JP7260208B1 - ガスケット - Google Patents
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Abstract
【課題】機能が異なる穴が形成されていても、ミクロシール性と摺動性とを確保するガスケットを提供する。【解決手段】金属板部２にシール対象穴３と締結用穴４とが形成されていて、金属板部２の表面にコーティング層１０が施されているガスケット１において、コーティング層１０として、ゴム層１２、および、潤滑層１３を有していて、金属板部２の表面のうちの少なくともシール対象穴３の周縁部位を含む部位のコーティング層１０は、ゴム層１２と潤滑層１３とが積層して表層に潤滑層１３が配置されていて、締結用穴４の周縁部位のコーティング層１０は、ゴム層１２が積層して表層にゴム層１２が配置されている。【選択図】図１
Description
本発明は、ガスケットに関し、より詳細には、金属板にミクロシール用のコーティング層を備えるガスケットに関する。
金属板の表面にコーティング層が施されたガスケットが種々提案されている（特許文献１～３参照）。特許文献１で提案されているコーティング層は、ゴム塗料の溶剤に溶解しない無機潤滑剤粉末を含有したゴム被覆層の一層構造であり、燃焼室孔の周縁部、あるいは、金属板の表面の全体に亘って設けられている。特許文献２で提案されているコーティング層は、フッ素ゴムを原料とする塗料に無機潤滑剤粉末とシランカップリング剤とを添加したゴム混和物塗料の一層構造であり、シリンダボアなどの流体孔を囲んでシールするボードおよびその近傍に設けられている。特許文献３で提案されているコーティング層は、金属板に被覆したエラストマーと、アニオン性ポリエステル系ウレタン樹脂、固定潤滑剤、および、溶剤を含有した塗料組成物とが積層した二層構造であり、その設置位置は特に限定されていない。以上のように、特許文献１～３で提案されているコーティング層のいずれも、ゴム層のみでは阻害されるガスケットの摺動性を確保するために、ゴム層と潤滑層とをセットにしたものである。
ところで、エンジン用や排気用のガスケットには、シール対象穴（例えば、シリンダボアや水油穴、排気流路の穴）の他に、ボルトなどの締結具が挿入される締結用穴が形成されている。締結用穴の周縁部にも特許文献１～３で提案されているゴム層と潤滑層とがセットになったコーティング層を施した場合に、締結用穴の周縁部の円滑な摺動により締結用穴の位置がずれるおそれがある。また、経年劣化などにより潤滑層の成分が締結用穴に侵入して、締結具の緩みの要因となる。一方で、この締結用穴の周縁部にコーティング層を施さない場合に、金属板の表面における傷、表面粗さ、歪みなどの影響により密封性が低下する。このように機能が異なる穴が複数存在するガスケットに、特許文献１～３で提案されているコーティング層を施しても、ミクロシール性と摺動性との両立が出来ず、更なる改良が必要になる。
本発明の目的は、機能が異なる穴が形成されていても、ミクロシール性と摺動性とを確保するガスケットを提供することである。
上記の目的を達成する本発明のガスケットは、金属板部にシール対象穴と締結用穴とが形成されていて、前記金属板部の表面にコーティング層が施されているガスケットにおいて、前記コーティング層として、ゴム層、および、前記金属板部の表面よりも摩擦係数が小さい潤滑層を有していて、前記金属板部の表面のうちの少なくとも前記シール対象穴の周縁部位を含む部位の前記コーティング層は、前記ゴム層と前記潤滑層とが積層して表層に前記潤滑層が配置されていて、前記締結用穴の周縁部位の前記コーティング層は、前記ゴム層が積層して表層に前記ゴム層が配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、コーティング層を機能ごとに多層化することで、部位によってコーティング層の機能を異ならせることができる。つまり、ミクロシール性が求められる部位にはゴム層を配置し、ミクロシール性に加えて摺動性が求められる部位にはゴム層に潤滑層を積層する。それ故、金属板に機能が異なるシール対象穴と締結用穴とが形成されていても、ミクロシール性と摺動性とを確保することができる。
