JP2001263427A - ポリウレタンエラストマー製歯付き伝動ベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】歯付きベルトの歯部と歯付きプーリの歯溝との
噛合い振動に由来する噛合い速度むらを低減した歯付き
伝動ベルトを提供する。 【解決手段】本発明によれば、ポリウレタンエラストマ
ーからなるベルト本体が内表面に一定のピッチの間隔を
おいて歯部を有すると共に、埋設した抗張体を有する歯
付き伝動ベルトにおいて、ポリウレタンエラストマーが
潤滑剤（好ましくは、脂肪酸グリセリド）を含み、７０
〜８０度の範囲のＪＩＳ Ａ硬度を有し、更に、歯面の
動摩擦係数が0.５以下であることを特徴とする歯付き伝
動ベルトが提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、歯付き伝動ベルト
に関し、詳しくは、ポリウレタンエラストマーからなる
噛合い速度むらのない歯付き伝動ベルトに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、プリンタや複写機に代表される事
務用機器において、歯付き伝動ベルトを用いた印字（画
像も含む。）装置が広く用いられている。このような印
字装置によれば、インク等の印字機構を備えたキャリッ
ジを歯付きベルトに取付け、この歯付きベルトを歯付き
プーリ間に掛けわたし、プーリを正逆転させて、キャリ
ッジを往復運動させている。

【０００３】特に、プリンタにおいては、近年、カラー
印刷や、その高速化、高画質化が進んでおり、歯付きベ
ルトの噛合い振動、即ち、噛合いによる速度むらが印字
むらや画像むらを引起すことがあるので、歯付きベルト
の噛合い速度むらの低減が強く要望されている。

【０００４】現在、このようなプリンタに用いられてい
るポリウレタンエラストマー製歯付きベルトとしては、
一般に、可塑剤を配合した熱硬化性ポリウレタンエラス
トマーの注型成形によって製造されており、ＪＩＳ Ａ
硬度が８０〜９０度の範囲にあるものが汎用されてい
る。

【０００５】このようなポリウレタンエラストマー製歯
付きベルトが走行時、噛合い速度むらが生じる原因は次
のとおりである。即ち、歯付きベルトの歯部が駆動側の
歯付きプーリの歯溝部に噛込むとき、与えられる負荷ト
ルクの影響によって、歯付きベルトの歯部は歯付きプー
リの歯溝部の位置に対して幾らか遅れた位置で噛込む。
そこで、ベルト歯部の走行方向の後部側の側面は、先
ず、プーリの歯溝部の側面に接触し、その後に、ベルト
歯溝部に滑り込むこととなる。このとき、ベルトのスパ
ン（プーリに巻き付いていない部分）でベルトのピッチ
ラインがベルトスパンと直交する方向に上下動すること
によって、ベルトの噛合い速度むらが生じる。

【０００６】上述したポリウレタンエラストマー製歯付
きベルトの汎用品によれば、ベルト歯部の走行方向の後
部の側面がプーリ歯溝部に側面に接触するときの衝撃が
大きく、また、その後にベルト歯部がプーリの歯溝部に
滑り込むときの動摩擦係数が大きいことから、その滑り
込みが円滑でなく、かくして、噛合い速度むらが発生す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のポリ
ウレタンエラストマーからなる歯付き伝動ベルトにおけ
る上述した問題を解決するためになされたものであっ
て、歯付きベルトの歯部と歯付きプーリの歯溝との噛合
い振動に由来する噛合い速度むらを低減した歯付き伝動
ベルトを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、ポリウ
レタンエラストマーからなるベルト本体が内表面に一定
のピッチの間隔をおいて歯部を有すると共に、埋設した
抗張体を有する歯付き伝動ベルトにおいて、ポリウレタ
ンエラストマーが潤滑剤を含み、７０〜８０度の範囲の
ＪＩＳ Ａ硬度を有し、更に、歯面の動摩擦係数が0.５
以下であることを特徴とする歯付き伝動ベルトが提供さ
れる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明によるベルト本体を備えた
ポリウレタンエラストマーからなる歯付き伝動ベルト
は、ワン・ショット法にて製造されてもよいが、好まし
くは、プレポリマー法にて製造される。即ち、ポリオー
ルとポリイソシアネートとを予め反応させて、末端イソ
シアネート基のプレポリマーを調製し、これを用いて注
入成形法にて目的とする歯付きベルトを製造する。末端
イソシアネート基のプレポリマーは、ポリオールに対し
て、過剰のポリイソシアネートを反応させることによっ
て得ることができる。

