JP4286346B2 - 金属ガスケット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関を構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に介装して、燃焼ガス、冷却水、潤滑油等の流体の漏洩を防止する金属ガスケットに関し、特に、シリンダ用孔周りの面圧分布の不均一性を低減させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジンその他の内燃機関を構成するシリンダブロックとこの上に取り付けたシリンダヘッドとの接合面には、この接合面から燃焼ガス、冷却水、潤滑油等の流体の漏洩を防止するためにガスケットを介装し、ボルト等の締結具で双方を締め付けることによりシール機能を付与している。このようなガスケットとしては、耐熱性、耐圧縮性、耐久性に富み、良好な復元性（バネ特性）および熱伝導性を有する金属製のガスケットが広く使用されている。
【０００３】
本発明の金属ガスケットに最も近い従来の金属ガスケットとしては、例えば実用新案登録第２５１４４９０号公報に従来例として開示されたものを挙げることができる。
【０００４】
この金属ガスケットは、シリンダ用孔の周辺部分を形成する縁板（シリンダボア廻り部板）と、この縁板が配置される部分に開口部を設けたガスケット本体とが結合されたものである。すなわち、縁板には、シリンダ用孔と、シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続するビード（湾曲部）とが形成され、ガスケット本体には、ボルト孔や水孔が形成されている。そして、縁板の厚さをガスケット本体の厚さより厚くしてある。
【０００５】
したがって、この金属ガスケットによれば、このような厚さの差が設けてあるため、ボルト締結時に、縁板部分（シリンダ用孔周縁部）の面圧がガスケット本体部分よりも高くなって、ビードの山部に面圧が集中する。これにより、シール性能の向上が期待できる。
【０００６】
なお、この金属ガスケットにおける縁板とガスケット本体との結合は、縁板の外縁部に設けた取付片部とガスケット本体とを重ね、この重ねた位置をハトメ加工することで行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の金属ガスケットを、近年開発された又は開発されつつある最新の内燃機関に実際に適用した場合には、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性を十分に低減することはできない。すなわち、従来の金属ガスケットには、シール性能のさらなる向上が望まれている。
【０００８】
つまり、近年開発された又は開発されつつある車両用エンジン等は、より一層の高性能化を実現するため、小型軽量化、高出力化、省燃費化等を図っている。そして、これらの要求を満足するために、エンジンを構成する各部材に軽量のアルミニウム合金を用いるとともに、シリンダブロックにおいて隣接するシリンダの間隔を可能な限り狭く形成する傾向がある。しかし、アルミニウム合金を用いて各部材を構成すると、例えば鋳鉄を用いた場合と比べて、その全体の剛性は著しく低下する。
【０００９】
また、エンジンの小型軽量化によりエンジンの各部材の熱容量が低下することに起因して、冷却水路が拡大される。これによっても、エンジンの全体剛性は低下する傾向にある。さらに、冷却効率を向上させるためには、冷却水路をシリンダの近くに形成する。これによって、シリンダブロックとシリンダヘッドとを締め付けるボルトの締め付け部位は、シリンダから離れた位置に形成されることになる。その結果、ボルトに近い位置ではその締め付け力が大きく、逆にボルトから遠い位置ではその締め付け力が小さくなることが余儀なくされている。
【００１０】
そして、このようにエンジンの全体剛性が低下し、ボルトによる締め付け力の偏差が大きくなる、つまり面圧分布の不均一性が顕著になると、金属ガスケットのシリンダ用孔の縁部分において、シリンダブロック又はシリンダヘッドとの間に隙間差が大きく発生する可能性が高くなる。
【００１１】
特に、上記従来の金属ガスケットの場合には、縁板の幅（シリンダ用孔周りの板幅）に特に変化を付けていないため、剛性の低いエンジンに用いられると、ボルト締結時に、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分ではシリンダヘッドの変形量が大きく、その直線から遠い部分ではシリンダヘッドの変形量が小さくなる傾向がある。
【００１２】
つまり、上記従来の金属ガスケットは、そのシリンダ用孔に近い部分は厚く、遠い部分は薄いという板厚差を有している結果、ボルトを締め付けると、先ず、板厚の厚いシリンダ用孔周辺の部分が、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟み込まれる。次に、その状態からさらにボルトを締め付けると、ボルト孔周辺の部分は面圧が高いため、板厚の薄い部分であっても、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟み込まれるようになる。その時には、副板の厚い部分と薄い部分との段差部分を支点として、シリンダヘッドが変形する。この変形の角度は、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分では大きく、その直線から遠い部分では小さくなる。
【００１３】
さらに、上記従来の金属ガスケットでは、縁板の取付片部とガスケット本体とがハトメ加工により結合されている。ここで、ハトメ加工とは、結合する両板材の重ねる部分に貫通孔を形成しておき、この貫通孔に管状金具を挿入して、この挿入された管状金具の両端を押しつぶすことにより両板材を結合する加工方法である。そのため、上記従来の金属ガスケットには基板の製造に手間がかかるという欠点がある。
【００１４】
