JP7110551B2 - コンベヤベルト - Google Patents

Description

本発明は、ベルト芯体をカバーゴムで被覆したコンベヤベルトに関する。

従来、コンベヤベルト等のゴム部材の性能評価指標として、切断時伸びＥｂや切断時引張強さＴＳｂなどの機械的強度指標が用いられている。
例えばコンベヤベルトにおいては、搬送物品が積載される際に芯体を覆うカバーゴムに大きな衝撃を受けるため、カバーゴムの表層にカット傷が発生する場合がある。このカット傷を少なくするため、機械的強度（切断時伸びＥｂや切断時引張強さＴＳｂ）の大きなゴムが開発されている。

一般に、この種のゴム材料の評価方法としては、外周面に研磨布が巻付けられた円筒状部材にゴム材料から成る試験片を押付けるとともに、所定回数だけ円筒状部材を回転させ、試験片の磨耗量を測定するＤＩＮ磨耗試験が知られている。
また、例えばコンベヤベルト用ゴム材料の耐久性を評価する技術として、コンベヤベルト用ゴム材料から成る試験片に向かって所定時間だけ粒状物を噴射し、粒状物の噴射によって減少した試験片の重量に基づいてゴム材料の耐久性を評価する方法が提案されている（下記特許文献１参照）。下記特許文献１では、試験片の表面に粒状物が衝突する際に試験片の表面に大きな衝撃力が加わり、その衝撃力が複数回に亘って加わることにより試験片の表面が磨耗する。即ち、試験片に実際のコンベヤベルトが磨耗する場合と同様の磨耗を発生させることができ、実際のコンベヤベルトの耐久性と整合させることができる。

特開２００８－２２４５１０号公報

コンベヤベルト等、使用時に衝撃を受ける可能性のあるゴム部材では、耐摩耗性に加えて、耐衝撃性能を高めた製品の開発が望まれる。耐衝撃性能には、上記のような機械的強度の他、ゴムのエネルギー吸収性（粘性による変形損失）が影響するが、これらの定量的評価はほとんどなされておらず、改善の余地がある。
例えば、ゴム部材の粘弾性特性を示す指標である損失正接ｔａｎδは、測定の簡素化の観点から常温、数十Ｈｚにおける値が用いられている。しかしながら、ゴム部材の粘性は速度に依存するので、用途に応じた速度領域（周波数領域）の粘性特性を評価するべきであり、その評価結果に基づいて開発方針を立てることが望まれる。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、耐衝撃性能を向上させたコンベヤベルトを提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１の発明にかかるコンベヤベルトは、ベルト芯体をカバーゴムで被覆したコンベヤベルトであって、前記カバーゴムは、切断時伸びＥｂと、切断時引張強さＴＳｂと、損失正接ｔａｎδとを掛け合せた耐衝撃性能評価指数が所定値６０００以上に形成されており、前記切断時引張強さＴＳｂは引っ張りにより前記カバーゴムが切断した時に記録される引張力を前記カバーゴムの初期断面積で除した値（単位はＭＰａ）であり、前記損失正接ｔａｎδの測定条件は、前記コンベヤベルトの使用条件下で加わる衝撃の速度に基づいて決定され、前記損失正接ｔａｎδは、前記カバーゴムに所定周波数の振動を付加した際の応力から算出される動的貯蔵弾性率と動的損失弾性率との比であり、前記所定周波数は、前記コンベヤベルトの使用条件下で加わる衝撃の速度を前記振動の最大速度と一致させることにより決定され、前記耐衝撃性能評価指数は、前記所定周波数を１０ｋＨｚとした前記損失正接ｔａｎδを用いて算出された、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、カバーゴムの切断時伸びＥｂと、切断時引張強さＴＳｂと、損失正接ｔａｎδとを掛け合せた耐衝撃性能評価指数を所定値６０００以上に形成するので、従来個別に評価されていたこれらの指標を一元化して評価し、耐衝撃性能を向上させたコンベヤベルトを提供することができる。また、コンベヤベルトの使用条件下で加わる衝撃の速度に基づいて、耐衝撃性能の評価に用いる損失正接ｔａｎδの測定条件を決定するので、コンベヤベルトに実際にかかる衝撃に対応した損失正接ｔａｎδの値を用いて耐衝撃性能を評価することができ、耐衝撃性能評価の精度を向上させることができる。また、コンベヤベルトの使用条件下で加わる衝撃の速度を振動の最大速度と一致させることにより損失正接ｔａｎδの測定時周波数（所定周波数）を決定するので、衝撃の速度によって変化するカバーゴムの粘性を反映して耐衝撃性能を評価することができる。また、想定される使用環境下で十分な耐衝撃性能を有するコンベヤベルトを提供することができる。

