(57)【要約】【課題】接合面に局部的に過大な荷重が集中して起こる変形（凹みなど）の発生を抑えて、経時的なシール性劣化を従来よりも抑えることが可能な金属ガスケットを提供する。【解決手段】基板１の中央側に燃焼室孔２が開口していると共に、その燃焼室孔２外周を囲繞するようにして増厚部３が設けられている。基板１の外周側には複数のボルト孔８が開口しており、ボルト孔８よりも外周側にシールには寄与しない捨てビード９が設けられている。該捨てビード９は、金属ビード１０とゴムビードとから構成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも燃焼室孔およびボルト孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔端部を囲繞して他の部分よりも板厚が厚い増厚部を設けると共に、少なくとも上記燃焼室孔及び増厚部の外周を囲うようにして内周側シールラインが設定された金属ガスケットにおいて、
上記ボルト孔のうちの１個以上のボルト孔について、ボルト孔と基板外周端部との間に位置する基板部分に対しシールに寄与しない捨てビードを設け、その捨てビードは、基板を凸状若しくは凹凸状に屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面及び凸部裏側の凹部に固着して上記金属ビードと共に板厚方法に弾性変形する弾性シール材からなるゴムビードとの合成から構成されることを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
上記内周側シールラインに沿って形成されるビードを、上記増厚部による増厚側に上記基板を凸状若しくは凹凸状に屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面及び凸部裏側の凹部に固着して上記金属ビードと共に板厚方法に弾性変形する弾性シール材からなるゴムビードとの合成から構成することを特徴とする請求項１に記載した金属ガスケット。
【請求項３】
上記ボルト孔の端部を折り返したり基板外周端部を部分的に折り返したりして第２の増厚部を形成し、その第２の増厚部と上記捨てビードとを共用する構造としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した金属ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を構成するシリンダブロックの接合面とシリンダヘッドの接合面との間に介挿され且つボルト締結されることで、燃焼ガス、水圧、及びオイル圧等をシールする機能を有するシリンダヘッドガスケットとして有用な金属ガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の金属ガスケットとしては、例えば特許文献１に記載されるガスケットがある。すなわち、燃焼室孔周縁部にグロメットを装着若しくは基板の燃焼室孔端部を折り返すことで、内周側に硬質のストッパ（増厚部）を形成する。また、基板の外周縁やボルト孔の開口端部の一部の端部を折り返して上記増厚部に対してカウンターとなる外周側のストッパを形成し、これらストッパによって、シールラインに沿って形成されたビードの圧縮変形量を規制している。なお、上記ストッパにあっては、折返し部の内側等に板バネなどを内蔵して若干のバネを持たせたり表面に被膜を形成したりする場合もあるが、シールすべき接合面との当接部は硬質となっている。
【０００３】
ここで、シールラインに沿って配置されるビードとしては、特許文献１のような軟質のゴム材（弾性シール材）からなるほか、特許文献２に記載のように、基板自体を屈曲成形してビードを形成することが一般に行われている。
【特許文献１】特開平６−１０１７６１号公報
【特許文献２】特開平１１−２４７９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述のように、従来、ビードの変形量を規制するストッパは金属製の硬質のものであり、また、少なくとも外周側に配置されるストッパの配置は、折返し等で形成されることからボルト孔周囲以外は部分的な位置に限られ、面圧が大きくなりがちである。
