JP7381417B2 - 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。
カーボン繊維製の心線を用いた伝動ベルトが知られている。例えば、特許文献１には、ポリウレタン樹脂製の歯付ベルト本体にカーボン繊維製の心線が埋設された歯付ベルトが開示されている。
本発明の課題は、加工性及びカットフレイ性が優れる伝動ベルトを提供することである。
本発明は、エラストマー製のベルト本体と、前記ベルト本体に埋設されるととも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設けられたカーボン繊維製の心線と、前記ベルト本体と前記心線との間に介在するように前記心線に付着した樹脂接着剤層とを備えた伝動ベルトであって、前記樹脂接着剤層の前記心線への付着量が前記心線の質量に対して１質量％以上６質量％以下であり、且つ前記樹脂接着剤層の硬さが前記ベルト本体の硬さよりも高く、前記心線には、前記ベルト本体を形成するエラストマーが含浸しているとともに、その含浸量が前記心線の質量に対して５質量％以上２５質量％以下である。
本発明によれば、ベルト本体と心線との間に介在する樹脂接着剤層の心線への付着量が心線の質量に対して１質量％以上６質量％以下であり、且つその樹脂接着剤層の硬さがベルト本体の硬さよりも高く、加えて心線にベルト本体を形成するエラストマーが含浸しているとともに、その含浸量が心線の質量に対して５質量％以上２５質量％以下であることにより、優れた加工性及びカットフレイ性を得ることができる。
以下、実施形態について図面に基づいて詳細に説明する。
図１Ａ及びＢは、実施形態に係る歯付ベルトＢを示す。実施形態に係る歯付ベルトＢは、エンドレスの噛み合い伝動ベルトであり、例えば、工作機械、印刷機械、繊維機械、射出成形機等の高負荷伝動用途に好適に用いられる。実施形態に係る歯付ベルトＢのベルト長さは、例えば５００ｍｍ以上３０００ｍｍ以下である。ベルト幅は、例えば１０ｍｍ以上２００ｍｍ以下である。ベルト厚さ（最大）は、例えば３ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。
実施形態に係る歯付ベルトＢは、エラストマー製の歯付ベルト本体１１を備える。歯付ベルト本体１１は、断面横長矩形の平帯部１１１と、その内周側に一体に設けられた複数の歯部１１２とを有する。複数の歯部１１２は、ベルト長さ方向に一定ピッチで間隔をおいて設けられている。
歯部１１２の側面視の歯形としては、例えば、両側が外側に円弧状に膨出したＳＴＳ歯形や台形歯形等が挙げられる。歯部１１２の歯数は、例えば３０個以上４００個以下である。歯幅（ベルト長さ方向の最大）は、例えば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。歯高さは、例えば２ｍｍ以上８ｍｍ以下である。配設ピッチは、例えば８ｍｍ以上１４ｍｍ以下である。
歯付ベルト本体１１は、ウレタンプレポリマーに、硬化剤、可塑剤、滑剤等の配合剤が配合されたウレタン組成物が加熱及び加圧されて硬化したポリウレタン樹脂で形成されている。
ウレタンプレポリマーは、イソシアネート成分とポリオール成分との反応により得られる末端に複数のＮＣＯ基を有する比較的低分子量のウレタン化合物である。イソシアネート成分としては、例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）等が挙げられる。ポリオール成分としては、例えばポリテトラメチレンエーテルグリコール（ＰＴＭＥＧ）等が挙げられる。ウレタンプレポリマーは、単一のウレタン化合物で構成されていても、複数のウレタン化合物が混合されて構成されていても、どちらでもよい。
硬化剤としては、例えば、１，４－フェニレンジアミン、２，６－ジアミノトルエン、１，５－ナフタレンジアミン、４，４’－ジアミノジフェニルメタン、３，３’－ジクロロ－４，４’－ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）などのアミン化合物等が挙げられる。硬化剤は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましい。アミン化合物の硬化剤は、硬化剤中のＮＨ２基のモル数のウレタンプレポリマー中のＮＣＯ基のモル数に対する比であるα値（ＮＨ２基／ＮＣＯ基）が０．７０以上１．１０以下となるように配合されていることが好ましい。
可塑剤としては、例えば、ジブチルフタレート（ＤＢＰ）やジオクチルフタレート（ＤＯＰ）などのジアルキルフタレート；ジオクチルアジペート（ＤＯＡ）などのジアルキルアジペート；ジオクチルセバケート（ＤＯＳ）などのジアルキルセバケート等が挙げられる。可塑剤は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましい。可塑剤の配合量は、ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、例えば３質量部以上２０質量部以下である。
滑剤としては、例えば、脂肪酸エステル、炭化水素樹脂、パラフィン、高級脂肪酸、脂肪酸アミド、脂肪族アルコール、金属石鹸、変性シリコーン等が挙げられる。滑剤は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましい。滑剤の配合量は、ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、例えば３質量部以上２０質量部以下である。
なお、その他の配合剤としては、例えば、着色剤、消泡剤、安定剤等が挙げられる。
歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂の硬さは、優れた耐久性を得る観点から、好ましくは７０ＩＲＨＤ／Ｍ以上１００ＩＲＨＤ／Ｍ以下、より好ましくは８５ＩＲＨＤ／Ｍ以上９５ＩＲＨＤ／Ｍ以下である。この歯付ベルト本体１１の硬さは、歯付ベルト本体１１を形成するポリウレタン樹脂を試料として、ＪＩＳ Ｋ６２５３－２：２０１２に基づいて測定される。
実施形態に係る歯付ベルトＢは、歯付ベルト本体１１の平帯部１１１に埋設されたカーボン繊維製の心線１２を備える。心線１２の外径は、優れた耐久性を得る観点から、好ましくは０．６ｍｍ以上２．２ｍｍ以下、より好ましくは０．８ｍｍ以上１．２ｍｍ以下である。
