JP5012812B2 - ガスケットの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、金属製芯材に接着剤を用いることなくゴムを固着させたガスケットの製造方法に関する。

ゴム製ガスケットは、ゴム単独では形状保持性に乏しく、その取り扱い性及び所要箇所への装着作業時等の作業性が悪く、ガスケットの脱落、ズレによるシール不良等の問題が起き易い欠点がある。

このため、従来は、金属製芯材をゴムで挟み付けるように被覆することにより、ゴムと芯材との積層構造としている（例えば特許文献１、２）。

この場合、芯材がゴムから離脱することのないように両者が一体化している必要がある。

芯材とゴムとの一体化には、接着剤を用いて接着する方法が一般的であるが、接着剤を用いることによってコスト高となる欠点がある。

また、接着剤として通常シロキサン系接着剤が使用されるが、かかる接着剤では十分な接着強度が得られず、機器への接点不良等の懸念があるため好ましくない。

更に、シロキサン系接着剤に含まれるシロキサンは有害物質であり、作業環境上、あるいは製品安全上改善の余地がある。

このため、特許文献３では、図９、１０、１１に示すように、芯材３０に貫通孔３０ａを形成している。この貫通孔３０ａはゴム３１が芯材３０から簡単に抜け落ちないための連結部３１ａとなる。

しかし、ゴム３１は芯材３０に対して接着しているわけではないため、連結部３１ａ以外の部位では、ゴム３１は芯材３０の表裏面から容易に剥がれてしまう問題がある。

即ち、図１１に示すように、ゴム３１が芯材３０から剥がれてしまうことにより、芯材３０の外側にはみ出してしまう問題がある。

このようなゴム３１のはみ出しは、相手座面からの脱落につながり、面圧低下を招く結果、漏れを生じさせるおそれがある。

一方、接着剤を用いずにゴムと金属の接着性の向上を図る技術として、特許文献４のように、金属表面をアルカリ処理する技術が知られている。
実開平２−３１９６０号公報 実開平４−８４８６２号公報 特開２００２−２４３０４２号公報 特開平１１−２０７８５９号公報

特許文献４には、アルカリ処理液として、ケイ酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウムが開示されているが、これらのアルカリでは、金属表面の濡れ性が不十分であり、粘着力が不十分である欠点がある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点を解決するものであり、金属製芯材に接着剤を用いることなくゴムを固着する際に、金属表面の濡れ性を改善させ、粘着力を向上させることができるガスケットの製造方法を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討の結果、金属表面の粘着力を向上させる上で、従来の水酸化ナトリウムのようなアルカリ処理による脱脂効果のみでは不十分であり、更にエッチング効果（アンカー効果）が粘着力に影響することを見出し、かかるエッチング効果（アンカー効果）はカルボン酸塩によって発揮することを見出し、本発明に至った。

即ち、上記課題は、以下の各発明によって解決される。

上記課題を解決する本発明に係るガスケットの製造方法は、ステンレス鋼板を用いて金属製芯材を形成する工程と、形成された金属製芯材をアルカリ処理液によりアルカリ処理する工程と、未加硫ゴム成形品を作成する工程と、前記処理工程で処理された金属製芯材を前記未加硫ゴム成形品に装着する工程と、前記ゴム成形品を加硫させることにより接着剤を用いることなく該金属製芯材と弾性材料とを固着する工程を有するガスケットの製造方法において、前記アルカリ処理する工程に用いられるアルカリ処理液が、（Ａ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、（Ｂ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の珪酸塩及び（Ｃ）カルボン酸塩を含み、前記アルカリ処理する工程が、アルカリ処理液中の（Ａ）及び（Ｂ）により、処理対象のステンレス鋼板の表面全体を覆うように複数のＯＨ基を単結合させる工程を有し、前記アルカリ処理を、１０〜３０分間行うことを特徴とする。

また、上記課題を解決する本発明に係るガスケットの製造方法の好ましい態様は、前記アルカリ処理する工程に用いられるアルカリ処理液が、前記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）以外に、界面活性剤を含むことである。

