(57)【要約】排気ガス孔３の外周を囲むように該１シールラインＳＬ１を設定し、基板２の外周に沿って第２シールラインＳＬ２を設定し、両シールラインに沿って、基板２を屈曲成型して凸状のフルビード６、７を形成する。凸部と略同じ高さの弾性シール材８〜１１を、上記凸部及びその凸面に連続する平坦面に固着する。平坦面の弾性シール材は、排気ガス孔３などの開口部位置若しくは基板２外周端位置まで覆うように設定する。また、凸部の裏側に位置する凹部内にも弾性シール材１２、１３を充填する。これにより、低コスト化を図ることができると共に、安定したシール性能を長期に亘って確保することができる金属ガスケットを提供する。
2003085293.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１又は２以上の孔を有する薄肉金属板を基板とし、その基板を板厚方向に屈曲して凸状に成形してなる金属ビードをシールラインに沿って形成してなり、対向する接合面間に介挿されることで上記金属ビードが板厚方向に変形してシールする金属ガスケットにおいて、
上記金属ビードに対し、当該金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材を、少なくとも金属ビードの凸部に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填し、且つ上記凸部側表面の弾性シール材の高さを上記凸部と同一若しくは略同一の高さとし、
上記金属ビード凸部側の基板表面における、当該基板表面と対向する側の上記接合面の外周端部及び当該接合面に開設された孔の開口端部の少なくとも一方と対向する部分にも、上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材を固着したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
上記金属ビードは、フルビード又はステップ状のハーフビードであることを特徴とする請求の範囲第１項に記載した金属ガスケット。
【請求項３】
上記金属ビードの延在方向に沿って、上記金属ビードの突出高さ及び幅の少なくとも一方を部分的に変更することで、ビード延在方向に沿ったシール面圧を均等化することを特徴とする請求の範囲第１項に記載した金属ガスケット。
【請求項４】
上記金属ビードは、基板に開口した孔の周囲部及び基板の外周部の少なくとも一方に沿って形成されることを特徴とする請求の範囲第１項に記載した金属ガスケット。
【請求項５】
上記基板の外周部の少なくとも一部は、対向する接合面よりも外側に張り出していることを特徴とする請求の範囲第１項に記載した金属ガスケット。
【請求項６】
基板に開口している孔の開口端部及び基板外周端部の少なくとも一方における、全周若しくは一部分に対し、他の基板部分よりも厚く且つ上記金属ビードの凸部よりも低い増厚部を当該基板に設けて、上記弾性シール材の板厚方向の変形量を規制することを特徴とする請求の範囲第１項に記載した金属ガスケット。
【請求項７】
上記基板の少なくとも一方の面における、上記弾性シール材を固着しない部分に対し、上記弾性シール材よりも薄い耐食性の皮膜を固着することを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第６項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
【請求項８】
少なくとも燃焼室孔及び液孔が開口した薄肉金属板を基板とし、上記燃焼室孔端部に増厚部を形成すると共に、板厚方向に変形してシールするビードをシールラインに沿って形成した金属ガスケットであって、
上記シールラインの少なくとも一部は、上記１又は２以上の液孔を囲うようにに設定し、
少なくとも上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードを、上記基板を板厚方向に屈曲して上記増厚部より高い凸状に成形してなる金属ビードと、上記基板の金属ビード凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、から構成すると共に、上記凸部側表面の弾性シール材を、少なくとも金属ビード凸部表面に固着すると共に金属ビードのビード高さと同一若しくは略同一の高さに設定し、
上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードで囲まれる、金属ビード凸部側の基板表面に対し、上記ゴムビードの高さよりも低い耐食性の皮膜を形成したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項９】
上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードで囲まれる、金属ビード凹部側の基板表面に対し、耐食性の薄い皮膜を形成し、該皮膜は上記凹部に充填された弾性シール材に連続することを特徴とする請求の範囲第８項に記載した金属ガスケット。
【請求項１０】
上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードで囲まれる基板位置に対し、複数の貫通孔を形成し、該複数の貫通孔によって基板両面に形成した皮膜を接続させることを特徴とする請求の範囲第９項に記載した金属ガスケット。
【請求項１１】
上記皮膜は、液孔の孔内周面にも被着していることを特徴とする請求の範囲第８項〜請求の範囲第１０項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
【請求項１２】
上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードの少なくとも一部は、当該液孔の周縁全周に沿って配置されると共に開口端部まで上記凸部側の弾性シール材が配置され、かつ該凸部側の弾性シール材に連続する皮膜が上記液孔の孔内周面に被着し、且つその皮膜の厚さ分を含んだ上記液孔の寸法が、介挿する接合面に開口している液孔の寸法と略同寸となっていることを特徴とする請求の範囲第１１項に記載した金属ガスケット。
【請求項１３】
基板の外周端部の一部に対し第２の増厚部を形成すると共に、当該第２の増厚部を除いて、基板の外周端部若しくはその近傍に当該外周端部に沿って延びるシールラインを設定し、
そのシールラインに沿って形成されるビードを、上記基板を板厚方向に屈曲して上記増厚部より高い凸状に成形してなる金属ビードと、上記基板の金属ビード凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、から構成して、上記凸部側表面の弾性シール材を、少なくとも金属ビード凸部表面に固着すると共に金属ビードのビード高さと同一若しくは略同一の高さに設定したことを特徴とする請求の範囲第８項〜請求の範囲第１０項、請求の範囲第１２項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
【請求項１４】
上記第２の増厚部を省略すると共に、上記ゴムビードの延在方向に沿った一部のゴムビード幅を大きく設定して上記第２の増厚部の代替とすることを特徴とする請求の範囲第１３項に記載した金属ガスケット。
【請求項１５】
上記基板外周に沿ったシールラインよりも外側の基板全面に対し耐食性の皮膜を形成したことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載した金属ガスケット。
【請求項１６】
上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に対し、１条若しくは２条以上の突起をシールラインに沿って設けたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜６項、第８項〜１０項、第１２項、第１４項、第１５項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
【請求項１７】
上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方における、シール面圧が相対的に低い部分に対し、１条若しくは２条以上の突起を設けたことを特徴とする、請求の範囲第１項〜６項、第８項〜１０項、第１２項、第１４項、第１５項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
【請求項１８】
上記各条の突起は、延在方向に沿った突起高さ及び幅の少なくとも一方が、突起形成位置におけるシール面圧に応じて変更され、シール面圧が小さいほど、上記突起高さ及び幅の少なくとも一方の値を大きく設定することを特徴とする請求の範囲第１６項に記載した金属ガスケット。
【請求項１９】
上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に複数条の突起を設け、その複数条の突起において、突起高さ及び単位長さ当たりの面積の少なくとも一方を、突起形成位置のシール面圧に応じて異ならせることを特徴とする請求の範囲第１６項に記載した金属ガスケット。
【請求項２０】
複数枚の基板が積層されて構成されることを特徴とする請求の範囲第１６項、第１８項、第１９項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、例えば、オートバイ、自動車、産業機械、船外機に使用される内燃機関を構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの対向する接合面間に介挿して当該接合面間をシールするための金属ガスケットに関する。
背景技術
従来、この種の金属ガスケットとしては、例えば特開平６−１０１７６１号公報に記載されているものがある。
この金属ガスケットは、図３８に示すように、基板５０を１枚の薄鋼板から構成し、燃焼室孔などの開口端部全周にグロメットなどを装着して第１増厚部５２を形成し、基板５０の外周縁近傍をシールラインとして基板５０両面から突出するようにゴムを焼き付けてゴムビード５３を形成している。また、基板５０の外周端部の一部を折り返して第２増厚部５４を形成している。なお、グルメットと基板５０両面との間には、それぞれ復元弾性体５５が介在している。
すなわち、基板５０に形成したオイル孔や水孔等の開口の外周を、基板５０の両面からそれぞれ突出する１条のゴムビード５３で囲繞してシールすると共に、増厚部５２、５４によってゴムビード５３の圧縮変形量を規制することで当該ゴムビード５３の破壊を防止している。なお、ゴムビード５３が圧縮破壊されるのを防止するために、通常、ゴムビード５３の圧縮変形量を例えば最大４０％程度以下に設定している。
また、従来の金属ガスケットとして、特開２００１−２０６６８７号に記載されているような、金属ガスケットもある。
この金属ガスケットは、図３９に示すように、燃焼室孔５１側端部を折り返し、折り返し内部にシム板５８を挟み込んで第１増厚部５２とし、オイル孔や外縁端部の一部を折り返して第２増圧部５４としている。そして、当該第１と第２増厚部５２、５４間の基板５０両面側にそれぞれ突出するように屈曲成形して凹凸状（基板５０両面に凸部がそれぞれ形成される形状）の金属ビード６０を２条、形成すると共に、上記金属ビード６０の各凸部裏側の凹部内に弾性シール材６１を充填している。なお、安価なガスケットを提供する場合には、基板５０の材料として亜鉛メッキ鉄板が使用される。
