(57)【要約】【課題】この金属ガスケットは，流体孔の周りに形成したビードの形状を流体孔の曲率半径よりも大きく形成し，ビードの全周にわたって円弧形状に形成し，ビードのへたり発生を防止し，ばね定数を均等化して面圧の均一化を図る。【解決手段】この金属ガスケットは，少なくとも１枚の弾性金属板２，３に開口する流体孔４が実質的に正方形又は矩形形状に形成され，弾性金属板２，３に流体孔４の周囲に沿ってハーフビード５，６を形成する。ハーフビード５，６の輪郭は，流体孔４のコーナ部３１に対応する領域がコーナ部３１の曲率半径Ｒ１よりも大きな曲率半径Ｒ２を有する形状に形成され，全体として滑らかな円弧形状に延びる形状に形成されている。【選択図】　　図３
2004092475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの部材の対向面間に配設して締め付けて適用され，少なくとも１枚の弾性金属板に開口する流体孔が実質的に正方形又は矩形形状に形成され，前記流体孔の周囲に沿って前記弾性金属板に形成されたビードを有する金属ガスケットにおいて，前記ビードの輪郭は，前記流体孔のコーナ部に対応する領域が前記コーナ部の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する形状に形成され，全体として滑らかな円弧形状に延びる形状であることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
前記弾性金属板に形成された締付ボルト孔から離れた前記コーナ部の近傍の前記ビードの輪郭領域の曲率半径は，他の領域に比較して最大に形成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。
【請求項３】
エンジンの部材の対向面間に配設して締め付けて適用され，少なくとも２枚の弾性金属板から構成され，前記弾性金属板には流体孔の周囲に沿ってビードが形成されている金属ガスケットにおいて，少なくとも１枚の前記弾性金属板には締付ボルト孔が形成され，他の少なくとも１枚の前記弾性金属板には前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の積層欠落部に形成されていることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項４】
前記弾性金属板は前記流体孔の周囲に沿って形成された前記ビードを備えた一対の金属板から構成され，前記弾性金属板の間には中間板が配設され，前記弾性金属板には前記締付ボルト孔が形成され，前記中間板は前記弾性金属板の前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の前記積層欠落部に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の金属ガスケット。
【請求項５】
エンジンの部材の対向面間に配設して締め付けて適用され，少なくとも２枚の弾性金属板に開口する流体孔が実質的に正方形又は矩形形状に形成され，前記流体孔の周囲に沿って前記弾性金属板に形成されたビードを有する金属ガスケットにおいて，
前記ビードの輪郭は，前記流体孔のコーナ部に対応する領域が前記コーナ部の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する形状に形成され，全体として滑らかな円弧形状に延びる形状であり，
少なくとも１枚の前記弾性金属板には締付ボルト孔が形成され，他の少なくとも１枚の前記弾性金属板には前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の積層欠落部に形成されていることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項６】
前記弾性金属板に形成された前記ビードは，前記流体孔に沿って延び且つ前記流体孔側に開口するハーフビード，又は前記流体孔の周囲に沿って延びるフルビードに形成されたシールビードであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の金属ガスケット。
【請求項７】
前記弾性金属板の表面の一部又は全面には，耐熱性と潤滑性を持つ皮膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の金属ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は，エンジンにおける部材の対向面間に配置して適用され，特に，シリンダヘッドとマニホールドとの対向面間に配置して適用される金属ガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，エンジンについては，インテイクマニホルド又はエキゾーストマニホルドに接続されるシリンダヘッドに形成されたインテイクポート又はエキゾーストポートは，断面形状が円形のみではなく，正方形又は矩形形状に形成され，それらの形状に対応して形成されたマニホルドのフランジ部がインテイクマニホルド又はエキゾーストマニホルドに溶接される場合がある。これらのポートをシールするため，マニホルド用金属ガスケットには，通常，正方形又は矩形形状に形成されたポートに対応する形状の流体孔に沿って，流体孔の外側に流体孔の形状と相似形の輪郭を有するシールビードが形成されている。その結果，上記金属ガスケットでは，ビード全体の平面輪郭は，コーナ部を除いて，その大部分が直線状の形状に形成されている。
