JPH083374A - ゴム組成物及びそれを用いた伝動ベルト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 固形ゴムに添加した特殊処理を施した樹脂と
ゴムマトリックスとの絡まりを密にし、屈曲疲労特性及
び引裂き強度を一段と向上させる。 【構成】 固形ゴムに多官能性共架橋剤を含有する繊維
化可能なフッ素樹脂が添加されたゴム組成物で歯付ベル
トＡの歯ゴム層３を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ゴム組成物及びそれを
用いた伝動ベルトの改良に関し、特に屈曲疲労特性及び
引裂き強度の向上対策に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高度な力学的刺激を受けるゴム製品にお
いては、その耐力学疲労性の向上が当然に要求される。
例えば、自動車用伝動ベルトではエンジンの高出力化に
伴い、細幅化、静粛化及び高寿命化が要求され、これら
を実現するためにはベルト素材の高性能化と高寿命化が
不可欠である。

【０００３】従来より、ベルト素材の高性能化を図った
ゴム組成物としては、エチレン性不飽和ニトリル−共役
ジエン系共重合体からなる水素化ゴムにメタクリル酸亜
鉛及び有機過酸化物を混合することにより、引張強さを
向上させるようにしたものが知られている（特開平１−
３１１１５８公報参照）。また、固形ゴム及び末端に水
酸基を有する液状ジエン系重合体とアルケニル無水コハ
ク酸とのエステル化物でゴム組成物を構成し、優れた引
張り強度を発現できるようにしたものも知られている
（特公平４−５５４５３公報参照）。

【０００４】また、ベルト素材の高寿命化を図ったゴム
組成物としては、一般的な固形ゴムを有機過酸化物で架
橋する際に、固形ゴムに硫黄成分を共架橋剤として作用
させることにより、屈曲疲労性や引裂き強度をある程度
向上させるようにしたものが提案されている（特開平５
−３３９４２６号公報参照）。また、固形ゴムに摩擦係
数の低いポリフルオロカーボン短繊維を添加することに
より、ベルト走行中のスリップ音及び振動音を低減する
ようにしたゴム組成物も提案されている（特開平３−２
６５７４０号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来のゴム組成物では、いずれも引張り強度に関しては
優れているものの、屈曲疲労特性や引裂き強度等の物性
については必ずしも満足のいくものではなく、このた
め、高度に力学刺激を受けるゴム製品、例えば、エンジ
ンの高出力化等が要求される自動車用伝動ベルト等に用
いることが困難であるという問題がある。

【０００６】本発明はかかる点に鑑みてなされたもので
あり、その目的とするところは、特殊な処理を施した樹
脂を固形ゴムに添加することにより、上記樹脂とゴムマ
トリックスとの絡まりを密にし、屈曲疲労特性及び引裂
き強度が一段と優れたゴム組成物及びそれを用いた伝動
ベルトを提供せんとすることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の第１の解決手段は、固形ゴムに多官能性共
架橋剤を含有する繊維化可能なフッ素樹脂を添加してゴ
ム組成物を構成したことを特徴とする。

【０００８】本発明の第２の解決手段は、第１の解決手
段において、繊維化可能なフッ素樹脂１重量部に対し多
官能性共架橋剤０．０５〜２重量部を添加したことを特
徴とする。

【０００９】本発明の第３の解決手段は、第１又は第２
の解決手段のゴム組成物にてベルト構成ゴム部の少なく
とも一部を構成したことを特徴とする。

【００１０】本発明に用いられる固形ゴムとしては、特
に限定がなく、一般によく用いられている合成ゴム（Ｓ
Ｒ）や天然ゴム（ＮＲ）等である。かかる固形ゴムの具
体例としては、例えば、ブタジエンゴム（ＢＲ）、イソ
プレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、スチ
レン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、アクリルニトリル−
ブタジエンゴム（ＮＢＲ）及びその水素添加物、イソブ
チレン−イソプレンゴム（ＩＩＲ）、クロロスルホン化
ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等を挙げることができ、こ
れらは単独で又は２種以上混合して用いることができ
る。