ここに、近年エンジンの進化は目覚しく小型軽量化・高性能化が進むことで、シリンダボア間の間隔も極端に狭くなり、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に配置される金属ガスケットについても、厳しい要求条件への対応が迫られる。また、剛性の低下したエンジンでの高い圧縮比、低冷温から高温への急速変化等で部分的にはシール面間の口開きやシリンダブロックとシリンダヘッドとの間でずれが発生したり、シール面幅も狭くなる傾向にあり、それに伴い、燃焼室孔周囲に配置される内周側ストッパ及び外周側に配置される外周側ストッパはともに、ストッパ設定場所が狭くなり、つまりストッパの接合面との対向面積が小さくなる。この結果、硬質で小さなストッパに荷重が集中しシリンダブロックおよびシリンダヘッドの接合面の一部を陥没させるおそれがある。ストッパと当接する接合面部分が陥没するとビードに過大な面圧が掛りビードの過剰変形に繋がる。特に、シリンダブロック及びシリンダヘッドがアルミ製などの軟質の材料から構成した場合に上記問題が大きくなる。また、上述のような外周側のストッパは、形成出来る位置も限定される。
【０００５】
なお、上記ストッパは、金属板の基板に成形したビードの過圧縮を防止する役目を有し、さらに内周側のストッパ（増厚部）は燃焼室内で起る爆発による高温高圧ガスをシールする役目を持っている。
本発明は、上記のような点に着目したもので、接合面への過大な面圧集中によって生じる変形（凹みなど）を防止して、経時的なシール性劣化を従来よりも抑えることが可能な金属ガスケットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔およびボルト孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔端部を囲繞して他の部分よりも板厚が厚い増厚部を設けると共に、少なくとも上記燃焼室孔及び増厚部の外周を囲うようにして内周側シールラインが設定された金属ガスケットにおいて、
上記ボルト孔のうちの１個以上のボルト孔について、ボルト孔と基板外周端部との間に位置する基板部分に対しシールに寄与しない捨てビードを設け、その捨てビードは、基板を凸状若しくは凹凸状に屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面及び凸部裏側の凹部に固着して上記金属ビードと共に板厚方法に弾性変形する弾性シール材からなるゴムビードとの合成から構成されることを特徴とするものである。
【０００７】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記内周側シールラインに沿って形成されるビードを、上記増厚部による増厚側に上記基板を凸状若しくは凹凸状に屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面及び凸部裏側の凹部に固着して上記金属ビードと共に板厚方法に弾性変形する弾性シール材からなるゴムビードとの合成から構成することを特徴とするものである。
【０００８】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記ボルト孔の端部を折り返したり基板外周端部を部分的に折り返したりして第２の増厚部を形成し、その第２の増厚部と上記捨てビードとを共用する構造としたことを特徴とするものである。
ここで、請求項３の発明について補足する。
ボルト孔の端部を折り返したり、基板の外周端部の１部を折り返したりして形成される第２の増厚部は、構造上余り広い面積が取れない場合が多いため、この折返しからなる面積の狭い上記第２の増厚部によるストッパだけでは、ボルト締結時、さらにはエンジン稼働時の昇温による体膨張で、当該ストッパ上の面圧が増大してエンジンのシール面を陥没させるおそれがある。これに対し、本願請求項３のように、ボルト孔よりも外周で基板外周までの間にシール機能を持たせない捨てビードを成形し、金属ビードの両面に弾力性のある弾性シール材を具備した当該捨てビードを、上記第２の増厚部によるストッパと併用することでストッパ効果を更に確実にすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明を採用すると、ボルト締付け時に、シールすべきシリンダヘッド若しくはシリンダブロックの接合面の陥没を抑えつつ、燃焼室孔周囲に設けた増厚部への荷重増大を図ることが可能な金属ガスケットを提供することができる。
さらに、本発明の金属ガスケットは、燃焼室孔周囲の増厚部に最大の荷重を掛けて、高温高圧の燃焼ガスを１次シールする。また、他のシールラインは冷却水や潤滑油をシールするが、これらのシール圧力は１０ｋｇ／ｃｍ2 以下であり、かつ上記シールラインは弾力性の有る弾性シール材でシールするために、ガスケット係数を抑えることができることから、全体の荷重を減少することが可能で、ボルトの軸力を減少することができ、益々、軽量・小型化して剛性の低下してくるエンジンに効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係わる金属ガスケットＫを示す平面図である。
先ず、その構成について説明する。
