JP2020111444A - 無端状平ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】ベルト表面の摩耗を抑制することができる無端状平ベルトを提供する。【解決手段】コード心線１２を含む無端状平ベルト１０Ａであって、周方向に巻き付けられ幅方向に所定のピッチで螺旋状に配置された前記コード心線１２を含む心体層１４と、前記心体層１４の少なくとも一側表面に設けられた補強布１６と、少なくとも一側の最表面に設けられた表面ゴム層１８とを備え、１００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、無端状平ベルトに関し、特に紙管巻き用ベルトのような、ねじれた状態で走行する用途に適したものである。

従来、高速伝動用ベルトとして使用されている平ベルトは、ポリアミドフィルムを心体とした帯状のベルトの両端をスカイバー継手、フィンガー継手等の継手形状に加工した後、接着剤や熱接着を用いて一体に接着されているのが一般的である。

例えば、紙管は、紙テープをマンドレルに螺旋状に巻き付けて製造される。マンドレルに巻き付けられた紙テープは、平ベルトにより軸方向に搬送される（特許文献１）。平ベルトは、強くねじられながら紙テープを巻き付けて圧着しながら高速走行する。したがって、ベルトの中央部と側端部の伸び率が異なり、側端部の伸び率が中央部よりも大きいために負荷がかかり、継手部が破断に至ってしまうことがある。

これに対し、内部ゴム層と、この内部ゴム層内に埋設されかつベルト幅方向に所定のピッチで螺旋状に巻回されたコード心線と、内部ゴム層に貼付された補強布とを備えた無端状平ベルトが開示されている（例えば、特許文献２）。上記特許文献２によれば、ねじれ走行時のベルトの側端部にかかる負荷によるベルトの破断や片伸びを抑制し、ベルト張力および走行性を安定化させることができる。

実公平６−２７８６５号公報 特開２０１７−１００８４８号公報

紙管の製造において平ベルトは、紙管を巻き掛けているマンドレル部分で、紙テープに対し滑りが生じると、ベルト表面が紙テープと擦れて摩耗する。特に、製筒する紙管径が大きい場合、マンドレル部分でベルト表面が紙テープと接触する距離が長くなることから、紙管径が小さい場合に比べ、ベルト表面が摩耗しやすい。

本発明は、ベルト表面の摩耗を抑制することができる無端状平ベルトを提供することを目的とする。

本発明に係る無端状平ベルトは、コード心線を含む無端状平ベルトであって、周方向に巻き付けられ幅方向に所定のピッチで螺旋状に配置された前記コード心線を含む心体層と、前記心体層の少なくとも一側表面に設けられた補強布と、少なくとも一側の最表面に設けられた表面ゴム層とを備え、１００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下である。

本発明によれば、張り側と緩み側のベルトの歪を小さくすることができるので、搬送物に対する滑りが抑制され、結果としてベルト表面の摩耗を抑制することができる。

本実施形態に係る無端状平ベルトの概略縦断面図である。 紙管の製造機械を示す概略図である。 変形例（１）に係る無端状平ベルトの概略縦断面図である。 変形例（２）に係る無端状平ベルトの概略縦断面図である。 無端状平ベルトの引張特性を示すグラフである。 無端状平ベルトの評価に用いた試験装置を示す模式図である。 無端状平ベルトの負荷トルクとスリップ率の関係を示すグラフである。

本発明に係る無端状平ベルトは、周方向に巻き付けられ幅方向に所定のピッチで螺旋状に配置されたコード心線を含む心体層と、前記心体層の少なくとも一側表面に設けられた補強布と、少なくとも一側の最表面に設けられた表面ゴム層とを備え、１００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下である。無端状平ベルトは、張り側と緩み側のベルトの歪差を小さくすることができるので、例えば、紙管の製筒時におけるマンドレルでの紙テープに対する滑りが抑制され、結果としてベルト表面の摩耗を抑制することができる。

無端状平ベルトは、厚さ方向において、心体層を中心に対称である場合と、非対称である場合とを含む。補強布は、心体層に接して設けられる。無端状平ベルトは、補強布が１層の場合と、２層の場合とを含む。表面ゴム層は、補強布に接して設けられる場合と、心体層に接して設けられる場合とを含む。無端状平ベルトは、表面ゴム層が１層の場合と、２層の場合とを含む。表面ゴム層が１層の場合、無端状平ベルトの最表面は、一方が表面ゴム層で、他方が補強布である。以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

