JP2010101489A - 伝動ベルト - Google Patents

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Abstract

【課題】歯用ゴムの原材料が、成型中に不織布を通過すると、歯用ゴムが、不織布のファイバと同一水準にある表面上に存在することになる。これにより発生するノイズを回避することが可能なベルトおよびその製造方法。
【解決手段】織られたまたは織られていない外側のカバーを備えたエチレンαオレフィンエラストマー系のエラストマー歯を示す伝動ベルトに関する。歯3が、特に熱可塑性材料からなるバリア層4で覆われ、歯3の少なくともフランク8上にある外側のカバー5がバリア層4の厚みの一部分内に部分的に含まれていることを特徴とする。
【選択図】図1

Description

本発明は、不織布を含む外郭を示す歯を備えた伝動ベルトを提供する。
内燃エンジンは、公称速度を中心にほぼ正弦波的に変動する速度で回転する。この変動は、シリンダー内で連続的に行われる燃焼に伴うものである。この現象は、内燃エンジンにおいて典型的なものであり、「不規則周期エンジン」と称され、圧縮比が大で(ディーゼルエンジン)、シリンダー数が小である場合に特に重要である。エンジン速度のこの不規則周期は、水ポンプ、パワーアシストステアリング、空調設備、オルタネータなどのアクセサリに伝達される。
オルタネータなどこうした一部のアクセサリでは、高水準の慣性力が存在する。不規則周期と結合したこうした慣性力によって、高水準の動トルクが発生する。トルクのこうした水準は、変換されて、ベルト内の非常に大きな張力差になる。
ベルトが、過度に低い張力水準を通過すると、ベルトが、スライドし、駆動が停止し、および騒音を発生するのに十分な瞬間的なスリップが起る恐れがある。
ベルトが過度に大きい摩擦係数を有する場合、ベルトが張り付き、次いで突然スリップ(張り付き−スリップノイズ)することによって相当な水準のノイズを発生させるという現象が見られる場合がある。
ノイズをもたらす第3の現象は、2つの連続したプーリーの間の相互ずれである。この現象は、
・ ストランド長、
・ 材料の性質(ゴムの弾性率)、
・ ベルトの寸法(ベルトの各種の層の厚さ)および
・ プーリーとベルトの歯のブランクとの間の摩擦係数などの因子に大きく依存している。
摩擦係数が大きいほど、益々ノイズレベルが大きくなる。
歯を不織布で覆う目的は、摩擦係数の低減である。
公知の解決手段は、不織布を非加硫ブランク上に直接配置し、次いで、加硫することによってベルトを形成することにある。米国特許第4747812号、米国特許第4892510号、およびEP0 774 594の目的は、その上で成型され加硫された不織布で覆われた歯を有するベルトである。実施例では、不織布は、パルプおよびレーヨンをベースとすることができる。
米国特許第6793599号は、ベルトの歯を構成するファイバ充填ゴム上に成型されたセルロースの不織布を提案する。米国特許第6824485号は、歯を構成するものと同じであるエラストマーコンパウンドを不織布に注入することを提案する。
米国特許出願第2004/214675号は、エチレンを多く含有しているエラストマーまたはプラストマーのフィルムでそれ自体が覆われた織布または不織布で覆われた歯を有するベルトを提案する。
上記の特許に記載の方法は、歯用ゴムの原材料が、成型中に不織布を通過するという欠点を有する。したがって、歯用ゴムは、不織布のファイバと同一水準にある表面上に存在することになり、そこではノイズ現象が発生し得る。
エチレンαオレフィン(エチレンプロピレンターポリマーゴム(EPDM)またはエチレンプロピレンゴム(EPM))をベースとする歯用ゴムを有するベルトは、特に、冷時の発車の際、アイドリング時、または実際には温度が冬で低い場合、ノイズを発生させることは公知である。
米国特許第4747812号 米国特許第4892510号 EP0 774 594 米国特許第6793599号 米国特許第6824485号 米国特許出願第2004/214675号 WO2007/99233
