JP2008132641A

JP2008132641A - 筒状可撓膜体

Info

Publication number: JP2008132641A
Application number: JP2006319786A
Authority: JP
Inventors: Rei Higashiya; 玲東谷
Original assignee: Bridgestone Corp
Current assignee: Bridgestone Corp
Priority date: 2006-11-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2008-06-12

Abstract

【課題】耐オゾン性及び耐摩耗性が改善される上、各ゴム間の接着性を十分に確保することが可能な筒状可撓膜体を提供する。
【解決手段】一対のビードリング２と、該ビードリング２間に延在したコード３を被覆してなる被覆ゴム４と、該被覆ゴム４の外側に接合された外層ゴム５と、該被覆ゴム４の内側に接合された内層ゴム６とを備える筒状可撓膜体１において、前記被覆ゴム４、前記外層ゴム５及び前記内層ゴム６に、クロロプレンゴムを90質量％以上含むゴム成分（Ａ）を含有してなるゴム組成物を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被覆ゴム、外層ゴム及び内層ゴムを有する筒状可撓膜体、特に耐オゾン性及び耐摩耗性が改善される上、各ゴム間の接着性を十分に確保することが可能な筒状可撓膜体に関するものである。

一般に、筒状可撓膜体は、一対のビードリングと、該ビードリング間に延在したコードを被覆してなる被覆ゴムと、該被覆ゴムの外側に配設された外層ゴムと、該被覆ゴムの内側に配設された内層ゴムとを備え、該筒状可撓膜体は、その端部分を上面板及び下面板に気密に取り付けた鉄道車両用の空気ばねとして使用されている。

ここで、内層ゴムとしては、気密性及び屈曲性の観点から、天然ゴム（ＮＲ）や天然ゴム（ＮＲ）とスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）とのブレンド等のゴム成分が用いられる。また、外層ゴムとしては、耐屈曲性、耐候性及び耐摩耗性の観点から、クロロプレンゴムと天然ゴムとのブレンド等のゴム成分が用いられる。更に、被覆ゴムとしては、内外層ゴムとの接着性及びコードとの接着性の観点から、天然ゴム（ＮＲ）や天然ゴム（ＮＲ）とスチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）とのブレンド等のゴム成分が用いられる。

このような状況下、本発明者は、従来の配合処方からなる筒状可撓膜体を用いた空気ばねについて検討したところ、特に耐オゾン性が悪いことが分かった。このため、筒状可撓膜体については、およそ10年以上の寿命が求められているにもかかわらず、5〜6年の経過で外層ゴムの表面に細かなクラック、所謂オゾンクラックが発生し、10年程経過すると、そのクラックが筒状可撓膜体を貫通し、エアー漏れを起こし、その結果、空気ばねの寿命が低下する問題があった。

また、本発明者は、更に検討した結果、空気ばねの長期間の使用により、上面板及び下面板に接触する筒状可撓膜体に摩耗が発生し、例えば、10年程の使用により、筒状可撓膜体の摩耗が被覆ゴムにまで達してしまうことが分かった。そして、この筒状可撓膜体の摩耗により、被覆ゴムのコードが露出する結果、空気ばねの寿命が低下する問題があった。

そこで、本発明の目的は、上記筒状可撓膜体を用いた製品の寿命低下の問題を解決し、鉄道車両用空気ばね及び鉄道車両用ブレーキダイヤフラム等への使用に好適で、耐オゾン性及び耐摩耗性が改善される上、各ゴム間の接着性を十分に確保することが可能な筒状可撓膜体を提供することにある。

本発明者は、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、従来の配合処方に代えて、ゴム成分としてクロロプレンゴムを多量に含んだ配合処方のゴム組成物を外層ゴム、内層ゴム及び被覆ゴムに用いることで、耐オゾン性及び耐摩耗性が改善される上、各ゴム間の接着性を十分に確保することが可能な筒状可撓膜体が得られることを見出し、本発明を完成させるに至った。

即ち、本発明の筒状可撓膜体は、一対のビードリングと、該ビードリング間に延在したコードを被覆してなる被覆ゴムと、該被覆ゴムの外側に接合された外層ゴムと、該被覆ゴムの内側に接合された内層ゴムとを備え、
前記被覆ゴム、前記外層ゴム及び前記内層ゴムに、クロロプレンゴムを90質量％以上含むゴム成分（Ａ）を含有してなるゴム組成物を用いたことを特徴とする。

