| 【発明の名称】 |
金属製ガスケット |
| 【発明者】 |
【氏名】杉本 淳
【氏名】三浦 正彦
【氏名】吉島 一也
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| 【要約】 |
【課題】折り返しによって形成される空隙部を締め付け時においても維持することのできる金属製ガスケットを提供する。
【解決手段】基部１５と、この基部１５に対し空隙部１６を存して形成される折り返し部１７とを有し、この折り返し部１７をボア孔に沿うように配してなり、折り返し部１７の断面形状を、基部１５の反対方向へ向かう滑らかな凸曲線部１８，１９を有する形状とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 基部と、この基部に対し空隙部を存して形成される折り返し部とを有し、この折り返し部をボア孔に沿うように配してなる折り返し部形成板を備える金属製ガスケットにおいて、前記折り返し部の断面形状を、前記基部の反対方向へ向かう滑らかな凸曲線部を多段に連設してなる形状とすることを特徴とする金属製ガスケット。
【請求項２】 前記折り返し部形成板の上面および／または下面にビード板が積層され、このビード板のビードがその折り返し部形成板の基部に対向するように配される請求項１に記載の金属製ガスケット。
【請求項３】 前記折り返し部の先端に対向する基部の部位に予め屈曲部もしくは曲がり部が形成される請求項１または２に記載の金属製ガスケット。
【請求項４】 前記折り返し部形成板の上面および／または下面であって、その折り返し部形成板の基部に対向する位置に調整板が積層される請求項１または２に記載の金属製ガスケット。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えばエンジンにおけるシリンダブロックとシリンダヘッドとの対向面間をシールするのに用いられる金属製ガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、エンジンにおけるシリンダブロックとシリンダヘッドとの対向面間をシールするために、弾性金属板により構成された金属製ガスケットが多用されている。
【０００３】ところで、最近のエンジン開発の趨勢として、軽量化、小型化を図るためにエンジン構造部材をアルミニウム合金にて製作する、所謂オールアルミニウム合金化の方向と、高出力・高性能エンジンを指向する高燃焼圧化の方向とが同時進行している。しかしながら、シリンダヘッド、シリンダブロック等をアルミニウム合金により製作した場合には、鉄系材料に比べて軽量化が図れる反面、剛性が低いために、シリンダヘッドガスケットの締め付け時にシリンダヘッドの変形が大きくなって、ボア孔周りの静的シール面圧の均一化が困難になるという問題点がある。また、エンジンの稼動中においても、特に熱および筒内高圧によってシリンダヘッドおよびシリンダブロック間の相対変位が大きくなって、動的シール面圧の均一化が困難になるという問題点がある。
【０００４】このような問題点に対処するために、ボア孔周りにおける滑りや変形に対して追随する自由度の高い構造を有するシリンダヘッドガスケットが、従来よりいろいろと提案され、また実用化されてきている。
【０００５】例えば実開平１−１１８１４７号公報に記載のガスケット５０は、図１０に示されるように、基部５１に対してα形の空隙部５２が生じるように折り返し部５３を形成し、この空隙部５２のばね性によってボアシールを行うように構成されている。また、独国特許公開第１９６５４２８３号公報に記載のガスケット６０は、図１１（ａ）に示されるように、２枚のビード板６１，６２間に、やはりα形の空隙部６３を有するストッパー板６４を介在させた構成とされ、このα形空隙部６３によって、ストッパー機能とシール面圧発生機能とを達成できるようにされている。なお、この公報においては、ストッパー板６４先端の折り返し部の形状として、図１１（ｂ）〜（ｉ）に示される種々の形状のものが提案されている。さらに、米国特許第４９９５６２４号明細書に記載のガスケット７０は、図１２に示されるように、折り返し部の断面形状が、α形状部７１と台形状部７２との組み合わせ凸形状とされている。この組み合わせ凸形状は、ボアシールを強化するための二重シール機能を得ることを目的とするもので、特に台形状部７２においては幅の広いシール部分を確保しようとするものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来の折り返し部形状のうち、図１０もしくは図１１に示されるα形の空隙部を設けるものでは、図１３に示されるように、ガスケットの締め付け状態で既に空隙部がほどんど消失することになり、真の空隙部は曲げアール部８１の最小部分のみになってしまう。