JP4133595B2

JP4133595B2 - 伝動ベルト

Info

Publication number: JP4133595B2
Application number: JP2003156499A
Authority: JP
Inventors: 喜隆佐藤; 雅巳佐藤; 勉徳永; 聡古川
Original assignee: Gates Unitta Asia Co
Current assignee: Gates Unitta Asia Co
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2008-08-13
Anticipated expiration: 2023-06-02
Also published as: EP1537343A1; US20060105873A1; JP2004125164A; BR0313227A; RU2286492C2; US7927243B2; EP1537343B1; TW200407511A; CN1480659A; MXPA05001485A; CN1301374C; CA2495578A1; BRPI0313227B1; SG112886A1; AU2003253433B2; AU2003253433A1; TWI271479B; ATE527468T1; KR20040014271A; RU2005106249A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は伝動ベルトであって、例えばスクーターの変速機において回転力を伝達するＶベルトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、スクーターの変速機において使用される伝動Ｖベルトは、高温下で使用され、回転時に幅方向に高い圧力がかかる。したがって、従来、比較的耐熱性が高いクロロプレンゴム（ＣＲ）を原料として、側圧に対する強度を高めるためにアラミド短繊維が幅方向に配向されたＶベルトが用いられている。これにより、スクーターの変速機において使用される伝動Ｖベルトは、ある程度の耐久性が保証されている。しかし、Ｖベルトの幅方向にさらに高い圧力をかけようとすると、従来の耐久性では充分ではない。
【０００３】
そこで、Ｖベルトの側圧に対する強度を高めるために、配合されるアラミド短繊維の長さを長くし、アラミド短繊維の幅方向への配向性を高めることが考えられる。しかし、アラミド短繊維は、モジュラスが高く、原料ゴムに対する分散性が悪いため、繊維長の長い短繊維を配合すると、ゴムに対する分散性が低下するので、加工性が低下する。
【０００４】
なお、従来、１〜５ｍｍのアラミド短繊維がいずれか一方の方向に配向されたゴム（例えば特許文献１）や、２種類の短繊維が配合された伝動ベルト（例えば特許文献２、特許文献３）が知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２９９１７４１号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１１２６５８号公報
【特許文献３】
特開２０００−２３０２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、スクーター等で使用される伝動ベルトの耐久性を向上させるため、いずれか一方の方向に対して高い強度を持つ伝動ベルトを得ることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る伝動ベルトは、アラミド短繊維と、ポリエステル短繊維が配合された原料ゴムを原料として成型され、アラミド短繊維とポリエステル短繊維がベルト本体のいずれか一方の方向に配向される伝動ベルトであって、ポリエステル短繊維の長さがアラミド短繊維の長さより長いことを特徴とする。これにより、アラミド短繊維の配向性を向上させることができる。
【０００８】
