JPH0662933B2

JPH0662933B2 - 複合ガスケツト

Info

Publication number: JPH0662933B2
Application number: JP63171937A
Authority: JP
Inventors: 洋浅海; 武弘吉田; 信三郎鈴木; 岳根平井; 穣宮田
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1988-07-12
Filing date: 1988-07-12
Publication date: 1994-08-17
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPH0222375A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、複合ガスケットに関するものであり、特に高
温、高圧用に有用で、主として自動車エンジン用として
用いられる複合ガスケットに関するものである。

［従来の技術］従来、この種の高温高圧用ガスケットとして、爪立て鋼
板あるいはエンボス加工アルミ板等の凹凸付き金属板等
の担体の両面に、ゴムシート、ゴムを結合材とした石綿
シート、膨張黒鉛シート、バーミキュライトに少量のゴ
ムバインダーを加えて形成したシート等のシール基材を
貼り合わせて一体化したものが知られている。

［発明が解決しようとする問題点］従来のガスケットは、それぞれ次に示す様な問題点があ
った。ゴムシートは、耐熱性が低いため、高温での使用
が困難である。ゴムを結合材としたバーミキュライトシ
ートは、ゴムの熱劣化により焼付きを生じ、またシール
性が悪い。膨張黒鉛シートは強度が低く取扱性が悪く、
また、高価である。

［問題点を解決するための手段］本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであ
る。すなわち、耐熱性、シール性に優れ、環境汚染の問
題がなく、安価であり、さらに耐油、耐水性に優れた複
合ガスケットを提供しようとするものであり、ポリテト
ラフルオロエチレン樹脂５重量％以上および含水珪酸塩
鉱物粉末である無機質充填材５０重量％以上を必須成分
とするシート基材が、合成樹脂、合成ゴムまたは天然ゴ
ムから成り、ＪＩＳＫ６３０１のスプリング式硬さ試
験Ａ形が９０°以下である軟質有機体を介して金属板状
体に一体化されていることを特徴とする複合ガスケット
を提供しようとするものである。

本発明におけるシート基材において、ポリテトラフルオ
ロエチレン樹脂（以下、PTFEという）としては、テトラ
フルオロエチレンの単独重合体にとどまらず、熔融流動
性を付与するに到らない程度の少量（例えば、0.5モル
％程度以下）の他の共単量体を共重合せしめて変性され
たものも含まれる。かかる共単量体としては、ヘキサフ
ルオロプロピレン、パーフルオロ（アルキルビニルエー
テル）、パーフルオロ（アルコキシアルキルビニルエー
テル）、トリフルオロエチレン、パーフロオロアルキル
エチレンなどが例示される。また、あまりに低分子量の
ものでは液状あるいはゲル状となり好ましくなく、好ま
しくは、標準比重から計算される分子量が10³以上の固
体を50％以上含むものである。また、乳化重合により得
られたPTFEがフィブリル化し易いため好ましい。

また、無機質充填材としては、耐熱性、耐薬品性に優れ
た無機質粉末、粉末状無機質繊維またはカーボン粉末が
好ましく採用される。無機質粉末としては、平均粒径が
100μ程度以下のものが好ましく採用される。平均粒径
が大きすぎると、シート基材とした時の表面平滑性が損
なわれ、好ましくない。また、平均粒径の大きな無機質
粉末では、シート基材の緻密性が得られず、気孔率およ
び気孔径が大きいものとなりシール性が充分でなくなり
好ましくない。また、粒径の大きい硬質の無機質粉末を
用いた場合に、成形時に成形装置を損傷することがあり
好ましくない。さらに好ましくは、平均粒径0.1〜70μ
程度の無機質粉末である。また、無機質粉末として、粒
径の異なる２種以上を混合使用すると充填効率が向上
し、好ましい。かかる無機質粉末としては、ケイ素およ
びアルミニウムを主体とし、マグネシウム、鉄、アルカ
リ土類金属、アルカリ金属などを含む含水珪酸塩鉱物の
粉末である一般に粘土と呼ばれる粉末、ワラストナイト
などの天然鉱物粉末、シリカ、アルミナ、ガラス、酸化
チタン、酸化鉄などの酸化物粉末、硼化ジルコニウム、
窒化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化硼素、炭化ジルコ
ニウム、炭化ケイ素、炭化タングステンなどのセラミッ
クス粉末、硫化ニッケル、硫化ジルコニウム、二硫化モ
リブデンなどの硫化物粉末などが例示される。中でも天
然鉱物粉末が好ましく採用される。特に、カオリナイ
ト、ハロイサイト、加水ハロイサイトなどに代表される
カオリン型の粘土が好ましい。また、粉末状無機質繊維
としては、直径0.1〜30μ程度、特に好ましくは直径0.5
〜15μ程度であり、長さ50〜300μ、特に70〜200μ程度
が好ましく採用される。かかる粉末状無機質繊維として
は、粉末状カーボン繊維、粉末状ガラス繊維粉末、粉末
状アルミナ繊維、各種粉末状天然鉱物繊維などが例示さ
れる。また、カーボン粉末としては、粒径0.01〜0.1μ
程度のものが好ましく採用される。

