JP4772292B2 - 伝動ベルト - Google Patents

Description

本発明は伝動ベルトに係り、小さな摩擦係数を持続してスティックスリップ音を軽減した伝動ベルトに関する。

自動車用部品に用いられるＶリブドベルトは、自動車のエアーコンプレッサーやオルタネータ等の補機駆動の動力伝動に広く利用されている。この種のベルトでは、リブ部に綿、ポリアミド、ビニロン、レーヨン、アラミド繊維などの短繊維群をベルト幅への配向性を保って埋設することにより、ベルトの摩擦伝動部の耐側圧性を高め、更に埋設した短繊維の一部をベルト側面より意図的に突出させ、リブ部の摩擦性能および粘着による発音の抑止効果を狙っている。

しかし、上記対策によりベルト幅方向のモジュラスを高めると、圧縮ゴム層はベルト長手方向に対する伸度が低下し、その結果、耐屈曲性の低下が生じて早期に圧縮ゴム層にクラックが発生することが指摘されている。特に多軸レイアウトによる背面走行においてその現象は顕著であった。

また、近年における自動車業界の動向として、これら伝動ベルトは排気量がより大きいエンジンに適用される傾向にある。更に、最近のエンジンでは燃費向上と排出ガス低減を行うため希薄燃焼になっており、エンジンの回転変動、振動が従来に比べて大きくなり、また補機ベルトもサーペンタイン化によって小プーリ、屈曲角の大きなレイアウトになり、ベルトへの負荷が一層大きくなって発音の問題が発生している。この発音の原因はベルトとプーリ間にスリップとグリップが繰り返されるスティックスリップと考えられている。

これを改善するために、タルクなどのパウダーをリブ部表面に塗付する方法や、シリコン油を付着させ、リブ部表面の摩擦係数を低下させることが提案された。（例えば特許文献１参照）更には、ベルト表面の摩擦係数を長期にわたって実質的に一定にするために、活性炭のような多孔性粒子にシリコン油を吸着させたものを配合した伝動ベルトが開示されている。（例えば特許文献２参照）また、潤滑剤を配合した伝動ベルトとして固体無機潤滑剤を配合した伝動ベルトが知られている。（例えば特許文献３参照）
実公平７−３１００６号公報 特開平５−１３２５８６号公報 特開２００１−１７３７２８号公報

しかし、リブ表面にタルクなどのパウダーを塗付したり、シリコン油を付着させる方法は、ベルトの初期走行段階でのスリップ音を軽減することを狙ったもので、初期走行時の効果は期待できるものの、長時間走行した後のベルトでは、滑剤が表面から飛散しやすくなるため、ベルト表面の摩擦係数を軽減する効果を長期間にわたって維持することはできなかった。一方、シリコン油を吸着させた多孔性粒子を配合した伝動ベルトでは、ベルト表面へのプリーディング効果を発揮させるために所定量の該多孔性粒子をゴム中に均一に分散させることは困難な作業であった。しかも、ベルト表面層に近い多孔性粒子のみがプリーディング効果を発揮しやすく、内部に埋設した多孔性粒子の効果は期待しにくかった。また固体潤滑剤を配合した伝動ベルトでは、短繊維との組合せによっては長期的な摩擦係数低減効果が見込めないことを知見した。

本発明は、これら上記問題に鑑みて鋭意研究を重ねた結果、小さな摩擦係数を持続してスティックスリップ音を軽減した伝動ベルトを提供することを目的とする。

即ち本願請求項１記載の発明は、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構成される伝動ベルトであって、圧縮ゴム層にエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して６ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロンから選ばれるナイロン短繊維１０〜５０質量部、グラファイト、二硫化モリブデン、そしてポリテトラフルオロエチレンから選ばれた少なくとも１種である固体潤滑材１０〜１００質量部を配合したゴム組成物を用いたことを特徴とする伝動ベルトである。

