JP2014228077A - 金属ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】充填材の充填不足に伴う空間における隙間の容積を低減し得て、へたりの発生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】金属材２１によって囲まれる内部空間部２３内に包含される充填材２２とを含む金属ガスケット２０において、金属材２１によって囲まれる内部空間部２３内に充填材２２を包含させたものの一部を圧縮加工することにより金属材２１の一部と充填材２２の一部とが接触させられる圧縮部２１ｅを備えるよう構成する。
【選択図】図３

Description

本発明は金属ガスケットに関する。

従来、高温・高圧といった特殊な環境下における二つの部材の接続部分には、その間をシールする部材として金属ガスケットを用いている場合がある。

このような金属ガスケットとしては、例えば、内燃機関であるエンジン本体と排気マニホールドとの間に配置するもののように、充填材を金属材で被覆することによって耐久性とシール性とを確保するようにしたもの（例えば、特許文献１参照）が提案されている。

特開２００５−２９０３５９号公報（図１３）

しかしながら、上述のような従来の金属ガスケットにあっては、金属材によって囲まれる空間の全ての領域に対して充填材を充填させることは非常に困難であった。また、充填材の充填量が不足してしまうと、金属ガスケットにへたりが発生し、シール性が損なわれてしまうという問題があった。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、充填材の充填不足に伴う空間における隙間の容積を低減し得て、へたりの発生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を目的とする。

本発明に係る金属ガスケットは、上記目的達成のため、（１）金属材と、当該金属材によって囲まれる空間内に包含される充填材とを含む金属ガスケットにおいて、前記金属材によって囲まれる空間内に前記充填材を包含させたものの一部を圧縮加工することにより前記金属材の一部と前記充填材の一部とが接触させられる凹部を備えるよう構成する。

この構成により、金属材の一部に圧縮加工することにより凹部を形成することによって充填材を被覆するための空間の容積を小さくし、空間に対する充填材の充填率を高くすることができる。これにより、充填材の充填不足に伴う空間における隙間の容積を低減し得て、へたりの発生を抑制することができる。

本発明に係る金属ガスケットは、上記（１）に記載の金属ガスケットにおいて、（２）前記充填材は、前記凹部に対応する位置に分割又は凹溝による被分断部を形成するよう構成する。

この構成により、凹部を形成する際に充填材を精度よく分断することができる。

本発明に係る金属ガスケットは、上記（１）又は（２）に記載の金属ガスケットにおいて、（３）前記空間は、前記凹部を境として一方を対象流体側とするとともに、前記凹部を前記対象流体側に寄せて形成するよう構成する。

この構成により、金属ガスケットのへたりの発生要因側となる対象流体側の充填材の充填率を積極的に高くすることができ、充填材の充填不足に伴う空間におけるへたりの発生要因側の隙間の容積を低減し得て、へたりの発生をさらに抑制することができる。

また、本発明に係る金属ガスケットは、上記（３）に記載の金属ガスケットにおいて、（４）前記凹部は、その圧縮工程において前記充填材を前記対象流体側に押し出すように傾斜して構成する。

この構成により、圧縮工程で凹部を形成する際に、充填材が対象流体側に押し出され、分断された対象流体側の空間における充填材の充填率を高くすることができる。

本発明に係る金属ガスケットは、上記（１）〜（４）に記載の金属ガスケットにおいて、（５）前記凹部は、前記金属材の前記対向する面部の一面部を他面部に向けて凹陥するとともにレーザー溶接により前記一面部と前記他面部とを接合するよう構成する。

この構成により、金属ガスケットの一面部と他面部とに位置する被シール部材の合わせ構造部分において、他面部を合わせ接合面部と面一とすることができ、シール性を容易に確保することができる。また、合わせ接合面部におけるガス成分による充填材の劣化を抑制することができる。

本発明によれば、充填材の充填不足に伴う空間における隙間の容積を低減し得て、へたりの発生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ができる。

本発明の第１の実施の形態に係る金属ガスケットを搭載可能な過給機の斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る金属ガスケットにおける使用状態の要部の断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る金属ガスケットを示し、（Ａ）は金属ガスケットの平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る金属ガスケットの成形工程を時系列に示す説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る金属ガスケットにおける充填材を示し、（Ａ）は被分断部を形成していない第１の実施の形態における充填材の場合の要部の断面図、（Ｂ）は被分断部として分割した第２の実施の形態における充填材の場合の要部の断面図、（Ｃ）は被分断部として凹溝を形成した第３の実施の形態における充填材の場合の要部の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施の形態）
まず、構成について説明する。
図１に示すように、本実施の形態の金属ガスケットは、例えば、自動車用の内燃機関に用いられるターボチャージャ等の過給機１に実装可能となっている。

