JP2010151209A - 伝動ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】耐側圧性を維持して、且つ、ベルトがプーリとの間でスリップを発生したとしても、ベルトの発熱量を低く抑えて圧縮ゴム層の劣化を遅らせ、早期のクラックの発生を防止し、寿命の長いベルトを提供する。
【解決手段】圧縮ゴム層２および伸張ゴム層５を有しベルト長手方向に沿って心線８を埋設してなる伝動ベルト１において、圧縮ゴム層２としてゴムに短繊維および潤滑剤を配合することによって、ベルト側面のベルト引張式摩擦係数試験における見かけの摩擦係数が０．３〜０．８の範囲とした。
【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伝動ベルトに関する。

近年、２輪自動車の大排気量化に伴って、ＣＶＴに使用される変速ベルトの環境温度が高くなっている。従来、動力伝動に用いられるベルトは、主として天然ゴム、スチレン・ブタジエンゴム、クロロプレンゴムなどが使用されてきたが、高温雰囲気下では、硬化した圧縮ゴム層で早期にクラックが生じるという問題が発生した。

特許文献１には、変速ベルトにおいてベルトの下側を形成する圧縮ゴム層に、短繊維を配合してベルトの耐側圧性を高めたものが開示されている。

特許文献２には、Ｖベルトにおいて、パラ系アラミド繊維等のフィブリル化する短繊維をゴム内に配合することで、ベルトの耐側圧性を確保するとともに短繊維がパルプ状になってゴムとの接触面積が増えるために接着性を向上させたベルトが開示されている。

特許文献３には、同様にＶリブドベルト等も含むＶベルトにおいて、やはりパラ系アラミド繊維からなる短繊維をゴムに配合し、ベルト側面からパルプ状にフィブリル化した短繊維を突出させて、ベルトが走行する際にプーリとの間で発生する騒音の発生を防止したものが開示されている。

特許文献４では、伝動ベルトにおいて内層に短繊維を配向させて配合したゴムを配置し、外層には潤滑剤を含むゴムを配置させて、ベルトの製造時におけるゴム通路を通過する際の抵抗を軽減してベルトの表面状態を良好にするといった技術が開示されている。

特開２００３−２４９０７８号公報 特開平９−１４４８１５号公報 特開２００１−３３６５８２号公報 特開２００４−２１６８５７号公報

特許文献１〜３の文献を通じて短繊維を配合することについての記載はあるが、目的は耐側圧性を高めることと、プーリとの間で発生する騒音といった問題を解決するものであり、ベルト側面の摩擦係数を所定の範囲に設定することや、潤滑材を併用するといったことは記載されていない。

また、特許文献４には潤滑材を配合したゴムの使用が記載されているもののベルトの製造工程におけるゴム通路を通過する抵抗を軽減するためのものであり、ベルトの摩擦係数を調整するためのものではない。

変速ベルトの走行時において、特に、ＬＯＷ（低速）状態のような、ベルト巻きつけ径の小さい状態では、プーリとの接触角（接触面積）が小さくなるため、ベルトとプーリとの間でスリップが発生しやすくなり、ベルトの屈曲による動力損失が大きくなる。また、ＴＯＰ（高速）状態と比べて伝達能力が低下し、燃費悪化の原因ともなってしまう。特に伝達動力の小さい状況においてこの傾向が顕著になる。

ベルトを構成するゴムに短繊維を配合することで、ベルト長手方向の屈曲性が低下して伝達能力が低下するだけでなく、屈曲回数の多くなる高速条件で屈曲疲労、及びベルト発熱が大きくなり、耐久性が低下してしまう。短繊維の配合量を減らすと曲げ剛性は小さくなるが、その反面、耐側圧性が低下するため、結果として伝達能力が低下してしまう。

