(57)【要約】【課題】ベルトを高速走行させたとしても遠心張力は低く抑えることができ、なおかつブロックの破損によるベルトの寿命を大きく延長することができ、高負荷伝動ベルトとして要求されている条件を高いレベルで満足できる高負荷伝動ベルトを提供する。【解決手段】センターベルト３ａ、３ｂと複数のブロック２とからなる高負荷伝動ベルトであって、ブロック２が熱可塑性樹脂とＰＡＮ系炭素繊維からなっており、配合量は前記熱可塑性樹脂１００質量部に対し、前記ＰＡＮ系炭素繊維からなる補強材が１５〜８０質量部であるとしている。またＰＡＮ系炭素繊維の弾性率は２８０〜７００ＧＰａとする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
心体をエラストマー中に埋設したセンターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックが熱可塑性樹脂と、弾性率が２８０〜７００ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維からなる補強材とを主成分とし、前記熱可塑性樹脂１００質量部に対し、前記ＰＡＮ系炭素繊維からなる補強材が１５〜８０質量部であることを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【請求項２】
熱可塑性樹脂が芳香環と長鎖ジアミンを有する構造からなるポリアミド樹脂である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項３】
熱可塑性樹脂がポリアミド４６である請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項４】
熱可塑性樹脂１００質量部に対してテトラポット状酸化亜鉛ウィスカを２〜５０質量部の割合で配合した請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項５】
熱可塑性樹脂１００質量部に対してグラファイトを２〜７０質量部の割合で配合した請求項１〜４記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項６】
熱可塑性樹脂１００質量部に対してフッ素系樹脂を２〜７０質量部の割合で配合した請求項１〜５記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項７】
熱可塑性樹脂１００質量部に対して二硫化モリブデンを２〜７０質量部の割合で配合した請求項１〜６記載の高負荷伝動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、張力帯の長手方向に沿って所定ピッチでブロックを固定した高負荷伝動ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ベルト式無段変速装置に使用するベルトは、プーリのＶ溝幅を変えることによってプーリに巻きかかる有効径を変化させ変速比を調節する様な変速プーリに巻き掛けて使用するものであり、プーリからの側圧が大きくなるのでベルトは大きな側圧に耐えるものでなくてはならない。また、無段変速の用途以外にも通常のゴムベルトでは寿命が短くなりすぎるような高負荷伝動の用途には特別に高負荷に耐えうるようなベルトを用いる必要がある。
【０００３】
そのようなベルトとして使用されるものの中に、センターベルトにブロックを固定してベルト幅方向の強度を高めた引張伝動式の高負荷伝動ベルトがあり、具体的な構成としては、心線をゴムなどのエラストマー中に埋設したセンターベルトにボルトやリベットなどの止着材を用いてセンターベルトに使用しているエラストマーよりも比較的硬質のエラストマーからなるブロックを止着固定したものがある。
【０００４】
ブロックとしては、アルミニウムなど金属製の心材の表面に樹脂を被覆したものが提案されている（特許文献１）。しかしながらニーズの多様化により、負荷は多少低めであるものの回転数が高く、かつプーリ径が小さいといったものがある。金属製の心材を有するブロックは心材の分が重量増となることは避けられず、ベルトを高速で走行させると、遠心張力が上がってベルトが早期に破損するといった問題があった。
【０００５】
そこで心材を用いない樹脂材のみからなるブロックを用いたベルトが提案されている。特許文献２にはポリアミド４６（ナイロン４６）などの熱可塑性樹脂に対してＰＡＮ系炭素繊維とウィスカを配合することによって補強し、心材を埋設していなくとも側圧に対抗でき、しかも軽量であることからベルト走行中の遠心張力が小さくベルトの破損も防止できるといったことが記載されている。
【０００６】
