JP2018071730A - ガスケット - Google Patents

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Abstract

【課題】従来に比してシール性を維持したまま長寿命化を可能とする。【解決手段】第1部材の開口と第2部材の開口との間に挟着されるガスケットであって、第1部材の開口に対応して設けられた第1開口部の周縁に沿って、かつ、第1部材の側に向かって隆起した第1ビードを有し、第1部材の側に配置される第1ガスケット基板と、第2部材の開口に対応して設けられた第2開口部の周縁に沿って、かつ、第2部材の側に向かって隆起した第2ビードを有し、第2部材の側に配置される第2ガスケット基板と、第1ガスケット基板と第2ガスケット基板との間に配置される中間基板とを備え、中間基板は、第1ビードおよび第2ビードと対向する部分に当該第1ビードおよび当該第2ビードの長手方向に沿って形成された所定の幅および所定の長さからなる貫通孔を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、ガスケットに関し、例えば、エキゾーストマニホールドのフランジと排気管のフランジとの接合面に挟着されるメタルガスケットに適用して好適なものである。
従来、エキゾーストマニホールドのフランジと排気管のフランジとの接合面に挟着されるガスケットとしては、メタルガスケットが一般的に用いられている(例えば、特許文献1を参照。)。
メタルガスケットは、互いに対向するフランジの接合面間に挟着された状態で締結ボルトにより締結されており、エキゾーストマニホールドから排気管へ流れる高温の排気ガスが漏れることのないようにシールしている。
メタルガスケットは、金属基板からなり、エキゾーストマニホールドや排気管のフランジの開口に対応して設けられた開口部を取り囲むように屈曲形成された部分であるビードを有し、エキゾーストマニホールドのフランジと排気管のフランジとの間に挟着された際、ビードを圧縮したときの反力(復元力)により互いに対向するフランジ間をシールしている。
排気系のメタルガスケットでは、排気ガスをシールするような高温環境下において使用されるため、耐熱性を有する鋼板(以下、これを「耐熱鋼板」ともいう。)を使用し、相手面のフランジの変形にビードが追従できるように積層されることが一般的である。昨今では、エンジンの排気ガスの温度上昇に伴って、排気ガスの温度が耐熱鋼板の耐熱限界温度に近づいており、メタルガスケットを構成する金属基板の積層枚数も増加している。
特開2016−148408号公報
このような排気系のメタルガスケットでは、フランジの接合面間に挟着された状態で締結ボルトにより締結することが一般的であるものの、締結ボルトと締結ボルトとの間のピッチ(以下、これを「ボルトピッチ」ともいう。)の長い部分においてはフランジとの面圧が弱くなり易いためシール性が損なわれるおそれがあった。
また、メタルガスケットにおいて、ボルトピッチの短い部分のビードに比べてボルトピッチの長い部分には、軸力が掛かりづらく、排気ガスが最も抜け易い状態となっている。したがって、ボルトピッチの長い箇所からの排気ガスの漏れ量が最も多く、同時に排気ガスにより高温にさらされるため、ボルトピッチの長い部分におけるビードがボルトピッチの短い部分よりも早期に劣化し、当該ビードの復元力が低減してしまうので、メタルガスケットの寿命が短くなるおそれがあった。
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、従来に比してシール性を維持したまま長寿命化を可能としたガスケットを提供することである。
上記目的を達成するために、本発明においては、第1部材の開口と第2部材の開口との間に挟着されるガスケットであって、前記第1部材の開口に対応して設けられた第1開口部の周縁に沿って、かつ、前記第1部材の側に向かって隆起した第1ビードを有し、前記第1部材の側に配置される第1ガスケット基板と、前記第2部材の開口に対応して設けられた第2開口部の周縁に沿って、かつ、前記第2部材の側に向かって隆起した第2ビードを有し、前記第2部材の側に配置される第2ガスケット基板と、前記第1ガスケット基板と前記第2ガスケット基板との間に配置される中間基板とを備え、前記中間基板は、前記第1ビードおよび前記第2ビードと対向する部分に当該第1ビードおよび当該第2ビードの長手方向に沿って形成された所定の幅および所定の長さからなる貫通孔を有することを特徴とする。
本発明において、前記ガスケットは、第1部材の開口と第2部材の開口との間に挟着された状態で複数の締結部材により前記第1部材および前記第2部材と締結されたときの締結間距離の短い部分と長い部分を有する場合、前記締結間距離の長い部分に対して前記中間基板の前記貫通孔が形成されていることを特徴とする。
