JP2004144119A - メタルガスケット用ビード板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】各ビードが受ける面圧が均一化され、クラック等の生じにくいメタルガスケット用ビード板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】波形ビードは左側（通孔に近い方）から要素ビード＃１、＃２、＃３とされている。そして、波形ビード部以外の部分の板厚はｔとされている。そして、谷の位置は、図で一点鎖線で示すように、波形ビード部以外の部分と同じ位置とされている。すなわち、波形ビードにおいては、定常部から山の部分が盛り上がったような形状をしている。波形ビード部においても、その頂部と底部の板厚は、ほぼ定常部と同じｔの厚さとされている。しかし、傾斜部の厚さは定常部より薄くされており、＃１、＃２、＃３の要素ビードにおいて、それぞれ図に示すようにｔ１、ｔ２、ｔ３とされている。ここで図２においては、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とされ、板厚減少率が、波形ビードが通孔から離れるに従って減少するようにされている。
【選択図】 図２
【解決手段】波形ビードは左側（通孔に近い方）から要素ビード＃１、＃２、＃３とされている。そして、波形ビード部以外の部分の板厚はｔとされている。そして、谷の位置は、図で一点鎖線で示すように、波形ビード部以外の部分と同じ位置とされている。すなわち、波形ビードにおいては、定常部から山の部分が盛り上がったような形状をしている。波形ビード部においても、その頂部と底部の板厚は、ほぼ定常部と同じｔの厚さとされている。しかし、傾斜部の厚さは定常部より薄くされており、＃１、＃２、＃３の要素ビードにおいて、それぞれ図に示すようにｔ１、ｔ２、ｔ３とされている。ここで図２においては、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とされ、板厚減少率が、波形ビードが通孔から離れるに従って減少するようにされている。
【選択図】 図２
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、内燃機関、特に自動車エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間の通孔等、一般的に２つの部材の間で通孔をシールするために用いるのに好適なメタルガスケット用のビード板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車用エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間をシールするために用いられるシール手段として、メタルガスケットが一般的に用いられている。これらメタルガスケットは、シール部を構成するビードを有するビード板１枚のみを用いた単層構造のもの、又はこのビード板と、他の副板（折り返し板、調整板等）とを組み合わせて多層構造としたもの等、種々のものが実用化されている。
【０００３】
その代表的な例を図６に示す。図６において、（ａ）はメタルガスケット２１をその表面側から見た平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。なお、図６は、説明の都合上、簡略化した模式図であり、その寸法は実際のメタルガスケットとは対応させていない。これらのことは、本明細書に添付する全ての図面について同様である。
【０００４】
メタルガスケット２１のビード板２２には、エンジンのシリンダ孔に対応するボア孔２３、ボルト孔２５、冷却水や潤滑油を通すための孔２９等の各種の孔が、所定の位置に設けられている。また、ボア孔２３を取り囲みシールするビード２４等の各種ビードも必要に応じて設けられている。２枚のビード板２２の間には、図６（ｂ）に示されるように折り返し板２６が挟み込まれ、メタルガスケット２１がシリンダヘッドとシリンダブロック間に取り付けられてボルトで締め付けられたとき、折り返し板２６の折り返し部２６ａが、ビード２４の過大な変形の防止と、ボア孔からのガスの一次シールを行う役割を負っている。また、各構成板には、必要に応じてシール性を一層向上させるため、ＮＢＲ系やフッ素系のゴム等の弾性部材からなるコーティング層２７が形成されている。
【０００５】
以上のように、ビード２４の過大な変形を防止する方法としては、この折り返し板２６の折り返し部２６ａ部分をストッパとして使用する方法が代表的なものであるが、この他に、硬質樹脂コートをストッパとして用いるものが公知である。さらに、ビードを複数の波状ビードから構成したり、シール用ビードと共に複数の波状ビードを形成し、この波状ビードの全部又は一部にストッパとしての役割を負わせる技術が、ドイツ特許公開公報ＤＥ １００６０８７２ Ａ１に記載されている。この波状ビードは、従来の一般的な凸条ビードに比べ、剛性が高い形状に形成し易く、しかも前述の折り返し部や硬質樹脂よりは弾性変形が大きいので、一般的な凸条ビードのストッパとしても、従来の折り返し部や硬質樹脂より一次シールとしての機能に優れ、また波状ビード単独でストッパとしての機能を有するシール用ビードとして使用することも可能である。
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許公開公報ＤＥ １００６０８７２ Ａ１
【発明が解決しようとする課題】
このように、前記特許文献１に示されるような、波状ビードをストッパとして使用する技術は、他の方式に比べて優れた点を有するが、場合によっては以下のような問題点を有する。たとえば、このような波状ビードが形成されたメタルガスケットをエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に挟み込んだ場合の問題点を図７を使用して説明する。
【０００７】
一般に、メタルガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロック間に挟み込んだ状態で、シリンダヘッドとシリンダブロックをボルトで締結すると、シリンダヘッドとシリンダブロック間の間隔は、ボルト近くでは締め付け力が大きいため狭く、ボルトから離れ、ボア孔に近づくに従ってボルトの締め付け力が弱まるため、図７に模式的に示すように徐々に広がる傾向にある。特にエンジンの作動時には、ボア孔内の圧力により、シリンダヘッドとシリンダブロックを引き離そうとする力が働くため、シリンダヘッドとシリンダブロック間の間隔変化、更に大きくなる。
【０００８】
そのため上記の波状ビードの場合、流体用通孔（ボア穴）周縁部から一番離れた位置にある要素ビード部に過剰な力が作用して、その部分に対応するシリンダヘッドやシリンダブロックに圧痕を生じたり、ビードにクラックが生じてしまう場合があった。特に狭い領域にこの波状ビードを形成する場合は、その傾斜部が強く圧縮された状態（板厚減少率の大きい状態）となるため、剛性が高くなり、ストッパとしての機能が向上するが、その分、締付け時の内部応力も高くなるため、こうした問題の起こる可能性が更に高くなる。
【０００９】
