JP2012531567A - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Abstract

本発明に従って構成されるシリンダヘッドガスケットは、組立時にシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に確実な気密／流密封止を提供し、使用中に組立時にガスケットによって提供される接触応力を実質的に失わずに、使用時に封止を維持する。シリンダヘッドガスケットは、環状自由端縁によって境界を付けられる開口部を有する第１の機能層を含む。第１の機能層はフルビードおよびハーフビードを有する。ハーフビードは、フルビードと自由端縁との間にある。ハーフビードは第１の軸方向において平坦部まで延在し、フルビードは第１の軸方向とは反対の第２の軸方向においてピークまで延在する。

Description

関連出願との相互参照
本願は、２００９年６月２４日に出願された米国仮出願連続番号第６１／２１９，９１６号の利益を主張し、この米国仮出願連続番号第６１／２１９，９１６号は、全文が引用によって本明細書に援用される。

発明の背景
１．技術分野
本発明は概して、シリンダヘッドガスケットなどの、互いに締付けられる２つの部材同士の間に気密／流密封止を確立するために用いる種類の静的ガスケットに関する。

２．関連技術
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間などの、互いに締付けられる２つの部材同士の間に気密／流密封止を確立する際、多層ガスケットと称される１つ以上の層を有する静的シリンダヘッドガスケットを用いることが一般的である。一般に、機能層とも称される多層ガスケットの層のうちの少なくとも１層は、流密封止を確立するのを促進するための１つ以上の封止ビードを有する。距離層とも称される別の層は、流密封止を確立するのを促進するために機能層に当接するように構成される。取付けられると、ビード全体に接触応力が典型的に確立され、接触応力は、たとえばシリンダボアなどの、封止される開口部の境界を付ける環状端縁に及ぶ。しかし、当初は確実な封止を提供できるが、時間とともに使用するにつれて、互いに締付けられて封止される表面が損傷を受けて、封止材の気密および／または流密維持能力に悪影響を及ぼし得る。これは、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間のシリンダボア端縁などの、封止される周囲端縁で特に問題となる。使用時、ガスケットは、ピストンの各フルストロークの間中、封止される周囲端縁において周期的な応力サイクルを受ける。周期的な応力によって、たとえばシリンダヘッドとシリンダブロックとの間などで、ガスケット材料が、封止されるそれぞれの表面に接触して相対的に動く。ガスケット材料が合わせ面に接触して動くことによって、腐食などによって上述の表面損傷が発生する。したがって、締付け面全体にわたって確実な封止を維持する封止アセンブリの能力は、典型的に時間とともに減少する。

発明の要約
本発明に従って構成されるシリンダヘッドガスケットは、組立時に確実な気密／流密封止を提供し、使用中にシリンダヘッドとシリンダブロットとの間に組立時に確立された接触応力を失わずに、または実質的に失わずに、使用時に確実な封止を維持する。本発明の１つの局面によると、シリンダヘッドガスケットは、距離層および機能層を含む。距離層および機能層は、中心軸の周りに延在する環状自由端縁を有し、環状自由端縁は、封止される開口部と実質的に同一平面上に一致するように構成される。機能層は、自由端縁から径方向外向きのフルビード、およびフルビードと自由端縁との間のハーフビードを有する。ハーフビードは、第１の軸方向において、ストッパ層と軸方向に並び、かつストッパ層から軸方向外向きに平坦部まで延在し、フルビードは、第１の方向とは反対の第２の軸方向に延在する。

本発明の別の局面によると、シリンダヘッドガスケットは距離層を含み、１対の機能層が距離層の両側にあり、距離層と少なくとも一方の機能層との間にストッパ層が位置決めされる。距離層、機能層およびストッパ層の各々は、中心軸の周りに延在する環状自由端縁によって境界を付けられる開口部を有し、中心軸および環状自由端縁は互いに軸方向に並んでいる。少なくとも一方の機能層が、自由端縁から径方向外向きのフルビード、およびフルビードと自由端縁との間のハーフビードを有する。ハーフビードはストッパ層の上にあり、ストッパ層に圧縮当接するように構成される。ハーフビードは、弛緩した非圧縮状態では、ストッパ層から軸方向外向きに、ストッパ層から軸方向に間隔を空けられた平坦部まで延在するので、使用時の環状自由端縁における接触応力は実質的に無視できるものであり、使用時に環状自由端縁から径方向外向きに形成される接触応力が増大する。

