JP4598427B2 - メタルガスケット - Google Patents

Description

本発明は、部材間のシールを目的に当該部材間に介装されるメタルガスケットに関するものである。

従来から、部材間のシールを目的に当該部材間に介装されるガスケットで、ガスケット本体の燃焼室穴や水穴、油穴の周りに沿って凹溝を設け、この凹溝にシール材が配されるようにしたものはある（例えば特許文献１）。
この特許文献１に開示のメタルガスケットは、図３に示すように、金属板１００の表裏の両面に燃焼室穴１０１、水穴１０２、油穴１０３のそれぞれを囲む閉ループの凹溝１０４〜１０６を形成し、これらの凹溝１０４〜１０６に合成樹脂製のシール材１０７〜１０９を凹溝１０４〜１０６から突出するように設けている。そして、シール材１０７〜１０９を凹溝１０４〜１０６から突出するように設けていることにより、接合部１１０との、シリンダブロック１１１の接合面やシリンダヘッド１１２の接合面に燃焼室穴１０１、水穴１０２、油穴１０３を囲む連続したシールラインをなして圧接するので、接合部１１０の燃焼室穴１０１、水穴１０２、油穴１０３の各周りをシールすることができる。

しかしながら、ガスケットの燃焼室穴や水穴、油穴の周りに当該ガスケットを圧接するための締付けボルトが配設される場合には、上記例のような単にシール材を凹溝から突出させる構成では、ボルトの配設位置と当該ボルトの配置されていない位置でシール応力が異なってしまうために、燃焼室穴や水穴、油穴の周りに均一なシール応力が得られない。上記例のような構成では、ボルトの配設位置ではシール応力が大きくなる一方、ボルトの配置されていない位置ではシール応力が小さくなり、かかるシール応力が所定応力より小さくなるとガスや水、油洩れが生ずることになる。
特開平８−２００５０３（第３頁、図１）

解決しようとする問題点は、メタルガスケットの燃焼室穴や水穴、油穴などの流体穴部の周りに当該ガスケットを圧接するための締付けボルトが配設される場合に、かかる締付けボルトでガスケットを圧接しても、流体穴部の周りに均一なシール応力が得られるようにする点である。

本発明の請求項１に係るメタルガスケットは、ガスケット本体に穿設された燃焼室穴や水穴、油穴等の流体穴部の周りにシール手段が設けられ、このシール手段の外周に配設される締付けボルトにより前記流体穴部の周りに均一なシール応力が得られるガスケットであって、前記シール手段は、流体穴部の周りに穿設される凹溝と、この凹溝に形成されるゴムや樹脂等のシール材とで構成され、前記凹溝の溝断面積及び前記シール材の断面積について、前記ボルトの配設位置と当該ボルトが配置されていない位置に応じていずれか一方又は両方を変え、前記ボルトの配設位置での前記シール材の断面積／前記溝断面積の比を、前記ボルトが配置されていない位置でのそれより小さくしてなり、且つ、前記ボルトの配設位置での前記比を０．６４〜１．０と設定し、前記ボルトが配置されていない位置での前記比を１．０〜１．３７と設定してなることにより、締付けボルトで部材間に介装されるガスケットを締付けたときに、ボルトの配設位置では当該締付け力の弛緩が抑えられてシール応力の低下が阻止される一方、ボルトが配置されていない位置では当該締付け力による部材の変形に当該締付け力によって圧縮されたシール材が追従してシール応力の低下が阻止されるため、結果として流体穴部の周りに均一なシール応力が得られるようになる。
ところで、ボルトの配設位置でのシール材の断面積／溝断面積の比、及びボルトが配置されていない位置でのシール材の断面積／溝断面積の比は、ガスケットの使用条件などにより異なっており、その最適値はシュミレーションや実機試験などで決定される。

本発明の請求項２に係るメタルガスケットにおいて、前記シール材の断面積は、前記溝断面積が一定の場合には、前記ボルトの配設位置では当該ボルトが配置されていない位置に比し断面幅を狭く又は断面高さを小さくなるようにして、ボルトの配設位置でのシール材の断面積／前記溝断面積の比をボルトが配置されていない位置でのそれより小さくし、均一なシール応力を得るようにする。

