(57)【要約】【課題】  歯付ベルト等のウレタンベルトの耐水性を向上させる。【解決手段】  歯付ベルト１０は、ベルト本体である歯ゴム層１２および背ゴム層２２を有する。ベルト本体は、エステル系ウレタンエラストマーから形成される。エステル系ウレタンエラストマーは、シリコンオイルおよびカルボジイミド化合物を含有する。シリコンオイルは、例えばストレートシリコンオイルである。カルボジイミド化合物は、例えば芳香族ポリカルボジイミドである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルト本体がエステル系ポリウレタンエラストマーから形成されるウレタンベルトであって、前記エステル系ポリウレタンエラストマーには、シリコンオイルおよびカルボジイミド化合物が含有されることを特徴とするウレタンベルト。
【請求項２】
前記カルボジイミド化合物は、芳香族ポリカルボジイミドであることを特徴とする請求項１に記載のウレタンベルト。
【請求項３】
前記芳香族ポリカルボジイミドは、カルボジイミド基に結合するベンゼン環の2,4,6-位にアルキル基が置換した構造を繰り返し単位とする化合物であることを特徴とする請求項２に記載のウレタンベルト。
【請求項４】
前記シリコンオイルは、ストレートシリコンオイルであることを特徴とする請求項１に記載のウレタンベルト。
【請求項５】
前記ストレートシリコンオイルは、ジメチルシリコンオイルであることを特徴とする請求項４に記載のウレタンベルト。
【請求項６】
前記エステル系ポリウレタンエラストマーは、ウレタンプレポリマーが硬化されることにより得られることを特徴とする請求項１に記載のウレタンベルト。
【請求項７】
前記ウレタンプレポリマーは、カプロラクトン系であることを特徴とする請求項６に記載のウレタンベルト。
【請求項８】
前記ウレタンプレポリマーは、カプロラクトンジオールとＴＤＩとの反応から得られることを特徴とする請求項７に記載のウレタンベルト。
【請求項９】
シリコンオイルおよびカルボジイミド化合物が配合されたエステル系ウレタンプレポリマーを硬化させることにより、エステル系ウレタンエラストマーから形成されるベルト本体を有するウレタンベルトを得ることを特徴とするウレタンベルトの製造方法。
【請求項１０】
前記エステル系ウレタンプレポリマーは、型に注入された後、硬化されることを特徴とする請求項９に記載のウレタンベルトの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エステル系ポリウレタンエラストマーから形成されるウレタンベルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動券売機、両替機、ＡＴＭ等において、硬貨、紙幣、カード等は、例えばベルトの背面側に載せられ、搬送される。このような搬送用途で使用されるベルトは、近年の搬送の高速化、装置のコンパクト化に伴い、機械的強度、耐熱性等を有することが要求される。また、雨天時において、硬貨等には水分が付着しているので、ベルトは水に接する環境下で使用されることも想定され、耐水性も要求される。
【０００３】
搬送用途に使用されるベルトとして、エステル系およびエーテル系のウレタンベルトが知られている（例えば特許文献１）。しかし、エステル系ウレタンベルトは、機械的強度、および耐熱性が優れる一方、加水分解が引き起こされやすいので、その耐水性が充分ではない。一方、エーテル系ウレタンベルトは、その耐水性は優れるが、機械的強度、および耐熱性が充分ではない。すなわち、上述の用途においては、エステル系および、エーテル系のいずれのウレタンベルトを使用しても、ベルトが有する初期物性を、長期間保持することは困難である。
【０００４】
従来、エステル系ポリウレタンの加水分解を防止し、耐水性を高めるために、カルボジイミド系の化合物をポリウレタンに添加させることが知られている（例えば特許文献２ないし３）。
【特許文献１】特許第３３０７８３６号公報
【特許文献２】特許第２９９４７１９号公報
