(57)【要約】【課題】  波形状のストッパーを採用しつつストッパーにおけるクラックの発生を効果的に防止可能なメタルガスケットを提供する。【解決手段】  エンジンの燃焼室に対応させて開口部１１を形成したガスケット構成板１０からなり、ガスケット構成板１０に開口部１１を取り囲むように燃焼室ビード１５を形成したメタルガスケット１において、ガスケット構成板１０における燃焼室ビード１５と開口部１１間に、燃焼室ビード１５の高さよりも低い断面波形状の内周側ストッパー１７を、プレス成形により、各波部１６の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となり、各波部１６に薄肉部と厚肉部とが交互に配置されるように、燃焼室ビード１５に沿って形成した。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室に対応させて開口部を形成した単又は複数枚のガスケット構成板からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板に開口部を取り囲むようにビードを形成した単板構成又は複板構成のメタルガスケットにおいて、
前記ガスケット構成板におけるビードと開口部間の部分とそれに対面する部分の少なくとも一方に、ビードの高さよりも低い断面波形状の内周側ストッパーを、プレス成形により、波部の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となり、波部に薄肉部と厚肉部とが交互に配置されるように、ビードに沿って形成した、
ことを特徴とするメタルガスケット。
【請求項２】
前記ガスケット構成板におけるビードよりも外側でビードに近接する部分とそれに対面する部分の少なくとも一方に、ビードの高さよりも低い断面波形状の外周側ストッパーを、プレス成形により、波部の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となり、波部に厚肉部と薄肉部とが交互に配置されるように、ビードに沿って形成した請求項１記載のメタルガスケット。
【請求項３】
前記応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となるように、該箇所に沿って条溝を形成した請求項１又は２記載のメタルガスケット。
【請求項４】
前記薄肉部を波部の頂部及び底部に設け、厚肉部を波部の両傾斜部における高さ方向の途中部に設けた請求項１〜３のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項５】
前記薄肉部を波部の両傾斜部における頂部側及び底部側に設け、厚肉部を波部の頂部及び底部と両傾斜部における高さ方向の途中部に設けた請求項１〜３のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項６】
前記薄肉部を波部の頂部及び両傾斜部における底部側に設け、厚肉部を波部の底部と両傾斜部における高さ方向の途中部に設けた請求項１〜３のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項７】
前記ストッパーを断面正弦波状に形成した請求項１〜６のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項８】
前記ストッパーを波部の頂部又は底部の上面側又は下面側に平坦面を有する扁平な断面波状に形成した請求項１〜６のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項９】
前記ストッパーを周方向に連続的又は間欠的に形成した請求項１〜８のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項１０】
前記ストッパーの周方向において波部の高さを変化させた請求項１〜９のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項１１】
前記ストッパーの周方向において波部の個数を変化させた請求項１〜１０のいずれか１項記載のメタルガスケット
【請求項１２】
前記ストッパーの波部をビードの突出側へ突出させた請求項１〜１１のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項１３】
前記ストッパーの波部を真円状又は開口部の半径方向に振幅する波形状に形成した請求項１〜１２のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンに好適に利用可能なメタルガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのメタルガスケットとして、単又は複数枚のガスケット構成板からなり、このガスケット構成板に、燃焼室に対応させて開口部を形成するとともに開口部を取り囲むようにビードを形成し、更にビードの内周側にストッパーを形成して、ビードのヘタリを防止できるように構成したものが広く採用されている。
【０００３】
ストッパーとしては、ガスケット構成板の開口部の周縁を折り返し、この折り返し部分をストッパーとて利用したものが広く採用されているが、最近では、特許文献１のように、ガスケット構成板のビードの内側にプレス成形により断面波形状のストッパーを開口部と同心状に形成したものも提案されている。また、この特許文献１には、ビードの内周側においてガスケット構成板を正弦波状にプレスし、その後に各波部の頂部及び底部に均し加工を施して、各波部の傾斜部を頂部及び底部よりも厚肉に構成してなるストッパーも開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、ビードの内側においてガスケット構成板に正弦波状のストッパーを形成するに際して、各波部の傾斜部が頂部及び底部よりも薄肉になるようにプレス成形したメタルガスケットも開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１４４１１９号公報
