JP2009248393A

JP2009248393A - 接合構造及び接合方法

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Publication number: JP2009248393A
Application number: JP2008097194A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Sumiya; 良明角谷; Hiroshi Koyama; 弘小山; Takahiro Yamazaki; 喬裕山崎; Kazuya Kichijima; 一也吉島
Original assignee: Toyota Boshoku Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-29
Anticipated expiration: 2028-04-03
Also published as: US20090250883A1; US8105518B2; JP4567764B2

Abstract

【課題】金属部品の凹部内に液状シール材を充填した状態で、金属部品上に樹脂部品を成形する際に、液状シール材が凹部内から流れ出すおそれを防止すること。
【解決手段】金属部品１２と樹脂部品１３とをシール材１７を介在させて接合する。この場合、金属部品１２上の凹部１６内に液状シール材１７Ａを充填した後に、その液状シール材１７Ａの表面を硬化させることにより、スキン層２２を形成する。続いて、シール材１７の未硬化部１７ａの表面のスキン層２２を覆うように、金属部品１２上に樹脂材料１３Ａを供給して樹脂部品１３を成形する。この樹脂材料１３Ａの供給圧力によりスキン層２２を破壊して、樹脂材料１３Ａとシール材１７の未硬化部１７ａとを一体化させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばエンジンにおいて、金属製のオイルコントロールバルブを内蔵した合成樹脂（以下、主として樹脂という）製のシリンダヘッドカバーのように、金属部品と樹脂部品とをシール材の介在状態で接合した接合構造及び接合方法に関するものである。

従来、この種の金属部品と樹脂部品との接合構造としては、例えば以下のように実施されている。すなわち、金属部品の凹部内に液状シール材を充填した後に、金属部品上に樹脂材料を供給して樹脂部品を金属部品と一体成形するとともに、液状シール材を硬化させるものである。この構成により、金属部品と樹脂部品との接合部の間がシール材によってシールされる。

また、この種の金属部品と樹脂部品との接合構造としては、特許文献１に開示されるような技術が提案されている。この特許文献１の構造においては、電子制御回路等の電気部品を収容するケースの製造において、金属部品の凹部内に液状のシール材を充填して硬化させた後に、金属部品上に溶融状態の樹脂材料を供給して樹脂部品を金属部品と一体成形する。
特開２００６−３３９４０３号公報

ところが、この前者の従来の接合構造においては、凹部内に液状シール材を充填した状態で、金属部品上に樹脂材料を供給する際に、樹脂材料の流動圧力により、液状シール材が凹部内から流れ出すことがあった。このため、金属部品と樹脂部品との接合部間におけるシール特性として所望の機能を得ることができないおそれがあった。

このような問題に対処するため、流れ出さない程度の高粘度の液状シール材を使用することも考えられる。しかしながら、このように高粘度の液状シール材を使用した場合には、金属部品の凹部内への液状シール材の充填作業の作業性が低下するばかりでなく、シール材と金属部品との間にエアが巻き込まれやすく、このような場合はシール性が低下するという問題が生じる。

また、前記特許文献１の構造においては、シール材が充分に硬化しない状態で溶融状態の樹脂材料の供給を行うと、前記と同様にシール材の流れ出しの問題が生じる。一方、シール材が硬化した後は、溶融状態の樹脂材料の供給に際して、シール材と金属部品との間における樹脂材料流動方向の下流側の隅部等に残留エアの溜まり部が形成されて、やはりシール性の問題が生じるおそれがある。

この発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものである。その目的は、例えば、金属部品の凹部内に液状のシール材を充填した状態で、金属部品上に樹脂部品を成形するような際に、液状のシール材が凹部内から流れ出すおそれを防止することができて、シール性向上を達成できる接合構造及び接合方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、この発明の接合構造では、第１部材と第２部材とを接合するための接合構造において、第１部材に形成した凹部内に液状の接合材を充填するとともに、その接合材を覆うようにスキン層を形成し、第２部材により前記スキン層を破壊して、前記接合材により第１部材と第２部材とを接合したことを特徴とする。

