(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトにより締結される２つの部材の間に配設され、ボルト軸の周囲領域に於ける前記２つの部材間のシール性を確保する金属ガスケットにおいて、
ビートないし段差がない平板状のガスケット本体を備え、
前記ガスケット本体は、締結された前記２つの部材の熱変形に伴って前記２つの部材の間に生ずる圧縮力以上の荷重で、予め軸方向に圧縮されて塑性変形が付与されることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
ボルトにより締結される２つの部材の間に配設され、ボルト軸の周囲領域に於ける前記２つの部材間のシール性を確保する金属ガスケットを製造する方法において、
金属板を、ビートないし段差がない平板状のガスケット形状に打ち抜く打ち抜き工程と、
前記金属板をＳｎメッキ処理するメッキ処理工程と、
締結された前記２つの部材の熱変形に伴って前記２つの部材の間に生ずる圧縮力以上の荷重で、金属板を圧縮して塑性変形を付与する圧縮工程と、
を備えることを特徴とする金属ガスケットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属ガスケットおよび金属ガスケットの製造方法に係り、特に、熱変形の生ずる２つの部材間に配設されるガスケットとして好適な金属ガスケット、および、その製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば特開昭５７−７９３６２号に開示される如く、２つの部材の間に配設される金属ガスケットが知られている。従来の金属ガスケットは、２つの部材がボルトによって締結される際に、ボルトの軸力が増すに連れて塑性変形と弾性変形とを伴って変形する。そして、ボルトの締めつけが終了して軸力が安定すると、以後金属ガスケットは、２つの部材に対して密着してそれらの間に適正なシール性を付与する。このように、金属ガスケットによれば、所定の荷重で締結される２つの部材の間に、適正なシール性を付与することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、金属ガスケットを挟持する２つの部材がボルトによって締結された後に、これら２つの部材に熱変形が生ずると、ボルトの軸力が締結時に付与された荷重以上に増加することがある。ボルトの軸力が増加すると、２つの部材の間に配設されている金属ガスケットには、更なる塑性変形および弾性変形が生ずる。
【０００４】
２つの部材に熱変形が生じている間は、金属ガスケットに対して十分な荷重が付与される。従って、このような状況下では、金属ガスケットによって優れたシール性が維持される。２つの部材の熱変形が消滅した後に金属ガスケットに残存する弾性変形量は、熱変形の過程で更なる塑性変形が生じた分だけ、熱変形が生ずる以前の変形量に比して小さな値となる。このため、２つの部材の熱変形が消滅すると、金属ガスケットに作用する荷重が適正値に比して小さな値となる。その結果、２つの部材の熱変形が消滅した後に金属ガスケットによって確保されるシール性は、熱変形が生ずる以前の水準に比して低くなる。
【０００５】
このように、上記従来の金属ガスケットは、２つの部材が締結された直後は優れたシール性を発揮するものの、それら２つの部材の熱変形が繰り返されることにより、シール性を低下させる特性を有するものであった。本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、２つの部材の熱変形が繰り返されても、シール性を低下させることのない金属ガスケットを提供することを第１の目的とする。
【０００６】
また、本発明は、２つの部材の熱変形が繰り返されても、シール性を低下させることのない金属ガスケットを製造する方法を提供することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的は、請求項１に記載する如く、ボルトにより締結される２つの部材の間に配設され、ボルト軸の周囲領域に於ける前記２つの部材間のシール性を確保する金属ガスケットにおいて、
ビートないし段差がない平板状のガスケット本体を備え、
前記ガスケット本体は、締結された前記２つの部材の熱変形に伴って前記２つの部材の間に生ずる圧縮力以上の荷重で、予め軸方向に圧縮されて塑性変形が付与されることを特徴とする金属ガスケットにより達成される。
【０００８】
