(57)【要約】【課題】  動力伝達ベルトにおいて、耐寒性が高く、高温雰囲気下における継続的な使用に対して使用初期の耐寒性を維持することを可能にする。【解決手段】  動力伝達ベルト１０は本体ゴム層１２、接着ゴム層１３、及び背ゴム層１４を備える。背ゴム層は平均粒子径が９０ｎｍ〜２１０ｎｍであるＦＴ法により製造されたカーボンブラックを配合したフッ素ゴムである。背ゴム層１４に内添型の樹脂系接着剤を添加する。背ゴム層１４を接着ゴム層１３を介して本体ゴム層１２に接着する。本体ゴム層１２は一方の面に長手方向に沿って歯部１５および歯底部１６を交互に備える。歯部１５および歯底部１６の外表面を帆布１７により覆う。心線１９を接着ゴム層１３に埋設する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも背面側が、ゴム成分がフッ素ゴムであるゴム組成物を加硫させたゴム加硫物により成型され、前記ゴム加硫物はＴＲ試験におけるＴＲ１０が−３０℃以下であることを特徴とする動力伝達ベルト。
【請求項２】
前記ゴム組成物に、ＦＴ法、或いはＭＴ法により製造されるカーボンブラックが配合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３】
本体ゴム層に、前記ゴム加硫物である背ゴム層を接着させ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】
前記本体ゴム層と前記背ゴム層との間に、接着ゴム層を設けることを特徴とする請求項３に記載の動力伝達ベルト。
【請求項５】
前記接着ゴム層に、長手方向に延びる心線を埋設させ前記接着ゴム層の一方の面の全体を前記背ゴム層に接着させることを特徴とする請求項４に記載の動力伝達ベルト。
【請求項６】
前記本体ゴム層の内面に長手方向に沿って歯部および歯底部が交互に形成され、前記歯部が予成型されることを特徴とする請求項３に記載の動力伝達ベルト。
【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動力伝達ベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジン等に使用される動力伝達ベルトは、高温雰囲気において使用されるため、高い耐熱性が求められる。一方で、寒冷地においても自動車が使用されるために動力伝達ベルトには耐寒性も求められる。
【０００３】
アクリルゴム、或いはフッ素ゴム等にエステル化合物を添加して耐熱性及び耐寒性を高めたゴムが提案されている（特許文献１参照）。しかし、求められる耐寒性は更に高く、従来は水素化ニトリルゴムを動力伝達ベルトの原料として水添率、及びアクリロニトリル量を調整することにより求められる耐熱性、耐寒性を得ていた。
【０００４】
しかし、水素化ニトリルゴムは、高温雰囲気下で使用され続けることにより劣化して耐寒性が低下する。従って、使用の初期に要求される耐寒性を満たしていても、寒冷地において使用されるベルトは故障する可能性があった。即ち、熱老化により耐寒性が低下したベルトが低温雰囲気で使用されると背面にクラックが発生し、最終的にベルトの破損を招く可能性があった。
【特許文献１】特許第３４２９３４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って本発明は、高い耐寒性を備える動力伝達ベルトであって、高温雰囲気下における継続的な使用に対して使用初期の耐寒性が維持されるもの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】
本発明に係る動力伝達ベルトは、少なくとも背面側がゴム成分がフッ素ゴムであるゴム組成物を加硫させたゴム加硫物により成型され、ゴム加硫物はＴＲ試験におけるＴＲ１０が−３０℃以下であることを特徴としている。
【０００７】
なお、ゴム組成物に、ＦＴ法或いはＭＴ法により製造されるカーボンブラックが配合されることが好ましい。また、本体ゴム層にフッ素ゴムである背ゴム層を接着させることが好ましく、さらに本体ゴム層と背ゴム層の間に接着ゴム層を設けることが好ましい。
【０００８】
