(57)【要約】      （修正有）【課題】金属部材とＴＰＵよりなる部材との接合方法において、生産性を損わない容易な方法で金属表面の接合予定部位へのＴＰＵの弾性樹脂部の接合強度を高める。【解決手段】ベアリング１０の外輪１の外周面１ａに、これを外側から被覆する金属用接着剤層３’を形成すべく接着剤１を塗布する第１工程と、該金属用接着剤層３’に、これを外側から更に被覆するポリウレタン用接着剤層４’を形成すべく接着剤２を塗布する第２工程と、半硬化状態のポリウレタン用接着剤層４’を最外層とする外周面１ａがキャビティ２４に臨むようにベアリング１０を金型２０のキャビティ型２１にセットして弾性樹脂部２’を射出成形する第３工程と、弾性樹脂部２’が一体化されたウレタンローラＵを前記樹脂部２’の軟化温度以下の温度で加熱し、前記接着剤１及び接着剤２を熱硬化させる第４工程の順序に従って、ベアリング１０と弾性樹脂部２’とを一体化接合する。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料からなる部材を成形型にセットして、この金属部材の一部が臨んでいるキャビティに、加熱溶融されたウレタン系熱可塑性エラストマ−を射出充填して、前記金属部材の一部にウレタン系熱可塑性エラストマ−よりなる弾性樹脂部を射出成形して一体化する金属部材とウレタン系熱可塑性エラストマー部材との接合方法であって、
前記金属部材における弾性樹脂部の一体化接合予定部位に、これを外側から被覆する金属用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤１）を塗布する第１工程と、
一体化接合予定部位を被覆する前記金属用接着剤層に、これを外側から更に被覆するポリウレタン用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤２）を塗布する第２工程と、
前記ポリウレタン用接着剤層を最外層とする一体化接合予定部位がキャビティに臨むように金属部材を射出成形型にセットして前記弾性樹脂部を射出成形する第３工程と、
弾性樹脂部が一体化された成形完成品を前記樹脂部のほぼ軟化温度以下の温度で加熱し、前記（接着剤１）及び（接着剤２）を熱硬化させる第４工程と、  を有し、前記金属用接着剤層及びポリウレタン用接着剤層を介して前記弾性樹脂部が一体化された金属部材よりなる成形完成品を得ることを特徴とする金属部材とウレタン系熱可塑性エラストマー部材との接合方法。
（接着剤１）ウレタン系の高分子材料と主に金属部材との接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、活性水素基を有するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール等に、硬化剤等のその他必要な添加剤が配合されたものを指す。
（接着剤２）ウレタン系の高分子材料や、他の各種高分子材料の接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、ポリウレタンやウレタン変性エポキシ樹脂等よりなるものを指す。
【請求項２】
前記金属部材はベアリングであって、前記弾性樹脂部は、ベアリングの外周面に接合されることを特徴とする請求項１に記載の金属部材とウレタン系熱可塑性エラストマー部材との接合方法。
【請求項３】
金属部材である金属シート材の表面に、ウレタン系熱可塑性エラストマ−部材であるウレタンシート材を押出成形する際に、両シート材を接合する方法であって、
前記金属シート材の表面に、金属用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤１）を塗布した後に、更に前記金属用接着剤層の表面にポリウレタン用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤２）を塗布した状態で前記ウレタンシート材を押出成形を行うことを特徴とする金属部材とウレタン系熱可塑性エラストマー部材との接合方法。
（接着剤１）ウレタン系の高分子材料と主に金属部材との接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、活性水素基を有するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール等に、硬化剤等のその他必要な添加剤が配合されたものを指す。
（接着剤２）ウレタン系の高分子材料や、他の各種高分子材料の接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、ポリウレタンやウレタン変性エポキシ樹脂等よりなるものを指す。
【請求項４】
金属部材である金属線材の外周に、ウレタン系熱可塑性エラストマ−部材であるウレタン被覆材を押出成形する際に、前記金属線材と前記ウレタン被覆材とを接合する方法であって、
