JP4070840B2 - 金属ガスケット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとのように対向する部材のデッキ面間に介在されて、各部材間をシールする金属ガスケットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の金属ガスケットとしては特開平８−１００８５９号公報に記載されるものがある。すなわち、この金属ガスケットは、円形をなす孔の縁に沿ってビードを形成した弾性金属板からなる一対の基板と、これら基板の間に配設され前記基板のビードが全圧縮されるのを防止する突起を当該ビードに沿って当該ビードの前記孔に近い側に形成した金属板からなる副板とからなるものである。そして、副板の前記突起は、副板を面方向にプレス成型等により突出させることにより形成している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来の技術によれば、前記副板に形成された突起は、孔の縁に沿う方向におけるいずれの位置においても同一の幅であり、且つ円形をなす孔と同心円をなす平面形状をしている。
【０００４】
このため、前記従来技術においては、金属板における上下方向での、突起の圧縮変形応力が不十分になりがちであるという不具合がある。
そこで、この発明の目的は、副板の突起の圧縮変形応力を増大させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明では、シリンダボア用の孔の縁に沿ってビードを形成し且つシリンダボア用の孔の周囲にはボルトを通すためのボルト孔を形成した弾性金属板からなる基板と、この基板に重なって配設され前記基板のビードが全圧縮されるのを防止する突起を当該ビードに沿って形成した金属板からなる副板とを備えた金属ガスケットにおいて、前記突起における前記シリンダボア用の孔から遠い側の縁と前記シリンダボア用の孔に近い側の縁との少なくともいずれかの、前記シリンダボア用の孔の縁からの距離を当該シリンダボア用の孔の縁に沿って遠近変化させて、突起における前記の少なくともいずれかの縁の長さを、突起における前記少なくともいずれかの縁がシリンダボア用の孔と同心円になっているものより大にするとともに、ボルト孔から遠い位置の前記少なくともいずれかの縁の長さを、ボルト孔に近い位置の前記少なくともいずれかの縁の長さより大にして、ビードに沿う方向におけるボルト孔から遠い位置の突起の圧縮変形応力をボルト孔に近い位置の突起の圧縮変形応力よりも大にした金属ガスケットとしている。
【０００６】
金属板にプレス加工等により形成した凹凸においては、板厚は凹凸のどの位置でも大差がなく、その断面形状が凹凸変化している。そして、かかる凹凸の、金属板上下方向の圧縮変形応力は、前記断面形状のうち上下に延びる部分の金属板面上での長さに比例して大になることが知見された。このため、凹凸が所定区間にわたって形成される場合には、凹凸の縁を長く形成することにより、その凹凸の圧縮変形応力を大にすることができることが分かった。
【０００７】
この発明では、突起における孔から遠い側の縁と近い側の縁のうち少なくともいずれかを孔の縁に沿って遠近変化させたから、前記遠近変化した縁の長さが大になり、その結果、遠近変化しない縁を有する突起よりも圧縮変形応力が増大される。突起における縁の遠近変化の形態は、孔に沿って延びる突起の一方又は両方の縁を蛇行させる形態や、孔に沿って短い間隔ごとに多数の突起を形成することによって実現される。
【０００８】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、ビードの膨らみを相互に離れる側に向けて対向させた一対の前記基板と、これらの基板の間に介在させた前記副板とからなり、当該副板の前記突起は、前記両基板の各ビード間に位置させてなる。
【０００９】
この発明では、両基板のビードに囲まれた中に副板の突起が位置するため、突起にはシール機能が期待されない。このため、この発明に用いる突起には、ビードの延在方向に突起を連続させる必要はなく、多数の突起を短い間隔をおいて多数形成した形態のものを用いることができる。また、この突起は、副板の両面に突設されたものであってもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は金属ガスケット１の平面図であり、その▲２▼−▲２▼線における断面拡大図が図２である。この金属ガスケット１は一対の金属板からなる基板２と、これらの間に介在される金属板からなる副板３とからなる。図２においては副板３は２枚重ねられている。
