ガスケット及び密封構造
【課題】装着相手の接触面の表面状態の影響を受けずにシール性を発揮することが可能なガスケット及び密封構造を提供する。
【解決手段】圧縮方向を高さ方向とし溝の両側面が対向する方向を幅方向として、ガスケット１を高さ方向及び幅方向に沿った断面において、該断面の輪郭のうちシール面を形成する領域が、ガスケット１が２部材間で圧縮される前の状態において、それぞれ溝底面及び他方の部材の表面に向かって凸状の曲線で構成された円弧状部２であり、溝の側面に対向する領域に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部３を有しているガスケット１において、円弧状部２は、高さが略同等の円形断面のガスケットの断面の曲率よりも小さい曲率の曲線で構成されることを特徴とする。
【解決手段】圧縮方向を高さ方向とし溝の両側面が対向する方向を幅方向として、ガスケット１を高さ方向及び幅方向に沿った断面において、該断面の輪郭のうちシール面を形成する領域が、ガスケット１が２部材間で圧縮される前の状態において、それぞれ溝底面及び他方の部材の表面に向かって凸状の曲線で構成された円弧状部２であり、溝の側面に対向する領域に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部３を有しているガスケット１において、円弧状部２は、高さが略同等の円形断面のガスケットの断面の曲率よりも小さい曲率の曲線で構成されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスケット及び密封構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｏリング等のガスケットは、２部材の間に挟み込まれて圧縮されることにより、２部材間の隙間を封止する。一般的に、２部材のうちの一方の部材にガスケットを装着するための溝が設けられる。この溝内に装着されたガスケットが溝の溝底面と他方の部材表面に密着することにより、２部材間の隙間が封止される。ガスケットは、２部材間で押し潰されるように変形し、２部材との接触面がシール面として機能する。
【０００３】
ガスケットは、ガスケットと２部材とが互いに隙間なく密着することでシール性を発揮する。しかし、２部材の表面に凸凹などがあると、ガスケットと２部材との間に隙間が形成され、そこから密封流体の漏れを生じてしまうことがある。
【０００４】
エンジン部品などのアルミダイカスト製部品は、仕上げ面に鋳巣による凹状部が発生することがある。鋳造部品は、粒子間の空隙が焼結成形後も部品内部に残留して鋳巣を形成することがある。鋳造部品の表面は、寸法精度や平面度などを高めるために切削によって仕上げられる場合があるが、このとき、部品内部の鋳巣が切削によって表面に露出して凹状部を形成することがある。この凹状部の大きさが、ガスケットのシール面の幅よりも大きい場合には、凹状部を介して密封流体が漏れてしまうことがある。
【０００５】
近年、製造工程の簡略化による製造コストの低減のため、鋳造品を用いて製品を組み立てる手法を採用する場合が多い。しかし、上述の鋳巣の発生によって十分な密封性を得られないために、何段階もシールを設ける必要が生じたり、不適合品として製品を廃棄したり、鋳造材の採用を断念しなければならないような場合もある。
【０００６】
従来は、凹状部に樹脂や液状ゴム（ＦＩＰＧ）を塗布して、ガスケットと鋳造部品との間の隙間を封止したり、鋳造部品自体を、鋳巣の影響の少ない構成のものに代えるなどして対処していた（特許文献１参照）。しかし、近年の機械設計では、スペース確保や燃費向上を目的とした小型化、軽量化等が求められ、小型化の促進によって成形が困難な製品形状が増加し、また、製造工程における欠陥の管理作業が難しくなっている。したがって、ガスケット自体にも、鋳巣対策のために何らかの工夫が必要であると考えられる。
【０００７】
しかしながら、これまで提案されているガスケットは、装着時の反力低減や倒れ防止等を図ったものがほとんどであり、装着相手の接触面のコンディションが悪い場合にも十分対応できるものとはなっていない。例えば、特許文献２に開示されたガスケットは、ガスケット側面にくびれ形状を持たせることで装着時の反力を低減させるとともに、変形をくびれ部に集中させることでシール面での変形を抑制したものであるが、接触幅の増大を抑制するものとなっているため、相手部材の接触面に上述の凹状部などが形成されている場合には、漏れを生じてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１１３４０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、装着相手の接触面の表面状態の影響を受けずにシール性を発揮することが可能なガスケット及び密封構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明におけるガスケットは、
２部材のうちの一方の部材に設けられた溝内に装着され、２部材間で圧縮されることにより、前記溝の溝底面と他方の部材の表面にそれぞれ密着するシール面を形成して２部材間の隙間を封止するガスケットであって、
圧縮方向を高さ方向とし前記溝の両側面が対向する方向を幅方向として、ガスケットを高さ方向及び幅方向に沿った断面において、該断面の輪郭のうち前記シール面を形成する領域が、ガスケットが前記２部材間で圧縮される前の状態において、それぞれ前記溝の溝底面及び前記他方の部材の表面に向かって凸状の曲線で構成された円弧状部であり、
前記溝の側面に対向する領域に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部を有しているガスケットにおいて、
