JP2005337275A - Laminated metal gasket - Google Patents
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Description
本発明は、主として内燃機関用シリンダヘッドに利用される積層式メタルガスケットに関する。 The present invention relates to a laminated metal gasket mainly used for a cylinder head for an internal combustion engine.
積層式メタルガスケットは、主として内燃機関用シリンダヘッドに利用される。説明の便宜上、図6および図7を参照して、従来の積層式メタルガスケット1を説明する。図6は、通常の積層式メタルガスケット1の平面図である。図7は、図6のC−C線から見た部分横断面図であって、従来の積層式メタルガスケット1を示す。 Laminated metal gaskets are mainly used for cylinder heads for internal combustion engines. For convenience of explanation, a conventional laminated metal gasket 1 will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a plan view of a typical laminated metal gasket 1. FIG. 7 is a partial cross-sectional view taken along line CC of FIG. 6 and shows a conventional laminated metal gasket 1.
図6、7に示すように、従来の積層式メタルガスケット1は複数枚(図示例では3枚)のメタルプレート11、12、13を積層した構成になっている。上層、中間層、下層メタルプレート11、12、13は、シリンダヘッド(図示せず)のシリンダボア側Bに山形ビード部分111、121、131が設けられ、上下層メタルプレート11、13のシリンダ端面側Eに傾斜ビード部分112、132が設けられている。図7に示すように、下層メタルプレート13の山形ビード部分131は中間層メタルプレート12の山形ビード部分121に互いに対向されて配置される。各層の山形ビード部分111、121、131の高さおよび幅は同じであり、各層メタルプレート11、12、13のばね定数も同じである。
As shown in FIGS. 6 and 7, the conventional laminated metal gasket 1 has a configuration in which a plurality of (three in the illustrated example)
中間層メタルプレート12の作用点121a、121cは上層メタルプレート11に接触し、作用点121bは下層メタルプレート13にそれぞれ接触する。これらの作用点121a、121b、121cは、シリンダヘッド面およびシリンダブロック面に片側の作用点が接触する上下層ガスケット11、13に比べて、上下側メタルプレートの各作用点にすべて接触することになる。そのために、各作用点121a、121b、121cの幅が著しく狭くなり、高面圧が発生する。その結果、中間層メタルプレート12に発生する応力が上下層メタルプレート11、13に発生する応力よりも高くなる。このために中間層メタルプレート12の作用点121a付近に疲労亀裂がしばしば発生する。
The
また、疲労亀裂を防止するために、山形ビード部分の高さを小さくするか、山形ビード部分の幅を広くするかなどの応力低減措置を採ると、上層、中間層、下層の山形ビード部分も同一形状の場合は、シール機能が著しく低下し、ガス漏れを発生する。さらに、高応力発生による中間層メタルプレート12の山形ビード部分121のヘタリが上下層メタルプレート11、13の山形のビード部分111、131のヘタリよりも20−30%大きくなるので、シール機能も大きく低下する。
In addition, in order to prevent fatigue cracks, if stress reduction measures such as reducing the height of the chevron bead part or increasing the width of the chevron bead part are taken, the upper, intermediate and lower chevron bead parts In the case of the same shape, the sealing function is remarkably lowered and gas leakage occurs. Furthermore, since the settling of the
特許文献1は、積層メタルガスケットのビード部のシール性、耐久性を向上させるために、複数の基板間に補償板を設け、基板の厚さと補償板の厚さの和をボア孔周縁部、ビード部、外側部の順に段階的に小さくする構成を開示している。しかし、ビード部の高さはすべて同一であるので、上述した疲労亀裂の問題が残る。 In Patent Document 1, in order to improve the sealing performance and durability of the bead portion of the laminated metal gasket, a compensation plate is provided between the plurality of substrates, and the sum of the thickness of the substrate and the thickness of the compensation plate is calculated as the peripheral portion of the bore hole, The structure which makes it small in steps of the bead part and the outer part is disclosed. However, since all the bead portions have the same height, the above-described problem of fatigue cracks remains.
特許文献2は、合成樹脂製フランジに好適なメタルガスケットを提案している。このメタルガスケットは、2枚の弾性金属板のハーフビードを相反する方向に向くように積層結合した構成になっている。しかし、各ハーフビードは同一高さであるので、上述した疲労亀裂の問題が残る。
本発明の課題は、3層以上の積層式メタルガスケットにおいて、各層メタルプレートの山形ビード部分の高さを最適ばね定数に設定することによって山形ビード部分のヘタリを改善し、耐疲労亀裂を向上させ、シール機能を向上させることにある。 The object of the present invention is to improve the settling of the chevron bead part and improve fatigue crack resistance by setting the height of the chevron bead part of each layer metal plate to the optimum spring constant in the laminated metal gasket of three or more layers. It is to improve the sealing function.
