JP7011720B2

JP7011720B2 - ガスケット

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Publication number: JP7011720B2
Application number: JP2020537033A
Authority: JP
Inventors: 健渡邉; 祐樹花田; 大介兵頭
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2022-01-27
Anticipated expiration: 2040-01-27
Also published as: CN113227563B; CN113227563A; EP3885566A4; WO2020195093A1; US20220074496A1; JPWO2020195093A1; EP3885566A1

Description

本発明は、ガスケットに関する。

車両や汎用機械、例えば自動車において、エンジンや、電子部品を内部に収容する装置等には、筐体を密封するためにガスケットが従来から用いられている。ガスケットは、例えば、組み合わされて筐体を形成する一対の部材の間に圧縮された状態で挟まれることによってシールビードが変形し、この一対の部材間の接合部の密封を図っており、筐体の密閉を図っている。このようなガスケットとして、密封能力の向上を図るために、金属板の両面にゴム材を被覆したラバーコーテッドメタルを使用した、所謂ラバーコーテッドメタルガスケットがある(例えば、特許文献１参照）。

特許第５４５４０１０号公報

例えば自動車部品において筐体の製造に主に使用される材料は、Ａｌ合金やＭｇ合金、鉄系の金属材であり、振動を伝達しやすい。また、自動車部品において伝達される振動は低周波から高周波の幅広い周波数帯の振動である。このようにガスケットが使用される部品や機器においては、振動が伝達されやすく、また、幅広い周波数帯の振動が伝達される。ラバーコーテッドメタルガスケットは、表層のゴム層の減衰作用により、振動伝達率を低減することができるが、弾性変形するシールビードの共振周波数と入力振動の周波数とが一致することにより、ガスケットの振動伝達率が高くなることがある。このため、従来のガスケットに対しては、ガスケットの振動伝達率を低減させるために、ガスケットのシールビードの共振周波数と入力振動の周波数とが一致することを回避することができる構造が求められている。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動伝達率を低減することができるガスケットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係るガスケットは、金属製の板である金属板と、該金属板の両面に被覆されているゴム材を含む層であるゴム層とを有するガスケット部材を備え、前記ガスケット部材は、前記ガスケット部材の両面の他方側から前記ガスケット部材の両面の一方側に向かって凸の部分であるシールビード部と、締結部材が挿通される少なくとも１つの挿通孔と、前記ガスケット部材の両面の他方側から前記ガスケット部材の両面の一方側に向かって凸の部分である少なくとも１つの捨てビード部とを有しており、前記捨てビード部は、前記挿通孔の周りに延びており、前記捨てビード部の延び方向の長さにより、前記ガスケット部材の共振周波数が調整されていることを特徴とする。

本発明の一態様に係るガスケットにおいて、前記捨てビード部は、所定の角度で交わる直線の間に延びている。

本発明の一態様に係るガスケットにおいて、前記捨てビード部は円弧状に延びている。

本発明の一態様に係るガスケットにおいて、前記捨てビード部は、無端の環状に延びている。

本発明の一態様に係るガスケットは、前記ガスケット部材を複数有しており、複数の前記ガスケット部材は重ね合わされており、互いに重ね合わされている前記ガスケット部材において、前記捨てビード部は互いに重ね合わされている。

本発明に係るガスケットによれば、振動伝達率を低減することができる。

本発明の実施の形態に係るガスケットの概略構成を示すための正面図である。図１に示すガスケットのＡ－Ａ線に沿う断面図である。本発明の実施の形態に係るガスケットにおける捨てビード部の拡大正面図である。使用状態における本発明の実施の形態に係るガスケットの図１のＡ－Ａ線に沿う断面の様子を示す図である。シミュレーションよる本発明の実施の形態に係るガスケットの振動伝達率曲線を示す図である。本発明の実施の形態に係るガスケットにおける捨てビード部の変形例を示す図である。使用状態における本発明の実施の形態に係るガスケットの変形例の図１のＡ－Ａ線に沿う断面の様子を示す図である。使用状態における本発明の実施の形態に係るガスケットの他の変形例の図１のＡ－Ａ線に沿う断面の様子を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るガスケット１の概略構成を示すための正面図であり、図２は、ガスケット１の図１のＡ－Ａ線に沿う断面図である。また、図３は、ガスケット１の捨てビード部３０の拡大正面図である。ガスケット１は、例えば、密封対象である内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッドの接合部、シリンダヘッド及びシリンダヘッドカバーの接合部、或いは排気マニホールド及び排気管の接合部、電装ユニット（モーター、インバータ、コンバータ、ＰＣＵなど）等、種々の２部材間の接合部の隙間を密封する役割を担っている。なお、ガスケット１が適用される対象は、上記に限られない。

