JP2004324880A - 伝動ベルトとこれに使用するゴム組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト表面の摩擦係数を低下させ、持続してスリップ音を軽減する伝動ベルトとこれに使用するゴム組成物を提供することを目的とする。
【解決手段】 ベルト長手方向に沿って心線２を埋設した接着ゴム層３と、圧縮ゴム層４にリブ部７を有するＶリブドベルト１において、接着ゴム層３と圧縮ゴム層４からなる弾性体層のうち少なくとも圧縮ゴム層４に原料ゴム１００質量部に対してシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉体を５〜２０質量部配合したゴム組成物を用いる。
【選択図】 図１

Description

本発明は伝動ベルトとそれに使用するゴム組成物に係り、ベルト表面の摩擦係数を低下させ、持続してスリップ音を軽減した伝動ベルトとこれに使用するゴム組成物に関する。

自動車用部品に用いられるＶリブドベルトは、自動車のエアーコンプレッサーやオルタネータ等の補機駆動の動力伝動に広く利用されている。この種のベルトでは、リブ部に綿、ナイロン、ビニロン、レーヨン、アラミド繊維などの短繊維群をベルト幅への配向性を保って埋設することにより、ベルトの摩擦伝動部の耐側圧性を高め、更に埋設した短繊維の一部をベルト側面より意図的に突出させ、リブ部の摩擦性能および粘着による発音の抑止効果を狙っている。

しかし、上記対策によりベルト幅方向のモジュラスを高めると、圧縮ゴム層はベルト長手方向に対する伸度が低下し、その結果、耐屈曲性の低下が生じて早期に圧縮ゴム層にクラックが発生することが指摘されている。特に多軸レイアウトによる背面走行においてその現象は顕著であった。

また、近年における自動車業界の動向として、これら伝動ベルトは排気量がより大きいエンジンに適用される傾向にある。更に、最近のエンジンでは燃費向上と排出ガス低減を行うため希薄燃焼になっており、エンジンの回転変動、振動が従来に比べて大きくなり、また補機ベルトもサーペンタイン化によって小プーリ、屈曲角の大きなレイアウトになり、ベルトへの負荷が一層大きくなって発音の問題が発生している。この発音の原因はベルトとプーリ間にスリップとグリップが繰り返されるスティックスリップと考えられている。

これを改善するために、例えば、特許文献１に開示されたタルクなどのパウダーをリブ部表面に塗付する方法や、シリコン油を付着させ、リブ部表面の摩擦係数を低下させることが提案された。更には、特許文献２には、ベルト表面の摩擦係数を長期にわたって実質的に一定にするために、ゴム中にシリコン油を活性炭のような多孔性粒子に吸着させた伝動ベルトが開示されている。

実公平７−３１００６号公報 特開平５−１３２５８６号公報に

しかし、タルクなどのパウダーをリブ表面に塗付したり、シリコン油を付着させることは、ベルトの初期走行段階でのスリップ音を軽減することを狙ったもので、初期の目標を達成したが、長時間走行した後のベルトでは、滑剤が表面から飛散しやすくなるために、ベルト表面の摩擦係数を軽減する効果は、長時間にわたって維持できなかった。一方、ゴム中にシリコン油を活性炭のような多孔性粒子に吸着させる方法では、ベルト表面へのプリーディング効果を発揮させるために所定量の該多孔性粒子をゴム中に均一に分散させることは困難な作業があった。しかも、ベルト表面層に近い多孔性粒子のみがプリーディング効果を発揮しやすく、内部に埋設して多孔性粒子の効果は期待しにくかった。

本発明は、これら上記問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、ベルト表面の摩擦係数を低下させ、持続してスリップ音を軽減する伝動ベルトとこれに使用するゴム組成物を提供することを目的とする。

本願請求項に記載の発明は、ベルト長手方向に沿って心線を埋設した接着ゴム層と、圧縮ゴム層を含む弾性体層からなる伝動ベルトにおいて、接着ゴム層と圧縮ゴム層からなる弾性体層のうち少なくとも圧縮ゴム層にシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉体を配合したゴム組成物を用いた伝動ベルトにあり、圧縮ゴム層が原料ゴム１００質量部に対してシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉を５〜２０質量部含有する場合や、圧縮ゴム層に使用する原料ゴムがヨウ素価３〜４０のエチレン−プロピレン−ジエン系ゴムである場合や、伝動ベルトがＶリブドベルトである場合を含んでいる。

