(57)【要約】  本発明は、金属製平形ガスケット(1)に関する。ガスケット(1)は、１つ以上のガスケット層(1)を備え、概ね平面的で、第１表面と第２表面(21,22)とを有する。ガスケット(1)の水準面(E)は、表面間の中心を伸長し、キャンバ(3)がガスケット層(2)に形成され、キャンバ(3)は、ガスケット層(2)の第１表面(22)を越えて突出しており、幅(B)よりも長さ(L)の方が大きく、第１のレベル(N1)と第２のレベル(N2)を有しており、第１のレベル(N1)は、ガスケット層(2)の第１表面(21)にあるキャンバ底部(30)を通って、ガスケット層の水準面(E)と平行して走る仮想レベルであり、第２のレベル(N2)は、キャンバ(3)の頂上部(31)を通って、ガスケット層の水準面(E)と平行して走る仮想レベルであり、キャンバ(3)は、２つのレベル(N1, N2)の間を上昇する傾斜エリア(32)を有しており、傾斜エリア(32)は、２つのレベル(N1, N2)の間に、各々が山(41)と谷(42)とを有する２つ以上の波形(40)で構成された波形構造(4)を備える。
2011511233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのガスケット層を備え、概ね平面的で、第１表面と第２表面とを有する金属製平型ガスケットであって、
ガスケットの水準面は、前記表面間の中心を伸長し、キャンバが前記ガスケット層に形成され、該キャンバは、ガスケット層の前記第１表面を越えて突出しており、幅よりも長さの方が大きく、第１のレベルと第２のレベルを有しており、該第１のレベルは、前記ガスケット層の第１表面にあるキャンバ底部を通って、ガスケット層の水準面と平行して走る仮想レベルであり、該第２のレベルは、キャンバの頂上部を通って、ガスケット層の水準面と平行して走る仮想レベルであり、前記キャンバは、これら２つのレベルの間を上昇する傾斜エリアを有しており、該傾斜エリアは、前記２つのレベルの間に、各々が山と谷とを有する２つ以上の波形で構成された波形構造を備えることを特徴とする、金属製平型ガスケット。
【請求項２】
前記キャンバは、前記ガスケット層の貫通開口部の周りを、少なくとも部分的に伸長し、好ましくは、環状に閉じた状態で伸長することを特徴とする、請求項１に記載の金属製平型ガスケット。
【請求項３】
前記キャンバは、ａ）２つのビード底部および、該ビード底部とビード頂上部との間を上昇する２つの傾斜エリアとを備えたフルビード、または、ｂ）１つのビード底部および１つの傾斜エリアしか備えないハーフビード、のいずれかから選択されることを特徴とする、請求項１または２に記載の金属製平型ガスケット。
【請求項４】
前記傾斜エリアは、前記第１のレベルから第２のレベルへと徐々に上昇し、前記山の頂点および／または谷の最低点を連結する包絡線が、円弧形または楕円形であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項５】
２つの隣接する山の頂点が前記第１のレベルを超えて突出する高さの階差は、前記キャンバの頂上部に向かうにつれ減少することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項６】
前記山と前記谷の幅方向の断面が、正弦波形状の軌道をとるか、もしくは各々が台形の断面形状を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項７】
前記波形構造エリアにおいて、前記山と谷の間に位置する山腹エリアにおけるガスケット層の厚さは、該谷または谷エリアにおけるガスケット層の厚さと比べて、５〜４０％、好ましくは１０〜３０％減少することを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項８】
前記波形構造が、前記キャンバの全幅および／または全長にわたって伸長することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項９】
前記波形構造が、前記キャンバの全幅にわたっては伸長せず、該波形構造を備えた２つの傾斜エリアの間に、平坦部を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１０】
前記キャンバの全体的な断面形状は、アーチ形または台形形であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１１】
前記キャンバの幅方向の断面において、材料の厚さの半分のところを伸長する中央ラインが、前記第１表面上で隣接する谷の最低部を連結する直線部分で構成される第１の連結ラインとも、前記第２表面上で隣接する谷の最低部を連結する直線部分で構成される第２の連結ラインとも、交わらないように、前記キャンバの波形構造が形成されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１２】
前記山腹エリアにおけるビッカーズ硬度は、前記ガスケット層の平面エリアにおけるビッカーズ硬度よりも１０％以上、好ましくは１５％以上高いことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１３】
前記波形構造の山腹エリアには、結晶粒微細化が存在しており、好ましくは、前記頂上エリアにおいては、表面から材料の厚さの１０％までのところを除いて、結晶粒構造が変質していないことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１４】
貫通開口部を包囲するシールエレメントは、前記キャンバだけであることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１５】
前記キャンバに加えて、貫通開口部を包囲するビード形状のさらなるシールエレメントを、該貫通開口部をシールするために備えることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１６】
少なくとも２つのガスケット層を備え、該２つ以上のガスケット層の少なくとも１つは、前記波形構造を備えた前記キャンバを有することを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１７】
さらなるガスケット層において、前記波形構造を備えた前記キャンバは、ａ）波形構造を伴うキャンバ、特に、前記第１のガスケット層の前記キャンバと鏡面対称に配されたキャンバ、ｂ）ビードまたはハーフビード、特に、前記第１のガスケット層の前記キャンバと実質的に鏡面対称に向いたビードまたはハーフビードビード、またはｃ）さらなるガスケット層における平面部、のいずれか１つと向かい合うようになっている、請求項１〜１６のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１８】
前記平型ガスケットは、シリンダヘッドガスケット、高圧シールガスケット、または、排気系ガスケット、とりわけ排気マニホルドガスケットまたは排気処理エリアにおけるガスケットであることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の金属製平型ガスケット。
【請求項１９】
前記キャンバが、エンジンブロックとライナとの間の間隙をブリッジすることを特徴とする、請求項１〜１８のいずれかに記載の金属製平型ガスケットの、シリンダヘッドとライナーを伴うエンジンブロックとの間におけるシールとしての使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製平型ガスケット、とりわけ自動車の内燃機関に用いられる金属製平型ガスケットに係り、特に、シリンダヘッドガスケット、高圧シールガスケット、または、排気処理を含む排気系のガスケット、たとえば排気マニホルドガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼ガス開口部をシールするため、こうしたガスケットは、通常ガスケット層に形成され、燃焼ガス開口部を完全に取り囲むビードを、使用する。作動中にビードが過度に圧縮され、その弾性を失うことを防ぐため、多くの場合、ビートよりも圧縮に強く、作動中にビードが完全に圧縮されるのを防止する、いわゆるストッパがビードと共に用いられる。こうしたストッパは、多くの場合、ビードと燃焼ガス開口部との間に配置されるが、このようなストッパの配置により、高温の燃焼ガスがビードまで流入することを防止できる。ビートとストッパを隣接させるために、設計上かなりのスペースが必要とされる。しかしながら、こうしたスペースが、あらゆる場合に許されるとは限らない。たとえば、シリンダライナーを備えるエンジンブロック用シリンダヘッドガスケットの場合、最適な設計とするためには、弾性エレメントであるビードと非弾性エレメントであるストッパの配置を個々のエンジンに合わせて調整する必要であるが、これらのエレメントの機能を確保するためには、これらの間の距離が最小となるようにする必要がある一方で、前述のように、これらのエレメントのそれぞれが最小限のスペースを必要とする。
