JP4405204B2 - 金属ラバーガスケットのゴムビードの成形方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えばオートバイ、自動車、産業機械、船外機等で使用される内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドの対向する接合面間に介挿されて、当該接合面間をシールするシリンダヘッドガスケット等として使用される金属ラバーガスケットに係り、その金属ラバーガスケットを構成するゴムビードの成形方法に関する。

本願の出願人は、先に優れたシール性能を有する金属ラバーガスケットとして、特願２００２−１０２４３７号（未公開）に記載したガスケットを発明した。
この金属ラバーガスケットは、図１２及び図１３に示すように、基板１１を１枚の薄肉鋼板から構成し、燃焼室孔開口端部１２の全周を折り返して第１増厚部Ａを形成すると共に、基板１１の外周端縁の一部を折り返して第２増厚部Ｃを形成し、さらに、シールが必要なシールラインに沿ってそれぞれビード１４，１５が形成されて構成される。上記ビードは、基板を板厚方向に屈曲してなるフルビード若しくはハーフビード状の金属ビードと、その金属ビードの凸部表面に金属ビードをほぼ等しい高さとなるように固着する弾性シール材２４及び凸部裏側の凹部に充填される弾性シール材２４からなるゴムビードと、から構成される。
上記金属ビードの両面に固着されるゴムビードは、モールド成形で作製される。例えば、上記金属ビードのＲ面に小孔２１を形成しておき、ゴムビード成形時にどちらか一方の面側から流動状態の弾性シール材を注入すれば前記小孔２１を通して金属ビードの他方の面側にも、弾性シール材が注入充填されて各金属ビードの両面側にゴムビードが成形される。
特願２００２−１０２４３７号（未公開）

上記のゴムビード成形方法では、基板に成形する凹凸状の金属ビードの上下両表面のどちらか一方のゴムビード成型用の空隙（基板と金型との間に形成されたゴムビード成形用の空隙）に注入すれば金属ビードＲ部に形成した小孔２１を通して金属ビードの上下に注入されるが、ビードラインが独立して数多く存在した場合、各独立したビード毎に注入口をそれぞれ独立して設定する必要がある。
また、上述のように金属ビードに数多くの小孔２１を開けると、金属ビードの強度が低下して弾性シール材を注入する際の高圧力で当該金属ビードが変形するおそれがある。さらに、作製した金属ラバーガスケットを対向する接合面間に取り付ける際に、シール圧を大きくする目的で強く締め付けると、金属ビード凹部内の弾性シール材が金属ビードに開けられた小孔２１を通って凸部側に変形移動することで面圧の低下を起こす可能性もある。
本発明は、上記のような点に着目したもので、より簡易にゴムビードを成形可能な金属ラバーガスケットのゴムビード成形方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、薄肉金属板を基板とし、該基板に対し気体や液体が流通する孔やボルト孔を形成する開口が複数設けられ、シールが必要な開口の外周を囲むように延びるように複数条のビードが形成され、上記各ビードは、それぞれ上記基板を板厚方向に屈曲して一方の面側に凸状に成形してなる金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成される金属ラバーガスケットにおける、上記ゴムビードの成形方法であって、
上記金属ビードが成形された基板をゴムビード成形用の上下の金型に介挿し、金属ビードと金型との間のゴムビード成形用の空隙に対して流動状態の弾性シール材を注入して上記ゴムビードを成形する方法において、
上記基板に対して、独立した金属ビードの凹部間を、当該金属ビードより凸部高さが低いフルビード状の第２の金属ビードで連通させ、その第２の金属ビードの凹部内を通じて、独立した金属ビードの凹部間の弾性シール材の流通を可能とし、
上記第２の金属ビードは、上記基板に設けた開口に連通し、当該開口を弾性シール材の注入部とすることを特徴とするものである。

本発明によれば、独立した金属ビードの凹部内が第２の金属ビードの凹部で連通される結果、一方のビードの凹部側のゴムビード成型用の空隙に対し弾性シール材を注入すれば、独立した他のビードのゴムビード成型用の空隙にも弾性シール材を注入・充填させることができる。
また、基板に第２の金属ビード（凹部内に弾性シール材が充填されている）が形成されるが、ビードに沿って形成された本来の金属ビードよりも凸部高さが低いことから、当該第２の金属ビードによる本来のビードのシール面圧を低下させることが防止される。

