JP2005090699A - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】強度に優れる金属製で、かつ、ボア部に金属製のシム部材が積層配備された構造を踏襲したシリンダヘッドガスケットを、シム部材とシリンダヘッドとの滑りを良くして、不測のボア変形を抑制し、また、シール性にも優れる高性能なシリンダヘッドガスケットを提供する。
【解決手段】シリンダボアに対応した円孔２ａが形成された金属材から成るガスケット本体２と、円孔２ａの周辺部に積層配置される環状で金属製のシム部材３と、を有して成るシリンダヘッドガスケットにおいて、シム部材３の外表面、及びガスケット本体２の表面に、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層５を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリンダヘッドガスケットに係り、詳しくは、シリンダボアに対応した円孔が形成された金属材から成るガスケット本体と、円孔の周辺部に積層配置される環状で金属製のシム部材と、を有して成るシリンダヘッドガスケットに関するものである。

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間に介装されるシリンダヘッドガスケットとして、ステンレス鋼板等によるガスケット本体と、このガスケット本体におけるシリンダボアの円孔の周辺部に積層配置される環状で金属製のシム部材と、を有した構造のものがある。

これは、厳しい耐圧性、シール性の要求されるシリンダヘッドガスケットのシリンダボア部分に環状のシム部材を設けて、そのボア部分の厚さをその他の部分よりも大とすることにより、シリンダボア部分におけるガスケットの面圧を高くして、それらの要求に答えられるようにしたものである。このようなシリンダガスケッととしては、例えば、特許文献１において開示されたものが知られている。

前記従来技術によるエンジンガスケットでは、高度のシール性を要するシリンダボア部分の締圧を高めて、ガスケットの封塞性能を向上させることが可能となる利点がある。そして、シム部材の存在により、シリンダヘッドをシリンダブロックにボルトによって締付けた場合、シム部材が設けられたシリンダヘッドガスケットのシリンダボア部分の厚みが厚いために、シリンダヘッド及びシリンダブロックにおけるこれら両者が互いに対面する側の表面形状に追従変形できないようになり、シリンダヘッドにおける燃焼室の周囲部分における面圧分布が不均一になり易い。

それによってシリンダボアの変形が所期以上に大きくなり、ピストンの摩擦抵抗が大きくなって、エンジンオイルの消費量が多くなるとか、所期通りの出力が得られないといった不都合があった。また、シム部材は金属製であることから、シリンダヘッドの微細な隙間にまで完全に対応させてシールするには無理があるので、場合によっては所期のシール性が発揮されないおそれもあり、その点でも改善の余地が残されているものであった。

上述の不都合（シリンダボアの変形大）の要因は、次のように推測される。即ち、シリンダヘッドをボルトによってシリンダブロックに締付けると、シム部材部分のガスケットが厚いために、シリンダヘッドは、ボルト締付部分がよりシリンダブロックに近付くように変形し、それによって燃焼室部分の外縁部がシリンダボアの外径側に引張られるようになる。ところが、シム部材はステンレス等の金属製であることから、鋳物材で成るシリンダブロックとの摩擦係数は比較的高い状況、つまりは、あまり滑りが良くない状況にあったので、実際には、シム部材とシリンダヘッドとは互いに滑り移動できない。

故に、ボルト締めした場合においては、上述したようなシリンダヘッドの変形ができず、結果として、ボア変形が不均一になるものであった。加えて、シリンダヘッドの変形が所期通りに行われると、そのことによる初期応力により、シリンダヘッドの強度改善効果が得られるものでもあるが、その効果も見込めなくなる点でも改善の余地があった。
特開２０００−１４５９６８号公報

本発明の目的は、高耐圧、高シール性が要求されるシリンダヘッドガスケットを、基本的には強度に優れる金属製で、かつ、ボア部に金属製のシム部材が積層配備された構造を踏襲しながら、シム部材とシリンダヘッドとの滑りを良くして、不測のボア変形を抑制し、また、シール性にも優れる高性能なシリンダヘッドガスケットを提供する点にある。