これを避ける方法として第１に考えられるのは、個々の要素ビードの高さを、上記シリンダヘッドとシリンダブロックの間隔変化に合わせて変える方法である。これは、各々の要素ビードの高さが、シリンダヘッドとシリンダブロックの間隔変化にうまく合えば、効果を発揮できる。
【００１０】
しかし、高さ調整は板材の加工性にも左右され、非常に難しい。また、ＦＥＭ（有限要素法）による解析によると、高さを変化させても各々のビードの剛性（ばね性）変化量は小さいことが分かっている。すなわち、この方法の場合、シリンダヘッドとシリンダブロックの間隔変化に高さをうまく合わせないと、いずれかのビードに荷重が集中して、結局上記と同じ問題が生じる恐れが大きいため、実際のエンジンの特性を詳細に把握しなければならず、設計に非常な時間を要するという問題点がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、波状ビードにストッパ機能を持たせる方式のメタルガスケット用ビード板であって、各ビードが受ける面圧が均一化され、クラック等の生じにくいメタルガスケット用ビード板及びそれを容易に形成できる製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する個々の要素ビードのうち、前記通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項１）である。
【００１３】
本手段においては、シールすべき通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率（ビードが形成されていない定常部の板厚から当該部分の板厚を引いたものを前記定常部の板厚で割ったもの、本明細書全部においてこの意味で用いている）が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされているので（板厚が厚くされているので）、シールすべき通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードにおいては、ばね定数が小さく、それ故、受圧断面積が大きくなっている。ばね定数が小さくなる理由は、加工の際の塑性変形量が小さいので、他の部分に比べて材料の硬化の度合いが少ないためと推定される。
【００１４】
よって、シリンダヘッドとシリンダブロックのようにシールすべき２つの物体の間隔が最も狭まる部分で、ばね定数が小さく（剛性が低く）なり、間隔が広い部分ではこれよりばね定数が大きく（剛性が高く）なる。従って、間隔の狭くなる部分で波状ビードが弾性変形し易くなり、この領域の要素ビードが受ける応力が低減されるので、この部分にクラックが入る可能性が低減される。
【００１５】
なお、本手段（請求項１）は、ビードが波状ビードのみで構成されているもののみならず、波状ビードの他に従来技術の欄で説明したようなシール用ビードが設けられているものをも含むものであり、この場合、シール用ビードの片側にのみ波状ビードが設けられているもの、シール用ビードの両側に波状ビードが設けられているものの両者を含むものである。また、本手段（請求項１）のビード板は、単体でメタルガスケットとして使用されることもあるし、厚さ調整板等の他の副板と組み合わされてメタルガスケットを構成することもある。このことは、後記第２の手段から第４の手段（請求項２〜請求項４）において同じである。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する個々の要素ビードのうち、前記通孔側の所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より大きくされ、かつ、前記通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項２）である。
【００１７】
本手段においては、前記第１の手段で述べたような構成に加え、シールすべき通孔側の所定数の波状ビードの傾斜部における板厚減少率が他の波状ビードの傾斜部における板厚減少率より大きく（板厚が薄く）されている。よって、この部分における波状ビード部のばね常数が他の部分に対して大きくなり、弾性変形しにくくなる。よって、前記第１の手段の効果がさらに助長され、通孔側と通孔から離れた側とで、各波状ビードが受ける面圧が均一化される。よって、通孔から離れた側の要素ビードの部分にクラックが入る可能性が低減されると共にシール性が向上する。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、当該要素ビードが通孔から離れるに従って減少するようにされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項３）である。
【００１９】
本手段においては、各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、当該波状ビードが通孔から離れるに従って減少する（板厚が厚くなる）ようにされている。よって、前記第２の手段よりも更に、各要素ビードが受ける面圧が均一化される。よって、通孔から離れた側の要素ビードの部分にクラックが入る可能性が低減されると共にシール性が向上する。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、前記通孔の周りで、波状ビード部が強い押圧力を受ける部分では小さく、弱い押圧力を受ける部分では大きくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項４）である。
【００２１】
たとえば、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間にメタルガスケットを挟んでボルト締めを行った場合、ボルトに近い部分では波状ビード部が強い押圧力を受け、ボルトから離れた部分では弱い押圧力を受ける。本手段においては、各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、通孔の周りで、波状ビード部が強い押圧力を受ける部分では小さく、弱い押圧力を受ける部分では大きくされているので、波状ビードの各部分にかかる面圧が均一化され、クラックの発生が起きにくくなると共にシール性がより一層向上する。
【００２２】
本手段の一形態としては、一つの波状ビードに注目した場合、少なくとも一つの波状ビードにおいて、傾斜部における板厚減少率が、当該波状ビードを構成する部分が通孔から離れるに従って減少する（板厚が厚くなる）ようにされているものがある。この場合、一つの波状ビードが、場所によって通孔から異なる距離を通過する場合でも、各部分にかかる面圧が均一化され、クラックの発生が起きにくくなる。
【００２３】
また、本手段の別の一形態として、一つの波状ビードに注目した場合、少なくとも一つの波状ビードにおいて、傾斜部における板厚減少率が、当該波状ビードを構成する部分がボルト孔に近くなるに従って減少する（板厚が厚くなる）ようにされているものが考えられる。この場合、一つの波状ビードが、場所によってボルト孔から異なる距離を通過する場合でも、各部分にかかる面圧が均一化され、クラックの発生が起きにくくなる。
