(57)【要約】【課題】有効なシール性の向上を図るべく、ボア孔等の貫通孔の周辺部に形成されるストッパ部を、難しい加工技術や大幅なコストアップを招くことなく、しかも、幅の狭い箇所にでも適用できるものとして装備したシリンダヘッドガスケットを提供する。【解決手段】金属基板２と、この金属基板２に開設されたボア孔２ａの周辺部に形成される環状のストッパ部３と、を有して成るシリンダヘッドガスケットにおいて、ストッパ部３は、金属基板２に対するアルミニウム粉末のショットコーティングによって形成されている。【選択図】図２  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板と、この金属基板に開設された貫通孔の周辺部に形成される環状のストッパ部と、を有して成るシリンダヘッドガスケットであって、
前記ストッパ部は、前記金属基板に対する金属粉末のショットコーティングによって形成されているシリンダヘッドガスケット。
【請求項２】
請求項１において、
前記貫通孔は、シリンダボアに対応して形成されたボア孔であるシリンダヘッドガスケット。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記金属基板における前記ストッパ部の外周辺部に、環状で、かつ、ガスケット厚み方向に突出したビード部が形成されているシリンダヘッドガスケット。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記金属粉末は、アルミニウム材から成る粉末であるシリンダヘッドガスケット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記金属基板の外面及び前記ストッパ部の外面に、ゴム材によるコーティング層が形成されているシリンダヘッドガスケット。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ストッパ部の厚さを、その周方向において、必要に応じて変化させてあるシリンダヘッドガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属基板と、この金属基板に開設された貫通孔の周辺部に形成される環状のストッパ部と、を有して成るシリンダヘッドガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンにおけるシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットとして、ステンレス鋼板等による金属基板と、この金属基板におけるシリンダボアの円孔の周辺部に形成される環状で金属製のストッパ部と、を有した構造のものがある。このようなシリンダガスケッとしては、例えば、特許文献１において開示されたものが知られている。
【０００３】
これは、厳しい耐圧性、シール性の要求されるシリンダヘッドガスケットのボア孔の周辺部に環状のストッパ部を設けて、そのボア孔の周辺部の厚さをその他の部分よりも大とすることにより、シリンダボア部分におけるガスケットの面圧を高くして、それらの要求に応えられるようにしたものである。前述の特許文献１においては、シリンダヘッドガスケットのボア孔の周辺部に、樹脂材等を溶射することでストッパ部を形成することが開示されている。
【０００４】
ボア孔周辺部には特に燃焼による高い圧力が作用するので、ガスケットを介装することによる封止機能（シール性）をより高めるには、ボア孔周辺部に形成されるストッパ部を金属材製にすることが好ましいと思われる。そこで、貫通孔の一例としてのボア孔の周辺部に形成されるストッパ部（「シム部」とも言う）としては、次の１）〜４）のような手段が考えられていた。
【０００５】
１）  リング状で薄い金属板１１を打抜き成形し、金属基板１２におけるボア孔１２ａの周辺部に重ねて溶接により一体化する構造（図８参照）。
２）  金属基板１２をボア孔１２ａで折り返し加工することにより、リング状のストッパ部１３を金属基板１２に重ねた状態で形成する構造（図９参照）。
３）  ボア孔１２ａ周辺部を環状にコイニング加工することにより、厚みを増したストッパ部１４を形成する構造（図１０参照）。
４）  ボア孔１２ａ周辺部を環状にコルゲート加工することにより、厚みを増したストッパ部１５を形成する構造（図１１参照）。
