JP2005273737A - ガスケットおよびガスケットの生産方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コストが低減されたガスケットを提供する。
【解決手段】 ガスケット１は、４つの燃焼室孔６〜９が設けられ、またボルト孔１１〜２０が設けられた金属製（たとえばステンレス鋼）の基板２と、燃焼室孔６〜９をそれぞれ囲いめぐらすように基板２上に配置されるシムリング２１〜２４とを含む。シムリング２１は、分割部材２１Ａ，２１Ｂを含み、分割部材は溶接部３２において接合されている。シムリングを分割した分割部材として素材から打ち抜くので、環状形状のシムリングを打ち抜く場合よりも単位材料あたりの歩留まりが向上する。好ましくは、さらに多分割とし厚さを部位ごとに変えることにより面圧の微妙な調整が可能となる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、内燃機関に用いられるガスケットおよびガスケットの生産方法に関する。

従来、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の気密性を高めるため、シリンダヘッドガスケットが用いられている。シリンダヘッドガスケットでは、燃焼ガス、冷却水、潤滑油およびブローバイガスを同時にシールする。なお、ブローバイガスは、エンジンの圧縮工程中にピストンリングの隙間から漏れ出した気化ガソリンであり、これを再燃焼させるために吸気側に通じる通路がシリンダブロックとシリンダヘッドに設けられている。この中でも、特に燃焼ガスは、最大でおよそ８〜１０Ｍｐａもの圧力となる。この燃焼ガスをシールするためのシール圧は約１００Ｍｐａ程度必要である。

ガスケットによるシールが不十分であり燃焼ガスが外気に漏れると、排ガス規制をクリアすることができないという問題が生ずる。排ガス規制は、排気管から出される排ガス中の一酸化炭素・炭化水素・窒素酸化物・微粒子物質などのほか、漏れた燃焼ガスやブローバイガスなども規制の対象になっている。

したがって、ガスケットにおいて均一な面圧を確保することは重要であり、さまざまな工夫がなされてきた。

たとえば、金属製の基板に金属製のシムリングをレーザ光線により溶接した構造が特開平４−６４７７７号公報（特許文献１）に開示されている。シリンダヘッドガスケットの燃焼室孔の周囲部分に高い面圧を確保し得るように、金属製（鋼製）のシムリングがステンレス鋼製の基板に接合される。このようなシムリングはストッパとも呼ばれる。
特開平４−６４７７７号公報 特開平４−１０２７６５号公報

金属製のシムリングは、従来、金属板である素材からプレス抜きして製造されている。しかしながら、シムリングは、環状の形状であるため、素材からプレス抜きする際の歩留まりが著しく悪い。

図１１は、シムリングをプレス抜きする歩留まりについて説明するための図である。

図１１を参照して、素材１００からシムリング１０１をプレス抜きする場合、長方形の形状の素材１００では、６個のシムリングしか取ることができない。つまり環状の形状では、シムリングの内部の部分や周辺部は捨てられており、１個分のリングの面積が確保できない部分については無駄が生じてしまう。

また、特開平４−１０２７６５号公報には、シムの材料の歩留まりについての記載はあるが、シリンダヘッドの変形対策のためにシリンダヘッドの変形の生じやすい部分にシムを接着し、変形を抑止する技術の開示であり、環状のシムリングの歩留まりを向上させることについては記載がない。

この発明の目的は、材料の歩留まりが向上し、コストが削減されたガスケットを提供することである。

この発明は、要約すると、ガスケットであって、流体ガスが通過する孔が設けられた基板と、基板上において孔を囲繞するように配置される環状シムとを備え、環状シムは、環を複数に分割した複数の分割部材を含む。

好ましくは、環状シムは、複数の分割部材の分割部位を接合する複数の接合部をさらに含む。

好ましくは、ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の気密性を高めるために用いるものであり、環状シムは、ガスケット装着時において、シリンダブロックに設けられている燃焼室孔を囲繞するように配置される。

好ましくは、ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの間の気密性を高めるために用いるものであり、環状シムは、ガスケット装着時において、シリンダブロックに設けられている排気孔を囲繞するように配置される。

好ましくは、複数の分割部材のうちの第１の分割部材と第２の分割部材は、厚さが異なる。

より好ましくは、基板にはシリンダヘッドとシリンダブロックとを締結するためのボルトの貫通孔が設けられ、第１の分割部材は、第２の分割部材よりも貫通孔に近く配置され、第１の分割部材は、第２の分割部材よりも薄い。

