JP6487037B2 - 伝動ベルト - Google Patents

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Description

本発明は伝動ベルトに関する。
いわゆるセルロースナノファイバを含有するゴム組成物を伝動ベルトに適用することは公知である。例えば、特許文献1には、平均繊維径が0.1〜200nmのカルボキシ基を有するセルロース系微細繊維を疎水変性処理したものを配合したゴム組成物を伝動ベルトに適用することが開示されている。特許文献2には、セルロースナノファイバを配合したゴム組成物を平ベルトの内側表面ゴム層に適用することが開示されている。
特開2014−125607号公報 特開2015−31315号公報
本発明は、ゴム製のベルト本体に心線がベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された伝動ベルトであって、前記心線は、接着処理により形成されたゴム成分を含む接着層で被覆されており、前記接着層は、セルロース系微細繊維を含むゴム組成物に接触している。
実施形態1に係るVリブドベルトの斜視図である。 実施形態1における心線と接着ゴム層との界面構造を示す断面図である。 実施形態1に係るVリブドベルトを用いた自動車の補機駆動ベルト伝動装置のプーリレイアウトを示す図である。 実施形態1に係るVリブドベルトの製造方法を示す第1の説明図である。 実施形態1に係るVリブドベルトの製造方法を示す第2の説明図である。 実施形態1に係るVリブドベルトの製造方法を示す第3の説明図である。 実施形態1に係るVリブドベルトの製造方法を示す第4の説明図である。 実施形態1に係るVリブドベルトの製造方法を示す第5の説明図である。 実施形態2における心線と接着ゴム層との界面構造を示す断面図である。 接着試験用試験片の斜視図である。 ベルト試験走行機のプーリレイアウトを示す図である。
以下、実施形態について詳細に説明する。
[実施形態1]
(VリブドベルトB)
図1は、実施形態1に係るVリブドベルトB(伝動ベルト)を示す。実施形態1に係るVリブドベルトBは、例えば、自動車のエンジンルーム内に設けられる補機駆動ベルト伝動装置等に用いられるエンドレスの動力伝達部材である。実施形態1に係るVリブドベルトBは、例えば、ベルト周長が700〜3000mm、ベルト幅が10〜36mm、及びベルト厚さが4.0〜5.0mmである。
本発明は、ゴム製のベルト本体に心線がベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された伝動ベルトであって、前記心線は、接着処理により形成されたゴム成分を含む接着層で被覆されており、前記接着層は、繊維径の分布範囲が50〜500nmを含むセルロース系微細繊維を含むゴム組成物に接触している。
接着ゴム層11は、断面横長矩形の帯状に構成されており、厚さが例えば1.0〜2.5mmである。圧縮ゴム層12は、複数のVリブ15がベルト内周側に垂下するように設けられている。複数のVリブ15は、各々がベルト長さ方向に延びる断面略逆三角形の突条に形成されていると共に、ベルト幅方向に並設されている。各Vリブ15は、例えば、リブ高さが2.0〜3.0mm、基端間の幅が1.0〜3.6mmである。Vリブ15の数は例えば3〜6個である(図1では6個)。
接着ゴム層11及び圧縮ゴム層12は、ゴム成分に各種のゴム配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されて架橋剤により架橋したゴム組成物で形成されている。接着ゴム層11及び圧縮ゴム層12は、別配合のゴム組成物で形成されていても、また、同じ配合のゴム組成物で形成されていても、どちらでもよい。
接着ゴム層11及び圧縮ゴム層12を形成するゴム組成物のゴム成分としては、例えば、エチレン・プロピレンコポリマー(EPR)、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー(EPDM)、エチレン・オクテンコポリマー、エチレン・ブテンコポリマーなどのエチレン−α−オレフィンエラストマー;クロロプレンゴム(CR);クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM);水素添加アクリロニトリルゴム(H−NBR)等が挙げられる。接着ゴム層11及び圧縮ゴム層12を形成するゴム組成物のゴム成分は、これらのうちの1種又は2種以上のブレンドゴムであることが好ましい。接着ゴム層11及び圧縮ゴム層12を形成するゴム組成物のゴム成分は同一であることが好ましい。
ゴム配合剤としては、補強材、充填剤、老化防止剤、軟化剤、架橋剤、加硫促進剤等が挙げられる。圧縮ゴム層12を形成するゴム組成物には短繊維が配合されていてもよい。その場合、短繊維が圧縮ゴム層12にベルト幅方向に配向するように含まれていることが好ましく、また、短繊維が圧縮ゴム層12の表面から突出するように設けられていることが好ましい。なお、圧縮ゴム層12を形成するゴム組成物に短繊維が配合された構成ではなく、圧縮ゴム層12の表面に短繊維が植毛等により付着した構成であってもよい。
心線13は、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ポリアミド繊維等で形成された撚り糸で構成されている。心線13の直径は例えば0.5〜2.5mmであり、断面における相互に隣接する心線14中心間の寸法は例えば0.05〜0.20mmである。
心線13を形成する繊維材料としては、例えば、ポリエステル繊維(PET)、芳香族ポリアミド繊維(アラミド繊維)、ナイロン繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリケトン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維(PEN)、ビニロン繊維、PBO繊維、綿等が挙げられる。