請求項１の構成は、シリンダボアに対応した円孔が形成された金属材から成るガスケット本体と、前記円孔の周辺部に積層配置される環状で金属製のシム部材と、を有して成るシリンダヘッドガスケットにおいて、前記シム部材の外表面に、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層が形成されていることを特徴とする。

請求項２の構成は、請求項１のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ガスケット本体における前記シム部材の囲りに、前記ガスケット本体の厚みよりも突出したビード部が形成されていることを特徴とする。

請求項３の構成は、請求項２のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビード部は、前記ガスケット本体から前記シム部材積層側方向に突出しており、その突出高さは前記シム部材の外表面を越える状態に設定されていることを特徴とする。

請求項４の構成は、請求項２又は３のシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ビード部は、前記ガスケット本体の屈曲による隆起部、又は前記ガスケット本体に固着されたゴム材で形成されていることを特徴とする。

請求項５の構成は、請求項１〜４のいずれかのシリンダヘッドガスケットにおいて、前記ガスケット本体は、鋼板製芯金の片面又は両面に、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層が形成された複合基材から成ることを特徴とする。

請求項１のシリンダヘッドガスケットにおいては、後述するように、耐摩耗性や低摩擦性等に優れるダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層を、シム部材の外表面に形成してあるので、シリンダヘッドとシム部材とは滑りの良い状態で接触することになる。従って、シリンダヘッドガスケットを挟んだ状態で、シリンダヘッドをシリンダブロックに組付けるべく締上げると、押圧接触状態においてもシリンダヘッドとシム部材とが容易に相対滑り移動でき、シム部材の存在でボア周辺部が部分的に厚いガスケットの介装によるシリンダヘッドの変形が所期通りに行われるようになる。

その結果、シム部材は、シリンダヘッドとシリンダブロックの接触する側の外面形状に追従変形できることとなり、シリンダヘッドにおける燃焼室の周囲部分における面圧分布が不均一になることが回避され、均一なものとなり、ピストンの摩擦抵抗が小さくなって、エンジンオイルの消費量が減少するとともに、所期通りの出力が得られるようになる、という効果を得ることができる。また、シリンダヘッドが所期通りに変形することから、その変形によるシリンダヘッドの強度改善効果も得られる利点もある。

請求項２のシリンダヘッドガスケットにおいては、請求項１の構成による前記効果を奏するとともに、ビード部を設けたことによって、シール性がより向上する利点がある。

請求項３のシリンダヘッドガスケットにおいては、請求項２の構成による前記効果を奏するとともに、シム部材の外表面を越える高い高さのビード部としてあるから、より確実にシール性向上効果を得ることができる。そして、ビード部は、シム部材と同じ側に突出しているので、シリンダヘッドガスケットをシリンダブロック上に置いたときに、平面で接する等、座りの良い状態とすることができる。

請求項４のシリンダヘッドガスケットにおいては、請求項２又は３の構成によるいずれかの前記効果を奏するとともに、ガスケット本体の屈曲によって隆起したビード部を形成する場合は、材料の追加が無く、廉価にシール性向上効果が得られるとともに、ゴム材の固着によるビード部とした場合には、より良いシール性を実現すべく、ゴム材の種類変更が行い易い利点がる。

請求項５のシリンダヘッドガスケットにおいては、請求項１〜４の構成によるいずれかの前記効果を奏するとともに、ガスケット本体とシリンダブロックやシリンダヘッドとの滑りも良くなるので、請求項１の構成による前記効果がより強化される利点がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１に、自動車等に搭載される内燃機関に適用自在なシリンダヘッドガスケット１の部分平面図が、図２には、図１におけるＡ−Ａ線断面図が夫々示されている。このシリンダヘッドガスケット１は、シリンダブロック（図示省略）とシリンダヘッド（図示省略）との間に介装されている。即ち、このシリンダヘッドガスケット１は、シリンダボアに対応した円孔２ａが形成されたステンレス（金属材の一例）から成るガスケット本体２と、円孔２ａの周辺部に積層配置される環状でステンレス（金属製の一例）から成るシム部材３とから構成されている。

