JP2011163493A - Cylinder head gasket and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はシリンダヘッドガスケットおよびその製造方法に関し、詳しくはシリンダヘッドまたはシリンダブロックに向けて膨出するビードを有した少なくとも1枚のガスケット基板を備えたシリンダヘッドガスケットおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a cylinder head gasket and a manufacturing method thereof, and more particularly to a cylinder head gasket including at least one gasket substrate having a bead bulging toward a cylinder head or a cylinder block and a manufacturing method thereof.
従来、シリンダヘッドガスケットとして、シリンダヘッドまたはシリンダブロックに向けて膨出するビードを有した少なくとも1枚のガスケット基板を備えたシリンダヘッドガスケットが知られている(特許文献1)。
上記ビードには上記シリンダヘッドとシリンダブロックとによって挟持されるとともに繰り返し荷重が作用するため、金属疲労等によりビードに亀裂が発生するという問題が知られている。
この亀裂については様々な対策が試みられており、例えば複数枚のガスケット基板を積層させて、各ガスケット基板にビードを形成したり、積層させたガスケット基板の間にシムを介在させたシリンダヘッドガスケットが知られている(特許文献1〜7)
Conventionally, as a cylinder head gasket, a cylinder head gasket including at least one gasket substrate having a bead bulging toward a cylinder head or a cylinder block is known (Patent Document 1).
There is a known problem that a crack is generated in the bead due to metal fatigue or the like because the bead is sandwiched between the cylinder head and the cylinder block and repeatedly subjected to a load.
Various countermeasures have been tried for this crack. For example, a cylinder head gasket in which a plurality of gasket substrates are laminated to form a bead on each gasket substrate, and a shim is interposed between the laminated gasket substrates. Is known (
しかしながら、上記特許文献に記載されたシリンダヘッドガスケットでは、十分なシール性が得られなかったり、またコスト高につながるなどの問題があることから、更なる対策が求められている。
このような問題に鑑み、本発明は上記ビードにおける亀裂の発生を可及的に防止することが可能な耐疲労性の高いシリンダヘッドガスケットと、その製造方法を提供するものである。
However, since the cylinder head gasket described in the above-mentioned patent document has problems such as insufficient sealing performance and high costs, further measures are required.
In view of such problems, the present invention provides a highly fatigue-resistant cylinder head gasket capable of preventing the occurrence of cracks in the beads as much as possible, and a method for manufacturing the same.
すなわち、請求項1に記載のシリンダヘッドガスケットの製造方法は、シリンダヘッドまたはシリンダブロックに向けて膨出するビードを有した少なくとも1枚のガスケット基板を備えたシリンダヘッドガスケットの製造方法において、
薄板状のガスケット基板の素材に、少なくとも上記ビードを形成すべき位置にショットピーニングを施し、しかる後、該素材の上記ショットピーニングを施した位置にビードを形成することを特徴としている。
That is, the method for manufacturing a cylinder head gasket according to
The material of the thin gasket substrate is shot peened at least at a position where the bead is to be formed, and then the bead is formed at the position where the shot peening of the material is performed.
また請求項5に記載のシリンダヘッドガスケットの製造方法は、シリンダヘッドまたはシリンダブロックに向けて膨出するビードを有した少なくとも1枚のガスケット基板を備えたシリンダヘッドガスケットの製造方法において、
薄板状のガスケット基板の素材に上記ビードを形成し、しかる後、該ビードを形成した位置にショットピーニングを施すことを特徴としている。
The cylinder head gasket manufacturing method according to
The bead is formed on the raw material of the thin gasket substrate, and then shot peening is performed at the position where the bead is formed.
さらに請求項6に記載のシリンダヘッドガスケットは、シリンダヘッドまたはシリンダブロックに向けて膨出するビードを有した少なくとも1枚のガスケット基板を備えたシリンダヘッドガスケットにおいて、
上記ビードは、ショットピーニングが施されていることを特徴としている。
Furthermore, the cylinder head gasket according to
The bead is characterized by shot peening.
