JPH05503344A - ガスケットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ガスケット、特に、シリンダヘッド・ガスケットならびに請求の範囲 第６項の前文部分に記載したガスケット製造方法に関する。

Ｃ従来の技術］ ガスケット、特に、シリンダヘッド・ガスケットは、密封点のところで、その機 能を充分に果たせるように特殊な接触圧力を必要とする。大きな密封面の場合、 たとえば、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックの間の密封面の場合、 この接触圧力はねじの助けによって与えられるが、表面全体にわたって均等にカ が分布されなければならない。

ガスケット上で２本のねじの間に適切な接触圧力すなわち密封力を得る際、被密 封面のある程度のたわみあるいはサッギング（たるみ）を考慮しなければならな い。密封面のこれら種々のずれがあるにもかかわらず密封作用を得るためには、 普通は、軟らかいガスケットまたはパツキンを使用する。これらは、組み付けま たすえ付けの際に厚みを変えて応力変形させ、機能保証圧力分布を得るようにな っている。

このタイプのガスケットがＤＥ−Ａ−１９２３４８２に記載されている。未組み 立て状態では、密封面から突出する環状の密封コーム（ＣＯ■ｂｓ）は、燃焼室 開口部まわりに同心に配置されており、これらの密封コームと交互に密封面にく ぼみが設けである。密封コームの高さは、ねじの間隔に合わせである。このよう な構成の結果、密封面の間に設置した後、すなわち、ガスケットを固定した後、 密封コームに作用する接触圧力を高めると、これらの密封コームから材料がくぼ み内に移動し、はぼ完全に回復するようになっている密封コームが、ひずみの結 果として決して精密な平坦とはなっていない密封面の輪郭に精密に適合する。し かし、これらのコームが密封面を損なう危険がある。

さらに、ＤＥ−＾１−３９２２２８４が、本質的に軟質材料で作られたシリンダ ヘッド・パツキンを開示しており、ここでは、ウェブによって隔離された少なく とも２っの並んだ通路開口が設けである。通路開口の縁またはリムのところに、 軟質材料は、金属製のＵ字形横断面形状の円形燃焼室ボーダを備えている。ウェ ブ上には金属製の補強材が設置してあり、この補強材は、少なくとも１つの側部 に、密封面のたわみを補正する所定の曲率を有する。しかしながら、密封面のた わみ線に補強材の曲率を個別に正確に合わせることはできない。

ＤＥ−＾１−２２２８１５５が、２つの通路開口間でウェブ上の薄板金プレート の横断面と適合した軟質のガスケットを開示している。しかしながら、これは、 横断面形状の変化が比較的大きく段階的に生じるため、被密封面の形状に非常に 近い形で適合するにすぎない。特に、この段階的に厚みを適合させるということ により、閉じた密封線に沿って漏れが生じるのを避けることができないという欠 点がある。

このような軟質ガスケットでは、最初にあるねじ力の下での組み立て時に変形し 、引き続いて、同じねじ力の下で、作動時に「安定したＪ状態で機能しなければ ならず、しかもさらなる変形がないという点では問題があると考えられる。さら に、組み立て時に密封面を通じてエンジン対応厚み分布によって必要な接触圧力 分布を得る目的のためにのみガスケットの構造が複雑であるということは問題で ある。

別の問題として、組み立て時の厚みを精密に維持するということがある。軟質材 料の厚みには比較的大きな変動があり、これが密封材料の変形性およびねし力の レベルに応じても変わるからである。また、軟質ガスケットのかなりの割合の材 料部分が再利用できないということも問題である。

さらに、比較的軟らかい金属で作った金属ガスケットが長い間用いられてきたか 、局部的な変形があるために、組み立て時により高い力が必要であり、したがっ て、所定の接触圧力を得ることができないという欠点がある。組み立て時あるい は取付時に、このガスケットでは、所望の部位に精密に必要な接触圧力を加える ことはできない。すえ付は時に変形する可能性のある金属ガスケットでは所定の 接触圧力を得ることはできない。このようなガスケットは、高いねじ力を得る場 合にしか用いることができない。これは、逆に、軽量構造では使用できないこと を意味する。

