JP2009036302A - 伝動ベルト及びその製造方法 - Google Patents
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【解決手段】 本発明は、プーリーに巻き掛けられた際にプーリーと接触するプーリー接触表面部を有し、該プーリー接触表面部がゴム組成物で形成されてなる伝動ベルトであって、前記ゴム組成物として短繊維を含まないゴム組成物が用いられ、且つ、前記プーリー接触表面部には、部分的に露出するように低摩擦化用の微粒子が埋設されていることを特徴とする伝動ベルトを提供するものである。
【選択図】 図1
Description
このような伝動ベルトは、被水や結露などによって水が付着した場合に、スティック−スリップなどと呼ばれる現象を引き起こし、プーリーとの間にスリップを生じてスリップ音を発生させることが知られている。
このような伝動ベルトのスリップ音は、装置の騒音の原因となり、特に自動車に用いられる場合には、運転時における室内の騒音となることから、従来、種々の対策が検討されている。
その対策の一つとして、摩擦の低減を図るべく、ベルトを構成するゴム組成物、具体的にはプーリーと接触することとなるプーリー接触表面部を形成するゴム組成物(例えば、Vリブドベルトに於いてはリブを形成するゴム組成物)内に、短繊維を混入するといったことがなされている。
しかしながら、そのような対策では、短繊維の量を多くすると、クラック寿命が低下することから、短繊維の量を少なくせざるえず、その結果、表面に露出する短繊維が少なく、スリップ音、特に初期のスリップ音を十分に低減できないという問題が生じている。
この問題に対して、スリップ音、特に初期のスリップ音を十分に低減するために、ゴム組成物内に短繊維を混入することに加えて、ゴム組成物の表面に、滑剤としての微粒子を部分的に表面に露出するように埋設させることも提案されている(下記特許文献1)。
即ち、上記課題を解決すべく、本発明は、プーリーに巻き掛けられた際にプーリーと接触するプーリー接触表面部を有し、該プーリー接触表面部がゴム組成物で形成されてなる伝動ベルトであって、
前記ゴム組成物として短繊維を含まないゴム組成物が用いられ、且つ、前記プーリー接触表面部には、部分的に露出するように低摩擦化用の微粒子が埋設されていることを特徴とする伝動ベルトを提供するものである。
斯かる伝動ベルトに於いては、その作用は明確でないが、微粒子のゴム組成物内への進入やゴム組成物との密着が短繊維の存在によって邪魔される虞が低減する。従って、使用後に直ちに微粒子が脱落するといったことが抑制され、スリップ音、特に、初期のスリップ音が小さいものとなる。
また、短繊維を含まないことから、プーリー接触表面部のクラック寿命が比較的長くなり、更に、微粒子の脱落が低減されることから、脱落痕が起点となるクラックの発生も抑制されものとなる。
従って、本発明の伝動ベルトは、クラック寿命が比較的長く、スリップ音も小さいものとなる。
尚、本発明に於いて、低摩擦化用の微粒子とは、プーリー(一般的に材質はねずみ鋳鉄等)に対する摩擦係数が母材成分(ゴム成分)よりも低い原料からなる微粒子を意味する。
斯かる範囲のポリエチレンは、所謂超高分子量ポリエチレンと称されているものであるが、斯かる範囲のポリエチレンによれば、ベルト使用時の摩擦熱によって高温雰囲気となった場合に於いても、十分にスリップ音が小さいものとなる。尚、その理由は明確ではないが、ベルト使用時に発生する摩擦熱による熱変形が殆どなく、低融点のポリエチレンを用いた場合の如く、熱変形によって、プーリと当接する部分が増大して摩擦が増大するということが抑制されることによるものと考えられる。
また、例えば、融点110℃のポリエチレンの微粒子を用いた場合の如く、混練時にゴム中に溶解してしまい、リブ表面に粒子として存在せず、微粒子としてプーリーと接触できなくなるようなことも防止されることとなる。
尚、本発明に於いて、ポリエチレンの融点は、DSC法によって測定されるものである。ここで、測定に際しては、加熱速度を10℃/分として融解ピーク温度(Tpm)を読みとり、それ以外はJIS K 7121に準拠するものである。
