JP2018185041A - Vリブドベルト及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記表面層は、繊維を含み、圧縮ゴム層を補強する役割を有しており、圧縮ゴム層のプーリと接する摩擦伝動面を被覆していればよいが、生産性などの点から、通常、圧縮ゴム層の表面全体を被覆している。さらに、前記表面層は、基部と、ベルト長手方向の一部の長さ領域に形成され、かつ前記基部の平均厚みよりも小さい平均厚みを有するインジケータ部とを含む。すなわち、本発明のVリブドベルトでは、表面層において基部よりもインジケータ部の厚みが薄いため、ベルトの使用によって表面層の摩耗が進行すると、インジケータ部では基部よりも早く圧縮ゴム層がベルト表面に露出する。さらに、本発明のVリブドベルトでは、前述のように、表面層は圧縮ゴム層と異なる色を有しているため、インジケータ部の摩耗によって部分的に露出した圧縮ゴム層は、圧縮ゴム層が露出していない基部と色の違いにより目視で判別することが可能であり、ベルト交換時期を容易に知ることができる。特許文献4や5のように全周が同一の構成である場合は、色の変化に気付きにくいが、本発明のようにベルト長手方向の一部分のみ構成を変えることで、その隣の部分との色の違いがはっきりと認識できる。また、特許文献3では、接着ゴム層とリブとの間にホワイトカーボンによって白色に調整した背面部位を形成しているが、ベルト内周面から入り組んだリブ底を観察するのは困難である。その理由は、エンジンなどに組み付けられたベルトは、その内周面に顔を近付けて観察できるほどのスペースが無いためである。一方、本発明では、図2及び3に示すように、ベルト側面を観察することにより交換時期を判定することができる。すなわち、図2に示すように、本発明のVリブドベルトの使用前の外観は、インジケータ部(表面層の薄肉部)10aにおいて、圧縮ゴム層が見えないか、うっすらと透けて見える程度であるが、図3に示すように、交換時期まで使用した後の外観では、インジケータ部(リブ部の側面であり、プーリとの接触部である摩擦伝動面)10bにおける表面層が摩耗して消失し、その部分だけ圧縮ゴム層が表面に露出して異なる色を呈するため、目視で簡単に交換時期を判定できる。そのため、本発明では、入り組んだリブ底を観察する必要はなく、エンジン内などスペースに余裕の無い場所に組み付けられた場合であっても、機械から取り外すことなくVリブドベルトの交換時期を容易に判定できる。
表面層に含まれる繊維は、耐熱繊維が好ましい。耐熱繊維としては、加硫後も繊維形状を維持し、ベルトに諸機能を付与するために、加硫温度(例えば150〜200℃、特に170℃程度)を超える軟化点又は融点を有していればよく、各種の合成繊維、無機繊維を利用できる。耐熱繊維の軟化点又は融点(又は分解点)は、加硫温度をTとすると、例えば、T+10℃以上であってもよく、例えば、(T+10)〜(T+400)℃、好ましくは(T+20)〜(T+370)℃、さらに好ましくは(T+20)〜(T+350)℃程度である。耐熱繊維は、加硫温度よりも高い軟化点又は融点を有するため、加硫後も繊維状の形態を維持しており、摩擦伝動面に所望の性能(耐熱繊維の特性を反映)を付与できる。
繊維樹脂混合層には、前記耐熱繊維と樹脂成分とが混在しており、繊維樹脂混合層を圧縮ゴム層と繊維層との間に介在させることにより、摩擦伝動面を補強できる。さらに、繊維樹脂混合層における耐熱繊維のうち、少なくとも一部の繊維は、前記繊維樹脂混合層から前記圧縮ゴム層内部の表面近傍(繊維樹脂混合層との界面近傍)に亘って埋設されている。そのため、このような2層を跨いで埋設された耐熱繊維を含むことにより、圧縮ゴム層への埋設部分がアンカー効果の役割を果たして繊維樹脂混合層と圧縮ゴム層表層との界面を強固に結合でき、繊維樹脂混合層の圧縮ゴム層からの剥がれ(剥離)を防止できる。また、繊維層及び繊維樹脂混合層の摩耗が進行して圧縮ゴム層の表面が露出しても、圧縮ゴム層に埋設した耐熱繊維が摩耗によりその内部から露出するとともに、圧縮ゴム層の界面近傍で層状に存在して圧縮ゴム層を補強する役割を担うため、ベルトを長時間走行させても圧縮ゴム層(摩擦伝動面)の耐摩耗性を維持できる。耐熱繊維が、圧縮ゴム層に埋設する態様としては、特開2014−111981号公報での圧縮ゴム層表面近傍における耐熱繊維(耐熱性繊維)の埋設態様と同様である。
