JP6374543B2 - 歯付ベルト - Google Patents
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そして、背部を構成するゴムの硬度をJIS−A硬度で歯部を構成するゴムの硬度よりも低い80度〜89度とし、背部を構成するゴム組成物(B)の曲げ剛性を100〜600N・mm 2 とすることで、曲げ剛性が低く、高負荷条件下で優れた耐屈曲疲労性が得られる。即ち、背部を構成するゴムの硬度を、80度以上となるように構成することにより、異物の衝突等によるクラック発生の可能性を防止すると共に、89度以下となるように構成することにより、曲げ剛性が低くなり、ベルト全体の柔軟性が向上し、背部クラックによるベルト切断を防止することができる。
また、歯部を構成するゴムの硬度をJIS−A硬度で92度〜96度とすることで、高負荷条件下で優れた走行残存強力が得られる。即ち、歯部を構成するゴム組成物(A)のゴムの硬度をJIS−A硬度で92度以上となるように構成することにより、歯部の変形による歯欠けの発生を防止すると共に、96度以下となるように構成することにより、背部のゴム組成物(B)との硬度の差を小さくして、ベルト全体のバランスを改善し、背部と歯部の界面においてひずみが生じて応力集中によるクラックが発生しやすくなることを防止することができる。
つまり、歯部を構成するゴムの硬度と背部を構成するゴムの硬度との間に差があることにより、高負荷条件下でも優れた耐屈曲疲労性を発揮する高耐久性の歯付ベルトを実現することができる。
ここで、心線径とは、炭素繊維を使用してラング撚りされた撚りコード(炭素繊維コード)の繊維径を意味する。また、ラング撚りとは、繊維を1本または2本以上引き揃えて撚りを加え(下撚り)、これを2本以上引き揃えて下撚りと同じ方向に撚り(上撚り)を掛けたものである。また、片撚りとは、繊維を1本あるいは数本引き揃えて、撚りを掛けた(下撚り)ものである。更に、諸撚りとは、繊維を1本または2本以上引き揃えて撚りを加え(下撚り)、これを2本以上引き揃えて下撚りと反対方向に撚り(上撚り)を掛けたものである。
歯部と背部のゴム組成物の硬度の差を小さくして、ベルト全体のバランスを改善し、背部と歯部の界面においてひずみが生じて応力集中によるクラックが発生しやすくなることを防止することができる。
歯部を構成するゴム組成物(A)及び背部を構成するゴム組成物(B)の両方について、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムとの混合比率を変更することによって、ゴム組成物の硬度を調整することができる。
ゴム組成物の硬度は、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムとの混合比率を変更することによって調整することができる。そして、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムとを40:60〜100:0の質量比で混合したゴム組成物で背部を構成することにより、硬度を80度〜89度にすることができる。
ゴム組成物の硬度は、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムとの混合比率を変更することによって調整することができる。そして、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムとを50:50〜0:100の質量比で混合したゴム組成物で歯部を構成することにより、硬度を92度〜96度にすることができる。
歯付ベルトの長手方向における歯部のモジュラスを高め、高負荷走行時においても歯部と歯付プーリとのかみ合いが維持することができる。
また、上記歯付ベルトにおいて、前記不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムは、ヨウ素価が11〜28mg/100mgの範囲の不飽和ゴムであることがより好ましい。