【０００３】
更に，最近のエンジンについては，エンジンの軽量化のために，エキゾーストマニホルドのフランジ部を従来の鋳物品に代えて金属薄板をプレス加工した薄板プレス成形品で形成することがある。
【０００４】
また，金属ガスケットに形成されたビードのへたりの発生及び局部的な低面圧の発生等の問題を解決する一般的な従来技術は，必要な部分のビードを部分的に高くして，その部分のばね定数（ばね剛性）を大きくすることであった（例えば，実開昭５７−１９１８５３，特許第２９３０７４４号公報，特許第３０８３９５８号公報参照）。しかしながら，ステンレスばね鋼板を主素材とする金属ガスケットについては，ビードの平均高さが約１００〜数１００μｍ，ビード幅が数ｍｍの場合に，局部的に又は部分的にビード高さを変更することは，プレス加工及び加工後の寸法精度管理の点から容易ではなく，上記のようなビードの変更について実際に適用されたものは，あまり多くないのが現状である。
【０００５】
また，金属ガスケットについて，別の手段としては，ビードの所要部分に熱処理を施し，ビードの復元力，即ち，ばね剛性を高める方法もある（例えば，特開平１１−２２８２７号公報参照）。しかしながら，金属ガスケットの製造工程において，金属ガスケットに熱処理を行うことは，その対象が部分的であるかどうかにかかわらず一般的には製造コストの増大を招くことになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで，正方形又は矩形形状の流体孔に沿ってシールビードを有する金属ガスケットにおいて，ビードの断面形状が流体孔の周囲において同一形状である場合に，ビードの輪郭内におけるビード直線状部は，ビード環状部又はビード円弧状部と比較してばね定数が低いので，金属ガスケットが締付荷重を受けた時には，ビード直線状部は，コーナ部の円弧状部よりも圧縮され易く，その結果，ビードのへたりが発生し易くなり，長期間のシール信頼性や耐久性に欠ける要因になっている。金属ガスケットに形成された流体孔の形状が矩形であって，且つビード形状がハーフビードの場合には，長辺側の直線状部において，上記のような傾向が一層助長されることになる。言い換えると，ビードについて，小さいＲの円弧状部はばね定数が高いため，締め付け応力が集中して面圧が高くなり，一方，ばね定数が低い直線状部では面圧が低くなるというアンバランスが生じる。特に，締付ボルト孔の位置とビード輪郭のコーナ部即ち小さいＲの円弧状部とが接近するか（図１又は図３のボルト孔参照），又は締付ボルト孔の位置がビード輪郭の二つのコーナ部を結ぶ対角線上にあって，更にコーナ部に接近している場合（図４のボルト孔の配置参照）には，小さいＲの円弧状部は締まって高い面圧が発生し，このビード部の応力は高くなる。ビードの直線状部は一応締まるが，上記円弧状部よりも面圧は低い。一方，ボルト孔位置から離れたビード輪郭のコーナ部はばね定数が高いため，締め付けが低くなって非常に締まり難く，面圧も発生し難い。
【０００７】
エキゾーストマニホルドのフランジ部を金属薄板プレス成形品で形成した場合には，従来の金属ガスケットと同じような構造と締付条件を適用すると，フランジ部そのものの撓みが大きくなり，その結果，金属ガスケットを締付けても，金属ガスケットに対して均等な圧縮力が作用せず，ビードに発生する面圧について所要のバランス配分が得られない。即ち，金属ガスケットを部材の対向面間で締め付けた場合に，ボルト孔近傍のみは締め付け力が大きくなるが，ボルト孔間を結ぶ領域においてビード部は締り難く，更に，ボルト孔から遠いビード部は一層締まり難くなるため，金属ガスケットに所要の面圧が得られないことになる。従って，金属ガスケット全体に対する圧縮量が低くなり，所要のシール面圧を確保することができなくなる。更に，部材の対向面間で金属ガスケットの締付けを強化し，所要のシール面圧を確保しようとしても，フランジ部の撓みや変形によって孔近傍のシール対向面間の隙間が一層大きくなり，金属ガスケット全体への圧縮量が逆に一層低くなるという悪循環に陥ることになる。
【０００８】
特に，上記薄板プレス成形品のフランジ部に適用する金属ガスケットの流体孔の形状及びその周囲のビード輪郭が共に矩形形状に形成され，且つ締付ボルト孔とコーナ部の小さいＲを有するビードの円弧状部とが接近していている場合には，通常，長辺ビード側の中央部は，ボルト孔位置から遠く，低圧縮量しか得られない条件下にあり，従って，なおさら所要のシール面圧を得ることが困難であり，従来のガスケット構造の条件下では，シールそのものが成立しない。金属ガスケットが直線状部分を有するビードを備えている場合に，直線状部分のへたり防止を重点としつつ過剰な締付を回避し，しかも同時に高く均等な所要のシール面圧を長期間に渡って確保することは，二律背反的であり，エンジン用金属ガスケットにおいては課題となっている。
【０００９】