本発明の請求項３に係るメタルガスケットにおいて、前記溝断面積は、前記シール材の断面積が一定の場合には、前記ボルトの配設位置では当該ボルトが配置されていない位置に比し断面幅を広く又は断面深さを深くなるようにして、ボルトの配設位置でのシール材の断面積／前記溝断面積の比をボルトが配置されていない位置でのそれより小さくし、均一なシール応力を得るようにする。

本発明のメタルガスケットは、ガスケットの燃焼室穴や水穴、油穴などの流体穴部の周りに当該ガスケットを圧接するための締付けボルトが配設される場合に、ボルトの配設位置でのシール材の断面積／溝断面積の比を、ボルトが配置されていない位置でのそれより小さくしているため、かかる締付けボルトで部材間に介装されるガスケットを締付けたときに、流体穴部の周りに均一なシール応力が得られるという利点がある。

本発明の第１の実施形態に係るガスケットを図１を参照して説明する。
本ガスケット１は、フライホイールハウジングとトランスミッション間に介装される所謂メタルガスケットであり、図１に示すような形状をなしている。即ち、本ガスケット１は、円形状をなすガスケット本体２の中央に油穴部（流体穴部）２ａが設けられ、この油穴部２ａの周りにシール手段３が設けられ、更に、このシール手段３の外周で、且つ、当該外周４等分位置に略半円形状フランジ４ａ〜４ｄがガスケット本体２から突出する態様で設けられている。そして、これらフランジ４ａ〜４ｄには、本ガスケット１がフライホイールハウジングとトランスミッション間に介装されたときに、本ガスケット１を両部材間に圧接するための締付けボルト（図示せず）の挿通孔４ａ_１〜４ｄ_１が設けられている。

上記シール手段３は、油穴部２ａの周りの、ガスケット本体２の両面にそれぞれエッチング加工された凹溝５と、この凹溝５に形成されるゴムや樹脂等のシール材６とで構成されている。
ところで、本実施の形態では、上記凹溝５の溝断面積は一定であり、ボルトの配設位置の溝断面積と当該ボルトが配置されていない位置の溝断面積は同一である。ここで、ボルトの配設位置の溝断面とは、例えばガスケット本体２の表面側で言えば、図１（Ｂ）に示すような矩形断面ａｂｃｄであり、当該溝断面積とは、この矩形断面ａｂｃｄの面積を言う。また、ボルトが配置されていない位置の溝断面とは、例えばガスケット本体２の表面側で言えば、図１（Ｃ）に示すような矩形断面ｐｑｒｓであり、当該溝断面積とは、この矩形断面ｐｑｒｓの面積を言う。
一方、本実施の形態では、図１（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上記シール材６の断面積は、ボルトの配設位置と当該ボルトが配置されていない位置とでは異なっており、断面高さＨを全周に渡って一定に保ちつつボルトの配設位置では当該ボルトが配置されていない位置に比し断面幅を狭くすることにより、両位置での断面積を異ならしめている。

具体的には、シール材６は、ボルトの配設位置、例えば、図１のＡ−Ａ位置を中心とする範囲Ｌのところで断面幅をＷ_１とし、この範囲Ｌに隣接する範囲Ｍのところで断面幅を漸増させ当該範囲Ｍを越える範囲のところ、即ち、ボルトが配置されていない位置、例えば図１のＢ−Ｂ位置で断面幅をＷ_２（＞Ｗ_１）として形成されており、かかる形成に際しては、印刷、モールド、塗布等の各種手法が用いられる。尚、説明の都合上、シール材６の断面積を矩形形状にしているが、このような形状に限らないことは言うまでもない。
このような凹溝５及びシール材６によれば、ボルトの配設位置でのシール材６の断面積Ｈ・Ｗ_１／凹溝５の溝断面積の比は、ボルトが配置されていない位置でのシール材６の断面積Ｈ・Ｗ_２／凹溝５の溝断面積の比より小さくなっている。
ところで、本実施の形態では、ボルトの配設位置での上記比を、ボルトが配置されていない位置での上記比より小さくする一例として、ボルトの配設位置での上記比を１未満に設定し、また、ボルトが配置されていない位置での上記比を１以上に設定している。
因みに、本ガスケット１のタイプのようなメタルガスケットにあっては、ボルトの配設位置での上記比は、０．６４〜１．０と設定することが好ましく、また、ボルトが配置されていない位置での上記比は、１．０〜１．３７と設定することが好ましい。但し、このような設定の下においても、ボルトの配設位置での上記比をボルトが配置されていない位置での上記比より小さくする、という条件が満たされていなければならないことは言うまでもない。

