JP7436731B2 - 結合vベルトおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
複数本のラップドVベルト部およびタイバンドを含む、結合Vベルトであって、
各ラップドVベルト部の外周面が前記タイバンドで連結されており、
各ラップドVベルト部が、ベルト本体と、前記ベルト本体の外表面を被覆する外被布とを含み、
前記ベルト本体が、芯体を含む芯体層、前記芯体層のベルト外周側に積層された伸張ゴム層、および前記芯体層のベルト内周側に積層された圧縮ゴム層を含み、
前記タイバンドが、ベルト幅方向に短繊維が配向している短繊維含有ゴム層を含み、
前記短繊維含有ゴム層が、ベルト長手方向に延びる複数のリブ部を有する。
前記布帛層が、前記短繊維含有ゴム層の内周面に積層された繊維構造体を含む態様である。
前記第2の糸状体の配列密度が、前記第1の糸状体の配列密度よりも低い態様である。
複数本のラップドVベルト部前駆体をタイバンド前駆体で連結する連結工程、
連結した前記ラップドVベルト部前駆体および前記タイバンド前駆体を加熱および加圧して架橋成形する架橋成形工程、
得られた架橋成形体の外周側にリブ部を形成するリブ部形成工程を含む、前記態様[1]~[7]のいずれかの態様の結合Vベルトの製造方法も含まれる。
タイバンド(結合部材)に連結されるラップドVベルト部(以下「Vベルト部」とも称する)は、特に制限されない。当該ラップドVベルト部は、図1~4に示すVベルト部のように、慣用のVベルト部、すなわち、芯体(心線)を含む芯体層(接着ゴム層)と、この芯体層のベルト外周側に積層された伸張ゴム層と、前記芯体層のベルト内周側に積層された圧縮ゴム層とを含み、無端状でV字状断面を有するVベルト部であればよい。なお、前記V字状断面の左右の両側面(V字状側面)が摩擦伝動面である。なお、V字状断面において、ベルト幅が広い側を外周側、ベルト幅が狭い側を内周側とする。V字状側面のV角度(α1)は、ベルト厚み方向に対して、例えば35~45°、好ましくは36~44°、さらに好ましくは37~43°、より好ましくは38~42°、最も好ましくは39~41°(特に40°)である。
各Vベルト部を構成する圧縮ゴム層は、図1~4に示すような単層(一層)であってもよく、図6に示すような2種類のゴム層を含む積層構造を有し、かつ各層のゴム硬度や強度が調整されたゴム層であってもよい。
伸張ゴム層が単層構造の場合、圧縮ゴム層および伸張ゴム層のゴム硬度Hsは、例えば60~90°程度の範囲から選択でき、好ましくは72~80°、より好ましくは73~78°、さらに好ましくは74~78°、最も好ましくは75~77°である。ゴム硬度が小さすぎると、耐側圧性が低下する虞がある。逆に、ゴム硬度が大きすぎると、屈曲性が低下する虞がある。
耐側圧性を向上させるために、圧縮ゴム層を二層構造とする場合は、芯体層側に配置される第1圧縮ゴム層と伸張ゴム層とを高硬度のゴム層とするのが好ましい。第1圧縮ゴム層および伸張ゴム層のゴム硬度Hsは、それぞれ、例えば80~100°程度の範囲から選択でき、好ましくは85~95°、より好ましくは87~94°、さらに好ましくは90~93°、最も好ましくは92~93°である。ゴム硬度が小さすぎると、耐側圧性が低下する虞がある。逆に、ゴム硬度が大きすぎると、プーリ溝とのフィット性や屈曲性が低下する虞がある。
圧縮ゴム層は、第1圧縮ゴム層および第2圧縮ゴム層に加えて、ゴム硬度の異なる他のゴム層をさらに含んでいてもよい。他のゴム層は、単層であってもよく、複数の層であってもよい。また、他のゴム層は、第1圧縮ゴム層の上下面、第2圧縮ゴム層の下面のいずれの面に積層されていてもよい。他のゴム層の平均厚み(複数の他のゴム層が存在する場合は合計厚み)は、圧縮ゴム層全体の平均厚みに対して、例えば30%以下であってもよく、好ましくは10%以下、さらに好ましくは5%以下である。すなわち、圧縮ゴム層は、第1圧縮ゴム層および第2圧縮ゴム層を主要な層として含むのが好ましい。第1圧縮ゴム層と第2圧縮ゴム層との合計の平均厚みは、圧縮ゴム層全体の平均厚みに対して、例えば70%以上であってもよく、好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上である。圧縮ゴム層は第1圧縮ゴム層および第2圧縮ゴム層のみからなるのが特に好ましい。
圧縮ゴム層全体の平均厚みは、例えば1~12mm、好ましくは2~10mm、さらに好ましくは2.5~9mm、より好ましくは3~8mmである。伸張ゴム層全体の平均厚みは、例えば0.5~10mm(例えば0.5~1.5mm)、好ましくは0.6~5mm(例えば0.7~1mm)である。
圧縮ゴム層および伸張ゴム層は、それぞれ、ラップドVベルトのゴム組成物として慣用的に利用されている架橋ゴム組成物で形成されていてもよい。架橋ゴム組成物は、ゴム成分を含む架橋ゴム組成物であってもよく、組成物の組成を適宜調整することにより、圧縮ゴム層および伸張ゴム層をそれぞれ構成する各層、特に、第1圧縮ゴム層および第2圧縮ゴム層のゴム硬度などを調整できる。ゴム硬度などの調整方法としては、特に限定されない。組成物を構成する成分の組成および/または種類を変えてゴム硬度を調整してもよく、簡便性などの点から、短繊維やフィラーの割合および/または種類を変えてゴム硬度を調整するのが好ましい。
