JP5697517B2

JP5697517B2 - ガスケット

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Publication number: JP5697517B2
Application number: JP2011082441A
Authority: JP
Inventors: 丹羽隆弘; 今中博信; 村田猛; 学安田
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2015-04-08
Anticipated expiration: 2031-04-04
Also published as: JP2012219818A; US9068654B2; US20140217682A1; WO2012137722A1

Description

本発明は、相対するフランジ接合面間にボルトで挟持されて優れたシール性を発現するガスケットに関するものである。

従来、相対するフランジ接合面間にボルトで挟持されてシール性を発揮するガスケットが知られている。このようなガスケットはフランジ接合面形状に形成されたシール部を有するものであり、ボルトの締め付けにより、シール部が相対する二面間に隙間なく密着するため、気密性が向上する。

近年、自動車の電装部品や電気機器は、コンパクト化や軽量化が進んでおり、電装部品や電気機器を構成する部材は低剛性化し、ボルトの径や伸び代が小さくなり、更にボルト締め付け点数が減少する傾向にある。これにより、ガスケット圧縮荷重は減少する傾向にある。また、１つのケースに多種多様な電装部品を装着するためケースが大きくなり、ボルト締め付け点数が減少することも相まって、ボルト間距離が増大する傾向にある。

従来、締め付け荷重の低下、低剛性化によるフランジ面性状の悪化等の環境下で使用されるシール構造及びシール方法としては、液状パッキンを接合面間に塗布して相対するフランジ面間を接合する方法、あるいは一方のフランジに溝加工を施し、ゴム様弾性体を該溝部に嵌め込みフランジを締め付ける方法等が適用されている。

しかしながら、従来のシール構造及びシール方法では、組み直して再生産する場合などでは生産性が悪くなるという問題がある。また、市場でのメンテナンスでは、取り扱い難いという問題がある。これらの問題を解決するものとして、金属薄板の片方又は両方に、例えばＮＢＲや発泡ＮＢＲ等のゴム様弾性層を形成した金属ガスケットが形状安定性に優れている点で注目されている。

しかし、このような金属ガスケットは、フランジが低剛性化し、締め付け荷重が低下するような締結条件では、ゴム様弾性層の厚さ変化が大きくシール性を低下させてしまうという問題がある。また、フランジの低剛性化に加えて、ボルト間距離が増大していることから、ボルト間のフランジの撓みが大きくなり、シール性を低下させる要因となっている。また、金属ガスケットは、コイル材料を連続してプレス加工して製造しており、ケースが大型化するとシール部以外の部分は、抜き落し廃材となるため、液状パッキンやゴム様弾性体に比べ、材料歩留まりが悪いという問題がある。

ボルトの緩みを抑制し、機器の気密性を高めたガスケットとしては、環状の金属フレームと、金属フレームの内周部に環状に延びて、金属フレームに接続された弾性体のシール部と、を有し、金属フレームには、前記二面間を締め付ける締め付け部材の軸部が貫通する貫通孔と、貫通孔の周囲に、締め付け部材の座面に対応する座面対応部と、が形成されているガスケット（特開２０１０−１２１７１５公報）が知られている。

特開２０１０−１２１７１５公報

しかしながら、特開２０１０−１２１７１５公報記載のガスケットは、ボルト締め付け部では、金属ガスケットを使用しており、ボルトの緩みは抑制できるものの、フランジ面間は、ビード形成のないゴム等の弾性体を使用しているため、ボルト間距離が大きくなる環境下では、フランジの撓みに弾性体が十分追従ができず、シール性の点で十分とは言えない。また、上記ガスケットにおいては、金属フレームと弾性体とは接着剤により接合しているため、接着剤の選定、保管及び管理等が必要となるという問題がある。

従って、本発明の目的は、フランジが低剛性化し、締め付け荷重が低下し、ボルト間距離が大きくなる締め付け環境下において、良好なシール性を示すガスケットを提供することにある。また、本発明の他の目的は、金属板と複合部材の接合を接着剤を使用しない接合とするガスケットを提供することにある。

