JP6640921B2 - Vリブドベルト及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、心線としてアラミド繊維と低モジュラス繊維とを混撚りした撚りコードを含むVリブドベルト及びその製造方法に関する。
昨今、自動車の燃費規制の強化が進む中、エンジンの燃費改善策のひとつとしてアイドリングストップ機構を搭載した車両が増加している。そして、アイドリングストップ状態からのエンジン再起動において、オルタネータから補機駆動ベルトを介してクランクシャフトを駆動するベルト式ISG(Integrated Starter Generator)駆動が普及している。ベルト式ISG駆動においては、ISG非搭載の通常のエンジンに比べて、ベルトに高い動的張力が発生する。例えば、ISG非搭載の場合にベルトに発生する動的張力が250N/リブ程度であるとした場合、ベルト式ISG駆動を搭載した場合には350N/リブ程度の動的張力がベルトに発生するといった具合である。そのため、ベルト式ISG駆動を搭載したエンジンに用いられる補機駆動用Vリブドベルトには、高い動的張力が発生した場合においてもベルトの伸びを小さく保つために引張弾性率が高いことが求められている。そのため、アラミド繊維など、伸びが小さく弾性率の高い繊維を含む心線が好適に用いられる。また、動的張力が高いために、耐発音性や耐久性についても非常に高いレベルが要求され、リブ表面(摩擦伝動面)を布帛で被覆する構成が好適に用いられる。
リブ表面を布帛で被覆したVリブドベルトは、通常モールド型付工法により製造される。しかし、モールド型付工法では、心線を含むベルトの構成材料の積層体を外周方向に拡張する必要があるため、伸びの小さい心線の適用が困難となっている。心線の伸びが小さいと、積層体が十分に拡張できずにリブ形状が不良となったり、心線のピッチ(心線のベルト幅方向の並び)が乱れたり、心線が損傷したりして、伝動ベルトの引張強力や耐久性が低下するといった不具合が発生する。その対策として、特開2008−100365号公報(特許文献1)には、アラミド繊維と中間伸度が比較的大きい繊維とを混撚した撚糸コードを用いて伝動ベルトを製造する方法が開示されている。この文献では、剛直なアラミド繊維に対して、ポリエステル繊維やポリアミド繊維などの中間伸度が比較的大きい繊維を混撚することにより、モールド型付工法における押圧成形においても心線のピッチの不良や心線損傷の発生を抑制すると共に、エンジンの負荷変動が大きい駆動装置においても使用可能な高モジュラスな伝動ベルトを製造できると記載されている。
しかし、この伝動ベルトでも、ベルト製造時における撚糸コードの伸びやベルトの耐久性は十分ではない場合があり、改善が求められていた。
特開2008−100365号公報(請求項1、段落[0017][0027])
本発明の目的は、モールド型付工法での製造時に心線のピッチの乱れや損傷を抑制でき、かつ動的張力の高い用途に使用しても耐発音性や耐久性にも優れるVリブドベルト及びその製造方法を提供することにある。
本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、Vリブドベルトの心線を形成するための撚りコードとして、4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上であり、かつ引張弾性率が50〜100GPaである高伸度アラミド繊維と、この高伸度アラミド繊維よりも引張弾性率が低い低モジュラス繊維とを混撚りすることにより、Vリブドベルトがモールド型付工法での製造時に心線のピッチの乱れや損傷を抑制でき、かつ動的張力の高い用途に使用しても耐発音性や耐久性も維持できることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明のVリブドベルトは、4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上であり、かつ引張弾性率が50〜100GPaである高伸度アラミド繊維と、この高伸度アラミド繊維よりも引張弾性率が低い低モジュラス繊維とを混撚りした撚りコードを含む。前記低モジュラス繊維の引張弾性率は20GPa以下であってもよい。前記高伸度アラミド繊維の割合は、撚りコード中60〜95質量%であってもよい。前記撚りコードは、複数の下撚り糸を上撚りした撚りコード又は複数の無撚糸を撚った撚りコードであり、この撚りコードの下撚り係数が0〜6であり、かつ上撚り係数が2〜6であってもよい。前記撚りコードはラング撚りであってもよい。ラング撚りの撚りコードにおいて、高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比は4〜8(特に5〜7)であってもよく、高伸度アラミド繊維の下撚り係数が1以下であってもよい。前記撚りコードは、諸撚りであり、かつ高伸度アラミド繊維の下撚り係数が2以上であってもよい。本発明のVリブドベルトは、摩擦伝動面の少なくとも一部が布帛で被覆されていてもよい。本発明のVリブドベルトは、ベルト式ISG駆動を搭載したエンジンに装着されるVリブドベルトであってもよい。
本発明には、前記撚りコードを接着処理して心線を調製する心線調製工程を含む前記Vリブドベルトの製造方法であって、前記心線調製工程において、接着処理の熱処理時にヒートセット延伸率3%以下で熱延伸固定する製造方法も含まれる。
本発明では、Vリブドベルトの心線を形成するための撚りコードとして、4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上であり、かつ引張弾性率が50〜100GPaである高伸度アラミド繊維と、この高伸度アラミド繊維よりも引張弾性率が低い低モジュラス繊維とが混撚りされているため、モールド型付工法での製造時に心線のピッチの乱れや損傷を抑制でき、かつ動的張力の高い用途に使用しても耐発音性や耐久性も維持できる。