【特許文献２】特表２００４−５０３７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、メタルガスケットのビードには、エンジン運転時におけるシリンダ内の圧力変動により、圧縮と復元とを繰り返し行う応力振幅が発生するが、この応力振幅がビードにおけるクラックの発生原因の１つであることが知られている。特に、特許文献１、２に記載のように、幅の狭い（波長の短い）小さい波部を複数配置し、ストッパーの機能を持たせる場合、各波部の幅に対する高さの比が大きくなるので、ビードと同様の成形方法で波部を成形すると、疲労破壊することが懸念される。つまり、従来のビードは、ビードの最終形状に略適合した成形面を有する金型を用いて成形している関係上、プレス成形するときに、雄型のパンチ頂部と素材金属板間に大きな摩擦力が発生する。この摩擦抵抗のよりパンチ頂部との接触部分における素材金属板の横方向への伸びが制限され、波部の頂部及び底部はほとんど伸びないで、両傾斜部だけが伸びて要求形状に成形される関係上、頂部及び底部の板厚は両傾斜部の板厚に比して厚肉になる。この傾向は、ビードの幅に対する高さの比が大きくなる程大きくなるので、特許文献１、２に記載のように、幅に対する高さの比が大きな波部を形成すると、波部の頂部においてストッパ−が疲労破壊することが懸念される。
【０００７】
また、特許文献１には、各波部の頂部を薄肉に構成したものが開示されているものの、この波部は素材金属板を正弦波状にプレス成形した後、各波部の頂部に対して均し加工を施して成形したもので、波部の傾斜部を厚肉に構成することで、ストッパーの耐圧縮性能は向上するが、応力振幅が最も大きくなる波部の頂部にクラックが発生し易く、しかもプレス成形した後、波部の幅が広がらないように開口縁を固定した状態で均し加工を施す必要があるので、製造工程が複雑になるとともに均し加工専用の金型が別途必要になるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、波形状のストッパーを採用しつつストッパーにおけるクラックの発生を効果的に防止可能なメタルガスケットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、クラックの発生を効果的に防止可能なストッパーの構成について鋭意検討した結果、ガスケット構成板のプレス成形時に、ストッパーにおける疲労破壊の発生し易い部位、即ち応力振幅の大きな部位の塑性変形量を大きく設定して、該部位における加工硬化を高めて疲労限を高めることで、クラックの発生を効果的に防止できるとの発想を得て、本発明を完成するに至った。
【００１０】
本発明に係るメタルガスケットは、エンジンの燃焼室に対応させて開口部を形成した単又は複数枚のガスケット構成板からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板に開口部を取り囲むようにビードを形成した単板構成又は複板構成のメタルガスケットにおいて、前記ガスケット構成板におけるビードと開口部間の部分とそれに対面する部分の少なくとも一方に、ビードの高さよりも低い断面波形状の内周側ストッパーを、プレス成形により、波部の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所の加工硬化を高め薄肉とし、波部に薄肉部と厚肉部とが交互に配置されるように、ビードに沿って形成したものである。
【００１１】
このメタルガスケットを単板構成のメタルガスケットに適用する場合には、１枚のガスケット構成板に開口部を形成し、この開口部を取り囲むようにビードを形成し、ビードとガスケット構成板の開口部間の部分に、断面波形状の内周側ストッパーを形成することになる。また、複板構成のメタルガスケットに適用する場合には、ビードと内周ストッパーをいずれかのガスケット構成板に形成することになり、同一のガスケット構成板にビード及び内周側ストッパーを形成することもできるし、異なるガスケット構成板にビードと内周側ストッパーを形成することもできる。また、ビード及び内周ストッパーはそれぞれ１つだけ形成してもよいし、複数形成してもよい。
【００１２】
このメタルガスケットでは、これをシリンダブロックとシリンダヘッド間に装着して、ヘッドボルトを締結した状態で、シリンダブロックとシリンダヘッド間のうちの内周側ストッパー付近に一定の隙間が形成される。一方、ビードは内周側ストッパーに近接して配置されるので、内周側ストッパーにより形成される隙間分だけ変形量が少なくなって、完全に平坦に圧縮変形することはなく、多少扁平に圧縮変形した状態となる。つまり、このメタルガスケットでは、ビードの過剰な圧縮変形が内周側ストッパーにより防止され、ビードのヘタリによるシール性能の低下が防止されることになる。
【００１３】
また、このメタルガスケットでは、波部の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所が薄肉に成形され、波部に薄肉部と厚肉部とが交互に配置されるように、断面波形状の内周側ストッパーがプレス成形されているので、応力振幅が大きくな箇所に、加工硬化により疲労限が高められた薄肉部が配置されることになり、応力振幅が大きくなる箇所における疲労破壊を効果的に防止して、ストッパーにおけるクラックの発生を防止できる。しかも、プレス成形のみにより内周側ストッパーを成形でき、特許文献１のように均し加工を必要としないので、製造工程数が増えることを防止できるとともに、均し加工専用の金型等の設備を用いる必要もない。尚、厚肉部及び薄肉部は、全ての波部に設けることが好ましいが、特定の波部にのみ設けることも可能である。
【００１４】
