JP3688013B2 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は単一或は複数の金属板からなるシリンダヘッドガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
単板金属板或は複数枚積層した金属板からなるシリンダヘッド用の金属ガスケットにおいては、シリンダヘッド及びシリンダブロックの接合面に接する金属板表面に、また金属ガスケットを構成する他の金属板と対向する金属板表面に、金属表面の粗さや不整を吸収してシール性を高めるために、耐熱性及び柔軟性を有するシール材層例えばフッ素ゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム等の被膜を被覆している。かかるシール材層は金属板の全体に一様に被覆するのが通常である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
シリンダヘッドがアルミニウムからなりシリンダブロックが鋳鉄からなるエンジンにおいては、両者の熱膨張の特性の相違に基づき、エンジンの運転開始時にまた運転停止時にシリンダヘッドの接合面とシリンダブロックの接合面との間に相対的な移動を生じる。そしてかかる相対的移動の繰返しにより、該接合面間に挟着された金属ガスケットの接合面に圧接される金属板表面の軟質のシール材層に外方への押出し、摩耗、接着剥離等による劣化や破断を生じ、ガスケットのシール性能を損なうという問題がある。シリンダヘッド及びシリンダブロックの双方がアルミニウムからなる場合においても、シリンダヘッドとブロックとの構造の相違により熱膨張に差を生じ（通常はシリンダヘッド側の膨張が大きい）、上記と同様な問題を生じる。
【０００４】
上記のシール材層の劣化、破断は熱膨張が大きい接合面（通常、シリンダヘッドの接合面）に接する金属板表面の燃焼室用開口の周り、水穴、油穴等の液体通路穴の周り及びガスケットの周縁部を輪廻する周縁シール部等の部位のシール材層、またボルト穴周りのシール材層において生じ易い。これらの部位は、燃焼室用開口、液体通路穴或はガスケット周縁をシールするためにビード、折り返し、グロメット等が施され、高い面圧のシール線が形成されている高面圧の部位であり、また、ボルト穴周りは、ボルト穴周りにビードが形成されていない場合においても、ボルトの締付力により高い面圧を受けている部位である。
【０００５】
かかる高面圧部位においては、シリンダヘッド及びブロックの接合面に接するシール材層が該接合面から大きい圧力を受けており、接合面が熱膨張差に基づき相対的に移動するときにシール材層に大きい摩擦力が作用する。また高面圧部位のシール材層には、高い面圧によりシール材層を隣接する低面圧部側に流動させる力が作用している。これらが、上記の部位においてシール材層の劣化や破断を生じ易い原因となっていると思われる。
【０００６】
シール材層の劣化、破断が生じ易い燃焼室用開口周り、液体通路穴周り等は最も肝心なシール部位であり、かかる部位において生じたシール材層の劣化、破断はガスケットのシール性能に影響する所が大きく、シール材層の機能が失われることは固より、劣化、破断したシール材層がシール面を粗面化、不整面化する等してガスケットのシール性能を阻害することにもなり易い。
【０００７】
