JP6909631B2 - 樹脂製ベルト - Google Patents

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Description

本発明は、樹脂製ベルトに関し、より詳しくは、ベルト本体の熱可塑性樹脂と織物との接着強度に優れ、特にベルト長手方向の剥離強度が高くなり、樹脂製ベルトの耐久性が向上し、耐摩耗性、摺動性及び成形性を向上させた樹脂製ベルトに関する。
従来、工場の生産・搬送・組立用ライン等の搬送系に使用されるベルトや、タイミングベルト等の摩耗を防ぐ手法として、(1)油、ワックス等の潤滑剤を塗布する手法、(2)摺動面(歯面、背面)にナイロン等の摺動性の良い材料からなる布を一体成形する手法、(3)ベルト本体を形成する材料として低摩擦材料を用いる手法等がある。
(1)の潤滑剤を塗布する手法は、初期効果は得られても、時間経過とともに効果が減少してしまうため、定期的に潤滑剤を再塗布するなどのメンテナンスが必要であり好ましくない。さらに、ベルトの使用用途やベルトによる搬送物によっては、油やワックス自体の使用が不可となる場合もあり、汎用性に欠ける。
また(2)のナイロン系布を張る手法や、(3)のベルト本体に低摩擦材料を用いる手法は、高速、高負荷で摺動する場合に格別大きな効果が期待できない場合が多い。
特開昭55−115643号公報
このため、耐摩耗性に優れたベルトで、高速、高負荷で摺動する場合の摺動性に優れたベルトの開発が望まれる。
特許文献1には、フッ素系樹脂繊維と熱可塑性合成樹脂繊維からなるタイミングベルト用カバークロスと、そのカバークロスを用いたベルトが開示されている。特許文献1には、カバークロスの表面のみ耐熱性、耐薬品性が良好で、摩擦係数の低いポリテトラフルオロエチレン繊維を用い、カバークロスとゴムとの接着面は、ゴムとの接着性が良好であるポリアミド繊維のような熱可塑性合成繊維を用いる記載がある。
かかる技術によれば、ゴムベルトと織物との接着性に寄与するが、ベルト本体と、織物との接着強度が十分とはいえず、剥離強度の向上が望まれる。
そこで、本発明の課題は、ベルト本体と織物との接着強度にすぐれ、特にベルトの長手方向の剥離強度が著しく向上した樹脂製ベルトを提供することにある。
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
上記課題は以下の各発明によって解決される。
(請求項1)
熱可塑性樹脂からなるベルト本体の走行面に、長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部を有し、該歯部を歯布で被覆してなる樹脂製ベルトであって、
該歯布が、ベルト長手方向に熱可塑性合成樹脂繊維を経糸として用い、且つベルト幅方向にフッ素系樹脂繊維を緯糸として用い、それらの経糸と緯糸を織成してなる織布であり、
前記ベルト長手方向に用いた熱可塑性合成樹脂繊維の織りクリンプは、前記ベルト幅方向に用いたフッ素系樹脂繊維の織りクリンプよりも大きいことを特徴とする樹脂製ベルト。
(請求項2)
前記歯部の歯表面側に露出する前記フッ素系樹脂繊維の割合が単位面積当たり50%以上であり、前記ベルト本体との接合面側に露出する前記フッ素系樹脂繊維の割合が50%以下であることを特徴とする請求項1記載の請求項樹脂製ベルト。
(請求項3)
前記ベルト本体がポリウレタンからなることを特徴とする請求項1又は2記載の樹脂製ベルト。
(請求項4)
前記熱可塑性合成樹脂繊維がナイロン繊維、前記フッ素系樹脂繊維がポリテトラフルオロエチレン繊維からなることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項5)
前記歯布の経方向の引張り伸長率が20%以上60%以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項6)
前記ベルト本体と前記歯布とが一体形成されることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項7)
前記歯布を、規格JIS K6372、規格JIS K6373、規格ISO 5296−1又は規格ISO 5296−2に記載の台形歯型ベルトのMXLタイプ、XLタイプ、Lタイプ、Hタイプ、又はXHタイプの何れかの歯面部に一体的に形成してなるか、
