JP5416601B2 - 摩擦伝動ベルト - Google Patents

Description

本発明は、動力伝動に用いられる摩擦伝動ベルトに関するものである。

動力伝動に用いられる摩擦伝動ベルトにおいて、近年の省エネルギーの社会的要請を背景に、ベルトレイアウトが過酷なものとなっており、例えばベルト背面を用いた駆動を含むレイアウトも多様化されている。

そして従来より、摩擦伝動ベルトとしてはベルト背面をカバー帆布で被覆したベルトが主流であったが、近年ではプーリの材質として樹脂化が進んでいるため、ベルト背面に帆布を用いたベルトでは、ベルト背面とプーリの間に石などを噛んだりすると、樹脂プーリに損傷が発生することが懸念される。このため、ベルト背面をゴム層で形成した構造の摩擦伝動ベルトが用いられるようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２等参照）。

特開２００４−１６２８９９号公報 特開２００６−１２５４８８号公報

しかし、上記のようにベルトの背面をゴム層で形成すると、被水時においてベルト背面での動力伝達効率が低下するおそれがあり、また耐久性のうえでも問題が生じるものであった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、ベルト背面での動力伝達効率を高めることができると共に、耐久性に優れた摩擦伝動ベルトを提供することを目的とするものである。

本発明に係る摩擦伝動ベルトは、ベルト長手方向に沿って心線１を埋設した接着ゴム層２と、接着ゴム層２の一方の側に隣接して設けられた背面ゴム層３と、接着ゴム層２の他方の側に隣接して設けられた圧縮ゴム層４とを備えて形成される摩擦伝動ベルトにおいて、上記背面ゴム層３はエチレン・α−オレフィンエラストマーと短繊維として綿繊維及び脂肪族ポリアミド系合成繊維を含有するゴム組成物を成形して形成されていると共に、エチレン・α−オレフィンエラストマーに対する短繊維の配合量は、エチレン・α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して、綿繊維が１０〜４０質量部、脂肪族ポリアミド系合成繊維が５〜３０質量部であり、且つ綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の総量が５０質量部以下であることを特徴とするものである。

このように背面ゴム層３に短繊維を含有させるにあたって、短繊維として綿繊維を用いることによって、被水時の摩擦係数の低下を抑制して背面ゴム層３による動力伝達効率を高めることができるものであり、また短繊維として脂肪族ポリアミド系合成繊維を用いることによって、背面ゴム層３の剛性を高めて耐久性を向上することができるものである。そして短繊維としてこのように綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維を組み合わせて配合するにあたって、エチレン・α−オレフィンエラストマーに対する綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の配合量を上記の範囲に設定することによって、ベルト背面での動力伝達性の向上と、耐久性の向上を、両立して達成することができるものである。

また本発明は、上記の背面ゴム層３のベルト長手方向での２０％伸張時の引張応力が、２．０ＭＰａ以上１０．０ＭＰａ以下であることを特徴とするものである。

背面ゴム層３の引張応力をこの範囲に設定することによって、ベルト屈曲による耐亀裂性を高く維持することができると共に、心線１のポップアウトを防ぐことができるものである。

本発明によれば、エチレン・α−オレフィンエラストマーと短繊維を含有するゴム組成で背面ゴム層３を形成するにあたって、短繊維として綿繊維を用いることによって、被水時の摩擦係数の低下を抑制して背面ゴム層３による動力伝達効率を高めることができるものであり、また短繊維として脂肪族ポリアミド系合成繊維を用いることによって、背面ゴム層３の剛性を高めて耐久性を向上することができるものである。そして短繊維としてこのように綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維を組み合わせて配合するにあたって、エチレン・α−オレフィンエラストマーに対する綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の配合量を上記の範囲に設定することによって、ベルト背面での動力伝達性の向上と、耐久性の向上を、両立して達成することができるものである。

本発明に係る摩擦伝動ベルトの実施の形態の一例を示す一部破断した斜視図である。 伝達性能試験に用いる走行試験機の概略図である。 逆曲げ高温低張力耐久試験に用いる走行試験機の概略図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の摩擦伝動ベルトの一例を示すものであり、心線１をベルト長手方向に沿って埋設した接着ゴム層２と、この接着ゴム層２の外周側に隣接して積層される背面ゴム層３と、接着ゴム層２の内周側に隣接して積層される圧縮ゴム層４とからなるものである。摩擦伝動ベルトにはＶリブドベルト、Ｖベルト、平ベルトなどがあるが、図１の実施の形態では、圧縮ゴム層４にベルト長手方向に沿って断面略Ｖ字形の複数のリブ５を設けて、Ｖリブドベルトとして形成するようにしてある。