本発明の第1の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける中間層および下層のメタルプレートの各山形ビード部分が、互いに対向して配置される。中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分高さよりも小さくなるように設定される。 In the laminated metal gasket according to the first aspect of the present invention, a unit comprising an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer metal plate is formed. A chevron bead portion is provided on the cylinder bore side of each metal plate, and an inclined bead portion is provided on the cylinder end surface side of the upper and lower metal plates. The chevron bead portions of the intermediate layer and the lower metal plate in the unit are arranged to face each other. The height of the chevron bead portion of the intermediate metal plate is set to be smaller than the height of each chevron bead portion of the upper and lower metal plates.
本発明の第2の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける両中間層メタルプレートの各山形ビード部分が互いに対向して配置される。中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも小さくなるように設定される。 In the laminated metal gasket according to the second aspect of the present invention, a unit composed of an upper layer, an intermediate layer, an intermediate layer, and a lower layer metal plate is formed. A chevron bead portion is provided on the cylinder bore side of each metal plate, and an inclined bead portion is provided on the cylinder end surface side of the upper and lower metal plates. The chevron bead portions of both intermediate metal plates in the unit are arranged to face each other. The height of the chevron bead portion of the intermediate metal plate is set to be smaller than the height of each chevron bead portion of the upper and lower metal plates.
上記第1および第2の観点において、中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さに対して50−90%の範囲に設定されることが好ましい。 In the first and second aspects, it is preferable that the height of the chevron bead portion of the intermediate metal plate is set in a range of 50 to 90% with respect to the height of each chevron bead portion of the upper and lower metal plates. .
本発明の第3の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける中間層および下層のメタルプレートの山形ビード部分が互いに対向して配置される。中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さが上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さよりも大きくなるように設定される。 In the laminated metal gasket according to the third aspect of the present invention, a unit composed of an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer metal plate is formed. A chevron bead portion is provided on the cylinder bore side of each metal plate, and an inclined bead portion is provided on the cylinder end surface side. The angled bead portions of the intermediate layer and the lower metal plate in the unit are arranged to face each other. The height of the chevron bead portion of the intermediate metal plate is set to be larger than the height of the chevron bead portion of the upper and lower metal plates.
上記第3の観点において、上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さが中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さに対して70−90%の範囲に設定されることが好ましい。
本発明の第4の観点にもとづく積層式メタルガスケットは、上層、中間層、下層メタルプレートからなるユニットが形成される。各メタルプレートのシリンダボア側に山形ビード部分が設けられかつ上下層メタルプレートのシリンダ端面側に傾斜ビード部分が設けられる。ユニットにおける中間層および下層メタルプレートの山形ビード部分が互いに対向して配置される。各層メタルプレートの山形ビード部分の高さがそれぞれ異なるように設定される。
In the third aspect, the height of the chevron bead portion of the upper and lower metal plates is preferably set in the range of 70 to 90% with respect to the height of the chevron bead portion of the intermediate metal plate.
In the laminated metal gasket according to the fourth aspect of the present invention, a unit composed of an upper layer, an intermediate layer, and a lower layer metal plate is formed. A chevron bead portion is provided on the cylinder bore side of each metal plate, and an inclined bead portion is provided on the cylinder end surface side of the upper and lower metal plates. The intermediate bead portions of the intermediate layer and the lower metal plate in the unit are arranged to face each other. The height of the angle bead portion of each layer metal plate is set to be different.
上記第4の観点において、各層メタルプレートの山形ビード部分の高さが、上層、下層、中間層の順で小さくなるように設定されることが好ましい。各層メタルプレートの山形ビード部分の高さが、下層、上層、中間層の順で小さくなるように設定されてもよい。 In the fourth aspect, the height of the chevron bead portion of each layer metal plate is preferably set so as to decrease in the order of the upper layer, the lower layer, and the intermediate layer. The height of the chevron bead portion of each layer metal plate may be set so as to decrease in the order of the lower layer, the upper layer, and the intermediate layer.
