JP2008030350A - 歯付ベルトの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】歯付ベルトやコグドベルト等のゴムからなるベルトを製造する際の成形加硫方法に係わり、詳しくは、プレス盤の全面積を有効に使用することができ、周長の短いベルトの場合であっても確実に成形することができるベルトの成形加硫方法を提供する。
【解決手段】円筒状のベルトスリーブの一部を少なくとも上下プレス盤１００にて挟み込み、加熱加圧することによって成形加硫をおこない、加熱加圧する位置を順次移動させて最終的にベルトスリーブ全周を成形・加硫する工程を含むベルトの加硫方法において、プレス金型への冷却なしで歯付ベルトを成形加硫することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

歯付ベルトやコグドベルト等のゴムからなるベルトを製造する際の製造方法に係わり、詳しくは、プレス金型の全面積を有効に使用することができ、周長の短いベルトの場合であっても確実に歯部の型付けをすることができるベルトの製造方法に関する。

従来、両面歯付ベルトの製造方法として、歯部を形成する溝を有する内モールドに帆布、心線、未加硫ゴムシート、帆布を順次積層し、その外面に円筒状の溝付ゴム製母型を挿入した後、加熱加圧してゴム層を内モールドと母型の溝部へ圧入することによりベルト上下面の歯部を形成する方法や、歯付モールドで成形加硫した片面に歯部を形成し、この歯付ベルトの背面に未加硫ゴムシート、ゴム付帆布を順次積層した積層物を溝付のプレス金型を用いて加熱加圧することで部分的に歯部を形成するとともに加硫を行い、プレスする位置を順送りで変えていき最終的に全周において歯部を形成するとともに加硫した両面歯付ベルトを得るという方法があった。

ところが、片面に歯部を形成した歯付ベルトスリーブの背面に未加硫ゴムシートを積層してベルトスリーブを一部分加硫成形し、これを順次繰り返しつつ全周を加硫する方法では、一度にベルト全周の歯部の成形と加硫を行うことができず、前述のようにプレスする位置を順送りで変えて複数回の工程で全周の成形加硫を完了する方法を採っている。ところが、プレス金型で挟まれている部分のみならずその付近に位置するゴムシートにもプレス金型の熱が伝わってしまう。すると加熱されることでゴムの加硫が進んでいくらか硬化した状態となっており、次にプレス金型で挟み込んで型付けを行おうとしても十分に歯部の形状が出ないといった問題があった。

そこで例えば特許文献１に示されるように、プレス金型の両端部には冷却水を通す貫通孔が設けられて金型の温度が低く調整され、プレス金型の両端部では加硫が行われないようになっている。そうすることによって比較的明確な加硫境をつけることができ、プレス金型の端部付近において熱が入って加硫が進んでしまうのを防止することができ、ベルト全周にわたって良好は歯部形状を出すことができるものである。

特開昭６２−１３５３５３号公報

確かに、プレス金型の両端部を冷却することで加硫境を明確にしてプレスされていない部分への熱の伝達を少なくすることができるので、ゴムが加硫・硬化して型付をうまくすることができず歯部の形状が出ないという問題を防止することはできるが、プレス金型の冷却している部分ではベルトの加熱を行うことができないので、逆にプレス金型の全面を使って加熱を行っている効率のよい状態ということはできない。

また、プレス金型が冷却している部分のみならず、その周辺においてどうしても金型の温度が低下して金型中央付近との間に温度の差を生じるので、ベルトの全周で加硫度や物性にばらつきを生じたり、温度の低い部分で歯形等の成形が十分に行えず形状の悪いベルトとなる問題にもつながる。

そこで本発明は、金型の全面を効率よく使用して歯部の型付けをすることができ、金型の中央と端部とで温度差が少なく加硫のばらつきが生じることもなく、ベルトの成形も良好に行うことができるベルトの製造方法の提供を目的とする。

上記のような目的を達成するために本発明の請求項１では、円筒状のベルトスリーブの一部を少なくとも上下プレス金型にて挟み込み、加熱加圧することによって成形加硫をおこない、加熱加圧する位置を順次移動させて最終的にベルトスリーブ全周を成形・加硫する工程を含む歯付ベルトの製造方法において、プレス金型端部を冷却することなくベルトスリーブに歯部の形状を型付けする工程を有することを特徴とする。

請求項２では、加熱加圧による型付け回数が１歯につき２回以上である請求項１記載の歯付ベルトの製造方法としている。
請求項３では、加熱加圧による型付け時間が１歯につき０．５〜３分間である請求項１〜２記載の歯付ベルトの製造方法とする。
請求項４では、加硫するベルトスリーブの周長が４００〜１０００ｍｍの範囲である請求項１〜３記載の歯付ベルトの製造方法とする。

