JP6616852B2 - 伝動ベルト - Google Patents
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Description
本発明の伝動ベルトは、エチレン−α−オレフィンエラストマーを含むゴム成分と、α,β−不飽和カルボン酸金属塩と、酸化マグネシウムと、有機過酸化物と、無機充填剤とを含むゴム組成物の硬化物を含んでいればよい。
ゴム成分は、耐寒性、耐熱性、耐候性に優れる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマーを含むことが好ましい。
α,β−不飽和カルボン酸金属塩とは、1又は2以上のカルボキシル基を有する不飽和カルボン酸と金属とがイオン結合した化合物であってもよい。不飽和カルボン酸としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸などの不飽和モノカルボン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸などの不飽和ジカルボン酸などが挙げられる。これらの不飽和カルボン酸は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらの不飽和カルボン酸のうち、(メタ)アクリル酸などの不飽和モノカルボン酸が好ましい。
本発明では、前記α,β−不飽和カルボン酸金属塩に対して、所定の割合で酸化マグネシウムを組み合わせることにより、ゴム組成物の硬化物の耐寒性、耐熱性、接着性、耐屈曲疲労性、耐摩耗性を維持しつつ、硬度及びモジュラスを向上できる。
有機過酸化物としては、通常、ゴム、樹脂の架橋に使用されている有機過酸化物、例えば、ジアシルパーオキサイド、パーオキシエステル、ジアルキルパーオキサイド(例えば、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、1,1−ジ−ブチルパーオキシ−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)−ヘキサン、1,3−ビス(t−ブチルパーオキシ−イソプロピル)ベンゼン、ジ−t−ブチルパーオキサイドなど)などが挙げられる。これらの有機過酸化物は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。さらに、有機過酸化物は、熱分解による1分間の半減期を得る分解温度が150〜250℃(例えば、175〜225℃)程度の過酸化物が好ましい。
本発明では、前記α,β−不飽和カルボン酸金属塩及び酸化マグネシウムの組み合わせに対して無機充填剤を配合することにより、ゴム組成物の硬化物の耐寒性、耐熱性、接着性、耐屈曲疲労性を維持しつつ、耐摩耗性、硬度及びモジュラスを向上できる。
前記ゴム組成物は、さらに酸化亜鉛を含んでいてもよい。金属酸化物として、前記酸化マグネシウムに加えて、酸化亜鉛を組み合わせることにより、ゴム組成物の硬化物において、硬度及びモジュラスを向上でき、諸特性のバランスを向上できる。
前記ゴム組成物は、さらに短繊維を含んでいてもよい。短繊維としては、例えば、ポリオレフィン系繊維(ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維など)、ポリアミド繊維(ポリアミド6繊維、ポリアミド66繊維、ポリアミド46繊維、アラミド繊維など)、ポリアルキレンアリレート系繊維[ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)繊維などのポリC2−4アルキレンC6−14アリレート系繊維など]、ビニロン繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)繊維などの合成繊維;綿、麻、羊毛などの天然繊維;炭素繊維などの無機繊維が汎用される。これらの短繊維は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの短繊維のうち、合成繊維や天然繊維、特に合成繊維(ポリアミド繊維、ポリアルキレンアリレート系繊維など)、中でも剛直で高い強度、モジュラスを有し、圧縮ゴム層表面で突出し易い点から、少なくともアラミド繊維を含む短繊維が好ましい。アラミド短繊維は、高い耐摩耗性をも有している。アラミド繊維は、例えば、商品名「コーネックス」、「ノーメックス」、「ケブラー」、「テクノーラ」、「トワロン」などとして市販されている。
