JP2006144808A - メタルガスケット - Google Patents

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Abstract

【課題】 シリンダヘッドガスケット等の二枚以上の金属基板からなるメタルガスケットにおいて、適切なビード剛性を発揮できるようにして、シリンダボア用穴等のシール対象穴の周辺に最適な面圧分布を発生及び維持できるシール性能に優れたガスケットを提供する。
【解決手段】 複数枚の金属基板10,20からなるメタルガスケット1Aであって、第1金属基板10において、シール対象穴2の周囲に主フルビード11を設けると共に、前記主フルビード11の凹部側に積層する第2金属基板20において、前記主フルビード11の裾野部分11a,11bと当接する部位に、該裾野部分11a,11bの広がりを拘束する拘束用ビード21,22を設けて構成する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロック等の二つの部材の間に挟持してシールを行うシリンダヘッドガスケット等のメタルガスケットに関するものである。
自動車のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック(シリンダボディ)の接合面をシールする場合に、金属製のシリンダヘッドガスケットを間に挟持して燃焼ガスや冷却水や潤滑オイル等をシールしている。
このシリンダヘッドガスケットは、エンジンの軽量化および製造コストの低減等の要請から、多数の金属基板を積層した積層タイプから、一枚や二枚の金属基板で形成する単純な構造のシリンダヘッドガスケットに移行して来ており、構成板が一枚や二枚となるため、また、エンジンの軽量化の面から使用可能な材料も制限されてきているため、シール手段の種類、個数も制限され、比較的単純化したシール手段を使用せざるを得なくなってきている。
一方、シリンダヘッドガスケット等では、同じエンジン部材間で同じガスケットで行うシールであっても、シール対象穴の種類によって要求されるシール性能に大きな差異があり、シリンダボア用穴では、シリンダ内の高温で高圧の燃焼ガスをシールする必要があるのに対して、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴では、比較的低温で低圧の液体に対するシールが要求される。
また、エンジンの構造上の理由から、締結ボルト用のボルト穴で囲まれるシリンダボア用穴と、外側にあって締結ボルトによる圧着力が片側にしか作用しない場合が多い液体穴とでは発生する面圧も異なる。
特に、シリンダボア用穴の周囲においては、高い面圧が要求されるが、一方で、比較的柔らかいアルミ合金でできているエンジン部材を損傷しないという要求があり、剛性の高い基板金属の使用は難しい。そのため、従来のビード形状と配置では十分な剛性を得られないという問題がある。
このようなシリンダヘッドガスケットにおいて、単純にビードを設けた場合には、ビードの剛性及びシール性能が、ビードの形状と基板金属の材料特性や板厚によって決まってしまうため、設計の自由度が少なく、各シール対象穴に対してそれぞれ最適なシール性能を持たせることが困難となる。
つまり、ビード剛性を向上させるには、板厚、板材質、及び、ビード曲率、高さ等ビード構造等の変更が必要であるが、実際のガスケット設計においては、全体的な最適化が必要なため、板厚、材質等の変更は容易にできない。このような状況で、局部的なビード剛性や追従性の向上を可能とするガスケットが要求されている。
そのため、図8に示すように、主にシリンダヘッドガスケットを対象として、金属基板2に主ビード6Aとこの主ビード6Aの裾部に直線的に連接した副ビード6Bを形成し、主ビード6Aと副ビード6Bの頂部に集中的に面圧を発生させて、大きい面圧で確実にシールを得ようとしているガスケット2等が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、この副ビード6Bの頂部に発生する摩擦力により、主ビード6Aの裾野部分が広がるのをある程度阻止して主ビード6Aの剛性を高め、比較的大きなシール面圧を得ることができるが、摩擦力だけでは副ビード6Bの頂部の広がりの阻止に限界があり、大きな剛性を得るのには不十分であるという問題がある。