前記金属線材の表面に、金属用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤１）を塗布した後に、更に前記金属用接着剤層の表面にポリウレタン用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤２）を塗布した状態で前記ウレタン被覆材を押出成形を行うことを特徴とする金属部材とウレタン系熱可塑性エラストマー部材との接合方法。
（接着剤１）ウレタン系の高分子材料と主に金属部材との接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、活性水素基を有するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール等に、硬化剤等のその他必要な添加剤が配合されたものを指す。
（接着剤２）ウレタン系の高分子材料や、他の各種高分子材料の接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、ポリウレタンやウレタン変性エポキシ樹脂等よりなるものを指す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝撃を吸収したり低騒音化する目的で、金属部材にウレタン系熱可塑性エラストマーよりなる部材を一体化する接合方法であって、より具体的には、金属部材表面の接合予定部位に前記エラストマーを射出成形しながらその弾性樹脂部を一体化する接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性エラストマー（以下の説明では「ＴＰＥ」と記す）は、常温では加硫ゴムに匹敵する弾性を有しながら、高温では可塑化されることにより、例えば射出成形等の高効率な方法で成形可能な高分子材料であって、前記加硫ゴムよりも省エネルギーで省力化生産可能なので、広く普及している。その中でもウレタン系熱可塑性エラストマー（以下の説明では「ＴＰＵ」と記す）で成形された部材は、他のＴＰＥと比較すると、特に耐磨耗性において最も優れており、しかも衝撃に強く、剛性が高く、低温耐衝撃性が強い等の利点をも有しているので、自動車部品や機械部品として広く使用され、更に、線膨張率がより金属に近いので、この相違に起因する座屈、ひび割れ、ゆるみ等を生じにくく、金属材料で形成された部材の一部分を被覆するように接合されて、一体化完成部品が形成される用途も多くある。
【０００３】
上記した完成部品の一例としては、金属ベアリング１０の外周面１ａに、これと同心上のほぼリング形に形成されたＴＰＵの弾性樹脂部２が一体化されたウレタンローラＵ（図１参照）が挙げられる。このように、ベアリングの外周面にＴＰＵで成形された弾性樹脂部を接合する従来方法としては、前記外周面１ａ（一体化接合予定部位）に、予めサンドブラスト等の表面処理を施して、次に、ウレタン系の樹脂と、金属及びその他の硬質被着体とを接着するロードファーイースト社製の商品名「ケムロック２１８」に代表される接着剤を前記接合予定部位に塗布した後に、該ベアリングの外周面がキャビティに臨むようにこれを射出成形用の金型にセットし、キャビティ内に溶融ＴＰＵを注入して前記樹脂部を射出成形する方法があった。しかしながら、外周面にサンドブラスト処理を施す工程は、明らかに生産効率を悪化させており、また、上記しただけの工程では、金属ベアリングとＴＰＵとの一体化接合強度は充分とは言えず、ウレタンローラの使用状態においてＴＰＵで成形された弾性樹脂部が金属ベアリングから外れる恐れがあった。よって、イソシアネート基を１分子中に２個以上有する化合物が前記ＴＰＵにドライブレンドされた組成物を樹脂原料として溶融し、これで前記樹脂部を射出成形する方法が公開されている（特許文献１）。この方法では、加熱溶融状態の樹脂原料中のイソシアネート基を有する化合物が、予め金属の外周面に塗布された「ケムロック２１８」等の接着剤とＴＰＵとの界面において架橋反応等して結合するのでこれにより接合強度が向上するが、ＴＰＵ中のイソシアネート基を有する化合物の影響で、元のＴＰＵの各種物性が損われる恐れがあって、ウレタンローラを使用する際に信頼性の点で不安が残るものだった。
