JP4194321B2

JP4194321B2 - Metal gasket

Info

Publication number: JP4194321B2
Application number: JP2002253310A
Authority: JP
Inventors: 国彦大久保; 慎悟森
Original assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Current assignee: Nippon Gasket Co Ltd
Priority date: 2002-08-30
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2008-12-10
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2004092475A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，エンジンにおける部材の対向面間に配置して適用され，特に，シリンダヘッドとマニホールドとの対向面間に配置して適用される金属ガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，エンジンについては，インテイクマニホルド又はエキゾーストマニホルドに接続されるシリンダヘッドに形成されたインテイクポート又はエキゾーストポートは，断面形状が円形のみではなく，正方形又は矩形形状に形成され，それらの形状に対応して形成されたマニホルドのフランジ部がインテイクマニホルド又はエキゾーストマニホルドに溶接される場合がある。これらのポートをシールするため，マニホルド用金属ガスケットには，通常，正方形又は矩形形状に形成されたポートに対応する形状の流体孔に沿って，流体孔の外側に流体孔の形状と相似形の輪郭を有するシールビードが形成されている。その結果，上記金属ガスケットでは，ビード全体の平面輪郭は，コーナ部を除いて，その大部分が直線状の形状に形成されている。
【０００３】
更に，最近のエンジンについては，エンジンの軽量化のために，エキゾーストマニホルドのフランジ部を従来の鋳物品に代えて金属薄板をプレス加工した薄板プレス成形品で形成することがある。
【０００４】
また，金属ガスケットに形成されたビードのへたりの発生及び局部的な低面圧の発生等の問題を解決する一般的な従来技術は，必要な部分のビードを部分的に高くして，その部分のばね定数（ばね剛性）を大きくすることであった（例えば，実開昭５７−１９１８５３，特許第２９３０７４４号公報，特許第３０８３９５８号公報参照）。しかしながら，ステンレスばね鋼板を主素材とする金属ガスケットについては，ビードの平均高さが約１００〜数１００μｍ，ビード幅が数ｍｍの場合に，局部的に又は部分的にビード高さを変更することは，プレス加工及び加工後の寸法精度管理の点から容易ではなく，上記のようなビードの変更について実際に適用されたものは，あまり多くないのが現状である。
【０００５】
また，金属ガスケットについて，別の手段としては，ビードの所要部分に熱処理を施し，ビードの復元力，即ち，ばね剛性を高める方法もある（例えば，特開平１１−２２８２７号公報参照）。しかしながら，金属ガスケットの製造工程において，金属ガスケットに熱処理を行うことは，その対象が部分的であるかどうかにかかわらず一般的には製造コストの増大を招くことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，正方形又は矩形形状の流体孔に沿ってシールビードを有する金属ガスケットにおいて，ビードの断面形状が流体孔の周囲において同一形状である場合に，ビードの輪郭内におけるビード直線状部は，ビード環状部又はビード円弧状部と比較してばね定数が低いので，金属ガスケットが締付荷重を受けた時には，ビード直線状部は，コーナ部の円弧状部よりも圧縮され易く，その結果，ビードのへたりが発生し易くなり，長期間のシール信頼性や耐久性に欠ける要因になっている。金属ガスケットに形成された流体孔の形状が矩形であって，且つビード形状がハーフビードの場合には，長辺側の直線状部において，上記のような傾向が一層助長されることになる。言い換えると，ビードについて，小さいＲの円弧状部はばね定数が高いため，締め付け応力が集中して面圧が高くなり，一方，ばね定数が低い直線状部では面圧が低くなるというアンバランスが生じる。特に，締付ボルト孔の位置とビード輪郭のコーナ部即ち小さいＲの円弧状部とが接近するか（図１又は図３のボルト孔参照），又は締付ボルト孔の位置がビード輪郭の二つのコーナ部を結ぶ対角線上にあって，更にコーナ部に接近している場合（図４のボルト孔の配置参照）には，小さいＲの円弧状部は締まって高い面圧が発生し，このビード部の応力は高くなる。ビードの直線状部は一応締まるが，上記円弧状部よりも面圧は低い。一方，ボルト孔位置から離れたビード輪郭のコーナ部はばね定数が高いため，締め付けが低くなって非常に締まり難く，面圧も発生し難い。
【０００７】
エキゾーストマニホルドのフランジ部を金属薄板プレス成形品で形成した場合には，従来の金属ガスケットと同じような構造と締付条件を適用すると，フランジ部そのものの撓みが大きくなり，その結果，金属ガスケットを締付けても，金属ガスケットに対して均等な圧縮力が作用せず，ビードに発生する面圧について所要のバランス配分が得られない。即ち，金属ガスケットを部材の対向面間で締め付けた場合に，ボルト孔近傍のみは締め付け力が大きくなるが，ボルト孔間を結ぶ領域においてビード部は締り難く，更に，ボルト孔から遠いビード部は一層締まり難くなるため，金属ガスケットに所要の面圧が得られないことになる。従って，金属ガスケット全体に対する圧縮量が低くなり，所要のシール面圧を確保することができなくなる。更に，部材の対向面間で金属ガスケットの締付けを強化し，所要のシール面圧を確保しようとしても，フランジ部の撓みや変形によって孔近傍のシール対向面間の隙間が一層大きくなり，金属ガスケット全体への圧縮量が逆に一層低くなるという悪循環に陥ることになる。
【０００８】
特に，上記薄板プレス成形品のフランジ部に適用する金属ガスケットの流体孔の形状及びその周囲のビード輪郭が共に矩形形状に形成され，且つ締付ボルト孔とコーナ部の小さいＲを有するビードの円弧状部とが接近していている場合には，通常，長辺ビード側の中央部は，ボルト孔位置から遠く，低圧縮量しか得られない条件下にあり，従って，なおさら所要のシール面圧を得ることが困難であり，従来のガスケット構造の条件下では，シールそのものが成立しない。金属ガスケットが直線状部分を有するビードを備えている場合に，直線状部分のへたり防止を重点としつつ過剰な締付を回避し，しかも同時に高く均等な所要のシール面圧を長期間に渡って確保することは，二律背反的であり，エンジン用金属ガスケットにおいては課題となっている。
【０００９】
金属ガスケットについては，不適切な設計に起因するビードのヘたり及び金属薄板プレス成形によるフランジ部の撓み発生によるシール面圧又はガスケット圧縮量の低下を防止し，高い圧縮量を付与して極力均等で高い所要のシール面圧を確保し，長期間のシール性能を保証するという課題は，金属ガスケットに形成されている流体孔の形状及び薄板プレス成形によるフランジ部の厚さ，部材の対向面のシール面の平坦度等のエンジンの構造的な個性及び設計条件に応じて個々にその都度解決されなければならないものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の問題を解消することであり，概して，金属ガスケットを締め付けたくても，ビードのへたり，マニホルドのフランジ部の撓みのために，所望の締め付け力を確保できないような問題を解消し，シール性の強化，耐用性及び信頼性の向上を図ることであり，具体的な一つの目的は，金属ガスケットの流体孔が正方形又は矩形形状の場合に，ビードの輪郭をできるだけ大きいＲの円弧状にしてビード各部のばね定数を極力均一化することにより，所要のシール面圧及び均一面圧バランスを維持しながら，ビードのへたりを防止することであり，別の目的は，金属ガスケットを締め付け時に撓みが発生し易い金属薄板プレス成形品でなるフランジ部に適用する場合に，流体孔の形状に関係なく，少なくとも１枚のガスケット構成板のボルト孔に対応する周囲部に切欠き状の積層欠落部を設けることにより，ガスケット圧縮量の増大を図り，シール面圧の確保及び均一面圧配分を達成することであり，更に別の目的は，上記２つの目的を兼ね備えたものであり，ビードのへたり防止，シール面圧の確保及び均一面圧配分を達成する金属ガスケットを提供することである。
【００１１】
請求項１に係る発明は，エンジンの部材であるシリンダヘッドとマニホールドとの対向面間に配設して締め付けて適用され，２枚の弾性金属板に開口する流体孔が実質的に正方形又は矩形形状に形成され，前記流体孔の周囲に沿って前記弾性金属板に形成されたビードを有する金属ガスケットにおいて，
前記ビードは，非締付け状態での傾斜部と前記流体孔側の水平部とが同一形状で互いに逆向きに積層されたハーフビードに形成され，前記ハーフビードは，前記正方形又は矩形形状の各辺の中央部になるほど前記水平部の幅が大きく形成され，
前記ハーフビードの輪郭は，前記流体孔のコーナ部に対応する領域が前記コーナ部の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する形状に形成され，前記ハーフビードのその他の領域の曲率半径が前記コーナ部の曲率半径よりもさらに大きなサイズに形成されて全体として滑らかな円弧形状に延びて形成されていることを特徴とする金属ガスケットに関する。また，この金属ガスケットは，前記弾性金属板に形成された締付ボルト孔から離れた前記コーナ部の近傍の前記ビードの輪郭領域の曲率半径は，他の領域に比較して最大に形成されているものである。