また、本発明において、無機質充填材としては、無機質
粉末の単独もしくは無機質粉末と若干量の粉末状無機質
繊維およびまたはカーボン粉末の混合物が好ましく採用
される。無機質粉末を単独でまたは無機質粉末とカーボ
ン粉末の混合物を用いると、シート基材の低気孔率化、
小気孔径化が容易となるため好ましい。また、粉末状無
機質繊維を混合使用した場合、粉末状無機質繊維を混合
使用しない場合に比べ、低気孔率化、小気孔径化が若干
難しくなるが、圧縮率の大きなシート基材となるため、
シール面のなじみ性が優れたものとなる。また、無機質
充填材としては、粉末状無機質繊維またはカーボン粉末
を単独で、または粉末状無機質繊維とカーボン粉末の混
合物を用いると、シール状成形が困難になったり、気孔
率や気孔径の小さなシート基材から得られ難くなったり
するため、このような使用態様は好ましいとはいえな
い。無機質充填材として、無機質粉末と粉末状無機質繊
維およびまたはカーボン粉末の混合物を用いる場合の混
合割合は、無機質粉末100重量部当り粉末状無機質繊維
およびまたはカーボン粉末が30重量部程度以下とするこ
とが好ましい。粉末状無機質繊維およびまたはカーボン
粉末の割合が大きすぎると、シート状基材の成形性が悪
くなり、また気孔率および平均気孔径が大きくなるため
シール性が悪くなったりシート基材の寿命が小さなもの
になり、好ましくない。

本発明におけるシート基材は、PTFEを５重量％以上、無
機質充填材を50重量％以上含有することが好ましい。PT
FEの量が５重量％よりも小さい場合には、シート基材と
してのシート成形が困難であり、また、成形されたシー
トも圧縮に対する復元率が小さいものとなり、気孔率の
小さなシート基材が得られ難くなり、複合ガスケット用
シート基材としての使用に耐え難いものとなるため好ま
しくない。特にPTFEが10重量％以上含まれることが好ま
しい。PTFEの量の上限は特に限定されないが、あまりに
多くなりすぎると高価なものになり、汎用としての特徴
が薄れること、シート基材の圧縮率が低下することなど
から、50重量％以下、特に40重量％以下とすることが好
ましい。また、無機質充填材の量が50重量％よりも小さ
な場合には、応力緩和率が大きくなり好ましくない。ま
た、高価なものとなるため汎用としての利用に適さなく
なることもある。無機質充填剤の量が多くなると、応力
緩和率が小さくなるが、気孔率および気孔径の小さく緻
密なシート基材を得難くなる。すなわち、シール性が低
下し易くなる傾向がある。好ましい無機質充填材の含有
量は60〜90重量％である。

本発明におけるシール基材は、上記PTFE、無機質充填材
の他に、合成樹脂、無機質繊維などを含んでいてもよ
い。かかる合成樹脂としては、耐熱性、耐油性等に優れ
たものが好ましく、例えば、パーフルオロアルコキシ樹
脂、パーフルオロエチレンプロピレン樹脂などのフッ素
樹脂や、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアリー
ルスルホン樹脂などが例示される。また、無機質繊維と
しては、アルミナ繊維、カーボン繊維、ガラス繊維など
が例示されるが、これらは混合あるいはシール基材成形
時に砕かれるが、粉末状に砕かれるものは少なく、大半
は比較的長い繊維としてシート基材中に存在することに
なる。この様な繊維が存在する場合には、シート基材の
強度が向上するが、気孔率および平均気孔径を小さなも
のにすることが困難になるため、あまりに多量に入れる
ことは好ましくない。無機質繊維の添加量は、３重量％
以下であることが好ましい。

