JP5317518B2 - コンベヤベルト - Google Patents
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Description
走行抵抗は、コンベヤベルトの内側カバーゴムがプーリやキャリヤローラ等を乗り越える際の変形が原因となる、ゴム粘弾性から生じるロスなどに起因している。前記の技術はこの走行抵抗を下げることにより駆動時の消費電力を低減するものである。
これまでの知見で、走行抵抗を下げるためには、カバーゴムの材料として反発弾性の大きい、すなわち損失係数(tanδ)の小さい材料が好ましいとされている。
例えば、特許文献1では、プーリに接触するコンベヤベルト内面ゴムの損失係数tanδをある範囲内に規定した場合において、消費電力を低減できることが開示されている。
一方、損失係数tanδを小さくしなければ、コンベヤベルトは耐引裂き性、耐摩耗性などの耐久性が維持されるものの、走行抵抗が大きくなり、消費電力が大きくなる。
このように、従来の技術は、低い走行抵抗と高い耐久性とを両立できないという問題を有している。
上記のように形成されたコンベヤベルトは、通常、内側がプーリと接触し、外側が運搬物と接触する状態で設置されている。
また、前記芯体層3は、通常のコンベヤベルトで用いられる芯体層の厚さ、例えば、3〜20mmの範囲に設定されている。
ローラ通過時におけるベルト内部の歪み分布を有限要素法解析(FEM解析)により検証した結果、前記芯体層3より内側の、厚さ方向の中央部に歪みが集中することがわかっている。この歪みが集中する部位に対して損失係数tanδの小さい前記中間ゴム層2を配することにより、歪み時に発生する損失エネルギーを抑制することができる。よって、前記芯体層3より内側が前記内側カバーゴム層1および前記中間ゴム層2からなる場合、前記内側カバーゴム層1の厚さと前記中間ゴム層2の厚さの和に対する前記中間ゴム層2の厚さの割合を0.5以上0.9以下とし、前記芯体層3より内側の、厚さ方向の中央部に損失係数tanδの小さい前記中間ゴム層2が配されるようにすることが好ましい。
前記中間ゴム層2の損失係数tanδのほうが小さいことにより、コンベヤベルトの走行抵抗を低くすることができる。また、前記内側カバーゴム層1の損失係数tanδのほうが大きいことにより、コンベヤベルトの耐久性を高くすることができる。
具体的には、前記内側カバーゴム層1の損失係数tanδと前記中間ゴム層2の損失係数tanδとの差が0.05以上であり、かつ、前記内側カバーゴム層1の損失係数tanδが0.09以上0.15以下であり、かつ、前記中間ゴム層2の損失係数tanδが0.04以上0.10以下であることが好ましい。
損失係数tanδの差が大きいことにより、前記内側カバーゴム層1は耐久性を高め、前記中間ゴム層2は走行抵抗を下げる役割をそれぞれが担うことになる。
なお、前記芯体層3の構成要素である前記未加硫接着ゴムシートのゴム成分も前記コンベヤベルト用ゴム組成物と同様なゴム成分とすることができる。
イオウ系の加硫剤としては、例えば、粉末イオウ、沈降性イオウ、高分散性イオウ、表面処理イオウ、不溶性イオウ、ジモルフォリンジサルファイド、アルキルフェノールジサルファイド等が挙げられる。
有機過酸化物系の加硫剤としては、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、2,4−ジクロロベンゾイルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチルヘキサン−2,5−ジ(パーオキシルベンゾエート)等が挙げられる。
金属酸化物系の加硫剤としては、例えば、亜鉛華、酸化マグネシウム等が挙げられる。
これらの添加剤、配合剤は、ゴム用組成物用の一般的なものを用いることができる。それらの配合量も特に制限されず、任意に選択できる。
