JP2008266354A - ゴム組成物及びそれを用いたｖリブドベルト - Google Patents

Abstract

【課題】注水時の動力伝達性及び静音性に優れ、かつ、屈曲疲労性、耐熱性、耐摩耗性に優れた高耐久性の動力伝動用ベルト及びそれに使用するゴム組成物を提供する。
【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、粉状のポリウレタンが５〜３０質量部配合されているゴム組成物及びそれからなるＶリブドベルト１である。
【選択図】図１

Description

本発明は駆動装置などの動力伝動に用いられる動力伝動ベルトに関する。

自動車用エンジン等に使用される動力伝動ベルトとしては、最近ではエチレン・プロピレン系ゴム（ＥＰＭ）或いはエチレン・プロピレン・ジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）等のエチレン・α‐オレフィンゴムが、優れた耐久性を有しているとともに、比較的に安価なポリマーであり、脱ハロゲンという要求を満たしていることからも有望視されている。具体的には、α‐β‐不飽和有機酸の金属塩で補強されたエチレン・α‐オレフィンエラストマーを使用した動力伝動用ベルトが提案されている。（例えば、特許文献１参照）。
特表平９−５００９３０号公報

しかしながら、エチレン・α−オレフィンエラストマーは、クロロプレンゴムやアクリロニトリルゴムなどの極性ゴムに比べて水との濡れ性が悪く水をはじきやすい為、被水時にベルトとプーリの間の水の浸入状態が均一でない。そして、水が浸入していない箇所においては、摩擦係数が低下せずベルトがプーリに密着した状態であるが、水が浸入した箇所においては、部分的に摩擦係数が低下してベルトとプーリとの間でスリップが生じる為、スティックスリップ音が生じやすいという問題があった。

本発明の目的は、注水時の動力伝達性及び静音性に優れ、かつ、屈曲疲労性、耐熱性、耐摩耗性に優れた高耐久性の動力伝動用ベルトを提供することである。

本発明は、エチレン・α‐オレフィンエラストマー１００質量部に対して、粉状のポリウレタンが５〜３０質量部配合されていることを特徴とするゴム組成物にある。

請求項２に記載の発明は、前記ポリウレタンを密閉式混練機でエチレン・α−オレフィンエラストマー中に微分散させた請求項１に記載のゴム組成物にある。

請求項３に記載の発明は、前記ポリウレタンがパラフェニレンジイソシアネートと、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールの１種又は２種以上からなるプレポリマーに硬化剤を配合してなるポリウレタンエラストマーが用いられる請求項１又は２に記載のゴム組成物にある。

更に本発明は、ベルト長手方向に沿って心線を接着ゴム層に埋設し、該接着ゴム層に隣接して伝動面側には圧縮ゴム層を配置し、背面側には伸張ゴム層を配置したＶリブドベルトにおいて、少なくとも前記圧縮ゴム層が請求項１から３のいずれかに記載のゴム組成物からなるＶリブドベルトである。

請求項５に記載の発明は、前記Ｖリブドベルトの動力伝達面にポリウレタン組成物が表出している請求項４に記載のＶリブドベルトにある。

本発明は、エチレン・α‐オレフィンエラストマー１００質量部に対して、粉状のポリウレタンが５〜３０質量部配合されたゴム組成物であることから、水との接触角が小さくなり、親水性を高めることができる。

請求項２に記載の発明は、前記ポリウレタンを密閉式混練機でエチレン・α−オレフィンエラストマー中に微分散させた請求項１に記載のゴム組成物であることから、機械的強度の低下及び物性のばらつきを抑制できるという効果がある。

請求項３に記載の発明は、前記ポリウレタンがパラフェニレンジイソシアネートと、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールの１種又は２種以上からなるプレポリマーに硬化剤を配合してなるポリウレタンエラストマーが用いられる請求項１又は２に記載のゴム組成物であることから、耐熱性が向上し、自動車のエンジン周りに用いることが好適となる。

請求項４に記載の発明は、ベルト長手方向に沿って心線を接着ゴム層に埋設し、該接着ゴム層に隣接して伝動面側には圧縮ゴム層を配置し、背面側には伸張ゴム層を配置したＶリブドベルトにおいて、少なくとも前記圧縮ゴム層が請求項１から３のいずれかに記載のゴム組成物からなるＶリブドベルトであることから、エチレン・α‐オレフィンエラストマーからなる摩擦伝動ベルトにおいて、水との親和性が高まり、スティック‐スリップによる異音の発生を抑制する効果がある。

