(57)【要約】【課題】  高温で油が付着する使用状況において、歯付きベルトの歯欠けの発生を長期間抑えることを可能にする。【解決手段】  歯付きベルト１０は本体ゴム層１２と帆布１１とを備える。本体ゴム層１２は一方の面に長手方向に沿って歯部１４および歯底部１５を交互に備える。歯部１４および歯底部１５の外表面を帆布１１により覆い、接着する。帆布１１は帆布本体１７にフッ素ゴムである表面ゴム１８を含浸させる。表面ゴム１８に内添型接着剤を添加する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面である歯面の長手方向に沿って歯部および歯底部が交互に形成された本体ゴム層と、前記歯面に設けられフッ素ゴムである表面ゴムにより被覆された帆布とを備えたことを特徴とする歯付きベルト。
【請求項２】
前記帆布に前記表面ゴムを含浸させたことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項３】
前記表面ゴムに内添型接着剤が添加されたことを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
【請求項４】
前記接着剤が樹脂系接着剤であることを特徴とする請求項３に記載の歯付きベルト。
【請求項５】
前記樹脂系接着剤が無水マレイン酸変性液状ポリブタジエン、マレイン酸変性液状ポリブタジエン、アクリル酸変性液状ポリブタジエン、ウレタン変性液状ポリブタジエン、カルボン変性液状ポリブタジエン、マレイン酸変性液状ポリイソプレンのいずれか少なくとも一つを成分とすることを特徴とする請求項４に記載の歯付きベルト。
【請求項６】
前記表面ゴムに前記樹脂系接着剤が前記表面ゴムのフッ素ゴム１００重量部に対して４重量部〜２４重量部添加されたことを特徴とする請求項５に記載の歯付きベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関において用いられる歯付きベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関などに使用される歯付きベルトは歯部の歯元に荷重がかかり、歯欠けが発生すると使用不能となる。そこで歯欠けに対する強度を高めるためにアラミド繊維などを用いた帆布により歯部を有する面が覆われる。しかし、帆布はプーリと接触し磨耗する。帆布の繊維部分が直接プーリに接触すると磨耗により早期に擦切れ、長期間歯欠けに対する耐久性を備えることが難しい。そこで、帆布をＲＦＬ処理などにより表面を処理剤で覆ったり、ゴム糊を含浸させ表面をゴム組成物で覆い、帆布の繊維部分が直接プーリに接触することを防いでいる。
【０００３】
一方で近年の内燃機関などに使用される歯付きベルトは高温雰囲気で油が付着する状況で使用される為、帆布表面の処理剤やゴム組成物が劣化する。劣化後の処理剤やゴム組成物はプーリとの接触において、早期に磨耗して帆布の繊維部分を露出してしまう。これにより、露出した帆布の繊維部分がプーリとの磨耗により擦切れ、長期間歯欠けに対する耐久性を保持することが難しい。
【０００４】
そこで、帆布表面も含めてベルト全体を高い耐熱性および耐油性を有するフッ素ゴムとする歯付きベルト（特許文献１参照）やフッ素ゴムを混合したゴムを含浸させた帆布を用いた歯付きベルト（特許文献２参照）が提案されている。しかし、ベルト全体をフッ素ゴムにすることにより製造コストが上昇してしまう。また、今後歯付きベルトに求められる耐熱性、耐油性はフッ素ゴムを混合したゴムを使用した帆布を用いた歯付きベルトが備える耐熱性、耐油性より更に高いものである。