心線１２を構成するカーボン繊維は、優れた耐久性を得る観点から、ＰＡＮ系カーボン繊維であることが好ましい。カーボン繊維のフィラメント径は、同様の観点から、好ましくは４μｍ以上９μｍ以下、より好ましくは６μｍ以上８μｍ以下である。
心線１２を構成するカーボン繊維の総フィラメント本数は、優れた耐久性を得る観点から、好ましくは６０００本（６Ｋ）以上４８０００本（４８Ｋ）以下、より好ましくは９０００本（９Ｋ）以上１８０００本（１８Ｋ）、更に好ましくは１２０００本（１２Ｋ）である。心線１２を構成するカーボン繊維の繊度は、同様の観点から、好ましくは４００ｔｅｘ以上３２００ｔｅｘ以下、より好ましくは６００ｔｅｘ以上１２００ｔｅｘ以下、更に好ましくは８００ｔｅｘである。
心線１２は、優れた耐久性を得る観点から、撚り糸であることが好ましい。心線１２を構成する撚り糸としては、片撚り糸、諸撚り糸、及びラング撚り糸が挙げられる。撚り糸の心線１２は、同様の観点から、カーボン繊維のフィラメント束を一方向に撚った片撚り糸であることが好ましい。片撚り糸の心線１２の撚り数は、同様の観点から、好ましくは４回／１０ｃｍ以上１２回／１０ｃｍ以下、より好ましくは６回／１０ｃｍ以上１０回／１０ｃｍ以下である。片撚り糸の心線１２には、Ｓ撚り糸が用いられても、Ｚ撚り糸が用いられても、それらの両方が用いられても、いずれでもよい。
心線１２は、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように設けられている。心線１２は、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸の２本で構成され、それらが二重螺旋を形成するように設けられていてもよい。これにより、心線１２は、ベルト幅方向に間隔をおいて並行に延びるように配置されることとなる。心線１２のベルト幅１０ｍｍ当たりの本数は、優れた耐久性を得る観点から、好ましくは６本／１０ｍｍ以上１０本／１０ｍｍ以下、より好ましくは７本／１０ｍｍ以上９本／１０ｍｍ以下である。また、心線１２のカット端が、歯付ベルト本体１１の平帯部１１１の側面に露出することとなる。
実施形態に係る歯付ベルトＢは、図２に示すように、歯付ベルト本体１１と心線１２との間に介在する樹脂接着剤層１２ａを備える。樹脂接着剤層１２ａは、ベルト成形前の心線１２を液状接着剤に浸漬した後に加熱する接着処理を施すことにより心線１２に付着する接着剤硬化物で構成されている。
樹脂接着剤層１２ａは、後述する優れた加工性及びカットフレイ性を得る観点から、エポキシ化合物と、イソシアネート化合物との反応生成物（接着剤硬化物）で形成されていることが好ましい。
エポキシ化合物としては、例えば、ポリグリセロールポリグリシジルエーテル、ソルビトールポリグリシジルエーテル、グリセロールポリグリシジルエーテル、ジグリセロールポリグリシジルエーテル等が挙げられる。エポキシ化合物は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、優れた加工性及びカットフレイ性を得る観点から、ポリグリセロールポリグリシジルエーテルを含むことがより好ましい。エポキシ化合物のエポキシ当量は、同様の観点から、好ましくは１７０以上１９０以下、より好ましくは１８０以上１８５以下である。エポキシ化合物の全塩素含量は、同様の観点から、好ましくは５質量％以上９質量％以下、より好ましくは６質量％以上７質量％以下である。
イソシアネート化合物としては、例えば、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、トリレン２，４－ジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、ポリアリールポリイソシアネート等が挙げられる。また、水系の液状接着剤を用いる場合、イソシアネート化合物としては、これらのＮＣＯ基がブロック化剤でブロックされたブロックドイソシアネート等も挙げられる。ブロック化剤としては、例えば、例えば、ε－カプロラクタム、バレロラクタムなどのラクタム類；フェノール、クレゾール、レゾルシンなどのフェノール類；オキシム類等が挙げられる。イソシアネート化合物は、これらのうちの１種又は２種以上を含むことが好ましく、優れた加工性及びカットフレイ性を得る観点から、ＮＣＯ基がε－カプロラクタムでブロックされた４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネートを含むことがより好ましい。
樹脂接着剤層１２ａを形成する反応生成物におけるエポキシ化合物の含有量は、優れた加工性及びカットフレイ性を得る観点から、イソシアネート化合物の含有量よりも多いことが好ましい。エポキシ化合物の含有量のイソシアネート化合物の含有量に対する比（エポキシ化合物の含有量／イソシアネート化合物の含有量）は、同様の観点から、好ましくは１．５以上３．５以下、より好ましくは２以上３以下である。
樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量は、心線１２の単位長さ当たりにおいて、心線１２の質量に対して１質量％以上６質量％以下であり、優れた加工性及びカットフレイ性を得る観点から、好ましくは２質量％以上５．５質量％以下、より好ましくは３質量％以上５質量％以下である。この樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量は、樹脂接着剤層１２ａを形成するための液状接着剤のカーボン繊維への濡れ性、液状接着剤の固形分濃度、液状接着剤への心線１２の浸漬時間などの接着処理条件等により制御することができる。
樹脂接着剤層１２ａを構成する接着剤硬化物の硬さは、優れた加工性及びカットフレイ性を得る観点から、好ましくは７５ＩＲＨＤ／Ｍ以上１００ＩＲＨＤ／Ｍ以下、より好ましくは９０ＩＲＨＤ／Ｍ以上１００ＩＲＨＤ／Ｍ以下である。樹脂接着剤層１２ａの硬さは、歯付ベルト本体１１の硬さよりも高い。樹脂接着剤層１２ａの硬さの歯付ベルト本体１１の硬さに対する比（樹脂接着剤層１２ａの硬さ／歯付ベルト本体１１の硬さ）は、同様の観点から、好ましくは１．０以上１．５以下である。この樹脂接着剤層１２ａの硬さは、樹脂接着剤層１２ａを形成する反応生成物を試料として、ＪＩＳ Ｋ６２５３－２：２０１２に基づいて測定される。
