JP6795466B2 - 伝動ベルト及びその製造方法 - Google Patents
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Description
以下に、必要により添付図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
補強布は、グラフェン類、バインダー及び布帛を含み、ベルト本体表面の少なくとも一部を被覆することにより、表面に少量の摩擦係数低減剤を付着させるだけで、補強布の摩擦係数を下げることができるため、耐摩耗性も向上できる。
グラフェン類は、摩擦係数低減剤(固体潤滑剤)として作用し、従来の固体潤滑剤に比べて少量で摩擦係数を低減できるため、従来の技術ではトレードオフの関係にあり、実現困難であった伝動ベルトの摺動性と耐久性とを両立できる。
前記グラフェン類は、バインダーを介して、布帛の表面及び/又は繊維間(内部)に固定されていてもよく、特に、摺動性に優れる点から、少なくとも外側表面(伝動面)に固定されているのが好ましく、耐久性に優れる点から、外側表面及び繊維間に固定されているのが特に好ましい。そのため、バインダーは、少なくとも布帛の表面に付着するのが好ましく、布帛の表面及び内部(繊維間)に付着(特に、内部に均質に付着することにより表面においても均一に付着)するのが特に好ましい。
布帛としては、例えば、織布、編布(緯編布、経編布)、不織布などの布材などが挙げられる。これらのうち、平織、綾織、朱子織などの形態で製織した織布、経糸と緯糸との交差角が90°を超え120°以下程度の広角度で製織した織布、編布などが好ましく、一般産業用や農業機械用の伝動ベルトのカバー布として汎用されている織布[経糸と緯糸との交差角が直角である平織布、経糸と緯糸との交差角が90°を超え120°以下程度の広角度である平織布(広角度帆布)]が特に好ましい。
補強布は、グラフェン類以外の摩擦係数低減剤(第2の摩擦係数低減剤)として、慣用の摩擦係数低減剤をさらに含んでいてもよい。第2の摩擦係数低減剤をグラフェン類と組み合わせることにより、グラフェン類が少量であっても、摩擦係数を低減でき、経済性を向上できる。
補強布は、グラフェン類、バインダー及び布帛(必要に応じてさらに第2の摩擦係数低減剤)に加えて、例えば、バインダーがゴム成分である場合、ゴム成分の種類に応じて選択された加硫剤又は架橋剤[例えば、硫黄系加硫剤(硫黄、塩化硫黄など)、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)、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)、金属酸化物(酸化マグネシウム、酸化亜鉛など)など]、補強剤(カーボンブラック、含水シリカなどの酸化ケイ素など)、老化防止剤(芳香族アミン系老化防止剤、ベンズイミダゾール系老化防止剤など)などを含んでいてもよい。加硫剤又は架橋剤の割合は、ゴム成分100質量部に対して1〜20質量部(特に2〜15質量部)程度である。補強剤の割合は、ゴム成分100質量部に対して20〜100質量部(特に30〜80質量部)程度である。老化防止剤の割合は、ゴム成分100質量部に対して0.1〜10質量部(特に0.5〜5質量部)程度である。補強布は、後述するベルト本体の項で例示された添加剤をさらに含んでいてもよい。
補強布は、布帛の表面及び/又は繊維間に、バインダーを介してグラフェン類が固定されていればよいが、耐久性の点から、前記グラフェン類及び前記バインダーは、布帛の表面に少なくとも一部が露出し、かつ残部は布帛内部の繊維間に均一に存在(布帛に含浸又は浸透)するのが好ましい。布帛内部の繊維間に前記グラフェン類及び前記バインダーを含む補強布は、摺動性を向上できる点から、さらに前記グラフェン類及び前記バインダーが含浸した布帛の表面(特に、伝動面となる外側表面)に、グラフェン類及びバインダーを含む表層(薄肉の摺動層)を有していてもよい。表層の平均厚みは500μm以上であってもよく、例えば100〜1500μm、好ましくは300〜1200μm、さらに好ましくは400〜1000μm(特に400〜800μm)程度である。
ベルト本体(樹脂ブロックベルトの張力帯のゴム層や、VリブドベルトやローエッジVベルトなどにおける圧縮層及び伸張層)を形成する加硫ゴムとしては、前記補強布の項で例示されたゴム成分を例示できる。ベルト本体全体(又はゴム組成物全量)に対するゴム成分の割合は、例えば20質量%以上(例えば25〜80質量%)、好ましくは30質量%以上(例えば35〜75質量%)、さらに好ましくは40質量%以上(特に45〜70質量%)であってもよい。
