(57)【要約】【課題】  高温・高圧下で発泡ゴム層のヘタリがなく、且つ低温での発泡ゴム層の収縮がなく、鋳巣や面粗度の粗いシリンダブロックでも良好にシールし得る金属ガスケットを提供する。【解決手段】  シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、複数のシリンダ用開口周縁部にビードを形成した一対の弾性金属基板と、前記一対の弾性金属基板により前記ビードを介して挟持され、前記シリンダ用開口に対応する開口を有する金属薄板とからなる金属ガスケットにおいて、前記一対の弾性金属基板のうち、少なくともシリンダブロック側に配置される弾性金属基板の両面に、発泡前におけるゴム層厚さが１５〜５０μｍで、かつ２〜４倍の発泡倍率で発泡された発泡ゴム層が形成されていることを特徴とする金属ガスケット。【選択図】  図２
2005315417.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、複数のシリンダ用開口周縁部にビードを形成した一対の弾性金属基板と、前記一対の弾性金属基板により前記ビードを介して挟持され、前記シリンダ用開口に対応する開口を有する金属薄板とからなる金属ガスケットにおいて、
前記一対の弾性金属基板のうち、少なくともシリンダブロック側に配置される弾性金属基板の両面に、発泡前におけるゴム層厚さが１５〜５０μｍで、かつ２〜４倍の発泡倍率で発泡された発泡ゴム層が形成されていることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、複数のシリンダ用開口周縁部にビードを形成した一対の弾性金属基板と、前記一対の弾性金属基板により前記ビードを介して挟持され、前記シリンダ用開口に対応する開口を有する金属薄板とからなる金属ガスケットにおいて、
前記一対の弾性金属基板のうち、少なくともシリンダブロック側に配置される弾性金属基板のシリンダブロックと当接する側の面に、発泡前におけるゴム層厚さが１５〜５０μｍで、かつ２〜４倍の発泡倍率で発泡された発泡ゴム層が形成され、かつ、前記金属薄板と当接する側の面に未発泡ゴムからなる層が形成されていることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項３】
前記発泡ゴム層が、ムーニー値１０〜７０のポリマーをゴムコンパウンド全量の２０〜７０質量％、加熱分解型の化学発泡剤を２０〜６０質量％の割合で含有するゴムコンパウンドを発泡させてなり、かつ該発泡ゴム層の８０％以上が連泡であることを特徴とする請求項１または２記載の金属ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装される金属ガスケットの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に金属ガスケットを介装して締め付けることにより、シール機能を付与している。特にシリンダ用開口に囲繞する領域でのシールは重要であり、この部分のシールが不十分であると、燃焼室内部の圧力低下およびオーバーヒートとなって現れる。そこで、金属ガスケットとして、弾性金属基板に、シリンダ用開口と同心円状のビードを設け、金属ガスケットがボルトと締め付けられたときに発生するビードの反発力を利用して、シリンダ用開口を囲繞する周縁部のシール機能を高めるように構成したガスケットが多用されている。
【０００３】
また、シリンダブロックやシリンダヘッドの表面には、鋳巣（鋳造時の気泡に基づく表面の微細な凹部）が形成されていることが多く、これらを通じてのリークを防ぐために、弾性金属基板に発泡ゴム層を形成した金属ガスケットも知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】実開平５−８６０７０号公報
