JPH04157263A - 金属ガスケットの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は金属ガスケットの製造方法に関し、特に、金属
製の基板に孔を穿設し、該孔口りに金属環を溶接する、
内燃機関のシリンダへラドガスケット、エキゾーストマ
ニホールドガスケット等として好適な金属ガスケットの
製造方法に係る。

［従来の技術］ 圧力流体に対し接合面からの漏洩を防止するため接合部
材間にガスケットが介装されることはよく知られている
。例えば、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロッ
クとの間に介装されるシリンダへラドガスケットにおい
ては、燃焼ガスは高温、高圧というだけでなく温度及び
圧力の変化が大きいためシールが困難である。このため
、種々のガスケットが提案されているが、近時は金属製
の板材から成る金属ガスケットが注目されている。例え
ば、金属製の基板に燃焼ガス等の圧力流、体が通過する
複数の孔を穿設し、例えば各々の孔の周囲の基板にビー
ドを形成して接合部材に対し高い面圧を確保し得るよう
にしたものが知られている。

そして、例えば実開昭５９−１８８９５５号公報に開示
されているように、上記金属ガスケットに対し、ビード
が締付力によって塑性変形しシール性が低下することを
回避すべく、ビードの凸設高さより薄い板から成る面圧
調整板をビード以外の部分に設けたものが提案されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］ 上記面圧調整板としては、ビードが圧縮変形してシール
部材として機能し得るように調整すると共に、自らシー
ル部材として機能し得るようにシール性を有する材買と
することが望ましく、組付性、厚さの管理、コスト等を
考慮すると、基板の孔の周縁部に金属環を接合するよう
に構成することが望ましい。

金属製の基板に対し金属環を接合する手段としては溶接
が最適であるが、内燃機関用金属ガスケットのように高
温、高圧の流体に晒される場合には熱膨張差等によって
接合部分が剥離しないようにすると共に両者間に空隙が
生じないように強固に接合する必要がある。しかし、例
えばスポット溶接によって接合すると各点溶接部間の間
隔が大きくなり、基板と金属環との間に空隙が生じ易く
、また十分な溶接強度を確保することは困難である。

ところで、近時のレーザ加工技術の進展に伴ない、レー
ザ溶接が活用され、これによれば加工歪が少なく高速で
溶接作業を行なうことができる。

特に繰返しパルスで駆動するＹＡＧレーザを用いた溶接
機は小型でその特性は上述の金属環を溶接するのに好適
である。これによれば高速で複数の点溶接部を形成する
ことができ、更に隣接する点溶接部を相互に重合させて
実質的に連続した溶接部を形成することもできるが、各
点溶接部は溶接速度、溶接強度等に鑑み適切な間隔で形
成する必要がある。

そこで、本発明は金属ガスケットの製造方法において、
金属製の基板に対し良好な生産性を確保すると共に適切
な溶接強度で金属環を溶接し得るようにすることを目的
とする。

［ｉ１！題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は金属製の基板に圧
力流体が通過する孔を穿設し、該孔の周縁部に金属環を
配置し、該金属環の全周に亘り複数の点溶接部を形成し
て前記基板に溶接する金属ガスケットの製造方法におい
て、前記複数の点溶接部の相互に隣接する点溶接部の中
心間の間隔を該点溶接部の各々の直径以下となるように
溶接することとしたものである。

上記製造方法においては、前記点溶接部の中心間の間隔
をＳとし、前記点溶接部の直径をｄとし、両者の比ｓ　
／　ｄをεとしたとき、０．４≦ε≦０．８の範囲の値
となるように溶接することが望ましい。

［作用］ 本発明の金属ガスケットの製造方法においては、先ず金
属製の基板に孔が穿設され、次に孔の周縁部に金属環が
配置される。そして、金属環が基板に溶接され金属環の
全周に亘り複数の点溶接部が形成される。このとき、相
互に隣接する点溶接部の中心間の間隔は、点溶接部の各
々の直径以下となるように溶接されるので、各点溶接部
が部分的に重合され実質的に連続した溶接部分が形成さ
れる。