心線13は、Vリブドベルト本体10に対する接着性を付与するため、成形加工前に接着処理が施されている。具体的には、後述のように、心線13には、レゾルシン・ホルマリン・ラテックス水溶液(以下「RFL水溶液」という。)に浸漬して加熱するRFL接着処理、及びゴム糊に浸漬して乾燥させるゴム糊接着処理が順に施されている。これにより、図2に示すように、心線13は、RFL接着処理により形成されたRFL接着層16で被覆されていると共に、ゴム糊接着処理により形成されたゴム糊接着層17でも被覆されている。また、ゴム糊接着層17は、Vリブドベルト本体10の接着ゴム層11に接触している。なお、RFL接着処理の前に、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂(ブロックイソシアネート)等の下地接着処理剤をトルエン等の溶剤に溶解させた溶液、或いは、水に分散させた分散液からなる下地接着処理液に浸漬して加熱する下地接着処理が施され、RFL接着層16の下に下地接着層が設けられていてもよい。
RFL接着層16は、RFL水溶液に含まれる固形分により形成されており、レゾルシン・ホルマリン樹脂とゴムラテックス由来のゴム成分とを含む。ゴム糊接着層17は、ゴム糊に含まれる固形分のゴム組成物により形成されており、そして、ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物は、セルロース系微細繊維を含む。従って、心線13は、ゴム成分を含むRFL接着層16で被覆されており、RFL接着層16は、セルロース系微細繊維を含むゴム組成物で形成されたゴム糊接着層17に接触している。このようにゴム成分を含むRFL接着層16が、セルロース系微細繊維を含むゴム組成物で形成されたゴム糊接着層17に接触していることにより、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への高い接着性を得ることができる。ここで、本願における「微細繊維」とは、繊維径が1.0μm以下の繊維を意味する。
ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物は、ゴム成分にセルロース系微細繊維に加えて各種のゴム配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されて架橋剤により架橋したものである。
ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物のゴム成分としては、例えば、エチレン・プロピレンコポリマー(EPR)、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマー(EPDM)、エチレン・オクテンコポリマー、エチレン・ブテンコポリマーなどのエチレン−α−オレフィンエラストマー;クロロプレンゴム(CR);クロロスルホン化ポリエチレンゴム(CSM);水素添加アクリロニトリルゴム(H−NBR)等が挙げられる。ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物のゴム成分は、これらのうちの1種又は2種以上のブレンドゴムであることが好ましい。ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物のゴム成分は、ゴム糊接着層17が接触する接着ゴム層11を形成するゴム組成物のゴム成分と同一であることが好ましい。
セルロース系微細繊維は、植物繊維を細かくほぐすことで得られる植物細胞壁の骨格成分で構成されたセルロース微細繊維を由来とする繊維材料である。セルロース系微細繊維の原料植物としては、例えば、木、竹、稲(稲わら)、じゃがいも、サトウキビ(バガス)、水草、海藻等が挙げられる。これらのうち木が好ましい。
セルロース系微細繊維は、セルロース微細繊維自体であっても、また、疎水化処理された疎水化セルロース微細繊維であっても、どちらでもよい。また、セルロース系微細繊維として、セルロース微細繊維自体と疎水化セルロース微細繊維とを併用してもよい。分散性の観点からは、セルロース系微細繊維は、疎水化セルロース微細繊維を含むことが好ましい。疎水化セルロース微細繊維としては、セルロースの水酸基の一部又は全部が疎水性基に置換されたセルロース微細繊維、及び表面処理剤によって疎水化表面処理されたセルロース微細繊維が挙げられる。
セルロースの水酸基の一部又は全部が疎水性基に置換されたセルロース微細繊維を得るための疎水化としては、例えば、エステル化(アシル化)(アルキルエステル化、複合エステル化、β−ケトエステル化など)、アルキル化、トシル化、エポキシ化、アリール化等が挙げられる。これらのうちエステル化が好ましい。具体的には、エステル化された疎水化セルロース微細繊維は、セルロースの水酸基の一部又は全部が、酢酸、無水酢酸、プロピオン酸、酪酸等のカルボン酸、若しくは、そのハロゲン化物(特に塩化物)によりアシル化されたセルロース微細繊維である。表面処理剤によって疎水化表面処理されたセルロース微細繊維を得るための表面処理剤としては、例えば、シランカップリング剤等が挙げられる。
セルロース系微細繊維は、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への高い接着性を得る観点から、繊維径の分布が広いことが好ましい。その繊維径の分布の下限は、その観点から、好ましくは50nm以下、より好ましくは20nm以下、更に好ましくは10nm以下である。上限は、同じ観点から、好ましくは500nm以上、より好ましくは700nm以上、更に好ましくは1μm以上である。セルロース系微細繊維の繊維径の分布範囲は、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への高い接着性を得る観点から、50〜500nmを含むことが好ましく、20nm〜700mmを含むことがより好ましく、10nm〜1μmを含むことが更に好ましい。
ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物に含まれたセルロース系微細繊維の平均繊維径は、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への高い接着性を得る観点から、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上であり、また、好ましくは700nm以下、より好ましくは100nm以下である。
セルロース系微細繊維の繊維径の分布は、ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物の試料を凍結粉砕した後、その断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察すると共に、50本のセルロース系微細繊維を任意に選択して繊維径を測定し、その測定結果に基づいて求められる。また、セルロース系微細繊維の平均繊維径は、その任意に選択した50本のセルロース系微細繊維の繊維径の数平均として求められる。
