JP2005114113A - 液状ガスケットを用いたシール構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】液状ガスケットの未硬化を防止するとともに、少ない使用量で大きなシール性を得ることのできるシール構造を提供する。
【解決手段】シリンダブロック11と結合されるアッパーオイルパン17にフランジ171を設け、このフランジの合わせ面172を、シリンダブロック11のフランジの合わせ面112に平行な平面部1721と、この平面部1721に対して傾斜する傾斜部1722と、平面部1721と傾斜部1722とを接続する縦壁部1723とにより形成する。縦壁部1723は、平面部1721に対して垂直に形成する。シリンダブロック11とアッパーオイルパン17とは、液状ガスケット31aを挟み込んで結合する。
【選択図】 図2

Description

本発明は、液状ガスケットを用いたシール構造に関し、詳細には、シリンダブロックとアッパーオイルパンとの間や、アッパーオイルパンとロアオイルパンとの間など、エンジンのオイルシール部に適用されるシール構造に関する。
エンジンのオイルシール部に適用されるシール構造として、次のような現場成形ガスケットを用いたものが知られている。すなわち、現場成形ガスケットとしての液状ガスケットを挟み込んで結合される2つの部材のうち、いずれかの部材において、フランジの合わせ面の中央部付近に溝を設け、この溝を液状ガスケットの溜まり部とするものである。エンジンを組み立てる際に、フランジの合わせ面のうち、溝の一側に液状ガスケットを塗布したうえ、2つの部材をボルトにより締結する。液状ガスケットは、ボルトの締付力により押し潰されてガスケットの薄膜部を形成するとともに、余剰分が溝に流れ込む。溝に流れ込んだ液状ガスケットは、ガスケットの膨大部を形成する。液状ガスケットは、所定の乾燥期間の後に硬化して、弾性を持ったガスケットとなる。
特開平11−173424号公報(段落番号0003)
しかしながら、上記のシール構造には、次のような問題がある。すなわち、このものでは、液状ガスケットの溜まり部がフランジの合わせ面の中央部付近に設けられているため、乾燥期間中に溜まり部内の液状ガスケットが空気と充分に接触せず、乾燥期間を経た後も良好に硬化しない場合があることである。シリコーン等を素材とする一般的な液状ガスケットは、空気との接触により硬化するためである。
前掲特許文献1には、液状ガスケットと空気との接触面積を確保するため、フランジの合わせ面において、中央に平面部を設けるとともに、この平面部の各側に隣接させて、この平面部に対して傾斜する傾斜部を設けることで、液状ガスケットの溜まり部を合わせ面の各側に設けたものが開示されている。このものでは、溜まり部内の液状ガスケットを空気と充分に接触させ、良好に硬化させることができるが、液状ガスケットが2つの溜まり部に分散されるため、硬化した液状ガスケットの耐力性が低く、使用量当たりのシール性が充分に得られないおそれがある。
本発明は、空気との接触面積を充分に確保して、液状ガスケットの未硬化を防止するとともに、少ない使用量で大きなシール性を得ることのできるシール構造を提供することを目的とする。
本発明は、液状ガスケットを用いたシール構造を提供する。
第1の形態では、第1の部材に形成された第1のフランジと、第1の部材に液密又は気密に取り付けられる第2の部材に形成され、第1のフランジと結合して、第1及び第2の部材を結合する第2のフランジと、第1及び第2のフランジの間に介在する液状ガスケットとを含んでシール部を構成し、第2のフランジの合わせ面において、長手方向に直交する平面による断面で、第2のフランジの合わせ面の一方の端縁から延伸する平面部と、この平面部に対し、前記端縁とは反対側の一側で接続する傾斜部とを設ける。平面部は、第1のフランジの合わせ面と平行に、傾斜部は、平面部に対して傾斜させて形成する。傾斜部と第1のフランジの合わせ面との間の間隔を平面部から離れるに従って拡大させて、液状ガスケットの溜まり部を形成する。平面部と傾斜部とは、平面部に対して垂直に形成された縦壁部を介して接続するのが好ましい。
