JP4938379B2

JP4938379B2 - 樹脂ベルト

Info

Publication number: JP4938379B2
Application number: JP2006206791A
Authority: JP
Inventors: 和也本田; 明記金田; 俊治島井; 栄夫右京
Original assignee: Toyobo Co Ltd; Gates Unitta Asia Co
Current assignee: Toyobo Co Ltd; Gates Unitta Asia Co
Priority date: 2006-07-28
Filing date: 2006-07-28
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-07-28
Also published as: JP2008032132A

Description

本発明は、樹脂ベルトに係り、耐摩耗性能及び耐クラック性能の高い樹脂ベルトに関するものである。

従来の歯付きベルトは、特許文献１に開示されているように、合成樹脂製のベルト本体の内周面側に多数の等ピッチの歯部が形成され、その内周面側に帆布が接着されると共に、ベルト本体の平ベルト部には複数条のコードがベルト幅方向に並列して埋設されている。
特開２００２−３４９６３６（請求項１参照）

しかしながら、従来の歯付きベルトは、ベルト本体を構成する樹脂の重量平均分子量が約１１万であり、耐摩耗性能及び耐クラック性能が低いという問題があった。

本発明は、上記課題に鑑み、耐摩耗性能および耐クラック性能の高い樹脂ベルトを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、樹脂ベルトを重量平均分子量（以下、単に分子量という）が１４万以上のポリエステルエラストマーから構成したことを特徴とするものである。樹脂ベルトを構成するポリエステルエラストマーの分子量を、従来よりも格段に大きい１４万以上とすることにより、樹脂ベルトの耐屈曲疲労性が向上し、樹脂ベルトの耐クラック性能、耐摩耗性能及び歯欠け耐久性能を向上させることができる。

ポリエステルエラストマーの分子量としては、１４万以上、好ましくは２０〜２５万、特に好ましくは２５万である。分子量１４万よりも小さければ、耐摩耗性能及び耐クラック性能が低くなる傾向があり、一方分子量２５万よりも高くなると、製造コストが高くなり好ましくない。なお、本発明における重量平均分子量とは、成形品である樹脂ベルトから切り出した物を測定した場合の値である。

また、上記構成の樹脂ベルトは、成形性が高く、短時間で成形することができる。ここで、環状のベルトの成形行程では、成形用の円柱状の金型の外周面に帆布及び心線を巻き付け、さらにその上からポリエステルエラストマーシートを環状に巻き付けて、加熱加圧することにより成形する。従来の樹脂ベルトでは、この成形を短時間で行うと、ポリエステルエラストマーシートを環状に巻き付けた際の端部同士を重ね合わせたラップ部分の接着性が悪く、ベルト走行時にベルト背面のラップ部分で早期にクラックが発生してしまう。したがって、従来の樹脂ベルトでは、成形に長い時間が必要となってしまっていた。しかし、本発明の樹脂ベルトは、ラップ部分の接着性が高く、短時間で接着させることができる。

また、分子量が１４万よりも小さいポリエステルエラストマーは、その流動特性が成形温度により急変して急激に流動性が高くなってしまう。そのため、ベルト成形時の温度設定には精密さが要求されるが、温度設定には多少の変動が起きやすいため、温度制御が困難である。そこで、上述のように、樹脂ベルトを構成するポリエステルエラストマーの分子量を１４万以上とすれば、温度上昇に対するポリエステルエラストマーの流動性の上昇は緩やかとなり、流動挙動が改善される。したがって、成形時の温度条件に幅ができるので、樹脂ベルト成形の制御を容易なものにすることができる。

本発明におけるポリエステルエラストマーとは、芳香環を有する高融点ポリエステルセグメントと分子量４００〜１７００の低融点重合体セグメントからなる共重合体であり、高融点ポリエステルセグメント構成成分だけで高重合体を形成した場合の融点が１８０℃以上あり、低融点重合体セグメント構成成分のみで測定した場合の融点ないし軟化点が８０℃以下の構成成分からなるポリエステルエラストマーである。

ポリエステルエラストマーをさらに詳しく述べると、芳香環を有する高融点ポリエステルセグメント構成成分として、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルジカルボン酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、１，５−ナフタレンジカルボン酸、１，４−ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸又はそのエステルと炭素数が１〜２５のグリコール及びそのエステル形成性誘導体を用いることができる。炭素数が１〜２５のグリコールとは、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，５−ペンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，９−ノナンジオール、ネオペンチルグリコール、ジメチロールヘプタン、ジメチロールペンタン、トリシクロデカンジメタノール、ビスフェノールＸのエチレンオキサイド誘導体（ＸはＡ，Ｓ，Ｆ）及びこれらのエステル形成性誘導体が挙げられる。好ましくは、エチレングリコール、１，４−ブタンジオール及びこれらのエステル形成性誘導体が挙げられる。なお、高融点ポリエステルセグメント構成成分の酸成分として、テレフタル酸が全酸成分の７０モル％以上であることが好ましい。

