(57)【要約】【課題】歯付ベルトの背部に使用されるゴムの摩擦係数を下げることにより、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷が防止でき、それによりエンジンの正常な動きを維持するベルトを提供する。【解決手段】背部２に心線１を埋設した歯付ベルト５に長手方向に沿って複数の歯部３を設け、歯部３表面を歯布４で被覆して形成される歯付ベルトに関し、少なくとも前記背部２に使用されるゴムに硬質多孔性炭素材料を配合する。またその配合量を５〜５０質量部とする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、少なくとも前記背部に使用されるゴムに硬質多孔性炭素材料を配合したことを特徴とする歯付ベルト。
【請求項２】
硬質多孔性炭素材料の配合量がゴム１００質量部に対して５〜５０質量部の範囲である請求項１に記載の歯付ベルト。
【請求項３】
少なくとも前記背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合した請求項１から２のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項４】
前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機過酸化物又は硫黄化合物を配合した請求項１から３のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項５】
前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部添加した請求項１から４のいずれかに記載の歯付ベルト。
【請求項６】
前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜１５質量部添加した請求項５に記載の歯付ベルト。
【請求項７】
前記歯付ベルトの背面硬度が８０度（ＪＩＳ　Ａ型硬度計）以上である請求項１から６のいずれかに記載の歯付ベルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、自動車用エンジンのカム軸又はカム軸とインジェクションポンプの駆動用、一般産業用機械の同期伝動用等に使用される歯布被覆の歯付ベルトに関するものである。特に、高負荷用ベルトに関して、耐摩耗性及び耐歯欠け性を維持しつつ、特にベルト端面損傷を防ぐ為に改善した発明に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用エンジンのカム軸、インジェクションポンプ、オイルポンプ、ウォータポンプ等を駆動する歯付ベルトは、エンジンの高出力化に伴い、ベルトへの負荷の増大及びエンジンルームのコンパクト化に伴う雰囲気温度の上昇など歯付ベルトの使用環境は近年特に厳しくなってきている為、さらなる耐久性の向上が要求されている。また、一般産業用に使用される歯付ベルトについても、射出成形機等の高負荷駆動用等取替え周期の延長を要求されている。
【０００３】
歯付ベルトの故障形態は、心線の屈曲疲労及びゴムの耐熱性不足による亀裂発生からのベルト切断と過負荷や歯布及び歯ゴムの耐熱性不足、歯布の摩耗による歯欠けに大別される。心線の屈曲疲労及びゴムの耐熱性不足によるベルト切断に対しては、心線材質、心線構成の細径化等の改良、心線処理剤の耐熱性改良が実施されている。また、ゴムの耐熱性改良についても水素添加ニトリルゴムの使用等により故障は減少している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特に、ベルトに高負荷が掛かるエンジン又は産業用駆動装置を駆動する歯付ベルトは、高負荷の為プーリ軸が撓んだり、ベルトの片寄り走行が発生しプーリフランジ等との摩擦によるベルト側面の異常摩耗及び側面の損傷による切断、歯欠けが発生し易い。
【０００５】
又、高負荷によりベルトが伸びて、オートテンショナーが作動せず、ベルトに適正な負荷が掛からなくなり、エンジンの正常な動作を妨げる現象が生じる。
【０００６】
ベルト側面摩耗、損傷、ベルトの伸びに対し、プーリ歯とかみ合う歯付ベルト表面の歯布材料に摩擦係数低減作用のあるフッ素樹脂や層状のグラファイト等を添加した処理を施すことや、心線材料の検討が実施されているが、未だに十分な改良策が見出されていない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決する為、歯付ベルトの背部に使用されるゴムの摩擦係数を下げることにより、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷が防止でき、それによりエンジンの正常な動きを維持するベルトを提供する。
【０００８】