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、シリンダ用孔周辺の厚い部分とそれ以外の薄い部分とから構成された基板を備える金属ガスケットにおいて、ボルト締結時の面圧分布の不均一性をさらに低減すること、並びに、そのような基板の製造にかかる手間を軽減することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、前記内側部分のシリンダ用孔周りの板幅を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて広くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る金属ガスケットにおいて、前記内側部分の板厚を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、前記直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００１７】
そして、請求項３に係る発明は、請求項１又は２の金属ガスケットにおいて、前記内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００１８】
さらに、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周部の所定位置に、その板材の内側方向に凹んだ凹部を形成するとともに、前記外側部分の内周部には前記凹部と嵌合する凸部を形成し、前記凹部と凸部とを嵌合させた状態で、前記凹部の内縁部分を前記凸部上に張り出すように変形させることにより、前記内側部分を構成する板材と前記外側部分を構成する板材とを結合したことを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、前記内側部分の板厚を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、前記内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項７に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周部の所定位置に、その板材の内側方向に凹んだ凹部を形成するとともに、前記外側部分の内周部には前記凹部と嵌合する凸部を形成し、前記凹部と凸部とを嵌合させた状態で、前記凹部の内縁部分を前記凸部上に張り出すように変形させることにより、前記内側部分を構成する板材と前記外側部分を構成する板材とを結合したことを特徴とする。
【００２２】
ここで、請求項１に係る発明によれば、基板を構成する内側部分のシリンダ用孔周りの板幅を、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて広くなるように連続的に、積極的に変化させているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分におけるシリンダヘッドの変形角度と、その直線から遠い部分におけるシリンダヘッドの変形角度との差が、従来よりも小さくなり、それだけ面圧分布の不均一性が低減するようになる。
【００２３】
また、請求項２に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、シリンダ用孔とボルト孔との中心線同士を結ぶ線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させることで、そのシリンダ用孔の縁に沿った方向で抑揚を付けているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、面圧が高くなり易い位置ではその支点が低く、逆に面圧が低くなり易い部分ではその支点が高くなる結果、その支点の高さが一定であった従来に比べて、それだけ面圧分布の不均一性が低減するようになり、上記請求項１に係る発明と相まって、面圧分布の不均一性がより低減するようになる。
【００２４】
そして、請求項３に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させて、そのシリンダ用孔を中心とした放射線に沿った方向で差をつけているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、そのシリンダヘッドの変形に整合する方向に基板の厚さが調整されていることになるから、基板の厚さが一定であった従来に比べて、基板の内側部分の内周側と外周側との間の面圧差が小さくなる。その結果、シールとして機能する範囲が広がって安定したシール性能が得られるようになり、面圧分布の不均一性が図られる上記請求項１又は請求項２に係る発明と相まって、高性能の金属ガスケットとなる。
【００２５】
さらに、請求項４に係る発明によれば、上記請求項１〜３に係る発明による作用の他に以下の作用が得られる。すなわち、基板の内側部分を構成する板材の外周部に形成された凹部と、基板の外側部分を構成する板材の内周部に形成された凸部とを、ジグソーパズルのピース同士を嵌め合わせるような要領で嵌合させ、その嵌合状態で、凹部の内縁部分を凸部上に張り出すように変形させて凹部と凸部とを一体として内側部分と外側部分とが結合されているため、ハトメによる結合と比較して基板の製造にかかる手間が軽減される。
【００２６】
一方、請求項５に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、シリンダ用孔とボルト孔との中心線同士を結ぶ線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させることで、そのシリンダ用孔の縁に沿った方向で抑揚を付けているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、面圧が高くなり易い位置ではその支点が低く、逆に面圧が低くなり易い部分ではその支点が高くなる結果、その支点の高さが一定であった従来に比べて、それだけ面圧分布の不均一性が低減するようになる。
【００２７】