心線１２は、接着処理前には内部に空隙を有している。その空隙の一部には、接着処理により樹脂接着剤層１２ａを構成する接着剤硬化物が含浸している。そして、接着処理済の心線１２の内部には、空隙が残存している。接着処理済の心線１２の内部の空隙率は、好ましくは１０％以上４０％以下、より好ましくは１５％以上３５％以下である。この空隙率は、樹脂接着剤層１２ａを形成するための液状接着剤のカーボン繊維への濡れ性、樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量等により制御することができる。また、この空隙率は、接着処理済の心線１２の３箇所の断面画像において、それぞれの心線１２の断面積における空隙の占有面積の百分率を求め、それらの平均値として算出される。
接着処理済の心線１２の内部に残存した空隙の少なくとも一部には、ベルト成形により歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂が含浸している。心線１２への歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂の含浸量は、心線１２の単位長さ当たりにおいて、心線１２の質量に対して５質量％以上２５質量％以下であり、優れた加工性及びカットフレイ性を得る観点から、好ましくは１０質量％以上２０質量％以下、より好ましくは１２質量％以上１８質量％以下である。このポリウレタン樹脂の含浸量は、歯付ベルト本体１１を形成するためのウレタン組成物の心線１２に接着処理により付着した樹脂接着剤層１２ａへの濡れ性、ウレタン組成物の粘度等により制御することができる。なお、ベルト成形後の心線１２にも更に空隙が残存していてもよい。
実施形態に係る歯付ベルトＢは、歯付ベルト本体１１におけるベルト厚さ方向の心線１２の埋設位置よりも内周側にベルト長さ方向に沿って埋設された不織布１３を備える。不織布１３は、一枚で構成されていても、複数枚で構成されていても、どちらでもよい。
不織布１３は、歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂が含浸し、側面視において層を形成するように設けられている。不織布１３の歯部１１２に対応する部分は、側面視において内周側に膨出するように歯部１１２に入り込んでベルト厚さ方向に厚く広がっている。不織布１３の歯部１１２間に対応する部分は、心線１２に接触してベルト厚さ方向に薄く圧縮されている。
不織布１３を構成する繊維材料としては、例えば、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維、ポリケトン繊維、カーボン繊維等が挙げられる。不織布１３は、単一種の繊維で形成されていても、また、複数種の繊維で形成されていても、どちらでもよい。
不織布１３には、ベルト成形前に予め液状接着剤に浸漬した後に加熱する等の接着処理が施されていてもよい。
以上の構成の実施形態に係る歯付ベルトＢでは、歯付ベルト本体１１と心線１２との間に介在する樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量が心線１２の質量に対して１質量％以上６質量％以下である。また、その樹脂接着剤層１２ａの硬さが歯付ベルト本体１１の硬さよりも高い。さらに、心線１２に歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂が含浸しているとともに、その含浸量が心線１２の質量に対して５質量％以上２５質量％以下である。これらのことから、実施形態に係る歯付ベルトＢによれば、優れた加工性を得ることができるとともに、歯付ベルト本体１１の平帯部１１１の側面に露出する心線１２のカット端において、優れたカットフレイ性を得ることができる。
ここで、優れた加工性が得られるのは、樹脂接着剤層１２ａの硬さが歯付ベルト本体１１よりも高いものの、樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量が比較的少ないので、接着処理済の心線１２の曲げ剛性が低く抑えられ、それを円筒金型に巻き付ける際にプーリを介して繰り出すとき、プーリが小径でも巻き付き性がよいため、接着処理済の心線１２の取り扱いが容易となることによる。また、樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量が比較的少ないものの、心線１２を形成するカーボン繊維のフィラメント束の表層を一体化させるのには十分であるので、心線１２の表面の毛羽が抑えられ、接着処理済の心線１２を円筒金型に巻き付ける際にプーリに接触させながら繰り出すとき、その表面の毛羽が脱落して飛散したものが周辺に堆積するということが抑制されるため、接着処理済の心線１２の取り扱いが容易となることによる。
優れたカットフレイ性が得られるのは、樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量が比較的少ないものの、心線１２に歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーであるポリウレタン樹脂が含浸しているとともに、その含浸量が比較的多いので、心線１２を形成するカーボン繊維のフィラメント束の全体が一体化し、毛羽の発生が抑制されることによる。
次に、実施形態に係る歯付ベルトＢの製造方法について説明する。
まず、ウレタンプレポリマーを液槽に仕込み、所定温度に調温して撹拌を行いながら、そこに、硬化剤、可塑剤、滑剤等の配合剤を投入して歯付ベルト本体１１を形成するためのウレタン組成物を調製する。ウレタン組成物の８０℃での粘度は、例えば５０ｍＰａ・ｓ以上１０００ｍＰａ・ｓ以下である。ウレタン組成物の粘度は、ＪＩＳ Ｋ７３０１－１９９５を準用して測定される。
また、心線１２をボビンから引き出して連続走行させながら、液槽の液状接着剤に浸漬して引き上げた後、加熱炉内に導入して加熱する接着処理を心線１２に施してボビンに巻き取る。このとき、心線１２には、樹脂接着剤層１２ａを構成する接着剤硬化物が含浸するとともに表面を被覆するように付着する。
液状接着剤は、水系であることが好ましいが、溶剤系であってもよい。液状接着剤は、エポキシ化合物及びイソシアネート化合物などの接着主剤の他、硬化剤や界面活性剤等を含有していてもよい。液状接着剤の固形分濃度は、例えば５質量％以上４０質量％以下である。
心線１２の液状接着剤への浸漬時間は、例えば０．５秒以上６０秒以下である。加熱温度（炉内温度）は、例えば１００℃以上３００℃以下である。加熱時間は、例えば１．０分以上２０分以下である。心線１２の接着処理は、複数回繰り返し行ってもよい。また、心線１２の接着処理は、液状接着剤への浸漬処理を１回行った後、加熱温度及び／又は加熱時間を変えて加熱処理を多段階で行ってもよい。