しかしながら、前者の従来例にあっては、ゴムビード５３のうち増厚部５２、５４よりも突出した突出厚さ分だけが圧縮変形してシールのための反発弾力を発生するが、当該ゴムビード５３は、平坦部に形成されると共に基板５０の両面から突出する形状とする必要があるので、ゴムビード５３のゴム量が抑えられて圧縮変形量が小さくなる。この結果、ゴムビード５３の寸法精度の要求度が高く、かつ変形追随量も小さく、当該ゴムビード５３の成形加工が難しくなると共に加工精度も厳しくなる。
例えば、第１増厚部５２の板厚０．７ｔをＴ０とし基板板厚０．４ｔをＴ１とした場合、ゴムビード５３の基板より片側に突出する高さＴ２は、
Ｔ２＝（Ｔ０−Ｔ１）÷２  ＋圧縮変形量
＝０．１５＋０．１５×０．４（圧縮変形量ＭＡＸ４０％を意味する）
＝０．２１となる。
したがって、ゴムビード５３の基板片側の突出量は、０．２１ｍｍとなり、第１増厚部の板厚０．７ｔと基板の板厚０．４ｔとの差が大きい割に、ゴムビード５３は非常に少ないゴム量となって圧縮変形量が小さくなり、上述のようなゴムビード５３の成形加工が難しくなると共に、加工精度も厳しくなる。
更に、ゴムビード５３と第１増厚部５２の端面や第１増厚部内にある復元弾性体５５に冷却水が直接触れるために、発錆や含水して性能低下や変質するおそれがある。
また、上述のように、基板５０の平坦部にゴムビード５３が成形されていると、例えば、エンジンのシリンダーヘッドとシリンダブロックとの間の接合面に介挿される金属ガスケットを想定した場合に、当該シリンダーヘッド材とシリンダーブロック材の素材等の違いによる熱膨張差によるずれで、基板５０の表面に沿ったせん断力が入力される結果、上記ゴムビード５３が、基板５０から剥離する心配もある。
また、水孔からシールラインまでの間には基板と接合面との間に隙間があるため、規定外の冷却水が使用されると当該水孔からシールラインまでの基板が、規定外の冷却水によって腐食する可能性がある。
さらに、基板５０における外縁端部の折返し部分（第２増厚部５４）以外は、当該外縁端部からシールライン（ゴムビード５３の形成位置）まで、基板５０の両側表面と接合面との間に隙間があるので、船外機などでの使用を想定すると、その隙間に、外部から汚水や塩水等が進入し、もって、鋳鉄やアルミなどからなる上記接合面やガスケット基板５０の露出部等が腐食する原因となる。
さらに、冷却水が温度の高い燃焼室孔５１側の折り返し金属端部やグロメットの折り返し端部からなる第１増厚部５２に直接触れるために、沸騰することで気泡が発生して冷却効果を阻害して、オーバーヒートに繋がる恐れも有り、またゴムシールラインに冷却水が直接触れるために、冷却水に含まれるアルコール分やエチレングリコールによって上記ゴムビード５３全体が侵食膨潤される等によって耐久性が低下するという問題点もある。
また、後者の従来例にあっては、高圧ガスをシールするために燃焼室側端部全周を折り返した第１増厚部５２及び、エンジンの変形を防止する為とビード６０（弾性シール材６１を含む）の過圧縮の保護とを兼ねた第２増厚部５４とがあるが、当該第２増厚部５４は外縁端部を部分的に折り返し形成するものであるので、基板５０の外周近くやボルトの内側に配設されたビード６０によるシールラインからエンジン外縁端部までの間は、基板両面において、エンジンのシール面（接合面）とガスケット表面との間に、ゴム厚さ分の隙間が生じる。
したがって、例えば船外機等への使用を想定した場合に、上記隙間に外部から汚水や塩水が飛散して入り込むことが有り、さらに、鋳鉄やアルミニウム製エンジンのシール面やガスケット基板５０の露出部はエンジン熱も加わることから、塩水などの付着は塩水腐食の原因となる。
また、上記金属ガスケットを使用するエンジンが小型・軽量化するほど、当該エンジンのシール面のデッキ幅も狭くなり、燃焼室周囲の折返し幅に加えて、上下両面に突出する凹凸状の幅広い金属ビード６０を成形するだけのスペースを基板５０に取れなくなる傾向にある。このことは、ボルト孔、水孔、オイル孔等などの開口部周りでも同じ状況である。このように、金属ガスケットを使用するエンジンが小型・軽量化するほど、上記従来（後者）の金属ガスケット構造は採用し難くなるという問題もある。
また、弾性シール材６１が本願と異なり凹部のみに配されていることから、基板の硬度が低い場合には、上記弾性シール材６１が圧縮変形する際に、金属ビード６０が板厚方向に反るように変形するおそれがあり、当該変形が生じると、その分だけシール圧の低下に繋がる。
さらに、従来の金属ガスケットとしては、例えば特開２００１−１７３７９１号公報に記載されているものがある。
この金属ガスケットは、図４０に示すように、２枚の基板５０から構成されるものである。すなわち、２枚の基板５０のうち、板厚の厚い基板（上側の基板）における燃焼室孔５１側端部に増厚部５２を形成し、また、２枚の基板５０のそれぞれについて、その増厚部５０を囲む位置に凸状の基板ビード５３を、それぞれ増厚部５２の厚さより高く成形し、その２枚の基板５０を、基板ビード５３の凸部側を対向させて積層することで構成される。さらに、外側に向いた各ビード凹部に弾性シール材５４を充填して構成される。
そして、上記金属ガスケットを、シリンダブロックとシリンダヘッドとの対向する接合面間に介装して、締結ボルトで締め付けることで、燃焼室孔周縁の増厚部の板厚まで基板ビード５３が圧縮変形すると共に凹部に充填された上記弾性シール材５４も圧縮変形して、当該基板ビード５３のバネ力と弾性シール材５４のバネ力との合成バネによるシール圧で、燃焼ガス、オイル，冷却水圧等をシールする。勿論、凹部内に弾性シール材５３が充填されていない金属ガスケットも有るし、１枚の基板からなる金属ビードもある。
しかし、この従来技術の金属ガスケット（図４０参照）においては、基板ビード５３とビード凹部に充填された弾性シール材５４が締め付けによる変形で共働して反発力を発生し所要のシール圧をシールラインに沿って発生している。
しかし、基板ビード５３の疲労破壊防止とコスト低減を目的として、硬度の低い金属板から基板５０を構成した場合には、上記従来の金属ガスケットでは、ボルトを締付け、ビード凹部の弾性シール材５４が圧縮変形することで、基板５０及び基板ビード５３が板厚方向に反るように変形しようとする外力が働くが、上述のように硬度の低い金属から基板５０を構成するとビードの形状保持力が低下していることから、基板５０の変形防止力が弱くシール性がその分だけ劣化する。
また、エンジンの運転・停止の繰り返しによる繰り返し荷重によって、長期的な使用で、締め付けボルトの軸力低下、基板５０に成形した基板ビード５３の経時変化、及びビード凹部の弾性シール材５４の劣化変質などで、シール面圧が低下するおそれもある。特に、締付けボルトよりも外周側に位置するオーバーハングしている部分で、この問題が生じ易い。
さらに、弾性シール材５４を基板凹部に焼付け成形するとき、弾性シール材５４を高温時に凹部に充填して成形させても、その後の冷却開放工程時に熱膨張分だけ体積変化して、上記弾性シール材５４で１番厚さの有る中央部が、熱収縮分だけ凹むこととなるが、このようなことによっても、上述のような面圧が低下した際に更に不利となる。特に、締め付け軸力の弱いエンジンへの組み込みでは、このような現象が起り易いと思われる。
発明の開示
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、低コスト化を図ることができると共に、安定したシール性能を長期に亘って確保することができる金属ガスケットを提供することを目的とする。
上記目的を解決するために、請求の範囲第１項に記載した発明は、１又は２以上の孔を有する薄肉金属板を基板とし、その基板を板厚方向に屈曲して凸状に成形してなる金属ビードをシールラインに沿って形成してなり、対向する接合面間に介挿されることで上記金属ビードが板厚方向に変形してシールする金属ガスケットにおいて、
上記金属ビードに対し、当該金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材を、少なくとも金属ビードの凸部に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填し、且つ上記凸部側表面の弾性シール材の高さを上記凸部と同一若しくは略同一の高さとし、
上記金属ビード凸部側の基板表面における、当該基板表面と対向する側の上記接合面の外周端部及び当該接合面に開設された孔の開口端部の少なくとも一方と対向する部分にも、上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材を固着したことを特徴とするものである。
なお、凸部側に設ける弾性シール材のビード幅の最大幅は、ボルト締付け部などの圧が大きくなる部分を除いて、金属ビードのビード幅の１．５倍以内に抑えることが好ましい。ゴムビードのビード幅が大きくなるほど、基板への荷重を加える必要があるので、荷重増加を抑えるという観点からは、上述のように弾性シール材のビード幅は、金属ビードのビード幅の１．５倍以内に抑えることが好ましい。ただし、局部的に負担する荷重を増加したい場合は、この限りではない。
また、弾性シール材の厚さ（高さ）は、圧縮破壊が起こさない、例えば、接合面間に介装した際に、圧縮変形量が４０％以内となる観点から設定すればよい。
本発明によれば、一方の基板の表面側にのみ凸状となるように金属ビードが形成される結果、基板両面にゴムビードを形成する場合と比較して、弾性シール材の量を多くすることができるので、弾性シール材の圧縮変形量も大きくなって、加工精度も緩くなる。また、金属ビードの凸部つまり傾斜面に弾性シール材が固着することで当該弾性シール材の基板からの剥離も起こり難い。また、凸部に弾性シール材を固着されているので、ビード幅も必要以上に広くなることが防止される。凸部側の弾性シール材で、凹部側の弾性シール材による基板の反るような変形を抑えている。
さらに、金属ビードの反発力と金属ビード位置に固着した上記弾性シール材の弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力が発生するので、基板材料の硬度を低くできる。
また、ビード幅を必要以上に広くすることなく、弾性シール材でシール面積を広く取れる結果、接合面の疵や鋳造時に発生する巣穴や加工面粗さを吸収でき低面圧で良好にシールすることができる。
そして、接合面と基板との間に隙間ができる金属ビード凸部側の基板表面に対し、例えば対向する接合面の外周端部と対向する位置に弾性シール材が固着することで、外部から上記隙間への水などの侵入が防止される。
ここで、金属ビード凸部に固着する弾性シール材と、接合面の外周端部等と対向する弾性シール材とは連続して一体となっていることが加工容易性などの点で好ましいが、連続させずに独立して形成しても構わない。
また、接合面の外周端部等と対向する弾性シール材の高さは、必ずしも凸部の高さと同一若しくは略同一である必要はなく、凸部に形成した弾性シール材よりも低くても高くても構わない。
次に、請求の範囲第２項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、上記金属ビードは、フルビード又はステップ状のハーフビードであることを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第３項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、上記金属ビードの延在方向に沿って、上記金属ビードの突出高さ及び幅の少なくとも一方を部分的に変更することで、ビード延在方向に沿ったシール面圧を均等化することを特徴とするものである。
本発明によれば、例えば、接合面のうち剛性が低い部分では、相対的にビード高さを高くしたり、ビードの幅を大きくしてバネを大きくすることで、ビード延在方向に沿った、つまりシールラインに沿ったシール圧が均等化する。この結果、ボルトの締付け力の効率化などを図ることができる。
