JP3009427B2 - 歯付きベルト - Google Patents

歯付きベルト

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JP3009427B2
JP3009427B2 JP2156520A JP15652090A JP3009427B2 JP 3009427 B2 JP3009427 B2 JP 3009427B2 JP 2156520 A JP2156520 A JP 2156520A JP 15652090 A JP15652090 A JP 15652090A JP 3009427 B2 JP3009427 B2 JP 3009427B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、例えば自動車のオーバーヘッドカム（OH
C）軸の駆動に用いられる歯付きベルトに関し、特に耐
久性に優れ、過酷な条件下での高寿命化を可能とした歯
付きベルトに関する。
（従来の技術） 歯付きベルトは、平ベルト・Ｖベルト等とは異なり、
滑りがないために伝動効率が高く、また、ギヤ、チェー
ン等の伝動装置に比べると、騒音がきわめて小さいとい
う利点を有している。このため、歯付きベルトは、最近
では自動車のオーバーヘッドカム（OHC）軸の同期駆動
用に用いられる等、その利用が拡大されつつある。
通常、歯付きベルトは、第１図に示すように、ゴム等
の弾性体により一体的に形成された背面部１および歯部
２と、プーリとの摩擦による摩耗を防止すべく、歯部２
および相隣する歯部２間の歯底部５表面を覆う歯布３
と、該歯部３と接触するように背面部１内を長手方向に
挿通する複数の心線４、４、…とにより構成される。
このような構成の歯付きベルトは、例えば自動車のOH
C軸の同期駆動に用いられる。OHC軸駆動のために用いら
れる歯付きベルトは、高温下において、高負荷で、かつ
高速にて走行される。特に、最近は、自動車エンジンの
高出力化が図られているために、歯付きベルトは、一
層、高速にて走行され、エンジンルーム内も、一層、高
温になる。このような状態で、歯付きベルトが使用され
ると、ベルトは底部を覆う歯布は、プーリに接触するこ
とにより摩耗が促進されると同時に、高温にさらされる
ことにより劣化が促進される。歯付きベルトが多数のプ
ーリに巻き掛けられている場合には、その歯付きベルト
は多屈曲状態で走行される。OHC軸駆動用の歯付きベル
トは、高温下で使用されるため、背面部１および歯部２
を構成するゴム等の弾性体は老化が激しくクラックが発
生しやすい。歯付きベルトは高負荷でしかも高速で走行
されるため、プーリと接触する歯布３は摩耗が激しく、
歯布３に、クラック、せん断等が発生しやすい。同様
に、プーリと噛合する歯部２にも、大きな力が加わるた
め、歯部２にも、クラックやせん断等が発生しやすく、
損傷しやすいという問題がある。また、多数のプーリに
巻き掛けて多屈曲状態で走行させる場合には、歯付きベ
ルトは屈曲部が増加し、心線４と、背面部１および歯部
２を構成するゴム弾性体とが摩擦して内部発熱を生じ
る。このような発熱は、心線およびゴム弾性体の老化を
促進する。このように、OHC軸駆動用の歯付きベルト
は、過酷な条件下で使用されるために、耐久性に問題が
あり、長時間走行ができない。
特開昭62−159827号公報、および特開昭64−87937号
公報には、耐久性等に優れた歯付きベルトが提案されて
いる。特開昭62−159827号公報に開示された歯付きベル
トは、背面部１および歯部２として、水素添加率が80％
以上の水素添加アクリロニトリル−ブタジエン共重合体
（NBR）を使用し、歯布３として、硫酸相対粘土が2.6〜
2.8、引っ張り強度が５グラム／デニール以上、単繊維
の繊径が５デニール以下の産業資材用ナイロン原糸を使
用し、さらに、心線４として、ガラス繊維フィラメント
を所定の撚り数で撚り合わせて、直径が歯布に対して所
定の範囲内としたものを使用している。このような構成
にすることにより、耐久性が著しく向上し、しかも、長
