(57)【要約】【課題】特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上した空気バネ用ゴム組成物及びこれを用いた空気バネを提供すること。【解決手段】天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を含有する空気バネ用ゴム組成物において、さらにゴム成分としてエチレン・α−オレフィン・ジエン共重合体ゴムをゴム成分合計１００重量部に対して１０〜４０重量部含有するものとする。好ましくは、天然ゴムの含有量をＷ１、ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を含有する空気バネ用ゴム組成物において、
さらに前記ゴム成分としてエチレン・α−オレフィン・ジエン共重合体ゴムを前記ゴム成分合計１００重量部に対して１０〜４０重量部含有することを特徴とする空気バネ用ゴム組成物。
【請求項２】
前記天然ゴムの含有量をＷ１、前記ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２である請求項１記載の空気バネ用ゴム組成物。
【請求項３】
前記エチレン・α−オレフィン・ジエン共重合体ゴムの重量平均分子量が８０万〜２００万である請求項１または２に記載の空気バネ用ゴム組成物。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の空気バネ用ゴム組成物を使用し、加硫、成形して得られる空気バネ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば鉄道車両等の車両用として緩衝機能を発揮する空気バネを形成するための空気バネ用ゴム組成物、特に耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上した空気バネ用ゴム組成物、及びこれを用いた空気バネに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両等の車両用として緩衝機能を発揮する空気バネは、様々な温度環境下にて使用され、場合によっては寒冷地にて使用される場合がある。この種の空気バネに使用される空気バネ用ゴム組成物としては、低温環境下におけるゴム弾性力の低下等、使用環境に対する耐寒性、オゾンによるクラック発生等、使用環境に対する耐候性、等が要求される場合が多い。このため、かかるゴム組成物中のゴム成分としては、天然ゴムとポリクロロプレンゴムとをブレンドしたものが多用されている。ところがこのようなゴム組成物の加硫ゴムは低温環境下において硬化し、ゴム弾性力が低下し易いことや、耐候性の面で問題点がある。
【０００３】
下記特許文献１には、空気バネの耐候性を向上させる手段として、天然ゴムとポリクロロプレンゴムとのブレンド系にエチレン・α−オレフィン・ジエン共重合体ゴム（以下、「ＥＰＤＭ」という）を配合したゴム組成物が記載されている。しかし、かかるゴム組成物を使用した空気バネは、耐候性は向上するものの、耐寒性に劣る場合がある。
【０００４】
一般に、空気バネにおいて、その耐候性の向上と耐寒性の向上とは二律背反の関係にある。特に、空気バネがマイナス数十度以下の極寒地で使用される場合、そのゴム弾性力が著しく低下し、最悪の場合、空気バネのバースト等、故障が発生する可能性がある。したがって、特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性を向上した空気バネの開発は非常に困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−８２７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上した空気バネ用ゴム組成物及びこれを用いた空気バネを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、以下に示す空気バネ用ゴム組成物及びこれを用いた空気バネにより上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明に係る空気バネ用ゴム組成物は、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を含有する空気バネ用ゴム組成物において、さらに前記ゴム成分としてＥＰＤＭを前記ゴム成分合計１００重量部に対して１０〜４０重量部含有することを特徴とする。