以下、本発明のガスケットを、図に示す実施形態に基づいて説明する。なお、図１～図２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に例示するガスケット１は、公知のエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介在するエンジン用のシリンダヘッドガスケットである。ガスケット１は、金属板部２に、シール対象穴３と締結用穴４と蓋部５が形成されている。なお、金属板部２に形成される各々のシール対象穴３と締結用穴４と蓋部５の数は特に限定されるものではなく、用途に応じて多数のシール対象穴や締結用穴、蓋部が形成されていてもよい。
金属板部２は、一枚の金属板または複数枚の金属板がＺ方向に積層した積層板で構成されている。金属板を構成する金属や合金は、ステンレス鋼、銅、アルミニウムなどの公知の金属や合金を用いることができる。金属板部２が積層板で構成される場合には、各々の金属板が異なる金属や合金で構成されていてもよい。積層板の積層数は特に限定されるものでは無いが、三層以上、六層以下が好ましい。
シール対象穴３は、金属板部２をＺ方向に貫通した穴のうちのガスなどの気体あるいは水および油などの液体が流通する穴である。シール対象穴３としては、シリンダボア、水油穴、および、排ガス流路穴が例示される。シール対象穴３の周縁部には、シール部６が形成されている。シール部６は、公知のシール構造を用いることができる。シール構造としては、金属板部２の金属板を屈曲させて形成したビードや折り返し、金属板の端部に取り付けたグロメットやラバーリングなどが例示される。
締結用穴４は、金属板部２をＺ方向に貫通した穴のうちのボルトなどの締結具が挿入される穴である。締結用穴４の周縁部には、シール対象穴３と同様にシール部を形成してもよいが、締結用穴４へのシールは不要である場合にシール部を形成する必要はない。
蓋部５は、水や油などの液体の流路を塞ぐ部位であり、金属板部２の下面に区画されている。蓋部５は、それらの液体に常時曝されている。蓋部５としては、オープンデッキ構造のエンジンに組み込まれるガスケットにおいて、シリンダブロックのシリンダボアの外側に形成されたウォータジャケットに蓋をする部位が例示される。なお、蓋部５は、運動している流体（所定の方向に流れている流体）に常時曝されている部位に限定されるものではなく、静止している流体に常時曝されている部位を含んでもよい。また、蓋部５は、金属板部２の下面に限定されずに、上面に区画されたものも含んでもよい。上面に区画された蓋部５は、流体の流路などの底として機能する。
コーティング層１０は、少なくとも金属板部２のＺ方向の上面および下面の両面の表面に施されている。コーティング層１０は、ガスケット１が積層板で構成される場合に、各々の金属板の上下面の表面の全てに施されてもよい。コーティング層１０は、蓋部５にも施されてもよいが、常時流体に曝されている蓋部５に施されることでコーティング層１０が剥離するおそれがある。それ故、コーティング層１０は、蓋部５では省かれていて、蓋部５を除いた金属板部２の上下面の表面に施されることが望ましい。コーティング層１０は、金属板部２の表面に施されることで、金属板の表面における傷、表面粗さ、歪みなどの影響を排除して、ガスケット１の密封性を向上することができる。コーティング層１０によるガスケット１の密封性の向上がミクロシール性である。コーティング層１０を構成する層の種類によりミクロシール性は高低するが、構成する層の種類が異なっていてもコーティング層１０を施さない金属板の表面よりはミクロシール性を確保することが可能となっている。
コーティング層１０は、密着層１１、ゴム層１２、および、潤滑層１３を有している。コーティング層１０は、各々の層がミクロシール性以外の機能を果たしていて、ガスケット１の部位によって積層する層が異なっている。
