JP4251870B2 - 動力伝達ベルト - Google Patents

Description

本発明は、被処理面を備えた動力伝達ベルトに関し、特に、不織布部材を有する領域と、繊維が充填された圧縮層とを有する被処理面を備えた動力伝達ベルトに関する。

埋設された張力部材を有する弾性材料から、動力伝達ベルトを作ることが知られている。そのベルトは、マルチリブ、歯付、あるいはｖタイプの輪郭を示すことがある。そのベルトは、係合面を有するプーリに掛け回される。

Ｖリブ、マルチｖリブベルトのリブ側面は、ベルトノイズ、リブ表面の剥離、すべり、そして騒音を引起こす、すべり摩耗、極端な高温、垂直応力、摩擦応力を受け易い。また、動力伝達の許容量や、ベルトの寿命は、プーリ表面に接触する物質の種類を含むいくつかの要素による関数であることも知られている。これらについては、現時点では、コード下の混合部材に、様々な種類の繊維を高い充填率で充填することにより、対処されている。 これらの繊維、あるいは、繊維の一部は、加硫されたベルトスラブからベルトを形成するために、Ｖベルトの側面が切られたり、研磨されたりする時に、露出される。その結果として表面は、土台となるポリマーと露出された繊維との複合体である。この技術は、エンジニアリング手法に関しては、構成の設計および／または摩擦、騒音、そしてすべりの調整に限定される。それはまた、ベルトリブのクラックやベルト寿命の短縮を生じ得る、曲げに抵抗する堅い構造を形成する。

従来技術の代表は、マツオカに付与された米国特許第４８９２５１０号（１９９０年）であり、ゴムのみから成るリブを形成するために加硫された外部表面に、不織布からなる表面層を備えたｖリブドベルトが公開されている。

他の従来技術の代表は、アキタらに付与された米国特許第５５３６２１４号（１９９６年）であり、複数の溝上にあるベルト本体の内側上に、不織布を有する動力伝達ベルトが公開されている。

他の従来技術の代表は、セドラセックらに付与された米国特許第４９５６０３６号（１９９０年）であり、マルチリブドベルトの不連続な繊維充填圧縮層が公開されている。このベルトは、必要なリブ側面を創りだすために研磨され、このため繊維を露出する。弾性体の本体部分は、好ましくは、体積比で０．５〜２０％程度の繊維により充填されており、特に好ましくは体積比で３％の繊維により充填されている。

必要とされるのは、不織布のプーリ係合面と、繊維が充填された圧縮層とを備えた動力伝達ベルトである。必要とされるのは、不織布のプーリ係合面と、繊維が充填された圧縮層とマルチリブド輪郭とを備えた動力伝達ベルトである。本発明は、これらの条件を満たしている。

本発明の第１の目的は、不織布のプーリ係合面と繊維が充填された圧縮層とを備えた動力伝達ベルトを供給することである。

本発明の他の目的は、不織のプーリ係合面と繊維充填圧縮層とマルチリブド輪郭とを備えた動力伝達ベルトを供給することである。

本発明のその他の目的は、本発明の以下の説明と添付の図面とにより、指摘あるいは明確にされる。

本発明は、プーリ係合面上に不織布部材を有する領域を備えたベルトを含む。不織布の領域は、固有振動数を減らし、摩擦特性、透過性、そして耐熱性を調整するために、不織布部材の不規則な付着層を有する。不織布は、不規則なマトリックスの中にあって、繊維が充填された本体に適用される合成繊維と同様に、軟材と硬材のパルプの組合せであっても良い。

図１はベルト１０の横断面図である。ベルト１０は、本体３と、長手方向に設けられたプーリ係合リブ４とを含む。ベルト１０はまた、動力を伝達し、ベルトの長手軸に平行に設けられた張力部材２を含む。リブ４は、さらに、弾性体の中に配置された繊維６を含む。ベルト１０は、さらに、コードを覆う面に用いられる帆布１を有しても良い。

リブ４は、ユーザにより要求された、いかなる数で、いかなる形状で構成されても良い。図１は、マルチリブドベルトの断面を示す。ベルトは、単一リブのｖ−ベルト形状で構成されても良い。