上記各観点において、山形ビード部分を設けられた各メタルプレートは、それぞれ見かけ上の山形ビード部分の高さが同一となるように平押し加工されることが好ましい。 In each of the above viewpoints, it is preferable that each metal plate provided with the chevron-shaped bead portion is flat-pressed so that the apparent chevron bead portions have the same height.
従来の積層式メタルガスケットの欠点は、中間層メタルプレートの山形ビード部に高い応力が発生するので、その分山形ビード部分にヘタリおよび疲労亀裂を生じていた。しかし、本発明では、中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さを上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも小さく設定することによって、その分山形ビード部分のヘタリおよび疲労亀裂を減少させている。中間層メタルプレートを2枚設けることによって、中間層メタルプレートのばね定数の低下を補償することもできる。 A disadvantage of the conventional laminated metal gasket is that high stress is generated in the chevron bead portion of the intermediate layer metal plate, so that the chevron bead portion is partially damaged and fatigue cracked. However, in the present invention, by setting the height of the chevron bead portion of the intermediate layer metal plate to be smaller than the height of each chevron bead portion of the upper and lower layer metal plates, it is possible to reduce the settling and fatigue cracks of the chevron bead portion. ing. By providing two intermediate layer metal plates, it is possible to compensate for a decrease in the spring constant of the intermediate layer metal plate.
また、各層メタルプレートの山形ビード部分が最適ばね定数になるように各層個別に設定することもできる。その結果、各層の山形ビード部分の高さが異なることになるが、シール機能および耐疲労亀裂を向上させることができる。 It is also possible to set each layer individually so that the angled bead portion of each layer metal plate has an optimum spring constant. As a result, the height of the chevron bead portion of each layer is different, but the sealing function and fatigue crack resistance can be improved.
一方、実機運転時に中間層メタルプレートの山形ビード部分のヘタリは大きくなるが、疲労亀裂限界に余裕がある場合には、逆に中間層メタルプレートの山形ビード部分の高さを上下層メタルプレートの各山形ビード部分の高さよりも大きく設定することによって、中間層メタルプレート山形ビード部分のヘタリ後の高さを上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さと同等になるようにして、シール機能を向上させることもできる。 On the other hand, the settling of the chevron bead portion of the intermediate layer metal plate increases during actual operation, but if there is a margin in the fatigue crack limit, the height of the chevron bead portion of the intermediate layer metal plate is conversely changed to that of the upper and lower layer metal plates. By setting the height higher than the height of each chevron bead, the height of the intermediate metal plate chevron bead is set equal to the height of the chevron bead of the upper and lower metal plates to improve the sealing function. It can also be made.
各メタルプレートに形成された山形ビード部分の見かけ上の高さを平押し加工により同一にすることによって、実機エンジンに締め付ける際のビード圧縮量が平均化され、さらに中間層メタルプレートへの発生応力を低減することができるため、疲労強度改善効果を高めることができる。 By making the apparent height of the chevron bead formed on each metal plate the same by flat pressing, the amount of bead compression when tightening to the actual engine is averaged, and the stress generated on the intermediate metal plate Therefore, the fatigue strength improving effect can be enhanced.
図1−4を参照して、本発明にもとづく積層式メタルガスケット2の実施例について説明する。
With reference to FIGS. 1-4, the Example of the laminated