【特許文献１】特開昭６４−０３５０５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記１）〜４）の提案手段には、次のような課題が存在していた。即ち、１）の手段では、溶接処理がコストアップを招き、２）の手段では、金属基板を重ねるので、その部分の厚みが少々厚くなり過ぎる傾向があった。３）や４）の手段では、加工に高い技術が必要であり、設備コストが高く付くとともに、芯材に塑性加工を加えることからシリンダヘッドガスケットとした場合に「反り」が生じて変形し易い問題があった。
【０００７】
また、これら１）〜４）のいずれの手段であっても、幅の狭い部分には成立し難くく、適用条件が制限されて技術の汎用性が劣るものでもあり、ボア孔等の貫通孔の周辺部に形成されるストッパ部としては、更なる改善の余地が残されているものであった。
【０００８】
そこで、本発明は、有効なシール性の向上を図るべく、ボア孔等の貫通孔の周辺部に形成されるストッパ部を、難しい加工技術や大幅なコストアップを招くことなく、しかも、幅の狭い箇所にでも適用できるものとして装備したシリンダヘッドガスケットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の構成は、金属基板と、この金属基板に開設された貫通孔の周辺部に形成される環状のストッパ部と、を有して成るシリンダヘッドガスケットにおいて、
前記ストッパ部は、前記金属基板に対する金属粉末のショットコーティングによって形成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２の構成は、請求項１において、
前記貫通孔は、シリンダボアに対応して形成されたボア孔であることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の構成は、請求項１又は２において、
前記金属基板における前記ストッパ部の外周辺部に、環状で、かつ、ガスケット厚み方向に突出したビード部が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４の構成は、請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記金属粉末は、アルミニウム材から成る粉末であることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の構成は、請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記金属基板の外面及び前記ストッパ部の外面に、ゴム材によるコーティング層が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６の構成は、請求項１〜５のいずれかにおいて、
前記ストッパ部の厚さを、その周方向において、必要に応じて変化させてあることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の構成においては、貫通孔の周辺部に形成される環状のストッパ部を、金属粉末のショットコーティングによって形成したので、ストッパ部の幅、厚み、金属基板上におけるコーティング場所等の噴射条件を、自由自在に設定することができる。ショットコーティング法は熱処理が不要で、コーティング時間が短く、作業性に優れている。従って、幅の狭い場所でもコーティング可能であり、従来のような制約条件が解消されるとともに、溶接等の時間及びコストが高く付く加工処理が不要になる。また、コイニング等の大パワーの必要な加工処理も不要になるから、大規模な設備は不要であり、それによる高い設備コストも掛からなくなる。さらに、金属基板には塑性加工が加えられないから、反りが生じるといった変形のおそれも解消される。
【００１６】
その結果、シリンダヘッドガスケットにおける必要箇所に必要に応じた厚みのストッパ部を容易に形成できるようになり、有効なシール性の向上を図るべく、ボア孔等の貫通孔の周辺部に形成されるストッパ部を、難しい加工技術や大幅なコストアップを招くことなく、しかも、幅の狭い箇所にでも適用できるものとして装備したシリンダヘッドガスケットを提供することができる。このような効果は、請求項２のように、特に高いシール性が要求されるボア孔の周辺部におけるストッパ部において顕著に得ることができる。
【００１７】