アラミド短繊維とポリエステル短繊維はベルト本体の幅方向に配向されることが好ましい。これにより、幅方向に対して高い強度を持つ伝動ベルトを得ることができる。
【０００９】
例えば、アラミド短繊維とポリエステル短繊維は、原料ゴムのゴム成分であるポリマー１００重量部に対して、合計して５ないし３０重量部配合される。例えば、アラミド短繊維は３ｍｍ以下である。例えば、ポリエステル短繊維は５ｍｍ以下である。
【００１０】
原料ゴムのゴム成分であるポリマーは、ＥＰＤＭであることが望ましい。これにより、伝動ベルトは耐熱性を持つことができる。なお、ＥＰＤＭに代えて、ＥＰＭ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲおよびＣＲを用いても良い。
【００１１】
ポリエステル短繊維はＲＦＬ処理されていることが好ましく、さらに、ＰＥＴ短繊維であったほうが良い。なお、ポリエステル短繊維として、ポリエチレンイソフタレート短繊維、ポリブチレンテレフタレート短繊維、βプロピオンラクトンの開環重合物から得られる短繊維、およびテレフタル酸ジメチルと１，４−シクロヘキサンジメタノールを重合して得られるポリマーの短繊維等を用いることもできる。
【００１２】
好ましくは、アラミド短繊維はメタ系またはパラ系であることが好ましい。パラ系のアラミド短繊維は、メタ系に比べて強度が強いが、高価である。なお、伝動ベルトは、Ｖベルトであることが好ましく、さらに好ましくは、コグ付きＶベルトである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、Ｖベルト１０の断面図、図２は、Ｖベルト１０の部分的な側面図である。Ｖベルト１０は、ＥＰＤＭをポリマー成分とする原料ゴムにより成型される。Ｖベルト１０の背面側には上ゴム１１が、底面側には下ゴム１２が設けられる。上ゴム１１と下ゴム１２の間には、ベルトの長手方向に延びる心線１４が埋設され、心線１４の上面と下面には接着ゴム１３がそれぞれ密着している。上ゴム１１の背面には、帆布１６が貼り付けられる。下ゴム１２には、長手方向に波形に形成されたコグ１５が設けられ、コグ１５の表面は、コグ布１８で覆われている。上ゴム１１、下ゴム１２内には短繊維２０がＶベルト１０の幅方向に配向されている。短繊維２０は、アラミド短繊維と、アラミド短繊維より繊維長が長いポリエステル短繊維である。
【００１５】
Ｖベルト１０の上ゴム１１、下ゴム１２は、予め一方の方向に短繊維２０が配向されている原料ゴムシートを加硫成型することにより得られる。原料ゴムシートは、短繊維２０が配合された原料ゴムを混錬し、ロールまたはカレンダ等で圧延されることにより得られる。このとき、ゴムシートに配合された短繊維２０は圧延方向に配向される。
【００１６】
短繊維２０は長さが長くなると、原料ゴムへの分散性が悪くなり、加工性が悪くなる。したがって、アラミド短繊維の場合、その繊維長は、１〜３ｍｍ程度であることが好ましい。しかし、１〜３ｍｍ程度のアラミド短繊維を、単独で原料ゴムに配合した場合、その繊維長が短いため、圧延時に圧延方向に短繊維が均一には配向されず圧延方向以外にも短繊維が配向される。
【００１７】
一方、ポリエステル短繊維は、アラミド短繊維に比べてモジュラスが低いので、アラミド短繊維より長い短繊維を配合したとしても、短繊維の原料ゴムに対する分散性が悪くなりくにい。そして、短繊維は、繊維長が長いものを配合した場合、圧延方向に均一に配向されやすい。したがって、ポリエステル短繊維は、繊維長を長くすることにより、アラミド短繊維に比べ圧延方向に均一に配向させることが可能である。しかし、ポリエステル短繊維は、アラミド短繊維に比べ強度が低いので、単独で原料ゴムに配合したとしても、充分に耐久性を向上させることができない。
【００１８】
そこで、本実施形態では、原料ゴムに、アラミド短繊維と、アラミド短繊維に比べて繊維長が長いポリエステル短繊維を合わせて配合している。これにより、アラミド短繊維は、繊維長が長いポリエステル短繊維が圧延方向に均一に配向されるのに促されて、単独で原料ゴムに配合される場合より、圧延方向に均一に配向され、一方向への圧力に対する耐久性を向上させることができる。
