JP2005262443A - 熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】心線の並びが良好で、寸法精度も高く、そして心線を熱可塑性エラストマーで充分に包囲して接着性を高めてベルト寿命を向上させた熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】心線を長手方向に延在させるようにベルト背面部に埋設し、ベルト背面部の少なくとも一方に所定間隔で歯部を設けた熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法であり、長手方向に延在した溝状部１２と突状部１３を円周方向に沿って交互に設けた内型３に心線１６をスパイラルに巻き付けし、この内型３を外型２ｂに設置した後、熱可塑性エラストマーを上記心線１６の巻き付け幅を最大ゲート幅とするフィルムゲート４６から上記心線１６の巻き付け方向へ流し込んでベルト歯部層１５とベルト背面層１７を同時に一体成形し、内型３からベルトスリーブ１８を脱型し、このベルトスリーブ１８から歯付ベルトに仕上げる。
【選択図】図５

Description

本発明は熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法に係り、詳しくは溶融樹脂の流れを良好にして心線の並びの乱れを無くし、また内型を安定して設置して精度の高い寸法を有する熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法に関する。

ポリウレタン製歯付ベルトはスリップのない回転を伝える同期伝動方式であるため、一般産業用、精密機器用等の動力伝動用ベルトとして広く使用されている。このポリウレタン製歯付ベルトは通常注型方法によって製造され、具体的には突条のノーズに心線を巻き付けた円筒状内型を外型に入れ、内型と外型で形成されたキャビティーに液状ポリウレタンを注型し硬化した後、内型から脱型した広幅のベルトスリーブを所定幅に切断する方法が取られている。このノーズは心線の中心部とベルト溝底面間の距離であるＰＬＤ値を適度に維持し、プーリとの噛み合いを最適なものにしている。

他の製造方法である射出成形法では、突条のノーズに心線を巻き付けた円筒状内型を外型に入れた金型装置を射出成形機に装着し、溶融樹脂を射出成形機のノーズからスプルー、放射状ランナー、ゲートを経由して空気抜きをしながらキャビティーに充填した後、内型からベルトスリーブを脱型し、ベルトスリーブを所定幅に切断して歯付ベルトを作製していた。

また、他の方法としては、予めコードのような心線を溶融樹脂で固着一体化した補強シートを成形し、形成するベルトの幅に切断したものを内型に嵌挿し、この内型を外型に組み合わせた後、熱可塑性樹脂を型内に射出して充填するもので、心線を溶融樹脂で固着一体化した補強シートを使用することによって心線の乱れを阻止することが、特許文献１に開示されている。

また、特許文献２には、ショット成形でノーズを無くした１層目の樹脂層を成形し、この樹脂層の周面に心線をスパイラルに巻き付けた後、２層目の溶融樹脂をキャビティに射出し充満させてベルト背面部に成形する方法が提案されている。

特開昭６３−２３７９３４号公報 特開２００３−２５３７２号公報 特願２００３-１４５８２６号公報

しかしながら、内型に巻き付けた心線の並びが射出圧力の大きさによって乱れ、補強機能を発揮できないことがあった。特許文献１に開示された方法はこれを改善している。しかし、この方法では予めコードのような心線を溶融樹脂で固着一体化した補強シートを作製し、この補強シートを成形するベルトの所定幅に切断して内型に嵌挿する方法であるために、工数がかかりすぎて生産性が悪く、また製品コストが高くなることがあった。

また、特許文献２では、このような問題を解決するが、心線が巻付け張力により１層目の樹脂層に幾分沈み込む投錨効果を起こし、射出時の強烈な樹脂圧や粘性抵抗を受けた場合であっても心線の乱れが起き難いが、しかし１層目の樹脂層（スリーブ）が樹脂流れ方向へ引き伸ばされることもあり、この場合には心線の並びが乱れるという問題があった。

また、特許文献３では、このような問題を解決し心線の並びの良い歯付ベルトを得るが、心線の巻きつけを挟んで歯部層と背面層を別々に２層に分けて成形する関係上、心線と１層目ベルト歯部層との接触界面部の接着不十分により、動的耐久性において早期に歯部、心線間が剥離故障しベルトとして短寿命という問題があった。