ここで、前記ガスケット構成板におけるビードよりも外側でビードに近接する部分とそれに対面する部分の少なくとも一方に、ビードの高さよりも低い断面波形状の外周側ストッパーを、プレス成形により、波部の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となり、波部に厚肉部と薄肉部とが交互に配置されるように、ビードに沿って形成することもできる。この場合には、ビードの内周側と外周側とにストッパーが形成されるので、ビード付近の面圧バランスを良好に設定して、シール性能を十分に確保しつつ、シリンダ孔の真円度を高めてエンジン性能を向上できる。また、この外周側ストッパーの波部は、内周側ストッパーと同様に構成されているので、ストッパーにおけるクラックの発生を防止でき、しかも製造工程数が増えることを防止できるとともに、均し加工専用の金型等の設備を用いる必要もない。尚、内周側ストッパーと外周側ストッパーとは同じ高さに設定してもよいし、面圧バランスが良好になるように、異なる高さに設定することも可能である。
【００１５】
前記応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となるように、該箇所に沿って条溝を形成することができる。このような条溝をストッパーのプレス成形時に同時に成形すると、条溝を形成した部分の板厚を薄肉に構成して、加工硬化により疲労限を高め、応力振幅によるクラックの発生を効果的に防止できる。また、このように条溝を形成する場合には、金型構造が複雑にならないように、ビードに隣接配置する波部のビード側の縁部には条溝を形成しないように構成することが好ましい。
【００１６】
前記波部における薄肉部及び厚肉部の配置としては、例えば薄肉部を波部の頂部及び底部に設け、厚肉部を波部の両傾斜部における高さ方向の途中部に設ける場合、薄肉部を波部の両傾斜部における頂部側及び底部側に設け、厚肉部を波部の頂部及び底部と両傾斜部における高さ方向の途中部に設ける場合、薄肉部を波部の頂部及び両傾斜部における底部側に設け、厚肉部を波部の底部と両傾斜部における高さ方向の途中部に設ける場合、などが挙げられる。つまり、ストッパーに作用する応力振幅は、波部の頂部及び底部付近において大きくなるので、波部の頂部や底部、両傾斜部の頂部側や底部側に薄肉部を設けることで、該部分における疲労限を高めて、応力振幅によるクラックの発生を効果的に防止できる。
【００１７】
前記ストッパーは、断面正弦波状に形成することもできるし、波部の頂部又は底部の上面側又は下面側に平坦面を有する扁平な断面波状に形成することもできる。また、ストッパーの面圧が一様になるように、周方向の各部における断面形状を正弦波から扁平な波形状に段階的或いは連続的に変化させることも可能である。更に、多気筒直列エンジンにおいては、両側に配列される気筒を取り囲むストッパーと、中央に配列される気筒を取り囲むストッパーの断面形状が異なるように構成することも可能で、例えば前者を正弦波状に形成し、後者を扁平な波形状に形成することができる。
【００１８】
前記ストッパーは、周方向に連続的に形成することもできるし、間欠的に形成することもできる。間欠的に形成する場合には、例えばシリンダヘッドをシリンダブロックに固定するためのヘッドボルトの締結部付近におけるストッパーを省略して、ストッパーを間欠的に形成することが好ましい。つまり、ビード及びストッパーに作用する面圧は、ヘッドボルトの締結部から離れるにしたがって低くなるので、ヘッドボルトの締結部付近におけるストッパーを省略することで、ヘッドボルトの締結部から離れた部分のビードに作用する面圧を高め、ビードに作用する面圧が全周にわたって一様になるように調整して、シール性能を向上できるので好ましい。
【００１９】
また、前記ストッパーの周方向において波部の高さを変化させたり、前記ストッパーの周方向において波部の個数を変化させたりすることも好ましい。この場合においても、前記ストッパーを間欠的に形成する場合と同様に、波部の高さや波部の個数を周方向に変化させることで、ビードに作用する面圧を調整して、シール性能を向上できる。具体的には、ヘッドボルトの締結部に接近するにしたがって、波部の高さを低く設定したり、波部の個数を少なく設定したりすることで、ビードに作用する面圧を一様に調整できる。また、ストッパーの形成部位と波部の高さと波部の個数とを任意に組み合わせて、ビードに作用する面圧を調整することも可能である。
【００２０】
前記ストッパーの波部をビードの突出側へ突出させることも好ましい。このように構成することで、このメタルガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロック間に組み付けたときに、ストッパーとビード間におけるガスケット構成板の弾性変形を防止できる。尚、ビードを形成したガスケット構成板と、ストッパーを形成したガスケット構成板とを重ね合わせたメタルガスケットにおいて、ビードの突出側とは、ビードに対する対面側を意味するものとする。
【００２１】
前記ストッパーの波部を真円状又は開口部の半径方向に振幅する波形状に形成することができる。ストッパーとして、開口部の半径方向に振幅する波形状のものを用いる場合には、全周にわたって一様な波長及び振幅に設定することも可能であるが、波長及び／又は振幅を調整して、ビードに作用する面圧を調整することもできる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係るメタルガスケットによれば、ビードが過剰に圧縮変形することを内周側ストッパーにより防止して、ビードのヘタリによるシール性能の低下を防止できる。しかも、波部の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所が薄肉に成形され、波部に薄肉部と厚肉部とが交互に配置されるように、断面波形状の内周側ストッパーがプレス成形されているので、応力振幅が大きくな箇所に、加工硬化により疲労限が高められた薄肉部が配置されることになり、応力振幅が大きくな箇所における疲労破壊を効果的に防止して、ストッパーにおけるクラックの発生を防止できる。しかも、プレス成形のみにより内周側ストッパーを成形できるので、製造工程数が増えることを防止できるとともに、均し加工専用の金型等の設備を用いる必要もない。