密着層１１は、金属板部２の表面とゴム層１２との間に介在している。密着層１１は、金属板部２の表面にゴム層１２を密着させる機能を有している。密着層１１は、金属板部２の表面やゴム層１２に比して密着性に富んでいればよく、水系バインダや有機溶媒系バインダ、あるいは、無機系バインダなどの公知のバインダを用いることができる。密着層１１は、場合によっては公知のバインダに後述するゴム層１２と同種の材料を混合してもよいが、金属板部２の表面にゴム層１２を密着させる機能のみを有するものが望ましい。本実施形態の密着層１１は、例えば、エポキシ樹脂で構成されている。
ゴム層１２は、金属板部２の密着性をより高める機能に加えて金属板よりも熱伝導率が低い。また、ゴム層１２は、密着層１１よりも耐熱性に優れており、その耐熱温度が密着層１１の耐熱温度よりも高い。耐熱温度とは、軟化、機械的性質の低下、変形、周囲への粘着などが生じる温度であり、使用限界温度や最高使用温度などとも呼称される。ゴム層１２は、金属板よりも熱伝導率が低く、かつ、密着層１１よりも耐熱性に優れていればよく、公知の耐熱性に富むゴムを用いることができる。耐熱性に富むゴムとしては、フッ素ゴム、シリコーンゴムなどの合成ゴムが例示される。本実施形態のゴム層１２は、例えば、フッ素ゴムで構成されている。
本実施形態においては、密着層１１とゴム層１２とを別々の層としたが、ゴム層１２が金属板部２の表面に十分に密着すれば、密着層１１を設けることは必須ではない。また、密着層１１とゴム層１２との代わりに、ゴム層１２に密着層１１を構成するバインダと同種のバインダを混合した密着ゴム層を用いてもよい。ただし、密着ゴム層では、単位体積当たりのゴム成分やバインダ成分の各々の比率の低くなり、密着層１１とゴム層１２とを別々の層とした構成に比して、ゴムやバインダによる機能が低下する。したがって、密着層１１とゴム層１２とは、互いに独立した層とすることが望ましい。
潤滑層１３は、金属板部２の表面よりも潤滑性に優れており、金属板の表面よりも摩擦係数が小さい。潤滑層１３は、金属板部２の表面よりも潤滑性に優れていればよく、公知の個体潤滑剤を用いることができる。個体潤滑剤としては、フッ素樹脂、二硫化モリブデン、および、グラファイトなどが例示される。潤滑層１３は、個体潤滑剤のみで構成することもできるが、下層との密着性を高めるために結合剤としてバインダを用いてもよい。本実施形態の潤滑層１３は、結合剤としてエポキシ樹脂を用いたフッ素樹脂で構成されている。
シール対象穴３の周縁部であるシール部６を含む部位は、コーティング層１０が、密着層１１、ゴム層１２、および、潤滑層１３の三層で構成されている。詳述すると、シール部６を含む部位は、金属板部２の表面から順に、密着層１１、ゴム層１２、および、潤滑層１３が積層し、コーティング層１０の表層には潤滑層１３が配置されている。シール部６を含む部位は、シール部６のみを含む部位でもよいが、ガスケット１の密封性を向上するには、締結用穴４の周縁部と蓋部５とを除いた部位とすることが望ましい。
シール部６を含む部位には、三層のコーティング層１０が施されることで、コーティング層１０によるマクロシール性の機能の他に概ね三つの機能が発揮される。一つ目の機能は、密着層１１による密着性の向上によりコーティング層１０の剥離などを防止する機能である。二つ目の機能は、ゴム層１２による耐熱性の向上により密着層１１の熱損傷を防ぐ機能である。また、この機能に付随して、金属板部２への伝熱も抑制することで金属板部２の熱損傷を防ぐ機能もある。三つ目の機能は、潤滑層１３による摺動性の向上によりガスケット１の表面を低摩擦化して円滑に摺動させる機能である。
締結用穴４の周縁部位は、コーティング層１０が、密着層１１およびゴム層１２の二層で構成されている。詳述すると、締結用穴４の周縁部位は、金属板部２の表面から密着層１１およびゴム層１２の順に積層し、コーティング層１０の表層にはゴム層１２が配置されている。