本発明では、短繊維は通常通りに配合して耐側圧性を維持して、且つ、ベルトがプーリとの間でスリップを発生したとしても、ベルトの発熱量を低く抑えて圧縮ゴム層の劣化を遅らせ、早期のクラックの発生を防止し、寿命の長いベルトの提供を目的とする。

本発明の請求項１に関わる発明では、圧縮ゴム層および伸張ゴム層を有しベルト長手方向に沿って心線を埋設してなる伝動ベルトにおいて、少なくとも圧縮ゴム層としてゴムに短繊維および潤滑剤を配合することによって、ベルト移動法における見かけの摩擦係数が０．３〜０．８の範囲としたことを特徴とする。

請求項２では、ベルト移動法における見かけの摩擦係数が０．４〜０．６である請求項１記載の伝動ベルトとしている。

請求項３では、圧縮ゴム層は、ゴム１００質量部に対して短繊維１５〜４０質量部とともに、固体潤滑剤１０〜５０質量部もしくは液体潤滑剤２〜２０質量部を配合してなる請求項１〜２のいずれかに記載の伝動ベルトとしている。

請求項４では、短繊維はフィブリル化しない短繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の伝動ベルトとしている。

請求項５では、フィブリル化しない短繊維がポリアミド繊維もしくはメタ系アラミド繊維からなる請求項１〜４のいずれかに記載の伝動ベルトとしている。

本発明の請求項１では、伝動ベルトの一部である圧縮ゴム層に短繊維を配合するとともに潤滑剤を配合することによって、ベルト側面の摩擦係数を通常のベルトよりも低い０．３〜０．８の範囲に設定しており、プーリ径が小さくなる低速条件で走行させた場合にベルトとプーリとの間のスリップが発生しても、摩擦抵抗が少ないので発熱量を低く抑えることができる。

請求項２では、摩擦係数を０．４〜０．６の間としており、ベルトがスリップすることによる発熱をより少ないものに抑えることができるとともに、ベルトがスリップしすぎて伝達効率を著しく低下させることもない。

請求項３では、圧縮ゴム層における短繊維と潤滑剤の配合比率を所定の範囲としており、ベルト製造上の作業性を損なうことなく、所定の摩擦係数を得ることができるものである。

請求項４では、短繊維としてフィブリル化しない短繊維を用いるとしており、フィブリル化する短繊維を用いた場合よりも少量の添加量で所定の摩擦係数を得ることができるのでベルトの屈曲による発熱が小さくできる点で優れており、より熱の発生を低下させることができる。

請求項５では、フィブリル化しない短繊維としてポリアミド繊維もしくはメタ系アラミド繊維を用いるとしており、圧縮ゴム層に配合することで十分な耐側圧性を確保することができるとともに、摩擦係数も十分に低下させることができる。

以下、図面を参照しつつ本発明を説明する。
本発明に係る伝動ベルトの一例としてコグドＶベルト１を図１に示す。

コグドＶベルト１は、内周側の圧縮ゴム層２と、外周側の伸張ゴム層５と、両ゴム層２，５間に必要に応じて接着ゴム層８を積層した構成を有し、圧縮ゴム層２と伸張ゴム層５の間にはベルト長手方向に伸延した心線９が埋設されている。また、圧縮ゴム層２および伸張ゴム層５には、ベルト幅方向に伸延したコグ山３、６とコグ谷４、７とがベルト長手方向に沿って交互に形成されている。このコグ山３、６とコグ谷４、７とからなるコグはベルトの屈曲性をよくするもので必ずしも必要ではなく、本発明ではこのコグのないベルトであっても構わない。