時間にわたって高負荷および高速で安定的に走行させる
ことができる。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、このような歯付きベルトであっても、自動車
のOHC軸駆動に使用する場合には、条件が過酷であるた
めに十分な耐久性が得られず、その寿命はエンジンの寿
命に比べて短いという問題がある。特に、最近は、自動
車エンジンの高出力化が図られているために、歯付きベ
ルトは、一層、高速にて走行され、エンジンルーム内
も、一層、高温になる。このような状態で、歯付きベル
トが使用されると、ベルトは底部を覆う歯布は、プーリ
に接触することにより摩耗が促進されると同時に、高温
にさらされることにより劣化が促進される。ベルト走行
時には、歯元部に応力が集中し、また、該歯元部が屈曲
されやすいために、このような状態で走行されることに
より、歯布は、ベルト歯元部において亀裂が発生し、さ
らには、ベルト歯部が欠損する事態が発生する。
このように、エンジンルーム内にて使用される歯付き
ベルトは、高温下での高速走行により、歯布の劣化に起
因するベルト破損が発生する。
また、エンジンルーム内は、カバーによりシールされ
ているが、そのシール性が不十分であるために、エンジ
ンルーム内に、水、砂、泥、塵芥等（以下、環境異物と
称する）が進入し、これらが、エンジンルーム内のエン
ジンオイル等とともに、ベルトにかかるおそれがある。
このような環境異物が、ベルト歯底部５における歯布３
とプーリとの間に進入すると、歯布３は、摩耗が促進さ
れる。このような歯布３の摩耗は、上述した過酷な環境
下において生じる歯布３の摩耗よりも、促進が早いため
に、歯元部の歯布３に早期に亀裂が発生したり、あるい
は歯布３の摩耗が促進されることにより、歯布３に直接
接触した心線４が早期に損傷するおそれがある。このよ
うな状態になれば、ベルト歯部２の欠損、心線４の破断
等が発生する。このような環境異物によるベルトの損傷
は、高温等の過酷な環境下によって発生するベルトの損
傷よりも早期に生じるために、熱的疲労、屈曲疲労等の
要素がベルトの損傷にほとんど影響を与えていないと考
えられる。
このように、自動車エンジン用の歯付きベルトでは、
ベルトの寿命を向上させるために、環境異物によるベル
トの損傷を防止することが重要であり、そのために、歯
布の耐熱性、耐屈曲性、耐摩耗性、強度、心線および背
面部との接着性を向上させることが必要であると考えら
れる。
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その
目的は、耐久性が著しく向上し、特に、環境異物に対し
て優れた耐久性を有しているために、高負荷での高速走
行させた場合にも、長時間にわたって安定的に走行でき
る歯付きベルトを提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本願発明者は、実験の結果、背面部１および歯部２を
構成する弾性体、歯部２および歯底部５を覆う歯布３、
および心線４を特定の材料の組合せで構成することによ
り、歯付きベルト自体の耐久性が著しく向上することを
見い出した。
背面部１および歯部２について考慮すると、自動車エ
ンジンにおいては、今後、さらに高出力化が見込まれる
ために、これらの部分は、一層の高温にさらされる。こ
のために、ベルト背面部およびベルト歯部を構成するゴ
ム材料としては、一層の耐熱性を有するものが要求され
る。
心線４については、通常、背面部１および歯部２を構
成するゴム材料との摩擦による発熱、歯布３との摩擦に
よる発熱、さらには、心線４自体の内部発熱（心線を構
成する各繊維同士の摩擦熱）を抑制するために、直径を
小さくすることが好ましい。しかしながら、歯付きベル
トでは、直径を小さくすれば、心線４自体の強度が低下
し、十分な引っ張り強度が得られない。このため、十分
な引っ張り強度を有する細径の心線４を使用することが
必要になる。
歯布３は、プーリと直接接触し、しかも、環境異物に