本発明において、前記貫通孔は、前記長さ>前記幅の関係を有することを特徴とする。
本発明によれば、開口部の周縁に沿って形成された第1ビードおよび第2ビードの存在により第1部材と第2部材との間のシール性を維持したまま、中間基板に形成された貫通孔が、第1部材の開口と第2部材の開口との間を通過する流体熱の伝達を遮る断熱層として機能するので、第1ビードおよび第2ビードが流体熱の影響を受けてシール性が低下することを防止し、長寿命化を図ることができる。
本発明の実施の形態に係るガスケットの構成を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るガスケットのうちボルトピッチ間距離の長い部分の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るガスケットのうちボルトピッチ間距離の短い部分の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係るガスケットが装着されたときのボルトピッチ間距離の長い部分の状態を示す断面図である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照し説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るガスケットの構成を示す平面図である。図2は、本発明の実施の形態に係るガスケットのうちボルトピッチ間距離の長い部分の構成を示す断面図である。図3は、本発明の実施の形態に係るガスケットのうちボルトピッチ間距離の短い部分の構成を示す断面図である。図4は、本発明の実施の形態に係るガスケットが装着されたときのボルトピッチ間距離の長い部分の状態を示す断面図である。
<メタルガスケットの構成>
図1乃至図3に示すように、本発明の実施の形態に係るメタルガスケット1は、例えば自動車用エンジンにおける第1部材としてのエキゾーストマニホールド10のフランジ(以下、これを「エキマニ側フランジ」ともいう。)10aと、第2部材としての排気管20のフランジ(以下、これを「排気側フランジ」ともいう。)20aとの互いの接合面に挟着されるものであり、エキゾーストマニホールド10の開口10bから排気管20の開口20bへ流れる排気ガスG1をシールする。エキゾーストマニホールド10の開口10bおよび排気管20の開口20bは同一形状および同一サイズである。
メタルガスケット1は、エキマニ側フランジ10aの側に配置される第1ガスケット基板2と、排気側フランジ20aの側に配置される第2ガスケット基板4と、第1ガスケット基板2と第2ガスケット基板4との間に配置される中間基板3とを備えている。
第1ガスケット基板2および第2ガスケット基板4は、ステンレス、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム合板等のバネ性を有する素材からなり、全体にわたって同一の厚さを有している。
第1ガスケット基板2および第2ガスケット基板4は、その中央にシールすべき排気ガスG1の流路となる開口部2h、4h(図1)と、エキマニ側フランジ10aと排気側フランジ20aとの間に挟着して締結するためのボルトを挿通させる4個のボルト挿通孔2b、4b(図1)とを備えている。
中間基板3においても、ステンレス、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム合板等のバネ性を有する素材からなり、全体にわたって同一の厚さを有している。なお中間基板3は、エキマニ側フランジ10aと排気側フランジ20aとの間の隙間調整用のシムとして用いられている。
また、中間基板4は、その中央にシールすべき排気ガスG1の流路となる開口部3h(図1)と、エキマニ側フランジ10aと排気側フランジ20aとの間に挟着して締結するためのボルトを挿通させる4個のボルト挿通孔3b(図1)とを備えている。
第1ガスケット基板2の開口部2h、中間基板3の開口部3h、および、第2ガスケット基板4の開口部4hは、互いに全て同一形状および同一サイズであり、かつ、エキゾーストマニホールド10の開口10bおよび排気管20の開口20bと同一形状および同一サイズであって、メタルガスケット1の挟着時には互いに対向配置される。
メタルガスケット1においては、4個のボルト挿通孔2b、3b、4bを有しているが、当該4個のボルト挿通孔2b、3b、4bを介して当該メタルガスケット1が締結ボルト(図示せず)によりフランジに締結される際、締結間の距離(以下、これを「ボルトピッチ」ともいう。)が長い領域2L(3L、4L)と、ボルトピッチの短い領域2S(3S、4S)とがそれぞれ2つ存在する。