本発明のさらに別の局面によると、距離層の両側の両機能層が、互いに鏡映関係に構成されたハーフビードを有し、ハーフビードは、非圧縮状態では、軸方向に互いに離れて環状自由端縁まで延在する。

本発明のさらに別の局面によると、ガスケットアセンブリは、中心軸の周りに延在する環状自由端縁によって境界を付けられる開口部を各々が有する、１対の機能層を含み、軸および環状自由端縁は互いに軸方向に並んでいる。機能層の各々は、互いに当接するように構成されたフルビードを有する。少なくとも一方の機能層が、他方の機能層から間隔を空けられた関係で、自身の自由端縁まで軸方向外向きに延在するハーフビードを有する。

本発明のさらに別の局面によると、ガスケットアセンブリは、実質的な平面部と、中心軸の周りに延在する環状自由端縁によって境界を付けられる開口部とを有する機能層を含む。機能層は、第１の軸方向において平面部から軸方向外向きに延在してシリンダブロックに当接するフルビード、および第１の軸方向とは反対の第２の軸方向において平面部から軸方向外向きに延在してシリンダヘッドに当接するハーフビードを有する。

本発明に従って構成されるガスケットアセンブリでは、たとえばシリンダボアなどの、封止される開口部の環状自由端縁における接触応力は無視できるものである。環状自由端縁から径方向外向きに形成される接触応力が増大することによって、気密／流密封止の維持能力が向上する。ガスケットアセンブリ全体にわたって確立されるいずれの接触応力も、使用時に大きく変動することが避けられるため、腐食および摩耗の可能性を最小限に抑えることができる。さらに、本発明に従って構成されるガスケットアセンブリは、シリンダヘッドとシリンダブロックとが互いにさらに距離を空けられている場合でも、ピストンのフルストロークの間、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間の接触応力を維持する。したがって、本発明に従って構成されるガスケットアセンブリは、確実な気密／流密封止を確立および維持するだけでなく、長い耐用寿命を示す。

本発明のこれらおよび他の局面、特徴および利点が、現在の好ましい実施例および最良の態様の以下の詳細な説明、添付の請求項ならびに添付図面と関連して考慮されるとより容易に認識されるであろう。

本発明の１つの局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。 圧縮状態下のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に組立てられた、図１のガスケットアセンブリを示す図である。 図１Ａとは異なる圧縮状態下のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に組立てられた、図１のガスケットアセンブリを示す図である。 本発明の別の局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。 本発明の別の局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。 本発明の別の局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。 本発明の別の局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。 本発明の別の局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。 本発明の別の局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。 本発明の別の局面に従って構成されたガスケットアセンブリの部分断面側面図である。

現在の好ましい実施例の詳細な説明
図面をより詳細に参照して、図１は、本発明の１つの局面に従って構成された、以下ガスケット１０と称するガスケットアセンブリを示す。ガスケット１０は、距離層１２と、少なくとも１つの、ここでは１対として示される第１および第２の機能層１４，１６と、ストッパ層１８とを含む。機能層１４，１６は距離層１２の両側に配置され、ストッパ層１８は、一方の機能層、ここでは上部機能層１４と、距離層１２の上面２０との間に配置される。距離層１２、機能層１４，１６およびストッパ層１８は、シリンダボアと一致するように構成される燃焼室開口部などの、中心軸３２を有する共通の開口部３０の境界を付ける環状自由端縁２２，２４，２６，２８をそれぞれ有する。自由端縁２２，２４，２６，２８は、シリンダヘッド３４とブロック３６との間に圧縮されると、互いに実質的に同一平面上に、軸方向に並ぶ（軸方向とは、本明細書中では軸３２を基準とすることが意図される）ように構成される（図１Ａ、図１Ｂ）。少なくとも１つの、ここでは上部機能層１４として示される機能層が、自由端縁２４まで延在し、かつストッパ層１８の上に軸方向に並んだハーフビード３８を有する。ハーフビード３８は、弛緩した非圧縮状態では、ストッパ層１８から軸方向外向きに延在するように構成される。シリンダヘッド３４とシリンダブロック３６との間の圧縮下で、かつシリンダボア内のピストンのフルストロークの間の、動作条件下での試験中に、機能層１４、ストッパ層１８および距離層１２の自由端縁領域３７（図１Ａおよび図１Ｂ）全体の接触応力は、実質的に０ＭＰａであった。したがって、使用時、腐食によるガスケット１０またはシリンダヘッド３４に対する摩耗はないか、実質的にない。

