(57)【要約】【課題】回転変動の大きい自動車の補機駆動用ベルト伝動装置で使用され且つ負荷される張力が低くても、自動車が長期走行した後のスティックスリップ異音の発生が抑制されるＶリブドベルトを提供する。【解決手段】ＶリブドベルトＢは、各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブ１３がベルト幅方向に並ぶようにベルト内側に配設され、それらの複数のＶリブ１３が接触するようにプーリに巻き掛けられて動力を伝達する。複数のＶリブ１３は、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーゴム１００質量部に対して融点１１０℃以上の熱可塑性樹脂１５が５〜５０質量部混入されたゴム組成物で形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶようにベルト内側に配設され、該複数のＶリブが接触するようにプーリに巻き掛けられて動力を伝達するＶリブドベルトであって、
上記複数のＶリブは、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーゴム１００質量部に対して融点１１０℃以上の熱可塑性樹脂が５〜５０質量部混入されたゴム組成物で形成されていることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項２】
請求項１に記載されたＶリブドベルトにおいて、
上記熱可塑性樹脂は、その熱変形温度が８０℃以下であることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項３】
請求項２に記載されたＶリブドベルトにおいて、
上記熱可塑性樹脂がポリエチレン樹脂であることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項４】
請求項３に記載されたＶリブドベルトにおいて、
上記熱可塑性樹脂のポリエチレン樹脂が粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂であることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項５】
請求項１に記載されたＶリブドベルトにおいて、
上記熱可塑性樹脂が粉状乃至粒状であることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項６】
請求項５に記載されたＶリブドベルトにおいて、
上記粉状乃至粒状の熱可塑性樹脂は、その粒径が２５〜３００μｍであることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項７】
請求項１に記載されたＶリブドベルトにおいて、
上記複数のＶリブを形成するゴム組成物は、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーゴム１００質量部に対してベルト幅方向に配向した短繊維が３〜３０質量部混入されていることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項８】
請求項７に記載されたＶリブドベルトにおいて、
上記短繊維がナイロン短繊維であることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項９】
請求項１に記載されたＶリブドベルトにおいて、
ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するようにポリエチレンナフタレート繊維製の心線が埋設されていることを特徴とするＶリブドベルト。
【請求項１０】
各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶようにベルト内側に配設されたＶリブドベルトと、該Ｖリブドベルトが固定張力方式で巻き掛けられた複数のプーリと、を備えた自動車の補機駆動用ベルト伝動装置であって、
上記Ｖリブドベルトの上記複数のＶリブは、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーゴム１００質量部に対して融点１１０℃以上の熱可塑性樹脂が５〜５０質量部混入されたゴム組成物で形成されており、
ベルト未走行時に、上記Ｖリブドベルトに負荷される張力が１Ｖリブ当たり５０〜８０Ｎであることを特徴とする自動車の補機駆動用ベルト伝動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各々がベルト長さ方向に延びる複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶようにベルト内側に配設され、それらの複数のＶリブが接触するようにプーリに巻き掛けられて動力を伝達するＶリブドベルト及びそれを用いた自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の補機を駆動する摩擦伝動ベルトとしてＶリブドベルトが広く用いられている。
【０００３】
ところで、自動車のエンジンでは、一定周期で爆発燃焼が生じ、それがクランク軸の角速度に微少な影響を与えるため、エンジンの回転数に回転変動が生じる。そして、そのような回転変動が生じると、クランクシャフトプーリに巻き掛けられたＶリブドベルトが回転変動に追随できずにプーリ上でスティックスリップを起こしてしまう。そして、Ｖリブドベルトがプーリ上でスティックスリップを起こすと、異音としてそのスティックスリップ異音が発生する。そのため、一般に、Ｖリブドベルトでは、そのようなスティックスリップ異音の発生を防止すべく、ベルト内周側の圧縮ゴム層にベルト幅方向に配向するように短繊維を混入させると共に、ベルト表面からその短繊維を突出させ、それによってベルト表面の摩擦係数を低減するということが行われている。また、その他にも、Ｖリブドベルトの走行時の騒音を低減する種々の技術が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、対面摩擦駆動面を圧縮層部に設けたＶリブドベルトにおいて、圧縮層の先端部寄りの先端構成部内にはフィブリル化しやすいアラミド短繊維を主体に、また圧縮層の残余部たる基礎構成部内にはフィブリル化しにくいアラミド短繊維を主体に、それぞれベルト幅方向への配向性を保って埋設したものが開示されている。そして、これによれば、Ｖ形圧縮層を有する動力伝動用ベルトにあって、圧縮層に耐摩耗性、耐側圧性を求めて混入せしめたアラミド短繊維中に材質変化を付与せしめて、ベルト圧縮層部に耐摩耗性、耐側圧性を確保しつつ、併せてこの種のベルトをプーリに掛装走行せしめる折、発生する擦過音（こすれ音）を抑止することができる、と記載されている。
