JPH08245947A

JPH08245947A - 金属ガスケット材料、その製造法及び金属ガスケット

Info

Publication number: JPH08245947A
Application number: JP5095595A
Authority: JP
Inventors: Yoshito Ishii; 義人石井; Atsushi Fujita; 藤田　　淳; Tomonori Seki; 智憲関; Tatsuya Nishida; 達也西田
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 1995-03-10
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1996-09-24

Abstract

(57)【要約】【目的】ビード加工部分の膨張黒鉛シート層の傷やク
ラックが小さく、シール性、耐油性、耐不凍液性及び耐
熱性に優れた金属ガスケットの材料、その製造法及びこ
の材料を用いた金属ガスケットを提供する。【構成】金属板１の片面又は両面に接着した膨張黒鉛
シート２の層中にゴム材を充填した金属ガスケット材
料、金属板１の片面又は両面に密度が０．１〜０．８g/
cm³の膨張黒鉛シート２を接着した後、膨張黒鉛シート
２中にゴム溶液を含浸して熱処理し、次いで全体を加圧
して膨張黒鉛シート２の密度及び厚さを調整する金属ガ
スケット材料の製造法並びに該金属ガスケット材料をビ
ードを有する所定形状に加工した金属ガスケット。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、特に内燃機関のシリン
ダーヘッドとシリンダーブロックとの間をシールするの
に適当な金属ガスケット材料及びその製造法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の金属ガスケット材料は、特開平２
−３８７６０号公報、特開平３−２２９０６９号公報等
に示されるようにステンレス鋼板、普通鋼板等の金属鋼
板の表面にゴムの層を被覆したもの、特公平５−６３６
７０号公報などに示されるように膨張黒鉛シートを接着
したもの等が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、金属鋼
板の表面にゴムの層を被覆した金属ガスケット材料は、
ゴムの被覆層が５〜３０μｍと薄いために、シリンダー
ヘッドやシリンダーブロックに付着した１０μｍ以上の
傷、ツールマークをシールすることが難しい。また、被
覆層のゴムは耐熱温度が通常１５０℃と低いために、高
温で長時間使用されるシリンダーヘッドガスケットでは
ゴムの被覆層が熱により劣化し、シール性能が低下する
恐れがある。

【０００４】一方、金属鋼板の表面に接着剤で膨張黒鉛
シートを接着したものは、フランジ面の面粗度吸収性や
耐熱性に優れるが、単に金属鋼板の表面に接着剤で膨張
黒鉛シートを貼り合わせた構成のガスケット材料では、
膨張黒鉛シート層の強度が４．９ＭＰａ（５０kgf／c
m²）程度と弱いため、膨張黒鉛シートを金属鋼板に接着
した後に、燃焼室孔、流体通路孔等をシールするための
ビードを後から加工して設けると、ビード凸面の膨張黒
鉛シートに傷やクラックが入り易く、また、耐油性、耐
不凍液性に劣るという問題点がある。

【０００５】本発明は、上記の問題を解決し、面粗度吸
収性に優れ、また、ビード加工により膨張黒鉛シート層
に発生するクラックが対策出来、更に、シール性、耐油
性、耐不凍液性、耐熱性等に優れた金属ガスケット材
料、その製造法及び金属ガスケットを提供するものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属板の片面
又は両面に接着した膨張黒鉛シートの層中にゴム材を充
填した金属ガスケット材料、金属板の片面又は両面に密
度が０．１〜０．８g/cm³の膨張黒鉛シートを接着した
後、膨張黒鉛シート中にゴム溶液を含浸して熱処理し、
次いで全体を加圧して膨張黒鉛シートの密度及び厚さを
調整する金属ガスケット材料の製造法並びに該金属ガス
ケット材料をビードを有する所定形状に加工した金属ガ
スケットに関する。

【０００７】本発明において、芯板となる金属板は、燃
焼ガス、水、油をシールするためのビードを加工する必
要から、バネ弾性を有する０．１〜０．３mmの厚さのも
のが好ましい。そのような金属板としては、ステンレス
鋼板、普通鋼板、アルミニウム板等を挙げることが出来
る。

