JP3736844B2

JP3736844B2 - Metal gasket coating agent, metal gasket bead plate, and metal gasket

Info

Publication number: JP3736844B2
Application number: JP2002047954A
Authority: JP
Inventors: 剛雄二神; 益彦村田
Original assignee: Nippon Reinz Co Ltd
Current assignee: Nippon Reinz Co Ltd
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2022-02-25
Also published as: JP2003247645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルガスケットのビード部に塗布されてそのシール剤として用いられるメタルガスケット用コーティング剤、及びこのコーティング剤を使用したメタルガスケット用ビード板、メタルガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車用エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間をシールするために用いられるシール手段として、メタルガスケットが一般的に用いられている。これらメタルガスケットは、シール部を構成するビードを有するビード板１枚のみを用いた単層構造のもの、又はこのビード板と、他の副板（折り返し板、調整板等）とを組み合わせて多層構造としたもの等、種々のものが実用化されている。
【０００３】
これら従来のメタルガスケットのビード板の代表的なものを図１に示す。メタルガスケットのビード板１１には、シリンダ孔（ボア孔）１２がエンジンのシリンダの数だけ設けられており、それを取り囲むようにシール部を形成するビード１３が設けられている。そして、メタルガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロック間に固定するためのボルト孔１４が複数設けられている。
【０００４】
なお、実際のビード板には、他に潤滑油や冷却水の通り道となる孔があけられており、それらをシールするためのビードが設けられて複雑な形状をしているが、図１においては図示を省略している。
【０００５】
ビード１３は、平板状のビード板１１をプレス加工して台形又は略半円形の断面を有するようにした部分であり、ビード板１１のみで形成されたメタルガスケット、又はビード板１１と他の副板（折り返し板、調整板等）を重ね合わせて形成されたメタルガスケットが、シリンダヘッドとシリンダブロック間に挟まってボルトで締め付けられたとき、ビード１３の凸部がその圧力を受け、その部分で頂部側の面の部材との間がシールされ、ビード１３の両底端部で他の面の部材との間がシールされる。
このような、ビード１３によるシールをより確実にするために、ビード１３とその両側の所定の範囲にコーティング剤を塗布することが一般的に行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このようなコーティング剤としては、ゴム組成物（フッ素ゴム、ＮＢＲ等）や、熱硬化性樹脂組成物（フェノール樹脂系、エポキシ樹脂系等）が用いられている。しかしながら、ゴム組成物を用いた場合には、摩擦係数が高いために、シリンダブロックとの間で滑りが発生しにくく、エンジンの膨張・収縮に伴う変位による影響を直接受け、剥離したり圧壊したりしてシール性が阻害される可能性があった。一方、熱硬化性樹脂組成物を使用した場合には、摩擦係数が比較的小さいため滑り性に優れ、エンジンの膨張・収縮に伴う変位による影響を受けにくいが、ゴム組成物に比してシール性能が悪いという欠点があった。
【０００７】
その原因の一つは、熱硬化性樹脂はゴムより剛性が高いため、相手面とのなじみ性や、シールすべき２つの部材間の間隔の変化に対する適応性の点でゴムに劣るためである。
【０００８】
しかし、コーティング材として剛性の低い樹脂を使用すると、初期の相手面とのなじみ性は良くなるものの、塑性変形するため、ゴムに比べて弾性変形量（圧縮状態からの回復量）が小さくなり、エンジンの振動や膨張・収縮等による間隔変化への追従性が悪くなる。よって、運転時のシール性を向上させることができない。
【０００９】
このように、剛性の高い樹脂と剛性の低い樹脂には、それぞれ長所、短所があるが、両者の特徴を生かすことを狙って、これらを単純に混合しただけでは、各々の長所を十分に引き出すことができず、むしろ、場合によっては短所の影響の方が大きく現われ、場合によってはシール性、滑り性の両方とも低下してしまう恐れがある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、エンジンの膨張・収縮に伴う変位による影響を受けにくく、しかもシール性に優れたメタルガスケット用コーティング剤、及びこれを使用したメタルガスケットビード板、及びメタルガスケットを提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者等は、鋭意研究の結果、前記課題を解決する第１の手段として、メタルガスケットのビード部のシール剤として用いられるコーティング剤であって、ガラス転移温度が150℃以下の熱可塑性高分子化合物と熱硬化性樹脂の合計100重量部に対して、５０〜250重量部の固体潤滑効果を有する充填剤を添加したことを特徴とするメタルガスケット用コーティング剤（請求項１）を発明するに至った。
