常の動力伝達ベルトに比べ油を吸収しやすい。油を吸収した動力伝達ベルト１４は膨潤し軟化する。
【００１４】
動力伝達ベルト１４の原料ゴムは、時間の経過と共に酸化し、その硬度は増大する。動力伝達ベルトの原料ゴム１４の硬度が一定のレベルに達するとベルト背部にクラックが生じその後破断に至るおそれがある。動力伝達ベルト１４は、ゴムの油吸収による膨潤、軟化を利用して原料ゴムが一定の硬度に至るまでの時間を延ばし、クラックの発生を遅らせる。これによってベルト寿命を延ばすことができる。
【００１５】
動力伝達ベルト１４の原料ゴムには耐熱性等を向上させるため、ジメタクリル酸亜鉛が配合されることが好ましい。例えば動力伝達ベルト１４の原料ゴムに用いられるＨ−ＮＢＲ又はＨ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したものを１００重量部としたとき、ジメタクリル酸亜鉛は１３．  ５重量部配合される。
【００１６】
動力伝達ベルト１４の原料ゴムとして、Ｈ−ＮＢＲ１００重量部に対してＥＰＭを２０重量部以下配合したものを用いてもよい。すなわちＨ−ＮＢＲと、膨潤性の高いポリマーＥＰＭを所定の割合で配合したものを、動力伝達ベルト１４の原料ゴムとして使用することにより、動力伝達ベルト１４の油による膨潤を適切なレベルに設定することができる。これによって原料ゴムが一定の硬度に達するまでの時間を遅らせベルト寿命を延ばすことができる。
【００１７】
動力伝達ベルトの原料ゴムが油を吸収しすぎると、動力伝達ベルトの膨潤が過剰となり、ベルト歯部１９とプーリとの噛合不良を起す。動力伝達ベルトの体積が膨潤前の体積から１５％以上増加するとベルト歯部１９はプーリとの噛合不良となる。したがって、ＥＰＭの配合量はＨ−ＮＢＲ１００重量部に対して２０重量部以下とすることが望ましい。
【００１８】
動力伝達ベルト１４の原料ゴムは、Ｈ−ＮＢＲ又は、Ｈ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したものに対して過酸化物による加硫を施すことにより得られる。過酸化物による加硫は、原料ゴムの塑性変形を抑え、弾性を増加させ、動力伝達ベルト１４の歯欠けに対する強度を増大させる効果を奏する。原料ゴムに含まれるＨ−ＮＢＲを又はＨ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したもの１００重量部としたとき、過酸化物系加硫剤を６重量部用いて加硫することが望ましい。
【００１９】
本実施形態において歯部１９の表面は帆布２０により被覆されるが、目的に応じて帆布２０を省略してもよい。動力伝達ベルト１４に設けられた歯部１９は円形の歯として形成されているが、歯の形状は円形に限定されない。
【００２０】
本実施形態では歯部１９及びベルト背部１８の両方にＨ−ＮＢＲ又はＨ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したものを原料ゴムとして用いているが、歯ゴム部、又は背ゴム部の一方のみにＨ−ＮＢＲ又はＨ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したものを原料ゴムとして用いてもよい。また、心線２０の材質は特に限定されないが、高強度ガラス繊維が好適に用いられる。
【００２１】
【実施例】
以下、比較例と共に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００２２】
図３に示された表のＡ欄は、実施例１〜７、比較例１，２の動力伝達ベルトに用いられた原料ゴムのポリマー配合を示している。Ａ欄の一列目は、Ｈ−ＮＢＲの水素添加率、Ａ欄の二列目は、Ｈ−ＮＢＲに含まれるアクリロニトリル量、Ａ欄の三列目は、Ｈ−ＮＢＲ１００重量部に対して配合されたＥＰＭの重量部を示している。表に示されないが、実施例１〜７、比較例１、２の原料ゴムには、Ｈ−ＮＢＲ又はＨ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したもの１００重量部に対して、酸化亜鉛１０重量部、ジメタクリル酸亜鉛１３．  ５重量部、カーボンブラック２０重量部、トリメリテートイソノリル８重量部、置換ジフェニルアミン１．  ５重量部、ベンツイミダゾール亜鉛塩１．  ５重量部、過酸化物系加硫剤６重量部が配合されている。
【００２３】
図３のＢ欄、Ｃ欄は、実施例１〜７、比較例１，２の動力伝達ベルトに用いられた原料ゴムに対して行なわれた原料ゴムを油に漬ける油浸漬試験の結果を示している。油浸漬試験では、原料ゴムの体積変化及び硬度変化の測定を行なった。Ｂ欄は実施例１〜７、比較例１，２の原料ゴムを１５０℃の油に１６８時間浸漬した後の各原料ゴムの体積変化及び硬度変化を示している。Ｂ欄の一列目は原料ゴムを油に浸漬する前の体積を１００としたときの体積変化を百分率で示している。Ｂ欄の二列目は原料ゴムを油に浸漬する前の硬度を１００としたときの硬度変化を百分率で示しており、硬度の測定はＤＵＲＯ−Ａの規格に準拠して行なわれた。Ｃ欄は実施例１〜７、比較例１、２の原料ゴムを１５０℃の油に６７２時間浸漬した後の各原料ゴムの体積変化及び硬度変化を示している。Ｃ欄の一、二列目はＢ欄の一、二列目に対応しており、Ｃ欄の一列目は体積変化、二列目は硬度変化を数値で示している。
【００２４】
Ｄ欄は、実施例１〜７、比較例１、２の動力伝達ベルトに対して行なわれた油中走行試験の結果を示している。油中走行試験は、図４に示される油中走行試験装置２２において行なわれた。実施例１〜７、比較例１、２の各動力伝達ベルト２３の形状は、ＨＵ歯形、６．  ３５ｍｍピッチ、ベルト歯数８４歯、ベルト幅７ｍｍとした。各動力伝達ベルト２３を１９歯の駆動プーリ２４と３８歯の被駆動プーリ２５に掛けて、３６００ｒｐｍで回転走行させた。このとき油中走行試験装置２２内の雰囲気温度は１４０℃として、ベルトの一部がヒーター２６で熱せられたオイル２７に漬かる状態とした。各数値は、動力伝達ベルトが破断に至る目安としての硬度９５に達するまでの時間を計測したものである。ただし、実施例７に示される時間は原料ゴムが硬度９５に至る前に、ベルト歯部とプーリとの噛合い不良により動力伝達ベルトが破壊に至ったため、ベルトが破断するまでの時間を示している。
【００２５】
［実施例と比較例の原料ゴム］
実施例１、２、３の原料ゴムには、水素添加率９５％、アクリロニトリル量が２３％以下のＨ−ＮＢＲを用い、ＥＰＭは配合されていない。比較例１、比較例２の原料ゴムは、アクリロニトリル量が２５％以上のＨ−ＮＢＲで、近年、一般に動力伝達ベルトの原料ゴムとして使用されるものである。実施例４、５、７は水素添加率９５％、アクリロニトリル量が２３％である実施例３と同じＨ−ＮＢＲに、ＥＰＭを配合したものを原料ゴムとした。それぞれＥＰＭの配合量はＨ−ＮＢＲ量を１００重量部としたとき実施例４は２０重量部、実施例５は１０重量部、実施例７は３０重量部である。実施例６の原料ゴムには、水素添加率９５％、アクリロニトリル量１７％のＨ−ＮＢＲと、実施例５と同量のＥＰＭの配合したものを用いた。
【００２６】
［油浸漬試験及び油中走行試験］
実施例１〜３と比較例１、２について比較する。原料ゴムを１５０℃の油に１６８時間浸漬した油浸漬試験の結果を示す表１のＢ欄において、比較例１、２における原料ゴムの体積は油浸漬前に比較して、５．  ０％未満の増加にとどまったのに対し、実施例１〜３では６．  ８〜１２．  ４％に増加した。すなわち、水素添加率が同一の原料ゴムでは、アクリロニトリル量が少ないほど油による膨潤が大きく、体積の増加が大きい。一方、実施例１〜３の硬度変化についてはマイナスの数値を示した。すなわち実施例１〜３はいずれも油浸前と比べて軟化している。これに対して比較例１、２における硬度変化は、共に＋２であり油浸前と比べて硬化を示した。
【００２７】
原料ゴムを１５０℃の油に、６７２時間浸漬した油浸試験後の結果を示すＣ欄において、実施例１〜３の体積は７．  ４〜１３．  ３％に、比較例１、２の体積は４．  ７〜６．  ２％に増加した。いずれもプーリとの噛合い不良を起す目安である１５％の体積増加にまでには至ってない。硬度変化は、実施例１、２、３ではそれぞれ＋１、＋３、＋４であり、比較例１、２ではそれぞれ＋１１、＋７である。すなわち、Ｂ欄の結果と同様、油中環境下では、アクリロニトリル量が少ない程、膨潤による体積増加は大きいが、硬化の度合は小さいことが示されている。
