(57)【要約】【課題】特に低剛性なフランジに装着されてもシール性を安定に維持できるガスケットを提供すること。【解決手段】金属基板２に、平面部５１から斜めに立ち上がる第１の斜面部５２と、凸状に屈曲した嶺部５３を経て、該嶺部５３から第１の斜面部５２とは反対側に斜めに立ち下がる第２の斜面部５４とを有する跳ね上げビード５を形成したガスケットにおいて、跳ね上げビード５の嶺部５３の角度を、１３５°〜１５０°の範囲としたことを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板に、平面部から斜めに立ち上がる第１の斜面部と、凸状に屈曲した嶺部を経て、該嶺部から前記第１の斜面部とは反対側に斜めに立ち下がる第２の斜面部とを有する跳ね上げビードを形成したガスケットにおいて、
前記跳ね上げビードの前記嶺部の角度を、１３５°〜１５０°の範囲としたことを特徴とするガスケット。
【請求項２】
前記跳ね上げビードの前記嶺部の角度を、１３５°〜１４５°の範囲としたことを特徴とする請求項１記載のガスケット。
【請求項３】
前記跳ね上げビードの高さＨと幅Ｗの比（Ｈ：Ｗ）は、１：２．５〜１：１２．５の範囲であることを特徴とする請求項１又は２記載のガスケット。
【請求項４】
前記跳ね上げビードの高さＨは０．４ｍｍ〜０．８ｍｍであり、幅Ｗは２．０ｍｍ〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項３記載のガスケット。
【請求項５】
前記嶺部の角度１３５°〜１５０°の範囲内に、前記跳ね上げビードの復元量のピークを有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のガスケット。
【請求項６】
前記金属基板を複数枚積層してなることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のガスケット。
【請求項７】
前記金属基板の少なくとも一面に、皮膜がコーティングされていることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はガスケットに関し、詳しくは、例えばエキゾーストマニホールド等の高温部をシールする際のフランジの熱変形に対する追随性を高めた跳ね上げビードを有するガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスケットは、金属基板に設けられたビードを圧縮した際の反力（面圧）によって、互いに対向するフランジ間をシールするように構成される（特許文献１）。また、実働時のフランジの熱変形に対しては、ビードの復元性によって追随し、反力を維持することでシール性を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−５０４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、エンジン等の軽量化の要請により、金属材料として軽量なアルミニウム合金材料が使用される傾向にある。アルミニウム合金材料は軽量である反面、低剛性であるため、ガスケットによってシールされるべきフランジも低剛性化してきている。
【０００５】
従来のガスケットは、このようなフランジに装着して用いた際のシール性を安定に維持する観点で、更なる改善の余地があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、特に低剛性なフランジに装着されてもシール性を安定に維持できるガスケットを提供することにある。
【０００７】
また本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、以下の各発明によって解決される。
【０００９】
１．
金属基板に、平面部から斜めに立ち上がる第１の斜面部と、凸状に屈曲した嶺部を経て、該嶺部から前記第１の斜面部とは反対側に斜めに立ち下がる第２の斜面部とを有する跳ね上げビードを形成したガスケットにおいて、
