JP4245927B2 - 金属ガスケット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッド間に介挿されてボルト締結されて、燃焼ガス、水圧、及びオイル圧をシールする機能を有する金属ガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の金属ガスケットとしては例えば、図９、図１０に示すような金属ガスケットがある（特許文献１を参照）。
この金属ガスケットでは、２枚の基板５０を積層配置する共にその２枚の基板５０間に副板５１を介挿して構成される。
【０００３】
そして、基板５０の一方若しくは副板５１における、燃焼室孔５２側端部を折り返して金属ガスケット中で一番板厚の厚い、第１増厚部５３を形成している。また、その第１増厚部５１を囲繞するようにシールラインが設定され、両基板５０にはそれぞれ、そのシールラインに沿ってビード５４が形成されている。そのビードは、副板５１側に凸状となるように屈曲成形されて形成された金属ビード５５と、その金属ビード５５の凹部に充填された弾性シール材５６とから構成されている。
【０００４】
また、基板５０外周側にも、他の部分よりも増厚の第３増厚部６１が形成され、且つ当該第３増厚部６１の内側に外周側ビード６２が形成されている。
上記ビード高さは、近接する増厚部に高さよりも高く設定されていて、金属ガスケットを接合面間に介挿しボルト締付けによって組み付けると、第１増厚部でビードの圧縮変形量が規制されて、振動振幅による疲労破壊を防止している。
【０００５】
また、接合面（シール面）に当接する部分に弾性シール材５６が存在することから、シール面も広く、且つシール面の加工粗さや、取り扱い傷、鋳巣等があっても、軟質の上記弾性シール材５６が塞ぐことで充分カバー出来る技術となっている。
なお、上記基板５０間の副板５１を省略して一方の基板５０に対し第１増厚部を形成する場合もある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１７３７９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、金属ガスケットが組み付けられるエンジン技術は留まることなく進化し続け、小型、軽量化、高性能化が進む結果、剛性低下の要求や、高温下で高圧ガスや液体類をシールしなければならない状況にある。
しかし、上記従来の金属ガスケットでは、金属ビード５５の凹部に弾性シール材５６を充填することで、当該弾性シール材５６によるバネ力も期待されるが、基板５０として硬度の低い材料を使用すると、上記弾性シール材５６が圧縮変形する際に金属ビード５５自体若しくはそれに続く基板５０平坦部が反るように変形しやすくなりその変形によって十分なバネ力が期待出来ないおそれがある。逆に、基板５０を高硬度材で作成すると、締め付け荷重の増大と振動振幅による疲労破壊の一因となる。
【０００８】
また、主として面圧を受ける増厚部５３，６１の面積が小さいために局部面圧の高騰に繋がるおそれがある。特に、金属ガスケットを組み付けるエンジンが、接合面の面積も少さくディゼルエンジンのように締め付け荷重の多いエンジンでは、高温、高圧、振動も有ることから、第１増厚部の面が耐力を超えて凹むことが有り、そのことはガスの吹き抜けに繋がる恐れ有る。
【０００９】
また、上記ビート構造では、基板５０と副板５１とが金属同士のメタル接触（副板５１が無い場合には基板５０と基板５０との間がメタル接触）となっているので、大きな荷重と振動振幅でフレッチングが起こって圧洩れに繋がるおそれもある。
本発明は、かかる不都合を解消する為になされたものであり、エンジン稼働時の振動が作用しても、低コストで安定したシール性能を長期間に渡って確保することが出来る金属ガスケットを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第１増厚部と、その第１増厚部の外周で当該第１増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、を備え、
上記内周側ビード及び外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっており、
上記第１増厚部は、燃焼室孔側端部を上記一方の面側に折り返し且つその折返し部内にシムを介挿されて構成され、上記シムを構成する板材は、基板表面に沿って上記内周側ビードを越える位置まで延在して、上記金属ビードと板厚方向で対向する位置では、上記金属ビードの形状に倣うように一方の面側に凸状となるように屈曲形成され且つ上記金属ビードと弾性シール材との間に介装されて上記金属ビードの一部を構成することを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。
【００１１】
本発明によれば、各ビードが、金属ビードと金属ビードの表裏に配された弾性シール材からなるゴムビードとの合成により構成され、且つ軟質な弾性シール材が接合面に接触することで、基板の硬度を下げつつ、ビードによる確実なシールを確保可能となる。
このとき、第１増厚部を、基板端部の折り返し且つシムを介挿することで構成するので、基板端部に鍛造を行わなくてもシムの板厚を調整することで、第１増厚部の延在方向に沿った板厚に抑揚を付けることが可能となる。なお、第１増厚部における周方向に沿った板厚に抑揚をつけることで、第１増厚部の周方向に沿ったシール圧を均等化することが好ましい。均等化することで、ボア真円度を向上させることが可能となる。
【００１２】
しかも、上記シムを構成する板材を基板表面に沿って延長して上記金属ビードの一部も兼ねさせることで、基板の硬度を低下させても、金属ビードによるバネ力を高くすることが可能となって、燃焼室孔外周のビードのばね力を高めることが可能となる。
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、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第３増厚部を設け、上記第１増厚部の板厚をＨ１、及び第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定することを特徴とするものである。
【００１３】
次に、請求項３に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第１増厚部と、その第１増厚部の外周で当該第１増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第３増厚部と、を備え、
上記第１増厚部の板厚をＨ１、及び第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定し、
上記内周側ビード及び外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっており、
上記第１増厚部及び第３増厚部は、それぞれ燃焼室孔側端部若しくは基板外周端部を１回以上折り返して構成され、その折返し回数が第３増厚部よりも第１増厚部側を多くすることを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。
【００１４】
本発明によれば、第３増厚部よりも第１増厚部の折返し回数を多くすることで、第１増厚部の板厚を第３増厚部の板厚よりも厚く設定される。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載した構成に対し、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に配置されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第２増厚部を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、エンジンの稼働による振動によって、金属ガスケットに板厚方向の繰り返し荷重が入力されて、内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分が板厚方向に振動するように変形（特に窪むように変形）しようとするが、本実施形態では、第２増厚部を設けることで、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分の変形を抑える。
