JP2007170642A - 金属ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】ボア間のクリアランスが厳しいエンジンにも適用可能な金属ガスケットを提供する。
【解決手段】各燃焼室孔２の周縁に沿って増厚部５が形成され、その外周を囲繞するように金属ビード６とゴムビードとからなる合成ビードが形成され、さらに外側に水孔４やボルト孔３が配置される。隣接する燃焼室孔２の間である孔境界部Ｘに、合成ビードを配することなく上記増厚部５だけを配置し、各増厚部５の周方向に沿った面圧が均等となるように、周方向に沿った増厚部５の高さに変化を形成する。隣接する燃焼室孔２の各ビード同士を連結させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関を構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの対向する接合面間に介挿され、且つボルト締結されることで当該接合面間をシールするのに有用な金属ガスケットに係り、ビードとして金属ビードと弾性シール材からなるゴムビードとの合成弾力でシールすることで基板の剛性が低い金属ガスケットに有用な技術である。

従来、複数の燃焼室孔が開口した金属ガスケットとしては、例えば特許文献１に記載のガスケットがある。この金属ガスケットは、ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板から基板を構成し、その基板に対し燃焼室孔、ボルト孔、オイル孔、水孔等の各種の孔を開口し、更に、シールが必要な孔の周囲をシールラインに沿って凸状のフルビードやステップ状のハーフビードからなる金属ビードで囲繞し更に、その金属ビードの上下両面に耐熱性と弾力性を有する弾性シール材を配置して、金属ビードと弾性シール材によるゴムビードとからなる合成ビードの合成弾力でシールしている。そして、合成弾性でシールすることで基板の剛性や締付けトルクの低減を図ることが出来る結果、エンジンの小型化やアルミ化に有効に対応することが出来る。

また、燃焼室孔の外周を囲繞するように、基板に板を積層して増厚する増厚部を配置する。その増厚部は、ボア内の高圧の燃焼ガスをシールすると共に当該増厚部より外側を囲繞するビードの過圧縮を制限する役目を有している。
そして、隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、当該隣接する燃焼室孔に共通した上記合成ビードを一本だけ設けると共に、上記孔境界部における燃焼室孔周縁に沿った増厚部の幅を隣接する燃焼室孔間のクリアランスに応じた幅としたものである。

これにより、エンジンの軽量小型化に伴う隣接する燃焼室孔間のクリアランスが厳しくなっても、目的とするシールを確保すると共に、従来よりも締付け軸力を低減しても、隣接して配置される各燃焼室孔周縁を十分にシール可能となる。
国際公開ＷＯ２００３／０８５２９４

しかし、近年、エンジンの進化は加速され、更なる小型軽量化、高性能化が進む結果、ボア間が更に狭く設計されて、上記のような金属ガスケットであっても対応出来なくなるおそれがある。例えばエンジンのボア間のガスケット製品幅が４ｍｍを切るような要求が有る場合、ボア間に上記増厚部と金属ビードとゴムビードとの合成ビードを配設することが出来ないおそれがあるが、この場合であっても、ボア間のシールをすることが要求される。
本発明は、このような点に着目してなされたもので、ボア間のクリアランスが厳しいエンジンにも適用可能な金属ガスケットを提供することを課題としている。

上記課題を解決するために、本願発明のうち請求項１に記載した発明は、複数の燃焼室孔が隣接して開口した金属板を基板とし、各燃焼室孔の周縁に沿って板厚が厚い増厚部が形成され、さらにその外周を囲繞するようにビードが形成され、そのビードは基板を屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードと共にバネ力を発生可能な弾性シール材からなるゴムビードとの合成ビードで構成され、さらに上記ビードよりも外側に水孔が配置される金属ガスケットであって、
少なくとも一箇所の隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、上記ビードを配することなく上記増厚部だけを配置し、各増厚部の周方向に沿った面圧が均等となるように、周方向に沿った増厚部の高さに変化を形成し、且つ、上記隣接する燃焼室孔の各ビード同士を連結させたことを特徴とするものです。

次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記孔境界部に位置する増厚部部分は、他の増厚部部分よりも幅が狭いことを特徴とするものである。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記増厚部は板を積層して構成され、上記孔境界部に位置する部分で積層される上記板と基板との間に、基板よりも板厚の薄いシム板を介挿したことを特徴とするものである。

次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記孔境界部に位置する基板に対し、当該基板を板厚方向に突出するように屈曲成形してなる突出部を少なくとも１条設けたことを特徴とするものである。
次に、請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した構成に対し、上記突出部裏側の凹部に、突出部の板厚方向への弾性変形によってバネ力を発生する弾性シール材を充填したことを特徴とするものである。