すなわち、前記帆布7は、例えば、前記芯体5にスチールコードなどの線材が用いられる場合においては、ベルト内側におけるスチールコードの表面を結ぶ線(図2における破線A)と内側カバーゴム層1の表面との間の厚さをt(mm)とした場合に、内側カバーゴム層1の表面から約0.5t(mm)内側に配されている。
したがって、この歪が集中される箇所に帆布7を配することによって、走行抵抗をよりいっそう低減させることができる。
また、内側カバーゴム層1と中間ゴム層2との損失係数tanδの値が0.04以上0.15以下が好ましいことについても第一の実施形態において説明したコンベヤベルトと同様である。
なお、中間ゴム層の損失係数tanδは、この第二の実施形態にかかるコンベヤベルトのように帆布が埋設される場合においては、この帆布を除く部分について測定される値であり、通常、下記実施例に記載の方法によって測定することができる。
表1の、ゴムAの組成で配合(重量部)し、ミキサーで練り、未加硫のコンベヤベルト用ゴム組成物を調製した。未加硫のコンベヤベルト用ゴム組成物をカレンダーロールに通し、2.2mm厚さの未加硫シートを形成した。その後、プレス機にて、温度140℃、圧力3.5MPa、時間20分で加硫し、加硫ゴムシートを作製した。
表1の、ゴムAの組成に代えて、ゴムBの組成とした点以外は、参考例1と同様に加硫ゴムシートを作製した。
試験機として、株式会社レオロジー製「FT−レオスペクトラDVE−V4」を使用した。試験条件は、周波数1.0Hz,温度60℃,サンプル厚さ2.0mm,サンプル長さ8.00mm、サンプル幅5mmとした。損失係数tanδの測定値は、長さに対するサンプル歪み量を0.1〜10%の範囲で測定したときの最大値とした。
試験はJIS K 6251(2004)「加硫ゴム及び熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準拠した。試験片はJIS3号ダンベル状試験片とし、厚さ2.0mmとした。
試験機として、株式会社上島製作所製 引張試験機TS−1552(商品名)を使用した。試験はJIS K 6252(2001)「加硫ゴム及び可塑性ゴム・引裂強さの求め方」に準拠した。試験片はクレセント形試験片とし、厚さ2.0mmとした。引裂き力TRは以下の式によって求められる。
TR=F/t TR: 引裂き力[N/mm]
F: 最大引裂力[N]
t: 試験片の厚さ[mm]
試験機として、KARL FRANK GMBH製 DIN摩耗試験機「Type584c」(商品名)を使用した。試験は、JIS K 6264(1993)「加硫ゴムの摩耗試験方法」に準拠した。試験片は直径16mm、厚さ6.0mmとした。
以下に示す方法により、耐摩耗性試験用コンベヤベルトを作製した。
まず、表1中のゴムAの組成に基づき、各原料をバンバリーミキサーに投入して練りゴムを得、この練りゴムをカレンダーロールに通して3.5mm厚の内側カバーゴム層用未加硫シートを形成した。同様な方法で、表1中のゴムBの組成に基づき、1.5mm厚の中間ゴム層用未加硫シートを形成した。また、同様な方法で、表1中のゴムAの組成に基づき、7.0mm厚の外側カバーゴム層用未加硫シートを形成した。さらに、同様な方法で、3.4mm厚の芯体層用の未加硫接着ゴムシートを形成した。なお、未加硫接着ゴムシートの組成は表1のゴムCとした。
次いで、2本のローラからなるベルト成形機のローラ間に、防錆と接着用亜鉛メッキを施した芯体としてのスチールコード(6.6mmφ)を12mm間隔で幅方向に並べて供給し、当該スチールコードの上下に、未加硫接着ゴムシートを各1枚と、表3に記載の通り、内側カバーゴム層用未加硫シート、中間ゴム層用未加硫シート、外側カバーゴム層用未加硫シートを供給し、スチールコードコンベヤベルト成形体を形成した。そして、該スチールコードコンベヤベルト成形体を段プレスに供給し、145℃で45分間加圧加熱加硫し、加硫部分を順送りし、幅300mm、厚さ18.6mmの加硫した帯状ベルトを作製した。最後に、端部を接合し、長さ3.4mの無端帯状コンベヤベルトを作製した。