金属ガスケットについては，不適切な設計に起因するビードのヘたり及び金属薄板プレス成形によるフランジ部の撓み発生によるシール面圧又はガスケット圧縮量の低下を防止し，高い圧縮量を付与して極力均等で高い所要のシール面圧を確保し，長期間のシール性能を保証するという課題は，金属ガスケットに形成されている流体孔の形状及び薄板プレス成形によるフランジ部の厚さ，部材の対向面のシール面の平坦度等のエンジンの構造的な個性及び設計条件に応じて個々にその都度解決されなければならないものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記の問題を解消することであり，概して，金属ガスケットを締め付けたくても，ビードのへたり，マニホルドのフランジ部の撓みのために，所望の締め付け力を確保できないような問題を解消し，シール性の強化，耐用性及び信頼性の向上を図ることであり，具体的な一つの目的は，金属ガスケットの流体孔が正方形又は矩形形状の場合に，ビードの輪郭をできるだけ大きいＲの円弧状にしてビード各部のばね定数を極力均一化することにより，所要のシール面圧及び均一面圧バランスを維持しながら，ビードのへたりを防止することであり，別の目的は，金属ガスケットを締め付け時に撓みが発生し易い金属薄板プレス成形品でなるフランジ部に適用する場合に，流体孔の形状に関係なく，少なくとも１枚のガスケット構成板のボルト孔に対応する周囲部に切欠き状の積層欠落部を設けることにより，ガスケット圧縮量の増大を図り，シール面圧の確保及び均一面圧配分を達成することであり，更に別の目的は，上記２つの目的を兼ね備えたものであり，ビードのへたり防止，シール面圧の確保及び均一面圧配分を達成する金属ガスケットを提供することである。
【００１１】
請求項１に係る発明は，エンジンの部材の対向面間に配設して締め付けて適用され，少なくとも１枚の弾性金属板に開口する流体孔が実質的に正方形又は矩形形状に形成され，前記流体孔の周囲に沿って前記弾性金属板に形成されたビードを有する金属ガスケットにおいて，前記ビードの輪郭は，前記流体孔のコーナ部に対応する領域が前記コーナ部の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する形状に形成され，全体として滑らかな円弧形状に延びる形状であることを特徴とする金属ガスケットに関する。また，この金属ガスケットは，前記弾性金属板に形成された締付ボルト孔から離れた前記コーナ部の近傍の前記ビードの輪郭領域の曲率半径は，他の領域に比較して最大に形成されているものである。
【００１２】
請求項１に係る発明は，基本的には，次のような技術的範囲を含んでいるものである。即ち，少なくとも１枚の弾性金属板のビード基板には，一個又は複数の前記流体孔が形成され，また，流体孔の周囲に形成されたビードは，高さ及び幅について，前記流体孔の周囲において一定であり，また，２枚以上の弾性金属板のビード基板を有する時に，ビードの輪郭はビード基板の向かい合って対応するビード間で同一形状に形成されている。この金属ガスケットは，流体孔の周りで二重のビードを形成することもでき，例えば，一方のビードがフルビードあり，他方のビードがハーフビードであってもよい。一方のビードが流体孔の周囲に沿って部分的に形成された分割ビードであってもよい。また，この金属ガスケットは，ビードにより発生するシール面圧の微調整のため，ビード幅を流体孔の周囲に沿って部分的に変更したり，徐々に幅を変化させることができ，この場合に，ビードがハーフビードのビード幅の変更は比較的に容易に実施するできる。また，弾性金属板の流体孔の周りのビードについて，ビード幅がわずかに異なる部分をいずれかのビードに部分的に形成することもできる。更に，この金属ガスケットは，一対の前記弾性金属板間に中間板を介挿させることもできる。
【００１３】
また，請求項３に係る発明は，エンジンの部材の対向面間に配設して締め付けて適用され，少なくとも２枚の弾性金属板から構成されている金属ガスケットにおいて，少なくとも１枚の前記弾性金属板には締付ボルト孔が形成され，他の少なくとも１枚の前記弾性金属板には前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の積層欠落部に形成されていることを特徴とする金属ガスケットに関する。ここで，前記積層欠落部とは，ガスケットの厚さ方向に段差が形成されるように前記弾性金属板に切欠き部が形成されている領域をいう。また，この金属ガスケットは，前記弾性金属板には，前記流体孔の周囲に沿ってビードが形成されている。更に，この金属ガスケットでは，前記弾性金属板は，前記流体孔の周囲に沿って形成された前記ビードを備えた一対の金属板から構成され，前記弾性金属板の間には中間板が配設され，前記弾性金属板には前記締付ボルト孔が形成され，前記中間板は前記弾性金属板の前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の前記積層欠落部に形成されている。
【００１４】