さらに、上記課題を解決する本発明に係るガスケットの製造方法の他の好ましい態様は、アルカリ処理時間が、１０〜２０分であることである。

本発明によれば、金属製芯材に接着剤を用いることなくゴムを固着できるガスケットの製造方法を提供することができる。

本発明のアルカリ処理液が本発明の作用効果を発揮するメカニズムを説明する図 脱脂時間と濡れ性の関係を示す実験結果 エッチング時間と濡れ性の関係を示す実験結果 本発明に係るガスケット製造を説明する図 本発明に係るガスケットの一例を示す平面図 粘着力試験の方法を説明する図 アルカリ処理時間と濡れ性の関係を示す図 アルカリ処理時間と粘着性の関係を示す図 従来のガスケットの一例を示す平面図 図９のｘｉ−ｘｉ線に沿う断面図 図９のｘｉｉ−ｘｉｉ線に沿う断面図

符号の説明

１：ゴム
１０：コの字状溝
２：芯材
３０：芯材
３０ａ：貫通孔
３１： ゴム
３１ａ：連結部

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明のガスケットの製造方法に用いられるアルカリ処理液は、下記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を含む。
（Ａ） アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物
（Ｂ） アルカリ金属又はアルカリ土類金属の珪酸塩
（Ｃ） カルボン酸塩

かかる処理液が本発明の作用効果を発揮するメカニズムを図１に基づいて説明する。

（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）を含むアルカリ処理液により、ステンレス鋼板をアルカリ処理（１）すると、脱脂処理（２Ａ）とエッチング処理（２Ｂ）が行われる。

脱脂処理（２Ａ）では、アルカリ処理液中の（Ａ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、例えば水酸化ナトリウム、及び（Ｂ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の珪酸塩、例えばＳｉＯ_２基が、ステンレス鋼板表面の有機物皮膜を除去する、即ち、ステンレス鋼板表面の油分を脱脂する。

具体的には、ステンレス鋼板表面の油に上記（Ａ）、（Ｂ）の疎水基が付着し、油を引き剥がす。その結果、ステンレス鋼板表面には、複数のＯＨ基が該表面金属に単結合された状態で、表面全体を覆うように生成され、濡れ性が改善される（３）。

このＯＨ基は、例えばシリコーンゴムとの分子間力や水素結合等により、ステンレス鋼板とゴムとの粘着を実現される。

エッチング処理（２Ｂ）は、（Ｃ）カルボン酸塩の作用による。カルボン酸塩中のＣＯＯＨ基は、ステンレス鋼板表面の酸化皮膜を除去する。そのためにステンレス鋼板表面の親水性が向上し、濡れ性も良好になる（３）。

またカルボン酸塩は、ステンレス鋼板表面の酸化皮膜を除去するのみならず、表面に凹凸を形成する。即ち、これがエッチング効果である。適度なエッチングであれば、ゴムとのアンカー効果を発揮し、粘着性が向上する（４）。

本発明者らの研究によると、脱脂やエッチングは、長時間行い過ぎると、濡れ性が悪くなり、粘着性の悪化を招くことがわかった。図２には、脱脂時間と濡れ性の関係を示す実験結果が示され、図３にはエッチング時間と濡れ性の関係を示す実験結果が示されている。

図２において、曲線Ａは脱脂時間によって有機物皮膜がどのように減少するかを示す。曲線Ｂは脱脂時間によってＳｉＯ₂が増加する状態を示す。ＳｉＯ₂が増加すると濡れ性が悪くなるので、本発明の効果を発揮し得る濡れ性の許容範囲があるのではないかと本発明者らは考え、図面の脱脂時間の良好領域Ｘが粘着性向上の上で好ましいことを見出した。

図３において、曲線Ｃはエッチング時間によって濡れ性が変化する状態を示す。この濡れ性の変化の要因は、エッチング時間を長くすると、ステンレス鋼板表面の凹凸が結合して、粘着性が悪化するようになることがわかった。本発明者らは、本発明の効果を発揮し得る濡れ性の許容範囲は図面のエッチング時間の良好領域Ｙが粘着性向上の上で好ましいことを見出した。