【特許文献３】特開平５−１９４３５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、エステル系ウレタンベルトは、カルボジイミド系の化合物が添加された場合でも、エーテル系ウレタンベルトに比べると、その耐水性能が劣り、高温多湿下で長時間初期物性を保持することは困難である。そこで、本発明はこのような問題点に鑑みて成されたものであり、耐水性に優れたエステル系ウレタンベルトを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るウレタンベルトは、エステル系ポリウレタンエラストマーから形成されるウレタンベルトであって、シリコンオイルおよびカルボジイミド化合物を含有することを特徴とする。エステル系ポリウレタンベルトにシリコンオイルおよびカルボジイミド化合物を含有させると、高温多湿下で初期物性を長時間維持することができるエステル系ウレタンベルトを得ることができる。
【０００７】
エステル系ポリウレタンエラストマーは、ウレタンプレポリマーが硬化剤によって硬化されることにより、得られることが望ましい。ウレタンプレポリマーは、例えばカプロラクトン系であって、好ましくはカプロラクトンジオールとＴＤＩとの反応から得られる。
【０００８】
シリコンオイルは、例えばストレートシリコンオイルであって、好ましくは、ジメチルシリコンオイルである。カルボジイミド化合物は、好ましくは芳香族ポリカルボジイミドであり、例えばカルボジイミド基に結合するベンゼン環の2,4,6-位にアルキル基が置換した構造を繰り返し単位とする化合物である。
【０００９】
本発明に係るウレタンベルトの製造方法は、シリコンオイルおよびカルボジイミド化合物が配合されたエステル系ウレタンプレポリマーを硬化させることにより、エステル系ウレタンエラストマーから形成されるウレタンベルトを得ることを特徴とする。エステル系ウレタンプレポリマーは、型に注入された後、硬化されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
ベルト原料中に、シリコンオイルおよびカルボジイミド化合物を添加することにより、耐水性が非常に優れたエステル系ポリウレタンベルトを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態である歯付ベルト１０の一部を破断した斜視図を示す。図１において、歯付ベルト１０の上面側には、歯部が形成された歯ゴム層１２が設けられ、背面側には背ゴム層２２が設けられる。歯ゴム層１２は、歯部２０と歯底部２１が交互に繰り返し設けられて構成される。各歯底部２１には、ベルトの幅方向に延びる溝１９が設けられる。
【００１２】
歯ゴム層１２と背ゴム層２２はウレタンエラストマーから形成されるベルト本体である。ウレタンエラストマーには、後述するシリコンオイルおよびカルボジイミド化合物等の各種添加剤が混入されている。ベルト本体は、ウレタンプレポリマーが硬化剤によって硬化されることにより得られる。歯ゴム層１２と背ゴム層２２の間には心線１４が埋設されている。歯付ベルト１０は、例えば背面側に硬貨等の搬送物を載せて搬送する用途に使用される。搬送物は水が付着している場合がある。したがって歯付ベルト１０は、水に接する環境下で使用される場合があり、後述するように、優れた耐水性を有する。
【００１３】
図２は歯付ベルト１０の製造過程を示したもので、歯付ベルト１０において対応する部分にはそれぞれ同符号が記されている。歯付ベルト１０の製造方法について図２を用いて説明する。本製造過程においては、円筒状の歯付ドラム３５が使用される。歯付ドラム３５は、歯付ベルト１０を成型するためのものであり、その外表面に歯部２０および歯底部２１に対応する歯型部２０’、歯底型部２１’を有する。歯底型部２１’には、ベルトの幅方向に対応する方向に延びる突起１９’が設けられ、突起１９’は歯付ドラム３５の外側に向けて突出する。
【００１４】
歯付ドラム３５には心線１４が巻き付けられ、心線１４巻き付け後、混合ウレタン注型液が注入されるための金型４０が組み立てられる。金型４０は、歯付ドラム３５が、外型３６に同心状に挿入され上蓋が取り付けられることにより、組み立てられる。歯付ドラム３５と外型３６の間隔は、歯付ベルト１０の高さに対応する。なお、心線１４は、歯付ドラム３５において、突起１９’のみに接触し、これによりベルト成型後、心線が外部に露出することが防止される。
【００１５】