かかる実情において、本発明者は、鋭意検討を行った結果、鋼板の両側にゴム材を形成し、ビードを有する複合部材と、該ボルトの軸が貫通する貫通孔と、該貫通孔の周囲に該ボルトの座部に対応する座部対応部を有するボルト部に配置される環状の金属板と、の組み合わせであれば、フランジが低剛性化し、締め付け荷重が低下し、ボルト間距離が大きくなる締め付け環境下において、良好なシール性を示すことを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、相対するフランジ接合面間にボルトで挟持されるガスケットであって、鋼板の両側にゴム層を形成し、ビードを有する複合部材と、該ボルトの軸が貫通する貫通孔と、該貫通孔の周囲に該ボルトの座部に対応する座部対応部を有するボルト部に配置される環状の金属板と、の組み合わせであり、該複合部材は、更に該環状の金属板と重ね合わされる金属板重ね部を有し、該環状の金属板は、更に該座部対応部から延出する複合部材と重ね合わされる複合部材重ね部を有し、該複合部材重ね部と該金属板重ね部はフランジ接合面の外側で重ね合わされて接合されるガスケットを提供するものである。

本発明によれば、ボルトの座部に対応する部分は金属板で荷重を受け止め、ボルト部間のフランジ接合面に対応する部分は複合部材のビードでシールするため、フランジが低剛性化し、締め付け荷重が低下し、ボルト間距離が大きくなる締め付け環境下において、良好なシール性を示す。また、金属板と複合部材の接合を、フランジ接合面の外側で行なうため、シール性に影響はない。また、金属板と分割された複合部材の接合も同様に、フランジ接合面の外側で行なうため、環状の金属板と複合部材は、例えば運搬中において、外れることはない。また、この接合は、プレス加工で行なうため、接着剤を使用しなくともよい。

本発明の実施の形態におけるガスケットの平面図である。図１のＸ−Ｘ線に沿って見た図である。本例のガスケットの使用状態図である。（Ａ）環状の金属板と複合部材の接合前の状態を示し、（Ｂ）は環状の金属板と複合部材の接合後の状態を示す。図４（Ｂ）のＺ方向から見た図である。図５の円形Ａ内の拡大断面図である。環状の金属板と複合部材の接合方法を説明する図である。環状の金属板と複合部材の接合方法を説明する他の図である。本発明の他の実施の形態例であるガスケットの平面図である。図９のガスケットの分割ガスケットを示す図である。コイル材から分割ガスケットを製造する方法を説明する図である。

次に、本発明の実施の形態におけるガスケットを図１〜図８を参照して説明する。なお、図中、複合部材１は鋼板とゴム材の２層又は３層構造であるが、図面簡略化のため、一体ものとして記載した。また、図面で示されるガスケットは作図上、小さく描かれているが、実際はケースが大型化しており、ガスケットは大きなものである。

ガスケット１０は、図１及び図３に示すように、相対するフランジ３ａ、３ｂの接合面間にボルト７で挟持されるものであって、鋼板の両側にゴム層を形成し、ビード１５を有する複合部材１と、ボルト７の軸７２が貫通する貫通孔５と、貫通孔５の周囲にボルトの座部７１に対応する座部対応部２１を有するボルト部に配置される環状の金属板２と、の組み合わせである。なお、図１中、二点鎖線は、フランジ接合面３の輪郭を示す。すなわち、二点鎖線で囲まれた部分がフランジ接合面である。

複合部材１の鋼板としては、ステンレス鋼板、ＳＰＣＣ鋼板、アルミニウム鋼板等が挙げられる。これらの鋼板は、アルカリ脱脂した後、公知の化成処理が施されて防錆被膜が形成されたものであってもよい。また、ＳＰＣＣ鋼板には、リン酸亜鉛、リン酸鉄被膜が形成されていてもよい。また、鋼板表面は、ショットブラスト、スコッチブラスト等の粗面化したものであってもよい。

