JP4305175B2 - 三面合わせ部のシール構造 - Google Patents

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Description

本発明は、第1部材乃至第3部材が相互に結合されてなる構造体の三面合わせ部のシール構造に関するものである。
第1部材乃至第3部材が相互に結合されてなる構造体、例えば、図11に示すように、シリンダヘッド100とその下側のシリンダブロック110とが第1シール面f1を介し接合され、これら両者の一側の上下方向にわたる突出し壁部101、102に第2シール面f2を介してチェーンケース120が接合されるエンジン本体Eが知られている。
このようなエンジン本体Eではシリンダヘッド100とシリンダブロック110との間にガスケット130が介装され、第1シール面f1のシール性を確保し、チェーンケース120と上下にわたる突出し壁部101、102との間に液状ガスケット140を付着させて第2シール面f2のシール性を確保している。
ここで第1シール面f1と第2シール面f2とが突き合わされる三面合わせ部mにおいては第1シール面f1のガスケット130の先端部と第2シール面f2の液状ガスケット140とが突き合わせ状態で対向配設される。
この場合、ガスケット130の先端部と液状ガスケット140の端面とが接合することで三面合わせ部mにおけるシール性が確保されることとなる。
なお、特開平10−274098号公報(特許文献1)には、シリンダヘッドとシリンダブロックとがガスケットを挟んで一体的に結合され、これらの一側に駆動装置ケースが一体結合されることで三面合わせ部が設けられたエンジンにおけるシール構造が開示されている。ここでは三面合わせ部に対向するシリンダヘッドとシリンダブロックの各角部が加工カエリバリや相対的な段差が生じたままで組み付けられた場合に、加工カエリバリや角部がエンジン振動や熱変形によって変位し、これに応じて駆動装置ケース側のシール面に沿って付着する液状ガスケットがカットされることを駆動装置ケース側に形成した逃し溝により回避し、駆動装置ケースの内側のチェーン収容室の外部に対するシール性が低下するという問題を回避している。
特開平10−274098号公報
ところで、図11に示す三面合わせ部mにおいては、エンジン組付け初期において、シリンダヘッド100とシリンダブロック110及びガスケット130の各先端部が同一平面である第2シール面f2上に位置し、同第2シール面f2の液状ガスケット140に突き合わせ状態で接合し、三面合わせ部mにおけるチェーンケース120内の内室と外部とのシール性が確保されている。
ところが、シリンダヘッド100とシリンダブロック110及びガスケット130の各部材の材質や形状の相違によって、これらの熱変位が生じた場合の伸縮量に相対差が出る。例えば、アルミ合金のシリンダヘッドやシリンダブロックに対して、板状の金属製のガスケット130との間には伸縮量に相対的な差がでることとなる。このような熱変形差が生じた場合、第2シール面f2に比較的薄く付着している液状ガスケット140はその伸び変形量の最大値まで延びた上でガスケット先端から離脱あるいは液状ガスケットの切れが発生してしまい、ガスケット先端と第2シール面f2の液状ガスケットとの間に隙間αが生じることがある。このようにして隙間αが生じた場合、チェーンケース120内の内室Rと外部とのシール性が低下するという可能性がある。
このように、エンジン本体や第1乃至第3部材を一体的に結合した各種の収納ボックス等の構造体において、第1部材と第2部材とが第1シール面を介し接合され、この第1シール面が突き当たる第2シール面に沿って配備される第1部材及び第2部材の突出し壁に対し第3部材mが接合されることで三面合わせ部mが形成される場合、熱変形等によって第1シール面側のシール材の先端が第2シール面側の液状シール剤より離脱あるいは液状ガスケットの切れが発生することで隙間αが生じてしまい、構造体の一側壁面と他側壁面との間のシール性が低下するという問題があり、その改善が望まれている。