また、図9に示すように、二枚構成のメタルガスケットとして、シール対象はエンジンの吸排気系のポート孔であるが、このポート孔2を囲繞する環状ビード4の断面形状を、金属基板1の平坦部から互いに逆方向に突出するとともに、互いに連続する二つの山形部分4a,4bを持つ波状に形成し、この環状ビード4の山形部分4aの頂上同士が互いに当接する向きで二枚積層したメタルガスケットが提案され、一枚で山形部分の高さ二つ分の潰れ量の環状ビード4を持たして、各層の環状ビード4を十分に弾性変形させるようにして、シールすべき媒体の漏れをより効果的に防止しようとしている(例えば、特許文献2参照。)。なお、この図9の参照番号の3はボルト穴である。
しかしながら、この二枚構成の波状の山形の頂部4aを当接するガスケットでは、当接するビード4がずれた場合にはビード4の圧縮剛性が所定の圧縮剛性にならず、所望の効果を得ることができないので、当接するビード4の位置合わせを高精度で行なう必要があるが、この位置決めは、高度な技術を要することになり、ビード幅が3mm以下となるような微細なビ−ドを有する構造のシリンダヘッドガスケット等では実際上は難しいという問題がある。
特開平11−230355号公報 (第2頁、第2図) 特開2002−54502号公報 (第3頁、第2図)
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、シリンダヘッドガスケット等の複数枚構成のメタルガスケットで、第1金属基板において、シール対象穴に主フルビードを設けると共に、この主フルビードの凹部側に積層する第2金属基板において、この主フルビードの裾野部分が当接する部位に、この裾野部分の広がりを拘束する拘束用ビードを設けて、この主フルビードの裾野部分の拡幅方向の変形を第2金属基板の拘束用ビードで拘束することにより、適切なビード剛性を発揮して、シリンダボア用穴等の周辺に最適な面圧分布を発生及び維持できるシール性能に優れたメタルガスケットを提供することにある。
上記目的を達成するための本発明に係るガスケットは、複数枚の金属基板からなるメタルガスケットであって、第1金属基板において、シール対象穴の周囲に主フルビードを設けると共に、前記主フルビードの凹部側に積層する第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分が当接する部位に、該裾野部分の広がりを拘束する拘束用ビードを設けて構成される。
この構成によれば、主フルビードの裾野部分の広がりを拘束する拘束用ビードにより、主フルビードの拡幅方向の変形を阻止できるので、主フルビードの剛性及びシール面圧を著しく高めることができ、適切なビード剛性を発揮して、シリンダボア用穴等の周辺に最適な面圧分布を発生及び維持できる。
そして、上記のメタルガスケットにおいて、前記拘束用ビードを、前記第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分が当接する部位が凹部となる内側フルビードと外側フルビードで形成すると、ガスケットの押圧時に、主フルビードのそれぞれの裾野部分が内側ビードの凹部と外側ビードの凹部に嵌め込まれるので、主フルビードの拡幅化を阻止できる。
また、上記のメタルガスケットにおいて、前記拘束用ビードを、前記第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分が当接する部位が凹部の両側斜面となるように設けた前記主フルビードよりも幅広な副フルビードで形成すると、ガスケットの押圧時に、主フルビードの裾野部分が幅広な副フルビードの凹部斜面に当接するので、主フルビードの拡幅化を阻止できる。なお、この幅広なフルビードは見方を変えれば、2つのハーフビードの組み合わせと見ることもできる。
更に、上記のメタルガスケットにおいて、前記拘束用ビードを、前記第2金属基板において、前記主フルビードの幅よりも広い間隔で配置され、前記主フルビードの内側裾野部分が当接する部位が凸部の外側斜面となる内側フルビードと、前記主フルビードの外側裾野部分が当接する部位が凸部の内側斜面となる外側フルビードで形成すると、ガスケットの押圧時に、主フルビードのそれぞれの裾野部分が内側ビードと外側ビードの凸部斜面に当接するので、主フルビードの拡幅化を阻止できる。
