JP2009264565A - ローリングダイヤフラムおよび空気圧シリンダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な作業環境下に簡単な操作で製造することができ、これを備えてなる空気圧シリンダ装置において、コンボリューション部の噛み込み現象の発生を確実に防止することができ、これを備えてなる空気圧シリンダ装置をクリーンルームなどの清浄な環境下においても作動させることができるローリングダイヤフラムを提供すること。
【解決手段】 空気圧シリンダ装置の隔膜を構成するローリングダイヤフラムであって、膜部１１とコンボリューション部１２と周縁部１３とを有し、少なくとも、コンボリューション部１２の低圧側における表面が、特定のフッ素含有化合物と、シランカップリング剤と、これらを溶解する溶剤とを含有する組成物によって処理されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ローリングダイヤフラム、およびこれを備えた空気圧シリンダ装置に関する。

空気圧シリンダ装置を構成する変形可能な隔膜として、ローリングダイヤフラムが知られている。ここに、本出願人は、ローリングダイヤフラムを備えた空気圧シリンダ装置を提案している（例えば、特許文献１参照）。

図２および図３は、それぞれ、空気圧シリンダ装置の内部構造を示す断面図であり、図２はピストンが最下位にある状態を示し、図３はピストンが最上位にある状態を示している。なお、上下の概念は、説明の都合上定めたものであり、実際に使用する際には、上下が逆になったり、ピストンが水平に移動したりすることもある。

図２および図３において、２０はシリンダ、２１および２２はシリンダ２０を構成する円筒状のケーシング、２３は、ケーシング２２に設けられた空気導入孔、２４はピストン、２５はピストンロッド、２６はリテーナ、２７はバネである。３０はローリングダイヤフラムであり、ローリングダイヤフラム３０は、膜部３１とコンボリューション部３２と周縁部３３とを有している。ローリングダイヤフラム３０の膜部３１は、リテーナ２６によってピストン２４の端面２４１に固定されている。

図２に示した状態において、シリンダ２０の内部空間（ローリングダイヤフラム３０によって仕切られた上方空間Ｓ_A および下方空間Ｓ_B ）の圧力は大気圧になっている。
また、ピストン２４は、バネ２７による下向きの付勢力を受けて下側のケーシング２２内（最下位）に位置している。このとき、ローリングダイヤフラム３０のコンボリューション部３２は、ほぼ全ての表面が、ピストン２４の側面２４２に接触している。

図２に示した状態から、ケーシング２２の空気導入孔２３から圧縮空気を供給すると、シリンダ２０およびローリングダイヤフラム３０によって区画された下方空間Ｓ_B が加圧状態（例えば０．１〜１ＭＰａ）となり、ピストン２４の端面２４１に上向きの力（バネ２７による付勢力よりも大きい力）が作用し、バネ２７の付勢力に抗してピストン２４（ピストンロッド２５）が上昇する。

ピストン２４の上昇に伴い、ローリングダイヤフラム３０のコンボリューション部３２の表面は、ピストン２４の側面２４２から徐々に離れてシリンダ２０（ケーシング２１）の内壁面に接触し、コンボリューション部３２の折り返し部分が上昇する。このようにして、ローリングダイヤフラム３０が反転することになる。
ピストン２４の上昇は、その上端面２４３がケーシング２１の内壁（端面）に当接することによって停止し、図３に示したようにピストン２４が最上位に至る。

図３に示した状態において、シリンダ２０の上方空間Ｓ_A の圧力は大気圧（低圧）となり、下方空間Ｓ_B は加圧状態（高圧）となっている。従って、図２および図３に示す空気圧シリンダ装置において、上側が「低圧側」であり、下側が「高圧側」である。
また、ピストン２４は、下方空間Ｓ_B の圧力により上側のケーシング２１内（最上位）に位置している。このとき、ローリングダイヤフラム３０のコンボリューション部３２は、その一部の表面がケーシング２１の内壁面と接触し、その他の部分においてピストン２４の側面２４２に接触している。

