JP4394462B2

JP4394462B2 - コルク入りゴムガスケット

Info

Publication number: JP4394462B2
Application number: JP2004005898A
Authority: JP
Inventors: 広由荒井; 吉田　　幸生; 英幸今井; 秀明片桐; 光生岡田; 秀樹今井
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2004-01-13
Publication date: 2010-01-06
Anticipated expiration: 2024-01-13
Also published as: JP2005201302A

Description

本発明は、コルク入りゴムガスケットに関し、特に、オイルパンガスケット等の耐横流れ性が要求されるゴムガスケットを生産性良好に製造可能な発明に関する。

以下の説明で、配合単位は、特に断らない限り、質量単位である。また、「phr」は、ゴム１００部に対する副資材の配合部数を意味する。

ここでは、トランスミッションケースにおけるオイルパンガスケットを主として例に採り説明するが、これに限られることはない。すなわち、オイルパンガスケット以外の自動車分野における接続部シール用ガスケットには勿論、さらには、他の化学薬品における機器・配管における接続部シール用のガスケットにも勿論適用可能である。

なお、オイルパンガスケットは、ＡＴＦ（Auto-Transmission-Fluid）等の鉱物油に接触すると共に、高温にさらされるため、耐熱性、圧縮永久歪性と共に耐横流れ性が要求される。

上記シールガスケットは、通常、耐油性（耐鉱物油性）の見地からニトリルゴム（ＮＢＲ）をベースとし、また、耐熱性及び耐圧縮永久歪性等の見地から、加硫系は過酸化物加硫系のＮＢＲ配合物を使用して、図１に示すような圧縮成形（プレス成形）を含む工程を経て製造していた。

このガスケット１２は、中実の立方ブロック体（一辺長さ：３００〜４００ｍｍ）１４を所定肉厚（例えば２ｍｍｔ）に裁断（スライス）してスライス品１６を調製した後、二次加硫行い、さらに、スライス品１６の内側を打ち抜いて製造していた。なお、二次加硫は、過酸化物加硫系では残留過酸化物を放出するため必然的である。

この製造方法の場合、圧縮工程における一次加硫時間が長く（例えば２０min前後）、さらには、二次加硫後の打ち抜き工程を必要とした。

このため、ガスケットの生産性を向上させる見地から、図２に示す如く、成形加硫時間が短い射出成形で筒状ブロック体１４Ａを製造し、該筒状ブロック体１４Ａをスライスして、打ち抜き工程を経ずにガスケット１２Ａとすることが考えられる。この場合、打ち抜き工程が不要となると共に、射出成形加硫時間は圧縮成形の場合の半分以下であり、大幅なＭＣＴ（Machine Cycle Time)の短縮が期待できる。

他方、ガスケットには、横流れ性阻止効果を奏するために、コルク粒体を配合することが多い（コルクの本来持つポアソン比：０に基づく。）。

しかし、従来、コルクを多量に配合したゴム配合物でブロック体を射出成形することは、通常、行われていなかった。コルク粒体配合による横流れ性阻止効果を得難いとされていたためである。即ち、コルクが射出時に材料流動圧により、特にキャビティ内に流入したゴム材量の融合部位において、コルク粒がつぶれてしまうと予測されていた。

なお、本発明の発明性に影響を与えるものではないが、ポリプロピレン樹脂等の熱可塑性高分子接着剤を含有するコルク粒体組成物からなる射出成形品が特許文献１に記載されている。
特開２００２−３０９０９６号公報

本発明は、上記にかんがみて、コルク粒体配合のゴム配合物からなり、生産性良好に製造ができる新規な構成のコルク入りゴムガスケットを提供することを目的（課題）とする。

本発明のコルク入りゴムガスケットは、上記課題を下記構成により解決するものである。

平均粒径１〜３ｍｍのコルク粒体の配合量が１０〜２５質量％であるゴム配合物で射出成形された筒状ブロック体から調製されるスライス品であり、該スライス品におけるコルク粒体の比重増大倍率（見掛け比重換算値：以下「コルク比重増大倍率」という。）が３〜４倍であることを特徴とする。