【００１６】
ここで、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分が繰り返し板厚方向に変形（凹む方向に変形）すると、その分金属ビードに繰り返し荷重が負荷されて、金属ビードの寿命に悪影響が発生するばかりか、ビード自体のシール圧の変動に繋がる。
第２増厚部で面圧を受ける、つまり主に面圧を受ける増厚部の面積を広くとることが可能となる。
【００１７】
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、上記基板に対し上記金属ビードの凸部側に積層配置される副板を備え、上記第１増厚部、及び第２増厚部の少なくとも一つを上記副板に形成したことを特徴とするものである。
次に、請求項６に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる２枚の基板を積層配置し、その２枚の基板のいずれかに対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚且つ金属性の第１増厚部を形成し、
上記２枚の基板にそれぞれ、上記第１増厚部よりも外周位置で上記燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周端部に沿って延びる外周側ビードとを設け、
上記２枚の基板の少なくとも１枚に対し、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に形成されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第２増厚部を設け、上記第１増厚部の板厚をＨ１、第２増厚部の板厚をＨ２とした場合に、Ｈ１＞Ｈ２の関係に設定し、
上記内周側ビード及び上記外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっていることを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。
【００１８】
次に、請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した構成に対し、上記２枚の基板のいずれかに対し、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚且つ金属性の第３増厚部を形成し、第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定することを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る金属ガスケット1 を示す要部平面図、図２は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
まず構成について説明する。
【００２０】
基板２を、ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板から構成する。本実施形態では、低価格品を対象として基板２が軟鋼板から構成されているものとする。本実施形態の金属ガスケットでは、後述のように硬度が低い軟鋼板を使用してもビードによる十分なシールが可能となっている。
上記基板２の略中央部には、図１に示すように、複数の燃焼室孔３が開口している。各燃焼室側端部全周は、図２に示すように折り返され、その折り返し部７ａ内にシム板１１が介挿されて、第１増厚部７が形成されている。
【００２１】
また、各燃焼室孔３及び第１増厚部７を囲繞するように内周側シールラインＳＬ１が設定され、当該内周側シールラインＳＬ１に沿って内周側ビードＢＤ１が形成されている。
その内周側シールラインＳＬ１よりも外周側位置の基板２部分には、ボルト孔４、水孔５、オイル孔６などの各種の孔４、５、６が、接合面（シリンダブロック、シリンダヘッドのシール面）の開口に応じて形成されている。その各種の孔４、５、６よりも外周側位置において、基板２外周部に沿って外周側シールラインＳＬ２が設定され、該外周側シールラインＳＬ２に沿って外周側ビードＢＤ２が形成されている。また、各水孔５を囲繞するように第３シールラインＳＬ３が設定され該第３のビードＢＤ３が形成されている。なお、シールラインが合流する位置では、各種のビードは合流して一つのビードで形成される。
【００２２】
また、上記外周側シールラインＳＬ２よりも外周側位置である外端部位置には、基板外端部側を折り返して第３増厚部１０が形成されている。その折返し部内には、厚さ調整のためにシム１２が介挿されている。
上述の各ビードＢＤ１、ＢＤ２は、いずれも、図２に示すように、フルビードからなる金属ビード１３、１６とゴムビードとの合成によりバネ力を発揮する構成となっている。なお、不図示の第２のビードＢＤ３についても同様な構成からなる。
【００２３】
上記金属ビード１３、１６は、上記第１増厚部７の折返し側（上面側）に凸となるように基板２を板厚方向に屈曲して成形されている。
また、上記ゴムビードは、上記金属ビード１３、１６の凹部内に充填された第１の弾性シール材１４、１７と、上記金属ビード１３、１６の凸部側に固着した第２の弾性シール材１５、１８とから構成されている。
【００２４】
上記第１の弾性シール材１４、１７は、その表面が、基板２下面と略面一の平面となるように設定されている。なお、第１の弾性シール材１４、１７のビード幅方向略中央部に対し、下側に凸の突起をシールラインに沿って延びるように１条若しくは複数条形成しておくと良い（図２において破線１４ａ、１６ａにて示すもの）。
【００２５】
また、第２の弾性シール材１５、１８は、金属ビード１３、１６の凸部表面とそれに連続する基板２の平坦面部分に、つまり金属ビード１３、１６の幅よりも僅かに広い幅で第２の弾性シール材１５、１８が形成されている。また、第２の弾性シール材１５、１８の高さは、金属ビード１３、１６の高さとほぼ同じ高さであって、その表面（上面）はほぼ平坦となるように設計されている。なお、第２の弾性シール材１５、１８の上面に対しても、上側に凸の突起をシールラインに沿って延びるように１条若しくは複数条形成しても良い。
【００２６】
ここで、上記第２の弾性シール材１５、１８の幅は、金属ビード１３、１６の幅の１．５倍以内が好ましい。余り広くなると荷重が必要以上に増加してしまう。また、第２の弾性シール材１５、１８の高さは、金属ビード１３、１６の高さの０．９〜１．１倍の範囲の高さが好ましい。もっとも、各増厚部で規制される最大の圧縮変形量が圧縮破壊を起こす量（例えば４０％以上）よりも小さく且つ目的とするバネ力が発揮可能であれば、上記範囲に限定されない。
【００２７】
さらに、本実施形態の金属ガスケットにおいては、上記シム１１を構成する板材は、基板２表面の形状に沿って内周側ビードＢＤ１位置を越える位置まで延びている。そして、内周側ビードＢＤ１の金属ビード１３に接触する部分１１ｂが、当該金属ビード１３に係合する金属ビード状に屈曲成形されることで、内周側ビードＢＤ１の金属ビード１３の板厚を増厚し、当該内周側ビードＢＤ１のバネ力を強くしている。このため、上記第２弾性シール材１５は、上記部分１１ｂを介して上記金属ビード１３の凸部側表面に固定されている。
【００２８】
また、上記内周側シールラインＳＬ１と、外周側シールラインＳＬ２若しくは第３シールラインＳＬ３との間に位置する基板２の上面（増厚部の増厚側）のほぼ全面に亘って、面厚調整板２０ａが溶接やかしめなどによって固定されて第２増厚部２０が形成されている。上記本実施形態における第２増厚部２０を形成するための上記面厚調整板２０ａの配置位置は、図３における斜線で示す位置であるが、これに限定されず、所定間隔をあけて部分的に基板に固定して第２増厚部２０を形成してもよい。