締結用穴４の周縁部位には、二層のコーティング層１０が施されることで、三層のコーティング層１０では存在していた潤滑層１３が存在しないことにより、潤滑層１３による締結用穴４の位置ずれや潤滑層１３による締結具の緩みを防止することができる。なお、締結用穴４の周縁部位では、ミクロシール性の機能に加えて、密着層１１による密着性の向上によりコーティング層１０の剥離などを防止する機能と、ゴム層１２による耐熱性の向上により密着層１１の熱損傷を防ぐ機能とが発揮されることになる。
ついで、ガスケット１の製造方法について説明する。ガスケット１は、金属板部２を構成する金属板にコーティング層１０が施された後に、シール対象穴３、締結用穴４、および、シール部６が形成される。コーティング層１０は、各々の層が各々の層ごとに異なる塗料の塗布と乾燥とを繰り返すことにより形成される。詳述すると、金属板部２の上下面の表面となる面を有する金属板に、蓋部５を除いてエポキシ樹脂を成分とする密着層用塗料を塗布して乾燥させて密着層１１を形成する。ついで、密着層１１の上に、フッ素ゴムを成分とするゴム層用塗料を塗布して乾燥させてゴム層１２を形成する。ついで、ゴム層１２の上に、締結用穴４の周縁部位を除いて、エポキシ樹脂とフッ素樹脂を成分とする潤滑層用塗料を塗布して乾燥させて潤滑層１３を形成する。
図２に例示するタグ部７は、平面視で金属板部２の外周から外側にはみ出している。タグ部７は、ガスケット１が上下の二部材の間に挟持されて締結される際に、上下の二部材の間に挟持されない部材である。タグ部７は、上下の二部材の外周よりも外側にはみ出していることが望ましい。タグ部７の表面には、コーティング層１０の各々が露出している。具体的に、タグ部７の表面には、Ｙ方向の一端から他端に向かって順に、密着層１１、ゴム層１２、および、潤滑層１３が露出している。タグ部７は、コーティング層１０を形成する際に、各々の層が塗布されている。このようなタグ部７を備えて、各々の層を塗布する際にタグ部７にも塗布することで、コーティング層１０の積層状態を容易に確認することが可能となる。これにより、製造過程での塗り忘れなどの過失を予防するには有利になる。
また、金属板部２とコーティング層１０の各々の層とを含む全ての層の物体色は、色別管理が可能に各々異なっていることが望ましい。全ての層のいずれかの物体色に違いが生じない場合は、塗料を混合して、色相、彩度、明度を異ならせるとよい。このように、金属板部２とコーティング層１０の各々の層とを含む全ての層の物体色が異なることで、締結用穴４、蓋部５、および、それ以外のシール部６を含む部位がより区別し易くなる。このように、ガスケット１の各部位の区別が明確になることで、ガスケット１の裏表などの向きが判別し易くなる。それ故、金属板部２の組み合わせの際や、ガスケット１をエンジンなどに組み込む際の間違いを防ぐには有利になる。
コーティング層１０の各々の厚さは、全て等しくてもよいが、異ならせることもできる。例えば、ゴム層１２を他の層よりも厚くすることで、耐久性を向上させることができる。コーティング層１０の各々の層の厚さは、例えば、５μｍ～１５μｍである。
以上のように、本実施形態によれば、コーティング層１０を機能ごとに多層化することで、ガスケット１の部位によってコーティング層１０の機能を異ならせることができる。つまり、ミクロシール性が求められる部位にはゴム層１２を配置し、ミクロシール性に加えて摺動性が求められる部位にはゴム層１２に潤滑層１３を積層する。それ故、金属板にシール対象穴３と締結用穴４とが形成されていても、ミクロシール性と摺動性とを確保することができる。
例えば、従来技術の一層構造のコーティング層では、ゴム、個体潤滑剤、および、バインダのそれぞれが混合されることにより、塗布工程が一回で済むが、各々の単位面積当たりの比率が低くなる。つまり、一層構造のコーティング層では、ゴム、個体潤滑剤、および、バインダの各々の機能が発揮されるが、それぞれの機能が低くなっている。一方、本実施形態によれば、コーティング層１０を機能ごとに多層化することで、各々の層を形成する工程や手間が増えるが、各々の層の機能が低下することが無い。また、従来技術の一層構造のコーティング層では、多数の成分が混合されることで部位によっては機能が不均一になり、歩留まりも低くなる。一方、本実施形態によれば、コーティング層１０を機能ごとに多層化することで、部位による機能の不均一が生じ難く、歩留まりを高く維持できる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明のガスケットは特定の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