過給機１は、センターハウジング２と、タービンハウジング３と、コンプレッサハウジング４と、を有する。センターハウジング２は、図示しない連結シャフトを回転可能に支持している。タービンハウジング３は図示しないタービンホイールを収容しており、コンプレッサハウジング４は図示しないコンプレッサインペラを収容している。

センターハウジング２の連結シャフトは、一端にタービンハウジング３のタービンホイールを取り付け、他端にコンプレッサハウジング４のコンプレッサインペラを取り付け、これらを一体に回転させるようになっている。

過給機１は、タービンハウジング３内のタービンホイールが排気のエネルギーによって回転し、これに伴ってコンプレッサハウジング４内のコンプレッサインペラが回転するようになっている。そして、コンプレッサインペラの回転により吸入空気が過給され、図示しない内燃機関であるエンジンの各気筒の燃焼室に過給空気が強制的に送り込まれるようになっている。

また、過給機１は、タービンホイールの上流側と下流側とを連通する排気バイパス通路をウエストゲートバルブ５で開閉するとともに、そのウエストゲートバルブ５の開度をアクチュエータ６によって調整するようになっている。

なお、上述した過給機１の具体的な構成や機能等は公知の技術であり、本実施の形態に適用される金属ガスケットは、この過給機１に限定的に適用されるものではない。

タービンハウジング３は、その排気取り入れ口となる先端の端面部３ａに複数の取付ボルト７を垂直に立ち上げている。タービンハウジング３には、図２に示すように、排気マニホールド８が接続され、図示しないエンジンの燃焼室からの排気ガスＰが排気経路９に送り込まれるようになっている。

排気マニホールド８は、その端面部８ａがタービンハウジング３の端面部３ａに合わされて排気経路９を連通した状態でタービンハウジング３に接続されるようになっている。排気マニホールド８は、その接続状態でナット１０を取付ボルト７に螺合させることで接合面部が密着した状態でタービンハウジング３に接続されるようになっている。排気マニホールド８には、端面部８ａに開放する凹部８ｂが形成されており、この凹部８ａに金属ガスケット２０が収容されるようになっている。

凹部８ｂは、本実施の形態では、端面部８ａにのみ開放しているが、例えば、排気経路９にも開放するなど、金属ガスケット２０の形状や機能等に応じて任意である。凹部８ｂの深さは、排気マニホールド８をタービンハウジング３に締結する前の状態での金属ガスケット２０の厚さよりも浅く形成されている。したがって、排気マニホールド８をタービンハウジング３に締結した際には、その圧力によって金属ガスケット２０が厚さ方向に圧縮され、凹部８ｂの底面部と端面部３ａとに密着するようになっている。

なお、金属ガスケット２０の配置やタービンハウジング３と排気マニホールド８との接続部分の具体的な構成等は公知の技術であり、本実施の形態に適用される金属ガスケット２０は、このような接続構造に限定的に適用されるものではない。

金属ガスケット２０は、図３（Ａ）に示すように、略真円の環状に形成されている。金属ガスケット２０は、図３（Ｂ）に示すように、金属材２１と、金属材２１に被覆された充填材２２と、を有する。なお、金属ガスケット２０は略真円に限定されるものではない。金属材２１は、ＳＵＳ等を材料とする金属板のプレス加工によって構成している。充填材２２は、金属材２１によって囲まれる内部空間部２３に包含されており、酸化アルミニウム（アルミナ）から構成している。

金属材２１は、充填材２２を被覆するように閉断面状の内部空間部２３を形成している。本実施の形態においては、金属材２１によって囲まれる内部空間部２３に充填材２２を包含させたものの一部を圧縮加工することにより金属材２１の一部と充填材２２の一部とが接触させられる圧縮部２１ｅを備える。すなわち、金属材２１は、充填材２２を被覆した状態における内端２１ａから外端２１ｂに至る間の領域の一部を圧縮加工することにより互いに対向する上面部２１ｃと下面部２１ｄの一部同士を接触させる凹部としての圧縮部２１ｅを形成している。

これにより、圧縮部２１ｅは、充填材２２を内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂとに分断するようになっている。同時に、圧縮部２１ｅは、内部空間部２３を内周側空間部２３ａと外周側空間部２３ｂとに隔絶するように分断するようになっている。したがって、圧縮部２１ｅは、充填材２２及び内部空間部２３に対する分断の境界となっている。