【００１２】
請求項１に係る発明は，基本的には，次のような技術的範囲を含んでいるものである。即ち，少なくとも１枚の弾性金属板のビード基板には，一個又は複数の前記流体孔が形成され，また，流体孔の周囲に形成されたビードは，高さ及び幅について，前記流体孔の周囲において一定であり，また，２枚以上の弾性金属板のビード基板を有する時に，ビードの輪郭はビード基板の向かい合って対応するビード間で同一形状に形成されている。この金属ガスケットは，流体孔の周りで二重のビードを形成することもでき，例えば，一方のビードがフルビードであり，他方のビードがハーフビードであってもよい。一方のビードが流体孔の周囲に沿って部分的に形成された分割ビードであってもよい。また，この金属ガスケットは，ビードにより発生するシール面圧の微調整のため，ビード幅を流体孔の周囲に沿って部分的に変更したり，徐々に幅を変化させることができ，この場合に，ハーフビードのビード幅の変更は比較的に容易に実施することができる。また，弾性金属板の流体孔の周りのビードについて，ビード幅がわずかに異なる部分をいずれかのビードに部分的に形成することもできる。更に，この金属ガスケットは，一対の前記弾性金属板間に中間板を介挿させることもできる。
【００１３】
また，請求項３に係る発明は，エンジンの部材であるシリンダヘッドとマニホールドとの対向面間に配設して締め付けて適用され，２枚の弾性金属板から構成され，前記弾性金属板には流体孔の周囲に沿ってビードが形成されている金属ガスケットにおいて，
前記ビードは，非締付け状態での傾斜部と前記流体孔側の水平部とが同一形状で互いに逆向きに積層されたハーフビードに形成され，
一方の前記弾性金属板には締付ボルト孔が形成され，他方の前記弾性金属板には前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の積層欠落部に形成されていることを特徴とする金属ガスケットに関する。ここで，前記積層欠落部とは，ガスケットの厚さ方向に段差が形成されるように前記弾性金属板に切欠き部が形成されている領域をいう。
【００１４】
請求項３に係る発明は，基本的には，次のような技術的範囲を含んでいる。この金属ガスケットは，中間板を介挿して３枚以上の構成とすることができ，また，２枚以上の弾性金属板による構成では，積層欠落部を設ける弾性金属板の選択，及び積層欠落部を設けるボルト孔周囲部の選択はいずれも自由である。この金属ガスケットは，多層積層の場合には，フルビード又はハーフビードを持つ弾性金属板即ちビード基板及び中間板から選択した少なくとも１枚の金属板について切り欠き状の積層欠落部を設ければよいものである。例えば，この金属ガスケットは，中間に介挿される金属板に適宜位置を選択して積層欠落部を設けることが望ましいが，中間板の両側にビード基板を積層する３枚の金属板による構成の場合には，積層欠落部を有する金属板は１枚のビード基板のみ，又は１枚のビード板と中間板との２枚に形成することができる。この場合に，中間板は，弾性金属板，又は低弾性の炭素鋼鋼板であってもよい。積層欠落部は，必ずしもガスケットの全ての締付ボルト孔の周囲部に設けなくてもよく，シール面圧調整上，必要に応じて積層欠落部を設けない締付ボルト孔の周囲部があってもよい。この金属ガスケットは，積層欠落部をシールフランジのシール当接面側とする必要はなく，積層欠落部を金属薄板のプレス加工によるフランジ部のシール当接面側とする必要もない。
【００１５】
また，請求項４に係る発明は，エンジンの部材であるシリンダヘッドとマニホールドとの対向面間に配設して締め付けて適用され，２枚の弾性金属板に開口する流体孔が実質的に正方形又は矩形形状に形成され，前記流体孔の周囲に沿って前記弾性金属板に形成されたビードを有する金属ガスケットにおいて，
前記ビードは，非締付け状態での傾斜部と前記流体孔側の水平部とが同一形状で互いに逆向きに積層されたハーフビードに形成され，前記ビードの輪郭は，前記流体孔のコーナ部に対応する領域が前記コーナ部の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する形状に形成され，全体として滑らかな円弧形状に延びる形状であり，一方の前記弾性金属板には締付ボルト孔が形成され，他方の前記弾性金属板には前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の積層欠落部に形成されていることを特徴とする金属ガスケットに関する。
【００１６】
請求項４に係る金属ガスケットは，基本的には，次のような技術的範囲を含んでいるものである。即ち，この金属ガスケットは，請求項１に係る発明と請求項３に係る発明の技術的思想を兼ね備えたものであり，その設計変更は，段落番号００１２及び段落番号００１４に記載されている技術的範囲を含んでいるものである。
【００１７】
この発明による金属ガスケットは，前記弾性金属板の表面の一部又は全面には，耐熱性と潤滑性を持つ皮膜が設けられている。従って，この金属ガスケットは，耐用性及び歪みに対する追従性を向上させることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による金属ガスケットの実施例を説明する。まず，図１〜図３を参照して，この発明による金属ガスケットの第１実施例について説明する。第１実施例の金属ガスケット１は，エキゾーストマニホルド用ガスケットに適用したものである。金属ガスケット１は，２枚の弾性金属板２，３から成り，弾性金属板２，３の材質は，例えば，ＳＵＳ３０１等のステンレススチールであり，弾性金属板２，３の厚さの範囲は，例えば，０．１〜０．５ｍｍ程度である。金属ガスケット１は，エンジン側のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの対向面間に介在して適用され，シリンダヘッドに形成された排気ポートに対応した横長型矩形形状の流体孔４（図ｌでは４個）が形成されている。流体孔４の周囲には，それぞれの弾性金属板２，３においても各流体孔４の周囲においても同一の輪郭のハーフビード５，６が形成されている。更に，弾性金属板２，３には，締付ボルト孔７が流体孔４に対応して開口されている。弾性金属板２，３の互いの結束は，かしめ８により行われている。
【００１９】
図１のＡ−Ａ断面である図２に示すように，弾性金属板２，３の流体孔４の周囲に沿って形成されたハーフビード５，６は，非締付け状態での傾斜部２７の幅Ｗ１，高さＨ，及び流体孔４側の水平部２６の幅Ｗ２がそれぞれ同一形状で互いに逆向きに積層されている。金属ガスケット１については，その他の部位の断面は図示しないが，通常のいわゆる２枚積層のタイプである。
【００２０】
図３は，図１の符号Ｆの領域の拡大平面図であり，特に，金属ガスケット１の流体孔４の部分を示している。ハーフビード５，６の輪郭は，横長型矩形形状の流体孔４の孔縁形状と相似形ではなく，ビードのコーナ部２８の曲率半径Ｒ２が流体孔４の四隅のコーナ部３１の曲率半径Ｒ１よりも大きく形成され，更に，ビードのその他の部分の曲率半径Ｒ３及びＲ４がコーナ部２８の曲率半径Ｒ２よりもさらに大きなサイズに形成され，コーナ部２８とその他の部分のビードとを滑らかに結んだ円弧形状となっている。即ち，ハーフビード５，６の曲率半径Ｒ３は，流体孔４の短辺９に対応するハーフビード５，６の部分の曲率半径である。また，ハーフビード５，６の曲率半径Ｒ４は，流体孔４の長辺１０と対応するハーフビード５，６の部分の曲率半径である。それぞれの曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は，大きさ順ではＲ４＞Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒ１の関係にある。そして，ハーフビード５，６は，曲率半径Ｒ２，Ｒ３及びＲ４が滑らかに結ばれた輪郭を有している。従って，ハーフビード５，６の輪郭には，直線状ビード部分が全く形成されていない。
【００２１】
ハーフビード５，６の曲率半径を定めるビード輪郭の線は，図３に示すように，ハーフビード５，６の流体孔４側，即ち，内側ビード輪郭線（内側ビードボーダライン）を基準とし，内側ビード輪郭線のそれぞれのＲが流体孔４のコーナ部３１のＲよりも大きくなるように形成することが望ましい。ハーフビード５，６の中心線（図示せず）又は外側ビード輪郭線を基準としてもよいが，ハーフビード５，６の断面形状が流体孔４の周囲で同一の場合には，内側ビード輪郭線を基準とすることにより，規定の曲率半径をビード全体に付与することができる。更に，外側ビード輪郭線（外側ビードボーダライン）を基準とすると，ハーフビード５，６の幅Ｗ１を部分的に流体孔４の外側に向かって大きく変化させるような場合には，ハーフビード５，６の幅Ｗ１の徐変部において，外側輪郭線の曲率半径Ｒ３，Ｒ４が小さくなって規定の曲率半径を維持できなくなる可能性があるからである。
【００２２】
金属ガスケット１を上記のように構成することにより，ビード輪郭の全周において，ばね定数の大きい環状又は円弧状に近づき，ばね定数が小さく締付荷重により扁平化を受け易い直線状部が存在しなくなるので，ビードのへたりが防止されると共に，ビード輪郭の各部のばね定数が均等傾向になるため，流体孔の周方向でビードの均一面圧が得られ易くなる。更に，金属ガスケット１は，流体孔４側の水平部２６の幅Ｗ２及びＷ３が大きくなる部分が生ずるため，シール性が向上する。金属ガスケット１は，ほとんどの場合に，締付ボルト孔７から離れた各短辺９と長辺１０との中央部になるほど，ハーフビード５，６の水平部２６の幅が大きくなるので，シール性の向上効果が一層期待できる。
