JP4799175B2 - 樹脂製プーリ - Google Patents

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Description

本発明は、自動車のエンジン部品等に用いる樹脂製プーリに関するものである。
自動車のエンジン部品等に用いるプーリとしては、近年の、小型化、軽量化、低コスト化の要求に伴って、従来の、金属製プーリから、ガラス繊維等の無機繊維で補強した樹脂製プーリへの置き換えが検討されている。樹脂製プーリのもとになるベース樹脂としては、前記樹脂製プーリの寸法安定性や強度等を考慮して、フェノール樹脂が多用される。そして、ガラス繊維等の無機繊維で補強したフェノール樹脂製のプーリは、前記寸法安定性や強度等の点では、金属製プーリの代替品として、十分な特性を有するまでに至っている。
しかし、無機繊維で補強した樹脂製プーリにおいては、寸法安定性や強度等を、現状よりもさらに向上させるために、前記無機繊維の含有割合を増加させるほど、特に、前記樹脂製プーリの形状や、組み合わせるベルトの種類等によって、無機繊維が脱落因子となることで、却って、耐摩耗性が低下するという問題がある。
特に、樹脂製プーリは、未舗装道路を走行した際等の、ダスト雰囲気中において、摩耗形態が大きく変化し、舞い上がった砂埃等によって摩耗されやすいため、金属製プーリの代替品としては、未だ十分でない場合がある。また、無機繊維の含有割合が増加するほど、樹脂製プーリの相手部材であるベルト等を傷つける、いわゆるベルト攻撃性が強くなるという問題もある。そこで、金属製プーリの代替品として、より優れた特性を有する樹脂製プーリを実用化するべく、種々の試みが行われている。
例えば、特許文献1には、フェノール樹脂をベース樹脂として含有すると共に、無機繊維を25〜45重量%、無機粉末を3〜7重量%、有機繊維を3〜7重量%、エラストマーを3〜10重量%の割合で含有する樹脂組成物を用いることで、耐摩耗性に優れると共に、急激な温度変化(熱衝撃)によってクラック等を生じない、耐熱衝撃性にも優れた樹脂製プーリを形成することが記載されている。
また、特許文献2には、フェノール樹脂の中でもレゾール型フェノール樹脂を35〜45重量%、ガラス繊維を35〜45重量%、炭酸カルシウム、クレーおよびワラストナイトから選ばれた1種または2種以上の無機粉末を5〜15重量%、ポリビニルブチラールを1〜3重量%の割合で含有する樹脂組成物を用いることで、耐摩耗性、耐熱衝撃性に優れると共に、250℃以上でも膨れやシェルクラックが発生しない、耐熱性にも優れた樹脂製プーリを形成することが記載されている。
さらに、特許文献3には、レゾール型フェノール樹脂を15〜34重量%、ガラス繊維を46〜75重量%、有機配合物としてポリビニルアセタールを4〜10重量%の割合で含有する樹脂組成物を用いることで、機械的強度、ウェルド強度、耐熱衝撃性に優れた樹脂製プーリを形成することが記載されている。
特開平9−217818号公報(請求項1、2、第0006欄〜第0008欄、第0010欄) 特開2002−146158号公報(請求項1、2、第0014欄〜第0022欄) 特開2003−184998号公報(請求項1、第0006欄、第0008欄〜第0012欄)
先に説明した各特許文献に記載の発明の主眼は、フェノール樹脂をベース樹脂とする樹脂組成物に、前記フェノール樹脂の柔軟性や靭性を高めて、樹脂製プーリの耐熱衝撃性を高める機能を有する、エラストマーや、あるいは、ポリビニルブチラール等のポリビニルアセタール類を含有させ、かつ、樹脂製プーリの寸法安定性を維持する機能を有する無機粉末を含有させることで、無機繊維の含有割合を減じて、過剰の無機繊維が脱落因子となることによる、耐摩耗性の低下を防止すると共に、ベルト攻撃性を抑制することにある。
