JP2018071035A - 諸撚りコード及びその製造方法並びに伝動ベルト及びその使用方法 - Google Patents

諸撚りコード及びその製造方法並びに伝動ベルト及びその使用方法 Download PDF

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Abstract

【課題】パラ系アラミド心線を抗張体とする伝動ベルトの引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性を高い次元で同時に向上できる諸撚りコードを提供する。
【解決手段】平均繊度1000〜1250dtex、引張弾性率55〜70GPa、引張強度2800〜3500MPaのパラ系アラミド繊維を一方向に下撚り数が42〜52回/10cm又は33〜40回/10cmとなるように下撚りして下撚り糸とし、この下撚り糸を3本又は4本引き揃えて下撚りとは逆方向に上撚りし、下撚りの撚り係数に対する上撚りの撚り係数の比が0.25〜1である諸撚りコードを調製する。この諸撚りコードで形成された抗張体を含む伝動ベルトを調製し、ISG搭載エンジンを駆動するために使用してもよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、伝動ベルト(特にVリブドベルト)の抗張体などに用いられる諸撚りコード及びその製造方法並びに伝動ベルト及びその使用方法に関する。
Vリブドベルトの抗張体を形成する心線には、高い引張強度及び耐屈曲疲労性が求められ、特に高負荷用途ではアラミド心線が用いられてきた。アラミド心線は、繊維束を下撚りした後に、下撚りした繊維束を数本合わせて上撚りして製造するのが一般的である。しかしながらアラミド心線に求められる前記特性は、心線の撚り数を多くして耐屈曲疲労性を向上させると、逆に引張強度は低下するという二律背反の関係にあり、両立が困難であった。また、高負荷伝動の要求に応えるため、パラ系アラミド心線(パラ系アラミド繊維の原糸を撚糸したコード)を抗張体とする自動車補機駆動用Vリブドベルトが上市されて久しいが、近年ISG(Integrated Starter Generator)搭載エンジンの登場などにより、ベルト強度及び耐屈曲疲労性に対する要求はますます高まっている。
一方、高負荷伝動用途に用いられるパラ系アラミド繊維としては、ケブラー(Kevler、登録商標)やトワロン(Twaron、登録商標)に代表される単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維が挙げられるが、耐屈曲疲労性に関しては複数種の繰り返し単位を含む共重合パラ系アラミド繊維であるテクノーラ(Technora、登録商標)の方がより優れており賞用されてきた。ただし、複数種の繰り返し単位を含む共重合パラ系アラミド繊維にはコスト及び供給安定性の問題があり、単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維でも耐屈曲疲労性を高めることが望まれていた。
なお、心線をラング撚り(下撚りと上撚りの撚り方向が同じ)にすれば、耐屈曲疲労性は向上するが、ラング撚りにした場合は高張力条件下でポップアウト(心線がベルト側面から飛び出す現象)し易いという問題がある。この現象は、ラング撚りの解撚トルクに起因する心線の非直進性が原因と推定され、下撚りと上撚りとで解撚トルクが相殺される諸撚り(下撚りと上撚りの撚り方向が逆)ではポップアウトが起こりにくいことが知られている。そのため、心線が自ら捩れようとするのを防ぐために下撚りと上撚りとの撚り方向を逆方向とし、下撚りの撚り係数(下撚り係数)と上撚りの撚り係数(上撚り係数)とを略同一にするのが一般的であった。
これに対して、特許第4694616号公報(特許文献1)には、荷重分担性能と屈曲疲労抵抗との良好なバランスを有するマルチVリブドベルトの荷重分担コードとして、第1の捻り乗数及び第1の捻り方向に対応する第1の捻りを有する複数のヤーンと、前記第1の捻り方向と反対方向の第2の捻り乗数に対応する第2の捻りとを備え、前記第2の捻り乗数に対する前記第1の捻り乗数の比は約1.5よりも大きいコードが開示されている。この文献の実施例では、1000デニールのパラアラミド繊維をベースヤーンとして、上撚りに相当する第2の捻り乗数に対する下撚りに相当する第1の捻り乗数の比が2.5(すなわち、第2の捻り乗数/第1の捻り乗数=0.4)であるコードが製造されている。
特許第5750561号公報(特許文献2)には、耐屈曲疲労性に優れた伝動ベルトの心線として、繊度1000〜1250dtexのパラ系アラミド繊維束を、撚り係数を1200〜1350として一方向に下撚りした4本の下撚り糸を有し、前記4本の下撚り糸を、撚り係数を900〜1100として下撚りとは逆方向に上撚りした総繊度4000〜5000dtexの諸撚り糸で構成された心線が開示されている。この文献には、前記心線を構成する諸撚り糸における下撚り係数に対する上撚り係数の比(上撚り係数/下撚り係数)が0.5〜1であると記載され、実施例では、上撚り数14.3〜17.5、下撚り数38.1〜42.9、上撚り係数/下撚り係数=0.67〜0.92の諸撚りコードが製造されている。
しかし、これらの諸撚りコードでも、ISG搭載エンジン用途では耐屈曲疲労性を十分に満足できていなかった。さらに、これらの特許文献では、耐ポップアウト性について記載されていない。
特許第4694616号公報(請求項1、段落[0004][0011]、実施例、図1) 特許第5750561号公報(請求項1〜2、段落[0030]、実施例)
本発明の目的は、パラ系アラミド心線を抗張体とする伝動ベルト(特にVリブドベルト)の引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性を高い次元で同時に向上できる諸撚りコード及びその製造方法並びにこの諸撚りコードを抗張体として備えた伝動ベルト及びこの伝動ベルトの使用方法を提供することにある。