繊維層は、圧縮ゴム層の最表面を被覆しており、前記親水性耐熱繊維を含み、かつ樹脂成分を含まないため、柔軟であり、かつ吸水性に優れるため、被水時の耐発音性を向上できる。被水時の耐発音性が顕著に向上する理由は、最表面に位置する繊維層の存在によって、ベルトとプーリ間に侵入した水を素早く吸収できるため、ベルトとプーリ間における水膜の発生を抑制することにより、通常走行時(DRY)の摩擦係数と注水走行時(WET)の摩擦係数との差が小さくなるためであると推定できる。
圧縮ゴム層は、例えば、ゴム成分と加硫剤又は架橋剤とを含むゴム組成物やポリウレタン樹脂組成物などが利用される。
心線を構成する繊維としては、例えば、前記耐熱繊維と同様の繊維が例示できる。これらのうち、高モジュラスの点から、ポリエステル繊維、アラミド繊維などの合成繊維、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維などが汎用され、ベルトスリップ率を低下できる点から、ポリエステル繊維、アラミド繊維が特に好ましい。心線(例えばポリエステル繊維)はマルチフィラメント糸であってもよい。マルチフィラメント糸で構成される心線の繊度は、例えば2000〜10000デニール(特に4000〜8000デニール)程度であってもよい。心線は、ゴム成分との接着性を改善するため、慣用の接着処理、例えば、レゾルシン−ホルマリン−ラテックス液(RFL液)による接着処理を施してもよい。
接着層にも前記圧縮ゴム層と同様のゴム組成物などが使用できる。接着層のゴム組成物において、ゴム成分としては、前記圧縮ゴム層のゴム組成物のゴム成分と同系統又は同種のゴムを使用する場合が多い。また、加硫剤又は架橋剤、共架橋剤又は架橋助剤、加硫促進剤などの添加剤の割合も、それぞれ、前記圧縮ゴム層のゴム組成物と同様の範囲から選択できる。接着層のゴム組成物は、さらに接着性改善剤(レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、アミノ樹脂など)を含んでいてもよい。
伸張層は、前記圧縮ゴム層と同様のゴム組成物で形成してもよく、帆布などの布帛(補強布)で形成してもよい。
本発明のVリブドベルトは、円筒状ドラムに、伸張層を形成するためのシート(伸張層用シート)と、心線と、圧縮ゴム層を形成するための未加硫ゴムシート(圧縮ゴム層用シート)と、表面層を形成するためのシート状構造体(表面層用構造体)とを順次巻き付ける巻付工程、巻き付けられた積層シートを金型に押し付けて、前記未加硫ゴムシートを加硫成形する加硫成形工程を経て製造される。
この工程において、インジケータ部を有する表面層を形成する方法は、インジケータ部に相当する領域の巻き付け数が少なくなるように、インジケータ部を形成する方法であってもよい。この方法には、単一の表面層用構造体を巻き付ける方法と、複数の表面層用構造体を巻き付ける方法とが含まれる。
表面層が前記繊維樹脂混合層と前記繊維層との積層体である場合、表面層は、以下の方法で製造してもよい。なお、インジケータ部の形成方法は、前述の方法と同一である。
加硫成形工程では、巻き付けられた積層シートを金型に押し付けて少なくとも圧縮ゴム層の未加硫ゴムシートを加硫成形できればよいが、Vリブドベルトでは、内周面に複数のリブ型を刻設した外型に成形体を巻き付けた内型を同心的に設置する。このとき、外型の内周面と成形体の外周面との間には所定の間隙が設けられている。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(例えば1〜6%程度)させて成形体(例えば、繊維樹脂混合層及び繊維層、圧縮ゴム層の未加硫ゴムシート)をリブ型に圧入し、加硫を行う。最後に、内型を外型より抜き取り、複数のリブを有する加硫ゴムスリーブを外型より脱型した後、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。
直径120mmの駆動プーリ(Dr.)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL.)、直径120mmの従動プーリ(Dn.)、直径61mmのテンションプーリ(Ten.)を順に配置した図9にレイアウトを示す試験機を用いて、耐久走行試験を行った。そして、試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、駆動プーリの回転数を4900rpm、アイドラープーリへのベルトの巻き付け角度を120°、テンションプーリへのベルトの巻き付け角度を90°、従動プーリ負荷を11.4kWとし、一定荷重(890N/6rib)を付与してベルトを雰囲気温度120℃で150時間走行させた。走行後のVリブドベルトについて、照度300lx(ルクス)の作業環境にて、図10に示すように、耐久走行試験と同じレイアウトにベルトを取り付けたまま、ベルト側面までの距離を変えながらインジケータ部をベルトの側面から目視で観察し、表1に示す評価点で採点を行なった。
