(57)【要約】【課題】ジョイントシートを素材としたガスケットのフレッティングによるシール媒体の漏れの発生を防止することにある。【解決手段】ゴムと補強繊維と充填材とを混合した原料を混練しつつ加圧積層するとともに加硫して形成したジョイントシートからなるガスケット素材において、前記原料の基本組成が、前記補強繊維としての２０重量％以上のアラミド繊維と、２３重量％以上で３０重量％以下の前記ゴムと、前記充填材としての７重量％以上で３０重量％以下の硫酸バリウムと、他の前記充填材としての残部の無機充填材と、からなることを特徴とするガスケット素材である。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゴムと補強繊維と充填材とを混合した原料を混練しつつ加圧積層するとともに加硫して形成したジョイントシートからなるガスケット素材において、
前記原料の基本組成が、
前記補強繊維としての２０重量％以上のアラミド繊維と、
２３重量％以上で３０重量％以下の前記ゴムと、
前記充填材としての７重量％以上で３０重量％以下の硫酸バリウムと、
他の前記充填材としての残部の無機充填材と、
からなることを特徴とする、ガスケット素材。
【請求項２】
前記アラミド繊維は比表面積が６ｍ２　／ｇ以上のものであることを特徴とする、請求項１記載のガスケット素材。
【請求項３】
前記硫酸バリウムは平均粒子径３μｍ以下のものであることを特徴とする、請求項１または２記載のガスケット素材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、車両等に搭載されるエンジンや変速機等に用いられるガスケットの素材に関し、特には、ゴムと補強繊維と充填材とを混合した原料を混練しつつ加圧積層するとともに加硫して形成したジョイントシートからなるガスケット素材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、車両等に搭載されるエンジンの周辺用のガスケットの素材としては、補強繊維としてのアスベストをニトリルゴムとフェノール樹脂等で固めて積層状にしたいわゆるアスベストジョイントシートが用いられていたが、昨今のアスベストの規制から、本願出願人等は、例えば１９９２年５月社団法人自動車技術会発行の学術講演会前刷集に本願出願人等が発表した論文「ノンアスベストガスケットの開発」に記したように、アスベストを使用せずに他の強化繊維を使用したジョイントシートの実用化を検討している。
【０００３】
ところで、例えば、エンジンと組み合わされた変速機のハウジングとそこにボルトで固定されるカバーとの間のガスケット挿入部のように、エンジンの運転と停止との繰り返し等により温度変化が大きくなる構造体にガスケットを用いた場合、その温度変化の繰返しに起因してハウジングおよびカバーとガスケットとの接合面間に繰返し相対変位（フレッティング）が生じる。また、近年の軽量化の要請により、ハウジングやカバー等の構造体の低剛性化が進んいるため、カバー等に加わる外力によってもフレッティングが生ずる。
【０００４】
一方、補強繊維がアスベストの場合を含めて従来のジョイントシートは引張強度が低い。このため、従来のジョイントシートを素材としたガスケットをエンジンの周辺の変速機等に用いると、上記フレッティングによってガスケットが本来の位置からずれて面圧低下によりシール媒体の漏れが発生してしまう。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、従来からジョイントシートを高強度化する方法が以下の如く種々検討されているが、何れの方法も充分適切とはいえない。すなわち、補強繊維の組成配合量を増加させて強度向上を図ったり、補強繊維の繊維長を増大させてモノホロジー効果の増大により強度向上を図ったりしているが、これらの方法ではガスケットの原料コストの高騰を招くとともにガスケット表面の平滑性悪化によるシール性低下を招くという問題がある。
【０００６】
また、ジョイントシートの積層形成時のロール圧を高めることでガスケットの密度を高めて強度向上を図ったり、ジョイントシートの積層形成時のホットロールの温度を高めて配合ゴムの加硫温度を上昇させることでジョイントシートの硬化を促進させて強度向上を図ったりしているが、これらの方法では、図７に示すように、ジョイントシートの強度をある程度以上にするとジョイントシートの硬度が高くなり過ぎて繰返し圧縮応力に対するガスケットの耐久性が低下し、最悪の場合はガスケットが座屈疲労すなわち、圧縮破壊による横流れを伴う圧縮永久歪みを生じて、図８に示すようにシール性低下を招くという問題がある。
【０００７】