【特許文献１】特許第２６３０３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、金属部材とＴＰＵ部材との接合方法において、生産性を損わない容易な方法で金属表面の接合予定部位へのＴＰＵの弾性樹脂部の接合強度を高めることによって、一体化された成形完成品の信頼性を高めることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために請求項１の発明は、金属材料からなる部材を成形型にセットして、この金属部材の一部が臨んでいるキャビティに、加熱溶融されたウレタン系熱可塑性エラストマ−を射出充填して、前記金属部材の一部にウレタン系熱可塑性エラストマ−よりなる弾性樹脂部を射出成形して一体化する金属部材とウレタン系熱可塑性エラストマー部材との接合方法であって、前記金属部材における弾性樹脂部の一体化接合予定部位に、これを外側から被覆する金属用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤１）を塗布する第１工程と、一体化接合予定部位を被覆する前記金属用接着剤層に、これを外側から更に被覆するポリウレタン用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤２）を塗布する第２工程と、前記ポリウレタン用接着剤層を最外層とする一体化接合予定部位がキャビティに臨むように金属部材を射出成形型にセットして前記弾性樹脂部を射出成形する第３工程と、弾性樹脂部が一体化された成形完成品を前記樹脂部のほぼ軟化温度以下の温度で加熱し、前記（接着剤１）及び（接着剤２）を完全に熱硬化させる第４工程とを有し、前記金属用接着剤層及びポリウレタン用接着剤層を介して前記弾性樹脂部が一体化された金属部材よりなる成形完成品を得ることを特徴としている。但し、（接着剤１）は、ウレタン系の高分子材料と主に金属部材との接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、活性水素基を有するエポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール等に、硬化剤等のその他必要な添加剤が配合されたものを指し、（接着剤２）は、ウレタン系の高分子材料や、他の各種高分子材料の接着用途に使用される熱硬化型の接着剤であって、ポリウレタンやウレタン変性エポキシ樹脂等よりなるものを指す。
【０００６】
請求項１の発明によれば、被着体である金属との接着信頼性を有する公知の（接着剤１）を金属部材の一体化接合予定部位に塗布して金属用接着剤層を形成し、この上から更に（接着剤２）を塗布して、該（接着剤２）よりなるポリウレタン用接着剤層を前記金属用接着剤層に重層し、両接着剤層に被覆された一体化接合予定部位をキャビティ内にセットして溶融状態のＴＰＵを射出することによって、一体化接合予定部位の金属材料、金属用接着剤層、ポリウレタン用接着剤層、ＴＰＵの弾性樹脂部の順に層状をなす成形完成品が得られる。なお、前記両接着剤層は、約５０μｍ以下の通常の塗布厚さを有している。ここで、弾性樹脂部の射出成形前には、一体化接合予定部位の前記両接着剤層は、（接着剤１）と（接着剤２）とが、例えばこれらの溶剤が揮発した程度等の少なくとも完全に硬化熟成されていない状態で形成されていれば良い。これにより射出成形中には、金属用接着剤層及び溶融状態のＴＰＵと、前記ポリウレタン用接着剤層との両界面において、該ポリウレタン用接着剤層を形成する完全硬化前の（接着剤２）中のイソシアネート基を有する化合物が、金属用接着剤層を形成する完全硬化前の（接着剤１）中の活性水素基、及び溶融状態のＴＰＵ中のウレタン結合等の活性水素基と架橋反応等して結合し易くなる。そして、上記の成形完成品の離型後に、これを前記樹脂部のほぼ軟化温度以下の所定温度に加熱して熟成し、（接着剤１）及び（接着剤２）の熱硬化（架橋）反応を完了させると、完全硬化後の金属用接着剤層及びＴＰＵの弾性樹脂部と、完全硬化後の前記ポリウレタン用接着剤層との両界面は、各活性水素基とイソシアネート基との結合による充分な強度で接合される。そして、弾性樹脂部は、その界面においてのみ架橋等による化学結合が形成されてポリウレタン用接着剤層と接合されるので、従来のように元のＴＰＵの例えば柔軟性等の各種物性が損われる恐れが軽減される。
【０００７】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記金属部材はベアリングであって、弾性樹脂部は、ベアリングの外周面に接合されることを特徴としている。
【０００８】
請求項２の発明によれば、請求項１の作用効果に加えて、金属ベアリングの外輪の外周面にＴＰＵが接合された成形完成品を回転部品として使用する際には、ベアリング外輪とＴＰＵの弾性樹脂部との接合部において作用する周方向の剪断力に抗して良好な接合強度を発揮でき、回転部品の信頼性が確保される。
【０００９】
また、請求項３の発明は、金属部材である金属シート材の表面に、ウレタン系熱可塑性エラストマ−部材であるウレタンシート材を押出成形する際に、両シート材を接合する方法であって、前記金属シート材の表面に、金属用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤１）を塗布した後に、更に前記金属用接着剤層の表面にポリウレタン用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤２）を塗布した状態で前記ウレタンシート材を押出成形を行うことを特徴としている。但し、（接着剤１）及び（接着剤２）は、上記した通りである。