凸状の前記円弧状部は、高さが略同等の円形断面のガスケットの断面の曲率よりも小さい曲率の曲線で構成されることを特徴とする。
【００１１】
このように、凸状の円弧状部の曲率を小さくすることにより、高さ方向に円形断面のガスケットと略同等のつぶし量で、ガスケットが２部材間で圧縮されたときに２部材と接触する領域（シール面）の幅が大きくなる。ここで、つぶし量とは、２部材による圧縮前のガスケット断面の高さと、該高さ方向における溝底面と他方の部材表面との間の距離（２部材による圧縮後のガスケット断面の高さ）との差をいう。これにより、相手部材の接触面のコンディションによるシール性への影響が低減される。すなわち、溝底面や他方の部材表面に凸凹がある場合でも、拡大されたシール面が凸凹を覆うことで凸凹を介しての漏れを抑制することができる。
【００１２】
溝底面や他方の部材表面に凹状部が生じる場合としては、例えば、２部材の両方またはいずれかが鋳造品であり、ガスケットとの接触面に鋳巣による凹状部が形成された場合が考えられる。また、例えば、溝底面や他方の部材表面に傷ができることで凸凹が形成される場合も考えられる。なお、２部材におけるガスケットとの接触面に凸凹が生じる場合としては、これらの場合に限定されるものではない。すなわち、本発明のガスケットは、相手部材の接触面が従来のガスケットでは十分にシールすることが困難な表面状態となっている場合でも好適に使用することができる。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明における密封構造は、
両方またはいずれか一方が鋳造品である２部材と、
前記２部材間の隙間を封止する上記ガスケットと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
上述したように、２部材におけるガスケットとの接触面に鋳巣による凹状部が形成された場合でも、拡大されたガスケットのシール面が凹状部を覆うことで凹状部を介しての漏れを抑制することができる。したがって、上述の鋳造品を採用することによる不具合が解消され、工程数の削減、不適合品の削減、管理作業の削減等に寄与することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、装着相手の接触面の表面状態の影響を受けずにシール性を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係るガスケットの模式的断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。
【図４】つぶし量を説明する模式図である。
【図５】つぶし量を説明する模式図である。
【図６】本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。
【図７】本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。
【図８】本発明の実施例に係るガスケットにおいて曲率半径を変化させたときの解析結果を示す表である。
【図９】本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅を変化させたときの解析結果を示す表である。
【図１０】本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅と製品幅との関係を変化させたときの解析結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】
（実施例）
図１〜図１０を参照して、本発明の実施例に係るガスケット及び密封構造について説明する。図１は、本発明の実施例に係るガスケットの模式的断面図である。図２は、本発明の実施例に係る密封構造（平面固定用シール）の模式的断面図である。図３は、本発明の実施例に係る密封構造（円筒面固定用シール）の模式的断面図である。図４は、つぶし量を説明する模式図である。図５は、つぶし率を説明する模式図である。図６は、本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。図７は、本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。図８は、本発明の実施例に係るガスケットにおいて曲率半径を変化させたときの解析結果を示す表である。図９は、本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅を変化させたときの解析結果を示す表である。図１０は、本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅と製品幅との関係を変化させたときの解析結果を示す表である。
【００１９】
＜ガスケット＞
本実施例に係るガスケット１は、ゴム状弾性体により構成される。このゴム状弾性体の素材の具体例としては、アクリル系ゴムやニトリル系ゴム、フッ素系ゴムなどを好適例として挙げることができる。
【００２０】
本実施例に係るガスケット１は、自動車部品や産業機器などの各種機器に用いられる。より具体的には、インレットマニホールド用、フィルターブランケット用、シリンダーヘッドカバー用、タイミングベルトカバー用、燃料電池のセパレータ用など、各種用途に用いられる。特に、接触面に鋳巣による凹状部が形成されるようなアルミダイカスト製品等の鋳造部品のシール、鋳肌面のシール、ブラスト面のシール、切削加工面のシールに好適である。
【００２１】
ガスケット１は、上記各種機器において、互いに対向する対向面を有する２部材の対向面間に挟み込まれて圧縮され、２部材間の隙間を封止する。一般的に、２部材のうちの一
方の部材の対向面にガスケット１を装着するための溝が設けられる。ガスケット１は、この溝内に装着され、溝底面と他方の部材表面に密着することにより、２部材間の隙間を封止する。