請求項５に記載の発明は、前記Ｖリブドベルトの動力伝達面にポリウレタン組成物が表出している請求項４に記載のＶリブドベルトであるから、Ｖリブドベルトの動力伝達面の親水性が高まり、水をはじくことがなく、スティックスリップを防止することができる。

本発明の実施の形態について説明する。本実施形態は、エチレン・α‐オレフィンエラストマーにポリウレタンを配合したゴム組成物と、そのゴム組成物からなるＶリブドベルトである。具体的にはＶリブドベルト１の断面斜視図を図１に示す。

図１に示すように、Ｖリブドベルト１は、心線２をベルト長手方向に沿って埋設した接着層３と、この接着層３の一方の面に設けられた圧縮層４と、接着層３の他方の面を被覆するカバー帆布からなる伸張層５とを有する。そして圧縮層４には、ベルト長手方向に延びる断面略三角形状の複数のリブ部６が設けられている。ここで摩擦伝動面は圧縮層４の表層を言う。

ここで圧縮層４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、粉状のポリウレタンが５〜３０質量部配合されたゴム組成物としている。ここで、粉状のポリウレタンが５質量部より少ないと、組成物の親和性が十分に付与できず、一方粉状のポリウレタンが３０質量部を越えると、組成物の機械的強度が低下する。又、粉状のポリウレタンの分散性が悪くなり、ベルトの動力伝達面にポリウレタンが表出しない箇所も出てくるため、濡れ性が悪くなり、スティック‐スリップによる異音の発生を抑制する効果がなくなる。

エチレン・α‐オレフィンエラストマーとしては、エチレンとα‐オレフィン（プロピレン、ブテン、ヘキセン、或いはオクテン）の共重合体、或いは、エチレンと上記α‐オレフィンと非共役ジエンの共重合体などであり、具体的にはＥＰＭやＥＰＤＭなどのゴムを言う。上記ジエン成分としては、エチリデンノルボルネン、ジシクロぺンタジエン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエン、メチレンノルボルネンなどの炭素原子数５〜１５の非共役ジエンが挙げられる。

ポリウレタンとしては、熱硬化性ポリウレタン、熱可塑性ポリウレタンのどちらでも良く、例えば、熱硬化性ポリウレタンの場合は、トリレンジイソシアネートとポリテトラメチレンエーテルグリコールとを反応させて得られるプレポリマーを硬化剤で所定時間所定温度で硬化させて得られるものを使用する。

プレポリマーとしては、従来から提供されているものを特に制限されることなく使用することができるものであるが、イソシアネートとしてはトリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）若しくはジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）などを好適に用いることができ、ポリオールとしては耐湿性や耐水性に優れるとともに、強靭な物性とヒステリシスロスの小さい特性を有する成形品が得られるポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）を好適に用いることができる。

また本発明において硬化剤としては、特に限定されるものではないが、１，４‐フェニレンジアミン、２，６−ジアミノトルエン、１，５−ナフタレンジアミン、４，４´−ジアミノジフェニルメタン、３，３´−ジクロロ‐４，４´−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）、３，３´−ジメチル−４，４´−ジアミノジフェニルメタン、１−メチル−３，５‐ビス（メチルチオ）‐２，６‐ジアミノベンゼン、１‐メチル‐３，５´−ジエチル−２，６−ジアミノベンゼン、４，４´−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（オルト−クロロアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（２，３−ジクロロアニリン）、トリメチレングリコール−ジ−パラ−アミノベンゾエート、４，４´−メチレン‐ビス‐（２，６−ジイソプロピルアニリン）、４，４´−ジアミノジフェニルスルホンなど、１級アミン、２級アミン、３級アミンのアミン化合物を例示することができる。アミン系硬化剤の配合量は、アミン系硬化剤中のＮＨ_２のモル数とイソシアネート中のＮＣＯのモル数の比であるα値（ＮＨ_２／ＮＣＯ）が１付近になるように、好ましくは０．９０〜１．１０の範囲になるように設定するのが良い。一般にα値は０．９５付近が硬化物の物性が最も良好であり、α値が上記の範囲から外れると、硬化物の物性が低下する傾向が見られる。