本願請求項２記載の発明は、伝動ベルトがＶリブドベルトである請求項１に記載の伝動ベルトである。

本発明により、伝動ベルトにおいては、走行時のスティックスリップ音を軽減する効果があり、高い伝達性能を長期間に渡って維持してベルト耐久性を向上させる効果がある。更に、固体潤滑剤として特定のものを選択することで、ベルト表面の摩擦係数を低下せしめる効果が向上するといった利点がある。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１に示す伝動ベルトであるＶリブドベルト１は、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伸びる断面略三角形の複数のリブ部７が設けられ、またベルト背面には織物、不織布、編物のような補強布５が設けられている。

このようなベルトを構成するゴム部のうち、圧縮ゴム層４の原料ゴムは、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＲ）やエチレン−プロピレン−ジエンモノマー（ＥＰＤＭ）からなるエチレン−α−オレフィンエラストマーが使用される。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挙げることができる。また、エチレン−プロピレン系ゴム（ＥＰＲ）も使用可能である。ＥＰＤＭは耐熱性や耐寒性に優れるという特性を有しており、耐熱・耐寒性能の高い伝動ベルトを得ることができるものである。このＥＰＤＭはヨウ素価が３〜４０のものが用いられる。ヨウ素価が３未満であると、ゴム組成物の加硫が十分でなく、摩耗や粘着の問題が発生し、またヨウ素価が４０を超えると、ゴム組成物のスコーチが短くなって扱い難くなり、耐熱性が悪くなるものである。

上記ゴムの架橋には、硫黄や有機過酸化物が使用される。有機過酸化物としては具体的には、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、１．１−ｔ−ブチルペロキシ−３．３．５−トリメチルシクロヘキサン、２．５−ジ−メチル−２．５−ジ（ｔ−ブチルペロキシ）ヘキサン、２．５−ジ−メチル−２．５−ジ（ｔ−ブチルペロキシ）ヘキサン−３、ビス（ｔ−ブチルペロキシジ−イソプロピル）ベンゼン、２．５−ジ−メチル−２．５−ジ（ベンゾイルペロキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルペロキシベンゾアート、ｔ−ブチルペロキシ−２−エチル−ヘキシルカーボネートが挙げられる。この有機過酸化物は、単独もしくは混合物として、通常エチレン−α−オレフィンエラストマー１００ｇに対して０．００５〜０．０２モルｇの範囲で使用される。

また加硫促進剤を配合しても良い。加硫促進剤としてはチアゾール系、チウラム系、スルフェンアミド系の加硫促進剤が例示でき、チアゾール系加硫促進剤としては、具体的に２−メルカプトベンゾチアゾール、２−メルカプトチアゾリン、ジベンドチアジル・ジスルフィド、２−メルカプトベンゾチアゾールの亜鉛塩等があり、チウラム系加硫促進剤としては、具体的にテトラメチルチウラム・モノスルフィド、テトラメチルチウラム・ジスルフィド、テトラエチルチウラム・ジスルフィド、Ｎ，Ｎ’−ジメチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニルチウラム・ジスルフィド等があり、またスルフェンアミド系加硫促進剤としては、具体的にＮ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド、Ｎ，Ｎ’−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド等がある。また、他の加硫促進剤としては、ビスマレイミド、エチレンチオウレアなども使用できる。これら加硫促進剤は単独で使用してもよいし、２種以上の組み合わせで使用してもよい。

また、架橋助剤（ｃｏ−ａｇｅｎｔ）を配合することによって、架橋度を上げて粘着摩耗等の問題を防止することができる。架橋助剤として挙げられるものとしては、ＴＩＡＣ、ＴＡＣ、１，２ポリブタジエン、不飽和カルボン酸の金属塩、オキシム類、グアニジン、トリメチロールプロパントリメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、Ｎ−Ｎ’−ｍ−フェニレンビスマレイミド、硫黄など通常パーオキサイド架橋に用いるものである。

そして、この圧縮ゴム層４のゴム組成物中には短繊維が混入してある。この短繊維としては、６ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロンから選ばれるナイロン短繊維を用いることができる。６ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロンから選ばれるナイロン短繊維は１〜８ｍｍ程度の範囲のものが好ましく、またその太さは５〜１０デニールのものが好ましい。この圧縮ゴム層４には、上記６ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロンから選ばれるナイロン短繊維に加えて綿、レーヨン、アラミド繊維を用いることもできるが、６ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロンから選ばれるナイロン短繊維単独で使用するほうがより効果的にスティックスリップ音を軽減することができる。