【００１９】
アラミド短繊維の繊維長は、３ｍｍ以下であり、好ましくは１〜３ｍｍであり、さらに好ましくは約１ｍｍである。ポリエステル短繊維の繊維長は５ｍｍ以下であり、好ましくは１〜５ｍｍであり、さらに好ましくは約３ｍｍである。
【００２０】
本実施形態においては、ＥＰＤＭ１００重量部に対して、短繊維２０（アラミド短繊維およびポリエステル短繊維）が合計して５〜３０重量部配合された原料ゴムが、原料として使用されている。この場合、例えばアラミド短繊維はＥＰＤＭ１００重量部に対して５〜１５重量部配合されており、好ましくは約１０重量部配合されている。また、ポリエステル短繊維は、例えば５〜１５重量部配合されており、好ましくは約１０重量部配合されている。
【００２１】
なお、ＥＰＤＭの代替としてＥＰＭ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲまたはＣＲ等のゴム成分であるポリマーを使用しても良い。また、アラミド短繊維としては、パラ系に比べ安価であるメタ系が好ましいが、さらに耐久性のあるベルトが必要な場合には、強度がより高いパラ系が好ましい。ポリエステル短繊維はＰＥＴ短繊維であることが好ましいが、ポリエチレンイソフタレート短繊維、ポリブチレンテレフタレート短繊維、βプロピオンラクトンの開環重合物から得られる短繊維、テレフタル酸ジメチルと１，４−シクロヘキサンジメタノールを重合して得られるポリマーの短繊維等であっても良い。
【００２２】
ポリエステル短繊維は、ＲＦＬ（レゾンシノール・ホルムアルデヒド・ラテックス）処理されており、例えば、長繊維をＲＦＬ液に浸漬し、乾燥させた後に、所定の長さに切断することにより形成される。
【００２３】
【実施例】
次に、本発明の実施例と比較例に対する試験結果を説明する。表１は、実施例ゴムと比較例ゴムの短繊維の配合を示す。
【００２４】
【表１】

【００２５】
〔実施例ゴムと比較例ゴム〕
実施例ゴムＡは、１００℃におけるムーニー値が２５であるＥＰＤＭ（商品名「Ｋｅｌｔａｎ２３４０Ａ」、ＤＳＭ社製）１００重量部に対して、カーボンブラック６０重量部、有機金属塩１４．７重量部、老化防止剤１重量部、スコーチ防止剤０．３重量部、パラフィンオイル８．７重量部、加硫剤５重量部添加され、繊維長が１ｍｍで直径が１４．３２μｍであるメタ系アラミド短繊維（商品名「コーネックス」、帝人（株）製）が１０重量部と、繊維長が３ｍｍで直径が２３．８μｍであるＰＥＴ短繊維が１０重量部配合されたゴムである。
【００２６】
実施例ゴムＢ、Ｃは、実施例ゴムＡとメタ系アラミド短繊維とＰＥＴ短繊維（ポリエステル短繊維）の合計の配合部数が同じ例である。実施例ゴムＢ、Ｃは、メタ系アラミド短繊維およびポリエステル短繊維の繊維長は実施例Ａと同一の配合のゴムである。実施例Ｂは、アラミド短繊維が５重量部、ポリステル短繊維が１５重量部配合されている。実施例Ｃは、アラミド短繊維が１５重量部、ポリステル短繊維が５重量部配合されている。その他の配合は、実施例Ａゴムと同一である。
【００２７】
実施例ゴムＤ、Ｅは、ポリエステル短繊維とアラミド短繊維の合計部数を実施例Ａから変更した例である。実施例Ｄは、アラミド短繊維が５重量部、ポリステル短繊維が５重量部配合されている。実施例Ｅは、アラミド短繊維が１５重量部、ポリステル短繊維が１５重量部配合されている。実施例ゴムＤ、Ｅは、短繊維の種類および繊維長等のその他の配合は実施例ゴムＡと同一である。
【００２８】
実施例ゴムＦ〜Ｈは、実施例Ａから繊維長の長さを変更した例である。実施例Ｆは、アラミド短繊維の繊維長が２ｍｍであり、ポリエステル短繊維の繊維長が３ｍｍである。実施例Ｇは、アラミド短繊維の繊維長が２ｍｍであり、ポリエステル短繊維の繊維長が５ｍｍである。実施例Ｈは、アラミド短繊維の繊維長が３ｍｍであり、ポリエステル短繊維の繊維長が５ｍｍである。実施例ゴムＦ〜Ｈは、短繊維の種類および配合部数については実施例ゴムＡと同一である。