さらに、ジョイントシートの組成配合においてゴム配合量を減らすことでジョイントシートを硬化させて強度向上を図ったり、ジョイントシートの配合ゴムにおいてＮＢＲ系ゴムのアクリロニトリル比率を４０％以上に高めることでジョイントシートを硬化させて強度向上を図ったりしているが、これらの方法ではジョイントシートの柔軟性が低下し、面圧が加わった状態でフレッティングによりスラスト方向の応力が加わった場合にガスケットが大きなへたり、すなわち板厚減少方向の圧縮永久歪みを生じて、シール性低下を招くという問題がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は上記課題を有利に解決したガスケット素材を提供することを目的とするものであり、この発明のガスケット素材は、ゴムと補強繊維と充填材とを混合した原料を混練しつつ加圧積層するとともに加硫して形成したジョイントシートからなるガスケット素材において、前記原料の基本組成が、前記補強繊維としての２０重量％以上のアラミド繊維と、２３重量％以上で３０重量％以下の前記ゴムと、前記充填材としての７重量％以上で３０重量％以下の硫酸バリウムと、他の前記充填材としての残部の無機充填材と、からなることを特徴とするものである。
【０００９】
かかるこの発明のガスケット素材によれば、２０重量％以上のアラミド繊維と７重量％以上で３０重量％以下の硫酸バリウムとが、ジョイントシートの柔軟性を高く維持しつつ強度を高めているから、たとえハウジングやカバー等の構造体にフレッティングが生じても、ガスケットが本来の位置からずれて面圧低下によりシール媒体の漏れが発生するのを防止することができる。
【００１０】
しかも、補強繊維の組成配合量の増加や補強繊維の繊維長の増大により強度向上を図ってはいないので、ガスケットの原料コストを低く維持しうるとともに、ガスケット表面を平滑性にし得てシール性を充分高めることができ、また、ジョイントシートの積層形成時のロール圧の上昇やホットロールの温度上昇により強度向上を図ってはいないので、ジョイントシートの硬度を低く維持し得て、繰返し圧縮応力に対するガスケットの耐久性を確保し、ガスケットの座屈疲労によるシール性低下を防止することができる。
【００１１】
さらに、ジョイントシートの組成配合におけるゴム配合量の減少やＮＢＲ系ゴムのアクリロニトリル比率の上昇により強度向上を図ってはいないので、ジョイントシートの柔軟性を高く維持し得て、面圧付加状態下のフレッティングによるスラスト方向の応力に対し、ガスケットの大きなへたりによるシール性低下を防止することができる。
【００１２】
なお、この発明のガスケット素材においては、前記アラミド繊維は比表面積が６ｍ２　／ｇ以上のものであることが好ましい。アラミド繊維のフィブリル度を示す比表面積を６ｍ２　／ｇ以上とすると、ジョイントシートひいてはそれから形成したガスケットの引張強度および座屈疲労面圧を充分高め得るからである。
【００１３】
また、この発明のガスケット素材においては、前記硫酸バリウムは平均粒子径３μｍ以下のものであることが好ましい。３μｍ以下の粒子径の硫酸バリウム粉末を用いると、ジョイントシートひいてはそれから形成したガスケットの座屈疲労面圧が特に高くなるからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明のガスケット素材の一実施形態を示す断面図であり、図中符号１は、いわゆる中材からなる主層１ａと、いわゆる皿材からなる表層１ｂとの二層からなる多層構造とした上記実施形態の、ガスケット素材としてのジョイントシートを示す。
【００１５】
この実施形態のジョイントシート１は、例えばＮＢＲ等のゴムと、フィブリル化　（微細部繊維化）したアラミド繊維からなる補強繊維と、充填材としての硫酸バリウムと、例えばクレー等の他の無機充填材とを混合した原料を、ホットロールとコールドロールとの一対のロールを具えるカレンダーロールのホットロール上に供給して、それらのロールで混練しつつ加圧することでホットロール上に積層し、さらにそのホットロールの熱で加硫して硬化させた後ホットロール上から剥ぎ取ることで形成する。そしてその際、補強繊維や充填材の配合を異ならせることで、図１に示すように、主層１ａと表層１ｂとの二層を形成する（詳細は例えば先の論文「ノンアスベストガスケットの開発」参照）。
【００１６】
ところで、この実施形態のジョイントシート１においては、上記原料の基本組成は、補強繊維としての２０重量％以上のアラミド繊維と、ゴムとしての２３重量％以上で３０重量％以下のＮＢＲ（ニトリル・ブタジェン・ゴム）と、充填材としての７重量％以上で３０重量％以下の硫酸バリウムと、残部の他の無機充填材とからなるものとする。
【００１７】