【０００３】
このようなビードとストッパの配置では、多くの場合に、ストッパが別個のエレメントとして製造されることに起因するさらなる問題がある。たとえば、環状の金属層からなるストッパは、ビードを構成する金属層の上に配置および固定される。この場合、原材料の消費量が増加するだけではなく、製造コストも増加してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許第３５８８５５号公報
【特許文献２】ドイツ国特許公開第１０２００５００３０１７号公報
【特許文献３】イギリス国特許第２０９７８７１号公報
【特許文献４】米国特許第４２０３６０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の目的は、たとえばフルビードまたはハーフビードとして金属製ガスケットの中に形成されたキャンバの完全な平坦化を、別個のストッパエレメントを使用することなく防止する、金属製平型ガスケットを開示することである。本発明のさらなる目的は、キャンバ上の圧力分布を、可能な限り均質に保つことである。本発明のもう１つの目的は、多層平型ガスケットのみならず、単層平型ガスケットにも適用可能とすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、本発明の金属製平型ガスケットおよびその使用方法、さらにはこの平形ガスケットのより好ましい実施形態により達成される。
【０００７】
第１の態様において、本発明は、少なくとも１つのガスケット層を備え、概ね平面的で、第１表面と第２表面とを有する金属製平型ガスケットに関する。ガスケットの水準面が、ガスケット最大貫通開口部のエッジのレベルに位置するように形成される。すなわち、燃焼室開口部や燃焼ガス開口部などの開口部を直接的に包囲するエリアが、ガスケットの水準面となる。高圧ガスケットなど、いくつかの適用例においては、最大貫通開口部を本発明のシールエレメントで包囲する貫通開口部とする必要はない。なお、平面形状とは、シールすべき面同士の間にガスケットを取り付けていない状態、すなわち、ガスケットが圧迫されていない状態についての表現である。製造条件に由来するガスケットの水準面のばらつきなど、完全な平面状態からの僅かなズレは、平面状態からの偏位とはみなさない。
【０００８】
ガスケット層にはキャンバが形成されるが、このキャンバは、ガスケット層の第１表面を越えて突出しており、幅よりも長さの方が大きい。キャンバは、第１のレベルを有して形成される。この第１のレベルは、ガスケット層の第１表面にあるキャンバ底部を通って、各ガスケット層の水準面と平行して走る仮想レベルである。ガスケット層におけるガスケット水準面は、ガスケット層の平らな表面間の中心を走るよう形成される。従って、第１のレベルは、この中心レベルと平行に走る仮想平面であり、ガスケット層の第１表面（この面の上にキャンバは突出する）上に位置し、キャンバ底部を通って広がる。キャンバ底部は、キャンバと隣接するエリアであり、このエリアでは、キャンバはまだ第１のガスケット層の上へと上昇を開始しておらず、傾斜はゼロである。
【０００９】
キャンバは、さらに第２のレベルを有して形成される。この第２のレベルは、ガスケット層の水準面と平行して走り、キャンバの頂上部を含む仮想レベルである。このように、第１のレベルと第２のレベルは、キャンバの最高地点および最低地点を、仮想レベルの形で画定する。キャンバは、これらのレベル間を上向きに傾斜する。本発明において、この傾斜エリアは波形の構造になっている。この波形構造は、各々が山および谷を有する２つ以上の波形で構成され、この波形が２つのレベル間を伸長するようになっている。従って、フランジ部分は、第１のレベル方向に２つ以上の振幅、これと交互して、もう一方の第２のレベル方向に２つ以上の振幅を有する。ガスケット層における２つの表面の一方からは、それぞれの傾斜エリアにつき、２つの山と２つの谷が確認できる。傾斜エリアの山および谷の数を定める際、通常、底部および頂上部または頂上平坦部については考慮に入れない。しかしながら、例外が１つだけある。キャンバが、その頂上部に２つの頂点（すなわち、１つの傾斜につき１つ）を有しており、両者の間に、平坦部ではない谷を１つ有する場合である。この場合にのみ、傾斜の両頂上部および、その中間の谷を考慮に入れて山および谷の数を数える。従って、中央の谷は、両傾斜エリアの谷としてカウントされる。
【００１０】
キャンバの傾斜エリアにおける創意に富んだ設計に加えて、金属製ガスケット層は、全体としては肉眼視できるが、重畳的な微細構造からなっている。少なくとも２つの連続する波型形状をした微細構造は、効果的にキャンバを肥厚化し、強化する。その結果、こうした微細構造を用いない場合と比べて、キャンバはかなり圧縮に強くなる。このように、自らを強化するよう形成されたキャンバは、付加的手段を用いることなく、非常に信頼性の高い、長寿命のシールエレメントとして作用する。これにより、シールエレメント用のスペースを大幅に削減することが可能となる。一般的に、このシールエレメント用スペースが、通常のビードまたはハーフビードが要するスペースを超えることはない。
【００１１】
キャンバの基本的な外形、すなわち傾斜エリアにおける波形構造を考慮しない場合のキャンバの基本的な軌道は、概して、従来のビードまたはハーフビードのいずれかと同様である。幅方向の断面図において、キャンバは一般にアーチ型または台形型であるが、Ω型、三角型またはその他の断面形状とすることも可能である。キャンバ頂部の断面形状は、頂上状であっても平坦状であってもよい。フルビードの場合、キャンバは、両側の立ち上がり点に位置する２つのビード底部と、そこからビートの頂上へと上昇する２つの傾斜エリアを有する。頂部を頂点状とする代わりに、一定の高さのエリアとなる平坦状としてもよい。幅方向の断面は、対称であってもよいし、非対称としてもよい。キャンバがハーフビードの場合、ビード底部も傾斜エリアも１つとなる。この場合、頂上部が、対向する傾斜エリア端部にある第２のビード底部に相当する。従って、幅方向の断面は、フルビードの断面を半分にした形状、すなわち半アーチ型または半台形型となる。上述したように、このような形状は、従来のガスケットにおいて、すでに公知である。キャンバのデザインは、大部分において、最新技術におけるビードまたはハーフビードと変わりない。相違点は、上述したように、傾斜エリアにおける重畳的波形構造にある。
【００１２】
フルビードの場合、それぞれの底部から上昇する２つの傾斜エリアが存在する。一方の傾斜のみを波形構造とすることも可能であるが、それぞれ山と谷を備えた２つ以上の波形を、両方の傾斜エリアに配することが好ましい。とりわけ、両傾斜エリアにおいて、波形構造が同一であることが好ましい。しかしながら、両傾斜エリアの波形構造を異なるデザインとすることも可能である。また、波形構造（同一であれ異なるデザインであれ）を、別デザインの傾斜エリアと組み合わせ、全体としてキャンバの断面を非対称とすることも可能である。さらには、キャンバの全体的構造および／またはキャンバの波形構造を、キャンバの長手方向において変化させることも可能である。たとえば、キャンバの高さ、キャンバの幅および／または傾斜エリアの勾配を、長手方向に沿って変化させることができる。同様のことが、傾斜エリアのデザインについても該当する。このような変更により、キャンバを計画的に適合させることが可能となり、シールすべき対向面および金属製平型ガスケットへの組み込み状態における作動条件に合わせて、変形させることが可能となる。
