JP2012047194A - ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】低締付力で高いシール性を発揮できるガスケットを提供する。
【解決手段】フランジ面１８に対して面接触してシールするガスケット１０であって、前記フランジ面１８から締付け力が作用しているときに前記フランジ面１８に面接触する平坦部１４と、前記平坦部１４に形成され前記フランジ面１８から締付け力が作用しているときに前記フランジ面１８に面接触しない非接触部１６と、を有することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、シール材として用いられるガスケットに関する。

樹脂製基材の上下面に所定の断面形状のビードを形成し、所定のシール面内に少なくとも２本のビードを並列に設けたガスケットが知られている（特許文献１）。このビードの断面は、半円形、半長円形、三角形、長方形、台形などの任意の形状で形成されている。このガスケットによれば、所定のシール面内に少なくとも２本のビードが並列に設けられているため、締付荷重を集中でき、高シール面圧を維持することができる。

樹脂製基材の片面又は両面にビードが形成されており、平坦部の密度が１ｇ／ｃｍ^３以上であり、ビードの密度が平坦部の密度よりも低いガスケットが知られている（特許文献２）。このガスケットによれば、フランジ面の凸凹が大きくても、弱い締付力で良好なシール性を発揮することができるとされている。

従来のガスケット（ゴム材）の製造方法として、一般に、半生の材料を熱した型に入れて、成型＋焼成（架橋させて分子同士のつながりを強くする）を行う方法が採用される。ここで、型製造には、成型＋焼成と、成型と、がある。

特開２００２−１８１１９４号公報 特開２００７−９２９０４号公報

ところが、従来のガスケットは、いずれも樹脂製基材に対して突起状のビードを設け、このビードを圧縮することにより、ビードの部位に著しい応力集中を発生させて、シール性を高めている。換言すれば、従来のガスケットは、ビードの部位で発生する極めて高い締付力により、シール性を確保していた。この結果、ガスケットのビードの部位で破損が生じて、ガスケットの製品寿命が短くなっていた。

また、従来のガスケットの製造方法である成型型を用いた製造方法では、コストが高く、出来上がり品の強度が低くなるという問題が生じていた。

そこで、本発明は、低コストで製造でき、低い締付力で高いシール性を発揮できる高強度のガスケットを提供する。

本発明は、圧延工程又は押出工程によって形成したシート状部材に対して打抜工程を施して製造し、フランジ面に対して面接触してシールするガスケットであって、前記フランジ面から締付け力が作用しているときに前記フランジ面に面接触する平坦部と、前記平坦部に形成され前記フランジ面から締付け力が作用しているときに前記フランジ面に面接触しない非接触部と、を有することを特徴とする。

本発明は、前記非接触部は、前記平坦部に形成され前記平坦部が前記フランジ面に面接触したときに前記フランジ面との間に隙間を形成して前記フランジ面に対する前記平坦部の接触面積を低減させる接触面積低減部であることを特徴とする。

本発明は、前記接触面積低減部は、溝部であることを特徴とする。

また、前記溝部の深さは、前記平坦部の厚み寸法に対して、１０％以上４０％以下であることが好ましい。

本発明によれば、低コストで製造でき、かつ低い締付力で高いシール性を発揮できる高強度のガスケットを得ることができる。さらに、ガスケットの破損を抑制して、製品寿命を高めることができる。

本発明のガスケットの説明図である。 本発明のガスケットの溝部と平坦部との寸法関係を示す説明図である。 本発明のガスケットの面圧と漏洩量との関係を示すデータである。

本発明の第１実施形態に係るガスケットについて、図面を参照して説明する。

図１及び図２に示すように、ガスケット１０は、全体として環状に形成されており、フランジ面１８に対して面接触してシールするものである。例えば、ガスケット１０は、フランジ面間に介在してシールする。ガスケット１０は、ガスケット本体１２を備えている。ガスケット本体１２の上面及び下面には、フランジ面１８に面接触する平坦部１４が形成されている。また、平坦部１４には、ガスケット１０がフランジ面１８間に介在したときにフランジ面１８との間に隙間２０を形成してフランジ面１８に対する平坦部１４の接触面積を低減させる溝部１６が形成されている。