ここで、上記アラミド繊維には、フィブリル度の指標である比表面積が６ｍ２／ｇ以上の例えば芳香族ポリアミド繊維（パルプタイプ）を用いる。アラミド繊維の比表面積を６ｍ２　／ｇ以上とすると、後述の如く、ジョイントシートひいてはそれから形成したガスケットの引張強度および座屈疲労面圧を充分高め得るからである。
【００１８】
また上記硫酸バリウムには、平均粒子径３μｍ以下の粉末を用いる。３μｍ以下の粒子径の硫酸バリウム粉末を用いると、後述の如く、ジョイントシートひいてはそれから形成したガスケットの座屈疲労面圧を特に高め得るからである。
【００１９】
かかる実施形態のジョイントシート１によれば、２０重量％以上のアラミド繊維と、７重量％以上で３０重量％以下の硫酸バリウムとが、ジョイントシートの柔軟性を高く維持しつつ強度を高めているから、たとえハウジングやカバー等の構造体にフレッティングが生じても、ガスケットが本来の位置からずれて亀裂折損が発生するのを防止することができる。
【００２０】
しかも、補強繊維の組成配合量の増加や補強繊維の繊維長の増大により強度向上を図ってはいないので、ガスケットの原料コストを低く維持しうるとともに、ガスケット表面を平滑性にし得てシール性を充分高めることができ、また、ジョイントシートの積層形成時のロール圧の上昇やホットロールの温度上昇により強度向上を図ってはいないので、ジョイントシートの硬度を低く維持し得て、繰返し圧縮応力に対するガスケットの耐久性を確保し、ガスケットの座屈疲労によるシール性低下を防止することができる。
【００２１】
さらに、ジョイントシートの組成配合におけるゴム配合量の減少やＮＢＲ系ゴムのアクリロニトリル比率の上昇により強度向上を図ってはいないので、ジョイントシートの柔軟性を高く維持し得て、面圧付加状態下のフレッティングによるスラスト方向の応力に対し、ガスケットの大きなへたりによるシール性低下を防止することができる。
【００２２】
従って、この実施形態のジョイントシート１によれば、変速機等の構造体の剛性が低く、しかもその構造体の例えばハウジングとカバーとの間のガスケット挿入部に高いボルト締結力が与えられているような場合に、その構造体に例えばカバーの変形が生ずるような力が加わっても、優れたシール耐久性を発揮することができる。すなわち、構造体の剛性が低い場合には締結ボルト直下およびその近傍ではガスケット挿入部に発生する面圧は高くなるが、締結ボルトのスパン間では低くなる。このためガスケットには、高い耐座屈性と、良好な柔軟性によるシール性とが求められるが、この実施形態のジョイントシート１によればそれらをもたらすことができる。
【００２３】
そして、かかるこの実施形態のジョイントシート１の特性は逆に、構造体の、この実施形態のジョイントシート１でシールする部位の設計に際し、締結ボルト等のピッチやサイズ、カバー厚さ等の自由度を高め得て、構造体の軽量化をももたらすことができる。
【００２４】
図２は、上記実施形態のジョイントシート１と、各々既存流通材料である比較例１〜比較例３の三種類のジョイントシートとについてＪＩＳ　Ｋ　６２５１に規定された条件で引張試験を行った結果の引張強度を比較して示すものである。この図から明らかなように、上記実施形態のジョイントシート１の引張強度（具体的には後述する実施例１〜実施例７の概略平均値）は、既存流通材料のジョイントシートの引張強度よりもかなり高いものとなっている。
【００２５】
また、図３は、上記実施形態のジョイントシート１と、各々既存流通材料である比較例１〜比較例３の三種類のジョイントシートとについて、二枚の板で挟んだリング状試料に油圧プレスで所定面圧を加えた状態でその二枚の板の一方をアクチュエータにより移動幅３００μｍ、周波数１Ｈｚで往復摺動させて３０００サイクルで試料に補強繊維による毛羽立ちが発生するか否かを調べ、試料に毛羽立ちが発生する面圧を座屈疲労面圧とするという条件で座屈疲労試験を行った結果の座屈疲労面圧を比較して示すものである。この図から明らかなように、上記実施形態のジョイントシート１の座屈疲労面圧（具体的には後述する実施例１〜実施例７の概略平均値）は、既存流通材料のジョイントシートの座屈疲労面圧よりもかなり高いものとなっている。
【００２６】
さらに、図４は、上記実施形態のジョイントシート１と、各々既存流通材料である比較例１〜比較例３の三種類のジョイントシートとについて、上記座屈疲労が生じた試料に１０ＭＰａの面圧を加えた状態で試料内部に窒素ガスを供給するとともに試料外周に石鹸液をつけて窒素ガスの漏れを調べ、漏れが発生するガス圧を限界シール圧力として測定する限界シール圧力測定試験の結果を示すものである。この図から明らかなように、上記実施形態のジョイントシート１の限界シール圧力（具体的には後述する実施例１〜実施例７の概略平均値）は、既存流通材料のジョイントシートの限界シール圧力のうち最も高いものと概略同等になっている。
