JP4541400B2 - 金属製ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロック等の二つの部材の間に挟持してシールを行う金属製ガスケットに関し、より詳細には、シール対象の流体の圧力をシール面圧に利用できて、優れたシール性能を発揮できる金属製ガスケットに関する。

シリンダヘッドガスケット等の金属製ガスケットは、自動車のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）等の２つのエンジン部材の間に挟まれた状態で、ボルトにより締結され、燃焼ガス、オイル、冷却水等の流体をシールする役割を持っている。

最近のエンジンは、従来のエンジンに比べて、小型化、軽量化が進んで、材質が鋳鉄からアルミニウム合金に変わると共に、エンジンの高出力化に伴って、燃焼ガスの圧力は増加の傾向にある。また、一方で、エンジンの軽量化の面から、ガスケットに使用できる金属構成板の枚数も少なくなりつつあり、少ない枚数の金属構成板で高いシール面圧を発揮する必要が生じている。

シリンダヘッドガスケットの場合には、高温で腐食性がある燃焼ガスがガスケットの金属構成板の間に入るのを防止するために、Ｕ字形状のリングであるグロメットや、金属構成板を折り返した折り返し部がシリンダボア用穴側に凸となるように配置され使用されてきた（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、このシリンダボア用穴側に凸のグロメットや折り返し部の場合には、シール対象穴の燃焼ガスの圧力が高くなった場合に、この燃焼ガスの圧力によってシリンダヘッドをシリンダブロックから離反させる方向に力が作用するが、この時に、燃焼ガスの圧力はグロメットと折り返し部に対してガスケットを薄くする方向に作用する。そのため、エンジン部材の離間に対するシール部材の追従性が悪くなり、シール性能が悪くなるという問題がある。
特開２００６−１３２７１４号公報

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シール対象の流体の圧力を利用して、シール対象穴周りのシール性能を高めることができると共に、シール対象穴周りに面圧調整用部材を配置できて、高いシール面圧を発生できるシール性能と耐久性に優れた金属製ガスケットを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る金属製ガスケットは、２枚以上の金属構成板を有し、二つの部材の間に挟持してシールを行う金属製ガスケットのシール対象穴に面した部分に、断面が外周側に凸となるＵ字形状のリングを、２枚の金属構成板の間に配設すると共に、この２枚の金属構成板の一方の金属構成板のシール対象穴部分を折り返して、この折り返し部の端部を前記Ｕ字形状のリングの外側に配置し、更に、この折り返し部の一部に前記Ｕ字形状のリングの内側とシール対象穴とを連通させる連通穴を設けて構成される。

この連通穴は、折り返し部のシール対象穴周りの周方向に、１個又は複数個、例えば２個から８個、好ましくは等間隔で設ける。この連通穴の大きさは、シール対象穴の流体の圧力が、流体の圧力変動に対して追従して、Ｕ字形状のリングの内側の流体に伝達できる大きさとする。

この構成によれば、断面が外周側に凸となるＵ字形状に形成されたリングの配設により、ガスシール対象の流体の圧力が高くなって、ガスケットを挟む部材の締結力に対抗してガスケットを挟む部材を押し広げて、ガスケットに対する押圧力が減少する場合には、高圧の流体の圧力が連通穴を介して折り返し部の外側からＵ字形状のリング内に伝達され、Ｕ字形状のリングを押し広げる力が増加して、Ｕ字形状のリングを挟持している両側のガスケットの金属構成板をエンジン部材方向に押圧し、シールに必要なシール面圧を維持する。そのため、シールにおける追従性が著しく向上する。

また、シール対象の流体の圧力が低くなって、ガスケットを挟む部材の締結力によるガスケットに対する押圧力が増加する場合には、折り返し部の端部が面圧調整用部材となり、シムの役割を果たすので、シール対象穴周辺部における厚みを維持でき、この厚みによって発生するシール面圧により、シールに必要なシール面圧を維持できる。それと共に、Ｕ字形状のリングが押し潰されるのを、その内部に挿入された折り返し部の端部により防ぐことができるので、耐久性も増加する。

また、シール対象穴の周囲に折り返し部を設け、この折り返し部の端部を他の金属構成板の外側に配置した場合には、この折り返し部で２枚の金属構成板がバラバラになるのを防止できる。そのため、金属構成板がバラバラにならないようにするための点溶接やカシメが不要になる。なお、この折り返し部の端部を、他の金属構成板の内側とＵ字形状のリングの外側の間に配置した場合でも、Ｕ字形状のリングを押さえ込むという機能を果たすことができる。