上記請求項1および請求項5にかかるシリンダヘッドガスケットの製造方法によれば、ビードの形成される位置にショットピーニングを施すことで、ビードでの亀裂の発生を抑えることができ、耐疲労性の高いシリンダヘッドガスケットを得ることができる。 According to the method for manufacturing a cylinder head gasket according to the first and fifth aspects, by performing shot peening at a position where a bead is formed, the occurrence of cracks in the bead can be suppressed, and fatigue resistance can be reduced. A high cylinder head gasket can be obtained.
また請求項6にかかるシリンダヘッドガスケットによれば、ビードにショットピーニングが施されているため、該ビードの亀裂を抑えることができ、耐疲労性の高いシリンダヘッドガスケットを得ることができる。 Further, according to the cylinder head gasket of the sixth aspect, since the bead is shot peened, the crack of the bead can be suppressed and a cylinder head gasket having high fatigue resistance can be obtained.
以下図示実施例について本発明を説明すると、図1は図示しないシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟持されてそれらの間をシールするシリンダヘッドガスケット1を示している。
上記シリンダヘッドガスケット1は、一直線上に直列に配置された複数の燃焼室孔2を備えており、これら燃焼室孔2はそれぞれ上記シリンダブロックに形成されたシリンダボアの位置に合わせて穿設されている。
またシリンダヘッドガスケット1には、図示しない締結ボルトを挿通するための複数のボルト孔3と、ブローバイガスを流通させるブローバイ孔4と、潤滑油を流通させる油孔5と、冷却水を流通させる水孔6とが穿設されている。
The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows a
The
Also, the
図2に示すように、上記シリンダヘッドガスケット1は、上方のシリンダヘッド側および下方のシリンダブロック側に配置した2枚のガスケット基板11と、これら2枚のガスケット基板11の間に設けたシムプレート12とから構成されている。
上記ガスケット基板11およびシムプレート12は、それぞれ上記シリンダブロック及びシリンダヘッドの接合面にほぼ一致する形状を有しており、ステンレス(SUS301やSUS304)からなる厚さ0.2mm〜0.3mm程度の素材を打ち抜いて所定形状に成形し、さらにその表面および裏面に耐熱ゴム等のコーティングを施したものとなっている。
また上記ガスケット基板11には、それぞれ各燃焼室孔2を無端状に囲むフルビード11aが形成されており、上方のガスケット基板11のフルビード11aはシリンダヘッドに向けて上方に突出し、下方のガスケット基板11のフルビード11aはシリンダブロックに向けて下方に突出している。
また、ガスケット基板11の外縁には、上記フルビード11aと同じ方向に無端状にハーフビード11bが形成されており、例えば上記水孔6を流通する冷却水がエンジンの外部に排出されてしまうのを防止するようになっている。
上記シムプレート12は、上記ガスケット基板11にほぼ一致する形状を有するとともに、ステンレス等からなる厚さ0.05mm〜0.15mm程度の素材を打ち抜いたものとなっている。
なお、このシムプレート12については、使用するエンジンによっては2枚以上としてもよく、また省略することも可能である。
As shown in FIG. 2, the
The
The
Further, the outer edge of the
The
The
そして、上記構成を有するシリンダヘッドガスケット1をエンジンに装着すると、上記ガスケット基板11に形成した上記フルビード11aがシリンダブロックおよびシリンダヘッドに密着し、燃焼室孔2からの燃焼ガスの漏れを防止するようになっている。
ここで、上記フルビード11aはシリンダヘッドとシリンダブロックとから繰り返し加重を受けて変形を繰り返すため、金属疲労により上記フルビード11aの頂部や基部に亀裂が発生することがあった。
このため、上記特許文献のように、シリンダヘッドガスケット1の耐疲労性を向上させることについて様々な対策が行われている。しかしながら、いずれもシール性不足や製造コストの面などで問題があり、更なる耐疲労性の向上が求められていた。
このような問題に鑑み、以下の製造方法を用いることでフルビード11aの亀裂の発生を抑えることが可能な耐疲労性の高いシリンダヘッドガスケット1を得ることができる。
When the
Here, since the
For this reason, various measures are taken to improve the fatigue resistance of the
In view of such a problem, the
以下、本発明にかかるシリンダヘッドガスケット1の第1の製造方法について、図3を用いて説明する。ここでは、一方のガスケット基板11の製造手順について説明し、他方のガスケット基板11は同じ製造手順によって製造されるため説明は省略し、また上記シムプレート12は従来公知の製造手順によって製造されることから、詳細な説明は省略する。
