JP2990291B2

JP2990291B2 - シリンダヘッドガスケット

Info

Publication number: JP2990291B2
Application number: JP2179866A
Authority: JP
Inventors: 義幸萩原; 修神野; 猛志北村; 彰夫倉本; 志郎河合
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1990-07-07
Filing date: 1990-07-07
Publication date: 1999-12-13
Anticipated expiration: 2014-12-13
Also published as: JPH0469461A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロッ
クとの間に介装するシリンダヘッドガスケットに関し、
特に金属製の基板に燃焼室孔を穿設しその周囲にビード
を形成したシリンダヘッドガスケットに係る。

［従来の技術］圧力流体に対し接合面からの漏洩を防止するため接合
部材間にガスケットが介装されることはよく知られてい
る。例えば、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロ
ックとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットにお
いては、燃焼ガス、冷却水及び潤滑油を同時にシールし
得ることが要求される。特に燃焼ガスに対しては、高
温、高圧というだけでなく温度及び圧力の変化が大きい
ためシールが困難である。このため、種々のガスケット
が提案されているが、近時は金属製の板材から成るメタ
ルガスケット、即ち金属ガスケットが注目されている。
具体的には、金属製の基板に燃焼ガス等の圧力流体が通
過する複数の孔を穿設し、各々の孔の周囲の基板にビー
ドを形成して接合部材に対し高い面圧を確保し得るよう
にしたものである。

そして、上記金属ガスケットに対し、ビードが締付力
によって塑性変形しシール性が低下することを回避すべ
く、例えば実開昭61−14748号公報においてビードの内
周側に厚肉部を形成することが提案されている。更に、
実開昭64−8556号公報には、ビードの水孔側のつけ根部
に軟質のシール部材を配設し水の浸透による腐食を防止
するようにしたシリンダヘッドガスケットが開示されて
いる。また、実開平１−141354号公報にもビードの周囲
に沿ってその全周又は一部に耐熱性の弾性部材層を形成
したシリンダヘッド用金属ガスケットが開示されてい
る。

［発明が解決しようとする課題］上記実開昭64−8556号公報に記載のシリンダヘッドガ
スケットにおいては、ビードのつけ根部即ち裾縁にシー
ル部材が設けられているので燃焼ガスに対してもシール
性が向上する。然し乍ら、冷却水孔回りのシール性につ
いての配慮は十分ではなく、上記シール部材の外側即ち
燃焼室孔と反対側は基板の外縁に至るまで冷却水で満た
されるので、例えばシリンダヘッドの腐食が進み冷却水
が汚れ易くなる等の問題を生じ得る。

また、近年の内燃機関の高出力化、小型化等に伴な
い、基板に穿設された相互に隣接する燃焼室孔の間の距
離即ち中間部の幅が短かくなり、両者間のシール性の確
保が重要課題となっている。このため、例えばビードに
ついては、隣接する燃焼室孔の各々を囲繞するビードを
中間部で集合させ略同一幅のビードとすることにより所
定の面圧を確保するようにされているが、上記シール部
材のシール性に対し一層の向上が望まれるのみならず、
上記隣接する燃焼室孔の間の中間部への冷却水の進入を
確実に阻止することが必要である。

そこで、本発明は金属製の基板に少くとも燃焼ガスが
通過する複数の燃焼室孔と冷却水が通過する複数の冷却
水孔とを穿設し、燃焼室孔の周囲にビードを形成したシ
リンダヘッドガスケットにおいて、冷却水孔回りの良好
なシール性を確保すると共に、燃焼室孔の全周に亘り略
同一の面圧を確保することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、本発明は金属製の基板に
少くとも燃焼ガスが通過する複数の燃焼室孔と、冷却水
が通過する複数の冷却水孔とを穿設し、前記燃焼室孔の
各々の周囲にビードを形成すると共に、該ビードの外周
裾縁に沿って連続する第１のシール部材を設けたシリン
ダヘッドガスケットにおいて、前記複数の冷却水孔の各
々の周囲に前記第１のシール部材の厚さより薄い第２の
シール部材を設け、該第２のシール部材における、前記
複数の燃焼室孔が相互に隣接する中間部に対峙する部分
の厚さを、その余の部分の厚さより大の値としたもので
ある。前記第１及び第２のシール部材は何れも前記基板
に付着した加硫ゴム層とすることができる。更に、前記
第１及び第２のシール部材を含み前記基板全面に非加硫
ゴム層を形成するとよい。

