JP2021066761A - 歯付きベルト用背面ゴムおよび歯付きベルト - Google Patents

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Abstract

【課題】耐熱性と耐寒性を備え、低温環境下に長時間放置された場合であっても、屈曲に対する十分な靭性を発揮する歯付きベルト用背面ゴムおよび歯付きベルトを提供する。【解決手段】歯付きベルトは、ベルト本体11の表面側に、ベルト本体11の長手方向に沿って歯部12と歯底部13が交互に形成される歯ゴム14が設けられ、背面側に、平板状の背面ゴム15が設けられる。背面ゴム15は、結合アクリロニトリル量が25%以下の水素化ニトリルゴム100重量部に対して不飽和カルボン酸金属塩を25重量部以上配合し、架橋助剤を用いることなく架橋することにより得られる。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば自動車用エンジンに設けられ、低温環境に用いて好適な歯付きベルトに関する。
寒冷地で使用される自動車用エンジンでは、歯付きベルトは耐熱性に加え、耐寒性にも優れることが求められる。このような歯付きベルトとして、例えば特許文献1に開示されたものが知られており、この歯付きベルトのベルト本体は、例えば低温タイプの水素化ニトリルゴムに対して、所定量の過酸化物架橋剤と架橋助剤を配合して架橋することにより得られる。
特開2017−95579号公報
上述した従来の歯付きベルトでは、歯面側にあるベルト本体の耐久性は問題ないが、エンジンを停止状態で低温環境下に長時間放置した場合、プーリとの係合部分では、背面ゴムが引張り状態で保持されるのでクラックが発生しやすいという問題がある。
本発明は、耐熱性と耐寒性を備え、低温環境下に長時間放置された場合であっても、屈曲に対する十分な靭性を発揮する歯付きベルト用背面ゴムおよび歯付きベルトを提供することを目的としている。
本発明の第1の発明は、ベルト本体の表面側に、ベルト本体の長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に形成される歯ゴムが設けられ、背面側に、平板状の背面ゴムが設けられる歯付きベルトにおいて、背面ゴムが、結合アクリロニトリル量が25%以下の水素化ニトリルゴム100重量部に対して不飽和カルボン酸金属塩を25重量部以上配合し、架橋助剤を用いることなく架橋することにより得られることを特徴としている。
結合アクリロニトリル量は17%以上であることが好ましい。
不飽和カルボン酸金属塩は例えばメタクリル酸金属塩である。
歯付きベルト用背面ゴムは、水素化ニトリルゴム100重量部に対し、架橋剤として、例えば3〜7重量部の過酸化物架橋剤が用いられる。
本発明の第2の発明は、ベルト本体の表面側に、ベルト本体の長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に形成される歯ゴムが設けられ、背面側に、平板状の背面ゴムが設けられる歯付きベルトであって、背面ゴムが、結合アクリロニトリル量が25%以下の水素化ニトリルゴム100重量部に対して不飽和カルボン酸金属塩を25重量部以上配合し、架橋助剤を用いることなく架橋することにより得られることを特徴とする歯付きベルトである。
本発明によれば、耐熱性と耐寒性を備え、低温環境下に長時間放置された場合であっても、屈曲に対する十分な靭性を発揮する歯付きベルト用背面ゴムおよび歯付きベルトを得ることができる。
本発明の一実施形態である歯付きベルトの外観を示し、一部を破断して示す斜視図である。 冷間引張り試験の結果を示すグラフである。 歯付きベルトの走行試験の手法を示す図である。
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図1において、歯付きベルトのベルト本体11の表面側には、長手方向に沿って歯部12と歯底部13が交互に形成される歯ゴム14が設けられ、背面側には、平板状の背面ゴム15が設けられる。歯ゴム14の表面は帆布16によって被覆される。ベルト本体11の内部において、歯ゴム14と背面ゴム15の境界面には、長手方向に延びる心線17が埋設される。
歯ゴム14は水素化ニトリルゴムを主成分とし、使用される水素化ニトリルゴムの結合アクリロニトリル量は使用環境により適宜選択される。また適宜、可塑剤、カーボンブラック、架橋剤や加硫剤が使用される。