【０００８】金属板に貼り合わせる膨張黒鉛シートは、
公知の方法によって得られるものが使用出来、特に制限
はない。例えば、特公昭54-33799号公報に示されるよう
に、天然黒鉛、キッシュ黒鉛、熱分解黒鉛等の高度に結
晶構造が発達した黒鉛を、濃硫酸と硝酸との混液、濃硫
酸と過マンガン酸カリウムとの混液等の強酸化性の処理
液で酸処理して黒鉛層間化合物を生成させ、これを水洗
してから急速加熱して黒鉛結晶のＣ軸方向を膨張処理し
た虫状形で圧縮特性を有する膨張黒鉛粒子を冷間加工し
たシートが用いられる。

【０００９】膨張黒鉛シートは、密度が０．１〜０．８
g/cm³のものを使用する。０．１g/cm³未満では、芯材の
金属板と膨張黒鉛シートとを接着するための接着剤が表
面に滲み出て来る恐れがあると共に、膨張黒鉛シートの
強度が弱く取り扱い性が悪くなり、０．８g/cm³を越え
ると、接着剤から発生する揮発性ガスが逃げにくくなる
ほか、膨張黒鉛シートにゴム材が含浸し難くなる。

【００１０】金属板と膨張黒鉛シートとを接着する接着
剤としては、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ
変性フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、ニトリル変性フ
ェノール樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂のワニスを
用いることが好ましい。金属板に膨張黒鉛シートを接着
した後、該膨張黒鉛シートの層の中にゴム材及びゴム添
加剤をケトン等の有機溶剤に溶解又は分散したゴム溶液
を含浸する。用いられるゴム材としては弗素ゴム、ニト
リルゴム、シリコンゴム、スチレンブタジエンゴム、イ
ソプレンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、塩化ブ
チル、天然ゴム等が使用出来、耐熱的には弗素ゴムやニ
トリルゴムを使用することが好ましい。

【００１１】ゴム溶液の含浸量は、膨張黒鉛シート層全
体の重量に対してゴム材の固形分として０．５〜６０重
量％(ゴム材の充填量)となるように含浸するのが好まし
い。含浸量(ゴム材の充填量)が少ないと、ビード凸面の
膨張黒鉛シートに生ずる傷やクラックを防止し、耐油
性、耐水性を向上させる効果が小さく、多すぎると耐熱
性及びシール性が低下する。ゴム添加剤としては、硫
黄、酸化亜鉛等の加硫剤のほかに、チアゾール系化合
物、チウラム系化合物、スルフェンアミド系化合物等の
加硫促進剤を使用することが好ましい。膨張黒鉛シート
層へのゴム溶液の含浸には、ロール法、ディッピング
法、スプレー法等既知の方法が使用出来る。

【００１２】ゴム溶液を含浸後、熱処理して溶剤を除去
し、ゴム材を加硫及び硬化させて、膨張黒鉛シート層の
気孔中にゴム材を充填する。次いで、全体を加圧して膨
張黒鉛シート層の密度及び板厚を調整する。加圧後の密
度は０．８〜１．５g/cm³が好ましい。密度が小さいと
圧縮後の復元性に劣り、大きすぎると面粗度吸収性が低
下する。また、加圧後の板厚は０．０５〜０．２mmが好
ましい。板厚が薄いとシリンダーヘッドやシリンダーブ
ロックに生じた傷のシール性能が不十分となり、板厚が
厚いと耐油性や耐水性が低下し、また応力緩和が大きく
なる（へたりが生じ易い）。膨張黒鉛シート層の密度及
び板厚を調整するための加圧はロールによって行うこと
が出来る。ロールを通す際に、ロールのギャップが上記
の範囲になるように調整することにより達成出来る。上
記した製造法で得られた金属ガスケット材料を所定の形
状に加工して、燃焼ガス、水、油等をシールするための
ビードを形成した金属ガスケットを得る。なおビードの
形状については特に制限はない。