その目的は、半ば、達成できているといえるが、しかし、過酷な熱衝撃が、繰り返し、加えられる、自動車のエンジン部品等のプーリとして、前記各特許文献に記載された樹脂製プーリを使用した場合には、耐熱衝撃性を維持することができず、クラック等を生じるという問題がある。本発明の目的は、特に、ダスト雰囲気等における耐摩耗性に優れ、かつ、耐熱衝撃性にも優れる上、ベルト攻撃性が抑制された樹脂製プーリを提供することにある。
本発明の樹脂製プーリは、ベース樹脂としてのフェノール樹脂35〜55重量%、アクリロニトリルブタジエンゴム1〜20重量%、無機繊維10〜25重量%、および無機粉末3〜15重量%を含有すると共に、前記フェノール樹脂の含有量の0.1〜3.0重量%のポリエステルアクリレートが添加された樹脂組成物によって形成されたことを特徴とするものである。
本発明によれば、ベース樹脂としてのフェノール樹脂の柔軟性や靭性を高めて、樹脂製プーリの耐熱衝撃性を高める機能を有するアクリルニトリルブタジエンゴム(以下「NBR」と略記することがある)を含有させ、かつ、樹脂製プーリの寸法安定性を維持する機能を有する無機粉末を含有させることで、無機繊維の含有割合を減じて、過剰の無機繊維による、耐摩耗性の低下を防止すると共に、ベルト攻撃性を抑制した樹脂組成物に、さらに、前記フェノール樹脂と、NBRとの相溶化剤として機能して、前記各成分を加熱して樹脂分(フェノール樹脂、NBR)を溶融させた状態で混練し、さらに必要に応じて、粉砕等して樹脂組成物を作製する際に、NBRを、フェノール樹脂中に、ミクロ分散化させる働きをするポリエステルアクリレートを添加しているため、前記樹脂組成物からなる樹脂製プーリの耐熱衝撃性を、これまでよりもさらに向上することができる。
そのため、前記樹脂製プーリを、過酷な熱衝撃が、繰り返し、加えられる、自動車のエンジン部品等のプーリとして使用した場合でも、耐熱衝撃性を維持して、クラック等が発生するのを、確実に防止することができる。したがって、本発明によれば、特に、ダスト雰囲気等における耐摩耗性に優れ、かつ、耐熱衝撃性にも優れる上、ベルト攻撃性が抑制された樹脂製プーリを提供することが可能となる。
発明の樹脂製プーリを形成する樹脂組成物は、有機質充てん材10〜20重量%を含有しているのが好ましい。NBRとしては、アクリロニトリル含量30%以上の中ニトリルNBR〜極高ニトリルNBRに分類されるNBRを用いるのが好ましい。
本発明の樹脂製プーリは、ベース樹脂としてのフェノール樹脂35〜55重量%、アクリロニトリルブタジエンゴム1〜20重量%、無機繊維10〜25重量%、および無機粉末3〜15重量%を含有すると共に、前記フェノール樹脂の含有量の0.1〜3.0重量%のポリエステルアクリレートが添加された樹脂組成物によって形成されたことを特徴とするものである。
フェノール樹脂としては、樹脂製プーリを、射出成形等によって製造することを考慮すると、常温において固形であるノボラック型フェノール樹脂、またはレゾール型フェノール樹脂が好ましく、特に、樹脂製プーリが金属等のインサート部材を有する場合は、熱衝撃に強く、かつ、寸法安定性に優れたレゾール型フェノール樹脂が好ましい。なお、ノボラック型フェノール樹脂を使用する場合は、ヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤を、フェノール樹脂に対して、12〜20重量%の割合で配合するのが好ましい。また、レゾール型フェノール樹脂を使用する場合は、消石灰等の助硬化剤を、フェノール樹脂に対して、5〜12重量%の割合で配合するのが好ましい。
また、フェノール樹脂は、射出成形等によって樹脂製プーリを製造する際の、樹脂組成物の流動性を好適な範囲に調整するため、そのタイプに拘らず、数平均分子量が600〜1100であるのが好ましい。数平均分子量が600未満であるフェノール樹脂を用いた樹脂組成物は、加熱溶融時の粘度が小さくなり過ぎて、射出成形時に、十分な樹脂圧が得られないため、良好な樹脂製プーリを成形できないおそれがある。また数平均分子量が1100を超えるフェノール樹脂を用いた樹脂組成物は、加熱溶融時に、十分な流動性が得られないため、やはり、良好な樹脂製プーリを成形できないおそれがある。
