JP2007285401A - マグネシウム合金部品間の封止固定面 - Google Patents

Abstract

【課題】マグネシウム合金部品間のオイルシール性を向上させる。
【解決手段】マグネシウム合金部品１０の表面と、前記表面と接触し、固定される他のマグネシウム合金部品１４の表面との間に、液状ガスケットシール剤５を介在させて、両部品の接触面間を封止し、両部品間のオイルシール性を確保するマグネシウム合金部品間の封止固定面９において、少なくとも一方のマグネシウム合金部品の接触面に、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づく最大高さＲｚが１０μｍ〜５００μｍの範囲にある凹凸形状７を形成する。前記液状ガスケットシール剤としては、例えば、既存のシリコーン系液状ガスケットシール剤を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、マグネシウム合金部品の表面と、前記表面と接触し、固定される他のマグネシウム合金部品の表面との間に、液状ガスケットシール剤を介在させて、両部品の接触面間を封止し、オイルシール性を確保するマグネシウム合金部品間の封止固定面に関する。

マグネシウム合金は、軽量であり、かつ比強度、放熱特性等に優れる材料で有る。その為、マグネシウム合金は、近年、アルミニウム合金に代わる自動車部品等の材料として、注目されている。特に、オイルパン、トランスミッションケース、シリンダブロック、ヘッドカバー等の軽量化が望まれるパワートレーン系の自動車部品において、マグネシウム合金の使用が期待されている。

ところで、自動車用エンジンのシリンダヘッドのフランジと、シリンダヘッドカバーのフランジとの間、シリンダブロックと、オイルパンとの間、シリンダブロックとマニホールドとの間等のパワートレーン系の部品間には、オイルシール性が要求される。その為、従来のアルミニウム合金部品間、あるいはアルミニウム合金部品と他の金属部品との間に、オイルシール性を確保する為に、シリコーン系樹脂等からなる液状ガスケットシール剤を介在させている。

液状ガスケットシール剤は、ＦＩＰＧ（formed-in-place-gasket）とも称され、未硬化の液状状態で両部品間に介在され、その後、両部品間において所定の条件下で硬化し、両部品の接触面に密着して、両部品間を封止するシール剤のことである。この液状ガスケットシール剤を、アルミニウム合金部品間や、アルミニウム合金部品と他の金属部品との間に介在させることによって、両部品間が封止され、オイルシール性が確保される。

上記パワートレーン系のアルミニウム合金部品に代えて、マグネシウム合金部品を用いる場合も、同様に、両部品間にはオイルシール性が求められる。その為、マグネシウム合金部品間に、液状ガスケットシール剤を介在させて、両部品間のオイルシール性を確保することが行われている。

なお、既存の液状ガスケットシール剤は、主として、アルミニウム合金部品に対応したものである。その為、既存の液状ガスケットシール剤は、アルミニウム合金部品の表面に対しては優れた密着力（親和力）を有するものの、マグネシウム合金部品の表面に対しては、通常、密着力が乏しい。

特許文献１は、液状ガスケットシール剤を介在させるマグネシウム合金部品の表面に、溝を形成し、その溝の中に液状ガスケットシール剤を保持させて、部品間を封止する技術を開示する。溝の中に液状ガスケットシール剤を保持させることにより、液状ガスケットシール剤がマグネシウム合金部品の表面から離れて、両部品間から移動し、消失するのを抑制している。このように、溝の中に液状ガスケットシール剤を保持させて、両部品間に液状ガスケットシール剤を留めることによって、両部品間を封止し、オイルシール性を確保している。

特許文献２は、マグネシウム合金部品に対する接着性を改善した、マグネシウム合金部品対応の液状ガスケットシール剤を開示する。

特開２００１−１９３５５８号公報 特開２００５−２８１６１７号公報

特許文献１において示されるように、マグネシウム合金部品の表面に溝を設けて、溝の中に既存の液状ガスケットシール剤を保持させても、そもそも液状ガスケットシール剤とマグネシウム合金部品との接着力（親和力）が弱い為、マグネシウム合金部品と他の金属部品間の液状ガスケットシール剤は、剥がれ易くなっている。特に、車両等の振動を受ける個所においては、一段と剥がれ易い状況となっている。その為、液状ガスケットシール剤が硬化して両部品間を封止しても、液状ガスケットシール剤は、徐々に剥がれ、摩耗、消失して、両部品間のオイルシール性が失われるという問題がある。