【００１０】上記ポリイソシアネートとしては、特に、
限定されるものではないが、例えば、ジフェニルメタン
ジイソシアネート、2,４−トリレンジイソシアネート、
2,６−トリレンジイソシアネート、2,４−及び2,６−ト
リレンジイソシアネートの混合物、トルイジンジイソシ
アネート、キシリジンジイソシアネート、1,５−ナフタ
レンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルイソ
シアネート、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチ
レンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソ
シアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート等が好ま
しく用いられる。

【００１１】また、ポリオールも、特に、限定されるも
のではなく、種々のポリエステルポリオールやポリエー
テルポリオール、ラクトンポリオール等が適宜に用いら
れる。このようなポリエステルポリオールとして、例え
ば、アジピン酸、セバシン酸、スベリン酸、コハク酸等
の炭素数２〜２０の脂肪族ジカルボン酸、テレフタル
酸、イソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸等を多塩基酸
成分とし、エチレングリコール、プロピレングリコー
ル、ブチレングリコール、ペンタングリコール、ヘキサ
ングリコール、ネオペンチルグリコール等の炭素数２〜
６の脂肪族グリコール、ジエチレングリコール、ジプロ
ピレングリコール等のポリアルキレングリコール等をポ
リオール成分とするポリエステルポリオールが好ましく
用いられる。

【００１２】具体的には、例えば、ポリエチレンアジペ
ートポリオール、ポリブチレンアジペートポリオール、
ポリエチレンポリプロピレンアジペートポリオール等の
アジペート系ポリオール、テレフタル酸系ポリエステル
ポリオール等が好ましく用いられる。ポリエーテルポリ
オールとしては、例えば、ポリオキシエチレンポリオー
ル、ポリオキシプロピレンポリオール、ポリオキシテト
ラメチレンポリオール等が好ましく用いられる。上記以
外にも、例えば、ポリカーボネートポリオール、ポリ−
β−メチル−δ−バレロラクトンポリオール、ポリブタ
ジエンポリオール、ポリベンタジエンポリオール、ヒマ
シ油系ポリオール等も用いられる。

【００１３】本発明においては、このようなポリオール
の数平均分子量は、５００〜５０００の範囲にあるのが
好ましい。また、このようなポリイソシアネートとポリ
オールとからのプレポリマーは、イソシアネート基含量
が１〜２０重量％であるのが好ましい。

【００１４】本発明による歯付きベルトをプレポリマー
法にて製造するには、このようなウレタンプレポリマー
に硬化剤と共に、本発明に従って、潤滑剤を配合し、更
に、必要に応じて、可塑剤、充填剤、安定剤等を配合
し、これを抗張体と共に型に注入し、硬化させた後、型
から取り外すことによって得ることができる。

【００１５】より詳細には、本発明によれば、歯付きベ
ルトの歯部の走行方向の後部の歯部側面がプーリの歯溝
部の側面に接触するときの衝撃を緩和するために、歯付
きベルトを構成するポリウレタンエラストマーの硬度を
ＪＩＳ Ａ硬度にて７０〜８０度、好ましくは、７０〜
７５度の範囲とすると共に、歯付きベルトの歯部の走行
方向の後部の歯部側面がプーリ歯溝部の側面に接触し、
その後にベルト歯部がプーリの歯溝部に滑り込むときの
摩擦を低減して円滑にするために、潤滑剤をウレタンプ
レポリマーに配合し、これを注入成形法によって歯付き
ベルトに成形する。注入成形法自体は、既に、よく知ら
れている成形法の一つである。

