(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムと複合すべき基材に金属又は金属化合物からなる接合層を介してゴム組成物を積層し、次いでこのゴム組成物を加硫することからなるゴム系複合材料の製造方法において、上記基材と金属又は金属化合物薄膜との間に下地膜を介在させると共に、
上記接合層が酸化コバルトであり、下地膜がアルミニウム、クロム、チタン、亜鉛、シリコン、ニッケル、銅、銀、タンタル、タングステン並びにこれらの酸化物、窒化物及び炭化物から選ばれるものであることを特徴とするゴム系複合材料の製造方法。
【請求項２】
ゴムと複合すべき基材に金属又は金属化合物からなる接合層を介してゴム組成物を積層し、次いでこのゴム組成物を加硫することからなるゴム系複合材料の製造方法において、上記基材と金属又は金属化合物薄膜との間に下地膜を介在させると共に、
上記接合層がコバルト又は酸化コバルトであり、下地膜がこの接合層より高酸化度の酸化コバルトであることを特徴とするゴム系複合材料の製造方法。
【請求項３】
下地膜と接合層とが連続層をなし、下地膜と接合層との境界部において、下地膜から接合層に向うに従い、酸化コバルトの酸化度が段階的に低下する請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
基材が、表面に化成処理面を有する金属である請求項１乃至３のいずれか１項記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基材とゴム層との接着性に優れたゴム系複合材料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来より、防振ゴムなど、金属とゴムとの複合材料は広く使用されているが、この場合金属とゴムとは強固に接合していることが必要である。
【０００３】
本出願人は、このような点から特開昭６２−８７３１１号、同６２−２４６２７８号公報において、ドライプレーティング法によりコバルト又はコバルト合金を基材上に成膜することで未加硫ゴム加硫時に基材／ゴムが強固に接合する複合体を製造する方法を提案した。また、特開平１−２９０３４２号公報では基材／ゴム複合体製造後の耐久性（耐湿熱劣化性）を向上させる目的でコバルト成膜時及び成膜後の熱処理によりコバルトの酸化を行っている。
【０００４】
また、本出願人は、特開平８−２９６０３２号公報において、基材表面に酸化コバルト薄膜を形成したのち、該薄膜上にゴム組成物を形成し、次いでこのゴム組成物を加硫してゴム系複合材を製造する方法において、上記酸化コバルト薄膜を、コバルトをターゲットとし、酸素分子を有するガスを含有する不活性ガスの存在下においてターゲットにＤＣ電源を用いてパワーを投入した際、ターゲット及び基材間の電圧が急激に上昇する変移点以上のパワーでスパッタリングすることにより形成することを特徴とするゴム系複合材の製造方法を提案している。
【０００５】
この方法によれば、コバルト成膜時に酸素ガスを流し、ＣｏＯｘ膜を作製することで、耐湿熱接着性に優れたゴム系複合材料を得ることができる。
【０００６】
ところで、防振ゴム等の接着界面が露出しているような複合材料においては、この接着界面に水が直接接触する場合がある。このような情況をクリアするためには、例えば接着破壊テストにおいて接着破壊時に接着界面に水をかけるというウエット試験をパスする必要がある。
【０００７】
しかしながら、上記方法により、金属等の基材上に上述のＣｏＯｘ膜を形成した場合、通常の破壊テストを行ってもゴム破壊は１００％で、優れた接着性を有するが、接着界面に水をつけるというウエット試験を行うと、水を滴下すると同時に剥離が生じるという問題が生じ、このためこの点の解決が望まれた。
【０００８】
