(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に挿入されてシールを行うメタルガスケットに用いられるビード板であって、無負荷の状態において、少なくともビードの一部において、当該ビードの片側又は両側の側方に位置するすそ部が、当該ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有しており、当該ビード部の凹部及び、前記ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有している部分の凹部に、コーティング材が他の部分よりも厚くコーティングされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板。
【請求項２】
請求項１に記載のメタルガスケット用ビード板であって、無負荷の状態において、前記ビード部の凹部及び、前記ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有している部分の凹部にコーティングされているコーティング材は、ビード及びその近傍に塗布されるコーティング材を、その平均厚さが、10μｍ以上であるように塗布することにより形成されたものであることを特徴とするメタルガスケット用ビード板。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のメタルガスケット用ビード板であって、無負荷の状態において、前記ビード部の凹部及び、前記ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有している部分の凹部にコーティングされているコーティング材の粘度が、塗布時において30000cＰ以下であることを特徴とするメタルガスケット用ビード板。
【請求項４】
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用ビード板を有してなるメタルガスケット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に挿入されてシールを行うメタルガスケットに用いられるビード板、及びそのビード板を使用したメタルガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車用エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック間をシールするために用いられるシール手段として、メタルガスケットが一般的に用いられている。これらメタルガスケットは、シール部を構成するビードを有するビード板１枚のみを用いた単層構造のもの、又はこのビード板と、他の副板（折り返し板、調整板等）とを組み合わせて多層構造としたもの等、種々のものが実用化されている。
【０００３】
これらメタルガスケット用のビード板の代表的なものを図４に示す。メタルガスケットのビード板１１には、シリンダ孔（ボア孔）１２がエンジンのシリンダの数だけ設けられており、それを取り囲むようにシール部を形成するビード１３が設けられている。そして、メタルガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロック間に固定するためのボルト孔１６が複数設けられている。
【０００４】
なお、実際のビード板には、他に潤滑油や冷却水の通り道となる孔があけられており、それらをシールするためのビードが設けられて複雑な形状をしているが、図４においては図示を省略している。
【０００５】
ビード１３は、平板状のビード板１１をプレス加工して台形又は略半円形の断面を有するようにした部分であり、ビード板１１のみで形成されたメタルガスケット、又はビード板１１と他の副板（折り返し板、調整板等）を重ね合わせて形成されたメタルガスケットが、シリンダヘッドとシリンダブロック間に挟まってボルトで締め付けられたとき、ビード１３の凸部がその圧力を受け、その部分で頂部側の面の部材との間がシールされ、ビード１３の両底端部（すそ部）で他の面の部材との間がシールされる。
【０００６】
このような、ビード１３によるシールをより確実にするために、ビード１３とその両側の所定の範囲にコーティング材を塗布することが一般的に行われている。
【０００７】
また、メタルガスケットが、シリンダヘッドとシリンダブロック間に挟まってボルトで締め付けられたとき、ビード１３に過剰な力が加わってビードがへたり、シール性が失われることを避けるため、ビードとは別にストッパ部材を設け、ビード１３の変形量を制限することが行われている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにビードとは別にストッパを形成する方法は、それだけ工程が複雑になりコストがかかるという問題点を有する。また、エンジンの小型化等に伴い、ボア孔端からビードまでの距離が小さくなる場合、ビードとは別にストッパを設けることが困難となる。
