JPH02283784A - 高温用ガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高温用ガスケットに関し、特に自動車のエン
ジンなどに適用するために、９５０℃を超える温度条件
の下でも優れたシール性、耐熱性を示すガスケットであ
って、石綿に代えてセラミックスを主成分として構成さ
れたものについての提案である。

〔従来の技術〕

上述した用途に用いられる高温用ガス炉−／　）は、石
綿を主原料とし、他に弾性を付与するための天然ゴムあ
るいはニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジェンゴ
ム（Ｓ　Ｂ　Ｒ）等弾性物質と、必要に応じて添加され
る加硫剤等の補助剤を用いたもので構成されたものが一
般的である。

ところで、このような用途のガスケットには、石綿と弾
性物質とを加熱成形して得られる“ジヨイントシート”
状ガスゲット、および石綿とエマルジョンラテックス等
の物質を混合定着したスラリーを、抄造成形して得られ
る“ビータシート′状ガスケフトがあった。

これらの既知ガスケットは、主としてアスベストの繊維
を６０〜９５重量％含有しており、そのためガスケット
の製造工程だけでなく、前記アスベスト繊維が施工施設
から・も飛散するため、健康障害の発生の恐れがあるも
のとして改善が望まれていた。

そのため我国でも、昭和４９年の国際ガン条約調印に伴
い、これまでに種々の法令でその取り扱いを規制してき
た０例えば、昭和５１年４月１日付で「特定化学物質等
障害予防規則」を設けたこと、昭和５３年３月３０日に
労働基準施行規則の一部を改正し、ガン源性物質、若し
くはガン理性因子又は、ガン源性工程における業務によ
る疾病について、「アスベストにさらされる業務による
肺ガンまたは中皮腫」を指定したことなどそれである。

また、米国ＥＰＡ　（環境保護子）においては、１９８
３年１月にアスベスト製品の使用禁止についての提案が
なされ、１９８６年６月にはＯＭＢ　（行政管理予算局
）の了解を得て１９８８年１月より建材製品への禁止を
提案すると共に、１９９１年よりの全面使用禁止を提案
している。

そして、米国３大ガスケフトメーカーは、この提案を段
階的に受は入れる宣言を１９８６年７月に行なっている
。

また、上記２国に限らず、国際的にも、１９８６年６月
のＩＬＯ（国際労働機構）の提案によって、“石綿の利
用における安全に関する条約と勧告”が討議・審議され
ている。

このような国際情勢に対して、最近では、アスベスト代
替繊維として、セピオライト繊維、ガラス繊維、カーボ
ン繊維、ステンレス繊維等の無機質繊維、あるいは芳香
族ポリアミド繊維、フェノール繊維、ポリエチレン繊維
等の有機質繊維を用いてガスケットを製造する試みがな
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上述のように、アスベスト繊維を用いたガスケットは公
害の問題を抱えているとともに、６００℃付近までは良
好な物性を保持しうるものの、それよりもたがい、例え
ば９５０℃以上の高温においては、結晶水の脱水により
強度劣化が起ることが欠点とされていた。

また一方で、前記アスベスト代替繊維としての無機質繊
維あるいは有機質繊維を使用したガスケットにも次のよ
うな問題点があった。

すなわち、前記無機質繊維のうち、例えばセビオライト
などは結晶水を持っているため、高温域で前記アスベス
トと同様に強度劣化が生じる。しかも、この無機繊維単
体でガスケットを製作した場合、アスベストを使用した
ガスケットと同様に引張強度等が劣るという問題点があ
った。特に、無機質繊維のうち、例えばカーボン繊維や
、有機質繊維１例えば芳香族ポリアミド繊維、フェノー
ル繊維、ポリエチレン繊維などは、２００℃付近から繊
維の特性が著しく劣化し、４００℃以上では完全に炭化
または焼失して結合劣化が起るため、４００℃以上の高
温下では使用することができないという問題点があった
。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、引張強度や弾性率などの特性が低下すること
による、ガスケットとしての性質の低下、すなわち、シ
ール機能、耐久性、信頬性の低下を克服するものとして
、 セラミック系無機繊維を用いることによって耐熱性を向
上させることとし、ウオラステナイトを用いることによ
って引張強度、弾性率、復元率および耐熱性等を向上さ
せることとし、さらに適当な無機質結合材を用いること
によって高温域における強度を補償するることにより、
上述の従来技術が抱える問題点を一挙に克服することと
したのである。

