JP2014167347A - 摩擦伝動ベルト - Google Patents
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Abstract
【解決手段】摩擦伝動ベルトは、ベルト背面を形成する伸張層6と、この伸張層の一方の面に形成され、かつプーリと接触可能な伝動面を有する圧縮層2と、前記伸張層と前記圧縮層との間にベルト長手方向に沿って埋設される心線1とを備えており、少なくとも前記圧縮層2が、ポリマー成分、短繊維及び界面活性剤を含有するゴム組成物で構成されており、前記短繊維が少なくとも吸水性繊維の短繊維を含んでいる。
【選択図】図1
Description
ポリマー成分
ポリマー成分としては、公知のゴム成分及び/又はエラストマー、例えば、ジエン系ゴム(天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(ニトリルゴム)、水素化ニトリルゴム(水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマーを含む)など)、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが例示できる。これらのポリマー成分は単独又は組み合わせて使用することができる。これらのポリマー成分のうち、有害なハロゲンを含まず、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性を有し、経済性にも優れる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレンゴム(EPR)、エチレン−プロピレン−ジエンモノマー(EPDMなど)などのエチレン−α−オレフィン系ゴム)が好ましい。
吸水性繊維としては、例えば、ビニルアルコール系繊維(ポリビニルアルコール、エチレン−ビニルアルコール共重合体の繊維、ビニロンなど)、セルロース系繊維[セルロース繊維(植物、動物又はバクテリアなどに由来するセルロース繊維)、セルロース誘導体の繊維]などが例示できる。セルロース繊維としては、例えば、木材パルプ(針葉樹、広葉樹パルプなど)、竹繊維、サトウキビ繊維、種子毛繊維(綿繊維(コットンリンター)、カポックなど)、ジン皮繊維(例えば、麻、コウゾ、ミツマタなど)、葉繊維(例えば、マニラ麻、ニュージーランド麻など)などの天然植物由来のセルロース繊維(パルプ繊維);羊毛、絹、ホヤセルロースなど動物由来のセルロース繊維;バクテリアセルロース繊維;藻類のセルロースなどが例示できる。セルロース誘導体の繊維としては、例えば、セルロースエステル繊維;再生セルロース繊維(レーヨンなど)などが挙げられる。
界面活性剤とは、水となじみ易い親水基と、油となじみ易い疎水基(親油基)とを分子内に持つ物質の総称であり、極性物質と非極性物質とを均一に混合する働きを有する以外に、表面張力を小さくして濡れ性を高めたり、物質と物質との間に界面活性剤が介在して界面の摩擦を小さくしたりする作用がある。
ゴム組成物は、必要により、公知の添加剤又は配合剤を含んでいてもよい。配合剤としては、例えば、加硫剤又は架橋剤[例えば、オキシム類(キノンジオキシムなど)、グアニジン類(ジフェニルグアニジンなど)、金属酸化物(酸化マグネシウム、酸化亜鉛など)、有機過酸化物(ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアルキルパーオキサイドなど)など]、加硫助剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、補強剤(カーボンブラック、含水シリカなどの酸化ケイ素など)、金属酸化物(例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化アルミニウムなど)、充填剤(クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなど)、可塑剤、軟化剤(パラフィンオイル、ナフテン系オイルなどのオイル類など)、加工剤又は加工助剤(ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、ワックス、パラフィンなど)、老化防止剤(芳香族アミン系、ベンズイミダゾール系老化防止剤など)、接着性改善剤[レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、ヘキサメトキシメチルメラミンなどのメラミン樹脂、これらの共縮合物(レゾルシン−メラミン−ホルムアルデヒド共縮合物など)など]、着色剤、粘着付与剤、カップリング剤(シランカップリング剤など)、安定剤(酸化防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤など)、潤滑剤、難燃剤、帯電防止剤などが例示できる。これらの配合剤は単独又は組み合わせて使用でき、ポリマー成分の種類や用途、性能に応じて適宜選択して用いられる。
