JP6274384B2 - メタルガスケット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関の排気マニホールドと排気管との接合部やシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合部等のシール手段として用いられるメタルガスケット及びその製造方法に関するものである。
内燃機関の排気マニホールドと排気管あるいは吸気マニホールドと吸気管との接合部等のシール手段として用いられるメタルガスケットは、互いに対向する接合面間に挟着されて、前記接合面に開口した開口部を取り囲むように屈曲形成されたシールビードによって排ガスや空気と燃料との混合気などをシールするものである。
ここで、排気マニホールドや吸気マニホールドの場合、排気管あるいは吸気管との接合部における開口形状が非円形（例えば方形環状）のものがあり、このような部分には、シールビードが前記開口形状と相似形をなすメタルガスケットが使用される（例えば特許文献１参照）。ところがこのようなメタルガスケットは、締付け荷重を受けた時に、曲線状に延びる部分よりもシールビードが直線状に延びる部分で変形しやすく、このためシールビードの直線状部分で面圧不足による漏れが発生しやすいといった問題がある。そしてこのような問題を解決するために、従来、面圧不足が発生しやすい部分のシールビードの幅や高さを大きくして剛性を高めることで、必要な面圧を確保することが知られている（例えば特許文献２参照）。
しかしながら、従来の技術によればシールビードの断面形状自体は全周ほぼ同一であるため、シールビードの幅や高さを変更することで調整可能な面圧の範囲が小さいものであった。
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであって、その技術的課題は、シールビードの面圧の部分的な低下を抑制して、長期にわたって優れたシール性を確保することの可能なメタルガスケットを提供することにある。
上述した技術的課題を有効に解決するための手段として、請求項１の発明に係るメタルガスケットは、金属板に、密封対象空間の開口形状に開設された非円形の開口部と、この開口部の周囲に沿って延びるシールビードが形成され、このシールビードは、前記開口部のうち相対的に曲率が大きい開口縁に沿って延びるハーフビードと、相対的に曲率が小さい開口縁に沿って延びる跳ね上げビードが互いに連続したものであり、前記跳ね上げビードは、裾部から一方の斜面部及び嶺部を経て他方の斜面部に到る隆起形状をなすものである。
なお、ここでいうハーフビードとは、金属板の開口縁部が嶺部の端縁となる片側斜面による隆起形状のビードのことである。
請求項１に記載の構成を備えるメタルガスケットにおいて、締め付け荷重を与えられた時のシールビードのばね定数は、ハーフビードからなる部分よりも跳ね上げビードからなる部分が高くなる。このため、シールビードが非円形の開口部に沿って延びるものである場合に、例えばシールビードの曲率が大きい（曲率半径が小さい）ことによって面圧が上昇する部分はハーフビードからなるものとすることによって面圧の上昇を抑制し、シールビードの曲率が小さい（曲率半径が大きい）ことによって面圧が低下する部分は跳ね上げビードからなるものとすることによって面圧の低下を抑制するといった、適切な調整を行うことができる。
請求項２の発明に係るメタルガスケットの製造方法は、金属板にその厚さ方向両側に配置した凹型と凸型によってビードを成形する工程と、前記金属板に開口縁が前記ビードの嶺部及び斜面部を経由する非円形の開口部を形成して、前記開口部のうち相対的に曲率が大きい前記開口縁が前記ビードの嶺部を経由する部分をハーフビードとし、相対的に曲率が小さい前記開口縁が前記ビードの斜面部を経由する部分を、裾部から一方の斜面部及び嶺部を経て他方の斜面部に到る隆起形状をなす跳ね上げビードとする工程と、を備えるものである。