複合部材１のゴム層としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（Ｈ-ＮＢＲ）又は官能基変性ニトリルゴム（以下、単に「ＮＢＲ」とも言う。）若しくはその発泡ゴムが挙げられる。発泡ゴムは、キノイド架橋したものが、硫黄の遊離による金属腐食の問題がなく、好適である。架橋剤としては、ｐ−キノンジオキシム、ｐ,ｐ’−ジベンゾイルキノンジオキシムが好適である。また、架橋剤を使用する際、架橋促進剤を併用することが、架橋効率を高める点で好ましい。ＮＢＲは、熱分解型発泡剤又は非架橋性の熱膨張性マイクロカプセルを配合させることが、発泡の点で好ましい。発泡倍率は、１．２〜５倍が好ましく、１．５〜３倍が特に好ましい。発泡倍率とは、ゴム層の発泡前の厚みと発泡後の厚みとの比率である。また、ＮＢＲには、カーボンブラック等の充填材を配合することが好ましい。

複合部材１の製造方法としては、ＮＢＲに架橋系添加剤、発泡剤、充填材、その他の添加剤を所定量配合してゴムコンパウンドとし、これをトルエン等の有機溶剤に溶解、分散させて塗布液とし、鋼板に塗布し、発泡させればよい。複合部材１において、ゴム材は、鋼板の両側に形成されたものが、シール性をより高める点で好ましい。

複合部材１は、図１に示すように、ボルト部近傍を除いて、フランジ接合面形状に形成されたシール部１１を有する。また、複合部材１には、図２及び図３に示すように、装着時に一方のフランジ面３ａと当接する側の表面の縁部に、例えば０．２〜１．０ｍｍ程度の突出高さを有するビード１５が形成されている。ビード１５は複合部材１の表面の縁に沿って環状に形成されている。本発明において、ビードとしては、凸状ビード又は波状ビードが挙げられる。図２のビード１５は、凸状ビードであり、また、１本の波状ビードでもある。ビード１５の数は１本でも２本以上でもよく、複合部材１の片面又は両面に形成される。複合部材１にビードを形成することで、フランジ接合面に対して高面圧を発生させ、高いシール性を付与できる。また、ボルト間距離が大きなフランジ部の気密性が高くなり、締め付け荷重が低下した締め付け条件下においても良好なシール性を発揮することができる。

複合部材１には、更に環状の金属板２と重ね合わされる金属板重ね部１２を有する。金属板重ね部１２はフランジ接合面の外側に位置する。フランジ接合面の外側とは、図１に示すように、二点鎖線で示すフランジ接合面の外側輪郭形状より外側に位置することを言う。これにより、金属板重ね部１２はフランジ接合面３の外側で環状の金属板２と接合でき、例えば部分プレス加工により発生する突起２６があっても、フランジ接合面間のシール性に影響を及ぼすことがない。また、金属板重ね部１２は、複合部材１と環状の金属板２とが、フランジ接合面３の外側において接合し易く、またボルト部近傍において、可能な限り隙間なく突き合わされた連続形状とするため、環状の金属板２の形状に対応する凹部１３を形成するように、本体部１１から両腕状に突出する形状となっている。金属板重ね部１２は、環状の金属板２と近接する箇所において、一対形成することが、接合安定性が高まる点で好ましい。なお、本例では、複合部材１はビード１５を除いて、均一の厚みを有する薄板形状であるが、これに限定されず、金属板重ね部１２は本体部１１から屈曲して延出するものであってもよい。

環状の金属板２は、貫通孔５と、座部対応部２１を有するものであればよく、本例では、更に座部対応部２１から上方に屈曲し、更に水平方向に延出する複合部材１と重ね合わされる複合部材重ね部２２を有する。座部対応とは、ボルト７の座部７１を上から投影した際、ガスケット１に映し出される部分を言う。

