JP2019094920A - シール部材 - Google Patents

Abstract

【課題】腐食防止機能を有し、被シール部材の腐食防止を効果的に行うことができるシール部材を提供すること。【解決手段】ゴム基材と、ゴム基材上にタイプＡ デュロメータ 硬度 ５０以下のコーティングを有し、（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）は２０以上であるシール部材。【選択図】なし

Description

本発明は、シール部材に関する。

車両や汎用機械、例えば自動車において、エンジンや、電子部品を内部に収容する装置等では、ハウジングを密封するためにシール部材が用いられている。シール部材は例えば、ハウジングを構成する一対の部材の間に圧縮された状態で挟まれることによって弾性変形しこれら一対の部材間の密封を図ることで、ハウジングを密閉する。

自動車は海浜地帯や融雪剤が散布されている地帯を走行することがある。このとき、自動車の部品に塩水や融雪剤が付着し、シール部材を挟圧する部材とシール部材との間に隙間があると、その隙間に塩水や融雪剤成分が侵入することによってシール部材を挟圧する部材に腐食（隙間腐食）が発生することがある。この腐食された部分がシール部材のシールラインを超えてハウジングの内部にまで侵入した場合、ハウジングを構成する材料の腐食に至る。

近年、自動車分野では、燃費向上のため軽量化が積極的に進められており、鉄系部材に比べて軽量であるアルミニウムの採用が拡大している。一般にアルミニウムは、鉄に比べると耐腐食性に優れるが、上述の隙間腐食が発生し易い傾向にある。

従来から、アルミニウムの腐食防止のために、アルミニウムの表面に様々な処理を行う方法が検討されてきた。アルミニウムなどの金属材料の表面処理方法としては主に、アルマイト（陽極酸化）処理、メッキ処理、及び腐食防止コーティングの三つの方法が用いられる。

特許文献１及び２はアルマイト処理、特許文献３はメッキ処理、特許文献４〜９は腐食防止コーティングを開示する。
より具体的には、特許文献１は、アルミニウム基材又はアルミニウム合金基材の表面に、陽極酸化被膜と、コバルト及び／又はクロムとが存在するアルマイト部材を開示する。
特許文献２は、ポンプボデーの全面にアルマイト層が形成された燃料ポンプを開示する。
特許文献３は、金属部品の表面に、Ｃｕ系めっき被膜を形成し、その上にＮｉ系めっき被膜を形成した高耐食性Ｎｉ系複合めっき被膜を開示する。
特許文献４は、水、アルミニウム等のイオン源、クロム（ＩＩＩ）カチオン源などを含み、六価クロムを実質的に含まない金属表面を被覆するための組成物を開示する。
特許文献５は、硬化されたバインダーと、表面が金属酸化物を含む親水性フレークとを含むコーティングにより被覆された機器を開示する。
特許文献６は、紫外線硬化樹脂組成物が塗布された塗膜が形成された鋼板を開示する。
特許文献７は、磁性体からなる基板の海水と接触する表面に、ＣｒＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢＣＮ、ＡｌＢＮからなるナイトライド系材料、および水素を含むダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、ＴｉＣからなるカーボン系材料から選択される少なくとも１種以上の材料で構成される被覆層を有する耐食性磁性材料を開示する。
特許文献８は、イソシアネート基またはシロキサン基を有するフッ素樹脂塗料被膜を、表面に直接設けた、熱交換器用アルミニウム合金材を開示する。
特許文献９は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）耐熱性ポリマーバインダー、液体溶剤、および無機充填剤粒子を含む耐食性組成物を開示する。

特開２０１５−２３２１５５号公報 特開２００８−２６１２８２号公報 特許第５３６５９２８号公報 特表２０１６−５１３７５５号公報 特表２０１５−５０９１４０号公報 特許第５４８３２９６号公報 特開２０１０−１７７３２６号公報 特許第５１８９８２３号公報 特許第５３１９２８２号公報

従来の腐食防止方法では、被シール部材に表面処理などを行うことにより、腐食を防止していた。しかし、このように被シール部材に直接、処理を行う方法では被シール部材の腐食防止効果を十分に達成できない場合があった。特に、被シール部材の材料として隙間腐食が発生し易いアルミニウムを塩水に接触する環境下で用いたアルミニウムハウジングの場合、腐食防止効果が著しく低下する場合があった。

本発明者らは上記の問題点について検討を行った結果、被シール部材自体に表面処理を行うのではなく、被シール部材に接触するシール部材に腐食防止機能を付与することにより、効果的に被シール部材の腐食防止を行えることを発見した。