また、開口部を注入部とすることで、金属ビードに小孔２１を形成することなく、基板両面に弾性シール材を注入可能となる。

次に、請求項２に記載した発明は、薄肉金属板を基板とし、該基板に対し気体や液体が流通する孔やボルト孔を形成する開口が複数設けられ、シールが必要な開口の外周を囲むように延びるように複数条のビードが形成され、上記各ビードは、それぞれ上記基板を板厚方向に屈曲して一方の面側に凸状に成形してなる金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成される金属ラバーガスケットにおける、上記ゴムビードの成形方法であって、
上記金属ビードが成形された基板をゴムビード成形用の上下の金型に介挿し、金属ビードと金型との間のゴムビード成形用の空隙に対して流動状態の弾性シール材を注入して上記ゴムビードを成形する方法において、
独立した各金属ビード凸部側表面側のゴムビード成形用の上記空隙同士を連通するように、上記各独立した金属ビード凸部側表面の間の基板表面と対向する金型内面に対し、流通用の溝を形成し、その溝深さを上記金属ビードの凸部の高さよりも低く設定し、
上記流通用の溝は、上記基板に開口した開口に連通し、当該開口を弾性シール材の注入部とすることを特徴とするものである。

本発明によれば、独立した金属ビードの凸部側の空隙が上記流通用の溝で連通される結果、一方のビードの凸部側のゴムビード成型用の空隙に対し弾性シール材を注入すれば、独立した他のビードのゴムビード成型用の空隙にも弾性シール材を注入・充填させることができる。
また、基板上に上記溝形状の形状のゴムビードが形成されるが、ビードに沿って形成された金属ビードよりも凸部高さが低いことから、上記溝形状の形状のゴムビードによって、本来のビードのシール面圧を低下させることが防止される。特に、溝形状の形状のゴムビードには金属ビードが内ので圧縮変形しても発生する圧は小さい。

また、開口部を注入部とすることで、金属ビードに小孔を形成することなく、基板両面に弾性シール材を注入可能となる。

次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載の構成に対し、金属ビードの凸部頂部と対向する金型内面の少なくとも一部に、当該金属ビードの凸部頂部との間に隙間が形成されるように当該金型内面に凹部を設けておくことで、金属ビードの凸部頂部を跨いで弾性シール材を流通可能としたことを特徴とするものである。
ここで、本発明では、ゴムビード成形後に、ゴムビードの一部に部分的な膨らみが形成される。この膨らみは、ビードの頂部の延び方向に沿ってなだらかな傾斜となるように膨らむ形状としたり、金属ビードのＲの沿ってなだらかな傾斜となるように膨らましたりすればよい。

次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の構成に対し、金属ビードの凸部頂部の少なくとも一部に凹部を形成することで、対向する金型内面と当該金属ビードの凸部頂部との間に隙間を形成して、金属ビードの凸部頂部を跨いで弾性シール材を流通可能としたことを特徴とするものである。
ここで、請求項４の発明と請求項３の発明を併用して、対向する部分に金型側の凹部及び金属ビードの凹部を形成するようにしても良い。この場合には、請求項３の発明によるゴムビードの膨らみ分だけその部分の金属ビードの凸部高さが低くなる結果、その部分のシール面圧を他の部分のシール面圧と同じ大きさに設定しやすくなる。

本発明によれば、金属ビードに小孔を設けることなく、少ない注入口から効率良く金属ビードにゴムビードを成形することが可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る金属ラバーガスケットの一例を示す要部平面図である。まず、この金属ラバーガスケットの構成を説明する。
ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板から基板２が構成され、その基板２には、燃焼室孔３、水孔４、オイル孔６、ボルト挿通孔５などの開口が目的に合わせて複数形成されている。

その基板２の燃焼室孔３側の端部全周は、上方に折り返されて最も厚肉の第１増厚部７となっている。これにより、他の部分との間に板厚差が設けられている。また、基板２の外周側の端縁も部分的に上方に折り返されて第２増厚部１２が形成されている。その第２増厚部１２は鍛圧成形等によって第１増厚部７より厚肉が薄く設定される。ここで、上記第１増厚部７及び第２増厚部１２は、後述の金属ビード１０，１１及びゴムビード（２０ａ、２０ｂ）からなるビードがシールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って成形されてから、加工される。

なお、第１増厚部７の肉厚は、ボルト挿通孔５の近傍で薄肉に設計されると共に、各ボルト挿通孔５間で肉厚に設計されて、燃焼室孔３の周方向に沿った板厚に変化（抑揚）を付けてボルト締付け後における周方向に沿った第１増厚部７による面圧が均等化するようにしている。また、第１増厚部７の薄肉位置での板厚は、前記第２増厚部１２の一番厚い板厚よりも厚く設定している。

