JP2014047900A

JP2014047900A - 金属ガスケット

Info

Publication number: JP2014047900A
Application number: JP2012194113A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Hirayama; 信一平山; Ryosuke Muraoka; 良介村岡; Shinichi Tokuda; 信一徳田
Original assignee: Nippon Leakless Corp
Current assignee: Nippon Leakless Corp
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-17
Anticipated expiration: 2032-09-04
Also published as: JP6010402B2

Abstract

【課題】安価で生産効率の高い金属ガスケットを提供する。
【解決手段】ミクロシール材５をコーティングした２枚の金属基板２、３と段差調整板４とを備える金属ガスケット１において、シリンダーヘッドＣＨ側の基板３は、シリンダーヘッドＣＨの冷却水ジャケットＨＷの開口幅に対し同一或いは広い開口幅となる冷却水孔８を有し、シリンダーブロックＣＢ側の基板２は、冷却水孔８よりも小さい開口面積となる冷却水流量調整孔９を備え、段差調整板４は、その外周縁１５が冷却水ジャケットＢＷの外周縁ＢＷｂ及び冷却水ジャケットＨＷの外周縁ＨＷｂのうち外側に位置する外周縁よりも内側に位置し、かつ冷却水流量調整孔９の開口面積と同一或いは僅かに大きい開口面積となる段差調整板水孔１４を備えることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関を構成するシリンダーブロックとシリンダーヘッドとの接合面に装着して、燃焼ガス、冷却水、潤滑油等の流体のリークを防止する金属ガスケットに関し、特に、外表面にラバー等からなるミクロシール材をコーティングした金属ガスケットに関するものである。

従来、金属にて形成されるシリンダーブロックとシリンダーヘッドとの接合面に装着される金属ガスケットにおいては、金属同士の直接的な接触を避けるために、また接合面に対するシール性を高めるために、その外表面にラバー等からなるミクロシール材をコーティングすることが一般的である。

また近年、エンジンの高出力化に伴い燃焼ガスも高圧化していることから、ガスケットのシール性能もより高いものが要望されている。このため、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとを締付けボルトで締付けた際に、シリンダーブロックのシリンダーボアを囲繞するように設けた金属基板のビードの締付圧を上昇させるべく、ビードを備える２枚の金属基板の間に金属製の段差調整板を挟み込んだ、３層構造となる金属ガスケットを用いることが増えている。そして、上記のコーティング技術を用いるため、このような３層構造となる金属ガスケットにおいては、例えば各金属基板の両面に接着剤を塗布しておき、さらにその上にラバー等からなるミクロシール材を塗布するようにしている。

ところで、シリンダーブロック及びシリンダーヘッドにはそれぞれ、内燃機関作動時にこれらを冷やすための冷却水ジャケットが形成され、また、金属ガスケットには、冷却水ジャケットに対応する冷却水孔が設けられていて、冷却水ジャケット内は冷却水で満たされた状態となっている。そして、シリンダーブロックに設けたウォータポンプを作動させると、シリンダーブロックの冷却水ジャケット内の冷却水は、金属ガスケットの冷却水孔を介してシリンダーヘッドの冷却水ジャケットに高速で送り込まれる。

このような状況下でミクロシール材をコーティングした部分が冷却水に長時間曝されると、そのミクロシール材が剥離することがあり、それが冷却水とともに循環する結果、サーモスタットやラジエータ等に付着してオーバーヒート等のエンジントラブルを引き起こすおそれがある。

このような問題点を解決する金属ガスケットとしては、例えば特許文献１に記載のように、冷却水口を包含する帯域のコーティング層を、例えば超高圧水を噴射して予め剥離しておく技術が知られている。

特開昭６４−７３１５６号公報

ところで、ミクロシール材を剥離する工程は、生産効率及びコストの点からできるだけ少ない方が好ましいものの、上記のような３層構造となる金属ガスケットにおいては、各金属基板の両面をコーティングしていることから、ミクロシール材が剥離するおそれを完全に取り除くには、合計４面分のミクロシール材を剥離する必要が生じている。このため、ミクロシール材が冷却水に曝されて剥離してしまうおそれは確実に取り除きつつ、ミクロシール材を予め取り除いておく部位は最小限に抑えることができる新規の金属ガスケットが求められていた。

