(57)【要約】【課題】  ストッパを設けなくても、へたりの少ないメタルガスケットを提供する。【解決手段】  断面形状が台形をしたビードを有するビード板からなるメタルガスケットであって、当該メタルガスケットの厚さをｔとするとき、前記台形の頂部の幅Ｗと、前記台形の側面をなす部分の長さＬが、２．０×ｔ≦Ｗ≦６．０、１．５×ｔ≦Ｌ≦３．０×ｔの範囲にあることを特徴とするメタルガスケット。【選択図】  図１
2007024066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面形状が台形をしたビードを有するビード板からなるメタルガスケットであって、当該メタルガスケットの厚さをｔとするとき、前記台形の頂部の幅Ｗと、前記台形の側面をなす部分の長さＬが、
２．０×ｔ≦Ｗ≦６．０×ｔ
１．５×ｔ≦Ｌ≦３．０×ｔ
の範囲にあることを特徴とするメタルガスケット。
【請求項２】
断面形状が開いたＭ字形をしたビードを有するビード板からなるメタルガスケットであって、当該メタルガスケットの厚さをｔとするとき、前記Ｍ字形の頂部間の幅Ｗと、前記Ｍ字型の斜めの立ち上がり部分をなす部分の長さＬが、
２．０×ｔ≦Ｗ≦６．０×ｔ
１．５×ｔ≦Ｌ≦３．０×ｔ
の範囲にあり、かつ、前記Ｍ字型の中央部の底部側の部分がビード部の底部よりも頂部側にあることを特徴とするメタルガスケット
【請求項３】
断面形状が台形又は開いたＭ字型をしたビードを有するビード板からなるメタルガスケットであって、前記台形又は開いたＭ字型の形状は、前記メタルガスケットが使用時に締め付けられた状態で、開いたＭ字型となり、その後、締め付け力が解放された場合に、中央部が底部よりも頂部側にある開いたＭ字型の形状を保持するような形状とされていることを特徴とするメタルガスケット。
【請求項４】
前記ビード部の両面にコーティングが施されていることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のメタルガスケット。
【請求項５】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のメタルガスケットに用いられるビード板と他の副板とを組み合わせて構成されるメタルガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に自動車用エンジンのシリンダヘッドに用いるのに好適なメタルガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリンダヘッドガスケットのボア周りなどに用いられるメタルガスケットは、金属板にビードを形成したものであるが、ビードは、締付け荷重や繰り返しの振動を受けるとへたりを生じてしまうため、通常はストッパを設け、一定以上の変形が起こらないようにしている。このストッパとしては、折返しやシム、硬質の樹脂コートなどがある。
【０００３】
一方、特開昭６１−２５５２５３号公報（特許文献１）には、金属板に断面コ字形の高剛性の突条を設け、これをストッパとするものも提案されている。又、その発展形として、特開２００１−２８９３２３号公報（特許文献２）には、凸状の中央部を凸状と反対側に突出させ、断面Ｍ字状にすることで、上２箇所と下１箇所の３点で相手面と接し、高いシール性を得るメタルガスケットが開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２５５２５３号公報
【特許文献２】特開２００１−２８９３２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このうち、折返しやシムをストッパとするものにおいては、厚さが一定のために面圧調整が難しく、エンジンの構造によっては部分的な面圧集中によりボア変形を生じてしまう場合がある。硬質樹脂コートでは、それらより面圧調整は行い易いものの、振動や熱負荷の激しい箇所ではコート自体のへたりや破壊が生じる恐れがあり、また別途シール用コーティングが必要となる場合が多く、コストがかかるという問題もある。
【０００６】
