JPH0248789B2 - Tasotantaigatakinzokugasuketsuto - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エンジン等のシール部に用いられて
好適な多層単体型金属ガスケツトに関する。

［従来の技術］ 従来、実開昭59−152249号公報に記載されるよ
うに、硬質金属からなる基板の両面に軟質金属か
らなる被着材をクラツド法によつて圧着してなる
金属ガスケツトが提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来提案されている金属ガ
スケツトは、基板に被着材を接合した後の被シー
ル孔の孔抜加工等により、基板が加工硬化してば
ね性を低下したり、被着材が加工硬化して該被着
材に均一な軟質表面を確保するのに困難がある。
このため、この金属ガスケツトの使用時には、シ
リンダヘツド等のガスケツト当接面の微細な凹凸
を十分に吸収することができず、シール性能の向
上に限界がある。

また、上記従来提案されている金属ガスケツト
は、高温で連続使用される時、基板と被着材の接
合界面において両者の構成金属が相互拡散した
り、ひいては金属間化合物を形成し、接合界面
を脆化させて亀裂を生じさせる。これにより、基
板と被着材の境界面から被シール流体の漏れが発
生するため、長期にわたる連続使用に限界があ
る。

本発明は、被シール部材に確実に密着するとと
もに、高温で連続使用した際に、常に強固な結合
状態を維持し、高いシール性能を確保することを
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、鉄系金属からなる基板の両面に、該
基板より軟質の金属からなる被着材を添設してな
る多層単体型金属ガスケツトにおいて、基板と被
着材の間に、被着材よりも融点が高く、該ガスケ
ツトの使用温度で基板、被着材のいずれとも金属
間化合物を形成しない金属からなる中間層を設
け、被シール孔の加工後に強化熱処理してなるよ
うにしたものである。

［作用］ 本発明によれば、基板に中間層、被着材を接合
してから、被シール孔の孔抜加工等を施した後、
強化熱処理が施されるから、基板、被着材の加工
硬化を緩和し、基板のばね性が高く、被着材に均
一な軟質表面状態を得ることができる。これによ
り、被着材をシリンダヘツド等の被シール部材表
面の微細な凹凸によくなじませ、被シール部材に
確実に密着させることができる。

また、異種金属接合界面における相互拡散現象
は非常に複雑で未だ解明されていないが、一般
に、融点の高い金属ほど拡散しにくい。本発明
は、この点に着目してなされたものであり、基板
と被着材の間に高融点金属の中間層を設けること
により、被着材金属が該中間層ひいては基板金属
に拡散することを抑制する。また、本発明は、中
間層がガスケツトの使用温度で基板、被着材のい
ずれとも金属間化合物を形成しない金属によつて
形成される。したがつて、本発明によれば、基板
と中間層、中間層と被着材の各接合界面のそれぞ
れにおいて、相互に接する金属の相互拡散を抑制
するとともに、金属間化合物の形成を防止し、接
合界面の脆化、亀裂の発生が防止できる。例え
ば、被着材がAl、中間層がCuを用いた時、Cu−
Al系状態図よりAlとCuはAlの高濃度側で金属間
化合物を形成するが、Cuの融点（1356K）は使
用想定温度（200〜300℃：473〜573K）の２倍以
上あり、両金属はほとんど拡散せず、金属間化合
物の生成も生じない。

すなわち、本発明によれば、被シール部材に確
実に密着するとともに、高温で連続使用した際
に、基板と被着材が常に強個な結合状態を維持
し、高いシール性能を確保することができる。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例に係る金属ガスケツ
トを示す模式図、第２図は金属ガスケツトを示す
平面図、第３図は第２図の−線に沿う断面
図、第４図は金属ガスケツトの製造方法を示す模
式図である。

金属ガスケツト１０は、第１図に示すように、
鉄系金属からなる基板１１の両面に、該基板１１
より軟質（後述する強化熱処理温度にて溶融せ
ず、その温度でシリンダヘツド等の被シール部材
の硬度より軟質）の金属からなる被着材１２を添
設してなるものであり、基板１１と被着材１２の
間に、被着材１２よりも融点が高く、該ガスケツ
ト１０の使用温度で基板１１、被着材１２のいず
れとも金属間化合物を形成しない金属からなる中
間層１３を設けている。

なお、金属ガスケツト１０は、第２図に示すよ
うに、燃焼室孔２１、水孔２２、ボルト孔２３等
を備え、不図示のシリンダブロツクとシリンダヘ
ツドの接合面間に介装して使用される。また、金
属ガスケツト１０は、被シール領域相当部分とし
ての上記各孔２１，２２，２３の周辺に対応する
部分に、それぞれ線状に連続する凸状ビード部２
４（２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ）を備えている。