次いで、図３Ａに示すように、円柱状の内金型２１に不織布１３を被せ、その上から接着処理を施した心線１２を螺旋状に巻き付ける。内金型２１の外周には、断面が歯部１１２に対応した形状の軸方向に延びる凹溝２２が周方向に間隔をおいて一定ピッチで設けられているとともに、各凹溝２２間に軸方向に延びる突条２３が構成されているので、不織布１３及び心線１２を、それらが突条２３で支持されるように設ける。
このとき、樹脂接着剤層１２ａが硬いものの、その心線１２への付着量が比較的少ないので、接着処理済の心線１２の曲げ剛性が低く抑えられ、それを内金型２１に巻き付ける際にプーリを介して繰り出すとき、プーリが小径でも巻き付き性がよいため、接着処理済の心線１２を容易に取り扱うことができる。また、樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量が比較的少ないものの、心線１２を形成するカーボン繊維のフィラメント束の表層を一体化させるのには十分であるので、心線１２の表面の毛羽が抑えられ、接着処理済の心線１２を内金型２１に巻き付ける際にプーリに接触させながら繰り出すとき、その表面の毛羽が脱落して飛散したものが周辺に堆積することが抑制されるため、接着処理済の心線１２を容易に取り扱うことができる。このように優れた加工性を得ることができる。
次いで、図３Ｂに示すように、内金型２１を円筒状の外金型２４の中に収容する。このとき、内金型２１と外金型２４との間にベルト本体成形用のキャビティＣが構成される。
続いて、図３Ｃに示すように、密閉したキャビティＣにウレタン組成物を注入して充填するとともに加熱する。このとき、ウレタン組成物が流動するとともに架橋して硬化することによりポリウレタン樹脂の歯付ベルト本体１１が形成される。凹溝２２では歯部１１２が形成される。心線１２は、その内部の空隙に歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂が含浸するとともに、樹脂接着剤層１２ａを介して歯付ベルト本体１１に接着して埋設される。不織布１３は、その内部に歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂が含浸するとともに、歯付ベルト本体１１に接着して埋設される。以上のようにして、歯付ベルト本体１１、心線１２、及び不織布１３が一体化して円筒状のベルトスラブＳが成型される。
最後に、内金型２１及び外金型２４からベルトスラブＳを脱型し、比較的低温に設定した炉内に保持して後架橋処理を施した後、それを輪切りすることにより実施形態に係る歯付ベルトＢが得られる。
このとき、歯付ベルト本体１１の平帯部１１１の側面には、心線１２のカット端が露出することとなるが、樹脂接着剤層１２ａの心線１２への付着量は比較的少ないものの、心線１２の内部の空隙には、歯付ベルト本体１１を形成するエラストマーのポリウレタン樹脂が比較的多く含浸しているので、心線１２を形成するカーボン繊維のフィラメント束の全体が一体化し、毛羽の発生が抑制されるため、優れたカットフレイ性を得ることができる。
なお、上記実施形態では、歯付ベルト本体１１、心線１２、及び不織布１３で構成された歯付ベルトＢとしたが、特にこれに限定されるものではなく、歯付ベルト本体１１の内周側の歯部側表面、及び／又は、歯付ベルト本体１１の外周側の背面に補強布が設けられていてもよい。
上記実施形態では、歯付ベルト本体１１がポリウレタン樹脂で形成された歯付ベルトＢとしたが、特にこれに限定されるものではなく、歯付ベルト本体１１が架橋ゴム組成物や熱可塑性エラストマーで形成されていてもよい。
上記実施形態では、伝動ベルトとして歯付ベルトＢを示したが、特にこれに限定されるものではなく、平ベルト、Ｖベルト、Ｖリブドベルト等であってもよい。
（ウレタン組成物）
ウレタン１乃至５のウレタン組成物を調製した。それぞれの構成は表１にも示す。
ウレタン１乃至５のウレタン組成物を調製した。それぞれの構成は表１にも示す。
＜ウレタン１＞
イソシアネート成分をトリレンジイソシアネート及びポリオール成分をポリテトラメチレンエーテルグリコールとするウレタンプレポリマー（ＰＴＭＥＧ－ＴＤＩ）１００質量部に対して、硬化剤の３，３’－ジクロロ－４，４’－ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）１７質量部を配合したウレタン組成物を調製し、それをウレタン１とした。ウレタン１の８０℃での粘度は６００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン１を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９５ＩＲＨＤ／Ｍであった。
イソシアネート成分をトリレンジイソシアネート及びポリオール成分をポリテトラメチレンエーテルグリコールとするウレタンプレポリマー（ＰＴＭＥＧ－ＴＤＩ）１００質量部に対して、硬化剤の３，３’－ジクロロ－４，４’－ジアミノジフェニルメタン（ＭＯＣＡ）１７質量部を配合したウレタン組成物を調製し、それをウレタン１とした。ウレタン１の８０℃での粘度は６００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン１を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９５ＩＲＨＤ／Ｍであった。
＜ウレタン２＞
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）３質量部及び滑剤の脂肪酸エステル３質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン２とした。ウレタン２の８０℃での粘度は５００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン２を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９４ＩＲＨＤ／Ｍであった。
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）３質量部及び滑剤の脂肪酸エステル３質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン２とした。ウレタン２の８０℃での粘度は５００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン２を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９４ＩＲＨＤ／Ｍであった。
