(57)【要約】【課題】  ３層以上の積層式メタルガスケットにおいて、各層メタルプレートの山形ビード部分の高さを最適ばね定数に設定することによって山形ビード部分のヘタリを改善し、耐疲労亀裂を向上させ、シール機能を向上させること。【解決手段】  積層式メタルガスケットは、上層メタルプレート、中間層メタルプレート、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける中間層メタルプレートおよび下層のメタルプレートの山形ビード部分が、互いに対向して配置される。中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも小さくなるように設定される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットを形成し、各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分を設けかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分を設け、該ユニットにおける中間層および下層メタルプレートの山形ビード部分を互いに対向させて配置し、中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分高さよりも小さくなるように設定した、積層式メタルガスケット。
【請求項２】
上層、中間層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットを形成し、各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分を設けかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分を設け、該ユニットにおける前記両中間層メタルプレートの各山形ビード部分を互いに対向させて配置し、両中間層メタルプレートの各山形ビード部分の高さが前記上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも小さくなるように設定した、積層式メタルガスケット。
【請求項３】
前記中間層メタルプレートの前記山形ビード部分の高さを前記上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さに対して５０−９０％の範囲に設定した、請求項１または２に記載の積層式メタルガスケット。
【請求項４】
上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットを形成し、各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分を設けかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分を設け、該ユニットにおける中間層および下層メタルプレートの山形ビード部分を互いに対向させて配置し、各層メタルプレートの山形ビード部分の高さがそれぞれ異なるように設定した、積層式メタルガスケット。
【請求項５】
各層メタルプレートの山形ビード部分の高さを、上層、下層、中間層の順で小さくなるように設定した、請求項１に記載の積層式メタルガスケット。
【請求項６】
各層メタルプレートの山形ビード部分の高さを、下層、上層、中間層の順で小さくなるように設定した、請求項１に記載の積層式メタルガスケット。
【請求項７】
上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットを形成し、各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分を設けかつシリンダ端面側に傾斜ビード部分を設け、該ユニットにおける中間層および下層メタルプレートの山形ビード部分を互いに対向させて配置し、前記中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さを前記上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも大きくなるように設定した、積層式メタルガスケット。
【請求項８】
前記上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さを前記中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さに対して７０−９０％の範囲に設定した、請求項７に記載の積層式メタルガスケット。
【請求項９】
前記山形ビード部分を設けられた各メタルプレートはそれぞれ見かけ上の山形ビード部分の高さが同一となるように平押し加工される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の積層式メタルガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として内燃機関用シリンダヘッドに利用される積層式メタルガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
積層式メタルガスケットは、主として内燃機関用シリンダヘッドに利用される。説明の便宜上、図６および図７を参照して、従来の積層式メタルガスケット１を説明する。図６は、通常の積層式メタルガスケット１の平面図である。図７は、図６のＣ−Ｃ線から見た部分横断面図であって、従来の積層式メタルガスケット１を示す。
【０００３】
図６、７に示すように、従来の積層式メタルガスケット１は複数枚（図示例では３枚）のメタルプレート１１、１２、１３を積層した構成になっている。上層、中間層、下層メタルプレート１１、１２、１３は、シリンダヘッド（図示せず）のシリンダボア側Ｂに山形ビード部分１１１、１２１、１３１が設けられ、上下層メタルプレート１１、１３のシリンダ端面側Ｅに傾斜ビード部分１１２、１３２が設けられている。図７に示すように、下層メタルプレート１３の山形ビード部分１３１は中間層メタルプレート１２の山形ビード部分１２１に互いに対向されて配置される。各層の山形ビード部分１１１、１２１、１３１の高さおよび幅は同じであり、各層メタルプレート１１、１２、１３のばね定数も同じである。
【０００４】
中間層メタルプレート１２の作用点１２１ａ、１２１ｃは上層メタルプレート１１に接触し、作用点１２１ｂは下層メタルプレート１３にそれぞれ接触する。これらの作用点１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃは、シリンダヘッド面およびシリンダブロック面に片側の作用点が接触する上下層ガスケット１１、１３に比べて、上下側メタルプレートの各作用点にすべて接触することになる。そのために、各作用点１２１ａ、１２１ｂ、１２１ｃの幅が著しく狭くなり、高面圧が発生する。その結果、中間層メタルプレート１２に発生する応力が上下層メタルプレート１１、１３に発生する応力よりも高くなる。このために中間層メタルプレート１２の作用点１２１ａ付近に疲労亀裂がしばしば発生する。
