JP2015169275A - 高負荷伝動用ｖベルト及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐久性を有する高負荷伝動用Ｖベルトを提供する。【解決手段】高負荷伝動用Ｖベルト１０の各ブロック１４は、センターピラー１４ｃの表層部分を含む全体積のうち２０体積％以上の部分が無機短繊維２３を１５〜８０質量％含む繊維強化樹脂で形成されている。センターピラー１４ｃの表層部分を形成する繊維強化樹脂は、無機短繊維のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維の半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として?４０?以内の配向角を有してベルト厚さ方向に配向している。【選択図】図２

Description

本明細書に開示した技術は、一対の張力帯と複数のブロックとを備えた高負荷伝動用Ｖベルト及びその製造方法に関する。

自動車等のベルト式無段変速装置に用いられる高負荷伝動用Ｖベルトとして、一対の無端状の張力帯と、それらの一対の張力帯に沿ってベルト長さ方向に並ぶように設けられた複数のブロックとを備えたものが知られている。

特許文献１には、高負荷伝動用Ｖベルトのブロックが金属製の補強部材とそれを被覆する炭素短繊維で補強された繊維強化樹脂で形成された樹脂被覆部とを有し、ブロックの両側面において炭素短繊維が縦方向に配向した構成が開示されている。

特許文献２には、高負荷伝動用Ｖベルトのブロックが補強部材を有さず、炭素繊維で強化された樹脂のみで形成された構成が開示されている。

特許文献３には、高負荷伝動用Ｖベルトのブロックが、炭素繊維を一方向に並べたものや炭素繊維の織布に樹脂を含浸させたプリプレグを積層した繊維強化樹脂で形成された構成が開示されている。

特開２０１１−２３６９９４号公報 特開２００４−３５３１号公報 特開２０１０−１３３５５１号公報

本発明の課題は、優れた耐久性を有する高負荷伝動用Ｖベルトを提供することである。

本発明の高負荷伝動用Ｖベルトは、ベルト幅方向に並ぶと共に、各々、ベルト長さ方向に延びるように設けられた一対の無端状の張力帯と、前記一対の張力帯に沿ってベルト長さ方向に並ぶように設けられていると共に、各々、ベルト厚さ方向の外周側及び内周側をそれぞれベルト幅方向に延びる外周側ビーム及び内周側ビームと、前記外周側ビーム及び前記内周側ビームの中央部間をベルト厚さ方向に延びて連結するセンターピラーとを有すると共に、前記センターピラーのベルト幅方向の両側における前記外周側ビーム及び前記内周側ビーム間に前記一対の張力帯が嵌合した複数のブロックとを備えた高負荷伝動用Ｖベルトであって、前記複数のブロックのそれぞれは、前記センターピラーの表層部分を含む全体積のうち２０体積％以上の部分が無機短繊維を１５〜８０質量％含む繊維強化樹脂で形成されており、前記センターピラーの表層部分を形成する繊維強化樹脂は、前記無機短繊維のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維の半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有する。

本発明の高負荷伝動用Ｖベルトの製造方法は、金型を用いてブロックを成形する際に、無機短繊維とマトリクス樹脂とを含む溶融させた成形材料を、一箇所以下の屈曲部を有するランナーを介して前記金型のキャビティに供給する。

本発明によれば、複数のブロックのそれぞれが、センターピラーの表層部分を含む全体積のうち２０体積％以上の部分が無機短繊維を１５〜８０質量％含む繊維強化樹脂で形成されており、また、センターピラーの表層部分を形成する繊維強化樹脂が、無機短繊維のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有するので、無機短繊維によるセンターピラーの補強効果が著しく高められ、その結果、従来に比べて非常に優れた耐久性を有する高負荷伝動用Ｖベルトを得ることができる。

図１は、実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルトの一部分の斜視図である。 図２は、実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルトのベルト幅方向の断面図である。 図３は、実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルトの側面図である。 図４は、ブロックの正面図である。 図５（ａ）は、補強部材を有するブロックの断面図であり、及び図５（ｂ）は、補強部材を有さないブロックの断面図である。 図６は、ブロックにおける無機短繊維の配向方向を示す正面図である。 図７は、ブロックの成形材料のペレットの斜視図である。 図８は、金型のランナー構造を示す図である。 図９（ａ）は、ベルト外周面を形成する部分にゲートが設けられたブロック成形用のキャビティを示す平面図であり、及び図９（ｂ）は、ベルト内周面を形成する部分にゲートが設けられたブロック成形用のキャビティを示す平面図である。 図１０（ａ）、（ｂ）は、プレス成形によるブロックの作製方法の一例を示す図である。 図１１は、プレス成形によるブロックの作製方法の他の例を説明する図である。 図１２は、高負荷伝動用Ｖベルトを試験評価するためのベルト走行試験機の構成を示す図である。

（高負荷伝動用Ｖベルト）
図１〜３は、実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルト１０を示す。この実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルト１０は、自動車のベルト式無段変速装置の他、駆動力の伝達手段として種々の機器に用いられる。

実施形態の高負荷伝動用Ｖベルト１０は、ベルト幅方向に並ぶと共に、各々、ベルト長さ方向に延びるように設けられた一対の無端状の張力帯１１と、それらの一対の張力帯１１に沿ってベルト長さ方向に並ぶように設けられた複数のブロック１４とを備える。