請求項３に係る発明は，基本的には，次のような技術的範囲を含んでいる。この金属ガスケットは，中間板を介挿して３枚以上の構成とすることができ，また，２枚以上の弾性金属板による構成では，積層欠落部を設ける弾性金属板の選択，及び積層欠落部を設けるボルト孔周囲部の選択はいずれも自由である。この金属ガスケットは，多層積層の場合には，フルビード又はハーフビードを持つ弾性金属板即ちビード基板及び中間板から選択した少なくとも１枚の金属板について切り欠き状の積層欠落部を設ければよいものである。例えば，この金属ガスケットは，中間に介挿される金属板に適宜位置を選択して積層欠落部を設けることが望ましいが，中間板の両側にビード基板を積層する３枚の金属板による構成の場合には，積層欠落部を有する金属板は１枚のビード基板のみ，又は１枚のビード板と中間板との２枚に形成することができる。この場合に，中間板は，弾性金属板，又は低弾性の炭素鋼鋼板であってもよい。積層欠落部は，必ずしもガスケットの全ての締付ボルト孔の周囲部に設けなくてもよく，シール面圧調整上，必要に応じて積層欠落部を設けない締付ボルト孔の周囲部があってもよい。この金属ガスケットは，積層欠落部をシールフランジのシール当接面側とする必要はなく，積層欠落部を金属薄板のプレス加工によるフランジ部のシール当接面側とする必要もない。
【００１５】
また，請求項５に係る発明は，エンジンの部材の対向面間に配設して締め付けて適用され，少なくとも２枚の弾性金属板に開口する流体孔が実質的に正方形又は矩形形状に形成され，前記流体孔の周囲に沿って前記弾性金属板に形成されたビードを有する金属ガスケットにおいて，前記ビードの輪郭は，前記流体孔のコーナ部に対応する領域が前記コーナ部の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する形状に形成され，全体として滑らかな円弧形状に延びる形状であり，更に，少なくとも１枚の前記弾性金属板には締付ボルト孔が形成され，他の少なくとも１枚の前記弾性金属板には前記締付ボルト孔に対応する周囲部が切り欠き状の積層欠落部に形成されていることを特徴とする金属ガスケットに関する。
【００１６】
請求項５に係る発明は，基本的には，次のような技術的範囲を含んでいるものである。即ち，この金属ガスケットは，請求項１に係る発明と請求項３に係る発明の技術的思想を兼ね備えたものであり，その設計変更は，段落番号００１２及び段落番号００１４に記載されている技術的範囲を含んでいるものである。
【００１７】
この発明による金属ガスケットにおいて，前記弾性金属板に形成された前記ビードは，前記流体孔に沿って延び且つ前記流体孔側に開口するハーフビード又は前記流体孔の周囲に沿って延びるフルビードに形成されたシールビードである。
【００１８】
この発明による金属ガスケットは，前記弾性金属板の表面の一部又は全面には，耐熱性と潤滑性を持つ皮膜が設けられている。従って，この金属ガスケットは，耐用性及び歪みに対する追従性を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による金属ガスケットの実施例を説明する。まず，図１〜図３を参照して，この発明による金属ガスケットの第１実施例について説明する。第１実施例の金属ガスケット１は，エキゾーストマニホルド用ガスケットに適用したものである。金属ガスケット１は，２枚の弾性金属板２，３から成り，弾性金属板２，３の材質は，例えば，ＳＵＳ３０１等のステンレススチールであり，弾性金属板２，３の厚さの範囲は，例えば，０．１〜０．５ｍｍ程度である。金属ガスケット１は，エンジン側のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの対向面間に介在して適用され，シリンダヘッドに形成された排気ポートに対応した横長型矩形形状の流体孔４（図ｌでは４個）が形成されている。流体孔４の周囲には，それぞれの弾性金属板２，３においても各流体孔４の周囲においても同一の輪郭のハーフビード５，６が形成されている。更に，弾性金属板２，３には，締付ボルト孔７が流体孔４に対応して開口されている。弾性金属板２，３の互いの結束は，かしめ８により行われている。
【００２０】
図１のＡ−Ａ断面である図２に示すように，弾性金属板２，３の流体孔４の周囲に沿って形成されたハーフビード５，６は，非締付け状態での傾斜部２７の幅Ｗ１，高さＨ，及び流体孔４側の水平部２６の幅Ｗ２がそれぞれ同一形状で互いに逆向きに積層されている。金属ガスケット１については，その他の部位の断面は図示しないが，通常のいわゆる２枚積層のタイプである。
【００２１】
図３は，図１の符号Ｆの領域の拡大平面図であり，特に，金属ガスケット１の流体孔４の部分を示している。ハーフビード５，６の輪郭は，横長型矩形形状の流体孔４の孔縁形状と相似形ではなく，ビードのコーナ部２８の曲率半径Ｒ２が流体孔４の四隅のコーナ部３１の曲率半径Ｒ１よりも大きく形成され，更に，ビードのその他の部分の曲率半径Ｒ３及びＲ４がコーナ部２８の曲率半径Ｒ２よりもさらに大きなサイズに形成され，コーナ部２８とその他の部分のビードとを滑らかに結んだ円弧形状となっている。即ち，ハーフビード５，６の曲率半径Ｒ３は，流体孔４の短辺９に対応するハーフビード５，６の部分の曲率半径である。また，ハーフビード５，６の曲率半径Ｒ４は，流体孔４の長辺１０と対応するハーフビード５，６の部分の曲率半径である。それぞれの曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は，大きさ順ではＲ４＞Ｒ３＞Ｒ２＞Ｒ１の関係にある。そして，ハーフビード５，６は，曲率半径Ｒ２，Ｒ３及びＲ４が滑らかに結ばれた輪郭を有している。従って，ハーフビード５，６の輪郭には，直線状ビード部分が全く形成されていない。