よる影響等のように環境の影響を最も受けやすいため
に、歯布３の機械的諸特性が歯付きベルト全体の特性に
大きく作用する。従って、機械的諸特性がバランスよく
満足された材料により歯布３を構成しなければ、耐環境
性に優れた歯付きベルトが得られない。
また、歯布３は、プーリとの噛み合いを考慮した場合
に、その厚さが心線４の直径により制限されるという問
題がある。プーリとの適正な噛み合いを得るためには、
ベルト歯底部における歯布３の厚さと心線４の直径と
が、所定の範囲内になければならない。従って、歯布３
の厚さを大きくすれば、歯布３自体の機械的強度は向上
するものの、プーリとの噛み合いを考慮すると、心線４
の直径を小さくする必要がある。歯布３の厚さを大きく
するためにも、心線４の直径を小さくしなければならな
い。心線４の直径を小さくすることにより、ベルト自体
の曲げ剛性が低下して、ベルト歯元部における歯布３の
屈曲疲労性が改善されることになる。心線４の細径化に
より、ベルト歯底部における心線４と、背面部１および
歯部２を構成するゴム材料、および歯布３との接触面積
が低下することになり、反対に、各心線４の間にて接触
するゴム材料と歯布３との接触面積が増加することにな
る。
特に、心線４がガラス繊維の場合には、ゴム材料に比
べて、弾力性が著しく低いために、ガラス心線自体がベ
ルトのプーリへの噛み合い時に生じる衝撃を吸収するこ
とはできないが、前述したゴム材料と歯布３との接触面
積が増加することで、プーリとの衝撃が、ゴム材料にて
吸収され、心線４に加わる衝撃が緩和される。同様に、
プーリとの噛み合い時に生じる歯布３に加わる衝撃も、
該歯布３に接するゴム材料により吸収されるために、歯
布３自体の耐久性も向上することになる。環境異物が、
歯布３とプーリとの間に介在する場合には、歯布３、心
線４およびゴム材料に加わる衝撃が一層増加することに
なるが、歯布３とゴム材料との接触面積が増加すること
により、その衝撃が、ゴム材料に吸収されて、歯布３お
よび心線４の耐久性は、従来のものより一層向上するこ
とになる。
本発明は、このような背景のもとになされたものであ
る。本発明の歯付きベルトは、水素添加率が90％以上の
アクリロニトリル−ブタジエン共重合体（NBR）にて構
成される背面部および歯部と、硫酸相対粘度が2.45〜2.
53、引張強度が５グラム／デニール以上、かつ単繊維の
繊径が５デニール以下の産業資材用ナイロン原糸にて構
成された布を、レゾルシノール−ホルムアルデヒド樹脂
に水素添加NBRをラテックス成分として混合したレゾル
シノール−ホルムアルデヒド−ラテックス（RFL）液に
より処理することにより形成された、歯部および歯底部
表面を覆う歯布と、高強度ガラス繊維を撚り合わせて、
0.63〜0.85mmの直径とされた心線と、を具備してなり、
そのことにより上記目的が達成される。
（実施例） 以下に本発明を実施例について説明する。
本発明の歯付きベルトは、従来の歯付きベルトと同様
の外観をしており、第１図に示すように、背面部１およ
び歯部２と、歯部２および歯底部５の表面を覆う歯布３
と、背面部１内に挿通される複数の心線４、４、…とを
有する。各心線４は歯布３にも接している。
背面部１および歯部２は、水素添加率が90％以上であ
って、例えば、パーオキサイド加硫のアクリロニトリル
−ブタジエン共重合体（NBR）により一体的に形成され
ている。水素添加率が90％以上のNBRは、耐熱性および
耐オゾン性等が改善され、また、耐熱硬化性、耐内部発
熱性、耐寒性、耐油性も一層向上している。また、この
NBRは、歯布３および各心線４との接着性に優れてお
り、歯付きベルトの背面部１および歯部２を構成する弾
性体として好適である。
背面部１および歯部２を構成するNBRは、パーオキサ
イド加硫したものに限らず、硫黄加硫したものであって
もよい。パーオキサイド加硫のNBRは、硫黄加硫のNBRと
比較して以下の特性を有している。パーオキサイド加硫
のNBRは、引っ張り強さは、硫黄加硫のNBRよりも優れて
いる。また、伸びは低くモジュラスが高い。永久伸びは
