WO2017110076A1 - ゴム補強用コード及びそれを用いたゴム製品 - Google Patents

Abstract

ゴム補強用コード（１０）は、第１の繊維ストランド（１１）と、第１の繊維ストランド（１１）の周囲に配置された複数の第２の繊維ストランド（１２）と、を含む。第２の繊維ストランド（１２）が、第１の繊維ストランド（１１）よりも２０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有する。

Description

ゴム補強用コード及びそれを用いたゴム製品

　本発明は、ゴム製品を補強するためのゴム補強用コードと、それを用いたゴム製品とに関する。

　ゴムベルト等のゴム製品を補強するための補強材として、補強用繊維を用いて形成されたゴム補強用コードが提案されてきた。補強用繊維として、例えば、アラミド繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、スチール繊維、ガラス繊維及び炭素繊維等が知られている。ゴム補強用コードは、１種の繊維から、又は、２種以上の繊維が組み合されることによって形成されている。

　自動車の内燃機関のカムシャフト駆動などに用いられるタイミングベルトでは、適切なタイミングを維持するために高い寸法安定性が要求される。また、自動車用のタイミングベルトに限らず、近年の省エネへの関心の高まりにより、様々な装置においてベルトの伝達効率の向上が強く求められている。したがって、このようなゴム製品（ゴムベルト）に用いられるゴム補強用コードには、高い弾性率が求められる。

　従来、高い弾性率を有するゴム補強用コードとして、例えば炭素繊維等の高い弾性率を有する繊維（高弾性率繊維）で形成されたゴム補強用コードが提案されている。しかし、高弾性率繊維は、曲げ剛性が高いため耐屈曲疲労性に劣る。ゴムベルト等のゴム製品は、屈曲応力を繰り返し受けるため、屈曲疲労によって性能が低下しやすい。したがって、高弾性率繊維で形成されたゴム補強用コードが屈曲応力を繰り返し受けると、屈曲疲労によってゴム補強用コードを構成している繊維が破損して、その結果ゴム補強用コードが破断する。ゴム補強用コードの破断は、そのゴム補強用コードで補強されているゴム製品の性能低下を引き起こし、最終的にはゴム製品の引張強度が大きく低下して破断に至る。

　そこで、弾性率と耐屈曲疲労性とのバランスを考慮して、中心部に配置される中心材と、その周囲（外周部）に配置される外周材との２層構造を有するゴム補強用コードも提案されている。この２層構造では、中心部と外周部とで互いに異なる繊維が用いられている。例えば特許文献１には、炭素繊維ストランドと、その炭素繊維ストランドの周囲に配置された複数のガラス繊維ストランドとを含むゴム補強用コードが開示されている。このゴム補強用コードでは、高弾性率繊維である炭素繊維が中心部に配置され、炭素繊維よりも弾性率が低いガラス繊維が外周部に配置されている。この構造によれば、炭素繊維にかかる屈曲応力が外周部に配置されているガラス繊維によって緩和されるので、弾性率と耐屈曲疲労性とのバランスに優れたゴム補強用コードを実現することができる。

国際公開第２００４／０９０２２４号

　しかし、上記従来の構成を有するゴム補強用コードは、次のような課題を有している。上述したように、高弾性率繊維で形成された上記従来のゴム補強用コードの場合、屈曲疲労によってゴム補強用コードを構成している繊維が破損して、その結果ゴム補強用コードが破断し、さらにそのゴム補強用コードで補強されているゴム製品の性能低下が引き起こされて、最終的にはゴム製品の引張強度が大きく低下して破断に至る。このような理由で生じるゴム補強用コード及びゴム製品の破断は、高張力下での使用時に突然に一気に起こることが多く、予測が非常に困難である。したがって、ゴム補強用コード及びゴム製品の突然の破断は、そのゴム製品が設置されている設備の破損にもつながる。この課題は、高弾性繊維のみで形成されているゴム補強用コードだけではなく、複数種類の繊維を含むゴム補強用コードも有している。複数種類の繊維を含む、上記従来の２層構造のゴム補強用コードは、弾性率と耐屈曲疲労性とのバランスを高く保てるように改善されているものの、繊維の破損に起因するゴム補強用コードの破断、さらにはそのゴム補強用コードを含むゴム製品の破断が一気に起こり、破断予測が困難であるという課題については何ら解決されていない。

　そこで、本発明の目的の一つは、高い弾性率を有するゴム補強用コードであり、ゴム補強用コードの破断、さらにそのゴム補強用コードを含むゴム製品の破断が一気に起こることを防いで破断予測を可能とするゴム補強用コードを提供することである。さらに、本発明の別の目的の一つは、破断予測を可能とするゴム製品であって、それによって当該ゴム製品が設置されている設備の破損を防ぐことができるゴム製品を提供することである。

　本発明は、
　第１の繊維ストランドと、
　前記第１の繊維ストランドの周囲に配置された複数の第２の繊維ストランドと、
を含み、
　前記第２の繊維ストランドが、前記第１の繊維ストランドよりも２０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有する、
ゴム補強用コードを提供する。