【０００９】
上記ゴム組成物は、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分を使用することにより、耐寒性を向上することができる。さらにゴム成分としてＥＰＤＭをゴム成分合計１００重量部に対して１０〜４０重量部含有することにより、主としてポリブタジエンゴムを含有することに起因する、良好な耐寒性を確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上することができる。
【００１０】
ここで、ゴム組成物中の天然ゴム含有量を減量し、ＥＰＤＭを配合した場合、耐候性は向上するものの、耐寒性が悪化することが予測されるが、天然ゴムとポリブタジエンゴムとのブレンド系において所定量のＥＰＤＭを含有する場合、良好な耐寒性を確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上する効果を有することがわかった。かかる効果が得られる理由は、天然ゴムとポリブタジエンゴムとのブレンド系において、所定量のＥＰＤＭを配合し、混練後に加硫成形した場合、天然ゴムとポリブタジエンゴムとが相分離しつつ、ポリブタジエンゴムとＥＰＤＭとが海島構造（ポリブタジエンゴム；海、ＥＰＤＭ；島）を形成し、見かけ上のポリブタジエンゴムの含有量が増加する結果、耐寒性の悪化が抑制されるものと推測される。
【００１１】
上記において、前記天然ゴムの含有量をＷ１、前記ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２であることがより好ましい。かかるゴム組成物によれば、ポリブタジエンゴムの含有量が十分に確保されることにより、耐寒性をさらに良好に確保しつつ、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上することができる。
【００１２】
上記において、前記エチレン・α−オレフィン・ジエン共重合体ゴム（ＥＰＤＭ）の重量平均分子量が８０万〜２００万であることが好ましく、１１０万〜１８０万であることがより好ましい。ゴム組成物中でのＥＰＤＭの重量平均分子量がこのような範囲内であると、耐寒性と耐候性とを特に向上しつつ、ゴムの引張強度をさらに向上することができる。なお、重量平均分子量が上記範囲内であるＥＰＤＭとしては、それ単体であってもよく、あるいは重量平均分子量が上記範囲内であって、パラフィン等のオイルを含有するＥＰＤＭ（油展高分子量ＥＰＤＭ）であってもよい。
【００１３】
別の本発明に係る空気バネは、上記記載の空気バネ用ゴム組成物を使用し、加硫、成形して得られることを特徴とする。かかる空気バネは、特にマイナス数十度以下の極寒地であっても耐寒性を良好に確保しつつ、耐候性を備え、特に鉄道車両用空気バネ等、とりわけ極寒地を走行する鉄道車両用空気バネ等として有用である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明に係る空気バネ用ゴム組成物においては、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分、すなわちゴム成分中の天然ゴム及びポリブタジエンゴムの合計の含有量がゴム成分合計１００重量部に対して６０重量部以上であり、好ましくは７０重量部以上である。ここで、天然ゴムの含有量をＷ１、ポリブタジエンゴムの含有量をＷ２とした場合に、Ｗ１≦Ｗ２であると、耐寒性がより向上するため好ましい。なお、天然ゴム及びポリブタジエンゴムに加えてブレンドすることができるゴムとしては、例えばポリイソプレンゴム、ポリスチレンブタジエンゴム、ポリブチルゴム、ポリアクリルニトリルブタジエンゴム、ポリクロロプレンゴム等が挙げられる。かかるゴムは１種又は２種以上をブレンドしても良い。
【００１５】
また、本発明に係る空気バネ用ゴム組成物においては、天然ゴム及びポリブタジエンゴムを主成分とするゴム成分に加えて、ＥＰＤＭをゴム成分合計１００重量部に対して１０〜４０重量部含有する。ゴム成分合計１００重量部に対するＥＰＤＭの含有量が１０重量部未満であると、耐候性、とりわけ耐オゾン性を向上する効果が十分でなく、一方、ゴム成分合計１００重量部に対するＥＰＤＭの含有量が４０重量部を超えると、耐寒性が悪化する。ゴム成分合計１００重量部に対するＥＰＤＭの含有量は、好ましくは１０〜４０重量部であり、より好ましくは、２０〜３０重量部である。