図1は、本発明のVリブドベルトの一例を示す概略断面図である。 図2は、実施例及び比較例で得られた心線の屈曲疲労試験を評価するための試験機を示す概略図である。 図3は、実施例及び比較例で得られたVリブドベルトの耐久走行試験を評価するための試験機を示す概略図である。 図4は、実施例1〜6及び11〜12におけるアラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比と、Vリブドベルトの走行寿命との関係を示すグラフである。
[撚りコード]
本発明のVリブドベルトは、4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上であり、かつ引張弾性率が50〜100GPaである高伸度アラミド繊維と、この高伸度アラミド繊維よりも引張弾性率が低い低モジュラス繊維とを混撚りした撚りコードを含む。本発明では、引張弾性率が大きい高伸度アラミド繊維を含むため、高負荷伝動においても優れた耐久性を示す。また、低モジュラス繊維を含むとともに、前記高伸度アラミド繊維の中間伸度が比較的大きいため、ベルト製造時に心線を含むベルトの構成材料の積層体を外周方向に十分拡張することができ、心線のピッチの乱れや損傷が抑えられ、ベルトの耐久性に優れる。低モジュラス繊維の引張弾性率は、伸びを確保する点から、ある程度小さい必要があり、例えば20GPa以下である。
(高伸度アラミド繊維)
撚りコードに含まれる一方の原糸である高伸度アラミド繊維は、4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上(例えば0.8〜3%)であればよく、好ましくは0.9%以上(例えば0.9〜2%)、さらに好ましくは1%以上(例えば1〜1.5%)であってもよい。高伸度アラミド繊維の前記中間伸度が0.8%未満であると、ベルト製造時の周方向への拡張により心線がダメージを受けて、耐久性が低下する虞がある。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、中間伸度は、4cN/dtex荷重時における中間伸度を意味し、JIS L1017(2002)に準拠した方法で測定できる。
高伸度アラミド繊維の引張弾性率は、使用時のベルト伸びを抑えるためには高い方が好ましいが、あまり高すぎると前記中間伸度が小さくなる傾向にあるため、適切な範囲に調整される必要があり、その範囲は50〜100GPaであればよいが、好ましくは50〜90GPa(例えば60〜90GPa)、さらに好ましくは60〜80GPa(特に60〜70GPa)程度である。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、引張弾性率は、JIS L1013(2010)に記載の方法で荷重―伸び曲線を測定し、荷重1000MPa以下の領域の平均傾斜を求める方法で測定できる。
低モジュラス繊維と混撚りされる高伸度アラミド繊維自身は、撚糸(下撚り糸)であってもよく、無撚糸(繊維束)であってもよい。高伸度アラミド繊維自身の下撚り係数は、0〜6程度の範囲から選択でき、例えば0.1〜5、好ましくは0.3〜4程度である。下撚り係数を大きくし過ぎると、引張強力が低下したり、ベルト伸びが大きくなって伝動不良が発生したり、スリップによる発熱が大きくなり、耐久性が低下する虞がある。
特に、撚りコードがラング撚りである場合、高伸度アラミド繊維の下撚り係数は3以下(特に1以下)であってもよく、例えば0.1〜3、好ましくは0.2〜1、さらに好ましくは0.3〜0.8(特に0.3〜0.7)程度であってもよい。ラング撚りにより耐屈曲疲労性がある程度担保されているため、下撚り係数は小さい方が伸びを抑える点では好ましい。
一方、撚りコードが諸撚りである場合、高伸度アラミド繊維の下撚り係数は1.5以上(特に2以上)であってもよく、例えば1.5〜6、好ましくは2〜5.5、さらに好ましくは3〜5(特に3.5〜4.5)程度であってもよい。構成自体が耐屈曲疲労性に優れるラング撚りと異なり、諸撚り構成とする場合には高伸度アラミド繊維の下撚り係数を大きくするのが好ましい。高伸度アラミド繊維の下撚り係数を大きくすると、諸撚り構成とした場合でも耐屈曲疲労性を確保し、耐久性を向上できる。
なお、本明細書及び特許請求の範囲において、下撚り係数及び上撚り係数の各撚り係数は、以下の式に基づいて、算出できる。
撚り係数=[撚り数(回/m)×√トータル繊度(tex)]/960。
原糸である高伸度アラミド繊維は、通常、パラ系アラミド繊維を含むパラ系アラミドマルチフィラメント糸である。さらに、パラ系アラミドマルチフィラメント糸は、パラ系アラミド繊維のモノフィラメント糸を含んでいればよく、必要であれば、他の繊維(ポリエステル繊維など)のモノフィラメント糸を含んでいてもよい。パラ系アラミド繊維の割合は、モノフィラメント糸全体(マルチフィラメント糸)に対して50質量%以上(特に80〜100質量%)であってもよく、通常、全モノフィラメント糸がパラ系アラミド繊維で構成されている。
マルチフィラメント糸は、複数のモノフィラメント糸を含んでいればよく、例えば100〜5000本、好ましくは300〜2000本、さらに好ましくは600〜1000本程度のモノフィラメント糸を含んでいてもよい。モノフィラメント糸の平均繊度は、例えば0.8〜10dtex、好ましくは0.8〜5dtex、さらに好ましくは1.1〜1.7dtex程度であってもよい。
原糸である高伸度アラミド繊維は、単独繰り返し単位のパラ系アラミド繊維(例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミド繊維である帝人(株)製「トワロン」や東レ・デュポン(株)製「ケブラー」など)であってもよく、複数の繰り返し単位を含む共重合パラ系アラミド繊維(例えば、ポリパラフェニレンテレフタルアミドと3,4’−オキシジフェニレンテレフタルアミドとの共重合アラミド繊維である帝人(株)製「テクノーラ」など)であってもよい。
低モジュラス繊維と混撚りされる高伸度アラミド繊維(マルチフィラメント糸自身)の本数は、特に限定されず、1本以上であればよく、例えば1〜10本、好ましくは2〜5本、さらに好ましくは3〜4本(特に3本)程度である。
