JPH11241770A - 金属ガスケット材と金属ガスケット及びこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高い精度と密封性能を有する金属ガスケット材
とこれを用いた金属ガスケット等を提供する。 【解決手段】ステンレス鋼等からなる金属シート１と、
このシート１の一方の表面に一体に積層したアルミニウ
ムの薄層２とを有するクラッド層４と、このクラッド層
４に設けた貫通孔５とを有し、この貫通孔５の周縁にお
ける上記アルミニウムの薄層２に上記貫通孔５の周方向
に沿って上記金属シート１と反対側に盛り上がるリング
状の隆起部３が形成されている金属ガスケット材６。ま
た、この隆起部３へのレーザ溶接等により更に別の金属
シート８を上記金属シート１と平行に配置し、上記別の
金属シート８にも上記貫通孔５と連通する透孔９が穿設
されている金属ガスケット１０も含まれると共に、これ
らの製造方法も提案する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば車両用エン
ジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間のよう
な高温・高圧のガスをシリンダ内に密封するのに用いら
れる金属ガスケットと、これに用いる金属ガスケット材
及びこれらの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのシリンダブロックとシリンダ
ヘッドとの間には、図６(Ａ)に示すような断面の金属ガ
スケット１２が介在している。このガスケット１２は、
図示で上下一対のステンレス鋼の薄いシート１３，１４
と、これらの間にレーザ溶接Ｗにより溶着される円形の
薄いリング１５とからなる。このリング１５と上記各シ
ート１３，１４をそれぞれ貫通する透孔１８は、図示し
ないシリンダの一部を形成する。尚、上記リング１５
は、変形し易い純アルミニウム又はアルミニウム合金
(以下、単にアルミニウムと称する)から形成されてい
る。上記金属ガスケット１２は、上記シート１３，１４
に孔明け加工を行い、且つアルミニウム薄板を円環状に
加工してリング１５を成形すると共に、このリング１５
に対し上記シート１３，１４とそれぞれレーザ溶接Ｗを
行う必要があるため、多くの加工工程を必要とすると共
に、そのためのコストが嵩む問題がある。

【０００３】このために、図６(Ｂ′)に示すような金属
ガスケット材２０を用いる方法も行われている。先ず、
図６(Ｂ)に示すように、一方のステンレス鋼のシート１
４に対し、アルミニウムの薄層１６をクラッド圧延して
一体に積層する。次に、図６(Ｂ′)に示すように、シリ
ンダの内径と同じ貫通孔１７を打ち抜き加工で形成す
る。更に、上記薄層１６に対し、貫通孔１７の周囲の薄
層１６を幅数mmマスキングにより除いて、水酸化ナトリ
ウムを用いるエッチング加工を施す。その結果、図示の
ように円形の薄いリング１５が形成された金属ガスケッ
ト材２０が得られる。係るガスケット材２０にステンレ
ス鋼のシート１３を上記同様にレーザ溶接Ｗすることに
よっても、上記金属ガスケット１２を得ることができ
る。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】しかし、このガスケット材２
０を用いる方法は、クラッド圧延して前記打ち抜き加工
を行うと共に、その後のエッチング加工は加工精度がバ
ラ附き易く且つ時間を要するため、全工程数、加工コス
ト、及び加工時間が嵩むという問題がある。本発明は、
高精度で確実な密封特性を発揮し得る金属ガスケットと
これに用いる金属ガスケット材を提供すると共に、それ
らの加工工程とそのコストを低減し得る金属ガスケット
材等の製造方法を提案することを課題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するため、従来のような専用のアルミニウム製リング
を用いたりアルミニウムの薄層のみを特殊加工したりせ
ず、ステンレス鋼等とアルミニウムとのクラッド材を用
いて、これを打ち抜き加工する際に同時に前記リング相
当部分を得ることに着想して成されたものである。即
ち、本発明の金属ガスケット材は、ステンレス鋼等から
なる金属シートと、このシートの一方の表面に一体に積
層したアルミニウムの薄層とを有するクラッド層と、こ
のクラッド層に設けた単数又は複数の貫通孔とを有する
と共に、上記貫通孔の周縁における上記アルミニウムの
薄層に該貫通孔の周方向に沿って上記金属シートと反対
側に盛り上がるリング状の隆起部が形成されている、こ
とを特徴とする。尚、上記を含めて本発明におけるアル
ミニウムには、純アルミニウムとアルミニウム合金との
双方を含むものとする。