【００２４】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のうちいずれかのメタルガスケット用ビード板をプレスにより製造する方法であって、雌型として、各要素ビードが形成される部分に対応する部分に同じ曲率半径を有する波形が形成されたものを用い、雄型として、要素ビードの傾斜部における板厚減少率を大きくしたい部分では曲率半径を大きく、要素ビードの傾斜部における板厚減少率を小さくしたい部分では曲率半径を小さくしたものを用いてプレスすることにより、メタルガスケット用ビード板に波状ビードを形成する工程を有することを特徴とするメタルガスケット用ビード板の製造方法（請求項５）である。
【００２５】
本手段により、プレスを用いて容易に、波状ビードの傾斜部における板厚減少率を所定の値にしたメタルガスケット用ビード板を製造することができる。その際、板厚減少率が大きな部分（板厚の薄い部分）でばね定数を大きく、板厚減少率が小さな部分（板厚の厚い部分）でばね定数を小さくすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるメタルガスケット用ビード板の概要を示す図である。図１において（ａ）は概略平面図である。メタルガスケット用ビード板１（以下、単に「ビード板」と称することがある。）には、ボア孔２及びボルト孔３が設けられている。実際にはこの他に水穴、油孔等が設けられているが、本発明と直接の関係がないので図示を省略している。
【００２７】
（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ端面を示すもので、３種の代表的なものを示している。（ｂ）は、ボア孔２側に波状ビード５が形成され、波状ビード５に対してボア孔２と反対側にシール用ビード４が設けられているタイプを示すものである。このタイプにおいては、波状ビード５はシール用ビード４のストッパとしての役割を果たすだけでなく、シール用ビード４と共にボア孔２周りのシールの役割も果たすものである。
【００２８】
なお、実際には、図６に示すように、ビード板１のシール用ビード４の部分、又は全体にコーティング剤が塗布される場合があるが、本発明と直接の関係がないので図示を省略している。
【００２９】
（ｃ）は、シール用ビード４を挟んで、ボア孔２側に波状ビード５ａが、ボア孔２と反対側に波状ビード５ｂが設けられたものであるが、この場合においても、波状ビード５ａ、５ｂはストッパとしての役割を果たすだけでなく、シール用ビード４と共にボア孔２周りのシールの役割も果たすものである。
【００３０】
（ｄ）は、特別のシール用ビードが設けられず、波状ビード５のみが設けられて、波状ビード５でシール及びストッパとしての役割を果たすように構成されたものである。
【００３１】
本発明は、（ｂ）〜（ｄ）に示すような構成のもののみならず、あらゆる波状ビードが形成されたビード板に関するものである。
【００３２】
図２に、本発明の実施の形態の１例であるビード板における、波状ビードの部分を拡大して示したものを示す。図２においては、３つの要素ビードからなる波状ビードが示されており、左側が通孔２側である。３つの要素ビードは左側（通孔に近い方）から＃１、＃２、＃３とされている。そして、波状ビード部以外の部分の板厚はｔとされている。そして、谷の位置は、図で一点鎖線で示すように、波状ビード部以外の部分と同じ位置とされている。すなわち、波状ビードにおいては、定常部から山の部分が盛り上がったような形状をしている。
【００３３】
波状ビード部においても、その頂部と底部の板厚は、ほぼ定常部と同じｔの厚さとされている。しかし、傾斜部の厚さは定常部より薄くされており、＃１、＃２、＃３の要素ビードにおいて、それぞれ図に示すようにｔ１、ｔ２、ｔ３とされている。ここで図２においては、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とされ、板厚減少率が、波状ビードが通孔から離れるに従って減少するようにされている。
【００３４】
このようにすることにより、＃１、＃２、＃３の各要素ビードにおいて、弾性率がこの順に小さくなる。すなわち、＃１の要素ビードは一番変形しにくく、＃３の要素ビードが一番変形し易い。よって、使用状態において、例えばシリンダヘッドとシリンダブロックの間隔が図７に示すようになったとしても、一番変形量の大きい＃３の要素ビードが変形しやすく、一番変形量の小さい＃１の要素ビードが変形しにくいので、面圧が各要素ビードに均一化されて働くようになり、＃３の要素ビードに応力が集中してクラックが入る恐れが低減される。
【００３５】
なお、各要素ビードの傾斜部の板厚は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とすることが最も好ましいが、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３としても、ｔ１＜ｔ２＝ｔ３としてもよい。
【００３６】
これと同様、例えば５つの要素ビード、＃１、＃２、＃３、＃４、＃５が、通孔側からこの順に形成されているような場合は、それぞれの板厚をｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５とすると、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とすることが好ましく、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＝ｔ５、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３＝ｔ４＝ｔ５等、いろいろなバリュエーションをとることができる。
【００３７】
以上は、波状ビード間における傾斜部の板厚減少率の説明であったが、一つの波状ビードにおいても、その波状ビードの各部分が通過する位置に応じて傾斜部の板厚減少率を変化させることもできる。たとえば、図１（ａ）に示すボア孔２の周りを丸く囲むような単純な形状のビードであっても、一つのビードに着目してボルト孔３からの距離を考えた場合、ボルト孔３から遠い部分と近い部分がある。ボルト孔３に近い部分では、前述のように高い応力がかかり、ボルト孔３から遠い部分ではシリンダヘッドとシリンダブロックの開きが大きくなって応力は小さくなる。
【００３８】
このような場合、一つの波状ビードにおいても、ボルト孔３から遠い部分では板厚減少率を大きく（板厚を薄く）、ボルト孔３に近くなるに従って板厚減少率を小さく（板厚を厚く）することにより、前述の理由と同じ理由で、一つのビード内において、各部分に働く面圧を均一化することができ、クラック発生の危険性を低減すると共にシール性を向上させることができる。
【００３９】
同様の考え方で、一つの波状ビードにおいて、通孔に近い部分では板厚減少率を大きく（板厚を薄く）、通孔から遠くなるに従って板厚減少率を小さく（板厚を厚く）することにより、前述の理由と同じ理由で、一つのビード内において、各部分に働く面圧を均一化することができ、クラック発生の危険性を低減すると共にシール性を向上させることができる。
【００４０】
以上の考え方を総合すると、一つの波状ビードにおいて、波状ビード部が強い押圧力を受ける部分では板厚減少率を大きく、弱い押圧力を受ける部分では板厚減少率を小さくすることにより、一つのビード内において、各部分に働く面圧を均一化することができ、クラック発生の危険性を低減すると共にシール性を向上させることができる。