圧縮ゴム層および伸張ゴム層の架橋ゴム組成物に含まれるゴム成分(A)としては、公知の加硫または架橋可能なゴムおよび/またはエラストマーから選択できる。ゴム成分(A)としては、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(CR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ビニルピリジン-スチレン-ブタジエン共重合体ゴム、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(水素化ニトリルゴムと不飽和カルボン酸金属塩との混合ポリマーを含む)などの前記ジエン系ゴムの水添物など]、オレフィン系ゴム[例えば、エチレン-α-オレフィン系ゴム(エチレン-α-オレフィンエラストマー)、ポリオクテニレンゴム、エチレン-酢酸ビニル共重合体ゴム、クロロスルホン化ポリエチレンゴム、アルキル化クロロスルホン化ポリエチレンゴムなど]、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、フッ素ゴムなどが例示できる。これらのゴム成分は、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。
前記架橋ゴム組成物は、前記ゴム成分(A)に加えて短繊維(B)をさらに含んでいてもよい。短繊維(B)を構成する繊維としては、例えば、ポリオレフィン系繊維(例えば、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[例えば、ポリアミド6繊維、ポリアミド66繊維、ポリアミド46繊維などの脂肪族ポリアミド繊維(ナイロン繊維)、アラミド繊維など]、ポリアルキレンアリレート系繊維[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)繊維などのC2-4アルキレンC8-14アリレート系繊維など]、ビニルアルコール系繊維(ポリビニルアルコール繊維、エチレン-ビニルアルコール共重合体繊維、ビニロン繊維など)、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;セルロース系繊維(綿、麻などのセルロース繊維、セルロース誘導体の繊維など)、羊毛などの天然または半合成繊維;炭素繊維などの無機繊維などが挙げられる。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。
前記架橋ゴム組成物は、前記ゴム成分(A)に加えてフィラー(C)をさらに含んでいてもよい。フィラーとしては、例えば、カーボンブラック、シリカ、クレー、炭酸カルシウム、タルク、マイカなどが挙げられる。フィラーは、補強性フィラーを含む場合が多く、このような補強性フィラーは、カーボンブラック、補強性シリカなどであってもよい。なお、通常、シリカの補強性は、カーボンブラックの補強性よりも小さい。これらのフィラーは、単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。本開示では、耐側圧性を向上させるため、補強性フィラーを含むのが好ましく、カーボンブラックを含むのが特に好ましい。
前記架橋ゴム組成物は、必要に応じて、他の添加剤(D)として、架橋剤(または加硫剤)、共架橋剤(架橋助剤)、架橋促進剤、架橋遅延剤、金属酸化物(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)、軟化剤(パラフィンオイル、ナフテン系オイルなどのオイル類など)、加工剤または加工助剤(例えば、ステアリン酸などの脂肪酸、ステアリン酸金属塩などの脂肪酸金属塩、ステアリン酸アマイドなどの脂肪酸アマイド、ワックス、パラフィンなど)、接着性改善剤[例えば、レゾルシン-ホルムアルデヒド共縮合物(RF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]、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)、可塑剤[脂肪族カルボン酸系可塑剤(アジピン酸エステル系可塑剤、セバシン酸エステル系可塑剤など)、芳香族カルボン酸エステル系可塑剤(フタル酸エステル系可塑剤、トリメリット酸エステル系可塑剤など)、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]、着色剤、粘着付与剤、滑剤、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、帯電防止剤などを含んでいてもよい。なお、金属酸化物は、架橋剤として作用してもよい。また、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およびアミノ樹脂は、レゾルシンおよび/または窒素含有環状化合物(メラミンなど)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。
芯体層は、芯体を含んでいればよく、前述のように、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、図1~4に示されるように、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。芯体が埋設された架橋ゴム組成物で形成された芯体層は、通常、接着ゴム層と称され、ゴム成分を含む架橋ゴム組成物で形成された層内に、芯体が埋設されていてもよい。接着ゴム層は、圧縮ゴム層と伸張ゴム層との間に介在して圧縮ゴム層と伸張ゴム層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のが好ましい。
