JP2004125164A - 伝動ベルト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アラミド短繊維と、アラミド短繊維より繊維長が長いポリエステル短繊維を配合したものを原料ゴムとする。アラミド短繊維とポリエステル短繊維は、原料ゴムのゴム成分であるポリマー100重量部に対して、合計して5ないし30重量部配合される。アラミド短繊維は3mm以下であり、ポリエステル短繊維は5mm以下である。この原料ゴムをアラミド短繊維とポリエステル短繊維が幅方向に配向するように成型しVベルトを得る。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は伝動ベルトであって、例えばスクーターの変速機において回転力を伝達するVベルトに関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、スクーターの変速機において使用される伝動Vベルトは、高温下で使用され、回転時に幅方向に高い圧力がかかる。したがって、従来、比較的耐熱性が高いクロロプレンゴム(CR)を原料として、側圧に対する強度を高めるためにアラミド短繊維が幅方向に配向されたVベルトが用いられている。これにより、スクーターの変速機において使用される伝動Vベルトは、ある程度の耐久性が保証されている。しかし、Vベルトの幅方向にさらに高い圧力をかけようとすると、従来の耐久性では充分ではない。
【0003】
そこで、Vベルトの側圧に対する強度を高めるために、配合されるアラミド短繊維の長さを長くし、アラミド短繊維の幅方向への配向性を高めることが考えられる。しかし、アラミド短繊維は、モジュラスが高く、原料ゴムに対する分散性が悪いため、繊維長の長い短繊維を配合すると、ゴムに対する分散性が低下するので、加工性が低下する。
【0004】
なお、従来、1〜5mmのアラミド短繊維がいずれか一方の方向に配向されたゴム(例えば特許文献1)や、2種類の短繊維が配合された伝動ベルト(例えば特許文献2、特許文献3)が知られている。
【0005】
【特許文献1】
特許第2991741号公報
【特許文献2】
特開昭63−112658号公報
【特許文献3】
特開2000−2302号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スクーター等で使用される伝動ベルトの耐久性を向上させるため、いずれか一方の方向に対して高い強度を持つ伝動ベルトを得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る伝動ベルトは、アラミド短繊維と、ポリエステル短繊維が配合された原料ゴムを原料として成型され、アラミド短繊維とポリエステル短繊維がベルト本体のいずれか一方の方向に配向される伝動ベルトであって、ポリエステル短繊維の長さがアラミド短繊維の長さより長いことを特徴とする。これにより、アラミド短繊維の配向性を向上させることができる。
【0008】
アラミド短繊維とポリエステル短繊維はベルト本体の幅方向に配向されることが好ましい。これにより、幅方向に対して高い強度を持つ伝動ベルトを得ることができる。
【0009】
例えば、アラミド短繊維とポリエステル短繊維は、原料ゴムのゴム成分であるポリマー100重量部に対して、合計して5ないし30重量部配合される。例えば、アラミド短繊維は3mm以下である。例えば、ポリエステル短繊維は5mm以下である。
【0010】
原料ゴムのゴム成分であるポリマーは、EPDMであることが望ましい。これにより、伝動ベルトは耐熱性を持つことができる。なお、EPDMに代えて、EPM、NBR、H−NBRおよびCRを用いても良い。
【0011】
ポリエステル短繊維はRFL処理されていることが好ましく、さらに、PET短繊維であったほうが良い。なお、ポリエステル短繊維として、ポリエチレンイソフタレート短繊維、ポリブチレンテレフタレート短繊維、βプロピオンラクトンの開環重合物から得られる短繊維、およびテレフタル酸ジメチルと1,4−シクロヘキサンジメタノールを重合して得られるポリマーの短繊維等を用いることもできる。
【0012】
好ましくは、アラミド短繊維はメタ系またはパラ系であることが好ましい。パラ系のアラミド短繊維は、メタ系に比べて強度が強いが、高価である。なお、伝動ベルトは、Vベルトであることが好ましく、さらに好ましくは、コグ付きVベルトである。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0014】