【００２２】
図１に示すように、ガスケット１は、高さ方向及び幅方向に沿って切った断面において、シール面を形成する円弧状部２と、圧縮荷重を吸収するためのくびれ部３とを備える断面形状を有している。ここで、高さ方向は、ガスケットが装着時に２部材間で圧縮される方向とし、幅方向は、ガスケットが装着される溝の両側面が互いに対向する方向としている。ガスケット１の断面形状は、高さ方向に延びる断面の中心軸Ｘを中心として幅方向に左右対称に構成されている。
【００２３】
円弧状部２は、ガスケット１と製品高さを同じくする略真円断面の従来のガスケット（Ｏリング）１００における円弧状部よりも曲率が小さい。すなわち、円弧状部２は、ガスケット１００の半径ｒｂよりも大きな曲率半径ｒａで構成されている。したがって、ガスケット１とガスケット１００とが高さ方向に同じ量だけ圧縮されたときに形成されるシール面の接触幅は、ガスケット１の方が広くなる。
【００２４】
ガスケット１は、溝側面４３に対向する側部に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部３が設けられている。すなわち、ガスケット１側部の幅が高さ方向の両端部から中央部かけて徐々に減少するように構成されている。このようなくびれ部３を設けることで、ガスケット１の圧縮時の断面形状は、溝４１の断面形状に近い略矩形とすることができる。これにより、ガスケット側面の圧縮変形による溝側面４３方向への張り出しが解消されるので、シール時における溝４１への充填率を高めて溝空間を有効に利用するとともに、シール面が拡大されることによるガスケット１の反力の増加が抑制される。
【００２５】
＜密封構造＞
図２及び図３を参照して、本実施例に係る密封構造について説明する。本実施例に係る密封構造は、２部材間、すなわち、一方の部材４と他方の部材５との間の隙間６をガスケット１によって密封する構造である。２部材は、両方またはいずれかが鋳造品であり、ガスケット１が密着する面が切削により寸法や平面度を調整して仕上げられている。これら一方の部材４と他方の部材５は、不図示の手段（例えば、嵌合、ねじによる締結、接着などの公知の手段）により互いに組み付けられて固定される。なお、図中の矢印は、密封対象領域からガスケット１に作用する密封流体の印加圧方向を示している。
【００２６】
本実施例に係るガスケット１は、図２に示すように平面状の対向面間の隙間を封止する場合と、図３に示すように円筒面状の対向面間の隙間を封止する場合とがある。ガスケット１の全体形状は、相手部材（２部材）の構成に応じて異なる。例えば、図２に示す密封構造の場合には、ガスケット１の平面形状（各図において上下方向に見た形状）は、ガスケットが適用される対象製品に応じて円形や多角形など多種多様であり、一般的には、端部を有しない無端状の形状となる。また、図３に示す密封構造の場合には、ガスケット１はリング状に構成される。
【００２７】
図２に示す密封構造について説明する。この密封構造では、２部材は平面状の互いに対向する対向面を有している。これら２部材のうちの一方の部材４には、他方の部材５との対向面４０にガスケット１を装着するための溝４１が設けられている。ガスケット１は、溝４１に装着され、溝底面４２と他方の部材５の対向面５０との間で押し潰されるように圧縮変形し、２部材間の隙間６を封止する。なお、図２では、ガスケット１を２部材によって圧縮される前の状態で図示している。実際には、図５に示すように、隙間６が図示の状態よりも狭くなり、ガスケット１は溝底面４２と対向面５０とによって２部材の対向方向に圧縮される。
【００２８】
図３に示す密封構造について説明する。この密封構造では、２部材は円筒面状の互いに対向する対向面を有している。これら２部材は、例えば、一方の部材４は軸であり、他方の部材５は軸が挿入される軸孔を有するハウジングである。一方の部材４の対向面（外周面）４０には、ガスケット１を装着するための環状の溝４１が設けられている。ガスケット１は、溝４１に装着され、溝底面４２と他方の部材５の対向面（軸穴内周面）５０との間で径方向に押し潰されるように圧縮変形し、２部材間の隙間６を封止する。なお、図３も、図２と同様に、ガスケット１を２部材によって圧縮される前の状態で図示している。実際には、図５に示すように、隙間６が図示の状態よりも狭くなり、ガスケット１は溝底面４２と対向面５０とによって２部材の対向方向に圧縮される。
【００２９】
＜ガスケットの寸法設定＞
本実施例に係るガスケット１の断面の各寸法は、次のように設定される。
【００３０】
図１に示すように、ガスケット１の製品高さｈ０は、従来の略真円断面のガスケット１００と同等に設定されている。したがって、本実施例のガスケット１は、従来のガスケット１００と同等のつぶし量で圧縮され、円弧部２の曲率を従来のガスケット１００よりも小さくした分だけ、シール面の接触幅がガスケット１００よりも大きく増大される。ここで、つぶし量とは、図４に示すように、２部材による圧縮前のガスケット１の製品高さｈ０と、該高さ方向における溝底面４２から対向面５０までの距離（圧縮後のガスケット１の製品高さ）との差をいう。また、つぶし率とは、図５に示すように、つぶし量を製品高さｈ０で割ったもの、すなわち、製品高さｈ０と圧縮（シール）時の製品高さｈ０′との差を製品高さｈ０で割ったものをいう。
つぶし率＝（ｈ０−ｈ０′）／ｈ０
【００３１】
図６及び図７は、本実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示している。この検証では、図２に示す平面固定用ガスケットについて、本実施例に係るガスケットとして、硬度７０度相当のゴム材からなり、内径が２１．８ｍｍ、ｈ０が２．４ｍｍ、ｄ０が２．４ｍｍのガスケット形状Ｂを用いた。また、従来のＯリングとして、ガスケット形状Ｂと同ゴム材で製品幅および内径が同一の断面真円形状の平面固定用Ｏリングを用いた。これらのガスケットをつぶし率８％、２５％でそれぞれ圧縮した時のシール接触幅、単位長さ当たりの反力、最大面圧をＦＥＭ解析から算出した。