本発明によれば、エンジンの更なる軽量小型化で隣接する燃焼室孔間のクリアランスが厳しくなっても、確実に目的のシールが確保することができると共に、締付け軸力を低減しても、隣接して配置される各燃焼室孔周縁を十分にシール可能な金属ガスケットを提供することが可能となる。

次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る金属ガスケット１０を示す部分平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線での断面図つまり孔境界部Ｘにおける断面図である。図３は、図１のＢ−Ｂ線での部分断面図である。

（構成）
本実施形態の金属ガスケット１０は、多気筒を有する内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの対向する接合面間に介挿される金属ガスケットの例である。
その金属ガスケット１０の基板１の素材としては、例えばステンレス鋼板または軟鋼板、アルミニウム板等の金属薄板を適宜、採用可能であるが、ここでは、ビードとして後述のような合成ビードを採用する結果、剛性の低い軟鋼板を使用することができる。
その基板１の中央部には、図１に示すように、長手方向に沿って、複数個の燃焼室孔２が配列している。また、燃焼室孔２よりも基板１外周側には複数個の水孔４及びボルト孔３が開口している。

また、各燃焼室孔２の開口端部全周は、上方に折り返されて最も肉厚の厚い増厚部５が形成され、これにより、他の基板１部分との間に板厚差が設けられてビードに対するストッパとなる。各増厚部５は対応する燃焼室孔２の外縁全周を個別に囲繞している。
ここで、本実施形態のガスケット１０は、ボア間のクリアランスが厳しいエンジンに適用するガスケット１０であるため、燃焼室孔２間のクリアランスが大幅に狭くなっている。また、隣接する燃焼室孔２間の孔境界部Ｘにあっては、その中央位置の燃焼室孔２間のクリアランスが一番小さく厳しい。

そして、隣接する燃焼室孔２間の孔境界部Ｘの増厚部部分（境界増厚部８−１，８−２とも呼ぶ）は、他の増厚部部分５ａよりも幅が狭く加工されていて、図２のように、隣り合う２つの境界増厚部８−１，８−２の折り返し部８−１ａ、８−２ｂ同士が重なり合わないようなっている。なお、当該境界増厚部８−１，８−２は、孔境界部Ｘにおける中央位置での幅が極端に小さく設定されると共に上記孔境界部Ｘの端部側に向かうについて当該増厚部５の幅が広くなるように加工されている。なお、その孔境界部Ｘの端部で、増厚部５の幅をその他の部分よりも広くする（図１３の８−３，８−４のようにする。）ことで、上記孔境界部Ｘの中央位置の増厚部５の補償をする構成としても良い。すなわち、図１３のような構造を採用すると、孔境界部Ｘの幅が中央部で狭く面積の減少部を両端部で幅を広げ（８−３，８−４）で面圧の分散を図ることもできる。

また、各増厚部５の周方向に沿った厚さは、ボルト締付け時に周方向に沿った面圧が均等に近づくように、周方向に沿って抑揚がつくように変化している。
すなわち、ボルト孔３に近い位置の高さを相対的に低く、ボルト孔３から離れるにつれて相対的に高くなるように鍛造などで高さ調整を行う。また、孔境界部Ｘ位置については、相対的に高くして面圧を稼ぐことで、面圧の均一化を図る。
ここで、本実施形態では、基板１の材料として剛性が低い軟鋼が採用できる結果、増厚部５を形成するための折り返し加工が容易になると共に、増厚部５の高さ調整も容易であると共に材料硬度を低くすることで曲げＲ部の疲労破壊を抑えることが出来る。

さらに、増厚部５の近傍外側において、各燃焼室孔２の外周を囲繞するように、内周側シールラインＬ１が設定されると共に、上記水孔４及びボルト孔３の外側に外周側シールラインＬ２が設定されている。
上記燃焼室孔２の外周に配置された各内周側シールラインＬ１は、図１のように、水孔４やボルト孔３よりも内周側に配置されると共に、上記孔境界部Ｘ位置には配置されずに省略される代わりに、隣接する燃焼室孔２を囲繞する内周側シールラインＬ１同士を孔境界部Ｘ近傍で連結して、１本のシールラインとなっている。

