JP7323731B1 - ローエッジコグドvベルトおよびその使用方法ならびにベルト伝動機構 - Google Patents
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Abstract
Description
少なくとも内周面側にコグを有するローエッジコグドVベルトであって、
内周面側に配設される圧縮ゴム層を含み、
前記圧縮ゴム層が、圧縮ゴム層の本体と、前記圧縮ゴム層の本体の内周側表面を被覆する内表面層とを有し、
前記内表面層表面の摩擦係数が、前記内表面層で被覆されていない圧縮ゴム層の本体表面の摩擦係数よりも高い。
本発明のローエッジコグドVベルトは、圧縮ゴム層の本体と表面層(内表面層)との特定の二層構造を有する圧縮ゴム層を含むローエッジコグドVベルトであれば、特に限定されない。ローエッジコグドVベルトは、ローエッジVベルトの内周側のみにコグが形成されたローエッジコグドVベルトと、ローエッジVベルトの内周側および外周側の双方にコグが形成されたローエッジダブルコグドVベルトとに大別できる。これらのうち、より過酷な状況で利用され、耐側圧性と耐屈曲疲労性とを高度なレベルで両立することを要求される点から、ローエッジダブルコグドVベルトが特に好ましい。
圧縮ゴム層は、ゴム組成物(架橋ゴム組成物)で形成された圧縮ゴム層の本体(圧縮ゴム層本体)と、この本体のベルト内周側表面を被覆し、かつこの本体表面よりも摩擦係数が大きい表面を有する表面層(内表面層)とを有している。圧縮ゴム層は、圧縮ゴム層の本体と内表面層とを有していればよく、他の層(例えば、圧縮ゴム層の本体と内表面層との間に介在する他のゴム層など)を有していてもよいが、圧縮ゴム層の機械的特性や生産性などの点から、圧縮ゴム層の本体と内表面層との二層構造が好ましい。本発明では、圧縮ゴム層を本体と内表面層との二層構造に形成することにより、変速ベルトとして必要な耐熱性、耐側圧性および耐屈曲疲労性を維持したまま、ベルト内周面にブレーキ機能(高い摩擦力)が付加できる。
本発明のローエッジコグドVベルトにおいて、圧縮ゴム層本体は、第1のゴム成分を含むゴム組成物(架橋ゴム組成物)で形成されている。
第1のゴム成分としては、加硫また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(NR)、イソプレンゴム(IR)、ブタジエンゴム(BR)、クロロプレンゴム(CR)、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(NBR)、水素化ニトリルゴム(H-NBR)など]、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)など]、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、単独でまたは2種以上組み合わせて使用できる。
圧縮ゴム層本体を形成するゴム組成物は、第1の短繊維をさらに含んでいてもよい。第1の短繊維としては、ポリアミド短繊維(ポリアミド6短繊維、ポリアミド66短繊維、ポリアミド46短繊維などの脂肪族ポリアミド短繊維、アラミド短繊維など)、ポリアルキレンアリレート短繊維(例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)短繊維、ポリエチレンナフタレート短繊維など)、液晶ポリエステル短繊維、ポリアリレート短繊維(非晶質全芳香族ポリエステル短繊維など)、ビニロン短繊維、ポリビニルアルコール系短繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール(PBO)短繊維などの合成短繊維;綿、麻、羊毛などの天然短繊維;カーボン短繊維などの無機短繊維などが挙げられる。これら第1の短繊維は、単独で又は2種以上組み合わせて使用できる。これらのうち、アラミド短繊維、PBO短繊維が好ましく、アラミド短繊維が特に好ましい。