本発明の実施の形態に係るガスケット１は、金属製の板である金属板１１と、金属板１１の両面１１ａ，１１ｂに被覆されているゴム材を含む層であるゴム層１２，１３とを有するガスケット部材１０を備えている。ガスケット部材１０は、シールビード部２０と、少なくとも１つの挿通孔１６と、少なくとも１つの捨てビード部３０とを有している。シールビード部２０は、ガスケット部材１０の両面１０ａ，１０ｂの他方側からガスケット部材１０の両面１０ａ，１０ｂの一方側に向かって凸の部分である。挿通孔１６は、後述する使用状態において使用される締結部材が挿通される貫通孔である。捨てビード部３０は、ガスケット部材１０の両面１０ａ，１０ｂの他方側からガスケット部材１０の両面１０ａ，１０ｂの一方側に向かって凸の部分である。捨てビード部３０は、貫通孔１６の周りに延びている。捨てビード部３０の延び方向の長さにより、ガスケット部材１０の共振周波数が調整されている。以下、ガスケット１の構成について具体的に説明する。

以下の説明において、説明の便宜上、ガスケット部材１０の両面１０ａ，１０ｂの一方側を上側とし（図２の矢印ａ方向側）、ガスケット部材１０の両面１０ａ，１０ｂの他方側を下側とする（図２の矢印ｂ方向側）。このため、ガスケット部材１０の両面１０ａ，１０ｂの一方側は上面１０ａであり、他方側は下面１０ｂである。また、金属板１１の両面１１ａ，１１ｂの一方側は上面１１ａであり、他方側は下面１１ｂである。また、ガスケット１によって閉じられた空間側を内側とし（図２の矢印ｃ方向側）、閉じられていない空間側を外側とする（図２の矢印ｄ方向側）。

図１に示すように、ガスケット１において、ガスケット部材１０は、環状に延びており、内側に開口部１４が形成されている。ガスケット部材１０は、適用対象に応じた延び形状を有しており、密封したい対象が開口部１４内の範囲に収まるような形状となっている。図示の例では、ガスケット部材１０は、略矩形の延び形状を有している。ガスケット部材１０には、外側に向かって突出するボルト受部１５が複数設けられている。ボルト受部１５には、図１に示すように、挿通孔１６が形成されている。挿通孔１６には、後述する使用状態における締結に用いられる締結部材としてのボルト６０（図４）が挿通される。

ガスケット部材１０は、ラバーコーテッドメタルガスケットである。つまり、ガスケット部材１０は、図２に示すように、金属板１１と、金属板１１の上面１１ａに被覆されている上側ゴム層１２と、金属板１１の下面１１ｂに被覆されている下側ゴム層１３とを有している。金属板１１は、例えば、ＳＰＣＣ鋼板、ステンレス鋼板、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム鋼板等である。上側ゴム層１２及び下側ゴム層１３は、例えば、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、及びシリコンゴムのうちの少なくとも一種を含む合成ゴム等である。上側ゴム層１２及び下側ゴム層１３のゴムの形態は、ソリッドゴムであってもよく、発泡ゴムであってもよい。

ガスケット部材１０は、シールビード部２０の延び方向に交差する幅方向の両側において、シールビード部２０に沿って夫々延びる外側裾部２１と内側裾部２２とを有している。外側裾部２１は、図１～３に示すように、シールビード部２０の外側の端部に接続している平坦な板状の部分であり、内側裾部２２は、図１～３に示すように、シールビード部２０の内側の端部に接続している平坦な板状の部分である。

シールビード部２０は、上述のように、下側から上側に向かって（矢印ａ方向）突出している部分であり、後述する使用状態において密封対象の接合部の上側の部材である一方筐体５０（図４）と接触するように形成されている。シールビード部２０は、例えば図２に示すように、その断面形状が上側に凸の円弧状になるように、突出している。シールビード部２０の断面形状は円弧状に限られない。また、シールビード部２０は図示のようなフルビードタイプではなく、ハーフビードタイプであってもよい。