また、上記開口うち、シールが必要な燃焼室孔などの開口の外周を囲むようにシールラインＳＬ１，ＳＬ２が設定されていると共に基板２外周に沿ってシールラインＳＬ１，ＳＬ２が設定されている。その他必要に応じてシールラインＳＬ１，ＳＬ２が設定されている。図１に示すシールラインＳＬ１，ＳＬ２は一例であって、これに限定されるものではない。

このように、目的に併せて複数条の独立したシールラインＳＬ１，ＳＬ２が設定され、各シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って、それぞれ独立してビードが設けられる。各ビードは、図１のＤ−Ｄ断面である図２に示すように、基板２を板厚方向に屈曲して上方へ凸状に成形された金属ビード１０，１１と、その金属ビード１０，１１の凸部側表面に固着及び凸部裏側の凹部に充填される弾性シール材２０ａ、２０ｂからなるゴムビードと、から構成される。
上記金属ビード１０，１１は、増厚部の高さよりも若干高く設定されることで、ボルト締付け時に板厚方向に弾性変形可能となっている。例えば、第１増厚部７に近い金属ビード１０の凸部の高さは第１増厚部７より若干高くされ、第２増厚部１２に近い金属ビード１１の凸部の高さは第２増厚部１２より若干高くされている。

また、上記ゴムビードについて説明すると、金属ビード１０，１１の凸部裏側の凹部に充填される弾性シール材２０ａは、基板２の下面と面一となるように設定される。また、金属ビード１０，１１の凸部表面に固着される弾性シール材２０ｂは、その高さを金属ビード１０，１１の凸部とほぼ等しい高さとなるように設定される。凸部側の弾性シール材２０ｂは、金属ビード１０，１１凸部の頂部１０ａ、１１ａを挟んだ両側にほぼ対称に形成される。ここで、上記弾性シール材２０ａ、２０ｂは、例えば、フッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコーンゴム等の流動性の良いゴム材料や樹脂材料等からなり、弾性を有すると共に耐熱性などを有する。

そして、この弾性シール材２０ａ、２０ｂからなるゴムビードの成形は、上記金属ビード１０，１１を成形し且つ上記第１及び第２増厚部７，１２を成形する前に実施される。
すなわち、基板２を加工してシールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って金属ビード１０，１１を成形した後に、その金属ビード１０，１１を成形した基板２を上下の金型（不図示）内に介装する。こののとき、上型の内面（下面）と基板２上面のうち金属ビード１０，１１の凸面との間には、凸部側のゴムビード形状の空隙がそれぞれ形成されている。また、下型の内面（上面）と、金属ビード１０，１１の凸部裏側の凹部表面との間にも、凹部側のゴムビード成形用の空隙が形成されている。

本実施形態の弾性シール材２０ａ、２０ｂの注入方法（成形方法）は、注入口８を出来るだけ少なく、しかも素早く、ガスケット性能に影響しない範囲でシール材量を少なく成形する技術である。
先ず、基板２の中央部付近であって金属ビード１０，１１の非成形位置の基板２部分に注入口８を設定する。この注入口８は、シール材の注入のためだけに形成しても良いが、水孔やボルト孔などの既存の開口を使用することが好ましい。

平面図である図３のように、２条の独立した金属ビード１０，１１と上記注入口８を繋ぐように、注入口８と各金属ビード１０，１１との間の基板２表面（平面部分）と対向する上型下面に、注入口８と各金属ビード１０，１１位置までの延びる溝を設けておく。図３中、一点鎖線Ａの部分が溝の形成位置である。ここで、図４に、ゴムビード及び増厚部成形後の状態を示す。図４における符号３１の弾性シール材が、上記溝によって成形された弾性シール材部分である。

また、平面視において上記溝位置と重なることが無いようにして、基板２に対して、注入口８から各金属ビード１０，１１位置まで延びる、上側に凸のフルビードからなる第２の金属ビード３２が形成されている。この第２の金属ビード３２は、上記増厚部の高さ以下に凸部の高さが設定されることで、金属ビード１０，１１よりも凸部高さが低く設定されている。図５に、ゴムビード及び増厚部成形後の状態を示す。図５における符号３３の弾性シール材が、第２の金属ビード３２内に充填された弾性シール材部分である。

これによって、上記注入口８から注入された流動状の弾性シール材２０ａ、２０ｂは、第２の金属ビード３２の凹部内を通じて、独立した２つの金属ビード１０，１１の凹部内に注入され、続けて、各金属ビード１０，１１の凹部に連通する金属ビード１０，１１の凹部に弾性シール材２０ａ、２０ｂが充填される。これによって凸部裏側の空隙に弾性シール材２０ａ、２０ｂが充填されて凹部側のゴムビードが成形される。

