JP6343699B1 - ガスケット及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シール性を確保しつつ、長期に渡って面圧を維持して、耐久性を向上することができるガスケット及びその製造方法を提供する。【解決手段】金属線編物２１からなるシール対象孔３５を有する第一環状部３１と、金属線編物２３からなる第一環状部３１の外周縁に接する本体部３３とからなり、金属線編物２１の金属線２０及び金属線編物２３の金属線２０が互いに交絡して第一環状部３１と本体部３３とが接合すると共に、第一環状部３１を構成する金属線２０どうしの間の隙間が樹脂２５により密封されている。【選択図】図１
Description
本発明は、ガスケット及びその製造方法に関し、より詳細には、耐久性が向上したガスケット及びその製造方法に関する。
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在するガスケット、排気管のフランジの間に介在するガスケットなど、面圧調節が必要なガスケットにおいては、複数の金属板が積層したものが用いられている（例えば、特許文献１参照）。このようなガスケットでは、その金属板にビードや折り返しを形成して面圧を調節している。
しかし、ガスケットが長期に渡って締結されると、形成したビードや折り返しが応力や熱膨張により延びて、圧縮応力が低下する。それ故、複数の金属板が積層したガスケットでは、長期に渡って面圧を維持することが難しいという問題がある。この問題は、特に、ＥＧＲガスケットやターボチャージャガスケットなど高温の排気ガスが流通するガスケットに顕著である。
本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、シール性を確保しつつ、長期に渡って面圧を維持して、耐久性を向上することができるガスケット及びその製造方法を提供することである。
上記の課題を解決するための本発明のガスケットは、金属線編物からなるガスケットで
あって、このガスケットが少なくとも一つの貫通孔を有する環状部と、この環状部の外周縁に接する本体部とからなり、前記環状部は筒状の前記金属線編物が管軸方向に圧縮された状態で環状をなし、前記本体部は筒状の前記金属線編物が径方向に圧縮された状態で板状をなすと共に所定の位置の編目が広がってなる配置孔を有し、前記配置孔に前記環状部が配置されて、前記環状部を構成する金属線編物及び前記本体部を構成する金属線編物の金属線が互いに交絡してその環状部とその本体部とが接合してなると共に、前記環状部を構成する金属線どうしの間の隙間が樹脂により密封されていることを特徴とするものである。
あって、このガスケットが少なくとも一つの貫通孔を有する環状部と、この環状部の外周縁に接する本体部とからなり、前記環状部は筒状の前記金属線編物が管軸方向に圧縮された状態で環状をなし、前記本体部は筒状の前記金属線編物が径方向に圧縮された状態で板状をなすと共に所定の位置の編目が広がってなる配置孔を有し、前記配置孔に前記環状部が配置されて、前記環状部を構成する金属線編物及び前記本体部を構成する金属線編物の金属線が互いに交絡してその環状部とその本体部とが接合してなると共に、前記環状部を構成する金属線どうしの間の隙間が樹脂により密封されていることを特徴とするものである。
上記の課題を解決するための本発明のガスケットの製造方法は、金属線と樹脂繊維又は樹脂糸とから筒状の金属線編物を編み、この筒状の金属線編物を筒軸方向に押し潰して環状部を形成し、金属線から他の筒状の金属線編物を編み、この他の筒状の金属線編物を径方向に押し潰して本体部を形成し、得られた前記本体部の所定の位置に配置穴を形成し、その配置穴に前記環状部を配置し、前記本体部及び前記環状部を熱間圧縮により一体化することを特徴とする。
本発明によれば、環状部と本体部とを金属線編物で構成し、それぞれの金属線を互いに交絡して接合すると共に、環状部の金属線どうしの間の隙間を樹脂により密封する。それ故、ガスケットとして金属線編物による圧縮応力を利用しつつ、貫通孔周りのシール性を確保することができる。これにより、複数の金属板を積層させた従来のガスケットに比して、シール性を確保しつつ、面圧を維持するには有利になり、耐久性を向上することがで