【００１１】
基板２と副板３とは平面において同一形状をなし、基板２は弾性金属板から構成され、副板３は基板２よりも弾性のない金属板から構成されて、これら基板２と副板３とは図示しない慣用の固着手段によって相互に分離しないように固着されている。副板３は、通常は基板２よりも厚い材料を用いるが、基板２と同一又は基板２より薄い金属板を使用することもできる。そして基板２より薄い金属板により副板３を構成しても、後述のように副板３の突起の圧縮変形応力を増大できる。金属ガスケット１にはシリンダボア用の孔４とボルト用の孔５とが開設されており、したがって基板２と副板３にも同一の孔が開設されている。また、金属ガスケット１には慣用の水孔や潤滑液用の孔を開設してもよい。
【００１２】
金属ガスケット１の基板２には、孔４の縁に沿って孔４を囲み且つ孔４と同心円状にビード６が形成されている。このビード６は図２に示すように基板２を断面円弧状にプレス成型してなる所謂フルビードであり、慣用されるように、金属ガスケット１が介在されたシリンダブロックとシリンダヘッドのような２つの部材間のボルト締めにより弾性変形して両部材のデッキ面間をシールするようになっている。図２の実施形態では、ビード６の膨らみどうしを近づけるように両基板２を重ね、これらの間に２枚の副板３を介在させている。
【００１３】
副板３には、基板２のビード６が全圧縮されるのを防止する突起７を当該ビード６に沿って形成している。ビード６が前記ボルト締めによって全圧縮されると、ビード６は挫屈して弾性復元せず前記シール機能が失われるから、この全圧縮を防止するために前記突起７が形成される。
【００１４】
この突起７は、副板３において孔４の縁に沿う方向に無端状に連続して形成されており、しかも孔４の縁からの距離が前記連続方向において繰り返し長短変化し、以て突起７は図３に示すように蛇行した形態をなしている。この蛇行の結果、突起７における、孔４から遠い側の縁７ａと孔４に近い側の縁７ｂとは、前記連続方向において同じ位置で孔４の縁からの位置が遠近変化しており、したがって突起７の幅はいずれの位置においても同一になっている。
【００１５】
突起７の縁７ａ，７ｂは或る寸法にわたって孔４と同心の或る２種の半径での円弧をなし、これに連続して同様に別の２種の半径での円弧をなしていて、半径の相違する隣接した円弧どうしの前記連続部７ｃは図３に示すように縁７ａ，７ｂが小さい半径で湾曲したＳ字状になっている。かかる蛇行のピッチは図７に示すように同一でもよいし、また図８に示すように変化していてもよい。図８の場合にはピッチがＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄになっていて、図１に示すボルト孔５に近い位置ではピッチＤをなし、ボルト孔５，５間の位置ではピッチＡをなす。
【００１６】
図４は図３の▲４▼−▲４▼線断面図であり、副板３の一方の面に高さＨの突起７が形成され、この突起７より孔４側の部分が当該突起７より前記高さＨの２倍の高さ２Ｈで陥没されている。これら副板３の各部はいずれも同一又はこれに近い厚みであるから、前記の陥没された部分は副板３の他方の面に対して大体において高さＨで突出していることになり、よって、前記陥没部分は前記突起７とは反対側の面に突出する突起８を形成している。従って、この突起８における孔４から遠い側の縁は平面において前記突起７の縁７ｂにほぼ一致した位置に形成されることになる。
【００１７】
図２における副板３は、図３，図４に示した副板３の２枚を、突起８どうしを接触させて上下対称に配置したものであるが、前記副板３は上下に突起７，８が突出しているため、図６に示すように副板３は一枚であってもよい。これにより、金属ガスケット１が介在されるデッキ面の間隔がボルト締めにより圧縮されても、突起７，８によりビード６が所定以上に圧縮変形されるのを防止して、ビード６の挫屈を防止し、以てビード６の弾性を維持する。
【００１８】