【０００９】
このような問題点を解消する方法として、ビードの凹部（すなわち、凸部を形成するビードの裏側）に硬質の樹脂や金属粉末を塗布し、これによりストッパの役割を負わせる方法が提案されている。しかしながら、この方法においては、硬質の樹脂や金属粉末部分ではシール性が劣ることになるため、この部分に別途シール材を塗布しなければならないという問題があった。
【００１０】
また、前述のようにストッパをビードと別に設けるにせよ、このようにビード部に硬質の樹脂や金属粉末を塗布してストッパの役割をもたせるにせよ、ビード頂部とビードの両すそ部が相手面に強く当たって面圧が高くなるという状況はさほど変わらない。この高面圧により高いシール性が得られるのであるが、その反面、ビードがへたり易い、相手面に圧痕を生じる、ゴム系のシール材を用いた場合には、へたりやフロー又は圧壊等を起こすという問題点がある。
【００１１】
このような問題点を発生させない方法として、ビード部においてシール材そのものの厚さを、他の平坦部の厚さより厚くすることによって、シール材にストッパとしての役割を持たせる方法が、特開平９−６８２８１号公報に開示されている。
【００１２】
しかしながら、この方法を実施しようとした場合、ビードの凹部（特開平９−６８２８１号公報にはビード頂部の裏面と記載されている）には、シール材を溜め易いのでこの部分のシール材の厚さを厚くすることは容易であるが、ビードの横側のすそ部分（特開平９−６８２８１号公報にはビード基部の反対側表面と記載されている）は平坦であるため、シール材が流れてしまい、厚さが狙ったより薄くなってしまって、所望の厚さを得るためには２度塗り等を行わなければならないという問題点があった。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、確実にシール材にストッパとしての役割を負わせることができるメタルガスケット用ビード板、及びこのビード板を使用したメタルガスケットを提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間に挿入されてシールを行うメタルガスケットに用いられるビード板であって、無負荷の状態において、少なくともビードの一部において、当該ビードの片側又は両側の側方に位置する部分が、当該ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有しており、当該ビード部の凹部及び、前記ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有している部分の凹部に、コーティング材が他の部分よりも厚くコーティングされていることを特徴とするメタルガスケット用ビード板（請求項１）である。
【００１５】
本手段が、前記特開平９−６８２８１号公報に記載されるビード板と異なる点は、少なくともビードの一部において、当該ビードの片側又は両側の側方に位置するすそ部が、当該ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有していることである。すなわち、特開平９−６８２８１号公報に記載されるビード板は、通常のビード板のように、ビード部が凸部を形成しており、その両側がフラットになっていたのに対し、本手段においては、ビード部の少なくとも一方のすそ部が、ビードと反対方向に凸となっている。
【００１６】
このようにすると、ビードの側方のすそ部にも、凸部となっている反対面に凹部が形成されることとなり、その凹部にコーティング材（シール材）を溜めることができる。よって、ビードのすそ部においてシール材が流れてその厚さを厚くできないという特開平９−６８２８１号公報に記載されるビード板が有する問題点が解消され、ビード部及びそのすそ部において、コーティング材を確実にストッパとしての役割を果たす程度に厚く塗布することが可能となる。
【００１７】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、無負荷の状態において、前記ビード部の凹部及び、前記ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有している部分の凹部にコーティングされているコーティング材は、ビード及びその近傍に塗布されるコーティング材を、その平均厚さが10μｍ以上であるように塗布することにより形成されたものであることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００１８】