【００４１】
また、以上の実施の形態においては、一つの要素ビードの通孔に近い側と遠い側で板厚減少率を同じとしているが、これを異ならせるようにしてもよい。
【００４２】
さらに、以上の実施の形態においては、波状ビードを金属板の一方の側のみに突出するように形成したが、金属板の両面に突出するように形成してもよい。その場合に、突出の程度は、金属板の各々の面で異なっていてもよい。
【００４３】
【実施例】
図２に示すような形状を有するステンレスビード板について、有限要素法を使用して応力の解析を行った。ただし、図２において、ボア孔端部と＃１の要素ビードの頂部の間隔Ｌは０．４ｍｍとし、各要素ビードの頂部間の間隔は０．６４ｍｍとした。さらに各要素ビードは、その頂部においてＲ＝０．２ｍｍの曲率半径を有するものとした。定常部の板厚ｔは０．２ｍｍとし、これを基準に板厚減少率を定めた。
【００４４】
なお、このようなビード板は、後に述べるようなプレスにより成形されるものであり、ビードの高さｈは、そのプレスで用いる型における波状ビード加工部の高さによって調整される。図２の場合は、加工部の高さが０．１６ｍｍの型を用いてプレス成形されるものとし、そのときの応力変化を有限要素法により解析し、各部分の残留応力を求めた。
【００４５】
次に、このような２次元断面形状を有するビード板を、上下からシリンダヘッド、シリンダブロックに相当する剛体の平板で押圧するモデルを考えた。そのとき、実際の使用条件で想定される圧縮条件まで圧縮し、圧縮された状態で、＃１の要素ビードの圧縮量と＃３の要素ビードの圧縮量との差が２５μｍとなる（前者の方が圧縮量が小さい）ように、傾斜した状態で圧縮される２次元モデルとした。
【００４６】
表１に、実施例１と実施例２における傾斜部の板厚減少率と、従来例における傾斜部の板厚減少率を示す。従来例においては、各要素ビードにおいて、傾斜部の板厚減少率は同じであるが、実施例１においては、＃３の要素ビードのみ板厚減少率が小さく（即ち肉厚が厚く）、実施例２においては、＃１の要素ビードから＃３の要素ビードに行くに従って板厚減少率が小さく（すなわち肉厚が厚く）なるようになっている。
（表１）
【００４７】
【表１】
【００４８】
各実施例、及び比較例について、前述のような有限要素法による解析で求めた各要素ビード部の圧縮時の最大応力を図３に示す。実施例１では、＃３の要素ビードの応力が明確に低下した。実施例２では、＃３の要素ビードについては、実施例１に比べるとやや高いが、従来例に比べれば応力は大きく低減され、また＃１〜＃３の各要素ビードにかかる応力が、実施例１よりも均一に近くなっている。
【００４９】
面圧については、本解析では面圧そのものを直接計算できないため、圧縮時のビードの頂部に発生する力を求め、それを相対比較することにより評価した。その際、基準としては、上記の例のうち最も効果が高い（各要素ビードの面圧が均一に近い）と思われる実施例２において、その要素ビード＃３の最大発生力を１００として、これに対する各要素ビードの発生力の比を面圧比とみなして評価した。
【００５０】
その結果を図４に示す。図４と図３を比較すると分かるように、面圧比の変化も前記応力の変化とほぼ同様の結果となっている。特に面圧比の変化量（最大と最小）の差で見ると、従来例においては４０％以上なのに対し、実施例２では１０％程度の範囲に収まっている。従って、板厚減少率は徐々に変化させることで、より高い効果を得られることがわかる。
【００５１】
以下、本発明の実施の形態の１例であるメタルガスケット用ビード板をプレスにより製造する方法の実施例について説明する。この実施例は、前述の実施例２のメタルガスケット用ビード板を製造する方法に関するものである。
【００５２】
図５に波状ビードを形成するために用いるプレス型の１例の端面図を示す。図５において、（ａ）は雌型であり、（ｂ）は雄型である。図中に示されている数字の単位はｍｍ、Ｒは曲率半径を示す。
【００５３】
雌型においては、谷部（波状ビードの頂部に対応）と山部（波状ビードの底部に対応）の曲率半径は、要素ビード＃１〜＃３とも同じであり０．２ｍｍである。また、平坦部からの谷部の深さ（山部は平坦部と同じ高さになっている）は全ての谷部について０．１６ｍｍ、谷部のピッチは０．６４ｍｍである。図のような寸法の場合、傾斜部の中央で、山部と谷部の曲線が滑らかにつながる。
【００５４】
一方、雄型においては、＃１の要素ビードに対応する山部の曲率半径を０．２ｍｍ、＃２の要素ビードに対応する山部の曲率半径を０．１８ｍｍ、＃３の要素ビードに対応する山部の曲率半径を０．１５ｍｍと順に小さくしている。また、平坦部からの山部の高さ（谷部は平坦部と同じ高さになっている）は全ての山部について０．１６ｍｍ、山部のピッチは０．６４ｍｍである。なお、山の両側の裾部（谷部）の曲率半径は山部と同じにしているが、山部のピッチを全て０．６４ｍｍとしているため、谷部では左右の曲率半径が合わず、平坦部で接続している部分が存在する。
【００５５】
このような雌型と雄型を用いたプレスにより平板を押圧することにより、傾斜部が減肉された波状ビードで、板厚減少率が各要素ビードで異なるものを形成することができる。板厚減少率が大きい部分では、塑性変形が大きいため硬くなり、ばね定数（剛性）が大きくなる。
【００５６】
プレスの雄型の山部の曲率半径を適当に変えることにより、実施例１のような波状ビードを持ったビード板を初め、本発明に係る種々の形式のビード板を製造することができる。たとえば、一つの波状ビードについても、その場所によりプレスの雄型の山部の曲率半径を変化させれば、それに応じて板厚減少率が場所により異なる波状ビードを持ったビード板を形成することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各ビードが受ける面圧が均一化され、クラック等の生じにくいメタルガスケット用ビード板及びそれを容易に形成できる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるメタルガスケット用ビード板の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例であるビード板における、波状ビードの部分を拡大して示した図である。
【図３】本発明の実施例と比較例について、有限要素法による解析で求めた各要素ビード部の応力を示す図である。
【図４】本発明の実施例と比較例について、有限要素法による解析で求めた各要素ビード部の面圧比を示す図である。
【図５】波状ビードを形成するために用いるプレス型の１例の端面図である。
【図６】従来のメタルガスケットの構造の例を示す図である。
【図７】波状ビードが形成されたメタルガスケットをエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に挟み込んだ場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１：メタルガスケット用ビード板（ビード板）
２：ボア孔
３：ボルト孔
４：シール用ビード
５、５ａ、５ｂ：波状ビード
