JP6435311B2 - 摩擦伝動ベルト及びその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)心線と接着ゴムとの接着性が低いと、心線と接着ゴム間で剥離する
(2)プーリとの接触面(伝動面)の摩擦係数が高いとベルトがスムーズに移動しないため、ベルトが変形(特に、ディッシングと称される座屈)し易くなる
(3)ベルトのプーリ半径方向への移動や変形(座屈)に伴って、ベルト内部にせん断応力が発生し、特に、力学特性に差がある界面(この場合、圧縮ゴム又は伸張ゴムと接着ゴムとの界面)にせん断応力が集中し易く界面剥離(亀裂)が生じる
(4)プーリとの接触面(伝動面)がプーリとの摺動により摩耗する。
本発明の摩擦伝動ベルトは、ゴム成分及び短繊維を含むゴム組成物の加硫物で形成された圧縮ゴム層の摩擦伝動面の少なくとも一部にワックスを含む滑剤が存在していればよいが、通常、ベルトの長手方向に延びる芯体と、この芯体を埋設した接着ゴム層と、この接着ゴム層の一方の面に形成された圧縮ゴム層と、前記接着ゴム層の他方の面に形成された伸張ゴム層とを備えている。
本発明では、圧縮ゴム層は、ゴム成分及び短繊維を含むゴム組成物の加硫物で形成され、摩擦伝動面の少なくとも一部にワックスを含む滑剤が存在している。本発明では、プーリからの側圧と摩擦力を大きく受ける圧縮ゴム層を形成するゴム組成物に短繊維を配合し、短繊維をベルト幅方向に配向させて耐側圧性を確保する。短繊維の配合量は耐側圧性を確保するだけの必要最小限とするのが好ましい。さらに、摩擦伝動面の少なくとも一部にワックスを含む滑剤を存在させることにより、摩擦伝動面の摩擦係数が低減(摺動性が向上)する。図4は、本発明の摩擦伝動ベルトの圧縮ゴム層の一例を示す概略断面図である。図4に示すように、この摩擦伝動ベルトでは、圧縮ゴム層5及び伸張ゴム層3の内部に、ベルト幅方向に沿って短繊維7がそれぞれ配向しており、圧縮ゴム層5の摩擦伝動面には滑剤8が固着されている。滑剤は、摩擦伝動面に存在すればよいが、圧縮ゴム層を形成するゴム組成物に滑剤を含有させて加硫した後、ベルトスリーブをベルト長手方向に切断加工することにより、滑剤を圧縮ゴム層内部からブルームさせて表面(摩擦伝動面)に固着させてもよい。本発明では、滑剤の存在により、短繊維の配合量を必要最小限に調整できるため、耐側圧性を維持したままベルトの曲げ剛性も小さく維持できる。そのため、摩擦係数(摺動性向上)及び曲げ剛性(柔軟性の向上)の両者を低減でき、伝達ロスが小さく省燃費性を確保できる。すなわち、短繊維と滑剤(ワックス)との併用で、耐側圧性と省燃費性(柔軟性と摺動性との両方)とを向上できる。
摩擦伝動面の表面に存在する滑剤は、前述のように、圧縮ゴム層を形成するゴム組成物に含まれる滑剤を滲出させた滑剤であってもよく、摩擦伝動面に固着された滑剤であってもよく、滑剤を含む表面ゴム層に含まれる滑剤であってもよい。これらのうち、長期間に亘り滑剤の効果を持続できる点から、圧縮ゴム層を形成するゴム組成物から滲出させた滑剤が好ましい。
滑剤は、摩擦伝動面の摺動性の向上効果が高く、圧縮ゴム層内部に含まれていても摩擦伝動面にブルームし易い点から、ワックスを含む。
滑剤は、ベルトの使用温度が比較的高い場合、前記ワックスに加えて脂肪酸アマイドを含むのが好ましい。
滑剤は、ワックス(及び脂肪酸アマイド)に加えて、他の滑剤を含んでいてもよい。他の滑剤としては、例えば、シリコーン系化合物(例えば、シリコーンオイル、シリコーンワックス、シリコーン樹脂、ポリオキシアルキレン単位を有するポリオルガノシロキサンなど)、フッ素含有化合物(例えば、フッ素オイル、ポリテトラフルオロエチレンなど)などが挙げられる。これら他の滑剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
短繊維としては、例えば、ポリオレフィン系繊維(ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維など)、ポリアミド繊維(ポリアミド6繊維、ポリアミド66繊維、ポリアミド46繊維、アラミド繊維など)、ポリアルキレンアリレート系繊維[ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)繊維などのポリC2−4アルキレンC6−14アリレート系繊維など]、ビニロン繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維などの合成繊維;綿、麻、羊毛などの天然繊維;炭素繊維などの無機繊維が汎用される。これらの短繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの短繊維のうち、合成繊維や天然繊維、特に合成繊維(ポリアミド繊維、ポリアルキレンアリレート系繊維など)、中でも剛直で高い強度、モジュラスを有し、圧縮ゴム層表面で突出し易い点から、少なくともアラミド繊維を含む短繊維が好ましい。アラミド短繊維は、高い耐摩耗性をも有している。アラミド繊維は、例えば、商品名「コーネックス」、「ノーメックス」、「ケブラー」、「テクノーラ」、「トワロン」などとして市販されている。
