JP2009243540A - メタルガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】高温のガスが通過するガス管路のフランジ接合部に配設しても熱変形によるガス漏れの発生を効果的に防止できるメタルガスケットを提供する。
【解決手段】弾性を有する金属薄板１ａ、１ｂから成り、ガス通路穴２を取り囲んでシール用の環状ビードを形成したメタルガスケットにおいて、ガス通路穴２を少なくとも２重に取り囲むように、複数の環状ビード７ａ、７ｂ及び１０ａ、１０ｂを形成し、ガス通路穴２に近い内側の環状ビード７ａ、７ｂは、シール面に対する押し付け力を小さくしてガスの一部を外側に導くように構成し、フランジの温度勾配を小さくして熱変形を小さくし、最外側の環状ビード１０ａ、１０ｂにて完全にシールするようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、メタルガスケットに関し、特に高温の排気ガスが流通する排気集合管等のフランジ接合部のシールに好適に適用されるメタルガスケットに関するものである。

排気集合管などのフランジ接合部のシールに好適に適用できるガスケットとして、弾性を有する金属薄板から成り、ガス通路穴を取り囲んでシール用の環状ビードを形成したメタルガスケットが知られている。さらに、図４、図５に示すように、２枚の金属薄板２１ａ、２１ｂを積層して成り、これら２枚の金属薄板２１ａ、２１ｂを貫通させて形成したガス通路穴２２の周囲を取り囲むようにハーフビード形状の環状ビード２３ａ、２３ｂを形成したメタルガスケット２１も知られている（例えば、特許文献１参照）。このメタルガスケット２１は、図５に示すように、ガス通路穴２２に対して半径方向に所定距離離れた位置から半径方向内側に向けて２枚の金属薄板２１ａ、２１ｂが互いに離間するように傾斜した環状傾斜面２４ａ、２４ｂを形成するとともに、その内周からガス通路穴２２を取り囲む環状平面部２５ａ、２５ｂを形成して成り、環状傾斜面２４ａ、２４ｂの内周頂部がハーフビード形状の環状ビード２３ａ、２３ｂを構成するものであり、図６に示すように、このメタルガスケット２１をフランジ２６ａ、２６ｂ間で挟圧することで、環状傾斜面２４ａ、２４ｂが押し込まれるのに伴って環状平面部２５ａ、２５ｂが内傾して環状傾斜面２４ａ、２４ｂの内周頂部が環状ビード２３ａ、２３ｂとしてフランジ２６ａ、２６ｂのシール面に圧接されることでシールが確保されるものである。

なお、特許文献１に記載された発明のメタルガスケットは、その環状ビードを、平坦部から互いに逆方向に突出するとともに互いに連続する２つの山形部分を有する波形状に形成することで、締結部分の締め付け力や熱変形が不均一になり、環状ビードの不均一な潰れが生じても均一なシール面圧を確保できるようにしたものである。

また、内環と外環との間に、互いに逆方向に交互に突出する複数の環状ビードを形成した中間環を挟持させるとともに、内環と外環を熱膨張係数の小さい金属にて構成し、中間環は熱膨張係数の大きい金属にて構成したガスケットを用いることで、ガスケットを挟圧するフランジに熱変形が生じても環状ビードがその熱変形に追従してセルフシール機能を奏するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−５４５０２号公報（段落０００３、図８） 実開昭６１−２３４５１号公報

ところが、図４〜図６に示した構成のメタルガスケット２１を排気集合管のフランジ接合部に適用した場合、フランジ２６ａ、２６ｂの内周のガス通路穴２２が高温の排気ガスに晒される一方、外周側はエンジンルームの雰囲気温度に晒されているためにフランジ２６ａ、２６ｂに大きな熱勾配が生じて熱変形が発生し、それによってメタルガスケット２１の環状ビード２３ａ、２３ｂのフランジ２６ａ、２６ｂのシール面に対するシール面圧が低下した状態となる。その状態でアクセル調整等によって排気ガス圧力が変動すると、排気ガス圧力が高くなったときに微少量の排気ガスの漏れが発生し、それによってフランジ２６ａ、２６ｂのシール面近傍が温度上昇することになってフランジ２６ａ、２６ｂの熱変形がさらに大きくなってしまい、その結果メタルガスケット２１の環状ビード２３ａ、２３ｂのフランジ２６ａ、２６ｂのシール面との間でのシールができなくなり、ガス漏れが進行するという問題がある。