　また、本発明は、
　ゴムマトリックスと、
　前記ゴムマトリックスに埋め込まれた上記本発明のゴム補強用コードと、
を含むゴム製品を提供する。

　本発明のゴム補強用コードでは、中心部に配置された第１の繊維ストランドよりも、第１の繊維ストランドの周囲（外周部）に配置された第２の繊維ストランドの方が、２０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有する。ゴム補強用コードを構成する第１及び第２の繊維ストランドのうち、第２の繊維ストランドはより高い弾性率を有するので、第２の繊維ストランドは本発明のゴム補強用コードに高い弾性率を付与する。一方、中心部に位置する第１の繊維ストランドの弾性率は第２の繊維ストランドよりも低いので、第１の繊維ストランドには、ゴム補強用コードの長手方向にかかる張力による負荷がほとんどかからない。さらに、第１の繊維ストランドは補強用コードの中心に位置するので、屈曲により補強用コードにかかる曲げ応力（引張応力及び圧縮応力）も受けにくい。本発明のゴム補強用コードは、外周部により高い弾性率を有する第２の繊維ストランドが位置し、中心部により低い弾性率を有する第１の繊維ストランドが位置するので、第１及び第２の繊維ストランドがほぼ同時に破損するという現象が起こりにくくなる。すなわち、第１の繊維ストランドの破損と第２の繊維ストランドの破損との間には時間差が生じる。その結果、本発明のゴム補強用コード、さらに本発明のゴム補強用コードで補強されているゴム製品が予兆なく一気に破断するという現象が起こりにくくなり、ゴム補強用コード及びゴム製品が破断する前にゴム補強用コードの一部の破損に起因する何等かの予兆が現れる。このように、本発明のゴム補強用コードによれば、高い弾性率を有すると共に、ゴム補強用コードの破断、さらにそのゴム補強用コードを含むゴム製品の破断が一気に起こることを防いで破断予測を可能とする、ゴム補強用コードを提供できる。また、本発明のゴム製品は、このようなゴム補強用コードで補強されているので破断予測が可能となり、その結果、当該ゴム製品が設置されている設備の破損を防ぐことができる。

本発明のゴム補強用コードの一例を模式的に示す断面図である。 本発明のゴム製品の一例を模式的に示す一部分解斜視図である。 実施例及び比較例のゴム補強用コードに対して実施された屈曲試験の方法を模式的に示す図である。

　以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。

［ゴム補強用コード］
　本実施形態のゴム補強用コードは、第１の繊維ストランドと、第１の繊維ストランドの周囲に配置された複数の第２の繊維ストランドとを含む。さらに、第２の繊維ストランドは、第１の繊維ストランドよりも２０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有する。換言すると、本実施形態のゴム補強用コードは、中心部に位置する第１の繊維ストランドと、外周部に位置する第２の繊維ストランドとで構成された２層構造を有しており、外周部の繊維ストランドが中心部の繊維ストランドよりも２０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有している。本実施形態のゴム補強用コードは、弾性率が互いに異なる複数の繊維ストランドを含んでいる。したがって、より高い弾性率を有する第２の繊維ストランドによってゴム補強用コードに高い弾性率が付与され、より低い弾性率を有する第１の繊維ストランドによってゴム補強用コードにしなやかさ、すなわち耐屈曲疲労性が付与される。

　本実施形態のゴム補強用コードでは、第２の繊維ストランドが第１の繊維ストランドよりも２０ＧＰａ以上高い弾性率を有するストランドであるので、通常は第２の繊維ストランドがゴム補強用コードの長手方向にかかる張力に対抗する役割を担う。したがって、第２の繊維ストランドが破損していない正常な状態である場合は、中心部の第１の繊維ストランドには、ゴム補強用コードの長手方向にかかる張力による負荷がほとんどかからない。また、本実施形態のゴム補強用コードでは、中心部により低い弾性率を有する第１の繊維ストランドが配置され、外周部により高い弾性率を有する複数の第２の繊維ストランドが配置されているので、ゴム補強用コードが曲げられた際に当該コードにかかる曲げ応力（屈曲部分の外側にかかる引張応力と、屈曲部分の内側に係る圧縮応力）による負荷のほとんどが、外周部に位置している高弾性率繊維である第２の繊維ストランドにかかることになる。したがって、第２の繊維ストランドが破損していない正常な状態である場合は、中心部の第１の繊維ストランドには、ゴム補強用コードが曲げられた際に当該コードにかかる応力による負荷がほとんどかからない。