各張力帯１１は、熱膨張材質製の保形層１１ａとそこ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配されて埋設された心線１１ｂとを有する。

保形層１１ａは、例えば、メタクリル酸亜鉛で強化された水素化アクリロニトリル・ブタジエンゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等のゴム組成物で形成されている。

心線１１ｂは、アラミド繊維等の高強度高弾性率を示す繊維の撚り糸や組紐で構成されている。心線１１ｂには、保形層１１ａとの接着のためにＲＦＬ水溶液（レゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液）に浸漬した後に加熱する接着処理及び／又はゴム糊に浸漬した後に乾燥させる接着処理が施されている。

保形層１１ａのベルト厚さ方向の外周側は、上側帆布１３ａで被覆されていてもよい。また、保形層１１ａのベルト厚さ方向の内周側は、下側帆布１３ｂで被覆されていてもよい。これらの上側帆布１３ａ及び下側帆布１３ｂは、例えばナイロン製の織布により構成されており、保形層１１ａとの接着のためにＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する接着処理及び／又はゴム糊に浸漬した後に乾燥させる接着処理が施されている。

図４はブロック１４を示す。

ブロック１４は、ベルト厚さ方向の外周側及び内周側をそれぞれベルト幅方向に延びる上ビーム１４ａ（外周側ビーム）及び下ビーム１４ｂ（内周側ビーム）と、それらの上ビーム１４ａ及び下ビーム１４ｂの中央部間をベルト厚さ方向に延びて連結するセンターピラー１４ｃとを有し、正面視においてＨを横倒しにした形状に形成されている。そして、ブロック１４のセンターピラー１４ｃのベルト幅方向の両側における上ビーム１４ａ及び下ビーム１４ｂ間に嵌合部１５が構成され、それらの嵌合部１５に一対の張力帯１１がそれぞれ嵌合している。以上により実施形態の高負荷伝動用Ｖベルト１０は、一対の無端状の張力帯１１に、そのベルト長さ方向に沿って設けられた複数のブロック１４のそれぞれが係止固定された構成を有する。そして、ブロック１４の両側面がプーリとの接触面１６ａ，１６ｂに構成されている。上ビーム１４ａ、下ビーム１４ｂ、及びセンターピラー１４ｃのベルト厚さ方向の寸法は、それぞれ例えば約２０〜３０ｍｍ、約２０〜３０ｍｍ、及び約１０〜１６．５ｍｍ程度である。また、センターピラー１４ｃのベルト幅方向の寸法Ｗは、例えば３．６〜６．５ｍｍ程度である。

ブロック１４は、センターピラー１４ｃの表層部分を含む全体積のうち２０体積％以上の部分が無機短繊維２３を１５〜８０質量％含む繊維強化樹脂で形成されている。ここで、本出願において、「表層部分」とは、表面から深さ０．０５ｍｍ以内の部分を意味する。

繊維強化樹脂を構成するマトリクス樹脂は、ナイロン６，６樹脂やナイロン４，６樹脂等の熱可塑性樹脂であってもよいが、耐熱性の観点から熱硬化性樹脂が好ましく、ガラス転移温度（Ｔｇ）が１００℃以上の熱硬化性樹脂がより好ましい。具体的には、かかる熱硬化性樹脂として、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。

ブロック１４を形成する繊維強化樹脂を構成する熱硬化性樹脂のマトリクス樹脂は、上記に列挙したもののうちフェノール樹脂が好ましい。この場合、フェノール樹脂を構成するフェノール類としては、例えば、フェノール、ｏ−クレゾール、ｍ−クレゾール、ｐ−クレゾール、ｏ−エチルフェノール、ｍ−エチルフェノール、ｐ−エチルフェノールなどのアルキルフェノール；１−ナフトール、２−ナフトールなどのナフトール類；ヒドロキシビフェニルなどのヒドロキシアリール化合物；多価フェノールやサリチル酸などの水酸基以外の官能基を有するフェノール化合物等が挙げられる。フェノール類は、単一種で構成されていても、また、複数種で構成されていても、どちらでもよい。このように繊維強化樹脂のマトリクス樹脂がフェノール樹脂であることにより、高負荷伝動用Ｖベルト１０の高い耐熱性及び耐摩耗性を得ることができる。

ブロック１４を形成する繊維強化樹脂に含まれる無機短繊維２３としては、例えば、炭素短繊維、ガラス短繊維、チタン酸カリウムや炭酸カルシウムなどからなるウィスカ等が挙げられる。これらのうち炭素短繊維及びガラス短繊維が好ましい。無機短繊維２３は、単一種で構成されていても、また、複数種で構成されていても、どちらでもよい。

炭素短繊維は、ＰＡＮ系炭素短繊維であってもよく、また、ピッチ系炭素短繊維であってもよく、さらに、それらの併用であってもよい。炭素短繊維の繊維径は例えば５〜１５μｍである。炭素短繊維は、引張強さが２３００ＭＰａ以上であることが好ましく、切断時伸度が０．４％以上であることが好ましく、引張弾性率が２３０ＧＰａ以上であることが好ましい。

ガラス短繊維の繊維径は例えば６〜１２μｍである。炭素短繊維は、引張強さが３２００ＭＰａ以上であることが好ましく、切断時伸度が４．０％以上であることが好ましく、引張弾性率が７０ＧＰａ以上であることが好ましい。