圧縮ゴム層本体を形成するゴム組成物は、慣用の添加剤を含んでいてもよく、添加剤としては、例えば、架橋剤または加硫剤(硫黄系架橋剤、有機過酸化物など)、共架橋剤(ビスマレイミド類など)、架橋助剤または架橋促進剤(チウラム系促進剤など)、架橋遅延剤、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、酸化アルミニウムなど)、充填剤[カーボンブラック、酸化ケイ素(含水シリカなど)などの補強剤(補強性充填剤);クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなどの増量剤(非補強性充填剤または不活性充填剤)など]、可塑剤(または軟化剤)[オイル類(パラフィンオイルやナフテン系オイルなど)、脂肪族カルボン酸系可塑剤、芳香族カルボン酸エステル系可塑剤、オキシカルボン酸エステル系可塑剤、リン酸エステル系可塑剤、エーテル系可塑剤、エーテルエステル系可塑剤など]、加工剤または加工助剤(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)、接着性改善剤、着色剤、粘着付与剤、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)、難燃剤、帯電防止剤などが挙げられる。これらの添加剤は、単独でまたは2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。
圧縮ゴム層本体は、耐側圧性を得るため高剛性(高弾性率)なゴム組成物を用いるため、高いゴム硬度を有する。ゴム硬度は89°以上であってもよく、例えば90~99°、好ましくは91~98°、さらに好ましくは92~97°、より好ましくは93~96°である。圧縮ゴム層本体のゴム硬度が小さすぎると、耐側圧性が低下する虞があり、大きすぎると、耐屈曲性疲労性および耐久性が低下する虞がある。
本発明では、圧縮ゴム層本体のベルト内周側表面は、表面層(内表面層)で被覆されている。本発明において、内表面層を形成する理由は以下の通りである。
第2のゴム成分としては、好ましい態様も含めて、第1のゴム成分として例示されたゴム成分から選択できる。第2のゴム成分は、第1のゴム成分と異なるゴム成分であってもよいが、通常、第1のゴム成分と同一である。
内表面層を形成するゴム組成物は、他の成分をさらに含んでいてもよい。他の成分としては、前記圧縮ゴム層本体における他の成分(A3)として例示された成分を利用できる。
圧縮ゴム層の内表面層表面の摩擦係数は0.35~0.75程度の範囲から選択でき、例えば0.40~0.70(特に0.45~0.58)、好ましくは0.50~0.60、さらに好ましくは0.53~0.60である。摩擦係数は0.40以上であってもよく、内表面層を形成するゴム組成物が短繊維を含まない組成物で形成することにより、摩擦係数を0.40以上、好ましくは0.45以上、さらに好ましくは0.50以上に調整してもよい。内表面層の摩擦係数が小さすぎるとブレーキ性能が不足し、摩擦係数が大きすぎると異音や、ゴムの粘着・飛散などの不具合が生じる虞がある。
本発明のローエッジコグドVベルトは、第3のゴム成分を含むゴム組成物(架橋ゴム組成物)で形成された伸張ゴム層をさらに含んでいてもよい。
芯体層は、芯体を含んでいればよく、芯体のみで形成された芯体層であってもよいが、層間の剥離を抑制し、ベルト耐久性を向上できる点から、芯体が埋設された架橋ゴム組成物で形成された芯体層(接着ゴム層)であるのが好ましい。接着ゴム層は、伸張ゴム層と圧縮ゴム層本体との間に介在して伸張ゴム層と圧縮ゴム層本体とを接着するとともに、接着ゴム層には芯体が埋設されている。
本発明のローエッジコグドVベルトは、第4のゴム成分を含むゴム組成物の硬化物(架橋ゴム組成物)で形成された接着ゴム層をさらに含んでいてもよい。
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、ベルト長手方向に延びて配設され、ベルト長手方向に平行な複数本の心線が配設されていてもよいが、生産性の点から、通常、ローエッジコグドVベルトの略ベルト長手方向に平行に、所定のピッチで並列的に延びて螺旋状に配設されている。螺旋状に配設する場合、ベルト長手方向に対する心線18の角度は、例えば5°以下であってもよく、ベルト走行性の点から、0°に近いほど好ましい。また、心線のピッチは、1.5~2.5mmの範囲に設定されることが好ましく、1.8~2.2mmの範囲に設定されることがより好ましい。
本発明のローエッジコグドVベルトは、補強布を含んでもよい。補強布の形態としては、例えば、伸張ゴム層の外周面に積層する形態、圧縮ゴム層本体および/または伸張ゴム層に埋設する形態、圧縮ゴム層本体と内表面層との間に埋設する形態などが挙げられる。
本発明のローエッジコグドVベルトの製造方法は、特に限定されず、各層の積層工程(ベルトスリーブの製造方法)に関しては、ベルトの種類に応じて、慣用の方法を利用できる。
クロロプレンゴム:DENKA(株)製「PM-40」
酸化マグネシウム:協和化学工業(株)製「キョーワマグ30」
ステアリン酸:日油(株)製「ステアリン酸つばき」
