(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レゾール３５〜４５重量％、ガラス繊維３５〜４５重量％、炭酸カルシウム、クレー及びワラストナイトからなる群より選択される１種又は２種以上の無機粉末５〜１５重量％及びポリビニルブチラール１〜３重量％を含むことを特徴とする自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料。
【請求項２】
請求項１記載のフェノール樹脂成形材料を成形して得られることを特徴とする自動車用フェノール樹脂プーリー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、機械的強度に優れ、２５０℃以上でも樹脂プーリー表面に膨れやシェルクラックが発生せず、且つ熱衝撃性に優れた自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料及び該組成物から得られる自動車用フェノール樹脂プーリーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
フェノール樹脂プーリーは、金属プーリーに比べて軽量かつ低騒音であり、またナイロンやポリフェニルサルファイド等の熱可塑性樹脂プーリーに比べて寸法精度が良く異常時の過昇温時でも樹脂に溶融や変形等が起こらないため、軽量性、静粛性、高信頼性が要求される自動車等に好ましく用いられている。従来より、このようなプーリーに満足される軽量性及び耐ベルト攻撃性を満たすためには、セルロース等の有機繊維を主基材としたフェノール樹脂プーリーが多く用いられてきた。
【０００３】
しかし、有機繊維を主基材としたフェノール樹脂プーリーは、ベルトスリップによる過昇温で瞬間的に２５０℃以上になるとプーリー中の有機繊維が分解するため、プーリー表面に膨れやシェルクラックが生じることがあった。このため、プーリーのＶ溝部で割れ欠けが生じたりベルトの劣化を早めたりすることがあった。
【０００４】
これに対し、上記膨れやシェルクラックの発生を抑制するフェノール樹脂プーリーとして、有機繊維としてセルロースより耐熱性のあるアラミド繊維を用いたフェノール樹脂プーリーが知られている。しかし、アラミド繊維はコストが極めて高い上、分散性が極めて悪いためフェノール樹脂等と混練して樹脂組成物を調製する際の生産性が悪く、さらに該樹脂組成物の成形性も悪いことから汎用性に劣り、採用し難いという問題があった。
【０００５】
また、プーリー用フェノール樹脂成形材料中には、フェノール樹脂成分として、フェノールアラルキル樹脂を用いた例があるが、これはノボラックタイプであるため硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンが用いられている。このためフェノール樹脂プーリー中に未反応のヘキサメチレンテトラミンが残存する。しかし、ヘキサメチレンテトラミンは２００℃以下で気化してしまうため、上記のようにプーリーが２５０℃以上になると、プーリー表面に膨れが発生するという問題があった。
【０００６】
一方、フェノール樹脂プーリーには上記膨れ、シェルクラックの発生の抑制等以外にも、機械的強度が高いことが要求される。これに対し、機械的強度を向上させるフェノール樹脂プーリーとして、従来よりフェノール樹脂にガラス繊維を配合してなるフェノール樹脂プーリーが知られている。しかし、該プーリーは機械的強度においては向上しさらに線膨張率が小さくなるものの、一方で弾性率が高くなり、引っ張り伸び率が低下するため、熱衝撃によりワレが生じ易くなることがあった。
【０００７】
これに対し、特開平９−２１７８１８号公報には、フェノール樹脂に、無機繊維、無機粉末、有機繊維及びエラストマーを配合した樹脂材料を成形してなることを特徴とするフェノール樹脂プーリーが開示されており、該プーリーは、耐摩耗性及び耐熱衝撃性に優れるという効果を奏する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、該プーリーは、無機材料であるガラス繊維以外に、有機材料である有機繊維やエラストマーも配合されているため、有機繊維やエラストマーが２５０℃未満で分解を始める。このため、２５０℃以上の条件下ではプーリーに膨れやシェルクラックが発生したり、機械的強度が低下するという問題があった。