本発明において、金属ガスケットのガスケット本体は、２つの部材の間に配設されるに先立って、予め所定の荷重で圧縮されている。このため、ガスケット本体には、金属ガスケットが２つの部材の間に配設される段階で、既にその荷重に応じた塑性変形が付与されている。ガスケット本体に予め付与される荷重は、２つの部材の熱変形に伴う圧縮力以上の値に設定されている。従って、金属ガスケットが２つの部材の間に配設された後、それらに熱変形が生じてもガスケット本体の塑性変形量が増加することはない。ガスケット本体の塑性変形量が増加しなければ、２つの部材の熱変形の前後で、金属ガスケットは同等のシール性を発揮する。
【０００９】
また、上記第２の目的は、請求項２に記載する如く、ボルトにより締結される２つの部材の間に配設され、ボルト軸の周囲領域に於ける前記２つの部材間のシール性を確保する金属ガスケットを製造する方法において、
金属板を平板状のガスケット形状に打ち抜く打ち抜き工程と、
前記金属板をＳｎメッキ処理するメッキ処理工程と、
締結された前記２つの部材の熱変形に伴って前記２つの部材の間に生ずる圧縮力以上の荷重で、金属板を圧縮して塑性変形を付与する圧縮工程と、
を備えることを特徴とする金属ガスケットの製造方法により達成される。
【００１０】
本発明において、金属ガスケットは、所定形状に打ち抜かれると共に、所定の荷重で圧縮されることにより製造される。更に、金属ガスケットは、Ｓｎメッキにより表面処理される。上記の製造方法によれば、金属ガスケットには、２つの部材の間に配設される段階で、既に所定荷重に応じた塑性変形が付与されている。この荷重は、２つの部材の熱変形に伴う圧縮力以上の荷重である。従って、上記の方法で製造された金属ガスケットには、２つの部材に熱変形が生じた場合にも更なる塑性変形が生ずることがない。このため、本発明の金属ガスケットによれば、２つの部材の熱変形の前後で同等のシール性が確保される。尚、本発明において、打ち抜き工程、メッキ処理工程、及び圧縮工程を行う順序は問われない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例である金属ガスケット１０、ボルト１２、ワッシャ１４および締結部材１６の分解斜視図を示す。金属ガスケット１０は、銅を基材とする環状の部材である。金属ガスケット１０は、以下に説明する製造方法により製造される。
【００１２】
図２は、金属ガスケット１０の製造方法の流れを表すフローチャートを示す。金属ガスケット１０は、図２に示す第１乃至第４工程を実行することで製造することができる。
第１工程では、先ず金属ガスケット１０の原板である銅板を、金属ガスケット１０の形状に打ち抜く加工が行われる。本工程では、金属ガスケット１０の原板として、板厚ｔ＝ｔ0 の銅板が用いられる。
【００１３】
第２工程では、打ち抜きにより形成されたガスケット状の銅板に焼きなまし処理が施される。本工程において焼きなまし処理が施されたガスケット状の銅板は、原板の銅板に比して優れたバネ性を示す。
第３工程では、ガスケット状の銅板にＳｎメッキ処理が施される。Ｓｎメッキは、銅板に比して展延性に優れていると共に、銅板に比して小さな摩擦係数を示す。
【００１４】
第４工程では、ガスケット状の銅板に、金属ガスケット１０の使用荷重以上の圧縮荷重が印加される。尚、「使用荷重以上の圧縮荷重」については、後に説明する。上述した４つの工程が終了すると、本実施例の金属ガスケット１０を得ることができる。
【００１５】
図１に示す締結部材１６の内周面には、ボルト１２のネジ溝と係合するネジ溝が形成されている。ボルト１２は、ワッシャ１４と締結部材１６との間に金属ガスケット１０が挟持されるように、所定の締結トルクで締結部材１６に締結される。
【００１６】
金属ガスケット１０の表面には、上述の如く、摩擦係数の小さなＳｎメッキの層が形成されている。このため、ボルト１２の締結部材１６への締めつけ処理は、ワッシャ１４と締結部材１６との間に金属ガスケット１０を挟持した状態で滑らかに行うことができる。
【００１７】
ボルト１２が所定の締結トルクで締結部材１６に締結されると、ボルト１２にその締結トルクに応じた張力が発生すると共に、金属ガスケット１０に、その張力と等しい圧縮力が作用する。以下、ボルト１２の発する張力を軸力と、また、金属ガスケット１０が受ける圧縮力を荷重と称す。
【００１８】
ボルト１２の軸力、すなわち、金属ガスケット１０に作用する荷重が十分に大きな値である場合は、金属ガスケット１０の一方の面とワッシャ１４、および、金属ガスケット１０の他方の面と締結部材１６の双方が密着状態に維持される。上述の如く、金属ガスケット１０の表面には、展延性に富むＳｎメッキの層が形成されている。このため、金属ガスケット１０は、ワッシャ１４および締結部材１６に対して高い密着性を示す。
【００１９】
