JP2009156395A - Metallic gasket - Google Patents
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Description
本発明は、エンジンのシリンダヘッドや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金属製ガスケットに関し、より詳細には、シール対象の流体の圧力をシール面圧に利用できて、優れたシール性能を発揮できる金属製ガスケットに関する。 The present invention relates to a metal gasket that is sandwiched between two members such as a cylinder head and a cylinder block of an engine for sealing, and more specifically, the pressure of a fluid to be sealed can be used as a seal surface pressure, The present invention relates to a metal gasket that can exhibit excellent sealing performance.
シリンダヘッドガスケット等の金属製ガスケットは、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)等の2つのエンジン部材の間に挟まれた状態で、ボルトにより締結され、燃焼ガス、オイル、冷却水等の流体をシールする役割を持っている。 Metal gaskets such as cylinder head gaskets are fastened with bolts in a state of being sandwiched between two engine members such as a cylinder head of an automobile engine and a cylinder block (cylinder body), and combustion gas, oil, cooling water It has a role to seal fluid such as.
最近のエンジンは、従来のエンジンに比べて、小型化、軽量化が進んで、材質が鋳鉄からアルミニウム合金に変わると共に、エンジンの高出力化に伴って、燃焼ガスの圧力は増加の傾向にある。また、一方で、エンジンの軽量化の面から、ガスケットに使用できる金属構成板の枚数も少なくなりつつあり、少ない枚数の金属構成板で高いシール面圧を発揮する必要が生じている。 Recent engines are becoming smaller and lighter than conventional engines, and the material changes from cast iron to aluminum alloy, and the combustion gas pressure tends to increase as the engine output increases. . On the other hand, from the viewpoint of reducing the weight of the engine, the number of metal component plates that can be used for the gasket is decreasing, and it is necessary to exhibit a high seal surface pressure with a small number of metal component plates.
シリンダヘッドガスケットの場合には、高温で腐食性がある燃焼ガスがガスケットの金属構成板の間に入るのを防止するために、U字形状のリングであるグロメットや、金属構成板を折り返した折り返し部がシリンダボア用穴側に凸となるように配置され使用されてきた(例えば、特許文献1参照。)。 In the case of a cylinder head gasket, in order to prevent combustion gas that is corrosive at high temperatures from entering between the metal component plates of the gasket, a grommet that is a U-shaped ring or a folded portion that is a folded metal component plate is provided. It has been arranged and used so as to be convex toward the cylinder bore hole side (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、このシリンダボア用穴側に凸のグロメットや折り返し部の場合には、シール対象穴の燃焼ガスの圧力が高くなった場合に、この燃焼ガスの圧力によってシリンダヘッドをシリンダブロックから離反させる方向に力が作用するが、この時に、燃焼ガスの圧力はグロメットと折り返し部に対してガスケットを薄くする方向に作用する。そのため、エンジン部材の離間に対するシール部材の追従性が悪くなり、シール性能が悪くなるという問題がある。
本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、シール対象の流体の圧力を利用して、シール対象穴周りのシール性能を高めることができると共に、シール対象穴周りに面圧調整用部材を配置できて、高いシール面圧を発生できるシール性能と耐久性に優れた金属製ガスケットを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above situation, and an object of the present invention is to improve the sealing performance around the hole to be sealed using the pressure of the fluid to be sealed, and to provide a hole to be sealed. An object of the present invention is to provide a metal gasket excellent in sealing performance and durability capable of generating a high sealing surface pressure by arranging a member for adjusting the surface pressure around it.