【０００６】この金属ガスケット材によれば、アルミニ
ウムの薄層と一体のリング状の隆起部が、従来のリング
の作用を担うと共に、強固で高い密封性能を与えられ、
高温・高圧のガス等に充分耐える金属ガスケットを得る
ことを可能とする。しかも、貫通孔以外では上記金属シ
ートとアルミニウムの薄層とが一体のクラッド層になっ
ているので、薄い金属シートを使用でき、且つ軽量化も
図ることができる。また、前記アルミニウムの薄層が厚
さ１０μｍ以上であり、且つ前記隆起部の高さが２μｍ
以上である、金属ガスケット材も含まれる。これによれ
ば、上記隆起部がシール性能を確実に発揮することがで
き、優れた金属ガスケットとすることができる。

【０００７】尚、上記アルミニウムの薄層を厚さ１０μ
ｍ以上としたのは、これより薄いと高さ２μｍ以上の上
記隆起部が得られにくいためである。上記隆起部の高さ
は望ましくは３μｍ以上であり、これを得るために必要
となるアルミニウムの薄層の厚さは１５μｍ以上であ
る。更に、本発明の金属ガスケットは、以上の金属ガス
ケット材に対し、そのリング状の隆起部にステンレス鋼
等からなる別の金属シートを溶接付けして前記金属シー
トと平行に配置すると共に、且つ上記別の金属シートに
前記貫通孔に連通する透孔が穿設されている、ことを特
徴とする。この金属ガスケットによれば、強固で高い密
封性能を有し、高温・高圧のガス等に充分耐えることが
できる。

【０００８】一方、本発明の金属ガスケット材の製造方
法は、ステンレス鋼等からなる金属シートの一方の表面
にアルミニウムの薄層を一体に積層してクラッド層を形
成するクラッド工程と、上記クラッド層を５００℃以下
の温度に加熱・保持する焼鈍工程と、焼鈍されたクラッ
ド層に対し打ち抜き加工を行い単数又は複数の貫通孔を
形成し、同時にこの貫通孔の周縁にその周方向に沿って
上記アルミニウムの薄層をリング状に盛り上げた隆起部
を上記金属シートの反対側に形成する成形工程と、を含
むことを特徴とする。この製造方法によれば、少ない工
程によって強固で精度の良い金属ガスケット材を正確で
確実に提供できると共に、加工コストも低減することが
可能となる。尚、上記クラッド層の焼鈍温度を５００℃
以下としたのは、これを越えるとアルミニウムの薄層が
過剰に軟化し、次の成形工程で形成する隆起部の精度が
低下するためである。

【０００９】また、前記焼鈍工程の温度が２００℃〜４
００℃の範囲内にあり、及び／又は、前記成形工程に用
いる打ち抜き加工におけるクリアランスが５％以下であ
る、金属ガスケット材の製造方法も含まれる。これによ
れば、高さが３μｍ以上、少なくとも２μｍ以上の隆起
部を確実に形成させることができる。尚、上記焼鈍温度
が２００℃未満では隆起部が高さ２μｍ以上になりにく
く、４００℃超では隆起部の高さがバラ付き易くなるた
め除かれている。一方、上記クリアランスが５％を越え
ると隆起部が高さ２μｍ以上になりにくいので除外し
た。望ましいクリアランスは１.５％以下である。従っ
て、上記焼鈍温度とクリアランスの双方の範囲を満たす
と高さ２μｍ以上の隆起部を確実に形成することができ
る。尚、クリアランスはポンチとダイスとの隙間であ
り、クリアランスの「％」表示は、打ち抜かれる被剪断材
(金属シートとアルミニウムの薄層)の板厚に対する上記
隙間(片側)の割合を示す。