上記の金属製ガスケットにおいて、前記Ｕ字形状のリングを挟む２枚の金属構成板の少なくとも一方に、シール対象穴側が開くハーフビードを設け、このハーフビードの内側に前記Ｕ字形状のリングを配設して構成する。このハーフビードを設けるとＵ字形状のリングを配設し易くなると共に、ハーフビードのシール対象穴側の平坦部で比較的広い幅でシールラインを形成することができるので、エンジン部材の傷や圧痕の発生を抑制できると共に、ハーフビードのシール機能も加わり、シール性能がより向上する。

上記の金属製ガスケットにおいて、前記ハーフビードのシール対象穴側部分に外側に凸となるフルビードを配設して構成する。この構成によれば、ハーフビードの押圧力に加えて、フルビードの押圧力を加えることができるので、強い押圧力のシールラインを形成することができる。

上記の金属製ガスケットにおいて、前記金属構成板のシール対象穴側部分に外側に凸となるフルビードを配設して構成する。この構成によれば、Ｕ字形状のリング、折り返し部のシール効果に加えて、フルビードのシール効果も加わるので、より高いシール性能を得ることができる。

本発明の金属製ガスケットによれば、断面が外周側に凸のＵ字形状のリングを配設し、折り返し部に連通穴を設けたことにより、シール対象の流体の圧力が高くなると、シール対象穴側から連通穴を経由してＵ字形状のリング内に伝達された流体の圧力によりＵ字形状のリングを開く方向に押圧して、Ｕ字形状のリングを挟持している両側のガスケットの金属構成板を部材方向に押圧する。そのため、シール対象の流体の圧力をシール用面圧に利用できるので、シール面圧が高くなりシール性能を向上できる。

また、両側の部材がガスケットを押圧する力が増加した場合には、折り返し部の端部がシムと同様の圧力調整用部材の役割を果たすので、Ｕ字形状のリングの圧潰を防せぎながら、シール対象穴周辺部における厚みを維持でき、この厚みによって発生するシール面圧により、適正なシールラインを維持できる。

次に、図面を参照して本発明に係る金属製ガスケットの実施の形態についてシリンダヘッドガスケットを例にして説明する。なお、図１〜図８は、模式的な説明図であり、構成をより理解し易いように、板厚、シール対象穴の大きさ、折り返し部の大きさ、ビードの大きさ等の寸法を実際のものとは異ならせて、誇張して示している。

本発明に係る実施の形態の金属製ガスケットは、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）のエンジン部材の間に挟持されるシリンダヘッドガスケットであって、シリンダボアの高温・高圧の燃焼ガス、及び、冷却水通路や冷却オイル通路等の冷却水やオイル等の流体をシールする。

このシリンダヘッドガスケットは、軟鋼板、ステンレス焼鈍材（アニール材）、ステンレス調質材（バネ鋼板）等で形成される金属構成板（金属基板）を複数有して構成される。また、シリンダブロック等のエンジン部材の形状に合わせて製造され、シリンダボア用穴（燃焼室用穴）、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴、締結ヘッドボルト用のボルト穴等が形成される。

図１及び図２に示すように、本発明の第１の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１は、２枚の金属構成板１０，２０と、断面が外周側に凸となるＵ字形状に形成されたリング３０とからなる。この第１金属構成板１０と第２金属構成板２０は、例えば、ステンレス焼鈍材で形成され、Ｕ字形状のリング３０は例えば、ステンレスバネ鋼板で形成される。

シリンダボア用穴２の周縁部において、第１金属構成板１０には、シリンダボア用穴２側が開くハーフビード１１が設けられ、第２金属構成板２０には、シリンダボア用穴２側が開くハーフビード２１が設けられる。この２つのハーフビード１１，２１の間に、外周側に丸み部（折り返し部）３１を持つＵ字形状のリング３０を配設する。

更に、図１に示すように、第１金属構成板１０のシール対象穴２の周縁部分を折り返して、この折り返し部１２の端部１２ａをＵ字形状のリング３０の外側でかつ第２金属構成板２０の内側に配置する。この構成により、Ｕ字形状のリング３０の開放側が折り返し部１２の内部に入る構成となる。又は、図２に示すように、この折り返し部１２の端部１２ａをＵ字形状のリング３０の外側でかつ第２金属構成板２０の外側に配置する。この構成により、Ｕ字形状のリング３０の開放側が、第２金属構成板２０の端部と共に折り返し部１２の内部に入る構成となる。

更に、この折り返し部１２の一部にＵ字形状のリング３０の内側の空間部４０とシール対象穴２とを連通させる連通穴１２ｂを設ける。この連通穴１２ｂは、折り返し部１２のシール対象穴２周りの周方向に、１個又は複数個、例えば２個から８個、好ましくは等間隔で設ける。この連通穴１２ｂの大きさは、燃焼ガスの圧力変動に対して追従して、シール対象穴２の燃焼ガスの圧力Ｐが、Ｕ字形状のリング３０の内側の空間部内の流体に伝達できる大きさとする。