そして本発明は、背面ゴム層３を形成するゴム組成物として、エチレン・α−オレフィンエラストマーをマトリックスゴムとし、短繊維を配合したものを用いるようにしたものである。背面ゴム層３を形成するゴム組成物には、これらの他に、硫黄や有機過酸化物などの加硫剤、カーボンブラック、シリカなどの補強用充填剤、軟化剤、老化防止剤等の各種成分を配合することができる。

エチレン・α−オレフィンゴムとしては、エチレンとα−オレフィン（プロピレン、ブテン、ヘキセン、あるいはオクテンなど）の共重合体、あるいは、エチレンと上記α−オレフィンと非共役ジエンの共重合体などを用いることができる。このジエン成分としては、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン、１，４−ヘキサジエン、シクロオクタジエン、メチレンノルボルネンなどの炭素原子数５〜１５の非共役ジエンが挙げられる。具体的にはＥＰＭやＥＰＤＭなどのゴムを代表例として挙げることができる。

背面ゴム層３を形成するゴム組成物にはこのように短繊維が補強用に配合されるが、本発明ではこの短繊維として綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維を併用するようにしている。脂肪族ポリアミド系合成繊維としては、ナイロン６やナイロン６６などを用いることができる。これら綿繊維や脂肪族ポリアミド系合成繊維の短繊維の繊維長は、特に限定されるものではないが、０．３ｍｍ以上、１０．０ｍｍ以下の範囲が好ましい。また配合するこれらの短繊維の繊維長が２．０ｍｍ以上の場合は、短繊維をベルト長手方向に対して直交する方向に配向させることが好ましいが、繊維長が２．０ｍｍ未満の場合はベルト長手方向に対して平行な方向あるいは直交する方向に配向させることが好ましい。

ここで、エチレン・α−オレフィンエラストマーに短繊維として綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維を配合して、背面ゴム層３を形成するゴム組成物を調製するにあたって、エチレン・α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して、綿繊維の配合量は１０〜４０質量部の範囲に、脂肪族ポリアミド系合成繊維の配合量は５〜３０質量部の範囲にそれぞれ設定されるものであり、さらに綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の合計の配合量がエチレン・α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して５０質量部以下になるように設定されるものである。

補強用の短繊維として綿繊維を用いることによって、摩擦伝動ベルトをプーリに懸架して使用する際に被水しても、綿繊維の吸水性によってプーリに対する背面ゴム層３の摩擦係数が低下することを抑制することができるものであり、背面ゴム層３による動力伝達効率を高めることができるものである。エチレン・α−オレフィンエラストマー１００質量部に対する綿繊維の配合量が１０質量部未満であると、被水時の動力伝達効率を高める効果を十分に得ることができなくなるものであり、逆に４０質量部を超えると、相対的に脂肪族ポリアミド系合成繊維の配合量が少なくなるので、剛性が不足して耐久性が低下するおそれがある。

また補強用の短繊維として脂肪族ポリアミド系合成繊維を用いることによって、背面ゴム層３の剛性を高めることができるものであり、摩擦伝動ベルトの耐久性を向上することができ、耐屈曲疲労性、耐熱性、耐寒性、耐磨耗性、耐粘着磨耗性等を高めることができるものである。エチレン・α−オレフィンエラストマー１００質量部に対する脂肪族ポリアミド系合成繊維の配合量が５質量部未満であると、剛性を高めて耐久性を向上する効果を十分に得ることができなくなるものであり、逆に３０質量部を超えると、相対的に綿繊維の配合量が少なくなるので、被水時の動力伝達効率が不十分になるおそれがある。

そして短繊維として綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維を上記の配合量の範囲で組み合わせて配合することによって、綿繊維による被水時の動力伝達効率を高める効果と、脂肪族ポリアミド系合成繊維による剛性を高めて耐久性を向上する効果を、両立して得ることができるものである。ここで、短繊維の含有量が過多になると背面ゴム層３の耐亀裂性が低下するので、綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の合計の配合量は、エチレン・α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して５０質量部以下に設定されるものである。綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の合計の配合量の下限は、綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の配合量の各下限を合計した１５質量部である。