　以上の理由により、本実施形態のゴム補強用コードにおいては、外周部の第２の繊維ストランドが破損した後、中心部の第１の繊維ストランドに、ゴム補強用コードの長手方向にかかる張力による負荷及び曲げによる応力の負荷がかかることになる。したがって、第２の繊維ストランドが破損した時点では、第１の繊維ストランドは負荷によるダメージをほぼ受けておらず、第２の繊維ストランドの破損の直後に第１の繊維ストランドが破損する可能性は非常に小さい。すなわち、第２の繊維ストランドの破損が起こってから第１の繊維ストランドが完全に破損してゴム補強用コードが破断するまでには時間的余裕があり、第２の繊維ストランドの破損に起因する何らかの予兆が現れる。なお、ここでいう予兆とは、例えばゴム補強用コードがゴムベルトに埋め込まれて使用されている場合には、異音の発生やゴムベルトの伝達効率の急激な低下等であり、例えばゴムベルトがエンジンに使用されている場合はノッキング等である。このように、本実施形態のゴム補強用コードは、第１及び第２の繊維ストランドの破損がほぼ同時に起こりにくい構成を有しており、その結果、ゴム補強用コードの破断、さらにはゴム補強用コードで補強されているゴム製品の破断が予兆なく一気に起こりにくくなる。

　以上のとおり、本実施形態のゴム補強用コードは、高い弾性率を満たし、また、ゴム補強用コードの破断、さらにそのゴム補強用コードを含むゴム製品の破断が一気に起こることを防いで破断予測を可能とする。

　ここで、比較のために、高い弾性率を有する繊維ストランド（高弾性率繊維ストランド）が中心部に位置し、低い弾性率を有する繊維ストランド（低弾性率繊維ストランド）が外周部に位置する従来のゴム補強用コードについても説明する。このような従来の構成においては、ゴム補強用コードの長手方向にかかる張力による負荷は、主に中心部の高弾性率繊維ストランドによって担われることになる。さらに、ゴム補強用コードが曲げられた際に当該コードにかかる曲げ応力（屈曲部分の外側にかかる引張応力と、屈曲部分の内側に係る圧縮応力）による負荷についても、外周部の低弾性率繊維ストランドの存在によってその大きさは緩和されるものの、高弾性率である中心部の繊維ストランドも担わなければならない。したがって、外周部の低弾性率繊維ストランドが破損せずに正常な状態を維持している段階であっても、中心部の高弾性率繊維ストランドには、すでにゴム補強用コードの長手方向にかかる張力による負荷及び曲げによる応力の負荷がかかっていることになり、一部が破損している可能性がある。したがって、外周部の低弾性率繊維ストランドが破損した時点で、中心部の、耐屈曲疲労性に劣る高弾性率繊維ストランドは、すでに負荷によるダメージを受けていると考えられる。また、長手方向にかかる負荷により中心部の高弾性率繊維ストランドが外周部の低弾性率繊維ストランドよりも先に破損した場合でも、高弾性率繊維ストランドが破損した時点で、外周部の低弾性率繊維ストランドもすでに負荷によるダメージを受けていると考えられる。その結果、外周部の低弾性率繊維ストランドの破損の直後に中心部の高弾性率繊維ストランドも破損して、ゴム補強用コード全体が破断する、または、中心部の高弾性率繊維ストランドの破損の直後に外周部の低弾性率繊維ストランドも破損して、ゴム補強用コード全体が破断する可能性が高いと考えられる。すなわち、従来の構成の場合は、ゴム補強用コードの破断、さらにはゴム補強用コードで補強されているゴム製品の破断が予兆なく一気に起こる可能性が高い。

　また、従来のゴム補強用コードのうち、１種類の繊維によってコードが構成されているものについては、使用によって構成繊維の全てが同程度にダメージを受けることになるため、構成繊維の一部の破損から全体の破損へと一気に広がることになり、ゴム補強用コード全体の破断が予兆なく一気に起こることになる。すなわち、１種類の繊維によって構成されている従来のゴム補強用コードは、ゴム補強用コードの破断、さらにはゴム補強用コードで補強されているゴム製品の破断が予兆なく一気に起こる可能性が当然に高いといえる。

　以下に、本実施形態のゴム補強用コードについて、より詳しく説明する。

　上述のとおり、本実施形態における第１の繊維ストランド及び第２の繊維ストランドの引張弾性率の関係は、以下のとおりである。
第１の繊維ストランドの引張弾性率＋２０ＧＰａ≦第２の繊維ストランドの引張弾性率

　第２の繊維ストランドは、第１の繊維ストランドよりも２０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有するが、好ましくは３０ＧＰａ以上、より好ましくは４０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有することである。また、第２の繊維ストランドと第１の繊維ストランドとの引張弾性率の差の上限は特には限定されないが、例えば設備故障を防止するという観点からは、第２の繊維ストランドと第１の繊維ストランドとの引張弾性率の差を１００ＧＰａ以下とすることが望ましい。なお、第２の繊維ストランドと第１の繊維ストランドとの引張弾性率の差が大きすぎることによって設備故障が生じるメカニズムは、例えば次のとおりである。第２の繊維ストランドの引張弾性率と第１の繊維ストランドの引張弾性率との差が大きすぎる場合、スキン部分を構成する第２の繊維ストランド（高弾性率繊維）が破断した際に、コア部分を構成する第１の繊維ストランド（低弾性率繊維）が荷重を担うことになり、補強用コードの全体が伸びる。その結果、その補強用コードで補強されていたベルト等のゴム製品が伸びる。例えばゴム製品がタイミングベルトの場合、タイミングベルトの使用の特徴上、ベルトの歯とプーリの噛み合いが重要であるため、タイミングベルトが伸びすぎると噛み合いが悪化してベルトの歯が剥がれる（歯飛びが生じる）。その結果、そのタイミングベルトが設置されている設備の破壊につながる。