従って、第１部材の凹部内に液状の接合材を充填した後、第１部材上に第２部材を供給するまでの間は、接合材の未硬化部の表面がスキン層にて覆われた状態にある。よって、例えば、第２部材を合成樹脂材料によって形成して、第１部材上に第２部材を成形する際に、樹脂材料の流動圧力が接合材の部分に作用しても、液状の接合材が凹部内から流れ出すおそれを防止することができて、第１部材と第２部材との接合部間に所望のシール特性等の接合作用を得ることができる。また、液状の接合材が凹部内から流れ出すおそれを防止できるため、低粘度の液状の接合材を用いることができる。従って、接合材の充填作業を効率よく行うことができるとともに、エアの巻き込みを防止できる。

前記の構成において、前記第１部材を金属部品により構成するとともに、第２部材を合成樹脂部品により構成し、前記接合材を弾性を有するシール材により構成することが好ましい。このようにすれば、合成樹脂部品の内部に金属部品をシール機能を介在させて装着する場合に都合がよい。

前記の構成において、前記凹部は環状をなす形状が好ましい。
また、この発明を、前記金属部品は円筒状のバルブケースであって、前記凹部がそのバルブケースの外周面に形成された構成において適用すると都合がよい。

さらに、この発明を、前記樹脂部品は前記バルブケースを埋設したシリンダヘッドカバーにおいて適用するとさらによい。
また、この発明の接合方法では、第１部材と第２部材とを接合材を介在させて接合する接合方法において、前記第１部材の凹部内に液状の接合材を充填した後、接合材の未硬化部の表面にスキン層を形成し、そのスキン層を覆うように前記第１部材上に溶融状態の合成樹脂材料を供給して、その合成樹脂材料の圧力により前記スキン層を破壊して、合成樹脂材料と前記接合材の未硬化部とを一体化させるとともに、合成樹脂材料を第２部材として成形することを特徴とする。

従って、この接合方法においても、前記接合構造に記載した作用と同様の作用を得ることができる。
さらに、前記の接合方法において、前記第２部材となる合成樹脂材料は射出成形されるようにするとよい。このようにした場合には、金属部品上に所定形状の樹脂部品を容易に一体成形することができる。

さらに、前記の接合方法において、前記スキン層は、第１部材の凹部内に液状の接合材を充填した後に、その接合材の表面を硬化させることにより形成するとよい。このようにした場合には、液状シール材の表面を硬化させることにより、スキン層を容易に形成することができる。

さらに、前記の接合方法において、前記スキン層は、金属部品の凹部内に液状シール材を充填した後に、その液状シール材の表面にフィルムを貼り付けることにより形成するとよい。このようにした場合には、凹部内に充填された液状シール材の表面にフィルムを貼り付けることにより、スキン層を容易に形成することができる。

以上のように、この発明によれば、金属部品の凹部内に液状シール材を充填した状態で、金属部品上に樹脂部品を成形する際に、液状シール材が凹部内から流れ出すおそれを防止することができる等の効果を発揮する。

（第１実施形態）
以下に、この発明を具体化した第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。この第１実施形態は、エンジンの合成樹脂製のシリンダヘッドカバー１１にオイルコントロールバルブを内蔵した構成において具体化されたものである。

図１に示すように、ポリアミド樹脂（例えばナイロン６６）等の耐熱性を有する材料よりなる合成樹脂部品としてのシリンダヘッドカバー１１においては、筒状をなす金属部品としてのバルブケース１２の外周に、合成樹脂部品としての外殻部１３が一体に成形されて、この外殻部１３内にバルブケース１２が埋設されている。外殻部１３はシリンダヘッドカバー１１の一部を構成している。また、前記金属部品が第１部材、合成樹脂部品が第２部材を構成している。バルブケース１２内には、オイルコントロールバルブのバルブ本体１４が、そのバルブケース１２の一端の開口部１２ａから挿入することにより組み付けられている。バルブケース１２の開口部１２ａの近傍において、バルブケース１２の内周面とバルブ本体１４の外周面との間に介在されるように、バルブ本体１４の外周には接合材としての合成樹脂製のシールリング１５が設けられている。このシールリング１５としては、シリコーン系樹脂等の耐熱性及び柔軟弾力性を有する発泡樹脂が用いられる。