本発明は、この欠点を回避することが可能になるベルトおよびそれを製造する方法を提案する。
したがって、本発明は、織られたまたは織られていない外側のカバーを備えた、エチレンαオレフィンエラストマー系のエラストマー歯を示す伝動ベルトであって、歯が、好ましくは熱可塑性材料からなるバリア層で覆われ、歯の少なくともフランク上にある前記外側のカバーがバリア層の厚みの一部分内に部分的に含まれていることを特徴とする伝動ベルトを提供する。
本発明の一態様であるK型リブドベルトの断面図である。 図1を拡大した詳細断面図である。
以下で説明するように、歯の性質と異なる性質を有し、外側のカバーに部分的にのみ含浸するこうした層の存在は、歯用ゴムと織布または不織布のカバーとの間にバリアを形成するのに役立ち、一方ではまたアセンブリが機械的に強いことを保証する。
エチレンαオレフィン系エラストマーは、バリア層を作製するのに不適であり、特にそれはノイズに関して最も好ましくない特性のためであることを特に観察すべきである。
バリア層の厚さは、有利には、50マイクロメートル(μm)〜500μmの範囲にある。
バリア層は、熱可塑性オレフィン(TPO)、特に低密度ポリエチレン(LDPE)から作製されている熱可塑性マトリックス、および/またはエチレンαオレフィン、特にエチレンプロピレンターポリマーゴム(EPDM)から作製されているエラストマー性の部分を示すことができる熱可塑性エラストマー(TPE)/加硫熱可塑性樹脂(TPV)から作製することができる。
バリア層は、熱可塑性オレフィン材料、特に高密度ポリエチレン(HDPE)、LDPE、または実際にポリオレフィンエラストマー(POE)から作製することができる。
バリア層は、ポリエチレン(PE)に基づくことができ、特に1モル当たり50,000g(g/モル)〜200,000g/モルの範囲の分子量を有する少なくとも30質量%の前記ポリエチレン、特にLDPEを含むことができる。
バリア層は、ポリウレタンワニス、または接着剤、特に熱可塑性接着剤から作製することができる。
外側のカバーの質量は、20グラム/平方メートル(g/m)〜120g/mの範囲、より特定すれば30g/m〜90g/mの範囲にあってよい。
ベルトは、外側のカバーが、バリア層の厚さの25%〜75%にわたり、特に50%超、より特定すれば30%にわたって含まれることを特徴とすることができる。
エチレンαオレフィンに基づく前記エラストマーは、EPDMであってもエチレンプロピレンゴム(EPM)であってもよい。
本発明はまた、
a)前記バリア層および前記織られたまたは織られていないカバーを非加硫化ベルトブランクのいわゆる活性面に適用するステップであって、前記バリア層が、好ましくは、生の状態の歯用エラストマーの張力より大きい50%張力をこのステップの始めで示す材料から作製され、または換言すれば、バリア層の50%引張弾性率は、生の状態の歯のものより大きいステップと、
b)加圧下でブランクを加硫することによって、順次前記バリア層および前記カバーで覆われた歯を示す活性面を備えるベルトを成型するステップとを含むことを特徴とする、上記のベルトを製造する方法を提供する。
バリア層は、有利には、生の状態で歯用エラストマーの50%張力(例えば、同一の大きさの試験片について周囲温度、すなわち、20℃でけん引力試験によって測定される)より少なくとも5倍大きい、より特定すれば5倍〜30倍大きい範囲にあるように選択される。
好ましくは、バリア層および外側のカバーは、成型をする前に、特にカレンダー加工および圧延の前または後でラミネーティングによって一体化される。
本発明は、本発明のK型リブドベルトの例を、断面図(図1)および前記図1を拡大した詳細断面図(図2b)において示す図1および2aを参照しながら以下の説明を読むとよりよく理解されよう。なお、図2aおよび2bは、不織カバーを使用して撮影された写真である。