【特許文献２】実開平６−３２８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、発泡ゴム層を備える弾性金属基板では、一般に発泡前のゴム層（未発泡ゴム層）が約７０μｍ以上の厚さがないと、発泡すること（特に発泡倍率が２倍以上）が困難となる。また、発泡前のゴム層が厚いため、高温・高圧下で発泡ゴム層がへたり、ボルトの軸力が低下してしまう。尚、発泡倍率とは、発泡前のゴム層の厚さに対する発泡後のゴム層の厚さの比率である。更に、発泡ゴム層を得るには、一般にマイクロカプセル法、化学発泡剤を用いた加熱分解法があるが、マイクロカプセル法で得られた発泡ゴム層は発泡倍率が小さいため、鋳巣シールへの効果は小さく、また発泡ゴム層の多くが独泡（発泡セルが独立した気泡）であることから、低温（マイナス温度下）で独泡の収縮があり、ボルトの軸力低下を引き起こしたり、シール面圧が低いときは、発泡ゴム層が完全に漬れ切らないために、使用中に発泡ゴム層がへたってボルトが応力緩和するという問題がある。
【０００６】
また、従来の発泡ゴム層は一般に、シール面にφ１．５ｍｍ以下の鋳巣が存在したり、面粗度が１２．５Ｒａ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４による十点平均粗さ）以下のときに、優れたシール性を発揮するが、それ以上では十分なシール性を確保できないことがある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、高温・高圧下で発泡ゴム層のヘタリがなく、且つ低温での発泡ゴム層の収縮がなく、鋳巣や面粗度の粗いシリンダブロックでも良好にシールし得る金属ガスケットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は下記に示す金属ガスケットを提供する。
（１）シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、複数のシリンダ用開口周縁部にビードを形成した一対の弾性金属基板と、前記一対の弾性金属基板により前記ビードを介して挟持され、前記シリンダ用開口に対応する開口を有する金属薄板とからなる金属ガスケットにおいて、
前記一対の弾性金属基板のうち、少なくともシリンダブロック側に配置される弾性金属基板の両面に、発泡前におけるゴム層厚さが１５〜５０μｍで、かつ２〜４倍の発泡倍率で発泡された発泡ゴム層が形成されていることを特徴とする金属ガスケット。
（２）シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、複数のシリンダ用開口周縁部にビードを形成した一対の弾性金属基板と、前記一対の弾性金属基板により前記ビードを介して挟持され、前記シリンダ用開口に対応する開口を有する金属薄板とからなる金属ガスケットにおいて、
前記一対の弾性金属基板のうち、少なくともシリンダブロック側に配置される弾性金属基板のシリンダブロックと当接する側の面に、発泡前におけるゴム層厚さが１５〜５０μｍで、かつ２〜４倍の発泡倍率で発泡された発泡ゴム層が形成され、かつ、前記金属薄板と当接する側の面に未発泡ゴムからなる層が形成されていることを特徴とする金属ガスケット。
（３）前記発泡ゴム層が、ムーニー値１０〜７０のポリマーをゴムコンパウンド全量の２０〜７０質量％、加熱分解型の化学発泡剤を２０〜６０質量％の割合で含有するゴムコンパウンドを発泡させてなり、かつ該発泡ゴム層の８０％以上が連泡であることを特徴とする上記（１）または（２）記載の金属ガスケット。尚、連泡とは発泡セルが連続で繋がった気泡である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の金属ガスケットは、高温・高圧下で発泡ゴム層のヘタリがなく、且つ低温での発泡ゴム層の収縮がなく、更に鋳巣や面粗度の粗いシリンダブロックでも良好にシールし得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１１】
本発明の金属ガスケットは、複数のシリンダ用開口周縁部にビードを形成した一対の弾性金属基板と、前記一対の弾性金属基板により前記ビードを介して挟持され、シリンダ用開口に対応する開口が形成された金属薄板とから概略構成される。具体例を図１及び図２（図１のＸＸ断面図）に示すが、金属ガスケットは、多気筒エンジンの各シリンダ用開口１の周縁部に沿って形成された凸形ビード２を備えた２枚の弾性金属基板Ａ１，Ａ２と、各シリンダ用開口１の周縁部をそれぞれ所要の幅で囲繞し、かつ弾性金属基板Ａ１，Ａ２のビード凸部側に対向して形成された環状部からなる金属薄板Ｂとで構成されている。尚、金属薄板Ｂは、ステンレス鋼製が好ましく、その厚さは、０．０５〜０．１５ｍｍが好ましい。