ブロック１４を形成する繊維強化樹脂における無機短繊維２３の含有率は１５〜８０質量％であるが、無機短繊維２３による補強効果を高める観点から、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは３５質量％以上、さらに好ましくは５０質量％以上であり、また、ブロック１４の成形性の観点から、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは６０質量％以下である。

ブロック１４を形成する繊維強化樹脂には、マトリクス樹脂及び無機短繊維２３の他、スラグ繊維、岩石繊維、金属繊維等が含まれていてもよい。

ブロック１４は、図５（ａ）に示すように、上ビーム１４ａ、下ビーム１４ｂ、及びセンターピラー１４ｃに対応する部分２７ａ，２７ｂ，２７ｃを有する正面視においてＨを横倒しにした形状の補強部材２７と、補強部材２７の少なくともセンターピラー１４ｃに対応する部分２７ｃを被覆するように設けられた繊維強化樹脂で形成された樹脂被覆部２９とを有していてもよい。この場合、比重の大きい補強部材２７が占める割合が高いと、軽量化を図ることができず、また、ブロック１４が重くなるためにベルト走行時の回転による遠心力が大きくなり、プーリとの噛み合わせが悪くなって高負荷耐久性が低くなる一方、補強部材２７が占める割合が低いと、十分な補強効果が得られないことから、ブロック１４の繊維強化樹脂で形成された部分の全体積における割合は、それらのバランスの観点から、好ましくは２０〜６０体積％、より好ましくは３０〜４０体積％以上であり、また、１００体積％も好ましい。樹脂被覆部２９の厚さは、ブロック１４の部位によっても異なるが、例えば０．８〜１．５ｍｍ程度である。補強部材２７は、例えばアルミニウム合金等の金属で形成されていてもよく、また、樹脂被覆部２９とは別の繊維強化樹脂で形成されていてもよい。なお、この場合、ブロック１４は、補強部材２７全体が樹脂被覆部２９で被覆されていてもよく、また、補強部材２７のセンターピラー１４ｃ及びプーリとの接触面１６ａ、１６ｂに対応する部分を含む一部分が樹脂被覆部２９で被覆されていて残りの部分が露出していてもよい。

また、ブロック１４は、図５（ｂ）に示すように、全体積の１００体積％が繊維強化樹脂で形成されていてもよい。つまり、ブロック１４は、繊維強化樹脂のみで形成されていてもよい。

ブロック１４におけるセンターピラー１４ｃの表層部分を形成する繊維強化樹脂は、図６に示すように、無機短繊維２３のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角θを有し、ベルト厚さ方向に配向している。

高負荷伝動用Ｖベルト１０をベルト走行させた際には、ブロック１４のセンターピラー１４ｃ、とりわけセンターピラー１４ｃと上ビーム１４ａとの結合部のコーナー１７ａ、及びセンターピラー１４ｃと下ビーム１４ｂとの結合部のコーナー１７ｂにはベルト幅方向又はベルト進行方向に強い応力が作用する。これに対し、実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルト１０によれば、ブロック１４におけるセンターピラー１４ｃの表層部分を形成する繊維強化樹脂では、無機短繊維２３のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角θを有してベルト厚さ方向に配向している。そのため、無機短繊維２３の配向方向に対して垂直な方向の応力に対するセンターピラー１４ｃの補強効果が著しく高められ、センターピラー１４ｃ並びにその両端の上ビーム１４ａ及び下ビーム１４ｂとの結合部のコーナー１７ａ，１７ｂに強い応力が作用しても、ブロック１４が容易に破損することはなく、その結果、従来に比べて非常に優れた耐久性を得ることができる。

ブロック１４におけるセンターピラー１４ｃの補強効果を高める観点からは、ブロック１４におけるセンターピラー１４ｃの表層部分のみならず、センターピラー１４ｃを形成する繊維強化樹脂全体に含まれる無機短繊維２３のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角θを有していることが好ましい。また、同様の観点から、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３のうち好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上が±４０°以内の配向角θを有していることが好ましい。さらに、同様の観点から、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３のうち半数以上が±３０°以内の配向角θを有していることが好ましい。

ここで、ブロック１４におけるセンターピラー１４ｃの表層部分を形成する繊維強化樹脂に含まれる無機短繊維２３のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３の配向角θの測定及び無機短繊維２３の配向方向の判断は、次のようにして行う。

まず、Ｘ線透視装置（Ｘ線ＣＴ）を用い、ブロック１４を厚さ方向に走査するように各深さにおける５０倍に拡大した画像を撮影する。

次いで、撮影したブロック１４の表面から深さ０．０５ｍｍまでの画像において、図４に示す領域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、及びＩの合計６箇所、つまり、センターピラー１４ｃの両側部のそれぞれにおける外周部（Ｄ，Ｇ）、中央部（Ｅ，Ｈ）、及び内周部（Ｆ，Ｉ）について、直径１．８ｍｍの円内に含まれる繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３のベルト厚さ方向を基準とした配向角θを測定する。

そして、領域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、及びＩのそれぞれにおいて、配向角θが±４０°以内である無機短繊維２３の本数の割合を算出し、それらを平均して５０％以上であれば、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維２３のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角θを有し、無機短繊維２３がベルト厚さ方向に配向しているものとする。