【００１０】更に、本発明金属ガスケットの製造方法
は、以上の製造方法における各工程を含むと共に、前記
成形工程の後において、該成形工程で得られた金属ガス
ケット材に対し、そのリング状の隆起部にステンレス鋼
等からなり且つ前記貫通孔と連通する透孔を有する別の
金属シートを溶接付けして前記金属シートと平行に配置
する溶接工程を、含むことを特徴とする。これにより、
少ない工程によって高い密封性能を有する金属ガスケッ
トを確実に提供できると共に、加工コストも低減するこ
とが可能となる。尚、本発明の金属ガスケット材は、上
記のように金属ガスケットの主要部となるが、金属ガス
ケットとして単独に用いることも可能である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下において本発明の実施に好適
な形態を図面と共に説明する。図１は本発明の金属ガス
ケット材６を得るための製造工程を示す。先ず、図１
(Ａ)に示すように、板厚約０.１mm〜０.５mmのステンレ
ス鋼等からなる比較的硬質の金属シート１と、厚さ１０
μｍ超〜約５０μｍの例えばJIS;Ａ１０７０等の柔らか
な純アルミニウムの薄層２を用意する。次に、上記金属
シート１とアルミニウムの薄層２とを積層して、図示し
ない一対の平ロール間に通すクラッド圧延を行う(クラ
ッド工程)。この圧延時における圧下率は、４％〜１０
％の範囲が望ましい。圧下率が４％未満ではシート１と
薄層２との圧着不足が生じ得るためであり、１０％超で
は薄層２が所望の厚さより薄くなり得るからである。

【００１２】その結果、図１(Ｂ)に示すように、上記シ
ート１と薄層２とが互いに圧着され一体に積層されたク
ラッド層４が得られる。このクラッド層４におけるアル
ミニウムの薄層２の厚さは、後述する隆起部３を所定高
さ以上にして得るため、少なくとも１０μｍ以上である
ことが望ましい。更に、このクラッド層４を５００℃以
下に加熱・保持する焼鈍工程を行う。この焼鈍は、クラ
ッド層４におけるアルミニウムの薄層２内における上記
クラッド圧延による加工歪みを除去し、且つその軟化を
図るために行われる。係る薄層２の軟化によって、次に
行う打ち抜き加工により所望高さの隆起部を形成し易く
することができる。尚、後述する実施例に示すように、
この焼鈍は本発明の金属ガスケット材６を得るには、必
ずしも必須ではないが、精度良く且つ確実に製造するた
めに施されるものである。

【００１３】次いで、上記焼鈍されたクラッド層４に対
し打ち抜き加工を行い、ガス等の圧力流体が通るための
貫通孔を形成する(成形工程)。具体的には、クラッド層
４を図示しないダイス上に載置して拘束し、且つポンチ
をスライドさせてダイスの孔内に挿入して戻す。この打
ち抜き加工時のクリアランス(片側)は、クラッド層４の
厚さの８％以下、望ましくは５％以下である。尚、ポン
チはクラッド層４の何れの表面側からスライドさせても
良い。その結果、図１(Ｃ)に示すように、所望形状とサ
イズの貫通孔５が形成されると同時に、この貫通孔５の
周縁におけるアルミニウムの薄層２側には、貫通孔５の
周方向に沿って金属シート１と反対側に盛り上がるリン
グ状の隆起部３が形成された金属ガスケット材６を得る
ことができる。

