JP5065154B2 - ガスケット素材 - Google Patents

Description

この発明は、車両等に搭載されるエンジンや変速機等に用いられるガスケットの素材に関し、特には、ゴムと補強繊維と充填材とを混練した原料をカレンダーロールで加圧積層および加硫して成形したジョイントシートからなるガスケット素材に関するものである。

エンジンと組み合わされた変速機のハウジングとそこにボルトで固定されるカバーとの間のガスケット挿入部分は、エンジンの運転と停止の繰り返し等により温度変化が大きくなるため、同部分にガスケットを用いた場合、温度変化の繰り返しに起因してハウジングおよびカバーとガスケットとの接合面間に繰返し相対変位（フレッティング）が生じる。また、軽量化によって構造体の低剛性化が進んだため、カバー等に加わる外力によってもフレッティングが生じる。

このため特許文献１に記載のように、基材層に、固着力の異なる表層、裏層を組み合わせて３層構造としてシール耐久性を大幅に向上させたり、特許文献２に記載のように、基材層に、摩擦係数の異なる表層、裏層を組み合わせて３層構造としてシール耐久性を大幅に向上させたりしている。

また、ゴム材や充填材への補強繊維の混合量を増加させたり、補強繊維の繊維長を増大させて強度の向上を図ったりしている。しかし、特にアラミド繊維は高コストであり、低コスト化のためにはアラミド繊維の配合量を減少させる必要があった。
特開２００４−０３６８０８号公報 特開２００２−１０５４３７号公報 特願２００４−０３５８０６号公報

しかしながらアラミド繊維は、今は使用禁止のアスベスト繊維に変わりゴムの引張強度等を向上させるための補強材であるため、配合量の低減は難しかった。

また、従来のシートは３層構造であり、この３層構造によって必然的に、原料コストが高騰し、材料の配合、混練り工程およびシート成形工程が複雑になり、この工程の複雑さは高コスト化に繋がっている。

このような問題点を解決すべく、特許文献３記載のシートは、２層構造とするとともに、アラミド繊維、硫酸バリウム等をゴム材に混練して、ジョイントシートの柔軟性を高くしつつ強度を高めているが、高価なアラミド繊維について２０ｗｔ％以上の配合量の設定が必要であり、低コスト化の妨げになっている。

この発明は、上記課題を有利に解決するためになされたものであり、この発明のガスケット素材は、ゴムと補強繊維と充填材とを混合した原料をカレンダーロールで加圧積層および加硫して形成したジョイントシートからなるガスケット素材において、前記原料の基本組成が、ゴムとしてのＮＢＲ：１６〜２８ｗｔ％と、補強繊維としてのアラミド繊維：４〜８ｗｔ％と、これも補強繊維としての針状ドロマイト：１０〜２０ｗｔ％と、充填材としてのシリカ粒子：８〜２０ｗｔ％と、これも充填材としての無機フィラー：残部と、からなることを特徴とするものである。

すなわち、この発明のガスケット素材は、ジョイントシートの性能を維持しつつ低コスト化を目指したものである。
通常、アラミド繊維の配合量を減少させると、引っ張り強度の低下、柔軟性低下によるシール性能の低下、耐熱性の低下が生じることになる。
これに関してこの発明のガスケット素材では、補強繊維としてのアラミド繊維は、配合量を４〜８ｗｔ％としており、このアラミド繊維は、フィブリル度の指標である比表面積が例えば６〜１２ｍ^２/ｇの、例えば芳香族ポリアミド繊維（パルプタイプ）を用いてフィブリル度を向上させると好ましい。
またこの発明のガスケット素材では、充填材としてのシリカ粒子は、配合量を８〜２０ｗｔ％としており、このシリカ粒子は、一次粒子径が例えば３２〜４８ｎｍのものを用いると好ましい。

さらに、通常、補強繊維としてガラス繊維を使用するが、このガラス繊維を使用した場合、シート表面がざらつくことになるので、これを覆うために３層構造などにする場合が多い。
これに対しこの発明のガスケット素材では、他の補強繊維としての針状ドロマイトを、配合量を１０〜２０ｗｔ％として用いており、この針状ドロマイトは、例えば平均粒子径を４〜１２μmとして微小針状化を進めると好ましい。この針状ドロマイトによれば、シート表面をざらつかせることなく、平滑に仕上げることができるため、シール性能を維持しつつ２層構造を可能とすることができる。

残部の充填材としての無機フィラーには、例えば配合単価を安くする為にクレー粒子（含水ケイ酸アルミニウム）、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、珪藻土、酸化マグネシウム等を配合することができる。