本発明者は、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、高伸度タイプのパラ系アラミド繊維を用いて特定の下撚り係数を有する複数本の下撚り糸を調製し、さらに下撚りの撚り係数に対する上撚りの撚り係数の比が一定の範囲内となるように前記下撚り糸を上撚りした諸撚りコードをVリブドベルトの抗張体として用いると、Vリブドベルトなどの伝動ベルトの引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性を高い次元で同時に向上できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明の諸撚りコードは、パラ系アラミド繊維を含む下撚り糸を3本含む諸撚りコードであって、前記パラ系アラミド繊維が平均繊度1000〜1250dtex、引張弾性率55〜70GPa及び引張強度2800〜3500MPaを有し、前記諸撚りコードは、前記下撚り糸の下撚り数が33〜40回/10cmであり、上撚りの方向が下撚りとは逆方向であり、下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.25〜1である。前記諸撚りコードの上撚り数は10〜15回/10cm程度であることが好ましい。前記諸撚りコードの下撚り係数に対する上撚り係数の比は0.5〜0.75程度であってもよい。
また、本発明の諸撚りコードは、パラ系アラミド繊維を含む下撚り糸を4本含む諸撚りコードであって、前記パラ系アラミド繊維が平均繊度1000〜1250dtex、引張弾性率55〜70GPa及び引張強度2800〜3500MPaを有し、前記諸撚りコードは、前記下撚り糸の下撚り数が42〜52回/10cmであり、上撚りの方向が下撚りとは逆方向であり、下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.25〜1である。前記諸撚りコードの上撚り数は5〜15回/10cm程度であることが好ましい。前記諸撚りコードの下撚り係数に対する上撚り係数の比は0.33〜0.66程度であってもよい。
前記2種類の諸撚りコードにおいて、前記諸撚りコードの平均径は0.7〜0.9mm程度であることが好ましい。前記パラ系アラミド繊維は、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維であってもよい。
本発明には、パラ系アラミド繊維を一方向に下撚りして下撚り糸を得る下撚り工程、前記下撚り工程で得られた下撚り糸を3本又は4本引き揃えて下撚りとは逆方向に上撚りして諸撚りコードを得る上撚り工程を含む前記諸撚りコードの製造方法も含まれる。
本発明には、前記諸撚りコードで形成された抗張体を含む伝動ベルトも含まれる。本発明の伝動ベルトにおいて、前記抗張体は心線であってもよく、心線の平均ピッチは0.8〜1.05mm程度であることが好ましい。本発明の伝動ベルトは、ゴム成分を含むゴム組成物で形成された圧縮ゴム層をさらに含んでいてもよい。前記ゴム成分はエチレン−α−オレフィンエラストマーであってもよい。なお、伝動ベルトはVリブドベルトであることが好ましい。
本発明には、ISG搭載エンジンを駆動するために前記伝動ベルトを使用する方法も含まれる。
本発明では、高伸度タイプのパラ系アラミド繊維を用いて特定の下撚り係数を有する3〜4本(好ましくは3本)の下撚り糸が調製され、さらに下撚りの撚り係数に対する上撚りの撚り係数の比が一定の範囲内となるように前記下撚り糸を上撚りした諸撚りコードを伝動ベルト(特にVリブドベルト)の抗張体として用いるため、伝動ベルトの引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性を高い次元で同時に向上できる。
図1は、本発明のVリブドベルトの一例を示すベルト幅方向の概略断面図である。 図2は、実施例及び比較例で得られたVリブドベルトの耐屈曲疲労性を評価する方法を説明するための概略図である。
[諸撚りコード]
本発明の諸撚りコードは、パラ系アラミド繊維(芳香族ポリアミド繊維)を一方向に下撚りして下撚り糸(子縄)とし、前記下撚り糸を3〜4本(好ましくは3本)引き揃えて下撚りとは逆方向に上撚りした諸撚りコードであり、伝動ベルト(特にVリブドベルト)の抗張体として利用できる。本発明では、下撚りと上撚りとを逆方向の諸撚りにすることにより、下撚りと上撚りとで解撚トルクが相殺されて耐ポップアウト性を向上できる。また、伝動ベルトの引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性、経済性などのバランスに優れるとともに、耐ポップアウト性を高度に向上できる点から、3本の下撚り糸が好ましい。
下撚り糸の原糸は、通常、パラ系アラミド繊維を含むパラ系アラミドマルチフィラメント糸である。さらに、パラ系アラミドマルチフィラメント糸は、パラ系アラミド繊維のモノフィラメント糸を含んでいればよく、必要であれば、他の繊維(ポリエステル繊維など)のモノフィラメント糸を含んでいてもよい。パラ系アラミド繊維の割合は、モノフィラメント糸全体(マルチフィラメント糸)に対して50質量%以上(特に80〜100質量%)であり、通常、全モノフィラメント糸がパラ系アラミド繊維で構成されている。
原糸であるパラ系アラミド繊維は、複数種の繰り返し単位を含む共重合パラ系アラミド繊維(例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミドと3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミドとの共重合アラミド繊維である帝人(株)製「テクノーラ」など)であってもよいが、経済性や入手性に優れ、かつ本発明の効果が顕著に表れる点から、単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維(例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維である帝人(株)製「トワロン」や東レ・デュポン(株)製「ケブラー」など)が好ましい。
原糸であるパラ系アラミド繊維の引張弾性率は55〜70GPaであり、好ましくは58〜68GPa、さらに好ましくは60〜65GPa程度である。引張弾性率が小さすぎると、高負荷時においてベルトの伸びが大きくなり、逆に大きすぎると、引張強度と耐屈曲疲労性と耐ポップアウト性とのバランスを取るのが困難となり、特に、耐屈曲疲労性が低下する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、引張弾性率は、JIS L1013(2010)に記載の方法で荷重―伸び曲線を測定し、荷重1000MPa以下の領域の平均傾斜を求める方法で測定する。
