JP2016521837A - 静的ガスケットおよびその構成の方法 - Google Patents

Abstract

金属静的ガスケット（１０）およびその構成の方法を提供する。ガスケットは少なくとも１つの金属層（１２，１４）を含む。金属層の少なくとも１つは対向側部（１８，２０）を有し、少なくとも１つの貫通開口部（２２，２４）が対向側部を通って延在し、貫通開口部は、密封されるべき開口部と位置が合うように構成される。ガスケットの少なくとも１つの金属層は、貫通開口部に隣接して延在する少なくとも１つの隆起した環状シールビード（２８）を有する。複数の突起（３２）が対向側部のうち少なくとも一方から外方に延在し、複数の突起は、少なくとも１つの金属層とは別個の金属片から形成され、別個の接合継手（３４）によって少なくとも１つの金属層に個々に固定される。

Description

関連出願との相互参照
本願は、２０１３年６月１０日に出願された米国特許仮出願第６１／８３３，３０１号および２０１４年６月１０日に出願された米国実用出願第１４／３００，６９４号の利益を主張するものであり、それらの全体を引用により本明細書に援用する。

発明の背景
１．技術分野
本発明は、概して互いに固定される２つの部材間に気体／流体密封を確立するために使用されるタイプの静的ガスケットおよびその構成の方法に関する。

２．関連技術
シリンダヘッドおよびエンジンブロックなどの、互いに固定される２つの部材の間に気体／流体密封を確立する際、複数の層を有する静的シリンダヘッドガスケットが一般的に使用される。一般に、機能層と称されることもある多層ガスケットの少なくとも１つの層は、シリンダボア、冷媒開口部、および／またはボルト開口部などの開口部の周りに気体／流体密封を確立するために１つ以上のシールビードを有する。距離層と称されることもある他の層は、機能層に当接して、機能層のシールビードの圧縮を制限することによって開口部の周りの流体密封を確立することを容易にするように構成される。

シールビードを過剰に圧縮することなく機能層のシールビードを所望の高さに圧縮することを容易にするために、距離層は典型的に、距離層の材料内に形成された隆起した突起を有して形成される。隆起した突起は典型的に、高トン数成形プレスによって鋳造処理で形成される。そのため、プレスは距離層の材料を塑性変形させて、隆起した突起を形成する。あいにく、隆起した突起を形成するために使用される高トン数プレスは、非常に高価であり、広いスペースを占め、セットアップされると特定のサイズおよびパターンの隆起した突起の専用となり、それによってあるパターンの隆起した突起から別のパターンに変更するには多くの手間が必要となる。さらに、距離層の材料を塑性変形させる結果、材料特性が予測不能に変質され、それにより、距離層の材料内において予測不能な材料特性を引起し、最終的には、距離層が意図された通りに機能することが早期にできなくなる可能性がある。さらにまた、距離層の材料を機械的に据込まなければならないことは、主に距離層材料内の公差と、隆起した突起を形成するために使用されるプレスおよび工具の公差とにより、実際に所望される形状および寸法から逸脱する形状および寸法を有する隆起した突起を典型的にもたらす。

発明の概要
金属静的ガスケットが提供される。ガスケットは少なくとも１つの金属層を含む。少なくとも１つの金属層は対向側部を有し、対向側部を通って延在する少なくとも１つの貫通開口部が開口部と位置が合うように構成される。少なくとも１つの金属層は、少なくとも１つの隆起した環状シールビードを有する。複数の突起が対向側部のうち少なくとも一方から外方に延在し、複数の突起は、少なくとも１つの金属層とは別個の金属片から形成され、別個の接合継手によって少なくとも１つの金属層に個々に固定される。

本発明の別の局面によれば、少なくとも１つの金属層は、隆起した環状シールビードを有する単一の金属層として形成され、複数の突起がそれに接合される。

本発明の別の局面によれば、少なくとも１つの金属層は、少なくとも１つの隆起した環状シールビードがその中に形成された少なくとも１つの金属機能層と、別個の金属距離層とを含み、複数の突起は、機能層および距離層のうち少なくとも一方に接合継手によって固定される。