更に、特許文献３にはポリアミド樹脂としてポリアミド９Ｔ（ナイロン９Ｔ）を用いることによって、心材を用いることなく軽量化を図っており、なおかつ強度的にも更に優れている高負荷伝動ベルトが記載されている。
【０００７】
また、特許文献２および３に各種のウィスカを配合することが記載されているものである。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−７３１４９号公報
【特許文献２】
特開２００１−３１１４５３号公報
【特許文献３】
特開２００２−１９５３５１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように金属製の心材を用いないことによってベルトは軽量化されて、走行中の遠心張力は小さなものとすることがなったことより、それに起因するベルトの破損は低減することができたが、心材をなくしたことにより強度的に低下することも確かで、今度はブロックが摩耗などで破損することによってベルトが故障するといった問題がベルトの寿命を律速することとなった。
【００１０】
また、このようなブロックの要求品質としては、曲げ疲労性、耐摩耗性、耐熱性、剛性、耐衝撃性等の物性以外にもプーリを摩耗させないようにすることも大切な要素である。
【００１１】
そこで、本発明は、前記問題点に鑑みなされたものであり、ブロック重量を軽くし、高速回転した場合であっても、十分な強度を有するとともに、優れた耐摩耗性を有しており高負荷伝動ベルトとして要求されている条件を高いレベルで満足できる引張伝動式の高負荷伝動ベルトを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記のような目的を達成するために本発明の請求項１では、心体をエラストマー中に埋設したセンターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックが熱可塑性樹脂と、弾性率が２８０〜７００ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維からなる補強材とを主成分とし、前記熱可塑性樹脂１００質量部に対し、前記ＰＡＮ系炭素繊維からなる補強材が１５〜８０質量部であることを特徴とする。
【００１３】
このように弾性率が極めて高いＰＡＮ系炭素繊維を熱可塑性樹脂内に配合することによって、金属製の心材を用いなくともブロックの物性を十分に向上させるとともに耐摩耗性を大幅に向上させることができるので、ベルトを高速走行させたとしても遠心張力は低く抑えることができ、なおかつブロックの破損によるベルトの寿命を大きく延長することができる。
【００１４】
請求項２では熱可塑性樹脂が芳香環と長鎖ジアミンを有する構造からなるポリアミド樹脂である高負荷伝動ベルトとしている。
【００１５】
熱可塑性樹脂として高い靭性を有するとともに強度の高いポリアミド９Ｔを用いることによって、ブロックの物性としては更に高いものとなるのでより寿命の長いベルトとすることができる。
【００１６】
請求項３では熱可塑性樹脂がポリアミド４６である高負荷伝動ベルトとしており、ポリアミド４６は、結晶性樹脂であり、これら熱可塑性樹脂の中でも高温での曲げ剛性及び耐疲労強度に優れ、これに炭素繊維を補強材として添加することで、これらの特性が一層向上するものである。さらに、ポリアミド４６によるブロックを用いたベルトはプーリに掛架して走行させたときに、プーリを摩耗させる量が少ないので、プーリ摩耗による走行不安定の原因となるのを回避することができる。
【００１７】
請求項４では、熱可塑性樹脂１００質量部に対してテトラポット状酸化亜鉛ウィスカを２〜５０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルトとしている。
【００１８】
酸化亜鉛ウィスカは高比重、高剛性であるため、ブロックがプーリに突入する時の振動を低減させ、ベルト騒音を低くすることができる。また、酸化亜鉛ウィスカを添加することで、摩擦係数が安定するため、耐摩耗性が一層向上する。更に酸化亜鉛ウィスカが、テトラポット形状の立体的形状をしているため、炭素繊維の配向が減少し、成形時の反りや成形収縮の異方性が改善され、寸法精度が向上する。
【００１９】
請求項５では、熱可塑性樹脂１００質量部に対してグラファイトを２〜７０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルトとしており、請求項６ではポリテトラフルオロエチレン樹脂を２〜７０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルト、そして請求項７では二硫化モリブデンを２〜７０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルトとしている。
【００２０】
