JP6291470B2 - 摩擦伝動ベルト及びその製造方法 - Google Patents
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(1)ビニルアルコール単位のケン化度が86〜97モル%である
(2)粘度平均重合度が300〜3500である
(3)融点が、ベルトの加硫温度よりも高い
(4)20℃における水への溶解度が60質量%以上である。
本発明の摩擦伝動ベルトは、少なくとも一部がプーリと接触可能な伝動面を有する圧縮ゴム層を含み、前記伝動面の表面にポリビニルアルコール系樹脂を含む表層が積層されている。ポリビニルアルコール系樹脂は水溶性であり、圧縮ゴム層の表面において、表層として存在することにより、圧縮ゴム層の摩擦伝動面の水に対する濡れ性(ゴムと水との親和性)を向上できる。そのため、走行時に水が侵入してもベルトとプーリ間に水膜が均一に拡がり、摩擦状態を安定化して自励振動による発音を抑制できる。特に、実車エンジンのような回転変動がある場合でも、滑り速度に対する摩擦係数の変化を小さくして、スティック−スリップによる異音を低減して被水時の耐発音性を向上できる。
単一層を構成するポリビニルアルコール系樹脂としては、ビニルアルコール単位を主単位として含んでいればよく、ビニルアルコール単位に加えて、他の共重合性単位をさらに含んでいてもよい。
複合層は、ポリマー成分に加えて、前記ポリビニルアルコール系樹脂を粒子の形態で含むゴム組成物で形成されている。
ポリマー成分としては、公知のゴム成分及び/又はエラストマー、例えば、ジエン系ゴム[天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(ニトリルゴム)、水素化ニトリルゴム(水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマーを含む)など]、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが例示できる。これらのポリマー成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのポリマー成分のうち、有害なハロゲンを含まず、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性を有し、経済性にも優れる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレンゴム(EPR)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDMなど)などのエチレン−α−オレフィン系ゴム)が好ましい。
複合層では、ポリビニルアルコール系樹脂は粒子の形態で存在するため、伝動面で前記粒子を略均一に分散して突出せずに露出できる。さらに、複合層中において、ポリビニルアルコール系樹脂粒子の分散形態は、特に限定されず、複合層の表面に一部が露出した粒子と複合層中に完全に埋没した粒子とが混在して略均一に分散した形態であってもよく、複合層の表面に一部が露出した粒子のみが略均一に分散した形態であってもよい。前者の分散形態は、予め粒子を分散させたゴム組成物をシート化することにより容易に調製でき、後者の分散形態は、圧縮ゴム層の表面に粒子を部分的に付着させることにより容易に調製できる。
ゴム組成物には、後述する圧縮ゴム層の項で例示される補強材、添加剤(又は配合剤)をさらに含んでいてもよい。これらのうち、少なくとも加硫剤を含むのが好ましいが、層間の密着性や生産性などの点から、圧縮ゴム層と同一の補強材及び添加剤を含んでいてもよい。補強材及び添加剤の割合も圧縮ゴム層に記載された範囲から選択でき、圧縮ゴム層と同一の割合であってもよい。
表層の厚み(平均厚み)は1〜1500μm程度から選択でき、単一層の場合、例えば1〜500μm、好ましくは5〜300μm、さらに好ましくは10〜150μm程度であり、複合層の場合、例えば100〜1500μm、好ましくは150〜800μm、さらに好ましくは200〜600μm程度である。表層の厚みが薄すぎると、耐発音性を向上する効果が低下する虞があり、耐発音性の耐久性も低下する虞がある。一方、表層の厚みが厚すぎると、圧縮ゴム層の力学特性が低下する虞がある。