そして、上記内周側シールラインＬ１に沿って、図３のように、基板１を板厚方向に屈曲成形して形成された凸状のフルビードからなる金属ビード６が形成されている。また、上記金属ビード６の凸部側の基板１表面に弾性シール材１１が固着すると共に、各凸部側の裏側に位置する凹部内にも同様の弾性シール材１２が充填されている。上記弾性シール材１１，１２は、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴムなどのゴム材料や樹脂材料など、耐熱性及び弾性を有する素材からなる。

上記フルビードの各凸部側に固着された弾性シール材１１は、金属ビード６の凸部表面の両側を覆うと共に若干凸部に連続する平坦部も覆うように設定されている。すなわち、本実施形態では、凸部側の弾性シール材１１の幅は、金属ビード６の幅よりも若干広めに設定されている。もっとも、金属ビード６の幅と同等の幅に設計しても良い。また、当該弾性シール材１１の高さは、金属ビード６の高さと略々と高さとされている。ここで、上述のように金属ビード６の凸部に連続する基板１平坦部にも、金属ビード６の高さ相当の弾性シール材１１を設けても良いが、弾性シール材１１からなるゴムビームの幅が金属ビード６の幅の１．５倍程度以下に収まるようにすることが好ましい。また、金属ビード６及び弾性シール材１１の高さは、増厚部５の厚さまで圧縮された時に、両面に設けられた弾性シール材１１の圧縮率が例えば４０％以内に収まるように設定されて、当該弾性シール材１１、１２が圧縮破壊することを防止する。

ここで、上記弾性シール材１１，１２からなるゴムビードの役割は、先ず、燃焼室孔２側からの高圧ガスが、増厚部５と対向する接合面部分にあるツールマークの微細な溝を通って漏れてくることがあっても、内周側シールラインＬ１位置にあっては、弾性シール材１１，１２の弾性変形によって溝が埋まっているので、高圧ガスの漏れを水孔４側に移動することを完全に遮断してシールすることができる。

また、内周側シールラインＬ１の反対側（外周側）から冷却水が侵入して来ても柔軟性の有るゴムビードがツールマークまでも完全に遮断してシールすることが出来る。ここで、凹部に充填されている弾性シール材１１，１２は冷却水に直接接触することが無いので変質することが無い。一方、凸部側の弾性シール材１１は、金属ビード６より冷却水孔４に近い部分の端面は冷却水に接触し、仮に指定した冷却水が使用されないことで当該冷却水と接触した部分が変質して、その部分の弾性シール材１１の性能が経時的に低下しても、金属ビード６より内側部分の弾性シール材１１部分は、金属ビード６の凸部によって分離されることで冷却水に直接接触することがないため、長期的に完全シールが保証出来る。

さらに、ゴムビード幅について、例えば狭い凹部側の弾性シール材１２の幅が２．５ｍｍ前後としても、凸側の幅は更に広く設計出来るため、鋳巣孔がビード幅を超えない限り、シールすることができる。また、搬送中に起こるシール面傷がビード幅を跨ぐように形成されていても、ゴムビードによって面シールすることでシール面疵を塞いで完全にシールすることが可能である。

また、本実施形態では、軟鋼からなる金属ビード６と軟質の弾性シール材１１，１２からなるゴムビードとの合成バネによるシールであるため、極端な高面圧は望めないがゴムビード幅を広くしたり、ゴムの硬度を上げたりすることで、ある程度調整が出来る。また、両接触面が軟質の弾性シール材１１，１２である為にガスケット係数も小さくできる結果、大きな荷重を必要とせず全体の締め付け荷重を低減、つまりボルトの締付け軸力を低減することができる。また、本実施形態では、上記合成ビードを孔境界部Ｘに配置しないので、その幅を極端に狭くする必要もない。

なお、外周側シールラインＬ２やボルト孔３の周りＬ３についても、図３のように、上記と同様な合成ビードが形成されている。また、各金属ビードはハーフビードであっても構わない。図４に、内周側シールラインＬ１に形成する金属ビード６をハーフビードで形成する場合を例示する。この場合であっても、巣孔などを弾性シール材１１，１２で確実に塞いで冷却水やガスを完全にシール出来る。
また、基板１の防錆対策として、基板１の端面や各孔の断面も含めてメッキ仕上げを施す方法や、冷却水に接触する部分全体や内周側シールラインＬ１より外側で腐食する心配のある部分に対し、極薄のゴム被膜を成型被覆しても良い。

（作用・効果）
エンジンの更なる小型軽量化で、隣接するボア間のクリアランスがさらに小さくて、隣接する燃焼室孔２間のクリアランスが小さくなったとしても、本実施形態では、孔境界部Ｘには、一対の幅が狭い増厚部５だけが配置されることで対応可能となる。また、増厚部５における周方向に沿った面圧が均等化するように増厚部５の高さに抑揚を付けることで、隣接する燃焼室孔２間のシールも確実に行われる。