プーリに係合する不織布領域５は、本体３とリブ４を形成するマトリックスの弾性体に混合している不織布部材の不規則配置である。領域５は、不織布部材と本体３との間に、明確な境界を備えていない。混合されたことにより、不織布部材と弾性体のいずれもが、プーリ係合面に存在している。

不織布領域５は、単一の領域であっても、複数の不織布部材の領域が重なっていても良い。さらに、不織布領域は、衣服や織物におけるような、均一に配置され、配列された繊維の特性を備えていない。不織布領域を形成する繊維が、マトリックス中に不規則に方向付けられており、このことが、より均一な部材、すなわち繊維がより方向付けられて配置されたかのように、固有振動数の調和の発生や成長を減らす。これらの調和は、プーリ間のベルトの振動による低周波発振と同様に、可聴周波数発振（騒音）を含む。不規則に方向付けられた不織布領域は、これらの振動を実質的に弱める傾向がある。

不織布部材は、必要とされる摩擦特性、透過性、耐熱性を与えるものとして選択されても良い。不織布領域の外面の摩擦係数を調整するために、不織布領域において摩擦低下剤が用いられても良い。摩擦低下剤は、不織布領域に浸透したり、あるいはベルトの組立ての前に不織布部材に貼付されるゴムの一部であっても良い。限定するためではなく例を挙げると、摩擦低下剤は、ワックス、オイル、グラファイト、モリブデン酸ジスルフィド、ＰＴＦＥ、雲母、そしてこれらの混合物である。

不織布部材は、セルロースに基づいており、そして、その基本重量は、１６g／ｍ²（１０lbs.／３K sq.ft.）から７３ｇ／ｍ²（４５lbs.／３K sq.ft.）の範囲にある。不織布の多孔度は、４０から１４８ｍ³／（sec・ｍ²・水頭１ｍの圧力差）の範囲（１００から３７０ＣＦＭ per ft.² per 1/2 " H_２OΔPの範囲）である。不織布領域５の厚さは、０．０２５ｍｍから３ｍｍまでの範囲にある。機械加工方向の引っ張り強さは、２３０g／inchから１０１５g／inchの範囲にある。横方向への引っ張り強さは、６６g／inchから２５０g／inchの範囲にある。

好ましい実施形態においては、基本重量が１６g／ｍ²（１０lbs.／３K sq.ft.）、多孔度は、４０ｍ³／（sec・ｍ²・水頭１ｍの圧力差）（１００ＣＦＭ per ft.² per 1/2 " H₂OΔP）、機械加工方向の引っ張り強さは、５５０g／inch、横方向への引っ張り強さは、２５０g／inchのものを用いた。不織布は、軟材５０％と硬材５０％とから形成される。

繊維６は、不織布領域５とは異なる弾性体の本体３のマトリックスに含まれる。繊維６は、リブ表面の剥離と異音を減らす。繊維は、アラミド、ケブラー、カーボン、ポリエステル、ポリエチレン、ガラス繊維、ナイロンを含んでも良い。他の有機繊維には、羊毛、大麻、綿などが含まれても良い。リブの弾性体において用いられる繊維の量は、ゴムの１００重量部当たり０．０１〜２０重量部であっても良い。好ましい実施形態においては、ゴムの１００重量部当たり０．０１〜５重量部用いる。その実施形態においては、心線下部のリブ部材に必要とされるフロックや繊維の充填量の割合を大幅に減らすことを可能にする。この変化の結果、心線下部の構造の曲げと、高められた弾力性とによりベルト性能は向上する。

ここで述べる実施形態においては、優れた牽引力と大きなＶ字型の楔とを与える一方で、騒音を減らす、あるいはなくし、リブ表面の剥離（あるいは重量損失）の事実を減らす。

（製造方法）
本発明のベルトは、マンドレルにおいて一連の層として形成される。ベルトの心線上部の弾性体、あるいは布地が最初に装着される。後に続くそれぞれの弾性体の層が、先に装着された層の上に装着される。ガム層もまた用いられても良い。抗張コードは、弾性体の層と共に用いられる。そして、心線下部の弾性体が設けられる。最終的な心線下部層上に装着される最後の要素は、不織布領域である。