また、上記のメタルガスケットにおいて、前記拘束用ビードの代わりに、前記第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分が当接する部位を圧印加工(コイニング)で形成された拘束用凹部で形成すると、ガスケットの押圧時に、主フルビードのそれぞれの裾野部分が拘束用凹部に嵌め込まれるので、主フルビードの拡幅化を阻止できる。
なお、上記の主フルビードの裾野部分の上記の凹部斜面への嵌合や、主フルビードの裾野部分がビードの凸部斜面との当接は、メタルガスケットが押圧された状態で発生すればよく、所定の圧力で押圧される前、つまり、押圧されず初期の形状のままでは発生しない場合も含む。例えば、シリンダヘッドガスケットでは、ガスケット単体の初期状態では当接しなくても、シリンダヘッドとシリンダブロックに挟持して締結ボルトで所定の圧力で押圧された状態、あるいは、エンジンの運転時に大きな押圧力がガスケットに生じた状態等で発生すればよい。
これらの構成によれば、主フルビードの変形を拘束することにより、主ビードの剛性の多様化及び微調整を実現でき、しかも、主フルビードの拡幅方向の拘束の程度は、拘束用ビードの形状や拘束用凹部の形状や、及び、第2金属基板の材料特性や板厚によって調整できるので、主フルビードの形状等との組合せにより、多様なシール面圧を発生することができるようになり、それぞれのシール対象穴に対してより適正なシールラインを形成してシール性能を向上することができる。
そして、前記拘束ビードを、円周方向に不連続に形成することにより、主フルビードの円周方向に対して局所的に拘束力の強弱を調整することが容易にできるようになる。
あるいは、上記の目的を達成するためのメタルガスケットは、金属基板からなるメタルガスケットであって、シール対象穴の周囲に主フルビードを有するビード板を設けると共に、前記主フルビードの凹部側に積層する第2金属基板において、前記ビード板の端部の広がりを拘束する拘束用ビードを設け、該拘束用ビードを、前記ビード板の端部と当接する部位が、凹部の両側斜面となるように設けた前記ビード板よりも幅広なフルビードで、形成して構成される。
この構成によれば、主フルビードを有するビード板の端部広がりを拘束する拘束用ビードにより、主フルビードの拡幅方向の変形を阻止できるので、主フルビードの剛性及びシール面圧を著しく高めることができ、適切なビード剛性を発揮して、シリンダボア用穴等の周辺に最適な面圧分布を発生及び維持できる。
以上説明したように、本発明のメタルガスケットによれば、積層されたガスケットシールビード部において、第1金属基板に成型されたフルビードの裾野部分の幅方向の拡がりを拘束することにより、ビード剛性を向上させることができる。
そして、この主フルビードの拡幅方向の拘束の程度は、拘束用ビードの形状や拘束用凹部の形状、及び、第2金属基板の材料特性や板厚によって調整できるので、これらと主ビードの形状、及び、第1金属基板の材料特性や板厚等の組合せにより、多様な面圧を発生することができるようになる。
従って、それぞれのシール対象穴に対して適切なビード剛性を発揮して、要求されるシール性能のそれぞれにきめ細かく対応することができ、シリンダボア用穴等の周辺に最適な面圧分布を発生及び維持できるので、優れたシール性能を発揮できる。
次に、図面を参照して本発明に係るメタルガスケットの実施の形態について、シリンダヘッドガスケットを例にして説明する。なお、図1〜図7は、模式的な説明図であり、シリンダヘッドガスケット1A〜1Fの板厚やビードや塗料膜の寸法及び縦横比を実際のものとは異ならせて、シール部分を誇張して示すことにより、より理解し易いようにしている。また、ここで用いている内側はシリンダボア用穴側の意味であり、外側は、シリンダボア用穴から遠ざかる方向を意味する。
図1〜図7に示す、本発明に係る実施の形態のメタルガスケット1A〜1Fは、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック(シリンダボディ)との間に挟持されるシリンダヘッドガスケットであって、シリンダボアの高温・高圧の燃焼ガス、及び、冷却水通路や冷却オイル通路等の冷却水やオイル等の液体をシールする。