本発明の別の局面によれば、接合継手は溶接継手によって形成することができる。
本発明の別の局面によれば、接合継手は接着剤によって形成することができる。

本発明の別の局面によれば、隆起した突起のうち少なくともいくつかは、高さが互いに異なり得る。

本発明の別の局面によれば、隆起した突起のうち少なくともいくつかは、外周形状が互いに異なり得る。

本発明の別の局面によれば、機能層および距離層は互いに位置合わせされた複数の開口部を有し、距離層は、位置合わせされた開口部の各々の少なくとも一部分の周りに延在する隆起した突起を有する。

本発明の別の局面によれば、ガスケットはシリンダヘッドガスケットである。
本発明の別の局面によれば、ガスケットを構成する方法が提供される。当該方法は、対向側部および少なくとも１つの貫通開口部を有する少なくとも１つの金属層を供給することを含み、少なくとも１つの金属層のうち少なくとも１つは、少なくとも１つの貫通開口部に隣接する少なくとも１つの隆起した環状シールビードを有する。さらに、貫通開口部に隣接する少なくとも１つの金属層の対向側部のうち少なくとも一方に複数の別個の金属片を接合することを含む。

本発明の別の局面によれば、当該方法は、環状シールビードがその中に形成され、突起がそれに接合された単一の金属層からガスケットを形成することを含むことができる。

本発明の別の局面によれば、当該方法は、その中に形成された少なくとも１つの環状シールビードを含む機能層を有するガスケットを形成することと、機能層とは別個の距離層を形成することと、複数の金属突起を機能層および距離層のうち少なくとも一方に接合させることとを含むことができる。

本発明の別の局面によれば、当該方法は、金属突起を溶接処理によって少なくとも１つの金属層に接合することを含むことができる。

本発明の別の局面によれば、当該方法は、金属突起をガルバノメータ溶接処理によって機能層に接合することを含むことができる。

本発明の別の局面によれば、当該方法は、金属突起を接着剤によって少なくとも１つの金属層に接合することを含むことができる。

本発明の別の局面によれば、当該方法は、互いに異なる高さを有する金属突起のうち少なくともいくつかを供給することを含むことができる。

本発明の別の局面によれば、当該方法は、互いに異なる外周形状を有する金属突起のうち少なくともいくつかを供給することを含むことができる。

突起を金属ガスケット層に個々に接合することができるという点で、金属ガスケット層の材料を同様の構造に到達するように据込むことを試みることに比べて、任意の数の複雑な構成または配列の突起を迅速かつ低費用で形成することができる。さらに、個々の突起が別個の材料片として設けられた状態では、突起の配列によって形成される、結果として得られるストッパの剛性および材料特性は、塑性据込みストッパのそれとは対照的に、厳しく制御され知られている。さらにまた、突起がそれに接合された金属ガスケット層を構成するために使用されるセットアップ処理は迅速であり、過度な費用および時間をかけることなく所望通りに異なるパターンの突起を形成するために容易に変更することができる。さらにまた、突起がそれに接合された金属ガスケット層を形成するために使用される機器は、鋳造された金属ガスケット層を形成するために使用される重トン数プレスと比べて比較的小型化することができ、低費用とすることができる。さらに、ガスケットの層を形成するために使用されるプレスのトン数が小さくなるほど、鋳造されたストッパを形成するために使用されるものよりも、占める空間がはるかに小さくなる。

図面の簡単な説明
本発明に従って構成されるガスケットおよびその構成の方法のこれらおよび別の局面、特徴、および利点は、現時点における好ましい実施の形態およびベストモード、添付の請求項、ならびに添付の図面と関連付けて考慮することにより、より容易に理解される。

本発明の一局面に従って構成された多層ガスケットの部分破断平面図である。 概して２−２線に沿った図１のガスケットの部分断面図である。 本発明の一局面に従って構成されたガスケットの距離層の部分斜視図である。 図３の距離層の側面図である。 本発明の別の局面に従って構成された距離層の部分斜視図である。 図４の距離層の側面図である。 本発明の別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明の別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明の別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明の別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成された距離層の一部分の平面図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成されたガスケットの図２と同様の図である。 本発明のさらに別の局面に従って構成されたガスケットの図２と同様の図である。