【００１０】
請求項３の発明によって、金属シート材の表面にウレタンシート材を押出成形すると、請求項１の射出成形の場合と同様に、金属用接着剤層及び押出成形されたウレタンシート材と、完全硬化後の前記ポリウレタン用接着剤層との両界面は、各活性水素基とイソシアネート基との結合による充分な強度で接合されて、金属シート材とウレタンシート材との接合力が高められる。また、請求項１の射出成形の場合と同様の理由で、ウレタンシート材は、その物性が害されることなく本来の弾性を有している。
【００１１】
また、請求項４の発明は、金属部材である金属線材の外周に、ウレタン系熱可塑性エラストマ−部材であるウレタン被覆材を押出成形する際に、前記金属線材と前記ウレタン被覆材とを接合する方法であって、前記金属線材の表面に、金属用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤１）を塗布した後に、更に前記金属用接着剤層の表面にポリウレタン用接着剤層を形成すべく下記の（接着剤２）を塗布した状態で前記ウレタン被覆材を押出成形を行うことを特徴としている。但し、（接着剤１）及び（接着剤２）は、上記した通りである。
【００１２】
請求項４の発明によって、金属線材の外周に押出成形によりウレタン被覆材を被覆すると、請求項１の射出成形の場合と同様に、金属用接着剤層及び押出成形された筒状のウレタン被覆材と、完全硬化後の前記ポリウレタン用接着剤層との両界面は、各活性水素基とイソシアネート基との結合による充分な強度で接合されて、金属シート材とウレタン被覆材との接合力が高められて、ウレタン被覆材に対して金属線材が素抜ける等の不具合がなくなる。また、請求項１の射出成形の場合と同様の理由で、ウレタン被覆材は、その物性が害されることなく本来の弾性を有している。    
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、金属部材とＴＰＵとの接合方法において、従来の接合工程に（接着剤２）の塗布作業や後硬化する工程を加える容易な方法で、ＴＰＵよりなる弾性樹脂部の元の物性を損わずに、これと金属部材表面の一体化接合予定部位との接合強度が得られるので、成形完成品の信頼性を高められる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例として、ウレタン系熱可塑性エラストマーの有する耐摩耗性等により強度的に優れ、更に低騒音や低振動性を付与するために、金属ベアリングの外輪の外周面にＴＰＵで成形された弾性樹脂部が一体化接合された前記ウレタンローラについて説明する。図１は、本発明により成形されたウレタンローラＵを示す正面図であって、該ウレタンローラＵは、例えば複写機等のＯＡ分野において、現像ローラ、供給ローラ、給紙ローラ等として使用されたり、その他ＦＡ分野や、電装用途にも使用されるものである。図１及び図２に示されるように、ウレタンローラＵは、金属ベアリング１０の外輪１の外周面１ａに内接するように、該ベアリング１０と同幅で外輪１よりも大径（約１．３倍の外径）のＴＰＵで成形されたリング形の弾性樹脂部２が、後述する射出成形によって同軸上に一体化接合されたローラである。該樹脂部２は、微視的には、金属用接着剤層３とポリウレタン用接着剤層４とを順に介して、前記外輪１の外周面１ａに接合されている。
【００１５】
上記した金属用接着剤層３は、ＴＰＵの射出成形前に外周面１ａに塗布された従来構成で述べた「ケムロック２１８」（接着剤１）が熱硬化した結果形成された層である。該「ケムロック２１８」は、キャスタブル及びミラブル・ポリウレタンエラストマーと金属部材との接着用途の接着剤であって、そのデータシートによると、活性水素基を有するポリビニルアルコール系の樹脂を含む合計３０重量％程度の合成樹脂が、トルエン、トリクロロエチレン、イソプロピルアルコール、エタノール等の溶剤中に溶解されたものを組成とする旨が公開されている。また、ポリウレタン用接着剤層４は、ＴＰＵの射出成形前に、前記ケムロック２１８の塗膜を更に外側から重ね塗りするように、金属用接着剤層３を介して外周面１ａに塗布された（接着剤２）が熱硬化した結果形成された層である。該（接着剤２）としては、ポリイソシアネートやイソシアネート末端プレポリマー等よりなる主鎖剤と、ポリオール等の架橋剤とよりなる２液型のポリウレタン樹脂接着剤や、これに準ずるウレタン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００１６】