きる。
きる。
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、ｘを厚さ方向とし、ｙ、ｚをｘ方向に直交すると共に互いに直交する方向とする。なお、図１〜図４は、構成が分かり易いように寸法を変化させており、寸法は必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。
図１に例示するように、第一実施形態のガスケット３０は、配管１２のフランジ１３同士の間に介在し、ボルト１０及びナット１１により締結されるフランジ用ガスケットである。
ガスケット３０は、金属線２０が編まれた金属線編物２１〜２３から構成されていて、金属線編物２１からなる第一環状部３１、金属線編物２２からなる第二環状部３２、金属線編物２３からなる本体部３３を備えている。ガスケット３０は、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のそれぞれを構成する金属線編物２１〜２３の金属線２０が互いに交絡することで接合し、ｘ方向の両端にｙｚ平面に延在する板面３４を有して、ｘ方向の板厚Ｄ１が０．４ｍｍ〜２．０ｍｍの一枚の板状に形成されている。
金属線２０は、直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの金属の細糸であり、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０４Ｌなどのステンレス鋼線、黄銅、リン青銅、洋白、ベリリウム銅合金などのバネ用銅合金線が例示される。この実施形態の金属線２０は、同一金属且つ同一直径である。
金属線編物２１〜２３は、編目（ループ）２４を連続的に綴り合せるように金属線２０を編んで形成されている。具体的に、金属線編物２１〜２３は、編まれた金属線２０の延在方向に直交する方向に編目２４が引き出される、緯編（平編、ゴム編、パール編）で編まれている。金属線編物２１〜２３は、金属線２０を編んで形成されていればよく、編み方は限定されずに、経編（トリコット編）で編まれてもよい。
第一環状部３１は、ｘ方向に貫通しているシール対象孔３５を有していて、ｘ方向の平面視が円環の部材である。第二環状部３２は、ｘ方向に貫通している締結具挿通孔３６を有していて、ｘ方向の平面視が円環の部材である。
シール対象孔３５は、配管１２の流体が通過する孔１４に対応する貫通孔である。締結具挿通孔３６は、シール対象孔３５の周囲に配置されていて、ボルト１０が挿通する貫通孔である。シール対象孔３５の直径Ｒ１は、締結具挿通孔３６の直径Ｒ２よりも大きい。
第一環状部３１は、金属線編物２１に編み込まれた金属線２０どうしの隙間が樹脂２５により密封されている。樹脂２５は、その融解温度が金属線２０の融解温度よりも低い。
樹脂２５としては、融解温度が比較的高く、且つ融解温度以上で復元力が強い（バネ性が高い）ものが好ましく、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂が好ましく例示される。なお、図中では、樹脂２５を点描で示しているが、実際には金属線２０どうしの隙間である編目２４が樹脂２５により密封されているものとする。編目２４が密封された状態は、流体が編目２４を通過しない状態であり、第一環状部３１は、樹脂２５による編目２４の密封により、シール対象孔３５を通過する流体が第一環状部３１の周方向外側に漏れないように構成されている。
本体部３３は、第一環状部３１の外周縁に隣接すると共に、第二環状部３２の外周縁に隣接していて、第一環状部３１及び第二環状部３２を内包し、その外周形状がフランジ１３の外周形状と同形状に形成されている。本体部３３は、一つの第一配置穴３８と二つの第二配置穴３９とを有している。
