JPS589304B2 - 耐熱ガスケツトおよびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、内燃機関の排気ガスのような高温ガスを扱
う機械器具や配管などに用いる耐熱ガスケットの改良に
関するものである。

従来、内燃機関の排気ガス系用のガスケットには、上下
の金属薄板の間に石綿板をはさんだサンドイツチ構造の
もの、あるいは金属薄板の両側に石綿板を圧着したもの
が多用されている。

これらの構造のガスゲットでは、通常、高温ガスと接す
る部分（ボア部分）に、石綿を高温ガスから保護する目
的で金属環（グロメット）が取りつけられている。

また、その他にも石綿板を金属薄板で囲んだジャケット
タイプのガスケットも用いられている。

しかし、前記ガスケットに使われる石綿繊維（クリソタ
イルアスベスト）は４００〜５００℃の温度にて、その
組織の結晶水が失なわれ始め、約８００℃でほとんど結
晶水を消失し、脆化を生ずるため、石綿繊維（クリソク
イルアスベスト）より成る石綿板は高温領域になると、
弾力性の欠如、トルク損失の増大、剥離、脱落等、ガス
ケット材として必要とされる性能が著しく低下する欠点
がある。

また石綿は繊維質のため、これを主成分とした石綿板は
完全な緻密性が無いので、それ自体でガスをシールする
ことは非常にむずかしい。

しかしながら現実には石綿繊維にかわるガスケット用耐
熱材料がほとんど開発されておらず、その利用範囲のほ
とんどでやむを得ず石綿を利用したガスケットを用いて
いるが、石綿繊維の使用については、公害の観点から、
その使用が制限されるか、もしくはいちぢるしく困難に
なる傾向にある。

石綿ガスケットに代るものとして、膨張黒鉛ガスケット
が提案されているが、これは非常に高価であり、また酸
化雰囲気中で４００℃以上になると、酸化消失してしま
うので、高温領域での使用には供し得ない。

この発明は、石綿板を使用したガスケットの高温領域で
の欠陥を改良するため、石綿繊維を使用せずに、高温領
域の使用にも耐えうる耐熱ガスケットを提供することを
主たる目的としているもので、さらに他の目的とすると
ころは、その耐熱ガスケットを容易に、かつ安価に得る
ことのできる製造方法を提供することにある。

この発明による耐熱ガスケットは、膨張処理されたバー
ミキュライトを主材とする原料から形成されたバーミキ
ュライトシ三トと、金属材または無機繊維材からなる補
強用シートとが積層結合されている構成に特徴を有する
ものである。

前記バーミキュライトは三層粘土鉱産物に属し黒雲母に
類似する構造であり、純バーミキュライトの構造式は、
Ｉ．Ｂａｒｓｈａｄ（１９４８）によるとこのバーミキ
ュライトの結晶水は７００℃以上に加熱されはじめて失
なわれ始めるので、この点はガスケットの素材として前
述の石綿繊維および膨張黒鉛に比べて耐熱的にきわめて
有利である。

また、このバーミキュライトは鱗片状構造であるため、
シート状に加工された場合、繊維状のものより良好な緻
密性を有し、ガスのシールに対しても有利な特性をそな
えている。

バーミキュライトを剥離膨張させる方法としては、バー
ミキュライト原石を８００℃〜１０００℃の焼成炉に短
時間通過させることにより、簡単に得られる。

また各種の薬品処理で膨張させることもできる。

本発明者は、かかる方法によって剥離膨張させたバーミ
キュライトを高速ミキサーにより１６５１μ（１０メッ
シュ）から２４６μ（６０メッシュ：の鱗片径になるま
で水中で剪断して懸濁状に分散させ、その分散液をブフ
ナーロートにして吸収涙過して、乾燥することにより、
適度の弾性、柔軟性及び緻密性を有するバーミキュライ
トからなる均一な薄板が得られることを見出し、その知
見にもとづいてこの発明方法を完成したものある。

前記方法において、膨張したバーミキュライトを剪断す
る際、その鱗片径が前述の範囲をはずれたものになると
、脆く柔軟性の乏しいシートになるおそれがあるが、そ
の範囲を越えた鱗片径のバーミキュライトでも、分散液
中に結合剤、充填材、分散助材などを添加することによ
り弾性、柔軟性の良好なシートが得られる。