ここで、突起７，８は前記のように蛇行しているため、突起７の両側の縁７ａ，７ｂ及び突起８の孔４から遠い側の縁の長さが、蛇行しないで縁が孔４と同心円になっているものに比較して大になっている。このため突起７，８の圧縮変形応力は、前記縁が孔４と同心円になっているものより増大される。したがって、副板３のように基板２に比して薄い金属板であっても、その突起７，８に十分な圧縮変形応力を備えることができ、その結果、金属ガスケット１を薄く且つ軽量にすることができる。
【００１９】
なお、図２に示すように２枚の副板３を対向させて配置する場合には、前記一方の突起８を設けない副板３であってもよい。この場合には突起７とその孔４側の部分との段差は前記高さＨとする。
【００２０】
図５は突起７の蛇行状態を前記とは別の形態にした例であり、平面において突起７を同一の連続する円弧を繰り返すことにより同一ピッチで蛇行させている。よって、この例によれば図３に示したような円弧の連続部７ｃは形成されていない。なお、突起７の縁７ａ，７ｂ間の距離は連続方向のいずれの位置においても同一になっているから、この突起７もいずれの位置でも同一幅である。また、この副板３も断面は図４に示したものと同様になり、したがって副板３の両面に突起が形成されている。
【００２１】
図６は図３ないし図５に示したいずれかの副板３の一枚を図２に示した２枚の基板２間に介在させた例であり、両面の各突起７，８により両ビード６の全圧縮を防止することができる。
【００２２】
図７は図３に示したような蛇行する突起７の蛇行のピッチＡを同一にしており、また図８は狭いピッチＡから広いピッチＤまでＡ＜Ｂ＜Ｃ＜Ｄと変化させて、圧縮変形応力をピッチＡ＞ピッチＢ＞ピッチＣ＞ピッチＤにしている。そして、図１に示すボルト孔５に近い、ボルトによる締結力の大きい位置にピッチＤの部分を配置し、ボルト孔５から遠い、ボルトによる締結力の小さい位置にピッチＡの部分を配置し、それらの中間のうちボルト孔５に近い位置にピッチＣの部分を配置し、前記中間のうちボルト孔５から遠い位置にピッチＢの部分を配置している。
【００２３】
ところで、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの間においては、シリンダブロックに対するシリンダヘッドのボルトによる締め付け力によって、ボルトの近くはシリンダブロックとシリンダヘッドとの相互間の圧縮力が大きく、ボルトから離れてボルトとボルトとの間になると前記ボルトによる締め付け力の影響が小さくなるため前記圧縮力は小さくなる。また、ボルトとボルトとの間では、エンジンの爆発力によってシリンダブロックに対してシリンダヘッドが離れる方向に反り、その爆発終了後に復元することが繰り返されて、シリンダブロックに対してシリンダヘッドが振動することになり、さらにこれによってシリンダヘッドに前記反りが残留して次第にシリンダヘッドが変形することがある。しかしこのような場合でも前記ボルトによる締め付け力によってボルト近くではシリンダブロックとシリンダヘッドとの間は殆ど変形せずに充分に圧縮力が確保され、前記振動は殆ど発生しない。
【００２４】
そこで、かかるシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に金属ガスケット１が介在されると、金属ガスケット１におけるボルト孔５に近い部分には常時大きな圧縮力が付与されているために、その部分のビード６には前記振動は殆ど付与されず、したがってボルト孔５に近い部分ではビード６の振動による劣化は少ない。しかし、ボルト孔５とボルト孔５との間の部分においては、前記振動が反復継続して入力されることによってビード６が劣化し亀裂が発生することがあり、特にシリンダヘッドに前記の変形が発生しているときには前記劣化が顕著になる傾向にある。
【００２５】
このため、前記の各ピッチＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの部分を前記のように配置することによって、特にボルト孔５から遠い位置にあっては突起７，８の圧縮変形応力を大にして、ビード６の前記振動、すなわち反復しての変形による劣化や過度の変形による劣化を防止してそのシール力を確保するものである。なお、図８に示したように位置によりピッチを変化させる手法は、図５に示した形状の突起７についても適用することができるのは言うまでもない。
【００２６】
