JP3763740B2 - 樹脂製プーリ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用樹脂製プーリに用いられるフェノール樹脂成形材料に関するものであり、さらに詳しくは、耐摩耗性、特に耐ざらつき摩耗性の向上したフェノール樹脂成形材料により成形された自動車用樹脂製プーリに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェノール樹脂成形材料は耐熱性、寸法安定性に優れていることから、各種分野において金属部品の代替材料として使用されている。自動車分野においても、小型軽量化、低コスト化への要求が高まるのに伴い、各種部品の樹脂化が進められている。特に、従来は金属製のものが主だったプーリが樹脂製のものに替りつつあり、種々の形状のものが成形されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に、フェノール樹脂製のプーリは、砂埃等がプーリとゴムベルト間に噛み込んだ状態で使用していると、ベルトとの接触面が摩耗しやすく、従来の金属性のプーリに比べて耐用性に劣るという欠点があった。そこで該砂埃等の侵入を防ぐためエンジンの補機駆動部全体をカバーで覆うなどの試みが考えられるが、軽量化・低コスト化の要求に反し実用的でないため、プーリ自身の耐摩耗性、特に耐ざらつき摩耗性の向上が不可欠な要素となっている。
【０００４】
また、フェノール樹脂製のプーリは、温度変化の激しい環境においては金属インサートとの熱膨張係数の違いによってクラックが入りやすく耐ヒートショック性に劣るという問題があった。
そこで、例えば特開平９−２１７８１８号公報に記載されているように、フェノール樹脂に無機繊維、無機粉末、有機繊維及びエラストマーを配合した樹脂製プーリが提唱されている。該樹脂製プーリは、無機粉末として平均粒径１０μｍの細かいシリカ粉末が用いられているが、この場合には耐ざらつき摩耗性が不十分でプーリの摩耗量が大きくなるという問題があり、更なる改良が求められていた。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは以上のような従来技術の問題点に鑑み、種々研究を重ねた結果、フェノール樹脂成形材料中にレゾール型フェノール樹脂、無機繊維、平均粒子径が２０〜１５０μｍのシリカ粉末及びゴム成分を特定の割合で配合させることによって、自動車用樹脂製プーリの耐摩耗性と耐ヒートショック性が向上することを見出し、本発明を完成させた。
【０００６】
すなわち、本発明の自動車用樹脂製プーリは、フェノール樹脂成形材料が、レゾール型フェノール樹脂１００質量部、無機繊維４０〜１００質量部、平均粒子径が２０〜１５０μｍの天然シリカ粉末３０〜９０質量部及びゴム成分１〜１５質量部を主成分として配合することを第一の特徴とするものであり、また、無機繊維がガラス繊維を５０質量％以上含むことを第二の特徴とし、天然シリカ粉末の形状が破砕形であることを第三の特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に関し、プーリ用フェノール樹脂成形材料について詳細に説明する。
本発明に使用されるレゾール型フェノール樹脂は、ジメチレンエーテル型あるいはメチロール型のいずれでもよく、固形状でも液状でもよい。なかでも耐ヒートショック性を向上させる目的から、平均分子量が６００〜８００の固形状のものが好適に用いられる。このレゾール型フェノール樹脂は、本発明において応力緩和材として配合されるゴム成分を均一に分散させる作用があり、また、射出成形時における成形圧力を低下させ、プーリの残存応力を小さくする作用を有することで耐ヒートショック性を向上させるものである。
【０００８】
本発明の目的である耐ざらつき摩耗性の向上を図るためには、添加材の硬度及び材料の表面硬度向上に加えて、弾性率を低下させる事が不可欠である。こうした観点から、本発明の成形材料には、ゴム成分、無機繊維及びシリカ粉末を配合している。
