JP4937071B2 - ダイヤフラムおよびそれを用いたアキュムレータ - Google Patents

Description

本発明は、自動車、産業車両等の油圧装置（油圧サスペンション，油圧自動クラッチ，パワーステアリング等）等に利用されるダイヤフラムおよびそれを用いたアキュムレータに関するものである。

自動車等の油圧装置（例えば、油圧サスペンション，油圧自動クラッチ，パワーステアリング等）には、ガスの負荷圧力により体積が膨張，圧縮する特性を利用した、油圧のアキュムレータが使用されている。このアキュムレータは蓄圧機能を持つものであり、一般的に、金属製のシェルと、このシェル内に配設されシェルの内部空間を２室（ガス室および油室）に区画するダイヤフラムとで構成されており、窒素ガス等のガスがガス室に封入され、油室が流通孔を介して油圧装置の油圧回路に接続されて使用に供される。そして、上記アキュムレータは、流通孔から油室に流入する作動油により油室の圧力がガス室の圧力よりも大きくなると、上記ダイヤフラムが湾曲して弾性変形し、これによりガス室が圧縮され体積が小さくなるとともに、油室は拡大され作動油が蓄圧される。

上記アキュムレータに用いられるダイヤフラムとしては、体積効率，重量およびコストの点から、ゴム製ダイヤフラムが使用されてきた。また、近年、上記ゴム製ダイヤフラムを通じてガスの浸透および漏洩を防止するため、ガス遮蔽用の、例えば、ポリアミド樹脂やエチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等からなる樹脂層と、この樹脂層を介してガス室側に形成されるガス室側ゴム層と、上記樹脂層を介して油室側に形成される油室側ゴム層とから構成された、樹脂とゴムとの複合材料からなるダイヤフラムが量産化されている。そして、上記両ゴム層を形成するゴム材料は、その油圧回路に使用される油の種類により選定され、例えば、鉱物油の場合は、その鉱物油に対する耐油性という観点から、アクリロニトリル−ブタジエンゴム（ＮＢＲ）や水添ＮＢＲ（Ｈ−ＮＢＲ）、エピクロロヒドリンゴム等のゴム材料が用いられる（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−２５４７０１号公報

しかしながら、従来のダイヤフラムは、ガス室側ゴム層の低温圧縮永久歪み特性が充分ではなく、ガス室側ゴム層のゴムがへたることにより、かしめ（加締め）部からガスが漏れるため、耐ガスシール性に劣るという難点がある。また、従来のダイヤフラムは、油室側ゴム層の耐オイル性（耐オイル透過性や膨潤性）が悪く、上記鉱物油等の作動油により可塑剤等が抽出され、油室側ゴム層のゴム物性が低下しやすく、さらに、上記油室側ゴム層の耐オイル性が悪いと、作動油が樹脂層に浸透しやすく、耐ガス透過性能が低下するという難点もある。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、耐ガスシール性、耐オイル性および耐ガス透過性に優れた、ダイヤフラムおよびそれを用いたアキュムレータの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、ガス遮蔽用の樹脂層と、この樹脂層の両面に形成されるガス室側ゴム層および油室側ゴム層とを備えてなるダイヤフラムであって、上記ガス室側ゴム層が下記の（Ａ）成分を含有するゴム組成物により形成され、上記油室側ゴム層が下記の（Ｂ）成分を含有するゴム組成物により形成されているダイヤフラムを第１の要旨とする。
（Ａ）結合アクリロニトリル量が２０％未満の水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム。
（Ｂ）結合アクリロニトリル量が２０〜２８％の範囲に設定された水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム。