　第１の繊維ストランド及び第２の繊維ストランドに用いられる繊維の材質は特に限定されず、ゴム補強用コードの補強用繊維として公知の繊維の中から、上記の引張弾性率の関係を満たすことが可能な組み合わせを適宜選択することが可能である。なお、第１の繊維ストランド及び第２の繊維ストランドの引張弾性率は撚りによっても調整可能であるため、第１の繊維ストランド及び第２の繊維ストランドに用いられる繊維の材質自体の引張弾性率が、必ずしも上記関係を満たしている必要はない。

　第１の繊維ストランドには、例えば、アラミド繊維、ガラス繊維及びポリエステル繊維等を用いることができる。これらの中でも、高い張力を有するという理由から、アラミド繊維を用いることが好ましい。なお、第１の繊維ストランドは、１種類の繊維のみからなっていてもよいし、複数種類の繊維を含んでいてもよい。また、第１の繊維ストランドの引張弾性率は、第２の繊維ストランドの引張弾性率よりも２０ＧＰａ以上低ければよいため、特には限定されない。しかし、第１の繊維ストランドの引張弾性率は、ゴム製品の弾性率を保持し、さらに第２の繊維ストランドが破断した際にも性能を保持するために、例えば２０ＧＰａ以上であることが好ましく、３０ＧＰａ以上であることがより好ましい。また、第１の繊維ストランドの引張弾性率は、ゴム製品、特にゴムベルトの耐屈曲疲労性を保持するために、例えば８０ＧＰａ以下であることが好ましく、６０ＧＰａ以下であることがより好ましい。また、第２の繊維ストランドが破損した際に、ゴム補強用コードの十分な強度を保持できるように、第１のストランドの直径は、０．３０ｍｍ以上が好ましく、０．４０ｍｍ以上がより好ましい。

　第２の繊維ストランドには、例えば、炭素繊維、ポリパラフェニレン・ベンゾビス・オキサゾール（ＰＢＯ）繊維及びスチール繊維等を用いることができる。これらの中でも、高い引張強度と、高い弾性率とを有する炭素繊維を用いることが好ましい。なお、第２の繊維ストランドは、１種類の繊維のみからなっていてもよいし、複数種類の繊維を含んでいてもよい。また、第２の繊維ストランドの引張弾性率は、第１の繊維ストランドの引張弾性率よりも２０ＧＰａ以上高ければよいため、特には限定されない。しかし、第２の繊維ストランドの引張弾性率は、ゴム製品、特にゴムベルトの高い伝達効率を保持するために、例えば７０ＧＰａ以上であることが好ましく、８０ＧＰａ以上であることがより好ましい。また、第２の繊維ストランドの引張弾性率は、ゴム製品、特にゴムベルトの耐屈曲疲労性を保持するために、例えば５００ＧＰａ以下であることが好ましく、４００ＧＰａ以下であることがより好ましい。

　第１の繊維ストランドと第２の繊維ストランドとの組み合わせの一例として、第１の繊維ストランドがアラミド繊維を含む繊維ストランドであり、第２の繊維ストランドが炭素繊維を含む繊維ストランドである組み合わせが挙げられる。この組み合わせによればゴム製品内で受ける引張応力、圧縮応力及び曲げ応力のほとんどを第２の繊維ストランドが受け持ち、第１の繊維ストランドが保護されるという効果が得られる。なお、この場合、第１の繊維ストランドに含まれるアラミド繊維は、例えば６５質量％以上であり、７６質量％以上であってもよい。また、第１の繊維ストランドに含まれるアラミド繊維は、例えば９５質量％以下であり、９０質量％以下であってもよい。第２の繊維ストランドに含まれる炭素繊維は、例えば７６質量％以上であり、８０質量％以上であってもよい。また、第２の繊維ストランドに含まれる炭素繊維は、例えば９２質量％以下であり、８８質量％以下であってもよい。なお、第１の繊維ストランドが被膜を含む場合、上記に特定されている第１の繊維ストランドに含まれるアラミド繊維の質量％とは、第１の繊維ストランドを構成する全繊維の質量と被膜の質量との合計を第１の繊維ストランドの全質量としたときの、第１の繊維ストランドに含まれるアラミド繊維の質量％である。また、第２の繊維ストランドが被膜を含む場合、上記に特定されている第２の繊維ストランドに含まれる炭素繊維の質量％とは、第２の繊維ストランドを構成する全繊維の質量と被膜の質量との合計を第２の繊維ストランドの全質量としたときの、第２の繊維ストランドに含まれる炭素繊維の質量％である。また、上記の効果をより確実に得るために、第１の繊維ストランドとしてアラミド繊維からなる（アラミド繊維が１００質量％の）繊維ストランドを用いてもよく、また、第２の繊維ストランドとして炭素繊維からなる（炭素繊維が１００質量％の）繊維ストランドを用いてもよい。

