JP6674061B2 - Vリブドベルト及びその用途 - Google Patents
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Description
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、かつプーリのリブ先端部の曲率半径Rpと、前記Vリブドベルトのリブ底部の曲率半径Rbとの差Rp−Rbが、−0.08〜0.08mm程度であれば、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、ベルト長手方向に芯体1を埋設した接着層4、カバー帆布(織物、編物、不織布など)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3個)が形成されており、この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。
本発明のVリブドベルトは、少なくとも一部がプーリのVリブ溝部と接触可能な伝動面を有する圧縮ゴム層を備えており、この圧縮ゴム層は、摩擦伝動面がゴム成分及び耐発音性向上剤を含むゴム組成物の加硫物で形成されていればよく、例えば、摩擦伝動面において、前記ゴム組成物の加硫物で形成された表層部を形成し、他の部分(内層部)は耐発音性向上剤を含まない圧縮ゴム層であってもよいが、耐発音性(特に長期間に亘る耐発音性)や生産性などの点から、圧縮ゴム層全体が耐発音性向上剤を含むゴム組成物の加硫物で形成された圧縮ゴム層が好ましい。
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。これらのゴム成分のうち、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−プロピレン共重合体(EPM)、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。
圧縮ゴム層の少なくとも摩擦伝動面が耐発音性向上剤を含むため、ベルト−プーリ間の摩擦状態を安定化でき、耐発音性を向上できるものの、耐発音性向上剤はゴム中での挙動が不安定なため、内部損失を上昇し易く、結果としてトルクロスの増加を引き起こす。しかし、本発明では、圧縮ゴム層が耐発音性向上剤を含むにも拘わらず、プーリのリブ先端部の曲率半径Rpと、ベルトのリブ底部の曲率半径Rbとの差Rp−Rbが所定の範囲に調整されているため、トルクロスを有効に低減でき、トレードオフな関係にある耐発音性と省燃費性とを高い水準で両立できる。
界面活性剤は、イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤のいずれであってもよく、ゴム成分の種類などに応じて選択できるが、ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーである場合、耐発音性を向上できる点から、非イオン界面活性剤が好ましく、ポリエチレングリコール型非イオン界面活性剤、多価アルコール型非イオン界面活性剤が特に好ましい。
可塑剤は、ゴム成分よりも大きい溶解度指数(Solubility Parameters:SP値)を有する可塑剤であればよく、耐発音性を向上できる点から、例えば8.3〜10.7(cal/cm3)1/2、好ましくは8.4〜10.5(cal/cm3)1/2、さらに好ましくは8.5〜10(cal/cm3)1/2程度の溶解度指数を有する可塑剤が好ましい。前記溶解度指数は、ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーである場合に特に有効である。
無機粒子(無機充填剤又は無機質粉体)としては、慣用の無機粒子を利用できる。慣用の無機粒子としては、例えば、グラファイト、金属酸化物(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)、金属炭酸塩(炭酸マグネシウムや炭酸カルシウムなど)、金属ケイ酸塩(ケイ酸カルシウムやケイ酸アルミニウムなど)、金属炭化物(炭化ケイ素や炭化タングステンなど)、金属窒化物(窒化チタン、窒化アルミニウム、窒化ホウ素など)、金属硫化物(二硫化モリブデンなど)、金属硫酸塩(硫酸カルシウムや硫酸バリウムなど)、クレー(含水珪酸アルミニウム:パイロフィライト、カオリナイト、セリサイト、モンモリロナイト、ベントナイト、スメクタイトなどの粘土鉱物で構成されたクレー)、タルク(含水珪酸マグネシウム:滑石、ソープストーン、ステアタイトと称される無機粒子など)、マイカ、アルミナ、シリカ、ゼオライト、珪藻土、焼成珪成土、活性白土などが挙げられる。これらの無機粒子は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、炭酸カルシウムなどの金属炭酸塩、モンモリロナイトなどのクレー、タルクが好ましい。
