JP7454997B2 - 金属ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、互いに固定される２部材間の隙間を封止する金属ガスケットに関する。

従来、高温環境下において、２部材間の隙間を封止するために、金属ガスケットが用いられている。図４を参照して、従来例に係る金属ガスケットについて説明する。図４は従来例に係る金属ガスケットを備える密封構造の模式的断面図である。図示の金属ガスケット５００は、互いに固定される２部材（以下、それぞれ、第１部材２００，第２部材３００と称する）間の隙間を封止するために用いられる。第１部材２００と第２部材３００は、ボルト４００によって固定される。第１部材２００と第２部材３００には、密封対象流体の通り道となる開口部２１０，３１０がそれぞれ設けられている。図中、矢印Ｇは密封対象流体が流れる方向を示している。

例えば、第１部材２００がシリンダヘッド、第２部材３００がエキゾーストマニホールドやターボなどに備えられた部材の場合には、密封対象流体は高温の排気ガスである。この場合、第１部材２００は冷却液によって２００℃程度に抑えられるものの、第２部材３００は、２００℃を超える高温となる。このような高温環境下で使用される場合、金属ガスケット５００の材料として耐熱鋼が用いられるものの、経時的に塑性変形の進行が進み易い。そこで、図示のように、それぞれビード５１０を有する金属ガスケット５００を複数重ね合わせて用いることによって、重ね合わされた金属ガスケット５００の温度を順次低下させることで、耐久性の向上を図っている。なお、スポット溶接などによって、隣り合う金属ガスケット５００同士を固定させている。近年、より一層の熱効率化等に伴って、使用環境温度が増々高まっており、重ね合わせる金属ガスケット５００の枚数を増やすことで対策している。

しかしながら、重ね合わせる金属ガスケット５００の枚数が増えるにつれて、コストが高くなるだけでなく、金属ガスケット５００が配されるスペースの厚みが増し、かつ重量も増えてしまう。従って、未だ改善の余地がある。

特開２０１８－３９５９号公報 特開平１１－６３２３１号公報

本発明の目的は、シール性を高めつつ、高温環境下においても耐久性の向上を図ることのできる金属ガスケットを提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。

すなわち、本発明の金属ガスケットは、
互いに固定される２部材間の隙間を封止する金属ガスケットにおいて、
密封対象流体の通り道となる開口部と、
前記開口部の周囲に沿うように形成される複数の環状ビードと、
を備え、
前記複数の環状ビードによって、前記開口部から離れるにつれて階段状に高さが高くなるように構成されると共に、前記複数の環状ビードは、前記開口部から離れるほどビード幅が広くなるように構成されると共に、
外周の端部には、前記２部材が固定された際に、外周端が前記２部材のうちの一方の部材に接するように、折り曲げ部が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、複数の環状ビードは、開口部から離れるほどビード付近の温度が低下する。従って、開口部から離れた位置にある環状ビードの経時的な塑性変形を抑制することができるので、金属ガスケットの耐久性を高めることができる。また、複数の環状ビードが設けられることで、２部材と環状ビードの接触部の総面積を広くすることができ、シール性を高めることができる。また、各環状ビードと２部材との接触部分に作用する密封対象流体の流体圧力は、開口部から離れるほど低下する。これにより、開口部から離れた位置にある環状ビードによるシール性を高めることができ、金属ガスケットとしてのシール性を高めることができる。更に、複数の環状ビードは、開口部から離れるほどビード幅が広くなるように構成されているので、より温度が低下している位置においてシール機能を発揮させることができる。更に、金属ガスケットの外周端が２部材のうちの一方の部材に支持されて、各環状ビードにおける２部材に対する面圧を高めることが可能となる。

前記複数の環状ビードにおいては、それぞれのビード高さは同一となるように設定されているとよい。

これにより、各環状ビードにおける２部材に対する面圧を均一化させることができる。従って、安定的にシール性を発揮させることができる。

なお、上記各構成は、可能な限り組み合わせて採用し得る。

以上説明したように、本発明によれば、シール性を高めつつ、高温環境下においても耐久性の向上を図ることができる。

図１は本発明の実施例に係る金属ガスケットの平面図である。 図２は本発明の実施例に係る金属ガスケットの模式的断面図である。 図３は本発明の実施例に係る金属ガスケットを備える密封構造の模式的断面図である。 図４は従来例に係る金属ガスケットを備える密封構造の模式的断面図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

（実施例）
図１～図３を参照して、本発明の実施例に係る金属ガスケットについて説明する。図１は本発明の実施例に係る金属ガスケットの平面図である。図２は本発明の実施例に係る金
属ガスケットの模式的断面図である。なお、図２は図１中のＡＡ断面図であり、切断端面のみを簡略的に示し、奥行き線は省略している。図３は本発明の実施例に係る金属ガスケットを備える密封構造の模式的断面図である。図３においては、密封構造の一部について、ボルトを除き切断端面のみを簡略的に示している。また、図３中の金属ガスケットの断面図は、図１中のＡＡ断面図に相当する。本発明の金属ガスケットは、各種装置において、互いに固定される２部材間の隙間を封止するために適用可能である。例えば、自動車のエンジンのシリンダヘッドとエキゾーストマニホールドやターボなどに備えられた部材との間の隙間を封止する用途に好適に用いられる。