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、内燃機関、特に自動車エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間の通孔等、一般的に２つの部材の間で通孔をシールするために用いるのに好適なメタルガスケット用のビード板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車用エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間をシールするために用いられるシール手段として、メタルガスケットが一般的に用いられている。これらメタルガスケットは、シール部を構成するビードを有するビード板１枚のみを用いた単層構造のもの、又はこのビード板と、他の副板（折り返し板、調整板等）とを組み合わせて多層構造としたもの等、種々のものが実用化されている。
【０００３】
その代表的な例を図６に示す。図６において、（ａ）はメタルガスケット２１をその表面側から見た平面図であり、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。なお、図６は、説明の都合上、簡略化した模式図であり、その寸法は実際のメタルガスケットとは対応させていない。これらのことは、本明細書に添付する全ての図面について同様である。
【０００４】
メタルガスケット２１のビード板２２には、エンジンのシリンダ孔に対応するボア孔２３、ボルト孔２５、冷却水や潤滑油を通すための孔２９等の各種の孔が、所定の位置に設けられている。また、ボア孔２３を取り囲みシールするビード２４等の各種ビードも必要に応じて設けられている。２枚のビード板２２の間には、図６（ｂ）に示されるように折り返し板２６が挟み込まれ、メタルガスケット２１がシリンダヘッドとシリンダブロック間に取り付けられてボルトで締め付けられたとき、折り返し板２６の折り返し部２６ａが、ビード２４の過大な変形の防止と、ボア孔からのガスの一次シールを行う役割を負っている。また、各構成板には、必要に応じてシール性を一層向上させるため、ＮＢＲ系やフッ素系のゴム等の弾性部材からなるコーティング層２７が形成されている。
【０００５】
以上のように、ビード２４の過大な変形を防止する方法としては、この折り返し板２６の折り返し部２６ａ部分をストッパとして使用する方法が代表的なものであるが、この他に、硬質樹脂コートをストッパとして用いるものが公知である。さらに、ビードを複数の波状ビードから構成したり、シール用ビードと共に複数の波状ビードを形成し、この波状ビードの全部又は一部にストッパとしての役割を負わせる技術が、ドイツ特許公開公報ＤＥ １００６０８７２ Ａ１に記載されている。この波状ビードは、従来の一般的な凸条ビードに比べ、剛性が高い形状に形成し易く、しかも前述の折り返し部や硬質樹脂よりは弾性変形が大きいので、一般的な凸条ビードのストッパとしても、従来の折り返し部や硬質樹脂より一次シールとしての機能に優れ、また波状ビード単独でストッパとしての機能を有するシール用ビードとして使用することも可能である。
【０００６】
【特許文献１】ドイツ特許公開公報ＤＥ １００６０８７２ Ａ１
【発明が解決しようとする課題】
このように、前記特許文献１に示されるような、波状ビードをストッパとして使用する技術は、他の方式に比べて優れた点を有するが、場合によっては以下のような問題点を有する。たとえば、このような波状ビードが形成されたメタルガスケットをエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に挟み込んだ場合の問題点を図７を使用して説明する。
【０００７】
一般に、メタルガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロック間に挟み込んだ状態で、シリンダヘッドとシリンダブロックをボルトで締結すると、シリンダヘッドとシリンダブロック間の間隔は、ボルト近くでは締め付け力が大きいため狭く、ボルトから離れ、ボア孔に近づくに従ってボルトの締め付け力が弱まるため、図７に模式的に示すように徐々に広がる傾向にある。特にエンジンの作動時には、ボア孔内の圧力により、シリンダヘッドとシリンダブロックを引き離そうとする力が働くため、シリンダヘッドとシリンダブロック間の間隔変化、更に大きくなる。
【０００８】
そのため上記の波状ビードの場合、流体用通孔（ボア穴）周縁部から一番離れた位置にある要素ビード部に過剰な力が作用して、その部分に対応するシリンダヘッドやシリンダブロックに圧痕を生じたり、ビードにクラックが生じてしまう場合があった。特に狭い領域にこの波状ビードを形成する場合は、その傾斜部が強く圧縮された状態（板厚減少率の大きい状態）となるため、剛性が高くなり、ストッパとしての機能が向上するが、その分、締付け時の内部応力も高くなるため、こうした問題の起こる可能性が更に高くなる。
【０００９】
これを避ける方法として第１に考えられるのは、個々の要素ビードの高さを、上記シリンダヘッドとシリンダブロックの間隔変化に合わせて変える方法である。これは、各々の要素ビードの高さが、シリンダヘッドとシリンダブロックの間隔変化にうまく合えば、効果を発揮できる。
【００１０】
しかし、高さ調整は板材の加工性にも左右され、非常に難しい。また、ＦＥＭ（有限要素法）による解析によると、高さを変化させても各々のビードの剛性（ばね性）変化量は小さいことが分かっている。すなわち、この方法の場合、シリンダヘッドとシリンダブロックの間隔変化に高さをうまく合わせないと、いずれかのビードに荷重が集中して、結局上記と同じ問題が生じる恐れが大きいため、実際のエンジンの特性を詳細に把握しなければならず、設計に非常な時間を要するという問題点がある。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、波状ビードにストッパ機能を持たせる方式のメタルガスケット用ビード板であって、各ビードが受ける面圧が均一化され、クラック等の生じにくいメタルガスケット用ビード板及びそれを容易に形成できる製造方法を提供することを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する個々の要素ビードのうち、前記通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項１）である。
【００１３】
本手段においては、シールすべき通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率（ビードが形成されていない定常部の板厚から当該部分の板厚を引いたものを前記定常部の板厚で割ったもの、本明細書全部においてこの意味で用いている）が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされているので（板厚が厚くされているので）、シールすべき通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードにおいては、ばね定数が小さく、それ故、受圧断面積が大きくなっている。ばね定数が小さくなる理由は、加工の際の塑性変形量が小さいので、他の部分に比べて材料の硬化の度合いが少ないためと推定される。
【００１４】
よって、シリンダヘッドとシリンダブロックのようにシールすべき２つの物体の間隔が最も狭まる部分で、ばね定数が小さく（剛性が低く）なり、間隔が広い部分ではこれよりばね定数が大きく（剛性が高く）なる。従って、間隔の狭くなる部分で波状ビードが弾性変形し易くなり、この領域の要素ビードが受ける応力が低減されるので、この部分にクラックが入る可能性が低減される。
