JP3135911B2 - 金属ガスケットの製造方法 - Google Patents

金属ガスケットの製造方法

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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の製造方法に関し、特に、金
属製の基板に孔を穿設し、該孔回りに金属環を溶接す
る、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
トの製造方法に係る。
［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
製の板材から成る金属ガスケットが注目されている。例
えば、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、例えば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
にしたものが知られている。
そして、例えば実開昭59−188955号公報に開示されて
いるように、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。
［発明が解決しようとする課題］ 上記面圧調整板としては、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、基板の孔の周縁部に金属環を接合するよ
うに構成することが望ましい。
金属製の基板に対し金属環を接合する手段として溶接
が最適であるが、内燃機関用金属ガスケットのように高
温、高圧の流体に晒される場合には熱膨張差等によって
接合部分が剥離しないようにする両者間に空隙が生じな
いように強固に接合する必要がある。しかし、例えばス
ポット溶接によって接合すると各点溶接部間の間隔が大
きくなり、基板と金属環との間に空隙が生じ易く、また
十分な溶接強度を確保することは困難である。
ところで、近時のレーザ加工技術の進展に伴ない、レ
ーザ溶接が活用され、これによれば加工歪が少なく高速
で溶接作業を行なうことができる。特に繰返しパルスで
駆動するYAGレーザを用いた溶接機は小型でその特性は
上述の金属環を溶接するのに好適である。これによれば
高速で複数の点溶接部を形成することができ、更に隣接
する点溶接部を相互に重合させて実質的に連続した溶接
部を形成することもできるが、各点溶接部は溶接速度、
溶接強度等に鑑み適切な間隔で形成する必要がある。
そこで、本発明は金属ガスケットの製造方法におい
て、金属製の基板に対し良好な生産性を確保すると共に
適切な溶接強度で金属環を溶接し得るようにすることを
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し、該孔の周縁部に金属環
を配置し、該金属環の全周に亘り複数の点溶接部を形成
して前記基板に溶接する金属ガスケットの製造方法にお
いて、前記複数の点溶接部の前記金属環表面の直径Ｄが
前記複数の点溶接部の前記基板表面の直径ｄより大であ
って、前記基板表面における前記複数の点溶接部の相互
に隣接する点溶接部の中心間の間隔ｓを前記点溶接部の
直径ｄ以下となるように溶接することとしたものであ
る。
上記製造方法においては、前記基板表面における前記
点溶接部の中心間の間隔ｓと前記点溶接部の直径ｄとの
比s/dをεとしたとき、0.4≦ε≦0.8の範囲の値となる
ように溶接することが望ましい。
［作用］ 本発明の金属ガスケットの製造方法においては、先ず
金属製の基板に孔が穿設され、次に孔の周縁部に金属環
が配置される。そして、金属環が基板に溶接され金属環
の全周に亘り複数の点溶接部が形成される。このとき、
複数の点溶接部の金属環表面の直径Ｄが基板表面の直径
ｄより大であって、基板表面における複数の点溶接部の
相互に隣接する点溶接部の中心間の間隔ｓが点溶接部の
直径ｄ以下となるように溶接されるので、各点溶接部が
部分的に重合され実質的に連続した溶接部分が形成され
る。
［実施例］ 以下、本発明の金属ガスケットの製造方法の一実施例
を第１図乃至第３図を参照して説明する。本発明の対象
とする金属ガスケットとしては、例えば多気筒内燃機関
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が好適である。
先ず、弾性金属板、例えばステンレス鋼板がプレス加
工され、第１図及び第２図に示すように、基板１に燃焼
室孔２等が穿設されると共に、ビード３が形成される。