実施の形態にかかるコンベヤベルト１０の構成を示す説明図である。 衝撃の速度に基づく評価用周波数決定方法の説明図である。 衝撃の速度に基づく評価用周波数決定方法の説明図である。 損失正接ｔａｎδのマスターカーブを示すグラフである。 サンプルＡ～Ｃの耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）を示すグラフである。 サンプルＡ～Ｃの性能評価値および性能評価試験結果を示す表である。 所定期間使用後のコンベヤベルトカバーゴムの表面写真である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるコンベヤベルトの好適な実施の形態を詳細に説明する。
図１は、実施の形態にかかるコンベヤベルト１０の構成を示す説明図であり、図１Ａはコンベヤベルト１０の使用状態を示す斜視図、図１Ｂはコンベヤベルト１０のＡ－Ａ断面図である。
コンベヤベルト１０は、駆動ローラ２２、従動ローラ２４、それに巻装されたコンベヤベルト１０を含んで構成されるベルトコンベヤシステム２０で用いられる。
ベルトコンベヤシステム２０は、コンベヤベルト１０上に搬送物品を積載するとともに、駆動ローラ２２および従動ローラ２４によりコンベヤベルト１０を矢印方向に移動させることによって、搬送物品を移動させる。
図１Ｂに示すように、コンベヤベルト１０は、複数の帆布が積層されたベルト芯体１４と、ベルト芯体１４を覆うカバーゴム１２を含んで構成されている。ベルト芯体１４を構成する帆布としては、ナイロン繊維やポリエステル繊維、アラミド繊維などの有機繊維を含み従来公知の様々な材料が使用可能である。

カバーゴム１２は、搬送物品の積載時の衝撃によりカット傷等が生じる可能性がある。よって、カバーゴム１２の耐衝撃性能の向上は、コンベヤベルト１０の耐久性の向上につながる。
本実施の形態では、カバーゴム１２の切断時伸びＥｂと、切断時引張強さＴＳｂと、損失正接ｔａｎδとを掛け合せた耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）を所定値以上、例えば５０以上に形成している。
また、上記耐衝撃性能評価指数を算出する際に用いる損失正接ｔａｎδの測定条件は、コンベヤベルト１０の使用条件下で加わる衝撃の速度に基づいて決定されている。すなわち、カバーゴム１２の損失正接ｔａｎδは、カバーゴム１２に所定周波数の振動を付加した際の応力から算出される動的貯蔵弾性率と動的損失弾性率との比であり、コンベヤベルト１０の使用条件下で加わる衝撃の速度を振動の最大速度と一致させることにより、上記耐衝撃性能評価指数を算出する際に用いる損失正接ｔａｎδの周波数（評価用周波数）を決定する。
以下、耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）を構成する各パラメータについて説明する。

＜切断時伸びＥｂ・切断時引張強さＴＳｂ＞
まず、カバーゴム１２の切断時伸びＥｂおよび切断時引張強さＴＳｂについて説明する。
切断時伸びＥｂおよび切断時引張強さＴＳｂは、共に性能評価対象となるカバーゴム１２の試験片を引っ張ることにより測定する。切断時伸びＥｂは、引っ張りにより試験片が切断した時の伸びであり、初期の標線間距離に対する比率（％）によって示す。切断時引張強さＴＳｂは、引っ張りにより試験片が切断した時に記録される引張力を、試験片の初期断面積で除した値である。
これら切断時伸びＥｂおよび切断時引張強さＴＳｂの詳細な測定手順は、ＪＩＳ Ｋ６２５１：加硫ゴム及び熱可塑性ゴム－引張特性の求め方に定められている。

＜損失正接ｔａｎδ＞
つぎに、カバーゴム１２の損失正接ｔａｎδについて説明する。
損失正接ｔａｎδは、カバーゴム１２に所定周波数の振動を印加した際の応力から算出される貯蔵弾性率と損失弾性率との比、すなわち動的粘弾性測定における損失弾性率の貯蔵弾性率に対する割合で、値が大きいほど粘性が高く、運動エネルギーを熱に変換する性能が高い。また、粘性が高いと衝撃点の見かけの硬さが増すので、応力を周囲に分散させる効果があり、落下物の食い込み量を小さくする。
よって、カバーゴム１２の損失正接ｔａｎδが高いほど、耐衝撃性能が高いと判断できる。