接着ゴム層２や圧縮ゴム層４を形成するゴム組成物としては、上記の背面ゴム層３の場合と同様に、エチレン・α−オレフィンエラストマーをマトリックスゴムとし、これに硫黄や有機過酸化物などの加硫剤、カーボンブラック、シリカなどの補強用充填剤、軟化剤、老化防止剤等の各種成分を配合したものを用いることができる。圧縮ゴム層４を形成するゴム組成物には、圧縮ゴム層４の耐側圧性を向上させる目的でナイロン６、ナイロン６６、ポリエステル、綿、アラミド等の短繊維を配合するようにしてもよい。

一方、心線１としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート繊維（ＰＥＴ繊維）、ポリエチレンナフタレート繊維（ＰＥＮ繊維）、アラミド繊維等からなるコ−ドを用いることができる。また心線１は、レゾルシン−ホルムアルデヒド−ラテックス（ＲＦＬ）液等で予め接着処理を施しておくのが好ましい。

次に、図１に示すＶリブドベルトの製造方法の一例を説明する。第１の方法としては、まず、円筒状の成形ドラムの周面に背面ゴム層３を構成するゴム組成物からなるゴムシートと、接着ゴム層２を構成するゴム組成物からなるゴムシートとを巻き付けた後、このゴムシートの上にコードからなる心線１を螺旋状にスピニングし、更に圧縮ゴム層４を構成するゴム組成物からなるゴムシートを巻き付け、未加硫スリーブを作製する。次にこの未加硫スリーブを加硫して加硫スリーブを得る。この後、加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールに所定の張力下で掛架して走行させながら、回転させた研削ホイールをこの走行させた加硫スリーブに当接するように移動させ、加硫スリーブの圧縮ゴム層４の表面に３〜１００本の複数の溝を切ることによってリブ５を形成する。このようにリブ５を形成した加硫スリーブを駆動ロールと従動ロールから取り外し、加硫スリーブを他の駆動ロールと従動ロールの間に掛架して走行させながら、カッターによって所定幅に輪切りするように切断することによって、個々のＶリブドベルトに仕上げることができる。

第２の方法としては、周面にリブ溝状刻印を設けた円筒状の成形ドラムに、圧縮ゴム層４を構成するゴム組成物からなるゴムシート、接着ゴム層２を構成するゴム組成物からなるゴムシートを巻き付けた後、その上に心線１をスピニングし、さらにその上から背面ゴム層３を構成するゴム組成物からなるゴムシートを巻き付けて未加硫スリーブを作製する。この後、この未加硫スリーブを成形ドラムに押圧しながら加硫することによって、圧縮ゴム層４にリブ５を型付けした加硫スリーブを得る。次に、必要に応じてリブ５の表面や背面ゴム層３の表面を研磨した後、加硫スリーブを所定幅に輪切りするように切断することによって、個々のＶリブドベルトに仕上げることができる。

第３の方法としては、円筒状の成形ドラムに装着された可撓性ジャケットの上に、背面ゴム層３を構成するゴム組成物からなるゴムシート、接着ゴム層２を構成するゴム組成物からなるゴムシートを巻き、その上に心線１をスピニングした後、さらに圧縮ゴム層４を構成するゴム組成物からなるゴムシートを巻き付けて未加硫スリーブを作製する。そして、可撓性ジャケットを膨張させて、未加硫スリーブをリブ５に対応した溝状刻印を有する外型に押圧しながら、加硫成形する。このようにしてリブ５を成形した加硫スリーブを作製することができるものであり、必要に応じてリブ５の表面や背面ゴム層３の表面を研磨した後、加硫スリーブを所定幅に輪切りするように切断することによって、個々のＶリブドベルトに仕上げることができる。

上記のように作製されるＶリブドベルトなどの本発明に係る摩擦伝動ベルトにあって、背面ゴム層３のベルト長手方向での２０％伸張時の引張応力が、２．０ＭＰａ以上１０．０ＭＰａ以下の範囲であることが望ましい。背面ゴム層３の引張応力が１０．０ＭＰａを超えると、背面ゴム層３の柔軟性が不足し、ベルト屈曲による亀裂が発生し易くなる。逆に背面ゴム層３の引張応力が２．０ＭＰａ未満であると、背面ゴム層３の剛性が不足して、ベルト側端面から心線１が飛び出す、いわゆる心線ポップアウトが発生するおそれがある。