原糸であるパラ系アラミド繊維の引張強度は2800〜3500MPaであり、好ましくは2850〜3400MPa(例えば2900〜3300MPa)、さらに好ましくは3000〜3200MPa程度である。引張強度が小さすぎると、引張強度と耐屈曲疲労性と耐ポップアウト性とのバランスを取るのが困難となり、特に、ベルト引張強度が低下 する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、引張強度は、JIS L1013(2010)に記載の方法で測定する。なお、該規格に記載のとおり、無撚りのマルチフィラメントの引張強力の測定にあたり、10cmあたり8回の撚りをかけて測定を行う。
このような機械的特性を有する単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維としては、高伸度タイプのパラ系アラミド繊維として、例えば、帝人(株)製「トワロン2100」や東レ・デュポン(株)製「ケブラー119」などの市販品を利用できる。本願発明では、高伸度タイプのパラ系アラミド繊維を用いて諸撚りコードを調製することにより、Vリブドベルトに高い引張強度と引張弾性率とを付与できる。
原糸であるパラ系アラミド繊維の平均繊度は1000〜1250dtexであり、好ましくは1050〜1200dtex、さらに好ましくは1080〜1150dtex程度である。繊度が小さすぎると、ベルト引張強度が低下し、逆に大きすぎると、耐屈曲疲労性が低下する。
諸撚りコードの下撚りの撚り数(下撚り数)は、下撚り糸の本数に応じて選択できる。下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、優れた耐屈曲疲労性と引張強度を付与する点から、下撚り数は、33〜40回/10cmであり、好ましくは35〜39.5回/10cm(例えば36〜39.3回/10cm)、さらに好ましくは37〜39回/10cm(特に38〜38.5回/10cm)程度である。一方、下撚り糸を4本含む諸撚りコードでは、優れた耐屈曲疲労性と引張強度を付与する点から、下撚り数は、42〜52回/10cmであり、好ましくは42.5〜51.8回/10cm(例えば43〜51.5回/10cm)、さらに好ましくは46.1〜51回/10cm(特に46.5〜50.5回/10cm)程度である。下撚り数が少なすぎると、耐屈曲疲労性が低下し、多すぎると、引張強度が低下する。
諸撚りコードの上撚りの撚り数(上撚り数)も、下撚り糸の本数に応じて、5〜20回/10cm(特に5〜19回/10cm)程度の範囲から選択できる。特に、下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、上撚り数は、例えば10〜19回/10cm(例えば10〜15回/10cm)、好ましくは12〜15回/10cm(例えば13〜15回/10cm)、さらに好ましくは14〜15回/10cm(特に14.5〜15回/10cm)程度である。一方、下撚り糸を4本含む諸撚りコードでは、上撚り数は、例えば5〜19回/10cm(例えば5〜15回/10cm)、好ましくは6〜16回/10cm(例えば8.2〜14.2回/10cm)、さらに好ましくは9〜14回/10cm(特に9.6〜12.8回/10cm)程度であり、さらに10〜12回/10cm程度であってもよい。上撚り数を前記範囲に調整することにより、下撚りの撚り係数(下撚り係数)に対する上撚りの撚り係数(上撚り係数)の比を適正に保つことが可能となる。特に、下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、上撚り数を多くすることにより、耐ポップアウト性を高度に向上できる。上撚り数が少なすぎると、耐ポップアウト性が低下する虞があり、逆に多すぎると、引張強度が低下したり、耐屈曲疲労性が低下したりする虞がある。
諸撚りコードの下撚り係数に対する上撚り係数の比(上撚り係数/下撚り係数)も、下撚り糸の本数に応じて、0.25〜1(例えば0.3〜0.8)程度の範囲から選択できる。特に、下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、前記係数比は、例えば0.5〜0.75、好ましくは0.6〜0.73、さらに好ましくは0.65〜0.7程度である。一方、下撚り糸を4本含む諸撚りコードでは、前記係数比は、例えば0.33〜0.66、好ましくは0.35〜0.6、さらに好ましくは0.36〜0.55(特に0.38〜0.5)程度であり、さらに0.45〜0.53であってもよい。本願発明では、下撚りと上撚りの撚り方向を逆方向とし、下撚り係数に対する上撚り係数の比を前記範囲に調整することにより、優れた耐屈曲疲労性、耐ポップアウト性を付与できる。特に、下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、この係数比を1に近づけることにより、耐ポップアウト性を高度に向上できる。下撚り係数に対する上撚り係数の比が小さすぎると、耐ポップアウト性が低下し、逆に大きすぎると、耐屈曲疲労性が低下する。なお、本明細書及び特許請求の範囲において、下撚り係数及び上撚り係数の各撚り係数は、以下の式に基づいて、算出する。
撚り係数(T.F.)=[撚り数(回/m)×√トータル繊度(tex)]/960。
諸撚りコードの下撚り係数及び上撚り係数は、前述の両者の比を充足していれば、特に限定されないが、下撚り係数は、例えば4〜6、好ましくは4.5〜5.5、さらに好ましくは4.8〜5.3程度であり、上撚り係数は、例えば1.5〜3.5、好ましくは1.8〜3、さらに好ましくは2〜2.5程度である。
諸撚りコードの平均径(直径)としては、例えば0.5〜1.2mm、好ましくは0.6〜1mm、さらに好ましくは0.7〜0.9mm(特に0.78〜0.88mm)程度である。特に、ISG搭載エンジンではベルト強度、耐屈曲疲労性の要求が厳しく、ベルト強度を上げるために心線径は太い方が好ましい一方で、あまり太くしすぎると耐屈曲疲労性が低下するため、前記範囲に調整するのが好ましい。諸撚りコードの平均径が小さすぎると、引張強度及び引張弾性率が低下する虞があり、逆に大きすぎると、耐屈曲疲労性が低下する虞がある。