カバーゴム１２の損失正接ｔａｎδの測定は、一般に動的粘弾性測定機によって行う。
動的粘弾性測定機では、カバーゴム１２の試料は、測定ヘッドにクランプされ、荷重発生部からプローブを介して試料に応力が与えられる。この応力は、測定条件の一つとして設定された周波数による正弦波力として、試料の歪振幅が一定となるように与えられる。この正弦波力により生じた試料の変形量（ゆがみ）は、変位検出部により検出され、試料に与えた応力と検出したゆがみから、損失正接ｔａｎδ等の各種の粘弾性量が算出・出力される。
温度一定の場合、図４に示すような横軸に周波数、縦軸にｔａｎδ（他、貯蔵弾性率および損失弾性率も出力可能）を示したマスターカーブが得られる。

図４では、３種類のカバーゴム１２（サンプルＡ～Ｃ）の損失正接ｔａｎδを示している。
サンプルＡは自社開発による耐衝撃性ゴム実施例、サンプルＢはＪＩＳ Ｋ６３６９に示されるゴム種Ｈ適合品（ＪＩＳ－Ｈ適合品）、サンプルＣはＪＩＳ Ｋ６３６９に示されるゴム種Ｓ適合品（ＪＩＳ－Ｓ適合品）である。
それぞれのカバーゴム１２の損失正接ｔａｎδは、全体として低周波帯から高周波帯にかけて大きくなるが、周波数特性についてはそれぞれ異なっている。
なお、コンベヤベルトのカバーゴム厚さは一般に５ｍｍから２５ｍｍの場合が多く、本実施の形態では厚さ１０ｍｍの試料を用いた。また、温度条件は２０℃とした。

また、実務的には、図４に示すような周波数軸を有するマスターカーブを得る場合に、振動の周波数を変化させて測定を行うのではなく、試料の温度を変化させて測定を行う。これは、損失正接ｔａｎδと振動の周波数との関係を示す周波数特性カーブと、損失正接ｔａｎδと測定を行う環境温度との関係を示す温度特性カーブとが互いに変換可能であるためである。
周波数特性カーブと温度特性カーブとの変換方法は従来技術であるため説明を省略するが、低温における損失正接ｔａｎδが高周波帯における損失正接ｔａｎδに、高温における損失正接ｔａｎδが低周波帯における損失正接ｔａｎδに、それぞれ対応する。

＜損失正接ｔａｎδの評価用周波数＞
つづいて、耐衝撃性能の評価に用いる損失正接ｔａｎδの周波数（評価用周波数）について説明する。
図４に示すように、損失正接ｔａｎδの値は、横軸に周波数を取った周波数特性カーブとして得られる。このマスターカーブから耐衝撃性能の評価に用いる損失正接ｔａｎδの値を決定する。
具体的には、カバーゴム１２の使用条件下で加わる衝撃の速度を振動の最大速度と一致させることにより、耐衝撃性能の評価に用いる損失正接ｔａｎδの周波数である評価用周波数を決定する。

図２および図３を用いて、衝撃の速度に基づく評価用周波数の決定方法について説明する。
カバーゴム１２の使用条件下で加わる衝撃とは、搬送物品が積載される際に受ける際の衝撃となる。一般に、コンベヤベルトの搬送物品は、シュートなどによりコンベヤベルト表面（カバーゴム表面）より高い位置から落下させられ、コンベヤベルト上に積載される。
コンベヤベルト上に搬送物品が到達する際の落下速度Ｖｆは、搬送物品の落下高さＨによって決まる。すなわち、Ｖ＝√２ｇＨ（ｇ：重力加速度）となる。
図２は、搬送物品の落下高さＨとコンベヤベルト到達時の落下速度Ｖｆとの関係を示すグラフである。例えば、コンベヤベルトの搬送物品が鉱石などの場合、落下高さＨは高いもので８ｍ程度となる。この場合、コンベヤベルト到達時の落下速度Ｖｆは１２．５ｍ／ｓ程度になる。
また、落下高さＨが比較的短く、例えば０．５ｍ程度の場合は、コンベヤベルト到達時の落下速度Ｖｆは３．１ｍ／ｓ程度になる。

