JP2873492B2

JP2873492B2 - 金属ガスケット

Info

Publication number: JP2873492B2
Application number: JP17599490A
Authority: JP
Inventors: 英三郎後藤; 弘孝角田; 猛志北村; 彰夫倉本; 志郎河合
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-07-03
Filing date: 1990-07-03
Publication date: 1999-03-24
Anticipated expiration: 2014-03-24
Also published as: JPH0464777A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は金属ガスケットに関し、特に内燃機関のシリ
ンダヘッドガスケット、エキゾーストマニホールドガス
ケット等として好適な金属ガスケットに係る。

［従来の技術］圧力流体に対し接合面からの漏洩を防止するため接合
部材間にガスケットが介装されることはよく知られてい
る。例えば、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロ
ックとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットにお
いては、燃焼ガス、冷却水及び潤滑油を同時にシールし
得ることが要求される。特に燃焼ガスに対しては、高
温、高圧というだけでなく温度及び圧力の変化が大きい
ためシールが困難である。このため、種々のガスケット
が提案されているが、近時は金属製の板材から成るメタ
ルガスケット、即ち金属ガスケットが注目されている。
具体的には、金属製の基板に燃焼ガス等の圧力流体が通
過する複数の孔を穿設し、各々の孔の周囲の基板にビー
ドを形成して接合部材に対し高い面圧を確保し得るよう
にしたものである。

そして、実開昭59−188955号公報において、上記金属
ガスケットに対し、ビードが締付力によって塑性変形し
シール性が低下することを回避すべく、ビードの凸設高
さより薄い板から成る面圧調整板をビード以外の部分に
設けたものが提案されている。同様に、ビードの孔側の
板面に厚肉部を形成したものも提案されている。この厚
肉部に関しては、例えば実開昭61−14748号公報にはメ
ッキにより厚肉部を形成したものが開示され、実開平２
−6855号公報には副板を接着もしくは溶着して厚肉部と
したもの、あるいは特開昭64−35057号公報には溶射に
よって形成したストッパ（厚肉部に相当）に対し樹脂等
の充填剤を含浸させシール機能を確保するようにしたも
のが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］上記従来技術における厚肉部としては、ビードが圧縮
変形してシール部材として機能し得るように調整すると
共に、自らシール部材として機能し得るようにシール性
を有する材質とすることが望ましく、組付性、厚さの管
理、コスト等を考慮すると金属環のシムリングを接合す
るように構成することが望ましい。上記従来技術におい
ても金属製のシムリングを接合することとしたものが開
示されているが、その接合手段は溶接あるいは接着とい
った一般的なもので、スポット溶接といった接合手段も
散見され、シムリングと基板との間のシール性は考慮さ
れていない。また、その接合部分も全周あるいは一部と
いうように必ずしもシムリング自体によるシール性に配
慮されているものではない。このように従来技術におい
てはシムリングと基板とが物理的に接合されておれば足
り、特段の接合手段を要することなく、接合部分は適宜
設定されるものと認められる。

然し乍ら、シムリングの基板への接合部を微視的にみ
ると、内燃機関のように高温、高圧の流体に晒される場
合には熱膨張差等によって生じ得る接合部分の空隙から
の漏洩も懸念される。特にシムリングの周囲に複数のボ
ルト孔を穿設し、これらのボルト孔を介してボルトを挿
通し接合部材、例えばシリンダヘッド及びシリンダブロ
ックを締結するものにあっては、ボルト孔近傍は他の部
分に比し大きな軸力が加えられシムリングに大きな剪断
力が生ずる。これに対抗するためにはシムリングをその
全周に亘り基板に溶接することが適当であるが、ボルト
孔近傍で要求される接合力を確保するため溶接幅を広く
し過ぎると金属ガスケット全体に反りが生じ、取付時に
金属ガスケットのボルト孔とシリンダヘッド等の接合部
材のボルト孔とが合致しなくなり作業性が悪くなる。金
属ガスケットに反りが生じないようにするにはシムリン
グの溶接幅は狭くする方がよいが、そうするとボルト孔
近傍の接合部の剥離が懸念される。

そこで、本発明は金属製の基板に金属環のシムリング
を接合して成る金属ガスケットにおいて、特にボルト孔
近傍での十分な接合力を確保しシムリングの金属板への
接合を確実なものとし、常に安定したシール性を確保す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、本発明は金属製の基板に
圧力流体が通過する孔を穿設すると共に、該孔の周縁部
に金属環のシムリングを接合して成り、該シムリングの
周囲に複数のボルト孔を穿設した金属ガスケットにおい
て、前記基板に対し前記シムリングを全周に亘り実質的
に連続して溶接し、且つ前記シムリングの前記ボルト孔
近傍部分の溶接幅を、その余の部分の溶接幅より大とし
たものである。