また、増厚部５よりも外周側に水孔４が配置されているが、増厚部５と水孔４との間に、内周側シールラインＬ１に沿って、上述のような金属ビード６とゴムビードとからなる合成ビードを形成することで、上述のように、接合面に巣孔などがあっても確実に冷却水が増厚部５側に侵入することも、増厚部５を通過したガスが水孔４側に侵入することもない。

ここで、上記実施形態では、燃焼室側の端部を折り返すことで、基板１に板を積層して増厚部５を形成する場合を例示しているが、基板１に別の板を積層して溶接などで固定するなどによって増厚部５を形成しても良い。基板１の燃焼室孔２周りの厚さが厚くなるように鍛造で形成しても良い。
また、上記実施形態では、増厚部５を構成する折り返し部８−１ａ、８−２ｂの厚さについて周方向に沿って適切な抑揚を付けることで、周方向に沿った面圧の均一化を図って、少なくとも孔境界部Ｘにおける増厚部５の板厚を相対的に高くして、当該孔境界部Ｘでの面圧を稼いでいるが、これに限定されない。

例えば、図５のように、孔境界部Ｘについて、一対の増厚部８−１，８−２共通のシム板１３を基板１と折り返し部８−１ａ、８−２ｂの間に介挿する。なお、シム板１３の厚さは基板１の厚さより薄い。このように、シム板１３を介挿することで、面圧の弱いボア間の増厚部５を厚く出来る結果、ボア間の面圧が確保できる。なお、面圧が相対的に低くなる他のボルト孔３間にもシム板１３を介挿しても良い。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部分などについて同一の符号を付して説明する。
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、孔境界部Ｘでのシール構造が若干異なる。

（構成）
本実施形態では、図７のようにして、ボア間の面圧を稼ぐ構造のものである。すなわち、孔境界部Ｘに位置する基板１の中央部に対し、当該基板１を板厚方向に屈曲して形成されて上記折り返し部８−１ａ、８−２ｂ側（上側）に突出するフルビード状の突出部１４を設け、その突出部１４の裏側（下側）の凹部に耐熱性を有し且つ弾性を持った弾性シール材１５を充填したものである。

上記突出部１４は、隣接する燃焼室孔２周りの各内周側シールラインＬ１に沿って設けた金属ビード６の連結部に接続すると共に、孔境界部Ｘに沿って延びている。なお、突出部１４は、上記内周側シールラインＬ１の金属ビード６と接続していなくても良い。
また、突出部１４の一部が左右の各境界増厚部８−１，８−２と対向して折り返し部８−１ａ、８−２ｂを持ち上げる形となっている。

（作用効果）
上記突出部１４の裏側に充填した弾性シール材１５の弾性力によって、孔境界部Ｘの増厚部部分８−１，８−２の面圧が稼げる。また、突出部１４が板厚方向に弾性変形したときに、上記弾性シール材１５は、圧力に応じて突出部１４の延び方向に逃げることで、突出部１４の延在方向に沿った圧の均等化も行われる。すなわち、孔境界部Ｘにおける孔境界部Ｘの延在方向に沿った面圧が自然と均一化する方向に作用して、より燃焼室孔２周りの面圧の均一化に寄与することとなる。
なお、図７は中央部に弾性シール材１５入りの突出部１４を１条設け、一対の増厚部５に共通の突出部１４とした場合を例示しているが、これに限定されない。図８のように２条以上設けても良い。図８では、各増厚部５毎に突出部１４及び弾性シール材１５を個別に設けた場合の例である。

また、図９〜図１１のように、突出部１６を折り返し部８−１ａ、８−２ｂとは反対側（下方）に突出するように設けても良い。本実施形態のガスケット１０にあっては、シールラインに沿った設けるビードを金属ビード６とゴムビードとの合成ビードで構成することで、基板１の剛性を低く設定出来て、エンジンのアルミ化に対応できる。このように剛性の低い材料から基板１を構成した場合には、上記突出部１６自体のバネはさほど大きく発揮することはなく、ボルト締付け時の圧に比例して当該突出部１６が板厚方向に変形することで、自然に周方向に沿った面圧が均等化する方向に増厚部５の高さに自然抑揚が形成されて、孔境界部Ｘからのシール性が向上する。なお、上記突出部１６の裏側の凹部内に弾性シール材を充填しても良い。