内側カバーゴム層用未加硫シートの厚さを2.5mmとした点、中間ゴム層用未加硫シートの厚さを1.5mmとした点以外は、実施例1と同様な方法で耐摩耗性試験用コンベヤベルトを作製した。
内側カバーゴム層用未加硫シートの厚さを0.5mmとした点、中間ゴム層用未加硫シートの厚さを4.5mmとした点以外は、実施例1と同様な方法で耐摩耗性試験用コンベヤベルトを作製した。
内側カバーゴム層用未加硫シートの厚さを5.0mmとした点、中間ゴム層用未加硫シートを作製しなかった点以外は、実施例1と同様な方法で耐摩耗性試験用コンベヤベルトを作製した。
内側カバーゴム層用未加硫シートを表1中のゴムAではなく、ゴムBの組成に基づき作製した点、厚さを5.0mmとした点、中間ゴム層用未加硫シート作製をしなかった点以外は、実施例1と同様な方法で耐摩耗性試験用コンベヤベルトを作製した。
なお、表3、後に示す表4において、「中間ゴム層2の厚さ占有割合」とは、内側カバーゴム層1の厚さと中間ゴム層2の厚さの和に対する中間ゴム層2の厚さの割合である。
図3に示す走行試験機で摩耗量を測定した。走行試験条件は、速度:240m/min.,機長:1.30m,プーリ径:250mm,1日の走行距離:403,200m,1日の屈曲回数:237,176回,走行時間:150時間,走行距離:2,520km とした。内側カバーゴム層の摩耗促進のため、コンベヤベルトのプーリと接触する側に超高分子ポリエチレン樹脂を30cmの長さにわたって押し当てた状態でコンベヤベルトを走行させた。前記超高分子ポリエチレン樹脂の上にはコンベヤベルトを挟んで直径139.8mmのローラを備えた。
実施例2と比較例1とから、損失係数tanδの異なる2種類(ゴムAとゴムB)のゴム層用シートが積層(2層のうち内側カバーゴム層の損失係数tanδのほうが大きい)されたゴム層を芯体層の内側に配したコンベヤベルトでは、芯体層の内側が1層(ゴムA)のみのコンベヤベルトと比較して、耐摩耗性が同等か、あるいは、それ以上である。
以下に示す方法により、走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
幅:500mm,長さ7.6mとした点以外は、実施例1と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
幅:500mm,長さ7.6mとした点以外は、実施例2と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
幅:500mm,長さ7.6mとした点以外は、実施例3と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
幅:500mm,長さ7.6mとした点以外は、比較例1と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
幅:500mm,長さ7.6mとした点以外は、比較例2と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
図4に示す走行抵抗試験機でコンベヤベルトの走行抵抗[N/m]を測定した。なお、走行抵抗の値はコンベヤベルトの幅1m当たりの値である。走行条件については、ベルト速度:180m/min.(一定),鉛直荷重:5.0kN/m(一定),プーリ径:500mm,機長:3m とした。
表4の本実施形態のコンベヤベルトにおいては、コンベヤベルトの走行抵抗が比較例4より高いものの、比較例3より低く、低い水準で維持されている。一方で、表3の本実施形態のコンベヤベルトにおいては、耐摩耗性という耐久性も高く維持されていることがわかる。よって、本実施形態のコンベヤベルトは比較的低い走行抵抗と高い耐久性という性能をバランス良く備えている。
以下に示す方法により、走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