【００１３】

【実施例】次に実施例を説明するが、本発明はこの実施
例に限定されるものではない。実施例１厚さが０．２mmのＳＵＳ３０１の両面にフェノール樹脂
のワニス（日立化成工業(株)製、商品名ＶＰ−１１Ｎ）
を塗工し、該ワニス塗工面に密度が０．２g/cm³及び厚
さが０．４４mmの膨張黒鉛シート（日立化成工業(株)
製、商標名カーボフィット）を積層した。次いで、熱プ
レスで温度１８０℃、圧力１ＭＰaの条件でＳＵＳ３０
１の板の両面に膨張黒鉛シートを接着した後、ニトリル
ゴム（日本ゼオン(株)製、商品名Ｎippol１０７２
Ｊ）：硫黄粉末（細井化学(株)製、コロイド硫黄）：メ
チルエチルケトン（和光純薬工業(株)製、試薬）を１
０：３：２０重量部の比率で混合した溶液中に浸漬し、
ゴム溶液を膨張黒鉛シートの層中に含浸し、含浸後のニ
トリルゴムの重量が膨張黒鉛シートの重量に対して固形
分で２０重量％となるようにした。

【００１４】その後、６０℃の温度に加温してメチルエ
チルケトンを揮発させた後、１６０℃の温度で１時間熱
処理を行ってゴム材を加硫及び硬化させた。次に、０．
４mmのギャップを設けたロール間を通し、全体を加圧し
て膨張黒鉛シート層の密度を１．１g/cm³及び１枚の膨
張黒鉛シートの厚さを０．１mmに調整した金属ガスケッ
ト材料を得た。図１は得られた金属ガスケット材料の断
面図であり、１はＳＵＳ３０１の金属板及び２はゴム材
を含浸した膨張黒鉛シート層である。この金属ガスケッ
ト材料を、外形が５０mm及び内径が３５mmに打ち抜くと
同時に、図２に示すように、高さが０．５mmのフルビー
ト３を直径４２mmの円状に形成して金属ガスケットを得
た。

【００１５】比較例１実施例１と同様のフェノール樹脂のワニスを両面に塗工
したＳＵＳ３０１に、密度が１．１g/cm³及び厚さが
０．１mmの膨張黒鉛シート（日立化成工業(株)製、商標
名カーボフィット）を積層した後、実施例１と同じ条件
で熱プレスで接着し、金属ガスケット材料を得た。この
金属ガスケット材料を実施例１と同様の形状に加工して
金属ガスケットを得た。

【００１６】比較例２実施例１で用いた膨張黒鉛シートに替えて、厚さが２０
μｍになるように、弗素ゴム（日本ゼオン(株)製、商品
名がＮippolＣＭＦ７００）：硫黄粉末（実施例１と同
じもの）：メチルエチルケトン（和光純薬工業(株)製、
試薬）を１０：２：２０重量部の比率で混合した溶液を
ＳＵＳ３０１の両面にコーティングし、実施例１と同様
に６０℃次いで１６０℃の温度で熱処理を行ってメチル
エチルケトンを揮発させ、ゴムを加硫及び硬化させて金
属ガスケット材料を得た。この金属ガスケット材料を実
施例１と同様の形状に加工して金属ガスケットを得た。

【００１７】比較例３比較例２で用いた弗素ゴムに替えて、ニトリルゴム（日
本ゼオン(株)製、商品名がＮippol１０７２Ｊ）を使用
した以外は比較例２と同様の工程を経て金属ガスケット
を得た。

【００１８】次に、上記実施例及び比較例で得られた金
属ガスケットについて、ガスシール性、不凍液シール
性、耐油性、耐不凍液性及び耐熱性を測定して評価し
た。ガスシール性は、金属ガスケットを面粗さ１０Ｓの
フランジに挾み込み、３０ＭＰaの面圧で締め付け、内
径側にＮ₂ガスによる内圧をかけて行き、外径側へのガ
ス洩れの有無を確認した。不凍液シール性は、金属ガス
ケットを面粗さ１０Ｓのフランジに挾み込み、３ＭＰa
の面圧で締め付け、内径側に濃度５０％のエチレングリ
コール水溶液による内圧をかけて行き、外径側への液の
洩れの有無を確認した。

