JPS597068B2 - ガスケツト - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガスケット、特に、高温および／または高圧負
荷の下で使用されるグ崩ノット付きおよびメタルジャケ
ット形ガスケットに関するものである。

周知の如く、少なくとも流体の流動のための開口周縁に
鉄やステンレス等の肉厚０．０５〜０． ３ ％程度の
金属薄板を配設された形体のグロメット付きおよびメタ
ルジャケット形ガスケットは、多くの産業機械、各種の
装置、自動車や船舶等の内燃または外燃機関等の特に高
温および／または高圧流体が流動する機器の接合面間に
有効なガスケットとして広範に多用されてきた。

しかしながら、このような金属薄板付ガスケットは、長
時間の使用により、あるいは場合によって２〜３時間の
使用により、第１図の符号Ｃによって示されるように、
金属薄板の開口周縁端に近傍した周縁にワレを生じ、そ
のため、流体のモレを生じ、シール効果の減少を弊起す
る等の重大な欠陥を包含するものであった。

それ故、これまで、このようなワレの発生を防止するた
めに、金属薄板の肉厚の増加、薄板金属の材質、特に剛
性の向上などが企図されてきた。

しかしながら、肉厚の増加の場合では、金属薄板の、特
に、開口周縁における正確な取付けが困難となり、また
、一例として四角形状の開口（これは広範な分野で適用
される形体である。

）を有するガスケットに金属薄板を包被および展張する
ときに、開口の各部近傍部分が歪曲して面圧の不均一化
や薄板金属自体の脆弱化などを生じ易く、更に、金属薄
板を周縁に有する開口と金属薄板のない開口とが同一ガ
スケットに形成される場合には（これもまた多用される
形体である。

）、金属薄板のない開口周縁付近における面圧を所定値
に到達させることができないという欠点を有するもので
あった。

一方、薄板金属の材質、特に剛性を向上させる場合でも
、同様に、金属薄板の面の歪曲、折曲部分における材質
の劣化および材料費の増加などの欠点を有するものであ
った。

また、上記両者の場合においても、時間的遅速はあるに
せよ、最終的に、符号Ｃで示すようなワレを完全に回避
することはできず、依然として実質的に経年的変化によ
る流体のモレを解消できないものであった。

更に、上述の如きワレが発生する場合には付随的に、金
属薄板の接合面への実質的な融着を生じてガスケットと
接合面との相対位置関係にズレを生起するものであり、
ガスケツ１−の流体開口周縁部分が接合面の流体開口内
へ突出することにより流体の正常な流動を阻害するとい
う現象を現出するものであった。

従って、本発明の目的は、少なくとも開口周縁に金属薄
板を包被および展張したガスケットにおいて、特に、高
温および／または高圧負荷の下で使用してもワレを生じ
ることのないガスケットを提供することである。

本発明の別の目的は特殊な部材を用いることなく有効に
前述したワレを防止できるガスケットを提供することで
ある。

本発明のまた別の目的は、例えば、内燃機関のシリンダ
へッドガスケットやマニホールドガスケット等のように
、高温高圧負荷が周期的かつ断続的に印加されるような
苛酷な条件においてもまた、ワレを生じる恐れのないガ
スケットを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、ガスケットの接合面との相対
位置関係を常に保持し、それにより流体の正常な流動を
阻害することのないガスケットを提供するこ・とにある
。

以下、本発明について、グ吊メツ１１％付きガスケット
を例にして図面と共に説明するが、メタルジャケット形
およびその他の金属薄板を流体開口周縁に適用された形
体のガスケットにおいても同様であることは後述から容
易に理解できよう。

前述したようなワレが高温および／または高圧負荷が印
加されるガスケットに発生する原因として考えられる要
因としては、周期的および／または断続的に印加される
高熱による酸化等の材質自体の変化、接合面に挟持され
ない部分の圧力変化に起因する機械的振動による脆弱化
または接合面の機械的振動による非挟持部分の誘起振動
による脆弱化、あるいは接合面間への腐蝕性流体の滞留
による化学的変化などが考えられた。

それ故、典型的に、このような金属薄板として最も一般
的なステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の肉厚０．１と０．
３％のものと、より耐熱性および剛四の優れた肉厚０．
１Ｘの冷間圧延鋼材（ＳＰＣＢ，深絞り用）をそれぞれ
使用して、参照符号Ｇで示されるような、グロメット加
工を施したシリンダボア用開口Ａを有する２気筒エンジ
ン用シリンダへッドガスケット（第２図参照）を各５枚
作成し、エンジン内に従来手段により組込み、３０００
Ｒ Ｐ Ｍで１時間の連続運転と、引続く１時間の休止
およびグロメットのワレの発生の確認とを繰返して、周
期的かの断続的に印加される高温高圧負荷下における測
定を行なったところ、実際の運転時間（実働時間）に換
算したワレの発生までの平均時間は次の通りである。

