JP4433109B2

JP4433109B2 - 金属部品の表面処理方法

Info

Publication number: JP4433109B2
Application number: JP2000023529A
Authority: JP
Inventors: 典生菅野; 勉渡辺; 光雄柿本
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 1999-08-06
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: JP2001113319A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表面の一部または全部にゴムを接着する金属部品の表面処理方法に関するものである。本発明の金属部品は例えば、オイルシールやガスケット等の密封装置において、ゴム製シール部を支持する支持部品ないし取付部品等として用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
オイルシールやガスケット等のように金属上にゴムを成形する製品では、金属に直接ゴムを成形したのでは金属とゴムとの間で十分な接着力を得ることができない。そこで図５に示すように、フェノール樹脂等の接着剤ｂを介して金属ａ上にゴムｃを成形している。また、接着剤を直接、金属表面に塗布したのでは金属と接着剤との密着力が弱く、良好な接着層を形成することができない。そこで接着剤塗布前に燐酸亜鉛を金属表面に析出させる燐酸亜鉛処理や、硬質球を金属表面に衝突させて凹凸を付けるショットブラスト処理等により予め金属部品の表面を粗す表面処理が行なわれている。すなわち、良好な接着層を形成するために、「燐酸亜鉛処理やショットブラスト処理（前処理と言われる）」「接着剤槽浸漬」「振り切り・乾燥」および「焼き付け」の各工程が実施されている。この接着層の形成方法としては、接着層の性状の問題で複数の金属部品を籠等に収容した状態で直接、接着剤槽に浸すという浸漬法が採用されており、金属部品を接着剤槽から引き上げた後に液溜まり防止のために金属部品を籠ごと振り切り乾燥している。
【０００３】
しかしながら、従来の金属部品では、（１）金属部品とゴムとの接着面積（接着剤の種類（接着力）と関連するが）が不足したり、（２）接着層と（前処理後の）金属表面との物理的密着力（アンカー効果）が不足したり、（３）振り切り時に接着剤がゴム接着部から流出して接着剤不足となったりして、金属部品とゴムとが十分に接着しないで、接着不良が発生していた。また、上記したように従来の金属部品では良好な接着膜生成のために金属部品の表面に前処理（燐酸亜鉛処理やショットブラスト処理）等で或る水準（大きさ）の粗さを施していたが、この水準の粗さでは上記（１）ないし（３）の防止効果を十分に得ることができない。また反対に、上記（１）ないし（３）の十分な防止効果を得ることを狙って金属部品全体を前処理で大きく粗すと、成形時のゴム漏れや金属部品の寸法不良や変形等の不具合を誘発するために無理であった。
【０００４】
また、これまでは、金属部品の表面を粗す方法として上記したように燐酸亜鉛処理やショットブラスト処理が実施されていたが、これらの方法では、金属の或る特定の一部分のみを加工するのが難しく、また加工精度（粗さ）の維持や装置のメンテナンスに多大の工数が必要であった。更に、別加工工程を設けているので当然のことながら、加工費や加工時間を増大させていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は以上の点に鑑みて、金属とゴムとの接着性を向上させることを目的とし、より具体的には、ゴムを成形する金属表面部位に或る水準内の粗さ（表面粗さ）を付加することでその部位の接着強度を向上させることにより、接着不良を防止することを目的とする。