同時に、上記注入口８から注入された流動状の弾性シール材２０ａ、２０ｂは、上記流通用の溝（不図示の型に形成した溝）と基板２表面との間に形成される流路を通じて独立した２つの金属ビード１０，１１の凸部側の空隙（注入口８側の凸部表面の空隙）に注入され、各金属ビード１０，１１の凸部側の上記空隙に連通する金属ビード１０，１１凸部の空隙に弾性シール材２０ａ、２０ｂが充填される。

ここで、上記注入口８は１個に限定されず、複数個あっても良い。また、シールラインＳＬ１，ＳＬ２が長く、熱い金型の中を移動中に弾性シール材２０ａ、２０ｂが加硫される心配がある場合には、適宜、独立した金属ビード１０，１１間を、上記のような第２の金属ビード３２や金型に形成する流通用の溝で連通させておくことで、注入時間を短縮化させる。例えば、成形後のＢ−Ｂ断面図である図６に示すように、独立した金属ビード１０，１１の近接位置間を第２の金属ビード３２で接続しておく。

また、上記金属ビード１０，１１の凸部側のゴムビード成型用の空隙は、金属ビード１０，１１の頂部１０ａ、１１ａを境として両側に分離されていて、その凸部側の一方の空隙に弾性シール材２０ａ、２０ｂを注入しても、頂部１０ａ、１１ａを挟んだ他方の空隙に弾性シール材２０ａ、２０ｂが注入され難い。このため、頂部１０ａ、１１ａを挟んだ他方の空隙用の注入口を別途設ける必要があるが、本実施形態では、別途注入口を設けることなく、頂部１０ａ、１１ａを挟んだ他方の空隙にも弾性シール材が流入するような構成を採用する。

すなわち、この凸部側空隙の進入側と反対側の空隙の両方にシール材を注入する手段として、次の２つのいずれかを採用している。
第１の方法は、図７や図８に示すように、金属ビード１０，１１の延在方向の一部分について、他の部分よりも凸部高さを低くなるように部分的な凹部を形成することによって、上型と金属ビード１０，１１の凸面との間に、頂部１０ａ、１１ａを跨ぐ隙間を形成し、該隙間を流通路として確保する。図７に示すものは、頂部１０ａ、１１ａを部分的に平坦に設定して上記凹部を形成したものであり、図８に示すものは、金属ビード１０，１１の延在方向に沿って徐徐に凸部高さを低くすることで部分的な凹部を形成した例である。なお、上記凹部を形成した部分は、相対的に面圧が低くなるおそれあるので、シールラインＳＬ１，ＳＬ２におけるボルト締付け時に面圧が大きい部分に設けることが好ましい。

また、第２の方法は、図９や図１０に示すように、金属ビード１０，１１の頂部１０ａ、１１ａと対向する上型内面（下面）の一部分に凹部を形成して頂部１０ａ、１１ａを跨ぐ流通路を確保するものである。図９に示すものは、上記金属ビード１０，１１の凸部のＲに沿った凹部を形成した場合の例である。図１０は、金属ビード１０，１１の長手方向に沿ってなだらかな傾斜面を形成するように凹部を形成したものである。なお、凹部を形成した部分のゴムビード部分は膨らむように（１０ａ、１１ａ参照）高さが部分的に高くなるので、シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿ってボルト締付け時に面圧が低くなる部分に上記凹部を設定するようにすることが好ましい。場合によっては、同一位置に対して上記第１及び第２の両方の方法を採用して、面圧の増減を相殺させるようにしても良い。

なお、具体的には、エンジンに剛性が有り高圧をシールする場合には後者の第２の方法を採用し、剛性が無いエンジンでシール圧力も低い場合には前者の第１の方法を採用すると良い。
また、上記例では、金属ビード１０，１１としてフルビードの場合を示したが、図１１のように、ハーフビードであっても良い。図１１では、第２の金属ビード３２を形成して流路を確保した場合を例示している。

そして、上記方法にてゴムビードを成形した後に、上述の増厚部を形成する。
上記のような、ゴムビードの成形方法を採用すると、注入口８８から注入されたシール材は、ビードの凹面全周、凸側ビードの両側全周に１つの注入口８から同時に注入でき、独立ビード間を繋ぐ第２の金属ビード３２や溝３０の本数を増やすことで、注入時間を短縮でき効率の良い省資源の安価なガスケットが提供できる。

また、第２の金属ビード３２及び溝によって成形された弾性シール材３１は、金属ビード１０，１１より低く設定しているので、当該第２の金属ビード３２及び溝による弾性シール材３１が基板に成形されても、シール圧の低下を抑えることができる。上記第２の金属ビード３２及び溝による弾性シール材３１の高さは、第１増厚部の高さ以下であることが好ましい。