次に、ＴＰＵの前記樹脂部２を射出成形する金型の構成について説明する。ウレタンローラＵは、図３及び図４の（イ）,(ロ）に示されるキャビティ型２１及びコア型２２よりなる金型２０を用いて射出成形される。キャビティ型２１及びコア型２２は、各接触面２１ａ，２２ａを密着させて左右方向に対向配置され、図示しない嵌合部を嵌め合わせて位置決めしながら型締めされることにより一体をなす金型である。また、キャビティ型２１には、横断面が厚円柱形のキャビティ形成凹部２１ｂが、該接触面２１ａにおいて円形の開口部をなすように形成されており、該キャビティ形成凹部２１ｂの底中央部には、ベアリング１０の内輪８に挿入嵌合されるべく前記凹部２１ｂよりも小径であって、やや低めの高さを有する円柱形の支持凸部２１ｃが、同軸上に形成されている。キャビティ形成凹部２１ｂの開口部は、型締状態で左右方向に対向配置されるコア型２２の接触面２２ａに覆蓋され、ウレタンローラＵの外形状に対応した空間が形成される。即ち、この空間の支持凸部２１ｃにベアリング１０の内輪８を挿入してセットし、キャビティ型２１及びコア型２２を型締めした状態で、残余の空間によって弾性樹脂部２のキャビティ２４が形成される。これらの構成により、ベアリング１０をキャビティ形成凹部２１ｂに位置決めしながら、その外周面１ａをキャビティ２４に臨ませて前記弾性樹脂部２を射出成形可能となっている。なお、図３及び図４の（イ）の２５は、ＴＰＵの溶融樹脂２’を射出するゲートである。
【００１７】
次に、ベアリング１０とＴＰＵの弾性樹脂部２との接合方法について、下記「第１工程〔（接着剤１）の塗布〕」、「第２工程〔（接着剤２）の塗布〕」、「第３工程（射出一体化成形）」、「第４工程（後硬化）」の工程順に従って詳細に説明する。
【００１８】
〔第１工程〕：
まず、外輪１の外周面１ａをアセトンで洗浄して脱脂する。従来のサンドブラスト等の機械的な表面処理は不要である。この後に、刷毛塗り、スプレー塗り、ローラ塗り等の施工に応じて、イソプロピルアルコールとトルエンや、グリーコール・エーテル系等の推奨される所定の有機溶剤で適宜希釈されたケムロック２１８を外周面１ａに塗布して、塗装厚５〜５０μｍ、好ましくは１３〜２５μｍ程度の半硬化状態の金属用接着剤層３’を形成する。第１工程での「半硬化状態」としては、塗布直後のケムロック２１８溶液から、前記有機溶剤が蒸発した程度の状態を例示することができ、ケムロック２１８の硬化すべき樹脂組成の架橋反応が完了していない状態であって、目視確認しながら常温放置したり熱風乾燥することによって、比較的短時間のうちに得られる。
【００１９】
〔第２工程〕：
次に、前記半硬化状態の金属用接着剤層３’に、これを外側から更に被覆する同じく半硬化状態の熱可塑性ポリウレタン用接着剤層４’を形成すべく（接着剤２）を塗布する。塗布方法は、ケムロック２１８と同様であって、有機溶剤としては、ポリウレタン工業に常用の不活性溶剤、例えばトルエン、キシレン等の芳香族系溶剤、メチルエチルケトン等のケトン系溶剤、酢酸エチル等のエステル系溶剤や、エーテル系溶剤を１種または２種以上混合して使用することができる。（接着剤２）は、塗布後に上記した有機溶剤が蒸発することにより、ウレタン結合を生成する重付加反応が開始し、硬化して接着力を発動する２液型のポリウレタン系接着剤なので、この第２工程での「半硬化状態」とは、前記有機溶剤が蒸発してしまう前の少しタックが残る程度の乾燥状態（ケムロック２１８よりも濡れ加減が少し大きい生乾き状態）が望ましい。乾燥方法は、第１工程と同様である。
【００２０】
〔第３工程〕：
そして半硬化状態の金属用接着剤層３’を介して最外層が同じく半硬化状態のポリウレタン用接着剤層４’で覆われた外輪１の外周面１ａがキャビティ２４に臨むようにこれをキャビティ型２１にセットし（図３参照）、コア型２２を型締めしてＴＰＵの溶融樹脂２’をキャビティ２４に射出する〔図４（イ）参照〕。この時の溶融状態のＴＰＵの温度や射出圧等の成形条件は、通常のＴＰＵによる射出成形と同じで良い。射出成形中には、ＴＰＵの溶融樹脂２’は、半硬化状態のポリウレタン用接着剤層４’に直接に接するように射出され、両者の界面５では、ポリウレタン用接着剤層４’中の未架橋のイソシアネート基を有する化合物が、ＴＰＵの溶融樹脂２’中のウレタン結合等の活性水素基と架橋反応し易い状況が維持されると共に、半硬化状態の金属用接着剤層３’と、半硬化状態のポリウレタン用接着剤層４’との界面６においても同様である。
【００２１】
ここで、弾性樹脂部成形用のＴＰＵは、ポリエステル系、ポリエーテル系を問わず使用できる。ＴＰＵの弾性樹脂部の硬度は、Ａ硬度で７０〜９５程度（ＪＩＳＫ７３１１の試験法による）、望ましくは、８０以上となるものが推奨される。７０以下の軟質のものは、ＴＰＵの樹脂組成中に可塑剤が多く含まれている場合が多く、これが接着性に悪影響を及ぼす恐れがあるので好ましくなく、９５以上の硬質のものは、より脆くなるので、ウレタンローラとして比較的大きな弾性変形を伴う使用条件下での接合不良が危惧される。
【００２２】
〔第４工程〕：