図1に示したリブドベルト1は、その中に補強ヤーン10、例えば、ポリアミドを埋め込んだ背層2を示し、また歯3を示すが、その1つのみが示されている。歯は、本明細書ではエチレンαオレフィン、特にEPDMまたはEPMをベースとする歯用ゴムから作製されている。歯3は、バリア層4、例えば熱可塑性エラストマーTPE/TPVのフィルムで覆われている。
バリア層(4)は、例えば、厚さが50μm〜500μmの範囲、より詳細には100μm〜200μm(または300μmでさえも)の範囲にあり、好ましくは、150μmに実質的に等しく、層4内に部分的に埋め込まれた不織カバー5によって覆われ、このアセンブリは、ベルトを加硫する際に一緒に結合される。
当初のバリア層4は、特に、未硬化、または少なくとも部分的にのみ硬化していてもよい硬化性材料から構成されていてもよい。
成型中、バリア層4は、生の状態の歯用ゴムに対するバリアを構成する。歯の形成の開始時、フィルムの50%引張弾性率は、好ましくは、生の歯用ゴムの引張弾性率より大きく、特に、5〜30倍、好ましくは10〜20倍大きい。バリア層4は、成型され加硫されたベルトの歯用ゴムに対して8で接着する。成型開始時の温度における十分な粘度は、特に、熱可塑性フィルム、または接着剤、特に、熱可塑性接着剤、または実際にポリウレタンワニスを用いて得ることができる。
本発明では、バリア層が、TPE/TPV型の熱可塑性エラストマーから作製されたフィルム4を含むことが可能であり、この熱可塑性エラストマーでは、ポリマーマトリックスが熱可塑性(TP)マトリックスとエラストマー性マトリックスの組合せであり、部分的にまたは完全に硬化する(V)場合は、TPVを形成し、あるいは未硬化の(E)の場合はTPEを形成する。エラストマー(E/V)は、耐低温能を提供し、熱可塑性TPは、比較的小さいノイズおよび密封性を提供する。TPE/TPVマトリックスでは、耐低温能が十分にあることを所望する場合、少なくとも25質量%のエラストマーが存在すべきである。逆に、過度のエラストマー(80質量%超)は、完全なフィルムに加工するのが困難になる恐れがある。TPE/TPVフィルムのエラストマー部分に対しては、EPDMなどのエチレンαオレフィンは特に適している。TPE/TPVフィルムの熱可塑性部分に対しては、LDPE、PP、PEおよびPOEなどの熱可塑性オレフィン(TPO)が適している。特に、滑りやすい性質があるので、LDPEが好ましい。
完全なTPE/TPVフィルムが、成型中に、例えば、歯用ゴムを硬化させるための過酸化物または一部のその他の薬剤の作用によって硬化能を有することが好ましい。これによって、エチレンαオレフィン、例えば、歯用ゴムを構成するEPDMとの結合が創出され、それによって、エラストマーフィルムと歯の間の結合が促進される。
結合が最適になるように設計済みであるにもかかわらず、かかるフィルムは、歯用ゴムに対するバリアを構成するために、不織カバー5のファイバが局部的に消失する局面で、たとえフィルムが過酷な使用条件への耐久能を本質的に備えていない場合でも相対的なノイズ抑制性能が確実に保持されるのに十分である摩擦係数をもたなければならない。
フィルムおよび不織カバー5は、特にカレンダー加工および圧延によって予め一体化することができる。
特に熱可塑性樹脂、より特定すればTPO、または熱可塑性エラストマー(TPE/TPV)から作製されたバリア層4が存在することによって、例えば過酸化物を用いた加硫中に、不織ファイバがフィルム4内に部分的にのみ浸入し、生の状態から加硫状態に進行する歯用ゴム内には決して浸入しないことが可能である。
「熱可塑性材料」という用語は、歯を構成するエラストマーの軟化温度より高い軟化温度を有する材料を指定するのに使用され、これは、熱可塑性バリア層4が外側のカバー5を完全に通り抜けるのを防止するためである。
もし仮に熱可塑性バリア層4の軟化温度が歯を構成するエラストマーの軟化温度より低い場合、熱可塑性バリア層4は、ベルトを加硫する間にクリープを起こし、外側のカバー5を通り抜けると思われ、それによってベルトの摩擦特性が改変されることになる。
