(57)【要約】【課題】接着剤層を介して金属部材と高分子発泡体とを接着する接着構造において、繰り返し応力や洗浄液等が接触しても高分子発泡体と金属部材との剥離の発生を抑制可能な接着方法及び接着構造を提供することを目的とする。【解決手段】金属部材１２と高分子発泡体１１とを接着する方法であって、金属部材１２に未加硫ゴム組成物を塗布して加硫することにより加硫ゴム層１３を形成する加硫ゴム層形成工程と、未加硫ゴム組成物と同種のゴム成分を含有する液状の接着剤組成物を、加硫ゴム層１３及び高分子発泡体１１の表面に塗布して乾燥させることにより、各層表面にそれぞれ第一接着剤層１５及び第二接着剤層１６を形成する接着剤層形成工程と、第一接着剤層１５と第二接着剤層１６とを接着する接着工程とを備える。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属部材と高分子発泡体とを接着する方法であって、前記金属部材に未加硫ゴム組成物を塗布して加硫することにより加硫ゴム層を形成する加硫ゴム層形成工程と、前記未加硫ゴム組成物と同種のゴム成分を含有する液状の接着剤組成物を、前記加硫ゴム層及び高分子発泡体の表面に塗布して乾燥させることにより、第一接着剤層及び第二接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、前記第一接着剤層と第二接着剤層とを接着する接着工程とを備えたことを特徴とする接着方法。
【請求項２】
前記接着剤層形成工程の直前に、前記接着剤組成物に前記ゴム成分を硬化させる硬化剤を配合することを特徴とする請求項１記載の接着方法。
【請求項３】
前記第一接着剤層及び第二接着剤層の表面の少なくとも一方の表面に溶剤を接触させることで、溶剤を接触させた表面の接着性を高めた後、第一接着剤層と第二接着剤層とを互いに圧接して両層を接着することを特徴とする請求項１又は２に記載の接着方法。
【請求項４】
前記未加硫ゴム組成物及び接着剤組成物が、同種のゴム成分としてポリクロロプレンを含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接着方法。
【請求項５】
金属部材と高分子発泡体とが接着層を介して接着された接着構造であって、前記接着層は、金属部材側に近い第１層と、高分子発泡体側に近い第２層とが積層された積層構造を備え、前記第１層と第２層とは、同種のゴム成分を含有し、かつ、互いに異なる組成であることを特徴とする接着構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材と高分子発泡体との接着方法及び接着構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
接着層を介して金属部材と高分子発泡体とを接着する接着構造は、幅広い分野にて採用されている。接着層を構成する接着剤としては、ゴム系の液状接着剤が多用される。ゴム系の液状接着剤は、乾燥することにより、優れた接着性を発揮する。
【０００３】
しかしながら、金属部材と高分子発泡体との接着構造に対して、繰り返し応力がかかる環境下や、洗浄液等の化成品が接触する環境下においては、時間とともに高分子発泡体が金属部材から剥離するという問題が生じていた。
【０００４】
金属部材と高分子発泡体との接着構造の具体例として、たとえば、特許文献１に開示されているように、高速鉄道の鉄道車両の車体間には、連結部を覆う外幌が用いられる。外幌は、厚みのある板状の高分子発泡体の前後両端に、車体に固定するための金属部材が接着された構成とされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２６８６０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記外幌の高分子発泡体と、金属部材との接着構造には、繰り返し応力がかかるとともに、定期的に車体を洗浄する洗浄液が接触するため、高分子発泡体の剥離の問題が顕著となっていた。
【０００７】