高伸度アラミド繊維の割合は、撚りコード中50〜99質量%であってもよく、例えば60〜95質量%、好ましくは60〜90質量%、さらに好ましくは70〜90質量%(特に75〜85質量%)程度であってもよい。高伸度アラミド繊維の構成比率が低すぎると、ベルトの伸びが大きくなって伝動不良が発生したり、スリップによる発熱が大きくなり耐久性が低下する虞がある。逆に構成比率が高すぎると、ベルト製造時に心線を含むベルトの構成材料の積層体を外周方向に十分拡張することができずに心線のピッチが乱れたり、心線が損傷してベルトの耐久性が低下する虞がある。
低モジュラス繊維と混撚りされる高伸度アラミド繊維(複数本の場合、各高伸度アラミド繊維)の繊度は500〜3000dtex程度の範囲から選択でき、例えば600〜2000dtex、好ましくは700〜1700dtex、さらに好ましくは800〜1500dtex(特に1000〜1200dtex)程度であってもよい。繊度が小さすぎると、伸びが大きくなったり寿命が低下する虞があり、逆に大きすぎると、耐屈曲疲労性が低下することにより寿命が低下する虞がある。
(低モジュラス繊維)
撚りコードに含まれる他方の原糸である低モジュラス繊維は、前記高伸度アラミド繊維よりも低い引張弾性率を有していればよいが、ベルト製造時の伸びを確保できる点から小さい方が好ましい。具体的には、低モジュラス繊維の引張弾性率は、例えば20GPa以下、好ましくは15GPa以下(例えば10GPa以下)、さらに好ましくは8GPa以下(特に5GPa以下)であってもよく、例えば0.1〜10GPa(特に1〜5GPa)程度である。また、低モジュラス繊維の引張弾性率の下限値は特に限定されないが、例えば0.1GPa以上が好ましい。
高伸度アラミド繊維と混撚りされる低モジュラス繊維自身も、撚糸(下撚り糸)であってもよく、無撚糸であってもよい。低モジュラス繊維自身の下撚り係数は、0〜6程度の範囲から選択でき、例えば0.1〜5、好ましくは0.2〜3、さらに好ましくは0.3〜2(特に0.4〜1)程度である。下撚り係数を大きくし過ぎると、引張強力が低下したり、ベルト伸びが大きくなって伝動不良が発生したり、スリップによる発熱が大きくなり、耐久性が低下する虞がある。
原糸である低モジュラス繊維も、通常、マルチフィラメント糸である。マルチフィラメント糸は、同種のモノフィラメント糸で形成されていてもよく、異種のモノフィラメント糸で形成されていてもよい。
原糸である低モジュラス繊維は、例えば、天然繊維(綿、麻など)、再生繊維(レーヨン、アセテートなど)、合成繊維(ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン繊維、ポリスチレンなどのスチレン系繊維、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系繊維、アクリル系繊維、ポリ塩化ビニル繊維、ポリ塩化ビニリデン繊維、ポリビニルアルコールなどのビニルアルコール系繊維、ポリアミド繊維、低伸度アラミド繊維、ポリエステル繊維、全芳香族ポリエステル繊維、ポリウレタン繊維など)、無機繊維(炭素繊維、ガラス繊維など)などであってもよい。これらの繊維は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、ポリアミド繊維が好ましく、ナイロン6、ナイロン66などの脂肪族ポリアミド繊維が特に好ましい。
高伸度アラミド繊維と混撚りされる低モジュラス繊維(マルチフィラメント糸自身)の本数は、特に限定されず、1本以上であればよく、例えば1〜5本、好ましくは1〜3本、さらに好ましくは1〜2本(特に1本)程度である。
高伸度アラミド繊維と低モジュラス繊維との質量比は、(高伸度アラミド繊維/低モジュラス繊維)=50/50〜99/1程度であってもよく、例えば60/40〜95/5、好ましくは60/40〜90/10、さらに好ましくは70/30〜90/10(特に75/25〜85/15)程度である。
高伸度アラミド繊維と混撚りされる低モジュラス繊維(複数本の場合、各低モジュラス繊維)の繊度は500〜3000dtex程度の範囲から選択でき、例えば600〜2000dtex、好ましくは700〜1500dtex、さらに好ましくは800〜1200dtex(特に850〜1000dtex)程度であってもよい。繊度が小さすぎると、伸びが大きくなったり、寿命が低下する虞があり、逆に大きすぎると、耐屈曲疲労性が低下することにより寿命が低下する虞がある。
(撚りコードの特性)
撚りコードは、複数の下撚り糸(1本以上の高伸度アラミド繊維の下撚り糸及び1本以上の低モジュラス繊維の下撚り糸)を上撚りした撚りコードであってもよく、複数の無撚糸(1本以上の高伸度アラミド繊維の無撚糸及び1本以上の低モジュラス繊維の無撚糸)を撚った撚りコード(片撚り)であってもよい。これらのうち、撚りコードの伸びを大きくできる点から、撚りコードは複数の下撚り糸を上撚りした撚りコードであるのが好ましい。下撚り糸を上撚りした撚りコードの場合、下撚りと上撚りの方向が同一のラング撚りであってもよく、反対の諸撚りであってもよい。また複数の片撚り糸を上撚りしてもよく、片撚り糸と下撚り糸、又は片撚り糸と無撚糸を上撚りしてもよい。これらのうち、耐屈曲疲労性に優れ、ベルト寿命が向上する点から、ラング撚りが好ましい。撚りコードをラング撚りで構成すると、耐屈曲疲労性に優れるため、撚り係数を小さくしても心線やベルトの耐屈曲疲労性が低下し難い。そのため、ラング撚りにおいて撚り係数を小さくすることよって引張強力の低下や伸びの増加を抑えることができる。
下撚り糸(及び無撚糸)の下撚り係数は0〜7(例えば0〜6)の範囲から選択でき、例えば0.1〜5、好ましくは0.3〜4程度である。撚りコードがラング撚りである場合、前記下撚り係数(特に、高伸度アラミド心線の下撚り係数)は、例えば0.1〜3、好ましくは0.2〜2、さらに好ましくは0.3〜1(特に0.4〜0.8)程度である。下撚り係数を大きくし過ぎると、引張強力が低下したり、ベルト伸びが大きくなって伝動不良が発生したり、スリップによる発熱が大きくなり、耐久性が低下する虞がある。
撚りコード(上撚り糸)の上撚り係数は2〜6の範囲から選択でき、例えば2.5〜5.5、好ましくは3〜5、さらに好ましくは3〜4(特に3〜3.5)程度である。上撚り係数を大きくし過ぎると、引張強力が低下したり、ベルト伸びが大きくなって伝動不良が発生したり、スリップによる発熱が大きくなり耐久性が低下する虞がある。一方、上撚り係数が小さすぎると、耐屈曲疲労性が低下してベルト耐久性が低下する虞がある。