ＴＰＵの溶融樹脂２’を射出して金型２０内でこれを冷却し、成形完成品を離型した後に〔図４（ロ）参照〕、最後に、金属用接着剤層３’とポリウレタン用接着剤層４’とを完全に硬化させるべく加熱する。加熱温度は、弾性樹脂部２が熱変形しないその軟化温度を目安として、これ以下の温度が望ましく、８０℃から１５０℃の環境にて、１５分から１時間程度の加熱硬化時間を目安に熟成させる。これにより、金属用接着剤層３とポリウレタン用接着剤層４中での架橋反応を更に促して硬化させると共に、外周面１ａと金属用接着剤層３との界面での接合に加えて、金属用接着剤層３及びＴＰＵの弾性樹脂部２と、前記ポリウレタン用接着剤層４との両界面６，５での、各活性水素基とイソシアネート基との結合をも促すので、これらが層状をなして充分な強度で一体化接合される。そして、弾性樹脂部２は、そのポリウレタン用接着剤層４との界面５においてのみ化学結合が形成されて接合されるので、元のＴＰＵの柔軟性等の各種物性を維持したウレタンローラＵを得ることができ、その使用状態での信頼性が向上する。
【００２３】
なお、本発明における活性水素基を有する化合物としては、分子内に２個以上の活性水素基を含有するものであって、具体的には、水の他にポリオール、アミノ基等含有ポリアミン、尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等の中から選択した一種または二種以上を含むものが挙げられる。また、上記した実施形態では、ＴＰＵよりなる弾性樹脂部を金属ベアリングの外周面に一体化するのに、該弾性樹脂部を射出成形しながら接合する方法について説明したが、本発明は、金属部材とＴＰＵ部材との一体化接合予定部位の間に、半硬化状態の（接着剤１）及び（接着剤２）よりなる各層を順に塗布した後に、例えば予めＴＰＵで成形済みの弾性樹脂部を金属材料に接着し、加熱して後硬化させながら接合する用途にも適用可能である。更に、〔第４工程〕での前記後硬化作業は、〔第３工程〕の射出成形後に、成形完成品を離型してから行う手順について説明したが、ここで必ずしも離型せずに、例えば、弾性樹脂部の軟化温度以下の温度を金型内で保持しながら加熱硬化する方法でも構わない。
【００２４】
また、従来より、帯電防止目的で金属粉等の添加剤を含有するＴＰＵを原料とした弾性樹脂部材と金属部材とをケムロック２１８を使用して接合する場合には、特に一体化接合強度が得られにくく、ウレタンローラの使用中に弾性樹脂部が外れ易いという問題があったが、本発明に従って接合することによって、これを解決できる。本願発明者は、元々金属とＴＰＵとの接合が充分でないところに異物としての金属が入ることや、ＴＰＵ中の活性水素基が金属に配向して、ケムロック２１８との界面が低エネルギー表面状態となることによって、接合強度が悪化すると考えている。本発明の接合方法では、半硬化状態の（接着剤２）の架橋剤中の活性水素基が、ＴＰＵ中に含有される金属に配向しようとするので、両者の界面において良好な接合強度が得られるものと推定される。
【００２５】
また、上記した実施形態では、金属部材としてのベアリングと、ＴＰＵ部材としての弾性樹脂部とを接合してウレタンローラを得る方法について述べたが、本発明は、金属部材よりなるベアリング以外の回転体に直接ＴＰＵ部材を接合してなるローラにも、同様に実施可能である。
【実施例】
【００２６】
〔実施例１〕：
次に、本発明の実施例を説明する。被着体の金属部材のベアリング１０としてＮＴＮ社製の呼び番号６８６ｚｚのものを、弾性樹脂部２を形成すべきＴＰＵとして東洋紡社製のポリウレタンＡ１０９０Ａ（前記Ａ硬度が９０程度、軟化温度が１１５℃程度のアジペート型のもの）を使用した。（接着剤１）は、前記ケムロック２１８であって、これをトルエン：メタノール＝１：１の溶剤に適宜希釈して使用した。（接着剤２）は、日本ポリウレタン社製のポリウレタン系の２液型の接着剤であって、主鎖剤及び架橋剤として、ポリオール：ポリイソシアネートを反応当量の割合で混合し、この混合液をトルエン：メチルエチルケトン：酢酸エチル＝１：１：１の溶剤に適宜希釈して使用した。まず、ベアリングの外輪の外周面をアセトンで塗布して脱脂した後に、ケムロック２１８の接着剤溶液を、刷毛にて前記外周面に塗布して、これを３０分間常温放置した（以上、〔第１工程〕）。この後に、前記外輪の同じ部位に、ニッポラン１１００及びコロネートＬよりなる（接着剤２）の溶液を、ケムロック２１８の塗膜の上から刷毛にて重ね塗りして、これを約１時間常温放置した（以上、〔第２工程〕）。次に、前記金型２０と同等の射出成形型に上記したベアリングをセットして溶融状態のＴＰＵをキャビティに射出し、前記外周面に一体化接合される弾性樹脂部を成形した（以上、〔第３工程〕）。冷却及び成形完成品の離型後に、これを１２０℃の恒温乾燥器中で１５分間熟成してケムロック２１８及び（接着剤２）の硬化を更に促進させ（以上、〔第４工程〕）、〔実施例１〕のウレタンローラを得た。
【００２７】
〔比較例１〕：
