JP6177198B2 - 歯付きベルト - Google Patents

Description

本発明は、歯付きベルトに関し、特に歯付きベルトの心線の屈曲疲労性を向上させた歯付きベルトに関する。

歯付きベルトは、帆布、心線、ゴムからなる。歯付きベルトの心線は、歯付きベルトを走行させた際に屈曲応力を受けるため、屈曲による強度の低下が大きい。このため細幅の歯付きベルトを走行させるとベルトの強度が低下して、歯付きベルトが切断する可能性がある。これは、歯付きベルトの屈曲により心線を構成する糸の結束が緩んで心線の断面が扁平になり、歯付きベルトに水や油が付着する環境下において、ベルトに浸み込んだ水や油が扁平になった心線内部に浸み込むと、心線が膨潤して心線の組織が壊れることによる。

歯付きベルトのベルト強度を上げて歯付きベルトの切断を防止するためには、例えば、心線を太くする方法がある。しかし、心線を太くすると帆布/ゴム間の接着性を確保するため、歯付きベルトの横断面において、単位ベルト幅当りの心線本数が減らして、隣り合う心線間にある程度ゴムを介在させる必要があり、思うほどベルト強度が上げることが出来ず、また心線を大径にすることで歯付きベルトのＰＬＤ（Pitch Line Differential）が高くなりプーリとの噛み合いが悪化し、歯付きベルトの耐久性を低下させるので歯付きベルトを細幅化できない。また、歯付きベルトのベルト強度を上げるために、心線として引張強度の高いＳガラス、アラミド、カーボン等の繊維を用いることも行われている。しかし、この場合においても、心線を構成する糸の結束が緩んで、心線が扁平になり、糸を構成する繊維の個々のフィラメントに作用する引張応力の大きさが不均一になり、更に水や油が付着する環境ではベルトに浸み込んだ水や油が扁平になった心線内部に浸み込み、繊維フィラメントを劣化させるため、過大な引張応力がかかる繊維フィラメントの箇所から組織が壊れる。このため心線の屈曲低下が大きく、歯付きベルトを細幅化できない。このように、歯付きベルトの心線の屈曲疲労性を向上させて、歯付きベルトの細幅化を図ることは難しい。

そこで、心線の芯繊維の周囲に、補強として子縄を複数配置して共に撚って得られた、ハイブリッドの心線が知られている（特許文献１、２参照）。

特開２００４−１１０７６号公報 特開２００３−２７８０４７号公報

しかしながら、ハイブリッドの心線でも芯繊維の補強が不十分であり、歯付きベルトの厚み方向に応力がかかると、芯繊維の補強の弱い箇所の組織から破壊されて心線の強度が低下することがある。このため、心線の屈曲低下を十分に改善することができず、歯付きベルトを細幅化できない。

そこで、本発明は、水や油が付着する環境においても心線の屈曲疲労性が向上され、ベルト細幅化が可能である歯付きベルトを提供することを目的とする。

本発明に係る歯付きベルトは、心線を備え、心線は、中央に配置された芯糸と、芯糸の外周面の全面を覆うことにより芯糸を固定する鞘糸を備え、歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔が心線の直径の４０％以下であることを特徴とする。

鞘糸により芯糸の外周面の全面が覆われているため、芯糸周り全てが固められ、芯糸の補強の弱い箇所がない。このため、歯付きベルトが屈曲応力を受けた場合であっても、芯糸の断面の変形が抑制されて芯糸の真円形状が維持され、水や油が付着する環境での心線の屈曲疲労性が向上し、歯付きベルトの細幅化が可能となる。

芯糸はカーボン繊維束、鞘糸はガラス繊維束であり、カーボン繊維束は、カーボン繊維束の周囲に配置されたガラス繊維束と共に撚糸されることにより固定されることが好ましい。この構成により、芯糸であるカーボン繊維束が鞘糸であるガラス繊維束により結束されて固定され、芯糸の補強の弱い箇所がない。このため、心線に屈曲応力がかかった場合においても、芯糸の断面の変形が抑制され、芯糸を構成するカーボン繊維束の各カーボン繊維フィラメントに応力が均一にかかる。そのため、水や油が付着する環境でも心線の芯糸の断面の変形が抑制され、芯糸内部への水や油の浸み込みが少なく、芯糸の組織の破壊が抑制されるので、屈曲疲労性が向上し、歯付きベルトの細幅化が可能となる。