セルロース系微細繊維は、機械的解繊手段によって製造された高アスペクト比のものであっても、また、化学的解繊手段によって製造された針状結晶のものであっても、どちらでもよい。これらのうち、繊維径の分布が広いという観点からは、機械的解繊手段によって製造されたものが好ましい。また、セルロース系微細繊維として、機械的解繊手段によって製造されたものと化学的解繊手段によって製造されたものとを併用してもよい。機械的解繊手段に用いる解繊装置としては、例えば、二軸混練機などの混練機、高圧ホモジナイザー、グラインダー、ビーズミル等が挙げられる。化学的解繊手段に用いる処理としては、例えば、酸加水分解処理等が挙げられる。
ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物では、セルロース系微細繊維は、特定の方向に配向しておらず、無配向である。
ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物におけるセルロース系微細繊維の含有量は、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への高い接着性を得る観点から、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して、好ましくは1質量部以上、より好ましくは3質量部以上、更に好ましくは5質量部以上であり、また、好ましくは30質量部以下、より好ましくは20質量部以下、更に好ましくは10質量部以下である。
ゴム配合剤としては、補強材、オイル、加工助剤、加硫促進助剤、架橋剤、加硫促進剤等が挙げられる。
補強材としては、カーボンブラックでは、例えば、チャネルブラック;SAF、ISAF、N−339、HAF、N−351、MAF、FEF、SRF、GPF、ECF、N−234などのファーネスブラック;FT、MTなどのサーマルブラック;アセチレンブラック等が挙げられる。補強材としてはシリカも挙げられる。補強材は、これらのうち1種又は2種以上であることが好ましい。補強材の含有量は、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して50〜90質量部であることが好ましい。
オイルとしては、例えば、石油系軟化剤、パラフィンワックスなどの鉱物油系オイル、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落下生油、木ろう、ロジン、パインオイルなどの植物油系オイル等が挙げられる。オイルは、これらのうち1種又は2種以上であることが好ましい。オイルの含有量は、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して例えば20〜40質量部である。
加工助剤としては、例えば、ステアリン酸、ポリエチレンワックス、脂肪酸の金属塩等が挙げられる。加工助剤は、これらのうち1種又は2種以上であることが好ましい。加工助剤の含有量は、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して例えば0.5〜2質量部である。
加硫促進助剤としては、例えば、酸化マグネシウムや酸化亜鉛(亜鉛華)などの金属酸化物、金属炭酸塩、脂肪酸及びその誘導体等が挙げられる。加硫促進助剤は、これらのうち1種又は2種以上であることが好ましい。加硫促進助剤の含有量は、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して例えば3〜7質量部である。
架橋剤としては、硫黄及び有機過酸化物が挙げられる。架橋剤として、硫黄が配合されていてもよく、また、有機過酸化物が配合されていてもよく、更には、それらの両方が併用されていてもよい。架橋剤の配合量は、硫黄の場合、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して例えば1〜5質量部であり、有機過酸化物の場合、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して例えば1〜5質量部である。
加硫促進剤としては、例えば、チアゾール系(例えばMBT、MBTSなど)、チウラム系(例えばTT、TRAなど)、スルフェンアミド系(例えばCZなど)、ジチオカルバミン酸塩系(例えばBZ−Pなど)のもの等が挙げられる。加硫促進剤は、これらのうち1種又は2種以上であることが好ましい。加硫促進剤の含有量は、ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して例えば2〜5質量部である。
なお、ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物には、繊維径が10μm以上の短繊維が含まれていないことが好ましいが、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への接着性を阻害しない範囲でかかる短繊維が含まれていてもよい。また、接着ゴム層11を形成するゴム組成物には、繊維径が10μm以上の短繊維が含まれていても、含まれていなくても、どちらでもよい。更に、接着ゴム層11を形成するゴム組成物には、セルロース系微細繊維が含まれていても、含まれていなくても、どちらでもよい。
背面補強布14は、例えば、綿、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等の糸で形成された織布、編物、不織布等の布材で構成されている。背面補強布14には、Vリブドベルト本体10との接着のための接着処理が施されている。
ところで、通常、伝動ベルトでは、ゴム製のベルト本体に、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように心線が埋設されている。この心線にはベルト本体との接着のための接着処理が施されているものの、厳しい条件下で使用された場合には、反り返り現象によりベルト幅方向の両側の心線に張力が集中してベルト本体から剥離し、その結果、層間のセパレーションを発生するという問題がある。しかしながら、以上の構成の実施形態1に係るVリブドベルトBによれば、心線13を被覆するゴム成分を含むRFL接着層16が、セルロース系微細繊維を含むゴム組成物で形成されたゴム糊接着層17に接触しているので、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への高い接着性が得られ、その結果、ベルト走行時における層間のセパレーションの発生を抑制することができる。