グラファイト、フッ素系樹脂、二硫化モリブデンを所定量配合することによって、ブロックの潤滑性を向上させることができブロックとプーリとの摩擦によるブロックの摩耗やプーリ表面の摩耗といった問題を解消することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
【００２２】
図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す斜視概略図であり、図２は側面図である。本発明の高負荷伝動ベルト１は、エラストマー４内に心線５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、このセンターベルト３ａ、３ｂに係止固定されている複数のブロック２とから構成されている。このブロック２の両側面２ａ、２ｂは、プーリのＶ溝と係合する傾斜のついた面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されているセンターベルト３ａ、３ｂを引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝動している。
【００２３】
ブロック２は、図１、図２に示すように、上ビーム１１および下ビーム１２と、上下ビーム１１、１２の中央部同士を連結したピラー１３からなっており、ブロック２の両側面２ａ、２ｂには一対のセンターベルト３ａ、３ｂを嵌めこむ溝１４、１５が形成されている。また、溝１５内の溝上面１６および溝下面１７にはセンターベルト３ａ、３ｂの上面に設けた凹条部１８と下面に設けた凹条部１９に係合する凸条部２０、２１に係合するようになっている。
【００２４】
また本発明ではブロック２として用いられる素材として、熱可塑性樹脂１００質量部に対して、弾性率が２８０〜７００ＧＰａの範囲のＰＡＮ系炭素繊維を１５〜８０質量部配合した材料からなっている。
【００２５】
ＰＡＮ系炭素繊維はそもそも弾性率が高くて補強効果の高い繊維であるが、そのなかでも特に弾性率が２８０〜７００ＧＰａと高いものを用いることによって、本発明のような高負荷伝動ベルトのブロックとして用いる場合にも十分に耐えうる素材を提供することができる。弾性率が２８０ＧＰａ未満であるとブロックの耐側圧性はある程度得られるものの耐摩耗性に関しては不足気味になり、７００ＧＰａを超えると弾性率の高いものにしても耐側圧性や耐摩耗性の向上はあまり見られずコスト的に高いものとなるので好ましくない。
【００２６】
ＰＡＮ系炭素繊維はポリアミド樹脂などの熱可塑性樹脂と相性が良く、また、その長さは１〜５ｍｍのものが好ましい。１ｍｍ未満であると、ブロックの補強が十分になされず、また、５ｍｍを越えると、樹脂との混練が困難になること、また、混練時に折れて短くなってしまうので好ましくない。ＰＡＮ系炭素繊維が１５質量部よりも少ない場合は補強性が不十分であり、ブロック２の強度が不足してしまう。また、８０質量部を越えると、硬度は上がるが、靭性が低下し、曲げ疲労性や耐衝撃性が低下するとともにプーリとの接触時に発生するノイズも大きくなる等、騒音性も悪化し、そもそも配合することが困難になるので好ましくない。
【００２７】
また、熱可塑性樹脂としては、ポリアミド４６（ナイロン４６）、ポリアミド９Ｔ（ナイロン９Ｔ）、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルサルフォン、ポリアミドイミド等が挙げられる。なかでも、ポリアミド４６もしくはポリアミド９Ｔを使用することが好ましい。ポリアミド４６は、結晶性樹脂であり、これら熱可塑性樹脂の中でも高温での曲げ剛性及び耐疲労強度に優れ、後述する炭素繊維を補強材として添加することで、これらの特性が一層向上するものである。また、射出成形が可能となることから、ブロックの製作を容易に行うこともできるようになる。さらに、ナイロン４６によるブロックを用いたベルトはプーリに掛架して走行させたときに、プーリを摩耗させる量が少ないので、プーリ摩耗による走行不安定の原因となるのを回避することができ、プーリの交換も少なくて済む。
【００２８】
ここで、ブロック２に用いられるポリアミド９Ｔとはナイロン９Ｔとも呼ばれ、芳香環と長鎖ジアミンを有するポリアミドで、ノナンジアミンとテレフタル酸の重縮合により製造され、一般式が化１であらわされるものである。
【００２９】
【化１】
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【００３０】