芯体層(特に、接着ゴム層)を形成する架橋ゴム組成物のゴム硬度Hsは、例えば72~80°、好ましくは73~78°、さらに好ましくは75~77°である。ゴム硬度が小さすぎると、耐側圧性が低下する虞がある。逆に、ゴム硬度が大きすぎると、芯体の周囲の架橋ゴム組成物が剛直となって芯体が屈曲し難くなり、芯体層の発熱劣化(亀裂)、芯体の屈曲疲労などが生じて、芯体が剥離する虞がある。
芯体層に含まれる芯体(A4)は、特に限定されないが、通常、ベルト幅方向に所定の間隔で配列した心線(撚りコード)である。心線は、ベルトの長手方向に延びて配設され、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てもよいが、生産性の点から、通常、ベルト長手方向に略平行に、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。心線を螺旋状に配設する場合、ベルト長手方向に対する心線の角度は、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、隣接する芯体の中心間の距離であるピッチまたは間隔(特に、心線のスピンニングピッチ)は、1.0~3.6mmの範囲に設定されることが好ましく、1.2~3mmの範囲に設定されることがさらに好ましく、1.4~2.4mmの範囲に設定されることがより好ましい。
外被布(カバー布)は、慣用の布帛で形成されている。布帛としては、例えば、織布、編布(緯編布、経編布)、不織布などの布材などが挙げられ、これらのうち、平織、綾織、朱子織などの織布、交差角が90°を超え120°以下程度の織布、編布などが好ましく、一般産業用や農業機械用の伝動ベルトのカバー布として汎用されている織布[交差角が直角である平織布、交差角が90°を超え120°以下程度の平織布(広角度帆布)]が特に好ましい。さらに、耐久性が要求される用途では、布帛は、広角度帆布であってもよい。
各ラップドVベルト部は、圧縮ゴム層の内周面(内周側の表面)と外被布との間に補強布層をさらに含んでいてもよい。図7に、補強布層を備えたラップドVベルト部の例を示す。この例では、ラップドVベルト部51は、図6のラップドVベルト部と同様に、伸張ゴム層53、芯体(心線)54aを埋設した芯体層(接着ゴム層)54、第1圧縮ゴム層55a、第2圧縮ゴム層55b、外被布56を備える。この例では、図6のラップドVベルト部とは異なり、第2圧縮ゴム層55bと外被布56との間に補強布層57が介在している。
複数のラップドVベルト部の各外周面を連結するためのタイバンドは、ベルト幅方向に短繊維が配列(配向)している短繊維含有ゴム層(架橋ゴム組成物)を有する。前記短繊維含有ゴム層のベルト外周側に、ベルト幅方向に間隔をおいてベルト長手方向に延びる複数のリブ部が形成されている。短繊維含有ゴム層を有するタイバンドは、必要に応じて、前記短繊維含有ゴム層のベルト内周側に、布帛層をさらに備えていてもよい。
ベルト幅方向において並列して形成されている各リブ部の断面形状は、Vプーリ(Vリブプーリ)に嵌合可能なV字状溝を有する形状であれば特に限定されない。図3(実施形態3)に示すように、すべてのリブ部の断面形状が同一であってもよく、図1(実施形態1)に示すように、両端のリブ部の断面形状と他のリブ部の断面形状とが異なってもよい。前記リブ部は、ベルト幅方向の断面形状が逆V字形(台形)であるリブ部(台形状リブ部)を備えていればよく、台形状リブ部に加えて、略台形状リブ部をさらに備えていてもよい。略台形状リブ部は、ベルト幅方向に複数並ぶリブ部のうち、両端に位置するリブ部であってもよい。略台形状リブ部の形状としては、台形の一方の斜辺が底辺に垂直な辺である四角形(図1において、ベルト幅方向に並ぶリブのうち、両端に位置するリブ部の断面形状である四角形または直角台形)であってもよい。略台形状リブ部の形状としては、台形の少なくとも一方の斜辺が、台形の上底から下底に向かう途中から下底に垂直な辺となる五角形または六角形であってもよい。すなわち、結合VベルトはラップドVベルト部の幅に応じて切断して製造されるため、複数のリブ部の形状は、隣接するリブ部間で切断された形状であってもよく、リブ部が切断された形状(断面が前記直角台形または前記五角形である形状)であってもよい。リブ部の断面形状である台形の斜辺のVリブ角度(図5におけるα2)(逆V字状側面の角度)は、ベルト厚み方向に対して、例えば20~100°、好ましくは25~60°、さらに好ましくは30~50°、より好ましくは35~45°、最も好ましくは38~42°(特に40°)である。Vリブ角度(α2)は、図5に示されるP1およびP2の比(P1/P2)、ならびに図5に示されるH2およびH1の比(H2/H1)が前記範囲となるように調整してもよい。
短繊維含有ゴム層は、ベルト幅方向に配列(配向)している短繊維を含有する。詳しくは、短繊維含有ゴム層の短繊維は、ベルト幅方向に略平行に配列していればよい。
輪断抑制の観点から、タイバンドは、図2(実施形態2)に示すように、ベルト内周側に、繊維構造体を含む布帛層をさらに有してもよい。布帛層を構成する繊維構造体としては、慣用の布帛を利用でき、例えば、スダレ織物、織布、網布、ネット(網状構造体またはメッシュ)などが挙げられる。これらのうち、輪断抑制とベルト長手方向に対する屈曲性(可撓性)とを両立でき、かつ生産性とのバランスにも優れる点から、スダレ織や平織などの織組織を有する織物または織布が好ましく、スダレ織物が特に好ましい。
各リブ部の表面(特に、摩擦伝動面となる、リブ部の両側部の二つの傾斜面)が布帛(織布、編布、不織布などの繊維部材)で被覆されていてもよい。