【００２９】
比較例ゴム１，２は、アラミド短繊維とＰＥＴ短繊維の繊維長が同一のものを配合した例である。配合部数は実施例ゴムＡと同一である。比較例１は、アラミド短繊維およびポリエステル短繊維の繊維長がともに１ｍｍの例である。比較例２は、アラミド短繊維およびポリエステル短繊維の繊維長がともに３ｍｍの例である。その他の構成は、実施例Ａと同一である。
【００３０】
実施例ゴムＡ〜Ｈ、比較例１、２の試験片を使って第１の圧縮応力試験を行い、荷重をかけた場合の圧縮率を％で評価した。その試験結果を表２〜４に示す。各試験片は直径が２９．０ｍｍで試料長１２．５ｍｍの円柱状のゴムであり、圧縮方向は短繊維が配向されている方向と同じであった。
【００３１】
【表２】

【００３２】
【表３】

【００３３】
【表４】

【００３４】
表２〜４に示すように、圧縮応力試験において、実施例Ａ〜Ｈは比較例１、２と略同等の結果を得た。
【００３５】
図３は、比較例１，２および実施例Ａ、Ｃ、Ｅの実施例ゴムを用いて引張り強さの試験結果を示す。本試験においては、各試験片を引っ張った力（ＭＰａ）に対する伸び率を％で評価した。各試験片はＪＩＳＫ６２５１のダンベル状５号形を用いて採取したゴムであり、引張り方向は短繊維が配向されている方向と同じであった。
【００３６】
図３に示すように、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した実施例Ａ、Ｃ、Ｅは、同じ繊維長のアラミド短繊維とポリエステル短繊維を配合した比較例１，２に比べて、引張りに対する伸び率は小さかった。すなわち、実施例Ａ、Ｃ、Ｅは比較例１、２に比べ引張りに対する強度が優れていた。これは、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した各実施例は、同一の繊維長を配合した比較例１，２よりも短繊維の配向性が良くなったためと考えられる。
【００３７】
図４は、比較例１，２および実施例Ｆ、Ｈの実施例ゴムを用いて引張り強さの試験結果を示す。試験方法は、上述の引張り強さの試験方法と同じである。
【００３８】
図４に示すように、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した実施例Ｆ、Ｈは、同じ繊維長のアラミド短繊維とポリエステル短繊維を配合した比較例１、２に比べて、引張りに対する強度が優れていた。これは、上述の試験結果と同様にアラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した各実施例の配向性が良いためと考えられる。
【００３９】
以上のように、各実施例において、アラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合した原料ゴムは、原料ゴムの強度を強化することが確認できた。
【００４０】
〔実施例ゴムと従来ゴム〕
次に、実施例ゴムＡと従来ゴムとの比較を以下に示す。従来ゴムはスクーター等のＶベルトとして従来使用されているものでありアラミド短繊維が単独で配合されたゴムである。従来ゴムは、ＣＲ１００重量部に対して、パラ系アラミド短繊維（商品名「ケブラー」、ｄｕＰｏｎｔ社製）が１２．６重量部配合され、カーボンブラック５６重量部、酸化マグネシウム３．４重量部、老化防止剤４重量部、加硫剤７重量部添加され、さらに、繊維長が１ｍｍで直径が１２．３５μｍのパラ系アラミド短繊維（商品名「テクノーラ」、帝人（株）製）が８．４重量部配合されたゴムである。
【００４１】
実施例ゴムＡ、従来ゴムの試験片を使って第２の圧縮応力試験を行い、荷重をかけた場合の圧縮率を％で評価し、その試験結果を図５に示す。各試験片は直径が１７．８ｍｍで試料長２５．４ｍｍの円柱状のゴムであり、圧縮方向は短繊維が配向されている方向と同じであった。