【００１４】上記隆起部３の高さは、２μｍ以上、望ま
しくは３μｍ以上であることが求められる。このため、
前記焼鈍により薄層２を軟化すると共に、上記クリアラ
ンスを小さくして、ポンチの往復スライドに伴いその表
面に薄層２のアルミニウムが引っ張られることにより、
上記高さの隆起部３を成形することが可能となる。尚、
ポンチのスライド速度は、上記隆起部３を成形し易くす
るため、比較的遅いほうが望ましく、毎秒約１０mm〜１
００mm程度の範囲内で適宜選定される。このような金属
ガスケット材６は、その隆起部３がクラッド層４におけ
る薄層２自体によってその一部として形成されているた
め、従来のように別体のリングを用いず且つ強固で高い
密封性能を発揮することができる。

【００１５】また、金属ガスケット材６は、貫通孔５以
外の部分が金属シート１と薄層２とが一体のクラッド層
４からなるので、金属シート１を薄くして全体の軽量化
を図ることもできる。尚、貫通孔５は、用途に応じて単
数又は複数個が直列パターン等で、或いは内径や形状の
異なるものがガスケット材６に適宜併設される。最後
に、図２に示すように、上記金属ガスケット材６に対
し、その隆起部３にステンレス鋼等からなる硬質の別の
金属シート８が溶接付けＷされ、金属ガスケット１０が
得られる。上記金属シート８には、予め透孔９が穿設さ
れ、上記溶接Ｗにより上記貫通孔５と連通する。

【００１６】尚、上記溶接Ｗには、隆起部３の頂部にお
けるアルミニウム自体を溶融させるレーザ溶接、超音波
溶接、又は電子ビーム溶接が用いられる。また、金属ガ
スケット１０の図示しない周縁における薄層２と上記別
の金属シート８との間には、別のスぺーサが固着され
る。係る金属ガスケット１０は、両面に硬質の一対の金
属シート１，８が配置され、その間にアルミニウムの薄
層２及びその一部である軟質の隆起部３が介在すると共
に、貫通孔５と透孔９は上記隆起部３を介して互いに連
通しているので、２つの部品間において締付けられると
上記隆起部３が変形してなじむ。しかも、硬質の各金属
シート１，８が全体の形状を保ち、且つ大きな締付力に
耐えることができるので、高い密封性能と耐久性を発揮
することができる。

【００１７】

【実施例】以下において、本発明の具体的な実施例を説
明する。先ず、ステンレス鋼(ＳＵＳ３０１Ｓ)からなる
板厚０．２mmの金属シート１と、純アルミニウム(Ａ１
０７０)からなる５種類の厚さの薄層２とを個別に積層
して、圧下率６％によりクラッド圧延を行い金属シート
１とアルミニウムの薄層２が一体になったクラッド層４
を複数枚得た。このクラッド層４における上記薄層２の
厚さは、６μｍ、１０μｍ、１５μｍ、３０μｍ、及び
５０μｍであった。次に、これらの一部はそのままと
し、残りのクラッド層４を２分し、各グループに対して
２００℃×２分間と、４００℃×２分間の焼鈍を個別に
施した。

【００１８】更に、全てのクラッド層４に対し、ポンチ
とダイスを用い、クリアランスが８％、５％、１.５％
の何れかによる打ち抜き加工を行った。これにより得ら
れた貫通孔５を有する各金属ガスケット材６について、
形成されたそれぞれの隆起部３の高さをレーザ顕微鏡に
よって測定した。そして、横軸をアルミニウムの薄層２
の厚さ、縦軸を隆起部３の高さとして、焼鈍しなかった
金属ガスケット材６を図３のグラフに、２００℃の焼鈍
を施した金属ガスケット材６を図４のグラフに、且つ４
００℃の焼鈍を施した金属ガスケット材６を図５のグラ
フにそれぞれ示した。