本発明の結合Vベルトの製造方法は、複数本のラップドVベルト部前駆体をタイバンド前駆体で連結する連結工程、連結した前記ラップドVベルト部前駆体および前記タイバンド前駆体を加熱および加圧して架橋成形する架橋成形工程、得られた架橋成形体の外周側にリブ部を形成するリブ部形成工程を含む。さらに、本発明の結合Vベルトの製造方法は、連結工程の前工程として、ラップドVベルト部前駆体(未架橋のラップドVベルト部)を製造する第1の前駆体形成工程、タイバンド前駆体(未架橋のタイバンド)を製造する第2の前駆体形成工程を含んでいてもよい。
第1の前駆体としてのラップドVベルト部前駆体(未架橋のラップドVベルト部)は、例えば、特開平6-137381号公報、WO2015/104778号に記載の方法などによって製造できる。
第2の前駆体としてのタイバンド前駆体(未架橋のタイバンド)は、以下の製造工程で作製する。
短繊維含有ゴム層前駆体は、シート圧延工程、および調整工程を経て形成される。
タイバンドを構成する布帛層前駆体(布帛層挟持ゴムのゴム成分が未架橋の布帛層)は、予め接着処理されていてもよい布帛(繊維構造体)の両面に、未架橋の布帛層挟持ゴムシートを積層することで形成できる。この布帛層前駆体シートに短繊維含有ゴム層前駆体シートを重ね合わせる(繊維構造体を形成する第1の糸状体の延在方向、および短繊維の配列方向が、それぞれシートの幅方向に対し所定の向きになるように重ね合わせる)ことで、タイバンド前駆体を形成できる。
複数本のラップドVベルト部をタイバンドで連結する代表的な工程を、図8および9を用いて説明する。図8に示すように、架橋成形するための装置60において、一対のプーリ64a,64bに巻き掛けられた状態で保持された未架橋の環状体(タイバンド前駆体および複数本のラップドVベルト部前駆体のセット)61が、一対のプーリ64a,64b間において、二対のプレス用モールド(内周側モールド62aと外周側モールド62bとを組み合わせた第1の一対のプレス用モールド、および内周側モールド63aと外周側モールド63bとを組み合わせた第2の一対のプレス用モールド)によって挟持されている。一対のプレス用モールドは、詳しくは、図9に示すように、ラップドVベルト部に対応する断面逆台形状の溝部を有する内周側モールド73と、内周側モールド73に対向する面が平坦な平盤である外周側モールド74とを組み合わせた構造を有している。一対のプレス用モールドにおいては、幅方向に並べられた複数本のラップドVベルト部前駆体71を、内周側モールド73に形成された溝部に嵌め込んだ後、その外周側の部分にタイバンド前駆体72がセットされる。このとき、短繊維含有ゴム層前駆体72aの短繊維の配列方向がベルト幅方向に延びるようにセットされる。図9のように、布帛層前駆体72bを含む場合は、繊維構造体を形成する第1の糸状体が、ベルト幅方向に対し所定の向きに延びるようにセットされる。
架橋成形工程では、プレス用モールド内で加圧および加熱することで、連結した前記ラップドVベルト部前駆体および前記タイバンド前駆体が所定の形状に成形されるとともに、各構成部材に含まれるゴム成分の架橋反応で各構成部材が一体化される。プレス用モールドに挟持された部位が架橋成形されると、図8において、一対のプーリ64a,64bを回転させて、環状体61の未架橋の部位をプレス用モールドに移動させ、この部位の架橋成形を行う。この操作を繰り返して環状体61が全周にわたって架橋成形されると、複数本のラップドVベルト部がタイバンドで連結して結合した架橋スリーブが形成される。
図10に示すように、複数本のラップドVベルト部81がタイバンド82で連結して結合した架橋スリーブを、一対のVプーリ83間に巻き掛ける。そして、架橋スリーブを一定の張力下で走行させた状態で、複数のリブ部に対応する断面V字状の突条を周長方向に所定のピッチ(間隔)で設けた研削ホイール(グラインダ-)84を回転させつつ、架橋スリーブの外周面に押し付ける研削加工により、架橋スリーブの外周側に所定のリブ形状が形成される。なお、このとき、連結部がタイバンドの最小厚み部分(リブ谷部)で形成される態様とするか、連結部がタイバンドの最大厚み部分(リブ山部)で形成される態様とするかは、研削ホイールとVプーリとのセットを使い分けることで調整できる。
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:ADEKA(株)製「アデカサイザーRS-700」
架橋促進剤: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」
ナフテン系オイル:出光興産(株)製「NS-900」
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」
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の繊維を、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)
ポリエステル短繊維:帝人(株)製「テトロン」(平均短繊維長3mm)
ナイロン短繊維:旭化成(株)製「ナイロン66」(平均短繊維長6mm)
綿短繊維(平均短繊維長6mm、平均繊維径15μm)
アラミド繊維の撚りコード(平均線径1.190mm)
表2および3に示す配合のゴム組成物A~Gをバンバリーミキサーで混練りし、塊状の未架橋ゴム組成物を調製した。得られた未架橋ゴム組成物をカレンダーロールに通して所定厚みの圧延ゴムシートとして、各ゴム層を形成する未架橋ゴムシートを作製した。そして、それぞれのゴム組成物の架橋物(架橋ゴム)の硬度および引張強度を測定した結果も表2および3に示す。