Tanδとは、損失弾性率(E”)を貯蔵弾性率(E’)で除したものであり、振動1サイクルの間に熱として散逸(ロス)されるエネルギーと貯蔵される最大エネルギーとの比として表され、エネルギー損失の尺度とる。すなわち、Tanδにより、ゴム組成物に加えられる振動エネルギーが熱として散逸される指標を数値化して表すことができる。従って、Tanδが小さいほど散逸される熱は小さい(すなわち、内部発熱が小さくなり省燃費性が向上する)。本発明の好ましい態様では、ベルトが通常走行する温度(例えば、40〜120℃の温度範囲)におけるTanδに着目し、このTanδを低く設定している。具体的には、例えば、40℃及び周波数10Hzでの圧縮層のtanδは、省燃費性を向上させるため、0.130〜0.155程度の範囲から選択でき、通常、0.14〜0.15(例えば、0.140〜0.147)程度であってもよい。
本発明の摩擦伝動ベルトは、外周面を形成する伸張層と、この伸張層の一方の面に形成され、内周面を形成する圧縮層と、前記伸張層と圧縮層との間に長手方向に延びて介在する心線とを備えており、前記伸張層はベルト背面を形成し、圧縮層は、少なくとも一部がプーリと接触可能な伝動面を有している。また、本発明の摩擦伝動ベルトは、伸張層と圧縮層との間に介在する接着ゴム層(接着層)をさらに有していてもよく、前記心線は、前記接着ゴム層内に埋設してもよい。
圧縮層の伝動面は、平滑であってもよいが、少なくとも伝動面の表面(前記Vリブドベルトではリブ部の両側部(又は傾斜部))では、少なくとも吸水性繊維の短繊維が露出又は存在(好ましくは起毛状に突出)しているのが好ましい。また、伝動面の表面には、前記界面活性剤がブリードアウトなどにより露出して存在するのが好ましい。なお、短繊維と界面活性剤は、プーリーと接触可能な伝動面の少なくとも一部の表面(プーリーとの接触面又はプーリーと接触する伝動面)に存在していればよく、圧縮層の内周面全体に存在していてもよく、前記のように、長手方向に延びるリブ部の断面両側部に限らず、リブ部の頂部を含めリブ部全体に存在していてもよい。
摩擦伝動ベルトの製造方法は特に制限されず、公知又は慣用の方法が採用できる。例えば、圧縮層と、心線が埋設された接着層と、伸張層とを、それぞれ未加硫ゴム組成物で形成して積層し、この積層体を成形型で筒状に成形し、加硫してスリーブを成形し、この加硫スリーブを所定幅にカッティングすることにより形成できる。より詳細には、以下の方法でVリブドベルトを製造できる。
先ず、表面が平滑な円筒状の成形モールドに伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に心線(処理ロープなど)を螺旋状にスピニングし、さらに接着層用シート、圧縮層用シートを順次巻き付けて成形体を作製する。その後、加硫用ジャケットを成形体の上から被せて金型(成形型)を加硫缶内に収容し、所定の加硫条件で加硫した後、成形モールドから脱型して筒状の加硫ゴムスリーブを得る。そして、この加硫ゴムスリーブの外表面(圧縮層)を研削ホイールにより研磨して複数のリブを形成した後、カッターを用いてこの加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットしてVリブドベルトに仕上げる。なお、カットしたベルトを反転させることにより、内周面にリブ部を有する圧縮層を備えたVリブドベルトが得られる。
先ず、内型として外周面に可撓性ジャケットを装着した円筒状内型を用い、外周面の可撓性ジャケットに未加硫の伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に心線を螺旋状にスピニングし、さらに未加硫の圧縮層用シートを巻き付けて積層体を作製する。次に、前記内型に装着可能な外型として、内周面に複数のリブ型が刻設された筒状外型を用い、この外型内に、前記積層体が巻き付けられた内型を、同心円状に設置する。その後、可撓性ジャケットを外型の内周面(リブ型)に向かって膨張させて積層体(圧縮層)をリブ型に圧入し、加硫する。そして、外型より内型を抜き取り、複数のリブを有する加硫ゴムスリーブを外型から脱型した後、カッターを用いて、加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅にカットしてVリブドベルトに仕上げる。この第2の製造方法では、伸張層、心線、圧縮層を備えた積層体を一度に膨張させて複数のリブを有するスリーブ(又はVリブドベルト)に仕上げることができる。
第2の製造方法に関連して、例えば、特開2004−82702号公報に開示される方法(圧縮層のみを膨張させて予備成形体(半加硫状態)とし、次いで伸張層と心線とを膨張させて前記予備成形体に圧着し、加硫一体化してVリブドベルトに仕上げる方法)を採用してもよい。