すなわち、接合面におけるシールする面剛性に合わせてビードの幅と高さを変化させることで、ビードの凹部に充填した弾性シール材や、凸部側の弾性シール材によるバネ応力に変化をもたせることによって、剛性低下のシール面に対応可能となる。
次に、請求の範囲第４項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、上記金属ビードは、基板に開口した孔の周囲部及び基板の外周部の少なくとも一方に沿って形成されることを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第５項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、上記基板の外周部の少なくとも一部は、対向する接合面よりも外側に張り出していることを特徴とするものである。
本発明によれば、基板の外周輪郭を接合面よりも大きくすることで、基板外周端に余裕を持って、外周端部に固着する弾性シール材が、対向する接合面外周端部に対向可能となって、確実に外部からの塩水などの侵入を防止可能となる。
次に、請求の範囲第６項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、基板に開口している孔の開口端部及び基板外周端部の少なくとも一方における、全周若しくは一部分に対し、他の基板部分よりも厚く且つ上記金属ビードの凸部よりも低い増厚部を当該基板に設けて、上記弾性シール材の板厚方向の変形量を規制することを特徴とするものである。
本発明によれば、弾性シール材の圧縮変形量が、確実に増厚部によって規制される結果、当該弾性シール材が長期的に亘って弾力性を確保可能となる。
次に、請求の範囲第７項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第６項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記基板の少なくとも一方の面における、上記弾性シール材を固着しない部分に対し、上記弾性シール材よりも薄い耐食性の皮膜を固着することを特徴とするものである。
本発明によれば、基板と接合面との間の隙間に、塩水や汚水が侵入しても、少なくとも基板表面が腐食することが防止可能となる。
次に、請求の範囲第８項に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔及び液孔が開口した薄肉金属板を基板とし、上記燃焼室孔端部に増厚部を形成すると共に、板厚方向に変形してシールするビードをシールラインに沿って形成した金属ガスケットであって、
上記シールラインの少なくとも一部は、上記１又は２以上の液孔を囲うようにに設定し、
少なくとも上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードを、上記基板を板厚方向に屈曲して上記増厚部より高い凸状に成形してなる金属ビードと、上記基板の金属ビード凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、から構成すると共に、上記凸部側表面の弾性シール材を、少なくとも金属ビード凸部表面に固着すると共に金属ビードのビード高さと同一若しくは略同一の高さに設定し、
上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードで囲まれる、金属ビード凸部側の基板表面に対し、上記ゴムビードの高さよりも低い耐食性の皮膜を形成したことを特徴とするものである。
上記液孔としては、水穴が好適である。
本発明によれば、水孔などの液孔を囲むビードによって液孔からの液体がビードを越えて外方に浸出することが防止される。
このとき、ビードを、上記のような金属ビードとゴムビードとが合体したような構成とすることで、すなわち、一方の基板の表面側にのみ凸状となるように金属ビードが形成される結果、基板両面にそれぞれ凸状のゴムビードのみを形成する場合と比較して、弾性シール材の量を多くすることができる。したがって、弾性シール材の圧縮変形量も大きくなって、加工精度も緩くなる。また、金属ビードの凸部つまり傾斜面に弾性シール材が固着することで当該弾性シール材の基板からの剥離も起こり難い。
さらに、金属ビードの反発力と金属ビード位置に固着した上記弾性シール材の弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力が発生するので、基板材料の硬度を低くできる。また、弾性シール材でシール面積を広く取れる結果、つまり弾性材料による面シールとなる結果、接合面の疵や鋳造時に発生する巣穴や加工面粗さを吸収でき低面圧で良好にシールすることができる。
また、液孔からビード位置までは、金属ビード凸部側の基板表面と接合面との間に隙間ができるが、当該表面に耐食性の皮膜が形成される結果、液孔を流れる液体が腐食性の性質を有していても、上記基板表面が腐食することが防止される。
次に、請求の範囲第９項に記載した発明は、請求の範囲第８項に記載した構成に対し、上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードで囲まれる、金属ビード凹部側の基板表面に対し、耐食性の薄い皮膜を形成し、該皮膜は上記凹部に充填された弾性シール材に連続することを特徴とするものである。
本発明の金属ビードは一方の面側にのみ突出する構造であるが、ビードよりも液孔側における金属ビード凹側の基板表面においても、対向する接合面にある傷や振動によって液孔を通過する液体が当該金属ビード凹側の基板表面に接触するおそれがあるが、本発明にあって、凹部側の基板表面にも耐食性の皮膜が形成されている結果、液体が腐食性の性質を有していても、当該基板表面が腐食することが防止される。
次に、請求の範囲第１０項に記載した発明は、請求の範囲第９項に記載した構成に対し、上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードで囲まれる基板位置に対し、複数の貫通孔を形成し、該複数の貫通孔によって基板両面に形成した皮膜を接続させることを特徴とするものである。
本発明によれば、貫通孔を介して上下両面の皮膜が連結する結果、当該皮膜が剥がれ難くなる。なお、金属ビード凸側の皮膜は接合面と非接触状態であるが、金属ビード凹側の皮膜は接合面と接触した状態となっている。
次に、請求の範囲第１１項に記載した発明は、請求の範囲第８項〜請求の範囲第１０項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記皮膜は、液孔の孔内周面にも被着していることを特徴とするものである。
本発明によれば、液体と接触する孔内周面も皮膜で保護される。このとき、上下両面にも皮膜が形成されている場合には、ビードよりも液孔側の基板表面及び端面の全てが皮膜で保護されることとなる。
次に、請求の範囲第１２項の発明は、請求の範囲第１１に記載した構成に対し、上記液孔を囲うシールラインに沿って形成されるビードの少なくとも一部は、当該液孔の周縁全周に沿って配置されると共に開口端部まで上記凸部側の弾性シール材が配置され、かつ該凸部側の弾性シール材に連続する皮膜が上記液孔の孔内周面に被着し、且つその皮膜の厚さ分を含んだ上記液孔の寸法が、介挿する接合面に開口している液孔の寸法と略同寸となっていることを特徴とするものである。
本発明によれば、液孔近傍にゴムビードを形成することで、金属ビード凸側の基板表面については、ゴムビードで保護される結果、当該凸側表面については、上記皮膜が不要となる。
次に、請求の範囲第１３項に記載した発明は、請求の範囲第８項〜請求の範囲第１０項、請求の範囲第１２項のいずれか１項に記載した構成に対し、基板の外周端部の一部に対し第２の増厚部を形成すると共に、当該第２の増厚部を除いて、基板の外周端部若しくはその近傍に当該外周端部に沿って延びるシールラインを設定し、
そのシールラインに沿って形成されるビードを、上記基板を板厚方向に屈曲して上記増厚部より高い凸状に成形してなる金属ビードと、上記基板の金属ビード凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、から構成して、上記凸部側表面の弾性シール材を、少なくとも金属ビード凸部表面に固着すると共に金属ビードのビード高さと同一若しくは略同一の高さに設定したことを特徴とするものである。
基板外周に沿って上記構成のビードを形成する結果、外周側から塩水などの腐食性の液体が侵入する可能性があっても、基板外周に沿って形成されたゴムビードによってその内側への侵入が防止される。特に、上記構成のビードとすることで、接合面に傷などあっても、また振動しても、接合面に弾性シール材が当接した状態であるので、確実にシールすることが可能である。
これによって、液孔を囲むビードと基板外周に沿ったビードとの間の基板表面については、腐食性のある液体に接触しないので、上記皮膜を形成する必要がない。また当該該基板表面部分と対向する接合面も上記腐食性のある液体から保護されることとなる。
次に、請求の範囲第１４項に記載した発明は、請求の範囲第１３項に記載した構成に対し、上記第２の増厚部を省略すると共に、上記ゴムビードの延在方向に沿った一部のゴムビード幅を大きく設定して上記第２の増厚部の代替とすることを特徴とするものである。
本発明によれば、第２の増厚部を省略することが可能となる。これによって、スペースの関係から金属製の第２の増厚部を成形出来ない場合でも第２の増厚部の代替が出来る構造となる。
次に、請求の範囲第１５項に記載した発明は、請求の範囲第１４項に記載した構成に対し、上記基板外周に沿ったシールラインよりも外側の基板全面に対し耐食性の皮膜を形成したことを特徴とするものである。
本発明によれば、船外機など基板外周が塩水などの腐食性のある液体に触れる可能性があっても上記皮膜によって保護される。
次に、請求の範囲第１６項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜６項、第８項〜１０項、第１２項、第１４項、第１５項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に対し、１条若しくは２条以上の突起をシールラインに沿って設けたことを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第１７項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜６項、第８項〜１０項、第１２項、第１４項、第１５項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方における、シール面圧が相対的に低い部分に対し、１条若しくは２条以上の突起を設けたことを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第１８項に記載した発明は、請求の範囲第１６項に記載した構成に対し、上記各条の突起は、延在方向に沿った突起高さ及び幅の少なくとも一方が、突起形成位置におけるシール面圧に応じて変更され、シール面圧が小さいほど、上記突起高さ及び幅の少なくとも一方の値を大きく設定することを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第１９項に記載した発明は、請求の範囲第１６項に記載した構成に対し、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に複数条の突起を設け、その複数条の突起において、突起高さ及び単位長さ当たりの面積の少なくとも一方を、突起形成位置のシール面圧に応じて異ならせることを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第２０項に記載した発明は、請求の範囲第１６項、第１８項、第１９項のいずれか１項に記載した構成に対し、複数枚の基板が積層されて構成されることを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の金属ガスケットを説明するための平面図である。図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。