この結果、折り返し部８２においてはその折り返し部８２の面全体に亙って面圧を均等にすることができず、ボア孔周縁に最も近接したアール相当部分のみに面圧が集中することになり、一重のシールラインしか形成されないばかりか、このアール相当部分に過度の局部応力が集中するという問題点がある。こうして、シリンダヘッドもしくはシリンダブロックのボア周りでの変形や歪みが大きくなった場合に、ボア孔周縁に最も近接した位置に形成された一重のシールラインにおいてその変形に対する追随性が悪化して、遂には部分的にシール破壊が発生し、ボアシールが維持できなくなるという不具合が発生することになる。
【０００７】なお、前述の実開平１−１１８１４７号公報および独国特許公開第１９６５４２８３号公報においては、空隙部の形状としてα形以外の円形状もしくは矩形状等の種々の形状（図１１（ｂ）〜（ｉ）参照）のものが提案されているが、これらいずれの形状を選択した場合にも、ヘッドガスケット締め付け時にその空隙部形状が基本的にα形状と同様の現象を生じることは避けられない。また、これら種々の複雑な折り返し部形状は、この折り返し部が通常その幅を余り広く取れないことから、その加工が容易ではなく、コスト面および品質管理面からも得策ではない。
【０００８】一方、図１２に示されるようなα形状部７１と台形状部７２との組み合わせ凸形状のものでは、折り返し部に二重のシールラインを形成することができるとともに、外方側に台形状部７２の平坦部が設けられていることによってシール幅を広くすることができてシールの強化を図ることができるという利点がある。しかし、このような形状のプレートを２枚のビード板間に介挿して、前述のような変形の大きなエンジンに用いた場合には、台形状部７２の凸部の平坦面とビード板との接触部において安定したシールラインを形成することが困難であり、折り返し部に安定した二重のシールラインを容易に形成できないという問題点がある。
【０００９】本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、折り返しによって形成される空隙部を締め付け時においても維持することができるようにし、これによってビード板との組み合わせ使用時における折り返し部によるストッパー作用の維持と、空隙部の変形追随性の向上と、折り返し部の二重シールラインの維持と、二重シール部の面接触維持とを図って、シールの信頼性および耐久性を向上させることのできる金属製ガスケットを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目的を達成するために、本発明による金属製ガスケットは、基部と、この基部に対し空隙部を存して形成される折り返し部とを有し、この折り返し部をボア孔に沿うように配してなる折り返し部形成板を備える金属製ガスケットにおいて、前記折り返し部の断面形状を、前記基部の反対方向へ向かう滑らかな凸曲線部を多段に連設してなる形状とすることを特徴とするものである。
【００１１】本発明によれば、折り返し部形成板における折り返し部の断面形状が、基部の反対方向へ向かう滑らかな凸曲線部を多段に、すなわち例えば二つ連設してなる形状とされていることによって、この折り返し部形成板を例えばシリンダヘッドとシリンダブロックの対向面間に締め付けた際にも、基部と折り返し部との間に形成される空隙部をできるだけ多く残存できることになり、この折り返し部によって安定した二重のボアシールラインを形成することができる。また、例えばシリンダヘッドの変形時にも空隙部の変形追随性が良いので、その変形に二つの面接触シール部が容易に追随して二重シール効果を維持することができる。したがって、高いシール性能が要求されるボア孔周りに用いた場合に、このボア孔を通る燃焼ガス等の流体が漏出するのを確実に阻止することが可能となり、シールの信頼性および耐久性に優れたガスケットを得ることができる。
【００１２】本発明においては、前記折り返し部形成板の上面および／または下面にビード板を積層し、このビード板のビードがその折り返し部形成板の基部に対向するように配する構成を採用することができる。このように折り返し部形成板をビード板と組み合わせて用いることで、この折り返し部形成板がビード板のビードの変形を抑制するストッパー作用を維持する機能を発揮することになり、より信頼性を向上させたガスケットとすることができる。
【００１３】この場合、前記折り返し部の先端に対向する基部の部位に予め屈曲部もしくは曲がり部を形成するのが好ましい。このようにすれば、折り返し部形成板の締め付け時にその折り返し部形成板がビード板に圧縮されたとしても、この折り返し部形成板の所要部に繰り返し応力が作用することによる割れの発生を避けることができる。