これらの部分にコーティングされるコーティング材を塗布するとき、平均厚さが10μｍ以上であるようにして塗布すると、コーティング材が各凹部に溜まりやすくなり、目的とする部分のコーティング材厚さを厚くすることが容易となる。平均厚さが10μｍより薄いと、コーティング材が各凹部に溜まりにくくなり、コーティング材の厚さを目的通りに厚くできなくなることがある。
【００１９】
特に、平均厚さが20〜40μｍであるようにして塗布すると、各凹部に形成されるコーティング材の厚さを、確実にストッパとしての役割を果たすのに丁度良い厚さとすることができるので、より好ましい。
【００２０】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、無負荷の状態において、前記ビード部の凹部及び、前記ビードの方向と逆方向に凸となる形状を有している部分の凹部にコーティングされているコーティング材の粘度が、塗布時において30000ｃＰ以下であることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２１】
コーティング材の粘度を塗布時において30000cＰ以下とすると、コーティング材が流れやすくなり、凹部に溜まって、目的とする凹部での塗膜厚さを、自然に厚くすることが可能となる。30000cＰを超えるとコーティング材の流動性が悪くなり、凹部に溜まりにくくなって、凹部での塗膜厚さを十分に厚くすることができない場合がある。
【００２２】
コーティング材の粘度が、塗布時において10000〜20000cＰであるようにすると、流れて凹部に溜まるコーティング材の厚さが、ストッパとしての役割を果たすのに適当な厚さとなるので特に好ましい。
【００２５】
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るメタルガスケット用ビード板を有してなるメタルガスケット（請求項４）である。
【００２６】
本手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかであるメタルガスケット用ビード板単独で構成されるもの、または、このビード板と他の補助板を組み合わせて形成されるものである。いずれの場合も、前記第１の手段から第４の手段が有する作用効果を、それぞれ発揮することができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。本発明においてもビード板の基本構成は、図４に示した従来の構成と変わるところはないので、図４を参照し、そのＡ−Ａ断面（ビード部）の形状を図１に示す。
【００２８】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態であるビード板の、図４のＡ−Ａ断面に対応する部分の無負荷時の状態及び圧縮時の状態を詳細に示した図である。ビード板１１の図の左側端面はボア孔１２となっており、ビード板１１の表裏面にはコーティング材１４が塗布されている。このビード板１１のビード１３は上に凸な形状をしているが、図でその左側側面のすそ部には凹部（図で上側に凹な部分）１５が形成されている。そして、コーティング材１４の厚さは、ビード１３の裏側である凹部、及び前記凹部１５の部分において、それぞれ他の部分より厚い厚肉部１４ａ、１４ｂを形成している。
【００２９】
図１（ａ）の圧縮時の図に示すように、ビード板１１がシリンダヘッド１７とシリンダブロック１８間に挟まれて締め付けられたとき、ビード１３が押し潰されて変形するが、所定量変形すると厚肉部１４ａ、１４ｂがストッパとなり、それ以上の変形が無くなる。すなわち、コーティング材１４はある程度の弾性変形、塑性変形は起こすが、ビード１３を変形させるときの抵抗力に比して、コーティング材１４を弾性変形、塑性変形させるときの抵抗力が大きくなるので、コーティング材の圧縮量は小さくなり、ストッパとしての役割を果たす。
【００３０】
図１（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態であるビード板の、図４のＡ−Ａ断面に対応する部分（ビード部）を詳細に示した（ａ）と同様の図である。ビード板１１の図の左側端面はボア孔１２となっており、ビード板１１の表裏面にはコーティング材１４が塗布されている。このビード板１１のビード１３は上に凸な形状をしているが、その両側側面のすそ部には凹部（図で上側に凹な部分）１５が形成されている。そして、コーティング材１４の厚さは、ビード１３の裏側である凹部、及び前記凹部１５の部分において、それぞれ他の部分より厚い厚肉部１４ａ、１４ｂ、１４ｃを形成している。
【００３１】
図１（ｂ）の圧縮時の図に示すように、ビード板１１がシリンダヘッド１７とシリンダブロック間１８に挟まれて締め付けられたとき、ビード１３が押し潰されて変形するが、所定量変形すると厚肉部１４ａ、１４ｂ、１４ｃがストッパとなり、それ以上の変形が無くなる。