本発明は以上のような課題に基づきなされたもので、目的とするところは、三面合わせ部を有するシール構造において、第1シール面側のシール材の先端とこれが突きあたる第2シール面側の液状シール剤との間に隙間が生じることを防止できる三面合わせ部のシール構造を提供することにある。
この発明の請求項1に係る三面合わせ部のシール構造は、第1シール面を挟んで重合するエンジンのシリンダヘッド及びシリンダブロックと、互いに重合した上記シリンダヘッド及びシリンダブロックの端部に位置する第2シール面に対して液状シール剤を介して接合されるチェーンケースとの三面合わせ部のシール構造において、上記シリンダブロックの一端の内壁とチェーンケースの内壁とに挟まれた内室が形成され、上記第2シール面における上記シリンダヘッドとシリンダブロックとが重合する部位において同シリンダヘッド又はシリンダブロックの少なくとも一方の隅角部であって上記内室側の隅角部に、上記液状シール剤を充填させるべく同隅角部を略三角錐状に切り欠いたシール用凹部が形成され、上記シール用凹部は内室側開口と挟持側開口と接合側開口とを有し、内室側開口より外部方向に所定深さで形成されたことを特徴とする。
この発明の請求項1によれば、シール用凹部における液状シール剤の容量を確保できるので、熱変動等が生じることによって、上記第1シール面の方向における相対変位が生じてシリンダヘッドとシリンダブロックの端部と第2シール面を介してのチェーンケースとの間の隙間が大きく変動しても、内室側の隅角部に略三角錐状に切り欠いたシール用凹部が形成され同シール用凹部に液状シール剤を充填させるので、同液状シール剤が容易に伸縮して侵入し、隙間の開放を防止でき、シリンダヘッドとシリンダブロックの端部とチェーンケースとの間の三面合わせ部を確実にシールすることができる。特に、シール用凹部の液状シール剤の断面が外部に対してくさび状断面を成すので、液状シール材が経時的に硬化するとしても、内室の内圧の増加に対して外部へずれるのを確実に防止でき、この点で安定したシール機能を発揮できる。
更に、上記シール用凹部は、略三角錐状に形成されるので、加工が容易化され低コスト化を図れる。
図1、図2にはこの発明の一実施形態としての三面合わせ部のシール構造が適用された構造体を示す。
図1(a)、(b)の構造体1は前方開口2及び側方開口3を有する矩形の外殻部材4と、前方開口2を閉鎖する厚板状の第1部材5及び第2部材6と、側方開口3を閉鎖する厚板状の第3部材7とを備える。この構造体1は外殻部材4の内室8を外部空間9に対して区画しており、熱変動に対して内室8のシール性を確保した構造体1であって、主要部材はアルミ合金材料で形成され、各種機器を密閉可能に収容するボックスとして使用される。
ここで、前方開口2は横向きの第1シール面f1に沿って配備される板状シール材10(図2参照)を上下より挟持する第1部材5と第2部材6により閉鎖され、両部材は互いに締結手段11によって結合され、それらの周縁部は外殻部材4の凹状縁部12に不図示の固定手段で固着される。上下の第1部材5及び第2部材6の各突出し壁部14、15は第1シール面f1が直交状に突き合わされる縦向きの第2シール面f2に沿うように形成される。
側方開口3は外殻部材4の凹状縁部12と上下方向Zに並ぶ突出し壁部14、15とに接合される第3部材7によって閉鎖される。ここで、第3部材7の周縁部は外殻部材4の凹状縁部12に不図示の固定手段で固着され、各突出し壁部14、15には同対向部が第2シール面f2を介し締結手段13によって締付結合される。
各突出し壁部14、15に対向する第3部材7の縦向きの接合壁17には、第1シール面f1が直交状に突き合わされる縦向きの第2シール面f2に沿って液状シール剤16が塗布され、第1部材5と第2部材6の各突出し壁部14、15と液状シール剤16を介し接合される。
液状シール剤16は第3部材7の接合壁17に予め付着され(図4(a)参照)、その上で第2シール面f2に沿って配列されている第1部材5と第2部材6の各突出し壁部14、15に押し付けられ(図4(b)参照)、接合処理がなされている。この液状シール剤16は耐熱性、耐油性を備え、しかも、塗布厚さの2倍程度まで弾性的に延びてもシール性を保持することの可能なシール材が選択使用される。
