JP2022116908A - 摩擦伝動ベルト - Google Patents
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Abstract
Description
このような伝動ベルトは、プーリに巻き掛けられて使用されるとき、プーリ接触部分を低摩擦係数の状態で維持し、耐摩耗性を向上させるために、例えば、Vリブドベルトでは、Vリブ表面を補強布で被覆することが行われている(例えば、特許文献1~3参照)。
特許文献1~3に記載のVリブドベルトでは補強布及びその周辺の構成を工夫することで耐摩耗性の向上を図っていた。
上記圧縮層は、ゴム組成物からなる内層と、上記内層のプーリ接触側に設けられた繊維部材からなる外層とを備え、
上記ゴム組成物は、ベルト長手方向のおける50%伸長時の弾性率(以下、M50弾性率ともいう)に対するベルト長手方向のおける10%伸長時の弾性率(以下、M10弾性率ともいう)の比(以下、M10弾性率/M50弾性率ともいう)が、1.5以上である。
上記摩擦伝動ベルトは、圧縮層の内層を構成するゴム組成物の、M50弾性率に対するM10弾性率の比(M10弾性率/M50弾性率)が1.5以上と大きいため、耐摩耗性に優れる。
この場合、上記摩擦伝動ベルトは、耐摩耗性に優れるとともに、耐クラック性にも優れる。
この場合、良好な耐摩耗性と耐クラック性との両立に特に適している。
上述した圧縮層を備えるVリブドベルトは、プーリとの噛み合い時にリブ底が接触摩耗しにくく、良好な耐摩耗性を呈する。
(Vリブドベルト)
図1は、本発明の一実施形態に係るVリブドベルトBの一部を模式的に示す図である。
このVリブドベルトBは、例えば、自動車のエンジンルーム内に設けられる補機駆動ベルト伝動装置に用いられるものであり、ベルト周長700~3000mm、ベルト幅10~36mm、及びベルト厚さ3.5~5.0mmに形成されている。
このVリブドベルトBは、圧縮ゴム層12とこの圧縮ゴム層12の外側に設けられたリブ側補強布14とで摩擦伝動ベルトの圧縮層を構成し、この圧縮層がベルト内周側のプーリ接触部分を構成する。
以下、それぞれの構成要素を説明する。
具体的には、圧縮ゴム層12を構成するゴム組成物は、VリブドベルトBの長手方向のおけるM50弾性率に対する上記長手方向のおけるM10弾性率の比(M10弾性率/M50弾性率)が1.5以上である。これによりVリブドベルトBは、良好な耐摩耗性を有する。
これに対して、VリブドベルトBでは、M10弾性率とM50弾性率との比(M10弾性率/M50弾性率)に着目し、この値が2.0以上となるゴム組成物を採用することで耐クラック性を損なうことなく、良好な耐摩耗性を確保している、
上記M10弾性率/M50弾性率の上限は、通常、5.0程度である。
VリブドベルトBの良好な耐摩耗性と良好な耐クラック性とを両立するために、M10弾性率/M50弾性率を大きくする場合、M10弾性率を大きくするか、M50弾性率を小さくすることが考えられるが、耐摩耗性と耐クラック性とを高レベルで両立させるにはM50弾性率を抑えたまま、M10弾性率を大きくすることが適している。
一方、上記M10弾性率を大きくしたVリブドベルトBは、走行時にリブ底におけるリブプーリと接触面圧が大きくなりすぎることを回避できる。このとき、M50弾性率を抑えたまま、M10弾性率を大きくすると、クラックの発生を回避しつつ、良好な耐摩耗性を確保することができる。
このような観点から、本実施形態にかかるVリブドベルトBにおいて、上記長さ方向M50は10Mpa以下が好ましい。
上記長さ方向M50は、さらなる耐摩耗性と耐クラック性との向上を図る点から、7Mpa以下がより好ましい。
上記長さ方向M50の下限は特に限定されないが、通常1.5Mpa程度である。
上記ゴム組成物の長さ方向M10は、更に耐摩耗性を向上させる観点から、2.5MPa以上がより好ましい。