図1は、Vベルト10の断面図、図2は、Vベルト10の部分的な側面図である。Vベルト10は、EPDMをポリマー成分とする原料ゴムにより成型される。Vベルト10の背面側には上ゴム11が、底面側には下ゴム12が設けられる。上ゴム11と下ゴム12の間には、ベルトの長手方向に延びる心線14が埋設され、心線14の上面と下面には接着ゴム13がそれぞれ密着している。上ゴム11の背面には、帆布16が貼り付けられる。下ゴム12には、長手方向に波形に形成されたコグ15が設けられ、コグ15の表面は、コグ布18で覆われている。上ゴム11、下ゴム12内には短繊維20がVベルト10の幅方向に配向されている。短繊維20は、アラミド短繊維と、アラミド短繊維より繊維長が長いポリエステル短繊維である。
【0015】
Vベルト10の上ゴム11、下ゴム12は、予め一方の方向に短繊維20が配向されている原料ゴムシートを加硫成型することにより得られる。原料ゴムシートは、短繊維20が配合された原料ゴムを混錬し、ロールまたはカレンダ等で圧延されることにより得られる。このとき、ゴムシートに配合された短繊維20は圧延方向に配向される。
【0016】
短繊維20は長さが長くなると、原料ゴムへの分散性が悪くなり、加工性が悪くなる。したがって、アラミド短繊維の場合、その繊維長は、1〜3mm程度であることが好ましい。しかし、1〜3mm程度のアラミド短繊維を、単独で原料ゴムに配合した場合、その繊維長が短いため、圧延時に圧延方向に短繊維が均一には配向されず圧延方向以外にも短繊維が配向される。
【0017】
一方、ポリエステル短繊維は、アラミド短繊維に比べてモジュラスが低いので、アラミド短繊維より長い短繊維を配合したとしても、短繊維の原料ゴムに対する分散性が悪くなりくにい。そして、短繊維は、繊維長が長いものを配合した場合、圧延方向に均一に配向されやすい。したがって、ポリエステル短繊維は、繊維長を長くすることにより、アラミド短繊維に比べ圧延方向に均一に配向させることが可能である。しかし、ポリエステル短繊維は、アラミド短繊維に比べ強度が低いので、単独で原料ゴムに配合したとしても、充分に耐久性を向上させることができない。
【0018】
そこで、本実施形態では、原料ゴムに、アラミド短繊維と、アラミド短繊維に比べて繊維長が長いポリエステル短繊維を合わせて配合している。これにより、アラミド短繊維は、繊維長が長いポリエステル短繊維が圧延方向に均一に配向されるのに促されて、単独で原料ゴムに配合される場合より、圧延方向に均一に配向され、一方向への圧力に対する耐久性を向上させることができる。
【0019】
アラミド短繊維の繊維長は、3mm以下であり、好ましくは1〜3mmであり、さらに好ましくは約1mmである。ポリエステル短繊維の繊維長は5mm以下であり、好ましくは1〜5mmであり、さらに好ましくは約3mmである。
【0020】
本実施形態においては、EPDM100重量部に対して、短繊維20(アラミド短繊維およびポリエステル短繊維)が合計して5〜30重量部配合された原料ゴムが、原料として使用されている。この場合、例えばアラミド短繊維はEPDM100重量部に対して5〜15重量部配合されており、好ましくは約10重量部配合されている。また、ポリエステル短繊維は、例えば5〜15重量部配合されており、好ましくは約10重量部配合されている。
【0021】
なお、EPDMの代替としてEPM、NBR、H−NBRまたはCR等のゴム成分であるポリマーを使用しても良い。また、アラミド短繊維としては、パラ系に比べ安価であるメタ系が好ましいが、さらに耐久性のあるベルトが必要な場合には、強度がより高いパラ系が好ましい。ポリエステル短繊維はPET短繊維であることが好ましいが、ポリエチレンイソフタレート短繊維、ポリブチレンテレフタレート短繊維、βプロピオンラクトンの開環重合物から得られる短繊維、テレフタル酸ジメチルと1,4−シクロヘキサンジメタノールを重合して得られるポリマーの短繊維等であっても良い。
【0022】
ポリエステル短繊維は、RFL(レゾンシノール・ホルムアルデヒド・ラテックス)処理されており、例えば、長繊維をRFL液に浸漬し、乾燥させた後に、所定の長さに切断することにより形成される。
【0023】
【実施例】
次に、本発明の実施例と比較例に対する試験結果を説明する。表1は、実施例ゴムと比較例ゴムの短繊維の配合を示す。
【0024】
【表1】
【0025】
〔実施例ゴムと比較例ゴム〕