つぎに、落下速度Ｖｆを損失正接ｔａｎδの測定条件と結びつけるため、動的粘弾性測定における振動の最大速度を考える。
図３に示すように、正弦波において、振幅Ａ、周波数ｆ（角周波数ω＝２πｆ）とすると、変位Ｕ ＝ Ａｓｉｎ（ωｔ）、速度Ｖ ＝ Ａωｃｏｓ（ωｔ） となる。
最大速度Ｖｘは、ｃｏｓ０°＝１のときに得られ、
Ｖｘ ＝ Ａω ＝ ２πＡｆ となる。
この最大速度Ｖｘと先に検討した落下速度Ｖｆに置き換えると、
ｆ＝Ｖｆ／２πＡ となる。
正弦波の振幅Ａを０．１ｍｍとし、先に検討した落下速度Ｖｆ＝３．１ｍ／ｓ（高さ０．５ｍからの落下）～１２．５ｍ／ｓ（高さ８ｍからの落下）を代入すると、正弦波の周波数ｆは約５ｋＨｚ（高さ０．５ｍからの落下）～約２０ｋＨｚ（高さ８ｍからの落下）が対応する。この領域を図４に示すｔａｎδのグラフに対応させると、網掛け部（Ｌｏｇｆ＝およそ３．７～４．３程度）のようになる。この領域では、サンプルＡのｔａｎδが最も高く、次いでサンプルＣ、サンプルＢの順になっている。

落下物（搬送物品）がカバーゴムに当たった際にカバーゴムが傷つかないためには、落下物の食い込みが最大になる時点での機械的強度が高いことが要求される。このとき、落下物は落下方向に速度が０になった状態なので、機械的強度の指標は実験室で測定した切断時伸びＥｂおよび切断時引張強さＴＳｂをそのまま使うのが合理的である。
これに対して、衝突初期のエネルギー吸収性は、落下物がカバーゴムに接触する初期速度に影響されることから、カバーゴム１２の粘性を表すｔａｎδはカバーゴム１２の使用条件下で加わる衝撃の速度を考慮して設定するのが合理的である。
例えば高さ０．５ｍから搬送物品が落下される環境で使用されるカバーゴムは４．９ｋＨｚを評価用周波数とし、高さ８ｍから搬送物品が落下される環境で使用されるカバーゴムは１９．９ｋＨｚを評価用周波数とするのが好ましいが、後述するように本実施の形態では耐衝撃性能が要求されるカバーゴムの評価用周波数の代表値として１０ｋＨｚを用いる。

なお、図４に示すような損失正接ｔａｎδのマスターカーブを測定するのではなく、例えば評価用周波数を決定した後、ピンポイントで当該周波数の損失正接ｔａｎδを測定してもよい。
また、上記のように、温度特性カーブを周波数特性カーブに変換する場合、両カーブの対応関係に基づいて評価用周波数に対応する温度を算出し、当該温度のカバーゴム１２に振動を印加した際の応力をピンポイントで測定して損失正接ｔａｎδを算出してもよい。

＜耐衝撃性能評価指数：Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ＞
上記のように測定した切断時伸びＥｂ、切断時引張強さＴＳｂおよび損失正接ｔａｎδを用いてカバーゴム１２の耐衝撃性能を評価する。より詳細には、カバーゴム１２の切断時伸びＥｂと、切断時引張強さＴＳｂと、損失正接ｔａｎδとを掛け合せた耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）が所定値以上となるようにする。
ここで、本実施の形態では、耐衝撃性能評価指数算出時のカバーゴム１２の評価用周波数を１０ｋＨｚとする。これは、評価用周波数が１０ｋＨｚより低いカバーゴム、すなわち使用環境下における衝撃速度が低いカバーゴムについては、耐衝撃性能の要求が低く、耐衝撃性能評価指数を用いた評価を行う必要性も低いためである。図４に示すように損失正接ｔａｎδは周波数が大きくなるほど値が大きくなるが、１０ｋＨｚを耐衝撃性が要求されるカバーゴムの評価用周波数の代表値とすることによって、簡易かつ精度よく耐衝撃性能を評価することができる。
また、本実施の形態では、評価用周波数＝１０ｋＨｚにおける損失正接ｔａｎδを用いて算出した耐衝撃性能評価指数が６０００以上の場合に、耐衝撃性能が高いと評価する。すなわち、本実施の形態にかかるカバーゴム１２は、評価用周波数＝１０ｋＨｚにおける損失正接ｔａｎδを用いて算出した耐衝撃性能評価指数が６０００以上に形成されている。

図５は、サンプルＡ～Ｃの耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）を示すグラフであり、図６は、サンプルＡ～Ｃの性能評価値および性能評価試験結果を示す表である。なお、図６に示す各値はそれぞれのサンプルの平均値である。
図５において、縦軸は耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）、横軸は周波数（対数表示）である。
図６に示すように、各サンプルの切断時引張強さＴＳｂはサンプルＡ，Ｂ，Ｃの順に２２．３、２８．２、２０．９、切断時伸びＥｂは５７２、５６２、５３０であり、Ｅｂ×ＴＳｂである切断エネルギー指数は１２７６１、１５８４８、１１０７７であった。このＥｂ×ＴＳｂに対して、各周波数におけるｔａｎδ（図４参照）を掛け合せたのが図５のグラフとなる。
図５および図６に示すように、各サンプルの１０ｋＨｚ（Ｌｏｇｆ＝４）における耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）はサンプルＡ，Ｂ，Ｃの順に６５４３、５９０１、４９４４となっており、サンプルＡが耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）６０００以上に適合する。