この発明の他の局面に従うと、ガスケットの生産方法であって、環を複数に分割した複数の分割部材を板状素材から打ち抜くステップと、基板に設けられた孔を囲繞するように複数の分割部材を環状シムとして基板上に配置するステップと、環状シムを基板に接合するステップとを備える。

好ましくは、ガスケットの生産方法は、複数の分割部材の分割部位を接合して環状シムを作成するステップをさらに備える。

好ましくは、ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の気密性を高めるために用いるものであり、環状シムは、ガスケット装着時において、シリンダブロックに設けられている燃焼室孔を囲繞するように配置される。

好ましくは、ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの間の気密性を高めるために用いるものであり、環状シムは、ガスケット装着時において、シリンダブロックに設けられている排気孔を囲繞するように配置される。

この発明によれば、環状のシムを分割部材として素材から打抜くので、単位面積当たりの材料歩留まりが向上する。

さらに、厚さの異なる分割部材を組合せて１つのシムリングとすれば、部位ごとの面圧の微妙な調整が可能となり、燃焼室等の気密性をより良好に保つことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、本実施の形態のガスケット１の平面構造を示した図である。

図１を参照して、ガスケット１は、４つの燃焼室孔６〜９が設けられ、またボルト孔１１〜２０が設けられた金属製（たとえばステンレス鋼）の基板２と、燃焼室孔６〜９をそれぞれ囲いめぐらすように基板２上に配置されるシムリング２１〜２４とを含む。

なお、基板２には図示しないが、燃焼により発生する熱を冷却する冷却水の孔、シリンダヘッドの機構部分を潤滑する潤滑油の孔およびシリンダブロック側にピストンリングの隙間から漏れた燃焼性のブローバイガスを再燃焼させるために吸気側に通過させる孔が設けられている。

ガスケット１は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在し、シリンダヘッドをシリンダブロックに取り付けるボルトを締結することにより、シリンダヘッドとシリンダブロックの両方に密着した状態とされて用いられる。シリンダブロックに対してシリンダヘッドが複数本のボルトによって取付けられているが、ボルト孔１１〜２０はこの締付け用のボルトを貫通させる孔である。

シムリング２１は、分割部材２１Ａ，２１Ｂを含み、分割部材は溶接部３２において接合されている。同様に、シムリング２２は分割部材２２Ａ，２２Ｂを含み、シムリング２３は分割部材２３Ａ，２３Ｂを含み、シムリング２４は分割部材２４Ａ，２４Ｂを含む。

ガスケット１を締結ボルトにて締結し内燃機関に組付けたときに、シリンダブロックとの当接面における燃焼室周縁の面圧を高めるためにシムリング２１〜２４が設けられる。シムリング２１〜２４によって内燃機関の稼働中に燃焼室において発生する燃焼ガスの漏れが効果的に抑制される。

図２は、図１のＩＩ−ＩＩで切断した状態を示した図である。

図２を参照して、燃焼室孔６の縁には、シムリング２１がレーザ溶接機によって溶接されている。シムリング２１の外側には、面圧を高めるために、下面から上面側に凸部形状となっているビード３０が基板２に形成されている。

基板２に対してシムリング２１をレーザ溶接する前に、予め分割部材２１Ａと分割部材２１Ｂとが溶接されているので図２には溶接部３２が示されている。そしてその後、基板２上にシムリング２１が配置され全周をレーザ溶接することにより溶接部３１が形成される。

図３は、本発明の実施の形態１のガスケットの製造工程を説明するためのフローチャートである。

図４は、分割部材の打抜きの状態を説明するための図である。

図３を参照して、製造工程が開始されると、まずステップＳ１においてシム分割部材の打抜きが行なわれる。図４に示すように、素材である金属板４０からシムリングを２分の１に分割した分割部材４１が打抜かれる。

図１１で示した分割しない例では、同じ面積に対してシムリングが６個製造できた。これに対して図４で説明した例では、２分の１の分割部材を１８打抜くことが可能である。これは、シムリング９個分に相当する。つまり、材料歩留まりが図１１の場合と比べて９／６すなわち１．５倍に向上する。

再び図３を参照して、ステップＳ１におけるシム分割部材の打抜きが終了すると、ステップＳ２においてシムリングの分割部の溶接が行なわれる。これにより、図１１で打抜かれたシムリングと同様なシムリングが得られる。

続いて、ステップＳ３において、ステップＳ２で完成したシムリングが基板上に位置決めされて配置される。

そしてステップＳ４において、シムリングとあらかじめ用意されていた基板との溶接が行なわれる。この溶接は、たとえばレーザ溶接機によってシムリングの全周にわたり連続して行われ、図２の溶接部３１が形成される。