　第１の繊維ストランドは、下撚りされていてもよいし、下撚りされていなくてもよい。第２の繊維ストランドが破損して曲げ応力による大きな負荷が第１の繊維ストランドにかかった際に、その負荷による第１の繊維ストランドの破損を遅らせてコード全体の破断をできるだけ遅らせるために、第１の繊維ストランドの耐屈曲性を向上させることが望ましい。したがって、最終的に第１の繊維ストランドと第２の繊維ストランドとが上撚りされて得られたゴム補強用コードの状態で、第１の繊維ストランドの撚り数が第２の繊維ストランドの撚り数以上であることが好ましい。ゴム補強用コードにおける第１の繊維ストランドの撚り数は、例えば１．５～４．５回／２５ｍｍの範囲とできる。なお、第１の繊維ストランドの撚り方向は特に限定されない。

　第２の繊維ストランドは、下撚りされていてもよいし、下撚りされていなくてもよいが、下撚りされていないことが望ましい。第２の繊維ストランドが下撚りされている場合は、耐屈曲疲労性が向上するという効果が得られる。一方、第２の繊維ストランドが下撚りされていない無撚りの繊維ストランドの場合、第２の繊維ストランドを第１の繊維ストランドの周囲に配置するために上撚りをかける際に、第２の繊維ストランドを構成する繊維の動きの自由度が高くなる。したがって、無撚りの第２の繊維ストランドは、上撚りをかけられる際のコード中心方向への応力によって繊維が広がって、第１の繊維ストランドの表面に沿うように、すなわち中心の第１の繊維ストランド全体的に包むように配置され得る。このように、無撚りの第２の繊維ストランドを用いる場合は、中心部の第１の繊維ストランドがより保護されるという効果が得られる。下撚りの方向は特には限定されない。

　本実施形態のゴム補強用コードは、複数の第２の繊維ストランドが上撚りされて第１の繊維ストランドの周囲に配置される。上撚りの数は例えば０．８～３．５回／２５ｍｍの範囲とできる。上撚りの方向は特には限定されない。

　第１の繊維ストランドは、表面に設けられた被膜を含んでいてもよい。この被膜は、例えば、接着性（第２の繊維ストランドとの接着性、さらに第１の繊維ストランドが複数含まれる場合は他の第１の繊維ストランドとの接着性）の向上や繊維のほつれの防止を目的として設けられるものであり、ゴム補強用コードにおいて繊維ストランドの被膜として公知のものを適用でき、例えばゴム成分を含んでいてもよい。この被膜の一例として、レゾルシン－ホルムアルデヒド縮合物とゴムラテックスとの混合物を主成分とする処理液（以下、「ＲＦＬ処理液」という場合がある）を用いて形成される被膜が挙げられる。ＲＦＬ処理液には、ゴム補強用コードにおいて繊維ストランドの処理剤として公知のものを適用できる。なお、第１の繊維ストランドに占める被膜の割合は、第１の繊維ストランドの材質や直径等に応じて適宜選択することができる。

　第２の繊維ストランドは、表面に設けられた被膜を含んでいてもよい。この被膜は、例えば、接着性（第１の繊維ストランドとの接着性、他の第２の繊維ストランドとの接着性、ゴム補強用コードの表面に第２の繊維ストランドが露出する構成である場合はコードが埋め込まれるゴムマトリックスとの接着性）の向上や繊維のほつれの防止を目的として設けられるものであり、ゴム補強用コードにおいて繊維ストランドの被膜として公知のものを適用でき、例えばゴム成分を含んでいてもよい。この被膜の一例として、ＲＦＬ処理液を用いて形成される被膜が挙げられる。ＲＦＬ処理液には、ゴム補強用コードにおいて繊維ストランドの処理剤として公知のものを適用できる。なお、第２の繊維ストランドに占める被膜の割合は、第２の繊維ストランドの材質や直径、さらにゴム補強用コードが埋め込まれるゴム製品のゴムマトリックス等に応じて適宜選択することができる。

　第２の繊維ストランドの全断面積は、第１の繊維ストランドの全断面積と第２の繊維ストランドの全断面積との合計の６４％以上が好ましく、８０％以上がより好ましい。より高い引張弾性率を有する第２の繊維ストランドの全断面積の割合をこのような範囲とすることにより、ゴム補強用コード全体の弾性率を高くすることができる。したがって、例えばゴム補強用コードがゴムベルトの補強に用いられた場合に、ゴムベルトの寸法安定性及び伝達効率を向上させることができる。一方、第２の繊維ストランドの全断面積は、第１の繊維ストランドの全断面積と第２の繊維ストランドの全断面積との合計の９５％以下が好ましく、９０％以下がより好ましい。第２の繊維ストランドの全断面積の割合をこのようは範囲内とすることにより、高い弾性率に加えて、十分な耐屈曲疲労性も備えたゴム補強用コードの提供が可能となる。なお、第１の繊維ストランドが被膜を含む場合は、第１の繊維ストランドの全断面積とは、第１の繊維ストランドを構成する繊維の断面積と被膜の断面積との合計となる。また、第２の繊維ストランドが被膜を含む場合は、第２の繊維ストランドの全断面積とは、第２の繊維ストランドを構成する繊維の断面積と被膜の断面積との合計となる。