請求項１では、ベルトスリーブのプレス金型による加硫を行う際に用いるプレス金型を冷却することなくベルトスリーブの歯部の型付けを行っているので、プレス金型全面で効率よくスリーブの加熱を行うことができ、短時間で型付け・加硫を完了することができる。

請求項２では、加熱加圧により型付けする回数が１歯につき２回以上としており、１回の加熱時間を短いものにしても歯部等の型付が行えるとともに十分な加硫をすることができる。

請求項３では、加熱加圧により型付けする時間を１歯につき０．５〜３分間としており、加熱時間を極短いものとしているので、プレス金型端部の冷却を行わなくても金型周囲が加熱されて加硫が進行することがない。

請求項４では、ベルトスリーブの周長を４００〜５５００ｍｍの範囲としており、このような短い周長のベルトでは金型のサイズも小さなものとなるので端部を冷却する構造にすると金型の温度を十分に上げることが難しくなるが、本発明方法であれば加熱時間を短くして金型周辺にまで熱が入るのを極力少なくしているので、金型の冷却の必要がなく金型の温度も十分に高くすることができる。

本発明の加硫方法を適用するベルトの例としては、例えば図５にしめすような長手方向に沿って複数のブロック２を装着した高負荷伝動ベルト１に用いられるセンターベルト３を挙げることができる。

図５に示すのは本発明の製造方法にて製造される両面に歯部を有するセンターベルトを用いる高負荷伝動ベルト１であり、ゴム４内にロープ状の心線５をスパイラル状に埋設してなる同じ幅の二本のセンターベルト３ａ、３ｂと、側面２ａ、２ｂにセンターベルトを３ａ、３ｂを嵌めこむ溝６、７を有したブロック２からなっている。

センターベルト３ａ、３ｂに使用される原料ゴムは、水素化ニトリルゴムをはじめとして、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレン等の耐熱老化性の改善されたゴムや、天然ゴム、スチレンブタジエンゴム、にトリルゴム等が使用される。上記ゴムの中には配合剤として、カーボンブラック、亜鉛華、ステアリン酸、可塑剤、老化防止剤等が添加され、また加硫剤として硫黄、有機過酸化物があるが、これらの配合剤や加硫剤は、特に制限されない。

心線１５としては、ガラスロープをＲＦＬ液やゴム糊等で処理したものや、アラミド繊維ロープ等の有機繊維をＲＦＬ液、エポキシ溶液、イソシアネート溶液とゴム糊等の接着剤で処理されたものが用いられる。

このセンターベルト３ａ、３ｂの上下面８、９に所定ピッチで歯部１０、１１が形成されており、その歯部１０、１１間の凹条部１２、１３がブロック２の溝６、７内において後で説明するように係止固定されているものである。このブロック２の両ブロック側面２ａ、２ｂは、プーリのＶ溝と係合する傾斜を有する面となっており、駆動されたプーリから動力を受け取って、係止固定されているセンターベルト３ａ、３ｂを引張り、駆動側プーリの動力を従動側プーリに伝動している。また、センターベルト３ａ、３ｂの上下の表面にはカバー帆布１２、１３が積層されている。

ブロック２は、図４に示すように、上ビーム部１４および下ビーム部１５と、上下ビーム部１４、１５の中央部同士を連結したセンターピラー１６からなっており、ブロック１２の両側面にはセンターベルト３ａ、３ｂを嵌めこむ溝６、７が形成されている。また、図３に示すように溝６内の溝の上下面にはセンターベルト３の上面８に設けた凹条部１２と下面９に設けた凹条部１３に係合する凸条部１７、１８が設けられており、これによってブロック２とセンターベルト３ａ、３ｂは係止固定されている。

ブロックの樹脂として用いることができるのは、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルスルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂等の合成樹脂が用いられるが、中でも低摩擦係数で耐摩耗性に優れ、剛性があるとともに曲げに対しても弾力性を有しており、簡単に破損してしまうことのない樹脂がよく、ポリアミド樹脂、なかでも４，６−ナイロンが好ましいといえる。