圧縮ゴム層は、ポリマー成分を含むゴム組成物で形成されている。ポリマー成分は、前記表層における複合層の項で例示されたポリマー成分を利用でき、好ましいポリマー成分も複合層と同様である。層間密着性の点から、複合層を構成するポリマー成分と同一のポリマー成分が好ましい。
圧縮ゴム層のゴム組成物は、機械的強度を向上させるために、補強材を含んでいてもよい。補強材には、慣用の充填剤及び補強繊維などが含まれる。
ゴム組成物は、必要により、慣用の添加剤又は配合剤を含んでいてもよい。配合剤としては、例えば、加硫剤又は架橋剤[例えば、オキシム類(キノンジオキシムなど)、グアニジン類(ジフェニルグアニジンなど)、金属酸化物(酸化マグネシウム、酸化亜鉛など)、有機過酸化物(ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアルキルパーオキサイドなど)など]、加硫助剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、可塑剤、軟化剤(パラフィンオイル、ナフテン系オイルなどのオイル類など)、加工剤又は加工助剤(ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、ワックス、パラフィンなど)、老化防止剤(芳香族アミン系、ベンズイミダゾール系老化防止剤など)、接着性改善剤[レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、ヘキサメトキシメチルメラミンなどのメラミン樹脂、これらの共縮合物(レゾルシン−メラミン−ホルムアルデヒド共縮合物など)など]、着色剤、粘着付与剤、カップリング剤(シランカップリング剤など)、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤など)、潤滑剤、難燃剤、帯電防止剤などが例示できる。これらの配合剤は単独で又は二種以上組み合わせて使用でき、ポリマー成分の種類や用途、性能に応じて適宜選択して用いられる。
本発明の摩擦伝動ベルトは、通常、伸張ゴム層と、この伸張ゴム層の一方の面に積層された圧縮ゴム層と、この圧縮ゴム層の伝動面に積層された表層と、前記伸張ゴム層と前記圧縮ゴム層との間にベルト長手方向に沿って埋設される芯体(心線)とを備えている。詳しくは、本発明の摩擦伝動ベルトは、外周面を形成する伸張ゴム層と、この伸張ゴム層の一方の面に積層され、内周面を形成する圧縮ゴム層と、この圧縮ゴム層の伝動面に積層された表層と、前記伸張ゴム層と圧縮ゴム層との間に長手方向に延びて介在する芯体とを備えていてもよい。また、本発明の摩擦伝動ベルトは、伸張ゴム層と圧縮ゴム層との間に介在する接着ゴム層(接着層)をさらに有していてもよく、前記芯体は、前記接着ゴム層内に埋設してもよい。
摩擦伝動ベルトの製造方法は、円筒状ドラムに未加硫ゴムシートを巻き付ける圧縮ゴム層巻付工程、前記未加硫ゴムシートを金型に押し付けて加硫する加硫成形工程を含む方法を採用でき、前記圧縮ゴム層巻付工程及び前記加硫成形工程のいずれかの工程で表層を形成する。
EPDM:三井化学(株)製「EPT2060M」
PVA−A:ポリビニルアルコール完全ケン化品、ケン化度98.7〜99.7モル%、粘度平均重合度1700、融点222℃、電気化学工業(株)製「デンカポバールK−17C」
PVA−B:ポリビニルアルコール部分ケン化品、ケン化度86.5〜89.5モル%、粘度平均重合度600、融点193℃、電気化学工業(株)製「デンカポバールB−05S」
PVA−C:ポリビニルアルコール疎水基変性品、ケン化度93.0〜97.0モル%、粘度平均重合度1700、融点206℃、疎水基の種類:アルキル基、電気化学工業(株)製「デンカポバールF−300S」
PVA−D:ポリビニルアルコール完全ケン化品、ケン化度99モル%以上、粘度平均重合度1700、融点222℃、電気化学工業(株)製「デンカポバールK−177」
PVA−E:ポリビニルアルコール低ケン化品、ケン化度50〜80モル%、粘度平均重合度100〜400、融点156℃、日本酢ビ・ポバール(株)製「JMR−10MD」
超高分子量ポリエチレン(PE):ヘキサインダストリー社製「GUR4150」、平均粒径80μm、融点135℃
