(57)【要約】【課題】  相手部材とガスケットとの離隔による口開きに良好に対処することが可能なガスケット１を提供する。【解決手段】  通路が形成された部材と部材との間に挟持され、上記通路の位置に開口穴３が穿設されるとともに当該開口穴３を囲繞するように樹脂製のシール部５を設けたガスケット１に関する。  上記シール部５は、極性オレフィンモノマーの構造単位を含む第１ポリマー材と、複数の環状分子を鎖状分子が貫通したポリロタキサンからなる第２ポリマー材とを含み、かつ上記第１ポリマー材に対し、上記第２ポリマー材を５０％未満の割合で添加したものとなっている。【選択図】  図２
2022003251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材と部材との間に挟持されるとともに開口穴が穿設された基板と、上記基板の開口穴を囲繞するように設けられた樹脂製のシール部とを有するガスケットにおいて、
上記シール部は、下記化学式１で表される極性オレフィンモノマーの構造単位を含む第１ポリマー材と、複数の環状分子を鎖状分子が貫通したポリロタキサンからなる第２ポリマー材とを含み、
（化１）ＣＨ２＝ＣＨ−Ｒ２−Ｚ（Ｒ１）ｎ
（式中、Ｚは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、Ｒ１は置換または無置換の炭素数１〜３０のヒドロカルビル基であり、Ｒ２は置換または無置換の炭素数２〜２０のヒドロカルビレン基である）
上記第１ポリマー材に対し、上記第２ポリマー材を５０％未満の割合で添加したことを特徴とするガスケット。
【請求項２】
上記第２ポリマー材としてのポリロタキサンは、環状分子としてのシクロデキストリンと、鎖状分子としてのポリエチレングリコールとから構成される分子の集合体であることを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
【請求項３】
上記シール部に対し、直径５ｍｍのＳＵＳ３０４製の円柱状治具を８０Ｎの荷重で２０秒間押し付け、当該円柱状治具を０．１ｍｍ／ｓの速度で上方に移動させた際における、上記円柱状治具に対して作用するはりつき荷重が５Ｎ以上であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスケットに関し、詳しくは基板に設けた開口部を囲繞するように樹脂製のシール部を設けたガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、通路が形成された部材と部材との間に挟持されて、これらをシールするガスケットが知られ、このようなガスケットとして、基板に設けた開口部を囲繞するように加硫ゴム等からなる樹脂製のシール部を設けたものが知られている（特許文献１〜４）。
このような樹脂製のシール部を備えたガスケットを上記部材と部材との間に挟持することで、上記シール部が圧縮されてシールを行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２７６７８６２号公報
【特許文献２】特開昭６１−０４３５５２号公報
【特許文献３】特許第３４６７１９６号公報
【特許文献４】特許第４０６９３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、上記ガスケットを挟持する部材に振動が作用すると、当該部材とガスケットとの接触部分の一部では圧縮方向に応力が作用し、その他の部分においてガスケットと部材との離隔方向に応力が作用することとなる。
上記特許文献１等に記載された加硫ゴム等からなるシール部を備えたガスケットの場合、圧縮方向に応力が作用した場合には、弾性変形することで上記応力を吸収し、シール性を維持することができる。
