JP3935133B2 - 重畳部の形成方法 - Google Patents
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Description
本発明は、第１ワークと第２ワークとが接着剤又はシール材を介して重畳された重畳部の形成方法に関する。
従来、金属製部材同士、例えば、自動車用内燃機関を構成するシリンダブロックとオイルパンとの間には、ゴム製のパッキンが介在されている。このパッキンにより、シリンダブロックとオイルパンとの間からオイルやガスが漏洩することが阻止される。
しかしながら、パッキンはゴム製であり、経時的に劣化する。従って、長期間が経過した際には漏洩が起こることが懸念される。このような理由から、経時変化が著しく起こり難く、このために長期間にわたって漏洩を防止することが可能な高分子シール材が採用されつつある。なお、高分子シール材の具体例としては、シリコーンゴムが挙げられる。
高分子シール材は、例えば、シリンダブロックに塗布され、この状態でオイルパンが重畳される。勿論、その他の重畳部に高分子パッキンを介在させるようにしてもよい。
ところで、シリンダブロックやオイルパンをはじめとする自動車用内燃機関の各構成部材には、防錆油、切削油、プレス成形油等の油分が付着している。このような油分が付着した状態で部材同士を重畳した場合、重畳部に対する高分子シール材表面の濡れ性が油分によって低減し、その結果、シールが不完全になるという不具合がある。
この不具合を回避するためには、高分子シール材を塗布する部位に付着した油分を拭き取るか、又は、脱脂処理を施せばよい。しかしながら、この場合、拭き取りや脱脂処理にムラがあった場合、その箇所のシールが不完全になる。また、作業者が煩雑な手作業を行う必要があり、これに伴ってコストの増大を招いてしまう。
そこで、特許文献１には、高分子材シール材又は接着剤を塗布する前に、油分が付着した部位に対し、所定の波長の光線を含む紫外線を照射することが提案されている。特許文献１によれば、このような紫外線を照射することによって、第１に、油分の分子が切断されて低分子化され、低分子となった油分と接着剤との相溶性が向上して濡れ性が改善されると推定されるとのことである。第２に、油分の分子が破壊される際に極性基あるいは反応基が生成され、このために油自身が接着剤やシール剤との密着性を高めるカップリング剤としての作用を呈するものと推定されるとのことである。そして、その結果、被着面が改質され、接着剤ないし高分子シール材が介在された重畳部が良好に接着し、接合強度やシール性能が向上するとされている（段落［００２１］参照）。
しかしながら、紫外線照射によっても、その接合強度やシール性はなお十分であるとは言い難い側面がある。
本発明は上記した技術に関連してなされたもので、十分な接合強度ないしシール性能を有する重畳部を形成することが可能な重畳部の形成方法を提供することを目的とする。
前記の目的を達成するために、本発明は、金属からなる第１ワークにおける油分の付着した部位にプラズマを照射する工程と、
前記第１ワークにおけるプラズマが照射された前記油分が存在する部位に接着剤又はシール材として機能する高分子材を塗布する工程と、
前記第１ワークにおける前記高分子材が塗布された部位に金属からなる第２ワークを重畳して、前記第１ワークと前記第２ワークとの重畳部に前記高分子材を介在させる工程と、
を有することを特徴とする。
前記第１ワークにおけるプラズマが照射された前記油分が存在する部位に接着剤又はシール材として機能する高分子材を塗布する工程と、
前記第１ワークにおける前記高分子材が塗布された部位に金属からなる第２ワークを重畳して、前記第１ワークと前記第２ワークとの重畳部に前記高分子材を介在させる工程と、
を有することを特徴とする。
本発明においては、油分に対してプラズマが照射される。これにより、油分と、塗布される高分子材との結合力が向上する。その結果、油分と高分子材とが剥離し難くなる。しかも、この場合、油分とワークとの結合力も向上する。以上のような理由から、高分子材が介在されて重畳した重畳部の接合強度が著しく大きくなる。そして、接合強度が大きい重畳部においては、優れたシール性能も得ることができる。
上記した結合力が向上する理由は、プラズマ照射によって油分にカルボン酸が生成するためであると推察される。
この場合、プラズマを照射する前に圧縮気体によって油分を拡散させる工程を行うことが好ましい。これにより油分が広がって厚みが著しく小さくなるので、プラズマの照射時間が短い場合であっても、接合強度が十分な重畳部を得ることができる。従って、重畳部を効率よく形成することができるとともに、省エネルギ化を図ることができる。
