JP5191400B2 - 伝動ベルト - Google Patents

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Description

本発明は、伝動ベルト、すなわちVベルト又はV型リブ付ベルトに関し、特に、自動車用のK型の(K type)伝動ベルトに関する。
このようなベルトのリブは、加硫ゴムから構成され、クランクシャフトプーリー及び駆動アクセサリのプーリーと直接接する面を有する。
内熱機関は、(特にディーゼルエンジンにおいて)圧縮比が増加すると共にシリンダの数が減るほど顕著になる循環妨害現象を示す。この循環妨害は、ベルトに多大な機械的応力を加える。
いくつかのアクセサリ、たとえば帯電用交流発電機(charging alternator)は、高い慣性を示し、循環妨害が増えるほど高くなる(increase in significance)動的トルクレベルを生成する。トルクレベルのこれらの変動は、今度はベルトの張力の大きな、実のところ非常に大きな差となって現れる。
ベルトの張力のレベルが過度に低い場合、当該ベルトは、駆動を妨害すると共に雑音を生成するのに十分大きな瞬間的な滑りを示す可能性がある。
したがって、ベルトは、この現象を回避するのに十分な摩擦係数を示さなければならない。
一方、ベルトの摩擦係数が過度に高い場合、受けプーリーにおいて多大なスティッキング現象、これに続いて雑音を生成する突然のスリップ(「スティックスリップ」)が観察される可能性がある。
あり得る雑音の第3の原因は、2つのプーリーの相対的なミスアライメントであり、これは、摩擦係数が増えるほど増加する、雑音を生成するスティックスリップ現象を同様に生じる。この現象は、スパンの長さ、ベルトの寸法、及び当該ベルトを構成する材料の性質によっても変化する。
初めの2つの原因(過度に低い摩擦係数又は過度に高い摩擦係数)に対する解決策を見出すために、クランク軸(AVT)上のダンパのようなデバイス、又はフリーホイール若しくは交流発電機上のデカップラプーリー(decoupler pulley:デカップラーとしてのプーリー)を追加することによって張力の変動を減らすことが知られている。
ベルトの張力の平均レベルを高めることも可能だが、この解決策では、課題が部分的にしか解決されない。
最後に、これらの解決策は、非常に大きなミスアライメントを正すことも、当該ミスアライメントに関する雑音現象を解消することも全くできない。
したがって、ベルトとプーリーとの間の接着を制御し、可能であればクランク軸上のダンパのような補助機構、又はフリーホイール若しくは交流発電機上のデカップラプーリーを追加しない、満足のいく解決策を見出すことが望ましい。
過度に低い摩擦係数に起因する不十分な伝動を回避するために、フランス特許出願第2210251号では、ベルトの歯部上に超高分子量ポリエチレンのフィルムを堆積することによって、又は(PCT国際公開WO2004/011822号では)歯部の上部のみにポリエチレンのフィルムを堆積することによって、接触雑音を抑えるという提案がなされている。
いずれの場合も、連続したフィルムが剪断応力及び曲げ/繰り返し曲げ応力を受け、それによって、結果としてフィルムがクラッキング及び分裂によって損傷し、したがって、コーティングの耐用期間が不十分になる。
さらに、フィラー形態の材料、たとえば、米国特許第4024773号、同第4031768号又は同第4892510号の場合におけるグラファイトを歯部に組み入れることが提案されている。
これらのフィラーは歯部のポリマーと十分に結合せずに組み入れられ、このことは、滑りによる接触が生じている間に(during contact with sliding)フィラー要素が剥がされ、ゴム/フィラー摩擦が遮られることを意味する。これらのフィラーが剥がされる結果、分裂が容易に開始されるようになり、エラストマーが局所的に弱まる。
したがって、設けられる表面に堆積される材料は、ベルトの耐用期間中十分に安定した摩擦係数を補償するほど十分強度のある接着性を有しない。摩擦係数が摩耗によって徐々に増加する結果、雑音現象が徐々に現れる。
本発明の目的は、雑音現象に関する性能が改善されているベルトを提供することである。
したがって、本発明は、エチレン/α−オレフィンベースのエラストマー、特にEPDM又はEPMから成る歯部を有するリブ付伝動ベルトであって、少なくとも歯部の側面が、少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂から成るフィルムで少なくとも部分的に覆われ、少なくとも30%の少なくとも1つの低密度ポリエチレン、たとえば30%及び90%の低密度ポリエチレン、特に50%〜90%の低密度ポリエチレン、より詳細には80%〜90%の低密度ポリエチレンを含有することを特徴とする、リブ付伝動ベルトに関する。