図3は、実施形態1に係るVリブドベルトBを用いた自動車の補機駆動ベルト伝動装置20のプーリレイアウトを示す。この補機駆動ベルト伝動装置20は、VリブドベルトBが4つのリブプーリ及び2つの平プーリの6つのプーリに巻き掛けられて動力を伝達するサーペンタインドライブ方式のものである。
この補機駆動ベルト伝動装置20では、最上位置にリブプーリのパワーステアリングプーリ21が設けられ、そのパワーステアリングプーリ21の下方にリブプーリのACジェネレータプーリ22が設けられている。また、パワーステアリングプーリ21の左下方には平プーリのテンショナプーリ23が設けられており、そのテンショナプーリ23の下方には平プーリのウォーターポンププーリ24が設けられている。更に、テンショナプーリ23の左下方にはリブプーリのクランクシャフトプーリ25が設けられており、そのクランクシャフトプーリ25の右下方にリブプーリのエアコンプーリ26が設けられている。これらのプーリは、例えば、金属のプレス加工品や鋳物、或いは、ナイロン樹脂、フェノール樹脂等の樹脂成形品で構成されており、また、プーリ径がφ50〜150mmである。
そして、この補機駆動ベルト伝動装置20では、VリブドベルトBは、Vリブ15側が接触するようにパワーステアリングプーリ21に巻き掛けられ、次いで、ベルト背面が接触するようにテンショナプーリ23に巻き掛けられた後、Vリブ15側が接触するようにクランクシャフトプーリ25及びエアコンプーリ26に順に巻き掛けられ、更に、ベルト背面が接触するようにウォーターポンププーリ24に巻き掛けられ、そして、Vリブ15側が接触するようにACジェネレータプーリ22に巻き掛けられ、最後にパワーステアリングプーリ21に戻るように設けられている。プーリ間で掛け渡されるVリブドベルトBの長さであるベルトスパン長は例えば50〜300mmである。プーリ間で生じ得るミスアライメントは0〜2°である。
(VリブドベルトBの製造方法)
実施形態1に係るVリブドベルトBの製造方法は、材料準備工程、成形工程、架橋工程、研削工程、及び仕上げ工程を有する。
<材料準備工程>
−接着ゴム層用及び圧縮ゴム層用の未架橋ゴムシート11’,12’−
ゴム成分に各種のゴム配合剤を配合し、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機で混練し、得られた未架橋ゴム組成物をカレンダー成形等によってシート状に成形して接着ゴム層用及び圧縮ゴム層用の未架橋ゴムシート11’,12’を作製する。なお、圧縮ゴム層12に短繊維を含める場合には、未架橋ゴムシート12’に短繊維を含める。
−心線13’−
心線13’に対して接着処理を施す。具体的には、心線13’に、RFL水溶液に浸漬して加熱するRFL接着処理、及びゴム糊に浸漬して乾燥させるゴム糊接着処理を施す。また、必要に応じて、RFL接着処理前に下地接着処理液に浸漬して加熱する下地接着処理を施す。
《下地接着処理》
下地接着処理液は、例えば、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂(ブロックイソシアネート)等の下地接着処理剤をトルエン等の溶剤に溶解させた溶液、或いは、水に分散させた分散液である。下地接着処理液の液温は例えば20〜30℃である。下地接着処理液の固形分濃度は、好ましくは20質量%以下である。
下地接着処理液への浸漬時間は例えば1〜3秒である。下地接着処理液への浸漬後の加熱温度(炉温度)は例えば200〜250℃である。加熱時間(炉内滞在時間)は例えば1〜3分である。下地接着処理の回数は、1回のみであっても、また、2回以上であっても、どちらでもよい。心線13’には下地接着処理剤が付着するが、その付着量(目付量)は、心線13’を形成する繊維材料の質量を基準として例えば0.5〜8質量%である。
《RFL接着処理》
RFL水溶液は、レゾルシンとホルムアルデヒドとの初期縮合物にゴムラテックスを混合した水溶液である。RFL水溶液の液温は例えば20〜30℃である。RFL水溶液の固形分濃度は、好ましくは30質量%以下である。
レゾルシン(R)とホルマリン(F)とのモル比は例えばR/F=1/1〜1/2である。ゴムラテックスとしては、例えば、ビニルピリジン・スチレン・ブタジエンゴムラテックス(Vp・St・SBR)、クロロプレンゴムラテックス(CR)、クロロスルホン化ポリエチレンゴムラテックス(CSM)等が挙げられる。レゾルシンとホルムアルデヒドとの初期縮合物(RF)とゴムラテックス(L)の質量比は例えばRF/L=1/5〜1/20である。
RFL水溶液への浸漬時間は例えば1〜3秒である。RFL水溶液への浸漬後の加熱温度(炉温度)は例えば200〜250℃である。加熱時間(炉内滞在時間)は例えば1〜3分である。RFL接着処理の回数は、1回のみであっても、また、2回以上であっても、どちらでもよい。心線13’にはRFL接着層16が付着するが、その付着量(目付量)は、心線13’を形成する繊維材料を基準として例えば2〜5質量%である。
《ゴム糊接着処理》
ゴム糊は、ゴム糊接着層17を形成するセルロース系微細繊維を含むゴム組成物の架橋前の未架橋ゴム組成物をトルエン等の溶剤に溶解させた溶液である。ゴム糊の作製は以下のようにして行う。
まず、素練りしているゴム成分にセルロース系微細繊維を投入して混練することにより分散させる。
ここで、ゴム成分へのセルロース系微細繊維の分散方法としては、例えば、セルロース系微細繊維を水に分散させた分散体(ゲル)を、オープンロールで素練りしているゴム成分に投入し、それらを混練しながら水分を気化させる方法、セルロース系微細繊維を水に分散させた分散体(ゲル)とゴムラテックスとを混合して水分を気化させて得られたセルロース系微細繊維/ゴムのマスターバッチを、素練りしているゴム成分に投入する方法、疎水化したセルロース系微細繊維を溶剤に分散させた分散体とゴム成分を溶剤に溶解させた溶液を混合して溶剤を気化させて得られたセルロース系微細繊維/ゴムのマスターバッチを、素練りしているゴム成分に投入する方法、セルロース系微細繊維を水に分散させた分散体(ゲル)を凍結乾燥させて粉砕したものを、素練りしているゴム成分に投入する方法、疎水化したセルロース系微細繊維を素練りしているゴム成分に投入する方法等が挙げられる。