芯体をφ6.6mmのスチールコードに代えて、φ4.7mmのスチールコードとし、芯体層の厚さを4.7mm(総厚さを16.7mm)にしたこと、中間ゴム層と内側カバーゴム層の厚さをそれぞれ4.0mm、1.0mmとしたこと以外は、実施例4と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
厚さ0.7mm、幅450mmのポリアミド繊維製の帆布にRFL処理を施した後、両面に未加硫ゴム(ゴムC)を溶剤で溶かして塗布して合計厚みを0.8mmとし、この帆布を、4.0mm厚さに形成されている中間ゴム層の芯体層側端面から2.5mm、内側カバーゴム層側から1.5mmの位置となる箇所(スチールコードの内側から内側カバーゴム層の表面までの厚さ方向中間部)に埋設させたこと以外は、実施例7と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
芯体をφ6.6mmのスチールコードに代えて、φ4.7mmのスチールコードとし、芯体層の厚さを4.7mm(総厚さを16.7mm)にしたこと以外は、比較例3と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
芯体をφ6.6mmのスチールコードに代えて、φ4.7mmのスチールコードとし、芯体層の厚さを4.7mm(総厚さを16.7mm)にしたこと以外は、比較例4と同様な方法で走行抵抗試験用コンベヤベルトを作製した。
3次元6面体要素を基本とし、汎用有限要素プログラムにて実施例7、8、比較例5、6のコンベヤベルトをモデル化し損失エネルギを計算した。
計算条件としては、コンベヤベルトの幅方向に水平配置され、コンベヤベルトの中央部を支持する水平ローラ(ベルト幅の約1/3長さ)と、該ローラの両側に配され、ベルト端部を持ち上げた状態で支持すべく仰角30度となるように回転軸を傾斜させて配置された2本の傾斜ローラとの合計3本のローラが1500mm間隔に配置されている場合に、該ローラ上を張力112.5kNで走行させた際に生じるコンベヤベルトの歪をFEM解析によって求め損失エネルギ[N・mm]を計算した。
実施例7、8、比較例5、6のコンベヤベルトの損失エネルギ[N・mm]を計算した結果を表5に示す。
なお、比較例6は、比較例4と同様に走行抵抗は小さいが耐摩耗性という耐久性が低いものである。
また、中間ゴム層における所定箇所に帆布が埋設されることでコンベヤベルトの走行抵抗がよりいっそう低減されることがこの表5からわかる。
2・・・中間ゴム層
3・・・芯体層
4・・・外側カバーゴム層
5・・・芯体
6・・・コンベヤベルト
7・・・帆布
11・・・プーリ
12・・・超高分子ポリエチレン樹脂
13・・・ローラ
21・・・プーリ
22・・・ロードセル
Claims (4)
- 内側表面に配される内側カバーゴム層(1)と、外側表面に配される外側カバーゴム層(4)と、前記内側カバーゴム層(1)と前記外側カバーゴム層(4)との間に配される芯体層(3)と、前記内側カバーゴム層(1)と前記芯体層(3)との間に配され、損失係数tanδが前記内側カバーゴム層(1)の損失係数tanδより小さい中間ゴム層(2)と、を備えていることを特徴とするコンベヤベルト。
- 前記芯体層(3)より内側が前記内側カバーゴム層(1)および前記中間ゴム層(2)からなり、前記内側カバーゴム層(1)の厚さと前記中間ゴム層(2)の厚さの和に対する前記中間ゴム層(2)の厚さの割合が0.5以上0.9以下である請求項1に記載のコンベヤベルト。
- 前記内側カバーゴム層(1)と前記中間ゴム層(2)との損失係数tanδが0.04以上0.15以下、かつ、弾性率M100が2.0MPa以上4.0MPa以下である請求項1または請求項2に記載のコンベヤベルト。
- 前記中間ゴム層(2)には、帆布(7)が埋設されており、しかも、前記芯体層(3)に埋設されている芯体(5)の内側から前記内側カバーゴム層(1)の表面までの厚さ方向中間部に前記帆布(7)が配されている請求項1乃至3のいずれか1項に記載のコンベヤベルト。
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