【００２８】
これらを原料ゴムとするベルトの油中走行試験の結果を示すＤ欄によると、実施例１〜３が硬度９５にいたる時間はいずれも９５０時間を超えたのに対し、比較例１、２は８００時間に満たなかった。以上より、油中環境下では、アクリロニトリル量が少ないＨ−ＮＢＲを原料ゴムとする動力伝達ベルトほど油の膨潤により体積は増加するが、これによりその硬度は低下する。すなわち、原料ゴムが一定の硬度に達するまでの時間が延びることによりベルトが破断に至るまでの時間が遅れ、油中でのベルトの寿命が延びていることが分かる。
【００２９】
次に実施例３、４、５、７について比較する。実施例３、４、５、７のＢ欄、Ｃ欄の結果を比較するとＥＰＭの配合量が多いほど、原料ゴムの油による膨潤が増大し体積が増加した一方、硬化が抑えられた。しかし、実施例７はＢ欄の１６８時間の油浸漬試験において既に体積の増加が１５％を超えていた。またＤ欄のベルトの油中走行試験においても硬度が９５に至る前にプーリとの噛合不良により８００時間で破壊された。したがって、Ｈ−ＮＢＲ１００重量部に対し、ＥＰＭ３０重量部を配合する実施例７は油による膨潤が大き過ぎるものと思慮される。一方、ＥＰＭ配合量がＨ−ＮＢＲ１００重量部に対して２０重量部以下である実施例３、４、５は、油浸漬試験の結果、原料ゴムが適度に膨潤しゴムの硬化が抑えられ、ベルトの油中走行試験の結果も９００時間以上と長い。よって実施例３、４、５、７の比較からＨ−ＮＢＲに対するＥＰＭの配合の割合は、Ｈ−ＮＢＲ１００重量部に対し、ＥＰＭ２０重量部以下が適量と思慮される。
【００３０】
次に実施例５、６を比較して、Ｈ−ＮＢＲとＥＰＭとを配合したものを原料ゴムとするベルトにおけるアクリロニトリル量の影響を考察する。Ｂ欄及びＣ欄の原料ゴムによる油浸漬試験の結果、実施例５と６の原料ゴムはＥＰＭの配合量が同量であるが、Ｈ−ＮＢＲのアクリロニトリル量が少ない実施例６の方がより油を吸収することにより体積が増加し、ゴムの硬化が少ないことが分かる。Ｄ欄の示すベルトによる油中走行試験においては、原料ゴムの硬化が抑えられるため、実施例６の方が硬度９５に至る時間が長い。以上より、動力伝達ベルトの原料ゴムがＨ−ＮＢＲとＥＰＭを配合したものであっても、Ｈ−ＮＢＲを原料ゴムとする場合と同様、Ｈ−ＮＢＲのアクリロニトリル量が少ない方が、ゴムの硬化を抑え、ベルトの破断に至るま時間が延びることが分かる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によると、ゴムの初期硬度を下げることなく、油中環境でゴムが油を吸収し硬化を抑えることを利用して、ベルト破断に至る時間を延ばし、動力伝達ベルトの走行寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である動力伝達ベルトを設置した内燃機関の断面図である。
【図２】図１に示す動力伝達ベルトを拡大し、一部を切断して示す斜視図である。
【図３】実施例１〜７、比較例１、２の原料ゴムのポリマーの配合、油浸漬試験の結果及び実施例１〜７、比較例１、２の油中走行試験の結果を示した表である。
【図４】動力伝達ベルトの油中走行試験装置の断面図である。
【符号の説明】
１１  内燃機関
１２  潤滑油
１３  カムシャフトプーリ
１４  動力伝達ベルト
１５  クランクシャフトプーリ
１６    羽根車
１７  油案内板
１８  ベルト本体（ベルト背部）
１９  歯部
２０  帆布
２１  心線
２２  油中走行試験装置
２３    動力伝達ベルト
２４  駆動プーリ
２５  被駆動プーリ
２６  ヒーター
２７  オイル
【図１】
0003568451.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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