図1は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット2の第1実施例を示す。第1実施例においては、積層式メタルガスケット2は、上層メタルプレート21、中間層メタルプレート22、下層メタルプレート23からなるユニットが形成される。各メタルプレート21、22、23のシリンダボア側Bに山形ビード部分211、221、231が設けられかつ上下層メタルプレート11、13のシリンダ端面側Eに傾斜ビード部分212、232が設けられる。ユニットにおける中間層メタルプレート22および下層のメタルプレート23の山形ビード部分221および231が、互いに対向して配置される。中間層メタルプレート22の山形ビード部分221の高さH2が上下間層メタルプレート21、23の山形ビード部分211、231の高さH1よりも小さく(H2<H1)なるように設定される。
FIG. 1 shows a first embodiment of a laminated
本実施例では、中間層メタルプレート22の山形ビード部分221の高さH2が上下層メタルプレート21、22の山形ビード部分211、231の高さH1に対して50−90%の範囲(H2=H1×(50−90%))に設定されることが好ましい。50%未満では、上下層メタルプレート21、22の負担が大きくなり、発生応力が大きくなる。90%を超えると、従来のものと同様に効果が見られない。このようにして、中間層メタルプレート22の山形ビード部分221の高さを上下層メタルプレート21、23の山形ビード部分211、231の高さよりも小さく設定することによって、その分山形ビード部分のヘタリおよび疲労亀裂を減少させることができる。
In this embodiment, the height H 1 relative to the 50-90% of the
図2は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット2の第2実施例を示す。第2実施例は第1実施例とほぼ同じ構成であるが、2枚の中間層メタルプレート22a、22bを設けている点が相違している。中間層メタルプレート22a、22bの山形ビード部分221a、221bが互いに対向して配置される。中間層メタルプレートを2枚設けることによって、中間層メタルプレートのばね定数の低下を補償することができる。
FIG. 2 shows a second embodiment of a
図3は、第1および第2実施例を一部変更した第3実施例を示す。第3実施例においては、各層メタルプレート21、22(22a、22b)、23の各山形ビード部分211、221(221a、221b)、231の高さH1、H2、H3がそれぞれ異なるように設定される。例えば、各山形ビード部分の高さH1、H2、H3が、上層、下層、中間層の順で小さくなる(H1>H3>H2)ように設定されるか、逆に下層、上層、中間層の順で小さくなる(H3>H1>H2)ように設定されてもよい。第3実施例によれば、各層の山形ビード部分の高さが異なることになるが、各層メタルプレートの山形ビード部分が最適ばね定数になるように各層個別に設定することができる。
FIG. 3 shows a third embodiment in which the first and second embodiments are partially modified. In the third embodiment, the heights H 1 , H 2 , and H 3 of the
図4は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット2の第4実施例を示す。第4実施例は、第1実施例とは下記の点で相違している。その相違点は、中間層メタルプレート22のシリンダ端面側Eに傾斜ビード部分222が設けられていること、上下層メタルプレート21、23の山形ビード部分211、231の高さH1、H1が中間層メタルプレート22の山形ビード部分221の高さH2に対して70−90%の範囲(H1=H2×(70−90%))に設定さていることである。第4実施例のその他の構成は、第1実施例の構成と同じである。70%未満では中間層山形ビード部分221のヘタリが大きすぎることになり、また、90%を超えると、下記に述べる効果がない。
FIG. 4 shows a fourth embodiment of the
第4実施例によれば、実機運転時に中間層メタルプレート22の山形ビード部分221のヘタリは大きくなるが、疲労亀裂限界に余裕がある場合には、逆に中間層メタルプレート22の山形ビード部分221の高さH2を上下層メタルプレート21、23の山形ビード部分221、231の高さH1よりも大きく(H2>H1)設定することによって、中間層メタルプレート山形ビード部分のヘタリ後の高さを上下層メタルプレートの山形ビード部分の高さと同等になるようにして、シール機能を向上させることもできる。中間層メタルプレート22に傾斜ビード部分222を設けることによって、山形ビード部分221のヘタリを多少補償している。
According to the fourth embodiment, the heaviness of the
図5は、本発明にもとづく積層式メタルガスケット2の第4実施例を示す。上述の各実施例で説明したような異なった高さの山形ビード部分を有するメタルプレートは、実機エンジンに締め付ける際のビード圧縮量が不均一になる。このため、ビード圧縮量の大きい箇所の山形ビード部分はビード圧縮量の小さい箇所の山形ビード部分に比較して耐疲労亀裂が低下し、シール機能を低減させる可能性を潜在的に有することになる。このようなビード圧縮量が不均一性を解消するため、本実施例では、より高い山形ビード部分(211、221、221a、221b、231)を有するメタルプレート(21、22、22a、22b、23)を平押し加工し、各メタルプレートの見かけ上の山形ビード部分の高さHhを、少なくとも最も低い山形ビード部分の高さHLと同一になるように形成される。これにより、実機エンジンに締め付ける際のビード圧縮量が平均化され、さらに中間層メタルプレートへの発生応力を低減することができるため、疲労強度改善効果を高めることができる。
FIG. 5 shows a fourth embodiment of the
本発明の積層式メタルガスケットは、内燃機関用シリンダヘッドのみならず、高圧流体を処理する機器(例えば、流体ポンプ等)にも利用できる。 The laminated metal gasket of the present invention can be used not only for a cylinder head for an internal combustion engine but also for an apparatus (for example, a fluid pump) that processes high-pressure fluid.
2:積層式メタルガスケット 21:上層メタルプレート
22:中間層メタルプレート 23:下層メタルプレート
211、221、231:山形ビード部分
212、222、232:傾斜ビード部分
2: Laminated metal gasket 21: Upper layer metal plate 22: Intermediate layer metal plate 23: Lower
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