［作用］上記の構成になるシリンダヘッドガスケットをシリン
ダヘッドとシリンダブロックとの間に介装し、所定の締
付力を以って両者を締結すると、ビードが圧縮されて変
形する。この圧縮変形されたビードの弾性復元力により
シリンダヘッド及びシリンダブロックに対する所定の面
圧が確保される。そして第１及び第２のシール部材によ
って両者間がシールされる。即ち、燃焼ガスに対しては
ビード及び第１のシール部材がシール機能を有する。そ
して、冷却水に対しては第１のシール部材が燃焼室孔側
に対するシール機能を有し、燃焼室孔と反対側の基板外
縁側は第２のシール部材によってシールされる。

更に、第２のシール部材は、複数の燃焼室孔が相互に
隣接する中間部に対峙する部分の厚さが、その余の部分
の厚さより大の値とされており、燃焼室孔の全周に亘り
略同一の面圧が得られるので、燃焼ガス及び冷却水に対
し安定したシール性が確保される。

［実施例］以下、本発明のシリンダヘッドガスケットの一実施例
を第１図乃至第６図を参照して説明する。第１図は多気
筒内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの間
に介装されるシリンダヘッドガスケットの底面を示すも
ので、紙面の表側がシリンダブロック側を表している。

第１図において、シリンダヘッドガスケット１は弾性
金属板、例えばステンレス鋼板の基板10を有し、この基
板10に燃焼室孔11等が穿設されると共に、ビード15、傾
斜部16乃至18が形成されている。基板10には複数の冷却
水孔12及び潤滑油孔13が穿設されており、燃焼室孔11の
周囲に略均等な間隔で複数のボルト孔14が穿設されてい
る。

燃焼室孔11回りには第２図乃至第４図に明らかなよう
にビード15が形成されており、本実施例においてはその
凸部15aがシリンダブロック側で凹部15bがシリンダヘッ
ド側となるように配置される。第１図に示すように、隣
接する燃焼室孔11,11回りに形成されるビード15,15は集
合部15cを介して相互に連結されており、集合部15cの幅
は集合するビード15,15の各々の幅より小とされ中央に
至るにしたがって漸減するように設定されている。ま
た、第１図中のＶ−Ｖ線断面を示す第５図に明らかなよ
うに、基板10のボルト孔14回りには隣接部と角度αをな
す傾斜部16が形成され、ボルト孔14及び潤滑油孔13を囲
繞するように第１図に示す傾斜部18が形成され、更に基
板10の外縁には全ての孔を囲繞するように隣接部と角度
βをなす傾斜部17が形成されている。尚、これら傾斜部
16乃至18はビード15の一方側の傾斜部分に相当すること
からハーフビードと称せられる。

ビード15から燃焼室孔11に至るまでの基板10には平坦
面の開口端部10aが形成されており、ビード15の凸部15a
側に環状の金属板、例えばステンレス鋼板のスペーサ、
所謂シムリング20が固着されている。

第３図乃至第５図の断面図に示すように基板10及びシ
ムリング20の全面に、加硫されたフッ素系ゴムから成る
加硫ゴム層30が形成されている。そして、ビード15の凸
部15aの裾縁に重合しビード15に沿って連続するよう
に、加硫フッ素系ゴムの第１のシール部材31が形成さ
れ、冷却水孔12回りには同材料の第２のシール部材32が
形成されている。第１のシール部材31は、第１図及び第
２図において二点鎖線で示し、第２のシール部材32は第
１図に破線で示している。第３図に示すように両者間に
は所定の小間隙ｄが存在し、第１のシール部材31の厚さ
T1が第２のシール部材の厚さT2より大に設定されてい
る。更に、シリンダブロック及びシリンダヘッドとの接
合時のシール性を確保すべく、これら第１及び第２のシ
ール部材31,32並びにシムリング20及び基板10の全表面
に未加硫又は非加硫ゴム層33が形成されている。ここ
で、非加硫ゴムとは加硫剤を含有していないものをい
い、未加硫ゴムとは加硫剤を含有しているが加硫処理が
行なわれていないものをいう。従って、未加硫ゴムの初
期は非加硫ゴムと同じ特性であるが、使用中に加硫が進
み強固なゴム層が形成される。上記加硫ゴム層30並びに
第１及び第２のシール部材31,32はフッ素系の非加硫ゴ
ムに加硫剤を添加し基板10上に塗布した後、所定の温度
で加熱し加硫することによって形成することができる。
尚、本実施例における第１及び第２のシール部材31,32
は何れもビード15の凸部15a側に設けられ、基板10の一
方の面にシムリング20が溶接された後に同一面に加硫ゴ
ム層として形成されるものであるので、製造が容易であ
る。