【特許文献１】特開平１１−１６６５９６号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０７３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明は、製造コストを極端に上げることなく高温で油が付着する状況で使用される場合においても歯欠けの発生を長期間抑えることが可能な歯付きベルトを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る歯付きベルトは、一方の面である歯面の長手方向に沿って歯部および歯底部が交互に形成された本体ゴム層と、歯面に設けられフッ素ゴムである表面ゴムにより被覆された帆布とを備えることを特徴としている。
【０００７】
帆布に表面ゴムを含浸させることが好ましく、さらに表面ゴムに内添型接着剤が添加されることが好ましい。樹脂系接着剤は樹脂系の無水マレイン酸変性液状ポリブタジエン、マレイン酸変性液状ポリブタジエン、アクリル酸変性液状ポリブタジエン、ウレタン変性液状ポリブタジエン、カルボン変性液状ポリブタジエン、マレイン酸変性液状ポリイソプレンのいずれか少なくとも一つを成分とすることが好ましい。さらには表面ゴムに樹脂系接着剤が表面ゴムのフッ素ゴム１００重量部に対して４重量部〜２４重量部添加されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、潤滑油が付着しかつ高温下の使用状況において歯付きベルトの歯欠けを防ぎ、長期間の使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態を適用した歯付きベルト１０の側断面図を示す。歯付きベルト１０は、帆布１１と本体ゴム層１２によって構成される。なお、本体ゴム層１２はゴム成分を例えばＨ−ＮＢＲとする加硫ゴムを主成分とする。
【００１１】
本体ゴム層１２の歯面１３となる一方の面には、長手方向に沿って歯部１４、および歯底部１５が交互に一体的に形成される。本体ゴム層１２の歯面１３、すなわち歯部１４および歯底部１５の外表面は帆布１１により覆われ、接着される。本体ゴム層１２には、長手方向に延びる心線１６が互いに離間するように埋設される。
【００１２】
帆布１１はアラミド繊維などの繊維を用いて織られた帆布本体１７にフッ素ゴムをメチルエチルケトンなどの溶剤によって溶解したゴム糊を含浸させて形成され、その表面はフッ素ゴムである表面ゴム１８に被覆される。したがって、帆布１１と本体ゴム層１２との接着において表面ゴム１８と本体ゴム層１２とが界面を形成する。
【００１３】
帆布本体１７に含浸させる表面ゴム１８に内添型接着剤が添加される。内添型接着剤は例えば、樹脂系の接着剤であり、好ましくはマレイン酸変性液状ポリブタジエンである。マレイン酸変性液状ポリブタジエンである場合、内添型接着剤の添加量は表面ゴム１８のフッ素ゴム成分１００重量部に対して４重量部〜２４重量部であることが好ましい。
【００１４】
フッ素ゴムと従来使用されているアラミド繊維などを用いた帆布本体１７との間、およびフッ素ゴムと例えば本体ゴム層１２に用いられるＨ−ＮＢＲとの間の接着強度は従来のＲＦＬ処理剤や他のゴムに比べて低い。したがって、プーリと噛合して荷重を受け歯部１４が変形した場合に帆布１１の歯底部１５および歯元部１９周辺に引張力がかかり、帆布１１が本体ゴム層１２から剥離してしまう場合がある。
【００１５】
しかし、マレイン酸変性液状ポリブタジエンを主成分とする内添型接着剤を用いることにより、フッ素ゴムと帆布本体１７、およびフッ素ゴムとＨ−ＮＢＲなどのフッ素ゴム以外のゴムとの接着強度が高められる。フッ素ゴム成分１００重量部に対して４重量部以上の内添型接着剤を添加して形成した歯付きベルトは、使用を想定しているエンジン内部に適用するのに十分な接着強度を備える。
【００１６】