上記の目的を達成するための本発明に係る金属製ガスケットは、2枚以上の金属構成板を有し、二つの部材の間に挟持してシールを行う金属製ガスケットのシール対象穴に面した部分に、断面が外周側に凸となるU字形状のリングを、2枚の金属構成板の間に配設すると共に、この2枚の金属構成板の一方の金属構成板のシール対象穴部分を折り返して、この折り返し部の端部を前記U字形状のリングの外側に配置し、更に、この折り返し部の一部に前記U字形状のリングの内側とシール対象穴とを連通させる連通穴を設けて構成される。 In order to achieve the above object, the metal gasket according to the present invention has two or more metal constituent plates, and faces the sealing target hole of the metal gasket that is sandwiched between two members for sealing. A U-shaped ring with a cross section projecting outward is disposed between the two metal component plates, and the seal target hole portion of one metal component plate of the two metal component plates is folded back. In addition, the end portion of the folded portion is disposed outside the U-shaped ring, and a communication hole is provided in part of the folded portion to communicate the inner side of the U-shaped ring with the sealing target hole. Configured.
この連通穴は、折り返し部のシール対象穴周りの周方向に、1個又は複数個、例えば2個から8個、好ましくは等間隔で設ける。この連通穴の大きさは、シール対象穴の流体の圧力が、流体の圧力変動に対して追従して、U字形状のリングの内側の流体に伝達できる大きさとする。 One or a plurality of communication holes, for example, 2 to 8, preferably at regular intervals, are provided in the circumferential direction around the sealing target hole of the folded portion. The size of the communication hole is such that the pressure of the fluid in the hole to be sealed follows the pressure fluctuation of the fluid and can be transmitted to the fluid inside the U-shaped ring.
この構成によれば、断面が外周側に凸となるU字形状に形成されたリングの配設により、ガスシール対象の流体の圧力が高くなって、ガスケットを挟む部材の締結力に対抗してガスケットを挟む部材を押し広げて、ガスケットに対する押圧力が減少する場合には、高圧の流体の圧力が連通穴を介して折り返し部の外側からU字形状のリング内に伝達され、U字形状のリングを押し広げる力が増加して、U字形状のリングを挟持している両側のガスケットの金属構成板をエンジン部材方向に押圧し、シールに必要なシール面圧を維持する。そのため、シールにおける追従性が著しく向上する。 According to this configuration, the arrangement of the U-shaped ring whose cross section is convex on the outer peripheral side increases the pressure of the fluid to be gas-sealed and counters the fastening force of the member that sandwiches the gasket. When the member sandwiching the gasket is expanded and the pressing force on the gasket decreases, the pressure of the high-pressure fluid is transmitted from the outside of the folded portion through the communication hole into the U-shaped ring, and the U-shaped ring The force that pushes the ring increases, and the metal component plates of the gaskets on both sides sandwiching the U-shaped ring are pressed toward the engine member to maintain the seal surface pressure necessary for sealing. Therefore, the followability in the seal is remarkably improved.
また、シール対象の流体の圧力が低くなって、ガスケットを挟む部材の締結力によるガスケットに対する押圧力が増加する場合には、折り返し部の端部が面圧調整用部材となり、シムの役割を果たすので、シール対象穴周辺部における厚みを維持でき、この厚みによって発生するシール面圧により、シールに必要なシール面圧を維持できる。それと共に、U字形状のリングが押し潰されるのを、その内部に挿入された折り返し部の端部により防ぐことができるので、耐久性も増加する。 In addition, when the pressure of the fluid to be sealed is reduced and the pressing force against the gasket due to the fastening force of the member sandwiching the gasket is increased, the end of the folded portion serves as a surface pressure adjusting member and plays a role of a shim Therefore, the thickness around the hole to be sealed can be maintained, and the seal surface pressure generated by this thickness can maintain the seal surface pressure necessary for sealing. At the same time, the U-shaped ring can be prevented from being crushed by the end of the folded portion inserted therein, so that the durability is also increased.