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(列理平行方向)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。
ポリエステル繊維と綿との混紡糸(ポリエステル繊維/綿=50/50質量比)の織布(120°広角織り、繊度は20番手の経糸と20番手の緯糸、経糸および緯糸の糸密度75本/50mm、目付量280g/m2)と、表2のゴム組成物Bとを用いて、カレンダーロールの表面速度の異なるロール間にゴム組成物Bと織布とを同時に通過させた。そして、織布の織り目の間にまでゴム組成物Bを擦り込む方法でフリクション処理(織布表裏に対して各1回行う)して外被布の前駆体(ゴム付き織布)を調製した。
表4に示す構造を有する布帛(繊維構造体)の両面に、表2のゴム組成物Cで形成された、未架橋の布帛層挟持ゴムシートを積層し、ロールに通して圧着することにより、前記布帛(繊維構造体)を挟持ゴムで挟み込んだ布帛層前駆体を調製した。
各供試体(結合Vベルト)の概要を、後述する検証結果の表9~18中に記載の供試体順に以下に示す。
(ラップドVベルト部前駆体の作製)
圧縮ゴム層用シートおよび伸張ゴム層用シートとしては、表3のゴム組成物Eを用いた。マントルの外周に、圧縮ゴム層用シート、接着ゴム層用シート(ゴム組成物A)を順に巻き付けた。その外周に心線を螺旋状にスピニングし、さらに、伸張ゴム層用シートを順に巻き付けて、未架橋の環状積層体を形成し、前記実施形態に記載の方法(補強布層用布帛は使用せず)でラップドVベルト部前駆体を作製した。
短繊維含有ゴム層用シートとしては、表3のゴム組成物Fを用い、前記実施形態に記載の方法で短繊維含有ゴム層前駆体(厚み4.6mm)を作製し、これをタイバンド前駆体とした。
図8に示す架橋成形するための装置に、6本のラップドVベルト部前駆体とタイバンド前駆体をセットし、前記実施形態に記載の方法で、1.2MPaまで加圧して、温度160℃で加熱して、6本のラップドVベルト部[ARPM A形、断面寸法:幅(W1)13.2mm×厚み(H1)8.4mm、ベルト長さ122インチ]がタイバンドで連結して結合した架橋スリーブを作製した。そして、研削加工にて、架橋スリーブの外周側に所定のリブ形状(表1に示すA形であり、Hおよびdは括弧内の数値)を形成した。なお、このとき、タイバンドの連結部がリブ谷部(タイバンドの最小厚み部分)で形成されるようにした。得られた架橋スリーブを切断し、2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルト(図1に示す構造を有する結合Vベルト)を作製した。得られた結合Vベルトの寸法は、ベルト幅(W)が29.1mm、ベルト厚み(H)が13.0mm、ベルト長さが122インチであった。
研削加工にて、架橋スリーブの外周側に所定のリブ形状を形成する工程で、連結部がリブ山部(タイバンドの最大厚み部分)で形成されるように変更したことを除いては、実施例1と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルト(図3に示す構造を有する結合Vベルト)を作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例1と同じであった。
圧縮ゴム層を二層として、第2圧縮ゴム層用シートにゴム組成物E、第1圧縮ゴム層用シートおよび伸張ゴム層用シートに硬度が大きいゴム組成物Dを用いたことを除いては、実施例1と同様の方法で、2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例1と同じであった。
研削加工にて、架橋スリーブの外周側に所定のリブ形状を形成する工程で、連結部がリブ山部(タイバンドの最大厚み部分)で形成されるように変更したことを除いては、実施例3と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例3と同じであった。
カレンダーロールの表面速度が略同じロール間に布帛層挟持ゴムの圧延シートと布帛A(スダレ織物)を同時に通過させた。そして、スダレ織物が布帛層挟持ゴム(ゴム組成物C)に埋設される方法でスダレ織物の表裏両面に積層処理(スダレ織物の表裏に対して各1回行う)してゴム付きスダレ織物(厚み0.7mm)のシートを調製し、これを布帛層前駆体とした。
研削加工にて、架橋スリーブの外周側に所定のリブ形状を形成する工程で、連結部がリブ山部(タイバンドの最大厚み部分)で形成されるように変更したことを除いては、実施例5と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルト(図4に示す構造を有する結合Vベルト)を作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例5と同じであった。
圧縮ゴム層を二層として、第2圧縮ゴム層用シートにゴム組成物E、第1圧縮ゴム層用シートおよび伸張ゴム層用シートに硬度が大きいゴム組成物Dを用いたことを除いては、実施例5と同様の方法で、2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例5と同じであった。
研削加工にて、架橋スリーブの外周側に所定のリブ形状を形成する工程で、連結部がリブ山部(タイバンドの最大厚み部分)で形成されるように変更したことを除いては、実施例7と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例7と同じであった。