メタルガスケット1において、ボルトピッチの長い領域2L(3L、4L)に相当する部分をA−A線で切断したときの断面構成を図2に示し、ボルトピッチの短い領域2S(3S、4S)に相当する部分をB−B線で切断したときの断面構成を図3に示す。
図2に示すように、第1ガスケット基板2および第2ガスケット基板4の領域2L(3L、4L)に相当する部分は、第1平坦部21Lおよび第2平坦部41Lと、第1開口部2h、第2開口部4hの周縁に沿って当該第1開口部2h、第2開口部4hをそれぞれ囲むように形成された第1ビード25Lおよび第2ビード45Lと、を有している。
第1ガスケット基板2の第1ビード25Lは、中間基板3とは離間するように平坦部21Lから斜めに立ち上がる第1斜面部22Lと、凸状に屈曲した頂部23Lと、当該頂部23Lから第1斜面部22Lとは反対側に中間基板3に近づくように斜めに立ち下がるものの当該中間基板3と接触することのないように形成された第2斜面部24Lとを備えた片側支持式の跳上(はねあげ)ビードである。
ここで、第2斜面部24Lは、その先端が開口部2hを形成している開口端2aとなっている。このように第1ビード25Lは、第1斜面部22L、頂部23L、および、第2斜面部24Lにより形成され、平坦部21Lからエキマニ側フランジ10aに向かって所定量だけ膨出している。第1ビード25Lは、メタルガスケット1が挟着されたときにエキマニ側フランジ10aにより押し潰されると、平坦状に延ばされ、第2斜面部24Lの開口端2aと中間基板3の開口端3aとが面一になる。
第2ガスケット基板4の第2ビード45Lは、中間基板3から離間するように平坦部41Lから斜めに立ち上がる第1斜面部42Lと、凸状に屈曲した頂部43Lと、当該頂部43Lから第1斜面部42Lとは反対側に中間基板3に近づくように斜めに立ち下がるものの当該中間基板3と接触することのないように形成された第2斜面部44Lとを備えた片側支持式の跳上(はねあげ)ビードである。
ここで、第2斜面部44Lは、その先端が開口部4hを形成している開口端4aとなっている。このように第2ビード45Lは、第1斜面部42L、頂部43L、および、第2斜面部44Lにより形成され、平坦部41Lから排気側フランジ20aに向かって所定量だけ膨出している。第2ビード45Lは、メタルガスケット1が挟着されたときに排気側フランジ20aにより押し潰されると、平坦状に延ばされ、第2斜面部44Lの開口端4aと中間基板3の開口端3aとが面一になる。
この場合、第1ガスケット基板2の第1ビード25Lと、第2ガスケット基板4の第2ビード45Lとは、その膨出方向が互いに逆であるが、その膨出量は同一に形成されている。ただし、これに限るものではなく、第1ビード25Lの膨出量と、第2ビード45Lの膨出量とは同一でなくてもよく、何れか一方の膨出量の方が大きくてもよい。
一方、図3に示すように、第1ガスケット基板2および第2ガスケット基板4の領域2S(3S、4S)に相当する部分は、第1平坦部21Sおよび第2平坦部41Sと、第1開口部2h、第2開口部4hの周縁に沿って当該第1開口部2h、第2開口部4hをそれぞれ囲むように形成された第1ビード25Sおよび第2ビード45Sと、を有している。なお、第1平坦部21Sおよび第2平坦部41Sは、領域2L(3L、4L)に相当する第1平坦部21Lおよび第2平坦部41Lよりも、排気ガスG1の流出方向とは垂直な方向における長さ(幅)が短く形成されている。
第1ガスケット基板2の第1ビード25Sは、中間基板3とは離間するように平坦部21Sから斜めに立ち上がる第1斜面部22Sと、凸状に屈曲した頂部23Sと、当該頂部23Sから第1斜面部22Sとは反対側に中間基板3に近づくように斜めに立ち下がるものの当該中間基板3と接触することのないように形成された第2斜面部24Sとを備えた片側支持式の跳上(はねあげ)ビードである。
ここで、第2斜面部24Sは、その先端が開口部2hを形成している開口端2aとなっている。このように第1ビード25Sは、第1斜面部22S、頂部23S、および、第2斜面部24Sにより形成され、平坦部21Sからエキマニ側フランジ10aに向かって所定量だけ膨出している。第1ビード25Sは、メタルガスケット1が挟着されたときにエキマニ側フランジ10aにより押し潰されると、平坦状に延ばされ、第2斜面部24Sの開口端2aと中間基板3の開口端3aとが面一になる。
なお、第1ビード25Sにおける第1斜面部22Sの長さ、頂部23Sの角度、および、第2斜面部24Sの長さは、領域2L(3L、4L)に相当する第1ビード25Lと比べて短く、小さいが、第1ビード25Sの膨出高さは、第1ビード25Lの膨出高さと同一である。ただし、これに限るものではなく、第1ビード25Sの膨出高さよりも、第1ビード25Lの膨出高さの方が高くてもよい。この場合、ボルトピッチの長い領域2L(3L、4L)であっても、メタルガスケット1とフランジとの面圧が低減することを防止できるからである。