実施例ゴムAは、100℃におけるムーニー値が25であるEPDM(商品名「Keltan2340A」、DSM社製)100重量部に対して、カーボンブラック60重量部、有機金属塩14.7重量部、老化防止剤1重量部、スコーチ防止剤0.3重量部、パラフィンオイル8.7重量部、加硫剤5重量部添加され、繊維長が1mmで直径が14.32μmであるメタ系アラミド短繊維(商品名「コーネックス」、帝人(株)製)が10重量部と、繊維長が3mmで直径が23.8μmであるPET短繊維が10重量部配合されたゴムである。
【0026】
実施例ゴムB、Cは、実施例ゴムAとメタ系アラミド短繊維とPET短繊維(ポリエステル短繊維)の合計の配合部数が同じ例である。実施例ゴムB、Cは、メタ系アラミド短繊維およびポリエステル短繊維の繊維長は実施例Aと同一の配合のゴムである。実施例Bは、アラミド短繊維が5重量部、ポリステル短繊維が15重量部配合されている。実施例Cは、アラミド短繊維が15重量部、ポリステル短繊維が5重量部配合されている。その他の配合は、実施例Aゴムと同一である。
【0027】
実施例ゴムD、Eは、ポリエステル短繊維とアラミド短繊維の合計部数を実施例Aから変更した例である。実施例Dは、アラミド短繊維が5重量部、ポリステル短繊維が5重量部配合されている。実施例Eは、アラミド短繊維が15重量部、ポリステル短繊維が15重量部配合されている。実施例ゴムD、Eは、短繊維の種類および繊維長等のその他の配合は実施例ゴムAと同一である。
【0028】
実施例ゴムF〜Hは、実施例Aから繊維長の長さを変更した例である。実施例Fは、アラミド短繊維の繊維長が2mmであり、ポリエステル短繊維の繊維長が3mmである。実施例Gは、アラミド短繊維の繊維長が2mmであり、ポリエステル短繊維の繊維長が5mmである。実施例Hは、アラミド短繊維の繊維長が3mmであり、ポリエステル短繊維の繊維長が5mmである。実施例ゴムF〜Hは、短繊維の種類および配合部数については実施例ゴムAと同一である。
【0029】
比較例ゴム1,2は、アラミド短繊維とPET短繊維の繊維長が同一のものを配合した例である。配合部数は実施例ゴムAと同一である。比較例1は、アラミド短繊維およびポリエステル短繊維の繊維長がともに1mmの例である。比較例2は、アラミド短繊維およびポリエステル短繊維の繊維長がともに3mmの例である。その他の構成は、実施例Aと同一である。
【0030】
実施例ゴムA〜H、比較例1、2の試験片を使って第1の圧縮応力試験を行い、荷重をかけた場合の圧縮率を%で評価した。その試験結果を表2〜4に示す。各試験片は直径が29.0mmで試料長12.5mmの円柱状のゴムであり、圧縮方向は短繊維が配向されている方向と同じであった。
【0031】
【表2】
【0032】
【表3】
【0033】
【表4】
【0034】
表2〜4に示すように、圧縮応力試験において、実施例A〜Hは比較例1、2と略同等の結果を得た。
【0035】
図3は、比較例1,2および実施例A、C、Eの実施例ゴムを用いて引張り強さの試験結果を示す。本試験においては、各試験片を引っ張った力(MPa)に対する伸び率を%で評価した。各試験片はJIS K6251のダンベル状5号形を用いて採取したゴムであり、引張り方向は短繊維が配向されている方向と同じであった。
【0036】
図3に示すように、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した実施例A、C、Eは、同じ繊維長のアラミド短繊維とポリエステル短繊維を配合した比較例1,2に比べて、引張りに対する伸び率は小さかった。すなわち、実施例A、C、Eは比較例1、2に比べ引張りに対する強度が優れていた。これは、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した各実施例は、同一の繊維長を配合した比較例1,2よりも短繊維の配向性が良くなったためと考えられる。
【0037】
図4は、比較例1,2および実施例F、Hの実施例ゴムを用いて引張り強さの試験結果を示す。試験方法は、上述の引張り強さの試験方法と同じである。
【0038】
図4に示すように、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した実施例F、Hは、同じ繊維長のアラミド短繊維とポリエステル短繊維を配合した比較例1、2に比べて、引張りに対する強度が優れていた。これは、上述の試験結果と同様にアラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した各実施例の配向性が良いためと考えられる。