第一配置穴３８は、本体部３３の中央部及び外方に形成されていて、その内周縁に接するように第一環状部３１が配置されている。第二配置穴３９は、第一配置穴３８の周囲に形成されていて、その内周縁に接するように第二環状部３２が配置されている。
図２及び図３に例示するように、ガスケット３０の製造方法は、金属線２０と樹脂糸２６とから筒状の金属線編物２１を、金属線２０から筒状の金属線編物２２及び金属線編物２３を、それぞれ編み、それらを熱間圧縮して板状に形成する方法である。
樹脂糸２６は、上述した樹脂２５から構成された直径が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの細糸である。この細糸は、単繊維でも複数の繊維からなる糸でもよい。樹脂糸２６の直径は、金属線２０の直径と異ならせてもよい。
図２（ａ）〜（ｃ）に例示するように、コース方向が円筒軸方向に、ウェール方向が円筒周方向にそれぞれ向くように金属線２０を、あるいは金属線２０及び樹脂糸２６を編んで、複数の円筒状の金属線編物２１〜２３を形成する。図示の例では、一台の編み機により複数の円筒状の金属線編物２１〜２３を編んでいるので、それらのコース数及びウェール数を同数に限定している。なお、金属線編物２１〜２３の組成（コース数、ウェール数など）は、編み機のピッチの間隔などを変更することで変更することが可能であり、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のそれぞれで異ならせてもよい。
図２（ａ）に例示するように、金属線編物２１は、金属線編物２２、２３と異なり、金属線２０と共に、「１」コースごとに間隔を空けて金属線２０と共に樹脂糸２６が編み込まれている。なお、金属線編物２１は、全てのコースで樹脂糸２６を編み込んでもよい。また、金属線編物２１は、金属線２０に樹脂糸２６が絡み合って（交絡して）いればよく、先に金属線２０を編んでから編目２４に樹脂糸２６を絡ませてもよい。金属線２０と樹脂糸２６との編み方が異なっていてもよい。
図３（ａ）に例示するように、金属線編物２３から、本体部３３を形成する。具体的に、まず、円筒軸方向がｘ方向に直交するｚ方向に向いた金属線編物２３を、ｘ方向（円筒径方向）に押し潰す。次いで、その金属線編物２３の所定の位置の編目２４をｙｚ平面に押し広げて第一配置穴３８及び第二配置穴３９を形成する。ここでいう、所定の位置とは、第一環状部３１及び第二環状部３２のそれぞれに対応する位置であり、第一配置穴３８は、本体部３３の中央部、第二配置穴３９は、第一配置穴３８の周囲で互いに対角となる位置である。このようにして、ｘ方向に押し潰したときに、本体部３３となる金属線編物２３を形成する。
この実施形態では、一つの円筒状の金属線編物２３から本体部３３を形成したが、複数の円筒状の金属線編物２３から本体部３３を形成してもよい。また、第一配置穴３８及び第二配置穴３９は、第一環状部３１の金属線編物２１及び第二環状部３２の金属線編物２２のそれぞれがその内側に配置できればよく、その大きさや形状は限定されない。第一配置穴３８及び第二配置穴３９は、本体部３３を切り抜いて形成してもよいが、本体部３３を切り抜くと解れ易くなるので、編目２４を広げて形成することが好ましい。
図３（ｂ）に例示するように、第一環状部３１の金属線編物２１を第一配置穴３８の内側に配置し、第二環状部３２の金属線編物２２を第二配置穴３９の内側に、それぞれの円筒軸方向がｘ方向を向くように配置する。このとき、本体部３３の金属線編物２３の面と、第一環状部３１の金属線編物２１及び第二環状部３２の金属線編物２２の面とは直交している。
なお、第一環状部３１及び第二環状部３２のそれぞれは、本体部３３の第一配置穴３８及び第二配置穴３９に配置する前に、筒軸方向に押し潰して、ある程度形状を形成してもよい。
このように、組み合わせた全ての金属線編物２１〜２３を、図示しない熱間プレス機を用いて、樹脂２５の融解温度よりも高く、且つ金属線２０の融解温度よりも低い温度でｘ方向に熱間圧縮して、ｘ方向の両端に板面３４を有している一枚の板状に形成して、この製造方法は完了する。