一方で内添型接着剤を大量に添加すると帆布１１の引張応力が減少し、それに応じて歯付ベルト１０の歯欠けに対する強度も減少する。フッ素ゴム成分１００重量部に対して２４重量部以下の内添型接着剤を添加して形成した歯付ベルトは、使用を想定しているエンジン内部に適用するのに十分な引張応力を有する。
【００１７】
歯付きベルト１０はエンジンの内部に設けられ、歯付きベルト１０全体に潤滑油が付着する。表面ゴム１８に用いられるフッ素ゴムは耐熱性、耐油性が大きく、高温となるエンジンの内部で潤滑油が付着する使用状況において、表面ゴム１８の磨耗による帆布本体１７の露出が長期間防がれる。したがって、帆布本体１７の断裂により生ずる歯欠けが長期間抑えられる。
【００１８】
以上のように、本実施形態の歯付きベルト１０によれば、エンジン内で高温の潤滑油が付着する使用状況において長期間の歯欠けの発生を防ぐことが可能となる。また、高コストのフッ素ゴムを帆布表面にのみ用いるので、上述のような高い耐熱性、耐油性を備え、かつ製造コストを抑えた歯付きベルトを得られる。
【００１９】
次に本実施形態を適用した歯付きベルト１０を製造する工程を説明する。まず、図２に示すように、歯付きベルト成型ドラム３０に順次、歯付きベルト１０の帆布１１となる帆布材料２０、歯付きベルト１０の心線１６となる心線コード２１、および歯付きベルト１０の本体ゴム層１２となる配合ゴムシート２２が巻付けられる。
【００２０】
その後、ベルト構成部品である、帆布材料２０、心線コード２１、および配合ゴムシート２２を巻きつけた歯付きベルト成型ドラム３０は図示されない加硫オーブンに入れられ、そこで所定の温度および所定の圧力下で加硫処理を受ける。
【００２１】
所定の圧力下での加硫処理により、歯付きベルト成型ドラム３０の外周形状に沿って、円筒形の中間製品には歯部１４が形成される。配合ゴムシート２２は心線コード２１と隣接する心線コード２１の隙間から帆布材料２０と心線コード２１間に流入して、歯部１４が形成される。同時に帆布材料２０、心線コード２１、および配合ゴムシート２２の間にある隙間が加硫処理により除去される。このようにして得られる円筒形の中間製品を適当な幅に切断することにより、歯付きベルト１０が得られる。
【００２２】
なお、本実施形態において接着剤としてマレイン酸変性液状ポリブタジエンを添加しているが、無水マレイン酸変性液状ポリブタジエン、アクリル酸変性液状ポリブタジエン、ウレタン変性液状ポリブタジエン、カルボン変性液状ポリブタジエン、マレイン酸変性液状ポリイソプレンのいずれか少なくとも一つを用いることによっても本実施形態と同様な効果が得られる。
【００２３】
また、本実施形態において、本体ゴム層がＮＢＲ、ＥＰＤＭ、ＣＲ、ＳＢＲ、ＡＣＳＭ、ポリウレタン、あるいはフッ素ゴムを主成分とするものであってもよい。なお、本体ゴム層の主成分はこれらのゴムに限られるものではない。
【００２４】
また、本実施形態において、帆布本体１７に含浸させるゴム糊調整のための溶剤はキシレン、トルエン、酢酸エチル、トリクレン、塩化メチル、ベンゼンであってもよい。なお、調整に用いる溶剤はこれらの溶剤に限られるものではない。
【実施例】
【００２５】
以下、図３〜図５を参照して実施例を挙げて本発明を説明する。なお、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。
【００２６】
〔ゴムの配合〕以下の表1〜表３に示すように、接着強度試験および引張り試験のための試料片作成、および歯付きベルトの製造に使用するべき８種類の配合ゴムＡ乃至配合ゴムＨとＲＦＬ処理剤を調整する。
【００２７】
【表１】
2006022917.tif 000003
【００２８】
上記表１において、※１ないし※２は以下の事項を示す。
※１  日本ゼオン株式会社の商品名、エチレン性不飽和ニトリル−共役ジエン系高飽和重合ゴム。