本発明におけるシート基材おいて、PTFEはフィブリル化
されており、無機質充填材がそのフィブリル間に存在し
ていることが好ましい。PTFEがフィブリル化されていな
い、また無機質充填材がPTFEのフィブリル間に存在しな
い場合には、シート基材は極めて脆いものとなり、実際
の使用には耐えられないものとなることがあり好ましく
ない。本発明におけるシート基材は、PTFEがフィブリル
化されている、すなわち、ミクロ三次元網目構造を形成
しており、無機質充填材がその三次元網目構造の間に均
一に分散して存在している、すなわち、無機質充填材が
PTFEのフィブリルにより強固に保持されているため、シ
ート基材として充分な強度が得られるのである。また、
この様な構造を有する本発明のシート基材は、PTFEがシ
ート基材全体にわたって均一に存在するため、少量のPT
FE含有量にもかかわらず、シート基材全体にPTFEの優れ
た撥水、撥油性が発揮されるものである。すなわち、シ
ート基材ひいては複合ガスケット材が耐油性、耐水性に
優れたものとなる。PTFEは、高剪断力をかけることによ
り容易にフィブリル化されうるものである。また、PTFE
のフィブリル間に均一に無機質充填材を分散させる方法
としては、フィブリル化されていないPTFEと無機質充填
材を添加した後、混合と同時または均一混合後にPTFEを
フィブリル化する方法などにより容易に達成される。例
えば、所定割合のPTFE粉末と無機質充填材をナフサなど
の加工助剤の存在下または非存在下に例えばミキサーな
どにより高速攪拌する方法など、高剪断力下に攪拌混合
することにより達成される。また、この混合物を、シリ
ンダ断面積とノズル部断面積の比の大きな押出機で押出
すなど、さらに高剪断力を加えることにより、PTFEをよ
り高度にフィブリル化することもできる。

本発明におけるシート基材は、前述したPTFEフィブリル
間に無機質充填材を分散させた組成物を、プレス型ある
いはロールなどにより加圧成形、圧延成形など公知のシ
ート成形法により製造することができる。特に製造作業
上、連続成形が可能であるロール圧延成形法が好ましく
採用される。

本発明におけるシート基材において、PTFEは焼成されて
いてもよく、未焼成であってもよい。特に高締付圧で用
いられる場合には、焼成されていたほうが好ましい。PT
FEの焼成は、シート基材の成形後に行なわれることが好
ましい。シート基材成形前にPTFEを焼成すると、シート
基材の成形が困難になるため好ましくない。

本発明における金属板状体としては、平板、爪立板、凹
凸付板、メッシュ状開口を有する板、金網等種々のもの
が採用可能である。特に、上述のシート状基材との一体
化が容易であり、シート基材の保持性が優れるという点
から、爪立板、凹凸付板、メッシュ状開口を有する板又
は金網が好ましい。特に、爪立鋼板、エンボン加工アル
ミニウム板などが好ましく採用される。

また、本発明の複合ガスケットは、上記シート基材と金
属板状体が軟質有機体を介して一体化されていることが
重要である。軟質有機体を介してシート基材と金属板状
体が一体化されているため、金属板状体とシート基材間
のリークが防止され、全体として極めて優れたシール性
を発揮する複合ガスケットが得られるのである。ここ
で、軟質有機体としては、合成樹脂、合成ゴムまたは天
然ゴムなどが採用される。JIS K6301のスプリング式硬
さ試験Ａ形で９０℃以下である有機体が好ましく採用さ
れる。具体的には、天然ゴム、ブタジエンスチレンゴ
ム、ブタジエンアクリロニトリルゴム、クロロプレンゴ
ム、ブチルゴム、多硫化ゴム、ウレタンゴム、シリコー
ンゴム、ハイパロン、アクリルゴム、エチレンプロピレ
ンゴム、フェノール変性ゴム、シリコーン樹脂、ウレタ
ン樹脂、ポリエチレン、塩化ビニル樹脂、フェノール樹
脂などが例示される。