金属線２０がステンレス鋼線で、樹脂２５がフッ素樹脂の場合に、熱間プレス機による熱間圧縮の際の温度は、フッ素樹脂の融解温度である約３２０℃〜３５０℃よりも高い温度が例示される。
熱間プレス機による熱間圧縮により、金属線２０と共に樹脂糸２６が編み込まれた金属線編物２１は、樹脂糸２６が融解状態又はゲル状（ゴム状弾性体）の樹脂２５になり、金属線２０どうしの隙間に充填される。そして、冷めると、第一環状部３１を構成する金属線編物２１は、金属線２０どうしの間の隙間が樹脂２５により密封された状態になる。
なお、金属線編物２１及び金属線編物２２のそれぞれは、本体部３３の第一配置穴３８及び第二配置穴３９に配置する前に、筒軸方向に押し潰して、ある程度形状を形成してから、配置している。また、それらが配置される金属線編物２３も同様に径方向に押し潰して、ある程度形状を形成している。
このように、金属線編物２１〜２３を所定の位置に配置して一体化する前に、それぞれ押し潰して仮形状にすることで、柔らかく形状が定まり難い編物をある程度、所定の形状を有する状態として扱うことが可能になる。これにより、製造し易くなり、大量生産には有利になる。
また、熱間プレスによる熱間圧縮により、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のそれぞれの境界で互いの金属線２０（編目２４）が絡み合う（交絡する）ので、それぞれを接合できる。具体的に、第一環状部３１の外周縁及び本体部３３の第一配置穴３８の内周縁とのそれぞれの編目２４を絡み合わせて、第一環状部３１及び本体部３３を接合する。また、第二環状部３２の外周縁及び第二配置穴３９の内周縁とのそれぞれの編目２４を絡め合わせて、第二環状部３２及び本体部３３を接合する。
このように、上記のガスケット３０は、金属線編物２１〜２３で構成された第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のそれぞれの金属線２０を交絡して板状にすると
共に、第一環状部３１の金属線２０どうしの間の隙間を樹脂２５により密封する。それ故、ガスケット３０として金属線編物２１〜２３による圧縮応力を利用しつつ、シール対象孔３５周りのシール性を確実に確保することができる。これにより、複数の金属板を積層させた従来のガスケットに比して、シール性を確保しつつ、面圧を維持するには有利になり、耐久性を向上することができる。
共に、第一環状部３１の金属線２０どうしの間の隙間を樹脂２５により密封する。それ故、ガスケット３０として金属線編物２１〜２３による圧縮応力を利用しつつ、シール対象孔３５周りのシール性を確実に確保することができる。これにより、複数の金属板を積層させた従来のガスケットに比して、シール性を確保しつつ、面圧を維持するには有利になり、耐久性を向上することができる。
上記のガスケット３０は、樹脂２５としてフッ素樹脂を用いることが望ましい。フッ素樹脂は、フッ素原子と炭素原子のみの結合からなり、その原子間の結合力の高さに起因し、化学的に分離し難く、また他の物質と新たに結合することもない安定した物質である。それ故、フッ素樹脂の耐熱性、難燃性、耐薬品性、非粘着性により、第一環状部３１のシール性を向上することができる。
また、フッ素樹脂は機械的特徴として金属線２０よりも高弾性である。それ故、金属線編物２１〜２３を同一方向に圧縮しても、金属線編物２１の圧縮応力を、金属線編物２２、２３の圧縮応力と異ならせることができる。これにより、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３の圧縮応力をそれぞれ異ならせるには有利になる。
例えば、カーボンなどの粉末を第一環状部３１の編目２４に充填して、圧縮しても金属線２０どうしの間の隙間を閉塞可能である。しかし、充填時に粉末が飛散するなどして、粉末の充填量が過不足になったり、第一環状部３１の厚さ方向の中心部まで充填されなかったりする場合がある。また、金属線編物２１を編んだ後に、その金属線編物２１に樹脂２５を融解して充填しようとしても、第一環状部３１の厚さ方向の中心部まで充填されないおそれがある。