次いで、ゴム成分とセルロース系微細繊維とを混練しながら、各種のゴム配合剤を投入して混練を継続する。
そして、混練して得られた未架橋ゴム組成物を溶剤に投入し、均一な溶液となるまで攪拌することによりゴム糊を作製する。ゴム糊の液温は例えば20〜30℃である。
ゴム糊の固形分濃度は、好ましくは3質量%以上、より好ましくは5質量%以上であり、また、好ましくは14質量%以下、より好ましくは12質量%以下である。
ゴム糊への浸漬時間は例えば1〜3秒である。ゴム糊への浸漬後の乾燥温度(炉温度)は例えば50〜100℃である。乾燥時間(炉内滞在時間)は例えば1〜3分である。ゴム糊接着処理の回数は、1回のみであっても、また、2回以上であっても、どちらでもよい。心線13’にはゴム糊接着層17が付着するが、その付着量(目付量)は、心線13’を形成する繊維材料の質量を基準として例えば2〜5質量%である。
−背面補強布14’−
背面補強布14’に対して接着処理を施す。具体的には、背面補強布14’に対して、下地接着処理液に浸漬して加熱する下地接着処理、RFL水溶液に浸漬して加熱するRFL接着処理、ゴム糊に浸漬して乾燥させるソーキングゴム糊接着処理、及びVリブドベルト本体10側となる面にゴム糊をコーティングして乾燥させるコーティングゴム糊接着処理のうち1種又は2種以上の接着処理を施す。
<成形工程>
図4に示すように、円筒型31の外周上に、背面補強布14’、及び接着ゴム層用の未架橋ゴムシート11’を順に巻き付けて積層し、その上に心線13’を円筒型31に対して螺旋状に一定の張力を付与して巻き付け、更に、その上に接着ゴム層用の未架橋ゴムシート11’及び圧縮ゴム層用の未架橋ゴムシート12’を順に巻き付けて積層することによりベルト形成用成形体B’を成形する。
<架橋工程>
図5に示すように、ベルト形成用成形体B’にゴムスリーブ32を被せ、それを加硫缶内に配置して密閉すると共に、加硫缶内に高温及び高圧の蒸気を充填して所定の成型時間だけ保持する。このとき、未架橋ゴムシート11’,12’の架橋が進行して一体化すると共に心線13’及び背面補強布14’と複合化し、図6に示すように、最終的に、円筒状のベルトスラブSが成型される。
<研削工程>
加硫缶内から蒸気を排出して密閉を解き、円筒型31上に成型されたベルトスラブSを型抜きし、図7に示すように、ベルトスラブSを一対のスラブ掛け渡し軸33間に掛け渡すと共に、ベルトスラブSの外周面に対し、周方向に延びるVリブ形状溝が外周面の軸方向に連設された研削砥石34を回転させながら当接させ、また、ベルトスラブSも一対のスラブ掛け渡し軸33間で回転させることにより、その外周面を全周に渡って研削する。このとき、図8に示すように、ベルトスラブSの外周面にはVリブ15が形成される。なお、ベルトスラブSは、必要に応じて長さ方向に分割して研削を行ってもよい。
<仕上げ工程>
研削によりVリブ15を形成したベルトスラブSを所定幅に幅切りして表裏を裏返すことによりVリブドベルトBが製造される。
[実施形態2]
(VリブドベルトB)
実施形態2に係るVリブドベルトB(伝動ベルト)は、外観構成が実施形態1と同一であるので、以下では図1に基づいて説明する。
実施形態2に係るVリブドベルトBでは、Vリブドベルト本体10に含まれる接着ゴム層11は、ゴム成分にセルロース系微細繊維に加えて各種のゴム配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物が加熱及び加圧されて架橋剤により架橋したゴム組成物で形成されている。この接着ゴム層11を形成するゴム組成物の構成は、実施形態1におけるゴム糊接着層17を形成するゴム組成物の構成と同一である。
実施形態2に係るVリブドベルトBでは、心線13に、RFL水溶液に浸漬して加熱するRFL接着処理が施されている。これにより、図9に示すように、心線13は、RFL接着処理により形成されたゴム成分を含むRFL接着層16で被覆されており、そのRFL接着層16は、セルロース系微細繊維を含むゴム組成物で形成された接着ゴム層11に接触している。
心線13には、RFL接着処理に加えて、ゴム糊に浸漬して乾燥させるゴム糊接着処理が施されていてもよい。この場合、実施形態1における図2に示すのと同様に、心線13は、RFL接着処理により形成されたRFL接着層16で被覆されていると共に、ゴム糊接着処理により形成されたゴム成分を含むゴム糊接着層17でも被覆されており、そのゴム糊接着層17は、セルロース系微細繊維を含むゴム組成物で形成された接着ゴム層11に接触している。ゴム糊接着層17は、実施形態1と同様にセルロース系微細繊維を含んでいても、含んでいなくても、どちらでもよい。また、ゴム糊接着層17を形成するゴム組成物のゴム成分は、ゴム糊接着層17が接触する接着ゴム層11を形成するゴム組成物のゴム成分と同一であることが好ましい。
なお、実施形態1と同様、心線13には、RFL接着処理の前に、エポキシ樹脂やイソシアネート樹脂(ブロックイソシアネート)等の下地接着処理剤をトルエン等の溶剤に溶解させた溶液、或いは、水に分散させた分散液からなる下地接着処理液に浸漬して加熱する下地接着処理が施され、RFL接着層16の下に下地接着層が設けられていてもよい。
その他の構成は実施形態1と同一である。
以上の構成の実施形態2に係るVリブドベルトBによれば、心線13を被覆するゴム成分を含むRFL接着層16又はゴム糊接着層17が、セルロース系微細繊維を含むゴム組成物で形成された接着ゴム層11に接触しているので、心線13のVリブドベルト本体10の接着ゴム層11への高い接着性が得られ、その結果、ベルト走行時における層間のセパレーションの発生を抑制することができる。
(VリブドベルトBの製造方法)
実施形態2に係るVリブドベルトBの製造方法では、材料準備工程における接着ゴム層用の11’の作製を以下のようにして行う。
まず、素練りしているゴム成分にセルロース系微細繊維を投入して混練することにより分散させる。