【００３２】
本実施の形態は、第１の実施の形態に比して、ビード１３の両側のすそ部に凹部が形成されおり、厚肉部１４ｃがある点が異なっている。その分、ストッパ機能とシール性は前記第１の実施の形態に比してより良いものとなる。
【００３３】
図１（ｃ）に、比較例として特開平９−６８２８１号公報に記載されるビード板におけるＡ−Ａ断面の詳細図を示す。この比較例においては、ビード１３の両側のすそ部に凹部が形成されていないため、ビード１３の裏側の凹部にはコーティング材の厚肉部１４ａが形成されるものの、ビード１３の両側のすそ部には、コーティング材の厚肉部が狙い通りの厚さに形成されないので、本発明の実施の形態に比して、コーティング材のストッパ機能とシール機能が劣る。
【００３４】
図１（ｃ）の圧縮時の図に示すように、ビード板１１がシリンダヘッド１７とシリンダブロック１８間に挟まれて締め付けられたとき、ビード１３が押し潰されて変形するが、所定量変形したときストッパの役割をするのは厚肉部１４ａのみであり、ビード１３のすそ部のコーティング材との間に隙間ができるので、ビード部１３がより大きく押しつぶされやすくなり、本発明に比べへたりを生じ易い。
【００３５】
なお、図１（ａ）、（ｂ）の圧縮時の図面においては、厚肉のコーティング部１４ａ、１４ｂ、１４ｃの部分が全面的に相手面と当たっているように描いてあるが、必ずしも全面的に相手面に当たる必要が無く、ストッパとしての役割が果たせる程度に当たれば十分である。
【００３６】
すなわち、特開平９−６８２８１号公報に記載されるビード板においては、厚肉部１４ａのみが形成されている場合が多く、場合によっては厚肉部１４ｂ、１４ｃに相当する部分が形成されることもあるが、その厚さは狙い通りにすることが難しい。これに対し、本発明の実施の形態においては、厚肉部１４ｂ、又は厚肉部１４ｂと１４ｃが確実に形成されるので、これらが１４ａと同様にストッパの役割を果たし、効果が大きくなると共に、ビード部すそ部の受圧面積が増えて、コーティングのへたりが少なくなって、コーティング材のストッパ機能とシール機能が共に優れたものが得られる。
【００３７】
図２に、図１（ａ）に示したビード部の形成方法の例を示す。まず、ビード板１１を、凸部２１ａを有する上型２１と凹部２２ａを有する下型２２の間に挟んでプレスすることにより、ビードを形成する（ａ）。
【００３８】
次にビードが形成されたビード板１１の均しを行う。これは（ｂ）に示すように、ビードが形成されたビード板１１を上型２３と下型２４の間に挟んでプレスすることにより行うが、このとき、ビード板のボア孔に相当する部分を下型２４の凸部２４ａの側面に押し当て、プレスを行う。この結果、（ｃ）に示すように、ビード１３のボア孔１２側に凹部（ビード１３を凸とした場合）１５が形成されたビード板１１が形成される。この際、ボア孔側に凹部１５が形成されるのは、プレスの際に横に広がろうとするボア孔部分を、凸部２４ａの側面で拘束しているので、横に広がることができないためである。
【００３９】
このような状態で、ビード１３及びその両側にわたってコーティング材１４を塗布する。すると、コーティング材１４が斜面に沿って流れ、ビード１３の凹部に溜まって、（ｄ）に示すように、この部分に厚肉部１４ａが形成される。
【００４０】
コーティング材が乾燥したら、ビード板１１を裏返し、裏返した上面について、ビード１３及びその両側にわたってコーティング材１４を塗布する。すると、コーティング材１４が斜面に沿って流れ、凹部１５内に溜まって、（ｅ）に示すように、この部分に厚肉部１４ｂが形成される。この状態でコーティング材が乾燥すれば、図１（ａ）に示したような構造を持つビード部が形成される。
【００４１】
図３に、図１（ｂ）に示したビード部の形成方法の例を示す。まず、ビード板１１を、凸部２１ａを有する上型２１と凹部２２ａを有する下型２２の間に挟んでプレスすることにより、ビードを形成する（ａ）。
【００４２】
次にビードが形成されたビード板１１の均しを行う。これは（ｂ）に示すように、ビードが形成されたビード板１１を上型２３と下型２４の間に挟んでプレスすることにより行うが、このとき、ビード板のボア孔に相当する部分を下型２４の凸部２４ａの側面に押し当て、ビードに対してボア孔と反対側になる部分が下型２４の凸部２４ｂに当たるようにしてプレスを行う。この結果、（ｃ）に示すように、ビード１３の両側に凹部（ビード１３を凸とした場合）１５が形成されたビード板１１が形成される。この際、下型２４において凸部の無いボア孔側にも凹部１５が形成されるのは、プレスの際に横に広がろうとするボア孔部分を、凸部２４ａの側面で拘束しているので、横に広がることができないためである。
【００４３】