【０００５】
特許文献２には、ベルト長さ方向に沿って心線を埋設した接着ゴム層と、ベルト長さ方向に沿って延びるリブ部を複数有する圧縮ゴム層とからなるＶリブドベルトであり、リブ部の先端部には、２重結合が８０％以上水素添加された水素化ニトリルゴムに、そのゴムと同質もしくは類似した水素化ニトリルゴムと繊維径１．０μｍ以下のポリアミド繊維とがグラフト結合した微小繊維強化ゴムを添加したゴム組成物を配し、更にリブ部の他の領域に水素化ニトリルゴムにポリアミド繊維より繊維径の大きい短繊維を含有させたゴム組成物を用いた構成としたものが開示されている。そして、これによれば、耐亀裂性、耐熱性、耐側圧性とともに耐屈曲性にも優れ、ベルト寿命が大きく延長し、騒音性を軽減することができる、と記載されている。
【０００６】
特許文献３には、接着ゴム層内に抗張体を埋設した抗張体層の下面に、ベルト長手方向に延びる複数のＶ形リブを並列せしめた圧縮ゴム層を有するＶリブドベルトにおいて、圧縮ゴム層はクロロプレンポリマーを主体としたゴム１００重量部に対し、融点が４０〜８０℃のワックスを０．７５〜１．５０重量部混入配合したゴム配合物であるものが開示されている。そして、これによれば、Ｖ形リブを形成する圧縮ゴム層のゴム配合物を改善して走行初期の過張力での粘着による発音、走行と共に張力が低下した状態で急激な負荷がかかったときのベルトスリップ音を防止することができる、と記載されている。
【特許文献１】実開平５−５９０１２号公報
【特許文献２】特開平７−３５２０１号公報
【特許文献３】特開平７−２９３６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の従来技術のＶリブドベルトでは、新品のものによる使用開始当初の期間であれば、異音の発生を防止する効果を期待することができる。ところが、自動車が２万〜４万ｋｍ走行した後では、その効果が維持されず、スティックスリップ異音が発生するという問題がある。
【０００８】
例えば、特許文献１に開示された技術の場合、新品のＶリブドベルトでは、プーリ接触面であるＶリブ表面が多数の短繊維で覆われているので、短繊維がローラのような機能を果たすためにＶリブ表面の摩擦係数が低く、それによってスティックスリップの発生を防止できる。しかしながら、自動車が長期走行した後では、Ｖリブ表面の短繊維がプーリとの間の摩擦によって摩耗し、そのためにＶリブ表面におけるゴムの露出割合が多くなるに従ってその摩擦係数が上昇し、スティックスリップ異音が発生してしまう。
【０００９】
特許文献２に開示された技術の場合、微小繊維強化ゴムによりゴムの耐亀裂性や耐屈曲性は確かに優れるものとなるが、これも、自動車が長期走行した後では、プーリ接触面であるＶリブ表面におけるゴムの露出割合が多くなるに従ってその摩擦係数が上昇し、スティックスリップ異音が発生してしまう。
【００１０】
特許文献３に開示された技術の場合、新品のＶリブドベルトでは、融点４０〜８０℃のワックスが混入されたゴム組成物が用いられていることにより、その潤滑効果によりプーリ接触面であるＶリブ表面の摩擦係数が低く、それによってスティックスリップの発生を防止できる。しかしながら、自動車が長期走行した後では、ベルト温度が８０〜１１０℃に上昇するような履歴を受けることもあるため、ワックスが溶けて飛散してＶリブ表面にほとんど残らずにその摩擦係数が上昇し、スティックスリップ異音が発生してしまう。
【００１１】
上記のような自動車が長期走行した後に発生するスティックスリップ異音は、特に、ヘッドライトを点けたときやエアコンをつけたときのように補機の駆動負荷が大きく、しかも、Ｄレンジでフル加速（ＷＯＴ：Wide Open Throttle）したときのように回転変動が大きい場合に、Ｖリブドベルトへの張力変動が大きくなるためより発生しやすい。
【００１２】
また、回転変動に伴うスティックスリップ異音は、Ｖリブドベルトに負荷される張力が低いほど発生し易いという特徴がある。Ｖリブドベルトは、負荷される張力が低くて補機の駆動負荷が大きいと、動力伝達できずにスライディングスリップを起こす。そして、Ｖリブドベルトが通常の動力伝達領域である弾性スリップからスライディングスリップに移行する領域は、プーリをグリップして動力伝達するか、或いは、グリップできずにスリップするかの微妙な領域である。そのため、Ｖリブドベルトは、その領域で負荷の変動があるとそれに伴って負荷の高いときにはスリップして、逆に、負荷の低いときにはグリップし、回転変動の周期でスリップとグリップとを交互に繰り返すので、スリップした瞬間に「キャッ」という異音が断続的に繰り返されて、「キャッキャッ」という不快な断続音、つまり、スティックスリップ異音を発する。特に、ベルト組み付け方式がＶリブドベルトに所定の張力を与えてプーリを固定する固定張力方式の場合、自動車の長期走行により経時的にその張力が低下していくので、上記のスティックスリップ異音が発生し易い。
【００１３】