図３に示した状態から、下方空間Ｓ_B の圧縮空気を抜いて、その圧力を大気圧に戻すと、バネ２７の付勢力によりピストン２４（ピストンロッド２５）が下降する。

ピストン２４の下降に伴い、ローリングダイヤフラム３０のコンボリューション部３２の表面は、シリンダ２０（ケーシング２１）の内壁面にから徐々に離れてピストン２４の側面２４２に接触し、コンボリューション部３２の折り返し部分が下降する。このようにして、ローリングダイヤフラム３０が再び反転することになる。
ピストン２４の下降は、リテーナ２６がケーシング２２の内壁に当接することによって停止し、図２に示したように、ピストン２４が最下位にある状態に戻る。
特開２００１−９９１０９号公報

上記のように、空気圧シリンダ装置におけるローリングダイヤフラムの変形（反転）は、シリンダの内壁面とピストンの側面との間隙を、コンボリューシン部の折り返し部分が移動することにより行われる。
しかし、シリンダの内壁面と、ピストンの側面との間隙はきわめて狭いために、空気圧シリンダ装置の作動中に、ローリングダイヤフラムのコンボリューション部が、前記間隙に噛み込まれることがある（以下、これを「コンボリューション部の噛み込み現象」という。）。

図４は、コンボリューション部の噛み込み現象が発生したときの空気圧シリンダ装置の内部を示す断面図であり、シリンダ２０（ケーシング２１およびケーシング２２）の内壁面とピストン２４の側面２４２との間隙にコンボリューション部３２が噛み込まれ、ピストン２４の移動（昇降）が不可能になっている。そして、一度噛み込まれたローリングダイヤフラム３０（コンボリューション部３２）は元の形状に復元することはできない。

特に、ローリングダイヤフラム３０が、低圧側（上方空間Ｓ_A 側）に偏在する補強布を内蔵する場合には、低圧側の表面（上方空間Ｓ_A に対向し、シリンダ２０の内壁面およびピストン２４の側面２４２に接触する表面）に布目があらわれるため潤滑性が損なわれやすく、コンボリューション部の噛み込み現象が発生しやすい。

コンボリューション部の噛み込み現象を防止する手段として、シリンダの内壁面およびピストンの側面と接触するコンボリューション部の表面（低圧側の表面）に、モリブデングリスなどのグリス（潤滑剤）を塗布して潤滑性（摺動性・低摩擦性）を付与することが考えられる。

しかし、グリスが塗布されているローリングダイヤフラムを備えた空気圧シリンダ装置を作動させると、グリス成分（例えばモリブデン粉末）の飛散が起こり周囲の環境を汚染するという問題があり、そのような空気圧シリンダ装置をクリーンルームなどの清浄な環境下で使用することはできない。
また、グリスの塗布では、潤滑性（摺動性・低摩擦性）の付与効果を長期にわたり維持することができず、ローリングダイヤフラムの使用寿命（例えば、摺動回数が往復１０００万回以上）に至る前にグリス切れとなり、この状態で作動を継続すると、コンボリューション部の噛み込み現象が発生してしまう。
さらに、グリスの塗布は煩雑であるとともに、作業環境の観点からも好ましくない。

本発明は以上のような事情に基いてなされたものである。
本発明の目的は、良好な作業環境下に簡単な操作で製造することができ、これを備えてなる空気圧シリンダ装置において、コンボリューション部の噛み込み現象の発生を確実に防止することができ、これを備えてなる空気圧シリンダ装置をクリーンルームなどの清浄な環境下においても作動させることができるローリングダイヤフラムを提供することにある。
本発明の他の目的は、コンボリューション部の噛み込み現象の発生を確実に防止することができ、クリーンルームなどの清浄な環境下においても作動させることができる空気圧シリンダ装置を提供することにある。

本発明のローリングダイヤフラムは、空気圧シリンダ装置の隔膜を構成するローリングダイヤフラムであって、膜部とコンボリューション部と周縁部とを有し、少なくとも、前記コンボリューション部の低圧側における表面が、下記一般式（Ｉ）で示されるフッ素含有化合物（以下、「特定のフッ素含有化合物」という。）と、シランカップリング剤と、これらを溶解する溶剤とを含有する組成物（以下、「特定の組成物」という。）によって処理されていることを特徴とする。
ここに、「低圧側における表面」とは、ローリングダイヤフラムを空気圧シリンダ装置に装着したときに、低圧側の内部空間に対向する表面をいい、具体的には、シリンダの内壁面およびピストンの側面と接触する表面をいう。