加えて、金属ガスケットは、しばしば、補強波形部を備えており、これらの補強 波形部は、すえ付は時に高さ方向に変形させたものであり、局部的にガスケット の順応性を改良することを意図したものである。しかしながら、これは、組み立 て時厚みが最大の位置のところでは波形部によってのみ抑圧作用が加えられ、軟 質ガスケットと同様に、稼働時に熱変形したときに、さらに変形する可能性があ るという問題を招く。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の目的は、密封作用を改善すると共に安定性を向上させた前記タイプのガ スケットおよびこれを製造する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ この目的は、少なくとも使用時におけるすべての押圧点で、組み立て前に、被密 封面のたわみに対応する三次元密封面を永久形成することによって達成される。

二の目的は以下の段階を経て達成される。すなわち、ａ）可塑変形材料を被密封 面間に固定するように組み立てパターンを製造する段階と、 ｂ）この組み立てパターンの輪郭を複写する段階とを実施する。

本発明の好ましい展開は、従属クレームに示す。

本発明の基本的なアイデアは、組み立て時に部分的な輪郭的厚み変形があるにも かかわらす可塑変形を必要とする公知のガスケットと異なり、特定のケースに合 わせた正しい厚み分布を製造中に作るということにある。さらに、本発明による ガスケットは、少なくともすべての押圧点において、組み立て前に圧力分布に必 要な完全な輪郭を持つ。厚み変形のない材料を選べば、被密封押圧面上に所定の ねしカを分布させることができる。本発明のガスケットは絶対的に安定した構造 を持っているので、組み立て時よりもかなり高い変形力をもって製造することが できる。ひとたび厚み分布が最適に定められたならば、稼働時の局部的な変化で もそれは保たれる。その結果、圧力変化が非可逆的な変形を招くことがなく、可 逆的な圧力変化を生じさせる。これにより、永久的な最適密封効果を得ること件 の下に輪郭を実験的に決定し、オプションとしての変換に続いてそれをオリジナ ルのコピーとして使用するということにある。成る特定のエンジンのための内燃 機関モデルを用いて、オプションとして演算した「１版Ｊ　（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｉ園ｐｒｅｓｓｌｏｎ）を１：１のスケールで製作し、これがシリンダヘッドと エンジンブロックの間の密封すべきスペースを必然的に精密に吸収する。

テストによれば、たとえば成る特殊なエンジンのタイプのために１つの組み立て パターンを作るのが適切であり、この組み立てパターンに基づいて、同じエンジ ンタイプについての多数のガスケットを適切な精度で製造できることが示された 。

また、本発明は、製造中に生じた廃材、そして、実際のガスケットを再利用する 際、本質的にたったＩＮ類の材料を用いており、異なった材料の不可分な組み合 わせを用いていないために、なんら間履かないという利点を有する。

さらに重要な利点は、ねじ力を低くすることができるということにある。ねじ付 近で中間領域よりもかなり高い接触圧力となる従来技術と異なり、本発明では、 媒質を密封する密封面全体にわたって同じ接触圧力である。燃焼ガスを密封する 密封面は、たとえば水を密封する場合よりもかなり高い接触圧力を持たなければ ならない。したがって、効果的に必要な接触圧力のみを得ればよいため、シリン ダヘッドとシリンダブロックの連結のためにより弱いねじを用いることができる 。

このガスケットは、好ましくは、耐圧性で、組み立て状態で接触圧力による厚み 変形がない材料で作る。

適当な材料としては、鋼、アルミニウムあるいはその合金、プラスチックまたは 金属とプラス千ツク粒子の混合物がある。

密封面の支えを改良するために、本ガスケットが連続的な厚み分布を有すると特 に有利である。これは、特に、シリンダあるいは燃焼室通路開口のリムのひずみ あるいは座屈を防ぐ。従来技術においては、これらの変形は、ねじ／ねし孔まわ りのトルクの結果として生じる。ねヒ／ねし孔よりも突出する領域がてことして 作用し、その下に位置したシリンダ縁に通路開口の縁に沿って圧力をかける。

