(57)【要約】【課題】高耐圧、高シール性が要求されるシリンダヘッドガスケットを、基本的には強度に優れる金属製で、かつ、ボア部にシム部材が積層配備された構造を踏襲しながら、シム部材とシリンダヘッドとの滑りを良くして、不測のボア変形を抑制し、不都合なくシール性を高められる高性能なシリンダヘッドガスケットを提供する。【解決手段】シリンダボアに対応した円孔が形成された金属材から成るガスケット本体と、前記円孔の周辺部のガスケット本体に積層配置される環状シム部材とを有して成るシリンダヘッドガスケットにおいて、シム部材が、コイルバネ部と、前記コイルバネ部におけるコイル部分をコイルの伸縮方向に互いに連結する糸状体とから成る構造用三次元織物により構成されている。【選択図】図３
2005090701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダボアに対応した円孔が形成された金属材から成るガスケット本体と、前記円孔の周辺部のガスケット本体に積層配置される環状シム部材とを有して成るシリンダヘッドガスケットであって、
前記シム部材が、構造用三次元織物により構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、
前記構造用三次元織物が弾性材から構成されているシリンダヘッドガスケット。
【請求項３】
請求項２において、
前記構造用三次元織物は、コイルバネ部と、前記コイルバネ部におけるコイル部分をコイルの伸縮方向に互いに連結する糸状体とから構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、
前記ガスケット本体における前記シム部材の囲りに、前記ガスケット本体の屈曲によって前記シム部材の外表面を越える高さに隆起された環状の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５】
請求項１〜４のいずれかにおいて、
前記ガスケット本体は、鋼板製芯金の片面又は両面に、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層が形成された複合基材から成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、シリンダヘッドガスケットに係り、詳しくは、シリンダボアに対応した円孔が形成された金属材から成るガスケット本体と、円孔の周辺部のガスケット本体に積層配置される環状シム部材とを有して成るシリンダヘッドガスケットに関する。
【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ガスケット本体と、このガスケット本体におけるシリンダボアの円孔の周辺部に積層配置される環状のシム部材と、を有した構造のものがある。
【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シリンダボア部分に環状のシム部材を設けて、そのボア部分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、それらの要求に答えられるようにしたものである。つまり、高度のシール性を要するシリンダボア部分の締圧を高めて、シリンダヘッドガスケットの封塞性能を向上させることが可能となる利点がある。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。
【０００４】
前記従来技術によるエンジンガスケットでは、シム部材の存在により、シリンダヘッドをシリンダブロックにボルトによって締付けた場合、シム部材が設けられたシリンダヘッドガスケットのシリンダボア部分の厚みが厚いために、シリンダヘッド及びシリンダブロックにおけるこれら両者が互いに対面する側の表面形状に追従変形できないようになり、シリンダヘッドにおける燃焼室の周囲部分における面圧分布が不均一になり易い。それによってシリンダボアの変形が所期以上に大きくなり、ピストンの摩擦抵抗が大きくなって、エンジンオイルの消費量が多くなるとか、所期通りの出力が得られないといった不都合がある。
【０００５】
つまり、シリンダヘッドをボルトによってシリンダブロックに締付けると、シム部材部分のガスケットが厚いために、シリンダヘッドは、ボルト締付部分がよりシリンダブロックに近付くように変形し、それによって燃焼室部分の外縁部がシリンダボアの外径側に引張られるようになるが、鋳物材で成るシリンダブロックとシム部材との摩擦係数が高く、滑りが良くない状況にあると、シム部材とシリンダヘッドとは互いに滑り移動できない。故に、ボルト締めによる所期した状態にシリンダヘッドが変形できず、結果として、ボア変形が不均一になる。
【０００６】
そこで、前述の特許文献１において開示されたものでは、シム部材を可撓性のある耐熱環状シールから構成することにより、前述した追従変形が行われてシリンダボアの変形が大きくならないようにされている。この場合のシム部材は、セラミック系粒子に熱硬化性樹脂（バインダー）を配合した耐熱性無機接着剤から構成されている。
【０００７】