【００１３】
一般に、長手方向におけるキャンバの軌道は、幅寸法より長さ寸法が大きくなっている限り、いかなる形状をとってもよい。長手方向において、キャンバは線状でも曲線状でもよく、たとえばアーチ形または蛇行形にすることができ、１回または数回角度をつけてもよいし、その他の同様の形状を採ることもできる。また、軌道を２つに分岐することも可能である。キャンバを円形状とできるが、この場合、閉鎖円としてもよいし、端部の離れた開口円としてもよい。閉鎖軌道の場合、キャンバが、ガスケット層の貫通開口部を包囲することが好ましい。この貫通開口部は、ガスケットにおける様々な貫通開口部であり得る。たとえば、シリンダヘッドガスケットの場合、燃焼室開口部、冷水開口部、オイル開口部、ボルト開口部などである。また、単一のキャンバで、同時に複数の貫通開口部を包囲することも可能である。一般に、動歪みが高い開口端部（たとえば燃焼室開口部）においては、動歪みの低い開口端部（たとえばボルト開口部）よりも広範囲に、エンボス加工を施すことが好ましい。波形構造を重畳させたキャンバは、一般に、従来のシールエレメントまたは支持ビードと同じように、金属製ガスケット層に配置することができる。従って、該キャンバは、本発明の金属製平型ガスケットにおいて、支持エレメントとしても使用可能である。この場合、キャンバが、貫通開口部を完全に包囲する必要はない。ボルト開口部などの場合は、部分的にキャンバを配すれば足りる。さらには、貫通開口部と直接的に関係しないキャンバをガスケット層に設け、支持エレメントとして機能させることも可能である。たとえばキャンバを、いわゆるガスケットの「後背地（バックランド）」、すなわちガスケットの外側エッジに隣接するエリアに設けることができる。こうした支持エレメントの配置例の１つとして、ガスケットの外側エッジの１つから離れた位置に、これと平行に直線的に設けることができる。複数の支持キャンバをガスケットに設けることも可能であり、またガスケット層の大部分をカバーするようキャンバを設けることもできる。１つのガスケット内に、シールエレメントとしてのキャンバと支持エレメントとしてのキャンバの両者を使用する場合、通常、支持エレメントの高さを、シールエレメントの高さよりも低くする。
【００１４】
波形構造における波形の長手方向の軌道は、キャンバ全体の長手伸長方向に一致する。波の外形は、正弦曲線であり得る。なお、外形とは、波形構造の幅方向断面の外形を意味する。正弦波形構造における谷および山の各断面は、通常アーチ形であり、とりわけ円弧または楕円のアーチ形である。しかしながら、三角形、台形、その他の形状とすることも可能である。
【００１５】
本発明によれば、波形構造は、キャンバの傾斜エリアに存在すれば十分である。しかしながら、波形構造が、キャンバ全幅にわたって伸長すれば、なお一層好ましい。この場合、波形構造は傾斜エリアに存在するだけでなく、キャンバの頂点エリアまたは頂部平坦エリアにも存在する。特に、山および谷が、キャンバの全幅にわたって存在することが好ましい。また、１つの谷から隣の谷へと伸長する、または１つの山から隣の山へと伸長する波形構造の断面が、本質的に同幅であることが好ましい。なお、ここで「断面の幅」という表現は、２つの隣り合う波山の頂点を通り、ガスケットの第１表面および第２表面と交差して走る２本の平行線間の距離を意味する。「谷の幅」という表現も、同様である。
【００１６】
キャンバの幅方向断面は、ガスケットの第１表面から第２表面へと徐々に上昇する傾斜エリアによって特徴づけられるが、ハーフビードの場合、傾斜エリアは１つであり、フルビードの場合、傾斜エリアは２つである。キャンバ全体の外形は、すでに述べたように、たとえば台形であってもよいが、好ましくは円弧または楕円のアーチ形である。円弧または楕円のアーチ形である場合、個々の山の頂点を結ぶ包絡線もまた、円弧または楕円のアーチ形となる。同じことが、谷の最低点を結ぶ包絡線にも当てはまる。個々の山の頂点の高さは、徐々に増加していくが、キャンバの頂点方向に向かう角度は変化する。キャンバ幅方向の軌道に沿って隣り合う山または谷の間の個々の段の高さに関しては、これら高さの差は、キャンバの頂上に向かうにつれ減少する。従って、ガスケットの第１表面を越えて突出する各山の頂点の高さを測って、隣接する各ペア頂点の高さの差を計算した場合には、キャンバ底部からキャンバ頂部に向かうにつれ、高さの差は減少することになる。これにより、アーチ型キャンバにおける個々の波の間で、圧力が均等に分配される。この形状は、新品状態においてだけでなく、圧縮状態から戻った解放状態においても、同様に得られる。
【００１７】
キャンバ内における波形構造の設計に関しては、底部から頂点へと徐々に伸長する傾斜エリアが、可能な限り規則的で、比較的小さい構造サイズであると有利であることが、数々の実施例により示されている。波形構造とキャンバの全体構造との関係を、以下に記載する。キャンバの幅方向の断面、すなわち、キャンバの長手伸長方向に直交する断面に、仮想センターラインを導入する。このラインは、キャンバに沿って、ガスケット層材料の厚さの半分の位置を伸長する。波形構造エリアにおいて、この中央ラインは、波形構造の軌道をたどる。キャンバのこの断面には、さらに２つのラインが構成される。以下、これらのラインを第１連結ライン、第２連結ラインと呼ぶ。これらの連結ラインは、それぞれ、いくつかの直線部分で構成される。第１の連結ラインの場合、これらの直線部分は、ガスケット層第１表面上において、隣り合う谷の最低点を相互に連結している。第２の連結ラインの場合、上記直線部分は、ガスケット層第２表面上において、隣り合う谷の最低点を相互に連結する。キャンバ内の波形構造は、第１の連結ラインも第２の連結ラインも、中央ラインと交差しないように設計されている。これは、谷の深さが、比較的に浅い場合にのみ可能となる。キャンバが全幅にわたって、均一で効果的な支持を提供できるのは、主として、このような振幅の小ささによっている。
【００１８】
波形構造は、キャンバの長手方向の全長にわたって存在してもよいし、長手方向のいくつかのセクションにのみ、存在するようにしてもよいが、キャンバの長手方向の全長にわたって存在する方が、好ましい。さらに、製造を容易にするという観点からは、波形構造のデザインは、該全長にわたって、均一であること好ましい。しかしながら、波形構造の数、形状および／または高さを、キャンバの長手方向において変化させることも可能である。これにより、キャンバの長手方向において、キャンバの剛性を意図的に変更することが可能となる。
【００１９】
キャンバおよびキャンバ内に存在する波形構造は、ガスケット層のエンボス加工によって製造することが好ましい。両者の構造は、同一のエンボス加工ステップで製造できる。特に好ましい実施例において、キャンバ内の波形構造は、閉じた状態でオス部とメス部が相補的なダイによって形成される。エンボス加工ダイは、波の山と谷との間の山腹部にあたるガスケット層のエリアにおいて、山の最高点エリアおよび谷の最低点エリアよりも、互いに近接するようになっているため、波の山腹エリアにおける材料の厚さは、波形構造のその他のエリアの厚さよりも薄くなる。波形構造は、ガスケット層の谷または谷エリアにおける材料の厚さについては材料の表面に対して常に垂直に測定されるようになる一方、山腹エリアは、およそ５〜４０％、好ましくは１０〜３５％、最も好ましくは１５〜３０％のテーパを有するように製造される。波形構造における山および谷のエンボス加工は、ガスケット層の両表面間の振幅で構成されており、キャンバを効果的に肥厚化する。ガスケット層の両面において山を結ぶ包絡線間の距離は、波形構造のエンボス加工を施す前のガスケット層の元の厚さよりも大きい。驚くべきことに、山腹のテーパを有するエリアにおいては、引張強度が増加するだけでなく、せん断応力も増加することが観察されている。このことは、山腹のテーパが結晶粒微細化を伴っていることを示している。結晶粒微細化は、山腹エリアの硬度を高めるだけでなく、延性をも増加させる。山腹エリアの硬度は、山および谷エリアまたは平坦エリアの硬度よりもかなり高くなる場合もある。このような山腹テーパの微視的な効果は、山腹テーパの全体的な効果および肥厚化効果と相まって、波形構造を伴わないキャンバと比較して、キャンバ圧縮率の大幅な減少をもたらす。このようにして、自らを支持し、極めて長寿命のシールエレメントを構成するキャンバが提供される。さらに、波段の高さの増加を抑え、これにより圧力の均一な分散を可能とすることによっても、寿命の長さはサポートされる。それにもかかわらず、所要スペースが、波形構造を伴わない従来のビードの場合よりも大きくなることはない。