第2の形態では、第1の部材に形成された第1のフランジと、第1の部材に液密又は気密に取り付けられる第2の部材に形成され、第1のフランジと結合して、第1及び第2の部材を結合する第2のフランジと、第1及び第2のフランジの間に介在する液状ガスケットとを含んでシール部を構成する。この形態では、第1及び第2のフランジは、ボルトにより締結されて、第1及び第2の部材を結合する。第2のフランジの合わせ面のうち、ボルト孔が形成された締付部以外の部分において、長手方向に直交する平面による断面で、第2のフランジの合わせ面の一方の端縁から延伸する平面部と、この平面部に対し、前記端縁とは反対側の一側で接続する傾斜部とを設ける。平面部は、第1のフランジの合わせ面と平行であり、傾斜部は、平面部に対して傾斜し、第1のフランジの合わせ面との間の間隔を平面部から離れるに従って拡大させて、液状ガスケットの膨大部を形成する。
本発明によれば、第2のフランジの合わせ面において、傾斜部を、平面部を基準とした一側のみに設けたことで、溜まり部内の液状ガスケットと空気との接触が平面部により妨げられることがなく、液状ガスケットを良好に硬化させることができる。また、硬化した液状ガスケットにおいて、膨大部は一側のみに形成されることとなるが、膨大部を両側に形成した従来のものと比較して、使用量当たりの液状ガスケットの耐力性が高められ、少ない使用量で所要のシール性を得ることができる。
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、本発明に係るシール構造を「チャンファシール構造」という。
図1は、本発明の一実施形態に係る自動車用エンジン(以下「エンジン」という。)1の構成の概略を示している。図中、左側がエンジン1の前側であり、右側がエンジン1の後側である。
シリンダブロック11には、上面にシリンダヘッド12が固定されており、シリンダブロック11及びシリンダヘッド12によりエンジン1の本体が構成される。シリンダブロック11には、ピストン13が挿入されており、このピストン13とシリンダヘッド12との間に形成される空間が燃焼室となる。シリンダヘッド12には、カムシャフト14の軸受けが形成されている。シリンダヘッド12には、上面にロッカーカバー15が固定されるとともに、前面にフロントカバー16が固定されている。一方、シリンダブロック11には、下面にアッパーオイルパン17が固定されており、このアッパーオイルパン17には、下面にロアオイルパン18が固定されている。アッパーオイルパン17及びシリンダブロック11によりクランクケースが構成され、このクランクケースにクランクシャフト(一点鎖線により中心軸を示す。)19が収納されている。ロアオイルパン18には、エンジン1の潤滑オイルが貯蔵される。シリンダブロック11及びアッパーオイルパン17には、前面にチェーンケース20が固定されており、このチェーンケース20にチェーン21が収納されている。チェーン21は、クランクシャフト19とカムシャフト14との間に掛け渡されており、クランクシャフト19からカムシャフト14にエンジン1の出力が伝達される。ロッカーカバー15、フロントカバー16及びチェーンケース20によりエンジン1内の空間、例えば、シリンダヘッド12内の空間や、オイルパン17,18内の空間が外部から気密に遮断され、潤滑オイルの漏れを防止している。
このようなエンジン1において、チャンファシール構造は、シリンダブロック11とアッパーオイルパン17との間のオイルシール部A1に採用されている。本実施形態に関し、シリンダブロック11及びアッパーオイルパン17は、ともに型成形部品であり、前者が「第1の部材」に、後者が「第2の部材」に相当する。
図2は、シリンダブロック11及びアッパーオイルパン17の、長手方向(気筒配列方向に等しい。)に直交する平面x−xによる断面を示している。
シリンダブロック11の下部には、フランジ(「第1のフランジ」に相当する。)111が形成されており、このフランジ111の下面がアッパーオイルパン17との合わせ面(以下「シリンダブロック側合わせ面」という。)112となる。一方、アッパーオイルパン17の上部には、フランジ(「第2のフランジ」に相当する。)171が形成されており、このフランジ171の上面がシリンダブロック11との合わせ面(以下「オイルパン側合わせ面」という。)172となる。シリンダブロック11とアッパーオイルパン17とは、後述する液状ガスケット21bを介して各合わせ面112,172を接合させた状態で、ボルトにより締結される。また、各合わせ面112,172は、ともに型成形のうえ、フライスにより仕上げられている。
