JPH037793A - 高温用ガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、内燃機関、化学プラント等、特に３００℃
以上の雰囲気で使用可能な高温用ガスケットに関するも
のである。

〔従来技術〕

高温用のガスケットとしては、アスベストビータ−シー
１−からなるものが従来より広く使用されている。

ところが、かかるアスベストビータ−シートは、アスベ
ストの繊維を６０〜９５重量％含有している。

そのために、ガスケットの製造工程だけでなく、前記ア
スベス！・繊維が施工施設からもアスベストの粉が飛散
するため、健康障害発生の恐れがあるものとして改善が
望まれていた。

このような要請に対して、最近では、アスベストを使用
しないガスケットの開発が進められており、例えば、セ
ビオライト繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、ステンレ
ス繊維等の無機質繊維、あるいは芳香族ポリアミド繊維
、フェノール繊維、ポリエチレン繊維等のを機質繊維を
用いたガスケットの製造が試みられている。

ところで、本発明者らは、先にセラミック系無機質繊維
と無機結合物質と有機弾性物質等を用いた耐熱性、シー
ル性に非常に優れた高温用ガスケットを発明し、特願昭
６２−２５７２７５号として提案した。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、前述の如きセラミック系無機質繊維を用
いたノンアスへストビータ−シートは、一般に石綿以外
の無機質繊維と弾性物質を含むものであり、このような
構成のビータ−シー１−型ガスケットは１００°Ｃ以上
において前記ガスケットを構成する有機弾性物質が他面
への焼き付きを誘発して、長期に亘り安定したシール性
が得られないという問題があった。例えば、ＮＢＲ等は
１３０°Ｃ前後の温度で分解し、面圧が５０ｋｇ／ｃｍ
”以上で金属面など相手材への焼き付きが発生する。す
なわち、前記ガスケットが焼き付くと、急激な温度変化
や冷却、加熱のリサイクルを伴う面（金属接触面）の熱
変形によりクランクや割れ等が発生し、ガスケットとし
ての機能が損なわれてしまう。

本発明の目的は、第１に、ガスケットの金属接触面への
焼き付きにより引張強度や弾性率などの特性が低下する
のを防止すること、すなわち、ガスケットのシール機能
、耐久性、信顧性の低下を抑制すべく、金属接触面での
耐熱性を向上さ一部ること、第２に、ガスケット構成物
質の流出したり劣化するのを防止すること、第３に、ガ
スケット構成物質の飛散に伴う環境悪化をなくすこと、
により上記従来技術の問題点を克服することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上述のような構想の下に開発した本発明にかかる高温用
ガスケットは、シリカ・アルミナ繊維および無機質繊維
を主成分とするノンアスベストビータ−シートのその表
面に、少なくともその一部に、無機物からなる焼き付き
防止皮膜層を形成してなるものである。

焼き付き現象は、使用雰囲気、特に１００℃以上におい
て前記シート内に含有される有機弾性物質の重合時、炭
化開始時に生じるものである。従って、これを防止する
ためには、前記皮膜が、耐熱性はもちろんのこと、およ
び有機弾性物質が流出固着しない気密性を有するととも
に、対面攻撃性のないこと、さらにはガスケットの機能
を損なわない性質を有することが必要である。

このことから、本発明における上記焼き付き防止皮膜層
は、シリカ・アルミナやチタニア、ジルコニア、ムライ
ト、マグネシア、炭酸カルシウム、マグネサイト等の無
機微粉末を骨材とし、コロイダルシリカやコロイダルア
ルミナを無機結合材として用いたもの等が好適である。

なかでも、耐熱塗料として用いられるチタニアと、炭酸
カルシウムとコロイダルシリカを主成分とし若干の有機
分散剤を用いたもの（商品名イビダイン、イビデン側腹
）等がより好適である。

この焼き付き防止皮膜層の厚みは、５〜１５０μｍが望
ましい。この理由は、５μｍより薄いと均一な皮膜層が
得難く、長期に亘る防止効果が期待できない。一方、１
５０μｍより厚い膜層だと、乾燥時あるいは高温使用時
において、該焼き付き防止皮膜層にクラックが発生し、
充分な気密性が得られ難く、ガスケットとしての機能を
損なうこととなる。