本発明の筒状可撓膜体は、前記ゴム成分（Ａ）がクロロプレンゴム100質量％からなることが好ましい。

本発明の筒状可撓膜体の好適例においては、前記ゴム組成物が、前記ゴム成分（Ａ）100質量部に対して、可塑剤（Ｂ）を10質量部以上配合してなる。

また、本発明の鉄道車両用空気ばねは、上記の筒状可撓膜体を用いたことを特徴とする。

更に、本発明の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムは、上記の筒状可撓膜体を用いたことを特徴とする。

本発明によれば、従来の配合処方のゴム組成物に代えて、クロロプレンゴムを90質量％以上含むゴム成分を含有してなるゴム組成物を外層ゴム、内層ゴム及び被覆ゴムに用いることで、耐オゾン性及び耐摩耗性が改善される上、各ゴム間の接着性を十分に確保することが可能な筒状可撓膜体を提供することができる。

以下に、図を参照しながら本発明を詳細に説明する。図１は、本発明の筒状可撓膜体の一例の断面図である。図１に示す筒状可撓膜体１は、一対のビードリング２と、該ビードリング２間に延在したコード３を被覆してなる被覆ゴム４と、該被覆ゴム４の外側に接合された外層ゴム５と、該被覆ゴム４の内側に接合された内層ゴム６とを備える。また、図示例の筒状可撓膜体１において、被覆ゴム４は、筒状可撓膜体１の周方向と略直角に配列した複数のコード３を被覆してなる二枚の被覆ゴム層から形成され、上記一対のビードリング２間に延びる本体部と、ビードリング２の周りで巻上げた折り返し部とからなる。ここで、二枚の被覆ゴム層は、該被覆ゴム層を構成するコードが互いに交差するように積層されて被覆ゴム４を構成することが好ましい。なお、本発明の筒状可撓膜体において、被覆ゴムは、ビードリング間に延在したコードを被覆したものであればよく、被覆ゴムの構造は、これに限られるものではない。

本発明の筒状可撓膜体においては、外層ゴム５、内層ゴム６及び被覆ゴム４に、クロロプレンゴムを90質量％以上含むゴム成分（Ａ）を含有してなるゴム組成物を用いることを要し、クロロプレンゴム100質量％からなるゴム成分（Ａ）を含有してなるゴム組成物を用いることが好ましい。

一般に、クロロプレンゴム（ＣＲ）は、耐オゾン性及び耐摩耗性に優れることが知られ、従来の筒状可撓膜体においては、外層ゴムにクロロプレンゴムを一定量含むゴム組成物を適用していた。ここで、従来のゴム組成物のゴム成分中に占めるクロロプレンゴムの割合を増加した場合、耐オゾン性及び耐摩耗性が向上するものの、クロロプレンゴムと、内層ゴムや被覆ゴムに用いる天然ゴム（ＮＲ）との極性の違いから、ゴム間の接着性が低下する問題があった。また、各ゴム間の加硫速度の違いから、加硫戻り等の現象が発現し、筒状可撓膜体の最適な物性・機能を発揮できない問題もあった。なお、加硫戻りとは、天然ゴム等をオーバー加硫することで、該ゴムが軟化し、伸びが低下する等の物性低下を起こす現象である。しかし、本発明の筒状可撓膜体においては、外層ゴムに加えて、内層ゴム及び被覆ゴムにも、クロロプレンゴムを90質量％以上、好ましくは100質量％含むゴム成分（Ａ）を含有してなるゴム組成物を用いるため、各ゴム間の接着性や加硫速度の違いが改善され、筒状可撓膜体の耐久性を維持しつつ、耐オゾン性及び耐摩耗性を大幅に向上させることができる。また、本発明の筒状可撓膜体は、クロロプレンゴムがポリマー特性として高温特性に優れており、70℃近傍の高温領域でも、十分に使用できる。なお、本発明の筒状可撓膜体を形成する各ゴムのゴム成分（Ａ）中に占めるクロロプレンゴムの含有率は、90質量％以上であればよく、各ゴムのクロロプレンゴムの含有率が同じである必要はない。