しかしながら、セラミック系粒子は真球形状ではないとともに、大小様々な粒径から成る粒子を燒結させたものであったが、その燒結状態では表面粗さが粗いので、使用するには、研削加工を行って表面粗さを改善させる処理が必要であった。加えて、大小様々な粒径から成る粒子であるが故に、高面圧の作用する粒子は、容易に転位できず、シリンダヘッドと全面当りにならないという問題もあり、シム部材としては、更なる改善の余地が残されている。
【特許文献１】特開２０００−１４５９６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、高耐圧、高シール性が要求されるシリンダヘッドガスケットを、基本的には強度に優れる金属製で、かつ、ボア部にシム部材が積層配備された構造を踏襲しながら、シム部材とシリンダヘッドとの滑りを良くして、不測のボア変形を抑制し、不都合なくシール性を高められる高性能なシリンダヘッドガスケットを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の構成は、シリンダボアに対応した円孔が形成された金属材から成るガスケット本体と、前記円孔の周辺部のガスケット本体に積層配置される環状シム部材とを有して成るシリンダヘッドガスケットにおいて、前記シム部材が、構造用三次元織物により構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のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記構造用三次元織物が弾性材から構成されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３の構成は、請求項２のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記構造用三次元織物は、コイルバネ部と、前記コイルバネ部におけるコイル部分をコイルの伸縮方向に互いに連結する糸状体とから構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のいずれかのシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ガスケット本体における前記シム部材の囲りに、前記ガスケット本体の屈曲によって前記シム部材の外表面を越える高さに隆起された環状のビード部が形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５の構成は、請求項１〜４のいずれかのシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ガスケット本体は、鋼板製芯金の片面又は両面に、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層が形成された複合基材から成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１のシリンダヘッドガスケットにおいては、構造用三次元織物からシム部材を構成してあるので、シム部材は、シリンダヘッド形状に容易に追従変形できるものとなる。従って、機能的には、シリンダヘッドとシム部材とは滑りの良い状態で接触することと同じになり、シリンダヘッドガスケットを挟んだ状態で、シリンダヘッドをシリンダブロックに組付けるべく締上げると、シリンダヘッドの変形にシム部材が追従変形するので、押圧接触状態においてもシリンダヘッドは容易に相対移動でき、シム部材の存在でボア周辺部が部分的に厚いガスケットの介装によるシリンダヘッドの変形が所期通りに行われるようになる。
【００１５】
その結果、シム部材は、シリンダヘッドとシリンダブロックの接触する側の外面形状に追従変形できることから、シリンダヘッドにおける燃焼室の周囲部分における面圧分布が不均一になることが回避され、均一なものとなり、ピストンの摩擦抵抗が小さくなって、エンジンオイルの消費量が減少するとともに、所期通りの出力が得られるようになる、という効果を得ることができる。また、シリンダヘッドが所期通りに変形することから、その変形によるシリンダヘッドの強度改善効果も得される利点もある。
【００１６】
請求項２のシリンダヘッドガスケットにおいては、構造用三次元織物が弾性材から構成されているので、前述したシム部材の追従変形がより行われ易い状態になり（見かけ上、シリンダヘッドとの滑りがさらに改善されることになり）、請求項１の構成による前記効果が強化される利点がある。
【００１７】
請求項３のシリンダヘッドガスケットにおいては、構造用三次元織物は、コイルバネ部と、コイルバネ部におけるコイル部分をコイルの伸縮方向に互いに連結する糸状体とから構成してあるので、コイルの伸縮方向への弾性変形は容易でありながら、コイル伸縮方向に交差する方向には糸状体によって必要以上には動き過ぎないようになるとともに、同方向での復元力が作用する。その結果、シム部材は、良好な追従変形性を備えながらも、圧縮された場合の崩れ過ぎが生ぜず、より良好にシール機能を発揮できるシリンダヘッドガスケットが可能になる。
【００１８】
請求項４のシリンダヘッドガスケットにおいては、請求項１〜３の構成によるいずれかの前記効果を奏するとともに、シム部材の外表面を越える高い高さのビード部を設けてあるから、より確実にシール性向上効果を得ることができるとともに、ガスケット本体の屈曲によって隆起したビード部を形成してあるので、ビード部を形成するための材料追加が無く、廉価にシール性向上効果が得られる利点がある。