機能層１４，１６は、たとえばばね鋼などの弾性金属からなり、意図する用途に求められる厚みを有して提供され得る。機能層１２，１４の各々は、平面４２に沿って延在する、全体的に平面の本体部４０を有し、フルビード４４が平面４２から軸方向外向きに延在する。機能層１４，１６のフルビード４４は、距離層１２の両側で互いに鏡映関係に配置され、各フルビード４４は、距離層１２に向かって軸方向内向きに、距離層１２に当接するように構成された頂点またはピーク４６まで延在する。上述のハーフビード３８は、ハーフビード３８がフルビード４４と開口部３０との間に配置されるように、フルビード４４の径方向内向きに形成される。ハーフビード３８は、平面４２から径方向に、かつ軸方向外向きに、機能層１４の対応するフルビード４４と反対側の方向に延在する傾斜部４８を有する。したがって、傾斜部４８は、距離層１２から所定の軸方向距離ＡＤだけ軸方向に離れるように延在する軸方向成分と、予め定められた径方向距離ＲＤにわたって径方向に延在する径方向成分とを有する。軸方向および径方向の距離ＡＤ，ＲＤは用途ごとに異なり得、所望に応じて開口部３０の周囲の周りに環状に異なり得る。したがって、距離ＡＤ，ＲＤは一定であってもよいし、異なっていてもよいし、所望に応じて一定部分および変化部分を有してもよい。ハーフビード３８は、傾斜部４８から自由端縁２４まで延在する平坦部４９を有する。平坦部４９は、距離層１２と反対の方向を向き、かつ平面４２と全体的に平行に延在してシリンダヘッド３４と流密封止当接する、上部平面５０を有する。傾斜部および平坦部４８，４９を含むハーフビード３８は、全体がストッパ層１８の上にあるように構成される。シリンダヘッド３４とエンジンブロック３６との間に圧縮されると、フルビード４４もハーフビード３８も完全には平坦化状態に圧縮されない。したがって、フルビード４４およびハーフビード３８の両方とも弾性的に付勢され続け、高い封止圧力を確立する能力を保つので、使用時、かつピストンの完全なサイクルの間中、気密／流密封止を維持する。

距離層１６は、たとえば冷延鋼板またはステンレス鋼などの、比較的剛性の金属材料から構成され得る。距離層１６は、全体的に平坦な平面体を有して構成されてもよいし、ここに示されるように、平面体部５２と、平面部５２から軸方向にずれた段差部５４とを有して形成されてもよく、段差部５４は自由端縁２２まで延在する。平面部５２から軸方向にずれた段差部５４は、内部に部分的にストッパ層１８を受けるようにサイズ決めされた軸方向凹型面５６を提供し、ストッパ層１８は、隣接した非凹型の平面部５２の上方に部分的に軸方向外向きに延在する。したがって、凹型面５６の深さ（ｄ）はストッパ層１８の厚み（ｔ）よりも小さい。また、段差部５４は、凹型面５６の反対側に軸方向隆起面５８を提供する。なお、距離層１２は他の方法で構成されてもよく、好適な材料からなる純粋に平坦な平面部品を使用してもよいことを認識すべきである。