【００２０】
たとえば、シリンダヘッドガスケットまたは排気マニホルドガスケットの燃焼ガス開口部のような、シールするのが困難な貫通開口部であっても、自らを単独で強化するビードであれば、それだけで十分に優れたシール手段となりうる。そのシール効果は、同じような形の従来のビードをはるかに凌ぐものである。このようなシール効果の向上は、ガスケット層両側の波と山のエリアに形成された多数のシールラインによるものでもある。シールラインを多数設けることにより、シールすべき表面に対する良好な適応性が得られ、卓越したシール効果が得られる。このシール効果は、強く、恒常的な負荷を伴う場合であっても、シールする間隙が絶えず動いている場合であっても、長期間にわたって維持される。その復元力についても、同様の基本形状を有する従来のビードと比較して、はるかに高くなる。
【００２１】
波形構造を備えたキャンバは、単独で十分に貫通開口部のシールエレメントとして機能し得る。本発明のシールエレメントは、とりわけ、シールエレメントが主要な荷重接続部に置かれるような場合に好適である。しかしながら、このことは、本発明のシールエレメントを、その他のシールエレメントと共に用いる可能性を排除するものではない。波形構造を備えたキャンバを、ストッパエレメントと共に用いることも、概念的には可能であるが、波形構造を備えたキャンバは、さらなる支持エレメントを何ら必要としないため、一般的には、このことは有利な手段とはいえない。波形構造を備えたキャンバと組み合わせて、従来のビードを付加的シールエレメントとして用いる方が、有利である。必要に応じて、両エレメントの復元力を相対的に調整することも可能である。たとえば、従来のビードの硬度を、隣接する波形構造を備えたキャンバよりも低くし、波形構造を備えたキャンバが、従来のビードの支持エレメントとして機能するようにしてもよい。他方、頑強な用途に耐え得るよう、ビードの形状を適切にデザインすることにより、波形構造を備えたキャンバを、アキシアル荷重接続部に置くことも可能である。
【００２２】
すでに述べたように、波形構造を備えたキャンバを、必ずしも環状に閉じたシールエレメントとして用いる必要はない。波形構造を備えたキャンバを、たとえば、ガスケットのエッジ領域で、単なる支持エレメントとして用いることもできるし、同様に、シールリップのような弾性シールエレメントの支持エレメントとして用いることも可能である。
【００２３】
また、波形構造を備えたキャンバは、コーティングの受け入れにも適している。波形構造における山は、この際、チャンバとして作用して、コーティングが流れ出すことを防止し、ガスケット層とコーティングとの接着性を改善する。コーティングには、たとえば、マイクロシーリングや滑り摩擦を改善する方法など、最新技術において公知の、あらゆる金属製平型ガスケット用コーティング法を用いることができる。適切な方法でコーティングを行えば、キャンバの凸側にコーティングを凝集させることが可能である。なお、この凸面は、完全にはコーティングで満たさないことが好ましい。好ましくは８０％以下、より好ましくは５０％以下とする。
【００２４】
本発明の金属製平型ガスケットは、単層ガスケットとして作成できる。波形構造を備えたキャンバを用いることにより、ストッパのような、さらなる支持エレメントの必要はない。また、本発明の金属製平型ガスケットは、２つ以上のガスケット層からなる多層ガスケットであってもよい。そのうちの少なくとも１つの層は、波形構造を備える必要があるが、その他のガスケット層については、任意にデザインすることが可能であり、シールエレメントとして用いるにせよ、支持エレメントとして用いるにせよ、波形構造を備えたキャンバを設けてもよいが、必ずしもその必要があるわけではない。さらなるガスケット層における、波形構造を備えたキャンバは、隣接するガスケット層のもう１つのシール／支持エレメントと向き合うように配置することが好ましい。こうしたシール／支持エレメントとして、たとえば、波形構造を伴うキャンバ、ビードまたはハーフビードビードを使用することができる。互いに向かい合うシール／支持エレメントは、その微細な形状についても、鏡面対称に配置することが好ましい。しかしながら、波形構造を伴うキャンバを、隣接するガスケット層の平坦なエリアと向かい合うようにすることも可能である。この場合、平坦エリアは、波山の座りをよくするための平坦支持部を形成する。さらなるガスケット層におけるキャンバまたはビードは、その頂上部が、第１のガスケット層のキャンバ頂上部に向かう方向に配置してもよいし、代替的に、互いに離れる方向に配置してもよい。多層ガスケットの場合、ガスケット層は、同じ伸長性を有するようにしてもよいし、異なる伸長性を有するようにしてもよい。金属製平型ガスケットにおいて、１つ以上のガスケット層を、少なくとも１つのより大きなガスケット層に対して、短くし、ガスケットのエッジ領域から回避されるようにしてもよい。たとえば、これらのガスケット層を、複数の貫通開口部を迂回する環状またはメガネ状のインレーとして形成することが可能である。また、波形構造を備えたキャンバを有する方のガスケット層を、短縮ガスケット層としてもよい。
【００２５】
金属製平型ガスケットは、従来技術による公知のシールエレメントを含むことも可能である。たとえば、さらなるシールエレメントとして、ビードやエラストマーシールリップを設けてもよい。また、ビードやハーフビードのような支持エレメントを設けることも可能であり、エンボス加工による材料の肥厚化を行ってもよい。シールエレメントの実効高を対称的に分配するため、クラッキングを行うことも可能である。すでに述べたように、少なくとも１つのガスケット表面上の少なくとも１つのガスケット層を、全面的または部分的にコーティングすることもできる。本発明の金属製平型ガスケットは、従来の材料、方法、道具を用いて製造できる。少なくとも１つのガスケット層に適した材料は、スチールであり、好ましくはバネ硬鋼またはステンレスバネ鋼である。バネ性で硬質という特質は、キャンバを導入する前に備わっていてもよく、また、熱処理などにより後から付加してもよい。その他のガスケット層は、同じ材料で作ってもよいし、たとえばカーボンスチールなど、その他の材料で製造してもよい。また、平坦なガスケット層の場合は、非弾性スチールを用いることもできる。排ガス処理を含む排ガス系に用いられるガスケットの場合は、８００℃に至ることもある高温に直面するため、ニッケルを多量に含有するスチールなど、高温に強いスチールを使用することが望ましい。
【００２６】
本発明の金属製平型ガスケットの好ましい応用例として、内部燃焼エンジンの分野におけるガスケット、とりわけシリンダヘッドガスケットまたは排気マニホルドガスケットとしての利用がある。この場合、燃焼ガス開口部のシールエレメントとして、波形構造を備えたキャンバを用いることが特に好ましい。なお、ここで燃焼ガスという用語を使用する場合には、排ガスおよび再循環排ガスも含まれる。最新技術のビードにおいて知られているように、隣接する貫通開口部の波形構造を、これら貫通開口部間の「ウェブ」と呼ぶエリアで連結させて、複数のキャンバで単一のキャンバセクションとすることも可能である。キャンバを連結する場合、貫通開口部から離れた傾斜エリアは、ウェブ部分内には入らずに、ともにウェブ部分の外側を通るようにすることが好ましい。これらと相補的なもう一方の傾斜エリアは、ウェブ部分を通過し、波形構造を備えたキャンバを形成しつつ連結する。そして、ウェブ部分のもう一方の終点で、キャンバは２つの傾斜エリアに分岐し、ウェブ部分を通過していない方の傾斜エリアとそれぞれ連結する。ウェブ部分のスペースは限られているため、波形構造の波の数を減らして、一部の波だけがウェブ部分を通過するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、シリンダヘッドガスケットである場合における、本発明の金属製平型ガスケットの平面図である。