また、特許文献１に記載されたメタルガスケットでは、シール部のガス通路穴の半径方向に沿う断面形状を波形状に形成することで、フランジに発生した熱変形に環状ビードが追従するようにしているが、熱変形が大きいと変形に対する追従性とシール面圧の確保とが背反して実際にはシール性の確保が困難であるという問題がある。

また、特許文献２に記載されたメタルガスケットでは、互いに逆方向に交互に突出する複数の環状ビードを形成した中間環を用い、かつ内環及び外環と中間環に熱膨張差を持たせていることで追従性は改善される可能性はあるが、構成が複雑であるためコスト高になるという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、高温のガスが通過するガス管路のフランジ接合部に配設しても熱変形によるガス漏れの発生を効果的に防止できるメタルガスケットを提供することを目的とする。

本発明のメタルガスケットは、弾性を有する金属薄板から成り、ガス通路穴を取り囲んでシール用の環状ビードを形成したメタルガスケットにおいて、ガス通路穴を少なくとも２重に取り囲むように、複数の環状ビードを形成し、ガス通路穴に近い内側の環状ビードは、シール面との間を通してガスの一部を外側に導くように構成し、最外側の環状ビードにて完全にシールするようにしたものである。

高温のガスが通過するガス管路のフランジ接合部にシール用の環状ビードを形成したメタルガスケットを配設したときには、高温のガスによってフランジのガス通路に臨む部分が高温になり、フランジのガス通路に臨む内周と外周側との間に大きな温度勾配が発生し、フランジのシール面に熱変形を生じてガス漏れを発生する恐れがあるが、上記構成のメタルガスケットによると、ガス通路穴を高温のガスが圧力変動を伴って通過すると、その高温のガスが、ガス通路穴に近い内側の環状ビードとシール面との間を通して内側の環状ビードと外側の環状ビードとの間の空間に流入・流出を繰り返してこの空間に臨むフランジのシール面の温度が上昇することになり、それによってフランジのガス通路に臨む内周と外周側との間の温度勾配が小さくなり、その結果フランジの熱変形が小さくなり、最外側の環状ビードによるシール機能が効果的に発揮され、確実にシール性の向上を図ることができる。

また、ガス通路穴に近い内側の環状ビードのシール面に対する押し付け圧力を、外側の環状ビードのシール面に対する押し付け圧力よりも弱くした構成とすると、フランジのガス通路に臨む内周と外周側との間に大きな温度勾配が発生して熱変形が生じると、内側の環状ビードとシール面との間のシール面圧が極めて小さく若しくは微細な隙間を生じた状態となり、通過する高温のガスの圧力変動に伴って上記のように内側の環状ビードと外側の環状ビードとの間の空間に対して高温のガスが確実に流入・流出を繰り返すため、上記作用効果が確実に得られる。

なお、フランジに温度勾配による熱変形を生じる時に、内側の環状ビードと外側の環状ビードとの間の空間に高温のガスを流入・流出させるには、内側の環状ビードに極く微小な切欠やスリットを設けたり、粗面に形成したり、内側の環状ビード部分を異なる材質で構成したりすることもできる。しかし、上記のように内側の環状ビードの押し付け圧力を小さくした構成とすると、内側の環状ビードに特別な加工を施したり、材質を変更したりする必要がなく、ガスケットを単一の材質にて構成できるので、安価に製造することができる。

本発明のメタルガスケットによれば、ガス通路穴を高温のガスが圧力変動を伴って通過すると、内側の環状ビードと外側の環状ビードとの間の空間に対して高温のガスが流入・流出を繰り返し、この空間に臨むフランジのシール面の温度が上昇し、それによってフランジの温度勾配が小さくなってフランジの熱変形が小さくなり、最外側の環状ビードによるシール機能が効果的に発揮され、確実にシール性の向上を図ることができる。

以下、本発明のメタルガスケットの一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。

図１、図２において、本実施形態のメタルガスケット１は、図２に示すように、２枚の金属薄板１ａ、１ｂを積層して成る積層型メタルガスケットである。これら２枚の金属薄板１ａ、１ｂの略中央部を貫通してガス通路穴２が形成されており、外形状は、このメタルガスケット１が配置されるフランジ接合部３（図３参照）のフランジ３ａ、３ｂの形状に略対応して任意の形状に構成されている。ガス通路穴２は、当然のことながらフランジ３ａ、３ｂにも形成されている。また、メタルガスケット１の外周部の適所に、メタルガスケット１を間に介装してフランジ３ａ、３ｂを締結する複数の締結ボルト穴４が設けられている。

