JP4550495B2 - ウレタンベルト - Google Patents

Description

本発明はウレタンベルトに係り、詳しくはガラス繊維コードとの一体性に優れたウレタンベルトに関する。

精密ＯＡ機器など高度なベルト寸法安定性が要求されるウレタン歯付ベルトにおいて、心線として高モジュラス繊維を用いた撚りコードが利用されている。なかでもガラス繊維コードを用いたウレタン歯付ベルトは、寸法安定性及び経時寸法安定性に優れており、軸間固定によるレイアウトにおいて好適に用いられている。しかし、ガラスは無機繊維であることから、ベルト本体を構成するウレタンとの接着性に劣ることが指摘されている。また歯布を使用しない構成のウレタン歯付ベルトにおいては、内金型に歯布をセットせずに心線を直接スピニングするため、金型によりガラス繊維コードに傷が生じやすいといった問題もあった。

そこで、従来より、接着処理液をもってコード表面に被膜を形成し、接着性の改善と金型による損傷の防止を講じてきた。一般に用いられている接着処理方法としては、エポキシ又はイソシアネート化合物を含有する前処理液に浸漬後、ＲＦＬ液、ゴム糊、等の処理液を付着し、更に必要に応じてオーバーコート処理を行ってコードに被膜を形成することがなされている。具体的には、ブロックドイソシアネート水分散液とＲＦＬ溶液を混合した第１接着剤をガラス繊維コードに含浸させた後、エポキシ化合物からなる第２接着剤を被覆した伝動ベルト用ガラス繊維コードが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平０８−４８４０号公報

しかし、上述処理方法では、ＲＦＬ液の余剰分が、例えば乾燥時のオーブン内、ガイドローラー、付着量調整用ダイス周辺などへ付着して赤褐色の凝固物を生じ、この凝固物が心線に付着して外観不良を引き起こしていた。このような心線を用いてベルトを製造した場合、意匠性から透明色が多く用いられるウレタンベルトにおいては、凝固物が異物として認識されるため、その改善が求められていた。

また、従来の接着処理では充分な接着力が得られないために、処理剤を多量に付着させる傾向にあり、屈曲性や真円度の低下、異物不良の増加といった弊害を改善するに至る技術が提案されていない。また従来の如き方法ではコードに多段階処理を施すことから、工程やコストの増加となり、能率的、経済的に問題がある。

このような真円度の低い心線や異物不良の生じた心線を用いた場合、金型に心線を捲き付ける際に、狙いの心線ピッチに制御し難いといった不具合が生じる。心線ピッチが乱れたベルトは、走行時に一部の心線にのみ応力が集中し、ベルトの片寄り、プーリフランジへの乗り上げ、ベルト早期切断等のおそれがある。また、ＯＡ用ベルトとして用いた場合、蛇行等の不安定な走行により、高い位置決め精度が得られないといった不具合もある。

更に、ＲＦＬ液を主体とした接着処理は、その接着力を発現するため表面粘着性が高い傾向にあり、ベルト製造工程においてボビンから繰り出す際に、成型時に付与する張力に加えて、さらなる力が必要であった。それがためにボビンからの繰り出しに不安定さを生じ、成型時の設定張力が不安定になるといった不具合が見られた。

そこで本発明者が、上記問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、コードに多段階接着処理を行わなくとも高い接着性を有し、しかも異物不良がなく、エラストマー部との一体性に優れたウレタンベルトの提供を試みたるものである。

即ち、本発明は、ウレタン組成物で形成されたベルト本体部に、ベルト長手方向に沿って心線を埋設したウレタンベルトであって、埋設される心線が、予めシランカップリング剤とバインダー成分を含む処理剤で処理され、更にコード表面にはポリウレタン樹脂を含む皮膜が形成されたガラス繊維フィラメントを集束したガラス繊維コードであり、前記ガラス繊維コードの強熱減量値が１１〜１７重量％になっていることを特徴とするウレタンベルトである。