そこで、本発明では、上記問題に鑑み、接着層を介して金属部材と高分子発泡体とを接着する接着構造において、繰り返し応力や洗浄液等が接触しても高分子発泡体と金属部材との剥離の発生を抑制可能な接着方法及び接着構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明者が鋭意検討した結果、接着層を介した金属部材と高分子発泡体との接着構造において、剥離の発生する面が金属部材と接着剤層との間の界面であることを見出して本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明の一態様としての金属部材と高分子発泡体との接着方法は、前記金属部材に未加硫ゴム組成物を塗布して加熱することにより加硫ゴム層を形成する加硫ゴム層形成工程と、前記未加硫ゴム組成物と同種のゴム成分を含有する液状の接着剤組成物を、前記加硫ゴム層及び高分子発泡体の表面に塗布して乾燥させることにより、各層表面にそれぞれ第一接着剤層及び第二接着剤層を形成する接着剤層形成工程と、前記第一接着剤層と第二接着剤層とを接着する接着工程とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
接着剤層形成工程の直前に、前記接着剤組成物に前記ゴム成分を硬化させる硬化剤を配合するようにしてもよい。また、第一接着剤層及び第二接着剤層の表面に溶剤を接触させることで各接着剤層表面の接着性を高めた後、第一接着剤層と第二接着剤層とを互いに圧接して両層を接着するようにしてもよい。また、未加硫ゴム組成物及び接着剤組成物が、同種のゴム成分としてポリクロロプレンを含有するようにしてもよい。
【００１１】
上記態様によって得られる接着構造は、金属部材と高分子発泡体とが接着層を介して接着された構造であって、前記接着層は、金属部材側に近い第１層と、高分子発泡体側に近い第２層とが積層された積層構造を備え、前記第１層は、未加硫ゴム組成物を加熱加硫した加硫ゴム層から構成され、第２層は、第１層の未加硫ゴム組成物と同種のゴム成分を含有する液状の接着剤組成物を乾燥させた層から構成される。すなわち、第１層と第２層とは、同種のゴム成分を含有し、かつ、互いに異なる組成であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の一態様によれば、金属部材と高分子発泡体との間の接着層を、未加硫ゴム組成物を加熱加硫した加硫ゴム層と、未加硫ゴム組成物と同種のゴム成分を含有する液状の接着剤組成物を乾燥させた接着剤層とが積層された積層構造とし、加硫ゴム層と金属部材とを加硫接着により互いに強固に接着するとともに、加硫ゴム層と接着剤層とを同種ゴム成分で構成することにより互いに強固に接着する。これにより、金属部材と高分子発泡体とを強固に接着することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】高速鉄道の鉄道車両を示す概略図
【図２】外幌を構成する幌ユニットを示す概略図
【図３】分割幌を構成する、本発明の高分子発泡体と金属部材の接着構造体を示す平面図
【図４】分割幌の断面図
【図５】分割幌に金属プレートを取り付ける様子を示す側面図
【図６】本発明の接着構造を示す部分拡大概略図
【図７】本発明の接着方法の加硫ゴム層形成工程を示す部分拡大概略図
【図８】本発明の接着方法の接着剤層形成工程を示す部分拡大概略図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を基に説明する。本実施形態では、高速鉄道用の鉄道車両に使用される外幌における金属部材と高分子発泡体の接着構造及び接着方法について説明する。
【００１５】
図１は、高速鉄道の鉄道車両を示す概略図である。鉄道車両１は、台車２と、台車２に搭載される車体３とを備える。車体３、３間の連結部は車体３の外周に沿って外幌４により覆われる。外幌４は、複数の幌ユニット５からなる分割構造とされる。図２に示すように、幌ユニット５は、複数の分割幌６と、複数の分割幌６を隙間なく一体に固定して車体３に取り付ける固定金具７とを備える。以下、車体３の前後方向をＸ、外周方向をＹとする。
【００１６】
図３及び図４に示すように、分割幌６は、外側シート８と内側シート９との間に高分子発泡体１１が介在した複層構造とされる。高分子発泡体１１は、前後方向Ｘの断面形状がアーチ状の扁平ブロックから構成される。高分子発泡体１１の前面及び後面にはそれぞれ金属部材としての金属プレート１２、１２が接着される。この接着構造体における高分子発泡体１１と金属プレート１２との接着構造が本発明の接着構造とされる。
【００１７】