また、請求項６に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させて、そのシリンダ用孔を中心とした放射線に沿った方向で差をつけているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、そのシリンダヘッドの変形に整合する方向に基板の厚さが調整されていることになるから、基板の厚さが一定であった従来に比べて、基板の内側部分の内周側と外周側との間の面圧差が小さくなる。その結果、シールとして機能する範囲が広がって安定したシール性能が得られる。
【００２８】
さらに、請求項７に係る発明によれば、上記請求項４に係る発明と同様の作用により、ハトメによる結合と比較して基板の製造にかかる手間が軽減される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
先ず、図１および図２を用いて、この実施形態の金属ガスケットの全体構成とエンジンに対する配置について簡単に説明する。図１は、この実施形態の金属ガスケットを示す一部破断平面図であり、図２は、この金属ガスケットのエンジンに対する配置を示す図であって、図１のＦ−Ｆ線断面図に相当する。
【００３０】
図２に示すように、金属ガスケット１は、エンジンのシリンダブロック４とシリンダヘッド５の相互に対向するデッキ面４Ａ及び５Ａ間に介在して、両デッキ面４Ａ及び５Ａ間をシールするものである。シリンダブロック４には、シリンダ４ａ、水孔４ｂ、ボルト孔４ｃ、油孔４ｄ等が適所に形成されている。また、シリンダヘッド５にも、シリンダブロック４の構成に対応して、シリンダ５ａ、水孔５ｂ、ボルト孔５ｃ、油孔５ｄ等が適所に形成されている。なお、図２中、Ｏはシリンダ４ａの中心を示す。
【００３１】
シリンダブロック４及びシリンダヘッド５は、例えばアルミニウム合金から形成されているが、シリンダブロック４のシリンダ４ａを形成する部分には、そのシリンダ４ａの内周壁面を形成するための鋳鉄スリーブ４ｅが装着されている。なお、この例では、鋳鉄スリーブ４ｅの外周面全体をシリンダブロック４の本体を形成するアルミニウム合金で覆うような構成となっているが、鋳鉄スリーブ４ｅの下端部（図示せず）のみをシリンダブロック４の本体に支持させ、鋳鉄スリーブ４の外周面の多くの部分がウォータージャケット等の水孔４ｂを直接画成するようにしてもよい。
【００３２】
この実施形態の金属ガスケット１は１枚の基板からなり、この基板１には、シリンダ４ａを包囲するように周方向に連続した、断面円弧状のビード１Ａと、水孔４ｂや油孔４ｄの周縁部をシールするための山型突起１Ｂとが形成されている。基板１には、また、シリンダ４ａに対応するシリンダ用孔１０ａ、水孔４ｂ，５ｂに対応する水通過孔（図２には表れていない）、ボルト孔４ｃ，５ｃに対応するボルト孔１０ｃ、油孔４ｄ，５ｄに対応する油通過孔１０ｄが適所に形成されている。
【００３３】
この基板１は、図１および２に示すように、シリンダ用孔１０ａの周囲を包囲する部分を形成する内側部分１０Ａと、残りの部分を形成する外側部分１０Ｂとを、水平面内で結合することにより構成されている。外側部分１０Ｂの板厚は一定であるが、内側部分１０Ａの板厚は後述のように一定ではなく変化させてある。そして、外側部分１０Ｂの板厚は、内側部分１０Ａの板厚の最も薄い部分よりも薄くしてある。
【００３４】
なお、図１では、基板１のビード１Ａの頂点の軌跡を一点鎖線のラインＬ1 で示しており、また、シリンダブロック４の水孔（ウオータージャケット）４ｂの両内壁の軌跡を二点鎖線のラインＬ2 ，Ｌ3 で示している。
【００３５】
次に、図１、図３、図４を用いて、基板１の構成をさらに詳述する。図３は、内側部分１０Ａを示す一部破断平面図であり、図４は、外側部分１０Ｂを示す一部破断平面図である。
【００３６】
これらの図に示すように、この基板１には、シリンダブロック４のシリンダ４ａに対応して、一直線上に各中心が並ぶように複数のシリンダ用孔１０ａが形成されるとともに、シリンダブロック４の水孔４ｂに対応して、適所に複数の水通過孔１０ｂが形成されている。
【００３７】
水通過孔１０ｂのさらに外側には、各シリンダ用孔１０ａと同心の長方形の四つの頂点に位置するように、複数のボルト孔１０ｃが形成されている。この例では、シリンダ用孔１０ａを一列に複数有しているため、一つのシリンダ用孔１０ａを四方向から取り囲む四つのボルト用孔１０ｃと、隣接する他のシリンダ用孔１０ａを四方向から取り囲む四つのボルト用孔１０ｃとのうち、それら両シリンダ用孔１０ａ間に位置する二つのボルト用孔１０ｃは共通となっている。また、ボルト用孔１０ｃの外側の適所に、油通過孔１０ｄが形成されている。
【００３８】
上述した内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの境目は、少なくともビード１Ａ（図１では頂点の軌跡を示すラインＬ1 のみを表示）が内側部分１０Ａに含まれるように、且つ、内側部分１０Ａの外形線が水孔４ｂの外側ラインＬ3 よりも内側を通るように、決定している。
【００３９】
そして、図１および図３に示すように、内側部分１０Ａのシリンダ用孔１０ａ周りの板幅は、シリンダ用孔１０ａの中心Ｏとボルト孔１０ｃの中心とを通る直線Ｍに近い位置では狭く、そこから周方向に離れるに従って広くなり、直線Ｍから４５度ずれた直線Ｎ近傍で略ラインＬ3 に重なるようになっている。ただし、実際には、水通過孔１０ｂが所々に形成されているため、その水通過孔１０ｂと、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの境界線とが交わる部分では、内側部分１０Ａの外周形状は複雑になっている。同様の理由から、図１および図４に示すように、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの境界線とが交わる部分では、外側部分１０Ｂの内周形状は複雑になっている。
【００４０】
また、内側部分１０Ａの板厚は、直線Ｍに近い部分では薄く、直線Ｎに近い部分では厚くなるように、シリンダ用孔１０ａの周方向に沿って変化している。図５に、シリンダ用孔１０ａ周りの内側部分１０Ａの板厚変化を示す。この図に示すように、内側部分１０Ａの板厚は、直線Ｎの位置で最も厚く、そこから直線Ｍに近づくにつれて徐々に薄くなり、直線Ｍの位置で最も薄くなる。