（１）全体構成
図１に示す無端状平ベルト１０Ａは、コード心線１２を含む心体層１４と、心体層１４の両側表面に設けられた一対の補強布１６と、最表面に設けられた一対の表面ゴム層１８とを備える。無端状平ベルト１０Ａは、１００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下である。伸張率が上記範囲内であると、無端状平ベルト１０Ａは、紙管を製筒するときのマンドレル部分における張り側と緩み側のベルトの歪差を小さくすることができる。伸張率は、２．２％以下であるのがより好ましい。

（心体層）
心体層１４は、内部ゴム層１３と、当該内部ゴム層１３に埋設されたコード心線１２とを有する。内部ゴム層１３は、例えば、ニトリルゴム、カルボキシル化ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、ポリブタジエンゴム、天然ゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、アクリルゴムからなる群より選択される少なくとも１種が挙げられる。この内部ゴム層１３の厚さは０．１〜２．０ｍｍであるのがよい。

コード心線１２は、ベルトの周方向に巻き付けられ、幅方向に所定のピッチで螺旋状に配置される。コード心線１２は、ベルト走行時の斜行抑制のために、繊維がＳ撚に撚られたコード心線とＺ撚に撚られたコード心線とを交互に配列するのが好ましい。

コード心線１２は、ビニロン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、アラミド、ポリアミド等の繊維が単独または混合して使用される。また特性を損なわない範囲で他の繊維を含有していてもよい。

コード心線１２の太さは、長繊維または短繊維を引きそろえて撚りをかけた撚糸として、通常１０００〜４２０００ｄｔｅｘ、好ましくは１６７０〜３１０００ｄｔｅｘであるのがよい。

（補強布）
補強布１６は、ベルトに耐久性を付与するものである。補強布１６は、ベルト周方向の引張弾性率が０．１〜２０００ＭＰa、好ましくは１〜２００ＭＰaである。補強布１６のベルト幅方向の引張弾性率は、２００〜２０００ＭＰa、好ましくは３００〜１０００ＭＰaである。補強布１６はベルト周方向に伸縮性を有すると共に、ひねりに対するベルト幅方向に剛性が保持され、巻き付き圧力を均等化できる。

補強布１６のベルト周方向に、前記した引張弾性率で表される伸縮性を付与するには、例えばベルト周方向に加工糸が用いられる。加工糸とは、一般に、フィラメント糸に細かい捲縮を与え、その捲縮を熱処理によって固定し、伸縮性とかさ高性を与えた糸をいう。材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリアミド等の繊維糸が使用できる。また他に伸縮性を有する糸材料として、ウレタン弾性糸、ポリエーテル・エステル系高弾性糸、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）等を芯糸とするカバードヤーンを使用できる。

ベルト幅方向に前記した引張弾性率を付与する補強布１６の材料としては、例えばポリアミド繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ガラス繊維、綿糸、ビニロン繊維、及びポリケトン繊維から成る群より選択される少なくとも１つの材料から形成される。これらの繊維のフィラメント糸に捲縮を与えないか、あるいはわずかに捲縮を与えた状態で使用される。

（表面ゴム層）
表面ゴム層１８は、無端状平ベルト１０Ａの表面において、ベルトと搬送物や動力伝達装置との間で安定した伝達能力を持つ摩擦伝動に適したものが好ましい。このような表面ゴム層１８の材質としては、例えばニトリルゴム、カルボキシル化ニトリルゴム、水素添加ニトリルゴム、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン、ポリブタジエンゴム、天然ゴム、ＥＰＭ、ＥＰＤＭ、ウレタンゴム、アクリルゴム、シリコンゴムなどが挙げられる。表面ゴム層１８の厚さは０．１〜５ｍｍ、好ましくは０．２〜３ｍｍであるのがよい。

前記表面ゴム層１８は、搬送物との摩擦係数の低下を防止するため、表面に微細な凹凸形状のパターン（いわゆる目付形状のパターン）が形成されていてもよい。表面ゴム層１８の表面に設けられる上記パターンは、加硫成形時に形成することができるが、加硫前または加硫後に形成してもよい。形成方法としては、例えば、未加硫の状態の表面ゴム層１８の表面に微細な凹凸形状のパターンが施された成形ロール、もしくは布パターン素材を載置し、ついで加圧加硫して前記布パターン素材を表面ゴム層１８の表面に強く押し付け、そのまま加硫をすすめて加硫完了後に前記布パターン素材をはがすことで表面ゴム層１８の表面に凹凸を設けることができる。