請求項３の発明に係るメタルガスケットの製造方法は、金属板にその厚さ方向両側に配置した凹型と凸型によってビードを成形する工程と、前記金属板に開口縁が前記ビードの嶺部及び斜面部を経由する非円形の開口部を形成して、前記開口部のうち相対的に曲率が大きい前記開口縁が前記ビードの嶺部を経由する部分をハーフビードとし、相対的に曲率が小さい前記開口縁が前記ビードの斜面部を経由する部分を、裾部から一方の斜面部及び嶺部を経て他方の斜面部に到る隆起形状をなす跳ね上げビードとする工程と、を備え、前記開口部のうち、開口縁が前記嶺部を経由する部分を、前記ビードの成形前に予め形成するものである。
請求項１の発明に係るメタルガスケットによれば、シールビードのうち、曲率が大きい開口縁に沿った部分がハーフビードからなることによって面圧過大化を防止すると共に、曲率が小さい開口縁に沿った部分が跳ね上げビードからなることによって面圧過小化を防止することができるので、シールビードが非円形の開口部に沿って延びるものである場合の曲率の相違によるシールビードの面圧のばらつきを抑制して、長期にわたって優れたシール性を確保することができる。
請求項２又は３の発明に係るメタルガスケットの製造方法によれば、請求項１の発明に係るメタルガスケットを容易に製造することができる。
以下、本発明に係るメタルガスケット及びその製造方法の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。まず図１は、本発明に係るメタルガスケットの好ましい実施の形態を示すものであって、このメタルガスケットＭＧは、例えば自動車用内燃機関の排気マニホールドと排気管の接合面間に介装されるものである。
メタルガスケットＭＧは、ステンレス、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、及びアルミニウム合板などから選択される弾性を有する薄板からなる金属板１に、ポート穴部２と、このポート穴部２と金属板１の外周縁との間の複数個所にあって不図示の排気マニホールドと排気管を結合するボルトを挿通するためのボルト挿通穴３が開設され、ポート穴部２の周囲に沿って延びるシールビード４が形成されている。
ポート穴部２は請求項１〜３に記載された開口部に相当するものであって、排気マニホールド及び排気管による排ガス通路の投影形状、言い換えれば排気マニホールド及び排気管の接合面に開口した排ガス通路の開口形状を投影した略長円形状に開設されている。詳しくは、このポート穴部２の開口縁は、一対の半円弧状開口縁２ａと、その間を延びる直線状開口縁２ｂ及び緩曲線状開口縁２ｃからなる。緩曲線状開口縁２ｃは半円弧状開口縁２ａよりも曲率がずっと小さい（曲率半径が大きい）ものとなっている。
ポート穴部２の周囲に沿って延びるシールビード４は、半円弧状開口縁２ａに沿った部分はハーフビード４１からなり、直線状開口縁２ｂ及び緩曲線状開口縁２ｃに沿った部分は跳ね上げビード４２からなる。
このうち、ハーフビード４１は、図１のＡ−Ａ断面である図２の（Ａ）に示すように、外周裾部４ａから斜めに立ち上がる外周斜面部４ｂを経由して平板状の嶺部４ｃに到る隆起形状であって、嶺部４ｃの内周側の端縁がポート穴部２における半円弧状開口縁２ａとなっている。また、跳ね上げビード４２は、図１のＢ−Ｂ断面である図２の（Ｂ）に示すように、外周裾部４ａから斜めに立ち上がる外周斜面部４ｂと、その上端で上側へ凸の形状に屈曲した嶺部４ｃを経由して反対側の内周斜面部４ｄに到る隆起形状であって、内周斜面部４ｄの内周端縁が金属板１のポート穴部２における直線状開口縁２ｂ又は緩曲線状開口縁２ｃとなっている。
なお、ポート穴部２の開口縁における半円弧状開口縁２ａから直線状開口縁２ｂ又は緩曲線状開口縁２ｃへの移行部分（直線状開口縁２ｂ又は緩曲線状開口縁２ｃから半円弧状開口縁２ａへの移行部分）２ｄでは、シールビード４は、ハーフビード４１から跳ね上げビード４２（跳ね上げビード４２からハーフビード４１）へ連続的に移行している。
以上のように構成されたメタルガスケットＭＧは、例えば自動車用内燃機関の排気マニホールドと排気管の接合面間で単一又は複数積層された状態で介装され、締め付けられることによって、シールビード４が圧縮変形され、その反発荷重によって密封に必要な面圧を得て、前記接合面間から排ガスが漏れるのを防止するものである。