本発明に使用されるゴム成分は特に限定されないが、ニトリルゴム、アクリルゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム及びシリコンゴム等が好適であり、これらのゴム成分は単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。また、ゴム成分は、フェノール樹脂１００質量部に対して１〜１５質量部含有することが好ましい。１質量部より少ないと弾性率低減に対する効果が見られず、１５質量部を超えると、弾性率の低下に対しては効果があるものの、表面硬度及び強度が著しく低下するため耐ざらつき摩耗性の向上がみられないからである。
【０００９】
本発明に使用される無機繊維としては、ガラス繊維、カーボン繊維、炭化ケイ素繊維、チタン酸カリウム繊維等を使用することができ、これらは単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよいが、なかでもガラス繊維を無機繊維の５０質量％以上としたものが、強度、耐熱性及びコストなどの面で好適である。また、このガラス繊維は、フェノール樹脂との接着性を良くする目的で、シランカップリング剤などで表面処理することが望ましい。
【００１０】
本発明においては、この無機繊維は、フェノール樹脂１００質量部に対して４０〜１００質量部配合される。４０質量部より少ないとプーリとしての実使用においての補強効果に乏しく、また、１００質量部を超えると弾性率が上がることによって耐ざらつき摩耗性が低下するばかりか、ゴムベルトへの攻撃性も高くなるため好ましくない。
【００１１】
本発明においては、平均粒子径２０〜１５０μｍの天然シリカ粉末が用いられる。天然シリカは結晶状態によって結晶シリカと非晶質の溶融シリカに分けられるがそのいずれでもよく、また、天然シリカ粉末の形状として破砕形と円粒形があるが、なかでも破砕形のものは表面に凹凸があるため樹脂との接着表面積が大きくなり、プーリの可動による摩擦抵抗によりシリカ粉末が脱落しにくくなる為、好適に用いられる。また、天然シリカ粉末の平均粒子径が２０μｍより小さいと、該粒子とフェノール樹脂との接着表面積が小さく脱落しやすくなるため好ましくなく、１５０μｍより大きいと、製品表面に凹凸ができやすくなり、耐ざらつき摩耗性が低下するため好ましくない。
【００１２】
天然シリカ粉末は、フェノール樹脂１００質量部に対して３０〜９０質量部配合することが好ましい。３０質量部より少ないとプーリ表面におけるシリカ粉末の割合が不足するため耐摩耗性に十分な効果がなく、また９０質量部を超えて配合すると、相対的に樹脂量が減少することでフェノール樹脂とシリカ粉末との接着力が低下し、シリカ粉末がプーリ表面から脱落しやすくなるためである。
【００１３】
本発明の成形材料には、所望により従来フェノール樹脂成形材料において慣用されている各種添加剤、例えばステアリン酸カルシウムなどの離型剤、酸化マグネシウムなどの硬化促進剤、ヒンダードフェノール系の酸化防止剤、ヒンダードアミン系の光安定剤、ベンゾトリアゾール系の紫外線吸収剤及び着色剤などを添加することができる。
【００１４】
さらに、本発明の成形材料には、綿布繊維、アラミド繊維等をはじめとする有機繊維を、本発明の目的を防げない範囲で添加することができる。
本発明の成形材料は、加圧ニーダー、二軸押出機、ヘンシェルミキサー及びミキシング熱ロール等で加熱混練し、パワーミル等を用いて粉砕することによって製造することができ、また、公知の成形方法、例えば射出成形、トランスファー成形及び圧縮成形等の方法によって所望形状のプーリを成形することができる。
【００１５】
【実施例】
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
尚、各特性の測定は、以下に示す方法に従って評価した。
（１）スパイラルフロー
以下の条件で渦巻き線香状の成形品をトランスファー成形し、その渦の長さをスパイラルフロー値とした。
【００１６】
金型：ポット直径１００ｍｍ、ピッチ１８ｍｍ、長さ１０００ｍｍ
成形条件：金型温度１６５℃、成形圧力５３MPa、試料５０ｇ
（２）曲げ強度、曲げ弾性率
ＪＩＳＫ６９１１に準拠し、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。
（３）シャルピー衝撃強度
ＪＩＳＫ６９１１に準拠し、シャルピー衝撃強度を測定した。
（４）ロックウエル硬度
ＪＩＳＫ６９１１に準拠し、ロックウェル硬度を測定した。
（５）ざらつき摩耗体積