ここで、ゴム成分へのセルロース系微細繊維の分散方法としては、例えば、セルロース系微細繊維を水に分散させた分散体(ゲル)を、オープンロールで素練りしているゴム成分に投入し、それらを混練しながら水分を気化させる方法、セルロース系微細繊維を水に分散させた分散体(ゲル)とゴムラテックスとを混合して水分を気化させて得られたセルロース系微細繊維/ゴムのマスターバッチを、素練りしているゴム成分に投入する方法、セルロース系微細繊維を溶剤に分散させた分散体とゴム成分を溶剤に溶解させた溶液とを混合して溶剤を気化させて得られたセルロース系微細繊維/ゴムのマスターバッチを、素練りしているゴム成分に投入する方法、セルロース系微細繊維を水に分散させた分散体(ゲル)を凍結乾燥させて粉砕したものを、素練りしているゴム成分に投入する方法、疎水化したセルロース系微細繊維を素練りしているゴム成分に投入する方法等が挙げられる。
次いで、ゴム成分とセルロース系微細繊維とを混練しながら、各種のゴム配合剤を投入して混練を継続することにより未架橋ゴム組成物を作製する。
そして、その未架橋ゴム組成物をカレンダー成形等によってシート状に成形する。
実施形態2に係るVリブドベルトBの製造方法では、成形工程において、以上のようにして作製した接着ゴム層用の未架橋ゴムシート11’を、列理方向がベルト長さ方向に対応するように使用しても、また、列理方向がベルト幅方向に対応するように使用しても、どちらでもよい。
その他の構成は実施形態1と同一である。
[その他の実施形態]
実施形態1及び2では、伝動ベルトとしてVリブドベルトBを示したが、特にこれに限定されるものではなく、ローエッジVベルト、ラップドVベルト、平ベルト、歯付ベルトであってもよい。
(未架橋ゴム組成物)
以下のゴム1〜8の未架橋ゴム組成物を作製した。それぞれの構成は表1にも示す。
<ゴム1>
トルエンに木材を原料とする粉末セルロース(日本製紙社製 商品名:KCフロック W−50GK)を分散させた分散体を調製し、高圧ホモジナイザーを用い、その分散体同士を衝突させて粉末セルロースをセルロース微細繊維に解繊して、トルエンにセルロース微細繊維が分散した分散体を得た。従って、セルロース微細繊維は、機械的解繊手段によって製造され、また、疎水化処理されていないものである。
次いで、そのトルエンにセルロース微細繊維が分散した分散体と、トルエンにエチレンプロピレンジエンモノマー(JSR社製 商品名:EP33、以下「EPDM」という。)を溶解させた溶液とを混合し、トルエンを気化させてセルロース微細繊維/EPDMのマスターバッチを作製した。
続いて、EPDMを素練りすると共に、そこにマスターバッチを投入して混練した。マスターバッチの投入量は、トータルのEPDMを100質量部としたときのセルロース微細繊維の含有量が1質量部となる量とした。
そして、EPDMとセルロース微細繊維とを混練すると共に、そこに、EPDM100質量部に対し、補強材のGPFカーボンブラック(三菱化学社製 商品名:ダイアブラックG)を70質量部、オイル(日本サン石油社製 商品名:サンパー2280)を30質量部、加工助剤のステアリン酸(花王社製)を1質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛(堺化学工業社製)を5質量部、架橋剤の硫黄(細井化学工業社製)を3質量部、及びチウラム系加硫促進剤(大内新興化学工業社製 商品名:ノクセラーTET−G)を2.5質量部それぞれ投入して混練を継続することにより未架橋ゴム組成物を作製した。その未架橋ゴム組成物をゴム1とした。
<ゴム2>
EPDMを100質量部としたときのセルロース微細繊維の含有量が3質量部となるようにしたことを除いて、ゴム1と同様の方法で作製した未架橋ゴム組成物をゴム2とした。
<ゴム3>
EPDMを100質量部としたときのセルロース微細繊維の含有量が5質量部となるようにしたことを除いて、ゴム1と同様の方法で作製した未架橋ゴム組成物をゴム3とした。
<ゴム4>
EPDMを素練りすると共に、そこに、EPDM100質量部に対し、補強材のGPFカーボンブラックを70質量部、オイルを30質量部、加工助剤のステアリン酸を1質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛を5質量部、架橋剤の硫黄を3質量部、加硫促進剤を2.5質量部、及びポリエステル短繊維(帝人社製 商品名:テトロン)を3質量部それぞれ投入して混練することにより未架橋ゴム組成物を作製した。その未架橋ゴム組成物をゴム4とした。
<ゴム5>
EPDMを100質量部としたときのポリエステル短繊維の含有量が5質量部となるようにしたことを除いて、ゴム4と同様の方法で作製した未架橋ゴム組成物をゴム5とした。
<ゴム6>
ポリエステル短繊維の代わりに、綿肌着を粉砕機によって60メッシュの大きさに粉砕したものを用いたことを除いて、ゴム5と同様の方法で作製した未架橋ゴム組成物をゴム6とした。
<ゴム7>
ポリエステル短繊維の代わりに、ナイロン66短繊維(旭化成社製 商品名:レオナ)を用いたことを除いて、ゴム5と同様の方法で作製した未架橋ゴム組成物をゴム7とした。
<ゴム8>
EPDMを素練りすると共に、そこに、EPDM100質量部に対し、補強材のGPFカーボンブラックを70質量部、オイルを30質量部、加工助剤のステアリン酸を1質量部、加硫促進助剤の酸化亜鉛を5質量部、架橋剤の硫黄を3質量部、及び加硫促進剤を2.5質量部それぞれ投入して混練することにより未架橋ゴム組成物を作製した。その未架橋ゴム組成物をゴム8とした。
Figure 0006487037
(Vリブドベルト)
以下の実施例1〜4及び比較例1〜5のVリブドベルトを作製した。それぞれの構成は表2にも示す。
<実施例1>
心線をポリエステル繊維の諸撚り糸で形成し、また、心線に、下記の下地接着処理、RFL接着処理、及びゴム糊接着処理を施したものを用い、上記実施形態1と同様にして、Vリブの数が3個の実施例1のVリブドベルトを作製した。
下地接着処理では、下地接着処理液として、下地接着処理剤のイソシアネート樹脂(住友バイエルウレタン社製 商品名:スミジュール)を溶剤のトルエンに溶解させた溶液を用いた。下地接着処理液の液温は25℃であった。下地接着処理液への浸漬時間は5秒とした。下地接着処理液への浸漬後の加熱温度は250℃及び加熱時間は40秒とした。下地接着処理の回数は1回とした。下地接着処理により心線に付着した下地接着処理剤の付着量(目付量)は、心線を形成するポリエステル繊維の質量を基準として4質量%であった。