諸撚りコードがマルチフィラメント糸である場合、諸撚りコードの平均繊度は、例えば2000〜7000dtex、好ましくは3000〜6000dtex、さらに好ましくは4000〜5000dtex程度であってもよい。マルチフィラメント糸は、例えば1000〜6000本、好ましくは2000〜5000本、さらに好ましくは2500〜4500本程度のモノフィラメント糸を含んでよい。
諸撚りコードの引張強度は、例えば600N以上(特に650N以上)であってもよく、好ましくは600〜1000N、さらに好ましくは650〜900N(特に700〜800N)程度である。諸撚りコードの引張強度が小さすぎると、ベルトの引張強度及び耐ポップアウト性が低下する虞がある。本明細書及び特許請求の範囲において、諸撚りコードの引張強度は、後述する実施例に記載の方法で測定する。
本発明の諸撚りコードは、慣用の方法によって、パラ系アラミド繊維を一方向に下撚りして下撚り糸を得る下撚り工程、前記下撚り工程で得られた下撚り糸を3本又は4本引き揃えて下撚りとは逆方向に上撚りして諸撚りコードを得る上撚り工程を経て製造できる。
[伝動ベルト]
本発明の伝動ベルトは、前記諸撚りコードで形成された抗張体を含んでいればよく、通常、前記諸撚りコードを心線として含んでいる。伝動ベルトとしては、例えば、Vベルト、Vリブドベルトなどの摩擦伝動ベルト、歯付ベルト、両面歯付ベルトなどの噛み合い伝動ベルトなどが挙げられる。引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性を高い次元で同時に向上できる点から、本発明の撚りコードは、ISG搭載エンジンを駆動するためのVリブドベルトの心線として特に好適に利用できる。以下、Vリブドベルトの形態を説明する。
本発明の一例であるVリブドベルトの形態は、ベルト長手方向に沿って互いに平行して延びる複数のVリブ部を有していれば、特に制限されず、例えば、図1に示す形態が例示される。図1は本発明のVリブドベルトの一例を示すベルト幅方向の概略断面図である。図1に示されるVリブドベルトは、ベルト下面(内周面)からベルト上面(背面)に向かって順に、圧縮ゴム層2、ベルト長手方向に心線1を埋設した接着ゴム層4、カバー帆布(織物、編物、不織布など)又はゴム組成物で構成された伸張層5を積層した形態を有している。圧縮ゴム層2には、ベルト長手方向に伸びる複数の断面V字状の溝が形成され、この溝の間には断面V字形(逆台形)の複数のVリブ部3(図1に示す例では4個)が形成されており、このVリブ部3の二つの傾斜面(表面)が摩擦伝動面を形成し、プーリと接して動力を伝達(摩擦伝動)する。
Vリブドベルトはこの形態に限定されず、少なくとも一部がプーリのVリブ溝部(V溝部)と接触可能な伝動面を有する圧縮ゴム層を備えていればよく、典型的には、伸張層と圧縮ゴム層と、そ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ていればよい。本発明のVリブドベルトにおいて、例えば、接着ゴム層4を設けることなく伸張層5と圧縮ゴム層2との間に心線1を埋設してもよい。さらに、接着ゴム層4を圧縮ゴム層2又は伸張層5のいずれか一方に設け、心線1を接着ゴム層4(圧縮ゴム層2側)と伸張層5との間、もしくは接着ゴム層4(伸張層5側)と圧縮ゴム層2との間に埋設する形態であってもよい。
なお、少なくとも前記圧縮ゴム層2が以下に詳細に説明するゴム組成物で形成されていることが好ましく、前記接着ゴム層4は接着ゴム層として利用される慣用のゴム組成物で形成されていればよく、前記伸張層5は伸張層として利用される慣用のカバー帆布又はゴム組成物で形成されていればよく、前記圧縮ゴム層2と同一のゴム組成物で形成されていなくてもよい。
Vリブドベルトの引張強度は、例えば6000N以上(特に6500N以上)であってもよく、好ましくは6000〜9000N、さらに好ましくは6500〜8000N(特に7000〜7500N)程度である。引張強度が小さすぎると、走行中にベルトが破断する虞が高くなる。本明細書及び特許請求の範囲において、Vリブドベルトの引張強度は、後述する実施例に記載の方法で測定する。
(心線)
接着ゴム層4内には、複数の心線1が、ベルト長手方向にそれぞれ延在し、かつベルト幅方向に所定のピッチで互いに離隔して配置されている。
心線の平均ピッチ(隣接する心線間の平均距離)は、心線径や目的のベルト引張強度に合わせて適宜選択でき、例えば0.6〜2mm、好ましくは0.8〜1.5mm、さらに好ましくは0.8〜1.05mm程度の範囲から選択できる。さらに、心線の平均ピッチは、下撚り糸の本数に応じて選択してもよい。特に、下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、心線の平均ピッチは、例えば0.7〜1mm、好ましくは0.75〜0.95mm、さらに好ましくは0.8〜0.9mm程度である。一方、下撚り糸を4本含む諸撚りコードでは、心線の平均ピッチは、例えば0.8〜1.2mm、好ましくは0.9〜1.05mm、さらに好ましくは0.9〜1mm程度である。心線ピッチが小さすぎると、ベルト製造工程において心線同士の乗り上げが発生する虞があり、逆に大きすぎると、ベルトの引張強度及び引張弾性率が低下する虞がある。
心線は、S撚り、Z撚りのいずれであってもよいが、ベルトの直進性を高めるためにS撚りとZ撚りとを交互に配設するのが好ましい。
心線は、慣用の接着処理(又は表面処理)が施されていてもよく、例えば、レゾルシン−ホルマリン−ラテックス(RFL)液やイソシアネート化合物を含む処理液等で処理されていてもよい。さらに、心線は、接着ゴム層を構成するゴム成分を含むゴム組成物で被覆されていてもよい。
(ゴム組成物)
圧縮ゴム層2、接着ゴム層4及び伸張層5は、ゴム成分を含むゴム組成物で形成されていてもよい。特に、圧縮ゴム層をゴム組成物で形成することにより、優れた静粛性、動力伝達性能を付与できるとともに、圧縮ゴム層や接着ゴム層をゴム組成物で形成することにより、既存の方法を用いて、パラ系アラミド心線との接着処理を行うことが可能となる。