【００４１】
さらに、内側部分１０Ａの板厚は、図５に示したようにシリンダ用孔１０ａの周方向に沿って抑揚を付けただけではなく、図８に示すように幅方向に沿っても変化させている。
【００４２】
ここで、ボルト締結時のシリンダヘッドの変形について説明する。図１のＡ−Ａ線に沿った位置におけるシリンダヘッド５のデッキ面５Ａに対する変形を、図６に二点鎖線で表す。また、図１のＢ−Ｂ線に沿った位置におけるシリンダヘッド５のデッキ面５Ａに対する変形を、図７に二点鎖線で表す。
【００４３】
図６に示すように、ボルトを締結すると、デッキ面５Ａは、ボルトの締結位置ＢＴに力が掛かってデッキ面４Ａ側に押し付けられる。そして、デッキ面４Ａ及び５Ａ間に金属ガスケット１の基板の内側部分１０Ａが挟み込まれた後にもさらにボルトを締め付けると、内側部分１０Ａと外側部分１０Ｂとの間の段差よりも外側の部分は、さらにデッキ面４Ａ側に近づこうとする。そのため、その段差を支点として、デッキ面５Ａが変形し、図６に示すように、中心Ｏが端部よりも盛り上がったような形状になる。なお、図６（ａ）は、シリンダヘッド５にある程度の剛性がある場合、図６（ｂ）は、シリンダヘッド５の剛性が低い場合を表している。また、図６（ａ）、（ｂ）にハッチングを付けて示している部分は、基板１の内側部分１０Ａの断面である。
【００４４】
一方、ボルトから離れた位置においても、図７に示すように、ボルト締結時には、デッキ面５Ａは、やはり中心Ｏが端部よりも盛り上がったような形状に変形する。しかし、ボルトから遠いため、図６に示したものに比べて、変形量は小さい。なお、図７にハッチングを付けて示している部分は、基板１の内側部分１０Ａの断面である。
【００４５】
従って、ボルト締結時のデッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形の角度は、周方向でボルトに近い位置（直線Ｍに近い位置）で急峻になり、ボルトから遠い位置（直線Ｎに近い位置）で緩くなる傾向がある。
【００４６】
この変形角度の違いが、シリンダ用孔１０ａ周りの面圧分布の不均一性を発生する一つの要因となっている。これを緩和するために、この実施形態では、第一に、内側部分１０Ａのシリンダ用孔１０ａ周りの板幅に広狭を付けている。第二に、内側部分１０Ａの板厚をシリンダ用孔１０ａの周方向に沿って抑揚を付けている。また、上記変形角度によるシール性能の低下を防止するために、内側部分１０Ａの板厚をその内外周間で差を付けている。
【００４７】
即ち、内側部分１０Ａのシリンダ用孔１０ａ周りの板幅に上述したような広狭を付けると、デッキ面５Ａが変形する際の支点である内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂ間の段差は、面圧が高くなり易い部分（直線Ｍ近傍）ではシリンダ用孔１０ａ側に近づくが、面圧が低くなり易い部分（直線Ｎ近傍）ではシリンダ用孔１０ａから遠いままである。これにより、デッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形の角度の差が緩和されるようになって、面圧の不均一性が低減するようになる。
【００４８】
また、図５に示したように、内側部分１０Ａの板厚をシリンダ用孔１０ａの周方向に沿って変化させると、内側部分１０Ａの各部分のうち、面圧が低くなり易い部分（直線Ｎ近傍）が、面圧が高くなり易い部分（直線Ｍ近傍）よりも先にデッキ面４Ａ及び５Ａ間に挟み込まれるようになるから、これによっても面圧の不均一性が低減するようになる。
【００４９】
さらに、図６（ａ）のＣ1 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ａ）に、図６（ｂ）のＣ2 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ｂ）に、図７のＣ3 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ｃ）にそれぞれ示す。このように内側部分の板厚は、いずれの位置でも、各位置におけるデッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形に整合するように、内周側で厚く、外周側で薄くなっている。そのため、デッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形角度が生じたとしても、内周側の面圧が外周側の面圧に比べて低くなる傾向が緩和され、安定したシール性能が得られるようになる。なお、図７のＣ4 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ｄ）に示すが、ここは隣接する二つのシリンダ用孔１０ａの間であるため、厚さは一定となっている。
【００５０】
このように、この実施形態の金属ガスケットは、基板１の内側部分１０Ａの板幅や板厚を適宜変化させているため、シリンダ用孔１０ａ周りの面圧の不均一性を、大幅に緩和することができる。その結果、シリンダ４ａの真円度が大幅に改善されて、シール性能が向上した高性能の金属ガスケットとなる。
【００５１】
なお、内側部分１０Ａの板幅や板厚の最適値は、内側部分１０Ａの板幅や板厚を一定とした基板１からなる金属ガスケットをシリンダブロック４及びシリンダヘッド５間に介装し、その状態でシリンダ４ａ周りの面圧分布測定や鉛弾テストを行い、その結果に基づいて詳細に選定することが望ましい。
【００５２】
次に、基板１の内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの結合構造について説明する。
即ち、図１及び図３に示すように、内側部分１０Ａの外周面のうち、各シリンダ用孔１０ａの中心Ｏ同士を結ぶ線に対して直交する方の直線Ｎと交わる位置には、円形に近い凹部１１が形成されている。これに対し、図１及び図４に示すように、外側部分１０Ｂの内周面には、上記凹部１１に嵌合する凸部１２が形成されている。これら凹部１１及び凸部１２のそれぞれは、この実施形態では、シリンダ用孔１０ａの個数の二倍の数だけ形成されていることになる。