【００１６】本発明においては、上記潤滑剤としては、
脂肪酸アミド、脂肪酸エステル、脂肪酸と多価アルコー
ルとの部分エステル等が用いられるが、好ましくは、天
然又は合成の脂肪酸グリセリドが用いられる。このよう
な天然又は合成の脂肪酸グリセリドとしては、例えば、
カプリン酸グリセリンエステル（トリカプリン）、ラウ
リン酸グリセリンエステル（トリラウリン）、ミリスチ
ン酸グリセリンエステル（トリミリスチン）、パルミチ
ン酸グリセリンエステル（トリパルミチン）、ステアリ
ン酸グリセリンエステル（トリステアリン）、オレイン
酸グリセリンエステル（トリオレイン）、リノレイン酸
グリセリンエステル（トリリノレイン）、ステアリン酸
パルミチン酸グリセリンエステル（パルミトジステアリ
ン）等や、また、上述したような脂肪酸グリセリドを主
成分とする動植物油脂、特に、動植物脂、例えば、パー
ム油、パーム核油、椰子油、カカオ脂のような植物脂、
豚脂、牛脂、馬脂、骨脂、バター脂等の動物脂を挙げる
ことができる。本発明によれば、なかでも、融点が４５
〜４８℃の牛脂が好ましく用いられる。

【００１７】本発明によれば、このような潤滑剤は、ポ
リウレタンエラストマー１００重量部に対して、通常、
0.５〜２０重量部の範囲で配合される。潤滑剤の配合量
がポリウレタンエラストマー１００重量部に対して0.５
重量部よりも少ないときは、得られるポリウレタンエラ
ストマーからなる歯付きベルトがその走行時、ベルト歯
面の摩擦係数の低減に効果なく、歯付きベルトの歯部の
走行方向の後部の歯部側面がプーリ歯溝部の側面に接触
し、その後にベルト歯部がプーリ歯溝部に滑り込みが円
滑でなく、噛合い速度むらの発生を抑えることができな
い。しかし、潤滑剤の配合量がポリウレタンエラストマ
ー１００重量部に対して２０重量部を越えるときは、得
られる歯付きベルトの表面への潤滑剤の析出が顕著であ
るので好ましくない。好ましくは、脂肪酸グリセリドの
配合量は、ポリウレタンエラストマー１００重量部に対
して、１〜１０重量部の範囲である。

【００１８】硬化剤は、架橋剤又は鎖延長剤とも呼ば
れ、本発明によれば、硬化剤としては、脂肪族又は芳香
族ジオールや、脂肪族又は芳香族ジアミン等が好ましく
用いられる。脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレ
ングリコール、プロピレングリコール、テトラメチレン
グリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチル
グリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリ
コール等を挙げることができる。また、芳香族ジオール
としては、例えば、（ｐ−ヒドロキシエトキシ）ベンゼ
ン、テレフタル酸ヒドロキシエチル、ビスフェノールＡ
のヒドロキシエチルエステル、ビス（ｐ−ヒドロキシエ
トキシフェニル）スルホン等を挙げることができる。

【００１９】他方、脂肪族ジアミンとしては、エチレン
ジアミン、ヘキサメチレンジアミン、イソホロンジアミ
ン等を挙げることができる。芳香族ジアミンとしては、
例えば、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、3,3'−ジク
ロロ−4,4'−ジアミノジフェニルメタン、メチレンジア
ニリン、3,５−ジメチルチオ−2,４−トルエンジアミン
と3,５−ジメチルチオ−2,６−トルエンジアミンとの混
合物、3,５−ジエチル−2,４−トルエンジアミンと3,５
−ジエチル−2,６−トルエンジアミンとの混合物等を挙
げることができる。

