JP2006153038A - 伝動用ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮ゴム層において短繊維を使用せずにベルトの寿命を維持した低コストの伝動ベルトを提供することを目的とする。
【解決手段】心線３を埋設した接着ゴム層２に隣接して圧縮ゴム層７と伸張ゴム層６を配し、圧縮ゴム層７がコグ山部９とコグ谷部８を交互に配したコグ部１２を有している伝動用ベルト１であり、圧縮ゴム層７にポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維をベルト幅方向に配した経糸１４ａからなるスダレ１３を少なくとも１層埋設した構成からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は伝動用ベルトに係り、スノーモービル、スクーター及び一般産業用のベルトとして使用される高負荷用の変速ベルトに関する。

従来から、スクーター、バギー、雪上車（スノーモービル）または一般産業用の機械分野の駆動系においては、駆動プーリと従動プーリに伝動用ベルトを懸架し、プーリの有効径を変化させて変速させるベルト式変速装置が用いられている。ここで使用されている伝動用ベルトは圧縮ゴム層と伸張ゴム層の両層もしくは圧縮ゴム層のゴム層にコグ山部とコグ谷部を交互に配したコグ部を有し、心線を接着ゴム層内に埋設した構成からなり、ローエッジダブルコグドベルトあるいはローエッジシングルコグドベルトなどのローエッジコグドベルトとして知られている。

上記のローエッジコグドベルトでは、長寿命化に対する要求が厳しさを増してきている。特に、溝幅可変プーリに掛架されてプーリへの巻き掛け径を無段階に変えながら動力を伝達する無段変速ベルトに使用する場合は、プーリから受ける過大な側圧のため、耐側圧性、耐屈曲性、耐磨耗性、そして耐熱性等が要求される。このために、上コグと下コグの形状、寸法なども検討されている。

また、圧縮ゴム層に種々の短繊維とゴムを組み合わせて耐変形性、耐寒性、耐熱性、耐摩耗性、耐久性等を改善することも行われている。例えば、特許文献１では、圧縮ゴム層にポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維をアルキル化クロロスルフォン化ポリエチレン組成物に混練りしたゴム組成物を使用することが開示されている。
特開２００３−２９４０８７号公報

しかし、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維は接着しにくく、またカットもしにくいこともあって製造コストが高くなっていた。更には、該繊維を含むゴム組成物の混練り設備や圧延設備への負荷も高くなっていた。

本発明はかかる問題に着目し、鋭意研究した結果、圧縮ゴム層において短繊維を使用せずにベルトの寿命を維持した低コストの伝動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、心線を埋設した接着ゴム層に隣接して圧縮ゴム層と伸張ゴム層を配し、圧縮ゴム層がコグ山部とコグ谷部を交互に配したコグ部を有している伝動用ベルトにおいて、少なくとも上記圧縮ゴム層にポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維（ＰＢＯ繊維）をベルト幅方向に配した経糸からなるスダレを少なくとも１層埋設した場合、スダレとしてベルト幅方向に配した経糸がＰＢＯ繊維からなり、ベルト長手方向に配した綿糸から構成される場合、伸張ゴム層がコグ山部とコグ谷部を交互に配したコグ部を有している場合、そしてスダレが伸張ゴム層にも埋設されている場合を含んでいる。

本発明の伝動用ベルトでは、ＰＢＯ繊維をベルト幅方向に配した経糸からなるスダレを少なくとも１層埋設したことにより、短繊維を使用しなくても耐変形性、耐寒性、耐熱性、耐摩耗性、耐久性等を改善することができ、しかも低コストなものになる。

以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。図１は本発明に係る伝動用ベルトの部分正面図、そして図２は本発明に係る他の伝動用ベルトの部分正面図である。

本発明の伝動用ベルト１は、接着ゴム層２内に繊維コードからなる心線３が埋め込まれ、接着ゴム層２の上部には補強布４とゴム層５を積層した伸張ゴム層６と、また下部には一層のスダレ１３がコグ形状に沿うように湾曲状態でゴム層５に埋設し、そして補強布４を積層した圧縮ゴム層７がある。圧縮ゴム層７には、それぞれ一定ピッチでベルト長手方向に沿ってコグ谷部８とコグ山部９とを交互に配した下コグ部１２が設けられている。

本実施例では、伸張ゴム層６にはコグ部が存在せず、また両側面はコグ山部９の頂部からコグ谷部８の最底部にかけて逆Ｖ形に切断されたカット面にしてもよい。これによりプーリ内の側圧を心線３から圧縮ゴム層７に負担させることができ、心線３上部の伸張ゴム層６の剥離や欠損を遅延させることができる。