そして、圧縮ゴム層２、伸張ゴム層５および接着ゴム層８はゴム組成物で構成されている。本発明においては、ベルト側面におけるベルト移動法（ベルト引張式摩擦試験）における見かけの摩擦係数を０．３〜０．８の範囲に設定している。また、更には０．４〜０．６であることが好ましい。摩擦係数を所定の範囲とすることによって、特にプーリが小径となる低速条件でのベルトの走行時において、ベルトがプーリに対してスリップしたとしても、摩擦による発熱を小さなものとすることができるので、熱によるゴムの劣化を少なくすることができ、ベルトの寿命を延長することになる。しかし、摩擦係数が低すぎるとスリップ率が大きくなりすぎて伝達効率の低下が著しくなるので好ましくない。逆に摩擦係数が所定の範囲より高くなると、発熱が大きくなるので前述のようにゴムが熱により劣化し、ベルトに早期に亀裂が発生したり故障の原因となってベルトの寿命を短縮する結果になってしまう。

ベルトの十分な耐側圧性を確保し、尚且つ、ベルト側面のベルト引張式摩擦係数試験における見かけの摩擦係数を前記のような所定の範囲に調整するために、本発明では、圧縮ゴム層２および伸張ゴム層５を構成するゴム組成物に短繊維及び潤滑剤を配合しており、その配合量はゴム１００質量部に対して短繊維が１５〜４０質量部で、潤滑剤としては固体潤滑剤が１０〜５０質量部もしくは液体潤滑剤が２〜２０質量部の範囲で配合するものである。

短繊維の配合量が１５質量部未満であるとベルトの耐側圧性が不十分になってしまいプーリからの側圧に耐えることができず早期に寿命に到ってしまうことになるほか、摩擦係も高くなってしまう。逆に短繊維の配合量が４０質量部を超えるとゴム中の短繊維の量が多くなりすぎて物性を低下させる結果となり、やはりベルトの寿命を短くすることになるので好ましくない。

固体潤滑剤の配合量が１５質量部未満もしくは固体潤滑剤の配合量が２質量部未満であると、摩擦係数を十分に低くすることができず、低速条件でベルトが走行する際の発熱が大きくなってしまい、熱によるゴムの劣化が促進されベルトの寿命にも影響することになるので好ましくない。反対に固体潤滑剤の配合量が５０質量部もしくは液体潤滑剤の配合凌駕２０質量部を超えると、摩擦係数が低くなりすぎてベルトのプーリに対するスリップ率が大きくなりすぎてベルト本来の機能である動力伝達の効率が低くなってしまうので好ましくない。

ベルトを構成するゴムに配合する短繊維の種類としては、ポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリケトン繊維、ＰＢＯ（ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール）繊維、カーボン繊維等を挙げることができ、繊維の種類にもよるが繊維長さが１〜２０ｍｍ、繊維径が１〜５デニール程度のものを用いることができる。また前記の繊維の種類の中でもフィブリル化しないポリアミド繊維、メタ系アラミド繊維、ＰＢＯ繊維、カーボン繊維を用いることが好ましい。フィブリル化しない短繊維を用いることが好ましい理由としては、少量の添加量で所定の摩擦係数を得ることができることが挙げられる。フィブリル化する短繊維であると所定の摩擦係数を得る為に多量の添加量が必要となり、屈曲性の低下を招くことにとなってしまう。フィブリル化しないメタ系アラミド繊維としては例えば商品名コーネックス、ノーメックス等が挙げられる

また、潤滑剤として用いることができるものとしては、グラファイト、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン、マイカ、タルク、ポリオレフィン樹脂粉末、パラフィン系ワックス等の固体潤滑剤、あるいは、シリコンオイル、パラフィン系オイル等の液体潤滑剤をあげることができる。これらの中でもグラファイト、二硫化モリブデン、マイカ、タルクを用いることが配合物中の分散が容易であることと、配合物をシート状に加工する際の作業性が良好であるという理由から好ましい。

以上のような短繊維、潤滑剤を配合するマトリックスゴムとしては、特に限定するものではないが、クロロプレンゴム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、不飽和カルボン酸金属塩を配合した水素化ニトリルゴム、エチレン・αオレフィン共重合体ゴム等を挙げることができ、その中でもクロロプレンゴム、水素化ニトリルゴム、エチレン・αオレフィン共重合体ゴムを使用することが摩擦係数以外のゴム物性、例えば引張特性や耐摩耗性、耐熱老化性に優れたゴム配合物を用意に得ることができる理由から好ましいといえる。