そこで、上記のガスケット３０の製造方法によれば、金属線２０と共に樹脂糸２６からなる金属線編物２１を編み、その金属線編物２１を熱間圧縮することで、金属線編物２１から構成された第一環状部３１の金属線２０どうしの間の全ての隙間に樹脂２５を充填できる。つまり、金属線編物２１の筒軸方向の厚さなどが厚い、あるいは編目２４が細かい状態であっても、隅々まで樹脂２５を充填することができる。これにより、第一環状部３１の金属線２０どうしの間の隙間に樹脂２５を充填するだけの工程を簡略化して、ガスケット３０を形成すると同時に第一環状部３１の金属線２０どうしの間の隙間を確実に密封することができる。
なお、樹脂糸２６の代わりに、樹脂繊維を用いてもよい。また、一本の金属線２０に対して複数の樹脂糸２６や樹脂繊維を巻きつけて編み込んでもよい。
フッ素樹脂は、融解温度より高い温度にしても、完全に溶解せずにゲル状になる。それ故、金属線編物２１を編んだ後に充填しようとしても、金属線編物２１の金属線２０どうしの間の隙間のような細かい部分の隅々まで充填することは容易ではない。そのため、この製造方法は樹脂２５としてフッ素樹脂を用いる場合に好適であり、金属線２０どうしの間の隙間にフッ素樹脂を容易に充填することができる。
また、金属線２０を編んだ金属線編物２１〜２３から構成することで、複数の金属板を積層させた従来のガスケットに比して、軽量化できる。これにより、エンジンの軽量化には有利になり、エンジンの燃費を向上できる。
また、金複数の金属板を積層させる従来のガスケットに比して、それぞれの金属板にビードや折り返しを形成する工程を省くことができるので、製造の簡素化には有利になり、生産性を向上することができる。
第一環状部３１を構成する金属線編物２１の他に、第二環状部３２を構成する金属線編物２２、本体部３３を構成する金属線編物２３の金属線２０どうしの間の隙間が樹脂２５により密封されてもよい。
図４に例示するように、第二実施形態のガスケット３０は、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のそれぞれが、配管１２のフランジ１３同士の間にガスケット３０が挟持されてボルト１０及びナット１１により締結された状態で、ｘ方向の圧縮応力が異なっている。
第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のそれぞれに生じる圧縮応力は、ボルト１０及びナット１１による締め付け圧力（締結力）が、板面３４がフランジ１３の座面に馴染む程度（両方の板面３４がフランジ１３の座面に隙間なく接する程度）以上になったときに生じる。
具体的に、この実施形態で、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３は、それぞれを構成する金属線編物２１〜２３における金属線２０の体積密度が異なっている。なお、体積密度は、単位面積あたりの質量であり、例えば、金属線編物２１における金属線２０の体積密度は、金属線編物２１に使用された金属線２０の質量を示す。
金属線２０の体積密度は、第一環状部３１の金属線２０の体積密度ρ１、第二環状部３２の金属線２０の体積密度ρ２、及び本体部３３の金属線２０の体積密度ρ３の順に小さくなっていて、体積密度ρ１が最大になっている。つまり、本体部３３、第二環状部３２、及び第一環状部３１の順に金属線２０が密になっていて、第一環状部３１が最密になっている。つまり、ガスケット３０の面圧は、本体部３３、第二環状部３２、及び第一環状部３１の順に高くなっていて、第一環状部３１が最大面圧になっている。
フランジ１３が締結されたときのガスケット３０における第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のｘ方向の圧縮応力は、金属線２０の材質、線径、及び本数により異ならせることができる。また、圧縮応力は、金属線編物２１のｘ方向に圧縮する前の編目２４のコース数及びウェール数、編目２４の大小、編み方などにより異ならせることができる。加えて、圧縮応力は、金属線編物２１の向きや積層枚数などにより異ならせることができる。なお、金属線２０の材質や金属線編物２１〜２３の編み方によっては、金属線２０の体積密度が大きくてもｘ方向の圧縮応力が小さくなる場合もある。