又、本発明において、より好ましくは耐熱性ポリウレタンを使用する。耐熱性ポリウレタンとしては、パラフェニレンジイソシアネートと、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールの１種又は２種以上からなるプレポリマーに硬化剤を配合してなるポリウレタンエラストマーを用いることができ、具体的にはポリテトラメチレングリコール（ＰＴＭＧ）を好適に用いることができる。硬化剤としては、前記一般的にウレタンに使用されるものが使用できる。

そして、上記プレポリマーと硬化剤とを混合攪拌し、所定時間所定温度条件下で硬化させ、ポリウレタン組成物を得る。そして、前記ポリウレタン組成物を研磨機等で研磨する、或いは冷凍粉砕などにより粉末化して用いる。この場合、通常平均粒径は１００μｍ〜５００μｍとなる。の微細化した粉状のポリウレタンを得る。平均粒径が５００μｍより大きくなると、機械的強度が得られず、ゴム組成物の強度、耐摩耗性を低下させるだけではなく、粉末状ポリウレタンとＥＰＤＭの界面から亀裂が生じやすい為、ベルト寿命が低下して十分な機能が得られないためである。

前記ポリウレタン粉末は、新たにポリウレタン組成物を作製するだけではなく、スクラップを利用することもできる。ポリウレタン製ベルトをベルト製造工程で発生するベルト屑を粉砕したもの、或いは、成形スリーブを回転させつつ研磨ホイールによりＶ溝に削ったときに発生する粉末状の研削屑であり、平均一次粒径が５００μｍ以下のもの、好ましくは１０〜１００μｍである。平均粒径が１０μｍより小さくなると、エラストマー中に微分散させるのが困難になるという問題がある。

スクラップのポリウレタンをリサイクルする方法としては、ウレタン製歯付ベルトの製造工程等で発生するベルト屑を冷凍粉砕などにより粉末化して用いる場合があり、この場合通常１００〜５００μｍの範囲に入る。一方、ポリＶベルトの製造工程で発生する研磨粉を用いる場合があるが、この場合、発生したウレタン粉をそのまま、或いは篩いにかけて使用し、通常バフ粉の平均一次粒径は３０〜１００μｍである。

ここで、用いるポリウレタンは、熱硬化性ポリウレタンのみならず、熱可塑性ポリウレタンも使用可能である。

この熱可塑性ポリウレタンエラストマーを生成する為のイソシアネート化合物としては、トルエンジイソシアネートやメチレンジイソシアネート等が使用される。又、ポリオールとしてはポリテトラメチレングリコール、アジペート系ポリオール、ポリカプロラクトン系ポリオール等が使用される。

上記粉末状ポリウレタンは、エチレン・α‐オレフィンエラストマー１００質量部に対して５〜３０質量部の割合で配合される。配合量が５質量部未満の添加ではリサイクル材としての使用量が少なくなるばかりか、エラストマーに親水性を付与できないという問題があり、３０質量部を越えて添加すると未加硫ゴムのスコーチタイムの減少、粘度の上昇やゴムシートの粘着性の低下などにより加工性に問題が生じる。
エチレン・α‐オレフィンエラストマーのみからなるゴム組成物は、親水性が低いため、被水時にベルトとプーリの間の水の浸水状態が均一でなくなるが、粉末状ポリウレタンを配合し、ベルト表面に親水性のポリウレタンが表出することより、浸水時にベルトの濡れ性が均一となり、ベルトとプーリ間のスティックスリップを防ぐことができる。このとき、粉末状ポリウレタンを３０質量部を越えて配合した場合は、分散性が悪くなり、ポリウレタンが表出しない箇所も出てくることから、浸水時のベルトの濡れ性が均一とならず、ベルトとプーリ間のスティックスリップを防ぐことができない。

前記圧縮ゴムを形成するゴム配合物は、前記エチレン・α‐オレフィンエラストマー、粉末状ポリウレタンの他に通常のゴム配合物に配合される配合剤、即ち加硫剤、加硫促進剤、カーボンブラック、老化防止剤、補強用短繊維等が適宜配合される。

前記加硫促進剤は、新ゴムの加硫度を増大させ、再生ゴムによる物性低下を防止する目的で有効に利用される。加硫促進剤の配合量は特に限定されないが、新ゴム１００重量部に対して０．５〜３重量部が好ましい。加硫促進剤としては、Ｎ,Ｎ'-ｍ-フェニレンジマレイミド、エチレンチオウレア、ジエチルチオウレア、トリメチルチオウレア、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、ジベンゾチアジルジスルフィド等があり、中でもＮ,Ｎ'-ｍ-フェニレンジマレイミドが最も好ましい。