【００１１】本発明に用いられる繊維化可能なフッ素樹
脂とは、上記固形ゴムと混練した時に加えられる圧縮力
や剪断力によってゴム中で繊維状となり、さらに互いに
絡み合って蜘蛛の巣状に広がった網目構造を形成するフ
ッ素樹脂をいう。

【００１２】この繊維化可能なフッ素樹脂には、予め多
官能性共架橋剤が含有されている。この多官能性共架橋
剤は、ゴム用架橋剤であり、通常、過酸化物架橋剤と併
用されるもので、分子鎖に２つあるいは２つ以上の反応
性官能基を有するものである。例えば、トリメチロルプ
ロパントリアクリレート、トリメチロルプロパントリメ
タクリレート、ジビニルベンゼン、２，ビス（４−アク
リロキシポリエトキシフェニル）プロパン、テトラエチ
レングリコールジアクリレート、エチレングリコールジ
メタクリレート、メタクリル酸マグネシウム、メタクリ
ル酸亜鉛、トリアリルトリメリテート、カルシウムアク
リレート、トリアリルイソシアヌレート等を挙げること
ができ、加硫過程において架橋構造を形成する多官能性
共架橋剤であるならば、これらに限られるものではな
い。なお、この多官能性共架橋剤の形態は固体、液体に
限られず、その両方共使用することができるが、液体の
多官能性共架橋剤は繊維化可能なフッ素樹脂により分散
し易く、また、フッ素樹脂とゴムとを混練する際、分散
助剤の役割も果たすため、より顕著な効果が得られると
いう利点を有する。

【００１３】この多官能性共架橋剤を含有する繊維化可
能なフッ素樹脂の上記固形ゴムに対する添加割合は、固
形ゴム１００重量部に対し多官能性共架橋剤を含有する
繊維化可能なフッ素樹脂を０．５〜２７重量部、なかん
づく１．０〜８．０重量部に設定することが望ましい。
このような添加割合にすることにより、ゴム組成物の混
練りの際の強力な圧縮力や剪断力によって繊維状となっ
たフッ素樹脂をゴム中に蜘蛛の巣状に広がった状態で存
在させることができる。かつ、繊維状となったフッ素樹
脂の一本一本の周り及び隙間に多官能性共架橋剤を存在
させることができるので、フッ素樹脂の周辺において高
い架橋密度を有する架橋構造を形成することができる。
これにより、繊維状フッ素樹脂とゴムマトリックスとの
絡み合い及び機械的な結合力を強化することができ、力
学刺激による繊維状フッ素樹脂のゴムからの離脱を低減
させることができ、得られたゴムの屈曲疲労特性及び引
裂き強度を大幅に向上させることができる。

【００１４】また、上記多官能性共架橋剤の繊維化可能
なフッ素樹脂に対する添加割合は、用いる多官能性共架
橋剤の種類等によって異なるので一概には決定すること
ができないが、繊維化可能なフッ素樹脂１重量部に対し
多官能性共架橋剤０．０５〜２重量部、なかんづく０．
２〜１重量部に設定することが望ましい。このような範
囲に設定したのは、多官能性共架橋剤の添加量がフッ素
樹脂１重量部に対して０．０５重量部未満になると、添
加量が少な過ぎて上述の如き効果を十分に発揮すること
ができなくなる一方、多官能性共架橋剤の添加量がフッ
素樹脂１重量部に対して２重量部を超えると、多官能性
共架橋剤の全部をフッ素樹脂に吸収させることができ
ず、ゴムと混練する際にゴムマトリックスに混ぜてゴム
に直接添加する共架橋剤と同じような効果を生じ、この
ため、ゴムの弾性率が高くなり過ぎて屈曲疲労特性が悪
化する傾向になるからである。