【００２２】
ハーフビード５，６の曲率半径を定めるビード輪郭の線は，図３に示すように，ハーフビード５，６の流体孔４側，即ち，内側ビード輪郭線（内側ビードボーダライン）を基準とし，内側ビード輪郭線のそれぞれのＲが流体孔４のコーナ部３１のＲよりも大きくなるように形成することが望ましい。ハーフビード５，６の中心線（図示せず）又は外側ビード輪郭線を基準としてもよいが，ハーフビード５，６の断面形状が流体孔４の周囲で同一の場合には，内側ビード輪郭線を基準とすることにより，規定の曲率半径をビード全体に付与することができる。更に，外側ビード輪郭線（外側ビードボーダライン）を基準とすると，ハーフビード５，６の幅Ｗ１を部分的に流体孔４の外側に向かって大きく変化させるような場合には，ハーフビード５，６の幅Ｗ１の徐変部において，外側輪郭線の曲率半径Ｒ３，Ｒ４が小さくなって規定の曲率半径を維持できなくなる可能性があるからである。
【００２３】
金属ガスケット１を上記のように構成することにより，ビード輪郭の全周において，ばね定数の大きい環状又は円弧状に近づき，ばね定数が小さく締付荷重により扁平化を受け易い直線状部が存在しなくなるので，ビードのへたりが防止されると共に，ビード輪郭の各部のばね定数が均等傾向になるため，流体孔の周方向でビードの均一面圧が得られ易くなる。更に，金属ガスケット１は，流体孔４側の水平部２６の幅Ｗ２及びＷ３が大きくなる部分が生ずるため，シール性が向上する。金属ガスケット１は，ほとんどの場合に，締付ボルト孔７から離れた各短辺９と長辺１０との中央部になるほど，ハーフビード５，６の水平部２６の幅が大きくなるので，シール性の向上効果が一層期待できる。
【００２４】
金属ガスケット１は，図示していないが，２枚の弾性金属板２，３間に中間板を介挿した多層構造に構成することも可能である。更に，金属ガスケット１は，１枚の中間板の一方に２枚のビード基板，他方に１枚のビード基板をそれぞれ積層するように構成することもできる。また，ビード基板のビード形状は，図示ではハーフビード５，６であるが，フルビードに形成することもできる。また，金属ガスケット１では，弾性金属板２，３に形成された流体孔４が１個の場合，流体孔４間に余裕スペースがある場合等では，ビードを二重シールビードに構成することができる。その場合には，両方ともフルビード又はハーフビードでもよく，一方のビードがフルビード，他方のビードがハーフビードであってもよく，また，一方のビードが流体孔４の周囲で部分的に形成された形状のものでも良いことは勿論である。また，金属ガスケット１のハーフビード５，６で発生するシール面圧の微調整のために，ビード幅Ｗ１を部分的に変更又は徐変することができるものであり，特に，ビードがハーフビード５，６の場合には，変更又は徐変を比較的に容易に適用し得るものである。即ち，ビードのビード幅Ｗ１については，流体孔４の周囲に沿ってわずかに異なる領域が形成されてもよい。
【００２５】
次に，図４を参照して，この発明による金属ガスケットの第２実施例について説明する。図４は，図１の符号Ｆの領域に対応する領域の第２実施例を示す拡大平面図である。この実施例の金属ガスケット１ａは，弾性金属板２，３に形成された締付ボルト孔７から離れたコーナ部３１の近傍のハーフビード５ａ，６ａの輪郭領域の曲率半径Ｒ５が，他の領域即ち締付ボルト孔７に近接した領域の曲率半径Ｒ２ａ，Ｒ３，Ｒ４に比較して最大に形成され，その領域が図４には符号ＷＢで示されている。この実施例では，締付ボルト孔７は，流体孔４の２つのコーナ部３１を結ぶ直線上に配設されている。このような形状を持つ金属ガスケット１ａの場合には，締付ボルト孔７から離れたビード部はやはり締まり難い。図３に示すような形状を持つ金属ガスケット１のビード輪郭を採用してビード輪郭を滑らかにしたとしても，コーナ部３１の曲率半径はやはり最少であり，ビード全体から見れば，ばね定数が最も高い領域に当たるからである。
【００２６】
図４に示す第２実施例の金属ガスケット１ａは，締付ボルト孔７から離れた流体孔４のコーナ部３１のビード輪郭領域ＷＢの曲率半径Ｒ５が最大となるように，ビード輪郭が形成されている。図４において，符号Ｒ１は流体孔４のコーナ部３１の曲率半径を示し，符号Ｒ３は流体孔４の短辺側のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示し，符号Ｒ４は流体孔４の長辺側のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示し，符号Ｒ５は締付ボルト孔７から離れた流体孔４のコーナ部３１近傍のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示し，また，符号Ｒ２ａは曲率半径Ｒ３と曲率半径Ｒ５との間のハーフビード５ａ，６ａの曲率半径を示している。曲率半径の大小関係は，Ｒ５＞Ｒ４＞Ｒ３＞Ｒ２ａ＞Ｒ１である。