【００１９】図３のグラフ(未焼鈍)では、クリアランス
が８％のものは、アルミニウムの薄層２の厚さに関わら
ず全く隆起部３が形成されず、クリアランス５％では薄
層２が厚さ５０μｍで隆起部３の高さが２μｍを越え、
クリアランス１．５％では薄層２が厚さ３０μｍ以上で
隆起部３の高さが２μｍを越えていた。また、図４のグ
ラフ(焼鈍２００℃)では、クリアランスが８％のものは
全く隆起部３が形成されず、クリアランス５％では薄層
２の厚さが５０μｍで隆起部３の高さが約４μｍにな
り、クリアランス１．５％では薄層２の厚さが１５μｍ
以上で隆起部３の高さが２μｍであるかこれを越えてい
た。

【００２０】更に、図５のグラフ(焼鈍４００℃)では、
クリアランス８％でも薄層２の厚さが３０μｍ以上では
隆起部３の高さが２μｍを越え、クリアランス５％及び
１.５％では薄層２の厚さが１５μｍで既に隆起部３が
高さ２μｍを越えていた。これらの結果から、焼鈍温度
が高い程、且つアルミニウムの薄層２が厚い程、更にク
リアランスが小さい程、隆起部３が高く形成される傾向
が理解される。これは、高い焼鈍温度により薄層２が適
度に軟化すると共に、クリアランスを小さくすることに
より、前記打ち抜き加工時に薄層２のアルミニウムがポ
ンチの表面に引っ張られて塑性変形し、隆起部３を形成
がされ易かったものと思われる。また、薄層２の厚さも
厚くなるに連れて、上記の作用が助長されたものと思わ
れる。これにより本発明の金属ガスケット材の製造方法
の効果が裏付けられる。

【００２１】従って、隆起部３を２μｍ以上の高さにす
るには、未焼鈍では薄層２を５０μｍ以上で且つクリア
ランスを５％以下にするか、或いは薄層２を３０μｍ以
上とし、且つクリアランスを１.５％以下にする。また、
２００℃の焼鈍の場合は薄層２を５０μｍ以上で且つク
リアランスを５％以下にするか、或いは薄層２を３０μ
ｍ以上とし、且つクリアランスを１.５％以下にする。更
に、４００℃の焼鈍の場合は薄層２を３０μｍ以上にす
るか、或いは薄層２を１５μｍ以上とし且つクリアラン
スを５％以下にすることが必要である。尚、隆起部３の
高さを３μｍ以上の望ましいものにするには、未焼鈍で
は薄層２を５０μｍ以上で且つクリアランスを１．５％
以下に、２００℃の焼鈍では薄層２を５０μｍ以上で且
つクリアランスを５％以下に、また、４００℃の焼鈍で
は薄層２を５０μｍ以上にするか、薄層２を３０μｍ以
上で且つクリアランスを５％以下にすることが必要であ
る。

【００２２】本発明は以上において説明した形態や実施
例に限定されるものではない。金属シートには前記のほ
か、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１０、又はＳＵＳ３１０Ｓ
や、低合金鋼、バネ鋼、或いは高張力鋼等の材質を適用す
ることもできる。また、前記薄層のアルミニウムには、
前記と同様の純アルミニウム又は純アルミニウム系の展
伸用合金が望ましいが、Ａｌ−Ｃｕ系、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａ
ｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｍｇ系、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系、及び
Ａｌ−Ｚｎ系に属する各種の展伸用アルミニウム合金を
適用することも可能である。更に、貫通孔は円形の他、
楕円形や長円形、或いは変形円弧形状等用途に応じて各
種の形状にでき、隆起部もこれらに応じたリング形状に
することもできる。また、金属ガスケット(材)の用途
も、前記エンジンのシリンダブロックと同ヘッドの間の
ほか、高圧・高温の液体やガスを送給する配管同士の間
や高圧バルブの連結部、各種ポンプの連結部、油圧・空
気圧等の配管系等も含まれる。