これに対し、本発明者らは、自動車が長期走行した後でもスティックスリップ異音を発生しないベルト仕様として、原料ゴムであるエチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）に対して繊維径２８μｍのナイロン短繊維が２５質量部混入されたゴム組成物で形成したＶリブドベルトを開発して量産を行った。その当時、このベルト仕様であれば、摩擦係数が低く且つ太径のナイロン短繊維が原料ゴム１００質量部に対して２５質量部と多量に混入されているので、自動車が長期走行した後でも、プーリ接触面であるＶリブ表面における短繊維の露出割合が多いために低摩擦係数を維持でき、それによってスティックスリップ異音の発生を防止することができた。実際に、市場でのスティックスリップ異音による不具合は激減した。なお、スティックスリップ異音を低減するという観点からは、より太径のナイロン短繊維をより多く混入させることが好ましいと考えられたが、そうすると耐屈曲疲労性が悪化することとなるため、繊維径が２８μｍ及び原料ゴム１００質量部に対する混入量を２５質量部とするのが限度であった。
【００１４】
本発明者らは、これによってスティックスリップ異音の問題は解決したと考えていた。ところが、近年、状況は一変した。
【００１５】
具体的には、自動車の燃費向上の必要性から、エンジンの直噴化や希薄燃焼化が進んだ。これらのいずれもがエンジンの回転変動を著しく増大させるものであり、そのため、スティックスリップ異音の発生原因であるＶリブドベルトへの張力変動も増大することとなった。
【００１６】
また、Ｖリブドベルトに負荷される張力が自動車の燃費に大きく影響するという新たな事実が見出された。つまり、Ｖリブドベルトに負荷される張力が大きくなると、各補機及びクランクシャフトに負荷される軸荷重が高くなり、そのためにフリクションロスが大きくなって燃費が悪くなるというのである。従って、Ｖリブドベルトに負荷される張力を低くすることによって燃費向上を図ることができる、ということとなる。従来、Ｖリブドベルトは、組み付け時に１Ｖリブ当たり１５０〜２００Ｎの張力が負荷されて、それによって自動車の長期走行後の安定張力が１Ｖリブ当たり８０〜１２０Ｎ（平均１００Ｎ）となるようにされていた。ところが、燃費の大幅な改善を図るためには、初期組み付け張力を１Ｖリブ当たり８０〜１２０Ｎとして、安定張力を１Ｖリブ当たり平均６０Ｎ（平均４０〜８０Ｎ）にしなければならないということが分かった。Ｖリブドベルトに負荷される張力が低いとスティックスリップ異音が発生し易くなるというのは上述したとおりであり、安定張力が１Ｖリブ当たり平均６０Ｎであるというのは、Ｖリブドベルトがスライディングスリップする領域に極めて近いものである。
【００１７】
このように、Ｖリブドベルトに対し、回転変動の非常に大きいエンジンで使用され且つ負荷される張力が低くても、自動車が長期走行した後に、スティックスリップ異音が発生しないこと、という新たな要求が出てきた。上記の原料ゴムであるＥＰＤＭ１００質量部に対して繊維径２８μｍのナイロン短繊維が２５質量部混入されたゴム組成物で形成したＶリブドベルトを１００時間モータリング走行させた後（自動車２万ｋｍ走行に相当と予想）、回転変動の大きいエンジンの補機駆動用ベルト伝動装置に１リブ当たり６０Ｎの張力を負荷して取り付けて走行させたところ、スティックスリップ異音が観測された。
【００１８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、回転変動の大きい自動車の補機駆動用ベルト伝動装置で使用され且つ負荷される張力が低くても、自動車が長期走行した後のスティックスリップ異音の発生が抑制されるＶリブドベルト及びそれを備えた自動車の補機駆動用ベルト伝動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の目的を達成する本発明は、各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶようにベルト内側に配設され、該複数のＶリブが接触するようにプーリに巻き掛けられて動力を伝達するＶリブドベルトであって、
上記複数のＶリブは、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーゴム１００質量部に対して融点１１０℃以上の熱可塑性樹脂が５〜５０質量部混入されたゴム組成物で形成されていることを特徴とする。
【００２０】
Ｖリブがクロロプレンゴム（ＣＲ）を原料ゴムとするゴム組成物で形成されていると、プーリ接触面であるＶリブ表面が摩擦による発熱により硬化劣化して鏡面化し、その摩擦係数が極端に上昇することから、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置での使用において、エンジンの回転変動による張力変動時に限界までプーリをグリップして一気にスリップするので、スティックスリップ異音を発生し易い。しかしながら、上記の構成によれば、Ｖリブがエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムを原料ゴムとするゴム組成物で形成されているために耐熱性が高いので、Ｖリブ表面が摩擦による発熱により硬化劣化して鏡面化することはなく、スティックスリップ異音を発生しにくい。ここで、エチレン−α−オレフィンエラストマーゴムとは、例えば、エチレン・プロピレン共重合体ゴム（ＥＰＭ）やエチレン・プロピレン・ジエンモノマー三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、或いは、それらの混合物である。
【００２１】
Ｖリブを形成するゴム組成物に熱可塑性樹脂が混入されているので、Ｖリブが摩耗しても、プーリ接触面であるＶリブ表面に露出した熱可塑性樹脂によってその摩擦係数が低く抑えられ、また、弾性スリップからスライディングスリップに移行する極限で、プーリへのグリップ状態からスリップ状態への移行時に、熱可塑性樹脂が適度に弾性変形してスムーズにその移行が行われるため、スティックスリップ異音が発生しにくい。しかも、熱可塑性樹脂の融点が１１０℃以上であるので、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置での使用時のようにベルト温度が８０〜１００℃になっても、熱可塑性樹脂が溶融して消失することがなく、その効果が長期間持続する。
【００２２】
従って、上記の構成によれば、回転変動の大きい自動車の補機駆動用ベルト伝動装置で使用され且つ負荷される張力が低くても、自動車が長期走行した後のスティックスリップ異音の発生が抑制される。
