JP4416060B2

JP4416060B2 - 動力伝動用ベルト

Info

Publication number: JP4416060B2
Application number: JP25954199A
Authority: JP
Inventors: 俊通高田; 和利石田; 剛竹原; 順文日根野
Original assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Current assignee: Mitsuboshi Belting Ltd
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP2001082548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は動力伝動用ベルトに係り、詳しくは特定のエチレン−α−オレフィンエラストマーを接着ゴム層と圧縮ゴム層の少なくとも一方に用いることにより、優れた屈曲疲労性、耐熱性を有し、かつ耐寒、耐摩耗性、耐粘着摩耗性を備えた高耐久性動力伝動用ベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギー化、コンパクト化の社会的要請を背景に、自動車のエンジンルーム周辺の雰囲気温度は従来に比べて上昇して来ている。これにともなって動力伝動用ベルトの使用環境温度も高くなってきた。従来、動力伝動用ベルトは主として天然ゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴムが使用されてきたが、高温雰囲気下では、硬化した圧縮ゴム層で早期にクラックを生じるという問題が発生した。
【０００３】
このようなベルトの早期破損現象に対し、従来からクロロプレンゴムの耐熱性の改善が検討され、ある程度の改良が行なわれてきたもののクロロプレンゴムを使用している限り限界があって現在のところ充分な効果を得るには至っていない。
【０００４】
このため、耐熱性に優れるクロロスルフォン化ポリエチレンゴム、水素化ニトリルゴム、フッ素ゴム等のように主鎖が高度に飽和され、又は完全に飽和されているゴムの使用が検討されている。このうち、一般にクロロスルフォン化ポリエチレンは動的疲労性、耐摩耗性、耐油性においてはクロロプレンゴムと同等であるが、耐水性においては加硫系、特に受酸剤の影響が大きいことが知られている。通常、クロロスルフォン化ポリエチレンの受酸剤としてはＭｇＯ、ＰｂＯ等の酸化物が使用されていた。
【０００５】
しかし、ＰｂＯ、Ｐｂ₃ Ｏ₄ 等の鉛化合物の受酸剤を使用すれば、耐水性の良好なベルトが得られるが、公害、衛生上の問題から鉛化合物の使用は好ましくない。又、ＭｇＯを受酸剤として使用した場合には、架橋反応中に生成するＭｇＣ_l2 により耐水性は著しく損なわれ、ベルトへの適応は不適当であった。一方、金属酸化物以外の受酸剤としてエポキシ系の受酸剤を使用すれば、耐水性の良好な組成物を得ることは可能であるが、臭気の問題等が生じて人体に不快感を与える問題があった。
【０００６】
また、この動力伝動用ベルトはクロロプレンゴムを用いたベルトに比べると高温雰囲気下でのベルト走行寿命が大きく向上し優れた耐熱性を有しているが、−３０°Ｃ以下の低温雰囲気下でのベルト走行寿命が劣ることが明らかになった。この理由として、従来のクロロスルフォン化ポリエチレンゴムは、ポリエチレンをクロロスルフォン化したもので、塩素を含有しているため低温下では塩素の凝集エネルギ−が大きくなって低温領域でゴムの硬化が起こってゴム弾性を欠き、割れ易くなるためと推定される。
【０００７】
このため、最近では、クロロプレンゴムに代わってα−β−不飽和有機酸の金属塩で補強されたエチレン−α−オレフィンエラストマーを伝動ベルトに使用することが提案され、特表平９−５００９３０号公報に開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エチレン−プロピレン−ジエン系ゴムのようなエチレン−α−オレフィンエラストマーはクロロプレンゴムに比べて耐熱、耐寒性に優れているが、パーオキサイド加硫させたものでは屈曲疲労性に劣り、特にベルト走行時に高温雰囲気下で小径プーリを用いたレイアウトでは短時間でベルトゴムに亀裂が発生してしまうことがあった。