また、シール対象穴の周囲に折り返し部を設け、この折り返し部の端部を他の金属構成板の外側に配置した場合には、この折り返し部で2枚の金属構成板がバラバラになるのを防止できる。そのため、金属構成板がバラバラにならないようにするための点溶接やカシメが不要になる。なお、この折り返し部の端部を、他の金属構成板の内側とU字形状のリングの外側の間に配置した場合でも、U字形状のリングを押さえ込むという機能を果たすことができる。 In addition, when a folded portion is provided around the hole to be sealed and the end portion of the folded portion is arranged outside the other metal component plate, the two metal component plates are separated at the folded portion. Can be prevented. This eliminates the need for spot welding or caulking to prevent the metal component plates from falling apart. Even when the end portion of the folded portion is disposed between the inner side of another metal component plate and the outer side of the U-shaped ring, the function of pressing the U-shaped ring can be achieved.
上記の金属製ガスケットにおいて、前記U字形状のリングを挟む2枚の金属構成板の少なくとも一方に、シール対象穴側が開くハーフビードを設け、このハーフビードの内側に前記U字形状のリングを配設して構成する。このハーフビードを設けるとU字形状のリングを配設し易くなると共に、ハーフビードのシール対象穴側の平坦部で比較的広い幅でシールラインを形成することができるので、エンジン部材の傷や圧痕の発生を抑制できると共に、ハーフビードのシール機能も加わり、シール性能がより向上する。 In the metal gasket described above, a half bead that opens on the seal target hole side is provided on at least one of the two metal constituent plates sandwiching the U-shaped ring, and the U-shaped ring is disposed inside the half bead. Configure. When this half bead is provided, it becomes easy to dispose a U-shaped ring, and a seal line can be formed with a relatively wide width at the flat part on the seal target hole side of the half bead. The generation can be suppressed, and the sealing function of the half bead is added to improve the sealing performance.
上記の金属製ガスケットにおいて、前記ハーフビードのシール対象穴側部分に外側に凸となるフルビードを配設して構成する。この構成によれば、ハーフビードの押圧力に加えて、フルビードの押圧力を加えることができるので、強い押圧力のシールラインを形成することができる。 Said metal gasket WHEREIN: The full bead which protrudes outside is arrange | positioned and comprised in the sealing object hole side part of the said half bead. According to this configuration, a full-bead pressing force can be applied in addition to a half-bead pressing force, so that a seal line with a strong pressing force can be formed.
上記の金属製ガスケットにおいて、前記金属構成板のシール対象穴側部分に外側に凸となるフルビードを配設して構成する。この構成によれば、U字形状のリング、折り返し部のシール効果に加えて、フルビードのシール効果も加わるので、より高いシール性能を得ることができる。 Said metal gasket WHEREIN: The full bead which protrudes outside is arrange | positioned and comprised in the seal object hole side part of the said metal structural board. According to this configuration, in addition to the sealing effect of the U-shaped ring and the folded portion, the sealing effect of the full bead is also added, so that higher sealing performance can be obtained.
本発明の金属製ガスケットによれば、断面が外周側に凸のU字形状のリングを配設し、折り返し部に連通穴を設けたことにより、シール対象の流体の圧力が高くなると、シール対象穴側から連通穴を経由してU字形状のリング内に伝達された流体の圧力によりU字形状のリングを開く方向に押圧して、U字形状のリングを挟持している両側のガスケットの金属構成板を部材方向に押圧する。そのため、シール対象の流体の圧力をシール用面圧に利用できるので、シール面圧が高くなりシール性能を向上できる。 According to the metal gasket of the present invention, when the pressure of the fluid to be sealed is increased by disposing a U-shaped ring having a convex cross section on the outer peripheral side and providing a communication hole in the folded portion, The gaskets on both sides holding the U-shaped ring by pressing the U-shaped ring in the opening direction by the pressure of the fluid transmitted from the hole side to the U-shaped ring via the communication hole The metal component plate is pressed in the member direction. Therefore, since the pressure of the fluid to be sealed can be used as the sealing surface pressure, the sealing surface pressure increases and the sealing performance can be improved.