【００２３】
金属ガスケット１は，図示していないが，２枚の弾性金属板２，３間に中間板を介挿した多層構造に構成することも可能である。更に，金属ガスケット１は，１枚の中間板の一方に２枚のビード基板，他方に１枚のビード基板をそれぞれ積層するように構成することもできる。また，ビード基板のビード形状は，図示ではハーフビード５，６であるが，フルビードに形成することもできる。また，金属ガスケット１では，弾性金属板２，３に形成された流体孔４が１個の場合，流体孔４間に余裕スペースがある場合等では，ビードを二重シールビードに構成することができる。その場合には，両方ともフルビード又はハーフビードでもよく，一方のビードがフルビード，他方のビードがハーフビードであってもよく，また，一方のビードが流体孔４の周囲で部分的に形成された形状のものでも良いことは勿論である。また，金属ガスケット１のハーフビード５，６で発生するシール面圧の微調整のために，ビード幅Ｗ１を部分的に変更又は徐変することができるものであり，特に，ビードがハーフビード５，６の場合には，変更又は徐変を比較的に容易に適用し得るものである。即ち，ビードのビード幅Ｗ１については，流体孔４の周囲に沿ってわずかに異なる領域が形成されてもよい。
【００２４】
次に，図４を参照して，この発明による金属ガスケットの第２実施例について説明する。図４は，図１の符号Ｆの領域に対応する領域の第２実施例を示す拡大平面図である。この実施例の金属ガスケット１ａは，弾性金属板２，３に形成された締付ボルト孔７から離れたコーナ部３１の近傍のハーフビード５ａ，６ａの輪郭領域の曲率半径Ｒ５が，他の領域即ち締付ボルト孔７に近接した領域の曲率半径Ｒ２ａ，Ｒ３，Ｒ４に比較して最大に形成され，その領域が図４には符号ＷＢで示されている。この実施例では，締付ボルト孔７は，締付ボルト孔７近傍の流体孔４の対角線上の２つのコーナ部３１を結ぶ直線上に配設されている。このような形状を持つ金属ガスケット１ａの場合には，締付ボルト孔７から離れたビード部はやはり締まり難い。図３に示すような形状を持つ金属ガスケット１のビード輪郭を採用してビード輪郭を滑らかにしたとしても，コーナ部３１の曲率半径はやはり最少であり，ビード全体から見れば，ばね定数が最も高い領域に当たるからである。
【００２５】
図４に示す第２実施例の金属ガスケット１ａは，締付ボルト孔７から離れた流体孔４のコーナ部３１のビード輪郭領域ＷＢの曲率半径Ｒ５が最大となるように，ビード輪郭が形成されている。図４において，符号Ｒ１は流体孔４のコーナ部３１の曲率半径を示し，符号Ｒ３は流体孔４の短辺側のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示し，符号Ｒ４は流体孔４の長辺側のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示し，符号Ｒ５は締付ボルト孔７から離れた流体孔４のコーナ部３１近傍のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示し，また，符号Ｒ２ａは曲率半径Ｒ３と曲率半径Ｒ５との間のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示している。曲率半径の大小関係は，Ｒ５＞Ｒ４＞Ｒ３＞Ｒ２ａ＞Ｒ１である。極端にいえば，ビード輪郭領域ＷＢでは，ビードはかなり直線状に近づき，ハーフビード５ａ，６ａのコーナ部のばね定数は低下する。この結果，ビード全体の輪郭は楕円状に近付くので，全体のばね定数が均一に近付く。従って，金属ガスケットには一層均一面圧が達成され易くなり，ビードの部分的なへたりがなくなる。第２実施例でも，ばね定数の更なる微調整のために，部分的にビード幅を変更することができることは勿論である。しかるに，金属ガスケットについては，締付ボルト孔７とハーフビード５ａ，６ａの輪郭のコーナ部（小さいＲ）が重なると，Ｒ部が締まって高い面圧が発生し，応力は高くなる。直線部に近い円弧部は締まるが，面圧はＲ部に比べて低いものである。締付ボルト孔７から離れたＲ部はばね定数が高く，締め付けが低く，非常に締まり難く，面圧も発生し難い。この現象を考慮すると，極端にいえば，締付ボルト孔７から離れた領域は，図４に示すように，ボルト孔から離れたコーナ部が直線状に近づくような円弧形状にするか，又はばね定数を低くするような形状に変更することが好ましい。
【００２６】
次に，図５〜図７を参照して，この発明による金属ガスケットの第３実施例について説明する。第３実施例の金属ガスケット１１は，図５に示すように，いずれかの弾性金属板が積層欠落部２０を有する２枚の弾性金属板１２，１３から成り，エキゾーストマニホルド用ガスケットとして形成されている。弾性金属板１２，１３の材質は，第１実施例と同様に，ＳＵＳ３０１等のステンレススチールから成り，弾性金属板１２，１３の厚さの範囲は，例えば，０．１〜０．５ｍｍ程度である。金属ガスケット１１は，エンジン側のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの対向面間に介在して適用され，シリンダヘッドに形成された排気ポートに対応した円形の流体孔１４（図４では４個）が形成されている。金属ガスケット１１の流体孔１４の周囲では，弾性金属板１２，１３に同一輪郭のハーフビード１５，１６が形成されている。金属ガスケット１１は，シリンダヘッドとマニホルドとの対向面の構造等について，例えば，金属ガスケット１１のボルト孔に対応する領域のシリンダヘッドの対向面を平らな面に形成したり，該対向面にアンダカット部，突出部等を設けたり，マニホルドのフランジ部を金属薄板プレス成形又は鋳造で形成したり等の種々の構成のものに適用できる。
【００２７】
１枚の弾性金属板１２は，４個の流体孔１４が連接された眼鏡状に形成され，流体孔１４の周りに存在して積層されているだけであり，弾性金属板１３に形成された締付ボルト孔１７にまで延びておらず，弾性金属板１３に対しては積層欠落部２０が形成されている。従って，弾性金属板１３は，弾性金属板１２よりも広い面積即ち領域を有し，全ての締付ボルト孔１７が形成されている。更に，締付ボルト孔１７は，各流体孔１４に対応して弾性金属板１３にそれぞれ設けられている。また，弾性金属板１２，１３の結束は，スポット溶接１８により行われているが，図１と同様に，かしめによって行ってもよいことは勿論である。また，弾性金属板１２，１３には，互いに積層するための位置決め用孔１９が形成されている。
【００２８】
図５のＢ−Ｂ断面を示す図６に示すように，金属ガスケット１１のハーフビード１５，１６の形状と積層配置は，第１実施例の場合と同様である。ハーフビード１５，１６の幅，高さ，及び流体孔１４側のハーフビード１５，１６の水平部２６の幅及び傾斜部２７の幅は，それぞれ同一形状で互いに逆向きに２枚積層されている。弾性金属板１２には，特に，締付ボルト孔１７の周囲部に段差を有するように切り欠き状の積層欠落部２０が形成されている。即ち，第３実施例では，締付ボルト孔１７の周囲部は，弾性金属板１３のみから成る１枚構造に形成されている。図７は図５のＣ−Ｃ断面を示すが，弾性金属板１２は，前述のように，４個の流体孔１４が連接された眼鏡状に形成され，流体孔１４の周囲に積層されると共に，締付ボルト孔１７の周囲部に積層欠落部２０が形成されている。
【００２９】
この金属ガスケットは，上記のように，弾性金属板１２に積層欠落部２０を形成すると，ボルト孔１７の近傍部分では金属ガスケット１１の全体厚さが弾性金属板１３の１枚分のみに減少する。その結果，金属ガスケット１１を締め付けた場合には，ボルト孔１７近傍において金属ガスケット１１の締め付け量が増大したことと同じ状態になる。しかし，金属薄板プレス成形フランジ部は，締め付けによって撓み易い（図示せず）ため，該締め付け量の増加による荷重（応力，面圧）の増加は，ボルト孔１７の近傍のみに集中することはなく，ガスケット全体に分散される傾向が生じる。即ち，金属ガスケット１１の締め付けに起因するフランジ部の撓みによってボルト孔近傍部分を除くシール対向面間にやや大きい隙間が生じ，ガスケット全体の圧縮量が低下し易い条件下においても，締め付け量の増加効果はボルト孔１７から離れたハーフビード１５，１６相当部分にも及ぶ。この結果，ガスケットの圧縮量を低下させる決定的要因となる上述の大きい隙間が減少し，ガスケット全体としての圧縮量が増加する。従って，ガスケット全体として各部の圧縮量も平均化される方向となり，ハーフビード１５，１６部位にも荷重が配分され，ハーフビード全体において面圧の均一化が達成される。但し，この発明でいう「面圧均一化」とは，実用シール性能が保証される範囲内での面圧の多少の部分的なアンバランスを含むものである。この理由は，金属薄板プレス成形フランジ部は，締め付けの際に撓み易いので，フランジ部，シリンダヘッド等の設計条件によっては理想どおりの面圧均一化の達成がかなり困難な状況が生じ，多少の面圧アンバランスが存在していても，それらを許容せざるを得ない場合が発生し易いからである。
【００３０】
弾性金属板１２に設けられた積層欠落部２０は，図５に示すように，隣の締付ボルト孔１７間で接続状態に形成してもよいものである。即ち，上側の二個の締付ボルト孔１７間で接続状態に形成されており，また，下側の三個の締付ボルト孔１７の周囲部では，独立した積層欠落部２０に形成されている。積層欠落部２０の接続形状は，締付けフランジ部からのガスケットの熱遮蔽又は弾性金属板１３の熱歪みの防止や抑制を考慮したものである。弾性金属板１２，１３の２枚構成の金属ガスケット１１については，積層欠落部２０をマニホルドのフランジ部のシール当接面側とする必要はない。勿論，積層欠落部２０を金属薄板のプレス加工によるフランジ部のシール当接面側とする必要もない。
