JP7090308B2

JP7090308B2 - ガスケット

Info

Publication number: JP7090308B2
Application number: JP2017171634A
Authority: JP
Inventors: 誠三渡辺; 宏一津村
Original assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Current assignee: Uchiyama Manufacturing Corp
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2022-06-24
Anticipated expiration: 2037-09-07
Also published as: JP2019044935A

Description

本発明は、例えば、内燃機関のシリンダヘッドとヘッドカバーとの間をシールするガスケットに関する。

前記のような内燃機関のシリンダヘッドとヘッドカバーとは、ガスケットを介し、ボルト等の締結部材によって一体に締結される（例えば、特許文献１，２）。特許文献１に記載されたシール装置では、合成樹脂製のヘッドカバーの周壁部に沿って、嵌合凹部が形成され、この嵌合凹部にガスケット材が嵌め入れられる。そして、このシール装置では、ヘッドカバーの周壁部に形成された複数のボルト挿通孔にカラーを挿通し、このカラーにボルトを挿通して、ボルトをシリンダヘッドにねじ込むことによって、シリンダヘッドとヘッドカバーとが締結一体とされる。このとき、シリンダヘッドとヘッドカバーとの間は、ガスケットが介在することによってシールされる一方、ボルト挿通孔とカラーとの間にもガスケット材が介在する。
また、特許文献２に記載されたヘッドカバーには、その周辺部に加えて内方部分に貫通孔が形成され、この貫通孔に挿通されたカラーを介してカムキャップにボルトをねじ込むことができるように構成されている（図４参照）。そして、貫通孔とカラーとの間にはシール材が介装される。

特開昭６３－８８３７５号公報特開２００８－３８７６０号公報

ところで、特許文献２に示されるように、ヘッドカバーの周辺部でなく、内方部分において、ボルトによって被カバー体であるカムキャップにヘッドカバーを締結する場合、被カバー体の被締結面の幅或いは径が小さいと、貫通孔とカラーとの間にシール材を介装させるためのスペースを確保することができないことがある。そのため、貫通孔とカラーとの間のシールが充分になされず、ボルト締結部から、シリンダヘッド内のガス等が外部に漏出したり、塵埃を含む外気や泥水等がシリンダヘッド内へ浸入したりすることになる。

本発明は、前記実情に鑑みなされたもので、被締結面の幅や径が小さくても、締結部材による締結部のシールを好適に行うことができるガスケットを提供することを目的としている。

本発明に係るガスケットは、筒状部材が挿入される貫通孔が形成された合成樹脂製のカバー体と、前記筒状部材に挿通される締結部材によって前記カバー体が一体に締結される被カバー体と、の間に配置されるガスケットであって、前記筒状部材の軸方向の一端面と当該一端面に対向する前記被カバー体の被締結面との間に押圧された状態で介在される面シール部と、前記面シール部と一体に設けられ、前記締結部材による締結前の状態において前記筒状部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間に弾性シール部材が弾性変形を伴って接触して圧入される軸シール部と、を備え、前記面シール部は、環状の第１芯材部と、該第１芯材部を被覆する弾性材層とを有し前記軸方向に直交する円板部を備え、前記軸シール部は、前記円板部から軸方向に延出して前記円板部に一体に形成されるとともに前記筒状部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間に介在するよう延びる円筒部と、当該円筒部に一体に成型された前記弾性シール部材と、を備え、前記円筒部は、前記第１芯材部の外周縁部から軸方向に沿って一体に延びる第２芯材部を備え、該第２芯材部が、前記第１芯材部を被覆した前記弾性材層と一連の弾性材層で被覆されてなり、前記弾性材層は、ゴム基材に繊維材を混合してなるコンパウンド層であり、前記弾性シール部材は、ゴムエラストマーであることを特徴とする。

本発明のガスケットによれば、被カバー体の被締結面の幅や径が小さくても、面シール部を筒状部材の一端面と被カバー体の被締結面との間に介在させることで、軸方向に重なる筒状部材の一端面と被カバー体の被締結面との間をシールすることができる。一方、面シール部と一体とされた軸シール部を筒状部材の内周面と貫通孔の外周面との間に圧入させることで、筒状部材と貫通孔との間をシールすることができる。したがって、カバー体に形成される貫通孔を介して、被カバー体側に存在するガス、油及び水等が外部に漏れることを抑制することができる。また、塵埃を含む外気や泥水等が被カバー体内に浸入することも抑制することができる。
また、弾性材層がゴム基材に繊維材を混合してなるコンパウンド層であるため、ゴム基材のみからなる弾性材層に比べて、応力緩和を低減することができ、弾性シール部材がゴムエラストマーであるため、筒状部材の外周面と貫通孔の内周面との間をシールする際に、充分な反力を得ることができる。