なお、鍛造などで予め増厚部５の高さに抑揚をつける場合に比べて、面圧によって自然に抑揚がつくようにするほうが加工も容易であるし、より面圧の均等化も容易となる。
ここで、上記説明では、全ての隣接する燃焼室孔２間の孔境界部Ｘについて合成ビードの配置を省略する場合を例示しているが、各孔境界部Ｘの幅が異なって、例えば途中の孔境界部Ｘでの幅が広い場合には、その部分だけは増厚部５と共に合成ビードも配置しても良い。

また、孔境界部Ｘに形成する上記突出部１４は、折り返し部８−１ａ、８−２ｂよりも高さが低く且つ境界増厚部８−１，８−２の折り返し部８−１ａ、８−２ｂを持ち上げるように配置されているが、例えば、孔境界部Ｘの幅の大きさによっては、図１２のように折り返し部８−１ａ、８−２ｂよりも高く突出したフルビード状の突出部１４を配置しても良い。ただし突出部１４の幅分が広くなる分だけ上記各実施形態よりも孔境界部Ｘが広い場合に適用される。この突出部１４は必ずしも上記内周側シールラインＬ１に接続する必要はない。また、ビード裏側凹部の弾性シール材１５を省略しても良い。

なお、図１２では、突出部１４の両側部分に、折り返し部８−１ａ、８−２ｂが載ることで折り返し部８−１ａ、８−２ｂを持ち上げていると共に、突出部１４の頂部（折り返し部８−１ａ、８−２ｂと重合しない部分）に弾性シール材２０を設けて、接合面の巣孔を塞ぐ場合を例示しているが、この弾性シール材２０が無くても良い。

本発明に基づく第１実施形態に係る金属ガスケットを示す部分平面図である。 図１におけるＡ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 Ｂ−Ｂ断面図の別例を示す図である。 Ａ−Ａ断面図の別例を示す図である。 本発明に基づく第２実施形態に係る金属ガスケットを示す部分断面図である。 図６におけるＡ−Ａ断面図である。 図６におけるＡ−Ａ断面図である。 Ａ−Ａ断面図の別例を示す図である。 Ａ−Ａ断面図の別例を示す図である。 Ａ−Ａ断面図の別例を示す図である。 Ａ−Ａ断面図の別例を示す図である。 孔境界部Ｘの幅拡大図である。

符号の説明

１ 基板
２ 燃焼室孔
３ ボルト孔
４ 水孔
５ 増厚部
５ａ 孔境界部Ｘ以外の増厚部
６ 金属ビード
８−１，８−２ 境界増厚部
８−１ａ、８−２ｂ 折り返し部（積層する板）
８−３，８−４ 折り返し部の幅拡大部
１０ 金属ガスケット
１１，１２ 弾性シール材
１３ シム板
１４ 突出部
１５ 弾性シール材
１６ 突出部
２０ 弾性シール材
Ｘ 孔境界部
Ｌ１ 内周側シールライン
Ｌ２ 外周側シールライン
Ｌ３ ボルト孔周りのシールライン

Claims (5)

1. 複数の燃焼室孔が隣接して開口した金属板を基板とし、各燃焼室孔の周縁に沿って板厚が厚い増厚部が形成され、さらにその外周を囲繞するようにビードが形成され、そのビードは基板を屈曲してなる金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードと共にバネ力を発生可能な弾性シール材からなるゴムビードとの合成ビードで構成され、さらに上記ビードよりも外側に水孔が配置される金属ガスケットであって、
   少なくとも一箇所の隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、上記ビードを配することなく上記増厚部だけを配置し、各増厚部の周方向に沿った面圧が均等となるように、周方向に沿った増厚部の高さに変化を形成し、
   且つ、上記隣接する燃焼室孔の各ビード同士を連結させたことを特徴とする金属ガスケット。
2. 上記孔境界部に位置する増厚部部分は、他の増厚部部分よりも幅が狭いことを特徴とする請求項１に記載した金属ガスケット。
3. 上記増厚部は板を積層して構成され、上記孔境界部に位置する部分で積層される上記板と基板との間に、基板よりも板厚の薄いシム板を介挿したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した金属ガスケット。
4. 上記孔境界部に位置する基板に対し、当該基板を板厚方向に突出するように屈曲成形してなる突出部を少なくとも１条設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
5. 上記突出部裏側の凹部に、突出部の板厚方向への弾性変形によってバネ力を発生する弾性シール材を充填したことを特徴とする請求項４に記載した金属ガスケット。

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