その場合の添加材としては、例えばガラス、石綿等の無
機繊維、石英、雲母、未膨張バーミキュライト等の無機
粉粒物、シリカゾル、アルミナゾル、ポリリン酸ソーダ
等の無機化合物、ＣＭＣ、ラテックス等の有機高分子化
合物等があり、これらを適当量添加することにより、柔
軟で、強度が強いシートが得られる。

他の特徴としては、剥離膨張したバーミキュライトから
成る前記シートは、これを加熱すると、さらに膨張する
傾向がある。

これは前述した焼成炉を通過させる方法や、過酸化水素
等の薬品によって膨張させる方法を行っても、完全な剥
離膨張が達せられていない部分が存在するため、残存の
未剥離未膨張分のバーミキュライトが、連続的な加熱に
より、剥離膨張するためと思われる。

この性質は、前記シートがガスケットとして使用され、
フランジ継手等に配設された状態で加熱された時、剥離
膨張力が作用するため、自キン効果によるシール性の向
上に役立てられる。

上記のような方法で得られたバーミキュライトシ一トを
、たとえば、両面に突爪の付けた金属薄板の片面または
両面に圧着することにより、所定のバーミキュライトと
補強シートとが一体に積層結合された耐熱ガスケットが
得られる。

補強用シートとしては、軟鋼板、ステンレス鋼板、チタ
ン板、モネル板など、一般に市販されている耐熱性、耐
食性に優れた金属薄板で、平板状、孔明き板状、両面エ
ンボス板状、両面突爪付板状等の多様な形状のものを選
択使用できる。

また、補強用シートとしては、金属薄板のかわりに、金
属繊維からなる有孔メッシュおよび無機繊維からなる有
効メッシュの使用も可能であり、これに前述したバーミ
キュライ卜シートを圧着することにより、所望の耐熱ガ
スケットが得られる。

金属繊維としては、一般に市販されている黄銅、銅、ス
テンレス等があり、無機繊維としては、ガラス、シリカ
、炭素繊維等の耐熱、耐食性のあるメッシュ材が適して
いる。

有孔メッシュを補強シーとして使用する場合、メッシュ
材の厚さよりも、バーミキュライトシ一トの厚さが少な
くとも２倍以上とすることにより、表面にメッシュの形
状が出ない平滑なシートを得ることができる。

なお、補強用シートとして、同種の金属材を使用する場
合において、薄板と有孔メッシュを比べると有効メッシ
ュの方が補強用シートとしての耐熱性に劣るところがあ
るが、無機繊維より成る有孔メッシュを用いる場合、こ
れにバーミキュライトシ一トを圧縮して圧着することに
より、耐熱性の高いバーミキュライトで全体をおおう形
となるため、無機繊維自体の耐熱限界以上の温度で使用
可能となる。

特に炭素繊維からなる有孔メッシュでは、それ単体で使
用した場合、４００℃以上だと、酸化消失してしまう難
点があるが、前記したバーミキュライトシ一トを圧着し
て一体構造としたものにあっては、７００℃程度まで耐
熱性が向上する。

補強用シートに平担な金属薄板を用い、これにバーミキ
ュライトシ一トを積層結合する場合には、接着剤を用い
る必要があるが、バーミキュライトシートが半乾状態の
ものであれば、補強用シートへの接着は可能であり、そ
の場合、バーミキュライトに予め接着剤が混和されてい
るものによれば、強い接着力が得られる。

前記構成による耐熱ガスケットを製造する他の方法とし
ては、前述した分散液を補強用シートの表面に、リバー
スコーター、バーコータ等により、塗着（コーティング
）する方法が有効である。

金属薄板に突爪を切り起したものに、バーミキュライト
シ一トを圧着し、突爪の返しで固定する方法では、突爪
を起す際に爪の周辺の板部分が曲げ応力を受け、爪の周
囲が凹凸状態を呈すため、バーミキュライトシ一トを、
ロール等で圧着したあとでも、爪周辺板部分のみ密着性
が悪くガス漏れ道が残されることがある。

しかも金属薄板の突爪は平面上に多数配置されているた
め、シールすべきガス体が密着性の悪い部分を結ぶ漏れ
道を伝って爆れるおそれがある。

この傾向は有孔メッシュの表裏の重なり部分でも同様に
起り得るものである。

しかし前記の如く、バーミキュライト分散液を補強用シ
ート面にコーティングする方法によれば、補強用シート
の欠陥部分にも分散液が均一に流れこみ、漏れ道が埋め
られるので、漏れ道を残さないガスケットが確実に得ら
れる。

