JP2007270917A - 摩擦伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】長期に亘ってミスアライメントやスティックスリップによる発音を抑制することができ、さらに水濡れ環境においても乾燥時と同等の伝達性能を維持することができる摩擦伝動ベルトを提供する。
【解決手段】エチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して、多孔質無機充填剤１〜７０質量部及びポリオレフィン粉体２〜３０質量部を配合したゴム組成物で、摩擦伝動ベルトの圧縮層を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力伝動用に用いられる摩擦伝動ベルトに関するものである。

近年の自動車エンジンにおいては、コンパクト化や、補機駆動ベルトのサーペンタイン化によって、小プーリ、小屈曲角のエンジンレイアウトが採用されている。また燃費向上及び排出ガス低減の目的のためにエンジンの回転変動、振動が従来エンジンと比べて大きくなっている。このため、補機駆動ベルトへの負荷が一層大きくなり、ミスアライメントやスティックスリップによる異音発生の問題が顕在化している。

特に、ベルトに水がかかるような使用状況においては、伝達トルクの低下が顕著になり、また不均一な水膜が形成されるために、スティックスリップによる発音が起こり易くなるものであった。

このような異音発生に対する従来の対策としては、伝動ベルトの圧縮層に有機短繊維を含有させ、ベルト側面にこの有機短繊維を突出させることによって、短繊維でベルト側面の摩擦抵抗を低下させるようにするのが一般的である。しかし、有機短繊維の配合が増大すると、ベルトの物性低下や加工性低下の問題が発生するために、その配合量には限界があり、しかもベルト走行とともに、表面に突出した有機短繊維が脱落したり摩耗したりして、摩擦抵抗を低減する効果が低下するという問題がある。

そこで、例えば特許文献１では、伝動ベルトの側面にパウダー状の粘性抑制剤を付着させることによって、摩擦抵抗の低下をはかるようにしているが、ベルトの初期走行段階でのスリップ音低減には効果を期待することができるものの、ベルト走行とともに粘性抑制剤が摩滅するために長時間での効果を望むことはできない。

また特許文献２では、伝動ベルトを形成するゴムに多孔質無機充填剤を添加して水を吸収させることによって、水濡れ環境における伝達性能の維持を図るようにしている。このものでは、水濡れ環境でも伝達性能を維持することができるものの、摩擦抵抗が高くなるために、乾燥時にスティックスリップによる発音が起こり易く、また補強効果が小さい多孔質充填剤を大量に配合することによる耐摩耗性の低下の問題もある。

さらに特許文献３では、伝動ベルトを形成するゴムに粉末状のポリオレフィン樹脂を添加し、低発音及び耐磨耗性の改善を図るようにしているが、水濡れ環境における伝達性能を維持する効果を得ることはできていない。
実公平７−３１００６号公報 特開２０００−０３９０４９号公報 特開２００４−３２４７９４号公報

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、長期に亘ってミスアライメントやスティックスリップによる発音を抑制することができ、さらに水濡れ環境においても乾燥時と同等の伝達性能を維持することができる摩擦伝動ベルトを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る摩擦伝動ベルトは、圧縮層を備える摩擦伝動ベルトにおいて、エチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して、多孔質無機充填剤１〜７０質量部及びポリオレフィン粉体２〜３０質量部を配合したゴム組成物で、圧縮層を形成して成ることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、上記ポリオレフィン粉体は、分子量３００万〜８００万ｇ／ｍｏｌの超高分子量ポリエチレン粉体であることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、上記多孔質無機充填剤は、活性炭、ゼオライト、珪藻土から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、上記ゴム組成物は、ポリオレフィン粉体の融点未満の温度で混練されたものであることを特徴とするものである。