特許文献２に示されるように、マグネシウム合金部品を対象とした液状ガスケットシール剤が存在するが、一般的に、アルミニウム合金部品用の液状ガスケットシール剤と比較して高価である。汎用のアルミニウム合金部品用の液状ガスケットシール剤を、マグネシウム合金部品に対して転用することが可能となれば、コスト面において大変好ましい。

本発明の目的は、既存の液状ガスケットシール剤を介在させたマグネシウム合金部品間の封止固定面のオイルシール性を向上させることである。

本発明に係るマグネシウム合金部品間の封止固定面は、マグネシウム合金部品の表面と、前記表面と接触し、固定される他のマグネシウム合金部品の表面との間に、液状ガスケットシール剤を介在させて、両部品の接触面間を封止し、両部品間のオイルシール性を確保するマグネシウム合金部品間の封止固定面において、少なくとも一方のマグネシウム合金部品の接触面に、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づく最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ〜５００μｍの範囲にある凹凸形状を形成したことを特徴とする。

上記マグネシウム合金部品間の封止固定面において、液状ガスケットシール剤は、シリコーン系液状ガスケットシール剤であることを特徴とする。アルミニウム合金部品間の封止固定面に用いられる既存の液状ガスケットシール剤を用いることができる。

上記マグネシウム合金部品間の封止固定面において、マグネシウム合金部品は、例えば、パワートレーン系自動車部品である。

上記マグネシウム合金部品間の封止固定面において、凹凸形状は、例えば、ローレット加工によって形成される。

また、本発明に係る合金部品間の封止固定面は、マグネシウム合金部品の表面と、前記表面と接触し、固定される他の合金部品の表面との間に、液状ガスケットシール剤を介在させて、両部品間の接触面を封止し、両部品間のオイルシール性を確保する合金部品間の封止固定面において、少なくともマグネシウム合金部品の接触面に、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づく最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ〜５００μｍの範囲にある凹凸形状を形成したことを特徴とする。

本発明によれば、既存の液状ガスケットシール材を介在させたマグネシウム合金部品間の封止固定面のオイルシール性を向上させることが出来る。

以下、図面を用いて本発明に係る実施形態を詳細に説明する。

図１は、マグネシウム合金部品１０，１４間に、液状ガスケットシール剤５を介在させて、両部品１０，１４間を封止する状態を示す説明図（部分断面図）である。マグネシウム合金部品とは、マグネシウム合金からなる公知の部品である。例えば、マグネシウム合金部品は、マグネシウム合金の溶湯を、ダイカストマシン等を利用して鋳造することにより、製造出来る。本実施形態において、マグネシウム合金部品は、例えば、シリンダヘッド、シリンダブロック、シリンダヘッドカバー、オイルパン、マニホールド、クランクケース等がある。これらのマグネシウム合金部品には、オイルシール性が要求される。

マグネシウム合金部品１０，１４間に介在させる液状ガスケットシール剤５としては、公知の液状ガスケットシール剤を用いることが出来る。公知の液状ガスケットシール剤としては、例えば、１液型のシリコーン系樹脂からなるシール剤、シランカップリング剤によって硬化する２液型のシリコーン系樹脂からなるシール剤等がある。本実施形態においては、アルミニウム合金部品間のオイルシール性を確保するための公知の液状ガスケットシール剤を用いることが出来る。シリコーン系樹脂からなるシール剤としては、例えば、ＴＢ１２８０Ｅ（スリーボンド社製）等がある。なお、他の実施形態においては、マグネシウム合金部品間のオイルシール性の確保の為に、特別に調製された液状ガスケットシール剤を用いてもよい（例えば、特許文献２参照）。