しかしながら、離隔方向に応力が作用した場合、フッ素ゴムからなるシール部は製造時の成形高さまでしか復元できないため、それ以上相手部材が離隔するとシール部は追従できずに相手部材より離隔し、いわゆる口開き状態となってシール不良が発生する。
このような問題に鑑み、本発明は相手部材とガスケットとの離隔による口開きに良好に対処することが可能なガスケットを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
すなわち請求項１の発明にかかるガスケットは、部材と部材との間に挟持されるとともに開口部が穿設された基板と、上記基板の開口部を囲繞するように設けられた樹脂製のシール部とを有するガスケットにおいて、
上記シール部は、下記化学式１で表される極性オレフィンモノマーの構造単位を含む第１ポリマー材と、複数の環状分子を鎖状分子が貫通したポリロタキサンからなる第２ポリマー材とを含み、
（化１）ＣＨ２＝ＣＨ−Ｒ２−Ｚ（Ｒ１）ｎ
（式中、Ｚは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、Ｒ１は置換または無置換の炭素数１〜３０のヒドロカルビル基であり、Ｒ２は置換または無置換の炭素数２〜２０のヒドロカルビレン基である）
上記第１ポリマー材に対し、上記第２ポリマー材を５０％未満の割合で添加したことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
上記発明にかかるガスケットによれば、後述する実験の結果、相手部材が離隔しても、元の成形高さを超えて変形して相手部材に追従する垂直剥離性を備えていることが確認され、口開きに対して良好なシール性を有することが確認された。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本実施例にかかるガスケットの平面図
【図２】上記ガスケットのＩＩ―ＩＩ部の断面図
【図３】第１ポリマー材の構造を説明する図
【図４】第２ポリマー材の構造を説明する図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下図示実施例について説明すると、図１は本実施例にかかるガスケット１の平面図を示し、図２は図１におけるＩＩ―ＩＩ部の断面図を示している。
本実施例のガスケット１は図示しない２つの部材の間に挟持されるようになっており、例えば自動車のエンジンを構成するヘッドとブロックとの間に挟持されて、これらに形成された通路を流通するガスをシールするものとなっている。
上記ガスケット１は一枚の金属基板２と、上記相手部材に形成された通路の位置に合わせて金属基板２に穿設された開口穴３と、上記開口穴３に隣接した位置に穿設された複数のボルト穴４と、上記金属基板２の上面および下面の両面に形成されて、上記開口穴３を囲繞する樹脂製のシール部５とから構成されている。
上記シール部５は断面形状が略半円状に形成されており、このシール部５の高さや幅については、ガスケット１の使用態様に応じて適宜変更することが可能である。
また本実施例のガスケット１としては、複数枚の金属基板２によって形成されていてもよく、また上記シール部５の内周側や外周側の隣接した位置に、上記開口部を囲繞する凸形状からなるビード形状を設けてもよい。
【０００９】
本実施例のような、開口穴３の周囲に樹脂製のシール部５が形成されたガスケット１は、上記特許文献１に記載されているように従来公知となっている。
ここで、特許文献１のように上記シール部５がフッ素ゴムによって構成されている場合、上記ガスケット１が上記相手部材と相手部材との間に挟持されると、上記シール部５が弾性圧縮されながら相手部材に密着し、上記通路を流通するガスのシールを行うことができる。
しかしながら、エンジンの振動等によって相手部材と相手部材とが相互に傾くと、その傾きによってガスケット１の接触部分の一部が離隔しようとする。