前記跳ね上げビードの前記嶺部の角度を、１３５°〜１５０°の範囲としたことを特徴とするガスケット。
【００１０】
２．
前記跳ね上げビードの前記嶺部の角度を、１３５°〜１４５°の範囲としたことを特徴とする前記１記載のガスケット。
【００１１】
３．
前記跳ね上げビードの高さＨと幅Ｗの比（Ｈ：Ｗ）は、１：２．５〜１：１２．５の範囲であることを特徴とする前記１又は２記載のガスケット。
【００１２】
４．
前記跳ね上げビードの高さＨは０．４ｍｍ〜０．８ｍｍであり、幅Ｗは２．０ｍｍ〜５．０ｍｍであることを特徴とする前記３記載のガスケット。
【００１３】
５．
前記嶺部の角度１３５°〜１５０°の範囲内に、前記跳ね上げビードの復元量のピークを有することを特徴とする前記１〜４の何れかに記載のガスケット。
【００１４】
６．
前記金属基板を複数枚積層してなることを特徴とする前記１〜５の何れかに記載のガスケット。
【００１５】
７．
前記金属基板の少なくとも一面に、皮膜がコーティングされていることを特徴とする前記１〜６の何れかに記載のガスケット。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、特に低剛性なフランジに装着されてもシール性を安定に維持できるガスケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るガスケットの一例を示す平面図
【図２】図１中の(ii)-(ii)線に沿って切断した切断面を示す端面図
【図３】ビード高さの荷重依存性に及ぼす初期ビード高さの影響を示すグラフ
【図４】復元量の初期ビード高さ依存性を示すグラフ
【図５】ビード高さの荷重依存性に及ぼす初期ビード幅の影響を示すグラフ
【図６】復元量の初期ビード幅依存性を示すグラフ
【図７】ビード高さの荷重依存性に及ぼす初期ビード角度の影響を示すグラフ
【図８】復元量の初期ビード角度依存性を示すグラフ
【図９】ガスケットのビード形状とその圧縮性及び復元性を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
まず、本発明のガスケットが跳ね上げビードを備える意義について説明する。
【００１９】
ビード形状としては、図９に示すように、フルビード、ハーフビード、跳ね上げビードが知られている。図中の各ビードに示すＨはビードの高さ、Ｗはビードの幅である。
【００２０】
フルビードは、一方の平面部から斜めに立ち上がる第１の斜面部、嶺部及び第２の斜面部を経て他方の平面部につながる隆起形状のビードである。フルビードは、復元性は良好（◎）であるものの、圧縮性は他に比べてやや劣る（△）。
【００２１】
ハーフビードは、一方の平面部から斜めに立ち上がる斜面部を経て、他方の平面部に至り、該他方の平面部の端縁が開口縁部となる片側斜面による隆起形状のビードである。ハーフビードは、圧縮性は良好（◎）であるもの、復元性は他に比べて劣る（△）。
【００２２】
特に低剛性なフランジをシールする場合において、ガスケットの装着自体によるフランジの変形を防止するように、ビードの圧縮性に優れることが求められるのみならず、シール性を安定に維持できるようにするために、フランジの熱変形に対するビードの追随性を向上することが求められる。かかる追随性の向上を実現する上で、ビードの復元性に優れることが求められる。
【００２３】
このような観点から、フルビード及びハーフビードは、特に低剛性のフランジをシールすることを想定すると、適したものとはいえないことがわかった。
【００２４】
一方、跳ね上げビードは、平面部から斜めに立ち上がる第１の斜面部と該第１の斜面部から凸状に屈曲した嶺部を経て、第１の斜面部の反対側に斜めに立ち下がる第２の斜面部とを有する隆起形状のビードである。跳ね上げビードは、圧縮性、復元性共に概ね良好（○）な性能を有していることがわかった。
【００２５】
上記のような知見に基づいて、特に低剛性のフランジをシールする場合を想定して、本発明のガスケットは、跳ね上げビードを備える。
【００２６】