【００３１】
図５に示す金属ガスケット１１は，場合によっては，弾性金属板１２，１３間に中間板を介挿して３枚以上のタイプに構成することができる。また，金属ガスケット１１が２枚以上の構成において，積層欠落部２０を設ける弾性金属板の選択は自由に設計できる。即ち，金属ガスケットの多層積層構造の場合には，弾性金属板のビード基板及び中間板から選択した少なくとも１枚の弾性金属板に積層欠落部２０を設ければよいものである。例えば，多層積層構造の金属ガスケットでは，中間に介挿される金属板（中間板）に適宜位置を選択して積層欠落部２０を設けることが望ましい。勿論，中間板の両側にビード基板を積層する３枚積層構造の場合には，積層欠落部２０を有する金属板は，１枚のビード基板のみか，又は１枚のビード基板と該ビード基板に積層される中間板との２枚のいずれかとすることができる。この場合に，中間板は，弾性金属板で形成してもよいし，低弾性の炭素鋼鋼板で形成することもできる。また，図５〜図７に示す第３実施例については，各流体孔１４の形状は，円形であるが，その形状に限らず，正方形，矩形，楕円形等の形状であってもよいものである。
【００３２】
次に，図８を参照して，この発明による金属ガスケットの第４実施例について説明する。第４実施例の金属ガスケット２１については，平面図が示されていないが，図５に示すＢ−Ｂ断面に相当する領域の断面図が示されている。金属ガスケット２１は，エキゾーストマニホルド用金属ガスケットとして適用されるものであり，１枚の中間板２２の両側にハーフビード１６，２４を有する各１枚の弾性金属板１３，２３が中間板２２に対して対称に積層されている。中間板２２には，締付ボルト孔１７の周囲部において，ガスケット２１の厚さ方向に段差を有するように切り欠き状の積層欠落部２０が設けられている。即ち，金属ガスケット２１は，図５の弾性金属板１２においてビード１５が形成されていない平たい板の中間板２２に形成され，ハーフビード２４を有する弾性金属板２３が更に積層された構造であるので，ここでは，金属ガスケット２１の平面図と詳細な説明は省略する。
【００３３】
図５〜図７に示す第３実施例及び図８に示す第４実施例についての金属ガスケット１１，２１は，上記のように構成されているが，これらの金属ガスケット１１，２１では，積層欠落部２０は，弾性金属板１３，２３において必ずしも全ての締付ボルト孔１７の周囲部に設ける必要はない。即ち，金属ガスケット２１のハーフビード１６，２４で発生するシール面圧の調整上，必要に応じて積層欠落部２０を設けない締付ボルト孔１７の周囲部があってもよい。金属ガスケット１１，２１は，上記の構成により，締付時に撓みが発生し易い金属薄板のプレス成形によって形成されたマニホルドのフランジ部の場合においても，締付ボルト孔１７の周囲部に必要に応じて積層欠落部２０を設けることにより，その部位のガスケット厚さを減少させて締付量を増加させ，ガスケットの圧縮量を増大させることができる。その結果，金属ガスケット１１，２１は，シールに必要なビード部位に荷重を配分して所要のシール面圧を確保することができる。即ち，図５〜図８に示す構成を有する金属ガスケット１１，２１は，剛性が弱く，撓み易い薄板（板厚５ｍｍ以下，３〜４ｍｍ程度）をプレス成形によって形成したマニホルドのフランジ部の場合に適用して特に好適なものである。
【００３４】
次に，図９〜図１１を参照して，この発明による金属ガスケットの第５実施例について説明する。図１０は図９のＤ−Ｄ断面を示し，また図１１は図９のＥ−Ｅ断面を示している。図９〜図１１に示すように，金属ガスケット２５は，２枚の弾性金属板２９，３０から構成され，弾性金属板２９には，選択的に位置が決定された領域に積層欠落部２０が形成されている。金属ガスケット２５は，一方の弾性金属板２９に積層欠落部２０を有することを除いて，図１〜図３に示す第１実施例の金属ガスケット１と同じであるので，同一部分には同一符号を付し，ここでは詳細な説明は省略する。金属ガスケット２５では，積層欠落部２０は，中央の２個の流体孔４に対応する４箇所のボルト孔７の周囲部にそれぞれ独立して設けられている。金属ガスケット２５のように構成することにより，締付時に撓みが発生し易い薄板のプレス成形によるマニホルドのフランジ部の場合についても，前述と同様に，所要の締付ボルト孔７の周囲部のガスケット厚さを減少させて締付量を増加させ，ガスケットの圧縮量を増大させることができる。その結果，金属ガスケット２５では，シールに必要なビード部位に荷重を配分して所要のシール面圧を確保することができると共に，環状ビードにより近いビード輪郭に形成しているので，ビード全体として，ばね定数が前述のとおり部分的に上昇し，均一化されると共に，ビードの直線状部が存在していないので，締付けが強化されてもハーフビード５，６のへたりが防止される。
【００３５】
従来，金属ガスケットについては，撓みや歪みが発生し易いマニホルドのフランジ部に適用される場合のシールの基本的な考え方では，先ず何よりも先に金属板の積層枚数を増加させてマニホルドのフランジ部の撓みや歪みを吸収させることが優先されてきた。しかしながら，金属ガスケット１，１１，２１，２５については，例えば，２枚の弾性金属板で構成されたものであっても，ハーフビードやフルビードのビードによって所要の面圧及び面圧配分を得ることができる。図示していないが，特に，金属ガスケットについて上記のように積層枚数を削減する場合に，弾性金属板や中間板の金属板の表面の一部又は全面に耐熱性及び潤滑性の皮膜を施工して耐用性及び歪みに対する追従性を向上させることができる。このような皮膜の材質及び施工手段は，公知のものの中から選択すればよい。弾性金属板に設ける皮膜としては，フッ素ゴム，ＢＮ等のセラミックス質材料，耐熱金属材料が好ましく，これらの材料を弾性金属板や中間板の表面に塗布，溶射，積層等によって施工することができる。
【００３６】
【発明の効果】
この発明による金属ガスケットは，上記のように構成されているので，シールすべき流体孔の断面形状が正方形又は矩形の場合に，ビード輪郭をばね定数の大きい環状又は円弧状に近づけることにより，ビードの全周において，ばね定数が小さく締付荷重により扁平化を受け易い直線状部分が存在しなくなるので，ビードのへたりが防止されると共に，ビード輪郭の各部のばね定数が均等方向に近づくため，流体孔の周方向でビードの均一面圧を確保し易くなる。また，この金属ガスケットは，締付時に撓みが発生し易い薄板のプレス成形によるフランジ部の場合についても，締付ボルト孔の周囲部に必要に応じて積層欠落部を設けることにより，その部位のガスケット厚さを減少させて締付量を増加させ，ガスケットの圧縮量を増大させることができる。その結果，金属ガスケットに対してシールに必要なビード部位に荷重を配分して所要のシール面圧を確保することができる。また，この金属ガスケットは，ビードのへたりが防止されると共に，シール性能が強化され，信頼性及び耐用性が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第１実施例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の符号Ｆの領域の一実施例を示す拡大平面図である。
【図４】図１の符号Ｆの領域に対応する領域の第２実施例を示す拡大平面図である。
【図５】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第３実施例を示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第４実施例を示す断面図である。
【図９】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第５実施例を示す平面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】図９のＥ−Ｅ断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１１，２１，２５金属ガスケット
２，３，１２，１３，２３，２９，３０弾性金属板
４，１４流体孔
５，５ａ，６，６ａ，１５，１６，２４ハーフビード
７，１７締付ボルト孔
８かしめ
９短辺
１０長辺
１８スポット溶接部
１９積層用の位置決め用孔
２０積層欠落部
２２中間板
２６ハーフビードの水平部
２７ハーフビードの傾斜部
２８ハーフビードのコーナ部
３１流体孔のコーナ部
Ｈハーフビードの高さ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ２ａ，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５ハーフビードの曲率半径
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３ハーフビード等の幅
ＷＢ最大曲率半径領域[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a metal gasket which is applied by being disposed between opposed surfaces of members in an engine, and more particularly, is applied by being disposed between opposed surfaces of a cylinder head and a manifold.