【００１９】耐油性はＡＳＴＭ（Ａmerican Ｓociety f
or Ｔesting Ｍaterials）Ｎo.３オイル中に１５０℃で
金属ガスケットを５時間浸漬した後の圧縮破壊強度及び
重量増加率を測定した。耐不凍液性は濃度５０重量％の
エチレングリコール水溶液中に、金属ガスケットを１０
０℃で５時間浸漬した後の圧縮破壊強度及び重量増加率
を測定した。耐熱性は応力緩和率を測定して評価した。
応力緩和率は、金属ガスケットを２１．４ＭＰaの面圧
で締め付け、２００℃で２２時間熱処理した後の締め付
け力の低下率を測定した。これらの試験結果を表１に示
す。

【００２０】

【表１】

【００２１】表１から明らかなように、比較例１、比較
例２及び比較例３の金属ガスケットは、ガスシール性及
び不凍液シール性に劣り、また、耐油性、耐不凍液性及
び耐熱性の何れかが劣っていることが示される。これに
対して、実施例１の金属ガスケットは、ガスシール性、
不凍液シール性、耐油性、耐不凍液性及び耐熱性の何れ
にも優れることが示される。また、外観を観察したが、
フルビード部分の膨張黒鉛シート層の傷やクラックは比
較例１よりも小さいことが確認された。

【００２２】

【発明の効果】請求項１における金属ガスケット材料
は、ビードの部分の膨張黒鉛シート層の傷やクラックが
小さく、ガスや不凍液のシール性、耐油性、耐不凍液性
及び耐熱性に優れた金属ガスケットを提供することが出
来る。請求項２における金属ガスケット材料は、ビード
凸面の膨張黒鉛シートに生ずる傷やクラックを防止し、
耐油性、耐水性を向上させるのに効果的で、耐熱性及び
シール性が保持出来る金属ガスケットを提供できる。請
求項３における金属ガスケット材料は、シリンダーヘッ
ドやシリンダーブロックに生じた傷を十分にシールする
ことが出来、良好な耐油性、耐水性及び応力緩和性を保
持出来る金属ガスケットを提供することが出来る。請求
項４における方法により得られる金属ガスケット材料
は、シリンダーヘッドやシリンダーブロック性及び耐熱
性に優れた金属ガスケットを提供できる。請求項５にお
ける金属ガスケットは、シリンダーヘッドやシリンダー
ブロックに生じた傷を十分にシールすることが出来、良
好な耐油性、耐水性及び応力緩和性を保持することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例になる金属ガスケット材料の断
面図である。

【図２】本発明の実施例になる金属ガスケットの断面図
である。

【符号の説明】

１…金属板、２…膨張黒鉛シート層、３…フルビート

フロントページの続き (72)発明者西田達也茨城県日立市鮎川町三丁目３番１号日立化成工業株式会社山崎工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属板の片面又は両面に接着した膨張黒
鉛シートの層中にゴム材を充填した金属ガスケット材
料。
【請求項２】ゴム材の充填量が膨張黒鉛シートに対し
て固形分で０．５〜６０重量％である請求項１記載の金
属ガスケット材料。
【請求項３】膨張黒鉛シートの層の厚さが０．０５〜
０．２mmである請求項１又は２記載の金属ガスケット材
料。
【請求項４】金属板の片面又は両面に密度が０．１〜
０．８g/cm³の膨張黒鉛シートを接着した後、該膨張黒
鉛シート中にゴム溶液を含浸して熱処理し、次いで全体
を加圧して膨張黒鉛シートの密度及び厚さを調整するこ
とを特徴とする請求項１、２又は３記載の金属ガスケッ
ト材料の製造法。
【請求項５】請求項１、２又は３記載の金属ガスケッ
ト材料を、ビードを有する所定形状に加工した金属ガス
ケット。