【００１５】
なお、本手段（請求項１）は、ビードが波状ビードのみで構成されているもののみならず、波状ビードの他に従来技術の欄で説明したようなシール用ビードが設けられているものをも含むものであり、この場合、シール用ビードの片側にのみ波状ビードが設けられているもの、シール用ビードの両側に波状ビードが設けられているものの両者を含むものである。また、本手段（請求項１）のビード板は、単体でメタルガスケットとして使用されることもあるし、厚さ調整板等の他の副板と組み合わされてメタルガスケットを構成することもある。このことは、後記第２の手段から第４の手段（請求項２〜請求項４）において同じである。
【００１６】
前記課題を解決するための第２の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する個々の要素ビードのうち、前記通孔側の所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より大きくされ、かつ、前記通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項２）である。
【００１７】
本手段においては、前記第１の手段で述べたような構成に加え、シールすべき通孔側の所定数の波状ビードの傾斜部における板厚減少率が他の波状ビードの傾斜部における板厚減少率より大きく（板厚が薄く）されている。よって、この部分における波状ビード部のばね常数が他の部分に対して大きくなり、弾性変形しにくくなる。よって、前記第１の手段の効果がさらに助長され、通孔側と通孔から離れた側とで、各波状ビードが受ける面圧が均一化される。よって、通孔から離れた側の要素ビードの部分にクラックが入る可能性が低減されると共にシール性が向上する。
【００１８】
前記課題を解決するための第３の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、当該要素ビードが通孔から離れるに従って減少するようにされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項３）である。
【００１９】
本手段においては、各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、当該波状ビードが通孔から離れるに従って減少する（板厚が厚くなる）ようにされている。よって、前記第２の手段よりも更に、各要素ビードが受ける面圧が均一化される。よって、通孔から離れた側の要素ビードの部分にクラックが入る可能性が低減されると共にシール性が向上する。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、前記通孔の周りで、波状ビード部が強い押圧力を受ける部分では小さく、弱い押圧力を受ける部分では大きくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項４）である。
【００２１】
たとえば、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間にメタルガスケットを挟んでボルト締めを行った場合、ボルトに近い部分では波状ビード部が強い押圧力を受け、ボルトから離れた部分では弱い押圧力を受ける。本手段においては、各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、通孔の周りで、波状ビード部が強い押圧力を受ける部分では小さく、弱い押圧力を受ける部分では大きくされているので、波状ビードの各部分にかかる面圧が均一化され、クラックの発生が起きにくくなると共にシール性がより一層向上する。
【００２２】
本手段の一形態としては、一つの波状ビードに注目した場合、少なくとも一つの波状ビードにおいて、傾斜部における板厚減少率が、当該波状ビードを構成する部分が通孔から離れるに従って減少する（板厚が厚くなる）ようにされているものがある。この場合、一つの波状ビードが、場所によって通孔から異なる距離を通過する場合でも、各部分にかかる面圧が均一化され、クラックの発生が起きにくくなる。
【００２３】
また、本手段の別の一形態として、一つの波状ビードに注目した場合、少なくとも一つの波状ビードにおいて、傾斜部における板厚減少率が、当該波状ビードを構成する部分がボルト孔に近くなるに従って減少する（板厚が厚くなる）ようにされているものが考えられる。この場合、一つの波状ビードが、場所によってボルト孔から異なる距離を通過する場合でも、各部分にかかる面圧が均一化され、クラックの発生が起きにくくなる。
【００２４】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のうちいずれかのメタルガスケット用ビード板をプレスにより製造する方法であって、雌型として、各要素ビードが形成される部分に対応する部分に同じ曲率半径を有する波形が形成されたものを用い、雄型として、要素ビードの傾斜部における板厚減少率を大きくしたい部分では曲率半径を大きく、要素ビードの傾斜部における板厚減少率を小さくしたい部分では曲率半径を小さくしたものを用いてプレスすることにより、メタルガスケット用ビード板に波状ビードを形成する工程を有することを特徴とするメタルガスケット用ビード板の製造方法（請求項５）である。
【００２５】
本手段により、プレスを用いて容易に、波状ビードの傾斜部における板厚減少率を所定の値にしたメタルガスケット用ビード板を製造することができる。その際、板厚減少率が大きな部分（板厚の薄い部分）でばね定数を大きく、板厚減少率が小さな部分（板厚の厚い部分）でばね定数を小さくすることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例であるメタルガスケット用ビード板の概要を示す図である。図１において（ａ）は概略平面図である。メタルガスケット用ビード板１（以下、単に「ビード板」と称することがある。）には、ボア孔２及びボルト孔３が設けられている。実際にはこの他に水穴、油孔等が設けられているが、本発明と直接の関係がないので図示を省略している。
【００２７】
（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ端面を示すもので、３種の代表的なものを示している。（ｂ）は、ボア孔２側に波状ビード５が形成され、波状ビード５に対してボア孔２と反対側にシール用ビード４が設けられているタイプを示すものである。このタイプにおいては、波状ビード５はシール用ビード４のストッパとしての役割を果たすだけでなく、シール用ビード４と共にボア孔２周りのシールの役割も果たすものである。
【００２８】
なお、実際には、図６に示すように、ビード板１のシール用ビード４の部分、又は全体にコーティング剤が塗布される場合があるが、本発明と直接の関係がないので図示を省略している。
【００２９】
（ｃ）は、シール用ビード４を挟んで、ボア孔２側に波状ビード５ａが、ボア孔２と反対側に波状ビード５ｂが設けられたものであるが、この場合においても、波状ビード５ａ、５ｂはストッパとしての役割を果たすだけでなく、シール用ビード４と共にボア孔２周りのシールの役割も果たすものである。