ステンレス鋼（０．１％厚）５．８時間 ｔｔ （Ｑ，３％厚） １４．６時間冷間
圧延鋼板（０．１％摩） １９．２時間また、上
述と同様な３種類のガスケットを使用し、第３図に示す
ように、組込時と実働時間３６時間後における接合面に
対する開口Ａの位置的ズレｄを測定したところ、その平
均値は次の通りである。

ステンレス鋼（ｏ．ｉ’ｘ厚）５．３％ ステンレス鋼（０．３％呼）４．９％ 冷間圧延鋼板（０．１へ厚）４．４％ ここにおいて、周知の如く、開口Ａの周縁は接合面の流
体孔Ｈとの間に約０．３〜０．５Ｘ程度の空間を有する
よう寸法づけられかつ配列されてはいるが、上述の各ガ
スケットでは全ての開口Ａの周縁部分が流体孔Ｈ内へ突
出する形体となり、流体の正常な流動を阻害することは
容易に理解されよう。

これにより、グロメットに生ずるワレおよびガスケット
の位置ズレは、その材質の向上および肉厚の増加のみで
は解消できないことが判明した。

それ故、ワレの発生原因の再検討が行なわれ、次のこと
が後述する実験から立証された。

すなわち、ａ）流体の熱負荷により接合面を有する部分
（本測定および実験の場合ではシリンダヘッドやシリン
ダブロック）とグロメットにはそれぞれ熱膨張が生ずる
。

ｂ）熱膨張係数は物体の種類により異なり、例えば、シ
リンダヘッドを形成するアルミ合金（ ＡＤＣ １ ）
は２１．０〜２ １． ８ Ｘ １ ０′３／’Ｃであ
り、シリンダフ七ツクを形成する鋳鉄は１１Ｘ１ ０−
６／’Ｃと半分であり、更にグロメットを形成するステ
ンレス鋼（ＳＵＳ ３０４）は１ ８．４ Ｘ １
０−６／゜Ｃと両者の中間の値を示しており、総体的に
同一な熱負荷による各部の膨張率の差がグロメットのワ
レを生ずる主要因子であると類推し、次の各実験により
確認した。

実験例 １ 前述した極めて短時間でワレが発生する、肉厚０．１％
のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）のグロメットを嵌着し
た２気筒用シリンダへッドガスケットを５枚作成し、第
４図に示すように、各グロメットＧの両面に肉厚０．０
１−０．２％、摩擦係数ｏ．ｉ〜０．２のグラファイト
を焼付け、塗布、貼着またはその他の適当な周知手段に
より添着し、連続運転１時間、休止１時間を３日間（実
働時間３６時間）継続したがワレを視認できなかった。

その後、６時間の連続運転と２時間の休止とワレの視認
を一週間繰返したところ、実働時間に換算して１５８時
間目の確認時に１０箇のグロメットのうち１箇だけに微
細なワレが視認された。

引続き１２時間の連続運転と１２時間の休止および視認
を更に続けたが、３０日間、すなわち実働時間５２２時
間後でもその他のグ脳メツ十にはワレの発生はなかった
。

ここにおいて、ワレが発生したグ冶ノットはそのグラフ
ァイトの添着が不完全であったために、グラファイトが
剥離した部分にワレを生じたものであった。

実験例 ２ グロメツｌ−Ｇの両面に肉［０．０１〜０．２％、摩擦
係数０．０４〜０．１の二硫化モリブデンを同様に添着
したガスケットを実験例１と同様な条件で実験を行なっ
たが、最終的にグ爾メットにワレの発生を視認すること
ができなかった。

実験例 ３ 摩擦係数０．０４〜０、■を有し、特に、高温用潤滑剤
として有効な窒化硼素を用いて前記実施例と同様に実験
したが、最終的にグロメットのワレを視認することはで
きなかった。

実験例 ４ 前記各実験例で実験した潤滑剤Ｌとしての、グラファイ
１・、二硫化モリブデン、窒化硼素をそれぞれグロメッ
トＧに添着した３種類のガスケットを用いて、更に、毎
日８時間の連続運転を９０日間行なったところ、実験例
１で述べたグラファイトを添着したグロメットの１つに
生じていたワレが約２．８倍に広がった以外は、いづれ
のグロメットにもワレは視認されなかった。

更に、これらのグロメットをＸ線により探傷したが、内
部的ワレもまた認められなかった。

ここにおいて、各実験中における接合面の平均表面温度
は約８６０’Ｃであり、負荷圧力は約８５ｋｇ／ｃＩＩ
Ｌであった。

また、ガスケソト本来の目的であるシール性についても
、実験開始前と終了後との間で実質的に差が見られなか
ったことにも注目すべきである。

実験例 ５ 上述したグラファイト、二硫化モリブデン、窒化硼素を
グ菊ノットにそれぞれ添着した同様なガスケットおよび
非添着形体のガスケットを各５枚作成し、１日当り８時
間の連続運転を９０日間継続したのち、ガスケットと接
合面とのズレ寸法ｄおよびシリンダボア内へのガスケッ
トの開口周縁部分の突出寸法ｔ（第３図参照）を測・定
したところ次のような結果となった。