このシリンダヘッドガスケット1A〜1Fは、ステンレス焼鈍材(アニール材)(例えば、SUS304)等からなる第1金属基板10と、ステンレス調質材(バネ鋼板)(例えば、SUS301)や軟鋼板等からなる第2金属基板20で構成される。これらの金属基板10,20は、シリンダブロック等のエンジン部材の形状に合わせて製造され、シリンダボア用穴2、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴、締結ボルト用のボルト穴等が形成される。
そして、図1及び図2に示す第1の実施の形態のメタルガスケット1Aでは、第1金属基板10において、シール対象穴であるシリンダボア用穴2の周囲に主フルビード11を設けると共に、主フルビード11の凹部側に積層する第2金属基板20において、主フルビード11の裾野部分11a,11bが当接する部位が凹部21c,22cとなる内側フルビード21と外側フルビード22で形成する。即ち、主フルビード11の裾野部分11a,11bが当接する部位に、裾野部分11a,11bの広がりを拘束する拘束用ビード21,22を設ける。
この構成によれば、メタルガスケット1Aが押圧された時に、主フルビード11の内側裾野部分11aが内側ビード21の凹部21cに嵌合し、外側裾野部分11bが外側ビード22の凹部22cに嵌合するので、主フルビード11の拡幅化、即ち、水平方向(ガスケット面内の方向)に主フルビード11の幅は拡がるのを阻止でき、主フルビード11の剛性及びシール面圧を著しく高めることができる。
図3に示す第2の実施の形態のメタルガスケット1Bでは、第1金属基板10において、シール対象穴であるシリンダボア用穴2の周囲に主フルビード11を設けると共に、主フルビード11の凹部側に積層する第2金属基板20において、主フルビード11よりも幅広な副フルビード23を、凹部23cの内側斜面23dが主フルビード11の内側裾野部分11aが当接する部位となり、また、凹部23cの外側斜面23eが主フルビード11の外側裾野部分11bが当接する部位となるように形成して設ける。即ち、主フルビード11の裾野部分11a,11bが当接する部位に、裾野部分11a,11bの広がりを拘束する拘束用ビード23を設ける。なお、この幅広なフルビード23は見方を変えれば、2つのハーフビードの組み合わせと見ることもできる。
この構成によれば、メタルガスケット1Bの押圧時に、主フルビード11の裾野部分11a,11bが幅広な副フルビード23の凹部斜面23d,23eにそれぞれ当接するので、主フルビード11の拡幅化を阻止でき、主フルビード11の剛性及びシール面圧を著しく高めることができる。
図4に示す第3の実施の形態のメタルガスケット1Cでは、第1金属基板10において、シール対象穴であるシリンダボア用穴2の周囲に主フルビード11を設けると共に、主フルビード11の凹部側に積層する第2金属基板20において、主フルビード11の幅よりも広い間隔で配置され、主フルビード11の内側裾野部分11aが当接する部位が凸部の外側斜面24fとなる内側フルビード24と、主フルビード11の外側裾野部分11bが当接する部位が凸部の内側斜面25fとなる外側フルビード25で形成する。即ち、主フルビード11の裾野部分11a,11bが当接する部位に、裾野部分11a,11bの広がりを拘束する拘束用ビード24,25を設ける。
この構成によれば、メタルガスケット1Cの押圧時に、主フルビード11の裾野部分11a,11bが内側フルビード24とフルビード25の凸部斜面24f,25fにそれぞれ当接するので、主フルビード11の拡幅化を阻止でき、主フルビード11の剛性及びシール面圧を著しく高めることができる。
図5に示す第4の実施の形態のメタルガスケット1Dでは、第2金属基板20において、第1の実施の形態のメタルガスケット1Aの拘束用ビード21,22の代わりに、主フルビード11の裾野部分11a,11bが当接する部位を圧印加工(コイニング)で形成された内側凹部31と外側凹部32で形成する。即ち、拘束用ビード21,22の代わりに、圧印加工で形成された拘束用凹部31,32を形成する。 この構成によれば、メタルガスケット1Dの押圧時に、主フルビード11の内側裾野部分11a,11bが内側凹部31に嵌合し、外側裾野部分11bが外側凹部32に嵌合するので、主フルビード11の拡幅化を阻止でき、主フルビード11の剛性及びシール面圧を著しく高めることができる。