ただし、補強用シートに有孔メッシュを用いる場合、理
想的には５メッシュより荒い方が望ましく、前述した分
散液が、有孔メッシュを介して互いに結合するので、複
合材として、強固な一体構造となる。

図面は、この発明によって製造された耐熱ガスケット素
材を示したもので、１はバーミキュライトシ一ト、２は
補強用シートであり、第１図および第２図の補強用シ一
ト２は丸形爪立て金属薄板が、第３図の補強用シ一ト２
は板形爪立て金属薄板が、第４図の補強用シ一ト２は孔
あり金属薄板が、第５図の補強用シ一ト２は金網が用い
られ、バーミキュライトシ一ト１は補強用シートの両面
に積層結合されている。

第６図には、補強用シ一ト２の片面にバーミキュライト
シ一ト１が積層結合されたものが示されている。

第７図および第８図には、バーミキュライトシ一トと補
強用シートが交互に多層に積層結合されたものが示され
ており、第８図に示したものは、補強用シ一ト２がガス
ケットの表裏両面におかれた構造となっている。

次にこの発明の実施例を下記に示す。

実施例 ｌ １３．９の２号バーミキュライトを、７係の過酸化水素
水７０Ｃ／Ｃと混合後、加温して、約２０倍の体積に剥
離膨張させ、この膨張させたバーミキュライトに水５０
０Ｃ／Ｃを加え、家庭用ミキサーで剪断、剥離して得ら
れたバーミキュライトのフロック状水分散液をブフナー
フィルターを使用して吸引炉過して密度５００ｋｇ／ｍ
”の薄板状に成形し、この薄板を１００℃で１時間乾燥
後、両面突爪付きステンレス板（厚さ０．２ｍｍ）の両
面に２点ローラーで圧着し、ステンレス板と密度１４０
０ｋｇ／ｍ３のバーミキュライトよりなるシート状ガス
ケットを得た。

このシートを８０φ×６０φに打抜き、締付け圧３００
ｋｇｆ／ｃｍ２にて試験用フランジに配設し、内部に設
けたヒーターによってフランジ内部表面温度が７５０℃
になるよう加熱し、１０時間保持し、フランジ全体を室
温まで冷却後、Ｎ２ガスを負荷し、ガス漏れ量を測定し
たところ、第１表に示す結果が得られた。

但し、表中（１）は本実施例 （２）は本実施例と同一のステンレス板の両側に石綿板
を圧着せるもの （３）は本実施例と同一のステンレス板の両側に膨張さ
せた黒鉛より成るシートを圧着させたもの。

なお、黒鉛シートとステンレス板より成るガスケットは
高温酸化雰囲気で、黒鉛が完全に消失し、もはや、ガス
ケットとして役立たない状態にあることが認められた。

実施例 ２ １３００℃で急熱膨張させた２号バーミキュライト８Ｉ
を水５００Ｃ／Ｃ中に３昼夜放置し、充分湿潤させた混
合液を家庭用ミキサーで剪断、剥離して得られたバーミ
キュライトのフロック状水分散液を、実施例１と同様の
手順にて処理し、ステンレス板と密度１５００ｋｇ／ｍ
３のバーミキュライトからなるシート状ガスケットを得
た。

このシートを８０φ×６０φに打抜き、実施例ｌと同様
の試験を行なったところ、第２表に示す結果が得られた
。

実施例 ３ ７％の過酸化水素水１０００ＣＣに２００９の２号バー
ミキュライトを浸漬浸透後、加熱して約２０倍に剥離膨
張させ、この膨張せるバーミキュライトを８０℃の乾燥
器中に２０時間放置し、この乾燥した膨張せるバーミキ
ュライトにＣＭＣＯ．５係水溶液２００Ｃ／Ｃを加え、
家庭用ミキサーで攪拌、剪断して得られた粘稠なバーミ
キュライトの水分散液を、リバースコータにて、両面突
爪付きステンレス板（厚さ０．２ｍｍ）の片側にコーテ
ィングした後、乾燥器内で乾燥し、ステンレス板とバー
ミキュライトからなるシートを得た。