ブロック１４を形成する繊維強化樹脂に含まれる無機短繊維２３のうち繊維長さが１ｍｍ以上の無機短繊維２３の本数の割合（以下「長繊維率」という。）は、好ましくは５％以上、より好ましくは５０％以上、さらに好ましくは６０％以上である。ここで、長繊維率は、ブロック１４を形成する繊維強化樹脂を高温で焼成して残存した無機短繊維２３から無作為に選択した１０００本の無機短繊維２３のうち繊維長さが１ｍｍ以上の無機短繊維２３の本数の割合として求めることができる。

ブロック１４を形成する繊維強化樹脂に含まれる無機短繊維２３の平均繊維長さは、無機短繊維２３による補強効果を高める観点から、好ましくは０．２５ｍｍ以上、より好ましくは０．５ｍｍ以上であり、また、成形性の観点から、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。ここで、長繊維率は、ブロック１４を形成する繊維強化樹脂を高温で焼成して残存した無機短繊維２３から無作為に選択した１０００本の無機短繊維２３の繊維長さの数平均として求めることができる。

なお、ブロック１４を形成する繊維強化樹脂には、繊維長さが１ｍｍ未満の無機短繊維２３も含まれるが、それらの無機短繊維２３は配向方向のばらつきが大きく、それらによる補強効果は等方的であることから、ブロック１４の全方向に対して高い補強効果を得ることができる。

（高負荷伝動用Ｖベルトの製造方法）
実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルト１０における張力帯１１の成形加工方法及び張力帯１１とブロック１４との組み立て方法は、例えば特許文献１に開示された公知の方法を採用することができる。

以下では、実施形態に係る高負荷伝動用Ｖベルト１０のブロック１４の成形方法について説明する。図７はペレットＰを示す図であり、図８は、金型のランナー構造を示す図である。

まず、ブロック１４の成形材料として、図７に示すように、無機短繊維２３の繊維束にマトリクス樹脂Ｒが含浸して構成されたペレットＰを準備する。無機短繊維２３を含む成形材料を用いてブロック１４を成形する場合、ブロック１４の成形時に無機短繊維２３の折損が不可避であり、それによって無機短繊維２３による補強効果が減殺されるが、かかる無機短繊維２３の繊維束にマトリクス樹脂Ｒが含浸したペレットＰをブロック１４の成形材料として用いることにより、ブロック１４の成形時における無機短繊維２３の折損を効果的に抑制することができ、それによってブロック１４を形成する繊維強化樹脂が繊維長さの長い無機短繊維２３を多く含むこととなり、その結果、無機短繊維２３による高い補強効果を得ることができる。ペレットＰの長さ、つまり、無機短繊維２３の長さは、無機短繊維２３による補強効果を高める観点から、好ましくは５ｍｍ以上、より好ましくは８ｍｍ以上であり、また、ブロック１４の成形性の観点から、好ましくは１２ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。なお、このようなペレットＰは、無機繊維の長繊維束に液状のマトリクス樹脂Ｒを含浸させた後に固化させ、それを長さ方向に一定長さで切断することにより得ることができる。

ペレットＰにおける無機短繊維２３の含有率は、ブロック１４を形成する繊維強化樹脂における無機短繊維２３の含有率と同一であることから１５〜８０質量％であり、無機短繊維２３による補強効果を高める観点から、好ましくは３０質量％以上、より好ましくは３５質量％以上、さらに好ましくは５０質量％以上であり、また、ブロック１４の成形性の観点から、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは６０質量％以下である。

次いで、成形材料のペレットＰをブロック成形機に投入して加熱することによりマトリクス樹脂Ｒを溶融させ、そのマトリクス樹脂Ｒを溶融させた成形材料Ｍを、成形型３０を型締めして形成されたブロック成形用のキャビティ３１にゲート３３から供給する。

この際に、図８に示すように、ポット（図示せず）内で溶融された成形材料Ｍは、ブロック成形機のプランジャーによってスプルー３８に注入され、ランナー３６を通ってゲート３３からキャビティ３１内へと供給される。ランナー３６を通過する成形材料Ｍに含まれる無機短繊維２３の伸長方向は、ほぼ成形材料Ｍの進行方向に平行になっている。

ここで、発明者らの検討によって、ランナー３６の屈曲部を通過する際に無機短繊維２３の折損が生じることが分かっている。そのため、本実施形態の方法においては、図８に示すように、ランナー３６の屈曲部を１箇所以下にすることにより、ブロック１４に含まれる無機短繊維２３の長さを長くしつつ、無機短繊維２３の配向性も制御しやすくなる。

また、本工程で、図９（ａ）に示すようにゲート３３がベルト外周面又は図９（ｂ）に示すようにベルト内周面を形成する部分に設けられていると、成形材料Ｍがセンターピラー１４ｃの長さに沿って一定方向にスムーズに流れるので、センターピラー１４ｃを形成する樹脂被覆部２９に含まれる無機短繊維２３をセンターピラー１４ｃの長さに沿ったベルト厚さ方向に配向させることができる。なお、ゲート３３は幅方向の中央に設けられていることが好ましいが、中央からずれた位置に設けられていてもよい。

また、キャビティ３１への成形材料Ｍの供給速度を制御することにより、センターピラー１４ｃを形成する樹脂被覆部２９に含まれる無機短繊維２３をセンターピラー１４ｃの長さに沿ったベルト厚さ方向に配向させることもでき、その供給速度を０．５ｍｍ／秒以上とすることが好ましい。