摩擦係数測定試験は、直径121.6mmの駆動プーリ(Dr.)、直径76.2mmのアイドラープーリ(IDL.1)、直径61.0mmのアイドラープーリ(IDL.2)、直径76.2mmのアイドラープーリ(IDL.3)、直径77.0mmのアイドラープーリ(IDL.4)、直径121.6mmの従動プーリ(Dn.)を順に配置した図11にレイアウトを示す試験機を用いて行った。そして、試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、通常走行時(DRY)においては室温条件下で、駆動プーリの回転数を400rpm、従動プーリへのベルト巻き付け角度を20°とし、一定荷重(180N/6rib)を付与してベルトを走行させ、従動プーリのトルクを0〜最大20Nmまで上げていき、従動プーリに対するベルトの滑り速度が最大(100%スリップ)となったときの従動プーリのトルク値より、以下の式を用いて摩擦係数μを求めた。
T2=180(N/6rib)
α=π/9(rad)(式中、radはラジアンを意味する)。
ミスアライメント発音評価試験(発音限界角度)は、直径90mmの駆動プーリ(Dr.)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL.1)、直径120mmのミスアライメントプーリ(W/P)、直径80mmのテンションプーリ(Ten.)、直径70mmのアイドラープーリ(IDL.2)、直径80mmのアイドラープーリ(IDL.3)を順に配置した図13にレイアウトを示す試験機を用いて行い、アイドラープーリ(IDL.1)とミスアライメントプーリの軸離(スパン長)を135mmに設定し、全てのプーリが同一平面上(ミスアライメントの角度0°)に位置するように調整した。そして、試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、室温条件下で、駆動プーリの回転数が1000rpm、ベルト張力が300N/6ribとなるように張力を付与し、駆動プーリの出口付近においてVリブドベルトの摩擦伝動面に定期的(約30秒間隔)に5ccの水を注水して、ミスアライメント(ミスアライメントプーリを各プーリに対し手前側にずらす)でベルトを走行させた時の発音(ミスアライメントプーリの入口付近)が発生するときの角度(発音限界角度)を求めた。また、通常走行時(注水しない以外は注水走行時と同じレイアウト、走行条件)においても同様に発音限界角度を求めた。発音限界角度の数値が大きいほど耐発音性に優れていることを示し、被水時及び通常走行時の発音限界角度が2.0°以上であれば、耐発音性は良好と判断した。
摩耗試験は、直径120mmの駆動プーリ(Dr.)、直径85mmのアイドラープーリ(IDL.)、直径120mmの従動プーリ(Dn.)、直径60mmのテンションプーリ(Ten.)を順に配置した図14にレイアウトを示す試験機を用いて行った。そして、試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、駆動プーリの回転数を4900rpm、アイドラープーリ及びテンションプーリへのベルト巻き付け角度を90°、従動プーリ負荷を10.4kWとし、一定荷重(890N/6rib)を付与してベルトを雰囲気温度120℃で24時間走行させた。摩耗率は、摩耗量(=走行前のベルト質量−走行後のベルト質量)を走行前のベルト質量で除して求めた。摩耗率の数値が低いほど耐摩耗性に優れており、この数値が1.4%以下であれば、耐摩耗性は良好と判断した。
試験車両は、排気量1.5リットルの4気筒エンジンを搭載した市販の車両であり、計測開始前のエンジン油温は40℃以下とした。まず、Vリブドベルトを所定の張力でエンジンに取り付け、次に、Vリブドベルトの摩擦伝動面に2cc注水し、最後に、エンジン始動を5回行い、下記の評価点で評価を行い、始動5回のうち最低の評価点をそのベルトの評価点とした。
5…発音なし、許容可
4…発音微小、許容可(ボンネットを閉じると車両横でも異音が聞こえない)
3…発音小、許容可(窓開放状態でも運転席で異音が聞こえない)
2…発音中、許容不可(窓開放状態で、運転席で異音が聞こえる)
1…発音大、許容不可(うるさい)。
視認性と同一の方法で耐久走行試験を行ったVリブドベルトについて、摩擦係数及び発音限界角度を測定し、実車被水時異音評価を行った。