【０００９】
一方、硫黄加硫系を用いたエチレン−α−オレフィンエラストマーは、パーオキサイド加硫させた場合に比べて屈曲疲労性は向上するが、架橋度を十分に上げることが困難で走行時に摩耗が激しく、とりわけＶリブドベルトでは摩耗粉がリブ山間の底部に蓄積され、ベルト走行時に摩耗粉がベルトゴム表面に粘着（粘着摩耗）して発音しやすかった。
【００１０】
本発明はこのような問題に対処するものであり、優れた屈曲疲労性、耐熱性を有し、かつ耐寒、耐摩耗性、耐粘着摩耗性を備えた高耐久性動力伝動用ベルトを提供する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本願の請求項１の発明では、ベルト長手方向に沿って心線を埋設した接着ゴム層と、圧縮ゴム層を含む弾性体層からなる伝動ベルトにおいて、接着ゴム層と圧縮ゴム層の少なくとも一方にエチレン−α−オレフィンエラストマーをパーオキサイド加硫したゴム組成物が使用され、該エチレン−α−オレフィンエラストマー中のジエン含量を０．１〜３．５重量％にし、更にエチレン含量が５０〜７５重量％であり、そしてパーオキサイドの共架橋剤としてＮ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミドをエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して０．２〜１０重量部添加したため、ベルトの屈曲疲労性を大きく改善し、また優れた耐熱性、耐寒性、耐摩耗性を有する動力伝動用ベルトに仕上げることができる。
【００１３】
本願の請求項２の発明では、エチレン−α−オレフィンエラストマーがジエン成分としてエチリデンノルボルネン、もしくはジシクロペンタジエンを有している動力伝動用ベルトにある。
【００１５】
本願の請求項３の発明では、動力伝動用ベルトがベルト長手方向にそって心線を埋設した接着ゴムと、ベルトの周方向に延びる複数のリブ部をもつ圧縮ゴム層からなるＶリブドベルトである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に示すＶリブドベルト１は、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維を素材とする高強度で低伸度のコードよりなる心線２を接着ゴム層３中に埋設し、その下側に弾性体層である圧縮ゴム層４を有している。この圧縮ゴム層４にはベルト長手方向にのびる断面略三角形の複数のリブ部７が、またベルト表面には付着したゴム付帆布５が設けられている。
【００１７】
他のベルトとしてカットエッジタイプのＶベルト２１にも使用される。このベルト２１は、図２に示すように心線２３を埋設した接着ゴム層２４と圧縮ゴム２６とから構成され、更に上記接着ゴム層２４及び圧縮ゴム層２６の各表面層にゴム付帆布２２を積層している。
【００１８】
前記圧縮ゴム層４、２６と接着ゴム層３、２４の少なくとも一方に使用されるエチレン−α−オレフィンエラストマーは、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）やエチレン−プロピレン−ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）からなるゴムをいう。ジエンモノマーの例としては、ジシクロペンタジエン、メチレンノルボルネン、エチリデンノルボルネン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエンなどがあげられる。
【００１９】
該エチレン−α−オレフィンエラストマー中のジエン含量は、０．１〜３．５重量％、好ましくは０．１〜３．０重量％であり、０．１重量％未満では、ベルト走行によりゴムが軟化して劣化し、発音しやすくなる。一方、３．５重量％を超えると、ジエン成分がポリマー主鎖であるエチレン−プロピレン鎖の屈曲の妨げに大きく関与し、ベルト屈曲走行時に圧縮ゴム層に亀裂が発生しやすくなる。
【００２０】