本実施の形態では、圧縮部２１ｅは、環状の金属ガスケット２０の外観上において、連続した環状に形成している。したがって、圧縮部２１ｅは、内部空間部２３において、内端２１ａから外端２１ｂに至る内周側空間部２３ａと外周側空間部２３ｂとの断面積の比は、どの位置においても同じ比率とすることができる。

内部空間部２３は、圧縮部２１ｅを形成することにより、圧縮部２１ｅを形成する前よりも容積は狭くなっている。したがって、充填材２２においても、圧縮部２１ｅを形成する前よりも圧縮部２１ｅを形成した後では、充填率は高くなる。

なお、内端２１ａは、図２に示すように、排気ガスＰが排気経路９を通過することから、本発明に係る対象流体側に対応している。さらに、上面部２１ｃは本発明に係る一面部に対応し、下面部２１ｄは本発明に係る他面部に対応している。

圧縮部２１ｅは、内端２１ａから外端２１ｂに至る領域において内端２１ａに片寄った位置に形成することにより、内周側空間部２３ａの断面積の方が外周側空間部２３ｂの断面積よりも小さくなるようになっている。

圧縮部２１ｅは、後述する圧縮工程において充填材２２を対象流体側である内端２１ａに向けて押し出すように傾斜した傾斜部２１ｆを形成している。圧縮部２１ｅは、金属材２１の上面部２１ｃを下面部２１ｄに向けて凹陥し、その上面部２１ｃと下面部２１ｄとをレーザー溶接、例えば、ＹＡＧレーザ溶接により接合している。

次に、本実施の形態の金属ガスケット２０の成形手順を説明する。
まず、予め中心付近に穴を開口した金属材２１となる被加工板を用意し、図４に示すように、バーリング加工により開口を取り巻くように内周側の立ち上がりと外周側の立ち上がりとを形成するバーリング工程を行う。なお、このバーリング工程では、充填材２２は、金型にセットしていない状態で行ってもよいし、次工程以降を一連のラインで行う場合には、先にセットしていてもよい。また、図４では、バーリング工程で用いる金型のダイ５１のみを概略的に図示する。

次に、加工面が略波型形状のパンチ５２を用い、成形後における下面部２１ｄのフラット状態を維持するように上面部２１ｃ側の被加工板の内周側を外周側に、外周側を内周側に、それぞれ折り曲げる折曲加工を行う。

さらに、加工面が略水平なパンチ５３を用い、成形後における下面部２１ｄのフラット状態を維持するように上面部２１ｃ側の被加工板を水平となるようにさらに折り曲げて整形する整形工程を行う。

この後に、加工面に環状の突起部５４ａを有するパンチ５４を用い、成形後における下面部２１ｄのフラット状態を維持するように上面部２１ｃの所定位置に圧縮部２１ｅを形成する圧縮工程を行い、金属ガスケット２０を構成する。

なお、突起部５４ａは、その突出端に向かうほど断面形状で先細りとするのがよい。この際、金属材２１を圧縮する圧縮速度、すなわち、パンチ５４の下降速度を、金属材２１の材質や肉厚、並びに充填材２２の材質や肉厚等の条件から充填材２２の移動時間を考慮して設定するのがより好ましい。これにより、充填材２２が内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂとに分断された際の内周側空間部２３ａに対する内周側充填材２２ａの充填率を高くすることができる。

この状態から、図示を省略するが、圧縮部２１ｅの上面部２１ｃと下面部２１ｄとをＹＡＧレーザ溶接により接合する。

このように、本実施の形態における金属ガスケット２０においては、圧縮工程において金属材２１に圧縮部２１ｅを形成することにより、内部空間部２３を内周側空間部２３ａと外周側空間部２３ｂとに隔絶する。同時に、本実施の形態における金属ガスケット２０においては、圧縮工程において金属材２１に圧縮部２１ｅを形成することにより、充填材２２を内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂとに分断する。

これにより、対象流体側である内端２１ａに位置する内周側空間部２３ａにおける内周側充填材２２ａの充填率を高くすることができる。この際、突起部５４ａの突出端側を先細りとすることで形成される傾斜部２１ｆによって内周側充填材２２ａを内端２１ａに向けて押し出すことができ、内周側充填材２２ａの充填率をより高くすることができる。なお、本実施の形態においては、内周側空間部２３ａにおける内周側充填材２２ａの充填率は９５％以上としている。

しかも、本実施の形態において、圧縮部２１ｅは、下面部２１ｄのフラット状態を維持しつつ上面部２１ｃ側のみを圧縮変形することで形成され、しかも、圧縮部２１ｅの上面部２１ｃと下面部２１ｄとをＹＡＧレーザ溶接により接合している。