＜ウレタン３＞
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）６質量部及び滑剤の脂肪酸エステル６質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン３とした。ウレタン３の８０℃での粘度は３５０ｍＰａ・ｓであった。ウレタン３を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９３ＩＲＨＤ／Ｍであった。
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）６質量部及び滑剤の脂肪酸エステル６質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン３とした。ウレタン３の８０℃での粘度は３５０ｍＰａ・ｓであった。ウレタン３を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９３ＩＲＨＤ／Ｍであった。
＜ウレタン４＞
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）１０質量部及び滑剤の脂肪酸エステル１０質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン４とした。ウレタン４の８０℃での粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン４を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９２ＩＲＨＤ／Ｍであった。
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）１０質量部及び滑剤の脂肪酸エステル１０質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン４とした。ウレタン４の８０℃での粘度は２００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン４を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９２ＩＲＨＤ／Ｍであった。
＜ウレタン５＞
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）１５質量部及び滑剤の脂肪酸エステル１５質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン５とした。ウレタン５の８０℃での粘度は１００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン５を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９０ＩＲＨＤ／Ｍであった。
ウレタンプレポリマー１００質量部に対して、更に可塑剤のジオクチルフタレート（ＤＯＰ）１５質量部及び滑剤の脂肪酸エステル１５質量部を配合したことを除いてウレタン１と同様のウレタン組成物を調製し、それをウレタン５とした。ウレタン５の８０℃での粘度は１００ｍＰａ・ｓであった。ウレタン５を硬化させたポリウレタン樹脂の硬さは９０ＩＲＨＤ／Ｍであった。
（接着処理済心線）
以下の接着処理済心線１乃至５を作製した。それぞれの構成は表２にも示す。
以下の接着処理済心線１乃至５を作製した。それぞれの構成は表２にも示す。
＜接着処理済心線１＞
心線として、フィラメント本数が１２０００本のカーボン繊維（Ｔｅｎａｘ-Ｊ ＵＴＳ５０ Ｆ２２ 帝人社製、１２Ｋ、８００ｔｅｘ、フィラメント径：７μｍ）のフィラメント束を、長さ１０ｃｍ当たりの撚り数を６回／１０ｃｍとして一方向に撚った片撚り糸を準備した。なお、片撚り糸の心線は、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸を準備した。
心線として、フィラメント本数が１２０００本のカーボン繊維（Ｔｅｎａｘ-Ｊ ＵＴＳ５０ Ｆ２２ 帝人社製、１２Ｋ、８００ｔｅｘ、フィラメント径：７μｍ）のフィラメント束を、長さ１０ｃｍ当たりの撚り数を６回／１０ｃｍとして一方向に撚った片撚り糸を準備した。なお、片撚り糸の心線は、Ｓ撚り糸及びＺ撚り糸を準備した。
エポキシ化合物のポリグリセロールポリグリシジルエーテル（エポキシ当量：１８３、全塩素含量：６．４質量％）を２．１５質量％、イソシアネート化合物のＮＣＯ基がε－カプロラクタムでブロックされた４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネートを０．８１質量％、イミダゾール系エポキシ樹脂硬化剤を０．０２質量％、界面活性剤を０．０２質量％、及び水を９７質量％をそれぞれ含有する固形分濃度が３質量％の水系の液状接着剤１を調製した。なお、エポキシ化合物の含有量／イソシアネート化合物の含有量は２．７である。
心線に対し、液状接着剤１に浸漬した後に加熱する接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線１とした。心線の液状接着剤１への浸漬時間は１０秒とした。加熱処理は、加熱温度２００℃及び加熱時間１分の一次加熱処理を行った後、加熱温度２６０℃及び加熱時間４分の二次加熱処理を行った。
液状接着剤１の接着剤硬化物の硬さは９８ＩＲＨＤ／Ｍであった。接着処理前後の質量差から算出される接着処理済心線１における樹脂接着剤層の付着量は、心線の質量に対して０．５質量％であった。接着処理済心線１の空隙率は４５％であった。
＜接着処理済心線２＞
固形分濃度が６質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤２を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線２とした。
固形分濃度が６質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤２を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線２とした。