【００３２】
図６及び図７に示すように、本実施例に係るガスケット形状Ｂは、反力や面圧が従来のＯリングとほぼ同等でありながらシール面の接触幅がより大きくなっている。したがって、接触面に凹状部が形成された２部材間の隙間の封止において、Ｏリングに比べてより大きな凹状部をカバーして封止できる。
【００３３】
図８〜図１０は、本実施例に係るガスケットの断面形状の各寸法を変化させた場合の解析結果を示している。
【００３４】
図８に示すように、曲率半径ｒａを大きくすることで、シール面の接触幅が増大することがわかる。この解析で使用したガスケットは、硬度７０度相当のゴム材からなり、つぶし率は８％、摩擦係数は０．３である。
【００３５】
ただし、曲率半径ｒａは、製品幅ｄ０との関係で規定され、製品幅ｄ０に対して０．７５〜２．５倍に設定するのがよい。２．５倍を超えると予め規定されたつぶし量に対して、反力が大きくなり過ぎてしまう。反力が大きくなると、部材への変形応力が大きくなって部材を損傷するだけでなく、図３に示すような円筒面固定シール用途において、ガスケットを取り付けた軸を軸孔に挿入する際の挿入抵抗が大きくなることが懸念される。
【００３６】
図９に示すように、くびれ部において断面幅がもっとも狭い部分である製品芯幅ｄ１を小さくすることで、ガスケットの反力が低減されることがわかる。この解析で使用したガスケットは、硬度７０度相当のゴム材からなり、つぶし率は８％、摩擦係数は０．３である。
【００３７】
なお、製品芯幅ｄ１は、くびれ部３を設けることによって懸念されるガスケット１の座屈や倒れを抑制すべく、製品幅ｄ０に対して０．４倍より大きく設定されるのが望ましい。
【００３８】
図１０に示すように、製品芯幅ｄ１を０．６ｍｍとしたガスケットＧ（ｄ０／ｄ１が０．４）では、図３に示す密封構造においてガスケットが装着された軸をハウジングの軸孔に挿入した際にガスケットの倒れが発生した。一方、製品芯幅ｄ１を１．６ｍｍとしたガスケットＢでは、そのような倒れは生じなかった。この解析で使用したガスケットは、硬度７０度相当のゴム材からなり、つぶし率は１６％、摩擦係数は０．３である。
【００３９】
シール面の接触幅は、製品幅ｄ０を大きくすればするほど大きくなり、より大きな開口部を有する鋳巣に対する密封性能が良化するが、圧縮時の座屈や挿入時の倒れや反力を抑制するために、ガスケット形状のアスペクト比（製品高さｈ０／製品幅ｄ０）は０．８〜２．０とするのが好ましい。０．８未満では同一シール接触幅において反力が大きくなり、２．０を超えるとつぶし時に座屈しやすくなる。一方、０．８〜２．０とすることによって、圧縮時の座屈や挿入時の倒れの抑制だけでなくシール時の反力の低減も期待できる。
【００４０】
＜本実施例の優れた点＞
本実施例によれば、同じつぶし量で同一製品幅（製品高さ）のＯリング１００より大きなシール接触幅を得ることができる。これにより、相手部材の接触面のコンディションによるシール性への影響が低減される。すなわち、溝底面４２や他方の部材表面５０に凹状部５１が形成されている場合でも、拡大されたシール面が凹状部５１を覆うことで凹状部５１を介しての密封流体等の漏れを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、ガスケット１の溝側面４３に対向する側部にくびれ部３が設けられているので、シール時における溝４１への充填率を高めて溝空間を有効に利用するとともに、シール面の接触幅が拡大されることによるガスケット１の反力の増加が抑制される。特に、ガスケット１の反力の低減は、２部材の両方またはいずれかが、金属製部材と比して変形を生じやすい樹脂製部材の場合に特に好適である。
【００４２】
なお、２部材の表面に凹状部が形成されていない場合でも従来と同様のガスケットとして適用できる。
【００４３】
本実施例に係るガスケット１のアスペクト比（製品高さｈ０／製品幅ｄ０）が１．０の場合、通常のＪＩＳで規格されているＯリングの装着溝形状への適用が可能である。したがって、特に特殊な溝形状を必要としない。
【００４４】
本実施例によれば、鋳造品を採用することによる不具合の解消を図ることができる。したがって、鋳造品の積極的な採用が可能となり、工程数の削減、不適合品の削減、管理作業の削減等に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ ガスケット
２ 円弧状部（シール面）
３ くびれ部
４ 一方の部材
４０ 表面
４１ 溝
４２ 溝底面
４３ 溝側面
５ 他方の部材
５０ 表面
５１ 凹状部
６ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスケット及び密封構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｏリング等のガスケットは、２部材の間に挟み込まれて圧縮されることにより、２部材間の隙間を封止する。一般的に、２部材のうちの一方の部材にガスケットを装着するための溝が設けられる。この溝内に装着されたガスケットが溝の溝底面と他方の部材表面に密着することにより、２部材間の隙間が封止される。ガスケットは、２部材間で押し潰されるように変形し、２部材との接触面がシール面として機能する。
【０００３】
ガスケットは、ガスケットと２部材とが互いに隙間なく密着することでシール性を発揮する。しかし、２部材の表面に凸凹などがあると、ガスケットと２部材との間に隙間が形成され、そこから密封流体の漏れを生じてしまうことがある。