【００２９】
ここで、上記第１増厚部７の上記シム１１を含む板厚をＨ１、第２増厚部２０の板厚をＨ２、第３増厚部１０部の板厚をＨ３と定義した場合に、Ｈ１＞Ｈ２、Ｈ１＞Ｈ３となるように、上記シム１１、１２及び面厚調整板２０ａの厚さは調整されている。第１増厚部７を一番厚い増厚部分とすることで、当該第１増厚部７に、燃焼室内の高圧ガスを十分シール可能な面圧を発生可能としている。なお、エンジンの剛性などに応じて、上記板厚Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の厚さの関係を調整することで、上記第１増厚部７、第２増厚部２０、及び第３増厚部１０に発生する、限られた面圧の配分を調整する。
【００３０】
また、無負荷時における、内周側ビードＢＤ１の高さは、上記第１増厚部７の高さよりも高く設定されている。外周側ビードＢＤ２及び第３のビードＢＤ３の高さは、第２増厚部２０よりも高く設定されている。
このように設定することで、上記構成の金属ガスケット１を、不図示のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介挿してボルトで締め付けて荷重を負荷すると、一番板厚の第１増厚部７に最大荷重が掛かって、燃焼室内の高圧ガスをシールする。
【００３１】
さらに、内周側ビードＢＤ１が第１及び第２増厚部７、２０で規制される高さまで圧縮変形して第１増厚部７の外周をシールする結果、シール面にある巣穴などによって第１増厚部７から漏れ出たガスをシールする。このとき、エンジンのシール面に接触するビードＢＤ１の部分は、軟質のゴムビード部分であるので、シール面に巣穴やツールマークなどがあっても、確実にシールすることが可能となる。
【００３２】
また、各水孔５についても、上記構成の第３のビードＢＤ３でシールされることで、水孔５を流通する水を確実にシールすることができる。
また、基板２外周に沿って形成された上記構成の外周側ビードＢＤ２によって、外部から水などが基板２内に浸入することが防止される。
ここで、第３のビード及び外周側ビードＢＤ２についても、第２増厚部２０及び第３増厚部１０によってその圧縮変形量が規制される。
【００３３】
上記各ビードの圧縮変形量は、使用する弾性シール材の特性などに基づき、例えば最大４０％以内に設定するなど圧縮破壊が発生しない値とする。上記弾性シール材は、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等の、耐食性かつ弾性を有する素材から構成すれば良い。
以上説明した本実施形態のビードＢＤは、圧縮変形した金属ビード１３、１６とゴムビードとの合成バネによって所要のシール圧を発生する構造であるので、金属ビード１３、１６を構成する基板２の硬度をその分、下げることが可能となっている。また、上下両接合面（シール面）と接触するビードの部分は、圧縮変形した軟質の弾性シール材１４，１５，１７，１８の平坦面の部分となり、その軟質な弾性シール材１４，１５，１７，１８が、当接した接合面部分にあるエンジンの加工ツールマークを埋めることで、エンジン稼働による脈動加圧であっても、第１増厚部７から漏れた燃焼ガスを完全にシールすることができる。
【００３４】
ここで、弾性シール材を金属ビード１３、１６の凹部内のみに充填した構造の場合には、その弾性シール材１４、１６が圧縮変形することで、金属ビード１３、１６及び金属ビード１３、１６に続く両側の基板２平坦部分を上側に反るように変形させる外力が発生する。そして、金属ビード１３、１６の疲労破壊を抑え且つ基板２コストを抑える目的で基板２の硬度を下げるほど、上記上側に反るような変形が顕在化するおそれがあるが、本実施形態では、凸部側にも第２の弾性シール材１５、１８を配置することにより、当該第２の弾性シール材１５、１８の圧縮変形によって、金属ビード１３、１６及び基板２の上記変形を防止して、凹部の第１の弾性シール材１４、１７によるシール性能の劣化を防止している。もっとも、金属ビード１３、１６の両側近傍にそれぞれ増厚部が配置されている部分にあっては、その増厚部によっても上記変形を抑える働きがあるので、その分、第２の弾性シール材１５、１８の幅を小さく設定したりしても良い。
【００３５】
また、上記第１の弾性シール材１４、１７は、金属ビード１３、１６でカバーされて直接ガスや冷却水や潤滑油などに触れる可能性が小さい。また、第２の弾性シール材１５、１８にあっても、直接ガスや冷却水や潤滑油などに触れる部分は主として側面だけであり、金属ビード１３、１６の両側に位置する第２弾性シール部分が当該金属ビード１３、１６で分離されているので、一方の第２弾性シール部分が水などと接触しても他方の第２弾性シールへの影響を抑えることができる。
【００３６】
上記のように、本実施形態のビード構造では、確実なシール機能を確保しつつ基板２の硬度を落とすことが可能となって、繰り返し荷重に対しても疲労破壊し難い金属ガスケット構造となる。
また、各ビードの圧縮変形量を規制する増厚部として、第１増厚部７及び第３増厚部１０の他に第２増厚部２０を設けることで、エンジン稼働による脈動加圧があっても、内周側シールラインＳＬ１と外周側シールラインＳＬ２との間に位置する基板２部分が凹むような変形を発生することを抑えることができると共に、ビード自体の圧縮変形量の変動も抑えられてビードによるシール圧の安定化に繋がる。
【００３７】
さらに、本実施形態の金属ガスケットが組み付けられるエンジンが、接合面の面積も少さくディゼルエンジンのように締め付け荷重の多いエンジンであっても、主に面圧を受ける増厚部が第２増厚部の分だけ増えるので、第１増厚部の面が耐力を超えて凹むことが防止され、その分、燃焼ガスの吹き抜けを抑えることができる。
【００３８】
なお、第１増厚部を形成する折返し部分のシム１１を板圧方向に凹凸状となるように屈曲形成してバネ要素を付与しても良い。このように、上記シム１１にバネを持たせることで、エンジン稼働時に燃焼室周囲の面圧バランスが崩れても当該シム１１のバネ要素１１ａが追従して第１増厚部７のシール圧を所定の範囲に保持可能であり、その分、第１増厚部７からのガスの漏れを防止することができる。すなわち、エンジン運転中に熱変形で部分的に面圧の低下箇所があっても、その変形に追随して面圧の確保が行われる。
【００３９】
なお、第１増厚部７による周方向に沿った面圧が均等化するように、当該第１増厚部７の周方向に沿った高さに抑揚をつけておいても良い。周方向に沿った第１増厚部７の面圧均等化させることは、ボア真円度を図ると共に、パワーロスやオイル消費の低減に貢献する。
また、少なくとも第１増厚部７の両面に対し、２硫化モリブデンやカーボン等の耐熱性のあるシール剤を塗布することで、ミクロシールを行うことも可能であるが、コスト低減のために当該シール剤を行わなくても良い。
【００４０】
ここで、本実施形態では、第２増厚部２０を形成するために面圧調整板２０ａを設けているが、締め付け荷重が小さい場合などのときには、第２増厚部２０を省略しても構わない。この場合であっても、内周側ビードＢＤ１の金属ビード１３を増厚しているので、内周側ビードＢＤ１によるシール圧が大きく設定可能である。
【００４１】
また、図２中、一点鎖線で示すように、副板２２を基板２に対し積層配置しても良い。副板２２をビード凸部側から積層配置すると、凸部側の弾性シール材１５，１８をエンジンの接合面から保護することができると共に、金属ガスケットの板厚調整を行うことが可能となる。なお、副板２２を設ける場合には、上記第１〜第３増厚部７，２０，１０を副板２２側に形成しても良い。
【００４２】
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材などについては同一の符号を使用する。
本第２実施形態の金属ガスケットの基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、図４に示すように、基板２のビード凸部側に対向させて副板２２を積層配置したものである。なお、基板２及び副板２２には、接合面に開口する孔に対応した位置にそれぞれ開口が形成されている。