外側シート８と内側シート９は基材を編物で構成し、その一面に伸縮復元性に富むエラストマーをコーティングして耐久性を持たせている。その際、エラストマーは編物の表面繊維にのみ絡ませてコーティングすることにより編物の伸縮復元性を阻害しないようにしている。基材としての編物は高強度の繊維である芳香族ポリアミド繊維を緯編組織に編成しており、編物の引張強度と伸び量によって飛来物の衝撃エネルギーを吸収する緩衝機能を持たせている。エラストマーとしては耐久性、伸縮復元性に富んだウレタンエラストマーを用いており、繰り返し高速走行によっても破損・裂傷が発生するおそれのない外幌としている。高分子発泡体１１としてはゴム状弾性体であるクロロプレンゴムの発泡体を採用している。
【００１８】
金属プレート１２には、図示しない複数のネジ孔が形成されており、このネジ孔にボルト（図示せず）が螺合可能とされる。高分子発泡体１１は、外面が平面状で、内面が凹状に湾曲した湾曲面とされる。
【００１９】
外側シート８の前後方向Ｘの長さは、高分子発泡体１１の外面側の金属プレート１２，１２間の直線長さよりも長めに形成される。外側シート８は、高分子発泡体１１の外面に接着し、その前後端部は、金属プレート１２を覆うように折り返す。
【００２０】
同様に、内側シート９の前後方向Ｘの長さも、高分子発泡体１１の内面側の金属プレート１２，１２間の湾曲した長さよりも長めに形成される。そして、上述のごとく、内側シート９を高分子発泡体１１の内面に接着し、その前後端部は金属プレート１２を覆うように折り返し、ネジ孔を覆った外側シート又は内側シート部分に貫通孔を形成する。このようにして分割幌６が形成される。
【００２１】
得られた分割幌６は、図２及び図５に示すように、複数向きを揃えた上で外周方向Ｙに１列に並べ、隣接する分割幌６の左右端同士を接合する。固定金具７には、図示しないボルト穴が形成されており、固定金具７のボルト穴と分割幌６に形成された貫通孔とを合わせて図示しないボルトにて締結する。これにより、分割幌６の前端及び後端にそれぞれ固定金具７，７が固定されて幌ユニット５が構成される。幌ユニット５は、前端側の固定金具７及び後端側の固定金具７がそれぞれ連結部の前側の車体３及び後側の車体３に取り付けられる。
【００２２】
上述のごとく、分割幌６は、外側シート８、高分子発泡体１１及び内側シート９の積層構造とされる。これにより、伸縮復元性を持たせ、高速走行時の膨らみ、分割幌のバタツキによる騒音発生や幌寿命の低下を防止している。
【００２３】
一方、分割幌６には外力が作用し、伸縮を繰り返すことになる。これにより、時間経過とともに外側シート８及び内側シート９に細かいひび割れが発生し、そこから雨水や車体洗浄用の洗浄液が外側シート８の内部にしみ込む。従来は、これらの化学薬品や水分が高分子発泡体１１と金属プレート１２との接着面に達して金属プレート１２と接着剤層との間に剥離が発生していた。
【００２４】
そこで、本発明では、図６に示すように、金属プレート１２と高分子発泡体１１との間の接着層として、金属部材側に近い第１層１３と、高分子発泡体側に近い第２層１４とが積層された積層構造を採用している。
【００２５】
具体的に、第１層１３は、未加硫ゴム組成物を加熱加硫した加硫ゴム層から構成され、第２層１４は、第１層１３の未加硫ゴム組成物と同種のゴム成分を含有する液状の接着剤組成物を乾燥させた接着剤層から構成される。すなわち、第１層１３と第２層１４とは、同種のゴム成分を含有し、かつ、互いに異なる組成とされる。
【００２６】
上記接着構造によれば、加硫ゴム層１３と金属部材１２とを加硫接着により互いに強固に接着するとともに、加硫ゴム層１３と接着剤層１４とを同種ゴム成分で構成することにより互いに強固に接着する。これにより、金属部材１２と高分子発泡体１１とを強固に接着することが可能となる。
【００２７】
上記接着構造を形成する方法について説明する。先ず、図７に示すように、金属プレート（金属部材）１２に未加硫ゴム組成物を塗布する。未加硫ゴム組成物は、未加硫ゴム及び加硫剤を含有しており、通常、溶剤や分散媒等によって希釈される。未加硫ゴム組成物には、加硫剤のほか、加硫助剤、加硫促進剤、老化防止剤などの公知の添加剤を適宜配合することができる。
【００２８】
未加硫ゴム組成物は、金属部材１２に塗布して溶剤や分散媒を蒸発させることで未加硫ゴム層が形成され、さらに未加硫ゴム層を加熱して加硫することで加硫ゴム層である第１層１３を形成する（加硫ゴム層形成工程）。なお、金属部材を構成する金属の種類と加硫ゴムの種類との組み合わせによっては、金属部材１２と加硫ゴム層１３との接着性が低くなる場合が生じる。このような場合には、公知のプライマーによって金属部材１２を表面処理することで金属部材１２と加硫ゴム層１３との接着性を良好に維持することができる。