しかし、従来の跳ね上げビードでは、フランジが変形した際の追随量がまだ不足する場合があり、より確実にシール性を維持する観点で、更なる改善の余地が見出された。
【００２７】
追随量の不足に対して、例えばガスケットの積層化で対応することも考えられるが、コストアップとなることから、材料や板厚、積層枚数を変更せずに、跳ね上げビードの追随量をアップさせることが望ましい。
【００２８】
また、例えば、跳ね上げビードを高くしたり、幅広化したりすることによって追随量アップを図ることも考えられるが、シールする相手面側の要求に対して跳ね上げビードの高さや幅を設定できる範囲にも限界がある。また、一般にビードを高くすると圧縮性が悪化する懸念もあることから、跳ね上げビードの高さや幅の設定だけで追随量アップを図るには限界があった。
【００２９】
これに対して、本発明のガスケットは、金属基板に、平面部から斜めに立ち上がる第１の斜面部と、凸状に屈曲した嶺部を経て、該嶺部から前記第１の斜面部とは反対側に斜めに立ち下がる第２の斜面部とを有する跳ね上げビードを形成したガスケットにおいて、跳ね上げビードの嶺部の角度を、１３５°〜１５０°とすることを特徴とする。これにより、圧縮性を損なうことなく復元性を向上させ、上述した追随量アップを好適に実現し、特に低剛性なフランジに装着されてもシール性を安定に維持できる効果が奏される。
【００３０】
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について更に詳しく説明する。
【００３１】
図１は、本発明に係るガスケットの一例を示す平面図、図２は、図１中の(ii)-(ii)線に沿って切断した切断面を示す端面図である。
【００３２】
ガスケット１は、ステンレス、冷延鋼板、亜鉛めっき鋼板、アルミニウム合板等からなる弾性を有する薄板状の金属基板２の中央に、シールすべき排気ガス等の流路となる開口部３と、不図示のフランジとの間で締結するためのボルトを挿通させる適宜数のボルト孔４と、開口部３の周囲に沿って形成された跳ね上げビード５を有している。
【００３３】
跳ね上げビード５は、図２に示すように、平面部５１から斜めに立ち上がる第１の斜面部５２と、凸状に屈曲した嶺部５３を経て、該嶺部５３から第１の斜面部５２とは反対側に斜めに立ち下がる第２の斜面部５４を有する形状に金属基板２を屈曲することによって形成されている。すなわち、第１の斜面部５２の上端と第２の斜面部５４の上端とが接続されており、これら第１の斜面部５２と第２の斜面部５４とが交差することによって、上方に凸状に屈曲した形状の嶺部５３が形成されている。第２の斜面部５４の先端（下端）は、そのまま開口部３の開口縁３１となっている。
【００３４】
このように構成されたガスケット１は、例えば自動車用エンジンの排気マニホールドと排気管の接合面のフランジ間等に介装され、ボルトによってフランジと共に締め付けられる。これによって跳ね上げビード５が圧縮され、その圧縮された跳ね上げビード５の反力によって所定の面圧を得ることにより、開口部３の周囲をシールするようになっている。
【００３５】
本発明者は、このような跳ね上げビード５を有するガスケット１において、圧縮性を損なうことなく復元量を向上させ、追随量を高めるため、跳ね上げビード５の嶺部５３の角度θ（以下、「ビード角度θ」あるいは単に「角度θ」という場合がある）に着目し、この角度θを１３５°〜１５０°に設定している。
【００３６】
なお、跳ね上げビード５における第２の斜面部５４の先端（開口縁３１）は、図２中の二点鎖線で示す平面部５１の下面のライン（接合面）Ｌを超えないように形成されている。
【００３７】
金属基板２の板厚は、ガスケットの用途などに合わせて適宜設定することができ、例えば、０．２０ｍｍ〜０．２５ｍｍの範囲に設定することが好ましい。
【００３８】
本明細書において、跳ね上げビード５の嶺部５３の角度θとは、図２中の一点鎖線で示すように、第１の斜面部５２の板厚の中心と第２の斜面部５４の板厚の中心とが交差する角度のことである。
【００３９】