また、分子量４００〜１７００の低融点重合体セグメントとしては、例えばポリ（エチレンオキサイド）グリコール、ポリ（プロピレンオキサイド）グリコール、ポリ（テトラメチレンオキサイド）グリコールなどのポリアルキレンエーテルグリコール及びこれらの混合物さらにこれらのポリエーテルグリコール構成を共重合した共重合ポリエーテルグリコールを示すことができる。

高融点化や成形性の面から、ポリ（テトラメチレンオキサイド）グリコールが好ましく、分子量８００〜１５００が低温特性から特に好ましく、全ポリエステル重量の１５〜７５％であることが好ましい。特に耐久性、柔軟性の面から２５〜６５％の範囲が好ましい。

本発明のポリエステルエラストマーの製造には、公知の任意の方法が適用できる。例えば、溶融重合法、溶液重合法、固相重合法などいずれも適宜用いられる。溶融重合の場合、エステル交換法でも直接重合法であってもよい。樹脂の粘度を向上させるため、溶融重合後に固相重合を行うことは、成形性、成形体の耐久寿命を上げるため、もちろん望ましいことである。また、ポリエステルの重合後、高分子鎖の末端の反応しうる官能基を２官能以上もつ化合物などで鎖延長しても良い。

本発明の樹脂ベルトは、ベルト本体の内周面側に歯部を形成した歯付きベルトなどのベルトに適用することができる。また、ベルトの用途としても、伝動ベルト、搬送ベルトを問わず適用可能であり、さらに、有端ベルト、無端ベルトを問わず適用可能である。

また、ベルト寸法を一定に保持するために、ベルトに心線を埋設するのが好ましい。心線としては、これに限定されるものではないが、ガラス繊維、スチール繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維又はカーボン繊維を用いればよい。

また、ベルト表面を補強するために、ベルト表面を帆布で被覆するのが好ましい。帆布としては、これに限定されるものではないが、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維又は綿繊維を用いればよい。

また、帆布の表面は、フェノール樹脂を主成分とする処理剤で処理するのが好ましい。帆布とベルト本体との接着力が向上する。

本発明によると、樹脂ベルトを構成するポリエステルエラストマーの分子量を従来よりも格段に大きい１４万以上とすることにより、樹脂ベルトの耐屈曲疲労性が向上し、樹脂ベルトの耐クラック性能、耐摩耗性能及び歯欠け耐久性能が向上する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の歯付きベルトの断面図である。

図１に示すように、本実施形態の樹脂ベルト１は、搬送用歯付きベルトであって、平板状で環状のベルト本体２と、その内周面側においてベルト長さ方向に等ピッチで形成された歯部３と、これらの歯部３の歯面及び歯溝に沿って装着された帆布４と、ベルト本体２にその幅方向に並列して埋設された複数本の心線５とを備えてなるものである。歯部３は、歯付プーリのプーリ歯に噛み合うように形成される。

ベルト本体２及び歯部３を構成するゴム素材は、分子量が１４万以上のポリエステルエラストマーから構成されている。分子量が１４万以上のポリエステルエラストマーを使用することにより、耐摩耗性能および耐クラック性能が高く、ベルト成形の制御をしやすいものとできる。なお、ポリエステルエラストマー以外に他の材料を配合してもよい。

帆布４は、ベルト本体２及び歯部３がプーリなどと接触して摩耗するのを防ぐと共に、これらの強度を保持するために、歯部３及び歯溝に接着されるものである。本実施形態においては、帆布４として６―６ナイロンからなる合成繊維布を使用したが、これに限定されるものではなく、ナイロン、ポリエチレン、ポリエステル、アラミド若しくはＰＢＯ（ポリ−ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール）等の合成繊維、又は綿等の天然繊維からなる布を使用してもよい。また、帆布４は、２／２綾織の織組織からなるが、これに限定されるものではない。

心線５は、ガラス繊維を撚り合わせたガラス心線などからなり、歯部３の歯底付近に位置するようにベルト本体２に埋設され、歯付ベルトに作用する引張力を受け持つようになっている。なお、心線５は、アラミド繊維、カーボン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維又はポリエステル繊維製であってもよい。