図6に示す第5の実施の形態のメタルガスケット1Eでは、第2金属基板20において、第2の実施の形態のメタルガスケット1Bの拘束用ビード23の代わりに、主フルビード11の裾野部分11a,11bが当接する部位を圧印加工(コイニング)で形成された凹部33で形成する。この凹部33は主フルビード11よりも幅広に形成し、凹部33の内側斜面33aが、主フルビード11の内側裾野部分11aが当接する部位となり、また、凹部33の外側斜面33bが、主フルビード11の外側裾野部分11bが当接する部位となるように形成して設ける。
この構成によれば、メタルガスケット1Eの押圧時に、主フルビード11の裾野部分11a,11bが幅広な凹部33の斜面33a,33bにそれぞれ当接するので、主フルビード11の拡幅化を阻止でき、主フルビード11の剛性及びシール面圧を著しく高めることができる。
また、図1〜図6のいずれの構成においても、拘束用ビード21,22,23,24,25及び凹部31,32,33を円周方向において、全周に設けても良く、不連続的に設けてもよい。この円周方向の長さと位置により、主ビード11の拡幅方向の拘束の大きさ(強さ)を微調整できる。
また、図1〜図6のいずれの構成においても、拘束用ビード21,22,23,24,25及び拘束用凹部31,32,33を円周方向において、全周に設けても良く、不連続的に設けてもよい。この円周方向の長さと位置により、主ビード11の拡幅方向の拘束の大きさ(強さ)を微調整できる。
なお、寸法の一例を示すと、図1の第1の実施の形態のメタルガスケット1Aにおいて、シリンダボア用穴2の径が、50mmφ〜90mmφ程度の場合には、第1金属基板10及び第2金属基板20の板厚が、それぞれ0.10mm〜0.40mmで、主ビード11のビード高さ0.05mm〜0.30mm、ビード幅(裾部間の距離)が1.0mm〜5.0mmで、内側フルビード21及び外側フルビード22のビード高さが0.01mm〜0.15mm、ビード幅が0.5mm〜3.0mmである。
これらの構成のシリンダヘッドガスケット1A〜1Eによれば、シリンダボア用穴2の周辺のシール部において、第1金属基板10に成型された主フルビード11の裾野部分11a,11bの幅方向の拡がりを拘束することにより、主フルビード11のビード剛性を向上させることができる。
そして、この主フルビード11の拡幅方向の拘束の程度は、拘束用ビード21〜25の形状又は拘束用凹部31〜33の形状、及び、第2金属基板の材料特性や板厚によって調整できるので、これらと主ビード11の形状や第1金属基板10の材料特性や板厚等の組合せにより、多様な面圧を発生することができるようになる。
従って、それぞれのシリンダボア用穴2に対して、要求されるシール性能にきめ細かく対応することができ、シリンダボア用2穴等の周辺に最適な面圧分布を発生及び維持でき、優れたシール性能を発揮できる。
そして、図7に示す第6の実施の形態のメタルガスケット1Fでは、第1金属基板10と主フルビード11の代わりに、ステンレス焼鈍材(アニール材)(例えば、SUS304)等からなる、主フルビード41を有する円環状のビード板40が設けられる。
それと共に、主フルビード41の凹部側に積層する第2金属基板20において、ビード板40よりも幅広な副フルビード26を、凹部の内側斜面26adが、ビード板40の内側端部40aが当接する部位となり、また、凹部の外側斜面26bが、ビード板40の外側端部40bが当接する部位となるように形成して設ける。即ち、主フルビード41を有するビード板40の内側及び外側の端部40a、40bが当接する部位に、主フルビードの裾野部分の広がりを拘束する拘束用ビード26を設ける。なお、この幅広なフルビード26は見方を変えれば、2つのハーフビードの組み合わせと見ることもできる。
この構成によれば、ガスケット1Fの押圧時に、ビード板40の端部40a,40bが幅広な副フルビード26の凹部斜面26a、26bに当接するので、主フルビード41の拡幅化を阻止でき、主フルビード41の剛性及びシール面圧を著しく高めることができる。
なお、本発明は、これらの実施の形態のみに限定されるものではなく、また、シリンダヘッドガスケットに限定されず、吸気マニホールドや排気マニホールド等の他の用途のメタルガスケットにも適用可能である。