すなわち、本発明は、腐食防止機能を有し、被シール部材の腐食防止を効果的に行うことができるシール部材を提供することを目的とする。

本発明の要旨構成は、以下のとおりである。
［１］ゴム基材と、
前記ゴム基材上に、タイプＡ デュロメータ 硬度が５０以下のコーティングを有し、
（前記ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（前記コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）は、２０以上である、シール部材。
［２］前記コーティングは、硬化シリコーンゴムを含む、［１］に記載のシール部材。
［３］前記硬化シリコーンゴムは、１液縮合反応型の硬化シリコーンゴムである、［２］に記載のシール部材。
［４］アルミニウムハウジング用のシール部材である、［１］から［３］までの何れか１つに記載のシール部材。

腐食防止機能を有し、被シール部材の腐食防止を効果的に行うことができるシール部材を提供することができる。

一実施形態のシール部材は、ゴム基材と、ゴム基材上にタイプＡ デュロメータ 硬度が５０以下のコーティングとを有する。このゴム基材の硬度と、コーティングの硬度との間には、（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）が２０以上となる関係がある。なお、タイプＡ デュロメータ 硬度とは、ＪＩＳ Ｋ ６２５３−３：２０１２に規定される測定方法により測定された硬度を表す。

上記のように一実施形態のシール部材では、コーティングの硬度がタイプＡ デュロメータ 硬度 ５０以下と低い硬度となっている。また、（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）が２０以上であり、コーティングはゴム基材よりもタイプＡ デュロメータ 硬度が２０以上も柔らかくなっている。従って、例えば、シール部材を挟圧した際には、ゴム基材よりもコーティングの方が変形しやすくなっており、シール部材と、被シール部材の被シール面（シール部材と被シール部材が接触する面）との密着性を高くして、高いシール性及び腐食防止性を有することができる。

特に、従来では、アルミニウムハウジングを、塩水等の腐食成分と接触する環境下で使用した場合、酸素が不足する隙間部分でカソード分極が大きくなり、不動態被膜を維持するのに十分な電位がアノード部で維持されなくなって、不動態被膜が十分に形成されなかった。この結果、不動態被膜による腐食防止機能が発揮されにくくなり、アルミニウムハウジングの間隙腐食が促進されることとなっていた。これに対して、一実施形態のシール部材を、被シール部材であるアルミニウムハウジング用のシール部材として使用した場合、シール部材のコーティングの変形性能が高いため、アルミニウムハウジングの被シール面との密着性を高くすることができ、アルミニウムハウジングを構成する一対の挟圧部材とシール部材の隙間に塩水等の腐食成分が侵入することを効果的に防止できる。この結果、アルミニウムハウジングの腐食を効果的に防止すると共に、密閉機能を維持できる。

また、シール部材の形状は特に限定されず、任意の形状をとることができ、例えば正方形、長方形、円盤状等のシート状のシール部材、Ｏリング、角リング等の環状のシール部材が挙げられる。

以下では、一実施形態のシール部材の構成及びその製造方法を説明する。

（ゴム基材）
ゴム基材の材料としては本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、耐水性があるエラストマーが好ましく、例えば硬化したエチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）、ニトリルゴム（ＮＢＲ）および水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）からなる群から選択される少なくとも１種の材料が挙げられる。また、このような材料は、必要に応じて、各種添加剤を含んでいてもよい。

また、ゴム基材は、優れた耐水性を有していることが好ましい。このような観点から、ゴム基材の材料は、硬化したＥＰＤＭ、ＮＢＲおよびＨＮＢＲから選択される少なくとも１種であることがより好ましく、中でも、ＥＰＤＭおよびＨＮＢＲの少なくとも一方を含むことがさらに好ましい。

ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度は４０以上９０以下が好ましく、５０以上８０以下がより好ましく、６０以上７０以下がさらに好ましい。ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度がこれらの範囲内にあることによって、シール部材の被シール部材への密着性及びシール性をより優れたものとすることができる。

（コーティング）
コーティングの硬度はタイプＡ デュロメータ 硬度 ５０以下であるが、９以上４６以下がより好ましい。コーティングの硬度がこれらの範囲内にあることによってコーティングは優れた柔軟性を有することができる。ゴム基材とコーティングの硬度の間には、（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）が２０以上となる関係がある。コーティングの硬度とは硬化後のコーティングの硬度を表し、コーティングの硬度は、ゴム基材の硬度よりも２０以上、小さい関係にある。（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）は、２０以上８０以下が好ましく、２０以上７０以下がより好ましい。（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）がこれらの範囲内にあることによって、シール部材と被シール部材との密着性をより向上させ、より優れたシール性を発揮することができる。