水素化ニトリルゴムのヨウ素価が7mg/100mg未満では、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴム同士の架橋反応が十分ではなく、歯部の剛性が低くなるため、ベルト走行時に歯欠け等の不具合が発生するおそれがある、一方、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムのヨウ素価が30mg/100mgを超えると、不飽和結合の量が過剰に多くなり、歯部の耐熱性の低下や酸化による劣化が進行してベルト寿命が短くなるおそれがある。ここで、不飽和ゴムとは、ポリマー分子鎖中に炭素・炭素二重結合(C=C結合)からなる不飽和結合を有するゴムをいう。また、ヨウ素価とは、不飽和結合の量を表す指標であり、ヨウ素価が高いほど、ポリマー分子鎖中に含まれる不飽和結合の量が多いことを表す。ヨウ素価の測定方法としては、測定試料に対して過剰のヨウ素を加えて完全に反応(ヨウ素と不飽和結合との反応)させ、残ったヨウ素の量を酸化還元滴定により定量することで求められる。
歯ピッチが8mm〜14mmの大型歯形でも、心線径が1.1mm〜2.5mmで構成されていることから、歯布を分厚くすることなく、適正なPLDが得られ、歯布が多くゴムが少なくなることによる歯欠けの発生を防止することができる。
また、上記歯付ベルトにおいて、前記心線は、下撚り係数が0.65〜1.61であり、且つ、上撚り係数が1.14〜3.61であるラング撚りの炭素繊維コードからなることが好ましい。心線をラング撚りの炭素繊維コードとすることにより、諸撚りまたは片撚りに比較して曲げ剛性が低くなり、優れた耐屈曲疲労性が得られる。
Tanδとは、損失弾性率(E´´)をE´で除したものであり、振動1サイクルの間に熱として散逸されるエネルギーと貯蔵される最大エネルギーとの比の尺度となっている。即ち、Tanδはゴム組成物に加えられる振動エネルギーが熱として散逸され易さを表すものであり、Tanδが大きくなるほど外部から加えられるエネルギーの多くが熱に変換されるため、ゴム組成物は自己発熱により温度が高くなり、耐熱性が低下する。一方、Tanδが低いほど発熱量は低く抑えられるため、ゴム組成物の耐熱性は向上する。
下記各部材を用いて、ベルトサイズ130H14M20(ベルト歯数:130歯、歯型:H14M、歯部ピッチ:14mm、ベルト幅:20mm)の本実施例に係る歯付ベルトを予備成型工法により作製した。
次に、図4に示す2軸高負荷走行試験機を用いた600時間の高負荷条件下での走行試験を行って、本発明の実施例に係る歯付ベルトの技術的効果を検証した。
試験機:2軸高負荷走行試験機(図4参照)
駆動プーリ歯数:33歯
従動プーリ歯数:61歯
負荷:従動プーリに対して900N・m
回転数:1200rpm
ここで、高負荷条件下における歯付ベルトの屈曲疲労性試験として、上述した走行試験前の12種類の各歯付ベルトから30歯分を切断して試料とし、アムスラー試験機を用いて50mm/分の定速で引っ張って得られた破断時の強力を測定すると共に、走行試験後のベルトについても同様に破断時の強力を測定した。そして、走行前の強力に対する走行後の強力の比を算出し、強力保持率とした。尚、強力保持率は、ベルトの走行残存強力であって、ベルトの屈曲疲労性を示す値である。その結果を上述の表6の「ベルトの屈曲疲労性(走行残存強力)」の欄に示す。
また、高負荷条件下における心線単体の屈曲疲労性試験として、図5に示すように、心線単体を、上下に配置した一対の円柱形の回転バー(φ30mm)にS字状に屈曲させて巻きかけ、心線の一端をフレームに固定し、他端には3kgの荷重をかけた。次に、この一対の回転バーが相対距離を一定に保ったまま、上下方向に10万回往復(ストローク:140mm、サイクル:100回/分)することで、回転バーへの心線の巻き付け、巻き戻しを繰り返し行い、心線自体に屈曲疲労を与えた。この屈曲疲労試験後の心線単体の引張試験を行い、予め測定しておいた屈曲疲労試験前の引張試験の結果から強力保持率を算出した。その結果を表7に示す。表7に示す結果から、諸撚りまたは片撚りの心線に比べて、ラング撚りの心線の方が、強力保持率が高いことが分かった。また、アラミド繊維の心線に比べて、炭素繊維でラング撚りの心線の方が、強力保持率が高いことが分かった。
また、撚り方の異なる表6に示す実施例2〜5及び比較例2,3,5,6の8種類の心線について、JIS K 7106(1995)に従い、オルゼン式曲げ試験機を用いた曲げ試験より心線の曲げこわさEcを求め、それに、下記式(1)より算出した心線の断面2次モーメントIcを乗じて、下記式(2)より心線の曲げ剛性EcIcを算出した。ここで、試験片のサイズは、長さ:70mm、幅:14.4mm(心線径1.8mmの心線8本分)、厚み:2mmとするとともに、支柱間距離Sを25.4mm、荷重目盛100%における振り子のモ−メントMを0.098N・mとした。また、試験は、温度23±2℃、湿度65±5%の条件下で行った。