また、本発明は、シェルと、このシェルの内部空間をガス室および油室に区画する上記ダイヤフラムとを備えたアキュムレータを第２の要旨とする。

すなわち、本発明者らは、ガス室側ゴム層および油室側ゴム層を、水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム（Ｈ−ＮＢＲ）を主体とするゴム組成物により形成することを想起し、ガス室側ゴム層および油室側ゴム層に用いるＨ−ＮＢＲの結合アクリロニトリル量（ＡＮ量）について実験を重ねた。ガス室側ゴム層は、かしめられるため、低温でのへたりを防止しなければならない。そのため、ガス室側ゴム層を形成するＨ−ＮＢＲのＡＮ量を低く設定する必要がある。一方、油室側ゴム層を形成するＨ−ＮＢＲのＡＮ量を低くすると、油室側ゴムが膨潤し、ゴム中の可塑剤がオイル中に溶け出してしまい、油室側ゴム層が劣化し、ゴムの物性が低下し、さらに作動オイルの透過により樹脂層が劣化し、ガス透過性能が低下する。そのため、油室側ゴム層を形成するＨ−ＮＢＲのＡＮ量を高く設定することにより、可塑剤のオイル中への溶け出しを防止し、樹脂層へのオイル浸透によるガス透過性能の低下を抑制する必要がある。しかし、油室側ゴム層を形成するＨ−ＮＢＲのＡＮ量が高くなりすぎると、油室側ゴム層がへたりやすくなるため、可塑剤のオイル中への溶け出し防止と、樹脂層へのオイル浸透によるガス透過性能の低下の抑制と、へたり防止とのバランスを考慮する必要がある。本発明者らは、このような事情を基礎に、さらに研究を重ねた結果、ガス室側ゴム層を、ＡＮ量が２０％未満のＨ−ＮＢＲを含有するゴム組成物により形成し、かつ、油室側ゴム層を、ＡＮ量が２０〜２８％の範囲のＨ−ＮＢＲを含有するゴム組成物により形成すると、製品の封入圧力低下抑制、ガス透過性能の低下抑制および製品耐久性に優れたダイヤフラムが得られることを見出し、本発明に到達した。

このように、本発明のダイヤフラムは、ガス室側ゴム層が、ＡＮ量が２０％未満のＨ−ＮＢＲを含有するゴム組成物により形成され、かつ、油室側ゴム層が、ＡＮ量が２０〜２８％の範囲のＨ−ＮＢＲを含有するゴム組成物により形成されている。すなわち、本発明は、従来よりもＡＮ量が小さい、２０％未満のＨ−ＮＢＲを含有するゴム組成物を用いて、ガス室側ゴム層を形成しているため、その低温圧縮永久歪み特性が向上し、ガス室側ゴム層のかしめ部からのガス漏れの発生を抑制することができ、耐ガスシール性が向上する。また、従来よりもＡＮ量が高い、２０〜２８％の範囲のＨ−ＮＢＲを含有するゴム組成物を用いて、油室側ゴム層を形成しているため、耐オイル透過性が向上し、樹脂層劣化が抑制され、そのことによりガス透過性能の低下抑制が可能となる。

そして、上記ガス室側ゴム層のゴム組成物に用いるＨ−ＮＢＲのＡＮ量が、１７〜１９％の範囲に設定されていると、耐ガスシール性がさらに向上する。

つぎに、本発明の実施の形態を詳しく説明する。

本発明のダイヤフラムを用いたアキュムレータの一例を図１に示す。このアキュムレータは、シェル１，２と、シェル１，２の内部空間をガス室３および油室４に区画するダイヤフラム２０とを用いて構成されている。図１において、５はリング状保持材、６はポペット、７は油ポート８を持つプラグ、９はガスプラグ、１０は電子ビーム溶接部である。また、図１において、破線はダイヤフラム２０が変形した状態を示している。

上記シェル１，２としては、例えば、鉄製、アルミニウム系合金製等のものが好適に用いられる。

上記ダイヤフラム２０は、例えば、図２に示すように、ガス遮蔽用の樹脂層２１と、この樹脂層２１の両面に一体的に形成されたガス室側ゴム層２２および油室側ゴム層２３の３層から構成されている。