ゴム成分としては、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。これらのゴム成分は単独で又は二種以上組み合わせて使用することができる。
ゴム組成物には、必要により、加硫剤又は架橋剤(又は架橋剤系)、共架橋剤、加硫助剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、金属酸化物(例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化アルミニウムなど)、増強剤(カーボンブラック、含水シリカなどの酸化ケイ素など)、充填剤(クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなど)、軟化剤(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など)、老化防止剤(酸化防止剤、熱老化防止剤、屈曲き裂防止剤、オゾン劣化防止剤など)、着色剤、粘着付与剤、可塑剤、カップリング剤(シランカップリング剤など)、安定剤(紫外線吸収剤、熱安定剤など)、難燃剤、帯電防止剤などを含んでいてもよい。なお、金属酸化物は架橋剤として作用してもよい。
伸張ゴム層は、圧縮ゴム層で例示されたゴム成分を含む加硫ゴム組成物で形成されていてもよく、圧縮ゴム層と同様に短繊維が含まれていてもよい。さらに、伸張ゴム層は、圧縮ゴム層と同一の加硫ゴム組成物で形成された層であってもよく、滑剤を除いて圧縮ゴム層と同一の加硫ゴム組成物で形成された層であってもよい。
接着ゴム層を形成するためのゴム組成物は、圧縮ゴム層の加硫ゴム組成物と同様に、ゴム成分(クロロプレンゴムなど)、加硫剤又は架橋剤(酸化マグネシウム、酸化亜鉛などの金属酸化物、硫黄などの硫黄系加硫剤など)、共架橋剤又は架橋助剤(N,N’−m−フェニレンジマレイミドなどのマレイミド系架橋剤など)、加硫促進剤(TMTD、DPTT、CBSなど)、増強剤(カーボンブラック、シリカなど)、軟化剤(ナフテン系オイルなどのオイル類)、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、接着性改善剤[レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、アミノ樹脂(窒素含有環状化合物とホルムアルデヒドとの縮合物、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサアルコキシメチルメラミン(ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサブトキシメチルメラミンなど)などのメラミン樹脂、メチロール尿素などの尿素樹脂、メチロールベンゾグアナミン樹脂などのベンゾグアナミン樹脂など)、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]、充填剤(クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなど)、着色剤、粘着付与剤、可塑剤、カップリング剤(シランカップリング剤など)、安定剤(紫外線吸収剤、熱安定剤など)、難燃剤、帯電防止剤などを含んでいてもよい。なお、接着性改善剤において、レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物及びアミノ樹脂は、レゾルシン及び/又はメラミンなどの窒素含有環状化合物とホルムアルデヒドとの初期縮合物(プレポリマー)であってもよい。
芯体としては、特に限定されないが、通常、ベルト幅方向に所定間隔で配列した心線(撚りコード)を使用できる。心線は、ベルトの長手方向に延びて配設され、通常、ベルトの長手方向に平行に所定のピッチで並列的に延びて配設されている。心線は、少なくともその一部が接着ゴム層と接していればよく、接着ゴム層が心線を埋設する形態、接着ゴム層と伸張ゴム層との間に心線を埋設する形態、接着ゴム層と圧縮ゴム層との間に心線を埋設する形態のいずれの形態であってもよい。これらのうち、耐久性を向上できる点から、接着ゴム層が心線を埋設する形態が好ましい。