その手段として、本発明は長手方向に沿って所定間隔で配置した複数のゴムを基材とした歯部と、心線を埋設したゴムを基材とした背部を有し、上記歯部の表面に歯布を被覆した歯付ベルトにおいて、少なくとも前記背部に使用されるゴムには硬質多孔性炭素材料が配合されたゴムを用いたことを特徴とする歯付ベルトにある。
【０００９】
請求項１に記載の発明によると、少なくとも前記背部に使用されるゴムに硬質多孔性炭素材料を配合した歯付ベルトとすることによって、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、硬質多孔性炭素材料の配合量がゴム１００質量部に対して５〜５０質量部の範囲である歯付ベルトにある。
【００１１】
請求項２に記載の発明によると、前記硬質多孔性炭素材料の配合量がゴム１００質量部に対して５〜５０質量部の範囲とすることによって、歯付ベルト背部における摩耗や損傷を防止する効果が十分に得られるとともに、加工性を阻害することがなく、また自動車用歯付ベルトとして使用可能なゴムの物性が十分に発現できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、少なくとも前記背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合した請求項１から２のいずれかに記載の歯付ベルトにある。
【００１３】
短繊維の配合量が、ゴム１００質量部に対して１質量部よりも少ない場合は、短繊維を配合する効果が小さく、２０質量部を越えて配合すると、ゴムのムーニ粘度が上がりすぎて、加工工程（練り工程で分散不良、シート圧延工程で圧延できない、表面肌が悪く厚みが出ない等）で問題となる。又、歯が精度よく形成されない等の問題がある。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機過酸化物又は硫黄化合物を配合した歯付ベルトにある。
【００１５】
請求項４に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機過酸化物又は硫黄化合物を配合したことから、背部に使用されるゴムの動摩擦係数が０．５よりも小さくできる。
【００１６】
請求項５に記載の発明は、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部添加した歯付ベルトである。
【００１７】
請求項５に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部添加した請求項１から３のいずれかに記載した歯付ベルトであることから、背部に使用されるゴムの動摩擦係数を確実に０．５よりも小さくできると共に、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜１５質量部添加した歯付ベルトにある。
【００１９】
請求項６に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜１５質量部添加した請求項４に記載の歯付ベルトにあることから、請求項６に記載の発明と同様に背部に使用されるゴムの動摩擦係数を確実に０．５よりも小さくできると共に、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、前記歯付ベルトの背面硬度が８０度（ＪＩＳ　Ａ型硬度計）以上である歯付ベルトにある。
【００２１】
請求項７に記載の発明によると、前記歯付ベルトの背面硬度が８０度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上、好ましくは８５度以上である為、応力が負荷された場合であっても、ゴムの変形を抑制することができる。この為、ベルト走行時の発熱が抑制されると共に、摩擦時の抵抗も小さくできる。これによって、ベルト走行時のベルト側面の摩耗及び損傷を小さくすることができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
図１は、本実施形態に係る歯付ベルトの全体斜視概略図である。図１において、歯付ベルト５は、長手方向に沿って所定間隔で配置した複数の歯部３と、歯部３と連続する背部２と、背部２に埋設された心線１と、歯部３の表面に被覆された歯布４とを有する構造である。背部２と歯部３は、ゴム層９で形成されたベルト本体を構成する。又、歯布４は、ベルトの長手方向に延在する緯糸７と、ベルトの幅方向に延在する経糸８とを織成して成る繊維材料を基材として構成される。
【００２４】
ここで、本発明では少なくとも前記背部に使用されるゴムには硬質多孔性炭素材料が配合されたゴム材料を用いる。
【００２５】