殊に本発明においては、ウオラステナイトを使用するこ
ととしたので、高耐熱性および高復元率を有するガスケ
ットが得られる。

このような構想の下に開発した本発明は、繊維や弾性物
質などからなる混合物スラリーを抄造し積層成形してな
るピークシート状ガスケットを、セラミック系無機繊維
３５〜８０１％、ウオラステナイト２〜５０ｗｔ％、有
機質弾性物質２〜２５−１％および無機質結合材５〜３
５ｗｔ％を含有させた配合物で構成したことを特徴とす
る高温用ガスケット、にある。

〔作　用〕

本発明にかかるガスケットは、基本的に、セラミックス
無機繊維、ウオラステナイト、有機質弾性物質および無
機質結合材を水溶液中に分散させたものを、有機質弾性
物質と混合した得られる工マルジョンさらには必要に応
じて加硫剤等の補助添加側を加えてなるエマルジョンを
、抄造機によって抄造し、一定の厚みに積層して得られ
るビータシート状ガスケットである。近年、このビータ
シート状のガスゲットは、ジツイントシート状ガスケッ
トに比べて均一性の高いものが得られるので、広範囲に
使用されている。

さて、本発明ガスケットを構成する主体の１つは、セラ
ミックス無機繊維である。この繊維は、人造無機繊維で
あり、シリカ−アルミナ系セラミックファイバー、アル
ミナおよびムライトの結晶質ファイバーおよびシリカフ
ァイバーなどが用いられる。その他、耐熱性の要求が低
い、例えば使用温度が３００℃以下で用いるものについ
ては、捲線のガラス繊維の使用も可能である。

かかるセラミック無機繊維には、通称“ショット”と呼
ばれる非繊維状物が含有されていることがある。この非
繊維状物質“ショット°は、ガスケットの特性向上にあ
まり貢献するものではないので、含まない方が良い、従
って、この繊維中に含まれる実質的には４４μｍ以上の
非繊維状物は２０％以下（比無機繊維）に抑えることが
望ましい。

また、このセラミックス無機繊維の繊維径は１２μｍ未
満のものであることが望ましい。この大きさのものに限
定する理由は次のとおりである。すなわち、前記繊維径
が１２μｍ以上になると、単位体積当りの繊維数量が少
なくなり、シート密度が低下するとともに、製造工程に
おける抄造後のプレス工程において折損し易く、気密性
（シール性）あるいは引張強度を悪化させるからである
。

前記繊維径はなかでも１〜５μｍであることが有利であ
る。

また、ガスケットは、一般に圧縮復元特性に優れたもの
でなければならないから、配合される無機繊維の特性と
しては、剛直性に優れるとともにシート状物としての保
持性に優れていることが必要である。

本発明の高温ガスケットは、上述の如き性質のセラミッ
クス無機繊維を３５〜８０−１％含むものである。かか
る無機繊維の量が、３５ｗｔ％より少ないと、高温での
復元率および引張強度が低下するからであり、一方８０
ｗｔ％より多いと繊維が折損し易く、却って引張強度が
低下することに加え、気密性の低下が生じるからである
。

次に、本発明の高温用ガスケットにおいては、引張強度
１弾性率、復元率および耐熱性を向上させるために、ウ
オラステナイトを２〜５０ｗＬ％含有させる。

すなわち、このウオラステナイトは、結晶水を持たない
ため高温下においてもアスベストやセピオライトのよう
に、脱水酸化及び結晶化などの構造変化に基づく収縮を
起すことがなく、また繊維強度を失わない性質を有して
おり、さらにプラスチック繊維や炭素繊維等のものに比
し、耐熱性に優れたものである。しかも、アスベストの
ように人体に悪影響を及ぼすものではない。

かようなウオラステナイトは、従来インド、中国等で産
出されており、形状は鱗片状のα型と針状のβ型の２種
類がある０本発明においては、繊維をからみ合わせる必
要を考えると、針状のβ型が好ましい。すなわち、β型
ウオラステナイトは針状であるから、これを用いるとセ
ラミック無機繊維との絡みが促進され、引張り強度や弾
性率の面で有利だからである。

また、このウオラステナイトは天然鉱物であるから少な
くとも若干量の不純物は含有しており、しかも産地によ
り不純物の種類あるいは量が異なる。したがって、銘板
によっては前記シート状物の特性に微妙に影響を及ぼす
こととなる。この点を考慮すると、β型の、しかも比較
的純度のよいインド産のウオラステナイトを使用するこ
とが有利である。