この種のメタルガスケットにおいて、図示の例のようにシールビード４の形状が非円形のものは、締付け荷重を受けた時に、曲率が大きい（曲率半径が小さい）部分でばね定数が高くなって面圧が過大になりやすくなる傾向があり、逆に曲率が小さい（曲率半径が大きく直線に近い）部分でばね定数が低くなって面圧不足を生じやすくなる傾向がある。しかしながら図示の実施の形態のメタルガスケットＭＧによれば、シールビード４のうち、曲率が大きい半円弧状開口縁２ａに沿った部分がハーフビード４１からなることによって面圧過大化を防止すると共に、曲率が小さい直線状開口縁２ｂ又は緩曲線状開口縁２ｃに沿った部分が跳ね上げビード４２からなることによって面圧過小化を防止することができる。
図３〜図１０は、上述のメタルガスケットＭＧを製造するための方法を工程順に示すものである。すなわちメタルガスケットＭＧの製造においては、まず図３に示すように、金属板１に、ボルト挿通穴３と、開口縁が図１のポート穴部２における半円弧状開口縁２ａとなる部分を有する一対の予備穴２１と、一対の位置決め用穴２２を開設する。これらは、金属板１の外縁の打ち抜きと同時に打ち抜き形成することができる。
図４に示す凸型５は、その上面にビード成形用凸部５０と、金属板１の位置決め用穴２２と嵌合することによって上面に金属板１を位置決めセットするための複数の位置決め用凸部５ａが形成されている。ビード成形用凸部５０は、図１に示すシールビード４の嶺部４ｃに対応するものであって、ハーフビード４１を成形する部分（以下、ハーフビード成形凸部という）５１と跳ね上げビード４２を成形する部分（以下、跳ね上げビード成形凸部という）５２からなり、図５の（Ａ）（Ｂ）にも示すように、ハーフビード成形凸部５１は跳ね上げビード成形凸部５２よりも幅広に形成されている。
また、凸型５におけるビード成形用凸部５０のうち、ハーフビード成形凸部５１は三日月状の形状をなすものであって、その外縁５１ａはハーフビード４１の嶺部４１ｃの外縁に対応して延び、すなわち当該凸型５に図３に示す金属板１をセットしたときに、予備穴２１の外周側に位置するように形成されているのに対し、内縁５１ｂは予備穴２１内を通るように形成されている。
一方、図６に示す凹型６は、その下面にビード成形用凹部６０が形成されている。参照符号６ａは凸型５の位置決め用凸部５ａと嵌合可能な位置決め用凹部又は穴である。ビード成形用凹部６０は、図１に示すシールビード４のハーフビード４１を成形する部分（以下、ハーフビード成形凹部という）６１と跳ね上げビード４２を成形する部分（以下、跳ね上げビード成形凹部という）６２からなり、図７の（Ａ）（Ｂ）にも示すように、ハーフビード成形凹部６１は跳ね上げビード成形凹部６２よりも幅が広く形成されている。また、ハーフビード成形凹部６１は凸型５のハーフビード成形凸部５１よりも幅広に形成され、跳ね上げビード成形凹部６２は凸型５の跳ね上げビード成形凸部５２よりも幅広に形成されている。
詳しくは、凹型６のハーフビード成形凹部６１の外縁６１ａ及び跳ね上げビード成形凹部６２の外縁６２ａは、図１及び図２に示すシールビード４の裾部４ａと対応して延びるものであって、凸型５と組み合わせたときに、この凸型５のハーフビード成形凸部５１の外縁５１ａ及び跳ね上げビード成形凸部５２の外縁５２ａより外周側に位置している。また、凹型６のハーフビード成形凹部６１の内縁６１ｂ及び跳ね上げビード成形凹部６２の内縁６２ｂは、凸型５と組み合わせたときに、この凸型５のハーフビード成形凸部５１の内縁５１ｂ及び跳ね上げビード成形凸部５２の内縁５２ｂより内周側に位置している。
次に図３に示す金属板１を、図８及び図９に示すように凸型５と凹型６の間に位置決めセットしてプレス成形すると、この金属板１は、ハーフビード成形凸部５１とハーフビード成形凹部６１の間では、予備穴２１の存在によって、図９の（Ａ）に示すように、ハーフビード成形凸部５１の外縁５１ａとハーフビード成形凹部６１の外縁６１ａのみで屈曲され、予備穴２１の半円弧状開口縁２ａに沿ったハーフビード４１が成形される。一方、跳ね上げビード成形凸部５２と跳ね上げビード成形凹部６２の間では、金属板１に予備穴２１が存在しないため、この金属板１は、図９の（Ｂ）に示すように跳ね上げビード成形凸部５２の嶺部と跳ね上げビード成形凹部６２の外縁６２ａ及び内縁６２ｂの３箇所で屈曲され、断面形状が山形のフルビード４２’が成形される。