前記バルブケース１２の外周には、環状凹部（以下、単に凹部という）１６が形成され、その凹部１６内には、シール材１７が充填されている。このシール材１７としては、シリコーン系樹脂等の耐熱性及び柔軟弾力性を有する発泡樹脂が用いられる。そして、このシール材１７を覆うようにバルブケース１２の外周に外殻部１３が接合状態で成形されて、バルブケース１２と外殻部１３との接合部がシール材１７によりシールされている。このシールにより、金属からなる筒状のバルブケース１２と合成樹脂からなる外殻部１３との間における熱膨張係数の相違等に伴い、それらの接合部間に隙間が生じることがあっても、その隙間からオイル漏れを発生するおそれを防止することができる。

次に、前記のように構成されたシリンダヘッドカバー１１において、金属部品としてのバルブケース１２上に樹脂部品としての外殻部１３を接合するための接合方法について説明する。

さて、バルブケース１２上に外殻部１３を形成する場合、言い換えればバルブケース１２を外殻部１３内に埋設する場合には、図２（ａ）に示すように、樹脂充填装置２１を用いて、バルブケース１２の凹部１６内に液状シール材１７Ａを充填する。この場合、液状シール材１７Ａとしては、外殻部１３の樹脂材料に対して良好な接着性を有する等の親和性を備えるとともに、硬化状態において弾性を有する材料を用いることが好ましい。

その後、図２（ｂ）に示すように、凹部１６内に充填された液状シール材１７Ａの表面を硬化させて、スキン層２２を形成する。この場合、液状シール材１７Ａの表面に適切な温度の熱風２３を当てることにより、スキン層２２を形成することが好ましい。また、液状シール材１７Ａとして水分で硬化反応を開始する水分硬化型材料を使用しているときには、液状シール材１７Ａの表面に水滴が生じない程度の高湿度エアを吹き付けることにより、スキン層２２を形成することが好ましい。

以上のようにして、凹部１６内に充填されている液状シール材１７Ａの未硬化部１７ａの表面全体が、硬化したスキン層２２により覆われる。よって、次工程への搬送中等において、凹部１６内から液状シール材１７Ａの未硬化部１７ａが流れ出すおそれを防止することができる。

続いて、バルブケース１２を射出成形型２４内にセットした後、図２（ｃ）に示すように、その射出成形型２４内に合成樹脂材料１３Ａを射出することにより、液状シール材１７Ａの表面のスキン層２２を含むバルブケース１２の外周を覆うように、成形型２４内に樹脂材料を供給する。そして、この場合、同図に示すように、樹脂材料１３Ａの射出圧力によりスキン層２２が破壊されて、樹脂材料１３Ａと液状シール材１７Ａの未硬化部１７ａとが一体化される。そして、樹脂材料１３Ａの熱等により、前記未硬化部１７ａが硬化して、シール性が発揮される。このとき、破壊されたスキン層２２は、その量が少ないため、シール性に悪影響を与えることはない。

よって、この第１実施形態においては、以下の効果がある。
（１）この実施形態においては、金属部品としてのバルブケース１２の凹部１６内に液状シール材１７Ａを充填した後、その液状シール材１７Ａの表面にスキン層２２を形成して、そのスキン層２２により液状シール材１７Ａの未硬化部１７ａの表面を覆っている。このため、バルブケース１２上に樹脂材料１３Ａを供給して、樹脂部品としての外殻部１３を成形するまでの間は、液状シール材１７Ａの未硬化部１７ａの表面がスキン層２２にて覆われた状態に維持される。よって、バルブケース１２を射出成形工程まで搬送したり、バルブケース１２を射出成形型２４内にセットしたり、バルブケース１２上に樹脂材料１３Ａを供給したりする際に、液状シール材１７Ａの未硬化部１７ａが凹部１６内から流れ出すおそれを防止することができる。シール材１７にエアが混入されたりすることがなく、バルブケース１２の外周に所定形状のシール材１７を介在させた状態で外殻部１３を接合形成することができて、バルブケース１２と外殻部１３との間の接合部に所望のシール特性を得ることができる。

（２）液状シール材１７Ａが凹部１６から流れ出ることを防止できるため、その液状シール材１７Ａとして、低粘度のものを用いることができる。従って、凹部１６内に液状シール材１７Ａを注入する作業を容易に行うことが出来るばかりでなく、シール部に対するエアの巻き込みの可能性を低くすることができる。

（３）液状シール材１７Ａの表面にスキン層が形成されるため、液状シール材１７Ａに塵埃等の異物が付着することを防止することが可能となる。
（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を、前記第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。