前記金属ガスケットにおいて、前記シムリングの溶接
幅を大とする部分は、前記複数のボルト孔の内隣接する
ボルト孔間に対する前記シムリングの中心角の略８分の
１乃至３分の１の角度範囲に相当する部分とすることが
望ましい。

また、前記金属ガスケットにおいて、前記基板に対し
前記シムリングを全周に亘り実質的に連続して溶接し、
且つ前記シムリングの前記ボルト孔近傍部分の溶接方向
を前記シムリングの円周方向に沿って変化させることと
してもよい。

［作用］上記の構成になる金属ガスケットを、対峙する接合部
材間、例えばシリンダヘッドとシリンダブロックとの間
に介装し、所定の締付力を以って両者を締結すると、シ
ムリングが接合部材間に挟持される。この場合におい
て、シムリングは全周に亘り実質的に連続して基板に溶
接され、ボルト孔近傍部分の溶接幅がその余の部分の溶
接幅より大とされているので、ボルト孔近傍での接合部
の剥離が防止され、安定したシール性が確保される。ま
た、溶接方向をシムリングの円周方向に沿って変化する
ように構成した場合も同様にボルト孔近傍での接合部の
剥離が防止される。

［実施例］以下、本発明の金属ガスケットの一実施例を第１図乃
至第５図を参照して説明する。本実施例は多気筒内燃機
関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介装さ
れるシリンダヘッドガスケットに適用した金属ガスケッ
トに係る。第１図はその底面を示すもので、紙面の表側
がシリンダブロック側を表している。

第１図において、金属ガスケット１は弾性金属板、例
えばステンレス鋼板の基板10を有し、この基板10に燃焼
室孔11等が穿設されると共に、ビード15、傾斜部16乃至
18が形成されている。基板10には複数の冷却水孔12及び
潤滑油孔13が穿設されており、燃焼室孔11の周囲に略均
等な間隔で複数のボルト孔14が穿設されている。

燃焼室孔11回りには第２図乃至第４図に明らかなよう
にビード15が形成されており、本実施例においてはその
凸部15aがシリンダブロック側で凹部15bがシリンダヘッ
ド側となるように配置される。第１図に示すように、隣
接する燃焼室孔11,11回りに形成されるビード15,15は集
合部15cを介して相互に連結されており、集合部15cの幅
は集合するビード15,15の各々の幅より小とされ中央に
至るにしたがい漸減するように設定されている。また、
第１図中のＶ−Ｖ線断面を示す第５図に明らかなよう
に、基板10のボルト孔14回りには隣接部と角度αをなす
傾斜部16が形成され、ボルト孔14及び潤滑油孔13を囲繞
するように第１図に示す傾斜部18が形成され、更に基板
10の外縁には全ての孔を囲繞するように隣接部と角度β
をなす傾斜部17が形成されている。尚、これら傾斜部16
乃至18はビード15の一方側の傾斜部分に相当することか
らハーフビードと称せられる。

ビード15から燃焼室孔11に至るまでの基板10には平坦
面の開口端部10aが形成されており、ビード15の凸部15a
側に環状の金属板、例えばステンレス鋼板のスペーサ、
所謂シムリング20が固着されている。即ち、第２図乃至
第４図に示すように、ビード15の凸部15aの高さTbより
小の厚さTsのシムリング20はレーザ溶接機により全周に
亘り連続して基板10に溶接されている。従って、環状の
シムリング20の全周に実質的に連続した溶接線21（第１
図では省略）が形成されている。尚、シムリング20の外
縁とビード15の凸部15aの裾縁との間の間隙は、第４図
に示す集合部15cにおける間隙Snが最小で、その余の部
分の間隙Sbは第３図に示すように間隙Snに比し大となっ
ている。

レーザ溶接機は周知のようにフォーカスヘッドから照
射するレーザ光線によって金属を溶着するもので、本実
施例ではパルス制御を採用している。而して、被溶接物
とフォーカスヘッドとを相対的に移動させることにより
実質的に連続した溶接が可能である。例えば燃焼室孔11
に対応する開口を有するテーブル（図示せず）に基板10
を載置し、その開口端部10aにシムリング20を配置し、
押え台（図示せず）によって固定した後、フォーカスヘ
ッド（図示せず）に対しテーブルを移動しながらレーザ
光線を照射すれば、シムリング20が全周に亘り実質的に
連続して開口端部10aに溶接される。