ガスケット本体２は、ステンレス製の芯金４と、これの表裏の両面に形成されたダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層５とから成る複合基材に構成されている。そして、ガスケット本体２におけるシム部材３の囲りには、ガスケット本体２の屈曲による隆起部であって、ガスケット本体２の厚みよりも突出した環状のビード部６が形成されている。ビード部６は、ガスケット本体２からシム部材３の積層側方向に突出しており、その突出高さはシム部材３の外表面を越える状態に設定されている。

シム部材３は、円孔２ａとほぼ同径の開口部を有したリング板状でステンレス製の母材７と、その外表面に積層形成されたダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層５とから成る複合材に構成されている。膜層５は、図３に示すように、母材７に積層されるクロム中間層５Ａと、このクロム中間層５Ａに積層されるＷ−Ｃ傾斜合金化層５Ｂと、最も外側に積層されるＷ含有のダイヤモンド状硬質炭素膜５Ｃとで成る三層構造に構成されている。

図１、図２に示すシリンダヘッドガスケット１において、９はボア口（シリンダボア）、１０は冷却水路用孔、１１はボルト孔である。尚、図３に示す膜層５の構造は、ガスケット本体２における膜層５と共通のものである。

ここで、膜層５の主要材質であるダイヤモンド状硬質炭素膜について説明する。ダイヤモンド状硬質炭素膜（ＤＬＣ膜：ダイヤモンド・ライク・カーボン膜）は、耐久性があり、表面が滑らかなうえに下地材料への付着性が優れている。膜質は、緻密性に富んでおり、グラファイトや高分子カーボンのような構造の材料では透過できる溶液でも、緻密なＤＬＣ膜を浸透、通過することはできない。ＤＬＣはアモルファスであるため、ダイヤモンドの結晶構造のような長範囲規制性を有していない。硬度の点からダイヤモンドやサファイヤのような超硬材料のグループに分類されている。可視光線や赤外線を通し、電気抵抗が高く、低摩擦性や耐摩耗性に優れ、化学的に不活性である。

そして、室温でＤＬＣの成膜が可能であるという利点がある。その成膜方法としては、スパッタリングとプラズマＣＶＤ法とを合体させ、傾斜的にＤＬＣ膜を生成するＭｅ−ＤＬＣ（メタルＤＬＣ：チタンやクロムをＤＬＣに混合させる）を成膜するプラズマブースタースパッタリング法（ＰＢＳ法）等がある。

以上のように、耐摩耗性や低摩擦性に優れる膜層５がシム部材３の外表面に形成されているので、シリンダヘッドとシム部材３とは滑りの良い状態で接触することになる。従って、シリンダヘッドガスケット１を挟んだ状態で、シリンダヘッドをシリンダブロックに組付けるべくボルト操作で締上げると、押圧接触状態においてもシリンダヘッドとシム部材３とが容易に相対滑り移動できる状態であることから、シム部材３によってボア周辺部が部分的に厚いガスケットによるシリンダヘッドの変形が所期通りに行われるようになる。

その結果、シム部材は、シリンダヘッドとシリンダブロックの接触する側の外面形状に追従変形できることとなり、シリンダヘッドにおける燃焼室の周囲部分における面圧分布が不均一になることが回避され、均一なものとなり、ピストンの摩擦抵抗が小さくなって、エンジンオイルの消費量が減少するとともに、所期通りの出力が得られるようになる、という効果を得ることができる。また、シリンダヘッドが所期通りに変形することから、その変形によるシリンダヘッドの強度改善効果も得られる利点もある。

加えて、ガスケット本体２にも、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層５が形成されているので、ビード部６及びガスケット本体２においても、シリンダブロック並びにシリンダヘッドとの滑り性が良く、ボルト操作しての締付けによる追従変形がより円滑に行われるようになり、その点からもシリンダボアの面圧の均一化が促進される、という好ましい利点がある。