本発明は上記の問題点を解消し、シリンダヘッド及びシリンダブロックの接合面の中の熱膨張が大きい側の接合面に接する金属板表面の燃焼室用開口の周り、液体通路穴の周り等の高面圧部においてシール材層に劣化、破断を生じ、ガスケットのシール性能が阻害されるのを防止することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、燃焼室用開口、液体通路穴及びボルト挿通用のボルト穴を備えた単一もしくは複数の金属板からなり、少なくともシリンダヘッド及びブロックの接合面に接する金属板表面にシール材層を被覆したシリンダヘッドガスケットにおいて、シリンダヘッド及びブロックの接合面の中の熱膨張が大きい側の接合面に接する金属板表面の少なくとも燃焼室用開口の周りの高面圧部位に比較的低面圧の部位の軟質シール材層よりも硬質のシール材層を被覆したことを特徴とするものである。また本発明は、上記の燃焼室用開口の周りの高面圧部位に加えて、液体通路穴周りの部位にも、また、これらに加えてガスケットの周縁部を輪廻する周縁シール部位にも、更にはこれらに加えてボルト穴周りの高面圧部位にも、前記の硬質のシール材層を被覆することを特徴とするものである。
【０００９】
なお、上記した本発明の構成において言う高面圧部位及び比較的低面圧の部位とは、後記の実施例に示されているように、それぞれ下記の部位を言う。すなわち、高面圧部位とはビード、折り返し、グロメット、シム板等の面圧を高めるための手段が施されている部位及びボルト穴の近傍の部位を言い、かかる部位ではガスケットをシリンダヘッドとブロックの接合面の間に挟着し、ボルト締結し、ガスケットを締付け圧縮したときに高い面圧を生じる。比較的低面圧の部位とは、ビード、折り返し、グロメット、シム板等の面圧を高めるための手段が施されていない、また締結ボルトの近傍の高面圧部位でもない部位を言い、ガスケットを締付けたときのこれらの部位における面圧は上記の高面圧部位の面圧に較べかなり小さい。
【００１０】
【作用】
上記した構成の本発明のシリンダヘッドガスケットにおいては、少なくとも、シリンダヘッド及びブロックの接合面の中の熱膨張が大きい方の接合面に接する金属板表面において高面圧部位と比較的低面圧の部位とでシール材を使い分け、少なくとも、該表面中で最も高い面圧の部位となる燃焼室用開口の周りの高面圧部位には硬質のシール材層を被覆し、また好ましくは、液体通路穴の周りの高面圧部位、周縁シール部位、更にはボルト穴近傍の高面圧部位にも硬質のシール材層を被覆するので、これら部位におけるシール材層は耐押出性、耐摩耗性、耐流動性、金属板との接着強度が著しく改善される。従って、エンジンの運転開始時或は運転停止時等に、シリンダヘッドとシリンダブロックとの熱膨張の差に基づき熱膨張が大きい側の接合面がガスケット表面を圧接しながら相対的に移動することが繰返されても、上記の硬質のシール材層が被覆された高面圧部位において、シール材の押出、摩耗、流動等によるシール材層の劣化や破断は生じない。
【００１１】
シール材層を構成するシール材にはシール面の粗さや不整を吸収してシール性を高める点からは比較的軟質のシール材が適しており、硬質のシール材層はシール材層としての機能が軟質のシール材よりも劣ると考えられるが、硬質のシール材層を施す部位は高面圧部位であるから、シール材が硬質であっても、充分なシール性能を確保できる。
【００１２】
一方、比較的低面圧の部位においては従来と同様な軟質のシール材層を被覆するので、低面圧下でも充分なシール性を確保できる。そして比較的低面圧の部位においては前述の摩擦力も小さく、押出力も殆んど作用しないので、被覆されたシール材層が軟質であっても劣化、破断が生じる危険は少ない。本発明においては、上記の通り、部位の面圧の高低によりシール材層を硬質、軟質使い分けるので、高面圧部位においては充分な耐摩耗性、耐押出性、耐流動性をもつ硬度が大きいシール材を用いることができるとともに、比較的低面圧の部位においてはシール材を従来よりもより軟質とし、同部位におけるシール性を向上させることもできる。
【００１３】
【実施例】
本発明の詳細を実施例の図面に基づき以下に説明する。ただし、以下においてはシリンダヘッドがシリンダブロックよりも熱膨張が大きいものと仮定して説明する。図１は本発明の第１実施例の平面図であり、図２は図１のＡ−Ａ線による断面図である。図３は本発明の第２実施例についての図２と同様な断面図である。図４及び図５は、それぞれ、燃焼室用開口の周りに高面圧部を形成する他の構造を示す断面図である。図６は本発明の第３実施例の上面図である。各図において同一符号は同一部分を示している。また、断面図を示す図面においては上方側がシリンダヘッド側とする。
