JP2010106898A - Ｖリブドベルト - Google Patents

Abstract

【課題】自動車補機駆動用Ｖリブドベルトであって、固定された軸間にオートテンショナ無しで用いられ、大きな負荷の補機を駆動できる低弾性率タイプのＶリブドベルトを提供する。
【解決手段】少なくとも本体ゴムと心線４とを有するＶリブドベルト１であって、ベルト弾性率が１５０００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍ、心線４の材質がポリアミドであり、心線４が低弾性率材質のポリアミドと高弾性率材質のポリエステルを組み合わせたものであるＶリブドベルト１。
【選択図】図１

Description

自動車補機駆動用Ｖリブドベルトであって、固定された軸間にオートテンショナ無しで用いられるタイプのＶリブドベルトに関する。

特許文献１（ＵＳ６８３２９６８号公報（特開２００４−５３２９５９号公報））にベルト弾性率７０００〜１００００Ｎ／ｍｍ／ｍｍのＶリブドベルトが提案されている。これでは弾性率が低すぎてウオーターポンプ等の小さな負荷の補機は駆動できるが、オルタネータやコンプレッサー等の大きな負荷の補機を駆動しようとすると早期に心線の飛び出しが発生し、ベルト分解に至る可能性があった。

ＵＳＰ６８３２９６８号公報

大きな負荷の補機を駆動できる低弾性率タイプのＶリブドベルトを提案する。

本発明のＶリブドベルトは、少なくとも本体ゴムと心線とを有しており、主な構成は次のとおりである。
（１）少なくとも本体ゴムと心線とを有するＶリブドベルトであって、ベルト弾性率が１５０００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍであることを特徴とするＶリブドベルト。
（２）ベルト弾性率が２４０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍであることを特徴とする（１）記載のＶリブドベルト。
（３）ベルト弾性率が３２０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍであることを特徴とする（２）記載のＶリブドベルト。
（４）心線材質がポリアミドであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のＶリブドベルト。
（５）心線が低弾性率材質と高弾性率材質を組み合わせたものであることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のＶリブドベルト。
（６）低弾性率材質がポリアミドであることを特徴とする（５）記載のＶリブドベルト。
（７）高弾性率材質がポリエステルであることを特徴とする（５）又は（６）記載のＶリブドベルト。
（８）組み合わせが低弾性率心線と高弾性率心線を交互に配列したものであることを特徴とする（５）〜（７）のいずれかに記載のＶリブドベルト。
（９）組み合わせが下撚りした低弾性率糸と下撚りした高弾性率糸を交撚りした心線を配列したものであることを特徴とする（５）〜（８）のいずれかに記載のＶリブドベルト。
（１０）組み合わせが無撚りの低弾性率糸と高弾性率糸を引き揃えて下撚りした後、それらを複数本引き揃えて上撚りした心線を配列したものであることを特徴とする（５）〜（９）のいずれかに記載のＶリブドベルト。
（１１）心線がポリエステルであり、１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数が１００００〜２２０００ｄｔｅｘであることを特徴とする（１）〜（１０）のいずれかに記載のＶリブドベルト。
（１２）心線がイソシアネートでプレディップ処理した後、クロロスルホン化ポリエチレンで処理されたものであり、本体ゴムがエチレン−α−オレフィンゴムであることを特徴とする（１）〜（１１）のいずれかに記載のＶリブドベルト。

本発明のＶリブドベルトは、心線の飛び出しやベルト分解が抑制され、低弾性率タイプのＶリブドベルトであっても、自動車の補機であるオルタネータ、コンプレッサー等の高負荷補機を伝動できる。固定された軸間にオートテンショナー無しで用いられる自動車補機駆動用Ｖリブドベルトとして適している。

＜基本構成＞
本発明のＶリブドベルト１は無端状ベルトであって、カバー層２、心線４が埋設されている接着層４、圧縮ゴム層６から構成され、複数のリブ６が圧縮ゴム層に形成されている。本発明のＶリブドベルトの概略を示す。
圧縮ゴム層５は、ゴム組成物からなり、伝動面となるベルトの内面側に配置され、外面側が平坦に形成されている複数のリブ６が、幅方向に間隔を設けて周方向に形成されている。このＶリブドベルト１には、圧縮ゴム層５の外側に、圧縮ゴム層５と同幅の接着層３とカバー層２とが積層されて形成されている。最外層となる前記カバー層２は、引っ張りゴム層からなり、該カバー層２と前記圧縮ゴム層５との間に、ゴム組成物からなる前記接着層３が配されている。また、この接着層３には、Ｖリブドベルトの幅方向に一定の間隔を設けて複数本の心線４が周方向に埋設されている。
さらに、この圧縮ゴム層のゴム組成物には、通常、短繊維１４などとともに加硫剤が配合されている。