このように、金属ガスケット１０がワッシャ１４および締結部材１６に対して高い密着性を示すと、ワッシャ１４と締結部材１６との間に適正なシール性が確保される。従って、金属ガスケット１０によれば、ボルト１２の軸力が十分に大きな値である場合にワッシャ１４と締結部材１６との間に適正なシール性を付与することができる。
【００２０】
一方、ボルト１２の軸力が低下し、金属ガスケット１０に作用する荷重が不十分な値となると、金属ガスケット１０とワッシャ１４および締結部材１６との当接面を、密着状態に維持できなくなる。このような状態が形成されると、ワッシャ１４と締結部材１６との間に適正なシール性を得ることができなくなる。従って、金属ガスケット１０によって長期間にわたって適正なシール性を維持するためには、ボルト１２の軸力の低下を抑制することが重要である。
【００２１】
本実施例の金属ガスケット１０は、ボルト１２が締結部材１６に締結された後、ボルト１２の軸力が低下するのを防止し、長期に渡ってワッシャ１４と締結部材１６との間に適正なシール性を付与することができる点に特徴を有している。以下、図３乃至図６を参照して、上記の特徴部について説明する。
【００２２】
図３は、上記図２に示す第１乃至第３工程の加工のみにより製造された金属ガスケット、すなわち、使用荷重以上の圧縮荷重を印加する処理に付されていない金属ガスケット（以下、比較用ガスケットと称す）によって実現される荷重と変形量との関係を示す。
【００２３】
図３中に示す荷重Ｌ0 は、ボルト１２を締結部材１６に締めつける際に確保すべき規定の荷重である。すなわち、比較用ガスケットがワッシャ１４と締結部材１６との間に配設された後、ボルト１２が所定の締結トルクで締めつけられると、比較用ガスケットには、規定の荷重Ｌ0 が作用する。
【００２４】
図３中に示す点Ｃ0 と点Ｃ1 とを結ぶ曲線▲１▼（実線で示す曲線）は、ボルト１２が締結部材１６に締めつけられる過程で比較用ガスケットによって実現される荷重と変形量との関係を示す。曲線▲１▼の関係は、比較用ガスケットに、塑性変形と弾性変形の双方が生ずることにより形成される。
【００２５】
図３中に示す点Ｃ1 と点Ｃ2 とを結ぶ曲線▲２▼（一点鎖線で示す曲線）は、ボルト１２の締結トルクが緩められる過程で比較用ガスケットによって実現される関係を示す。ボルト１２の締結トルクが緩められる過程では、比較用ガスケットに生じた塑性変形が維持されたまま、弾性変形のみが消滅することにより荷重と変形量との関係が変化する。このため、曲線▲２▼は曲線▲１▼と異なる曲線となる。尚、図３中に示す点Ｃ0 における変形量と点Ｃ2 における変形量との差は、荷重Ｌ0 が付与されることにより比較用ガスケットに生じた塑性変形量に相当する。
【００２６】
ワッシャ１４および締結部材１６の環境温度が変化すると、これらの部材には熱変形が生ずる。比較用ガスケットがワッシャ１４と締結部材１６との間に挟持されている場合に、ワッシャ１４や締結部材１６に熱膨張が生ずると、比較用ガスケットに更なる変形が生ずることがある。
【００２７】
図３中に示す点Ｃ1 と点Ｃ3 とを結ぶ曲線▲３▼（破線で示す曲線）は、ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形に伴って、比較用ガスケットに更なる変形が生ずる過程で実現される荷重と変形量との関係を示す。曲線▲３▼の関係は、上述した曲線▲１▼の関係と同様に、比較用ガスケットに塑性変形と弾性変形の双方が生ずることにより実現される。
【００２８】
図３中に示す荷重Ｌ1 は、ワッシャ１４および締結部材１６に熱変形が生じた際に、比較用ガスケットに作用した荷重、すなわち、ボルト１２に発生した軸力を示す。荷重Ｌ1 は、規定の荷重Ｌ0 に比して大きな値である。比較用ガスケットに、規定の荷重Ｌ0 に比して大きな荷重Ｌ1 が作用すると、比較用ガスケットには、その荷重Ｌ1 に応じた塑性変形および弾性変形が生ずる。
【００２９】
図３中に示す点Ｃ3 と点Ｃ4 とを通る曲線▲４▼（破線で示す曲線）は、ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形が消滅する過程で比較用ガスケットによって実現される関係を示す。ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形が消滅する過程では、比較用ガスケットに生じた塑性変形が維持されたまま、弾性変形のみが消滅することにより荷重と変形量との関係が変化する。このため、曲線▲４▼は曲線▲３▼と異なる曲線となる。
【００３０】