低密度ポリエチレンの分子量は、50000g/mol〜200000g/mol、より詳細には50000g/mol〜150000g/mol、好ましくは50000g/mol〜100000g/molである。特に、フィルムは、少なくとも部分的に架橋されているポリオレフィンのブレンド、又はポリエチレンベースのコポリマー、特にエチレン/オクテン−ポリエチレンコポリマーを含有することができる。
フィルムは、たとえば10μm〜500μm、より詳細には50μm〜200μmの厚みを示す。
フィルムは、カーボンブラックの粒子から形成されるフィラーを含有することができ、当該カーボンブラックによって、静電荷の蓄積を回避するのに十分な導電率を当該フィルムに与えることができる。
フィルムは、グラファイト若しくは二硫化モリブデンから形成され、且つ/或いはフッ素(特にPTFE及び/若しくはFEP及び/若しくはPFA及び/若しくはPVDF)を含有する粒子並びに/又は繊維を含有することが有利であり、それによって、滑り特性を強化することができる。
少なくともいくつかの粒子及び/又は繊維は、ビスコース及び/又はポリアミド、より詳細には、アラミド繊維及び/又はポリエステル及び/又はポリイミド及び/又はポリスルホン及び/又はポリエーテルスルホン及び/又はポリエーテルイミド及び/又はポリオキシメチレン及び/又はポリエーテルケトン(PEK、PEKK、PEEK等)及び/又はアクリル繊維から成る。
粒子の粒度又は繊維の長さLは、15μm〜200μm、特に30μm〜100μm、より詳細には30μm〜90μmとすることができる。繊維の長さ対直径のアスペクト比L/dは、1〜100、特に1〜50である。
本発明はまた、上述したようなベルトの製造方法であって、上述したような熱可塑性樹脂フィルムを、架橋されていないか又は少なくとも部分的に架橋されている状態で(たとえば20%以上の架橋度で)歯部のゴム表面に塗布することを利用することを特徴とする、方法に関する。
この塗布は、ヒドラモールドにおける成形及びベルトの加硫によって歯部が形成される前に実施されることが有利である。ベルトの加硫中(約180℃)にフィルムの構造変化が起き、その結果、特に、1番目に、架橋されていないフィルムの部分的な架橋が起こり、2番目に、部分的に架橋されているフィルムの架橋度の増加が起こるが、当該フィルムが加硫中に架橋されることができる場合、たとえば過酸化物を用いて架橋が行われる。
特に、フィルムとベルトの歯部のエラストマー(特にEPDM又はEPM)との間でヘテロ架橋を行うことができ、これは、特にベルトの歯部に対するフィルムの非常に良好な接着という利点を有する。
本発明は、図面と合わせて説明を読むことによってより良く理解されるであろう。
図1は、1つ又は複数の歯1を有するベルトを示し、当該歯1は、たとえばエチレン/α−オレフィン系エラストマー、たとえばEPDM又はEPMから成り、側面3及び頂点4を有する。参照ポイント(reference point)10が歯1の表面を示す。
本発明によれば、少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂から成るフィルム2によって構成されるコーティングが、分子量が50000g/mol〜200000g/mol、より詳細には50000g/mol〜150000g/mol、好ましくは50000g/mol〜100000g/molである少なくとも30%の低密度ポリエチレンを含有し、少なくとも歯1の側面3の表面10上に設けられる。
製造方法の一実施例によれば、架橋されていないか又は少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂フィルムが、未加工状態でシートの外面上に位置付けられ、当該未加工品(ブランク)の歯のゴムを形成する。架橋中のフィルムと歯のゴムとの間の化学親和力に起因する接着の改善による利益を享受するために、フィルムを完全に架橋しないことが好ましい。
組み立てられた製品は、歯に刻みを付け、且つベルトを加硫するためにヒドラモールド内に置かれる。加硫後、フィルムは部分的に又は完全に架橋されており、特に当該フィルムは50%〜100%の架橋度を示し、この架橋度は歯のゴムの未加工シート11上に位置付けられるフィルムの架橋度よりも高い。
型から抜き取った後、未加工品は個々のベルトを形成するようにカットされる。少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂のシートと加硫した歯のゴムとの間に強力な接着が見られる。
少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂フィルムは特に、少なくとも部分的に架橋されているポリオレフィン又はポリオレフィンのブレンドである。架橋度はフィルムの機械的性質を制御し、特に当該フィルムの耐熱性及び耐磨耗性と同様に(当該フィルムの剛性を特徴付ける)当該フィルムのヤング率が過度に高まらないようにすることを可能にする。
フィルムは、低密度ポリエチレン、たとえば50%〜90%の当該低密度ポリエチレン、より詳細には80%〜90%の当該低密度ポリエチレンを含有するポリオレフィンのブレンドであることが有利である。