1つの面がフィルム4および不織カバー5で覆われたゴムのスタック層で形成されたベルトブランクは、金型内に置かれ、加圧することによって歯が刻み込まれ、ベルトが加硫される。加硫温度は、約180℃(これは約150℃〜200℃の範囲にあればよい)であり、フィルム4が軟化し、それによって、第1番目に、フィルムが不織布5の網目を4’で通過することによって布地のファイバと結合することが可能になり、第2番目に、特に歯用ゴムと共架橋することによって歯用ゴムと接着することが可能になり、それによって、機械的に一体になったアセンブリがもたらされる。
図2aおよび2bで示されるように、不織布5のファイバ6は、フィルム4で部分的にオーバーモールドされ、それによってファイバの耐裂性が増進される。各ファイバは、フィルム4内に一方の端部が固定され、フィルム4内に埋め込まれない突出端は、ベルトの使用中にプーリーのフランクと接触し、ノイズ現象を防止する働きをする。同じことが織布にもあてはまる。図2aでは、不織布5のファイバは、バリア層4の厚さ(200μm)の約30%まで浸入する。一般には、不織布のファイバを含まないバリア層4の部分は、バリア層の厚さの25%〜75%の範囲にある。図2bでは、不織布5のファイバ(白色である)の間にあるグレーのゾーンが存在することによって、バリア層4の材料がファイバ間に浸入することにより歯の外側の表面に隣接するようになる。
換言すれば、成型および加硫をする間、カバー5の一部分は、フィルム4で部分的にオーバーモールドされ、それによって、耐裂性が増進し、埋め込まれない他の部分は、表面の外側に存在し、それによってノイズの低減が強化される。カバー5と歯3の間では、バリア層4は、ファイバ(布地が織られている場合はヤーン)のない領域4’を示す。
カバー5は、有利には、可能な限り最小の質量を有することによってノイズに関する要件を満足させ、歯を下層としてのフィルムと一緒に成型することが容易に可能である最大質量を超えるのを回避する。質量は、20g/m〜120g/mの範囲にある。他の条件が等しいとして、織布または不織布5の密度が大きいほど、益々バリア層4内に浸入する量は少なくなり、層4の弾性率が大きいほど、益々層4のファイバまたはヤーンへの浸入は少なくなる。したがって、比較的大きい弾性率の層4(例えば、高密度PE)は、好ましくは、低質量のカバーを伴い、そうでない場合、比較的低弾性率の層4(例えば、POE)は、好ましくは、より大きい質量の布地(例えば、100g/m程度)を伴う。
硬化していないまたは部分的に硬化した出発フィルムに関して、硬化の程度を選択することによって、その粘度を調整し、したがって歯を構成する材料の弾性率に対してその弾性率を調整することができる。
バリア層4と歯用ゴムの間の共架橋は、バリア層4内に存在する可能性のあるポリエチレンによって増進される。
有利であり、抗ノイズ特性を本質的に示す別の型のフィルムは、ポリエチレン、特に、例えば、少なくとも30質量%のポリエチレンを含むフィルム、より詳細には、本出願人会社の名前での特許出願WO2007/99233に記載され、少なくとも30%のポリエチレン、特に、50,000g/モル〜200,000g/モルの範囲に特にある分子量を有する低密度ポリエチレン(LDPE)を含むフィルムをベースとしている。
結果として、ファイバ6がベルトの使用中に局部的に消失する局面でさえ、フィルム4は、それ自身の特性のために相対的なノイズ抑制性能を保証する。
ポリエチレン(PE)をベースとする織布または不織布は、特に適している。というのは、それが、成型および加硫操作の際にバリア層を形成するフィルムと強力に接着し、低ノイズに適した摩擦特性を提供するからである。PE、すなわち、不織布とフィルムに共通である要素は、それらの間の結合を増進する。それにもかかわらず、成型/加硫の際に、PE単独から作製された織布または不織布は、特に湿っている(例えば、凝縮の結果として)場合にノイズ現象を管理するために有利である完全には平面ではない網目組織を失う恐れがあると思われる。外側のPEと、成型温度より高い、すなわち、歯を加硫する温度より高い融点を有する材料から作製された内側とを有する2成分ファイバの使用は、フィルムの表面の不織布の組織を保持するのに役立つ。ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド(PA)、または実際にアラミドなどの材料は、織布または不織布を構築するようによく適合化されており、こうした要件を満足する。したがって、PEは、こうした材料の外側のコーティングとして存在する。
