(57)【要約】【課題】ブロックに用いる素材としてフェノール樹脂に炭素繊維を配合すると共に硫酸バリウムを配合していることから、炭素繊維を配合したことにより向上させたブロックの曲げ強度などの物性を低下させることなく、摩擦係数を上げることができると共に安定させたベルトを提供する。【解決手段】センターベルト３ａ、３ｂをブロック２に設けた嵌合溝１４、１５に嵌合挿入することによってブロック２をセンターベルト３ａ、３ｂに固定する高負荷伝動ベルトにおいて、該ブロック２を構成する樹脂材料はフェノール樹脂と炭素繊維と硫酸バリウムからなり、炭素繊維を１０〜５０質量％および硫酸バリウムを５〜２０質量％配合したものとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センターベルトと、該センターベルトにベルト長手方向に所定ピッチで設けた複数のブロックとからなり、センターベルトをブロックに設けた溝に嵌合挿入することによってブロックをセンターベルトに固定する高負荷伝動ベルトにおいて、該ブロックを構成する樹脂材料は少なくともフェノール樹脂と炭素繊維と硫酸バリウムからなり、炭素繊維を１０〜５０質量％および硫酸バリウムを５〜２０質量％配合したことを特徴とする高負荷伝動ベルト。
【請求項２】
チタン酸カリウム繊維を５〜２０質量％配合した請求項１記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項３】
カシューダスト５〜２０質量％を配合した請求項１〜２記載の高負荷伝動ベルト。
【請求項４】
グラファイト５〜２０質量％を配合した請求項１〜３記載の高負荷伝動ベルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エラストマー製のセンターベルトと耐側圧性を補強するブロックからなり、自動車や農機具などの無段変速や特に大きなトルクを伝える用途に用いる高負荷伝動ベルトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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】
このような引張伝動式の高負荷伝動ベルトに用いるブロックの要求品質としては、上記のように摩擦伝動において高負荷の伝動を目的としているために、曲げ疲労性、耐摩耗性、耐熱性、剛性、耐衝撃性等の性質をバランス良く保有する必要がある。さらに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。
【０００５】
このような高負荷伝動ベルトとして、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されているようなものがある。このベルトは、ブロックとプーリの接触する部分が、フェノール系樹脂成分に炭素繊維とアラミド繊維を配合してブロックの衝撃強度や曲げ強度の物性を向上させて、ブロックを長持ちさせてベルトの寿命を延ばそうとしたものである。
【０００６】
その他として、特許文献３に開示されているようなものがある。このベルトは、ブロックとプーリの接触する部分が、フェノール系樹脂成分にゴム成分が添加された樹脂成形材料からなっているものである。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−７４９３５号公報
【特許文献２】特開平８−１４３６８２号公報
【特許文献３】特開昭６３−３４３４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このようなベルトにより、ブロックの曲げ強度などの物性を高めることができて、ベルトを走行させた場合にでもベルトの寿命を延ばすことができるものであるが、炭素繊維を配合することによってブロックの摩擦係数が下がりすぎてしまう傾向があり、プーリとの間でのスリップ率が大きくなってしまうという問題があった。
【０００９】
また、ゴム分を配合した樹脂材料を用いていると摩擦係数を高めることはできるが、ブロックの曲げ強度に関しては低下してしまう上に摩擦係数が不安定になってしまうといった問題も起きてくる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、フェノール樹脂に対して炭素繊維を加えて補強する配合をベースとして、更にブロックの摩擦係数を高め、なおかつブロックの物性を低下させることなく摩擦係数の安定性も確保するために、センターベルトと、該センターベルトにベルト長手方向に所定ピッチで設けた複数のブロックとからなり、センターベルトをブロックに設けた溝に嵌合挿入することによってブロックをセンターベルトに固定する高負荷伝動ベルトにおいて、該ブロックを構成する樹脂材料は少なくともフェノール樹脂と炭素繊維と硫酸バリウムからなり、炭素繊維を１０〜５０質量％および硫酸バリウムを５〜２０質量％配合したものとしている。また、チタン酸カリウム繊維を５〜２０質量％配合したもの、カシューダスト５〜２０質量％を配合したもの、そしてグラファイト５〜２０質量％を配合した高負荷伝動ベルトとしている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の高負荷伝動ベルトでは、ブロックに用いる素材としてフェノール樹脂に炭素繊維を配合すると共に硫酸バリウムを配合していることから、炭素繊維を配合したことにより向上させたブロックの曲げ強度などの物性を低下させることなく、摩擦係数を上げることができると共に摩擦係数を安定させることもできる。
【００１２】
また、チタン酸カリウム繊維を配合することによって耐摩耗性を向上させることができ、カシューダスト、グラファイトを配合することによって摩擦係数を調整することができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