上記心線４は実施例１ではポリアミド４６繊維からなるＰＨＰ社製Stanylenka（46）470デシテックスを３本引き揃えＳ方向に６．８回/10cmで下撚りし、その下撚り糸を３本引き揃えてＺ方向に１１．９回/10cmで上撚り下心線を、イソシアネートのトルエン溶液（イソシアネート固形分１６重量％）に浸漬した後、２４５℃で４０秒間加熱乾燥して前処理を施した。次に、上記ポリアミド心線をクロロスルホン化ポリエチレンのオーバーコート剤に浸漬し、６０℃で４０秒間加熱乾燥させて、接着処理を施した。
さらに、低弾性率材質であるポリアミドと高弾性率材質であるポリエステルを組み合わせることにより弾性率３００００〜４５０００を実現することが可能である。この組み合わせ方法は、一つは低弾性率心線と高弾性率心線を交互の配列、他には下撚りした低弾性率糸と下撚りした高弾性率糸を交撚りした心線を配列する。更に、他には、無撚りの低弾性率糸と高弾性率糸を引き揃えて下撚りした後、それらを複数本引き揃えて上撚りして心線を配列することができる。さらには、組み合わせが無撚りの低弾性率糸と高弾性率糸を引き揃えて下撚りした後、それらを複数本引き揃えて上撚りした心線を配列することができる。
ポリエステル製心線は、１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数が１００００〜１９０００ｄｔｅｘに設定することが好ましい。
心線は、イソシアネートでプレディップ処理した後、クロロスルホン化ポリエチレンで処理することが適している。本体ゴムは、エチレン−α−オレフィンゴムが適している。

＜製法＞
本発明による伝動ベルトは、従来知られている通常の方法によって製造することができる。例えば、表面が平滑な円筒状の成形ドラムの周面に１枚のゴム層と接着ゴム層のための未加硫シートを巻き付けた後、この上にポリアミド心線を螺旋状にスピニングし、更に、その上に接着ゴム層のための未加硫シートを巻き付けた後、圧縮ゴム層のための未加硫シートを巻き付けて積層体とし、これを加硫缶中にて加熱加圧し、加硫して、環状物を得る。ゴム素材として、エチレン−α−オレフィンゴムが適している。次に、この環状物を駆動ロールと従動ロールとの間に掛け渡して、所定の張力の下で走行させながら、これに研削ホイールにて表面に複数のリブを形成する。この後、この環状物を更に別の駆動ロールと従動ロールとの間に掛け渡して走行させながら、所定の幅に裁断すれば、製品としてのＶリブドベルトを得ることができる。

＜作用＞
ベルト弾性率を１５０００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍとする。
１５０００より小さいと走行時の負荷により早期にコード飛び出しからベルト分解に至る。
４５０００より大きいと固定された軸間にベルトを取り付けるのが困難である。好ましくは、ベルト弾性率を２４０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍとする。更に好ましくは、ベルト弾性率を３２０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍとする。
心線材質は、ポリアミドとする。ポリアミドを太径にして密ピッチでベルト本体に埋設させることによりベルト弾性率を高くする。
更にベルト弾性率を高くするために心線を低弾性率材質と高弾性率材質を組み合わせた物とする。ポリアミド単体では３００００Ｎ／ｍｍ／ｍｍが限界であるが、組み合わせることにより３００００Ｎ／ｍｍ／ｍｍ以上の弾性率とすることが出来る。

低弾性率材質は、ポリアミドとする。高弾性率材質はポリエステルとする。この組み合わせにより弾性率３００００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍが可能である。この組み合わせ方として、一つは低弾性率心線と高弾性率心線を交互に配列する。他の組み合わせ方として、下撚りした低弾性率糸と下撚りした高弾性率糸を交撚りした心線を配列する。更に、他の組み合わせ方として無撚りの低弾性率糸と高弾性率糸を引き揃えて下撚りした後、それらを複数本引き揃えて上撚りした心線を配列する。
いずれの組み合わせ方でも、低弾性率材料と高弾性率材料が荷重を分担してベルト弾性率が適度に高くなり、３００００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍとすることが出来る。

また、心線がポリエステルとして、１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数が１００００〜２２０００が適し、１４０００〜１９０００が好ましい。
１００００〜２２０００ｄｔｅｘとすれば、ベルト弾性率を１５０００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍとすることが可能であり、１４０００〜１９０００ｄｔｅｘでは３２０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍが実現でき、耐久性及び組み付け性能も優れたＶリブドベルトが得られる。