ポリエチレン系樹脂粒子を構成するポリエチレン系樹脂は、ポリエチレンホモポリマー(単独重合体)であってもよく、ポリエチレンコポリマー(共重合体)であってもよい。コポリマーに含まれる共重合性単量体としては、例えば、オレフィン類(例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチルペンテン、4−メチルペンテン、1−オクテンなどのα−C3−8オレフィンなど)、(メタ)アクリル系単量体[例えば、(メタ)アクリル酸メチルや(メタ)アクリル酸エチルなどの(メタ)アクリル酸C1−6アルキルエステルなど]、不飽和カルボン酸類(例えば、無水マレイン酸など)、ビニルエステル類(例えば、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなど)、ジエン類(例えば、ブタジエン、イソプレンなど)などが挙げられる。これらの共重合性単量体は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの共重合性単量体のうち、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチルペンテン、1−オクテンなどのα−C3−8オレフィンが好ましい。共重合性単量体の割合は、単量体単位全体に対して、30モル%以下(例えば0.01〜30モル%)、好ましくは20モル%以下(例えば0.1〜20モル%)、さらに好ましくは10モル%以下(例えば1〜10モル%)程度である。コポリマーは、ランダム共重合体、ブロック共重合体などであってもよい。
圧縮ゴム層を形成するゴム組成物は、前記ゴム成分及び前記耐発音性向上剤に加えて、さらに補強剤を含んでいてもよい。補強剤には、補強繊維や、補強性充填剤としてのカーボンブラックなどが含まれる。
圧縮ゴム層を形成するゴム組成物は、前記ゴム成分及び前記耐発音性向上剤に加えて、ゴム成分の溶解度指数以下の溶解度指数を有する他の可塑剤(又は軟化剤)をさらに含んでいてもよい。他の可塑剤は、ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーである場合、例えば、6.0〜8.1(cal/cm3)1/2、好ましくは6.5〜8.0(cal/cm3)1/2、さらに好ましくは7.0〜7.8(cal/cm3)1/2程度の溶解度指数を有する可塑剤であってもよい。他の可塑剤としては、例えば、パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、プロセスオイルなどのオイル類などが挙げられる。
圧縮ゴム層を形成するゴム組成物は、前記ゴム成分及び前記耐発音性向上剤に加えて、さらに加硫剤を含んでいてもよい。
圧縮ゴム層を形成するゴム組成物は、前記ゴム成分及び前記耐発音性向上剤に加えて、さらに他の添加剤として、慣用の添加剤を含んでいてもよい。
本発明のVリブドベルトの製造方法は特に制限されず、公知又は慣用の方法が採用できる。例えば、圧縮ゴム層と、芯体が埋設された接着層と、伸張層とを、それぞれ未加硫ゴム組成物で形成して積層し、この積層体を成形型で筒状に成形し、加硫してスリーブを成形し、この加硫スリーブを所定幅にカッティングすることにより形成できる。より詳細には、以下の方法でVリブドベルトを製造できる。
先ず、表面が平滑な円筒状の成形モールドに伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体を形成する心線(撚りコード)を螺旋状にスピニングし、さらに接着層用シート、圧縮ゴム層用シートを順次巻き付けて成形体を作製する。その後、加硫用ジャケットを成形体の上から被せて金型(成形型)を加硫缶内に収容し、所定の加硫条件で加硫した後、成形モールドから脱型して筒状の加硫ゴムスリーブを得る。そして、この加硫ゴムスリーブの外表面(圧縮ゴム層)を研削ホイールにより研磨して複数のリブを形成した後、カッターを用いてこの加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットしてVリブドベルトに仕上げる。なお、カットしたベルトを反転させることにより、内周面にリブ部を有する圧縮ゴム層を備えたVリブドベルトが得られる。
先ず、内型として外周面に可撓性ジャケットを装着した円筒状内型を用い、外周面の可撓性ジャケットに未加硫の伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体を形成する心線を螺旋状にスピニングし、さらに未加硫の圧縮ゴム層用シートを巻き付けて積層体を作製する。次に、前記内型に装着可能な外型として、内周面に複数のリブ型が刻設された筒状外型を用い、この外型内に、前記積層体が巻き付けられた内型を、同心円状に設置する。その後、可撓性ジャケットを外型の内周面(リブ型)に向かって膨張させて積層体(圧縮ゴム層)をリブ型に圧入し、加硫する。そして、外型より内型を抜き取り、複数のリブを有する加硫ゴムスリーブを外型から脱型した後、カッターを用いて、加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットしてVリブドベルトに仕上げる。この第2の製造方法では、伸張層、芯体、圧縮ゴム層を備えた積層体を一度に膨張させて複数のリブを有するスリーブ(又はVリブドベルト)に仕上げることができる。