また、前記の突起７及び／又は突起８の高さを、ボルト孔５に近い位置では低くし且つボルト孔５から遠い位置では高くして、前記ボルトによる締結力の位置による変化に対応させることにより、２つの部材のデッキ面と基板２との間の面圧を、孔４周りにおいて均一化させることもできる。これによれば、ボルト孔５から遠い位置におけるビード６の前記振動による劣化や過度の変形による劣化をさらに確実に防止することができる。
【００２７】
図９は、副板３の一方の面に形成した突起７を連続させないで、孔４の周りに多数の突起７を短い間隔をおいて並べたものである。各突起７は、副板３をプレス成型したものであって楕円形をしており、したがって孔４から遠い縁７ａと孔４に近い縁７ｂとにより突起７の平面楕円形が形成されている。このため、突起７の長手方向両端において縁７ａは孔４に近づき、縁７ｂは孔４から遠ざかる方向に向きを変え、これによって各突起７の両側の縁７ａ，７ｂの長さが、蛇行しないで縁が孔４と同心円になっているものに比較して大になっている。このため突起７の圧縮変形応力は、前記縁が孔４と同心円になっているものより増大される。特に、各突起７の長手方向の両端の縁７ｄは曲率半径が小さい円弧をなしているから、前記図３における連続部７ｃと同様に前記圧縮変形応力はこの理由によっても向上している。
【００２８】
図１０は、図９に形成したものと同様の突起７，８を、孔４周りに副板３の両面に交互に形成した例である。図中の突起７が副板３の上面に突出し、突起８が副板３の下面に突出したものである。副板３の両面に突起７，８が突出しているため、図６に示したように、一対の基板２間に介在させる副板３は一枚でも両基板２の各ビード６の全圧縮を防止することができる。他の構成及び作用は図９のものと同様である。
【００２９】
図１１は、図１０の突起７，８の長手方向の向きを、孔４周りに対して斜めにすることにより、孔４周りの突起７，８の数を増加させた例である。副板３の両面に突起７，８を突出させたことにより図１０のものと同様の作用，効果があり、また突起７，８の形状を楕円形にしたことにより図９のものと同様の作用，効果がある。また突起７，８が増加することによって各突起７，８の前記両側の縁の合計長さが増加し、また、各突起７，８の長手方向の両端の曲率半径が小さい円弧をなす縁の数も増加するから、副板３における突起７，８の圧縮変形応力が増大している。
【００３０】
図１２は、突起７のうち孔４から遠い側の縁７ａを図３に示した実施形態と同様に蛇行させ、且つ孔４に近い側の縁７ｂを孔４と同心円にした例を示す。この発明は、図１１までに示したように両縁７ａ，７ｂにおいて孔４からの距離を変化させるだけでなく、孔４から遠い側の縁７ａのみを、孔４に沿う方向において遠近変化させたものも含む。また逆に図示しないが、孔４から遠い側の縁７ａを孔４と同心円にして、孔４に近い側の縁７ｂのみを蛇行させることにより孔４に沿う方向において遠近変化させることもできる。
【００３１】
以上の各副板３は、図２，図６に示すように基板２のビード６より孔４側の平坦部間に突起７を位置させたが、図１３，図１４に示すように両基板２のビード６の膨らみを相互に離れる側に向けて対向させ、これら対向したビード６間に副板３の突起７を位置させることもできる。図１３で用いた副板３は、副板３の表裏に突起７，８を形成した形態のものであり、したがって基板２間に１枚の副板３を介在させている。また図１４では、一面にのみ突起７を形成した２枚の副板３を図１３の場合と同様に基板２間に介在させている。これら図１３，図１４において用いる副板３としては図１２までにおいて説明したいずれかのものを採用するが、特に図１３，図１４の場合には両ビード６が、その膨らみを相互に離れる側に向けて対向しているために、両ビード６の内部では金属ガスケット１としてのシール機能は求められない。このため、副板３としては図９，図１０，図１１に示したものをするのに特に好適である。
【００３２】
なお、副板３の突起７，８としては、図示しない各種の形状のものを使用することも可能である。また、前記の各例においては基板２を一対用い、これらの間に１枚又は２枚の副板３を介在させているが、図１５に示すように基板２は１枚であってもよい。この場合には基板２の側にのみ突起７を突出させた副板３を用いるものとする。この場合でも突起７の平面形状は前記した各種のものを採用することができるのは勿論である。図１５（ａ）は、副板３の突起７を、基板２のビード６より孔４に近い側の平坦部に配置した例であり、図１５（ｂ）は、副板３の突起７を、基板２のビード６の膨らんだ内側に配置した例である。