このような状態で、ビード１３及びその両側にわたってコーティング材１４を塗布する。すると、コーティング材１４が斜面に沿って流れ、ビード１３の凹部に溜まって、（ｄ）に示すように、この部分に厚肉部１４ａが形成される。
【００４４】
コーティング材が乾燥したら、ビード板１１を裏返し、裏返した上面について、ビード１３及びその両側にわたってコーティング材１４を塗布する。すると、コーティング材１４が斜面に沿って流れ、凹部１５内に溜まって、（ｅ）に示すように、この部分に厚肉部１４ｂ、１４ｃが形成される。この状態でコーティング材が乾燥すれば、図１（ｂ）に示したような構造を持つビード部が形成される。
【００４５】
本発明に使用するコーティング剤としては、公知のゴム系材料や樹脂系材料、例えばエポキシ樹脂、フェノール樹脂等を使用することができる。しかし、樹脂系材料としては、本出願人が先に出願した樹脂組成物（特願２００２−４７９５４）を用いると、本発明において特に優れた特性を発揮できて好ましい。そのような材料の一つは、ガラス転移温度が150℃以下の熱可塑性高分子化合物と熱硬化性樹脂の合計100重量部に対して、５０〜250重量部の固体潤滑効果を有する充填剤を添加したものである。
【００４６】
このコーティング剤では、ガラス転移温度が150℃以下の熱可塑性高分子化合物によってシール性を確保すると共に、熱硬化性樹脂によって耐熱性を確保する。熱硬化樹脂に熱可塑性高分子化合物を添加することで摩擦係数は高くなり滑り性が低下するが、これらに固体潤滑効果を有する充填剤を加えることにより、摩擦係数を低下させ、良好な滑り性を確保している。この充填剤は、摩擦係数を低下させるだけでなく、シール性を更に向上させる効果をも有することがある。しかし、充填剤量が５０〜250部の範囲を外れると、かえってシール性を阻害する場合があるため、このコーティング剤においては、充填剤の比率をこの間の範囲に限定している。
【００４７】
同様、本発明に用いるコーティング剤としては、少なくとも１種のガラス転移温度が150℃以下の樹脂と、少なくとも１種のガラス転移温度又は溶融温度が150℃を超える樹脂を含む複数種の樹脂の混合物100重量部に対して、５０〜250重量部の固体潤滑効果を有する充填剤を添加したものも好ましい。
【００４８】
このコーティング剤では、少なくとも１種のガラス転移温度が150℃以下の樹脂と、少なくとも１種のガラス転移温度又は溶融温度が150℃を超える樹脂を含む複数種の樹脂の混合物を用いることにより、シール性はガラス転移温度が150℃以下の樹脂で確保し、耐熱性はガラス転移温度又は溶融温度が150℃を超える樹脂で確保するようにして、シール性と耐熱性が共に目的とする範囲に入るようにすることができる。
【００４９】
さらに、前記２種類のコーティング剤において、充填剤を構成する物質が、黒鉛、二硫化モリブデンのような六方晶形の結晶構造を持つ固体、若しくは三酸化モリブデン、酸化亜鉛のような空気中における摩擦係数が0.6以下の固体の単独種、又はこれらの複数種の組み合わせからなるようにすることが好ましい。
【００５０】
加えて、前記メタルガスケット用コーティング剤の充填剤に、さらにカーボン、タルク、クレーのうち１種又は２種以上を追加すれば、コーティング剤の耐熱性を高めることができるので好ましい。
【００５１】
これらの樹脂組成物は、従来のゴム系コート材より滑り性に優れ、また圧壊やフローを生じることが少なく、かつ、シール性は従来の樹脂系コーティング材より優れたものであるため、本発明のようにコートを溜める構造にすると、高いシール性と優れたストッパ機能を長期にわたって安定して保持することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、確実にシール材にストッパとしての役割を負わせることができるメタルガスケット用ビード板、及びこのビード板を使用したメタルガスケットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１及び第２の実施の形態であるビード板の、ビード部を詳細に示した図である。
【図２】図１（ａ）に示したビード部の形成方法の例を示す図である。
【図３】図１（ｂ）に示したビード部の形成方法の例を示す図である。
【図４】代表的なメタルガスケット用のビード板の概要を示す図である。
【符号の説明】
１１…ビード板、１２…ボア孔、１３…ビード、１４…コーティング材、１４ａ、１４ｂ、１４ｃ…厚肉部、１５…凹部、２１…上型、２１ａ…凸部、２２…下型、２２ａ…凹部、２３…上型、２４…下型、２４ａ…凸部、２４ｂ…凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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