【００１２】
本手段は、ガラス転移温度が150℃以下の熱可塑性高分子化合物と、熱硬化性樹脂と、充填剤とからなる組成物である。
本手段においては、ガラス転移温度が150℃以下の熱可塑性高分子化合物によってシール性を確保すると共に、熱硬化性樹脂によって耐熱性を確保する。熱硬化樹脂に熱可塑性高分子化合物を添加することで摩擦係数は高くなり滑り性が低下するが、これらに固体潤滑効果を有する充填剤を加えることにより、摩擦係数を低下させ、シリンダブロックとの間での滑り性を良くし、エンジンの膨張・収縮に伴う変位による影響を受けにくくしている。この充填剤は、摩擦係数を低下させるだけでなく、シール性を更に向上させる効果をも有することがある。
【００１３】
熱可塑性高分子化合物と熱硬化性樹脂との配合割合は、目的に応じて適宜変えることができる。熱可塑性高分子化合物と熱硬化性樹脂の合計重量を100とした場合、充填剤の比率が５０未満であると摩擦係数が十分に低下しないだけでなく、熱可塑性高分子化合物に期待される効果であるシール性の向上がさほど得られない。充填剤が０であると、場合によってはシール性、滑り性ともかえって悪くなることもある。逆に充填剤の比率が250以上であると、熱可塑性高分子化合物に期待される効果であるシール性の向上がほとんど現われず、また、樹脂の配合のバランスも悪くなるため、シール性が阻害される。よって、本手段においては、充填剤の比率をこの間の範囲に限定している。
【００１４】
前記課題を解決するための第２の手段は、メタルガスケットのビード部のシール剤として用いられるコーティング剤であって、少なくとも１種のガラス転移温度が150℃以下の樹脂と、少なくとも１種のガラス転移温度又は溶融温度が150℃を超える樹脂を含む複数種の樹脂の混合物100重量部に対して、５０〜250重量部の固体潤滑効果を有する充填剤を添加したことを特徴とするメタルガスケット用コーティング剤（請求項２）である。
【００１５】
本手段は、少なくとも１種のガラス転移温度が150℃以下の樹脂と、少なくとも１種のガラス転移温度又は溶融温度が150℃を超える樹脂と、充填剤からなる組成物である。
【００１６】
本手段においては、少なくとも１種のガラス転移温度が150℃以下の樹脂と、少なくとも１種のガラス転移温度又は溶融温度が150℃を超える樹脂を含む複数種の樹脂の混合物を用いることにより、シール性はガラス転移温度が150℃以下の樹脂で確保し、耐熱性はガラス転移温度又は溶融温度が150℃を超える樹脂で確保するようにして、シール性と耐熱性が共に目的とする範囲に入るようにすることができる。充填剤の作用効果、及びその含有範囲の限定理由は前記第１の手段と同じである。
【００１７】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、充填剤を構成する物質が、六方晶形の結晶構造を持つ固体、若しくは空気中における摩擦係数が0.6以下の固体の単独種、又はこれらの複数種の組み合わせからなることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００１８】
充填剤としてこのようなものを用いることにより、固体潤滑効果を十分に発揮させることができる。このような充填剤としては、六方晶形の結晶構造を持つ固体として、黒鉛、二硫化モリブデン、二酸化タングステン、窒化硼素、フッ化黒鉛等を、空気中における摩擦係数が0.6以下の固体として、三酸化モリブデン、酸化亜鉛、酸化コバルト、ポリアセタール、ＰＴＦＥ、ポリプロピレン、ポリカーボネート等を用いることができる。
【００１９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であるメタルガスケット用コーティング剤の充填剤に、さらにカーボン、タルク、クレーのうち１種又は２種以上を加えたことを特徴とするメタルガスケット用コーティング剤（請求項４）である。
【００２０】
このようにすることにより、コーティング剤の耐熱性を高めることができる。
【００２１】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであるメタルガスケット用コーティング剤をビード部に塗布されたメタルガスケット用ビード板（請求項５）である。
【００２２】
本手段においては、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであるメタルガスケット用コーティング剤がビード部に塗布されているので、それぞれ第１の手段から第４の手段で説明した効果を得ることができる。
【００２３】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であるメタルガスケット用ビード板を有することを特徴とするメタルガスケット（請求項６）である。
【００２４】
すなわち、本手段は、前記第５の手段であるメタルガスケット用ビード板単体からなるか、前記第５の手段であるメタルガスケット用ビード板と他の副板を組み合わせてなるものである。よって、前記第５の手段が有する効果を奏することができる。
【００２５】
【実施例】
熱硬化性樹脂としてフェノール樹脂、変性エポキシ樹脂を使用し、ガラス転移温度が150℃以下の熱可塑性高分子化合物としてポリビニルブチラール、ＥＶＡ共重合体を使用し、これらの合計100重量部に対して充填剤としてのグラファイト、二硫化モリブデンを、添加量を変化させて加えてコーティング剤とし、それぞれにおけるシール性と滑り性を調査した。その結果を表１に示す。
（表１）
【００２６】
【表１】