平坦部１４のフランジ面１８と接触する部位は平面状に形成されている。ガスケット１０の径方向（図２中矢印Ｒ方向）に沿って隣接する平坦部１４同士は、溝部１６によって区画形成されている。このため、平坦部１４は、ガスケット１０の径方向（図２中矢印Ｒ方向）に沿って複数形成されている。

溝部１６は、ガスケット１０の径方向（図２中矢印Ｒ方向）に沿って複数形成されている。溝部１６の断面形状は、特に限定されないが、例えば、三角形状、四角形状、丸形などが好ましい。ガスケット本体１２の上面の溝部１６と下面の溝部１６の位置は、特に限定されないが、ガスケット１０の径方向（図２中矢印Ｒ方向）に沿って切断した切断面からみて上下対称となる位置が好ましい。なお、溝部１６は、切削加工などにより形成されてもよいし、金型などを用いて形成してもよい。

なお、ガスケット１０の材質は、ゴム、樹脂、ゴム＋充填材、樹脂＋充填材、繊維＋充填材などが好ましい。さらに、ゴムには、天然ゴム、エチレンゴム、フッ素ゴム、パーフロロエラストマーなどが適している。樹脂には、ポリテトラフルオロエチレン（四フッ化エチレン樹脂、ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、ＰＦＡ）が用いられる。繊維には、アラミド繊維が用いられる。

ガスケット１０は、従来のガスケットの製造方法と同様の方法により製造することができる。

ここで、ガスケット１０の平坦部１４と溝部１６との寸法関係について説明する。

図２に示すように、ガスケット１０の溝部１６の深さＤ（ガスケット１０に締付け力が作用していない未使用状態での深さを意味する）は、ガスケット１０に締付け力が作用していない未使用状態の厚み寸法Ａに対して、１０％以上４０％以下（より好ましくは、１０％以上３０％以下）となるように設定されている。ガスケット１０の溝部１６の深さＤが厚み寸法Ａに対して１０％未満であれば、ガスケット１０がフランジ面１８に介在して圧縮されたときに平坦部１４の圧縮変形によって溝部１６が事実上消滅するため、所定の締結力において平坦部１４のフランジ面１８に対する接触面積が低減できず（面圧が維持できず）、シール性が低下する。一方、ガスケット１０の溝部１６の深さＤが厚み寸法Ａに対して４０％よりも大きくなれば、ガスケット１０の強度が低下することによって、破損等の問題が生じる。

溝部１６は、ガスケット１０を径方向に切断した切断図（図１参照）からみて、ガスケット１０を径方向に沿って１個以上１０個以下（より好ましくは、２個以上５個以下）となるように並列的に設けられている。なお、溝部１６が１１個以上に並列して設けられると、溝部１６の割合が大きくなり過ぎ、平坦部１４が確保できず、ガスケット１０の強度が低下する。この結果、シール性向上は、のぞめない。

溝部１６の溝幅Ｂの寸法（ガスケット１０に締付け力が作用していない未使用状態での寸法）は、ガスケット１０の環状シール面２２（フランジ面１８をシールする部位と定義する）の幅寸法Ｃ（ガスケット１０に締付け力が作用していない未使用状態での寸法）を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とした場合、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下（より好ましくは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下）となるように設定されている。溝部１６の溝幅Ｂの寸法が２０ｍｍよりも大きくなると、平坦部１４が確保できず、ガスケット１０の強度が低下することによって、シール性が低下する。また、溝部１６の溝幅Ｂの寸法が１ｍｍ未満になると、所定の締結力において平坦部１４に応力集中させることができず、シール性向上はのぞめない。

平坦部１４の平坦幅Ｅの寸法（ガスケット１０に締付け力が作用していない未使用状態での寸法）は、ガスケット１０の環状シール面２２の幅寸法Ｃ（ガスケット１０に締付け力が作用していない未使用状態での寸法）を１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とした場合、５ｍｍ以上２０ｍｍ以下（より好ましくは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下）となるように設定されている。平坦部１４の平坦幅Ｅの寸法が、ガスケット１０の環状シール面２２の幅寸法Ｃを１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下とした場合、５ｍｍ未満になれば、平坦部１４とフランジ面１８との接触面積が小さくなり過ぎ、有効なシール性が発揮できない。