【0039】
以上のように、各実施例において、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した原料ゴムは、原料ゴムの強度を強化することが確認できた。
【0040】
〔実施例ゴムと従来ゴム〕
次に、実施例ゴムAと従来ゴムとの比較を以下に示す。従来ゴムはスクーター等のVベルトとして従来使用されているものでありアラミド短繊維が単独で配合されたゴムである。従来ゴムは、CR100重量部に対して、パラ系アラミド短繊維(商品名「ケブラー」、du Pont社製)が12.6重量部配合され、カーボンブラック56重量部、酸化マグネシウム3.4重量部、老化防止剤4重量部、加硫剤7重量部添加され、さらに、繊維長が1mmで直径が12.35μmのパラ系アラミド短繊維(商品名「テクノーラ」、帝人(株)製)が8.4重量部配合されたゴムである。
【0041】
実施例ゴムA、従来ゴムの試験片を使って第2の圧縮応力試験を行い、荷重をかけた場合の圧縮率を%で評価し、その試験結果を図5に示す。各試験片は直径が17.8mmで試料長25.4mmの円柱状のゴムであり、圧縮方向は短繊維が配向されている方向と同じであった。
【0042】
図5に示すように、実施例Aのゴムと従来ゴムは、荷重の大きさがある値に達するまでは、荷重に比例して圧縮率が上昇しており、荷重の大きさがある一定値を超えると、試料が挫屈して圧縮率が急上昇した。圧縮率が急上昇したのは、荷重の大きさが挫屈点X1、X2に達したとき、配合されている短繊維が荷重により折れたからである。
【0043】
ここで、挫屈点X1、X2に達するときの荷重がより大きいほうが、ゴムの強度が高いといえる。本試験結果より、実施例ゴムは、挫屈点X2に達する荷重が従来ゴムよりも大きく、強度が改善されたことが理解される。
【0044】
実施例ゴムA、従来ゴムを下ゴムおよび上ゴムに使用した実施例品のVベルト、従来品のVベルトの摩擦係数を測定した結果を図6に示す。なお、短繊維は幅方向に配向した。摩擦係数の測定は図7に示すように摩擦係数測定装置30において行った。プーリー31は、直径が80mmであり、プーリー31とVベルト33との接触角度αは90度(π/2)である。プーリー31の回転数が42rpm、Vベルト33に作用する鉛直方向の荷重T2が17.2Nである場合において、水平方向の張力T1を測定器32において測定し、式(1)に当てはめることにより、Vベルト33の摩擦係数μが求められる。
μ={ln(T1/T2)}/α ・・・・・・(1)
【0045】
摩擦係数μは図6に示すように、従来Vベルトが0.68であるのに対して、実施例Vベルトが1.22であった。スクーターの変速機における摩擦係数は経験的に1.2前後が適正であるとされており、実施例Vベルトは従来Vベルトに比べ、より摩擦係数が適正に設定されていると言える。すなわち、実施例Vベルトは従来Vベルトに比べ、負荷伝達性能が向上している。
【0046】
耐久時間測定試験を図8に示す耐久時間測定装置40によって行った。Vベルト43は心線が埋設されている面におけるピッチ長さが760mm、Vベルトの上面の幅が18mm、背面からコグの先端までの高さが9mmで無端状に成型され、駆動プーリー42および被駆動プーリー41に掛けた。初期張力は500Nであり、駆動プーリー42は5000rpmの回転数で10N・mの力により、100℃の雰囲気下で回転させた。駆動プーリー42と被駆動プーリー41はVプーリーで、歯数が同一であり、外径が100mm、V溝の角度が30度であった。
【0047】
図9は、耐久時間測定試験において、Vベルト43が回転できなくなるまでの時間すなわち耐久時間を示す。従来品においては、約320時間経過後、下ゴムが分断され、回転を継続させるのが不可能になった。一方、実施例品においては、約680時間経過後、Vベルトが破断し、回転を継続させるのが不可能となった。すなわち、本測定試験により、実施例品は従来品に比べて、耐久性が向上したことが理解される。
【0048】
図10、11はそれぞれ耐久時間測定試験における従来品と実施例品の硬度と張力の変化を示す。従来品、実施例品ともに時間経過に併せて、硬度は上昇し、張力が減少している。なお、実施例品において600時間で張力が急上昇しているのは、Vベルトの張り直しを行ったからである。
【0049】