更に、本発明は、ウレタンベルトが、ベルト長手方向に沿って複数の歯部と、心線を埋設した背部で構成されているウレタン歯付ベルトである。

本発明は、ガラス繊維コード表面にポリウレタン樹脂を含む皮膜を形成することで、異物不良を抑制し、ウレタンベルトを構成するエラストマーの接着性が良好で、本体部との一体化性に優れたウレタンベルトを提供することができる。また従来の如き多段階処理を必要としないため、能率的、経済的に優れたウレタンベルトとして注目されるものである。更に、心線とエラストマーが良複合化して外観不良が少なく、剛性が低くしなやかであると共に、心線ピッチの乱れを抑制し、安定した走行が期待できるウレタンベルトを提供することができる。また、シランカップリング剤、バインダー樹脂を含む処理剤でガラス繊維フィラメントを集束することで、ガラス繊維とポリウレタン樹脂皮膜の接着性に優れ、ひいてはガラス繊維コードとエラストマーがより良複合化できるといった利点がある。

本発明で用いられるガラス繊維コードは、ガラス繊維フィラメントで構成されたコードであって、ガラス繊維の組成はＥガラス、Ｓガラス（高強度ガラス）、Ｋガラスなど何れでも良い。フィラメントの太さは制限されるものではないが、好ましくは直径が７〜９μｍであることが好ましい。

ガラス繊維フィラメントは、好ましくは、シランカップリング剤、バインダー成分を含む処理剤で処理して、該ガラス繊維フィラメントを集束する。フィラメントの集束本数、下撚り数などは制限されるものでないが、好ましく集束本数が２００〜６００本、下撚りを施す場合は下撚り数を１２〜２０回／１０ｃｍとすることが望ましい。

シランカップリング剤、バインダー樹脂を含む処理剤は、所謂「集束剤」として作用するとともに、後のポリウレタン樹脂を含む処理剤とガラス繊維の喰い付きを良くするものである。またガラス素線同士の擦れを防止し、強力低下を防ぐ効果がある。該処理剤を用いたガラス繊維フィラメントの処理方法については、公知の集束剤の処理技術を適用することができる。具体的には、ガラス繊維を紡糸する際に該処理剤で処理することで、ガラス繊維フィラメントの表面に該処理剤を存在せしめ、その集束を容易ならしめるとともに、後の処理剤の喰い付きを良くし、強力低下を防止する効果がある。

シランカップリング剤としては、アミノ系シランカップリング剤、ビニル系シランカップリング剤、クロル系シランカップリング剤、メタクリロキシ系シランカップリング剤などをあげることができ、これらのうち１種又は２種以上を混合して用いることができる。なかでも、ウレタンとの反応性に優れたアミノ系シランカップリング剤を用いることが望ましい。

バインダー成分としては、例えばデンプンやデンプン誘導体などのデンプン類、セルロースやセルロース誘導体などのセルロース類、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、ＳＢＲなどを挙げることができる。限定されるものではないが、ガラス素線を被覆し、集束しやすくする効果をもち、しかも後の処理剤（ポリウレタン樹脂を含む処理剤）との結合力が高いものを選択することが好ましい。

バインダー成分として好ましくは、アクリル樹脂、デンプン及び／又はデンプン誘導体をあげることができる。アクリル樹脂を用いると接着性が高く、またデンプンを用いるとケバ立ちを抑制できることから、用途や所望に応じて選択できる。アクリル樹脂としては、好ましくはメタクリル酸エステル等が上げられ、アルキルメチロール基やカルボキシル基、エポキシ基、水酸基等の官能基を持つことで種々の性能が付与される。またデンプンとしては、α−デンプン、β−デンプン、コーンスターチ、馬鈴薯スターチ、片栗粉などがあり、デンプン誘導体としては、メチル化スターチ、エチル化スターチ、アセチル化スターチ、ニトロ化スターチなどが挙げられる。

そして該集束コードを複数本あわせて、ポリウレタン樹脂を含む処理剤で処理した後、上撚りを施して、本発明のガラス繊維コードとする。好ましくは１００〜３００本の集束コードをあわせて、撚り数１２〜２０回／１０ｃｍで撚り合わせることが望ましい。

ポリウレタン樹脂としては、カチオン系やアニオン系などのイオン性ポリウレタンやノニオン系の非イオン性ポリウレタンなどを挙げることができる。これらに必要に応じて乳化剤を添加し、溶媒中に分散させたポリウレタン分散溶液として処理剤に用いることができる。