捨てビード部３０は、シールビード部２０のように２部材間の接合部の隙間を密封する役割を担うビード部ではなく、締結部材の締結力によって発生するシールビード部２０の反力を低減させるために作用するビード部である。捨てビード部３０は、図１～３に示すように、各挿通孔１６の周りに夫々設けられており、挿通孔１６の外側に設けられている。捨てビード部３０は、上述のように、下側から上側に向かって（矢印ａ方向）突出しており、後述する使用状態において密封対象の接合部の上側の部材である一方筐体５０又は密封対象の接合部の下側の部材である他方筐体５１（図４）と接触するように形成されている。捨てビード部３０は、例えば図２に示すように、その断面形状が上側に凸の円弧状になるように、突出している。捨てビード部３０の断面形状は円弧状に限られず、例えば、台形や略台形であってもよく、下側から上側に向かって又は上側から下側に向かって突出する他の形状であってもよい。捨てビード部３０は、突出しており、ばね弾性が与えられており、上下方向に弾性的に変形可能になっている。

図３に示すように、捨てビード部３０は、所定の角度（延び角度α）で交わる直線の間に延びており、ガスケット部１０の外側の端部（外側端１０ｃ）と挿通孔１６との間に延びている。捨てビード部３０は、例えば、円弧状に延びている。つまり、中心角が延び角度αとなる円弧に沿って延びている。また、捨てビード部３０は、例えば、挿通孔１６の同心円上に延びている。捨てビード部３０は、挿通孔１６の同心円上に延びていなくてもよい。捨てビード部３０の延び方向の長さ（長さＬ）は延び角度αによって決まる値となっている。

上述したように、捨てビード部３０の延び方向の長さＬにより、ガスケット部材１０の共振周波数は調整されている。具体的には、捨てビード部３０の延び方向の長さＬにより、捨てビード部３０のばね定数が調整されている。図示の例のように捨てビード部３０が円弧状に延びている場合、捨てビード部３０の長さＬは延び角度αに比例する。捨てビード部３０のばね定数については、捨てビード部３０の長さＬが小さいと、つまり捨てビード部３０の延び角度αが小さいとばね定数は小さくなり、一方、捨てビード部３０の長さＬが大きいと、つまり捨てビード部３０の延び角度αが大きいとばね定数は大きくなる。ガスケット部材１０は、捨てビード部３０の延び角度αを調整することにより、捨てビード部３０のばね定数が調整されている。

ガスケット１のガスケット部材１０においては、捨てビード３０の延び角度αの値が調整されて、ガスケット部材１０の捨てビード部３０のばね定数が小さくなっており、捨てビード部３０の共振周波数、つまりガスケット部材１０の共振周波数は、使用状態における適用対象からの入力振動の周波数に対して低周波数側の値となっている。このため、使用状態において、適用対象からの入力振動の周波数とガスケット１の共振周波数を異なる周波数にすることができ、ガスケット１の振動伝達率を低くすることができる。

このように、本発明の実施の形態に係るガスケット１によれば、ガスケット部材１０の捨てビード部３０の形状（延び角度α又は延び方向の長さＬ）を変更することにより、ガスケット部材１０の共振周波数を調整することができる。このため、ガスケット部材１０の共振周波数を、使用状態における適用対象からの入力振動の周波数とは異なるものにすることができ、ガスケット１の振動伝達率を低くすることができる。

なお、ガスケット１のガスケット部材１０の共振周波数は、捨てビード３０の延び角度α又は延び長さＬの調整により、使用状態における適用対象からの入力振動の周波数に対して低周波数側の値となっているものに限られず、使用状態における適用対象からの入力振動の周波数に対して高周波数側の値となっているものであってもよい。

また、捨てビード部３０の延び角度α又は延び方向の長さＬの調整により、ガスケット部材１０が使用状態における適用対象からの入力振動に防振作用を有するように、ガスケット部材１０の共振周波数を調整してもよい。例えば、使用状態における適用対象からの入力振動の中で強い周波数帯に防振作用を有するようにガスケット部材１０の共振周波数を調整してもよい。これにより、使用状態における適用対象からの入力振動に対するガスケット１の振動伝達率を更に低くすることができる。

次いで、上述の構成を有するガスケット１の作用について説明する。図４は、使用状態におけるガスケット１の図１のＡ－Ａ線に沿う断面における様子を示す図である。ガスケット１の使用状態において、ガスケット１は、適用対象の２部材の間の接合部に挟まれ、２部材間で圧縮されて接合部の密封を図っている。図示の例においては、適用対象の２部材として、内燃機関のシリンダヘッド等の一方筐体５０と、内燃機関のシリンダブロック等の他方筐体５１とが示されている。使用状態において、ガスケット１は、一方筐体５０と他方筐体５１との間に挟まれ、締結部材としてのボルト６０の雄ネジ部６１がボルト貫通孔５２を通って一方筐体５０を貫通し、ガスケット部材１０のボルト受部１５の挿通孔１６を通って他方筐体５１に形成された雌ネジ部５３に螺合し、一方筐体５０が他方筐体５１に締結されている。これにより、ガスケット１は、一方筐体５０と他方筐体５１との間で上下方向において圧縮される。