射出成形品から調製するため、成形加硫時間を圧縮成形の場合に比して格段に短くすることが可能であり、また、筒状ブロック体（中空ブロック体）から調製するため、後工程として打ち抜き工程が不要となる。したがって、ガスケットの生産性が格段に向上する（ＭＣＴが格段に短くなる。）。また、コルク比重増大倍率を、特定範囲内とすることにより、コルク粒体の配合（添加）効果（ガスケットの横流れ防止効果）を奏することが可能となる。

なお、コルク比重増大倍率が高過ぎると、コルク潰れが大きく、コルク粒体添加効果（ガスケット横流れ防止効果）を奏し難くなる。

上記コルク粒体平均粒径およびコルク比重増大倍率が、射出圧・金型温度を精度高く制御しなくても成形可能な範囲である。

前記ゴム配合物は、過酸化物加硫系とすることが、望ましい。ガスケットに耐熱性及び耐圧縮永久歪性を得やすいためである。

そして通常、ゴム配合物は、耐油性及び耐圧縮永久歪性の見地から、ニトリルゴム系とする。

そして、上記平均粒径１〜３ｍｍのコルク粒体の配合量が１０〜２５質量％である過酸化物加硫系でＮＢＲ系のゴム配合物から筒状ブロック体を射出成形後、該筒状ブロック体をスライスしてコルク入りゴムガスケットを製造する方法においては、前記筒状ブロックを金型温度１５０〜１９０℃で、かつ射出圧１６０〜２００ＭＰａで射出成形することが望ましい。低比重のコルク入りゴムガスケットを得やすいためである。

また、上記構成において、スライス（工程）は、二次加硫（工程）後とすることが望ましい。ガスケットの寸法安定性を確保し易いためである。

以下、本発明を一実施形態について詳細に説明をする。ここでは、過酸化物加硫系のNBR系配合物を使用する場合を例に採り説明する。

本実施形態におけるＮＢＲ配合物は、ＮＢＲ（ニトリルゴム）に過酸化物加硫系薬剤が他の副資材とともに配合されている。

ここで、ニトリルゴムとしては、汎用のものを使用でき、極高・高・中高・中低・低ニトリルタイプのいずれでもよいが、ＡＴＦに使用する場合は、耐油性及び耐熱性の見地から、通常、中高〜高ニトリルタイプを使用する。

加硫系薬剤としては、本実施形態では、過酸化物（ＰＯ）加硫系とする。ここで、（有機）過酸化物としては、ジクミルパーオキサイド（ＤＣＰ）、１，１−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、α，α´−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ−ｎ−イソプロピル）ベンゼン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔ−ブチルパーオキシ）ペラレイト等を好適に使用することができる。その配合量は、通常、４〜１６phr、望ましくは、６〜１０phrとする。

そのとき、過酸化物と併用する共架橋剤としては、トリアリルイソシアヌレート、エチレンジメタアクリレート、トリメチルプロパントリメタクリレート等を挙げることができ、その配合量は、通常、０．１〜３phr、望ましくは０．５〜２phrとする。

ここで、他の副資材としては、過酸化物加硫系のNBR配合物に使用されるもの、すなわち、カーボンブラック、ステアリン酸、老化防止剤、等を挙げることができる。

また、必然的ではないが、対金属固着性付与剤（金属部材に固着性を付与する薬剤）として官能基導入の液状ゴムを配合する。ここで、官能基には、極性基や反応基と称されるものも含む。