この溶接が終了するとガスケットの製造が終了する。

なお、図４においては、シムリングを２分の１に分割した分割部材について説明したが、さらに多くの分割数にしてもよい。

図５は、シムリングを３分割した場合の打抜き歩留まりを説明するための図である。

図５を参照して、素材である金属板４０からシムリングを３等分に分割した分割部材４２が打抜かれる。図１１に示した面積と同じ面積から４０の分割部材４２が得られる。これを組立てると、１３個以上のシムリングが得られることになる。したがって図１１の場合に対して１３／６、すなわち２倍以上の材料歩留まりとなる。

以上説明したように、実施の形態１のガスケットおよびその製造方法によれば、シムを素材から抜取る際の歩留まりが飛躍的に向上し、製造コストを大幅に低減させることができる。

［実施の形態２］
図６は、実施の形態２のガスケットの製造工程を説明するためのフローチャートである。

図６を参照して、実施の形態２においては、図３に示した実施の形態１の製造工程の２回の溶接工程を１回に減らすことができる点が特徴である。

まずステップＳ１１においてシム分割部材の打抜きが行なわれる。このシム分割部材の端部には後に説明するように未溶接状態でもシムリングとして組立ができる形状の継手が形成されている。

ステップＳ１１において打抜きが終了すると、ステップＳ１２においてシムリングの組付けが行なわれる。

図７は、シムリングの組付けと溶接とを説明するための分割部分の拡大図である。

図６、図７を参照して、シムリングの組付けが終了すると、図７（ａ）に示すように、基板２上に継手部分が噛み合うようにされた分割部材２１Ａ１，２１Ｂ１が配置される。

そしてステップＳ１３において、シムリングと基板との溶接が行なわれる。この溶接は、レーザ光線によりシムリングの全周にわたり溶接部が形成される。図７（ｂ）に示すように、溶接部３１によって分割部材２１Ａ１および分割部材２１Ｂ１の接合が行なわれるとともに基板２とシムリングとの接合も溶接部３１において行なわれる。

図８は、シムリングの分割部材の端部の他の形状の例を示した図である。

図８を参照して、分割部材の一方端は分割部材２１Ａ２の端部のように打抜き、他方端は分割部材２１Ｂ２の端部のように打抜いておけば、抜け落ちにくくなるので、シムリングとして組付けた場合のずれを一層防止することができる。

実施の形態２のガスケットおよびその製造方法によれば、実施の形態１と同様材料歩留まりが向上し、かつ、さらに溶接工程を減らすことができるので、一層コストを低減することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３では、さらに、多数の分割を採用することにより、シムリングにおける面圧をより均一に調整することが可能となる。

図９は、実施の形態３のガスケットを説明するために、ガスケット上の１つのシムリングについて拡大して示した図である。

図９を参照して、実施の形態３のガスケットは、図１に示した実施の形態１のガスケットの構成において、シムリング２１に代えてシムリング５１を含む。シムリング５１は、分割部材５１Ａ〜５１Ｈによって構成されている。

シムリング５１のうちボルト孔１１，１２，１６，１７に近い分割部材５１Ａ，５１Ｇ，５１Ｃ，５１Ｅの部分を他の分割部材と異なる厚さとする。シムリングの周囲４箇所をボルトで締付ける場合には、シムリングが均一な厚さの場合には、図９の分割部材５１Ａ，５１Ｇ，５１Ｃ，５１Ｅ付近の面圧が高くなり、他の部分はそれよりも面圧が低くなる傾向にある。

したがって、燃焼室孔の中心からボルトを中心として中心角θの部分においてシムリングを分割し、この厚みを残りの部分よりも数ミクロン薄くしておくことにより、シムリング５１全体に均一な面圧がかかるようにすることが可能となる。

なお、実施の形態３では分割して厚みを変える場合について図示したが、たとえばシムリングの幅を変えたりしてもよい。

以上説明したように、素材から抜取る際の歩留まりの向上に加えて、実施の形態３のガスケットでは、分割部材ごとにシムリングの厚みを変更することで相手部品の剛性が部位ごとに異なる場合や相手部品の変形により面圧が不均一となることが避けられ、ガスケットを組付けた状態においてシムリング部分の面圧をほぼ均一状態にすることができる。

［変形例］
なお、以上の実施の形態においては本発明をシリンダヘッドガスケットに適用した場合を説明したが、シリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの間に使用され、排気の漏れを防ぐエキゾーストマニホルドガスケットに本発明を適用することも可能である。