【００１４】本発明においては、また、前記折り返し部形成板の上面および／または下面であって、その折り返し部形成板の基部に対向する位置に調整板を積層する構成とすることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明による金属製ガスケットの具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００１６】図１には本発明の一実施例に係る金属製ガスケットの部分平面図が示され、図２（ａ）には図１のＡ−Ａ視断面図が、図２（ｂ）にはストッパー板の要部拡大図がそれぞれ示されている。
【００１７】本実施例の金属製ガスケット１は、多気筒エンジンにおけるシリンダヘッドとシリンダブロックの対向取付面間をシールするために用いられる。この金属製ガスケット１は、二枚のビード板２，３とそれらビード板２，３間に介挿される中間板としてのストッパー板（折り返し部形成板）４とから構成されている。ここで、ビード板２，３は、所要厚みのステンレスばね鋼板（例：ＳＵＳ３０１）の金属材料を打ち抜いてビード加工等の成形加工をし、必要に応じてその事前または事後に熱処理と表面処理を行う。また，ストッパー板４は、やはり所要厚みのステンレスばね鋼板（例：ＳＵＳ３０４）もしくはこれと同等性状の金属材料を打ち抜いて折返し等の成形加工を施して形成される。
【００１８】前記ビード板２，３には、シリンダブロックに形成された並列する複数のシリンダボアに対応してボア孔５，６がそれぞれ形成され、またストッパー板４には、ボア孔７が形成されている。また、ビード板２，３およびストッパー板４には、ボルト孔８、ボルト孔兼ノック孔９、水孔１０、オイル孔１１およびオイル孔兼ボルト孔１２がそれぞれ穿設されている。
【００１９】前記ビード板２には、ボア孔５に沿ってフルビードで構成される環状のビード１３が形成されている。また、ビード板３にも、ボア孔６に沿って前記ビード１３と同じ位置に同じ大きさのビード１４が形成されている。ビード板２およびビード板３は、それぞれのビード１３，１４の各頂部が互いに対向するように、かつそれら各頂部がストッパー板４の対向面に当接するように配されている。
【００２０】次に、図２（ｂ）を参照しつつ、ストッパー板４の詳細形状について説明する。このストッパー板４は、基部１５と、この基部１５に対し空隙部１６を存して形成される折り返し部１７とを有し、この折り返し部１７がボア孔７の全周に沿うように配された構成とされている。ここで、前記折り返し部１７は、その断面形状が、基部１５の反対方向へ向かう滑らかな円弧状の第１凸曲線部１８と、この第１凸曲線部１８に連設される滑らかな円弧状の第２凸曲線部１９とを有する形状とされている。なお、この折り返し部１７は、自由状態において基部１５と接触しない図示のような形状に成形される。また、第１凸曲線部１８と第２凸曲線部１９との間に形成される凹曲線部２０は、鋭いエッジ状断面とはせず、できるだけ滑らかなより曲率半径の小さな円弧形状にして、この部分に過度の面圧が集中しないように配慮する必要がある。
【００２１】本実施例の金属製ガスケット１によれば、シリンダヘッドとシリンダブロックの対向面間に締め付けた状態においても、ストッパー板４の折り返し部１７によって形成される空隙部１６を維持することが可能であり、この折り返し部１７に形成される二つの凸状部（第１凸曲線部１８および第２凸曲線部１９）によって二重のボアシールラインを形成することができる。また、前記空隙部１６の変形追随性が良いので、エンジン変形時にも各シール部での面接触状態を維持することができる。さらに、これら第１凸曲線部１８および第２凸曲線部１９はビード板２のビード１３とは重合することはなく、ビード１３の変形を抑制するストッパー作用を維持する機能を有している。こうして、高いシール性能が要求されるボア孔５，６，７の周りにおいて、二重シール部の面接触状態を保持した環状接触部が形成されることになり、この結果ボア孔５，６，７を通る燃焼ガス等の流体が漏出するのを確実に阻止できるという効果を奏するものである。
【００２２】図３には、本実施例の金属製ガスケット１において、ボルト孔から離れた位置におけるシリンダヘッド変形時のシール効果を説明する断面図が示されている。図示のように、ボルト締め付け時もしくは爆発時に、シリンダヘッド２１の変形によってボア内壁部のシリンダヘッド２１、シリンダブロック２２間のギャップｔ１が外方側のギャップｔ２よりも大きくなった場合でも、折り返し部１７のストッパー作用およびばね作用により、上側のビード板２はストッパー板４の二つの凸状部（第１凸曲線部１８および第２凸曲線部１９）によってそのストッパー板４との間での面接触状態を維持することができる。このように、上下方向の歪みが発生しても、その変形に空隙部１６、言い換えれば二つの面接触シール部を追随させることができるので、二重シール効果を確実に維持することが可能である。
