JP2005315419A - 金属ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】 シリンダブロックやシリンダヘッドに鋳巣が存在していても、良好なシール性を確保し得る金属ガスケットを提供する。
【解決手段】 シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、複数のシリンダ用開口を有する金属薄板と、前記シリンダ用開口に対応して設けられたシリンダ用開口及び各種配管用の開口と、前記各開口の周縁部に曲率半径０．５ｍｍ以上の湾曲部を起点として屈曲させてなるビードとを備える弾性金属基板とからなり、前記金属薄板のシリンダ用開口の周縁を、一対の前記弾性金属基板のシリンダ用開口周縁のピードで挟み込むように積層して構成される金属ガスケット。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の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金属ガスケットの改良に関する。

内燃機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に金属ガスケットを介装して締め付けることにより、シール機能を付与している。特にシリンダ用開口に囲繞する領域でのシールは重要であり、この部分のシールが不十分であると、燃焼室内部の圧力低下およびオーバーヒートとなって現れる。そこで、金属ガスケットとして、弾性金属基板に、シリンダ用開口と同心円状のビードを設け、金属ガスケットがボルトと締め付けられたときに発生するビードの反発力を利用して、シリンダ用開口を囲繞する周縁部のシール機能を高めるように構成したガスケットが多用されている（例えば、特許文献１参照）。

図２は特許文献１に記載の金属ガスケットを示す一部破断上面図、図３は図２のＸＸ断面図である。図示されるように、金属ガスケットは、シリンダ用開口１に対応する開口が形成され、略３つのリングを連結した平面形状を有する金属薄板Ｂと、金属薄板Ｂのシリンダ用開口１に対応して設けられたシリンダ用開口１及びシリンダ用開口１の周縁部に凸形のビード２を形成した一対の弾性金属基板Ａ１、Ａ２とを、金属薄板Ｂのシリンダ用開口１の周囲を弾性金属基板Ａ１，Ａ２のビード２で挟み込むように積層して構成される。また、金属ガスケットの弾性金属基板Ａ１、Ａ２には、配管用の開口８の周縁部にも同様のビード３が設けられている。尚、図中の符号６は、金属薄板Ｂを弾性金属基板Ａ１、Ａ２に係止する係止爪である。

しかし、シリンダヘッドやシリンダブロック１０の表面には、鋳巣（鋳造時の気泡に基づく表面の微細な凹部）が形成されていることが多く、本発明者らが検討した結果、弾性金属基板Ａ１，Ａ２のビード２、３の屈曲部Ｃの直下に鋳巣（図示せず）があると、鋳巣とビード２，３との間に隙間が形成されてシール性が低下することが判明した。特に、φ１．５ｍｍを越えるような鋳巣の場合、このようなシール性の低下が顕著となる、

特開２００３−２８７１３５号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、シリンダブロックやシリンダヘッドに鋳巣が存在していても、良好なシール性を確保し得る金属ガスケットを提供することを目的とする。

本発明者らは、従来の金属ガスケットを検証したところ、図３に示すように、ビードの屈曲部Ｃが直線状に湾曲されており、その角部と鋳巣との間に隙間が生じることを見出した。そして、ビードの屈曲部の角部に代えて湾曲を形成することにより、金属ガスケットを装着した際にこの湾曲状の屈曲部が鋳巣を覆うように弾性変形してシールを確保することを見出した。本発明はこのような知見に基づくものである。

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、複数のシリンダ用開口を有する金属薄板と、前記シリンダ用開口に対応して設けられたシリンダ用開口及び各種配管用の開口と、前記各開口の周縁部に曲率半径０．５ｍｍ以上の湾曲部を起点として屈曲させてなるビードとを備える弾性金属基板とからなり、前記金属薄板のシリンダ用開口の周縁を、一対の前記弾性金属基板のシリンダ用開口周縁のピードで挟み込むように積層して構成されることを特徴とする金属ガスケットを提供する。

本発明の金属ガスケットは、シリンダ開口周辺部に曲率半径０．５ｍｍ以上の湾曲部を起点として屈曲させてなるビードをそなえているので、従来のガスケットに比べ同一締め付け条件下で得られるシリンダヘッドあるいはシリンダブロック表面との接触幅を１．５〜２．０倍以上に拡大できるため、シリンダヘッドまたはシリンダブロックに鋳巣が存在していても、ビードの湾曲部が鋳巣を覆うように装着され、良好なシールを確保する。

以下、本発明に関して詳細に説明する。

本発明の金属ガスケットは、複数のシリンダ用開口を有する金属薄板を、前記シリンダ用開口に対応して設けられたシリンダ用開口及び各種配管用の開口と、これら各開口の周縁部に形成されたビードとを備える一対の弾性金属基板で構成され、金属薄板のシリンダ用開口の周縁を、一対の前記弾性金属基板のシリンダ用開口周縁のピードで挟み込むように積層して構成されるもので、具体的には、図２に示した金属ガスケットを例示することができる。