ガラス繊維束は、接着剤によってカーボン繊維束の外周面に固定されることが好ましい。この場合には、ガラス繊維束によるカーボン繊維束の結束が維持され、更に芯糸の断面の変形が抑制されて芯糸の真円形状が維持されると共に、マトリックスゴムであるベルト本体との接着性を高めることができる。

鞘糸は、ナイロン繊維、芳香族ナイロン繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ポリエステル繊維、芳香族ポリエステル繊維、ＰＰＳ繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、シリカ繊維、ＰＥＥＫ繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維及びＰＢＯ繊維からなる群から選ばれるいずれかの繊維束であることが好ましい。

また、本発明に係る芯糸は、カーボン繊維束であり、カーボン繊維束は、外周面に鞘糸が巻きつけられることにより固定される構成でも構わない。この場合にも、芯糸であるカーボン繊維束が鞘糸であるガラス繊維束により結束されて固定され、芯糸の補強の弱い箇所がない。このため、心線に屈曲応力がかかった場合においても、芯糸の断面の変形が抑制されて芯糸の真円形状が維持され、芯糸を構成するカーボン繊維束の各繊維フィラメントに応力が均一にかかる。このため水や油が付着する環境においても、芯糸内部への水や油の浸み込みが少なく、心線の屈曲疲労性が向上し、歯付きベルトの細幅化が可能となる。

更に、本発明に係る心線を備える歯付きベルトは、歯布と背布を備え、心線が、歯布と背布によって挟まれることにより固定され、歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔が心線の直径の４０％以下である構成でも構わない。この構成では、歯付きベルトの厚み方向において心線が歯布と背布とによって固定されるため、歯付きベルトが屈曲応力を受けた場合であっても、心線の断面の変形が抑制されて心線の組織の破壊が防止される。このため水や油が付着する環境においても心線の屈曲疲労性が改善され、歯付きベルトの細幅化が可能となる。

本発明によれば、水や油が付着する環境での心線の屈曲疲労性が向上され、ベルト細幅化が可能である歯付きベルトを提供することが可能となる。

本発明の第１の実施形態に係る歯付きベルトの断面の一部を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態に係る歯付きベルトの断面の一部を示す説明図である。 ベルト走行試験１の走行試験装置の説明図である。 ベルト走行試験１の結果を示すグラフである。 ベルト走行試験１の結果を示すグラフである。 ベルト折り曲げ試験の結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る歯付きベルトの歯底断面の一部を示す説明図である。歯付きベルト１０は、無端状に形成されて、例えば内燃機関等において、従動及び原動プーリ（図示せず）に掛け回されて使用されるものであり、原動プーリのトルク（駆動力）を、噛み合い伝動により従動プーリに伝達する。

歯付きベルト１０は、エラストマーから形成されるベルト本体１１と、ベルト本体１１に埋設され、ベルトの長手方向に沿って延びる心線１２と、ベルトの一方の面を長手方向及び幅方向の全体にわたって覆う歯布１３を備える。心線１２は、歯付きベルト１０の幅方向に複数本並べられる。心線１２の直径はｄ１で示され、本実施形態では、心線１２と心線１２との間隔ｇ１は、心線１２の直径ｄ１の４０％以下になるように調節されている。

第１の実施形態では、心線１２は、芯糸としてのカーボン繊維束１２ａの外周面に、鞘糸としてのガラス繊維束１２ｂがカーボン繊維束１２ａと平行になるように１２本配置され、カーボン繊維束１２ａとガラス繊維束１２ｂとが共に撚糸されることによって芯鞘構造に形成されている。芯糸を構成するカーボン繊維束１２ａは、例えば６Ｋのカーボン繊維、つまり６０００本のカーボン繊維フィラメントを撚って成形されたものである。このカーボン繊維束１２ａの周囲に、例えば下撚りしたガラス繊維束１２ｂを、隣り合う下撚りしたガラス繊維束１２ｂとの間に隙間ができないように並べて配置し、その後カーボン繊維束１２ａとガラス繊維束１２ｂとを撚糸する。このようにして形成されたカーボン繊維束１２ａとガラス繊維束１２ｂによるハイブリッドの心線１２は、芯糸であるカーボン繊維束１２ａが鞘糸であるガラス繊維束１２ｂによりしっかりと結束されて固定されており、芯糸であるカーボン繊維束１２ａは、補強の弱い箇所がない。