【００２３】次に、図４には、ボア内壁上端部のだれ変形発生時におけるシール効果の概念を説明する断面図が示されている。このように、折り返し部１７をシリンダブロック２２側に配するようにすれば、この折り返し部１７は二つの面接触シールラインを維持したままで、空隙部１６はだれ変形に追随し易くなり、安定した二重シール効果を維持することができる。
【００２４】本実施例においては、ストッパー板４の折り返し部１７に形成される第１凸曲線部１８および第２凸曲線部１９として、いずれも略同形状の円弧状曲線部を採用したものを説明したが、これら凸曲線部の形状としては他にいろいろな変形例が可能である。図５（ａ）〜（ｅ）には、これら種々の変形例が示されている。
【００２５】図５（ａ）に示されるのは、第１凸曲線部１８Ａを楕円形状にし、第２凸曲線部１９Ａを小円形状にして、これら両凸曲線部１８Ａ，１９Ａの基部からの高さを同一高さにした例である。また、図５（ｂ）に示されるのは、第１凸曲線部１８Ｂを大円形状にし、第２凸曲線部１９Ｂを小円形状に形成した例である。また、図５（ｃ）に示されるのは、第１凸曲線部１８Ｃを小円形状にし、第２凸曲線部１９Ｃを大楕円形状に形成した例である。さらに、図５（ｄ）に示されるのは、第１凸曲線部１８Ｄを小楕円形状にし、第２凸曲線部１９Ｄを大楕円形状に形成した例である。また、図５（ｅ）に示されるのは、第１凸曲線部１８Ｅおよび第２凸曲線部１９Ｅをともに小円形状にして、これら両凸曲線部１８Ｅ，１９Ｅの基部からの高さを同一高さにした例である。これらいずれの形状を採用しても前記実施例と同様の作用効果を奏することが期待できる。
【００２６】前記実施例においては、二枚のビード板２，３とそれらビード板２，３間に介挿されるストッパー板４とからなる三枚構成のガスケットについて説明したが、一枚のビード板とストッパー板との組み合わせや、ストッパー板のみを用いる実施例も可能である。更には、前述の基部、折り返し部および空隙部を有するストッパー板を基本構成として、このストッパー板にビードを有さない調整板等を積層してなる構成を採用することもできる。
【００２７】図６（ａ）〜（ｄ）には、前述の構成よりなるストッパー板の適用例として、このストッパー板とビード板、調整板等の二枚板構成の別実施例が示されている。
【００２８】図６（ａ）に示されるのは、ストッパー板４の基部１５に調整板もしくはシム板２３を積層した例である。また、図６（ｂ）に示されるのは、凸曲線部１８，１９およびそれら凸曲線部１８，１９に対向する基部１５の外面に部分的に、それ自体公知のゴム質などのコーティング部２４を形成するとともに、調整板２３Ａおよびその調整板２３Ａに対向する基部１５の外面に部分的に、それ自体公知のゴム質などの軟質材補助ビード部２５を形成し、ボアシールを強化するように構成された例である。なお、これらコーティング部２４およびビード部２５の位置および数などの組み合わせは自由に選択可能である。また、コーティング材および軟質材の材質、厚さについても適宜設定することが可能である。
【００２９】次に、図６（ｃ）に示されるのは、凸曲線部１８，１９を内包するようにビード板２を積層するようにした例である。また、図６（ｄ）に示されるのは、凸曲線部１８，１９を除いてビード板２を積層するようにした例である。これらいずれの場合にも、ビード板２の設定高さｈ２は凸曲線部１８，１９の設定高さｈ１より高いか、あるいは等しく設定して、ビード１３，１３Ａの全圧縮を防止するようにされる。
【００３０】図７（ａ）〜（ｃ）には、二つの連設凸状形状の折り返し部を有するストッパー板の更に他の適用例として、このストッパー板と他の構成板との組み合わせ例が示されている。なお、図７（ａ）（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ視断面図にて示されている。
【００３１】図７（ａ）に示されるのは、二枚のビード板２，３間にストッパー板４を介挿した三枚構成のものに対して、ストッパー板４と下側ビード板３との間に更に中間板２６を介挿した四枚構成のガスケットの例である。また、図７（ｂ）に示されるのは、前記三枚構成のものに対して、ストッパー板４と上側ビード板２との間に調整板もしくはシム板２７を部分的に介挿して四枚構成とした例である。さらに、図７（ｃ）に示されるのは、前記三枚構成のガスケットにおいて、上下のビード板２Ａ，３Ａにおけるビード１３Ａ，１４Ａをハーフビードとした例である。なお、これら各実施例において、ビード板のビードとしてフルビードを採用するか、ハーフビードを採用するかの組み合わせは自由に選択することができる。また、各部材の板厚の組み合わせも自由に選択することができる。