本発明は上記要望に応えたもので、接着界面に水が接触するような場合であっても優れた接着性を示すゴム系複合材料の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を行った結果、基材に金属又は金属化合物からなる接合層を介してゴム組成物を積層し、このゴム組成物を加硫してなるゴム系複合材料において、上記基材と接合層との間に下地膜を介在させることにより、ウエット接着試験においてもゴム破壊１００％に至る強固な接着性を得ることができ、防振ゴム等の接着界面に水が直接接触する場合においても優れた接着性を示すこと、またこの下地膜を形成する方法は、特にリン酸塩皮膜等の化成処理面を有する金属基材にゴムを複合する場合に有効であることを知見し、本発明をなすに至った。
【００１０】
従って、本発明は、以下のゴム系複合材料の製造方法を提供する。
請求項１：
ゴムと複合すべき基材に金属又は金属化合物からなる接合層を介してゴム組成物を積層し、次いでこのゴム組成物を加硫することからなるゴム系複合材料の製造方法において、上記基材と金属又は金属化合物薄膜との間に下地膜を介在させると共に、
上記接合層が酸化コバルトであり、下地膜がアルミニウム、クロム、チタン、亜鉛、シリコン、ニッケル、銅、銀、タンタル、タングステン並びにこれらの酸化物、窒化物及び炭化物から選ばれるものであることを特徴とするゴム系複合材料の製造方法。
請求項２：
ゴムと複合すべき基材に金属又は金属化合物からなる接合層を介してゴム組成物を積層し、次いでこのゴム組成物を加硫することからなるゴム系複合材料の製造方法において、上記基材と金属又は金属化合物薄膜との間に下地膜を介在させると共に、
上記接合層がコバルト又は酸化コバルトであり、下地膜がこの接合層より高酸化度の酸化コバルトであることを特徴とするゴム系複合材料の製造方法。
請求項３：
下地膜と接合層とが連続層をなし、下地膜と接合層との境界部において、下地膜から接合層に向うに従い、酸化コバルトの酸化度が段階的に低下する請求項２記載の製造方法。
請求項４：
基材が、表面に化成処理面を有する金属である請求項１乃至３のいずれか１項記載の製造方法。
【００１１】
以下、本発明について更に詳しく説明する。本発明のゴム系複合材料の製造方法において、対象となる基材の種類は特に制限されず、金属、セラミックス、プラスチック等に適用可能である。この場合、金属基材の種類としては、例えば鉄鋼、ステンレススチール、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、亜鉛、亜鉛合金、アモルファス合金などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。また、セラミックス、プラスチックとしてもその目的に応じて種々のものを選定することができる。この基材の形状、サイズなどは目的に応じて適宜選定される。
【００１２】
この場合、特に本発明は表面にリン酸亜鉛皮膜を有するスチール等の化成処理面を有する金属に対して好適に採用される。
【００１３】
一方、上記基材に複合されるゴム層を形成するゴム組成物中のゴム成分としては、天然ゴム（ＮＲ）、及び構造式中に炭素−炭素二重結合を有する合成ゴムを単独で或いは２種以上ブレンドして使用できる。上記合成ゴムには、イソプレン、ブタジエン、クロロプレン等の共役ジエン化合物の単独重合体であるポリイソプレンゴム（ＩＲ）、ポリブタジエンゴム（ＢＲ）、ポリクロロプレンゴム等、前記共役ジエン化合物とスチレン、アクリロニトリル、ビニルピリジン、アクリル酸、メタクリル酸、アルキルアクリレート類、アルキルメタクリレート類等のビニル化合物との共重合体であるスチレンブタジエン共重合ゴム（ＳＢＲ）、ビニルピリジンブタジエンスチレン共重合ゴム、アクリロニトリルブタジエン共重合ゴム、アクリル酸ブタジエン共重合ゴム、メタアクリル酸ブタジエン共重合ゴム、メチルアクリレートブタジエン共重合ゴム、メチルメタアクリレートブタジエン共重合ゴム等、エチレン、プロピレン、イソブチレン等のオレフィン類とジエン化合物との共重合体〔例えばイソブチレンイソプレン共重合ゴム（ＩＩＲ）〕、オレフィン類と非共役ジエンとの共重合体（ＥＰＤＭ）〔例えばエチレン−プロピレン−シクロペンタジエン三元共重合体、エチレン−プロピレン−５−エチリデン−２−ノルボルネン三元共重合体、エチレン−プロピレン−１，４−ヘキサジエン三元共重合体〕、シクロオレフィンを開環重合させて得られるポリアルケナマー〔例えばポリペンテナマー〕、オキシラン環の開環重合によって得られるゴム〔例えば硫黄加硫が可能なポリエピクロロヒドリンゴム〕、ポリプロピレンオキシドゴム等が含まれる。また、前記各種ゴムのハロゲン化物、例えば塩素化イソブチレンイソプレン共重合ゴム（Ｃｌ−ＩＩＲ）、臭素化イソブチレンイソプレン共重合ゴム（Ｂｒ−ＩＩＲ）等も含まれる。更に、ノルボルネンの開環重合体も用い得る。また更に、ブレンドゴムとしては上述のゴムにエピクロロヒドリンゴム、ポリプロピレンオキシドゴム、クロロスルフォン化ポリエチレン等の飽和弾性体をブレンドして用いることもできる。
【００１４】
本発明で用いるゴム組成物には、更に硫黄、有機硫黄化合物、その他の架橋剤を上記ゴム成分１００部（重量部、以下同様）当り好ましくは０．０１〜１０部、より好ましくは０．１〜６部配合され、また加硫促進剤がゴム成分１００部に対して０．０１〜１０部、特に０．１〜５部配合される。この場合、加硫促進剤の種類は限定されないが、Ｎ−シクロヘキシル−２−ベンゾチアジルスルフェンアミド（ＣＺ）を用いることで加硫時間を短くすることができる。
【００１５】
更に、本発明のゴム組成物には、例えばパラフィン系、ナフテン系、芳香族系プロセスオイル、エチレン−α−オレフィンのコオリゴマー、パラフィンワックス、流動パラフィン等の鉱物油、ひまし油、綿実油、あまに油、なたね油、大豆油、パーム油、やし油、落花生油等の植物油などのオイルを配合することが好ましく、これによりＣＺの使用に伴う上記ＣｏＯｘ薄膜上におけるゴムとの湿熱接着性を向上させることができる。オイルの配合量はゴム成分１００部に対して３〜５０部、特に４〜１０部とすることが好ましい。オイルの配合量が少なすぎると湿熱接着性改善効果が少なく、多すぎるとゴム自身のバネ特性が大きく変化する。特に防振ゴムの場合振動を減衰させるために重要なｔａｎδが大きく変化する傾向がある。
【００１６】
上記ゴム組成物には、更に常法に従い、目的、用途などに応じてカーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、クレイ、マイカ等の充填剤、亜鉛華、ステアリン酸等の加硫促進助剤等を添加してゴム組成物を調製することができる。なお、本発明においては、部分酸化コバルトとゴムとの加硫接着促進剤として有機コバルト塩類を特に配合する必要はない。
【００１７】
上記ゴム組成物と基材との接合は、該基材上にゴム組成物を加熱圧着して加硫接着するものであるが、加硫法は硫黄加硫のほか、ジチオモルフォリン、チウラム加硫等の有機硫黄化合物による有機硫黄加硫などが採用され、常法に従って加硫することができる。これらの中では特に硫黄加硫による方法が好ましい。この場合、硫黄や有機硫黄化合物中の硫黄の配合量はゴム成分１００部に対して０．５〜７部、特に１〜６部とすることが好ましい。なお、加硫条件は適宜選定され、特に制限されない。例えば１５５℃で２０分程度とすることができる。
【００１８】
本発明方法では、上記硫黄を例えば５〜６部といった多量配合したゴム組成物で、長時間加硫接合を行った場合でも、基材とゴムとを強固に接合でき、このため本発明方法は金属等の基材とゴムとの接合強度を必要とするタイヤ、動力伝達ベルト、コンベアベルト、ホース等の繊維状金属を芯材に用いたゴム系複合材や防振ゴム、免振材、ゴムクローラ、ラバースクリーン、ゴムロールなどの各種ゴム製品や部品類の製造に広く応用できる。
【００１９】