［実施例〕 以下、本発明の金属ガスケットの製造方法の一実施例を
第１図乃至第３図を参照して説明する。

本発明の対象とする金属ガスケットとしては、例えば多
気箇内燃機間のシリンダヘッドとシリンダブロックとの
間に介装されるシリンダへラドガスケットが好適である
。

゛　先ず、弾性金属板、例えばステンレス鋼板がプレス
加工され、第１図及び第２図に示すように、基板１に燃
焼室孔２等が穿設されると共に、ビード３が形成される
。この基板！には同時に複数の冷却水孔（図示せず）及
び潤滑油孔（図示せず）等が穿設され、シリンダへラド
ガスケットの素材が形成される。尚、ビード３から燃焼
室孔２に至るまでの基板１には平面の開口端部１ａが形
成される０次に、ビード３の凸部側の開口端部１ａ上に
金属環、即ち環状の金属板の所謂シムリング４が配置さ
れる。このシムリング４はビード３の凸部の高さより薄
い例えばステンレス鋼板が別途プレス加工により環状に
打ち抜かれたもので、その内周は燃焼室孔２の周縁に一
致するように形成されている。そして、以下に詳述する
ように、レーザ溶接機によりシムリングがその全周に亘
り基板１に溶接される。

第３図はシムリング４を基板１に溶接する溶接工程を説
明するための図で、本実施例で用いるレーザ溶接機のテ
ーブル１１、押え台１２及びフォーカスヘッド１３を示
している。テーブル１１には燃焼室孔２に対応する開口
１１ａが形成されている。押え台１２はテーブル１１の
開口１１ａに嵌合するように形成され、その上端部に径
方向に突出する押え部１２ａが形成されている。本実施
例のレーザ溶接機はＹＡＧレーザを繰り返しパルス駆動
するもので、フォーカスヘッド１３によって高密度のレ
ーザパワーを集光すると、これを吸収した金属が急速に
加熱されて溶融状態となる。

これにより、接合する金属にはパルスに応じて複数の点
溶接部が形成される。

而して、先ず燃焼室孔２等を穿設した基板１をテーブル
１１に載置し、基板１の開口端部１ａにシムリング４を
その内周が燃焼室孔２の周縁に一致するように配置する
。次に、押え台１２の下部をテーブル１１の開口１１ａ
内に嵌合し、押え部１２ａをシムリング４の内縁部に当
接させ、シムリング４をテーブル１１と押え台１２との
間に挟持し、ボルト（図示せず）等によって両者を固定
する。そして、フォーカスヘッド１３に対しテーブル１
１をシムリング４の周上に沿って移動させながらシムリ
ング４にレーザ光線を照射し、シムリング４をその全周
に亘り基板１の開口端部１ａに溶接する。もちろん、テ
ーブル１１に対してフォーカスへラド１３を移動させる
こととしてもよく、要は被溶接物たる基板１及びシムリ
ング４とフォーカスヘッド１３とを相対的に移動させれ
ばよい。

上記シムリング４と基板１との溶接に関し、溶接部分を
拡大して示した第１図に明らかなように、基板１の溶接
部分は平面視略円形の点溶接部、所謂ナゲツト５が重合
し乍ら連続して形成されている。各ナゲツト５は、第２
図に断面を示すように、シムリング４の表面の直径りが
基板２の表面の直径ｄより大となっている。そして、各
ナゲツト５の中心間の距離が溶接間隔で、第１図にＳで
示している。この溶接間隔Ｓとナゲツト５の直径ｄとの
比ε（＝Ｓ／ｄ）によって、シムリング４と基板１との
間の溶接強度が変動する。即ち、溶接強度Ｆは０くε≦
１のとき下記（１）式のようになり、１くεのとき下記
（２）式のようになる。

ＦｃｃＣｔｒ下−ａ　　＋５１ｎ−’　　６）／２ｓ−
”（１）Ｆｏｃ　　π／４ε　　　　　　　　　　　・
・・（２）従って、εの値が小さい程溶接強度は大とな
るが、後述するようにεが０．４を下回ると然程の差は
生じない、これに対しεが０．８を超えると溶接強度の
低下が著しい、後者の場合のようにεに起因する溶接強
度の変化割合が大きいということは溶接条件の変動によ
りナゲツト５の直径ｄのバラツキが大となったときの影
響が大となることを意味するので、εの値は一定の範囲
内の値に管理する必要がある。

第４図の実線は上記の比εの値に対し、ε＝０のとき、
即ち溶接間隔が実質的に０で線状に溶接される連続溶接
と同様の状態のときの溶接強度を１　（１００％）とし
た場合において、εの増加に応じた溶接強度比を示した
もので、εが１を超えると溶接強度が大きく低下しεが
１．５で５０％近くにまで低下することになる。これに
対し、εが０．４を下回るときには９７％を超える溶接
強度比となる。そして、εが０．８となるまでの溶接強
度比の低下割合は然程大きくなく、εが０．８のとぎで
８８％の溶接強度比が確保される。