上記短繊維、潤滑剤の他にも、伝動ベルトを構成するゴム組成物に一般的に配合される配合剤を加えてもよく、カーボンブラック、ステアリン酸、酸化マグネシウム、老化防止剤、酸化亜鉛、加硫剤、加硫促進剤といった配合剤を挙げることができる。

圧縮ゴム層２と伸張ゴム層５との間に埋設してなる心線９はスパイラル状にベルト全周に配置されて、ベルトの張力を受け持つ抗張体の役割を果たすものであり、素材としてはポリエステル、ポリアミド、アラミド等の合成繊維、あるいはガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維からなる低伸度高強力のロープが挙げられる。これらのロープはイソシアネートやＲＦＬやゴム糊といった接着剤を表面に処理してゴムと強力に接着される。

また、必要に応じて、ベルトの上下面である圧縮ゴム層２の表面や伸張ゴム層５の表面に補強布を積層することができる。この補強布としては、織物、編物、不織布などから選択される帆布が挙げられる。構成する繊維素材としては、公知公用のものが使用できるが、例えば綿、麻等の天然繊維や、金属繊維、ガラス繊維等の無機繊維、そしてポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリフロルエチレン、ポリアクリル、ポリビニルアルコール、全芳香族ポリエステル、アラミド等の有機繊維が挙げられる。該帆布は、公知技術に従ってＲＦＬ液に浸漬後、未加硫ゴムを擦り込むフリクションを行ったり、またＲＦＬ溶液に浸漬後にゴムを溶剤に溶かしたソーキング液に浸漬処理することができる。尚、ＲＦＬ液には適宜カーボンブラック液を混合して処理反を黒染めしたり、公知の界面活性剤を０．１〜５．０重量％加えてもよい。

以下、摩擦係数の異なる同形状のコグドＶベルトを作成して、伝達効率試験、高速耐久試験を実施した。また、ベルトを２００時間走行させた後の硬度の変化を測定した。図２にレイアウトを示すように、伝達効率試験は、駆動プーリがφ５０ｍｍ、従動プーリがφ１２０ｍｍ、回転数が５，０００ｒｐｍ、軸荷重が６００Ｎ、駆動トルクは変量させる条件で測定し、高速耐久試験は、駆動プーリφ１００ｍｍ、従動プーリφ８０ｍｍ、回転数が３６００ｒｐｍ、軸荷重が４００Ｎ、駆動トルクは６．０Ｎ、雰囲気温度は７０℃の条件で測定を行った。

（実施例１）
実施例１のベルトとして圧縮ゴム層および伸張ゴム層には、クロロプレンゴム１００質量部にメタ系アラミド短繊維を２５質量部配合し、ベルト側面のベルト移動法での見かけの摩擦係数が０．６７のベルトとした。

（実施例２）
実施例２のベルトとして圧縮ゴム層および伸張ゴム層には、クロロプレンゴム１００質量部にポリアミド短繊維を４０質量部配合し、ベルト側面のベルト移動法での見かけの摩擦係数が０．５３のベルトとした。

（実施例３）
実施例３のベルトとして圧縮ゴム層および伸張ゴム層には、クロロプレンゴム１００質量部にメタ系アラミド短繊維を１５質量部と固体潤滑剤としてグラファイトを１５質量部配合し、ベルト側面のベルト移動法での見かけの摩擦係数が０．７６のベルトとした。

（実施例４）
実施例４のベルトとして圧縮ゴム層および伸張ゴム層には、クロロプレンゴム１００質量部にメタ系アラミド短繊維を２５質量部と液体潤滑剤としてシリコンオイルを３質量部配合し、ベルト側面のベルト移動法での見かけの摩擦係数が０．４１のベルトとした。