センターベルトと、該センターベルトにベルト長手方向に所定ピッチで設けた複数のブロックとからなり、センターベルトをブロックに設けた溝に嵌合挿入することによってブロックをセンターベルトに固定する高負荷伝動ベルトにおいて、該ブロックを構成する樹脂材料はフェノール樹脂と炭素繊維と硫酸バリウムからなり、炭素繊維を１０〜５０質量％および硫酸バリウムを５〜２０質量％配合したものである。
【実施例１】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ本発明を具体的に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係る高負荷伝動ベルト１の一例を示す要部斜視図であり、図２は同じく要部側面図である。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。
【００１６】
ブロック２は、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。
【００１７】
本発明ではブロック内に例えばアルミ合金などからなるインサート材を埋設したブロックに適用することもできるし、インサート材を埋設していない樹脂材のみからなるブロックでもどちらでも用いることができる。
【００１８】
本発明ではブロックの樹脂として、フェノール樹脂を主体とし、少なくとも炭素繊維と硫酸バリウムを配合した樹脂組成物を用いており、炭素繊維が１０〜５０質量％の割合で、硫酸バリウムは５〜２０質量％の割合で配合したものである。炭素繊維を配合することによって曲げ強度や耐摩耗性といった物性を向上させることができ、高トルクを伝達するベルトとして十分な物性を得ることができる。ただし、摩擦係数が低くなりすぎてスリップ率が高くなってしまうという問題があり、本発明では硫酸バリウムを５〜２０質量％配合することによってブロックの強度を低下させることなく摩擦係数を上げることができベルト走行時のスリップ率を低下させることができるので摩耗量が低下する。また、摩擦係数を一定の範囲で安定させることができる効果もある。
【００１９】
炭素繊維の配合量が２０質量％未満であると強度が不足しプーリからの側圧によってブロックが撓みセンターベルトとの間にがたつきが発生するなどの問題が発生するので好ましくない。１００質量％を超えるとフェノール樹脂への配合が困難になってきたり成形性が悪くなったりするので好ましくない。
【００２０】
硫酸バリウム以外にもチタン酸カリウム繊維を５〜２０質量％の範囲で配合することによって耐摩耗性を向上させ摩耗量を減らすことができる。グラファイトを５〜２０質量％の範囲で配合した樹脂とすることによってブロック側からプーリ側へグラファイトが移着して、ブロックの摩耗量を減らすことができる。またカシューダストを２〜５０質量％の範囲で配合することによって摩耗量やブロックの強度を変化させることなく摩擦係数を上げることができる。カシューダストとはカシューナッツの殻から採った油分を炭化させたものである。
【００２１】
硫酸バリウムの配合量が５質量％未満であると摩擦係数を上げる効果が少なく耐摩耗性もあまり向上させることができない。２０質量％を超えて配合すると成形性が悪くなるので好ましくない。グラファイトの配合量が５質量％未満であると、やはりブロックの摩耗量を減らす効果が得られず、２０質量％を超えると強度が大きく低下するので好ましくない。またカシューダストの配合量が５質量％未満であると摩擦係数を上げることができず、２０質量％を超えて配合すると成形性が悪くなるので好ましくない。
【００２２】
なお、これらの他に、二硫化モリブデン、グラファイト、フッ素系樹脂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る。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。
【００２３】
ブロック５中にインサート１３を埋設したものの場合インサート１３としては、ブロックの耐側圧性や曲げ剛性を持たせる部分となるものであり、素材としてはマグネシウムの含有率が９０％以上のマグネシウム合金、アルミ合金、セラミックス、セラミックスとアルミニウムとの複合材料、炭素繊維強化樹脂や鉄などの素材が挙げられる。
【００２４】
耐側圧性や曲げ剛性を持たせるという面では金属材料が好ましく、金属材料の中では例えばアルミ合金の弾性率が７０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が２．８であるのに対し、鉄は弾性率が２２０００ｋｇｆ／ｍｍ２で比重が７．８であり、強度的には鉄が高いといえるが、高速で回転するベルトにとって、ベルト重量は寿命に大きく影響を与えるため軽量化の面で有利なマグネシウム合金やアルミ合金、特にマグネシウム合金を用いることが好ましい。
【００２５】
マグネシウム合金としては、マグネシウム含有量が９０％以上より好ましくは９４〜９８％のものを用いることができ、ＡＺ３１、ＡＺ６１、ＡＺ９１Ｄなどを挙げることができる。添加する合金成分はアルミニウム、スカンジウム、イットリウム、ランタンなどの希土類、マンガン、シリコン、タングステン、亜鉛などを挙げることができ、特に限定されるものではないが、強度的に優れていることからアルミニウム、亜鉛、シリコンなどを添加したものを用いることが好ましい。
【００２６】
また、マグネシウム合金を用いることによって振動エネルギーの吸収特性にも優れており、ベルトの騒音を低減する効果も得られ、ベルト走行中にプーリから繰り返し衝撃を受けたとしてもブロックの破断などにつながりにくい。また、走行時には高温になり停止時には低温になるといった温度変化に対しても寸法の変化が少なく安定した走行を提供することができる。