図12は、耐熱試験において、Vベルトが回転できなくなるまでの時間を示す。耐熱試験は120℃の雰囲気下で実施され、実施例品、従来品はプーリーの直径が同一(77mm)である2つの平プーリーに掛けられ、プーリーの回転数は6000rpm、初期張力は150Nに設定された。なお、Vベルトは反転させ、上ゴムが底面側に下ゴムが背面側になるようにしてプーリーに掛けた。
【0050】
図12に示すように、従来品は約290時経過後、コグが分断されたが、実施例品は、約1000時間経過後コグにクラックが生じた。すなわち、本試験により、実施例品は従来品に比べて、耐熱性が優れていることがわかる。
【0051】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るVベルトは、原料ゴムにアラミド短繊維とアラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合し幅方向に配向させることにより、従来のVベルトに比べ、幅方向に対する強度が向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態におけるVベルトの断面図である。
【図2】図1に示すVベルトの部分的な側面図である。
【図3】引張り強度の測定結果である。
【図4】引張り強度の測定結果である。
【図5】第2の圧縮応力試験の試験結果を示すグラフである。
【図6】摩擦係数測定結果を示すグラフである。
【図7】摩擦係数測定装置の模式図である。
【図8】耐久時間測定装置の模式図である。
【図9】耐久時間測定装置によって測定された耐久時間を示すグラフである。
【図10】耐久時間測定試験における従来品のVベルトの硬度と張力の変化を示すグラフである。
【図11】耐久時間測定試験における本発明に係るVベルトの硬度と張力の変化を示すグラフである。
【図12】耐熱試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
10 Vベルト
11 上ゴム
12 下ゴム
15 コグ
20 短繊維
X1、X2 挫屈点
Claims (11)
- アラミド短繊維と、ポリエステル短繊維が配合された原料ゴムを原料として成型され、前記アラミド短繊維と前記ポリエステル短繊維がベルト本体のいずれか一方の方向に配向される伝動ベルトであって、前記ポリエステル短繊維の長さが前記アラミド短繊維の長さより長いことを特徴とする伝動ベルト。
- 前記アラミド短繊維と前記ポリエステル短繊維がベルト本体の幅方向に配向されることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記アラミド短繊維と前記ポリエステル短繊維が前記原料ゴムのゴム成分であるポリマー100重量部に対して、合計して5ないし30重量部配合されることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記アラミド短繊維が3mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記ポリエステル短繊維が5mm以下であることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記原料ゴムのゴム成分であるポリマーがEPDM、EPM、NBR、H−NBRおよびCRのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記ポリエステル短繊維がRFL処理されていることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記ポリエステル短繊維がPET短繊維、ポリエチレンイソフタレート短繊維、ポリブチレンテレフタレート短繊維、βプロピオンラクトンの開環重合物から得られる短繊維、およびテレフタル酸ジメチルと1,4−シクロヘキサンジメタノールを重合して得られるポリマーの短繊維のいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- 前記アラミド短繊維がメタ系またはパラ系であることを特徴とする請求項1に記載の伝動ベルト。
- Vベルトであることを特徴とする請求項1ないし9に記載の伝動ベルト。
- コグ付きVベルトであることを特徴とする請求項10に記載の伝動ベルト。
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