ベルト本体１１の歯面１１ａには、図示されていないが長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に設けられており、歯布１３は、ベルト本体１１の歯部と歯底部の外周を被覆している。ベルト本体１１は、歯面１１ａ側に設けられた歯ゴム層１１Ａと、ベルト本体１１の背面１１ｂ側に設けられた背ゴム層１１Ｂとが一体となって形成されている。心線１２は、歯ゴム層１１Ａと背ゴム層１１Ｂの境界面に配置されている。

歯ゴム層１１Ａ及び背ゴム層１１Ｂは、ゴム組成物が加硫して形成されたものである。これらのゴム層のゴム成分としては、特に限定されないが、例えば、Ｈ−ＮＢＲ（水素添加ニトリルゴム）、フッ素ゴム、ＮＢＲ（ニトリルゴム）、これらの混合物、またはこれら１以上のゴムに他の種類のゴムが混合されたものが使用される。これらゴム成分の中でも、ＨＮＢＲが好適に使用される。なお、ゴム層のゴム成分は、互いに同種のゴムが使用されることが好ましい。

各ゴム層のゴム組成物には、ゴム成分に加えて、加硫剤、老化防止剤、加硫助剤、カーボンブラック等の各種添加剤が含まれている。また、ゴム層のゴム組成物には、これらの強度を向上させるために、（メタ）アクリル酸亜鉛等のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の金属塩が含まれていることが好ましい。

歯布１３は、ベルト幅方向に延びるたて糸と、ベルト長手方向に延びるよこ糸によって織られた織布であって、例えば綾織、平織等で織られたものである。歯布１３のたて糸としては、高剛性の非伸縮糸が使用され、例えばアラミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢＯ）繊維、カーボン繊維、またはこれらの混合繊維等から構成される糸が使用される。また、よこ糸としては、伸縮糸が使用され、例えばウーリーナイロン等の捲縮ナイロン糸が使用される。

次に、歯付きベルト１０の製造工程について説明する。まず、ゴム糊で含浸処理された歯布がコルゲート状に予成型され、歯布に歯部と歯底部が所定の方向に沿って交互に設けられる。次に、予成型された歯布に、別に用意された歯ゴムシートが圧着されて一体化され、予成型ゴム付き歯布が用意される。このとき、歯ゴムシートは押圧されることにより、歯布の歯部に相体的に肉厚に圧着される一方、歯底部に相体的に薄く圧着される。

次に、歯付きベルト１０を加硫成型するために使用される歯付きモールドが用意される。歯付きモールドは、円筒形状を有するとともに、その外周面が歯付きベルト１０の歯面の形状に一致する形状を呈し、周方向に沿って凹部と凸部が交互に設けられている。歯付きモールドの外周面には、まず予成型ゴム付き歯布が、各歯部が各凹部の内部に配置されるようにして巻き付けられる。なお、各歯部は、通常、凹部に完全に一致した形状となっておらず、歯部と凹部の間には隙間がある。

次に、予成型ゴム付き歯布の歯ゴムシートの上に、心線１２が螺旋状に巻き付けられる。心線１２は、上記したように、撚られたカーボン繊維束１２ａの外周面に鞘糸として下撚りされたガラス繊維束１２ｂが配置され、カーボン繊維束１２ａとガラス繊維束１２ｂが共に撚糸されることによって、カーボン繊維束１２ａを芯糸とし、ガラス繊維束１２ｂを鞘糸とする芯鞘構造のハイブリット心線に形成されている。巻き付けられた心線１２の上には、所定の厚みの背ゴムシートが巻き付けられる。これら予成型ゴム付き歯布等が巻き付けられた歯付きモールドは、加硫釜（図示せず）内に収容される。

加硫釜内において、歯付きモールドに巻き付けられた予成型ゴム付き歯布等は、例えばスチームにより加熱され、加硫釜内に設けられた加硫バッグ等によって外側から内側に向けて加圧される。この加圧・加熱により、各ゴムシートは流動性が増した状態で内側に押圧され、また、各ゴムシートが加硫されて、各ゴムシート、歯布及び心線が一体化されたベルトスラブが得られる。ベルトスラブは、歯付きモールドから取り外され研磨後裁断されることにより、歯付きベルト１０となる。本実施形態では、上記した予成型ゴム付き歯布を用いる事により歯付きベルト１０が成型され、心線１２と心線１２との間隔ｇ１を、心線１２の直径ｄ１の４０％以下に調整される。