前記接触表面部となるゴム組成物として、短繊維を含まないゴム組成物を用い、未加硫の状態で該ゴム組成物に、一部が露出するように微粒子を埋設し、次いで、加硫することにより前記接触表面部を形成することを特徴とする伝動ベルトの製造方法を提供するものである。
斯かる製造方法によれば、本発明に係る伝動ベルトを製造することができる。
本発明の伝動ベルトとしては、例えばエンジンの回転を伝達するなどに用いられるVリブドベルトやVベルト等を挙げることができる。
尚、図1に於いては、一実施形態の伝動ベルトとして、Vリブドベルトの好ましい態様が示されている。
本実施形態の伝動ベルトは、無端状に形成されており、ベルト断面は、図1に示すように内周側ほど狭幅となる台形に形成されたリブ6がベルトの幅方向に複数個(具体的には3個)内周側に連設された形態を成している。
このVリブドベルトの内周側、すなわち、プーリーに巻き掛けられた際に内側となる側には、短繊維を含まないゴム組成物で形成された内側のゴム層たる圧縮層5が形成され、該圧縮層5の表面がプーリー接触表面部7となっている。また、前記圧縮層5の外周側には接着層3が形成され、該接着層3の外周側にはVリブドベルトの最外層となるカバー層2が形成されている。
前記プーリー接触表面部7は、母材成分たるゴム組成物で形成され、該プーリー接触表面部7には、低摩擦化用の微粒子8が部分的に表面に露出するように埋設されている。
尚、本実施形態に於いては、プーリー接触表面部7がゴム組成物で形成されていることから、製造に於いては、例えば、圧縮層5の表面に別途接着剤層等を形成する場合に比して、加工工程が少ないものとなる。また、接着剤層を形成する場合、該接着剤層は、塗布時の温度、湿度によって接着剤の塗布状態が変化することから、表面部の物性にバラツキが生じることとなるが、本実施形態に於いは、そのような問題も解消されたものとなる。
これらの中でも、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、シリコンゴムの群から選ばれる1種又は2種以上の微粒子8が好ましい。
特に、摩擦熱等によって高温となる雰囲気下に於いても十分にスリップ音を低減できるという観点からは、融点130〜137℃のポリエチレンの微粒子8が好ましい。
斯かるポリエチレンは、一般に超高分子量ポリエチレンと称されているものであり、融点が130℃以上のポリエチレンの微粒子8によれば、より一層スリップ音が小さいものとなる。
斯かる範囲であれば、微粒子が完全に埋まることも少なく、且つ、ベルトから脱落し難いものとなる。
ここで、平均粒子径は、顕微鏡拡大画像(通常200倍以上)に於ける任意の50個の最大径を平均することにより求められる。
また、前記低摩擦化用の微粒子8は、通常、アスペクト比(L/D)が15未満である。
ここで、アスペクト比は、顕微鏡拡大画像(通常200倍以上)に於ける任意の50個の最大長(L)と最大長垂直長(D)との比の平均値によって求められる。
斯かる範囲であればより十分にスリップ音が低減されたものとなる。
尚、前記微粒子8の埋設量は、埋設された微粒子8の総重量をその原料の比重で除することにより求められる。
なお、圧縮層5の無機充填材の含有量は、通常、ゴム組成物100重量部中10〜50程度である。
なかでも、エチレン−α−オレフィンエラストマーは、耐熱性、耐寒性に優れ、比較的安価であることから好適である。
このエチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、例えば、エチレン−プロピレンコポリマー、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマー、エチレン−オクテンコポリマー、エチレン−ブテンコポリマーを用いることができ、中でも、エチレン−プロピレン−ジエンターポリマーが低コストでしかも加工性に優れ、架橋効率が高い点において好適である。
また、その他の加硫促進剤としてビスマレイミド、エチレンチオウレアなども用いることができる。