前述の如き処理により得られたガラス繊維コードは、表面にポリウレタン樹脂を含む皮膜が形成されてなり、必要に応じてシランカップリング剤、バインダー樹脂を含む処理剤でガラス繊維フィラメントを集束してなるものである。諸撚りコードである場合は、ガラス繊維フィラメントを集束して下撚りしたコードを複数本あわせて上撚りした構成を有し、各下撚りコード表面にポリウレタン樹脂を含む皮膜が形成されている。該ポリウレタン樹脂の皮膜は、ガラス繊維との接着性が高く、またウレタンベルトを構成するウレタンエラストマーと親和性が良いため、ベルト成形の際に同化することができる。即ち、心線にポリウレタン樹脂を含む皮膜が形成されたガラス繊維コードを用いた本発明のウレタンベルトは、心線とウレタンベルト本体部との一体性が良好で、外観を損ねることがないといった特徴がある。

そして本発明で用いるガラス繊維コードは、強熱減量値が１１〜１７重量％となるよう設定されることが好ましい。強熱減量値とは、有機物付着率とも言われるものであって、ＪＩＳ Ｒ ３４２０に基づき６２５±２０℃で１０分以上加熱したときの重量減少値を表示したものであって、下記式に示される。
強熱減量値（重量％）＝｛（ａ−ｂ）／ａ｝×１００
ａ：接着処理コード加熱前重量
ｂ：接着処理コード加熱後重量
つまり、ガラス繊維に付着した処理剤やガラス繊維成分中に含まれる有機物成分といった有機物付着率がこれにあたる。尚、接着処理にかかる熱処理工程で熱分解もしくは揮発してしまう溶媒や低温分解成分は、接着処理後のガラス繊維コードに残存していないため、ここにいう強熱減量値（有機物付着率）には含まれない。

ガラス繊維コードの強熱減量値が１１重量％未満の場合、フィラメントの集束性の低下、素線同士の擦れによる強力低下、並びにガラス繊維とポリウレタン皮膜の接着性、ガラス繊維コードとウレタンベルトとの接着性の低下が懸念される。一方、強熱減量値が１７重量％を超えると、集束性や接着性は向上するものの、ガラス繊維コードの曲げ剛性が高くなり、ベルトのしなやかさに乏しくなるといった問題がある。

上述のように構成されたウレタンベルト用ガラス繊維コードは、例えば図１に示すようなウレタン歯付ベルト１に使用される。このウレタン歯付ベルト１はベルト長手方向（図中矢印）に沿って複数の歯部２と、ガラス繊維コード３を埋設した背部４からなり、上記歯部２の表面には必要に応じて歯布が貼着した構成からできている。

ここで、ベルト本体を構成するポリウレタン組成物は液状のウレタン原料を注型、加熱することによって得られるが、一般に成形方法としては、ポリオール、触媒、鎖延長剤、顔料等を混合したプレミックス液と、イソシアネート成分を含有する溶液とを混合し、これを注型して硬化反応させるワンショット法と、予めイソシアネートとポリオールを反応させて、イソシアネートの一部をポリオールで変性したプレポリマーと硬化剤を混合して注型し、架橋反応させるプレポリマー法があるが、本発明ではプレポリマー法が好ましく用いられる。

イソシアネートとしては限定されるものではないが、芳香族ポリイソシアネート、脂肪族ポリイソシアネート、脂環式ポリイソシアネート、またそれらの変性体が使用可能である。具体的には、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）、メチレンジイソシアネート（ＭＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）、ナフタレンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）そしてイソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）などが例示できるが、中でもＴＤＩ及びＭＤＩが好ましく用いられる。

ポリオールとしては、エステル系ポリオール、エーテル系ポリオール、アクリルポリオール、ポリブタジエンポリオール、及びこれらの混合ポリオール等が挙げられる。エーテル系ポリオールとしては、ポリエチレンエーテルグリコール（ＰＥＧ）、ポリプロピレンエーテルグリコール（ＰＰＧ）、ポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＧ）などがあり、またエステル系ポリオールとしては、ポリエチレンアジペート（ＰＥＡ）、ポリブチレンアジペート（ＰＢＡ）、ポリヘキサメチレンアジペート（ＰＨＡ）、ポリ−ε−カプロラクトン（ＰＣＬ）などが例示できる。