【００４２】
図５に示すように、実施例Ａのゴムと従来ゴムは、荷重の大きさがある値に達するまでは、荷重に比例して圧縮率が上昇しており、荷重の大きさがある一定値を超えると、試料が挫屈して圧縮率が急上昇した。圧縮率が急上昇したのは、荷重の大きさが挫屈点Ｘ１、Ｘ２に達したとき、配合されている短繊維が荷重により折れたからである。
【００４３】
ここで、挫屈点Ｘ１、Ｘ２に達するときの荷重がより大きいほうが、ゴムの強度が高いといえる。本試験結果より、実施例ゴムは、挫屈点Ｘ２に達する荷重が従来ゴムよりも大きく、強度が改善されたことが理解される。
【００４４】
実施例ゴムＡ、従来ゴムを下ゴムおよび上ゴムに使用した実施例品のＶベルト、従来品のＶベルトの摩擦係数を測定した結果を図６に示す。なお、短繊維は幅方向に配向した。摩擦係数の測定は図７に示すように摩擦係数測定装置３０において行った。プーリー３１は、直径が８０ｍｍであり、プーリー３１とＶベルト３３との接触角度αは９０度（π／２）である。プーリー３１の回転数が４２ｒｐｍ、Ｖベルト３３に作用する鉛直方向の荷重Ｔ２が１７．２Ｎである場合において、水平方向の張力Ｔ１を測定器３２において測定し、式（１）に当てはめることにより、Ｖベルト３３の摩擦係数μが求められる。
μ＝｛ｌｎ（Ｔ１／Ｔ２）｝／α ・・・・・・（１）
【００４５】
摩擦係数μは図６に示すように、従来Ｖベルトが０．６８であるのに対して、実施例Ｖベルトが１．２２であった。スクーターの変速機における摩擦係数は経験的に１．２前後が適正であるとされており、実施例Ｖベルトは従来Ｖベルトに比べ、より摩擦係数が適正に設定されていると言える。すなわち、実施例Ｖベルトは従来Ｖベルトに比べ、負荷伝達性能が向上している。
【００４６】
耐久時間測定試験を図８に示す耐久時間測定装置４０によって行った。Ｖベルト４３は心線が埋設されている面におけるピッチ長さが７６０ｍｍ、Ｖベルトの上面の幅が１８ｍｍ、背面からコグの先端までの高さが９ｍｍで無端状に成型され、駆動プーリー４２および被駆動プーリー４１に掛けた。初期張力は５００Ｎであり、駆動プーリー４２は５０００ｒｐｍの回転数で１０Ｎ・ｍの力により、１００℃の雰囲気下で回転させた。駆動プーリー４２と被駆動プーリー４１はＶプーリーで、歯数が同一であり、外径が１００ｍｍ、Ｖ溝の角度が３０度であった。
【００４７】
図９は、耐久時間測定試験において、Ｖベルト４３が回転できなくなるまでの時間すなわち耐久時間を示す。従来品においては、約３２０時間経過後、下ゴムが分断され、回転を継続させるのが不可能になった。一方、実施例品においては、約６８０時間経過後、Ｖベルトが破断し、回転を継続させるのが不可能となった。すなわち、本測定試験により、実施例品は従来品に比べて、耐久性が向上したことが理解される。
【００４８】
図１０、１１はそれぞれ耐久時間測定試験における従来品と実施例品の硬度と張力の変化を示す。従来品、実施例品ともに時間経過に併せて、硬度は上昇し、張力が減少している。なお、実施例品において６００時間で張力が急上昇しているのは、Ｖベルトの張り直しを行ったからである。
【００４９】
図１２は、耐熱試験において、Ｖベルトが回転できなくなるまでの時間を示す。耐熱試験は１２０℃の雰囲気下で実施され、実施例品、従来品はプーリーの直径が同一（７７ｍｍ）である２つの平プーリーに掛けられ、プーリーの回転数は６０００ｒｐｍ、初期張力は１５０Ｎに設定された。なお、Ｖベルトは反転させ、上ゴムが底面側に下ゴムが背面側になるようにしてプーリーに掛けた。
【００５０】
図１２に示すように、従来品は約２９０時経過後、コグが分断されたが、実施例品は、約１０００時間経過後コグにクラックが生じた。すなわち、本試験により、実施例品は従来品に比べて、耐熱性が優れていることがわかる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るＶベルトは、原料ゴムにアラミド短繊維とアラミド短繊維より長いポリエステル短繊維を配合し幅方向に配向させることにより、従来のＶベルトに比べ、幅方向に対する強度が向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態におけるＶベルトの断面図である。