アルカリ処理時間（脱脂時間の良好領域Ｘとエッチング時間の良好領域Ｙ）は、１０〜３０分が好ましく、より好ましくは１０〜２０分である。

脱脂時間の良好領域Ｘとエッチング時間の良好領域Ｙの具体的な検証について、実施例において詳述する。

次に、本発明のガスケットの製造方法について、具体的に説明する。

金属製芯材は、ガスケットが適用される機器の装着箇所の形状に合うように形成される。本発明では、ステンレス鋼板をプレス又はワイヤーカットして、円形又は方形状の環状に形成する。ステンレス鋼板としては、例えばＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０１Ｈ、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ４３０等が挙げられるが、中でもＳＵＳ３０４が好適である。その板厚は、ガスケット用途であるので、一般に０．１〜２ｍｍ程度のものが用いられる。

アルカリ処理液は、（Ａ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物（以下、Ａ剤と称する場合がある）、（Ｂ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の珪酸塩（以下、Ｂ剤と称する場合がある）及び（Ｃ）カルボン酸塩（以下、Ｃ剤と称する場合がある）を含む。

Ａ剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物；炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム等の炭酸塩が挙げられ、中でも好ましいのは水酸化ナトリウムである。これらのＡ剤は、主として脱脂作用を呈する。

Ｂ剤としては、（オルト又はメタ）珪酸ナトリウム、珪酸カルシウム等が挙げられ、中でも好ましいのは、珪酸ナトリウムである。これらのＢ剤は、主として脱脂作用を呈する。

Ｃ剤のカルボン酸塩としては、エッチング効果を良好に発揮する上では、カルボキシル基（ＣＯＯＨ基）を２個以上含む化合物（例えばＥＤＴＡ（Ethylene Diamine Tetraacetic Acid）など）が好ましい。カルボン酸塩はナトリウム塩、カリウム塩などが好ましいが、中でもナトリウム塩が好ましい。これらのＣ剤は、エッチング作用を呈する。

Ａ剤、Ｂ剤、Ｃ剤の配合比は任意であり、格別限定されないが、Ａ剤は３０〜５０ｗｔ％の範囲、Ｂ剤は２〜３５ｗｔ％の範囲、Ｃ剤は０．１〜１．５ｗｔ％の範囲が好ましい。

Ａ剤、Ｂ剤、Ｃ剤を含むアルカリ処理液は市販品として入手できる。

例えばユケン工業社製「パクナＳＤＣ」を用いることができる。この製品は、Ａ剤、Ｂ剤及びＣ剤を含んでいる。具体的には、パクナＳＤＣは、水酸化ナトリウム（Ａ剤）、珪酸塩（Ｂ剤）、カルボン酸塩（Ｃ剤）を主として含み、その他、炭酸塩、各種界面活性剤等も含まれる。

パクナＳＤＣにおけるＡ剤、Ｂ剤、Ｃ剤の配合比は、Ａ剤３０〜５０ｗｔ％、Ｂ剤２〜５０ｗｔ％、Ｃ剤０．１〜１．５ｗｔ％の範囲である。

また本発明では、上記のＡ剤、Ｂ剤、Ｃ剤を含む「パクナＳＤＣ」に、カルボン酸塩からなるユケン工業社製「アルニオンＥ」及び又は「アルニオンＧ」を混合して使用できる。

アルニオンＥやアルニオンＧには、ＥＤＴＡやグルコン酸ソーダ（Ｃ_６Ｈ_１１ＮａＯ_７）が含まれている。

また、本発明のアルカリ処理液は、Ａ剤、Ｂ剤、Ｃ剤と共に、ＮＴＡ（Nitrilo Triacetic Acid）、ＨＥＤＴＡ（Hydroxyethyl Ethylene Diamine Triacetic Acid）などを、本発明の効果を良好に発揮する上で混合使用することもできる。