【００５３】
図１のＣ5 部分の拡大図を図９に、図９のＤ−Ｄ線断面図を図１０に、図９のＥ−Ｅ線断面図を図１１にそれぞれ示す。
そして、凹部１１及び凸部１２は、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂを板材から打ち抜いて形成した際には、板材の表面に直交する方向から嵌め合わせることが可能なように、略同一の形状をしている。このため、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂを面に直交する方向から組み合わせて、凹部１１内に凸部１２が嵌まり込むようにすれば、取り敢えずは内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂは一体にはなるが、そのままでは容易に分離してしまう。
【００５４】
そこで、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの厚さ方向の中心が一致するように、凹部１１及び凸部１２を嵌め合わせた状態で、凹部１１及び凸部１２の嵌合部分を、先端面が凹部１１よりも若干大きい円形に形成された治具で表裏面から挟み込んで圧力を加えることにより、凹部１１の内縁部分を変形させて段差部１１ａを形成する。すると、その段差部１１ａが形成された分、凹部１１の内縁部分が凸部１２上に張り出すようになり、その張り出した部分が凸部１２を上下方向から挟み込む結果、それら凹部１１及び凸部１２は表裏面方向にも簡単には分離できないようになり、これにより、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂが結合されて、基板１が形成される。
【００５５】
このように、凹部１１及び凸部１２を利用して内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂを一体にする構成であれば、ハトメ加工により一体にする場合に比べて、基板の製造にかかる手間が軽減される。
【００５６】
さらに、凹部１１の内縁部分が凸部１２上に張り出す構成であるから、その凹部１１及び凸部１２の結合部分の厚さが増大してしまうようなこともない。そのため、金属ガスケット１の厚さがそこだけ増すようなことがないから、凹部１１及び凸部１２を形成する位置は特に制約を受けないという利点がある。つまり、凹部１１及び凸部１２は、水孔４ｂの位置に合わせて形成しなくてもよい。
【００５７】
また、内側部材１０Ａに凹部１１を形成する構成であれば、その凹部１１を形成したことに起因して、内側部材１０Ａを打ち抜くための元の板材を大きくする必要がないから、材料費に影響することもない。なお、外側部材１０Ｂについては、そもそも元の板材から内側部材１０Ａが嵌まり込む部分を打ち抜いて形成することになるから、凸部１２を形成することは材料費には影響しない。
【００５８】
なお、基板１に形成したビード１Ａや山型突起１Ｂ等によるシール作用は、公知の金属ガスケットと同様である。
また、上記実施形態では、金属ガスケットを１枚の基板１からなる構成としているため、基板と副板とで構成される金属ガスケットと比較して部品点数が少なく、コストが低減される効果があるが、本発明の金属ガスケットはこれに限定されず、副板を有する構成であってもよい。また、本発明の構成を満たす基板が２枚以上積層された構造であってもよいし、本発明の構成を満たす基板と、内側部分と外側部分とが結合されたものではない通常の基板（一枚板からなる基板）とが積層された構造であってもよい。
【００５９】
そして、上記実施形態では、図９乃至図１１を伴って説明したように、凹部１１の内縁を治具で圧することにより変形させているが、これに限定されるものではなく、例えば図１０と同様の断面図である図１２に示すように、凹部１１の内縁に沿って内側部分１０Ａ表面にＶ字形の切り込み１３を形成しつつ、凹部１１の内縁を凸部１２上に張り出させるようにしてもよい。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、凹部１１及び凸部１２を略円形としているが、これに限定されるものではなく、例えば図９と同様の拡大図である図１３に示すように、凹部１１を、開口側よりも内側が幅広の台形状とし、凸部１２を、基端側よりも先端側が幅広の同様の台形状としてもよい。この場合、段差部１１ａを形成するための治具の先端部形状は、凹部１１よりも若干大きい長方形とすることが望ましい。
【００６１】
また、この凹部１１及び凸部１２からなる嵌合部は、一つのシリンダ当たり２箇所に限定されるものではなく、その個数は任意である。そして、各嵌合部の形成位置をシリンダ用孔１０ａの中心Ｏ同士を結ぶ線を挟んで対称位置にしない、或いは、その中心Ｏ同士を結ぶ線を挟んで対称位置にある嵌合部の形状と異ならせるようにすれば、基板１の内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの組み合わせ方向の間違いを確実に防止できるようになる。
【００６２】
また、上記実施形態では、基板１の内側部分１０Ａの板幅を水孔４ｂの外形よりも内側にしているが、これに限定されるものではなく、面圧分布を均一にするためには、板幅を水孔４ｂよりも外側に広げることは構わない。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２、５に係る発明によれば、基板を構成する内側部分の板幅や板厚を適切に選定するようにしたため、シリンダ周りの面圧の不均一性を緩和することができ、シリンダの真円度を大きく改善できるという効果がある。
【００６４】
また、請求項３、６に係る発明によれば、シール性能が向上するという効果がある。
さらに、請求項４、７に係る発明によれば、基板の製造にかかる手間が軽減されるため、製造コストが低減するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に相当する金属ガスケットをなす基板を示す一部破断平面図である。
