JP2001289325A - 積層型メタルガスケット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、排気ガスが通過する排気系統
や排気マニホールドとターボチャージャーの接続部のよ
うに、高温の流体が通過する際、フランジ等の被シール
部材側に局所的な熱変形が生じるような環境下で、その
熱変形がシール性に及ぼす悪影響を低減し、良好なシー
ル性を発揮するメタルガスケットを提供することであ
る。 【解決手段】上記課題は、積層型メタルガスケットを構
成する各金属板のうちの少なくとも一枚について、隣接
する流体孔間の領域の少なくとも一部を除去することに
よって解決される。特に排気系統や排気マニホールドと
ターボチャージャーの接続部などに適用されるメタルガ
スケットにおいては、その被シール部材側の熱膨張に対
応する部分を除去することによって解決される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスが通過す
る排気系統や排気マニホールドとターボチャージャーの
接続部のように、高温の流体が通過する場所のシールに
適用されるものであり、フランジ等の被シール部材側に
局所的な熱変形が生じるような環境下で、その熱変形が
シール性に及ぼす悪影響を低減し、良好なシール性を発
揮するメタルガスケットに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等のエンジンの排気ガスは、排気
マニホールドから排気系統を通して車外に排出されるほ
か、ターボ機構を有するエンジンの場合は、図１に模式
的に示すように排気マニホールドから一部の排気ガスが
ターボチャージャーに供給される。このように流体が通
過する経路における接続部をシールする部材として、ビ
ードを形成した弾性金属板を一枚ないし複数枚積層した
メタルガスケットが広く用いられている。

【０００３】このメタルガスケットは、接続部分に挟持
され、ビード部に面圧が発生することによりシールを行
なうため、剛性に優れていることが必要であり、また排
気ガスは高温であるため耐熱性にも優れていることが必
要である。これらの特性条件を有する材料として、例え
ばばね用ステンレス鋼板が用いられている。ところが排
気系統あるいは排気マニホールドとターボチャージャー
の接続部においては、高温の排気ガスにより被シール部
材側に局所的な熱膨張が生じ、面圧に不均一な領域が発
生する場合があり、十分なシール性を保持できなくなる
恐れがある。

【０００４】このような問題を解決するものとして、熱
変形の大きい箇所と小さい箇所とでビードのばね剛性を
変えるものがある。例えば排気マニホールド用のメタル
ガスケットにおいて、排気マニホールドの熱変形に対応
することを目的として、ガスケットの長手方向の両端部
における排気流通孔の周りのビードと両端以外の位置に
おける孔の周りのビードの形状を変えたものが、特開平
８−１５９２８４に提案されている。これを図２（ａ）
および（ｂ）に示す。これは４個の排気流通孔を有する
排気マニホールド用のメタルガスケットであり、図２
（ａ）はその平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）における
Ａ−Ａ断面図である。このメタルガスケットでは、図２
（ｂ）に示すように長手方向両端部の排気流通孔周りの
ビード高さｈ１を、他の排気流通孔周りのビード高さｈ
２よりも高くし、また必要に応じてビード幅についても
長手方向両端部の排気流通孔周りのビード幅を他の孔の
周りのビードよりも狭く形成することにより、長手方向
両端部の排気流通孔の周りのビードのバネ定数を他の孔
の周りのビードよりも大きくし、排気マニホールドが高
温により湾曲，変形してもなお充分なシール面圧を維持
できるようにしたものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、被シー
ル部材の変形量がビード形状の差異により変えうる変形
量の限度内であれば、前記の方法はシール性の保持に有
効であるが、より狭い範囲での局所的な熱変形が被シー
ル部材に生じた場合には、前記変形量の差異の限度を超
えた変形となってしまうために、接続部の間隔が広がっ
てしまうことを防ぎきれない。また、前記の方法は熱変
形の方向が接続部の間隔を広げる方向に発生する場合に
対応するものであるため、逆に接続部の間隔を狭める方
向の熱膨張が局所的に発生した場合には、その熱膨張部
位でメタルガスケットが強く押さえつけられると同時
に、その他の部分では接続部の間が押し広げられ面圧が
低下する状態が生じることになり、結果として全体のシ
ール性が低下してしまうという問題があった。