更に、本実施例では、ベルトの厚みをＨとし、心線３のピッチラインＰから圧縮ゴム層７のコグ谷部９の最深部までの間隔をＤとしたとき、０．２≦Ｄ／Ｈ≦０．２６を満足している。この値は、ベルトの厚みＨに対して心線３のピッチラインＰから圧縮ゴム層７のコグ谷部９の最深部までの間隔Ｄの占める割合を示すものであり、０．２０未満では間隔Ｄが小さくなり過ぎて、ベルトの耐側圧性が低下により早期寿命に至る。一方、０．２６を越えると、ベルトの可撓性が低下して耐屈曲性に欠け、早期にコグ谷部の最深部から亀裂が入りやすくなる。

心線３としては、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維が使用され、中でもエチレン−２，６−ナフタレートを主たる構成単位とするポリエステル繊維フィラメント群を撚り合わせた総デニール数が４，０００〜８，０００の接着処理したコードが、ベルトスリップ率を低くでき、ベルト寿命を延長させるために好ましい。このコードの上撚り数は１０〜２３／１０ｃｍであり、また下撚り数は１７〜３８／１０ｃｍである。総デニールが４，０００未満の場合には、心線のモジュラス、強力が低くなり過ぎ、また８，０００を越えると、ベルトの厚みが厚くなって、屈曲疲労性が悪くなる。

エチレン−２，６−ナフタレートは、通常ナフタレン−２，６−ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を触媒の存在下で適当な条件のもとにエチレングリコールと縮重合させることによって合成させる。このとき、エチレン−２，６−ナフタレートの重合完結前に適当な１種または２種以上の第３成分を添加すれば、共重合体ポリエステルが合成される。

接着処理されたコードは、スピニングピッチ、即ち心線の巻き付けピッチを１．０〜１．３ｍｍにすることで、モジュラスの高いベルトに仕上げることができる。１．０ｍｍ未満になると、コードが隣接するコードに乗り上げて巻き付けができず、一方１．３ｍｍを越えると、ベルトのモジュラスが徐々に低くなる。

図２に示す他の伝動用ベルト１では、伸張ゴム層６がコグ山部９とコグ谷部８を交互に配した上コグ部１１を有し、二層のスダレ１３がコグ形状に沿うように湾曲状態で圧縮ゴム層７に埋設している。また、スダレ１３は伸張ゴム層６にも埋設している。これによって、圧縮ゴム層７とともに伸張ゴム層６は、短繊維をベルト幅方向へ埋設しなくても耐側圧性が高まることになる。

上記圧縮ゴム層６および伸張ゴム層７になるゴム組成物は、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（ＡＣＳＭ）、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等のゴム材の単独、またはこれらの混合物が使用され、これに通常用いられるカーボンブラック、可塑剤、老化防止剤、加工助剤、粘着剤、加硫促進剤、短繊維等と共に使用することができる。

そして、圧縮ゴム層６に埋設されたスダレ１３は、コグ形状に沿うように湾曲した状態になり、少なくともＰＢＯ繊維を含む繊維をベルト幅方向に配した経糸１４ａに、ベルト長手方向に配した緯糸１４ｂに綿糸、ナイロン繊維、アクリル繊維、人絹等の比較的可撓性に富む繊維を用いたスダレであり、１〜３プライ積層される。上記経糸１４ａにはＰＢＯ繊維とともに剛直なアラミド繊維も使用することができる。

経糸１４ａの密度は３０〜６０本／５ｃｍであり、３０本／５ｃｍ未満になるとベルトの耐側圧性が減少し、他方６０本／５ｃｍを超えるとベルトの可撓性が低下する。また、緯糸１４ｂの密度は２〜６本／５ｃｍになり、２本／５ｃｍ未満になると、スダレがベルト長手方向に伸張しやすく、破損することもある。他方、６本／５ｃｍを超えると、スダレの可撓性が低下する。

ＰＢＯ繊維は、ジアミノレゾルシノールとテレフタル酸をポリリン酸溶媒中で縮重合したポリマーを紡糸することで得られる。従来の凡用繊維よりもはるかに高い物性値を有し、例えば機械的物性においてはアラミド繊維以上の強度及び弾性率を示す。また、アラミド繊維に比べて耐切創性が高いというのも大きな特徴である。

上記理由からＰＢＯ繊維をベルト幅方向に配した経糸に用いたスダレを圧縮ゴム層に埋設すると、高い補強効果及び耐摩耗効果を付与できる。しかしその分子骨格上、官能基をほとんど含有していないことから従来の短繊維と比べてゴムとの接着が困難であり、特殊な接着処理が必要となる。