【００１４】
図１及び図２において、本発明の第１実施例のシリンダヘッドガスケットＧ１は、ステンレス鋼等の弾性を有する硬質金属からなる単板の金属板１により形成されている。該金属板１は燃焼室用開口１１と冷却水通路穴、オイル通路穴等の液体通路穴１２とシリンダヘッドをシリンダブロックに締結するボルトを挿通するボルト穴１４とを備えている。燃焼室用開口１１の周りには該開口を囲繞する山形ビード１５が形成され、液体通路穴１２の周りには該開口を囲繞する段差ビード１６が形成されている。またガスケットＧ１の周縁部には、上記の燃焼室用開口１１、液体通路穴１２及びボルト穴１３を包囲して輪廻する段差ビード１７が設けられている。図１では各ビードをその中心線の点線で示している。
【００１５】
ガスケットＧ１をエンジンのシリンダヘッドとブロックの接合面の間に挟着し、シリンダヘッド締結用のボルトを締結してガスケットＧ１を締付けたとき、上記の山形ビード１５、段差ビード１６及び１７はそれぞれボルトの締付力により圧縮され、山形ビード１４を有する燃焼室用開口周りの部位２１、段差ビードを備えた液体通路穴周りの部位２２及び段差ビード１７を有する周縁シール部位２３には高い面圧が与えられ、それぞれ燃焼室用開口１１、液体通路穴１２及びガスケットの周縁部をシールする。図１に示すボルト穴の周りにはビード等のシール手段を形成していないが、ボルト穴周りの部位２４にはボルトの締付力により高い面圧が与えられる。
【００１６】
本発明によるシリンダヘッドガスケットＧ１は、シリンダヘッド及びシリンダブロックの接合面の中の熱膨張が大きいシリンダヘッドの接合面に接する金属板１表面（図２の上方側の面）の中の上記した高面圧の部位２１、２２、２３及び２４においては硬質のシール材層２５（図１においては図面を複雑にしないために２５の符号及び同符号部分のハッチングを省略している）例えばシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプラスチック或はこれらにカーボン、ガラス、セラミック、金属等の補強充填材を混合した強化プラスチックス或はアルミニウム等の軟質金属からなるシール材層が被覆されている。そして上記の部位以外の比較的低面圧の部位（図１においてハッチングをしている部位）には従来と同様な軟質のシール材層２６例えばフッ素ゴム、シリコーンゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム等からなるシール材層が被覆されている。
【００１７】
上記した硬質シール材層２５及び軟質シール材層２６はフェノール樹脂系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、アミン系シラン化合物等の接着剤により金属板１の表面に接着されている。上記の硬質のシール材層は耐摩耗性、耐押出性、耐流動性に優れ、また金属板との接着強度も大きい。
【００１８】
なお、本実施例のガスケットＧ１においては、シリンダヘッドの接合面に接する表面の中の燃焼室用開口の周りの高面圧の部位２１、液体通路穴周りの高面圧の部位２２、周縁シール部位２３及びボルト穴周りの高面圧の部位２４の全てにおいて硬質のシール材層２５を被覆したが、最も面圧が高くかつ高温の燃焼ガスの影響を受け易い燃焼室用開口の周りの部位２１のみを硬質のシール材層としてもよく、或は燃焼室用開口の周りの部位２１と液体通路穴の周りの部位２２とを硬質のシール材層とし、或はこれらに加えて周縁シール部位２３をも硬質のシール材層としてもよい。この点は後記の他の実施例においても同様である。
【００１９】