本実施形態において、シリンダブロック側合わせ面112は、エンジン1の上下方向に直交する1つの平面により、両端に渡り平坦に形成されている。一方、オイルパン側合わせ面172は、3つの平面により形成されている。第1の平面は、エンジン1の上下方向に直交する平面であり、この平面により平面部1721が形成されている。平面部1721は、オイルパン側合わせ面172の、オイルパンの内外に関する外側の端縁から内側に向けて延伸している。第1の平面がエンジン1の上下方向と直交するため、平面部1721は、シリンダヘッド側合わせ面112と平行である。第2の平面は、第1の平面に対して傾斜する平面であり、この平面により傾斜部1722が形成されている。傾斜部1722は、オイルパンの内側に寄るほどシリンダブロック側合わせ面112との間の間隔gが拡大するように傾斜しており、傾斜部1722とシリンダブロック側合わせ面112との間の空間が液状ガスケットの溜まり部Pとなる。第3の平面は、第1の平面に直交する平面であり、この平面により縦壁部1723が形成されている。縦壁部1723は、平面部1721の内側の一側と、傾斜部1722の外側の一側とを接続している。シリンダブロック側合わせ面112とオイルパン側合わせ面172との間には、硬化した液状ガスケット31aが介在している。なお、縦壁部1723は、平面部1721に対して傾斜部1722よりも大きな角度(90°を除く。)で傾斜させて形成してもよいが、平面部1721に対して垂直であるのがより効果的である。
図3は、アッパーオイルパン17の上面、すなわち、オイルパン側合わせ面172を上方から見た状態で示している。
チャンファシール構造は、オイルパン側合わせ面172のうち、ボルト締付部F以外の部分にのみ、採用されている。ボルト締付部F以外の部分にのみ、傾斜部1722及び液状ガスケットの溜まり部Pが形成されている。ボルト締付部Fは、シリンダブロック11とアッパーオイルパン17とを結合させるためのボルトの挿入孔(以下「ボルト孔」という。)173が形成された部分をいう。本実施形態に関し、ボルト締付部Fは、オイルパン側合わせ面172のうち、ボルト孔173の形状に合わせて端部をオイルパンの内側又は外側に膨出させた部分をいう。ボルト締付部Fには、チャンファシール構造以外のいかなるシール構造が採用されてもよいが、ボルトによる大きな締付力を受けるため、ガスケットは特に必要とされていない。
図4は、シリンダブロック11とアッパーオイルパン17とをボルトにより締結する際の、液状ガスケット31bの変形の様子を示している。
硬化前の液状ガスケット31bは、オイルパン側合わせ面172のうち、縦壁部1723に近い平面部1721の一側に塗布される。シリンダブロック11及びアッパーオイルパン17の合わせ面112,172を液状ガスケット31bを介して接合させ、ボルトにより締結する。合わせ面112,172同士が近付くに従い、液状ガスケット31bが押し潰され、合わせ面112,172の間の空間を埋めていく。液状ガスケット31bは、シリンダブロック側合わせ面112と平面部1721との間の空間にも広がるが、その多くは、シリンダブロック側合わせ面112と傾斜部1722との間に形成された溜まり部Pに流れ込む。ボルトの締付けを終了した後、所定の乾燥期間をおき、液状ガスケット31bを硬化させる。硬化した液状ガスケット31aにおいて、シリンダブロック側合わせ面112と平面部1721との間の空間を充填した液状ガスケットによりガスケットの薄膜部311が、溜まり部Pを充填した液状ガスケットによりガスケットの膨大部312が構成される。
オイルシール部A1に適用されたチャンファシール構造によれば、次のような効果を得ることができる。
第1に、オイルパン側合わせ面172において、平面部1721を基準とした一側に傾斜部1722を設け、シリンダヘッド側合わせ面112とこの傾斜部1722との間に液状ガスケットの溜まり部Pを形成した。このため、乾燥期間において、溜まり部P内の液状ガスケットを空気と充分に接触させることができるので、液状ガスケットを良好に硬化させることができる。