本発明のガスケットにおいて、前記面シール部の前記押圧された状態では、前記弾性材層の一部が、前記筒状部材の一端面と前記被カバー体の前記被締結面との間に弾性的に圧縮されるものとしてもよい。
これによれば、弾性材層が、筒状部材の一端面及び被カバー体の被締結面のそれぞれに弾性的に密接するため、金属材等の剛体によってシールする場合に比べて、面シール部によるシール性を向上させることができる。

本発明のガスケットにおいて、前記軸シール部の弾性シール部材は、前記筒状部材の外周面に締め代をもって接触する第１締め代部と、前記貫通孔の内周面に締め代をもって接触する第２締め代部と、を備えているものとしてもよい。
これによれば、軸シール部を筒状部材の外周面と貫通孔の内周面との間に圧入することで、当該ガスケットをカバー体に組み付けることができる。したがって、当該ガスケットの管理の手間を省略することができる。

本発明のガスケットにおいて、前記被カバー体における前記被締結面の幅寸法は、前記貫通孔における前記被カバー体側の開口部の内径より小さく形成され、前記面シール部における円板部の外径は、前記貫通孔における前記被カバー体側の開口部の内径より小さく、且つ、前記被締結面の幅寸法より大きくなるように形成されているものとしてもよい。
これによれば、筒状部材の一端面と被カバー体の被締結面との間に、面シール部を確実に介在させ、また、筒状部材の外周面と貫通孔の内周面との間に、軸シール部を確実に圧入することができる。

本発明のガスケットによれば、被締結面の幅や径が小さくても、締結部のシールを好適に行うことができる。

（ａ）は本発明に係るガスケットが適用される一例であって、シリンダヘッド及びヘッドカバーが当該ガスケットを介在させて締結された状態を示す部分破断縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸ部の拡大図であって、本発明に係るガスケットの一実施形態を示す図である。同実施形態の変形例を示す図１（ｂ）と同様図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１（ａ）（ｂ）は、内燃機関のシリンダヘッドとヘッドカバーとの締結部に本発明に係るガスケットが介在された例を示している。図１において、金属（鋳物も含む）製のシリンダヘッド１の上には、合成樹脂製のヘッドカバー２が、周辺部及び内方部において、ガスケット３，４を介して締結一体とされている。本発明に係るガスケットは、主に内方部に用いられるガスケット４に適用される。
図１では、周辺部のガスケット３は、ゴム等のエラストマーからなり、ヘッドカバー２の周辺部下面に形成された環状溝２１に嵌め入れられるよう環状に形成されている。そして、この周辺部のガスケット３は、ヘッドカバー２がボルト２２…によってシリンダヘッド１に締結される際、シリンダヘッド１の周辺部上面１ａと環状溝２１との間に圧縮状態で介在する。これによって、シリンダヘッド１内の高温ガスの外部漏出や、塵埃を含む外部流体等のシリンダヘッド１内への流入が防止される。
なお、本明細書において、図１の紙面上側を上、同紙面下側を下という。

本実施形態のガスケット４は、カラー（筒状部材）５が挿入される貫通孔２３が形成されたヘッドカバー（カバー体）２と、カラー５に挿通されるボルト（締結部材）６によってヘッドカバー２が一体に締結されるシリンダヘッド（被カバー体）１と、の間に配置される。本実施形態のガスケット４は、面シール部４１と、軸シール部４２と、を備えている。面シール部４１は、カラー５の下端面（軸Ｌ方向一端面）５ａとカラー５の下端面５ａに対向するシリンダヘッド１の被締結面１０ａとの間に押圧された状態で介在される。また、軸シール部４２は、カラー５の外周面５ｂと貫通孔２３の内周面２３０との間に圧入される。貫通孔２３の内周面２３０は、カラー５の外径と略同径（やや大）の小径部２３０ａと、この小径部２３０ａより下側に段差状に連なる大径部２３０ｂとからなる。貫通孔２３は、ヘッドカバー２の面域方向の内方部に設けられ、シリンダヘッド１の同内方部に設けられる台座部１０の上面（被締結面）１０ａに対向するように位置付けられる。台座部１０には、上下方向（軸Ｌ方向）に沿った雌ねじ部１０ｂが形成されている。台座部１０は、シリンダヘッド１の構成上必要によって設けられるもので、シリンダヘッド１の上部に露出するブロック状に、或いは、対向周辺部間を橋絡するような橋絡形状に形成されている。ヘッドカバー２の下面であって、台座部１０に対向し、且つ、被締結面１０ａに対向する部分には、下向きのボス部２０が形成され、このボス部２０に前記貫通孔２３が形成されている。