背面ゴム15は水素化ニトリルゴムを主成分とするが、歯ゴム14と比較して結合アクリロニトリル量が相対的に少なく、25%以下である。背面ゴム15は、水素化ニトリルゴム100重量部に対して不飽和カルボン酸金属塩が25重量部以上配合するとともに、耐寒可塑剤とカーボンブラックと老化防止剤とステアリン酸とを所定量配合し、さらに過酸化物架橋剤を3〜7重量部配合して、架橋することにより得られるが、架橋助剤は配合されない。
背面ゴム15の架橋に用いる不飽和カルボン酸金属塩において、不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸等のモノカルボン酸やマレイン酸、フマル酸、イタコン酸等のジカルボン酸やマレイン酸モノメチル、イタコン酸モノメチルを用いることができる。一方、金属塩としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、チタン、クロム、モリブデン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、銀、亜鉛、カドミウム、アルミニウム、錫、鉛、水銀、アンチモン等を用いることができる。
帆布16は従来公知の種々の材料が使用可能である。すなわち帆布16は、例えばポリアミド繊維、アラミド繊維、PBO繊維、ガラス繊維、カーボン繊維等の繊維を用いて形成された織布に、ゴム糊、RFL液、イソシアネート溶液、エポキシ溶液を含浸することにより得られる。同様に心線17も従来公知の種々の材料、例えばスチール、ガラス繊維、アラミド繊維等が使用可能である。
本実施形態において、歯付きベルトの背面ゴム15は結合アクリロニトリル量が25%以下の水素化ニトリルゴムを用いているので、十分な耐寒性を発揮する。また結合アクリロニトリル量が17%以上の水素化ニトリルゴムを用いているので、物性バランスが優れる。また背面ゴム15の架橋のために不飽和カルボン酸金属塩を配合するが、架橋助剤を用いないので、適切な力学物性を維持することができ、特に低温時における曲げに対して十分な靭性を維持することができる。すなわち本実施形態の歯付きベルトは、耐熱性と耐寒性を備え、また低温環境下に長時間放置された場合であっても、背面ゴムは屈曲に対する十分な靭性を発揮し、クラックが発生し難い。
次に表1と図2、3を参照して、実施例1、2と比較例1〜3の背面ゴムの性能試験の結果を説明する。
Figure 2021066761
実施例1の背面ゴムにおいて、ポリマー2はゼットポール4310(登録商標)で、結合アクリロニトリル量が18.6%の水素化ニトリルゴムである。100重量部のポリマー2に対して、メタクリル酸亜鉛が33重量部、カーボンブラックが26重量部、耐寒可塑剤が9重量部、老化防止剤が4重量部、ステアリン酸が1.3重量部、過酸化物架橋剤が6重量部配合され、架橋助剤は配合されない。実施例2の背面ゴムは、基本的に実施例1と同じ構成であるが、メタクリル酸亜鉛の量が異なり、25重量部である。
比較例1の背面ゴムにおいて、ポリマー1はゼットポール2021(登録商標)で、結合アクリロニトリル量が36.2%の水素化ニトリルゴムである。100重量部のポリマー1に対して、カーボンブラックが60重量部、耐熱可塑剤が5重量部、耐寒可塑剤が7重量部、老化防止剤が3重量部、ステアリン酸が1重量部、加硫促進剤が3.7重量部、加硫剤が0.8重量部配合される。比較例2の背面ゴムは、ポリマー2を用いており、100重量部のポリマー2に対して、メタクリル酸亜鉛が20重量部、カーボンブラックが35重量部、耐寒可塑剤が9重量部、老化防止剤が4重量部、ステアリン酸が1.3重量部、過酸化物架橋剤が6重量部、架橋助剤が6重量部配合される。比較例3は、基本的に比較例2と同じ構成であるが、架橋助剤は配合されない。
表1に示す配合に従ったゴム材料をロール練りして、160℃の環境で20分間、プレス加硫してプレスシートを得た。プレスシートの寸法(長さ、幅、厚さ)は150mm×120mm×2mmであった。これらのプレスシートに対して、硬度測定、引張り・引き裂き試験、熱老化試験、冷間引張り試験、ゲーマンねじり試験を行った。硬度測定と引張り・引き裂き試験は常態(室温)で行った。熱老化試験は150℃の状態で72時間行った。冷間引張り試験は−40℃の状態で行った。またプレスシートを用いた試験に加え、歯ゴムに結合アクリロニトリル量が36.2%の水素化ニトリルゴムを用いて硫黄で加硫したゴムを使用し、背面ゴムに実施例1と比較例1、2の背面ゴムを用いた歯付きベルトを作製し、動的低温始動試験を行った。
