JP6640921B2 - Vリブドベルト及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明のVリブドベルトは、4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上であり、かつ引張弾性率が50〜100GPaである高伸度アラミド繊維と、この高伸度アラミド繊維よりも引張弾性率が低い低モジュラス繊維とを混撚りした撚りコードを含む。本発明では、引張弾性率が大きい高伸度アラミド繊維を含むため、高負荷伝動においても優れた耐久性を示す。また、低モジュラス繊維を含むとともに、前記高伸度アラミド繊維の中間伸度が比較的大きいため、ベルト製造時に心線を含むベルトの構成材料の積層体を外周方向に十分拡張することができ、心線のピッチの乱れや損傷が抑えられ、ベルトの耐久性に優れる。低モジュラス繊維の引張弾性率は、伸びを確保する点から、ある程度小さい必要があり、例えば20GPa以下である。
撚りコードに含まれる一方の原糸である高伸度アラミド繊維は、4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上(例えば0.8〜3%)であればよく、好ましくは0.9%以上(例えば0.9〜2%)、さらに好ましくは1%以上(例えば1〜1.5%)であってもよい。高伸度アラミド繊維の前記中間伸度が0.8%未満であると、ベルト製造時の周方向への拡張により心線がダメージを受けて、耐久性が低下する虞がある。
撚りコードに含まれる他方の原糸である低モジュラス繊維は、前記高伸度アラミド繊維よりも低い引張弾性率を有していればよいが、ベルト製造時の伸びを確保できる点から小さい方が好ましい。具体的には、低モジュラス繊維の引張弾性率は、例えば20GPa以下、好ましくは15GPa以下(例えば10GPa以下)、さらに好ましくは8GPa以下(特に5GPa以下)であってもよく、例えば0.1〜10GPa(特に1〜5GPa)程度である。また、低モジュラス繊維の引張弾性率の下限値は特に限定されないが、例えば0.1GPa以上が好ましい。
撚りコードは、複数の下撚り糸(1本以上の高伸度アラミド繊維の下撚り糸及び1本以上の低モジュラス繊維の下撚り糸)を上撚りした撚りコードであってもよく、複数の無撚糸(1本以上の高伸度アラミド繊維の無撚糸及び1本以上の低モジュラス繊維の無撚糸)を撚った撚りコード(片撚り)であってもよい。これらのうち、撚りコードの伸びを大きくできる点から、撚りコードは複数の下撚り糸を上撚りした撚りコードであるのが好ましい。下撚り糸を上撚りした撚りコードの場合、下撚りと上撚りの方向が同一のラング撚りであってもよく、反対の諸撚りであってもよい。また複数の片撚り糸を上撚りしてもよく、片撚り糸と下撚り糸、又は片撚り糸と無撚糸を上撚りしてもよい。これらのうち、耐屈曲疲労性に優れ、ベルト寿命が向上する点から、ラング撚りが好ましい。撚りコードをラング撚りで構成すると、耐屈曲疲労性に優れるため、撚り係数を小さくしても心線やベルトの耐屈曲疲労性が低下し難い。そのため、ラング撚りにおいて撚り係数を小さくすることよって引張強力の低下や伸びの増加を抑えることができる。
本発明のVリブドベルトは、前記撚りコードを含んでいればよく、通常、前記撚りコードを接着処理する心線調製工程を経て得られる心線を含んでいる。
本発明のVリブドベルトの形態は、ベルト長手方向に沿って互いに平行して延びる複数のVリブ部を有していれば、特に制限されず、例えば、図1に示す形態が例示される。図1は本発明のVリブドベルトの一例を示す概略断面図である。図1に示されるVリブドベルトは、ベルト下面(内周面)からベルト上面(背面)に向かって順に、圧縮ゴム層2、ベルト長手方向に心線1を埋設した接着ゴム層4、カバー帆布(織物、編物、不織布など)又はゴム組成物で構成された伸張層5を積層した形態を有している。圧縮ゴム層2には、ベルト長手方向に伸びる複数の断面V字状の溝が形成され、この溝の間には断面V字形(逆台形)の複数のVリブ部3(図1に示す例では4個)が形成されており、この各Vリブ部3の二つの傾斜面(表面)が摩擦伝動面を形成し、プーリと接して動力を伝達(摩擦伝動)する。
接着ゴム層4内には、複数の心線1が、ベルト長手方向にそれぞれ延在し、かつベルト幅方向に所定のピッチで互いに離隔して配置されている。
圧縮ゴム層2、接着ゴム層4及び伸張層5は、ゴム成分を含むゴム組成物で形成されていてもよい。ゴム成分としては、加硫又は架橋可能なゴムを用いてよく、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等)、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、フッ素ゴムなどが挙げられる。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できる。好ましいゴム成分は、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等)、及び、クロロプレンゴムである。さらに、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性、耐候性を有し、ベルト重量を低減できる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等)が特に好ましい。ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーを含む場合、ゴム成分中のエチレン−α−オレフィンエラストマーの割合は50質量%以上(特に80〜100質量%程度)であってもよく、100質量%(エチレン−α−オレフィンエラストマーのみ)が特に好ましい。
伸張層5は、カバー帆布で形成されていてもよい。カバー帆布は、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、接着処理、例えば、RFL処理液で処理(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(コーティング)した後、前記の形態で圧縮ゴム層及び/又は接着ゴム層に積層してもよい。
摩擦伝動面の少なくとも一部を被覆する布帛としては、前記カバー帆布で例示された布材を利用でき、カバー帆布と同様に接着処理してもよい。前記布材のうち、摩擦伝動面を被覆する布帛としては、耐久性や伸張性に優れる点から、編布が好ましい。編布の材質は、特に限定されず、低モジュラス繊維やベルトに配合される短繊維として例示された繊維などが挙げられる。編布は、セルロース系繊維(例えば、綿糸)と、ポリエステル系繊維(PTT/PETコンジュゲート繊維など)との編布であってもよい。