複合部材重ね部２２は、円板状の金属板２の両側から外側に突出した形状のものであり、複合部材１の凹部１３に、複合部材１と連続形状となるように近接して入り込み、且つフランジ接合面３の外側で金属板重ね部１２と重なり合う。なお、複合部材重ね部２２と金属板重ね部１２との重ね合いは、本例では、図５に示すように、環状の金属板２の方を屈曲させているが、これに限定されず、環状の金属板２を平坦状とし、複合部材１の方を屈曲させてもよい。図５中、符号Ｆ_１がフランジ接合面側であり、符号Ｆ_２がフランジ接合面の外側である。

ガスケット１０において、複合部材１と環状の金属板２とは、フランジ接合面の外側の接合を除いて、接合されていない。従って、フランジ接合面における複合部材１と環状の金属板２との間は極微小の隙間が存在するものの、金属板２がボルトの締め付け荷重を受け持ち、ビード１５で高面圧を発生させるため、フランジ接合面間のシール性に悪影響することはない。また、接着剤等が不要であり、接着剤の選定、保管及び管理等が不要となる。

環状の金属板２の材料としては、複合部材１で使用される鋼板と同じものが使用できる。環状の金属板２は、片面又は両面にゴム層が形成されていてもよい。ゴム層としては、複合部材のゴム層と同様の材質のものが使用できる。このゴム層の厚みは、片面で０．０２０〜０．０２５ｍｍと薄いものが好ましい。ゴム層を薄くすることで、ボルトの締め付け荷重を、へたることなく受け持つことができる。ガスケット１０は、図２に示すように、複合部材１のビード１５の厚み（Ｈ_３）＞環状の金属板２の厚み（Ｈ_２）であることが好ましく、複合部材１のビード１５の厚み（Ｈ_３）＞環状の金属板２の厚み（Ｈ_２）≧複合部材１の厚み（Ｈ_１）であることが特に好ましい。これにより、相対するフランジ接合面間にガスケット１０を装着しボルト７で挟持した場合、図３に示すように、ボルト７の座部７１に対応する部分は金属板２でシールし、ボルト部間のフランジ接合面は複合部材１のビード１５でシールするため、フランジが低剛性化し、締め付け荷重が低下し、ボルト間距離が大きくなる締め付け環境下において、良好なシール性を示す。ボルト７の座部７１に対応する箇所にゴム様弾性体やゴム層の厚い部材を配置させると、ボルト締結時にゴム様弾性体が低荷重で圧縮されるため、ボルト間部のフランジの撓みが助長され、シール性の低下につながる。これに対して、本発明は、ボルト締め付け荷重を金属板で受け止めることでフランジの撓みを抑制させ、シール性は複合部材にビードを付与させることで局部的に高面圧を発生させ、確保させたものである。なお、ビード１５の厚み（Ｈ_３）とは、図２に示すように、ビード部におけるビード１５が形成されていない複合部材１の底面からの高さを言う。なお、複合部材１のゴム層を発泡ゴムとした場合、環状の金属板２の厚み（Ｈ_２）＜複合部材１の厚み（Ｈ_１）となってもよい。このような関係であっても、ボルト締め付け後は、ボルト７の座部７１に対応する部分は環状の金属板２でシールし、ボルト部間のフランジ接合面は複合部材１のビード１５でシールするため、フランジが低剛性化し、締め付け荷重が低下し、ボルト間距離が大きくなる締め付け環境下において、良好なシール性を示す。

次に、複合部材１と環状の金属板２との接合方法の一例について、図５〜図８を参照して説明する。図７が部分的プレス加工前の複合部材１の金属板重ね部１２と環状の金属板２の複合部材重ね部２２の重ね状態を示し、図８が図７に続く工程であり、部分的プレス加工の途中を示し、図５及び図６は部分的プレス加工後の複合部材１の金属板重ね部１２と環状の金属板２の複合部材重ね部２２の接合状態を示す。なお、図６は図５の二点鎖線で示す円形内の拡大断面図である。