そして、圧縮ゴム層４の原料ゴムに対する全短繊維の配合量は、原料ゴム１００質量部に対して1０〜５０質量部に設定されるものである。全短繊維の配合量を1０質量部以上に設定することによって、伝動ベルトのＤＲＹ時とＷＥＴ時の伝達力の差を小さくすることができ、スティックスリップ音の発生を低減して異音発生を減少させることができるものである。全短繊維の配合量が５０質量部を超えると、原料ゴム中での短繊維の分散が悪くなってゴム物性が低下するので、全短繊維は５０質量部以下の配合量に設定するのが好ましい。

固体潤滑材としては、グラファイト、二硫化モリブデン、雲母、タルク、三酸化アンチモン、２セレン化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを単独もしくは併用して用いることができる。好ましくは六方晶系または燐片状のグラファイト、二硫化モリブデン、そしてポリテトラフルオロエチレンから少なくとも１種選ばれたものであり、なかでもグラファイトが、ベルト表面の摩擦係数を低下せしめる効果が高く、しかも安価なことから好ましく用いられる。固体潤滑剤の添加量は原料ゴム１００質量部に対して１０〜１００質量部、更に好ましくは１０〜６０質量部であり、１０質量部未満の場合にはベルト表面の摩擦係数が低下せずにスティックスリップ音を軽減することが困難になり、他方１００質量部を越えると、ゴム物性の伸びが小さくなり、ベルト寿命が短くなる。

また、カーボンブラックが配合されるが、カーボンブラックの配合量は原料ゴム１００質量部に対して３０〜６０質量部の範囲に設定するのが好ましい。カーボンブラックの配合量を６０質量部以下にすることによって、リブ部７のゴム硬さを低くして、プーリに対するリブ部７の密着性を高め、被水時の伝達力を向上させることができるものである。カーボンブラックの配合量が３０質量部未満であると、リブ部７のゴム強度が低下し、耐摩耗性が低くなるので、カーボンブラックの配合量は３０質量部以上に設定するの好ましい。

更に、圧縮ゴム層４のゴム組成物には、石油系油類のプロセスオイルを配合することができる。プロセスオイルは可塑剤として作用し、ゴムの柔軟性を高めてゴム硬さを低くすることができ、プーリに対するリブ部７の密着性を高め、被水時の伝達力を向上させることができるものである。プロセスオイルの配合量は原料ゴム１００質量部に対して４〜２０質量部の範囲に設定するのが好ましい。伝動ベルトの被水時の伝達力を向上させるためには、プロセスオイルを４質量部以上配合することが必要であり、またプロセスオイルの配合量が４質量部未満であるとゴム練りや圧延などのゴム加工性が低下すると共にリブ部６の耐寒性が低下して低温走行時のベルト寿命が短くなるおそれがある。逆にプロセスオイルの配合量が２０質量部を超えると、リブ部７のゴム強度が低下し、耐摩耗性が低くなるので、プロセスオイルの配合量は２０質量部以下に設定するのが好ましい。

接着ゴム層３の原料ゴムとしては、上記圧縮ゴム層４に用いるものと同種のゴムを用いることができる。この接着ゴム層３には上記のような短繊維を混入しても、していなくともいずれでもよいが、接着性を考慮すると混入しないほうが望ましい。

また、接着ゴム層３に埋入される心線２としては、ポリアリレート繊維、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維などのポリエステル繊維、アラミド繊維、ガラス繊維などの高強度・低伸度のコードを用いることができる。心線２にはゴムとの接着性を向上させる目的で接着処理を施すのが好ましい。このような接着処理としては、心線２をレゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス液（ＲＦＬ液）などの処理液に浸漬して加熱乾燥することによって行なうことができる。

補強布５としては、綿、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ナイロン繊維等を平織り、綾織り、朱子織りした布を用いることができるものであり、補強布５にはＲＦＬ処理を行なった後に、ゴム組成物をコーティングしたゴム付き帆布として使用するのが好ましい。