まず、本実施形態の金属ガスケットの構成について説明する。
本実施形態の金属ガスケット１は、基板外周部にボルト孔が位置する場合の例であるが、これに限定されるわけではない。その金属ガスケット１の基板２は、例えばステンレス鋼板又は軟鋼板、アルミニウム板等の金属薄板からなる。
その基板２の中央部には、図１に示すように、高温の排気ガスが通る排気ガス孔３が大きく開口し、その排気ガス孔３の周囲を囲むようにして、無端環状に第１シールラインＳＬ１が設定されている。その該１シールラインＳＬ１の外周側位置には、排気ガスを冷却する冷却水が通過するための冷却水孔４が、当該排気ガス孔３を取り巻くようにして４箇所開口している。さらに、その４個の冷却水孔４の外周を囲むように、基板２の外周端部に沿って延びて無端環状となっている第２シールラインＳＬ２が設定されている。さらに、上記第２シールラインＳＬ２よりも外周側の４箇所には、締結ボルトを挿通するためのボルト孔５が開口している。
上記第１及び第２シールラインＳＬ１、ＳＬ２に沿って、図２及び図３に示すように、それぞれ凸状のフルビード６、７が、基板２を屈曲成形して形成されている。
そのフルビード６、７の各凸部側の基板２表面に、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等からなる弾性シール材８〜１１を固着すると共に、フルビード６、７の各凸部の裏側に位置する凹部にも、同様の弾性シール材１２、１３を充填している。
各フルビード６、７の凸部側に固着された弾性シール材８〜１１は、フルビード６、７の幅方向両側を覆うと共に、凸部両側８ａ、９ａ、１０ａ、１１ａからそれぞれ近くに位置する排気ガス孔３、冷却水孔４、若しくは基板２の外周端部２ａの位置まで、該凸部表面に連続する基板２の平坦面にも固着している。符号８ｂ、９ｂ、１０ｂ、１１ｂが平坦面に固着した弾性シール材部分である。これによって、金属ガスケット１が介挿される接合面のうち、上記凸部側の接合面ＳＡ１の排気ガス孔３の開口端部、冷却水孔４の開口端部、当該接合面ＳＡ１の外周端部全周と対向する基板２表面にも弾性シール材８ｂ、９ｂ、１０ｂ、１１ｂが配置された状態となる。
また、上記各フルビード６、７の凸部側に固着された弾性シール材８〜１１の高さは、上記フルビード６、７の各凸部高さと略同一とされ、且つ上面が基板２の平坦面と略平行とされている。
一方、各フルビード６、７の凹部内に充填される弾性シール材１２、１３の充填量は該凹部内の容積と略同一とされて基板２の平坦面と略面一になっている。
なお、この実施の形態では、弾性シール材８〜１３を、モールド成形によってフルビード６、７の凸部側の基板２表面および凹部側に固着・充填するようにして成形すればよい。このため、例えば、各フルビード６、７に成形材料の通過孔（不図示）を形成して凸部側と凹部側との同時成形を可能にしても良い。
ここで、図３に示すように、冷却水孔４間の凸部側平坦面には、上記弾性シール材よりも薄い耐久性を有する弾性シール膜１４が固着している。また、凹部側の平坦面全面にも、薄い弾性シール膜１５が固着している。なお、上下の弾性シール膜１４，１５を連通させるべく、基板２に貫通孔を開口しても良い。このように上下を連通させると、その分、弾性シール膜１４，１５が剥離しにくくなる。
なお、上記金属ガスケット１の例では、シールする排気ガス圧が、燃焼室内の圧力よりも低いことから、弾性シール材８〜１３の圧縮量を規制する増幅部を形成していない。
そして、上記構造をした金属ガスケット１を、対象とする接合面間に介挿して締結ボルトで締め付けると、フルビード６、７の各凸部側に固着された弾性シール材８〜１１および各凹部内に充填された弾性シール材１２、１３が各フルビード６、７と共働して板厚方向に圧縮変形する。これにより、該１シールラインＳＬ１及び第２シールラインＳＬ１、ＳＬ２に沿って形成された、各フルビード６、７（凸部および凹部側の弾性シール材８〜１３を含む）の弾性反発力により、２重シールがなされる。
上記構成の金属ガスケット１においては、フルビード６、７の各凸部側に弾性シール材８〜１１を固着すると共に、フルビード６、７の各凹部に同様の弾性シール材１２、１３を充填しているため、基板２から板厚方向に突出する弾性シール材はフルビード６、７の凸部側のみ、即ち、基板２の片面のみとなる。
従って、ボルトの締付け完了後における変形後のビード高さをｔ０とすると、例えばフルビード６、７の凸部に固着された弾性シール材８〜１１の高さは、ｔ０＋圧縮変形量（ｔ０×０．４（ｍａｘ４０％））となり、仮にｔ０を０．５ｍｍとした場合には弾性シール材８〜１１の高さは上式より０．７ｍｍとなる。このため、フルビード６、７の凸部側の弾性シール材８〜１１の量が多くなって圧縮変形量が大きくなり、この結果、弾性シール材８〜１１の成形加工がしやすくなると共に、弾性シール材８〜１１の厚さも厚くできるため、変形追随量も大きくなり加工公差を大きくとることができ、製作コストの低減を図ることができる。
また、フルビード６、７の各凸部の幅方向の両側に固着された弾性シール材８〜１１は冷却水孔４側を向く部分だけが冷却水に曝され、フルビード６、７の各凹部内に充填された弾性シール材１２、１３についてはフルビード６、７で覆われて冷却水に曝されることがないため、各弾性シール材の劣化が防止されて長期に亘って安定したシール性能を確保することができる。
さらに、フルビード６、７の反発力と、該フルビード６、７の凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材８〜１３の弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力を得るようにしているため、基板２の素材の硬度を低くすることが可能になって基板２のビード６、７の疲労破壊の心配をなくすことができる。さらに、エンジンの振動振幅を吸収すると共にシール面荒さを吸収して、冷却水圧や排気ガス圧を少ない面圧で良好にシールすることができる。
さらに、フルビード６、７の凸部側の弾性シール材８〜１１および凹部側の弾性シール材１２、１３は共にシール面積を広くとれるため、接合面の疵や鋳造時に発生する巣孔や加工面粗さを吸収でき低面圧で良好にシールすることができる。しかも、弾性シール材８〜１３は弾性材（特にゴム系）からなるシール材であるため、ガスケット係数が低く、この結果、限られた軸力荷重を条件の悪い箇所に有効に使用でき、全体の荷重を減少させることができる。なお、ゴムビードを構成する弾性シール材自体は、金属ビードの凸部に主として配置されているので、ビード幅を必要以上に広くすることはない。
ここで、外周側である第２シールラインＳＬ２に形成したフルビード７においては、ボルト締結部近傍位置で面圧が一番高くなるので、ボルト孔５近傍のビード部分について、他の部分よりも相対的にビード幅を狭くしたりビード高さを低くすることで、ボルト締結部近傍の面圧を下げて、第２シールラインＳＬ２に沿ったフルビード７（弾性シール材１０、１１を含む）によるシール面圧の均等化を図っても良い。均等化させることで、締結ボルトの軸力も軽減することができる。
また、上記金属ガスケット１では、ビード６、７が一方の基板表面側だけに突出していると共にビード６、７の凹部に弾性シール材１２、１３を充填しているから、ビード６、７の凹部側の基板２表面は全面に亘って対向する接合面に接触した状態となる。このため、基板２表面と上記接合面との間には隙間ができる部分が無い。
一方、該１シールラインＳＬ１のビード６の凸部側の面には、対向する接合面に設けられた排気ガス孔３の開口端部の全周と対向する部分にもビード高さ相当の弾性シール材８ｂが設けられているので、ボルト締付け時に当該弾性シール材８ｂが圧縮変形することで、当該排気ガス孔３の開口端部全周が当該弾性シール材８ｂでシールされる。
また、ビード７の凸部側の面における基板２外周部側にも、対向する接合面の外周端部に対向する位置に、ビード高さ相当の弾性シール材１１ｂが設けられていることから、ボルト締付け時に当該弾性シール材１１ｂが圧縮変形することで、当該対向する接合面の端部全周が当該弾性シール材１１ｂでシールされる。これによって、外部から基板２表面と接合面ＳＡ１との間に水などが侵入することが防止される。
さらに、ビード６、７の凸部側の面における各冷却水孔４の開口端部についても弾性シール材９ｂ、１０ｂが配置される結果、対向する接合面における各冷却水孔４の開口端部に当該弾性シール材９ｂ、１０ｂが当接してシールされた状態となっている。なお、冷却水孔４間の部分には、ビード高さ相当の弾性シール材が無いが、当該基板２表面は、弾性シール膜が固着されて冷却水から基板２の表面が保護されている。もっとも、各冷却水孔４の開口端部全周を巡るようにビード高さ相当の弾性シール材を別途、固着させても良い。
以上のことから、例えば、上記金属ガスケット１が船外機の内燃機関に使用されることを想定すると、船外機では冷却水に海水を使用することが多く、当該冷却水でステンレス鋼板は電位差腐食が起こり、軟鋼板では塩水腐食が起こる可能性があるが、本実施形態の金属ガスケット１を使用すると、上述のようなビード構造及び弾性シール材の配置構造を採用することで、コスト低減のために安価な軟鋼板を使用しても塩水の侵入が遮断されて塩水腐食が防止され防錆効果が向上すると共に、フランジの振動振幅や熱による変形追随や締め付け軸力の低下を防止することができる。さらに、基板２としてアルミニウム板を採用した場合には、塩水腐食の心配は無くなり、弾力性は凸状のフルビード６、７の凹部に充填した弾性シール材１２、１３と凸部側に形成した弾性シール材８〜１１で発生させ、シール性は、ビードを覆う範囲に成形した弾性シール材８ａ、９ａ、１０ａ、１１ａで確保できる。
ここで、上記実施形態では、凸状のビードとしてフルビード６、７を例示しているが、例えば、シール面積が狭い部分では、凸状のビードとして、図４に示すようなステップ状のハーフビード６、７を採用しても良い。なお、この図４では、傾斜部の上面がビードの凸部側の面となり、傾斜部の下面が凹部の面を形成し、上側の弾性シール８、１１の高さが、ビード高さ相当となっていると共に、下側の弾性シール材１２、１３は、基板２下面まで充填されている。作用・効果は上述と同様である。
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部分については同一の符号を付して説明する。
図５は本実施形態に係る金属ガスケット１を説明するための平面図、図６は図５のＡ−Ａ断面図、図７は図５のＢ−Ｂ断面図である。また、図８及び図９は、エンジンに組み込まれた状態を示す。
本実施形態の金属ガスケット１は、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介挿されるガスケットの例である。
まず構成について説明する。
本実施形態の金属ガスケット１の基板２としては、例えばステンレス鋼板又は軟鋼板等の金属板が例示できるが、ここでは、安価なガスケットを提供するために軟鋼板を使用したこととする。