150時間耐久走行試験前後でベルト幅方向と平行方向にベルトを切断し、この切断面を走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製「JSM5900LV」)を用いて観察した。走行前の表面層(繊維樹脂混合層+親水性耐熱繊維層)の厚みと、走行後の表面層の厚みとを測定し、150時間走行後に残った表面層の割合(%)を、走行後の表面層の厚み/走行前の表面層の厚みとして算出した。
Vリブドベルトをベルト幅方向と平行方向に切断し、この切断面(特に、リブ側部)を走査型電子顕微鏡(日本電子(株)製「JSM5900LV」)を用いて、拡大観察(倍率は50倍)して、圧縮ゴム層内部における繊維樹脂混合層との界面近傍に埋設した耐熱性繊維の埋設深さを、以下のようにして測定した。
小津産業(株)製「ノアストロング」、繊維長10mmのパルプの不織紙とポリプロピレン(PP)長繊維(融点170℃)の不織布との積層体、目付量80g/m2又は100g/m2。
EPDMポリマー:デュポン・ダウエラストマージャパン(株)製「IP3640」
酸化亜鉛:正同化学工業(株)製「酸化亜鉛3種」
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
カーボンブラックHAF:東海カーボン(株)製「シースト3」
パラフィン系オイル:出光興産(株)製「ダイアナプロセスオイルPW−90」
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックスOD3」
ナイロン短繊維:ナイロン66、繊維長約0.5mm
有機過酸化物:化薬アクゾ(株)製「パーカドックス14RP」
心線:1,000デニールのPET繊維を2×3の撚り構成で、上撚り係数3.0、下撚り係数3.0で諸撚りしたトータルデニール6,000のコードを接着処理した撚りコード。
(圧縮ゴム層及び伸張層の形成)
表2に示すゴム組成物をバンバリーミキサーで混練し、カレンダーロールによって圧延することによって、圧縮ゴム層又は伸張層を形成するためのゴムシートを、それぞれ、2.5mm又は0.8mmの厚みで作製した。
外周面に可撓性ジャケットを装着した内型に未加硫の伸張層用シートを巻き付け、この上に心線を螺旋状にスピニング(ピッチ1.15mm、テンション5kgf)し、更に未加硫の圧縮ゴム層用シートと、表面層用構造体(不織布)を順次巻き付けてベルトを作製した。なお、実施例1〜4及び実施例7並びに比較例1〜2では、表3に示す不織布を、パルプが積層された面が外側(プーリと接触する面)となるように、未加硫圧縮ゴム層用シートの上に2重に巻き付け、表3に示すインジケータ部長さとなるように2周目の巻き終わり位置を巻き初め位置よりも少し手前とした(すなわち、図4に示すように、インジケータ部以外の基部は、不織布が2重になっており、インジケータ部は、不織布が1重となっている)。また、実施例5では、不織布は、パルプが積層された面が外側となるように、未加硫圧縮ゴム層用シートの上に3重に巻き付け、インジケータ部長さが10mmとなるように3周目の巻き終わり位置を巻き初め位置よりも少し手前とした(すなわち、図4に示す形態よりも1周分多く不織布を巻き付けた形態であり、インジケータ部以外の基部は、不織布が3重になっており、インジケータ部は、不織布が2重となっている)。実施例6では、3枚の不織布を用いて、パルプが積層された面が外側となるように巻き付けた。詳しくは、1枚目の不織布(第1のシート状構造体)を未加硫圧縮ゴム層用シートの上に、端部同士が接触して突き合わせとなるように巻き付け、その上に2枚目及び3枚目の不織布(第2及び第3のシート状構造体)を順次にインジケータ部長さが10mmとなるように揃えて巻き付けた(すなわち、図7に示すように、インジケータ部以外の基部は、不織布が3重になっており、インジケータ部は、不織布が1重(1枚目の不織布のみ)となっている)。加硫は、可撓性ジャケットの膨張圧を1.0MPaとし、温度80℃、時間10分で維持(第一ステップ)した後、温度を170℃まで上昇させ、その温度を20分維持(第二ステップ)して行った。加硫完了後は室温付近まで冷却し、外型から内型を抜き取った後、加硫ベルトスリーブを外型より脱型した。作製したVリブドベルトは、ベルト長さが1100mm、リブ形状がK型の6リブであった。得られたVリブドベルトについて、視認性を評価した結果を表3に示す。