第2ガスケット基板4の第2ビード45Sは、中間基板3から離間するように平坦部41Sから斜めに立ち上がる第1斜面部42Sと、凸状に屈曲した頂部43Sと、当該頂部43Sから第1斜面部42Sとは反対側に中間基板3に近づくように斜めに立ち下がるものの当該中間基板3と接触することのないように形成された第2斜面部44Sとを備えた片側支持式の跳上(はねあげ)ビードである。
ここで、第2斜面部44Sは、その先端が開口部4hを形成している開口端4aとなっている。このように第2ビード45Sは、第1斜面部42S、頂部43S、および、第2斜面部44Sにより形成され、平坦部41Sから排気側フランジ20aに向かって所定量だけ膨出している。第2ビード45Sは、メタルガスケット1が挟着されたときに排気側フランジ20aにより押し潰されると、平坦状に延ばされ、第2斜面部44Sの開口端4aと中間基板3の開口端3aとが面一になる。
なお、第2ビード45Sにおける第1斜面部42Sの長さ、頂部43Sの角度、および、第2斜面部44Sの長さは、領域2L(3L、4L)に相当する第2ビード45Lと比べて短く、小さいが、第2ビード45Sの膨出高さは、第2ビード45Lの膨出高さと同一である。ただし、これに限るものではなく、第2ビード45Sの膨出高さよりも、第2ビード45Lの膨出高さの方が高くてもよい。この場合、ボルトピッチの長い領域2L(3L、4L)であっても、メタルガスケット1とフランジとの面圧が低減することを防止できるからである。
この場合、第1ガスケット基板2の第1ビード25Sと、第2ガスケット基板4の第2ビード45Sとは、その膨出方向が互いに逆であるが、その膨出量は同一に形成されている。ただし、これに限るものではなく、第1ビード25Sの膨出量と、第2ビード45Sの膨出量とは同一でなくてもよく、何れか一方の膨出量の方が大きくてもよい。
ところで、図2に示すように、中間基板3の領域2L(3L、4L)に相当する部分では、第1ガスケット基板2の第1ビード25Lと、第2ガスケット基板4の第2ビード45Lとが互い対向する部分に貫通孔33(空気層)を有している。
この貫通孔33は、排気ガスG1の流出方向とは垂直な方向において所定の幅W、かつ、当該第1ビード25Lに沿った方向に所定の長さLに形成されている。なお、貫通孔33の長さLは、領域2L(3L、4L)を全てカバー可能なできるだけ長いことが望ましいが、少なくとも長さL>幅Wであればよい。
ただし、中間基板3の領域2S(3S、4S)に相当する部分では、第1ガスケット基板2の第1ビード25Lと、第2ガスケット基板4の第2ビード45Lとが互い対向する部分に貫通孔33が形成されていない。
<作用および効果>
このような構成のメタルガスケット1は、エキマニ側フランジ10aと排気側フランジ20aとの間に挟着された状態で締結ボルトにより強く締め付けられた状態で取り付けられると、エキマニ側フランジ10aおよび排気側フランジ20aによって圧縮される。
このとき、第1ガスケット基板2の第1ビード25Lおよび第2ガスケット基板4の第2ビード45Lが押し潰されるが、その復元力によってエキマニ側フランジ10aおよび排気側フランジ20aに第1ガスケット基板2および第2ガスケット基板4が密着されるので安定したシール性を確保することができる。
このとき、中間基板4において、第1ガスケット基板2の第1ビード25Lと第2ガスケット基板4の第2ビード45Lとが互いに対向する部分には、貫通孔33が存在している。この貫通孔33は、エキゾーストマニホールド10の開口10bから排気管20の開口20bへ流れる排気ガスG1の流体熱が当該排気ガスG1の流出方向とは垂直な方向の外周側へ向かって伝達されること防止する断熱層として機能する。
この貫通孔33の存在により、排気ガスG1の流体熱が第1ビード25Lおよび第2ビード45Lの大部分に影響を与えることを低減することができるので、第1ビード25Lおよび第2ビード45Lに対する熱による早期の劣化を抑制して復元力を維持させることができるので、メタルガスケット1の寿命を従来に比して伸ばすことができる。
特に、メタルガスケット1においては、ボルトピッチが長い領域2L(3L、4L)の方が、ボルトピッチの短い領域2S(3S、4S)よりも熱の影響を受け易いため、領域2L(3L、4L)に相当する中間基板3の貫通孔33を断熱層として用いることにより、第1ビード25Lおよび第2ビード45Lの熱による早期の劣化を抑制し、従来に比して寿命を伸ばすことができる。
<他の実施の形態>
なお、上述した実施の形態においては、エキゾーストマニホールド10と排気管20との間をシールする場合に本発明のメタルガスケット1を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ターボチャージャーのタービンと排気管との間をシールする場合等の排気系や、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間をシールする吸気系の何れにおいて用いるようにしてもよい。