ここで、本発明においては、上記ガス室側ゴム層２２が、下記の（Ａ）成分を含有するゴム組成物により形成され、かつ上記油室側ゴム層２３、が下記の（Ｂ）成分を含有するゴム組成物により形成されているのであって、これが本発明の最大の特徴である。
（Ａ）結合アクリロニトリル量が２０％未満の水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム。
（Ｂ）結合アクリロニトリル量が２０〜２８％の範囲に設定された水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム。

上記ガス室側ゴム層２２は、特定のＨ−ＮＢＲ（Ａ成分）を含有するゴム組成物により形成されている。上記特定のＨ−ＮＢＲ（Ａ成分）は、ＡＮ量が２０％未満であり、好ましくはＡＮ量が１７〜１９％の範囲である。すなわち、ＡＮ量が２０％以上であると、低温圧縮永久歪み特性が不充分で、ガス室側ゴム層２２のゴムがへたることにより、かしめ部からガス漏れが発生し、耐ガスシール性が劣るからである。

また、上記ガス室側ゴム層２２を形成するゴム組成物中の、特定のＨ−ＮＢＲ（Ａ成分）の含有量は、ゴム組成物（固形分）全体の５０重量％以下が好ましく、特に好ましくは４５重量％以下である。

なお、上記ガス室側ゴム層２２を形成するゴム組成物には、上記特定のＨ−ＮＢＲ（Ａ成分）に加えて、カーボンブラック、加硫剤、老化防止剤、可塑剤、共架橋剤、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ステアリン酸等を適宜に配合しても差し支えない。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

つぎに、上記油室側ゴム層２３は、特定のＨ−ＮＢＲ（Ｂ成分）を含有するゴム組成物により形成されている。上記特定のＨ−ＮＢＲ（Ｂ成分）は、ＡＮ量が２０〜２８％の範囲であり、好ましくはＡＮ量が２２〜２６％の範囲である。すなわち、ＡＮ量が２０％未満であると、油室側ゴム層２３の耐オイル性が悪く、作動オイルによりゴムの可塑剤等が抽出され、油室側ゴム層２３のゴム物性が低下し、さらに樹脂層に作動オイルが浸透し、耐ガス透過性が悪化し、逆にＡＮ量が２８％を超えると、油室側ゴム層２３がへたりやすくなるからである。

また、上記油室側ゴム層２３を形成するゴム組成物中の、特定のＨ−ＮＢＲ（Ｂ成分）の含有量は、ゴム組成物（固形分）全体の５０重量％以下が好ましく、特に好ましくは４５重量％以下である。

なお、上記油室側ゴム層２３を形成するゴム組成物には、上記特定のＨ−ＮＢＲ（Ｂ成分）に加えて、カーボンブラック、加硫剤、老化防止剤、可塑剤、共架橋剤、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ステアリン酸等を適宜に配合しても差し支えない。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。

また、上記樹脂層２１は、前記ガス室３に封入されたガスが透過するのを防止するものであり、その形成材料としては、ガス透過性の低い材料であれば特に限定はなく、例えばエチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）、ポリアミド樹脂、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリフェニレンサルファイド、液晶ポリマー、ポリエチレンナフタレート等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。そして、上記樹脂層２１は、上記形成材料を用いてなる単層構造であってもよく、２層以上の多層構造であってもよい。

上記ＥＶＯＨとしては、特に限定するものではないが、エチレン含有量が２０〜６５重量％で、残りがビニルアルコールからなるものを用いることが好ましい。なかでもエチレン含有量が３２重量％のものが好適である。