本ガスケット１を用いたときのボルトの配設位置とボルトが配置されていない位置でのシール応力の分布は、部材間に介装される本ガスケット１を、本実施の形態では４本の締付けボルトで締付けたとき、ボルトの配設位置でのシール材６の断面積Ｈ・Ｗ_１／凹溝５の溝断面積の比が、ボルトが配置されていない位置でのシール材６の断面積Ｈ・Ｗ_２／凹溝５の溝断面積の比より小さいために、ボルトの配設位置ではシール材６による当該締付け力の弛緩が抑えられてシール応力の低下が阻止される一方、ボルトが配置されていない位置では当該締付け力による部材の変形に当該締付け力によって圧縮されたシール材６が追従してシール応力の低下が阻止される作用効果を奏し、結果として流体穴部の周りに均一なシール応力が得られるようになる。しかも、本実施の形態では、上述のように、ボルトの配設位置での上記比を１未満に設定し、また、ボルトが配置されていない位置での上記比を１以上に設定しているために、上記作用効果は顕著になる。

次に、本発明の第２の実施形態に係るガスケットを図２を参照して説明する。
本ガスケット１０は、フライホイールハウジングとトランスミッション間の、上記ガスケット１とは異なる部位に介装される上述同様のメタルガスケットであり、図２に示すような形状をなしている。即ち、本ガスケット１０は、長方形状をなすガスケット本体１１の中央に油穴部（流体穴部）１１ａが設けられ、この油穴部１１ａの周りにシール手段１２が設けられ、更に、このシール手段１２の外周で、且つ、当該長方形状の４隅に略半円形状フランジ１３ａ〜１３ｄがガスケット本体１１から突出する態様で設けられている。そして、これらフランジ１３ａ〜１３ｄには、本ガスケット１０が上記部位に介装されたときに、当該ガスケット１０を両部材間に圧接するための締付けボルト（図示せず）の挿通孔１３ａ_１〜１３ｄ_１が設けられている。

上記シール手段１２は、油穴部１１ａの周りの、ガスケット本体１１の両面にそれぞれエッチング加工された凹溝１４と、この凹溝１４に形成されるゴムや樹脂等のシール材１５とで構成されている。
ところで、本実施の形態では、図２（Ｂ），（Ｃ）に示すように、上記凹溝１４の溝断面積は、ボルトの配設位置と当該ボルトが配置されていない位置とでは異なっており、断面幅ｗを全周に渡って一定に保ちつつボルトの配設位置では当該ボルトが配置されていない位置に比し断面深さを深くすることにより、両位置での断面積を異ならしめている。ここで、ボルトの配設位置の溝断面とは、例えばガスケット本体１１の表面側で言えば、図２（Ｃ）に示すような矩形断面ａ_１ｂ_１ｃ_１ｄ_１であり、当該溝断面積とは、この矩形断面ａ_１ｂ_１ｃ_１ｄ_１の面積である。また、ボルトが配置されていない位置の溝断面とは、例えばガスケット本体１１の表面側で言えば、図２（Ｂ）に示すような矩形断面ｐ_１ｑ_１ｒ_１ｓ_１であり、当該溝断面積とは、この矩形断面ｐ_１ｑ_１ｒ_１ｓ_１の面積である。
一方、上記シール材１５の断面積は一定であり、ボルトの配設位置の断面積と当該ボルトが配置されていない位置の断面積は同一である。尚、ここでも説明の都合上、シール材１５の断面積を矩形形状にしているが、この形状に限られないことは言うまでもない。