【００３３】
さらに、前記実施形態はエンジンのシリンダヘッドガスケットとして金属ガスケット１を用いた場合について説明したが、この発明は他の機器間に用いられる金属ガスケットに適用することもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明においては、突起におけるシリンダボア用の孔から遠い側の縁と近い側の縁のうち少なくともいずれかを同孔の縁に沿って遠近変化させたから、前記遠近変化した縁の長さが大になり、その結果、遠近変化しない縁を有する突起よりも圧縮変形応力が増大される。このため、突起は十分なストッパとしての機能を維持することができる効果がある。また、ビードに沿う方向において特にボルト孔から遠い位置にあってはボルト孔に近い位置よりも突起の圧縮変形応力を大にしたから、ビードの振動、すなわち反復しての変形による劣化や過度の変形による劣化を防止してそのシール力を確保することができる効果もある。
【００３５】
また、請求項２の発明によれば、請求項１の発明の前記効果に加えて、両基板のビードに囲まれた中に副板の突起が位置するため、突起にはシール機能が期待されないから、ここで用いる突起はビードの延在方向に連続させる必要はなく、小さい突起を短い間隔をおいて多数形成した形態のものを用いることができるので、突起の形成の自由度が大になる効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属ガスケットの一部平面図。
【図２】図１の▲２▼−▲２▼線断面拡大図。
【図３】副板の突起の一例を示す平面図。
【図４】図３の▲４▼−▲４▼線断面図。
【図５】副板の突起の他の例を示す平面図。
【図６】図３又は図５の副板を用いた金属ガスケットの例を示す図２同様の断面図。
【図７】突起の蛇行のピッチをいずれも同一にした例を示す平面図。
【図８】突起の蛇行のピッチを場所により変化させた例を示す平面図。
【図９】独立した多数の突起を形成した例を示す平面図。
【図１０】独立した多数の突起を表裏に形成した例を示す平面図。
【図１１】独立した多数の突起の別の配置形態を示す平面図。
【図１２】連続する突起の別の例を示す平面図。
【図１３】突起をビードどうしの間に配置した例を示す断面図。
【図１４】突起をビードどうしの間に配置した別の例を示す断面図。
【図１５】（ａ）（ｂ）とも基板と副板とを各１枚用いた例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 金属ガスケット
２ 基板
３ 副板
４ 孔
７，８ 突起
７ａ，７ｂ 縁

Claims (2)

1. シリンダボア用の孔の縁に沿ってビードを形成し且つシリンダボア用の孔の周囲にはボルトを通すためのボルト孔を形成した弾性金属板からなる基板と、この基板に重なって配設され前記基板のビードが全圧縮されるのを防止する突起を当該ビードに沿って形成した金属板からなる副板とを備えた金属ガスケットにおいて、前記突起における前記シリンダボア用の孔から遠い側の縁と前記シリンダボア用の孔に近い側の縁との少なくともいずれかの、前記シリンダボア用の孔の縁からの距離を当該シリンダボア用の孔の縁に沿って遠近変化させて、突起における前記の少なくともいずれかの縁の長さを、突起における前記少なくともいずれかの縁がシリンダボア用の孔と同心円になっているものより大にするとともに、ボルト孔から遠い位置の前記少なくともいずれかの縁の長さを、ボルト孔に近い位置の前記少なくともいずれかの縁の長さより大にして、ビードに沿う方向におけるボルト孔から遠い位置の突起の圧縮変形応力をボルト孔に近い位置の突起の圧縮変形応力よりも大にしたことを特徴とする金属ガスケット。
2. ビードの膨らみを相互に離れる側に向けて対向させた一対の前記基板と、これらの基板の間に介在させた前記副板とからなり、当該副板の前記突起は、前記両基板の各ビード間に位置させたことを特徴とする請求項１に記載の金属ガスケット。

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