【図２】図２は、排気マニホルドガスケットである場合における、本発明の金属製平型ガスケットの部分平面図である。
【図３】図３は、高圧ポンプ用ガスケットである場合における、本発明の金属製平型ガスケットの平面図である。
【図４】図４は、一実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図５】図５は、他の実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図６】図６は、他の実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図７】図７は、他の実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図８】図８は、他の実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図９】図９は、他の実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１０】図１０は、他の実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１１】図１１は、他の実施例における、図１の線Ｘ−Ｘに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１２】図１２は、一実施例における、図１の線Ｙ−Ｙに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１３】図１３は、他の実施例における、図１の線Ｙ−Ｙに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１４】図１４は、他の実施例における、図１の線Ｙ−Ｙに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１５】図１５は、他の実施例における、図１の線Ｙ−Ｙに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１６】図１６は、図２の線Ｚ−Ｚに沿ったガスケットの部分断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の単層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図１８】図１８は、一実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図１９】図１９は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２０】図２０は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２１】図２１は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２２】図２２は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２３】図２３は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２４】図２４は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２５】図２５は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２６】図２６は、他の実施例における、Ｙ−Ｙと同様の線に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２７】図２７は、一実施例における、図１８〜図２６と同じ部分の三層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２８】図２８は、他の実施例における、図１８〜図２６と同じ部分の三層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図２９】図２９は、一方のガスケット層よりも他方のガスケットの伸長が短い二層金属製平型ガスケットの、一実施例における部分断面図である。
【図３０】図３０は、一方のガスケット層よりも他方のガスケットの伸長が短い二層金属製平型ガスケットの、他の実施例における部分断面図である。
【図３１】図３１は、一方のガスケット層よりも他方のガスケットの伸長が短い二層金属製平型ガスケットの、他の実施例における部分断面図である。
【図３２】図３２は、図３〜図６の寸法を表す。
【図３３】図３３は、エンジンをライナーでシールするシリンダヘッドガスケットの場合における、本発明のガスケットの使用例である。
【図３４】図３４は、さらなる実施例における、図１の線Ｚ′−Ｚ′に沿った二層金属製平型ガスケットの部分断面図である。
【図３５】図３５は、最新技術における四層ガスケットの一例を示す部分断面図である。
【図３６】図３６は、最新技術における五層ガスケットの一例を示す部分断面図である。
【図３７】図３７は、図１の線Ｙ′−Ｙ′に沿った、最新技術における単層金属製平型ガスケットのさらなる例を示す部分断面図である。
【図３８】図３８は、波形構造を伴ったキャンバ部分を示す、ガスケット層断面の写真である。
【図３９】図３９は、図３８のエリア７におけるガスケット層断面の顕微鏡写真である。
【図４０】図４０は、図３８のエリア４１におけるガスケット層断面の顕微鏡写真である。
【図４１】図４１は、図３８のエリア８におけるガスケット層断面の顕微鏡写真である。
【図４２】図４２は、図３８のエリア４３におけるガスケット層の顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面および写真を参照しながら、本発明を説明するが、これらは例示目的で示されるものである。ここに示す実施例は、好適な例をいくつか示しているに過ぎず、本発明の範囲を限定するものではない。図面および写真において、同一要素には同一の参照番号を付す。区別を容易にするため、平面図ではなく断面図において、異なる傾斜エリアに属する要素についてはアスタリスクを付し、異なるガスケット層に属する要素についてはアポストロフィを付し、異なる貫通開口部に属する要素についてはクロスを付す。いくつかの図面において、特に鏡面対称のものにおいては、明白であることから、一方の側の参照番号を省略する。
【００２９】
図１は、シリンダヘッドガスケットの例における、金属製平型ガスケットの平面図である。この平面図は、第１表面２１および対向する第２表面２２を伴ったガスケット層２を示している。燃焼ガス開口部５は、ガスケット層２にエンボス加工されたシールエレメントに包囲されている。このシールエレメントは、第１表面２１を越えて突出する環状キャンバ３である。キャンバ３は、燃焼ガス開口部５の周りを円形方向に伸長するが、この長手方向の全長Ｌは、幅Ｂよりもはるかに大きい。キャンバ３には肉眼視できる構造が形成されているが、この巨視的構造は、キャンバ３の全幅Ｂにわたって伸長する複数の波形からなっている。個々の波の長手伸長方向は、キャンバ３の長手伸長方向と一致する。図１における同心性の線は、波形構造４を示している。ガスケット層２は、燃焼ガス開口部５の他、さらなる貫通開口部５０（ガスケットの外側エッジ付近に設けられる）、ボルト貫通開口部５１、冷水貫通開口部５２、オイル貫通開口部５３を備える。また、ガスケットの右側エッジ付近には、細長い直線状キャンバ３が設けられているが、このキャンバは、該側エッジ用の支持エレメントとして機能する。Ｄ1およびＤ2に示すような、２つの燃焼室貫通開口部５の間の狭いウェブ部分を通るようにキャンバを導く方法は、数通りある。Ｄ1に示す例の場合、移行エリアがかなり短く、キャンバ３の傾斜エリア３２は、両者ともにかなりの方向転換を示すが、両傾斜エリア３２の転換方向は、それぞれ異なる。Ｄ2に示す例の場合、燃焼室貫通開口部から離れた傾斜エリアだけが方向転換して、隣接する燃焼室貫通開口部の対応する傾斜エリアと連結するのに対して、燃焼室貫通開口部に近い傾斜エリアは曲線を変化させずに、徐々に連結していく。
【００３０】