このシートのバーミキュライトをコーティングしていな
いステンレス板面側に、再度上記のバーミキュライト分
散液をコーティングして乾燥後、２点ローラーにて圧縮
圧着させ、ステンレス板と密度１８００ｋｇ／ｍ３のバ
ーミキュライトから成るシート状のガスケットを得た。

このシートを８０φ×６０φに打抜き、実施例１と同様
の試験を行なったところ、第３表に示す結果が得られた
。

実施例 ４ 実施例１と同様の手順にて得られた、ステンレス板と密
度１４００ｋｇ／ｍ３の膨張せるバーミキュライトより
成るシートを、エンジン用マニホールドガスケットの型
に打抜いて取付け、エンジン回転数１００Ｏｒｐｍで１
０分間、６０００ｒｐｍで１０分間のサイクルで、実機
ベンテ試験１００時間経過後、解体して取りはずしたと
ころ、ステンレス板よりのバーミキュライトの剥離・脱
落等の異常はまったく認められず、またフランジへの焼
付もまったくなく、非常に良好な状態にあることが認め
られた。

以上に述べたように、この発明によれば、ガスケットは
、膨張処理されたバーミキュライトを主材とする原料か
ら形成されたバーミキュライトシ一トと、金属または無
機繊維からなる補強用シートが積層結合されて成るもの
であるから、７００〜８００℃の高温領域で変質を生じ
るおそれがなぐしかも長期の使用に十分耐えられる耐熱
ガスケットが得られる。

とくにこの発明によれば、前述した実施例に示されてい
るように、石綿板と金属薄板とから成る従来のガスケッ
トと比べ、加熱後の厚さ減少率、トルクダウンおよび熱
減量がいちじるしくホさくしかもすぐれた緻密性と弾性
を具備し、ガス漏れ量の非常に少ない耐熱ガスケットが
得られる。

さらにまた、この発明方法によれば、剥離膨張させたバ
ーミキュライトを水中で鱗片状に剪断してバーミキュラ
イト分散液をつくり、このバーミキュライト分散液から
バーミキュライトシ一トを形成し、これを補強用シート
に積層結合するか、あるいは前記バーミキュライト分散
液を補強シートに塗着することにより、補強用シート面
にバーミキュライトシ一トを形成するものであるから、
バーミキュライト製耐熱ガスケットを容易に、かつ安価
に製作することができる。

とくにこの発明による耐熱ガスケットは、近時、問題と
されている自動車排気ガス規制に伴なう、高温排気ガス
に対処すべきガスケットとして有効な性能を発揮できる
ものであり、また公害の点で問題視されている石綿繊維
を使用せず、比較的安価な材料で構成されていることに
も大きな価値がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すもので、丸形爪立て
金属板を用いた耐熱ガスケット素材の部分切断斜視図、
第２図は一部の拡大断面図、第３図は板形爪立て金属薄
板を用いたガスケット素材の拡大断面図、第４図は孔あ
き金属薄板を用いたガスケット素材の拡大断面図、第５
図は金網を用いたガスケット素材の拡大断面図、第６図
はバーミキュライトシ一トが補強用シートの片面だけに
積層結されたガスケット素材の拡大断面図、第７図は多
層形耐熱ガスケット素材の拡大断面図、第８図は補強用
シートが表側におかれた耐熱ガスケット素材の拡大断面
図である。 図面中、１はバーミキュライトシ一ト、２は補強用シー
トである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 膨張処理されたバーミキュライトを主材とする原料
   から形成されたバーミキュライトシ一トと、金属材また
   は無機繊維材からなる補強用シートとが積層結合されて
   いることを特徴とする耐熱ガスケット。 ２ 前記補強用シートは、爪立て金属板、金網、金属製
   または無機繊維製メッシュ材のいずれかが使用されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の耐熱ガスケ
   ット。 ３ 膨張処理されたバーミキュライトを水中で鱗片状に
   剪断してバーミキュライト分散液を調整し、このバーミ
   キュライト分散液から形成したバーミキュライトシ一ト
   を、金属材または無機繊維材からなる補強用シートに積
   層結合するか、もしくは前記バーミキュライト分散液を
   前記補強用シートに塗着してバーミキュライト層を形成
   することを特徴とする耐熱ガスケットの製造方法。 ４ 前記膨張処理されたバーミキュライトが、２４６μ
   （６０メッシュ）〜１６５１μ（１０メッシュ）の鱗片
   径に剪断されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ３項記載の耐熱ガスケットの製造方法。