　本実施形態のゴム補強用コードは、その表面に設けられた、被膜（オーバーコート被膜）をさらに含んでいてもよい。このオーバーコート被膜は、ゴム補強用コードが埋め込まれるマトリックスゴムとの接着性を向上させる等の目的で設けられ、例えばゴム成分を含む。このオーバーコート被膜には、公知のゴム補強用コードにおいてマトリックスゴムとの接着性向上の目的で設けられている公知の被膜を適用できる。

　本実施形態のゴム補強用コードの一例を図１に示す。図１のゴム補強用コード１０は、中心部に配置された第１の繊維ストランド１１と、第１の繊維ストランド１１の周囲に配置された複数の第２の繊維ストランド１２と、すべてのストランドを覆うように形成されたオーバーコート被膜１３（ハッチングは省略する）とを備える。第１の繊維ストランド１１は、その表面に設けられた被膜１１ａを含んでいる。第２の繊維ストランド１２は、その表面に設けられた被膜１２ａを含んでいる。なお、被膜１１ａ及び１２ａ、並びにオーバーコート被膜１３は省略することが可能である。

　図１には、第１の繊維ストランド１１が１本で、第２の繊維ストランド１２が５本である例が示されているが、各繊維ストランドの数はこれに限定されない。第１の繊維ストランド１１の数と第２の繊維ストランド１２の数とは、ゴム補強用コードに要求される特性や、ストランドの特性に応じて選択され得る。［第１の繊維ストランドの数］／［第２の繊維ストランドの数］の比の好ましい例としては、例えば、［１］／［３～３０］、［２］／［６～３０］および［３］／［１０～４０］が挙げられる。中心部に配置される第１の繊維ストランドが複数である場合には、複数の第１の繊維ストランドを束ねて下撚りを加えてもよいし、下撚りを加えなくてもよい。第１の繊維ストランドに曲げ応力の負荷ができるだけかからないように、第１の繊維ストランドの周りを取り囲むように複数の第２の繊維ストランドを配置することが好ましい。

　本実施形態のゴム補強用コードは、公知の方法で製造できる。本実施形態のゴム補強用コードを製造する方法の一例を以下に説明する。

　繊維ストランドは、繊維のフィラメントを束ねることによって形成できる。繊維ストランドには、下撚りを加えてもよい。また、複数のストランドを束ねて撚りを加え、１本のストランドとしてもよい。形成したストランドには、特定の処理、例えば上記のＲＦＬ処理液による処理を行ってもよい。なお、ＲＦＬ処理液を用いて被膜を形成する場合、ＲＦＬ処理液にストランドを浸漬した後に熱処理すればよい。ＲＦＬ処理液に用いられるゴムラテックスに特に制限はなく、たとえば、アクリルゴム系ラテックス、ウレタンゴム系ラテックス、スチレン・ブタジエンゴム系ラテックス、ニトリルゴム系ラテックス、クロロスルホン化ポリエチレン系ラテックス、それらの変性ラテックス、またはそれらの混合物を用いることができる。

　第１の繊維ストランドと第２の繊維ストランドとは、公知の方法で束ねることができる。たとえば、中心部ガイド孔とその周囲に配置された複数の外周部ガイド孔とを備えるガイドを用いて束ねることができる。複数の外周部ガイド孔は、中心部ガイド孔の中心からほぼ等しい距離に配置される。１本または複数本の第１の繊維ストランドは、中心部ガイド孔に通される。第２の繊維ストランドは、外周部ガイド孔に通される。第１及び第２の繊維ストランドは、下撚りされていてもよいし、下撚りされていなくてもよい。これらのストランドが上撚りされて束ねられることによって、第２の繊維ストランドが第１の繊維ストランドの周囲に配置される。

　本実施形態のゴム補強用コードを製造するための装置に限定はなく、様々な装置、たとえば、リング撚糸機やフライヤー撚糸機、撚り線機などを用いることができる。

　第２の繊維ストランドの表面に設けられた上記被膜のみではマトリックスゴムとゴム補強用コードとの接着強度が不十分な場合には、ゴム補強用コードの表面にさらにオーバーコート被膜を形成してもよい。

［ゴム製品］
　本実施形態のゴム製品について説明する。本実施形態のゴム製品は、マトリックスゴムと、マトリックスゴムに埋め込まれたゴム補強用コードとを含む。ゴム補強用コードには、上記の本実施形態のゴム補強用コードが用いられる。上述のとおり、本実施形態のゴム補強用コードは、高い弾性率と高い耐屈曲疲労性との両方を満たし、さらにゴム補強用コードの破断、さらにそのゴム補強用コードを含むゴム製品の破断が一気に起こることを防いで破断予測を可能とするものである。したがって、本実施形態のゴム製品は、破断予測が可能となり、その結果、当該ゴム製品が設置されている設備の破損を防ぐことができる。本実施形態のゴム製品は、様々な用途に適用でき、例えば歯付きベルトや移動ベルトといったゴムベルト、ゴムクローラ、タイヤコードなどに適用される。また、本実施形態のゴム製品は本実施形態のゴム補強用コードで補強されているので、高い寸法安定性及び高い伝達効率を有している。したがって、本実施形態のゴム製品は、車両用エンジンのタイミングベルトなどの用途に特に適している。なお、ゴム製品のマトリックスゴムにゴム補強用コードを埋設してゴム製品を製造する方法には、公知の方法を適用できる。