なお、フェノール樹脂の数平均分子量は、例えば、成形に使用する金型の形状、構造等に応じた最適な流動性を得るために、前記範囲内でも、特に、最適な範囲を選択することができる。例えば、フィルムゲート式の金型を用いて樹脂製プーリを成形する場合は、フェノール樹脂の数平均分子量を、前記範囲内でも、700〜900とするのが好ましい。
本発明において、フェノール樹脂の含有割合が、樹脂組成物の全量の35〜55重量%に限定されるのは、下記の理由による。すなわち、フェノール樹脂の含有割合が、前記範囲未満では、前記各成分を加熱して樹脂分を溶融させた状態で混練し、さらに必要に応じて、粉砕等して樹脂組成物を作製する際の流動性が低下したり、流動性を調整するのが容易でなくなったりするため、樹脂組成物を作製するのが容易でなくなるという問題がある。また、作製した樹脂組成物を加熱して溶融させた際の流動性が低下したり、流動性を調整するのが容易でなくなったりするため、前記樹脂組成物を、射出成形等によって、樹脂製プーリの形状に対応した型窩を有する金型の、前記型窩内に充てんして樹脂製プーリを製造する際の、型窩表面への追従性、成形性が低下するという問題もある。
また、フェノール樹脂の含有割合が、前記範囲を超える場合には、相対的に、他の成分の含有割合が少なくなるため、前記各成分を含有させたことによる、樹脂製プーリの、特に、ダスト雰囲気での耐摩耗性や、耐熱衝撃性が低下するという問題がある。なお、前記各問題点が生じるのを防止する効果を、さらに向上して、良好な特性を有する樹脂製プーリを製造することを考慮すると、フェノール樹脂の含有割合は、前記範囲内でも、40〜55重量%、特に、45〜50重量%であるのが好ましい。
NBRとしては、アクリロニトリルとブタジエンとを共重合させた、アクリロニトリル含有量によって分類される種々のNBRが、いずれも使用可能であるが、特に、アクリロニトリル含量が30%以上の、中ニトリルNBR〜極高ニトリルNBRに分類されるNBRが好ましい。アクリロニトリル含量が30%以上であるNBRは、その溶解度パラメータ(SP値)が、フェノール樹脂のSP値に近いため、前記フェノール樹脂との相溶性に優れている。そのため、前記各成分を加熱して樹脂分を溶融させた状態で混練し、さらに必要に応じて、粉砕等して樹脂組成物を作製する際に、ポリエステルアクリレートを相溶化剤として機能させて、NBRを、フェノール樹脂中に、ミクロ分散化させて、樹脂製プーリの耐熱衝撃性を向上する効果を、さらに高めることができる。
本発明において、NBRの含有割合が、樹脂組成物の全量の1重量%以上に限定されるのは、前記範囲未満では、NBRによる、樹脂製プーリの耐熱衝撃性を向上する効果が得られないためである。またNBRの含有割合が、樹脂組成物の全量の20重量%以下に限定されるのは、前記範囲を超える場合には、相対的に、他の成分の含有割合が少なくなって、樹脂製プーリの、特に、ダスト雰囲気での耐摩耗性が低下したり、物性が不安定化したり、樹脂組成物の、加熱、溶融時の流動性が低下して、射出成形等によって、樹脂製プーリを製造する際の、成形性が低下したりするためである。なお、前記各問題点が生じるのを防止する効果を、さらに向上して、良好な特性を有する樹脂製プーリを製造することを考慮すると、NBRの含有割合は、前記範囲内でも10重量%以下、中でも3〜8重量%、特に、4〜6重量%であるのが好ましい。
無機繊維としては、ガラス繊維、ボロン繊維、炭素繊維、炭化ケイ素繊維、アルミナ繊維、無機系ウィスカー等が挙げられ、特に、補強効果に優れると共に、製造が容易なガラス繊維が好ましい。
