JP2009097528A - 金属ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】シール対象用孔の全周囲に亙って、略均等なシール面圧を得ることができて、優れたシール性を発揮すると共に、接合面であるシリンダヘッドや吸排気マニホールドのフランジのたわみ変形を抑制することができる金属ガスケットを提供する。
【解決手段】一枚又は複数枚の金属構成板１０、２０、３０を有し、シール対象用孔２の周囲にボルト孔３を配置すると共に、前記シール対象用孔２の周囲を囲んで内周側ビード１１、２１と外周側ビード２２を設けた金属ガスケットにおいて、前記内周側ビード１１、２１を、前記ボルト孔３近傍部分では他の部分よりもビードの圧縮抵抗を小さく形成し、前記外周側ビード２２を、平面視で前記ボルト孔３近傍部分で前記ボルト孔３を内側に含むように配置すると共に、前記ボルト孔３近傍部分では他の部分よりもビードの圧縮抵抗を大きく形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二つの部材の間に挟持してシールを行う金属ガスケットに関し、より詳細には、シリンダボアの変形やフランジの変形等の、金属ガスケットを挟持する部材の変形を抑制しながら、シール対象用孔の全周囲に亙って、略均等なシール面圧を得ることができる金属ガスケットに関する。

自動車のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）の間や、吸排気マニホールドと吸排気管の間に挟まれた状態で使用されるシリンダヘッドガスケットや吸排気マニホールド用ガスケットは、締結ボルトにより締結され、燃焼ガス、オイル、冷却水等の流体をシールする役割を持っている。

最近のエンジンの軽量小型化により、エンジンの低剛性化が進み、エンジン部材が低剛性になってきているため、シリンダボアやフランジ等のシール対象用孔やその周辺の変形が生じるという問題がある。このシリンダボアやフランジ等の変形があると、ビード等のシール手段が十分に機能しなくなり、適正なシール性能を得ることができなくなる。

これに対する対策の一つとして、折り返し部の内側に第一ビードを設けると共に、この第一ビードの外周側に第二ビードを設け、折り返し部の折り返し幅を締付けボルトの近傍部分より締付けボルトより離間した部分を幅狭く形成し、更に、第一ビード又は第二ビードのいずれか一方又は双方のビード幅を締付けボルトの近傍部分より締付けボルトより離間した部分を幅狭く形成した金属積層形ガスケットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

この金属積層形ガスケットでは、これらの構成により、締め付け荷重の均一化を図り、ボア変形を防ぎ、延いてはガスシール性能の優れたガスケットを得ているが、ボルト孔近傍で、第一ビードと第二ビードがボルト孔よりシール対象用孔側に配置されているため、また、内側折り返し部の幅、第一ビード又は第二ビードの幅が、全部、締付けボルトより離間した部分で全て同じように幅広く形成されているため、シール対象部材の形状やガスケットの種類によっては、このボルト孔近傍部分の幅広で比較的圧縮抵抗が小さい第二ビードがボルト孔周辺に加わる締結力を受けて平坦化し、継いで、第１ビードも平坦化てしまう場合が生じる可能性がでてきた。
特開平１１−１１８０３７号公報

本発明の目的は、圧縮抵抗をその周囲方向で変化させた内周側ビードと外周側ビードとを組み合わせることにより、シール対象用孔の全周囲に亙って、略均等なシール面圧を得ることができて、優れたシール性を発揮すると共に、接合面であるシリンダヘッドや吸排気マニホールドのフランジのたわみ変形を抑制することができる金属ガスケットを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る金属ガスケットは、一枚又は複数枚の金属構成板を有し、シール対象用孔の周囲にボルト孔を配置すると共に、前記シール対象用孔の周囲を囲んで内周側ビードと外周側ビードを設けた金属ガスケットにおいて、前記内周側ビードを、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビードの圧縮抵抗を小さく形成し、前記外周側ビードを、平面視で前記ボルト孔近傍部分で前記ボルト孔を内側に含むように配置すると共に、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビードの圧縮抵抗を大きく形成して構成される。

この構成によれば、一次シールを形成する内周側ビードにおいては、ボルト締結力の影響が強くシール面圧が大きくなりがちなボルト孔近傍では、圧縮抵抗を小さくすることで、圧縮性と低めの面圧を得ることができ、その一方で、ボルト締結力の影響が弱くシール面圧が小さくなりがちなボルト孔間では、圧縮抵抗を大きくすることで、高めの面圧を得ることができる。そのため、シール対象用孔の全周囲に亙って略均等なシール面圧を得ることができ、優れたシール性能を発揮すると共に、シール対象用孔やその近傍の変形、例えば、シリンダヘッドガスケットではボア変形、吸排気マニホールドではフランジの変形等を防止することができる。