（２）製造方法
次に、本発明の無端状平ベルト１０Ａの製造方法を説明する。無端状平ベルト１０Ａの製造方法は、補強布処理工程、打ち抜き加工工程、両端接着工程、巻き掛け工程、加硫成形工程を備える。

（補強布処理工程）
帯状の補強布１６の表面にゴムシートを貼付するか、あるいは液状ゴムを塗布乾燥させた後、所定の長さに切断する。ゴムシートの貼付は、接着剤を使用してもよく、あるいは加熱加圧による接着でもよい。使用するゴムシートの厚さまたは液状ゴムの塗布量は、形成される内部ゴム層１３の厚さに応じて調整する。

（打ち抜き加工工程）
補強布１６のそれぞれの端面同士の凹凸部が嵌合して接着される、いわゆるフィンガー継手形状の凸部と凹部を形成するために、補強布１６に打ち抜き加工を行う。フィンガー継手では、補強布１６の一端にベルトの長手方向に突出する複数の略二等辺三角形の凸部が幅方向に連続して鋸刃状に形成され、他端に凸部に対応する凹部が形成されている。

補強布１６にフィンガー継手を形成する方法としては、打ち抜き加工が挙げられるが、切削加工にて形成してもよい。打ち抜き加工後、次の両端接着工程に送られる。

（両端接着工程）
フィンガー継手形状で嵌合された補強布１６の継手部をプレス機にて加熱加圧し、両端を接着させて無端状にする。凸部と凹部の幅は、通常５〜１００ｍｍ、好ましくは１０〜３０ｍｍであり、長さＬは、通常１０００〜２００００ｍｍ、好ましくは５０〜１５０ｍｍであるのがよい。

フィンガー継手は、補強布１６の長さ方向に直交している場合に限らず、補強布１６の長さ方向に対して傾斜して形成されてもよい。またフィンガー継手形状は、前記した凸部や凹部が二等辺三角形以外の形状、四角形、略半円形、台形、凸形等の凹凸形状であってもよい。また、糸で補強布１６の両端を縫合してもよい。補強布１６の両端は、互いに突き合わせた状態で縫合されているか、隙間がある状態で縫合してもよい。

（巻き掛け工程）
無端状の補強布１６を、駆動プーリと受動プーリの少なくとも２軸からなるコード巻き装置（図示しない）に巻き掛けて適正な張力を与えながら、コード張力制御装置にて張力を制御したコード心線１２を、補強布１６の幅方向に所定のピッチで螺旋状に巻き回す（ワインディング加工）。さらに、別の補強布１６を心体層１４の表面に貼り付けて、心体層（内部ゴム層１３とコード心線１２）１４と、心体層１４の両側表面に配置された一対の補強布１６とからなる積層体を得る。

コード心線１２は、Ｓ撚に撚られたコード心線とＺ撚に撚られたコード心線とが交互に補強布１６の幅方向に配列されるように巻き付けるのが、ベルトの斜行を防止するうえで好ましい。また、無端状の補強布１６の周長が長い場合、コード巻き装置の駆動プーリと受動プーリとの間に１または２以上のガイドローラを設けて、行程を長くすればよい。

（加硫成形工程）
積層体の両面に、表面ゴム層１８を形成するためのシート状のゴム素材を重ね合わせ、加熱加圧して、内部ゴム層１３および表面ゴム層１８の加硫成形を同時に行う。ゴム素材の重ね合わせと、加硫成形とは、連続的に行うようにしてもよい。上記のようにして図１に示す無端状平ベルト１０Ａが得られる。

（３）作用及び効果
無端状平ベルト１０Ａは、例えば、図２に示すように、紙管２１の製造機械１１に配置される。製造機械１１は、鉄製の円柱状の型であるマンドレル９と、当該マンドレル９を挟んで両側に配置された第１プーリ１５と第２プーリ１７とを備える。無端状平ベルト１０Ａは、マンドレル９に一側２３が巻き付けられ、他側２５がマンドレル９の下側を通って、第１プーリ１５と第２プーリ１７に巻き掛けられている。接着剤が塗布された搬送物としての紙テープ１９が、マンドレル９の上流側から供給される。無端状平ベルト１０Ａは、供給された紙テープ１９をマンドレル９に沿って、螺旋状に巻き付けて紙管２１を形成し、当該紙管２１を下流側から排出する。