また、ガラス繊維としては、フェノール樹脂の補強に多用されており、前記各成分を加熱して樹脂分を溶融させた状態で混練し、さらに必要に応じて、粉砕等して樹脂組成物を作製する際の流動性を低下させたり、調整した樹脂組成物を用いて、射出成形等によって、樹脂製プーリを製造する際の成形性が低下したりするのを防止することを考慮すると、平均繊維径が6〜20μm程度、平均繊維長が1〜6mm程度のチョップドストランドが好ましい。
本発明において、ガラス繊維等の無機繊維の含有割合が、10〜25重量%に限定されるのは、前記範囲未満では、無機繊維による、樹脂製プーリの耐摩耗性を向上する効果が得られないためであり、前記範囲を超える場合には、先に説明したように、却って、樹脂製プーリの耐摩耗性が低下したり、ベルト攻撃性が強くなったりするためである。なお、前記各問題点が生じるのを防止する効果を、さらに向上して、良好な特性を有する樹脂製プーリを製造することを考慮すると、無機繊維の含有割合は、前記範囲内でも、15〜25重量%、特に、20〜25重量%であるのが好ましい。
無機粉末としては、球状、粒状、薄片状、不定形粒状等の、繊維状以外の種々の形状を有する無機粉末が使用できる。前記無機粉末としては、例えば、炭酸カルシウム、シリカ、クレー、マイカ、ワラストナイト、ゼオライト、タルク、ガラスパウダー、水酸化アルミニウム、酸化アルミニウム、カオリナイト、酸化ジルコニウム、水酸化マグネシウム、珪藻土等が挙げられる。
本発明において、無機粉末の含有割合が、3〜15重量%に限定されるのは、前記範囲未満では、無機粉末による、樹脂製プーリの寸法安定性を維持する効果が得られないためであり、前記範囲を超える場合には、過剰の無機粉末が、無機繊維と同様に、脱落因子となることで、樹脂製プーリの耐摩耗性が低下するためである。なお、前記各問題点が生じるのを防止する効果を、さらに向上して、良好な特性を有する樹脂製プーリを製造することを考慮すると、無機粉末の含有割合は、前記範囲内でも、3〜10重量%、特に、5〜8重量%であるのが好ましい。
ポリエステルアクリレートとしては、前記各成分を加熱して樹脂分を溶融させた状態で混練し、さらに必要に応じて、粉砕等して樹脂組成物を作製する際に、フェノール樹脂と、NBRとの相溶化剤として機能して、前記NBRを、フェノール樹脂中に、ミクロ分散化させる働きをする、種々のポリエステルアクリレートが、いずれも使用可能である。前記ポリエステルアクリレートとしては、例えば、式(1):
Figure 0004799175
で表される化合物や、あるいは、式(2):
Figure 0004799175
〔式中、nは1〜10である。〕
で表される化合物が挙げられる。ポリエステルアクリレートは、あらかじめ、フェノール樹脂中に溶解しておくのが、分散性を向上するために好ましい。
ポリエステルアクリレートの添加量、フェノール樹脂の含有量の0.1〜3.0重量%に限定されるのは、前記範囲未満では、前記ポリエステルアクリレートを添加したことによる、先に説明した、相溶化剤としての機能が、十分に得られないためであり、前記範囲を超える場合には、過剰のポリエステルアクリレートによって、樹脂製プーリの、特に、ダスト雰囲気での耐摩耗性や、耐熱衝撃性が低下するためである。
本発明の樹脂製プーリを形成する樹脂組成物は、有機質充てん材を含有しても良い。有機質充てん材としては、例えば、木粉、パルプ、布チップ、ポリビニルアルコール繊維等が挙げられる。有機質充てん材は、樹脂製プーリの強度を補助するために機能する。