基板１を、ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板から構成する。低価格品等を対象とした場合には基板１を軟鋼板から構成すると良い。本実施形態では、後述のようにビードを金属ビードとゴムビードとの合成のビード構造とすることから、ビードのシール圧を低く設定することが可能である結果、金属ビードのバネに関与する基板１の剛性をその分、低く設定することが可能である。つまり、硬度が低い軟鋼板を使用してもビードによる十分なシール面圧確保が可能となっている。またこのことは、シールラインが軟質シール材による面シールであるためにガスケット係数を低く抑えることが出来て、全体のシール面圧を軽減でき、締付け軸力の低減が図られる結果、低いシール圧で目的のシールを行うことが可能となる。
【００１１】
上記基板１の略中央部には、図１に示すように、燃焼室孔２が開口している。その燃焼室孔２の端縁全周には、その端部を上側に折り返したり、別の金属板を基板１の上面に固着させたりしてなる硬質の増厚部３が形成されている。図１に示す増厚部３は端部を折り返して形成した場合を例示している。
その燃焼室孔２及び増厚部３の外周を無端環状に囲繞するようにして第１シールラインＳＬ１（内周側シールライン）が配置される。さらに、基板１における第１シールラインＳＬ１よりも外周側に、液孔１１、チェーンチャンバ孔７、及びボルト孔８が開口している。なお、ボルト孔８は基板１の外周端部に沿って複数個設けられる。
【００１２】
さらに、上記第１シールラインＳＬ１よりも外周側、及び、上記液孔１１及びチェーンチャンバ孔７を囲繞するようにして第２及び第３シールラインＳＬ２、ＳＬ３が設定されている。なお、第２シールラインＳＬ２及び第３シールラインＳＬ３の一部のライン（図１中符号Ｄ部分）は共有化されている。なお、本実施形態で示すシールラインの配置は一例である。
【００１３】
上記第１シールラインＳＬ１に沿って形成されるビードは、図３に示すように、上側に向けてのみ凸状となるように基板１を板厚方向に屈曲してなるフルビード状の金属ビード４と、その金属ビード４の上下両面にモールド成形で形成された弾性シール材１３ａ、１３ｂからなるゴムビードとの合成から構成される。上記金属ビード４のビード高さは、上記増厚部３よりも若干高く設定される。上記凸部裏側の弾性シール材１３ａは、基板１の下面と略面一となるように当該凸部裏側の凹部に充填されている。金属ビード４の凸部表面側に形成される弾性シール材１３ｂの高さは、当該金属ビード４の高さと同等か若しくは若干高い高さに設定されている。上記凸部側の弾性シール材１３ｂの高さは、金属ビード４の高さの０．９〜１．１倍の範囲の高さが好ましい。もっとも、各増厚部３で規制されるゴムビードの最大圧縮変形量が圧縮破壊を起こす量（例えば４０％以上）よりも小さく且つ目的とするバネ力が発揮可能であれば、上記範囲に限定されない。他のシールラインに沿って配置されるビードのゴムビードについても同様である。
【００１４】
また、第２及び第３シールラインＳＬ２，ＳＬ３に沿って形成されるビードも、図３や図５に示すように、上側に向けてのみ凸状となるように基板１を板厚方向に屈曲してなるハーフビード状の金属ビード５、６と、その金属ビード５、６の上下両面にモールド成形で形成された弾性シール材１４ａ、１４ｂ、１８ａ、１８ｂからなるゴムビードとの合成から構成される。上記凸部裏側の弾性シール材１４ａ、１８ａは、基板１の下面と略面一となるように当該凸部裏側の凹部に充填されている。金属ビード５、６の凸部表面側に形成される弾性シール材１４ｂ、１８ｂの高さは、当該金属ビード５、６の高さと同等か若しくは若干高い高さに設定されている。
【００１５】
なお、第２及び第３シールラインＳＬ２、ＳＬ３の共用部分（燃焼室孔２とチェーンチャンバ孔７との間に位置する部分Ｄ）に沿ったビードラインについては、図３に示すように、第１シールラインＳＬ１のビードと同様、金属ビード６がフルビードから構成されている。
また、本実施形態の各ボルト孔８はいずれも燃焼室孔３までの距離よりも基板１外周端部までの距離の方が小さい位置に配置されていて、その各ボルト孔８の外周側にそれぞれ、シールには寄与しない捨てビード９が形成されている。
【００１６】
本実施形態の捨てビード９は、図３に示すように、下側に向けてのみ凸状となるように基板１を板厚方向に屈曲してなるフルビード状の金属ビード１０と、その金属ビード１０の上下両面にモールド成形で形成された弾性シール材１６ａ、１６ｂからなるゴムビードとの合成から構成される。上記凸部裏側（上面側）の弾性シール材１６ａは、基板１の上面と略面一となるように当該凸部裏側の凹部に充填されている。金属ビード１０の凸部側表面（下面側）に形成される弾性シール材１６ｂの高さは、当該金属ビード１０の高さと同等か若しくは若干高い高さに設定されている。図１中、符号１２は、捨てビード９間を繋ぐビードを示す。