組立時、シリンダヘッド３４がエンジンブロック３６に締付けられると、フルビード４６が部分的に平坦化されて平面部５２と圧縮当接し、気密／流密封止を確立する。フルビード４６が完全に平坦化されるのを防止するため、機能層１４上のハーフビード３８がストッパ層１８と部分的に圧縮当接する。ストッパ層１８が平面部５２よりも若干高いため、ハーフビード３８およびフルビード４４は完全には平坦化されない。同様に、距離層１２の反対側では、隆起面５８によって、組立時、および使用時の荷重下で、隆起面５８に隣接するフルビード４４が完全には平坦化されない。したがって、組立時にフルビード４４同士の間に気密／流密封止が形成され、使用時に距離層１２が維持される一方で、開口部２２，２４，２６に直接隣接した応力は実質的に０ＭＰａであるため、腐食の可能性を最小限に抑えることができる。

図２に、本発明の別の局面に従って構成されたガスケット１１０が示され、１００番台になった同一の参照番号を用いて、上記と同様の特徴を示す。ガスケット１１０は、距離層１１２と、１対の機能層１１４，１１６と、ストッパ層１１８とを含む。ガスケット１１０の全体構成はガスケット１０に関連して説明したものと同一であるが、ハーフビード１３８は、フルビード１４４から延在する、制御半径移行部を有して構成される。１つの制御半径が全体的に６０で表わされており、ハーフビード１３８のフルビード１４４から傾斜部１４８への移行領域として機能する。別の制御半径が全体的に６２で表わされており、ハーフビード１３８の傾斜部１４８とハーフビード１３８の平坦部１４９との間の移行領域として機能する。制御半径６０，６２は、滑らかな応力勾配を提供するように、かつ、ストッパ層１１８および上に横たわるシリンダヘッド（図示せず）に接するハーフビード１３８全体の接触応力を低減するように機能するため、ガスケット１１０の封止機能をさらに向上させることができる。

図３に、本発明の別の局面に従って構成されたガスケット２１０が示され、２００番台になった同一の参照番号を用いて、上記と同様の特徴を示す。ガスケット２１０は、距離層２１２と、１対の機能層２１４，２１６と、ストッパ層２１８とを含む。ガスケット２１０の全体構成はガスケット１０に関連して説明したものと同一であるが、機能層２１６は、機能層２１４上のハーフビード２３８に加えて、ハーフビード２３８′を有する。ハーフビード２３８，２３８′は互いに対称的な鏡映関係に構成されているため、それぞれの傾斜部２４８，２４８′によって軸方向に互いに離れるように反れる。したがって、隆起ストッパ層２３８に接して軸方向に圧縮されるハーフビード２３８に加えて、ハーフビード２３８′が、距離層２１２の隆起面２５８に接して軸方向に圧縮される。したがって、ガスケット２１０によって確立および維持される気密／流密封止は、それぞれのフルビード２４４と組合されて作用する１対のハーフビード２３８，２３８′によってさらに向上する。その他の点では、ガスケット２１０はガスケット１０に関連して説明したものと同一である。

図４に、本発明の別の局面に従って構成されたガスケット３１０が示され、３００番台になった同一の参照番号を用いて、上記と同様の特徴を示す。ガスケット３１０は、距離層３１２と、１対の機能層３１４，３１６と、ストッパ層３１８とを含む。ガスケットアセンブリの全体的な構成はガスケット１０に関連して上記で説明したものと概して同一であるが、機能層３１４，３１６の向きが逆になっている。したがって、下部機能層３１６はハーフビード３３８を有するが、上部機能層は有していない。下部機能層３１６のハーフビード３３８は上記と同様に形成されているため、ストッパ層３１８と軸方向に並んで配置されるが、ハーフビード３３８は、距離層３１２の隆起面３５８と軸方向に並んで、距離層３１２のストッパ層３１８とは反対側にある。