上記ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン６、ナイロン６６、ナイロン６−１０、ナイロン６−１２等があげられる。これらは単独でもしくは二種以上併せて用いられる。このようなポリアミド樹脂は、上記ナイロン６もしくはナイロン６６がベースに入っていれば、ＥＶＯＨの融点と近似することから、ナイロン６と他のナイロン樹脂等との各種の混合物を使用することが可能である。特に、上記ポリアミド樹脂と、ポリオレフィン樹脂とをブレンドして用いることが好ましい。このようにすると、ポリオレフィン樹脂が、吸水性に乏しいことから、ＥＶＯＨに対する吸水を防止するようになる。すなわち、ＥＶＯＨは吸水すると、耐ガスバリアー性が低下するからであり、ポリオレフィン樹脂はこれを防止する。

本発明のダイヤフラム２０は、例えばつぎのようにして製造することができる。すなわち、まず、前記ＥＶＯＨ、ポリアミド樹脂等のガス透過性の低い樹脂膜を、単独であるいは二種以上重ね合わせてガス遮蔽用の樹脂層（樹脂フィルム）２１を作製する。ついで、上記樹脂層（樹脂フィルム）２１の上下両面に、エラストマー系接着剤（例えば、塩素化ポリブタジエンゴム系接着剤）等の接着剤を塗布し、上記ガス室側ゴム層２２および油室側ゴム層２３の両層形成材料をプレス機によってプレス成形し加硫接着する。このようにして、図２に示すような３層構造のダイヤフラム２０を製造することができる。

このようにして得られた本発明のダイヤフラム２０は、上記樹脂層（樹脂フィルム）２１の厚みは、通常５０〜２１０μｍである。また、上記ガス室側ゴム層２２および油室側ゴム層２３のそれぞれの厚みは、通常、各々１〜４ｍｍであり、好ましくは各々１〜１．５ｍｍである。

本発明のアキュムレータは、上記構成からなるダイヤフラム２０を用い、例えばつぎのようにして製造することができる。すなわち、まず、上記のようにして製造したダイヤフラム２０を、図１に示すように、略半球殻状の２個の分割シェル１，２のうち下側の分割シェル２の開口部の内周縁にその周縁部を位置決めし、その周縁部をリング状保持材５の外周と下側の分割シェル２の開口部内周縁とで挟持固定して、下側の分割シェル２に取り付ける。つぎに、この下側の分割シェル２の開口に上側の分割シェル１の開口を突き合わし、電子ビーム溶接等を行う。このようにして、図１に示すようなアキュムレータを製造することができる。

また、本発明のアキュムレータにおけるシェルの形状としては、図１に示したような略半球殻状の２個の分割シェル１，２を突き合わせて略球殻に仕上げたものに限定されるものではなく、例えば、略殻状、筒状、箱状等各種形状のものを用いることが可能である。

つぎに、実施例について比較例と併せて説明する。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。

まず、実施例および比較例に先立ち、ゴム組成物を調製した。

〔ゴム組成物１〜６の調製〕
下記の表１に示す各成分を同表に示す割合で配合し、これらをロールで混練してゴム組成物を調製した。

なお、上記表１に示した材料は、下記のとおりである。

〔Ｈ−ＮＢＲ(1) 〕
日本ゼオン社製、ゼットポール２０２０（ＡＮ量：３６％）
〔Ｈ−ＮＢＲ(2) 〕
日本ゼオン社製、ゼットポール３１２０（ＡＮ量：２５％）
〔Ｈ−ＮＢＲ(3) 〕
日本ゼオン社製、ゼットポール４３２０（ＡＮ量：１９％）
〔Ｈ−ＮＢＲ(4) 〕
日本ゼオン社製、ゼットポール４３００（ＡＮ量：１９％）
〔Ｈ−ＮＢＲ(5) 〕
日本ゼオン社製、ゼットポール４１１０（ＡＮ量：１７％）

