JP2006266280A - 伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】スティックスリップやミスアライメントによる発音を軽減し、かつ耐磨耗性に優れた摩擦タイプの伝動ベルトを提供することを目的とする。
【解決手段】ベルト長手方向に沿って心線３を埋設し、圧縮ゴム層４を配置したＶリブドベルト１であって、上記圧縮ゴム層４にゴム１００重量部に対して熱硬化性樹脂の粉末５〜３０重量部、そして短繊維１０〜４０重量部を配合したゴム組成物を用いることによって、走行によって短繊維の効果が小さくなった後も低摩擦係数を維持することができ、長期に渡ってミスアライメントやスティックスリップによる発音を抑制する。
【選択図】図１

Description

本発明は伝動ベルトに係り、詳しくはスティックスリップやミスアライメントによる発音を軽減し、かつ耐磨耗性に優れた摩擦タイプの伝動ベルトに関する。

摩擦伝動ベルトの重要な特性として、動力を伝達することに加え、使用中に異音が発生しないこと、耐久性、特に耐摩耗性に優れることが挙げられる。これらの特性を満たすためにナイロンおよびメタ系またはパラ系アラミドなどの有機短繊維を配合し、それらでベルト側面を覆うことで耐発音性，耐摩耗性，耐粘着摩耗性の向上を図っている。

特に近年の自動車用エンジンでは、コンパクト化、燃費向上、排出ガス低減を行うため希薄燃焼となっており、このためにエンジンの回転変動、振動が従来エンジンと比べ大きくなっている。また補機ベルトのサーペンタイン化によって小プーリ化、屈曲角の小さなエンジンレイアウトになっており、補機ベルトへの負荷が一層大きくなりミスアライメントやスティックスリップによる異音発生の問題が顕在化している。

このような問題に対し、従来は前述のように圧縮ゴム層に有機単繊維を配合してベルト側面に該繊維を突出させることでベルト側面を覆い摩擦係数を低下させ異音発生の対策とすることが一般的であった．

また、タルクなどのパウダーをリブ部表面に塗付する方法や、シリコン油を付着させ、リブ部表面の摩擦係数を低下させることが提案されている（例えば特許文献１参照）。更には、ベルト表面の摩擦係数を長期にわたって実質的に一定にするために、活性炭のような多孔性粒子にシリコン油を吸着させたものを配合した伝動ベルトが開示されている（例えば特許文献２参照）。
実公平７−３１００６号公報 特開平５−１３２５８６号公報

しかし、ベルト側面を有機短繊維で覆う方法では、有機短繊維の配合量が増加すると、たとえ表面を接着処理したとしても、物性低下や加工性に問題が発生するため、配合量に限界があるとともにベルト走行によって表面に突出した有機短繊維の脱落、摩滅などにより、短繊維が切り株状になると摩擦係数の低減効果が低下するという問題があった。

また、上記特許文献のリブ表面にタルクなどのパウダーを塗付し、またシリコン油を付着させる方法は、ベルトの初期走行段階でのスリップ音を軽減することを狙ったもので、初期走行時の効果は期待できるものの、長時間走行した後のベルトでは、滑剤が表面から飛散しやすくなるため、ベルト表面の摩擦係数を軽減する効果を長期間にわたって維持することはできなかった。一方、シリコン油を吸着させた多孔性粒子を配合した伝動ベルトでは、ベルト表面へのブリーディング効果を発揮させるために所定量の該多孔性粒子をゴム中に均一に分散させることは困難な作業であった。しかも、ベルト表面層に近い多孔性粒子のみがブリーディング効果を発揮しやすく、内部に埋設した多孔性粒子の効果は期待しにくかった。

本発明は、このような問題点を改善するものであり、スティックスリップやミスアライメントによる発音を軽減し、かつ耐磨耗性に優れた摩擦タイプの伝動ベルトを提供することを目的とする。

即ち、本願請求項１記載の発明では、ベルト長手方向に沿って心線を埋設し、圧縮ゴム層を配置した伝動ベルトであって、上記圧縮ゴム層にゴム１００重量部に対して熱硬化性樹脂の粉末５〜３０重量部、そして短繊維１０〜４０重量部を配合したゴム組成物を用いることで、走行によって短繊維の効果が小さくなった後も低摩擦係数を維持することができ、長期に渡ってミスアライメントやスティックスリップによる発音を抑制する。