フッ素樹脂(PTFE):旭硝子(株)製「フルオンG190」、平均粒径25μm
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
酸化亜鉛:正同化学工業(株)製「酸化亜鉛3種」
カーボンブラックHAF:東海カーボン(株)製「シースト3」、平均粒径28nm
タルク:富士タルク工業(株)製「RL217」、メディアン径20μm
老化防止剤A:ジフェニルアミン系老化防止剤(大内新興化学工業(株)製「ノクラックCD」)
老化防止剤B:メルカプトベンゾイミダゾール系老化防止剤(大内新興化学工業(株)製「ノクラックMB」)
軟化剤(パラフィンオイル):出光興産(株)製「ダイアナプロセスオイル」
共架橋剤:ジベンゾイル・キノンジオキシム、大内新興化学工業(株)製「バルノックDMG」
有機過酸化物:ジクミルパーオキサイド。
加硫ゴムシートの表面と水との接触角θ(水滴の接線と表面とがなす角)は、図2に示すように、表面に水を滴下した水滴の投影写真から、θ/2法を用いて以下の式より求めることができる。
tanθ1=h/r → θ1=tan−1(h/r) …(2)
(式中、θ1は、表面に対して、水滴の端点(図2では左端点)と頂点とを結ぶ直線の角度であり、hは水滴の高さ、rは水滴の半径を示す)
加硫ゴムシートから直径8mm×厚さ2mmの円板状試験片を採取し、ピンオンディスク摩擦係数測定装置を用いて、摩擦力を測定し、摩擦係数を算出した。詳しくは、表面粗さRaが0.8μmである相手材(SUS304)により荷重2.192kgf/cm2で試験片を押し付けて、30ml/分の水量で測定するときのみ試験片に水をかけて注水しながら、摩擦速度0〜2.0m/秒で摩擦力を測定し、摩擦速度(相手材に対する滑り速度)に対する摩擦係数の曲線の傾き(μ−V特性)を最小二乗法により算出した。なお、この傾きは、滑り速度に対する摩擦係数の変化を表す。
加硫ゴムシートを用いて、JIS K6264(1993)に準じて測定した。
ミスアライメント発音評価試験(発音限界角度)は、直径101mmの駆動プーリ(Dr.)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL1)、直径120mmのミスアライメントプーリ(W/P)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL2)、直径61mmのテンションプーリ(Ten)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL3)を順に配置した図3にレイアウトを示す試験機を用いて行い、アイドラープーリ(IDL1)とミスアライメントプーリの軸離(スパン長)を135mmに設定し、全てのプーリが同一平面上(ミスアライメントの角度0°)に位置するように調整した。
走査型電子顕微鏡((株)キーエンス製「VE−7800」)を用いて、原料のポリビニルアルコール粒子を、倍率50倍にて撮影後、画像解析ソフトを使用して、ポリビニルアルコール粒子の粒径(長径及び短径)を測定し、ポリビニルアルコール粒子の平均粒径及びアスペクト比を算出した。結果を表1に示す。
圧縮ゴム層及び表層として、表2に示すゴム組成物をバンバリーミキサーでゴム練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して所定厚みの未加硫圧延ゴムシートを作製した。得られたシートの所定寸法を採取した後、165℃及び30分間の加硫条件でプレス加硫し、加硫ゴムシートを作製した。
表2のゴム組成物Aをバンバリーミキサーでゴム練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して厚み2.3mmの未加硫圧延ゴムシート(圧縮ゴム層用シート)を作製した。また、ゴム組成物Aを用い、圧縮ゴム層用シートと同様の方法で厚み0.3mmの接着ゴム層用シート及び厚み0.5mmの伸張ゴム層用シートを作製した。
圧縮ゴム層用シートを巻き付けた後、粉体塗装装置を用いて、吹付け量100g/m2の条件で、タルクを吹き付け、タルクが付着した側が外側になるように芯体の上に巻き付ける以外は比較例1と同様にしてVリブドベルトを得た。得られたVリブドベルトの圧縮ゴム層の表面には、タルクで形成された表層(単一層)が積層されていた。