【０００４】
エンジン部品などのアルミダイカスト製部品は、仕上げ面に鋳巣による凹状部が発生することがある。鋳造部品は、粒子間の空隙が焼結成形後も部品内部に残留して鋳巣を形成することがある。鋳造部品の表面は、寸法精度や平面度などを高めるために切削によって仕上げられる場合があるが、このとき、部品内部の鋳巣が切削によって表面に露出して凹状部を形成することがある。この凹状部の大きさが、ガスケットのシール面の幅よりも大きい場合には、凹状部を介して密封流体が漏れてしまうことがある。
【０００５】
近年、製造工程の簡略化による製造コストの低減のため、鋳造品を用いて製品を組み立てる手法を採用する場合が多い。しかし、上述の鋳巣の発生によって十分な密封性を得られないために、何段階もシールを設ける必要が生じたり、不適合品として製品を廃棄したり、鋳造材の採用を断念しなければならないような場合もある。
【０００６】
従来は、凹状部に樹脂や液状ゴム（ＦＩＰＧ）を塗布して、ガスケットと鋳造部品との間の隙間を封止したり、鋳造部品自体を、鋳巣の影響の少ない構成のものに代えるなどして対処していた（特許文献１参照）。しかし、近年の機械設計では、スペース確保や燃費向上を目的とした小型化、軽量化等が求められ、小型化の促進によって成形が困難な製品形状が増加し、また、製造工程における欠陥の管理作業が難しくなっている。したがって、ガスケット自体にも、鋳巣対策のために何らかの工夫が必要であると考えられる。
【０００７】
しかしながら、これまで提案されているガスケットは、装着時の反力低減や倒れ防止等を図ったものがほとんどであり、装着相手の接触面のコンディションが悪い場合にも十分対応できるものとはなっていない。例えば、特許文献２に開示されたガスケットは、ガスケット側面にくびれ形状を持たせることで装着時の反力を低減させるとともに、変形をくびれ部に集中させることでシール面での変形を抑制したものであるが、接触幅の増大を抑制するものとなっているため、相手部材の接触面に上述の凹状部などが形成されている場合には、漏れを生じてしまうおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１１３４０４号公報
【特許文献２】特開２００７−１０７５４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記の従来技術の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、装着相手の接触面の表面状態の影響を受けずにシール性を発揮することが可能なガスケット及び密封構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明におけるガスケットは、
２部材のうちの一方の部材に設けられた溝内に装着され、２部材間で圧縮されることにより、前記溝の溝底面と他方の部材の表面にそれぞれ密着するシール面を形成して２部材間の隙間を封止するガスケットであって、
圧縮方向を高さ方向とし前記溝の両側面が対向する方向を幅方向として、ガスケットを高さ方向及び幅方向に沿った断面において、該断面の輪郭のうち前記シール面を形成する領域が、ガスケットが前記２部材間で圧縮される前の状態において、それぞれ前記溝の溝底面及び前記他方の部材の表面に向かって凸状の曲線で構成された円弧状部であり、
前記溝の側面に対向する領域に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部を有しているガスケットにおいて、
凸状の前記円弧状部は、高さが略同等の円形断面のガスケットの断面の曲率よりも小さい曲率の曲線で構成されることを特徴とする。
【００１１】
このように、凸状の円弧状部の曲率を小さくすることにより、高さ方向に円形断面のガスケットと略同等のつぶし量で、ガスケットが２部材間で圧縮されたときに２部材と接触する領域（シール面）の幅が大きくなる。ここで、つぶし量とは、２部材による圧縮前のガスケット断面の高さと、該高さ方向における溝底面と他方の部材表面との間の距離（２部材による圧縮後のガスケット断面の高さ）との差をいう。これにより、相手部材の接触面のコンディションによるシール性への影響が低減される。すなわち、溝底面や他方の部材表面に凸凹がある場合でも、拡大されたシール面が凸凹を覆うことで凸凹を介しての漏れを抑制することができる。
【００１２】
溝底面や他方の部材表面に凹状部が生じる場合としては、例えば、２部材の両方またはいずれかが鋳造品であり、ガスケットとの接触面に鋳巣による凹状部が形成された場合が考えられる。また、例えば、溝底面や他方の部材表面に傷ができることで凸凹が形成される場合も考えられる。なお、２部材におけるガスケットとの接触面に凸凹が生じる場合としては、これらの場合に限定されるものではない。すなわち、本発明のガスケットは、相手部材の接触面が従来のガスケットでは十分にシールすることが困難な表面状態となっている場合でも好適に使用することができる。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明における密封構造は、
両方またはいずれか一方が鋳造品である２部材と、
前記２部材間の隙間を封止する上記ガスケットと、
を備えることを特徴とする。
【００１４】
上述したように、２部材におけるガスケットとの接触面に鋳巣による凹状部が形成された場合でも、拡大されたガスケットのシール面が凹状部を覆うことで凹状部を介しての漏れを抑制することができる。したがって、上述の鋳造品を採用することによる不具合が解消され、工程数の削減、不適合品の削減、管理作業の削減等に寄与することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、装着相手の接触面の表面状態の影響を受けずにシール性を発揮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係るガスケットの模式的断面図である。