これらの加硫促進剤は、単独で用いてもよく、2種類以上混合して用いてもよい。
具体的には、前記圧縮層5のゴム組成物に含有される各種材料を、ニーダー、バンバリーミキサー、ロール、二軸混練機などの一般的なゴムの混練手段にて混練して短繊維を含まない未加硫ゴム組成物とし、この未加硫ゴム組成物を、カレンダーロールなどのシーティング手段によりシート化させて、流体の注入等によって拡縮可能な円筒内型上に前記カバー層2のゴムシートや接着層3のゴムシートおよび抗張体4などとともに、最も外側となるように積層して、その外側表面に低摩擦化用の微粒子8を配し、内型を拡径することにより、圧縮層5用のゴム組成物の外側表面と、内側にリブ形成用の溝が形成された外型とを圧接させて加熱加硫し、架橋一体化させた筒状体を所定リブ数に切り出してVリブドベルトとすることができる。
より具体的には、図2の概略図に示すように、吹き付け表面側(即ち、ベルト側)をアースし、静電塗装装置(静電スプレーガン装置)を用いて微粒子8を帯電させて該吹き付け表面側に噴射することにより、電圧差によって微粒子8を付勢させ、該吹き付け表面に衝突させることによって微粒子8を吹き付ける方法を挙げることができる。
前記静電塗装装置は、図2に示すように、空気流により先端部から微粒子8を排出する筒状のスプレーガン本体11と、該本体11の先端部に配された微粒子8を帯電させるリング電極12と、同様に先端部に配され吹き付け表面との間に電界を形成する針電極13とを有して、帯電した微粒子8を電界中に噴出するように構成されたスプレーガン15を備えた装置であり、吹き付け表面を陽極、スプレーガン先端の針電極13を陰極として、両極間に直流電圧を与えて静電界を作り、微粒子8を負に帯電させて、反対極である吹き付け表面に衝突させることにより、微粒子8の吹き付けを行うものである。
このように、微粒子8を用い且つ静電気を利用した場合には、微粒子8を高圧のエアーを用いて吹き付ける場合に比して、均一に吹き付けることができるためか、スリップ音、特に初期のスリップ音がより軽減されたものとなる。
尚、前記静電塗装装置を用いる場合、両電極間の電圧は通常10kV〜100kV、距離は通常5cm〜30cmの範囲に設定して実施する。
また、本発明の伝動ベルトは、Vリブドベルトに限定されるものではなく、一般的なVベルト、平ベルト、丸ベルトなどの態様であってもよいのである。
(圧縮層用ゴム組成物の未加硫シートの作成)
表1に示す配合を、バンバリーミキサーを用いて混練し圧縮層用ゴム組成物を作成し、さらに作成したゴム組成物を、カレンダーロールによりシート成形した。
下記の配合を、バンバリーミキサーを用いて混練し接着層用ゴム組成物を作成し、さらに作成したゴム組成物を、カレンダーロールによりシート成形した。
<接着層ゴムの配合>
・EPDM(三井化学社製、商品名「3085」、エチレン含量62質量%、プロピレン含量33.5質量%、ジエン含量4.5質量%):100重量部、
・カーボンブラック(昭和キャボット社製、商品名「IP600」):50重量部、
・シリカ(トクヤマ社製、商品名「トクシールGu」):20重量部、
・パラフィンオイル(日本サン社製、商品名「サンフレックス2280」):10重量部、
・加硫剤(日本油脂社製DCP、商品名「パークミルD」):2.5重量部、
・加硫助剤(花王社製ステアリン酸):1重量部、
・加硫助剤(堺化学工業社製 酸化亜鉛):5重量部、
・粘着付与剤(日本ゼオン社製石油樹脂、商品名「クイントンA−100」):5重量部、
・短繊維(綿粉):2重量部
帝人社製のポリエステルコード(1000デニール/2×3、上撚り9.5T/10cm(Z)、下撚り2.19T/10cm)をイソシアネートのトルエン溶液(イソシアネート固形分20質量%)に浸漬後、240℃×40秒の熱風乾燥し、前処理を行った。
この前処理後の心線をRFL接着組成物(下記参照)に浸漬した後、200℃×80秒の熱風乾燥を行い、さらに、EPDM(三井化学社製、商品名「3085」、エチレン含量62質量%、プロピレン含量33.5質量%、ジエン含量4.5質量%)のトルエン溶液に浸漬し、60℃×40秒の熱風乾燥を行った。