本発明のVリブドベルトの製造方法としては、前述の心線調製工程を含んでいればよく、慣用のVリブドベルトの製造方法を利用できる。
(撚りコード)
アラミド1:帝人(株)製「テクノーラ(登録商標)」、中間伸度0.9%、引張弾性率70GPa
アラミド2:帝人(株)製「トワロン(登録商標)」、中間伸度1.0%、引張弾性率60GPa(低弾性タイプ)
アラミド3:帝人(株)製「トワロン(登録商標)」、中間伸度0.6%、引張弾性率80GPa(標準タイプ)
脂肪族ポリアミド:旭化成(株)製「レオナ(登録商標)ナイロン66」、中間伸度11%、引張弾性率3.8GPa。
ポリメリックMDI:東ソー(株)製「ミリオネート(登録商標)MR−200」、NCO含量30%
NBRラテックス:日本ゼオン(株)製「Nipol(登録商標)1562」、全固形分41%、中高ニトリルタイプ
ポリオレフィン系接着剤:ロード社製「ケムロック(登録商標)233X」、固形分27%。
EPDM:ダウ・ケミカル日本(株)製「NORDEL(登録商標)IP3640」、エチレン含有量55%、エチリデンノルボルネン含有量1.8%
カーボンブラックHAF:東海カーボン(株)製「シースト(登録商標)3」
パラフィン系オイル:出光興産(株)製「ダイアナ(登録商標)プロセスオイル」
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックス(登録商標)OD3」
有機過酸化物:化薬アクゾ(株)製「パーカドックス(登録商標)14RP」
ナイロン短繊維:旭化成(株)製「ナイロン66」、繊維長約0.5mm
編布:綿糸とPTT/PETコンジュゲート糸の緯編布。
JIS L1017(2002)に準拠して測定した。詳しくは、心線単体(作製した接着処理コード)を、オートグラフの一対の掴み具にコードがたるまずに真っ直ぐになるようにセットした。この時の掴み間隔をL0(約250mm)とした。次に、片方の掴み具を300mm/minの速度で移動させてコードに引張荷重を与え、引張荷重と掴み間隔を記録した。引張荷重が200Nとなった時の掴み間隔をL1(mm)として、200N時伸びを下記の式より求めた。
図2に示すように、心線単体(作製した接着処理コード)を、上下に配置した一対の円柱形の回転バー(φ30mm)にS字状に屈曲させて巻きかけ、心線の一端をフレームに固定し、他端には1kgの荷重をかけた。次に、この一対の回転バーが相対距離を一定に保ったまま、上下方向に10万回往復(ストローク:140mm、サイクル:100回/分)することで、回転バーへの心線の巻き付け、巻き戻しを繰り返し行い、心線自体に屈曲疲労を与えた。この屈曲疲労試験後の心線単体の引張強力(残存強力)を測定し、予め測定しておいた屈曲疲労試験前の引張強力の値から強力保持率を算出した。
直径120mmの駆動プーリ(Dr.)、直径55mmのテンションプーリ(Ten.)、直径120mmの従動プーリ(Dn.)、直径80mmのアイドラープーリ(IDL.)を順に配した図3にレイアウトを示す試験機を用いて行った。試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、駆動プーリの回転数を4900rpm、アイドラープーリへのベルトの巻き付け角度を90°、テンションプーリへのベルトの巻き付け角度を90°、従動プーリ負荷を8.8kWとし、ベルト初張力が395Nとなるように一定荷重(約560N)を付与して雰囲気温度100℃でベルトの寿命まで走行させた。
(撚りコードの作製)
表5に示すように、1670dtexのアラミド1の繊維の束を撚り係数1で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数3でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと同一方向に撚り係数3.5で上撚りし、ラング撚りの撚りコードを作製した。
まず、表1に示すイソシアネート化合物を含む処理液(25℃)に、作製した撚りコードを5秒間浸漬した後、150℃で2分間乾燥させた(プレディップ処理工程)。次に、プレディップ処理を終えた撚りコードを表2に示すRFL処理液(25℃)に5秒間浸漬した後、200℃で2分間熱処理を行った(RFL処理工程)。この熱処理時には、ヒートセット延伸率0〜3%で熱延伸固定した。さらに、RFL処理を終えた撚りコードを表3に示す接着成分を含む処理液(固形分濃度7%、25℃)に5秒間浸漬した後、160℃で4分間乾燥させて(オーバーコート処理工程)、接着処理コードを得た。
可塑性ジャケットを装着した内型に、表4に示す組成の未加硫圧縮ゴムシート及び編布を内周側からこの順で配置した第1未加硫スリーブを形成する工程、可塑性ジャケットを膨張させてリブ形状の刻印を有する外型に第1未加硫スリーブを内周側から押圧して、表面にリブ形状を刻設した予備成型体を形成する工程、可塑性ジャケットの膨張を解いて予備成型体を密着させた外型から可塑性ジャケットを装着した内型を離間させた後、可塑性ジャケットを装着した内型に、表4に示す組成の未加硫伸張ゴムシート及び接着処理コードを順次配置して第2未加硫スリーブを形成する工程、さらに可塑性ジャケットを再び膨張させて、予備成型体を密着させた外型に第2未加硫スリーブを内周側から押圧して予備成型体と一体的に加硫する工程を経て、表面にリブ形状を有する加硫スリーブを得た。この加硫スリーブをカッターで周方向に平行にカットし、Vリブドベルト(ベルトサイズ:3PK1100、リブ形状K形、リブ数3、周長1100mm)を得た。