老化防止剤:精工化学(株)製「ノンフレックスOD-3」
カーボンブラック:東海カーボン(株)製「シースト3」
シリカ:エボニックジャパン(株)製、「ULTRASIL(登録商標)VN3」、BET比表面積175m2/g
可塑剤1:ナフテン系オイル、出光興産(株)製「NS-900」
可塑剤2:ADEKA(株)製「RS-700」
架橋促進剤:テトラメチルチウラムジスルフィド(大内新興化学工業(株)製「ノクセラーTT」)
酸化亜鉛:正同化学工業(株)製「酸化亜鉛3種」
硫黄:美源化学社製「硫黄」
N,N’-m-フェニレンジマレイミド:大内新興化学工業(株)製「バルノックPM」
レゾルシン・ホルマリン共重合物(レゾルシノール樹脂):レゾルシノール20質量%未満、ホルマリン0.1質量%未満のレゾルシン・ホルマリン共重合物
ヘキサメトキシメチロールメラミン:Singh Plasticisers & Resins Pvt. Ltd.社製「POWERPLAST PP-1890S」
アラミド短繊維:帝人(株)製「コーネックス短繊維」、平均繊維長3mm、平均繊維径14μm、RFL液(レゾルシン2.6質量部、37%ホルマリン1.4質量部、ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン共重合体ラテックス(日本ゼオン(株)製)17.2質量部、水78.8質量部)で接着処理した固形分の付着率6質量%の短繊維
心線:繊度1100dtexのアラミド繊維を2×3の撚り構成で、上撚り係数3.0、下撚り係数3.0で諸撚りした総繊度6600dtexの撚りコードに接着処理を施した処理コード(心線径1.28mm)
補強布:RFL液にて接着処理をした2/2綾織りのナイロン帆布(厚み0.30~0.50mm)。
圧縮ゴム層(本体、内表面層)、伸張ゴム層および接着ゴム層を形成するためのゴム組成物は、それぞれ、下記表1および2記載の配合比で調製した。各層を形成するゴム組成物は、それぞれ、バンバリーミキサーを用いて混練りを行い、得られた混練ゴムをカレンダーロールに通して圧延ゴムシート(未架橋ゴムシート)を作製した。本明細書では、各ゴム組成物をR1~R7で表記する。
各ゴム層用未架橋ゴムシートを温度160℃、時間30分でプレス加熱し、架橋ゴムシート(100mm×100mm×2mm厚み)を作製した。架橋ゴムシートを3枚重ね合わせた積層物を試料とし、JIS K6253(2012)に規定されているスプリング式デュロメータ硬さ試験に準拠して、タイプAデュロメータを用いて架橋ゴムシートの硬度を測定した。
架橋ゴムのゴム硬度Hs測定のために作製した架橋ゴムシートを試料とし、JIS K6251(2017)に準じ、ダンベル状(5号形)に打ち抜いた試験片を作製した。短繊維を含む試料においては、短繊維の配列方向(列理方向)が引張方向となるようにダンベル状試験片を採取した。そして、試験片の両端をチャック(掴み具)で掴み、試験片を500mm/minの速度で切断するまで引っ張ったときに記録される最大引張力を試験片の初期断面積で除した値(引張強さT)を引張強度とした。
前記実施形態に記載の方法で、ローエッジダブルコグドVベルト(サイズ:上幅38.5mm、V角度26度、厚み(H1)15.5mm、コグ高さ(内周側:H2)6.8mm、コグ高さ(外周側:H5)3.8mm、ピッチ高さ(H4)5.3mm、心-谷厚み(H3)3.4mm、ベルト外周長さ1109mm)を作製した。
ローエッジダブルコグドVベルトをコグ頂部においてベルト幅方向と平行に切断し、その断面をマイクロスコープで20倍に拡大して観察し、内表面層の厚みを測定した。厚みの測定は、ベルト長さ方向に約5等分となるように5箇所で測定し、その算術平均を当該ベルトの内表面層の厚みとした。
(1)ベルト内周面の摩擦係数
図7に示すように、切断により有端化したベルト試験片40の一方の端部をロードセル41に固定し、他方の端部に3kgf(試験荷重Ts)の荷重42を垂下させ、巻き掛け角度θが90°になるようにベルト試験片の内周面を平プーリ43(直径47.6mm、材質SUS304、JIS B 0601に準拠した表面粗さRa 1.6μm)に接触させて配置した。そして、ロードセル41側のベルト試験片40を42mm/秒の速度で15秒程度引張ったときにロードセルから検出される荷重(測定荷重Tt)を読み取り、下記の式(1)により静止摩擦係数μを算出した。そして、3回の測定結果から求めた静止摩擦係数の平均値を、ベルト内周面の摩擦係数(平均摩擦係数)とした。なお、測定に際して、平プーリは回転しないように固定した。
(式中、μ:静止摩擦係数
Tt[N]:測定荷重
Ts[N]:試験荷重