タイバンド前駆体の作製において、前記外被布の前駆体として用いたゴム付き織布(布帛の種類:布帛B)をタイバンド前駆体とした。そして、プレス用モールドに複数本のラップドVベルト部前駆体とタイバンド前駆体をセットする際に、タイバンド前駆体中の織布を構成する糸の方向を、ベルト幅方向に対して斜め(経糸および緯糸の双方がベルト幅方向に対してそれぞれ30°、すなわち、ベルト長さ方向に対して双方の糸が左右対称)となるようにセットしたこと、およびベルト外周側に所定のリブ形状を形成する研削加工を行わなかったことを除いては、実施例1と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルト(従来慣用されているラップド結合Vベルト)を作製した。得られた結合Vベルトの寸法は、ベルト幅(W)が29.1mm、ベルト厚み(H)が9.1mm、ベルト長さが122インチであった。
圧縮ゴム層を二層として、第2圧縮ゴム層用シートにゴム組成物E、第1圧縮ゴム層用シートおよび伸張ゴム層用シートに硬度が大きいゴム組成物Dを用いたことを除いては、比較例1と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も比較例1と同じであった。
短繊維含有ゴム層前駆体の仕上がり厚みが2.1mmに形成されるように圧延処理シートの厚みを変更し、ベルト外周側に所定のリブ形状を形成する研削加工を行わなかったことを除いては、実施例1と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルト(図1において、リブ部が形成されていない構造を有する結合Vベルト)を作製した。得られた結合Vベルトの寸法は、ベルト幅(W)が29.1mm、ベルト厚み(H)が10.5mm、ベルト長さが122インチであった。
圧縮ゴム層を二層として、第2圧縮ゴム層用シートにゴム組成物E、第1圧縮ゴム層用シートおよび伸張ゴム層用シートに硬度が大きいゴム組成物Dを用いたことを除いては、比較例3と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も比較例3と同じであった。
タイバンド前駆体を短繊維含有ゴム層前駆体(厚み1.4mm)と、布帛A(スダレ織物)を含む布帛層前駆体とを重ね合わせたシート(厚み:2.1mm)とし、ベルト外周側に所定のリブ形状を形成する研削加工を行わないことを除いては、実施例5と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルト(図2において、リブ部が形成されていない構造を有する結合Vベルト)を作製した。得られた結合Vベルトの寸法は、ベルト幅(W)が29.1mm、ベルト厚み(H)が10.5mm、ベルト長さが122インチであった。
圧縮ゴム層を二層として、第2圧縮ゴム層用シートにゴム組成物E、第1圧縮ゴム層用シートおよび伸張ゴム層用シートに硬度が大きいゴム組成物Dを用いたことを除いては、比較例5と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も比較例5と同じであった。
リブ部の高さH2(ひいてはタイバンド全体の厚みH3)を表11および12に示すように(次第に薄くなるように)変更したことを除いては、実施例8と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトをそれぞれ作製した。なお、得られた各結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)はベルト厚みHを除いて、実施例8と同じであった。
リブ部の高さH2(ひいてはタイバンド全体の厚みH3)を表11および12に示すように(次第に厚くなるように)変更したことを除いては、実施例4と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトをそれぞれ作製した。なお、得られた各結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)はベルト厚みHを除いて、実施例4と同じであった。
リブ部の配列ピッチP2を表13および14に示すように変更したことを除いては、実施例8と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトをそれぞれ作製した。なお、得られた各結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)は、連結部でのリブ形状(山部、谷部)を除いて、実施例8と同じであった。
リブ部の高さH2(ひいてはタイバンド全体の厚みH3)を表13および14に示すように変更したことを除いては、実施例17と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)はベルト厚みHを除いて、実施例17と同じであった。
布帛層有りを布帛層無しとしたうえで、リブ部の高さH2(ひいてはタイバンド全体の厚みH3)を表13および14に示すように変更したことを除いては、実施例20と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)はベルト厚みHを除いて、実施例20と同じであった。