ゴム成分としては、加硫又は架橋可能なゴムを用いてよく、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等)、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、フッ素ゴムなどが挙げられる。これらのゴム成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。好ましいゴム成分は、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等)、及び、クロロプレンゴムである。さらに、有害なハロゲンを含まず、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性、耐候性を有し、ベルト重量を低減できる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマー[エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等]が特に好ましい。ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーを含む場合、ゴム成分中のエチレン−α−オレフィンエラストマーの割合は50質量%以上(特に80〜100質量%程度)であってもよく、100質量%(エチレン−α−オレフィンエラストマーのみ)が特に好ましい。
ゴム組成物は、短繊維をさらに含んでいてもよい。短繊維としては、例えば、ポリオレフィン系繊維(ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等)、ポリアミド繊維(ポリアミド6繊維、ポリアミド66繊維、ポリアミド46繊維、アラミド繊維等)、ポリアルキレンアリレート系繊維(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)繊維等のC2−4アルキレンC8−14アリレート系繊維)、ビニロン繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維等の合成繊維;綿、麻、羊毛等の天然繊維;炭素繊維等の無機繊維等が挙げられる。これらの短繊維は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。ゴム組成物中での分散性や接着性を向上させるため、短繊維には、心線と同様に、慣用の接着処理(又は表面処理)を施してもよい。
ゴム組成物は、慣用の添加剤をさらに含んでいてもよい。慣用の添加剤としては、例えば、加硫剤又は架橋剤(又は架橋剤系)(硫黄系加硫剤等)、共架橋剤(ビスマレイミド類等)、加硫助剤又は加硫促進剤(チウラム系促進剤等)、加硫遅延剤、金属酸化物(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、酸化アルミニウム等)、増強剤(例えば、カーボンブラックや、含水シリカ等の酸化ケイ素)、充填剤(クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカ等)、軟化剤(例えば、パラフィンオイルや、ナフテン系オイル等のオイル類等)、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、脂肪酸アマイド等)、老化防止剤(酸化防止剤、熱老化防止剤、屈曲き裂防止剤、オゾン劣化防止剤等)、着色剤、粘着付与剤、可塑剤、カップリング剤(シランカップリング剤等)、安定剤(紫外線吸収剤、熱安定剤等)、難燃剤、帯電防止剤等が挙げられる。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。なお、金属酸化物は架橋剤として作用してもよい。また、特に接着ゴム層4を構成するゴム組成物は、接着性改善剤(レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、アミノ樹脂等)を含んでいてもよい。
圧縮ゴム層2、接着ゴム層4及び伸張層5を構成するゴム組成物は、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。同様に、圧縮ゴム層2、接着ゴム層4及び伸張層5に含まれる短繊維も、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。
(カバー帆布)
伸張層5は、カバー帆布で形成されていてもよい。カバー帆布は、例えば、織布、広角度帆布、編布、不織布などの布材(好ましくは織布)などで形成できる。伸張層5は、必要であれば、接着処理、例えば、RFL液で処理(浸漬処理など)したり、接着ゴムを前記布材にすり込むフリクションや、前記接着ゴムと前記布材とを積層(コーティング)した後、前記の形態で圧縮ゴム層及び/又は接着ゴム層に積層してもよい。
[Vリブドベルトの製造方法]
本発明の一例であるVリブド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、圧縮ゴム層2と、心線1が埋設された接着ゴム層4と、伸張層5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。
(第1の製造方法)
先ず、表面が平滑な円筒状の成形モールド(金型又は成形型)に伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体を形成する心線(撚りコード)を螺旋状にスピニングし、さらに接着ゴム層用シート、圧縮ゴム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た状態で成形モールド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(圧縮ゴム層)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所定の幅で周方向にカットして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ゴム層を備えたVリブドベルトが得られる。