請求項３の構成においては、請求項１又は２の構成による前記いずれかの効果を奏するとともに、ビード部を設けたことによって、シール性がより向上する利点がある。つまり、ストッパ部が一次シール部に、そして、ビード部が二次シール部として機能するようになり、高いシール性を発揮する箇所の二重シールによる相乗効果が期待できる。
【００１８】
請求項４の構成においては、金属粉末を軟質金属であるアルミニウム材から成る粉末としたので、金属基板の表面に数ミクロンの厚みの金属皮膜を良好に形成することができる。そして、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装して締付けた場合には、軟質金属故に容易に変形して、シリンダヘッドの表面形状に追従し、より優れたシール性を得ることが可能になる利点がある。
【００１９】
請求項５の構成においては、金属基板の外面及びストッパ部の外面に、ゴム材によるコーティング層が形成されているので、これら金属基板やストッパ部の表面に対する保護機能が生じる利点がある。また、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装して締付けられた場合には、コーティング層が容易に変形して、シリンダブロックとシリンダヘッドに追従し、シール性がさらに向上可能となる。
【００２０】
請求項６の構成においては、金属粉末のショットコーティングでは、コーティングによる層厚を如何様にも変化させることが可能であることにより、ストッパ部の厚さを必要に応じて変化させることができるので、よりシール性を高めることが可能になる。例えば、ボア孔用のものとしては、締付け用のボルトに近い部分では厚さを薄くし、隣合うボルト間においては厚くするように厚みを変化させることにより、シリンダブロックにボルトで締付けられるシリンダヘッドが、ボルト部分では強く締付けられることによって撓み変形する状況に適合させることができ、周方向のどの部位においても有効なシール性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１に、自動車等に搭載される内燃機関に適用自在なシリンダヘッドガスケット１の平面図が、図２には、図１におけるａ−ａ線断面図が夫々示されるとともに、図３には、図２におけるボア孔付近の拡大図が示されている。このシリンダヘッドガスケット１は、シリンダブロック（図示省略）とシリンダヘッド（図示省略）との間に介装されている。
【００２３】
このシリンダヘッドガスケット１は、各種の貫通孔Ｈ、即ちシリンダボアに対応した円形のボア孔２ａ、ボルト孔２ｂ、カムシャフト伝動用のベルト挿通用孔２ｃ、冷却水用孔又はオイル用孔２ｄが形成された金属基板２と、この金属基板２に開設された前記ボア孔（貫通孔Ｈの一例）２ａの周辺部に形成される環状のボアストッパ部３と、表裏の外表面に形成されたゴム材によるコーティング層４とから構成されている。各ボア孔２ａの周りに形成された１０ヶ所のボルト孔（貫通孔Ｈの一例）２ｂの周辺部にも、ボアストッパ部３と同様な環状のボルト孔用ストッパ部７が形成されている。
【００２４】
各ボアストッパ部３の外周辺部には、金属基板２を屈曲させてストッパ部３と同方向に隆起させて成るリング状のビード部５が形成されているとともに、金属基板２の外周縁部には、金属基板２を屈曲させてボアストッパ部３と同方向にやや隆起させて成るハーフビード部６が形成されている。ビード部５の高さは、ボアストッパ部３よりもやや高い形状に形成されている。
【００２５】
金属基板２は、弾性や粘性を有してプレス加工が可能な材質が望ましく、表面の性状や処理に制約が無い（或いは少ない）圧延鋼板（ＳＰＣＣ、ＳＰＨＣ等）が好適である。これ以外に、表面粗さの密な板材、メッキ面やセラミックコーティング面を有した板材でも可能である。
【００２６】
ボアストッパ部３及びボルト孔用ストッパ部７は、金属基板に対する金属粉末のショットコーティングによって形成されており、金属粉末としてはアルミニウム材から成るものを用いてある。ショットコーティングによる厚みは、１０μｍの薄いものから５００μｍの厚いものまでの範囲内で自由に選択設定することができる。
【００２７】
アルミ粉末を高速噴射して金属基板２に皮膜を形成することでストッパ部３，７とするものであるから、ストッパ部３，７の幅、厚み、場所等が噴射条件の調節により、自由自在に設定して選べる利点がある。ボアストッパ部３に関しては、従来の手段（図６〜図９参照）に比べて、加工が容易であり、しかも低コストで済む利点がある。
【００２８】