この成型加工の段階で、不織布領域は、不織布部材の１つかあるいはそれ以上の層から形成されても良い。不織布の層は、成型工程で生じたガスを、排孔から通したり、金型の端部から逃れさせたり、という付加的な利点を有する。金型からのガスの排気は、領域５を形成する不織布部材への弾性体部材の注入を容易にする。

組み上がった成型体は、それから、加硫し、ベルトを形成するのに十分な加硫圧力と加硫
温度を受ける。例えば、成型工程は以下の工程を含む。
ベルトがマンドレル上に積層されると、スラブが取外されて金型の中に置かれる。
１）金型の内側から空気を排気し、そのまま１〜５分間保つ
２）金型の外部の蒸気圧を、１１．９〜１６．０気圧（１７５〜２３５psig）に高める
３）２〜１０分後、金型の内部の蒸気圧を、５．８〜１４．３気圧（８５〜２１０psig）に高める
４）１０〜２０分間加硫させる
５）金型の内部の蒸気圧を、大気圧まで下げる
６）金型の外部の蒸気圧を、大気圧まで下げる。
７）マンドレルを、水などの冷たい液体で冷やす
８）加硫されたベルトのブランクを、マンドレルから外す

ひとたび冷却されると、加硫されたベルト成型体は、マンドレルから取外され、適当なベルト幅に切り分けられる。

最適なリブ形状は、適用範囲の上限の加工圧力により達成される。

油圧、あるいは他の公知技術の方法（空気圧、電気）も、蒸気加硫の代わりに現在用いられている電熱加硫と共に、ベルトに圧力を加えるために用いられても良い。油圧が用いられた場合の圧力範囲は、５．８〜３４気圧（８５〜５００psig）である。温度範囲は、１２１〜２６０°Ｃ（２５０〜５００°Ｆ）である。この加硫方法は、ゴム素材の選択の幅を広げる。

加硫に先立って加えられた圧力により、弾性体材料が不織布領域内に入れられる。弾性体材料は、そのため、不織布を形成する個々の繊維間の隙間を占拠する。この結果として、不織布部材の領域は、弾性体と混合される。

（テスト）
本発明のベルトと、不織のプーリ係合面のないベルトとを比較するため、騒音と重量損失のテストが実施された。結果は、不織の埋設面を備えたベルトにより生じる重量損失と騒音とが、著しく低下していることを示した。
テスト結果は以下の通りである。
ベルト１：ＥＰＤＭ − 心線上部、心線、１２個の部分からなる綿繊維を有する心線下部素材、不織構造。
ベルト２：ＥＰＤＭ − 心線上部、４つの部分からなるナイロン繊維を有する心線下部素材、不織構造。
ベルト３：ＣＲ − 心線上部、心線、１８〜２０個の部分からなる綿繊維を有する心線下部素材、不織構造。
ベルト４：ＣＲ − 管状の編物を含む心線上部、心線、１８〜２０個の部分からなる綿繊維を有する心線下部素材、不織構造。
比較ベルトＡ: カットされた、もしくは研磨されたリブ側面を有する標準的なクロロプレンゴムであり、同一の心線と心線上部。
比較ベルトＢ: カットされた、もしくは研磨されたリブ側面を有する標準的なＥＰＤＭであり、同一の心線と心線上部。

不整合騒音テストにおいては、不織布層を備えたベルトが、不織布のプーリ接触面のないベルトに比べ、３°の不整合において、１３〜１９ｄＢの範囲のノイズ低下を示した。本発明のベルトは、１°の不整合においては標準ベルトと同等な騒音を生じた。不整合騒音テストは、二点駆動を用いた１４０ｍｍＯＤプーリ上で行われた。約９０キログラム重の水平張力がテストベルトに加えられた。プーリは互いにずれており、騒音が生じる。テスト結果は図２に示される。