ポリエチレンは、過酸化物又は他の架橋剤、また任意選択的にフィルムマトリックスの存在によって、EPDM又はEPMと共架橋され、それによって、ベルトの歯部を構成するエチレン/α−オレフィンとの一体的な結合が生成されると共に、歯部のエラストマーに対するフィルムの接着が促進される。さらに、歯部のエラストマー(たとえばEPDM)に存在するエチレンブロックに対するポリエチレンの良好な適合によって、これら2つの層の接着が改善される。
低密度ポリエチレン(最高約0.94g/cm)が選択され、それによって、ベルトの歯を構成するゴムの機械的性質に近づくことが可能になる。
フィルム2は、螺旋状に巻かれた補強コード14(図3a)を有する後部のゴムシート12と一体である歯のゴムの未加工シート11上に位置付けられる場合、たとえば10μm〜500μm、より詳細には50μm〜200μmの厚みを示す。
歯部21を有するヒドラモールド20を通り、ベルトの過酸化物を用いた加硫によって歯1を形成した後、フィルムは部分的に又は完全に架橋されていると共に、当該フィルムは100%の平均延伸を受けており、これは、当該フィルムの厚みが5μm〜250μm、さらに詳細には25μm〜100μmにわたることを意味する。100μmのフィルムが、完成したベルト上で約50μmの厚みを有する歯のコーティングを提供する。
図2a及び図2bにおいて示されるように、低密度ポリエチレンベースのフィルム(曲線II)は、縦方向において降伏点を示していない。降伏点の存在は、曲線におけるエルボ後の負の傾斜領域によって表わされている。当該低密度ポリエチレンベースのフィルムは縦方向に垂直な方向において降伏点を示すが、この点は他の2つのフィルムの降伏点よりも顕著でない。
実際には、ベルトの加硫段階中にフィルムの特性が変更され、それによって、降伏点は低下、さらには消失しさえすると共に、フィルムの弾性値が低下する(より可撓性になる)ことになる。したがって、低密度ポリエチレンベースのフィルムを使用する当該方法の利点が見られる。すなわち、特にフィルムがヒドラモールドにおける歯の形成中に100%の伸長を受ける、横方向における降伏点を失くすことである。
加硫されるベルトの歯を覆うこのフィルムの存在によって、雑音現象を低減すると共に、この利点を長い時間にわたって保持することが可能になり、その結果、少なくとも部分的に架橋されている(好ましくは50%〜100%)フィルムが摩耗による良好な耐摩耗性を示す。
粉末形態のカーボンブラックのような添加剤を、少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂フィルムに添加することが可能であり、それによって、静電荷の蓄積現象を回避するのに十分な導電率をベルトの表面上に与えることができる。
グラファイト若しくは二硫化モリブデンの粒子及び/又は繊維を、且つ/或いはPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)及び/若しくはFEP(フッ化エチレンプロピレン)及び/若しくはPVDF(ポリフッ化ビニリデン)及び/若しくはPFA(ペルフルオロアルコキシ)のようなフッ素を含有する粒子又は繊維(フッ素系繊維)をフィルムに組み入れることによって、ベルトの滑り係数を高めることもでき、このことは雑音の低減にとって好ましい。
ポリエステル及び/若しくはポリイミド及び/若しくはポリアミドから成る粒子並びに/又は繊維、好ましくはアラミド繊維、並びに/又は代替的にビスコース及び/若しくはポリスルホン(PSU)及び/若しくはポリエーテルスルホン(PES)及び/若しくはポリエーテルイミド(PEI)及び/若しくはポリオキシメチレン(POM)及び/若しくは代替的にアクリル繊維(PAN)から成る粒子並びに/又は繊維、ポリエーテルケトン系の粒子並びに/又は繊維をフィルムに組み入れることが特に有利である。ポリエーテルケトン系は、特にポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)及びポリエーテルケトン(PEK)を含む。
粒子及び/又は繊維をフィルム内に組み入れることは、摩耗に直接曝露される繊維を有する従来のフロック製品と比較して耐磨耗性を大幅に改善する。
粒子及び/又は繊維はフィルムの製造中に組み入れることができる。組み入れは、ヒドラモールド20における加硫の段階の前に、フィルムの表面に粒子及び/又は繊維6をたとえば噴霧で堆積することによって達成されることが好ましい。ベルトの加硫中に、フィルム2が歯を形成するように加熱して変形され、粒子及び/又は繊維6がベルトの外部に突出することなくフィルム20の本体内に組み入れられる。
少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂フィルムは、概して炭化水素の存在下において良好な特性を示す。