以下、本発明に係わるベルトの加硫方法について添付図面に基づいて説明する。
このようなセンターベルトの製造方法としては、凹凸を有する金型１００にカバー帆布１０１とゴムシート１０２を載置してプレスすることで片面に凹条部１９を含む凹凸を有する内層４ａとなる帆布付の複合シート１０３を作製する（図１）。その複合シート１０３を所定の周長になるようカットして、円筒形の金型１０４に巻きつけて上から心線１０５をスピニングし、接着ゴム層（図示しない）を巻きつけて、更に外側に加硫ゴム製のジャケットをかぶせた状態で（図示しない）加硫缶内にて加熱・加圧して片面に歯部を有するベルトスリーブを作成する。

脱型したスリーブ１０６の凹凸のない側を研摩して所定厚みとし、外層４ｂとなるゴムシート１０７とカバー帆布１０８を積層する（図２）。上記で作製した凹凸と噛み合う凹凸形状を有する下側の金型１００と新たに積層したゴムシート１０７に凹凸を設けるための凹凸形状を有する上側の金型１０９との間でプレスして外層側にも凹条部１８を含む凹凸を形成し歯部を型付けし、次いでゴムを加硫する（図３）。順送りに未加硫部分に歯部の型付けを行い、また、加硫していくことによってベルトスリーブ全周に歯を形成し加硫することができる。次いで所定幅にカットすることによってセンターベルトを製造することができる。

本発明のベルト加硫方法で用いるプレス金型１００は、両端部においても冷却水を通しておらず、全面で未加硫ゴムシート１０７を加熱することができるようになっている。このプレス金型１００による成形加硫は次のようなサイクルで行われる。

図４に示すように、このプレス金型１００ではベルトスリーブの全面を一度に加熱することはできないので、部分的に加熱し、歯付プーリ１１０を回転させてプレス金型１００内にベルトスリーブのまだ加熱していない部分を移動させ、プレス金型１００で加熱加圧する。この作業を繰り返して順次加熱を行いベルトスリーブ全周に歯部となる凹凸を型付け形成し、更に加熱加圧することによって未加硫ゴムの加硫を完了させる。本発明で用いるプレス金型１００には両端部において冷却水を通していないが、一回の加熱時間を１〜５分間の範囲と極短い時間に設定しており、プレス金型１００による加熱加圧は１箇所につき少なくとも２回行うことにしている。プレス金型による挟持をオーバーラップさせずに行っていくとすればベルトスリーブを順送りで加熱加圧していく場合は、ベルトスリーブが少なくとも２回転することになる。

一回の加熱時間を短時間に設定することによって、金型の当接していない部分にはほとんど加熱されることがなく加硫がほとんど進行しないので、金型の端部に冷却水を通す必要もなく金型全面を加熱のために効率よく使用することができる。

加熱温度は１５０〜１８０℃の範囲で設定するものであり、１５０℃未満であると温度不足で十分な加硫度を得るのに多数回の加熱を行わなければならず、歯形の形成も悪くなってしまう。１８０℃を超えると温度が高すぎて短時間の加熱でも金型の当接していないゴムへの加熱量が多くなってしまい、加硫のばらつきにつながることにもなるので好ましくない。

加圧力は０．５〜５ＭＰａ（面圧）の範囲で設定する。面圧が０．５ＭＰａ未満であると加圧が不足し歯部の形状を十分に出すことができず、上限については５ＭＰａ程度加圧していれば型付けには十分であり、それ以上の加圧をすることにあまり意味はない。

また、１回の加圧時間は０．５〜３分間の範囲で行うことが適当である。０．５分未満であるとやはり加圧が不足し歯部の形状を十分に出すことができない。３分間を超えて加熱するとプレス金型で挟持されている範囲を超えてその隣接部位のゴムにも多くの熱が伝わって加硫が進行し、完全に加硫するほど加熱されなかったとしても例えば半加硫状態となることでゴムは幾分硬化するので、次にその箇所をプレスして歯部を型付けしようとしてもきれいな歯形が形成できなくなるので好ましくない。

加熱加圧の回数は、加熱温度にもよっても適切な回数が変わるが最低１歯あたり２回以上であり、通常２〜６回の範囲で繰り返し加熱加圧する。２回未満であると十分な加熱と型付を行うことができず加硫不足で所定の物性が得られないといった問題につながり、６回を越えてもかえって過加硫になってしまうことにもなるので好ましくない。

加硫するベルトスリーブの周長は４００〜１０００ｍｍの範囲のものを適用することが好ましい。このような短い周長のベルトでは金型のサイズも小さなものとなるので端部を冷却する構造にすると金型の温度を十分に上げることが難しくなるが、本発明方法であれば加熱時間を短くして金型周辺にまで熱が入るのを極力少なくしているので、金型の冷却の必要がなく金型の温度も十分に高くすることができる。