成型/加硫に続いて、織布または不織布の一部分は、フィルムで部分的にオーバーモールドされ、それによって、耐裂性が増進し、別の部分は、表面の外側に存在し、それによってノイズの低減が増進される。バリア層4の部分4’は、いかなる不織ファイバも織布も含まない。織布または不織布は、最小の質量を有することによってノイズに関する要件を満足させ、織布または不織布が最大質量を超えることによって、歯を下層としてのフィルムと一緒に成型することが容易に可能になる。例として、質量は、20g/m〜120g/mの範囲で選択すべきである。
こうした部分的な固定は、バリア層として、生の状態の歯用ゴムの弾性率より大きい弾性率を有するフィルムまたは層(接着剤またはワニス)を選択することによっても得ることができる。ワニスまたはコーティングでは、その物質は、成型/加硫を実施する前に乾燥または蒸発させる。
バリア層4の弾性率は、一般に、生の状態の歯用材料(一般に、EPDMまたはEPM)の弾性率より5倍〜30倍大きい範囲になるように選択される。
生の状態の歯用ゴムは、粘性が十分ではないので、歯が、金型中で成型することによって(サイクルの最初は周囲温度で)形成されつつあるときに、織布または不織布を通り抜ける。これによって、歯が形成されつつあるときに、歯のエチレンαオレフィンが織布または不織布の間隙にとどまるという、従来技術で公知である影響がもたらされる。より高い弾性率の層またはフィルム4を差込み(50%伸長のためにより大きい力が必要)、それによってバリア層を形成すると、歯を形成する際の相互浸入が制限される。換言すれば、歯が加圧下で形成されつつあるときに、バリア層4は、材料5を金型の端部に向かって押し返し、その材料を構成するヤーンまたはファイバがバリア層4内に浸入することがなくなる。その後、金型内の圧力を維持しながら、ブランクは加硫される(約180℃で)。歯用ゴムは、硬化し、その最終特性を獲得し、層4は、高温の効果のもとに、一般に、その弾性率が大きく減少し、その減少は、例えば、8倍〜25倍の範囲であってよく、したがって、結果として、フィルムは、いかなるヤーンまたはファイバも有さない領域4’を残しつつ、ヤーンまたはファイバがバリア層4において部分的に固定されることが可能になるのに十分な低さである弾性率を示す。冷却すると、バリア層は、その弾性率を回復し、加硫された歯用ゴムに結合し、TPE/TPVフィルムなどの硬化性材料を除けば、その弾性率を回復する。それとの共架橋(ポリエチレンの一部分がバリア層内に存在する)によって界面8における接着が増加する。かかる状況下で、バリア層4の弾性率は、硬化の進行とともに増加する。
織布と不織布の相違は、織布がより大きな長さのヤーンに基づくのに対して、不織布が、局部的に織り合わされ、相互に結合し、例えば、10ミリメートル(mm)〜50mmの範囲にある長さ、例えば、30mmを示すファイバから作製されていることである。本発明の文脈では、不織布が好ましい。というのは、不織布は、生のブランクから金型内で成型することによって歯を形成する際により良好な特性を示すからである。
PEのコーティングおよびPETの芯を有するファイバを含む質量が30g/m〜90g/mの範囲にある不織布とともにTPE(LDPE)/TPV(EPDM)型の組成物を有するフィルム4は、特に適している。
本発明は、リブドベルト(台形またはV溝)およびまた同期ベルトとして公知のコグベルトに適用される。

Claims (18)