なお、この拡散の際、油分の一部が散失してもよい。本発明における「拡散」には、油分の厚みを小さくしながら付着範囲を広げる場合のみならず、油分の一部が圧縮気体に同伴されて除去される場合も含まれるものとする。
高分子材の好適な例としては、接着剤及びシール材の双方として機能するシリコーンを挙げることができる。
いずれにおいても、前記第１ワーク又はプラズマ照射機構のいずれか一方を位置決めするとともに残余の一方を移動させながらプラズマの照射を行うことが好ましい。すなわち、第１ワークを位置決めする一方でプラズマ照射機構を移動させながらプラズマの照射を行うようにしてもよいし、プラズマ照射機構を位置決めする一方で第１ワークを移動させながらプラズマの照射を行うようにしてもよい。これにより、複数のワークに対して短時間でプラズマを照射することが可能となるので、重畳部を一層効率よく形成することができる。
本発明によれば、ワークにおける油分が付着した部位に、必要に応じて圧縮気体を噴射した後にプラズマを照射するようにしている。このため、油分とワークとの結合力が向上し、さらには高分子材と油分との結合力が向上するので、接合強度及びシール性能に優れた重畳部を得ることができる。高分子材は経時劣化が起こり難いので、長期間にわたって接合強度及びシール性能に優れ、このために漏洩が生じ難い重畳部を構成することができる。
以下、本発明に係る重畳部の形成方法につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。
先ず、図１に示すテストピースとしての第１ワーク１０と第２ワーク１２とで重畳部を設ける実施形態につき説明する。この場合、第１ワーク１０及び第２ワーク１２は、アルミニウムからなる長さ１００ｍｍ×幅２５ｍｍ×厚み１ｍｍの長方形状試験片である。これら第１ワーク１０及び第２ワーク１２としては、ウェスによる拭き取りと、脱脂剤による脱脂処理とによって油分が予め除去されたものが使用される。
このうちの第１ワーク１０に対し、油分が付着される。具体的には、０．０２５ｃｃのオイルＯが第１ワーク１０に滴下され、第１ワーク１０の一端部から１０ｍｍの範囲に拡張塗布される。以下の説明においては、この拡張塗布された範囲を第１重畳部位１４と表記し、その参照符号を１４とする。また、第２ワーク１２において、第１重畳部位１４に重畳される部位を第２重畳部位と指称し、その参照符号を１６とする。
このような第１ワーク１０と第２ワーク１２とで重畳部を設ける形成方法を、フローチャートとして図２に示す。この形成方法は、第１ワーク１０にプラズマを照射する第１工程Ｓ１と、第１ワーク１０に接着剤及びシール材として機能する高分子材としてのシリコーンゴム１８（図１参照）を塗布する第２工程Ｓ２と、第１ワーク１０におけるシリコーンゴム１８が塗布された部位に第２ワーク１２を重畳する第３工程Ｓ３とを有する。
第１工程Ｓ１において、第１重畳部位１４に対し、図３に示すように、プラズマ照射装置２０を用い、図１及び図３中のＸ方向に第１ワーク１０を移動させながら、第１重畳部位１４全体にプラズマＰを照射する。この際の移動速度は、第１ワーク１０とプラズマガン２２との距離が５〜１０ｍｍである場合、３０ｍｍ／秒とすれば十分である。なお、プラズマＰの照射幅が１０ｍｍに満たない場合は、第１ワーク１０を元の位置に戻した後、第１重畳部位１４の未照射部分にプラズマＰが照射される位置に該第１ワーク１０を若干移動させ、再度図１及び図３中のＸ方向に第１ワーク１０を移動させればよい。
次に、第２工程Ｓ２において、図１に示すように、第１重畳部位１４上にスリーボンド１２１６Ｅ（商品名、住友３Ｍ社製）等のシリコーンゴム１８を塗布する。シリコーンゴム１８は、例えば、直径８ｍｍの円柱体状とし、Ｘ方向に２５ｍｍにわたって塗布すればよい。
そして、第３工程Ｓ３において、シリコーンゴム１８が塗布された第１重畳部位１４上に第２重畳部位１６を重畳し、図示しない治具の作用下に両部位１４、１６を圧着させる。これにより、図４に示すように、第１重畳部位１４と第２重畳部位１６との間にシリコーンゴム１８が介在された重畳部３０が形成される。この際、シリコーンゴム１８は、第１重畳部位１４と第２重畳部位１６との間で、厚みがおよそ１ｍｍ程度となるまで圧潰される。なお、図４においては、便宜上、第１重畳部位１４と第２重畳部位１６とを仮想線で示す。