金型４０が組み立てられると、その金型４０に所定温度Ｔ1（例えば９０〜１００℃）で予熱が加えられる。予熱が加えられた後、図２に示すように金型４０内には、後述するウレタン注型液Ｘが、外型３６に設けられた注入口から注入される。ウレタン注型液Ｘが注入されると、硬化後に歯ゴム層１２と背ゴム層２２（図１参照）となる部分に混合ウレタン注型液Ｘが充填される。
【００１６】
ウレタン注型液Ｘの注入が終了すると、その金型は所定温度Ｔ2（例えば９５℃）で一定時間加熱される。これにより、注入されたウレタン注型液Ｘは、硬化しウレタンエラストマーとなり、金型内には本体がウレタンエラストマーから形成されるベルトスラブができる。このベルトスラブは金型から取り出された後、２次硬化され、所定の幅に裁断されることにより、歯付ベルト１０が得られる（図１参照）。
【００１７】
ウレタン注型液Ｘの作成方法について説明する。ウレタン注型液Ｘは硬化することによりウレタンエラストマーを得ることができる混合液である。まず、ウレタンプレポリマーを溶融するために予め加熱する。溶融されたウレタンプレポリマーには、シリコンオイル、カルボジイミド化合物、およびその他添加剤が添加され一定時間攪拌した後に真空脱泡される。脱泡されたウレタンプレポリマーは、加熱溶融された硬化剤が配合され、混合攪拌することによりウレタン注型液Ｘが得られる。
【００１８】
ウレタンプレポリマーは、エステル系ウレタンプレポリマーであり、ジオールとイソシアネートとの反応から得られるものである。ジオールは、例えば式［１］の一般式で示されるカプロラクトンジオール（以下ＰＣＬと言う。）、ポリカーボネートジオール等である。イソシアネートはトルエンジイソシアネート（以下ＴＤＩと言う。）である２，４−ＴＤＩまたは２，６−ＴＤＩ等である。しかし、イソシアネートはジフェニルメタンジイソシアネート（以下ＭＤＩと言う。）である４，４−ＭＤＩ等、ナフタレンジイソシアネート、１，５−ナフタレンジイソシアネート、トリジンジイソシアネート、キシレンジイソシアネート等であっても良い。また、イソシアネートは、上述の化合物の混合物でも良い。ここで、ジオールの平均分子量は、例えば１４００〜３０００である。硬化剤は、例えばＭＯＣＡ（３，３’−ジクロロ−４，４’−ジアミノジフェニルメタン）等の芳香族ジアミンが使用される。
【化１】
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【００１９】
シリコンオイルは、例えば下記一般式［２］で示されるストレートシリコンオイルである。
【化２】
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なお、Ｒ1〜Ｒ4はそれぞれ独立に水素原子、メチル基、またはフェニル基である。したがって、ストレートシリコンオイルは、Ｒ1およびＲ2がメチル基であり、Ｒ3およびＲ4がフェニル基であるメチルフェニルシリコンオイル、Ｒ1およびＲ3が水素原子であり、Ｒ2およびＲ4がメチル基であるメチルハイドロジェンシリコンオイル、またはＲ1〜Ｒ4の全てがメチル基であるジメチルシリコンオイル等であり、これらの混合物でも良い。
【００２０】
シリコンオイル（例えばジメチルシリコンオイル）の分子量は、好ましくは５０００〜９００００であり、さらに好ましくは１００００〜４００００であるが、この範囲以外の分子量のものも適用可能である。シリコンオイルは、ウレタンプレポリマー１００重量部に対して、例えば２〜１０重量部添加し、好ましくは３〜５重量部添加する。
【００２１】
シリコンオイルとしては、好ましくは、ジメチルシリコンオイルが使用され、例えば信越シリコーンオイル KF96 100, KF96 300, KF96 350, KF96 500, KF96 1000, KF96 3000, KF96H 6000, KF96H 10000, KF96H 12500, またはKF96H 30000（以上商品名、信越化学工業社製）が使用される。
【００２２】
カルボジイミド化合物は、芳香族ポリカルボジイミドが好適であり、特にアルキル置換芳香族ポリカルボジイミドが好ましい。アルキル置換芳香族ポリカルボジイミドは、例えば、カルボジイミド基に結合するベンゼン環の2,6-位および／または2,4,6-位にアルキル基が置換した構造を繰り返し単位とする化合物である。アルキル基は、炭素数３以下のアルキル基であり、イソプロピル基が好ましい。特に好ましくは、アルキル置換芳香族ポリカルボジイミドは、カルボジイミド基に結合するベンゼン環の2,4,6-位にイソプロピル基が置換した構造を繰り返し単位とする化合物である。