【００１２】
金属薄板Ｂは、隣り合う部分で一体に連結する構成とされており、その際シリンダ用開口周縁部の金属部位の複数箇所（図中、符号６；図の例では４箇所）で一方の弾性金属基板Ａ２に固定される。
【００１３】
本発明の金属ガスケットでは、一対の弾性金属基板Ａ１，Ａ２のうち、少なくともシリンダヘッド側（図２では図中下側）の弾性金属基板Ａ２に発泡ゴム層１０を形成する。発泡ゴム層１０を形成するゴムコンパウンドには、ムーニー値１０〜７０のポリマーがゴムコンパウンド全量の２０〜７０質量％の割合で配合されることが好ましい。より好ましくは、ムーニー値が２０〜６０で、配合量がゴムコンパウンド全量の２０〜６０質量％である。このようなポリマーの配合により、発泡ゴム層１０のへたりを効果的に抑えることができる。
【００１４】
また、図示は省略するが、弾性金属基板Ａ１、Ａ２のビードの屈曲部を、曲率半径（Ｒ）が０．５ｍｍ以上の湾曲部を起点とするように形成してもよい。シリンダヘッドやシリンダブロックの表面には、鋳巣が形成されることが多く（図４参照）、中にはφ１．５ｍｍを越える大きな鋳巣が存在する。ビードの屈曲部が直線状に折れ曲がって角部が形成されていると、この角部と鋳巣との隙間によりシール性が低下するが、ビードに湾曲を設けると、装着時にビードの湾曲部の湾曲状の起点が鋳巣を覆うように弾性変形してシールを確保する。このような湾曲部は、従来のガスケットに比べ同一締め付け条件で得られるシリンダヘッドあるいはシリンダブロック表面との接触幅を１．５〜２．０倍以上に拡大できる点で有効である。ここで、一般的な弾性金属基板Ａ１，Ａ２は、板厚０．２〜０．３ｍｍのステンレス鋼板製であり、弾性変形によりφ１．５ｍｍを越えるような鋳巣を確実に覆うためには、湾曲状の起点の曲率半径（Ｒ）を０．５ｍｍ以上、好ましくは１．５ｍｍ以上とする。このような屈曲部を形成するには、Ｒを付与しながら曲げ加工を行うことにより容易に実施できる。弾性金属基板Ａ１，Ａ２に湾曲部を形成することにより、発泡ゴム層１０と相俟ってより鋳巣や面密度の粗いシリンダブロックやシリンダヘッドに対して発泡ゴム層１０のみの場合と比較してより一層シール効果が高まる。
【００１５】
ポリマーの種類は、ムーニー値が前記の範囲であれば制限されず、従来からゴム層を積層したガスケットに使用されているＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、アクリルゴム等を使用でき、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴムを用いるのが好ましい。また、ＮＢＲは、耐油性を持たせるため、ＡＮ値（ＮＢＲ中のアクリロニトリル基の含有量）が３９〜５２までのものを用いるのが好ましく、４０〜４８までのものがより好ましい。
【００１６】
また、ゴムコンパウンドには、加熱分解型の化学発泡剤が配合される。この加熱分解型の発泡剤の種類は限定されないが、発泡温度が１２０℃以上のものがよい。更に、１５０〜２１０℃のものが最良である。また、配合量はゴムコンパウンド全量の２０〜６０質量％の割合で配合されることが好ましく、より好ましくは１５〜３５質量％である。
【００１７】
また、ゴムコンパウンドには加硫剤及び加硫促進剤が添加される。加硫剤は、加硫密度が高くなるように多量に配合されるのが好ましく、硫黄加硫の場合、１．５〜４．５ｐｈｒで用いられるのが好ましい。また、加硫促進剤は、キュラストデータ（１５０℃）でＴ５０までの時間が４分以内で立ち上がる高速のものを用いるのが好ましい。尚、キュラストデータ（１５０℃）でＴ５０までの時間とは、キュラスト試験機を用い１５０℃で加硫を行った際に、ゴムの加硫程度がＴ５０に達するまでに要する時間である。
【００１８】
上記のゴムコンパウンドは、有機溶剤に溶解させて塗布液とされ、弾性金属基板Ａ２に塗布される。有機溶剤は上記のゴムコンパウンドを溶解できるものであれば制限されるものではないが、トルエン等の芳香族炭化水素系溶剤（ケトン系も可）１０〜９０質量％に対し、エステル系溶剤を１０〜９０質量％の割合で混合したものを例示できる。そして、この有機溶剤に上記のゴムコンパウンドを固形分濃度１０〜６０質量％となるように溶解する。
【００１９】