有機質充てん材の含有割合は、10〜20重量%であるのが好ましい。有機質充てん材の含有割合が、前記範囲未満では、その添加効果が十分に得られないおそれがあり、前記範囲を超える場合には、前記各成分を加熱して樹脂分を溶融させた状態で混練し、さらに必要に応じて、粉砕等して樹脂組成物を作製する際に、溶融したフェノール樹脂が、有機質充てん材中に取り込まれて、見かけ上の樹脂分量が低下するため、流動性が低下したり、流動性を調整するのが容易でなくなったりして、樹脂組成物を作製するのが容易でなくなるおそれがある。なお、前記各問題点が生じるのを防止する効果を、さらに向上して、良好な特性を有する樹脂製プーリを製造することを考慮すると、有機質充てん材の含有割合は、前記範囲内でも、10〜15重量%、特に、10〜13重量%であるのが好ましい。
樹脂組成物には、前記各成分に加えて、例えば、樹脂製プーリの表面に滑性を付与して、耐摩耗性の向上に寄与するための、フッ素樹脂粉末等の滑剤や、無機繊維、無機粉末等の無機分の表面を処理して、フェノール樹脂、NBR等の有機分に対する親和性を高めるための、シランカップリング剤等のカップリング剤、カーボンブラック等の着色剤、成形後の樹脂製プーリの、型からの離型を容易にするための、ステアリン酸亜鉛等の離型剤等の各種添加剤を、周知の含有割合の範囲で添加することもできる。
本発明の樹脂製プーリは、先に説明した各成分を加熱して樹脂分を溶融させた状態で混練し、さらに必要に応じて、粉砕等して作製した樹脂組成物を、射出成形機のシリンダ内で加熱して溶融させて、あらかじめ、フェノール樹脂の硬化温度以上に加熱した金型の、プーリの形状に対応した型窩内に注入して、フェノール樹脂を硬化反応させる、いわゆる射出成形によって製造することができる。また、本発明の樹脂製プーリは、トランスファー成形や圧縮成形等の、硬化性樹脂を含む樹脂組成物の成形に適用できる、種々の成形方法によって製造することもできる。
また、樹脂製プーリが、金属等のインサート部材を有する場合は、金型の型窩内に設けたインサート部材の保持部に、前記インサート部材を保持した状態で、同様にして、フェノール樹脂を、型窩内に注入して硬化反応させることによって、インサート部材と一体化した樹脂製プーリを製造することができる。
本発明の樹脂製プーリは、先に説明した各成分を含有する樹脂組成物によって形成されているため、特に、ダスト雰囲気等における耐摩耗性に優れ、かつ、耐熱衝撃性にも優れる上、ベルト攻撃性が抑制されており、金属製プーリの代替品として、十分に実用可能な特性を有している。
〈実施例1〜7、比較例1〜6〉
表1、2に示す各成分を、ヘンシェルミキサーを用いて混合し、85℃に加熱した熱ロールによって混練してシート化した後、粉砕して樹脂組成物を作製した。なお、各成分の詳細は、下記のとおりとした。なお、両表中、ポリエステルアクリレートの欄の上段の数値は、前記ポリエステルアクリレートの、樹脂組成物の総量に対する添加量、下段の括弧内の数値は、ポリエステルアクリレートの、フェノール樹脂の含有量に対する添加量である。
(フェノール樹脂)
レゾール型フェノール樹脂:日立化成工業(株)製のHP−190R(数平均分子量850)
ノボラック型フェノール樹脂:日立化成工業(株)製のHP−700NK(数平均分子量800)
(ポリエステルアクリレート)
東亞合成(株)製のアロニックス(登録商標)M−8030〔式(2)で表され、式中のnがn=3であるもの〕
(硬化剤)
ヘキサメチレンテトラミン
(NBR)
JSR(株)製のPNC−38(アクリロニトリル含量40%)
(ガラス繊維)
日本板硝子(株)製のRES015〔平均繊維径13μm、平均繊維長1.5mmのチョップドストランド〕
(無機粉末)
ゼオライト
(有機質充てん材)
パルプ
(助硬化剤)
消石灰
(離型剤)
ステアリン酸亜鉛
(着色剤)
カーボンブラック
次に、図1に示す樹脂製プーリ1の、プーリ本体2の形状に対応した型窩を有すると共に、前記型窩の、プーリ本体2の中心部に対応する位置に、ボールベアリング3の外輪4を保持する保持部を設けた、フィルムゲート式の金型を用意し、前記金型を射出成形機にセットして170℃に加熱した状態で、前記樹脂組成物を、射出成形機のホッパに供給した。そして、金型の保持部に、外輪4、ボール5、内輪6、保持器7、およびシール8、9からなるボールベアリング3をセットして型締めした状態で、シリンダ内で軟化させた樹脂組成物を、型窩内に注入、充てんすると共に、硬化させて、プーリ本体2を成形して、樹脂製プーリ1を製造した。