上記長さ方向M10の上限は特に限定されないが、通常7.0Mpa程度である。
図2(a)~(d)は、圧縮ゴム層12を構成するゴム組成物の引張特性を評価する手法を説明する図である。
試験片22は、厚さTが0.5~1mm、高さHが1.5~2.0mm、長さLが50mmで直方体の試験片である。この試験片22は、当該試験片22の長手方向がVリブドベルト20の長手方向と一致するように切り出す。
次に、この試験片22を長手方向に引っ張る引張試験を行い、10%伸長時の荷重(MPa)及び50%伸長時の荷重(MPa)を測定する。
次に、試験片22を試験機に取り付け、実験温度:23±2℃、引張速度500mm/minの条件で引張試験を行い、10%伸長時の荷重及び50%伸長時の荷重のそれぞれを計測する。ここで、試験機としては、万能試験機等の引張試験を行うことのできる試験機を用いればよい。
更に、長さ方向M10、長さ方向M50のそれぞれを各応力の伸び量(%)で割り、得られた値をそれぞれM10弾性率、M50弾性率とする。
更に、M50弾性率に対するM10弾性率の比(M10弾性率/M50弾性率)を算出する。
圧縮ゴム層12を構成するゴム組成物は、VリブドベルトBのベルト幅方向における10%圧縮時応力M10(以下、幅方向M10ともいう)が、2.0MPa以上であることが好ましく、3.0MPa以上であることがより好ましい。これらの要件を満たすことはVリブドベルトBの良好な耐摩耗性を確保するのに更に好適である。
上記幅方向M10の上限は10.0MPaが好ましい。上記幅方向M10が大きすぎると、長さ方向の柔軟性が損なわれベルトが早期に破損する場合がある。
上記幅方向M5の上限は7.0MPaが好ましい。上記幅方向M5が大きすぎると、長さ方向の柔軟性が損なわれベルトが早期に破損する場合がある。
まず、評価用試験片を作製する。この試験片は、上述した引張特性を評価するための試験片22と同様にして作製するが、長さLが1.9~2.0mmで直方体の試験片122である(図2(e)参照)。試験片122には標線を設ける必要はない。
次に、この試験片122を厚さ方向に圧縮する圧縮試験を行い、5%圧縮時の荷重(MPa)及び10%圧縮時の荷重(MPa)を測定する。
その後、計測された5%圧縮時の荷重及び10%圧縮時の荷重のそれぞれを、試験片122の圧縮時押圧面123の断面積(高さH×長さL)で割り、得られた値を5%圧縮時応力(幅方向M5)及び10%圧縮時応力(幅方向M10)する。
上記不飽和カルボン酸金属塩の配合量は、上記原料ゴム成分100質量部に対して、5~40質量部が好ましい。圧縮ゴム層12を構成するゴム組成物におけるM10弾性率/M50弾性率を1.5以上とするのに適している。
上記金属としては、不飽和カルボン酸と塩を形成するものであれば特に制限されないが、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、アンチモンなどを使用することができる。
これらのなかでは、ジアクリル酸亜鉛又はジメタクリル酸亜鉛が好ましい。
このとき、架橋剤としては少なくとも硫黄を含有することが好ましく、上記硫黄の配合量は、上記原料ゴム成分100質量部に対して、1~5質量部が好ましい。
また、背面ゴム層17の厚さは例えば0.4mm~0.8mmである。背面ゴム層17の表面には、ベルト背面が接触する平プーリとの間で生じる音を抑制する観点から、織布の布目が転写されていてもよい。
リブ側補強布14の厚さは、例えば0.2~1.0mmである。
このVリブドベルトBの製造方法では、ベルト成形装置30を使用する。
このベルト成形装置30は、円筒状のゴムスリーブ型31と、それを嵌合する円筒状外型32と、からなるものである。
ゴムスリーブ型31は、例えば、外径が700~2800mm、厚さが8~20mm、及び高さが500~1000mmである。