部分的プレス加工は、先端が尖っていない比較的平坦な面５１を有するポンチ５０を使用することが好ましい。すなわち、複合部材１の金属板重ね部１２と環状の金属板２の複合部材重ね部２２を重ね合わせた状態において、この積層物をポンチ５０で上から下へ打ち付ける。複合部材１及び環状の金属板２は共に、部分的プレス加工において、変形し易いものであり、複合部材１及び環状の金属板２は共に、符号ｙ_１方向（下方側）に潰され、符号ｙ_２の面方向に変形しつつ下方部材の下端から下方に延びる突起部２６が形成される。すなわち、突起部２６は、複合部材１及び環状の金属板２の当初厚みｈ_１に対して、ｈ_２と薄くなり、ポンチ５０径ｗ_１に対して、ｗ_２と面方向に拡大しており、更に、複合部材１に対して、金属板２が面方向に食い込んでいる。このように、プレス部においては、複合部材１と金属板２が、厚さ方向及び面方向に変形して食い込み部２６１を形成している。これにより、複合部材１及び環状の金属板２が外れることはない。また、接合部６は、フランジ接合面の外側にあるため、シール性能に影響を与えることがない。なお、部分的プレス加工により、加工部分の表面は凹状となる。

本発明において、複合部材１は２つ以上に分割されていてもよい。分割された複合部材の一例を図９及び図１０を参照して説明する。ガスケット１０ａを構成する複合部材は、２つの複合部材１ａ、１ｂからなる。２つの複合部材１ａ、１ｂは、図１で示されるガスケット１０を構成する複合部材１において、フランジ接合面に対応する領域内であって、且つボルト部近傍で切断したものであり、１つの複合部材１ａの切断面１９ａと、他の１つの複合部材１ｂの切断面１９ｂを突き合わせれば、分割ライン１９を有して、図１の複合部材１と同じ形状となる。このような分割された複合部材１ａ、１ｂは、図１１に示すような板状体６０をコイル巻きしたものから型取りされるため、廃材を減らすことができ、材料の歩留まりは飛躍的に向上する。なお、図１０に示すように、金属板２と分割された複合部材１ａ（１ｂ）の接合も、フランジ接合面の外側で行なうため、環状の金属板２と複合部材１ａ（１ｂ）は、例えば運搬中において、外れることはない。

本発明のガスケットは、フランジ接合面に対応する複合部材１の分割面の隙間１９ａ（１９ｂ）には、液状シール剤の塗布硬化物が充填されていてもよい。これにより、フランジ接合面に対応する部分において、分割された複合部材１間には隙間のないものとなり、よりシール性の高いものとなる。液状シール剤としては、液状シリコン等が挙げられる。

本発明のガスケットが装着される機器としては、ボルトで挟持される相対するフランジ接合面を有するものであれば特に制限されず、例えば、下端に相対する一方のフランジ面を有する上部機器と、上端に相対する他方のフランジ面を有する下部機器とからなる自動車用電装機器等が挙げられる。本発明のガスケットは、上部機器の下端フランジと下部機器の上端フランジの二面間に装着される。これらの機器は従来のものと比較して、大型であり、フランジ部が低剛性であり、ボルト間の距離が大であるものであれば、本発明の効果がより顕著に表われる。

本発明において、フランジ接合面の外側での接合は、上記部分プレス加工に限定されず、例えば、複合部材重ね部と金属板重ね部を接着剤により接着する方法、平面視で複合部材重ね部と金属板重ね部の一方を凹部、他方を凸部として、凹部と凸部を嵌め込む方法等であってもよい。これらの接合方法では、複合部材重ね部又は金属板重ね部は、本体部から上方に屈曲させる必要はなく、薄板状でよい。

次に、実施例を挙げて本発明を更に、具体的に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限するものではない。