本発明の第１の実施形態に係る歯付きベルト１０では、心線１２を備える歯付きベルト１０において、芯糸であるカーボン繊維束１２ａが、鞘糸であるガラス繊維束１２ｂにより外周面の全面が覆われているため、カーボン繊維束１２ａ周り全てが固められ、カーボン繊維束１２ａの補強の弱い箇所がない。このため、歯付きベルト１０が屈曲応力を受けた場合であっても、カーボン繊維束１２ａの断面の変形が抑制されてカーボン繊維束１２ａの真円形状が維持され、水や油が付着する環境での心線１２の屈曲疲労性が向上し、歯付きベルト１０の細幅化が可能となる。

また、本実施形態では、芯糸のカーボン繊維束１２ａが、カーボン繊維束１２ａの周囲に配置された鞘糸のガラス繊維束１２ｂと共に撚糸されることにより固定されているため、芯線であるカーボン繊維束１２ａが鞘糸であるガラス繊維束１２ｂによりしっかりと結束されて固定され、必ずいずれかのガラス繊維束１２ｂによりカーボン繊維束１２ａが補強され、カーボン繊維束１２ａの外周面において補強の弱い箇所がない。このため、心線１２に屈曲応力がかかった場合においてもカーボン繊維束１２ａの断面の変形が抑制され、カーボン繊維束を構成する各カーボン繊維フィラメントに応力が均一にかかる。

なお、本実施形態では、心線１２はカーボン繊維束１２ａと複数のガラス繊維束１２ｂとを撚糸することにより、カーボン繊維束１２ａを芯糸とし、ガラス繊維束１２ｂを鞘糸とする芯鞘構造のハイブリット心線に形成されているが、撚糸した心線１２を固定して心線１２の組織の変形を防止すると共に、心線１２とベルト本体１１との接着性を高めるために、撚糸した心線１２をゴム糊等の接着剤によって固定しても構わない。この場合、撚糸した心線をゴム糊に浸漬し、その後、乾燥させた心線を歯付きモールドに巻き付けられた予成型ゴム付き歯布の歯ゴムシートの上に、螺旋状に巻き付ける。この場合には、ガラス繊維束によるカーボン繊維束の結束が維持され、より芯糸の断面の変形が抑制されて芯糸の真円形状が維持されると共に、マトリックスゴムであるベルト本体との接着性を高めることができる。また、心線に水や油が浸み込むことが防止され、心線の膨潤が防止される効果も奏する。

また、本実施形態では、心線１２の芯糸を構成するカーボン繊維束１２ａが、鞘糸である複数のガラス繊維束１２ｂにより結束されることで固定されているが、心線の芯糸を構成するカーボン繊維束の外周面に単一または複数のガラス繊維束を巻きつけることによって芯糸を固定しても構わない。この場合にも、芯糸であるカーボン繊維束が巻回糸であるガラス繊維束により結束されて固定され、必ずいずれかのガラス繊維束によりカーボン繊維束が補強されているため、芯糸の補強の弱い箇所がない。このため、心線に屈曲応力がかかった場合においても、芯糸の断面の変形が抑制されて芯線の真円形状が維持され、芯糸を構成する各カーボン繊維フィラメントに応力が均一にかかる。そして、水や油が付着する環境での心線の屈曲疲労性が向上し、歯付きベルトの細幅化が可能となる。

この場合の巻回糸としては、ナイロン繊維、芳香族ナイロン繊維、カーボン繊維、ポリエステル繊維、芳香族ポリエステル繊維、ＰＰＳ繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、シリカ繊維、ＰＥＥＫ繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、ＰＢＯ繊維等からなる繊維束が挙げられる。

なお、第１の実施形態では、心線１２の芯糸としてカーボン繊維束１２ａを用いたが、芯糸としてカーボン繊維以外の繊維束を用いても構わない。また、本実施形態では、芯糸を固定する鞘糸としてガラス繊維束１２ｂを用いたが、ガラス繊維束以外の繊維束を用いても構わない。例えば、鞘糸として、ナイロン繊維、芳香族ナイロン繊維、カーボン繊維、ポリエステル繊維、芳香族ポリエステル繊維、ＰＰＳ繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、シリカ繊維、ＰＥＥＫ繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維、ＰＢＯ繊維等からなる繊維束が挙げられる。

