JP6462695B2

JP6462695B2 - 金属ガスケット

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Publication number: JP6462695B2
Application number: JP2016540136A
Authority: JP
Inventors: 健渡邉; 功丹治; 真哉中岡
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2015-07-15
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-07-15
Also published as: CN106662249A; US20170227127A1; WO2016021380A1; JPWO2016021380A1; CN106662249B; US9885418B2

Description

本発明は、シール技術に係る金属ガスケットに関する。本発明の金属ガスケットは例えば、自動車関連の分野で用いられ、またはその他の分野で用いられる。

従来から平板状の金属ガスケットにおいては、その平面上にシールビードを成形し、ボルト締結時にシールビードを圧縮することによって内圧および外側からの水等をシールしている。シールビードを成形することによってシール部を線接触とし、シール面圧を増大させるほかに、シール部を相手面平面度に追随させるためにもシールビードは必要である。

ところで近年、自動車等車両の燃費向上のため、エンジンや補機類、ＥＶ（電気自動車）、ＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）用のインバータ等のフランジにおいて、その小型化・軽量化が必須となっている。これに伴いフランジは厚みが低減され、フランジは低剛性化されている。そのため、これらのフランジに装着される金属ガスケットの分野においても、低剛性化に対応可能なガスケットを提供することが求められている。

しかしながら、フランジが低剛性であるため、ボルト締結時に相手側のフランジが変形（ガスケットを組み込まなくてもフランジは変形）し、シールビード圧縮量が不足し、シール性が得られない場合がある。

また、上記に加え、ボルト間距離（締結ボルト間の距離）が長くなるほどフランジの変形量が大きくなるため、シールビード圧縮量が不足し、シール性が得られない場合がある。

一方、ボルト等の締結部材と金属ガスケットとのシール性に関する先行技術として、以下の特許文献１〜３に掲載された発明がある。

特開昭６２−１５５３７５号公報特開昭５９−１８８３５１号公報特開平８−９３９１８号公報

さらに、上記に加え、シール面の幅狭化の対応要求もあり、ボルト穴近傍にシールビードを付与するスペースが存在しない場合がある。

しかしながら、上記の特許文献１〜３に掲載された発明はいずれもシール面の幅狭化の対応要求に応えることができない。

すなわち、特許文献１掲載の発明では、図１０に示すように、ボルト穴５１とシールビード５２が平面上ずれた位置に配置されているため、シール面幅狭化の要求に応えることができない。
特許文献２掲載の発明では、図１１に示すように、ボルト穴５１の大きさ（径ｄ）はガスケットの仕様如何にかかわらず略一定とされている。しかしながら、このボルト穴５１の大きさ（径ｄ）に対しシールビード５２の最大幅Ｗ_１が、ｄ＜Ｗ_１の関係とされているため、シール面幅狭化の要求に応えることができない。
特許文献３掲載の発明では、図１２に示すように同じく、ボルト穴５１の大きさ（径ｄ）はガスケットの仕様如何にかかわらず略一定とされている。しかしながら、このボルト穴５１の大きさ（径ｄ）に対しシールビード５２の最大幅Ｗ_１が、ｄ＜Ｗ_１の関係とされているため、シール面幅狭化の要求に応えることができない。

本発明は以上の点に鑑みて、低剛性フランジであっても、ボルト等の締結部材間距離が長くてもシール性が良く、しかもシール面幅狭化の要求に応えることができる金属ガスケットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の請求項１による金属ガスケットは、複数のボルト穴を備える平板状の金属ガスケットであって、
互いに隣り合うボルト穴間にシールビードが設けられ、
前記シールビードの一端は一方のボルト穴に連続するとともに他端は他方のボルト穴に連続し、
前記シールビードは、ボルト穴間中央部で幅が最も狭く、前記ボルト穴間中央部から前記ボルト穴へかけて幅が徐々に拡大する徐変形状とされ、
前記ボルト穴に差し込む締結ボルトの頭部座面の径をＤ、前記ボルト穴の径をｄ、前記シールビードの最大幅をＷ_１として、
Ｄ＞ｄ＝Ｗ_１・・・・（ａ）式
の関係を充足し、
前記シールビードは、傾斜面部を備えるハーフビードであり、
前記傾斜面部と前記ボルト穴が互いに平面上重なる位置に設けられていることを特徴とする。