（式中、Ｒ_F はフルオロアルキル基を含有する基を表し、Ｒ¹ はアルキル基またはアルコキシ基を表し、ｘは１〜１００の整数である。）

本発明のローリングダイヤフラムにおいて、前記コンボリューション部の低圧側の表面を処理する特定の組成物が、式：Ｓｉ（ＯＲ² ）_n Ｒ³ _4-n （式中、Ｒ² はアルキル基を表し、Ｒ³ は１価の炭化水素基を表し、ｎは２〜４の整数である）で示される多官能性のアルコキシシラン化合物を含有することが好ましい。
また、前記アルコキシシラン化合物がトリアルコキシシラン化合物であること、特に、フェニルトリアルコキシシランであることが好ましい。

また、特定の組成物が酸触媒を含有することが好ましい。
また、特定の組成物中において、特定のフッ素含有化合物の含有量をａ、シランカップリング剤の含有量をｂ、前記アルコキシシラン化合物の含有量をｃとするとき、（ｂ＋ｃ）／ａの値が２〜４であることが好ましい。

本発明のローリングダイヤフラムは、低圧側に偏在して内蔵された補強布を有するものであることが好ましい。

本発明の空気圧シリンダ装置は、本発明のローリングダイヤフラムを備えてなることを特徴とする。
本発明の空気圧シリンダ装置は、クリーンルームまたはクリーンブース内で好適に使用される。

（１）本発明のローリングダイヤフラムは、良好な作業環境の下に簡単な操作で製造することができる。本発明のローリングダイヤフラムを備えた空気圧シリンダ装置によれば、コンボリューション部の噛み込み現象の発生を確実に防止することができるとともに、クリーンルームなどの清浄な環境下においても作動させることができる。
（２）多官能性のアルコキシシラン化合物を含有する特定の組成物により処理されたローリングダイヤフラムは、更に優れた耐久性を有するものとなる。
（３）本発明のローリングダイヤフラムを得るために施される表面処理は、低圧側に偏在して内蔵された補強布を有するローリングダイヤフラムにおいて特に効果的である。

以下、本発明について詳細に説明する。
＜ローリングダイヤフラムの構造＞
図１は、本発明のローリングダイヤフラムの一例を示す断面図である。このローリングダイヤフラム１０は、空気圧シリンダ装置の隔膜を構成するものであって、外側に偏在する補強布１５を内蔵し、膜部１１と、コンボリューション部１２と、フランジ状の周縁部１３と、ビート部１４とが一体的に成形（成型）された帽子状のゴム成型品である。
ここに、寸法としては、例えば、内径が５〜１０００ｍｍ、高さが１０〜２００ｍｍ、コンボリューション部１２の肉厚が０．３〜５ｍｍである。

ローリングダイヤフラム１０を構成するゴム（原料ゴム）としては特に限定されるものではなく、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、アクリルゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、フロロシリコーンゴムなどを例示することができる。

補強布１５は、外側に偏在して内蔵されており、ローリングダイヤフラム１０の外表面には補強布１５の布目があらわれている。補強布１５の材質としては、特に限定されるものではなく、通常のローリングダイヤフラムに使用されている合成繊維（例えばポリエステル、ポリアミド）からなる布などを使用することができる。補強布１５の厚さとしては、コンボリューション部１２の肉厚の２０〜５０％であることが好ましい。補強布１５が内蔵されていることによって、ローリングダイヤフラム１０において所期の耐圧性を確保することができる。

図１に示したローリングダイヤフラム１０の外表面は、特定の組成物により処理されている。特定の組成物により処理される「外表面」は、ローリングダイヤフラム１０を空気圧シリンダ装置に装着したときに、低圧側の内部空間（図２および図３における上方空間Ｓ_A ）に対向する表面、具体的には、シリンダの内壁面およびピストンの側面と接触する表面となる。

＜特定の組成物＞
ローリングダイヤフラム１０の外表面を処理する特定の組成物は、特定のフッ素含有化合物と、シランカップリング剤と、これらを溶解する溶剤とを含有する。

＜特定のフッ素含有化合物＞
特定の処理剤を構成する「特定のフッ素含有化合物」は、フルオロアルキル基を含有する基（Ｒ_F ）を分子両末端に有するとともに、−Ｓｉ（ＯＲ¹ ）₃ で示される基（トリアルコキシシリル基もしくはトリアルコキシアルコキシシリル基）が結合されてなる中間鎖を有するフッ素系のオリゴマーである。