また、本明細書において、跳ね上げビード５の高さＨとは、図２に示すように、金属基板２の平面部５１の上面（嶺部５３の凸側の面）から嶺部５３の頂部までの高さのことである。また、幅Ｗとは、金属基板２の平面部５１と第１の斜面部５２との境界部から嶺部５３の頂部までの幅のことである。
【００４０】
なお、これら角度θ、高さＨ及び幅Ｗは、特に断りのない限り、初期の値、即ちフランジへの未装着時（荷重が負荷される前）の値を意味する。以下の説明では、これらの値について、荷重負荷時または荷重負荷後の値と区別する意味で、初期ビード角度θ０、初期ビード高さＨ０及び初期ビード幅Ｗ０と表現する場合がある。
【００４１】
跳ね上げビード５の初期ビード高さＨ０及び初期ビード幅Ｗ０は、初期ビード高さＨ０と初期ビード幅Ｗ０の比（Ｈ０：Ｗ０）が、１：２．５〜１：１２．５の範囲となるように設定することが好ましい。これによって、嶺部５３の初期ビード角度θ０を上記の通り規定することによって復元量を向上させた跳ね上げビード５を好適に形成することができる。
【００４２】
跳ね上げビード５の具体的な初期ビード高さＨ０及び初期ビード幅Ｗ０は、Ｈ０：Ｗ０の比が上記範囲内で跳ね上げビード５として機能し得るものであれば特に限定されないが、一例を挙げると、初期ビード高さＨ０を０．４ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲、初期ビード幅Ｗ０を２．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲とすることである。
【００４３】
次に、跳ね上げビード５の初期ビード高さＨ０について、更に詳しく説明する。
【００４４】
図３は、ビード高さＨの荷重Ｆ依存性に及ぼす初期ビード高さＨ０の影響を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はビード高さＨ（ｍｍ）であり、縦軸は荷重Ｆ（ｇｆ）である。
【００４５】
ビード高さＨは、当該高さ方向に負荷される荷重Ｆの大きさに依存して変化する。図３は、かかるビード高さＨの荷重Ｆ依存性を、初期ビード高さＨ０を異ならせたガスケットの各々について観察した様子を示している。
【００４６】
ここでは、各ガスケットとも、板厚０．２ｍｍの金属基板２に形成した跳ね上げビード５について、初期ビード幅Ｗ０＝３ｍｍ、初期ビード角度θ０＝１４０°に固定し、各ガスケットで、初期ビード高さＨ０を、０．４ｍｍ、０．６ｍｍ、０．８ｍｍに設定した例を示している。
【００４７】
図３に示すように、初期ビード高さＨ０を異ならせた何れのガスケットも、荷重Ｆの増大に伴う圧縮過程において、ビード高さＨは減少していき、ガスケットが板厚まで圧縮されたときに、ビード高さＨはゼロになる。次いで、荷重Ｆの減少に伴う解放過程において、ビード高さＨは増大していく。そして、荷重Ｆを完全に解放したときに、所定のビード高さＨＲまで復元される。このとき、図３に示すように、復元後のビード高さＨＲは、初期ビード高さＨ０を異ならせた各ガスケットで異なる値を示す。
【００４８】
本明細書では、上記のように、荷重を負荷してガスケットを板厚まで圧縮した後、該荷重を完全に解放したときの復元後のビード高さを、復元量という。復元量は、上述した復元性を量的に表現する指標として有効であり、復元量の値が大きい程、追随量が大きくなることがわかっている。以下の説明において、復元量Ｒは、復元後のビード高さＨＲに等しい関係にある。
【００４９】
図４は、復元量Ｒの初期ビード高さＨ０依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は初期ビード高さＨ０（ｍｍ）であり、縦軸は復元量Ｒ（ｍｍ）である。
【００５０】
図４に示すように、初期ビード高さＨ０を高く形成する程、復元量Ｒも増加することがわかる。従って、追随量の向上の観点からは、好ましくはＨ０：Ｗ０が上記の比を満たす範囲で、可能な限り初期ビード高さＨ０を高く設定することが好ましい。
【００５１】
次に、跳ね上げビード５の初期ビード幅Ｗ０について、更に詳しく説明する。
【００５２】