上記シムリング20に対するレーザ溶接に関し、その溶
接幅は第６図に示すようにボルト孔14近傍の溶接幅Wbが
その余の部分の溶接幅Wnに比し大とされている。即ち、
シムリング20の中心とボルト孔14の中心を結ぶ径を中心
に、所定の中心角γの範囲の溶接幅Wbが例えば0.3乃至
0.35mmとされ、それ以外の部分の溶接幅Wnが例えば0.15
乃至0.25mmとされており、前者が後者の1.4倍乃至2.3倍
に設定されている。従って、ボルト孔14近傍の溶接強度
はそれ以外の部分に比し約２倍となっている。尚、中心
角γは23°乃至60°とされ、例えば45°前後に設定され
る。本実施例においては溶接線21はシムリング20の幅方
向略中央部に形成されているが、これをシムリング20の
外縁に接するように形成してもよく、あるいは内縁に接
するように形成してもよい。尚、後者の場合の溶接作業
に関し、シムリング20とビード15との間隙は集合部15c
以外の部分で間隙Sbとして十分な距離が確保されてお
り、集合部15c以外の部分を押さ台（図示せず）によっ
て固定することができるので、上述のレーザ溶接作動に
支障が生ずることはない。

上記の構成になる金属ガスケット１は、シムリング20
の溶接幅がボルト孔14近傍のみ大となるように設定され
ており金属ガスケット１に生じ得る反りは最小限に抑え
られているので、取付作業に支障が生ずることはない。
そして、金属ガスケット１に締結力が加えられると、先
ず第３図に示すビード15の凸部15aがシリンダブロック
の接合面に当接し、ビード15の高さTbはシムリング20の
厚さTsより大であるためビード15が変形する。そして、
シムリング20及び開口端部10aがシリンダブロック及び
シリンダヘッド間に緊締されると、ビード15の変形はそ
れ以上進むことなくその弾性復元力を以って両者と密着
することとなる。しかもシムリング20はレーザ溶接によ
り実質的に連続して基板10に接合されているので、安定
したシール性が確保される。そして、ボルト孔14近傍は
他の部分に比し大きな軸力が加えられシムリング20に生
ずる剪断力は他の部分に比し大きいが、シムリング20は
第６図の角度γの範囲の溶接幅Wbが他の部分の溶接幅Wn
に比し大きくなるように連続した溶接処理が行なわれて
いるため、接合部の剥離が阻止される。

また、第７図に示すようにシムリング20のボルト孔14
近傍部分の溶接方向をシムリング20の円周方向に沿って
変化させるようにしてもよい。第７図では角度γの範囲
で溶接方向が緩かな波状に変化する形状の溶接線21とし
ているが、例えば所定角度を以って屈曲して変化する形
状としてもよい。このように溶接方向をシムリング20の
円周方向で変化させるようにすれば、連続した溶接作業
の中で軌跡の変更をするのみで前述の実施例と同様の効
果が得られる。

尚、上述の実施例においては金属ガスケット１はビー
ド15の凸部15aがシリンダブロック側となるように配置
したが、これを表裏逆にして凸部15aがシリンダヘッド
側となるように配置することとしてもよい。また、上記
と同様の構成になる金属ガスケットをエキゾーストマニ
ホールドガスケットに適用することも可能である。

［発明の効果］本発明は上述のように構成されているので、以下に記
載する効果を奏する。

即ち、本発明の金属ガスケットにおいては、シムリン
グが全周に亘り実質的に連続して基板に溶接されてお
り、且つシムリングはボルト孔近傍部分の溶接幅がその
余の部分の溶接幅より大とされ適切な溶接幅に設定され
ているので、シムリングの剥離を惹起することなく安定
したシール性を確保することができる。しかも、常時に
おいて金属ガスケットの反りが最小限に抑えられるの
で、金属ガスケットを接合部材に容易に取り付けること
ができ、良好な作業性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る金属ガスケットの一部
の底面図、第２図は同、金属ガスケットの一部断面斜視
図、第３図は第１図中III−III線断面図、第４図は第１
図中IV−IV線断面図、第５図は第１図中Ｖ−Ｖ線断面
図、第６図は本発明の一実施例の金属ガスケットのボル
ト孔近傍の拡大平面図、第７図は他の実施例の金属ガス
ケットのボルト孔近傍の拡大平面図である。１…金属ガスケット,10…基板,10a…開口端部,11…燃焼
室孔,12…冷却水孔,13…潤滑油孔,14…ボルト孔,15…ビ
ード,20…シムリング,21…溶接線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北村猛志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者倉本彰夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者河合志郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開昭62−278375（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16J 15/08 F02F 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の基板に圧力流体が通過する孔を穿
設すると共に、該孔の周縁部に金属環のシムリングを接
合して成り、該シムリングの周囲に複数のボルト孔を穿
設した金属ガスケットにおいて、前記基板に対し前記シ
ムリングを全周に亘り実質的に連続して溶接し、且つ前
記シムリングの前記ボルト孔近傍部分の溶接幅を、その
余の部分の溶接幅より大としたことを特徴とする金属ガ
スケット。