特定のフッ素含有化合物を構成するフルオロアルキル基を含有する基（Ｒ_F ）の具体例としては、−ＣＦ₃ 、−Ｃ₂ Ｆ₅ 、−Ｃ₃ Ｆ₇ 、−Ｃ₆ Ｆ₁₃および−Ｃ₇ Ｆ₁₅など−Ｃ_q Ｆ_2q+1（ｑ＝１〜１０）で表されるフルオロアルキル基；−ＣＦ（ＣＦ₃ ）ＯＣ₃ Ｆ₇ 、−ＣＦ（ＣＦ₃ ）［ＯＣＦ₂ ＣＦ（ＣＦ₃ ）］ＯＣ₃ Ｆ₇ 、および−ＣＦ（ＣＦ₃ ）［ＯＣＦ₂ ＣＦ（ＣＦ₃ ）］₂ ＯＣ₃ Ｆ₇ で表される基（オキシフルオロアルキレン基およびフルオロアルキル基を含有する基）を例示することができ、これらのうち、−ＣＦ（ＣＦ₃ ）ＯＣ₃ Ｆ₇ で表される基が特に好ましい。

特定のフッ素含有化合物を構成する中間鎖の有する−Ｓｉ（ＯＲ¹ ）₃ で示される基の具体例としては、トリメトキシシリル基、トリエトキシシリル基などのトリアルコキシシリル基；トリ（メトキシメトキシ）シリル基、トリ（メトキシエトキシ）シリル基、トリ（エトキシメトキシ）シリル基、トリ（エトキシエトキシ）シリル基などのトリアルコキシアルコキシシリル基を挙げることができる。これらのうち、トリアルコキシシリル基が好ましく、トリメトキシシリル基が特に好ましい。

特定のフッ素含有化合物を示す上記一般式（Ｉ）において、中間鎖の数（ｘ）は１〜１００とされ、好ましくは１〜５０、更に好ましくは１〜１０、特に好ましくは２〜５とされる。

特定の組成物における特定のフッ素含有化合物の含有割合としては０．０５質量％以上であることが好ましく、更に好ましくは０．１〜１０質量％、特に好ましくは０．５〜５質量％とされる。特定のフッ素含有化合物の含有割合が過小である場合には、処理効果（コンボリューション部の噛み込み現象の防止効果）を付与することが困難となる。

＜シランカップリング剤＞
特定の処理剤を構成する「シランカップリング剤」としては、式：Ｓｉ（ＯＲ⁴ ）_m Ｒ⁵ _3-m −（ＣＨ₂ ）_n −Ｒ⁶ （式中、Ｒ⁴ はアルキル基またはアルコキシ基を表し、Ｒ⁵ はアルキル基を表し、ｍは１〜３の整数、好ましくは３であり、ｎは０〜５の整数、好ましくは０〜３の整数である。また、Ｒ⁶ は、ゴムのポリマー主鎖との反応性を有する有機官能基を表す。）で示されるものを挙げることができる。

上記式において、Ｓｉ（ＯＲ⁴ ）_m Ｒ⁵ _3-m −で表される基は、少なくとも１個、好ましくは３個の加水分解性基（−ＯＲ⁴ ）を有する。これにより、このシランカップリング剤は、複数の加水分解性基（−ＯＲ¹ ）を有する特定のフッ素含有化合物と反応することができる。
ここに、Ｓｉ（ＯＲ⁴ ）_m Ｒ⁵ _3-m −で表される基としては、トリメトキシシリル基などのトリアルコキシシリル基であることが好ましい。

また、ゴムのポリマー主鎖との反応性を有する有機官能基（Ｒ⁶ ）としては、アミノ基、メルカプト基、ビニル基、（メタ）アクリロイルオキシ基、エポキシ基、ウレイド基などを挙げることができる。これらのうち、不飽和結合を有するゴムのポリマー主鎖に対して反応性を有するメルカプト基、不飽和結合を有しないゴムのポリマー主鎖に対して反応性を有するビニル基を好適なものとして挙げることができる。
このように、ゴムの種類（ポリマー主鎖中の不飽和結合の有無など）に応じて、反応性有機官能基（Ｒ⁶ ）を選択することによれば、特定のフッ素含有化合物として同一種類の化合物を種々のゴムに対して使用することが可能となる。

