JP2008025737A - ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】積層板間の結合力が十分に確保されるとともに、優れた耐久性が得られるガスケットを提供する。
【解決手段】ガスケットは、燃焼室を取り囲むボア孔２２が形成され、積層されたビード板２０、シム板３０およびビード板２１を備える。ビード板２０および２１は、両者を互いに結合する切り込みかしめ部５１を含む。ビード板２０、シム板３０およびビード板２１は、これらの板材を互いに結合するエンボスかしめ部６１を含む。切り込みかしめ部５１は、ビード板２０および２１の表面に切れ目が生じるように形成され、ボア孔２２から相対的に遠くに配設されている。エンボスかしめ部６１は、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面に切れ目が生じないように形成され、ボア孔２２から相対的に近くに配設されている。
【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には、ガスケットに関し、より特定的には、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に介挿された金属製の積層板からなるガスケットに関する。

従来のガスケットに関して、たとえば、特開２００４−３５３８５１号公報には、金属ガスケットの各金属板に施されたシール材が冷却水により剥がれてエンジントラブルが生じることを防止する金属ガスケットが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された金属ガスケットは、シリンダヘッド側基板およびシリンダブロック側基板と、シリンダヘッド側基板とシリンダブロック側基板との間に配置された副板とが、重ね合わされて構成されている。各板は、かしめにより互いに結合されている。かしめは、燃焼室周辺のウォータジャケットに重なって設けられている。

また、特開平１１−２４１７６９号公報には、一対の弾性金属板の間にシム板を介装した金属製ガスケットにおいて、シム機能を確保することを目的とした金属製ガスケットが開示されている（特許文献２）。特許文献２では、一対の弾性金属板とシム板とが、かしめにより結合されている。その結合部は、シム板のプレスによって形成された底部の周辺部分が弾性金属板内に食い込んだ形状に形成されている。
特開２００４−３５３８５１号公報 特開平１１−２４１７６９号公報

上述の特許文献１では、ガスケットを構成する積層板が、かしめによって結合されている。しかしながら、かしめが設けられた燃焼室周辺では、燃焼室内の圧力によってシリンダブロックが大きく変形する。この場合に、かしめの位置で積層板の表面に切れ目が生じていると、シリンダブロックの変形に伴ってその切れ目に過大な応力が作用する。これにより、ガスケットの耐久性が低下するおそれが生じる。

一方、上述の特許文献２では、かしめが弾性金属板およびシム板の表面に切れ目を生じさせないように形成されている。しかしながら、このような形態では、各板の表面に成形される凹凸形状の高さを大きく設定することが難しい。このため、弾性金属板およびシム板の結合力が十分に確保されないおそれが生じる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、積層板間の結合力が十分に確保されるとともに、優れた耐久性が得られるガスケットを提供することである。

この発明に従ったガスケットは、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に介挿されるガスケットである。ガスケットは、燃焼室を取り囲むボア孔が形成され、積層された複数の板材を備える。複数の板材は、その表面に成形された凹凸形状からなり、複数の板材を互いに結合する第１かしめ部および第２かしめ部を含む。第１かしめ部は、複数の板材の表面に切れ目が生じるように形成され、ボア孔から相対的に遠くに配設されている。第２かしめ部は、複数の板材の表面に切れ目が生じないように形成され、ボア孔から相対的に近くに配設されている。

このように構成されたガスケットによれば、複数の板材に対して外力が負荷した場合に、切れ目を伴わない第２かしめ部は、切れ目を伴う第１かしめ部より優れた強度を示す。本発明では、第１かしめ部を第２かしめ部よりもボア孔から遠くに配設することによって、燃焼室内の圧力に起因して第１かしめ部で発生する応力をより小さくできる。これにより、ガスケットの耐久性を向上させることができる。また、切れ目を伴わない第２かしめ部に加え、切れ目を伴う第１かしめ部を設けることによって、複数の板材間の結合力を十分に確保することができる。