架橋することができる熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリアミド及びポリエステルのような1つ又は複数のポリマーを含む。
EPDM又はEPMから成るベルトにとって、エチレンを含有するホモポリマー又はコポリマーを含有するポリオレフィンから成る、架橋されているフィルムを使用することが特に有利である。エチレンコポリマーは、特にエチレン/α−オレフィン(EAO)コポリマー、エチレン/不飽和エステルコポリマー、エチレン/アクリレート/アクリル酸コポリマー、エチレン/メタクリル酸コポリマー及びポリエチレン−エチレン/オクテンコポリマーを含む。「コポリマー」という用語は、二種類以上の種類のモノマーから生じるポリマーを網羅するため、ターポリマーを含む。
当該フィルムに使用することができる異なる架橋方法が存在する:
1)1つ又は複数の架橋剤(過酸化物、シラン等)を用い、少なくとも1つの活性化条件(熱、圧力及び/又は照射)に曝露する化学的な架橋。
化学的な架橋は、たとえば、特にSBS若しくはSISのようなポリエチレン及びTPE、又は代替的に塩素化ポリエチレン(CM若しくはCPE)又はクロロスルホン化ポリエチレン(CSM)に過酸化物を使用して110℃〜220℃で実施される。
架橋度を高めるために、特にアクリレート(二官能アクリレートDA、三官能アクリレートTA)、メタクリレート(二官能メタクリレートDMA、三官能メタクリレートTMA、トリメチロールプロパントリメタクリレートTMPTMA)又はシアヌレート(トリアリルイソシアヌレートTAIC)群、又は代替的にPB(1,2−ビニルポリブタジエン)又はmPDM(N,N’−m−フェニレン−ジマレイミド)を含む架橋助剤をフィルムに使用されるブレンドに添加することができる。
2)架橋助剤を用いることができるか又は架橋助剤を用いることができない照射(電子ビーム、X線、γ線、又はβ線)による架橋。電子の場合、エネルギーは少なくとも10eVであることが好ましい。
照射による架橋のために、たとえば0℃〜60℃の温度、好ましくは周囲温度(20℃)で10kGray〜300kGrayの照射量が使用される。
特に、たとえば標準ASTM D2765−95に従ってゲル含有量を測定することによって、架橋度を求めることができる。
ゲル含有量(%)を求める別の試験は、該樹脂の架橋されている部分(ゲル)を溶解しない溶媒中で架橋されていない部分を溶解することを含む。得られるパーセンテージは、樹脂の総重量に対する(架橋されている)不溶解相部分である。
別の方法は、標準ASTM D1238−98に従ってメルトフローインデックスを求めるものである。
比較試験
Figure 0005191400
試験される、本発明によるPEフィルムを有するEPDMベルトは、低密度ポリエチレンと直鎖状低密度ポリエチレンとのブレンドであるポリエチレン−エチレン/オクテンコポリマープラストマーフィルム(polyethylene-ethylene/octene copolymer plastomer film)を含有する。
SAE J2432Aに従って測定される角度は、「度」で表わされるミスアライメント角度である。この角度が、ミスアライメントがないスパンの長さLに対するプーリー間の軸方向のミスアライメントa(mm)の比を接線として有する。角度=Arctg(a/L)。
当該試験は、軸方向のミスアライメントを適用すると共に、どのミスアライメントから雑音が生じるかを聴くことから成る。角度が大きくなるほど、結果が良好になる。
2つの試験用プーリー間でミスアライメントがないスパンの長さL:80mm、雑音を生成するために行われる軸方向のミスアライメント(a)=6.3mm、
角度=Arctg(6.3/80)=4.5度。
図1は、本発明によるK型の自動車ベルトを示す。 図2a及び図2bは、3つのポリエチレン(それぞれ、超高分子量ポリエチレン(UHMW−曲線I)、低密度ポリエチレン(曲線II)及び中密度ポリエチレン(曲線III))ベースの熱可塑性樹脂フィルムに対する、押出方向、すなわち「縦方向」(図2a)および押出方向に対して垂直な横方向(図2b)における張力試験を示す。 図2a及び図2bは、3つのポリエチレン(それぞれ、超高分子量ポリエチレン(UHMW−曲線I)、低密度ポリエチレン(曲線II)及び中密度ポリエチレン(曲線III))ベースの熱可塑性樹脂フィルムに対する、押出方向、すなわち「縦方向」(図2a)および押出方向に対して垂直な横方向(図2b)における張力試験を示す。 図3a及び図3bは、本発明による方法を示す。 図3a及び図3bは、本発明による方法を示す。

Claims (21)