上記凹溝１４を具体的に説明すると、ボルトの配設位置、例えば、図２のＤ−Ｄ位置を中心とする範囲Ｌ_１のところで断面深さをｈ_１とし、この範囲Ｌ_１に隣接する範囲Ｍ_１のところで断面深さを漸減させ当該範囲Ｍ_１を越える範囲のところ、即ち、ボルトが配置されていない位置、例えば図２のＣ−Ｃ位置で断面深さをｈ_２（＜ｈ_１）として形成されており、かかる形成に際しては、上述同様に印刷、モールド、塗布等の各種手法が用いられる。
このような凹溝１４及びシール材１５によれば、ボルトの配設位置でのシール材１５の断面積／凹溝１４の溝断面積ｗ・ｈ_１の比は、ボルトが配置されていない位置でのシール材１５の断面積／凹溝１４の溝断面積ｗ・ｈ_２の比より小さくなっている。
ところで、本実施の形態でも、ボルトの配設位置での上記比を、ボルトが配置されていない位置での上記比より小さくする一例として、ボルトの配設位置での上記比を１未満に設定し、また、ボルトが配置されていない位置での上記比を１以上に設定している。
尚、本ガスケット１０のタイプのようなメタルガスケットにおいても、ボルトの配設位置での上記比及びボルトが配置されていない位置での上記比は、上述したガスケット１の場合とほぼ同様な値にそれぞれ設定されることが好ましい。

本ガスケット１０を用いたときのボルトの配設位置とボルトが配置されていない位置でのシール応力の分布は、部材間に介装される本ガスケット１０を４本の締付けボルトで締付けたとき、ボルトの配設位置でのシール材１５の断面積／凹溝１４の溝断面積ｗ・ｈ_１の比が、ボルトが配置されていない位置でのシール材１５の断面積／凹溝１４の溝断面積ｗ・ｈ_２の比より小さいために、ボルトの配設位置ではシール材１５による当該締付け力の弛緩が抑えられてシール応力の低下が阻止される一方、ボルトが配置されていない位置では当該締付け力による部材の変形に当該締付け力によって圧縮されたシール材１５が追従してシール応力の低下が阻止される作用効果を奏し、結果として流体穴部の周りに均一なシール応力が得られるようになる。しかも、本実施の形態でも同様に、ボルトの配設位置での上記比を１未満に設定し、また、ボルトが配置されていない位置での上記比を１以上に設定しているために、上記作用効果は顕著になる。

本発明のメタルガスケットのように、凹溝の溝断面積及びシール材の断面積が、例えばボルトの配設位置とボルトが配置されていない位置とで任意に変えることが可能になると、これら位置でのシール応力を適宜に調整することが容易になるので、このような手法を用いたメタルガスケットの利用範囲は広いと言える。

本発明の第１の実施の形態に係るメタルガスケットの構成図である。 本発明の第２の実施の形態に係るメタルガスケットの構成図である。 従来のガスケットの構成図である。

符号の説明

１，１０ メタルガスケット
２，１１ ガスケット本体
３，１２ シール手段
５，１４ 凹溝
６，１５ シール材

Claims (3)

1. ガスケット本体に穿設された燃焼室穴や水穴、油穴等の流体穴部の周りにシール手段が設けられ、このシール手段の外周に配設される締付けボルトにより前記流体穴部の周りに均一なシール応力が得られるガスケットであって、前記シール手段は、流体穴部の周りに穿設される凹溝と、この凹溝に形成されるゴムや樹脂等のシール材とで構成され、前記凹溝の溝断面積及び前記シール材の断面積について、前記ボルトの配設位置と当該ボルトが配置されていない位置に応じていずれか一方又は両方を変え、前記ボルトの配設位置での前記シール材の断面積／前記溝断面積の比を、前記ボルトが配置されていない位置でのそれより小さくしてなり、且つ、前記ボルトの配設位置での前記比を０．６４〜１．０と設定し、前記ボルトが配置されていない位置での前記比を１．０〜１．３７と設定してなることを特徴とするメタルガスケット。
2. 前記シール材の断面積は、前記溝断面積が一定の場合には、前記ボルトの配設位置では当該ボルトが配置されていない位置に比し断面幅を狭く又は断面高さを小さくしてなることを特徴とする請求項１に記載のメタルガスケット。
3. 前記溝断面積は、前記シール材の断面積が一定の場合には、前記ボルトの配設位置では当該ボルトが配置されていない位置に比し断面幅を広く又は断面深さを深くしてなることを特徴とする請求項１に記載のメタルガスケット。

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