上記ジエン成分としては、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエン、メチレンノルボルネンなどの炭素原子数５〜１５の非共役ジエンが挙げられる。
【００２１】
尚、エチレン−α−オレフィンエラストマーはジエン含量の違うものをブレンドしてもよく、ブレンドするポリマーの数は問わないが、総ジエン含量は前記の範囲を満足する必要がある。また、ブレンドはジエン成分を含有するエチレン−プロピレン−ジエンターポリマーとジエン成分を含有しないエチレン−プロピレンコポリマー等の間で行われてもかまわない。
【００２２】
エチレン−プロピレン−ジエンターポリマーでは硫黄加硫させるための架橋サイトとして二重結合を有するジエン成分を分子内に導入しているが、ジエン含量が少ないと架橋密度が小さくなるため、市販品ではジエン含量が３．５重量％を超えるものが多い。パーオキサイド加硫させる場合でも、ジエン含量が少なくなると、架橋密度が低下し、粘着摩耗しやすくなる。
【００２３】
この粘着摩耗を防ぐために使用される好ましいエチレン−α−オレフィンエラストマーとしては、エチレン含量が５０〜７５重量％のものがよい。エチレン含量が５０重量％未満の場合には、ベルト走行時に摩耗量が多くなり、また粘着摩耗が発生しやすくなる。一方、７５重量％を超えるとエチレン鎖の結晶化のため耐寒性が低下する。
【００２４】
また、パーオキサイドの共架橋剤としてＮ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミドを添加することができる。Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミドの添加量はエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して０．２〜１０重量部であり、０．２重量部未満の場合には、架橋密度が小さくなり耐摩耗性、耐粘着摩耗性の改善効果が小さく、一方１０重量部を越えると加硫ゴムの伸びの低下が著しく、耐屈曲性に問題が生じる。
【００２５】
更に、硫黄をエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して０．０１〜１重量部添加することにより、加硫ゴムの伸びの低下を制御することができる。１重量部を越えると、物性が低下し、ベルト走行時の摩耗性が大きく、粘着摩耗性が発生する。
【００２６】
上記有機過酸化物としては、通常、ゴム、樹脂の架橋に使用されているジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアリルパーオキサイド、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、２・５−ジメチル−２・５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）−ヘキサン−３，１・３−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ−イソプロピル）ベンゼン、１・１−ジ−ブチルパーオキシ−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン等があり、熱分解による１分間の半減期が１５０〜２５０°Ｃのものが好ましい。
その添加量はエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して約１〜８重量部であり、好ましくは１．５〜４重量部である。
【００２７】
また、圧縮ゴム層４、２６には、ナイロン６、ナイロン６６、ポリエステル、綿、アラミドからなる短繊維を混入して圧縮ゴム層４、２６の耐側圧性を向上させるとともに、プーリと接する面になる圧縮ゴム層４、２６の表面をグラインダーによって研磨加工して該短繊維を突出させる。圧縮ゴム層４、２６の表面の摩擦係数は低下して、ベルト走行時の騒音を軽減する。これらの短繊維のうち、剛直で強度を有し、しかも耐摩耗性を有するアラミド短繊維が最も効果がある。
【００２８】