第2に、液状ガスケットの溜まり部Pをオイルパン側合わせ面172の一側のみに設け、硬化した液状ガスケットにおいて、膨大部を一側のみに形成することとした。このため、使用量当たりの液状ガスケットの耐力性を高めることができ、少ない使用量で所要のシール性を得ることができる。
図5,6は、アッパーオイルパン17をシリンダブロック11に対し、引張方向(エンジン1の上下方向に等しい。)及び剪断方向に変位させた際に液状ガスケット31aに発生する応力σt,σsを示している。図5は、チャンファシール構造による場合のものを、図6は、オイルパン側合わせ面の中央部付近に溝を設けた、従来のシール構造による場合のものを示している。
チャンファシール構造(図5)による場合は、従来のシール構造(図6)による場合に比べ、硬化した液状ガスケット31aに形成される凹状の角が少なく、変位の方向によらず、液状ガスケット31aに応力集中が生じる箇所が少ない。このため、チャンファシール構造によれば、液状ガスケット31aに亀裂等の損傷が生じる可能性が低く、長期に亘りシール性を維持することができる。また、液状ガスケット31aには、剪断方向に変位させたときにより大きな応力σsが発生する。チャンファシール構造によれば、液状ガスケットを1つの膨大部312に集中させることになるので、発生した応力を膨大部312内で分散させ、局所的な応力σs1を小さく抑えることができる。
第3に、オイルパン側合わせ面172に傾斜部1722を設け、液状ガスケットの溜まり部Pをオイルパンの内外に関する内側に向けてテーパ状に拡大させて形成した。このため、シリンダブロック11とアッパーオイルパン17とを締結する際に、液状ガスケット31bを傾斜部1722の表面に沿って整然と広げ、溜まり部Pに隙間なく充填することができる。また、溜まり部Pを液状ガスケット31bの流れの方向に拡大させたことで、液状ガスケット31bがオイルパン内にはみ出すのを抑えることができる。液状ガスケット31bがオイルパン内に大きくはみ出したときは、そのはみ出した部分が溢れ出たり、切れたりしてオイルパン内に落ち、オイルストレーナを詰まらせるおそれがある。
第4に、オイルパン側合わせ面172に縦壁部1723を設けたことで、アッパーオイルパン17に製造上の誤差又はバラツキが生じた場合も、所要のシール性を確保することができる。チャンファシール構造のシール性は、傾斜部1722の幅w1に大きく影響される(図2)。アッパーオイルパン17において、傾斜部1722の位置(すなわち、高さ)に誤差等が生じたとしても、縦壁部1723の存在により、幅w1にバラツキが生じるのを回避することができ、傾斜部1722に正確な幅w1を持たせることができる。他方、平面部1721の高さによらず、平面部1721に一定の幅w2を持たせることができるので、シリンダブロック11とアッパーオイルパン17とを締結したときに、合わせ面112,172の間に高い面圧をかけることができる。
第5に、オイルパン側合わせ面172において、縦壁部1723を平面部1721に対して垂直に設けたことで、これらの部分の間に明確な角が形成される。このため、液状ガスケットを塗布する際の目印としてこの角を用い、液状ガスケットをオイルパン側合わせ面172の適切な位置に、容易に塗布することができる。
第6に、オイルパン側合わせ面172に縦壁部1723を設けたことで、エアリークテストにおける液状ガスケットの抜けを防止することができる。エアリークテストは、シリンダブロック11とアッパーオイルパン17とを締結した後、液状ガスケット31bを硬化させる前に行われるものであり、オイルパン内に高い圧力をかけ、オイルシール部の漏れを検査するものである。縦壁部1723が液状ガスケット31bに対する抵抗となるので、エアリークテスト時に液状ガスケット31bがオイルパン外に抜けるのを防止することができる。
以上では、チャンファシール構造をシリンダブロック11とアッパーオイルパン17との間のオイルシール部A1に適用した場合を例に説明した。チャンファシール構造は、この部分に限らず、シリンダブロック11とリアオイルシールリテーナ22との間のオイルシール部A2や、シリンダヘッド12とフロントカバー16との間のオイルシール部A3に採用することもでき、上記第1〜6の効果を得ることができる。なお、リアオイルシールリテーナ22は、クランクケース内を外部から遮断するためのリアオイルシールを、エンジン1に保持するためのものである。また、カムシャフトの最も前側のジャーナルを支持するためのベアリングキャップとして、吸気側のベアリンクと排気側のベアリングとを兼ねる大型のものを採用する場合は、チャンファシール構造を、このベアリングキャップとシリンダヘッドとの間のオイルシール部に適用することもできる。