また、シリンダヘッドとシム部材３との接触部は、シリンダへヘッドと膜層５とが接するので、ステンレス等の金属製母材に直に接していた従来に比べて、シール性が改善される効果もある。

尚、図２や図３に示される膜層５は、ダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜のみで成る単層構造のものや、そのダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜がＭｅ−ＤＬＣ膜上に積層された２層構造のものでも良い。ダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜は絶縁性を有しているので、金属性の芯金４の表裏の両面に、ダイヤモンド状硬質炭素（ＤＬＣ）膜を形成すれば、芯金４を、シリンダボア内外での電気信号や電力の伝達部材として用いることが可能になる。例えば、シリンダボア部位に設けられたヒータや放電電極と、シリンダブロック外部に装備された電源とを、芯金４とアースとで導通させたり、燃焼室内における火炎伝播状況を直接検出すべく、シリンダボア内の電気的情報を電気信号に変換してシリンダブロック外に導出させるための一方の導通部材として芯金４を利用するのである。

実施例２によるシリンダヘッドガスケット１は、シム部材３とビード部６とが異なる以外は、実施例１によるシリンダヘッドガスケット１と同じであり、対応する箇所には同じ符号を記すものとする。

環状のビード部６は、ガスケット本体２に固着されたゴム材８で形成されており、やや薄く形成された膜層５の上にコーティングされている。ゴム材８は、焼付け接着によってガスケット本体２に固着させても良い。そして、シム部材３は、その母材７が、純アルミ又は純銅から成るもので形成されており、母材７の外面に溶射によって膜層５が形成されている。

この実施例２によるシリンダヘッドガスケット１による作用効果は、シリンダヘッドのシリンダブロックへの締付に伴って圧縮されるシム部材３が潰れ変形し易いことから、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間を隙間無く埋めて、シール性向上により有効になるとともに、前述した実施例１によるシリンダヘッドガスケット１によるものと同様な作用効果を発揮することができる。

本発明によるシリンダヘッドガスケットとしては、ビード部６の無いものでも良い。また、ガスケット本体２の膜層５は、芯金４の表裏のいずれか一方にのみ形成された構造でも良い。さらに、芯金４のみで成るガスケット本体２を有したシリンダヘッドガスケットも本発明の範疇である。

シリンダヘッドガスケットの部分平面図である。（実施例１） 図１のＡ−Ａ線断面図である。 シム部材の拡大断面図である。 シリンダヘッドガスケットの部分断面図である。（実施例２）

符号の説明

１ シリンダヘッドガスケット
２ ガスケット本体
２ａ 円孔
３ シム部材
４ 芯金
５ ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層
６ ビード部
８ ゴム材

Claims (5)

1. シリンダボアに対応した円孔が形成された金属材から成るガスケット本体と、前記円孔の周辺部に積層配置される環状で金属製のシム部材と、を有して成るシリンダヘッドガスケットであって、
   前記シム部材の外表面に、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層が形成されているシリンダヘッドガスケット。
2. 請求項１において、
   前記ガスケット本体における前記シム部材の囲りに、前記ガスケット本体の厚みよりも突出したビード部が形成されているシリンダヘッドガスケット。
3. 請求項２において、
   前記ビード部は、前記ガスケット本体から前記シム部材積層の側方向に突出しており、その突出高さは前記シム部材の外表面を越える状態に設定されているシリンダヘッドガスケット。
4. 請求項２又は３において、
   前記ビード部は、前記ガスケット本体の屈曲による隆起部、又は前記ガスケット本体に固着されたゴム材で形成されているシリンダヘッドガスケット。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記ガスケット本体は、鋼板製芯金の片面又は両面に、ダイヤモンド状硬質炭素膜による膜層が形成された複合基材から成るシリンダヘッドガスケット。

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