(他の添加剤)
前記ゴム組成物は、必要に応じて、慣用の添加剤、加硫助剤、加硫促進剤、加硫遅延剤、軟化剤(パラフィン系オイル、ナフテン系オイル、プロセスオイルなどのオイル類など)、加工剤又は加工助剤(ステアリン酸、ステアリン酸金属塩、ワックス、パラフィン、脂肪酸アマイドなど)、老化防止剤(酸化防止剤、熱老化防止剤、屈曲き裂防止剤、オゾン劣化防止剤など)、着色剤、粘着付与剤、可塑剤、カップリング剤(シランカップリング剤など)、安定剤(紫外線吸収剤、熱安定剤など)、潤滑剤、難燃剤、帯電防止剤などを含んでいてもよい。これらの添加剤は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。
前記ゴム組成物の硬化物は、ゴム硬度及びモジュラスが大きい。具体的に、ゴム組成物の硬化物のゴム硬度(JIS−A)は、例えば90〜100度、好ましくは91〜98度(例えば93〜97度)、さらに好ましくは95〜98度(特に96〜97度)程度であってもよい。本明細書及び特許請求の範囲において、ゴム硬度(JIS−A)は、温度170℃、圧力2.0MPaで20分間プレス加硫した硬化物について、JIS K6253(2012)に準拠して測定され、詳細には、後述の実施例に記載の方法で測定される。
本発明の伝動ベルトとしては、例えば、平ベルト、Vベルト、Vリブドベルト、ラップドVベルト、ローエッジVベルト、ローエッジコグドVベルト、樹脂ブロックベルトなどの摩擦伝動ベルト;歯付ベルトなどの噛み合い伝動ベルトなどが挙げられる。これらの伝動ベルトは、前記ゴム組成物を含んでいればよいが、通常、ベルト本体(特に圧縮ゴム層及び/又は伸張ゴム層)が前記ゴム組成物の硬化物で形成されている。
接着ゴム層を形成するためのゴム組成物は、圧縮ゴム層及び伸張ゴムの加硫ゴム組成物と同様に、ゴム成分、加硫剤又は架橋剤(硫黄などの硫黄系加硫剤など)、共架橋剤又は架橋助剤(N,N’−m−フェニレンジマレイミドなどのマレイミド系架橋剤など)、加硫促進剤(TMTD、DPTT、CBSなど)、無機充填剤(カーボンブラック、シリカなど)、軟化剤(パラフィン系オイルなどのオイル類)、加工剤又は加工助剤、老化防止剤、接着性改善剤[レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、アミノ樹脂(窒素含有環状化合物とホルムアルデヒドとの縮合物、例えば、ヘキサメチロールメラミン、ヘキサアルコキシメチルメラミン(ヘキサメトキシメチルメラミン、ヘキサブトキシメチルメラミンなど)などのメラミン樹脂、メチロール尿素などの尿素樹脂、メチロールベンゾグアナミン樹脂などのベンゾグアナミン樹脂など)、これらの共縮合物(レゾルシン−メラミン−ホルムアルデヒド共縮合物など)など]、着色剤、粘着付与剤、可塑剤、カップリング剤、安定剤、難燃剤、帯電防止剤などを含んでいてもよい。なお、接着性改善剤において、レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物及びアミノ樹脂は、レゾルシン及び/又はメラミンなどの窒素含有環状化合物とホルムアルデヒドとの初期縮合物(プレポリマー)であってもよい。
芯体としては、特に限定されないが、通常、ベルト幅方向に所定間隔で配列した心線(撚りコード)を使用できる。心線は、ベルトの長手方向に延びて配設され、通常、ベルトの長手方向に平行に所定のピッチで並列的に延びて配設されている。心線は、少なくともその一部が接着ゴム層と接していればよく、接着ゴム層が心線を埋設する形態、接着ゴム層と伸張ゴム層との間に心線を埋設する形態、接着ゴム層と圧縮ゴム層との間に心線を埋設する形態のいずれの形態であってもよい。これらのうち、耐久性を向上できる点から、接着ゴム層が心線を埋設する形態が好ましい。