次に、図１のようなＶリブドベルトを製造する方法の一例を説明する。まず円筒状のドラムの外周に補強布５を巻き付け、この上に接着ゴム層３用のゴムシートを巻き付けた後、この上に心線２を螺旋状に巻き付ける。さらにこの上に圧縮ゴム層４用のゴムシートを巻き付ける。次にこの円筒状ドラムを加硫ドラムに入れて加硫を行なうことによって、筒状の加硫スリーブを得る。この後に、加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールの間に懸架して走行回転させながら、加硫スリーブの外周の圧縮ゴム層４に切削ホイールを接触させてＶ溝を切削・研磨加工することによって、リブ部７を形成する。そしてこの加硫スリーブを輪切りするように所定幅寸法で切断すると共に、内周と外周を裏返すことによって、Ｖリブドベルトとして仕上げることができるものである。

他のベルトとしてカットエッジタイプのＶベルト２１がある。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。

尚、ここでは例えばＶリブドベルトとして、心線２を接着ゴム層３中に埋設し、その下側に圧縮ゴム層４を配設し、ベルト背面に補強布５を貼着した構成を例示したが、これに限られるものではない。例えば接着ゴム層３を配置しない構成としたＶリブドベルトや、補強布５の代りに背面ゴム層を配設し、ベルト背面にゴムが露出した構成としたＶリブドベルトなども本発明の技術範疇に属する。

以下、本発明を実施例にて詳細に説明する。
実施例１〜８、比較例１〜７
表１に示すようにＥＰＤＭ（ヨウ素価４）に、短繊維、カーボンブラック、パラフィン系プロセスオイル、固体潤滑剤等を配合して、カレンダーロールによって所定厚さのゴムシートを作製し、１６５°Ｃで３０分間加硫した。短繊維としては、６６ナイロン短繊維（繊維長３ｍｍ）、アラミド短繊維（繊維長３ｍｍ）、綿短繊維（繊維長６ｍｍ）から配合表に従って添加した。また固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、グラファイトから配合表に従って添加した。得られた加硫ゴムの硬度（ＪIＳ−Ａ）をＪＩＳ Ｋ６２５３に、切断時の伸び（６６ナイロン短繊維の配向方向に対して直角方向）をＪＩＳ Ｋ６２５１に準じて測定した。更に、スラスト摩擦試験はＪＩＳ Ｋ７２１８のＡ法に当たるもので、試験条件としては滑り速度０．０６ｍ／ｓｅｃ、加圧力５０Ｎ、滑り距離０．１ｋｍで、試験試料の温度が５０°Ｃに達したときの動的摩擦係数を測定した。その結果を表１に示す。

この結果、６６ナイロン短繊維を含有する配合において、グラファイト（固体潤滑剤）を含有しない比較例1，２及びグラファイトの含有量が少ない比較例３は摩擦係数が大きく、一方、グラファイトの含有量が１００質量部を超える比較例４は摩擦係数が小さいものの、切断伸びが極端に小さくなっている。一方、グラファイトを含有し、６６ナイロン短繊維を含有しない比較例５では摩擦係数が高いことが知見された。そして短繊維としてアラミド短繊維を含有し、グラファイトを含有しない比較例６では摩擦係数の低下が充分とは言えず、また綿短繊維を含有し、グラファイトを含有しない比較例７では摩擦係数の低減効果が低いことが確認された。しかし、６６ナイロン短繊維と固体潤滑剤を適量配合した実施例１〜８では、摩擦係数を小さく、かつ切断伸びも大きい水準で維持することができ、伝動ベルト用ゴム組成物に適していることが判る。尚、固体潤滑剤としては、グラファイト、ＰＴＦＥが二硫化モリブデンより摩擦係数低減効果が高いことが知見できた。

