JPH0646070B2 - 断熱複合ガスケット - Google Patents

断熱複合ガスケット

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は、ガスケット詳細には、小さい内燃アルミニウ
ムヘッドと消音器との間で使用するガスケットを製造す
るための複合シート材料に関する。
発明の背景 小さい空冷内燃機関、例えば、芝刈機および他の形態用
装置用に使用するものは、典型的には、アルミニウム合
金のエンジンヘッドを有し、典型的には鋼製の排気消音
器組立体はヘッドに取り付けられている。エンジンの操
作時に、消音器は、排気ガスおよびヘッドの熱から非常
に熱くなる。エンジンを止め、エンジンが冷却した後
に、熱は、鋼製消音器組立体からヘッド内に逆流する。
アルミニウム製ヘッド内へのこの熱の逆流は、局部熱ス
ポットを生ずることがあり、この局部熱スポットはヘッ
ドの損傷をもたらすことがある。
この課題は、伝統的には、消音器とヘッドとの間に置か
れたアスベスト製ガスケットの使用によって解決されて
きた。アスベスト製ガスケットは、消音器からの熱フィ
ードバックからのヘッド損傷を防止する際に成功してい
るが、アスベストと関連づけられる環境問題のため、こ
の応用における安価な非アスベスト製ガスケットを提供
する工業上のニーズがある。
材料がアルミニウム製ヘッドと消音器との間のガスケッ
トとして成功裡に機能するためには、ヘッドの損傷を防
止するのに十分な程消音器からの熱フィードバックを抑
制しなければならない。更に、材料は、ヘッドと消音器
との間のシールを与え且つ排気ガスの最小限の漏れを与
えるのに十分な程弾性でなければならない。また、ガス
ケットは、取扱時、設置時に一体性を維持するのに十分
な強度を有しているべきである。高温での耐崩壊性も、
エンジンの操作時の排気ガス、ヘッドおよび消音器の高
温のため、重要である。
内燃機関上のエンジンヘッド、排気消音器など用のガス
ケットは、可撓性グラファイトと、鋼メッシュ、鋼シー
ト、高分子材料などの補強材料との複合体として作られ
ている。これらのガスケットの例は、米国特許第４，４
６３，９５９号明細書、第４，５１６，７８２号明細
書、第４，２３４，６３８号明細書および第４，５１
９，６１９号明細書に開示されている。これらのガスケ
ットは、排気ガスに対するシールを与え且つ高温抵抗性
を有するが、熱逆流が問題である空冷エンジンにおける
アルミニウム製ヘッドと鋼製消音器との間で使用するガ
スケットとしては好適ではない。これらのガスケット用
に使用する主要材料、即ち、金属および可撓性グラファ
イトは、熱導体であり且つヘッドと消音器との間に熱電
導路を与える。それゆえ、これらのガスケットは、消音
器からヘッドへの熱流を抑制する際には好適ではない。
更に、これらのガスケットの多くは、空冷エンジンにお
ける排気消音器で遭遇する高温に耐えるのに十分な耐熱
性を有していない高分子材料を組み込む。消音器で見出
される操作温度においては、これらの材料は、劣化する
であろうし且つガスケットは排気ガスに対する適当なシ
ールを与えないであろう。
発明の目的 それゆえ、本発明の目的は、空冷エンジンの消音器とア
ルミニウム製ヘッドとの間で使用するアスベストの代わ
りに使用できるガスケットを提供することにある。
本発明の別の目的は、消音器組立体からアルミニウム製
ヘッドへの空冷エンジンにおける熱の逆流を抑制するガ
スケットを提供することにある。
本発明の別の目的は、排気ガスに対するシールを与え、
高温で安定であり且つヘッドと消音器との間に断熱を与
えるガスケットを提供することにある。
本発明の他の目的は、下記説明で明らかになるであろ
う。
発明の概要 本発明の一態様は、金属層、断熱耐火繊維層、可撓性グ
ラファイト層、および断熱耐火繊維層を金属層と可撓性
グラファイト層との間に配置させつつ前記諸層を一緒に
結合するための結合手段を具備することを特徴とするガ
スケットの製造用複合シートである。
本発明の別の態様は、ガスケットとして使用するのに好
適な複合シートを製造するにあたり、金属シート、断熱
耐火繊維シート、および可撓性グラファイトシートを、
断熱耐火繊維シートを金属層と可撓性グラファイト層と
の間に配置させつつ一緒に結合することを特徴とする複