また、二次シールを形成する外周側ビードにおいては、ボルト締結力の影響が強くシール面圧が大きくなりがちなボルト孔近傍では、圧縮抵抗を大きくすることで、一段とシール面圧を高めて、この金属ガスケットの接合面であるシリンダヘッドや吸排気マニホールドのフランジのたわみ変形を抑制することができ、その一方で、ボルト締結力の影響が弱くシール面圧が小さくなりがちなボルト孔間では、圧縮抵抗を小さくすることで、低めの面圧を得て、圧縮性と追従性を高めて、シール性を向上させることができる。

特に、外周側ビードを、平面視でボルト孔近傍部分でボルト孔を内側に含むように、ボルト孔の外側まで広げて配置することにより、平面視でボルト孔が外側になるビードに比べて、ボルト孔の周囲において広い範囲に亙って外周側ビードが配置されるので、比較的長いビードで締結ボルトによる圧縮力を受けることができる。そのため、この長いビード部分で圧縮性を比較的高く形成した外周側ビードで締結力による締め付け力を分担でき、外周側ビードの平坦化を防止することができる。

そして、これらの圧縮抵抗をその周囲方向で変化させた内周側ビードと外周側ビードとを組み合わせることにより、ボルト孔近傍やその他の部位（ボルト孔間等）では、一方のビードが圧縮抵抗が小さく形成された時は他方のビードが圧縮抵抗が大きく形成されるので、両方の組み合わせの結果である全体的な構成では、より均等なシール面圧を得ることができ、より優れたシール性を発揮すると共に、接合面であるシリンダヘッドや吸排気マニホールドのフランジ等のたわみ変形を抑制することができる。

上記の金属ガスケットにおいて、前記内周側ビードを、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビード幅を広くしてビードの圧縮抵抗を小さく形成すると共に、前記外周側ビードを、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビード幅を狭くしてビードの圧縮抵抗を大きく形成する。この構成によれば、比較的単純な構造により、上記の構成を実施することができる。

より具体的には、上記の金属ガスケットにおいて、該金属ガスケットを２枚以上の金属構成板を積層して構成し、前記金属構成板の隣接した２枚の第１及び第２の金属構成板のそれぞれにおいて、前記内周側ビードを内周側で互いに外側に外周側で互いに内側となる傾斜を持つハーフビードで形成し、前記金属構成板の２枚の内の一方の金属構成板において、前記外周側ビードを内周側で他方の金属構成板側に外周側でその反対側となる傾斜を持つハーフビードで形成すると共に、平面視で、前記内周側ビードがそれぞれ重なるように構成する。

また、上記の金属ガスケットにおいて、前記２枚の金属構成板に加えて、第３の金属構成板を積層し、この第３の金属構成板において、平面視で、前記内周側ビードに重なる内周側ビードを、内周側で前記第１の金属構成板側に、外周側でその反対側となる傾斜を持つハーフビードで形成する。あるいは、上記の金属ガスケットにおいて、前記２枚の金属構成板を２組、積層面に対して互いに対称になるように積層して構成する。

なお、この金属ガスケットは、エンジン部材のシリンダブロックとシリンダヘッド間に使用されるシリンダヘッドガスケットや、エンジン部材の吸気マニホールドと吸気管の間に使用される吸気マニホールド用のガスケットや、エンジン部材の排気マニホールドと排気管の間に使用される排気マニホールド用のガスケット等に使用すると、特に効果を奏することができる。また、吸排気マニホールド用の金属ガスケットでは、ボルト孔に加わる締結力によりフランジが変形し易いので、より本発明の金属ガスケットの適用が好ましい。

本発明の金属ガスケットによれば、圧縮抵抗をその周囲方向で変化させた内周側ビードと外周側ビードの組み合わにより、ボルト孔近傍やその他の部位（ボルト孔間等）では、一方のビードが圧縮抵抗が小さく形成された時は他方のビードが圧縮抵抗が大きく形成されるので、全体的な構成では、略均等なシール面圧を得ることができ、優れたシール性を発揮すると共に、接合面のたわみ変形を抑制できる。