【００２７】
【実施例】
以下の表１は、上記実施形態において組成配合を種々異ならせた実施例１〜実施例７の何れも板厚０．５ｍｍのジョイントシート１と、上記実施形態に準ずるがアラミド繊維と硫酸バリウムとゴムとの何れかの配合が上記実施形態から外れた比較例１〜比較例６の何れも板厚０．５ｍｍのジョイントシートとを製作し、それらのジョイントシートについて、上述した条件でそれぞれ引張試験と座屈疲労試験と限界シール圧力測定試験とを行った結果を示しており、この結果から、比較例１〜６は引張強度と座屈疲労面圧と限界シール圧力との何れかが低かったが、実施例１〜実施例７は何れも、２５ＭＰａ以上の高い引張強度を有するとともに８０ＭＰａ以上の高い座屈疲労面圧を確保し、しかも２．０ｋｇｆ／ｃｍ２以上の限界シール圧力を有しており、良好な特性を有するガスケット素材であることがわかる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
図５は、上記実施形態のジョイントシート１において、原料の基本組成を、アラミド繊維が２０重量％、ＮＢＲが２３重量％、硫酸バリウムが２０重量％、残部が他の無機充填材であるものとし、その硫酸バリウムの粒子径を種々異ならせて、上記と同じ条件で座屈疲労試験と限界シール圧力測定試験とを行って座屈疲労特性に対する硫酸バリウムの粒形の寄与度を調べるとともに限界シール圧力を測定した結果を示すものである。この図から明らかなように、配合する硫酸バリウムの粒子径が４μｍを超えるとジョイントシート１の座屈疲労面圧Ｐ１が特に低下する傾向があり、また硫酸バリウムの粒子径が大きくなるほど限界シール圧力Ｐ２も低下する傾向があるので、硫酸バリウムは３μｍ以下の微細な粉末であることが好ましい。なお、先に述べた図７，８に示す結果も、上記と同じ条件で座屈疲労試験と限界シール圧力測定試験とを行って得たものである。
【００３０】
図６は、上記実施形態のジョイントシート１において、原料の基本組成を、アラミド繊維が２０重量％、ＮＢＲが２３重量％、硫酸バリウムが７重量％、残部が他の無機充填材であるものとし、そのアラミド繊維の比表面積を種々異ならせて、上記と同じ条件で引張試験と座屈疲労試験とを行って、引張強度および座屈疲労特性に対するアラミド繊維のフィブリル度の寄与度を調べた結果を示すものである。この図から明らかなように、配合するアラミド繊維のフィブリル度の指標である比表面積が６ｍ２　／ｇ未満になるとジョイントシート１の引張強度の低下が起こり、これと同期して座屈疲労特性が低下する傾向があり、アラミド繊維の比表面積は６ｍ２　／ｇ以上であることが好ましい。
【００３１】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えばジョイントシートを、上記表層１ｂに対応するいわゆる皿材からなる裏層および表層と、上記主層１ａに対応するいわゆる中材からなる中間主層との三層からなる多層構造としても良く、また上記主層１ａに対応するいわゆる中材のみからなる単層構造としても良い。そしてこの発明のガスケット素材は、変速機のハウジングとカバーとの間に挿入されるガスケット以外のエンジン周辺部のガスケットにも用い得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のガスケット素材の一実施形態を示す断面図である。
【図２】上記実施形態のガスケット素材としてのジョイントシートと、既存流通材料のジョイントシートとの引張強度を対比して示す説明図である。
【図３】上記実施形態のガスケット素材としてのジョイントシートと、既存流通材料のジョイントシートとの座屈疲労面圧を対比して示す説明図である。
【図４】上記実施形態のガスケット素材としてのジョイントシートと、既存流通材料のジョイントシートとの限界シール圧力を対比して示す説明図である。
【図５】上記実施形態のジョイントシートについての配合する硫酸バリウムの粒子径と座屈疲労面圧および限界シール圧力との関係を示す説明図である。
【図６】上記実施形態のジョイントシートについての配合するアラミド繊維の比表面積と引張強度および座屈疲労面圧との関係を示す説明図である。
【図７】従来のジョイントシートについての引張強度と座屈疲労面圧との関係を示す説明図である。
【図８】従来のジョイントシートについての引張強度と限界シール圧力との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
１　ジョイントシート
１ａ　主層
１ｂ　表層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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