ワッシャ１４および締結部材１６に生じていた熱変形が完全に消滅すると、図３中に点Ｃ4 を付して表す関係が実現される。比較用ガスケットの荷重と変形量との関係が、図３中に点Ｃ3 を付して表す関係から、点Ｃ4 を付して表す関係に変化する過程で、比較用ガスケットの変形量は、ボルト１２の締結が終了した時点で確保されていた変形量に復帰する。一方、比較用ガスケットに作用する荷重は、比較用ガスケットに更なる塑性変形が生じたことに起因して、規定の荷重Ｌ0 に比して小さな値Ｌ2 にまで低下する。
【００３１】
図４は、比較用ガスケットに作用する荷重の時間的な変化を示す。図４に示す変化は、時刻ｔ0 〜ｔ1 にかけてボルト１２の締めつけが行われ、時刻ｔ2 〜ｔ3 に架けてワッシャ１４および締結部材１６に熱変形が発生し、更に、時刻ｔ4 〜ｔ5 にかけてその熱変形が消滅した際に実現される。
【００３２】
上記図３および図４に示す如く、比較用ガスケットに作用する荷重は、ワッシャ１４および締結部材１６に熱変形が生ずることで規定の荷重Ｌ0 に比して小さな値Ｌ2 に減少する。ワッシャ１４と締結部材１６との間のシール性は、両者間に挟持されるガスケットに作用する荷重が小さな値となるほど低下する。また、ボルト１２と締結部材１６との締結部には、両者間に挟持されているガスケットに作用する荷重が低下するほど、すなわち、ボルト１２が発生する軸力が低下するほど緩みが生じ易くなる。
【００３３】
このため、ワッシャ１４と締結部材１６との間に比較用ガスケットが挟持されている場合は、ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形が繰り返されるに連れて、両者間のシール性が低下すると共に、ボルト１２に緩みが生じ易くなるという不都合が生ずる。
【００３４】
図５は、本実施例の金属ガスケット１０によって実現される荷重と変形量との関係を示す。上述の如く、本実施例の金属ガスケット１０は、上記図２に示す第４工程において、使用荷重以上の圧縮荷重を印加する処理に付されている。本実施例において、上記の使用荷重は、現実の使用環境下で金属ガスケット１０に作用する最も大きな荷重、具体的には、ボルト１２と締結部材１６とが基準の状態に締結されている状況下で、ワッシャ１４や締結部材１６に最大限の熱変形が生じた際に金属ガスケット１０に作用する荷重に設定されている。上記第４工程では、この使用荷重以上の圧縮荷重ＬMAX でガスケット状の銅板が圧縮される。
【００３５】
図５中に示す荷重ＬMAX ，Ｌ0 およびＬ1 は、それぞれ上記第４工程でガスケット状の銅板に印加される荷重、ボルト１２を締結部材１６に締めつける際に金属ガスケット１０に作用させるべき規定の荷重、および、ワッシャ１４および締結部材１６に熱変形が生じた際に金属ガスケット１０に作用する荷重を示す。また、図５中に破線で示す曲線は、上記第４工程でガスケット状の銅板に荷重ＬMAX を印加する過程で、その銅板によって実現される関係を示す。
【００３６】
図５中に示す点Ｐ0 と点Ｐ2 とを結ぶ曲線▲５▼は、ボルト１２が締結部材１６に締めつけられる過程で金属ガスケット１０によって実現される関係を示す。上述の如く、金属ガスケット１０には予め荷重ＬMAX が付与されている。このため、金属ガスケット１０には、ボルト１２の締結が行われる以前より荷重ＬMAX に対応する塑性変形が生じている。
【００３７】
金属ガスケット１０に、予め荷重ＬMAX に対応する塑性変形が付与されていると、荷重Ｌ0 が印加された際に、金属ガスケット１０に大きな塑性変形が生ずることはない。このため、図５に示す曲線▲５▼の関係は、金属ガスケット１０の塑性変形量を変化させることなく、すなわち、金属ガスケット１０の弾性変形量のみを変化させることにより実現される。
【００３８】
図５中に示す点Ｐ2 と点Ｐ3 とを結ぶ曲線▲６▼は、ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形に伴って、金属ガスケット１０に作用する荷重がＬ1 まで増加する過程で実現される関係を示す。熱変形に伴って生ずる荷重Ｌ1 は、製造工程において金属ガスケット１０に印加される荷重ＬMAX に比して小さな値である。このため、曲線▲６▼の関係は、上述した曲線▲５▼の関係と同様に、金属ガスケット１０の弾性変形量のみを変化させることで実現できる関係である。
【００３９】
このように、本実施例の金属ガスケット１０によれば、ワッシャ１４および締結部材１６に熱変形が生じた場合に、その変形を、弾性変形のみで吸収することができる。従って、ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形が消滅する過程で、金属ガスケット１０は、曲線▲６▼に示す関係を満たしつつ変形量を減少させることができる。