本発明の筒状可撓膜体において、上記ゴム組成物のゴム成分（Ａ）は、クロロプレンゴム（ＣＲ）を90質量％以上含む限り、特に制限はなく、必要に応じて、天然ゴム（ＮＲ）、ポリイソプレンゴム（ＩＲ）、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム（ＳＢＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、エチレン−プロピレン−ジエンゴム（ＥＰＤＭ）、イソブチレンイソプレンゴム（ＩＩＲ）、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）等をブレンドすることができる。また、これらゴム成分の一部が、多官能型変性剤、例えば、四塩化スズ等によって変性され、分岐構造を有しているものをブレンドすることもできる。これらゴム成分の中でも、天然ゴムをブレンドすることが好ましい。

本発明の筒状可撓膜体に用いるゴム組成物は、可塑剤（Ｂ）を上記ゴム成分（Ａ）100質量部に対して10質量部以上の割合で配合することが好ましい。上記ゴム成分（Ａ）は、対オゾン性及び耐摩耗性を更に向上させる観点から、クロロプレンゴムを多量に含有することが好ましいが、クロロプレンゴムは一般に耐寒性が低く、改良の余地がある。ここで、上記ゴム成分（Ａ）に対し、可塑剤（Ｂ）を上記の範囲内で配合した場合においては、ゴム組成物の脆化点が低下し、寒冷地での耐寒性を向上でき、実用的には十分な耐寒性を有することとなる。また、上記可塑剤（Ｂ）の配合量が10質量部未満では、寒冷地での耐寒性が十分でない。上記可塑剤（Ｂ）として、具体的には、パラフィン系又はナフテン系の石油系可塑剤、セバケート系可塑剤等が挙げられる。

本発明の筒状可撓膜体に用いるゴム組成物は、更に充填剤を上記ゴム成分（Ａ）100質量部に対して25〜60質量部の割合で配合することが好ましい。充填剤の配合量が25質量部未満では、加硫ゴムの破壊特性及び耐摩耗性が十分でなく、一方、60質量部を超えると、作業性が悪化する傾向がある。ここで、充填剤としては、カーボンブラック及びシリカが好ましい。なお、カーボンブラックとしては、ＦＥＦ，ＳＲＦ，ＨＡＦ，ＩＳＡＦ，ＳＡＦグレードのものが好ましい。一方、シリカとしては、湿式シリカ及び乾式シリカ等が好ましく、湿式シリカが更に好ましい。これら補強性の充填剤は、一種単独で用いてもよいし、二種以上を混合して用いてもよい。

本発明の筒状可撓膜体に用いるゴム組成物には、上記ゴム成分（Ａ）、可塑剤（Ｂ）、充填剤の他に、ゴム工業界で通常使用される配合剤、例えば、老化防止剤、シランカップリング剤、加硫促進剤、加硫促進助剤、加硫剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して配合することができる。これら配合剤としては、市販品を好適に使用することができる。上記ゴム組成物は、ゴム成分（Ａ）に、必要に応じて適宜選択した各種配合剤を配合して、混練り、熱入れ、押出等することにより製造することができる。

本発明の筒状可撓膜体は、例えば、コードを接着剤で接着剤処理（ディップ処理）した後に、上記ゴム組成物で被覆してなる被覆ゴムと、上記ゴム組成物からなる内層ゴム及び外層ゴムとを適用して、常法により成形、加硫等することにより製造することができる。ここで、コードに接着剤処理（ディップ処理）を施す際の接着剤の付着量管理と、加硫時間の調整により、コードと被覆ゴムとの接着性を十分に確保することができる。

上述した本発明の筒状可撓膜体は、自動車用空気ばね、鉄道車両用空気ばね等に適用されるが、本発明の筒状可撓膜体は、耐摩耗性が高いため、上下変位のみならず、水平方向の変位に対しても耐久性が要求される鉄道車両用空気ばねに特に好適である。また、本発明の筒状可撓膜体は、鉄道車両用ブレーキダイヤフラムにも好適に使用される。ここで、本発明の筒状可撓膜体を鉄道車両用空気ばね及び鉄道車両用ブレーキダイヤフラムに使用する場合において、本発明の筒状可撓膜体は、図２に示すようなベローズ型を形成するのが好ましい。なお、図２は、本発明の筒状可撓膜体の他の例の部分断面図であって、図１と同じ符号は同じ部材であることを示す。また、本発明の筒状可撓膜体は、図１に示す円筒型の構造や図２に示す一段ベローズ型の構造の他にも、多段式のベローズ型の構造等、その用途に合わせた構造を形成することができる。