図３に断面図を示す本発明の第２実施例のガスケットＧ２は、図２に示す第１実施例の単板金属板１と同じくステンレス鋼等の弾性を有する硬質金属からなりかつ燃焼室用開口１１の周りにこれを囲繞する山形ビード１５と液体通路穴１２の周りにこれを囲繞する段差ビード１６と周縁部を輪廻する段差ビード１７とを備えたビード板２を備えている。該ビード板２の両側にはビード板を挟むように、ビード板２よりも硬度が小さいステンレス鋼板、鋼板等よりなる表面板３及び４が積層されている。
【００２０】
表面板３及び４それぞれの両表面にはシール材層が被覆されるが、表面板３のシリンダヘッドの接合面に接する側の表面（図の上方側の表面）においては、燃焼室用開口の周りのビード１５を備えた高面圧の部位２１、液体通路穴周りの段差ビード１６を備えた高面圧の部位２２及び段差ビード１７を備えた周縁シール部位には前記と同様な硬質のシール材層２５を被覆し、この表面中の残りの部位及び表面板３のビード板２に対向にする表面並びに表面板４の両表面には前記と同様な軟質のシール材層２６を被覆している。
【００２１】
図４に燃焼室用開口１１周りの部分の断面図を示しているガスケットＧ４はビード板２と折返し板５とを積層してなり、折返し板５はその燃焼室用開口１１の周縁に折返し部１７を備え、ビード板２は上記折返し部１７の外側の位置において燃焼室用開口１１を囲繞するビード１５を備えている。折返し板５のシリンダヘッド接合面と接する側の表面においては高面圧部位である折返し部１８、ビード１５を備えた燃焼室用開口１１周りの部位２１には前記と同様な硬質のシール材層２５を被覆し、ビード１５よりも外側の比較的低面圧の部位には前記と同様な軟質のシール材層２６を被覆している。折返し板５のビード板２に対向する表面及びビード板２のシリンダブロックに接する側の面（図の下側の面）にも軟室のシール材層２６を被覆している。なお、上記例においては折返し部１８により燃焼室用開口１１の周縁に厚肉部を形成しているが、、折返し部１８の代りにシム板を溶接する等して厚肉部を形成してもよい。
【００２２】
図５に燃焼室用開口１１周りの部分の断面図を示しているガスケットＧ５は、上板６と中間板７と下板８とを積層してなり、下板８の燃焼室用開口１１周りの端縁８ａを上板６の開口１１周縁部上に折返してグロメット１９を形成している。シリンダヘッドの接合面に接する上板６の外表面においては燃焼室用開口周りのグロメット１９を備えた高面圧部位２１に硬質のシール材層２５を被覆し、グロメットの外側の比較的低面圧の部位及び下板８の外側表面に軟質のシール材層２６を被覆している。なお、グロメット１９は上記のように下板を折返して形成する代りに別体のグロメット部材を上板、中間板及び下板の開口周縁部を覆うように被着して形成してもよい。
【００２３】
図６に上面を示す第３実施例のガスケットＧ３においては、燃焼室用開口１１の周りのビード１５を備えた高面圧の部位２１、液体通路穴１２の周りのビード１６を備えた高面圧の部位２２、ビード１７を備えた周縁シール部位２３及びボルト穴１４周りの高面圧の部位２４にはそれぞれ硬質のシール材層を被覆し、これらの高面圧の部位２１、２２、２３及び２４に隣接する部位（図６のハッチング部分）に軟質のシール材層２６を被覆している。この第３実施例は、図１の第１実施例との比較により明らかな通り、ガスケットの面内のシールに殆んど寄与しない部分２７にはシール材層を被覆しないので、ボルトの締付トルクがこれらの部分によって無駄に消費されるのを防いで面圧分布を改善し、またシール材を節減できる利点がある。
【００２４】