＜金属ガスケット＞
特に、図１及び図２を参照して、本発明の実施例に係る金属ガスケット１００について説明する。本実施例に係る金属ガスケット１００は、密封対象流体の通り道となる開口部１１０と、ボルト４００（図３参照）の軸部が挿通される複数の挿通孔１２０と、開口部１１０の周囲に沿うように形成される複数の環状ビードとを備えている。以下、複数の環状ビードについて、適宜、開口部１１０に近い側から順に、それぞれ第１環状ビード１３１，第２環状ビード１３２，第３環状ビード１３３と称する。

金属ガスケット１００においては、これら複数の環状ビードによって、開口部１１０から離れるにつれて階段状に高さが高くなるように構成される。また、複数の環状ビードは、開口部１１０から離れるほどビード幅が広くなるように構成されている。すなわち、第１環状ビード１３１のビード幅をＷ１，第２環状ビード１３２のビード幅をＷ２，第３環状ビード１３３のビード幅をＷ３とすると、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３を満たす。また、複数の環状ビードにおいては、それぞれのビード高さは同一となるように設定されている。すなわち、第１環状ビード１３１のビード高さをＨ１，第２環状ビード１３２のビード高さＨ２，第３環状ビード１３３のビード高さをＨ３とすると、Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３を満たす。更に、金属ガスケット１００における外周の端部には、折り曲げ部１４０が設けられている。

＜密封構造＞
特に、図３を参照して、本実施例に係る金属ガスケット１００を備える密封構造について説明する。本実施例に係る金属ガスケット１００は、互いに固定される２部材（以下、それぞれ、第１部材２００，第２部材３００と称する）間の隙間を封止するために用いられる。第１部材２００と第２部材３００は、ボルト４００によって固定される。また、第１部材２００と第２部材３００には、密封対象流体の通り道となる開口部２１０，３１０がそれぞれ設けられている。なお、これらの開口部２１０，３１０の平面形状は、金属ガスケット１００における開口部１１０の平面形状と略同一である。例えば、第１部材２００がシリンダヘッド、第２部材３００がエキゾーストマニホールドやターボなどに備えられた部材の場合には、密封対象流体は高温の排気ガスである。そして、排気ガスは、図３中、矢印Ｇ方向に流れる。この場合、第１部材２００は冷却液によって２００℃程度に抑えられるものの、第２部材３００は、２００℃を超える高温となる。

第１部材２００と第２部材３００との間に配される金属ガスケット１００は、第１部材２００と第２部材３００によって圧縮されることで変形する。これにより、第１環状ビード１３１，第２環状ビード１３２，第３環状ビード１３３は、それぞれ開口部１１０に近い側の端部１３１ａ，１３２ａ，１３３ａが第１部材２００の端面に接触した状態となる。また、第１環状ビード１３１，第２環状ビード１３２，第３環状ビード１３３は、それぞれ開口部１１０から遠い側の端部１３１ｂ，１３２ｂ，１３３ｂが第２部材３００の端面に接触した状態となる。更に、折り曲げ部１４０においては、開口部１１０に近い側の端部が第２部材３００により押圧されて、外周端１４０ａが第１部材２００の端面に接した状態となる。

＜本実施例に係る金属ガスケットの優れた点＞
本実施例に係る金属ガスケット１００によれば、複数の環状ビードは、開口部１１０から離れるほどビード付近の温度が低下する。つまり、第１環状ビード１３１，第２環状ビード１３２，第３環状ビード１３３の順に温度は低下する。従って、開口部１１０から離れた位置にある環状ビードの経時的な塑性変形を抑制することができるので、金属ガスケット１００の耐久性を高めることができる。また、複数の環状ビードが設けられることで、２部材（第１部材２００と第２部材３００）と環状ビード（第１環状ビード１３１，第２環状ビード１３２，第３環状ビード１３３）の接触部の総面積を広くすることができ、シール性を高めることができる。