θ[rad]:巻き掛け角度(接触角度)である)。
耐コグ谷亀裂性(耐屈曲疲労性)を確認するための試験として、図8に示すように、直径(ピッチ径)178mmの駆動(DR)プーリと、直径(ピッチ径)140mmの従動(DN)プーリとを備える2軸走行試験機を用いて行った。各プーリにローエッジダブルコグドVベルトを掛架し、駆動プーリの回転数6,000rpm、軸荷重(デッドウェイト)を1.2kNとし、負荷装置(動力発生装置)で負荷60Nmを作用させて、雰囲気温度115℃にてベルトを走行させ、コグ谷に発生した亀裂が心線に達して寿命となるまでの走行時間を走行寿命として測定した。
a:走行寿命が130時間以上(合格)
b:走行寿命が110時間以上、130時間未満(合格)
c:走行寿命が110時間未満(不合格)。
耐心線剥離性(耐側圧性)を確認するための試験として、図9に示すように、直径(ピッチ径)92mmの駆動(DR)プーリと、直径(ピッチ径)208mmの従動(DN)プーリとを備える2軸走行試験機を用いて行った。各プーリにローエッジダブルコグドVベルトを掛架し、駆動プーリの回転数5,000rpm、軸荷重(デッドウェイト)を2.2kNとし、負荷装置(動力発生装置)で負荷50Nmを作用させて、雰囲気温度60℃にてベルトを走行させ、心線剥離が生じるまでの走行時間を走行寿命として測定した。
a:走行寿命が30時間以上(合格)
b:走行寿命が10時間以上、30時間未満(合格)
c:走行寿命が10時間未満(不合格)。
1,000ccの四輪バギー車両(オフロードビークル)のCVTにローエッジダブルコグドVベルトを装着して実車試験を行い、車両走行中に最高速よりスロットルを戻し、ブレーキを掛けずに従動プーリの回転数が478rpmから0rpmになるまでの時間を測定した。
a:回転数が0rpmになるまでの時間が7秒以下(合格)
b:回転数が0rpmになるまでの時間が7秒超え8秒以下(合格)
c:回転数が0rpmになるまでの時間が8秒超え(不合格)。
前記ブレーキ性能試験を行った車両にて、500マイルの悪路(オフロード)走行を行った後、前記ブレーキ性能試験に記載の方法でブレーキ性能を確認した。500マイル走行後のブレーキ性能が、初期(500マイル走行前)のブレーキ性能を高水準で維持しているか、水準が低下したかという観点で、以下の判定基準でブレーキ持続性を判定した。なお、前記ブレーキ性能試験において、不合格(c判定)であった場合には、ブレーキ持続性試験は行わなかった。
a:500マイル走行前後でのブレーキ性能が高水準(a判定のまま維持)
b:500マイル走行後のブレーキ性能がb判定(a判定からb判定に低下、b判定のまま維持)
c:500マイル走行後のブレーキ性能がc判定(aまたはb判定からc判定に低下)。
耐久走行試験(Top耐久試験、Low耐久試験)、ブレーキ性能試験、ブレーキ持続性試験における結果から、変速ベルトに必要な水準の耐屈曲疲労性(耐コグ谷亀裂性)、耐側圧性(耐心線剥離性)を確保しつつ、ブレーキ性能が発揮されるという観点で、以下の判定基準で総合的な優劣を判定(ランク付け)した。そして、製品の実用性の観点で、A、B、Cランクを合格とし、Dランクを不合格とした。
伸張ゴム層としてR1、接着ゴム層としてR2を使用し、かつ圧縮ゴム層本体としてR1、圧縮ゴム層の内表面層としてR4を使用して、圧縮ゴム層が二層構造であるローエッジダブルコグドVベルトを作製した。得られたベルトにおいて、圧縮ゴム層の本体の厚みは9.3mm、内表面層の厚みは0.2mmであった。
得られたベルトにおける圧縮ゴム層の本体の厚みを9.2mm、内表面層の厚みを0.3mmに変更する以外は実施例1と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
得られたベルトにおける圧縮ゴム層の本体の厚みを9.0mm、内表面層の厚みを0.5mmに変更する以外は実施例1と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
得られたベルトにおける圧縮ゴム層の本体の厚みを8.5mm、内表面層の厚みを1.0mmに変更する以外は実施例1と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
得られたベルトにおける圧縮ゴム層の本体の厚みを7.5mm、内表面層の厚みを2.0mmに変更する以外は実施例1と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