本発明の鉄道車両用空気ばねは、上述した筒状可撓膜体を用いたことを特徴とする。以下に、図を参照しながら本発明の鉄道車両用空気ばねを詳細に説明する。図３は、本発明の鉄道車両用空気ばねの一例を常態姿勢で示す縦断面図である。図３に示す鉄道車両用空気ばね７は、上面板８及び下面板９と、これら面板８，９に夫々の端部を気密に連結した筒状可撓膜体１とを備える。また、図３に示す鉄道車両用空気ばね７は、後述する部材と連結することにより、好適に作用する。

図３に示す鉄道車両用空気ばね７においては、上記下面板９に、ゴムリング１０と剛性リング１１とを交互に複数段に積層してなる円筒状の積層ゴム１２を、鉄道車両用空気ばね７と整列する同軸姿勢で気密に連結し、更に、鉄道車両用空気ばね７の内側を積層ゴム１２の内側に連通させる絞り通路１３を設ける。ここで、上記積層ゴム１２は、その上端に配設した剛性取付けリング１４によって下面板９に連結することができ、また、その下端に配設した、剛性の閉塞板１５に設けた連結パイプ１６の差込みによって補助タンク（図示せず）に取り付けることができる。

また、図３に示す鉄道車両用空気ばね７は、筒状可撓膜体１において上面板８や剛性取付けリング１４との接触部を保護するため、筒状可撓膜体１の近傍にゴム部材１７を配設することもできる。

本発明の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムは、上述した筒状可撓膜体を用いたことを特徴とする。以下に、図を参照しながら本発明の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムを詳細に説明する。図４は、本発明の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムの一例をピストンが移動する前の状態で示す縦断面図である。図４に示す鉄道車両用ブレーキダイヤフラム１８は、ピストン１９と、ストッパー受け２０と、ストッパー２１と、これら各部１９，２０，２１を気密に連結した筒状可撓膜体１と、該筒状可撓膜体１の外側に配設したバンド２２と、締め金具２３とを備える。

以下に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。

表１に示す配合処方に従って内層ゴム及び外層ゴム用ゴム組成物を調製した。また、表２に示す配合処方に従って被覆ゴム用ゴム組成物を調製した。更に、ゴム組成物Ａ〜Ｃに関し、ゴム物性を下記の方法により測定した。

＊１昭和電工(株)製，ショウプレンＷＲＴ.
＊２ＪＳＲ(株)製，ＢＲ０１.
＊３ＳｕｎＯｉｌ社製，Ｓｕｎｔｈｅｎｅ４２４０.
＊４ＪＳＲ(株)製，ＳＢＲ１７１２.

（１）ゴム物性
（ａ）硬度
ＪＩＳＫ６２５３に準拠して、タイプＡデュロメータを用いデュロメータ硬さ試験を行い、加硫したゴム組成物の硬度（°）を測定した。
（ｂ）強力
ダンベル状試験片を作製し、ＪＩＳＫ６２５１-１９９３に準拠して引張試験を行い、加硫したゴム組成物の引張強さ（MPa）を測定した。
（Ｃ）伸び
ダンベル状試験片を作製し、ＪＩＳＫ６２５１-１９９３に準拠して引張試験を行い、加硫したゴム組成物の切断時伸び（％）を測定した。

次に、表３に示す組み合わせで、内層ゴム用ゴム組成物、外層ゴム用ゴム組成物及び被覆ゴム用ゴム組成物を用い、更にナイロン又はポリエステルコードを被覆ゴム用ゴム組成物で被覆して、標準高さにおける有効直径が160φで、標準高さ100mmの筒状可撓膜体を作製し、この筒状可撓膜体を用いて、図４に示す構造の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムを作製した。作製した鉄道車両用ブレーキダイヤフラムに対して、下記の方法で耐オゾン性及び耐久性を評価し、また、各鉄道車両用ブレーキダイヤフラムに用いた外層ゴムの耐摩耗性を評価した。結果を表３に示す。