【００１５】上記繊維化可能なフッ素樹脂に多官能性共
架橋剤を添加する要領は、多官能性共架橋剤が液体であ
る場合には、多官能性共架橋剤をそのままフッ素樹脂に
添加し、撹拌して均一に混ぜ、多官能性共架橋剤をフッ
素樹脂に吸収させるようにする。一方、多官能性共架橋
剤が固体である場合には、多官能性共架橋剤を１００μ
ｍ以下の粉末に粉砕し、フッ素樹脂に混ぜるようにす
る。なお、液体の多官能性共架橋剤を用いる場合には、
必要条件ではないが、フッ素樹脂に二硫化モリブデン等
の分散剤を添加することが望ましく、このように分散剤
を用いることによってフッ素樹脂の繊維化を容易にする
ことができる。この分散剤の添加量は、特に制限はない
が、フッ素樹脂１００重量部に対して１０〜４０重量部
が妥当であると思われる。

【００１６】なお、上記の各成分に加えて、必要により
種々の添加剤を任意に加えることができる。かかる添加
剤としては、例えば有機過酸化物、酸化亜鉛等の架橋
剤、アミン類、アミン−アルデヒド反応物、アミン−ケ
トン反応物、フェノール類等の老化防止剤；カーボンブ
ラック、ホワイトカーボン等の補強剤、炭酸カルシウ
ム、塩基性炭酸マグネシウム、ケイソウ土、クレー等の
充填剤；水素添加ロジン、クロマン−インデン樹脂、ポ
リブデン等の粘着付与剤；ジオクチルアジペート（ＤＯ
Ａ）、ジオクチルセパケート（ＤＯＳ）、ジオクチルフ
タレート（ＤＯＰ）等の可塑剤；パラフィン系、ナフテ
ン系、芳香族系等のプロセス油；練り込み型接着増強剤
等の通常ゴム組成物に用いられるもの等が挙げられ、ま
た、不飽和カルボン酸金属塩等の従来より用いられてい
る力学特性改良剤を併用することもできる。なお、本発
明のゴム組成物には、通常の短繊維を添加することがで
きるが、この場合にもゴム組成物は優れた屈曲疲労特性
を保有している。また、上記添加剤の添加量には特に限
定がなく、用いる添加剤の種類等に応じて適宜に調整す
ることが望ましい。

【００１７】かくして得られる本発明のゴム組成物は優
れた機械的特性、特に優れた屈曲疲労特性や引裂き強度
等を発現するので、このゴム組成物によりベルト構成ゴ
ム部の少なくとも一部を構成することで、高性能、長寿
命、高静粛性等の特性を示す伝動ベルトを得ることがで
きる。このゴム組成物により構成するベルト構成ゴム部
は、対象とする伝動ベルトの種類によって異なるが、本
発明のゴム組成物が特に優れた屈曲疲労特性及び引裂き
強度を発現することから、例えば、Ｖリブドベルトのリ
ブゴム層、歯付ベルトの歯ゴム層、歯布コーティングゴ
ム、ローエッジベルトの下ゴム層等に適用することが好
ましい。

【００１８】その適用例を図１及び図２に示す。図１は
歯付ベルトＡである。この歯付ベルトＡは、ガラス繊
維、アラミド繊維等からなる複数本の心線１，１，…が
埋設された背ゴム層２を備えてなり、この背ゴム層２の
下面には多数の歯ゴム層３，３，…がベルト長手方向に
一定のピッチで列設され、さらに、この歯ゴム層３，
３，…にはナイロン帆布からなる歯布４が一体に被着さ
れている。また、この歯布４の表面はコーティングゴム
で被覆されている。