【００１６】
なお、本発明で使用するＥＰＤＭ（エチレン・α−オレフィン・ジエン共重合体ゴム）を構成する「α−オレフィン」としては、例えば、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１−デセン等が挙げられ、なかでもプロピレンが好ましい。また、「ジエン（ジエン系成分）」としては、例えば、１，４−ヘキサジエン、１，６−オクタジエン、２−メチル−１，５−ヘキサジエン、６−メチル−１，５−ヘプタジエン、７−メチル−１，６−オクタジエンのような鎖状非共役ジエン；シクロヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、メチルテトラヒドロインデン、５−ビニルノルボルネン、５−エチリデン−２−ノルボルネン、５−メチレン−２−ノルボルネン、５−イソプロピリデン−２−ノルボルネン、６−クロロメチル−５−イソプロペニル−２−ノルボルネンのような環状非共役ジエン；２，３−ジイソプロピリデン−５−ノルボルネン、２−エチリデン−３−イソプロピリデン−５−ノルボルネン、２−プロペニル−２，２−ノルボルナジエン、１，３，７−オクタトリエン、１，４，９−デカトリエンのようなトリエン等が挙げられ、なかでも１，４−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン及び５−エチリデン−２−ノルボルネンが好ましい。
【００１７】
上記ＥＰＤＭとして、重量平均分子量が８０万〜２００万、さらには１１０万〜１８０万であるＥＰＤＭをゴム組成物中に含有することが好ましい。ゴム組成物中でのＥＰＤＭの重量平均分子量がこのような範囲内であると、耐寒性と耐候性とを特に向上しつつ、ゴムの引張強度をさらに向上することができる。このような重量平均分子量を有するＥＰＤＭとして、例えばエスプレン５０５（重量平均分子量６０万、住友化学社製）、エスプレン５５２（重量平均分子量９０万住友化学社製）、ＥＰ１０３ＡＦ（重量平均分子量１１０万、ＪＳＲ社製）等の市販品を好適に使用することができる。また、重量平均分子量が上記範囲内であって、パラフィン等のオイルを含有するＥＰＤＭ（油展高分子量ＥＰＤＭ）も好適に使用可能であり、このような油展高分子量ＥＰＤＭとして、例えばＥＰ９８（ＪＳＲ社製）が挙げられる。
【００１８】
本発明に係る空気バネ用ゴム組成物中には、かかるゴム成分以外に硫黄、カーボンブラック、加硫促進剤、老化防止剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤、シリカ、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックスやオイル等の軟化剤、加工助剤等の通常ゴム工業で使用される配合剤を、本発明の効果を損なわない範囲において適宜配合し用いることができる。
【００１９】
硫黄は通常のゴム用硫黄であればよく、例えば粉末硫黄、沈降硫黄、不溶性硫黄、高分散性硫黄等を用いることができる。本発明に係る空気バネ用ゴム組成物における硫黄の含有量は、ゴム成分１００重量部に対して０．５〜３．５重量部である。硫黄の含有量が０．５重量部未満であると、加硫ゴムの架橋密度が不足してゴム強度等が低下し、３．５重量部を超えると空気バネの耐熱性が悪化する。空気バネのゴム強度を良好に確保し、耐熱性をより向上するためには、硫黄の含有量がゴム成分１００重量部に対して１．５〜３重量部であることが好ましく、１．５〜２．５重量部であることがより好ましい。
【００２０】
カーボンブラックとしては、例えばＳＡＦ、ＩＳＡＦ、ＨＡＦ、ＦＥＦ、ＧＰＦ等が用いられる。カーボンブラックは、加硫後のゴムの硬度、補強性、低発熱性等のゴム特性を調整し得る範囲で使用することができる。本発明に係る空気バネ用ゴム組成物におけるカーボンブラックの配合量は、ゴム成分１００重量部に対して２０〜１００重量部の範囲であり、好ましくは３０〜７０重量部である。この配合量が２０重量部未満では、カーボンブラックの補強効果が充分に得られず、１００重量部を超えると、発熱性、ゴム混合性及び加工時の作業性等が悪化する。
【００２１】