なお、本発明のアルカリ処理液には、Ａ剤、Ｂ剤、Ｃ剤以外に、界面活性剤を含むことができる。

本発明におけるアルカリ処理の方法は、アルカリ処理液に金属製芯材を浸漬、撹拌する浸漬処理、超音波洗浄処理、洗浄液の吹き付け処理、洗浄液を染込ませた布等による拭き取り処理、あるいはこれらの処理を組み合わせて行なうことができるが、中でも好ましいのは、浸漬処理である。

アルカリ処理時間（浸漬時間）は、上述のように、１０〜３０分が好ましく、より好ましくは１０〜２０分である。

アルカリ処理の温度は、格別限定されないが、３０℃〜７０℃の範囲が好ましく、より好ましくは４０℃〜６５℃の範囲である。

金属製芯材を上記のように浸漬処理によりアルカリ処理した場合には、浸漬後に、水洗、湯洗、乾燥させる。

次に、金属製芯材をアルカリ処理した後、該金属製芯材に、ゴムを、接着剤を用いずに、以下のようにして固着する。

ゴムとしては、一般にガスケット用途に用いられるゴムを用いることができる。特に本発明によれば、シリコンゴム（ＶＭＱ）等の含油材である材質を用いても、接着剤を用いることなく金属製芯材と密着一体化できる。具体的なシリコンゴムとしては、ＮＯＫ社製シリコンゴム（ＶＭＱ）のＳ３２３、Ｓ５９２、Ｓ５９４、Ｓ２０８、Ｓ２５６、Ｓ４６１等が挙げられる。

図４に示すように、ゴム１に、金属製芯材２をインサートする。その結果、図５に示すように、該芯材２がゴム１によってその外周から挟み付けるように被覆形成された環状のガスケット前躯体が形成される。

芯材２をゴム１中にインサートするには、アルカリ処理した後の芯材２を図示しない成形型内に配置した後、該成形型内に未加硫状態のゴム１を充填することによりゴム１内に芯材２を埋め込む。

その後、常法によってゴム１を加硫させることによって、芯材２の外周から該芯材２を挟み付けるようにゴム１を被覆接着する。このとき、芯材２とゴム１との接着のために接着剤を用いることはない。

ゴム１は、芯材２が脱脂とエッチングの両方のアルカリ処理により、該芯材２に対して密着し、芯材２とゴム１は剥離することなく一体化される。

なお、本発明は、芯材２に従来のような貫通孔を設けてゴム１に貫通孔を貫通する連結部を設ける必要なく、芯材２とゴム１とを密着一体化させることができるが、従来のように貫通孔及び連結部を設ける構成を排除するものではない。

以下、実施例により本発明の効果を例証する。

実施例１−８
厚さ１ｍｍのステンレス鋼板（ＳＵＳ３０４）をプレスして、図５に示すような環状形状の芯材を形成した。

次いで、表１に示す処理液を表１に示す配合濃度で水に添加して、アルカリ処理液を作成した。

・「パクナＳＤＣ」（ユケン工業社製）：Ａ剤、Ｂ剤、およびＣ剤を含むアルカリ処理液
・「アルニオンＥ」（ユケン工業社製）：Ｃ剤を含むアルカリ処理液
・「アルニオンＧ」（ユケン工業社製）：Ｃ剤を含むアルカリ処理液
・「ＣＬ−３９１」（日本パーカライジング社製）：水酸化ナトリウムと界面活性剤を配合したもの

上記のアルカリ処理液（温度５５℃）に芯材を表１に示す時間浸漬し、アルカリ処理した後、引き上げて、水洗及び乾燥させた。

アルカリ処理後の芯材を成形型内に配置して、未加硫状態のシリコンゴム（ＮＯＫ社製「Ｓ２５６」）を型内に充填してシリコンゴム内に芯材をインサートした後、常法に従ってシリコンゴムを加硫させ、芯材とゴムとが一体化したガスケットを作成した。