摩擦伝動ベルトにおいて、補強布を使用する場合、圧縮ゴム層の表面に補強布を積層する形態に限定されず、例えば、伸張ゴム層の表面(接着ゴム層と反対側の面)に補強布を積層してもよく、圧縮ゴム層及び/又は伸張ゴム層に補強層を埋設する形態(例えば、特開2010−230146号公報に記載の形態など)であってもよい。補強布は、例えば、織布、広角度帆布、編布、不織布などの布材(好ましくは織布)などで形成でき、必要であれば、前記接着処理、例えば、RFL液で処理(浸漬処理など)したり、接着ゴムを前記布材にすり込むフリクションや、前記接着ゴムと前記布材とを積層した後、圧縮ゴム層及び/又は伸張ゴム層の表面に積層してもよい。
本発明の摩擦伝動ベルトは、摩擦伝動面の少なくとも一部にワックスを含む滑剤を存在させる滑剤露出工程を経て得られる。滑剤露出工程は、摩擦伝動面の少なくとも一部に前記滑剤を露出させることができる方法であれば、特に限定されず、例えば、ベルトの摩擦伝動面に滑剤又は滑剤を含むゴム組成物を付着させる方法[塗布や接着などによって滑剤を摩擦伝動面に付着する方法、滑剤を含むゴム組成物(例えば、滑剤を含む液状ゴム組成物など)を摩擦伝動面に積層して滑剤を含む表面ゴム層を形成する方法など]、ベルトの製造過程で圧縮ゴム層内部に含まれる滑剤を摩擦伝動面にブルームさせる方法などが挙げられる。これらの方法のうち、長期間に亘り摩擦伝動面に滑剤を存在させることができ、かつベルトの生産性も向上できる点から、ベルトの製造過程で圧縮ゴム層内部に含まれる滑剤を摩擦伝動面にブルームさせる方法、すなわちゴム成分、短繊維及び滑剤を含むゴム組成物を加硫してベルトスリーブを得る加硫工程、得られたベルトスリーブをベルト長手方向に切断加工して圧縮ゴム層を形成するカット工程(特に、さらにカット工程で得られた圧縮ゴム層の側面を研磨して短繊維を突出させる研磨工程)を経て摩擦伝動面に滑剤を滲出させる方法が好ましい。この方法では、摩擦伝動ベルトを製造するための従来の工程が滑剤露出工程を兼ねることになる。
本発明の圧縮ゴム層を備えた摩擦伝動ベルトを用いると、伝達効率を大きく向上できる。伝達効率とは、ベルトが駆動プーリからの回転トルクを従動プーリに伝える指標であり、この伝達効率が高いほどベルトの伝動ロスが小さく、省燃費性に優れることを意味する。図7に示す駆動プーリ(Dr.)12と従動プーリ(Dn.)13との二つのプーリにベルト11を掛架した二軸レイアウトにおいて、伝達効率は以下のようにして求めることができる。
クロロプレンゴム:デンカ(株)製「デンカクロロプレンDCR」
アラミド短繊維:帝人テクノプロダクツ(株)製「コーネックス短繊維」、平均繊維長3mm、平均繊維径14μm
ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス:日本ゼオン(株)製
ワックスA:精工化学(株)製「サンタイトC」、パラフィンとマイクロクリスタリンワックスとの混合物、融点約50℃
ワックスB:精工化学(株)製「サンタイトR」、パラフィンとマイクロクリスタリンワックスとの混合物、融点約80℃
ワックスC:精工化学(株)製「サンタイトSW」、パラフィンとオレイン酸アマイドとの混合物、融点約120℃
脂肪酸アマイド:日本化成(株)製「アマイドAP−1」、ステアリン酸アマイド、融点101℃
エーテルエステル系可塑剤:(株)ADEKA製「アデカサイザーRS−700」
グラファイト:オリエンタル産業(株)製「AT−20」
シリコーンオイル:東レ・ダウコーニング(株)製「SH200」
可塑剤:DIC(株)製、セバケート系オイル
カーボンブラック:東海カーボン(株)製「シースト3」
シリカ:東ソー・シリカ(株)製「Nipsil VN3」
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックスOD3」
心線:1,000デニールのPET繊維を2×3の撚り構成で、上撚り係数3.0、下撚り係数3.0で諸撚りしたトータルデニール6,000のコードを接着処理した繊維。
(1)摩擦係数測定
ベルトの摩擦係数は、図8に示すように、切断したベルト21の一方の端部をロードセル22に固定し、他方の端部に3kgfの荷重23を載せ、プーリ24へのベルトの巻き付け角度を45°にしてベルト21をプーリ24に巻き付けた。そして、ロードセル22側のベルト21を30mm/秒の速度で15秒程度引張り、摩擦伝動面の平均摩擦係数を測定した。なお、測定に際して、プーリ24は回転しないように固定した。表4及び5では、比較例1の摩擦係数を「100」とした場合に、各実施例及び比較例の摩擦係数を換算した相対値で示した。
この走行試験では、ベルトが大きく曲げられた状態(小プーリに巻き付いた状態)で走行させたときのベルトの伝達効率を評価した。