【０００６】本発明は、このように被シール部材側に局
所的な熱変形が生じるような環境下において、その熱変
形がシール性に及ぼす悪影響を低減し、良好なシール性
を発揮するメタルガスケットを提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のメタルガスケッ
トは、流体を通す複数の孔を有し、各流体孔の周囲に第
一のビードが形成され、且つ前記第一のビードの外周側
にこれら第一のビード全てを囲むように第二のビードが
形成されている金属板を少なくとも二枚積層したメタル
ガスケットにおいて、前記金属板のうちの少なくとも一
枚は、隣接する流体孔間の領域の少なくとも一部を除去
していることを特徴とする。

【０００８】あるいはまた、流体を通す複数の孔を有
し、各流体孔の周囲に第一のビードが形成され、且つ前
記第一のビードの外周側にこれら第一のビード全てを囲
むように第二のビードが形成されている少なくとも一枚
以上の金属板と、平坦で且つ前記金属板と実質的に同等
の位置に流体孔が設けられた少なくとも一枚以上の金属
板とを積層してなるメタルガスケットにおいて、前記メ
タルガスケットを構成する各金属板のうちの少なくとも
一枚は、隣接する流体孔間の領域の少なくとも一部を除
去していることを特徴とする。

【０００９】また、前記の各々の積層型メタルガスケッ
トにおいて第一のビードおよび第二のビードがいずれも
ハーフビードであり、隣接する流体孔間では前記第一の
ビード同士が会合して流体孔間フルビードを形成すると
共に、前記第一のビードと第二のビードが会合して外周
フルビードを形成するように各々のビードが配置されて
いても良く、更に前記の各金属板における前記外周フル
ビードの頂部が互いに整合する位置で且つ互いに反対方
向になるように積層されていても良い。

【００１０】また、前記のように第一のビードおよび第
二のビードがいずれもハーフビードである積層型メタル
ガスケットにおいて、第一のビードと第二のビードと
が、流体孔間以外では平行に設けられ、それにより実質
的には各々の流体孔周りに一本のフルビードが形成さ
れ、それが流体孔間で会合して一本の共用ビードを形成
した状態となっていても良い。ここで平行としたのは、
実際の使用時に流体をシールするための所要面圧を確保
するためであり、状況に応じて第一のビードと第二のビ
ードの間隔が若干変化していても、実質的に平行であれ
ば良い。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の具体的な第一の実施例を
図３に示す。この図は排気マニホールドとターボチャー
ジャーの接続部に用いられる五層メタルガスケットの平
面図である。排気マニホールドから排出されたガスの一
部は、この接続部を経由してターボチャージャーに送ら
れる。この供給経路は図３に示すように７，８の二つの
流体孔に仕切られ、この二つの流体孔から並行して排気
ガスがターボチャージャーに供給される。