【００１９】
請求項５のシリンダヘッドガスケットにおいては、請求項１〜４の構成によるいずれかの前記効果を奏するとともに、詳しくは、実施例において述べるが、耐摩耗性や低摩擦性等に優れるダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層を、芯金の外表面に形成されたガスケット本体を用いているので、シリンダヘッドとシム部材とは滑りの良い状態で接触することになり、ガスケット本体とシリンダブロックやシリンダヘッドとの滑りも良くなって、請求項１の構成による前記効果がより強化される利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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】
【００２１】
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の部分平面図が、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。即ち、このシリンダヘッドガスケット１は、シリンダボアに対応した円孔２ａが形成されたステンレス（金属材の一例）から成るガスケット本体２と、円孔２ａの周辺部のガスケット本体２に積層配置される環状のシム部材３とから構成されている。
【００２２】
ガスケット本体２は、ステンレス製の芯金４と、これの表裏の両面に形成されたダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層５とから成る複合基材に構成されている。そして、ガスケット本体２におけるシム部材３の囲りには、ガスケット本体２の屈曲による隆起部であって、ガスケット本体２の厚みよりも突出した環状のビード部６が形成されている。ビード部６は、ガスケット本体２からシム部材３の積層側方向に突出しており、その突出高さはシム部材３の外表面を越える状態に設定されている。
【００２３】
ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層５は、図３に示すように、母材である芯金４に直に積層されるクロム中間層５Ａと、このクロム中間層５Ａに積層されるＷ−Ｃ傾斜合金化層５Ｂと、最も外側に積層されるＷ含有のダイヤモンド状硬質炭素膜５Ｃとで成る三層構造に構成されている。尚、図１、図２に示すシリンダヘッドガスケット１において、９はボア口（シリンダボア）、１０は冷却水路用孔、１１はボルト孔である。
【００２４】
ここで、膜層５の主要材質であるダイヤモンド状硬質炭素膜について説明する。ダイヤモンド状硬質炭素膜（ＤＬＣ膜：ダイヤモンド・ライク・カーボン膜）は、耐久性があり、表面が滑らかなうえに下地材料への付着性が優れている。膜質は、緻密性に富んでおり、グラファイトや高分子カーボンのような構造の材料では透過できる溶液でも、緻密なＤＬＣ膜を浸透、通過することはできない。ＤＬＣはアモルファスであるため、ダイヤモンドの結晶構造のような長範囲規制性を有していない。硬度の点からダイヤモンドやサファイヤのような超硬材料のグループに分類されている。可視光線や赤外線を通し、電気抵抗が高く、低摩擦性や耐摩耗性に優れ、化学的に不活性である。
【００２５】
そして、室温でＤＬＣの成膜が可能であるという利点がある。その成膜方法としては、スパッタリングとプラズマＣＶＤ法とを合体させ、傾斜的にＤＬＣ膜を生成するＭｅ−ＤＬＣ（メタルＤＬＣ：チタンやクロムをＤＬＣに混合させる）を成膜するプラズマブースタースパッタリング法（ＰＢＳ法）等がある。
【００２６】
シム部材３は、図３、図４（ａ）に示すように、弾性材から成る構造用三次元織物７により構成されている。詳述すると、構造用三次元織物７は、コイルバネ部７Ａと、このコイルバネ部７Ａにおけるコイル部分７ａをコイルの伸縮方向に互いに連結する糸状体７Ｂとから構成されている。つまり、コイルバネと縦糸とを用いた構造によるシム部材３である。尚、図３は、構造理解がし易いよう、一単位のコイルバネ部７Ａとして構造用三次元織物７を描いてあるが、実際は、極めて多数のコイルバネ部７Ａの集合によって形成されており、図３のように肉眼で構造が見えるものではない。
【００２７】
この構造用三次元織物７は、航空宇宙用（航空機、ロケット等）の極軽量材料としても有望なものであり、シム部材３の構造としては、前述の構造の他、糸状体７Ｂを省略してコイルバネ（コイルバネ部７Ａ）のみ用いた構造［図４（ａ）参照］、図４（ｂ）に示すように、板バネ７Ｃと、互いに隣合う複数の板バネ７Ｃを連結する横糸状体（コイル状横糸状体）７Ｄとを用いた構造、そして、横糸状体７Ｄを省略して板バネ７Ｃのみ用いた構造［図４（ｂ）参照］等が可能である。
【００２８】
このように、シム部材３を、弾性材から成る構造用三次元織物７により構成したので、構造用三次元織物７はバネとして機能し、シム部材３の全面がシリンダヘッドに当接する全面当りとなり、低面圧としながら良好にシールすることが可能になる。そして、シム部材３を有したシリンダヘッドガスケット１を介装するが故に、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間のガスケット挟持間隔が、シリンダボアに向って大きくなること（いわゆる口開き）にも、シム部材３が良好に追従変形でき、シール性が一層向上される利点がある。また、そのシム部材３の変形が容易であることから、シリンダヘッドとの滑り性も良いものとなる。