上記アラミド短繊維が前述の効果を充分に発揮するためには、アラミド繊維の繊維長さは１〜２０ｍｍで、その添加量はエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して１〜３０重量部である。このアラミド繊維は分子構造中に芳香環をもつアラミド、例えば商品名コーネックス、ノーメックス、ケブラー、テクノーラ、トワロン等である。
【００２９】
また、圧縮ゴム層４、２６には、マトリクスゴムであるエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して、エチレン−α−オレフィンエラストマーと繊維径１．０μｍ以下、好ましくは０．０５〜０．８μｍの微小短繊維とをグラフト結合した微小短繊維強化ゴムを繊維分で１〜５０重量部、好ましくは５〜２５重量部含有してもよい。上記微小短繊維強化ゴムの配合量が１重量部未満では耐摩耗性が充分でなく、また５０重量部を越えるとゴム組成物の伸びが低下し、耐熱性、耐屈曲性が低下する。
【００３０】
この微小短繊維強化ゴムは、これを構成しているエチレン−α−オレフィンエラストマーが圧縮ゴム層４，２６のマトリクスゴムのエチレン−α−オレフィンエラストマーと全く同質かもしくは類似しているため、マトリクスゴムと良好に接合する。このため、微小短繊維強化ゴムとマトリクスゴムとの間、あるいは微小短繊維強化ゴム中でもエチレン−α−オレフィンエラストマーと微小短繊維とが化学結合しているため、圧縮ゴム層４、２６では亀裂が入りにくく、たとえ亀裂が発生しても伝播しにくい。
【００３１】
この微小短繊維強化ゴムはゴム成分を連続相とし、その中に微小短繊維が微細な形態で分散し、微小短繊維はその界面でゴム成分と強固な化学結合、あるいは相互作用している。このため、これを含んだゴム層には亀裂が入りにくく、しかも亀裂が入っても伝播しにくい。しかも、これを使用したベルトも耐熱性、耐寒性、耐屈曲性、耐摩耗性に優れる。
【００３２】
更に、圧縮ゴム層４、２６には、必要に応じてカーボンブラック、シリカなどの補強剤、クレー、炭酸カルシウムなどの充填剤、軟化剤、加工助剤、老化防止剤、ＴAＩＣなどの共架橋剤などの各種薬剤を添加してもよい。
【００３３】
また、エチレン−α−オレフィンエラストマーとともにニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、水素化ニトリルゴムに不飽和カルボン酸金属塩を添加したもの、クロロスルフォン化ポリエチレン、クロロプレン、ウレタンゴム、エピクロルヒドリンゴム、天然ゴム、ＣＳＭ、ＡＣＳＭ、ＳＢＲをブレンドすることもできる。
【００３４】
水素化ニトリルゴムは水素添加率８０％以上で、耐熱性及び耐オゾン性の特性を発揮するために、好ましくは９０％以上が良い。水素添加率８０％未満の水素化ニトリルゴムは、耐熱性及び耐オゾン性は極度に低下する。耐油性及び耐寒性を考慮すると、結合アクリロニトリル量は２０〜４５％の範囲が好ましい。
【００３５】
クロロスルフォン化ポリエチレンは塩素含有量１５〜３５重量％、好ましくは２５〜３２重量％で、かつ硫黄含有量が０．５〜２．５重量％の範囲になるようにクロロスルフォン化した直鎖状低密度ポリエチレンである。
【００３６】
心線２、２３にはポリエチレンテレフタレート繊維、エチレン−２，６−ナフタレートを主たる構成単位とするポリエステル繊維、ポリアミド繊維からなるロープが使用され、ゴムとの接着性を改善する目的で接着処理が施される。このような接着処理としては繊維をレゾルシン−ホルマリン−ラテックス（ＲＦＬ液）に浸漬後、加熱乾燥して表面に均一に接着層を形成するのが一般的である。しかし、これに限ることなくエポキシ又はイソシアネート化合物で前処理を行なった後に、ＲＦＬ液で処理する方法等もある。
【００３７】
本発明で使用するエチレン−２，６−ナフタレートは、通常ナフタレン−２，６−ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体を触媒の存在下に適当な条件のもとにエチレングリコールと縮重合させることによって合成させる。このとき、エチレン−２，６−ナフタレートの重合完結前に適当な１種または２種以上の第３成分を添加すれば、共重合体ポリエステルが合成される。
【００３８】