上記基板２には、燃焼室孔２０が大きく開口し、この燃焼室孔２０の開口端部全周が上方に折り返されて最も厚肉の第１増厚部２１が形成され、これにより、他の部分との間に板厚差が設けられている。また、基板２の外周側の端部の一部も同様に上方に折り返されて第２増厚部２２が形成されている。該第２増厚部２２は、例えば鍛圧成形等によって第１増厚部２１より薄くされている。そして、基板２の第１増厚部２１の折り返し部分は、後述のボルト孔５近傍が薄肉部とされると共に、各ボルト孔５間を厚肉部に形成して、燃焼室孔２０の周方向に沿って板厚に変化（抑揚）が付けられている。また、第１増厚部２１の薄肉部部分の総板厚は上記第２増厚部２２の総板厚より厚くなっている。
基板２の第１増厚部２１の周囲全周を巡るように無端環状の該１シールラインＳＬ１が設定されている。その該１シールラインＳＬ１よりも外周には、水孔２３、油孔２４、チェーンチャンバ孔２５などの孔が開口し、また、基板２の外縁全周及びテェーンチャンバ孔２５等の開口部周りに沿って第２シールラインＳＬ２が設定されている。符号２６は、第２シールラインＳＬ２よりも外周に配されたボルト孔５である。
そして、上記第１及び第２シールラインＳＬ１、ＳＬ２に沿って、図６や図７に示すように、それぞれ凸状のフルビード６、７が、基板２を屈曲成形することで形成されている。
そのフルビード６、７の各凸部側の基板２表面に、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等からなる弾性シール材８〜１１を固着すると共に、フルビード６、７の各凸部の裏側に位置する凹部内にも、同様の弾性シール材１２、１３を充填している。
各フルビード６、７の凸部側に固着された弾性シール材８〜１１は、少なくともフルビード６、７の幅方向両側を覆うように基板２の表面に固着している。但し、上記ビード６、７の凸部側に設けた弾性シール材８〜１１のうち、基板２の外縁２ａに沿って形成されたフルビード７の外周側部分１１は基板２の外周端部２ａまで、上記凸部表面に連続する基板２の平坦部表面にも固着し、該平坦部表面に固着した弾性シール材１１ｂは、対向する接合面の外周端部と対向可能となっている。
ここで、本実施形態にあっては、基板２の外周端部２ａは、上記接合面の外周端部よりも外方に張り出すことで、モールド成形における弾性シール材１１の成形誤差を吸収して、確実に上記弾性シール材１１ｂが対向する接合面の外周端部と対向可能としている。
また、上記ビード６、７の凸部側に設けた弾性シール材のうち、チェーンチャンバ孔２５などの開口部の外周を囲むようにシールラインＳＬ２ａが形成された部分については、フルビード７の内周側部分はチェーンチャンバ孔２５の開口端部まで、上記凸部表面に連続する基板２の平坦部表面にも固着し、該平坦部表面に固着した弾性シール材は、対向する接合面に開口した対応する開口部の開口端部と対向可能となっている。
また、上記各フルビード６、７の凸部側に固着された上記弾性シール材８〜１１の高さは、それぞれ上記フルビード６、７の凸部高さと同一若しくは略同一とされ、且つ上面が基板２の平坦面と略平行とされている。
一方、各フルビード６、７の凹部内に充填される弾性シール材１２、１３の充填量は該凹部内の容積と略同一とされて基板２の平坦面と略面一になっている。
そして、かかる構成の金属ガスケット１を、シリンダブロック３０とシリンダヘッド３１との対向する接合面間に介装して締結ボルトで締め付けると、フルビード６、７の各凸部側に固着された弾性シール材８〜１１および各凹部内に充填された弾性シール材１２、１３が各フルビード６、７と共働して板厚方向に圧縮変形し、締め付け終了時においては、最も板厚が厚い基板２の第１増厚部２１と他の部分との板厚差により該第１増厚部２１に最も面圧が集中して最大荷重が作用する。
これにより、第１増厚部２１の最大面圧、２条のフルビード６、７（凸部および凹部側の弾性シール材含む）の弾性反発力による３重シールがなされると共に、第１増厚部２１のストッパー効果によりフルビード６の凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材８、９、１２の全屈が防止され、また、第２増厚部２２のストッパー効果によりフルビード７の各凸部側および各凹部側に固着、充填された弾性シール材１０、１１、１３の全屈が防止される。
上記構成の金属ガスケット１においても、フルビード６、７の各凸部に弾性シール材８〜１１を固着すると共に、フルビード６、７の各凹部１２、１３に同様の弾性シール材を充填しているため、基板２から板厚方向に突出する弾性シール材はフルビード６、７の凸部側のみ、即ち、基板２の片面のみとなる。
従って、例えばフルビード６、７の凸部に固着された弾性シール材８〜１１の高さは、第１増厚部２１の基板２の折り返し部分の板厚をｔ０とすると、ｔ０＋圧縮変形量（ｔ０×０．４（ｍａｘ４０％））となり、仮にｔ０を０．５ｍｍとした場合にはゴムビードの高さは上式より０．７ｍｍと図１３に示す従来例と比較して２倍となる。
このため、フルビード６、７の凸部側の弾性シール材８〜１１の量が多くなって圧縮変形量が大きくなり、この結果、弾性シール材８〜１１の成形加工がしやすくなると共に、弾性シール材８〜１１、及び１２、１３の厚さも厚くできるため、加工公差を大きくとることができ、製作コストの低減を図ることができる。
また、フルビード６、７の各凸部の幅方向の両側に固着された弾性シール材８〜１１は水孔２３側を向く部分のみ冷却水に曝され、フルビード６、７の各凹部内に充填された弾性シール材についてはフルビード６、７で覆われて冷却水に曝されることがないため、弾性シール材の劣化が防止されて長期に亘って安定したシール性能を確保することができる。
さらに、フルビード６、７の反発力と該フルビード６、７の凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材８〜１３の弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力を得るようにしているため、基板２の硬度を低くすることが可能になって基板２のビード６、７の疲労破壊の心配をなくすことができ、さらに、エンジンの振動振幅を吸収すると共にシール面荒さを吸収して冷却水圧やオイル圧を少ない面圧で良好にシールすることができる。
さらに、フルビード６、７の凸部側の弾性シール材８〜１１および凹部側の弾性シール材１２、１３は、共にシール面積を広くとれるため、接合面の疵や鋳造時に発生する巣孔や加工面粗さを吸収でき低面圧で良好にシールすることができ、しかも、弾性シール材８〜１３は弾性材（特にゴム系）からなるシール材であるため、ガスケット係数が低く、この結果、限られた軸力荷重を条件の悪い箇所に有効に使用でき、全体の荷重を減少させることができる。
さらに、上記基板２の第１増厚部２１は、ボルト孔５近傍が薄肉部とされると共に、各ボルト孔５間が厚肉部とされているので、ボルト締結時における上記第１増厚部２１の反発力が締め付け力の大きい締結ボルト近傍では弱く、締め付け力が比較的小さい各締結ボルト間では強くなり、この結果、上記第１増厚部２１に作用する面圧を燃焼室孔２０の周方向に均等にすることができると共に、締結ボルトの軸力も軽減することができるのでエンジンの変形、特に低剛性エンジンの変形を良好に防止することかできる。
また、最近のエンジンは小型軽量化、高性能化か進み、さらに省エネから希薄燃料を燃焼させるために、燃焼室温は上がり、高圧ガスをシールする為に、上述のように、燃焼室孔２０側端部を折り返して第１増厚部２１を形成して高い面圧を発生させている。このとき、本実施形態では、上述のように、第１増厚部２１の周方向に沿った板厚に変化を付けることで、シリンダーボア周囲の締め付け面圧を平均化させ、もって、燃焼ガスのシール効率を向上させている。
また、本実施形態では、凸状のビード６、７を、燃焼室孔２０の端部の第１増厚部２１廻りや油孔２４、水孔２３、ボルト孔５、チェーンチャンバ孔２５廻りに必要に応じて配設しているが、その各凸状のビード６、７について、当接する位置における、接合面の剛性などに応じてビード高さやビード幅を変更するようにして、シールラインに沿ったシール圧の均等化を図り、もってシール効率を向上させても良い。上記ビード高さやビード幅の変更は、剛性が無く面圧の弱い箇所ほど、ビードの幅を広くしたり、高くすることで、シール面圧の均等化が図られる。
また図８に示す組み込み時の断面図のように、外周端部の折り返し部（第２増厚部２２）を除く部分の凸部側の基板２表面に弾性シール材１１ｂを固着することで、当該弾性シール材１１ｂが、対向する接合面３０ａの外周端面に圧縮状態で接触して、外周側からの汚水や塩水等の侵入を防止することが出来る。すなわち、シリンダーヘッド３０の接合面３０ａよりも基板２を外方に突出させ、隙間の発生するビード凸側の外側に成形する弾性シール材１１ｂもシール面より突出させる事で汚水や塩水等の侵入を防止している。図９は、ビード６、７の凸部側を下方に向けて配置した場合の例である。
ここで、図８及び図９のように、対向する接合面のうち、外周輪郭が小さい側の接合面と、ビード凸部側の基板２表面が対向するように設計すると良い。
また、図１０は、弾性シール材の圧縮変形量を規制する第２増厚部２２を、基板２の外周端部ではなく、ボルト孔５やオイル孔等の開口部の一部を折り返して形成した場合の例である。この場合に、Ｃ−Ｃ断面図である図１１のように、弾性シール材と第１増厚部２１及び第２増厚部２２の折り返し部を除いた部分に、薄い弾性シール膜１４、１５を成形し基板２の腐食を防止するようにすると良い。また、図１２に示すように、第２シールラインＳＬ２に沿ったビード７側に対し、ビード凸部側の弾性シール材を基板２平坦面にも固着して、弾性シール材の面積を増大することで、ボルト孔５やオイル孔等に設ける折り返しによる第２増厚部２２を廃止しても良い。
なお、本発明の金属ガスケット１の各構成は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、第２増厚部２２を基板２の外周側の端部を折り返した後に鍛圧成形等によって第１増厚部２１より薄くしているが、これに代えて、基板２の外周部に該基板２より薄いシム板を溶接等により取り付けて第２増厚部２２として該第２増厚部２２の鍛圧成形を省略してもよく、また、第１増厚部２１の折り返し部分にシム板を内包して第２増厚部２２の鍛圧成形を省略してもよい。
また、上記実施の形態では、第１増厚部２１を基板２の燃焼室孔２０側の端部を折り返して形成しているが、これに代えて、基板２の燃焼室孔２０の端部に基板２と略同一厚さのシム板を溶接等により取り付けて第１増厚部２１としてもよく、或いは基板２の燃焼室孔２０の端部にグロメットを挟み込んだり、基板２の燃焼室孔２０の端部に弾性板を介してグロメットを挟み込んだりして上記第１増厚部２１としてもよく、さらには、基板２の燃焼室孔２０の端部にフルビード６、７を形成したシム板を溶接等により取り付けて上記第１増厚部２１としてもよい。
さらに、上記第２実施の形態では、基板２の第１増厚部２１の周囲にフルビード６、７を形成すると共に、基板２の第２増厚部２２の内側にフルビード６、７を形成してフルビード６、７の各凸部および各凹部に弾性シール材を固着、充填した場合を例に採ったが、必ずしもこれに限定されず、基板２の第２増厚部２２の内側に、フルビード６、７に代えて、ステップ状のハーフビードを基板２を屈曲成形することにより形成して該ハーフビードの凸部および凹部に弾性シール材を固着、充填するようにしてもよく、さらには、基板２の第１増厚部２１の周囲に、フルビード６、７に代えて、ステップ状のハーフビードを基板２を屈曲成形することにより形成して該ハーフビードの凸部および凹部に弾性シール材を固着、充填するようにしてもよい。