【００４３】
そして、基板２に対し、上記第１実施形態で説明した構造の内周側ビードＢＤ１及び外周側ビードＢＤ２を設けると共に、当該内周側ビードＢＤ１と外周側ビードＢＤ２との間に面厚調整板２０ａを固定して第２増厚部２０を形成している。
また、副板２２における燃焼室孔側端部が２回折り返されて第１増厚部７が形成されている。また、副板２２の外周端部についても一回折り返されて第３増厚部１０が形成されている。
【００４４】
このように、第３増厚部１０よりも第１増厚部７の折返し回数を多くすることで、鍛造などの工程を設けなくても、第１増厚部７の高さを一番高くすることができる。なお、さらに、増厚部にシムを介挿して厚さ調整を行うようにしても良い。
その他の構成や作用・効果は上記第１実施形態と同様である。
【００４５】
ここで、上記実施形態では、第１増厚部７及び第３増厚部１０を共に副板２２側に形成する場合を例示しているが、上記構成の第１増厚部７及び第３増厚部１０の少なくとも一方を基板２側に形成しても良い。同様に、第２増厚部２０を形成する面厚調整板を副板２２側に固定しても良い。
次に、第３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材などについては同一の符号を使用する。
【００４６】
本第２実施形態の金属ガスケットの基本構成は、図５に示すように、上記第１及び第２実施形態と同様に、第１増厚部７、第２増厚部２０、第３増厚部１０、内周側ビードＢＤ１、外周側ビードＢＤ２を備えており、２枚の基板２をビードの凸部側を対向させて積層配置したものである。
すなわち、２枚の基板２に対し、それぞれ、内周側シールライン及び外周側シールラインに沿って、それぞれ第１実施形態で説明した構造の内周側ビードＢＤ１及び外周側ビードＢＤ２を設けると共に、一方の基板２に対して、第１，第２及び第３増厚部１０を形成したものである。
【００４７】
ここで、上記第１増厚部７の板厚をＨ１、第２増厚部２０の板厚をＨ２及び第３増厚部１０の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ２、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定し面圧の調整を行っている。
また、本実施形態では、面厚調整板を設けることで第１及び第３増厚部７，１０を形成しているが、各増厚部７，１０を上記実施形態のように基板２の端部を折り返して形成しても良い。この場合に、シムを介挿して延在方向に沿った板厚の抑揚形成を容易としたり、折返し回数を調整して、鍛造を行うことなく第１増厚部７の厚さが一番厚くなるように設定しても良い。
【００４８】
また、図６に示すように、２枚の基板２間に副板２２を介挿して、増厚部による各ビードに対するストッパ（圧縮変形量の規制）がより有効に作用するようにしても良い。このとき図７に示すように、副板２２側に第１増厚部７を形成してもよい。
作用や効果については上記第１及び第２実施形態と同様である。
【００４９】
ここで、上記全実施形態においては、一方の面側に凸状となる金属ビードがフルビードの場合を例示しているが、図８に示すように、一方の面側に凸状の金属ビードとしてハーフビードを採用しても構わない。図８では、外周側ビードＢＤ２を構成する金属ビード１６の全部若しくは一部をハーフビードとし、凸部側に弾性シール材１８を固着すると共にその凸部裏側の凹部にも弾性シール材１７を充填している。ハーフビードとした場合には、ビード幅を狭くすることが可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、燃焼室の高圧ガスをシールする機能と面粗度の悪いシール面を低い面圧で長期間に渡り完全シール性能を確保可能な金属ガスケットを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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平面図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】面厚調整板の配置位置を示す図である。
【図４】本発明に基づく第２実施形態に係る金属ガスケットの構成を示す断面図である。
【図５】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットの構成を示す断面図である。
【図６】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図７】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図８】外周側ビードの金属ビードをハーフビートした例を示す図である。
【図９】従来例を説明するための断面図である。
【図１０】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 金属ガスケット
２ 基板
３ 燃焼室孔
４ ボルト孔
５ 水孔
６ オイル孔
７ 第１増厚部
１０ 第３増厚部
１１ シム
１１ａ バネ要素
１３，１６ 金属ビード
１４，１７ 第１の弾性シール材（ゴムビード）
１５，１８ 第２の弾性シール材（ゴムビード）
２０ 第２増厚部
２０ａ 面厚調整板
２２ 副板
２２ａ バネ要素
ＢＤ１ 内周側ビード
ＢＤ２ 外周側ビード
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッド間に介挿されてボルト締結されて、燃焼ガス、水圧、及びオイル圧をシールする機能を有する金属ガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来この種の金属ガスケットとしては例えば、図９、図１０に示すような金属ガスケットがある（特許文献１を参照）。
この金属ガスケットでは、２枚の基板５０を積層配置する共にその２枚の基板５０間に副板５１を介挿して構成される。
【０００３】
そして、基板５０の一方若しくは副板５１における、燃焼室孔５２側端部を折り返して金属ガスケット中で一番板厚の厚い、第１増厚部５３を形成している。また、その第１増厚部５１を囲繞するようにシールラインが設定され、両基板５０にはそれぞれ、そのシールラインに沿ってビード５４が形成されている。そのビードは、副板５１側に凸状となるように屈曲成形されて形成された金属ビード５５と、その金属ビード５５の凹部に充填された弾性シール材５６とから構成されている。
【０００４】
また、基板５０外周側にも、他の部分よりも増厚の第３増厚部６１が形成され、且つ当該第３増厚部６１の内側に外周側ビード６２が形成されている。
上記ビード高さは、近接する増厚部に高さよりも高く設定されていて、金属ガスケットを接合面間に介挿しボルト締付けによって組み付けると、第１増厚部でビードの圧縮変形量が規制されて、振動振幅による疲労破壊を防止している。
【０００５】
また、接合面（シール面）に当接する部分に弾性シール材５６が存在することから、シール面も広く、且つシール面の加工粗さや、取り扱い傷、鋳巣等があっても、軟質の上記弾性シール材５６が塞ぐことで充分カバー出来る技術となっている。
なお、上記基板５０間の副板５１を省略して一方の基板５０に対し第１増厚部を形成する場合もある。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１７３７９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、金属ガスケットが組み付けられるエンジン技術は留まることなく進化し続け、小型、軽量化、高性能化が進む結果、剛性低下の要求や、高温下で高圧ガスや液体類をシールしなければならない状況にある。