このような処理を施したニット布14’は、公知の方法によって筒状に成形すると、容易にゴムスリーブ型31へセットすることができる。
また、シート状の背面ゴム材料17’、接着ゴム材料11’及び圧縮ゴム材料12’をゴムスリーブ型31に巻き付けてセットしたが、予め円筒状に成形したものをゴムスリーブ型31に嵌めてセットしてもよい。
接着ゴム層の原料組成は表1にも示した。圧縮ゴム層の原料組成及び評価結果は表2に示した。
<接着ゴム材料>
接着ゴム層を形成するための接着ゴム材料として、EPDM(JSR社製、商品名:JSR EP123)を原料ゴムとして、この原料ゴム100質量部に対して、カーボンブラック(旭カーボン社製、商品名:旭#60)50質量部、可塑剤(日本サン石油社製、商品名:サンフレックス2280)8質量部、ステアリン酸(花王社製、商品名:ステアリン酸)1質量部、酸化亜鉛(堺化学工業社製、商品名:酸化亜鉛2種)5質量部、メタクリル酸亜鉛(川口化学工業社製、アクターZMA)30質量部、加硫促進剤(1)(大内新興化学社製、ノクセラーMSA-G)1質量部、加硫促進剤(2)(三新化学工業社製、サンセラーEM2)3質量部、硫黄(細井化学工業社製、オイルサルファ)1.5質量部を配合して混練した未加硫ゴム組成物を調製した。この未架橋ゴム組成物を、ロールを用いて厚さ0.45mmのシート状に加工した。接着ゴム材料の組成は表1にも示した。
圧縮ゴム層を形成するための圧縮ゴム材料として、接着ゴム材料と同様の配合原料を表2に示した配合量で配合して混練した未加硫ゴム組成物を調製した。この未架橋ゴム組成物を、ロールを用いて厚さ0.7mmのシート状に加工した。
圧縮ゴム材料の作製と同様にして、背面ゴム層を形成するための未架橋ゴム組成物からなるシートを作製した。
心線を形成するための撚り糸としては、ポリエステル繊維の撚り糸を準備し、これをRFL水溶液に浸漬し、その後、加熱乾燥する処理を行ったものを用意した。
使用したニット布は、ウレタン弾性糸を6-ナイロン糸にてカバーリングした糸を用いた平編(天竺編)の編布である。ウレタン弾性糸の繊度は22デニール(24.4dtex)であり、6-ナイロン糸は繊度が78デニール(86.7dtex)で且つフィラメント数が52本である。また、ニット布の編みの密度は、ウェールが66本/2.54cm、コースが70本/2.54cmである。ニット布の厚さは0.52mmである。
ベルトの背面を所定形状に成形するためのゴムスリーブ型31と、ベルトの内側を所定形状に成形するための円筒状外型32と、からなるベルト成形装置30を用いて、Vリブドベルトを作製した。円筒状外型32は、ベルトにVリブを形成するための突条部32aが円筒状外型32の内側に周方向に設けられたものであった。
ベルト成形装置30のゴムスリーブ型31に、背面ゴム層17を形成するための未架橋ゴム材料、接着ゴム層を形成するための未架橋ゴム材料、撚り糸、を順に巻き付けた。次いで、接着ゴム層を形成するための未架橋ゴム材料、及び、圧縮ゴム層を形成するための未架橋ゴム材料を巻き付けた。その後、上記の接着処理を行った筒状のニット布を嵌め込んだ。
圧縮ゴム材料を変更した(表2参照)以外は、実施例1と同様にして、幅10.68mm(3PK:リブ数が3)、周長1210mmのVリブドベルトを得た。
実施例及び比較例で作製したVリブドベルトのそれぞれについて、Vリブドベルトの圧縮ゴム層から既に説明した方法を用いて、厚さT:0.5~1mm、高さH:1.9~2.0mm、長さL:50mmの直方体の評価サンプル(試験片)22を切り出した。
この試験片22の主面23の1つに2本の標線24をマークした。標線間距離は10mmとした。
この試験片22を長手方向に引っ張る引張試験を行い、10%伸長時の荷重(MPa)及び50%伸長時の荷重(MPa)を測定した(図2(a)~(d)参照)。