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4に変更する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4.5に変更する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、1100dtexのアラミド2の繊維の束を撚り係数0.5で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数0.5でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと同一方向に撚り係数3で上撚りし、ラング撚りの撚りコードを作製する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を3.5に変更する以外は実施例4と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4に変更する以外は実施例4と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、1100dtexのアラミド2の繊維の束を撚り係数3.5で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数0.5でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと反対方向に撚り係数3で上撚りし、諸撚りの撚りコードを作製する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、アラミド繊維2の下撚り係数を4に変更する以外は実施例7と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、上撚り係数を3.5に変更する以外は実施例8と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、アラミド2の繊維の束に下撚りを加えずに上撚りに供する以外は実施例6と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4.5に変更する以外は実施例6と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、アラミド2の繊維の束及び脂肪族ポリアミドの繊維の束の下撚り係数を1.5に変更する以外は実施例4と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、アラミド2の繊維の束の下撚り係数を6.5に、上撚り係数を6.5に変更する以外は実施例9と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、1100dtexのアラミド3の繊維の束を撚り係数1で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数3でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと反対方向に撚り係数2.5で上撚りし、諸撚りの撚りコードを作製する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、上撚り係数を3.5に変更する以外は比較例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
撚りコードの作製において、上撚り係数を4に変更する以外は比較例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
表5の結果から明らかなように、アラミド繊維として中間伸度の小さいアラミド3を使用した比較例1〜3は、コード物性に関して200N時伸びが2.0未満と小さく、屈曲疲労試験における強力保持率も75%に満たず低かった。また、ベルト物性に関しても、走行寿命が200時間未満と短かった。走行寿命が短かった理由は、接着処理コードの伸びが小さいと、ベルトの製造時(加硫時)にゴムがコードの間を通り抜ける際の抵抗が大きくなり、一部のコードの位置がずれて、心線のピッチが乱れたことによると推定できる。すなわち、心線のピッチの乱れによりベルトの張力分担が不均一となり、大きな張力が掛かった心線にフィラメントの切断が発生し易くなったと推定できる。
2…圧縮ゴム層
3…Vリブ部
4…接着ゴム層
5…伸張層
Claims (12)
- 4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上であり、かつ引張弾性率が50〜100GPaである高伸度アラミド繊維と、この高伸度アラミド繊維よりも引張弾性率が低い低モジュラス繊維とを混撚りした撚りコードを含むVリブドベルト。
- 低モジュラス繊維の引張弾性率が20GPa以下である請求項1記載のVリブドベルト。
- 高伸度アラミド繊維の割合が、撚りコード中60〜95質量%である請求項1又は2記載のVリブドベルト。
- 撚りコードが、複数の下撚り糸を上撚りした撚りコード又は複数の無撚糸を撚った撚りコードであり、この撚りコードの下撚り係数が0〜6であり、かつ上撚り係数が2〜6である請求項1〜3のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
- 撚りコードがラング撚りである請求項1〜4のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
- 高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比が4〜8である請求項5記載のVリブドベルト。
- 高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比が5〜7である請求項5又は6記載のVリブドベルト。
- 高伸度アラミド繊維の下撚り係数が1以下である請求項5〜7のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
- 撚りコードが諸撚りであり、かつ高伸度アラミド繊維の下撚り係数が2以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
- 摩擦伝動面の少なくとも一部が布帛で被覆されている請求項1〜9のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
- ベルト式ISG駆動を搭載したエンジンに装着される請求項1〜10のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
- 前記撚りコードを接着処理して心線を調製する心線調製工程を含む請求項1〜11のいずれか一項に記載のVリブドベルトの製造方法であって、前記心線調製工程において、接着処理の熱処理時にヒートセット延伸率3%以下で熱延伸固定する製造方法。
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