【図２】本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。
【図３】本発明の実施例に係る密封構造の模式的断面図である。
【図４】つぶし量を説明する模式図である。
【図５】つぶし量を説明する模式図である。
【図６】本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。
【図７】本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。
【図８】本発明の実施例に係るガスケットにおいて曲率半径を変化させたときの解析結果を示す表である。
【図９】本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅を変化させたときの解析結果を示す表である。
【図１０】本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅と製品幅との関係を変化させたときの解析結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００１８】
（実施例）
図１〜図１０を参照して、本発明の実施例に係るガスケット及び密封構造について説明する。図１は、本発明の実施例に係るガスケットの模式的断面図である。図２は、本発明の実施例に係る密封構造（平面固定用シール）の模式的断面図である。図３は、本発明の実施例に係る密封構造（円筒面固定用シール）の模式的断面図である。図４は、つぶし量を説明する模式図である。図５は、つぶし率を説明する模式図である。図６は、本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。図７は、本発明の実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示す表である。図８は、本発明の実施例に係るガスケットにおいて曲率半径を変化させたときの解析結果を示す表である。図９は、本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅を変化させたときの解析結果を示す表である。図１０は、本発明の実施例に係るガスケットにおいて製品芯幅と製品幅との関係を変化させたときの解析結果を示す表である。
【００１９】
＜ガスケット＞
本実施例に係るガスケット１は、ゴム状弾性体により構成される。このゴム状弾性体の素材の具体例としては、アクリル系ゴムやニトリル系ゴム、フッ素系ゴムなどを好適例として挙げることができる。
【００２０】
本実施例に係るガスケット１は、自動車部品や産業機器などの各種機器に用いられる。より具体的には、インレットマニホールド用、フィルターブランケット用、シリンダーヘッドカバー用、タイミングベルトカバー用、燃料電池のセパレータ用など、各種用途に用いられる。特に、接触面に鋳巣による凹状部が形成されるようなアルミダイカスト製品等の鋳造部品のシール、鋳肌面のシール、ブラスト面のシール、切削加工面のシールに好適である。
【００２１】
ガスケット１は、上記各種機器において、互いに対向する対向面を有する２部材の対向面間に挟み込まれて圧縮され、２部材間の隙間を封止する。一般的に、２部材のうちの一
方の部材の対向面にガスケット１を装着するための溝が設けられる。ガスケット１は、この溝内に装着され、溝底面と他方の部材表面に密着することにより、２部材間の隙間を封止する。
【００２２】
図１に示すように、ガスケット１は、高さ方向及び幅方向に沿って切った断面において、シール面を形成する円弧状部２と、圧縮荷重を吸収するためのくびれ部３とを備える断面形状を有している。ここで、高さ方向は、ガスケットが装着時に２部材間で圧縮される方向とし、幅方向は、ガスケットが装着される溝の両側面が互いに対向する方向としている。ガスケット１の断面形状は、高さ方向に延びる断面の中心軸Ｘを中心として幅方向に左右対称に構成されている。
【００２３】
円弧状部２は、ガスケット１と製品高さを同じくする略真円断面の従来のガスケット（Ｏリング）１００における円弧状部よりも曲率が小さい。すなわち、円弧状部２は、ガスケット１００の半径ｒｂよりも大きな曲率半径ｒａで構成されている。したがって、ガスケット１とガスケット１００とが高さ方向に同じ量だけ圧縮されたときに形成されるシール面の接触幅は、ガスケット１の方が広くなる。
【００２４】
ガスケット１は、溝側面４３に対向する側部に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部３が設けられている。すなわち、ガスケット１側部の幅が高さ方向の両端部から中央部かけて徐々に減少するように構成されている。このようなくびれ部３を設けることで、ガスケット１の圧縮時の断面形状は、溝４１の断面形状に近い略矩形とすることができる。これにより、ガスケット側面の圧縮変形による溝側面４３方向への張り出しが解消されるので、シール時における溝４１への充填率を高めて溝空間を有効に利用するとともに、シール面が拡大されることによるガスケット１の反力の増加が抑制される。
【００２５】
＜密封構造＞
図２及び図３を参照して、本実施例に係る密封構造について説明する。本実施例に係る密封構造は、２部材間、すなわち、一方の部材４と他方の部材５との間の隙間６をガスケット１によって密封する構造である。２部材は、両方またはいずれかが鋳造品であり、ガスケット１が密着する面が切削により寸法や平面度を調整して仕上げられている。これら一方の部材４と他方の部材５は、不図示の手段（例えば、嵌合、ねじによる締結、接着などの公知の手段）により互いに組み付けられて固定される。なお、図中の矢印は、密封対象領域からガスケット１に作用する密封流体の印加圧方向を示している。