(RFL接着組成物の調整)
レゾルシン7.31重量部とホルマリン(37質量%)10.77重量部とを混合し、水酸化ナトリウム水溶液(固形分0.33質量%)を加えて攪拌し、その後、水160.91重量部加え、5時間熟成して、レゾルシン−ホルマリン樹脂(レゾルシン−ホルマリン初期縮合物、以下「RF」という、レゾルシン/ホルマリン比=0.5)水溶液を作成した。
次いで、RF水溶液にクロロスルホン化ポリエチレンラテックス(固形分40%)をRF/ラテックス比=0.25(固形分量45.2重量部)となるよう混合し、さらに、水を加えて固形分濃度20%となるよう調整した後、12時間熟成しつつ攪拌を行いRFL接着組成物の調整を行った。
図3に示すように、空気Aの導入により拡径しうるように可撓性拡径部材21が配された筒状内型20と、内側内周面に、周方向に沿った複数の溝31が形成された外型30とを備えたVリブドベルト作成用金型を用いてVリブドベルトを作成した。具体的には、先ず、内型20の可撓性拡径部材21の外側に、順番にゴムコート帆布、接着層ゴム、抗張体、接着層ゴムの順に積層し、最後に圧縮層用ゴムシート33を積層した。
次いで、この圧縮層用ゴムシート33の外周面に、エアーの吹き付けにより1mm2当たり0.05mm3(比重により算出される実体積)の割合でアラミド樹脂の微粒子(L/D1.5、平均粒径95μm)を塗布した。次いで、このような内型を図3(イ)に示すように外型内に配した後、図3(ロ)に示すように、空気Aの導入により拡径部材を拡径させて、外型と内型とで積層体を押圧し(0.9MPa)、温度160℃×20分、蒸気加硫し、予備成形体(筒状体)を作成した。
次いでこの筒状体をリブ数3ずつに切断し、幅10mm、周長約1100mmの実施例1のVリブドベルトを作成した。
実施例1の微粒子に替えて、アラミド樹脂の微粒子(L/D14、平均粒径25μm)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例2のVリブドベルトを作成した。
実施例3
実施例1の微粒子に替えて、融点136℃のポリエチレンの微粒子(L/D1.2、平均粒径120μm)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例3のVリブドベルトを作成した。
実施例4
実施例1の微粒子に替えて、融点110℃のポリエチレンの微粒子(L/D1.2、平均粒径30μm)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例4のVリブドベルトを作成した。
実施例5
実施例1の微粒子に替えて、融点136℃のポリエチレンの微粒子(L/D1.2、平均粒径120μm)を用い、且つ図2に示す静電塗装装置を用いて微粒子を塗布した以外は実施例1と同様にして実施例5のVリブドベルトを作成した。
実施例6
実施例1の微粒子に替えて、融点327℃のポリテトラフルオロエチレンの微粒子(L/D1.8)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例6のVリブドベルトを作成した。
実施例7
実施例1の微粒子に替えて、融点264℃のポリエチレンテレフタレートの微粒子(L/D1.4)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例7のVリブドベルトを作成した。
実施例8
実施例1の微粒子に替えて、融点225℃のナイロン6の微粒子(L/D1.8)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例8のVリブドベルトを作成した。
実施例9
実施例1の微粒子に替えて、シリコンゴムの微粒子(L/D1.2)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例9のVリブドベルトを作成した。
実施例10
実施例1の微粒子に替えて、メラミン樹脂の微粒子(L/D1.0)を用いた以外は実施例1と同様にして実施例10のVリブドベルトを作成した。