このブロック１４の成形は、トランスファー成形や射出成形で行うことができるが、トランスファー成形で行うことが好ましい。

なお、補強部材２７を有するブロック１４を成形する場合には、図９（ａ）及び（ｂ）に仮想線で示すように、成形型を型締めする前に、キャビティ３１を形成する部分に予め補強部材２７をプリセットする。

そして、成形型内において成形材料Ｍが冷却されて固化した後、型開きしてブロック１４を取り出す。取り出したブロック１４は、組み立て工程に送られるが、成形材料Ｍのマトリクス樹脂Ｒが熱硬化性樹脂の場合には、その後、ブロック１４をアフターキュア処理して繊維強化樹脂を十分に硬化させることが好ましい。アフターキュア温度は例えば１６０〜２３０℃であり、また、アフターキュア時間は例えば２〜４時間である。

なお、上記高負荷伝動用Ｖベルト１０の製造方法では、マトリクス樹脂Ｒを溶融させた成形材料Ｍを、成形型を型締めして形成されたブロック成形用のキャビティ３１にゲート３３から供給してブロック１４を成形するが、特にこれに限定されるものではない。

例えば、プレス成形を用いてブロックを成形してもよい。一例として、まず図１０（ａ）に示すように、成形型３０のゲート３３の直上に成形材料Ｍからなるタブレット５０を載置する。このタブレット５０は、多数の上述のペレットを金型で固める等により作製したものである。

次いで、図１０（ｂ）に示すように、例えば加熱した板状の押圧部材５２を用いてタブレット５０に圧力を加える。これにより、ゲート３３からキャビティ３１内へと成形材料Ｍが供給される。この方法によっても、無機短繊維２３の折損を効果的に抑えることができる。

あるいは、図１１に示すように、無機短繊維２３の繊維束にマトリクス樹脂Ｒが含浸したペレットＰを用い、センターピラー１４ｃを成形する部分に、無機短繊維２３がセンターピラー１４ｃの長さに沿ってベルト厚さ方向に配向するようにペレットＰを配置してプレス成形によりブロック１４を成形してもよい。

以上に説明した高負荷伝動用Ｖベルト１０及びその製造方法は、実施形態の１つであって、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

（高負荷伝動用Ｖベルト）
以下の実施例１〜５及び比較例１〜６の高負荷伝動用Ｖベルトを作製した。実施例１〜７に係る高負荷伝動用Ｖベルトの構成は表１にも示す。また、比較例１〜６に係る高負荷伝動用Ｖベルトの構成は表２にも示す。

＜実施例１＞
ブロックの成形材料として、無機短繊維であるＰＡＮ系炭素短繊維に所定の方法で硬化剤であるヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維束（住友ベークライト（株）製 商品名：CF9010L、繊維長さ５ｍｍ、繊維径７μｍ）を準備した。この組成は、マトリクス樹脂であるヘキサミンを含むフェノール樹脂５０質量％、無機短繊維であるＰＡＮ系炭素短繊維５０質量％であった。また、補強部材として、アルミニウム合金製で且つブロックの体積の６５体積％のものを準備し、キャビティ内にセットした。金型のランナーの屈曲部は１箇所のみとした。

そして、成形材料を成形機に投入し、マトリクス樹脂を溶融させ、１８０℃に設定された金型のスプルー及びランナーを通って、ベルト外周面を形成する部分に設けられたゲートからキャビティ内へ成形材料を流し込み加熱硬化させた。この成形品は、１９４℃×２ｈのアフターキュアを行なった。

一方、ジメタクリル酸亜鉛が添加されて強化されたＨ−ＮＢＲを用いたゴム組成物で保形層を形成し、接着処理を施したアラミド繊維の組紐で心線を構成すると共に、接着処理を施したナイロン繊維の織布で上側帆布及び下側帆布を構成した張力帯を成形した。

上記ブロック２０４個及び上記張力帯一対を用いて上記実施形態と同様の構成の高負荷伝動用Ｖベルトを作製し、それを実施例１とした。

実施例１の高負荷伝動用Ｖベルトのベルト長さは６１２ｍｍ、ベルトピッチ幅（心線位置におけるベルト幅）は２５ｍｍ、ベルト厚さは１２．８ｍｍ、及びベルト角度は２６°であり、ブロックピッチは３ｍｍ、及びブロック間の間隔は０．０５ｍｍであった。

実施例１の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックを形成する繊維強化樹脂におけるＰＡＮ系炭素短繊維の含有率は５０質量％であった。また、ブロックの繊維強化樹脂で形成された部分の全体積における割合は３５体積％であった。

実施例１の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、Ｘ線透視装置（東芝ＩＴコントロールシステム（株）製 型番：ＴＯＳＣＡＮＥＲ３０９０２μｈｄ）を用い、ブロックを厚さ方向に走査するように各深さにおける５０倍に拡大した画像を撮影した。次いで、撮影したブロックの表面から深さ０．０５ｍｍまでの画像において、図４に示す領域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、及びＩの合計６箇所のそれぞれにおける外周部（Ｄ，Ｇ）、中央部（Ｅ，Ｈ）、及び内周部（Ｆ，Ｉ）について、直径１．８ｍｍの円内に含まれる繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のベルト厚さ方向を基準とした配向角を測定した。そして、領域Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、及びＩのそれぞれにおいて、配向角が±４０°以内である無機短繊維の本数の割合を算出し、それらを平均したところ５０％以上であったことから、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有し、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向しているものと判断した。