また、本願の請求項記載の発明は、原料ゴム１００質量部に対してシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉を５〜２０質量部配合したゴム組成物にある。

本願請求項記載の伝動ベルトとこれに使用するゴム組成物では、シリコーン−アクリル樹脂共重合体を添加することにより、ベルト表面の摩擦係数を低下させ、持続してスリップ音を軽減できる効果がある。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１に伝動ベルトの一例であるＶリブドベルト１は、高強度で低伸度のコードよりなる心線２を接着ゴム層３中に埋設し、その下側に弾性体層である圧縮ゴム層４を有している。この圧縮ゴム層４にはベルト長手方向に伸びる断面略三角形の複数のリブ部７が設けられ、またベルト背面には織物、不織布、編物のような補強布５が設けられている。

このようにベルトを構成するゴム部のうち、圧縮ゴム層４の原料ゴムは、エチレン−α−オレフィンエラストマーを始めとして、水素化ニトリルゴム、クロロスルホン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレン（ＡＣＳＭ）、クロロプレンゴムなどの耐熱老化性の改善されたゴムが好ましい。

上記エチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、その代表的なものとしてＥＰＤＭがあり、これはエチレン−プロピレン−ジエンモノマーをいう。ジエンモノマーの例としては、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエンなどがあげられる。また、エチレン−プロピレン系ゴム（ＥＰＲ）も使用可能である。ＥＰＤＭは耐熱性や耐寒性に優れるという特性を有しており、耐熱・耐寒性能の高い伝動ベルトを得ることができるものである。またこのＥＰＤＭはヨウ素価が３〜４０のものが用いられる。ヨウ素価が３未満であると、ゴム組成物の加硫が十分でなく、摩耗や粘着の問題が発生し、またヨウ素価が４０を超えると、ゴム組成物のスコーチが短くなって扱い難くなり、また耐熱性が悪くなるものである。

水素化ニトリルゴムは水素添加率が８０％以上であり、耐熱性及び耐オゾン性の特性を発揮するためには９０％以上が良い。水素添加率８０％未満の水素化ニトリルゴムは、耐熱性及び耐オゾン性は極度に低下する。

そして、この圧縮ゴム層４のゴム組成物中には短繊維が混入してある。この短繊維としてナイロン短繊維を用いるものである。ナイロン短繊維の繊維長は１〜８ｍｍ程度の範囲のものが好ましく、またナイロン短繊維の太さは５〜１０デニールのものが好ましい。アラミド短繊維は一般に０．５〜５デニールであるので、ナイロン短繊維はアラミド短繊維よりも繊維径が太いものである。そして圧縮ゴム層４の原料ゴムに対するナイロン短繊維の配合量は、原料ゴム質量部に対して２０〜５０質量部に設定されるものである。ナイロン短繊維の配合量を２０質量部以上に設定することによって、伝動ベルトのＤＲＹ時とＷＥＴ時の伝達力の差を小さくすることができ、ステックスリップの発生を低減して異音発生を減少させることができるものである。ナイロン短繊維の配合量が５０質量部を超えると、原料ゴム中でのナイロン短繊維の分散が悪くなってゴム物性が低下するので、ナイロン短繊維は５０質量部以下の配合量に設定するのが好ましい。尚、本発明においてナイロンとは脂肪族ポリアミドのことを意味するものであり、６６ナイロン、６ナイロンなどを例示することができる。

圧縮ゴム層４のゴム組成物中には、シリコーン−アクリル樹脂共重合体粉体を配合したゴム組成物が使用され、原料ゴム１００質量部にシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉体を５〜３０質量部、より好ましくは５〜２０質量部混合し、これにカーボンブラック、シリカなどの補強剤、老化防止剤、加硫促進剤、硫黄もしくはパーオキサイドからなる加硫剤、共加硫剤を添加したものである。

シリコーン−アクリル樹脂共重合体の添加量が５質量部未満の場合には、プーリ表面との摩擦係数の低下が期待できず、また一方３０質量部を超えると、１００％モジュラス、切断時の伸び等のゴム物性が低下し、またベルト耐久性も低下する。

シリコーン−アクリル樹脂共重合体粉体は、シリコーン樹脂の優れた表面摺動性の効果とアクリル部でポリマーとの相溶性をもたせた平均粒径３０〜２５０μｍの粉体であり、例えば市販品として日信化学工業社製のシャリーヌＲが知られている。