※２  配合材料の種類およびゴム成分１００重量部に対する配合材料の重量部（単位はｐｈｒ）。
また、表中の−−−は、未配合を示す。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
上記表２において、※１ないし※３は以下の事項を示す。
※１  Ｄｕ  Ｐｏｎｔ社の商品名、フッ化ビニリデン−４フッ化エチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル系共重合ゴム。
※２  Ｒｉｃｏｂｏｎｄ１７３１ＨＳ，ＲＩＣＯＮ  ＲＥＳＩＮＳ社の商品名、マレイン酸変性液状ポリブタジエン。
※３  配合材料の種類およびゴム成分１００重量部に対する配合材料の重量部（単位はｐｈｒ）。
また、表中の−−−は、未配合を示す。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
上記表３において、※１は以下の事項を示す。
※１  配合原料の種類および重量百分率（単位はｗｔ％）。
【００３３】
次に上述したＨ−ＮＢＲである配合ゴムシートＡと、フッ素ゴムである配合ゴムＣ乃至配合ゴムＨの内の一つを選択したゴム糊を含浸させた帆布とで、接着強度試験用の試料片を作成し、それぞれの試料片を用いて、Ｈ−ＮＢＲとフッ素ゴムであるゴム糊を含浸させた帆布との接着強度試験を行った。
【００３４】
〔接着強度試験用の試料片〕試料片の作成の一例として、実施例試料片１の作成方法を説明する。まず、メチルエチルケトンとキシレンを１７：１の割合で混合した溶剤を調整した。次にゴム成分がフッ素ゴムである配合ゴムＤをこの溶剤に溶解させてゴム糊を調整した。なお、配合ゴムＤとこの溶剤の配合の割合は１：３とした。そしてゴム糊を帆布の繊維状本体に含浸させ、処理済帆布Ｄ’を得た。
【００３５】
次にゴム成分の主成分がＨ−ＮＢＲである厚さ４ｍｍ強の配合ゴムシートＡを用意し、この上に処理済帆布Ｄ’を重ねて、プレス加硫した。プレス加硫は４．９ＭＰａの圧力をかけ１７０℃の温度で２０分間行われた。ここで、一端の一部は加硫接着を防ぐためプレス前にテープを挟み込んだ。このようにして接着されたゴム板を幅２５ｍｍ、長さ１０５ｍｍに切り抜き、これにより試料片、すなわち実施例試料片１を得た。
【００３６】
実施例試料片２、実施例試料片３、実施例試料片４、実施例試料片５、および比較例試料片１は配合ゴムＤの代わりにそれぞれ配合ゴムＥ、配合ゴムＦ、配合ゴムＧ、配合ゴムＨ、および配合ゴムＣを用いること以外の構成および処理は実施例試料片１と同様とした。
【００３７】
〔接着強度試験およびその評価〕図３は試料片２３が引張試験機（株式会社島津製作所製・商品名：島津オートグラフＡＧＳ−５００Ｄ）へ取付けられた状態を示している。図３を参照して試験方法を説明する。試料片２３の一端においてテープにより加硫接着を防いだゴムシート２４の端部と帆布２５の端部を、それぞれチャック３１に取付け、引張試験機により１分間に５０ｍｍの速度で引張った。その他の実験条件はＪＩＳ（Ｋ６２５６）と同様とした。接着力はＨ−ＮＢＲであるゴムシート２４と帆布２５との剥離する力を測定することにより評価した。測定結果を表４に示す。
【００３８】
【表４】
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【００３９】
上記表４において、※１は以下の事項を示す。
※１  比較例試料片１の接着強度に対する各実施例試料片の接着強度の比Ｂ／Ａ（Ａ：比較例試料片１の接着強度、Ｂ：実施例試料片１〜５の接着強度）。
【００４０】