【００２３】
ここで、熱可塑性樹脂の原料ゴムに対する混入量を５質量部以上５０質量部以下とするのは、５質量部未満だと、熱可塑性樹脂による上記効果が十分に得られず、５０質量部より多いと、ベルト全体に熱可塑性樹脂を核とした欠陥が多く含まれることとなり、耐屈曲疲労性が悪いものとなるからである。
【００２４】
また、融点１１０℃以上の熱可塑性樹脂としては、例えば、融点１１０〜１４０℃のポリエチレン樹脂、融点１７６℃のポリプロピレン樹脂、融点２６５℃の６，６−ナイロン樹脂、融点２６４℃のポリエチレンテレフタレート樹脂、及び、融点３２７℃の四フッ化エチレン樹脂を挙げることができる。
【００２５】
本発明のＶリブドベルトは、上記熱可塑性樹脂の熱変形温度が８０℃以下であるものであってもよい。
【００２６】
上記の構成によれば、熱可塑性樹脂の熱変形温度が８０℃以下であって、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置での使用時におけるベルト温度（８０〜１００℃）以下であるので、グリップ状態からスリップ状態への移行時には、軟化した熱可塑性樹脂が円滑に弾性変形する。
【００２７】
ここで、熱変形温度は、ＡＳＴＭ  Ｄ−６４８において荷重１８．６ｋｇ／ｃｍ2とした条件での測定値である。
【００２８】
また、熱変形温度が８０℃以下の熱可塑性樹脂としては、熱変形温度３２〜５２℃のポリエチレン樹脂、熱変形温度６０〜７０℃のポリプロピレン樹脂、及び、熱変形温度６０〜６５℃の６，６−ナイロン樹脂を挙げることができる。
【００２９】
本発明のＶリブドベルトは、上記熱可塑性樹脂がポリエチレン樹脂であるのが最もよい。
【００３０】
上記の構成によれば、ポリエチレン樹脂は、摩擦係数が低く且つ熱変形温度が３２〜５２℃であるので、他の樹脂に比べて自動車の補機駆動用ベルト伝動装置での使用において、ベルト温度８０〜１００℃での弾性変形が大きく、グリップ状態からスリップ状態へのスムーズな移行が営まれる。また、ポリエチレン樹脂は、ポリエチレン成分を含むエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムとの親和性が高いので、良好な分散状態が得られる。
【００３１】
本発明のＶリブドベルトは、上記熱可塑性樹脂のポリエチレン樹脂が粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂であるのがより好適である。
【００３２】
上記の構成によれば、粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂は、摩擦係数が低いことに加えて耐摩耗性が非常に優れるので、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に使用され、その長期走行した後でも、プーリ接触面であるＶリブ表面に保持される。ここで、粘度平均分子量は粘度法により計測されるものである。
【００３３】
本発明のＶリブドベルトは、上記熱可塑性樹脂が粉状乃至粒状であるものであってもよい。
【００３４】
上記の構成によれば、熱可塑性樹脂が粉状乃至粒状であるので、Ｖリブを形成するゴム組成物の伸び変形を阻害して耐屈曲疲労性に悪影響が及ぶのが抑制される。
【００３５】
この場合、本発明のＶリブドベルトは、上記粉状乃至粒状の熱可塑性樹脂の粒径が２５〜３００μｍであることが好ましい。
【００３６】
熱可塑性樹脂の粒径が２０μｍ未満だと、経時的にプーリ接触面であるＶリブ表面が摩耗粉で覆われやすくなり、熱可塑性樹脂による効果が希薄となり、粒径が３００μｍより大きいと、Ｖリブを形成するゴム組成物が均一に変形せずに熱可塑性樹脂の周りに応力集中するので、耐屈曲疲労性が低いものとなってしまう。
【００３７】
本発明のＶリブドベルトは、上記複数のＶリブを形成するゴム組成物が、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーゴム１００質量部に対してベルト幅方向に配向した短繊維が３〜３０質量部混入されているものであってもよい。
【００３８】
Ｖリブを形成するゴム組成物に熱可塑性樹脂を混入させるだけでもスティックスリップ異音の発生抑制効果を奏するが、短繊維の混入との併用でさらに大きな効果が得られる。Ｖリブのプーリ溝への出入りがスティックスリップ異音の発生源である。つまり、Ｖリブがプーリ溝に噛み込む際に、Ｖリブが側圧を受けて変形してプーリ溝に食い込んで高い楔効果が奏されると、それとは逆に、Ｖリブがプーリ溝から噛み離れする際に、スティックスリップ異音が発生する。従って、Ｖリブは可能な限り側圧により変形しないことがスティックスリップ異音を防止する観点からは好ましい。これに対し、Ｖリブが側圧によって変形しないようにするためには、カーボンブラックや樹脂系の補強材を添加するという手段があるが、それではＶリブが硬くなって耐屈曲疲労性が低くなってしまう。しかしながら、上記の構成によれば、Ｖリブにベルト幅方向に配向した短繊維が混入されているので、Ｖリブの側圧に対しては高い剛性を示すものの、長さ方向の屈曲性はほとんど損なわれず、そのために、Ｖリブのプーリ溝への過大な楔効果が奏されることはなく、結果としてスティックスリップ異音が発生しにくくなる。
【００３９】
ここで、短繊維の混入量が原料ゴム１００質量部に対して３質量部未満だと、Ｖリブのベルト幅方向の剛性を十分に高くすることができず、３０質量部より多いと短繊維が均一に分散されず、そのために耐屈曲疲労性が低いものとなってしまう。
【００４０】
短繊維としては、ナイロン短繊維、メタ系アラミド短繊維、パラ系アラミド短繊維、綿短繊維等を挙げることができる。
【００４１】
この場合、本発明のＶリブドベルトは、上記短繊維がナイロン短繊維であるものが最もよい。
【００４２】
ナイロン短繊維は、Ｖリブのベルト幅方向の剛性を高めるのに加えて、それ自体の摩擦係数が低いので、摩耗した後でもプーリ接触面であるＶリブ表面に残って摩擦係数を低める効果があるからである。
【００４３】