摩擦伝動ベルトにおいて、補強布を使用する場合、圧縮ゴム層の表面に補強布を積層する形態に限定されず、例えば、伸張ゴム層の表面(接着ゴム層と反対側の面)に補強布を積層してもよく、圧縮ゴム層及び/又は伸張ゴム層に補強層を埋設する形態(例えば、特開2010−230146号公報に記載の形態など)であってもよい。補強布は、例えば、織布、広角度帆布、編布、不織布などの布材(好ましくは織布)などで形成でき、必要であれば、前記接着処理、例えば、RFL液で処理(浸漬処理など)したり、接着ゴムを前記布材にすり込むフリクションや、前記接着ゴムと前記布材とを積層した後、圧縮ゴム層及び/又は伸張ゴム層の表面に積層してもよい。
本発明の伝動ベルトの製造方法は、特に限定されず、慣用の方法を利用できる。ローエッジコグドVベルトの場合、例えば、補強布(下布)と圧縮ゴム層用シート(未加硫ゴムシート)からなる積層体を、前記補強布を下にして歯部と溝部とを交互に配した平坦なコグ付き型に設置し、温度60〜100℃(特に70〜80℃)程度でプレス加圧することによってコグ部を型付けしたコグパッド(完全には加硫しておらず、半加硫状態にあるパッド)を作製した後、このコグパッドの両端をコグ山部の頂部から垂直に切断してもよい。さらに、円筒状の金型に歯部と溝部とを交互に配した内母型(加硫ゴムで形成された型)を被せ、この歯部と溝部に係合させてコグパッドを巻き付けてコグ山部の頂部でジョイントし、この巻き付けたコグパッドの上に第1の接着ゴム層用シート(下接着ゴム:未加硫ゴムシート)を積層した後、芯体を形成する心線(撚りコード)を螺旋状にスピニングし、この上に第2の接着ゴム層用シート(上接着ゴム:前記接着ゴム層用シートと同じ)、伸張ゴム層用シート(未加硫ゴムシート)、補強布(上布)を順次巻き付けて成形体を作製してもよい。その後、ジャケット(加硫ゴムで形成されたジャケット)を被せて金型を加硫缶に設置し、温度120〜200℃(特に150〜180℃)程度で加硫してベルトスリーブを調製する加硫工程を経た後、カッターなどを用いて、V字状断面となるように切断加工して圧縮ゴム層を形成するカット工程を経てもよい。
EPDM1:JSR(株)製「EP93」、エチレン含量55重量%、ジエン含量2.7重量%
EPDM2:JSR(株)製「EP24」、エチレン含量54重量%、ジエン含量4.5重量%
パラ系アラミド短繊維:帝人(株)製、トワロンカット糸
メタ系アラミド短繊維:帝人(株)製、コーネックスカット糸
カーボンブラック:キャボット・ジャパン(株)製「N550」
シリカ:エボニック・デグサ・ジャパン(株)製「ウルトラジルVN3」、BET比表面積175m2/g
パラフィン系オイル:出光興産(株)製、「ダイアナプロセスオイルPW90」
老化防止剤A:大内新興化学工業(株)製、「ノクラックCD」
老化防止剤B:大内新興化学工業(株)製、「ノクラックMB」
老化防止剤C:精工化学(株)製「ノンフレックスOD3」
酸化亜鉛:堺化学工業(株)製「酸化亜鉛2種」
酸化マグネシウム:協和化学工業(株)製「キョーワマグ150」
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
メタクリル酸亜鉛:三新化学工業(株)製、「サンエステルSK−30」
ビスマレイミド:大内新興化学工業(株)製、「バルノックPM」
有機過酸化物:日油(株)製「P−40MB(K)]
酸化チタン:デュポン社製「R960」
レゾルシノール樹脂:INDSPEC Chemical Corporation社製「Penacolite Resin(B−18−S)」
ヘキサメトキシメチロールメラミン:Power Plast社製「PP−1890S」
加硫促進剤A:大内新興化学工業(株)製「ノクセラーTT」
加硫促進剤B:大内新興化学工業(株)製「ノクセラーCZ」