【００２３】
ここで、前記ガスケット構成板におけるビードよりも外側でビードに近接する部分とそれに対面する部分の少なくとも一方に、ビードの高さよりも低い断面波形状の外周側ストッパーを、プレス成形により、波部の少なくとも応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となり、波部に厚肉部と薄肉部とが交互に配置されるように、ビードに沿って形成すると、ビード付近の面圧バランスを良好に設定して、シール性能を十分に確保しつつ、シリンダ孔の真円度を高めてエンジン性能を向上できる。また、この外周側ストッパーの波部は、内周側ストッパーと同様に構成しているので、ストッパーにおけるクラックの発生を防止でき、しかも製造工程数が増えることを防止できるとともに、均し加工専用の金型等の設備を用いる必要もない。
【００２４】
前記応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となるように、該箇所に沿って条溝を形成すると、条溝を形成した部分の板厚を薄肉に構成して、加工硬化により疲労限を高め、応力振幅によるクラックの発生を効果的に防止できる。
【００２５】
薄肉部を波部の頂部及び底部に設け、厚肉部を波部の両傾斜部における高さ方向の途中部に設ける場合、前記薄肉部を波部の両傾斜部における頂部側及び底部側に設け、厚肉部を波部の頂部及び底部と両傾斜部における高さ方向の途中部に設ける場合、前記薄肉部を波部の頂部及び両傾斜部における底部側に設け、厚肉部を波部の底部と両傾斜部における高さ方向の途中部に設ける場合には、応力振幅が大きくなる波部の頂部や底部、両傾斜部の頂部側や底部側における疲労限を高めて、該部分におけるクラックの発生を効果的に防止できる。
【００２６】
前記ストッパーを、波部の頂部又は底部の上面側又は下面側に平坦面を有する扁平な断面波状に形成すると、ストッパーの剛性を高めることが可能となる。
【００２７】
前記ストッパーを間欠的に形成したり、ストッパーの周方向において波部の高さを変化させたり、前記ストッパーの周方向において波部の個数を変化させたりすると、ストッパーの形成部位や波部の高さや波部の個数を適正に設定すると、ビードに作用する面圧を調整して、シール性能を向上できる。
【００２８】
前記ストッパーの波部をビードの突出側へ突出させると、シリンダヘッドとシリンダブロック間に組み付けたときに、ストッパーとビード間におけるガスケット構成板の弾性変形を防止できる。
【００２９】
前記ストッパーの波部を真円状に形成すると、ストッパーの成形性を向上できる。また、前記ストッパーを開口部の半径方向に振幅する波形状に形成すると、この波の波長及び／又は振幅を調整することで、ビードに作用する面圧を適正に調整できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００３１】
図１、図２に示すメタルガスケット１は、多気筒直列エンジン用のメタルガスケットで、このメタルガスケット１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３の結合面４、５間に介装されて、燃焼室６やウォータジャケット７や潤滑油通路（図示略）などに臨む結合面４、５をシールするように構成したものである。本発明に係るメタルガスケット１は、鋳鉄製のシリンダブロックを備えたエンジンや、シリンダブロック及びシリンダヘッドをアルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金を主体として構成したエンジンに適用できる。本実施例では、ウォータジャケット７の上面を開放させたオープンデッキタイプのシリンダブロック２を備え、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３をアルミニウム合金で構成したエンジンに本発明を適用した場合について説明する。
【００３２】
メタルガスケット１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との結合面４、５の略全面にわたって介装される１枚もののガスケット構成板１０で構成されている。
【００３３】
ガスケット構成板１０は、ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ３０１などのステンレス鋼板で構成され、ガスケット構成板１０の外縁形状はシリンダブロック２の結合面４と略同じ形状に形成されている。ガスケット構成板１０の厚さは、０．１５ｍｍ未満であると後述するビード１５、２０〜２２の剛性が低下して十分な面圧が得られず、０．４ｍｍを越えると加工による材料の変質やヘッドボルトの過締結により、ビード１５、２０〜２２にクラックが発生する恐れがあることから、０．１５〜０．４ｍｍ、より好ましくは０．１５〜０．３５ｍｍ、特に好ましくは０．２〜０．２５ｍｍに設定することになる。このガスケット構成板１０は、金属板単体で構成することも可能であるが、メタルガスケット１のシール性を向上するため、ガスケット構成板１０の少なくとも一方の表面に対してゴムコーティング層等を形成したコーティング金属板で構成することも可能である。
【００３４】
ガスケット構成板１０の幅方向の略中央部には長さ方向に間隔をあけて複数の開口部１１が燃焼室６に対応させて形成され、各開口部１１の外側にはシリンダブロック２のウォータジャケット７に対応させて複数の冷却水孔（図示略）が所定配列で形成されている。冷却水孔の外側にはシリンダヘッド３をシリンダブロック２に固定するためのヘッドボルト（図示外）が挿通する複数のボルト挿通孔１２が開口部１１を取り囲むように略等間隔で形成され、シリンダヘッド３をシリンダブロック２に対してバランスよく締結できるように構成されている。特定のボルト挿通孔１２の外側には潤滑油が流通する油孔１３が形成され、シリンダブロック２からシリンダヘッド３側へ潤滑油を供給して、動弁機構等を潤滑できるように構成されている。