現時点での好ましい実施形態の詳細な説明
図面をより詳細に参照すると、図１は、本発明の一局面に従って構成され、限定ではなく例として、以下では単にガスケットと称される多層静的ガスケットとして示される静的ガスケット１０の部分破断平面図を例示する。ガスケット１０は、エンジンブロックとシリンダヘッド（図示せず）との間に収容するためのシリンダヘッドガスケットとして構成することができるが、他の密封用途が考えられる。ガスケット１０は少なくとも１つの機能層を有し、限定ではなく例として１対の上側および下側機能層１２，１４を有するものとして図２の断面に示され、また限定ではなく例として上側および下側機能層１２，１４の間に中心距離層１６を有するものとしてもここに示される。機能層１２，１４は、距離層１６が機能層１２，１４の間に挟まれかつそれらに当接するように、距離層１６の対向側部１８，２０に当接するように配置され、個々の層１２，１４，１６は、分離したままであり、互いから取外すことができるか、または溶接継手、クリンチ、もしくはリベット（図示せず）などにより、好ましくはガスケット１０の最外周においてもしくは隣接して互いに固定することができる。機能層１２，１４は各々、距離層１６の開口部２４と位置が合うように寸法決めされた開口部２２を有し、それぞれの開口部２２，２４は、互いとかつ密封されるべきシリンダボア２５と軸方向に整列して各々位置合わせされる。その上、機能層１２，１４および距離層１６は、シリンダボア２５から径方向外方に離間されたガスケット１０の後背領域などにおいて、互いに位置合わせされた複数の付加的な開口部を有し、付加的な開口部は、限定ではなく例として、ボルト開口部２６および冷媒またはオイル通路２７を構成することができる。機能層１２，１４は各々、層１２，１４の概ね平らな面から外方に延在してシリンダボア２５および他の開口部２６，２７の周りに気体密封を確立することを容易にする半および／または全圧縮シールビード２８などの１つ以上の圧縮ビードを有する。シリンダボア２５および残りの位置合わせされた開口部２６，２７の周りに良好かつ信頼性の高い気体密封を形成するのをさらに容易にするために、距離層１６および／または、対向側部１８，２０を有する平らな金属シートから構成される平面体３０を有する距離層１６として図２に示される機能層１２，１４のうち少なくとも１つは、側部１８，２０の少なくとも一方から上方かつ外方に延在して機能層１２，１４におけるシールビード２８の過剰圧縮および平坦化を防ぐ、突起３２とも称される複数の個々の離散的な隆起したストッパを有する。突起３２は、互いに別個の剛性金属片と、距離層１６の金属シート体３０に取付けられるものとして示される、それらが別個にかつ個々に固定して取付けられるそれぞれの層とは別個の材料片とから形成され、接合継手３４によって金属シート体３０に固定される。突起３２の高さおよび形状は、シリンダボア２５の周りかつ後背領域において延在するシールビード２８が、シリンダーヘッド（図示せず）をエンジンブロック（図示せず）に締結した後で完全に平らになるのを防ぐ。そのため、シールビード２８は、機能層１２，１４の残りの部分に関して概ね一定で、高く、かつ少なくとも部分的に弾性的な密封圧力を距離層１６に対して維持することを保証し、それによってシリンダボア２５および他の位置合わせされた開口部２６，２７の周りに気体密封を提供し、維持する。

機能層１２，１４は、たとえばばね鋼などの弾性金属から構成され、限定ではなく例として、約０．１〜０．３ｍｍの厚さを有して設けることができる。機能層１２，１４は、距離層１６の対向側部１８，２０全体にわたって鏡像関係の輪郭を有して構成することができ、各機能層１２，１４は、たとえばオイルまたは冷媒開口部２７に隣接して流体密封を提供し得るように、シリンダボア２５に隣接するフルシールビード２８や後背領域において外周部分３６に延在するハーフビード２８などの上述のシールビードを有する。

距離層１６の本体３０および個々に接合された突起３２は、限定ではなく例として、たとえば冷延鋼もしくはステンレス鋼などの同様のまたは異種の硬い金属材料から構成することができる。これは、本体３０および突起３２が初めに互いとは別個の材料片として構成されれば可能となる。距離層１６は、噛合うシリンダヘッドおよびエンジンブロックに適合するために、必要に応じて任意の所望の外周形状を有して構成することができる。同様に、求められる正確な負荷特徴に応じて、任意の所望の高さ（Ｈ）および外周形状を有するように形成することができる。