【図２】図１に示すＶベルトの部分的な側面図である。
【図３】引張り強度の測定結果である。
【図４】引張り強度の測定結果である。
【図５】第２の圧縮応力試験の試験結果を示すグラフである。
【図６】摩擦係数測定結果を示すグラフである。
【図７】摩擦係数測定装置の模式図である。
【図８】耐久時間測定装置の模式図である。
【図９】耐久時間測定装置によって測定された耐久時間を示すグラフである。
【図１０】耐久時間測定試験における従来品のＶベルトの硬度と張力の変化を示すグラフである。
【図１１】耐久時間測定試験における本発明に係るＶベルトの硬度と張力の変化を示すグラフである。
【図１２】耐熱試験の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１０Ｖベルト
１１上ゴム
１２下ゴム
１５コグ
２０短繊維
Ｘ１、Ｘ２挫屈点

Claims

アラミド短繊維と、ポリエステル短繊維が混合して配合された原料ゴムを原料として成型され、前記アラミド短繊維と前記ポリエステル短繊維がベルト本体の所定の方向に配向される伝動ベルトであって、前記ポリエステル短繊維の長さが前記アラミド短繊維の長さより長いことにより、前記アラミド短繊維の配向性が向上することを特徴とする伝動ベルト。
前記アラミド短繊維と前記ポリエステル短繊維がベルト本体の幅方向に配向されることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
前記アラミド短繊維と前記ポリエステル短繊維が前記原料ゴムのゴム成分であるポリマー１００重量部に対して、合計して５ないし３０重量部配合されることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
前記アラミド短繊維が３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
前記ポリエステル短繊維が５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
前記原料ゴムのゴム成分であるポリマーがＥＰＤＭ、ＥＰＭ、ＮＢＲ、Ｈ−ＮＢＲおよびＣＲのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
前記ポリエステル短繊維がＲＦＬ処理されていることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
前記ポリエステル短繊維がＰＥＴ短繊維、ポリエチレンイソフタレート短繊維、ポリブチレンテレフタレート短繊維、βプロピオンラクトンの開環重合物から得られる短繊維、およびテレフタル酸ジメチルと１，４−シクロヘキサンジメタノールを重合して得られるポリマーの短繊維のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
前記アラミド短繊維がメタ系またはパラ系であることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
Ｖベルトであることを特徴とする請求項１ないし９に記載の伝動ベルト。
前記原料ゴムは圧延されることにより得られ、前記アラミド短繊維及び前記ポリエステル短繊維は圧延方向に配向されることを特徴とする請求項１に記載の伝動ベルト。
アラミド短繊維と、ポリエステル短繊維とが混合して配合された原料ゴムを混錬した後圧延し、前記アラミド短繊維及び前記ポリエステル短繊維をベルト本体の所定の方向に配向させ、その原料ゴムを原料として伝動ベルトを成型し、前記ポリエステル短繊維の長さが前記アラミド短繊維の長さより長いことにより、前記アラミド短繊維の配向性が向上することを特徴とする伝動ベルトの製造方法。