【図２】図１の金属ガスケットの使用状態を説明する部分断面図である。
【図３】図１の基板をなす内側部分の一部破断平面図である。
【図４】図１の基板をなす外側部分の一部破断平面図である。
【図５】図１の基板の内側部分のシリンダ用孔周りにおける板厚変化を示す図である。
【図６】図１のＡ−Ａ線に沿ったシリンダヘッドの変形を説明する図である。
【図７】図１のＢ−Ｂ線に沿ったシリンダヘッドの変形を説明する図である。
【図８】図１の基板の基板の内側部分の板幅方向の板厚変化を示す図である。
【図９】図１のＣ5 部分の拡大図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】図９のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１２】基板の内側部分と外側部分との結合部の変形例を示す図である。
【図１３】基板の内側部分と外側部分との結合部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板（金属ガスケット）
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
１０Ａ 内側部分
１０Ｂ 外側部分
１０ａ シリンダ用孔
１０ｃ ボルト孔
１１ 凹部
１２ 凸部
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関を構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に介装して、燃焼ガス、冷却水、潤滑油等の流体の漏洩を防止する金属ガスケットに関し、特に、シリンダ用孔周りの面圧分布の不均一性を低減させる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジンその他の内燃機関を構成するシリンダブロックとこの上に取り付けたシリンダヘッドとの接合面には、この接合面から燃焼ガス、冷却水、潤滑油等の流体の漏洩を防止するためにガスケットを介装し、ボルト等の締結具で双方を締め付けることによりシール機能を付与している。このようなガスケットとしては、耐熱性、耐圧縮性、耐久性に富み、良好な復元性（バネ特性）および熱伝導性を有する金属製のガスケットが広く使用されている。
【０００３】
本発明の金属ガスケットに最も近い従来の金属ガスケットとしては、例えば実用新案登録第２５１４４９０号公報に従来例として開示されたものを挙げることができる。
【０００４】
この金属ガスケットは、シリンダ用孔の周辺部分を形成する縁板（シリンダボア廻り部板）と、この縁板が配置される部分に開口部を設けたガスケット本体とが結合されたものである。すなわち、縁板には、シリンダ用孔と、シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続するビード（湾曲部）とが形成され、ガスケット本体には、ボルト孔や水孔が形成されている。そして、縁板の厚さをガスケット本体の厚さより厚くしてある。
【０００５】
したがって、この金属ガスケットによれば、このような厚さの差が設けてあるため、ボルト締結時に、縁板部分（シリンダ用孔周縁部）の面圧がガスケット本体部分よりも高くなって、ビードの山部に面圧が集中する。これにより、シール性能の向上が期待できる。
【０００６】
なお、この金属ガスケットにおける縁板とガスケット本体との結合は、縁板の外縁部に設けた取付片部とガスケット本体とを重ね、この重ねた位置をハトメ加工することで行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の金属ガスケットを、近年開発された又は開発されつつある最新の内燃機関に実際に適用した場合には、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性を十分に低減することはできない。すなわち、従来の金属ガスケットには、シール性能のさらなる向上が望まれている。
【０００８】
つまり、近年開発された又は開発されつつある車両用エンジン等は、より一層の高性能化を実現するため、小型軽量化、高出力化、省燃費化等を図っている。そして、これらの要求を満足するために、エンジンを構成する各部材に軽量のアルミニウム合金を用いるとともに、シリンダブロックにおいて隣接するシリンダの間隔を可能な限り狭く形成する傾向がある。しかし、アルミニウム合金を用いて各部材を構成すると、例えば鋳鉄を用いた場合と比べて、その全体の剛性は著しく低下する。
【０００９】
また、エンジンの小型軽量化によりエンジンの各部材の熱容量が低下することに起因して、冷却水路が拡大される。これによっても、エンジンの全体剛性は低下する傾向にある。さらに、冷却効率を向上させるためには、冷却水路をシリンダの近くに形成する。これによって、シリンダブロックとシリンダヘッドとを締め付けるボルトの締め付け部位は、シリンダから離れた位置に形成されることになる。その結果、ボルトに近い位置ではその締め付け力が大きく、逆にボルトから遠い位置ではその締め付け力が小さくなることが余儀なくされている。
【００１０】
そして、このようにエンジンの全体剛性が低下し、ボルトによる締め付け力の偏差が大きくなる、つまり面圧分布の不均一性が顕著になると、金属ガスケットのシリンダ用孔の縁部分において、シリンダブロック又はシリンダヘッドとの間に隙間差が大きく発生する可能性が高くなる。
【００１１】
特に、上記従来の金属ガスケットの場合には、縁板の幅（シリンダ用孔周りの板幅）に特に変化を付けていないため、剛性の低いエンジンに用いられると、ボルト締結時に、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分ではシリンダヘッドの変形量が大きく、その直線から遠い部分ではシリンダヘッドの変形量が小さくなる傾向がある。
【００１２】