面シール部４１は、金属材からなる環状の第１芯材部４１０と、第１芯材部４１０の両面を被覆する弾性材層４１１と、を備える。本実施形態では、さらに、第１芯材部４１０は、円板状とされ、この第１芯材部４１０の外周縁部から軸Ｌ方向に沿って上向きに一体に延びる第２芯材部４２０が形成されている。第２芯材部４２０は、第１芯材部４１０と同様に金属材からなり、円筒状に形成される。この第２芯材部４２０の両面は、前記弾性材層４１１と一連の弾性材層４２１で被覆されている。本実施形態のガスケット４は、第１芯材部４１０及び弾性材層４１１からなる円板部４Ａと、第２芯材部４２０及び弾性材層４２１からなる円筒部４Ｂとを含む。円筒部４Ｂは、カラー５の外周面５ｂと貫通孔２３の内周面２３０（大径部２３０ｂ）との間に介在するように延び、当該円筒部４Ｂには後記する弾性シール部材４３が一体に成型され、これによって、軸シール部４２が構成される。

前記弾性材層４１１，４２１は、ゴム材に繊維材を混合してなるコンパウンド層である。コンパウンド層は、具体的には、石綿以外の圧縮性無機繊維と圧縮性有機繊維とからなる基材繊維と、ゴム材と、ゴム薬品と、無機充填材とを含有するコンパウンドを、芯材（第１芯材部４１０，第２芯材部４２０）の表面にコーティングしてなる層である。また、前記弾性シール部材４３は、ゴム等のエラストマーからなる。前記弾性シール部材４３はインサート成型により前記円筒部４Ｂに一体に形成されるとともに、環状に形成されている。弾性シール部材４３は、円筒部４Ｂの端面を跨って、円筒部４Ｂの内周側及び外周側を覆うように形成されている。弾性シール部材４３は、弾性材層４１１，４２１よりも高い弾性率となるように構成されている。弾性シール部材４３は、弾性シール部材４３の内周側に形成されてカラー５の外周面５ｂに締め代をもって接触する第１締め代部４３ａを備えている。また、弾性シール部材４３は、弾性シール部材４３の外周側に形成されて貫通孔２３の内周面２３０ｂに締め代をもって接触する第２締め代部４３ｂを備えている。第１締め代部４３ａはガスケット４の中心に向かって突出する突条である一方、第２締め代部４３ｂは、ガスケット４の中心とは反対側に向かって突出するとともにガスケットの中心に沿った断面が略三角形状の突条である。第１締め代部４３ａ及び第２締め代部４３ｂは、軸シール部４２が、カラー５と貫通孔２３との間に圧入されたときには、それぞれ、カラー５の外周面５ｂ及び貫通孔２３の内周面２３０（大径部２３０ｂ）に弾性変形を伴って接触する。図１（ｂ）では、第１締め代部４３ａ及び第２締め代部４３ｂの弾性変形前の形状を２点鎖線で示している。

本実施形態では、シリンダヘッド１における被締結面１０ａの幅寸法（被締結面１０ａが円形の場合は外径）ｄ２は、貫通孔２３における被締結面１０ａ側の開口部の内径（大径部４３ｂの内径）ｄより小さく形成されている。また、面シール部４１における円板部４Ａの外径ｄ１は、貫通孔２３における被締結面１０ａ側の開口部の内径（同上）ｄより小さく、且つ、被締結面１０ａの幅寸法（同上）ｄ２より大きくなるように形成されている。

次に、前記のように構成されるガスケット４を用いて、シリンダヘッド１の内方部においてヘッドカバー２を締結する要領について説明する。先ず、ヘッドカバー２を内面（下面）を上向きにした状態で貫通孔２３にカラー５を挿通させる。次いで、ガスケット４の軸シール部４２を、貫通孔２３の内周面２３０（大径部２３０ｂ）とカラー５の外周面５ｂとの間に圧入する。この状態で、ヘッドカバー２を反転させ、ガスケット４を面シール部４１がシリンダヘッド１の台座部１０の上に乗るように配置する。このとき、弾性シール部材４３の第１締め代部４３ａ及び第２締め代部４３ｂがカラー５の外周面５ｂ及び貫通孔２３の内周面２３０にそれぞれ締め代をもって接触しているから、ガスケット４がその突っ張るような反力によって保持される。したがって、ヘッドカバー２をシリンダヘッド１に組付ける際、ガスケット４が落下することはなく、ガスケット４の組付け時における管理の手間を省略することができる。さらに、ワッシャ６ａを備えたボルト（締結部材）６をカラー５に挿通し、シリンダヘッド１における台座部１０の雌ねじ部１０ｂにねじ込む。ワッシャ６ａの外径は貫通孔２３０（小径部２３０ａ）の内径より大とされており、ボルト６のねじ込みによって、ヘッドカバー２が、カラー５及びガスケット４の面シール部４１を介してシリンダヘッド１の台座部１０に締結される。このとき、ヘッドカバー２は合成樹脂製であるが、カラー５及びボス部２０が存在しているので、締結時におけるヘッドカバー２の毀損等が防止される。