最初に、厚さ0.2〜0.3mmの帯状のステンレス(SUS301)を巻いたコイルから、該帯状の素材を供給する(101)。
次に、この帯状に供給された素材をショットピーニング装置に供給し、該素材の表面および裏面の全面にそれぞれショットピーニングを施す(102)。
このショットピーニングは、粒径40〜200μmのセラミックまたはステンレス製の粒子を、時速約100m/sで衝突させるものであって、いわゆるFPB(Fine Particle Bombarding)処理と呼ばれている。
このショットピーニングを施すことで、粒子の衝突により素材の表面および裏面が加熱され、素材の組織が変化するものとなっている。具体的には、素材の表面側および裏面側の組織が厚さ約1μmの範囲でマルテンサイト化し、これにより素材の表面側および裏面側の組織が超微細化するとともに、硬度および内部残留圧縮応力が上昇することとなる。
Hereinafter, the 1st manufacturing method of the
First, the strip-shaped material is supplied from a coil wound with a strip-shaped stainless steel (SUS301) having a thickness of 0.2 to 0.3 mm (101).
Next, the material supplied in the form of a belt is supplied to a shot peening apparatus, and shot peening is performed on the entire front and back surfaces of the material (102).
The shot peening is a so-called FPB (Fine Particle Bombarding) process in which ceramic or stainless steel particles having a particle diameter of 40 to 200 μm are collided at a speed of about 100 m / s.
By performing this shot peening, the front and back surfaces of the material are heated by the collision of particles, and the structure of the material changes. Specifically, the structure on the front side and the back side of the material is martensite in a thickness range of about 1 μm, thereby making the structure on the front side and the back side of the material ultrafine, and the hardness and internal residual compressive stress. Will rise.
このようにして上記ショットピーニングを施したら、続いて素材の表面および裏面に化成処理を行い(103)、その後さらに素材の表面および裏面に上記コーティングを塗布する(104)。
上記化成処理を行うことにより、上記素材とコーティングとの密着力を高めることができ、コーティングのはがれ等を防止することができる。なお、上記化成処理およびコーティング自体は従来公知であるため詳細な説明は省略する。
最後に、上記素材をプレス加工機に投入し、該プレス加工機では上記ガスケット基板11を形成するよう、穴あけ加工や外周のブランク加工が行われ、また同時に上記フルビード11aの成形が行われ(105)、上記ガスケット基板11が得られる事となる。
ここで、上記フルビード11aの成形時において、素材はショットピーニングによって表面および裏面の硬度および内部残留圧縮応力が上昇しているが、当該部分は素材の表面および裏面のごく薄い範囲であるため、フルビード11aの成形に支障をきたすことはない。
そしてその後、製造した2枚のガスケット基板11と、1枚のシムプレート12とを重ね合わせることにより、上記シリンダヘッドガスケット1が組み立てられる。
After the shot peening is performed in this manner, chemical conversion treatment is subsequently performed on the front and back surfaces of the material (103), and then the coating is further applied to the front and back surfaces of the material (104).
By performing the chemical conversion treatment, the adhesion between the material and the coating can be increased, and the peeling of the coating can be prevented. Since the chemical conversion treatment and the coating itself are conventionally known, detailed description thereof is omitted.