（実施例５）
実施例５のベルトとして圧縮ゴム層および伸張ゴム層には、クロロプレンゴム１００質量部にメタ系アラミド短繊維を４５質量部配合し、ベルト側面のベルト移動法での見かけの摩擦係数が０．４８のベルトとした。

（比較例１）
比較例１のベルトとしては圧縮ゴム層および伸張ゴム層には、クロロプレンゴム１００質量部にパラ系アラミド短繊維を３０質量部、液体潤滑剤としてシリコンオイルを１０質量部配合し、ベルト側面のベルト移動法での見かけの摩擦係数が０．２４のベルトとした。

（比較例２）
比較例１のベルトとしては圧縮ゴム層および伸張ゴム層には、クロロプレンゴム１００質量部にパラ系アラミド短繊維を２５質量部配合し、ベルト側面のベルト移動法での見かけの摩擦係数が１．０８のベルトとした。

それぞれのベルトについて伝達効率試験を行った。また、実施例２、４、５および比較例１、２のベルトについては高速耐久試験を行って、その結果およびベルト硬度変化の測定結果を表１に示す。尚、比較例１については高速耐久試験において所定の負荷をかけることができなかったので試験結果を得ることができなかった。

表１の結果からわかるように、ベルト側面の摩擦係数が本発明の所定の範囲に入っている実施例１〜５では、伝動効率が高く、実施例２、４の高速耐久走行においても４００時間を越える長時間の走行に耐えることができた。また２００時間走行後におけるベルト硬度の変化も比較的小さな値となった。実施例６は摩擦係数は適度に小さくなっており、伝達効率は高くなっているが、比較的短繊維の配合量が多いことから耐屈曲性に劣り発熱もおおきくなって耐久性は低い結果となっている。

それに対して摩擦係数が１．０８と従来のベルトのレベルである比較例２では、伝動効率は実施例に比べて低い結果となっており、高速耐久走行試験の結果でも２８０時間にて寿命を迎えている。更に２００時間走行後のベルト硬度の変化も９と実施例１よりも大きな変化となった。

比較例１では伝動効率は高くなっているが、高速耐久試験において摩擦係数が小さくなりすぎたため、伝達能力が低下してしまい全滑りとなって負荷をかけることができなかった。

本発明にかかる伝動ベルトは自動車用あるいは一般産業用の駆動装置などに装着することができる。

本発明に係る伝動ベルトであるＶベルトの断面斜視図である。 ベルト耐久試験にて用いた試験機のレイアウトを示す図である。

符号の説明

１ コグドＶベルト
２ 圧縮ゴム層
３，６ コグ山
４，７ コグ谷
５ 伸張ゴム層
８ 接着ゴム層
９ 心線

Claims (5)

1. 圧縮ゴム層および伸張ゴム層を有しベルト長手方向に沿って心線を埋設してなる伝動ベルトにおいて、少なくとも圧縮ゴム層としてゴムに短繊維および潤滑剤を配合することによって、ベルト側面のベルト移動法における見かけの摩擦係数が０．３〜０．８の範囲としたことを特徴とする伝動ベルト。
2. ベルト移動法における見かけの摩擦係数が０．４〜０．６である請求項１記載の伝動ベルト。
3. 圧縮ゴム層は、ゴム１００質量部に対して短繊維を１５〜４０質量部とともに、固体潤滑剤１０〜５０質量部もしくは液体潤滑剤２〜２０質量部を配合してなる請求項１〜２のいずれかに記載の伝動ベルト。
4. 短繊維はフィブリル化しない短繊維である請求項１〜３のいずれかに記載の伝動ベルト。
5. フィブリル化しない短繊維がポリアミド繊維しくはメタ系アラミド繊維からなる請求項１〜４のいずれかに記載の伝動ベルト。

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