メタルガスケット１は、図２に示すように、ガス通路穴２の内周から径方向外側に所定距離Ｒ１の位置から径方向内側に向けて２枚の金属薄板１ａ、１ｂが互いに離間するように傾斜した環状の内側傾斜面５ａ、５ｂが形成されるとともに、その内周からガス通路穴２を取り囲む環状平面部６ａ、６ｂが形成され、内側傾斜面５ａ、５ｂの内周頂部にてハーフビード形状の内側の環状ビード７ａ、７ｂが構成されている。また、ガス通路穴２の内周から距離Ｒ１の位置より距離Ｄだけ外側の距離Ｒ２の位置から径方向外側に向けて２枚の金属薄板１ａ、１ｂが互いに離間するように傾斜した環状の外側傾斜面８ａ、８ｂが形成されるとともに、その外周からメタルガスケット１の外周縁に向けて平板部９ａ、９ｂが形成され、外側傾斜面８ａ、８ｂの外周頂部にてハーフビード形状の外側の環状ビード１０ａ、１０ｂが構成されている。

両金属薄板１ａ、１ｂにおける内側傾斜面５ａ、５ｂ及び外側傾斜面８ａ、８ｂは、内側の環状ビード７ａ、７ｂ間の距離Ｗ１が外側の環状ビード１０ａ、１０ｂ間の距離Ｗ２よりも小さくなるように形成されている。また、各金属薄板１ａ、１ｂにおいて、内側の環状ビード７ａ、７ｂと外側の環状ビード１０ａ、１０ｂとの間に、これら環状ビード７ａ、１０ａ及び７ｂ、１０ｂが当接するフランジ３ａ、３ｂのシール面を底辺とする断面台形状の環状空間１１ａ、１１ｂが形成されている。なお、両金属薄板１ａ、１ｂが互いに分離しないように結合するため、図１に示すように、両金属薄板１ａ、１ｂの外縁部の適所、図示例では締結ボルト穴４の配置箇所近傍の外縁部の一部が互いに当接するように折曲して重合され、その重合部がスポット溶接１２にて一体結合されている。

このメタルガスケット１を、図３に示すように、フランジ接合部３のフランジ３ａ、３ｂ間に配置してフランジ３ａ、３ｂを締結ボルトにて締結すると、内側の環状ビード７ａ、７ｂ及び外側の環状ビード１０ａ、１０ｂがフランジ３ａ、３ｂのシール面にて押圧され、内側傾斜面５ａ、５ｂ及び外側傾斜面８ａ、８ｂが押し込まれ、それに伴って環状平面部６ａ、６ｂ及び平板部９ａ、９ｂが内傾して内側の環状ビード７ａ、７ｂ及び外側の環状ビード１０ａ、１０ｂがフランジ３ａ、３ｂのシール面に圧接される。その際に、ガス通路穴２に近い内側の環状ビード７ａ、７ｂ間の距離Ｗ１が、外側の環状ビード１０ａ、１０ｂ間の距離Ｗ２よりも小さく設定されているので、内側の環状ビード７ａ、７ｂのシール面に対する押し付け圧力が、外側の環状ビード１０ａ、１０ｂのシール面に対する押し付け圧力よりも弱くなる。

以上の構成のメタルガスケット１によれば、図３に示すように、排気集合管のフランジ接合部３にフランジ３ａ、３ｂ間に配設したときに、高温の排気ガスによってフランジ３ａ、３ｂのガス通路穴２に臨む部分が高温になり、フランジ３ａ、３ｂのガス通路穴２に臨む内周と外周側との間に温度勾配が発生し、フランジ３ａ、３ｂに熱変形を生じ、従来例では上記温度勾配が大きいために、フランジ３ａ、３ｂのシール面に対する環状ビードの押し付け圧力に変化を生じ、ガス漏れの原因になる。しかし、本実施形態のメタルガスケット１によると、高温の排気ガスがアクセル調整に応じて圧力変動を伴ってガス通路穴２を通過すると、上記フランジ３ａ、３ｂの熱変形によって押し付け圧力の小さい内側の環状ビード７ａ、７ｂとフランジ３ａ、３ｂのシール面との間に生じた微小隙間を通して、高温の排気ガスが内側の環状ビード７ａ、７ｂと外側の環状ビード１０ａ、１０ｂとの間の環状空間１１ａ、１１ｂに流入したり、流出したりすることが繰り返される。それによって、環状空間１１ａ、１１ｂに臨むフランジ３ａ、３ｂのシール面の温度が上昇し、、フランジ３ａ、３ｂのガス通路穴２に臨む内周と外周側との間の温度勾配が小さくなる。その結果、フランジ３ａ、３ｂの熱変形が小さくなり、外側の環状ビード１０ａ、１０ｂによるシール機能が効果的に発揮され、シール性が確実に向上する。