又、特許文献１に記載されるような方法では、弾性変形量が小さいため振幅の大きい振動には十分に追従できない場合がある。また、突条の上下の端部に荷重が極度に集中するため、この突条の端部がシリンダヘッドやシリンダブロックに圧痕をつけてしまう恐れや、その端部における応力集中により、長期間使用すると疲労破壊を生じる恐れもある。しかも、このコ字形部はビード部と別に設けることを前提としており、そのためのスペースが必要であって、特に小さいエンジン等ではレイアウトが難しく、ビード設計の自由度が制限される。又、特許文献２に記載される技術は、シール性を目的としたもので、ストッパを不要としたりへたりを低減することを目的としたものではない。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ストッパを設けなくても、へたりの少ないメタルガスケットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するための第１の手段は、断面形状が台形をしたビードを有するビード板からなるメタルガスケットであって、当該メタルガスケットの厚さをｔとするとき、前記台形の頂部の幅Ｗと、前記台形の側面をなす部分の長さＬが、
２．０×ｔ≦Ｗ≦６．０×ｔ
１．５×ｔ≦Ｌ≦３．０×ｔ
の範囲にあることを特徴とするメタルガスケットである。
【０００９】
ここで「断面形状が台形」であるというのは、ビード部において、ビード板の断面形状が斜めに立ち上がり、その後、ビード部以外の部分と平行な頂部を経た後、斜めに立ち下がるような形状のことである。又、台形の頂部の幅Ｗは、前記平行な頂部をその上面（凸部となっているビード部の凸部の表面）側で測定したものである。又、「台形の側面をなす部分の長さＬ」とは、台形の立ち上がり辺、立ち下がり辺の斜めになっている部分を、凸部となっているビード部の裏面側で測定したものである。これらの意味は、実施の形態の説明でより詳細に説明する。
【００１０】
前記課題を解決するための第２の手段は、断面形状が開いたＭ字形をしたビードを有するビード板からなるメタルガスケットであって、当該メタルガスケットの厚さをｔとするとき、前記Ｍ字型の頂部間の幅Ｗと、前記Ｍ字型の斜めの立ち上がり部分をなす部分の長さＬが、
２．０×ｔ≦Ｗ≦６．０×ｔ
１．５×ｔ≦Ｌ≦３．０×ｔ
の範囲にあり、かつ、前記Ｍ字型の中央部の底部側の部分がビード部の底部よりも頂部側にあることを特徴とするメタルガスケットである。
【００１１】
「開いたＭ字形」というのは、Ｍ字の縦棒の部分が垂直でなく、斜めに立ち上がっていることを意味する。Ｍ字型の頂部間の距離は、凸部となっているビード部の表面側で測定したものであり、Ｍ字型の斜めの立ち上がり部分をなす部分の長さＬは、凸部となっているビード部の裏面側で測定したものである。これらの意味は、実施の形態の説明でより詳細に説明する。
【００１２】
前記課題を解決するための第３の手段は、断面形状が台形又は開いたＭ字型をしたビードを有するビード板からなるメタルガスケットであって、前記台形又は開いたＭ字型の形状は、前記メタルガスケットが使用時に締め付けられた状態で、開いたＭ字型となり、その後、締め付け力が解放された場合に、中央部が底部よりも頂部側にある開いたＭ字型の形状を保持するような形状とされていることを特徴とするメタルガスケットである。
【００１３】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記ビード部の両面にコーティングが施されていることを特徴とするメタルガスケットである。
【００１４】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかのメタルガスケットに用いられるビード板と他の副板とを組み合わせて構成されるメタルガスケットである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ストッパを設けなくても、へたりの少ないメタルガスケットを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である１枚のビード板１からなるメタルガスケットのビードの形状の断面を示す図である。図１（ａ）は締め付け前の状態、（ｂ）は、締め付け時の状態（圧縮状態）を示すものである。締め付け前において、このビード部は図に示すように台形の断面形状をしており、その厚さがｔ、台形の頂部（フラットな部分）の幅（図の上面側で計ったもの）がＷ１、台形の側面をなす部分（斜めとなっている部分）の長さ（図の下面側で計ったもので、斜辺に沿った長さでなく、水平方向の長さ）がＬ１であるとする。
【００１７】