この発明のガスケット素材によれば、混合の際に補強繊維が絡み合うため、ジョイントシートの引張り強度が向上する。また、圧縮復元性、応力緩和特性の向上によって耐熱性を向上させることができる。

さらにこの発明のガスケット素材によれば、補強繊維の組成配合量の増加や補強繊維の繊維長の増大を図ってはいないので、ガスケット表面を平滑にし得てシール性を充分高めることができ、また、ジョイントシートの積層形成時のロール圧の上昇やホットロールの温度上昇方法によって強度向上を図ってはいないので、ジョイントシートの硬度を低く維持し得て、シール性を充分高めることができ、ガスケットのシール性を向上させることができる。

さらにこの発明のガスケット素材によれば、補強繊維の組成配合量を増加させて強度向上を図ったり、補強繊維の繊維長を増大させモルホロジー効果の増大により強度向上を図ったり、ゴムと補強繊維と充填材の配合割合を中間層用と表層用とで変えて、中間層よりも表層に柔軟性をもたせるように形成したりしていないので、原料コストの高騰や原料配合工程の複雑化による製造コストの高騰を招くという問題を回避することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。ここに、図１は、この発明のガスケット素材の一実施形態を示す断面図であり、図中符号１はその実施形態のガスケット素材としてのジョイントシートを示し、このジョイントシート１は、いわゆる中材からなる主層１ａと、いわゆる皿材からなる表層１ｂとの２層構造とされている。

この実施形態のジョイントシート１は、ゴムとしてのＮＢＲと、補強繊維としてのフィブリル化（微細部繊維化）したアラミド繊維と、これも補強繊維としての針状ドロマイトと、充填材としてのシリカ粒子と、これも充填材としての例えばクレー等の無機フィラーとを混合した原料を、ホットロールとコールドロールとの一対のロールを具えるカレンダーロールのホットロール上に供給して、それらのロールで混練しつつ加圧することでホットロール上に積層し、さらにそのホットロールの熱で加硫して硬化させた後ホットロール上から剥ぎ取ることで形成する。そしてその際、補強繊維や充填材の配合を異ならせることで、図１に示すように、主層１ａと表層１ｂとの２層を形成する。

ところで、この実施形態のジョイントシート１においては、上記原料の基本組成は、ＮＢＲ：１６〜２８ｗｔ％と、アラミド繊維：４〜８ｗｔ％と、針状ドロマイト：１０〜２０ｗｔ％と、シリカ粒子：８〜２０ｗｔ％と、無機フィラー：残部とからなるものとする。

ここで、上記アラミド繊維には、フィブリル度の指標である比表面積が６ｍ^２／ｇ以上で１２ｍ^２／ｇ以下の、例えば芳香族ポリアミド繊維（パルプタイプ）を用いる。アラミド繊維の比表面積が６ｍ^２／ｇ未満では、ジョイントシートひいてはそれから形成したガスケットの引張強度および座屈疲労面圧を充分高められないからであり、１２ｍ^２／ｇを越えると、原料中にアラミド繊維を分散させづらくなるからである。

また上記シリカ粒子には、一次粒子径が３２ｎｍ以上で４８ｎｍ以下のものを用いる。一次粒子径が３２ｎｍ未満および４８ｎｍを超えるシリカ粒子を用いると、ジョイントシートひいてはそれから形成したガスケットの軸力低下率が大きくなるからである。

そして上記針状ドロマイトには、平均粒子径が４μm以上で１２μm以下のものを用いる。針状ドロマイトの平均粒子径が４μm未満では、ジョイントシートひいてはそれから形成したガスケットの引張強度および座屈疲労面圧を充分高められないからであり、１２μmを超えるとジョイントシートの表面が荒れるからである。

かかる実施形態のジョイントシート１によれば、４〜８ｗｔ％のアラミド繊維と１０〜２０ｗｔ％の針状ドロマイトとからなる補強繊維が、混合の際に絡み合って、ジョイントシートの柔軟性を高く維持しつつ強度を高めているから、たとえハウジングやカバー等の構造体にフレッティングが生じても、シール性能を確保することができる。

しかも、補強繊維の組成配合量の増加や補強繊維の繊維長の増大により強度向上を図ってはいないので、ガスケットの原料コストを低く維持しうるとともに、ガスケット表面を平滑にし得てシール性を充分高めることができ、また、ジョイントシートの積層形成時のロール圧の上昇やホットロールの温度上昇により強度向上を図ってはいないので、ジョイントシートの硬度を低く維持し得て、繰返し圧縮応力に対するガスケットの耐久性を確保し、ガスケットの座屈疲労によるシール性低下を防止することができる。