図５に、本発明の別の局面に従って構成されたガスケット４１０が示され、４００番台になった同一の参照番号を用いて、上記と同様の特徴を示す。ガスケット４１０は、１対の機能層４１４，４１６およびストッパ層４１８を含むが、距離層を含まない。含まれるガスケットアセンブリ構成部品の全体構成はガスケット１０に関連して上記で説明したものと同一であるため、上部機能層４１４は環状自由端縁４２４から延在するハーフビード４３８を有し、両機能層４１４，４１６は互いに対称的な鏡映関係に形成されたフルビード４４４を有し、フルビード４４４のピーク４４６は互いに当接するように配置されている。ストッパ層４１８は機能層４１４と４１６との間に挟まれており、下部機能層４１６の自由端縁４２６に直接隣接し、自由端縁４２６と同一平面上または実質的に同一平面上に、下部機能層４１６の平面部に置かれて示される。ストッパ層４１８は、たとえば接着継手または溶接継手などによって、機能層４１６の平面部に固定され得る。したがって、距離層を有していないこと以外は、ガスケット４１０の構成は上述のガスケット１０と同一である。

図６に、本発明の別の局面に従って構成されたガスケット５１０が示され、５００番台になった同一の参照番号を用いて、上記と同様の特徴を示す。ガスケット５１０は、図３のガスケット２１０に関連して上記で説明したものと概して同一に構成された１対の機能層５１４，５１６を含む。しかし、ガスケット５１０は、距離層もストッパ層も含まない。機能層５１４，５１６の各々は、互いに対称的な鏡映関係に構成され、かつ自由端縁５２４，５２６まで延在するハーフビード５３８，５３８′を有する。ハーフビード５３８，５３８′は、それぞれの傾斜部５４８，５４８′によって軸方向に互いに離れるように反れる。また、機能層５１４，５１６の各々は、互いに鏡映関係に配置されたフルビード５４４を有し、各フルビード５４４は、軸方向に互いに向かって頂点またはピーク５４６まで延在する。したがって、ピーク５４６は互いに係合するが、ハーフビード５３８，５３８′は、使用時に少なくとも若干互いに軸方向に間隔を空け続けられる。ハーフビード５３８，５３８′は、上述のすべてのハーフビードと同様に、使用時、それぞれのシリンダヘッドおよびシリンダブロックと接触し続ける。したがって、シリンダヘッドおよびシリンダブロックが、使用時に最も極端な燃焼力下で互いに離れるように付勢されている場合でも、流密／気密封止が維持される。

図７に、本発明の別の局面に従って構成されたガスケット６１０が示され、６００番台になった同一の参照番号を用いて、上記と同様の特徴を示す。ガスケット６１０は、環状自由端縁６２４まで延在するハーフビード６３８を有する単一の機能層６１４を有する。ハーフビード６３８は、傾斜部６４８によって、シリンダヘッド（図示せず）に向かう一方向において、平面本体部６４０から平坦部６４９まで軸方向外向きに反れる。また、機能層６１４は、ハーフビード６３８から径方向内向きにフルビード６４４を有する。フルビード６４４は、シリンダブロック（図示せず）に向かって、ハーフビード６４４から軸方向に離れる方向において頂点またはピーク６４６まで延在する。したがって、ピーク６４６および平坦部６４９は互いに反対の方向を向き、ピーク６４６はシリンダブロックに係合するように構成され、ハーフビード６３８の平坦部６４９はシリンダヘッドに係合するように構成される。

図８に、本発明の別の局面に従って構成されたガスケット７１０が示され、７００番台になった同一の参照番号を用いて、上記と同様の特徴を示す。ガスケット７１０は、距離層７１２と、１対の機能層７１４，７１６と、ストッパ層７１８とを含む。ガスケットアセンブリ２１０と同様に、両機能層７１４，７１６は、互いに鏡映関係に構成されることによって、それぞれの傾斜部７４８，７４８′によって軸方向に互いに離れるように反れる、ハーフビード７３８，７３８′を有する。また、両機能層７１４，７１６はフルビード７４４を有するが、フルビード７４４のピーク７４６は距離層７１２に向かって軸方向内向きではなく、ピーク７４６は軸方向外向きであるため、距離層７１２から離れる向きである。したがって、ピーク７４６は、組立時に圧縮されるとシリンダヘッドおよびシリンダブロックに係合されるように構成される。さらに、ストッパ層７１８は、上述の実施例と同様に、ハーフビード７３８，７３８′の下方で径方向外向きにシリンダボアから延在し、かつフルビード７４４の前で終端する全体的に平坦な材料片ではなく、シリンダボアと全体的に同一平面上の自身の自由端縁７２８から、径方向外向きに、機能層７１４，７１６のフルビード７４４を完全に越えて延在する。また、ストッパ層７１８は、ストッパ領域として機能する、エンボス加工されるか他の方法で形成される波形区分６４を有し、波形区分６４は、自由端縁７２８に隣接して、ハーフビード７３８，７３８′全体にわたって径方向外向きに延在し、フルビード７４４の前で終端する。