このようなビード板１を上部押圧部材（例えばシリンダヘッド）２と下部押圧部材（例えばシリンダブロック）３の間で押圧して両者の間をシールすると、図１（ｂ）に示すように、ビード部は開いたＭ字型に変形し、その頂部の凹んだ部分と上部押圧部材の間にはｈ２だけの隙間ができる。その底部と下部押圧部材３の間にはｈ１だけの隙間ができることもあるし、底部が下部押圧部材３に接することもある。
【００１８】
このような、ビード部を、上部押圧部材２と下部押圧部材３で押圧したときの、上部押圧部材２と下部押圧部材３との隙間と、押圧力の関係を調査した結果を、従来の単なる凸状（断面が半円形状）のビード部と比較して図２に示す。図２を見ると分かるように、比較例（従来のビード）では、低荷重のうちに大きく圧縮され、矢印で示す点（約４０ｋＮ）近くで剛体に近い状態となる。よって、これ以上の大きな締め付け力で締め付けると（矢印に示す点より狭くなるまで圧縮すると）、ビード高さがほとんどゼロとなって潰れてしまい、ボア部に荷重を集めることができない。又、わずかな変位でも荷重が大きく低下する。すなわちシール性が低下することになる。そのため、隙間が矢印で示す点近傍で止まるように、別途ストッパを設ける必要があった。
【００１９】
これに対し、本発明の実施の形態の場合には、１００ｋＮ程度までの締め付け時には良好な弾性を有している。よって、このような高い締め付け点（矢印で示す）近くでも相手面とのなじみ性（ひずみ吸収性）に優れ、その結果、面圧のばらつきが小さくなる。
【００２０】
又、復元時には高剛性となるので、ボア部の厚さ（荷重）が維持される。すなわちシール性が維持される。
【００２１】
Ｌ１＝ａ＊ｔ、Ｗ１＝ｂ＊ｔとして、ａとｂを表１（単位はmm）のように変化させ、上部押圧部材２と下部押圧部材３で押圧したときの、上部押圧部材２と下部押圧部材３との隙間と、押圧力の関係を調査した結果を図３に示す。
（表１）
【００２２】
【表１】
2007024066.tif 000003
【００２３】
図３を見ると分かるように、いずれの場合も、図２に示した実施の形態のカーブと同様のカーブが得られており、Ａ〜Ｄまでのビード部においては、高い荷重（矢印で示す）まで締め付け時の荷重変動が緩やかな領域が続いていることが分かる。それに対し、Ｅのビードは、従来の物に比べて改善されているものの、不十分である。これは、上記のｂの値が、本発明の範囲を外れているためである。又、図３から、Ｗ１とＬ１を適当に選定することにより、種々の隙間と締め付け荷重の関係が得られ、これらをコントロールすることにより、エンジンから要求される仕様に合わせたビード板を設計することができる。実際の締め付け力は、隙間と締め付け荷重の関係を示すカーブの勾配が急変する点、すなわち、矢印で示す点とすることが好ましい。
【００２４】
一般に、Ｌ１を狭くしすぎると、斜辺部の加工度が高くなりすぎ、かつ、型の加工誤差により亀裂の起点となる恐れがある。一方、広くしすぎると、締め付け荷重点（矢印で示す点）が下がっていき、従来ビードに近い状態となり、ガスシールに必要な荷重（面圧）が確保できない。
【００２５】
次に、板厚ｔが0.3mmのビード板についてＬ１を0.53mmと一定に保ち、Ｗ１を表２（単位はmm）に示すように変化させて、上部押圧部材２と下部押圧部材３で押圧したときの隙間と締め付け荷重の関係を調べた。その結果を図４に示す。
（表２）
【００２６】
【表２】
2007024066.tif 000004
【００２７】
図４を見ると分かるように、Ｇ〜Ｉについては、図２に示した実施の形態と同様のカーブが得られているが、Ｆについては、隙間と締め付け荷重の関係を示すカーブの勾配が急変する点、すなわち、矢印で示す点での荷重が高すぎ、この点を過ぎると剛体の状態に近くなることが分かる。これは、ｂの範囲が本発明の範囲を外れているためである。
【００２８】
このように、ｂの範囲としては、2.0〜6.0の範囲が適当である。2.0未満となると、上述のように締め付け荷重点が高くなり過ぎ、圧痕や亀裂が懸念されるため、また、頂部に良好な凹みができないため（Ｍ字型になりにくいため）、設計においては、エンジンとの関係を考慮して調整する。すなわち、ｂの範囲を適当に調整することにより、圧痕や亀裂の可能性を低く抑えつつ、適度な締め付け荷重点を設定できる。
【００２９】