図１（Ａ）は、向かい合った状態にあるマグネシウム合金部品１０，１４のフランジ部１２，１６の間において、一方のフランジ部１６の表面上に、硬化前の液状ガスケットシール剤５（２液型のシリコーン樹脂系シール剤）を塗布した状態を示す説明図である。図１（Ａ）において、下側に示されるマグネシウム合金部品１４のフランジ部１６の表面には、凹凸形状７が形成されている。なお図１（Ａ）において、上側に示されるマグネシウム合金部品１０のフランジ部１２の表面は、平滑な状態となっている。

上記凹凸形状７は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づく最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ〜５００μｍの範囲に設定される。最大高さ（Ｒｚ）が前記範囲に設定されたマグネシウム合金部品１４のフランジ部１６の表面に、上記液状ガスケットシール剤５が塗布される。最大高さ（Ｒｚ）が前記範囲にあると、マグネシウム合金部品間の接着性（接着強度）、オイルシール性が良好となる。最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ未満であると、マグネシウム合金部品と液状ガスケットシール剤との間に充分な接着性が得られない。また、最大高さ（Ｒｚ）が５００μｍを超えると、マグネシウム合金部品の固定面の表面が粗くなり過ぎる。その為、マグネシウム合金部品の固定面に加わる面圧（単位面積当たりに加わる荷重）が不均一となり、マグネシウム合金部品の耐圧性が低下し、かつ、オイルシール性が低下する。なお最大高さ（Ｒｚ）の好ましい範囲は、２５μｍ〜５０μｍである。最大高さ（Ｒｚ）がこの範囲にあると、オイルシール性、接着性が最も良好となる。なお本実施形態において、凹凸形状７は、少なくとも一方のマグネシウム合金部品の表面に形成されるものである。

上記凹凸形状７を、マグネシウム合金部品の表面に形成する方法としては、例えば、ローレット加工による方法がある。ローレット加工用の回転刃を、マグネシウム合金部品の表面に押し付けることによって所望の凹凸形状を形成することが出来る。他の方法としては、例えば、あらかじめ所定の凹凸形状を金型に施し、その金型を用いてダイカスト法によりマグネシウム合金部品を製造する方法がある。このような金型によって製造されたマグネシウム合金部品の表面には、金型表面の凹凸形状が精度良く転写される。マグネシウム合金部品は、アルミニウム合金部品と異なり金型との反応性が低く、金型へ焼き付き難い。その為、このような手法によってマグネシウム合金部品の表面に精度良く凹凸形状を形成することが出来る。この方法によれは、マグネシウム合金部品の表面に、改めて凹凸形状を形成する工程を必要としない。

更に、他の方法としては、フライス加工等において、切り込み量の大きさ、送り速度を調節する等、機械加工の諸条件を適宜最適化することにより、凹凸形状を形成する方法がある。また更に、例えば、エッチング、電解研磨等の化学的手法、ウォータージェット処理法、ショットブラスト処理法によってもマグネシウム合金部品の表面に上記凹凸形状を形成することができる。

液状ガスケットシール剤５をマグネシウム合金部品１４のフランジ部１６の表面に塗布する方法としては、公知の塗布方法を用いることができる。なお、液状ガスケットシール剤５を塗布する前に、予めマグネシウム合金部品１４のフランジ部１６の表面上の油性分を洗浄して取り除いておくことが好ましい。油性分は、液状ガスケットシール剤とマグネシウム合金部品との接着性を低下させてしまう為、極力除去されることが好ましい。また他方のマグネシウム合金部品１０のフランジ部１２の表面の油性分も予め除去しておくことが好ましい。

図１（Ａ）において、一方のマグネシウム合金部品１４のフランジ部１６の表面上に、液状ガスケットシール剤５を塗布した後、液状ガスケットシール剤５が硬化する前に、マグネシウム合金部品１０，１４のフランジ部１２，１６の表面同士の間隔を狭めて行く（図１（Ｂ）参照）。なお液状ガスケットシール剤５に対するシランカップリング剤の添加は、マグネシウム合金部品１０，１４の表面同士の間隔を狭める前に行う。その後、図１（Ｃ）において示されるように、両マグネシウム合金部品１０，１４のフランジ部１２，１６の表面同士を、液状ガスケットシール剤５を介して付き合わせる。この際、フランジ部１２，１６の両表面間の液状ガスケットシール剤５は、押し潰され、フランジ部１２，１６の表面形状に沿って薄く伸びた状態となる。このように液状ガスケットシール剤５は、両マグネシウム合金部品１０，１４間において、薄く伸びることによって、マグネシウム合金部品１０，１４間を封止する。マグネシウム合金部品１０，１４のフランジ部１２，１６同士は、所定の固定手段によって締結固定される（図示せず）。両フランジ部１２，１６の間に、液状ガスケットシール剤５を介在させて、両マグネシウム合金部品１０，１４間を封止し、固定することによって、両部品１０，１４間のオイルシール性を確保することができる。このように、液状ガスケットシール剤を介在させて、封止され、固定されるマグネシウム合金部品１０，１４間の接触面を、封止固定面９と称する。