【００１２】図３におけるＩ−Ｉ断面およびＩＩ−ＩＩ
断面を、それぞれ図４（ａ）および（ｂ）に示す。なお
図４は、圧縮前、すなわち締め付けられる前の積層状態
を示したものである。図４における第一層目の板１６お
よび第四，五層目の板１９，２０には同一形状の金属板
Ａが用いられている。この金属板Ａには、図５（ａ）に
示すように、二つの流体孔７，８の周りにそれぞれ第一
のビード９，１０がハーフビードの形状に設けられ、こ
れら二本のハーフビードが流体孔間で会合し、流体孔間
フルビードを形成していると共に、この二本のハーフビ
ードを囲む外周側に第二のビード１１が同じくハーフビ
ードの形状に設けられ、この第二のビードが前記第一の
ビードと会合し、外周フルビードを形成している。図４
（ａ）における第二層目の板１７に用いられる金属板Ｂ
は、図５（ｂ）に示すように、金属板Ａから二つの流体
孔間の領域が除去され一つの大きな孔２１が設けられた
形状となっており、ビードについては除去された箇所以
外は金属板Ａと同形状のものが設けられている。第三層
目の板１８に用いられる金属板Ｃは、締め付け時に所定
の厚さが保持されるように設けられた中間板であって、
図５（ｃ）に示すように平坦で且つ金属板Ａと同じ二つ
の流体孔７，８が設けられた金属板である。これらの第
一層目から第五層目までが、図４（ａ）に示すように、
第三層目を中間層として第一層目と第二層目、および第
四層目と第五層目の外周フルビードの頂部が互いに整合
する位置で且つ互いに反対方向になるように積層され
る。また、図５に示すように、全ての板の四隅にボルト
孔１２，１３，１４，１５が、同じ位置をボルトが貫通
できるように設けられている。

【００１３】このメタルガスケットが前記排気マニホー
ルドとターボチャージャーの接続部に挟持されボルト締
結された時、すなわち初期締め付け状態における断面形
状を図６（ａ）および（ｂ）に示す。図６（ａ）および
（ｂ）は、それぞれ図３におけるＩ−Ｉ断面およびＩＩ
−ＩＩ断面が締め付けられた時の状態である。図６
（ａ）のように五層が揃っている部分ではビードが圧縮
されて所要の面圧が発生し、図６（ｂ）のように流体孔
間の領域が除去され四層になっている部分でも、他の五
層の部分より低いものの面圧発生領域が形成される。

【００１４】実際のエンジン稼動時には、図３における
流体孔７，８を高温の排気ガスが通過することにより、
排気マニホールドあるいはターボ側の流体孔間が他の部
分よりも大きく膨張し、メタルガスケットにおける前記
流体孔間直上の領域が強く押し付けられることになる。
その際の本発明における図３のＩ−Ｉ断面およびＩＩ−
ＩＩ断面の状態をそれぞれ図７（ａ）および（ｂ）に、
従来の全シール領域が同一積層枚数の場合の図７
（ａ），（ｂ）に相当する図をそれぞれ図８（ａ），
（ｂ）に示す。従来の全シール領域が同一積層枚数のメ
タルガスケットでは、図８（ｂ）に示すように、この流
体孔間に発生した押し付け量ΔＬ１をビードの変形量だ
けでは吸収しきれないために、流体孔間以外の場所の間
隔がΔＬ２だけ押し広げられてしまうことになる。すな
わち初期締め付け時の接続部の間隔Ｌと、図８（ａ）に
おける熱膨張発生時の接続部の間隔Ｌ２の関係はＬ＜Ｌ
２となり、その結果ビード部の面圧の低下する領域が発
生し、全体のシール性が低下してしまうことが問題とな
る。

【００１５】これに対し、本発明のメタルガスケットで
は、図７（ｂ）に示すように流体孔間の積層数が四層で
あり、他の部分の五層より少ない構成となっているた
め、流体孔間の熱膨張による押し付け量ΔＬ１を実質的
にほぼ吸収でき、図７（ａ）のように流体孔間以外にお
ける接続部の間隔Ｌ１が、図６（ａ）に示す初期締め付
け時の間隔Ｌと実質的にほぼ等しい状態を保持するの
で、全体の面圧が低下するような問題は発生しない。

【００１６】更に本発明においては、この熱膨張により
流体孔間の面圧が初期締め付け状態から増大して他の部
分の面圧に近づくことになるため、シールすべき領域全
体がより均一に近い面圧状態となり、実際の使用時に最
も良好なシール性が発揮できると同時に、ビード部分の
応力が概ね均等になるため疲労破壊を生じにくくなると
いう効果もある。このように本発明は、従来品の熱膨張
によるシール性低下の問題を解決する手段としてだけで
なく、長期にわたって安定した状態で使用可能なガスケ
ットを提供する、という点においても非常に有効であ
る。