Finally, the material is put into a press machine, and the press machine performs drilling and outer peripheral blanking to form the
Here, at the time of forming the
Then, the
以下、上記製造方法によって製造したガスケット基板11を有するシリンダヘッドガスケット1(発明品)の耐疲労性を評価するため、上記製造方法のうちショットピーニングの工程(102)のみを省いて製造したガスケット基板11を有するシリンダヘッドガスケット1(従来品)との比較実験を行った。
この実験にはシリンダヘッドおよびシリンダブロックに見立てた治具を用い、この治具に上記発明品および従来品をそれぞれ挟持させ、この治具を油圧により8μmの振幅で上下に振動させることで、シリンダヘッドガスケット1に繰り返し荷重を作用させた。
上記繰り返し荷重を1000万回作用させたところ、発明品におけるガスケット基板11のフルビード11aには亀裂は発生しなかったが、従来品におけるガスケット基板11のフルビード11aには亀裂が発生した。
これは、上記ショットピーニングを施すことにより、上記フルビード11aの部分における硬度および内部残留圧縮応力が上昇したため、繰り返し荷重に対する耐疲労性が上がったものと考えられる。
また、ショットピーニングを施すことにより、ガスケット基板11の表面および裏面の組織が超微細化することから、亀裂の起点がなくなり、亀裂が発生しにくくなったものと考えられる。
このように、上記製造方法を用いることで、フルビード11aに亀裂の生じにくい耐疲労性の高いシリンダヘッドガスケット1を得ることができる。
Hereinafter, in order to evaluate the fatigue resistance of the cylinder head gasket 1 (invention product) having the
In this experiment, a cylinder head and a cylinder block were used, and the above-mentioned inventive product and the conventional product were sandwiched between the jig and the jig was hydraulically vibrated up and down with an amplitude of 8 μm. A load was repeatedly applied to the
When the above repeated load was applied 10 million times, cracks did not occur in the
This is thought to be because the hardness and internal residual compressive stress in the portion of the
Moreover, since the structure of the front surface and the back surface of the
As described above, by using the above manufacturing method, it is possible to obtain the
図4は、本発明にかかるシリンダヘッドガスケット1の第2の製造方法を説明する図である。ここでも、一方のガスケット基板11の製造手順について説明し、他方のガスケット基板11は同じ製造手順によって製造され、また上記シムプレート12については従来公知の製造手順によって製造されるため、詳細な説明は省略する。
本実施例では、最初に、厚さ0.2〜0.3mmの板状のステンレス(SUS301)を巻いたコイルから素材を帯状に供給し(201)、該素材をそのままプレス加工機に投入する。
これにより、プレス加工機では上記ガスケット基板11を形成するよう、穴あけ加工や外周のブランク加工が行われ、また同時に上記フルビード11aの成形が行われる(202)。
続いて、加工された素材をプレス加工機より取り出したら、該素材の表面および裏面にマスキングを行い、上記フルビード11aの形成された部分だけを露出させる(203)。
具体的には、フルビード11aと重合する位置にスリットを形成した金属製のシートを上記素材の表面および裏面に重ね合わせ、これによりフルビード11aを露出させるようになっている。
そして、上記マスキングが行われた状態で、該素材および金属製シートをショットピーニング装置に投入し、素材の表面および裏面のそれぞれにショットピーニングを施す(204)。ここで、ショットピーニングの条件は上記第1の製造方法と同じ条件となっている。
このショットピーニングを施すことにより、マスキングされていない上記フルビード11aの部分において、素材の表面および裏面がマルテンサイト化され、当該部分の組織が超微細化するとともに、表面硬度および内部残留圧縮応力が上昇する。
このようにして上記ショットピーニングを施したら、上記金属製シートを取り外し、続いて素材の表面および裏面に化成処理を行うとともに(205)、素材の表面および裏面にコーティングを塗布する(206)。
そしてその後、製造した2枚のガスケット基板11と、1枚のシムプレート12とを重ね合わせることにより、シリンダヘッドガスケット1を組み立てる。
FIG. 4 is a view for explaining a second manufacturing method of the
In this embodiment, first, a material is supplied in a strip shape from a coil wound with plate-like stainless steel (SUS301) having a thickness of 0.2 to 0.3 mm (201), and the material is directly put into a press machine. .