ガスケット１０について所望の構造的特徴を決定した後、所望の高さ（Ｈ）および外周形状を有する個々の突起３２は、それらが正確な所望の場所に距離層シート３０として示されるように固定して取付けられ、接合継手３４によって適所において本体３０に固定されることが意図されるそれぞれの層上に位置決めされる。最適な接合プロセスは、ガルバノメータレーザ溶接処理（ガルボレーザ）を含む表面実装技術を用いて溶接接合継手３４を形成し、突起３２をそれらの正確な場所に固定することが考えられる。溶接処理は、突起３２を正確に配置するだけでなく、突起３２が変形されることなくそれらの正確な高さ（Ｈ）および外周形状を保ち、それによって使用の際にガスケット層１２，１４，１６全体にわたって意図される圧縮負荷を提供するためにそれらの剛性および完全な機能性を保つことを保証する。したがって、ガスケット１０全体にわたる圧縮負荷を正確に制御し分散させて、締結具によるものか熱的影響から生じる膨張／収縮によるものかに関わらず、使用の際に予期されるいずれの歪みも考慮することができる。正確な負荷特徴を有するガスケットを生成する機能をもたらすことに加え、ガルボレーザ溶接処理は、あるガスケットプラットフォームから別のプラットフォームへ迅速な変更を行うのに容易に適合可能であり、したがって経済的である。高速ガルボレーザ溶接処理を行うことができる速度によりさらなる経済性が認識され、単一の高速ガルボレーザ溶接装置上で１時間あたり約１２５，０００個までまたはそれ以上の突起３２を溶接することができると考えられる。そのため、各距離層シート３０に固定された個々の突起３２は、互いに実質的に同時に固定される。

図３および図３Ａに示されるように、距離層１６の特定の領域内においてもしくは距離層１６全体にわたって同じ高さ（Ｈ）を有する突起３２を設けることができるか、または図４および図４Ａに示されるように、距離層１６の任意の所望の領域内において互いに異なる高さ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３…）を有する突起３２を設けることができる。さらに、図５Ａ〜図５Ｄに示されるように、限定ではなく例として、円形、三角形、正方形、および楕円形であるものとして示される任意の所望の外周形状を有する突起を設けることができる。もちろん、突起３２の高さ（Ｈ）および外周形状の任意の組合せを距離層本体３０上の任意の所望の場所に設けることができることが認識されるべきである。そのため、所与の用途における予期される性能特徴、たとえばクランプ力、熱的影響、およびエンジン歪みを知ることによって、単純に所望の高さ（Ｈ）および形状の突起３２を所望の場所に固定することによって、ガスケット１０全体にわたって正確な負荷分散を迅速かつ容易に形成することができる。

図６Ａ〜図６Ｉにおいて、多様な付加的な形状の突起３２がシリンダボア２５の周りに固定されて示される。そのため、特に各突起３２を個々の接合継手３４によって互いに別個に本体３０に固定することができるのであれば、所望の通りに、事実上いずれの所望の構成の突起３２も設けることができることが分かる。

図７において、発明の別の局面に従って構成されたガスケット１１０が示され、同じ特徴を識別するために上記と同じ参照符号に１００を付して用いる。

ガスケット１１０は、半および／または全圧縮シールビード１２８などの１つ以上の圧縮ビードを有する機能層１１２として機能して、上述したように、密閉されるべき開口部の周りに気体密封を確立することを容易にする単一の金属層として形成される。ガスケット１１０は、層１１２の側部のうち少なくとも一方から上方かつ外方に延在してシールビード１２８の過剰圧縮、平坦化を防ぐ、突起１３２とも称される複数の個々の隆起したストッパをさらに含む。突起３２に関して上述したように、突起１３２は、機能層１１２の材料とは別個の硬い金属片から形成され、所望の高さ（Ｈ）および外周形状を有して形成されると、その後、接合継手１３４によって機能層１１２の材料に固定される。突起１３２は上述のように機能して、互いにクランプされた関係で部材を締結した後でシールビード１２８が完全に平坦化されることを防ぐ。機能層１１２を単独で、または他の機能層および／または距離層とともに使用することができることが認識されるべきである。