マンドレル９に巻き付けられた無端状平ベルト１０Ａは、マンドレル９を挟んで、張り側（第１プーリ１５側）２３と緩み側（第２プーリ１７側）２７に張力が生じる。当該張力差によって無端状平ベルト１０Ａには歪差が生じる。すなわち無端状平ベルト１０Ａは、張り側２３で伸長し、緩み側２７で収縮する。このようにして生じた歪差は、マンドレル９上で吸収される。

無端状平ベルト１０Ａは、１００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下であるので、紙管２１を製筒するときのマンドレル９部分における張り側２３と緩み側２５のベルトの歪差を小さくすることができる。無端状平ベルト１０Ａは、上記歪差が小さいことによって、マンドレル９部分での紙テープ１９に対する滑りが抑制され、結果としてベルト表面の摩耗を抑制することができる。

従来は、製筒する紙管サイズに合わせ、無端状平ベルトのサイズを変える場合が多く、一般的に、製筒する紙管の外径が大きくなるほど、マンドレル径、ドラム径、紙テープ幅、ベルトサイズが大きくなる。製筒する紙管の外径が大きい場合、無端状平ベルトは、長寿命化を図るため、表面材を厚くして耐摩耗性を向上する必要があるので、重量が重くなり、交換時の作業性が悪いという問題があった。

無端状平ベルト１０Ａは、表面ゴム層１８を厚くせずに長寿命化を図るので、重量の増加を避けることができる。したがって無端状平ベルト１０Ａは、単位重量が従来と変わらない８．０ｋｇ／ｍ^２以下にすることができるので、ベルト交換時における作業性の低下を防止できる。

無端状平ベルト１０Ａは、コード心線１２が螺旋状に巻き付けられた無端状であるから、継手部の損傷を防止することができる。

（４）変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。

上記実施形態の場合、無端状平ベルト１０Ａは、５層構造である場合について説明したが、本発明はこれに限らない。図３に示す無端状平ベルト１０Ｂは、３層構造であり、心体層１４と、心体層１４の一側表面に設けられた補強布１６と、他側表面に設けられた表面ゴム層１８とを備える。無端状平ベルト１０Ｂは、上記（巻き掛け工程）においてコード心線１２が巻きまわされた心体層１４の片側のみに補強布１６が配置された積層体を用い、上記（加硫成形工程）において積層体の心体層１４の表面のみに、表面ゴム層１８を形成するためのシート状のゴム素材を重ね合わせ、加硫成形することによって得られる。無端状平ベルト１０Ｂは、１００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下であるから、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

図４に示す無端状平ベルト１０Ｃは、４層構造であり、心体層１４と、心体層１４の一側表面に設けられた補強布１６と、最表面に設けられた一対の表面ゴム層１８とを備える。無端状平ベルト１０Ｃは、上記（巻き掛け工程）においてコード心線１２が巻きまわされた心体層１４の片側のみに補強布１６が配置された積層体を用い、上記（加硫成形工程）において積層体の両側表面に、表面ゴム層１８を形成するためのシート状のゴム素材を重ね合わせ、加硫成形することによって得られる。無端状平ベルト１０Ｃは、１００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下であるから、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

（５）実施例
（試料の準備）
補強布の材料としてポリアミド６６長繊維を用い、ベルト周方向に２２０ｄｔｅｘの加工糸を７１本/２５ｍｍ、ベルト幅方向に２３５ｄｔｅｘの糸を１０８本/２５ｍｍの糸密度で織った帆布を補強布として使用した。次に、ＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）シートを貼付した後、帆布の両端を突合せて配置し、１００℃でプレス加工を行い、無端状の帆布を形成した。

次にコード巻き装置の駆動プーリと受動プーリに無端状の帆布を巻き掛け、コード心線として２０７０ｄｔｅｘのビニロン長繊維を引き揃えて２０７００ｄｔｅｘとして撚りをかけた撚糸を用い、コード心線の張力制御装置にて張力制御しながら、無端状の帆布のＮＢＲシート中に螺旋状に埋没させた後、外面にポリアミド帆布（補強布）を巻き付けて、積層体を得た。

次に、積層体の両面に厚さ１ｍｍのＮＢＲシートを貼付して加硫成形を行い、厚さ４．６ｍｍ、幅１０ｍｍ、周長３１００ｍｍである実施例No.1の無端状平ベルトを得た。実施例No.1の無端状平ベルトの単位重量は、７．０ｋｇ／ｍ^２であった。