【００２７】
表１における各ポリマー及び充填剤の欄の数字は重量部である。シール性は、ビードを形成した金属板にコーティング剤を２０〜４０μｍの厚さに塗布し、10kgf／cm^２の内圧に耐える荷重（線圧）で評価した。そして、コーティング剤としてゴム、従来の樹脂コーティング剤を使用した場合との比較で相対評価し、ゴムコーティング剤と同程度の荷重でシールできたものを◎、ゴムコーティング剤よりは高荷重を要したが、従来の樹脂コーティング剤よりは低荷重でシールできたものを○、従来の樹脂コーティング剤と同程度の荷重を要したものを△、通常のシール試験において、合格の目安としている荷重よりも高荷重を要したものを×とした。
【００２８】
滑り性については、アルミニウムに対する動摩擦係数を実測し、フッ素ゴムの動摩擦係数を１とした場合、動摩擦係数が0.8以下となる場合を○、それ以外を×とした。
【００２９】
表１において、試験番号２、３、４、６、７が本発明の実施例であり、試験番号１、５、８、９が比較例である。本発明の実施例においては、シール性、滑り性とも満足できる結果が得られている。（試験番号２のものは、２つの熱硬化性樹脂を組み合わせて使用しているが、フェノール樹脂のガラス転移温度が150℃を超えており、変性エポキシ樹脂のガラス転移温度が150℃以下であるため、本発明の実施例の中に入っている。）
【００３０】
これに対し、試験番号１のものは、ガラス転移温度が150℃以下の高分子化合物を含んでいないので、シール性が劣っている。試験番号５のものは、充填剤を含んでいないので、シール性、滑り性ともに劣っている。試験番号８のものは、充填剤の量が本発明の範囲より少ないので、試験番号５のものよりは若干シール性が改善されたが、本発明の実施例に比べ、シール性、滑り性ともに劣っている。試験番号９のものは、充填剤の量が本発明の範囲より多いので、滑り性は良好であるがシール性が劣っている。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エンジンの膨張・収縮に伴う変位による影響を受けにくく、しかもシール性に優れたメタルガスケット用コーティング剤、及びこれを使用したメタルガスケットビード板、及びメタルガスケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】代表的なメタルガスケットのビード板の概要を示す図である。
【符号の説明】
１１…ビード板
１２…シリンダ孔
１３…ビード
１４…ボルト孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a coating agent for a metal gasket which is applied to a bead portion of a metal gasket and used as a sealing agent thereof, a bead plate for a metal gasket using the coating agent, and a metal gasket.
[0002]
[Prior art]
For example, a metal gasket is generally used as a sealing means used for sealing between a cylinder head and a cylinder block of an automobile engine. These metal gaskets have a single-layer structure using only one bead plate having a bead constituting a seal portion, or a combination of this bead plate and another sub-plate (folded plate, adjustment plate, etc.). Various things, such as a structure, have been put into practical use.
[0003]
A typical example of these conventional metal gasket bead plates is shown in FIG. The metal gasket bead plate 11 is provided with cylinder holes (bore holes) 12 corresponding to the number of cylinders of the engine, and a bead 13 is formed so as to surround the cylinder hole (bore hole). A plurality of bolt holes 14 for fixing the metal gasket between the cylinder head and the cylinder block are provided.
[0004]
In addition, the actual bead plate is provided with other holes that serve as passages for the lubricating oil and cooling water, and a bead for sealing them is provided to form a complicated shape. Is not shown.
[0005]
The bead 13 is a portion formed by pressing a flat bead plate 11 so as to have a trapezoidal or substantially semicircular cross section. The bead 13 is a metal gasket formed only by the bead plate 11 or the bead plate 11 and other auxiliary plates. When a metal gasket formed by overlapping plates (folding plate, adjustment plate, etc.) is sandwiched between a cylinder head and a cylinder block and tightened with a bolt, the convex portion of the bead 13 receives the pressure, The space between the members on the top surface is sealed, and the members on the other surfaces are sealed at both bottom ends of the beads 13.
In order to make the sealing by the bead 13 more reliable, generally, a coating agent is applied to the bead 13 and a predetermined range on both sides thereof.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As such a coating agent, a rubber composition (fluorine rubber, NBR, etc.) and a thermosetting resin composition (phenol resin type, epoxy resin type, etc.) are used. However, when a rubber composition is used, since the coefficient of friction is high, slippage between the cylinder block is difficult to occur, and it is directly affected by displacement caused by expansion and contraction of the engine, causing peeling or crushing. As a result, the sealing performance may be hindered. On the other hand, when a thermosetting resin composition is used, it has excellent slipperiness due to its relatively small friction coefficient, and is less susceptible to displacement due to engine expansion / contraction. There was a drawback of poor performance.
[0007]
One of the reasons is that thermosetting resin is higher in rigidity than rubber, and is inferior to rubber in terms of compatibility with the mating surface and adaptability to changes in the distance between two members to be sealed. .
[0008]
However, if a low-rigidity resin is used as the coating material, the compatibility with the initial mating surface is improved, but plastic deformation occurs, so the amount of elastic deformation (recovery from the compressed state) is smaller than rubber, The ability to follow changes in the distance due to engine vibration, expansion / contraction, etc., will deteriorate. Therefore, the sealing performance during operation cannot be improved.
[0009]
In this way, high-rigidity resin and low-rigidity resin have advantages and disadvantages, respectively, but by simply mixing them with the aim of taking advantage of the characteristics of both, the advantages of each can be fully exploited. Rather, depending on the case, the influence of the disadvantage appears more greatly, and depending on the case, both the sealing performance and the sliding performance may be deteriorated.
[0010]
The present invention has been made in view of such circumstances, and is a metal gasket coating plate that is less susceptible to displacement due to expansion and contraction of an engine and that has excellent sealing properties, and a metal gasket bead plate using the same. It is another object of the present invention to provide a metal gasket.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a result of diligent research, the inventors have developed a thermoplastic polymer having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, which is a coating agent used as a sealant for the bead portion of a metal gasket as a first means for solving the above-mentioned problems. Inventing a coating agent for a metal gasket (Claim 1), wherein 50 to 250 parts by weight of a filler having a solid lubricating effect is added to 100 parts by weight of the total of the compound and the thermosetting resin. It came.