次に、この歯付きベルト１を製造する手順を説明する。まず、ベルト１の歯部３に対応する歯溝が形成された金型の外周面に、フェノール樹脂を主成分とする処理剤で処理した帆布４を環状に縫合したものを被せ、その外側に心線５及びポリエステルエラストマーシートをこの順で巻き付け、ポリエステルエラストマーシートの両端部を重ね合わせる。

次いで、ポリエステルエラストマーシートの外側に筒状のシェルバッグを被せて加硫釜内で加熱加圧することにより、ポリエステルエラストマーシートの一部を帆布４を押しながら金型の歯溝に流入させつつ、ポリエステルエラストマーシートを成形して歯付ベルトスラブを構成する。金型を冷却した後、この歯付ベルトスラブをシェルバッグ及び金型から取り外し、背面研磨、印刷及び所定幅への裁断を施して歯付ベルト１の製造が完了する。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正・変更を加えることができるのは勿論である。例えば、上記実施形態では、搬送ベルトについて説明したが、これに限らず伝動ベルトに本発明を適用してもよい。また、ベルトは無端・有端を問わず適用できることは勿論である。

次に、歯付きベルト１について、以下に示す条件下で試験を行った。表１に示すように、実施例１〜４と比較例１は、ベルト本体２及び歯部３を構成するポリエステルエラストマーの分子量（Ｍ_Ｗ）、溶融粘度（ＭＦＲ）及び融点（Ｔｍ）を変えたものであり、その他の条件は同じである。ポリエステルエラストマーとしては、実施例１〜４及び比較例１共に、東洋紡社製の「ペルプレン」（登録商標、以下省略する）を使用した。表１の使用樹脂欄中「Ｐ７５Ｍ」は品番を示す。なお、歯付きベルト１は、ベルト幅１０ｍｍ、歯部３の歯数１６３個、歯部３のピッチ３ｍｍで形成されている。

なお、本発明における各種物性の測定条件及び方法は、下記の通りである。

（１）重量平均分子量（Ｍｗ）
東ソー株式会社製の高速ＧＰＣ装置「ＨＬＣ−８２２０ＧＰＣ」を用い、以下の条件で測定し、標準ポリスチレン（ＰＳ）換算で分子量を算出した。
カラム：ＴＳＫｇｅｌＳｕｐｅｒＨＭ−Ｈ×２＋ＴＳＫｇｅｌＳｕｐｅｒＨ２０００（東ソー株式会社製）
溶媒：クロロホルム
流速：０．６ｍｌ／ｍｉｎ
濃度：０．０２５％
温度：４０℃
検出器：ＲＩ
標準ポリスチレン：ＴＳＫＳＴＡＮＤＡＲＤＰＯＬＹＳＴＹＲＥＮＥ（東ソー株式会社製）

（２）融点（Ｔｍ）
該当のポリエステルエラストマーをセイコー電子工業株式会社製の示差走査熱量計ＤＳＣ−２２０Ｃを用いて、室温から２５０℃まで２０℃／分で昇温し、２５０℃から５０℃まで５０℃／分で降温した後、再度２５０℃まで２０℃／分で昇温した。２回目の昇温の際での融解による吸熱ピーク温度を融点（Ｔｍ）とした。なお、測定試料は、１０ｍｇの試料をアルミニウム製蓋で密封状態にして、窒素雰囲気で測定した。

（３）溶融粘度（ＭＦＲ）
該当のポリエステルエラストマーのペレットを１００℃×６ｈｒ乾燥した後、東洋精機製作所製のキャピログラフ１Ｂにて、測定温度１６０、１８０、２００℃、Ｌ＝３０ｍｍ、Ｄ＝１．０ｍｍのキャピラリーを使用し、試験速度＝０．５〜５００ｍｍ／ｍｉｎにて剪断応力と溶融粘度の関係を求めた。図５には、ＳｈｅａｒＲａｔｅ（ｓｅｃ−１）＝６．０８での測定温度と溶融粘度の関係を示す。

＜１．背面クラック発生試験＞
図２は、２軸に張架された歯付きベルト１における、背面クラックが発生するまでの時間を示すグラフである。また、図３は、３つの歯付きプーリーに張架された歯付きベルト１における、背面クラックが発生するまでの時間を示すグラフである。図２及び図３における背面クラック発生までの時間は、比較例１における背面クラック発生までの時間を１とした場合の相対比で表している。