【００２０】また、トリエタノールアミン、トリプロパ
ノールアミン、トリイソプロパノールアミン等のアルカ
ノールアミンも硬化剤として好ましく用いられる。本発
明による歯付きベルトは、ベルト内に抗張体（芯体）が
埋設されている。この抗張体としては、スチールコー
ド、ガラス繊維コード、ポリエステル繊維コード、芳香
族ポリアミド繊維コード等が好ましく用いられるが、こ
れらに限定されるものではない。

【００２１】更に、本発明による歯付きベルトの製造に
際して、必要に応じて、ウレタンプレポリマーには、可
塑剤、難燃剤、充填剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤等
の添加剤を配合してもよい。可塑剤としては、例えば、
ジ−２−エチルヘキシルフタレート、フタル酸ジブチ
ル、アジピン酸ジオクチル、リン酸トリクレジル、塩素
化パラフィン等を挙げることができる。難燃剤として
は、例えば、トリス（β−クロロプロピルホスフェー
ト）、トリスクロロエチルホスフェート等のリン酸エス
テル類、ジブロムネオペンチルグリコール、トリブロム
ネオペンチルアルコール等の臭素化合物を挙げることが
できる。

【００２２】充填剤としては、例えば、ガラス繊維、カ
ーボンブラツク、炭酸カルシウム、タルク、カオリン、
ゼオライト、珪藻土、パーライト、バーミキュライト等
を挙げることができる。安定剤としては、従来より知ら
れている酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、加水分
解防止剤等を配合することができる。更に、必要に応じ
て、触媒を配合してもよい。

【００２３】このようにして、ウレタンプレポリマーに
潤滑剤と硬化剤を配合してウレタンプレポリマー配合物
を調製し、更に、必要に応じて、この配合物にその他の
添加剤を配合した後、これを抗張体を取付けた型内に注
入し、加熱硬化させて、抗張体を埋設した歯付きベルト
を得る。

【００２４】例えば、歯付きベルトの製造について説明
すれば、好ましくは、歯付きベルトの歯型に対応して、
軸方向に延びる溝部を外周面に備えた円筒状の内金型を
用意し、この内金型の外周面に沿って、好ましくは接着
処理を施した抗張体を巻き付けた後、これを円筒状の外
金型内に挿入する。用いる抗張体や、又は採用するベル
ト本体の構造によっては、内金型の上記溝部の間のそれ
ぞれの突起部には、更に、上記内金型の外周面に接触し
ないように上記コードを支えるための突条が突起部に沿
って軸方向に設けられている。次いで、これら内金型と
外金型を予熱した後、この内金型と外金型の間の空間に
前記ウレタンプレポリマー配合物を注入充填し、ウレタ
ンプレポリマーを加熱して硬化させる。所定時間、加熱
硬化させた後、型から成形物を取り外し、必要に応じ
て、加熱下に二次硬化させ、所定幅に裁断すれば、本発
明によるベルト本体を備えた歯付きベルトを得ることが
できる。

【００２５】ウレタンプレポリマー配合物の加熱温度と
時間は、特に、限定されるものではなく、実際、用いる
プレポリマーの化学構造や硬化剤等にもよるが、加熱温
度は、通常、室温乃至２００℃、好ましくは、５０〜１
５０℃の範囲であり、最も好ましくは、１００〜１２０
℃程度であり、加熱時間は、通常、１０分から１８０
分、好ましくは、２０分から１２０分程度である。

【００２６】このようにして得られる歯付きベルトの一
例を図１に示す。即ち、この歯付きベルト１０は、上述
したようなポリウレタンエラストマーからなるベルト本
体１１を備えており、このベルト本体１１はその内表面
に一定間隔のピッチをおいて歯部１２を有する。通常、
ベルト本体１１は、ベルト１０の長手方向に沿ってベル
ト本体１１に埋設された複数の抗張体１３を有する。更
に、必要に応じて、ベルト本体１１には、繊維補強材１
４が分散されていてもよく、また、ベルト本体の外表面
又は内表面又はこれら内外の表面に耐摩耗性の帆布補強
材や不織布等（図示せず）が接着されていてもよい。