また、本発明の請求項２による金属ガスケットは、複数のボルト穴を備える平板状の金属ガスケットであって、
互いに隣り合うボルト穴間にシールビードが設けられ、
前記シールビードの一端は一方のボルト穴に連続するとともに他端は他方のボルト穴に連続し、
前記シールビードは、ボルト穴間中央部で幅が最も狭く、前記ボルト穴間中央部から前記ボルト穴へかけて幅が徐々に拡大する徐変形状とされ、
前記ボルト穴に差し込む締結ボルトの頭部座面の径をＤ、前記ボルト穴の径をｄ、前記シールビードの最大幅をＷ _１として、
Ｄ＞ｄ＝Ｗ _１・・・・（ａ）式
の関係を充足し、
前記シールビードは、断面円弧状の曲面部を備えるフルビードであり、
前記断面円弧状の曲面部と前記ボルト穴が互いに平面上重なる位置に設けられていることを特徴とする。

更にまた、本発明の請求項３による金属ガスケットは、上記した請求項１または２記載の金属ガスケットにおいて、当該金属ガスケットは、金属板よりなるガスケット、または金属板の厚み方向両面または片面にゴム状弾性体を被着したガスケットであることを特徴とする。

上記構成を備える本発明の金属ガスケットにおいては、互いに隣り合うボルト穴間にシールビードが設けられ、このシールビードがその一端で一方のボルト穴に連続するとともに他端で他方のボルト穴に連続し、またボルト穴間中央部で幅が最も狭く、ボルト穴間中央部からボルト穴へかけて幅が徐々に拡大する徐変形状とされているため、このシールビードは、ボルト穴間中央部で最も変形しにくく、ボルト穴間中央部からボルト穴へかけて徐々に変形しやすい形状とされている。したがって、変形しにくいボルト穴間中央部においてボルト締め付け時に比較的大きなシール面圧が発生する。

また、シールビードの一端が一方のボルト穴に連続するとともに他端が他方のボルト穴に連続し、そのうえで、上記（ａ）式の関係が設定されているため、シールビードはその一端が締結ボルトの頭部座面の直下位置に配置され、この一端のシールビードはボルト締め付け時に締結ボルトの頭部座面によって直接締め付けられ、平坦化される。平坦化される部位は、強く締め付けられるので、大きな反発力が発生し、これに伴って大きなシール面圧が発生する。したがって、直下位置以外の部位に形成されるシールビードの線接触ラインがこの平坦化される部位に直接繋げられるため、互いに隣り合うボルト穴間において途切れることのないシールラインを形成することが可能とされる。

シールビードとしては、傾斜面部を備えるハーフビードとされることがある。この場合には、傾斜面部とボルト穴が互いに平面上重なる位置に配置される。また、シールビードは、断面円弧状の曲面部を備えるフルビードとされることがある。この場合には、断面円弧状の曲面部とボルト穴が互いに平面上重なる位置に配置される。したがって本発明の金属ガスケットは、これらの傾斜面部や断面円弧状の曲面部がボルト穴の周縁部厚み面に現れる特殊な構造とされる。

本発明の金属ガスケットには、金属板よりなるガスケット、または金属板の厚み方向両面または片面にゴム状弾性体を被着したガスケット（金属板およびこれに被着されたゴム状弾性体よりなるガスケット）が含まれる。後者の、金属板の厚み方向両面または片面にゴム状弾性体を被着したガスケットには、組み付け性（ユーザーにおける生産性コスト）やメンテナンス性に優れる特徴がある。

本発明は、以下の効果を奏する。

すなわち本発明においては以上説明したように、変形しにくいシールビードのボルト穴間中央部においてボルト締め付け時に比較的大きなシール面圧が発生するため、ボルト間距離が長くても必要なシール面圧がシールビード全長に亙って確保される。

また、締結ボルトの頭部座面の直下位置以外の部位に形成されるシールビードの線接触ラインが締結ボルトの頭部座面の直下位置で平坦化される部位に直接繋げられるため、途切れることのないシールラインが形成される。したがって従来技術（図１１，図１２）のようにボルト穴周りにシールビードを設けなくても済むため、シール面の幅狭化の要求に応えることができる。