【００３２】前述の各実施例に用いられる中間板およびシム板などを含む調整板の材質の代表例としては、軟鋼、ステンレス鋼などが挙げられる。
【００３３】また、前記実施例では、互いに隣接する二つのボア孔間でそれぞれのビード同士が会合しない場合について説明したが、本発明は、図８（ａ）（ｂ）に示されるように、隣接ビード同士が会合するタイプのガスケットに対しても適用することができる。図示の例では、ボア孔２８，２８の周囲に沿ってそれぞれビード２９，２９が形成されており、これらビード２９，２９が、ボア孔２８，２８間以外の領域Ｐにおける単独ビード部２９ａと、この単独ビード部２９ａと隣接の単独ビード部２９ａとが会合する領域Ｑにおける会合ビード部２９ｂと、ボア孔２８，２８間の領域Ｒにおける一本の共用ビード部２９ｃとを備える構成とされている。この場合、単独ビード部２９ａを共用ビード部２９ｃと実質的に同一ビード幅に形成するとともに、会合ビード部２９ｂを単独ビード部２９ａの曲面より小さい曲率で滑らかな曲面で共用ビード部２９ｃと単独ビード部２９ａに接続し、かつ共用ビード部２９ｃから単独ビード部２９ａへとビード幅が漸次大きく形成するようにすることで、会合ビード部２９ｂにおけるばね定数を適正な大きさに設定することができ、この会合ビード部２９ｂにおけるビードの負荷応力が極端に高くなるのを防止することが可能となる（特開平６−７４３４３号公報参照）。
【００３４】次に、図９（ａ）（ｂ）には、二つの連設凸状形状の折り返し部を有するストッパー板の変形例がそれぞれ示されている。
【００３５】図９（ａ）に示されるストッパー板４Ａにおいては、折り返し部の先端に対向する基部１５Ａの部位に屈曲部３０が形成されており、図９（ｂ）に示されるストッパー板４Ｂにおいては、折り返し部の先端に対向する基部１５Ｂの部位に曲がり部３１が形成されている。このような屈曲部３０もしくは曲がり部３１を形成するのは次の理由による。すなわち、図３に示されるように、ストッパー板の締め付け時にそのストッパー板が下側ビード板３に圧縮されると、図９（ａ）に示されるような屈曲部３０もしくは図９（ｂ）に示されるような曲がり部３１が生じることがある。このようにして形成された屈曲部もしくは曲がり部に繰り返し応力が作用すると、この部分に割れが発生する恐れがある。これを避けるためには、予めストッパー板４Ａ，４Ｂの所要部に屈曲部３０もしくは曲がり部３１を形成しておくと良い。なお、図９（ｂ）に示されるような曲がり部３１が生じる場合には、第１凸曲線部１８の先端が撓んで、図の上下方向に均等な隙間ｄが生じるような好都合な変形になることもある。
【００３６】前記各実施例において、ストッパー板、ビード板、中間板に用いられる材質としては、前述した材質に限定する必要はなく、アルミニウム合金、チタン−アルミニウム合金等を用いることができ、またその他の金属材料を用いることもできる。
【００３７】前記各実施例においては、折り返し部の断面形状を、二つの凸曲線部を連設してなる形状にしたものを説明したが、この凸曲線部は二つに限らず、三つ以上連設した形状にしても良い。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００２２８３８３
【氏名又は名称】日本ガスケット株式会社
【識別番号】０００００３２０７
【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２２日（１９９９．１２．２２） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７７５５
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 勉
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７３７８９（Ｐ２００１−１７３７８９Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２６日（２００１．６．２６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３６３８８４ |
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