第2の製造方法に関連して、例えば、特開2004−82702号公報に開示される方法(圧縮ゴム層のみを膨張させて予備成形体(半加硫状態)とし、次いで伸張層と芯体とを膨張させて前記予備成形体に圧着し、加硫一体化してVリブドベルトに仕上げる方法)を採用してもよい。
EPDM:三井化学(株)製「EPT2060M」
ナイロン短繊維:66ナイロン、平均繊維径27μm、平均繊維長3mm
綿短繊維:デニム、平均繊維径13μm、平均繊維長6mm
酸化亜鉛:正同化学工業(株)製「酸化亜鉛3種」
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
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
カーボンブラックFEF:東海カーボン(株)製「シーストSO」、平均粒径43nm
含水シリカ:東ソー・シリカ(株)製「Nipsil VN3」
パラフィン系オイル(軟化剤):出光興産(株)製「ダイアナプロセスオイルPW−90」
界面活性剤:ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、日本乳化剤(株)製「ニューコール2304−Y」
エーテルエステル系可塑剤:(株)ADEKA製「RS−700」
炭酸カルシウム:白石カルシウム(株)製「ホワイトンSSB」
クレー(カオリナイト):白石カルシウム(株)製「ハードトップクレー」
クレー(モンモリロナイト):ホージュン(株)製「ベンゲルA」
タルク:富士タルク工業(株)製「RL217」、メディアン径20μm
ポリエチレン粒子:三井化学(株)製「ハイゼックスミリオン240S」
レゾルシン・ホルマリン共重合物(レゾルシノール樹脂):レゾルシノール20%未満、ホルマリン0.1%未満のレゾルシン・ホルマリン共重合物
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックスOD3」
有機過酸化物:日油(株)製「パークミルD−40」
加硫促進剤A:テトラメチルチウラム・ジスルフィド(TMTD)
加硫促進剤B:N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアジル−スルフェンアミド(CBS)
共架橋剤A:p,p’−ジベンジルキノンジオキシム、大内新興化学工業(株)製「バルノックDGM」
共架橋剤B:N,N’−m−フェニレンジマレイミド、大内新興化学工業(株)製「バルノックPM」
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撚糸コード、心線径1.0mm。
(Vリブドベルトの製造)
表1及び2に示す伸張層形成用のゴム組成物、圧縮ゴム層形成用のゴム組成物及び接着層形成用のゴム組成物を、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所定の厚みを有する伸張層形成用シート、圧縮ゴム層形成用シート及び接着層形成用シートを作製した。
得られたVリブドベルトは、図4及び表3に示すように、心線中央[2]からVリブドベルト背面[1]までの距離aを1.00mm、心線底部[3]からVリブドベルト背面[1]までの距離bを1.50mm、リブ底部[4]からVリブドベルト背面[1]までの距離cを2.30mm、リブ先端部[5]からVリブドベルト背面[1]までの距離dを4.30mm、リブピッチeを3.56mm、心線底部[3]からリブ底部[4]までの距離gを0.80mm、リブ先端部[5]からリブ底部[4]までの距離hを2.00mm、リブ先端部[5]から心線底部[3]までの距離iを2.80mmに調整した。
図5に示すように、直径55mmの駆動(Dr)プーリと、直径55mmの従動(Dn)プーリで構成される2軸走行試験機にVリブドベルト(リブ数4、長さ750mm)を巻き掛け、100〜600N/ベルト1本の張力範囲でVリブドベルトに所定の初張力を付与し、従動プーリ無負荷で駆動プーリを2000rpmで回転させたときの駆動トルクと従動トルクとの差をトルクロスとして算出した。得られた結果を表4〜6に示す。なお、表には500Nの初張力を付与したときのトルクロスを示した。
実車エンジンを使用し、図6に示すレイアウトでウォーターポンププーリ(直径107mm)、クランクプーリ(直径120mm)及び発電機プーリ(直径55mm)にVリブドベルトを掛架し、ベルト張力:300N/ベルト1本、発電機負荷:70A、クランク回転数:アイドリングの条件で、Vリブドベルト(リブ数4、長さ750mm)に注水して被水させた時のスティック・スリップ異音の発生を確認し、以下の基準で評価した。結果を表4〜6に示す。