本発明は上記説明した実施例及びその変形以外にも種々の変形が可能である。例えばボルト穴１４の周りにビードを設けることもできるし、個々の冷却水通路穴の周りにはビード等のシール手段を設けず、多数個の冷却水通路穴を一括して包囲するビードを設けることもできる。この場合は個々の冷却水通路穴の周りには高面圧部が形成されず、一括包囲するビード部分が高面圧部位を形成することになり、シール材層もこれに応じて改変される。また、第１実施例のような単板金属ガスケットにおいてはガスケットの周縁部を輪廻する周縁部シールとして段差ビード等のビードを設ける代りに、硬質ゴム、硬質プラスチック或は軟質金属等の凸条部材からなる周縁部シールを設けるようにしてもよい。この場合は周縁部シールの凸条部材の表面にシール材層を被覆する必要はない。
【００２５】
【発明の効果】
上記説明した本発明のシリンダヘッドガスケットにおいては、シリンダヘッド及びブロックの接合面の中の熱膨張が大きい方の接合面に接する金属板の表面の燃焼室用開口周り等の高面圧部位には耐摩耗性、耐押出性、耐流動性に優れた硬質のシール材層が被覆され、比較的低面圧の部位にはシール性に優れた軟質のシール材層が被覆されているので、エンジンの運転開始時或は運転停止時等にシリンダヘッドとシリンダブロックとの熱膨張特性の差に基づき熱膨張が大きい側の接合面が他の接合面に対し相対的に移動し、これが繰返されても、上記高面圧部位においてシール材層が摩耗、押出し、流動等による劣化や破断を生じることがなく、また劣化、破断したシール材層がガスケットのシール性能を阻害することがない。本発明の金属ガスケットは良好なシール性能を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ線による断面図。
【図３】本発明の第２実施例についての図２と同様な断面図。
【図４】燃焼室用開口の周りの高面圧部の他の構成の断面図。
【図５】燃焼室用開口の周りの高面圧部の更に他の構成の断面図。
【図６】本発明の第３実施例の上面図。
【符号の説明】
１１ 燃焼室用開口
１２ 液体通路穴
１４ ボルト穴
１５ 山形段差ビード
１６及び１７ 段差ビード
２１ 燃焼室用開口周りの高面圧部位
２２ 液体通路穴周りの高面圧部位
２３ 周縁シール部位
２４ ボルト穴周りの高面圧部位
２５ 硬質のシール材層
２６ 軟質のシール材層

Claims (4)

1. 熱膨張の異なるシリンダヘッドとシリンダブロックという２つのエンジン構成部材の間に介在させるシリンダヘッドガスケットであって、
   当該ガスケットが、
   燃焼室用開口と、
   該開口の周囲に形成されて、上記構成部材のうち、熱膨張の大きい方の構成部材に向けて突出するエッジ部及び／又は頂部からなる第１の高面圧部位と、を備えた単一もしくは複数の金属板からなり、
   熱膨張が大きい方の上記構成部材に面する一方のガスケット表面は、少なくとも第１の高面圧部位に硬質で且つ耐摩耗性、耐押出性、耐流動性に優れた第１シール材層と、該第１シール材層が被覆されていない未被覆領域に軟質の第２シール材層と、で被覆され、
   他方のガスケット表面は、軟質の第２シール材層で被覆されているシリンダヘッドガスケット。
2. 上記ガスケットが、液体流通穴と、該流通穴の周囲に形成した第２の高面圧部位とを備えており、
   上記一方のガスケット表面の上記第２の高面圧部位が、さらに上記第１シール材層で被覆されている請求項１に記載のシリンダヘッドガスケット。
3. 上記ガスケットが、ガスケット周縁部に形成した高面圧を生じる周縁シール部位を備えており、
   上記一方のガスケット表面の上記周縁シール部位が、さらに上記第１シール材層で被覆されている上記第１シール材層が形成されている請求項１又は２に記載のシリンダヘッドガスケット。
4. 上記ガスケットが、ボルト穴と、ボルト締結時にボルト穴周りに高面圧を生じる第３の高面圧部位を有しており、
   上記一方のガスケット表面の第３の高面圧部位が、さらに上記第１シール材層で被覆されている請求項１ないし３のいずれかに記載のシリンダヘッドガスケット。

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