また、金属ガスケツト１０は、基板１１に被着
材１２、中間層１３を接合されてから、各孔２
１，２２，２３、ビード部２４の塑性加工を施さ
れた後、強化熱処理を施され、基板１１、被着材
１２の加工硬化を緩和し、基板１１のばね性が高
く、被着材１２に均一な軟質表面状態（調質後の
硬度HV60以下）を与える。これにより、被着材
１２をシリンダヘツド等の被シール部材表面の微
細な凹凸によくなじませ、被シール部材に確実に
密着させることができる。

なお、基板１１がステンレス鋼からなる時、強
化熱処理温度を350〜500℃の範囲に設定すると、
該基板１１の強さを第５図に示すように向上し、
ガスケツト１０に設けられるビード部２４のばね
性を強くする等により高い耐圧性を備えることが
できる。

ここで、ガスケツト１０は、中間層１３の融点
Ｋを上記強化熱処理温度Ｋの略２倍以上とするの
が好適である。すなわち、中間層１３の融点を使
用温度Ｋの２倍以上とすれば、中間層１３は使用
状態での拡散現象をより確実に抑制できる。ガス
ケツト１０の使用温度が強化熱処理温度以上とな
ると基板１１が鈍るため、強化した意味を失つて
妥当でなく、したがつて、強化熱処理温度を常用
使用上限温度と定めるのがよい。

金属ガスケツト１０は、使用想定温度に応じ
て、低温域用ガスケツト１０Ｌ、高温域用ガスケ
ツト１０Ｈのそれぞれが用いられる。

低温域用ガスケツト１０Ｌは、基板１１として
炭素鋼、中間層１３としてCu、被着材１２とし
てAlを用い、強化熱処理温度を350〜500℃とさ
れ、該強化熱処理温度を使用上限温度とされる。
なお、被着材１２がAlである時、熱処理温度が
350℃未満である場合には、第６図に示すように、
被着材１２の加工硬化状態を十分に緩和すること
ができない。

高温域用ガスケツト１０Ｈは、、基板１１とし
てステンレス鋼（SUS：SUS301、SUS304、
SUS310等）、中間層１３としてNi、被着材１２
としてCuを用い、強化熱処理温度を450〜500℃
とされ、該強化熱処理温度を使用上限温度とされ
る。なお、被着材１２がCuである時、熱処理温
度が450℃未満である場合には、第６図に示すよ
うに、被着材１２の加工硬化状態を十分に緩和す
ることができない。

すなわち、ガスケツト１０がセラミツクエンジ
ン等に用いられる場合には、常用温度が400℃
（673K）程度まで上昇すると考えられるが、上記
低温域用ガスケツト１０Ｌの組み合わせでは、
Al／Cu接合界面、Cu／Fe接合界面のそれぞれに
おける拡散が問題となる。また、上記高温域での
使用時には、被着材としてAlを用いると、Alが
軟化して耐圧性が低下する。そこで、上記高温域
では前記組み合わせに係る高温域用ガスケツト１
０Ｈが用いられる。

ここで、低温域用ガスケツト１０Ｌ、高温域用
ガスケツト１０Ｈの両者とも、基板１１の厚みは
0.10〜0.35mm、中間層１３の厚みは0.002〜0.03
mm、被着材１２の厚みは使用時の締付けトルク確
保のために0.03〜0.15mmとするのが好適である。

ところで、上記ガスケツト１０における基板１
１、被着材１２、中間層１３の接合は、圧延ク
ラツド法、爆着クラツド法等のクラツド法、電
気メツキ法、溶融メツキ法等のメツキ法等、いず
れの接合方法によるものであつてもよい。

また、基板１１、被着材１２、中間層１３の間
の接合順序についても、基板１１と中間層１３
を先に接合し、接合された基板１１＋中間層１３
の接合体に被着材１２を接合してもよく、あるい
は被着材１２と中間層１３を先に接合し、接合
された被着材１２＋中間層１３の接合体に基板１
１を接合してもよい。

なお、被着材１２を中間層１３にメツキする場
合には、前述の被着材１２の厚み（0.03〜0.15
mm）を確保するために、アルミナイジング等の溶
融メツキ法によるのが好適である。

第４図は上記金属ガスケツト１０の製造ライン
を模式的に示す配置図である。３１は基板１１の
シートコイル、３２は被着材１２のシートコイ
ル、３３は中間層１３のシートコイル、３４は第
１圧着ロール、３５は第２圧着ロールである。第
１圧着ロール３４は基板１１の両面に中間層１３
を圧着し、第２圧着ロール３５は基板１１の両面
に圧着された各中間層１３の表面に被着材１２を
圧着する。基板１１、被着材１２、中間層１３
は、上記圧着後に、プレス機３６により塑性加工
され、前記各孔２１，２２，２３とともにビード
部２４を形成される。ビード部２４を形成された
基板１１、被着材１２、中間層１３は、次に、加
熱炉３７により、前述の強化熱処理を施されて調
質される。