【００２３】
カルボジイミド基に結合するベンゼン環の2,4,6-位にイソプロピル基が置換した構造を繰り返し単位とする化合物としては、例えばSTABAXOL P（商品名、ドイツ・ラインケミー社製）、STABAXOL PCD（商品名、ドイツ・ラインケミー社製）、およびSTABAXOL P 100（商品名、ドイツ・ラインケミー社製）等である。
【００２４】
芳香族ポリカルボジイミドは、ウレタンプレポリマー１００重量部に対して、例えば１〜５重量部添加し、好ましくは１〜３重量部添加する。
【００２５】
後述する比較例に示すように、ウレタンプレポリマーに、シリコンオイルを添加しベルトを製造したとしても、本実施形態においては歯付ベルト１０の耐水性を向上することはできない。また、ウレタンプレポリマーに芳香族ポリカルボジイミドのみを添加しベルトを製造したとしても充分な耐水性は得られない。しかし、ウレタンプレポリマーに芳香族ポリカルボジイミドのみならずシリコンオイルを添加すると、驚くべきことに、芳香族ポリカルボジイミドのみ添加したときに比べ、歯付ベルト１０の耐水性を飛躍的に向上させることができる。
【００２６】
これは、エステル系ウレタンベルトに、芳香族ポリカルボジイミドのみを添加したとしても、芳香族ポリカルボジイミドが本来有する加水分解防止作用を充分に発現することができない。しかし、芳香族ポリカルボジイミドおよびシリコンオイルの両方を添加すると、シリコンオイルの撥水作用により、芳香族ポリカルボジイミドが本来有する加水分解防止作用が顕著に発現されるためと考えられる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、注型タイプのウレタンベルトの製造方法について述べたが、本発明に係る製造方法は特に上述の方法に限定されず、例えば金型に混練されたウレタンプレポリマーを巻きつけた後、硬化させることにより製造しても良い。さらに、歯付ベルトは、歯布付きのウレタンベルトでも良く、平ベルト等他のウレタンベルトでも良い。
【００２８】
［実施例］
以下、本実施形態について、実施例を用いて具体的に説明する。表１には、各実施例および比較例のウレタン注型液Ｘの配合を示す。なお、表１中、未配合の添加剤については−で示し、表１中の単位は重量部である。
【表１】
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【００２９】
［実施例］
実施例１のウレタン注型液Ｘは、ウレタンプレポリマー１００重量部に対して、シリコンオイル３重量部、芳香族ポリカルボジイミド３重量部、および硬化剤としてＭＯＣＡ１２．６重量部添加し作成した。ウレタンプレポリマーは、PLACCEL EP1500（商品名、ダイセル化学工業社製）であった。このウレタンプレポリマーは、カプロラクトンジオールと２，４−ＴＤＩの反応から得られたものであり、ＮＣＯ％が４．２０〜４．４０％のものであった。すなわち、ＰＣＬの両末端のアルコールにそれぞれ２，４−ＴＤＩが完全に付加している場合、ウレタンプレポリマーの平均分子量は１９００〜２０００程度である。なお、ＮＣＯ％の測定方法は、ＪＩＳ  Ｋ７３０１に準拠する。シリコンオイルは、ジメチルシリコンオイルである信越シリコーンオイル KF96 300であり、分子量は１４０００〜１５０００のものを使用した。芳香族ポリカルボジイミドは、STABAXOL Pを使用した。
【００３０】
実施例２〜３のウレタン注型液Ｘは、芳香族ポリカルボジイミドの配合量のみを実施例１から変更した例である。実施例２、３は、それぞれ芳香族ポリカルボジイミドを２、１重量部配合した例である。
【００３１】
［比較例］
比較例１〜３は、各実施例の効果を示すための比較例である。表１に示すとおり、比較例１は、シリコンオイルおよび芳香族ポリカルボジイミドが未配合である以外は、実施例１と同等のウレタン注型液Ｘを使用した。比較例２は、芳香族ポリカルボジイミドが未配合である以外は、実施例１と同等のウレタン注型液Ｘを使用した。比較例３は、シリコンオイルが未配合である以外は、実施例１と同等のウレタン注型液Ｘを使用した。