表1に示すゴム組成物をバンバリーミキサーでゴム練りし、この練りゴムをカレンダーロールに通して所定厚みの未加硫圧延ゴムシート(圧縮層用シート)を作製した。また、表1に示すゴム組成物において、ナイロン短繊維、綿短繊維及び界面活性剤を含まないゴム組成物を用い、上記と同様にして、接着層用シート及び伸張層用シートを作製した。
ナイロン短繊維:66ナイロン、平均繊維径27μm、平均繊維長3mm
綿短繊維:デニム、平均繊維径13μm、平均繊維長6mm
老化防止剤1:ジフェニルアミン系老化防止剤(大内新興化学工業(株)製「ノクラックCD」)
老化防止剤2:メルカプトベンゾイミダゾール系老化防止剤(大内新興化学工業(株)製「ノクラックMB」)
カーボンブラックHAF:東海カーボン(株)製「シースト3」、平均粒子径28nm
カーボンブラックGPF:東海カーボン(株)製「シーストV」、平均粒子径62nm
有機過酸化物:ジクミルペルオキシサイド
ジベンゾイル・キノンジオキシム:大内新興化学工業(株)製「バルノックDMG」
界面活性剤1:「ニューコール2308−LY」HLB値12.3、沸点193℃、融点−7℃
界面活性剤2:「ニューコール2303−Y」HLB値9.1、沸点182℃、融点−28℃
界面活性剤3:「ニューコール2308−Y」HLB値14.2、沸点201℃、融点10℃
ベルトは、前記第1の製造方法を用いて作製した。すなわち、先ず、表面が平滑な円筒状成形モールドに伸張層用シートを巻きつけ、この伸張層用シート上に処理ロープを螺旋状にスピニングし、接着層用シート、圧縮層用シートを順次巻き付けて成形体を形成した。その後、加硫用ジャケットを成形体の上から被せて金型を加硫缶に設置し、所定の加硫条件で加硫した後、成形モールドから脱型して筒状の加硫ゴムスリーブを得た。そして、この加硫ゴムスリーブの外面(圧縮層)を研削ホイールにより所定の間隔で研磨して複数のリブを形成した後、カッターを用いて、加硫ゴムスリーブをベルト長手方向に所定の幅でカットして、幅方向のリブ数が6個、周長が1100mmのVリブドベルトに仕上げた。
(a)粘弾性(Tanδ)の測定
Vリブドベルトのリブ部をスライサーでスライスして1本のリブを採取し、試験片(短繊維はリブ幅方向に配向)とした。試験片は断面形状が略台形(上辺2.3mm、底辺1.6mm、高さ2.0mm)、長さは40mmである。そして、粘弾性測定装置(上島製作所製「VR−7121」)のチャックに、チャック間距離15mmで試験片をチャックして固定し、初期歪(静的歪)2.0%を与え、周波数10Hz、動的歪1.0%(すなわち、前記初期歪2.0%を中心位置又は基準位置として長手方向に±1.0%の歪みを付与しつつ)、昇温速度1℃/分で40℃でのTanδ(損失正接)を求めた。
ベルトの摩擦伝動面と水との接触角θ(水滴の接線と摩擦伝動面とがなす角)は、図3に示すように、摩擦伝動面に水を滴下した水滴の投影写真から、θ/2法を用いて以下の式より求めることができる。
tanθ1=h/r → θ1=tan−1(h/r) …(2)
(式中、θ1は、摩擦伝動面に対して、水滴の端点(図3では左端点)と頂点とを結ぶ直線の角度であり、hは水滴の高さ、rは水滴の半径を示す。)
式(2)を式(1)に代入して、以下の式(3)が得られる。
接触角の測定は、全自動接触角計(協和界面科学社製、CA−W型)を用いて滴下した水滴の投影写真からrとhを測定し、式(3)を用いて算出した。測定は滴下直後(1秒後)の接触角を算出した。接触角θが小さいほど摩擦伝動面は水との親和性に優れており、接触角θが70°以下であれば濡れ性に優れていると判断した。
図4に示すように、直径55mmの駆動(Dr)プーリと、直径55mmの従動(Dn)プーリとで構成される2軸走行試験機にVリブドベルトに懸架し、450〜950N/ベルト1本の張力範囲でVリブドベルトに所定の初張力を付与し、従動プーリ無負荷で駆動プーリを2000rpmで回転させたときの駆動トルクと従動トルクとの差をトルクロスとして算出した。なお、この測定で求まるトルクロスは、Vリブドベルトに起因するトルクロス以外に、試験機の軸受けに起因するトルクロスも含まれている。そのため、ベルトとしてのトルクロスが実質0と考えられる金属ベルト(材質:マルエージング鋼)を予め走行させ、駆動トルクと従動トルクとの差が軸受けに起因するトルクロス(軸受け損失)とし、Vリブドベルトを走行させて算出したトルクロス(ベルトと軸受けの二つに起因するトルクロス)から、軸受けに起因するトルクロス(軸受け損失)を差し引いた値を、ベルト単体に起因するトルクロスとして求めた。なお、上記トルクロス(軸受け損失)は所定の初張力で金属ベルトを走行させたときのトルクロス(例えば、初張力500N/ベルト1本でVリブドベルトを走行させた場合、この初張力で金属ベルトを走行させたときのトルクロスが軸受け損失となる)である。このVリブドベルトのトルクロスが小さいほど省燃費性に優れており、トルクロスが0.37Nm以下であれば省燃費性は良好と判断した。