また、本体ゴムはＥＰＤＭ等のエチレン−α−オレフィンゴムが用いられる。エチレン−α−オレフィンゴムを用いることにより、優れた耐熱・耐寒寿命が得られる。

また、これらの心線の接着処理は、イソシアネートでプレディップ処理した後、クロロスルホン化ポリエチレンで処理されたものを用いる。エチレン−α−オレフィンゴムは接着が困難であり、特にエラスチックタイプのＶリブドベルトの場合、早期に心線の飛び出しが発生しやすいが、クロロスルホン化ポリエチレンで処理することにより、心線とゴムの接着が強固となり、心線の飛び出しが発生しにくく高負荷条件で用いることが出来る。

表１に示す心線を用い、表２に示すゴム組成を用いて、上記製法により実施例１〜実施例９および比較例１、２のベルトを製作した。
実施例、比較例のＶリブドベルトの構成及び耐久試験結果を表１に、引っ張り試験の結果を図３に示す。

＜弾性率試験＞
次にそれぞれのベルトの弾性率を以下に示す方法で測定した。
弾性率の測定は、試験室の温度２３±２℃、相対湿度５０±５％条件下で行い、試験ベルトは同条件で２４ｈ以上放置したものを用いた。
まず、引っ張り試験機の上下のチャックのそれぞれにφ７５ｍｍの平プーリを取付け、３リブのベルトを裏返して背面で２つの平プーリに掛けて、初荷重１０Ｎを与えた。その後引っ張りスピード５０ｍｍ／ｍｉｎで引っ張り、ＭＡＸ荷重１０００ＮまでのＳ−Ｓ線図（荷重−伸び線図）を書かせた。なお、ベルトの有効長は１１２１．７８ｍｍである。試験例３の変化を図３に示す。
また、弾性率の計算に用いるベルト有効長さＵeの測定はＩＳＯ９９８１に準じて行った。
次に上記Ｓ−Ｓ線図より荷重３００Ｎの伸び通過点と荷重１００Ｎの伸び通過点の２点を結ぶ直線を引いて荷重０Ｎと直線が接する伸び量Ｘ0(仮想の伸び0点)を求め、仮想の伸びδ300(ｍｍ)を求めた。（δ300=Ｘ300-Ｘ0）次に次式により、荷重３００Ｎ時の仮想の歪みε300(mm/mm)を求めた。ε300=２×δ300／（Ｕe−２×δ300）
次に次式よりベルト弾性率Ｅ(N/mm/mm)を求めた。E=３００／２／ε300
測定結果を表１弾性率の欄に示す。

＜走行試験（耐久試験）＞
次に図２に示す３軸レイアウトでベルトの走行試験を行った。ベルトは３ＰＫ１１１７で試験した。原動プーリはφ１２０で回転数4900min-1、従動プーリはφ１２０で負荷８．８３ｋＷを与えた。張り側にはφ４５のアイドラプーリを接触角度９０°で配置した。ベルト張力はセットウエイトで５８８Ｎを与えた。
試験結果を表１ベルト寿命の欄に示す。ベルトが分解に至った時間を寿命として示している。なお、この試験方法は、自動車用Ｖリブドベルトの性能を評価するために業界にて設定した試験方法（社団法人自動車技術会 自動車用Ｖリブドベルト規格 ＪＡＳＯ Ｅ１０９−９４）に準拠している。この規格では、８ｋＷ負荷にて５０時間寿命以上が基準として設定されている。

＜組み付け性試験＞
次に以下に示す方法でベルトの組み付け性確認を行った。
φ１２０−φ１２０の２軸の原動／従動プーリに６ＰＫ１１１７のベルトを張力５８８Ｎで張った後、軸間を固定してベルトを取り外した上で、再度そのベルトが２軸の軸間に手で組み付けられるかどうかの確認を行った。
試験結果を表１ベルトの組み付け性の欄に示す。

総合評価を次のようにした。
◎ ：組み付け可能、且つ、２００時間以上破損せず
○ ：組み付け可能、且つ、１００〜２００時間寿命
△ ：組み付け可能、且つ、４０〜１００時間寿命
▲ ：組み付け可能、且つ、１〜４０時間寿命
× ：組み付け不能、又は、１時間以下の寿命