【００１９】そして、上記各歯ゴム層３は、本発明のゴ
ム組成物をゴム成分として用いてなるものであり、かか
る各歯ゴム層３では、繊維化可能なフッ素樹脂が蜘蛛の
巣状の網目構造を形成し、かかる網の中にゴムが保持さ
れ、さらに、繊維化されたフッ素樹脂の表面周辺及び隙
間に多官能性共架橋剤による高度な架橋構造が形成され
ているため、繊維化されたフッ素樹脂とゴムとの界面破
壊が生じ難くなること等から各歯ゴム層３の機械的特性
が向上して歯元にクラックが生じ難くなり、各歯ゴム層
３の寿命が長くなっている。

【００２０】また、上記各歯ゴム層３と背ゴム層２と
は、通常、同じゴム成分を用いることが多く、したがっ
て、本発明のゴム組成物は、各歯ゴム層３だけでなく背
ゴム層２にも用いることができる。

【００２１】図２はＶリブドベルトＢを示す。このＶリ
ブドベルトＢは、ポリエステル繊維、アラミド繊維等か
らなる複数本の心線５，５，…が埋設された接着ゴム層
６を備えてなり、この接着ゴム層６の下面にはベルト長
手方向に延びる３つのリブゴム層７，７，７が形成さ
れ、さらに、上記接着ゴム層７の上面にはゴム引き帆布
からなる上布８が一体に被着されている。

【００２２】そして、上記各リブゴム層７は本発明のゴ
ム組成物をゴム成分として用いてなるものであり、かか
る各リブゴム層７では、上記歯付ベルトＡの各歯ゴム層
３と同様に繊維化可能フッ素樹脂が蜘蛛の巣状の網目構
造を形成し、さらに、多官能性共架橋剤による繊維状の
フッ素樹脂の周りの高度な架橋構造で、フッ素樹脂とゴ
ム間の結合が強化されるため、各リブゴム層７の機械的
特性が向上してクラックが生じ難くなり、各リブゴム層
７の寿命が長くなっている。

【００２３】このように、本発明のゴム組成物にてベル
ト構成ゴム部の少なくとも一部（歯ゴム層３、リブゴム
層７）を構成した伝動ベルト（歯付ベルトＡ、Ｖリブド
ベルトＢ）は、特に耐屈曲疲労性や摩擦係数、引裂き強
度等の機械的特性が改善され、高性能化、長寿命化が実
現されるとともに静粛性にも優れたものとなる。

【００２４】以上、本発明の伝動ベルトを図１〜２に基
づいて説明したが、本発明はかかる図面に記載の様態の
みに限定されるものではない。

【００２５】

【作用】上記の構成により、本発明の第１〜３の解決手
段では、ゴム組成物の混練りの際、多官能性共架橋剤を
含有する繊維化可能なフッ素樹脂が強力な剪断力によっ
て繊維状となり、かつ、この繊維状のフッ素樹脂が互い
に絡み合って蜘蛛の巣状の網目構造を形成し、固形ゴム
が上記繊維状フッ素樹脂の蜘蛛の巣状の網の中に保持さ
れる。

【００２６】そして、加硫によってゴムが架橋した際、
ゴム中にフッ素樹脂が蜘蛛の巣状に広がって存在し、一
本一本の繊維状フッ素樹脂の周り及び隙間に存在する多
官能性共架橋剤によっても架橋が行われる。このため、
蜘蛛の巣状となったフッ素樹脂の周辺において高い架橋
密度を有する架橋構造が形成され、繊維状フッ素樹脂と
ゴムマトリックスとの絡み合い及び機械的な結合力が強
化され、力学刺激により繊維状フッ素樹脂がゴムから離
脱する事態が低減される。したがって、得られたゴムの
屈曲疲労特性及び引裂き強度が大幅に向上する。

【００２７】

【実施例】次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細
に説明するが、本発明はかかる実施例のみに限定される
ものではない。