本発明の好ましい実施例によれば、非押圧領域、したがって、非密封面領域は、 押圧面に比べて、片側あるいは両側で段階的に厚みを減らす。これは、密封面に かかるねじ力をさらに均等に分布させ、したがって、ねじ力を低下させるという 利点に通じる。

被密封面の表面粗さを補正するために、押圧面内の三次元密封面に少なくとも部 分的にミクロの単位で圧力変形できる層を設けると適切である。これは、たとえ ば塗膜による凹凸粗さ補正の利点に通じ、寸法的に安定した密封材料との接触が 維持される。

被密封面のたわみに対応する三次元密封面が両側に形成してあり、好ましくは対 面する密封面が膨張あるいは形状またはこれらの両方に関して不均等であると有 利である。

本発明の製造方法の好ましい実施例によれば、複写中にエンジンの特定のあるい は異なったまたはこれら両方の作動状態を考慮しながら、輪郭に変更をなす。

こうして、必要に応じて、輪郭を訂正できるし、所定の領域にあらかじめ設計さ れた負荷をかけたり、負荷を軽減したりすることができる。たとえば、組み立て パターンの製造中、２つの燃焼室通路開口の間のウェブに外側リムよりも低い荷 重をかけることができる。それに相当して、外側領域では組み立てパターンの厚 みが小さくなる。しかしながら、これは、シリンダヘッドの望ましくないひずみ に通じる。これらの望ましくない変形をコピー中に訂正した場合、これはシリン ダヘッドがこの程度まではひずみを持たないという利点を有する。

コピー過程中に厚み分布を所定の密封領域に生じさせ、ガスケットの圧力軽減が あってもなお、すえ付は状態において密封面の大きな接触があることが特に有利 である。したがって、これらの領域では、ガスケットは、被密封面のたわみある いはサッギングの結果として存在する空所を満たしてデッドゾーンをなくし、圧 力が均等に引かれるかあるいは完全に除去される。これは、好ましくは、燃焼室 通路開口に沿って生じる。

本発明方法の別の好ましい実施例は、以下の段階を有する複写方法を包含する。

すなわち、 Ｃ）厚み計で組み立てパターンを走査してデータ処理装置にテストデータを記憶 させる段階と、 ｄ）テスト値に基づいてデータ処理装置で輪郭を作成し、その間、随時にエンジ ン−固有パラメータを演算する段階と、ｅ）データ処理装置の制御の下に材料除 去法によってガスケットの負の形状を持った整形具を製作する段階と を包含する。

整形具としては、打ち抜き具または成形型が特に適している。

また、被密封面の種々の作動条件の下に作成した組み立てパターンを評価し、決 定されたテストデータを輪郭を作るために種々の作動状態を考慮しながら計算し 、最適な適合条件を得ると適切である。

ガスケットが製造中に変形力を受け、この変形力が稼働時に生しる接触圧力より も高いということにより安定性が最適化される。

前記の製造段階に加えて、あるいは、それの代わりに、出発材料を、たとえば、 熱的にまたは化学的に容易に変形可能な状態にし、材料を整形後に硬化させると 有利である。

本発明の製造方法の別の好ましい実施例では、プレート状の出発材料において、 まず、所定の輪郭をプレス加工すると同時にそれから成長させることによって後 続の厚み分布と逆に局部的に異なる包絡線の厚み分布を得、続いて除去加工法に よって均一な厚みを作り出し、最後に、なんら側方への材料の移動を生じさせる 二となく最終形状をプレス加工する。

また、密封目的の押圧面領域が、最初は均一な厚みの出発プレートにプレス加工 でくぼみをすぐ隣に形成することによって突出させると適切である。

材料変位によって隣接のくぼみをプレス加工する時点で***した押圧面が最終的 な厚み分布を与えられることによって、非常に少ない作業段階でガスケットを製 造することができる。

さらに別の実施例によれば、最適な適合性を得るために、***した抑圧面領域が 、好ましくは材料変位によって最大厚みを与えられ、同時にくほみをプレス加工 し、最終的な厚み分布が引き続く打ち抜き段階で作り出される。