ところで、ナゲツト５の直径ｄは基板１とシムリング４
との間の必要溶接強度に基づいて定め得るが、溶接間隔
Ｓはレーザ溶接機の能力によってその下限値が定まる。

レーザー溶接機の能力を最大限に引き出すこととした場
合において、ε＝１のときの溶接速度を１として、εの
増加に伴なう溶接速度比を求めると、第４図中に破線で
示すようにεに略比例して増加する。また、溶接速度は
レーザ溶接機のランプ寿命を左右するものであるから、
溶接速度比が取りも直さずランプ寿命比に対応する（尚
、第４図には溶接速度比のみを示し、ランプ寿命比は同
様であるので省略した）。

＄４図から明らかなように、εが０．８を超えると溶接
速度比が８０％を超え良好な生産性が確保できるが、前
述のように溶接強度比の大幅な低下を惹起する。εが０
．４を下回ると籾には、εが０．４のとき既に溶接強度
比が１００％近くあってその増加割合は小さいにも拘ら
ず、溶接速度比は４０％以下と低くなり、生産性に問題
が残る。

また、溶接部の単位面積当りに供給される熱エネルギー
はεに反比例するので、εを小さくし過ぎると線状の連
続溶接の場合と同様金属ガスケットの反りの発生等の別
の問題も生ずる。

而して、一定の生産性を確保しつつ適切な溶接強度を確
保するεの範囲としては、１以下とすることが必要であ
り、第４図に上下限値を一点鎖線で示したように０．４
≦ε≦０．８の範囲が望ましく、これにより４０％乃至
８０％の生産性で、８８％乃至９７％の溶接強度が得ら
れる。

尚、上記のように製造された金属ガスケットが内燃機関
に装着され締結力が加えられると、先ず第２図に示すビ
ード３の凸部がシリンダブロックの接合面に当接し、ビ
ード３の高さはシムリング４の厚さより大であるためビ
ード３が変形する。

そして、シムリング４及び基板１がシリンダブロック及
びシリンダヘッド間に緊締されると、ビード３の変形は
それ以上進むことなくその弾性復元力を以って両者と密
着することとなる。しかもシムリング４は上述のように
レーザ溶接により適切な溶接強度で基板１に接合されて
いるので、安定・したシール性が確保されると共に、接
合部の剥離が阻止される。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されているので、以下に記載
する効果を奏する。

即ち、本発明の金属ガスケットの製造方法によれば、金
属環を金属製の基板に溶接するに際し、相互に隣接する
点溶接部の中心間の間隔を、点溶接部の各々の直径以下
となるように溶接することとしているので、良好な生産
性を維持しつつ適切な溶接強度を確保することができる
。

特に点溶接部間の間隔Ｓと点溶接部の直径ｄとの比εを
０．４≦ε≦０．８の範囲の値で溶接することとした場
合には、少くとも生産性と溶接強度の両面から最適な溶
接条件となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る製造方法によって製造
する金属ガスケットの一部の平面図′、第２図は同、金
属ガスケットの一部の断面図、３４３図は同、基板に金
属環を溶接するときの状態を示す断面図、第４図は本発
明の一実施例における金属環の適切な溶接条件を設定す
るための特性図である。 １・・・基板、　　１ａ・・・開口端部、　　　２−・
・燃焼室孔。 ３・・・ビード、　　　４−・・シムリング（金属環）
。 ５・・・ナゲツト（点溶接部）、　　１１・・・テーブ
ル。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属製の基板に圧力流体が通過する孔を穿設し、
   該孔の周縁部に金属環を配置し、該金属環の全周に亘り
   複数の点溶接部を形成して前記基板に溶接する金属ガス
   ケットの製造方法において、前記複数の点溶接部の相互
   に隣接する点溶接部の中心間の間隔を該点溶接部の各々
   の直径以下となるように溶接すること特徴とする金属ガ
   スケットの製造方法。（２）前記点溶接部の中心間の間
   隔をｓとし、前記点溶接部の直径をｄとし、両者の比ｓ
   ／ｄをεとしたとき、０．４≦ε≦０．８の範囲の値と
   なるように溶接することを特徴とする請求項１記載の金
   属ガスケットの製造方法。