次に、図２を用いて本発明の第２の実施形態に係る歯付きベルトを説明する。図２は、本発明の第２の実施形態に係る歯付きベルトの歯底断面の一部を示す説明図である。第２の実施形態では、心線を補強し、固定するための手段として歯布と背布を用いている点が第１の実施形態とは異なっている。以下、第２の実施形態について、第１の実施形態との相違点を説明する。

図２に示すように、本発明の第２の実施形態に係る歯付きベルト２０は、ベルト本体２１と、ベルト本体２１に埋設され、ベルトの長手方向に沿って延びる心線２２を備える。図２に示すように、心線２２は、歯付きベルト２０の幅方向に複数本並べられる。ベルト本体２１は、歯面２１ａ側に歯布２３ａ、背面２１ｂ側に背布２３ｂを備えている。本実施形態では、心線２２は、歯布２３ａと背布２３ｂとによって挟持される。更に、歯布２３ａと背布２３ｂは、接着により心線２２及びベルト本体２１に固定される。ここで、心線２２の直径はｄ２で示され、心線２２と心線２２との間隔ｇ２は、心線２２の直径ｄ２の４０％以下になるように調節されている。

本実施形態では、心線２２は例えば撚られた１２Ｋのカーボン繊維束である。歯布２３ａと背布２３ｂは、ベルト幅方向に延びるたて糸と、ベルト長手方向に延びるよこ糸によって織られた織布であって、例えば綾織、平織等で織られたものである。歯布２３ａと背布２３ｂは同じ織布であっても、異なる織布であっても構わない。また、其々の厚みが異なっていても構わない。さらに、歯布２３ａと背布２３ｂは心線２２およびベルト本体２１と接着させるために、其々ゴム糊、ＲＦＬ液等の接着剤で含浸処理されていても良い。

歯付きベルト２０は、第１の実施形態と同様の製造工程（但し、背ゴムシート１１Ｂの代わりに背布２３ｂを巻き付ける）により成型し、これにより、歯付きベルト２０の心線２２と心線２２との間隔ｇ２は、心線２２の直径ｄ２の４０％以下に調整される。

本発明の第２の実施形態に係る歯付きベルト２０では、心線２２を備える歯付きベルト２０が歯布２３ａと背布２３ｂを備え、心線２２が、歯布２３ａと背布２３ｂによって挟まれることにより、歯付きベルト２０の厚み方向において心線２２が歯布２３ａと背布２３ｂとによって固定される。屈曲応力は歯付きベルト２０の厚み方向にかかるため、歯付きベルト２０が屈曲応力を受けた場合であっても、屈曲応力を受ける方向において、心線２２が歯布２３ａと背布２３ｂとによって補強されているため、心線２２の断面の変形が抑制されて心線２２の組織の変形が防止される。このため、水や油が付着する環境での心線２２の屈曲疲労性が改善され、歯付きベルト２０の細幅化が可能となる。

以下、本発明の具体的な例として実施例を示すが、本発明は以下に示す実施例に限定されない。

まず、次に示す実施例１、２、４と比較例１〜４の各歯付きベルトを第１の実施形態に倣って製造した。また実施例３の歯付きベルトを第２の実施形態に倣って製造した。
具体的には、ベルト本体を構成するゴム組成物としてＨ−ＮＢＲゴム、歯布としてアラミド帆布を用い、歯形状が円弧歯形、歯ピッチ８ｍｍ、ベルト長さ８８０ｍｍ、ベルト幅１９．１ｍｍの各歯付きベルトを得た。また実施例３の背面帆布として歯布で用いたアラミド帆布を用いた。

＜実施例１＞
実施例１では、歯付きベルトの心線として、６Ｋのカーボン繊維束の周囲にガラス繊維束を配置し、共に撚糸したハイブリッド心線を用いた。ここで、６Ｋとは、６０００本のカーボン繊維フィラメントを束ねた繊維束（ストランド）を意味する。
実施例１の歯付きベルトに用いたハイブリッド心線は、次のようにして作成した。まず、無撚りの６Ｋのカーボン繊維束（東レ社製トレカ（登録商標）Ｔ３００−６０００）をＲＦＬ処理液に浸漬して乾燥し、乾燥後に撚糸をかけた。別途、補強用の無撚りの２００本のガラス繊維フィラメントを束ねた繊維束（日本板硝子社製マイクログラス（登録商標）ゴムコード）３つを引き揃えてＲＦＬ処理液に浸漬して乾燥し、乾燥後に前記３つのガラス繊維束を撚り合わせ、１つのガラス繊維束とした。次に、最初に作成したカーボン繊維束の周囲に、別途作成したガラス繊維束を１２本配置し、全体に撚糸をかけ、カーボン繊維束を芯糸とし、ガラス繊維束を蛸糸とする芯蛸構造のハイブリット心線を作成した。
そして上記心線を用いて、歯付きベルトを作成した。なお、実施例１で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の２６％であった。