又は、規格DIN7721に記載の台形歯型ベルトのT2.5タイプ、T5タイプ、T10タイプ、又はT20タイプの何れかの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項8)
前記歯布を、特殊台形歯型ベルトのATタイプの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項9)
前記歯布を、規格JIS B1857−1又は規格ISO 13050に記載の円弧歯型ベルトのHタイプ、Sタイプ、Pタイプの何れかの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項10)
前記歯布を、円弧歯型ベルトのMAタイプの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項11)
前記歯布を、ベルト背面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項12)
前記歯布を、ベルト背面部及び歯面部に一体的に形成することを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の樹脂製ベルト。
(請求項13)
前記ベルト本体は、スチール線、ステンレス線、アラミド繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維又はポリパラフェニレンベンズオキサゾール(PBO)繊維から選ばれる少なくとも一種を、心線として含有することを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載の樹脂製ベルト。
本発明によれば、ベルト本体と織物との接着強度にすぐれ、特にベルトの長手方向の剥離強度が著しく向上した樹脂製ベルトを提供することができる。
また本発明によれば、耐摩耗性に優れ、高速、高負荷で摺動する場合の摺動性に優れ、押出し成形に適用できる成形性に優れる樹脂製ベルトを提供することができる。
本発明の樹脂製ベルトの一例を示す要部斜視図 (a)平織物の繊維の交錯状態を示した図、(b)フッ素系樹脂繊維の露出割合を説明するための平織物の完全組織図
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図1は、本発明の樹脂製ベルトの一例を示す要部斜視図である。
図1において、樹脂製ベルト1は、ベルト本体2の走行面側に歯部3を有している。歯部3の両側には、歯底4が形成される。歯部3と歯底4の表面には、それらを被覆するように歯布5が設けられている。
ベルト本体2としては、生産、搬送、組み立てライン等でタイミングベルトとして使用する工業用ベルトであれば格別限定されず、例えば、フレックスベルトやジョイントベルト等を用いることができる。
歯部3と歯底4は交互に形成され、走行面側における長手方向に沿って歯付きプーリと噛みあうように構成される。プーリの歯と噛み合い伝動を行うので、チェーンや歯車のように正確な同期伝動を行うことができる。
各歯部3は、例えば断面台形形状や断面円弧形状に構成されるが、これに限定されるわけではない。
断面台形形状の歯部3は、例えば、規格JIS K6372、JIS K6373、ISO 5296−1又は規格ISO 5296−2に記載のMXLタイプ、XLタイプ、Lタイプ、Hタイプ、XHタイプの何れか、又は、規格DIN7721に記載のT2.5タイプ、T5タイプ、T10タイプ、T20タイプの何れかとすることができる。または、ATタイプの特殊台形歯型であってもよい。
断面円弧形状の歯部3は、例えば、規格JIS B1857−1及びISO 13050に記載のHタイプ、Sタイプ、Pタイプの何れかとすることができる。または、MAタイプの円弧歯型であってもよい。
また、長手方向に隣り合う各歯部3、3・・・の間隔(一つの歯部の中心と、それに隣り合う歯部の中心の距離)は限定されず、例えば5〜30mm程度である。
ベルト本体2は、背面部(外周面)6から走行面側の複数の歯部3までが、押出成形によって形成され、一体化されていることが好ましい。
歯部3や歯底4を含むベルト本体2は、熱可塑性樹脂からなる。熱可塑性樹脂としては、格別限定されず、例えば、ジエン系ゴム、オレフィン系ゴム、アクリル系ゴム、フッ素ゴム、シリコーン系ゴム、ウレタン系ゴム等を例示することができる。ベルト本体2を形成する材料は、使用条件に応じて適宜選択することができるが、中でも、織布との接着性、耐摩耗性及び成形性の両立という観点から、ポリウレタンを好ましく用いることができる。