【００２６】
本実施例に係るガスケット１は、図２に示すように平面状の対向面間の隙間を封止する場合と、図３に示すように円筒面状の対向面間の隙間を封止する場合とがある。ガスケット１の全体形状は、相手部材（２部材）の構成に応じて異なる。例えば、図２に示す密封構造の場合には、ガスケット１の平面形状（各図において上下方向に見た形状）は、ガスケットが適用される対象製品に応じて円形や多角形など多種多様であり、一般的には、端部を有しない無端状の形状となる。また、図３に示す密封構造の場合には、ガスケット１はリング状に構成される。
【００２７】
図２に示す密封構造について説明する。この密封構造では、２部材は平面状の互いに対向する対向面を有している。これら２部材のうちの一方の部材４には、他方の部材５との対向面４０にガスケット１を装着するための溝４１が設けられている。ガスケット１は、溝４１に装着され、溝底面４２と他方の部材５の対向面５０との間で押し潰されるように圧縮変形し、２部材間の隙間６を封止する。なお、図２では、ガスケット１を２部材によって圧縮される前の状態で図示している。実際には、図５に示すように、隙間６が図示の状態よりも狭くなり、ガスケット１は溝底面４２と対向面５０とによって２部材の対向方向に圧縮される。
【００２８】
図３に示す密封構造について説明する。この密封構造では、２部材は円筒面状の互いに対向する対向面を有している。これら２部材は、例えば、一方の部材４は軸であり、他方の部材５は軸が挿入される軸孔を有するハウジングである。一方の部材４の対向面（外周面）４０には、ガスケット１を装着するための環状の溝４１が設けられている。ガスケット１は、溝４１に装着され、溝底面４２と他方の部材５の対向面（軸穴内周面）５０との間で径方向に押し潰されるように圧縮変形し、２部材間の隙間６を封止する。なお、図３も、図２と同様に、ガスケット１を２部材によって圧縮される前の状態で図示している。実際には、図５に示すように、隙間６が図示の状態よりも狭くなり、ガスケット１は溝底面４２と対向面５０とによって２部材の対向方向に圧縮される。
【００２９】
＜ガスケットの寸法設定＞
本実施例に係るガスケット１の断面の各寸法は、次のように設定される。
【００３０】
図１に示すように、ガスケット１の製品高さｈ０は、従来の略真円断面のガスケット１００と同等に設定されている。したがって、本実施例のガスケット１は、従来のガスケット１００と同等のつぶし量で圧縮され、円弧部２の曲率を従来のガスケット１００よりも小さくした分だけ、シール面の接触幅がガスケット１００よりも大きく増大される。ここで、つぶし量とは、図４に示すように、２部材による圧縮前のガスケット１の製品高さｈ０と、該高さ方向における溝底面４２から対向面５０までの距離（圧縮後のガスケット１の製品高さ）との差をいう。また、つぶし率とは、図５に示すように、つぶし量を製品高さｈ０で割ったもの、すなわち、製品高さｈ０と圧縮（シール）時の製品高さｈ０′との差を製品高さｈ０で割ったものをいう。
つぶし率＝（ｈ０−ｈ０′）／ｈ０
【００３１】
図６及び図７は、本実施例に係るガスケットと従来のＯリングとの性能比較の検証結果を示している。この検証では、図２に示す平面固定用ガスケットについて、本実施例に係るガスケットとして、硬度７０度相当のゴム材からなり、内径が２１．８ｍｍ、ｈ０が２．４ｍｍ、ｄ０が２．４ｍｍのガスケット形状Ｂを用いた。また、従来のＯリングとして、ガスケット形状Ｂと同ゴム材で製品幅および内径が同一の断面真円形状の平面固定用Ｏリングを用いた。これらのガスケットをつぶし率８％、２５％でそれぞれ圧縮した時のシール接触幅、単位長さ当たりの反力、最大面圧をＦＥＭ解析から算出した。
【００３２】
図６及び図７に示すように、本実施例に係るガスケット形状Ｂは、反力や面圧が従来のＯリングとほぼ同等でありながらシール面の接触幅がより大きくなっている。したがって、接触面に凹状部が形成された２部材間の隙間の封止において、Ｏリングに比べてより大きな凹状部をカバーして封止できる。
【００３３】
図８〜図１０は、本実施例に係るガスケットの断面形状の各寸法を変化させた場合の解析結果を示している。
【００３４】
図８に示すように、曲率半径ｒａを大きくすることで、シール面の接触幅が増大することがわかる。この解析で使用したガスケットは、硬度７０度相当のゴム材からなり、つぶし率は８％、摩擦係数は０．３である。
【００３５】
ただし、曲率半径ｒａは、製品幅ｄ０との関係で規定され、製品幅ｄ０に対して０．７５〜２．５倍に設定するのがよい。２．５倍を超えると予め規定されたつぶし量に対して、反力が大きくなり過ぎてしまう。反力が大きくなると、部材への変形応力が大きくなって部材を損傷するだけでなく、図３に示すような円筒面固定シール用途において、ガスケットを取り付けた軸を軸孔に挿入する際の挿入抵抗が大きくなることが懸念される。
【００３６】
図９に示すように、くびれ部において断面幅がもっとも狭い部分である製品芯幅ｄ１を小さくすることで、ガスケットの反力が低減されることがわかる。この解析で使用したガスケットは、硬度７０度相当のゴム材からなり、つぶし率は８％、摩擦係数は０．３である。
【００３７】
なお、製品芯幅ｄ１は、くびれ部３を設けることによって懸念されるガスケット１の座屈や倒れを抑制すべく、製品幅ｄ０に対して０．４倍より大きく設定されるのが望ましい。
【００３８】
図１０に示すように、製品芯幅ｄ１を０．６ｍｍとしたガスケットＧ（ｄ０／ｄ１が０．４）では、図３に示す密封構造においてガスケットが装着された軸をハウジングの軸孔に挿入した際にガスケットの倒れが発生した。一方、製品芯幅ｄ１を１．６ｍｍとしたガスケットＢでは、そのような倒れは生じなかった。この解析で使用したガスケットは、硬度７０度相当のゴム材からなり、つぶし率は１６％、摩擦係数は０．３である。