この締結状態では、面シール部４１は、カラー５の下端面５ａと、台座部１０の上面（被締結面）１０ａとの間に押圧された状態で介在される。面シール部４１が押圧されると、面シール部４１を構成する弾性材層４１１は圧縮されるから、その圧縮反力によって、カラー５の下端面５ａと、台座部１０の上面１０ａとの間が良好にシールされる。特に、弾性材層４１１が、カラー５の下端面５ａ及びシリンダヘッド１の被締結面１０ａのそれぞれに弾性的に密接するため、金属材等の剛体によってシールする場合に比べて、面シール部４１によるシール性を向上させることができる。加えて、弾性材層４１１がゴム基材に繊維材を混合してなるコンパウンド層であるため、ゴム基材のみからなる弾性材層に比べて、応力緩和を低減することができる。また、軸シール部４２は、貫通孔２３の内周面２３０（大径部２３０ｂ）とカラー５の外周面５ｂとの間に圧入された状態とされる。この圧入状態では、弾性シール部材４３の第１締め代部４３ａが、カラー５の外周面５ｂに所定の締め代をもって弾性的に接触し、第２締め代部４３ｂが、貫通孔２３の内周面２３０（大径部２３０ｂ）に所定の締め代をもって弾性的に接触する。これによって、カラー５の外周面５ｂと貫通孔２３の内周面２３０との間が良好にシールされる。したがって、シリンダヘッド１とヘッドカバー２との内方部におけるボルト６による締結部のシールが的確になされ、この部分での内部流体の漏出や外部流体の浸入が防止される。

本実施形態のガスケット４を用いたシール構造では、被締結面である台座部１０の上面１０ａの幅寸法ｄ２が小さいが、面シール部４１における円板部４Ａの外径ｄ１が被締結面１０ａの幅寸法ｄ２より大きく形成されている。そのため、カラー５の下端面５ａと被締結面１０ａとの間に、面シール部４１を確実に介在させることができる。また、貫通孔２３における大径部２３０ｂの内径ｄが円板部４Ａの外径ｄ１より大きいから、カラー５の外周面５ｂと貫通孔２３の内周面２３０（大径部２３０ｂ）との間に、軸シール部４２を確実に圧入することができる。そして、円板部４Ａ及び円筒部４Ｂは、一体の第１芯材部４１０及び第２芯材部４２０によって補強されるから、円板部４Ａ及び円筒部４Ｂの一連の形状が保持される。また、円筒部４Ｂが軸シール部４２の芯材として機能するため、弾性シール部材４３によってカラー５の外周面５ｂと貫通孔２３の内周面２３０との間をシールする際に、充分な反力を得ることができる。
なお、内方部における前記締結操作と並行して、或いは相前後して、周辺部においても前記ガスケット３を介したボルト２２によるシリンダヘッド１とヘッドカバー２との締結操作がなされる。これによって、シリンダヘッド１及びヘッドカバー２も周辺部における内部流体の漏出や外部流体の浸入が防止される。

図２は、前記実施形態の変形例を示す。この例では、円筒部４Ｂを構成する第２芯材部４２０が前記例のような弾性材層４２１で被覆されておらず、弾性シール部材４３が直接第２芯材部４２０に一体に固着されている。弾性シール部材４３が弾性材層を介さずに第２芯材部４２０に一体とされているので、インサート成型による場合は、この一体化が強固になされる。
その他の構成は、前記実施形態と同様であるから、共通部分に同一の符号を付してその説明を割愛する。