また、軟質有機体は、あまりに厚いものでは応力緩和が
大きくなり、シール性が低下するため好ましくない。通
常、好ましくは、15μｍ程度以下の厚さが採用される。
特に、10μｍ程度以下の厚さとすることにより、複合ガ
スケット使用時に軟質有機体が熱分解、炭化を起こして
もシール性の低下がほとんど見られないものとなるため
好ましい。また、軟質有機体の厚さはあまりに薄いもの
では、シート基材と金属板状体間の漏れ防止が十分に達
成されず、好ましくない。また、実施上あまり薄い軟質
有機体の層の形成は困難である。通常は３μｍ程度以上
の厚さが採用される。軟質有機体は、塗装、ラミネート
等の方法により、金属板状体上に密着せしめられている
ことが好ましい。軟質有機体と金属板状体間に空隙があ
ると、良好なシール性が得られなくなり、好ましくな
い。軟質有機体と金属板状体とを密着せしめる方法とし
ては、金属板状体表面にあらかじめ表面処理を施し、投
錨効果を発揮させる方法、プライマー処理法、軟質有機
体中に金属との密着性を向上させる添加物を添加してお
く方法などが例示される。表面処理の方法としては、リ
ン酸鉄系結晶性被膜形成の如き化成処理、エッチング、
サンドブラスト等の方法が例示される。特にリン酸鉄系
結晶性被膜は、緻密かつ多孔質であり、薄膜化が容易で
あるため、投錨効果に優れ、また表面の平滑性に優れて
いるため、軟質有機体を密着させた後にもその表面平滑
性が発揮され、シート基材との密着性に優れ、ひいては
シール性に良好な結果をもたらすため好ましく採用され
る。プライマー処理としては、シラン系カップリング
剤、チタン系カップリング剤などのカップリング剤を金
属板状体表面に塗布しておく方法などがある。また、軟
質有機体被覆用組成物（例えば塗料など）に、カップリ
ング剤を添加して適用しても良い。特に、リン酸鉄系結
晶性被膜が最も好ましく採用される。かかるリン酸鉄系
結晶性被膜は、0.15μｍ以下であることが好ましい。あ
まりに厚すぎると平滑性が得られ難くなり、好ましくな
い。

本発明の複合ガスケットは、金属板状体表面に表面処理
を施し、あるいは施さずに軟質有機体層を形成せしめた
後、特定のシート基材を圧着して一体化することにより
製造される。軟質有機体層の形成としては、軟質有機体
溶液または塗料への浸漬、スプレー塗装あるいは熱圧着
などフィルムをラミネートする方法、更には、静電粉体
塗装後、溶融せしめて均一な軟質有機体層を形成せしめ
るなどの方法が例示される。また、シート基材と金属板
状体を圧着せしめる方法は、金属板状体とシート基材を
積層した後、ロール、プレスなどにより圧着せしめる。
この時には、金属板状体上には、軟質有機体の層が形成
せしめられているので、金属板状体とシート基材は軟質
有機体を介して一体化せしめられることとなる。また、
金属板状体とシート基材の一体化において、軟質有機体
が硬化性のものである場合には、半硬化あるいは完全に
硬化させた後シート基材を一体化せしめた方が好まし
い。一体化を行なった後、軟質有機体の硬化を行なう
と、硬化時の収縮により、複合ガスケットに歪み、空隙
が形成され、シール性が低下することがあるため、好ま
しくない。

［作用］本発明の複合ガスケットは、シート基材と金属板状体の
間に軟質有機体が介在しているため、ガスケット使用時
にシート基材と金属板状体の間からの漏れが防止され、
優れたシール効果が発揮されるものと考えられる。さら
に、金属板状体として爪立金属板、凹凸付き金属板、メ
ッシュ状開口部を有する金属板、金網などの担体を使用
すると、シート基材の金属板状体への密着性が改善さ
れ、かつ、金属板状体への強固な係止が可能になる。し
たがって、高締付圧で使用しても、シート基材の流れ、
はみ出しなどが防止され、優れたシート性が維持される
ものである。

また、金属板状体表面が化成処理、特にリン酸鉄系結晶
性被膜形成がされていると、投錨効果により軟質有機体
が強固に密着されるため、金属板状体と軟質有機体間の
漏れ防止効果が一段と改良され、極めて優れたシール性
が発揮される。

［実施例］以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する
が、かかる実施例により本発明は何ら限定されるもので
はない。