液状接着剤２の接着剤硬化物の硬さは９８ＩＲＨＤ／Ｍであった。接着処理済心線２における樹脂接着剤層の付着量は、心線の質量に対して１質量％であった。接着処理済心線２の空隙率は４０％であった。
＜接着処理済心線３＞
固形分濃度が１７質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤３を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線３とした。
固形分濃度が１７質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤３を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線３とした。
液状接着剤３の接着剤硬化物の硬さは９８ＩＲＨＤ／Ｍであった。接着処理済心線３における樹脂接着剤層の付着量は、心線の質量に対して４質量％であった。接着処理済心線３の空隙率は２５％であった。
＜接着処理済心線４＞
固形分濃度が２３質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤４を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線４とした。
固形分濃度が２３質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤４を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線４とした。
液状接着剤４の接着剤硬化物の硬さは９８ＩＲＨＤ／Ｍであった。接着処理済心線４における樹脂接着剤層の付着量は、心線の質量に対して６質量％であった。接着処理済心線４の空隙率は１０％であった。
＜接着処理済心線５＞
固形分濃度が２５質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤５を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線５とした。
固形分濃度が２５質量％であることを除いて液状接着剤１と同一成分比である液状接着剤５を用い、心線に対して接着処理を施して樹脂接着剤層を付着させ、それを接着処理済心線５とした。
液状接着剤５の接着剤硬化物の硬さは９８ＩＲＨＤ／Ｍであった。接着処理済心線５における樹脂接着剤層の付着量は、心線の質量に対して７質量％であった。接着処理済心線５の空隙率は８％であった。
（歯付ベルト）
実施例１乃至５及び比較例１乃至６の歯付ベルトを作製した。それぞれの構成は表３にも示す。
実施例１乃至５及び比較例１乃至６の歯付ベルトを作製した。それぞれの構成は表３にも示す。
＜実施例１＞
ウレタン２を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線２を用いるとともに、ニードルパンチ法により無加圧で製造されたナイロン繊維製の不織布を用いることにより、上記実施形態と同様の構成のＳＴＳ歯形の歯付ベルトを作製し、それを実施例１とした。
ウレタン２を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線２を用いるとともに、ニードルパンチ法により無加圧で製造されたナイロン繊維製の不織布を用いることにより、上記実施形態と同様の構成のＳＴＳ歯形の歯付ベルトを作製し、それを実施例１とした。
実施例１の歯付ベルトは、ベルト長さが８００ｍｍ、ベルト幅が８ｍｍ、ベルト厚さ（最大）が４．８ｍｍであった。歯部は、ＩＳＯ１３０５０：２０１４（Ｅ）で規定されるＳ８Ｍであった。
実施例１の歯付ベルトの心線を歯付ベルト本体から取り出して外周に付着したポリウレタン樹脂をきれいに除去し、それを熱重量分析することにより有機物量を解析した。また、接着処理済心線２についても熱重量分析することにより有機物量を解析した。そして、それらの有機物量の差を心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量とし、それを心線の質量を基準として換算したところ５質量％であった。
＜実施例２＞
ウレタン５を用いて歯付ベルト本体を形成したことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例２とした。実施例２の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は２５質量％であった。
ウレタン５を用いて歯付ベルト本体を形成したことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例２とした。実施例２の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は２５質量％であった。
＜実施例３＞
ウレタン４を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線３を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例３とした。実施例３の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は１５質量％であった。
ウレタン４を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線３を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例３とした。実施例３の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は１５質量％であった。
＜実施例４＞
ウレタン２を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線４を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例４とした。実施例４の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は５質量％であった。
ウレタン２を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線４を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例４とした。実施例４の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は５質量％であった。