熱硬化性樹脂は摩擦係数が通常ゴム組成物よりも低く、短繊維が摩滅もしくは脱落した後でも表面に存在するため効果が持続する。またこれらの目的のために、熱可塑性樹脂を用いることも考えられるが、伝動ベルトが過酷な条件で使用された場合には、圧縮ゴム層の温度が高温になる恐れがあるため、摩擦係数を低減する目的で一般的に用いられるポリオレフィン系熱可塑性樹脂では走行中に溶融してプーリなどへ付着することやゴム物性が低下する不具合が懸念される。また高融点樹脂を配合することも考えられるが、高コスト、ゴムとの界面での親和性の面から問題が多い。以上から熱硬化性樹脂を配合すると、伝動ベルトの使用条件の制限が小さくなり効果的である。

本願請求項２記載の発明では、上記熱硬化性樹脂の平均一次粒径が１０〜２００μｍである場合、熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である場合、ゴム組成物を構成するゴム成分の一部もしくは全部がエチレン−α−オレフィンエラストマーである場合、伝動ベルトがベルト長手方向に沿って心線を埋設した接着ゴムと、ベルトの周方向に延びる複数のリブ部をもつ圧縮ゴム層からなるＶリブドベルトである場合を含んでいる。

以上のように本願発明は、伝動ベルトの走行時における異音の発生、特に注水時の異音発生を抑えて優れた屈曲疲労性、耐熱性を有し、かつ耐寒、耐摩耗性、耐粘着摩耗性を備えた高耐久性の摩擦伝動ベルトを得ることができる。

図１に示すＶリブドベルト１は、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維を素材とする高強度で低伸度のコードよりなる心線３を接着ゴム層２中に埋設し、その下側に弾性体層である圧縮ゴム層４を有している。この圧縮ゴム層４にはベルト長手方向にのびる断面略三角形の複数のリブ部７が、またベルト表面には付着したゴム付帆布５が設けられている。

本発明において圧縮ゴム層４に含有する熱硬化性樹脂には、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂などが挙げられるが、特に耐久性の面からフェノール樹脂が好適である。熱硬化性フェノール樹脂はフェノール類とアルデヒド類から得られる樹脂であり、通常ノボラック型フェノール樹脂である。フェノール樹脂の種類としては、未変性樹脂に加えてクレゾール、アルキルフェノール、レゾルシンなどで変性したもの、カシューオイル、トールオイル、アマニ油などで変性されたものを用いることができる。

これらの熱硬化性樹脂に硬化剤と熱を加えることで所定の硬度まで三次元架橋反応を進行させる必要がある。硬化剤としてはヘキサメチレンテトラミン、多価メチロールメラミンなどが用いられる。上記のような熱硬化性樹脂と硬化剤を混合して加熱することで三次元架橋した硬化物が得られ、この硬化物を所定の粒子径まで粉末状に加工して用いる。
ただし、この三次元架橋は完全な状態であってもよいが、不完全な状態にしておくことが望ましい。ここで完全な状態とは架橋が進行しそれ以上硬度が上昇しない状態を言う。

またこれらの熱硬化性樹脂は単独で用いる他、グラファイトなどの摺動剤やカーボン繊維、アラミドなどを添加したものでもよい。

上記の熱硬化性樹脂の配合量はゴム成分１００重量部に対し５〜３０重量部、好ましくは１０〜１５重量部である。ゴム成分としては特に限定はないが、伝動ベルトの使用環境を考えれば、耐熱性、耐寒性に優れるエチレン−α−オレフィンエラストマーの使用が望ましい。その他本発明で用いるゴム組成物には通常ゴム組成物に用いられるカーボンブラック、シリカなどの粉体状補強剤や有機短繊維などの補強用短繊維、オイル、加硫剤などの薬品類を用いることが可能である。

また、圧縮ゴム層４に含有する短繊維としては、６ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロン等のポリアミド短繊維を用いることができる。ポリアミド短繊維は１〜８ｍｍ程度の範囲のものが好ましく、またその太さは５〜１０デニールのものが好ましい。この圧縮ゴム層４には、上記ポリアミド短繊維に加えて綿、レーヨン、アラミド繊維を用いることもできるが、ポリアミド短繊維単独で使用するほうがより効果的にスティックスリップ音を軽減することができる。