また接着ゴム層２については特に限定されるものではないが、接着ゴム層２（心線１を除く）のベルト長手方向での２０％伸張時の引張応力が１．０ＭＰａ以上であることが望ましい。接着ゴム層２には特に剛性は要求されないが、剛性が背面ゴム層３よりも小さすぎると、ベルト屈曲時に接着ゴム層２に応力が集中し、心線１がポップアウトする原因になるので、接着ゴム層２の引張応力は１．０ＭＰａ以上であることが望ましいのである。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１〜６、比較例１〜７）
エチレン・α−オレフィンエラストマーとして、ＥＰＤＭ（ジエン成分がエチリデンノルボルネンであり、エチレン含量５５質量％、ジエン成分含量２．９質量％、残がプロピレンのエチレン−プロピレン−ジエン・ターポリマー）を用い、表１の配合量で各材料を配合し、これをバンバリーミキサーにより混練することによって、実施例１〜６及び比較例１〜７の背面ゴム層用のゴム組成物を得た。そしてこのゴム組成物をカレンダーロールで圧延することによって、背面ゴム層形成用の未加硫ゴムシートを得た。

また、上記と同じＥＰＤＭ１００質量部、亜鉛華５質量部、ステアリン酸１質量部、ＨＡＦカーボンブラック６５質量部、老化防止剤２質量部、共架橋剤（Ｎ，Ｎ’−ｍ−フェニレンジマレイミド）２質量部、有機過酸化物５質量部、硫黄０．３質量部、短繊維２５質量部、パラフィン系オイル１０質量部を配合し、これをバンバリーミキサーにより混練して圧縮ゴム層用のゴム組成物を調製した。そしてこのゴム組成物をカレンダーロールで圧延することによって、圧縮ゴム層形成用の未加硫ゴムシートを得た。

さらに、上記と同じＥＰＤＭ１００質量部、亜鉛華５質量部、ステアリン酸１質量部、ＨＡＦカーボンブラック５０質量部、シリカ２０質量部、アミン系老化防止剤１質量部、硫黄１質量部、スルフィンアミド系促進剤１質量部、チウラム系促進剤１質量部、チアゾール系促進剤０．５質量部、パラフィン系オイル１５質量部、レゾルシンホルマリン樹脂１．５質量部、メチル化メラミン樹脂−シリカ混合物３．５質量部を配合し、これをバンバリーミキサーにより混練して接着ゴム層用のゴム組成物を調製した。そしてこのゴム組成物をカレンダーロールで圧延することによって、接着ゴム層形成用の未加硫ゴムシートを得た。

上記の表１の組成のゴム組成物からなる背面ゴム層形成用の未加硫ゴムシートと、上記の組成のゴム組成物からなる接着ゴム層形成用の未加硫ゴムシートを用い、ＪＩＳ Ｋ６２５１に準拠して、背面ゴム層の２０％伸張時の引張応力を測定した。結果を表２に示す。

そして、表面が平滑な円筒状の成形モールドに、背面ゴム層形成用の未加硫ゴムシートを巻き付け、その上にポリエステル繊維のロープからなる心線（ＰＥＴ心線）をスピニングし、更にその上に接着ゴム層形成用のゴムシートと圧縮ゴム層形成用のゴムシートを積層したものを巻き付けた。次に圧縮ゴム層形成用のゴムシートの上に加硫用ジャケットを挿入し、成形モールドを加硫缶内に入れて加硫した。次いで、このように加硫して得られる筒状の加硫スリーブを成形モールドから取り出し、加硫スリーブの圧縮ゴム層をグラインダーにより研削して複数のリブを形成した後、カッターで輪切りするように所定幅で切断することによって、図１に示すようなＶリブドベルトに仕上げた。ここで、圧縮ゴム層に含まれる短繊維はベルト幅方向に配向していた。