【０００９】
従って、本発明の目的は、２５０℃以上で表面に膨れやシェルクラックが発生し難く、機械的強度が高く、且つ、熱衝撃性に優れる自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
かかる、実情において、本発明者は鋭意検討を行った結果、レゾール、ガラス繊維、特定の無機粉末及びポリビニルブチラールを特定量含む自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料によれば、該成形材料を成形して得られる自動車用フェノール樹脂プーリーは２５０℃以上で表面に膨れやシェルクラックが発生し難く、機械的強度が高く、且つ、熱衝撃性に優れることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、レゾール３５〜４５重量％、ガラス繊維３５〜４５重量％、炭酸カルシウム、クレー及びワラストナイトからなる群より選択される１種又は２種以上の無機粉末５〜１５重量％及びポリビニルブチラール１〜３重量％を含むことを特徴とする自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料を提供するものである。
【００１２】
また、本発明は、前記フェノール樹脂成形材料を成形して得られることを特徴とする自動車用フェノール樹脂プーリーを提供するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料ではフェノール樹脂成分としてレゾールが用いられる。レゾールは自硬化性があるため、ノボラックのようにヘキサメチレンテトラミン等の硬化剤を配合することなく硬化させることができる。このため、フェノール樹脂プーリー中に未反応の硬化剤が残存することがなく、フェノール樹脂プーリーに硬化剤の気化による膨れが発生しない。本発明において、レゾールは１種で又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１４】
レゾールは、フェノール樹脂成形材料中に３５〜４５重量％含まれる。レゾールの配合量が３５重量％未満であると、得られるフェノール樹脂プーリーの弾性率が極めて高くなると共に引っ張り伸び率も大幅に低下し、フェノール樹脂プーリーの耐熱衝撃性が著しく低下するため好ましくない。ここで耐熱衝撃性とは、例えば、試料を−４０℃下に３０分曝し次いで１２０℃下に３０分曝すことを１サイクルとし、これを試料にクラックが入るまでサイクルを繰り返す冷熱衝撃性試験において、サイクル数が多いほど良好とされる特性をいう。また、レゾールの配合量が４５重量％を越えると、機械的強度の低下及び線膨張率の増大により耐熱衝撃性が低下すると共に、成形収縮や後収縮によりフェノール樹脂プーリーの寸法変化が大きくなるため好ましくない。フェノール樹脂プーリーの寸法変化が大きいと、所定の成形品寸法を維持できなくなるためにフェノール樹脂プーリーの駆動時にブレによる振動が大きくなったりベルトへの異常負荷が発生したりすることにより、フェノール樹脂プーリーの破壊やベルトの断裂に至るため好ましくない。
【００１５】
本発明ではレゾールと配合する基材としてガラス繊維及び無機粉末が用いられる。これらガラス繊維及び無機粉末は、分解温度がいずれも６００℃を越えるため、ベルトスリップによる過昇温で２５０℃以上になってもフェノール樹脂プーリー中で分解せず、フェノール樹脂プーリーに膨れやシェルクラックが発生しないため好ましい。また、ガラス繊維及び無機粉末は有機質基材と異なり熱に対する収縮や膨張が小さいため、得られるフェノール樹脂プーリーの線膨張率を小さくすることができ、この結果フェノール樹脂プーリーの耐熱衝撃性を向上させることができるため好ましい。