上記ウオラステナイトは、ガスケット配合物中に占める
割合が２〜５０重量％含有させることが必要である。こ
のウオラステナイトの含有量が２％より少ないと、強度
や弾性率を向上させるという効果が得られないためであ
り、一方あまり多量に使用すると、該ウオラステナイト
の場合は繊維長が非常に短いために粉体に近似した特性
を示すことから、耐風蝕性や耐振動性の低下につながる
ので、５０重量％以下でなければならず、そのなかでも
１０〜３５重量％がより好適である。また、平均アスペ
クト比は１５以上を有する繊維を用いることが望ましい
。

次に、前記無機質結合材としては、モンモリロナイト、
クレー、タルク、カオリナイト、合成画ケイ化弗素型雲
母などを使用する。このうちモンモリロナイトは水に膨
潤しやすいうえ、結合力も優れているため、４００℃以
上における強度維持に有効であり好適である。このモン
モリロナイトは、通常、天然に産出するベントナイト原
鉱の主成分であり、大別するとＮａイオンに富み多量の
水を吸収して高い膨潤性を示すＮａ−モンモリロナイト
と、ＣａイオンやＭｇイオンに富み膨潤性の低いＣａ−
モンモリロナイトとがある。その他に該Ｃａ−モンモリ
ロナイトをソーダ処理して活性化させたＮａ−モンモリ
ロナイトもある。しかしながら、どのモンモリロイトに
おいても、他の含水ケイ酸塩アルミニウム鉱物であるカ
オリナイト、タルクなどとは異なり、程度の差はあるが
、いずれも膨潤性を示す。なかでも活性化されたＮａ　
−モンモリロナイトは膨潤性と結合性が特に優れており
、本発明の目的によく叶うものであり、その化学式は次
のように表される。

（ＤＨ）＜Ｓｉ　（ＡＩ！ｓ、ｓａＭｇｏ、ｂｂ）Ｄｔ
ｏ　　Ｎａｏ、ｈｂまた、膨潤性無機結合物質として、
前記モンモリロナイトと同様の性能を示すものとしては
セビオライト、合成画ケイ化弗素型雲母、ボールクレー
などが知られており、該モンモリロナイトの替わりに使
用することもできる。

次に、本発明において配合して用いる有機質弾性物質は
、ガスケット組成物としては特に有用な物質であり、通
常使用されている有機質弾性体、例えば天然ゴムのエマ
ルジョン、またはＮＢＲ。

ＳＢＲ等の合成ゴムラテックスバインダーが好適である
。なお、ゴムラテックスの耐久性、強度向上のために、
ゴム加硫剤等（例えば硫黄、塩化硫黄）を使用すること
ができる。ただし、本発明では、モンモリロナイト等の
無機結合剤とウオラステナイトにより強度、弾性率およ
び復元率を確保できるので助材として用いる。

かかる有機質弾性物質の配合比率は、高温時に燃焼もし
くは炭化して特に復元特性が悪化するので少ない方が好
ましいが、シート成形の必要性から２〜２５重量％が好
ましい。

次に、前記無機結合物質について説明する。この無機結
合物質の配合比率は、要求性能及び製法により制限され
るものであるが、その量が不足すると強度が得られない
ばかりが抄造されたシートが不均一になる。また、あま
り多量に使用すると水に対する膨潤性のために、ゴムラ
テックスの凝集が不十分となって、ろ水性が悪くなり、
シート状物が製造できなくなる。さらに繊維物質の配合
比も制限されるので強度や弾性にも悪影響が出るので制
限がある。このことから、該無機結合材の量は、５〜３
５重量％の範囲が適当である。

なお、本発明においては、上述の如き各配合材の他に、
さらにカオリナイト（Ａ　ｌ　ｚｓｌｚＯｓ　（ＯＨ）
　ａ）等の膨潤性はないが結合力を期待できる無機物質
例えばコロイダルシリカやコロイダルアルミナ等も補強
剤として添加することができる。

さて、上述のような配合比率で配合した組成物を、成形
、プレスしてシート状物としたちのくガスケット）は、
密度０．４　ｇ　／　ｃｍ″〜２．Ｏｇ　／　ｃｍｆｆ
の範囲であり、優れた耐熱性、引張強度、弾性率、復元
率等を示す高温用ガスケットとなる。

一般に、ガスケットにおける引張強度、弾性率および復
元率等の特性は密度によって左右されるものである。と
くに本発明のガスケットの密度が２．０ｇ／ｃｍ’より
大きくなると無機繊維が折れてしまい、引張強度、弾性
率および復元率が低下してしまう恐れがある。本発明者
らの研究では、０．６ｇ／　ｃｍ’　〜１．４　ｇ　／
　ｃｍ’の密度範囲が好適であった。