本発明の実施例に係る金属ガスケットの平面図同金属ガスケットの要部拡大断面図であって、（Ａ）は図１におけるＡ−Ａ線拡大断面図、（Ｂ）は図１におけるＢ−Ｂ線拡大断面図、（Ｃ）は図１におけるＣ−Ｃ線拡大断面図同金属ガスケットの装着状態を示す要部断面図であって、（Ａ）はボルト穴を設けた部位における断面図、（Ｂ）はボルト穴間中央部における断面図同金属ガスケットにおける寸法の大小関係を示す説明図同金属ガスケットにおけるシールラインの形成状態を示す説明図本発明の他の実施例に係る金属ガスケットの装着状態を示す要部断面図であって、（Ａ）はボルト穴を設けた部位における断面図、（Ｂ）はボルト穴間中央部における断面図ハーフビードとフルビードにおけるビード圧縮量と線圧の関係を示すグラフ図本発明の他の実施例に係る金属ガスケットの一部平面図本発明の実施例に係る金属ガスケットの積層構造を示す説明図従来例に係る金属ガスケットの平面図他の従来例に係る金属ガスケットの平面図他の従来例に係る金属ガスケットの平面図

本発明には、以下の実施形態が含まれる。
（１）本発明は、金属ガスケットに係り、更に詳しくは、低剛性フランジ対応の、ボルト穴落とし込み徐変シールビードを備える金属ガスケットに関する。

（２）構成
（２−１）低剛性フランジに対し、金属ガスケットのボルト穴へ徐変された幅広シールビード（シールビード立ち上がり部）をボルト穴径ｄに落とし込み、ボルト間中央部のシールビード圧縮量を増加することが可能となる金属ガスケット。
（２−２）ボルト穴ｄへ落とし込む幅広シールビードの幅Ｗ_１は、必然的にボルト穴径ｄ以下であり、そのシールビード形状を特徴とする金属ガスケット。
（２−３）幅広シールビードの幅Ｗ_１がボルト座面直径Ｄ以下（Ｄ＞ｄ≧Ｗ_１）となることで、ボルト座面高さのフランジ剛性アップの付与を得て、ボルト直下部のシールビード完全圧縮（平面接触）によるシール性成立をねらう。
（２−４）シールビード幅広とすることで、ボルト直下部の軸力損失低減をねらう（軸力損失低減分でボルト間中央部のビード圧縮量増加をねらう・・・設計思想は徐変シールビードと同じ。ｄ≧Ｗ_１＞Ｗ_２）。
（２−５）金属板としては例えば、ステンレス、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム合板とする。ゴム状弾性体としては例えば、ニトリルゴム、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、アクリルゴム、シリコンゴムのうちの少なくとも一種を含む合成ゴムシート（発泡ゴム含む）とする。
（２−６）ハーフビード、フルビード、いずれも金属ガスケットのボルト穴へ徐変された幅広シールビード（シールビード立ち上がり部）を金属ガスケットのボルト穴径ｄに落とす形状（ｄ≧Ｗ_１＞Ｗ_２）。
（２−７）シールビード接触ラインをボルト直下に平面接触する部分に繋げることで、シールラインを途切れないようにする。

（３）効果
（３−１）シール製品の幅狭化が可能となり、フランジ軽量化（＝燃費向上）が可能となる。
（３−２）低剛性フランジ対応として、ボルト間中央部（シール弱点箇所）のシールビード圧縮量の増加が可能となる。
（３−３）ボルト直下部にシールビードを通す設計スペースがない場合に適用することができる。

つぎに本発明の実施例を図面にしたがって説明する。

図１および図２は、本発明の実施例に係る金属ガスケット１を示している。当該実施例に係る金属ガスケット１は、自動車等車両におけるエンジンもしくは補機類またはＥＶ（電気自動車）もしくはＨＥＶ（ハイブリッド電気自動車）用のインバータ等のフランジ部に装着される平板状の金属ガスケットであって、所定の平面レイアウト（図では平面長方形状）を備え、その平面上に、ボア穴１０および複数（図では４箇所）のボルト穴１１が設けられるとともに、内圧および外側からの水等（外部異物）をシールすべくシールビード２１が設けられている。