本発明は、上記課題を解決して生産効率を向上させてコストを抑えることができる金属ガスケットを提供することを目的とするものである。

本発明は、それぞれの外表面にミクロシール材をコーティングした２枚の金属基板と、これらの金属基板に挟み込まれる段差調整板とを備え、シリンダーボアの周囲に冷却水ジャケットが形成されたシリンダーブロックと該冷却水ジャケットに対応する冷却水ジャケットを備えるシリンダーヘッドとの間に装着される、シリンダーヘッド用金属ガスケットにおいて、
シリンダーヘッド側の前記基板は、シリンダーヘッドの冷却水ジャケットの開口幅に対し同一或いは広い開口幅となる冷却水孔を有し、
シリンダーブロック側の前記基板は、前記冷却水孔よりも小さい開口面積となる冷却水流量調整孔を備えるとともに、シリンダーブロックと接触する当接面に、前記ミクロシール材がコーティングされていない領域がシリンダーブロックの冷却水ジャケットに対して同一或いは広く形成された非コーティング領域を備え、
前記段差調整板は、前記冷却水流量調整孔を覆うとともに、その外周縁が前記シリンダーブロックの冷却水ジャケットの外周縁及び前記シリンダーヘッドの冷却水ジャケットの外周縁のうち外側に位置する外周縁よりも内側に位置し、かつ前記冷却水流量調整孔の開口面積と同一或いは僅かに大きい開口面積となる段差調整板水孔を備えることを特徴とするシリンダーヘッド用金属ガスケットである。

以下、上記構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。発明者は先ず、シリンダーブロックＣＢ側の金属基板５１とシリンダーヘッドＣＨ側の金属基板５２との間に金属製の段差調整板５３を挟み込んだ、図８〜図９に示すような３層構造となる金属ガスケット５０を用いて検討を行った。金属基板５１及び金属基板５２のそれぞれの両面には、ミクロシール材５４をコーティングしている。また、金属基板５１、５２には、シリンダーブロックＣＢのシリンダーボアから高圧の燃焼ガスがリークすることを防止するフルビード５５と、冷却水や潤滑油等の流体のリークを防止するハーフビード５６を設けている。

ここで、段差調整板５３の大きさは、ビード全体が安定して挟み込まれる幅が確保されれば上記の目的を達成でき、また材料コストを低減するにはできるだけ小さい方が好ましいことから、図９に示すようにその外周縁５３ａの位置は、シリンダーボアＢを囲繞するシリンダーブロックＣＢとシリンダーヘッドＣＨとの接合面を全て覆う位置、すなわち、シリンダーヘッドＣＨの冷却水ジャケットＨＷの内周縁ＨＷａと略同じ位置としている。また、必要となる冷却水の流量を簡単に調整できるようにするため、シリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨに設ける冷却水ジャケットＢＷ、ＨＷの開口面積は、必要となる冷却水の流量が得られる面積よりも大きめに形成しておき、２枚の金属基板５１、５２のうち、シリンダーヘッドＣＨ側の金属基板５２の冷却水孔５７は、その開口幅を広げて、シリンダーヘッドＣＨの冷却水ジャケットＨＷの開口幅と同程度となるようにし、シリンダーブロックＣＢ側の金属基板５１については、金属基板５２の冷却水孔５７よりも小さい開口面積となる冷却水流量調整孔５８を設けている。なお、金属基板５１に設ける冷却水用の孔の一部は、図９に示すように冷却水孔５７と同じ大きさの開口面積となる冷却水孔５９として設けている。

このように構成することで、冷却水流量調整孔５８のみの大きさを変えれば冷却水の流量を調整することができ、また、冷却水孔５７を設けた金属基板５２の外表面は冷却水に曝されないので、予めミクロシール材５４を取り除いておく部位は、シリンダーブロックＣＢ側の金属基板５１のみとすることができる。さらに発明者は、シリンダーブロックＣＢ側の金属基板５１についてもミクロシール材５４を取り除いておく部位を減らすべく、冷却水の流れの上流側となる、金属基板５１がシリンダーブロックＣＢと接触する面５１ａのみミクロシール材５４を剥離して非コーティング領域６０を形成し、上流側からの直接的な高速水流に曝されないシリンダーヘッドＣＨ側の面５１ｂについてはミクロシール材５４を残したままとした。