【００４０】
金属ガスケット１０が変形量を減少させる過程で、曲線▲６▼の関係が満たされていると、ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形が完全に消滅した時点で、すなわち、金属ガスケット１０の変形量が熱変形の生ずる以前の値に復帰した時点で、金属ガスケット１０に作用する荷重を規定の荷重Ｌ0 に復帰させることができる。
【００４１】
図６は、本実施例の金属ガスケット１０に作用する荷重の時間的な変化を示す。図６に示す変化は、時刻ｔ0 〜ｔ1 にかけてボルト１２の締めつけが行われ、時刻ｔ2 〜ｔ3 に架けてワッシャ１４および締結部材１６に熱変形が発生し、更に、時刻ｔ4 〜ｔ5 にかけてその熱変形が消滅した際に実現される。
【００４２】
上記図５および図６に示すように、本実施例の金属ガスケット１０によれば、ワッシャ１４および締結部材１６に熱変形が生ずる前後で、金属ガスケット１０に作用する荷重を一定値に維持することができる。従って、本実施例の金属ガスケット１０によれば、ワッシャ１４および締結部材１６の熱変形が繰り返される環境下においても、長期間に渡ってワッシャ１４と締結部材１６とのシール性を良好に維持することができる。
【００４３】
尚、上記の実施例においては、ワッシャ１４および締結部材１６が前記請求項１記載の「２つの部材」に、荷重ＬMAXが前記請求項１記載の「熱変形に伴って前記２つの部材の間に生ずる圧縮力以上の荷重」に、それぞれ相当している。また、上記の実施例においては、上記図２に示す第１工程により前記請求項３記載の「打ち抜き工程」が、上記図２に示す第３工程により前記請求項３記載の「メッキ処理工程」が、上記図２に示す第４工程により前記請求項３記載の「圧縮工程」が、それぞれ実現されている。
【００４４】
ところで、上記の実施例においては、銅板をガスケット状に打ち抜いた後、更に、焼きなまし処理およびＳｎメッキ処理を実行した後に、ガスケット状の銅板を所定の荷重で圧縮することとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、銅板を圧縮する工程は、銅板をガスケット状に打ち抜く前に、或いは、銅板を打ち抜いた後、焼きなまし処理が実行される前に、または、焼きなまし処理の後、Ｓｎメッキ処理の前に実行することとしてもよい。
【００４５】
また、上記の実施例においては、銅板に焼きなまし処理およびＳｎメッキ処理を施すこととしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、焼きなまし処理およびＳｎメッキ処理を省略することとしてもよい。
更に、上記の実施例においては、金属ガスケット１０の基材として銅を用いることとしているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、アルミ等の金属を基材としてもよい。
【００４６】
【発明の効果】
上述の如く、請求項１記載の発明によれば、２つの部材の熱変形に伴ってガスケット本体の塑性変形量が増加するのを防止することができる。このため、本発明に係る金属ガスケットによれば、２つの部材の熱変形が繰り返されても安定したシール性を維持することができる。
【００４７】
また、請求項２記載の発明によれば、２つの部材に熱変形が生じても、塑性変形量を増加させることのない金属ガスケットを製造することができる。このため、本発明に係る製造方法によれば、２つの部材の熱変形が繰り返されても、シール性を低下させることのない金属ガスケットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である金属ガスケットとその周辺部材の分解斜視図である。
【図２】本発明の一実施例である金属ガスケットの製造方法の流れを表すフローチャートである。
【図３】比較用ガスケットによって実現される荷重と変形量との関係を表す特性図である。
【図４】比較用ガスケットに作用する荷重の時間的変化を表す図である。
【図５】本実施例の金属ガスケットによって実現される荷重と変形量との関係を表す特性図である。
【図６】本実施例の金属ガスケットに作用する荷重の時間的変化を表す図である。
【符号の説明】
１０  金属ガスケット
１２  ボルト
１４  ワッシャ
１６  締結部材
【図１】
0003744626.tif 000002
【図２】
0003744626.tif 000003
【図３】
0003744626.tif 000004
【図４】
0003744626.tif 000005
【図５】
0003744626.tif 000006
【図６】
0003744626.tif 000007