図１に示すように、金属ガスケット１の平板上に複数のボルト穴１１が設けられ、互いに隣り合うボルト穴１１間にシールビード２１が設けられている。図ではボルト穴１１が４箇所設けられ、互いに隣り合うボルト穴１１四組間にシールビード２１が各１本都合４本設けられているが、各組において構成は重複するので、以下１組のみについて説明する。

図１において、符号１１Ａおよび１１Ｂにて示す互いに隣り合うボルト穴間にシールビード２１が設けられている。シールビード２１は、その長手方向一方の端部２１ａで一方のボルト穴１１Ａに連続するとともに他方の端部２１ｂで他方のボルト穴１１Ｂに連続するように設けられている。またシールビード２１は、ボルト穴間中央部２１ｃでそのビード幅が最も狭く、ボルト穴間中央部２２ｃから各ボルト穴１１Ａ，１１Ｂへかけてそのビード幅が徐々に拡大する徐変形状のビードとして設けられている。また、シールビード２１は図２に示すように、高さ違いの平面部２２，２３の間に断面直線状の傾斜面部２４を備えたハーフビードとして設けられている。尚、シールビード２１の高さ寸法は全周に亙って一定とされている。

図３は、上記構成の金属ガスケット１を筐体フランジ部（低剛性フランジ）３１およびカバー３３（低剛性カバー）間に装着し、締結ボルト４１で締め付ける直前の状態を模式的に示している。

締結ボルト４１は、頭部４２およびネジ部４３を一体に備えている。ネジ部４３を、カバー３３に設けたボルト差し込み穴３４および金属ガスケット１に設けたボルト穴１１に差し込んで、筐体フランジ部３１に設けたネジ部３２に螺合し、強く締め付ける。

ここで、各部の寸法は、図３および図４に示すように、ボルト穴１１に差し込む締結ボルト４１の頭部４２の座面４２ａの径をＤ、ボルト穴１１の径をｄ、シールビード２１の最大幅（ボルト穴１１周縁部におけるビード幅）をＷ_１として、
Ｄ＞ｄ≧Ｗ_１・・・・（ａ）式
の関係を充足するように設定されている。また、シールビード２１の最小幅（ボルト穴間中央部２１ｃにおけるビード幅）をＷ_２として、上記したように
Ｗ_１＞Ｗ_２・・・・・（ｂ）式
の関係を充足するように設定されている。

また、上記したようにシールビード２１は、傾斜面部２４を備えるハーフビードとして設けられており、このハーフビードにおける傾斜面部２４とボルト穴１１が互いに平面上重なる位置に設けられている。

上記構成を備える金属ガスケット１においては、互いに隣り合うボルト穴１１Ａ，１１Ｂ間にシールビード２１が設けられ、このシールビード２１が長手方向一方の端部２１ａで一方のボルト穴１１Ａに連続するとともに他方の端部２１ｂで他方のボルト穴１１Ｂに連続するように設けられている。また、ボルト穴間中央部２１ｃでシールビード幅が最も狭く、ボルト穴間中央部２２ｃからボルト穴１１Ａ，１１Ｂへかけてシールビード幅が徐々に拡大する徐変形状のシールビードとして設けられている。このため、このシールビード２１は、ボルト穴間中央部２１ｃで最も変形しにくく、ボルト穴間中央部２１ｃからボルト穴１１Ａ，１１Ｂへかけて徐々に変形しやすい形状とされている。よって、変形しにくいボルト穴間中央部２１ｃにおいてボルト締め付け時に比較的大きなシール面圧が発生する。したがって、ボルト間距離が長くても必要なシール面圧をシールビード全長に亙って確保することが可能とされている。

また、シールビード２１の長手方向一方の端部２１ａが一方のボルト穴１１Ａに連続するとともに他方の端部２１ｂが他方のボルト穴１１Ｂに連続するように設けられるとともに上記（ａ）式の関係が成立するように設定されているため、シールビード２１はその一端が締結ボルト４１の頭部座面４２ａの直下位置に配置される。この一端のシールビード２１はボルト締め付け時に締結ボルト４１の頭部座面４２ａによって直接締め付けられて平坦化され、このように平坦化される部位には大きな反発力が発生し、これに伴って大きなシール面圧が発生する。よって、この平坦化される部位は直下位置以外の部位に形成されるシールビード２１の線接触ラインに直接繋げられるため、図５に斜線部をもって示すように、互いに隣り合うボルト穴１１Ａ，１１Ｂ間において途切れることのないシールラインを形成することが可能とされている。したがって、上記従来技術（図１１、図１２）のようにボルト穴周りにシールビードを設けなくても済むため、シール面の幅狭化の要求に応えることができる。