また好ましくは、複数の板材の表面に成形される凹凸形状の高さは、第２かしめ部よりも第１かしめ部の方が高い。このように構成されたガスケットによれば、切れ目を伴う第１かしめ部では、切れ目を伴わない第２かしめ部よりも、複数の板材の表面に成形される凹凸形状の高さを大きく設定することが可能となる。このため、第１かしめ部を設けることによって、複数の板材間の結合力を十分に確保できる。

また好ましくは、第１かしめ部は、板材の外縁に配設されている。第２かしめ部は、ボア孔に隣り合って配設される。このように構成されたガスケットによれば、第１かしめ部がボア孔から相対的に遠くに配設され、第２かしめ部がボア孔から相対的に近くに配設される。

また好ましくは、合わせ面を平面的に見た場合に、シリンダブロックは、互いに直交する長手方向と短手方向とを有する。第１かしめ部に生じた切れ目の開口面は、長手方向に延在する。このように構成されたガスケットによれば、内燃機関の運転時、シリンダブロックは、長手方向に相対的に大きく熱膨張し、短手方向に相対的に小さく熱膨張する。このシリンダブロックの熱膨張に伴って、複数の板材にはシリンダブロックの熱膨張の方向に沿った応力が発生する。一方、切れ目を伴う第１かしめ部では、切れ目の開口面が延在する方向の応力に対して、比較的に優れた耐久性を示す。このため、第１かしめ部で切れ目の開口面が延在する方向と、シリンダブロックがより大きく熱膨張する長手方向とを一致させることによって、ガスケットの耐久性をより効果的に向上させることができる。

また好ましくは、シリンダブロックは、燃焼室の周囲に形成され、冷却水が流通するウォータジャケットを含む。シリンダブロックは、ウォータジャケットが合わせ面に開口するオープンデッキブロックである。このように構成されたガスケットによれば、シリンダブロックがオープンデッキブロックである場合、燃焼室内の圧力により、シリンダブロックが燃焼室の周辺で変形し易くなる。このシリンダブロックの変形に伴って板材には応力が生じるため、ガスケットの耐久性が低下する懸念が大きくなる。したがって、オープンデッキブロックであるシリンダブロックを備える内燃機関において、本発明による上述の効果をより有効に得ることができる。

また好ましくは、第２かしめ部は、ウォータジャケットと重なるように形成されている。このように構成されたガスケットによれば、シリンダブロックの合わせ面と、第２かしめ部に成形された板材の凹凸形状とが干渉することを防止できる。

以上説明したように、この発明に従えば、積層板間の結合力が十分に確保されるとともに、優れた耐久性が得られるガスケットを提供することができる。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

図１は、この発明の実施の形態におけるガスケットの分解組み立て図である。図２は、図１中のガスケットの平面図である。図１および図２を参照して、ガスケット１０は、内燃機関としての多気筒ガソリンエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に介装される。ガスケット１０は、エンジンの燃焼室で発生する燃焼ガスや、エンジンの冷却のため流通される冷却水が、シリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面から漏洩することを防ぐ。

ガスケット１０が装着される内燃機関は、ガソリンエンジンに限られず、ディーゼルエンジンであっても良い。

ガスケット１０は、第１および第２の弾性金属板としてのビード板２０および２１と、中間板としてのシム板３０とを含む。ビード板２０、シム板３０およびビード板２１は、シリンダヘッドとシリンダブロックとが重なる方向に積層されている。ガスケット１０は、一方向に重ね合わされた積層板から構成されている。ビード板２０は、シリンダヘッド側に配設される。ビード板２１は、シリンダブロック側に配設される。シム板３０は、ビード板２０とビード板２１との間に配設される。

ビード板２０、シム板３０およびビード板２１は、金属製の板材から形成されている。ビード板２０および２１は、たとえば、ステンレスばね鋼板に打ち抜き加工を施し、さらに打ち抜いた板材にビード加工等の成形加工を施すことによって作製されている。ビード板２０および２１には、所定の引っ張り強さ、伸びおよび硬さを得るために、熱処理と表面処理とが施されている。シム板３０は、たとえば、ビード板２０および２１よりも小さい厚みを有するステンレスばね鋼板から同様に作製されている。