【００１６】
本発明で用いられるガラス繊維としては、特に限定されないが、例えば、Ｃガラス繊維、Ａガラス繊維、Ｅガラス繊維、Ｓガラス繊維、ＡＲＧ繊維、ＥＣＲ繊維等が挙げられる。ガラス繊維の平均繊維径は、通常１〜５０μm である。また、ガラス繊維の平均繊維長は、通常１０μm 〜１０mmである。本発明において、ガラス繊維は１種で又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００１７】
本発明において、ガラス繊維はフェノール樹脂プーリーの機械的強度を向上させるために配合される。このため、ガラス繊維は、フェノール樹脂成形材料中に３５〜４５重量％、好ましくは４０〜４５重量％含まれる。ガラス繊維の配合量が３５重量％未満であると、十分な機械的強度を確保できないため好ましくない。また、ガラス繊維の配合量が４５重量％を越えると、機械的強度は向上するものの弾性率が高すぎて耐熱衝撃性が低下するため好ましくない。
【００１８】
本発明で用いられる無機粉末としては、例えば、炭酸カルシウム、クレー、ワラストナイト等が挙げられる。これらは、フェノール樹脂への分散性が良好であり、成形材料の生産性及びプーリーへの成形性がよく、また、耐熱性や機械的強度の向上効果も大きく、さらにプーリーの摩耗も小さくなるため好ましい。また、クレーとしては、焼成して結晶水を持たないようにした、いわゆる「焼成クレー」であると、フェノール樹脂プーリーがベルトスリップ等により過昇温になっても結晶水の脱離がなく、膨れやシェルクラックの発生がないためより好ましい。
【００１９】
無機粉末の平均粒子径は、通常０．１〜１００μm である。該平均粒子径が該範囲内にあると、無機粉末がガラス繊維の間に緻密に分散されて耐熱性及び機械的強度を向上させるため好ましい。本発明において、無機粉末は１種で又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００２０】
本発明において、無機粉末は、フェノール樹脂プーリー中においてガラス繊維の間に緻密に分散されるため耐熱性及び機械的強度を向上させるために配合される。無機粉末は、フェノール樹脂成形材料中に５〜１５重量％含まれる。無機粉末の配合量が５重量％未満であると、耐熱性及び機械的強度が十分に高くないため好ましくない。また、無機粉末の配合量が１５重量％を越えると、ガラス繊維による補強効果が阻害されて機械的強度が低下するため好ましくない。
【００２１】
本発明で用いられるポリビニルブチラールとしては、例えば、ブチル化度６０〜９５mol ％、重合度２００〜３０００のポリビニルブチラールが挙げられる。ポリビニルブチラールは、フェノール樹脂プーリー中において、その一部に含まれるＯＨ基がレゾールのベンゼン環側鎖のＯＨ基と反応してレゾールの架橋構造に組み込まれる。このため、フェノール樹脂プーリーの有機配合剤として従来用いられてきた酢酸ビニル、ＮＢＲ、クロロプレンゴム等のエラストマーのようにフェノール樹脂中で独立して海島構造を採るものに比べ、フェノール樹脂成分であるレゾールと強固に結合する。従って、本発明では、フェノール樹脂プーリー中においてレゾールとポリビニルブチラールとが界面で剥離して劣化することが非常に少ないため、耐熱衝撃性が高い。本発明において、ポリビニルブチラールは１種で又は２種以上組み合わせて用いることができる。
【００２２】
本発明において、ポリビニルブチラールは耐熱衝撃性を向上させるために配合されるものである。ポリビニルブチラールは、フェノール樹脂成形材料中に１〜３重量％含まれる。ポリビニルブチラールの配合量が１重量％未満であると、耐熱衝撃性が十分に高くないため好ましくない。また、ポリビニルブチラールの配合量が３重量％を越えると、高温中でフェノール樹脂プーリーに膨れが発生したり、機械的強度が低下するため好ましくない。
【００２３】
本発明に係る自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料は、例えば、レゾール、ガラス繊維、無機粉末及びポリビニルブチラールを上記の割合で配合し、加熱ロール間で混練し、冷却した後、粉砕することにより、顆粒状のものとして得られる。