＜実施例２＞
実施例２では、実施例１で作成したハイブリット心線を接着剤（ロード・ファー・イースト社製ケムロック２３３）の液に浸漬して乾燥し、接着剤で被覆したハイブリット心線を作成し、同心線を用いて実施例２の歯付きベルトを作成した。なお、実施例２で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の２５％であった。

＜実施例３＞
実施例３では、無撚りの１２Ｋのカーボン繊維束（東レ社製トレカ（登録商標）Ｔ３００−１２０００）をＲＦＬ処理液に浸漬して乾燥し、乾燥後に撚糸をかけた心線を用いて、実施例３の歯付きベルトを作成した。なお、実施例３で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の２６％であった。

＜実施例４＞
実施例４では、実施例１のハイブリッド心線を用いて、歯付きベルトを作成した。但し、歯付きモールドに巻き付けられた予成型ゴム付き歯布の歯ゴムシート上に螺旋状に巻き付けられる心線の打ち込み本数を実施例１の場合より減じることにより、実施例４で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の４０％に調整した。

＜比較例１＞
比較例１として、実施例１で別途作成したガラス繊維束を１１本撚り合わせて心線を作成し、同心線を用いて、比較例１の歯付きベルトを作成した。なお、比較例１で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の２６％であった。

＜比較例２＞
比較例２として、無撚りの１２Ｋのカーボン繊維束（東レ社製トレカ（登録商標）Ｔ３００−１２０００）をＲＦＬ処理液に浸漬して乾燥し、乾燥後に撚糸をかけて心線を作成し、同心線を用いて、比較例２の歯付きベルトを作成した。なお、比較例２で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の２６％であった。

＜比較例３＞
比較例３として、実施例１で芯糸として作成した６Ｋカーボン繊維束をそのまま心線に用いて、比較例３の歯付きベルトを作成した。なお、比較例３で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の３０％であった。

＜比較例４＞
比較例４では、実施例１のハイブリッド心線を用いて、歯付きベルトを作成した。但し、歯付きモールドに巻き付けられた予成型ゴム付き歯布の歯ゴムシート上に螺旋状に巻き付けられる心線の打ち込み本数を実施例４の場合より更に減じることにより、比較例４で得られた歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の５８％とした。

［ベルト走行試験１（耐油多屈曲試験）］
実施例１〜４、比較例１〜４で得られた歯付きベルトについて、高温の油のミストが付着する環境下でベルト走行試験１（耐油多屈曲試験）を行い、各歯付きベルトの耐油屈曲性能を評価した。

図３に、ベルト性能評価として行ったベルト走行試験１に使用した走行試験装置３０を示す。走行試験装置３０の内部には、歯数が２０歯（８ｍｍピッチ）の従動歯付きプーリ３１及び原動歯付きプーリ３２と、プーリ径４５ｍｍのアイドラプーリ３３を有し、底部に油３４を貯留する。ベルト走行試験１において、従動歯付きプーリ３１及び原動歯付きプーリ３２に、歯付きベルトを掛け回し、原動歯付きプーリ３２を６０００ｒｐｍで矢印３Ｘの方向に回転させながら、負荷をかけない状態で２００時間走行させた。なお、ベルト走行試験１は、最下部に位置する従動歯付きプーリ３１の側面に同軸で取り付けられ油３４に接する羽根車３５が、原動歯付きプーリ３２の回転運動に連動して矢印３Ｘ方向に回転し、ヒーター３６により所定の温度に加温された油３４を跳ね上げることにより、１３０℃で油のミストがベルトに付着する環境下で行った。

走行後の歯付きベルトを引張り試験機に取り付け、常温で５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張試験を行い、歯付きベルトの破断強度を測定した。同様に新品の歯付きベルトの引張試験を行い、歯付きベルトの破断強度を測定した。そしてベルト走行試験１後の歯付きベルトの破断強度を新品歯付きベルトの破断強度で割って、走行後の歯付きベルトの残存強度保持率を算出した。