つまり、上記従来の金属ガスケットは、そのシリンダ用孔に近い部分は厚く、遠い部分は薄いという板厚差を有している結果、ボルトを締め付けると、先ず、板厚の厚いシリンダ用孔周辺の部分が、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟み込まれる。次に、その状態からさらにボルトを締め付けると、ボルト孔周辺の部分は面圧が高いため、板厚の薄い部分であっても、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に挟み込まれるようになる。その時には、副板の厚い部分と薄い部分との段差部分を支点として、シリンダヘッドが変形する。この変形の角度は、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分では大きく、その直線から遠い部分では小さくなる。
【００１３】
さらに、上記従来の金属ガスケットでは、縁板の取付片部とガスケット本体とがハトメ加工により結合されている。ここで、ハトメ加工とは、結合する両板材の重ねる部分に貫通孔を形成しておき、この貫通孔に管状金具を挿入して、この挿入された管状金具の両端を押しつぶすことにより両板材を結合する加工方法である。そのため、上記従来の金属ガスケットには基板の製造に手間がかかるという欠点がある。
【００１４】
本発明は、このような従来の技術が有する未解決の課題に着目してなされたものであって、シリンダ用孔周辺の厚い部分とそれ以外の薄い部分とから構成された基板を備える金属ガスケットにおいて、ボルト締結時の面圧分布の不均一性をさらに低減すること、並びに、そのような基板の製造にかかる手間を軽減することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、前記内側部分のシリンダ用孔周りの板幅を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて広くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る金属ガスケットにおいて、前記内側部分の板厚を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、前記直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００１７】
そして、請求項３に係る発明は、請求項１又は２の金属ガスケットにおいて、前記内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００１８】
さらに、請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３の金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周部の所定位置に、その板材の内側方向に凹んだ凹部を形成するとともに、前記外側部分の内周部には前記凹部と嵌合する凸部を形成し、前記凹部と凸部とを嵌合させた状態で、前記凹部の内縁部分を前記凸部上に張り出すように変形させることにより、前記内側部分を構成する板材と前記外側部分を構成する板材とを結合したことを特徴とする。
【００１９】
上記目的を達成するために、請求項５に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、前記内側部分の板厚を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００２０】
上記目的を達成するために、請求項６に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、前記内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させたことを特徴とする。
【００２１】
上記目的を達成するために、請求項７に係る発明は、シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、前記内側部分を構成する板材の外周部の所定位置に、その板材の内側方向に凹んだ凹部を形成するとともに、前記外側部分の内周部には前記凹部と嵌合する凸部を形成し、前記凹部と凸部とを嵌合させた状態で、前記凹部の内縁部分を前記凸部上に張り出すように変形させることにより、前記内側部分を構成する板材と前記外側部分を構成する板材とを結合したことを特徴とする。
【００２２】
ここで、請求項１に係る発明によれば、基板を構成する内側部分のシリンダ用孔周りの板幅を、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて広くなるように連続的に、積極的に変化させているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分におけるシリンダヘッドの変形角度と、その直線から遠い部分におけるシリンダヘッドの変形角度との差が、従来よりも小さくなり、それだけ面圧分布の不均一性が低減するようになる。
【００２３】
また、請求項２に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、シリンダ用孔とボルト孔との中心線同士を結ぶ線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させることで、そのシリンダ用孔の縁に沿った方向で抑揚を付けているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、面圧が高くなり易い位置ではその支点が低く、逆に面圧が低くなり易い部分ではその支点が高くなる結果、その支点の高さが一定であった従来に比べて、それだけ面圧分布の不均一性が低減するようになり、上記請求項１に係る発明と相まって、面圧分布の不均一性がより低減するようになる。
【００２４】
