JPWO2015104778A1 - 耐油性伝動ベルト - Google Patents

Abstract

伝動ベルトＢは、ベルト本体（１０）と、ベルト本体（１０）を被覆する内被布（１６）及び当該内被布（１６）を更に被覆する外被布（１７）を含む補強布とを備える。内被布（１６）と外被布（１７）との間又は外被布（１７）表面に、フッ素樹脂からなる被膜（１８）が形成されている。

Description

本開示は、伝動ベルトに関するものである。

各種機械装置や自動車等に用いられるエンジンやモーター等の回転動力を伝達する手段として、一般に摩擦伝動ベルトや歯付ベルト等の伝動ベルトが用いられている。機械装置の例として切削加工用の工作機械があり、これを用いて切削加工を行う際、潤滑性を得る目的や冷却の目的のために切削油剤が用いられる。

このような油剤は伝動ベルトに付着し、ベルトを膨潤により寸法変化させる原因となる。

これに対し、例えば特許文献１には、歯付ゴムベルトにおける少なくとも歯部表面をフッ素樹脂フィルムにより被覆することが開示されている。

実開平２−１４１７４２号公報

しかしながら、既知の伝動ベルトにおける耐油性は満足の行くものとは言えず、油の付着が避けられない使用条件下にて伝動ベルトに要求される耐油性に対応できる伝動ベルトが求められている。以上に鑑み、本開示の目的は、より耐油性の高い伝動ベルトを提供することである。

前記の目的を達成するために、本開示の伝動ベルトは、ベルト本体と、ベルト本体を被覆する内被布及び当該内被布を更に被覆する外被布を含む補強布とを備え、内被布と外被布との間に、フッ素樹脂からなる被膜が形成されている。

このような伝動ベルトは、フッ素樹脂からなる被膜によってベルト本体に対する油剤の侵入を抑制することができるので、耐油性に優れる。また、フッ素樹脂からなる被膜を内被布と外被布との間に設けることにより、被膜を補強布の外側に設けた場合に比べて、ベルトを使用した際に当該被膜が摩擦によって摩耗するのを抑制し、耐油性をより長時間維持することができる。

尚、補強布は、内被布及び外被布に加えて更に他の布を備える３層以上の構造であっても良い。

また、フッ素樹脂による被膜は、補強布のフリクションゴムにフッ素樹脂粒子を分散させて、加硫の際に被膜化させることにより形成されるのであっても良い。

このようにすると、仮にフッ素樹脂からなる膜を個別に設ける場合にはそのための工程が必要となるのとは異なり、追加の工程を要することなくフッ素樹脂の被膜を形成して耐油性を向上させることができる。

また、フリクションゴムの原料ゴム１００質量部に対するフッ素樹脂の配合量は、２０質量部以上で且つ８０質量部以下であっても良い。

フリクションゴムが形成された布が形成のために望ましいタック性を備え且つ十分な耐油性を実現するためには、フッ素樹脂の配合量は、前記のようにフリクションゴムの原料ゴム１００質量部に対して２０〜８０質量部であるのが好ましい。また、３０質量以上で且つ６０質量部以下であれば、更に好ましい。

また、フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであっても良い。

本開示の技術によると、耐油性に優れた伝動ベルトを実現することができる。

図１は、本開示の一実施形態における伝動ベルトを例示する図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は、図１の伝動ベルトにおける補強布とフッ素樹脂からなる被膜に関して説明する図である。 図３（ａ）〜（ｇ）は、図１の伝動ベルトの製造方法を説明する図である。 図４は、本開示の実施例及び比較例の伝動ベルトについて、油剤に浸漬した際の重量変化を示す図である。 図５は、本開示の実施例及び比較例の伝動ベルトについて、油剤に浸漬した際の上端の幅の変化を示す図である。 図６は、本開示の実施例及び比較例の伝動ベルトについて、油剤に浸漬した際の厚さの変化を示す図である。 図７は、本実施形態の伝動ベルトについて、フリクションゴムに配合するフッ素樹脂粒子量の影響を示す図である。

以下、本開示の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本実施形態の例示的ＶベルトＢ（伝動ベルト）を示す図である。当該ＶベルトＢは、例えば、農業機械や産業機械に使用されるものである。また、ＶベルトＢの寸法は、特に限定されるものではないが、例えば、ベルト周長７００〜５０００ｍｍ、ベルト幅１６〜１７ｍｍ、及びベルト厚さ８〜１０ｍｍである。