圧着が終了した後、室温で７日間放置すれば、シリコーンゴム１８を接着剤として第１重畳部位１４と第２重畳部位１６とが接合され、且つ該シリコーンゴム１８によって両部位１４、１６の間がシールされた重畳部３０を有する接合試験片が得られるに至る。
この試験片に対して、イマダ試験機（ＤＳＰ−１００）を使用し、接着剤の引張りせん断接着強さ試験方法についての規格であるＪＩＳ Ｋ ６８５０に準じて引張せん断試験を行うことにより、以下の結果が得られた。
オイルＯが塗布されながらもプラズマ照射が行われない場合、第１ワーク１０と第２ワーク１２の各々を互いに離間する方向に引っ張れば、重畳部３０は、図５に示すように、比較的小さい引張力でオイルＯとシリコーンゴム１８とが剥離する形態で分離する。これに対し、プラズマ照射が行われた接合試験片を引っ張ると、重畳部３０は、最終的に、シリコーンゴム１８が破壊することによって分離する。このため、重畳部３０の接合強度は、プラズマ照射が行われない場合に比して著しく大きくなる。このように接合強度が大きい重畳部３０では、シール性能も優れる。
なお、プラズマ照射が行われた後に設けられた重畳部３０の接合強度は、脱脂処理が行われた後にオイルＯが塗布されず、且つプラズマ照射も施されることなく接合された接合試験片と略同等である。このことから諒解されるように、本実施の形態によれば、プラズマＰを照射するという簡便な作業を行うことにより、オイルＯを手作業で除去するという煩雑な作業を行うことなく、良好な接合強度を示す重畳部３０が得られる。
このように、表面に油分が付着したワークで重畳部３０を設ける場合であっても、プラズマ照射を予め行った後にワーク同士を重畳することによって、重畳部３０の接合強度を著しく優れたものとすることができる。
重畳部３０の接合強度が向上する理由は、以下のようであると考えられる。すなわち、プラズマＰが照射されることによって、第１重畳部位１４に付着したオイルＯの官能基が酸化され、カルボン酸基に変化する。このカルボン酸基と、第１ワーク１０の材質であるアルミニウム表面に存在するＡｌ（ＯＨ）3とが水素結合を形成することにより、オイルＯが第１重畳部位１４から剥離し難くなる。
その一方で、シリコーンゴム１８側に臨むカルボン酸基は、該シリコーンゴム１８の末端に結合したケトキシム基と反応する。これにより、オイルＯとシリコーンゴム１８とが強固に結合し、その結果、オイルＯがシリコーンゴム１８から剥離し難くなる。
このように、オイルＯにカルボン酸基が生成することに伴って第１重畳部位１４及びシリコーンゴム１８の双方から剥離し難くなり、その結果、接合強度が向上するものと推察される。
ここで、自動車用内燃機関を作製する際には、各構成部材が搬送されながら組立等の作業が行われる。このようなライン上で重畳部３０の形成を行う場合、構成部材を所定の移動速度で移動させながら上記の作業を行えばよい。
この場合、ワークに対するオイルＯの付着量を低減するべく、プラズマＰを照射する前に、該ワークに対してエアブローを行うことが好ましい。これにより、移動速度が大きくプラズマＰの照射時間が短い場合であっても、重畳部３０の接着強度及びシール性能を確保することができる。
エアの噴出圧力及び噴出時間は、例えば、０．０５ＭＰａ、１秒にそれぞれ設定することができる。この条件下でエアブローを行う際、ワークを種々の移動速度で移動させた後にプラズマＰを照射して形成された重畳部３０につき、ワークの移動速度と接合強度との関係を図６に示す。なお、オイルＯの付着量は、０．０２５〜０．０７５ｃｃの間である。この図６から、エアブローを十分に行うことによって、接合強度を大きくすることができることが明らかである。
また、ライン内では、プラズマ照射装置２０の一部が搬送ライン設備に干渉するため、プラズマガン２２をワークの近傍に配設することが困難な場合がある。換言すれば、プラズマガン２２とワークとが大きく離間することがある。このような場合、プラズマガン２２の先端部の長さを大きくし、プラズマＰをワークに到達させるようにしたのみでは、重畳部３０の接着強度が低下する。これは、プラズマＰがワークに到達する前、プラズマＰ中の活性酸素の量が著しく減少するためであると推察される。
プラズマガン２２の先端部の長さを大きくしても重畳部３０の接着強度を確保するためには、印加電力を大きくすればよい。例えば、直径３ｍｍ、長さ４０ｍｍのプラズマガン２２を使用して印加電力８０Ｗで１．６ＭＰａの接合強度が得られていた場合、長さを６０ｍｍとして同等の接合強度を得るには、印加電力を１３０Ｗとすればよい。また、プラズマガン２２の長さを７５ｍｍとして同等の接合強度を得る場合、印加電力を１７０Ｗとすればよい。