【００３５】
ガスケット構成板１０には、燃焼室６を取り囲む燃焼室ビード１５と、燃焼室ビード１５の内側に配置される複数の波部１６からなる内周側ストッパー１７と、ボルト挿通孔１２を取り囲むボルト孔ビード２０と、ボルト挿通孔１２と油孔１３とを併せて取り囲むボルト油孔ビード２１と、これら複数のボルト孔ビード２０やボルト油孔ビード２１全体を取り囲む外周ビード２２が形成されている。尚、外周ビード２２は、冷却水孔を取り囲むように配置されていれば、ボルト孔ビード２０やボルト油孔ビード２１を取り囲まないように配置することも可能である。また、ボルト孔ビード２０とボルト油孔ビード２１と外周ビード２２とは円弧状の丸ビードで構成してもよいし、段状のステップビードで構成してもよい。
【００３６】
ガスケット構成板１０における、開口部１１や冷却水孔やボルト挿通孔１２や油孔１３の形状や個数や配置、燃焼室ビード１５やボルト孔ビード２０やボルト油孔ビード２１や外周ビード２２の形状や個数や配置はエンジンの構成等に応じて任意に設定することになる。
【００３７】
内周側ストッパー１７と燃焼室ビード１５とはウォータジャケット７よりも燃焼室６側に配置されるとともに、シリンダブロック２における円筒状のシリンダ内周壁２ａの上面に対面させて配置され、燃焼室ビード１５はシリンダ内周壁２ａの厚さ方向の略中央部に配置されている。
【００３８】
内周側ストッパー１７は、プレス成形のみにより成形され、燃焼室ビード１５と略同心環状の４つの波部１６から断面波形状に形成され、内周側ストッパー１７における板厚の中心線は略正弦波状に形成されている。波部１６の個数は任意に設定できるが、内周側ストッパー１７としての機能を確保するため、少なくとも２個以上設けることが好ましい。また、この内周側ストッパー１７は、１回のプレス成形により成形することもできるし、複数回のプレス成形により段階的に所望形状に成形することもできる。
【００３９】
各波部１６の幅は燃焼室ビード１５の幅よりも小さく設定され、各波部１６の高さは自然状態における燃焼室ビード１５よりも低く設定されている。各波部１６は、燃焼室ビード１５の突出側とは反対側へ突出させることも可能であるが、波部１６と燃焼室ビード１５間におけるガスケット構成板１０の変形を極力少なくするため、各波部１６の底面をガスケット構成板１０の平坦な一般部の底面と略同一平面内に配置して、各波部１６を燃焼室ビード１５と同じ側に突出させることが好ましい。
【００４０】
内周側ストッパー１７は、それを構成する各波部１６の少なくともエンジン運転時における応力振幅が大きくなる箇所が薄肉となり、各波部１６に薄肉部と厚肉部とが交互に配置されるように、プレス成形されている。このように、応力振幅が大きくなる箇所が薄肉になるようにプレス成形すると、加工硬化により薄肉部の疲労限が高くなって疲労破壊し難くなることから、薄肉部の応力振幅に対する耐久性を向上して、クラックの発生を防止できる。応力振幅が大きくなる箇所は、内周側ストッパー１７の形状にもよるが、基本的には、少なくとも各波部１６の頂部１６ａや底部１６ｃ、両傾斜部１６ｂの頂部１６ａ側や底部１６ｃ側に配置される。薄肉部をプレス成形により成形する具体的な方法としては、金型における薄肉部の成形部のアールを小さく設定したり、応力振幅が大きくなる箇所に沿って断面円弧状の条溝が形成されるように、金型における薄肉部に突条を形成する方法が好適であるが、それ以外の方法を採用することも可能である。
【００４１】
次に、薄肉部と厚肉部の具体的な配置について説明する。但し、各波部１６の頂部１６ａや底部１６ｃ、両傾斜部１６ｂの頂部１６ａ側や底部１６ｃ側に薄肉部が配置されていれば、下記に例示する以外の構成を採用することも可能である。
【００４２】
図３（ａ）に示すように、内周側ストッパー１７の頂部１６ａ及び底部１６ｃとその付近の上面及び下面をそれぞれ一様な半径の曲面で構成して、内周側ストッパー１７を略正弦波状に構成する場合には、条溝１８に対応する頂部１６ａ及び底部１６ｃが最も薄い板厚ｔ１となり、傾斜部１６ｂ側へ行くにしたがって板厚が漸次増大して、両傾斜部１６ｂの高さ方向の略中央部で最も厚い板厚ｔ２となるように、各波部１６の１周期Ｓ内に薄肉部と厚肉部を形成することになる。
【００４３】
図３（ｂ）に示すように、内周側ストッパー１７の上面の底部と下面の頂部とに平坦面１６ｄを形成し、その他の部分を全体的に曲面で構成して、内周側ストッパー１７を扁平な正弦波状に構成する場合には、頂部１６ａ及び底部１６ｃと、両傾斜部１６ｂの高さ方向の途中部が最も厚い板厚ｔ２となり、条溝１８に対応する両傾斜部１６ｂの頂部１６ａ側及び底部１６ｃ側において最も薄い板厚ｔ１となるように、板厚を漸次変化させて、各波部１６の１周期Ｓ内に薄肉部と厚肉部を形成することになる。但し、波部１６の傾斜部１６ｂにおける頂部１６ａ側の板厚ｔ１と、底部１６ｃ側の板厚ｔ１とは同じに設定してもよいし、異なるように設定してもよい。また、波部１６の頂部１６ａ及び底部１６ｃの板厚ｔ２と、傾斜部１６ｂの高さ方向の板厚ｔ２とは同じに設定してもよいし、異なるように設定してもよい。
【００４４】
図３（ｃ）に示すように、上面の底部に平坦面１６ｄを形成し、その他の部分を全体的に曲面で構成して、内周側ストッパー１７を扁平な略正弦波状に構成する場合には、条溝１８に対応する頂部１６ａ及び両傾斜部１６ｂの底部１６ｃ側が最も薄い板厚ｔ１となり、底部１６及び傾斜部１６ｂの高さ方向の略中央部において最も厚い板厚ｔ２となるように、板厚を漸次変化させて、各波部１６の１周期Ｓ内に薄肉部と厚肉部を形成することになる。但し、波部１６の頂部１６ａの板厚ｔ１と、傾斜部１６ｂの底部１６ｃ側の板厚ｔ１とは同じに設定してもよいし、異なるように設定してもよい。また、波部１６の底部１６ｃの板厚ｔ２と、傾斜部１６ｂの高さ方向の板厚ｔ２とは同じに設定してもよいし、異なるように設定してもよい。