Thereby, in the press machine, drilling and blanking of the outer periphery are performed so as to form the
Subsequently, when the processed material is taken out from the press machine, the front and back surfaces of the material are masked to expose only the portion where the
Specifically, a metal sheet having a slit formed at a position where it overlaps with the
Then, in a state where the masking is performed, the material and the metal sheet are put into a shot peening apparatus, and shot peening is performed on each of the front surface and the back surface of the material (204). Here, the conditions for the shot peening are the same as those for the first manufacturing method.
By performing this shot peening, the front and back surfaces of the material are martensite in the unmasked portion of the
After the shot peening is performed in this manner, the metal sheet is removed, and then chemical conversion treatment is performed on the front and back surfaces of the material (205), and a coating is applied to the front and back surfaces of the material (206).
Then, the
上記製造方法によれば、特に亀裂の発生しやすいフルビード11aの形成された部分にだけショットピーニングを施すことから、上記第1の製造方法によって製造したシリンダヘッドガスケット1と同様、フルビード11aの亀裂の発生を抑えた耐疲労性の高いシリンダヘッドガスケット1を得ることができる。
なお、上記実施例において、上記ガスケット基板11に形成した上記ハーフビード11bに対して上記ショットピーニングを施してもよく、その他図示しない上記ブローバイ孔4や油孔5等を囲繞するように形成したフルビードやハーフビードに対してショットピーニングを施してもよい。
また上記第2の製造方法において、ブランクおよびフルビード11aを成形した素材に対し、上記マスキングを行わないまま素材の表面および裏面の全面にショットピーニングを施してもよい。
According to the manufacturing method described above, shot peening is performed only on the portion where the
In the above embodiment, the
In the second manufacturing method, shot peening may be performed on the entire surface of the surface and the back surface of the material on which the blank and the
1 シリンダヘッドガスケット 11 ガスケット基板
11a フルビード 12 シムプレート
1
Claims (8)
薄板状のガスケット基板の素材に、少なくとも上記ビードを形成すべき位置にショットピーニングを施し、しかる後、該素材の上記ショットピーニングを施した位置にビードを形成することを特徴とするシリンダヘッドガスケットの製造方法。 In a method of manufacturing a cylinder head gasket comprising at least one gasket substrate having a bead that bulges toward the cylinder head or the cylinder block,
A cylinder head gasket characterized in that a thin plate-shaped gasket substrate material is subjected to shot peening at least at a position where the bead is to be formed, and then the bead is formed at a position where the material is subjected to the shot peening. Production method.
薄板状のガスケット基板の素材に上記ビードを形成し、しかる後、該ビードを形成した位置にショットピーニングを施すことを特徴とするシリンダヘッドガスケットの製造方法。 In a method of manufacturing a cylinder head gasket comprising at least one gasket substrate having a bead that bulges toward the cylinder head or the cylinder block,
A method of manufacturing a cylinder head gasket, comprising forming the bead on a thin gasket substrate material, and then performing shot peening on the position where the bead is formed.
上記ビードは、ショットピーニングが施されていることを特徴とするシリンダヘッドガスケット。 In a cylinder head gasket comprising at least one gasket substrate having a bead that bulges toward the cylinder head or cylinder block,
A cylinder head gasket wherein the bead is subjected to shot peening.
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JP2014040818A (en) * | 2012-08-23 | 2014-03-06 | Mazda Motor Corp | Heat insulation structure of engine combustion chamber component, and method for manufacturing the same |
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