隣り合った側部にプレス加工を行うことによって突起を作ると有利である。

また、領域にくぼみを作り、これらのくぼみを次の段階で開口を作るために打ち 抜くと有利である。

以下、実施例および添付図面に関連して本発明をより詳しく説明する。

Ｃ図面の簡単な説明コ 第１図は、ガスケットの概略部分平面図である。

第２図は、第１図の■−■線に沿った、ガスケットを通る概略垂直断面図である 。

第３図は、第１図の■−■線に沿った、ガスケットを通る概略垂直断面図である 。

第４図は、第１ｖ！ＪのＩＶ−ＩＶ線に沿った、ガスケットを通る概略垂直断面 図である。

第５図は、第１図のｒＶ−ＩＶ線に沿った、別のガスケットを通る概略垂直断面 図である。

［実施例］ 第１図に示すシリンダヘッド・ガスケット１０は、組み立て状態および稼働状態 で耐圧性があり、厚み変形のない材料、たとえば、アルミニウムあるいは耐熱プ ラスチックで作ったガスケット・プレート１１を包含する。このガスケット・プ レート１１は、頂面、底面に、図面の平面から突出する輪郭面を有する（これら については後に詳しく説明する）。ガスケット・プレート１１の図示部分は、２ つの並置した燃焼室通路開口１１．１２を有し、これらの燃焼室通路開口１１゜ １２の間にはウェブ１３がある。また、開口１４も設けてあり、この開口１４は 、図示しない内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックの間にすえ付けた状 態において、密封面を押圧するためのねじを受け入れる。

シリンダヘッド・ガスケット１０は、押圧領域、すなわち、密封領域１５と、島 状に分布した非押圧領域１６とを有する。押圧領域１５および非押圧領域１６の 分布は、燃焼室通路開口１１．．１２、開口２０を有する非押圧領域１６および ねし開口１４の分布で決まる。押圧領域１５は、燃焼室通路開口１１．１２まわ りに干渉のないようにかつプレート縁に沿って配置しである。非押圧領域１６は 、縁の押圧領域１５と、プレート縁と組み合ったねじ開口１４の中心を通り、こ のプレート縁に対して平行に延びる仮想線１８との間に位置する。非押圧領域１ ６において、水、オイルのドレン管路などに通じる開口２ｏが打ち抜いである。

第２図の断面線■−■に沿った垂直断面図は、押圧領域１５における線１８に沿 った部分の１つでプレート縁に対して平行なシリンダヘッド・ガスケット１゜の 輪郭を示している。厚み分布は、表面パターンが組み立て状態で必要な圧力分布 に従って形成されるように組み立て前に永久的に決定される。したがって、最小 厚みはねじ開口１４付近にある。この最小厚み点１９から、厚みは２つのねし開 口１４間の中心の最大値３０まで連続的に大きくなる。この曲率は、締め付は状 態におけるシリンダヘッドの湾曲線にほぼ一致する。したがって、この決定した 一定の組み立て厚みは、シリンダヘッドとシリンダブロックを相互にねじ締めし たときに形成される空所に精密に適合する。本実施例では、頂面、底面の輪郭は 異なっている。

第３図の断面線■−■に沿った垂直断面図は、ウェブ１３および２つのねし開口 １４を横方向に延びる断面であり、シリンダヘッド・ガスケット１ｏが横方向で も組み立て前に永久的に輪郭付けられていることを示している。表面線は、ねじ 開口１４間の中央で最大値２１を有し、ねじ開口１４付近で最小値２２を有する 。厚みは、プレート縁すなわちリム１７に向かって連続的に増大する。表面変形 の連続性は、ここでも、すえ付ｔす状態における対応したシリンダヘッドの湾曲 線およびブロック密封面の変形にほぼ一致する。