なお、複数の溝部１６の寸法及び平坦部１４の寸法は、全て同一寸法とすることも可能であり、上記した寸法の範囲を満たす限り、適宜、異なる寸法となるように調整してもよい。特に、フランジ面１８から作用する締結力の大きさが大きくなる部位の溝部１６の幅寸法及び深さ寸法を小さくなるように調整し、フランジ面１８から作用する締結力の大きさが小さくなる部位の溝部１６の幅寸法及び深さ寸法を大きくなるように調整して応力を高めるようにしてもよい。

本実施形態のガスケット１０によれば、フランジ面間に介在してフランジ面間をシールする。このとき、ガスケット１０の平坦部１４は、フランジ面１８から所定の締結力を受けて圧縮され、この反作用力を平坦部１４からフランジ面１８に作用させることによりシールする。このため、本実施形態のガスケットが使用される環境は、フランジ面１８から低い締結力が作用する環境となる。そして、フランジ面１８から低い締結力が作用される環境で、如何に高いシール性を発揮することが本願発明の課題であり、本願発明は、上記構成を採用することによってその課題を解決することができたのである。このため、本願発明は、特許文献１や特許文献２に記載されているような、高い締結力（応力集中も含む）の環境条件で使用されるガスケットとは、技術的思想が明確に異なるものであり、構成も根本的に相違する。

フランジ面間にセットされたガスケット１０は、フランジ面１８に対して面接触した状態になる。このとき、ガスケット１０の平坦部１４がフランジ面１８に対して面接触するとともに、溝部１６の部位でフランジ面との間に隙間２０が形成される。そして、フランジ面１８から所定の締結力を受けると、平坦部１４が圧縮される。このとき、溝部１６が消滅してしまうことがないため、フランジ面１８との間に形成された隙間が維持されている。このような状態で、フランジ面間がガスケット１０によりシールされる。

ここで、ガスケット１０に溝部１６が形成されていない場合には、平坦部１４のフランジ面１８に対する応力σは、σ＝Ｆ／Ａ（Ｆ：フランジ面１８から作用する締結力、Ａ：平坦部１４のフランジ面に対する接触面積）となる。ところで、本実施形態のように、平坦部１４に溝部１６が隣接して形成されている構成では、溝部１６の分だけ、平坦部１４とフランジ面１８に対する接触面積が低下する。このときの接触面積をＡ’（＜Ａ）とすると、平坦部１４のフランジ面１８に対する応力σ’は、σ’＝Ｆ／Ａ’となり、Ｆが一定の下では、Ａ’＜Ａから、σ’＞σとなる。このように、フランジ面１８から作用する締結力（Ｆ）が一定の条件では、本実施形態のガスケット１０の平坦部１４のフランジ面１８に対する応力σ’は、大きくなる。

以上のように、本実施形態のガスケット１０によれば、フランジ面１８から作用する一定の低締付力の下で、平坦部１４のフランジ面１８に対する応力を高めることができ、シール性を向上することができる。これにより、ガスケット１０の破損を防止でき、製品寿命を高めることができる。

ここで、特許文献１及び特許文献２に記載されているガスケットは、ビードといわれる突起部が複数形成されており、このビードが圧縮されることにより、シール性を高めるものである。ところが、ビードの部位に応力が集中するため、ビードに限界強度を超える高い応力が作用して、破損し易くなる。特に、高い締付力の使用環境においては、ビードの応力集中が極大になり、ガスケットが破損する問題がある。

これに対して、本実施形態のガスケット１０は、平坦部１４でフランジ面１８と面接触させてシール性を実現し、加えて、部分的に溝部１６を形成することにより、平坦部１４のフランジ面１８に対する接触面積を小さくする。これにより、低い締結力の使用環境の下においても、高い応力集中を発生させることなく、平坦部１４のフランジ面１８に対する応力を高めることができるため、シール性を高めることができる。さらに、極度な応力集中を発生させる部位がないため、ガスケット１０の破損を防止でき、製品寿命を高めることができる。