また、上記では、二枚の金属基板10,20で構成されるシリンダヘッドガスケットについて説明したが、本発明は、三枚以上の金属基板で構成されるシリンダヘッドガスケットにも適用でき、この場合は、シリンダヘッドガスケットを構成する金属基板の二枚が上記の金属基板10,20の構成を有して構成され、この金属基板10,20に別の金属基板が積層される。
本発明に係る第1の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す断面を含む部分斜視図である。 図1のシリンダヘッドガスケットの押圧状態を示す断面を含む部分斜視図である。 本発明に係る第2の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す断面を含む部分斜視図である。 本発明に係る第3の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す断面を含む部分斜視図である。 本発明に係る第4の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す断面を含む部分斜視図である。 本発明に係る第5の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す断面を含む部分斜視図である。 本発明に係る第6の実施の形態のシリンダヘッドガスケットを示す断面を含む部分斜視図である。 従来技術のガスケットを示す部分断面図である。 従来技術のメタルガスケットを示す部分断面図である。
符号の説明
1A〜1F シリンダヘッドガスケット
2 シリンダボア用穴
10 第1金属基板
11 主フルビード
11a 内側裾野部分
11b 外側裾野部分
20 第2金属基板
21〜26 拘束用ビード
31〜33 拘束用凹部
40 ビード板
41 主フルビード
40a 内側端部
40b 外側端部

Claims (7)

  1. 複数枚の金属基板からなるメタルガスケットであって、第1金属基板において、シール対象穴の周囲に主フルビードを設けると共に、前記主フルビードの凹部側に積層する第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分と当接する部位に、該裾野部分の広がりを拘束する拘束用ビードを設けたことを特徴とするメタルガスケット。
  2. 前記拘束用ビードを、前記第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分が当接する部位が凹部となる内側フルビードと外側ビードで形成したことを特徴とする請求項1記載のメタルガスケット。
  3. 前記拘束用ビードを、前記第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分が当接する部位が凹部の両側斜面となるように設けた前記主フルビードよりも幅広なフルビードで形成したことを特徴とする請求項1記載のメタルガスケット。
  4. 前記拘束用ビードを、前記第2金属基板において、前記主フルビードの幅よりも広い間隔で配置され、前記主フルビードの内側裾野部分が当接する部位が凸部の外側斜面となる内側フルビードと、前記主フルビードの外側裾野部分が当接する部位が凸部の内側斜面となる外側フルビードで形成したことを特徴とする請求項1記載のメタルガスケット。
  5. 前記拘束用ビードを、円周方向に不連続に形成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のメタルガスケット。
  6. 前記拘束用ビードの代わりに、前記第2金属基板において、前記主フルビードの裾野部分が当接する部位を圧印加工で形成された拘束用凹部で形成したことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のメタルガスケット。
  7. 金属基板からなるメタルガスケットであって、シール対象穴の周囲に主フルビードを有するビード板を設けると共に、前記主フルビードの凹部側に積層する第2金属基板において、前記ビード板の端部の広がりを拘束する拘束用ビードを設け、該拘束用ビードを、前記ビード板の端部と当接する部位が、凹部の両側斜面となるように設けた前記ビード板よりも幅広なフルビードで、形成したことを特徴とするメタルガスケット。
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