また、硬度の異なる表6に示す実施例2〜5及び比較例2,3,5,6の8種類の背部ゴムについて、JIS K 7106 に従い、オルゼン式曲げ試験機を用いた曲げ試験より背部ゴムの曲げこわさErを求め、それに下記式(3)より算出した背部ゴムの断面2次モーメントIrを乗じて、下記式(4)より背部ゴムの曲げ剛性ErIrを算出した。ここで、背部ゴム試験片のサイズは、長さ:70mm、幅:25.4mm、厚み:2mmとするとともに、支柱間距離Sを25.4mm、荷重目盛100%における振り子のモ−メントMを0.098N・mとした。また、試験は、温度23±2℃、湿度65±5%の条件下で行った。
上述の試験より、以下のことが明らかになった。
4 背部
5 短繊維
6 経糸
7 歯部
8 緯糸
9 心線
11 歯布
Claims (10)
- 長手方向に沿って所定間隔で複数配置され、表面が歯布で被覆されたゴム組成物(A)を基材とした歯部と、心線が埋設され、ゴム組成物(B)を基材とした背部と、を有する歯付ベルトであって、
前記心線が、炭素繊維からなり、且つ、1.1mm以上2.5mm以下の径で形成され、前記歯部を構成するゴム組成物(A)の硬度が、JIS−A硬度で92度〜96度であることにより、高負荷条件下での使用を可能とし、
前記心線が、前記炭素繊維をラング撚りにしたものであり、前記背部を構成するゴム組成物(B)の硬度が、JIS−A硬度で前記歯部を構成するゴム組成物(A)の硬度よりも低い80度〜89度であり、前記背部を構成するゴム組成物(B)の曲げ剛性が、100〜600N・mm2であることにより、耐屈曲疲労性を備え、
前記歯部を構成するゴム組成物(A)の硬度と前記背部を構成するゴム組成物(B)の硬度との間に差がある、歯付ベルト。 - 前記歯部を構成するゴム組成物(A)の硬度と前記背部を構成するゴム組成物(B)の硬度との差が、JIS−A硬度で7度〜16度である請求項1に記載の歯付ベルト。
- 前記歯部を構成するゴム組成物(A)及び前記背部を構成するゴム組成物(B)の両方が、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴム、及び、不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムの少なくともいずれか一方を含む請求項1または2に記載の歯付ベルト。
- 前記背部を構成するゴム組成物(B)が、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムとを40:60〜100:0の質量比で含む請求項1〜3のいずれか1項に記載の歯付ベルト。
- 前記歯部を構成するゴム組成物(A)が、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムとを50:50〜0:100の質量比で含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の歯付ベルト。
- 前記歯部を構成するゴム組成物(A)が、不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴム及び不飽和カルボン酸金属塩を含む水素化ニトリルゴムを含むゴム成分の総量100質量部に対して短繊維を3〜7質量部含む請求項3〜5のいずれか1項に記載の歯付ベルト。
- 前記不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムは、ヨウ素価が7〜30mg/100mgの範囲の不飽和ゴムである請求項3〜6のいずれか1項に記載の歯付ベルト。
- 前記不飽和カルボン酸金属塩を含まない水素化ニトリルゴムは、ヨウ素価が11〜28mg/100mgの範囲の不飽和ゴムである請求項3〜6のいずれか1項に記載の歯付ベルト。
- 前記歯部の歯ピッチが8mm〜14mmである請求項1〜8のいずれか1項に記載の歯
付ベルト。 - 前記心線は、下撚り係数が0.65〜1.61であり、且つ、上撚り係数が1.14〜3.61であるラング撚りの炭素繊維コードからなる請求項1〜9のいずれか1項に記載の歯付ベルト。
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