（ガスケットの製造方法）
本実施形態のガスケット１０は、圧延ロールを用いた圧延工程、又は押出工程などによりシート状部材を形成し、このシート状部材に対して打抜加工して製造する。ガスケット１０の溝部１６は、打ち抜く前のシート状部材に対して切削加工を施して形成し、あるいはシート状部材に対して打抜加工して得た環状部材に対して切削加工を施して形成する。このように、本実施形態のガスケット１０は、型を用いて成形する従来のガスケットと比較して、製造方法が根本的に異なるものである。

（上記したガスケットの製造方法を採用した理由）
一般的に、ゴム材を型製造する場合、半生の材料を熱した型に入れて成型＋焼成（架橋させて分子同士のつながりを強くする）を行う。ここで、型製造には、成型＋焼成と、成型と、がある。成型は、型に入れて押し固めるというものであり、この方法であれば、どんな材料でも成型が可能になるものの、出来上がり品の強度が低くなるという別の問題が生じる。特に、本発明であるガスケットの材料となる（半生→焼成という工程がない）繊維材や充填材では、上記した問題が生じる。また、様々な寸法の製品を製造する場合、シート状にする本実施形態の製造方法を採用すると、寸法毎の打ち抜き型が必要になるが、成型型により製造する方法と比較して安価になるというメリットがある。

（面圧と漏洩量との関係）
図１に示すように、本実施形態のガスケット１０は、径方向に沿って複数の平坦部１４と溝部１６とが交互に形成されている。これにより、本実施形態のガスケット１０によれば、最も径方向内側に位置する平坦部１４（第１平坦部１４Ａという）から径方向外側に漏れ出た流体に作用する内圧力（径方向外側に向かう力）は、第１平坦部１４Ａの径方向外側に隣接して形成された溝部１６（第１溝部１６Ｃという）において、さらに低下する。これにより、第１平坦部１４Ａの径方向外側に隣接する平坦部１４（第２平坦部１４Ｂ）を漏洩する流体の漏洩量が小さくなる。また、第２平坦部１４Ｂから径方向外側に漏れ出た流体に作用する内圧力（径方向外側に向かう力）は、第２平坦部１４Ｂの径方向外側に隣接して形成された溝部１６（第２溝部１６Ｂという）において、さらに低下する。これにより、第２平坦部１４Ｂの径方向外側に隣接する平坦部１４（第３平坦部１４Ｃ）を漏洩する流体の漏洩量がさらに小さくなる。これを径方向外側に沿って繰り返す構成にしていることにより、流体がガスケット１０の最も径方向外側に位置する平坦部１４（本実施形態では、第４平坦部１４Ｄ）から外部に漏洩することを防止できる。さらに、ガスケット接触面（平坦部１４の接触面積）を小さくすることで、同じ締め付け荷重でも締付け面圧が大きくなり、シール性は向上する。この漏洩量と締付け面圧の関係については、図３に示されている。図３に示すように、本発明品であるガスケット１０を採用すれば、従来技術である既存品と比較して、同じ締付け面圧における漏洩量が少ないことが確認できた。

１０ ガスケット
１４ 平坦部
１６ 溝部（接触面積低減部、非接触部）
１８ フランジ面
２０ 隙間

Claims (4)

1. 圧延工程又は押出工程によって形成したシート状部材に対して打抜工程を施して製造し、フランジ面に対して面接触してシールするガスケットであって、
   前記フランジ面から締付け力が作用しているときに前記フランジ面に面接触する平坦部と、前記平坦部に形成され前記フランジ面から締付け力が作用しているときに前記フランジ面に面接触しない非接触部と、を有することを特徴とするガスケット。
2. 前記非接触部は、前記平坦部に形成され前記平坦部が前記フランジ面に面接触したときに前記フランジ面との間に隙間を形成して前記フランジ面に対する前記平坦部の接触面積を低減させる接触面積低減部であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記接触面積低減部は、溝部であることを特徴とする請求項２に記載のガスケット。
4. 前記溝部の深さは、前記平坦部の厚み寸法に対して、１０％以上４０％以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスケット。

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