特定の組成物において、シランカップリング剤の含有割合としては、特定のフッ素含有化合物の含有量の０．３〜５倍（質量比）であることが好ましく、更に好ましくは０．５〜２倍、特に好ましくは０．８〜１．５倍とされる。
シランカップリング剤の含有割合（特定のフッ素含有化合物に対する相対的な割合）が過小である組成物で処理する場合には、処理効果（コンボリューション部の噛み込み現象の防止効果）を長期にわたり持続させることが困難となる。一方、この割合が過大である場合には、特定のフッ素含有化合物の割合が相対的に過小となり、処理効果を付与すること自体が困難となる。

＜溶剤＞
特定の組成物を構成する溶剤としては、特定のフッ素含有化合物およびシランカップリング剤を溶解することができるものの中から選択することができ、これらの種類によっても異なるが、メタノール、エタノール、テトラヒドロフラン、ジクロロメタン、クロロホルム、ベンゼン、酢酸エチル、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、トルエン、アセトンなどの有機溶剤を例示することができ、これらのうち、メタノール、エタノール、ジクロロメタンおよびアセトンが好ましい。

＜任意成分＞
なお、特定の組成物には、その効果が損なわれない限度において、上記の必須成分以外に各種の任意成分が含有されていてもよい。

＜アルコキシシラン化合物＞
特定の組成物には、式：Ｓｉ（ＯＲ² ）_n Ｒ³ _4-n （式中、Ｒ² はアルキル基を表し、Ｒ³ は１価の炭化水素基を表し、ｎは２〜４の整数である）で示される多官能性のアルコキシシラン化合物が含有されていることが好ましい。
多官能性のアルコキシシラン化合物を含有する特定の組成物で表面処理することにより、ローリングダイヤフラムの耐久性の更なる向上（補強布の破損に至るまでの摺動回数の延長）を図ることができる。耐久性が向上する理由としては明らかでないが、アルコキシシラン化合物によって形成されるシロキサン架橋構造（耐摩耗性に優れた硬質の被膜）により表面が保護されるからであると推測される。

多官能性のアルコキシシラン化合物は、２官能性のジアルコキシシラン化合物〔Ｓｉ（ＯＲ² ）₂ Ｒ³ ₂ 〕、３官能性のトリアルコキシシラン化合物〔Ｓｉ（ＯＲ² ）₃ Ｒ³ 〕または４官能性のテトラアルコキシシラン化合物〔Ｓｉ（ＯＲ² ）₄ 〕である。

アルコキシシラン化合物を示す上記式において、Ｒ² で表されるアルキル基としては、メチル基、エチル基などを挙げることができ、Ｒ³ で表される１価の炭化水素基としては、メチル基、エチル基などのアルキル基、およびフェニル基などのアリール基が含まれる。

ここに、ジアルコキシシラン化合物の具体例としては、ジメチルジエトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシランおよびメチルオクチルジメトキシシランなどを挙げることができる。
また、トリアルコキシシラン化合物の具体例としては、トリエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシランなどが挙げられる。
さらに、テトラアルコキシシラン化合物の具体例としては、テトラメトキシシランおよびテトラエトキシシランを挙げることができる。
これらのうち、耐久性の良好なローリングダイヤフラムを得ることができるという観点から、トリアルコキシシラン化合物が好ましく、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシランなどのフェニルトリアルコキシシランが特に好ましい。

アルコキシシラン化合物の含有割合としては、特定のフッ素含有化合物の含有量の０．１倍以上（質量比）であることが好ましく、より好ましくは０．３〜１０倍、更に好ましくは０．５〜５倍、特に好ましくは１〜３倍とされる。アルコキシシランの含有割合（特定のフッ素含有化合物に対する相対的な割合）が過小である場合には、シロキサン架橋構造の形成（耐久性の向上効果）が不十分となる。

＜酸触媒＞
特定の組成物には、酸触媒が含有されていることが好ましい。
酸触媒が含有されて酸性（ｐＨが６以下、特に２〜５）とすることにより、特定のフッ素含有化合物の有する−Ｓｉ（ＯＲ¹ ）₃ で示される基と、シランカップリング剤の有するＳｉ（ＯＲ⁴ ）_m で示される基とを効率的に反応させることができる。
ここに、含有される酸触媒としては、無機酸であっても有機酸であってもよい。
ここに、無機酸としては、塩酸、硝酸、硫酸などを挙げることができ、塩酸が好ましい。また、有機酸としては、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、ブタン酸、ペンタン酸などを挙げることができ、酢酸が好ましい。