硬化剤としては、１級アミン、２級アミン、３級アミンであるアミン化合物が用いられ、具体的には１，４−フェニレンジアミン、２，６−ジアミノトルエン、１，５−ナフタレンジアミン、４，４´−ジアミノジフェニルメタン、３，３´−ジクロロ−４，４´−ジアミノジフェニルメタン（以下ＭＯＣＡと記す）、３，３´−ジメチル−４，４´−ジアミノジフェニルメタン、１−メチル−３，５−ビス（メチルチオ）−２，６−ジアミノベンゼン、１−メチル３，５´−ジエチル−２，６−ジアミノベンゼン、４−４´−メチレン−ビス−（３−クロロ−２，６−ジエチルアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（オルト−クロロアニリン）、４，４´−メチレン−ビス―（２，３−ジクロロアニリン）、トリメチレングリコールジ−パラ−アミノベンゾエート、４，４´−メチレン−ビス−（２，６−ジエチルアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（２，６−ジイソプロピルアニリン）、４，４´−メチレン−ビス−（２−メチル−６−イソプロピルアニリン）、４，４´−ジアミノジフェニルスルホンなどが利用できる。

上記各成分以外の他に、可塑剤、顔料、消泡剤、充填材、触媒、安定剤等の添加剤を配合することができる。可塑剤としては、一般にはフタル酸ジオクチル（ＤＯＰ）、フタル酸ジブチル（ＤＢＰ）、アジピン酸ジオクチル（ＤＯＡ）、リン酸トリクレジル（ＴＣＰ）、塩素系パラフィン、フタル酸ジアルキルなどが利用できる。

また触媒としては、酸触媒である有機カルボン酸化合物が利用され、具体的にはアゼライン酸、オレイン酸、セバシン酸、アジピン酸などの脂肪族カルボン酸、安息香酸、トルイル酸などの芳香族カルボン酸が用いられる。その他に、トリエチルアミン、Ｎ，Ｎ−ジメチルシクロヘキシルアミン、トリエチレンジアミンに代表されるアミン化合物、スタナスオクトエート、ジブチルチンジラウレート、ジオクチルチンマーカプチドに代表される有機金属化合物が適宜用いられる。

次に、ウレタン原料の準備工程を記す。
前記イソシアネートとポリオールと予め反応させたウレタンプレポリマーに必要に応じて消泡剤、可塑剤などを配合したＡ液を調整し、５０〜８５℃にて保管する。また、硬化剤を１２０°Ｃ以上の雰囲気温度下にて完全に溶解させたＢ液を準備する。尚、触媒をウレタン原料に配合する場合はＢ液に予め攪拌混合しておくことが好ましい。

ベルト成形方法としては公知の製造方法と同じく、金型に心線をスパイラルに巻きつけた状態で、上記Ａ液、Ｂ液を攪拌混合して金型内に注入し、一定条件下で加熱して架橋させることによってベルトスリーブを作製し、その後所定幅にカットすることによってベルトを製造することができる。

以下、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
（ガラス繊維コードの作製）
実施例１〜４、比較例２，３
シランカップリング剤、アクリル樹脂又はデンプンを含有する処理剤を、白金ブッシングから吐出された直径９μｍのＥガラス繊維モノフィラメントに塗布して集束し、４００本引き揃えてヤーンとした。次に、ポリウレタン樹脂を水分散させた処理剤に浸漬し、ダイスにて付着量を調節した。これをオーブンにより乾燥した後、１５．０回／１０ｃｍで撚りを施し、表面にウレタン皮膜が形成されたガラス繊維コードを得た。

比較例１
溶融紡糸された無アルカリガラス繊維フィラメント約２００本をストランドとし、２本のストランドを引き揃えて、ブロックドイソシアネート水分散液（ブロック解離温度１８０℃）、ＲＦＬ溶液、非水溶性エポキシ樹脂水分散液を固形分比率が８５．７：９．５：４．８となるよう混合した処理液（固形分２７％）に浸漬し、ダイスにて付着量を調節した。これをオーブンにて乾燥し、熱処理を施した後、かかるストランドに１５．０回／１０ｃｍの撚りを与えて撚りコードを作製した。