極端にいえば，ビード輪郭領域ＷＢでは，ビードはかなり直線状に近づき，ハーフビード５ａ，６ａのコーナ部のばね定数は低下する。この結果，ビード全体の輪郭は楕円状に近付くので，全体のばね定数が均一に近付く。従って，金属ガスケットには一層均一面圧が達成され易くなり，ビードの部分的なへたりがなくなる。第２実施例でも，ばね定数の更なる微調整のために，部分的にビード幅を変更することができることは勿論である。しかるに，金属ガスケットについては，締付ボルト孔７とハーフビード５ａ，６ａの輪郭のコーナ部（小さいＲ）が重なると，Ｒ部が締まって高い面圧が発生し，応力は高くなる。直線部に近い円弧部は締まるが，面圧はＲ部に比べて低いものである。締付ボルト孔７から離れたＲ部はばね定数が高く，締め付けが低く，非常に締まり難く，面圧も発生し難い。この現象を考慮すると，極端にいえば，締付ボルト孔７から離れた領域は，図４に示すように，ボルト孔から離れたコーナ部が直線状に近づくような円弧形状にするか，又はばね定数を低くするような形状に変更することが好ましい。
【００２７】
次に，図５〜図７を参照して，この発明による金属ガスケットの第３実施例について説明する。第３実施例の金属ガスケット１１は，図５に示すように，いずれかの弾性金属板が積層欠落部２０を有する２枚の弾性金属板１２，１３から成り，エキゾーストマニホルド用ガスケットとして形成されている。弾性金属板１２，１３の材質は，第１実施例と同様に，ＳＵＳ３０１等のステンレススチールから成り，弾性金属板１２，１３の厚さの範囲は，例えば，０．１〜０．５ｍｍ程度である。金属ガスケット１１は，エンジン側のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの対向面間に介在して適用され，シリンダヘッドに形成された排気ポートに対応した円形の流体孔１４（図４では４個）が形成されている。金属ガスケット１１の流体孔１４の周囲では，弾性金属板１２，１３に同一輪郭のハーフビード１５，１６が形成されている。金属ガスケット１１は，シリンダヘッドとマニホルドとの対向面の構造等について，例えば，金属ガスケット１１のボルト孔に対応する領域のシリンダヘッドの対向面を平らな面に形成したり，該対向面にアンダカット部，突出部等を設けたり，マニホルドのフランジ部を金属薄板プレス成形又は鋳造で形成したり等の種々の構成のものに適用できる。
【００２８】
１枚の弾性金属板１２は，４個の流体孔１４が連接された眼鏡状に形成され，流体孔１４の周りに存在して積層されているだけであり，弾性金属板１３に形成された締付ボルト孔１７にまで延びておらず，弾性金属板１３に対しては積層欠落部２０が形成されている。従って，弾性金属板１３は，弾性金属板１２よりも広い面積即ち領域を有し，全ての締付ボルト孔１７が形成されている。更に，締付ボルト孔１７は，各流体孔１４に対応して弾性金属板１３にそれぞれ設けられている。また，弾性金属板１２，１３の結束は，スポット溶接１８により行われているが，図１と同様に，かしめによって行ってもよいことは勿論である。また，弾性金属板１２，１３には，互いに積層するための位置決め用孔１９が形成されている。
【００２９】
図５のＢ−Ｂ断面を示す図６に示すように，金属ガスケット１１のハーフビード１５，１６の形状と積層配置は，第１実施例の場合と同様である。ハーフビード１５，１６の幅，高さ，及び流体孔１４側のハーフビード１５，１６の水平部２６の幅及び傾斜部２７の幅は，それぞれ同一形状で互いに逆向きに２枚積層されている。弾性金属板１２には，特に，締付ボルト孔１７の周囲部に段差を有するように切り欠き状の積層欠落部２０が形成されている。即ち，第３実施例では，締付ボルト孔１７の周囲部は，弾性金属板１３のみから成る１枚構造に形成されている。図７は図５のＣ−Ｃ断面を示すが，弾性金属板１２は，前述のように，４個の流体孔１４が連接された眼鏡状に形成され，流体孔１４の周囲に積層されると共に，締付ボルト孔１７の周囲部に積層欠落部２０が形成されている。
【００３０】
この金属ガスケットは，上記のように，弾性金属板１２に積層欠落部２０を形成すると，ボルト孔１７の近傍部分では金属ガスケット１１の全体厚さが弾性金属板１３の１枚分のみに減少する。その結果，金属ガスケット１１を締め付けた場合には，ボルト孔１７近傍において金属ガスケット１１の締め付け量が増大したことと同じ状態になる。しかし，金属薄板プレス成形フランジ部は，締め付けによって撓み易い（図示せず）ため，該締め付け量の増加による荷重（応力，面圧）の増加は，ボルト孔１７の近傍のみに集中することはなく，ガスケット全体に分散される傾向が生じる。即ち，金属ガスケット１１の締め付けに起因するフランジ部の撓みによってボルト孔近傍部分を除くシール対向面間にやや大きい隙間が生じ，ガスケット全体の圧縮量が低下し易い条件下においても，締め付け量の増加効果はボルト孔１７から離れたハーフビード１５，１６相当部分にも及ぶ。この結果，ガスケットの圧縮量を低下させる決定的要因となる上述の大きい隙間が減少し，ガスケット全体としての圧縮量が増加する。従って，ガスケット全体として各部の圧縮量も平均化される方向となり，ハーフビード１５，１６部位にも荷重が配分され，ハーフビード全体において面圧の均一化が達成される。但し，この発明でいう「面圧均一化」とは，実用シール性能が保証される範囲内での面圧の多少の部分的なアンバランスを含むものである。この理由は，金属薄板プレス成形フランジ部は，締め付けの際に撓み易いので，フランジ部，シリンダヘッド等の設計条件によっては理想どおりの面圧均一化の達成がかなり困難な状況が生じ，多少の面圧アンバランスが存在していても，それらを許容せざるを得ない場合が発生し易いからである。