本発明のガスケットは、シリンダヘッドガスケットに限定されずに、公知の種々のガスケットに適用可能である。例えば、排気管どうしの連結に用いられる排気用のガスケットや、マニホールド用のガスケットにも適用可能である。
本発明のガスケットは、部位によってコーティング層１０の機能を異ならせているが、部位どうしが重なった場合には、コーティング層１０のデメリットを優先するとよい。例えば、シール対象穴３の周縁部位と締結用穴４の周縁部位とが重なった場合に、重なった部位では、三層ではなく二層（密着層１１、ゴム層１２）のコーティング層１０を施すとよい。
１ ガスケット
２ 金属板部
３ シール対象穴
４ 締結用穴
５ 蓋部
６ シール部
１０ コーティング層
１１ 密着層
１２ ゴム層
１３ 潤滑層
２ 金属板部
３ シール対象穴
４ 締結用穴
５ 蓋部
６ シール部
１０ コーティング層
１１ 密着層
１２ ゴム層
１３ 潤滑層
Claims (6)
- 金属板部にシール対象穴と締結用穴とが形成されていて、前記金属板部の表面にコーティング層が施されているガスケットにおいて、
前記コーティング層として、ゴム層、および、前記金属板部の表面よりも摩擦係数が小さい潤滑層を有していて、
前記金属板部の表面のうちの少なくとも前記シール対象穴の周縁部位を含む部位の前記コーティング層は、前記ゴム層と前記潤滑層とが積層して表層に前記潤滑層が配置されていて、前記締結用穴の周縁部位の前記コーティング層は、前記ゴム層が積層して表層に前記ゴム層が配置されていることを特徴とするガスケット。 - 前記金属板部の表面に液体に常時曝される蓋部が区画されており、前記蓋部は、前記コーティング層が省かれていて前記金属板部の表面が露出している請求項１に記載のガスケット。
- 前記コーティング層として、密着層を備えていて、前記密着層が前記金属板部の表面と前記ゴム層との間に介在する請求項１または２に記載のガスケット。
- 金属板部にシール対象穴と締結用穴とが形成されていて、前記金属板部の表面にコーティング層が施されているガスケットにおいて、
前記コーティング層として、ゴム層、および、前記金属板部の表面よりも摩擦係数が小さい潤滑層を有していて、
前記金属板部の表面のうちの少なくとも前記シール対象穴の周縁部位を含む部位の前記コーティング層は、前記ゴム層と前記潤滑層とが積層して表層に前記潤滑層が配置されていて、前記締結用穴の周縁部位の前記コーティング層は、前記ゴム層が積層して表層に前記ゴム層が配置され、
前記金属板部の表面に液体に常時曝される蓋部が区画されており、前記蓋部は、前記コーティング層が省かれていて前記金属板部の表面が露出し、
前記コーティング層として、密着層を備えていて、前記密着層が前記金属板部の表面と前記ゴム層との間に介在し、
前記金属板部の表面のうちの前記締結用穴の周縁部位と前記蓋部とを除いた部位の前記コーティング層は、前記金属板部の表面から順に、前記密着層、前記ゴム層、および、前記潤滑層の三層が積層することを特徴とする記載のガスケット。 - 前記金属板部は、平面視で外周から外側にはみ出したタグ部を備え、そのタグ部の表面には、前記コーティング層の各々が露出している請求項１～４のいずれか１項に記載のガスケット。
- 前記金属板部と前記コーティング層の各々の層を含む全ての層の各々の物体色は色別管理が可能に異なっている請求項１～５のいずれか１項に記載のガスケット。
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