また、水穴３側にも、第１金属構成板１０では水穴３側が開くハーフビード１３が設け、第２金属構成板２０では水穴３側が開くハーフビード２３が設ける。

この構成により、エンジンの燃焼ガスの圧力Ｐが高くなると、図１及び図２に示すように、連通穴１２ｂを経由してＵ字形状のリング３０内に伝達された燃焼ガスの圧力ＰによりＵ字形状のリング３０が開く方向に圧力Ｐが作用して、Ｕ字形状のリング３０を挟持している両側の金属構成板１０，２０を部材方向に押圧する力Ｆ１が発生する。そのため、燃焼ガスの圧力Ｐをシール用面圧に利用できるので、シール性能が向上する。また、このＵ字形状のリング３０により、このＵ字形状のリング３０より外周側に対しては、金属構成板１０，２０の間に燃焼ガスが入り難くなるので、シール性能が向上すると共に、耐久性を向上することができる。

また、エンジンの燃焼ガスの圧力Ｐが低くなり、両側の部材がガスケット１を両側から押圧する押圧力が発生する場合には、折り返し部１２の端部１２ａが圧力調整用部材となり、シムと同様の圧力調整の役割を果たすので、シール対象穴２の周辺部における厚みを維持でき、この厚みによって発生するシール面圧により、適正なシールラインを維持できる。

また、図２に示すように、シール対象穴２の周囲に折り返し部１２を設け、この折り返し部１２の端部１２ｂを第２金属構成板２０の外側に配置した場合には、この折り返し部１２で２枚の金属構成板１０，２０とＵ字形状のリング３０がバラバラになるのを防止できる。そのため、金属構成板１０，２０とＵ字形状のリング３０がバラバラにならないようにするための点溶接やカシメが不要になる。なお、図１に示すように、この折り返し部１２の端部１２ｂを、第２金属構成板２０の内側とＵ字形状のリング３０の外側の間に配置した場合でも、Ｕ字形状のリング３０を押さえ込むという機能を果たすことができる。

また、ハーフビード１１，２１により、Ｕ字形状のリング３０が配設し易くなると共に、シール対象穴２側の比較的広い幅の平坦部でシールラインを形成することができるので、エンジン部材の傷や圧痕の発生を抑制できる。つまり、最近のアルミニウム合金製のエンジン部材においては、剛性が低く傷が付き易いため、このシールラインの部分に傷が発生し、この傷によりシール性能が劣化して、適正なシール性能を得ることができなくなるという問題があるが、この問題の対策となる。さらに、ハーフビード１１，２１のシール機能も加わるので、よりシール性能が向上する。

図３に示す本発明の第２の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ａは、３枚の金属構成板１０，２０，５０と、断面が外周側に凸となるＵ字形状のリング３０とからなる。この第２の実施の形態では、第１の実施の形態において第１金属構成板１０と第２金属構成板２０の間に、第３の金属構成板５０が挟持される。この構成以外は図１の第１の実施の形態と同じである。

この第３の金属構成板５０を配設すると、ガスケット１Ａの厚み調整が容易となるため、Ｕ字形状のリング３０と折り返し部１２，２２の端部１２ａ，２２ａが配設し易くなる。また、ハーフビード１１，２１を急傾斜で設けなくてもよくなり、ハーフビード１１，２１によるシール面圧の調整が容易となる。

図４に示す本発明の第３の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ｂは、３枚の金属構成板１０，２０，５０と、断面が外周側に凸となるＵ字形状のリング３０とからなる。この第３の実施の形態では、第２の実施の形態のように第２金属構成板２０に設けたハーフビード２１を設けずに、第２金属構成板２０はシリンダボア用穴２の周縁部においては平坦に形成される。そして、第１の金属構成板１０のハーフビード１１と第２金属構成板２０の平坦部との間にＵ字形状のリング３０が配設される。この構成以外は第２の実施の形態と同じである。この第３の実施の形態では、第２の実施の形態よりもハーフビード１１が一つとなるので、シールラインの面圧を低くできる。

これらの第１〜第３の実施の形態の構造では、燃焼ガスの圧力Ｐを利用してボア面圧を発生することができるが、比較的幅の広い平坦部でエンジン部材に接触するため、高面圧とはならない。従って、アルミニウム合金製のエンジン部材のボア部分の圧痕を減少できる。そのため、特に、アルミニウム合金製のオープンデッキタイプのガソリンエンジンの場合に適している。