図２は、排気マニホルドガスケットの場合における、金属製平型ガスケットのもう１つの実施例を示す部分平面図である。これは、たとえば４つの燃焼ガス開口部５のうちの２つの燃焼ガス開口部周辺を示す部分図である。また、ボルト開口部５１も示されている。
【００３１】
図３は、本発明のキャンバ３のさらなる応用例であり、高圧開口部１０５を備えたガスケット１を示す。ガスケット１において最も大きい開口部は、高圧開口部１０５ではなく、ピストン付きシリンダライナーを高圧ガスポンプのシリンダヘッドにシールする開口部５４である。従って、ガスケット水準面Ｅは、ビード６４の貫通開口部へと向かう側の、貫通開口部５４を囲むエッジゾーンＲによって決定される。ガスケットは、さらに、ビード６５にシールされた低圧貫通開口部５５、４つのボルト開口部５１を備える。この例においては、高圧開口部１０５が、本発明のキャンバ３に包囲されている。  
【００３２】
次に、波形構造４を伴ったキャンバ３の詳細な設計について、後続の断面図を考慮しつつ説明する。ここに示す断面図は、すべて、キャンバ幅方向の断面図であり、従ってキャンバの伸長方向と直交する断面である。これら断面図は、シリンダヘッドガスケットや排気マニホルドガスケットに適用されるだけでなく、たとえば高圧ガスケットにも適用される。高圧ガスケットの場合においては、燃焼ガス開口部５についての記述が、高圧用の開口部１０５の記述としても援用される。
【００３３】
図４〜図７は、図１の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。これらの断面図には、キャンバまたは波形構造の寸法などに関して、ほとんど相違はない。図４に示されるように、キャンバ３は、ガスケット２の第１表面２１を越えて突出し、２つの底部３０および３０*の間を伸長する。底部３０、３０*は、キャンバの平面包囲部からキャンバへの移行ポイントであり、ここでは接線の傾斜はまだゼロである。底部３０および３０*間を幅Ｂで伸長するエリアにおいては、傾斜はゼロではなくなる。高さに関しては、キャンバ３は、底部３０および３０*を含む第１レベルＮ1と、頂上部３１（図８に示すように、３１、３１*と頂上部が２つの場合もある）を含む第２レベルＮ2との間を伸長する。Ｎ1およびＮ2の両レベルは、ガスケット層２の水準面Ｅと平行に走る。この水準面Ｅは、中間、すなわち材料の厚さ半分の位置を走っており、燃焼ガス開口部を直接包囲するエリアによって決定される。キャンバ３の底部３０、３０*と頂上部３１との間には、２つの傾斜エリア３２、３２*が存在し、底部から頂上部３１へと徐々に上昇している。これら傾斜エリア３２、３２*のそれぞれに、２つの波形４０が形成される。これら波形４０の各々は、表面２１について見た場合、交互する山４１と谷４２を２つずつ有する。同様のことが、ガスケット層２の表面２２についても当てはまる。キャンバ３の頂上部３１が１つである場合においては、山および谷を数える際に、底部３０、３０*も頂上部３１も含めない。従って、各傾斜エリア３２、３２*は、それぞれ、上レベルＮ2方向に２つ、下レベルＮ1方向に２つの振幅を備える。
【００３４】
図５は、キャンバ３のアーチ形の軌道全体を示している。個々の山４１の頂点、すなわちＳ1、Ｓ2、Ｓ3、Ｓ4およびＳ5の各点を、包絡線（Ｈ1）により互いに連結すると、円弧の一部を表す曲線が得られる。同様のことが、谷４２の最低点Ｍ1〜Ｍ4を、包絡線（Ｈ2）で連結した場合にも当てはまる。こうして、アーチ形の軌道を有する全体構造、すなわちキャンバ３には、微細構造、すなわち波形構造４が、重ね合わされるが、微細構造における複数の波４０の幅および高さは、ガスケット層２におけるキャンバ３の幅および高さよりも小さい。
【００３５】
図６は、キャンバ３内の波形構造４を詳細に示す。この図形が示しているように、キャンバ内の波形構造における各波の構造的な幅は、ほぼ一定である。ここで構造的な幅とは、隣接する山４１間の距離をいう。幅の計測は、山の頂点Ｓ1〜Ｓ5と交わって伸長し、レベルＮ1およびＮ2、さらにガスケット層２のガスケット水準面Ｅと直交するラインの間を測ることにより行う。一方では、距離ｂ1とｂ4とが実質的に同一であり、他方では、距離ｂ2とｂ3が実質的に同一である。各傾斜エリア３２、３２*において、波形構造は、頂上部３１に向かって連続的に上昇する複数のステップで構成される。ステップ間における高さの差（△ｈ1、△ｈ2）は、頂上部３１の方向に向かって増加せずに、減少する。山の頂点Ｓ1と隣接する山の頂点Ｓ2間の高さの差△ｈ1は、山の頂点Ｓ2と次の山の頂点Ｓ3間の高さの差△ｈ2よりもかなり大きい。ステップの構造的幅および高さは、それぞれの条件について適合させることができる。図４、図５および図６において、これらの数値の差異は、僅かである。
【００３６】
キャンバ３における波形構造４のさらなる利点が、図７により明らかになる。ガスケット層２のキャンバ３エリアには、中央ラインＭＬが付されているが、このラインは、ガスケット層材料の、局部における厚さの半分（ｄ／２）を表している。材料の厚さ、およびその半分の厚さは、ガスケット水準面Ｅに直交して側定する。従って、波形構造４エリアにおいて、中央ラインＭＬは、ガスケット層２の軌道をたどる。図７には、さらに２つのラインが示されている。連結ラインＶ1とＶ2である。これらの連結ラインは、それぞれ、Ｖ11、Ｖ12・・・、およびＶ21、Ｖ22・・・という直線部分で構成される。これらの仮想ライン部分は、それぞれ、ガスケット層２の第１表面２１または第２表面２２において、谷４２の最低部Ｍ11〜Ｍ14およびＭ21〜Ｍ25を互いに連結している。図７から明らかなように、中央ラインＭＬは、連結ラインＶ1およびＶ2と交わることはない。これは、前述したように、波形構造がわずかな高度しか有さないためである。波形構造は、キャンバ内の微細構造にすぎない。この微細構造は、キャンバの全幅にわたって、連続的に形成されることが好ましい。従って、波形構造は、傾斜エリア３２および３２*のみならず、キャンバ３の頂上部３１にも連続して伸長し、キャンバ３のそれぞれの底部３０および３０*で終了する。
【００３７】
山および谷を数える際の例外が１つある。すなわち、キャンバ３が凸面に２つの頂上部３１、３１*を有し、これらの間に谷４２２（広い平坦部ではない）が１つ形成される場合である。図８は、この特殊な例における山と谷の数え方を示す。通常は、傾斜エリア３２における山４１１および４１２の両者を考慮に入れる。この例においては、山４１２はキャンバの頂上部３１に相当する。また、傾斜エリア３２は、谷４２１を１つ備えるだけであるが、頂上部３１、３１*の間には対称的に位置する谷４２２が存在し、これを傾斜エリア３２および３２*両者に共通する谷と考える。従って、谷４２２は、重複してカウントされる。本発明の文脈において、平坦部とは、山４１の幅ｂｂ（同一部分における、隣接する谷同士の底部から底部までを計測したもの）の少なくとも２倍の幅を有する場合を意味する。両傾斜エリアにおける山の幅ｂｂおよびｂｂ*が一致しない場合は、両者の平均値を考慮する。通常、山の幅ｂｂおよび谷幅ｂｔの同一部分における相違は、１５〜２０％程度にとどまるが、たとえば、キャンバの剛性などのキャンバ全体としての特性を調整する場合などにおいては、キャンバの中央部において、より大きな相違を持たせることが有利な場合もある。さらに、たとえばウォータージャケットなどのような流体運搬エレメントが、シールすべき部位に位置するケースもあり、このような場合、キャンバ中央の距離ｂｔを、距離ｂｂの２００％よりも僅かに少なくなる程度として、これ以上の波形は設けない。ここでもう１度強調しておくが、こうした定義は、キャンバ３の凸側に頂点部が２つ存在する場合にのみ、適用される。また、頂上部３１、３１*の間が平坦部（すなわち、他の山や谷の距離ｂｂの２００％以上の距離）である場合には、適用されない。
【００３８】
図９は、本発明の金属製平型ガスケットのもう１つの実施例を、キャンバ３エリアの部分断面図で示す。先に示した図とは対照的に、ここにおけるキャンバ３は、ハーフビードにより形成されている。従って、キャンバ３は、底部３０から頂上部３１へと上昇し、そこからガスケット層２の平面エリアへと続く。この場合、レベルＮ1とＮ2の間の波形構造４を備える傾斜エリアは１つだけである。この波形構造は、各々山と谷とを備える２つの波４０で構成される。
【００３９】