【００２７】
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、心体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、心体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、編布や金属薄板等を使用することもできる。
【００２８】
また、ブロック２の下ビームは屈曲を許容しベルトがプーリに巻きかかることができるようにしなければならず、ベルト走行方向の前後面の少なくともいずれか一方に傾斜面を設けている。傾斜面を設けることによってブロック同士が緩衝することなくベルトが屈曲することができる。
【００２９】
次に、本発明の実施例および比較例となるベルトに用いるブロックを作成し、摩耗試験を行ってブロックの曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。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。
【００３０】
（実施例１）
フェノール樹脂４０質量部に対して炭素繊維２７質量部、硫酸バリウム１０質量部、チタン酸カリウム繊維１２質量部、グラファイト８質量部配合した樹脂組成物からなるブロックを作成し、曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。
【００３１】
（実施例２）
フェノール樹脂５２質量部に対して炭素繊維２７質量部、硫酸バリウム１０質量部、グラファイト８質量部配合した樹脂組成物からなるブロックを作成し、曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。
【００３２】
（実施例３）
フェノール樹脂５２質量部に対して炭素繊維２７質量部、硫酸バリウム１０質量部、チタン酸カリウム繊維１２質量部、カシューダスト８質量部、グラファイト８質量部配合した樹脂組成物からなるブロックを作成し、曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。
【００３３】
（比較例１）
フェノール樹脂７０質量部に対して炭素繊維２７質量部を配合した樹脂組成物からなるブロックを作成し、曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。
【００３４】
（比較例２）
フェノール樹脂５０質量部に対して炭素繊維２７質量部、チタン酸カリウム繊維１２質量部、グラファイト８質量部を配合した樹脂組成物からなるブロックを作成し、曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。
【００３５】
（比較例３）
フェノール樹脂６２質量部に対して炭素繊維２７質量部、グラファイト８質量部を配合した樹脂組成物からなるブロックを作成し、曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。
【００３６】
（比較例４）
フェノール樹脂５２質量部に対して炭素繊維２７質量部、ＮＢＲ（ニトリルゴム）１０質量部、グラファイト８質量部を配合した樹脂組成物からなるブロックを作成し、曲げ強度と摩擦係数と摩耗量を測定した。その結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１中の実施例１、２と比較例２、３とを比べると硫酸バリウムを配合することによって摩擦係数を上げることができて同時に摩耗量を少なくすることができることがわかる。また、硫酸バリウムを配合しても強度的な低下はほとんど見られていない。
【００３９】
実施例１と実施例２とを比べるとチタン酸カリウム繊維を配合することによって摩耗量を少なくすることができることがわかる。強度的には低下することはなく若干向上している。
【００４０】
比較例同士を比べることになるが、比較例１と比較例３とを比べるとグラファイトを配合することによっても摩耗量を少なくすることができることがわかる。
【００４１】
実施例２と実施例３とを比べることによってカシューダストを配合することで摩耗量や強度には影響を与えることなく摩擦係数のみを向上させることができる。
【００４２】
ＮＢＲを配合すると、摩擦係数を向上させることはできるが、摩耗量が大幅に増えてしまい、曲げ強度についても大きく低下するということがわかる。
【００４３】
以上により、本発明の樹脂組成を採用することによって適度な摩擦係数を有していると共に耐摩耗性に優れており強度的にも優れたブロックとすることができて、性能、寿命共に優れた高負荷伝動ベルトを得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
ベルトに装着したブロックの複数方向の撓みをを抑えて割れを防止することができ、自動車や自動二輪車、農業機械の無段変速装置など、プーリの有効径が変化し大きなトルクを伝達するようなベルトとして適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の高負荷伝動ベルトの要部斜視図である。
【図２】本発明の高負荷伝動ベルトの側面図である。
【符号の説明】
【００４６】
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
２２  補強桟
【図１】
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【図２】
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