合シートの製法である。
本発明の複合シートは、特に空冷エンジンの消音器とヘ
ッドとの間でガスケット用に使用できる。このガスケッ
トは、ヘッドと消音器との間で断熱を与え、かくて熱の
逆流によるアルミニウム製ヘッドの損傷を防止しなが
ら、取扱に好適な強度を有し且つ高温抵抗性を有する。
金属層は、取扱、即ち、包装時、輸送時、設置時などに
強度を複合シートおよびガスケットに付与することであ
る。金属層は、かかる取扱に十分な程強いいかなる好適
な金属製であってもよい。好適な金属は、シートの形態
の鋼、ニッケル、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、
銅、黄銅、および他の金属である。低コストが主要な考
慮すべき事柄であるならば、鋼、またはスズメッキ鋼
が、好ましい。金属層は、依然として取扱に十分な強度
を与えながら、できるだけ薄い。鋼の場合には、厚さ
は、例えば、約０．００６インチ〜約０．０１インチ
（約０．１５２mm〜約０．２５４mm）で変化してもよ
い。好ましくないが、強度および温度抵抗性が初期用途
に十分であるならば、金属以外の他の材料は、金属層中
で代用してもよい。例えば、テフロンシートなどの高分
子材料は、低温環境で使用してもよく、また可撓性グラ
ファイトは低強度で十分である場合には使用してもよ
い。
断熱耐火繊維は、セラミック繊維、ガラス繊維などの断
熱耐火材料であってもよい。好適な断熱耐火材料は、例
えば、以下の例で使用するようなガラス質アルミノシリ
ケート繊維である。一般に、ガスケットによって遭遇す
る最高温度で安定であるいかなる断熱材も、好適であ
る。空冷エンジン中でヘッドと消音器組立体との間で使
用する場合には、７００℃以上の温度に通常遭遇する。
耐火繊維層は、十分な断熱を与えるような厚さを有して
いるべきである。空冷エンジンでの好ましい応用におい
ては、断熱は、消音器からの熱逆流からのアルミニウム
製ヘッドの損傷を防止するのに十分であべきである。し
かしながら、耐火繊維材料は典型的には多孔性であるの
で、耐火繊維は、耐火繊維層を通しての排気ガスの過度
の漏れがある程厚くてはならない。典型的には、厚さ約
０．０２インチ〜約０．０４インチ（約０．５０８mm〜
約１．０１６mm）が、好適である。
可撓性グラファイトは、例えば、コネチカット州ダンベ
リーのユニオン・カーバイドコーポレーションから商標
グラホイル（GRAFOIL）で市販されている可撓性グラフ
ァイトシート材料のいずれであってもよい。可撓性グラ
ファイトは、一般に、天然粒状グラファイトフレークに
酸化溶液を挿入し、挿入フレークをグラファイトフレー
クを膨張するか、はぎ落とす温度に加熱し、膨張フレー
クを圧縮してシートとすることによって製造する。可撓
性グラファイトおよびその製法は、米国特許第３，４０
４，０６１号明細書に開示されている。
可撓性グラファイト層の厚さは臨界的ではないが、シー
ルを与えるために弾性表面をガスケットに与えるのに十
分な厚さを有しているべきである。
複合ガスケットシートの諸層は、好適な結合手段によっ
て一緒に結合する。結合手段は、ガスケットの取扱時お
よび設置時に諸層を一緒に保持する。諸層を一緒に結合
する好ましい手段は、金属シートに中子（tang）または
突起をパンチし、耐火繊維および可撓性グラファイトを
突起上にプレスすることによって与えられる機械的締結
手段である。別の結合手段は、層間の接着剤物質によ
る。一緒に、ガスケットの設置後に、他の手段がガスケ
ットを一緒に保持するのに十分であるならば、接着剤
は、高温接着剤である必要はない。例えば、空冷エンジ
ンにおいては、消音器、ガスケットおよびヘッド組立体
を一緒に保持するために使用する装着ボルトは、ガスケ
ットを一緒に保持するのに十分である。高温のため、接
着剤が揮発または解体するならば、かかる手段は、通
常、ガスケットの一体性を維持するのに十分である。好
適な接着剤としては、既知のにかわ、接触セメント、結
合剤などが上げられる。
本発明の複合シートは、シート材料を一緒に接合するこ
とによりガスケット用複合シートを形成するための通常
の方法によって製造する。典型的には、これらの方法
は、諸層が一緒に結合して複合シートを形成するまで、
諸層をプレスまたは圧延することを包含する。