下撚り糸を上撚りした撚りコードにおいて、高伸度アラミド心線の下撚り係数に対する上撚り係数の比は重要である。撚りコードがラング撚りである場合、上撚り係数は高伸度アラミド繊維の下撚り係数よりも大きい方が好ましく、高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比(上撚り係数/下撚り係数)は3〜10の範囲から選択でき、例えば4〜8、好ましくは4.5〜8(例えば5〜7.5)、さらに好ましくは5〜7(特に6.5〜7)程度である。高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対して、上撚り係数を大きくすることで耐屈曲疲労性が向上し、耐久性を向上できる。耐久性が向上するメカニズムの詳細は不明であるが、下撚りと上撚りの両方を大きくすると、伸びが大きくなるというデメリットが大きくなるが、下撚りは小さくして上撚りを大きくすることで弾性率と耐屈曲疲労性のバランスがよくなるためであると推定できる。
一方、撚りコードが諸撚りである場合、上撚り係数は高伸度アラミド繊維の下撚り係数と同程度であるのが好ましく、高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比(上撚り係数/下撚り係数)は0.5〜2の範囲から選択でき、例えば0.6〜1.5、好ましくは0.7〜1.2、さらに好ましくは0.75〜1(特に0.8〜0.9)程度である。高伸度アラミド繊維の下撚り係数を上撚り係数と同程度となるように、大きくすることにより、諸撚りであっても、耐屈曲疲労性を向上できる。
撚りコード(上撚り糸)の総繊度は、例えば1000〜10000dtex程度の範囲から選択でき、例えば2000〜8000dtex、好ましくは2500〜7000dtex、さらに好ましくは3000〜6000dtex(特に3500〜5000dtex)程度である。総繊度が小さすぎると、伸びが大きくなったり、寿命が低下する虞がある。総繊度が大きすぎると、耐屈曲疲労性が低下することにより寿命が低下する虞がある。
[心線調製工程]
本発明のVリブドベルトは、前記撚りコードを含んでいればよく、通常、前記撚りコードを接着処理する心線調製工程を経て得られる心線を含んでいる。
心線調製工程では、心線を形成する撚りコードとゴムとの接着力を高めるために、汎用の接着処理を行ってもよい。このような接着処理としては、エポキシ化合物又はポリイソシアネート化合物を含む処理液に浸漬する方法、レゾルシンとホルムアルデヒドとラテックスとを含むRFL処理液に浸漬する方法、ゴム糊に浸漬する方法などが挙げられる。これらの処理は単独で適用してもよく、2種以上を組み合わせて適用してもよい。また、浸漬する以外に噴霧や塗布する方法であってもよいが、接着成分を心線の内部まで浸透させやすい点や接着層の厚みを均一にしやすい点から浸漬が好ましい。
特に、心線調製工程では、各種の接着成分を付着させた後、乾燥や硬化のために熱処理を行ってもよい。特に、RFL処理液で処理した後には熱延伸固定するために熱処理を行うのが好ましい。この熱処理時のヒートセット延伸率は0〜3%程度であってもよく、好ましくは0.1〜2.5%、さらに好ましくは0.5〜2%程度であってもよい。本発明では、ヒートセット延伸率を小さくすることで加硫時の伸び代を確保できるため、リブ形状を安定して形成することができ、心線のピッチの乱れや損傷も抑えることができる。
本明細書及び特許請求の範囲において、ヒートセット延伸率は、熱処理炉の入り口と出口の心線の速度を測定することにより、以下の式から求めることができる。
ヒートセット延伸率(%)={(熱処理炉の出口での心線の速度−熱処理炉の入り口での心線の速度)/熱処理炉の入り口での心線の速度}×100。
[Vリブドベルト]
本発明のVリブドベルトの形態は、ベルト長手方向に沿って互いに平行して延びる複数のVリブ部を有していれば、特に制限されず、例えば、図1に示す形態が例示される。図1は本発明のVリブドベルトの一例を示す概略断面図である。図1に示されるVリブドベルトは、ベルト下面(内周面)からベルト上面(背面)に向かって順に、圧縮ゴム層2、ベルト長手方向に心線1を埋設した接着ゴム層4、カバー帆布(織物、編物、不織布など)又はゴム組成物で構成された伸張層5を積層した形態を有している。圧縮ゴム層2には、ベルト長手方向に伸びる複数の断面V字状の溝が形成され、この溝の間には断面V字形(逆台形)の複数のVリブ部3(図1に示す例では4個)が形成されており、この各Vリブ部3の二つの傾斜面(表面)が摩擦伝動面を形成し、プーリと接して動力を伝達(摩擦伝動)する。
本発明のVリブドベルトはこの形態に限定されず、少なくとも一部がプーリのVリブ溝部(V溝部)と接触可能な伝動面を有する圧縮ゴム層を備えていればよく、典型的には、伸張層と圧縮ゴム層と、その間にベルト長手方向に沿って埋設される心線とを備えていればよい。本発明のVリブドベルトにおいて、例えば、接着ゴム層4を設けることなく伸張層5と圧縮ゴム層2との間に心線1を埋設してもよい。さらに、接着ゴム層4を圧縮ゴム層2又は伸張層5のいずれか一方に設け、心線1を接着ゴム層4(圧縮ゴム層2側)と伸張層5との間、もしくは接着ゴム層4(伸張層5側)と圧縮ゴム層2との間に埋設する形態であってもよい。
なお、少なくとも前記圧縮ゴム層2が以下に詳細に説明するゴム組成物で形成されていればよく、前記接着ゴム層4は接着ゴム層として利用される慣用のゴム組成物で形成されていればよく、前記伸張層5は伸張層として利用される慣用のカバー帆布又はゴム組成物で形成されていればよく、前記圧縮ゴム層2と同一のゴム組成物で形成されていなくてもよい。
特に、本発明のVリブドベルトは、高い動的張力が発生する用途においても耐発音性や耐久性に優れるため、動的張力の高い用途で汎用されるVリブドベルトであることが好ましい。このようなVリブドベルトとしては、摩擦伝動面の少なくとも一部が布帛で被覆されているVリブドベルトが挙げられる。布帛は、摩擦伝動面の少なくとも一部を被覆していればよいが、通常、摩擦伝動面全体を被覆している。