而して、本発明においては、上記基材とゴム層とを金属又は金属化合物薄膜からなる接合層を介して接合するものであり、かつこの場合、この接合層は、上記基材上に下地膜を形成し、この下地膜上に形成するもので、これにより接着境界に水が接触する環境下にあっても優れた接着性を与えるものである。
【００２０】
ここで、接合層としては、亜鉛、銅、コバルトやこれらを主体とする合金、これら金属の化合物にて形成することができるが、特にコバルト、コバルトを５０重量％以上、とりわけ７０重量％以上含有するコバルトとＺｎ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｎｉ等との合金、コバルトの酸化物、窒化物、炭化物などが好ましい。この場合、コバルトの酸化物、窒化物、炭化物としてはＣｏＯｘ、ＣｏＮｙ、ＣｏＣｚで表すことができるが、ｘは０〜１．８、特に０〜１．６、ｙは０〜１．６、特に０〜１．４、ｚは０〜３．２、特に０〜２．８の範囲にあることが好ましい。
【００２１】
上記接合層の厚さは適宜選定されるが、１０Å〜１００μｍ、特に５０Å〜１μｍであることが好ましい。
【００２２】
下地膜は、各種塗工膜、塗装膜等の有機皮膜のほか、金属又は金属化合物にて形成することができ、金属又は金属化合物としては、アルミニウム、クロム、チタン、亜鉛、シリコン、ニッケル、銅、銀、タンタル、タングステン等の金属、これらの合金、これら金属の酸化物、窒化物、炭化物、更にコバルトの酸化物、窒化物、炭化物などを挙げることができるが、この下地層としては上記接合層とは異なるものを使用する。
【００２３】
なお、このようにコバルトの酸化物ＣｏＯａ、窒化物ＣｏＮｂ、炭化物ＣｏＣｃを用いる場合、ａ，ｂ，ｃはそれぞれ正数で、１０以下、特に５以下であり、上記ｘ，ｙ，ｚと同様の範囲とすることもできるが、ａ＞ｘ、ｂ＞ｙ、ｃ＞ｚであることが有効である。
【００２４】
特には、接合層がコバルト又は酸化コバルト（コバルトの酸化物）であり、下地層がアルミニウム又はこの接合層より酸化度の高い酸化コバルトであることが好ましい。
【００２５】
上記下地膜は一層以上あればよく、複数層形成することができる。
【００２６】
下地膜の膜厚は特に制限されないが、１０Å以上、特に５０Å以上とすることができ、通常１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以下の膜厚範囲とすることができる。
【００２７】
上記接合層及び下地膜の形成方法は特に制限されず、その種類に応じて選定されるが、接合層は真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、２極スパッタリング法、高周波スパッタリング法、プラズマ重合法、プラズマＣＶＤ法等の気相めっき法にてそのめっき法の常法に従って形成することができ、特にコバルトの酸化物、窒化物、炭化物膜を形成する場合は、コバルトをターゲットとし、Ｏ２等の酸素原子、Ｎ２等の窒素原子、ＣＨ４等の炭素原子をそれぞれ含有するガスを含む不活性ガスの存在下においてターゲットにＤＣ電源を用いてパワーを投入する方法が好ましく、具体的には特開平８−２９６０３２号公報記載の方法を採用し得る。
【００２８】
一方、下地膜もこれを金属又は金属化合物にて形成する場合は、接合層と同様に気相めっき法にて形成し得る。
【００２９】
この場合、接合層をコバルト又はコバルトの酸化物、窒化物、炭化物にて形成し、下地膜をコバルトの酸化物、窒化物、炭化物にて形成する場合、コバルトをターゲットとし、不活性ガスの存在下においてスパッタリング法にて膜形成を行う際に、不活性ガスに酸素原子、窒素原子、炭素原子を含有するガスの混入量を変化させることにより、下地膜と接合層とを連続層として形成し得る。例えば、下地膜を酸化コバルトとし、接合層をコバルト又は下地膜の酸化コバルトより低酸化度の酸化コバルトとする場合、最初に酸素、オゾン、空気、水等の酸素原子を有するガスの混入量を多くし、ＣｏＯｘにおいてｘ＝１．