ベルト本体が樹脂ブロックベルトの張力帯である場合、張力帯2は、図1及び2に示されるように、芯体としてベルト幅方向に所定間隔で配列した心線4が埋設されたゴム層5と、ゴム層5の上下面を被覆する補強布6とで形成されている。さらに、図1〜2及び4に示されるように、張力帯2の上面(外周面)には、前記ブロック10の凸条15aと係合可能な凹溝21aがベルト(張力帯)幅方向に延びており、張力帯2の下面(内周面)には、前記ブロック10の凸条15bと係合可能な凹溝21bがベルト(張力帯)幅方向に延びている。
樹脂ブロックベルトの場合、ブロックは、慣用のブロックを利用できる。ブロックは、張力帯(センターベルト)と嵌合して一体化できる形状であれば特に限定されないが、2本の張力帯を安定して固定できる点から、板面が略H状のブロックが好ましい。略H状のブロックにおいて、張力帯を収容して固定するための嵌合溝の形状としては、張力帯を嵌合により固定できれば特に限定されず、例えば、嵌合溝の上下方向の対向面でベルト幅方向に延びる凸条又は凹溝を有する形状などが挙げられるが、通常、凸条を有する形状である。また、凸条の形状も、張力帯と嵌合して一体化できればよく、特に限定されない。
本発明の伝動ベルトの製造方法は、補強布中でグラフェン類がバインダーで固定できればよく、特に限定されず、例えば、補強布を形成するための布帛とバインダーとの接着性を向上させるために、予め布帛を接着剤で処理するための処理液(RFL処理液など)中にグラフェン類を含有させた後、グラフェン類を含む布帛にバインダー(バインダー前駆体)を付与する方法などであってもよいが、バインダー中におけるグラフェン類の分散性を向上できる点から、バインダー前駆体を介してグラフェン類を布帛に固定して補強布前駆体を形成する補強布前駆体形成工程を経る方法が好ましい。
ベルト本体前駆体の製造方法は、ベルトの種類に応じて慣用の方法を利用でき、例えば、樹脂ブロックベルトの場合、以下の方法で製造してもよい。
ブロックは、慣用の方法で製造でき、例えば、樹脂組成物を調製した後、得られた樹脂組成物を成形することにより製造できる。
張力帯も、慣用の方法で製造でき、例えば、シート状未架橋ゴム組成物、心線前駆体、補強布前駆体をそれぞれ調製した後、これらの材料を用いて成形できる。
ブロックの嵌合溝の凸条と張力帯の凹溝とを対応させて、得られたブロックの一方の嵌合溝に張力帯を挿入し、ブロックを張力帯に嵌合させる。この操作を張力帯の全周について行う。同様の方法で、ブロックの他方の嵌合溝に張力帯を挿入して伝動ベルトを得る。
[補強布の摩擦係数及び摩耗量の測定]
平置きした織布[経糸(旭化成(株)製66ナイロン)、緯糸(東レ(株)製66ナイロン(ウーリー加工))を2/2綾織した織布、繊維径25μm、経糸密度150本/50mm、緯糸密度125本/50mm]の両端に1mm厚のスペーサを置き、織布の上に、表1に示す配合A〜Fのスプレディング用ゴム糊を垂らし、丸棒を転がして均一に延ばし、常温である程度乾燥した後、90℃で6分乾燥することによりスプレディングした補強布前駆体(目付250g/m2)を153℃で30分間プレス加硫して、シート状の試験片を作成した。下部ベース台に取り付けた試験片を、上部に取り付けた相手材(幅10mm、長さ20mm)に一定の面圧で押し付け、さらに上部に取り付けた相手材を一定の速度で往復運動させられる摺動式摩擦摩耗試験機((株)米倉製作所製)にセットし、速度10m/min、面圧0.5MPa、温度70℃、走行時間20時間の条件で試験を行った。相手材の材質は、表2に示すブロック用樹脂組成物と同一とした。摩擦係数は、ロードセルの電圧を10秒ごとにサンプリングし、試験時間20時間の平均値を算出した。摩耗量としては、試験前後における試験片の重量減少量を測定した。結果を表6に示す。
カーボンブラック:東海カーボン(株)製「シースト116」
シリカ:Oriental Silicas Corporation社製「トクシール225G」、BET比表面積176m2/g
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックスDBD」
架橋剤:日油(株)製「パーブチルP−40」
グラフェン:グラフェンプラットフォーム(株)製「GNH−X1」
UHMW−PE(超高分子量ポリエチレン):Ticona Engineering Polymers社製「GUR−4150」
PTFE(ポリテトラフルオロエチレン):(株)喜多村製「KTL−8F」。
二軸の樹脂混練機に表2に示す組成で各成分を投入して混練し、回収した混練物を粉状乃至粒状に粉砕してブロック用樹脂組成物を得た。
PAN系炭素繊維:東邦テナックス(株)製「HM35」、平均繊維長6mm
ピッチ系炭素繊維:三菱樹脂(株)製 「K223QE」、平均繊維長6mm
アラミド短繊維:帝人(株)製「テクノーラ」、平均繊維長1mm。
バンバリーミキサーに表3に示す組成で各成分を投入して混練し、回収した混練物をオープンロールに通して所定の厚みの張力帯のゴム層用組成物を得た。