(心線)
接着ゴム層4内には、複数の心線1が、ベルト長手方向にそれぞれ延在し、かつベルト幅方向に所定のピッチで互いに離隔して配置されている。
心線の平均ピッチ(隣接する心線の中心間の平均距離)は、心線径や目的のベルト引張強度に合わせて適宜選択でき、例えば0.6〜2mm、好ましくは0.8〜1.5mm、さらに好ましくは0.9〜1.05mm程度である。心線の平均ピッチが小さすぎると、ベルト製造工程において心線同士の乗り上げが発生する虞があり、逆に大きすぎると、ベルトの引張強度及び引張弾性率が低下する虞がある。心線の平均ピッチは、Vリブドベルトの幅方向の断面において隣接する心線の中心間の距離を10ヶ所測定し、それらを平均した値である。なお、心線の中心間の距離は走査型電子顕微鏡(SEM)や投影機などの公知の装置を用いて測定できる。
心線は、S撚り、Z撚りのいずれであってもよいが、ベルトの直進性を高めるためにS撚りとZ撚りとを交互に配設するのが好ましい。心線は、前述の接着処理に加えて、接着ゴム層を構成するゴム成分を含むゴム組成物で被覆されていてもよい。
(ゴム組成物)
圧縮ゴム層2、接着ゴム層4及び伸張層5は、ゴム成分を含むゴム組成物で形成されていてもよい。ゴム成分としては、加硫又は架橋可能なゴムを用いてよく、例えば、ジエン系ゴム(天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、スチレンブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(ニトリルゴム)、水素化ニトリルゴム等)、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、アクリル系ゴム、シリコーンゴム、ウレタンゴム、フッ素ゴムなどが挙げられる。これらのゴム成分は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。好ましいゴム成分は、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等)、及び、クロロプレンゴムである。さらに、耐オゾン性、耐熱性、耐寒性、耐候性を有し、ベルト重量を低減できる点から、エチレン−α−オレフィンエラストマー(エチレン−プロピレン共重合体(EPM)、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体(EPDM)等)が特に好ましい。ゴム成分がエチレン−α−オレフィンエラストマーを含む場合、ゴム成分中のエチレン−α−オレフィンエラストマーの割合は50質量%以上(特に80〜100質量%程度)であってもよく、100質量%(エチレン−α−オレフィンエラストマーのみ)が特に好ましい。
ゴム組成物は、短繊維をさらに含んでいてもよい。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等)、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、アラミド繊維等)、ポリアルキレンアリレート系繊維(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)繊維、ポリブチレンテレフタレート(PBT)繊維、ポリエチレンナフタレート(PEN)繊維等のC2−4アルキレンC8−14アリレート系繊維)、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)繊維等の合成繊維;綿、麻、羊毛等の天然繊維;炭素繊維等の無機繊維等が挙げられる。これらの短繊維は、単独で又は二種以上組み合わせて使用できる。ゴム組成物中での分散性や接着性を向上させるため、短繊維には、心線と同様に、慣用の接着処理(又は表面処理)を施してもよい。
ゴム組成物は、慣用の添加剤をさらに含んでいてもよい。慣用の添加剤としては、例えば、加硫剤又は架橋剤(又は架橋剤系)(硫黄系加硫剤等)、共架橋剤(ビスマレイミド類等)、加硫助剤又は加硫促進剤(チウラム系促進剤等)、加硫遅延剤、金属酸化物(酸化亜鉛、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化バリウム、酸化鉄、酸化銅、酸化チタン、酸化アルミニウム等)、補強剤(例えば、カーボンブラックや、含水シリカ等の酸化ケイ素)、充填剤(クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカ等)、軟化剤(例えば、パラフィンオイルや、ナフテン系オイル等のオイル類等)、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、脂肪酸アマイド等)、老化防止剤(酸化防止剤、熱老化防止剤、屈曲き裂防止剤、オゾン劣化防止剤等)、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等)、安定剤(紫外線吸収剤、熱安定剤等)、難燃剤、帯電防止剤等が挙げられる。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。なお、金属酸化物は架橋剤として作用してもよい。また、特に接着ゴム層4を構成するゴム組成物は、接着性改善剤(レゾルシン−ホルムアルデヒド共縮合物、アミノ樹脂等)を含んでいてもよい。
圧縮ゴム層2、接着ゴム層4及び伸張層5を構成するゴム組成物は、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。同様に、圧縮ゴム層2、接着ゴム層4及び伸張層5に含まれる短繊維も、互いに同一であってもよく、互いに異なってもよい。
(カバー帆布)
伸張層5は、カバー帆布で形成されていてもよい。カバー帆布は、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、接着処理、例えば、RFL処理液で処理(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(コーティング)した後、前記の形態で圧縮ゴム層及び/又は接着ゴム層に積層してもよい。