【００１７】
次に、上記構成の金属ガスケットの作用・効果などについて説明する。
上記構成の金属ガスケットＫを、エンジンを構成するシリンダブロックの接合面とシリンダヘッドの接合面との間に装填し、ボルト孔８を貫通する締付けボルト（不図示）で締め付けると、各ビードのゴムビードが圧縮変形し、金属ビード４、５、６と共にシールラインＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３に沿って所定のシール圧を発生してシールする。
【００１８】
また、燃焼室孔２の周囲の増厚部３を、硬質のストッパとし一番面圧が高いシール部分とすることで、ボアでの爆発燃焼圧の高圧をシールすると共に、増厚部３の周囲に成形した第１シールラインＳＬ１を形成するビードの過大な荷重変形を防止する。すなわち、燃焼室孔２に端部周囲に増厚部３を構成して高い面圧を発生させ、高温、高圧の燃焼ガス圧を１次シールする。さらに、第１シールラインに沿ったビードによって、燃焼室側からの燃焼ガスの２次シールを行うと共に外側からの冷却水が燃焼室側に漏れるのを防止する。
【００１９】
ここで、ボルト締付け時の荷重分布は、締付けボルト近傍で大きく、締付けボルトから離れた位置では小さい。そして、締付け荷重が入力される締付けボルトの位置は、燃焼室孔２から離れた位置にあるため、基板１外周側に折返し部１８や捨てビード９が無い状態を想定すると、増厚部３に目的とする高圧を発生させるためには大きな締付け荷重となるように設計する必要がある。さらに、締付け荷重を大きくすればするほど、燃焼室孔２周囲の増厚部３を支点として、増厚部３とボルト孔８部の板厚差分だけボルト孔８側に向けて接合面が変形をし、ボルト孔８よりも外側ではさらに変形する。なお、各ボルトの締付け荷重を大きくするにつれて、ガスケットに付与される締付け荷重分布の偏在化が顕著となり、増厚部３の周方向に沿った面圧が均一化し難くなるおそれもある。
【００２０】
これに対し、基板１の外周側に折返し部１９や本実施形態の捨てビード９を設けると、当該折返し部１９や捨てビード９が増厚部３に対してカウンターとして作用して、上記変形を抑えると共に締付け力を基板１の周縁部側から燃焼室孔２周りに集中させることができる。つまり増厚部３や増厚部外周に位置する第１シールラインＳＬ１に沿ったビードにおける面圧が増大する。この結果、その分だけ締付け荷重を抑えることもできる。
ここで、基板１外周部に形成した折返し部１９だけで上記カウンター作用を発揮させる場合を想定すると、折返し部１９は、幅を広く取ることができないため圧を受ける面積が狭くなって過圧縮状態となり、しかも折返し部１９は硬質であることから、接合面を凹ますおそれがある。
【００２１】
これに対し、本願実施形態のように捨てビード９を採用すると弾性を有しているために接合面を凹ますおそれを減らすことが可能である。特に、捨てビード９は接合面との接触が主として軟質の弾性シール材となるばかりか、金属ビード１０に高い荷重が負荷されても当該金属ビード１０と略同一高さの弾性シール材の面でも荷重を受け持つために、金属ビード部１０に過剰な荷重が掛かることが抑えられて、さらに接合面を凹ますことを防止することが可能となる。また、捨てビード９を採用すると折返し部と比較して広い面積で荷重を受けることが可能でありカウンタ効率が向上する。特に、エンジンの軽量化のために当該エンジンをアルミニウムなどの剛性の低い素材で構成した場合に有効である。
【００２２】
また、ボルト近傍の面圧が低下すると共に、捨てビード９によって、シールラインに沿ったビードの弾性シール材に負荷される荷重変動が抑えられる結果、当該弾性シール材のフローを抑え長期的に安定したシールを保証できる。さらに、捨てビード９の弾性シール材１６ａ、１６ｂについても、金属ビード１０によってフローが抑えられる。
【００２３】
また、当該ガスケットのシールに必要な面圧は、金属ビード及び弾性シール材の弾力で発生させているために、基板１を構成する金属の硬度を高くする必要が無いことから、金属ビードのビード部の曲げＲ部での疲労破壊を発生させない。すなわち、金属ビードとゴムビードの合成反発力でシール面圧を確保出来るので、基板１を構成する金属板として高い硬度の材料は必要なく、逆に、材料硬度を落とすことにより金属ビード成形時の曲げＲ部がエンジンの振動振幅による疲労破壊を起こすことが防止され、また高い硬度を必要としないことから材料単価の安い軟鋼製品も使用可能になる。
【００２４】
また、上記金属ビード及びゴムビードの合成からなるシールのためのビードにあっては、接合面との接触が軟質の弾性シール材であることから、接合面に微小な凹凸や疵があっても確実にシールすることが可能となる。更に鋳造時に発生する鋳巣孔があっても弾性シール材の面幅内であれば確実にシールすることが出来る。