タイバンドを構成する短繊維含有ゴム層の有無を含め、タイバンドを構成するゴム層のゴム組成物の種類を表15および16に示すように変更したことを除いては、実施例8と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトをそれぞれ作製した。なお、得られた各結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例8と同じであった。
タイバンドを構成する短繊維含有ゴム層の有無を含め、タイバンドを構成するゴム層のゴム組成物の種類を表15および16に示すように短繊維を含まないゴム組成物Eに変更したことを除いては、実施例4と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例4と同じであった。
布帛層を構成する布帛の種類を表17および18に示すように平織の織布(布帛C)に変更したことを除いては、実施例8と同様にして2本のラップドVベルト部を有する結合Vベルトを作製した。なお、布帛層前駆体については、実施例5と同様の方法でゴム付き平織物(厚み0.7mm)のシートを調製し、これを布帛層前駆体とした。また、結合Vベルトの作製においては、布帛(布帛C)を構成する糸の方向を、ベルト幅方向に対して斜め(経糸および緯糸の双方がベルト幅方向に対してそれぞれ30°、すなわち、ベルト長さ方向に対して双方の糸が左右対称)となるように配置した。得られた結合Vベルトの寸法(幅、厚み、長さ)も実施例8と同じであった。
表9~18に示す各供試体について、本課題を解決し得る結合Vベルトが得られたかどうかを見極めるために、ベルト背面での伝達性能(スリップ率)および耐久性能を検証した。
(試験名)伝達性能(スリップ率)測定試験
(試験機)
試験には、図11に示す多軸レイアウトの多軸走行試験機を用いた。
該試験機は、表5に示す、駆動プーリ(Dr1)、従動プーリ(Dn2およびDn3)、テンションプーリ(Ten4)、およびアイドラープーリ(ID5)からなるレイアウトのプーリが駆動プーリ(Dr1)91、テンションプーリ(Ten4)94、従動プーリ(Dn3)93、従動プーリ(Dn2)92、アイドラープーリ(ID5)95の順で配置されている。該試験機は、種々の条件(負荷等)下での、伝達性能(スリップ率)および耐久性能(ベルトの故障の有無)を確認できるように構成されている。
各供試体の結合Vベルトを、後述の耐久性能を評価する走行の前後に、表6に示す負荷(従動プーリDn2に9.5kW、従動プーリDn3に23.0kW、合計32.5kW)がかかる状態で走行させた。そして、従動プーリ(背面従動プーリ)Dn2の回転数(rpm)を計測することにより、下記式に従ってスリップ率を算出した。なお、この計測における無負荷時の駆動プーリDr1、従動プーリDn2の回転数、および負荷時の駆動プーリDr1の回転数を表7に示した。
[式中、K1=R1/N1、K2=R2/N2であり、R1は無負荷運転時の駆動プーリの回転数(rpm)、N1は無負荷運転時の従動プーリの回転数(rpm)、R2は負荷運転時の駆動プーリの回転数(rpm)、N2は負荷運転時の従動プーリの回転数(rpm)を示す]
高性能に両面伝達ができるか否かは、ベルト外周面(背面)が平坦状に形成されているラップド結合Vベルト(比較例1、2)と比べて、ベルト外周側(背面側)での伝達性能がどれほど向上したかという観点で判断できる。
スリップ率の値[走行前後(走行前、240Hr完走後)で値が大きい方](%)が、
0.5%以下の場合をa判定、
0.5%を上回り0.6%以下の場合をb判定、
0.6%を上回り0.7%以下の場合をc判定、
0.7%を上回る場合をd判定とした。
(試験名)耐久性能試験
(試験機)
試験には、前記の耐久性能伝達性能(スリップ率)測定試験と同様の多軸走行試験機を用いた。
(試験方法)
各供試体の結合Vベルトを、表8に示す条件で240時間走行させ、ベルトを目視で経過観察し、亀裂や剥離などの異常の有無、ベルトが破損するまでの時間を以下の基準で評価した。なお、走行中の負荷については、表6に示すように、従動プーリ(背面従動プーリ)Dn2に9.5kW、従動プーリDn3に23.0kW、合計32.5kWの負荷がかかる状態で行った。なお、実施例1~23および比較例7~8においてはDr1、Dn3にVプーリを用い、Dn2にVリブプーリを用い、Ten4、ID5には平プーリを用いた。比較例1~6においてはDr1、Dn3にVプーリを用い、Dn2、Ten4、ID5には平プーリを用いた。
各ベルトの耐久性能の判定として、
耐久性能試験を240Hr行うことができ、亀裂や剥離などの異常が見られなかった場合をa判定、
耐久性能試験を240Hr行うことができ、若干(結合Vベルトの性能に支障はない程度)の亀裂や剥離などの異常が見られた場合をb判定、
耐久走行時間が200Hr以上240Hr未満で、結合Vベルトの性能に支障が出るほどの異常(亀裂や剥離)が生じた場合をc判定、
耐久走行時間が200Hr未満で、結合Vベルトの性能に支障が出るほどの異常(亀裂や剥離)が生じた場合をd判定とした。
なお、「耐久走行時間」とは、耐久性能試験を行った時間を意味する。
本課題を解決し得る結合Vベルトとしての総合的な判定(ランク付け)の基準は、上記2つの評価項目(伝達性能(スリップ率)、耐久性能)における判定の結果から、以下の通りとし、Cランク以上を合格とした。
ランクA:上記の評価項目で、すべてa判定であった場合は、実用上全く問題ないものと判断し、最良のランクとした。
ランクB:上記の評価項目で、c判定はないが、1つでもb判定があった場合は、実用上問題ないが、やや劣るランクとした。
ランクC:上記の評価項目で、d判定はないが、1つでもc判定があった場合は、実用上問題ないが、ランクBよりもやや劣るランクとした。