HNBRアロイ(ジメタクリル酸亜鉛を配合した水素化ニトリルゴム):日本ゼオン(株)製「Zeoforte(登録商標)ZSC2295CX」
ポリアミド短繊維:旭化成(株)製「6,6−ナイロン」、平均繊維長6mm
アラミド短繊維:帝人(株)製「テクノーラ」、平均繊維径12μm、平均繊維長3mm
シリカ:Oriental Silicas Corporation社製「トクシール225G」
老化防止剤1:精工化学(株)製「ノンフレックスDBD」
老化防止剤2:大内新興化学工業(株)製「ノクラックMB」
老化防止剤3:精工化学(株)製「ノンフレックスRD」
架橋剤:日油(株)製「パーブチルP−40」。
HNBRアロイ:日本ゼオン(株)製「Zeoforte ZSC2295CX」
シリカ:Oriental Silicas Corporation社製「トクシール225G」
老化防止剤1:精工化学(株)製「ノンフレックスDBD」
老化防止剤2:大内新興化学工業(株)製「ノクラックMB」
老化防止剤3:精工化学(株)製「ノンフレックスRD」
架橋剤:日油(株)製「パーブチルP−40」。
前記ブロックを前記張力帯に組み込んで、図1〜4に示される樹脂ブロックベルトと同様の構成の樹脂ブロックベルトを作製した。樹脂ブロックベルトは、心線ピッチライン上のベルト周長を612mm、心線ピッチライン上のベルト幅を25mm、ブロックのベルト厚み方向の長さを13mm、ブロックのベルト長手方向の長さを2.95mm、ブロックピッチは3mmとした。
ベルト耐久走行試験では、実施例及び比較例の各樹脂ブロックベルトを駆動プーリと従動プーリとに巻き掛けて、70℃の雰囲気下で、駆動プーリを回転させた。駆動プーリ及び従動プーリのV溝の角度を26°、各プーリに対する樹脂ブロックベルトの巻き掛け径を表5に示す値とした。負荷を表5に示す値とし、無負荷の場合に回転数が5000rpmとなるように設定した。軸荷重は、負荷に対して伝動ベルトがスリップしない程度とし、表5に示す値とした。伝動ベルトの走行中、軸荷重が一定となるように、両プーリの軸間距離は固定しなかった。静止状態でのベルト張力は、軸荷重の約半分の値である。ベルト耐久走行試験では、400時間走行してベルトの耐久性を評価するとともに、走行中の騒音量を以下の方法で測定した。測定結果を、各補強布の摩耗試験の結果とともに、表6に示す。
駆動プーリと従動プーリとの中間、ベルトの端面から手前に150mmの位置で、騒音計((株)小野測器製「LA−4440」)を用いて、A特性で測定した。
2…張力帯
10…ブロック
11…上側ビーム部
12…下側ビーム部
13…センターピラー部
14…嵌合溝
15a,15b…凸条
Claims (13)
- ベルト本体表面の少なくとも一部が、グラフェン類、バインダー及び布帛を含む補強布で被覆されている伝動ベルトであって、前記グラフェン類の割合が、前記バインダー100質量部に対して0.1〜10質量部である伝動ベルト。
- グラフェン類が、布帛の表面及び/又は繊維間に、バインダーを介して固定されている請求項1記載の伝動ベルト。
- グラフェン類の少なくとも一部が布帛表面に露出し、かつ残部のグラフェン類が布帛内部の繊維間に均一に存在する請求項1又は2記載の伝動ベルト。
- グラフェン類の平均粒子径が0.1〜3μmである請求項1〜3のいずれかに記載の伝動ベルト。
- バインダーが加硫ゴムである請求項1〜4のいずれかに記載の伝動ベルト。
- グラフェン類の割合が、バインダー100質量部に対して0.5〜10質量部である請求項1〜5のいずれかに記載の伝動ベルト。
- グラフェン類の割合が、布帛100質量部に対して0.1〜5質量部である請求項1〜6のいずれかに記載の伝動ベルト。
- 補強布がグラフェン類以外の摩擦係数低減剤をさらに含む請求項1〜7のいずれかに記載の伝動ベルト。
- バインダーがベルト本体の加硫ゴムと同一の加硫ゴムである請求項1〜8のいずれかに記載の伝動ベルト。
- ベルト本体である張力帯と、この張力帯の長さ方向に略等間隔のピッチで配列され、かつ嵌合により前記張力帯と一体化した複数のブロックとを備えた伝動ベルトであって、前記張力帯の表面のうち、少なくとも前記ブロックの上側ビーム部及び下側ビーム部との接触部が補強布で被覆されている請求項1〜9のいずれかに記載の伝動ベルト。
- バインダー前駆体を介してグラフェン類を布帛に固定して補強布前駆体を形成する補強布前駆体形成工程を含む請求項1〜10のいずれかに記載の伝動ベルトの製造方法。
- 補強布前駆体形成工程において、グラフェン類及びバインダー前駆体を含む液状組成物を布帛に含浸させた後、乾燥する請求項11記載の製造方法。
- バインダー前駆体が未加硫ゴムであり、未加硫ゴムを含むベルト本体前駆体表面の少なくとも一部を補強布前駆体で被覆して加硫する加硫工程をさらに含む請求項11又は12記載の製造方法。
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