また請求項４の発明は、請求項１乃至４のいずれかにおいて、圧縮層にベルト長手方向に沿った複数のリブ部を設けたＶリブドベルトであることを特徴とするものである。

本発明によれば、多孔質無機充填剤による吸水で、水濡れ時の発音を防止できると共に水濡れ環境においても高い伝達性能を維持することができるものであり、またポリオレフィン粉体によって、乾燥時の発音を防止できると共に耐磨耗性を高めることができるものである。さらにポリオレフィン粉体がゴムマトリクスと多孔質無機充填剤との間、及び多孔質無機充填剤間において、バインダーとして働くことによって、多孔質無機充填剤の配合による耐磨耗性の低下を抑制することができるものである。この結果、長期に亘ってミスアライメントやスティックスリップによる発音を抑制することができ、さらに水濡れ環境においても乾燥時と同等の伝達性能を維持することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明で用いるゴム組成物において、エチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）やエチレン−プロピレン−ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）などを用いることができるものであり、これらを単独で、あるいはこれらの混合物を使用することができる。ＥＰＤＭの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を挙げることができる。耐熱性や耐摩耗性を考慮すれば、エチレンとα−オレフィンと非共役ジエンとの共重合体であるＥＰＤＭが好ましく、中でもエチレン含量が５１〜６８質量％であって、且つ二重結合が０．２〜７．５質量％のものが好ましい。このＥＰＤＭとしてはヨウ素価が３〜４０のものを用いるのが好ましく、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するおそれがあり、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、耐熱性が悪くなるおそれがある。

また多孔質充填剤としては、活性炭、ゼオライト、珪藻土を用いることができるものであり、これらは単独で使用する他、２種以上を併用することもできる。多孔質充填剤は平均粒径が１〜５０μｍの範囲のものが好ましい。

また、ポリオレフィン粉体としては、分子量（粘度平均分子量）が３００万〜８００万ｇ／ｍｏｌの超高分子量ポリエチレン粉体を用いるのが好ましい。分子量がこの範囲より小さいと、ゴム組成物を混練りする際に熱がかかったときに、粉体形状が維持されなくなり、耐磨耗性の低下を抑制する効果が小さくなるものである。このポリオレフィン粉体の粒径は特に限定されないが、平均粒径１０〜２００μｍの範囲のものが望ましい。

そしてエチレン−α−オレフィンエラストマーをゴム成分とし、これに多孔質無機充填剤、ポリオレフィン粉末を配合し、混練りすることによって、ゴム組成物を得ることができるものである。このゴム組成物には、さらに必要に応じて、加硫剤、加硫促進剤、共架橋剤、補強剤、可塑剤、安定剤、加工助剤、着色剤、短繊維等を配合するようにしてもよく、バンバリーミキサー、ニーダー等の通常用いられる手段を用いて混練りすることができる。

ここで、多孔質無機充填剤の配合量は、エチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して１〜７０質量部の範囲に設定されるものである。多孔質無機充填剤を配合することによって、その吸水性によって、ベルトの水濡れ時の発音を防止することができるものであり、また水濡れ環境においても高い伝達性能を維持することができるものである。多孔質無機充填剤の配合量が１質量部未満であると、このような効果を十分に得ることができない。逆に配合量が７０質量部を超えると、ベルトの耐磨耗性が大きく低下するおそれがある。

また、ポリオレフィン粉体の配合量は、エチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して２〜３０質量部の範囲に設定されるものである。ポリオレフィン粉体を配合することによって、ベルトの乾燥時の発音を防止することができるものであり、また耐磨耗性を高めることができるものである。さらにポリオレフィン粉体は、エチレン−α−オレフィンエラストマーからなるゴムマトリクスと多孔質無機充填剤との間や、多孔質無機充填剤間において、バインダーとして働き、多孔質無機充填剤の配合でベルトの耐磨耗性が低下することを抑制することができるものである。ポリオレフィン粉体の配合量が２質量部未満であると、このような効果を十分に得ることができない。逆に配合量が３０質量部を超えると、ベルトの耐久性が低下するおそれがある。

ポリオレフィン粉体によって上記のような効果を発揮させるためには、ゴム組成物の中でポリオレフィン粉体は粉体として存在させる必要がある。このために、ゴム組成物の混練り時の温度は、ポリオレフィン粉体の融点未満の温度で行なう必要がある。混練り時の温度はポリオレフィンの種類によって異なるが、３００万〜８００万ｇ／ｍｏｌの超高分子量ポリエチレン粉体の場合、その融点である１３０〜１３５℃未満に設定するのが好ましい。