なお、シリンダヘッド１及びヘッドカバー２の周辺部においても、実施形態に示す締結構造を採用することはもとより可能である。また、面シール部４１、軸シール部４２、弾性シール部材４３の形状等は、図例に限らず他の形状にすることも可能である。例えば、前記実施形態では、弾性シール部材４３は第１締め代部４３ａ及び第２締め代部４３ｂを有しているが、これら第１締め代部４３ａ及び第２締め代部４３ｂのどちらか一方を省略してもよい。また、第１締め代部４３ａ及び第２締め代部４３ｂの形状は突条に限らず、適宜変更してもよい。
さらに、第１芯材部４１０、第２芯材部４２０と弾性材層４１１，４２１との厚さ関係は、図例では弾性材層４１１，４２１の厚さを誇張しているが、これに限らず他の厚さ関係にしてもよい。例えば、弾性材層４１１，４２１の厚みが第１芯材部４１０及び第２芯材部４２０の厚みより薄い構成であってもよい。また、前記実施形態では、弾性材層４１１，４２１を備えるガスケット４を開示したが、弾性材層４１１，４２１が存在しないガスケットであってもよい。
また、第１芯材部４１０及び第２芯材部４２０は金属材により構成されるものに限らず、例えば、弾性材層４１１，４２１よりも剛性の高い合成樹脂により構成してもよい。
加えて、シリンダヘッド１及びヘッドカバー２の形状も、図例は模式的に示したものであって、実際の形状とは必ずしも一致しないことは言うまでもない。さらに、実施形態では、シリンダヘッドとヘッドカバーとの締結部に適用されるガスケットについて述べたが、これに限らず、合成樹脂製のカバー体を被カバー体に対して気密的乃至液密的に締結することが求められる他の事例にも、本発明が等しく適用可能である。

１シリンダヘッド（被カバー体）
１０ａ被締結面
２ヘッドカバー（カバー体）
２３貫通孔
２３０内周面
２３０ａ小径部（内周面）
２３０ｂ大径部（内周面）
４ガスケット
４Ａ円板部
４Ｂ円筒部
４１面シール部
４１０第１芯材部
４１１弾性材層
４２軸シール部
４２０第２芯材部
４２１弾性材層
４３弾性シール部材
４３ａ第１締め代部
４３ｂ第２締め代部
５カラー（筒状部材）
５ａ下端面（一端面）
５ｂ外周面
６ボルト（締結部材）
ｄ貫通孔における被カバー体側の内径
ｄ１面シール部における円板部の外径
ｄ２被締結面の幅寸法（外径）
Ｌ軸

Claims

筒状部材が挿入される貫通孔が形成された合成樹脂製のカバー体と、前記筒状部材に挿通される締結部材によって前記カバー体が一体に締結される被カバー体と、の間に配置されるガスケットであって、
前記筒状部材の軸方向の一端面と当該一端面に対向する前記被カバー体の被締結面との間に押圧された状態で介在される面シール部と、
前記面シール部と一体に設けられ、前記締結部材による締結前の状態において前記筒状部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間に弾性シール部材が弾性変形を伴って接触して圧入される軸シール部と、を備え、
前記面シール部は、環状の第１芯材部と、該第１芯材部を被覆する弾性材層とを有し前記軸方向に直交する円板部を備え、
前記軸シール部は、前記円板部から軸方向に延出して前記円板部に一体に形成されるとともに前記筒状部材の外周面と前記貫通孔の内周面との間に介在するよう延びる円筒部と、当該円筒部に一体に成型された前記弾性シール部材と、を備え、
前記円筒部は、前記第１芯材部の外周縁部から軸方向に沿って一体に延びる第２芯材部を備え、該第２芯材部が、前記第１芯材部を被覆した前記弾性材層と一連の弾性材層で被覆されてなり、
前記弾性材層は、ゴム基材に繊維材を混合してなるコンパウンド層であり、前記弾性シール部材は、ゴムエラストマーであることを特徴とするガスケット。
請求項１に記載のガスケットにおいて、
前記面シール部の前記押圧された状態では、前記弾性材層の一部が、前記筒状部材の前記一端面と前記被カバー体の前記被締結面との間に弾性的に圧縮されることを特徴とするガスケット。
請求項１または請求項２に記載のガスケットにおいて、
前記弾性シール部材は、前記筒状部材の外周面に締め代をもって接触する第１締め代部と、前記貫通孔の内周面に締め代をもって接触する第２締め代部と、を備えていることを特徴とするガスケット。
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のガスケットにおいて、
前記被カバー体における前記被締結面の幅寸法は、前記貫通孔における前記被カバー体側の開口部の内径より小さく形成され、
前記面シール部における円板部の外径は、前記貫通孔における前記被カバー体側の開口部の内径より小さく、且つ、前記被締結面の幅寸法より大きくなるように形成されていることを特徴とするガスケット。