(第2の製造方法)
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伸張層用シートを巻きつけ、このシート上に芯体を形成する心線を螺旋状にスピニングし、さらに圧縮ゴム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(圧縮ゴム層)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所定の幅で周方向にカットして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、芯体、圧縮ゴム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3の製造方法)
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(圧縮ゴム層のみを膨張させて予備成形体(半加硫状態)とし、次いで伸張層と芯体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。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例で使用した原料の詳細と、測定した評価項目の評価方法を以下に示す。
[原料]
高伸度タイプの単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維:帝人(株)製「Twaron(登録商標)2100」、引張弾性率62GPa、引張強度3100MPa
標準タイプの単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維:帝人(株)製「Twaron(登録商標)1014」、引張弾性率82GPa、引張強度2800MPa
プレディップ処理液:ポリメリックイソシアネートを10質量%の割合で含むトルエン溶液
レゾルシン−ホルマリン−ラテックス(RFL)処理液:レゾルシンとホルマリンとのプレポリマー4質量部(レゾルシン2.6質量部、ホルマリン1.4質量部)、ラテックス(スチレン−ブタジエン−ビニルピリジン共重合体、日本ゼオン(株)製)17.2質量部、水78.8質量部を含む混合液
オーバーコート処理液:表1に示す接着ゴム層用のゴム組成物9.3質量部、ポリメリックイソシアネート0.7質量部、トルエン90質量部を含む混合液
EPDM:デュポン・ダウエラストマージャパン(株)製「IP3640」、ムーニー粘度40(100℃)
カーボンHAF:東海カーボン(株)製「シースト3」
含水シリカ:東ソー・シリカ(株)製「Nipsil VN3」、BET比表面積240m/g
レゾルシン・ホルムアルデヒド縮合物:レゾルシノール20%未満、ホルマリン0.1%未満
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックスOD3」
加硫促進剤DM:ジ−2−ベンゾチアゾリルジスルフィド
ポリアミド短繊維:旭化成(株)製「66ナイロン」
パラフィン系軟化剤:出光興産(株)製「ダイアナプロセスオイル」
有機過酸化物:化薬アクゾ(株)製「パーカドックス14RP」。
実施例1〜11及び比較例1〜12
[心線の作製]
実施例1〜7及び比較例1〜4に用いる心線として、高伸度タイプの単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維のマルチフィラメント(繊度1100dtex)を表3に示す下撚り数で一方向に下撚りし、これを4本引き揃えて表3に示す上撚り数で下撚りとは逆方向に上撚りして総繊度4400dtexの諸撚りコード(S撚り、Z撚り)をそれぞれ作製した。こうして得られた諸撚りコードを、プレディップ処理液に10秒間浸漬した後、180℃で4分間熱処理した。次に、プレディップ処理した諸撚りコードをRFL処理液に10秒間浸漬した後、230℃で2分間熱処理した。さらに、RFL処理した諸撚りコードをオーバーコート処理液に3秒間浸漬した後、150℃で4分間熱処理することにより、接着ゴムで被覆された処理コードを得た。一方、比較例5〜7に用いる心線としては、標準タイプの単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維を用いた以外は実施例1〜7及び比較例1〜4と同一の方法で処理コードを作製した。また、実施例8〜11及び比較例8〜12に用いる心線としては、高伸度タイプの単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維のマルチフィラメントを表4に示す下撚り数で一方向に下撚りし、これを3本引き揃えて表4に示す上撚り数で下撚りとは逆方向に上撚りして総繊度3300dtexの諸撚りコード(S撚り、Z撚り)をそれぞれ作製した以外は実施例1〜7及び比較例1〜4と同一の方法で処理コードを作製した。実施例1〜7及び比較例1〜7で得られた処理コードの心線径は直径φ0.82mmであり、実施例8〜11及び比較例8〜12で得られた処理コードの心線径は直径φ0.72mmであった。
[処理コードの引張強度]
得られた処理コード1本をオートグラフ((株)島津製作所製「AGS−J10kN」)を用いて、引張速度50mm/分の条件で引張り、処理コードの破断時の強力を測定した。処理コードの引張強度を、その強力値により、以下の基準で評価し、結果を表3及び4に示す。
○:650N以上(引張強度が高い)
△:600N以上〜650N未満(実用上問題なし)
×:600N未満(実用上問題あり)。
[Vリブドベルトの作製]
まず、表面が平滑な円筒状の成形モールドの外周に、1プライ(1枚重ね)のゴム付綿帆布を巻き付け、この綿帆布の外側に、表1に示すゴム組成物で形成された未加硫の接着ゴム層用シートを巻き付けた。次に、接着ゴム層用シートの上からS撚りの処理コードとZ撚りの処理コードとをピッチ0.95mm又は0.85mmで並列した状態で、2本の処理コード(S撚り、Z撚り)をらせん状にスピニングして巻き付け、さらにこの上に、前記ゴム組成物で形成された未加硫の接着ゴム層用シート及び表2に示すゴム組成物で形成された未加硫の圧縮ゴム層用シートを順に巻き付けた。圧縮ゴム層用シートの外側に加硫用ジャケットを配置した状態で、成形モールドを加硫缶に入れて加硫した。加硫して得られた筒状の加硫ゴムスリーブを成形モールドから取り出し、加硫ゴムスリーブの圧縮ゴム層をグラインダーにより複数のV字状溝を同時に研削した後、加硫ゴムスリーブを輪切りするようにカッターで周方向に切断することによって、3つのリブを形成した周長1100mmのVリブドベルトを得た(得られたベルトは、図1に示す方向の断面図では、S撚りの処理コードとZ撚りの処理コードとは交互に並列していた)。