＜実施例５＞
ウレタン３を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線４を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例５とした。実施例５の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は１０質量％であった。
ウレタン３を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線４を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを実施例５とした。実施例５の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は１０質量％であった。
＜比較例１＞
接着処理済心線１を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例１とした。比較例１の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は５質量％であった。
接着処理済心線１を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例１とした。比較例１の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は５質量％であった。
＜比較例２＞
ウレタン５を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線１を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例２とした。比較例２の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は２５質量％であった。
ウレタン５を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線１を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例２とした。比較例２の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は２５質量％であった。
＜比較例３＞
ウレタン２を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線５を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例３とした。比較例３の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は５質量％であった。
ウレタン２を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線５を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例３とした。比較例３の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は５質量％であった。
＜比較例４＞
ウレタン３を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線５を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例４とした。比較例４の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は１０質量％であった。
ウレタン３を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線５を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例４とした。比較例４の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は１０質量％であった。
＜比較例５＞
ウレタン１を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線２を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例５とした。比較例５の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は３質量％であった。
ウレタン１を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線２を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例５とした。比較例５の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は３質量％であった。
＜比較例６＞
ウレタン１を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線４を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例６とした。比較例６の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は３質量％であった。
ウレタン１を用いて歯付ベルト本体を形成し、接着処理済心線４を用いたことを除いて実施例１と同様の歯付ベルトを作製し、それを比較例６とした。比較例６の歯付ベルトの心線に含浸したポリウレタン樹脂の含浸量は３質量％であった。
（試験方法）
＜接着処理済心線の曲げ剛性＞
実施例１乃至５及び比較例１乃至６の歯付ベルトで用いた接着処理済心線１乃至５のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｋ７１０６－１９９５に準拠して偏位角１０°の片持ちばりによる曲げ試験を実施することにより曲げ剛性を測定した。そして、曲げ剛性が０．０６Ｎ・ｍ２以下の場合をＡＡ、０．０６Ｎ・ｍ２よりも高く且つ０．１Ｎ・ｍ２以下の場合をＡ、及び０．１Ｎ・ｍ２よりも高い場合をＢと評価した。