しかし、上記従来の金属ガスケットでは、金属ビード５５の凹部に弾性シール材５６を充填することで、当該弾性シール材５６によるバネ力も期待されるが、基板５０として硬度の低い材料を使用すると、上記弾性シール材５６が圧縮変形する際に金属ビード５５自体若しくはそれに続く基板５０平坦部が反るように変形しやすくなりその変形によって十分なバネ力が期待出来ないおそれがある。逆に、基板５０を高硬度材で作成すると、締め付け荷重の増大と振動振幅による疲労破壊の一因となる。
【０００８】
また、主として面圧を受ける増厚部５３，６１の面積が小さいために局部面圧の高騰に繋がるおそれがある。特に、金属ガスケットを組み付けるエンジンが、接合面の面積も少さくディゼルエンジンのように締め付け荷重の多いエンジンでは、高温、高圧、振動も有ることから、第１増厚部の面が耐力を超えて凹むことが有り、そのことはガスの吹き抜けに繋がる恐れ有る。
【０００９】
また、上記ビート構造では、基板５０と副板５１とが金属同士のメタル接触（副板５１が無い場合には基板５０と基板５０との間がメタル接触）となっているので、大きな荷重と振動振幅でフレッチングが起こって圧洩れに繋がるおそれもある。
本発明は、かかる不都合を解消する為になされたものであり、エンジン稼働時の振動が作用しても、低コストで安定したシール性能を長期間に渡って確保することが出来る金属ガスケットを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第１増厚部と、その第１増厚部の外周で当該第１増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、を備え、
上記内周側ビード及び外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっており、
上記第１増厚部は、燃焼室孔側端部を上記一方の面側に折り返し且つその折返し部内にシムを介挿されて構成され、上記シムを構成する板材は、基板表面に沿って上記内周側ビードを越える位置まで延在して、上記金属ビードと板厚方向で対向する位置では、上記金属ビードの形状に倣うように一方の面側に凸状となるように屈曲形成され且つ上記金属ビードと弾性シール材との間に介装されて上記金属ビードの一部を構成することを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。
【００１１】
本発明によれば、各ビードが、金属ビードと金属ビードの表裏に配された弾性シール材からなるゴムビードとの合成により構成され、且つ軟質な弾性シール材が接合面に接触することで、基板の硬度を下げつつ、ビードによる確実なシールを確保可能となる。
このとき、第１増厚部を、基板端部の折り返し且つシムを介挿することで構成するので、基板端部に鍛造を行わなくてもシムの板厚を調整することで、第１増厚部の延在方向に沿った板厚に抑揚を付けることが可能となる。なお、第１増厚部における周方向に沿った板厚に抑揚をつけることで、第１増厚部の周方向に沿ったシール圧を均等化することが好ましい。均等化することで、ボア真円度を向上させることが可能となる。
【００１２】
しかも、上記シムを構成する板材を基板表面に沿って延長して上記金属ビードの一部も兼ねさせることで、基板の硬度を低下させても、金属ビードによるバネ力を高くすることが可能となって、燃焼室孔外周のビードのばね力を高めることが可能となる。
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、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第３増厚部を設け、上記第１増厚部の板厚をＨ１、及び第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定することを特徴とするものである。
【００１３】
次に、請求項３に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第１増厚部と、その第１増厚部の外周で当該第１増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第３増厚部と、を備え、
上記第１増厚部の板厚をＨ１、及び第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定し、
上記内周側ビード及び外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっており、
上記第１増厚部及び第３増厚部は、それぞれ燃焼室孔側端部若しくは基板外周端部を１回以上折り返して構成され、その折返し回数が第３増厚部よりも第１増厚部側を多くすることを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。
【００１４】
本発明によれば、第３増厚部よりも第１増厚部の折返し回数を多くすることで、第１増厚部の板厚を第３増厚部の板厚よりも厚く設定される。
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれかに記載した構成に対し、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に配置されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第２増厚部を設けたことを特徴とするものである。
【００１５】
本発明によれば、エンジンの稼働による振動によって、金属ガスケットに板厚方向の繰り返し荷重が入力されて、内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分が板厚方向に振動するように変形（特に窪むように変形）しようとするが、本実施形態では、第２増厚部を設けることで、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分の変形を抑える。
【００１６】
ここで、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分が繰り返し板厚方向に変形（凹む方向に変形）すると、その分金属ビードに繰り返し荷重が負荷されて、金属ビードの寿命に悪影響が発生するばかりか、ビード自体のシール圧の変動に繋がる。
第２増厚部で面圧を受ける、つまり主に面圧を受ける増厚部の面積を広くとることが可能となる。
【００１７】
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、上記基板に対し上記金属ビードの凸部側に積層配置される副板を備え、上記第１増厚部、及び第２増厚部の少なくとも一つを上記副板に形成したことを特徴とするものである。
次に、請求項６に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる２枚の基板を積層配置し、その２枚の基板のいずれかに対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚且つ金属性の第１増厚部を形成し、
上記２枚の基板にそれぞれ、上記第１増厚部よりも外周位置で上記燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周端部に沿って延びる外周側ビードとを設け、
上記２枚の基板の少なくとも１枚に対し、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に形成されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第２増厚部を設け、上記第１増厚部の板厚をＨ１、第２増厚部の板厚をＨ２とした場合に、Ｈ１＞Ｈ２の関係に設定し、
上記内周側ビード及び上記外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっていることを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。
【００１８】