【００３１】
弾性金属板１２に設けられた積層欠落部２０は，図５に示すように，隣の締付ボルト孔１７間で接続状態に形成してもよいものである。即ち，上側の二個の締付ボルト孔１７間で接続状態に形成されており，また，下側の三個の締付ボルト孔１７の周囲部では，独立した積層欠落部２０に形成されている。積層欠落部２０の接続形状は，締付けフランジ部からのガスケットの熱遮蔽又は弾性金属板１３の熱歪みの防止や抑制を考慮したものである。弾性金属板１２，１３の２枚構成の金属ガスケット１１については，積層欠落部２０をマニホルドのフランジ部のシール当接面側とする必要はない。勿論，積層欠落部２０を金属薄板のプレス加工によるフランジ部のシール当接面側とする必要もない。
【００３２】
図５に示す金属ガスケット１１は，場合によっては，弾性金属板１２，１３間に中間板を介挿して３枚以上のタイプに構成することができる。また，金属ガスケット１１が２枚以上の構成において，積層欠落部２０を設ける弾性金属板の選択は自由に設計できる。即ち，金属ガスケットの多層積層構造の場合には，弾性金属板のビード基板及び中間板から選択した少なくとも１枚の弾性金属板に積層欠落部２０を設ければよいものである。例えば，多層積層構造の金属ガスケットでは，中間に介挿される金属板（中間板）に適宜位置を選択して積層欠落部２０を設けることが望ましい。勿論，中間板の両側にビード基板を積層する３枚積層構造の場合には，積層欠落部２０を有する金属板は，１枚のビード基板のみか，又は１枚のビード基板と該ビード基板に積層される中間板との２枚のいずれかとすることができる。この場合に，中間板は，弾性金属板で形成してもよいし，低弾性の炭素鋼鋼板で形成することもできる。また，図５〜図７に示す第３実施例については，各流体孔１４の形状は，円形であるが，その形状に限らず，正方形，矩形，楕円形等の形状であってもよいものである。
【００３３】
次に，図８を参照して，この発明による金属ガスケットの第４実施例について説明する。第４実施例の金属ガスケット２１については，平面図が示されていないが，図５に示すＢ−Ｂ断面に相当する領域の断面図が示されている。金属ガスケット２１は，エキゾーストマニホルド用金属ガスケットとして適用されるものであり，１枚の中間板２２の両側にハーフビード１６，２４を有する各１枚の弾性金属板１３，２３が中間板２２に対して対称に積層されている。中間板２２には，締付ボルト孔１７の周囲部において，ガスケット２１の厚さ方向に段差を有するように切り欠き状の積層欠落部２０が設けられている。即ち，金属ガスケット２１は，図５の弾性金属板１２においてビード１５が形成されていない平たい板の中間板２２に形成され，ハーフビード２４を有する弾性金属板２３が更に積層された構造であるので，ここでは，金属ガスケット２１の平面図と詳細な説明は省略する。
【００３４】
図５〜図７に示す第３実施例及び図８に示す第４実施例についての金属ガスケット１１，２１は，上記のように構成されているが，これらの金属ガスケット１１，２１では，積層欠落部２０は，弾性金属板１３，２３において必ずしも全ての締付ボルト孔１７の周囲部に設ける必要はない。即ち，金属ガスケット２１のハーフビード１６，２４で発生するシール面圧の調整上，必要に応じて積層欠落部２０を設けない締付ボルト孔１７の周囲部があってもよい。金属ガスケット１１，２１は，上記の構成により，締付時に撓みが発生し易い金属薄板のプレス成形によって形成されたマニホルドのフランジ部の場合においても，締付ボルト孔１７の周囲部に必要に応じて積層欠落部２０を設けることにより，その部位のガスケット厚さを減少させて締付量を増加させ，ガスケットの圧縮量を増大させることができる。その結果，金属ガスケット１１，２１は，シールに必要なビード部位に荷重を配分して所要のシール面圧を確保することができる。即ち，図５〜８に示す構成を有する金属ガスケット１１，２１は，剛性が弱く，撓み易い薄板（板厚５ｍｍ以下，３〜４ｍｍ程度）をプレス成形によって形成したマニホルドのフランジ部の場合に適用して特に好適なものである。
【００３５】
次に，図９〜図１１を参照して，この発明による金属ガスケットの第５実施例について説明する。図１０は図９のＤ−Ｄ断面を示し，また図１１は図９のＥ−Ｅ断面を示している。図９〜図１１に示すように，金属ガスケット２５は，２枚の弾性金属板２９，３０から構成され，弾性金属板２９には，選択的に位置が決定された領域に積層欠落部２０が形成されている。金属ガスケット２５は，一方の弾性金属板２９に積層欠落部２０を有することを除いて，図１〜３に示す第１実施例の金属ガスケット１と同じであるので，同一部分には同一符号を付し，ここでは詳細な説明は省略する。金属ガスケット２５では，積層欠落部２０は，中央の２個の流体孔４に対応する４箇所のボルト孔７の周囲部にそれぞれ独立して設けられている。金属ガスケット２５のように構成することにより，締付時に撓みが発生し易い薄板のプレス成形によるマニホルドのフランジ部の場合についても，前述と同様に，所要の締付ボルト孔７の周囲部のガスケット厚さを減少させて締付量を増加させ，ガスケットの圧縮量を増大させることができる。その結果，金属ガスケット２５では，シールに必要なビード部位に荷重を配分して所要のシール面圧を確保することができると共に，環状ビードにより近いビード輪郭に形成しているので，ビード全体として，ばね定数が前述のとおり部分的に上昇し，均一化されると共に，ビードの直線状部が存在していないので，締付けが強化されてもハーフビード５，６のへたりが防止される。