(耐熱衝撃性試験)
実施例、比較例で製造した樹脂製プーリを、−40℃で30分間、冷却し、次いで140℃で30分間、加熱する処理を1サイクルとして、それを2000サイクル繰り返した後、プーリ本体11にクラックが発生したか否かを観察した。そして、クラックが全く発生しなかったものを、耐熱衝撃性良好(○)、クラックがわずかでも発生したものを、耐熱衝撃性不良(×)として評価した。
(耐摩耗性、ベルト攻撃性試験)
実施例、比較例で製造した樹脂製プーリと、金属製プーリとの間に、ゴム製のベルトを掛け渡した状態で、ダスト量2kg/m3、ダスト流速1m/sのダスト雰囲気中において、前記樹脂製プーリを、回転数9000rpmの条件で、24時間、連続回転させた。そして、連続回転後に、樹脂製プーリのプーリ本体11の、ベルトが掛け渡されていた外周面の、摩耗厚み(mm)を測定して、耐摩耗性を評価すると共に、ベルトの、樹脂製プーリに掛け渡していた面の損傷の度合いを観察して、全く損傷していなかったものをベルト攻撃性なし(○)、少しでも損傷していたものをベルト攻撃性あり(×)として評価した。なお、摩耗厚みの目標値は、0.15mm以下とした。結果を、表1、2に示す。
Figure 0004799175
Figure 0004799175
両表より、フェノール樹脂の含有割合が35重量%を下回ると共に、ガラス繊維の含有割合が25重量%を超える比較例1、および、ガラス繊維の含有割合が25重量%を超える比較例2は、共に、耐熱衝撃性は良好であるものの、耐摩耗性が不十分であると共に、ベルト攻撃性を有することが判った。フェノール樹脂の含有割合が55重量%を超えると共に、NBRを含有しない比較例3は、耐摩耗性が良好で、かつベルト攻撃性を有しないものの、耐熱衝撃性が不十分であることが判った。フェノール樹脂の含有割合が55重量%を超えると共に、NBRを含有しない上、無機粉末としてのゼオライトの含有割合が15重量%を超える比較例4は、ベルト攻撃性を有しないものの、耐熱衝撃性が不十分であると共に、耐摩耗性がわずかに低いことが判った。
NBRを含有せず、かつ、ガラス繊維の含有割合が25重量%を超える比較例5、および、NBRを含有せず、かつ、ガラス繊維の含有割合が25重量%を超えると共に、ゼオライトの含有割合が3重量%未満である比較例6は、共に、耐熱衝撃性が不十分であると共に、耐摩耗性も不十分であり、しかも、ベルト攻撃性を有することが判った。
これに対し、各実施例は、前記各成分が、いずれも、本発明で規定した範囲内に入ることから、耐熱衝撃性、耐摩耗性が良好である上、ベルト攻撃性を有しないことが確認された。
本発明の、実施例、比較例で製造した樹脂製プーリの一例を示す断面図である。
符号の説明
1 樹脂製プーリ、2 プーリ本体

Claims (3)

  1. ベース樹脂としてのフェノール樹脂35〜55重量%、アクリロニトリルブタジエンゴム1〜20重量%、無機繊維10〜25重量%、および無機粉末3〜15重量%を含有すると共に、前記フェノール樹脂の含有量の0.1〜3.0重量%のポリエステルアクリレートが添加された樹脂組成物によって形成されたことを特徴とする樹脂製プーリ。
  2. 樹脂組成物が、有機質充てん材10〜20重量%を含有している請求項1記載の樹脂製プーリ。
  3. アクリロニトリルブタジエンゴムが、アクリロニトリル含量30%以上の中ニトリルアクリロニトリルブタジエンゴム〜極高ニトリルアクリロニトリルブタジエンゴムに分類されるアクリロニトリルブタジエンゴムである請求項1記載の樹脂製プーリ。
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