尚、図３（ａ）〜（ｃ）に示す波部１６は、上下を反転させて用いるこのとも可能である。また、燃焼室ビード１５に隣接配置される波部１６の燃焼室ビード１５側の条溝は、金型の構成が複雑にならないように、省略することも可能である。
【００４５】
ガスケット構成板１０における内周側ストッパー１７以外の平坦な一般部の板厚ｔ０（図２参照）と、各波部１６の薄肉部の板厚ｔ１と厚肉部の板厚ｔ２とは、下記（１）〜（３）の関係が成立するように設定されている。但し、「ａ」、「ｂ」は定数である。
【００４６】
（１）ｔ１＝ａ×ｔ０（但し、０．５≦ａ≦０．９５）
（２）ｔ２＝ｂ×ｔ０（但し、０．５≦ｂ≦０．９５）
（３）ａ＜ｂ
【００４７】
即ち、定数ａ、ｂは、０．５よりも小さいと薄肉部及び厚肉部の板厚が薄くなり過ぎて、内周側ストッパー１７が破損し易くなり、０．９５よりも大きいと薄肉化による加工硬化がほとんど期待できないので、０．５≦ａ≦０．９５及び０．５≦ｂ≦０．９５と設定することが好ましい。このように、薄肉部の板厚が一般部よりも薄肉になるようにプレス成形することで、プレス成形時の加工硬化により疲労限を上昇させて、薄肉部の疲労強度を高めることができる。また、厚肉部の板厚に関しても、薄肉部よりも厚肉ではあるが、平坦な一般部よりも多少薄肉に構成することで、プレス成形時の加工硬化により疲労限を上昇させて、内周側ストッパー１７全体の疲労破壊を効果的に防止できる。
【００４８】
このメタルガスケット１においては、シリンダブロック２とシリンダヘッド３間にメタルガスケット１を介装した状態で、シリンダヘッド３をシリンダブロック２にヘッドボルトにて締結して、メタルガスケット１をエンジンに組み付けることになるが、この組付状態において、燃焼室ビード１５が内周側ストッパー１７との高さの差分だけ圧縮変形して、燃焼室６がシールされることになる。また、内周側ストッパー１７により、燃焼室ビード１５付近に隙間が形成され、燃焼室ビード１５が過剰に圧縮変形することが防止されて、燃焼室ビード１５のヘタリが防止されることになる。しかも、内周側ストッパー１７における応力振幅の大きくなる、各波部１６の頂部１６ａや底部１６ｃ、両傾斜部１６ｂの頂部１６ａ側や底部１６ｃ側に、加工硬化により疲労限が高められた薄肉部が配置されるので、各波部１６の疲労破壊を効果的に防止することが可能となる。更に、プレス成形のみにより、内周側ストッパー１７を形成できるので、既存設備を有効活用してメタルガスケット１を製作することが可能となる。
【００４９】
尚、内周側ストッパー１７の断面形状は正弦波状以外に、矩形波状や台形波状など任意の断面形状の波形状に形成することができる。また、内周側ストッパー１７の半径方向の中央部側と外側とで、波部１６の高さ（振幅）や幅（波長）に差を持たせることも可能である。具体的には、中央部側の波部１６の高さを高く設定したり、波部１６の幅を小さく設定したりすることで、燃焼室６の気密性を高めることができる。
【００５０】
また、内周側ストッパー１７の周方向において内周側ストッパー１７の周方向において波部１６の個数を変化させたり、波部１６の高さを変化させたり、内周側ストッパー１７の周方向において波部１６の幅を変化させたりすることも可能である。この場合には、波部１６の個数や波部１６の高さや波部１６の幅を周方向に変化させることで、ビードに作用する面圧を調整して、シール性能を向上できる。具体的には、ヘッドボルトが挿通するボルト挿通孔１２に接近するにしたがって、波部１６の個数を少なく設定したり、波部１６の高さを低く設定したり、波部１６の幅を大きく設定したりすることで、燃焼室ビード１５に作用する面圧を一様に調整できる。また、波部１６の個数や波部１６の高さや波部１６の幅を任意に組み合わせて、燃焼室ビード１５に作用する面圧を調整することも可能である。
【００５１】
更に、内周側ストッパー１７における隣接する波部１６間に、耐熱性及び耐圧縮性を有する合成樹脂材料や金属材料を、パターン印刷やディスペンサーによる材料塗布や金属圧入や金属溶射により肉盛り又は充填し、各波部１６の谷間を埋めるように配置することも可能で、このように構成することで、ストッパー１７としての機能を十分に発揮することができる。このような金属材料や合成樹脂材料の肉盛りや充填は、隣接する全ての波部１６間に行ってもよいし、隣接する特定の波部１６間にのみ行ってもよい。また、周方向に連続的に肉盛りすることも可能であるし、燃焼室ビード１５の面圧が一様になるように部分的に形成してもよい。肉盛り又は充填した合成樹脂材料や金属材料は、その外面が波部１６の頂部１６ａや底部１６ｃと同レベルに配置させることが好ましいが、頂部１６ａや底部１６ｃを覆うように配置してもよいし、頂部１６ａや底部１６ｃが外部に露出するように配置してもよい。
【実施例２】
【００５２】
図４、図５に示すように、この実施例２のメタルガスケット１Ａは、ガスケット構成板１０Ａからなる１枚構成のメタルガスケットで、前記実施例１のメタルガスケット１におけるガスケット構成板１０の構成を部分的に変更したもので、前記実施例１と同一部材には、同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００５３】
このメタルガスケット１Ａのガスケット構成板１０Ａは、前記実施例１におけるガスケット構成板１０の内周側ストッパー１７に代えて、２つの波部１６を有する断面波形状の内周側ストッパー１７Ａを設け、燃焼室ビード１５の全体を取り囲むように燃焼室ビード１５の外側に近接して、２つの波部１６を有する断面波形状の外周側ストッパー３０を設けたものである。このメタルガスケット１Ａは、鋳鉄製のシリンダブロックを備えたエンジンに適用することも可能であるが、シリンダブロック及びシリンダヘッドをアルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金を主体として構成したものに好適である。特に、ウォータジャケット７の上面を開放させたオープンデッキタイプのエンジンにおいては、燃焼室６を構成するシリンダブロック２のシリンダ内周壁２ａの真円度が低下し易いので、これを防止するために好適に採用できる。