本発明のＶリブドベルトは、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するようにポリエチレンナフタレート繊維製の心線が埋設されているものであってもよい。
【００４４】
上記の構成によれば、Ｖリブがエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムに熱可塑性樹脂が混入されたゴム組成物で形成された構成との組み合わせでスティックスリップ異音の発生防止に対して極めて大きい効果を発揮する。つまり、例えば、回転変動の大きい自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に低張力が負荷されて取り付けられたような場合、弾性スリップからスライディングスリップに移行する臨界状態に近い状態で動力伝達が行われることとなるが、ポリエチレンナフタレート繊維製の心線の方がポチエチレンテレフタレート製の心線に比べてベルト弾性率が高くなるので、張力変動時であっても、弾性スリップからスライディングスリップへの移行が簡単には進まず、結果としてスティックスリップ異音の発生が抑制される。
【００４５】
本発明の自動車の補機駆動用ベルト伝動装置は、各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶようにベルト内側に配設されたＶリブドベルトと、該Ｖリブドベルトが固定張力方式で巻き掛けられた複数のプーリと、を備えたものであって、
上記Ｖリブドベルトの上記複数のＶリブは、原料ゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマーゴム１００質量部に対して融点１１０℃以上の熱可塑性樹脂が５〜５０質量部混入されたゴム組成物で形成されており、
ベルト未走行時に、上記Ｖリブドベルトに負荷される張力が１Ｖリブ当たり５０〜８０Ｎであることを特徴とする。
【００４６】
上記の構成によれば、自動車の長期走行後でも、スティックスリップ異音の発生が抑制され、Ｖリブドベルトに負荷される張力が低いので、各プーリに負荷される軸荷重が小さく、その結果としてエンジンの低燃費が実現される。
【発明の効果】
【００４７】
以上の通り、本発明によれば、Ｖリブがエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムを原料ゴムとするゴム組成物で形成されており、また、Ｖリブを形成するゴム組成物に融点１１０℃以上の熱可塑性樹脂が混入されているので、回転変動の大きい自動車の補機駆動用ベルト伝動装置で使用され且つ負荷される張力が低くても、自動車が長期走行した後に、スティックスリップ異音が発生するのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４９】
図１は、本発明の実施形態に係るＶリブドベルトＢを示す。
【００５０】
このＶリブドベルトＢは、Ｖリブドベルト本体１０と、Ｖリブドベルト本体１０にベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された心線１６と、Ｖリブドベルト本体１０の背面側を被覆するように設けられた背面補強布１７と、を備えている。
【００５１】
Ｖリブドベルト本体１０は、エチレン−α−オレフィンエラストマーゴムを原料ゴムとし、それにカーボンブラックなどの充填材や可塑剤などのゴム配合薬品等が混入され、加熱及び加圧されて、そのうちの原料ゴム成分が有機過酸化物や硫黄によって架橋されたゴム組成物で形成されている。エチレン−α−オレフィンエラストマーゴムは、例えば、エチレン・プロピレン共重合体ゴム（ＥＰＭ）やエチレン・プロピレン・ジエンモノマー三元共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）、或いは、それらの混合物である。Ｖリブドベルト本体１０は、心線１６が埋設された接着ゴム層１１と、接着ゴム層１１の下側に設けられた圧縮ゴム層１２と、が積層されて一体となった構成となっている。
【００５２】
接着ゴム層１１は、心線１６が埋設されて張力に抗する部分であって、帯状に形成されている。
【００５３】
圧縮ゴム層１２は、ベルト内側のプーリに接触して直接的に動力を伝達する部分であって、プーリとの接触面積が広く確保されるように、ベルト長さ方向に延びる突条のＶリブ１３がベルト幅方向に並列して形成されている。
【００５４】
圧縮ゴム層１２を形成するエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムを原料ゴムとしたゴム組成物には、カーボンブラック等に加えて、融点が１１０℃以下で且つ熱変形温度８０℃以下（ＡＳＴＭ  Ｄ−６４８において荷重１８．６ｋｇ／ｃｍ2とした条件）である熱可塑性樹脂１５が分散するように混入されている。この熱可塑性樹脂１５は、原料ゴム１００質量部に対して５〜５０質量部混入されている。また、この熱可塑性樹脂１５は、粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂である。さらに、この熱可塑性樹脂１５は、粒径が２５〜３００μｍである粉状乃至粒状である。
【００５５】
圧縮ゴム層１２を形成するゴム組成物には、ベルト幅方向に配向した短繊維１４も分散するように混入されている。この短繊維１４は、原料ゴム１００質量部に対して３〜３０質量部混入されている。また、この短繊維１４は、ナイロン短繊維である。Ｖリブ１３表面に露出した短繊維１４は、Ｖリブ１３表面から突出している。さらに、この短繊維１４は、繊維長が０．２〜３．０ｍｍである。
【００５６】