ガスケットは、シート材料からガスケットを製造するた
めの技術上既知の好適な手段、例えば、切削、パンチな
どによって本発明の複合シートから形成してもよい。
得られた複合シート製品は、実質上ガス不透過性である
２層間にサンドイッチされた断熱耐火繊維層である。こ
れは、熱の逆流を抑制するのに十分な断熱を有し並びに
排気ガスに対するシールを与えるガスケット材料を与え
る。
いかなる好適な材料の追加層も、ガスケットに組み込ん
でもよい。金属層は、典型的には十分な高度を与えるの
で、追加の金属層または追加の補強材料は、好ましくな
い。更に、複合シートの２つの外層の少なくとも１つ
は、好ましくは、排気ガス漏れに対するシールに十分な
レジリエンスを与えるために可撓性グラファイト製であ
る。コストが主要な考慮すべき事柄ではないならば、両
方の外層とも、最適のシールを与えるために可撓性グラ
ファイト製であってもよい。しかしながら、空冷エンジ
ンにおける好ましい応用においては、可撓性グラファイ
トの１つの外層は、適当なシールを与えるのに十分であ
る。この応用においては、好適な低コストガスケットシ
ートは、可撓性グラファイト外層と金属外層との間に配
置された単一の耐火繊維層を具備する。
耐火繊維の追加層は、複合シートの断熱を増大するため
に加えてもよい。しかしながら、断熱耐火繊維が一般に
多孔性であるので、過度のガス漏れを防止するために
は、追加の耐火繊維層は、本質上ガス不透過性層で両側
で囲まれるべきである。耐火繊維および可撓性グラファ
イトの追加層は、例えば、金属と耐火繊維と可撓性グラ
ファイトと耐火繊維と可撓性グラファイトとの５層ガス
ケットを製造するために可撓性グラファイト層または金
属層上に加えてもよい。耐火繊維および可撓性グラファ
イトの追加層は、７、９、１１またはそれ以上の層を有
するガスケットを与えるために同様の方法で加えてもよ
い。以下の表Ａに、本発明によって意図される各種ガス
ケット形状の若干を示す。
表Ａ 複合体形状 Ｇ−Ｒ−Ｍ Ｇ−Ｒ−Ｇ−Ｒ−Ｍ Ｇ−Ｒ−Ｇ−Ｒ−Ｇ−Ｒ−Ｍ Ｇ−Ｒ−Ｍ−Ｇ Ｇ−Ｒ−Ｍ−Ｇ−Ｒ−Ｇ Ｇ−Ｒ−Ｍ−Ｒ−Ｇ Ｇ−Ｒ−Ｇ−Ｒ−Ｍ−Ｒ−Ｇ Ｇ＝グラファイト層 Ｒ＝耐火繊維層 Ｍ＝金属層 ガスケット技術上使用されている他の材料も、追加層、
表面処理剤、含浸剤、飽和剤などの形態でガスケットに
配合してもよい。
本発明の複合シートの好ましい用途は、空冷内燃機関の
排気消音器とアルミニウム製ヘッドとの間のガスケット
としてである。しかしながら、本発明のガスケットは、
ガスケットが高温で機能しなければならず且つ接合すべ
き部品間で断熱も与えるいかなる継手において有用であ
る。
発明の具体的な説明 本発明の態様を図示する第１図および第２図を参照する
と、複合シート１０１は、金属層１０３、断熱耐火繊維
層１０５、および可撓性グラファイト層１０７を具備す
る。本発明の特定の態様においては、金属層１０３は、
厚さ０．００７インチ（約０．１７８mm）の鋼である。
耐火繊維層１０５は、ニューヨーク州ナイアガラ・フォ
ールズのスタンダード・オイル・エンジニアード・マテ
リアルズ、ファイバー・ディビジョンから入手できるフ
ァイバーファックス（FIBERFAXtm）セラミック繊維であ
り、厚さ０．０３３インチ（約０．８３８mm）である。
可撓性グラファイト１０７は、コネチカット州ダンベリ
ーのユニオン・カーバイド・コーポレーションから入手
できるグラホイル（登録商標）であり、厚さ０．０２イ
ンチ（約０．５０８mm）である。
複合シート１０１は、金属層１０３に使用する金属シー
トに中子または突起１０９をパンチし、耐火繊維シート
および可撓性グラファイトシートを突起上にプレスして
それぞれ耐火繊維層１０５および可撓性グラファイト層
１０７を与えることによって製造する。
第２図を参照すると、金属層１０３における突起１０９
は、金属シートを穿孔し突起１０９を形成する好適な工
具によって形成してもよい。突起１０９は、耐火繊維層
１０５を通し最終複合シート１０１の可撓性グラファイ
ト層１０７内に延出するのに十分な程長くあるべきであ
る。
第３図は、金属層１０３、耐火繊維層１０５、および可
撓性製グラファイト層１０７を示す第１図の複合シート
１０１の断面図である。耐火繊維層１０５を通し可撓性