【００１７】なお、本発明におけるビード頂部の向き
は、本実施例のように最外層の二層、すなわち被シール
部材と接する金属板のビード頂部が被シール面側に接す
るように積層されることが望ましいが、実際の使用時に
十分なシール性が得られる場合は逆向きに配されていて
も問題はない。また第三層の中間板は、厚さを調整する
目的で入れているものであり、接続部の所要厚さに応じ
て厚さや枚数は変えても良いし、不要であれば特に入れ
なくても良い。

【００１８】本発明の第二の実施例を図９に示す。これ
は三個の流体孔を有する積層型メタルガスケットであ
る。図９（ａ）は流体孔２２，２３，２４の周りに第一
のビード２５，２６，２７とその外周側の第二のビード
２８とをいずれもハーフビードの形状に設けた一枚の金
属板Ｄである。前記第一のビードと第二のビードとは、
流体孔間以外ではほぼ平行に設けられており、実質的に
は各流体孔の周りにそれぞれ単独のフルビードが設けら
れ、それらが流体孔間で会合して一本の共用フルビード
を形成した状態となっている。図９（ｂ）は前記金属板
Ｄにおける流体孔間の領域のうちで、被シール部材の熱
膨張が大きい領域を除去した孔２９を有するもう一枚の
金属板Ｅであり、この金属板Ｅを前記金属板Ｄと積層さ
せることにより、第一の実施例と同様の作用効果が得ら
れる。

【００１９】なお、本発明のメタルガスケットの製造工
程における流体孔間の領域を除去する工程の順序につい
ては特に限定はなく、例えば金属板にビードを形成した
後に該当箇所を打ち抜いても良いし、ビード形成の前に
打ち抜いておいても良い。あるいは流体孔を設ける際に
同時に、すなわち予め該当箇所が除去された形状に流体
孔を打ち抜いても良い。要は、製品に合わせて最適な工
程を適宜実施すれば良い。

【００２０】また、流体孔間を除去する板については、
ビードを形成した板の流体孔間でも良いし、ガスケット
構成板の中に平坦な板を含む場合にはその平坦な板の流
体孔間でも良い。除去する領域についても、流体孔間の
領域全てを除去する必要はなく、被シール部材の熱膨張
が特に大きい領域に限定してもよい。もちろん熱膨張領
域が流体孔間より広範な場合には、その部分まで除去す
れば良い。要は、全シール領域が同一積層枚数のままで
は被シール部材の局所的な熱膨張を吸収しきれない場合
に、その熱膨張領域の積層枚数を減らせば良いのであ
る。

【００２１】また、ビード形状についても、各々のビー
ド形状を全てハーフビードに限定する必要はなく、メタ
ルガスケットの形状や所要シール圧力に応じて、フルビ
ード同士あるいはフルビードとハーフビードの組み合わ
せにしても良い。またフルビードの断面形状についで
は、台形でも円弧形状でも、あるいはその各々を半分ず
つ組み合せた形状にしても良く、その幅や高さについて
も使用時の状況を考慮して適宜調整すれば良い。

【発明の効果】本発明によれば、流体を通す複数の孔を
有し、各流体孔の周囲にビードが形成されている金属板
を少なくとも二枚以上、もしくは前記の金属板を少なく
とも一枚以上と平坦で且つ前記金属板と実質的に同等の
位置に流体孔が設けられた少なくとも一枚以上の金属板
とを積層してなる積層型メタルガスケットにおいて、前
記の各々のメタルガスケットを構成する金属板のうちの
少なくとも一枚は、隣接する流体孔間の領域の少なくと
も一部を除去しているため、使用時に被シール部材側の
熱膨張をメタルガスケット側で吸収するとともに、シー
ルすべき領域全体でより均一に近い面圧が得られ、良好
なシール性を発揮するメタルガスケットを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エンジンの排気マニホールドとターボチャージ
ャーの接続部の状態を模式的に示した図である。