第４図は、断面線ＩＶ−ＩＶに沿ったものであり、非押圧領域１６が、段部２３ の形成に伴って、押圧領域１５の連続面から引っ込んでいることを示す。

シリンダヘッド・ガスケットの別の実施例１０′が第５図に示してあり、ここで は、領域２５と特に高い加圧領域における永久的に決まった厚み分布との組み合 わせと弾性シール２４とが示しである。第１図の断面線ＩＶ−ｒＶ線に沿った断 面に対応する図示実施例では、燃焼室通路開口２６の縁領域まわりに高加圧領域 ２５がある。この場合、領域２５はＵ字形断面を有する金属フランジ２７て補強 される。この縁領域２５の厚み分布が一定に決めであるので、少なくともガスケ ットを締め付けたときに、フランジ２７はそれ相応に変形し、その対応する脚部 ２８が正確な嵌合輪郭を持つことになる。本実施例では、フランジは、主として 、熱保護の目的で用いられ、厚み分布は境界縁によって決定される。

ガスケット１０′は、補強密封リムでよりも他の表面領域２９で厚くなっている 。弾性シール２４は、オイルや水のドレン管路などの密封に用いられる。

第１図〜第４図を参照して、以下に、シリンダヘッド・ガスケット１０のための 製造方法を説明する。変形可能な組み立てパターンをシリンダヘッドとシリンダ ブロック（図示せず）の間に置き、次に、シリンダヘッドおよびシリンダブロッ クを普通の要領で相互にねじで締め付ける。こうして、製造しようとしているガ スケットの１版が得られる。オプションとして、組み立てパターンを得る前に所 定のプログラムに従ってエンジンを作動させてもよい。

組み立てパターンを次に厚み計で走査して輪郭を知る。テストデータはデータ処 理装置に記憶させる。燃焼室通路付近の走査は、半径方向に行うのが好ましく、 また、残りの表面付近をデカルト式に走査すると好ましい。さらに、成る特定の 初期ローディングを行って材料のいかなる分離も防ぐようにする。

決定したテスト値は、エンジン−固有データで演算する。これは、エンジンの稼 働パラメータ、材質パラメータを考慮しなから、密封面の所定範囲内で決定され た測定値の所定の増減を行うことを意味する。

コンピュータ補助設計を用いておそらく修正されたテストデータに基づいて、ガ スケットの輪郭を作る。この輪郭は、被密封面の形状に一致する。次に、これら の輪郭データを用いてガスケットの負形状を作る材料除去具の制御を行う。この 材料除去具は、特に、ＣＮＣ制御フライス盤あるいは電蝕電極である。工具の制 御において、連続した高さ遷移が確実に生成される。

負形状手段を用いて、シリンダヘッド・ガスケットの半加工品はプレスまたは成 形によって作られる。燃焼室通路開口１１．１２および水、オイルのドレン管路 開口２０、そして、オプションとしての機械的な逃がし部分は、半加工品の製造 に続いて打ち抜き加工される。