小さく、引き裂き抵抗は高く、動的発熱と低温屈曲性も
良好である。圧縮永久ひずみは小さく、特に高温空気中
または熱油中では小さい。熱老化性に特に優れててお
り、蒸気または熱油中での耐老化性に優れている。この
ような特性を有しているために、自動車のOHC軸駆動に
使用する場合には、パーオキサイド加硫した水素添加NB
Rが好適である。
歯布３は、産業資材用ナイロン原糸にて構成された布
が使用される。産業資材用ナイロン原糸は、硫酸相対粘
度が2.45〜2.53程度である。硫酸相対粘度が高くなると
いうことは、布の原材料であるナイロン樹脂の重合度が
高くなることを意味し、その樹脂を使用して製造した布
は強度が向上するものの、屈曲疲労性が低下する。この
ために、硫酸相対粘度は、2.45〜2.53程度が最も好まし
い。
使用される産業資材用ナイロン原糸の引張強度は、５
グラム／デニール以上であり、また単繊維の繊径は、５
デニール以下である。このような産業資材用ナイロン原
糸を用いて製造された布は、優れた引張強度、耐熱性、
耐摩耗性を有する。そして、このような布を、レゾルシ
ノール−ホルムアルデヒド樹脂に水素添加NBRをラテッ
クス成分として混合したレゾルシノール−ホルムアルデ
ヒド−ラテックス（RFL）液により処理（RFL処理）して
歯布とする。このようなRFL処理された歯布は、水素添
加NBRとの接着性に優れているため、水素添加NBRにて構
成された背面部および歯部と良好に接着し、走行時にお
ける屈曲により、歯布３の歯元部にクラックが発生する
ということを抑制し得る。
各心線４は、高強度ガラス繊維を束ねて下撚りした後
に上撚りして得られる。高強度ガラス繊維は、Ｅガラス
繊維に比べて、SiO2成分、Al2O3成分、MgO成分の含有割
合がそれぞれ増加しており、CaO成分、B2O3成分の含有
割合がそれぞれ減少している。高強度ガラス繊維とＥガ
ラス繊維との含有成分の割合を、第１表に示す。
このような高強度ガラス繊維としては、Ｓガラス繊
維、Ｒガラス繊維、Ｔガラス繊維等がある。このよう
に、心線４として高強度ガラス繊維を使用することによ
り、心線４自体の引っ張り強度が向上する。
各心線４の直径は、背面部１および歯部２を構成する
水素添加NBRおよび歯布と接触した状態（歯付きベルト
として成形された状態）で、0.63〜0.85mm、好ましくは
0.65〜0.80mmの範囲とされる。このように心線４の直径
を小径とすることにより、屈曲時に生じる心線４と水素
添加NBRとの摩擦による内部発熱が抑制される。
また、水素添加NBRにて形成された背面部１および歯
部２と、産業資材用ナイロン原糸にて形成された歯布３
とに心線４が接触した状態で、各心線４の直径と歯布３
の厚さとの比が所定の範囲内であれば、心線４の早期屈
曲疲労、歯欠け（歯部２の脱落）および走行時のジャン
ピング発生を防止し得る。心線４の直径と歯布３の厚さ
との比が歯付きベルトに成形された状態で、1.5以下に
なれば走行時にジャンピングが発生しやすく、反対に、
2.2以上になるとジャンピング抵抗力の低下と共に、歯
の耐久性が急激に低下する。従って、心線４と直径の歯
布３の厚さの比が、1.5〜2.2の範囲内であれば、心線４
の早期屈曲疲労、歯欠け、および走行時のジャンピング
等は防止される。
各心線４は、前述と同様のRFL処理することが好まし
い。RFL処理された心線４は、水素添加NBRおよびRFL処
理された歯布と良好に接着する。
＜実験例＞ 繊径が５デニール、原糸の強度が５グラム／デニー
ル、硫酸相対粘度が2.45の産業資材用ナイロン原糸を用
いて布を製造し、その布をRFL処理することにより歯布
を得た。また、高強度ガラス繊維により直径0.63mm（歯
底部において）の心線を製造した。このような歯布およ
び心線と、水素添加率が90％のNBRを使用して歯付きベ
ルトを製造した。歯付きベルトは、モールド内に歯布、
心線、未加硫の水素添加NBRを順に装入し、その後にパ
ーオキサイド加硫する方法にて製造した。歯付きベルト