前記焼き付き防止皮膜層形成の方法は、特に限定するも
のではないが、前記皮膜層形成物質に有機物（揮発性有
機溶媒）等を含んだペースト状あるいはゾル状のもの、
あるいは水溶液スラリーにより塗布あるいは含浸等の方
法を用いて行う。なかでも、揮発性有機溶媒でペースト
状のものを塗布する方法は簡単で乾燥等の後処理が軽減
されるので好ましい方法と言える。

次に、本発明の高温用ガスケットの基材であるビータ−
シートについて述べる。

基材であるかかるビータ−シートは、シリカ・アルミナ
繊維と無機質繊維と有機質弾性体のエマルジョン、およ
び時にはさらに加硫剤等の補助添加剤あるいは無機結合
剤を加えて水溶液中に分散させたものを、抄造機によっ
て抄紙し、一定の厚みに加工して得られるノンアスベス
トのビータ−シートである。

基材を構成する前記シリカ・アルミナ繊維（商品名イビ
ウール、イビデン側製）は、耐熱温度が１２６０℃と高
く、平均繊維径が２μｍ程度と細く、かつ繊維長の長い
高アスペクト比のものであり、また無公害である。従っ
て、アスベスト代替繊維として好適である。前記繊維径
については、径が太くなると単位体積当りの繊維数量が
少なくなり、シート密度が低下して気密性（シール性）
を悪化させるので、６μｍ以下が望ましい。一方、好ま
しいアスペクト比としては１００００〜３００００のも
のである。また、シリカとアルミナとの比は２：３〜３
：２程度のものを用いる。それは、シリカが多いと耐熱
性が低下し、一方、アルミナが多いと繊維強度が低下す
るからである。

なお、シリカ・アルミナ繊維の中には通称“ショット”
と呼ばれる非繊維状物が含有されていることがあるが、
耐熱性に貢献することがないので非繊維状物質は存在し
ない方が良く、実用的には４４μｍ以上の非繊維状物を
３０％以下（比無機繊維）にすることが望ましい。

さて、このシリカ・アルミナ繊維、すなわちセラミック
系無機質繊維の含有量は、復元力および引張強度の点か
ら３５〜８０％が好適である。

マトリックスを形成するかかるシリカ・アルミナセラミ
ック系無機質繊維は、その含有量が３５％より少ないと
マトリックスを充分に形成することができず、高強度の
ものが得られない。一方、８０％より多いと後述する無
機質繊維がマトリックス内に均一充填されず、復元力が
低下してしまう。

これに対して、前記無機質繊維の使用は、大きな復元力
が要求される場合に有効であり、シリカ・アルミナ繊維
が作るマトリックス内に３次元的配列で充填されること
が重要である。そのためには、繊維長が適切な長さを持
つことが必要となる。

すなわち、長すぎると前記マトリックス内部に均一に充
填されないし、短すぎると復元に対する効果が得られな
い。望ましくは０．０１〜２０鶴の範囲の長さが好適で
ある。

このような無機質繊維としては、天然鉱物繊維としては
、セビオライト、ウオラステナイト等であり、人工繊維
としてはアルミナ繊維、シリカ繊維、チタン酸カリウム
繊維、ＳｉＣウィスカー炭素繊維等であり、耐熱性の要
求が低い場合は、ガラス繊維も使用できる。

それらのうち、上記炭素繊維は、ピッチ系及びＰＡＮ系
が一般に知られているが、どちらの系でも使用でき、性
能やコストによって使い分ければよい。この炭素繊維は
、強度、弾性率に対する向上効果及び耐久性、特に無酸
素下で４００℃以上の高温でこの効果を期待できるもの
である。

この無機質繊維の含有量は、４〜５０％が望ましい。そ
の理由は、無機質繊維の含有量が４％より少ないと実質
的な復元力を付加することができない。一方、５０％よ
り多いとマトリックスの形成を阻害し強度低下をする。

さて、本発明において、上記シリカ・アルミナ繊維及び
無機質繊維（以下これらを総称して「繊維状物」という
）について、これらだけで水に解繊し抄造すると、以下
に示すような問題が生ずる。