ポリアミド９Ｔ（ナイロン９Ｔ）は芳香族と高級脂肪族鎖を有していることから、ポリアミド６Ｔ（ナイロン６Ｔ）の持つ耐熱性、低吸水性を有している。また、ホモポリマーで結晶化度が高いため、結晶化度の低いポリアミド６Ｔ（ナイロン６Ｔ）などと比較するとポリアミド４６（ナイロン４６）と同様に耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性に優れている。従って、本材料を使用することにより、耐摩耗性、耐衝撃性、耐疲労性、熱時の曲げ剛性などの物性に優れていると共に、吸水性などの問題もないブロックを得ることができるものである。ポリアミド９Ｔの商品の例としては株式会社クラレの「ジェネスタ」を挙げることができる。もちろん、熱可塑性樹脂なのでブロックの射出成形が可能となることから、ブロックの作成を容易に行うことができるようになる。
【００３１】
また、熱可塑性樹脂１００質量部に対して２〜５０質量部の範囲でテトラポット状酸化亜鉛ウィスカを配合することもできる。
【００３２】
酸化亜鉛ウィスカは、テトラポット状に四方に手が延びた立体的形状をしている。この酸化亜鉛ウィスカは、これ単独でも耐熱性、耐摩耗性に優れたものであるが、前述のようにテトラポット状の立体的形状をしているため、炭素繊維とともに配合すると、炭素繊維の配向が抑制され、成形時のそりや成形収縮の異方性が改良される。さらに、このように炭素繊維の配向を低減できるため、ブロック２の靭性、曲げ剛性等の強度についての異方性も低減することができ、かつ、摩擦係数が安定するため、耐摩耗性が向上する。また、酸化亜鉛ウィスカは、高比重、高剛性であるため、プーリとの接触時の振動を低減でき、ノイズの発生を小さくすることができる。なお、この酸化亜鉛ウィスカを、前述の熱可塑性樹脂１００質量部に対して、その添加量が２質量部よりも少ない場合は、添加した効果が発現せず、５０質量部を越えて添加した場合は、混練できず、成形することが困難となる。テトラポット状の酸化亜鉛ウィスカとしては松下アムテック社のパナテトラ（商標）をあげることができる。
【００３３】
なお、これらの他に、グラファイト、フッ素系樹脂、二硫化モリブデンから選ばれてなる少なくとも一つを混入することによってもブロック２の潤滑性を向上させることができ、これらはそれぞれ熱可塑性樹脂１００質量部に対して２〜７０質量部の範囲で配合することが好ましい。２質量部未満であると後述する帯磨耗性の向上や摩擦係数を下げる効果が乏しく、７０質量部を超えると配合が困難になるので好ましくない。
【００３４】
フッ素系樹脂としては、ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化エチレンプロピレンエーテル（ＰＦＰＥ）、４フッ化エチレン６フッ化プロピレン共重合体（ＰＦＥＰ）、ポリフッ化アルコキシエチレン（ＰＦＡ）等が挙げられる。
【００３５】
グラファイトを配合することによって、グラファイトがプーリに移着してアブレシブ摩耗を減少させることができ耐摩耗性を向上させることができる。また摩擦係数を下げることができるので摩擦係数の調整することができる。
【００３６】
フッ素樹脂を配合するとグラファイトと同様にプーリに移着して、アブレシブ摩耗を減少させることができ、耐摩耗性を向上させることができる。グラファイトよりも効果は薄いものの摩擦係数を下げることができるので、摩擦係数を調整することができる。そして、グラファイトに比べると配合することによる物性の低下が少ないという利点がある。
【００３７】
二硫化モリブデンを配合することでやはりプーリに移着してアブレシブ摩耗を減少させ耐摩耗性を向上させることができる。また、摩擦係数を下げる効果があり摩擦係数の調整を行うことができる。グラファイトと比べると温度や湿度の影響を受けにくいというメリットもある。
【００３８】
センターベルト３ａ、３ｂのエラストマー４として使用されるものは、クロロプレンゴム、天然ゴム、ニトリルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、水素化ニトリルゴムなどの単一材またはこれらを適宜ブレンドしたゴムあるいはポリウレタンゴム等が挙げられる。そして、心線５としてはポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ガラス繊維、スチールワイヤ等から選ばれたロープが用いられる。また、心線５はロープをスパイラル状に埋設したもの以外にも、上記の繊維の織布、編み布や金属薄板等を使用することもできる。
【００３９】
【実施例】
次に、表１に示すような配合で本発明の高負荷伝動ベルトに用いるブロックを作製し、摩耗試験を行ってブロックの摩擦係数と試験片の摩耗量を測定した。摩耗試験に使用した試験機は高千穂式摩擦摩耗試験機であり、試験条件は圧力：１０ＭＰａ、速度０．２ｍ／ｓ、時間５０ｈｒ、測定サンプル：ブロック（ピッチ幅２５ｍｍ、板厚３ｍｍ）とした。
【００４０】
また試験に用いた素材は、ポリアミド９Ｔはクラレ社のジェネスタ、ポリアミド４６はＤＪＥＰ社のＳｔａｎｙｌ、酸化亜鉛ウィスカは松下アムテック社のパナテトラＷＺ−０５１１、炭素繊維（弾性率２３５ＧＰａ）は東邦テナックス社のＨＴＡ−Ｃ６、炭素繊維（弾性率３４５ＧＰａ）は東邦テナックス社のＨＭ−３５である。