そこで、ガスケット３０は、金属線編物２１〜２３のそれぞれの編目２４の大きさ、金属線２０の線径、編み方、一度に編み込む金属線２０の本数、金属線２０を構成する材料を異ならせてもよい。
このように、ガスケット３０は、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３の圧縮応力をそれぞれ異ならせることが望ましい。それぞれの圧縮応力を異ならせることで、フランジ１３が締結されたときの、第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のそれぞれの面圧を自在に調節することができる。これにより、長期に渡って締結されても、複数の金属板を積層させた従来のガスケットに比して、面圧を維持するには有利になり、耐久性を向上することができる。
既述したガスケット３０は、金属線編物２１〜２３の易加工性、柔軟性を利用することで、任意の形状に形成することができ、且つ、任意の部位のｘ方向の圧縮応力を変えることができる。これにより、様々なガスケットに適用することができる。
既述したガスケット３０は、フランジ用ガスケットに限定されずに、例えば、エキゾー
ストマニホールド用のガスケットやシリンダヘッドガスケットなど、シール対象孔３５を複数有しているガスケットにも適用可能である。なお、シリンダヘッドガスケットにおいては、シリンダボア以外の水穴や油穴に対応した環状部を製造するとよい。
ストマニホールド用のガスケットやシリンダヘッドガスケットなど、シール対象孔３５を複数有しているガスケットにも適用可能である。なお、シリンダヘッドガスケットにおいては、シリンダボア以外の水穴や油穴に対応した環状部を製造するとよい。
既述したガスケット３０に対して、金属線２０の体積密度を、体積密度ρ１、体積密度ρ２、及び体積密度ρ３の順に大きくしてもよい。第一環状部３１、第二環状部３２、及び本体部３３のｘ方向の反発力は、ガスケットの形状、使用用途に応じて様々に変更可能である。
２０ 金属線
２１〜２３ 金属線編物
２５ 樹脂
２６ 樹脂線
３０ ガスケット
３１ 第一環状部
３２ 第二環状部
３３ 本体部
３４ 板面
３５ シール対象孔
３６ 締結具挿通孔
２１〜２３ 金属線編物
２５ 樹脂
２６ 樹脂線
３０ ガスケット
３１ 第一環状部
３２ 第二環状部
３３ 本体部
３４ 板面
３５ シール対象孔
３６ 締結具挿通孔
Claims (4)
- 金属線編物からなるガスケットであって、このガスケットが少なくとも一つの貫通孔を有する環状部と、この環状部の外周縁に接する本体部とからなり、前記環状部は筒状の前記金属線編物が管軸方向に圧縮された状態で環状をなし、前記本体部は筒状の前記金属線編物が径方向に圧縮された状態で板状をなすと共に所定の位置の編目が広がってなる配置孔を有し、
前記配置孔に前記環状部が配置されて、前記環状部を構成する金属線編物及び前記本体部を構成する金属線編物の金属線が互いに交絡してその環状部とその本体部とが接合してなると共に、前記環状部を構成する金属線どうしの間の隙間が樹脂により密封されていることを特徴とするガスケット。 - 前記樹脂がフッ素樹脂である請求項１に記載のガスケット。
- 前記環状部を構成する金属線編物の厚さ方向の圧縮応力が前記本体部を構成する金属線編物の厚さ方向の圧縮応力と異なっている請求項１又は２に記載のガスケット。
- 金属線と樹脂繊維又は樹脂糸とから筒状の金属線編物を編み、この筒状の金属線編物を筒軸方向に押し潰して環状部を形成し、
金属線から他の筒状の金属線編物を編み、この他の筒状の金属線編物を径方向に押し潰して本体部を形成し、
得られた前記本体部の所定の位置に配置穴を形成し、その配置穴に前記環状部を配置し、
前記本体部及び前記環状部を熱間圧縮により一体化することを特徴とするガスケットの製造方法。
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