このような構成となる金属ガスケット５０にて検討を重ねたところ、燃焼ガス、冷却水、潤滑油等のシール性には問題がなかったものの、金属基板５１におけるシリンダーヘッドＣＨ側の面５１ｂに残しておいたミクロシール材５４が、面５１ｂから浮き上がって膨れたり剥離したりする現象が認められることがあった。また、段差調整板５３の一部が、図１０に破線で示すように、半径方向の内側や外側に変形することがあった。

そこで発明者は、金属基板５１におけるシリンダーヘッドＣＨ側の面５１ｂのミクロシール材５４が冷却水に直接曝されないようにし、併せて段差調整板５３の変形を防止するために剛性を高めるには、段差調整板５３の幅を広げてミクロシール材５４をカバーすることが有効であるとの考察に基づき、さらに検討を重ねて本発明を完成するに至ったのである。

本発明の金属ガスケットにあっては、シリンダーヘッド側の基板は、シリンダーヘッドの冷却水ジャケットの開口幅に対し同一或いは広い開口幅となる冷却水孔を有しているので、冷却水に直接曝されるおそれがないことから、シリンダーヘッド側の基板は、ミクロシール材を取り除いておく必要がない。また、シリンダーブロック側の基板は、冷却水孔よりも小さい開口面積となる冷却水流量調整孔を備えるものとし、また段差調整板は、冷却水流量調整孔を覆うとともに、その外周縁がシリンダーブロックの冷却水ジャケットの外周縁及びシリンダーヘッドの冷却水ジャケットの外周縁のうち外側に位置する外周縁よりも内側に位置し、かつ冷却水流量調整孔の開口面積と同一或いは僅かに大きい開口面積となる段差調整板水孔を備えるようにしているので、冷却水の流量は、冷却水流量調整孔及び段差調整板水孔のみの大きさを変えるだけで済み、さらに、シリンダーブロック側の基板において、シリンダーヘッド側の面は段差調整板で覆われているので、この面のミクロシール材が直接冷却水に曝されることがない。従って、予めミクロシール材を取り除いておく部位は、シリンダーブロック側の基板におけるシリンダーブロック側の面のみで済ませることが可能となる。また同時に、段差調整板の幅を増やした結果、段差調整板の剛性が高まって、使用中に生じることがあった段差調整板の変形を防止することが可能となる。

本発明にしたがう金属ガスケットの平面図である。図１に示す金属ガスケットをシリンダーブロック及びシリンダーヘッドの間に取り付けた状態を示す、図１中のＡ−Ａに沿う断面図である。図１に示す金属ガスケットをシリンダーブロック及びシリンダーヘッドの間に取り付けた状態を示す、図１中のＢ−Ｂに沿う断面図である。本発明に伴うエンジンのシリンダーブロックの平面図である。図１に示す金属ガスケットを構成する、シリンダーブロック側に位置する金属基板の平面図である。図１に示す金属ガスケットを構成する、シリンダーヘッド側に位置する金属基板の平面図である。図１に示す金属ガスケットを構成する、段差調整板の平面図である。本発明の完成に至る前段階で検討に用いた金属ガスケットの平面図である。図８中のＣ−Ｃに沿う断面図である。図８に示す金属ガスケットを構成する、段差調整板の平面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１に示す金属ガスケット１は、図２、図３に示すように、シリンダーブロックＣＢ側の金属基板２とシリンダーヘッドＣＨ側の金属基板３との間に金属製の段差調整板４を挟み込んだ、３層構造となる金属ガスケットである。金属基板２及び金属基板３のそれぞれの両面には、ミクロシール材５をコーティングしている。本実施形態においては、金属基板２、３の表面に塗布した接着剤の上に、ラバー等からなるミクロシール材５を塗布している。なお、図３に示すように金属基板２において、シリンダーブロックＣＢと接触する当接面２ａには、ミクロシール材５がコーティングされていない非コーティング領域５ａを設けている。また、非コーティング領域５ａを設けるに当たっては、金属基板２の全面にミクロシール材５をコーティングした後に必要な部分を剥がすようにしても、また、非コーティング領域５ａを設ける部位に予めマスキングをしておき、最初から非コーティング領域５ａにミクロシール材５がコーティングされないようにしてもよい。