図３は、図１中のガスケットが介装されるシリンダブロックを示す平面図である。図４は、図１中のガスケットが装着されたエンジンの断面図である。図４中には、図２中のＩＶ−ＩＶ線上に沿った位置に対応するエンジンの断面形状が示されている。

図３および図４を参照して、シリンダブロック４０は、金属から形成されている、シリンダブロック４０は、たとえばアルミニウム合金から形成されている。シリンダブロック４０は、シリンダヘッド４８との合わせ面をなす頂面４０ａを含む。

シリンダブロック４０には、複数の燃焼室４５が形成されている。複数の燃焼室４５は、互いに間隔を隔てて、一方向（図３中の矢印４００に示す方向）に並ぶように形成されている。複数の燃焼室４５は、頂面４０ａに開口する。複数の燃焼室４５は、略円形の開口面を頂面４０ａに有する。シリンダブロック４０は、複数の燃焼室４５が並ぶ方向に相対的に長く、複数の燃焼室４５が並ぶ方向に直交する方向（図３中の矢印５００に示す方向）に相対的に短い形状を有する。頂面４０ａは、複数の燃焼室４５が並ぶ方向に長辺を有し、その直交方向に短辺を有する略矩形形状を有する。

シリンダブロック４０には、ウォータジャケット４７が形成されている。ウォータジャケット４７には、シリンダブロック４０を冷却するための冷却水が流通する。ウォータジャケット４７は、燃焼室４５の周囲に沿って延びている。シリンダブロック４０は、ウォータジャケット４７が頂面４０ａに開口するオープンデッキブロックである。

シリンダヘッド４８とシリンダブロック４０とは、図示しないボルトにより締結される。シリンダブロック４０には、そのボルトが螺合される複数の雌ねじ孔４３が形成されている。シリンダブロック４０には、複数のヌスミ部４２が形成されている。複数のヌスミ部４２は、頂面４０ａから凹む形状を有する。複数のヌスミ部４２は、頂面４０ａの外縁に沿って互いに間隔を隔てて形成されている。

シリンダヘッド４８は、金属から形成されている。シリンダヘッド４８は、たとえば、軽量かつ高剛性なアルミニウム合金から形成されている。シリンダヘッド４８は、シリンダブロック４０との合わせ面をなす底面４８ａを含む。頂面４０ａと底面４８ａとは、対向する。ビード板２０、シム板３０およびビード板２１からなるガスケット１０が、頂面４０ａと底面４８ａとの間に挟持されている。

図１、図２および図４を参照して、ビード板２０および２１は、頂面４０ａおよび底面４８ａの形状に即した形状を有する。ビード板２０とビード板２１とは、同一形状を有する。ビード板２０および２１には、燃焼室４５を取り囲む複数のボア孔２２が形成されている。複数のボア孔２２は、シリンダブロック４０に形成された複数の燃焼室４５の位置に合わせて形成されている。本実施の形態では、複数のボア孔２２は、互いに間隔を隔てて、一方向に並んで形成されている。ビード板２０および２１には、シリンダヘッド４８とシリンダブロック４０とを締結するボルトが挿通される複数のボルト孔２３が形成されている。

ガスケット１０を平面的に見た場合に、シム板３０は、ビード板２０および２１よりも小さい面積を有する。シム板３０は、燃焼室４５の周囲に沿って延在する形状を有する。シム板３０には、燃焼室４５を取り囲む複数のボア孔２２が形成されている。このような構成により、ボア孔２２の周囲に沿った位置では、ビード板２０とビード板２１とがシム板３０を介して積層されている。ボア孔２２から離れたビード板２０および２１の外縁では、ビード板２０とビード板２１とが、シム板３０を介さず積層されている。