【０００５】
また、疲労亀裂を防止するために、山形ビード部分の高さを小さくするか、山形ビード部分の幅を広くするかなどの応力低減措置を採ると、上層、中間層、下層の山形ビード部分も同一形状の場合は、シール機能が著しく低下し、ガス漏れを発生する。さらに、高応力発生による中間層メタルプレート１２の山形ビード部分１２１のヘタリが上下層メタルプレート１１、１３の山形のビード部分１１１、１３１のヘタリよりも２０−３０％大きくなるので、シール機能も大きく低下する。
【０００６】
特許文献１は、積層メタルガスケットのビード部のシール性、耐久性を向上させるために、複数の基板間に補償板を設け、基板の厚さと補償板の厚さの和をボア孔周縁部、ビード部、外側部の順に段階的に小さくする構成を開示している。しかし、ビード部の高さはすべて同一であるので、上述した疲労亀裂の問題が残る。
【０００７】
特許文献２は、合成樹脂製フランジに好適なメタルガスケットを提案している。このメタルガスケットは、２枚の弾性金属板のハーフビードを相反する方向に向くように積層結合した構成になっている。しかし、各ハーフビードは同一高さであるので、上述した疲労亀裂の問題が残る。
【特許文献１】特開平１０−２２０５８２号公報
【特許文献２】特開２０００−２４０７９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、３層以上の積層式メタルガスケットにおいて、各層メタルプレートの山形ビード部分の高さを最適ばね定数に設定することによって山形ビード部分のヘタリを改善し、耐疲労亀裂を向上させ、シール機能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける中間層および下層のメタルプレートの各山形ビード部分が、互いに対向して配置される。中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分高さよりも小さくなるように設定される。
【００１０】
本発明の第２の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける両中間層メタルプレートの各山形ビード部分が互いに対向して配置される。中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも小さくなるように設定される。
【００１１】
上記第１および第２の観点において、中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さに対して５０−９０％の範囲に設定されることが好ましい。
【００１２】
本発明の第３の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける中間層および下層のメタルプレートの山形ビード部分が互いに対向して配置される。中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さよりも大きくなるように設定される。
【００１３】
上記第３の観点において、上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さが中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さに対して７０−９０％の範囲に設定されることが好ましい。
本発明の第４の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける中間層および下層メタルプレートの山形ビード部分が互いに対向して配置される。各層メタルプレートの山形ビード部分の高さがそれぞれ異なるように設定される。
【００１４】
上記第４の観点において、各層メタルプレートの山形ビード部分の高さが、上層、下層、中間層の順で小さくなるように設定されることが好ましい。各層メタルプレートの山形ビード部分の高さが、下層、上層、中間層の順で小さくなるように設定されてもよい。
【００１５】
上記各観点において、山形ビード部分を設けられた各メタルプレートは、それぞれ見かけ上の山形ビード部分の高さが同一となるように平押し加工されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
従来の積層式メタルガスケットの欠点は、中間層メタルプレートの山形ビード部に高い応力が発生するので、その分山形ビード部分にヘタリおよび疲労亀裂を生じていた。しかし、本発明では、中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さを上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも小さく設定することによって、その分山形ビード部分のヘタリおよび疲労亀裂を減少させている。中間層メタルプレートを２枚設けることによって、中間層メタルプレートのばね定数の低下を補償することもできる。
【００１７】
また、各層メタルプレートの山形ビード部分が最適ばね定数になるように各層個別に設定することもできる。その結果、各層の山形ビード部分の高さが異なることになるが、シール機能および耐疲労亀裂を向上させることができる。
【００１８】
一方、実機運転時に中間層メタルプレートの山形ビード部分のヘタリは大きくなるが、疲労亀裂限界に余裕がある場合には、逆に中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さを上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも大きく設定することによって、中間層メタルプレート山形ビード部分のヘタリ後の高さを上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さと同等になるようにして、シール機能を向上させることもできる。
【００１９】
各メタルプレートに形成された山形ビード部分の見かけ上の高さを平押し加工により同一にすることによって、実機エンジンに締め付ける際のビード圧縮量が平均化され、さらに中間層メタルプレートへの発生応力を低減することができるため、疲労強度改善効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
図１−４を参照して、本発明にもとづく積層式メタルガスケット２の実施例について説明する。
【００２１】