ＶベルトＢは、ベルト内周側（プーリ接触側）の底部ゴム層１１と、中間の接着ゴム層１２との二層に構成されたベルト本体１０を備える。接着ゴム層１２には、ベルト幅方向にピッチを有する螺旋を形成するように配された心線１４が埋設されている。また、ベルト本体１０の全体が補強布１５によって覆われており、ＶベルトＢはラップドベルトとなっている。

ここで、補強布１５は、図１では一層に示しているが、複数の布を含み、且つ、耐油性を向上させる処理が施された布である。これに関し、ＶベルトＢの模式的な断面図である図２（ａ）を参照してより詳しく説明する。

図２（ａ）において、ベルト本体１０は、図１と同様に底部ゴム層１１及び接着ゴム層１２を有し、接着ゴム層１２には心線１４が埋設されている。

ベルト本体１０を被覆する補強布１５は、ベルト本体を覆う内被布１６と、内被布１６の外側を更に覆う外被布１７を含む。更に、内被布１６と外被布１７との間において、耐油性を向上させるための被膜１８が形成されている。被膜１８は、内被布１６の外側に、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素樹脂を含むフリクションゴムの層として形成されている。

また、被膜１８は、外被布１７の外側に設けられていても良い。この場合を図２（ｂ）に示す。ベルト本体１０に関しては図２（ａ）と同様である。

底部ゴム層１１を形成するゴム組成物のゴム成分としては、特に限定されないが、例えば、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、水素添加アクリロニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等が挙げられる。ゴム成分は、単一種で構成されていてもよいし、また、複数種がブレンドされて構成されていてもよい。

また、底部ゴム層１１を形成するゴム組成物に対する配合剤としては、カーボンブラックなどの補強材、加硫促進剤、架橋剤、老化防止剤、軟化剤等が挙げられる。

補強材としては、カーボンブラックでは、例えば、チャネルブラック；ＳＡＦ、ＩＳＡＦ、Ｎ−３３９、ＨＡＦ、Ｎ−３５１、ＭＡＦ、ＦＥＦ、ＳＲＦ、ＧＰＦ、ＥＣＦ、Ｎ−２３４などのファーネスブラック；ＦＴ、ＭＴなどのサーマルブラック；アセチレンブラックが挙げられる。補強剤としてはシリカも挙げられる。補強剤は、単一種で構成されていてもよく、また、複数種で構成されていてもよい。補強材は、耐摩耗性及び耐屈曲性のバランスが良好となるという観点から、ゴム成分１００質量部に対する配合量が３０〜８０質量部であることが好ましい。

加硫促進剤としては、酸化マグネシウムや酸化亜鉛（亜鉛華）などの金属酸化物、金属炭酸塩、ステアリン酸などの脂肪酸及びその誘導体等が挙げられる。加硫促進剤は、単一種で構成されていてもよく、また、複数種で構成されていてもよい。加硫促進剤は、ゴム成分１００質量部に対する配合量が例えば０．５〜８質量部である。

架橋剤としては、例えば、硫黄、有機過酸化物が挙げられる。架橋剤として、硫黄を用いたものでもよく、また、有機過酸化物を用いたものでもよく、さらには、それらの両方を併用したものでもよい。架橋剤は、硫黄の場合、ゴム成分１００質量部に対する配合量が０．５〜４．０質量部であることが好ましく、有機過酸化物の場合、ゴム成分１００質量部に対する配合量が例えば０．５〜８質量部である。

老化防止剤としては、アミン系、キノリン系、ヒドロキノン誘導体、フェノール系、亜
リン酸エステル系のものが挙げられる。老化防止剤は、単一種で構成されていてもよく、また、複数種で構成されていてもよい。老化防止剤は、ゴム成分１００質量部に対する配合量が例えば０〜８質量部である。

軟化剤としては、例えば、石油系軟化剤、パラフィンワックスなどの鉱物油系軟化剤、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落下生油、木ろう、ロジン、パインオイルなどの植物油系軟化剤が挙げられる。軟化剤は、単一種で構成されていてもよく、また、複数種で構成されていてもよい。石油系軟化剤以外の軟化剤は、ゴム成分１００質量部に対する配合量が例えば２〜３０質量部である。