また、カーボンブラックが配合されるが、カーボンブラックの配合量は原料ゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部の範囲に設定するのが好ましい。カーボンブラックの配合量を６０質量部以下にすることによって、リブ部７のゴム硬さを低くして、プーリに対するリブ部７の密着性を高め、被水時の伝達力を向上させることができるものである。カーボンブラックの配合量が３０質量部未満であると、リブ部７のゴム強度が低下し、耐摩耗性が低くなるので、カーボンブラックの配合量は３０質量部以上に設定するのが好ましい。

更に、圧縮ゴム層のゴム組成物には、石油系油類のプロセスオイルを配合することができる。プロセスオイルは可塑剤として作用し、ゴムの柔軟性を高めてゴム硬さを低くすることができ、プーリに対するリブ部７の密着性を高め、被水時の伝達力を向上させることができるものである。プロセスオイルの配合量は原料ゴム１００質量部に対して４〜２０質量部の範囲に設定するのが好ましい。伝動ベルトの被水時の伝達力を向上させるためには、プロセスオイルを４質量部以上配合することが必要であり、またプロセスオイルの配合量が４質量部未満であるとゴム練りや圧延などのゴム加工性が低下すると共にリブ部６の耐寒性が低下して低温走行時のベルト寿命が短くなるおそれがある。逆にプロセスオイルの配合量が２０質量部を超えると、リブ部７のゴム強度が低下し、耐摩耗性が低くなるので、プロセスオイルの配合量は２０質量部以下に設定するのが好ましい。

接着ゴム層３の原料ゴムとしては、上記のようなＥＰＤＭの他に、天然ゴム、ブチルゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、エチレン−プロピレンゴム、アルキル化クロロスルファン化ポリエチレン、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などを用いることができる。この接着ゴム層３には上記のようなナイロン短繊維を混入しても、混入しなくてもよい。

また、接着ゴム層３に埋入される心線２としては、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などの高強度・低伸度のコードを用いることができる。心線２にはゴムとの接着性を向上させる目的で接着処理を施すのが好ましい。このような接着処理としては、心線２をレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）に浸漬して加熱乾燥することによって行なうことができる。

補強布５としては、綿、ポリエステン繊維、ナイロン繊維等を平織り、綾織り、朱子織りした布を用いることができるものであり、補強布５にはＲＦＬ処理を行なった後に、ゴム組成物をフィリクション・コーティングしたゴム付き帆布として使用するのが好ましい。フィリクション・コーティングでは、シリコーン−アクリル樹脂共重合体粉体を配合したゴム組成物を使用することもできる。

次に、図１のようなＶリブドベルトを製造する方法の一例を説明する。まず円筒状のドラムの外周に補強布５を巻き付け、この上に接着ゴム層３用のゴムシートを巻き付けた後、この上に心線２を螺旋状に巻き付ける。さらにこの上に圧縮ゴム層４用のゴムシートを巻き付ける。次にこれを加硫ドラムに入れて加硫を行なうことによって、筒状の加硫スリーブを得る。この後に、加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールの間に懸架して走行回転させながら、加硫スリーブの外周の圧縮ゴム層４に切削ホイールを接触させてＶ溝を切削・研磨加工することによって、リブ部７を形成する。そしてこの加硫スリーブを輪切りするように所定幅寸法で切断すると共に、内周と外周を裏返すことによって、Ｖリブドベルトとして仕上げることができるものである。

他のベルトとしてカットエッジタイプのＶベルト２１がある。このベルト２１は、図２に示すように心線２３を埋設した接着ゴム層２４と圧縮ゴム２６とから構成され、更に上記接着ゴム層２４及び圧縮ゴム層２６の各表面層にゴム付帆布２２を積層している。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明する。

実施例１〜４、比較例１〜２
表１に示すようにＥＰＤＭ（ヨウ素価４）に、ナイロン短繊維、カーボンブラック、パラフィン系オイル、シリコーン−アクリル樹脂共重合体粉等を配合して、圧縮ゴム層用のゴムシートを作製した。ここで、ナイロン短繊維としては６６ナイロン（繊維長３ｍｍ、繊維径６デニール）を用いた。そして、ナイロン短繊維、カーボンブラック、パラフィン系オイル、シリコーン−アクリル樹脂共重合体粉等をＥＰＤＭ１００質量部に対して表１の配合量で混練することによって、圧縮ゴム層用のゴムシートを作製した。