シリンダーブロックＣＢには、図４に示すように複数個のシリンダーボアＢが設けられていて、シリンダーボアＢの外側には、これらのシリンダーボアＢを一括りで囲繞するように形成した冷却水ジャケットＢＷが設けられている。さらにシリンダーヘッドＣＨには、図３に示すように、冷却水ジャケットＢＷに対応する冷却水ジャケットＨＷ（後述する冷却水孔８を設ける位置に孔状に形成している）を設けている。また、冷却水ジャケットＨＷ及び冷却水ジャケットＢＷの開口形状は、必要となる冷却水の流量が得られる面積よりも大きくなるように形成されていて、さらに本実施形態においては、冷却水ジャケットＢＷの開口幅（冷却水ジャケットＢＷの内周縁ＢＷａから外周縁ＢＷｂまでの幅）に対して冷却水ジャケットＨＷの開口幅（冷却水ジャケットＨＷの内周縁ＨＷａから外周縁ＨＷｂまでの幅）が狭くなるように形成されている。なお、内燃機関によっては、冷却水ジャケットＢＷの開口幅に対して冷却水ジャケットＢＷの開口幅が広くなるように形成することや、これらを同一の開口幅とすることもある。また、上述した非コーティング領域５ａは、これに対面する冷却水ジャケットＢＷに対して同一或いは広くなるように形成されている。

そして、図５、図６に示すように金属基板２、３には、シリンダーブロックＣＢのシリンダーボアＢに対応して形成された少なくとも１個（ここでは３個）のシリンダー孔６、７が形成されている。また、金属基板２、３は、冷却水ジャケットＢＷ、ＨＷに対応する位置に形成され、上流側の冷却水ジャケットＢＷから下流側の冷却水ジャケットＨＷに冷却水を通す孔を備えている。本実施形態においては、図３に示すように、シリンダーヘッドＣＨ側の金属基板３には、冷却水ジャケットＨＷの開口幅と同一或いは広い開口幅となる冷却水孔８が形成されている。また、シリンダーブロックＣＢ側の金属基板２には、冷却水孔８の開口面積よりも小さい冷却水流量調整孔９を設けている。なお、金属基板２に設ける冷却水用の孔は、全て冷却水孔８よりも小さくする必要はなく、図５に示すようにその一部は、冷却水孔８と同じ大きさの開口面積をもつ冷却水孔１０として設けてもよい。また、金属基板２、３には、シリンダー孔６、７を囲繞してシリンダーボアＢから高圧の燃焼ガスがリークすることを防止する断面山形形状のフルビード１１と、冷却水ジャケットＨＷを囲繞して冷却水のリークを防止するハーフビード１２とを設けている。また、潤滑油を流通させる孔の周囲にもハーフビード１２を設けている。

また、図７に示すように段差調整板４は、シリンダーボアＢに対応して形成されたシリンダー孔１３を備えている（本実施形態では３個）。さらに段差調整板４は、冷却水流量調整孔９に対応する位置に、冷却水流量調整孔９の開口面積と同一或いは僅かに大きい開口面積となる段差調整板水孔１４を備えている。ところで、ミクロシール材を保護する観点からは、段差調整板水孔１４の開口面積を冷却水流量調整孔９の開口面積よりも小さくすることが好ましいが、この場合、段差調整板水孔１４は薄いため、冷却水の流れによっては冷却水流量調整孔９からはみ出した段差調整板水孔１４が変形するおそれがあることから、ここでは冷却水流量調整孔９の開口面積よりも段差調整板水孔１４の開口面積を僅かに大きくしている。なお、これらの大きさの差は小さく、冷却水流量調整孔９の周囲のミクロシール材が露出するとしても僅かであるので、ミクロシール材の剥離は有効に防止される。また、本実施形態において段差調整板４の外周縁１５は、図３に示すように、シリンダーヘッドＣＨの冷却水ジャケットＨＷの外周縁ＨＷｂよりも外側であって、シリンダーブロックＣＢの冷却水ジャケットＢＷの外周縁ＢＷｂよりも内側に位置するように設定されている。すなわち、段差調整板４は、金属基板２のシリンダーヘッドＣＨ側の面における冷却水ジャケットＨＷと対面する部位を覆い隠すので、この部位のミクロシール材５は冷却水に直接曝されることがない。また、段差調整板４は、冷却水ジャケットＢＷ、ＨＷの外側に位置する接合面に挟み込まれないので、段差調整板４が有するシリンダーボアＢを囲繞するフルビード１１の締付圧を上昇させる機能が阻害されることはない。なお、冷却水ジャケットＢＷ、ＨＷが同一の開口幅となる場合には、段差調整板４が冷却水ジャケットＢＷ、ＨＷの接合面に挟み込まれないようにするために、段差調整板４の外周縁１５は、外周縁ＨＷｂ及び外周縁ＢＷｂの何れからも僅かに内側に位置するように設定されている。