【００２８】（実施例１〜７及び比較例１〜３）固形ゴ
ムとして水素添加ＮＢＲを用い、かつ、表１に示す共架
橋剤／ＰＴＦＥの比例で実施例１〜７については多官能
性共架橋剤を含有する繊維化可能なフッ素樹脂混合物を
作成し（但し、比較例１〜３はこのフッ素樹脂混合物を
用いない）、フッ素樹脂の添加量が水素添加ＮＢＲに対
し５／１００重量部の比例になるように添加し、また、
固形ゴム１００重量部に対し老化防止剤２重量部、ステ
アリン酸１重量部、酸化亜鉛１０重量部、カーボンブラ
ック２０重量部、パーオキサイド２重量部を添加し、さ
らに、実施例７と比較例３についてはナイロン繊維を表
１に示す添加量で添加し、バンバリーミキサーで約５分
間混練りを行ってゴム組成物を得た。

【００２９】ここで、水素添加ＮＢＲには水素添加アク
リロニトリル−ブタジエンゴム（日本ゼオン（株）製）
を、老化防止剤には大内新興化学工業（株）製の２−メ
ルカプツベンズイミダゾールを、カーボンブラックには
ＦＥＦ（Ｎ５５０）を、共架橋剤には三新化学（株）製
のトリメチロールプロパントリメタクリレートを、繊維
化可能なフッ素樹脂には三井・デュポンフロロケミカル
（株）製の商品名テフロンＫを、また、ナイロン繊維に
は繊維長０．６mm、繊度２デニールのナイロン短繊維を
用いた。

【００３０】次に得られたゴム組成物をオープンロール
で圧延して未加硫ゴムシートとし、この未加硫ゴムシー
トを１６０℃で３０分間プレス加硫して加硫ゴムシート
を得た。得られた加硫ゴムシートの物性として引裂き強
度と屈曲疲労特性を以下の方法に従って調べた。その結
果を表１に示す。

【００３１】＜引裂き強度＞ＪＩＳ Ｋ ６３０１のＢ
法に従い、２５℃で試験を行って引裂き強度（kN/m）を
測定した。

【００３２】＜屈曲疲労特性＞ＪＩＳ Ｋ ６３０１に
準じ、デマッチャー屈曲疲労試験機を用い、ストローク
１９〜７５mm、１２０℃で亀裂成長試験を行って亀裂の
長さが２０mmになった時の屈曲回数を疲労特性として示
した。

【００３３】＜歯ゴム層の寿命＞実施例１〜６で得られ
たゴム組成物及び比較例１，２で得られたゴム組成物を
歯ゴム層３及び背ゴム層２に用い、図１に示される歯付
ベルトＡ（歯数が９２，歯形がＺＢ（JASO E105-81( 自
動車ベルト）及びE106-81(プーリ）の規格），幅１９m
m）を製造した。

【００３４】得られた歯付ベルトＡについて、第３図に
示す３軸走行試験装置を用いて３軸走行試験を行った。
図３において駆動プーリ９は歯付プーリ２０ＺＢ（JASO
E105-81,E106-81）、負荷従動プーリ１０は歯付プーリ
４０ＺＢであり、駆動プーリ９を６０００rpm で矢印Ｃ
1 の方向に回転させ、歯付ベルトＡの初期張力をアイド
ラープーリ１１によって１５kgf とし、１０馬力で矢印
Ｄ1 の方向に走行させた。なお、この場合、環境温度は
１３０℃である。そして、歯付ベルトＡの歯ゴム層３に
破損が生ずるまでの時間を計測し、それぞれ９本の歯付
ベルトＡの平均値を算出した。その結果を表１に併記し
た。

【００３５】さらに、実施例７と比較例３で得られたゴ
ム組成物を用いて図２に示されるＶリブドベルトＢを製
造し、そのリブゴム層７の寿命を以下の方法に従って調
べた。

【００３６】＜リブゴム層の寿命＞実施例７及び比較例
３で得られたゴム組成物をリブゴム層７に用い、図２に
示されるＶリブドベルトＢ（リブ数３，長さ９７５cm）
を製造した。