本発明のベルト加硫方法で適用されるベルトの種類としては、両面歯付ベルト、ダブルコグベルト等の、プレス金型を用いて部分的な加硫を順送りで行うようなベルトが挙げられる。例えば、図５に示すようなブロックを装着して高負荷を伝動するようなベルトに用いられるセンターベルトの加硫方法としても適用することができ、もちろん、それ以外のベルトでもプレス金型を用いて成形加硫を行うものであれば適用することができる。

（実施例１）
表面に所定間隔で溝を有する円筒形のモールドにベルト長手方向の緯糸が伸縮性を有するナイロン糸でベルト幅方向の経糸にアラミド糸を用いた帆布及びアラミド繊維を撚ったロープからなる心線を巻きつけ、水素化ニトリルゴム組成物からなる０．７ｍｍ厚みの未加硫ゴムを巻きつけて、加硫ゴム製のジャケットを被せて加硫缶内で１７０℃×２０分間加熱することで成形加硫を行い、冷却後にさらに水素化ニトリルゴム組成物からなる未加硫ゴムおよび帆布を巻きつけた。

得られた円筒状の積層体を２軸の歯付プーリ間に掛架し、プーリ間で積層体の一部分をプレス金型で挟み込んで加熱加圧した。プレス金型の両端部における冷却は行っておらず、プレス条件は１回につき温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×２分で、未加硫ゴムに歯部を型付け行い、積層体をプレス金型幅の半分の長さを順送りに回転させていくことで１周させると全周にわたって１箇所につき２回プレスを行ったことになる。歯部となる凹凸の型付けが完了すると、次いで未加硫ゴムを完全に加硫してしまうために、温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×２０分の条件でプレスして最終的に歯部を形成するとともに所定の加硫度に到達した。

得られたベルトの歯底厚みをマイクロメータで測定し、形状測定機にて歯先と歯元のＲおよび歯高さを測定し、また、成形加硫に要する作業時間を測定した。その結果を表１に示す。

（実施例２）
実施例１と同様にしてモールドに帆布、心線、未加硫ゴムシートを巻きつけて成形加硫して片面に歯部を形成し、他面には未加硫ゴムシートを巻きつけた積層体を作成した。得られた円筒状の積層体を２軸の歯付プーリ間に掛架し、プーリ間で積層体の一部分をプレス金型で挟み込んで加熱加圧した。プレス金型の両端部における冷却は行っておらず、プレス条件は１回につき温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×０．５分で、未加硫ゴムに歯部を型付け行い、積層体をプレス金型幅の半分の長さを順送りに回転させていくことで１周させると全周にわたって１箇所につき２回プレスを行ったことになる。歯部となる凹凸の型付けが完了すると、次いで未加硫ゴムを完全に加硫してしまうために、温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×２１分の条件でプレスして最終的に歯部を形成するとともに所定の加硫度に到達した。

（実施例３）
実施例１と同様にしてモールドに帆布、心線、未加硫ゴムシートを巻きつけて成形加硫して片面に歯部を形成し、他面には未加硫ゴムシートを巻きつけた積層体を作成した。得られた円筒状の積層体を２軸の歯付プーリ間に掛架し、プーリ間で積層体の一部分をプレス金型で挟み込んで加熱加圧した。プレス金型の両端部における冷却は行っておらず、プレス条件は１回につき温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×０．５分で、未加硫ゴムに歯部を型付け行い、積層体をプレス金型幅の半分の長さを順送りに回転させていくことで２周させると全周にわたって１箇所につき４回プレスを行ったことになる。歯部となる凹凸の型付けが完了すると、次いで未加硫ゴムを完全に加硫してしまうために、温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×２２分の条件でプレスして最終的に歯部を形成するとともに所定の加硫度に到達した。

（比較例１）
実施例と同様にしてモールドに帆布、心線、未加硫ゴムシートを巻きつけて成形加硫して片面に歯部を形成し、他面には未加硫ゴムシートを巻きつけた積層体を作成した。該積層体を２軸の歯付プーリ間に掛架し、プーリ間で積層体の一部分をプレス金型で挟み込んで加熱加圧した。プレス金型の両端部において冷却水を通しており、プレス条件は温度１３０℃、面圧力２ＭＰａ×１５分間で１箇所につき１回のプレスを行い、積層体を順送りに回転させて１周させることで全周の型付けを行った。歯部となる凹凸の型付けが完了すると、次いで未加硫ゴムを完全に加硫してしまうために、温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×２０分の条件でプレスして最終的に歯部を形成するとともに所定の加硫度に到達した。