[0012]
This means is a composition comprising a thermoplastic polymer compound having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, a thermosetting resin, and a filler.
In this means, the sealing property is secured by a thermoplastic polymer compound having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, and the heat resistance is secured by a thermosetting resin. Addition of a thermoplastic polymer compound to the thermosetting resin increases the friction coefficient and reduces the slipperiness, but by adding a filler having a solid lubricating effect to these, the friction coefficient is reduced and It is less slippery and less susceptible to displacement caused by engine expansion and contraction. This filler may not only lower the coefficient of friction but also have the effect of further improving the sealing performance.
[0013]
The blending ratio of the thermoplastic polymer compound and the thermosetting resin can be appropriately changed according to the purpose. When the total weight of the thermoplastic polymer compound and the thermosetting resin is 100, if the ratio of the filler is less than 50, not only the friction coefficient is not sufficiently lowered, but also the effect expected of the thermoplastic polymer compound The improvement of the sealing property is not so much obtained. If the filler is 0, the sealing and sliding properties may be deteriorated depending on circumstances. On the other hand, if the filler ratio is 250 or more, the improvement in sealing performance, which is an effect expected of thermoplastic polymer compounds, hardly appears, and the balance of resin blending also deteriorates, so the sealing performance is hindered. Is done. Therefore, in this means, the ratio of the filler is limited to the range in the meantime.
[0014]
A second means for solving the above-mentioned problem is a coating agent used as a sealant for the bead part of a metal gasket, wherein at least one resin having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower and at least one glass. For metal gaskets characterized in that 50 to 250 parts by weight of a filler having a solid lubricating effect is added to 100 parts by weight of a mixture of a plurality of types of resins including a resin having a transition temperature or melting temperature exceeding 150 ° C. It is a coating agent (Claim 2).
[0015]
The means is a composition comprising at least one resin having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, at least one resin having a glass transition temperature or melting temperature exceeding 150 ° C., and a filler.
[0016]
In this means, by using a mixture of at least one kind of resin having a glass transition temperature of 150 ° C. or less and at least one kind of resin having a glass transition temperature or a melting temperature exceeding 150 ° C. The glass transition temperature is ensured with a resin having a glass transition temperature of 150 ° C or lower, and the heat resistance is ensured with a resin having a glass transition temperature or a melting temperature exceeding 150 ° C. Can be. The effect of the filler and the reason for limiting the content range are the same as in the first means.
[0017]
A third means for solving the problem is the first means or the second means, wherein the material constituting the filler is a solid having a hexagonal crystal structure, or a coefficient of friction in air. Is a solid single species of 0.6 or less, or a combination of a plurality of these species (claim 3).
[0018]
By using such a filler as a filler, a solid lubricating effect can be sufficiently exhibited. As such a filler, as a solid having a hexagonal crystal structure, graphite, molybdenum disulfide, tungsten dioxide, boron nitride, fluorinated graphite, etc., as a solid having a friction coefficient in air of 0.6 or less, trioxide Molybdenum, zinc oxide, cobalt oxide, polyacetal, PTFE, polypropylene, polycarbonate, or the like can be used.
[0019]
A fourth means for solving the above-mentioned problems is characterized in that one or more of carbon, talc and clay are further added to the filler of the coating agent for metal gasket as the third means. The coating agent for metal gaskets (Claim 4).
[0020]
By doing in this way, the heat resistance of a coating agent can be improved.
[0021]
A fifth means for solving the above-mentioned problems is a metal gasket bead plate in which a metal gasket coating agent, which is one of the first to fourth means, is applied to a bead portion (Claim 5). It is.
[0022]
In this means, since the metal gasket coating agent, which is one of the first means to the fourth means, is applied to the bead portion, the effects described in the first means to the fourth means respectively. Obtainable.
[0023]
A sixth means for solving the above-mentioned problem is a metal gasket (Claim 6) characterized by having a metal gasket bead plate as the fifth means.
[0024]
That is, this means is composed of the metal gasket bead plate as the fifth means alone, or a combination of the metal gasket bead plate as the fifth means and another sub-plate. Therefore, the effect which the said 5th means has can be show | played.
[0025]
【Example】
Phenol resin and modified epoxy resin are used as the thermosetting resin, and polyvinyl butyral and EVA copolymer are used as the thermoplastic polymer compound with a glass transition temperature of 150 ° C. or less, and the total amount is 100 parts by weight. Graphite and molybdenum disulfide as additives were added in various amounts to form coating agents, and the sealing properties and slip properties of each were investigated. The results are shown in Table 1.
(Table 1)
[0026]
[Table 1]