また、金属部品の特定の一部分に表面粗さを形成するのを容易化するとともに、表面粗さの加工精度向上、型のメンテナンス性向上、加工費の削減および工数の削減等を実現することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の請求項１による金属部品の表面処理方法は、金属部品の表面のうちゴムを接着する部位に、金属とゴムとの接着性を高める表面粗さを形成する方法であって、当該金属部品を加工する型に予め表面粗さを設け、加工時に前記型から当該金属部品へ表面粗さを転写するとともに、予め表面粗さを設ける型の粗さ付加部に、併せて、前記表面粗さよりも深さの大きな溝等の凹部を設けることを特徴とするものである。表面粗さの大きさは１０μｍ以上６０μｍ未満とするのが好適である。
【０００７】
上記構成を備えた本発明における粗さ付加による接着強度向上の原理は、
１）表面粗さ増大による表面積すなわち接着面積の増加効果、
２）表面粗さ増大による表面凹凸の増加によるアンカー効果増加、および
３）表面粗さ増大による接着剤流動抵抗増大による接着剤流出防止効果、の三点であり、また、型の対応する部分に予め表面粗さを設けて金属部品を加工することにより表面粗さを金属部品のゴム成形部に転写するようにしたために、金属部品の特定の一部分に表面粗さを形成するのを容易化し、併せて、表面粗さの加工精度向上、型のメンテナンス性向上、加工費の削減および工数の削減等を実現することが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明の実施例を図面をしたがって説明する。
【０００９】
図１は、当該実施例に係る金属部品を備えた密封装置等の製品の半裁断面を示しており、その製作過程が図２（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）に順に示されている。
【００１０】
図１に示すように、当該実施例に係る金属部品は、原材料である圧延鋼を打ち抜きおよび圧延加工することにより成形された金属環１よりなり、この金属環１の表面１ａのうちのゴム３を接着する部位（ゴム接着部位）１ｂに、以下の説明によって特定される表面粗さ（単に粗さとも称する、図示せず）が形成されている。
【００１１】
図２（Ａ）に示すように、ゴム接着部位１ｂに表面粗さ１ｃを形成した金属環１は、次いで同図（Ｂ）に示すように、接着処理または燐酸亜鉛処理やショットブラスト処理と接着処理とによりその表面１ａに接着剤膜２を形成し、更に同図（Ｃ）に示すように、その上にゴム３を成形することになる。製品が密封装置である場合、ゴム３はシールリップやシールパッキン等のゴムシール部を構成するものである。
【００１２】
また、当該金属環１を製作するための製作装置１１は例えば、図３に示すように、原材料である圧延鋼１’を打ち抜きおよび圧延加工するためのプレス部１２と、このプレス部１２に設置されてその形状および寸法を圧延鋼１’に転写する型（プレス型とも称する）１３，１４とを備えており、この型１３，１４のうちの下型１４における金属環１の粗さ付与部位に対応する箇所（粗さ付加部または粗さ転写部とも称する）１４ａに予め、転写用の表面粗さ１４ｂが設けられている。
【００１３】
当該金属環１を製作するに際しては、図３に示したように、上型１３と下型１４との間に挟んで固定した圧延鋼１’を上型可動部１３ａにより打ち抜き、圧延して金属環１を成形し、このようにして金属環１を成形すると、プレス加圧によって、下型１４の粗さ付加部１４ａに予め設けた転写用の表面粗さ１４ｂが金属環１のゴム接着部１ｂに転写され、これにより金属環１のゴム接着部１ｂに表面粗さ１ｃが形成される。
【００１４】
このようにして金属環１のゴム接着部位１ｂに形成される表面粗さ１ｃの大きさＲ_Ｚと、上記１）ないし３）の接着強度向上効果との相関はおおよそ、以下のとおりであることが実験的に確認されている。
【００１５】
ア）Ｒ_Ｚ＝〜１０μｍ（１０μｍ未満）の場合
従来の前処理と同レベルの表面粗さであり、特有の効果は得られない。
イ）Ｒ_Ｚ＝１０〜２０μｍ（１０μｍ以上２０μｍ未満）の場合
若干の改善効果は見られるが、十分ではない。
ウ）Ｒ_Ｚ＝２０〜６０μｍ（２０μｍ以上６０μｍ未満）の場合