〔老化防止剤(1) 〕
住友化学社製、スミライザーＭＢ
〔老化防止剤(2) 〕
大内新興化学社製、ノクラックＣＤ

〔カーボンブラック〕
旭カーボン社製、旭♯３５

〔可塑剤〕
チッソ社製、ジオクチルフタレート

〔加硫剤(1) （パーオキサイド系）〕
化薬アクゾ社製、パーカドックス１４−４０
〔加硫剤(2) 〕
川口薬品社製、アクターＱ

〔共架橋剤〕
精工化学社製、ハイクロスＭ

このようにして得られた各ゴム組成物について、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。その結果を、上記表１に併せて示した。

〔初期物性〕
ＪＩＳ Ｋ ６２５０に記載の方法に準じて、破断点強度（ＴＳ）、破断点伸び（ＥＢ）および硬度（Ｈｓ：ＪＩＳ Ａ）を測定した。

〔耐鉱物油・耐熱性〕
上記各ゴム組成物を用い、その試験片（大きさ：２５ｍｍ×２０ｍｍ、厚み：２ｍｍ）を鉱物油系オイル（ペントシンＣＨＦ−１１Ｓ）に、１００℃×７０時間、１２０℃×７０時間、１５０℃×７０時間の条件で浸漬した。これについて、ＪＩＳ Ｋ ６２５８に記載の方法に準じて、破断点強度変化率（ΔＴＳ）、破断点伸び変化率（ΔＥＢ）、体積変化率（ΔＶ）および重量変化率（ΔＷ）をそれぞれ測定した。

〔低温圧縮永久歪み〕
各ゴム組成物の試験片（直径２９．０ｍｍの円柱、高さ１２．７ｍｍ）を用いて、−３０℃×２２時間での弾性保持率（％）を、ＪＩＳ Ｋ ６２６１の記載に準じて測定・算出した。

上記表１の結果から、Ｈ−ＮＢＲは、ＡＮ量が高くなると、耐鉱物油・耐熱性が向上したが、逆に低温圧縮永久歪みは悪化した。

つぎに、上記ゴム組成物を用いて、以下のようにしてダイヤフラムを製造した。

〔実施例１〜６、比較例１〜６〕
まず、ＥＶＯＨ（エチレン含有量３２％）およびポリアミド樹脂（ＰＡ）（ナイロン６）を準備し、これらを共押出して、ＰＡ／ＥＶＯＨ／ＰＡ／ＥＶＯＨ／ＰＡからなる５層構造の総厚み０．２ｍｍの樹脂層（樹脂シート）を作製した。つぎに、上記樹脂層の上下両面に、塩素化ポリブタジエンゴム系接着剤（ロームアンドハース社製、Ｐ６ＥＦ）を塗布した後（乾燥後の接着層の厚み１０μｍ）、ガス室側ゴム層および油室側ゴム層の形成材料として、下記の表２および表３に示す各ゴム組成物を用い、これらをプレス機でプレス成形したのち加硫接着した。このようにして、ガス室側ゴム層の厚みが１．３ｍｍであり、油室側ゴム層の厚みが１．３ｍｍのダイヤフラムを作製した。

このようにして得られた実施例品および比較例品を用いて、下記の基準に従い、各特性の評価を行った。その結果を、上記表２および表３に併せて示した。

〔封入圧力低下量（耐ガスシール性）〕
各ダイアフラムを用いて、図３に示すような装置（アキュムレータ）を作製した。図において、４０はダイアフラム、４３はガス室、４４は油室である。そして、ガス室４３に封入圧約２．５ＭＰａ（２０℃）で窒素ガスを封入するとともに、油室４４に鉱物油系オイル（ペントシンＣＨＦ−１１Ｓ）を充填し、１４０℃の条件下、油室４４の内圧が６．０ＭＰａになった状態で１６８時間放置した。その後、−４０℃の雰囲気下で作動圧力４．０―６．０ＭＰa の作動耐久試験を１万回実施し、１万回終了後、アキュムレータのガス封入圧力（２０℃）を測定した。評価は、ガス封入圧力の低下量が−０．３６ＭＰａ迄のものを○、−０．３６ＭＰａを超えて−０．４０ＭＰａ迄のものを△、−０．４０ＭＰａを超えるものを×とした。