ここで、ハーフビードの凹部に充填された弾性シール材は基板２の平坦面と略面一とされるため冷却水に曝されることはないが、凸部側に固着された弾性シール材は基板２の平坦面から板厚方向に突出してるため冷却水に直接曝されることになる。この場合、凸部側に固着された弾性シール材の幅を広くとることで、弾性シール材全体の劣化を回避して良好なシール性能を確保することができる。
さらに、上記実施の形態では、フルビード６、７の凸部高さを第１増厚部２１より若干高くして該凸部側に固着された弾性シール材の高さと略同一高さとすると共に、フルビード６、７の凸部高さを第２増厚部２２より若干高くしているが、必ずしもこのようにする必要はなく、例えば、フルビード６、７の凸部高さを第１増厚部２１より若干低くしてフルビード６、７を弾性シール材に埋設させるようにしたり、或いは図示は省略するが、フルビード６、７の凸部を弾性シール材から突出させてもよい。これらはハーフビードについても同様である。
さらに、上記実施の形態では、フルビード６、７やハーフビードの凸部側に固着された弾性シール材の上面を基板２の平坦面と略平行にしているが、必ずしもこのようにする必要はなく、ビードと共働して板厚方向に圧縮変形できる限りにおいて、種々の形状を採用することができる。
さらに、上記実施の形態では、フルビード６、７やハーフビードの凹部内に充填された弾性シール材を基板２の平坦面と略面一にしているが、ビードと共働して板厚方向に圧縮変形できる限りにおいて、弾性シール材が基板２の平坦面に対して多少凹凸状になっていてもよい。例えば、フルビード６、７の凹部側に充填された弾性シール材に窪みを設けて該弾性シール材の変形を容易にする形状としてもよい。
さらに、上記実施の形態では、フルビード６、７の凸部側に固着される弾性シール材を凸部の幅方向の両側に配置した場合を例に採ったが、これに限定されず、例えば、フルビード６、７の凸部側に固着される弾性シール材を凸部の幅方向の燃焼室孔２０側にのみ配置するようにしてもよい。このようにすると、凸部側の弾性シール材（ゴム等）が冷却水や油に接触しないため耐久性の向上を図ることができ、特に、フルビード６、７からボルト孔５や水孔２３までの距離が近い場合に最適な構造となる。また、ビードの幅に周方向に変化を付けて面圧の調整をすることもできる。
さらに、上記各実施の形態では、締結ボルトによる締め付け前においてフルビード６、７の凹部内に弾性シール材を基板２の平坦面と略面一になるように充填しているが、これに代えて、フルビード６、７の凹部内に該凹部内の容積と略同等の弾性シール材を充填して、締結ボルトによる締め付け時に、凹部内の弾性シール材が圧縮変形して基板２の平坦面と略面一になるようにしてもよい。
さらに、基板２の片面或いは両面に、エンジンとガスケットの熱膨張差や振動振幅によるずれや叩かれにより起こるフレッチングを防止すべく、シール性と滑り性を兼ね備えた二流化モリブデン等の減摩剤を塗布するようにしてもよい。
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１３は、本実施形態の金属ガスケットを説明するための平面図である。図１４は図１３のＡ−Ａ断面図、図１５は図１のＢ−Ｂ断面図、図１６は図１のＣ−Ｃ断面図、図１７は図１３のＤ−Ｄ断面図、図１８は図１３のＥ−Ｅ断面図である。
まず、本実施形態の金属ガスケットの構成について説明する。
本実施形態の金属ガスケット１は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面間に介挿されるガスケットの一例である。その金属ガスケット１の基板２としては、例えば薄肉のステンレス鋼板、軟鋼板、アルミニウム板等が例示できるが、本実施形態では、安価なガスケットを提供するために軟鋼板を使用したことにする。後述のように、軟鋼板などの剛性の低い薄肉金属板からなる基板２を使用しても、十分なシール性能を確保することができる。
上記基板２の略中央には、燃焼ガスを爆発させる燃焼室に位置する燃焼室孔３が大きく開口している。この燃焼室孔３の開口端部の周縁全周が上方に折り返されて最も厚肉の第１増厚部２１が形成され、これにより、他の部分との間に板厚差が設けられている。この第１増厚部２１は、主要部が金属から構成され接合面間に取り付けられた状態で面圧が一番高く出るように設計される結果、シール圧力の一番高い燃焼ガスを十分にシールできるようになっている。なお、第１増厚部２１は、上述のような折り返しによる形成に限定させず。従来例のようなグロメットなどから形成されていても良い。また、延在方向に沿って、上記第１増厚部２１の折り返し部分の厚さは、ボルト孔５近傍を相対的に薄肉部に形成すると共に、各ボルト孔５間を厚肉部に形成して、燃焼室孔３の周方向に沿って板厚に変化（抑揚）を付けて周方向に沿った第１増厚部２１で負担するシール面圧が均等化するように設定している。
ここで、多気筒用の金属ガスケットでは、基板２の外周側の端部の一部についても折り返して第２増厚部を形成することが多いが、本実施形態では、単気筒用の金属ガスケットであるため、つまり締付けのボルト軸力も小さく燃焼室孔３から外周端部までの距離が小さいので、後述のように金属製の第２増厚部の代替として、幅広のゴムビードで第２増厚部としている。勿論、金属製の第２増厚部を設けても良い。
また、基板２の第１増厚部２１の周囲全周を巡るように無端環状の該１シールラインＳＬ１が設定されている。その該１シールラインＳＬ１よりも外周には、水孔４、油孔２４、チェーンチャンバ孔２５などの孔が開口している。また、基板２の外縁全周に沿って第２シールラインが設定されると共に、チェーンチャンバ孔２５や油孔２４を囲むように第３シールライン得ＳＬ３が設定されている。さらに、液孔である水孔４を囲むように第４シールラインＳＬ４が設定されている。水孔４を囲む第４シールラインＳＬ４は、スペースの関係などから一つのシールラインで複数個の水孔４を囲むように配置されているものもある。また、近傍かつ平行に配置される重複するシールライン部分については、共通化つまり一本のシールラインに統合されている。
そして、上記全シールラインＳＬ１〜ＳＬ４に沿ってビードＢＤが形成されている。本実施形態のビードＢＤは、例えば図１４に示すように、金属ビード６、８とゴムビード７、９とを合成した構成となっている。
金属ビード６、８は、基板２の一方の面側（上側）にのみ突出するように当該基板２を屈曲成形してなるフルビードであって、そのビード高さが、上記第１増厚部２１よりも高くなるように設定されて、板厚方向に変形することでシール圧を発生可能となっている。
上記ゴムビード７、９は、上記金属ビード６、８の凸部側の基板２表面に固着した弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ、及び金属ビード６、８の各凸部の裏側に位置する凹部内に充填された弾性シール材７ｃ、９ｃから構成されている。この弾性シール材は、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等の、耐食性かつ弾性を有する素材から構成すれば良い。
各金属ビード６、８の凸部側に固着された弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂは、少なくとも金属ビード６、８の幅方向両側を覆うように基板２の表面に固着している。但し、基板２外周に沿って形成されたゴムビード７、９の一部については、図１９に示すように、幅広に設定されて、第２増厚部を兼ねさせている。
また、上記各金属ビード６、８の凸部側に固着された上記弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの高さは、それぞれ金属ビード６、８の凸部高さと同一若しくは略同一とされ、且つ上面が基板２の平坦面と略平行とされている。なお、上記弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの高さを金属ビード６、８の凸部高さよりも若干高めに設定しても良い。但し、第１増厚部２１の高さで規制される圧縮変形量が３５％以内（予め素材によって判明している、座屈しない圧縮変形量）に抑えられる高さにする必要がある。
一方、各金属ビード６、８の凹部内に充填される弾性シール材７ｃ、９ｃの充填量は該凹部内の容積と略同一とされて基板２の平坦面と略面一になっている。
また、少なくとも水孔４を囲むシールライン内の基板２上下両面には、例えば図１４、図１５に示すように、上記弾性シール材７ａ〜７ｃ、９ａ〜９ｃと同じ素材からなる薄い皮膜１４、１５が固着すると共に、水孔４の内径面（孔内周面）にも上記皮膜１６が形成することで、水孔４を囲むシールラインよりも内側の基板２は、当該ゴムビード７、９及び上記皮膜１４、１５、１６によって完全に被覆された状態となっている。このとき、凹部に充填した弾性シール材７ｃ、９ｃについて上記皮膜１５側の部分を当該皮膜１５と同等の高さに設定して皮膜１５との連続性を良くしている。図１４で示される断面Ａ−Ａ部分にも皮膜１４、１５があるが、水孔の近傍全てを囲むビードがある場合には、不要である。
また、複数の水孔４をまとめて囲うように設定されたシールライン内の基板２に対して、図１６のように、上下に貫通する小孔１７を開設して、基板２の上下表面に被着した皮膜１４、１５を接続、つまり連結して、皮膜１４、１５が基板２から剥離しにくくしている。
ここで、水孔４を囲むシールラインを水孔４の端部周縁に近づけて設定し、図１５に示すように、凸部側の弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂのうち水孔４に近い側の弾性シール材７ｂ、９ｂを水孔４の端部周縁まで覆うように設定するようにしても良い。
また、水孔４の内径面に皮膜１６を形成すると、図１５に示すように、その膜厚分だけ水孔４の径が小さくなるので、その皮膜１４、１５の膜厚分を差し引いた水孔４の径φがシリンダヘッド等の水孔の径と等しくなるように設定して、水の流路がガスケット位置で局所的に狭くなることを防止する。
次に、上記金属ガスケットの作用・効果等について説明する。
上記構成の金属ガスケット１を、シリンダブロックとシリンダヘッドとの対向する接合面間に介装して締結ボルトで締め付けると、ゴムビード７、９を構成する弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂおよび弾性シール材７ｃ、９ｃが、各金属ビード６、８と共働して板厚方向に圧縮変形すると共に、締め付け終了時においては、最も板厚が厚い基板２の第１増厚部２１と他の部分との板厚差により該第１増厚部２１に最も面圧が集中して最大荷重が作用する。
これにより、主として、第１増厚部２１の最大面圧、各ビードＢＤ（金属ビード６、８とゴムビード７、９）の弾性反発力による３重シールがなされると共に、第１増厚部２１のストッパー効果により金属ビード６、８の凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材７ａ〜７ｃ、９ａ〜９ｃ８、９の全屈が防止され、また、第２増厚部２２のストッパー効果により金属ビード６、８の各凸部側および各凹部側に固着、充填された弾性シール材７ａ〜７ｃ、９ａ〜９ｃ、の全屈が防止される。
また、水孔４の周りが上記構成のビードＢＤで囲まれることで、そのビードＢＤの外側に冷却水が移動することが阻止される。
上記構成の金属ガスケット１においても、金属ビード６、８の各凸部に弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂを固着すると共に、金属ビード６、８の各凹部に同様の弾性シール材７ｃ、９ｃを充填しているため、基板２から板厚方向に突出する弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂは金属ビード６、８の凸部側のみ、即ち、基板２の片面のみとなる。