なお、オイルパンの形成金属は、亜鉛メッキ鋼材やアルミニウム系合金が使用される。

液状ゴムとしては、官能基を導入したものなら、イソプレンゴム（IR）、エチレンプロピレン系ゴム（EPM、EPDM）、ブタジエンゴム（BR),スチレンブタジエンゴム（SBR)等の非極性液状ゴム、ニトリルゴム（NBR）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、アクリルゴム（ＡＮＭ、ＡＣＭ）、エピクロルヒドリンゴム（ＣＯ、ＥＣＯ）、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム（ＣＳＭ）等の極性液状ゴムを問わないが、非極性液状ゴムの方が望ましい。

原料ゴムであるNBRとの相溶性が良好でないため、表面側が内側に比して液状ゴムの混合比率が高くなって、液状ゴムの官能基が表面側に露出しやすくなり、本発明における金属部材に対する固着性（以下「対金属固着性」）の向上を期待できると推定される。

また、官能基としては、イソシアネート基（−NCO)、チオール基（−SH）等の高反応性のものを使用可能であるが、カルボキシル基（−ＣＯＯＨ）、水酸基（−ＯＨ）、及びハロゲン基（−Cl、−Br）等の低反応性のもの、又は、酸無水物、エポキシ基、アミノ基（−NH₂）、アルデヒド基（−CHO）、N−メチロール基（＝N−CH₂OH）、クロロメチル基（CH₂Ｃｌ）等の中反応性のものが望ましい。

反応性の高い官能基（反応基）を用いると、ゴム加硫時等に官能基がほとんど反応してしまい、官能基が表面側に残存しない状態となりやすく、官能基によっては、対金属固着性をゴム成形品に得られない場合があるとともに、ゴム成形品自体の硬度も高くなりやすい。

そして、導入する官能基数は、分子量１万当たり１〜１０、望ましくは、２〜６とする。官能基数が少なすぎると、金属部材に対する接着力を得難く、逆に多すぎると、加硫ゴムの架橋度に影響を与えてゴム成形品が硬くなりやすい。また、液状ゴムの平均分子量は、５千〜５万、望ましくは、２万〜３万とする。

より具体的には、クラレ株式会社から「ＬＩＲ−４１０・４０３」等の商品名で上市されている官能基タイプの液状イソプレンゴムを好適に使用可能である。なお、商品説明書によれば、「ＬＩＲ−４１０」は、平均分子量：25000、分子量1万当たりカルボキシル基数４個、「ＬＩＲ４０３」は、平均分子量：25000、分子量1万当たり酸無水物１．２個である。

上記各官能基導入液状ゴムの配合量は、官能基の種類および官能基導入数により異なるが、たとえば、上記「ＬＩＲ−４１０」の場合、０．１〜２０phr、望ましくは、３〜１０phrとする。官能基導入液状ゴムの配合量が過少では、対金属固着性の付与が困難となり、過多では、耐金属固着性の更なる向上がほとんど期待できず、過剰品質になる。

そして、本実施形態においては、コルク粒体の配合量：５〜５０質量％（望ましくは１０〜２５質量％）としたＮＢＲ配合物を使用する。

このコルク粒体が過少では、ガスケットに耐横流れ性を付与し難く、逆に、過多では耐へたり性に悪影響を与えるおそれがある。

コルク粒体としては、平均粒径０．２〜５ｍｍの範囲の範囲から適宜選定するが、望ましくは平均粒径１〜３ｍｍの範囲のものを使用することが望ましい。粒径が大きいと潰れやすく、また、粒径が小さいと耐横流れ性を付与し難い。

本実施形態では、下記工程に従って製造する（図２参照）。

(1)マスターバッチ（ＭＢ）混練工程：コルクを除く他の副資材をＮＢＲと混練して、ＭＢ混練を行う。

(2)コルク精粒工程：コルク粒体の粒径を整える。

(3)混練工程：ＭＢとコルクを混合してニーダを用いて混練を行う。

(4)材料準備工程：混練ニーダから直接リボン状の射出成形材料を切り出す。

(5)射出成形工程：ゴム用射出成形機を用いて、射出成形を行う。このとき、射出圧力：１６０〜２００ＭＰａ、射出材料温度：１００〜１４０℃、金型温度：１５０〜１９０℃、成形加硫時間（型締め時間）：５〜１０minとする。