表４から明らかなように、実施例試料片１〜実施例試料片５は比較例試料片１に比べて接着力が大きい。従来使用されているベルト、例えばＨ−ＮＢＲを主成分とする本体ゴム層にＲＦＬ処理を施した帆布を接着させたベルトは比較例試料片の接着強度と比較して略１．２倍以上の接着強度で本体ゴム層と帆布とを接着している。この結果から、従来使用されているベルトと同等以上の接着強度を得るのに、フッ素ゴム成分１００重量部に対し４重量部以上の接着剤を添加することで、好適な結果を得ることがわかる。
【００４１】
次に上述したフッ素ゴムである配合ゴムＣ乃至配合ゴムＨの内の一つを選択したゴム糊を含浸させた帆布で、引張り試験用の試料片を作成し、それぞれの試料片を用いて、帆布の引張り試験を行った。
【００４２】
〔引張り試験用の試料片〕試料片の作成の一例として、実施例試料片６の作成方法を説明する。まず、配合ゴムＣを用いた接着強度試験用試料片の作成時と同じ処理済帆布を作成した。すなわち配合ゴムＤの代わりに配合ゴムＣを用いて処理済帆布Ｃ’を得た。
【００４３】
処理済帆布Ｃ’を幅２５ｍｍ、長さ５５０ｍｍに切り抜き、プレス加硫した。プレス加硫は４．９ＭＰａの圧力をかけ１７０℃の温度で２０分間行われた。プレス加硫を行った帆布の中央付近に１００ｍｍ間隔の白線を引き、実施例試料片６を得た。
【００４４】
実施例試料片７、実施例試料片８、実施例試料片９、実施例試料片１０、および実施例試料片１１は配合ゴムＣの代わりにそれぞれ配合ゴムＤ、配合ゴムＥ、配合ゴムＦ、配合ゴムＧ、および配合ゴムＨを用いること以外の構成および処理は実施例試料片６と同様とした。
【００４５】
〔引張り試験およびその評価〕図４は被試験帆布２６が引張試験機（株式会社島津製作所製・商品名：島津オートグラフＡＧＳ−５００Ｄ）へ取り付けられた状態を示している。図４を参照して試験方法を説明する。帆布２６の両端をチャック３２、３２に取付け、引張り試験機により１分間に１５０ｍｍの速度で引張った。その他の実験条件はＪＩＳ（Ｌ１０９６）と同様とした。
【００４６】
帆布２６が２０％伸びたとき、すなわち帆布２６に引いた白線２７，２７の間隔が１２０ｍｍとなるときの引張応力を測定した。なお、帆布２６が２０％伸びたときを基準として引張応力を比較することにより、従来使用されている帆布と同等以上の引張応力を有する帆布を得るための接着剤の添加量を推測可能である。測定結果を表５に示す。
【００４７】
【表５】
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【００４８】
上記表５において、※１は以下の事項を示す。
※１  実施例試料片６の２０％の伸びにおける引張応力に対する実施例試料片７〜実施例試料片１１の２０％の伸びにおける引張応力の比Ｂ／Ａ（Ａ：実施例試料片６の引張応力、Ｂ：実施例試料片７〜１１の引張応力）。
【００４９】
帆布の引張応力は接着剤の添加量を増やしていくにつれて大きくなり、添加量が９重量部を超えると減少する。従来歯付ベルトに使用されている帆布は実施例試料片６の引張応力と比較して略１．４倍以上の引張応力を備える。したがって、従来使用されているベルトと同等以上の引張応力を得るのに、フッ素ゴム成分１００重量部に対し２４重量部以下の接着剤を添加することで、好適な結果を得ることがわかる。
【００５０】
次に本体ゴム層を上述したＨ−ＮＢＲである配合ゴムＢと、帆布を表３のＲＦＬ処理液により処理したアラミド帆布あるいは配合ゴムＧを溶剤に溶かしたゴム糊を含浸させたアラミド帆布を用いて走行試験用の歯付きベルトを製造し、それぞれの歯付きベルトを用いて走行試験を行った。
【００５１】
すなわち走行試験ではＲＦＬ処理した帆布の代わりにフッ素ゴム糊を含浸させた帆布を備えた歯付ベルトの歯欠けに対する耐久性の変化が観測される。なお溶剤はメチルエチルケトンとキシレンを１７：１の割合で混合して調整し、ゴム糊は配合ゴムＧと溶剤を１：３の割合で混合して溶解させて調整した。
【００５２】