図４にベルト走行試験１の実施例１〜３、比較例１〜３の結果を示す。ガラス繊維束のみを心線とした比較例１、１２Ｋのカーボン繊維束のみを心線とした比較例２、６Ｋのカーボン繊維束のみを心線とした比較例３と比べて、芯糸に６Ｋのカーボン繊維束、鞘糸にガラス繊維束を用いた芯鞘構造のハイブリッド心線を用いた実施例１の歯付きベルトおよび実施例１のハイブリット心線に接着剤を被覆した実施例２の歯付きベルトおよび１２Ｋのカーボン繊維束のみを心線とし、同心線が、歯布と背布によって挟まれることにより、歯付きベルトの厚み方向において同心線が歯布と背布とによって固定される実施例３の歯付きベルトは明らかに高い残存強度保持率を示した。このように、実施例１および実施例２の歯付きベルトが、ガラス繊維束またはカーボン繊維束のみを心線とする比較例１〜３の歯付きベルトよりも高い残存強度保持率を示したのは、芯糸のカーボン繊維束が鞘糸のガラス繊維束により結束され周囲を固められているため、心線内部への油の浸透が抑制されるとともに、芯糸の断面の変形が抑制され荷重が分散されにくいことによるためと考えられる。また１２Ｋのカーボン繊維束のみを心線とする実施例３の歯付きベルトが高い残存強度保持率を示したのは、歯付きベルトの厚み方向において同心線が歯布と背布とによって固定されるため、同様に心線内部への油の浸透が抑制されるとともに、心線の断面の変形が抑制され荷重が分散されにくいことによるためと考えられる。

図５にベルト走行試験１の実施例１、実施例４および比較例４の結果を示す。実施例１、実施例４および比較例４の歯付きベルトは、芯糸に６Ｋのカーボン繊維束、鞘糸にガラス繊維束を用いた芯鞘構造の同じハイブリッド心線を用い他のベルト材料も同一であり、違いは、歯付きベルトの横断面における心線間の間隔である。図５の結果から、芯糸に６Ｋのカーボン繊維束、鞘糸にガラス繊維束を用いた芯鞘構造のハイブリッド心線を用い歯付きベルトの横断面における心線間の間隔が心線の直径の４０％以下の実施例１および実施例４の歯付きベルトは、同じハイブリット心線を用いて歯付きベルトの横断面における心線間の間隔を心線の直径の５８％とした比較例４の歯付きベルトより明らかに高い残存強度保持率を示した。これは、歯付きベルトの横断面における心線間の間隔が心線の直径の４０％より大きくなると、心線より弾性率の低い歯ゴムおよび背ゴムの割合が相対的に増加するため、心線が歯付きベルトの屈曲によるベルト厚み方向のゴム圧縮の影響を大きく受け、心線の断面が扁平に変形して、油が心線内部へ浸透するとともに、心線にかかる荷重が分散され、応力が不均一にかかるようになり、油で膨潤・劣化し過荷重がかかるカーボン繊維フィラメントから順に切断していくためと考えられる。一方、実施例１および実施例４の歯付きベルトが高い残存強度保持率を示しているは、歯付きベルトの横断面における心線間の間隔が心線の直径の４０％以下では歯付きベルトの屈曲によるベルト厚み方向のゴム圧縮の影響を殆ど受けないためと考えられる。

このように、歯付きベルトの心線を、カーボン繊維束を芯糸、ガラス繊維束を鞘糸とする芯鞘構造のハイブリット心線にして、歯付きベルトの横断面における心線間の間隔が心線の直径の４０％以下にするか、歯付きベルトが歯布および背布とカーボン繊維束からなる心線を有して、心線が歯布と背布によって挟まれ、歯付きベルトの横断面における心線間の間隔が心線の直径の４０％以下にすれば、心線の断面の変形が抑制され、油が付着する環境での屈曲疲労性が改善されることが示された。

［ベルト走行試験２（注水多屈曲試験）］
次に、実施例１および比較例１の歯付きベルトについて、ベルト走行試験１と同じ走行試験装置３０を用いてベルト走行試験２（注水多屈曲試験）を行った。但し、走行試験装置３０の底部に油３４を貯留せずまた羽根車３５を取り外した。そして８０℃環境下で最下位に位置する従動プーリ３１のベルト噛み込み部に注水（１Ｌ／ｈｒ）しながら、原動歯付きプーリ３２を６０００ｒｐｍで矢印３Ｘの方向に回転させて、負荷をかけない状態で歯付きベルトを２００時間走行させた。