実施例１の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックを４５０℃で５時間焼成して残存した無機短繊維から無作為に選択した１０００本の無機短繊維のうち繊維長さが１ｍｍ以上の無機短繊維の本数の割合（長繊維率）は５５．４％であった。また、そのうち最長の繊維長さ（最長繊維長）は１．４ｍｍであった。

＜実施例２＞
ブロックの成形材料として、無機短繊維であるＰＡＮ系炭素短繊維に所定の方法で硬化剤であるヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維束（住友ベークライト（株）製 商品名：CF9010L、繊維長さ１２ｍｍ、繊維径７μｍ）にヘキサミンを含むフェノール樹脂をブレンドし、無機短繊維であるＰＡＮ系炭素短繊維１５質量％となる材料を作製した。また、補強部材として、アルミニウム合金製で且つブロックの体積の６５体積％のものを準備し、キャビティ内にセットした。金型のランナーの屈曲部は１箇所のみとした。

そして、成形材料を成形機に投入し、マトリクス樹脂を溶融させ、１８０℃に設定された金型のスプルー及びランナーを通って、ベルト外周面を形成する部分に設けられたゲートからキャビティ内へ成形材料を流し込み加熱硬化させた。この成形品は、１９４℃×２ｈのアフターキュアを行なった。

実施例２の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価したところ、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有し、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向しているものと判断した。

実施例２の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ５６．７％であった。また、最長繊維長は３．６ｍｍであった。

＜実施例３＞
所定の方法で硬化剤であるヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維長さ２５ｍｍの繊維束を使ってメタノール溶剤中でフェノール樹脂分を除去し、乾燥後再ペレット化した。その組成は、ヘキサミンを含むフェノール樹脂３０質量％、ＰＡＮ系炭素短繊維が７０質量％となる材料を作製した。

次にこの材料を１００℃に加熱した円筒状の金型で圧縮し円筒状のタブレットを作製し、１８０℃に設定されたブロック金型のベルト外周面を形成する部分に設けられたゲート部分に上記タブレットを設置して、スプルー及びランナーを流動させることなくキャビティ内へ成形材料を流し込み加熱硬化させた。この成形品は、１９４℃×２ｈのアフターキュアを行なった。

実施例３の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価し、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有し、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向しているものと判断した。

実施例３の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ９４．２％であった。また、最長繊維長は２４．８ｍｍであった。

＜実施例４＞
ブロックの成形材料として、無機短繊維であるＰＡＮ系炭素短繊維に所定の方法で硬化剤であるヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維束（住友ベークライト（株）製 商品名：CF9010L、繊維長さ１２ｍｍ、繊維径７μｍ）を準備した。この組成は、マトリクス樹脂であるヘキサミンを含むフェノール樹脂５０質量％、無機短繊維であるＰＡＮ系炭素短繊維５０質量％であった。また、補強部材として、アルミニウム合金製で且つブロックの体積の８０体積％のものを準備し、キャビティ内にセットした。金型のランナーの屈曲部は１箇所のみとした。

そして、成形材料を成形機に投入し、マトリクス樹脂を溶融させ、１８０℃に設定された金型のスプル−及びランナーを通って、ベルト外周面を形成する部分に設けられたゲートからキャビティ内へ成形材料を流し込み加熱硬化させた。この成形品は、１９４℃×２ｈのアフターキュアを行なった。

実施例４の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価し、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有し、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向しているものと判断した。

実施例４の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ５．６％であった。また、最長繊維長は９．２ｍｍであった。

＜実施例５＞
ブロックの成形材料として、無機短繊維であるガラス短繊維に所定の方法で硬化剤であるヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維束（住友ベークライト（株）製 商品名：ＧF9201L、繊維長さ１２ｍｍ、繊維径１２μｍ）を準備した。この組成は、マトリクス樹脂であるヘキサミンを含むフェノール樹脂５０質量％、無機短繊維であるガラス短繊維５０質量％であった。また、補強部材として、アルミニウム合金製で且つブロックの体積の６５体積％のものを準備し、キャビティ内にセットした。金型のランナーの屈曲部は１箇所のみとした。

そして、成形材料を成形機に投入し、マトリクス樹脂を溶融させ、１８０℃に設定された金型のスプルランナー部を通って、ベルト外周面を形成する部分に設けられたゲートからキャビティ内へ成形材料を流し込み加熱硬化させた。この成形品は、１９４℃×２ｈのアフターキュアを行なった。

実施例５の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価し、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有し、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向しているものと判断した。

実施例５の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ５８．８％であった。また、最長繊維長は３．９ｍｍであった。

＜比較例１＞
実施例１のようなヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維束にヘキサミンを含むフェノール樹脂を８０質量％ブレンドしたペレットを用いたことを除いて実施例３と同様に高負荷伝動用Ｖベルトを作製し、それを比較例１とした。

比較例１の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックを形成する繊維強化樹脂におけるＰＡＮ系炭素短繊維の含有率は１０質量％であった。また、ブロックの繊維強化樹脂で形成された部分の全体積における割合は３５体積％であった。

比較例１の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価し、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有し、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向しているものと判断した。

比較例１の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ６２．２％であった。また、最長繊維長は１２．３ｍｍであった。