図４に示すように、ガスケット１の使用状態において、外側裾部２１及び内側裾部２２における下側ゴム層１３の下面１３ａは、他方筐体５１の接合面である上面５１ａに接触している。また、シールビード部２０は上側の上側端部２０ａにおいて一方筐体５０の接合面である下面５０ｂに押圧されている。ボルト６０による締結により、ガスケット１は上下方向において圧縮されているため、シールビード部２０が上下方向においてばね弾性的に圧縮されて変形している。これにより、一方筐体５０と他方筐体５１との間の接合部が密封されている。

また同様に、捨てビード部３０は、上側に面する端部である上側端部３１において、一方筐体５０の接合面である下面５０ｂに押圧されている。ボルト６０による締結により、ガスケット１は上下方向において圧縮されているため、捨てビード部３０が上下方向においてばね弾性的に圧縮されて変形している。上述のように、本発明の実施の形態に係るガスケット１は、捨てビード部３０の延び角度α又は延び方向長さＬの調整により、捨てビード部３０のばね定数が調整されてガスケット部材１０の共振周波数が調整されている。このため、ガスケット１の共振周波数が、一方筐体５０及び他方筐体５１のいずれか一方又は両方から入力される振動の周波数と一致しないようになっている。これにより、一報筐体５０と他方筐体５１との間のガスケット１の振動伝達率が低くなっており、一方筐体５０と他方筐体５１との間のガスケット１を介した振動伝達が低くなっている。

図５は、シミュレーションによるガスケット１の振動伝達率曲線を示す図である。横軸は入力振動数とガスケット部材１の共振周波数の比である振動数比であり、縦軸は各振動数比の振動伝達率である。図５において、線Ａ１は、ガスケット１の一実施例（実施例１）に対するシミュレーション結果であり、線Ａ２は、ガスケット１の他の実施例（実施例２）に対するシミュレーション結果である。実施例２においては、ガスケット１（実施例２）の共振周波数を実施例１の共振周波数よりも下げるように、捨てビード部３０の延び角度α又は延び方向の長さＬを調整した。つまり、実施例２における捨てビード３０のばね定数は、実施例１における捨てビード３０のばね定数よりも小さくなっており、実施例２の捨てビード３０の延び角度α又は延び方向の長さＬは、実施例１の捨てビード３０の延び角度α又は延び方向の長さＬよりも小さくなっている。

図５に示すシミュレーション結果のように、実施例１に対して実施例２はガスケット１の共振周波数を低くすることができることが分かる。このように、図５に示すシミュレーション結果より、捨てビード部３０の延び角度α又は延び方向の長さＬを調整することにより、ガスケット１の共振周波数を調整することができることが分かる。このため、本発明の実施の形態に係るガスケット１では、ガスケット１の共振周波数を車両等において発生する振動の入力周波数からずらすことにより、ガスケット１の共振を回避することができ、また、ガスケット１の共振領域及び防振領域を調整することができる。特に、捨てビード３０のばね定数を小さくしてガスケット１の共振周波数を低周波数とすることにより、ガスケット１の共振領域を減少させて、防振領域を増加させることができ、防振能力を向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の概念及び請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。また、例えば、上記実施の形態における各構成要素の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。

例えば、図６に示すように、捨てビード部３０は無端の環状に延びていてもよい。具体的には、捨てビード部３０は、挿通孔１６の同心円上に円環状に延びていてもよい。この場合、捨てビード部３０の延び角度αは３６０°となる。

また、例えば、本発明の実施の形態に係るガスケット１は、１つのガスケット部材１０を有するとしたが、本発明に係るガスケットは、複数のガスケット部材１０を有していてもよい。この場合、例えば複数のガスケット部材１０は重ね合わされており、互いに重ね合わされているガスケット部材１０において、シールビード部２０は互いに重ね合わされており、また、捨てビード部３０は互いに重ね合わされている。具体的には、ガスケット１の変形例として、図７に示すように、ガスケット１は、ガスケット部材１０を２つ有しており、互いに重ね合わされているシールビード部２０は、同じ側を向いている。つまり、上側のシールビード部２０の凹部内に下側のシールビード部２０が収容されて互いに重ね合わされて接触するように、２つのガスケット部材１０が重ね合わされている。同様に、互いに重ね合わされている捨てビード部３０は、同じ側を向いている。つまり、上側の捨てビード部３０の凹部内に下側の捨てビード部３０が収容されて互いに重ね合わされて接触するように、２つのガスケット部材１０が重ね合わされている。