次に、請求項７に記載した発明は、請求項６に記載した構成に対し、上記２枚の基板のいずれかに対し、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚且つ金属性の第３増厚部を形成し、第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定することを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る金属ガスケット1 を示す要部平面図、図２は、図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
まず構成について説明する。
【００２０】
基板２を、ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板から構成する。本実施形態では、低価格品を対象として基板２が軟鋼板から構成されているものとする。本実施形態の金属ガスケットでは、後述のように硬度が低い軟鋼板を使用してもビードによる十分なシールが可能となっている。
上記基板２の略中央部には、図１に示すように、複数の燃焼室孔３が開口している。各燃焼室側端部全周は、図２に示すように折り返され、その折り返し部７ａ内にシム板１１が介挿されて、第１増厚部７が形成されている。
【００２１】
また、各燃焼室孔３及び第１増厚部７を囲繞するように内周側シールラインＳＬ１が設定され、当該内周側シールラインＳＬ１に沿って内周側ビードＢＤ１が形成されている。
その内周側シールラインＳＬ１よりも外周側位置の基板２部分には、ボルト孔４、水孔５、オイル孔６などの各種の孔４、５、６が、接合面（シリンダブロック、シリンダヘッドのシール面）の開口に応じて形成されている。その各種の孔４、５、６よりも外周側位置において、基板２外周部に沿って外周側シールラインＳＬ２が設定され、該外周側シールラインＳＬ２に沿って外周側ビードＢＤ２が形成されている。また、各水孔５を囲繞するように第３シールラインＳＬ３が設定され該第３のビードＢＤ３が形成されている。なお、シールラインが合流する位置では、各種のビードは合流して一つのビードで形成される。
【００２２】
また、上記外周側シールラインＳＬ２よりも外周側位置である外端部位置には、基板外端部側を折り返して第３増厚部１０が形成されている。その折返し部内には、厚さ調整のためにシム１２が介挿されている。
上述の各ビードＢＤ１、ＢＤ２は、いずれも、図２に示すように、フルビードからなる金属ビード１３、１６とゴムビードとの合成によりバネ力を発揮する構成となっている。なお、不図示の第２のビードＢＤ３についても同様な構成からなる。
【００２３】
上記金属ビード１３、１６は、上記第１増厚部７の折返し側（上面側）に凸となるように基板２を板厚方向に屈曲して成形されている。
また、上記ゴムビードは、上記金属ビード１３、１６の凹部内に充填された第１の弾性シール材１４、１７と、上記金属ビード１３、１６の凸部側に固着した第２の弾性シール材１５、１８とから構成されている。
【００２４】
上記第１の弾性シール材１４、１７は、その表面が、基板２下面と略面一の平面となるように設定されている。なお、第１の弾性シール材１４、１７のビード幅方向略中央部に対し、下側に凸の突起をシールラインに沿って延びるように１条若しくは複数条形成しておくと良い（図２において破線１４ａ、１６ａにて示すもの）。
【００２５】
また、第２の弾性シール材１５、１８は、金属ビード１３、１６の凸部表面とそれに連続する基板２の平坦面部分に、つまり金属ビード１３、１６の幅よりも僅かに広い幅で第２の弾性シール材１５、１８が形成されている。また、第２の弾性シール材１５、１８の高さは、金属ビード１３、１６の高さとほぼ同じ高さであって、その表面（上面）はほぼ平坦となるように設計されている。なお、第２の弾性シール材１５、１８の上面に対しても、上側に凸の突起をシールラインに沿って延びるように１条若しくは複数条形成しても良い。
【００２６】
ここで、上記第２の弾性シール材１５、１８の幅は、金属ビード１３、１６の幅の１．５倍以内が好ましい。余り広くなると荷重が必要以上に増加してしまう。また、第２の弾性シール材１５、１８の高さは、金属ビード１３、１６の高さの０．９〜１．１倍の範囲の高さが好ましい。もっとも、各増厚部で規制される最大の圧縮変形量が圧縮破壊を起こす量（例えば４０％以上）よりも小さく且つ目的とするバネ力が発揮可能であれば、上記範囲に限定されない。
【００２７】
さらに、本実施形態の金属ガスケットにおいては、上記シム１１を構成する板材は、基板２表面の形状に沿って内周側ビードＢＤ１位置を越える位置まで延びている。そして、内周側ビードＢＤ１の金属ビード１３に接触する部分１１ｂが、当該金属ビード１３に係合する金属ビード状に屈曲成形されることで、内周側ビードＢＤ１の金属ビード１３の板厚を増厚し、当該内周側ビードＢＤ１のバネ力を強くしている。このため、上記第２弾性シール材１５は、上記部分１１ｂを介して上記金属ビード１３の凸部側表面に固定されている。
【００２８】
また、上記内周側シールラインＳＬ１と、外周側シールラインＳＬ２若しくは第３シールラインＳＬ３との間に位置する基板２の上面（増厚部の増厚側）のほぼ全面に亘って、面厚調整板２０ａが溶接やかしめなどによって固定されて第２増厚部２０が形成されている。上記本実施形態における第２増厚部２０を形成するための上記面厚調整板２０ａの配置位置は、図３における斜線で示す位置であるが、これに限定されず、所定間隔をあけて部分的に基板に固定して第２増厚部２０を形成してもよい。
【００２９】
ここで、上記第１増厚部７の上記シム１１を含む板厚をＨ１、第２増厚部２０の板厚をＨ２、第３増厚部１０部の板厚をＨ３と定義した場合に、Ｈ１＞Ｈ２、Ｈ１＞Ｈ３となるように、上記シム１１、１２及び面厚調整板２０ａの厚さは調整されている。第１増厚部７を一番厚い増厚部分とすることで、当該第１増厚部７に、燃焼室内の高圧ガスを十分シール可能な面圧を発生可能としている。なお、エンジンの剛性などに応じて、上記板厚Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３の厚さの関係を調整することで、上記第１増厚部７、第２増厚部２０、及び第３増厚部１０に発生する、限られた面圧の配分を調整する。
【００３０】
また、無負荷時における、内周側ビードＢＤ１の高さは、上記第１増厚部７の高さよりも高く設定されている。外周側ビードＢＤ２及び第３のビードＢＤ３の高さは、第２増厚部２０よりも高く設定されている。
このように設定することで、上記構成の金属ガスケット１を、不図示のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介挿してボルトで締め付けて荷重を負荷すると、一番板厚の第１増厚部７に最大荷重が掛かって、燃焼室内の高圧ガスをシールする。
【００３１】
さらに、内周側ビードＢＤ１が第１及び第２増厚部７、２０で規制される高さまで圧縮変形して第１増厚部７の外周をシールする結果、シール面にある巣穴などによって第１増厚部７から漏れ出たガスをシールする。このとき、エンジンのシール面に接触するビードＢＤ１の部分は、軟質のゴムビード部分であるので、シール面に巣穴やツールマークなどがあっても、確実にシールすることが可能となる。
【００３２】
また、各水孔５についても、上記構成の第３のビードＢＤ３でシールされることで、水孔５を流通する水を確実にシールすることができる。
また、基板２外周に沿って形成された上記構成の外周側ビードＢＤ２によって、外部から水などが基板２内に浸入することが防止される。
ここで、第３のビード及び外周側ビードＢＤ２についても、第２増厚部２０及び第３増厚部１０によってその圧縮変形量が規制される。
【００３３】
上記各ビードの圧縮変形量は、使用する弾性シール材の特性などに基づき、例えば最大４０％以内に設定するなど圧縮破壊が発生しない値とする。上記弾性シール材は、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等の、耐食性かつ弾性を有する素材から構成すれば良い。