但し、本発明では、図１に図２のＸＸ断面に基づく断面図にて示すように、弾性金属基板Ａ１、Ａ２のビード２，３の屈曲部Ｃを、曲率半径（Ｒ）が０．５ｍｍ以上の湾曲部を起点とするように形成したことを特徴とする。シリンダヘッドやシリンダブロック１０の表面には、鋳巣が形成されることが多く、中にはφ１．５ｍｍを越える大きな鋳巣が存在する。上記のように、従来の金属ガスケットではビード２，３の屈曲部Ｃの角部と鋳巣との隙間によりシール性が低下するが、本発明の金属ガスケットでは、装着時に、ビード２，３の湾曲部Ｃの湾曲状の起点が鋳巣を覆うように弾性変形してシールを確保する。一般的な弾性金属基板Ａ１，Ａ２は、板厚０．２〜０．３ｍｍのステンレス鋼板製であり、弾性変形によりφ１．５ｍｍを越えるような鋳巣を確実に覆うためには、湾曲状の起点の曲率半径（Ｒ）が０．５ｍｍ以上、好ましくは１．５ｍｍ以上にする必要がある。このような屈曲部Ｃを形成するには、Ｒを付与しながら曲げ加工を行うことにより容易に実施できる。

本発明においては、金属ガスケットのその他の部位には制限がなく、従来と同様にすることができる。尚、図１において、符号Ｂは金属薄板であり、厚さ０．０５〜０．１５ｍｍのステンレス鋼板とすることが好ましい。

また、金属ガスケットの弾性金属基板Ａ１．Ａ２はビードの湾曲部Ｃが形成された基板の表面に、未発泡ゴム層や発泡ゴム層を形成してもよい。発泡ゴム層は従来より金属ガスケットに使用されている発泡ゴムを使用することも可能であるが、特に以下に記載する発泡ゴム層（ムーニー値１０〜７０のポリマーを２０〜７０質量％の割合で含有する発泡ゴム層）を使用すると、高温・高圧下でのヘタリが無く、鋳巣や面の粗いシリンダブロックやシリンダヘッドに対し良好にシールすることができる。

発泡ゴム層を形成するゴムコンパウンドには、ムーニー値１０〜７０のポリマーがゴムコンパウンド全量の２０〜７０質量％の割合で配合されることが好ましい。より好ましくは、ムーニー値が２０〜６０で、配合量がゴムコンパウンド全量の２０〜６０質量％である。このようなポリマーの配合により、発泡ゴム層１０のへたりを効果的に抑えることができる。

ポリマーの種類は、ムーニー値が前記の範囲であれば制限されず、従来からゴム層を積層したガスケットに使用されているＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、アクリルゴム等を使用でき、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴムを用いるのが好ましい。また、ＮＢＲは、耐油性を持たせるため、ＡＮ値（ＮＢＲ中のアクリロニトリル基の含有量）が３９〜５２までのものを用いるのが好ましく、４０〜４８までのものがより好ましい。

また、ゴムコンパウンドには、加熱分解型の化学発泡剤が配合される。この加熱分解型の発泡剤の種類は限定されないが、発泡温度が１２０℃以上のものがよい。更に、１５０〜２１０℃のものが最良である。また、配合量はゴムコンパウンド全量の２０〜６０質量％の割合で配合されることが好ましく、より好ましくは１５〜３５質量％である。

また、ゴムコンパウンドには加硫剤及び加硫促進剤が添加される。加硫剤は、加硫密度が高くなるように多量に配合されるのが好ましく、硫黄加硫の場合、１．５〜４．５ｐｈｒで用いられるのが好ましい。また、加硫促進剤は、キュラストデータ（１５０℃）でＴ５０までの時間が４分以内で立ち上がる高速のものを用いるのが好ましい。尚、キュラストデータ（１５０℃）でＴ５０までの時間とは、キュラスト試験機を用い１５０℃で加硫を行った際に、ゴムの加硫程度がＴ５０に達するまでに要する時間である。

上記のゴムコンパウンドは、有機溶剤に溶解させて塗布液とされ、弾性金属基板Ａ２に塗布される。有機溶剤は上記のゴムコンパウンドを溶解できるものであれば制限されるものではないが、トルエン等の芳香族炭化水素系溶剤（ケトン系も可）１０〜９０質量％に対し、エステル系溶剤を１０〜９０質量％の割合で混合したものを例示できる。そして、この有機溶剤に上記のゴムコンパウンドを固形分濃度１０〜６０質量％となるように溶解する。