＜比較例２＞
実施例１のようなヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維束と補強部材として、アルミニウム合金製で且つブロックの体積の６５体積％のものを準備し、キャビティ内にセットした。金型のランナーの屈曲部を２箇所としたことを除いて実施例１と同様に高負荷伝動用Ｖベルトを作製し、それを比較例２とした。

比較例２の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックを形成する繊維強化樹脂におけるＰＡＮ系炭素短繊維の含有率は５０質量％であった。また、ブロックの繊維強化樹脂で形成された部分の全体積における割合は３５体積％であった。

比較例２の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックでは、繊維長さが１ｍｍ以上のＰＡＮ系炭素短繊維が存在しなかったため、配向性の評価を行うことができなかった。

従って、比較例２の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ０％であった。また、最長繊維長は０．８ｍｍであった。

＜比較例３＞
ブロックの体積の８２体積％の補強部材を用いたことを除いて実施例１と同様に高負荷伝動用Ｖベルトを作製し、それを比較例３とした。

比較例３の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックを形成する繊維強化樹脂におけるＰＡＮ系炭素短繊維の含有率は５０質量％であった。また、ブロックの繊維強化樹脂で形成された部分の全体積における割合は１８体積％であった。

比較例３の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価し、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有し、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向しているものと判断した。

比較例３の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ５３．３％であった。また、最長繊維長は１．６ｍｍであった。

＜比較例４＞
長さ８ｍｍのペレットを用い且つキャビティへの成形材料の供給速度を０．１ｍｍ／秒としたことを除いて実施例１と同様に高負荷伝動用Ｖベルトを作製し、それを比較例４とした。

比較例４の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックを形成する繊維強化樹脂におけるＰＡＮ系炭素短繊維の含有率は５０質量％であった。また、ブロックの繊維強化樹脂で形成された部分の全体積における割合は３５体積％であった。

比較例４の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価し、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有さず、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向していないものと判断した。

比較例４の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ６８．９％であった。また、最長繊維長は３．７ｍｍであった。

＜比較例５＞
実施例３と同様に、所定の方法で硬化剤であるヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維長さ２５ｍｍの繊維束を使ってメタノール溶剤中でフェノール樹脂分を除去し、乾燥後再ペレット化した。再ペレット化された材料の組成は、ヘキサミンを含むフェノール樹脂３０質量％、ＰＡＮ系炭素短繊維が７０質量％であった。補強部材を用いず、当該材料をキャビティへ直接投入し、加熱／プレス成形したことを除いて実施例１と同様に高負荷伝動用Ｖベルトを作製し、それを比較例５とした。

比較例５の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックを形成する繊維強化樹脂におけるＰＡＮ系炭素短繊維の含有率は７０質量％であった。また、ブロックの繊維強化樹脂で形成された部分の全体積における割合は１００体積％であった。

比較例５の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に無機短繊維の配向性を評価し、繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有さず、無機短繊維がベルト厚さ方向に配向していないものと判断した。

比較例５の高負荷伝動用Ｖベルトのブロックについて、実施例１と同様に長繊維率を求めたところ７３．９％であった。また、最長繊維長は２５．０ｍｍであった。

＜比較例６＞
ブロックの成形材料として、無機短繊維であるガラス短繊維に所定の方法で硬化剤であるヘキサミンを含有したフェノール樹脂が含浸された繊維束（住友ベークライト（株）製 商品名：GF9201L、繊維長さ１２ｍｍ、繊維径１２μｍ）を準備した。この材料を使ってメタノール溶剤中でフェノール樹脂分を除去し、乾燥後再ペレット化した。再ペレット化された材料の組成は、ヘキサミンを含むフェノール樹脂１５質量％、ガラス短繊維が８５質量％であった。補強部材を用いず、当該材料をキャビティへ直接投入し、実施例１と同様の方法で成形を試みたが、成形材料が金型のキャビティまで流動せず成形することができなかった。

（試験評価方法）
＜高負荷耐久性＞
図１２は、高負荷伝動用Ｖベルト用のベルト走行試験機４０を示す。

このベルト走行試験機４０は、プーリ径が６７．５２ｍｍの駆動プーリ４１及びプーリ径が１２８．９７ｍｍの従動プーリ４２と、それらを収容した温調可能なチャンバー４３とを有する。

実施例１〜５及び比較例１〜５のそれぞれの高負荷伝動用Ｖベルト１０について、駆動プーリ４１及び従動プーリ４２に巻き掛けると共に、従動プーリ４２に側方に３４１２Ｎのデッドウエイトを負荷してベルト張力を付与した。そして、その状態で、チャンバー４３内を９０℃の温度雰囲気とし、駆動プーリ４１を駆動トルク７４．０Ｎ・ｍ及び回転数２６００ｒｐｍで回転駆動させてベルト走行させ、定期的にベルト走行を中断して外観検査を行い、高負荷耐久性を、３００時間以上の走行時間でもブロックの破損が認められない場合を「良」と評価し、一方、走行時間が３００時間未満でブロックの破損が認められた場合を「不良」と評価した。

＜摩耗量／異音評価＞
実施例１〜５及び比較例１〜５のそれぞれの高負荷伝動用Ｖベルト１０について、上記高負荷耐久性評価のベルト走行試験における走行開始から１００時間後、ベルト走行を一旦中断し、高負荷伝動用Ｖベルト１０の所定の４箇所をＶゲージで測定し、異音の有無を判定した。そして、それぞれのベルト走行前後の減量を算出し、それらの平均値を摩耗量とした。