よって、スダレに使用するＰＢＯ繊維は、下記方法によって接着処理されることが好ましい。まず未処理のＰＢＯ繊維をフィラメントの状態で、ニトリルゴム変性エポキシ樹脂もしくは／そしてエポキシ樹脂、アルキルフェノール・ホルムアルデヒド樹脂、架橋剤、そして溶剤からなる室温設定した処理液に０．５〜３０秒間浸漬した後、１５０〜２５０°Ｃに調節したオーブンに１〜５分間通して乾燥される。この処理を行うことで該処理液が短繊維内部まで浸透してフィラメントの接着性が改善される。
尚、作業性の良好さ及び接着効果並びに短繊維の分散性を考慮すると、処理液の固形分濃度は１〜２０質量％に調節されることが好ましい。溶剤としてはトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、メチルエチルケトンなどの脂肪族ケトンが用いられる。

ニトリルゴム変性エポキシ樹脂は、分子内に２個以上のエポキシ基を持つエポキシ樹脂をニトリルゴムで変性したエポキシプレポリマーであり、ベースのエポキシとしては、グリセリン、プロピレングリコール類とエピクロルヒドリン等のハロゲン含有エポキシ化合物との反応生成物、又はヒドロキノン、ビスフェノールＡ等の多価フェノールとハロゲン含有エポキシ類との反応生成物が使用される。特に、末端に２個のエポキシ基を持つビスフェノールＡ型エポキシ樹脂を使用したものが好適である。

アルキルフェノール・ホルムアルデヒド樹脂は、フェノールあるいはクレゾール、クロロフェノールなどの１価フェノール、又はレゾルシン、カテコールなどの多価フェノールの１種又は２種以上のフェノールと、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒドなどの１種又は２種以上のアルデヒドとを酸あるいはアルカリ触媒の存在下で縮合したものである。

上記アルキルフェノール・ホルムアルデヒド樹脂とニトリルゴム変性エポキシ樹脂もしくは／そしてエポキシ樹脂の質量比は２／１０〜１０／１０が好ましい。２／１０未満の場合にはゴムとの接着性が低下し、一方１０／１０を超えると、ゴムとの接着性が低下すると共に処理剤の可撓性が低下するため短繊維の柔軟性が低下する。

架橋剤としては、３級アミン、イミダゾール、酸無水物などが使用される。特に、３級アミンが好適である。通常、エポキシ樹脂に対し３〜３０質量％の範囲で使用される。

尚、場合に応じて以下の後処理を施すことが好ましい。
上記処理液を含浸させたＰＢＯ繊維をレゾルシン・ホルムアルデヒド初期縮合物とゴムラテックスを混合したＲＦＬ液で処理する。この場合、レゾルシンとホルムアルデヒドのモル比は３／１〜１／３にすることが接着力を高める上で好適である。
また、ＲＦＬ液はレゾルシン・ホルムアルデヒド初期縮合物とゴムラテックスの固形分質量比が１／１〜１／５で、かつＲＦＬ液の固形分付着量が３〜１０質量％であることがＲＦＬ液による接着力の効果を高める上で好ましい。１／１を超えると、短繊維の凝集力が大きくなって分散性が悪くなり、逆に１／５未満になると、ゴムと短繊維との接着力が低下し、引張強さも低下する。更に、ＲＦＬ液の固形分付着量が１０質量％を超えると、処理液が固まって短繊維のフィラメント同士が分割しにくくなり、逆に３質量％未満の場合にはＲＦＬ液による分散性及び引張強さの向上効果が期待できない。また、ゴムラテックスとしては、スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン三元共重合体、クロロスルフォン化ポリエチレン、水素化ニトリルゴム、エピクロルヒドリン、天然ゴム、ＳＢＲ、クロロプレンゴム、オレフィン−ビニルエステル共重合体、ＥＰＤＭ、ＣＳＭ、ＡＣＳＭ等のラテックスが挙げられる。
尚、接着処理を施す際の処理液の温度は５〜４０°Ｃに調節し、また浸漬時間は０．５〜３０秒であり、２００〜２５０°Ｃに調節したオーブンに１〜３分間通して熱処理される。

更に、上記処理に加えオーバーコート処理することも可能である。ゴム配合物をトルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、メチルエチルケトンなどの脂肪族ケトンから選ばれた、ゴム配合物の良溶媒となる溶剤に溶かしたゴム糊に浸漬しオーバーコート処理する。浸漬時間は０．５〜３０秒であり、８０〜２００°Ｃに調節したオーブンに１〜３分間通して熱処理される。