また、上述した実施の形態においては、メタルガスケット1を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、セミメタルガスケット、グラファイトガスケット等の熱伝導性の高いその他種々のガスケットを用いるようにしてもよい。
さらに、上述した実施の形態においては、メタルガスケット1を第1ガスケット基板2、中間基板3、および、第2ガスケット基板4を積層した3層構造とするようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、中間基板3を複数枚積層した3層以上の複数積層構造としてもよい。
さらに、上述した実施の形態においては、メタルガスケット1が長方形状の開口部2h、3h、4hを有するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、正方形状の開口部を有していたり、円形状、楕円形状等のその他種々の形状の開口部を有していてもよい。
さらに、上述した実施の形態においては、メタルガスケット1の中間基板4のうち、ボルトピッチが長い領域2L(3L、4L)に対してのみ貫通孔33を設けるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ボルトピッチが短い領域2S(3S、4S)に対しても貫通孔33を設けるようにしてもよい。この場合、ボルトピッチが短い領域2S(3S、4S)における第1ビード25Sおよび第2ビード45Sに対する熱による早期の劣化を抑制し、従来よりも寿命を伸ばすことができる。
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係るメタルガスケット1に限定されるものではなく、本発明の概念および特許請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題およ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。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。
1 メタルガスケット
2 第1ガスケット基板
2a 開口端
2b ボルト挿通孔
2h 開口部
3 中間基板
3a 開口端
3b ボルト挿通孔
3h 開口部
4 第2ガスケット基板
4a 開口端
4b ボルト挿通孔
4h 開口部
10 エキゾーストマニホールド
10a エキマニ側フランジ
10b 開口
20 排気管
20a 排気側フランジ
20b 開口
21L、21S 第1平坦部
22L、22S 第1斜面部
23L、23S 頂部
24L、24S 第2斜面部
25L 第1ビード
33 貫通孔
41L、41S 第2平坦部
42L、42S 第1斜面部
43L、43S 頂部
44L、44S 第2斜面部
45L、45S 第2ビード
G1 排気ガス
2L、3L、4L ボルトピッチの長い領域
2S、3S、4S ボルトピッチの短い領域
L 長さ
W 幅

Claims (3)

  1. 第1部材の開口と第2部材の開口との間に挟着されるガスケットであって、
    前記第1部材の開口に対応して設けられた第1開口部の周縁に沿って、かつ、前記第1部材の側に向かって隆起した第1ビードを有し、前記第1部材の側に配置される第1ガスケット基板と、
    前記第2部材の開口に対応して設けられた第2開口部の周縁に沿って、かつ、前記第2部材の側に向かって隆起した第2ビードを有し、前記第2部材の側に配置される第2ガスケット基板と、
    前記第1ガスケット基板と前記第2ガスケット基板との間に配置される中間基板とを備え、
    前記中間基板は、前記第1ビードおよび前記第2ビードと対向する部分に当該第1ビードおよび当該第2ビードの長手方向に沿って形成された所定の幅および所定の長さからなる貫通孔を有する
    ことを特徴とするガスケット。
  2. 前記ガスケットは、第1部材の開口と第2部材の開口との間に挟着された状態で複数の締結部材により前記第1部材および前記第2部材と締結されたときの締結間距離の短い部分と長い部分を有する場合、前記締結間距離の長い部分に対して前記中間基板の前記貫通孔が形成されている
    ことを特徴とする請求項1に記載のガスケット。
  3. 前記貫通孔は、前記長さ>前記幅の関係を有する
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のガスケット。
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