JP2001173789A - 金属製ガスケット - Google Patents

金属製ガスケット

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JP2001173789A
JP2001173789A JP36388499A JP36388499A JP2001173789A JP 2001173789 A JP2001173789 A JP 2001173789A JP 36388499 A JP36388499 A JP 36388499A JP 36388499 A JP36388499 A JP 36388499A JP 2001173789 A JP2001173789 A JP 2001173789A
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Atsushi Sugimoto
淳 杉本
Masahiko Miura
正彦 三浦
Kazuya Kichijima
一也 吉島
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Toyota Motor Corp
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Nippon Gasket Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【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。

Description

【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6
1,62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6
3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7
1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:SUS30
4)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
が外方側のギャップt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1
9Eをともに小円形状にして、これら両凸曲線部18
E,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1
8,19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hは凸曲線部18,19の設定高さh
り高いか、あるいは等しく設定して、ビード13,13
A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2
9,29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2
9b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29
a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。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例に係る金属製ガスケ
ットの部分平面図である。
【図2】図2(a)は、図1のA−A視断面図、図2
(b)はストッパー板の要部拡大図である。
【図3】図3は、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であ
る。
【図4】図4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である。
【図5】図5(a)〜(e)は、凸曲線部の形状の変形
例を示す断面図である。
【図6】図6(a)〜(d)は、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を示す断面図であ
る。
【図7】図7(a)〜(c)は、ストッパー板と他の構
成板との組み合わせ例を示す断面図である。
【図8】図8(a)(b)は、隣接ビード同士が会合す
るタイプへの適用例を示す図である。
【図9】図9(a)(b)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を示す断面図で
ある。
【図10】図10は、折り返し部を有する従来例(1)
を示す断面図である。
【図11】図11(a)〜(i)は、折り返し部を有す
る従来例(2)を示す断面図である。
【図12】図12は、折り返し部を有する従来例(3)
を示す断面図である。
【図13】図13は、従来例(1)(2)の問題点を説
明する図である。
【符号の説明】
1 金属製ガスケット 2,3 ビード板 4,4A,4B ストッパー板(折り返し部形
成板) 5,6,7,28 ボア孔 13,13A,14,14A,29 ビード 15,15A,15B 基部 16 空隙部 17 折り返し部 18,18A,18B,18C,18D,18E 第
1凸曲線部 19,19A,19B,19C,19D,19E 第
2凸曲線部 20 凹曲線部 21 シリンダヘッド 22 シリンダブロック 23,23A,27 調整板もしくはシム板 24 コーティング部 25 ビード部 26 中間板 30 屈曲部 31 曲がり部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三浦 正彦 大阪府東大阪市加納2丁目1番1号 日本 ガスケット株式会社内 (72)発明者 吉島 一也 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 3J040 EA07 EA18 EA30 FA01 HA09 HA17 HA30

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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。
  2. 【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。
  3. 【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。
  4. 【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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