図５は、ビード高さＨの荷重Ｆ依存性に及ぼす初期ビード幅Ｗ０の影響を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はビード高さＨ（ｍｍ）であり、縦軸は荷重Ｆ（ｇｆ）である。
【００５３】
ビード高さＨは、当該高さ方向に負荷される荷重Ｆの大きさに依存して変化する。図５は、かかるビード高さＨの荷重Ｆ依存性を、初期ビード幅Ｗ０を異ならせたガスケットの各々について観察した様子を示している。
【００５４】
ここでは、各ガスケットとも、板厚０．２ｍｍの金属基板２に形成した跳ね上げビード５について、初期ビード高さＨ０＝０．８ｍｍ、初期ビード角度θ０＝１４０°に固定し、各ガスケットで、初期ビード幅Ｗ０を、２ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍに設定した例を示している。
【００５５】
図５に示すように、初期ビード幅Ｗ０を異ならせた何れのガスケットも、荷重Ｆの増大に伴う圧縮過程において、ビード高さＨは減少していき、ガスケットが板厚まで圧縮されたときに、ビード高さＨはゼロになる。次いで、荷重Ｆの減少に伴う解放過程において、ビード高さＨは増大していく。そして、荷重Ｆを完全に解放したときに、所定のビード高さＨＲまで復元される。このとき、図５に示すように、復元後のビード高さＨＲは、初期ビード幅Ｗ０を異ならせた各ガスケットで異なる値を示す。
【００５６】
図６は、復元量Ｒの初期ビード幅Ｗ０依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は初期ビード幅Ｗ０（ｍｍ）であり、縦軸は復元量Ｒ（ｍｍ）である。
【００５７】
図６に示すように、初期ビード幅Ｗ０を広く形成する程、復元量Ｒも増加することがわかる。従って、追随量の向上の観点からは、好ましくはＨ０：Ｗ０が上記の比を満たす範囲で、可能な限り初期ビード幅Ｗ０を広く設定することが好ましい。
【００５８】
以上のような構成を備えるガスケット１において、本発明では、跳ね上げビード５の嶺部５３の角度θ０を、１３５°〜１５０°に設定する。以下に、初期ビード角度θ０が設定されたガスケット１の効果について説明する。
【００５９】
図７は、ビード高さＨの荷重Ｆ依存性に及ぼす初期ビード角度θ０の影響を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はビード高さＨ（ｍｍ）であり、縦軸は荷重Ｆ（ｇｆ）である。
【００６０】
ビード高さＨは、当該高さ方向に負荷される荷重Ｆの大きさに依存して変化する。図７は、かかるビード高さＨの荷重Ｆ依存性を、初期ビード角度θ０を異ならせたガスケットの各々について観察した様子を示している。
【００６１】
ここでは、各ガスケットとも、板厚０．２ｍｍの金属基板２に形成した跳ね上げビード５について、初期ビード高さＨ０＝０．８ｍｍ、初期ビード幅Ｗ０＝３ｍｍに固定し、各ガスケットで、初期ビード角度θ０を、１３５°、１４０°、１５０°、１６０°に設定した例を示している。
【００６２】
図７に示すように、初期ビード角度θ０を異ならせた何れのガスケットも、荷重Ｆの増大に伴う圧縮過程において、ビード高さＨは減少していき、ガスケットが板厚まで圧縮されたときに、ビード高さＨはゼロになる。次いで、荷重Ｆの減少に伴う解放過程において、ビード高さＨは増大していく。そして、荷重Ｆを完全に解放したときに、所定のビード高さＨＲまで復元される。このとき、図３に示すように、復元後のビード高さＨＲは、初期ビード角度θ０を異ならせた各ガスケットで異なる値を示す。
【００６３】
図８は、復元量Ｒの初期ビード角度θ０依存性を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸は初期ビード角度θ０（°）であり、縦軸は復元量Ｒ（ｍｍ）である。
【００６４】
図８に示すように、初期ビード角度θ０を１４０°まで大きくしていくと復元量Ｒの良化（増加）が認められ、１４０°を超えると復元量Ｒは再び減少していく。すなわち、１３５°〜１５０°の範囲内に、跳ね上げビード５の復元量Ｒのピークを有している。