従来、背面の摩擦係数が大きい（動摩擦係数が０．５を超える程度）歯付ベルトの場合、スラスト力が大きくなり、軸手前にベルトが移動したままになり、それによりベルト端面の損傷が発生しベルト破損等といった問題を生じていた。
【００２６】
本発明のように硬質多孔性炭素材料を配合したゴムを用いることによって、歯付ベルト背面における摩擦係数を低減す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、上記のような問題を解消することができるものである。
【００２７】
硬質多孔性炭素材料とは、米ぬかの油脂を抜いた脱脂ぬかにフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂および水などを加えて焼成した材料であり、ＲＢセラミックス（Ｒｉｃｅ　Ｂｒａｎ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ）とも呼ばれているものである。そしてその特徴としてはビッカース硬さが平均で４〜６ＧＰａ、圧縮強度が７０〜８０ＭＰａ程度の多孔質構造であり、ゴム材料に配合することによって摩擦係数を低減させる効果があると共に耐摩耗性にも優れるといった効果を得ることができる。
【００２８】
上記ベルト背部に使用されるゴムの動摩擦係数を所定の範囲にするには、少なくとも前記背部のゴム１００質量部中には硬質多孔性炭素材料を５〜５０質量部の範囲で配合する。
【００２９】
硬質多孔性炭素材料の配合量が５質量部未満であると摩擦係数を十分に低減させることができず動摩擦係数で０．５以下にまで下げることができない。また耐摩耗性の向上も十分ではない。また配合量が５０質量部を超えるとゴムの未加硫時の成形性を阻害するといった問題があるので好ましくない。
【００３０】
ベルト本体を形成するゴム配合物の材質には特に制限はなく、使用条件に応じて適切なものが適宜選択される。自動車エンジン用及び各種エンジン用歯付ベルトの場合、耐熱性と耐油性を備えたＨ−ＮＢＲ、ＣＲ、ＣＳＭ等が使用される。一般産業用機械に用いられる歯付ベルトには、Ｈ−ＮＢＲ、ＣＲ、ＣＳＭ以外に、ＮＢＲ、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレン共重合体（ＥＰＲ）、ＳＢＲ、イソプロピレンゴム（ＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）、フッ素ゴム、シリコンゴム等何れの場合も使用可能である。このような歯付ベルトの場合、図１で説明した歯布の使用が有効である。
【００３１】
歯布４の緯糸、経糸８等を形成する繊維材料の材質としては、それぞれナイロン、アラミド、ポリエステル、ポリベンゾオキサゾール、綿等の何れか又はこれらの組み合わせが採用できる。繊維の形態は、フィラメント糸及び紡績糸の何れでも良く、単独組成の撚糸又は混撚糸、混紡糸の何れであっても良い。また、織成構成は綾織り、繻子織り、平織り等何れであっても良い。
【００３２】
背部２のゴム層９には、このゴム層９を構成するゴム１００質量部に対して１〜２０質量部の短繊維１７が配合されている。ここで、短繊維１７には、摩擦時に低温で溶融しにくい高融点、又は融点を持たない綿、ビニロン、アラミド、無機繊維等が好ましい。その長さは５ｍｍ以下であることが好ましい。繊維長が５ｍｍを越える場合は、ゴムをカレンダー又は押し出し機等で圧延シート状にする時に、配向し易く、ベルトになった場合に、屈曲により早期にクラックが発生し易い。また、短繊維の配向方向は、ベルト幅方向が好ましいが、ベルト長さ方向の配向であってもよい。短繊維の配合量が１質量部より少ないと、短繊維を配合した効果が現れず、一方短繊維の量が２０質量部より多くなると、ゴムのムーニ粘度が上昇し加工（練り工程で分散不良、シート圧延工程で圧延できない、表面肌が悪く厚みが出ない等）できない、歯形を精度良く形成できない等の問題がある。
【００３３】
前記ベルト背面硬度は少なくとも８０度以上、好ましくは８５度以上（ＪＩＳＡ）である。背面硬度を少なくとも８０度以上とする為には、ゴム配合物としては、Ｈ−ＮＢＲを使用する、又はＨ−ＮＢＲに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部、或いは５〜１５質量部添加する。不飽和カルボン酸金属塩の量が５質量部未満であるとゴム硬度が所定の硬度にならず、一方４０質量部を越えるとゴム硬度が大きくなりすぎ、ベルト剛性が高くなり、屈曲疲労性に劣りベルト寿命が短くなる。
【００３４】