【００４１】
【表１】
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【００４２】
表１の結果から、弾性率が３４５ＧＰａと高いＰＡＮ系炭素繊維を用いることによって、２３５ＧＰａと比較的弾性率の低いものを用いるよりもブロックの摩耗量が少なくなっていることから耐摩耗性に優れているということがわかる。また、熱可塑性樹脂の中でもポリアミド６６よりもポリアミド４６やポリアミド９Ｔを用いることによって摩耗量は少なくなっており、やはり耐摩耗性に優れることがわかる。さらに酸化亜鉛ウィスカを配合することによっても耐摩耗性を向上させることができることがわかる
【００４３】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、心体をエラストマー中に埋設したセンターベルトと、該センターベルトの長手方向に沿って所定ピッチで設けた複数のブロックとからなる高負荷伝動ベルトにおいて、前記ブロックが熱可塑性樹脂と、弾性率が２８０〜７００ＧＰａのＰＡＮ系炭素繊維からなる補強材とを主成分とし、前記熱可塑性樹脂１００質量部に対し、前記ＰＡＮ系炭素繊維からなる補強材が１５〜８０質量部であることを特徴とする。
【００４４】
このように弾性率が極めて高いＰＡＮ系炭素繊維を熱可塑性樹脂内に配合することによって、金属製の心材を用いなくともブロックの物性を十分に向上させることができるとともに耐摩耗性を大幅に向上させることができるので、ベルトを高速走行させたとしても遠心張力は低く抑えることができ、なおかつブロックの破損によるベルトの寿命を大きく延長することができる。
【００４５】
請求項２では熱可塑性樹脂が芳香環と長鎖ジアミンを有する構造からなるポリアミド樹脂である高負荷伝動ベルトとしている。
【００４６】
熱可塑性樹脂として高い靭性を有するとともに強度の高いポリアミド９Ｔを用いることによって、ブロックの物性としては更に高いものとなるのでより寿命の長いベルトとすることができる。
【００４７】
請求項３では熱可塑性樹脂がポリアミド４６である高負荷伝動ベルトとしており、ポリアミド４６は、結晶性樹脂であり、これら熱可塑性樹脂の中でも高温での曲げ剛性及び耐疲労強度に優れ、これに炭素繊維を補強材として添加することで、これらの特性が一層向上するものである。さらに、ポリアミド４６によるブロックを用いたベルトはプーリに掛架して走行させたときに、プーリを摩耗させる量が少ないので、プーリ摩耗による走行不安定の原因となるのを回避することができる。
【００４８】
請求項４では、熱可塑性樹脂１００質量部に対してテトラポット状酸化亜鉛ウィスカを２〜５０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルトとしている。
【００４９】
酸化亜鉛ウィスカは高比重、高剛性であるため、ブロックがプーリに突入する時の振動を低減させ、ベルト騒音を低くすることができる。また、酸化亜鉛ウィスカを添加することで、摩擦係数が安定するため、耐摩耗性が一層向上する。更に酸化亜鉛ウィスカが、テトラポット形状の立体的形状をしているため、炭素繊維の配向が減少し、成形時の反りや成形収縮の異方性が改善され、寸法精度が向上する。
【００５０】
請求項５では、熱可塑性樹脂１００質量部に対してグラファイトを２〜７０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルトとしており、請求項６ではポリテトラフルオロエチレン樹脂を２〜７０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルト、そして請求項７では二硫化モリブデンを２〜７０質量部の割合で配合した高負荷伝動ベルトとしている。
【００５１】
グラファイト、フッ素系樹脂、二硫化モリブデンを所定量配合することによって、ブロックの潤滑性を向上させることができブロックとプーリとの摩擦によるブロックの摩耗やプーリ表面の摩耗といった問題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。
【図２】本発明に係る高負荷伝動ベルトの側面図である。
【符号の説明】
１    高負荷伝動ベルト
２    ブロック
３ａ  センターベルト
３ｂ  センターベルト
４    エラストマー
５    心体
６    上面
７    下面
１１  上ビーム部
１２  下ビーム部
１３  センターピラー
１４  嵌合溝
１５  嵌合溝
１８  凸条部
１９  凸条部
２０  溝条部
２１  溝条部
【図１】
2004286079.tif 000005
【図２】
2004286079.tif 000006