＜考察＞
以上の結果一覧を表１に示す。
試験例１０がベルト組み付け不可であるのに対して試験例１〜９，１１は容易または可能であった。
また、ベルトが分解したベルト寿命（時間表記）では、試験例１１が走行試験で０．１時間に対して、試験例１では９．１時間、試験例２では４７．６時間、試験例３では１１４．３時間、試験例８では１３７．５時間、試験例４では１６３．２時間で分解となっており、更に試験例５〜７および９では２００時間欠点であり、試験例２〜９は、は高いパフォーマンスを示していることが確認された。
この耐久性試験を用いた寿命評価方法は、加速度試験であって、４０時間をクリアできることは、実用においてリブゴムにクラックが入る程度の故障で済む範囲である。４０時間に満たない低い数値では、心線がリブゴムから飛び出してしまうなど、ベルトの基本構造が分解してしまうような故障の原因につながるリスクがある。したがって、最低限、４０時間以上の寿命があることが重要である。

実用的なベルト寿命は、本試験の結果からベルト弾性率を１５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍ（試験例２）以上確保すること必要であることがわかる。ベルト寿命の観点からは、５００００Ｎ／ｍｍ／ｍｍ（試験例１０）でも十分な耐久性を発揮するが、これでは、伸びが小さくベルトの組み付けが困難であるので、採用することができない。本試験では、３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍ（試験例６）では、組み付け性も耐久性もとても良い結果が得られているので、その中間の４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍ程度を上限とすることができると推定できる。
この試験結果から、ベルト弾性率は、１５０００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍが適切であり、好ましくは２４０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍ、さらに好ましくは３２０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍである。

心線の材質は、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミドとポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の組み合わせ、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）が適していることが分かる。
さらに、同じポリアミド６６（ＰＡ６６）を用いた試験例１と試験例２では、１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数が弾性率に影響を与えていることがわかり、１３０００ｄｔｅｘ以上が好ましいことを示している。１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数を増加させることが弾性率及び寿命の向上に寄与していることは、試験例８と試験例９の比較からも検証できる。１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数は、１３０００〜２２０００ｄｔｅｘが適切である。心線がポリエステルの場合、１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数は１００００〜１９０００ｄｔｅｘが適切である。
その他、心線の撚り、上撚りと下撚りの組み合わせ等の影響を与えていることが示されている。

心線はイソシアネートでプレディップ処理した後、クロロスルホン化ポリエチレンで処理されたものであり、本体ゴムがエチレン−α−オレフィンゴムであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のＶリブドベル
この試験では、試験例５，６，７及び９がベルト寿命試験、ベルトの組み付け性の双方においてとても良い結果を示した。
これより高負荷条件で高寿命を維持するためには、ポリアミド単体よりも、ポリアミドとポリエチレンテレフタレートの組み合わせが有効である。また、ポリエチレンテレフタレートの細径（試験例９）も有効である。

Ｖリブドベルトの概略を示す。 ベルトの走行試験の概略を示す。 試験例３を用いた引っ張り試験の結果示す。

符号の説明

１ Ｖリブドベルト
２ 背面ゴム層
３ 接着層
４ 心線
５ 圧縮ゴム層
６ リブ
１０Ｖリブドベルト本体
１４短繊維
１５熱可塑性樹脂

Claims (12)

1. 少なくとも本体ゴムと心線とを有するＶリブドベルトであって、ベルト弾性率が１５０００〜４５０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍであることを特徴とするＶリブドベルト。
2. ベルト弾性率が２４０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍであることを特徴とする請求項１記載のＶリブドベルト。
3. ベルト弾性率が３２０００〜３９０００Ｎ／ｍｍ／ｍｍであることを特徴とする請求項２記載のＶリブドベルト。
4. 心線材質がポリアミドであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＶリブドベルト。
5. 心線が低弾性率材質と高弾性率材質を組み合わせたものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＶリブドベルト。
6. 低弾性率材質がポリアミドであることを特徴とする請求項５記載のＶリブドベルト。
7. 高弾性率材質がポリエステルであることを特徴とする請求項５又は６記載のＶリブドベルト。
8. 組み合わせが低弾性率心線と高弾性率心線を交互に配列したものであることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のＶリブドベルト。
9. 組み合わせが下撚りした低弾性率糸と下撚りした高弾性率糸を交撚りした心線を配列したものであることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載のＶリブドベルト。
10. 組み合わせが無撚りの低弾性率糸と高弾性率糸を引き揃えて下撚りした後、それらを複数本引き揃えて上撚りした心線を配列したものであることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載のＶリブドベルト。
11. 心線がポリエステルであり、１リブ当たりのトータルｄｔｅｘ数が１００００〜２２０００ｄｔｅｘであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のＶリブドベルト。
12. 心線がイソシアネートでプレディップ処理した後、クロロスルホン化ポリエチレンで処理されたものであり、本体ゴムがエチレン−α−オレフィンゴムであることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のＶリブドベルト。