ここで、外周側の第３シールラインＳＬ３に沿ったビードの金属ビード６は、フルビードである必要はなく、本実施形態ではハーフビードとなっている。この場合でも、上側に凸となるように基板１が屈曲されることで、凸側及び、その凸部裏側の凹部に対し弾性シール材が固着してゴムビードが形成されている。
【００２５】
図６〜図８に、シールラインに沿って形成されるビード及び捨てビード９の変形例を示す。
図６に示す例は、第２シールラインＳＬ２に沿って形成されるビードを上側に凸のフルビードからなる金属ビード５及びその両面にもうけたゴムビードの合成ビードから構成する例である。この場合には、捨てビード９を上側に凸となる金属ビード１０及びその表裏に設けるゴムビードから構成する。図６では、金属ビード１０をフルビードとした例を図しているが、ハーフビードであっても良い。
【００２６】
図７に示す例は、第１、第２シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って形成されるビードの金属ビード４，５をハーフビードで構成した場合の例である。また、図８は、増厚部３を折返しで形成する替わりに薄板を取り付けて形成すると共に、シールラインを形成するビードを金属ビード４，５だけで構成した場合の例である。
また、図２及び図９に示すように、ボルト孔８周りに折返し部１７を形成したり基板外周部の１部に折り返部１９を形成したりして第２の増厚部を形成して、上記捨てビード９と併用するようにしても良い。
【００２７】
ここで、上記実施形態では、捨てビード９を構成する金属ビード１０を断面円弧状のフルビード状若しくはステップ状（ハーフビード）で構成して、所定の圧縮変形を許容する場合を例示しているが、これに限定されない。締付け荷重を小さく抑えられる場合などにあっては、例えば図１０に示すように、金属ビード１０の左右立上り部を段状に立ち上がる形状として、金属ビード１０が板厚方向にほとんど変形しない構成としても良い。この場合、金属ビード１０の接合面と対向する面積を稼げると共に、その側方に弾性シール材１６ｂからなるゴムビードが配置されていることから全体としての捨てビード９の面積が稼げてその分、接合面の変形を抑えることが可能となる。なお、この場合、弾性シール材１６ｂの高さを金属ビード１０よりも高く設定する方が好ましい。
【００２８】
ここで、上記実施形態では、説明を容易にするために一気筒のエンジンに使用される金属ガスケットで説明したが、多気筒エンジンや水冷エンジンに使用される金属ガスケットでも同じ効果を得ることが出来る。
また、上記実施形態では、金属ビードとして、基板の一方の面側にのみ凸状となる形状で例示しているが、表裏両面に向けて凹凸状となるように成形されていても良い。但し、ビード幅が広くなる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る金属ガスケットを示す平面図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る金属ガスケットを示す平面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図１におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図６】本発明に基づくビードの変形例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図７】本発明に基づくビードの変形例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図８】本発明に基づくビードの変形例を示すＡ−Ａ断面図である。
【図９】本発明に基づくボルト孔周りの変形例を示す断面図である。
【図１０】捨てビードの別の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
Ｋ    金属ガスケット
ＳＬ１、ＳＬ２、ＳＬ３  シールライン
１  基板
２  燃焼室孔
３  増厚部
７  チェーンチャンバ孔
８  ボルト孔
９  捨てビード
１０  金属ビード
１６ａ、１６ｂ  弾性シール材
１７  ボルト孔折返し部
１９  外周端部折返し部
【図１】
2006038034.tif 000003
【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】
2006038034.tif 000011
【図１０】
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