計測された10%伸長時の荷重及び50%伸長時の荷重のそれぞれを、試験片20の断面積(厚さT×高さH)で割り、得られた値を10%伸長時応力(長さ方向M10)及び10%伸長時応力(長さ方向M10)とした。
更に、10%伸長時応力(長さ方向M10)、50%伸長時応力(長さ方向M50)のそれぞれを各応力の伸び量(%)で割り、得られた値をそれぞれM10弾性率、M50弾性率とした。更に、M50弾性率に対するM10弾性率の比(M10弾性率/M50弾性率)を算出した。
「長さ方向M50」、「M10弾性率」、「M50弾性率」、及び「M10弾性率/M50弾性率」を表3に示した。
<耐摩耗性評価>
図5は、Vリブドベルトの耐摩耗性評価用のベルト走行試験機40のプーリレイアウトを示す。
このベルト走行試験機40は、左右に配されたプーリ径60mmの一対の駆動リブプーリ51及び従動リブプーリ52からなる。
室温環境下(23±5℃)で駆動リブプーリ41を3500rpmの回転速度で96時間回転させるベルト走行試験を実施した後、VリブドベルトBの走行後質量を測定した。
質量減少率(質量%)=[(初期質量-走行後質量)/初期質量]×100・・・(1)
本評価では、質量減少率が1.6質量%以下のものを「AA」、2.0質量%以下のものを「A」、2.4質量%以下のものを「B」、2.4質量%を超えるものを「C」と判定した。
図6は、Vリブドベルトの耐クラック性評価用のベルト走行試験機50のプーリレイアウトを示す。
そして、この耐クラック性評価用ベルト走行試験機50は、VリブドベルトBのVリブ側が駆動リブプーリ51、第1及び第2従動リブプーリ52,53に接触し、且つ背面側が一対のアイドラプーリ53に接触して巻き掛けられるように構成されている。
本評価では、クラック発生時間が200時間を超えるものを「AA」、クラック発生時間が100時間を超えるものを「A」、クラック発生時間が50時間を超えるものを「B」、クラック発生時間が50時間以下のものを「C」と判定した。
11 接着ゴム層
11' 接着ゴム材料
11a'、11b' 接着ゴム材料
12 圧縮ゴム層
12' 圧縮ゴム材料
13 Vリブ
14 リブ側補強布
14' ニット布
16 心線
16' 撚り糸
17 背面ゴム層
17' 背面ゴム材料
20、B Vリブドベルト
21 リブ部
22、122 試験片
30 ベルト成形装置
31 ゴムスリーブ型
32 円筒状外型
32a 突条部
40、50 ベルト走行試験機
41、51 駆動リブプーリ
42 従動リブプーリ
52 第1従動リブプーリ
53 一対のアイドラプーリ
54 第2従属リブプーリ
上記圧縮層は、ゴム組成物からなる内層と、上記内層のプーリ接触側に設けられた繊維部材からなる外層とを備え、
上記ゴム組成物は、ベルト長手方向における50%伸長時の弾性率(以下、M50弾性率ともいう)に対するベルト長手方向における10%伸長時の弾性率(以下、M10弾性率ともいう)の比(以下、M10弾性率/M50弾性率ともいう)が、1.5以上である。
上記摩擦伝動ベルトは、圧縮層の内層を構成するゴム組成物の、M50弾性率に対するM10弾性率の比(M10弾性率/M50弾性率)が1.5以上と大きいため、耐摩耗性に優れる。
この場合、良好な耐摩耗性と耐クラック性との両立に特に適している。
具体的には、圧縮ゴム層12を構成するゴム組成物は、VリブドベルトBの長手方向におけるM50弾性率に対する上記長手方向におけるM10弾性率の比(M10弾性率/M50弾性率)が1.5以上である。これによりVリブドベルトBは、良好な耐摩耗性を有する。
VリブドベルトBの良好な耐摩耗性と良好な耐クラック性とを両立するために、M10弾性率/M50弾性率を大きくする場合、M10弾性率を大きくするか、M50弾性率を小さくすることが考えられるが、耐摩耗性と耐クラック性とを高レベルで両立させるにはM50弾性率を抑えたまま、M10弾性率を大きくすることが適している。