心線１６は、ポリエチレンナフタレート繊維（以下「ＰＥＮ」という。）の撚り糸で構成されている。心線１６には、Ｖリブドベルト本体１０に対する接着性を付与するために、成形加工前にレゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液（以下「ＲＦＬ水溶液」という）に浸漬した後に延伸して加熱する延伸熱固定処理及びゴム糊に浸漬した後に乾燥させる処理が施されている。心線１６を構成するＰＥＮ繊維の撚り糸は、モノフィラメント径が１０〜４０μｍで、トータル４０００〜８０００ｄｔｅｘの構成であって、例えば、撚り係数が７００である１１００ｄｔｅｘ／２×３のような諸撚り構成を有する（撚り係数は１０ｃｍ長さ当たりの撚り数にデニール数の平方根を乗じたものである。）。また、ＰＥＮ繊維の撚り糸は、延伸熱固定処理及びゴム糊による処理前のＪＩＳ  Ｌ１０１７「化学繊維タイヤコード試験方法」に基づく乾熱時収縮応力が０．２〜０．５ｃＮ／ｄｔｅｘであり、延伸熱固定処理及びゴム糊による処理後の乾熱時収縮応力が０．３〜０．７ｃＮ／ｄｔｅｘである。
【００５７】
背面補強布１７は、経糸及び緯糸からなる平織り等の織布で構成されている。背面補強布１７には、Ｖリブドベルト本体１０に対する接着性を付与するために、成形加工前にＲＦＬ水溶液に浸漬して加熱する処理及びＶリブドベルト本体１０側となる表面にゴム糊をコーティングして乾燥させる処理が施されている。
【００５８】
以上の構成のＶリブドベルトＢでは、Ｖリブ１３がエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムを原料ゴムとするゴム組成物で形成されているために耐熱性が高いので、Ｖリブ１３表面が摩擦による発熱により硬化劣化して鏡面化することはなく、スティックスリップ異音を発生しにくい。
【００５９】
本ＶリブドベルトＢでは、Ｖリブ１３を形成するゴム組成物に熱可塑性樹脂１５が混入されているので、Ｖリブ１３が摩耗しても、プーリ接触面であるＶリブ１３表面に露出した熱可塑性樹脂１５によってその摩擦係数が低く抑えられ、しかも、弾性スリップからスライディングスリップに移行する極限で、プーリへのグリップ状態からスリップ状態への移行時に、熱可塑性樹脂１５が適度に弾性変形してスムーズにその移行が行われ、その結果スティックスリップ異音の発生を抑制することができる。しかも、熱可塑性樹脂１５は、摩擦係数が低く且つ熱変形温度が３２〜５２℃のポリエチレン樹脂であるので、他の樹脂に比べて自動車の補機駆動用ベルト伝動装置での使用において、ベルト温度８０〜１００℃での弾性変形し易く、グリップ状態からスリップ状態へのスムーズな移行が営まれる。また、その熱可塑性樹脂１５が粘度平均分子量５０万以上の超高分子量ポリエチレン樹脂であるので、摩擦係数が低いことに加えて耐摩耗性が非常に優れ、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に使用され、自動車が長期走行した後でも、超高分子量ポリエチレン樹脂がプーリ接触面であるＶリブ１３表面に保持される。さらに、熱可塑性樹脂１５の超高分子量ポリエチレン樹脂が粉状乃至粒状であるので、Ｖリブ１３を形成するゴム組成物の伸び変形を阻害して耐屈曲疲労性に悪影響が及ぶのが抑制される。また、そこポリエチレン樹脂は、ポリエチレン成分を含むエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムとの親和性が高いので、良好な分散状態が得られる。
【００６０】
本ＶリブドベルトＢでは、熱可塑性樹脂１５の融点が１１０℃以上であるので、自動車の補機駆動用ベルト伝動装置で使用された場合のようにベルト温度が８０〜１００℃になっても、熱可塑性樹脂１５が溶融して消失することがなく、その効果を長期間持続させることができる。
【００６１】
本ＶリブドベルトＢでは、圧縮ゴム層１２にベルト幅方向に配向した短繊維１４が混入されているので、Ｖリブ１３の側圧に対しては高い剛性を示すものの、長さ方向の屈曲性はほとんど損なわれず、そのために、Ｖリブ１３のプーリ溝への過大な楔効果が奏されることはなく、結果としてスティックスリップ異音を発生しにくすることができる。しかも、その短繊維１４がナイロン短繊維であるので、Ｖリブ１３のベルト幅方向の剛性を高めるのに加えて、それ自体の摩擦係数が低く、摩耗した後でもプーリ接触面であるＶリブ１３表面に残って摩擦係数を低める効果が得られる。
【００６２】
本ＶリブドベルトＢでは、ＰＥＮ製の心線１６を用いた構成と圧縮ゴム層１２がエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムに熱可塑性樹脂１５が混入されたゴム組成物で形成された構成との組み合わせでスティックスリップ異音の発生防止に対して極めて大きい効果を得ることができる。つまり、回転変動の小さい自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に低張力が負荷されて取り付けられたような場合、弾性スリップからスライディングスリップに移行する臨界状態に近い状態で動力伝達が行われることとなるが、ＰＥＮ製の心線１６の方がポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のものに比べてベルト弾性率が高くなるので、張力変動時であっても、弾性スリップからスライディングスリップへの移行が簡単には進まず、結果としてスティックスリップ異音の発生を抑制することができる。
【００６３】
なお、上記構成では、熱可塑性樹脂１５としてポリエチレン樹脂を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、耐摩耗性の優れるナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ樹脂）等であってもよい。また、上記構成では、短繊維１４としてナイロン短繊維を用いたが、特にこれに限定されるものではなく、高強度のパラ系アラミド短繊維、耐摩耗性の優れるメタ系アラミド短繊維、綿短繊維等であってもよい。
【００６４】
次に、上記のように構成されたＶリブドベルトＢの製造方法について簡単に説明する。      
【００６５】
ＶリブドベルトＢの製造では、外周に、ベルト背面を所定形状に形成する成形面を有する内金型と、内周に、ベルト内面を所定形状に形成する成形面を有するゴムスリーブとが用いられる。
【００６６】
まず、内金型の外周を、接着剤を付着させる処理を施した織布の背面補強布１７で被覆した後、その上に、接着ゴム層１１の背面側部分を形成するための未架橋ゴムシートを巻き付ける。
