JP6809985B2 - 摩擦伝動ベルト - Google Patents
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Description
本発明の摩擦伝動ベルトとしては、圧縮ゴム層の摩擦伝動面がゴム成分及びグラフェン類を含んでいればよく、慣用の摩擦伝動ベルトを利用できる。本発明の摩擦伝動ベルトとしては、例えば、Vベルト[ラップドVベルト、ローエッジVベルト、ローエッジコグドVベルト(ローエッジベルトの内周側にコグが形成されたローエッジコグドVベルト、ローエッジベルトの内周側及び外周側の双方にコグが形成されたローエッジダブルコグドVベルト)]、Vリブドベルト、平ベルトなどが例示できる。これらの摩擦伝動ベルトのうち、プーリからの側圧を大きく受ける点から、摩擦伝動面がV字状に傾斜して(V角度で)形成されているVベルト又はVリブドベルトが好ましく、耐側圧性及び耐久性と省燃費性との高度な両立を要求されるベルト式無段変速装置に用いられる点から、ローエッジコグドVベルトが特に好ましい。
本発明では、圧縮ゴム層の摩擦伝動面がゴム成分及びグラフェン類を含むゴム組成物の加硫物で形成されているため、圧縮ゴム層の摩擦伝動面の少なくとも一部にグラフェン類が存在し、摩擦伝動面の摩擦係数を低減(摺動性が向上)できる。圧縮ゴム層は、摩擦伝動面が前記ゴム組成物で形成されていればよく、例えば、摩擦伝動面において、グラフェン類を含むゴム組成物で形成された表層部を形成し、他の部分(内層部)はグラフェン類を含まない圧縮ゴム層であってもよいが、生産性などの点から、圧縮ゴム層全体がグラフェン類を含むゴム組成物で形成された圧縮ゴム層が好ましい。
グラフェン類には、通常「グラフェン」と称される単一のシートであるグラフェンシートと、このグラフェンシートの積層体であるグラフェン膜(多層グラフェン)とが含まれる。
本発明では、摩擦伝動面を形成するゴム組成物が短繊維を含んでいなくてもよいが、前記グラフェン類に加えて、短繊維をさらに含むのが好ましい。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、好ましくは短繊維をベルト幅方向に配向させることにより、摩擦伝動ベルトの耐側圧性を確保できる。一方で、ベルトの耐久性の点からは、短繊維の割合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。本発明では、グラフェン類の存在により、短繊維の割合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、短繊維とグラフェン類とを併用すると、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。
ゴム成分としては、公知の加硫又は架橋可能なゴム成分及び/又はエラストマー、例えば、ジエン系ゴム[例えば、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(CR)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、ビニルピリジン−スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、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)などの前記ジエン系ゴムの水添物など]、オレフィン系ゴム[例えば、エチレン−α−オレフィン系ゴム(エチレン−α−オレフィンエラストマー)、ポリオクテニレンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴムなど]、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。
ゴム組成物は、慣用の固体潤滑剤及び/又は摩擦調整剤をさらに含んでいてもよい。本発明では、グラフェン類を慣用の固体潤滑剤及び/又は摩擦調整剤と組み合わせることにより、ベルトの耐久性を低下させずに、摩擦伝動面の摩擦係数を低減できる。
ゴム組成物には、必要に応じて、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、酸化銅など)、増強剤(カーボンブラックなど)、充填剤、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(ステアリン酸などの脂肪酸、ステアリン酸金属塩などの脂肪酸金属塩、ステアリン酸アマイドなどの脂肪酸アマイド、ワックス、パラフィンなど)、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、滑剤、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グラフェン類及び短繊維が含まれていてもよい。さらに、伸張ゴム層は、グラフェン類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の製造方法は、特に限定されず、各層の積層工程(ベルトスリーブの製造方法)に関しては、慣用の方法を利用できる。
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
グラフェン:グラフェンプラットフォーム(株)製「GNH−X1」
グラファイト:オリエンタル産業(株)製「AT−20」
超高分子量ポリエチレン(UHMW−PE):Ticona Engineering Polymers社製「GUR−4150」
未焼成低分子量PTFE:(株)喜多村製「KTL−8F」
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撚りコード。
実施例及び比較例の圧縮ゴム層用ゴム組成物を153℃で30分間加硫して、幅10mm、長さ20mm、厚さ4mmの試験片を作製した。下部ベース台に取り付けた相手材を上部に取り付けた試験片に一定の面圧で押し付け、さらに上部に取り付けた試験片を一定の速度で往復運動させることができ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/分、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SUS304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。摩耗量は試験前後における試験片の重量減少量を測定した。
耐久走行試験は、図3に示すように、直径50mmの駆動(Dr.)プーリ12と、直径125mmの従動(Dn.)プーリ13とからなる2軸走行試験機を用いて行なった。各プーリ12,13にローエッジコグドVベルト11を掛架し、駆動プーリ12の回転数5000rpm、従動プーリ13に10N・mの負荷を付与し、雰囲気温度80℃にてベルト11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11のコグ部の側面を目視で観察し、コグ部100個当たりのクラック発生割合(短繊維を起点とするクラックが発生したコグ部の個数割合)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(接着ゴム層)及び表2(圧縮ゴム層及び伸張ゴム層)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(接着ゴム層用シート、圧縮ゴム層用シート、伸張ゴム層用シート)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。
下布となる補強布と、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
Claims (7)
- 少なくとも一部がプーリと接触可能な摩擦伝動面を有する圧縮ゴム層を備えた摩擦伝動ベルトであって、前記圧縮ゴム層の摩擦伝動面が、ゴム成分及びグラフェン類を含むゴム組成物の加硫物で形成され、
前記ゴム成分がクロロプレンゴムであり、
前記グラフェン類の割合が前記ゴム成分100質量部に対して0.1〜10質量部であり、
前記圧縮ゴム層が短繊維をさらに含み、前記短繊維の割合が前記ゴム成分100質量部に対して12〜40質量部であり、
Vベルトである摩擦伝動ベルト。 - グラフェン類の平均粒子径が0.1〜3μmである請求項1記載の摩擦伝動ベルト。
- 短繊維がベルト幅方向に配向している請求項1又は2記載の摩擦伝動ベルト。
- 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1〜3のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- グラフェン類の割合がゴム成分100質量部に対して0.5〜5質量部であり、かつ圧縮ゴム層が固体潤滑剤及び/又は摩擦調整剤をさらに含む請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- グラフェン類の割合が、固体潤滑剤及び摩擦調整剤の合計100質量部に対して1〜50質量部である請求項5記載の摩擦伝動ベルト。
- ローエッジコグドV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。
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