図１０は、エキゾーストマニホルドガスケットに本発明を適用した場合を説明するための図である。

図１０を参照して、エキゾーストマニホルドガスケット６０の基板には、排気口８１〜８４と、ボルト孔７１〜７５とが設けられる。排気口８１〜８４をそれぞれ囲いめぐらすようにシムリング６１〜６４が基板上に配置される。

シムリング６１は分割部材６１Ａ，６１Ｂを含み、シムリング６２は分割部材６２Ａ，６２Ｂを含む。シムリング６３は分割部材６３Ａ，６３Ｂを含み、シムリング６４は分割部材６４Ａ，６４Ｂを含む。シムリングと基板との接合については、実施の形態１または実施の形態２で説明したシリンダヘッドガスケットの場合と同様な方法により接合されるので、説明は繰り返さない。このようにエキゾーストマニホルドガスケットにおいても、素材の打抜き工程における歩留まり向上によりコストの低減を図ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本実施の形態のガスケット１の平面構造を示した図である。 図１のＩＩ−ＩＩで切断した状態を示した図である。 本発明の実施の形態１のガスケットの製造工程を説明するためのフローチャートである。 分割部材の打抜きの状態を説明するための図である。 シムリングを３分割した場合の打抜き歩留まりを説明するための図である。 実施の形態２のガスケットの製造工程を説明するためのフローチャートである。 シムリングの組付けと溶接とを説明するための分割部分の拡大図である。 シムリングの分割部材の端部の他の形状の例を示した図である。 実施の形態３のガスケットを説明するために、ガスケット上の１つのシムリングについて拡大して示した図である。 エキゾーストマニホルドガスケットに本発明を適用した場合を説明するための図である。 シムリングをプレス抜きする歩留まりについて説明するための図である。

符号の説明

１ ガスケット、 ２ 基板、 １１〜２０，７１〜７５ ボルト孔、 ２１〜２４，５１，６１〜６４ シムリング、 ８１〜８４ 排気口、 ６〜９ 燃焼室孔、 ２１Ａ〜２４Ａ，２１Ｂ〜２４Ｂ，２１Ａ１，２１Ｂ１，４１，４２，５１Ａ〜５１Ｈ，６１Ａ〜６４Ａ，６１Ｂ〜６４Ｂ 分割部材、 ３０ ビード、 ３１，３２ 溶接部、 ４０ 金属板、 ６０ エキゾーストマニホルドガスケット、 １００ 素材、 １０１ シムリング。

Claims (10)

1. 流体ガスが通過する孔が設けられた基板と、
   前記基板上において前記孔を囲繞するように配置される環状シムとを備え、
   前記環状シムは、
   環を複数に分割した複数の分割部材を含む、ガスケット。
2. 前記環状シムは、
   前記複数の分割部材の分割部位を接合する複数の接合部をさらに含む、請求項１に記載のガスケット。
3. 前記ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の気密性を高めるために用いるものであり、
   前記環状シムは、前記ガスケット装着時において、前記シリンダブロックに設けられている燃焼室孔を囲繞するように配置される、請求項１または２に記載のガスケット。
4. 前記ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの間の気密性を高めるために用いるものであり、
   前記環状シムは、前記ガスケット装着時において、前記シリンダブロックに設けられている排気孔を囲繞するように配置される、請求項１または２に記載のガスケット。
5. 前記複数の分割部材のうちの第１の分割部材と第２の分割部材は、厚さが異なる、請求項１に記載のガスケット。
6. 前記基板にはシリンダヘッドとシリンダブロックとを締結するためのボルトの貫通孔が設けられ、
   前記第１の分割部材は、前記第２の分割部材よりも前記貫通孔に近く配置され、前記第１の分割部材は、前記第２の分割部材よりも薄い、請求項５に記載のガスケット。
7. 環を複数に分割した複数の分割部材を板状素材から打ち抜くステップと、
   基板に設けられた孔を囲繞するように前記複数の分割部材を環状シムとして前記基板上に配置するステップと、
   前記環状シムを前記基板に接合するステップとを備える、ガスケットの生産方法。
8. 前記複数の分割部材の分割部位を接合して前記環状シムを作成するステップをさらに備える、請求項７に記載のガスケットの生産方法。
9. 前記ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間の気密性を高めるために用いるものであり、
   前記環状シムは、前記ガスケット装着時において、前記シリンダブロックに設けられている燃焼室孔を囲繞するように配置される、請求項７または８に記載のガスケットの生産方法。
10. 前記ガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとエキゾーストマニホルドとの間の気密性を高めるために用いるものであり、
    前記環状シムは、前記ガスケット装着時において、前記シリンダブロックに設けられている排気孔を囲繞するように配置される、請求項７または８に記載のガスケットの生産方法。

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