次に、図５に示すような、断面形状が開いたＭ字形のものについて検討した。このビード形状は、図に示すように、Ｍ字の縦棒の部分が斜めになっており、頂部が凹んだような形状をしている。図に示すようにＭ字形の頂部間の幅をＷ１とし、Ｍ字型の斜めの立ち上がり部分をなす部分の長さをＬ１とする。このビード形状は、頂部が凹んだ結果垂れ下がった部分の底部が、ビードの底部より、ｈだけ頂部側になるようになっている。よって、ビード部を上部押圧部材２と下部押圧部材３で挟んで荷重をかけないとき、頂部が凹んだ結果垂れ下がった部分の底部は、下部押圧部材３に接触しない。
【００３０】
このような、断面形状開いたＭ字形のものと、図１に示すような台形のものとの特性の比較を行った。厚さ0.3mmのビード板について、共にＷ１＝1.31mm、Ｌ１＝0.46mmとし、上部押圧部材２と下部押圧部材３で押圧したときの隙間と締め付け荷重の関係を調べた(
なお、図５に示すｈは、0.05mmである）。その結果を図６に示す。図６を見ると分かるように、断面が開いたＭ字形のものは、断面が台形のものに比して、隙間が広いときに荷重が急激に大きく立ち上がり、圧縮が抑制される。すなわち、厚さ減少が抑制され、締め付け荷重において隙間が維持される。よって、断面が開いたＭ字形のものの方が、断面が台形のものに比して特性が優れていると言える。
【００３１】
なお、以上示したようなビード部の表裏面にコーティング材を施して使用すると、シール性がさらに向上して好ましい。又、このようなビード板を単独でメタルガスケットとして使用するのでなく、高さ調整用副板等の副板と組み合わせたメタルガスケットとするようにしてもよい。
【００３２】
以下、図１に示すようなビード形状の形成方法の例を説明する。図７に示すように、ビード板となる板材４を、雌型５と雄型６の間に挟んでプレス成型によりビード部を形成する。図における雌型の凹部の幅Ｗ２、凹部と平面部との曲部の半径Ｒ１、雄型の凸部の幅Ｗ３、雄型の平面部から凸部の突き出た平面部に至る曲部の半径Ｒ２を適当に決定することにより、図１に示すビード板１のビード部のＷ１、Ｌ１を決定することができる。このような雌型５と、雄型６の設計はＦＥＭ解析により行うことができる。
【００３３】
以下、図５に示すようなビード形状の形成方法の例を説明する。図８に示すように、ビード板となる板材４を、雌型７と雄型８の間に挟んでプレス成型によりビード部を形成する。図における雌型の凹部の幅Ｗ４、凹部と平面部との曲部の半径Ｒ３、凹部の中央部に設けられた凸部の幅Ｗ５、凹部からこの凸部に至る局部の半径Ｒ４、この凸部の高さｈ４、雄型の２つの凸部に跨る幅幅Ｗ６と２つの凸部の間隔Ｗ７、雄型の平面部から突き出た円形断面の半径Ｒ５を適当に決定することにより、図５に示すビード板１のビード部のＷ１、Ｌ１を決定することができる。このような雌型７と、雄型８の設計はＦＥＭ解析により行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の第１の実施の形態である１枚のビード板１からなるメタルガスケットのビードの形状の断面を示す図である。
【図２】本発明の実施例と比較例であるビード板を上部押圧部材と下部押圧部材で押圧したときの、上部押圧部材と下部押圧部材との隙間と、押圧力の関係を調査した結果を示す図である。
【図３】Ｗ１とＬ１を変化させ、上部押圧部材と下部押圧部材で押圧したときの、上部押圧部材と下部押圧部材との隙間と、押圧力の関係を調査した結果を示す図である。
【図４】Ｌ１を一定に保ち、Ｗ１を変化させて、上部押圧部材と下部押圧部材で押圧したときの隙間と締め付け荷重の関係を調べた結果を示す図である。
【図５】断面形状が開いたＭ字形のものを示す図である。
【図６】上部押圧部材と下部押圧部材で押圧したときの隙間と締め付け荷重の関係を、断面形状が台形のものと開いたＭ字型のもので比較して示した図である。
【図７】図１に示すようなビード形状の形成方法の例を示す図である。
【図８】図５に示すようなビード形状の形成方法の例を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…ビード板、２…上部押圧部材、３…下部押圧部材、４…板材、５…雌型、６…雄型、７…雌型、８…雄型
【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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