また、各環状ビードと２部材との接触部分に作用する密封対象流体の流体圧力は、開口部１１０から離れるほど低下する。すなわち、第１環状ビード１３１の端部１３１ａと第１部材２００との接触部分、第２環状ビード１３２の端部１３２ａと第１部材２００との接触部分、第３環状ビード１３３の端部１３３ａと第１部材２００との接触部分の順に、作用する流体圧力が低下する。同様に、第１環状ビード１３１の端部１３１ｂと第２部材３００との接触部分、第２環状ビード１３２の端部１３２ｂと第２部材３００との接触部分、第３環状ビード１３３の端部１３３ｂと第２部材３００との接触部分の順に、作用する流体圧力が低下する。これにより、開口部１１０から離れた位置にある環状ビードによるシール性を高めることができ、金属ガスケット１００としてのシール性を高めることができる。更に、複数の環状ビードは、開口部１１０から離れるほどビード幅が広くなるように構成されている（上記、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３）。これにより、より温度が低下している位置においてシール機能を発揮させることができる。また、開口部１１０から離れている環状ビードにおいても無理なく変形し、環状ビードの両側の端部を第１部材２００と第２部材３００の双方に、より確実に接触させることができる。

また、本実施例においては、複数の環状ビードにおいては、それぞれのビード高さは同一となるように設定されている（上記、Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３）。これにより、各環状ビードにおける第１部材２００及び第２部材３００に対する面圧を均一化させることができる。つまり、第１環状ビード１３１，第２環状ビード１３２，第３環状ビード１３３の各端部１３１ａ，１３２ａ，１３３ａによる第１部材２００に対する面圧、及び各端部１３１ｂ，１３２ｂ，１３３ｂによる第２部材３００に対する面圧を均一化させることができる。従って、安定的にシール性を発揮させることができる。

更に、本実施例に係る金属ガスケット１００の外周の端部には、第１部材２００と第２部材３００が固定された際に、外周端が第１部材２００に接するように、折り曲げ部１４０が設けられている。これにより、金属ガスケット１００の外周端が第１部材２００に支持されて、各環状ビードにおける第１部材２００と第２部材３００に対する面圧を高めることが可能となる。なお、配置スペースなどが狭い場合等においては、この折り曲げ部１４０は必ずしも設けなくてもよい。

以上のように、本実施例に係る金属ガスケット１００によれば、シール性を高めつつ、高温環境下においても耐久性の向上を図ることができる。また、本実施例に係る金属ガスケット１００を採用する場合には、開口部１１０から離れた環状ビードによりシール性が発揮されるため、従来例に係る金属ガスケットの場合に比べて、耐熱性が低い材料を使用することもできる。例えば、耐熱鋼の代わりに、ＳＵＳ材を用いたり、耐熱用のコーティング材を減らしたりすることもできる。これにより、コストを削減することができる。ただし、本実施例においても、金属ガスケット１００の材料として耐熱鋼を採用してもよい。更に、本実施例においては、従来技術の場合に比べて、金属ガスケット１００の枚数を削減できるため、コストを削減できると共に、軽量化と薄型化を図ることができる。

なお、本実施例においては、環状ビードが３つ設けられる場合を示したが、本発明における環状ビードの数は、複数設けられれば、その数は限定されることはない。また、本実施例においては、図２に示す金属ガスケット１００の下面側が第１部材２００側に向き、上面側が第２部材３００側に向くように金属ガスケット１００を配置させる場合を示した。しかしながら、図２に示す金属ガスケット１００の下面側が第２部材３００側に向き、上面側が第１部材２００側に向くように金属ガスケット１００を配置させても構わない。また、本実施例においては、金属ガスケット１００を１枚のみ用いる場合について示したが、本発明においては、必ずしも、金属ガスケットを複数設ける構成を排除するものではない。例えば、金属ガスケット１００を２枚用いて、図２中の金属ガスケット１００の下面同士が向き合うようにこれらを重ねた状態で、第１部材２００と第２部材３００との間に配するようにして用いることもできる。勿論、金属ガスケット１００を３枚以上重ねて用いてもよい。本実施例に係る金属ガスケット１００を採用することで、従来技術と同等の耐久性を得るために、従来技術に比べて金属ガスケットの必要枚数を削減することができる。

１００ 金属ガスケット
１１０ 開口部
１２０ 挿通孔
１３１ 第１環状ビード
１３１ａ，１３１ｂ 端部
１３２ 第２環状ビード
１３２ａ，１３２ｂ 端部
１３３ 第３環状ビード
１３３ａ，１３３ｂ 端部
１４０ 折り曲げ部
１４０ａ 外周端
２００ 第１部材
２１０ 開口部
３００ 第２部材
３１０ 開口部
４００ ボルト

Claims (2)

1. 互いに固定される２部材間の隙間を封止する金属ガスケットにおいて、
   密封対象流体の通り道となる開口部と、
   前記開口部の周囲に沿うように形成される複数の環状ビードと、
   を備え、
   前記複数の環状ビードによって、前記開口部から離れるにつれて階段状に高さが高くなるように構成されると共に、前記複数の環状ビードは、前記開口部から離れるほどビード幅が広くなるように構成されると共に、
   外周の端部には、前記２部材が固定された際に、外周端が前記２部材のうちの一方の部材に接するように、折り曲げ部が設けられていることを特徴とする金属ガスケット。
2. 前記複数の環状ビードにおいては、それぞれのビード高さは同一となるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の金属ガスケット。

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