すなわち、 （１）　　配向される繊維状物自体に結合力がないので
１０ｋｇ／ｃｍ”以上の引張り強度を得ることは困難で
ある。

（２）繊維状物を均一に分散させることが出来ない。

（３）繊維状物の繊維長のバラツキがシート厚を不均一
（又は密度を不均一）にし、その結果シート状物の引張
り強度にバラツキが生ずる。

このような問題は、低温条件下では、結合ノコを有する
有機弾性物質のみを使用することにより解決できる。し
かし４００℃以上の高温条件下では、有機弾性物質が燃
焼もしくは炭化しやすい。

そこで、本発明では前記繊維状物を水に膨張し、しかも
結合力を有する無機結合剤とともに配合することにより
、４００℃以上の高温条件下においても強度低下がない
ようにしたのである。それによって本発明は、内燃機関
用ガスケットとして使用できるようになったのである。

かような目的の下に使われる前記無機結合剤としては、
膨潤性無機結合物質であるモンモリロナイトと同様の性
能を示すもの、例えばセピオライト、合成画ケイ化弗素
型雲母、ボールクレー、タルク、カオリナイト等が好適
である。この無機結合物質の配合比率は、要求性能及び
製法により決定される。この無機結合物質の量が不足す
ると、強度が得られないばかりか抄造されたシートが不
均一になる。また、あまり多量に使用すると水に対する
膨潤性のために、ゴムラテフクスの凝集が不十分となり
、ろ水性が悪く、シート状物が製造できなくなる。また
、繊維状物の配合比も制限さ０ れ強度、弾性的にも悪影響を及はす。このことから、無
機結合剤の量は５〜３５％が望ましい。

有機質弾性体は、ガスケット・シートとしては有用物質
であり、通常使用されている有機質弾性体、例えば天然
ゴムのエマルジョンまたはＮ　Ｂ　Ｒ３ＢＲ等の合成ゴ
ムラテックスの耐久性、強度向上のための、ゴム加硫剤
等（例えばシリコン）を使用することができる。この有
機質弾性物質は、高温時に燃焼もしくは炭化して特性を
悪化さセたり、焼き付きの原因となるので少ない方が好
ましい。しかしながら、シート成形に当たって必要とな
ることから５〜２５％の範囲にあることが望ましい。

上述の如き無機質繊維および無機結合剤を主成分とし有
機弾性物質を含有したビータ−シート型シートは、水溶
液中に分散させ抄造、脱水プレス、乾燥、打ち抜き、あ
るいは乾燥後にホットプレスを含む工程で製造される。

〔実施例〕

実施例１ 組成比５ｉＯｚ　：　５０Ｉｌ＋ｔ％、Ａ１□０３：　
５０匈Ｌ％、平均繊維径１．８μｍ、アスペクト比２５
０００のシリカアルミナ系セラミックファイバー（商品
名：イビウール、イビデン株式会社製）を、ショット除
去処理をすることにより、４４μｍ以上のショソ１へ含
有量を２０％以下とした。脱ショットした前記セラミソ
クファイハ−５５ｇを水３０７！中で解繊した。

次に、平均繊維径８μｍ、アスペクト比３０のウオラス
テナイト（商品名：ケモリソト丸和バイオケミカル）１
５ｇを、Ｎａ−モンモリロナイｌ−３０ｇ、水３０ｎ中
に加えて混合し、さらにＮＢＲ系ラテうクス（商品名：
ニポール１５６２．日本ゼオン株式会社製、濃度旧％）
を５４ｇ加え、硫酸ハンドにて凝集させたスラリーを得
た。

次に、このスラリーを３４０ｍｍ　Ｘ　３４０ｍｍの手
抄機にて厚み８ｍｍの湿潤したシート状物とした。この
シート状物を、面圧３００　ｋｇ　／　ａｍ　２でプレ
スし、１２０’ＣＸ１ｈｒの条件で乾燥させた。乾燥後
のシートを１ ２ 面圧６０ｋｇ／ｃ＋ｎ２、温度３００℃で１５分間ホッ
トプレスした。このシート状物の端部を切断して、厚さ
０．８　ｍｍ、３００　ｍｍ角、密度１．２５ｇ／ｃｍ
３のシート状物を得た。