ゴムコンパウンドを含有する塗布液の塗布方法にも制限がないが、塗布厚を制御できる方法が好ましく、スキマコーターやロールコーター等が好適である。塗布厚は１５〜５０μｍであり、その後、約１５０〜２４０℃で５〜１５分間熱処理して発泡剤を発泡させ、発泡ゴム層を形成する。このとき、得られる発泡ゴム層の発泡倍率は２〜４倍で、８０％以上が連泡となるように、用いる加硫剤や発泡剤、加熱時間等の発泡条件を調整する。発泡倍率を２〜４倍に自由に変えるには、上記したムーニー値を有するポリマーと、上記した加硫剤及び発泡剤とを上記で規定した配合とすることにより達成することができ、特に、この発泡倍率はポリマーのムーニー値と加硫速度に依存する。これは、ポリマーのムーニー値が低いと発泡ガスによるポリマーの変形が大きくなり、逆にムーニー値が高いと発泡ガスによるポリマーの変形が小さくなるためである。加硫速度に関しては速度が速いと、発泡ガスによってポリマーが膨張変形する前に加硫が進行する為、発泡倍率が抑えられる。逆に加硫速度が遅いと加硫によるゴムの硬化速度より、発泡ガスによるポリマーの変形が優先する為発泡倍率が大きくなる。例えば、ムーニー値２０〜４０のポリマーと、速度の遅い加硫促進剤（キュラストデータ：１５０℃加硫でＴ５０までの立ち上がり時間が５〜６分程度）と、発泡分解温度の低い発泡剤とを組み合わせると発泡倍率が大きくなり、逆にムーニー値が４０〜６０のポリマーと加硫速度が速い加硫促進剤（キュラストデータ：１５０℃加硫でＴ５０までの立ち上がり時間が１〜３分程度）と、発泡分解温度の高い発泡剤とを組み合わせると発泡倍率が小さくなる。このように、ポリマー、加硫促進剤及び発泡剤の組み合わせにより、発泡倍率を自由にコントロールすることができる。
【００２０】
このような発泡ゴム層１０は、高温・高圧下でもへたりが抑えられ、長期にわたり良好なシール性を維持する。また、シリンダブロックの表面にφ１．５ｍｍを越える鋳巣が存在したり、面粗度が１２．５Ｒａを越える場合でも十分なシール性を維持できるようになる。
【００２１】
一方、シリンダヘッド側（図２では図中上側）の弾性金属基板１Ａには、未発泡のゴム層１１を形成する。シリンダヘッドはシリンダブロックに比べて低温であるため、熱の影響を受け難く、未発泡ゴム層１１でも十分なシール性が得られる。しかし、シリンダヘッドもシリンダブロックと同様に鋳造により作製されるため、鋳巣や粗面が存在してシール性能を低下させるおそれがある。そこで、本発明の金属ガスケットでは、図示は省略するが、シリンダヘッド側の弾性金属基板１Ａにも上記と同様の発泡ゴム層を形成することが好ましい。
【００２２】
また、発泡ゴム層１０は、上記したように、シリンダブロックあるいはシリンダヘッドの鋳巣や粗面に対するシール性に特に有効であるが、金属薄板Ｂとの圧接によりへたりが生じ、シール性能が徐々に低下することが懸念される。そこで、図３に示すように、弾性金属基板Ａ２の金属薄板Ｂ側の面には、発泡ゴム層に代えて未発泡ゴム層１１を形成してもよい。尚、シリンダヘッド側の弾性金属基板１Ａにも発泡ゴム層を形成する場合は、同様に、弾性金属基板１Ａの金属薄板Ｂ側の面に未発泡ゴム層１１を形成する。
【実施例】
【００２３】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００２４】
（実施例１〜３、比較例１〜７）
［試料の作製］
表１に示すようにポリマー及び発泡剤を配合したゴムコンパウンドを、固形分濃度４０質量％となるようにトルエンと酢酸エチルとの混合有機溶剤に溶解し、塗布液を調製した。そして、ノンクロム処理したステンレス鋼板にプライマー処理を施し、塗布液をロールコーターで塗布した後（塗布厚は表１の通り）、２１０℃で１０分間熱処理して試料を得た。
各試料について、以下の評価を行った。
【００２５】
【表１】
2005315417.tif 000003
【００２６】
［評価方法］
１．発泡倍率
発泡倍率の測定は、発泡前のゴム層の厚さと発泡後のゴム層の厚さをマイクロメーターで測定し、以下の式から発泡倍率を算出した。
【００２７】
【数１】
2005315417.tif 000004
【００２８】
２．連泡率の測定
試料を水中に浸漬し、これを真空脱気して発泡ゴム層のセル中に水を置換させる。水中置換後の重量が一定になるまで試験を行い、以下の式から連泡率を算出した。
【００２９】
【数２】
2005315417.tif 000005
【００３０】