得られた各コード１０００本についての異物不良率を評価した。また強熱減量値をＪＩＳ Ｒ ３４２０に従い測定した。結果を表１に記載する。

次に上記心線を用いて、ベルト幅４．０ｍｍ、ベルト歯形ＳＴ１．０歯形、歯数７５２、歯ピッチ１．０ｍｍ、ベルト長さ７５２．００ｍｍのウレタン歯付ベルトを作製した。尚、狙いの心線のピッチは、０．５ｍｍである。製造方法としては、歯形状に対応した溝部を有する内金型に前記心線を所定ピッチでスパイラル状にスピニングし、そして外金型をセットした後、ウレタンプレポリマー１００重量部、アミン系硬化剤（ＭＯＣＡ）１２．５重量部、可塑剤（ＤＯＰ）２０重量部、触媒（アゼライン酸）０．２重量部を配合したウレタン配合物をキャビティ内に注入し、加熱硬化させてウレタン歯付ベルトを作製した。

得られた夫々のウレタン歯付ベルトについて、以下の評価を実施した。各測定結果を表１に併記する。また各歯付きベルトの外観を目視で確認したところ、実施例では心線とベルト本体が良一体化して外観も良好であったが、比較例では心線に生じた異物が依然存在し、外観上好ましくはなかった。

１．引張り強度測定
上記ベルトから、長さ１００ｍｍ、幅４．０ｍｍの試料片を作製し、この試料片を長手方向に引張り速度５０ｍｍ／ｍｉｎで引張り試験して、心線が切断した時の強度を測定した。そしてその強度を試料片に含まれる心線本数で割った値を引張り強度とした。結果を表１に示す。

２．心線引き抜き試験
夫々のウレタン歯付ベルトについて、心線とベルト本体とのあいだの接着力を心線引き抜き試験で測定した。心線引き抜き試験の条件は、ベルトに埋設されている心線２本分×３歯長さを心線方向に沿って５０ｍｍ／ｍｉｎで引き抜く際に要する力である。測定結果を表１に併記する。

３．ベルト曲げ剛性
図２に示すように、各々のウレタン歯付ベルト１０を２個の平プーリ１１，１１（φ１４．５ｍｍ）に掛架し、引張り速度０．５ｍｍ／ｍｉｎの条件の下で０〜５０Ｎの荷重を与えて、対向するベルト間距離Ｘをデジタル変位計で測定し、曲げ剛性の代用特性とした。曲げ剛性が大きいと、付与した張力が小さい時に、プーリへの巻きかけが悪く、対向するベルト間距離Ｘが長くなり、一方、曲げ剛性が小さいとプーリへの巻きかけが良くなり、対向するベルト間距離Ｘが短くなってプーリ直径へと収束する。ベルト間距離が２０〜２２mmの時の荷重の変化量をベルト間距離で除し、曲げ弾性率とした。結果を表１に示す。

この結果、実施例のガラス繊維コードは異物不良が全く発生しなかった。これはベルトのエラストマー成分のウレタンと処理剤に含まれるポリウレタン樹脂の親和性が高く、相溶することによるものと考えられる。また強熱減量値が適量より少ない比較例２では、ベルト本体と心線との接着力が弱く、ベルト引張強力が低くなるといった不具合が生じ、他方、強熱減量値が適量より多い比較例３では曲げ剛性が高くなるといった不具合があるが、強熱減量値が適量である実施例１〜４はより好ましい性能を示すことが知見できた。一方、比較例１では、心線の異物不良率が３．５％と高く、得られた歯付きベルトの外観に影響があった。

本発明にかかるウレタン歯付ベルトの断面斜視図である。 ベルト曲げ剛性の評価において、荷重とベルト間距離の関係を試験するレイアウトである。

符号の説明

１ ウレタン歯付ベルト
２ 歯部
３ 心線
４ 背部
５ 歯布

Claims (2)

1. ウレタン組成物で形成されたベルト本体部に、ベルト長手方向に沿って心線を埋設したウレタンベルトであって、埋設される心線が、予めシランカップリング剤とバインダー成分を含む処理剤で処理され、更にコード表面にはポリウレタン樹脂を含む皮膜が形成されたガラス繊維フィラメントを集束したガラス繊維コードであり、前記ガラス繊維コードの強熱減量値が１１〜１７重量％になっていることを特徴とするウレタンベルト。
2. ウレタンベルトが、ベルト長手方向に沿って複数の歯部と、心線を埋設した背部で構成されたウレタン歯付ベルトである請求項１に記載のウレタンベルト。

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