上記実施例No.1に対し、コード心線として１６７０ｄｔｅｘのＰＥＴ長繊維を引き揃えて１６７００ｄｔｅｘとして撚りをかけた撚糸を用いた点のみを変えて、実施例No.2の無端状平ベルトを作製した。実施例No.2の無端状平ベルトの単位重量は、６．８ｋｇ／ｍ^２であった。

上記実施例No.1に対し、２１００ｄｔｅｘのポリアミド６６長繊維を引き揃えて１２６００ｄｔｅｘとして撚りをかけた撚糸を用いた点のみを変えて、比較例の無端状平ベルトを作製した。比較例の無端状平ベルトの単位重量は、６．５ｋｇ／ｍ^２であった。

（引張特性）
無端状平ベルトの引張特性を測定した。無端状平ベルトの幅１０ｍｍのベルトをφ２５のプーリに二軸で掛け、ベルトの長手方向に１０％／分で引っ張ることにより、その伸び率と引張強度との関係を求めた。その結果を図５に示す。図５は、縦軸が張力（Ｎ／ｍｍ）、横軸が伸張率（％）を示す。１００Ｎ／ｍｍの張力を加えたときの伸張率は、実施例No.1が１．０％、No.2が２．２％であったのに対し、比較例は６．２％であった。

（負荷トルクとスリップ率）
図６に示す試験装置２０を用いて、無端状平ベルトに負荷トルクをかけたときのスリップ率を測定した。負荷トルクは、紙管を製筒する際にマンドレルにおいてベルトにかかる力に相当し、スリップ率は、製筒時のマンドレル部分におけるベルトの滑りに相当する。試験装置２０は、φ１００の駆動プーリ２２と、φ１００の負荷プーリ２４と、負荷プーリ２４のトルクを測定するロードセル２６とを備える。

駆動プーリ２２と、負荷プーリ２４の間に、無端状平ベルト１０が巻き掛けられている。駆動プーリ２２には、プーリ２８を介して重錘３０が接続されており、無端状平ベルト１０に１２００Ｎ（一定）の軸荷重が加えられている。負荷プーリ２４の回転数は、１０００ｒｐｍ（一定）とする。駆動プーリ２２の回転数を上げていったとき、負荷プーリ２４の回転数を一定に抑えるために必要なトルクをロードセル２６で測定した。スリップ率は、駆動プーリ２２と負荷プーリ２４の回転数から算出した。その結果を図７に示す。

図７は、縦軸がスリップ率（％）、横軸が負荷トルク（Ｎ・ｍ）を示す。負荷トルクが１５Ｎ・ｍのときのスリップ率は、実施例No.1,2は０．８％未満であったのに対し、比較例は０．８％を超えた。この結果から実施例は、比較例に比べ、スリップ率が低く、摩耗を抑制する効果が得られることが確認された。特に実施例No.1は、負荷トルクが１５Ｎ・ｍのときのスリップ率が０．５％程度であり、摩耗を抑制する効果がより高いといえる。

１０Ａ、１０Ｂ，１０Ｃ 無端状平ベルト
１２ コード心線
１３ 内部ゴム層
１４ 心体層
１６ 補強布
１８ 表面ゴム層

Claims (5)

1. コード心線を含む無端状平ベルトであって、
   周方向に巻き付けられ幅方向に所定のピッチで螺旋状に配置された前記コード心線を含む心体層と、
   前記心体層の少なくとも一側表面に設けられた補強布と、
   少なくとも一側の最表面に設けられた表面ゴム層と
   を備え、
   １００Ｎ／ｍｍの張力を長さ方向に加えたときの伸張率が２．５％以下である無端状平ベルト。
2. 単位重量が８．０ｋｇ／ｍ^２以下である請求項１記載の無端状平ベルト。
3. 前記心体層の一側表面に前記補強布が設けられており、
   前記心体層の他側表面に前記表面ゴム層が設けられている
   請求項１又は２記載の無端状平ベルト。
4. 前記心体層の一側表面に前記補強布が設けられており、
   前記心体層の他側表面、及び前記補強布の表面に、前記表面ゴム層が設けられている
   請求項１又は２記載の無端状平ベルト。
5. 前記心体層の両側表面に前記補強布が設けられており、
   前記補強布の表面に、それぞれ前記表面ゴム層が設けられている
   請求項１又は２記載の無端状平ベルト。

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