金属部材のベアリング、弾性樹脂部を形成すべきＴＰＵ、ケムロック２１８、（接着剤２）は、〔実施例１〕と同じものを使用して、〔第１工程〕から〔第３工程〕までを行い、〔第４工程〕の後硬化作業を行わない接合方法によって、〔比較例１〕のウレタンローラを得た。
【００２８】
〔比較例２，３〕：
金属部材のベアリング、弾性樹脂部を形成すべきＴＰＵとして、〔実施例１〕と同じものを使用して、〔第１工程〕及び〔第２工程〕のケムロック２１８及び（接着剤２）の塗布作業を行わず、〔第３工程〕の射出成形を行った後に、〔第４工程〕の後硬化作業を行う場合と、行わない場合との接合方法によって、それぞれ〔比較例２〕と〔比較例３〕との各ウレタンローラを得た。
【００２９】
〔比較例４，５〕：
金属部材のベアリング、弾性樹脂部を形成すべきＴＰＵとして、〔実施例１〕と同じものを使用して、〔第１工程〕の次の〔第２工程〕の（接着剤２）の塗布作業を行わず、〔第３工程〕の射出成形を行った後に、〔第４工程〕の後硬化作業を行う場合と、行わない場合との接合方法によって、それぞれ〔比較例４〕と〔比較例５〕との各ウレタンローラを得た。
【００３０】
〔比較例６，７〕：
金属部材のベアリング、弾性樹脂部を形成すべきＴＰＵ、（接着剤２）は、〔実施例１〕と同じものを使用して、〔第１工程〕のケムロック２１８の塗布作業を行わずに、〔第２工程〕と〔第３工程〕の射出成形とを行った後に、〔第４工程〕の後硬化作業を行う場合と、行わない場合との接合方法によって、それぞれ〔比較例６〕と〔比較例７〕との各ウレタンローラを得た。
【００３１】
上記した〔実施例１〕及び〔比較例１〜７〕の各ウレタンローラについて、ＴＰＵの弾性樹脂部がベアリングから外れるまで、ローラを回転させながら該樹脂部に連続荷重を作用させる耐久試験を、以下の条件に従って行った。実施形態の図２を援用してこの試験方法を説明する。ウレタンローラＵを構成するベアリング１０の内輪８に圧入固定された軸棒１１の両側を、前記弾性樹脂部２を介して、モータ（図示せず）の回転軸１２に対して１６７（Ｎ）の荷重Ｆで押え付け、前記ローラＵのＴＰＵよりなる外周面９を回転軸１２に弾接させる。この状態で、モーターを３００ｒｐｍで回転させて、この回転軸１２に弾接する弾性樹脂部２と、これに接合する外輪１とを連動回転させ、弾性樹脂部２が、ベアリング１０から外れるまでの時間（破損時間）を測定した。この結果を図５に示す。但し、〔実施例１〕及び〔比較例１〜７〕の各ウレタンローラの試作品の数は、３〜５個であって、破損時間の項目では、この複数個の中での破損時間の最短時間〜最長時間を示した。また、図中の〔第１工程〕及び〔第２工程〕の各項目は、ケムロック２１８及び（接着剤２）の塗布作業を行ったか否かを（○）、（×）で示し、〔第４工程〕は、後硬化作業を行ったか、行わずに離型後常温放置したのみかを（○）、（×）で示した。
【００３２】
図５に示されるように、〔第１工程〕〜〔第４工程〕の全工程を行ってベアリングと弾性樹脂部とを接合した〔実施例１〕のウレタンローラは、試験開始後１００００分以上経過しても破損に至らず、ベアリング外輪とＴＰＵの弾性樹脂部との接合部において作用する周方向の剪断力に抗する接合強度を有しており、他の〔比較例１〜７〕よりも圧倒的な優位性が認められる。
【００３３】
〔実施例２〜８〕：
次に、弾性樹脂片Ｅｒが接合された鉄片Ｅｍよりなる長板状の引張試験片Ｅの引張特性を確認する引張試験を行った。弾性樹脂片Ｅｒとしては、東洋紡社製のポリウレタンＡ２０９０Ａ（前記Ａ硬度が９２程度、軟化温度が１３０℃程度のカプロラクトン型のもの）を使用した。図６に示されるように、（長さＬ×幅Ｗ×厚みＴの）長板状の鉄片Ｅｍを使用して、その長手方向に沿った片側の端面３１（一体化接合予定部位）に、鉄片Ｅｍと同形状の弾性樹脂片Ｅｒを、１枚板をなすように射出成形しながら接合して引張試験片Ｅを得た。接合方法は、後述の図７の条件に従って、〔第１工程〕から〔第４工程〕までを行った。前記試験片Ｅの鉄片Ｅｍと弾性樹脂片Ｅｒとの接合面をなす前記端面３１から起算してそれぞれ同じ長さＬ’(＝４０ｍｍ）の部分を、引張試験機の一対のチャックＣで把持して、５０．０ｍｍ／ｍｉｎの試験速度で常温中にて引張り、引張試験片Ｅの鉄片Ｅｍの端面３１から弾性樹脂片Ｅｒが外れた時の「外れ時引張力」を測定した。鉄片Ｅｍと弾性樹脂片Ｅｒとの幅Ｗ及び厚みＴは、それぞれ、１０ｍｍと３ｍｍであって、チャック間距離〔＝Ｌ'×２〕は、８０ｍｍである。
【００３４】
〔比較例８〜１６〕：
鉄片Ｅｍ及び弾性樹脂片Ｅｒとして〔実施例２〜８〕と同じものを使用し、図７の接合条件に従って両者を接合して、〔比較例８〜１６〕の引張試験片Ｅ’を得た。〔実施例２〜８〕と同じ試験条件で引張試験を行った。
【００３５】