さらに、補強繊維の組成配合量を増加させて強度向上を図ったり、補強繊維の繊維長を増大させモルホロジー効果の増大により強度向上を図ったり、ゴムと補強繊維と充填材の配合割合を中間層用と表層用とで変えて、中間層よりも表層に柔軟性をもたせるように形成したりしていないので、原料コストの高騰や原料配合工程の複雑化による製造コストの高騰を招くという問題を回避することができる。

従って、この実施形態のジョイントシート１を所定輪郭形状に切断して形成した、車両用シートガスケット等のガスケットによれば、変速機等の構造体の剛性が低く、しかもその構造体の例えばハウジングとカバーとの間のガスケット挿入部に高いボルト締結力が与えられているような場合に、その構造体に例えば大きな力が加わっても、優れたシール耐久性を発揮することができる。すなわち、構造体の剛性が低い場合には、締結ボルト直下およびその近傍ではガスケット挿入部に発生する面圧は高くなるが、締結ボルトのスパン間では低くなる。このためそのガスケット挿入部に挿入するガスケットには、高い耐座屈性と、良好な柔軟性によるシール性とが求められるが、この実施形態のジョイントシート１を用いたガスケットによれば、それら高い耐座屈性と、良好な柔軟性によるシール性とをもたらすことができる。

そして、この実施形態のジョイントシート１を用いて形成した、車両用シートガスケット等のガスケットの上述した特性は、逆に、構造体の、そのガスケットでシールする部位の設計に際し、締結ボルト等のピッチやサイズ、カバー厚さ等の自由度を高め得て、構造体の軽量化をもたらすことができる。

アラミド繊維、針状ドロマイト、シリカ、ゴム、無機充填材の配合比率を、表１に示す比較例１〜８およびこの発明の実施例１〜１２のようにそれぞれ変化させて、それぞれジョイントシートを作成し、引張強度、軸力低下率、限界シール圧試験で性能確認を行った。
（引張試験）
ＪＩＳ Ｋ ６２５１に規定された条件で引張試験を行った。
（軸力低下率試験）
限界シール圧試験用治具にジョイントシートをボルト軸力５００ｋｇｆで締め付けて挟み込み、その後、電気炉にセットして、１５０℃×３２時間経過後の軸力低下率をストレインゲージで測定した。
（限界シール圧試験）
ボルトスパン１００ｍｍ、Ｍ６×４本の正方形の治具に、その輪郭に沿った正方形の枠状のジョイントシートをボルトトルク１１．８Ｎｍで挟み込み、１５０℃×３２時間加熱し、冷却後に枠状のジョイントシートの内側をオイルで加圧して洩れの有無を調査した。

表１は、それらのジョイントシートについて、上述した条件でそれぞれ引張試験と軸力低下試験と限界シール圧力測定試験とを行った結果を示しており、この結果から、実施例１〜１６は、一般的な特性判断である、１６MPa以上の引張強度、０．７MPa 以上の限界シール性能、１２％以下の軸力低下率を持つ、良好な特性を有するガスケット素材であることが確認できた。これに対し比較例１〜８は、１６MPa以上の引張強度、０．７MPa 以上の限界シール性能、１２％以下の軸力低下率の何れか一つ以上を満たしていなかった。

表１から明らかなように、ジョイントシートの基本組成は、
ＮＢＲ：１６〜２８ｗｔ％、より好ましくは１６〜２４ｗｔ％と、
アラミド繊維：４〜８ｗｔ％、より好ましくは４〜６ｗｔ％と、
針状ドロマイト：１０〜２０ｗｔ％と、
シリカ粒子：８〜２０ｗｔ％、より好ましくは１０〜１５ｗｔ％と、
無機フィラー：残部とからなることが好ましい。

図２は、上記実施形態のジョイントシート１についてアラミド繊維のフィブリル度の指標となる比表面積を変化させて、上記と同様にして引張試験を行った結果を示すものである。この図から明らかなように、上記実施形態のジョイントシート１では、アラミド繊維のフィブリル度が６ｍ^２/ｇ以上でジョイントシート１の引張強度が１６MPa以上となる。また６ｍ^２/ｇ未満になるとジョイントシート１の引張強度が急激に低下する。よって、アラミド繊維の比表面積は６ｍ^２/ｇ以上が望ましく、６〜１２ｍ^２/ｇが有効であることが判明した。