このように本実施形態においては、ガス通路穴２に近い内側の環状ビード７ａ、７ｂのフランジ３ａ、３ｂのシール面に対する押し付け圧力を、外側の環状ビード１０ａ、１０ｂのシール面に対する押し付け圧力よりも弱くなる構成としたことで、内側の環状ビード７ａ、７ｂに特別な加工を施したり、２枚の金属薄板１ａ、１ｂの材質を内周側と外周側等で変更したりすることなく単一の材質にて構成しながら、上記作用効果を確実に得ることができるメタルガスケット１を安価に製造することができる。

なお、以上の説明では、内側の環状ビード７ａ、７ｂと外側の環状ビード１０ａ、１０ｂとの間の環状空間１１ａ、１１ｂに高温の排気ガスを流入・流出させる構成として、ガス通路穴２に近い内側の環状ビード７ａ、７ｂのシール面に対する押し付け圧力を、外側の環状ビード１０ａ、１０ｂのシール面に対する押し付け圧力よりも弱くなるようにした例を説明したが、内側の環状ビード７ａ、７ｂに極く微小な切欠を設けたり、粗面に形成したり、内側の環状ビード７ａ、７ｂの部分を異なる材質で構成したりしても良い。

また、ガス通過穴２の形状が円形の例を示したが、その他の形状であっても良く、その場合環状ビード７ａ、７ｂ及び１０ａ、１０ｂも対応した形状に形成すればよい。また、環状ビードを、内側と外側の環状ビード７ａ、７ｂ及び１０ａ、１０ｂの２重に設けた例を示したが、３重以上に形成しても良い。

さらに、上記実施形態では、２枚の金属薄板１ａ、１ｂを積層した２層構成のメタルガスケット１において、その両金属薄板１ａ、１ｂにガス通路穴２の周囲を２重に取り囲むようにハーフビード形状の環状ビード７ａ、７ｂ及び１０ａ、１０ｂを形成した例を示したが、環状ビード７ａ、７ｂ及び１０ａ、１０ｂはハーフビード形状に限らず、山形断面のビード形状であっても良い。

また、本発明は、２層構成に限らず単板型のメタルガスケットにおいても適用することもできる。すなわち、ガス通路穴２の周囲を２重以上に取り囲むように内側と外側の複数条の環状ビードを形成するとともに、その環状ビードを特許文献１や特許文献２に記載されているような交互に反対側に突出する複数の山形形状部から成る波形状に形成した構成においても、それらの環状ビードを、ガス通路穴２に近い内側の環状ビードとシール面との間を通してガスの一部を外側に導くようにし、最外側の環状ビードにて完全にシールするようにすることによって同様の作用効果を奏することができる。

本発明のメタルガスケットは、内側の環状ビードと外側の環状ビードとの間の空間に高温のガスが流入してこの空間に臨むフランジの温度勾配が小さくなってフランジの熱変形が小さくするようにしているので、最外側の環状ビードによるシール機能が効果的に発揮されて確実にシール性の向上を図ることができ、高温の排気ガスが流通する排気集合管など、高温のガスが流通する管路のフランジ接合部におけるメタルガスケットに好適に利用できる。

本発明の一実施形態のメタルガスケットの平面図。 図１のＡ−Ａ矢視拡大断面図。 同実施形態のメタルガスケットの使用状態を示す断面図。 従来例のメタルガスケットの平面図。 図４のＢ−Ｂ矢視拡大断面図。 同従来例のメタルガスケットの使用状態を示す断面図。

符号の説明

１ メタルガスケット
１ａ、１ｂ 金属薄板
２ ガス通路穴
７ａ、７ｂ 内側の環状ビード
１０ａ、１０ｂ 外側の環状ビード
１１ａ、１１ｂ 環状空間

Claims (2)

1. 弾性を有する金属薄板から成り、ガス通路穴を取り囲んでシール用の環状ビードを形成したメタルガスケットにおいて、ガス通路穴を少なくとも２重に取り囲むように、複数の環状ビードを形成し、ガス通路穴に近い内側の環状ビードは、シール面との間を通してガスの一部を外側に導くように構成し、最外側の環状ビードにて完全にシールするようにしたことを特徴とするメタルガスケット。
2. ガス通路穴に近い内側の環状ビードのシール面に対する押し付け圧力を、外側の環状ビードのシール面に対する押し付け圧力よりも弱くしたことを特徴とする請求項１記載のメタルガスケット。

Images