　本実施形態のゴム製品の一例について説明する。図２に、歯付きベルト２０の分解斜視図を示す。歯付きベルト２０は、マトリックスゴム２１と、マトリックスゴム２１に埋め込まれた複数のゴム補強用コード２２とを備える。マトリックスゴム２１は、ゴム、またはゴムと他の材料とによって構成される。ゴム補強用コード２２は、本実施形態のゴム補強用コードであり、歯付きベルト２０の移動方向に平行に配置される。ゴム補強用コード２２を除く部分については、公知の部材を適用できる。

　以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。

［実施例１］
　炭素繊維ストランドにＲＦＬ処理液を含浸させたのち、熱処理（１８０℃で１２０秒間）して乾燥させた。このようにして、第２の繊維ストランドとして用いられる、被膜が形成された炭素繊維ストランド（被膜１５質量％）を作製した。炭素繊維ストランドには、炭素繊維フィラメント（直径７．０μｍ）を６０００本束ねた炭素繊維ストランド（４００ｔｅｘ、引張弾性率２３５ＧＰａ、密度約１．７６ｇ／ｃｍ^３、無撚品、東邦テナックス株式会社製）を用いた。また、ＲＦＬ処理液には、レゾルシン－ホルムアルデヒド縮合物の溶液（固形分８質量％）と、ビニルピリジン－スチレン－ブタジエンラテックス（固形分４０質量％）と、クロロスルホン化ポリエチレンゴム分散体（固形分４０質量％）とを固形分比率２：１３：６の質量比で混合した混合物を用いた。

　第１の繊維ストランドとして、被膜が形成されたパラ系アラミド繊維ストランド（１６７ｔｅｘ、引張弾性率７０ＧＰａ、密度１．４４ｇ／ｃｍ^３、被膜１０質量％）を用意した。この被膜が形成されたパラ系アラミド繊維ストランドは、パラ系アラミド繊維ストランドにＲＦＬ処理液を含浸させたのち、熱処理（１８０℃で１２０秒間）することで乾燥し、次いで、Ｓ方向に下撚り（１．０回／２５ｍｍ）を加えることで製造された。

　次に、１本のパラ系アラミド繊維ストランドの周囲に、３本の無撚りの炭素繊維ストランドを配置し、Ｓ方向に上撚り（１．０回／２５ｍｍ）を加えることによって、コードを得た。このコードにおいて、第２の繊維ストランドの全断面積（３本の被膜付き炭素繊維ストランドの断面積の合計）は、第１の繊維ストランドの全断面積と前記第２の繊維ストランドの全断面積との合計（１本の被膜付きパラ系アラミド繊維ストランドの断面積＋３本の被膜付き炭素繊維ストランドの断面積の合計）の８５．０％であった。

　次に、表１に示す組成を有する処理剤を上記のコード上に塗布して乾燥することによって、オーバーコート被膜を形成した。（第１の繊維ストランド＋第２の繊維ストランド＋オーバーコート被膜）の合計質量に占めるオーバーコート被膜の割合は３．０％であった。

　以上のようにして、実施例１のゴム補強用コードを作製した。

［比較例１］
　実施例１と同様の方法で作製された炭素繊維ストランド及びパラ系アラミド繊維ストランドを用い、１本の炭素繊維ストランドの周囲に、６本のパラ系アラミド繊維ストランドを配置し、Ｓ方向に上撚り（１．０回／２５ｍｍ）を加えることによってコードを得た。次に、このコード上に実施例１と同様の処理剤を用いてオーバーコート被膜を形成して、比較例１のゴム補強用コードを得た。すなわち、比較例１のゴム補強用コードは、中心側の第１の繊維ストランドとしてより高い弾性率を有する炭素繊維ストランドが用いられ、その周囲に配置される第２の繊維ストランドとしてより低い弾性率を有するパラ系アラミド繊維ストランドが用いられた構成を有していた。

［比較例２］
　実施例１と同様の方法で作製した炭素繊維ストランド４本を用いて、これにＳ方向に撚り（１．０回／２５ｍｍ）を加えたコードを得た。次に、このコード上に実施例１と同様の処理剤を用いてオーバーコート被膜を形成して、比較例２のゴム補強用コードを得た。すなわち、比較例２のゴム補強用コードは、補強用繊維として炭素繊維のみが用いられたものであった。

［耐屈曲疲労性の評価］
　実施例１、並びに、比較例１及び２のゴム補強用コードを、表２に示す組成を有するマトリックスゴムに埋め込み、幅１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚さ３ｍｍの平ベルトを形成した。得られた平ベルトについて、３０万回屈曲させる屈曲試験を行った。屈曲試験は、図３に示す屈曲試験機３０を用いて行った。それぞれの試験片について、屈曲試験後の屈曲部のコードの状態を観察した。