実施例９〜１４、比較例８〜１６
表２に示すようにＥＰＤＭ（ヨウ素価４）に、短繊維、カーボンブラック、固体潤滑剤、パラフィン系プロセスオイル等を配合して、カレンダーロールによって圧縮ゴム層用のゴムシートを作製した。短繊維としては、６６ナイロン短繊維（繊維長３ｍｍ）、アラミド短繊維（繊維長３ｍｍ）、綿短繊維（繊維長６ｍｍ）から配合表に従って添加した。また固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、グラファイトから配合表に従って添加した。一方、表２に示す配合から短繊維を除いたＥＰＤＭゴム組成物からなる接着ゴム層用ゴムシートを作製し、また心線としてポリエステル繊維のコードを、補強布としてゴム付き綿帆布をそれぞれ用いた。

そして、これらの材料を用いて上記した方法でベルト長さ１７７０ｍｍ、ベルト厚さ４．３ｍｍ、Ｖリブの数７、Ｖリブの側面の傾斜角度４０度、Ｖリブの高さ２．０ｍｍのＶリブドベルトを作製した。該ベルトの発音評価である発音限界張力試験と圧縮ゴム層用ゴムシートのロール加工性について評価した。

発音限界張力試験では、得られたＶリブドベルトを直径１３５ｍｍの駆動プーリ、直径１１２ｍｍの第１従動プーリ、クラッチ機構を有する直径６０ｍｍする第２従動プーリの間に所定のベルト張力で懸架して、室温で駆動プーリを５，０００ｒｐｍで回転させながら第２従動プーリを回転始動させた時に発生した鳴き音と、この時のベルトの最低張力である発音限界張力を測定した。また図３のレイアウトにて雰囲気温度８５°Ｃの条件下で１８０時間走行した後（慣らし走行後）のＶリブドベルトについて、上記と同様に発音限界張力試験を実施した。その結果を表２に示す。

また、圧縮ゴム層用ゴムシートのロール加工性では、シートに裂けや穴もなく、表面が平滑なシートが得られる場合を○、シートに裂けや穴もないが、表面にササクレが生じる場合を△、そしてシートに裂けや穴があり、圧縮ゴム層用ゴムシートとして使用不可の場合を×として評価した。

この結果より、６６ナイロン短繊維を含有し、グラファイトを含有しない比較例８，９及びグラファイトの含有量が少ない比較例１０では、発音限界張力が初期時、慣らし走行後共に高く、スティックスリップ音の抑制効果に乏しいことが知見できた。またグラファイトの含有量が多い比較例１１及び比較例１２では、加工性が悪く、Ｖリブドベルトを成形することが不可能であった。また、６６ナイロン短繊維を含有せず、グラファイトを適量含有する比較例１３では、スティックスリップ音抑制効果が非常に低かった。また、グラファイトを含有せず、アラミド短繊維を含有する比較例１４では、長期的な発音抑制効果に乏しく、綿短繊維を含有する比較例１５では、初期走行時にも発音限界張力が高かった。また、アラミド短繊維とグラファイトを含有する比較例１６では初期時には良好な発音抑制効果が見られるものの、慣らし走行後は発音抑制効果が極端に低下し、効果が長期的に持続しないことが知見できた。

一方で、実施例９〜１４では、適量の固体潤滑剤と６６ナイロン短繊維を併用することで、加工性が良好で、摩擦係数が小さく、発音限界張力が低下してスティックスリップ音が減少し、高い伝達能力を維持していることが判る。また固体潤滑剤としては、グラファイト、ＰＴＦＥが二硫化モリブデンより発音抑制効果が高いことが知見できた。

本発明に係るＶリブドベルトの縦断面図である。 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。 Ｖリブドベルトの慣らし走行のレイアウトを示す図である。

１ Ｖ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
２１ Ｖベルト

Claims (2)

1. 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構成される伝動ベルトであって、圧縮ゴム層にエチレン−α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して６ナイロン、６６ナイロン、６１０ナイロンから選ばれるナイロン短繊維１０〜５０質量部、グラファイト、二硫化モリブデン、そしてポリテトラフルオロエチレンから選ばれた少なくとも１種である固体潤滑材１０〜１００質量部を配合したゴム組成物を用いたことを特徴とする伝動ベルト。
2. 伝動ベルトがＶリブドベルトである請求項１に記載の伝動ベルト。

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