また、接着ゴム層に長手方向に延びる心線を埋設させ接着ゴム層の一方の面の全体を背ゴム層に接着させることが好ましい。また、本体ゴム層の内面に長手方向に沿って歯部および歯底部が交互に形成され歯部が予成型されることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高い耐寒性を有し、高温雰囲気下の継続的な使用に対して使用初期の高い耐寒性を維持可能な動力伝達ベルトを得ることが可能になる。従って、寒冷地に移動して使用した場合に生じやすくなる背面クラックを防ぎ、動力伝達ベルトの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】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１、図２に本発明の一実施形態を適用した動力伝達ベルト１０を示す。動力伝達ベルト１０の一方の面には、長手方向に沿って歯部１５、および歯底部１６が交互に一体的に形成された本体ゴム層１２が設けられる。動力伝達ベルト１０の他方の面には、背ゴム層１４が設けられる。本体ゴム層１２と背ゴム層１４の間には接着ゴム層１３が設けられる。なお、本体ゴム層１２、および接着ゴム層１３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。
【００１２】
背ゴム層１４は、耐寒性のフッ素ゴムをゴム成分とするゴム組成物を加硫させた加硫ゴムであって、ＦＴ法により製造され平均粒子径が９０ｎｍ〜２１０ｎｍであるカーボンブラックが配合される。背ゴム層１４の加硫ゴムは、ＪＩＳ  Ｋ６２６１に定める低温弾性回復試験（ＴＲ試験）による測定における収縮率が１０％になる温度（ＴＲ１０）が−３０℃以下である。
【００１３】
帆布１７が本体ゴム層１２の歯部１５及び歯底部１６の外表面を覆う。帆布１７はアラミド繊維を用いて織られた帆布本体にＲＦＬ液を含浸処理させることにより形成される。
【００１４】
接着ゴム層１３の厚さＷは歯部１５の歯先部１８付近の横断面において他の部分に比べて大きくなる。一方、歯先部１８付近の横断面以外において厚さＷは略等しい。歯部１５および歯底部１６は予成型により設けられる。接着ゴム層１３の中には、長手方向に延びる心線１９が互いに離間するように埋設される。
【００１５】
背ゴム層１４には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。
【００１６】
次に以上のような構成による、本実施形態の動力伝達ベルトの効果について説明する。
【００１７】
使用時に、動力伝達ベルトはプーリ（図示せず）と嵌合して円弧状に変形する。この円弧状において、動力伝達ベルトの外周部にもっとも大きな張力がかかり、外周部の延びは最大となる。従って、外周部が劣化して伸縮性を失うと、一定以上の張力がかかることにより外周部にクラックが生じる。
【００１８】
本実施形態の動力伝達ベルト１０において背ゴム層１４はフッ素ゴムであり、高温雰囲気下での継続的な使用に対して使用初期に有する耐寒性、即ち低温時の伸縮性が長期間維持される。従って、従来の動力伝達ベルトに比べて、高温となるエンジン付近に配置され、寒冷地で使用される状況において背面における亀裂の発生を長期間抑えることができる。また、高コストのフッ素ゴムを背面にのみ用いるので、上述のような熱に対して耐寒性を維持でき、且つ製造コストを抑えた動力伝達ベルトが得られる。
【００１９】
背ゴム層を耐寒性の高いフッ素ゴムとすることにより、高い耐寒性を備え、かつ高温雰囲気下における継続的な使用に対する耐寒性の維持が可能な動力伝達ベルトを得ることが出来る。
【００２０】
また、従来フッ素ゴムに配合されていたＳＲＦ法により製造されたカーボンブラック（ＳＲＦカーボン）の平均粒子径（６０〜９０ｎｍ）に比べて、大きな平均粒子径（９０〜２１０ｎｍ）であるＦＴ法により製造されたカーボンブラック（ＦＴカーボン）を配合することにより、動力伝達ベルトの耐寒性が改善される。
【００２１】
配合するカーボンブラックの平均粒子径が大きいほどゴムの伸縮性が大きくなるため、ＦＴカーボンを配合したゴムが弾性を失う温度はＳＲＦカーボンを配合したゴムに比べて低下すると考えられる。従って、ゴムが弾性を失うことによって生じる背面のクラックの発生する温度も低下していると考えられる。このように、従来のフッ素ゴムだけでは得ることが不可能であった耐寒性を備えることが可能となる。なお、大きな平均粒子径を有するカーボンブラックとしてＭＴ法により製造されたカーボンブラックであっても同じ効果を生じる。
【００２２】
また、歯部１５には歯欠けに対する強度が求められる。それゆえ、本体ゴム層１２は、背ゴム層１４に比べて大きな引張り強度が求められる。したがって、本体ゴム層１２はフッ素ゴムより引張り強度の大きな素材であるＨ−ＮＢＲで形成するとともに、本体ゴム層１２は予成型される。これにより背ゴム層１４の接着面Ｔを略平坦に保って歯部１５にフッ素ゴムである背ゴム層の流入を防ぎ歯欠けに対する強度を備えることができる。