＜接着処理済心線の曲げ剛性＞
実施例１乃至５及び比較例１乃至６の歯付ベルトで用いた接着処理済心線１乃至５のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｋ７１０６－１９９５に準拠して偏位角１０°の片持ちばりによる曲げ試験を実施することにより曲げ剛性を測定した。そして、曲げ剛性が０．０６Ｎ・ｍ２以下の場合をＡＡ、０．０６Ｎ・ｍ２よりも高く且つ０．１Ｎ・ｍ２以下の場合をＡ、及び０．１Ｎ・ｍ２よりも高い場合をＢと評価した。
接着処理済心線の曲げ剛性が高すぎると、それを内金型に巻き付ける際にプーリを介して繰り出すとき、プーリが小径の場合には、プーリへの接着処理済心線の巻き付き性が損なわれ、例えばプーリ上で接着処理済心線が折れるといったことが生じ、その取り扱いが困難となる。
＜接着処理済心線の毛羽＞
実施例１乃至５及び比較例１乃至６の歯付ベルトで用いた接着処理済心線１乃至５のそれぞれについて、１回のベルト成形時において、内金型に巻き付ける際にプーリを介して繰り出したとき、接着処理済心線の巻き掛け径が２０ｍｍとなる最小径のプーリに、接着処理済心線の表面の毛羽の脱落物の堆積の有無を目視で確認した。そして、毛羽の脱落物の堆積が全く認められなかった場合をＡＡ、僅かに認められた場合をＡ、及び多く認められた場合をＢと評価した。
実施例１乃至５及び比較例１乃至６の歯付ベルトで用いた接着処理済心線１乃至５のそれぞれについて、１回のベルト成形時において、内金型に巻き付ける際にプーリを介して繰り出したとき、接着処理済心線の巻き掛け径が２０ｍｍとなる最小径のプーリに、接着処理済心線の表面の毛羽の脱落物の堆積の有無を目視で確認した。そして、毛羽の脱落物の堆積が全く認められなかった場合をＡＡ、僅かに認められた場合をＡ、及び多く認められた場合をＢと評価した。
接着処理済心線の毛羽が多いと、それを内金型に巻き付ける際にプーリに接触させながら繰り出すとき、その表面の毛羽が脱落して飛散したものが周辺に堆積するといったことが生じ、その取り扱いが困難となる。
＜心線のカット端のカットフレイ性＞
実施例１乃至５及び比較例１乃至６のそれぞれの歯付ベルトについて、歯付ベルト本体の平帯部の側面に露出した心線のカット端における毛羽の有無を目視で確認した。そして、毛羽が全く認められなかった場合をＡＡ、僅かに認められた場合をＡ、及び多く認められた場合をＢと評価した。
実施例１乃至５及び比較例１乃至６のそれぞれの歯付ベルトについて、歯付ベルト本体の平帯部の側面に露出した心線のカット端における毛羽の有無を目視で確認した。そして、毛羽が全く認められなかった場合をＡＡ、僅かに認められた場合をＡ、及び多く認められた場合をＢと評価した。
心線のカット端に毛羽が多くてカットフレイ性が悪い場合、それが周辺の回転物に巻き付いて故障を引き起こす原因となる場合がある。また、ベルト側面がプーリのフランジと擦れることで毛羽が飛散し、周辺設備を汚染したり、周辺センサの誤動作を招く虞がある。
（試験結果）
試験結果を表３に示す。これによれば、実施例１乃至５では、接着処理済心線の曲げ剛性が低いとともに、毛羽が少なく、且つカットフレー性が優れることが分かる。一方、比較例１乃至６では、接着処理済心線の曲げ剛性が高い、毛羽が多い、又は、カットフレー性が劣ることが分かる。
試験結果を表３に示す。これによれば、実施例１乃至５では、接着処理済心線の曲げ剛性が低いとともに、毛羽が少なく、且つカットフレー性が優れることが分かる。一方、比較例１乃至６では、接着処理済心線の曲げ剛性が高い、毛羽が多い、又は、カットフレー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ついて有用である。
Ｂ 歯付ベルト（伝動ベルト）
Ｃ キャビティ
Ｓ ベルトスラブ
１１ 歯付ベルト本体
１１１ 平帯部
１１２ 歯部
１２ 心線
１２ａ 樹脂接着剤層
１３ 不織布
２１ 内金型
２２ 凹溝
２３ 突条
２４ 外金型
Ｃ キャビティ
Ｓ ベルトスラブ
１１ 歯付ベルト本体
１１１ 平帯部
１１２ 歯部
１２ 心線
１２ａ 樹脂接着剤層
１３ 不織布
２１ 内金型
２２ 凹溝
２３ 突条
２４ 外金型
Claims (6)
- エラストマー製のベルト本体と、前記ベルト本体に埋設されるととも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設けられたカーボン繊維製の心線と、前記ベルト本体と前記心線との間に介在するように前記心線に付着した樹脂接着剤層と、を備えた伝動ベルトであって、
前記樹脂接着剤層の前記心線への付着量が前記心線の質量に対して１質量％以上６質量％以下であり、且つ前記樹脂接着剤層の硬さが前記ベルト本体の硬さよりも高く、
前記心線には、前記ベルト本体を形成するエラストマーが含浸しているとともに、その含浸量が前記心線の質量に対して５質量％以上２５質量％以下である伝動ベルト。 - 請求項１に記載された伝動ベルトにおいて、
前記ベルト本体を形成するエラストマーがポリウレタン樹脂である伝動ベルト。 - 請求項１又は２に記載された伝動ベルトにおいて、
前記ベルト本体の硬さが７０ＩＲＨＤ／Ｍ以上１００ＩＲＨＤ／Ｍ以下である伝動ベルト。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
前記樹脂接着剤層の硬さが７５ＩＲＨＤ／Ｍ以上１００ＩＲＨＤ／Ｍ以下である伝動ベルト。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載された伝動ベルトにおいて、
前記樹脂接着剤層が、エポキシ化合物とイソシアネート化合物との反応生成物で形成されている伝動ベルト。 - 請求項５に記載された伝動ベルトにおいて、
前記樹脂接着剤層を形成する前記反応生成物における前記エポキシ化合物の含有量が前記イソシアネート化合物の含有量よりも多い伝動ベルト。
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| JP2009236311A (ja) | 2007-04-26 | 2009-10-15 | Mitsuboshi Belting Ltd | ベルト及びベルトの製造方法 |
| JP2018185044A (ja) | 2017-04-24 | 2018-11-22 | 三ツ星ベルト株式会社 | 歯付きベルト |
-
2020
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