[ベルトの引張強度]
得られたVリブドベルトを万能試験機((株)島津製作所製「UH−200kNX」)を用いて、引張速度50mm/分の条件で引張り、Vリブドベルトの破断時の強力を測定した。Vリブドベルトの引張強度を、その強力値により、以下の基準で評価し、結果を表3及び4に示す。
○:6000N以上(引張強度が高い)
△:5700N以上〜6000N未満(実用上問題なし)
×:5700N未満(実用上問題あり)。
[耐屈曲疲労性]
得られたVリブドベルトを、図2に示すように、駆動プーリ11(直径120mm、回転数:4900rpm)、従動プーリ12(直径120mm、負荷:8.8kW)、アイドラプーリ13(直径85mm)及びテンションプーリ14(直径45mm、軸荷重:60kgf(一定))に巻き付け、120℃の雰囲気温度で、200時間走行させた。ベルト走行試験の前後のベルト引張強度を万能試験機((株)島津製作所製「UH−200kNX」)を用いて、引張速度50mm/分の条件で引張り、ベルトの破断時の強力を測定し、強力保持率は、次の式で計算した。さらに、算出した強力保持率について、以下の基準で評価した結果を表3及び4に示す。
強力保持率(%)=(屈曲試験後の強力/屈曲試験前の強力)×100
(強力保持率の評価)
○:強力保持率が85%以上(耐屈曲疲労性良好)
△:強力保持率が80%以上〜85%未満(実用上問題なし)
×:強力保持率が80%未満(実用上問題あり)。
[耐ポップアウト性]
耐ポップアウト性の評価は、以下に示す高張力試験、過張力試験においてベルト側面から心線が5mm以上飛び出した場合をポップアウトありと判断した。高張力試験及び過張力試験のベルト走行試験条件は、軸荷重を除いて上述の耐屈曲疲労性の評価におけるベルト走行試験条件と同一であり、高張力試験の軸荷重は82kgf、過張力試験の軸荷重は104kgfとした。高張力試験及び過張力試験の結果について、以下の基準で評価した結果を表3及び4に示す。
○:両方の試験でポップアウトが発生しなかった(耐ポップアウト性良好)
△:過張力試験ではポップアウトが発生したものの高張力試験ではポップアウトが発生しなかった(実用上問題なし)
×:両方の試験でポップアウトが発生した(実用上問題あり)。
[総合判断]
引張強度、耐屈曲疲労性、耐ポップアウト性の結果について、以下の基準で評価した結
果も表3及び4に示す。
○:各評価項目において、×判定がなく○が二項目以上(引張強度、耐屈曲疲労性、耐ポップアウト性が高い次元で同時に達成されている)
×:各評価項目において、個別の判定が一項目でも×、又は△が二項目以上(引張強度、耐屈曲疲労性、耐ポップアウト性が高い次元で同時に達成されていない)
[結果及び考察]
表3から明らかなように、下撚り糸を4本含む諸撚りコードでは、原糸タイプが高伸度タイプであり、かつ下撚り数が43〜50.3回/10cmの範囲であり、かつ下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.33〜0.66の範囲である実施例1〜7において、総合判定が「○」であり、引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性が高い次元で同時に達成されており、近年の自動車用エンジンに搭載されるベルトに要求される性能を充足していることが分かる。
比較例1及び3において、引張強度が低い原因は、下撚り数が多すぎるためであると推測される。また、比較例2及び4において、耐屈曲疲労性が低い原因は、下撚り数が少なすぎるためであると推測される。
実施例1〜7では、下撚り数が適度な範囲に保たれていることから、引張強度と耐屈曲疲労性とが両立されていると考えられる。特に、下撚り数が46.7回/10cmである実施例3〜5において、強力保持率(耐屈曲疲労性)が比較的高くなっていることが確認できる。
次に、耐ポップアウト性について注目すると、実施例1、比較例1及び5で過張力試験及び/又は高張力試験でポップアウトが発生し、判定が「×」又は「△」となっている。これらの3例は下撚り係数に対する上撚り係数の比の値がそれぞれ、0.33、0.30、0.38と比較的小さく、下撚りに対して上撚りが甘い状態となっている。そのため、下撚りと上撚りとの解撚トルクが相殺されることなく、ベルトの直進性が低くなってポップアウトの発生に繋がったと考えられる。なお、実施例1及び比較例5に関しては、過張力試験においてのみポップアウトが発生しており、適性張力下での使用においてポップアウトは発生しないと考えられ、耐ポップアウト性は問題ないレベルであると判断されるが、ISG搭載エンジンのように、レイアウトの複雑化や負荷変動の増大は今後も続くと考えられ、これらの厳しい要求に対しては、実施例4の構成がより有効である。
さらに、下撚り係数に対する上撚り係数の比が大きい場合に着目すると、比較例4では下撚り係数に対する上撚り係数の比の値が0.74であるが、耐屈曲疲労性の判定が「×」である。また、実施例7も下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.66と比較的大きい値であるが、耐屈曲疲労性の判定が「△」であり、下撚り係数に対する上撚り係数の比の値が大きくなると、耐屈曲疲労性が低下する傾向にあると考えられる。以上より、下撚り係数に対する上撚り係数の比の値を適切な範囲に保つことで、耐ポップアウト性と耐屈曲疲労性とを両立できることが分かる。特に、下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.49である実施例4において、強力保持率(耐屈曲疲労性)が最も高くなっている。