タルクの代わりにフッ素樹脂を用いる以外は比較例2と同様にしてVリブドベルトを得た。得られたVリブドベルトの圧縮ゴム層の表面には、フッ素樹脂で形成された表層(単一層)が積層されていた。
ゴム組成物Aとゴム組成物Iとを用いて、各々別個に圧延機で圧延したシート(ゴム組成物Aを圧延したシートの厚み1.7mm、ゴム組成物Iを圧延したシートの厚み0.6mm)を重ね合わせて積層シートを得た。ゴム組成物Iで形成された層が外側になるように心線の上に巻き付ける以外は比較例1と同様にしてVリブドベルトを得た。
ゴム組成物Iの代わりにゴム組成物Eを用いる以外は比較例4と同様にしてVリブドベルトを得た。
ゴム組成物Iの代わりにゴム組成物Fを用いる以外は比較例4と同様にしてVリブドベルトを得た。
ゴム組成物Iの代わりにゴム組成物Dを用いる以外は比較例4と同様にしてVリブドベルトを得た。
ゴム組成物Iの代わりにゴム組成物Gを用いる以外は比較例4と同様にしてVリブドベルトを得た。
ゴム組成物Iの代わりにゴム組成物Hを用いる以外は比較例4と同様にしてVリブドベルトを得た。
タルクの代わりにPVA−Bを用いる以外は比較例2と同様にしてVリブドベルトを得た。得られたVリブドベルトの圧縮ゴム層の表面には、ポリビニルアルコールで形成された表層(単一層)が積層されていた。
2…伸張ゴム層
3…接着ゴム層
4…芯体
5…圧縮ゴム層
6…表層
Claims (11)
- 少なくとも一部がプーリと接触可能な伝動面を有し、かつ第1のポリマー成分を含むゴム組成物で形成された圧縮ゴム層を含む摩擦伝動ベルトであって、前記伝動面の表面に、平均アスペクト比が10以下のポリビニルアルコール系樹脂粒子及び第2のポリマー成分を含むゴム組成物で形成された表層が積層されている摩擦伝動ベルト。
- ポリビニルアルコール系樹脂粒子を構成するポリビニルアルコール系樹脂が、下記(1)〜(4)の特性を有する請求項1記載の摩擦伝動ベルト。
(1)ビニルアルコール単位のケン化度が86〜97モル%である
(2)粘度平均重合度が300〜3500である
(3)融点が、ベルトの加硫温度よりも高い
(4)20℃における水への溶解度が60質量%以上である - ポリビニルアルコール系樹脂粒子を構成するポリビニルアルコール系樹脂が、疎水基で変性されたポリビニルアルコール系樹脂である請求項1又は2記載の摩擦伝動ベルト。
- 第1及び第2のポリマー成分が、エチレン−α−オレフィンエラストマーである請求項1〜3のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- 圧縮ゴム層がポリビニルアルコール系樹脂を含まない請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- さらに芯体とベルト背面を形成する伸張ゴム層とを含み、前記伸張ゴム層の一方の面に圧縮ゴム層が形成され、かつ前記伸張ゴム層と前記圧縮ゴム層との間にベルト長手方向に沿って前記芯体が埋設されている請求項1〜5のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- Vリブドベルトである請求項1〜6のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- 円筒状ドラムに未加硫ゴムシートを巻き付ける圧縮ゴム層巻付工程、前記未加硫ゴムシートを金型に押し付けて加硫する加硫成形工程を含み、前記圧縮ゴム層巻付工程及び前記加硫成形工程のいずれかの工程で表層を形成する請求項1〜7のいずれかに記載の摩擦伝動ベルトの製造方法。
- 圧縮ゴム層巻付工程において、未加硫ゴムシートとして、表層を形成するための未加硫ゴム層と圧縮ゴム層を形成するための未加硫ゴム層との積層シートを用いる請求項8記載の製造方法。
- 圧縮ゴム層巻付工程において、未加硫ゴムシートとして、圧縮ゴム層を形成するための未加硫ゴムシートの表面にポリビニルアルコール系樹脂粒子を塗布したシートを用いる請求項8記載の製造方法。
- 加硫成形工程において、金型として、未加硫ゴムシートとの接触面にポリビニルアルコール系樹脂粒子を塗布した金型を用いる請求項8記載の製造方法。
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