ランクD:上記の評価項目で、1つでもd判定があった場合は、本課題を解決するには不充分なランク(不合格)とした。
得られた結合Vベルトを上記試験によって評価した結果を表9~18に示す。
実施例1~8の各結合Vベルトは上記耐久性能試験の打ち切り時間である240Hrまでに顕著な異常が見られず、完走した。実施例3、4、7、8のように、圧縮ゴム層において、芯体層側に高硬度のゴム層を設ける態様が耐久性(特にラップドVベルト部の耐久性)に効果を及ぼすことが判る。
ベルト厚み方向の長さ比である、H2/H1が0.30、H3/H1が0.46の実施例8のベルト(圧縮ゴム層が二層、布帛層有り、連結部がリブ山部で形成、リブ部の配列ピッチ3.975mm)をベースに、リブ部の高さ2.5mmを変更し、比較した。
ベルト厚み方向の長さ比である、H2/H1が0.30、H3/H1が0.46の実施例8のベルト(圧縮ゴム層が二層、連結部がリブ山部で形成、リブ部の配列ピッチ3.975mm)をベースに、タイバンドに布帛層を含まない構成(タイバンドの厚みがより増加する構成)に変更するとともに、リブ部の高さ2.5mmを変更し、比較した。
リブ部に対するラップドVベルト部の配列ピッチ比(P1/P2)が4の実施例8のベルト(圧縮ゴム層が二層、布帛層有り、連結部がリブ山部で形成、リブ部の高さ2.5mm)をベースに、リブ部の配列ピッチ3.975mmを変更し、比較した。
リブ部に対するラップドVベルト部の配列ピッチ比(P1/P2)が4の実施例8のベルト(圧縮ゴム層が二層、布帛層有り、連結部がリブ山部で形成、リブ部の高さ2.5mm)をベースに、リブ部の配列ピッチ3.975mmを変更し、比較した。
実施例16は、伝達性能(スリップ率)が下限付近である例であり、実施例8~15の中でリブ部の高さH2が最も低い(スリップ率が最も大きい)0.9mmと、実施例8、17~20の中でリブ部の配列ピッチP2が最も大きい(スリップ率が最も大きい)15.9mmとを組み合わせた例である。実施例9、17と同等に、耐久性能はa判定であったが、伝達性能(スリップ率)がぎりぎり合格レベルのc判定で、ランクCであった。
実施例16のように、背面従動プーリ(Vリブプーリ)のV字状側面(摩擦伝動面)と接触できる断面V字状溝がベルト外周面に設けられることで、それらの接触面積が少ない構成(リブ部の高さ0.9mm、リブ部の配列ピッチ15.9mm)であっても、ベルト外周面(背面側)でのスリップ率が有効に抑制され(過度にスリップすることなく)、伝達性能(スリップ率)を確保できた。その結果、有効に両面駆動が可能であることが確認できた。
タイバンドを構成する短繊維含有ゴム層のゴム組成物の種類がゴム組成物Fである実施例8のベルト(圧縮ゴム層が二層、布帛層有り、連結部がリブ山部で形成、リブ部の高さ2.5mm、リブ部の配列ピッチ3.975mm)をベースに、タイバンドを構成する短繊維含有ゴム層の有無を含め、タイバンドを構成するゴム層のゴム組成物の種類を変更し、比較した。
布帛(繊維構造体)がスダレ織物(布帛A)である布帛層と短繊維含有ゴム層とでタイバンドが構成された実施例8のベルト(圧縮ゴム層が二層、連結部がリブ山部で形成、リブ部の高さ2.5mm、リブ部の配列ピッチ3.975mm)をベースに、タイバンドを構成する布帛層の有無を含め、タイバンドを構成する布帛層の布帛の種類を変更し、比較した。
2…ラップドVベルト部
3…伸張ゴム層
4…芯体層
4a…芯体
5…圧縮ゴム層
6…外被布
7…タイバンド
7a…リブ部
7b…短繊維
Claims (8)
- 複数本のラップドVベルト部およびタイバンドを含む、結合Vベルトであって、
各ラップドVベルト部の外周面が前記タイバンドで連結されており、
各ラップドVベルト部が、ベルト本体と、前記ベルト本体の外表面を被覆する外被布とを含み、
前記ベルト本体が、芯体を含む芯体層、前記芯体層のベルト外周側に積層された伸張ゴム層、および前記芯体層のベルト内周側に積層された圧縮ゴム層を含み、
前記タイバンドが、ベルト幅方向に短繊維が配向している短繊維含有ゴム層を含み、
前記短繊維含有ゴム層が、ベルト長手方向に延びる複数のリブ部を有する、結合Vベルト。 - 前記リブ部の配列ピッチが、前記ラップドVベルト部の配列ピッチよりも小さい請求項1記載の結合Vベルト。
- 前記リブ部の配列ピッチが、隣接する前記ラップドVベルト部間の隙間の幅よりも大きい請求項1または2記載の結合Vベルト。
- 前記タイバンドが、前記短繊維含有ゴム層と、布帛層とを含み、
前記布帛層が、前記短繊維含有ゴム層の内周面に積層された繊維構造体を含む請求項1または2記載の結合Vベルト。 - 前記繊維構造体が、ベルト幅方向に延びる複数の第1の糸状体と、ベルト幅方向と交差する方向に延びる複数の第2の糸状体とを含むスダレ織物であり、
前記第2の糸状体の配列密度が、前記第1の糸状体の配列密度よりも低い請求項4記載の結合Vベルト。 - 前記リブ部の頂部中心が、隣接する前記ラップドVベルト部間の隙間に位置する請求項1または2記載の結合Vベルト。
- 前記タイバンドの厚みが、前記ラップドVベルト部の厚みの0.3~0.7倍である請求項1または2記載の結合Vベルト。
- 複数本のラップドVベルト部前駆体をタイバンド前駆体で連結する連結工程、
連結した前記ラップドVベルト部前駆体および前記タイバンド前駆体を加熱および加圧して架橋成形する架橋成形工程、
得られた架橋成形体の外周側にリブ部を形成するリブ部形成工程を含む、請求項1または2記載の結合Vベルトの製造方法。
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