【００５４】
両ストッパー１７Ａ、３０の波部１６は、前記実施例１の内周側ストッパー１７の波部１６と同様に、応力振幅の大きくなる各波部１６の頂部１６ａや底部１６ｃ、両傾斜部１６ｂの頂部１６ａ側や底部１６ｃ側に、加工硬化により疲労限が高められた薄肉部が配置されるように構成されている。
【００５５】
両ストッパー１７Ａ、３０における波部１６の個数は任意に設定できるが、ストッパーとしての機能を確保するため、少なくとも２個以上設けることが好ましい。また、内周側ストッパー１７Ａと外周側ストッパー３０とで、波部１６の個数や高さや幅に差を持たせることも可能である。例えば、内周側ストッパー１７Ａの波部１６の個数を外周側ストッパー３０の波部１６よりも多く設定したり、内周側ストッパー１７Ａの波部１６の高さを外周側ストッパー３０の波部１６よりも高く設定したり、内周側ストッパー１７Ａの波部１６の幅を外周側ストッパー３０の波部１６よりも大きく設定したりすることで、燃焼室６の気密性を高めることができる。また、両ストッパー１７Ａ、３０の波部１６の突出方向は、燃焼室ビード１５の突出方向とは反対側に設定してもよいが、燃焼室ビード１５に対するストッパー１７としての機能を十分に発揮できるように、燃焼室ビード１５と同じ側に突出させることが好ましい。
【００５６】
このメタルガスケット１Ａにおいては、シリンダブロック２とシリンダヘッド３間にメタルガスケット１Ａを介装した状態で、シリンダヘッド３をシリンダブロック２にヘッドボルトにて締結して、メタルガスケット１Ａをエンジンに組み付けることになるが、この組付状態において、燃焼室ビード１５が両ストッパー１７Ａ、３０との高さの差分だけ圧縮変形して、燃焼室６がシールされることになる。また、両ストッパー１７Ａ、３０により、燃焼室ビード１５付近に隙間が形成され、燃焼室ビード１５が過剰に圧縮変形することが防止されて、燃焼室ビード１５のヘタリが防止されることになる。しかも、ヘッドボルトの締結荷重が、燃焼室ビード１５と両ストッパー１７Ａ、３０によりシリンダ内周壁２ａの上面に分散してバランスよく作用することになるので、シリンダ内周壁２ａの半径方向への変形を少なくして、シリンダ孔の真円度を向上し、エンジン性能を向上できる。また、前記実施例１のストッパー１７と同様に、ストッパー１７Ａ、３０の少なくとも一方における隣接する波部１６間に、合成樹脂材料や金属材料を肉盛り又は充填して、ストッパー１７としての機能を高めることも可能である。
【００５７】
また、両ストッパー１７Ａ、３０の各波部１６の頂部１６ａや底部１６ｃ、両傾斜部１６ｂの頂部１６ａ側や底部１６ｃ側に加工硬化により疲労限が高められた薄肉部が配置されるので、各波部１６の疲労破壊を効果的に防止することが可能となる。更に、プレス成形のみにより、両ストッパー１７Ａ、３０を形成できるので、既存設備を有効活用してメタルガスケット１Ａを製作することが可能となる。
【００５８】
尚、外周側ストッパー３０は、内周側ストッパー１７Ａと比較して耐熱性等の要求が低いので、図６に示すメタルガスケット１Ｂにように、外周側ストッパー３０を省略したガスケット構成板１０Ｂを設け、このガスケット構成板１０Ｂにパターン印刷又は溶射によって肉盛部を形成したり、リング状のストッパー板を溶接したりしてなる外周側ストッパー３１を設けてもよい。
【実施例３】
【００５９】
前記実施例１、２では、１枚のガスケット構成板１０、１０Ａ、１０Ｂからなるメタルガスケット１、１Ａ、１Ｂについて説明したが、本発明は複数枚のガスケット構成板を備えた複板構成のメタルガスケットにも適用できる。
【００６０】
具体的には、図７（ａ）に示すメタルガスケット１Ｃのように、前記実施例２におけるガスケット構成板１０Ａの燃焼室ビード１５の突出側に、略平坦なガスケット構成板３５を重ね合わせたり、図７（ｂ）に示すメタルガスケット１Ｄのように、前記実施例２におけるガスケット構成板１０Ａの両側に、平坦なガスケット構成板３５を重ね合わせたり、図７（ｃ）に示すメタルガスケット１Ｅのように、前記実施例２におけるガスケット構成板１０Ａの燃焼室ビード１５の突出側に、燃焼室ビード１５を有するガスケット構成板３６を、燃焼室ビード１５同士を突き合わせて重ね合わせたりすることができる。また、前記ガスケット構成板１０Ａに代えて、ガスケット構成板１０、１０Ｂにガスケット構成板３５、３６を重ねあわせて、メタルガスケットを構成することも可能である。
【００６１】
また、図８（ａ）に示すメタルガスケット１Ｆのように、実施例２のガスケット構成板１０Ａから外周側ストッパー３０を省略したガスケット構成板３７と、実施例２のガスケット構成板１０Ａから燃焼室ビード１５及び内周側ストッパー１７Ａを省略したガスケット構成板３８とを重ね合わせてもよいし、図８（ｂ）に示すメタルガスケット１Ｇのように、実施例２のガスケット構成板１０Ａから内周側ストッパー１７Ａを省略したガスケット構成板３９と、実施例２のガスケット構成板１０Ａから燃焼室ビード１５及び外周側ストッパー３０を省略したガスケット構成板４０とを重ね合わせてもよいし、図８（ｃ）に示すメタルガスケット１Ｈのように、実施例２のガスケット構成板１０Ａから内周側ストッパー１７及び外周側ストッパー３０を省略した第１ガスケット構成板４１と、実施例２のガスケット構成板１０Ａから燃焼室ビード１５を省略したガスケット構成板４２とを重ね合わせてもよい。また、図８（ｄ）に示すメタルガスケット１Ｉのように、メタルガスケット１Ｈにおいて、ガスケット構成板４２を開口部１１を取り囲む内周側構成板４３とそれ以外の外周側構成板４４とに分割構成し、外周側ストッパー３０に代えて、両構成板４３、４４の重合部分４５を設けた第２ガスケット構成板４６と、ガスケット構成板４１とを重ね合わせてもよい。更に、このように複数のガスケット構成板を重ね合わせる場合には、外周側ストッパー３０に代えてパターン印刷又は溶射によって肉盛部を形成したり、リング状のストッパー１７板を溶接したりすることもできる。