シリンダブロックとシリンダヘッドとの間には、これらの剛性によってボルト締付け時に大小の隙間が発生するため、予めシリンダヘッドガスケット１におけるストッパ部３，７に厚みの変化を設けておけば、締付け時におけるシリンダブロックやシリンダヘッドの変形を小さくすることができる。
【００２９】
ゴム材によるコーティング層４は、図３に示すように、金属基板２の表裏の両面、及びボアストッパ部３の外表面に形成されており、図示しないが、ボルト孔用ストッパ部７の外表面にも形成されている。尚、図３に仮想線で示すように、ボア孔２ａの端面を覆う縦壁状のコーティング層４’が形成されていても良い。
【００３０】
ここで、ショットコーティングについて説明する。ショットコーティングとは、衝撃皮膜形成の意であり、アルミニウムのような軟質金属粉末を基材（本発明では金属基板２）の表面に高速噴射した場合、初期に基材表面にエロ−ジョンが生じるものの、その後基材表面に数ミクロンの厚みの軟質金属皮膜が形成される。金属粉末をノズルより圧縮空気を用いて基材に向け高速噴射させると、金属粉末の有する運動エネルギーが瞬間に熱に変換されて大きな塑性変形を伴い、金属皮膜が形成されるのである。
【００３１】
金属粉末がアルミニウム粉末である場合には、粉末の平均粒子径は約４５μｍで、純度は９９．７％以上のアトマイズ粉末である。この場合のテスト条件は、次のようである。ショットコーティングを施すセラミック基材として、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4：密度３．３Ｍｇ／ｍ3 ）の二種類のプレーン基板を用いた。ショットコーティングは、誘導吸引式のブラスト装置を用いて、アルミニウム粉末を常温で高速噴射することにより実施した。コーティング条件は、ノズル先端から基材までの距離を１０ｍｍ、噴射空気圧は１ＭＰａとした。
【００３２】
アルミニウム粉末によるショットコーティングでは、緻密な皮膜が数ミクロンの厚みで、窒化ケイ素基板上に成膜されることが知見されている。さらに、アルミニウム皮膜の内部及び窒化ケイ素基材との界面について詳細に観察すると、皮膜の内部に高速噴射されたアルミニウム粉末の形状は判別できないこと、皮膜と素材との界面に未接合部や剥離は認められないことが分かった。このように、セラミック基材に対してのショットコーティングの技術を、本発明においては金属基板に応用したものであり、それによって前述したように、種々の効果が得らるものである。
【００３３】
貫通孔Ｈとしては、ボア孔２ａやボルト孔２ｂの他、ベルト挿通用孔２ｃや冷却水用孔やオイル用孔２ｄでも良く、これらの周辺部に金属粉末をショットコーティングして成るストッパ部を形成する構造も可能である。
【００３４】
ストッパ部３の厚みは、イオンプレーティング、スパッタリング等の手段による場合では、０．１〜１０μｍの範囲でコーティングが可能であり、溶射による手段の場合では、０．１〜１．０ｍｍのコーティングが可能である。これに対して、金属粉末のショットコーティングによる手段（本発明による手段）では、ストッパ部３の厚みを１０〜５００μｍ（０．０１〜０．５ｍｍ）の範囲という、前記二者の中間の値の厚みが作成可能となる利点がある。
【００３５】
そして、シリンダヘッドガスケット１において、図４に示す自由状態のときに、金属基板２のビード部５の盛上がり高さを、ストッパ部３の厚みｊよりも大としてあることにより、次のような作用効果がある。即ち、図５に示すように、シリンダヘッド２１とシリンダブロック２２との間において締付けられた状態では、ストッパ部３が文字通りにストッパーとなり、ビード部５が完全な平板状とならない形状、即ち、その復元力を保有した状態に維持される。これにより、ビード部５は、その盛上がり厚さからストッパ部３の厚みを引いた値、即ち締め代ｈで圧縮され、シリンダヘッド２１とシリンダブロック２２とは、ストッパ部３とビード部５とが、より強くシリンダヘッド１に対して押圧接触され、良好なシール性能を得る。
【００３６】
加えて、シリンダボアＨにおける爆発燃焼による圧力Ｐが作用すると、シリンダヘッド２１の変形、或いは締付ボルトが伸びる等により、シリンダヘッド２１が、即ちその底面２１ａがシリンダブロック２に対して、瞬間的に１０μｍ（０．０１ｍｍ）程度浮上がるようになる（図５の仮想線参照）が、ビード部５の前記締め代ｈの存在によって弾性復元力が十分あり、その浮き上がったシリンダヘッド２１の底面２１ａにビード部５が追従し、良好なシール機能を維持できるようになる。