[0002]
[Prior art]
  Conventionally, for engines, the intake port or exhaust port formed on the cylinder head connected to the intake manifold or exhaust manifold is not only circular but also has a square or rectangular shape and corresponds to these shapes. The flange portion of the manifold formed in this way may be welded to the intake manifold or the exhaust manifold. In order to seal these ports, manifold metal gaskets typically have a shape similar to the shape of the fluid hole on the outside of the fluid hole along the fluid hole of the shape corresponding to the port formed in a square or rectangular shape. A seal bead having a contour is formed. As a result, in the metal gasket, the planar contour of the entire bead is formed in a linear shape except for the corner portion.
[0003]
  Further, in recent engines, in order to reduce the weight of the engine, the flange portion of the exhaust manifold may be formed by a thin plate press-molded product obtained by pressing a metal thin plate instead of a conventional cast article.
[0004]
  In addition, a general conventional technique for solving problems such as the occurrence of sag of beads formed on a metal gasket and the occurrence of local low surface pressure, raises the bead of a necessary part partially. It was to increase the spring constant (spring stiffness) of the portion (for example, see Japanese Utility Model Laid-Open Nos. 57-191853, 2930744, and 3083958). However, for metal gaskets made mainly of stainless spring steel plates, the bead height should be changed locally or partially when the average height of the beads is about 100 to several hundreds of micrometers and the bead width is several mm. However, it is not easy from the viewpoint of press working and dimensional accuracy control after working, and there are not so many things that are actually applied to the change of the bead as described above.
[0005]
  As another means for the metal gasket, there is a method in which a required part of the bead is subjected to heat treatment to increase the restoring force of the bead, that is, the spring rigidity (see, for example, JP-A-11-22827). However, in the metal gasket manufacturing process, heat treatment of the metal gasket generally increases the manufacturing cost regardless of whether the object is partial or not.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, in a metal gasket having a seal bead along a square or rectangular fluid hole, when the cross-sectional shape of the bead is the same around the fluid hole, the bead linear portion in the bead outline is a bead ring. Since the spring constant is lower than that of the arcuate part or bead arcuate part, when the metal gasket is subjected to a tightening load, the bead linear part is more easily compressed than the arcuate part of the corner part. Sagging is likely to occur, which is a cause of lack of long-term seal reliability and durability. When the shape of the fluid hole formed in the metal gasket is rectangular and the bead shape is a half bead, the above-described tendency is further promoted in the linear portion on the long side. In other words, since the spring constant is small in the arc-shaped portion of R with a small bead, the tightening stress is concentrated and the surface pressure is high, while the linear portion having a low spring constant is low in surface pressure. Arise. In particular, the position of the tightening bolt hole and the corner portion of the bead contour, that is, the small rounded arc-shaped portion approach (see the bolt hole in FIG. 1 or FIG. 3), or the position of the tightening bolt hole is the second of the bead contour. When it is on the diagonal line connecting the two corners and is closer to the corner (see bolt hole arrangement in Fig. 4), the small arcuate part is tightened and high surface pressure is generated. The stress at the bead portion becomes high. The linear part of the bead is temporarily tightened, but the surface pressure is lower than that of the arc part. On the other hand, the corner of the bead contour away from the bolt hole position has a high spring constant, so the tightening is low and it is very difficult to tighten, and surface pressure is not easily generated.
[0007]
  When the flange part of the exhaust manifold is made of a metal sheet press-molded product, if the same structure and tightening conditions as the conventional metal gasket are applied, the flange part itself will bend, resulting in the metal gasket being Even when tightened, the metal gasket does not have a uniform compressive force, and the required balance of the surface pressure generated in the bead cannot be obtained. That is, when the metal gasket is clamped between the opposing surfaces of the member, the tightening force is increased only in the vicinity of the bolt holes, but the bead portion is difficult to tighten in the region connecting the bolt holes, and the bead portion far from the bolt hole is Since it becomes more difficult to tighten, the required surface pressure cannot be obtained for the metal gasket. Therefore, the amount of compression with respect to the entire metal gasket is reduced, and the required seal surface pressure cannot be ensured. Furthermore, even if it is attempted to reinforce the tightening of the metal gasket between the opposing faces of the member and secure the required seal surface pressure, the gap between the seal opposing faces in the vicinity of the hole becomes larger due to the bending or deformation of the flange, and the metal gasket. On the contrary, the amount of compression to the whole falls in a vicious circle.
[0008]
  In particular, the shape of the fluid hole of the metal gasket applied to the flange portion of the thin plate press-formed product and the bead contour around it are formed in a rectangular shape, and the circle of the bead having a small R in the tightening bolt hole and the corner portion. When the arcuate part is close, the central part on the long side bead is usually far from the position of the bolt hole, and only a low compression amount can be obtained. It is difficult to obtain the seal, and the seal itself cannot be established under the condition of the conventional gasket structure. When the metal gasket is provided with a bead having a straight part, it avoids excessive tightening while focusing on preventing the sag of the straight part, and at the same time provides a high and even required seal surface pressure over a long period of time. This is a trade-off and is an issue for metal gaskets for engines.
[0009]
  For metal gaskets, prevent bead sag due to improper design and decrease in seal surface pressure or gasket compression due to flange bending due to metal sheet press forming, and apply high compression to equalize as much as possible. In order to secure a high required seal surface pressure and to ensure long-term seal performance, the problems of the shape of the fluid hole formed in the metal gasket, the thickness of the flange by thin plate press molding, the It must be resolved individually each time depending on the structural characteristics of the engine such as the flatness of the sealing surface and the design conditions.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
  An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned problem. In general, even if it is desired to tighten a metal gasket, a desired tightening force cannot be ensured due to bead sag or bending of the manifold flange. To solve the problem and improve the sealing performance, improve the durability and reliability. One specific purpose is to make the bead contour as small as possible when the fluid hole of the metal gasket is square or rectangular. By making the spring constant of each part of the bead uniform as much as possible by making it a large R arc shape, it is possible to prevent bead sag while maintaining the required seal surface pressure and uniform surface pressure balance. When applied to a flange made of a thin metal plate press-molded product that tends to be bent when the metal gasket is tightened, at least one gasket is used regardless of the shape of the fluid hole. By providing notched stacking missing parts around the bolt holes of the component plate, the amount of compression of the gasket can be increased, sealing surface pressure can be ensured and uniform surface pressure distribution can be achieved. The object of the present invention is to provide a metal gasket that has the above two purposes and prevents bead sag, secures seal surface pressure, and achieves uniform surface pressure distribution.
[0011]
  The invention according to claim 1 is an engine member.Cylinder head and manifoldApplied between the opposing surfaces of the2In the metal gasket, the fluid hole opened in one elastic metal plate is formed in a substantially square or rectangular shape, and the bead is formed in the elastic metal plate along the periphery of the fluid hole.
  The bead is formed in a half bead in which an inclined portion in an untightened state and a horizontal portion on the fluid hole side are formed in the same shape and are stacked in opposite directions, and the half bead is formed at the center of each side of the square or rectangular shape The width of the horizontal portion is formed so as to become a portion,
  The contour of the half bead is formed in a shape in which a region corresponding to the corner portion of the fluid hole has a radius of curvature larger than the radius of curvature of the corner portion,The radius of curvature of the other region of the half bead is formed to be larger than the radius of curvature of the corner portion.Extends to a smooth arc shape as a wholeFormedThe present invention relates to a metal gasket. Further, this metal gasket is formed such that the radius of curvature of the bead contour region in the vicinity of the corner portion away from the fastening bolt hole formed in the elastic metal plate is maximized as compared with other regions. It is what.
[0012]
  The invention according to claim 1 basically includes the following technical scope. That is, at least one elastic metal plate bead substrate is formed with one or a plurality of fluid holes, and the bead formed around the fluid holes has a height and width around the fluid holes. Further, when two or more elastic metal plate bead substrates are provided, the bead outline is formed in the same shape between the corresponding beads facing the bead substrate. This metal gasket can also form a double bead around the fluid hole, eg one bead is a full bead.soYes, the other bead may be a half bead. One bead may be a divided bead formed partially along the periphery of the fluid hole. In addition, this metal gasket allows the bead width to be partially changed along the circumference of the fluid hole or gradually changed for fine adjustment of the seal surface pressure generated by the bead., C-Changing the bead width of the bead is relatively easyCanit can. Moreover, about the bead around the fluid hole of an elastic metal plate, the part in which a bead width differs slightly can also be formed partially in either bead. Furthermore, this metal gasket can also insert an intermediate plate between a pair of said elastic metal plates.
[0013]
  The invention according to claim 3 is an engine member.Cylinder head and manifoldApplied between the opposing faces of the, 2A metal gasket comprising a plurality of elastic metal plates, wherein the elastic metal plates have beads formed along the periphery of the fluid holes;
  The bead is formed as a half bead in which the inclined portion in the non-tightened state and the horizontal portion on the fluid hole side have the same shape and are laminated in opposite directions,
  on the other handThe elastic metal plate is formed with a tightening bolt hole,The otherThe elastic metal plate according to the present invention relates to a metal gasket characterized in that a peripheral portion corresponding to the tightening bolt hole is formed as a cut-out laminated missing portion. Here, the lack of lamination refers to a region where a notch is formed in the elastic metal plate so that a step is formed in the thickness direction of the gasket.Yeah.