十分な効果が得られる。
エ）Ｒ_Ｚ＝６０μｍ〜（６０μｍ以上）の場合
十分な効果は得られるが、金属環１の強度低下が問題となる。
【００１６】
また、その金属環１に形成する表面粗さ１ｃは、金属環１を直接加工することにより表面粗さ１ｃを設けるのではなく、プレス加工する際のプレス型１３，１４の金属環１表面に形成する表面粗さ１ｃに対応する部位１４ａに或る表面粗さ１４ｂを設けることにより金属環１に粗さを転写するが、十分な効果が得られる金属環１の表面粗さ１ｃを得るために必要な下型１４の粗さ付加部１４ａの表面粗さ１４ｂの水準は加工条件や型・圧延鋼材質等により異なり一概には言えないが、今回の実施例では、一般的な冷間圧延鋼板においてプレス面圧が約６０ｋｇｆ／ｍｍ^２で、型粗さの転写率が５０〜６０％であるので、下型１４の粗さ付加部１４ａに形成する表面粗さ１４ｂの水準は４０〜１２０μｍ（４０μｍ以上１２０μｍ以下）である。尚、表面粗さの転写率はプレス面圧や材料硬度等と相関がある。
【００１７】
また、下型１４における粗さ付加部１４ａの加工方法は、放電加工、砥石研磨またはショットブラスト等多くの加工方法が可能であるが、今回の実施例のような型１４の特定の一部分が特に入り組んだような箇所等であれば、放電加工が有用である。また一般的に、ＮＣ放電加工機で加工する場合は、放電時間、電極とワークとの距離、電圧、電極揺動等により粗さを制御するが、ワークの材質と目的の粗さとが決まれば前述の条件はおのずと定められる。
【００１８】
上記したように、本発明における表面粗さ１ｃの形成による接着強度向上の原理は、以下の三点である。
【００１９】
１）表面積ないし接着面積の増加効果
一般的に、接着剤とゴムとの接着力は接着剤強度と接着面積とに比例し、また接着面積はほぼ金属表面積と等価となるので金属表面粗さと比例する。したがって、表面粗さの増加に連れて接着面積も増加することから、接着力も増大する。
【００２０】
２）表面凹凸の増加によるアンカー効果増加
金属表面の凹部に接着剤が入り込むことにより両者が物理的に接着されるが、粗さが大きくなれば凹部の大きさや数が増大することから、アンカー効果が増大する。
【００２１】
３）接着剤流動抵抗増大による接着剤流出防止効果
金属表面粗さが大きくなれば、接着剤（液体）の流動抵抗が増大することから接着剤の流出が防止される。
【００２２】
したがって、これらの原理に基づいて、金属部品１とゴム３との接着剤による接着性を向上させることができ、また、プレス型１４の対応する部分１４ａに予め表面粗さ１４ｂを設けてプレスすることにより表面粗さ１ｃを金属部品１のゴム成形部１ｂに転写するようにしたために、金属部品１の特定の一部分のみに表面粗さ１ｃを形成するのを容易化し、併せて、表面粗さ１ｃの加工精度向上、プレス型１４のメンテナンス性向上、加工費の削減および工数の削減等を実現することができる。
【００２３】
尚、このように型１４から金属部品１へ表面粗さを転写するようにすると、以下の問題が発生することが懸念される。
【００２４】
（１）型１４の形状や加工時における加圧力の大きさ次第によっては、加工時における接触面圧の不足により、型１４から金属部品１へ表面粗さが十分に転写されない品目がある。
（２）金属部品１の材料（金属材料）の逃げ代の問題として、型１４の粗さ付加部１４ａと金属部品１との接触面積が大きな品目では、転写される表面粗さにばらつきが発生することがある。例えば、上記実施例における金属環１では、その被転写部に径方向のばらつきが発生し、径方向の端部で転写率が高く、径方向の中央部で転写率が低くなったりする。
【００２５】
上記懸念を解消するには、上記請求項１に記載したように、予め表面粗さを設ける型の粗さ付加部に、併せて、前記表面粗さよりも深さの大きな溝等の凹部を設けるのが好適であり、このように型の粗さ付加部に表面粗さを設けるとともに溝等の凹部を設けると、接触面積が縮小するために加工時における接触面圧を増大させることが可能となるとともに、金属部品の材料の逃げ代を確保することが可能となり、これにより型から金属部品への粗さ転写効率を向上させることができる。