この基板１には同時に複数の冷却水孔（図示せず）及び
潤滑油孔（図示せず）等が穿設され、シリンダヘッドガ
スケットの素材が形成される。尚、ビード３から燃焼室
孔２に至るまでの基板１には平面の開口端部1aが形成さ
れる。次に、ビード３の凸部側の開口端部1a上に金属
環、即ち環状の金属板の所謂シムリング４が配置され
る。このシムリング４はビード３の凸部の高さより薄い
例えばステンレス鋼板が別途プレス加工により環状に打
ち抜かれたもので、その内周は燃焼室孔２の周縁に一致
するように形成されている。そして、以下に詳述するよ
うに、レーザ溶接機によりシムリングがその全周に亘り
基板１に溶接される。
第３図はシムリング４を基板１に溶接する溶接工程を
説明するための図で、本実施例で用いるレーザ溶接機の
テーブル11、押え台12及びフォーカスヘッド13を示して
いる。テーブル11には燃焼室孔２に対応する開口11aが
形成されている。押え台12はテーブル11の開口11aに嵌
合するように形成され、その上端部に径方向に突出する
押え部12aが形成されている。本実施例のレーザ溶接機
はYAGレーザを繰り返しパルス駆動するもので、フォー
カスヘッド13によって高密度のレーザパワーを集光する
と、これを吸収した金属が急速に加熱されて溶融状態と
なる。これにより、接合する金属にはパルスに応じて複
数の点溶接部が形成される。
而して、先ず燃焼室孔２等を穿設した基板１をテーブ
ル11に載置し、基板１の開口端部1aにシムリング４をそ
の内周が燃焼室孔２の周縁に一致するように配置する。
次に、押え台12の下部をテーブル11の開口11a内に嵌合
し、押え部12aをシムリング４の内縁部に当接させ、シ
ムリング４をテーブル11と押え台12との間に挟持し、ボ
ルト（図示せず）等によって両者を固定する。そして、
フォーカスヘッド13に対しテーブル11をシムリング４の
周上に沿って移動させながらシムリング４にレーザ光線
を照射し、シムリング４をその全周に亘り基板１の開口
端部1aに溶接する。もちろん、テーブル11に対してフォ
ーカスヘッド13を移動させることとしてもよく、要は被
溶接物たる基板１及びシムリング４とフォーカスヘッド
13とを相対的に移動させればよい。
上記シムリング４と基板１との溶接に関し、溶接部分
を拡大して示した第１図に明らかなように、基板１の溶
接部分は平面視略円形の点溶接部、所謂ナゲット５が重
合し乍ら連続して形成されている。各ナゲット５は、第
２図に断面を示すように、シムリング４の表面の直径Ｄ
が基板２の表面の直径ｄより大となっている。そして、
各ナゲット５の中心間の距離が溶接間隔で、第１図にｓ
で示している。この溶接間隔ｓとナゲット５の直径ｄと
の比ε（＝s/d）によって、シムリング４と基板１との
間の溶接強度が変動する。即ち、溶接強度Ｆは０＜ε≦
１のとき下記（１）式のようになり、１＜εのとき下記
（２）式のようになる。
従って、εの値が小さい程溶接強度は大となるが、後
述するようにεが0.4を下回ると然程の差は生じない。
これに対しεが0.8を超えると溶接強度の低下が著し
い。後者の場合のようにεに起因する溶接強度の変化割
合が大きいということは溶接条件の変動によりナゲット
５の直径ｄのバラツキが大となったときの影響が大とな
ることを意味するので、εの値は一定の範囲内の値に管
理する必要がある。
第４図の実線は上記の比εの値に対し、ε＝０のと
き、即ち溶接間隔が実質的に０で線状に溶接される連続
溶接と同様の状態のときの溶接強度を１（100％）とし
た場合において、εの増加に応じた溶接強度比を示した
もので、εが１を超えると溶接強度が大きく低下しεが
1.5で50％近くにまで低下することになる。これに対
し、εが0.4を下回るときには97％を超える溶接強度比
となる。そして、εが0.8となるまでの溶接強度比の低
下割合は然程大きくなく、εが0.8のときで88％の溶接
強度比が確保される。
ところで、ナゲット５の直径ｄは基板１とシムリング
４との間の必要溶接強度に基づいて定め得るが、溶接間
隔ｓはレーザ溶接機の能力によってその下限値が定ま
る。レーザー溶接機の能力を最大限に引き出すこととし
た場合において、ε＝１のときの溶接速度を１として、
εの増加に伴なう溶接速度比を求めると、第４図中に破
線で示すようにεに略比例して増加する。また、溶接速
度はレーザ溶接機のランプ寿命を左右するものであるか
ら、溶接速度比が取りも直さずランプ寿命比に対応する
（尚、第４図には溶接速度比のみを示し、ランプ寿命比
は同様であるので省略した）。第４図から明らかなよう