比較例1において、ポリマー1は結合アクリロニトリル量が相対的に多い中高ニトリルゴムであるので、ゲーマンねじり試験によるT10(℃)は−31であり、耐寒性が悪い結果となった。これに対して他の例では、結合アクリロニトリル量が相対的に少ない低温タイプの水素化ニトリルゴムを使用しているため、ゲーマンねじり試験によるT10(℃)は−40であり、耐寒性は良好であった。
比較例2は架橋助剤を配合しているが、常態における引張り破断強度(Tb)、引張り破断伸び(Eb)、引き裂き強度(Tr)の値は小さく、力学物性が悪い結果となった。これに対して架橋助剤を用いない他の例では、これらの値は大きく、力学物性は良好であった。
比較例3は架橋助剤を用いず、またメタクリル酸亜鉛を実施例1、2よりも少ない20重量部配合している。架橋助剤を用いないことにより、常態における引張り破断強度(Tb)、引張り破断伸び(Eb)、引き裂き強度(Tr)の力学物性は、比較例1よりも改善されているが、実施例1、2よりは低い結果となった。すなわち実施例1、2は、メタクリル酸亜鉛を25重量部以上配合しているので、いずれも力学物性は良好な結果を示した。
図2は実施例1と比較例1のプレスシートに対して実施した冷間引張り試験の結果を示している。この図に示すように、実施例1の背面ゴムは良好な力学物性を有し、引張り破断伸び(Eb)が177%、引張り破断強度(Tb)が39.1MPaであった。これに対して比較例1の背面ゴムの力学物性は不十分であり、引張り破断伸び(Eb)は58%、引張り破断強度(Tb)は35.1MPaであった。
図3は歯付きベルトの動的低温始動試験の手法を示している。この図に示すように、歯数20の駆動プーリ21と歯数40の被駆動プーリ22に歯付きベルト23を掛け回し、直径52mmのテンショナ24によって歯付きベルト23の背面を押圧して張力を一定に維持しつつ、試験を行った。まず、所定の温度環境において3時間、歯付きベルト23を静止した状態に保った後、300rpmで1分間回転させて10分間停止するというサイクルを50回繰り返し、歯付きベルト23の背面にクラックが発生するときの限界温度を測定した。
動的低温始動試験により得られた限界温度に関し、歯付きベルトの背面ゴムに比較例1は中高ニトリルゴムを用いたために、最も高い−32℃であり、比較例2は低温タイプの水素化ニトリルゴムを用いたために比較例1よりも低い−37℃であった。これに対して実施例1は、比較例2との違いとして、メタクリル酸亜鉛の量を増加するとともに、架橋助剤を用いなかったために、十分に低い−39℃であった。
11 ベルト本体
12 歯部
13 歯底部
14 歯ゴム
15 背面ゴム

Claims (5)

  1. ベルト本体の表面側に、前記ベルト本体の長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に形成される歯ゴムが設けられ、背面側に、平板状の背面ゴムが設けられる歯付きベルトにおいて、結合アクリロニトリル量が25%以下の水素化ニトリルゴム100重量部に対して不飽和カルボン酸金属塩を25重量部以上配合し、架橋助剤を用いることなく架橋することにより得られることを特徴とする歯付きベルト用背面ゴム。
  2. 前記結合アクリロニトリル量が17%以上であることを特徴とする請求項1に記載の歯付きベルト用背面ゴム。
  3. 前記不飽和カルボン酸金属塩がメタクリル酸金属塩であることを特徴とする請求項1に記載の歯付きベルト用背面ゴム。
  4. 前記水素化ニトリルゴム100重量部に対し、架橋剤として、3〜7重量部の過酸化物架橋剤が用いられることを特徴とする請求項1に記載の歯付きベルト用背面ゴム。
  5. ベルト本体の表面側に、前記ベルト本体の長手方向に沿って歯部と歯底部が交互に形成される歯ゴムが設けられ、背面側に、平板状の背面ゴムが設けられる歯付きベルトであって、前記背面ゴムが、結合アクリロニトリル量が25%以下の水素化ニトリルゴム100重量部に対して不飽和カルボン酸金属塩を25重量部以上配合し、架橋助剤を用いることなく架橋することにより得られることを特徴とする歯付きベルト。
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