また、両側の部材がガスケットを押圧する力が増加した場合には、折り返し部の端部がシムと同様の圧力調整用部材の役割を果たすので、U字形状のリングの圧潰を防せぎながら、シール対象穴周辺部における厚みを維持でき、この厚みによって発生するシール面圧により、適正なシールラインを維持できる。 Also, when the force that the members on both sides press the gasket increases, the end of the folded portion plays the role of a pressure adjusting member similar to the shim, so while preventing the U-shaped ring from being crushed, The thickness around the hole to be sealed can be maintained, and an appropriate seal line can be maintained by the seal surface pressure generated by this thickness.
次に、図面を参照して本発明に係る金属製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8は、模式的な説明図であり、構成をより理解し易いように、板厚、シール対象穴の大きさ、折り返し部の大きさ、ビードの大きさ等の寸法を実際のものとは異ならせて、誇張して示している。 Next, an embodiment of a metal gasket according to the present invention will be described with reference to the drawings, taking a cylinder head gasket as an example. 1 to 8 are schematic explanatory diagrams, and the dimensions such as the plate thickness, the size of the hole to be sealed, the size of the folded portion, the size of the bead and the like are shown for easy understanding of the configuration. It is exaggerated, different from the actual one.
本発明に係る実施の形態の金属製ガスケットは、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)のエンジン部材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流体をシールする。 A metal gasket according to an embodiment of the present invention is a cylinder head gasket that is sandwiched between an engine member of an engine cylinder head and a cylinder block (cylinder body), and includes a high-temperature and high-pressure combustion gas in a cylinder bore, and The fluid such as cooling water and oil in the cooling water passage and cooling oil passage is sealed.
このシリンダヘッドガスケットは、軟鋼板、ステンレス焼鈍材(アニール材)、ステンレス調質材(バネ鋼板)等で形成される金属構成板(金属基板)を複数有して構成される。また、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(燃焼室用穴)、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴、締結ヘッドボルト用のボルト穴等が形成される。 The cylinder head gasket includes a plurality of metal component plates (metal substrates) formed of a mild steel plate, a stainless annealed material (annealed material), a stainless tempered material (spring steel plate), or the like. In addition, it is manufactured according to the shape of the engine member such as the cylinder block, and has a cylinder bore hole (combustion chamber hole), a liquid hole for circulating coolant and engine oil, a bolt hole for fastening head bolts, etc. The
図1及び図2に示すように、本発明の第1の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1は、2枚の金属構成板10,20と、断面が外周側に凸となるU字形状に形成されたリング30とからなる。この第1金属構成板10と第2金属構成板20は、例えば、ステンレス焼鈍材で形成され、U字形状のリング30は例えば、ステンレスバネ鋼板で形成される。
As shown in FIGS. 1 and 2, the cylinder head gasket 1 according to the first embodiment of the present invention is formed into two
シリンダボア用穴2の周縁部において、第1金属構成板10には、シリンダボア用穴2側が開くハーフビード11が設けられ、第2金属構成板20には、シリンダボア用穴2側が開くハーフビード21が設けられる。この2つのハーフビード11,21の間に、外周側に丸み部(折り返し部)31を持つU字形状のリング30を配設する。
At the peripheral edge of the
更に、図1に示すように、第1金属構成板10のシール対象穴2の周縁部分を折り返して、この折り返し部12の端部12aをU字形状のリング30の外側でかつ第2金属構成板20の内側に配置する。この構成により、U字形状のリング30の開放側が折り返し部12の内部に入る構成となる。又は、図2に示すように、この折り返し部12の端部12aをU字形状のリング30の外側でかつ第2金属構成板20の外側に配置する。この構成により、U字形状のリング30の開放側が、第2金属構成板20の端部と共に折り返し部12の内部に入る構成となる。