また、図２の場合は、水平に配された２つのプーリーに歯付きベルト１を張架して無負荷の状態で試験したものであり、図３の場合は、図３のグラフの左上の枠内に記載されているように配された３つの歯付きプーリーに、歯付きベルト１を張架し、そのうち２つのプーリ間に差し渡されたベルトの背面にテンションプーリを配置して試験したものである。図２では、歯数が１４の歯付きプーリーを使用し、図３では、歯数が１４の歯付きプーリーを使用し、それぞれ１２０００ｒｐｍの状態で回転させることにより、ベルト１を走行させて、歯付きベルト１に背面クラックが発生するまでの時間を測定した。

図２より、実施例１、２、３及び４で、比較例１よりクラック発生までの時間が長く、クラックが発生しにくいことが分かる。実施例３にいたっては、比較例１の約６．５倍の時間が経ってもクラックが発生しなかった。また、実施例１〜３ではクラック未発生のまま歯欠けが発生した時点で終了させた。

また、図３より、実施例１は、比較例１よりも約４倍長い間クラックが発生しなかった。また、実施例３にいたっては、比較例１よりも約１０倍以上の時間が経ってもクラックは発生せず、心線５が抜けた時点で終了させた。

以上から、１４万以上の分子量のポリエステルエラストマーから構成されるベルト１は、耐クラック性能に優れることが分かった。

＜２．歯摩耗性試験＞
図４は、分子量と歯摩耗性との関係を示すグラフである。平行に配された２つのプーリーに歯付きベルト１を張架して試験したものであり、歯幅摩耗量は、歯幅（Ｗ）を歯高さの１／２の高さ（１／２Ｈ）における幅とした場合における、０時間における歯幅（Ｗ_０）とｔ時間経過後における歯幅（Ｗ_ｔ）との差（Ｗ_０−Ｗ_ｔ）である。プーリーは、歯数が１４の歯付きプーリーを使用し、１２０００ｒｐｍの無負荷の状態でプーリーを回転させることにより、ベルト１を走行させて、歯付きベルト１に歯摩耗量を測定した。なお、図４の横軸は、比較例１の歯付きベルト１のクラックが発生し停止した時間を１とした場合の相対時間比である。

図４より、比較例１は、短時間のうちに歯幅摩耗量が増加するが、実施例１〜３は、曲線が緩やかであり、長時間かかって歯幅摩耗量が増加する。特に、実施例３では、比較例１よりも約６倍の時間が経った後に、比較例１と同程度の歯幅の摩耗が発生した。したがって、比較例１よりも実施例１〜３のほうが、歯の耐摩耗性が良いことが分かる。

以上から、１４万以上の分子量のポリエステルエラストマーから構成されるベルト１は、耐摩耗性能に優れることが分かった。

＜３．樹脂の溶融粘度測定試験＞
図５は、樹脂の溶融粘度と、測定温度との関係を示すグラフである。上記実施例１〜３及び比較例１で用いた分子量の異なるポリエステルエラストマー（東洋紡社製のペルプレン）の溶融粘度を測定した。

なお、樹脂の温度に対する溶融粘度の挙動はベルト成形性に大きく関係する。すなわち、ベルト成形時において、歯溝が形成された金型の外周面に被せられた帆布４は、加熱加圧により高粘度となった樹脂で押され、徐々に金型の溝部へ押し込まれ、歯溝の形状に沿って歯部３が形成される。しかし、帆布４が完全に金型の歯溝面に押し込まれる前に、樹脂の流動性が急激に高くなってしまうと、流動性を増した（低粘度化した）樹脂が帆布４の布目を通過して浸み出し、金型の歯溝と歯布４との間の空隙を充填してしまう。その浸み出した樹脂は、ベルト１の歯布４表面を覆ってしまう。したがって、ベルト成形時の温度設定には精密さが要求される。

そこで、図５より、分子量が１１万のもの（Ｐ７５Ｍ現行分子量；比較例１に用いた樹脂）は、温度上昇により粘度が急激に変化することが分かる。したがって、分子量が１１万のものは、温度条件の幅が狭く、ベルトの成形性の制御が困難である。

これに対し、分子量が１５万（Ｐ７５Ｍ分子量変更Ｉ；実施例１に用いた樹脂）、１８万（Ｐ７５Ｍ分子量変更ＩＩ；実施例２に用いた樹脂）、２１万（Ｐ７５Ｍ分子量変更ＩＩＩ；実施例３に用いた樹脂）のものは、温度上昇による粘度低下が低い。特に分子量２１万のものが最も溶融粘度が高く、ベルト成形性に優れているといえる。ベルト成形の制御がしやすい。