【００６２】
尚、前記実施例２では、内周側ストッパー１７Ａを開口部１１を中心とした真円状に形成し、外周側ストッパー３０を開口部１１を中心とした真円状部分を組み合わせた連続的な環状に形成したが、図９に示すメタルガスケット１Ｊのガスケット構成板１０Ｊのように、隣接する開口部１１を取り囲む燃焼室ビード１５の合流部１５ａ付近において、外周側ストッパー３０を省略して、外周側ストッパー３０を間欠的に設けることも可能である。また、図１０に示すメタルガスケット１Ｋのガスケット構成板１０Ｋのように、ボルト挿通孔１２付近における外周側ストッパー３０及び内周側ストッパー１７Ａを省略して、両ストッパー１７Ａ、３０を間欠的に設けることも可能である。更に、前記実施例１のように、外周側ストッパー３０を設けないで、内周側ストッパー１７のみを設けるガスケット構成板１０においても、ヘッドボルトの締結部付近における内周側ストッパー１７を省略して、面圧を調整することが可能である。
【００６３】
また、図１１に示すガスケット構成板１０Ｌのように、真円状の内周側ストッパー１７、１７Ａに代えて、半径方向に振幅する波形状の内周側ストッパー１７Ｂを形成することも可能である。また、外周側ストッパー３０に関しても、図示していないが、半径方向に振幅する波形状に形成することができる。この場合には、波の幅や波の高さを調整することで、面圧を調整できる。
【００６４】
尚、本実施例では、１〜３枚のガスケット構成板を用いたメタルガスケットについて説明したが、４枚以上のガスケット構成板を積層状に設けたメタルガスケットに対しても本発明を同様に適用することができる。また、このように複数枚のガスケット構成板を用いたメタルガスケットにおいては、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との結合面４、５よりも外側部分や、例えばウォータジャケット７が配置される部分などのようにシリンダブロック２とシリンダヘッド３との結合面４、５が存在しない部分において、これら複数枚のガスケット構成板を重ね合わせた状態で、はとめやメカニカルクリンチ等によりに一体的に結合することになる。
【００６５】
また、本実施例では、多気筒直列エンジンのシリンダブロック２とシリンダヘッド３に装着されるメタルガスケットに本発明を適用したが、単気筒エンジンやＶ型エンジンに対しても本発明を同様に適用することが可能である。また、エンジン以外のエアポンプなどに対しても本発明を同様に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】メタルガスケット要部の平面図
【図２】シリンダブロック及びシリンダヘッドに対するメタルガスケットの組付直前における図１のII-II線でのエンジンの縦断面図
【図３】（ａ）（ｂ）（ｃ）は各種波部の断面図
【図４】他の構成のメタルガスケット要部の平面図
【図５】シリンダブロック及びシリンダヘッドに対する同メタルガスケットの組付直前における図４のV-V線でのエンジンの縦断面図
【図６】他の構成のメタルガスケットのストッパー付近の縦断面図
【図７】（ａ）〜（ｃ）は複板構成の各種メタルガスケットのストッパー部付近の縦断面図
【図８】（ａ）〜（ｄ）は他の複板構成の各種メタルガスケットのストッパー部付近の縦断面図
【図９】他の構成のメタルガスケット要部の平面図
【図１０】他の構成のメタルガスケット要部の平面図
【図１１】他の構成のガスケット構成板のストッパー部付近の平面図
【符号の説明】
【００６７】
１      メタルガスケット    ２      シリンダブロック
２ａ    シリンダ内周壁      ３      シリンダヘッド
４      結合面              ５      結合面
６      燃焼室              ７      ウォータジャケット
１０    ガスケット構成板    １１    開口部
１２    ボルト挿通孔        １３    油孔
１５    燃焼室ビード        １５ａ  合流部
１６    波部                １６ａ  頂部
１６ｂ  傾斜部              １６ｃ  底部
１６ｄ  平坦面
１７    内周側ストッパー    １８    条溝
２０    ボルト孔ビード      ２１    ボルト油孔ビード
２２    外周ビード
１Ａ    メタルガスケット    １７Ａ  内周側ストッパー
１０Ａ  ガスケット構成板    ３０    外周側ストッパー
１Ｂ    メタルガスケット    １０Ｂ  ガスケット構成板
３１    外周側ストッパー
１Ｃ    メタルガスケット    ３５    ガスケット構成板
１Ｄ    メタルガスケット    １Ｅ    メタルガスケット
３６    ガスケット構成板    １Ｆ    メタルガスケット
３７    ガスケット構成板    ３８    ガスケット構成板
１Ｇ    メタルガスケット    ３９    ガスケット構成板
４０    ガスケット構成板    １Ｈ    メタルガスケット
４１    ガスケット構成板    ４２    ガスケット構成板
１Ｉ    メタルガスケット    ４３    内周側構成板
４４    外周側構成板        ４５    重合部分
４６    ガスケット構成板    １Ｊ    メタルガスケット
１０Ｊ  ガスケット構成板    １Ｋ    メタルガスケット
１０Ｋ  ガスケット構成板    １０Ｌ  ガスケット構成板
１７Ｂ  内周側ストッパー
【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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