【００２７】

【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、
本発明はこれら実施例により何ら限定されるものではな
い。

【００２８】実施例１ 歯付きベルトの歯型に対応して、外周面に軸方向に延び
る溝部を備えると共に、溝部の間のそれぞれの突起部の
表面に軸方向に延びる突条を備えた円筒状の内金型を用
意し、上記外周面の上記突条にて支えながら、接着処理
を施した芳香族ポリアミド繊維からなるコードを内金型
の外周面に沿って巻き付けた後、この内金型を円筒状の
外金型内に挿入し、これら内金型と外金型とを８０℃に
予熱した。

【００２９】次に、ポリオキシテトラメチレングリコー
ル（数平均分子量１０００）と2,４−トリレンジイソシ
アネートとからのウレタンプレポリマー（イソシアネー
ト基含量3.９重量％）１００重量部（Ｉ液）を脱泡し、
８０℃に加熱した。別に、硬化剤Ａ（3,3'−ジクロロ−
4,4'−ジアミノジフェニルメタン）6.４７重量部と硬化
剤Ｂ（トリイソプロパノールアミン）2.５２重量部（硬
化剤Ａ／硬化剤Ｂの当量比５５／４５、硬化剤Ａ及びＢ
の当量の和のウレタンプレポリマー中のイソシアネート
基の当量に対する比（α値）0.９５）、牛脂（融点約４
５℃）１０重量部及び可塑剤（ジ−２−エチルヘキシル
フタレート）１０重量部とからなる溶液（II液）を調製
し、これを１２０℃に予熱した。

【００３０】上記Ｉ液と1I液とをミキシングヘッドに供
給し、混合攪拌しながら、上記内金型と外金型との間の
空間に注入した後、１００℃のオーブン中にて３０分間
加熱して、プレポリマーを架橋して硬化させた。得られ
た成形物を金型から取り外し、１００℃で１０時間、加
熱して、二次硬化させ、２０ｍｍ幅に裁断して、図１に
示すような幅６ｍｍ、ピッチ２ｍｍ、ピッチ周長２５０
ｍｍ、歯形ＳＴＳ歯形、芯体ガラス繊維コードの歯付き
ベルトを得た。この歯付きベルトを構成するポリウレタ
ンエラストマーのＪＩＳ Ａ硬度と歯面の動摩擦係数を
表１に示す。歯付きベルトの歯面の動摩擦係数は、新東
洋科学（株）製ヘイドン−１４Ｓ型摩擦係数測定器を用
い、荷重１００ｇ、速度３００ｍｍ／分にて測定した。

【００３１】また、このようにして得た歯付きベルトに
ついて、実際の走行時の速度むらを図２に示すベルト速
度むら測定装置を用いて測定した。速度むらとは、ベル
トの１ピッチ内の最大速度と最小速度との差である。

【００３２】この測定装置は、試験用の歯付きベルト２
０を巻き掛ける歯付きプーリからなる駆動プーリ２１及
び従動プーリ２２を備えており、その従動プーリ２２へ
の静荷重ＤＷによりベルト張力を付与し、且つ、従動プ
ーリ２２を無負荷にした状態で駆動プーリ２１を図示し
た矢印の方向に回転させ、そのときの歯付きベルト２０
の緩み側スパンにおいて駆動プーリ２１の軸心からｄ１
＝１０ｍｍ離れた部位に対し、その部位からベルト側方
にｄ２＝１００±２ｍｍ離れた位置のプローブ２３から
レーザ光２３ａを当てて、そのプローブ２３の出力信号
に基づいて速度むら測定器２４により歯付きベルト２０
の速度むらを測定し、この速度むらの周波数をＦＴＴ２
５により解析してコンピュータ２６に取込み、そのデー
タをプリンタ２７から印刷するようにしたものである。
このようにして得た歯付きベルトの速度むらを後述する
比較例８による歯付きベルトの速度むらを１とする相対
値にて示す。