＜４．ベルト成形性試験＞
図６は、歯付きベルト１の歯部を電子顕微鏡で観察したもののイメージ図である。図６より、比較例１は、歯部３の樹脂が帆布４から外へ浸み出してしまい、歯部３の表面を露出した樹脂が部分的に覆う露出樹脂層６が見られる。これに対し、実施例１及び実施例２では浸み出しの発生が少なく、実施例３ではほとんど浸み出しが発生していない。したがって、分子量が１４万以上の樹脂は、ベルト成形性がよい。

＜５．帆布と樹脂の接着性試験＞
次に、実施例３に用いた樹脂と帆布４との接着性について、種々の処理剤を変えて接着力を試験した。図７は、実施例３に用いた樹脂からなるポリエステルエラストマーシートと帆布４との接着性を示すグラフである。図７の縦軸は、評価対象３の接着力を１とした場合の相対比を示す。評価対象１、評価対象２及び評価対象３は、帆布４の処理剤の種類を変えたものであり、その他の条件は同じである。すなわち、ポリエステルエラストマーシートとして、評価対象１、評価対象２及び評価対象３は、分子量約２１万のポリエステルエラストマー（東洋紡社製のペルプレン）を使用している点は同じであるが、帆布４の処理剤として、評価対象１はフェノール樹脂を主成分とするもの、評価対象２はＲＦＬ（レゾルシン・ホルマリン・ＣＲゴムラテックス）、評価対象３はＣＲゴム糊を使用したものである点で相違する。処理剤による処理は、帆布４を処理剤に含浸付着し、乾燥させることにより行う。なお、歯付きベルト１は、ベルト幅１０ｍｍ、歯部３の歯数１６３個、歯部３のピッチ３ｍｍで形成されている。

接着性試験の方法について説明する。まず、ポリエステルエラストマーシートは、厚さ１．５ｍｍ、縦１５ｃｍ、横１２ｃｍの大きさに裁断し、それを２枚重ねたものを用意する。帆布は、縦１５ｃｍ、横１２ｃｍの大きさに裁断したものを用意する。なお、帆布は、伸長方向を縦方向にする。そして、ポリエステルエラストマーシートと帆布とを重ね合わせ、縦１２ｃｍ×横１５ｃｍ×高さ２ｍｍの金型に、帆布を下にしてセットし、１６０℃、１０分、１５０ｋｇｆ・ｃｍ^２の条件でプレスする。金型を水で冷却して、金型から帆布が張り付いたポリエステルエラストマーシートを取り出す。これを２５ｍｍ幅で縦方向に切断する。帆布とポリエステルエラストマーシートの端を一部はがし、オートグラフにて、５０ｍｍ／ｍｉｎの速度で剥離試験を行う。この結果を図７に示す。

図７より、評価対象１は、評価対象２及び評価対象３よりも接着性が高いことが分かる。したがって、帆布４の表面をフェノール樹脂を主成分とする処理剤で処理すると、帆布４とポリエステルエラストマーシートとの接着性が向上する。歯付きベルトの耐久性がさらに向上する。

本実施形態の歯付きベルトの要部断面図２軸に張架された歯付きベルトにおける、背面クラックが発生するまでの時間を示すグラフ３つの歯付きプーリーに張架された歯付きベルトにおける、背面クラックが発生するまでの時間を示すグラフ分子量と歯摩耗性との関係を示すグラフ樹脂の流動性を示すグラフ歯付きベルトの歯部を電子顕微鏡で観察したもののイメージ図帆布とポリエステルエラストマーシートとの接着性を示すグラフ

符号の説明

１樹脂ベルト
２ベルト本体
３歯部
４帆布
５心線

Claims

ベルト本体の内周面側に歯部が形成され、該歯部が帆布で被覆され、前記ベルト本体に心線が埋設された樹脂ベルトであって、前記ベルト本体及び歯部は、重量平均分子量が１４万〜２５万のポリエステルエラストマーから構成されることを特徴とする樹脂ベルト。
ベルト本体の内周面側に歯部が形成され、該歯部が帆布で被覆され、前記ベルト本体に心線が埋設された樹脂ベルトであって、前記ベルト本体及び歯部は、重量平均分子量が２０万〜２５万のポリエステルエラストマーから構成されることを特徴とする樹脂ベルト。
前記心線は、ガラス繊維、スチール繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維又はカーボン繊維を用いてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の樹脂ベルト。
前記帆布は、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維又は綿繊維を用いてなることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の樹脂ベルト。
前記帆布の表面は、フェノール樹脂を主成分とする処理剤で処理されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の樹脂ベルト。