そして、圧縮ゴム層４の原料ゴムに対する全短繊維の配合量は、ゴム１００質量部に対して1０〜４０重量部に設定されるものである。全短繊維の配合量を1０重量部以上に設定することによって、伝動ベルトのＤＲＹ時とＷＥＴ時の伝達力の差を小さくすることができ、スティックスリップ音の発生を低減して異音発生を減少させることができるものである。全短繊維の配合量が４０重量部を超えると、原料ゴム中での短繊維の分散が悪くなってゴム物性が低下するので、全短繊維は４０重量部以下の配合量に設定するのが好ましい。

本発明で用いるゴム組成物は通常用いられるバンバリーミキサーやオープンロール、二軸混練機などの設備を用いて作製が可能である。

心線３としては、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維が使用され、中でもエチレン−２，６−ナフタレートを主たる構成単位とするポリエステル繊維フィラメント群を撚り合わせた総デニール数が４，０００〜８，０００の接着処理したコードが、ベルトスリップ率を低くできてベルト寿命を延長させるために好ましい。このコードの上撚り数は１０〜２３／１０ｃｍであり、また下撚り数は１７〜３８／１０ｃｍである。総デニールが４，０００未満の場合には、心線のモジュラス、強力が低くなり過ぎ、また８，０００を越えると、ベルトの厚みが厚くなって、屈曲疲労性が悪くなる。

エチレン−２，６−ナフタレートは、通常ナフタレン−２，６−ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を触媒の存在下に適当な条件のもとにエチレングリコールと縮重合させることによって合成させる。このとき、エチレン−２，６−ナフタレートの重合完結前に適当な１種または２種以上の第３成分を添加すれば、共重合体ポリエステルが合成される。

心線３にはゴムとの接着性を改善する目的で接着処理が施される。このような接着処理としては繊維をレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス（ＲＦＬ）液に浸漬後、加熱乾燥して表面に均一に接着層を形成するのが一般的である。しかし、これに限ることなくエポキシ又はイソシアネート化合物で前処理を行った後に、ＲＦＬ液で処理する方法等もある。

接着処理されたコードは、スピニングピッチ、即ち心線の巻き付けピッチを１．０〜１．３ｍｍにすることで、モジュラスの高いベルトに仕上げることができる。１．０ｍｍ未満になると、コードが隣接するコードに乗り上げて巻き付けができず、一方１．３ｍｍを越えると、ベルトのモジュラスが徐々に低くなる。

一方、接着ゴム層２には耐熱性を有し、圧縮ゴム層４と同種のゴムが使用される。ただし、短繊維は混入されないが、必要に応じてカーボンブラック、シリカのような増強剤、炭酸カルシウム、タルクのような充填剤、可塑剤、安定剤、加工助剤、着色剤のような通常のゴム配合に用いるものが使用される。

上記カバー帆布５は綿、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、アラミド繊維からなる糸を用いて、平織、綾織、朱子織等に製織した布である。無論、カバー帆布を使用しない場合もある。

Ｖリブドベルト１の製造方法の一例は以下の通りである。まず、円筒状の成形ドラムの周面に１〜複数枚のカバー帆布とクッションゴム層とを巻き付けた後、この上にロープからなる心線を螺旋状にスピニングし、更に圧縮ゴム層を順次巻き付けて積層体を得た後、これを加硫して加硫スリーブを得る。

次に、加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールに掛架され所定の張力下で走行させ、更に回転させた研削ホイールを走行中の加硫スリーブに当接するように移動して加硫スリーブの圧縮ゴム層表面に３〜１００個の複数の溝状部を一度に研削する。

このようにして得られた加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールから取り外し、該加硫スリーブを他の駆動ロールと従動ロールに掛架して走行させ、カッターによって所定に幅に切断して個々のＶリブドベルトに仕上げる。ただし、この製造方法に限定されることはなく、研磨によりリブ形状を形成する手法ではなく、リブ形状を持つ金型を用いての成形方法をとっても何ら問題は生じない。

また、本発明においては、上記のＶリブドベルト以外にも、図２に示すようにベルトの上下表面のみにゴム付き帆布２２を付着したローエッジＶベルト２１なども本発明の技術範疇に属するものである。該ベルト２１は、心線２３を接着ゴム層２４中に埋設し、その下側に弾性体層である圧縮ゴム層２６を有している。この圧縮ゴム層２６には、コグ部を長手方向に沿って所定間隔で設けてもよい。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例１〜３、比較例１〜３
本実施例で製造したＶリブドベルトでは、ポリエステル繊維のロープからなる心線を接着ゴム層内に埋設し、その上側にゴム付綿帆布を２プライ積層し、他方接着ゴム層の下側に設けた圧縮ゴム層に３個のリブをベルト長手方向に配したものである。