得られたベルトの歯底厚みをマイクロメータで測定し、形状測定機にて歯先と歯元のＲおよび歯高さを測定し、また、成形加硫に要する作業時間を測定した。その結果を表１に示す。

（比較例２）
実施例と同様にしてモールドに帆布、心線、未加硫ゴムシートを巻きつけて成形加硫して片面に歯部を形成し、他面には未加硫ゴムシートを巻きつけた積層体を作成した。該積層体を２軸の歯付プーリ間に掛架し、プーリ間で積層体の一部分をプレス金型で挟み込んで加熱加圧した。プレス金型の両端部における冷却は行っておらず、プレス条件は温度１３０℃、面圧力２ＭＰａ×１５分間で１箇所につき１回のプレスを行い、積層体を順送りに回転させて１周させることで全周の型付けを行った。歯部となる凹凸の型付けが完了すると、次いで未加硫ゴムを完全に加硫してしまうために、温度１６５℃、面圧力２ＭＰａ×２０分の条件でプレスして最終的に歯部を形成するとともに所定の加硫度に到達した。

得られたベルトの歯底厚みをマイクロメータで測定し、形状測定機にて歯先と歯元のＲおよび歯高さを測定し、また、成形加硫に要する作業時間を測定した。その結果を表１に示す。

表１の結果からわかるように、本発明の加硫方法にて加硫したベルトと比較例１とを比べるとベルトの厚みや歯の形状についてはほとんど同等のものが得られていることがわかり、作業時間は約６０分の短縮になっており、これは金型の端部における冷却を行わず、全面にて効率よく加熱を行うことができたことに起因していると考えられる。

また、比較例２では金型の端部において冷却水を通していない金型を用いており、加硫の作業に要する時間は実施例とあまり変わらないが、ベルトの形状については実施例との差が大きく、プレス金型を外れた箇所にも熱が伝わり加硫が進むことで型付けによる歯部の形成がうまくいっていないと考えられる。

また、比較例２では加熱加圧時間０．５分で２周しかプレスしないと加圧時間が短すぎるためベルト厚さのばらつきが大きくなっているのに対して、比較例３では同じ加熱加圧時間０．５分でも４周プレスすることでベルト厚さのばらつきを抑えることができている。したがって、時間が短くても型付け時のプレス回数を増やすことで補えるが０．５分よりさらに時間が短すぎてもプレス周回が増えて作業時間の短縮には効果が期待できない。

主に両面歯付ベルトやダブルコグベルト等の歯部やコグの形付けを行いながら加硫を行う際などに用いることができる加硫方法である。

金型にて内層側の凹凸を成形したところの断面図である。 外層側のゴムシートとカバー帆布を積層したところの断面図である。 金型にて外層側の凹凸を成形しているところの断面図である。 プレス金型で加熱加圧しているところの概要図である。 本発明に係る高負荷伝動ベルトの一例を示す斜視概略図である。 高負荷伝動ベルトの側断面図である。

符号の説明

１ 高負荷伝動ベルト
２ ブロック
３ａ センターベルト
３ｂ センターベルト
４ ゴム
４ａ 内層
４ｂ 外層
５ 心体
１１ 上ビーム部
１２ 下ビーム部
１３ センターピラー
１４ 溝
１５ 溝
１６ 溝上面
１７ 溝下面
１８ 凹条部
１９ 凹条部
２０ 凸条部
２１ 凸条部
１００ 金型
１０１ カバー帆布
１０２ ゴムシート
１０３ 複合シート
１０４ 金型
１０５ 心線
１０６ スリーブ
１０７ ゴムシート
１０８ カバー帆布
１０９ 金型
１１０ 歯付プーリ

Claims (4)

1. 円筒状のベルトスリーブの一部を少なくとも上下プレス金型にて挟み込み、加熱加圧することによって成形加硫をおこない、加熱加圧する位置を順次移動させて最終的にベルトスリーブ全周を成形・加硫する工程を含む歯付ベルトの製造方法において、プレス金型端部を冷却することなくベルトスリーブに歯部の形状を型付けする工程を有することを特徴とする歯付ベルトの製造方法。
2. 加熱加圧による型付け回数が１歯につき２回以上である請求項１記載の歯付ベルトの製造方法。
3. 加熱加圧による型付け時間が１歯につき０．５〜３分間である請求項１〜２記載の歯付ベルトの製造方法。
4. 加硫するベルトスリーブの周長が４００〜１０００ｍｍの範囲である請求項１〜３記載の歯付ベルトの製造方法。
   

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