次に、上記のゴム組成物を用いて製造される摩擦伝動ベルトについて説明する。摩擦伝動ベルトとしてはＶリブドベルト、Ｖベルト、平ベルトなどがあるが、図１にＶリブドベルト１の一例を示す。図１において２は心線であり、ベルト長手方向全長に亘って接着層３内に埋設してある。接着層２の内側には圧縮層４が積層してあり、圧縮層４には複数本の平行なリブ部５が形成してある。リブ部５は断面略Ｖ字形（正確には台形）であって、ベルト長手方向全長に亘って設けてある。接着層２の外側には伸張層６が積層してある。

心線２としては、ポリアリレート繊維、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維などのポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などで形成された高強度・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）などの処理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。

接着層３と圧縮層４はゴムで形成されるものであり、この接着層３と圧縮層４のうち、少なくとも圧縮層４は上記のゴム組成物で形成されるものである。勿論、接着層３と圧縮層４を同種の上記のゴム組成物で形成するようにしてもよい。

ここで、圧縮層４のリブ部５の表面には綿、ナイロン（登録商標）、ｐ−アラミド、ｍ−アラミドなどの短繊維を突出させるようにしてあり、耐摩耗性やベルト走行時の静粛性を確保できるようにしてある。このようにリブ部５の表面に短繊維を突出させて設けるには、圧縮層４を形成するゴム組成物に短繊維を含有させ、圧縮層４を切削してリブ部５を形成する際に、リブ部５の表面に短繊維の一部を突出させるようにして行なうことができる。

また、伸張層６は帆布などの補強布によって形成されるものである。この補強布としては、綿、ポリエステル繊維、アラミド繊維、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、補強布にＲＦＬ処理を行なった後に、ゴムを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。

次に、上記のようなＶリブドベルト１の製造方法の一例を説明する。

円筒状の成形ドラムの外周に、まず伸張層６を形成する補強布を巻き、またその上に接着層３を形成するゴム組成物のシートを巻き付けた後、この上に心線２をスピニングして螺旋状に巻きつけ、さらにこの上に圧縮層４を形成するゴム組成物のシートを巻き付けることによって、未加硫スリーブを作製する。圧縮層４を形成するゴム組成物には短繊維を含有させてある。次に成形ドラムに巻き付けたこの未加硫スリーブを加硫ドラム入れて加硫することによって、円筒状の加硫スリーブを得る。この後に、この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層４に回転させた切削ホイールを接触させて多数のＶ溝を切削・研磨加工することによって、摩擦伝動面となるリブ部５を形成する。リブ部５をこのように切削・研磨する際に、リブ部５の表面に短繊維の一部が突出することになる。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し、さらに内周と外周を裏返すことによって、図１のようなＶリブドベルト１として仕上げることができるものである。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

エチレン−α−オレフィンエラストマーとしてＥＰＤＭ（ジエン成分がエチリデンノルボルネンであり、エチレン含量５５質量％、ジエン成分含量２．９質量％、残がプロピレンのエチレン−プロピレン−ジエン・ターポリマー）を、ポリオレフィン粉体として超高分子量ポリエチレン（ティコナジャパン社製「Hostalen GUR」：平均分子量７３０万ｇ／ｍｏｌ、融点１３５℃、平均粒径１２０μｍ）を、多孔質無機充填剤として活性炭、ゼオライト、珪藻土を用いた。

そして、表１の配合量で各配合剤を配合し、これを１２０℃を超えない温度でバンバリーにより混練することによって、実施例１〜６及び比較例１〜３のゴム組成物を得た。

次に、実施例１〜６及び比較例１〜３のゴム組成物を接着層及び圧縮層を形成するゴム組成物として用い、上記の製造方法でＶリブドベルトを作製した。そしてこのＶリブドベルトについて、ベルト伝達性能試験、耐磨耗性試験、発音試験を行なった。結果を表１に示す。