[0014]
  The invention according to claim 3 basically includes the following technical scope. This metal gasket can be composed of three or more sheets with an intermediate plate interposed therebetween, and in the structure composed of two or more elastic metal plates, the selection of the elastic metal plate to be provided with the lack of lamination, and the lack of lamination Any selection of the bolt hole peripheral portion to be provided is free. In the case of multi-layer lamination, this metal gasket may be provided with a cut-out lacking portion on at least one metal plate selected from an elastic metal plate having full beads or half beads, that is, a bead substrate and an intermediate plate. is there. For example, in this metal gasket, it is desirable to select a suitable position on a metal plate inserted in the middle and provide a stacking missing part. However, in the case of a configuration with three metal plates in which bead substrates are stacked on both sides of the intermediate plate In this case, the metal plate having the stacking missing portion can be formed on only one bead substrate or on two sheets of one bead plate and an intermediate plate. In this case, the intermediate plate may be an elastic metal plate or a low-elasticity carbon steel plate. The stacking missing part does not necessarily have to be provided around all the tightening bolt holes of the gasket. For adjusting the seal surface pressure, there is a surrounding part of the tightening bolt hole where the stacking missing part is not provided if necessary. Also good. In this metal gasket, it is not necessary that the lack of lamination is on the seal contact surface side of the seal flange, and it is not necessary that the lack of lamination is on the seal contact surface side of the flange portion by press working of a metal thin plate.
[0015]
  Claims4The invention pertaining toCylinder head and manifoldApplied between the opposing faces of the, 2In the metal gasket, the fluid hole opened in one elastic metal plate is formed in a substantially square or rectangular shape, and the bead is formed in the elastic metal plate along the periphery of the fluid hole.
  The bead is formed as a half bead in which the inclined portion in the non-tightened state and the horizontal portion on the fluid hole side have the same shape and are laminated in opposite directions,The outline of the bead is formed in a shape in which a region corresponding to a corner portion of the fluid hole has a radius of curvature larger than the radius of curvature of the corner portion, and extends in a smooth arc shape as a whole,on the other handThe elastic metal plate is formed with a tightening bolt hole,The otherThe elastic metal plate according to the present invention relates to a metal gasket characterized in that a peripheral portion corresponding to the tightening bolt hole is formed as a cut-out laminated missing portion.
[0016]
  Claim4Basically, the metal gasket according to 1 includes the following technical scope. That is, this metal gasket combines the technical idea of the invention according to claim 1 and the invention according to claim 3, and the design change is the technical description described in paragraphs 0012 and 0014. It includes the range.
[0017]
  In the metal gasket according to the present invention, a film having heat resistance and lubricity is provided on a part or the whole of the surface of the elastic metal plate. Therefore, this metal gasket can improve durability and followability to strain.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Embodiments of a metal gasket according to the present invention will be described below with reference to the drawings. First, a first embodiment of a metal gasket according to the present invention will be described with reference to FIGS. The metal gasket 1 of the first embodiment is applied to an exhaust manifold gasket. The metal gasket 1 is composed of two elastic metal plates 2 and 3, and the material of the elastic metal plates 2 and 3 is, for example, stainless steel such as SUS301. The thickness range of the elastic metal plates 2 and 3 is as follows: For example, it is about 0.1 to 0.5 mm. The metal gasket 1 is applied between the opposed surfaces of the engine-side cylinder head and the exhaust manifold, and is a horizontally-long rectangular fluid hole 4 (four in FIG. 1) corresponding to the exhaust port formed in the cylinder head. ) Is formed. Around the fluid hole 4, half beads 5 and 6 having the same contour are formed in each of the elastic metal plates 2 and 3 and around each fluid hole 4. Further, a fastening bolt hole 7 is opened in the elastic metal plates 2 and 3 corresponding to the fluid hole 4. The elastic metal plates 2 and 3 are bound together by caulking 8.
[0019]
  As shown in FIG. 2 which is a cross section taken along the line AA of FIG. 1, the half beads 5 and 6 formed along the periphery of the fluid hole 4 of the elastic metal plates 2 and 3 are the width of the inclined portion 27 in the non-tightened state. W1, the height H, and the width W2 of the horizontal portion 26 on the fluid hole 4 side have the same shape and are stacked in opposite directions. The metal gasket 1 is of a so-called two-layered type, although the cross-section of other parts is not shown.
[0020]
  FIG. 3 is an enlarged plan view of a region F in FIG. 1 and particularly shows a portion of the fluid hole 4 of the metal gasket 1. The contours of the half beads 5 and 6 are not similar to the shape of the edge of the horizontally long rectangular fluid hole 4, and the radius of curvature R 2 of the corner 28 of the bead is larger than the radius of curvature R 1 of the corner 31 of the four corners of the fluid hole 4. Furthermore, the radius of curvature R3 and R4 of the other part of the bead is formed to be larger than the radius of curvature R2 of the corner part 28, and the corner part 28 and the bead of the other part are smoothly connected. It has an arc shape. That is, the radius of curvature R 3 of the half beads 5 and 6 is the radius of curvature of the portion of the half beads 5 and 6 corresponding to the short side 9 of the fluid hole 4. The curvature radius R4 of the half beads 5 and 6 is the curvature radius of the portion of the half beads 5 and 6 corresponding to the long side 10 of the fluid hole 4. Each of the radii of curvature R1, R2, R3, R4 has a relationship of R4> R3> R2> R1 in order of size. The half beads 5 and 6 have a contour in which the radii of curvature R2, R3 and R4 are smoothly connected. Accordingly, no linear bead portion is formed on the contour of the half beads 5 and 6.
[0021]
  As shown in FIG. 3, the bead contour line defining the radius of curvature of the half beads 5 and 6 is based on the fluid hole 4 side of the half beads 5 and 6, that is, the inner bead contour line (inner bead border line). It is desirable to form each contour line R so that it is larger than the corner portion 31 of the fluid hole 4. The center line (not shown) of the half beads 5 and 6 or the outer bead outline may be used as a reference, but when the cross-sectional shape of the half beads 5 and 6 is the same around the fluid hole 4, the inner bead outline is used as a reference. By doing so, a prescribed radius of curvature can be given to the entire bead. Further, when the outer bead contour line (outer bead border line) is used as a reference, when the width W1 of the half beads 5 and 6 is partially changed largely toward the outside of the fluid hole 4, the half beads 5 and 6 This is because, in the gradually changing portion having the width W1, the curvature radii R3 and R4 of the outer contour line may become small and the prescribed curvature radius may not be maintained.
[0022]
  By configuring the metal gasket 1 as described above, there is a linear portion that approaches an annular shape or a circular arc shape with a large spring constant on the entire circumference of the bead contour, and is susceptible to flattening due to a tightening load with a small spring constant. As a result, the sag of the bead is prevented and the spring constant of each part of the bead contour tends to be uniform, so that a uniform surface pressure of the bead is easily obtained in the circumferential direction of the fluid hole. Furthermore, the metal gasket 1 has a portion where the widths W2 and W3 of the horizontal portion 26 on the fluid hole 4 side are increased, so that the sealing performance is improved. In most cases, the width of the horizontal portion 26 of the half beads 5 and 6 becomes larger as the metal gasket 1 becomes the central portion of each short side 9 and the long side 10 away from the fastening bolt hole 7. The improvement effect can be further expected.
[0023]
  Although not shown, the metal gasket 1 can also be configured in a multilayer structure in which an intermediate plate is interposed between the two elastic metal plates 2 and 3. Further, the metal gasket 1 can be configured such that one bead substrate is laminated on one of the intermediate plates and one bead substrate is laminated on the other. Further, the bead shape of the bead substrate is half beads 5 and 6 in the drawing, but it can be formed into a full bead. Further, in the metal gasket 1, when there is one fluid hole 4 formed in the elastic metal plates 2 and 3, or when there is a marginal space between the fluid holes 4, the bead can be configured as a double seal bead. it can. In that case, both of them may be full beads or half beads, one bead may be a full bead, the other bead may be a half bead, and one bead is formed partially around the fluid hole 4. Of course, things can be used. Further, the bead width W1 can be partially changed or gradually changed in order to finely adjust the seal surface pressure generated in the half beads 5 and 6 of the metal gasket 1, and in particular, the beads are half beads 5 and 6. In this case, change or gradual change can be applied relatively easily. That is, a slightly different region may be formed along the periphery of the fluid hole 4 with respect to the bead width W1 of the bead.
[0024]
  Next, a second embodiment of the metal gasket according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an enlarged plan view showing a second embodiment of a region corresponding to the region denoted by reference numeral F in FIG. In the metal gasket 1a of this embodiment, the curvature radius R5 of the contour region of the half beads 5a, 6a in the vicinity of the corner portion 31 away from the fastening bolt hole 7 formed in the elastic metal plates 2 and 3 is the other region, It is formed to be the maximum in comparison with the radii of curvature R2a, R3, R4 in the area close to the tightening bolt hole 7, and this area is indicated by the symbol WB in FIG. In this embodiment, the tightening bolt hole 7 isNear the bolt hole 7Of fluid hole 4DiagonalIt is arranged on a straight line connecting the two corner portions 31. In the case of the metal gasket 1a having such a shape, the bead portion away from the tightening bolt hole 7 is still difficult to tighten. Even if the bead contour of the metal gasket 1 having the shape shown in FIG. 3 is adopted and the bead contour is made smooth, the radius of curvature of the corner portion 31 is still the smallest. This is because it hits a high area.