＜含有割合＞
特定の組成物において、特定のフッ素含有化合物の含有量をａ、シランカップリング剤の含有量をｂ、アルコキシシラン化合物の含有量をｃとするとき、（ｂ＋ｃ）／ａの値が２〜４であることが好ましく、特に好ましくは３である。
（ｂ＋ｃ）／ａの値が過小である組成物で処理する場合には、処理効果（コンボリューション部の噛み込み現象の防止効果）を長期にわたり持続させることが困難となる。一方、この値が過大である場合には、特定のフッ素含有化合物の割合が相対的に過小となり、処理効果を付与すること自体が困難となる。

＜ローリングダイヤフラムの製造方法＞
図１に示したローリングダイヤフラム１０を製造するためには、先ず、補強布１５の存在下に、ゴム組成物（未加硫ゴムを含むゴム配合物）を成形する。
ここに、好適な成形方法としては、ゴム組成物を半加硫させて得られる帽子状のゴム成形体に、布からなる帽子状の成形体（完成品において補強布１５となるもの）を被せて、これを型（凸部を有する下型および凹部を有する上型）で成形（加硫）する方法を挙げることができる。具体的には、特開平７−２５９９９２号公報に記載の方法を採用することが好ましい。このような方法によれば、帽子状のゴム成形体を構成する半加硫ゴムの一部が、これに接触する布の織目から滲出し、これにより、補強布の両面が加硫ゴムによって被覆された状態（補強布１５が外側に偏在して内蔵された状態）のローリングダイヤフラム（ゴム基材）を得ることができる。

次に、ローリングダイヤフラム（ゴム基材）の外表面を特定の組成物により処理する。具体的には、特定の組成物を塗布し、形成される塗膜を加熱する。これらの作業は、グリスを塗布する作業と比較して、簡単で、作業環境の点からも有利である。
ここに、塗布方法としては、スプレー法、浸漬法、刷毛やローラなどの塗布手段を使用する方法など特に制限されるものではない。なお、塗布後、塗膜から溶剤を除去するために乾燥処理を行うことが好ましい。
塗膜の加熱方法としては、例えば、オーブンにより加熱する方法を挙げることができる。加熱条件としては、例えば８０〜２５０℃で５〜１２０分間とされ、好ましくは１００〜２００℃で１０〜６０分間とされる。

ローリングダイヤフラム（ゴム基材）の外表面に塗布された塗膜（特定の組成物による塗膜）を加熱することにより、特定のフッ素含有化合物の有する−Ｓｉ（ＯＲ¹ ）₃ 基と、シランカップリング剤の有するＳｉ（ＯＲ⁴ ）_m 基との反応（加水分解・縮合反応）が進行するとともに、シランカップリング剤の有する有機官能基（Ｒ⁶ ）と、ゴムのポリマー主鎖との反応が進行する。この結果、特定のフッ素系化合物に由来する構造（潤滑性を発現する表面処理層）が、ローリングダイヤフラム（ゴム基材）の外表面に対して強固に密着することになり、付与された潤滑性が長期にわたり持続する。
また、特定の組成物による塗膜中にアルコキシシラン化合物が存在する場合には、当該アルコキシシラン化合物の有するＳｉ（ＯＲ² ）_n 基が、上記の−Ｓｉ（ＯＲ¹ ）₃ 基、Ｓｉ（ＯＲ⁴ ）_m 基と反応し、フッ素を含有するシロキサン架橋構造（潤滑性を発現し、耐摩耗性に優れた硬質の表面処理層）が形成される。

このようにして製造されたローリングダイヤフラム１０は、空気圧シリンダ装置の隔膜として装着される。このとき、特定の組成物によって処理された外表面（補強布１５の布目があらわれている表面）が、低圧側の表面となる（低圧側の内部空間に対向する）ように、具体的には、シリンダの内壁面およびピストンの側面と接触するように装着する。

＜空気圧シリンダ装置＞
本発明の空気圧シリンダ装置は、本発明のローリングダイヤフラムを備えてなる。
ローリングダイヤフラム以外の具体的構成としては、図２および図３に示したものと同様のものを挙げることができる。
本発明の空気圧シリンダ装置によれば、コンボリューション部の噛み込み現象を長期にわたって確実に防止することができる。