図７に、〔実施例２〜８〕及び〔比較例８〜１６〕の各引張試験片Ｅ，Ｅ’の引張試験の結果を示す。但し、図中の〔第１工程〕では、ケムロック２１８の塗布作業を行ったか否（×）かを示し、行ったものについては、「（接着剤１）」の項目にて、その塗布回数を１（回）〜３（回）の数字で示した。例えば「乾燥方法」の項目の「室温×１日＋８０℃×３０分」とは、室温で１日乾燥した後に８０℃で３０分間乾燥させる処理を行ったことを意味する。また、〔第４工程〕では、後硬化作業を行ったか否（×）かを示し、行ったものについては、例えば「１２０℃×１時間」とは、射出成形後において、１２０℃で１時間熟成させることを言う。なお、複数回塗布する場合には、「ケムロック２１８」を１度刷毛塗りした１５秒程後に再塗布を行った。〔第２工程〕の項目は、前記〔実施例１〕と同様に（接着剤２）の塗布作業を行ったか否かを（○）、（×）で示した。なお、〔第３工程〕は前記〔実施例１〕に準ずる条件で行い表示は省いた。また、「外れ時引張力」の項目では、それぞれ５個の各引張試験片Ｅ，Ｅ’について、各測定結果の平均値を示した。
【００３６】
図示されるように、〔実施例２〜８〕と〔比較例８〜１５〕の各引張試験片Ｅ，Ｅ’では、鉄片Ｅｍの端面３１から弾性樹脂片Ｅｒが外れた時の引張力の大きさに関して、最大で約８．７倍、最小で約１．６倍の差が認められ、各種条件で〔第１工程〕〜〔第４工程〕を順に全て行った〔実施例２〜８〕の引張試験片Ｅの方が、接合強度において優位性が有ると言える。また、〔実施例２，７，８〕と〔比較例１６〕との比較により、後硬化温度は、ＴＰＵが軟化乃至熱劣化しない範囲内で、なるべく高い方が優れているという結果も得られた。なお、〔実施例２〜８〕の〔第１工程〕でのケムロック２１８塗布後の乾燥方法は、〔実施例１〕よりもその硬化を促進させ得る条件となっているが、この程度でも接合力に影響は無く、実施例によっては、ケムロック２１８を複数回塗布しているがこれに関しても同様である。
【００３７】
また、本発明の接合方法の用途としては、ベアリング（金属部材）１０の外側に弾性樹脂部２を射出成形によって一体に接合してウレタンローラＵを成形する場合の他に、鉄系金属部材とＴＰＵとが接合された他の金属とＴＰＵとの金属複合部材の成形に対しても実施可能であり、更に成形の形態としては、射出成形に限られず、押出成形による場合も対象となり得る。例えば、押出成形により鉄系の金属シート材に同じくシート状をしたＴＰＵを一体に接合する場合や、同じく押出成形により鉄系の線材の外周にＴＰＵを一体接合して被覆する場合にも適用可能である。具体的には、金属シート材又は金属線材の表面に、予め上記した半硬化状態の金属用接着剤層３’の上に熱可塑性ポリウレタン用接着剤層４’を形成した状態で、金属シート材又は金属線材を押出成形機に連続的に送り込んで、前記熱可塑性ポリウレタン用接着剤層４’の表面又はその外周に溶融状のＴＰＵを押出成形した後に、前記各接着剤層３’，４’を加熱硬化させると、金属シート材の表面にシート状をしたＴＰＵが一体に接合された金属複合シート材、或いは金属線材の外周にＴＰＵが一体接合して被覆された金属複合線材が成形される。
【００３８】
また、ポリイソシアネートとしてブロックイソシアネートを使用すると、常温においてポットライフフリー（可使時間自由）な接着剤にできて、使用上の制約が緩和される。このような接着剤としては、例えば、主鎖剤と架橋剤として日本ポリウレタン製のニッポラン８００：コロネート２５１３＝５：８の割合で混合して、この混合液を溶剤に希釈することにより得られる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】金属ベアリング１０及び射出成形により接合された弾性樹脂部２よりなるウレタンローラＵの正面図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】金型２０のキャビティ型２１に金属ベアリング１０をセットした状態をキャビティ形成凹部２１ｂの開口側から示す図である。
【図４】（イ）は、弾性樹脂部２の射出成形時の金型２０の側面断面図であって、(ロは、成形完成品であるウレタンローラＵの離型時の同様の図である。
【図５】〔実施例１〕，〔比較例１〜７〕のウレタンローラＵの耐久試験の結果を示す表である。
【図６】鉄片Ｅｍに弾性樹脂片Ｅｒが接合された引張試験片Ｅの引張試験を行う状態を示す斜視図である。
【図７】〔実施例２〜８〕，〔比較例８〜１６〕の各引張試験片Ｅ，Ｅ’の引張試験の結果を示す表である。
【符号の説明】
【００４０】
Ｕ：ウレタンローラ（成形完成品）
１ａ：ベアリングの外周面（一体化成形予定部位）
２：弾性樹脂部
３：金属用接着剤層
４：ポリウレタン用接着剤層
１０：ベアリング（金属部材）
２０：金型
２１：キャビティ型
２２：コア型
２４：キャビティ
【図１】
2005262870.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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