一方、比較例5〜7の総合判定が全て「×」となっていることから分かるように、原糸として標準タイプの単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維を用いた場合には、引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性を高い次元で同時に達成できない。この原因は、例え撚り数や下撚り係数に対する上撚り係数の比を調整したとしても、原糸自体の引張強度や耐屈曲疲労性が低いためと推定できる。
表4から明らかなように、下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、上撚り数が11.1〜14.8回/10cmの範囲であり、かつ下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.50〜0.74の範囲である実施例8〜11において、総合判定が「○」であり、引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性が高い次元で同時に達成されており、近年の自動車用エンジンに搭載されるベルトに要求される性能を充足していることが分かる。下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、下撚り糸を4本含む諸撚りコードに比べて、上撚り数が多く、撚り係数比が大きい方が良好であった。さらに、撚り糸の本数が少ないため、下撚り数を少なくし、心線ピッチを狭くすることにより、引張強度と耐屈曲疲労性とが両立されていると考えられる。特に、上撚り数が14.8回/10cmであり、下撚り数が38.4回/10cmである実施例10において、強力保持率(耐屈曲疲労性)が最も高くなっていることが確認できる。
なお、今回の試験条件ではデータ上差が出ていないが、下撚り糸を3本含む諸撚りコードでは、撚り係数比が大きくなる(1に近づく)ことで解撚トルクは減少するので、下撚り糸を4本含む諸撚りコードよりも耐ポップアウト性も向上していると考えられる。
一方、上撚り数は適当であっても、比較例8では、下撚り数が多すぎるため、耐ポップアウト性が低下しており、比較例9では、下撚り数が少なすぎるため、耐屈曲疲労性が低下した。また、比較例10では、上撚り数が多く、下撚り数が少なすぎるため、耐屈曲疲労性が低下しており、比較例11では、上撚り数及び下撚り数がいずれも少なすぎるため、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性の双方が低下した。さらに、比較例12では、上撚り数及び下撚り数がいずれも多すぎるため、ベルト引張強度が低下した。
本発明の諸撚りコードは、各種の伝動ベルト[例えば、Vベルト、Vリブドベルトなどの摩擦伝動ベルト、歯付ベルト、両面歯付ベルトなどの噛み合い伝動ベルトなど]の抗張体などに利用できるが、Vリブドベルトの心線として好適に利用でき、引張強度、耐屈曲疲労性及び耐ポップアウト性を高い次元で同時に向上できる点から、ISG搭載エンジンを駆動するためのVリブドベルトの心線として特に好適に利用できる。
1…心線
2…圧縮ゴム層
3…Vリブ部
4…接着ゴム層
5…伸張層

Claims (14)

  1. パラ系アラミド繊維を含む下撚り糸を3本含む諸撚りコードであって、
    前記パラ系アラミド繊維が平均繊度1000〜1250dtex、引張弾性率55〜70GPa及び引張強度2800〜3500MPaを有し、
    前記諸撚りコードは、前記下撚り糸の下撚り数が33〜40回/10cmであり、上撚りの方向が下撚りとは逆方向であり、下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.25〜1である諸撚りコード。
  2. 諸撚りコードの上撚り数が10〜15回/10cmである請求項1記載の諸撚りコード。
  3. 諸撚りコードの下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.5〜0.75である請求項1又は2記載の諸撚りコード。
  4. パラ系アラミド繊維を含む下撚り糸を4本含む諸撚りコードであって、
    前記パラ系アラミド繊維が平均繊度1000〜1250dtex、引張弾性率55〜70GPa及び引張強度2800〜3500MPaを有し、
    前記諸撚りコードは、前記下撚り糸の下撚り数が42〜52回/10cmであり、上撚りの方向が下撚りとは逆方向であり、下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.25〜1である諸撚りコード。
  5. 諸撚りコードの上撚り数が5〜15回/10cmである請求項4記載の諸撚りコード。
  6. 諸撚りコードの下撚り係数に対する上撚り係数の比が0.33〜0.66である請求項4又は5記載の諸撚りコード。
  7. 諸撚りコードの平均径が0.7〜0.9mmである請求項1〜6のいずれかに記載の諸撚りコード。
  8. パラ系アラミド繊維がポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維である請求項1〜7のいずれかに記載の諸撚りコード。
  9. パラ系アラミド繊維を一方向に下撚りして下撚り糸を得る下撚り工程、前記下撚り工程で得られた下撚り糸を3本又は4本引き揃えて下撚りとは逆方向に上撚りして諸撚りコードを得る上撚り工程を含む請求項1〜8のいずれかに記載の諸撚りコードの製造方法。
  10. 請求項1〜8のいずれかに記載の諸撚りコードで形成された抗張体を含む伝動ベルト。
  11. 抗張体が心線であり、心線の平均ピッチが0.8〜1.05mmである請求項10記載の伝動ベルト。
  12. ゴム成分を含むゴム組成物で形成された圧縮ゴム層をさらに含む請求項10又は11記載の伝動ベルト。
  13. ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーである請求項12記載の伝動ベルト。
  14. ISG搭載エンジンを駆動するために請求項10〜13のいずれかに記載の伝動ベルトを使用する方法。
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