尚、配合剤として、スメクタイト族、バーミュライト族、カオリン族等の層状珪酸塩が含まれていてもよい。

また、底部ゴム層１１は、摩擦係数低減材を含有していても良い。摩擦係数低減材としては、例えば、ナイロン短繊維、ビニロン短繊維、アラミド短繊維、ポリエステル短繊維、綿短繊維などの短繊維や超高分子量ポリエチレン樹脂等が挙げられる。

次に、接着ゴム層１２は、断面横長矩形の帯状に構成されている。接着ゴム層１２は、ゴム成分に種々の配合剤が配合されて混練された未架橋ゴム組成物を加熱及び加圧して架橋剤により架橋させたゴム組成物で形成されている。

接着ゴム層１２を形成するゴム組成物のゴム成分としては、例えば、エチレン−α−オレフィンエラストマー、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルホン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）、水素添加アクリロニトリルゴム（Ｈ−ＮＢＲ）等が挙げられる。接着ゴム層１２のゴム成分は底部ゴム層１１のゴム成分と同一であることが好ましい。

配合剤としては、底部ゴム層１１と同様、例えば、カーボンブラックなどの補強材、加硫促進剤、架橋剤、老化防止剤、軟化剤等が挙げられる。

底部ゴム層１１及び接着ゴム層１２は、別配合のゴム組成物で形成されていてもよく、また、同じ配合のゴム組成物で形成されていてもよい。

また、心線１４は、ポリエステル繊維（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート繊維（ＰＥＮ）、アラミド繊維、ビニロン繊維等の撚り糸で構成されている。心線１４は、ベルト本体１０に対する接着性を付与するために、成形加工前にＲＦＬ水溶液に浸漬した後に加熱する接着処理及び／又はゴム糊に浸漬した後に乾燥させる接着処理が施されている。

また、補強布１５を構成する内被布１６及び外被布１７は、例えば、綿、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アラミド繊維等の糸で形成された織布、編物、不織布等によって構成されている。内被布１６及び外被布１７は、ベルト本体１０等に対する接着性を付与するために、成形加工前にＲＦＬ水溶液に浸漬して加熱する接着処理、及び／又は、ベルト本体１０側となる表面にゴム糊をコーティングして乾燥させる接着処理が施される。

更に、内被布１６及び外被布１７の少なくとも一方について、ベルト本体１０とは反対側になる表面に、フッ素樹脂粒子を分散させたゴムがフリクションゴムとしてすり込まれている。これにより、加硫の際に、外被布１７の外側、又は、外被布１７と内被布１６との間に、フッ素樹脂からなる被膜１８が形成される。

次に、ラップドＶベルトであるＶベルトＢの製造方法について、図３（ａ）〜（ｇ）を参照して説明する。

まず、図３（ａ）に示すように、マントル２１に、圧縮ゴム層用のクロロプレンゴム組成物等のゴムシート２２を複数回巻き付け、その上に、接着ゴム層用のゴムシート２２を巻き付ける。更にその上に、図３（ｂ）に示すように、接着剤を付着させたポリエステルコード等の心線１４を螺旋状に巻き付ける。その上に、図３（ｃ）に示すように、接着ゴム層用のゴムシート２２を巻き付けて、円筒状の積層構造体２０を作製する。

次いで、図３（ｄ）に示すように、円筒状の積層構造体２０をマントル２１上で所定幅に輪切りにした後、それらをマントル２１から取り外す。

次いで、図３（ｅ）に示すように、環状の積層構造体２０を、ゴム層の厚い側を外側にして一対のプーリ間に巻き掛け、回転させながら両エッジを斜めにカットしてＶ形状にスカイビング加工する。

続いて、図３（ｆ）に示すように、Ｖ形状にスカイビング加工した環状の積層構造体２０の外周を包むように、補強布１５となるベルト形成用布２５によりラッピングする。尚、図３（ｆ）のベルト形成用布２５は一層に示されているが、これは図を簡単に表すためであり、それぞれ内被布１６及び外被布１７となる二層のベルト形成用布を用いて積層構造体２０を二重に被覆する。また、これらの二層のベルト形成用布の少なくとも一方について、外側の表面に、フッ素樹脂粒子を分散させたフリクションゴムがすり込まれている。