【００２３】
次に予成型の工程を経ずに得た動力伝達ベルト１０’（図３参照）を比較例として、予成型した本体ゴム層１２を用いて得た動力伝動ベルト１０の技術的意義を説明する。
【００２４】
予成型をせずに直接動力伝達ベルト成型ドラムに帆布１７’となる帆布材料、心線１９’となる心線コード、本体ゴム層１２’となる配合ゴムシート、接着ゴム層１３’となる配合ゴムシート、背ゴム層１４’となる配合ゴムシートを順次巻きつけて加硫処理を行った場合は、図３に示すような動力伝達ベルト１０’が得られる。なお、本体ゴム層１２’、および接着ゴム層１３’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。背ゴム層１４’はフッ素ゴムを主成分とする。
【００２５】
動力伝達ベルト１０’は、その加硫処理過程において歯部１５’に本体ゴム層１２’、接着ゴム層１３’、背ゴム層１４’が流入することとなる（符号Ｓ）。よって、背ゴム層１４’が歯部１５’に流入することにより、背ゴム層１４’と心線１９’が接合する。したがって、心線１９’の素材によってはフッ素ゴムである背ゴム層１４’の心線１９’からの剥離を防ぐ接着強度を保持できない可能性がある。また、歯欠けに対する強度を十分に備えることもできない可能性がある。
【００２６】
これに対し、予成型した本体ゴム層１２を用いて得られた動力伝達ベルト１０は、図１に示すように歯部１５に背ゴム層１４が流入せず、心線１９が接着ゴム１３内に埋設される。したがって、背ゴム層１４から心線１９の剥離が防がれ、動力伝達ベルト１０は歯欠けに対する強度を十分に備えることが可能となる。
【００２７】
次に図４〜６を参照して、本体ゴム層１２の予成型を経て、本実施形態を適用した動力伝達ベルト１０を製造する工程を説明する。まず、図４に示すように、予成型歯付きドラム３０を用意し、その周囲に歯部３１が設けられる。また、予成型歯付きドラム３０に歯付きローラ３２を係合させ、この歯付きローラ３２に予成型歯付きドラム３０の歯部３１と協働する歯部３３が設けられる。予成型歯付きドラム３０および歯付きローラ３２はそれぞれ矢印Ｒ１およびＲ２に示す方向に回転する。
【００２８】
帆布材料２０が予成型歯付きドラム３０の周囲の一部を取り巻くように予成型歯付きドラム３０に供給され、歯付きローラ３２との係合領域に導入される、このとき帆布材料２０が双方の歯部３１および３３の協働作用により波形に成型される。帆布材料２０は、最終的には動力伝達ベルト１０の帆布１７となるものである。
【００２９】
図５に示すように、予成型歯付きドラム３０の周囲の一部においてスチールベルト３４を適当な押圧力で押しながら予成型歯付きドラム３０の周速度と同じ速度で走行させる。予成型歯付きドラム３０とスチールベルト３４との間に配合ゴムシート２１が供給され、これにより予成型後の帆布材料２０と配合ゴムシート２１を一体化させる。
【００３０】
すなわち、配合ゴムシート２１はスチールベルト３４によって押圧されて予成型後の帆布材料２０の形状に応じて予成型される。要するに予成型された帆布材料２０とその予成型に応じて予成型された配合ゴムシート２１とが一体化された中間製品を得ることになる。この中間製品には配合ゴムシート２１が露出する面であって、歯部の歯先部付近において溝２２が形成される。
【００３１】
上述した中間製品を所定の長さに切断した後、その切断中間製品が図６に示すように歯付きベルト成型ドラム３５の周囲に巻付けられ、その外周に順次、仕上げ動力伝達ベルト１０の心線１９となる心線コード２３、仕上げ動力伝達ベルト１０の接着ゴム層１３となる配合ゴムシート２４、仕上げ動力伝達ベルト１０の背ゴム層１４となる配合ゴムシート２５が巻付けられる。
【００３２】
その後、ベルト構成部品である、帆布材料２０、配合ゴムシート２１、心線コード２３、配合ゴムシート２４、配合ゴムシート２５を巻きつけた歯付きベルト成型ドラム３５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。
【００３３】
ベルト構成部品である、帆布材料２０、配合ゴムシート２１、心線コード２３、配合ゴムシート２４、配合ゴムシート２５の間には多数の隙間があるが、それら隙間は加硫処理により除去される。なお、溝２２には配合ゴムシート２５は流入せず、配合ゴムシート２４が流入する。こう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、動力伝達ベルト２０が得られる。