すなわち、ローリングダイヤフラム１０を備えた空気圧シリンダ装置（本発明の空気圧シリンダ装置）において、ローリングダイヤフラム１０の低圧側における表面（図１で示した状態での外表面）が特定の組成物で処理されていることにより、当該表面には、特定のフッ素含有化合物に由来のフッ素原子による好適な潤滑性（摺動性・低摩擦性）が付与される。この結果、シリンダの内壁面とピストンの側面との間のきわめて狭い間隙においても、コンボリューシン部１２の折り返し部分をスムーズに移動させること（ローリングダイヤフラム１０をスムーズに反転させること）ができるので、コンボリューション部１２が当該間隙に噛み込まれることはない。
また、特定のフッ素含有化合物に由来のフッ素原子は、シランカップリング剤を介して、外表面におけるゴム基材に化学的に結合されているため、潤滑性（摺動性・低摩擦性）を長期にわたり安定的に発現させることができる。また、フッ素原子（潤滑性付与原子）が強固に結合されていることにより、グリス成分のように作動中に飛散することもないので、クリーンルームなどの清浄な環境下においても適用することができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものでなく種々の変更が可能である。
例えば、ローリングダイヤフラムの外表面の全域（膜部・コンボリューション部・周縁部）が特定の組成物により処理されている必要はなく、少なくともコンボリューション部の外表面が処理されていればよい。
また、空気圧シリンダ装置において利用する「空気圧」は、空気の圧力のみでなく、種々のガス（例えば、窒素ガス）による圧力も包含される。
また、空気圧シリンダ装置は、図２および図３に示したような１つのローリングダイヤフラムを備え、バネによる付勢力を利用してピストンを移動（下降）させる「単動式」のものに限定されるものではなく、ピストンを挟むようにして固定された２つのローリングダイヤフラムを備え、各々のローリングダイヤフラムとシリンダとによって区画された２つの空間に圧力差を生じさせることによりピストンを移動させる「複動式」のもの（例えば、特開２００１−９９１１１号公報参照）であってもよい。

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明がこれらに限定されるものではない。

＜実施例１＞
（１）ゴム基材の製造：
ニトリルゴム組成物（未加硫のニトリルゴムを含むゴム配合物）およびポリエステル布を使用し、特開平７−２５９９９２号公報に記載の方法に準拠して、図１に示したような形状を有し、補強布の布目が外表面にあらわれている、内径が５０ｍｍ、高さが５０ｍｍ、コンボリューション部の壁厚が０．４５ｍｍであるローリングダイヤフラム（ゴム基材）を製造した。

（２）特定の組成物の調製：
下記表１に示す処方に従って、下記の式（１）でで示される特定のフッ素含有化合物０．１ｇと、式：Ｓｉ（ＯＣＨ₃ ）₃ −（ＣＨ₂ ）₃ −ＳＨで示されるシランカップリング剤０．１ｇと、０．１Ｎ−塩酸０．１ｍＬとを、アセトン１０ｍＬに添加し、この系を室温下に４時間攪拌することにより、特定の組成物を製造した。

（式中、ｘ’は２または３であり、ｘ’＝２であるものの割合が６質量％、ｘ’＝３であるものの割合が９４質量％である。）

（３）表面処理：
上記（１）により得られたローリングダイヤフラム（ゴム基材）の外表面に、上記（２）により得られた特定の組成物（４時間の攪拌操作の終了直後）をスプレー塗布した（塗布量＝５ｍＬ）。次いで、当該ゴム板を室温下に放置して塗膜を乾燥させた後、１５０℃のオーブン内で１０分間加熱処理することにより、特定の組成物により外表面が処理された本発明のローリングダイヤフラムを得た。

（４）図２および図３に示したような構造の空気圧シリンダ装置の隔膜として、上記（３）により得られた本発明のローリングダイヤフラムを、処理された外表面が低圧側の内部空間（Ｓ_A ）に対向するように装着し、本発明の空気圧シリンダ装置を製造した。

＜実施例２〜７＞
下記表１に示す処方に従って、同表に示すアルコキシシラン化合物を更に添加して特定の組成物を調製したこと以外は実施例１と同様にして、特定の組成物により外表面が処理された本発明のローリングダイヤフラムを得、これを装着してなる本発明の空気圧シリンダ装置を製造した。