また、以上では、第2の部材として、アッパーオイルケース17等の型成形部品を採用した場合を例に説明した。本発明は、これに限らず、第2の部材として、ロアオイルパン18等のプレス成形部品を採用することもできる。
エンジン1において、チャンファシール構造は、オイルシール部A1〜A3のほか、アッパーオイルパン17とロアオイルパン18との間のオイルシール部B1に適用されている。アッパーオイルパン17が型成形部品である一方、ロアオイルパン18はプレス成形部品であり、前者が「第1の部材」に、後者が「第2の部材」に相当する。
図7は、アッパーオイルパン17及びロアオイルパン18の、長手方向に直交する平面y−yによる断面を示している。
アッパーオイルパン17には、下部にフランジ(「第1のフランジ」に相当する。)175が形成され、ロアオイルパン18には、上部にフランジ(「第2のフランジ」に相当する。)181が形成されている。前者のフランジ175の下面がロアオイルパン18との合わせ面(以下「アッパー側合わせ面」という。)176となり、後者のフランジ181の上面がアッパーオイルパン17との合わせ面(以下「ロア側合わせ面」という。)182となる。アッパーオイルパン17とロアオイルパン18とは、各合わせ面176,182を液状ガスケット31aを介して接合させたうえ、ボルトにより締結される。
第1の部材としてのアッパーオイルパン17において、アッパー側合わせ面176は、エンジン1の上下方向に直交する1つの平面により平坦に形成されている。第2の部材としてのロアオイルパン18において、ロア側合わせ面182は、2つの平面により形成されている。第1の平面は、エンジン1の上下方向に直交する平面であり、第2の平面は、この第1の平面に対して傾斜する平面である。第1の平面により平面部1821が形成され、第2の平面により傾斜部1822が形成されている。平面部1821は、ロア側合わせ面182の、オイルパンの内外に関する外側の端縁から内側に向けて延伸しており、アッパー側合わせ面176と平行である。傾斜部1822は、平面部1821のうち、オイルパンの内側の一側に接続し、オイルパンの内側に寄るほどアッパー側合わせ面176との間の間隔gが拡大するように傾斜している。傾斜部1822とアッパー側合わせ面176との間の空間が液状ガスケットの溜まり部Pとなる。ロアオイルパン18において、アッパーオイルパン17のオイルパン側合わせ面172に形成されているような縦壁部は、設けられていない。アッパー側合わせ面176とロア側合わせ面182との間には、硬化した液状ガスケット31aが介在している。なお、ロアオイルパン18に縦壁部が設けられていないのは、プレス成形による製造上の問題のためである。プレス成形により縦壁部を設けることに問題のない場合は、ロアオイルパン18に縦壁部を設けるのが好ましい。
オイルシール部B1において、チャンファシール構造がロア側合わせ面182のうち、ボルト締付部F以外の部分にのみ、採用されているのは、オイルシール部A1におけると同様である(図3)。
オイルシール部B1に適用されたチャンファシール構造によれば、上記第1〜3の効果を得ることができる。
すなわち、傾斜部1822をロア側合わせ面182の一側のみに設けたことで、乾燥期間において、溜まり部P内の液状ガスケットを空気と充分に接触させ、液状ガスケットを良好に硬化させることができる。
また、膨大部を液状ガスケットの一側のみに形成し、液状ガスケットをその一側に集中させたことで、使用量当たりの液状ガスケットの耐力性を高め、少ない使用量で所要のシール性を得ることができる。
更に、傾斜部1822により、液状ガスケットの溜まり部Pをオイルパンの内外に関して内側に向けて拡径させて形成したことで、アッパーオイルパン17とロアオイルパン18とを締結する際に、液状ガスケットを溜まり部Pに隙間なく充填させるとともに、液状ガスケットがオイルパン内にはみ出すのを抑えることができる。
なお、カムシャフトの前端に、カムシャフトのクランクシャフトに対する位相を変化させるための各種の可変装置が取り付けられるエンジンでは、プレス成形部品としての第2の部材として、ロアオイルパン18に加え、この可変装置のケースを採用することができる。