なお、図5に示すように、液状シール剤16の所定幅qのシールライン(塗布域)は後述するシール用凹部21及び液状シール剤16上のシールビード、切欠部24に重なる位置に配置される。更に、第1部材5と第2部材6は平面視でほぼ同様の形状をなし、それらによって第1シール面f1に沿って設けられる板状シール材10が挟持される。
図5、図10に示すように、板状シール材10は金属製の板状の主部101と同主部101の上下面にゴムコーティング101Aとシール用ビード101Bを備える。なお、弾性シール剤22はシリコンゴムを基材としており、硬度や粘度や接着力がシール性を確保できるように調整されたものが採用される。
板状シール材10は第1部材5及び第2部材6の各挟持壁部18、19の下向き挟持面5df及び上向き挟持面6ufに対し、ほぼ同等の長さと幅を有するように形成され、後述のシール用凹部21と対向する部分が切除され、切欠部24が形成されている。板状シール材10の上下面にはその長手方向全域にゴムコーティング101Aとシール用ビード101Bが塗布され、特に、そのシールラインの一端は切欠部24の中央部に重なるように設定されている。
図3、5に示すように、第2部材6には挟持壁部19と突出し壁部15が重なる部位、即ち、横向きの第1シール面f1が縦向きの第2シール面f2と突き当たる三面合わせ部Aが形成され、同三面合わせ部Aと対向する部位であって内室8と対向する一方側壁面である内室側壁面iwのエッジ部23が三角錐状に切欠され、そこにシール用凹部21が形成される。なお、ここでのシール用凹部21は加工が容易化される三角錐状の切欠部であるので、加工コストの低減に寄与できる。
図3、5に示すように、シール用凹部21は、内室側壁面iwに形成される内室側開口aと、第1シール面f1に形成される挟持側開口bと、第2シール面f2に形成される接合側開口cとを有する。シール用凹部21は内室側開口aより外部方向Yに深さhで形成され、接合側開口cより第2シール面f2を離れる方向に横幅iで形成され、 挟持側開口bより第1シール面f1を離れる方向に縦幅jで形成されている。
図5に示すように、板状シール材10の切欠部24はシール用凹部21の挟持側開口bと略同一平面視形状に切欠され、シール用凹部21の容量を実質的に増加させると共に第1部材5と第2部材6の隙間部(t:図4(c)ハッチング部)に液状シール剤16が確実に充填するように形成されている。
シール用凹部21の深さhは板状シール材10のゴムコーティング101Aとシール用ビード101Bからなるシールライン、及び第2シール面f2の液状シール剤16の幅qのシールラインとそれぞれ容易に重なるだけの幅に設定される。
これによって、シール用凹部21及び切欠部24内の液状シール剤16と板状シール材10の端面に接着処理された弾性シール剤22とが接着処置時(図4(b)参照)に確実に連続し、三面合わせ部A近傍の第1シール面f1が途切れることなく確実に第2シール面f2の液状シール剤16と連続することを可能としている。
シール用凹部21の縦幅jは第2シール面f2側の液状シール剤16が図4(a)の状態より、壁部14、15の各突出し壁部14、15に押し付けられ、図4(b)の状態に達した際に、 液状シール剤16がシール用凹部21側に容易に押し込み充填されるだけの値に設定される。
シール用凹部21の横幅iはシール用凹部21内の液状シール剤16の容量を規制することを考慮し、適宜設定される。
逆に、液状シール剤16はシール用凹部21及び切欠部24を充填するのに十分な量塗布されなければならない。
このような図1の構造体1がその使用時に熱変形を起した際の変化を図4(a)乃至(c)を用いて説明する。
まず、組付けに先駆け、第1部材5及び第2部材6の各挟持壁部18、19間に板状シール材10が配備され、両者はその上で締結手段11によって一体的に締結され、外殻部材4に一体的に取り付けられる。更に、第3部材7の接合壁17に液状シール剤16が塗布され、図4(a)に示す組み付け前状態にセットされる。