は19mm幅とし、その歯数は92、歯形はZB（JASO、E105−
81（自動車ベルト）およびE106−81（プーリ）の規格）
とした。
このようにして製造された歯付きベルトを、歯元にお
ける歯布の屈曲疲労試験、耐水性能試験、歯元強度試
験、心線屈曲疲労試験および耐環境性試験にそれぞれ供
した。
歯元における歯布の屈曲疲労試験は、第２図に示す２
軸走行試験により実施した。２軸走行試験では、駆動用
の歯付きプーリ12として、20ZB（JASO、E105−81、E106
−81）、従動用の歯付きプーリ11として、40ZBのものを
用い、駆動プーリ12を6000r.p.m.にて回転させた。歯付
きベルト（19mm幅）の初期張力が15kg・ｆとなるように
テンションプーリ13を調整し、10馬力にて歯付きベルト
を走行させた。この場合の環境温度を110℃とした。歯
付きベルトの歯元における歯布に亀裂が生じるまでの時
間を計測したところ、4000〜4320時間であった。その結
果を表２に示す。
耐水性能試験は、第２図に示す２軸試験と同様の２軸
試験により実施した。ただし、この場合の走行環境は、
100℃の蒸気が充満した状態とした。耐水性能の評価
は、ベルトの歯底部における歯布の厚さの減少により行
った。2000時間の走行により、歯布の厚さの減少は、0.
06mmであった。結果を表２に併記する。
歯元強度試験は、第３図に示す３軸試験により実施し
た。この３軸試験は、駆動プーリ31として歯数が20のも
のを使用し、各従動プーリ32として歯数が40のものを使
用した。歯付きベルトには、5kg・ｆの張力が付与され
るように、テンションプーリ33を調整した。駆動プーリ
31を2600r.p.m.で駆動して、歯部の歯元がせん断破壊す
るまでの時間を計測したところ、584時間であった。結
果を表２に併記する。
心線の屈曲疲労試験は、第４図に示す７軸試験により
実施した。歯付きベルトが巻き掛けられる各プーリ21,2
3,25,27は、14ZAの規格のものであり、他のプーリ22,2
4,26は直径が52mmの平プーリである。歯付きベルト（19
mm幅）の初期張力は、13kg・ｆである。そして、所定の
プーリ25を、4500r.p.m.にて回転させ、室温下において
無負荷で走行させた。このような走行条件で、歯付きベ
ルトの歯部が破損するまでの時間を計測したところ、45
00時間であった。その結果を表２に併記する。
耐環境性試験は、第３図に示す試験機を使用して、10
0℃の蒸気が充満した環境で、所定量の泥を含んだ所定
量の水を、１日に１回だけ注水して、ベルトを走行させ
た。ベルトは、歯底部において歯布が著しく摩耗し、歯
底部において損傷し、心線４が露出してベルトが切断す
るまでの時間を計測したところ450時間であった。結果
を表２に併記する。
＜比較例１＞ 繊径が５デニール、原糸の強度が５グラム／デニー
ル、硫酸相対粘度が2.60の産業資材用ナイロン原糸を用
いた布を歯布とした。この歯布はRFL処理でなく、背面
部および歯部を構成するゴム組成物と同様の組成物によ
り処理した。また、高強度ガラス繊維により直径1.05mm
の心線を製造した。このような歯布および心線と、水素
添加率が80％のNBRを使用して歯付きベルトを製造し
た。歯付きベルトは、モールド内に歯布、心線、未加硫
の水素添加NBRを順に装入し、その後に硫黄加硫する方
法にて製造した。このようにして製造された歯付きベル
トを、前述の実施例と同様にして、歯元における歯布の
屈曲疲労試験、耐水性能試験、歯元強度試験、心線屈曲
疲労試験、および耐環境性試験にそれぞれ供した。結果
を表２に併記する。
＜比較例２＞ 心線の直径を0.63mmとしたこと以外は比較例１と同様
である。結果を表２に併記する。
＜比較例３＞ 心線の直径を1.05mmとしたこと以外は、実験例と同様
である。結果を表２に併記する。
＜比較例４＞ 歯布の処理剤として、ラテックス成分がビニルピリジ
ン−スチレン−ブタジエンラテックスとしたこと以外
は、比較例２と同様である。結果を表２に併記する。