性能評価試験は、落下衝撃試験、ＤＩＮ摩耗試験および所定期間使用後のコンベヤベルトカバーゴムの表面観察を行った。
落下衝撃試験は、試料表面に所定高さから針を落下させ、針のささった深さを測定した。その結果は、サンプルＡ，Ｂの順に１７．２ｍｍ、１９．９ｍｍ（サンプルＣについては未実施）であり、サンプルＡの方がサンプルＢよりも落下衝撃に対する耐性が高いことが分かった。
また、ＤＩＮ摩耗試験はＪＩＳ Ｋ６２６４－２に規定される方法で行い、その結果は、サンプルＡ，Ｂ，Ｃの順に１２２、１１７、１６７であった。これにより、ＤＩＮ摩耗への耐性は、サンプルＡおよびＢが同程度に高く、サンプルＣはサンプルＡおよびＢと比べて低いことが分かった。
サンプルＡ～Ｃと同素材で形成されたコンベヤベルトカバーゴムの所定期間使用後の表面写真を図７に示す。サンプルＡはカバーゴムの表面のカット傷が非常に少なかった。サンプルＢのカット傷はサンプルＡよりは多いものの比較的少なかった。これに対して、サンプルＣは多くのカット傷が発生していた。
これらの結果から、切断時伸びＥｂ、切断時引張強さＴＳｂおよび損失正接ｔａｎδを用いた耐衝撃性能評価指数（Ｅｂ×ＴＳｂ×ｔａｎδ）が実際のゴム部材の耐衝撃性能を精度よく反映していることが分かった。

以上説明したように、実施の形態にかかるコンベヤベルト１０は、カバーゴム１２の切断時伸びＥｂと、切断時引張強さＴＳｂと、損失正接ｔａｎδとを掛け合せた耐衝撃性能評価指数を所定値以上に形成するので、従来個別に評価されていたこれらの指標を一元化して評価し、耐衝撃性能を向上させたコンベヤベルト１０を提供することができる。
また、コンベヤベルト１０の使用条件下で加わる衝撃の速度に基づいて、耐衝撃性能の評価に用いる損失正接ｔａｎδの測定条件を決定するので、コンベヤベルト１０に実際にかかる衝撃に対応した損失正接ｔａｎδの値を用いて耐衝撃性能を評価することができ、耐衝撃性能評価の精度を向上させることができる。
また、コンベヤベルト１０の使用条件下で加わる衝撃の速度を振動の最大速度と一致させることにより損失正接ｔａｎδの測定時周波数（所定周波数）を決定するので、衝撃の速度によって変化するカバーゴム１２の粘性を反映して耐衝撃性能を評価することができる。
また、損失正接ｔａｎδの評価用周波数を１０ｋＨｚとして算出した耐衝撃性能評価指数が６０００以上となるようにカバーゴム１２を形成することにより、想定される使用環境下で十分な耐衝撃性能を有するコンベヤベルト１０を提供することができる。

１０ コンベヤベルト
１２ カバーゴム
１４ ベルト芯体
２０ ベルトコンベヤシステム
２２ 駆動ローラ
２４ 従動ローラ

Claims (1)

1. ベルト芯体をカバーゴムで被覆したコンベヤベルトであって、
   前記カバーゴムは、切断時伸びＥｂと、切断時引張強さＴＳｂと、損失正接ｔａｎδとを掛け合せた耐衝撃性能評価指数が所定値６０００以上に形成されており、
   前記切断時引張強さＴＳｂは引っ張りにより前記カバーゴムが切断した時に記録される引張力を前記カバーゴムの初期断面積で除した値（単位はＭＰａ）であり、
   前記損失正接ｔａｎδの測定条件は、前記コンベヤベルトの使用条件下で加わる衝撃の速度に基づいて決定され、前記損失正接ｔａｎδは、前記カバーゴムに所定周波数の振動を付加した際の応力から算出される動的貯蔵弾性率と動的損失弾性率との比であり、
   前記所定周波数は、前記コンベヤベルトの使用条件下で加わる衝撃の速度を前記振動の最大速度と一致させることにより決定され、
   前記耐衝撃性能評価指数は、前記所定周波数を１０ｋＨｚとした前記損失正接ｔａｎδを用いて算出された、
   ことを特徴とするコンベヤベルト。

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