Further, as shown in FIG. 1, the peripheral portion of the
更に、この折り返し部12の一部にU字形状のリング30の内側の空間部40とシール対象穴2とを連通させる連通穴12bを設ける。この連通穴12bは、折り返し部12のシール対象穴2周りの周方向に、1個又は複数個、例えば2個から8個、好ましくは等間隔で設ける。この連通穴12bの大きさは、燃焼ガスの圧力変動に対して追従して、シール対象穴2の燃焼ガスの圧力Pが、U字形状のリング30の内側の空間部内の流体に伝達できる大きさとする。
Furthermore, a
また、水穴3側にも、第1金属構成板10では水穴3側が開くハーフビード13が設け、第2金属構成板20では水穴3側が開くハーフビード23が設ける。
Moreover, the half bead 13 which the
この構成により、エンジンの燃焼ガスの圧力Pが高くなると、図1及び図2に示すように、連通穴12bを経由してU字形状のリング30内に伝達された燃焼ガスの圧力PによりU字形状のリング30が開く方向に圧力Pが作用して、U字形状のリング30を挟持している両側の金属構成板10,20を部材方向に押圧する力F1が発生する。そのため、燃焼ガスの圧力Pをシール用面圧に利用できるので、シール性能が向上する。また、このU字形状のリング30により、このU字形状のリング30より外周側に対しては、金属構成板10,20の間に燃焼ガスが入り難くなるので、シール性能が向上すると共に、耐久性を向上することができる。
With this configuration, when the pressure P of the combustion gas of the engine increases, as shown in FIGS. 1 and 2, the pressure P of the combustion gas transmitted into the
また、エンジンの燃焼ガスの圧力Pが低くなり、両側の部材がガスケット1を両側から押圧する押圧力が発生する場合には、折り返し部12の端部12aが圧力調整用部材となり、シムと同様の圧力調整の役割を果たすので、シール対象穴2の周辺部における厚みを維持でき、この厚みによって発生するシール面圧により、適正なシールラインを維持できる。
Further, when the pressure P of the combustion gas of the engine becomes low and a pressing force is generated by the members on both sides pressing the
また、図2に示すように、シール対象穴2の周囲に折り返し部12を設け、この折り返し部12の端部12bを第2金属構成板20の外側に配置した場合には、この折り返し部12で2枚の金属構成板10,20とU字形状のリング30がバラバラになるのを防止できる。そのため、金属構成板10,20とU字形状のリング30がバラバラにならないようにするための点溶接やカシメが不要になる。なお、図1に示すように、この折り返し部12の端部12bを、第2金属構成板20の内側とU字形状のリング30の外側の間に配置した場合でも、U字形状のリング30を押さえ込むという機能を果たすことができる。
In addition, as shown in FIG. 2, when the folded
また、ハーフビード11,21により、U字形状のリング30が配設し易くなると共に、シール対象穴2側の比較的広い幅の平坦部でシールラインを形成することができるので、エンジン部材の傷や圧痕の発生を抑制できる。つまり、最近のアルミニウム合金製のエンジン部材においては、剛性が低く傷が付き易いため、このシールラインの部分に傷が発生し、この傷によりシール性能が劣化して、適正なシール性能を得ることができなくなるという問題があるが、この問題の対策となる。さらに、ハーフビード11,21のシール機能も加わるので、よりシール性能が向上する。
In addition, the
図3に示す本発明の第2の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1Aは、3枚の金属構成板10,20,50と、断面が外周側に凸となるU字形状のリング30とからなる。この第2の実施の形態では、第1の実施の形態において第1金属構成板10と第2金属構成板20の間に、第3の金属構成板50が挟持される。この構成以外は図1の第1の実施の形態と同じである。
A
この第3の金属構成板50を配設すると、ガスケット1Aの厚み調整が容易となるため、U字形状のリング30と折り返し部12,22の端部12a,22aが配設し易くなる。また、ハーフビード11,21を急傾斜で設けなくてもよくなり、ハーフビード11,21によるシール面圧の調整が容易となる。
When the third
図4に示す本発明の第3の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1Bは、3枚の金属構成板10,20,50と、断面が外周側に凸となるU字形状のリング30とからなる。この第3の実施の形態では、第2の実施の形態のように第2金属構成板20に設けたハーフビード21を設けずに、第2金属構成板20はシリンダボア用穴2の周縁部においては平坦に形成される。そして、第1の金属構成板10のハーフビード11と第2金属構成板20の平坦部との間にU字形状のリング30が配設される。この構成以外は第2の実施の形態と同じである。この第3の実施の形態では、第2の実施の形態よりもハーフビード11が一つとなるので、シールラインの面圧を低くできる。
The
これらの第1〜第3の実施の形態の構造では、燃焼ガスの圧力Pを利用してボア面圧を発生することができるが、比較的幅の広い平坦部でエンジン部材に接触するため、高面圧とはならない。従って、アルミニウム合金製のエンジン部材のボア部分の圧痕を減少できる。そのため、特に、アルミニウム合金製のオープンデッキタイプのガソリンエンジンの場合に適している。 In the structures of the first to third embodiments, the bore surface pressure can be generated using the pressure P of the combustion gas, but because the engine member is in contact with the relatively wide flat portion, It will not be high surface pressure. Therefore, the impression of the bore portion of the engine member made of aluminum alloy can be reduced. Therefore, it is particularly suitable for an open deck type gasoline engine made of aluminum alloy.