評価方法
＜濡れ性試験＞
金属芯材表面をアルカリ処理後、乾燥して３０分経過後に、濡れ張力試験用混合液（５２０μＮ／ｃｍ＝５２ｄｙｎ／ｃｍ；ＪＩＳ Ｋ ６７６８−１９９５に準ずる液）を金属芯材表面に、綿棒で塗布し、塗布後２〜５秒以内に濡れ性を測定した（ＪＩＳ Ｋ６７６８−１９９５）。５４ｄｙｎ／ｃｍ以上であれば濡れ性良好として評価できる。その結果を表１に示す。

＜粘着力試験＞
図６に示すように、ゴムをクリップで挟んで外径方向に引っ張り、ゴムが芯材から剥離するまでの荷重（Ｎ）を、プッシュプルゲージを用いて測定した。その結果を表１に示す。
１０Ｎ未満：ゴムが芯材から剥離するため不適と判断される。
１０Ｎ〜１３Ｎ：ゴムと芯材が付着しているが、圧縮すると剥離したので不適と判断される。
１３Ｎ以上：ゴムと芯材が密着し、圧縮しても剥離しないので良好と判断される。

比較例１−６
実施例１において、アルカリ処理を表１に示す処方に代えて同様に評価した結果を表１に示す。

酸溶液のみ（比較例１）では濡れ性及び粘着力が劣り、酸溶液による浸漬時間を増しても（比較例２）、濡れ性が良いが粘着力が不十分であることがわかる。

プラズマ処理（比較例３）やコロナ処理（比較例４）では濡れ性が優れているが粘着性が劣ることがわかる。

水酸化ナトリウムと界面活性剤を配合した「ＣＬ−３９１」では（比較例５）、本発明のＡ剤のみであるため、濡れ性及び粘着力が劣ることがわかる。

浸漬時間を増しても（比較例６）、濡れ性が更に低下し、粘着力が不十分であることがわかる。

これらに対して、実施例１−４では、濡れ性と粘着力のいずれも優れていることがわかる。

実施例９（アルカリ処理時間の検証）
実施例１において、アルカリ処理時間を変化させて、濡れ性と、粘着性について測定し、その結果を図７、図８に示す。

図７によると、アルカリ処理時間が１０分〜３０分の範囲で濡れ性が５４ｄｙｎ／ｃｍ以上となり、濡れ性が良好であることがわかった。１０分未満や３０分を越えた場合には、５４ｄｙｎ／ｃｍ未満になり、濡れ性が不十分であることがわかる。

また図８によると、アルカリ処理時間が１０分〜３０分の範囲で粘着力が１３Ｎ以上となり、ゴムと芯材が密着し、圧縮しても剥離しないことがわかった。

なお、図７及び図８において、濡れ性及び粘着力が良好なアルカリ処理時間の領域には「ＯＫ」と表示されている。

Claims (3)

1. ステンレス鋼板を用いて金属製芯材を形成する工程と、
   形成された金属製芯材をアルカリ処理液によりアルカリ処理する工程と、
   未加硫ゴム成形品を作成する工程と、
   前記処理工程で処理された金属製芯材を前記未加硫ゴム成形品に装着する工程と、
   前記ゴム成形品を加硫させることにより接着剤を用いることなく該金属製芯材と弾性材料とを固着する工程を有するガスケットの製造方法において、
   前記アルカリ処理する工程に用いられるアルカリ処理液が、（Ａ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、（Ｂ）アルカリ金属又はアルカリ土類金属の珪酸塩及び（Ｃ）カルボン酸塩を含み、
   前記アルカリ処理する工程が、アルカリ処理液中の（Ａ）及び（Ｂ）により、処理対象のステンレス鋼板の表面全体を覆うように複数のＯＨ基を単結合させる工程を有し、
   前記アルカリ処理を、１０〜８０分間行うことを特徴とするガスケットの製造方法。
2. 前記アルカリ処理する工程に用いられるアルカリ処理液が、前記（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）以外に、界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１記載のガスケットの製造方法。
3. アルカリ処理時間が、１０〜２０分であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスケットの製造方法。

Images