上記心線の接着処理は、まず（１）未処理コードをエポキシ化合物やイソシアネート化合物から選ばれた処理液を入れたタンクに含浸してプレディップした後、（２）１６０〜２００°Ｃに温度設定した乾燥炉に３０〜６００秒間通して乾燥し、（３）続いてＲＦＬ液からなる接着液を入れたタンクに浸漬し、（４）２１０〜２６０°Ｃに温度設定した延伸熱固定処理機に３０〜６００秒間通して−１〜３％延伸して延伸処理コードとする。
【００３９】
ＲＦＬ液はレゾルシンとホルマリンとの初期縮合体をラテックスに混合したものであり、ここで使用するラテックスとしてはクロロプレン、スチレン・ブタジエン・ビニルピリジン三元共重合体、水素化ニトリル、ＮＢＲ等である。
【００４０】
上記カバー帆布５、２２は綿、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、アラミド繊維からなる糸を用いて、平織、綾織、朱子織等に製織した布である。無論、カバー帆布５、２２を使用しない場合もある。
【００４１】
また、上記ベルト１、２１に使用する圧縮ゴム層４、２６のゴム組成物には、通常使用されるカーボンブラック、可塑剤、老化防止剤、加工助剤を配合することができる。前記各成分を混合する方法としては特に制限はなく、例えばバンバリーミキサー、ニーダー等を用い、適宜公知の手段、方法によって混練することができる。
【００４２】
Ｖリブドベルト１の製造方法の一例は以下の通りである。まず、円筒状の成形ドラムの周面に１〜複数枚のカバー帆布とクッションゴム層とを巻き付けた後、この上にロープからなる心線を螺旋状にスピニングし、更に圧縮ゴム層を順次巻き付けて積層体を得た後、これを加硫して加硫スリーブを得る。
次に、加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールに掛架され所定の張力下で走行させ、更に回転させた研削ホイールを走行中の加硫スリーブに当接するように移動して加硫スリーブの圧縮ゴム層表面に３〜１００個の複数の溝状部を一度に研削する。
このようにして得られた加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールから取り外し、該加硫スリーブを他の駆動ロールと従動ロールに掛架して走行させ、カッターによって所定に幅に切断して個々のＶリブドベルトに仕上げる。
【００４３】
【実施例】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
実施例１〜６、比較例１〜６
本実施例で製造したＶリブドベルトでは、ポリエステル繊維のロープからなる心線を接着ゴム層内に埋設し、その上側にゴム付綿帆布を２プライ積層し、他方接着ゴム層の下側に設けた圧縮ゴム層に３個のリブをベルト長手方向に配したものである。
得られたＶリブドベルトはＲＭＡ規格による長さ９７５ｍｍのＫ型３リブドベルトであり、リブピッチ３．５６ｍｍ、リブ高さ２．９ｍｍ、ベルト厚さ５．３ｍｍ、リブ角度４０°である。
【００４４】
ここで圧縮ゴム層を表１に示すゴム組成物から調製し、バンバリーミキサーで混練後、カレンダーロールで圧延したものを用いた。圧縮ゴム層には短繊維が含まれベルト幅方向に配向している。接着ゴム層は表１に示すゴム組成物からカット糸を除去したゴム配合になる。
また、比較例６ではクロロプレンゴム配合物を圧縮ゴム層および接着ゴム層に使用した場合を示す。
【００４５】
【表１】

【００４６】
ベルトの製造方法は従来の方法であり、まずフラットな円筒モールドに２プライのゴム付綿帆布を巻いた後、接着ゴム層を巻き付けて、心線をスピニングし、圧縮ゴム層を設置した後、圧縮ゴム層の上に加硫用ジャケットを挿入する。次いで、成形モールドを加硫缶内に入れ、加硫した後、筒状の加硫スリーブをモールドから取り出し、該スリーブの圧縮ゴム層をグラインダーによってリブに成形し、成形体から個々のベルトに切断する工程からなっている。
【００４７】
このようにして得られたＶリブドベルトの耐熱屈曲性試験、粘着摩耗試験、および耐寒走行試験の結果は表２、３に示される。
【００４８】