コーティングの材料は本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、硬化シリコーンゴムが好ましい。硬化シリコーンゴムの構造はシロキサン結合を有する架橋物であれば特に限定されない。硬化シリコーンゴムとしては、１液型又は２液型のものを挙げることができ、１液型又は２液型の何れの場合であっても縮合反応型、付加反応型、ＵＶ反応型の硬化シリコーンゴムを挙げることができる。シリコーンゴムの硬化反応が早く、工程数も短縮できるため、１液縮合反応型の硬化シリコーンゴムが好ましい。

シール部材を、アルミニウムハウジング用のシール部材として使用する場合、コーティングの厚さはアルミニウムハウジングの被シール面の最大高さ粗さＲｚよりも大きいことが好ましく、例えば、被シール面のＲｚ＝６μｍの時、コーティングの厚さは６μｍを越えることが好ましい。コーティングがこれらの厚さを有することにより、シール部材はより優れたシール性を有することができる。

コーティングは、硬化シリコーンゴム以外にその他の添加剤を含有することができる。このような添加剤としては、増粘剤、フロー助剤、消泡剤、フィラー、結合剤、レベリング剤、付着増進剤等が挙げられる。

（アルミニウムハウジング）
一実施形態に係るシール部材は、アルミニウムハウジングを構成する一対の部材の間に圧縮された状態で挟まれることによって弾性変形し、これら一対の部材間の密封を図る。このように、シール部材により、アルミニウムハウジングの密閉を図ることができる。従来のアルミニウムハウジングが塩水等の腐食成分と接触する環境下で使用された場合、不動態被膜が十分に形成されず、アルミニウムハウジングの間隙腐食が促進されることとなっていた。これに対して、一実施形態のシール部材をアルミニウムハウジング用のシール部材として使用した場合、シール部材のコーティングは優れた変形性能を有するためアルミニウムハウジングの被シール面との密着性を高くすることができ、アルミニウムハウジングを構成する一対の挟圧部材とシール部材の隙間に塩水等の腐食成分が侵入することを効果的に防止できる。この結果、アルミニウムハウジングの腐食を効果的に防止すると共に、密閉機能を維持できる。

アルミニウムハウジングの材料としては、アルミニウムまたはアルミニウム基合金を用いることができる。アルミニウム基合金は、主たる成分（構成成分で最も含有量が多い成分）がアルミニウムである合金であり、アルミニウム以外の合金成分としては、銅（Ｃｕ）や珪素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）等が挙げられる。

アルミニウムハウジングにおいて、シール部材を挟圧する部材のうち少なくとも一つが上記のアルミニウムまたはアルミニウム基合金であればよく、他の挟圧部材はアルミニウム系部材以外の金属部材や、樹脂部材であってもよい。また、シール部材を挟圧する部材の形状、大きさ、シール部材押圧面の性状等は特に限定されず、シール部材の使用部位・目的に応じて適宜選択できる。

アルミニウムハウジングの種類は特に限定されないが、塩水に接触する環境下で使用されるものが好ましい。アルミニウムハウジングとしては例えば、車両用のアルミニウムハウジングを挙げることができ、コンバータ、電動パワーステアリング・制御コンピュータ・無段変速機、電動ウォーターポンプ、ストロークセンサ、ブレーキ等のアルミニウムハウジング、サーモハウジング等を挙げることができる。

（シール部材の製造方法）
一実施形態のシール部材の製造方法を以下に記載する。最初に、ゴム基材を準備する。ゴム基材は、所望の形状を有し既に硬化したゴムからなるゴム基材を入手したものでもよいし、ゴム材料を硬化・成形することにより得たものでもよい。

次に、ゴム基材上に、コーティングを形成する。コーティングの形成方法は特に限定されないが、液状材料を、ゴム基材上に塗布した後、所定時間、該液状材料を熱処理により乾燥させることで液状材料を硬化させる方法を挙げることができる。液状材料の塗布方法は特に限定されず、ワイヤーバーコーター、フィルムアプリケーター、スプレー、エアナイフコーティング、ダイコート、インクジェット印刷などの方法を挙げることができる。均一な膜厚のコーティングが得られることから、スプレー塗布を行うのが好ましい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含み、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

次に、本発明の効果をさらに明確にするために、実施例および比較例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
ゴム基材として、タイプＡ デュロメータ 硬度が７０の、硬化したエチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）製のＯリングを準備した。次に、このＯリングの表面をメチルエチルケトンで脱脂した後、スプレーによりプライマー（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＤＹ３９−０６７）を塗布した。この後、Ｏリングの表面に塗布したプライマーを室温で３０分、乾燥させた。次いで、トルエン中に固形分濃度が１０質量％となるようにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）を溶解させた後、Ｏリングの表面上に、シリコーンゴムのトルエン溶液をスプレー塗布した。この後、Ｏリングの表面に塗布したトルエン溶液を１５０℃で３０分間、乾燥させて、シリコーンゴムを硬化させることにより、Ｏリングの表面上に、硬化シリコーンゴムからなるコーティングを形成し、最終的にゴム基材とコーティングからなるシール部材を得た。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は４６であった。