これらの実験から、接合面とガスケットとの間に潤滑剤
を介在させることにより、グロメットまたは開口周縁を
包被する金属薄板部分にワレが発生するのを確実に防止
できかつガスケットの所定位置を確実に保持できること
が解った。

これは、第５図に模式的に示すように、熱負荷等により
、各接合面とグ爾ノットとはそれぞれ別個｛こ膨張およ
び収縮できるためであり、運転開始前にあっては、実線
Ｘで示すように、一方の接合面ＣＨと対応する接合面Ｃ
Ｂとの間に挟着されるグロメツｌ−Ｇを有するガスケッ
トは取付用ボルトＢにより一定位置関係を保持される。

運転を開始すると、すなわち燃負荷等が印加されると一
点鎖線Ｙで示すように総体的に外方へ各部分が膨張する
。

このとき、各部分の膨張係数の差異により、各部分はそ
れぞれ異なった膨張を行なうが、両接合面ＣＨおよびＣ
ＢとグロメットＧとの間に介在する潤滑剤Ｌにより所望
の位置的移動（膨張）を容易に行なわせることができる
。

運転を休止した場合、逆に、破線Ｚで示す方向に、収縮
が始まるが、前述と同様に、各部分は所望の位置的移動
を容易に遂行できる。

このことは各部分、特に薄板部材からなるグロメソトに
何らその位置的移動を規制する恐れがなく、機械的歪（
すなわち、ワレ等）の発生を確実に回避することを意味
するものである。

上述の実験において、潤滑剤Ｌとしてグラファイト、二
硫化モリブデン、窒化硼素を使用したが適用する接合面
における負荷条件および流体の種類などにより、ＰＴＦ
ＥやＥＥＰ等の合成樹脂部材、鉛や銀や金などの金属部
材、ゼレン化物、雲母、二硫化タングステンなどの固体
潤滑剤の適用が可能である。

しかしながら、製造価格、取扱い、耐久性等の観点から
、グラファイトや二硫化モリブデンを適用するのが、高
温および／′または高圧用ガスケットに最適である。

また、グロメットまたはグロメット相応部分の面上に添
着される潤滑剤Ｌの肉厚は、前述した実験例において示
唆されているように、０．０１〜０．２％のように薄く
適用されるべきであり、本質的には、接合面間に装着さ
れたときに、潤滑剤Ｌは、グロメットまたはグロメット
相応部分と接合面との間に潤滑特性を保持できる厚さが
残されるならば所期の目的および効果を十分に達成でき
る。

これに対し、潤滑剤Ｌの肉厚を肥大に設定した場合、接
合面間に装着される際の締付面王や接合面の機械的振動
あるいは流動流体からの応力等によって潤滑剤Ｌの破損
や喪失を引起し、ガスケットの主目的であるシール効果
を減殺してしまうこととなる。

以上述べた如く、本発明によれば、グロメット付きまた
はメタルジャケット形などのガスケットに適用する接合
面との間に潤滑剤が介在するよう添着することにより、
流体導通用開口周縁の金属薄板に流体のモレ等を弊起す
るワレが生ずるのを確実に防止できるばかりでなく、従
来の金属薄板が接合面に総体的に融着し、開口周縁が流
体導通口内へと突出してその流動を阻害する恐れのない
ガスケットを作成できるものであり、従来の如く、金属
薄板の肉厚を増加することによる非金属薄板包被開口に
おける血圧不足や、材質の高品質化による製造価格の高
騰を回避できる等、極めて有用なものである。

上述した各実験において、グ節メットの両面側に潤滑剤
を添着したガスケットについて説明したが、適甲する接
合面によっては、片面側にのみ添着し、一方の接合面に
実質的に一体化させ、他方のより温度変化等の因子が大
きい接合面側との間で潤滑作用を遂行させ得るものであ
り、また潤滑剤を添着する範囲についても何ら限定され
るものでなく、メタルジャケット形ガスケット等のよう
に、ガスケットの全面に金属薄板が展張されている場合
には、全面に潤滑剤を塗布することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はグロメットのワレを説明する図、第２図は本発
明における測定および実験の試料としてのガスケットを
示す図、第３図は測定および実験箇所の説明図、第４図
は第２図に示すものの本発明によるガスケットの断面図
、第５図は熱負荷等による接合面とグロメットとの相対
位置関係を説明する図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温および／または高圧流体が流動する開口周縁に
   金属製グロメットまたは金属製薄板部材のグロメットに
   相応する部分を有するグロメット加工形やメタルジャケ
   ット形構造のガスケットであって、適用される接合面に
   それぞれ接面する前記グロメットまたは前記薄板部材の
   グロメット相応部分の面の少なくとも一方の面上には、
   グラファイト、二硫化モリブデン、窒化硼素またはこれ
   らと同様な特性を有する潤滑性部材がグロメットまたは
   グロメット相応部分と接合面との間で潤滑特注を保持し
   うるような薄い厚さで全面的に添着されたことを特徴と
   するガスケット。