【００３０】
（ｄ）は、特別のシール用ビードが設けられず、波状ビード５のみが設けられて、波状ビード５でシール及びストッパとしての役割を果たすように構成されたものである。
【００３１】
本発明は、（ｂ）〜（ｄ）に示すような構成のもののみならず、あらゆる波状ビードが形成されたビード板に関するものである。
【００３２】
図２に、本発明の実施の形態の１例であるビード板における、波状ビードの部分を拡大して示したものを示す。図２においては、３つの要素ビードからなる波状ビードが示されており、左側が通孔２側である。３つの要素ビードは左側（通孔に近い方）から＃１、＃２、＃３とされている。そして、波状ビード部以外の部分の板厚はｔとされている。そして、谷の位置は、図で一点鎖線で示すように、波状ビード部以外の部分と同じ位置とされている。すなわち、波状ビードにおいては、定常部から山の部分が盛り上がったような形状をしている。
【００３３】
波状ビード部においても、その頂部と底部の板厚は、ほぼ定常部と同じｔの厚さとされている。しかし、傾斜部の厚さは定常部より薄くされており、＃１、＃２、＃３の要素ビードにおいて、それぞれ図に示すようにｔ１、ｔ２、ｔ３とされている。ここで図２においては、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とされ、板厚減少率が、波状ビードが通孔から離れるに従って減少するようにされている。
【００３４】
このようにすることにより、＃１、＃２、＃３の各要素ビードにおいて、弾性率がこの順に小さくなる。すなわち、＃１の要素ビードは一番変形しにくく、＃３の要素ビードが一番変形し易い。よって、使用状態において、例えばシリンダヘッドとシリンダブロックの間隔が図７に示すようになったとしても、一番変形量の大きい＃３の要素ビードが変形しやすく、一番変形量の小さい＃１の要素ビードが変形しにくいので、面圧が各要素ビードに均一化されて働くようになり、＃３の要素ビードに応力が集中してクラックが入る恐れが低減される。
【００３５】
なお、各要素ビードの傾斜部の板厚は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３とすることが最も好ましいが、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３としても、ｔ１＜ｔ２＝ｔ３としてもよい。
【００３６】
これと同様、例えば５つの要素ビード、＃１、＃２、＃３、＃４、＃５が、通孔側からこの順に形成されているような場合は、それぞれの板厚をｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５とすると、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＜ｔ５とすることが好ましく、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３＜ｔ４＝ｔ５、ｔ１＝ｔ２＜ｔ３＝ｔ４＝ｔ５等、いろいろなバリュエーションをとることができる。
【００３７】
以上は、波状ビード間における傾斜部の板厚減少率の説明であったが、一つの波状ビードにおいても、その波状ビードの各部分が通過する位置に応じて傾斜部の板厚減少率を変化させることもできる。たとえば、図１（ａ）に示すボア孔２の周りを丸く囲むような単純な形状のビードであっても、一つのビードに着目してボルト孔３からの距離を考えた場合、ボルト孔３から遠い部分と近い部分がある。ボルト孔３に近い部分では、前述のように高い応力がかかり、ボルト孔３から遠い部分ではシリンダヘッドとシリンダブロックの開きが大きくなって応力は小さくなる。
【００３８】
このような場合、一つの波状ビードにおいても、ボルト孔３から遠い部分では板厚減少率を大きく（板厚を薄く）、ボルト孔３に近くなるに従って板厚減少率を小さく（板厚を厚く）することにより、前述の理由と同じ理由で、一つのビード内において、各部分に働く面圧を均一化することができ、クラック発生の危険性を低減すると共にシール性を向上させることができる。
【００３９】
同様の考え方で、一つの波状ビードにおいて、通孔に近い部分では板厚減少率を大きく（板厚を薄く）、通孔から遠くなるに従って板厚減少率を小さく（板厚を厚く）することにより、前述の理由と同じ理由で、一つのビード内において、各部分に働く面圧を均一化することができ、クラック発生の危険性を低減すると共にシール性を向上させることができる。
【００４０】
以上の考え方を総合すると、一つの波状ビードにおいて、波状ビード部が強い押圧力を受ける部分では板厚減少率を大きく、弱い押圧力を受ける部分では板厚減少率を小さくすることにより、一つのビード内において、各部分に働く面圧を均一化することができ、クラック発生の危険性を低減すると共にシール性を向上させることができる。
【００４１】
また、以上の実施の形態においては、一つの要素ビードの通孔に近い側と遠い側で板厚減少率を同じとしているが、これを異ならせるようにしてもよい。
【００４２】
さらに、以上の実施の形態においては、波状ビードを金属板の一方の側のみに突出するように形成したが、金属板の両面に突出するように形成してもよい。その場合に、突出の程度は、金属板の各々の面で異なっていてもよい。
【００４３】
【実施例】
図２に示すような形状を有するステンレスビード板について、有限要素法を使用して応力の解析を行った。ただし、図２において、ボア孔端部と＃１の要素ビードの頂部の間隔Ｌは０．４ｍｍとし、各要素ビードの頂部間の間隔は０．６４ｍｍとした。さらに各要素ビードは、その頂部においてＲ＝０．２ｍｍの曲率半径を有するものとした。定常部の板厚ｔは０．２ｍｍとし、これを基準に板厚減少率を定めた。
【００４４】
なお、このようなビード板は、後に述べるようなプレスにより成形されるものであり、ビードの高さｈは、そのプレスで用いる型における波状ビード加工部の高さによって調整される。図２の場合は、加工部の高さが０．１６ｍｍの型を用いてプレス成形されるものとし、そのときの応力変化を有限要素法により解析し、各部分の残留応力を求めた。
【００４５】
次に、このような２次元断面形状を有するビード板を、上下からシリンダヘッド、シリンダブロックに相当する剛体の平板で押圧するモデルを考えた。そのとき、実際の使用条件で想定される圧縮条件まで圧縮し、圧縮された状態で、＃１の要素ビードの圧縮量と＃３の要素ビードの圧縮量との差が２５μｍとなる（前者の方が圧縮量が小さい）ように、傾斜した状態で圧縮される２次元モデルとした。
【００４６】
表１に、実施例１と実施例２における傾斜部の板厚減少率と、従来例における傾斜部の板厚減少率を示す。従来例においては、各要素ビードにおいて、傾斜部の板厚減少率は同じであるが、実施例１においては、＃３の要素ビードのみ板厚減少率が小さく（即ち肉厚が厚く）、実施例２においては、＃１の要素ビードから＃３の要素ビードに行くに従って板厚減少率が小さく（すなわち肉厚が厚く）なるようになっている。
（表１）
【００４７】
【表１】