特許文献3(特開2004−92761号公報)のVリブドベルトについて視認性を評価した。すなわち、特許文献3の図3のように接着ゴム層と圧縮ゴム層の間に色相の異なる異色ゴム層(厚み0.4mm)を設け、さらに異色ゴム層の一部を圧縮ゴム層側へ張り出させたVリブドベルトの視認性の評価結果を表4に示す。
未加硫圧縮ゴム層用シートの上に、不織布を突き合わせで(端部同士の隙間を空けずに)1重に巻き付ける以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。得られたVリブドベルトは、インジケータ部を有していないため、耐久走行試験後は、黒色ゴムが摩擦伝動面全体に露出しており、交換時期の判別はできなかった。
2…圧縮ゴム層
3…リブ部
4…短繊維
5…伸張層
6…接着層
Claims (12)
- 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、かつその側面でプーリと接して摩擦係合する圧縮ゴム層と、
前記伸張層と前記圧縮ゴム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Vリブドベルトであって、
前記圧縮ゴム層のプーリと接する摩擦伝動面が、繊維を含む表面層で被覆され、
この表面層が、前記圧縮ゴム層と異なる色を有し、かつ基部と、ベルト長手方向の一部の長さ領域に形成されたインジケータ部とを含むとともに、前記インジケータ部のベルト長手方向の長さが3〜30mmであり、かつ前記インジケータ部の平均厚みが前記基部の平均厚みよりも小さいVリブドベルト。 - ベルト長さ方向において、基部とインジケータ部との長さ比が、基部/インジケータ部=85/15〜99.9/0.1である請求項1記載のVリブドベルト。
- 基部の平均厚みが100〜300μmである請求項1又は2記載のVリブドベルト。
- インジケータ部の平均厚みが、基部の平均厚みに対して20〜80%である請求項1〜3のいずれかに記載のVリブドベルト。
- 表面層が、圧縮ゴム層よりも大きい明度を有する請求項1〜4のいずれかに記載のVリブドベルト。
- 表面層が、セルロース系繊維を含む不織布を含み、表面層中のセルロース系繊維の割合が30質量%以上である請求項1〜5のいずれかに記載のVリブドベルト。
- 表面層が、摩擦伝動面に積層され、かつ樹脂成分と加硫温度を超える軟化点又は融点を有する耐熱繊維とを含む繊維樹脂混合層と、この繊維樹脂混合層に積層され、かつ加硫温度を超える軟化点又は融点を有する親水性耐熱繊維を含み、かつ樹脂成分を含まない繊維層との積層体である請求項1〜6のいずれかに記載のVリブドベルト。
- 円筒状ドラムに、伸張層を形成するためのシートと、心線と、圧縮ゴム層を形成するための未加硫ゴムシートと、表面層を形成するためのシート状構造体とを順次巻き付ける巻付工程、巻き付けられた積層シートを金型に押し付けて前記未加硫ゴムシートを加硫成形する加硫成形工程を含むVリブドベルトの製造方法であって、巻付工程において、インジケータ部に相当する領域の巻き付け数が少なくなるように、表面層を形成するためのシート状構造体を巻き付け、インジケータ部を形成する請求項1〜7のいずれかに記載のVリブドベルトの製造方法。
- 巻き付け工程において、表面層を形成するためのシート状構造体を2重又は3重に巻き付け、前記シート状構造体の巻き終わり位置を、巻き始め位置よりも3〜30mm手前とする請求項8記載の製造方法。
- 巻き付け工程において、内面側では、表面層を形成するための第1のシート状構造体を、端部同士が接触するように突き合わせで巻き付け、その上に、表面層を形成するための第2のシート状構造体を、端部の間隔が3〜30mmとなるように巻き付ける請求項8記載の製造方法。
- 巻き付け工程において、内面側では、表面層を形成するための第1のシート状構造体を、端部同士が接触するように突き合わせで巻き付け、その上に、表面層を形成するための第2のシート状構造体を、端部同士が接触するように突き合わせで巻き付けるか、又は端部の間隔が3〜30mmとなるように巻き付け、さらにその上に、表面層を形成するための第3のシート状構造体を、端部の間隔が3〜30mmとなるように巻き付ける請求項8記載の製造方法。
- シート状構造体の目付量が45〜200g/m2である請求項8〜11のいずれかに記載の製造方法。
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JP6909174B2 (ja) | 2021-07-28 |
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