金属基板２、３及び段差調整板４は、例えば特許第４７８３６０６号に記載のような剪断押し出し結合にて、図２に示すように３枚重ね合わせた状態で結合される（結合部１６）。なお、３枚を結合するに当たっては、剪断押し出し結合に限定されるものではなく、リベット、ハトメ、スポット溶接等、既知の種々の方法を用いることができる。なお、結合部は周囲の部位に対して板圧方向に凸となるので、ガスケットを締付けたときにシリンダーブロックとシリンダーヘッドとの間に隙間ができて燃焼ガスや各種液体がリークする要因となる。このため、本実施形態においては結合部１６を、図２に示すように冷却水ジャケットＢＷ内に設けている。

このような構成となる金属ガスケット１をシリンダーブロックＣＢ及びシリンダーヘッドＣＨ間に装着して実機テストにて検討したところ、燃焼ガス、冷却水、潤滑油等のシール性に問題はなく、また、段差調整板４にて覆われた、金属基板２のシリンダーヘッドＣＨ側の面におけるミクロシール材５の膨れや剥離も認められなかった。また、段差調整板４の変形も認められなかった。従って本発明によれば、金属基板２、３における非コーティング領域５ａは、各金属基板２、３の表裏面（合計４面）のうち、１面のみで済ませることが可能となり、また段差調整板４の変形を防止することが可能となる。

本発明によれば、金属ガスケットにコーティングしたミクロシール材が冷却水に曝されて剥離してしまうおそれはないままで、これを予め取り除いておく部位は最小限に留めることができる、安価で生産効率の高い金属ガスケットを提供することが可能となった。

１金属ガスケット
２金属基板
３金属基板
４段差調整板
５ミクロシール材
５ａ非コーティング領域
６、７シリンダー孔
８冷却水孔
９冷却水流量調整孔
１０冷却水孔
１１フルビード
１２ハーフビード
１３シリンダー孔
１４段差調整板水孔
１５外周縁
１６結合部
ＣＢシリンダーブロック
ＣＨシリンダーヘッド
ＢＷ冷却水ジャケット
ＨＷ冷却水ジャケット

Claims

それぞれの外表面にミクロシール材をコーティングした２枚の金属基板と、これらの金属基板に挟み込まれる段差調整板とを備え、シリンダーボアの周囲に冷却水ジャケットが形成されたシリンダーブロックと該冷却水ジャケットに対応する冷却水ジャケットを備えるシリンダーヘッドとの間に装着される、シリンダーヘッド用金属ガスケットにおいて、
シリンダーヘッド側の前記基板は、シリンダーヘッドの冷却水ジャケットの開口幅に対し同一或いは広い開口幅となる冷却水孔を有し、
シリンダーブロック側の前記基板は、前記冷却水孔よりも小さい開口面積となる冷却水流量調整孔を備えるとともに、シリンダーブロックと接触する当接面に、前記ミクロシール材がコーティングされていない領域がシリンダーブロックの冷却水ジャケットに対して同一或いは広く形成された非コーティング領域を備え、
前記段差調整板は、前記冷却水流量調整孔を覆うとともに、その外周縁が前記シリンダーブロックの冷却水ジャケットの外周縁及び前記シリンダーヘッドの冷却水ジャケットの外周縁のうち外側に位置する外周縁よりも内側に位置し、かつ前記冷却水流量調整孔の開口面積と同一或いは僅かに大きい開口面積となる段差調整板水孔を備えることを特徴とするシリンダーヘッド用金属ガスケット。