次いで、図4(b)に示すように、第3部材7の接合壁17が第1部材5及び第2部材6の突出し壁部14、15に圧接され組み付け位置P0に保持され、更に、両者は締結手段13によって一体的に締結され、外殻部材4に一体的に取り付けられる。この際、板状シール材10の第2シール面f2との対向端側は第2シール面f2の液状シール剤16の厚さ分を隔てて第3部材7の接合壁17に当接する状態にある。特に、 接合壁17に比較的厚く塗布されていた液状シール剤16の一部はこの組付け時に、シール用凹部21及び切欠部24には接合側開口c側より液状シール剤16は圧入され、ほぼ全域に充填され、その状態を2点鎖線内のハッチング領域として示した。
このような図1の構造体1が経時的に熱変形を起したとする。この場合、第1シール面f1で互いに対向する各挟持壁部18、19間での相対変位や、第2シール面f2での上下方向Zに並ぶ突出し壁部14、15に対する接合壁17間での相対変位は比較的少なく気密は保持される。
一方、第1シール面f1の方向Xにおいて、第1部材及び第2部材5、6の各挟持壁部18、19に対して板状シール材10の対向端は図4(c)に示すように、ずれ幅tだけずれて、熱変形後の変動位置P1に変動する。この時のずれ幅tは第2シール面f2の液状シール剤16の厚さ分の3倍以上あるが、板状シール材10の対向端eに接着するシール用凹部21及び切欠部24内の液状シール剤16は十分な容量で、十分な厚さを有することより、ずれ幅tの弾性的な延び変位を吸収するに十分な延び変位できる。しかも、この際、板状シール材10端部はシール用凹部21及び切欠部24内の液状シール剤16に接合したままで対向端eより液状シール剤16が離脱することを防止できる。このため板状シール材10とシール用凹部21及び切欠部24内の液状シール剤16とが熱変形を起した後であって板状シール材10の対向端eが第2シール面f2よりずれ幅tだけ移動したにも関わらず、対向端e及び第3部材7の接合面17sfの両接着状態を安定して維持でき、三面合わせ部のシール性を安定して維持できる。このため、三面合わせ部近傍での第1シール面f1の方向Xにおけるシール材の切断を防止でき、隙間が生じることによる一方側壁面である内室側壁面iwと他方側壁面owとの間、即ち、内室8の外部空間9に対する気密性の低下を確実に防止できる。更に、ここでのシール用凹部21及び切欠部24は内室8側に形成され同部に充填された液状シール材16は経時的に硬化するので、その断面が外部に対してくさび状断面を有することとなり、内室8の内圧の増加があっても外部へのずれを確実に防止され、この点で安定したシール機能を発揮できる。更に、シール用凹部21は簡素な構造のため、第2部材6の鋳造時に容易に形成することができ、切欠部24も板状シール材10の製作時に容易に形成することができ、特別の機械加工等を別途に必要とせず、コスト増を抑制できる。
次に、本発明の第2実施形態としての三面合わせ部のシール構造が適用されたエンジン本体30を図6乃至図9を用いて説明する。
ここでのエンジン本体30はシリンダブロック31とその上方のシリンダヘッド32と、シリンダヘッド32(第1部材)及びシリンダブロック31(第2部材)の長手方向X1の一側面を同時に覆うチェーンケース33(第3部材)と、これらの上方のヘッドカバー34と、下方のオイルパン35とを備え、これらは相互に不図示のボルトによって一体結合されている。エンジン本体30はエンジン長手方向X1に沿って複数のシリンダSが所定間隔で直列状に配設される多気筒エンジンの要部を構成する。
エンジン本体30はシリンダブロック31内に不図示のクランク機構を配備し、それによって各シリンダS内で上下動するピストン36をクランクシャフト37側に連結して回転力を出力する周知構造をなし、シリンダヘッド32内の不図示の動弁装置をクランクシャフト37の回転に同期して駆動することで各シリンダSに混合気の供給と、排気の排出を適宜行うようにした4サイクルエンジンの要部を構成する。ここで、シリンダブロック31の一端の内壁とチェーンケース33の内壁とに挟まれた空間としてチェーン収容室(以後内室38)が形成されている。この内室38にはクランクシャフト37の回転力でシリンダヘッド32側の動弁装置を同期回転させるための不図示のチェーン駆動系が収容される。