次に、図面を参照して本発明に係る金属の実施の形態について説明する。なお、図１〜図６は、模式的な説明図であり、構成をより理解し易いように、板厚、シール対象用孔の大きさ、ビードの大きさ等の寸法を実際のものとは異ならせて、誇張して示している。

ここでは、金属ガスケットとして、排気マニホールド用の金属ガスケットを例にして説明しているが、本発明は、これに限定されるものではなく、吸気マニホールド用の金属ガスケットやシリンダヘッドガスケット等のその他の金属ガスケットにも適用できる。

本発明に係る金属ガスケットは、例えば、エンジンの排気マニホールドと排気管のフランジとの間に挟持される金属ガスケットであって、エンジンから排出される高温・高圧の燃焼ガスをシールする。

図１〜図６に示すように、この金属ガスケット１、１Ａは、軟鋼板、ステンレス焼鈍材（アニール材）、ステンレス調質材（バネ鋼板）等で形成される金属構成板（金属基板）を一枚又は複数枚有して構成される。また、この金属ガスケット１、１Ａは、排気マニホールドの接合フランジの形状に合わせて製造され、シール対象用孔２と締結ヘッドボルト用のボルト孔３が形成される。

これらの金属ガスケット１、１Ａは、２枚の金属構成板１０，２０を含んで形成される。この２枚の金属構成板１０、２０、即ち、第１の金属構成板１０と第２の金属構成板２０のそれぞれにおいて、シール対象用孔２に関して、内周側で互いに外側に外周側で互いに内側となる傾斜を持つハーフビードで内周側ビード１１、２１を形成する。これらの内周側ビード１１、２１は、平面視で、互いに重なるように構成する。

この内周側ビード１１、２１を、ボルト孔３近傍部分では他の部分よりもビード幅を広くしてビード１１、２１の圧縮抵抗を小さく形成する。即ち、内周側ビード１１、２１のボルト孔３近傍のビード幅Ｗａ１（図２、図５）をボルト孔３の間等のその他の部分のビード幅Ｗｂ１（図３、図６）よりも広く形成する。例えば、最大のビード幅を最小のビード幅の１．５〜２．５倍程度とする。

また、一方の第２の金属構成板２０において、内周側で第１の金属構成板１０側に外周側でその反対側となる傾斜を持つハーフビードで外周側ビード２２を形成する。この外周側ビード２２は、平面視で、内周側ビード１１、２１の外周側に配置され、ボルト孔３近傍部分でボルト孔３を内側に含むように、ボルト孔３の外側に延ばして配置する。この部分の外周側ビード２２は、ボルト孔３部分のストッパーを兼ねている。

この外周側ビード２２を、ボルト孔３の近傍部分では他の部分よりもビード幅を狭くしてビードの圧縮抵抗を大きく形成する。即ち、外周側ビード２２のボルト孔３近傍のビード幅Ｗａ２（図２、図５）をボルト孔３の間等のその他の部分のビード幅Ｗｂ２（図３、図６）よりも狭く形成する。例えば、最大のビード幅を最小のビード幅の１．５〜２．５倍程度とする。

図１〜図３に示す第１の実施の形態の金属ガスケット１では、上記の２枚の第１及び第２の金属構成板１０、２０に加えて、第３の金属構成板３０を積層し、この第３の金属構成板３０において、平面視で、内周側で第１の金属構成板１０側に外周側でその反対側となる傾斜を持つハーフビードで形成した内周側ビード３１を、平面視で、第１及び第２の金属構成板１０、２０の内周側ビード１１、２１に重なるように配置して構成する。

また、図５〜図６に示す第２の実施の形態の金属ガスケット１Ａでは、上記の２枚の第１及び第２の金属構成板１０、２０に加えて、同じ形状の第４及び第５の金属構成板１０Ａ，２０Ａを積層面に対して対称になるように積層して構成する。この構成によれば、平面視で、内周側ビード１１、２１、２１Ａ、１１Ａが重なり合い、外周側ビード２２、２２Ａが重なり合うことになる。

上記の金属ガスケット１（又は１Ａ）によれば、一次シールを形成する内周側ビード１１、２１、３１（又は１１、２１、２１Ａ、１１Ａ）においては、ボルト締結力の影響が強くシール面圧が大きくなりがちなボルト孔３近傍では、圧縮抵抗を小さくすることで、圧縮性と低めの面圧を得る。また、ボルト締結力の影響が弱くシール面圧が小さくなりがちなボルト孔３間では、圧縮抵抗を大きくすることで、高めの面圧を得る。これらにより、シール対象用孔２の全周囲に亙って略均等なシール面圧を得て、優れたシール性能を発揮すると共に、排気ガス通路であるシール対象用孔の変形を防止する。