[0025]
  The metal gasket 1a of the second embodiment shown in FIG. 4 has a bead contour so that the radius of curvature R5 of the bead contour region WB of the corner portion 31 of the fluid hole 4 away from the tightening bolt hole 7 is maximized. ing. In FIG. 4, symbol R <b> 1 indicates the radius of curvature of the corner portion 31 of the fluid hole 4, symbol R <b> 3 indicates the radius of curvature of the short beads 5 a and 6 a on the short side, and symbol R <b> 4 indicates the long side of the fluid hole 4. The radius R5 indicates the curvature radius of the half beads 5a, 6a near the corner portion 31 of the fluid hole 4 away from the fastening bolt hole 7, and the symbol R2a indicates the curvature radius R3. The radius of curvature of the half beads 5a and 6a between the radius of curvature R5 and the radius of curvature R5 is shown. The magnitude relation of the curvature radius is R5> R4> R3> R2a> R1. In extreme terms, in the bead outline region WB, the bead approaches a straight line, and the spring constant of the corner portions of the half beads 5a and 6a decreases. As a result, the contour of the entire bead approaches an ellipse, so that the entire spring constant approaches uniformly. Therefore, the metal gasket is more likely to achieve a uniform surface pressure, and there is no partial sag of the bead. In the second embodiment, the bead width can be partially changed for further fine adjustment of the spring constant. However, with regard to the metal gasket, when the tightening bolt hole 7 and the corner portion (small R) of the contour of the half beads 5a and 6a overlap, the R portion is tightened to generate a high surface pressure and the stress becomes high. The arc portion close to the straight portion is tightened, but the surface pressure is lower than that of the R portion. The R portion away from the tightening bolt hole 7 has a high spring constant, low tightening, very difficult to tighten, and surface pressure is not easily generated. Considering this phenomenon, in an extreme case, as shown in FIG. 4, the region away from the tightening bolt hole 7 has an arc shape so that the corner portion away from the bolt hole approaches a straight line, or It is preferable to change to a shape that lowers the spring constant.
[0026]
  Next, a third embodiment of the metal gasket according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 5, the metal gasket 11 of the third embodiment is composed of two elastic metal plates 12 and 13 each having a laminated missing portion 20, and is formed as an exhaust manifold gasket. Yes. The material of the elastic metal plates 12 and 13 is made of stainless steel such as SUS301 as in the first embodiment, and the thickness range of the elastic metal plates 12 and 13 is, for example, about 0.1 to 0.5 mm. is there. The metal gasket 11 is applied between the opposed surfaces of the engine-side cylinder head and the exhaust manifold, and circular fluid holes 14 (four in FIG. 4) corresponding to the exhaust ports formed in the cylinder head are formed. Has been. Around the fluid hole 14 of the metal gasket 11, half beads 15 and 16 having the same contour are formed on the elastic metal plates 12 and 13. The metal gasket 11 has a structure of the facing surface between the cylinder head and the manifold. For example, the facing surface of the cylinder head in a region corresponding to the bolt hole of the metal gasket 11 is formed as a flat surface, or an under surface is formed on the facing surface. The present invention can be applied to various configurations such as providing a cut portion, a protruding portion, or the like, or forming a manifold flange portion by metal sheet pressing or casting.
[0027]
  One elastic metal plate 12 is formed in the shape of glasses in which four fluid holes 14 are connected, and is only present and stacked around the fluid holes 14. It does not extend to the fastening bolt hole 17, and a stacking missing portion 20 is formed on the elastic metal plate 13. Therefore, the elastic metal plate 13 has a larger area or region than the elastic metal plate 12, and all the fastening bolt holes 17 are formed. Further, the fastening bolt holes 17 are respectively provided in the elastic metal plate 13 corresponding to the fluid holes 14. Further, the elastic metal plates 12 and 13 are bound by spot welding 18, but it goes without saying that they may be caulked as in FIG. The elastic metal plates 12 and 13 are formed with positioning holes 19 for laminating each other.
[0028]
  As shown in FIG. 6 showing the BB cross section of FIG. 5, the shapes and the laminated arrangement of the half beads 15 and 16 of the metal gasket 11 are the same as in the case of the first embodiment. The width and height of the half beads 15 and 16 and the width of the horizontal portion 26 and the width of the inclined portion 27 of the half beads 15 and 16 on the fluid hole 14 side are the same shape and are laminated in opposite directions. In the elastic metal plate 12, a notch-like stacking missing portion 20 is formed so as to have a step around the fastening bolt hole 17 in particular. That is, in the third embodiment, the peripheral portion of the tightening bolt hole 17 is formed in a one-piece structure composed of only the elastic metal plate 13. FIG. 7 shows a CC cross section of FIG. 5, and the elastic metal plate 12 is formed in the shape of glasses with four fluid holes 14 connected as described above, and is laminated around the fluid holes 14. At the same time, a stacking missing portion 20 is formed around the tightening bolt hole 17.
[0029]
  In this metal gasket, when the stacking missing portion 20 is formed in the elastic metal plate 12 as described above, the entire thickness of the metal gasket 11 is reduced to only one elastic metal plate 13 in the vicinity of the bolt hole 17. . As a result, when the metal gasket 11 is tightened, the tightening amount of the metal gasket 11 is increased in the vicinity of the bolt hole 17. However, since the metal sheet press-formed flange portion is easily bent by tightening (not shown), the increase in load (stress, surface pressure) due to the increase in the tightening amount does not concentrate only in the vicinity of the bolt hole 17. , Tend to be dispersed throughout the gasket. In other words, the flange portion is bent due to the tightening of the metal gasket 11, and a slightly larger gap is generated between the seal facing surfaces except for the portion near the bolt hole. The effect extends to a portion corresponding to the half beads 15 and 16 away from the bolt hole 17. As a result, the large gap described above, which is a decisive factor for reducing the compression amount of the gasket, is reduced, and the compression amount of the entire gasket is increased. Accordingly, the amount of compression of each part of the gasket as a whole is also averaged, the load is distributed to the half beads 15 and 16, and the surface pressure is uniformized throughout the half beads. However, “uniform surface pressure” as used in the present invention includes some partial imbalance of the surface pressure within a range in which practical seal performance is guaranteed. The reason for this is that the metal sheet press-molded flange part is easily bent when tightened, and depending on the design conditions of the flange part, cylinder head, etc., it may be difficult to achieve the ideal surface pressure uniformity. This is because even if surface pressure imbalance exists, there are cases where it is unavoidable to allow them.
[0030]
  The stacking missing portion 20 provided in the elastic metal plate 12 may be formed in a connected state between the adjacent tightening bolt holes 17 as shown in FIG. That is, the upper two fastening bolt holes 17 are formed in a connected state, and the peripheral portions of the lower three fastening bolt holes 17 are formed as independent stacking missing portions 20. Yes. The connection shape of the stacking missing part 20 takes into consideration the heat shielding of the gasket from the tightening flange part or the prevention and suppression of the thermal distortion of the elastic metal plate 13. In the metal gasket 11 having the two-layer structure of the elastic metal plates 12 and 13, the stacking missing portion 20 does not need to be on the seal contact surface side of the flange portion of the manifold. Of course, it is not necessary that the stacking missing portion 20 be on the seal contact surface side of the flange portion by pressing the thin metal plate.
[0031]
  In some cases, the metal gasket 11 shown in FIG. 5 can be configured as three or more types by inserting an intermediate plate between the elastic metal plates 12 and 13. Further, in the configuration of two or more metal gaskets 11, the selection of the elastic metal plate provided with the stacking missing portion 20 can be freely designed. That is, in the case of a multi-layered structure of metal gaskets, it is only necessary to provide the stacking missing portion 20 on at least one elastic metal plate selected from a bead substrate and an intermediate plate of elastic metal plates. For example, in the case of a metal gasket having a multi-layered structure, it is desirable to select a suitable position on a metal plate (intermediate plate) inserted in the middle and provide the stacking missing portion 20. Of course, in the case of a three-layer structure in which bead substrates are stacked on both sides of the intermediate plate, the metal plate having the stacking missing portion 20 may be only one bead substrate, or one bead substrate and the bead substrate. It can be either two sheets with the intermediate | middle board laminated | stacked. In this case, the intermediate plate may be formed of an elastic metal plate or a low-elasticity carbon steel plate. In the third embodiment shown in FIGS. 5 to 7, the shape of each fluid hole 14 is circular, but is not limited to that shape, and may be a square, rectangle, ellipse, or the like. It is.