明らかに、上記の教示内容に鑑みて本発明の多くの修正および変形が可能である。したがって、添付の請求項の範囲内で、本発明は具体的に説明したのとは別の方法で実施可能であることを理解すべきである。

Claims (13)

1. ガスケットであって、
   環状自由端縁によって境界を付けられる開口部を有する第１の機能層を備え、前記第１の機能層はフルビードおよびハーフビードを有し、前記ハーフビードは前記フルビードと前記自由端縁との間にあり、前記ガスケットはさらに、
   前記第１の機能層の前記開口部と実質的に同一平面上に並んでいる開口部を有する距離層を備え、前記ハーフビードが、前記距離層の少なくとも一部と軸方向に並び、かつ前記一部の上にあり、前記ハーフビードは、非圧縮状態では、前記距離層から離れる第１の軸方向において平坦部まで延在し、前記フルビードは、前記第１の方向とは反対の第２の軸方向に延在する、ガスケット。
2. 前記距離層と前記機能層との間に配置されたストッパ層をさらに備え、前記ハーフビードは前記ストッパ層に当接するように構成される、請求項１に記載のガスケット。
3. 前記第１の機能層の前記開口部と実質的に同一平面上に並んでいる開口部を有する第２の機能層をさらに備え、前記第２の機能層は、前記第１の機能層の前記フルビードと鏡映関係に構成されたフルビードを有する、請求項２に記載のガスケット。
4. 前記第２の機能層は、前記第１の機能層の前記ハーフビードと鏡映関係に構成されたハーフビードを有する、請求項３に記載のガスケット。
5. 前記距離層は、前記第１の機能層と前記第２の機能層との間に挟まれている、請求項４に記載のガスケット。
6. 前記距離層は、前記距離層の前記開口部に隣接した凹型の深さを有する凹型面を提供する環状段差部を有し、前記ストッパ層は、前記凹型面と当接して配置され、前記凹型の深さよりも大きい厚みを有する、請求項２に記載のガスケット。
7. ガスケットであって、
   環状自由端縁によって境界を付けられる開口部を有し、かつフルビードおよびハーフビードを有する第１の機能層を備え、前記ハーフビードは前記フルビードと前記自由端縁との間にあり、前記ハーフビードは第１の軸方向において平坦部まで延在し、前記フルビードは前記第１の軸方向とは反対の第２の軸方向においてピークまで延在し、前記ピークおよび前記平坦部は互いに反対の方向を向いている、ガスケット。
8. 第２の機能層をさらに備え、前記第２の機能層は、環状自由端縁によって境界を付けられ、かつ前記第１の機能層の前記開口部と実質的に同一平面上に並んでいる開口部を有し、前記第２の機能層は、前記第１の機能層の前記フルビードと鏡映関係に構成されたフルビードを有する、請求項７に記載のガスケット。
9. 前記第１および第２の機能層の前記フルビードは互いに当接する、請求項８に記載のガスケット。
10. 前記自由端縁と前記フルビードとの間に配置されたストッパ層をさらに備える、請求項９に記載のガスケット。
11. 前記第２の機能層は、前記第１の機能層の前記ハーフビードと鏡映関係に構成されたハーフビードを有する、請求項９に記載のガスケット。
12. 前記第１の機能層と前記第２の機能層との間に挟まれた距離層をさらに備える、請求項８に記載のガスケット。
13. 前記距離層は、前記距離層の前記開口部に隣接した凹型の深さを有する凹型面を提供する環状段差部を有し、
    前記凹型面と軸方向に並んで配置され、かつ前記凹型の深さよりも大きい厚みを有するストッパ層をさらに備える、請求項１２に記載のガスケット。

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