尚、上記実施例では、シールビード２１をハーフビードとしたが、シールビード２１はこのほか、フルビードであっても良い。図６に示す例では、シールビード２１が曲面部２５を備えるフルビードとされ、断面円弧状の曲面部２５がボルト穴１１Ａ，１１Ｂに対して平面上重ねられている。フルビードは、同一高さの平面部２２，２３の間に断面円弧状の曲面部２５を設けたものである。ハーフビードとフルビードには、図７に示すような特性についての相違がある。

また、シールビード２１において、シールビード幅が最も狭い部位およびシールビード幅が最も広い部位はそれぞれ、シールビード長手方向に対して或る程度の長さを備えるものであっても良い。この場合、シールビード２１は例えば図８に示すように、所定の長さＬ_１を備える幅狭シールビード部２６と、所定の長さＬ_２を備える幅広シールビード部２７と、幅狭シールビード部２６から幅広シールビード部２７へかけてシールビード幅が徐々に拡大する徐変シールビード部２８とを備える。このうちの幅広シールビード部２７がボルト穴１１Ａ，１１Ｂに対して平面上重ねられる。そのうえで、上記（ａ）式の関係が成立するように設定されることになる。

また、金属ガスケット１は、金属板のみよりなるガスケットであっても良いが、上記実施例では図９に示すように、金属板２の厚み方向両面または片面（図では両面）にゴム状弾性体３を被着（コーティング）したガスケット（ソフトメタルガスケット（商品名））とされている。

１金属ガスケット
２金属板
３ゴム状弾性体
１０ボア穴
１１，１１Ａ，１１Ｂボルト穴
２１シールビード
２１ａ，２１ｂ端部
２１ｃボルト穴間中央部
２２，２３平面部
２４傾斜面部
２５曲面部
２６幅狭シールビード部
２７幅広シールビード部
２８徐変シールビード部
３１筐体フランジ部
３２雌ネジ部
３３カバー
３４ボルト差し込み穴
４１締結ボルト
４２頭部
４２ａ座面
４３ネジ部

Claims

複数のボルト穴を備える平板状の金属ガスケットであって、
互いに隣り合うボルト穴間にシールビードが設けられ、
前記シールビードの一端は一方のボルト穴に連続するとともに他端は他方のボルト穴に連続し、
前記シールビードは、ボルト穴間中央部で幅が最も狭く、前記ボルト穴間中央部から前記ボルト穴へかけて幅が徐々に拡大する徐変形状とされ、
前記ボルト穴に差し込む締結ボルトの頭部座面の径をＤ、前記ボルト穴の径をｄ、前記シールビードの最大幅をＷ_１として、
Ｄ＞ｄ＝Ｗ_１
の関係を充足し、
前記シールビードは、傾斜面部を備えるハーフビードであり、
前記傾斜面部と前記ボルト穴が互いに平面上重なる位置に設けられていることを特徴とする金属ガスケット。
複数のボルト穴を備える平板状の金属ガスケットであって、
互いに隣り合うボルト穴間にシールビードが設けられ、
前記シールビードの一端は一方のボルト穴に連続するとともに他端は他方のボルト穴に連続し、
前記シールビードは、ボルト穴間中央部で幅が最も狭く、前記ボルト穴間中央部から前記ボルト穴へかけて幅が徐々に拡大する徐変形状とされ、
前記ボルト穴に差し込む締結ボルトの頭部座面の径をＤ、前記ボルト穴の径をｄ、前記シールビードの最大幅をＷ _１として、
Ｄ＞ｄ＝Ｗ _１
の関係を充足し、
前記シールビードは、断面円弧状の曲面部を備えるフルビードであり、
前記断面円弧状の曲面部と前記ボルト穴が互いに平面上重なる位置に設けられていることを特徴とする金属ガスケット。
請求項１または２記載の金属ガスケットにおいて、
当該金属ガスケットは、金属板よりなるガスケット、または金属板の厚み方向両面または片面にゴム状弾性体を被着したガスケットであることを特徴とする金属ガスケット。