【図２】排気マニホールドの変形を抑制することを目的
としてビードの断面形状を変えた従来例で、（ａ）は排
気マニホールドの全体図，（ｂ）は（ａ）におけるＡ−
Ａ断面図である。

【図３】本発明の第一の実施例のメタルガスケットの平
面図である。

【図４】（ａ）は図３における締め付け前のＩ−Ｉ断面
図，（ｂ）は同じくＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図５】（ａ）は本実施例における第一層，第四層およ
び第五層に使用される金属板Ａの平面図、（ｂ）は同じ
く第二層の金属板Ｂの平面図、（ｃ）は同じく第三層の
金属板Ｃの平面図である。

【図６】（ａ）は初期締め付け時の図３におけるＩ−Ｉ
断面図，（ｂ）は同じくＩＩ−ＩＩ断面図である。

【図７】（ａ）は排気ガスが流体孔を通過している時の
図３におけるＩ−Ｉ断面図，（ｂ）は同じくＩＩ−ＩＩ
断面図である。

【図８】（ａ），（ｂ）は従来品において排気ガスが流
体孔を通過している時のそれぞれ図７（ａ），（ｂ）に
相当する図である。

【図９】は本発明の第二の実施例で、（ａ）は一方の金
属板Ｄの平面図、（ｂ）は金属板Ｄから流体孔間の一部
を除去したもう一方の金属板Ｅである。

【符号の説明】

１・・・シリンダーヘッド、 ２・・・シリンダ
ーブロック、３・・・排気マニホールド、 ４・
・・ターボチャージャー、５・・・メタルガスケット、
６・・・メタルガスケット本体、７，８・・・
流体孔、 ９，１０・・・第一のビード、
１１・・・第二のビード、 １２，１３，１４，
１５・・・ボルト孔、１６・・・第一層目の金属板、
１７・・・第二層目の金属板、１８・・・第三層目の
金属板、 １９・・・第四層目の金属板、２０・・・
第五層目の金属板、 ２１・・・流体孔、２２，２
３，２４・・・流体孔、 ２５，２６，２７・・・第一
のビード、２８・・・第二のビード、 ２９・・
・流体孔

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体を通す複数の孔を有し、各流体孔の周
   囲に第一のビードが形成され、且つ前記第一のビードの
   外周側にこれら第一のビード全てを囲むように第二のビ
   ードが形成されている金属板を少なくとも二枚積層した
   メタルガスケットにおいて、前記金属板のうちの少なく
   とも一枚は、隣接する流体孔間の領域の少なくとも一部
   を除去していることを特徴とする積層型メタルガスケッ
   ト。
2. 【請求項２】流体を通す複数の孔を有し、各流体孔の周
   囲に第一のビードが形成され、且つ前記第一のビードの
   外周側にこれら第一のビード全てを囲むように第二のビ
   ードが形成されている少なくとも一枚以上の金属板と、
   平坦で且つ前記金属板と実質的に同等の位置に流体孔が
   設けられた少なくとも一枚以上の金属板とを積層してな
   るメタルガスケットにおいて、前記メタルガスケットを
   構成する各金属板のうちの少なくとも一枚は、隣接する
   流体孔間の領域の少なくとも一部を除去していることを
   特徴とする積層型メタルガスケット。
3. 【請求項３】第一のビードおよび第二のビードがいずれ
   もハーフビードであり、隣接する流体孔間では前記第一
   のビード同士が会合して流体孔間フルビードを形成する
   と共に、前記第一のビードと第二のビードが会合して外
   周フルビードを形成するように各々のビードが配置さ
   れ、各々の金属板における前記外周フルビードの頂部が
   互いに整合する位置で且つ互いに反対方向になるように
   積層されていることを特徴とする１項または２項記載の
   積層型メタルガスケット。
4. 【請求項４】第一のビードと第二のビードとが、流体孔
   間以外では平行に設けられていることを特徴とする３項
   記載の積層型メタルガスケット。