加硫促進剤C:大内新興化学工業(株)製「ノクセラーDM」
硫黄:美源化学社製
心線:繊度1,680dtexのアラミド繊維のマルチフィラメントの束2本を引き揃えて下撚りし、これを3本合わせて下撚りとは反対方向に上撚りした総繊度10,080dtexの諸撚りコード
補強布:構成2/2綾織りのナイロン帆布(厚み0.50mm)。
(1)硬度
表1に示すゴム組成物を用いて得られた未加硫のゴムシートを、温度170℃、時間20分でプレス加硫(圧力2.0MPa)を行い、加硫ゴムシート(長さ100mm、幅100mm、厚み2mm)を作製した。JIS K6253(2012)に準じ、厚み2mmの加硫ゴムシートを3枚重ね合わせて厚み6mmの試料とし、デュロメータA形硬さ試験機を用いて硬度を測定した。
表1に示すゴム組成物を温度170℃、時間20分でプレス加硫し、加硫ゴム成形体(60mm×25mm×6.5mm厚み)を作製した。短繊維は加硫ゴム成形体の長手方向と平行に配向させた。図3に示すように、この加硫ゴム成形体21を、20mmの間隔を空けて回転可能な一対のロール(直径6mm)22a,22b上に置いて支持し、加硫ゴム成形体の上面中央部において幅方向(短繊維の配向方向と直交する方向)に金属製の押さえ部材23を載せた。押さえ部材23の先端部は、直径10mmの半円状の形状を有しており、その先端部で加硫ゴム成形体21をスムーズに押圧可能である。また、押圧時には加硫ゴム成形体21の圧縮変形に伴って、加硫ゴム成形体21の下面とロール22a,22bとの間に摩擦力が作用するが、ロール22a,22bを回転可能とすることにより、摩擦による影響を小さくしている。押さえ部材23の先端部が加硫ゴム成形体21の上面に接触し、かつ押圧していない状態を初期位置とし、この状態から押さえ部材23を下方に100mm/分の速度で加硫ゴム成形体21の上面を押圧し、曲げ歪が8%となったときの応力を曲げ応力として測定した。短繊維の配向方向に対して直交する方向の曲げ応力を測定することで、曲げ応力が高くなるとベルト走行中のディッシングと呼ばれる座屈変形に対する抵抗力が高いと判断でき、高負荷伝動及び高耐久性の指標とすることができる。なお、測定温度は走行中のベルト温度を想定し、120℃とした。
耐久走行試験は、図4に示すように、直径110mmの駆動(Dr.)プーリ32と、直径240mmの従動(Dn.)プーリ33とを含む2軸走行試験機を用いて行った。各プーリにローエッジコグドVベルト31を掛架し、駆動プーリの回転数6000rpm、25kWの負荷を付与し、雰囲気温度80℃にてベルトを70時間走行させた。走行後のベルト側面(プーリと接触する面)を目視観察し、圧縮ゴム層と心線間の剥離の有無を、また下コグ谷部の亀裂の有無を調べ、以下の基準で評価した。
×:剥離や亀裂が発生している(耐久性が低く、実用上問題あり)。
○:耐久走行試験で剥離及び亀裂が発生せず、かつゴム硬度が96度未満
×:耐久走行試験で剥離又は亀裂が発生した。
[圧縮ゴム層及び伸張ゴム層のゴム組成物の特性]
(ゴム層の形成)
表1(圧縮ゴム層、伸張ゴム層)及び表2(接着ゴム層)のゴム組成物は、それぞれ、バンバリーミキサーなど公知の方法を用いてゴム練りを行い、この練りゴムをカレンダーロールに通して圧延ゴムシート(圧縮ゴム層用シート、伸張ゴム層用シート、接着ゴム層用シート)を作製した。圧縮ゴム層用シートについて、ゴム硬度及び曲げ応力を測定した。測定結果を表3に示す。さらに、これらのシートを用いて、以下のベルトを製造した。