上記のようにして作製したＶリブドベルト１０について、図３のように、直径１２０ｍｍの駆動プーリ１１、直径８５ｍｍのアイドラープーリ１２、直径１２０ｍｍの従動プーリ１３、直径４５ｍｍのテンションプーリ１４を順に配置して構成した走行試験機を用いて、逆曲げ高温低張力耐久試験を行なった。すなわち、試験機の各プーリ１１〜１４にＶリブドベルト１０を掛架し、Ｖリブドベルト１０のテンションプーリ１４への巻き付け角度を９０°、アイドラープーリへ１２の巻き付け角度を１２０°にして、雰囲気温度１２０°Ｃ、駆動プーリ１１の回転数４９００ｒｐｍ、ベルト張力５７ｋｇｆ／３リブの試験条件で駆動プーリ１１に荷重を付与し、従動プーリ１３に負荷１２ｐｓを与えてＶリブドベルト１０を走行させる耐熱耐久試験を行なった。そして走行２００時間を打ち切りとし、背面ゴム層３に亀裂が発生する時間と、心線ポップアウトが発生する時間の測定を行なった。この耐久試験において、走行２００時間で亀裂や心線ポップアウトが発生しないと、耐久性能は合格であると判定される。

また、図２のように直径１２１．６ｍｍの駆動プーリ１５、直径７６．２ｍｍのアイドラープーリ１６、直径６１．０ｍｍのテンションプーリ１７、直径７６．２ｍｍのアイドラープーリ１８、直径７７．０ｍｍのアイドラープーリ１９、直径１２１．６ｍｍの従動プーリ２０を順に配置して構成した走行試験機を用いて、伝達性能試験を行なった。すなわち、Ｖリブドベルト１０の従動プーリ２０への巻き付け角度を９０°にして各プーリ１５〜２０にＶリブドベルト１０を掛架し、テンションプーリ１７に７．５ｋｇｆの張力を加えながら駆動した。そして従動プーリ２０の回転数が４００ｒｐｍに到達した後に、従動プーリ２０とＶリブドベルト１０の間に注水を開始し、従動プーリ２０に負荷トルクをかけていって、Ｖリブドベルト１０が従動プーリ２０に対して１００％スリップした時点のトルクを測定した。この伝達性能試験において、１００％スリップ時のトルクが４．０Ｎ・ｍ以上であると、伝達性能は合格であると判定される。

これらの結果を表２に示す。

表２にみられるように、各実施例のものは、被水時においても背面ゴム層に十分な伝達性能が保持されることが確認されるものであり、また耐久性も満足するものであった。

一方、比較例１では綿繊維の配合量が少なく、比較例７では綿繊維が配合されておらず短繊維としてナイロン繊維のみの配合なので、被水時の伝達性能が劣るものであった。

また比較例２及び比較例５では綿繊維とナイロン繊維の合計配合量が多く、比較例３ではナイロン繊維の配合量が多いため、十分な伝達性能を有しているものの、背面ゴム層に亀裂が発生し易く耐久性が劣るものであった。

また比較例４ではナイロン繊維の配合量が少なく、背面ゴム層の引張応力が低いため、心線ポップアウトが発生し易いものであった。

また比較例６では短繊維が綿繊維のみであり、伝達性能は満足するが、ナイロン繊維が配合されていないため剛性が小さく、背面ゴム層に早期に亀裂が発生して、この亀裂から心線がポップアウトするものであった。

１ 心線
２ 接着ゴム層
３ 背面ゴム層
４ 圧縮ゴム層

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、接着ゴム層の一方の側に隣接して設けられた背面ゴム層と、接着ゴム層の他方の側に隣接して設けられた圧縮ゴム層とを備えて形成される摩擦伝動ベルトにおいて、上記背面ゴム層はエチレン・α−オレフィンエラストマーと短繊維として綿繊維及び脂肪族ポリアミド系合成繊維を含有するゴム組成物を成形して形成されていると共に、エチレン・α−オレフィンエラストマーに対する短繊維の配合量は、エチレン・α−オレフィンエラストマー１００質量部に対して、綿繊維が１０〜４０質量部、脂肪族ポリアミド系合成繊維が５〜３０質量部であり、且つ綿繊維と脂肪族ポリアミド系合成繊維の総量が５０質量部以下であることを特徴とする摩擦伝動ベルト。
2. 背面ゴム層のベルト長手方向での２０％伸張時の引張応力が、２．０ＭＰａ以上１０．０ＭＰａ以下であることを特徴とする請求項１に記載の摩擦伝動ベルト。

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