また、ガスケット１の他の変形例では、図８に示すように、ガスケット１は、ガスケット部材１０を２つ有しており、互いに重ね合わされているシールビード部２０は背向しており、互いに重ね合わされている捨てビード部３０は背向している。つまり、２つのガスケット部材１０のうちの下側のガスケット部材１０は、シールビード部２０の上側端部２０ａが下側に向くように配設され、上側のガスケット部材１０は、シールビード部２０の上側端部２０ａが上側に向くように配設され、シールビード部２０は互いに上下方向で背向するようになっている。この場合、上側のガスケット部材１０のシールビード部２０と下側のガスケット部材１０のシールビード部２０とが夫々上下方向に向かって接合部に接触することにより接合部の密封がなされる。また同様に、２つのガスケット部材１０のうちの下側のガスケット部材１０は、捨てビード部３０の上側端部３１が下側に向くように配設され、上側のガスケット部材１０は、捨てビード部３０の上側端部３１が上側に向くように配設され、捨てビード部３０は互いに上下方向で背向するようになっている。この場合、上側のガスケット部材１０の捨てビード部３０と下側のガスケット部材１０の捨てビード部３０とが夫々上下方向に向かって接合部に接触する。

このように、ガスケット部材１０を複数重ね合わせることで、捨てビード部３０が直列のばね要素となり、ガスケット１の共振周波数の調整幅を大きくすることができるようになる。これにより、ガスケット１の共振周波数を更に低周波側に調整することができる。また、ガスケット１におけるガスケット部材１０の間の接触により、ガスケット部材１０間に摩擦が生じる。この摩擦による摩擦減衰によりヒステリシスを大きくすることができ、ガスケット１の振動伝達率を更に下げることができる。

１…ガスケット、１０…ガスケット部材、１０ａ…上面、１０ｂ…下面、１０ｃ…外側端、１１…金属板、１１ａ…上面、１１ｂ…下面、１２…上側ゴム層、１３…下側ゴム、１３ａ…下面、１４…開口部、１５…ボルト受部、１６…挿通孔、２０…シールビード部、２０ａ…上側端部、２１…外側裾部、２２…内側裾部、３０…捨てビード部、３１…上側端部、５０…一方筐体、５０ｂ…下面、５１…他方筐体、５１ａ…上面、５２…ボルト挿通孔、５３…雌ネジ部、６０…ボルト、６１…雄ネジ部、α…延び角度、Ｌ…長さ

Claims

金属製の板である金属板と、該金属板の両面に被覆されているゴム材を含む層であるゴム層とを有するガスケット部材を備え、
前記ガスケット部材は、前記ガスケット部材の両面の他方側から前記ガスケット部材の両面の一方側に向かって凸の部分であるシールビード部と、締結部材が挿通される少なくとも１つの挿通孔と、前記ガスケット部材の両面の他方側から前記ガスケット部材の両面の一方側に向かって凸の部分である少なくとも１つの捨てビード部とを有しており、
前記捨てビード部は、前記挿通孔の周りに延びており、
前記捨てビード部の延び方向の長さにより、前記ガスケット部材の共振周波数が調整されており、
前記ガスケット部材の共振周波数は、前記ガスケット部材の適用対象からの入力振動の周波数と異なる周波数に調整されていることを特徴とするガスケット。
前記ガスケット部材の共振周波数は、前記適用対象からの入力振動の周波数に対して低周波数側の値となるように調整されていることを特徴とする請求項１記載のガスケット。
前記ガスケット部材の共振周波数は、前記適用対象からの入力振動に防振作用を有するように調整されていることを特徴とする請求項１又は２記載のガスケット。
前記捨てビード部は、所定の角度で交わる直線の間に延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガスケット。
前記捨てビード部は円弧状に延びていることを特徴とする請求項４記載のガスケット。
前記捨てビード部は、無端の環状に延びていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガスケット。
前記ガスケット部材を複数有しており、
複数の前記ガスケット部材は重ね合わされており、互いに重ね合わされている前記ガスケット部材において、前記捨てビード部は互いに重ね合わされていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項記載のガスケット。