この離隔量が少なく、上記ガスケット１のシール部５が弾性変形状態から復元して相手部材との接触状態を維持できる範囲であれば、シール状態を維持することができる。
しかしながら、相手部材がガスケット１から過剰に離隔し、シール部５が形成された際の高さよりも離隔してしまうと、シール部５はこれ以上相手部材に密着した状態を維持できないこととなる。
すると、ガスケットの一部が相手部材から離脱した口開き状態となり、この口開きとなった部分から上記ガスが漏れ出てしまい、シール不良が発生する。
このような問題に対し、本実施例のガスケット１は、相手部材との離隔量が大きくなった場合であっても、シール部５がこれに追従して口開きによるシール不良が発生しないようにしたものとなっている。
【００１０】
以下、上記シール部５について説明すると、上記シール部５は、下記化学式１で表される極性オレフィンモノマーからなる第１ポリマー材と、複数の環状分子を鎖状分子が貫通したポリロタキサンからなる第２ポリマー材とを含んだ樹脂によって構成されている。
（化１）ＣＨ２＝ＣＨ−Ｒ２−Ｚ（Ｒ１）ｎ
（式中、Ｚは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、Ｒ１は置換または無置換の炭素数１〜３０のヒドロカルビル基であり、Ｒ２は置換または無置換の炭素数２〜２０のヒドロカルビレン基である）
【００１１】
上記化学式１で示す第１ポリマー材は、エチレン−アニシルプロピレン共重合体であり、図３に示すように、アニシルプロピレンとエチレンとの交互ユニット１１が柔らかい成分として存在し、これとともにエチレン−エチレン連鎖のユニット１２（図示点線部分）が硬い成分として共存した構造を有している。
上記構成を有する第１ポリマー材は、上記エチレン−エチレン連鎖のユニット１２が架橋点として働くことにより、エラストマー物性を発現するようになっており、そのほかにも、切断による乱雑さを平衡化するよう、分子間相互作用で修復する性質を有したものとなっている。
またアニシル基のＲ基は様々に置換可能であり、例えばｔ−Ｂｕ基のような嵩高い置換基に代えることで、室温では硬いプラスチック状に、加熱によりエラストマー物性を示すように、ポリマーの熱物性を制御することが可能となっている。
【００１２】
上記第１ポリマー材としては、上記化学式１で表される極性オレフィンモノマーの構造単位に、さらに少なくとも１種の非極性オレフィンモノマー（例えばエチレン）の構造単位を含む共重合体であってもよい。
また、上記第１ポリマー材としては、上記少なくとも１種の上記化学式１で表される極性オレフィンモノマーの構造単位と上記少なくとも１種の非極性オレフィンモノマーの構造単位との交互配列と、上記少なくとも１種の非極性オレフィンモノマーの重合配列とを含んでいてもよい。
上記第１ポリマー材中の全構造単位に対する極性オレフィン構造単位の割合が２０ｍｏｌ％以上であってもよい。
上記第１ポリマー材の数平均分子量が、２．０×１０３以上であってもよく、数平均分子量が５．０×１０３以上４．０×１０３以下であることが好ましい。またガラス転移点が−３０℃以上１０℃以下であることが好ましい。
【００１３】
上記極性オレフィンモノマーとしては、下記化学式２で表される極性オレフィンモノマーであってもよい。
（化２）
2022003251.tif 000003
（式中、Ｚは窒素、酸素、リン、硫黄、及び、セレンからなる群から選ばれるヘテロ原子であり、Ｒ１は置換又は無置換の炭素数１〜３０のヒドロカルビル基であり、ｎはＺの原子種に応じた１又は２の整数であり、Ｒ３は炭素数１〜５のヒドロカルビレン基であり、Ｒ４はハロゲン原子、炭素数１〜１０のヒドロカルビル基、炭素数１〜１０のアルキルチオ基、炭素数１〜１０のアルキルアミノ基、又は、炭素数１〜１０のアルコキシ基であり、Ｒ４がヒドロカルビル基であるときは結合して縮合環を形成していてもよく、ｍは０〜４の整数である。）