なお、このような密度を有するガスケットを製造するに
は、好ましくは、湿式混合、抄造、脱水、乾燥後のプレ
スにおいて、ホットプレスすることが有利である。すな
わち、ホットプレスを採用すると、ゴム等の有機質弾性
物質に流動性が生じるので、前記無機繊維が粉砕されて
繊維の７スベクト比を低下させることがなく、容易に前
記好適密度となし得ることができるからである。

なお、上述の如き本発明ガスケットについては、固体潤
滑性を有するグラファイトシートを表面に貼り合わせて
用いたり、固体に潤滑剤であるＭｏＳ。

やカーボン粒子をシート表面に含浸して使用したり、Ｓ
ＵＳ　３０４等の金属板でくるんだくるみガスケットや
、金属板をコアとしたスチールベストガスケットや、パ
ワーベストガスケット、ガスケットシートの開口部を金
属グロメット加工して使う場合にも有効に用いられる。

〔実施例〕

実施例１ Ｓｉ０２　：　５０ｗｔ％、Ａｌｚ（ｌｈ　　：　５０
ｗｔ％組成比で、平均繊維径が１．８μｍのシリカ−ア
ルミナ系セラミックファイバー（イビデン株式会社製）
を、脱ショット加工することにより、４４μｍ以上の大
きさのショット含有率を２０％以下とし、さらにこれを
５５ｇ水３０１の中で解繊させた。

次に、平均繊維径８μｍでアスペクト比３０を有するウ
オラステナイト（丸和バイオケミカル株式会社製）１５
ｇ、Ｎａ−モンモリロナイト３０ｇを、前記の水３０１
中に加えてよく混合し、さらにこの水の中にＮＢＲ系ラ
テックス（日本ゼオン株式会社製、固形分４１％）５４
ｇを加え、硫酸バンドにて凝集させてスラリーとした。

次に、このスラリーを３４０鶴×３４０鶴の手抄機にて
厚み８ｆｉの湿潤したシート状物とした。そのシート状
物の端部を切断し、厚さ１．Ｏｎ、３００ｕ角、密度１
．０６ｇ／ｃＩ１１３のシート状物とした。このシート
状物の機械的特性を表１に示す。

実施例２ アルミナの結晶化度が７０％で平均繊維径が３μｍの結
晶質アルミナファイバー（１，Ｃ，１社製）６１ｇ、ウ
オラステナイト２４ｇ、シリカゾル（日産化学株式会社
製、固形分２０％）１２０ｇ、ＮＢＲ系ラテうクス２９
ｇを実施例１と同じ処理を施すことにより、厚さ１．０
ｍ、３００ｍ角、密度１．０５ｇ／ｃｍ’のシート状物
とした。このシート状物の機械的特性を表１に示す。

比較例１ 実施例１で使用したのと同じ原料を用い、その原料配合
比率をシリカ−アルミナファイバー３６ｇ、ウオラステ
ナイト２５ｇ５Ｎａ−モンモリロナイト２４ｇ、ＮＢＲ
系ラテラテックス９０ｇたものについて、実施例１と同
じ処理を施すことにより、厚さ１．Ｏｎ、３００ｆｌ角
、密度１．０６ｇ／ｃｍ’のシート状物とした。このシ
ート状物の機械的特性を表１に示す。

比較例２ 実施例１で使用したのと同じ原料を用い、その原料配合
比率をシリカ−アルミナファイバー１００ｇ、ウオラス
テナイト９ｇ５Ｎａ−モンモリロナイト１２ｇ、ＮＢＲ
系ラテラテックス２ｇたものについて、実施例１と同じ
処理を施すことにより、厚さ１．０鶴、３００ｆｌ角、
密度１．０６ｇ／ｃｍ３のシート状物とした。このシー
ト状物の機械的特性を表１に示す。

比較例３ 実施例１で使用したのと同じ原料を用い、その原料配合
比率をシリカーアルミナファ°イバー６１ｇ、ｇ、Ｎａ
−モンモリロナイト５５ｇ、ＮＢＲ系ラテうクス１５ｇ
で、前記ウオラステナイトを使用しないものについて、
実施例１と同じ処理を施すことにより、厚さ１．０ｆｉ
、３００ｆｉ角、密度１．０６ｇ／ｃｍ’のシート状物
とした。このシート状物の機械的特性を表１に示す。

比較例４ 実施例１で使用したのと同じ原料を用い、その原料配合
比率をシリカ−アルミナファイバー４９ｇ、ウオラステ
ナイト６７ｇ、ＮＢＲ系ラテうクス１５ｇで、前記Ｎａ
−モンモリロナイトを使用しないものについて、実施例
１と同じ処理を施すことにより、厚さｌ、Ｑｍ、３００
ｆｉ角、密度１．０６ｇ／ｃｍ”のシート状物とした。