  1. エチレン/α−オレフィンエラストマーベースのエラストマーから成る歯部を有するV型リブ付伝動ベルトであって、前記歯部は、一対の側面及びその間に配置された頂点をそれぞれ有する複数の長手方向のV型歯部からなり、該歯部の側面が、分子量が50000g/mol〜200000g/molである、少なくとも30%の少なくとも1つの低密度ポリエチレンを含有する、少なくとも部分的に架橋されている熱可塑性樹脂から成る耐摩耗性フィルムで覆われており、前記フィルムは、前記歯部の側面の表面を覆う内側の面及びコートされたベルトの外表面となる外側の面を有し、前記少なくとも1つの低密度ポリエチレンは、前記低密度ポリエチレンを含有するポリオレフィンの混合物又は前記低密度ポリエチレンベースのコポリマーの中に組み込まれていることを特徴とする、V型リブ付伝動ベルト。
  2. 前記低密度ポリエチレンの分子量は、50000g/mol〜150000g/molであることを特徴とする、請求項1に記載のベルト。
  3. 前記低密度ポリエチレンの分子量は、50000g/mol〜100000g/molであることを特徴とする、請求項2に記載のベルト。
  4. 前記熱可塑性樹脂の架橋度は、50%〜100%であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載のベルト。
  5. 前記フィルムは30%〜90%の前記低密度ポリエチレンを含有することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載のベルト。
  6. 前記フィルムは50%〜90%の該低密度ポリエチレンを含有することを特徴とする、請求項5に記載のベルト。
  7. 前記フィルムは、75%〜90%の前記低密度ポリエチレンを含有することを特徴とする、請求項に記載のベルト。
  8. 前記フィルムは、エチレン/オクテン−ポリエチレンコポリマー(ethylene/octene-polyethylene copolymer)から構成されることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のベルト。
  9. 前記エチレン/α−オレフィンエラストマーは、EPDM又はEPMであることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載のベルト。
  10. 前記フィルムは、10μm〜500μmの厚みを示すことを特徴とする、請求項1〜のいずれか一項に記載のベルト。
  11. 前記フィルムは、カーボンブラックの粒子から形成されるフィラーを含有することを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載のベルト。
  12. 前記フィルムに埋め込まれる粒子及び/又は繊維も含有することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載のベルト。
  13. 前記粒子の粒度及び/又は前記繊維の長さは、15μm〜200μmであり、前記繊維のアスペクト比は、1〜100であることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一項に記載のベルト。
  14. 少なくともいくつかの粒子及び/又は繊維は、グラファイト及び/若しくは二硫化モリブデンから成り、且つ/又はフッ素を含有することを特徴とする、請求項12及び13のいずれか一項に記載のベルト。
  15. 少なくともいくつかの粒子及び/又は繊維は、ビスコース及び/又はポリアミドから成ることを特徴とする、請求項1214のいずれか一項に記載のベルト。
  16. 請求項1〜15のいずれか一項に記載の伝動ベルトの製造方法であって、前記(a said)熱可塑性樹脂フィルムを、架橋されていないか又は少なくとも部分的に架橋されている状態で歯部のゴムから成る表面に塗布することを利用することを特徴とする、方法。
  17. 前記塗布は、ヒドラモールド(Hydramold)における成形及び前記ベルトの加硫によって前記歯部が形成される前に、前記歯部のゴム上において前記未加工状態(raw state)で実施されることを特徴とする、請求項16に記載の方法。
  18. 粒子及び/又は繊維は、前記架橋されていないか又は少なくとも部分的に架橋されている状態で前記フィルムに組み入れられることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
  19. 粒子及び/又は繊維は、前記架橋されていないか又は少なくとも部分的に架橋されている状態で前記フィルムの前記表面に堆積され、且つ前記ヒドラモールドにおける前記ベルトの前記加硫中に前記フィルムに組み入れられることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
  20. 少なくともいくつかの粒子及び/又は繊維は、グラファイト及び/若しくは二硫化モリブデンから成り、且つ/又はフッ素を含有することを特徴とする、請求項18に記載の方法。
  21. 少なくともいくつかの粒子及び/又は繊維は、ポリエステル及び/又はポリイミド及び/又はポリアミドから成ることを特徴とする、請求項17に記載の方法。
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