図１０は、波形構造がキャンバ底部３０、３０*を越えて伸長し、ガスケット層２の平面エリア内に達する例を示す。こうした構成も、前述した波形構造４を傾斜エリア３２、３２*が備える限り、本発明の範囲に入る。
【００４０】
図１１に示すキャンバ３は、実質的に図４〜図７のキャンバと同様であるが、この例においては、ビード６が連結されている。ビード６は、キャンバ３と隣接して伸長し、同心に閉じた状態で、燃焼ガス開口部５を包囲する。ビード６の位置は、キャンバ３と燃焼ガス開口部５の間でもよいし、燃焼ガス開口部５から離れていてもよい。キャンバ３の高さはビード６よりも高いため、組立状態において、主要な荷重接続部に位置するのはキャンバであり、圧力の大部分はキャンバにかかる。圧縮状態において、波形構造４を備えたキャンバ３のすべての山が、シールすべき対向面と当接し、シールされる面と共にシール線を形成することが好ましい。
【００４１】
図面の簡略化のため、以下の図１２〜図３１および図３４〜図３７では、ガスケット層２を、エリアではなくラインで示す。個々のシールエレメント間の距離は、概念的なものであって、実際の縮尺や、相互間の距離比を表したものではない。図１２〜図１５は、燃焼ガス開口部５と金属製平型ガスケット１の端部との間の部分断面図である。各例において、燃焼ガス開口部は、波形構造４を伴ったキャンバ３に包囲されている。図１２のガスケットにおいて、キャンバ３は平面部７へとつながり、その後、キャンバ３と同方向に平面部を越えて突出するハーブビード６０が続く。ハーフビード６０は、通常、ガスケットの外側エッジに沿って伸長するか、または、燃焼ガス開口部５以外の開口部を包囲し、キャンバ３と同心に伸長することはない。図１２とは対照的に、図１３のキャンバは、その全幅にわたって連続的に波形構造を備えているわけではなく、キャンバ中央の頂上部３１、３１*の間に、平坦部３４を形成している。図には示していないが、代替例として、頂上のレベルにおいて平坦部を形成し、頂上平坦部とすることも可能である。
【００４２】
次に示すガスケットにおける相違点は、各図の右側に示されるガスケットの外側エッジのデザインにある。図１２および図１３における直線部７は、図１４においては、キャンバ３と反対方向を向いたビード６に代替されている。図１４のビード６は断面形状が台形であるが、図１５のビード６は、断面形状が丸みを帯びたアーチ形であり、さらに、キャンバ３と同方向を向いている。前述したように、ここで示される距離は実際の大きさとは異なる。一般に、エレメント３と６とは非常に近接しており、一方、エレメント６と６０との間には、その数倍の距離がある。
【００４３】
図１６は、図２の排気マニホルドガスケットにおける、２つの燃焼ガス開口部５、５+間のエリアを示す断面図である。燃焼ガス開口部は、それぞれ、波形構造を備えたキャンバ３および３+に包囲されている。両キャンバ３、３+の間には、平面部７が位置する。このガスケットにおいては、図２にも示されるように、開口部間のエリアに十分なスペースがあるため、２つのキャンバは、独立してこのスペースを伸長できる。
【００４４】
図１７は、もう１つの実施例における、燃焼ガス開口部５とガスケット外側エッジの間の部分を示す断面図である。図１２のガスケットと比較すると、ここでは、波形構造を伴ったキャンバ３が、ハーフビード６０の代わりに用いられている。このキャンバ３は、上昇傾斜３２を１つしか有さず、従って、その基本形状はハーフビードである。
【００４５】
図１８〜図２６は、二層金属製平型ガスケットの実施例における、燃焼ガス開口部５とガスケット端部の間のエリアを示す断面図である。図１８における下部ガスケット層は、実質的に、図１２の単層金属製平型ガスケットに同じものである。下部ガスケット層は、さらにガスケット層２′を伴うが、このガスケット層２′の燃焼ガス開口部周辺エリアは、完全な平面部７′となっている。ガスケット層２のハーフビード６０と鏡面対称のハーフビード６０′が、ガスケット層２′のエッジ領域にだけ、設けられている。図１９のガスケットは、図１８のガスケットと鏡面対称の変形例である。シリンダヘッドガスケットの場合、キャンバ３を備えたガスケット層を、エンジンブロックの方に向けてもよいし、その反対にシリンダヘッドの方に向けてもよい。
【００４６】
図２０および図２１は、第１のガスケット層２のキャンバ３が、第２のガスケット層のキャンバ３′と向い合わせになった２層金属製平型ガスケットを示している。両キャンバは、波形構造４を有している。図２０において、キャンバ頂上部３０、３０′は互いに離れ合うよう向いているが、図２１では、互いに向かって方向づけられている。
【００４７】
図２２における上部ガスケット層は、本質的に、図１４のガスケット層と同じであるが、方向は逆であり、さらに、エッジ領域が第１ガスケット層と鏡面対称となった第２のガスケット層２′を備えている。第２のガスケット層２′は、キャンバ３のエリアに、平面部７′を有しており、山および谷を備えたキャンバ３を効果的に支持する。
【００４８】
図２３におけるガスケットにおいて、上部ガスケット層２は、図２２の上部ガスケット層を逆にしたものであり、下部ガスケット層２′は、図２２の下部ガスケット層を逆にしたものである。
【００４９】
図２４〜図２６に示す金属製平型ガスケットは、第１のガスケット層２のキャンバ３と、第２のガスケット層２′のビード６′とが向かい合わせになっている。これら３つ例において、キャンバ３の頂上部は、ビード６′の頂上部の方に向かっている。図２４および図２５において、ビード６′の断面は台形状であるのに対し、図２６におけるビード６′の断面は、アーチ形に丸みを帯びている。図２５のガスケットは、各ガスケット層に、さらなるシールエレメントを備えている。第１のガスケット層２において、キャンバ３は台形状断面のビード６へと続いており、これに対向してキャンバ３′が、その頂上部をビード６へ向けている。
【００５０】
図２７および図２８は、本発明による３層金属製平型ガスケットの実施例を示す。図２７における外側の２層は、図２６の層のそれぞれ一方と概ね同じであるが、反対向きに配されている。これらのガスケット層の間には、さらに、ガスケット層２″が配される。ガスケット層２″は、概ね平らであるが、外側層２、２′のキャンバ３とビード６′の間の平面部７″に隣接して、クラッキング６１′を備える。このクラッキング６１′には、より高いキャンバ３と、より小さなビード６′との釣り合いをとる効果がある。
【００５１】
図２８における２つの外側ガスケットは、鏡面対称になっており、それぞれ、燃焼ガス開口部のシールエレメントとして、キャンバ３（または３′）を備える。これらのガスケット層の間には、さらに、完全に平らなガスケット層２″が積層される。
【００５２】
図２９〜図３１に示す２層金属製平型ガスケットの実施例においては、２つのガスケット層の一方が、他方のガスケット層よりも短くなっている。こうした短縮されたガスケット層は、しばしば「シム」と呼ばれる。このようなシムを伴ったシールエレメントは、多くの場合、主要な荷重接続部に置かれる。短縮ガスケット層は、燃焼ガス開口部５を迂回するリングだけで構成することも可能である。燃焼ガス開口部５を包囲するこれらのリングを、互いに連結させれば、メガネ形の短縮ガスケット層が形成できる。ここに示す３例のすべてにおいて、燃焼ガス開口部５は、波形構造を伴うキャンバ３とアーチ形のビード６′に包囲される。これら両エレメントは、対向するガスケット層において、互いの向かい側に配置されている。図２９および図３０の実施例において、ビード６′とキャンバ３は互いに離れる方向に向いているのに対して、図３１の実施例では、互いに向かった方向に配され、凹側の面がガスケットの外側に位置するようになっている。図２９および図３１のガスケットの場合、ビード６′を含むガスケット層２′が短縮されており、図３０のガスケットでは、キャンバ３を備えたガスケット層２が短縮されている。図２９および図３０のガスケットは、それぞれ、ガスケット外側エッジに向かって、ガスケットの後背部に、さらなる波形構造８、８′および８０、８０′を備える。これらエンボス加工の波形構造８、８′および８０、８０′は、主として、ガスケットのエリアを意図的に厚くするのに役立つ。
【００５３】