これにより、圧縮部２１ｅは、内部空間部２３を内周側空間部２３ａと外周側空間部２３ｂとに隔絶していることから、内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂに対するストッパ機能を具備させることができる。

したがって、金属ガスケット２０は、高温・高圧環境下での使用であっても、内周側充填材２２ａが内周側空間部２３ａの内部においてのみ移動することから、過熱圧縮時等に充填材２２が大きく移動して面圧が低下してしまうことを抑制することができる。

しかも、排気ガス中の成分（ＳＯｘ、ＮＯｘ）と充填材２２とが化学反応してしまい、金属ガスケット２０の劣化による面圧低下、すなわち、へたりの発生を抑制することができる。

（第２の実施の形態）
ところで、第１の実施の形態では、図５（Ａ）に示すように、一つの環状の充填材２２を用い、圧縮工程にて内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂとに分断する場合で説明したが、本発明の金属ガスケット２０は、この形態に限定されるものではない。

すなわち、第２の実施の形態では、図５（Ｂ）に示すように、充填材２２を予め、内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂとで２分割し、圧縮部２１ｅを形成する際に充填材２２を精度よく分断するようにしてもよい。この際、内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂとの間は被分断部２２ｃとなる。

したがって、被分断部２２ｃは、圧縮部２１ｅに対応する位置に配置するのが好ましい。また、被分断部２２ｃの離間距離Ｗは、突起部５４ａの突出端幅と略同等とするのがよい。すなわち、上述したように、圧縮工程においてパンチ５４の突起部５４ａの断面形状によって内周側充填材２２ａを内周側空間部２３ａの内部で内端２１ａに向けて押し出すためには、離間距離Ｗは突起部５４ａの突出端幅よりも広くないのが好ましい。

なお、第３の実施の形態である図５（Ｃ）に示すように、充填材２２に凹溝２２ｄを形成し、この凹溝２２ｄを被分断部としてもよい。この際、凹溝２２ｄの形状や深さ等は内周側空間部２３ａに対する内周側充填材２２ａの充填率によって適宜設定することができる。

以上説明したように、本発明に係る金属ガスケット２０は、金属材２１によって囲まれる内部空間部２３内に包含される充填材２２とを含む金属ガスケット２０において、金属材２１によって囲まれる内部空間部２３内に充填材２２を包含させたものの一部を圧縮加工することにより金属材２１の一部と充填材２２の一部とが接触させられる圧縮部２１ｅを備えることにより、充填材２２を金属材２１の内端２１ａから外端２１ｂに至る間で内周側充填材２２ａと外周側充填材２２ｂとに分断している。

すなわち、金属材２１の一部に圧縮部２１ｅを形成することによって充填材２２を被覆するための内部空間部２３の容積を小さくし、内部空間部２３に対する充填材２２の充填率を高くすることができる。

このように、充填材２２の充填不足に伴う内部空間部２３における隙間の容積を低減し得て、へたりの発生を抑制することができるという効果を有し、特に、高温又は高圧環境下における二部材間のシール材としての金属ガスケット全般に有用である。

２０…金属ガスケット、２１…金属材、２１ｃ…上面部（一面部）、２１ｄ…下面部（他面部）、２１ｅ…圧縮部（凹部）、２２…充填材、２２ａ…内周側充填材、２２ｂ…外周側充填材、２３…内部空間部（空間）、２３ａ…内周側空間部、２３ｂ…外周側空間部

Claims (5)

1. 金属材と、当該金属材によって囲まれる空間内に包含される充填材とを含む金属ガスケットにおいて、
   前記金属材によって囲まれる空間内に前記充填材を包含させたものの一部を圧縮加工することにより前記金属材の一部と前記充填材の一部とが接触させられる凹部を備えることを特徴とする金属ガスケット。
2. 前記充填材は、前記凹部に対応する位置に分割又は凹溝による被分断部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の金属ガスケット。
3. 前記空間は、前記凹部を境として一方を対象流体側とするとともに、前記凹部を前記対象流体側に寄せて形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属ガスケット。
4. 前記凹部は、その圧縮加工工程において前記充填材を前記対象流体側に押し出すように傾斜していることを特徴とする請求項３に記載の金属ガスケット。
5. 前記凹部は、前記金属材の前記対向する面部の一面部を他面部に向けて凹陥するとともにレーザー溶接により前記一面部と前記他面部とを接合したことを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１に記載の金属ガスケット。

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