上記化学式２の極性オレフィンモノマーとしては、２−アリル−４−フルオロアニソール、２−アリル−４，５−ジフルオロアニソール、２−アリル−４−メチルアニソール、２−アリル−４−ｔｅｒｔ−ブチルアニソール、２−アリル−４−へキシルアニソール、２−アリル−４−メトキシアニソール、３−（２−メトキシ−１−ナフチル）−１−プロピレンなどの置換２−アリルアニソール（以下、「ＡＰＲ」とも称する）；無置換の２−アリルアニソール（３−（２−アニシル）−１−プロピレン）（以下、「ＡＰ」とも称する）；などが考えられる。
【００１４】
そのほかにも、上記第１ポリマー材としては、下記化学式３に示す（ＩＩＩ）または（ＩＶ）で表される構造単位を少なくとも含む共重合体であってもよい。
（化３）
2022003251.tif 000004
（式中、Ｒ１、Ｒ３、Ｒ４、Ｚ、ｍ及びｎは、上記化学式２のそれぞれと同義であり、ｘ及びｙは、共重合体の全配列中における各構造単位の割合（モル比率）を示し、ｘ＞０、ｙ＞０、ｘ＞ｙ、８０％≦ｘ＋ｙ≦１００％（例えば、ｘは、３０モル％以上、又は４０モル％以上である。また、例えば、ｘ＋ｙは、８５％以上、９０％以上、９５％以上又は９７％以上である。）を満足する正の数である。）
具体例として、下記実験で用いた理化学研究所が作成した第１ポリマー材は、Ｚが酸素原子、Ｒ１がメチル基、ｎが１、ｍが０、Ｒ３がメチレン基であり、ｘが４０モル％程度、ｙが６０モル％程度のポリマーであって、数平均分子量は９万程度、ガラス転移点は−５℃程度であった。
なお、上記第１ポリマーとしては、上記構造のポリマーに限定されるものではなく、例えば、Ｒ１としてメチル基以外の置換基に替えたものも使用可能である。また、数平均分子量が５万以上４０万以下の範囲で、且つガラス転移点が−３０℃以上１０℃以下であることがシール材としての機能発現が可能である。
これ以上の上記第１ポリマー材の詳細については、国際公開ＷＯ２０１９／１７７１１０号や、Ｈａｏｂｉｎｇ  Ｗａｎｇ，  Ｙａｎｇ  Ｙａｎｇ，  Ｍａｓａｙｏｓｈｉ  Ｎｉｓｈｉｕｒａ，  Ｙｕｊｉ  Ｈｉｇａｋｉ，  Ａｔｓｕｓｈｉ  Ｔａｋａｈａｒａ，  Ｚｈａｏｍｉｎ  Ｈｏｕ，  ”Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ  ｏｆ  Ｓｅｌｆ−Ｈｅａｌｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ  ｂｙ  Ｓｃａｎｄｉｕｍ−Ｃａｔａｌｙｓｅｄ  Ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ａｎｄ  Ａｎｉｓｙｌｐｒｏｐｙｌｅｎｅｓ”，  Ｊ．  Ａｍ．  Ｃｈｅｍ．  Ｓｏｃ．  ２０１９，  １４１，  ７，  ３２４９−３２５７に開示されている。
【００１５】
上記第２ポリマー材は、図４に示すように、複数の環状分子１３が鎖状分子１４によって貫通された、ポリロタキサンと呼ばれる分子集合体によって構成され、鎖状分子１４としてのポリエチレングリコールに、環状分子１３としてのシクロデキストリンを導入したものとなっている。
本実施例において、上記鎖状分子１４としては、上記ポリエチレングリコールを使用することができ、また鎖状分子１４は分子量１００００〜４００００程度のものを使用している。
上記環状分子１３としてのシクロデキストリンとは、グルコピラノース単位がα−１、４−グルコシド結合により、環状に連なった化合物となっており、当該シクロデキストリンの空洞外部は親水性、内部は疎水性を有していることから、空洞内部に疎水性分子を取り込んだ包接化合物を形成することが知られている。
上記構成を有する第２ポリマー材は、上記環状分子１３が上記鎖状分子１４に沿って移動可能となっており、また上記シクロデキストリンには多数の水酸基が存在していることから、この水酸基を架橋点（図示点線部分）として、他の組の環状分子１３と架橋し、鎖状の構造を形成するようになっている。