得られたシール部材を、一対のアルミニウム基材（ＡＤＣ１２）の間に圧縮率が１７％となるように挟んだ後、該アルミニウム基材で挟んだシール部材を、５質量％の塩分濃度で５０℃の塩水中に７２０時間、浸漬させた。その後、塩水中からアルミニウム基材で挟んだシール部材を取り出し、更にアルミニウム基材の間に挟んだＯリングを取り除いた。

次いで、目視にて、アルミニウム基材のうちシール部材に接触する面の錆の有無を確認した。目視にて錆が確認された場合を「×」、錆が確認されなかった場合を「○」として評価した。この評価結果を「塩水浸漬試験結果」とした。

また、表面が粗い一対の透明樹脂板を準備し、一対の透明樹脂板の間に圧縮率が１７％となるようにシール部材を挟んだ後、マイクロスコープを用いて、シール部材と透明樹脂板の接触部分の状態を確認した。そして、シール部材（Ｏリング）と透明樹脂板の間に間隙が存在し、Ｏリングの外周側と内周側との間に貫通した通路が認められる場合を「×」、シール部材（Ｏリング）と透明樹脂板の間に間隙が確認されなかった場合を「○」として評価した。この評価結果を「シール性結果」とした。

（実施例２）
実施例１において、コーティング材料として、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）の代わりにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＳＥ ９１８８）を用いた以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は３４であった。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（実施例３）
実施例１において、コーティング材料として、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）の代わりにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＳＥ ９１８５）を用いた以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は２９であった。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（実施例４）
実施例１において、コーティング材料として、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）の代わりにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＳＥ ９１５７）を用いた以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は２４であった。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（実施例５）
実施例１において、コーティング材料として、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）の代わりにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＳＥ ９１８６）を用いた以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は９であった。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（実施例６）
実施例２において、ゴム基材として、タイプＡ デュロメータ 硬度が７０の硬化したエチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）の代わりに、タイプＡ デュロメータ 硬度が６０の、硬化したエチレン・プロピレン・ジエン３元共重合ゴム（ＥＰＤＭ）を用いた以外は、実施例２と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は３４であった。得られたシール部材について、実施例２と同様の評価を行った。

（比較例１）
実施例１において、コーティング材料として、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）の代わりにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＫＥ−４９１８−ＷＦ）を用いた以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は８０であった。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（比較例２）
実施例１において、コーティング材料として、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）の代わりにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＫＥ−４９１８−Ｗｈｉｔｅ）を用いた以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は６６であった。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（比較例３）
実施例１において、コーティング材料として、シリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、３１４５）の代わりにシリコーンゴム（東レ・ダウコーニング株式会社製、ＫＥ−４９０１−ＷＦ）を用いた以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度は５３であった。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（比較例４）
実施例１において、コーティング材料を用いなかった以外は、実施例１と同様にシール部材を作製した。得られたシール部材について、実施例１と同様の評価を行った。

（比較例５）
実施例６において、コーティング材料を用いなかった以外は、実施例６と同様にシール部材を作製した。得られたシール部材について、実施例６と同様の評価を行った。

実施例１〜６及び比較例１〜５における「塩水浸漬試験結果」及び「シール性結果」を下記表１及び２に示す。

表１及び２の結果より、実施例１〜６では、コーティングの硬度がタイプＡ デュロメータ 硬度 ５０以下であり、（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）は２０以上であるため、塩水浸漬試験結果及びシール性結果は共に「○」であった。

一方、比較例１〜３は、コーティングの硬度がタイプＡ デュロメータ 硬度 ５０を超えると共に、（ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）は２０未満であるため、塩水浸漬試験結果及びシール性結果は共に「×」であった。また、比較例４〜５ではコーティングを設けなかったため、シール性結果は「○」であるものの、塩水浸漬試験結果は「×」であり、シール部から塩水が侵入し、塩水に対する腐食防止が認められなかった。

Claims (4)

1. ゴム基材と、
   前記ゴム基材上に、タイプＡ デュロメータ 硬度が５０以下のコーティングを有し、
   （前記ゴム基材のタイプＡ デュロメータ 硬度）−（前記コーティングのタイプＡ デュロメータ 硬度）は、２０以上である、シール部材。
2. 前記コーティングは、硬化シリコーンゴムを含む、請求項１に記載のシール部材。
3. 前記硬化シリコーンゴムは、１液縮合反応型の硬化シリコーンゴムである、請求項２に記載のシール部材。
4. アルミニウムハウジング用のシール部材である、請求項１から３までの何れか１項に記載のシール部材。