上記第１及び第２のシール部材31,32は加硫ゴム層30
に対し、例えば加硫度を変え、望ましくは加硫材を多く
して硬くするとよい。あるいは、同系統で材質を異なら
せることによりゴム硬度が異なるようにしてもよい。

また、加硫ゴム層30に関し、燃焼室孔11、冷却水孔12
等の孔の周囲に、第８図（ａ）に示すように硬質層30h
を形成し、その余を軟質層30sとするとよい。あるい
は、第８図（ｂ）に示すように下層が硬質層30hで上層
が軟質層30sの二層に形成すると共に、硬質層30hの孔周
りを立上げて堰を形成することとしてもよい。このよう
に燃焼室孔11、冷却水孔12等の孔の周囲を硬質とするこ
とにより、加硫ゴム層30を構成するゴム材料のこれらの
孔内への流出を阻止することができる。

第６図は隣接するビード15,15が集合する集合部15c近
傍の第１図下方側からみた側面を示すもので、第１のシ
ール部材31に関し、燃焼室孔11,11が相互に隣接する中
間部に対峙する部分たる連結部31cがその余の部分の平
坦部31nの厚さT1nに比し厚く形成されている。第２のシ
ール部材32に関しても同様に、連結部32cが平坦部32nの
厚さT2nより厚く形成されている。即ち、第６図に示す
ように、各々の連結部31c,32cの中央を示す一点鎖線を
中心として、左右対称に緩かな傾斜が形成されている。
尚、連結部31c,32cの形状は第６図に示すように滑かな
山形に形成するのが望ましいが、段階状に段差を形成し
漸次薄くなるように形成することとしてもよい。

第１のシール部材31の平坦部31nの厚さT1n及び連結部
31cの最大厚さT1mの値は燃焼室孔11の全周に亘って略同
一の面圧が得られるように夫々適宜設定される。これと
共に、又はこれとは別に、連結部31cの幅を平坦部31nの
端と異ならせ略同一の面圧が得られるように設定するこ
ととしてもよい。これらの厚さ及び／又は幅の個々の値
はシリンダヘッドガスケット１の仕様、及びこれが装着
される内燃機関の仕様に応じて設定され、例えばボルト
の締付けトルク、ビード15の弾性復元力、シムリング20
の厚さ等に応じて適宜設定される。第２のシール部材32
の厚さは第１のシール部材31の厚さに対し所定の割合に
設定されており、第１のシール部材と同様の割合で変化
するように形成されている。

上記の構成になるシリンダヘッドガスケット１に締結
力が加えられると、先ず第３図に示すビード15の凸部15
aがシリンダブロックの接合面に当接し、ビード15が変
形する。そして、シムリング20及び開口端部10aがシリ
ンダブロック及びシリンダヘッド間に緊締されると、ビ
ード15の変形はそれ以上進むことなく弾性復元力を以っ
て両者と密着することとなる。ボルト締結位置は燃焼室
孔11から離隔しているため、シリンダブロック及びシリ
ンダヘッドが緊締されると、燃焼室孔11側の両者間の間
隙に比し燃焼室孔11と反対側の外方の両者間の間隙が狭
くなり、従って第１のシール部材31は両者間に密着する
こととなる。同時に、第１のシール部材31より更に薄い
第２のシール部材32（T2＜T1）がシリンダブロック及び
シリンダヘッドに密着し、燃焼室孔11及び冷却水孔12間
の連通が遮断される。

第７図はシリンダブロック２及びシリンダヘッド３間
に挟持された状態のシリンダヘッドガスケット１の拡大
断面を示すもので、同図中右側がボルト締結部方向で左
側が燃焼室方向となっている。同図に明らかなようにシ
リンダブロック２及びシリンダヘッド３間の間隙は左方
から右方に至るにしたがい漸減しており、シリンダヘッ
ドガスケット１との接合面は緩やかな傾斜面となってい
る。そして、圧縮変形したビード15の凸部15aはシリン
ダブロック２の接合面に密着し、シムリング20がシリン
ダブロック２に密着している。また、ビード15の反対側
では第１のシール部材31及び第２のシール部材32がシリ
ンダブロック２に密着している。この場合において、第
１のシール部材31及び第２のシール部材32の厚さT1及び
T2は前述のようにT1＞T2の関係にあるので、傾斜した接
合面に沿った当接面が形成され、シール対象流体に応じ
た面圧が得られる。