また、図３は、上記実施形態のジョイントシート１についてシリカ粒子径を変化させて、上記と同様にして軸力低下率試験を行った結果を示すものである。この図から明らかなように、上記実施形態のジョイントシート１では、シリカの粒子径が３２〜５０ｎｍでジョイントシート１の軸力低下率が１２％以下に減少する。また３２ｎｍ未満になるとジョイントシート１の軸力低下率が急激に上昇する。よって、シリカの粒子径は３２ｎｍ以上が望ましく、３２〜５０ｎｍが有効であることが判明した。

さらに、図４は、上記実施形態のジョイントシート１について針状ドロマイト粒子径を変化させて、上記と同様にして引張試験を行った結果を示すものである。この図から明らかなように、上記実施形態のジョイントシート１では、針状ドロマイトの粒子径が４．０μm以上で、ジョイントシート１の引張強度が１６MPa以上となる。よって、針状ドロマイトの粒子径は４．０μm以上が望ましく、４〜１２μmが有効であることが判明した。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができる。

かくしてこの発明のガスケット素材によれば、４〜８ｗｔ％のアラミド繊維と１０〜２０ｗｔ％の針状ドロマイトとからなる補強繊維が、混合の際に絡み合って、ジョイントシートの柔軟性を高く維持しつつ強度を高めているので、たとえハウジングやカバー等の構造体にフレッティングが生じても、シール性を確保することができる。

しかも、補強繊維の組成配合量の増加や補強繊維の繊維長の増大により強度向上を図ってはいないので、ガスケットの原料コストを低く維持しうるとともに、ガスケット表面を平滑にし得てシール性を充分高めることができ、また、ジョイントシートの積層形成時のロール圧の上昇やホットロールの温度上昇により強度向上を図ってはいないので、ジョイントシートの硬度を低く維持し得て、繰返し圧縮応力に対するガスケットの耐久性を確保し、ガスケットの座屈疲労によるシール性低下を防止することができる。

さらに、補強繊維の組成配合量を増加させて強度向上を図ったり、補強繊維の繊維長を増大させモルホロジー効果の増大により強度向上を図ったり、ゴムと補強繊維と充填材の配合割合を中間層用と表層用とで変えて、中間層よりも表層に柔軟性をもたせるように形成したりしていないので、原料コストの高騰や原料配合工程の複雑化による製造コストの高騰を招くという問題を回避することができる。

この発明のガスケット素材の一実施形態を示す断面図である。 上記実施形態のガスケット素材としてのジョイントシートについてアラミド繊維のフィブリル度を変化させて引張強度を求めた結果を示す説明図である。 上記実施形態のガスケット素材としてのジョイントシートについてシリカ粒子径を変化させて軸力低下率を求めた結果を示す説明図である。 上記実施形態のガスケット素材としてのジョイントシートについて針状ドロマイト粒子径を変化させて引張強度を求めた結果を示す説明図である。

符号の説明

１ ジョイントシート（ガスケット素材）
１ａ 主層
１ｂ 表層

Claims (6)

1. ゴムと補強繊維と充填材とを混合した原料をカレンダーロールで加圧積層および加硫して形成したジョイントシートからなるガスケット素材において、
   前記原料の基本組成が、
   ゴムとしてのＮＢＲ：１６〜２８ｗｔ％と、
   補強繊維としてのアラミド繊維：４〜８ｗｔ％と、
   補強繊維としての針状ドロマイト：１０〜２０ｗｔ％と、
   充填材としてのシリカ粒子：８〜２０ｗｔ％と、
   充填材としての無機フィラー：残部と、
   からなることを特徴とするガスケット素材。
2. 前記アラミド繊維は、フィブリル度が比表面積（ＢＥＴ）で６〜１２ｍ^２/gのものであることを特徴とする、請求項１記載のガスケット素材。
3. 前記シリカ粒子は、一次粒子径が３２〜４８nmのものであることを特徴とする、請求項１記載のガスケット素材。
4. 前記針状ドロマイトは、平均粒子径が４〜１２μmのものであることを特徴とする、請求項１記載のガスケット素材。
5. 請求項１から４までの何れか１項記載のガスケット素材を用いた車両用シートガスケット。
6. 前記シートガスケットは、表層と、前記ガスケット素材からなる主層との２層構造を有することを特徴とする、請求項１から４までの何れか１項記載のガスケット素材を用いた請求項５記載の車両用シートガスケット。

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