ベルト本体2の歯部の下方には、心線7を埋設することができる。心線7としては、スチール線やステンレス線等の金属材料の細線や、アラミド繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、PBO(ポリパラフェニレンベンズオキサゾール)繊維等の繊維材料の細線を用いることができ、これら繊維は、単独又は二種以上組み合わせて用いてもよい。また、心線7は、上記金属材料の細線や繊維材料の細線の何れかを組み合わせた材料を撚り合わせた撚り線等を用いることもできる。心線7の埋設本数や埋設方式は、格別限定されない。
ベルト本体2の走行面(プーリと噛みあう面)には、歯布5が被覆される。歯布5は、経糸として熱可塑性合成樹脂繊維、緯糸としてフッ素系樹脂繊維を用いる。
即ち、本実施の形態では、長手方向(縦方向)に熱可塑性合成樹脂繊維を経糸として用い、幅方向(横方向)にフッ素系樹脂繊維を緯糸として用いて、製織することで接着性に優れる歯布を得られる。
本発明では、ベルト長手方向に用いた熱可塑性合成樹脂繊維の織りクリンプは、ベルト幅方向に用いたフッ素系樹脂繊維の織りクリンプよりも大きい。
本発明における織りクリンプはJIS L1096−2010に準ずる方法で測定することができる。
歯布とベルト本体の歯部とを接着する際に、例えばベルト本体に歯布を密着させて一体成形する際に、歯布の隙間にベルト本体を構成する熱可塑性樹脂が滲み込む。この樹脂の滲み込みによってアンカー効果が働き、樹脂と歯布との接着強度が向上する。その結果、ベルト長手方向の剥離強度が向上し、ベルトの耐久性が増加する。
ベルト長手方向に用いた熱可塑性合成樹脂繊維の織りクリンプが、ベルト幅方向に用いたフッ素系樹脂繊維の織りクリンプよりも小さい場合には、樹脂と歯布との接着強度が低下し、その結果、ベルト長手方向の剥離強度が低下し、ベルトの耐久性は減少する。
本発明の好ましい態様としては、歯布5は、歯部3に被覆された際、歯表面側(プーリとの摺動面側)に露出するフッ素系樹脂繊維の割合が、単位面積当たり50%以上であり、歯部3との接合面側(歯面との接着面側)に露出するフッ素系樹脂繊維の割合が50%以下である。
これにより、歯部との接合面側で歯部の形状に対する十分な追随性(伸び特性)を確保し、且つ、耐摩耗性と摺動性を向上することができる。
歯表面側(プーリとの摺動面側)に露出するフッ素系樹脂繊維の割合が、単位面積当たり50%未満であると、耐摩耗性及び摺動性に劣る。また、プーリとの摺動時に異音を発生し易くなってしまう。
歯部3との接合面側(歯面との接着面側)に露出するフッ素系樹脂繊維の割合が50%を超えると、ベルト本体との接着性に劣るため、ベルトを動作時にベルト本体の樹脂と歯布の間で剥離が生じてしまう。
本発明において、フッ素系樹脂繊維が露出する割合とは、歯布の完全組織図における白いマスで示される、フッ素系樹脂繊維が表面に浮いている部分の面積の割合のことをいう。ここで、織物の完全組織とは、その織物を構成する最小の繰返し単位のことをいい、経糸が表面に浮いている箇所を梨地模様、緯糸が表面に浮いている箇所を白色のマスで表したものを完全組織図という。
例えば、平織物の場合には、完全組織図は図2(b)のように、経糸、緯糸ともに2本ずつで表現される。実際の平織物は、図2(a)に示すように、経糸および緯糸の投影直径をそれぞれD1、D2とすると、各糸の間には隙間が存在するが、歯布が摺動すると、摩擦力や摩擦熱によって、意図を構成する樹脂成分が皮膜化して、各糸の隙間を埋めることから、図2(b)に示す完全組織図におけるフッ素系樹脂繊維が表面に浮いている部分の面積の割合を露出する割合とする。
図2(b)の完全組織図において、経糸および緯糸の糸密度をn1(本/インチ(2.54cm))およびn2(本/インチ(2.54cm))としたとき、織物の完全組織図のタテ(経)方向の長さ21およびヨコ(緯)方向の長さ22は、それぞれ(2.54×2)/n2(cm)および(2.54×2)/n1(cm)となり、織物の完全組織図の全体の面積Sは、
S(cm)={(2.54×2)/n2}×{(2.54×2)/n1}
=4×{(2.54/n2)×(2.54/n1)}
となる。
先に述べたように、織物を構成する経糸および緯糸の投影直径はそれぞれD1、D2であり、各糸の間には隙間が存在するが、摺動によって各繊維を構成する樹脂が被膜を形成して各糸間の隙間を均等に埋めたと仮定すると、経糸および緯糸が歯布表面に露出する面積S1およびS2はそれぞれ図2(b)の梨地模様部分の面積および白い部分の面積に該当する。すなわち