また、チャンファシール構造は、エンジン1のオイルシール部に限らず、エンジン1に連結されるトランスミッションのオイルシール部に適用することができ、延いては一般産業機械全般におけるオイルシール部に採用することができる。
本発明の一実施形態に係るエンジンの構成 図1に示すエンジンの平面x−xによる断面 アッパーオイルパンのオイルパン側合わせ面 締結時における液状ガスケットの変形の様子 チャンファシール構造による場合に発生する引張及び剪断応力 従来のシール構造による場合に発生する引張及び剪断応力 図1に示すエンジンの平面y−yによる断面
符号の説明
1…エンジン、11…シリンダブロック、111…シリンダブロックのフランジ、112…シリンダブロック側合わせ面、12…シリンダヘッド、13…ピストン、14…カムシャフト、15…ロッカーカバー、16…フロントカバー、17…アッパーオイルパン、171…アッパーオイルパンの上部フランジ、172…オイルパン側合わせ面、1721…平面部、1722…傾斜部、1723…縦壁部、173…ボルト孔、175…アッパーオイルパンの下部フランジ、176…アッパー側合わせ面、18…ロアオイルパン、181…ロアオイルパンのフランジ、182…ロア側合わせ面、1821…平面部、1822…傾斜部、19…クランクシャフト、20…チェーンケース、21チェーン、22…リアオイルシールリテーナ、31…液状ガスケット、P…液状ガスケットの溜まり部、F…ボルト締付部。

Claims (8)

  1. 第1の部材に形成された第1のフランジと、
    第1の部材に液密又は気密に取り付けられる第2の部材に形成され、第1のフランジと結合して、第1及び第2の部材を結合する第2のフランジと、
    第1及び第2のフランジの間に介在する液状ガスケットと、を含んで構成され、
    第2のフランジの合わせ面において、長手方向に直交する平面による断面で、第2のフランジの合わせ面の一方の端縁から延伸する平面部と、この平面部に対し、前記端縁とは反対側の一側で接続する傾斜部と、が設けられ、
    平面部は、第1のフランジの合わせ面と平行であり、
    傾斜部は、平面部に対して傾斜し、第1のフランジの合わせ面との間の間隔を平面部から離れるに従って拡大させて、液状ガスケットの溜まり部を形成するシール構造。
  2. 第1の部材に形成された第1のフランジと、
    第1の部材に液密又は気密に取り付けられる第2の部材に形成され、第1のフランジと結合して、第1及び第2の部材を結合する第2のフランジと、
    第1及び第2のフランジの間に介在する液状ガスケットと、を含んで構成され、
    第1及び第2のフランジは、ボルトにより締結されて、第1及び第2の部材を結合するものであり、
    第2のフランジの合わせ面のうち、ボルト孔が形成された締付部以外の部分において、長手方向に直交する平面による断面で、第2のフランジの合わせ面の一方の端縁から延伸する平面部と、この平面部に対し、前記端縁とは反対側の一側で接続する傾斜部と、が設けられ、
    平面部は、第1のフランジの合わせ面と平行であり、
    傾斜部は、平面部に対して傾斜し、第1のフランジの合わせ面との間の間隔を平面部から離れるに従って拡大させて、液状ガスケットの溜まり部を形成するシール構造。
  3. 平面部と傾斜部とが、平面部に対して傾斜部よりも大きな角度で傾斜する縦壁部を介して接続する請求項1又は2に記載のシール構造。
  4. 平面部と傾斜部とが、平面部に対して垂直に形成された縦壁部を介して接続する請求項1又は2に記載のシール構造。
  5. 傾斜部が、平面部に対し、漏れの方向に関して内側の一側に設けられた請求項1〜4のいずれかに記載のシール構造。
  6. エンジンに設けられ、
    第1のフランジ、第2のフランジ及び液状ガスケットがエンジン内外の空間を隔てるオイルシール部を構成する請求項1〜5のいずれかに記載のシール構造。
  7. 第2の部材がエンジンの型成形部品である請求項6に記載のシール構造。
  8. 第2の部材がエンジンのプレス成形部品である請求項6に記載のシール構造。
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