本実施例の第２ポリマー材は、アドバンストソフトマテリアルズ社のセルムス−パーポリマーＳＨ１３００Ｐとして入手可能となっている。
なお、上記第２ポリマー材の詳細については、Ａ．Ｈａｒａｄａ，Ｊ．Ｌｉ，Ｍ．Ｋａｍａｃｈｉ，Ｎａｔｕｒｅ  ３５６，３２５（１９９２）に開示されている。
【００１６】
そして本実施例における上記シール部５を構成する樹脂は、上記第１ポリマー材に対し、上記第２ポリマー材を５０％未満の濃度で添加したものとなっている。上記濃度が５０％を超えてしまうと、相手材への追従性が悪化してしまい、口開きが発生する恐れがある。
また上記樹脂からなるシール部を金属基板に形成する際、上記第１ポリマー材と第２ポリマー材とを混合した溶液を作成するために溶剤としてトルエンやケトン類を用いることが可能となっている。
そして作成した溶液を金属基板２にスクリーン印刷等の方法で塗布し、その後、溶液中のトルエンやケトン類が揮発することにより金属基板２上に上記シール部５を形成することができる。金属基板２上に上記シール部５を形成する工程として、加硫のための加熱処理が不要となっている。
【００１７】
上記シール部５を構成する樹脂は、当該シール部５の所要の部分（実際の試験内容に記載を合わせます）に対し、直径５ｍｍの円柱状治具を８０Ｎの荷重で２０秒間押し付け、その後当該円柱状治具を０．１ｍｍ／ｓの速度で上方に移動させた際における、上記円柱状治具に対して作用したはりつき荷重が５Ｎ以上となっている。
上記はりつき荷重はガスケット１と相手部材とが離隔した際における、シール部５が相手部材に追従する垂直剥離性を示し、０．１Ｎ未満であると口開きに対し良好なシール性を有さない。
【００１８】
以下、本発明にかかるガスケットに使用した樹脂を用いた発明品と、当該発明品と比較するための比較品１、２とについて行った実験結果について説明する。
発明品には、上記実施例に記載した上記第１ポリマー材および第２ポリマー材を含む樹脂を用いた。具体的には、上記第１ポリマー材として上記国際公開ＷＯ２０１９／１７７１１０号の実施例に記載のＰ２と同様の方法、条件で作製した理化学研究所作成のものを使用し、置換基に水素原子が連結された平均分子量９万のものを使用した。
また上記第２ポリマー材としてアドバンストマテリアルズ社製のセルムスーパーポリマーＳＨ１３００Ｐを使用した。
このように準備した第１、第２ポリマー材を、上記第１ポリマー材に対し、上記第２ポリマー材を５％の濃度となるように添加し、さらに溶剤としてメチルエチルケトンを全重量の６２％となるように混合して、溶液を作成した。
作成した溶液をスクリーン印刷の手段を用いて金属板上に塗布し、その後所定時間放置して溶液中のメチルエチルケトンを揮発させ、これにより金属板上に樹脂部分を形成した。
金属板上に形成した樹脂部分の寸法は、少なくとも２５ｍｍ２以上の面積を有しており、また厚さは１ｍｍとした。
【００１９】
比較品１は、上記発明品として金属板に形成した樹脂部分に代えて、フッ素ゴムを使用し、その他の樹脂部分の広さや厚さについては発明品と同じ寸法で作成した。
比較品２は、上記発明品として金属板に形成した樹脂部分に代えて、上記実施例で使用した第１ポリマー材を用いるが第２ポリマー材を含まない樹脂を使用し、その他の樹脂部分の広さや厚さについては発明品と同じ寸法で作成した。
【００２０】
最初に、実験１として、上記発明品および比較品１、２に対し、以下の実験を行った。
実験では、常温において上記樹脂部分に対し、直径５ｍｍのＳＵＳ３０４製の円柱状の治具を８０Ｎの荷重で２０秒間押し付け、その後当該治具を０．１ｍｍ／ｓの速度で垂直方向上方に移動させた。
そして上記治具を上方に移動させた際に、上記樹脂部分から当該治具に対して作用した応力をはりつき荷重として測定した。