[0027]
The numbers in each polymer and filler column in Table 1 are parts by weight. The sealing property was evaluated by applying a coating agent to a metal plate having a bead to a thickness of 20 to 40 μm and applying a load (linear pressure) that can withstand an internal pressure of 10 kgf / cm ² . And, compared with the case of using rubber and conventional resin coating agent as a coating agent, relative evaluation was made, and ◎, which could be sealed with the same load as rubber coating agent, required higher load than rubber coating agent However, those that can be sealed with a lower load than conventional resin coating agents, △ those that require the same level of load as conventional resin coating agents, △, the load that is the standard for passing in normal seal tests Those requiring high loads were marked with x.
[0028]
Regarding slipperiness, the dynamic friction coefficient with respect to aluminum was measured, and when the dynamic friction coefficient of fluororubber was set to 1, the case where the dynamic friction coefficient was 0.8 or less was marked with ◯, and the others were marked with x.
[0029]
In Table 1, test numbers 2, 3, 4, 6, and 7 are examples of the present invention, and test numbers 1, 5, 8, and 9 are comparative examples. In the examples of the present invention, satisfactory results were obtained in terms of both sealing properties and sliding properties. (Test No. 2 uses a combination of two thermosetting resins, but the glass transition temperature of the phenolic resin exceeds 150 ° C, and the glass transition temperature of the modified epoxy resin is 150 ° C or less. Therefore, it is included in the embodiment of the present invention.)
[0030]
On the other hand, the test number 1 does not contain a polymer compound having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower, and therefore has poor sealing properties. Since the test number 5 does not contain a filler, both the sealing performance and the sliding performance are inferior. Test No. 8 has a slightly improved sealing property than Test No. 5 because the amount of filler is less than the range of the present invention. Inferior. Test No. 9 has a good amount of filler than the range of the present invention, so that the slipperiness is good but the sealability is poor.
[0031]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the coating agent for metal gasket that is not easily affected by the displacement caused by the expansion / contraction of the engine and that has excellent sealing performance, the metal gasket bead plate using the same, and the metal A gasket can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a view showing an outline of a bead plate of a typical metal gasket.
[Explanation of symbols]
11 ... Bead plate 12 ... Cylinder hole 13 ... Bead 14 ... Bolt hole