尚、ＰＢＯ繊維の接着処理方法としては、上記に限ることなく、例えば特公昭６０−２４１３１号公報に記載されているカルボキシル基含有アクリロニトリル−ブタジエンゴムラテックスからなるＲＦＬ液で処理する方法、特公平５−４１５２５公報、特公平５−４１５２６公報、特公平５−４１５２７公報に記載されているイソシアネート化合物、エポキシ化合物及びシランカップリング剤から選ばれた活性化合物、ＲＦＬ液及びハロゲン含有重合体を主成分とする接着剤組成物で処理する方法、特公平６−４１５２８公報に記載されているエポキシ化合物あるいはイソシアネート化合物で第１処理した後、ＲＦＬ液で第２処理し、そしてゴム配合物と塩化ゴムを溶剤に溶かしたゴム糊で第３処理する方法なども用いることができる。

補強布４は綿、ポリエステル繊維、ナイロン等からなり、平織、綾織、朱子織等に製織した布で、経糸と緯糸との交差角が９０〜１２０°程度の広角度帆布でもよい。補強布４はＲＦＬ処理した後、ゴム組成物をフィリクション・コーチングしてゴム付帆布とする。ＲＦＬ液はレゾルシンとホルマリンとの初期縮合物をラテックスに混合したものであり、ここで使用するラテックスとしてはクロロプレン、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン三元共重合体、水素化ニトリル、ＮＢＲなどである。

図３は図２に示す伝動用ベルト１（ダブルコグドベルト）の製造方法の一例であってモールド上で圧縮ゴム層、心線、そして伸張ゴム層からなる成形体の作製状態を示すところである。まず、歯部２１と溝部２２を交互に有するモールド２０を準備する。

更に、図４に示すように１〜数枚の補強布、圧縮ゴム層の一部である未加硫ゴムシート、ベルト幅方向に配した接着処理したＰＢＯ繊維（経糸）、ベルト長手方向に配した綿糸（緯糸）から構成されるスダレ、残りの圧縮ゴム層である未加硫ゴムシートを順次積層し、これを別に準備した歯部と溝部とを交互に配した平坦な金型の上に設置し、加圧することによってコグ山部２９とコグ谷部２８を型付けしたコグパッド３０に仕上げる。スダレ１３はコグの形状に沿って変形する。
無論、本発明では、上記歯部２２と溝部２３を交互に有するモールド２０に代えて、円周方向に沿って所定の間隔で溝部を設けた内母型を装着したモールドを使用することもできる。

コグパッド３０の一方の切断部３２は、図４に示すようにコグ山部２８の頂部３１で角度αが０〜１０°に切断され、更にコグパッド３０を反転させて他方の切断部３３も同様にコグ山部２９で逆方向へ傾斜するように切断される。上記コグパッド３０をエンドレスにするとき、切断面が良好に密着する。

成形機（図示せず）にモールド２０を装着し、モールドの溝部２２にコグパッドのコグ山部２９を嵌合しながら、所定長さのコグパッド３０をモールド２０に一周巻き付けてカット端部を面接触させてジョイント部３５ａを形成した後、接着ゴム層になる未加硫ゴムシート４４０の積層体を巻き付ける。そして、心線４１をスパイラルに巻き付け、その上に１〜数枚の補強布４２と伸張ゴム層の未加硫ゴムシート４３の積層物を巻き付けてそのカット端部を面接触させて他のジョイント部３５ｂを形成し、成形体２５を作製する。

そして、本実施例では、成形機から取り出した溝付きモールド２０を支持台上に設置し、円周方向に沿って所定の間隔で設けた凹状部を有する加硫ゴム製の円筒状母型、ジャケット（図示せず）を嵌入する。

最終工程として、成形体を加硫缶へ移して通常の方法で加硫を行う。加硫した後、ジャケット、母型、続いて円筒状のスリーブを溝付きモールド２０から抜き取り、スリーブを所定幅に切断して図１に示すようなコグドベルト１に仕上げる。

以下、更に具体的な実験例により本発明の効果を確認する。
実施例１〜３、比較例１
表３に示す経糸と緯糸を用いて所定の密度からなるスダレを用いた。経糸はＰＢＯ繊維を表１に示す前処理液に浸漬した後、２００°Ｃで１分間熱処理した。次に表２に示すＲＦＬ液に浸漬した後、２００°Ｃで１分間熱処理した。