ここで圧縮ゴム層を表１に示すゴム組成物から調製し、バンバリーミキサーで混練後、カレンダーロールで圧延したものを用いた。圧縮ゴム層には短繊維が含まれベルト幅方向に配向している。なお，用いたフェノール樹脂は１６０℃で２分間加熱し，架橋を進行させたものを粉砕機で粉砕した粉体として添加している。

このようにして得られたＶリブドベルトの耐熱走行試験、発音限界張力試験の結果、および加工性についての評価を表１に示した。

耐熱走行試験の評価に用いた走行試験機は、駆動プーリ、従動プーリ（直径１２０ｍｍ）、アイドラープーリ（直径８５ｍｍ）、テンションプーリ（直径４５ｍｍ）を順に配置したものである。プーリレイアウトを図４に示した。試験機の各プーリにベルトを掛架し、雰囲気温度１３０℃、駆動プーリの回転数が４９００ｒｐｍ、ベルト張力が５５９Ｎ／３リブになるように駆動プーリに荷重を付与した後、走行させ、５００時間後の圧縮ゴム層のクラック数を調べた。また走行後のベルトおよびプーリ表面の観察を行った。

発音限界張力試験では、得られたＶリブドベルトを直径１３５ｍｍの駆動プーリ、直径１１２ｍｍの第１従動プーリ、クラッチ機構を有する直径６０ｍｍの第２従動プーリの間に所定のベルト張力で懸架して、室温で駆動プーリを５，０００ｒｐｍで回転させながら第２従動プーリを回転始動させた時に発生した鳴き音と、この時のベルトの最低張力である発音限界張力を測定した。この張力が小さいほど異音発生がしにくいことを示す。なお、表1で数値を記載していない部分は張力を大きくしても発音が止まらなかったことを示す。

ベルト作製時の加工性の評価では、○がゴムのシーティングがスムーズに行うことができ、シートの穴が開いたりする不具合が発生しない状態であり、×はシーティングしたゴムシートに穴あきが見られた場合である。

実施例１〜３では、比較例１に比較して発音限界張力が低く、発音しにくいことを示している。また比較例２では新品時の発音限界張力は実施例に等しい水準であるが、ならし走行後の発音限界張力は高くなっている。これは新品時には短繊維の効果があったものの、ならし走行で短繊維が摩滅、脱落したことによるものである。また比較例２では短繊維を多量に配合しているため、耐熱走行によりクラックが入りやすくなっていること、加工性が悪いことが明らかである。

比較例３は、熱可塑性樹脂のポリエチレンを配合した例であるが、走行前後の発音限界張力，加工性には何ら問題はないが、耐熱走行試験中に樹脂が融解しプーリに付着する不具合が見られている。

本発明に係る伝動ベルトの一例としてＶリブドベルトの斜視図を示す。 本発明に係る伝動ベルトの他の例であるローエッジＶベルトの断面図である。

符号の説明

１ Ｖリブドベルト
２，２４ 接着ゴム層
３，２３ 心線
４，２６ 圧縮ゴム層
５，２２ ゴム付帆布
７ リブ部
２１ ローエッジＶベルト

Claims (5)

1. ベルト長手方向に沿って心線を埋設し、圧縮ゴム層を配置した伝動ベルトであって、上記圧縮ゴム層にゴム１００重量部に対して熱硬化性樹脂の粉末５〜３０重量部、そして短繊維１０〜４０重量部を配合したゴム組成物を用いたことを特徴とする伝動ベルト。
2. 上記熱硬化性樹脂の平均一次粒径が１０〜２００μｍである請求項１記載の伝動ベルト。
3. 上記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である請求項１または２記載の伝動ベルト。
4. 上記ゴム組成物を構成するゴム成分の一部もしくは全部がエチレン−α−オレフィンエラストマーである請求項１乃至３記載の伝動ベルト。
5. 伝動ベルトがベルト長手方向に沿って心線を埋設した接着ゴムと、ベルトの周方向に延びる複数のリブ部をもつ圧縮ゴム層からなるＶリブドベルトである請求項１乃至４記載の伝動ベルト。
   

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