ところで、液状ガスケットシール剤と、マグネシウム合金部品との間の接着性は、液状ガスケットシール剤と、アルミニウム合金部品との間の接着性と比較して、弱い。これは、マグネシウム合金部品の表面には、液状ガスケットシール剤と結合を形成することが可能な官能基（例えば、水酸基）が、アルミニウム合金部品の表面と比較して少ない為である。しかし、本実施形態においては、マグネシウム合金部品同士が接触する固定面に、最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ〜５００μｍの範囲の凹凸形状を形成することによって、固定面と液状ガスケットシール剤との接着性（密着性）を増加させることができる。密着性が増加することによって、液状ガスケットシール剤がマグネシウム合金部品から離れ難くなる。離れ難くなった液状ガスケットシール剤がマグネシウム合金部品の固定面間を封止することによって、両マグネシウム合金部品間のオイルシール性が向上する。

以下、図２を用いて他の実施形態について説明する。図２は、マグネシウム合金部品２０と、他の金属（合金）部品２４との間に、液状ガスケットシール剤５を介在させて、両部品２０，２４間を封止する状態を示す説明図（部分断面図）である。図２において、上側に示される部品がマグネシウム合金部品２０であり、下側に示される部品が他の金属部品２４である。

本実施形態にように、マグネシウム合金部品と、鋳鉄、鋼板、アルミニウム合金部品等の他の金属部品との間において、オイルシール性が要求される場合がある。このような場合においても、マグネシウム合金部品２０の表面に、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づく最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ〜５００μｍの範囲にある凹凸形状７を形成することによって、両部品２０，２４間のオイルシール性を向上させることができる。

図２（Ａ）において、下側に配置する他の金属部品２４のフランジ部２６は、略Ｖ字状に凹んだ溝２８を備える。この溝２８の中に、液状ガスケットシール剤５を充填する。この際、液状ガスケットシール剤５は、溝２８の内部（凹み）に隙間無く充填され、かつ、溝２８から若干溢れ出た状態とされる。これに対し、上側に配置するマグネシウム合金部品２０のフランジ部２２の表面には、上記凹凸形状７が備えられる。

液状ガスケットシール剤５を溝の中に充填した後、液状ガスケットシール剤５が硬化する前に、マグネシウム合金部品２０のフランジ部２２と、他の金属部品２４のフランジ部２６との間隔を狭め、液状ガスケットシール剤５を押圧する（図２（Ｂ）参照）。押圧された液状ガスケットシール剤５は、押し潰され、薄く伸びた状態となって両部品２０，２４間を封止する（図２（Ｃ））。なお両部品２０，２４は、図示されない所定の固定手段によって締結固定される。このように、マグネシウム合金部品２０と、他の金属部品２４との間においても、マグネシウム合金部品２０の表面に所定の凹凸形状７を形成することによって、両部品２０，２４間のオイルシール性を向上させることができる。なお、液状ガスケットシール剤５を介在させて、封止され、固定されるマグネシウム合金部品２０，２４間の接触面を、封止固定面１９と称する。

ここで、凹凸形状７を備えるマグネシウム合金からなる試験片（幅：２５ｍｍ、長さ：８０ｍｍ、厚さ：３ｍｍ、マグネシウムダイカスト平板）と、液状ガスケットシール剤５との間のせん断接着強度測定を行った結果について説明する。