【００３７】
ビード部５との寸法関係の一例として、ストッパ部３の厚みを０．０１〜０．５ｍｍ、ビード部５の締め代ｈを０．１〜０．６ｍｍ（好ましくは０．２〜０．３ｍｍ）とすれば、シリンダヘッド２１をシリンダブロック２に締付固定した状態（図５の状態）で、爆発発力Ｐによってシリンダヘッド２１が０．０１ｍｍ浮き上がったとしても、締め代は０．０９〜０．５９ｍｍ（好ましくは０．１９〜０．２９ｍｍ）存在している。従って、シリンダヘッド２１が浮き上がることがあっても、ビード部５による良好なシール機能は維持される。
【実施例２】
【００３８】
実施例２によるシリンダヘッドガスケットは、図６、図７に示すように、ボア孔２ａの周辺部に配備される環状のストッパ部３の厚さを、その周方向において、必要に応じて変化させたものである。具体的には、ストッパ部３の厚さを、シリンダブロック２２にシリンダヘッド２１を締付けてガスケット１と共に組付けるためのボルト２３が挿通されるボルト孔２ｂ付近では薄く（ｄ１）、隣合うボルト孔２ｂ間においては厚く（ｄ２）なるように、なだらかに変化させてある。
【００３９】
つまり、シリンダヘッド２１をシリンダブロックク２２に組付けるべくボルト２３を締込むと、シリンダヘッド２１におけるボルト２３の挿通部分は強く圧迫されるが、ボルト２３から離れるに従って、その圧迫力は弱くなるので、締め付け後においては、図７に示すように、シリンダヘッド２１は波状に撓んで変形する。それによって、シリンダヘッド２１とシリンダブロック２２との上下隙間も同様に変化するから、その変形を見越して、シリンダヘッドガスケット１の、即ち、ストッパ部３の厚みを予め変化させてある。
【００４０】
その結果、ストッパ部３を（シリンダヘッドガスケット１を）、その周方向のどの部位においても、ほぼ均一に圧縮することができ、隣合うボルト２３の中間部の気密性が劣るということなく、より均一で良好なシール性を得ることが可能となる。尚、図７においては、シリンダヘッド２１等の変形を、図面理解上、実際よりも誇張して描いてある。
【００４１】
尚、上述の効果を出す手段として、ストッパ部３の厚さは一定のままで、その幅寸法（径方向幅）を、ボルト孔２ｂ付近では狭く、かつ、隣合うボルト孔２ｂの間では広くするように変化させても良い。また、この幅変化と前述の厚さ変化との双方を採る手段でも良い。さらに、ストッパ部３の存在により、ボルト２３による締め付け時には、シリンダヘッド２１が、ボア孔２ａに近づくほどシリンダブロック２２との間隙が広がるように変形することを見越して、ストッパ部３の厚さを内周側ほど（ボア孔２ａ側ほど）厚くなるように変化させても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】シリンダヘッドガスケットの平面図（実施例１）
【図２】図１のａ−ａ線断面図
【図３】ボアストッパ部付近の拡大断面図
【図４】ストッパ部とビード部との寸法関係を示す部分断面図
【図５】締付固定されたときのビード部の状態を示す部分断面図
【図６】ボア孔で分断したシリンダヘッドガスケットの斜視図（実施例２）
【図７】図６における矢視Ｙを示す図
【図８】従来のボアストッパ部の構造を示す断面図
【図９】従来のボアストッパ部の構造を示す断面図
【図１０】従来のボアストッパ部の構造を示す断面図
【図１１】従来のボアストッパ部の構造を示す断面図
【符号の説明】
【００４３】
１          シリンダヘッドガスケット
２          金属基板
２ａ        ボア孔
２ｂ        ボルト孔
３，７      ストッパ部
４          コーティング層
５          ビード部
Ｈ          貫通孔
【図１】
2005180660.tif 000003
【図２】
2005180660.tif 000004
【図３】
2005180660.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005180660.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005180660.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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