ゴムコンパウンドを含有する塗布液の塗布方法にも制限がないが、塗布厚を制御できる方法が好ましく、スキマコーターやロールコーター等が好適である。塗布厚は１５〜５０μｍであり、その後、約１５０〜２４０℃で５〜１５分間熱処理して発泡剤を発泡させ、発泡ゴム層を形成する。このとき、得られる発泡ゴム層の発泡倍率（発泡前のゴム層の厚さに対する発泡後のゴム層の厚さの比率）は２〜４倍で、８０％以上が連泡となるように、用いる加硫剤や発泡剤、加熱時間等の発泡条件を調整する。尚、連泡とは発泡セルが連続で繋がった気泡である。発泡倍率を２〜４倍に自由に変えるには、上記したムーニー値を有するポリマーと、上記した加硫剤及び発泡剤とを上記で規定した配合とすることにより達成することができ、特に、この発泡倍率はポリマーのムーニー値と加硫速度に依存する。これは、ポリマーのムーニー値が低いと発泡ガスによるポリマーの変形が大きくなり、逆にムーニー値が高いと発泡ガスによるポリマーの変形が小さくなるためである。加硫速度に関しては速度が速いと、発泡ガスによってポリマーが膨張変形する前に加硫が進行する為、発泡倍率が抑えられる。逆に加硫速度が遅いと加硫によるゴムの硬化速度より、発泡ガスによるポリマーの変形が優先する為発泡倍率が大きくなる。例えば、ムーニー値２０〜４０のポリマーと、速度の遅い加硫促進剤（キュラストデータ：１５０℃加硫でＴ５０までの立ち上がり時間が５〜６分程度）と、発泡分解温度の低い発泡剤とを組み合わせると発泡倍率が大きくなり、逆にムーニー値が４０〜６０のポリマーと加硫速度が速い加硫促進剤（キュラストデータ：１５０℃加硫でＴ５０までの立ち上がり時間が１〜３分程度）と、発泡分解温度の高い発泡剤とを組み合わせると発泡倍率が小さくなる。このように、ポリマー、加硫促進剤及び発泡剤の組み合わせにより、発泡倍率を自由にコントロールすることができる。

このような発泡ゴム層は、高温・高圧下でもへたりが抑えられ、長期にわたり良好なシール性を維持する。また、シリンダブロックの表面にφ１．５ｍｍを越える鋳巣が存在したり、面粗度が１２．５Ｒａを越える場合でも十分なシール性を維持できるようになる。

一方、シリンダヘッド側（図１では図中上側）の弾性金属基板Ａ１には、未発泡のゴム層を形成してもよい。シリンダヘッドはシリンダブロックに比べて低温であるため、熱の影響を受け難く、未発泡ゴム層でも十分なシール性が得られる。しかし、シリンダヘッドもシリンダブロックと同様に鋳造により作製されるため、鋳巣や粗面が存在してシール性能を低下させるおそれがある。そこで、シリンダヘッド側の弾性金属基板１Ａにも上記と同様の発泡ゴム層を形成することが好ましい。

以下に実施例および比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。

板厚０．２ｍｍのステンレス鋼板を用い、図１に示すような、φ５１．５ｍｍのシリンダ用開口を有し、その周縁に曲率半径０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍの屈曲部Ｃを形成して円環状のビードを有する弾性金属板を作製した。そして、φ２．５ｍｍで深さ２．５ｍｍの鋳巣を有し、中央に気体流通用のノズルを貫通させたＳＳ５０Ｃ製のフランジを別途用意し、鋳巣の直上にビードの屈曲部Ｃが位置するように弾性金属基板を配置し、ビード線圧１０Ｎ／ｍｍの条件で締め込み、試験体とした。

上記試験体に、フランジのノズルから空気（２００ＫＰａ）を送り込み、漏れ量を測定したところ、曲率半径０．５ｍｍの試験体の漏洩量と比較して曲率半径１．０ｍｍの試験体では１／３の漏洩量に、曲率半径２．０ｍｍの試験体では１／５の漏洩量に格段に減少していた。

本発明の金属ガスケットについて、図２のＸＸ断面に基づいて示す図である。 本発明及び従来の金属ガスケットを示す一部破断上面図である。 従来の金属ガスケットについて、図２のＸＸ断面に基づいて示す図である。

符号の説明

Ａ１，Ａ２ 弾性金属基板
Ｂ 金属薄板
Ｃ 屈曲部
１ シリンダ用開口
２ ビード
３ ビード
６ 係止爪
８ 配管用開口
１０ シリンダブロック

Claims (1)

1. シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットであって、
   複数のシリンダ用開口を有する金属薄板と、
   前記シリンダ用開口に対応して設けられたシリンダ用開口及び各種配管用の開口と、前記各開口の周縁部に曲率半径０．５ｍｍ以上の湾曲部を起点として屈曲させてなるビードとを備える弾性金属基板とからなり、
   前記金属薄板のシリンダ用開口の周縁を、一対の前記弾性金属基板のシリンダ用開口周縁のピードで挟み込むように積層して構成されることを特徴とする金属ガスケット。

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