心線として１，５００デニールのアラミド繊維（商品名：トワロン）を上撚り数１９．７回／１０ｃｍ、下撚り数１５．８回／１０ｃｍで上下逆方向に撚糸して２×３の撚り構成とし、トータルデニール９，０００の未処理コードを準備した。次いで、この未処理コードをイソシアネート系接着剤でプレディプした後、約１７０〜１８０°Ｃで乾燥し，ＲＦＬ液に浸漬した後、２００〜２４０°Ｃで延伸熱固定処理を行ない処理コードにした。

補強布として、アラミド繊維（商品名：トワロン）とポリエチレンテレフタレート繊維を重量比で５０：５０の混撚糸を使用したワイドアングルの平織帆布を用いた。これらの帆布をＲＦＬ液に浸漬した後、１５０°Ｃで２分間熱処理して処理帆布とした。その後、これらの処理帆布にゴム組成物をフリクション・コーチングして、ゴム付帆布とした。

圧縮ゴム層と伸張ゴム層はアラミドの短繊維を含んだクロロプレンゴムからなるゴム組成物を用い、また接着ゴム層は短繊維を含まないクロロプレンゴムからなるゴム組成物を用いた。

コグパッドとして、１枚の補強布、所定厚みの圧縮ゴム層用シート（１層目）、１枚のスダレ、所定厚みの圧縮ゴム層用シート（２層目）との積層物を、歯部と溝部を交互に配した平坦なコグ付き型に設置し、７５°Ｃで加圧することによってコグ部を型付けしたコグパッドに形成した。上記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。

これらの材料を用意した後、モールドに装着した内母型にコグパッドを巻き付けてジョイントし、更に所定厚みの圧縮ゴム層用シートと接着ゴム用シートと予め積層したシートを他の位置でジョイントした後、心線、平坦な伸張ゴム層、補強布を順次巻き付けて成形体を作製した。続いて、モールドを支持台の所定位置に設置した後、円周方向に沿って所定の間隔で設けた凹状部を有する加硫ゴム製の円筒状母型を挿入した。その後、ジャケットを被せてモールドを加硫缶に設置し、加硫してベルトスリーブを得た。このスリーブをカッターによってＶ状に切断してダブルコグドベルトである変速ベルト（サイズ：上幅２９．８ｍｍ、厚さ１６．４ｍｍ、外周長８６６ｍｍ）に仕上げた。

尚、比較例１では、スダレを使用していない。

得られたベルトのアップダウンサイクル走行試験によるベルト寿命とその故障原因を測定した。その結果を表３に併記する。

アップダウンサイクル走行試験では、上記ベルトを直径１６７．４ｍｍの駆動プーリと直径１３３．０ｍｍの従動プーリからなる２軸の横型走行試験機に懸架し、従動プーリに荷重３３０ｋｇｆをかけ、そして駆動プーリの回転を１８秒間で１，１００から７，０００ｒｐｍまで増速した後、その後１７秒間で１，１００ｒｐｍまで減速し、これをベルトの寿命まで繰り返し行った。雰囲気温度は１１０℃であった。

この結果、実施例では比較例に比べて走行寿命もほぼ同じであることが判った。

本発明の伝動ベルトは、スノーモービル、スクーター及び一般産業用の変速ベルトに好適である。

図１は本発明に係る伝動用ベルトの部分正面図である。 図２は本発明に係る他の伝動用ベルトの部分正面図である。 本発明に係る伝動用ベルトをモールド上で成形体を作製する状態を示す図である。 本発明に係る伝動用ベルトの使用するコグパッドの斜視図である。

符号の説明

１ 伝動用ベルト
２ 接着ゴム層
３ 心線
４ 補強布
５ ゴム層
６ 伸張ゴム層
７ 圧縮ゴム層
８ コグ谷部
９ コグ山部
１１ 上コグ部
１２ 下コグ部
１３ スダレ
１４ａ 経糸
１４ｂ 緯糸

Claims (4)

1. 心線を埋設した接着ゴム層に隣接して圧縮ゴム層と伸張ゴム層を配し、圧縮ゴム層がコグ山部とコグ谷部を交互に配したコグ部を有している伝動用ベルトにおいて、少なくとも圧縮ゴム層にポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維をベルト幅方向に配した経糸からなるスダレを少なくとも１層埋設したことを特徴とする伝動用ベルト。
2. スダレはベルト幅方向に配した経糸がポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール繊維からなり、ベルト長手方向に配した緯糸が綿糸から構成される請求項１記載の伝動用ベルト。
3. 伸張ゴム層はコグ山部とコグ谷部を交互に配したコグ部を有している請求項１または２記載の伝動用ベルト。
4. スダレは伸張ゴム層にも埋設されている請求項１乃至３の何れかに記載の伝動用ベルト。
   

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