【００６７】
次いで、その上に、接着剤を付着させる処理を施したＰＥＮ製の撚り糸の心線１６をスパイラル状に巻き付けた後、その上に、接着ゴム層１１の内面側部分を形成するための未架橋ゴムシートを巻き付け、さらにその上に、圧縮ゴム層１２を形成するための未架橋ゴムシートを巻き付ける。このとき、圧縮ゴム層１２を形成するための未架橋ゴムシートとして、原料ゴムのエチレン−α−オレフィンエラストマーゴムにカーボンブラックなどの充填材や可塑剤などのゴム配合薬品の他、熱可塑性樹脂１５及び巻き付け周方向に配向した短繊維１４を混入したものを用いる。なお、各未架橋ゴムシートを巻き付ける際には、それぞれ、巻付方向両端部同士は、重ね合わせないで突付けとする。
【００６８】
しかる後、内金型上の成形体にゴムスリーブを套嵌してそれを成形釜にセットし、内金型を高熱の水蒸気などにより加熱すると共に、高圧をかけてゴムスリーブを半径方向内方に押圧する。このとき、ゴム成分が流動すると共に架橋反応が進行し、心線１６及び背面補強布１７のゴムへの接着反応も進行する。そして、これによって、筒状のベルトスラブが成形される。
【００６９】
そして、内金型からベルトスラブを取り外し、それを長さ方向に数個に分割した後、それぞれの外周を研磨してＶリブ１３を形成する。
【００７０】
最後に、分割されて外周にＶリブ１３が形成されたベルトスラブを所定幅に幅切りし、それぞれの表裏を裏返すことによりＶリブドベルトＢが得られる。
【００７１】
図２は、ＶリブドベルトＢを用いた自動車エンジンにおける固定レイアウト方式の補機駆動用ベルト伝動装置２０のレイアウトを示す。
【００７２】
この補機駆動用ベルト伝動装置２０のレイアウトは、最上位置のオルタネータプーリ２１と、オルタネータプーリ２１の左斜め下方に配置されたクランクシャフトプーリ２２と、クランクシャフトプーリ２２の右方に配置されたエアコンプーリ２３と、エアコンプーリ２３の左斜め上方及びオルタネータプーリ２１の左斜め下方に配置されたウォーターポンププーリ２４と、により構成されている。これらのうち、平プーリであるウォーターポンププーリ２４以外は全てＶリブプーリである。そして、ＶリブドベルトＢは、Ｖリブ１３側が接触するようにオルタネータプーリ２１に巻き掛けられ、次いで、Ｖリブ１３側が接触するようにクランクシャフトプーリ２２及びエアコンプーリ２３に順に巻き掛けられ、さらに、ベルト背面が接触するようにウォーターポンププーリ２４に巻き掛けられ、最後にオルタネータプーリ２１に戻るように設けられている。ＶリブドベルトＢのベルト未走行時に負荷される張力は、組み付け時から経時的に低下した後（例えば、自動車で２万〜４万ｋｍ走行後）には一定値を推移する。このときの張力を安定張力とすると、この補機駆動用ベルト伝動装置の安定張力は１Ｖリブ当たり５０〜８０Ｎである。
【００７３】
この補機駆動用ベルト伝動装置によれば、自動車の長期走行後でも、スティックスリップ異音の発生がなく、ＶリブドベルトＢに負荷される張力が低いので、各プーリに負荷される軸荷重が小さく、その結果としてエンジンの低燃費が実現される。
【実施例】
【００７４】
Ｖリブドベルトについて行った試験評価について説明する。
【００７５】
（試験評価用ベルト）
以下の例１〜８のＶリブドベルトを作成した。
【００７６】
＜例１＞
ゴム成分である原料ゴムとしてＥＰＤＭを用い、このＥＰＤＭ１００質量部に対し、カーボンブラック５０質量部、パラフィン系オイルの軟化剤１４質量部、酸化亜鉛５質量部、ステアリン酸１質量部、老化防止剤３質量部、架橋剤としての硫黄１．５質量部、加硫促進剤４質量部及びナイロン短繊維２０質量部を配合してなるゴム組成物により圧縮ゴム層を形成した上記実施形態と同様の構成のＶリブドベルトを例１とした。
【００７７】
＜例２＞
ポリエチレン樹脂粉をＥＰＤＭ１００質量部に対して２質量部配合したゴム組成物により圧縮ゴム層を形成したことを除いて例１と同一構成のＶリブドベルトを例２とした。
【００７８】
＜例３＞
ポリエチレン樹脂粉をＥＰＤＭ１００質量部に対して５質量部配合したゴム組成物により圧縮ゴム層を形成したことを除いて例１と同一構成のＶリブドベルトを例３とした。
【００７９】
＜例４＞
ポリエチレン樹脂粉をＥＰＤＭ１００質量部に対して１０質量部配合したゴム組成物により圧縮ゴム層を形成したことを除いて例１と同一構成のＶリブドベルトを例４とした。
【００８０】
＜例５＞
ポリエチレン樹脂粉をＥＰＤＭ１００質量部に対して２０質量部配合したゴム組成物により圧縮ゴム層を形成したことを除いて例１と同一構成のＶリブドベルトを例５とした。
【００８１】
＜例６＞
ポリエチレン樹脂粉をＥＰＤＭ１００質量部に対して４０質量部配合したゴム組成物により圧縮ゴム層を形成したことを除いて例１と同一構成のＶリブドベルトを例６とした。
【００８２】
＜例７＞
ポリエチレン樹脂粉をＥＰＤＭ１００質量部に対して６０質量部配合したゴム組成物により圧縮ゴム層を形成したことを除いて例１と同一構成のＶリブドベルトを例７とした。
【００８３】
＜例８＞
ゴム成分である原料ゴムとしてクロロプレンゴムを用い、このクロロプレンゴム１００質量部に対し、カーボンブラック５０質量部、可塑剤５質量部、酸化亜鉛５質量部、ステアリン酸１質量部、老化防止剤３質量部、酸化マグネシウム４質量部及びナイロン短繊維２０質量部を配合してなるゴム組成物により圧縮ゴム層を形成したことを除いて例１と同一構成のＶリブドベルトを例８とした。
【００８４】
なお、例１〜８の各ゴム組成物の配合は表１にも示す。
【００８５】
（試験評価方法）
＜実機試験＞
図３は、Ｖリブドベルトの劣化を促進させるために用いられる劣化促進用ベルト走行試験機３０のプーリレイアウトを示す。
【００８６】
この劣化促進用ベルト走行試験機３０は、上下に配設されたプーリ径１２０ｍｍの大径のＶリブプーリ（上側が従動プーリ、下側が駆動プーリ）３１と、それらの上下方向中間に設けられたプーリ径７０ｍｍのアイドラプーリ３２と、その右方に配されたプーリ径４５ｍｍの小径のＶリブプーリ３１とからなる。アイドラプーリ３２及び小径のＶリブプーリ３１は、ベルト巻き付け角度が９０°となるように位置付けられている。