而して、燃焼室孔11に対するシール機能という観点か
らすると、シムリング20がビード15のシール機能を保持
すると共にそれ自体シール部材として機能し、結局第１
のシール部材31を含み三段のシールを構成し燃焼ガスに
対し安定したシール性が確保される。同時に、第１のシ
ール部材31及び第２のシール部材32により冷却水に対し
良好なシール性が確保される。即ち、高圧の燃焼ガスに
対する燃焼室孔11側のシール機能と、低圧の冷却水に対
する冷却水孔12側のシール機能に応じた適切なシール性
を確保することができる。しかも、シリンダヘッドガス
ケット１の全面に未加硫又は比加硫ゴム層33が形成され
ているので、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３
の接合面に微小な凹凸が存在してもシール性が損なわれ
ることはない。

このとき、ビード15の集合部15c近傍は、その余の部
分に比しシリンダブロック２及びシリンダヘッド３間の
間隙が大となっているが、第１のシール部材31は連結部
31cの厚さが平坦部31nに比し厚くされ緩かな傾斜の山形
に形成されているので、全周に亘り略同一の面圧が確保
される。また、ボルト14,14間に位置する第１のシール
部材31の厚さ及び／又は幅を略同一の面圧が得られるよ
うにボルト14,14近傍の値と異なる値に設定してもよ
い。同様に、第２のシール部材32も厚さ及び／又は幅を
略同一の面圧が得られるように設定することができ、冷
却水孔12の冷却水は確実に遮断される。

尚、上述の実施例においてはシリンダヘッドガスケッ
ト１はビード15の凸部15aがシリンダブロック２側とな
るように配置したが、これを表裏逆にして凸部15aがシ
リンダヘッド３側となるように配置することとしてもよ
い。

［発明の効果］本発明は上述のように構成されているので、以下に記
載する効果を奏する。

即ち、本発明のシリンダヘッドガスケットにおいて
は、第１のシール部材により燃焼室孔側への冷却水の流
入が阻止され、しかも基板の外縁側は第１のシール部材
より薄い第２のシール部材によってシールされているの
で、接合面に沿って均一なシール性が得られ冷却水の漏
洩が確実に阻止される。

また、基板に穿設された複数の燃焼室孔が相互に隣接
する中間部に対峙する部分の第２のシール部材の厚さ
が、その余の部分の第２のシール部材の厚さより大の値
とされているので、各々の孔の全周に亘り略同一の面圧
が得られ、シリンダヘッドガスケット全体として燃焼ガ
ス及び冷却水に対し安定したシール性が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るシリンダヘッドガスケ
ットの一部の底面図、第２図は同、シリンダヘッドガス
ケットの一部断面斜視図、第３図は第１図中III−III線
断面図、第４図は第１図中IV−IV線断面図、第５図は第
１図中Ｖ−Ｖ線断面図、第６図は本発明の一実施例に係
るシリンダヘッドガスケットの一部の側面図、第７図は
同、シリンダヘッド及びシリンダブロック間に挟持され
た状態のシリンダヘッドガスケットの断面図、第８図
（ａ）は加硫ゴム層の他の実施例を示すシリンダヘッド
ガスケットの一部の断面図、第８図（ｂ）は加硫ゴム層
の更に実施例を示すシリンダヘッドガスケットの一部の
断面図である。１……シリンダヘッドガスケット,10……基板， 10a……開口端部,11……燃焼室孔， 12……冷却水孔,13……潤滑油孔， 14……ボルト孔,15……ビード， 15c……集合部,20……シムリング， 21……溶接線,31……第１のシール部材， 32……第２のシール部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北村猛志愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者倉本彰夫愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者河合志郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (56)参考文献特開平２−118274（ＪＰ，Ａ) 実開平１−141354（ＪＰ，Ｕ) 実開昭57−18744（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16J 15/08 F02F 11/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製の基板に少くとも燃焼ガスが通過す
る複数の燃焼室孔と、冷却水が通過する複数の冷却水孔
とを穿設し、前記燃焼室孔の各々の周囲にビードを形成
すると共に、該ビードの外周裾縁に沿って連続する第１
のシール部材を設けたシリンダヘッドガスケットにおい
て、前記複数の冷却水孔の各々の周囲に前記第１のシー
ル部材の厚さより薄い第２のシール部材を設け、該第２
のシール部材における、前記複数の燃焼室孔が相互に隣
接する中間部に対峙する部分の厚さを、その余の部分の
厚さより大の値としたことを特徴とするシリンダヘッド
ガスケット。