【００３６】
従来，金属ガスケットについては，撓みや歪みが発生し易いマニホルドのフランジ部に適用される場合のシールの基本的な考え方では，先ず何よりも先に金属板の積層枚数を増加させてマニホルドのフランジ部の撓みや歪みを吸収させることが優先されてきた。しかしながら，金属ガスケット１，１１，２１，２５については，例えば，２枚の弾性金属板で構成されたものであっても，ハーフビードやフルビードのビードによって所要の面圧及び面圧配分を得ることができる。図示していないが，特に，金属ガスケットについて上記のように積層枚数を削減する場合に，弾性金属板や中間板の金属板の表面の一部又は全面に耐熱性及び潤滑性の皮膜を施工して耐用性及び歪みに対する追従性を向上させることができる。このような皮膜の材質及び施工手段は，公知のものの中から選択すればよい。弾性金属板に設ける皮膜としては，フッ素ゴム，ＢＮ等のセラミックス質材料，耐熱金属材料が好ましく，これらの材料を弾性金属板や中間板の表面に塗布，溶射，積層等によって施工することができる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明による金属ガスケットは，上記のように構成されているので，シールすべき流体孔の断面形状が正方形又は矩形の場合に，ビード輪郭をばね定数の大きい環状又は円弧状に近づけることにより，ビードの全周において，ばね定数が小さく締付荷重により扁平化を受け易い直線状部分が存在しなくなるので，ビードのへたりが防止されると共に，ビード輪郭の各部のばね定数が均等方向に近づくため，流体孔の周方向でビードの均一面圧を確保し易くなる。また，この金属ガスケットは，締付時に撓みが発生し易い薄板のプレス成形によるフランジ部の場合についても，締付ボルト孔の周囲部に必要に応じて積層欠落部を設けることにより，その部位のガスケット厚さを減少させて締付量を増加させ，ガスケットの圧縮量を増大させることができる。その結果，金属ガスケットに対してシールに必要なビード部位に荷重を配分して所要のシール面圧を確保することかできる。また，この金属ガスケットは，ビードのへたりが防止されると共に，シール性能が強化され，信頼性及び耐用性が向上することになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第１実施例を示す平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１の符号Ｆの領域の一実施例を示す拡大平面図である。
【図４】図１の符号Ｆの領域に対応する領域の第２実施例を示す拡大平面図である。
【図５】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第３実施例を示す平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図５のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第４実施例を示す断面図である。
【図９】この発明による金属ガスケットが適用されたエキゾーストマニホルドガスケットの第５実施例を示す平面図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ断面図である。
【図１１】図９のＥ−Ｅ断面図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１１，２１，２５　金属ガスケット
２，３，１２，１３，２３，２９，３０　弾性金属板
４，１４　流体孔
５，５ａ，６，６ａ，１５，１６，２４　ハーフビード
７，１７　締付ボルト孔
８　　かしめ
９　　短辺
１０　長辺
１８　スポット溶接部
１９　積層用の位置決め用孔
２０　積層欠落部
２２　中間板
２６　ハーフビードの水平部
２７　ハーフビードの傾斜部
２８　ハーフビードのコーナ部
３１　流体孔のコーナ部
Ｈ　　ハーフビードの高さ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ２ａ，Ｒ３，Ｒ４，Ｒ５　ハーフビードの曲率半径
Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３　ハーフビード等の幅
ＷＢ　最大曲率半径領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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