本発明はかかる問題に着目し、鋭意研究した結果、心線の並びが良好で、寸法精度も高く、そして心線を熱可塑性エラストマーで充分に包囲して接着性を高めてベルト寿命を向上させた熱可塑性エラストマー製歯付ベルトを提供することを目的とする。

上記した目的を達成すべく本願請求項記載の発明は、心線を長手方向に延在させるようにベルト背面部に埋設し、ベルト背面部の少なくとも一方に所定間隔で歯部を設けた熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法において、長手方向に延在した溝状部と突状部を円周方向に沿って交互に設けた内型に心線をスパイラルに巻き付けし、該内型を外型に設置した後、熱可塑性エラストマーを上記心線の巻き付け幅を最大ゲート幅とするように設定したフィルムゲートから上記心線の巻き付け方向へ流し込んでベルト歯部層とベルト背面層を同時に一体成形し、内型からベルトスリーブを脱型し、該ベルトスリーブから歯付ベルトに仕上げる、熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法にある。また、本願請求項記載の発明は心線の巻き付け幅を最大ゲート幅とするフィルムゲートを相対向する位置に２箇所設けて熱可塑性エラストマーの流れ方向を心線の巻き付け方向に一致させた場合や、末端ランナーをフィルムゲートに隣接して設け、該末端ランナーの幅をフィルムゲートと同一幅にした場合を含む。

更には、本願請求項記載の発明は、熱可塑性エラストマーがポリエステル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、そしてウレタン系動的架橋型熱可塑性エラストマーから選ばれた少なくとも１種であり、また熱可塑性エラストマーの流動特性としてキャピラリーフロー粘度が２４０℃、剪断速度１×１０^４ｓｅｃ^−１で１０Ｐａ・ｓｅｃ以下である場合も含む。

本発明の熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法では、心線をスパイラルに巻き付けした内型を外型に設置し、熱可塑性エラストマーを上記心線の巻き付け幅を最大ゲート幅とするように設定したフィルムゲートから上記心線の巻き付け方向へ流し込むことにより溶融樹脂の流れを良好にして心線の並びの乱れを無くすとともに、ベルト歯部層とベルト背面層を同時に一体成形させることができる。更に、フィルムゲートを１個所のみとした場合に比べて射出圧力が低下して型締力に余裕が出るほか、相対向する２箇所のフィルムゲートから充填されるため内型の撓み量が抑えられ面長の長い内型の設置が可能であり、しかも溶融樹脂の充填性が向上して厚み精度、歯形やベルト周長の自由度を高める効果がある。

特に、熱可塑性エラストマーの流れ方向が心線の巻き付け方向と一致しているために、熱可塑性エラストマーが乱流を起こすことなくスムーズに心線間に沿って流れ込み、心線を充分に同時一体で包囲するために、熱可塑性エラストマーと心線の接着性が向上してベルト寿命の向上を図ることができ、充填計量値を過不足なく設定することにより、内部歪みも小さくエア噛みやボイドもなくなって寸法精度の高い熱可塑性エラストマー製歯付ベルトに成形することができる。

以下、本発明に係る熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法を図面にもとづいて詳細に説明する。図１は本発明に係る歯付ベルト成形用金型装置の組み立て図、図２は内型の一部切り欠き正面図、図３は内型上に心線をスピニングしている工程の概略図、図４は本発明の歯付ベルトの製造工程であってベルト歯部層と背面層同時一体成形でベルトを作製している工程の概略図である。