ビード板２０およびビード板２１には、それぞれ、ビード２５およびビード２６が形成されている。ビード２５および２６は、燃焼室４５の周囲で環状に延びて形成されている。シム板３０は、ビード２５および２６が形成された位置でビード板２０とビード板２１との間に挟持されている。ビード２５は、シリンダヘッド４８の底面４８ａに向けて凸となるように形成されている。ビード２６は、シリンダブロック４０の頂面４０ａに向けて凸となるように形成されている。シリンダヘッド４８とシリンダブロック４０とが締結されると、ビード２５および２６が押し潰されて変形する。この変形によって、燃焼室４５の周囲で高いシール性を確保し、燃焼室４５内の燃焼ガスの漏洩を確実に防ぐことができる。

図５は、図２中の２点鎖線Ｖで囲まれた位置を拡大して示すガスケットの図である。図５（Ａ）は平面図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）中のＢ−Ｂ線上に沿った断面図である。

図５を参照して、ビード板２０および２１は、切り込みかしめ部５１を含む。切り込みかしめ部５１は、ビード板２０および２１の表面に成形された凹凸から形成されている。切り込みかしめ部５１は、シリンダブロック４０に向けて凸となる凹凸から形成されている。切り込みかしめ部５１では、ビード板２０および２１の表面にそれぞれ成形された凹凸が互いに嵌り合うことによって、ビード板２０とビード板２１とが互いに結合されている。

切り込みかしめ部５１は、ビード板２０および２１の表面に切れ目５２が生じるように形成されている。切り込みかしめ部５１には、互いに間隔を隔てて向い合う一対の切れ目５２が形成されている。切れ目５２は、ビード板２０および２１の表面から裏面にまで達している。切れ目５２の開口面は、ビード板２０および２１が延在する平面に直交する平面内で延在する。切れ目５２の開口面は、台形形状を有する。切れ目５２の開口面は、複数の燃焼室４５が並ぶ方向、すなわち、シリンダブロック４０が相対的に長い形状を有する方向に延在する。言い換えれば、切れ目５２は、シリンダブロック４０が相対的に短い形状を有する方向を向いて開口している。

エンジンの運転時、燃焼室４５には、高温、高圧の燃焼ガスが発生する。このため、シリンダブロック４０は、高温となり、熱膨張する。この際、シリンダブロック４０は、複数の燃焼室４５が並ぶ方向に相対的に大きく熱膨張し、その直交方向に相対的に小さく熱膨張する。このシリンダブロック４０の熱膨張に伴って、ビード板２０および２１には、シリンダブロック４０が熱膨張する方向に沿った応力が生じる。

一方、ビード板２０および２１は、切れ目５２の開口面が向く方向の応力に対してよりも、切れ目５２の開口面が延在する方向の応力に対して優れた耐久性を示す。このため、シリンダブロック４０が相対的に大きく熱膨張する方向と、切れ目５２の開口面が延在する方向とを一致させることによって、切り込みかしめ部５１におけるビード板２０および２１の耐久性を向上させることができる。

図６は、図２中の２点鎖線ＶＩで囲まれた位置を拡大して示すガスケットの図である。図６（Ａ）は平面図であり、図６（Ｂ）は、図６（Ａ）中のＢ−Ｂ線上に沿った断面図である。

図６を参照して、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１は、エンボスかしめ部６１を含む。エンボスかしめ部６１は、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面に成形された凹凸から形成されている。エンボスかしめ部６１は、シリンダブロック４０に向けて凸となる凹凸から形成されている。エンボスかしめ部６１では、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面にそれぞれ成形される凹凸が互いに嵌り合うことによって、ビード板２０とシム板３０とビード板２１とが互いに結合されている。

エンボスかしめ部６１は、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面に切れ目が生じないように形成されている。エンボスかしめ部６１では、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面が、略半球状に凹んでいる。図５中の切れ目５２を伴う切り込みかしめ部５１では、切れ目を伴わないエンボスかしめ部６１よりも、ビード板２０、シム板３０もしくはビード板２１に成形される凹凸の高さを大きく設定することが可能となる（Ｈ１＞Ｈ２）。