以下、上記低温域用ガスケツト１０Ｌ、高温域
用ガスケツト１０Ｈのそれぞれにいいて、連続使
用を想定した条件で実施した加熱テストの結果に
ついて説明する。

実施例 １ 低温域用ガスケツト１０Ｌを本発明品とし、低
温域用ガスケツト１０Ｌから中間層１３を撤去し
たものを比較品とし、表１の結果を得た。比較品
については、Fe／Alの接合界面に10μmの厚みの
拡散層を生じ、亀裂の発生を見た。本発明品につ
いては、Fe／Cu接合界面では拡散層がなく、
Al／Cu接合界面で1μm以下の微小厚みの拡散層
を生じたものの、両接合界面のいずれにおいても
亀裂の発生を見ることがなかつた。また、本発明
品については、被着材１２の表面を軟質とするこ
とができた。

実施例 ２ 高温域用ガスケツト１０Ｈを本発明品とし、高
温域用ガスケツト１０Ｈから中間層１３を撤去し
たものを比較品Ｉとし、低温域用ガスケツト１０
Ｌを比較品とした。比較品Ｉについては、
SUS／Cu接合界面に7μmの厚みの拡散層を生じ、
微小亀裂の発生を見た。比較品については、
Fe／Cu／Al接合界面（中間層がぼやけた接合界
面）に12μmの厚みの拡散層を生じ、亀裂の発生
を見た。本発明品については、Fe／Ni接合界面
では拡散層がなく、Ni／Cu接合界面で1μm以下
の微小厚みの拡散層を生じたものの、両接合界面
のいずれにおいても亀裂の発生を見ることがなか
つた。また、本発明品については、被着材１２の
表面を軟質とすることができた。

［発明の効果］ 以上のように、本発明に係る多層単体型金属ガ
スケツトによれば、基板を強化し、被着材を軟化
させて、被シール部材に確実に密着するととも
に、高温で連続使用した際に、基板、中間層、被
着材の接合界面における相互拡散を抑制し、金属
間化合物の生成を防止し、これにより、常に強固
な結合状態を維持し、高いシール性能を確保する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る金属ガスケツ
トを示す模式図、第２図は金属ガスケツトを示す
平面図、第３図は第２図の−線に沿う断面
図、第４図は金属ガスケツトの製造方法を示す模
式図、第５図は基板の強さと熱処理温度との関係
を示す線図、第６図は被着材の硬度と熱処理温度
との関係を示す線図である。 １０…金属ガスケツト、１０Ｌ…低温域用ガス
ケツト、１０Ｈ…高温域用ガスケツト、１１…基
板、１２…被着材、１３…中間層。

【表】

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鉄系金属からなる基板の両面に、該基板より
   軟質の金属からなる被着材を添設してなる多層単
   体型金属ガスケツトにおいて、基板と被着材の間
   に、被着材よりも融点が高く、該ガスケツトの使
   用温度で基板、被着材のいずれとも金属間化合物
   を形成しない金属からなる中間層を設け、被シー
   ル孔の加工後に強化熱処理してなることを特徴と
   する多層単体型金属ガスケツト。 ２ 特許請求の範囲第１項において、中間層の融
   点Ｋを前記強化熱処理の温度Ｋの略２倍以上とす
   る多層単体型金属ガスケツト。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、基板として炭素鋼、中間層として銅、被着材
   としてアルミニウムを用い、前記強化熱処理の温
   度を350〜500℃とし、該強化熱処理の温度を使用
   上限温度とする多層単体型金属ガスケツト。 ４ 特許請求の範囲第１項または第２項におい
   て、基板としてステンレス鋼、中間層としてニツ
   ケル、被着材として銅を用い、前記強化熱処理の
   温度を450〜500℃とし、該強化熱処理の温度を使
   用上限温度とする多層単体型金属ガスケツト。 ５ 特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに
   おいて、基板と中間層と被着材をクラツド法によ
   つて接合してなる多層単体型金属ガスケツト。 ６ 特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに
   おいて、基板に対して中間層をメツキ法によつて
   接合し、中間層に対して被着材を溶融メツキ法に
   よつて接合してなる多層単体型金属ガスケツト。 ７ 特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに
   おいて、基板に対して中間層をメツキ法によつて
   接合し、中間層に対して被着材をクラツド法によ
   つて接合してなる多層単体型金属ガスケツト。 ８ 特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれかに
   おいて、基板に対して中間層をクラツド法によつ
   て接合し、中間層に対して被着材を溶融メツキ法
   によつて接合してなる多層単体型金属ガスケツ
   ト。