グラァイト層１０７内に延出する突起１０９の１つも、
図示する。
第４図は、本発明の複合シートから製造されたガスケッ
ト２００の斜視図である。図示されたガスケットは、長
さ約２ １／２インチ（約６．３５cm）および幅１ ３
／４インチ（約４．４５cm）である。同様のガスケット
形状は、ブリッグズ・エンド・ストラットン・パートN
o.２７０９１７の代替品としてブリッグズ・エンド・ス
トラットン空冷エンジンの鋼製消音器組立体とアルミニ
ウム製ヘッドとの間にはいるように設計する。所定位置
にあるガスケットの場合には、耐火繊維によって与えら
れる断熱は、エンジンを止めた後に消音器からヘッドへ
の熱の逆流を実質上減少する。この減少なしでは、逆流
は、ヘッドを損傷するのに十分であろう。しかしなが
ら、本発明の断熱ガスケットの使用によって、熱の逆流
は、ヘッドの損傷を防止する程度に減少される。
本発明を或る特定の態様および例を参照して説明したが
多くの変更は本発明の範囲および精神から逸脱せずに可
能であること、および特許請求の範囲によって記載のよ
うな本発明は本発明の精神から逸脱しない本発明のすべ
ての変化および修正をカバーしようとすることが当業者
によって認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
第１図は説明の目的で耐火繊維および可撓性グラファイ
トが部分的に除去された本発明の複合シートの態様の斜
視図、第２図は第１図の複合シートの詳細図、第３図は
第１図におけるような複合シートの拡大断面図、第４図
は本発明の複合シートから製造されたガスケットの斜視
図である。 １０１……複合シート、１０３……金属層、１０５……
断熱耐火繊維層、１０７……可撓性グラファイト層、１
０９……中子または突起、２００……ガスケット。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属層、断熱耐火繊維層、可撓性グラファ
    イト層、および断熱耐火繊維層を金属層と可撓性グラフ
    ァイト層との間に配置させつつ前記諸層を一緒に結合す
    るための結合手段を具備することを特徴とする複合シー
    ト。
  2. 【請求項２】金属層が、鋼、鉄、アルミニウム、銅、お
    よび黄銅からなる群から選ばれる、請求項１に記載の複
    合シート。
  3. 【請求項３】断熱耐火繊維が、セラミック繊維、および
    ガラス繊維からなる群から選ばれる、請求項１に記載の
    複合シート。
  4. 【請求項４】金属層の厚さが、約０．００５インチ〜約
    ０．０１インチ（約０．１２７mm〜約０．２５４mm）で
    ある、請求項１に記載の複合シート。
  5. 【請求項５】耐火繊維層の厚さが、約０．０２インチ〜
    約０．０４インチ（約０．５０８mm〜約１．０１６mm）
    である、請求項１に記載の複合シート。
  6. 【請求項６】可撓性グラファイト層の厚さが、約０．０
    １インチ〜約０．０２インチ（約０．２５４mm〜０．５
    ０８mm）である、請求項１に記載の複合シート。
  7. 【請求項７】複数の耐火繊維層および可撓性グラファイ
    ト層を具備する、請求項１に記載の複合シート。
  8. 【請求項８】結合手段が、接着剤である、請求項１に記
    載の複合シート。
  9. 【請求項９】結合手段が、機械的締結手段である、請求
    項１に記載の複合シート。
  10. 【請求項１０】機械的締結手段が、金属層から耐火繊維
    層を通して可撓性グラファイト層内に延出する突起から
    なる、請求項９に記載の複合シート。
  11. 【請求項１１】複合シートが、ガスケットの形態であ
    る、請求項９に記載の複合シート。
  12. 【請求項１２】ガスケットとして使用するのに好適な複
    合シートを製造するにあたり、金属シート、断熱耐火繊
    維シート、および可撓性グラファイトシートを、断熱耐
    火繊維シートを金属層と可撓性グラファイト層との間に
    配置させつつ一緒に結合することを特徴とする複合シー
    トの製法。
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