図２を参照して、切り込みかしめ部５１は、ボア孔２２から相対的に遠くに配設され、エンボスかしめ部６１は、ボア孔２２から相対的に近くに配設されている。切り込みかしめ部５１は、ビード板２０および２１の外縁に配設されている。切り込みかしめ部５１は、互いに間隔を設けて複数、配設されている。エンボスかしめ部６１は、ボア孔２２に隣り合う位置に配設されている。エンボスかしめ部６１は、互いに隣り合うボア孔２２の間に配設されている。エンボスかしめ部６１は、互いに間隔を設けて複数、配設されている。エンボスかしめ部６１をボア孔２２に隣り合った位置に配設することにより、エンボスかしめ部６１が形成されるシム板３０を、燃焼室４５の周囲に沿って延在する形状とできる。これにより、シム板３０の材料の歩留まりを向上させることができる。

図４を参照して、エンボスかしめ部６１は、ウォータジャケット４７と重なる位置に配設されている。図２および図３を参照して、切り込みかしめ部５１は、シリンダブロック４０に形成されたヌスミ部４２と重なる位置に配設されている。このような構成により、エンボスかしめ部６１および切り込みかしめ部５１でそれぞれ成形される凹凸が、シリンダブロック４０と干渉することを防止できる。

図７は、図５中の切り込みかしめ部を形成する工程を示す断面図である。図５および図７を参照して、切り込みかしめ部５１は、凸型７２と凹型７７とを含む金型装置７１によって形成される。ビード板２０および２１は、互いに積層された状態で凸型７２と凹型７７との間に配置される。その状態で凸型７２を凹型７７に向けてストロークさせる。まず、凸型７２のエッジ部７２ｅが、ビード板２０および２１の表面に切れ目を生じさせる。さらに、凸型７２がビード板２０および２１の表面を変形させながら凹型７７に嵌り込むことによって、ビード板２０および２１の表面に凹凸が成形される。

図８は、図６中のエンボスかしめ部を形成する工程を示す断面図である。図６および図８を参照して、エンボスかしめ部６１は、凸型８２と凹型８７とを含む金型装置８１によって形成される。ビード板２０、シム板３０およびビード板２１は、互いに積層された状態で凸型８２と凹型８７との間に配置される。その状態で凸型８２を凹型８７に向けてストロークさせる。凸型８２がビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面を変形させながら凹型８７に嵌り込むことによって、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面に凹凸が成形される。

なお、切り込みかしめ部５１およびエンボスかしめ部６１に成形される凹凸形状は、図５および図６中に示す形状に限られない。たとえば、切れ目５２が矩形や矩形以外の多角形の形状を有するように、切り込みかしめ部５１が形成されても良い。また、たとえば、有底の円柱状に凹むように、エンボスかしめ部６１が形成されても良い。

この発明の実施の形態におけるガスケットは、内燃機関としてのガソリンエンジンのシリンダヘッド４８とシリンダブロック４０との合わせ面に介挿されるガスケット１０である。ガスケット１０は、燃焼室４５を取り囲むボア孔２２が形成され、積層された複数の板材としてのビード板２０、シム板３０およびビード板２１を備える。ビード板２０および２１は、その表面に成形された凹凸形状からなり、ビード板２０および２１を互いに結合する第１かしめ部としての切り込みかしめ部５１を含む。ビード板２０、シム板３０およびビード板２１は、その表面に成形された凹凸形状からなり、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１を互いに結合する第２かしめ部としてのエンボスかしめ部６１を含む。切り込みかしめ部５１は、ビード板２０および２１の表面に切れ目５２が生じるように形成され、ボア孔２２から相対的に遠くに配設されている。エンボスかしめ部６１は、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の表面に切れ目が生じないように形成され、ボア孔２２から相対的に近くに配設されている。

このように構成された、この発明の実施の形態におけるガスケット１０によれば、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の間の結合力を十分に確保するとともに、ガスケット１０の耐久性を向上させることができる。その理由について、以下に説明する。