さて、この第２実施形態においては、図３に示すように、金属部品としてのバルブケース１２の凹部１６内に液状シール材１７Ａを充填した後に、その液状シール材１７Ａの表面にフィルム２６を貼り付けることにより、このフィルム２６によりスキン層２２を形成するようになっている。このフィルム２６としては、比較的剛性があって、割れやすい材質のものが好ましい。また、シール材１７や外殻部１３の樹脂材料と接着性等の親和性を有するものがさらに好ましい。そして、外殻部１３を構成する樹脂材料の型内への射出による供給によって、射出圧力により前記フィルム２６が破壊されて、シール材１７Ａと外殻部１３とが一体化される。

従って、この第２実施形態においても、前記第１実施形態に記載の効果とほぼ同様の効果を得ることができる。
（変更例）
なお、この実施形態は、次のように変更して具体化することも可能である。

・第１部材を構成する金属部品に代えて、その第１部材として樹脂部品を用いること。
・前記実施形態の接合構造及び接合方法を前記実施形態とは異なる部位、例えば、ヒューズ等を内装した電気接続箱（第２部材）と、その電気接続箱の壁部を貫通する金属ブッシュ（第１部材）とを備えた部位において具体化すること。

・前記実施形態とは逆に、金属部品の内周面の凹部にシール材を設けるとともに、その金属部品の内周側に樹脂部品が設けられる構成においてこの発明を具体化すること。
・環状のシール部以外のシール部、例えば平面状のシール部においてこの発明を具体化すること。

・液状の接合材としての液状シール材に代えて、液状接着剤を用いること。
・金属製または樹脂製の固体よりなる第２部材に先鋭状の突起を設け、第２部材に第１部材を接触させたときに、前記突起が第１部材側の接合材（接着剤，シール材等）の表面スキン層を破ることにより、第１部材と第２部材とを接合材を介して接合させること。

この発明を具体化したシリンダヘッドカバーを示す部分断面図。（ａ）〜（ｃ）は第１実施形態の接合方法を順に示す部分断面図。第２実施形態の接合方法の一部を示す部分断面図。

符号の説明

１１…シリンダヘッドカバー、１２…金属部品としてのバルブケース、１３…樹脂部品としての外殻部、１３Ａ…合成樹脂材料、１６…凹部、１７…シール材、１７Ａ…液状シール材、１７ａ…未硬化部、２１…樹脂充填装置、２２…スキン層、２３…熱風、２４…射出成形型、２６…フィルム。

Claims

第１部材と第２部材とを接合するための接合構造において、
第１部材に形成した凹部内に液状の接合材を充填するとともに、その接合材を覆うようにスキン層を形成し、第２部材により前記スキン層を破壊して、前記接合材により第１部材と第２部材とを接合したことを特徴とする接合構造。
前記第１部材を金属部品により構成するとともに、第２部材を合成樹脂部品により構成し、前記接合材を弾性を有するシール材により構成したことを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
前記凹部が環状をなすことを特徴とする請求項２に記載の接合構造。
前記金属部品は円筒状のバルブケースであって、前記凹部はそのバルブケースの外周面に形成されたことを特徴とする請求項３に記載の接合構造。
前記合成樹脂部品は前記バルブケースを埋設したシリンダヘッドカバーであることを特徴とする請求項４に記載の接合構造。
第１部材と第２部材とを接合材を介在させて接合する接合方法において、
前記第１部材の凹部内に液状の接合材を充填した後、接合材の未硬化部の表面にスキン層を形成し、そのスキン層を覆うように前記第１部材上に溶融状態の合成樹脂材料を供給して、その合成樹脂材料の圧力により前記スキン層を破壊して、合成樹脂材料と前記接合材の未硬化部とを一体化させるとともに、合成樹脂材料を第２部材として成形することを特徴とする接合方法。
前記第２部材となる合成樹脂材料は射出成形されることを特徴とする請求項６に記載の接合方法。
前記スキン層は、第１部材の凹部内に液状の接合材を充填した後に、その接合材の表面を硬化させることにより形成することを特徴とする請求項６または７に記載の接合方法。
前記スキン層は、第１部材の凹部内に液状の接合材を充填した後に、その接合材の表面にフィルムを貼り付けることにより形成することを特徴とする請求項６または７に記載の接合方法。