ここで、キャンバの波形構造につき、寸法例を示す。以下の表における参照符号を、図３２に示す。図３２は、図４〜図７に相当するものであり、さらなる説明は要さない。また、図６および図７における記述も、参照されたい。表に示す数値は、シリンダヘッドガスケットについてものであるが、ここでは、波形構造を伴うキャンバを、燃焼ガス開口部用のシールエレメントとしてのみ用いている。表には、乗用車（ＰＣ）用の数値と、実用車（ＵＶ）用の数値を示す。どちらのクラスのエンジンについても、一般的に有効な範囲と好ましい範囲とが示されている。これらの数値は、本発明のその他の応用例において、ガスケットをデザインする際にも考慮される。
【００５４】
【表１】
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【００５５】
「肥厚化」とは、ガスケットの原厚（金属製シートの厚さｄ）と比較した場合の、波形構造のエンボス加工による材料厚の絶対増加量を意味する。これは、２本の連結ラインの間を計測することにより行う。この２本の連結ラインは、図７における連結ラインＶ1、Ｖ2（谷の最低点を連結する）と同じやり方で構成されるラインであり、ガスケット層の両表面２１、２２上にある山の最高点を、相互に結ぶ直線部分で構成される。また、「薄層化」とは、谷におけるガスケット層の厚さの減少を意味する。薄層化は、波形構造をエンボス加工する際の伸長に起因しており、図７の連結カーブＶ1およびＶ2間の距離ｃとして測定される。
【００５６】
図３３は、エンジン用の省スペースシールエレメント３を表している。ここでは、ライナーＬＢがエンジンブロックＭＢに挿入されて、シリンダヘッドＺＫと合わされ、エンジンブロックＭＢとライナーＬＢとの間隙を、キャンバ３がブリッジする。両傾斜エリア３２、３２*は、エンジンブロックＭＢとライナーＬＢの相互動作を補完しており、少なくともキャンバの底部が、それぞれ、エンジンブロックおよびライナーの上にくるようになっている。一方、頂上部３１は、シリンダヘッドＺＫと隣接する。
【００５７】
図３４は、２層シリンダヘッドガスケットの実施例における、隣り合う２つの燃焼室開口部５の間の狭いウェブエリアを表しており、図１のＺ′−Ｚ′線に沿った断面図である。隣り合う２つ開口部５、５+の傾斜エリア３２、３２+は、このウェブエリアを平行に伸長しており、断面図に示されるように、小さなウェブ平坦部３５を形成する。傾斜エリア３２、３２+は、それぞれ、２つの山と２つの谷を備える。
【００５８】
図３５および図３６は、本発明による４層および５層金属製平型ガスケットの実施例を示す。図３５は、各々が、貫通開口部５のエリアにキャンバ３、３′を有し、外側エッジ付近にハーフビード６０、６０′を備えた、２つのガスケット層２、２′を示している。両ガスケット層は、さらなるガスケット層２'''を軸に、鏡面対称となっている。ガスケット層２'''は、厚みのある平らな金属シートで、主として、ガスケットの厚さを適正に調節するのに役立つ。さらに、ガスケットはもう１つの金属シート２″を備えるが、こちらはエンジンブロックの冷水チャネルをシールするのに効果的である。図３５の実施例と比較してみると、図３６に示す実施例は、貫通開口部５に近接するエリアにビード６''''を備えた、さらなるガスケット層２''''を加えることにより改変されている。先に示した実施例の場合と異なり、ビード６''''の凹側は、キャンバ３′の凹側ではなく、凸側を向いている。このような配置は、直列接続を用いることにより、シールエレメント同士が効果を相互に強化し合う場合に、効果的である。このことは、より少ない層のガスケットの場合にも、当てはまる。
【００５９】
図３７は、単層ガスケット層の実施例を、図１の線Ｙ′−Ｙ′に沿った断面図で示す。本発明のキャンバが、燃焼室開口部をシールし、平坦部を挟んで、冷水ホール５２をシールするハーフビードビード６０が、ガスケットの外側エッジに向って設けられている。このハーフビードビード６０と外側エッジとの間には、さらに、本発明によるキャンバ３がエンボス加工され、燃焼室と隣接するキャンバ３と同方向に向いている。ハーフビード６０により、キャンバ３は、キャンバ３に対してオフセットしている。さらに、キャンバ３の高さは、キャンバ３よりも低い。
【００６０】
図３８〜図４２は、一定した圧力分散が、本発明のガスケットにおいて、いかに微細構造の特性に基づいているかを示す。図３８は、顕微鏡写真に写したガスケットの位置を切断面で示す。参照番号２００は、切断する前にガスケット層を埋め込んだ樹脂を表す。図３９は、ガスケットの平面部７を撮ったものであり、１０７で示すセクションを示している。このセクション１０７は、その全体にわたって、オーステナイト系微細構造Ａを備える。平面部７は、キャンバのエンボス加工の影響を受けていないため、平面部７、およびセクション１０７は、エンボス加工を施す前の金属シート材料の状態をも表しているといえる。
【００６１】
図４０は、波形構造の山腹エリア、すなわち山４１と谷４２との間の遷移領域を表している。図３８から明らかなように、この山腹エリアの厚さは、山４１や谷４２と比べて、薄くなっている。こうした山腹におけるテーパは、キャンバ３にかかる圧力を均一に分配するための、要因の１つである。もう１つの要因は、図４０に示すセクション１４３の顕微鏡写真から見てとれる。図３９と対照をなして、ここては、異なるゾーンが示されている。谷４１へと向かう２４１エリアには、微細構造Ａが存するが、これは変態していないエリア７の微細構造である。一方、テーパをつけた山腹領域２４３および谷の下部表面に隣接する領域２４４は、変態した微細構造ＢおよびＣを示している。微細構造Ｃは、歪み誘起によるマルテンサイトを含むが、これはダイを完全に閉じる前の最終段階において、材料を加圧移動することにより得られる。図４０に示されるように、この硬化された材料は、極めて少量しか見られない。対照的に、微細構造Ｂは、山腹エリアの大部分（すなわち２４３のエリア）に広がっている。オーステナイト微細構造Ａが、比較的大きな結晶粒であるのに対し、微細構造Ｂは、細長い構造の延伸した組織を示す。この微細構造Ｂは、結晶粒微細化の典型例である。結晶粒微細化は、材料の降伏強度および延性を高めるプロセスであり、これら両特性を強化することにより、波形構造を伴ったキャンバ３において、圧力の分散が極めて均一となる。さらに、結晶粒微細化を行っていない材料と比較して、亀裂に対する強度も大幅に上昇する。微細構造を観察すると、山腹エリア４３のエンボス加工は、剪断歪みに支配されていることが分かる。
【００６２】
図４１は、キャンバ底部の近辺エリアを表している。しかしながら、示されているセクションにおいて、キャンバの傾斜エリアはすでに上昇し始めている。ここでも、異なる３つの微細構造が識別できる。このセクションの大部分は、オーステナイト微細構造Ａを示しているが、上昇する傾斜の上部表面には、マルテンサイト領域Ｃが形成された薄いエリアが見える。キャンバと第１の波山がかなり上昇する（これは、樹脂２００との境界線を見れば分かる）右側部分には、結晶粒微細化Ｂが現れている。図４２は、頂上エリア４１にわたるセクション１４１を示しているが、ここにおける微細構造は、平面エリア７におけるオーステナイト微細構造Ａ（原材料または未処理材料）に非常に類似している。このことは、図４０における観察と一致する。このように、結晶粒微細化は、波形構造の山腹エリア４３においてのみ起こっている。
【００６３】
これらの微細構造に関する観察は、ポジション７、８および４１、４３の中央ラインＭＬで行われた硬度測定にも明確に示されている。平面エリア７および底部に隣接する領域８におけるビッカーズ硬度は、非常に近似しており、それぞれ４６５、４８０であった。頂上領域では、これらより僅かに高く５１８であったが、波山と波谷の間の山腹エリア４３においては、はるかに高くなり、平均硬度６０９が測定されている。
【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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【図４１】
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【図４２】
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【国際調査報告】
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