従って、例えば金属ビード６、８の凸部に固着された弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの高さは、基板２の板厚をＴ１とし第１増厚部２１の板厚をＴ０とすると、（Ｔ０−Ｔ１）＋圧縮変形量（（Ｔ０−Ｔ１）×０．４（ｍａｘ４０％））となる。仮に、Ｔ０を０．５ｍｍとした場合、基板板厚Ｔ１は０．２５ｍｍ（本実施形態では第１増厚部２１を折り返して形成しているためＴ０の半分とした。）であり、ゴムビード７、９の高さは、上式より０．３５ｍｍと図２５に示す従来例と比較して１．７倍となる。
このため、金属ビード６、８の凸部側の弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの量が多くなって圧縮変形量が大きくなり、この結果、弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの成形加工がしやすくなると共に、弾性シール材７ａ〜７ｃ、９ａ〜９ｃの厚さも厚くできるため、加工公差を大きくとることができ、製作コストの低減を図ることができる。
また、金属ビード６、８の各凸部の幅方向の両側に固着された弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂのうち、水孔４側を向く部分７ｂ、９ｂのみ冷却水に曝され、また、金属ビード６、８の各凹部内に充填された弾性シール材７ｃ、９ｃについては金属ビード６、８で覆われて冷却水に曝されることがない、弾性シール材７ａ、７ｃ、９ａ、９ｃの劣化が防止されて長期に亘って安定したシール性能を確保することができる。
しかも、水孔４を囲むように形成したシールラインＳＬ４内の基板２の全面（上下両面及び孔の内径面）は耐食性の皮膜１４、１５で覆われているので、冷却水として規定外のものが使用されるなど、基板２を腐食する可能性のある液体が水孔４内を流れるようなことがあっても、基板２が当該液体によって腐食することが防止できる。
さらに、金属ビード６、８の反発力と該金属ビード６、８の凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材７ａ〜７ｃ、９ａ〜９ｃの弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力を得るようにしているため、基板２自体の硬度を低くすることが可能になって基板２の金属ビード６、８の疲労破壊の心配をなくすことができ、さらに、エンジンの振動振幅を吸収すると共にシール面荒さを吸収して、冷却水圧やオイル圧を、少ない面圧で良好にシールすることができる。
さらに、金属ビード６、８の凸部側の弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂおよび凹部側の弾性シール材７ｃ、９ｃは、共にシール面積を広く、つまり面シールとなると共に接合面に接触する部分がゴム若しくはゴム状のものであるので、接合面の疵や鋳造時に発生する巣孔や加工面粗さを吸収でき低面圧で良好にシールすることができ、しかも、弾性シール材７ａ〜７ｃ、９ａ〜９ｃは弾性材（特にゴム系）からなるシール材であるため、ガスケット係数が低く、この結果、限られた軸力荷重を条件の悪い箇所に有効に使用でき、全体の荷重を減少させることができる。
さらに、上記基板２の第１増厚部２１は、ボルト孔５近傍が薄肉部とされると共に、各ボルト孔５間が厚肉部とされているので、ボルト締結時における上記第１増厚部２１の反発力が締め付け力の大きい締結ボルト近傍では弱く、締め付け力が比較的小さい各締結ボルト間では強くなり、この結果、上記第１増厚部２１に作用する面圧を燃焼室孔３の周方向に均等にすることができると共に、締結ボルトの軸力も軽減することができるのでエンジンの変形、特に低剛性エンジンの変形を良好に防止することかできる。また、最近のエンジンは小型軽量化、高性能化か進み、さらに省エネから希薄燃料を燃焼させるために、燃焼室温は上がり、高圧ガスをシールする為に、上述のように、燃焼室孔３側端部を折り返して第１増厚部２１を形成して高い面圧を発生させている。このとき、本実施形態では、上述のように、第１増厚部２１の周方向に沿った板厚に変化を付けることで、シリンダーボア周囲の締め付け面圧を平均化させ、もって、オイル消費、パワーロスを抑えると共に、燃焼ガスのシール効率を向上させている。
また、本実施形態では、凸状の金属ビード６、８を、燃焼室孔３の端部の第１増厚部２１廻りや油孔２４、水孔４、ボルト孔５、チェーンチャンバ孔２５廻りに必要に応じて配設しているが、その各凸状の金属ビード６、８について、当接する位置における、接合面の剛性などに応じてビード高さやビード幅を変更するようにして、シールラインに沿ったシール圧の均等化を図り、もってシール効率を向上させても良い。上記ビード高さやビード幅の変更は、剛性が無く面圧の弱い箇所ほど、金属ビード６、８の幅を広くしたり、高くすることで、シール面圧の均等化が図られる。
ここで、外周端部について図２０や図２１にように、ビードＢＤよりも外側部分に皮膜を形成することで、汚水や塩水等との接触による腐食を防止している。
なお、本発明の金属ガスケット１の各構成は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、第１増厚部２１を基板２の燃焼室孔３側の端部を折り返して形成しているが、これに代えて、基板２の燃焼室孔３の端部に基板２と略同一厚さのシム板を溶接等により取り付けて第１増厚部２１としてもよく、或いは基板２の燃焼室孔３の端部をグロメットで挟み込んだり、基板２の燃焼室孔３の端部に弾性板を介してグロメットで挟み込んだりして上記第１増厚部２１としてもよく、さらには、基板２の燃焼室孔３の端部に金属ビード６、８を形成したシム板を溶接等により取り付けて上記第１増厚部２１としてもよい。
さらに、フルビードからなる金属ビード６、８に代えて、図２２に示すように、ステップ状のハーフビードからなる金属ビード２９を基板２を屈曲成形することにより形成し、該金属ビード２９の凸部および凹部に弾性シール材３０、３１を固着、充填するようにしてもよい。
ここで、ハーフビードからなる金属ビード２９の凹部に充填された弾性シール材３０は基板２の平坦面と略面一とされるため冷却水に曝されることは少ないが、凸部側に固着された弾性シール材３１は基板２の平坦面から板厚方向に突出してるため冷却水に直接曝されることになる。この場合、凸部側に固着された弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの幅を広くとることで、弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂ全体の劣化を回避して良好なシール性能を確保することができる。
さらに、上記実施の形態では、金属ビード６、８の凸部側に固着された弾性シール材７ａ、７ｂ、９ａ、９ｂの上面を基板２の平坦面と略平行にしているが、必ずしもこのようにする必要はなく、金属ビード６、８と共働して板厚方向に圧縮変形できる限りにおいて、種々の形状を採用することができる。
さらに、上記実施の形態では、金属ビード６、８の凹部内に充填された弾性シール材７ｃ、９ｃを基板２の平坦面と略面一にしているが、金属ビード６、８と共働して板厚方向に圧縮変形できる限りにおいて、弾性シール材７ｃ、９ｃが基板２の平坦面に対して多少凹凸状になっていてもよい。例えば、金属ビード６、８の凹部側に充填された弾性シール材７ｃ、９ｃに窪みを設けて該弾性シール材７ｃ、９ｃの変形を容易にする形状としてもよい。
なお、図２３や図２４のように、基板２の外周端部の一部を折り返して金属製の第２増厚部を形成しても良い。
また、上記ゴムビードを構成する、弾性シール材７ａ〜７ｃ、９ａ〜９ｃ、３０、３１は、モールド成形によって金属ビード６、８の凸部側の基板２表面および凹部側に固着、充填するようにして成形すればよい。このため、例えば、各金属ビード６、８に成形材料の通過孔（不図示）を形成して凸部側と凹部側との同時成形を可能にしても良い。
また、上記皮膜は、クロムめっきなどで構成しても良い。
さらに、ここでは、水冷エンジンを中心に記述しているが、空冷エンジンの場合、第１増厚部２１の外周部のビードラインを廃止することができる。
次に、本発明の第４実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本願発明の金属ガスケット１は、シールラインに沿ったビード以外の構成は、上記各実施形態と同様である。
すなわち、各シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿ってビードが形成されている。本実施形態のビードＢＤは、図２５及び図２６に示すように、フルビードからなる基板ビード６とゴムビード８，１０との合成により構成されている。
上記基板ビード６は、基板２を板厚方向に屈曲して成形され、上記増厚部１６側に当該増厚部１６よりも高い凸状の形状となっている。
また、上記ゴムビードは、上記基板ビード６の凹部内に充填された第１の弾性シール材１０と、上記基板ビード６の凸部側に固着した第２の弾性シール材８とから構成されている。
上記第１の弾性シール材１０は、その表面が、基板２下面と略面一の平面となるように設定されているが、そのビード幅方向略中央部には、下側に凸の突起１１がシールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って延びるように形成されている。
また、第２の弾性シール材８は、ビード凸部表面とそれに連続する平坦面部分に、つまり基板ビード６幅よりも僅かに広い幅で第２の弾性シール材８が形成されている。また、第２の弾性シール材８の高さは、基板ビード６の高さとほぼ同じ高さであって、その表面（上面）はほぼ平坦となるように設計されている。
ここで、上記第２の弾性シール材８の幅は、基板ビード６の幅の１．５倍以内が好ましい。余り広くなると荷重が必要以上に増加してしまう。また、第２の弾性シール材８の高さは、基板ビード６の高さの０．９〜１．１倍の範囲の高さが好ましい。
また、基板２に設けたボルト孔４などの開口の数やその種類、シールラインＳＬ１，ＳＬ２の位置などは、金属ガスケット１を介装するシリンダヘッド及びシリンダブロックの種類によって当然に異なる。
そして、上記構成の金属ガスケット１は、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面間に介装して締結ボルトで締め付けることが組み付けられ、上記締結ボルトの締付け力によってビードが変形し、シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って所要のシール圧を発生することで、オイルなどのシールを行う。
また、上記締付け時に、燃焼室孔３の端部に設けた増厚部１６によって、ビードの圧縮変形量が制限されると共に、当該増厚部１６に高い面圧が発生し、当該増厚部１６によって、高温、高圧な燃焼ガスをシールしている。
ここで、ガスケット価格を下げるために増厚部１６の面上に何も塗布しない場合には、エンジン加工面（接合面）とガスケット増厚部１６との接触はメタル接触となり、エンジン加工ツールマークによる３〜６ミクロンの凹凸が上記加工面に存在する。そして、エンジンの稼働による爆発圧は常時加圧では無く、脈動加圧であることで、増厚部１６から外周側に向けて若干の圧漏れは有る。しかし、増厚部１６の外周側を囲むビードＢＤによってシールされる。