図５及び図６に示す本発明の第４、第５の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ｃ、１Ｄは、それぞれ第１、第２の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１，１Ａにおいて、第１金属構成板１０のハーフビード１１のシリンダボア用穴２側と、第２金属構成板２０のハーフビード２１のシリンダボア用穴２側に、フルビード１４，２４を設けて構成する。このフルビード１４，２４で、シール面圧の高いシールラインを形成することにより、ディーゼルエンジン等の燃焼ガスの圧力が高いエンジンに適用できるようになる。

図７に示す本発明の第６の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ｅは、第３の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ｂにおいて、第１金属構成板１０のハーフビード１１のシリンダボア用穴２側に、外側に凸となるフルビード１４を設けて構成する。このフルビード１４で、シール面圧の高いシールラインを形成することにより、ディーゼルエンジン等の燃焼ガスの圧力が高いエンジンに適用できるようになる。

図８に示す本発明の第７の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ｆは、第３の実施の形態のシリンダヘッドガスケット１Ｂにおいて、第２金属構成板２０のシリンダボア用穴２側に、外側に凸となるフルビード２４を設けて構成する。このフルビード２４で、シール面圧の高いシールラインを形成することにより、ディーゼルエンジン等の燃焼ガスの圧力が高いエンジンに適用できるようになる。

なお、図５及び図６の実施の形態でも、図７又は図８の実施の形態のように、何方か一方のみに設けて、シール面圧を低下させることもできる。

これらのハーフビード１１，２１やフルビード１４，２４の構成は、必要とされるシール面圧に応じて適宜選択される。なお、上記では、フルビード１４，２４を断面形状が円弧形状のビードで説明したが、このビード形状は、本発明では特に限定されず、断面形状が、円弧形状、正弦形状（コサイン）、台形形状、三角形（山形）形状などであってもよい。

なお、特に図示しないが、Ｕ字形状のリング３０の内側にワイヤーリング等のシールリングを配設すると、Ｕ字形状のリング３０の開放側が押圧された場合であっても、シールリングによりＵ字形状のリング３０の開放側が押し潰されるのを防止できる。従って、Ｕ字形状のリング３０の開放側が押し潰されて、シール対象穴２側で、Ｕ字形状のリング３０とこのリング３０を挟持する金属構成板１０，２０との間に隙間が生じて燃焼ガスがこの隙間に入るのを回避できる。そのため、よりシール性能を向上できる。

本発明の第１の実施の形態のシリンダヘッドガスケットで折り返し部の端部を他の金属構成板の内側に配置した状態を示す部分断面図である。 本発明の第１の実施の形態のシリンダヘッドガスケットで折り返し部の端部を他の金属構成板の外側に配置した状態を示す部分断面図である。 本発明の第２の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す部分断面図である。 本発明の第３の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す部分断面図である。 本発明の第４の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す部分断面図である。 本発明の第５の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す部分断面図である。 本発明の第６の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す部分断面図である。 本発明の第７の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す部分断面図である。

符号の説明

１，１Ａ〜１Ｆ シリンダヘッドガスケット
２ シリンダボア用穴
３ 水穴
１０ 第１金属構成板
１１，１３，２１，２３ ハーフビード
１２ 折り返し部
１２ａ 折り返し部の端部
１４，２４ フルビード
２０ 第２金属構成板
３０ Ｕ字形状のリング
４０ 空間部
５０ 第３金属構成板（副板）

Claims (4)

1. ２枚以上の金属構成板を有し、二つの部材の間に挟持してシールを行う金属製ガスケットのシール対象穴に面した部分に、断面が外周側に凸となるＵ字形状のリングを、２枚の金属構成板の間に配設すると共に、この２枚の金属構成板の一方の金属構成板のシール対象穴部分を折り返して、この折り返し部の端部を前記Ｕ字形状のリングの外側に配置し、更に、この折り返し部の一部に前記Ｕ字形状のリングの内側とシール対象穴とを連通させる連通穴を設けたことを特徴とする金属製ガスケット。
2. 前記Ｕ字形状のリングを挟む２枚の金属構成板の少なくとも一方に、シール対象穴側が開くハーフビードを設け、このハーフビードの内側に前記Ｕ字形状のリングを配設したことを特徴とする請求項１記載の金属製ガスケット。
3. 前記ハーフビードのシール対象穴側部分に外側に凸となるフルビードを配設したことを特徴とする請求項２記載の金属製ガスケット。
4. 前記金属構成板のシール対象穴側部分に外側に凸となるフルビードを配設したことを特徴とする請求項１、２又は３記載の金属製ガスケット。

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