以上説明した本実施形態のビードＢＤは、圧縮変形した金属ビード１３、１６とゴムビードとの合成バネによって所要のシール圧を発生する構造であるので、金属ビード１３、１６を構成する基板２の硬度をその分、下げることが可能となっている。また、上下両接合面（シール面）と接触するビードの部分は、圧縮変形した軟質の弾性シール材１４，１５，１７，１８の平坦面の部分となり、その軟質な弾性シール材１４，１５，１７，１８が、当接した接合面部分にあるエンジンの加工ツールマークを埋めることで、エンジン稼働による脈動加圧であっても、第１増厚部７から漏れた燃焼ガスを完全にシールすることができる。
【００３４】
ここで、弾性シール材を金属ビード１３、１６の凹部内のみに充填した構造の場合には、その弾性シール材１４、１６が圧縮変形することで、金属ビード１３、１６及び金属ビード１３、１６に続く両側の基板２平坦部分を上側に反るように変形させる外力が発生する。そして、金属ビード１３、１６の疲労破壊を抑え且つ基板２コストを抑える目的で基板２の硬度を下げるほど、上記上側に反るような変形が顕在化するおそれがあるが、本実施形態では、凸部側にも第２の弾性シール材１５、１８を配置することにより、当該第２の弾性シール材１５、１８の圧縮変形によって、金属ビード１３、１６及び基板２の上記変形を防止して、凹部の第１の弾性シール材１４、１７によるシール性能の劣化を防止している。もっとも、金属ビード１３、１６の両側近傍にそれぞれ増厚部が配置されている部分にあっては、その増厚部によっても上記変形を抑える働きがあるので、その分、第２の弾性シール材１５、１８の幅を小さく設定したりしても良い。
【００３５】
また、上記第１の弾性シール材１４、１７は、金属ビード１３、１６でカバーされて直接ガスや冷却水や潤滑油などに触れる可能性が小さい。また、第２の弾性シール材１５、１８にあっても、直接ガスや冷却水や潤滑油などに触れる部分は主として側面だけであり、金属ビード１３、１６の両側に位置する第２弾性シール部分が当該金属ビード１３、１６で分離されているので、一方の第２弾性シール部分が水などと接触しても他方の第２弾性シールへの影響を抑えることができる。
【００３６】
上記のように、本実施形態のビード構造では、確実なシール機能を確保しつつ基板２の硬度を落とすことが可能となって、繰り返し荷重に対しても疲労破壊し難い金属ガスケット構造となる。
また、各ビードの圧縮変形量を規制する増厚部として、第１増厚部７及び第３増厚部１０の他に第２増厚部２０を設けることで、エンジン稼働による脈動加圧があっても、内周側シールラインＳＬ１と外周側シールラインＳＬ２との間に位置する基板２部分が凹むような変形を発生することを抑えることができると共に、ビード自体の圧縮変形量の変動も抑えられてビードによるシール圧の安定化に繋がる。
【００３７】
さらに、本実施形態の金属ガスケットが組み付けられるエンジンが、接合面の面積も少さくディゼルエンジンのように締め付け荷重の多いエンジンであっても、主に面圧を受ける増厚部が第２増厚部の分だけ増えるので、第１増厚部の面が耐力を超えて凹むことが防止され、その分、燃焼ガスの吹き抜けを抑えることができる。
【００３８】
なお、第１増厚部を形成する折返し部分のシム１１を板圧方向に凹凸状となるように屈曲形成してバネ要素を付与しても良い。このように、上記シム１１にバネを持たせることで、エンジン稼働時に燃焼室周囲の面圧バランスが崩れても当該シム１１のバネ要素１１ａが追従して第１増厚部７のシール圧を所定の範囲に保持可能であり、その分、第１増厚部７からのガスの漏れを防止することができる。すなわち、エンジン運転中に熱変形で部分的に面圧の低下箇所があっても、その変形に追随して面圧の確保が行われる。
【００３９】
なお、第１増厚部７による周方向に沿った面圧が均等化するように、当該第１増厚部７の周方向に沿った高さに抑揚をつけておいても良い。周方向に沿った第１増厚部７の面圧均等化させることは、ボア真円度を図ると共に、パワーロスやオイル消費の低減に貢献する。
また、少なくとも第１増厚部７の両面に対し、２硫化モリブデンやカーボン等の耐熱性のあるシール剤を塗布することで、ミクロシールを行うことも可能であるが、コスト低減のために当該シール剤を行わなくても良い。
【００４０】
ここで、本実施形態では、第２増厚部２０を形成するために面圧調整板２０ａを設けているが、締め付け荷重が小さい場合などのときには、第２増厚部２０を省略しても構わない。この場合であっても、内周側ビードＢＤ１の金属ビード１３を増厚しているので、内周側ビードＢＤ１によるシール圧が大きく設定可能である。
【００４１】
また、図２中、一点鎖線で示すように、副板２２を基板２に対し積層配置しても良い。副板２２をビード凸部側から積層配置すると、凸部側の弾性シール材１５，１８をエンジンの接合面から保護することができると共に、金属ガスケットの板厚調整を行うことが可能となる。なお、副板２２を設ける場合には、上記第１〜第３増厚部７，２０，１０を副板２２側に形成しても良い。
【００４２】
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材などについては同一の符号を使用する。
本第２実施形態の金属ガスケットの基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、図４に示すように、基板２のビード凸部側に対向させて副板２２を積層配置したものである。なお、基板２及び副板２２には、接合面に開口する孔に対応した位置にそれぞれ開口が形成されている。
【００４３】
そして、基板２に対し、上記第１実施形態で説明した構造の内周側ビードＢＤ１及び外周側ビードＢＤ２を設けると共に、当該内周側ビードＢＤ１と外周側ビードＢＤ２との間に面厚調整板２０ａを固定して第２増厚部２０を形成している。
また、副板２２における燃焼室孔側端部が２回折り返されて第１増厚部７が形成されている。また、副板２２の外周端部についても一回折り返されて第３増厚部１０が形成されている。
【００４４】
このように、第３増厚部１０よりも第１増厚部７の折返し回数を多くすることで、鍛造などの工程を設けなくても、第１増厚部７の高さを一番高くすることができる。なお、さらに、増厚部にシムを介挿して厚さ調整を行うようにしても良い。
その他の構成や作用・効果は上記第１実施形態と同様である。
【００４５】
ここで、上記実施形態では、第１増厚部７及び第３増厚部１０を共に副板２２側に形成する場合を例示しているが、上記構成の第１増厚部７及び第３増厚部１０の少なくとも一方を基板２側に形成しても良い。同様に、第２増厚部２０を形成する面厚調整板を副板２２側に固定しても良い。
次に、第３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材などについては同一の符号を使用する。
【００４６】
本第２実施形態の金属ガスケットの基本構成は、図５に示すように、上記第１及び第２実施形態と同様に、第１増厚部７、第２増厚部２０、第３増厚部１０、内周側ビードＢＤ１、外周側ビードＢＤ２を備えており、２枚の基板２をビードの凸部側を対向させて積層配置したものである。
すなわち、２枚の基板２に対し、それぞれ、内周側シールライン及び外周側シールラインに沿って、それぞれ第１実施形態で説明した構造の内周側ビードＢＤ１及び外周側ビードＢＤ２を設けると共に、一方の基板２に対して、第１，第２及び第３増厚部１０を形成したものである。
【００４７】
ここで、上記第１増厚部７の板厚をＨ１、第２増厚部２０の板厚をＨ２及び第３増厚部１０の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ２、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定し面圧の調整を行っている。
また、本実施形態では、面厚調整板を設けることで第１及び第３増厚部７，１０を形成しているが、各増厚部７，１０を上記実施形態のように基板２の端部を折り返して形成しても良い。この場合に、シムを介挿して延在方向に沿った板厚の抑揚形成を容易としたり、折返し回数を調整して、鍛造を行うことなく第１増厚部７の厚さが一番厚くなるように設定しても良い。