【００２９】
次いで、図８に示すように、金属部材１２に形成した加硫ゴム層１３の表面と、高分子発泡体１１の表面とに、それぞれ液状の接着剤組成物を塗布し、乾燥させることにより、第一接着剤層１５及び第二接着剤層１６を形成する（接着剤層形成工程）。加硫ゴム層１３の表面に液状の接着剤組成物を塗布する前に、加硫ゴム層１３の表面をサンドペーパー等によって粗面化しておくのが好ましく、アンカー効果によって加硫ゴム層と第一接着剤層１５との接着性をより高めることができる。そして、最後に、第一接着剤層１５と第二接着剤層１６とを接着することにより接着剤層１４を形成することができる（接着工程）。
【００３０】
なお、第一接着剤層１５と第二接着剤層１６とを接着する際には、両層が適度に乾燥した時点で接着を行うことで高い接着性を発揮する。ただ、両層を乾燥させすぎると両層の接着性が低下するため、第一接着剤層１５と第二接着剤層１６とを接着させるタイミングをはかるのは難しい。そこで、本発明では、いったん第一接着剤層１５と第二接着剤層１６を十分乾燥させた後に、両層１５，１６のうち、少なくとも一方の層に溶剤を刷毛塗り等の方法によって接触させるようにした。
【００３１】
これにより、接着剤層の接着性を再度高めることが可能となる。その後、第一接着剤層１５と第二接着剤層１６とを互いに圧接して接着させる。各接着剤層１５，１６の接着性を再度高める方法としては、溶剤を塗布するのみならず、両層１５，１６のうち、少なくとも一方の層を加熱することで再度接着性を高めることも可能である。
【００３２】
液状の接着剤組成物は、未加硫ゴム組成物と同種のゴム成分と、溶剤又は分散媒とを含有し、溶剤又は分散媒が蒸発乾燥することで接着剤層が形成される。すなわち、未加硫ゴム組成物は、加硫によって接着力を発揮し、接着剤組成物は、溶剤又は分散媒が蒸発することによって接着力を発揮する。
【００３３】
接着剤組成物には、接着剤層形成工程の直前に、室温でゴム成分を硬化させる硬化剤を添加することも可能である。これにより、接着剤層１４の耐熱性をより向上させることが可能となる。なお、この場合には、接着剤組成物のポットライフ（可使時間）内に第一接着剤層１５と第二接着剤層１６とを接着する必要がある。
【００３４】
未加硫ゴムとしては、硫黄系や過酸化物系の加硫剤による架橋反応によりゴム状弾性体を形成可能なものであればよく、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、クロロプレンゴム等のジエン系ゴムのほか、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、ウレタンゴム、シリコ−ンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化ポリエチレン、アクリルゴム、フツ素ゴム、エピクロヒドリンゴム等の非ジエン系ゴム等を挙げることができ、これらのうちの１ 種または２ 種以上をブレンドして使用することができる。
【００３５】
未加硫ゴム組成物及び接着剤組成物で用いられる同種ゴム成分として、高分子発泡体１１を構成するゴム成分と同じものを使用することができ、接着剤層である第２層１４と高分子発泡体との高い接着性が期待できる。
【００３６】
また、接着剤組成物のゴム成分としてクロロプレンゴム（ポリクロロプレン）を用いた場合、接着剤層の初期接着力が高く、化学的安定性に優れるという点で好ましい。なお、クロロプレンゴムと他のゴム種を併用する場合は、クロロプレンゴムを主成分とするのが好ましく、未加硫ゴム全体のうち、クロロプレンゴムを５０質量％以上とするのがより好ましい。未加硫ゴム組成物及び液状接着剤組成物が複数種のゴム成分を含有する場合、少なくともそのうちの１種が同種のゴム成分であればよい。
【００３７】
上述したように、加硫ゴム層である第１層１３と接着剤層である第２層１４とは、同種のゴム成分を含有し、かつ、互いに異なる組成とされる。具体的に、第１層では、未加硫ゴムを加硫するための加硫剤を含み、さらに加硫助剤及び加硫促進剤等を含む場合があるのに対し、第２層１４では硬化剤を含むことはあっても、基本的に加熱により加硫する加硫剤を含まず、この点で第２層と組成及び物性が異なる。組成の差異は、光学的又は電子光学的な手法により確認することができる。
【実施例】