図４を参照して、燃焼室４５内の圧力が高くなると、シリンダブロック４０のボア壁４０ｃが燃焼室４５の外側に向けて変形する。本実施の形態では、シリンダブロック４０がオープンデッキブロックである。このため、ボア壁４０ｃの肉厚が薄く、その変形量が特に大きくなる。この場合、シリンダブロック４０とシリンダヘッド４８との間で両者の合わせ面に平行な方向のずれが発生する。これに伴い、ビード板２０、シム板３０およびビード板２１の各板材に、ボア孔２２に近いほど大きい値となる応力が発生する。一方、切り込みかしめ部５１では、切れ目５２の端部の切り欠き係数が大きくなる。このため、その部分に応力集中が発生し、疲労強度が低下する。

これに対して、本実施の形態では、切れ目５２を伴う切り込みかしめ部５１を、ボア孔２２から遠い位置に配設し、切れ目を伴わないエンボスかしめ部６１を、ボア孔２２から近い位置に配設している。これにより、各板材に作用する応力によってガスケット１０が破損することをより効果的に抑制できる。

また、切れ目５２を伴う関係上、切り込みかしめ部５１では、エンボスかしめ部６１と比較して、ビード板２０および２１の表面に成形される凹凸の高さをより大きく設定することが可能となる。これにより、積層された板材間の結合力を高め、ガスケット１０の組み付け時の作業性を向上させることができる。

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。

この発明の実施の形態におけるガスケットの分解組み立て図である。 図１中のガスケットの平面図である。 図１中のガスケットが介装されるシリンダブロックを示す平面図である。 図１中のガスケットが装着されたエンジンの断面図である。 図２中の２点鎖線Ｖで囲まれた位置を拡大して示すガスケットの図である。 図２中の２点鎖線ＶＩで囲まれた位置を拡大して示すガスケットの図である。 図５中の切り込みかしめ部を形成する工程を示す断面図である。 図６中のエンボスかしめ部を形成する工程を示す断面図である。

符号の説明

１０ ガスケット、２０，２１ ビード板、２２ ボア孔、３０ シム板、４０ シリンダブロック、４０ａ 頂面、４５ 燃焼室、４７ ウォータジャケット、４８ シリンダヘッド、４８ａ 底面、５１ 切り込みかしめ部、５２ 切れ目、６１ エンボスかしめ部。

Claims (6)

1. 内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの合わせ面に介挿されるガスケットであって、
   燃焼室を取り囲むボア孔が形成され、積層された複数の板材を備え、
   前記複数の板材は、その表面に成形された凹凸形状からなり、前記複数の板材を互いに結合する第１かしめ部および第２かしめ部を含み、
   前記第１かしめ部は、前記複数の板材の表面に切れ目が生じるように形成され、前記ボア孔から相対的に遠くに配設され、前記第２かしめ部は、前記複数の板材の表面に切れ目が生じないように形成され、前記ボア孔から相対的に近くに配設される、ガスケット。
2. 前記複数の板材の表面に成形される凹凸形状の高さは、前記第２かしめ部よりも前記第１かしめ部の方が高い、請求項１に記載のガスケット。
3. 前記第１かしめ部は、前記複数の板材の外縁に配設され、前記第２かしめ部は、前記ボア孔に隣り合って配設される、請求項１または２に記載のガスケット。
4. 前記合わせ面を平面的に見た場合に、前記シリンダブロックは、互いに直交する長手方向と短手方向とを有し、
   前記第１かしめ部に生じた切れ目の開口面は、前記長手方向に延在する、請求項１から３のいずれか１項に記載のガスケット。
5. 前記シリンダブロックは、前記燃焼室の周囲に形成され、冷却水が流通するウォータジャケットを含み、
   前記シリンダブロックは、前記ウォータジャケットが前記合わせ面に開口するオープンデッキブロックである、請求項１から４のいずれか１項に記載のガスケット。
6. 前記第２かしめ部は、前記ウォータジャケットと重なるように形成されている、請求項５に記載のガスケット。

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