[0032]
  Next, a fourth embodiment of the metal gasket according to the present invention will be described with reference to FIG. As for the metal gasket 21 of the fourth embodiment, a plan view is not shown, but a sectional view of a region corresponding to the BB section shown in FIG. 5 is shown. The metal gasket 21 is applied as a metal gasket for an exhaust manifold, and each of the elastic metal plates 13 and 23 having the half beads 16 and 24 on both sides of the intermediate plate 22 is connected to the intermediate plate 22. They are stacked symmetrically. The intermediate plate 22 is provided with a notch-like stacking missing portion 20 around the fastening bolt hole 17 so as to have a step in the thickness direction of the gasket 21. That is, the metal gasket 21 is formed on the flat intermediate plate 22 in which the bead 15 is not formed in the elastic metal plate 12 of FIG. 5, and the elastic metal plate 23 having the half beads 24 is further laminated. Here, the plan view and detailed description of the metal gasket 21 are omitted.
[0033]
  The metal gaskets 11 and 21 for the third embodiment shown in FIGS. 5 to 7 and the fourth embodiment shown in FIG. 8 are configured as described above. The portion 20 does not necessarily have to be provided around all the fastening bolt holes 17 in the elastic metal plates 13 and 23. That is, in order to adjust the seal surface pressure generated in the half beads 16 and 24 of the metal gasket 21, there may be a peripheral portion of the tightening bolt hole 17 where the stacking missing portion 20 is not provided if necessary. The metal gaskets 11 and 21 have the above-described configuration, if necessary, around the periphery of the tightening bolt hole 17 even in the case of a flange portion of a manifold formed by press forming a thin metal plate that is likely to be bent during tightening. By providing the stacking missing portion 20, the gasket thickness at that portion can be decreased to increase the tightening amount and increase the compression amount of the gasket. As a result, the metal gaskets 11 and 21 can ensure a required seal surface pressure by distributing a load to bead portions necessary for sealing. That is, FIG.FigureThe metal gaskets 11 and 21 having the configuration shown in FIG. 8 are particularly suitable when applied to a manifold flange portion formed by press forming a thin plate (thickness of 5 mm or less, about 3 to 4 mm) that has low rigidity and is easy to bend. Is.
[0034]
  Next, a fifth embodiment of the metal gasket according to the present invention will be described with reference to FIGS. 10 shows a DD cross section of FIG. 9, and FIG. 11 shows an EE cross section of FIG. As shown in FIGS. 9 to 11, the metal gasket 25 is composed of two elastic metal plates 29 and 30, and the elastic metal plate 29 has a stacking missing portion 20 in a region where the position is selectively determined. Is formed. The metal gasket 25 has the same structure as that shown in FIGS.Figure3 is the same as that of the metal gasket 1 of the first embodiment shown in FIG. In the metal gasket 25, the stacking missing portion 20 is independently provided in the peripheral portions of the four bolt holes 7 corresponding to the two center fluid holes 4. In the case of the flange portion of the manifold formed by press molding of a thin plate that is likely to be bent at the time of tightening by being configured like the metal gasket 25, the gasket around the required tightening bolt hole 7 is the same as described above. By reducing the thickness, the tightening amount can be increased and the compression amount of the gasket can be increased. As a result, in the metal gasket 25, the load can be distributed to the bead portion necessary for sealing to ensure the required seal surface pressure, and the bead contour closer to the annular bead is formed. As described above, the spring constant is partially increased and uniformed, and the bead linear portion does not exist. Therefore, even if tightening is strengthened, the sag of the half beads 5 and 6 is prevented.
[0035]
  Conventionally, with regard to metal gaskets, the basic concept of seals when applied to manifold flanges, which are prone to bending and distortion, is to increase the number of stacked metal plates before anything else, It has been prioritized to absorb the bending and distortion of the material. However, even if the metal gaskets 1, 11, 21, 25 are composed of, for example, two elastic metal plates, the required surface pressure and surface pressure distribution can be obtained by half beads or full beads. it can. Although not shown, especially when reducing the number of laminated metal gaskets as described above, a heat-resistant and lubricating film is applied to part or all of the surface of the elastic metal plate or intermediate metal plate. Thus, durability and followability to distortion can be improved. What is necessary is just to select the material and construction means of such a film | membrane from well-known things. The coating provided on the elastic metal plate is preferably a ceramic material such as fluororubber or BN, or a heat-resistant metal material, and these materials can be applied to the surface of the elastic metal plate or intermediate plate by spraying, spraying, lamination, or the like. .
[0036]
【The invention's effect】
  Since the metal gasket according to the present invention is configured as described above, when the cross-sectional shape of the fluid hole to be sealed is square or rectangular, the bead profile is made closer to an annular shape or an arc shape having a large spring constant. Because the spring constant is small and there is no linear part that is easily flattened by the tightening load, the bead sag is prevented and the spring constant of each part of the bead contour approaches the uniform direction. , It becomes easy to ensure a uniform surface pressure of the bead in the circumferential direction of the fluid hole. In addition, this metal gasket, even in the case of a flange part by press molding of a thin plate, which is likely to be bent when tightened, is provided with a stacking missing part around the tightening bolt hole as necessary, so that By reducing the gasket thickness, the tightening amount can be increased, and the compression amount of the gasket can be increased. As a result, load is distributed to the bead part necessary for sealing against the metal gasket to ensure the required seal surface pressure.Butit can. In addition, the metal gasket prevents bead sag, enhances sealing performance, and improves reliability and durability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of an exhaust manifold gasket to which a metal gasket according to the present invention is applied.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing an example of a region indicated by a symbol F in FIG. 1;
4 is an enlarged plan view showing a second embodiment of a region corresponding to the region indicated by reference sign F in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a plan view showing a third embodiment of an exhaust manifold gasket to which the metal gasket according to the present invention is applied.
6 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
7 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a fourth embodiment of an exhaust manifold gasket to which the metal gasket according to the present invention is applied.
FIG. 9 is a plan view showing a fifth embodiment of an exhaust manifold gasket to which the metal gasket according to the present invention is applied.
10 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG.
11 is a cross-sectional view taken along the line E-E in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
  1,1a, 11,21,25 Metal gasket
  2, 3, 12, 13, 23, 29, 30 Elastic metal plate
  4,14 Fluid hole
  5,5a, 6,6a, 15,16,24 half bead
  7,17 Tightening bolt hole
  8 Caulking
  9 Short side
  10 Long side
  18 Spot welds
  19 Positioning holes for lamination
  20 Stacking missing part
  22 Intermediate plate
  26 Horizontal part of half bead
  27 Inclined part of half bead
  28 Half bead corner
  31 Corner of fluid hole
  H Half bead height
  R1, R2, R2a, R3, R4, R5 Half bead radius of curvature
  W1, W2, W3 Half bead width, etc.
  WB Maximum radius of curvature area

Claims

The fluid hole is arranged between the cylinder head and the manifold, which are members of the engine, and is tightened and applied, and the fluid holes opened in the two elastic metal plates are formed in a substantially square or rectangular shape. A metal gasket having beads formed on the elastic metal plate along the periphery of
The bead is formed in a half bead in which an inclined portion in an untightened state and a horizontal portion on the fluid hole side are formed in the same shape and are stacked in opposite directions, and the half bead is formed at the center of each side of the square or rectangular shape The width of the horizontal portion is formed so as to become a portion,
The contour of the half bead is formed such that a region corresponding to the corner portion of the fluid hole has a radius of curvature larger than the radius of curvature of the corner portion, and the radius of curvature of the other region of the half bead is the curvature of the corner portion. metal gasket being characterized in that it is formed to extend in a smooth arc shape as a whole is further formed to a larger size than the radius.

The curvature radius of the contour region of the bead in the vicinity of the corner portion away from the fastening bolt hole formed in the elastic metal plate is formed to be maximum as compared with other regions. Item 4. The metal gasket according to Item 1.

Applied between the cylinder head and manifold, which are engine members , by tightening and applying, and composed of two elastic metal plates, beads are formed around the fluid holes in the elastic metal plates Metal gaskets
The bead is formed as a half bead in which the inclined portion in the non-tightened state and the horizontal portion on the fluid hole side have the same shape and are laminated in opposite directions,
One of the elastic metal plates is formed with a fastening bolt hole, and the other elastic metal plate is formed with a peripheral portion corresponding to the fastening bolt hole in a notch-like laminated missing portion. And metal gasket.

Applied to tighten and disposed between the facing surfaces of the cylinder head and the manifold is a member of the engine, the fluid hole opening into two elastic metal plate is formed in a substantially square or rectangular shape, the bores A metal gasket having beads formed on the elastic metal plate along the periphery of
The bead is formed as a half bead in which the inclined portion in the non-tightened state and the horizontal portion on the fluid hole side have the same shape and are laminated in opposite directions,
The outline of the bead is formed in a shape in which a region corresponding to a corner portion of the fluid hole has a radius of curvature larger than the radius of curvature of the corner portion, and extends in a smooth arc shape as a whole,
One of the elastic metal plates is formed with a fastening bolt hole, and the other elastic metal plate is formed with a peripheral portion corresponding to the fastening bolt hole in a notch-like laminated missing portion. And metal gasket.

The metal gasket according to any one of claims 1 to 4, wherein a film having heat resistance and lubricity is provided on a part or the entire surface of the elastic metal plate.