得られたベルトにおける圧縮ゴム層の本体の厚みを7.0mm、内表面層の厚みを2.5mmに変更する以外は実施例1と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
実施例7~12は、圧縮ゴム層の内表面層としてR4に代えてR5を使用すること以外は、それぞれ実施例1~6と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
伸張ゴム層としてR1、接着ゴム層としてR2を使用し、かつ圧縮ゴム層としてR1のみを使用して、圧縮ゴム層が単層構造であるローエッジダブルコグドVベルトを作製した。得られたベルトにおいて、圧縮ゴム層の厚みは9.5mmであった。すなわち、実施例1~12の圧縮ゴム層本体の内周側表面が内表面層で被覆されず、ベルト内周面がR1で形成される態様である。
圧縮ゴム層としてR4のみを使用すること以外は、比較例1と同様の方法で圧縮ゴム層が単層構造であるローエッジダブルコグドVベルトを作製した。すなわち、実施例1~6において内表面層だけでなく圧縮ゴム層本体の部分もR4で形成された態様であり、圧縮ゴム層全体がR4で形成されている。
圧縮ゴム層の内表面層の代わりに補強布を使用すること以外は実施例1と同様の方法で、圧縮ゴム層本体の内周側表面を補強布で被覆したローエッジダブルコグドVベルトを作製した。すなわち、ベルト内周面が補強布で形成される態様である。この態様では、補強布層の厚みは0.3mmであった。
比較例3で用いた補強布にゴム組成物(R4)をフリクション処理したゴム付き補強布を作製した。このゴム付き補強布を、圧縮ゴム層の内表面層の代わりに使用すること以外は実施例1と同様の方法で、圧縮ゴム層本体の内周側表面をゴム付き補強布で被覆したローエッジダブルコグドVベルトを作製した。すなわち、実施例のベルトの内表面層の部分が、ゴム付き補強布層(ゴム組成物に補強布が埋設)として配置される態様である。この態様では、ゴム付き補強布層の厚みは0.5mmであり、ゴム付き補強布層の最外面(ベルト内周面)は厚み0.2mmのR4の薄膜で形成されていた。
実施例13は、圧縮ゴム層の内表面層としてR4に代えてR6を使用すること以外は、実施例3と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
実施例14は、圧縮ゴム層の内表面層としてR4に代えてR3を使用すること以外は、実施例3と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
実施例15は、圧縮ゴム層の内表面層としてR4に代えてR7を使用すること以外は、実施例3と同様の方法でローエッジダブルコグドVベルトを作製した。
1a…内周コグ山
1b…内周コグ谷
1c…外周コグ山
1d…外周コグ谷
2…伸張ゴム層
3…芯体層(接着ゴム層)
3a…芯体(心線)
4…圧縮ゴム層
4a…圧縮ゴム層の本体
4b…内表面層
Claims (8)
- 少なくとも内周面側にコグを有するローエッジコグドVベルトであって、
内周面側に配設される圧縮ゴム層を含み、
前記圧縮ゴム層が、圧縮ゴム層の本体と、前記圧縮ゴム層の本体の内周側表面を被覆する内表面層とを有し、
前記内表面層表面の摩擦係数が、前記内表面層で被覆されていない圧縮ゴム層の本体表面の摩擦係数よりも高いローエッジコグドVベルト。 - 前記内表面層表面の摩擦係数が0.4~0.7である請求項1記載のローエッジコグドVベルト。
- 前記内表面層の平均厚みが0.3~2mmである請求項1または2記載のローエッジコグドVベルト。
- 前記内表面層のゴム硬度Hs(タイプA)が82°以下であり、かつ前記圧縮ゴム層の本体のゴム硬度Hs(タイプA)が89°以上である請求項1または2記載のローエッジコグドVベルト。
- 請求項1または2記載のローエッジコグドVベルトと、プーリとを備えたベルト伝動機構であって、前記ローエッジコグドVベルトが、ベルトクラッチイン型無段変速機に用いられる変速ベルトであるベルト伝動機構。
- 前記ベルトクラッチイン型無段変速機が、アイドリング時にベルト内周面がプーリシャフト部に接触する無段変速機である請求項5記載のベルト伝動機構。
- 前記ベルトクラッチイン型無段変速機が、ベルト内周面とプーリシャフト部との摩擦力を利用したブレーキシステムを搭載した無段変速機である請求項5記載のベルト伝動機構。
- ベルトクラッチイン型無段変速機において、無段階変速、クラッチ、ブレーキのいずれにも関与させる請求項1または2記載のローエッジコグドVベルトの使用方法。
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