この内室38の下部側開口はシリンダブロック31の端部突壁39によって覆われ、上部はヘッドカバー34内の動弁系収容空間341に連通している。
図7に示すように、このような構造体としてのエンジン本体30において、第1部材であるシリンダヘッド32、第2部材であるシリンダブロック31及び第3部材であるチェーンケース33とがエンジン横幅方向Y1における両端近傍に三面合わせ部A1、A2をそれぞれ形成している。
シリンダブロック31は全シリンダS及びウオータジャケット41を覆う内外壁を多数形成され、上壁42は第1シール面f1と対向する挟持部材として機能する。
ここで、シリンダブロック31は一端側のシリンダSを覆う内壁43よりさらにエンジン長手方向X1に突き出る左右1対の突出し壁部44を有し、同1対の突出し壁部44は第1シール面f1が直交して当接する第2シール面f2に沿うように形成される。
シリンダヘッド32はシリンダブロック31と連続する外壁や、不図示のウオータジャケットを形成する内外壁及びシリンダブロック31の上壁42と対向する挟持壁部を成す下壁45を有し、下壁45が第1シール面f1に沿って配備されたガスケット46に接合するように形成される。しかも、シリンダブロック31と同様に一端側の端部内壁47よりさらにエンジン長手方向X1に突き出る1対の突出し壁部48を有する。1対の突出し壁部48は第1シール面f1が直交して当接する第2シール面f2に沿うように形成される。
なお、上下方向Zに並ぶ突出し壁部48、44には第2シール面f2に沿うように形成されるチェーンケース33の周縁の接合壁部49が接合する。これによって第1シール面f1と第2シール面f2とが当接する三面合わせ部A1、A2が図7、8に示すように、左右対象に1対形成される。
図7に2点鎖線で示すように、上下のシリンダヘッド32とシリンダブロック31とは横向きの第1シール面f1に沿って配備された板状のガスケット51を挟持している。ガスケット51はシリンダヘッド32とシリンダブロック31により形成している全シリンダS及びウオータジャケット41を囲む上壁42及び下壁45間のシール性を確保するよう形成され、必要個所に応じて貫通穴を適宜形成すると共に各貫通穴の周縁近傍の上下面にゴムコーティング剤52(図8(a)、(b)参照)が所定幅rで塗布されている。特に、上下方向Zに並ぶ突出し壁部44、48間には、ガスケット51の端部屈曲延出部511が延出して配備される。この端部屈曲延出部511で、内室38側には切欠部24aが形成されている。しかも、ガスケット51の端部屈曲延出部511には所定幅でゴムコーティング剤22aが塗布され、図示しないシールビードが配置される。
図7、図8(a)、(b)に示すように、三面合わせ部A1、A2が形成される部位であって、シリンダブロックの突出し壁部44のチェーンケース33との対向端23aのエッジ部には三角錐状に切欠されたシール用凹部21aが形成される。
シール用凹部21aは図5に示したシール用凹部21と同様の前述要件が考慮され、同様に形成される。即ち、内室側開口aと挟持側開口bと接合側開口cとを有し、内室側開口aより外部方向Yに深さhで形成され、接合側開口cより第2シール面f2を離れる方向に横幅iで形成され、 挟持側開口bより第1シール面f1を離れる方向に縦幅jで形成される。
横幅iと縦幅jはシール性を確保できる液状シール剤16の充填量に基づき設定される。また、深さhはガスケット51に形成されるシールビード(シールライン)に重なるように設定されている。
図8(a)、(b)に示すように、ガスケット51の切欠部24aはシール用凹部21aの挟持側開口bと略同一平面視形状に切欠され、ガスケット端部e1に直接付着するように形成されている。
このような図7のエンジン本体30が駆動時に熱変形した場合も、図4(a)乃至(c)を用いて前述したと同様にシール用凹部21a及び切欠部24aの液状シール剤16が内室38の外部に対する気密性を保持するように機能し、図1の構造体1と同様の効果が得られる。