縦型（竪型）射出成形機３０に設置される金型装置１は、上型２ｃ、第１外型２ａ、そして第２外型２ｂとを上プレート２ｄと下プレート２ｅによって挟持して分離可能に組立てた構造からなっている。上型２ｃはスプルー６を有し、第１外型２ａはスプルー６に連通したランナー７を有している。該ランナー７は末端ランナー７ａとの境界部で細くなり、型の脱型時には該境界部が容易に破損する。第１外型２ａと第２外型２ｂはパーティングライン面４で対面し、このパーティングライン面４にベルト歯部層と背面層を同時に一体成形する空所５を形成し、内型３を収容する。即ち、心線１６を巻き付けた内型３は外型２に設けた空所５内に設置され、キャビティに溶融樹脂を充満することでベルト歯部層、背面層を同時に一体成形する。

内型３は、図２に示すように両端部に支持部１０を、中央部にベルトスリーブを成形する歯部成形部１１を有し、歯部成形部１１では長手方向に延在した溝状部１２と突状部１３を周方向に沿って交互に設けている。

上記射出成形機３０は、熱可塑性エラストマーをスクリュー３２により粘度を低下させた溶融樹脂３３を所定量だけシリンダー３４内に入れ、ピストン３５によって射出し、ノズル３１から上型２ｃと第１外型２ａ内に設けられたスプルー６、ランナー７、末端ランナー７ａ、そしてフィルムゲート４６を経由して外型２と内型３間のキャビティ９に充填する

この場合の内型３と外型２の金型温度は、３０〜９０°Ｃが好ましい。

ここで用いられる溶融樹脂３３である熱可塑性エラストマーは、例えばエステル系熱可塑性エラストマー（例えば、東洋紡績社製：商品名ペルプレン、デュポン社製：商品名ハイトレル）、オレフィン系系熱可塑性エラストマー（例えば、エー・イー・エス・ジャパン社製：商品名サントプレーン）、ウレタン系動的架橋熱可塑性エラストマー（例えば、リケンテクノス社製：ウレタン系ハイパーアロイアクティマー）、スチレン系熱可塑性エラストマー、ウレタン系熱可塑性エラストマー、ポリアミド系熱可塑性エラストマー、塩化ビニル系熱可塑性エラストマー、フッ素系熱可塑性エラストマー等があり、伝動ベルトの用途を考慮すると、ポリエステル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、そしてウレタン系動的架橋熱可塑性エラストマーが好ましい。

上記熱可塑性エラストマーの流動特性としては、キャピラリーフロー粘度が２４０℃、剪断速度１×１０^４ｓｅｃ^−１で１０Ｐａ・ｓｅｃ以下、好ましくは０．５〜１０Ｐａ・ｓｅｃであり、この範囲であれば上記熱可塑性エラストマーをキャビティ内に充填することができる。

スピニング工程では、図３に示すように該内型３を心線のスピニング装置（図示せず）の回転軸に装着し、スピニング装置のテンションロ−ルを介してガラス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、スチールコードからなる低伸度、高強力のコードからなる心線１６を所定のスピニングピッチで螺旋状に巻き付ける。スピニングテンションは５〜７０Ｎであり、心線１６は一定テンションで内型歯切上を巻かれる。

このスピニング工程において、心線１６をベルト歯部層１５の表面に巻き始めるときの心線１６の末端固定方法は、例えば粘着テープ止めで内型へ固定することができる。心線１６は一定張力で、内型歯切上にスパイラルで巻き固定確実に固定する。

続いて、図４と図５に示すように、心線１６を巻き付けた内型３を第２外型２ｂの空所５に設置し、内型３の支持部１０の設けた貫通穴に突き出しピン４５を嵌入して固定し、その後に下プレート２ｅに設置された第２外型２ｂを昇降手段（図示せず）により移動させてガイドピンＰに沿って第１外型２ａと上型２ｃを組合せ、プレート２ｄ、２ｅによって機械的に挟持固定して金型装置１とし、これを射出成形機３０に装着して合体する。

外型２のパーティングライン面４には、２つに分岐したランナー７，７が心線１６の巻き付け幅にほほ等しい幅の末端ランナー７ａに結合して配置し、更に各末端ランナー７ａにはこれと同じ幅の０．１〜２ｍｍ厚のフィルムゲート４６を有している。溶融樹脂３３は末端ランナー７ａからフィルムゲート４６を経由して巻き付け幅にほほ等しい幅で心線１６の巻き付け方向へ流れ込む。フィルムゲート４６の幅が心線１６の巻き付け幅より狭くなると、溶融樹脂３３がフィルムゲート４６から内型長手方向平行に均等に流れず、端部では中央部に較べて流れが悪くなり心線乱れ等の不具合が発生する。