【００３８】
［金属部材と高分子発泡体との接着構造を備えた分割幌の作製］
本実施例では、上記実施形態で示した分割幌を作製して、耐久性を評価した。具体的には、高分子発泡体として発泡クロロプレンゴムを用い、これと金属プレートとを接着して接着構造を備えた分割幌を形成した。以下にその手順を記す。
【００３９】
先ず、金属プレートの表面に、ゴムと金属との加硫接着用として公知のプライマーを用いてプライマー処理を行った。すなわち、金属プレート表面に下塗りプライマーを塗布し乾燥させた後、さらに上塗りプライマーを塗布し乾燥させた。
【００４０】
プライマー処理した金属プレートに、ポリクロロプレン、加硫剤（硫黄、酸化亜鉛及び酸化マグネシウム）、加硫促進剤（チオウレア系及びジチオカルバミン酸塩類系）及び溶剤を含有する未加硫ゴム組成物を塗布し、１３０℃×２．５時間加熱して加硫ゴム層を形成した。
【００４１】
金属プレート上に形成した加硫ゴム層の表面をサンドペーパーにて粗面化した後、トルエンにて清浄化した。そこに、溶剤型クロロプレン系接着剤にイソシアネート系硬化剤としてトリフェニルメタントリイソシアネートを混合した接着剤組成物を塗布すると共に、高分子発泡体の表面にも塗布した。
【００４２】
接着剤組成物を十分乾燥させて接着剤層を形成した後、両接着剤層にトルエンを塗布して接着剤層の接着性を高めた状態で、両接着剤層を接着した。これにより、高分子発泡体と金属プレートとを接着した接着構造体を得た。その後、図６及び図７に示すように、接着構造体に外側シート及び内側シートを接着して分割幌を作製した（実施例）。
【００４３】
これに対して、基本的な構成は実施例と同じとした上で、金属プレートの表面を化学的に粗面化（ケミカルブラスト処理）し、未加硫ゴム組成物を用いずに、金属プレートと高分子発泡体とを、直接、上記接着剤組成物で接着した分割幌を作製し、これを比較例とした。
【００４４】
［評価試験］
実際の高速鉄道車両に搭載された分割幌にかかる１年分の伸縮量を測定してこれを１サイクルとし、伸縮試験装置にセットした分割幌を１サイクル分伸縮させた。１サイクルごとに分割幌にアルカリ性洗浄液を噴霧した。このように、分割幌を伸縮させることによって、外側シート及び内側シートに細かいひび割れが発生し、そこから洗浄液が高分子発泡体と金属プレートの接着面に浸透する。これによって高分子発泡体と金属プレートとの剥離が促進される。
【００４５】
［評価結果］
実施例及び比較例で試験を行なった結果、比較例では、伸縮試験３サイクルで高分子発泡体と金属プレート（金属部材）の間で剥離が発生したのに対し、実施例では１６サイクル終了時点でも剥離は発生しなかった。以上より、高分子発泡体と金属プレートとの間の接着層を、加硫ゴム層と、加硫ゴム層のゴム成分と同種のゴム成分を含有する液状の接着剤組成物を乾燥させた接着剤層とから構成することにより、金属部材と高分子発泡体とを強固に接着することが可能となる。
【００４６】
以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明の範囲はこれに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することができる。たとえば、本実施形態では鉄道車両の分割幌の接着構造について説明したが、これに限らず、本発明の接着構造は、高分子発泡体を貼着した金属ガスケットに用いることも可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１            鉄道車両
２            台車
３            車体
４            外幌
５            幌ユニット
６            分割幌
７            固定金具
８            外側シート
９            内側シート
１１            高分子発泡体
１２            金属プレート（金属部材）
１３            第１層（加硫ゴム層）
１４            第２層（接着剤層）
１５            第一接着剤層
１６            第二接着剤層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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