【００３９】
シール面の接触幅は、製品幅ｄ０を大きくすればするほど大きくなり、より大きな開口部を有する鋳巣に対する密封性能が良化するが、圧縮時の座屈や挿入時の倒れや反力を抑制するために、ガスケット形状のアスペクト比（製品高さｈ０／製品幅ｄ０）は０．８〜２．０とするのが好ましい。０．８未満では同一シール接触幅において反力が大きくなり、２．０を超えるとつぶし時に座屈しやすくなる。一方、０．８〜２．０とすることによって、圧縮時の座屈や挿入時の倒れの抑制だけでなくシール時の反力の低減も期待できる。
【００４０】
＜本実施例の優れた点＞
本実施例によれば、同じつぶし量で同一製品幅（製品高さ）のＯリング１００より大きなシール接触幅を得ることができる。これにより、相手部材の接触面のコンディションによるシール性への影響が低減される。すなわち、溝底面４２や他方の部材表面５０に凹状部５１が形成されている場合でも、拡大されたシール面が凹状部５１を覆うことで凹状部５１を介しての密封流体等の漏れを抑制することができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、ガスケット１の溝側面４３に対向する側部にくびれ部３が設けられているので、シール時における溝４１への充填率を高めて溝空間を有効に利用するとともに、シール面の接触幅が拡大されることによるガスケット１の反力の増加が抑制される。特に、ガスケット１の反力の低減は、２部材の両方またはいずれかが、金属製部材と比して変形を生じやすい樹脂製部材の場合に特に好適である。
【００４２】
なお、２部材の表面に凹状部が形成されていない場合でも従来と同様のガスケットとして適用できる。
【００４３】
本実施例に係るガスケット１のアスペクト比（製品高さｈ０／製品幅ｄ０）が１．０の場合、通常のＪＩＳで規格されているＯリングの装着溝形状への適用が可能である。したがって、特に特殊な溝形状を必要としない。
【００４４】
本実施例によれば、鋳造品を採用することによる不具合の解消を図ることができる。したがって、鋳造品の積極的な採用が可能となり、工程数の削減、不適合品の削減、管理作業の削減等に寄与することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１ ガスケット
２ 円弧状部（シール面）
３ くびれ部
４ 一方の部材
４０ 表面
４１ 溝
４２ 溝底面
４３ 溝側面
５ 他方の部材
５０ 表面
５１ 凹状部
６ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２部材のうちの一方の部材に設けられた溝内に装着され、２部材間で圧縮されることにより、前記溝の溝底面と他方の部材の表面にそれぞれ密着するシール面を形成して２部材間の隙間を封止するガスケットであって、
圧縮方向を高さ方向とし前記溝の両側面が対向する方向を幅方向として、ガスケットを高さ方向及び幅方向に沿って切った断面において、該断面の輪郭のうち前記シール面を形成する領域が、ガスケットが前記２部材間で圧縮される前の状態において、それぞれ前記溝の溝底面及び前記他方の部材の表面に向かって凸状の曲線で構成された円弧状部であり、
前記溝の側面に対向する領域に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部を有しているガスケットにおいて、
凸状の前記円弧状部は、高さが略同等の円形断面のガスケットの断面の曲率よりも小さい曲率の曲線で構成されることを特徴とするガスケット。
【請求項２】
両方またはいずれか一方が鋳造品である２部材と、
前記２部材間の隙間を封止する請求項１に記載のガスケットと、
を備えることを特徴とする密封構造。
【請求項１】
２部材のうちの一方の部材に設けられた溝内に装着され、２部材間で圧縮されることにより、前記溝の溝底面と他方の部材の表面にそれぞれ密着するシール面を形成して２部材間の隙間を封止するガスケットであって、
圧縮方向を高さ方向とし前記溝の両側面が対向する方向を幅方向として、ガスケットを高さ方向及び幅方向に沿って切った断面において、該断面の輪郭のうち前記シール面を形成する領域が、ガスケットが前記２部材間で圧縮される前の状態において、それぞれ前記溝の溝底面及び前記他方の部材の表面に向かって凸状の曲線で構成された円弧状部であり、
前記溝の側面に対向する領域に凹状の曲線で構成された円弧状のくびれ部を有しているガスケットにおいて、
凸状の前記円弧状部は、高さが略同等の円形断面のガスケットの断面の曲率よりも小さい曲率の曲線で構成されることを特徴とするガスケット。
【請求項２】
両方またはいずれか一方が鋳造品である２部材と、
前記２部材間の隙間を封止する請求項１に記載のガスケットと、
を備えることを特徴とする密封構造。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−９４６６７（Ｐ２０１１−９４６６７Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４７６２７（Ｐ２００９−２４７６２７）
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【出願人】（０００００４３８５）ＮＯＫ株式会社 (1,527)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２８日（２００９．１０．２８）
【出願人】（０００００４３８５）ＮＯＫ株式会社 (1,527)
【Ｆターム（参考）】
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