S1=2×{(2.54/n2)×(2.54/n1)}
S2=2×{(2.54/n2)×(2.54/n1)}
となる。
織物完全組織図の投影面積はSであるので、緯糸にのみフッ素系樹脂繊維を用いた場合のフッ素系樹脂繊維の歯布の表面に露出する割合P(%)は、
P(%)=(S2/S)×100
=50%
となる。
歯布の表面に露出するフッ素系樹脂繊維の割合は、フッ素系樹脂繊維および熱可塑性樹脂繊維の、糸密度および織物組織を変更することで調整できる。
なお、本発明でいうフッ素系樹脂繊維の割合は、織物を構成する糸の密度に影響を受けないが、例えば構成する糸の繊度が大きいほど織物の厚みが大きくなり、摺動した際に形成する皮膜の厚みは厚くなるため、より耐久性が向上する。一方、糸の繊度を小さくすれば、歯布が小さい引張り張力で伸長しやすくなる。織物を構成する繊維の繊度は、上記特性を勘案して、個別に設計することができる。
熱可塑性合成樹脂繊維は、格別限定されず、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系繊維や、PET等のポリエステル系繊維、ナイロン等のポリアミド系繊維を例示することができる。中でも、耐疲労性、引張強度、伸縮性等の観点から、ナイロンを好ましく用いることができる。
さらに、かかる方法で得られた熱可塑性合成樹脂繊維を製織して得られた歯布は、経方向の引張り伸長率が20%以上60%以下であるものが好ましい。なお、本発明でいう歯布の経方向の引張り伸長率とは、JIS1096法(2010)に準拠し、試料の巾3cm、チャック間距離150mm、引張り速度200mm/分で歯布を経方向に伸長させたとき、経方向に5N/3cmの荷重がかかるまでの歯布の経方向への伸度(%)のことをいい、歯布の異なる場所から5箇所試料を採取して測定した値の平均値とする。歯布は、歯部3の歯面を被覆する際に、歯部3の輪郭(稜線)の長さまで伸ばされるため、これに必要な伸ばし率を実現するためである。
必要伸ばし率は、例えば、上述した台形歯型の場合は約20〜45%、上述した円弧歯型の場合は約40〜55%程度である。
従って、歯布の経方向の引張り伸長率を上記範囲とするものが好ましい。
フッ素系樹脂繊維としては、三フッ化、四フッ化、六フッ化等の樹脂のいずれを用いてもよいが、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性等の観点から、ポリテトラフルオロエチレンが好ましい。
ポリテトラフルオロエチレンとしては、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合体(FEP)、四フッ化エチレン−パーフロロアルコキシ基共重合体(PFA)、四フッ化エチレン−オレフィン共重合体(ETFE)等があげられ、これらを単独又は二種以上を混合して用いてもよい。
特に、ポリ四フッ化エチレン(PTFE)を好ましく用いることができる。但し、PTFEにポリウレタンを混合したものは除く。
熱可塑性合成樹脂繊維及びフッ素系樹脂繊維の繊維形態は、格別限定されない。フィラメント糸又は紡績糸のいずれであってもよく、単独組成の繊維の撚糸であってもよいし、混撚糸、混紡糸などでもよい。また、各繊維の平均繊維径も格別限定されない。
歯布の織成構成(織り組織)は、各面に露出するフッ素系樹脂繊維の割合を上述のようにできるものであれば格別限定されず、例えば、平織、綾織(斜文織)、朱子織(繻子織、サテン)やそれらの変化組織から選ぶことができる。
[形成方法]
本発明の樹脂製ベルトの製造方法は、格別限定されない。例えば、成形型の上に、歯布5、心線7、ベルト本体2を形成する熱可塑性樹脂を順に重ね、加圧下で150℃以上の湿熱下で樹脂を加硫して形成することができる。
以上の説明においては、歯布がベルト本体の歯部を被覆する一つの態様について説明したが、これらに限定されず、例えば背面部及び歯部を歯布で被覆してもよい。
本発明によれば、耐摩耗性に優れ、高速、高負荷で摺動する場合の摺動性に優れ、押出し成形に適用できる成形性に優れる樹脂製ベルトを提供することができる。
更に本発明により、ベルトを駆動用、搬送用で使用する際に、高負荷の状態となった場合でも、プーリとのかみ合い部やガイドレールと摺動させた際の摺動性が良好で、耐摩耗性の優れた仕様となり、且つ、異音の発生を抑えることが可能となる。