（２）耐オゾン性
オゾン濃度50pphm、温度40℃の環境下で、0〜30％の伸長を繰り返し行い、24時間、54時間、168時間及び216時間後での筒状可撓膜体に発生したクラックの状況を判断した。
なお、クラックが発生しなかったものを「○」、クラックが若干発生したものを「△」、及びクラックが明らかに発生したものを「×」として評価した。また、比較例の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムについては、54時間後にクッラクが明らかに発生したことが確認されたため、その後の評価を実施しなかった。

（３）耐久性
供給空気圧7.5kgf/cm²、動作サイクル10cpm、動作ストローク0〜100mm、動作回数20万回の条件下、耐久試験を行った。実施例の鉄道車両用ブレーキダイヤフラム及び比較例の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムの両方で、耐久性について問題は見られなかった。

（４）耐摩耗性
ＪＩＳＫ６２６４に準拠し、傾角15°で荷重45Nの条件下、アクロン摩耗試験を行い、摩耗輪1000回転当たりの外層ゴムの摩耗容積（cm³）を測定した。一方、ＪＩＳＫ６２６４に準拠してＤＩＮ摩耗試験を行い、外層ゴムの摩耗抵抗指数（％）を測定した。外層ゴムの摩耗容積（cm³）が小さい程、耐摩耗性が良好であることを示し、また、外層ゴムの摩耗抵抗指数（％）が大きい程、耐摩耗性が良好であることを示す。

表３の結果から、実施例の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムは、比較例の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムよりも耐オゾン性及び耐摩耗性に優れることが分かる。加えて、実施例の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムは、筒状可撓膜体を形成する外層ゴム、内層ゴム及び被覆ゴムに、クロロプレンゴムを90質量％以上含むゴム成分（Ａ）を含有してなるゴム組成物を用いることにより、各ゴム間の接着性が改善された結果、筒状可撓膜体の外層ゴムにクロロプレンゴムを多量に配合した場合においても、耐久性が良好であることが分かる。

本発明の筒状可撓膜体の一例の断面図である。本発明の筒状可撓膜体の他の例の部分断面図である。本発明の鉄道車両用空気ばねの一例を常態姿勢で示す縦断面図である。本発明の鉄道車両用ブレーキダイヤフラムの一例をピストンが移動する前の状態で示す縦断面図である。

符号の説明

１筒状可撓膜体
２ビードリング
３コード
４被覆ゴム
５外層ゴム
６内層ゴム
７鉄道車両用空気ばね
８上面板
９下面板
１０ゴムリング
１１剛性リング
１２積層ゴム
１３絞り通路
１４剛性取付けリング
１５閉塞板
１６連結パイプ
１７ゴム部材
１８鉄道車両用ブレーキダイヤフラム
１９ピストン
２０ストッパー受け
２１ストッパー
２２バンド
２３締め金具

Claims

一対のビードリングと、該ビードリング間に延在したコードを被覆してなる被覆ゴムと、該被覆ゴムの外側に接合された外層ゴムと、該被覆ゴムの内側に接合された内層ゴムとを備える筒状可撓膜体において、
前記被覆ゴム、前記外層ゴム及び前記内層ゴムに、クロロプレンゴムを90質量％以上含むゴム成分（Ａ）を含有してなるゴム組成物を用いたことを特徴とする筒状可撓膜体。
前記ゴム成分（Ａ）がクロロプレンゴム100質量％からなることを特徴とする請求項１に記載の筒状可撓膜体。
前記ゴム組成物が、前記ゴム成分（Ａ）100質量部に対して、可塑剤（Ｂ）を10質量部以上配合してなることを特徴とする請求項１に記載の筒状可撓膜体。
請求項１〜３のいずれかに記載の筒状可撓膜体を用いたことを特徴とする鉄道車両用空気ばね。
請求項１〜３のいずれかに記載の筒状可撓膜体を用いたことを特徴とする鉄道車両用ブレーキダイヤフラム。