【００８７】
まず、例１〜８のそれぞれのＶリブドベルト（６Ｖリブ仕様でベルト周長１２１０ｍｍ：６ＰＫ１２１０）Ｂについて、Ｖリブ側が接触するように３つのＶリブプーリ３１に巻き掛けると共にベルト背面が接触するようにアイドラプーリ３２に巻き掛け、且つ、１１１７Ｎのセットウェイトが負荷されるように小径のＶリブプーリ３１を右側方に引っ張ると共に、大径のＶリブプーリ３１に８．８２６ｋＷの負荷をかけた状態で、雰囲気温度８５±５℃の下、駆動プーリである下側のＶリブプーリ３１を４９００ｒｐｍの回転速度で回転させてＶリブドベルトＢを１００時間走行させた。
【００８８】
次に、走行させた各ＶリブドベルトＢを、図２に示すのと同様のレイアウトの直列３気筒エンジンの補機駆動用ベルト伝動装置に所定張力を負荷するように取り付け、且つ、オルタネータプーリ２１に６０Ａの電流が発生するような負荷をかけると共に、エアコンプーリ２３が吐出能力２０００ｒｐｍ当たり１．４７ＭＰａであるコンプレッサーを取り付けた状態で、ＷＯＴ（Wide Open Throttle）状態の運転を実行し（クランクシャフトの回転数８００ｒｐｍ）、そのときの音特性を０：音無、１：微少、２：小、３：中、４：大及び５：過大として主観評価を行った。評価は、ＶリブドベルトＢに負荷される張力を１Ｖリブ当たり６０Ｎ、４５Ｎ及び３０Ｎのそれぞれとした場合について行った。
【００８９】
＜台上試験＞
図４は、Ｖリブドベルトの屈曲疲労性を試験評価するために用いられる多軸屈曲ベルト走行試験機４０のプーリレイアウトを示す。
【００９０】
この多軸屈曲ベルト走行試験機４０は、上下に配設されたプーリ径４５ｍｍのＶリブプーリ（上側が従動プーリ、下側が駆動プーリ）４１と、それらの上下方向中間の右側に上下に配設されたプーリ径５０ｍｍのアイドラプーリ４２と、それらの上下方向中間の右方に設けられたプーリ径４５ｍｍのＶリブプーリ４１とからなる。
【００９１】
例１〜８のそれぞれのＶリブドベルト（３Ｖリブ仕様でベルト周長１２１０ｍｍ：３ＰＫ１２１０）Ｂについて、Ｖリブ側が接触するように３つのＶリブプーリ４１に巻き掛けると共にベルト背面が接触するように２つのアイドラプーリ４２に巻き掛け、且つ、５８８．４Ｎのデッドウェイトが負荷されるように最上位置のＶリブプーリ４１を上方に引っ張った状態で、駆動プーリである最下位置のＶリブプーリ４１を５１００ｒｐｍの回転速度で回転させてＶリブドベルトＢをＶリブにクラックが発生するまで走行させ、それまでのベルト走行時間を計測した。
【００９２】
（試験評価結果）
試験結果を表１、図５及び６に示す。
【００９３】
【表１】
2006144988.tif 000003
【００９４】
表１及び図５によれば、Ｖリブドベルトに負荷される張力を１Ｖリブ当たり６０Ｎ、４５Ｎ及び３０Ｎのいずれにした場合であっても、圧縮ゴム層にポリエチレン樹脂粉を混入した例２〜７は、圧縮ゴム層にポリエチレン樹脂粉を混入していない例１及びＣＲ仕様の例８に比較して、異音の発生抑制効果が高いことが分かる。
【００９５】
また、例２〜７の間で比較すると、ポリエチレン樹脂粉の混入量がＥＰＤＭ１００質量部に対して５〜６０質量部である例３〜７は、混入量が２質量部である例２に比較して、異音の発生抑制効果が著しく高いことが分かる。
【００９６】
表１及び図６によれば、圧縮ゴム層にポリエチレン樹脂粉を混入させた例２〜７は、ポリエチレン樹脂粉の混入量が多くなるに従って耐屈曲疲労性能が低くなっているのが分かる。ポリエチレン樹脂粉の混入量がＥＰＤＭ１００質量部に対して２質量部である例２は、ポリエチレン樹脂粉を混入していない例１と同等の耐屈曲疲労性能を有する。ポリエチレン樹脂粉の混入量がＥＰＤＭ１００質量部に対して４０質量部である例６は、ＣＲ仕様の例８と同等の耐屈曲疲労性能を有する。ポリエチレン樹脂粉の混入量がＥＰＤＭ１００質量部に対して６０質量部である例７は、他のものに比較して著しく耐屈曲疲労性能が低い。
【００９７】
以上のことから、異音の発生抑制効果と耐屈曲疲労性とのバランスを考慮すれば、ポリエチレン樹脂粉の混入量をＥＰＤＭ１００質量部に対して２質量部よりも多く且つ６０質量部よりも少なくするのがよい。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明は、各々がベルト長さ方向に延びるように形成された複数のＶリブがベルト幅方向に並ぶようにベルト内側に配設され、それら複数のＶリブが接触するようにプーリに巻き掛けられて動力を伝達するＶリブドベルト、及び、それを用いた自動車の補機駆動用ベルト伝動装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の実施形態に係るＶリブドベルトの斜視図である。
【図２】補機駆動用ベルト伝動装置のプーリレイアウトを示す図である。
【図３】劣化促進用ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。
【図４】多軸屈曲試験用ベルト走行試験機のプーリレイアウトを示す図である。
【図５】例１〜８のＶリブドベルトの音特性を示す棒グラフである。
【図６】例１〜８のＶリブドベルトの屈曲耐久寿命を示す棒グラフである。
【符号の説明】
【０１００】
Ｂ  Ｖリブドベルト
１０  Ｖリブドベルト本体
１１  接着ゴム層
１２  圧縮ゴム層
１３  Ｖリブ
１４  短繊維
１５  熱可塑性樹脂
１６  心線
１７  背面補強布
２０  補機駆動用ベルト伝動装置
２１  オルタネータプーリ
２２  クランクシャフトプーリ
２３  エアコンプーリ
２４  ウォーターポンププーリ
３０  劣化促進用ベルト走行試験機
３１，４１  Ｖリブプーリ
３２，４２  アイドラプーリ
４０  多軸屈曲ベルト走行試験機
【図１】
2006144988.tif 000004
【図２】
2006144988.tif 000005
【図３】
2006144988.tif 000006
【図４】
2006144988.tif 000007
【図５】
2006144988.tif 000008
【図６】
2006144988.tif 000009