【００４８】
また、図６に示すように、２枚の基板２間に副板２２を介挿して、増厚部による各ビードに対するストッパ（圧縮変形量の規制）がより有効に作用するようにしても良い。このとき図７に示すように、副板２２側に第１増厚部７を形成してもよい。
作用や効果については上記第１及び第２実施形態と同様である。
【００４９】
ここで、上記全実施形態においては、一方の面側に凸状となる金属ビードがフルビードの場合を例示しているが、図８に示すように、一方の面側に凸状の金属ビードとしてハーフビードを採用しても構わない。図８では、外周側ビードＢＤ２を構成する金属ビード１６の全部若しくは一部をハーフビードとし、凸部側に弾性シール材１８を固着すると共にその凸部裏側の凹部にも弾性シール材１７を充填している。ハーフビードとした場合には、ビード幅を狭くすることが可能である。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、燃焼室の高圧ガスをシールする機能と面粗度の悪いシール面を低い面圧で長期間に渡り完全シール性能を確保可能な金属ガスケットを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】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平面図である。
【図２】図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図３】面厚調整板の配置位置を示す図である。
【図４】本発明に基づく第２実施形態に係る金属ガスケットの構成を示す断面図である。
【図５】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットの構成を示す断面図である。
【図６】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図７】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図８】外周側ビードの金属ビードをハーフビートした例を示す図である。
【図９】従来例を説明するための断面図である。
【図１０】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 金属ガスケット
２ 基板
３ 燃焼室孔
４ ボルト孔
５ 水孔
６ オイル孔
７ 第１増厚部
１０ 第３増厚部
１１ シム
１１ａ バネ要素
１３，１６ 金属ビード
１４，１７ 第１の弾性シール材（ゴムビード）
１５，１８ 第２の弾性シール材（ゴムビード）
２０ 第２増厚部
２０ａ 面厚調整板
２２ 副板
２２ａ バネ要素
ＢＤ１ 内周側ビード
ＢＤ２ 外周側ビード
Claims (7)
- 少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第１増厚部と、その第１増厚部の外周で当該第１増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、を備え、
上記内周側ビード及び外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっており、
上記第１増厚部は、燃焼室孔側端部を上記一方の面側に折り返し且つその折返し部内にシムを介挿されて構成され、上記シムを構成する板材は、基板表面に沿って上記内周側ビードを越える位置まで延在して、上記金属ビードと板厚方向で対向する位置が、上記金属ビードの形状に倣うように一方の面側に凸状に屈曲形成され且つ上記金属ビードと弾性シール材との間に介装されることで上記金属ビードの一部を構成することを特徴とする金属ガスケット。 - 上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第３増厚部を設け、上記第１増厚部の板厚をＨ１、及び第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定することを特徴とする請求項１に記載した金属ガスケット。
- 少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第１増厚部と、その第１増厚部の外周で当該第１増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第３増厚部と、を備え、
上記第１増厚部の板厚をＨ１、及び第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定し、
上記内周側ビード及び外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっており、
上記第１増厚部及び第３増厚部は、それぞれ燃焼室孔側端部若しくは基板外周端部を１回以上折り返して構成され、その折返し回数が第３増厚部よりも第１増厚部側を多くすることを特徴とする金属ガスケット。 - 上記内周側ビードと外周側ビードとの間に配置されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第２増厚部を設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載した金属ガスケット。
- 上記基板に対し上記金属ビードの凸部側に積層配置される副板を備え、上記第１増厚部及び第２増厚部の少なくとも一つを、上記基板に代えて、当該副板に形成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。
- 少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる２枚の基板を積層配置し、その２枚の基板のいずれかに対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚且つ金属性の第１増厚部を形成し、
上記２枚の基板にそれぞれ、上記第１増厚部よりも外周位置で上記燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周端部に沿って延びる外周側ビードとを設け、
上記２枚の基板の少なくとも１枚に対し、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に形成されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第２増厚部を設け、上記第１増厚部の板厚をＨ１、第２増厚部の板厚をＨ２とした場合に、Ｈ１＞Ｈ２の関係に設定し、
上記内周側ビード及び上記外周側ビードは、それぞれ、基板を板厚方向に屈曲成形して一方の面側に凸状に形成された金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の組合せで構成されると共に、
上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面が、金属ビードに拘束されないで金属ビードから開放され、
且つ、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを、金属ビードの凸部の高さとほぼ同じ高さとすることで、当該凸部側表面に固着する弾性シール材の肉厚は、相対的に、上記基板の平坦部に沿った方向を向く面側に向けて厚くなっていることを特徴とする金属ガスケット。 - 上記２枚の基板のいずれかに対し、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚且つ金属性の第３増厚部を形成し、第３増厚部の板厚をＨ３とした場合に、Ｈ１＞Ｈ３の関係に設定することを特徴とする請求項６に記載した金属ガスケット。
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