加硫促進剤としては、ゴム加硫用として通常用いられる、スルフェンアミド系加硫促進剤、チウラム系加硫促進剤、チアゾール系加硫促進剤、チオウレア系加硫促進剤、グアニジン系加硫促進剤、ジチオカルバミン酸塩系加硫促進剤等の加硫促進剤を単独、又は適宜混合して使用しても良い。
【００２２】
老化防止剤としては、ゴム用として通常用いられる、芳香族アミン系老化防止剤、アミン−ケトン系老化防止剤、モノフェノール系老化防止剤、ビスフェノール系老化防止剤、ポリフェノール系老化防止剤、ジチオカルバミン酸塩系老化防止剤、チオウレア系老化防止剤等の老化防止剤を単独、又は適宜混合して使用しても良い。
【００２３】
本発明に係る空気バネ用ゴム組成物は、ゴム成分、硫黄、カーボンブラック、加硫促進剤、老化防止剤、加硫促進助剤、加硫遅延剤、シリカ、シランカップリング剤、酸化亜鉛、ステアリン酸、ワックスやオイル等の軟化剤、加工助剤等を、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール等の通常のゴム工業において使用される混練機を用いて混練りすることにより得られる。
【００２４】
また、上記ゴム組成物における各成分の配合方法は特に限定されず、硫黄及び加硫促進剤等の加硫系成分以外の配合成分を予め混練してマスターバッチとし、残りの成分を添加してさらに混練する方法、各成分を任意の順序で添加し混練する方法、全成分を同時に添加して混練する方法等のいずれでもよい。
【実施例】
【００２５】
以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。
【００２６】
＜耐オゾン性＞
ＪＩＳ−Ｋ６２５９による。評価は比較例１のゴム組成物を加硫して得られたゴムの耐オゾン性の評価結果を１００として指数評価した。数値が大きいほど、耐オゾン性に優れていることを示す。
【００２７】
＜耐寒性＞
ＪＩＳ−Ｋ６２６１による。評価は比較例１のゴム組成物を加硫して得られたゴムの耐寒性の評価結果を１００として指数評価した。数値が大きいほど、耐寒性に優れていることを示す。
【００２８】
＜引張強度＞
ＪＩＳ−Ｋ６２５１による。評価はＪＩＳ３号ダンベルを使用して作製したサンプルを用いて行った。
【００２９】
（ゴム組成物の調製）
表１の配合処方に従い、実施例１〜５及び比較例１〜３のゴム組成物を配合し、通常のバンバリーミキサーを用いて混練し、ゴム組成物を調整した。表１に記載の各配合剤を以下に示す。
【００３０】
ａ）ゴム成分
（Ａ）天然ゴム  ＲＳＳ＃３
（Ｂ）ポリブタジエンゴム  （「ＢＲ０１」、ＪＳＲ社製）
（Ｃ）ＥＰＤＭ  
（ｉ）「エスプレン５０５」（重量平均分子量６０万）、住友化学社製
（ｉｉ）「エスプレン５５２」（重量平均分子量９０万）、住友化学社製
（ｉｉｉ）「ＥＰ１０３ＡＦ」、（重量平均分子量１１０万）、ＪＳＲ社製
ｂ）カーボンブラック  ＨＡＦ（「シースト３」、東海カーボン社製）
ｃ）アロマ系プロセスオイル  （「ダイアナプロセスオイルＡＨ−２４」、出光興産社製）
ｄ）酸化亜鉛  ３号亜鉛華
ｅ）ステアリン酸  工業用ステアリン酸
ｆ）ワックス  ミクロクリスタリンワックス
ｇ）老化防止剤  
（Ａ）Ｎ−フェニル−Ｎ’−（１，３−ジメチルブチル）−ｐ−フェニレンジアミン（「ノクラック６Ｃ」、大内新興化学工業社製）
（Ｂ）２，２，４−トリメチル−１，２−ジヒドロキノリン重合体（「ノンフレックスＲＤ」、精工化学社製）
ｈ）硫黄  ５％オイル処理硫黄
ｉ）加硫促進剤  
（Ａ）Ｎ−シクロヘキシルー２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（「ノクセラーＣＺ−Ｇ（ＣＺ）」、大内新興化学工業社製）
（Ｂ）Ｎ−ｔｅｒｔ−ブチル−２−ベンゾチアゾリルスルフェンアミド（「ノクセラー  ＮＳ−Ｐ（ＮＳ）」、大内新興化学工業社製）
【００３１】
（実施例、比較例）
各ゴム組成物については、所定の金型を使用して１６０℃にて２０分加熱、加硫することにより、それぞれの加硫ゴムを作製して特性評価を行った。結果を表１に示す。
【００３２】
【表１】
2009215541.tif 000002
【００３３】
表１の結果より、比較例１〜３のゴム組成物を使用した加硫ゴムに比べて、実施例１〜５のゴム組成物を使用した加硫ゴムは、引張強度及び耐寒性を良好に確保しつつ、耐オゾン性が向上していることがわかる。また、実施例６及び７のゴム組成物を使用した加硫ゴムは、さらに耐寒性及び引張強度をバランスよく向上しつつ、耐オゾン性が特に向上していることがわかる。