上記試験片に、ローレット加工によって凹凸形状を形成した。凹凸形状を形成後、試験片をエンジンオイルに浸し、その後、試験片上のエンジンオイルをペーパーウェスで拭き取った。拭き取り後、１分以内に、試験片の端部（１０ｍｍ×２５ｍｍ）に、液状ガスケットシール剤（ＴＢ１２８０Ｅ、スリーボンド社製）を塗布し、その後、他の試験片と圧着した。この際、両試験片からはみ出たシール剤は、スクレーパーで除去した。圧着された１組の試験片を、室温で４日間放置した。その後、試験片を、引張試験機を用いて引っ張り、せん断接着強度を計測した。なおせん断接着強度（ｋＰａ）は、試験片に加えられた最大荷重を、接着面積で除することにより求めた。

凹凸形状の最大高さ（Ｒｚ：μｍ）を種々の値に設定し、上記のようにしてせん断接着強度測定を行った。その結果は、図３に示した。図３において、縦軸は、せん断接着強度を示し、横軸は、対数軸であり、試験片の表面に形成した凹凸形状の最大高さ（Ｒｚ）を示す。図３中に示される２本の線分において、左側の線分は、横軸の１０μｍの位置を示し、右側の線分は、横軸の５００μｍの位置を示す。図３において示される各符合（×）は、各表面粗さ（Ｒｚ）の凹凸形状におけるせん断接着強度の結果を示す。図３において示されるように、最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ〜５００μｍの範囲にある凹凸形状を備えた試験片間のせん断接着強度が高くなることが解った。また、最大高さ（Ｒｚ）が５００μｍを超えると、急激に、せん断接着強度が低下することが解った。これは、試験片の表面上が粗くなりすぎた為、試験片の表面に不均一な面圧が加わるようになった為と推測される。また、最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ未満であると、液状ガスケットシール剤と試験片との間の接着力（密着力）に、凹凸形状の効果が充分反映されないことが解った。

マグネシウム合金部品間に、液状ガスケットシール剤を介在させて、両部品間を封止する説明図（部分断面図）である。 （Ａ）所定の凹凸形状を形成したマグネシウム合金部品の表面に、液状ガスケットシール剤を塗布した状態を示す説明図である。 （Ｂ）液状ガスケットシール剤がマグネシウム合金部品間において押圧され、薄く伸びた状態を示す説明図である。 （Ｃ）液状ガスケットシール剤によってマグネシウム合金部品間が封止された状態を示す説明図である。 マグネシウム合金部品と、他の金属部品との間に、液状ガスケットシール剤を介在させて、両部品間を封止する説明図（部分断面図）である。 （Ａ）他の金属部品の溝に液状ガスケットシール剤を充填した状態を示す説明図である。 （Ｂ）所定の凹凸形状を備えるマグネシウム合金部品と、他の金属部品との間において、液状ガスケットシール剤が、押圧され、薄く伸ばされた状態を示す説明図である。 （Ｃ）液状ガスケットシール剤によってマグネシウム合金部品と、他の金属部品との間が封止された状態を示す説明図である。 種々の最大高さの凹凸形状を備えるマグネシウム合金の試験片のせん断接着強度測定の結果を示すグラフである。

符号の説明

１０，１４，２０ マグネシウム合金部品、１２，１６，２２ マグネシウム合金部品のフランジ部、２４ 他の金属（合金）部品、２６ 他の金属部品のフランジ部、２８ 溝、５ 液状ガスケットシール剤、７ 凹凸形状、９，１９ 封止固定面。

Claims (2)

1. マグネシウム合金部品の表面と、前記表面と接触し、固定される他のマグネシウム合金部品の表面との間に、液状ガスケットシール剤を介在させて、両部品の接触面間を封止し、両部品間のオイルシール性を確保するマグネシウム合金部品間の封止固定面において、
   少なくとも一方のマグネシウム合金部品の接触面に、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−２００１に基づく最大高さ（Ｒｚ）が１０μｍ〜５００μｍの範囲にある凹凸形状を形成したことを特徴とするマグネシウム合金部品間の封止固定面。
2. 請求項１記載のマグネシウム合金部品間の封止固定面において、
   前記液状ガスケットシール剤は、シリコーン系液状ガスケットシール剤であることを特徴とするマグネシウム合金部品間の封止固定面。

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