  1. 織られたまたは織られていない外側のカバーを備えたエチレンαオレフィンエラストマー系のエラストマー歯を示す伝動ベルトであって、歯(3)が、特に熱可塑性材料からなるバリア層(4)で覆われ、歯(3)の少なくともフランク(8)上にある前記外側のカバー(5)がバリア層(4)の厚みの一部分内に部分的に含まれていることを特徴とする伝動ベルト。
  2. バリア層(4)が熱可塑性材料から作製されていることを特徴とする、請求項1に記載のベルト。
  3. バリア層(4)が熱可塑性エラストマー(TPE/TPV)から作製されていることを特徴とする、請求項2に記載のベルト。
  4. 熱可塑性エラストマー(TPE/TPV)が、EPDMなどのエチレンαオレフィンから作製されているエラストマー部分を示すことを特徴とする、請求項3に記載のベルト。
  5. 熱可塑性エラストマー(TPE/TPV)が、熱可塑性オレフィン(TPO)、特に低密度ポリエチレン(LDPE)から作製されている熱可塑性マトリックスを示すことを特徴とする、請求項3または4に記載のベルト。
  6. バリア層(4)が、熱可塑性オレフィン(TPO)材料、特に高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、または実際にポリオレフィンエラストマー(POE)から作製されていることを特徴とする、請求項2に記載のベルト。
  7. バリア層(4)が、ポリエチレンに基づき、特に低密度ポリエチレン(LDPE)であり、特に50,000g/モル〜200,000g/モルの範囲の分子量を有する少なくとも30%のポリエチレンを含むことを特徴とする、請求項2に記載のベルト。
  8. バリア層(4)が、ポリウレタンワニスから作製されていることを特徴とする、請求項1に記載のベルト。
  9. バリア層(4)が、接着剤、特に熱可塑性接着剤から作製されていることを特徴とする、請求項1に記載のベルト。
  10. バリア層(4)の厚さが、50μm〜500μmの範囲にあることを特徴とする、請求項1から9のいずれかに記載のベルト。
  11. 外側のカバー(5)が、バリア層(4)の厚さの25%〜75%にわたり、特に50%、より特定すれば30%にわたって含まれることを特徴とする、請求項1から10のいずれかに記載のベルト。
  12. エチレンαオレフィンに基づく前記歯のエラストマーが、EPDMまたはEPMであることを特徴とする、請求項1から11のいずれかに記載のベルト。
  13. 外側のカバー(5)が、ポリエチレンに基づいていることを特徴とする、請求項1から12のいずれかに記載のベルト。
  14. 外側のカバーが、ポリエチレン(PE)から作製された外面と歯のエラストマーの加硫温度を超える融点を有する材料から作製された内面とを有する2成分ヤーンまたはファイバを含むことを特徴とする、請求項1から13のいずれかに記載のベルト。
  15. 外側のカバーの質量が、20g/m〜120g/mの範囲、より特定すれば30g/m〜90g/mの範囲にあることを特徴とする、請求項1から14のいずれかに記載のベルト。
  16. a)前記バリア層(4)および前記カバー(5)を非加硫化ベルトブランクのいわゆる活性面に適用するステップと、
    b)加圧下でブランクを加硫することによって、順次前記バリア層(4)および前記織られたまたは織られていないカバー(5)で覆われた歯を示す活性面を備えるベルトを成型により形成するステップと
    を含むことを特徴とする、請求項1から15のいずれかに記載のベルトを製造する方法。
  17. バリア層(4)が、生の状態で歯のエラストマーの弾性率より少なくとも5倍高い、より特定すれば5倍〜30倍高い範囲にある50%引張弾性率を、ステップa)の際に示す材料から作製されていることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
  18. バリア層(4)および外側のカバー(5)が、成型をする前に、特にカレンダー加工および圧延によって最初に一体化されることを特徴とする、請求項16または17に記載の方法。
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