３．耐熱フロー性
試料を、面圧１００ＭＰａ、１５０℃×２２Ｈｒの条件で放置し、試験後の試料の外観をマイクロスコープで観察し、下記基準で評価した。
評価基準
○：ゴムフローなし
×：ゴムフローあり
【００３１】
４．トルクダウン率
各サンプルを下記の試験を行い、トルクダウン率を評価した。 
（１）サンプルをフランジにセットし、ボルトをトルクレンチを用いて締め込み、締め込んだ時のトルク値（初期のトルク値）を測定した。 
（２）（１）の状態でサンプルを−35℃に冷却した。 その状態で、ボルトとフランジの接面にマーキングを施し、ボルトを外した。 
（３）再度、ボルトをトルクレンチを用いて、マーキング部まで締め込み、その時のトルク値（−35℃まで冷却した時のトルク値）を測定した。
また、試料の初期（常温）のトルク値と、−３５℃まで冷却した時のトルク値とを比較し、以下の式からトルクダウン率を算出した。
【００３２】
【数３】
2005315417.tif 000006
【００３３】
５．シール試験
配合１〜１０を用いて、以下の表２に示す形状を有する実施例１〜３及び比較例１〜７のガスケットを作成した。そして、それぞれのガスケットを表２に示すフランジに組み込み、以下に記す評価を行った。
・鋳巣シール試験
（１）図４に示すように、試料をハーフビード形状が高さ０．２ｍｍ×幅１．５ｍｍで、ハーフビードのセンター径がφ５１．５ｍｍに加工してガスケットとし、これを鋳巣（φ２．５ｍｍ×深さ２．５ｍｍ）を設けたフランジに鋳巣位置がハーフビードセンターの位置になるよう組み付け、ビード線圧１０Ｎ／ｍｍの条件で締め込む。
（２）（１）の状態で、フランジの中央にあるノズルから空気（２００ＫＰａ）を送り込み、漏れ量を測定した。
・面粗度シール試験
（１）試料をハーフビード形状が高さ０．２ｍｍ×幅１．５ｍｍで、ハーフビードのセンター径がφ５１．５ｍｍに加工してガスケットとし、これを面粗度５０Ｒａのフランジに、鋳巣位置がφ５１．５ｍｍの箇所になるよう組み付け、ビード線圧１０Ｎ／ｍｍの条件で締め込む。
（２）（１）の状態で、フランジの中央にあるノズルから空気（２００ＫＰａ）を送り込み、漏れ量を測定した。
【００３４】
【表２】
2005315417.tif 000007
【００３５】
上記各測定及び各試験の結果を、表３にまとめて示す。尚、各シール試験の評価は、空気漏れが無い場合を「○」、空気漏れが発生した場合を「×」とした。
【００３６】
【表３】
2005315417.tif 000008
【００３７】
表３から、本発明に従う発泡ゴム層を有する実施例の試料は、耐熱フロー製、トルクダウン率、シール試験の何れに対しても良好な結果が得られることがわかる。これに対し、発泡前のゴム層厚が過大である比較例１の試料は耐熱フロー性が悪く、トルクダウン率も若干劣る。比較例２の試料はマイクロカプセル型の発泡剤を用いたことから、連泡率が低く、トルクダウン率も劣っている。ムーニー値が過大の比較例３の試料は、発泡倍率が低く、シール性能に劣っている。発泡剤量が過小の比較例４の試料も発泡倍率が低く、シー性能に劣っている。ポリマー量が過小の比較例５の試料は連泡率が低く、耐熱フロー性に劣り、トルクダウン率が最も大きい。比較例６の試料はマイクロカプセル型の発泡剤を用い、かつ発泡前のゴム層が過大であることから、発泡倍率及び連泡率が最低で、シール性能にも劣っている。比較例７の試料は発泡剤を使用しないため、シール性に劣っている。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の金属ガスケットの一実施形態を示す平面図である。
【図２】図１のＸＸ断面図である。
【図３】本発明の金属ガスケットの他の実施形態を、図１のＸＸ断面に沿って示す図である。
【図４】実施例で実施した鋳巣シール試験の試験方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ１，Ａ２  弾性金属基板
Ｂ  金属薄板
１  シリンダ用開口
２  ビード
３  開口部
６  固定部
１０  発泡ゴム層
１１  未発泡ゴム層
【図１】
2005315417.tif 000009
【図２】
2005315417.tif 000010
【図３】
2005315417.tif 000011
【図４】
2005315417.tif 000012