８〜１０、特にｘ＝１．８〜５の酸化皮膜を形成し、所定時間経過後（所定厚さの下地膜が形成された後）、酸素原子を有するガスの混入を停止し又は混入量を少なくし、ＣｏＯｘにおいてｘ＝０〜１．８、特にｘ＝０〜１．６の酸化皮膜を形成することができる。或いは、このように酸素原子を有するガスの混入量を低減する場合、上記のように混入量を一挙に低減するのではなく、漸減することもでき、これにより下地膜と接合層との境界部において、酸化コバルトの酸化度を徐々に段階的に低下することもできる。更には、スパッタリングの初期から終期にかけて、酸素原子の混入量を漸減させ、酸化コバルトの酸化度が漸減した傾斜膜とすることもできる。
【００３０】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
【００３１】
〔実施例１〕
基材として１０×７５×０．５ｍｍのアルミニウム試験片を用い、まず表面をアセトンで洗浄した後、高周波１３．５６ＭＨｚ、１００Ｗで５分間減圧アルゴンプラズマ処理を行った。上記基材上にマグネトロンスパッタリング法でアルミニウム膜を目標厚み１０００Åで形成した。この場合、スパッタリング条件は、アルミニウムをターゲットとし、アルゴンガス導入量１８ｍｌ／分、ガス圧力１０ｍＴｏｒｒ、ターゲット投入パワー５００Ｗで、５分間成膜した。
【００３２】
その後、コバルトをターゲットとし、アルゴンガス導入量１８ｍｌ／分、表２に示す酸素導入量、投入パワー８００Ｗで１分間成膜し、目標厚み５００Åの接合層を形成した。
【００３３】
次いで、表１に示す未加硫ゴム組成物と貼り合わせた後、１４５℃で４０分間加硫し、接合させ、下記の方法で接着試験を行った。結果を表２に示す。
【００３４】
比較のため、上記アルミニウム膜を形成しない以外は同様にしてゴム組成物の加硫、接合を行い、同様の接着試験を行った。結果を表２に示す。
【００３５】
【表１】
0003582557.tif 000002
＊１：Ｎ−フェニル−Ｎ’−イソプロピル−ｐ−フェニレンジアミン
＊２：Ｎ−オキシジエチレン−２−ベンゾチアゾルスルフィド
【００３６】
接着試験方法
アルミ試験片の場合、Ｔ字剥離法で接着試験を行った。ＳＰＣＣ（冷間鍛造鉄試験片）、化成処理試験片は、９０°剥離法で接着試験を行った。そのままの状態で引張試験を行ったものをドライ接着試験、剥離部に純水を滴下させながら引張試験を行ったものをウェット接着試験とし、双方とも剥離面の破壊状態（ゴム破壊１００％を最も接着性が良いと判断する）で接着性を評価した。
【００３７】
【表２】
0003582557.tif 000003
【００３８】
〔実施例２〕
基材として６０×２５×２．３ｔのスチール試験片上にリン酸亜鉛皮膜を形成したものを使用した以外は実施例１と同様の方法でゴム系複合材料を作製し、その接着力を測定した。結果を表３に示す。
【００３９】
【表３】
0003582557.tif 000004
【００４０】
〔実施例３〕
基材として６０×２５×２．３ｔのＳＳＰＣ（冷間鍛造試験片）を用い、実施例１と同様にして減圧アルゴンプラズマ処理を行った後、コバルトをターゲットとし、アルゴンガス導入量２０ｍｌ／分、表４に示したように投入パワー８００Ｗで酸素流量２０ｍｌ／分で１０分間、酸素流量１ｍｌ／分で１分間成膜し、目標厚み１０００Åの下地膜−接合層の連続層を形成した。なお、ガス圧力は５ｍＴｏｒｒであった。
【００４１】
次いで、実施例１と同様にしてゴム系複合材料を作製し、その接着力を測定した。結果を表４に示す。
【００４２】
【表４】
0003582557.tif 000005
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、接着界面部に水が接触する環境下にあっても優れた接着性を有するゴム系複合材料を得ることができ、化成処理面上に対する接着も安定になる。