【００３４】
なお、本実施形態において歯付きベルトである動力伝達ベルトについて説明したが、Ｖベルト、Ｖリブドベルト、或いは平ベルト等のいかなる他のベルトにも適用可能である。
【００３５】
また、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。
【００３６】
また、本実施形態において内添型接着剤を背ゴム層に添加しているが、接着ゴム層に添加してもよいし、接着ゴム層を設けずに本体ゴム層に背ゴム層を直接接着する場合には本体ゴム層に添加しても本実施形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
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、背面における熱による耐寒性の劣化を長期間防ぎ、その結果、背面における亀裂の発生を長期間抑えることができる。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。また、本実施形態は全体がフッ素ゴムにより成型された動力伝達ベルトにも適用が可能である。
【００３８】
また、本実施形態において、帆布本体がガラス繊維、或いはカーボン繊維等の繊維を用いて織られたものであってもよい。また、帆布本体にイソシアネート溶液、エポキシ溶液等の溶液、或いはゴムを溶剤に溶かしたゴム糊を含浸させて、帆布を形成してもよい。
【実施例】
【００３９】
以下、図７、図８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。
【００４０】
〔材料ゴムの配合〕以下の表１、表２に示すように、耐寒走行試験のための動力伝達ベルトの製造に使用するべき４種類の配合ゴムＡ〜配合ゴムＤを調整した。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
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。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
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。
【００４５】
次に本体ゴム層を上述したＨ−ＮＢＲである配合ゴムＡにより、接着ゴム層をＨ−ＮＢＲである配合ゴムＢにより、背ゴム層を配合ゴムＢ、フッ素ゴムである配合ゴムＣ、或いはフッ素ゴムである配合ゴムＤのいずれかにより、耐寒走行試験用の動力伝達ベルトを製造し、それぞれの動力伝達ベルトを用いて、耐寒走行試験を行った。
【００４６】
〔耐寒走行試験用の動力伝達ベルト〕動力伝達ベルトの製造は前述した動力伝達ベルトの製造方法に倣った。実施例動力伝達ベルト１には、本体ゴム層に配合ゴムＡを、接着ゴム層に配合ゴムＢを、背ゴム層に配合ゴムＤを用いた。
【００４７】
複数の実施例動力伝達ベルト１を製造した。１部を１４０℃に保ったオーブン内で２８０時間熱老化させた。別の１部を１４０℃に保ったオーブン内で５６０時間熱老化させた。熱老化させなかったベルト、２８０時間熱老化させたベルト、及び５６０時間熱老化させたベルトの３種類の被試験動力伝達ベルトを、耐寒走行試験に用いた。
【００４８】
実施例動力伝達ベルト２には、本体ゴム層に配合ゴムＡを、接着ゴム層に配合ゴムＢを、背ゴム層に配合ゴムＣを用いた。実施例動力伝達ベルト１と同様に、実施例動力伝達ベルト２においても、熱老化させなかったベルト、２８０時間熱老化させたベルト、及び５６０時間熱老化させたベルトの３種類の被試験動力伝達ベルトを耐寒走行試験に用いた。
【００４９】
比較例動力伝達ベルトには、本体ゴム層に配合ゴムＡを、背ゴム層に配合ゴムＢを用いた。なお、比較例動力伝達ベルトの製造においては前述した動力伝達ベルトの製造方法において、接着ゴム層となる配合ゴムシートを巻付けることなく心線コードに背ゴム層となる配合ゴムシートを巻付けて製造した。比較例動力伝達ベルトにおいては、熱老化させなかったベルト、２４０時間熱老化させたベルト、５００時間熱老化させたベルト、及び５６０時間熱老化させたベルトの４種類の被試験動力伝達ベルトを耐寒走行試験に用いた。なお、実施例及び比較例動力伝達ベルトの原料に用いた配合ゴムを表３に示す。