重量損失テストは、理想的な作動条件下で、本発明のベルトが、標準的なベルトに比べて重量損失が８７．５％少なかったことを示した。テスト結果は図３に示される。

テストデータにより、不織布基材の設置が結果に悪影響を及ぼさないことが確認された。ミル方向に沿った配置と、９０°の配置とのいずれにおいても、テストは先述と同様の結果を示した。

比較テストは、同一の張力心線と、心線上部の部材とを用いており、心線下部の化合物と表面のみが、本発明のベルトにおける不織布部材よりも優れている。

データは、いくつかの不織布の組合せが有効であることを示す。これらは、１００％軟材、軟材と硬材との混合、軟材と合成部材との混合、そして１００％硬材の範囲に渡る。以下に、割合の例を示す。
軟材 硬材 軟材／合成部材
Ａ １００％ ０％ ０％
Ｂ ５０％ ５０％ ０％
Ｃ ７５％ ２５％ ０％
Ｄ ７０％ ０％ ３０％
Ｅ ８５％ ０％ １５％
Ｆ ０％ １００％ ０％
上述の割合は、割合の範囲を説明するために示されたものであって、これらへの限定を意味するために示されたのではない。本実施形態においては、選択肢Ｂの割合を用いている。

合成繊維は、アラミド、ケブラー、カーボン、ポリエステル、ポリエチレン、ガラス繊維、ナイロンを含む。軟材と共に用いられる他の有機繊維は、羊毛、大麻、綿などを含んでも良い。これらは、摩擦係数のための、および／または構造的な調整剤として含まれても良い。全ての硬材の構成は、心線下部の弾性体化合物に加えられたり、混合される木粉、あるいは高度に加工されたパルプによって達成される場合がある。

ここでは、本発明の一形態についてのみ説明がなされたが、ここで説明された本発明の趣旨と範囲から逸脱することなく、その構造と部材相互の関係を様々に変形できることは当業者にとって明らかである。

本発明のベルトの横断面図である。 不整合消騒音テストの結果を示すグラフである。 重量損失テストの結果を示すグラフである。

Claims (14)

1. 弾性体を有し、長手方向に沿った抗張部材を有する本体を備え、
   前記本体が、所定の形状を有し、プーリに係合するプーリ係合面を有するプーリ係合領域であって、不規則に方向付けられた繊維が配置された不織布部材が、前記弾性体の材料の加硫により前記弾性体と前記不織布部材とのいずれもが前記プーリ係合面の全面に渡って存在するように、前記弾性体と混合された前記プーリ係合領域を有し、
   前記弾性体がプーリ係合領域の内側において繊維充填をさらに含むことを特徴とするベルト。
2. 前記プーリ係合領域の厚さが０.０２５ｍｍ〜３．０ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のベルト。
3. 前記不織布部材が、軟材パルプと硬材パルプとにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のベルト。
4. 前記軟材パルプが、前記不織布部材の０重量％〜５０重量％を占めることを特徴とする請求項３に記載のベルト。
5. 前記軟材パルプが、綿から成ることを特徴とする請求項４に記載のベルト。
6. 前記不織布部材が、軟材パルプと合成物質との混合体であることを特徴とする請求項２に記載のベルト。
7. 前記合成物質が、ナイロンにより形成されることを特徴とする請求項６に記載のベルト。
8. 前記合成物質が、前記不織布部材の０重量％〜５０重量％を占めることを特徴とする請求項７に記載のベルト。
9. 前記不織布部材が、合成物質と天然物質とにより形成されることを特徴とする請求項２に記載のベルト。
10. 前記天然物質が、軟材パルプと硬材パルプとにより形成されることを特徴とする請求項９に記載のベルト。
11. 繊維充填量が、前記弾性体１００重量部に対して０．０１〜５重量部の範囲にあることを特徴とする請求項５に記載のベルト。
12. 不織布領域が、少なくとも２つの不織布部材により形成されることを特徴とする請求項１１に記載のベルト。
13. 前記領域が、マルチリブド輪郭を構成することを特徴とする請求項１１に記載のベルト。
14. 前記領域が、ｖ−ベルト輪郭を構成することを特徴とする請求項１１に記載のベルト。

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