一方、上記M10弾性率を大きくしたVリブドベルトBは、走行時にリブ底におけるリブプーリと接触面圧が大きくなりすぎることを回避できる。このとき、M50弾性率を抑えたまま、M10弾性率を大きくすると、クラックの発生を回避しつつ、良好な耐摩耗性を確保することができる。
このような観点から、本実施形態にかかるVリブドベルトBにおいて、上記長さ方向M50は10MPa以下が好ましい。
上記長さ方向M50は、さらなる耐摩耗性と耐クラック性との向上を図る点から、7MPa以下がより好ましい。
上記長さ方向M50の下限は特に限定されないが、通常1.5MPa程度である。
上記ゴム組成物の長さ方向M10は、更に耐摩耗性を向上させる観点から、2.5MPa以上がより好ましい。
上記長さ方向M10の上限は特に限定されないが、通常7.0MPa程度である。
また、背面ゴム層17の厚さは例えば0.4mm~0.8mmである。背面ゴム層17の表面には、ベルト背面が接触する平プーリとの間で生じる音を抑制する観点から、織布の布目が転写されていてもよい。
計測された10%伸長時の荷重及び50%伸長時の荷重のそれぞれを、試験片22の断面積(厚さT×高さH)で割り、得られた値を10%伸長時応力(長さ方向M10)及び50%伸長時応力(長さ方向M50)とした。
更に、10%伸長時応力(長さ方向M10)、50%伸長時応力(長さ方向M50)のそれぞれを各応力の伸び量(%)で割り、得られた値をそれぞれM10弾性率、M50弾性率とした。更に、M50弾性率に対するM10弾性率の比(M10弾性率/M50弾性率)を算出した。
「長さ方向M50」、「M10弾性率」、「M50弾性率」、及び「M10弾性率/M50弾性率」を表3に示した。
<耐摩耗性評価>
図5は、Vリブドベルトの耐摩耗性評価用のベルト走行試験機40のプーリレイアウトを示す。
このベルト走行試験機40は、左右に配されたプーリ径60mmの一対の駆動リブプーリ41及び従動リブプーリ42からなる。
そして、この耐クラック性評価用ベルト走行試験機50は、VリブドベルトBのVリブ側が駆動リブプーリ51、第1及び第2従動リブプーリ52,54に接触し、且つ背面側が一対のアイドラプーリ53に接触して巻き掛けられるように構成されている。
11 接着ゴム層
11' 接着ゴム材料
11a'、11b' 接着ゴム材料
12 圧縮ゴム層
12' 圧縮ゴム材料
13 Vリブ
14 リブ側補強布
14' ニット布
16 心線
16' 撚り糸
17 背面ゴム層
17' 背面ゴム材料
20、B Vリブドベルト
21 リブ部
22、122 試験片
30 ベルト成形装置
31 ゴムスリーブ型
32 円筒状外型
32a 突条部
40、50 ベルト走行試験機
41、51 駆動リブプーリ
42 従動リブプーリ
52 第1従動リブプーリ
53 一対のアイドラプーリ
54 第2従動リブプーリ
Claims (5)
- プーリ接触部分を構成する圧縮層を有する摩擦伝動ベルトであって、
前記圧縮層は、ゴム組成物からなる内層と、前記内層のプーリ接触側に設けられた繊維部材からなる外層とを備え、
前記ゴム組成物は、ベルト長手方向のおける50%伸長時の弾性率に対するベルト長手方向のおける10%伸長時の弾性率の比が、1.5以上である、摩擦伝動ベルト。 - 前記ゴム組成物は、前記比が2.0以上である請求項1に記載の摩擦伝動ベルト。
- 前記ゴム組成物は、ベルト長手方向のおける50%伸長時応力M50が10Mpa以下である請求項1又は2に記載の摩擦伝動ベルト。
- 前記ベルト長手方向のおける50%伸長時応力M50が、7Mpa以下である請求項3に記載の摩擦伝動ベルト。
- Vリブドベルトである、請求項1~4のいずれかに記載の摩擦伝動ベルト。
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