次に、表面処理を行ってもよい。微細密度特性が必要な場合には、ガスケットを プラスチックまたはペイントで被覆する。

要約書 ガスケット、特に、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。

このガスケントは耐圧性があり、変形しない材料で作っである。公知のガスケッ トと異なり、組み立て前に永久成形が行われる。密封面は、被密封面のたわみあ るいはサソギングに一致するように成彩され、使用時にすべての押圧点で、必要 な圧力分布のための厚み分布がなされる。変形可能な組み立てパターンを、稼働 条件の下に、被密封面間に固定し、この組み立てパターンのコピーを行うことに よって対応する輪郭か得られる。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. １．ガスケット、特に、シリンダヘッド・ガスケットであって、少なくとも片面 において、そして、少なくとも使用状態での各押圧点（１５）において、被密封 面のたわみに一致する三次元の連焼した密封面を組み立て前に永久的に形成する ことを特徴とするガスケット。
2. ２．請求の範囲第１項記載のガスケットにおいて、組み立て状態における接触圧 力の下に、耐圧性があり、厚み変形のない材料で作ってあることを特徴とするガ スケット。
3. ３．請求の範囲第１項または第２項記載のガスケットにおいて、密封材料の流量 が稼働時に生じる最大固有ローディングよりも高いことを特徴とするガスケット 。
4. ４．請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１つの項に記載のガスケットに おいて、連続した厚み分布を有することを特徴とするガスケット。
5. ５．請求の範囲第１項から第４項までのいずれか１つの項に記載のガスケットに おいて、非押圧表面領域（１６）が押圧領域（１５）よりも低くなっていること を特徴とするガスケット。
6. ６．請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１つの項に記載のガスケットに おいて、押圧領域（１５）内の三次元密封面が、少なくとも部分的に、ミクロ単 位で圧力変形できる層を備えていることを特徴とするガスケット。
7. ７．請求の範囲第１項から第６項までのいずれか１つの項に記載のガスケットに おいて、被密封面のたわみに一致する三次元密封面が両面に形成してあることを 特徴とするガスケット。
8. ８．請求の範囲第７項記載のガスケットにおいて、対面する密封面が不等である ことを特徴とするガスケット。
9. ９．請求の範囲第１項から第８項までのいずれか１つの項に記載のガスケットに おいて、鋼、アルミニウム、その合金、プラスチックまたは金属・プラスチック 粒体混合物で作られることを特徴とするガスケット。
10. １０．請求の範囲第１項記載のガスケットを製造する方法であって、組み立てに 先立って、被密封面のたわみに一致する少なくとも１つの三次元密封面を永久形 成する方法において、 ａ）可塑変形材料を被密封面間に固定するように組み立てパターンを製造する段 階と、 ｂ）この組み立てパターンの輪郭を複写する段階とを包含することを特徴とする 方法。
11. １１．請求の範囲第１０項記載の方法において、複写中に、エンジンの特定稼働 状態あるいは異なった種々の稼働状態またはこれら両状態を考濾しながら、輪郭 の変更を行うことを特徴とする方法。
12. １２．請求の範囲第９項または第１０項記載の方法において、複写プロセスが、 ｃ）厚み計で組み立てパターンを走査してデータ処理装置にゲストデータを記憶 させる段階と、 ｄ）テスト値に基づいてデータ処理装置で輪郭を作成し、その間、随時にエンジ ン特定パラメータを演算する段階と、ｅ）データ処理装置の制御の下に材料除去 法によってガスケットの負の形状を持った整形具を製作する段階と を包含することを特徴とする方法。
13. １３．請求の範囲第１０項または第１１項記載の方法において、組み立てパター ンを被密封面の異なった稼働状態の下に作り、それを評価し、それによって定ま ったテストデータを演算して或る輪郭を作り、この輪郭を種々の稼働条件に適合 させることを特徴とする方法。
14. １４．請求の範囲第１０項から第１２項までのいずれか１つの項に記載の方法に おいて、燃焼室開口（１１、１２）付近での組み立てパターンの走査を半径方向 あるいは燃焼室開口（１１、１２）の領域の外側でデカルト式でまたはこれら両 方の要領で行うことを特徴とする方法。
15. １５．請求の範囲第１０項から第１４項までのいずれか１つの項に記載の方法に おいて、組み立て状態およびその後の稼働状態で生じる接触圧力より高い変形力 をガスケットに加えることを特徴とする方法。
16. １６．ガスケット、特に、シリンダヘッド・ガスケットであって、少なくとも片 面において、そして、少なくとも使用状態での各押圧点（１５）において、被密 封面のたわみに一致する三次元の連続した密封面を組み立て前に形成したガスケ ットであって、組み立て時およびすえ付け状態での接触圧力の下に耐圧性があり 厚み変形がない材料で作ったことを特徴とするガスケット。
17. １７．ガスケット、特に、シリンダヘッド・ガスケットであって、少なくとも片 面において、そして、少なくとも使用状態での各押圧点（１５）において、被密 封面のたわみに一致する三次元の連続した密封面を組み立て前に形成したガスケ ットであって、少なくともすべての押圧密封領域で、組み立て時およびすえ付け 状態において不変の厚み分布があり、一定の圧力分布で密封面から密封領域が形 成されることを特徴とするガスケット。
18. １８．請求の範囲第１７項記載のガスケットにおいて、個々の密封面に、種々の 被密封媒質にとって必要な種々の圧力分布に応じて厚み分布がなされていること を特徴とするガスケット。