各実施例、及び比較例について、前述のような有限要素法による解析で求めた各要素ビード部の圧縮時の最大応力を図３に示す。実施例１では、＃３の要素ビードの応力が明確に低下した。実施例２では、＃３の要素ビードについては、実施例１に比べるとやや高いが、従来例に比べれば応力は大きく低減され、また＃１〜＃３の各要素ビードにかかる応力が、実施例１よりも均一に近くなっている。
【００４９】
面圧については、本解析では面圧そのものを直接計算できないため、圧縮時のビードの頂部に発生する力を求め、それを相対比較することにより評価した。その際、基準としては、上記の例のうち最も効果が高い（各要素ビードの面圧が均一に近い）と思われる実施例２において、その要素ビード＃３の最大発生力を１００として、これに対する各要素ビードの発生力の比を面圧比とみなして評価した。
【００５０】
その結果を図４に示す。図４と図３を比較すると分かるように、面圧比の変化も前記応力の変化とほぼ同様の結果となっている。特に面圧比の変化量（最大と最小）の差で見ると、従来例においては４０％以上なのに対し、実施例２では１０％程度の範囲に収まっている。従って、板厚減少率は徐々に変化させることで、より高い効果を得られることがわかる。
【００５１】
以下、本発明の実施の形態の１例であるメタルガスケット用ビード板をプレスにより製造する方法の実施例について説明する。この実施例は、前述の実施例２のメタルガスケット用ビード板を製造する方法に関するものである。
【００５２】
図５に波状ビードを形成するために用いるプレス型の１例の端面図を示す。図５において、（ａ）は雌型であり、（ｂ）は雄型である。図中に示されている数字の単位はｍｍ、Ｒは曲率半径を示す。
【００５３】
雌型においては、谷部（波状ビードの頂部に対応）と山部（波状ビードの底部に対応）の曲率半径は、要素ビード＃１〜＃３とも同じであり０．２ｍｍである。また、平坦部からの谷部の深さ（山部は平坦部と同じ高さになっている）は全ての谷部について０．１６ｍｍ、谷部のピッチは０．６４ｍｍである。図のような寸法の場合、傾斜部の中央で、山部と谷部の曲線が滑らかにつながる。
【００５４】
一方、雄型においては、＃１の要素ビードに対応する山部の曲率半径を０．２ｍｍ、＃２の要素ビードに対応する山部の曲率半径を０．１８ｍｍ、＃３の要素ビードに対応する山部の曲率半径を０．１５ｍｍと順に小さくしている。また、平坦部からの山部の高さ（谷部は平坦部と同じ高さになっている）は全ての山部について０．１６ｍｍ、山部のピッチは０．６４ｍｍである。なお、山の両側の裾部（谷部）の曲率半径は山部と同じにしているが、山部のピッチを全て０．６４ｍｍとしているため、谷部では左右の曲率半径が合わず、平坦部で接続している部分が存在する。
【００５５】
このような雌型と雄型を用いたプレスにより平板を押圧することにより、傾斜部が減肉された波状ビードで、板厚減少率が各要素ビードで異なるものを形成することができる。板厚減少率が大きい部分では、塑性変形が大きいため硬くなり、ばね定数（剛性）が大きくなる。
【００５６】
プレスの雄型の山部の曲率半径を適当に変えることにより、実施例１のような波状ビードを持ったビード板を初め、本発明に係る種々の形式のビード板を製造することができる。たとえば、一つの波状ビードについても、その場所によりプレスの雄型の山部の曲率半径を変化させれば、それに応じて板厚減少率が場所により異なる波状ビードを持ったビード板を形成することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各ビードが受ける面圧が均一化され、クラック等の生じにくいメタルガスケット用ビード板及びそれを容易に形成できる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるメタルガスケット用ビード板の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例であるビード板における、波状ビードの部分を拡大して示した図である。
【図３】本発明の実施例と比較例について、有限要素法による解析で求めた各要素ビード部の応力を示す図である。
【図４】本発明の実施例と比較例について、有限要素法による解析で求めた各要素ビード部の面圧比を示す図である。
【図５】波状ビードを形成するために用いるプレス型の１例の端面図である。
【図６】従来のメタルガスケットの構造の例を示す図である。
【図７】波状ビードが形成されたメタルガスケットをエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に挟み込んだ場合の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
１：メタルガスケット用ビード板（ビード板）
２：ボア孔
３：ボルト孔
４：シール用ビード
５、５ａ、５ｂ：波状ビード
Claims (5)
- 流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する個々の要素ビードのうち、前記通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板。
- 流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する個々の要素ビードのうち、前記通孔側の所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より大きくされ、かつ、前記通孔から最も離れた場所に形成された所定数の要素ビードの傾斜部における板厚減少率が他の要素ビードの傾斜部における板厚減少率より小さくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板。
- 流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、当該要素ビードが通孔から離れるに従って減少するようにされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板。
- 流体用通孔をシールするために用いられるメタルガスケット用のビード板であって、前記通孔の周りに複数のビードからなる波状ビードが形成され、当該波状ビード部においては、その傾斜部においてその頂部及び底部より板厚が薄くされているものにおいて、当該波状ビードを構成する各要素ビードの傾斜部における板厚減少率が、前記通孔の周りで、波状ビード部が強い押圧力を受ける部分では小さく、弱い押圧力を受ける部分では大きくされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板。
- 請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のメタルガスケット用ビード板をプレスにより製造する方法であって、雌型として、各要素ビードが形成される部分に対応する部分に同じ曲率半径を有する波形が形成されたものを用い、雄型として、要素ビードの傾斜部における板厚減少率を大きくしたい部分では曲率半径を大きく、要素ビードの傾斜部における板厚減少率を小さくしたい部分では曲率半径を小さくしたものを用いてプレスすることにより、メタルガスケット用ビード板に波状ビードを形成する工程を有することを特徴とするメタルガスケット用ビード板の製造方法。
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