【００５０】
【表３】
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【００５１】
図７はエンジンを用いた耐寒走行試験の概略構成を示す図である。走行試験装置３７は、箱状のハウジング３８とクーラー（図示せず）とによって構成される。ハウジング３８内に、歯付きプーリ３９と、歯付きプーリ４０および、これらのプーリの間にテンショナ４１が設けられる。ハウジング３８全体が、クーラーによって覆われ、冷却される。
【００５２】
ハウジング３８の後壁部３８ａには、上方に軸孔４４、及び下方に軸孔４５が形成される。歯付きプーリ３９と歯付きプーリ４０は、それぞれ軸孔４４、軸孔４５に挿入されたカムシャフト４２と、クランクシャフト４３に回転自在に支持される。テンショナ４１は歯付きプーリ３９の斜め下方に設けられる。
【００５３】
被試験動力伝達ベルト４７を歯付きプーリ３９、歯付きプーリ４０、およびテンショナ４１に架け渡した。クランクシャフト４３をハウジング３８の後壁部３８ａの裏側に備えたモータ（図示せず）に連結した。
【００５４】
クーラーによりハウジング３８を所定の温度に保ち、被試験動力伝達ベルト４７を走行試験装置３７とともに冷却した。冷却開始から３時間経過後にクランクシャフト４３を３００ｒｐｍで１分間回転させて、その後１０分間停止させた。１分間の回転と１０分間の停止とを１サイクルとして、合計５０サイクル繰返した。なお、この間ハウジング３８を所定の温度に保った。
【００５５】
この後、被試験動力伝達ベルトの背面にクラックが発生しているか否かを確認した。クラックが発生していなかった場合は、クーラーの設定温度を１℃下げ、同様の操作で試験を行った。クラックが発生した場合は、その時の温度より１℃高い温度を限界温度として記録し試験を終了した。なお、所定の温度は被試験動力伝達ベルト毎に予想される限界温度より２、３℃高い温度とした。
【００５６】
図８は、横軸を１４０℃での熱老化時間、縦軸を限界温度として、耐寒走行試験の結果を示している。限界温度が低い程、耐寒性がよいことを示している。
【００５７】
比較例動力伝達ベルトについては、初期状態から熱老化させるにつれて、限界温度が上昇（本グラフでは下降）している。従って、比較例動力伝達ベルトについては、熱老化により耐寒性が低下していることが分かる。一方、実施例動力伝達ベルト１、２については、初期状態から熱老化させているにも関わらず、限界温度が略維持されている。従って、実施例動力伝達ベルト１、２については、熱老化に対して耐寒性が維持されていることが分かる。
【００５８】
また、実施例動力伝達ベルト２に比べて、実施例動力伝達ベルト１の限界温度は１〜２℃低く、耐寒性が改善されていることが分かる。ゴムに配合するカーボンブラックの平均粒子径が大きくなるほど、ゴムの伸縮性が大きくなる。カーボンブラックの平均粒子径を大きなものにすることによる、伸縮性の増大は低温においても維持されると考えられ、その結果、ＳＲＦカーボンブラックに比べて平均粒子径がより大きなＦＴカーボンブラックを配合に用いた実施例動力伝達ベルト１の背ゴムの伸縮性が低温において維持されて、耐寒性が改善されたものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態を適用した動力伝達ベルトの側断面図を示す。
【図２】図１におけるII−II線上に沿う断面図を示す。
【図３】本発明の一実施形態を適用した動力伝達ベルトの一つの効果を説明するため、本発明の一実施形態の適用から外れる動力伝達ベルトの側断面図を示す。
【図４】本体ゴム層の製造工程における歯ゴムシートの予成型工程を示す概略工程図である。
【図５】本体ゴム層の製造工程における歯ゴムシートの予成型工程を示す概略工程図である。
【図６】本体ゴム層の製造工程における歯ゴムシートの予成型工程を示す概略工程図である。
【図７】耐寒走行試験の模式図である。
【図８】耐寒走行試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  動力伝達ベルト
１２  本体ゴム層
１３  接着ゴム層
１４  背ゴム層
１５  歯部
１６  歯底部
１７  帆布
１８  歯先部
１９  心線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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