【００３３】実施例２ 硬化剤Ａを7.６４重量部と硬化剤Ｂを1.９６重量部（硬
化剤Ａ／硬化剤Ｂの当量比６５／３５）用いた以外は、
実施例１と同様にして、表１に示す組成にてポリウレタ
ンエラストマー製歯付きベルトを製造し、実施例１と同
様にして、速度むらを測定した。結果を表１に示す。

【００３４】比較例１ ポリオキシテトラメチレングリコール（数平均分子量１
０００）と2,４−トリレンジイソシアネートとからのウ
レタンプレポリマー（イソシアネート基含量2.９重量
％）１００重量部（Ｉ液）を脱泡し、８０℃に加熱し
た。別に、表１に示すように、硬化剤Ａ（3,3'−ジクロ
ロ−4,4'−ジアミノジフェニルメタン）3.９４重量部と
硬化剤Ｂ（トリイソプロパノールアミン）2.２９重量部
（硬化剤Ａ／硬化剤Ｂの当量比４５／５５）、牛脂（融
点約４５℃）１０重量部及び可塑剤（ジ−２−エチルヘ
キシルフタレート）１０重量部とからなる溶液（II液）
を調製し、これを１２０℃に予熱した。以下、実施例１
と同様にして、歯付きベルトを得、これについて、実施
例１と同様にして速度むらを測定した。結果を表１に示
す。

【００３５】比較例２ 牛脂を用いることなく、可塑剤を２０重量部用いた以外
は、比較例１と同様にして、歯付きベルトを製造した。
これについて、実施例１と同様にして速度むらを測定し
た。結果を表１に示す。

【００３６】比較例３〜８ 実施例１と同様にして、表１に示すように、ウレタンプ
レポリマー、硬化剤Ａ、（硬化剤Ｂ、牛脂、）可塑剤を
用いて、歯付きベルトを製造した。これについて、実施
例１と同様にして速度むらを測定した。結果を表１に示
す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【発明の効果】本発明による歯付きベルトは、そのベル
ト本体が潤滑剤、好ましくは、脂肪酸グリセリドを配合
したポリウレタンエラストマーからなり、そのＪＩＳ
Ａ硬度が７０〜８０度の範囲にあるので、ベルト歯部の
走行方向の後部の歯部側面がプーリの歯溝部に側面に接
触するときの衝撃が緩和されており、しかも、歯面の動
摩擦係数が小さく、かくして、その後にベルト歯部がプ
ーリ歯溝部に滑り込むときの摩擦が小さく（0.５以
下）、その滑り込みが円滑であるので、噛合い速度むら
が２０〜３０％も低減されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明による歯付き伝動ベルトの一例を示
す長手方向に沿う部分断面図である。

【図２】は、歯付き伝動ベルトの速度むらの測定装置を
示す図である。

【符号の説明】

１０…歯付き伝動ベルト、１１…ベルト本体、１２…歯
部、１３…抗張体、１４…繊維補強材、２０…歯付き伝
動ベルト、２１…駆動プーリ、２２…従動プーリ、２３
…プローブ、２３ａ…レーザ光、２４…速度むら測定
器、２５…ＦＴＴ、２６…コンピュータ、２７…プリン
タ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｇ 1/00 Ｆ１６Ｇ 1/00 Ｄ 1/14 1/14

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポリウレタンエラストマーからなるベルト
   本体が内表面に一定のピッチの間隔をおいて歯部を有す
   ると共に、埋設した抗張体を有する歯付き伝動ベルトに
   おいて、ポリウレタンエラストマーが潤滑剤を含み、７
   ０〜８０度の範囲のＪＩＳＡ硬度を有し、更に、歯面の
   動摩擦係数が0.５以下であることを特徴とする歯付き伝
   動ベルト。
2. 【請求項２】潤滑剤が脂肪酸グリセリドである請求項１
   に記載の伝動ベルト。
3. 【請求項３】潤滑剤が牛脂である請求項１に記載の伝動
   ベルト。