図5及び図6に示す本発明の第4、第5の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1C、1Dは、それぞれ第1、第2の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1,1Aにおいて、第1金属構成板10のハーフビード11のシリンダボア用穴2側と、第2金属構成板20のハーフビード21のシリンダボア用穴2側に、フルビード14,24を設けて構成する。このフルビード14,24で、シール面圧の高いシールラインを形成することにより、ディーゼルエンジン等の燃焼ガスの圧力が高いエンジンに適用できるようになる。
The
図7に示す本発明の第6の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1Eは、第3の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1Bにおいて、第1金属構成板10のハーフビード11のシリンダボア用穴2側に、外側に凸となるフルビード14を設けて構成する。このフルビード14で、シール面圧の高いシールラインを形成することにより、ディーゼルエンジン等の燃焼ガスの圧力が高いエンジンに適用できるようになる。
The
図8に示す本発明の第7の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1Fは、第3の実施の形態のシリンダヘッドガスケット1Bにおいて、第2金属構成板20のシリンダボア用穴2側に、外側に凸となるフルビード24を設けて構成する。このフルビード24で、シール面圧の高いシールラインを形成することにより、ディーゼルエンジン等の燃焼ガスの圧力が高いエンジンに適用できるようになる。
The
なお、図5及び図6の実施の形態でも、図7又は図8の実施の形態のように、何方か一方のみに設けて、シール面圧を低下させることもできる。 In the embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the seal surface pressure can be lowered by providing only one of them as in the embodiment shown in FIG. 7 or FIG.
これらのハーフビード11,21やフルビード14,24の構成は、必要とされるシール面圧に応じて適宜選択される。なお、上記では、フルビード14,24を断面形状が円弧形状のビードで説明したが、このビード形状は、本発明では特に限定されず、断面形状が、円弧形状、正弦形状(コサイン)、台形形状、三角形(山形)形状などであってもよい。
The configurations of the
なお、特に図示しないが、U字形状のリング30の内側にワイヤーリング等のシールリングを配設すると、U字形状のリング30の開放側が押圧された場合であっても、シールリングによりU字形状のリング30の開放側が押し潰されるのを防止できる。従って、U字形状のリング30の開放側が押し潰されて、シール対象穴2側で、U字形状のリング30とこのリング30を挟持する金属構成板10,20との間に隙間が生じて燃焼ガスがこの隙間に入るのを回避できる。そのため、よりシール性能を向上できる。
Although not particularly illustrated, if a seal ring such as a wire ring is disposed inside the
1,1A〜1F シリンダヘッドガスケット
2 シリンダボア用穴
3 水穴
10 第1金属構成板
11,13,21,23 ハーフビード
12 折り返し部
12a 折り返し部の端部
14,24 フルビード
20 第2金属構成板
30 U字形状のリング
40 空間部
50 第3金属構成板(副板)
1, 1A to 1F
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