このシート状物に、シリカ質の焼き付き防止剤（商品名
：イビダイン、イビデン株式会社製）を膜層厚５０μｍ
になるようにコーティングした。

その機械的特性を第１表に示す。また、焼きイ」きの確
認試験として、上記ガスケット状シートを所定の寸法に
打ち抜き加工し、自動車用エンジンのヘッドとエキゾー
ストマニホールドとの間のガスケットとして取付け、排
気量２０００ｃｃ、　Ｄ　ＯＨＣターボエンジンにて、
エキゾーストマニホールドに排ガス温度９００℃で２０
０時間排ガスを流入させた後、ガスケットの焼き付きを
目視で観察した。

その結果も併せて第１表に示す。

実施例２ 実施例１で使用したものと同じシート状物を用い、焼き
付き防止剤の膜層厚を１５０μｍにした。

その機械的特性ならびに焼き付きの有無を第１表に示す
。

実施例３ 実施例１で使用したものと同じシート状物を用い、焼き
付き防止剤の膜層厚を５μｍにした。その機械的特性な
らびに焼き付きの有無を第１表に示す。

実施例４ 実施例１で使用したものと同じ原料を用い、その配合比
率をシリカ・アルミナファイバー５５ｇ、Ｎａモンモリ
ロナイト３０ｇ、、ＮＢＲ系ラテラテックス５４ｇ、前
記ウオラステナイトにかえてカーボンファイバー１５ｇ
を配合したものについて、実施例１と同様の処理を施し
、厚さＱ　、　３　ｍｍ、３００ｍｍ角、密度１．２４
ｇのシート状物を製造した。

このシート状物に実施例１同様の焼き付き防止剤を膜層
厚５０μｍになるようにコーティングした。

その機械的特性ならびに焼き付きの有無を表に示す。

比較例１ 実施例１で使用したものと同じシート状物を用３ ４ い、焼き付き防止剤を使用しないでそのままカスケソト
とした。その機械的特性ならびに焼き伺きの有無を第１
表に示す。

比較例２ 実施例１で使用したものと同じシー１〜状物を用い、焼
き付き防止剤の膜層厚を２５０μｍにした。

その機械的特性ならびに焼き付きの有無を第１表に示す
。

比較例３ 実施例１で使用したものと同じシート状物を用い、焼き
付き防止剤の膜層厚を３μｍにした。その機械的特性な
らびに焼きイ」きの有無を第１表に示す。

第１表 〔発明の効果〕 以上説明したように、本発明によれば、人体に有害であ
るとされる石綿を使用しない高温用ガスケットが得られ
る。しかも、９５０°Ｃという高温下においても、燃焼
酸化による繊維の昇華粉化がないため、そのガスシール
性、断熱特性、耐風蝕性等において優れている。

また、焼き着き防止剤をコーティングすることにより、
ガスシール性が安定したものとなった。

５ ６ その結果、次のような波及的効果がある。

第１に自動車用としては、 （１）エキゾースト・マニホールドから、シリンダ・ヘ
ッドへの伝熱量を減しることから、シリンダ・ヘッド内
を通流する冷却水への伝熱量を少なくすることができる
。その結果、ラジェータの小型化が図れるから、低コス
トとエンジン・ルームの有効活用が可能となる。

（２）　　シリンダ・ヘッドに接するエキゾースト・マ
ニホールドのフランジ面は温度が従来より上昇し、ヘッ
ドとの温度差が小さくなる。したがって、フランジ面の
熱歪みが軽減されフランジ部の薄肉化が図れることによ
り低コスト化ができる。しかも、エキゾースト・マニホ
ールド内のガス温度も」−昇させ得るから、排気エミッ
ションを低減化し、触媒の高活性化を図ることができる
。

（３）上記（２）の排気温度上昇により、過給機付のエ
ンジンにおいて、排気熱を仕事量に変えることになり、
エンジン出力の向上が図れる。

７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、主としてシリカ・アルミナ繊維および無機質繊維か
   らなるノンアスベストビーターシートのその表面に、少
   なくともその一部に、無機物からなる焼き付き防止皮膜
   層を形成したことを特徴とする高温用ガスケット。