実施例１ PTFE粉末（旭フロロポリマー製ＣＤ−１）20重量部、カ
オリナイトクレー（土屋カオリン工業社製カタルポ（平
均粒径10μ）とエンゲルハルト社製ＡＳＰ１７０（平均
粒径0.4μ）の混合物；カタルポ：ASP170＝９：１）75
重量部、カーボン粉末（三菱化成製MA-100）５重量部お
よび1,1,1,1-トリクロロエタン250重量部をミキサーに
より20分間攪拌した後ろ過を行なった。ろ過物を常温で
乾燥した。この乾燥物に高粘度有機溶剤（エクソン製ア
イソパーＭ）17重量部を添加し、ニーダーで10分間攪拌
した後15時間熟成した。この熟成物を、押出部断面寸法
105mmで角度40°の円錐部、シリンダー断面積とノズル
部断面積の比が15である金型に注入し、常温にて圧力40
kgf／cm²、押出速度120mm／hrで押出し、板状物を得
た。この板状物を外径200mm、長さ400mmの鉄製２転ロー
ラーに圧縮比18、速度1800mm／hrで挿入し、巾300mm、
厚さ0.5mmの長尺シートを得た。この長尺シートを300℃
で熱風乾燥した後、350℃で30分間焼成してシート基材
を得た（図中、符号１）。

SPCC材厚さ0.25mm、穴径1.2mmの丸穴フックの爪立てを
（図中、符号２）パーコクリーナーN-364-S（日本パー
カーライジング社製）で脱脂した後、化成処理液（日本
パーカーライジング社製ボンデライト1077）に浸漬し
て、リン酸鉄系結晶性被膜を形成した。この爪立鋼板
を、第１表に示す組成の軟質有機体組成物をトルエン／
酢酸ｎ−プロピル＝80/20である溶剤に固形分濃度10重
量％となるよう調整した調整液に５秒間浸漬し、風乾後
100℃で30分間加熱して、厚さ７μの軟質有機体層（図
中、符号３）を有する金属板状体を得た（軟質有機体は
JIS K6301スプリング式硬さ試験Ａ形が80である）。

この軟質有機体層を有する金属板状体（図中、符号４）
の両面に上記シート基材を面圧1000kgf／cm²で圧着し、
厚さ1.2mmの複合ガスケットを得た。

この複合ガスケットを用いて、圧縮率、復元率、応力緩
和率、耐油性、耐水性、シール性の各試験を行なった結
果を第２表に示した。

比較例１として軟質有機体層を形成しない他は実施例１
と同様にして得た複合ガスケット、参考例として石綿系
ヘッダーガスケットを用いて同様の試験を行なった結果
を示した。

比較例２ PTFE粉末20重量部、カオリナイトクレー（カタルポ：Ａ
ＳＰ１７０＝９：１）を10重量部、カーボン粉末５重量
部とする以外は実施例１と同様にして得た複合ガスケッ
トを試験したところ、圧縮率５％、復元率20％、応力緩
和率40％、耐油性１％、耐水性１％、シール性8kgf／cm
²Ｇであった。

比較例３ PTFE粉末20重量部、カオリナイトクレー（カタルポ：Ａ
ＳＰ１７０＝９：１）を15重量部、カーボン粉末５重量
部とする以外は実施例１と同様にして得た複合ガスケッ
トを試験したところ、圧縮率８％、復元率25％、応力緩
和率35％、耐油性１％、耐水性１％、シール性8kgf／cm
²Ｇであった。

［発明の効果］本発明の複合ガスケットは、軟質有機体を介して特定の
シート基材と金属板状体が一体化されているため、圧縮
率が高く、シール面のなじみ性が極めて高い。また、軟
質有機体の介在により、シール基材と金属板状体との間
の漏れがほぼ完全に防止されている。したがって、極め
て高いシール性が発揮される。また、シート基材が特定
の組成であるため、耐油性、耐水性が極めて優れかつ環
境汚染の問題がない。更に、本発明の複合ガスケット
は、応力緩和性に優れているため、長期連続使用が可能
である。したがってメンテナンス費用などを大幅に削減
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１の複合ガスケットを一部切断した断面
図であり、第２図は同平面図であり、第３図は同斜視図
である。１……シート基材、２……爪立て鋼板、３……軟質有機
体、４……軟質有機体層を有する爪立て鋼板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリテトラフルオロエチレン樹脂５重量％
以上および含水珪酸塩鉱物粉末である無機質充填材５０
重量％以上を必須成分とするシート基材が、合成樹脂、
合成ゴムまたは天然ゴムから成り、ＪＩＳＫ６３０１
のスプリング式硬さ試験Ａ形が９０°以下である軟質有
機体を介して金属板状体に一体化されていることを特徴
とする複合ガスケット。