【００６５】
同グラフ中の一点鎖線で示されるＡは、上記と同じ板厚の金属基板にフルビードを形成したガスケット（比較例１）の復元量Ｒの範囲を示している。また、二点鎖線で示されるＢは、上記と同じ板厚の金属基板にハーフビードを形成したガスケット（比較例２）の復元量Ｒの範囲を示している。これによると、初期ビード角度θ０が１３５°〜１５０°の範囲であれば、跳ね上げビード５を形成したガスケット１は、これらフルビード及びハーフビードを形成したガスケットよりも復元量Ｒが大きい値を示すことがわかる。
【００６６】
従って、跳ね上げビード５の嶺部５３の初期ビード角度θ０を１３５°〜１５０°の範囲に設定することにより、フルビードやハーフビードに比べて復元量Ｒを大きくでき、フランジの変形等に対する跳ね上げビード５の追随量を従来よりも大きく向上させることができる。その結果、特に低剛性なフランジに装着されてもシール性を安定に維持できる効果が得られる。
【００６７】
初期ビード角度θ０が１３５°よりも小さい場合及び１５０°を超える場合のいずれも、図８から明らかなように、フルビードやハーフビードに対する追随量の向上効果が期待できず、跳ね上げビード５を採用するメリットが低減する。より好ましい初期ビード角度θ０は１３５°〜１４５°の範囲とすることであり、最も好ましくは１４０°近傍とすることである。
【００６８】
本発明のガスケット１は、上記の跳ね上げビード５を形成した金属基板２を複数枚積層することによって構成される積層ガスケットの形態であってもよい。各金属基板２に形成された跳ね上げビード５の嶺部５３の角度θが上記の通り設定されることで、同じ積層枚数、同じビード高さＨ及び幅Ｗの跳ね上げビードを有する従来の積層ガスケットに比べて、より多くの追随量を発揮する積層ガスケットを構成することができる。
【００６９】
金属基板２には、その少なくとも一面に皮膜（図示せず）がコーティングされていることが好ましい。
【００７０】
コーティングの種類としては、シール性向上を図る観点ではゴムコーティングが好ましい。ゴムとしては、ニトリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴム等が挙げられる。
【００７１】
また、コーティングとして耐熱性の皮膜を使用することも好ましい。積層ガスケット１の耐熱性を向上させ、長期に亘ってシール機能を発揮することができる。耐熱性の皮膜としては、二硫化モリブデンやＢＮ（窒化硼素）系のセラミックスが挙げられる。
【００７２】
皮膜は、金属基板２の少なくとも一面の全面にコーティングしてもよいし、例えば跳ね上げビード５によるシールラインに沿って部分的にコーティングしてもよい。
【００７３】
本発明のガスケットは、例えば、エキゾーストマニホールド用ガスケット、ターボ用ガスケット、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation；排気再循環）用ガスケット等の高温のガス（例えば排気ガス等）をシールする用途に好適に用いることができる。本発明のガスケットは、相手部材（例えばフランジ等）の熱変形に対して、好適に追随できるからである。また、特に、金属材料として軽量なアルミニウム合金材料を使用した比較的低剛性なフランジに組み合わせて用いられることが好ましい。本発明のガスケットは、フランジの低剛性に由来する変形に対しても、好適に追随できるからである。もっとも好ましい態様として、本発明のガスケットは、高温のガス（例えば排気ガス等）をシールする用途であり、且つ、比較的低剛性なフランジに組み合わせて用いられるときに、特に顕著な効果を奏する。
【符号の説明】
【００７４】
１：ガスケット
２：金属基板
３：開口部
３１：開口縁
４：ボルト孔
５：跳ね上げビード
５１：平面部
５２：第１の斜面部
５３：嶺部
５４：第２の斜面部
【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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