上記射出成形において、金型温度１９０℃以下、さらには、射出圧１６０ＭＰａ以上とすることが、低比重のガスケットを得やすい。即ち、後述のコルク比重増大倍率の低い本発明の範囲のものを得やすくなる。

(６)二次加硫工程：二次加硫缶（乾燥炉）を用いて、二次加硫を行う。このときの条件は、１００〜１５０℃×３０〜２４０minとする。

(７)スライス工程：半自動スライス機を用いて、所定厚み（通常、１〜3mm）にスライスしてガスケット（最終製品）１２Ａとする。

(８)検査工程：一個づつの製品（ガスケット）について、目視検査を行う。

こうして製造したガスケット（筒状ブロック）における前記コルク粒体の比重増大倍率（見掛け比重換算値：以下「コルク比重増大倍率」という。）が４．２倍以下、望ましくは４倍以下である。

ここで、上記比重増大倍率の計算方法を具体例に基づいて説明する。

例えば、コルク未配合ＮＢＲ配合物比重：１．１９
コルク見掛け比重（嵩比重）：０．２４
コルク粒体含有率：１４．６％とする。

ここで、コルク粒体に全く潰れがない状態とし、コルク粒体間にゴム材量が流入していないと仮定して、単純計算すると、その状態のゴム比重は、
１．１９×０．８５４＋０．２４×０．１４６＝１．０５１・・・(a)
である。

他方、筒状ブロック（射出成形品）の実測ゴム比重：ｓｗとすると、コルク粒体の見掛け比重増大倍率（コルク比重増大倍率）は、下記のようにして求める。

射出成形後のコルク比重増大倍率をＡとすると、
１．１９×０．８５４＋０．２４×Ａ×０．１４６＝ｓｗ・・・(b)
である。

式(b)−式(a)：０．２４×０．１４６（Ａ−１）＝ｓｗ−１．０５１
Ａ＝（ｓｗ−１．０５１）／（０．２４×０．１４６）＋１
＝（ｓｗ−１．０５１）／０．０３５＋１
ここで、ｓｗの望ましい範囲：１．１５５又は１．１２０において
それぞれコルク比重増大倍率（Ａ）は、
前者：０．１０４／０．０３５＋１＝２．９７＋１＝３．９７≒４．０
後者：０．０６９／０．０３５＋１＝１．９７＋１＝２．９７≒３．０
となる。

すなわち、コルク比重増大倍率が望ましい範囲が約３．０〜４．０であり、本発明のコルク比重増大倍率の範囲２．４〜４．７に含まれることが確認できる。

上記のようにして製造したガスケットは、オイルパンのケース部材（亜鉛メッキ鋼部材）と蓋部材（アルミ部材）との間に圧縮締結(通常、圧縮率２５％）して使用する。

そして、高温雰囲気下にさらされても、コルク潰れが少ない状態でゴム射出成形品中に分散されているため、従来、射出成形品では困難であるとされていた、良好な耐横流れ性を示す。しかも、過酸化物加硫系で、さらには、官能基導入液状ゴムが配合されているＮＢＲ配合物で射出成形をした場合、耐圧縮永久歪性とともに金属部材との間に固着性（接着性）が付与でき、上記耐横流れ性と協働して、ケース部材及び蓋部材間に、良好なシール性の確保が可能となる。

なお、本発明の思想は、過酸化物加硫系以外の、さらには、NBR以外のゴム配合物適用が期待できるものである。

例えば、加硫系としては、ゴムの種類によるが、過酸化物加硫以外に、硫黄加硫、チウラム加硫、キノイド加硫、アミン加硫、金属酸化物加硫等も可能である。

また、原料ゴムとしては、エチレンαオレフィン系ゴム（EPM、EPDM）、水素添加ニトリルゴム（H-NBR）、エチレンアクリルゴム（AEM)、アクリルゴム（ACM、ANM)、シリコーンゴム（Q)、ふっ素ゴム（FKM)等の耐熱性を有するものを好適に使用可能である。