上記フィルムゲート４６は、キャビティ９内における溶融樹脂をゲートから平行して流動させる効果を有している。該フィルムゲート４６の整流効果をさらに高めるために、末端ランナー７ａが必要となる。この末端ランナー７ａはフィルムゲート４６のゲート幅全体にわたって設けられ溶融樹脂を均一に充填する。もし末端ランナー７ａを設けずに、分岐したランナー７に直接フィルムゲート４６を設置すると、フィルムゲート４６の全幅に充填する溶融樹脂はフィルムゲート４６の中央から両端にかけて充填体積の異なる傾斜した分布になり、またキャビティ内の流動ベクトルも流入方向から外れて平行でなくなってしまうという問題が発生する。

この現象はフィルムゲート４６内の流動ベクトルに差異が発生することに起因し、溶融樹脂の粘度が高いほど顕著に現れる。これを抑制するため、予め溶融樹脂をランナー末端７ａにゲート幅方向の全域にわたって充填させておくことが必要になる。該末端ランナー７ａはこのために使用するもので、分岐したランナー７から流れ出た溶融樹脂をフィルムゲート４６内に直接流さずに、一旦末端ランナー７ａ内のフィルムゲート４６幅全域にわたって充填される機能を有している。

そして、溶融樹脂３３を射出して、分岐したランナー７から末端ランナー７ａへ流し込み、そしてフィルムゲート４６から心線１６の巻き付け方向へ流し込むことによって溶融樹脂の流れを良好にして心線１６の並びを乱すことなく充填することができる。

第２外型２ｂをパーティングライン面４で第１外型２ａから分離した後、内型３を突き出しピン４５により持ち上げることで、第２外型２ｂから容易に取り出すことができる。そして、ベルトスリーブ１８を内型３から脱型する。予め内型３に離型剤を塗布すればベルトスリーブ１８の脱型も良好になる。

その後、ベルトスリーブ１８のゲートカットをした後、カット機（図示せず）の２つのロールに懸架して回転させながら、カッターにより所定幅に切断し、図６に示す歯付ベルト２０を形成することができる。

この歯付ベルト２０は、心線１６を長手方向に延在するようにベルト背部層１７に埋設して歯部２１間の歯底２２面で局部的に露出し、ベルト背部層１７の下側に所定間隔で歯部２１をもつベルト歯部層１９を有している。心線１６は配列の乱れもなく、脱型時に内型との擦れによる損傷も起っていない。また、心線１６が埋設しているため動的疲労を受けにくくなり、ベルトの寿命を延ばすことができる。また充填計量値を過不足なく設定することにより、内部歪みも小さくエア噛みやボイドもなく寸法精度の高い熱可塑性エラストマー製歯付ベルトになる。

なお、一段成形の場合は、歯ピッチが小さくなるほど心線の支持点が増えグリップが増すことにより心線の乱れを抑える効果がある。得られる歯付ベルトの歯ピッチは０．５〜２ｍｍ、歯高さは０．５〜１ｍｍが好ましい。

次に、本発明に係る歯付ベルトの製造方法の具体的実施例を以下に示す。
実施例１
図２に示す内型（Ｓ１Ｍ３００、成形部長さ１２０ｍｍ）を用意した。

（スピニング工程）
内型をスピニング装置の回転軸に装着した後、アラミド繊維コード（２２０ｄｔｅｘ／１×３）を内型端部に粘着テープで貼り付けた後、スピニングテンション１０Ｎ／本で巻き付け、巻き終わり部も内型端部に粘着テープで貼り付けて固定した。