(摩擦伝動面を被覆する布帛)
摩擦伝動面の少なくとも一部を被覆する布帛としては、前記カバー帆布で例示された布材を利用でき、カバー帆布と同様に接着処理してもよい。前記布材のうち、摩擦伝動面を被覆する布帛としては、耐久性や伸張性に優れる点から、編布が好ましい。編布の材質は、特に限定されず、低モジュラス繊維やベルトに配合される短繊維として例示された繊維などが挙げられる。編布は、セルロース系繊維(例えば、綿糸)と、ポリエステル系繊維(PTT/PETコンジュゲート繊維など)との編布であってもよい。
[Vリブドベルトの製造方法]
本発明のVリブドベルトの製造方法としては、前述の心線調製工程を含んでいればよく、慣用のVリブドベルトの製造方法を利用できる。
第1の製造方法として、可塑性ジャケットを装着した内型に未加硫伸張ゴムシート、心線、及び未加硫圧縮ゴムシートを内周側からこの順で配置した未加硫スリーブを形成する工程、可塑性ジャケットを膨張させてリブ形状の刻印を有する外型に未加硫スリーブを内周側から押圧して加硫する工程を経て、表面にリブ形状を有する加硫スリーブを得る方法が例示できる。
第2の製造方法として、可塑性ジャケットを装着した内型に未加硫圧縮ゴムシートを配置した第1未加硫スリーブを形成する工程、可塑性ジャケットを膨張させてリブ形状の刻印を有する外型に第1未加硫スリーブを内周側から押圧して、表面にリブ形状を刻設した予備成型体を形成する工程、可塑性ジャケットの膨張を解いて予備成型体を密着させた外型から可塑性ジャケットを装着した内型を離間させた後、可塑性ジャケットを装着した内型に未加硫伸張ゴムシート及び心線を順次配置して第2未加硫スリーブを形成する工程、さらに可塑性ジャケットを再び膨張させて、予備成型体を密着させた外型に第2未加硫スリーブを内周側から押圧して予備成型体と一体的に加硫する工程を経て、表面にリブ形状を有する加硫スリーブを得る方法が例示できる。
なお、摩擦伝動面を布帛で被覆する場合、外型と当接する未加硫スリーブの最外層(外周側)には、布帛を設けてもよい。また、心線と伸張ゴムシートの間又は/及び心線と圧縮ゴムシートの間に接着ゴムシートを設けてもよい。
これらの方法のうち、第1の製造方法は、工程が簡素であり生産性に優れ、第2の製造方法は、内型と外型の間隔を小さくすることにより心線の拡張率を小さくできるため、心線へのダメージを抑制することができ、ベルトの耐久性の低下を抑制できる。生産性と耐久性のうち、優先する項目により製造方法を選択することができるが、本発明の目的からは第2の製造方法を適用するのが好ましい。
以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。なお、実施例で使用した原料の詳細と、測定した評価項目の評価方法を以下に示す。
[原料]
(撚りコード)
アラミド1:帝人(株)製「テクノーラ(登録商標)」、中間伸度0.9%、引張弾性率70GPa
アラミド2:帝人(株)製「トワロン(登録商標)」、中間伸度1.0%、引張弾性率60GPa(低弾性タイプ)
アラミド3:帝人(株)製「トワロン(登録商標)」、中間伸度0.6%、引張弾性率80GPa(標準タイプ)
脂肪族ポリアミド:旭化成(株)製「レオナ(登録商標)ナイロン66」、中間伸度11%、引張弾性率3.8GPa。
(接着処理液)
ポリメリックMDI:東ソー(株)製「ミリオネート(登録商標)MR−200」、NCO含量30%
NBRラテックス:日本ゼオン(株)製「Nipol(登録商標)1562」、全固形分41%、中高ニトリルタイプ
ポリオレフィン系接着剤:ロード社製「ケムロック(登録商標)233X」、固形分27%。
(ベルト)
EPDM:ダウ・ケミカル日本(株)製「NORDEL(登録商標)IP3640」、エチレン含有量55%、エチリデンノルボルネン含有量1.8%
カーボンブラックHAF:東海カーボン(株)製「シースト(登録商標)3」
パラフィン系オイル:出光興産(株)製「ダイアナ(登録商標)プロセスオイル」
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックス(登録商標)OD3」
有機過酸化物:化薬アクゾ(株)製「パーカドックス(登録商標)14RP」
ナイロン短繊維:旭化成(株)製「ナイロン66」、繊維長約0.5mm
編布:綿糸とPTT/PETコンジュゲート糸の緯編布。
[200N時伸び]
JIS L1017(2002)に準拠して測定した。詳しくは、心線単体(作製した接着処理コード)を、オートグラフの一対の掴み具にコードがたるまずに真っ直ぐになるようにセットした。この時の掴み間隔をL(約250mm)とした。次に、片方の掴み具を300mm/minの速度で移動させてコードに引張荷重を与え、引張荷重と掴み間隔を記録した。引張荷重が200Nとなった時の掴み間隔をL(mm)として、200N時伸びを下記の式より求めた。
200N時伸び(%)=((L−L)/L)×100。
[屈曲疲労試験(強力保持率)]
図2に示すように、心線単体(作製した接着処理コード)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1kg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強力(残存強力)を測定し、予め測定しておいた屈曲疲労試験前の引張強力の値から強力保持率を算出した。
強力保持率(%)=(屈曲後の引張強力/屈曲前の引張強力)×100。
[耐久走行試験(走行寿命)]
直径120mmの駆動プーリ(Dr.)、直径55mmのテンションプーリ(Ten.)、直径120mmの従動プーリ(Dn.)、直径80mmのアイドラープーリ(IDL.)を順に配した図3にレイアウトを示す試験機を用いて行った。試験機の各プーリにVリブドベルトを掛架し、駆動プーリの回転数を4900rpm、アイドラープーリへのベルトの巻き付け角度を90°、テンションプーリへのベルトの巻き付け角度を90°、従動プーリ負荷を8.8kWとし、ベルト初張力が395Nとなるように一定荷重(約560N)を付与して雰囲気温度100℃でベルトの寿命まで走行させた。
実施例1
(撚りコードの作製)
表5に示すように、1670dtexのアラミド1の繊維の束を撚り係数1で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数3でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと同一方向に撚り係数3.5で上撚りし、ラング撚りの撚りコードを作製した。
(コードの接着処理)
まず、表1に示すイソシアネート化合物を含む処理液(25℃)に、作製した撚りコードを5秒間浸漬した後、150℃で2分間乾燥させた(プレディップ処理工程)。次に、プレディップ処理を終えた撚りコードを表2に示すRFL処理液(25℃)に5秒間浸漬した後、200℃で2分間熱処理を行った(RFL処理工程)。この熱処理時には、ヒートセット延伸率0〜3%で熱延伸固定した。さらに、RFL処理を終えた撚りコードを表3に示す接着成分を含む処理液(固形分濃度7%、25℃)に5秒間浸漬した後、160℃で4分間乾燥させて(オーバーコート処理工程)、接着処理コードを得た。
Figure 0006640921
Figure 0006640921
Figure 0006640921
(ベルトの製造)
可塑性ジャケットを装着した内型に、表4に示す組成の未加硫圧縮ゴムシート及び編布を内周側からこの順で配置した第1未加硫スリーブを形成する工程、可塑性ジャケットを膨張させてリブ形状の刻印を有する外型に第1未加硫スリーブを内周側から押圧して、表面にリブ形状を刻設した予備成型体を形成する工程、可塑性ジャケットの膨張を解いて予備成型体を密着させた外型から可塑性ジャケットを装着した内型を離間させた後、可塑性ジャケットを装着した内型に、表4に示す組成の未加硫伸張ゴムシート及び接着処理コードを順次配置して第2未加硫スリーブを形成する工程、さらに可塑性ジャケットを再び膨張させて、予備成型体を密着させた外型に第2未加硫スリーブを内周側から押圧して予備成型体と一体的に加硫する工程を経て、表面にリブ形状を有する加硫スリーブを得た。この加硫スリーブをカッターで周方向に平行にカットし、Vリブドベルト(ベルトサイズ:3PK1100、リブ形状K形、リブ数3、周長1100mm)を得た。
Figure 0006640921
実施例2
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4に変更する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例3
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4.5に変更する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例4
撚りコードの作製において、1100dtexのアラミド2の繊維の束を撚り係数0.5で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数0.5でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと同一方向に撚り係数3で上撚りし、ラング撚りの撚りコードを作製する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例5
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を3.5に変更する以外は実施例4と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例6
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4に変更する以外は実施例4と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例7
撚りコードの作製において、1100dtexのアラミド2の繊維の束を撚り係数3.5で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数0.5でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと反対方向に撚り係数3で上撚りし、諸撚りの撚りコードを作製する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例8
撚りコードの作製において、アラミド繊維2の下撚り係数を4に変更する以外は実施例7と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例9
撚りコードの作製において、上撚り係数を3.5に変更する以外は実施例8と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例10
撚りコードの作製において、アラミド2の繊維の束に下撚りを加えずに上撚りに供する以外は実施例6と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例11
撚りコードの作製において、上撚りの撚り係数を4.5に変更する以外は実施例6と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例12
撚りコードの作製において、アラミド2の繊維の束及び脂肪族ポリアミドの繊維の束の下撚り係数を1.5に変更する以外は実施例4と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例13
撚りコードの作製において、アラミド2の繊維の束の下撚り係数を6.5に、上撚り係数を6.5に変更する以外は実施例9と同様にしてVリブドベルトを製造した。
比較例1
撚りコードの作製において、1100dtexのアラミド3の繊維の束を撚り係数1で下撚りした下撚り糸3本と、940dtexの脂肪族ポリアミドの繊維の束を撚り係数3でアラミド繊維と同一方向に下撚りした下撚り糸1本を集めて、下撚りと反対方向に撚り係数2.5で上撚りし、諸撚りの撚りコードを作製する以外は実施例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