なお、上記した実施の形態においては、第１ワーク及び第２ワークをともにアルミニウム製のものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、金属であればよい。
また、高分子材は、シール材又は接着剤のいずれか一方のみとして機能するものであってもよい。そして、高分子材は、シール材又は接着剤として機能する物質であればよく、シリコーンに特に限定されるものではない。
さらに、上記した実施の形態では、第１ワーク１０を移動させながらプラズマＰを照射するようにしているが、第１ワーク１０を位置決めしてプラズマガン２２を移動させるようにしてもよいし、また、重畳部３０の長さや幅に対応させてプラズマガン２２を複数配列するようにしてもよいことはいうまでもない。
厚みが１ｍｍであり、幅及び長さが図７に示される寸法のアルミニウム製試験片を切り出した。このうちの一方を第１ワークとし、ウェスによる拭き取りと、脱脂剤による脱脂処理とによって油分を除去した。その後、０．０２５ｃｃのオイルを第１ワークに滴下し、該第１ワークの第１重畳部位に拡張塗布した。
この第１重畳部位に対し、第１ワークの移動速度を２ｍｍ／秒として、プラズマを照射した。さらに、第１重畳部位にスリーボンド１２１６Ｅを直径８ｍｍの円柱体状に塗布した。そして、第１重畳部位に第２ワークの第２重畳部位を重畳した後、７日間放置することにより、接合された重畳部を設けた。
ウェスによる拭き取りと、脱脂剤による脱脂処理とによって油分を除去し、その後、オイルの塗布とプラズマ照射とを行わなかったことを除いては実施例１と同様にして、重畳部を形成した。
プラズマ照射を行わなかったことを除いては実施例１に準拠して、重畳部を形成した。
プラズマ照射に代替し、水銀ランプを光源とする紫外線照射を行ったことを除いては実施例１と同様にして、重畳部を形成した。
プラズマ照射に代替し、金属ハロゲン化物ランプを光源とする紫外線照射を行ったことを除いては実施例１と同様にして、重畳部を形成した。
以上の実施例１、比較例１〜４の重畳部に対し、インストロン社製の万能材料試験機Ｍｏｄｅｌ５５６５を使用し、クロスヘッド移動量法に従って、第１ワークと第２ワークとを互いが離間する方向に引っ張った。そして、第１ワークと第２ワークとが分離した際の荷重と、該重畳部の面積とから、接合強度を算出した。この試験を７個の試験片について行い、荷重及び接合強度の平均値を求めた。結果を、図７に併せて示す。この図７から、実施例１の重畳部における接合強度が、オイルが存在しない状態で形成された重畳部の接合強度と略同等であり、また、プラズマ照射を行わない場合や紫外線照射を行った場合に比して接合強度が著しく向上することが明らかである。
本発明に係る重畳部の形成方法によれば、経時劣化が起こり難い高分子材を使用してシール性ないし接合性が良好な重畳部が得られる。従って、複数個の部材同士を組み合わせて構成されるもの、例えば、自動車用内燃機関等を、長期間にわたって漏洩が生じ難い構成とすることができる。
１０、１２…ワーク １４、１６…重畳部位
１８…シリコーンゴム ２０…プラズマ照射装置
２２…プラズマガン ３０…重畳部
Ｏ…オイル Ｐ…プラズマ
１８…シリコーンゴム ２０…プラズマ照射装置
２２…プラズマガン ３０…重畳部
Ｏ…オイル Ｐ…プラズマ
Claims (4)
- 金属からなる第１ワークにおける油分の付着した部位にプラズマを照射する工程と、
前記第１ワークにおけるプラズマが照射された前記油分が存在する部位に接着剤又はシール材として機能する高分子材を塗布する工程と、
前記第１ワークにおける前記高分子材が塗布された部位に金属からなる第２ワークを重畳して、前記第１ワークと前記第２ワークとの重畳部に前記高分子材を介在させる工程と、
を有することを特徴とする重畳部の形成方法。 - 請求項１記載の形成方法において、プラズマを照射する前に圧縮気体によって油分を拡散させる工程を有することを特徴とする重畳部の形成方法。
- 請求項１又は２記載の形成方法において、前記高分子材としてシリコーンを使用することを特徴とする重畳部の形成方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の形成方法において、前記第１ワーク又はプラズマ照射機構のいずれか一方を位置決めするとともに残余の一方を移動させながらプラズマの照射を行うことを特徴とする重畳部の形成方法。
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