そして、図３（ｇ）に示すように、ラッピングした環状の積層構造体２０を円筒金型２３に外嵌めし、円筒金型２３ごと加硫缶に入れて加熱及び加圧する。このとき、環状の積層構造体２０のゴム成分が架橋して一体化することによりベルト形成用布２５が補強布１５となってラップドＶベルトであるＶベルトＢが製造される。

この際、積層構造体２０を二重のゴム成分が架橋するのと同時に、フリクションゴムに分散されたフッ素樹脂粒子が被膜化して図２（ａ）及び（ｂ）に示す被膜１８となる。この結果、ＶベルトＢの耐油性が向上する。

ゴム組成物を用いたベルトに油剤が付着すると、ゴムが膨潤し、ベルトに寸法変化が生じる。このような寸法変化が生じた場合、ベルトとプーリとの嵌合性が悪化し、ベルトの摩耗の促進、ベルトの伝動能力の低下等の原因となる。このことから、油剤が付着した際の寸法変化が小さいベルトの方が、耐油性が高いと考えることができる。

これに関して、図４、図５及び図６に示す。図４、図５及び６は、ゴム組成物としてクロロプレンゴムを用いた本実施形態のＶベルトＢ（実施例）と、比較例としての天然ゴム系Ｖベルト（比較例１）及びクロロプレン系Ｖベルト（比較例２）とについて、油剤に浸漬させた際の重量変化、上幅の変化及び厚さの変化率を示す。

ここで、実施例のＶベルトＢにおいて、フリクションゴムには、その原料ゴム１００質量部に対して５０質量部のフッ素樹脂が分散されている。
また、比較例１の天然ゴム系Ｖベルトは、ゴム組成物として天然ゴムを用い、フリクションゴムに対するフッ素樹脂粒子の分散を行わないことの他は、実施例のＶベルトＢと同様に作成されたＶベルトである。また、比較例２のクロロプレン系Ｖベルトは、フリクションゴムに対するフッ素樹脂粒子の分散を行わないことの他は、実施例のＶベルトＢと同様に作成されたＶベルトである。また、ベルトの上幅とは、Ｖベルトにおけるプーリ接触面とは反対の面の幅である。

図４、図５及び図６に示すとおり、実施例のＶベルトＢは、比較例１及び２のＶベルトに対して油剤に浸漬させた際の膨張が顕著に小さくなっている。

例えば、図４に示す重量変化率を浸漬時間８０時間において比較する。天然ゴム系Ｖベルトは２０％以上、クロロプレン系Ｖベルトは１０％以上、それぞれ重量が増加しているのに対し、本実施形態のＶベルトＢの場合、重量の増加量は５％程度である。

また、図５に示すベルト上幅の変化量について、同じく浸漬時間８０時間において比較する。比較例１の天然ゴム系Ｖベルトでは７％程度、比較例２のクロロプレン系Ｖベルトでは３．５％程度、それぞれ幅が増加しているのに対し、実施例のＶベルトＢの場合、幅の増加量は２％程度である。

更に、図６に示すベルトの厚さの変化量について、同じく浸漬時間８０時間において比較する。比較例１の天然ゴム系Ｖベルトでは２２％程度、比較例２のクロロプレン系Ｖベルトでは８％以上、それぞれベルトの厚さが増加しているのに対し、実施例のＶベルトＢの場合、厚さの増加量は６％以下である。

以上のように、ベルト本体を被覆する補強布に、フッ素樹脂からなる被膜を設けることにより、ベルトの寸法変化に大きく影響する心体（ベルト本体）の膨潤を抑制することができる。実施例のＶベルトＢと比較例２のクロロプレン系Ｖベルトとを比較すると、フッ素樹脂からなる被膜を設けることにより重量及び寸法の変化は半分程度に抑制されている。このように、実施例のＶベルトＢによると、ベルトの耐油性が向上し、ベルトに油剤が付着した際の摩耗の促進、伝動能力の低下を抑制することができる。

次に、フリクションゴムに対するフッ素樹脂の配合量（分散量）と、耐油性との関係について、図７に示す。

図７は、フリクションゴムに対するフッ素樹脂粒子の分散量と、未加硫帆布の接着力（実践にて示す）及びベルトの重量変化（破線にて示す）との関係を示す。いずれも、フッ素樹脂粒子を配合していないフリクションゴムの場合を１００とする相対値によって示している。