次に、このようなハーフビード４１及びフルビード４２’からなるシールビードが成形された金属板１を、図１０に一点鎖線で示すように切断する。すなわち、一対の予備穴２１，２１とフルビード４２’，４２’で囲まれた領域（図１０に網掛けで示す領域）１ａを打ち抜く。
この工程では、図９の（Ｂ）に示すフルビード４２’における内周斜面部４ｄを内周裾部４ｅ寄りの位置で切断することによって、図１に示すように、ポート穴部２が形成されると共にこのポート穴部２の直線状開口縁２ｂ及び緩曲線状開口縁２ｃに沿った跳ね上げビード４２が形成され、メタルガスケットＭＧの製造が完了する。
このため、ポート穴部２の半円弧状開口縁２ａに沿ったハーフビード４１と直線状開口縁２ｂ及び緩曲線状開口縁２ｃに沿った跳ね上げビード４２が連続したシールビード４を有するメタルガスケットＭＧを、容易に製造することができる。
なお、ポート穴部２を形成する工程において、図９の（Ｂ）に示す内周斜面部４ｄを内周裾部４ｅで切断すれば、直線状開口縁２ｂ及び緩曲線状開口縁２ｃに沿った跳ね上げビード４２の部分をフルビードからなるものとすることもでき、その他にも、凸型５及び凹型６のビード成形凸部及びビード成形凹部の形状と、ポート穴部２を形成する切断位置との関係において、半円弧状開口縁２ａに沿った部分を跳ね上げビードからなるものとするなど、種々の変更が可能である。
１ 金属板
２ ポート穴部
２ａ 半円弧状開口縁
２ｂ 直線状開口縁
２ｃ 緩曲線状開口縁
４ シールビード
４１ ハーフビード
４２ 跳ね上げビード
４２’ フルビード
５ 凸型
５０ ビード成形用凸部
５１ ハーフビード成形凸部
５２ 跳ね上げビード成形凸部
６ 凹型
６０ ビード成形用凹部
６１ ハーフビード成形凹部
６２ 跳ね上げビード成形凹部
ＭＧ メタルガスケット
２ ポート穴部
２ａ 半円弧状開口縁
２ｂ 直線状開口縁
２ｃ 緩曲線状開口縁
４ シールビード
４１ ハーフビード
４２ 跳ね上げビード
４２’ フルビード
５ 凸型
５０ ビード成形用凸部
５１ ハーフビード成形凸部
５２ 跳ね上げビード成形凸部
６ 凹型
６０ ビード成形用凹部
６１ ハーフビード成形凹部
６２ 跳ね上げビード成形凹部
ＭＧ メタルガスケット
Claims (3)
- 金属板に、密封対象空間の開口形状に開設された非円形の開口部と、この開口部の周囲に沿って延びるシールビードが形成され、このシールビードは、前記開口部のうち相対的に曲率が大きい開口縁に沿って延びるハーフビードと、相対的に曲率が小さい開口縁に沿って延びる跳ね上げビードが互いに連続したものであり、前記跳ね上げビードは、裾部から一方の斜面部及び嶺部を経て他方の斜面部に到る隆起形状をなすものであることを特徴とするメタルガスケット。
- 金属板にその厚さ方向両側に配置した凹型と凸型によってビードを成形する工程と、前記金属板に開口縁が前記ビードの嶺部及び斜面部を経由する非円形の開口部を形成して、前記開口部のうち相対的に曲率が大きい前記開口縁が前記ビードの嶺部を経由する部分をハーフビードとし、相対的に曲率が小さい前記開口縁が前記ビードの斜面部を経由する部分を、裾部から一方の斜面部及び嶺部を経て他方の斜面部に到る隆起形状をなす跳ね上げビードとする工程と、を備えることを特徴とするメタルガスケットの製造方法。
- 金属板にその厚さ方向両側に配置した凹型と凸型によってビードを成形する工程と、前記金属板に開口縁が前記ビードの嶺部及び斜面部を経由する非円形の開口部を形成して、前記開口部のうち相対的に曲率が大きい前記開口縁が前記ビードの嶺部を経由する部分をハーフビードとし、相対的に曲率が小さい前記開口縁が前記ビードの斜面部を経由する部分を、裾部から一方の斜面部及び嶺部を経て他方の斜面部に到る隆起形状をなす跳ね上げビードとする工程と、を備え、前記開口部のうち、開口縁が前記嶺部を経由する部分を、前記ビードの成形前に予め形成することを特徴とするメタルガスケットの製造方法。
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