（成形）
この内型を図１に示す第２外型の空所に設置した後、移動させてパーティングライン面上で第１外型に合体させ、型温を７０°Ｃに調節した後、ウレタン系動的架橋熱可塑性エラストマーのペレット（リケンテクノス社製：商品名ウレタン系ハイパーアロイアクティマー）を窒素圧アシスト装置付き射出成形機に投入し、溶融樹脂を射出してスプルー、分岐したランナー、末端ランナー、そしてフィルムゲート（相対向する２箇所）からキャビティへ流し込み、背厚ｅ０．６ｍｍ、全厚０．９４ｍｍのベルトを成形した。第２外型を移動させた後、第２外型から歯付ベルトの内型を取り出した。ベルト歯部層が末端部まで完全充填して途中で切れるなどの欠陥や、またベルト背面部でもウェルドマークやボイド、ヒケなどの欠陥がなく、この結果心線の乱れがなく寸法精度の高いベルトを得ることができた。

（歯付ベルトに仕上げ工程）
後加工としてゲートカットを施しベルトスリーブをカット機に取り付けて、幅６ｍｍの歯付ベルトを得た。歯付ベルトは歯型（Ｓ１Ｍ）、ベルト外周長３００ｍｍ、歯部ピッチ１ｍｍ、歯高さ０．３４ｍｍ、歯数３００であり、心線の配列の乱れはなく、歯部ピッチ寸法、軸離、ＰＬＤの数値や精度は正常であった。

本発明は、歯ピッチ０．５〜２ｍｍ、歯高さ０．５〜１ｍｍの事務機器用小型ポリウレタン製歯付ベルトの製造方法に適用することができる。

本発明に係る歯付ベルト成形用金型装置の組み立て図である。 本発明で使用する内型の一部切り欠き正面図である。 ベルト歯部層の上に心線をスピニングしている工程の概略図である。 本発明の歯付ベルトの製造工程であって、心線をスピニングした内型を第２外型に設置した状態の概略図である。 本発明の歯付ベルトの製造工程であって、射出成形を終えた状態の断面図を示す。 本発明の方法によって得られた熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの一部断面斜視図である。

符号の説明

１ 金型装置
２ａ 第１外型
２ｂ 第２外型
３ 内型
４ パーティングライン面
５ 空所
７ ランナー
７ａ 末端ランナー
１２ 溝状部
１３ 突状部
１５ ベルト歯部層
１６ 心線
１７ ベルト背面部
１８ ベルトスリーブ
４６ フィルムゲート

Claims (5)

1. 心線を長手方向に延在させるようにベルト背面部に埋設し、ベルト背面部の少なくとも一方に所定間隔で歯部を設けた熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法において、
   長手方向に延在した溝状部と突状部を円周方向に沿って交互に設けた内型に心線をスパイラルに巻き付けし、該内型を外型に設置した後、熱可塑性エラストマーを上記心線の巻き付け幅を最大ゲート幅とするように設定したフィルムゲートから上記心線の巻き付け方向へ流し込んでベルト歯部層とベルト背面層を同時に一体成形し、内型からベルトスリーブを脱型し、該ベルトスリーブから歯付ベルトに仕上げる、ことを特徴とする熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法。
2. 心線の巻き付け幅を最大ゲート幅とするフィルムゲートを相対向する位置に２箇所設け、熱可塑性エラストマーの流れ方向を心線の巻き付け方向に一致させた請求項１記載の熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法。
3. 末端ランナーをフィルムゲートに隣接して設け、該末端ランナーの幅をフィルムゲートと同一幅にした請求項１または２記載の熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法。
4. 熱可塑性エラストマーがポリエステル系熱可塑性エラストマー、オレフィン系熱可塑性エラストマー、そしてウレタン系動的架橋型熱可塑性エラストマーから選ばれた少なくとも１種である請求項１〜３の何れかに記載の熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法。
5. 熱可塑性エラストマーの流動特性としてキャピラリーフロー粘度が２４０℃、剪断速度１×１０^４ｓｅｃ^−１で１０Ｐａ・ｓｅｃ以下である請求項４記載の熱可塑性エラストマー製歯付ベルトの製造方法。
   

Images