また上記の水素化ニトリルゴムとしては、耐熱性の観点から水素添加率が少なくとも９０％以上であることが必要であり、９２〜９８％が好適である。そしてこの水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を配合することによって、モジュラス（引張弾性率）や硬度を高めるようにしているものであり、モジュラス（引張弾性率）や切断伸度、さらに高い引き裂き強度や硬度を確保する為には、上記のように水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部配合することが望ましい。或いは、５〜１５質量部混合する場合には、短繊維をポリマー成分１００に対して１〜２０質量部配合することが必要となる。
【００３５】
上記心線３としては、５〜９μｍのＥガラス又は高強度ガラスのフィラメント、或いは０．５〜２．５デニールのパラ系アラミド繊維のフィラメントを撚り合わせ、ＲＦＬ液、エポキシ溶液、イソシアネート溶液とゴムコンパウンドとの接着剤で処理された撚りコードが使用される。
【００３６】
また、ゴムの中には通常ベルトの材料として配合されるような既知の配合剤を配合することはなんら差し支えない。その例としてはカーボンブラック、炭酸カルシウムなどの無機充填材が挙げられる。例えば前記カーボンブラックの配合量は、ゴムのポリマー１００質量部に対し１０〜５０質量部が好ましい。
【００３７】
カーボンブラックの量が１０質量部より少なくなると、必要なゴム物性が出現しない。又、練り工程では、練りゴムがばらばらになる。また、未加硫ゴム強度が弱くシート状にすると圧延ゴムが薄くなり、最悪シートが切れてしまう等の問題がある。さらに圧延工程では、練りゴムがロールに巻き付かない現象が生じたり、シーティングできないような状況となる。一方、カーボンブラックの量が５０質量部を越えると練りゴムのムーニ粘度が上昇し、ゴムを加工できない等の問題が発生する。
【００３８】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、少なくとも前記背部に使用されるゴムに硬質多孔性炭素材料を配合した歯付ベルトとすることによって、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができるという効果がある。
【００３９】
請求項２に記載の発明によると、前記硬質多孔性炭素材料の配合量をゴム１００質量部に対して５〜５０質量部とすることによって、摩擦係数を十分に下げることができるとともに耐摩耗性も向上し、また、動車用歯付ベルトとして使用可能なゴムの物性が十分に発現できるという効果がある。
【００４０】
請求項３に記載の発明によると、少なくとも前記背部のゴム層に短繊維を１〜２０質量部配合することによって、ベルトレイアウト上でベルト背面と接触するアイドラー又はテンショナープーリ表面との摩擦係数を低減させ、ベルト側面と走行中接触するプーリフランジとの摩擦時の応力を緩和させ、側面の摩耗、損傷を防ぐことができるという効果が有る。
【００４１】
請求項４に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩と有機過酸化物又は硫黄化合物を配合したことから、背部に使用されるゴムの動摩擦係数が０．５よりも小さくできるという効果がある。
【００４２】
請求項５に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して１５〜４０質量部添加した請求項１から３のいずれかに記載した歯付ベルトであることから、背部に使用されるゴムの動摩擦係数を確実に０．５よりも小さくできると共に、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができるという効果がある。
【００４３】
請求項６に記載の発明によると、前記ゴムが水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を総ポリマーに対して５〜１５質量部添加した請求項４に記載の歯付ベルトにあることから、請求項６に記載の発明と同様に背部に使用されるゴムの動摩擦係数を確実に０．５よりも小さくできると共に、高負荷下で発生するベルト背面の亀裂、損傷及びベルトのプーリフランジ部への移動によるベルトの端面摩耗、損傷を防止することができるという効果がある。
【００４４】
請求項７に記載の発明によると、前記歯付ベルトの背面硬度が８０度（ＪＩＳＡ型硬度計）以上、好ましくは８５度以上である為、応力が負荷された場合であっても、ゴムの変形を抑制することができる。この為、ベルト走行時の発熱が抑制されると共に、摩擦時の抵抗も小さくできる。これによって、ベルト走行時のベルト側面の摩耗及び損傷を小さくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る歯付ベルトの全体斜視概略図である。
【符号の説明】
１　心線
２　背部
３　歯部
４　歯布
５　歯付ベルト
７　緯糸
８　経糸
９　ゴム層
【図１】
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