〔窒素ガス透過量（耐オイル性）〕
各ダイアフラムを用いて、図３に示すような装置（アキュムレータ）を作製した。そして、ガス室４３に封入圧約２．５ＭＰａ（２０℃）で窒素ガスを封入するとともに、油室４４に鉱物油系オイル（ペントシンＣＨＦ−１１Ｓ）を充填し、７０℃の条件下、油室４４の内圧が６．０ＭＰａになった状態で２４時間放置した。その後、油室４４からオイルを抜き取り、ガス室４３からの窒素ガス透過量をメスシリンダーを用いて測定した。評価は、窒素ガス透過量が５ｃｃ迄のものを○、５ｃｃを超えて６ｃｃ迄のものを△、６ｃｃを超えるものを×とした。

上記結果から、全実施例品は、ガス室ゴム層側に用いるＨ−ＮＢＲのＡＮ量が２０％未満であるため、低温圧縮永久歪み特性、耐ガスシール性が向上し、製品の封入圧低下量を抑制することかできた。また、全実施例品は、油室側ゴム層に用いるＨ−ＮＢＲのＡＮ量が２０〜２８％の範囲であるため、油室側の耐オイル性（膨潤性、オイル透過性）も向上し、製品の窒素ガス透過量を抑制することができた。

これに対して、比較例１品は、ガス室ゴム層側に用いるＨ−ＮＢＲのＡＮ量が低いため、耐ガスシール性は良好であるが、油室側ゴム層に用いるＨ−ＮＢＲのＡＮ量が小さすぎるため、油室側の耐オイル性が劣り、耐ガス透過性が低下した。比較例２品は、油室側ゴム層に用いるＨ−ＮＢＲのＡＮ量が小さいため、油室側の耐オイル性が劣り、耐ガス透過性が低下した。比較例３，６品は、油室側ゴム層に用いるＡＮ量が高すぎるため、耐ガスシール性が劣っていた。比較例４品は、ガス室側ゴム層の耐ガスシール性、油室側ゴム層の耐オイル性がともに劣るため、製品機能を満足できなった。比較例５品は、ガス室側ゴム層のＡＮ量が高いため、耐ガスシール性が劣っていた。

本発明のダイヤフラムおよびアキュムレータは、自動車、産業車両等の油圧装置（油圧サスペンション，油圧自動クラッチ，パワーステアリング等）等に利用することができる。

本発明のアキュムレータの一例を示す図（一部断面）である。 本発明のダイヤフラムの一例を示す要部拡大断面図である。 本発明のダイヤフラムを用いた装置（アキュムレータ）を示す模式図である。

符号の説明

２０ ダイヤフラム
２１ 樹脂層
２２ ガス室側ゴム層
２３ 油室側ゴム層

Claims (3)

1. ガス遮蔽用の樹脂層と、この樹脂層の両面に形成されるガス室側ゴム層および油室側ゴム層とを備えてなるダイヤフラムであって、上記ガス室側ゴム層が下記の（Ａ）成分を含有するゴム組成物により形成され、上記油室側ゴム層が下記の（Ｂ）成分を含有するゴム組成物により形成されていることを特徴とするダイヤフラム。
   （Ａ）結合アクリロニトリル量が２０％未満の水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム。
   （Ｂ）結合アクリロニトリル量が２０〜２８％の範囲に設定された水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴム。
2. 上記（Ａ）の水素添加アクリロニトリル−ブタジエン系ゴムの結合アクリロニトリル量が、１７〜１９％の範囲に設定されている請求項１記載のダイヤフラム。
3. シェルと、このシェルの内部空間をガス室および油室に区画するダイヤフラムとを備えたアキュムレータであって、上記ダイヤフラムが、請求項１または２記載のダイヤフラムからなることを特徴とするアキュムレータ。

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