本実施形態のビードＢＤは、圧縮変形した基板ビード６とゴムビードとの合成バネによって所要のシール圧を発生する構造であるので、基板ビード６を構成する基板２の硬度をその分下げることが可能となっている。また、上下両接合面と接触するビードの部分は、圧縮変形した弾性シール材８，１０の平坦面となり、その軟質な弾性シール材８，１０が、当接した接合面部分にあるエンジンの加工ツールマークを埋めることで、上記のように脈動加圧であっても、増厚部１６から漏れた燃焼ガスを完全にシールすることができる。
ここで、弾性シール材を基板ビード６の凹部内のみに充填した構造の場合には、その弾性シール材１０が圧縮変形することで、基板ビード６及び基板ビード６にに続く両側の平坦部分が上側に反るように変形させる外力が発生する。そして、基板ビード６の疲労破壊を抑え且つ基板２コストを抑える目的で基板２の硬度を下げるほど、上記上側に反るような変形が顕在化するおそれがあるが、本実施形態では、凸部側にも第２の弾性シール材８を配置することにより、当該第２の弾性シール材８の圧縮変形によって、基板ビード６及び基板２の上記変形を防止して、凹部の第１の弾性シール材１０によるシール性能の劣化を防止している。
また、第１の弾性シール材１０を充填成形する際に、高温→冷却開放過程で中央部が僅かに凹むおそれがあるが、本実施形態では、上記中央部に突起１１，９を形成することで、締付け軸力が弱いエンジンに採用しても、低コストで安定したシール性能を燃焼室孔３外周に確保することができる。なお、ボルト締付けによって上記突起１１，９は押しつぶされた状態となって、平坦になっている。
また、ボルト孔４の近傍位置は、締め付け条件が良ければ問題とならない。しかし、オイル孔５やチェーンチャンバー孔１７は締めボルトから遠いために締め付け条件が悪く、また、エンジンは使用回数だけ冷熱サイクルを繰り返しある程度の軸力低下が発生し、さらに、エンジン稼動中の熱で変形して運転中にはシール条件を更に悪くしている。
これらの悪条件下でも完全シールを果たすために、既存技術は基板ビード６の凹面の弾性シール材１０を充填したビード構造は、基板２の硬度を上げればバネ力は発生するが、振動振幅で疲労破壊することがあり、余り硬度を上げることは好ましくなく、一方、硬度を落とすと上述のような変形が発生してバネ力を低下する原因となる。この欠点を補うために、本実施形態では、上述のように、基板ビード６の凹面部に第１の弾性シール材１０を充填することに併せて、反対側の凸部側にビード幅以上の幅で、高さが基板ビード６高さとほぼ同じ高さの第２の弾性シール材８を成形して、基板２及び基板ビード６の変形を防止するしている。
ここで、基板２の硬度を低くすることでバネ力は低下するがビード凹部に充填した第２の弾性シール材８を、ビード凸側に基板ビード６高さと同じ高さで成形したために凹部に充填した弾性シール材１０による変形を規制し、硬度の高い材質で基板２を構成したときと同等かそれ以上のばね力をビードＢＤに持たせることが可能となっている。
さらに、弾性シール材１０をモールド加工する際、基板ビード６の凹部側は、基板２の平面部と面一となるように加工するが、加工中は温度が高く熱膨張しており冷却開放した時にゴム厚の厚い中央部で熱膨張差分だけ収縮して微少に凹み、締め付け条件の悪い、締め付けボルトからオーバハングしている部分で、面圧が低下して圧漏れすることが有る。
これに対し、本願発明では、基板ビード６の凹部に充填する弾性シール材１０表面の中央部に小さな突起１１を形成することで、締め付け荷重を余り増加させることなく変形して、面圧が低下した時に第２の弾性シール材８表面に形成した突起１１が隆起して変形追従する。この突起１１の面積は狭いが、高い面圧を発生してシールを完全にする事が出来る。すなわち、締付けボルトから外周側に離れた位置のために、面圧が相対的に小さくなりがちであるが、通常時は締め付け荷重によるビードの圧縮変形による基板ビード６の両面に設けた弾性シール材が対向する接合面に押し付けられてシールする。このとき、凹部側の弾性シール材１０に形成した突起１１は凹部内に押し込まれた状態に変形して、接合面の平面に追従し、ほぼ基板２の平坦面（下面）と面一の状態となっている。
この定常状態から、振動などで、上記ビード位置における対向する接合面間のクリアランスが大きくなって一時的に面圧が低下すると、ビードの圧縮変形量が小さくなり、シール圧が低下するが、凹部側の弾性シール材１０にあっては、上記クリアランスの拡大に応じて突起１１が自動的に隆起して対向する接合面との間の接触を確保すると共に接触面積が小さくなることで突起１１による面圧が高くなってシール状を保持することができる。また、クリアランスが小さくなるにつれて上記定常状態に復帰する。
なお、上記説明では、対向する接合間のクリアランスの変化による面圧低下を例に説明しているが、対向する接合間のクリアランスが変化しない場合であっても、経時劣化でバネ力が弱くなって面圧が小さくなる場合でも、上記のように、面圧の低下に応じて上記突起１１位置に荷重が集中することで（この場合には突起１１，９は必ずしも隆起しない）、突起１１位置での面圧が高くなって所定のシール圧が確保することができる。
ここで、上記ビード位置における接合面間の変動幅が大きい場合には、図２７に示すように、基板ビード６凸部側の弾性シール材にも突起９を形成しておくと良い。
また、ビード幅方向に並ぶ突起１１，９の数は、１条に限定されず、図２８〜図３０に示すように、２条以上であっても良い。また、２条以上設ける場合には、その突起１１，９高さを異ならしても良いし、その大きさについても異ならしても良い。複数条の突起１１，９を形成すると、面圧の負荷を抑え、且つ面圧低下時には、複数の突起１１，９でラビリンス効果を持たせたり、シールラインＳの事実上の増加によって安定したシール性を長期間に渡って確保出来ると言う効果が得られる。
さらに、複数条の突起１１，９について、図３１〜図３４に示すように、各突起１１，９の大きさや形状（縦断面形状や平面視における単位長さ当たりの面積）を異ならせて突起１１，９の最適化を図ることで上記効果の増大を図ることが出来る。すなわち、ビード幅方向に並んで２条以上設ける場合は、相対的に、面圧が高い側の突起１１，９を低くしたり、単位長さ当たりの面積を小さく設定することが好ましい。
シールラインに沿って延びる１条の突起１１，９においても、突起１１，９形成位置における面圧に応じて、突起１１，９高さや形状を変更するようにしても良い。すなわち、相対的に面圧が小さくなる部分ほど、突起１１，９高さを高くしたり、突起１１，９の幅を広くする。
ここで、上記突起１１，９は、シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って、シールラインＳＬ１，ＳＬ２の全部に連続して設けても良いし、所定間隔毎に断続的に形成しても良い。
上記突起１１，９を、シールラインＳＬ１，ＳＬ２に対し部分的に形成する場合には、ボルト孔４から離れた相対的に面圧の低い位置や対向する接合面間のクリアランスの変動が相対的に大きい部分（面圧変動の振幅が相対的に大きい部分）に形成することが好ましい。
また、上記実施形態では、基板ビード６は、フルビードの場合で説明しているが、基板ビード６がステップ状のハーフビードであっても適用可能となる。すなわち、図３５及び図３６に示すように、ステップ状の基板ビード６の凸側（基板平坦より凸となる部分）に第２の弾性シール材１２を固着し、その凸の裏側の凹部分に第１の弾性シール材１４を設けると共に肉厚の厚い部分に突起１３，１５を形成する。作用・効果については、上記実施形態と同様である。
ここで、増厚部１６近傍のビードＢＤにあっては、図３７に示すように、凸側の第２弾性シール材について、凸部の斜面の両側に必ずしも設ける必要はない。すなわち、増厚部１６側は、面圧が相対的に高く且つ基板を拘束するが力が強いので、基板の変形が抑止されるためである。締付けボルト近傍についても同様である。
なお、上記突起１１，９の高さは、突起形状を問わず、増厚部１６の板厚まで変形した際の変形率が２５％以下となるように設計することが好ましい。
また、上記例は、基板が一枚からなる金属ガスケットの場合であるが、介装する接合面間に応じて、上記の構成の基板を複数枚積層して金属ガスケットとしても良い。この場合、必ずしも、従来例のように基板ビードの凸部側が対向するように積層する必要はない。
その他の構成や作用・効果などは、上記他の実施形態と同様である。
産業上の利用可能性
以上説明してきたように、本発明を採用すると、外部からの塩水などの水分の侵入が抑えられて防錆効果を有すると共に、振動振幅の激しいエンジンのシール面などの面粗度が粗いシール面、高温、低温の繰り返し、締め付け面圧の低い条件下においても良好なシール性を長期間にわたり確保出来る金属ガスケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に基づく第１実施形態に係る金属ガスケットを説明するための平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
図４は、ハーフビードによる凸状のビードを構成した場合を説明するＢ−Ｂ断面図である。
図５は、本発明に基づく第１実施形態に係る金属ガスケットを説明するための平面図である。
図６は、図５のＡ−Ａ断面図である。
図７は図５のＢ−Ｂ断面図である。
図８は、本発明に基づく第２実施形態に係る金属ガスケットをエンジンに組み込んだ状態を示す断面図である。
図９は、本発明に基づく第２実施形態に係る金属ガスケットをエンジンに組み込んだ状態を示す別の断面図である。
図１０は、ボルト孔の一部に第２増厚部を形成した場合を説明するための平面図である。
図１１は、図１０におけるＣ−Ｃ断面図である。
図１２は、ボルト孔に形成する第２増厚部を廃止する場合の例である。
図１３は、本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットを説明するための平面図である。
図１４は、図１３のＡ−Ａ断面図である。
図１５は、図１３のＢ−Ｂ断面図である。
図１６は、図１３のＣ−Ｃ断面図である。
図１７は、図１３のＤ−Ｄ断面図である。
図１８は、図１３のＥ−Ｅ断面図である。
図１９は、第２増厚部をゴムビードで代替した例を示す断面図である。
図２０は、基板外周部も被覆する例である。
図２１は、基板外周部も被覆する例である。
図２２は、金属ビードを凸状のハーフビードで形成した例である。
図２３は、金属製の第２増厚部を形成した場合の例である。
図２４は、金属製の第２増厚部を形成した場合の例である。
図２５は、本発明に基づく第４実施形態に係るビードを示す断面図である。
図２６は、本発明に基づく第４実施形態に係るビードを示す断面図である。
図２７は、本発明に基づく第４実施形態に係るビードを示す断面図である。
図２８は、突起形成の別の例である。
図２９は、突起形成の別の例である。
図３０は、突起形成の別の例である。
図３１は、突起形成の別の例である。
図３２は、突起形成の別の例である。
図３３は、突起形成の別の例である。
図３４は、突起形成の別の例である。
図３５は、基板ビードがハーフビードの例である。
図３６は、基板ビードがハーフビードの例である。
図３７は、第２の弾性シール材の変形例である。
図３８は、従来の金属ガスケットを説明するための図である。
図３９は、従来の別の金属ガスケットを説明するための図である。
図４０は。従来の金属ビードを説明する図である。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【国際調査報告】
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