この走行試験では、ベルトがプーリ上をプーリ半径方向外側に摺動させた状態で走行させたときのベルトの伝達効率を評価した。特に、駆動プーリの回転数が大きくなると、ベルトに遠心力が強く作用する。また、駆動プーリの緩み側(図10参照)の位置ではベルト張力が低く作用しており、上記遠心力との複合作用により、この位置でベルトはプーリ半径方向外側に飛び出そうとする。この飛び出しがスムーズに行なわれない、すなわちベルトの摩擦伝動面とプーリとの間に摩擦力が強く作用すると、その摩擦力によりベルトの伝動ロスが生じ、伝達効率が低下することになる。
○:高負荷条件、高速条件ともに100以上102以下
×:高負荷条件、高速条件のいずれかが100未満。
耐久走行試験は、図11に示すように、直径50mmの駆動(Dr.)プーリ62と、直径125mmの従動(Dn.)プーリ63とからなる2軸走行試験機を用いて行なった。各プーリ62,63にローエッジコグドVベルト61を掛架し、駆動プーリ62の回転数5000rpm、従動プーリ63に10N・mの負荷を付与し、雰囲気温度80℃にてベルト61を最大40時間走行させた。走行中のベルト表面温度は最大120℃に達した。走行後のローエッジコグドVベルト61のコグ部の側面を目視で観察し、コグ部100個あたりの短繊維を起点とするクラックが発生したコグ部の個数からクラック発生割合を算出し、以下の基準で評価した。
○:クラック発生が0超〜10%未満
×:クラック発生が10%以上。
(ゴム層の形成)
表1〜2(圧縮ゴム層、伸張ゴム層)及び表3(接着ゴム層)のゴム組成物は、それぞれ、バンバリーミキサーなどの公知の方法を用いてゴム練りを行い、この練りゴムをカレンダーロールに通して圧延ゴムシート(圧縮ゴム層用シート、伸張ゴム層用シート、接着ゴム層用シート)を作製した。なお、短繊維は、RFL液(レゾルシン及びホルムアルデヒドと、ラテックスとしてのビニルピリジン−スチレン−ブタジエンゴムラテックスとを含有)で接着処理し、固形分の付着率6質量%の短繊維を用いた。RFL液として、レゾルシン2.6質量部、37%ホルマリン1.4質量部、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体ラテックス17.2質量部、水78.8質量部を用いた。
補強布と、圧縮ゴム層用シート(未加硫ゴム)との積層体を、補強布を下にして歯部と溝部とを交互に配した平坦なコグ付き型に設置し、75℃でプレス加圧することによってコグ部を型付けしたコグパッド(完全には加硫しておらず、半加硫状態にある)を作製した。次に、このコグパッドの両端をコグ山部の頂部から垂直に切断した。
2,6…補強布
3…伸張ゴム層
4…接着ゴム層
4a…芯体
5…圧縮ゴム層
7…短繊維
8…滑剤
Claims (12)
- 少なくとも一部がプーリと接触可能な摩擦伝動面を有し、かつゴム成分、短繊維及び滑剤を含むゴム組成物の加硫物で形成された圧縮ゴム層を備えたローエッジコグドVベルトであって、前記滑剤がワックスを含み、前記滑剤の割合がゴム成分100質量部に対して2〜6質量部であり、かつ前記摩擦伝動面の少なくとも一部に前記滑剤が存在し、前記摩擦伝動面全体に対して前記滑剤が占める面積割合が50%以上であるローエッジコグドVベルト。
- 滑剤の融点が圧縮ゴム層の加硫温度以下である請求項1記載のローエッジコグドVベルト。
- 滑剤が、ベルトの使用温度との差が±30℃以内の融点を有する滑剤を含む請求項1又は2記載のローエッジコグドVベルト。
- 滑剤がさらに脂肪酸アマイドを含む請求項1〜3のいずれかに記載のローエッジコグドVベルト。
- 短繊維の割合が、ゴム成分100質量部に対して30質量部以下である請求項1〜4のいずれかに記載のローエッジコグドVベルト。
- 短繊維が摩擦伝動面で突出している請求項1〜5のいずれかに記載のローエッジコグドVベルト。
- 摩擦伝動面で滑剤が滑剤層を形成し、かつ滑剤層の表面から短繊維が突出している請求項6記載のローエッジコグドVベルト。
- 短繊維がベルト幅方向に配向している請求項1〜7のいずれかに記載のローエッジコグドVベルト。
- ゴム成分がクロロプレンゴムを含む請求項1〜8のいずれかに記載のローエッジコグドVベルト。
- 摩擦伝動面の少なくとも一部にワックスを含む滑剤を存在させる滑剤露出工程を含む請求項1〜9のいずれかに記載のローエッジコグドVベルトの製造方法。
- 滑剤露出工程が、ゴム成分及び短繊維を含むゴム組成物を加硫してベルトスリーブを得る加硫工程、得られたベルトスリーブをベルト長手方向に切断加工して圧縮ゴム層を形成するカット工程を含む請求項10記載の製造方法。
- 滑剤露出工程が、カット工程で得られた圧縮ゴム層の側面を研磨して短繊維を突出させる研磨工程を含む請求項11記載の製造方法。
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