【００２９】
しかして、追従変形が容易な（低摩擦性に優れる）弾性材から成る構造用三次元織物７によってシム部材３が形成されているので、シリンダヘッドとシム部材３とは滑りの良い状態で接触することになる。従って、シリンダヘッドガスケット１を挟んだ状態で、シリンダヘッドをシリンダブロックに組付けるべくボルト操作で締上げると、押圧接触状態においてもシリンダヘッドとシム部材３とが容易に相対滑り移動できる状態であることから、シム部材３によってボア周辺部が部分的に厚いガスケットによるシリンダヘッドの変形が所期通りに行われるようになる。
【００３０】
その結果、シム部材は、シリンダヘッドとシリンダブロックの接触する側の外面形状に追従変形できることとなり、シリンダヘッドにおける燃焼室の周囲部分における面圧分布が不均一になることが回避され、均一なものとなり、ピストンの摩擦抵抗が小さくなって、エンジンオイルの消費量が減少するとともに、所期通りの出力が得られるようになる、という効果を得ることができる。また、シリンダヘッドが所期通りに変形することから、その変形によるシリンダヘッドの強度改善効果が得られる利点もある。
【００３１】
加えて、ガスケット本体２には、耐摩擦性及び低摩擦性に優れるダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層５が形成されているので、ビード部６及びガスケット本体２においても、シリンダブロック並びにシリンダヘッドとの滑り性が良く、ボルト操作しての締付けによる追従変形がより円滑に行われるようになり、その点からもシリンダボア周辺部分の面圧の均一化が促進される、という好ましい利点がある。そして、シリンダヘッドとシム部材３との接触部は、シリンダへッドと構造用三次元織物７とが接するので、ステンレス等の金属製母材に直に接するものと比べた場合には、シール性が改善される効果もある。
【００３２】
シム部材３を、コイルバネ構造とすれば、オイルリング機能（油掻き）や油供給効果が可能となり、シリンダブロックのボアに臨む面を鏡面化して低μ状態とすることが可能である。即ち、1)軽量化、2)低μ化、3)耐摩耗性向上、4)シリンダボア変形への優れた追従性、5)オイル掻き落し、油供給効果を発揮できる、6)熱膨張によるボア周辺部分のシリンダブロックの歪を許容できる、という種々の利点が得られる。従って、構造用三次元織物７は、シリンダヘッドガスケット１のシム部材３のみならず、航空機や宇宙開発用としての素材に利用できる可能性がある。
【００３３】
尚、図２や図３に示される膜層５は、ダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜のみで成る単層構造のものや、そのダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜がＭｅ−ＤＬＣ膜上に積層された２層構造のものでも良い。ダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜は絶縁性を有しているので、金属性の芯金４の表裏の両面に、ダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜を形成すれば、芯金４を、シリンダボア内外での電気信号や電力の伝達部材として用いることが可能になる。例えば、シリンダボア部位に設けられたヒータや放電電極と、シリンダブロック外部に装備された電源とを、芯金４とアースとで導通させたり、燃焼室内における火炎伝播状況を直接検出すべく、シリンダボア内の電気的情報を電気信号に変換してシリンダブロック外に導出させるための一方の導通部材として芯金４を利用するのである。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】シリンダヘッドガスケットの部分平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】シム部材の拡大断面図である。
【図４】シム部材の別構造を示し、（ａ）はコイルバネによるものを、（ｂ）は板バネによるものを夫々用いた構造の拡大斜視図である。
【符号の説明】
【００３５】
１          シリンダヘッドガスケット
２          ガスケット本体
２ａ        円孔
３          シム部材
４          芯金
５          ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層
６          ビード部
７          構造用三次元織物
７Ａ        コイルバネ部
７Ｂ        糸状体
７ａ        コイル部分
【図１】
2005090701.tif 000003
【図２】
2005090701.tif 000004
【図３】
2005090701.tif 000005
【図４】
2005090701.tif 000006