次に、本発明の効果を確認するために行なった、試験例について説明をする。

なお、各試験例では、過酸化物系NBR配合物として下記基本配合処方のものを使用した。

NBR（ニトリル含量：３５％）１００部
カーボン（ＭＡＦ）５０部
亜鉛華（ＺｎＯ）５部
ステアリン酸１部
老化防止剤３.5部
コルク粒体(樹皮粉砕粒＊１）３０部
過酸化物８部
共架橋剤１部
固着剤（「ＬＩＲ−４１０」＊２）５部
＊１）平均粒径：１〜３ｍｍ、質量％配合量：14．7％
＊２）クラレ社製のカルボン酸基導入液状ＩＲ

A．上記組成のＮＢＲ配合物を用いて、図２（Ｂ）に示すような筒状ブロッ体（外周形状３５０mm角×内周孔３００mm角×高さ３５０mm）を、
(1)材料温度：１２０℃、金型温度：１７０℃、型締め時間：７minの条件で射出圧を４点（１６０・１７０・１８５・２００ＭＰａ）として、又は
(2)材料温度：１２０℃、射出圧：１８５ＭＰａ、型締め時間：７minの条件で金型温度を５点（１５０・１６０・１７０・１８０・１９０℃）として、
それぞれブロック体を成形して、２mmｔにスライスして各実施例のガスケット（試験片）を調製した。

なお、ゲートは外周形状の各辺中央部に設けて4点均等距離ゲートとした。

そして、各試験体（ゲート側から３番目）について、比重を水置換法（(JIS K ６２５１)に基づいて測定した。

その結果を示す図３・４から、射出圧は高い方が、また、金型温度は低い方が比重の、即ち、コルク比重増大倍率の小さいものが得やすいことが分かる。その理由は不明である。

従来における圧縮成形工程を経てガスケットを製造する場合の工程図である。本発明における射出成形工程を経てガスケットを製造する場合の工程図である。金型温度を一定にしておいて射出圧を変動させたときの射出圧と比重との関係を示すグラフ図である。射出圧を一定にしておいて金型温度を変動させたときの金型温度と比重との関係を示すグラフ図である。

符号の説明

１２、１２A ガスケット（製品）
１４、１４A 筒状ブロック

Claims

平均粒径１〜３ｍｍのコルク粒体の配合量が１０〜２５質量％であるゴム配合物で射出成形された筒状ブロック体から調製されるスライス品であり、該スライス品におけるコルク粒体の比重増大倍率（見掛け比重換算値：コルク比重増大倍率）が３〜４倍であることを特徴とするコルク入りゴムガスケット。
前記ゴム配合物が過酸化物加硫系であることを特徴とする請求項１記載のコルク入りゴムガスケット。
前記ゴム配合物がニトリルゴム（ＮＢＲ）系であることを特徴とする請求項１又は２記載のコルク入りゴムガスケット。
前記ゴム配合物が、対金属固着性付与剤として官能基導入の液状ゴムが配合されていることを特徴とする請求項１〜３いずれか一記載のコルク入りゴムガスケット。
平均粒径１〜３ｍｍのコルク粒体の配合量が１０〜２５質量％である過酸化物加硫系でＮＢＲ系のゴム配合物から筒状ブロック体を射出成形後、該筒状ブロック体を所定厚にスライスしてコルク入りゴムガスケットを製造する方法において、
前記筒状ブロック体を金型温度１５０〜１９０℃で、かつ射出圧１６０〜２００ＭＰａで射出成形することを特徴とするコルク入りゴムガスケットの製造方法。
前記筒状ブロック体を二次加硫後、前記スライスを行うことを特徴とする請求項５記載のコルク入りゴムガスケットの製造方法。