このシート状物の機械的特性を表１に示す。

１２および　　　１〜４の　　について・表１から明ら
かなように、セラミック系無機繊維の量を少ししか添加
しないもの（比較例１）は、繊維量が少なくなり、高温
復元率が悪い。一方、このセラミック系無機繊維を多量
に添加したもの（比較例２）は、成形時のプレス工程に
おいて繊維の折損が著しいために、引張強度が悪い。従
って、本発明におけるセラミック系無機繊維の量は３５
〜８０ｗｔ％の範囲で用いなければならないことが判る
。

また、ウオラステナイトの量については、セラミック系
無機繊維の場合と同様の特性を示すため、本発明におい
ては、２ア５０１１Ｉｔ％の範囲で用いなければならな
いことも判る。（比較例３．４）次に、無機質結合材の
量については、少ししが添加しないもの（比較例４）は
、Ｎａ−モンモリロナイトの結合力が弱くなるため引張
強度は低下する。しかし、繊維量が増加した分だけ復元
率は向上する。一方、この無機結合材を多量に添加した
もの（比較例３）は、Ｎａモンモリロナイトの結合力が
強く、引張強度は良好となる。しかし、繊維量が減少し
た分だけ復元率が減少する。従って、本発明における無
機質結合材の量は、５〜３５ｗｔ％の範囲で用いなけれ
ばならないことが判る。

そして、有機質弾性物の量については、少ししか添加し
ないもの（比較例２）は、シートの成形性が不十分なた
め引張強度が著しく低下している。

一方、この有機質弾性物質を多量に添加したもの（比較
例１）は、高温時を機質弾性物質が炭化もしくは焼失し
てしまうために高温引張強度および高温復元率が著しく
低い。従って、本発明における有機質弾性物質の量は、
２〜２５−５％の範囲で用いなければならないことが判
る。

実施例４ 次に、本発明のシート状ガスケット性能について調べる
ために、実施例１のガスケット状シートを所定の寸法に
打ち抜き加工し、自動車エンジンのヘッド、エキゾース
トマニホールド間のガスケットとして取付け、排気量２
０００ｃ　ｃ、ＤＯＨＣターボ付エンジンにてエキゾー
ストマニホールドに、排ガス温度＝９００℃で１００時
間排ガスを流入し、耐久試験を実施した。この耐久試験
中において、ガス漏れ等の重大問題は発生せず、実施例
１のガスゲットは十分なガスケット機能を果たした。

実施例５ また、実施例１のガスケット状シートを所定の寸法に加
工した後、ＳＯ５３０４の金属板を用いたパワーベスト
ガスケットとして自動車エンジンのターボ、エルボ館の
ガスケットとして取りつけ、前記同様の耐久試験を実施
したが、この耐久試験中においてガス漏れ等の重大問題
は発生せず、実施例１のガスケット状シートは十分なガ
スケット機能を果たした。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、人体に有害である
とされる石綿を使用しない高温用ガスケットが得られる
。しかも、９５０℃の高温下においても、燃焼酸化によ
る繊維の消失粉化がないため、そのガスシール性、断熱
特性、風蝕性等において優れている。

その結果、次のような波及的効果がある。

第１に自動車用としては、 （１）エキシシート・マニホールドが、シリンダ・ヘッ
ドへの熱量を減じることから、シリンダ・ヘッド内を通
流する冷却水への伝熱量が少なくなり、ラジェータの小
型化が図れ、低コスト、エンジン・ルームの有効活用が
できる。

（２）　　エキシシート・マニホールドがシリンダ・ヘ
ッドに接するフランジ面は温度が従来技術より上昇し、
且つ均熱分布になることから、フランジ面の熱歪み軽減
によるフランジ部の薄肉化によって低コスト化ができ、
更にはエキゾースト・マニホールド内のガス温度も上昇
することから、排気エミッションを低減化し、触媒の高
活性化を図ることができる。

（３）　　上記（２）の排気温上昇により、過給機付の
エンジンにおいて、排気熱を仕事量に変えることになり
、エンジン出力の向上を図れる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、繊維や弾性物質などからなる混合物スラリーを抄造
   し積層成形してなるビータシート状ガスケットを、セラ
   ミック系無機繊維３５〜８０ｗｔ％、ウォラステナイト
   ２〜５０ｗｔ％、有機質弾性物質２〜２５ｗｔ％および
   無機質結合材５〜３５ｗｔ％を含有させた配合物で構成
   したことを特徴とする高温用ガスケット。