○:3秒以内の微小な異音が生じた(実用的に問題ないレベル)
△:3秒以内の小さな異音が生じた(エンジンルームでは聞き取れるが車内では聞き取れない。高度な静粛性が要求される場合にはNGであるが、通常は問題ないレベル)
×:3秒以上の連続した異音が生じた。
耐発音性について、ミスアライメント発音試験でも評価した。評価に用いた試験機は、図7に示すように、駆動(Dr)プーリ(直径101mm)、アイドラー(Id)プーリ(直径70mm)、従動(Dn)プーリ(直径120mm)、テンション(Ten)プーリ(直径61mm)を配置して構成され、駆動プーリと従動プーリとの間で1.5°の角度でミスアライメントを設定した。この試験機の各プーリ間にVリブドベルト(リブ数6、長さ1200mm)を掛架し、25℃条件下で、駆動プーリの回転数1000rpmで走行させた。このときベルト張力が50N/リブになるように駆動プーリに荷重を付与した。そして、100ml/分で1分間ベルトに注水した際のスティック・スリップ異音(「キュルキュル」と聞こえる異音)の発生を確認し、実車での発音測定と同様の基準で評価した。結果を表4〜6に示す。
粘着摩耗試験は、図8にレイアウトを示すように、駆動(Dr)プーリ(直径120mm)、アイドラー(Id)プーリ(直径45mm)、従動(Dn)プーリ(直径120mm)を順に配置した試験機を用いて行った。詳しくは、試験機の各プーリにVリブドベルト(リブ数4、長さ1200mm)を掛架し、駆動プーリの回転数を4900rpm、アイドラープーリ及び従動プーリの負荷を11.7kWとし、ベルト初期張力(940N/4リブ)を付与してベルトを雰囲気温度25℃で5時間走行させた。走行後のVリブ部の底部(リブ底部)の粘着摩耗(「ネチャネチャ」と聞こえる粘着による異音)の発生を以下の基準で評価した。結果を表4〜6に示す。
○:微小な粘着摩耗が生じたが、走行性能には問題ないレベルであった
×:走行上問題になる粘着摩耗が生じた。
ベルトのリブ底部の曲率半径Rbを表7のように変更する以外は、実施例2と同様にしてVリブドベルトを調製し、試験に用いる全てのプーリのリブ先端部の曲率半径Rpを表7のように変更する(α=β=40°のまま、Rp−Rb=0となるよう変更する)以外は、実施例2と同様にして各種評価を行った。評価結果を実施例2と合わせて表7に示す。
2…圧縮ゴム層
3…リブ(リブ部又はVリブ部)
3a…リブ底部(リブ溝底部)
4…接着層
5…伸張層
6…プーリのリブ先端部
Claims (9)
- Vリブドベルトと、このVリブドベルトのVリブ部と嵌合可能なVリブ溝部を有するプーリとを備えたベルト伝動装置であって;
前記Vリブドベルトは、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、かつ少なくとも一部が前記プーリのVリブ溝部と接触可能な摩擦伝動面を有する圧縮ゴム層を備え、前記圧縮ゴム層の摩擦伝動面が、ゴム成分及び耐発音性向上剤を含むゴム組成物の加硫物で形成され;
前記プーリは、トルク伝達を目的とし、かつ外径が65mm以下の小径プーリを含み;
前記小径プーリのリブ先端部の曲率半径Rpと、前記Vリブドベルトのリブ底部の曲率半径Rbとの差Rp−Rbが−0.08〜0.08mmであり、かつ前記VリブドベルトのVリブ部のVリブ角度αと、前記小径プーリのVリブ溝角度βとの差α−βが−3〜3°であるベルト伝動装置。 - 前記Vリブドベルトのリブ底部の曲率半径Rbが0.1〜0.5mmである請求項1記載のベルト伝動装置。
- 前記曲率半径の差Rp−Rbが−0.05〜0.05mmである請求項1又は2記載のベルト伝動装置。
- 前記VリブドベルトのVリブ部のVリブ角度αが30〜60°であり、前記Vリブ角度αと、前記小径プーリのVリブ溝角度βとの差α−βが−1〜1°である請求項1〜3のいずれか一項に記載のベルト伝動装置。
- 前記耐発音性向上剤が、界面活性剤、ゴム成分よりも大きい溶解度指数を有する可塑剤、無機粒子及びポリエチレン系樹脂粒子からなる群より選択される少なくとも1種である請求項1〜4のいずれか一項に記載のベルト伝動装置。
- 前記耐発音性向上剤が、ポリエチレングリコール型非イオン界面活性剤を含み、ポリエチレングリコール型非イオン界面活性剤の割合が、ゴム成分100質量部に対して2〜20質量部である請求項1〜5のいずれか一項に記載のベルト伝動装置。
- 前記耐発音性向上剤が、エーテルエステル系可塑剤を含み、エーテルエステル系可塑剤の割合が、ゴム成分100質量部に対して5〜15質量部である請求項1〜5のいずれか一項に記載のベルト伝動装置。
- 前記ゴム成分が、エチレン−α−オレフィンエラストマーを含む請求項1〜7のいずれか一項に記載のベルト伝動装置。
- トルク伝達を目的とし、かつ外径65mm以下の小径プーリを含むプーリに、請求項1〜8のいずれか一項に記載のVリブドベルトを掛架してベルト伝動装置のトルクロスを低減する方法。
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