一方、ＥＰＤＭゴム組成物からなる接着ゴム層用のゴムシートを作製し、また心線としてポリエステル繊維のコードを、補強布としてゴム付き綿帆布をそれぞれ用いた。

そして、これらの材料を用いて、上記した方法で、ベルト長さ１７７０ｍｍ、ベルト厚さ４．３ｍｍ、Ｖリブの数７、Ｖリブの側面の傾斜角度４０度、Ｖリブの高さ２．０ｍｍのＶリブドベルトを作製した。

上記Ｖリブドベルトの動摩擦係数の測定では、室温において一端をロードセルに固定したベルトサンプルをＶリブドプーリ（直径６０ｍｍ）に角度９０度で巻き掛け、他端に荷重Ｗ（１．７５ｋｇｆ）をかけ、該フラットプーリを４３ｒｐｍで回転してロードセルにかかる荷重Ｆを測定し、Ｆ＝μＷに基づきμ（動摩擦係数）を算出した。その結果を表２に示す。

表１に示すゴム組成物を１５３℃、３０分でプレス加硫したゴムの１００％モジュラス、切断時の伸びはＪＩＳ Ｋ６２５１に、またＤＩＮ磨耗試験はＪＩＳ Ｋ６２６４に準じた。

また、Ｖリブドベルトを直径８０ｍｍの駆動プーリ、直径８０ｍｍの従動プーリ、直径１２０ｍｍのアイドラープーリの間に懸架して、６％スリップの走行試験を行なった。そして、従動プーリにトルク０．７ｋｇ・ｍを与えながら、駆動プーリを３，０００ｒｐｍの回転数で回転駆動し、ベルトの走行前後の重量を測定し、ベルトの走行前後の重量差をベルトの走行前の重量で除してベルトの磨耗率（％）を求めた。その結果を表２に示す。

実施例５〜８、比較例３〜５
表３に示すようにクロロプレンゴム（ＣＲ）に、ナイロン短繊維、カーボンブラック、アロマ系オイル、シリコーン−アクリル樹脂共重合体粉等を配合して、圧縮ゴム層用のゴムを作製し、またＣＲゴム組成物からなる接着ゴムを用いて、実施例１と同様にＶリブドベルトを作製して評価した。その結果を表４に示す。

この結果より、実施例では、ＥＰＤＭ系、ＣＲ系ともにシリコーン−アクリル樹脂共重合体を添加することで摩擦係数が低下し、摩耗減量が減少していることが判る。また、シリコーン−アクリル樹脂共重合体の配合量が２０質量部になると、摩擦係数は低下して走行時の発音には問題がないが、１００％モジュラスが低下し、切断時の伸びが上昇する。また、黒鉛粉を１０質量部いれると摩擦係数低下が起こるが、等量のシリコーン−アクリル樹脂共重合体と比較し、摩擦係数低下の度合いは小さくて物性低下が起こっている。

本発明では、スリップ音を軽減したＶリブドベルト、ＶカットエッジタイプのＶベルト等の伝動ベルトとこれに使用するゴム組成物に適用することができる。

本発明に係るＶリブドベルトの縦断面図である。 本発明に係るＶカットエッジタイプのＶベルトの縦断面図である。

符号の説明

１ Ｖリブドベルト
２，２３ 心線
３，２４ 接着ゴム層
４，２６ 圧縮ゴム層
５，２２ ゴム付帆布
７ リブ部
２１ Ｖベルト

Claims (5)

1. ベルト長手方向に沿って心線を埋設した接着ゴム層と、圧縮ゴム層を含む弾性体層からなる伝動ベルトにおいて、
   接着ゴム層と圧縮ゴム層からなる弾性体層のうち少なくとも圧縮ゴム層にシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉体を配合したゴム組成物を用いたことを特徴とする伝動ベルト。
2. 圧縮ゴム層は、原料ゴム１００質量部に対してシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉を５〜２０質量部含有している請求項１記載の伝動ベルト。
3. 圧縮ゴム層に使用する原料ゴムが、ヨウ素価３〜４０のエチレン−プロピレン−ジエン系ゴムである請求項１または２記載の伝動ベルト。
4. 伝動ベルトはＶリブドベルトであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の伝動ベルト。
5. 原料ゴム１００質量部に対してシリコーン−アクリル樹脂共重合体粉を５〜２０質量部配合したことを特徴とするゴム組成物。
   

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