また、二次シールを形成する外周側ビード２２（又は２２、２２Ａ）においては、ボルト締結力の影響が強くシール面圧が大きくなりがちなボルト孔３近傍では、圧縮抵抗を大きくすることで、一段とシール面圧を高めて、この金属ガスケット１（又は１Ａ）の接合面である排気マニホールドのフランジのたわみ変形を抑制する。その一方で、ボルト締結力の影響が弱くシール面圧が小さくなりがちなボルト孔３間では、圧縮抵抗を小さくすることで、低めの面圧を得て、圧縮性と追従性を高め、シール性を向上させる。

そして、これらの内周側ビード１１、２１、３１（又は１１、２１、２１Ａ、１１Ａ）と外周側ビード２２（又は２２、２２Ａ）とを組み合わせることにより、ボルト孔３近傍やその他の部位（ボルト孔３間等）では、一方のビードが圧縮抵抗が小さく形成された時は他方のビードが圧縮抵抗が大きく形成されるので、両方の組み合わせの結果である全体的な構成では、略均等なシール面圧を得ることができ、優れたシール性を発揮すると共に、接合面である排気マニホールドや排気管のフランジのたわみ変形を抑制できる。

なお、上記では、内周側ビードと外周側ビードの両方ともハーフビードで形成したが、フルビードで形成しても良く、このビード形状は、本発明では特に限定されず、フルビードで形成する場合には、断面形状が、円弧形状、正弦形状（コサイン）、台形形状、三角形（山形）形状などであってもよい。

本発明の第１の実施の形態の金属ガスケットを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す部分拡大断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示す部分拡大断面図である。 本発明の第２の実施の形態の金属ガスケットを示す平面図である。 図４のＡ−Ａ断面を示す部分拡大断面図である。 図４のＢ−Ｂ断面を示す部分拡大断面図である。

符号の説明

１，１Ａ 金属ガスケット
２ シール対象用孔
３ ボルト孔
１０ 第１の金属構成板
１１ 内周側ビード
１０Ａ 第４の金属構成板
１１Ａ 内周側ビード
２０ 第２の金属構成板
２１ 内周側ビード
２２ 外周側ビード
２０Ａ 第５の金属構成板
２１Ａ 内周側ビード
２２Ａ 外周側ビード
３０ 第３の金属構成板
３１ 内周側ビード

Claims (5)

1. 一枚又は複数枚の金属構成板を有し、シール対象用孔の周囲にボルト孔を配置すると共に、前記シール対象用孔の周囲を囲んで内周側ビードと外周側ビードを設けた金属ガスケットにおいて、
   前記内周側ビードを、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビードの圧縮抵抗を小さく形成し、
   前記外周側ビードを、平面視で前記ボルト孔近傍部分で前記ボルト孔を内側に含むように配置すると共に、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビードの圧縮抵抗を大きく形成したことを特徴とする金属ガスケット。
2. 前記内周側ビードを、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビード幅を広くしてビードの圧縮抵抗を小さく形成すると共に、前記外周側ビードを、前記ボルト孔近傍部分では他の部分よりもビード幅を狭くしてビードの圧縮抵抗を大きく形成したことを特徴とする請求項１記載の金属ガスケット。
3. 該金属ガスケットを２枚以上の金属構成板を積層して構成し、
   前記金属構成板の隣接した２枚の第１及び第２の金属構成板のそれぞれにおいて、前記内周側ビードを内周側で互いに外側に外周側で互いに内側となる傾斜を持つハーフビードで形成し、前記金属構成板の２枚の内の一方の金属構成板において、前記外周側ビードを内周側で他方の金属構成板側に外周側でその反対側となる傾斜を持つハーフビードで形成すると共に、
   平面視で、前記内周側ビードがそれぞれ重なるように構成したことを特徴とする請求項１又は２記載の金属ガスケット。
4. 前記２枚の金属構成板に加えて、第３の金属構成板を積層し、この第３の金属構成板において、平面視で、前記内周側ビードに重なる内周側ビードを、内周側で前記第１の金属構成板側に、外周側でその反対側となる傾斜を持つハーフビードで形成したことを特徴とする請求項３記載の金属ガスケット。
5. 前記２枚の金属構成板を２組、積層面に対して互いに対称になるように積層して構成したことを特徴とする請求項３記載の金属ガスケット。

Images