【００２４】
本発明に係る自動車用フェノール樹脂プーリーは、上記自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料を成形して得られるものである。成形方法としては、例えば、圧縮成形、トランスファ成形、射出成形等が挙げられる。
【００２５】
フェノール樹脂プーリーの形態は、通常ベルトを掛けるＶ溝部を有し、中央のボス以外のプーリー本体が上記フェノール樹脂成形材料で成形されボスに嵌合する構造を有するものである。具体的には、例えば、図１及び図２に示す構造のフェノール樹脂プーリーが挙げられる。図１及び図２中、フェノール樹脂プーリー１は、金属製ボス７にプーリー本体２が嵌合してなり、プーリー本体２は金属製ボス７と嵌合する嵌合部３と、Ｖ溝部６を有する外筒部５と、嵌合部３と外筒部５を連結するリブ４とから形成されている。本発明に係る自動車用フェノール樹脂プーリーは、少なくともＶ溝部６を有する外筒部５が上記プーリー用フェノール樹脂成形材料から成形されたものであればよい。
【００２６】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２７】
本発明の実施例及び比較例で用いた化合物は、以下のとおりである。
・レゾール：ＰＲ−５１５０Ｂ（住友デュレズ株式会社製）
・ノボラック：ＰＲ−５０７１６（住友デュレズ株式会社製）
・ガラス繊維：Ｅガラス繊維、平均繊維径１０μm 、平均繊維長２μm
・セルロース：平均繊維径１５μm 、平均繊維長８０μm 、繊維長１５０μm 以下
・炭酸カルシウム：平均粒子径３μm
・クレー：焼成クレー（主成分：珪酸アルミニウム）、平均粒子径３μm
・ワラストナイト：平均粒子径１０μm
・ポリビニルブチラール：エスレック（積水化学株式会社製）
・酢酸ビニル：サクノール（電気化学株式会社製）
・着色剤：カーボンブラック
・離型剤：ステアリン酸
・硬化触媒：消石灰
【００２８】
実施例１
まず、表１に示す配合割合で各材料を混合した。次に、この混合物を加熱ロールを用いて混練しシート状にして取り出し、冷却後粉砕して顆粒状のフェノール樹脂成形材料Ａを得た。
得られたフェノール樹脂成形材料Ａを１７５℃に加熱した成形型内に投入し、３００kgf/cm2 、３分間の条件で圧縮成形して、ＪＩＳＫ６９１１の曲げ試験片に準拠する厚さ４mm×幅１０mm×長さ８０mmの樹脂成形体を得た。
得られた樹脂成形体について、引張り強さ、引張り弾性率、引張り伸び率、線膨張率、恒温炉内放置及び半田浸漬による耐熱性を調べた。結果を表２に示す。
なお、各特性の測定方法は以下のとおりである。
（引張り強さ、引張り弾性率及び引張り伸び率）
上記樹脂成形体を用い、ＪＩＳＫ６９１１「熱硬化性プラスチック一般試験方法」に準拠して測定した。
（線膨張率）
上記樹脂成形体を用い、ＪＩＳＫ７１９７「プラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法」に準拠して測定した。
（恒温炉内放置による耐熱性評価）
上記樹脂成形体を２５０℃、３００℃及び３５０℃の各温度に設定された恒温炉内にそれぞれ３０分間放置し、取り出された樹脂成形体の表面に膨れやシェルクラックがあるか否かを観察した。
（半田浸漬による耐熱性評価）
上記樹脂成形体の先端から１cmまでの部分を、３００℃の溶融半田内に１０秒間浸漬し、取り出された試験片表面に膨れやシェルクラックがあるか否かを観察した。
【００２９】
【表１】
0003667625.tif 000002
【００３０】
【表２】
0003667625.tif 000003
【００３１】
実施例２〜５、比較例１〜５
原料の配合割合を表１のように変えた以外は実施例１と同様にして、フェノール樹脂成形材料Ｂ〜Ｊを得、さらに該フェノール樹脂成形材料からＪＩＳＫ６９１１の曲げ試験片に準拠する厚さ４mm×幅１０mm×長さ８０mmの樹脂成形体を得て、引張り強さ、引張り弾性率、引張り伸び率、線膨張率、恒温炉内放置及び半田浸漬による耐熱性を調べた。結果を表２及び表３に示す。