自動車の電装部品を搭載した大型の金属製ケースを想定したフランジ接合面を形成し、下記仕様のガスケットを装着し、ボルト締めしてシール試験を実施した。その結果、漏れ量はほとんどなく、シール性に優れたものであった。

（試験用フランジ面）
フランジ形状は図１に二点鎖線で示すものであり、フランジ厚さ７ｍｍ、ボルト間距離（最大距離）１２０ｍｍとした。

（ガスケット）
・複合部材；図１に示す形状の複合部材である。厚さ０．２ｍｍのＳＰＣＣの両面に片面の厚み０．２ｍｍのニトリルゴム（ＮＢＲ）の発泡ゴム層を形成した全体厚さ（Ｈ_１）が０．６ｍｍのもので、ビードは１本の突状であり、ビードの厚み（Ｈ_３）１．０ｍｍとした。
・環状の金属板；厚み（Ｈ_２）０．６ｍｍ

（シール試験）
下側治具：厚み２０ｍｍの鉄製治具（剛体）
上側治具：厚み７ｍｍのアルミ製治具
締付条件：５．６Ｎ・ｍ（Ｍ６ボルト）
ボルト間距離：最大１２０ｍｍ、最小３０ｍｍ
漏れ確認方法：水没試験にて気泡が水面に浮上した際の内圧を漏れ圧とする。

比較例１
ビードの形成がない複合ガスケットとした以外は、実施例１と同様の方法で複合部材及びガスケットを作成し、シール試験を行なった。その結果、実施例１と比べ、１／３程度の内圧で漏れが観察され、シール性は十分とは言えなかった。

本発明によれば、ボルトの座部に対応する部分は金属板を配してボルトの緩みを抑制させ、シールは金属板近傍からボルト間部に配置させる複合部材のビードで機能を発現させるため、低剛性のフランジやボルト間距離が大きいフランジ等、厳しい締め付け条件下においても、良好なシール性を示す。従って、自動車の電装部品や電気機器のコンパクト化や軽量化に対応可能である。

１複合部材
２環状の金属板
３フランジ接合面
３ａ、３ｂフランジ
５ボルト貫通孔
６接合部
７ボルト
９複合部材と金属板の突き合わせ部における隙間
１０、１０ａガスケット
１１シール部（本体部）
１２金属板重ね部
１５ビード
２１座部対応部
２２複合部材重ね部
２６突起部
５０ポンチ

Claims

相対するフランジ接合面間にボルトで挟持されるガスケットであって、
鋼板の両側にゴム層を形成し、ビードを有する複合部材と、
該ボルトの軸が貫通する貫通孔と、該貫通孔の周囲に該ボルトの座部に対応する座部対応部を有するボルト部に配置される環状の金属板と、
の組み合わせであり、
該複合部材は、更に該環状の金属板と重ね合わされる金属板重ね部を有し、該環状の金属板は、更に該座部対応部から延出する複合部材と重ね合わされる複合部材重ね部を有し、該複合部材重ね部と該金属板重ね部はフランジ接合面の外側で重ね合わされて接合されることを特徴とするガスケット。
該環状の金属板の片面又は両面にゴム層を形成したことを特徴とする請求項１記載のガスケット。
該ゴム層の厚みが、片面で０．０２０〜０．０２５ｍｍであることを特徴とする請求項２記載のガスケット。
該複合部材のビードの厚み（Ｈ_３）＞環状の金属板の厚み（Ｈ_２）≧複合部材の厚み（Ｈ_１）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスケット。
該複合部材のゴム層は、発泡ゴム層であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガスケット。
該接合は、部分的プレス加工によるものであり、該接合形状は、該プレス部における該複合部材と該金属板が、厚さ方向及び面方向に変形したものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスケット。
該複合部材は、２つ以上に分割されており、分割位置はフランジ接合面に対応する領域内であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のガスケット。
分割面の隙間には、液状シール剤の塗布硬化物が充填されていることを特徴とする請求項７記載のガスケット。