に、εが0.8を超えると溶接速度比が80％を超え良好な
生産性が確保できるが、前述のように溶接強度比の大幅
な低下を惹起する。εが0.4を下回るときには、εが0.4
のとき既に溶接強度比が100％近くあってその増加割合
が小さいにも拘らず、溶接速度比は40％以下と低くな
り、生産性に問題が残る。また、溶接部の単位面積当り
に供給される熱エネルギーはεに反比例するので、εを
小さくし過ぎると線状の連続溶接の場合と同様金属ガス
ケットの反りの発生等の別の問題も生ずる。
而して、一定の生産性を確保しつつ適切な溶接強度を
確保するεの範囲としては、１以下とすることが必要で
あり、第４図に上下限値を一点鎖線で示したように0.4
≦ε≦0.8の範囲が望ましく、これにより40％乃至80％
の生産性で、88％乃至97％の溶接強度が得られる。
尚、上記のように製造された金属ガスケットが内燃機
関に装着され締結力が加えられると、先ず第２図に示す
ビード３の凸部がシリンダブロックの接合面に当接し、
ビード３の高さはシムリング４の厚さより大であるため
ビード３が変形する。そして、シムリング４及び基板１
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３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４は上述のようにレーザ溶接により適切な溶接強度
で基板１に接合されているので、安定したシール性が確
保されると共に、接合部の剥離が阻止される。
［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の製造方法によれば、
金属環を金属製の基板に溶接するに際し、複数の点溶接
部の金属環表面の直径Ｄが基板表面の直径ｄより大であ
って、基板表面における複数の点溶接部の相互に隣接す
る点溶接部の中心間の間隔ｓが点溶接部の直径ｄ以下と
なるように溶接することとしているので、良好な生産性
を維持しつつ適切な溶接強度を確保することができる。
特に基板表面における点溶接部の中心間の間隔ｓと点
溶接部の直径ｄとの比εを0.4≦ε≦0.8の範囲の値で溶
接することとした場合には、少くとも生産性と溶接強度
の両面から最適な溶接条件となる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係る製造方法によって製造
する金属ガスケットの一部の平面図、第２図は同、金属
ガスケットの一部の断面図、第３図は同、基板に金属環
を溶接するときの状態を示す断面図、第４図は本発明の
一実施例における金属環の適切な溶接条件を設定するた
めの特性図である。 １……基板,1a……開口端部,2……燃焼室孔， ３……ビード,4……シムリング（金属環）， ５……ナゲット（点溶接部）,11……テーブル， 12……押え台,13……フォーカスヘッド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−278375（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−154891（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−145663（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−21684（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属製の基板に圧力流体が通過する孔を穿
    設し、該孔の周縁部に金属環を配置し、該金属環の全周
    に亘り複数の点溶接部を形成して前記基板に溶接する金
    属ガスケットの製造方法において、前記複数の点溶接部
    の前記金属環表面の直径Ｄが前記複数の点溶接部の前記
    基板表面の直径ｄより大であって、前記基板表面におけ
    る前記複数の点溶接部の相互に隣接する点溶接部の中心
    間の間隔ｓを前記点溶接部の直径ｄ以下となるように溶
    接することを特徴とする金属ガスケットの製造方法。
  2. 【請求項２】前記基板表面における前記点溶接部の中心
    間の間隔ｓと前記点溶接部の直径ｄとの比s/dをεとし
    たとき、0.4≦ε≦0.8の範囲の値となるように溶接する
    ことを特徴とする請求項１記載の金属ガスケットの製造
    方法。
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