RFL接着処理では、RFL水溶液として、ラテックス(L)がビニルピリジン・スチレン・ブタジエンゴムラテックス(日本ゼオン社製 商品名:ニッポール2518FS)、レゾルシン(R)とホルマリン(F)とのモル比がR/F=1/1.2、及びレゾルシンとホルムアルデヒドとの初期縮合物(RF)とゴムラテックス(L)の質量比がRF/L=1/10である固形分濃度が20質量%のものを用いた。RFL水溶液の液温は25℃であった。RFL水溶液への浸漬時間は5秒とした。RFL水溶液への浸漬後の加熱温度は250℃及び加熱時間は40秒とした。RFL接着処理の回数は2回とした。RFL接着処理により心線に付着したRFL接着層の付着量(目付量)は、心線を形成するポリエステル繊維の質量を基準として4質量%であった。
ゴム糊接着処理では、ゴム糊として、ゴム1を溶剤のトルエンに溶解させた固形分濃度が10質量%のものを用いた。ゴム糊の液温は25℃であった。ゴム糊への浸漬時間は5秒とした。ゴム糊への浸漬後の乾燥温度は100℃及び乾燥時間は40秒とした。ゴム糊接着処理の回数は1回とした。ゴム糊接着処理により心線に付着したゴム糊接着層17の付着量(目付量)は、心線を形成するポリエステル繊維の質量を基準として4質量%であった。
以上の通り、実施例1のVリブドベルトでは、ゴム糊接着処理において、ゴム1のゴム糊を用いているので、ゴム糊接着層はセルロース微細繊維を含むゴム組成物で形成されている。
なお、接着ゴム層を、ゴム8を用いて形成し、圧縮ゴム層を、ナイロン短繊維を含む別のEPDM組成物で形成した。背面補強布は、ナイロン繊維の織布で形成した。背面補強布には、RFL接着処理及びソーキングゴム糊接着処理を施した。
<実施例2>
心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム2をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成の実施例2のVリブドベルトを作製した。従って、実施例2のVリブドベルトでは、ゴム糊接着層がセルロース微細繊維を含むゴム組成物で形成されている。
<実施例3>
心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム3をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成の実施例3のVリブドベルトを作製した。従って、実施例3のVリブドベルトでは、ゴム糊接着層がセルロース微細繊維を含むゴム組成物で形成されている。
<実施例4>
接着ゴム層を、ゴム1を用いて形成すると共に、心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム8をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成のVリブドベルトを実施例4とした。従って、実施例4のVリブドベルトでは、ゴム糊接着層がセルロース微細繊維を含まないゴム組成物で形成されているが、接着ゴム層がセルロース微細繊維を含むゴム組成物で形成されている。
<比較例1>
心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム8をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成の比較例1のVリブドベルトを作製した。従って、比較例1のVリブドベルトでは、接着ゴム層及びゴム糊接着層のいずれもセルロース微細繊維を含まないゴム組成物で形成されている。
<比較例2>
心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム4をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成の比較例2のVリブドベルトを作製した。従って、比較例2のVリブドベルトでは、ゴム糊接着層がポリエステル短繊維を含むゴム組成物で形成されている。
<比較例3>
心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム5をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成の比較例3のVリブドベルトを作製した。従って、比較例3のVリブドベルトでは、ゴム糊接着層がポリエステル短繊維を含むゴム組成物で形成されている。
<比較例4>
心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム6をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成の比較例4のVリブドベルトを作製した。従って、比較例4のVリブドベルトでは、ゴム糊接着層が綿短繊維を含むゴム組成物で形成されている。
<比較例5>
心線のゴム糊接着処理に用いるゴム糊として、ゴム7をトルエンに溶解させたものを用いたことを除いて実施例1と同一構成の比較例5のVリブドベルトを作製した。従って、比較例5のVリブドベルトでは、ゴム糊接着層がナイロン短繊維を含むゴム組成物で形成されている。
Figure 0006487037
(試験評価方法)
<混練加工性>
ゴム1〜7のそれぞれについて、混練加工性が優れるものをA及び劣るものをBとそれぞれ評価した。
<平均繊維径・繊維径分布>
ゴム3及び5〜7のそれぞれについて、架橋させたゴム組成物の試料を凍結粉砕した後、その断面を透過型電子顕微鏡(TEM)で観察すると共に、50本の繊維を任意に選択して繊維径を測定し、その数平均を求めて平均繊維径とした。
ゴム3について、50本のセルロース微細繊維のうち繊維径の最大値及び最小値を求めた。
<剥離接着力>
実施例1〜4及び比較例1〜5のそれぞれのVリブドベルトの作製に用いた接着ゴム層用の未架橋ゴムシート及び接着処理した心線により、図10に示すような板状ゴム41の表層に7本の心線42が間隔をおいて平行に延びるように埋設された接着試験用試験片40をプレス成型した。なお、プレス成型条件は、温度160℃、圧力2.9MPa、及び時間30分とした。
各接着試験用試験片40について、引張試験機の一方のチャックに板状ゴム41を固定すると共に、他方のチャックに板状ゴム41に埋設された7本の心線42のうち1本置きに配置された3本の心線42を板状ゴム41に対して90°の角度をなす方向に引き出して固定し、剥離スピードを50mm/minとして板状ゴム41から3本の心線42を100mm剥離した。そして、剥離長さ10〜100mmの間のピーク値の平均を剥離接着力とした。また、心線を剥離した後の破壊形態がゴム凝集破壊であるか或いは界面剥離であるかを目視にて確認評価した。