前記カーボンブラックは、ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ、ＳＲＦ等の品種の中で、ローエッジＶベルト等の動力伝動用ベルトの使用環境を考慮すると、耐磨耗性に優れたＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ等を採用することが好ましい。しかし、耐磨耗性に優れたカーボンブラックは平均一次粒径が小さいため、ゴム内部での発熱が大きくなり、ゴムの早期劣化につながる問題がある。そのため、適度に大きな平均一次粒径を有するＦＥＦ、ＧＰＦ等を用いることが好ましい。カーボンブラックの添加量は、新ゴム１００重量部に対して４０重量部以下が好ましい。添加量が４０重量部を超えると、ゴムの諸物性のバランスがくずれ、特に引裂強さが悪化する。

前記各種配合剤を混練する方法は、バンバリーミキサー、ロール、ニーダーを用いて行われ、再生ゴムも他の配合剤と同様に投入され、混練される。とりわけ、バンバリーミキサーで混練すると、良分散となり、好ましい。

又、本発明では、動力伝動用ベルトとしてＶリブドベルトが好適に使用される。このＶリブドベルト１は、上記でも記載したように通常のものであり、カバー帆布からなる伸張ゴム層５と、コードよりなる心線２を埋設した接着層３、その下側に弾性体層である圧縮ゴム層４からなっている。この圧縮ゴム層４は、ベルト長手方向に延びる断面略三角形である台形の複数のリブ部６を有している。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例１〜３、比較例１，２
まず、熱硬化性ポリウレタンとして、トリレンジイソシアネートとポリテトラメチレンエーテルグリコールとを反応させて得られるプレポリマーであるコロネート４０９５（日本ポリウレタン社製、イソシアネート含有率：６．３％）１００質量部と３，３´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ、イハラケミカル社製）１８質量部を１２０°Ｃの条件下で３時間硬化し、得られた熱硬化物を研磨機（砥材：ＧＣ、粒度：００６０）で研磨し、平均粒径１００μｍ以下の微細化した熱硬化ポリウレタンを得た。

合成ゴムには表１に示す配合としたエチレン・α‐オレフィンエラストマー（ＩＰ３６４０：デュポン・ダウエラストマージャパン製）を用い、微細化された熱硬化ポリウレタンをエチレン・α‐オレフィンエラストマー１００質量部に対して３０質量部加え、カーボンブラック、パラフィンオイル、有機過酸化物、その他薬品をバンバリーミキサーにて混練りし、この組成物を電気プレス機で１７０°Ｃの温度で２０分間加硫を行うことによりゴム組成物を得た。
得られたゴム組成物の硬度はＪＩＳ−Ｋ６２５３、破断強度はＪＩＳ‐Ｋ６２５１、摩耗試験はＪＩＳ‐Ｋ６２６４により測定した。水との接触角は協和界面科学株式会社製の全自動接触角計（ＣＡ‐Ｗ型）で、液滴法を用い滴下した水滴の投影写真からΦ／２法により図２のように接触角を算出した。測定は滴下６０秒後の接触角を算出した。これらの結果は表１に示す。

実施例４〜６
次に、耐熱性ウレタンとして、ポリオール成分が平均分子量が２，０４４のポリカーボネートとカプロラクトンとの共重合体ポリオール（日本ポリウレタン工業株式会社製、商品名ニッポラン９８２Ｒ）を１００質量部用いた。

ポリイソシアネート成分として、パラフェニレンジイソシアネート（＝ＰＰＤＩ、デュポン社製）を１５．６質量部用いた。

硬化剤として、２，２´，３，３´−テトラクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（＝ＴＣＤＡＭ、イハラケミカル工業株式会社製）を１２．９質量部用いた。