図８において、発明の別の局面に従って構成されたガスケット２１０が示され、同じ特徴を識別するために上記と同じ参照符号に２００を付して用いる。ガスケット２１０は、ガスケット１０と構造的に同様である。しかしながら、突起２３２は距離層２１６に接合されるのではなく、突起２３２は機能層２１２，２１４のうち少なくとも一方に接合され、接合継手２３４によって上側機能層２１２に接合されてシールビード２２８の過剰圧縮を防ぐものとして示される。その他の点では、ガスケット２１０はガスケット１０について上述したのと同じである。

当然ながら、上記の教示に鑑み、本発明に関する多くの変更および変形を行うことが可能である。このため、添付の請求項および最終的に許可されるいずれかの請求項の範囲内において、本発明は上記の詳細な記載の形態とは異なる態様で実施され得ることが理解されるべきである。

Claims (20)

1. 静的ガスケットであって、
   対向側部と前記対向側部を通って延在する少なくとも１つの貫通開口部とを有する少なくとも１つの金属層を備え、前記少なくとも１つの金属層のうち少なくとも１つは、前記少なくとも１つの貫通開口部の周りに延在する隆起した環状シールビードを有し、さらに、
   前記対向側部のうち少なくとも一方から外方に延在する複数の突起を備え、前記複数の突起は、互いと前記少なくとも１つの金属層とは別個の金属片から構成され、別個の接合継手によって前記少なくとも１つの金属層に個々に固定される、静的ガスケット。
2. 前記少なくとも１つの金属層は、前記隆起した環状シールビードがその中に形成され、前記複数の突起がそれに固定された単一の金属層として形成される、請求項１に記載の静的ガスケット。
3. 前記複数の突起のうち少なくともいくつかは、前記単一の金属層から外方に延在する互いに異なる高さを有する、請求項２に記載の静的ガスケット。
4. 前記複数の突起のうち少なくともいくつかは、互いに異なる形状の外周を有する、請求項２に記載の静的ガスケット。
5. 前記少なくとも１つの金属層は、前記少なくとも１つの隆起した環状シールビードがその中に形成された少なくとも１つの金属機能層と、別個の金属距離層とを含み、前記複数の突起は、前記機能層および前記距離層のうち少なくとも一方に前記接合継手によって固定される、請求項１に記載の静的ガスケット。
6. 前記金属距離層は対向側部を有し、前記複数の突起は、前記距離層の前記対向側部のうち少なくとも一方に前記接合継手によって固定される、請求項５に記載の静的ガスケット。
7. 前記複数の突起は、前記少なくとも１つの隆起した環状シールビードに隣接する前記少なくとも１つの金属距離層に固定される、請求項５に記載の静的ガスケット。
8. 前記接合継手は溶接継手である、請求項１に記載の静的ガスケット。
9. 前記複数の突起のうち少なくともいくつかは、互いに異なる高さを有する、請求項１に記載の静的ガスケット。
10. 前記複数の突起のうち少なくともいくつかは、互いに異なる外周形状を有する、請求項１に記載の静的ガスケット。
11. 静的ガスケットを構成する方法であって、
    対向側部および少なくとも１つの貫通開口部を有する少なくとも１つの金属層を供給することを含み、前記少なくとも１つの金属層のうち少なくとも１つは、前記少なくとも１つの貫通開口部に隣接する少なくとも１つの隆起した環状シールビードを有し、さらに、
    前記貫通開口部に隣接する前記少なくとも１つの金属層の前記対向側部のうち少なくとも一方に複数の別個の金属片を接合することを含む、方法。
12. 前記少なくとも１つの金属層のうち少なくとも１つを、前記少なくとも１つの隆起した環状シールビードがその中に形成された機能層として供給し、前記少なくとも１つの金属層のうち別の金属層を別個の距離層として供給することと、
    前記複数の別個の金属片を前記機能層および前記距離層のうち少なくとも一方に接合することとをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記複数の別個の金属片を前記シールビードに隣接する前記機能層に接合することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記複数の別個の金属片を前記距離層に接合することをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
15. 前記接合を溶接継手によって行うことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
16. ガルバノメータレーザ溶接機械を用いて前記溶接継手を形成することをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記接合を接着剤によって行うことをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
18. 互いに異なる高さを有する金属片の少なくともいくつかを供給することをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
19. 互いに異なる外周形状を有する金属片の少なくともいくつかを供給することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
20. 前記複数の別個の金属片を前記少なくとも１つの金属層に実質的に同時に接合することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。

Images