【００３７】得られたＶリブドベルトＢについて、図４
に示される３軸走行試験装置を用いて３軸走行試験を行
った。図４において、駆動プーリ１２は直径１２０mm、
従動プーリ１３は直径１２０mmのものであり、直径４５
mmのアイドラープーリ１４によってＶリブドベルトＢの
張力が調整されている。従動プーリ１３の負荷１２馬
力、アイドラープーリ１４へのセットウェイト（張力）
８５kgf 、駆動プーリ１２の回転数４９００rpm の条件
で、８５℃雰囲気中、駆動プーリ１２を矢印Ｃ2 の方向
に回転させてＶリブドベルトＢを矢印Ｄ2 方向に走行さ
せた。この時のリブゴム層７の先端に生じたクラックが
心線５に達するまでの時間を計測した。

【００３８】

【表１】

【００３９】表１に示された結果から、実施例１〜６で
得られたゴム組成物からなるゴムはいずれも比較例１で
得られたゴム組成物からなるゴムに比較して引裂き強度
が同等もしくはそれ以上であり、屈曲疲労特性に極めて
優れており、歯付ベルトＡの歯ゴム層３として用いた場
合に長寿命化していることが判る。また、架橋剤の添加
量がＰＴＦＥに対して２／１を超えた場合、過剰な共架
橋剤が直接ゴムに分散され、弾性率が高くなりすぎて屈
曲疲労特性及び引裂き特性は低下する。実施例７と比較
例３と比較して、短繊維添加系で共架橋剤添加が屈曲疲
労特性及び引裂き特性の向上に有効であり、リブゴム層
７の寿命が長くなっていることが判る。

【００４０】また、実施例３と比較例２とを比較する
と、共架橋剤が直接ゴムに添加された場合、力学物性の
改良が見られず、一方、実施例３では共架橋剤を繊維化
可能なフッ素樹脂に添加して混合物を作成し、この混合
物をさらにゴムに分散した場合、引裂き強度及び屈曲疲
労特性が大幅に改良され、歯付ベルトＡの歯ゴム層３と
して用いる場合には長寿命になった。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１〜３に係
る本発明によれば、多官能性共架橋剤を含有する繊維化
可能なフッ素樹脂を固形ゴムに添加してゴム組成物を構
成したので、ゴム中に蜘蛛の巣状に広がった繊維状フッ
素樹脂と繊維状フッ素樹脂の周り及び隙間に存在する多
官能性共架橋剤とによって非常に優れた屈曲疲労特性及
び引裂き強度を発現できるゴム組成物を得ることができ
る。また、このゴム組成物でベルト構成ゴム部の少なく
とも一部を構成することにより、高性能及び長寿命等が
一段と優れた伝動ベルトを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】歯付ベルトを部分的に示す斜視図である。

【図２】Ｖリブドベルトを部分的に示す斜視図である。

【図３】歯付ベルトの３軸走行試験に用いた試験装置の
概略構成図である。

【図４】Ｖリブドベルトの３軸走行試験に用いた試験装
置の概略構成図である。

【符号の説明】

３ 歯ゴム層（ベルト構成ゴム部の少なくとも一部） ７ リブゴム層（ベルト構成ゴム部の少なくとも一部） Ａ 歯付ベルト（伝動ベルト） Ｂ Ｖリブドベルト（伝動ベルト）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固形ゴムに多官能性共架橋剤を含有する
   繊維化可能なフッ素樹脂が添加されてなることを特徴と
   するゴム組成物。
2. 【請求項２】 繊維化可能なフッ素樹脂１重量部に対し
   多官能性共架橋剤０．０５〜２重量部が添加されている
   ことを特徴とする請求項１記載のゴム組成物。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のゴム組成物にてベ
   ルト構成ゴム部の少なくとも一部が構成されていること
   を特徴とする伝動ベルト。