（試験評価結果）
試験評価の結果を表１及び２に示す。

高負荷耐久性は、実施例１〜５が「良」であったのに対し、比較例１〜５が「不良」であった。

摩耗量は、実施例１が０．２４ｍｍ、実施例２が０．３０ｍｍ、実施例３が０．２５ｍｍ、実施例４が０．２１ｍｍ及び実施例５が０．３０ｍｍであったのに対し、比較例１が０．２７ｍｍ、比較例２が０．２２ｍｍ、比較例３が０．２４ｍｍ、比較例４が０．２３ｍｍ、及び比較例５が０．２７ｍｍであった。

異音評価は、実施例１〜５及び比較例２〜５が「異音無し」であったのに対し、比較例１が「異音有り」であった。

以上の試験評価結果によれば、ブロックが、センターピラーの表層部分を含む全体積のうち２０体積％以上の部分が無機短繊維を１５〜８０質量％含む繊維強化樹脂で形成されており、且つセンターピラーの表層部分を形成する繊維強化樹脂が、無機短繊維のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有する実施例１〜５では、ブロックが、無機短繊維を１０質量％しか含まない繊維強化樹脂で形成された比較例１、センターピラーの表層部分を形成する繊維強化樹脂が、繊維長さ１ｍｍ以上の無機短繊維を含まない比較例２、全体積のうち１８体積％の部分しか繊維強化樹脂で形成されていない比較例３、並びにセンターピラーの表層部分を形成する繊維強化樹脂が、無機短繊維のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維のうち半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有さない比較例４及び５に比べて、優れた耐久性を有することが分かる。

なお、実施例１〜５では、いずれも摩耗量が０．３０ｍｍ以下と低いレベルとなっていると共に、いずれもベルト走行中に異音が生じないことが確認できた。

以上説明したように、本明細書に開示した技術は、一対の張力帯と複数のブロックとを備えた高負荷伝動用Ｖベルト及びその製造方法について有用である。

１０ 高負荷伝動用Ｖベルト
１１ 張力帯
１１ａ 保形層
１１ｂ 心線
１３ａ 上側帆布
１３ｂ 下側帆布
１４ ブロック
１４ａ 上ビーム（外周側ビーム）
１４ｂ 下ビーム（内周側ビーム）
１４ｃ センターピラー
１５ 嵌合部
１６ａ、１６ｂ 接触面
１７ａ，１７ｂ コーナー
２３ 無機短繊維
２７ 補強部材
２９ 樹脂被覆部
３０ 成形型
３１ キャビティ
３３ ゲート
４０ ベルト走行試験機
４１ 駆動プーリ
４２ 従動プーリ
４３ チャンバー
５０ タブレット
５２ 押圧部材
Ｍ 成形材料
Ｐ ペレット
Ｒ マトリクス樹脂

Claims (5)

1. ベルト幅方向に並ぶと共に、各々、ベルト長さ方向に延びるように設けられた一対の無端状の張力帯と、
   前記一対の張力帯に沿ってベルト長さ方向に並ぶように設けられていると共に、各々、ベルト厚さ方向の外周側及び内周側をそれぞれベルト幅方向に延びる外周側ビーム及び内周側ビームと、前記外周側ビーム及び前記内周側ビームの中央部間をベルト厚さ方向に延びて連結するセンターピラーとを有すると共に、前記センターピラーのベルト幅方向の両側における前記外周側ビーム及び前記内周側ビーム間に前記一対の張力帯が嵌合した複数のブロックと、
   を備えた高負荷伝動用Ｖベルトであって、
   前記複数のブロックのそれぞれは、前記センターピラーの表層部分を含む全体積のうち２０体積％以上の部分が無機短繊維を１５〜８０質量％含む繊維強化樹脂で形成されており、
   前記センターピラーの表層部分を形成する繊維強化樹脂は、前記無機短繊維のうち繊維長さが１〜２５ｍｍの無機短繊維の半数以上が、ベルト厚さ方向を基準として±４０°以内の配向角を有する高負荷伝動用Ｖベルト。
2. 請求項１に記載された高負荷伝動用Ｖベルトにおいて、
   前記複数のブロックのそれぞれは、前記外周側ビーム、前記内周側ビーム、及び前記センターピラーに対応する部分を有する補強部材と、前記補強部材の少なくとも前記センターピラーに対応する部分を被覆するように設けられた前記繊維強化樹脂で形成された樹脂被覆部と、を有する高負荷伝動用Ｖベルト。
3. 請求項１に記載された高負荷伝動用Ｖベルトにおいて、
   前記複数のブロックのそれぞれは、前記繊維強化樹脂のみで形成されている高負荷伝動用Ｖベルト。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載された高負荷伝動用Ｖベルトにおいて、
   前記無機短繊維は、炭素短繊維及びガラス短繊維のうち少なくとも一方を含む高負荷伝動用Ｖベルト。
5. 請求項１乃至４のいずれか１つに記載された高負荷伝動用Ｖベルトの製造方法であって、
   金型を用いてブロックを成形する際には、無機短繊維とマトリクス樹脂とを含む溶融させた成形材料を、一箇所以下の屈曲部を有するランナーを介して前記金型のキャビティに供給する高負荷伝動用Ｖベルトの製造方法。

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