〔走行試験用の歯付きベルト〕歯付きベルトの製造は前述した歯付きベルト製造方法に倣った。実施例および比較例の原料に用いた配合ゴムを表６に示す。
【００５３】
【表６】
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【００５４】
上記表６において、※１は以下の事項を示す。
※１  比較例の歯付きベルト１の走行時間に対する実施例の歯付きベルト１の走行時間の比Ｂ／Ａ（Ａ：比較例の歯付きベルト１の走行時間、Ｂ：実施例の歯付きベルト１の走行時間）。
【００５５】
〔走行試験およびその評価〕図５はエンジンを用いた油が付着する使用状況における走行試験の概略構成を示す図である。走行試験装置３３には、箱状のハウジング３４とヒータ（図示せず）が備えられる。ハウジング３４内に、歯付きプーリ３５と、歯付きプーリ３６および、これらのプーリの間にテンショナ３７が設けられる。ヒータは、ハウジング３４の外側であって歯付きプーリ３５、歯付きプーリ３６に対向する前壁部に近接している。
【００５６】
ハウジング３４の後壁部３４ａには、上方に軸孔３８が、下方に軸孔３９が、その間に潤滑油流入孔４０が形成される。歯付きプーリ３５と歯付きプーリ３６は、それぞれ軸孔３８、軸孔３９に挿入されたカムシャフト４１と、クランクシャフト４２に支持され回転自在である。テンショナ３７が歯付きプーリ３５の斜め下方に設けられる。
【００５７】
被試験歯付きベルト２８が歯付きプーリ３５、歯付きプーリ３６、およびテンショナ３７に架け渡される。クランクシャフト４２がハウジング３４の後壁部３４ａの裏側に備えたモータ（図示せず）に連結される。このとき被試験歯付ベルト２８の損傷が歯欠けによるものとするべく、歯部に強い荷重がかかる形態で架け渡される。
【００５８】
カムシャフト４１にオイルポンプ（図示せず）を用いてハウジング３４の後壁部３４ａの裏側から潤滑油が供給される。潤滑油はカムシャフト４１およびハウジング３４の後壁部３４ａの裏側の面を伝い軸孔３８と潤滑油流入孔４０とからハウジング３４の内側に流入する。
【００５９】
ヒータによりハウジング３４内を１２０℃に保ち、クランクシャフト４２を６０００ｒｐｍで回転させて走行試験を行った。被試験歯付きベルト２８が損傷してベルトが走行不能になるまでの走行時間を試験結果として測定した。測定結果を表６に示す。
【００６０】
比較例の歯付きベルト１は一定時間経過後に歯欠けが発生し、走行不能となった。実施例の歯付きベルト１は、比較例の歯付きベルトの走行時間に比べて１．７倍の時間が経過したときに歯欠けが発生した。このように実施例の歯付きベルトによれば、比較例の歯付きベルトに比べて歯欠けの発生をより長く抑えられる。前述したように表面ゴムの劣化が抑えられるため、帆布本体の露出が長期間防がれ、その結果帆布本体の断裂により生ずる歯欠けに対する耐久性が増加したものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の一実施形態を適用した歯付きベルトの側断面図を示す。
【図２】歯付きベルトの製造工程を示す概略工程図である。
【図３】接着強度試験の模式図を示す。
【図４】引張り試験の模式図を示す。
【図５】走行試験の模式図を示す。
【符号の説明】
【００６２】
１０  歯付きベルト
１１  帆布
１２  本体ゴム層
１３  歯面
１４  歯部
１５  歯底部
１６  心線
１７  帆布本体
１８  表面ゴム
【図１】
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【図２】
2006022917.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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