【００２３】

【発明の効果】以上において説明した本発明の金属ガス
ケット材と金属ガスケットによれば、強固で且つ高く安
定した密封性能を発揮すると共に、軽量化にも寄与でき
る。また、本発明の製造方法によれば、上記金属ガスケ
ット材と金属ガスケットを少ない工程で、精度良く確実
に製造できると共に、加工コストを低減し安価に提供す
ることが可能となる。特に、請求項５の製造方法によれ
ば、上記金属ガスケット材を一層正確且つ確実に製造す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(Ａ)乃至(Ｃ)は本発明の金属ガスケット材の各
製造工程を示す部分断面図。

【図２】本発明の金属ガスケットを示す部分断面図。

【図３】未焼鈍の金属ガスケット材における薄層の厚さ
とクリアランスと隆起部の高さとの関係を示すグラフ。

【図４】焼鈍(２００℃)した金属ガスケット材における
薄層の厚さとクリアランスと隆起部の高さとの関係を示
すグラフ。

【図５】焼鈍(４００℃)した金属ガスケット材における
薄層の厚さとクリアランスと隆起部の高さとの関係を示
すグラフ。

【図６】(Ａ)は従来の金属ガスケットを示す部分断面
図、(Ｂ)と(Ｂ′)は従来の金属ガスケット材の各製造工
程を示す部分断面図。

【符号の説明】

１……金属シート ２……薄層 ３……隆起部 ４……クラッド層 ５……貫通孔 ６……金属ガスケット材 ８……別の金属シート ９……透孔 １０…金属ガスケット Ｗ……溶接

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステンレス鋼等からなる金属シートと、こ
   のシートの一方の表面に一体に積層したアルミニウムの
   薄層とを有するクラッド層と、このクラッド層に設けた
   単数又は複数の貫通孔とを有すると共に、 上記貫通孔の周縁における上記アルミニウムの薄層に該
   貫通孔の周方向に沿って上記金属シートと反対側に盛り
   上がるリング状の隆起部が形成されている、ことを特徴
   とする金属ガスケット材。
2. 【請求項２】前記アルミニウムの薄層が厚さ１０μｍ以
   上であり、且つ前記隆起部の高さが２μｍ以上である、 ことを特徴とする請求項１に記載の金属ガスケット材。
3. 【請求項３】請求項１又は２に記載の金属ガスケット材
   に対し、そのリング状の隆起部にステンレス鋼等からな
   る別の金属シートを溶接付けして前記金属シートと平行
   に配置すると共に、且つ上記別の金属シートに前記貫通
   孔に連通する透孔が穿設されている、ことを特徴とする
   金属ガスケット。
4. 【請求項４】ステンレス鋼等からなる金属シートの一方
   の表面にアルミニウムの薄層を一体に積層してクラッド
   層を形成するクラッド工程と、 上記クラッド層を５００℃以下の温度に加熱・保持する
   焼鈍工程と、 焼鈍されたクラッド層に対し打ち抜き加工を行い単数又
   は複数の貫通孔を形成し、同時にこの貫通孔の周縁にそ
   の周方向に沿って上記アルミニウムの薄層をリング状に
   盛り上げた隆起部を上記金属シートの反対側に形成する
   成形工程と、 を含むことを特徴とする金属ガスケット材の製造方法。
5. 【請求項５】前記焼鈍工程の温度が２００℃〜４００℃
   の範囲内にあり、及び／又は、前記成形工程に用いる打
   ち抜き加工におけるクリアランスが５％以下である、こ
   とを特徴とする請求項４に記載の金属ガスケット材の製
   造方法。
6. 【請求項６】請求項４又は５に記載の金属ガスケット材
   の製造方法における各工程を含むと共に、前記成形工程
   の後において、該成形工程で得られた金属ガスケット材
   に対し、そのリング状の隆起部にステンレス鋼等からな
   り且つ前記貫通孔と連通する透孔を有する別の金属シー
   トを溶接付けして前記金属シートと平行に配置する溶接
   工程を、含むことを特徴とする金属ガスケットの製造方
   法。