本発明の実施形態の一例である金属ラバーガスケットを説明するための要部平面図である。 図１のＤ−Ｄ断面図である。 注入口と各金属ビードとの関係を示す要部平面図である。 図１のＥ−Ｅ断面図でビード凸側に流通路を設けた場合の図である。 図３のＦ−Ｆ断面図でビード凹側に流通路を設けた場合の図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面図である。 他の例の図１のＣ−Ｃ断面図である。 他の例の図１のＣ−Ｃ断面図である。 ビード頂部のライン沿いに膨らみを形成し凸側ビード両面にシール材流通路を確保した図である。 金属ビードがハーフビード状の場合を示す図である。 従来技術の金属ラバーガスケットを説明するための説明的断面図である。 従来技術の金属ラバーガスケットを説明するための説明的断面図である。

符号の説明

１ 金属ラバーガスケット
２ 基板
３ 燃焼室孔
４ 水孔
５ ボルト挿通孔
６ オイル孔
７ 第１増厚部
８ シール材の注入口
１０ 金属ビード
１０ａ 頂部
１１ 金属ビード
１１ａ 頂部
１２ 第２増厚部
２０ａ 凹部側の弾性シール材
２０ｂ 凸部側の弾性シール材
２０ｃ 弾性シール材の膨らみ部分
３１ 溝内の弾性シール材
３２ 第２の金属ビード
３３ 第２の金属ビード内の弾性シール材
ＳＬ１ 開口部側のシールライン
ＳＬ２ 外周側のシールライン
Ａ 型に設ける溝位置

Claims (4)

1. 薄肉金属板を基板とし、該基板に対し気体や液体が流通する孔やボルト孔を形成する開口が複数設けられ、シールが必要な開口の外周を囲むように延びるように複数条のビードが形成され、上記各ビードは、それぞれ上記基板を板厚方向に屈曲して一方の面側に凸状に成形してなる金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成される金属ラバーガスケットにおける、上記ゴムビードの成形方法であって、
   上記金属ビードが成形された基板をゴムビード成形用の上下の金型に介挿し、金属ビードと金型との間のゴムビード成形用の空隙に対して流動状態の弾性シール材を注入して上記ゴムビードを成形する方法において、
   上記基板に対して、独立した金属ビードの凹部間を、当該金属ビードより凸部高さが低いフルビード状の第２の金属ビードで連通させ、その第２の金属ビードの凹部内を通じて、独立した金属ビードの凹部間の弾性シール材の流通を可能とし、
   上記第２の金属ビードは、上記基板に設けた開口に連通し、当該開口を弾性シール材の注入部とすることを特徴とする金属ラバーガスケットのゴムビードの成形方法。
2. 薄肉金属板を基板とし、該基板に対し気体や液体が流通する孔やボルト孔を形成する開口が複数設けられ、シールが必要な開口の外周を囲むように延びるように複数条のビードが形成され、上記各ビードは、それぞれ上記基板を板厚方向に屈曲して一方の面側に凸状に成形してなる金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成される金属ラバーガスケットにおける、上記ゴムビードの成形方法であって、
   上記金属ビードが成形された基板をゴムビード成形用の上下の金型に介挿し、金属ビードと金型との間のゴムビード成形用の空隙に対して流動状態の弾性シール材を注入して上記ゴムビードを成形する方法において、
   独立した各金属ビード凸部側表面側のゴムビード成形用の上記空隙同士を連通するように、上記各独立した金属ビード凸部側表面の間の基板表面と対向する金型内面に対し、流通用の溝を形成し、その溝深さを上記金属ビードの凸部の高さよりも低く設定し、
   上記流通用の溝は、上記基板に開口した開口に連通し、当該開口を弾性シール材の注入部とすることを特徴とする金属ラバーガスケットのゴムビードの成形方法。
3. 金属ビードの凸部頂部と対向する金型内面の少なくとも一部に、当該金属ビードの凸部頂部との間に隙間が形成されるように当該金型内面に凹部を設けておくことで、金属ビードの凸部頂部を跨いで弾性シール材を流通可能としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属ラバーガスケットのゴムビードの成形方法。
4. 金属ビードの凸部頂部の少なくとも一部に凹部を形成することで、対向する金型内面と当該金属ビードの凸部頂部との間に隙間を形成して、金属ビードの凸部頂部を跨いで弾性シール材を流通可能としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の金属ラバーガスケットのゴムビードの成形方法。

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