また、フッ素樹脂粒子の分散量は、フリクションゴムの原料ゴムの質量に対する百分率にて示している。従って、例えば、配合量５０％の場合、原料ゴム１００質量部に対してフッ素樹脂粒子が５０質量部分散されていることになる。

図７に示すとおり、フッ素樹脂粒子の配合量が２０％未満ではベルト重量変化はあまり抑制されていない。つまり、耐油性の向上はわずかである。配合量を２０％以上とすると、配合量が増えるにつれて耐油性は向上する。しかし、配合量を５０％よりも大きくしても、耐油性の有意な向上は見られない。更に、配合量が８０％以上となるベルトは製造が困難である。

また、未加硫帆布の接着力については、フッ素樹脂粒子の配合量が増えるにつれて低下している。特に、配合量が７０％を超えると接着力の低下が急峻になっている。

以上から、フリクションゴムの原料ゴム１００質量部に対し、フッ素樹脂粒子の配合量（分散量）は、２０質量部以上で且つ８０質量部以下であることが好ましい。これにより、製造されるベルトの耐油性がより確実に向上する。また、当該配合量を原料ゴム１００質量部に対して３０質量部以上で且つ７０質量部以下とすることにより、耐油性を更に向上させながら、接着力（タック性）の低下を抑制できる。

更に、フッ素樹脂粒子の配合量を原料ゴム１００質量部に対して５０質量部以上で且つ６０質量部以下とするのが更に好ましい。つまり、配合量が約５０質量部を超えるとそれ以上の耐油性の向上は見られないことから、配合量が５０質量部を超える程度の配合量とするのが良い。しかし、配合量が大きくなると接着力が低下し、ベルトの製造は次第に難しくなり、フッ素樹脂粒子のコストも増加する。従って、フッ素樹脂の配合量は、例えば６０質量部程度以下にするのが良い。このような範囲とすることにより、できるだけ耐油性を向上しながら、接着力の低下を抑え且つフッ素樹脂粒子の使用量も抑えることができる。

尚、以上ではＶベルトを例としているが、これには限定されず、例えば平ベルトにおいても、補強布にフッ素樹脂からなる被膜を形成することによりベルトの耐油性を向上させることができる。

また、以上では、内被布１６及び外被布１７の２層からなる補強布１５を例示したが、補強布１５は、更に他の布を備える３層以上の構造を有していても良い。他の布は、内被布１６よりも内側又は外被布１７よりも外側のどちらに備えられていても良い。また、他の布と、内被布１６又は外被布１７との間にも、フッ素樹脂から成る被膜が備えられていても良い。これにより、例えば耐油性が更に向上する。

本開示のベルトによると、耐油性に優れた伝動ベルトを実現できるので、例えば切削加工用の機械装置のような油剤が付着しやすい目的に使用する伝動ベルトとして有用である。

１０ ベルト本体
１１ 底部ゴム層
１２ 接着ゴム層
１４ 心線
１５ 補強布
１６ 内被布
１７ 外被布
１８ 被膜
２０ 積層構造体
２１ マントル
２２ ゴムシート
２３ 円筒金型
２５ ベルト形成用布

Claims (6)

1. ベルト本体と、
   前記ベルト本体を被覆する内被布及び当該内被布を更に被覆する外被布を含む補強布とを備え、
   前記内被布と前記外被布との間に、フッ素樹脂からなる被膜が形成されていることを特徴とする伝動ベルト。
2. 請求項１において、
   前記フッ素樹脂による被膜は、前記補強布のフリクションゴムにフッ素樹脂粒子を分散させて、加硫の際に被膜化させることにより形成されることを特徴とする伝動ベルト。
3. 請求項２において、
   前記フリクションゴムの原料ゴム１００質量部に対するフッ素樹脂の配合量は、２０質量部以上で且つ８０質量部以下であることを特徴とする伝動ベルト。
4. 請求項１〜３のいずれか１つにおいて、
   前記フッ素樹脂は、ポリテトラフルオロエチレンであることを特徴とする伝動ベルト。
5. 請求項２において、
   前記フリクションゴムの原料ゴム１００質量部に対するフッ素樹脂の配合量は、５０質量部以上で且つ６０質量部以下であることを特徴とする伝動ベルト。
6. 請求項１〜５のいずれか１つにおいて、
   前記補強布は、前記内被布よりも内側又は前記外被布よりも外側に、更に他の布を備える３層以上の構造であることを特徴とする伝動ベルト。

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