【００３２】
【表３】
0003667625.tif 000004
【００３３】
実施例６
フェノール樹脂成形材料Ａを１８０℃に加熱したプーリー型の成形型内に投入し、３００kgf/cm2 、５分間の条件で圧縮成形して、図１及び図２に示すような外径１２０mm、厚さ２８mm、Ｖ溝部の高さ３mm、Ｖ溝部の幅２０mm、Ｖ溝部のピッチ３mmのプーリー本体が樹脂で成形されたフェノール樹脂プーリーを得た。
得られたフェノール樹脂プーリーについて、冷熱衝撃性及びベルトスリップを調べた。結果を表４に示す。
各特性の測定方法は以下のとおりである。
（冷熱衝撃性）
フェノール樹脂プーリーを−４０℃雰囲気下及び１２０℃雰囲気下に３０分ずつ交互に曝することを１サイクルとし、このサイクルを繰り返してフェノール樹脂プーリーにクラックが入るまでのサイクル数を調べた。
（ベルトスリップ試験）
駆動側に金属プーリーを、従動側にフェノール樹脂プーリーを配置し、駆動側の金属プーリーを３０００〜４０００rpm で回転させつつ、フェノール樹脂プーリーのＶ溝部に水を掛けてフェノール樹脂プーリーにベルトスリップを起こさせ、スリップ後のフェノール樹脂プーリーのＶ溝部の外観を観察した。
【００３４】
【表４】
0003667625.tif 000005
【００３５】
実施例７〜１０、比較例６〜１０
フェノール樹脂成形材料Ａに代えてフェノール樹脂成形材料Ｂ〜Ｊを用いた以外は、実施例６と同様にしてフェノール樹脂プーリーを得、冷熱衝撃性及びベルトスリップを調べた。結果を表４及び表５に示す。
【００３６】
【表５】
0003667625.tif 000006
【００３７】
表２及び表３より、以下のことがわかる。実施例１〜５は、樹脂の配合量が多くガラス繊維の配合量が少ない比較例４及び５に比べて引張り強さが格段に大きく、線膨張率は小さい。実施例１〜５は、ガラス繊維の配合量が多い比較例３に比べて引張り弾性率が小さく、引張り伸び率は大きい。実施例１〜５は、セルロースを含む比較例２に比べて引張り強さが大きい。実施例１〜５は、セルロースを含む比較例２に比べて引張り強さが大きい。すなわち、実施例１〜５は、機械的強度が大きく、低弾性率で伸びがよいことがわかる。
【００３８】
また、実施例１〜５は２５０℃以上でも膨れやシェルクラックが発生しないが、樹脂成分としてノボラックを用いた比較例１、酢酸ビニル及びセルロースを配合した比較例２、及びポリビニルブチラールを多く配合した比較例５は、膨れやシェルクラックが発生する。すなわち、実施例１〜５は、２５０℃以上の耐熱性に優れることがわかる。
【００３９】
表４及び表５より、以下のことがわかる。実施例６〜１０は冷熱衝撃性及びベルトスリップに優れるが、比較例６〜１０は冷熱衝撃性及び回転耐久性が低く、比較例６、７及び１０はベルトスリップ試験により膨れやシェルクラックが発生する。すなわち、実施例６〜１０は、熱衝撃性及び耐熱性に優れることがわかる。
【００４０】
【発明の効果】
本発明に係る自動車のプーリー用フェノール樹脂成形材料によれば、これから成形したフェノール樹脂プーリーが、機械的強度、耐熱衝撃性に優れると共に２５０℃以上でも膨れやシェルクラックが発生し難いという効果を奏する。また、本発明に係る自動車用フェノール樹脂プーリーは、機械的強度、耐熱衝撃性に優れると共に２５０℃以上でも膨れやシェルクラックが発生し難いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る自動車用フェノール樹脂プーリーの正面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ線に沿って見た断面図である。
【符号の説明】
１  フェノール樹脂プーリー
２  プーリー本体
３  嵌合部
４  リブ
５  外筒部
６  Ｖ溝部
７  ボス
【図１】
0003667625.tif 000007
【図２】
0003667625.tif 000008