図１は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット２の第１実施例を示す。第１実施例においては、積層式メタルガスケット２は、上層メタルプレート２１、中間層メタルプレート２２、下層メタルプレート２３からなるユニットが形成される。各メタルプレート２１、２２、２３のシリンダボア側Ｂに山形ビード部分２１１、２２１、２３１が設けられかつ上下層メタルプレート１１、１３のシリンダ端面側Ｅに傾斜ビード部分２１２、２３２が設けられる。ユニットにおける中間層メタルプレート２２および下層のメタルプレート２３の山形ビード部分２２１および２３１が、互いに対向して配置される。中間層メタルプレート２２の山形ビード部分２２１の高さＨ２が上下間層メタルプレート２１、２３の山形ビード部分２１１、２３１の高さＨ１よりも小さく（Ｈ２＜Ｈ１）なるように設定される。
【００２２】
本実施例では、中間層メタルプレート２２の山形ビード部分２２１の高さＨ２が上下層メタルプレート２１、２２の山形ビード部分２１１、２３１の高さＨ１に対して５０−９０％の範囲（Ｈ２＝Ｈ１×（５０−９０％））に設定されることが好ましい。５０％未満では、上下層メタルプレート２１、２２の負担が大きくなり、発生応力が大きくなる。９０％を超えると、従来のものと同様に効果が見られない。このようにして、中間層メタルプレート２２の山形ビード部分２２１の高さを上下層メタルプレート２１、２３の山形ビード部分２１１、２３１の高さよりも小さく設定することによって、その分山形ビード部分のヘタリおよび疲労亀裂を減少させることができる。
【００２３】
図２は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット２の第２実施例を示す。第２実施例は第１実施例とほぼ同じ構成であるが、２枚の中間層メタルプレート２２ａ、２２ｂを設けている点が相違している。中間層メタルプレート２２ａ、２２ｂの山形ビード部分２２１ａ、２２１ｂが互いに対向して配置される。中間層メタルプレートを２枚設けることによって、中間層メタルプレートのばね定数の低下を補償することができる。
【００２４】
図３は、第１および第２実施例を一部変更した第３実施例を示す。第３実施例においては、各層メタルプレート２１、２２（２２ａ、２２ｂ）、２３の各山形ビード部分２１１、２２１（２２１ａ、２２１ｂ）、２３１の高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３がそれぞれ異なるように設定される。例えば、各山形ビード部分の高さＨ１、Ｈ２、Ｈ３が、上層、下層、中間層の順で小さくなる（Ｈ１＞Ｈ３＞Ｈ２）ように設定されるか、逆に下層、上層、中間層の順で小さくなる（Ｈ３＞Ｈ１＞Ｈ２）ように設定されてもよい。第３実施例によれば、各層の山形ビード部分の高さが異なることになるが、各層メタルプレートの山形ビード部分が最適ばね定数になるように各層個別に設定することができる。
【００２５】
図４は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット２の第４実施例を示す。第４実施例は、第１実施例とは下記の点で相違している。その相違点は、中間層メタルプレート２２のシリンダ端面側Ｅに傾斜ビード部分２２２が設けられていること、上下層メタルプレート２１、２３の山形ビード部分２１１、２３１の高さＨ１、Ｈ１が中間層メタルプレート２２の山形ビード部分２２１の高さＨ２に対して７０−９０％の範囲（Ｈ１＝Ｈ２×（７０−９０％））に設定さていることである。第４実施例のその他の構成は、第１実施例の構成と同じである。７０％未満では中間層山形ビード部分２２１のヘタリが大きすぎることになり、また、９０％を超えると、下記に述べる効果がない。
【００２６】
第４実施例によれば、実機運転時に中間層メタルプレート２２の山形ビード部分２２１のヘタリは大きくなるが、疲労亀裂限界に余裕がある場合には、逆に中間層メタルプレート２２の山形ビード部分２２１の高さＨ２を上下層メタルプレート２１、２３の山形ビード部分２２１、２３１の高さＨ１よりも大きく（Ｈ２＞Ｈ１）設定することによって、中間層メタルプレート山形ビード部分のヘタリ後の高さを上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さと同等になるようにして、シール機能を向上させることもできる。中間層メタルプレート２２に傾斜ビード部分２２２を設けることによって、山形ビード部分２２１のヘタリを多少補償している。
【００２７】
図５は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット２の第４実施例を示す。上述の各実施例で説明したような異なった高さの山形ビード部分を有するメタルプレートは、実機エンジンに締め付ける際のビード圧縮量が不均一になる。このため、ビード圧縮量の大きい箇所の山形ビード部分はビード圧縮量の小さい箇所の山形ビード部分に比較して耐疲労亀裂が低下し、シール機能を低減させる可能性を潜在的に有することになる。このようなビード圧縮量が不均一性を解消するため、本実施例では、より高い山形ビード部分（２１１、２２１、２２１ａ、２２１ｂ、２３１）を有するメタルプレート（２１、２２、２２ａ、２２ｂ、２３）を平押し加工し、各メタルプレートの見かけ上の山形ビード部分の高さＨｈを、少なくとも最も低い山形ビード部分の高さＨＬと同一になるように形成される。これにより、実機エンジンに締め付ける際のビード圧縮量が平均化され、さらに中間層メタルプレートへの発生応力を低減することができるため、疲労強度改善効果を高めることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明の積層式メタルガスケットは、内燃機関用シリンダヘッドのみならず、高圧流体を処理する機器（例えば、流体ポンプ等）にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図５のＣ−Ｃ線から見た部分横断面図であって、本発明にもとづく積層式メタルガスケットの第１実施例を示す。
【図２】図１と同様な部分横断面図であって、本発明にもとづく積層式メタルガスケットの第２実施例を示す。
【図３】図１と同様な部分横断面図であって、本発明にもとづく積層式メタルガスケットの第３実施例を示す。
【図４】図１と同様な部分横断面図であって、本発明にもとづく積層式メタルガスケットの第４実施例を示す。
【図５】図１と同様であるが拡大された部分横断面図であって、本発明にもとづく積層式メタルガスケットの第５実施例を示す。
【図６】通常の積層式メタルガスケットの平面図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ線から見た部分横断面図であって、従来の積層式メタルガスケットを示す。
【符号の説明】
【００３０】
２：積層式メタルガスケット            ２１：上層メタルプレート
２２：中間層メタルプレート            ２３：下層メタルプレート
２１１、２２１、２３１：山形ビード部分
２１２、２２２、２３２：傾斜ビード部分
【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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