図5に示すように、直径125mmの駆動(Dr)プーリと、直径125mmの従動(Dn)プーリと、直径60mmのテンション(T)プーリとで構成され、駆動プーリと従動プーリとの軸間距離を212mmとした3軸走行試験機に、テンションプーリへの巻き付け角度が90°でVリブドベルトを懸架し、従動プーリを他のプーリ(駆動プーリ、テンションプーリ)に対してプーリ軸方向に変位させて所定角度のミスアライメントに調節した。そして、ベルト張力が6kgf/リブとなるように駆動プーリに荷重を付与し、駆動プーリの回転数を1000rpmとして、室温条件下で駆動プーリと従動プーリとの間に注水(200cc)を行ない、ミスアライメントでの走行において発音が発生したときの角度(発音限界角度)を求めた。この発音限界角度が大きいほど静粛性に優れており、角度が2.2°以上であれば静粛性は良好と判断した。
Vリブドベルトを、案内ローラ(直径60mm)にVリブドベルトの巻き付け角度90度で掛け、Vリブドベルトの一方の端部を固定し、他方の端部に1.75kgf/3リブのウェイトを垂下させ、案内ローラを43rpmで回転させ、ロードセルの値を検出することにより、張り側の張力T1と緩み側の張力T2とを検出し、張力比(T1/T2)から摩擦係数μ=(1/2π)ln(T1/T2)を求めた。摩擦係数は、乾燥時(DRY時)と60cc/分での注水時(WET時)とで評価した。
図6に示されるように、駆動プーリ(Dr,直径120mm)、アイドラープーリ(I,直径85mm)、従動プーリ(Dn,直径120mm)、そしてテンションプーリ(T,直径45mm)を順に配置して構成した試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、Vリブドベルトのテンションプーリへの巻き付け角度を90度に、アイドラープーリへの巻き付け角度を120度にして雰囲気温度120℃、駆動プーリの回転数4900rpm、ベルト張力40kgf/3リブの試験条件で、駆動プーリに荷重を付与してVリブドベルトを走行させ、また従動プーリには負荷12PSを与えて走行させた。走行時間を400時間とし、心線に達する亀裂が6個発生するまでの時間を調べた。
2…圧縮層
3…リブ
4…短繊維
5…接着層
6…伸張層
Claims (10)
- ベルト背面を形成する伸張層と、この伸張層の一方の面に形成され、かつ少なくとも一部がプーリと接触可能な伝動面を有する圧縮層と、前記伸張層と前記圧縮層との間にベルト長手方向に沿って埋設される心線とを備えた摩擦伝動ベルトであって、少なくとも前記圧縮層が、ポリマー成分、短繊維及び界面活性剤を含有するゴム組成物で構成されており、前記短繊維が少なくとも吸水性繊維の短繊維を含む摩擦伝動ベルト。
- 短繊維がさらに補強繊維を含む請求項1記載の摩擦伝動ベルト。
- 吸水性繊維の短繊維がセルロース系繊維を含み、補強繊維がポリエステル系繊維及びポリアミド系繊維から選択された少なくとも一種の繊維を含み、界面活性剤が非イオン界面活性剤を含む請求項2記載の摩擦伝動ベルト。
- 短繊維が、吸水性繊維の短繊維と補強繊維とを、前者/後者=10/90〜50/50の重量割合で含む請求項2又は3記載の摩擦伝動ベルト。
- 界面活性剤が、HLB値が8.7〜17であるポリエチレングリコール型非イオン界面活性剤を含む請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- 界面活性剤が、ポリオキシエチレンC10−26アルキルエーテル、アルキルフェノール−エチレンオキサイド付加体、及び多価アルコールC10−26脂肪酸エステル−エチレンオキサイド付加体から選択され、かつHLB値が9〜15である請求項1〜5のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- 界面活性剤の融点が20℃以下であり、かつ沸点が180℃以上である請求項1〜6のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- ゴム組成物のポリマー成分100重量部に対して、界面活性剤の割合が0.1〜12重量部、吸水性繊維の短繊維の割合が1〜20重量部である請求項1〜7のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- 吸水性繊維の短繊維と界面活性剤との重量割合が、前者/後者=15/1〜0.8/1である請求項1〜8のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
- 伝動面の少なくとも一部の表面に、短繊維と界面活性剤とが露出して存在し、かつ露出した短繊維の少なくとも一部の表面に前記界面活性剤が付着している請求項1〜9のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
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