＜比較例１＞
実施例１（１）により得られたローリングダイヤフラム（ゴム基材）を準備し、これを装着してなる比較用の空気圧シリンダ装置を製造した。

＜比較例２＞
実施例１（１）により得られたローリングダイヤフラム（ゴム基材）の外表面に、モリブデングリスを手指により塗布した後、これを装着してなる比較用の空気圧シリンダ装置を製造した。

＜空気圧シリンダの評価＞
実施例１〜７および比較例１〜２により得られた空気圧シリンダ装置の各々について、下記の条件にて連続作動試験を行って、コンボリューション部の噛み込み現象の発生状況〔発生するまでの摺動回数（往復）〕およびローリングダイヤフラムの耐久性〔補強布の破損に至るまでの摺動回数（往復）〕を測定した。結果を併せて表１に示す。

〔試験条件〕
・試験環境：室温
・内部空間（低圧側Ｓ_A ）の圧力：０ＭＰａ
・内部空間（高圧側Ｓ_B ）の圧力：０．３ＭＰａ（１秒間）および０ＭＰａ（１秒間）を１サイクルとして、これを繰り返した。

本発明のローリングダイヤフラムを備えた空気圧シリンダ装置は、空気バネやアクチュエータとして使用され、クリーンルームなどの清浄な環境下においても使用することができる。

本発明のローリングダイヤフラムの一例を示す断面図である。 ピストンが最下位にあるときの空気圧シリンダ装置の内部構造を示す断面図である。 ピストンが最上位にあるときの空気圧シリンダ装置の内部構造を示す断面図である。 コンボリューション部の噛み込み現象が発生したときの空気圧シリンダ装置の内部を示す断面図である。

符号の説明

１０ ローリングダイヤフラム
１１ 膜部
１２ コンボリューション部
１３ 周縁部
１４ ビート部
１５ 補強布
２０ シリンダ
２１ ケーシング
２２ ケーシング
２３ 空気導入孔
２４ ピストン
２４１ ピストンの端面
２４２ ピストンの側面
２４３ ピストンの上端面
２５ ピストンロッド
２６ リテーナ
２７ バネ

Claims (9)

1. 空気圧シリンダ装置の隔膜を構成するローリングダイヤフラムであって、
   膜部とコンボリューション部と周縁部とを有し、
   少なくとも、前記コンボリューション部の低圧側における表面が、下記一般式（Ｉ）で示されるフッ素含有化合物と、シランカップリング剤と、これらを溶解する溶剤とを含有する組成物により処理されていることを特徴とするローリングダイヤフラム。
   

   

   （式中、Ｒ_F はフルオロアルキル基を含有する基を表し、Ｒ¹ はアルキル基またはアルコキシ基を表し、ｘは１〜１００の整数である。）
2. 前記組成物が、式：Ｓｉ（ＯＲ² ）_n Ｒ³ _4-n （式中、Ｒ² はアルキル基を表し、Ｒ³ は１価の炭化水素基を表し、ｎは２〜４の整数である）で示される多官能性のアルコキシシラン化合物を含有することを特徴とする請求項１に記載のローリングダイヤフラム。
3. 前記アルコキシシラン化合物がトリアルコキシシラン化合物であることを特徴とする請求項２に記載のローリングダイヤフラム。
4. 前記アルコキシシラン化合物がフェニルトリアルコキシシランであることを特徴とする請求項２に記載のローリングダイヤフラム。
5. 前記組成物が酸触媒を含有することを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載のローリングダイヤフラム。
6. 前記組成物中において、
   上記一般式（Ｉ）で示されるフッ素含有化合物の含有量をａ、
   シランカップリング剤の含有量をｂ、
   前記アルコキシシラン化合物の含有量をｃとするとき、
   （ｂ＋ｃ）／ａの値が２〜４であることを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れかに記載のローリングダイヤフラム。
7. 低圧側に偏在して内蔵された補強布を有することを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れかに記載のローリングダイヤフラム。
8. 請求項１乃至請求項７の何れかに記載のローリングダイヤフラムを備えてなる空気圧シリンダ装置。
9. クリーンルームまたはクリーンブース内で使用される請求項８に記載の空気圧シリンダ装置。

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