比較例2
撚りコードの作製において、上撚り係数を3.5に変更する以外は比較例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
比較例3
撚りコードの作製において、上撚り係数を4に変更する以外は比較例1と同様にしてVリブドベルトを製造した。
実施例1〜13及び比較例1〜3で得られた接着処理コード及びVリブドベルトの評価結果を表5に示す。
Figure 0006640921
[結果及び考察]
表5の結果から明らかなように、アラミド繊維として中間伸度の小さいアラミド3を使用した比較例1〜3は、コード物性に関して200N時伸びが2.0未満と小さく、屈曲疲労試験における強力保持率も75%に満たず低かった。また、ベルト物性に関しても、走行寿命が200時間未満と短かった。走行寿命が短かった理由は、接着処理コードの伸びが小さいと、ベルトの製造時(加硫時)にゴムがコードの間を通り抜ける際の抵抗が大きくなり、一部のコードの位置がずれて、心線のピッチが乱れたことによると推定できる。すなわち、心線のピッチの乱れによりベルトの張力分担が不均一となり、大きな張力が掛かった心線にフィラメントの切断が発生し易くなったと推定できる。
一方、中間伸度の大きいアラミド1及び2を使用した実施例1〜13は、コード物性に関して屈曲疲労試験における強力保持率が75%以上と高く、ベルト物性に関して走行寿命が200時間以上と長かった。中でも、今回用いたアラミド繊維の中で最も中間伸度が大きいアラミド2を使用した実施例4〜13は、走行寿命が特に長かった。
また、実施例4〜13の中でも、撚り係数が適切な範囲に調整されているため、実施例4〜9の走行寿命が長かった。ラング撚りの撚りコードを使用した実施例で比較すると、実施例10では、アラミド繊維の下撚りを0にすると、耐屈曲疲労性が低下するためか、実施例4〜6と比較して強力保持率及び走行寿命が低下した。実施例11では、下撚り係数に対する上撚り係数の比を9にすると、実施例4〜6と比較して走行寿命が低下した。実施例12では、下撚り係数に対する上撚り係数の比を2にすると、実施例4〜6と比較して走行寿命が低下した。実施例13では、下撚り係数及び上撚り係数を6.5にすると、実施例7〜9と比較して強力保持率及び走行寿命が低下した。
さらに、撚り方に着目すると、諸撚りよりもラング撚りの方が走行寿命が長い傾向にあった。また、ラング撚りの撚りコードを使用した実施例のうち、実施例1〜6及び11〜12におけるアラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比と、Vリブドベルトの走行寿命との関係を図4に示す。図4から明らかなように、ラング撚りにおいては、アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比が大きい方が、走行寿命が比較的長い傾向にあり、その比は4〜8(特に5〜7)程度の範囲で良好であった。また、アラミド1を使用した実施例よりも、アラミド2を使用した実施例の方が走行寿命が比較的長いことも明確にわかる。
本発明のVリブドベルトは、自動車エンジンの補機駆動に用いられるVリブドベルトとして利用できるが、モールド型付工法での製造時に心線のピッチの乱れや損傷を抑制でき、かつ動的張力の高い用途に使用しても、耐発音性や耐久性にも優れるため、高い動的張力が発生するISG搭載エンジンを駆動するためのVリブドベルトとして特に好適に利用できる。
1…心線
2…圧縮ゴム層
3…Vリブ部
4…接着ゴム層
5…伸張層

Claims (12)

  1. 4cN/dtex荷重時における中間伸度が0.8%以上であり、かつ引張弾性率が50〜100GPaである高伸度アラミド繊維と、この高伸度アラミド繊維よりも引張弾性率が低い低モジュラス繊維とを混撚りした撚りコードを含むVリブドベルト。
  2. 低モジュラス繊維の引張弾性率が20GPa以下である請求項1記載のVリブドベルト。
  3. 高伸度アラミド繊維の割合が、撚りコード中60〜95質量%である請求項1又は2記載のVリブドベルト。
  4. 撚りコードが、複数の下撚り糸を上撚りした撚りコード又は複数の無撚糸を撚った撚りコードであり、この撚りコードの下撚り係数が0〜6であり、かつ上撚り係数が2〜6である請求項1〜3のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
  5. 撚りコードがラング撚りである請求項1〜4のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
  6. 高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比が4〜8である請求項5記載のVリブドベルト。
  7. 高伸度アラミド繊維の下撚り係数に対する上撚り係数の比が5〜7である請求項5又は6記載のVリブドベルト。
  8. 高伸度アラミド繊維の下撚り係数が1以下である請求項5〜7のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
  9. 撚りコードが諸撚りであり、かつ高伸度アラミド繊維の下撚り係数が2以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
  10. 摩擦伝動面の少なくとも一部が布帛で被覆されている請求項1〜9のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
  11. ベルト式ISG駆動を搭載したエンジンに装着される請求項1〜10のいずれか一項に記載のVリブドベルト。
  12. 前記撚りコードを接着処理して心線を調製する心線調製工程を含む請求項1〜11のいずれか一項に記載のVリブドベルトの製造方法であって、前記心線調製工程において、接着処理の熱処理時にヒートセット延伸率3%以下で熱延伸固定する製造方法。
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