【００２６】
凹部の実施例は、以下のようなものである。
【００２７】
すなわち、図４（Ａ）に示すように、上記金属環１をプレス加工するプレス型１４の粗さ付加部１４ａに表面粗さ１４ｂを設けるとともに、これと前後して同じ粗さ付加部１４ａに、上記凹部として、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように、放射状の溝１５を設けたり、あるいは図４（Ｄ）に示すように、同心円状の溝１５を設けたりする。図４（Ｃ）の溝１５は粗さ付加部１４ａの内周縁部に達するように形成されており、これに対して、図４（Ｂ）の溝１５は粗さ付加部１４ａの内周縁部に達しないように形成されている。
【００２８】
そして、何れにしろ、このようにプレス型１４の粗さ付加部１４ａに表面粗さ１４ｂを設けるとともに放射状または同心円状の溝１５を設けると、以下の作用効果を奏することが可能となる。
【００２９】
（１）粗さ付加部１４ａの面積が溝面積分減少し、プレス時における接触面圧が増大するために、粗さ転写率を向上させることができる。
（２）プレス時に溝１５両側の金属環１の材料が溝１５に流動して、プレス型１４の形状が転写され易くなるために、その結果として、径方向端部と径方向中央部の転写率の差が少なくなる。したがって、表面粗さをむらなく均一に転写することができる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、以下の効果を奏する。
【００３１】
すなわち先ず、上記構成を備えた請求項１に係る発明においては、金属部品を接着剤槽に浸漬した後の振り切り・乾燥時に、金属部品上の表面粗さを形成した部分（ゴム成形部）で、表面積ないし接着面積の増加効果、表面凹凸の増加によるアンカー効果増加および接着剤流動抵抗増大による接着剤流出防止効果が実現されて十分な接着剤膜が形成されるために、良好な接着力を得ることができ、これにより金属部品とゴムとの接着性を向上させることができる。
【００３２】
また、型の対応する部分に予め表面粗さを設けて金属部品を加工することにより表面粗さを金属部品のゴム成形部に転写するようにしたために、金属部品の特定の一部分に表面粗さを形成するのを容易化することができ、併せて、表面粗さの加工精度向上、型のメンテナンス性向上、加工費の削減および工数の削減等を実現することができる。
【００３３】
また、上記構成を備えた請求項１に係る発明においては、型の粗さ付加部と金属部品との接触面積が縮小するために加圧時の接触面圧を増大させることが可能となるとともに、金属材料の逃げ代を確保することが可能となり、これにより型から金属部品への粗さ転写効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る金属部品を備えた製品の半裁断面図
【図２】（Ａ）（Ｂ）および（Ｃ）とも同製品の製作過程を示す説明図
【図３】同金属部品の製作装置の説明図
【図４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）および（Ｄ）とも型の粗さ付加部の拡大断面図
【図５】金属部品、接着層およびゴムの積層構造を示す説明図
【符号の説明】
１金属環（金属部品）
１ａ表面
１ｂゴム接着部位
１ｃ，１４ｂ表面粗さ
１’ 圧延鋼
２接着剤膜
３ゴム
１１製作装置
１２プレス部
１３上型（型）
１３ａ上型可動部
１４下型（型）
１４ａ粗さ付加部
１５溝

Claims

金属部品（１）の表面（１ａ）のうちゴム（３）を接着する部位（１ｂ）に、金属とゴムとの接着性を高める表面粗さ（１ｃ）を形成する方法であって、
当該金属部品（１）を加工する型（１４）に予め表面粗さ（１４ｂ）を設け、加工時に前記型（１４）から当該金属部品（１）へ表面粗さ（１ｃ）を転写するとともに、
予め表面粗さ（１４ｂ）を設ける型（１４）の粗さ付加部（１４ａ）に、併せて、前記表面粗さ（１４ｂ）よりも深さの大きな溝（１５）等の凹部を設けることを特徴とする金属部品の表面処理方法。