モールドに装着したコグ形状のついた加硫ゴム製の内母型の表面に、予め所定厚みの圧縮ゴム層用シートと補強布を積層した積層体にコグ部を型付け成形したシート状のコグパッドを巻き付けてジョイントした後、下部接着ゴム用シート、心線、上部接着ゴム用シート、そして平坦な伸張ゴム層を順次巻き付けて成形体を作製した。続いて、成形体の表面に、コグ形状のついた加硫ゴム製の外母型とジャケットを被せてモールドを加硫缶に設置し、温度170℃、時間40分、0.9MPaで加硫してベルトスリーブを得た。尚、加硫条件は未加硫の接着ゴム層用シート、圧縮ゴム層用シート及び伸張ゴム層用シートの加硫に類似する条件を選択した。このスリーブをカッターによってV状に切断して変速ベルトに仕上げた。すなわち、図5に示す構造のダブルコグドVベルトを作製した。詳しくは、心線12を埋設した接着ゴム層11の両面に、それぞれ圧縮ゴム層13及び伸張ゴム層14が形成されたローエッジコグドVベルトにおいて、圧縮ゴム層13及び伸張ゴム層14のいずれにも、それぞれコグ部16,17が形成されているベルト(サイズ:上幅35mm、厚さ15mm、外周長1100mm)を作製した。得られたベルトの走行試験の評価結果を表3に示す。
2,6…補強布
3…伸張ゴム層
4…接着ゴム層
4a…芯体
5…圧縮ゴム層
Claims (13)
- エチレン−α−オレフィンエラストマーを含むゴム成分と、α,β−不飽和カルボン酸金属塩と、酸化マグネシウムと、有機過酸化物と、無機充填剤とを含むゴム組成物の硬化物を含む伝動ベルトであって、前記酸化マグネシウムの割合が、前記ゴム成分100質量部に対して2〜20質量部であり、かつ前記α,β−不飽和カルボン酸金属塩100質量部に対して5質量部以上であり、前記無機充填剤が、カーボンブラックを含み、かつ前記無機充填剤の割合が、ゴム成分100質量部に対して40〜100質量部である伝動ベルト。
- α,β−不飽和カルボン酸金属塩の割合が、ゴム成分100質量部に対して5〜40質量部である請求項1記載の伝動ベルト。
- 有機過酸化物の割合が、ゴム成分100質量部に対して2〜6質量部である請求項1又は2記載の伝動ベルト。
- 酸化マグネシウムの割合が、α,β−不飽和カルボン酸金属塩100質量部に対して5〜300質量部である請求項1〜3のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- ゴム成分が、80質量%以上のエチレン−α−オレフィンエラストマーを含み、かつ前記エチレン−α−オレフィンエラストマーが、80質量%以上のエチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体を含む請求項1〜4のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- α,β−不飽和カルボン酸金属塩が、メタクリル酸亜鉛及びアクリル酸亜鉛から選択される少なくとも一方である請求項1〜5のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- 無機充填剤が、さらにシリカを含み、かつカーボンブラックと前記シリカとの質量比が、前者/後者=60/40〜99/1である請求項1〜6のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- ゴム組成物が、さらに酸化亜鉛を含む請求項1〜7のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- ゴム組成物の硬化物において、ゴム硬度(JIS−A)が91〜98度である請求項1〜8のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- ゴム組成物が、さらに短繊維を含み、前記短繊維の割合が、ゴム成分100質量部に対して20〜40質量部である請求項1〜9のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- 短繊維が、アラミド短繊維である請求項10記載の伝動ベルト。
- ゴム組成物が短繊維を含み、ゴム組成物の硬化物において、短繊維の配向方向に直交する方向の曲げ応力が8〜15MPaである請求項1〜11のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
- CVT駆動用として使用されるローエッジコグドVベルトである請求項1〜12のいずれか一項に記載の伝動ベルト。
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