その後、樹脂部分より離隔させた治具について、樹脂部分への密着部分に上記樹脂部分の破片等が付着しているか否かの確認を行った。
【００２１】
上記実験装置を用いた実験の結果、上記はりつき荷重は、発明品が１３．７３８Ｎ、比較品１が０Ｎ、比較品２が９．０４４Ｎであった。
まず比較品１は、治具が上方に離脱する際に圧縮変形状態から元の成形厚さまでは復帰するものの、それ以上は変形せずに直ちに治具から離脱したため、はりつき荷重は０Ｎとなった。
すなわち比較品１にかかるフッ素ゴムをシール部５としてガスケット１に用いた場合、相手部材がガスケット１から過剰に離隔した場合、上記口開きに対して十分なシール性が得られないものといえる。
これに対し、発明品および比較品２については、治具が離隔した際に元の成形高さを超えて変形し、治具に追従する垂直剥離性が確認された。これにより、発明品や比較品２にかかる樹脂をシール部５としてガスケット１に用いた場合、口開きに対してシール性を維持することができると推察される。
そして発明品と比較品２とを比較すると、発明品のほうが比較品２よりも約１．５倍程度の垂直剥離性が得られたことから、発明品にかかる樹脂をシール部５としてガスケット１に使用した際には、比較品２によりもさらに良好なシール性が得られるものと推察される。
続いて、発明品および比較品１、２より離隔させた治具の接触部分を観察したところ、発明品および比較品１、２のいずれの場合においても、治具に樹脂部分を構成していた破片等は見られなかった。
【００２２】
実験２では、上述した垂直剥離性の見られた発明品および比較品２についてさらに実験を行った。
本実験においても実験１と同様、常温において上記金属板の表面に形成した樹脂部分に対し、直径１１．３ｍｍ（面積１００ｍｍ２相当）のＳＵＳ３０４製の円柱状治具を２００Ｎ、４００Ｎ、６００Ｎ、８００Ｎの各荷重で２０秒間押し付け、その後当該円柱状治具を０．１ｍｍ／ｓの速度で垂直方向上方に移動させて上記はりつき荷重を測定した。
発明品において、２００Ｎ〜８００Ｎの各荷重を作用させた際のはりつき荷重は、それぞれ４５．６Ｎ、４７．２Ｎ、４８．７Ｎ、４９Ｎであった。
これに対し、比較品２において、２００Ｎ〜８００Ｎの各荷重を作用させた際のはりつき荷重は、それぞれ３２．８Ｎ、３５．７Ｎ、３６．８Ｎ、３６．５Ｎであった。
この実験結果からも、発明品は比較品２よりも良好な垂直剥離性が得られていることが確認でき、発明品をガスケット１として使用した際、比較品２を用いた場合に比べて口開きに対する良好なシール性を得ることができると推察される。
【００２３】
このように、上記発明品に使用した樹脂部分によって構成されるシール部５を備えたガスケット１によれば、相手部材が離隔した場合における口開きに対して良好にシール性を維持することができ、また以下の効果も得ることができる。
第１に、ガスケット１と相手部材とを離隔させた際、本実施例のシール部５を構成する樹脂が相手部材に残留しないことから、ガスケット１を交換する際に、相手部材から樹脂部分の破片の除去作業が不要となり、メンテナンス性が良い。
第２に、良好な垂直剥離性によってシール部５が相手部材へと追従することから、これまで複数枚の金属基板２を積層させて構成されていたガスケット１を、金属基板２の枚数を減らしたガスケット１に代えることができる。
この場合、各金属基板２にシール部５を形成してもよく、一部の金属基板２にのみシール部５を形成してもよい。
【符号の説明】
【００２４】
１  ガスケット                  ２  金属基板
３  開口穴                      ５  シール部
【図１】
2022003251.tif 000005
【図２】
2022003251.tif 000006
【図３】
2022003251.tif 000007
【図４】
2022003251.tif 000008