また、ベルト背面部(歯部と反対面)には、従来はナイロン系布を使用することが一般的であったが、本発明の樹脂製ベルトは、背面部(歯部と反対面)に走行面(歯部面)と同一の歯布を使用することができる。これにより、搬送用途において、ベルト背面部で搬送物をアキュームレートさせる場合に、摺動性向上や耐摩耗性が期待できる。以上により、使用時のベルト耐久性が向上することでメンテナンスコスト低減が可能となり、様々な用途での使用が期待できる。
1:樹脂製ベルト
2:ベルト本体
3:歯部
4:歯底
5:歯布
6:背面部
7:心線
21:織物の完全組織図のタテ(経)方向の長さ
22:織物の完全組織図のヨコ(緯)方向の長さ
D1:経糸の直径
D2:緯糸の直径

Claims (13)

  1. 熱可塑性樹脂からなるベルト本体の走行面に、長手方向に沿って所定間隔で配置された複数の歯部を有し、該歯部を歯布で被覆してなる樹脂製ベルトであって、
    該歯布が、ベルト長手方向に熱可塑性合成樹脂繊維を経糸として用い、且つベルト幅方向にフッ素系樹脂繊維を緯糸として用い、それらの経糸と緯糸を織成してなる織布であり、
    前記ベルト長手方向に用いた熱可塑性合成樹脂繊維の織りクリンプは、前記ベルト幅方向に用いたフッ素系樹脂繊維の織りクリンプよりも大きいことを特徴とする樹脂製ベルト。
  2. 前記歯部の歯表面側に露出する前記フッ素系樹脂繊維の割合が単位面積当たり50%以上であり、前記ベルト本体との接合面側に露出する前記フッ素系樹脂繊維の割合が50%以下であることを特徴とする請求項1記載の樹脂製ベルト。
  3. 前記ベルト本体がポリウレタンからなることを特徴とする請求項1又は2記載の樹脂製ベルト。
  4. 前記熱可塑性合成樹脂繊維がナイロン繊維、前記フッ素系樹脂繊維がポリテトラフルオロエチレン繊維からなることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  5. 前記歯布の経方向の引張り伸長率が20%以上60%以下であることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  6. 前記ベルト本体と前記歯布とが一体形成されることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  7. 前記歯布を、規格JIS K6372、規格JIS K6373、規格ISO 5296−1又は規格ISO 5296−2に記載の台形歯型ベルトのMXLタイプ、XLタイプ、Lタイプ、Hタイプ、又はXHタイプの何れかの歯面部に一体的に形成してなるか、
    又は、規格DIN7721に記載の台形歯型ベルトのT2.5タイプ、T5タイプ、T10タイプ、又はT20タイプの何れかの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  8. 前記歯布を、特殊台形歯型ベルトのATタイプの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  9. 前記歯布を、規格JIS B1857−1又は規格ISO 13050に記載の円弧歯型ベルトのHタイプ、Sタイプ、Pタイプの何れかの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  10. 前記歯布を、円弧歯型ベルトのMAタイプの歯面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  11. 前記歯布を、ベルト背面部に一体的に形成してなることを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  12. 前記歯布を、ベルト背面部及び歯面部に一体的に形成することを特徴とする請求項1〜10の何れかに記載の樹脂製ベルト。
  13. 前記ベルト本体は、スチール線、ステンレス線、アラミド繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維又はポリパラフェニレンベンズオキサゾール(PBO)繊維から選ばれる少なくとも一種を、心線として含有することを特徴とする請求項1〜12の何れかに記載の樹脂製ベルト。
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