比較例1
圧縮層用ゴム組成物として、表1の配合に加えてナイロン樹脂の短繊維(商品名「レオナ66」、1mmカット品、旭化成社製)を25重量部配合したものを用いたこと、更には、微粒子としてアラミド樹脂の微粒子(L/D17、平均粒径25μm)を用いた以外は実施例1と同様にして比較例1のVリブドベルトを作成した。
比較例2
圧縮層用ゴム組成物として、表1の配合に加えてナイロン樹脂の短繊維(商品名「レオナ66」、1mmカット品、旭化成社製)を25重量部配合したものを用いた以外は実施例1と同様にして比較例2のVリブドベルトを作成した。
比較例3
実施例1の微粒子に替えて、シリカの微粒子(L/D1.4)を用いた以外は実施例1と同様にして比較例3のVリブドベルトを作成した。
各実施例及び比較例のVリブドベルトを用いて、下記(ベルトの走行時の異音性の評価)及び(ベルトの走行寿命の測定)を行い、結果を表2に示した。
(ベルトの走行時の異音性の評価)
図4に示すように、それぞれ直径120mmの駆動プーリー51と従動プーリー52にそれぞれVリブドベルトを巻き掛けると共に、中間にベルト走行方向がほぼ直角に変化するように直径70mmのアイドラープーリー54と直径45mmのテンションプーリー55とを配設し、前記駆動プーリー51の近傍(駆動プーリー51とベルトとが接触する位置から外側に約10cmの位置)に騒音計56(RION社製、型名「NA−40」)を配設した。このようなベルト走行試験装置を用い、前記テンションプーリー55に水平方向にセット荷重979Nを与え、従動プーリー52に加える負荷はなしとして、駆動プーリー51を4900rpmで駆動して、ベルト走行中に駆動プーリー51に注水(2000cc/分で1分間)を行ったときのスリップ音の音圧(dB)を、初期(30分走行時)及び240時間走行時に於いて測定した。
また、従動プーリー52に4900rpmにて2kW/リブの負荷がかかるようにして、駆動プーリー51を4900rpmで駆動して、ベルト走行中に駆動プーリー51に注水(2000cc/分で1分間)を行ったときのスリップ音の音圧(dB)を、初期(30分走行時)に於いて測定した。
(ベルトの走行寿命の測定)
前記ベルト走行試験装置を用いて、雰囲気温度120℃に於いて、テンションプーリー55に水平方向にセット荷重979Nを与えると共に、従動プーリー52に4900rpmにて2kW/リブの負荷がかかるようにして走行させ、24時間毎に走行を停止し、ベルトの圧縮ゴム層にクラックが発生するまでの走行時間(h)を走行寿命とした。
8・・・微粒子
Claims (4)
- プーリーに巻き掛けられた際にプーリーと接触するプーリー接触表面部を有し、該プーリー接触表面部がゴム組成物で形成されてなる伝動ベルトであって、
前記ゴム組成物として短繊維を含まないゴム組成物が用いられ、且つ、前記プーリー接触表面部には、部分的に露出するように低摩擦化用の微粒子が埋設されていることを特徴とする伝動ベルト。 - 前記低摩擦化用の微粒子が、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、アラミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、シリコンゴムの群から選ばれる1種又は2種以上の微粒子である請求項1記載の伝動ベルト。
- 前記低摩擦化用の微粒子が、融点130〜137℃のポリエチレンの微粒子である請求項1記載の伝動ベルト。
- プーリーに巻き掛けられた際にプーリーと接触するプーリー接触表面部を有し、該プーリー接触表面部がゴム組成物で形成されてなる伝動ベルトを製造する伝動ベルトの製造方法であって、
前記接触表面部となるゴム組成物として、短繊維を含まないゴム組成物を用い、未加硫の状態で該ゴム組成物に、一部が露出するように微粒子を埋設し、次いで、加硫することにより前記接触表面部を形成することを特徴とする伝動ベルトの製造方法。
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