<ベルト走行試験>
図11は、ベルト走行試験機50のプーリレイアウトを示す。
ベルト走行試験機50は、最上位置に設けられたプーリ径φ120mmの第1従動リブプーリ51と、それと上下方向に並ぶように設けられたプーリ径φ120mmの駆動リブプーリ52と、それらの上下方向中間に設けられたプーリ径φ80mmのアイドラプーリ53と、アイドラプーリ53の右方に設けられたプーリ径φ55mmの第2従動リブプーリ54とを有する。VリブドベルトBは、Vリブ側が第1従動リブプーリ51、駆動リブプーリ52、及び第2従動リブプーリ54に、並びに、ベルト背面がアイドラプーリ53にそれぞれ接触し、且つ第2従動リブプーリ54への巻き掛け角度が90°及びアイドラプーリ53への巻き掛け角度が120°となるように巻き掛けられる。
実施例1〜4及び比較例1〜5のそれぞれのVリブドベルトBについて、ベルト走行試験機50の第1従動リブプーリ51、駆動リブプーリ52、アイドラプーリ53、及び第2従動リブプーリ54に巻き掛け、第2従動リブプーリ54を側方に引っ張るように785Nのデッドウェイトを負荷すると共に第1従動リブプーリ51に11.8kWの回転動力負荷を与え、120℃の雰囲気温度下で駆動リブプーリ52を反時計回りに回転数4900rpmで回転させた。そして、VリブドベルトBに層間のセパレーションが発生してベルト走行不可となるまでベルト走行させ、それまでのベルト走行時間をベルト耐久寿命とした。
(試験評価結果)
試験結果を表3及び4に示す。
Figure 0006487037
Figure 0006487037
表3によれば、セルロース微細繊維を含むゴム1〜3は混練加工性が優れるのに対し、ポリエステル短繊維を含むゴム4及び5、綿短繊維を含むゴム6、並びにナイロン66短繊維を含むゴム7は混練加工性が劣ることが分かる。なお、ゴム8は、セルロース微細繊維も他の短繊維も含まないということで混練加工性が優れる。また、ゴム3のセルロース微細繊維は、繊維径の分布が広いことが分かる。
表4によれば、ゴム糊接着層を、セルロース微細繊維を含むゴム1〜3で形成した実施例1〜3、及び接着ゴム層をゴム3で形成した実施例4では、相対的に、剥離接着力が高く、また、ベルト寿命も長いことから、耐セパレーション性が優れるのに対し、ゴム糊接着層を、ポリエステル短繊維を含むゴム4及び5、綿短繊維を含むゴム6、並びにナイロン66短繊維を含むゴム7で形成した比較例2〜5では、相対的に、剥離接着力が低く、また、ベルト寿命も短いことから、耐セパレーション性が劣ることが分かる。なお、セルロース微細繊維も他の短繊維も含まないゴム8でゴム糊接着層及び接着ゴム層を形成した比較例1は、剥離接着力は比較的高いものの、ベルト寿命が短く、耐セパレーション性が劣ることが分かる。
本発明は伝動ベルトの技術分野において有用である。
B Vリブドベルト(伝動ベルト)
10 Vリブドベルト本体
13,13’ 心線
16 RFL接着層
17 ゴム糊接着層

Claims (13)

  1. ゴム製のベルト本体に心線がベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように埋設された伝動ベルトであって、
    前記心線は、接着処理により形成されたゴム成分を含む接着層で被覆されており、前記接着層は、繊維径の分布範囲が50〜500nmを含むセルロース系微細繊維を含むゴム組成物に接触している伝動ベルト。
  2. 請求項1に記載された伝動ベルトにおいて、
    前記セルロース系微細繊維の平均繊維径が10〜100nmである伝動ベルト。
  3. 請求項1又は2に記載された伝動ベルトにおいて、
    前記セルロース系微細繊維が機械的解繊手段によって製造されたものである伝動ベルト。
  4. 請求項1乃至のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
    前記セルロース系微細繊維が疎水化処理されていないものである伝動ベルト。
  5. 請求項1乃至のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
    前記ゴム組成物における前記セルロース系微細繊維の含有量が、前記ゴム組成物のゴム成分100質量部に対して1〜30質量部である伝動ベルト。
  6. 請求項1乃至のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
    前記ゴム組成物に含まれるセルロース系微細繊維が無配向である伝動ベルト。
  7. 請求項1乃至のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
    前記セルロース系微細繊維を含むゴム組成物には、繊維径が10μm以上の短繊維が含まれていない伝動ベルト。
  8. 請求項1乃至のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
    前記接着層が、前記心線のRFL接着処理により形成されたRFL接着層である伝動ベルト。
  9. 請求項に記載された伝動ベルトにおいて、
    前記ゴム組成物が、前記心線のゴム糊接着処理により形成されたゴム糊接着層を形成するゴム組成物である伝動ベルト。
  10. 請求項に記載された伝動ベルトにおいて、
    前記ゴム組成物が、前記ベルト本体に含まれる前記心線が埋設された接着ゴム層を形成するゴム組成物である伝動ベルト。
  11. 請求項1乃至のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
    前記接着層が、前記心線のゴム糊接着処理により形成されたゴム糊接着層である伝動ベルト。
  12. 請求項1に記載された伝動ベルトにおいて、
    前記ゴム組成物が、前記ベルト本体に含まれる前記心線が埋設された接着ゴム層を形成するゴム組成物である伝動ベルト。
  13. 請求項1に記載された伝動ベルトにおいて、
    前記ゴム糊接着層を形成するゴム組成物のゴム成分が、前記接着ゴム層を形成するゴム組成物のゴム成分と同一である伝動ベルト。
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