ＪＩＳＫ７２０４による摩耗試験において、２０００回転までの減少体積を測定した。
（６）プーリダスト試験（プーリ摩耗性、ベルト攻撃性）
ダスト量１ｋｇ／ｍ³、回転数０〜７０００ｒｐｍ、荷重９８０Ｎの条件でプーリダスト試験を行い、４００hr可動後の摩耗状態を確認し、ゴムベルトとの摺動面であるプーリの外周溝部に摩耗が認められないものには○、摩耗が認められたものについては×とした。また、ゴムベルトへの攻撃性については、攻撃性の認められないものには○、認められたものには×として示した。
（７）耐ヒートショック性
−４０及び１２０℃各３０ｍｉｎを１０００サイクル実施後のクラックを確認し、クラック発生の無いものには○、またクラック発生が確認されたものは×として示した。
実施例１
ジメチレンエーテル型レゾール樹脂［旭有機材工業（株）製、数平均分子量８００］ １００質量部、ガラス繊維［日本電気硝子（株）製］７５質量部、天然シリカ粉末［（株）龍森製、平均粒径２５μｍ、破砕形］６５質量部、ニトリルゴム［JSR（株）製、ＰＣＮ−３８］１２質量部、消石灰６質量部、酸化マグネシウム５質量部、ステアリン酸亜鉛５質量部を配合し均一混合した後、ロールにて均一に加熱混練してシート状にし、冷却後パワーミルで粉砕しグラニュール状の成形材料を製造した。
【００１７】
得られた成形材料を、
シリンダー温度：前部８５℃、後部５０℃
金型温度：１８０℃
硬化時間：６０秒
の条件で射出成形を行い、性能評価用試験片及びプーリを作製した。
【００１８】
得られた試験片について、曲げ強度、曲げ弾性率、シャルピー衝撃強度、ロックウエル硬度及びざらつき摩耗体積を測定した。また、得られたプーリについて、プーリダスト試験によってプーリ摩耗性及びベルト攻撃性を評価し、さらに耐ヒートショック性を評価した。その結果を表１に示す。
実施例２〜３及び比較例１〜６
配合割合を表１に示すように変えた以外は実施例１と同様にして実施し、成形材料を製造したのち各試験片及びプーリを作製し、性能を評価した。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】

表１の結果より、実施例１〜３において、本発明のフェノール樹脂成形材料を用いた成形品は、ざらつき摩耗体積が比較例に比べて約４０％〜６０％と格段に減少しており、また、プーリダスト試験においても摩耗が見られないことから、耐ざらつき摩耗性に優れていることが確認された。さらに、耐ヒートショック試験においてもクラックが発生せず、耐ヒートショック性に優れていることが確認された。
【００２０】
一方、比較例１で平均粒径が１０μｍの小さい天然シリカを用いた場合及び比較例２で平均粒径２５０μｍと大きな天然シリカを用いた場合には、いずれもざらつき摩耗体積が大きくプーリダスト試験においても摩耗が見られ、耐ざらつき摩耗性が悪かった。また、比較例３で天然シリカの配合量を減らした場合には耐ざらつき摩耗性が悪くなり、比較例４でニトリルゴムの配合量を減らした場合にはヒートショック性能も悪くなった。さらに、比較例５でレゾール樹脂の替りにノボラック型フェノール樹脂を用いた場合には、耐ざらつき摩耗性は優れていたものの耐ヒートショック性が悪かった。比較例６で、平均粒径が１０μｍの天然シリカと綿布繊維を用いた場合には、強度面で優れているものの、スパイラルフロー性に劣り、ざらつき摩耗性に劣り、特にプーリ摩耗性が悪かった。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の前記の如き所定のフェノール樹脂成形材料を用いて成形された自動車用樹脂製プーリは、以上説明したように、耐ざらつき摩耗性及び耐ヒートショック性に優れており、さらに機械的強度にも優れている。

Claims (3)

1. レゾール型フェノール樹脂１００質量部に対し、無機繊維４０〜１００質量部、平均粒子径が２０〜１５０μｍの天然シリカ粉末３０〜９０質量部及びゴム成分１〜１５質量部を主成分として配合してなるフェノール樹脂成形材料を用いて成形されたことを特徴とする自動車用樹脂製プーリ。
2. 無機繊維がガラス繊維を５０質量％以上含むことを特徴とする請求項１に記載の自動車用樹脂製プーリ。
3. 天然シリカ粉末の形状が破砕形であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用樹脂製プーリ。