即ち、エンジン本体30が駆動により熱変形を起すと、エンジン長手方向Xにおいて、各挟持壁部である上壁42及び下壁45に対してガスケット51の端部屈曲延出部511の対向端e1は図8(a)、(b)に示すように、初期位置P0に対し、ずれ幅t1だけずれて、熱変形後の変動位置P1に変動する。この時、端部屈曲延出部511の対向端e1に接着するシール用凹部21a及び切欠部24a内の液状シール剤16は十分な容量で、十分な厚さを有することより、ずれ幅t1の弾性的な延び変位を吸収するに十分な延び変位でき、対向端e1より液状シール剤16が離脱することを防止でき、チェーンケース33の接合壁部49との間の接着状態を安定して維持できる。即ち、三面合わせ部A1、A2のシール性を安定して維持でき、隙間が生じることによる内室38の外部に対する気密性の低下を確実に防止でき、しかも、図1で説明した構造体1と同様の効果が得られる。
上述のところにおいて、各シール用凹部21、21aは第2部材6やシリンダブロック31側の三面合わせ部A等との対向部に形成されていたが、これに代えて、あるいはこれに加えて第1部材5やシリンダヘッド31側の三面合わせ部A等との対向部にシール用凹部を形成してもよく、このような場合も同様の効果が得られる。
上述のところにおいて、本発明の三面合わせ部のシール構造では、その第1シール面f1と第2シール面f2とが直交して突き合わされる三面合わせ部に適用されていたが、第1シール面f1と第2シール面f2とが直交状態以外の交差角で突き合わされ三面合わせ部に適用される場合であっても本発明を同様に適用できる。
本発明の一実施形態としての三面合わせ部のシール構造の適用された構造体を示し、 (a)は部分切欠平面図、(b)は正面図である。 図1の構造体の第1シール面f1における第1部材を排除した状態での拡大切欠正面図である。 図1の構造体の第1シール面f1近傍における要部切欠裏面図である。 図1の構造体の第1シール面f1における第1部材の三面合わせ部近傍の切欠拡大図で、(a)は組付け前の状態を、(b)は締結状態を、(c)は熱変形状態を説明する図である。 図1の構造体の三面合わせ部近傍の概略斜視図である。 本発明の他の実施形態としての三面合わせ部のシール構造の適用されたエンジン本体の概略図である。 図6中のシリンダブロックの要部拡大切欠平面概略図である。 図6中のシリンダブロックの突出し壁部の要部拡大切欠斜視図で(a)は一方側、(b)は他方側を示す。 図6中のシリンダブロックの斜視図である。 図1中の板状シール材の断面図である。 従来のエンジン本体の概略構成図である。
符号の説明
5 第1部材
6 第2部材
7 第3部材
9 他方側壁面(外部空間)
10 板状シール部材
14、15 突出し壁部
16 液状シール剤
17 接合壁部
18、19 挟持壁部
21 シール用凹部
23 エッジ部
f1 第1シール面
f2 第2シール面
iw 内室側壁面(一方側壁面)
ow 他方側壁面
A 三面合わせ部
X 第1シール面の方向
Y 第2シール面の方向
X1 エンジン長手方向
Y1 エンジン横幅方向

Claims (1)

  1. 第1シール面を挟んで重合するエンジンのシリンダヘッド及びシリンダブロックと、互いに重合した上記シリンダヘッド及びシリンダブロックの端部に位置する第2シール面に対して液状シール剤を介して接合されるチェーンケースとの三面合わせ部のシール構造において、
    上記シリンダブロックの一端の内壁とチェーンケースの内壁とに挟まれた内室が形成され、
    上記第2シール面における上記シリンダヘッドとシリンダブロックとが重合する部位において同シリンダヘッド又はシリンダブロックの少なくとも一方の隅角部であって上記内室側の隅角部に、上記液状シール剤を充填させるべく同隅角部を略三角錐状に切り欠いたシール用凹部が形成され、
    上記シール用凹部は内室側開口と挟持側開口と接合側開口とを有し、内室側開口より外部方向に所定深さで形成されたことを特徴とする三面合わせ部のシール構造。
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