【００３２】
［性能比較試験］
実施例１〜３、および比較例１〜３のウレタン注型液Ｘより、実施形態の方法に沿って、ベルトスラブを得た。詳述すると、ウレタン注型液Ｘを金型に注入し、９５℃で１時間の加熱により硬化させた後、金型から取り出し、さらに１００℃で４時間二次硬化して、実施例１および比較例１〜３のベルトスラブを得た。これらベルトスラブより、それぞれ引張試験片を作製した。このとき、引張試験片は、その長手方向が、ベルトスラブ（すなわち歯付ベルト）の幅方向となるように、ベルトスラブを抜き型で背面側から抜き加工して作製した。なお、引張試験片は、引っ張り力が作用される部分の幅が５ｍｍで長さが２０ｍｍであるとともに、その幅方向内にベルトの１歯が入るように抜き加工されたものである。
【００３３】
これら引張試験片を用いて、性能比較試験を行った。性能比較試験は、７０℃で湿度９５％の環境下で所定時間、引張試験片を放置し、引張強度の残存率を比較することにより行った。ここで、引張強度の残存率とは、引張強度の初期値（０時間放置時）を１００％としたときの、各所定時間における引張強度の％である。引張強度の測定は、オートグラフＡＧ−１（島津製作所製）により、引張試験片を長手方向に、引張速度５００ｍｍ／分で引っ張ることにより行った。引張試験片が破断したときの引っ張り力を、引張強度とした。引張強度は、各条件において引張試験片をそれぞれ３本用い、同一条件で３回測定した測定値を平均して算出した。
【００３４】
測定結果を表２および図３に示す。なお、実施例２，３は図３においては、その記載を省略した。
【表２】
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【００３５】
図３から明らかなように、引張強度は、実施例１〜３、および比較例１〜３において、時間経過とともに低下したことが理解できる。ここで、シリコンオイルおよび芳香族ポリカルボジイミドがともに未配合である比較例１においては、１２週間後において、引張強度は１０％しか残存しなかった。また、シリコンオイルのみが配合された比較例２においては、引張強度の残存率は１０％と比較例１と同等であった。すなわち、比較例２は、シリコンオイルを添加したところで、エステル系ウレタンベルトにおいては、何ら耐水性を向上させる効果が発揮されないことが理解できる。
【００３６】
一方、芳香族ポリカルボジイミドのみ配合された比較例３は、１２週間後において、引張強度の残存率は２７％であり、比較例１および２に比べて耐水性が向上したことが理解できるが、残存率は満足のいくものではなかった。
【００３７】
シリコンオイルおよび芳香族ポリカルボジイミドがともに配合された実施例１は、１２週間後において、引張強度の残存率は３７％であり、比較例１および２のみならず、比較例３に比べても、その残存率を向上させることができた。ここで特筆すべきことは、シリコンオイルのみを添加した場合、残存率を全く向上させることができなかったが、シリコンオイルおよび芳香族ポリカルボジイミドの両方を配合した場合、芳香族ポリカルボジイミドのみを配合した比較例３に比べ、残存率を向上させることができた点である。
【００３８】
また表２に示すように、芳香族ポリカルボジイミドの添加量を実施例１および比較例３から減少させた実施例２、３においても、１２週間後において、引張強度の残存率は３６％であり、比較例１および２のみならず、比較例３に比べても、その残存率を向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態に係る歯付ベルトを模式的に示す斜視図である。
【図２】歯付ベルトの製造方法を模式的に示す側面図である。
【図３】性能比較試験において、放置時間と張力残存率の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００４０】
１０  歯付ベルト（ウレタンベルト）
１２  歯ゴム層（ベルト本体）
２２  背ゴム層（ベルト本体）
１４  心線
４０  金型（型）
Ｘ  ウレタン注型液
【図１】
2006170301.tif 000007
【図２】
2006170301.tif 000008
【図３】
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