＜比較例５＞ 歯布の処理剤として、ラテックス成分がクロロスルホ
ン化ポリエチレンラテックスとしたこと以外は、比較例
４と同様である。結果を表２に併記する。
＜比較例６＞ 歯布の処理剤として、ラテックス成分がカルボキシル
化NBRラテックスとしたこと以外は、比較例４と同様で
ある。結果を表２に併記する。
本発明の歯付きベルトは、歯布の耐屈曲疲労性、耐水
性能、歯元強度、および心線の耐屈曲疲労性のすべてに
おいて、従来の歯付きベルトに比べて著しく向上してい
る。しかも、環境異物に対する耐久性は、比較例に比べ
て、ほぼ２倍にも向上している。心線の直径が本発明の
ベルトと同様にしても、歯布をRFL処理でなければ、諸
特性において、本発明のベルトほどの効果が得られな
い。同様に、歯布がRFL処理されていても、心線の直径
が本発明のベルトと同様でなければ、本発明のベルトほ
どの効果が得られない。
（発明の効果） 本発明の歯付きベルトは、このように、背面部および
歯部を、水素添加率が90％以上のNBRにて構成し、歯布
を産業資材用ナイロン原糸にて構成された布を、ラテッ
クス成分を水素添加NBRとするRFLで処理して構成し、さ
らには、高強度ガラス繊維を用いた小径の心線を使用し
ているので、三者は強固に接着され、歯元強度、耐水性
能、および耐屈曲疲労性が著しく向上する。従って、本
発明の歯付きベルトは、高温下での高負荷、高速走行と
いうような過酷な条件下においても長時間にわたって安
定的に走行でき、自動車のOHC軸駆動に好適に使用され
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は歯付きベルトの部分断面図、第２図は２軸走行
試験の説明図、第３図は３軸走行試験の説明図、第４図
は多屈曲走行試験の説明図である。 １……背面部、２……歯部、３……歯布、４……心線、
５……歯底部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−159827（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−235744（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−269743（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−270877（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−82951（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−204059（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−111848（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16G 1/00 - 5/20 D06M 13/00 - 15/72 D02G 1/00 - 3/48

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】水素添加率が90％以上のアクリロニトリル
    −ブタジエン共重合体（NBR）にて構成される背面部お
    よび歯部と、 硫酸相対粘度が2.45〜2.53、引張強度が５グラム／デニ
    ール以上、かつ単繊維の繊径が５デニール以下の産業資
    材用ナイロン原糸にて構成された布を、レゾルシノール
    −ホルムアルデヒド樹脂に水素添加NBRをラテックス成
    分として混合したレゾルシノール−ホルムアルデヒド−
    ラテックス（RFL）液により処理することにより形成さ
    れた、歯部および歯底部表面を覆う歯布と、 高強度ガラス繊維を撚り合わせて、0.63〜0.85mmの直径
    とされた心線と、 を具備する歯付きベルト。
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