ベルト伝達性能試験は、Ｖリブドベルトを直径８０ｍｍの駆動プーリと直径１１０ｍｍの従動プーリに４９Ｎ（５ｋｇｆ）／リブの荷重で懸架し、駆動プーリを２０００ｒｐｍで回転させながら従動プーリ側に徐々に荷重をかけていき、Ｖリブドベルトのスリップ率が２％となるときの伝達トルクを測定することによって、行なった。そして乾燥時及び１２０ｃｃ／ｍｉｎで注水した水濡れ時の伝達トルクを測定し、また両者を比較してその低下率を算出した。

耐磨耗性試験は、直径８０ｍｍの駆動プーリ、直径８０ｍｍの従動プーリ、直径１２０ｍｍのテンションプーリを配置し、テンションプーリへの巻き付け角度が９０°となるように各プーリにＶリブドベルトを懸架して、室温条件下で、駆動プーリの回転数を３３００ｒｐｍ、従動プーリのトルクを０．７ｋｇ・ｍ、ベルトスリップ率が６％となるようにベルト張力を自動調整しながら、２４時間走行させることによって、行なった。そして走行試験前後のベルト重量を測定し、ベルト重量減量（走行前ベルト重量−走行後ベルト重量）をベルト走行前重量で除したものを摩耗率として算出した。

発音試験は、Ｖリブドベルトを直径１３５ｍｍの駆動プーリ、直径１１２ｍｍの第１従動プーリ、クラッチ機構を有する直径６０ｍｍの第２従動プーリの間に懸架し、室温で駆動プーリを５０００ｒｐｍで回転させながら第２従動プーリを回転始動させたときに、乾燥時での鳴き音の発生の有無、及び１２０ｃｃ／ｍｉｎで注水した水濡れ時での鳴き音の発生の有無を測定することによって、行なった。

比較例１は、超高分子量ポリエチレン粉体のみを配合し、多孔質無機充填剤を配合しない場合である。この比較例１では、乾燥時の発音はなかったが、水濡れ時に発音が発生し、また乾燥時から水濡れ時への伝達トルク低下が大きく発生するものであった。

比較例２は、多孔質無機充填剤を３０質量部、超高分子量ポリエチレン粉体を１質量部配合したものであり、超高分子量ポリエチレンの配合量が過少の場合である。この比較例２では、超高分子量ポリエチレンの配合による効果は不十分であり、乾燥時に発音が発生し、また耐磨耗性も低下するものであった。

比較例３は、超高分子量ポリエチレン粉体を２０質量部、多孔質無機充填剤を１００質量部配合したものであり、多孔質無機充填剤の配合量が過多の場合である。この比較例３では、乾燥時、水濡れ時のいずれも発音は発生しなかったが、耐磨耗性が大きく低下するものであった。

一方、実施例１〜６は、超高分子量ポリエチレン粉体を２０質量部配合し、多孔質充填剤を１〜７０質量部の範囲内で配合したものであり、乾燥時、水濡れ時のいずれも発音は発生せず、乾燥時から水濡れ時への伝達トルクの低下が小さく、耐磨耗性も優れているものであった。また多孔質充填剤の配合量を増大するにつれて伝達トルク低下率が小さくなることも確認されるものであった。

Ｖリブドベルトを示す一部破断した斜視図である。

符号の説明

１ Ｖリブドベルト
２ 心線
３ 接着層
４ 圧縮層
５ リブ部
６ 伸張層

Claims (5)

1. 圧縮層を備える摩擦伝動ベルトにおいて、エチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して、多孔質無機充填剤１〜７０質量部及びポリオレフィン粉体２〜３０質量部を配合したゴム組成物で、圧縮層を形成して成ることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
2. 上記ポリオレフィン粉体は、分子量３００万〜８００万ｇ／ｍｏｌの超高分子量ポリエチレン粉体であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦伝動ベルト。
3. 上記多孔質無機充填剤は、活性炭、ゼオライト、珪藻土から選ばれた少なくとも一種であることを特徴とする請求項１又は２に記載の摩擦伝動ベルト。
4. 上記ゴム組成物は、ポリオレフィン粉体の融点未満の温度で混練されたもの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摩擦伝動ベルト。
5. 圧縮層にベルト長手方向に沿った複数のリブ部を設けたＶリブドベルトであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
   

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