　図３の屈曲試験機３０は、１個の平プーリ３１（直径１０ｍｍ）と、４個のガイドプーリ３２と、モータ３３とを備える。まず、作製された試験片３４（平ベルト）を、５個のプーリに架けた。そして、試験片３４の一端３４ａにおもりをつけて、試験片３４に９．８Ｎの荷重を加えた。その状態で、試験片３４の他端３４ｂをモータ３３によって往復運動させ、平プーリ３１の部分で試験片３４を繰り返し屈曲させた。屈曲試験は室温で行った。屈曲試験後の試験片の屈曲部に埋設されているコードの状態を観察し、コードが切断せず保持されているかどうかを確認した。この観察結果を「３０万回屈曲後の切断の有無」として、表３に示す。

［引張弾性率の測定］
　測定装置には島津製作所（株）製「オートグラフＡＧＳ－５ｋＮＸ」を用い、ソフトウェアとして「Ｔｒａｐｅｚｉｕｍ」を使用した。測定速度２５０ｍｍ／分、つかみ間距離２５０ｍｍとし、初期荷重を１０Ｎに設定した。伸び率０．３％と０．８％の際の荷重の差を０．５％で除し、コード断面積で除して算出した。

　実施例１のゴム補強用コードは、高い引張弾性率を有し、３０万回の屈曲試験にも耐えることができた。これに対し、高い引張弾性率を有する炭素繊維のみが補強用繊維として用いられた比較例２のゴム補強用コードは、３０万回の屈曲試験に耐えることができず、耐屈曲疲労性に劣っていた。

　比較例１のゴム補強用コードは、３０万回の屈曲試験には耐えることができた。しかし、比較例１のゴム補強用コードは、高弾性率繊維の割合が低く、市場が要求する性能を満たさないものであった。したがって、比較例１のゴム補強用コードで補強されるゴム製品がベルトの場合、そのベルトは高い伝達効率を得ることができないと考えられる。また、比較例１のゴム補強用コードは、第１の繊維ストランドに引張弾性率が高い炭素繊維ストランドを用い、第２の繊維ストランドに引張弾性率が低いアラミド繊維ストランドを用いているので、屈曲試験をさらに続けた場合には、上述した理由（高弾性率繊維ストランドが中心部に位置し、低弾性率繊維ストランドが外周部に位置する構成のゴム補強用コードにかかる負荷についての説明）によりコード全体が負荷を受けるため、切断が予兆なく一気に起こると予想される。これに対し、実施例１の補強用コードに対してさらに屈曲試験を続けた場合には、第１の繊維ストランドに引張弾性率が低いアラミド繊維ストランドを用い、第２の繊維ストランドに引張弾性率が高い炭素繊維ストランドを用いているので、上述した理由により、外周部の第２の繊維ストランドが破損により切断された後でも中心部の第１の繊維ストランドはすぐには切断されない。したがって、実施例１のゴム補強用コードの場合は、コード全体が破断するよりも前に何等かの予兆（異音等）が現れると予想される。

　本発明は、ゴム製品を補強するための補強用コード、およびそれを用いたゴム製品に利用できる。

Claims (10)

1. 　第１の繊維ストランドと、
   　前記第１の繊維ストランドの周囲に配置された複数の第２の繊維ストランドと、
   を含み、
   　前記第２の繊維ストランドが、前記第１の繊維ストランドよりも２０ＧＰａ以上高い引張弾性率を有する、
   ゴム補強用コード。
2. 　前記第２の繊維ストランドの全断面積が、前記第１の繊維ストランドの全断面積と前記第２の繊維ストランドの全断面積との合計の６４～９５％の範囲である、
   請求項１に記載のゴム補強用コード。
3. 　前記第１の繊維ストランドの撚り数が、前記第２の繊維ストランドの撚り数以上である、
   請求項１又は２に記載のゴム補強用コード。
4. 　前記第２の繊維ストランドが、０．８～３．５回／２５ｍｍの範囲の撚り数で上撚りされている、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のゴム補強用コード。
5. 　前記第２の繊維ストランドが下撚りされていない、
   請求項１～３のいずれか１項に記載のゴム補強用コード。
6. 　前記第１の繊維ストランドがアラミド繊維を含み、前記第２の繊維ストランドが炭素繊維を含む、
   請求項１～４のいずれか１項に記載のゴム補強用コード。
7. 　前記第１の繊維ストランドがアラミド繊維からなり、前記第２の繊維ストランドが炭素繊維からなる、
   請求項６に記載のゴム補強用コード。
8. 　前記第２の繊維ストランドは、表面に設けられた被膜を含んでおり、
   　前記被膜は、ゴム成分を含む、
   請求項１～７のいずれか１項に記載のゴム補強用コード。
9. 　ゴムマトリックスと、
   　前記ゴムマトリックスに埋め込まれた請求項１～８のいずれか１項に記載のゴム補強用コードと、
   を含むゴム製品。
10. 　前記ゴム製品がゴムベルトである、
    請求項９に記載のゴム製品。

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