そして、上記と同様にエチレン・α‐オレフィンエラストマー（ＩＰ３６４０：デュポン・ダウエラストマージャパン製）を用い、微細化された耐熱性ポリウレタンをエチレン・α‐オレフィンエラストマー１００質量部に対して３０質量部加え、カーボンブラック、パラフィンオイル、有機過酸化物、その他薬品をバンバリーミキサーにて混練りし、その組成物を電気プレス機で１７０°Ｃの温度で２０分間加硫を行うことによりゴム組成物を得た。
得られたゴム組成物の硬度はＪＩＳ‐Ｋ６２５３、破断強度はＪＩＳ‐Ｋ６２５１、摩耗試験はＪＩＳ‐Ｋ６２６４により測定した。水との接触角は協和界面科学株式会社製の全自動接触角計（ＣＡ‐Ｗ型）で、液滴法を用い滴下した水滴の投影写真からΦ／２法により図２のように接触角を算出した。測定は滴下６０秒後の接触角を算出した。これらの結果は表１に示す。

表１の結果から、実施例は、ウレタン研削屑が入っていない比較例１に比べて水との接触角が小さくなっていることがわかる。又、ウレタン研削屑が６０質量部入った比較例２は、ウレタン研削屑を６０質量部混ぜると分散性が悪くなり、かえってウレタンが表面に出ない箇所も出てくるため、水との接触角が大きくなったと考えられる。

又、該ゴム組成物を用いてカットエッジタイプのコグドＶベルトを作製した。本実施例で作製したコグドＶベルトは、表面に１プライの帆布を積層した圧縮ゴム層と、表面に１プライの帆布を積層した伸張ゴム層と、両ゴム層間にポリエステル繊維ロープからなる心線を埋設した接着ゴム層を配置した構成からなる。又、圧縮ゴム層、伸張ゴム層には短繊維が含有されてなり、ベルト幅方向に配向している。

ベルトの製造方法は公知の方法であり、先ず、所定の間隔で溝部を設けた円筒状ドラムの周囲に１プライの補強布、未加硫圧縮ゴムシート、未加硫接着ゴムシートを巻き付けた後、この上に心線となるロープを螺旋状にスピニングし、さらに未加硫伸張ゴムシート、１プライの補強布を巻き付けて積層体（未加硫ベルトスリーブ）を得た後、これ加硫して加硫ベルトスリーブを得る。このようにして得られた加硫ベルとスリーブをカッターにより所定の幅に切断し、個々のＶリブドベルトに仕上げた。

このようにして得られた実施例４〜６のベルトの耐熱耐久試験を実施した。耐熱耐久試験の評価に用いた走行試験機は、駆動プーリ（直径１２０ｍｍ）、アイドラープーリ（直径８５ｍｍ）、テンションプーリ（直径４５ｍｍ）を順に配置して構成したものである。そして、試験機の各プーリにＶリブドベルトを懸架し、アイドラープーリへの巻き掛け角度を９０°にして、雰囲気温度１２０°Ｃ、駆動プーリの回転数４９００ｒｐｍ、ベルト張力５５９Ｎ／３リブの試験条件で、駆動プーリに荷重を付与してＶリブドベルトを５００時間走行させ、圧縮層に発生したクラック数を調べた。実施例４〜６は全て５００時間走行し、クラック等の問題もなく打ち切った。

本発明は、ベルトの製造工程で発生する屑をリサイクルしたゴム組成物を用いて耐摩耗性、耐屈曲性、水との濡れ性を備えた低コストの動力伝動用ベルトに適用することができる。

本発明に係る動力伝動ベルトであるＶリブドベルトの断面斜視図である。 水との接触角を測定するために用いた方法を図式化したものである。

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 伸張層
６ リブ部
７ 心線

Claims (5)

1. エチレン・α‐オレフィンエラストマー１００質量部に対して、粉状のポリウレタンが５〜３０質量部配合されていることを特徴とするゴム組成物。
2. 前記ポリウレタンを密閉式混練機でエチレン・α−オレフィンエラストマー中に微分散させた請求項１に記載のゴム組成物。
3. 前記ポリウレタンがパラフェニレンジイソシアネートと、ポリエステル系ポリオール、ポリエーテル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールの１種又は２種以上からなるプレポリマーに硬化剤を配合してなるポリウレタンエラストマーが用いられる請求項１又は２に記載のゴム組成物。
4. ベルト長手方向に沿って心線を接着ゴム層に埋設し、該接着ゴム層に隣接して伝動面側には圧縮ゴム層を配置し、背面側には伸張ゴム層を配置したＶリブドベルトにおいて、少なくとも前記圧縮ゴム層が請求項１から３のいずれかに記載のゴム組成物からなることを特徴とするＶリブドベルト。
5. 前記Ｖリブドベルトの動力伝達面にポリウレタン組成物が表出している請求項４に記載のＶリブドベルト。

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