耐熱屈曲性試験の評価に用いた走行試験機は、駆動プーリ（直径６０ｍｍ）、アイドラープーリ（直径５０ｍｍ）、従動プーリ（直径５０ｍｍ）、テンションプーリ（直径５０ｍｍ）、そしてアイドラープーリ（直径５０ｍｍ）とを順に配置したものである。試験機の各プーリにベルトを掛架し、ベルトのアイドラープーリへの巻き付け角度を９０°にし、雰囲気温度１３０℃、駆動プーリの回転数５０００ｒｐｍ、ベルト張力が８００Ｎ／リブになるように駆動プーリに荷重を付与した後、走行させ、心線に達する亀裂が６個発生するまでの時間を調べた。
【００４９】
粘着摩耗試験では、３リブのＶリブドベルトを室温下で駆動プーリ（直径１２０ｍｍ）、従動プーリ（直径１２０ｍｍ）、これにアイドラープーリ（直径４５ｍｍ）に設置し、従動プーリに負荷１２馬力、アイドラープーリの取付荷重８５ｋｇｆ、回転数４９００で４８時間走行させた後のベルト表面の粘着摩耗の有無を調べた。
【００５０】
更に、耐寒走行試験の評価方法は、３リブのＶリブドベルトを駆動プーリ（直径１４０ｍｍ）とテンションプーリ（直径４５ｍｍ）と背面アイドラプーリ（直径７０ｍｍ）に掛架し、テンションプーリに８５ｋｇｆの荷重を与て、−４０°Ｃの雰囲気下で回転数７００ｒｐｍで１８時間予冷後、１分間走行させ、その後２分間停止し、これを繰り返して心線に達する亀裂が４個発生するまでの時間を調べた。
【００５１】
【表２】

【００５２】
【表３】

【００５３】
表２、３の走行試験の結果から明らかなように、リブ部としてジエン含量が０．１〜３．５重量％であり、またエチレン含量が５０〜７５重量％であるＥＰＤＭゴム組成物を用いた本実施例のベルトは、比較例のベルトに比べ粘着摩耗もなく、耐熱屈曲性、更には耐寒走行にも優れていることが判る。
特に、比較例５においてはエチレン含量が５０重量％未満になると、粘着摩耗が発生する。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように本願の請求項の発明では、接着ゴム層と圧縮ゴム層の少なくとも一方にエチレン−α−オレフィンエラストマーをパーオキサイド加硫したゴム組成物が使用され、該エチレン−α−オレフィンエラストマー中のジエン含量を０．１〜３．５重量％にし、更にエチレン含量を５０〜７５重量％に特定し、そしてパーオキサイドの共架橋剤としてＮ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミドをエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して０．２〜１０重量部添加したため、ベルトの屈曲疲労性を改善し、優れた耐熱性、耐寒性、耐摩耗性をもつ動力伝動用ベルトの仕上げることができ、またベルト走行時の粘着摩耗を防止できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＶリブドベルトの縦断面図である。
【図２】本発明に係るＶカットエッジタイプのＶベルトの縦断面図である。
【符号の説明】
１Ｖリブドベルト
２、２３心線
３、２４接着ゴム層
４、２６圧縮ゴム層
５、２２ゴム付帆布
７リブ部
２１Ｖベルト

Claims

ベルト長手方向に沿って心線を埋設した接着ゴム層と、圧縮ゴム層を含む弾性体層からなる伝動ベルトにおいて、接着ゴム層と圧縮ゴム層の少なくとも一方にエチレン−α−オレフィンエラストマーをパーオキサイド加硫したゴム組成物が使用され、該エチレン−α−オレフィンエラストマー中のジエン含量が０．１〜３．５重量％であり、更にエチレン含量が５０〜７５重量％であり、そしてパーオキサイドの共架橋剤としてＮ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミドをエチレン−α−オレフィンエラストマー１００重量部に対して０．２〜１０重量部添加したことを特徴とする動力伝動用ベルト。
エチレン−α−オレフィンエラストマーがジエン成分としてエチリデンノルボルネン、もしくはジシクロペンタジエンを有している請求項１記載の動力伝動用ベルト。
動力伝動用ベルトがベルト長手方向にそって心線を埋設した接着ゴムと、ベルトの周方向に延びる複数のリブ部をもつ圧縮ゴム層からなるＶリブドベルトである請求項１、または２記載の動力伝動用ベルト。