Claims

A coating agent used as a sealant for a bead part of a metal gasket, wherein the glass transition temperature is 50 to 250 parts by weight with respect to a total of 100 parts by weight of a thermoplastic polymer compound having a glass transition temperature of 150 ° C. or less and a thermosetting resin. A coating agent for a metal gasket characterized by adding a filler having a solid lubricating effect.

A coating agent used as a sealant for a bead portion of a metal gasket, comprising at least one resin having a glass transition temperature of 150 ° C. or lower and at least one glass transition temperature or a resin having a melting temperature exceeding 150 ° C. A metal gasket coating agent comprising 50 to 250 parts by weight of a filler having a solid lubricating effect added to 100 parts by weight of a mixture of a plurality of types of resins.

The metal gasket coating agent according to claim 1 or 2, wherein the material constituting the filler is a solid having a hexagonal crystal structure or a solid having a friction coefficient in air of 0.6 or less. Or a coating agent for a metal gasket, characterized by comprising a combination of a plurality of these.

A coating agent for a metal gasket according to claim 3, wherein one or more of carbon, talc and clay are further added to the filler of the coating agent for a metal gasket according to claim 3.

The bead board for metal gaskets which apply | coated the coating agent for metal gaskets of any one of Claims 1-4 to the bead part.

A metal gasket comprising the bead plate for a metal gasket according to claim 5.