そして［００５１］に記載の方法で、走行後の歯付きベルトの残存強度保持率を算出した。ベルト走行試験２の結果については、実施例１および比較例１の歯付きベルトの残存強度保持率が其々９０％と５０％であった。

このように、歯付きベルトの心線を、カーボン繊維束を芯糸、ガラス繊維束を鞘糸とする芯鞘構造のハイブリット心線とすることにより、心線の断面の変形が抑制され、水が付着する環境においても屈曲疲労性が改善されることが示された。

[ベルト折り曲げ試験]
心線の屈曲性能の向上確認のため、ベルト折り曲げ試験として、素手で実施例１、２、比較例１、２の歯付きベルトを其々３回約１８０°折り曲げた後に［００５１］に記載の引張り試験を行い、折り曲げ前の其々の新品歯付きベルトに対する残存強度保持率を算出した。

図６にベルト折り曲げ試験の結果を示す。ガラス繊維束のみを心線とした比較例１の歯付きベルト、１２Ｋのカーボン繊維束のみを心線とした比較例２の歯付きベルトの残存強度保持率が其々４８％、１４％まで低下するのと比べ、カーボン繊維束を芯糸、ガラス繊維束を鞘糸とする芯鞘構造のハイブリット心線を用いた実施例１の歯付きベルトおよび実施例１のハイブリット心線に接着剤（ゴム糊）を被覆した心線を用いた実施例２の歯付きベルトの残存強度保持率は、其々６４％、９５％を示し、比較例１および比較例２の歯付きベルトより屈曲性能が優れていることが判明した。特に実施例２の歯付きベルトでは過度に屈曲させても新品とほぼ同程度の強度を示した。これは、ハイブリッド心線が、歯付きベルトの横断面において、心線間の間隔は心線の直径の４０％以下であり、更には心線の周りを芯糸のカーボン繊維束の集束を高めるゴム糊(ゴムラテックス)で被覆することにより心線周りが強固に固定され、心線の組織の変形が十分防止されたためと考えられる。

１０、２０ 歯付きベルト
１１、２１ ベルト本体
１２、２２ 心線
１２ａ カーボン繊維束
１２ｂ ガラス繊維束
１３、２３ａ 歯布
２３ｂ 背布
ｄ１、ｄ２ 心線の直径
ｇ１、ｇ２ 心線間の間隔

Claims (6)

1. 心線を備える歯付きベルトにおいて、
   前記心線は、中央に配置された芯糸と、前記芯糸の外周面の全面を隙間なく覆うことにより前記芯糸を固定する鞘糸を備え、
   前記歯付きベルトの横断面において、前記心線間の間隔が前記心線の直径の４０％以下であることを特徴とする歯付きベルト。
2. 前記芯糸はカーボン繊維束、前記鞘糸はガラス繊維束であり、
   前記カーボン繊維束は、前記カーボン繊維束の周囲に配置された前記ガラス繊維束と共に撚糸されることにより固定されることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
3. 前記ガラス繊維束は、接着剤によって前記カーボン繊維束の外周面に固定されることを特徴とする請求項２に記載の歯付きベルト。
4. 前記鞘糸は、ナイロン繊維、芳香族ナイロン繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ポリエステル繊維、芳香族ポリエステル繊維、ＰＰＳ繊維、ポリイミド繊維、フッ素繊維、シリカ繊維、ＰＥＥＫ繊維、ＰＶＡ繊維、ＰＥ繊維及びＰＢＯ繊維からなる群から選ばれるいずれかの繊維束であることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
5. 前記芯糸はカーボン繊維束であり、
   前記カーボン繊維束は、外周面に前記鞘糸が巻きつけられることにより固定されることを特徴とする請求項１に記載の歯付きベルト。
6. 心線を備える歯付きベルトにおいて、
   前記歯付きベルトは歯布と背布を備え、
   前記心線が、前記歯布と前記背布とに接して挟持されることにより固定され、
   前記歯付きベルトの横断面において、前記心線間の間隔が前記心線の直径の４０％以下であることを特徴とする歯付きベルト。
   

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