そして、請求項３に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させて、そのシリンダ用孔を中心とした放射線に沿った方向で差をつけているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、そのシリンダヘッドの変形に整合する方向に基板の厚さが調整されていることになるから、基板の厚さが一定であった従来に比べて、基板の内側部分の内周側と外周側との間の面圧差が小さくなる。その結果、シールとして機能する範囲が広がって安定したシール性能が得られるようになり、面圧分布の不均一性が図られる上記請求項１又は請求項２に係る発明と相まって、高性能の金属ガスケットとなる。
【００２５】
さらに、請求項４に係る発明によれば、上記請求項１〜３に係る発明による作用の他に以下の作用が得られる。すなわち、基板の内側部分を構成する板材の外周部に形成された凹部と、基板の外側部分を構成する板材の内周部に形成された凸部とを、ジグソーパズルのピース同士を嵌め合わせるような要領で嵌合させ、その嵌合状態で、凹部の内縁部分を凸部上に張り出すように変形させて凹部と凸部とを一体として内側部分と外側部分とが結合されているため、ハトメによる結合と比較して基板の製造にかかる手間が軽減される。
【００２６】
一方、請求項５に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、シリンダ用孔とボルト孔との中心線同士を結ぶ線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させることで、そのシリンダ用孔の縁に沿った方向で抑揚を付けているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、面圧が高くなり易い位置ではその支点が低く、逆に面圧が低くなり易い部分ではその支点が高くなる結果、その支点の高さが一定であった従来に比べて、それだけ面圧分布の不均一性が低減するようになる。
【００２７】
また、請求項６に係る発明によれば、基板の内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させて、そのシリンダ用孔を中心とした放射線に沿った方向で差をつけているため、ボルト締結時に、基板の内側部分と外側部分との段差を支点としてシリンダヘッドが変形しても、そのシリンダヘッドの変形に整合する方向に基板の厚さが調整されていることになるから、基板の厚さが一定であった従来に比べて、基板の内側部分の内周側と外周側との間の面圧差が小さくなる。その結果、シールとして機能する範囲が広がって安定したシール性能が得られる。
【００２８】
さらに、請求項７に係る発明によれば、上記請求項４に係る発明と同様の作用により、ハトメによる結合と比較して基板の製造にかかる手間が軽減される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態を図１〜図１１に基づいて説明する。
先ず、図１および図２を用いて、この実施形態の金属ガスケットの全体構成とエンジンに対する配置について簡単に説明する。図１は、この実施形態の金属ガスケットを示す一部破断平面図であり、図２は、この金属ガスケットのエンジンに対する配置を示す図であって、図１のＦ−Ｆ線断面図に相当する。
【００３０】
図２に示すように、金属ガスケット１は、エンジンのシリンダブロック４とシリンダヘッド５の相互に対向するデッキ面４Ａ及び５Ａ間に介在して、両デッキ面４Ａ及び５Ａ間をシールするものである。シリンダブロック４には、シリンダ４ａ、水孔４ｂ、ボルト孔４ｃ、油孔４ｄ等が適所に形成されている。また、シリンダヘッド５にも、シリンダブロック４の構成に対応して、シリンダ５ａ、水孔５ｂ、ボルト孔５ｃ、油孔５ｄ等が適所に形成されている。なお、図２中、Ｏはシリンダ４ａの中心を示す。
【００３１】
シリンダブロック４及びシリンダヘッド５は、例えばアルミニウム合金から形成されているが、シリンダブロック４のシリンダ４ａを形成する部分には、そのシリンダ４ａの内周壁面を形成するための鋳鉄スリーブ４ｅが装着されている。なお、この例では、鋳鉄スリーブ４ｅの外周面全体をシリンダブロック４の本体を形成するアルミニウム合金で覆うような構成となっているが、鋳鉄スリーブ４ｅの下端部（図示せず）のみをシリンダブロック４の本体に支持させ、鋳鉄スリーブ４の外周面の多くの部分がウォータージャケット等の水孔４ｂを直接画成するようにしてもよい。
【００３２】
この実施形態の金属ガスケット１は１枚の基板からなり、この基板１には、シリンダ４ａを包囲するように周方向に連続した、断面円弧状のビード１Ａと、水孔４ｂや油孔４ｄの周縁部をシールするための山型突起１Ｂとが形成されている。基板１には、また、シリンダ４ａに対応するシリンダ用孔１０ａ、水孔４ｂ，５ｂに対応する水通過孔（図２には表れていない）、ボルト孔４ｃ，５ｃに対応するボルト孔１０ｃ、油孔４ｄ，５ｄに対応する油通過孔１０ｄが適所に形成されている。
【００３３】
この基板１は、図１および２に示すように、シリンダ用孔１０ａの周囲を包囲する部分を形成する内側部分１０Ａと、残りの部分を形成する外側部分１０Ｂとを、水平面内で結合することにより構成されている。外側部分１０Ｂの板厚は一定であるが、内側部分１０Ａの板厚は後述のように一定ではなく変化させてある。そして、外側部分１０Ｂの板厚は、内側部分１０Ａの板厚の最も薄い部分よりも薄くしてある。
【００３４】
なお、図１では、基板１のビード１Ａの頂点の軌跡を一点鎖線のラインＬ1 で示しており、また、シリンダブロック４の水孔（ウオータージャケット）４ｂの両内壁の軌跡を二点鎖線のラインＬ2 ，Ｌ3 で示している。
【００３５】
次に、図１、図３、図４を用いて、基板１の構成をさらに詳述する。図３は、内側部分１０Ａを示す一部破断平面図であり、図４は、外側部分１０Ｂを示す一部破断平面図である。
【００３６】
これらの図に示すように、この基板１には、シリンダブロック４のシリンダ４ａに対応して、一直線上に各中心が並ぶように複数のシリンダ用孔１０ａが形成されるとともに、シリンダブロック４の水孔４ｂに対応して、適所に複数の水通過孔１０ｂが形成されている。
【００３７】
水通過孔１０ｂのさらに外側には、各シリンダ用孔１０ａと同心の長方形の四つの頂点に位置するように、複数のボルト孔１０ｃが形成されている。この例では、シリンダ用孔１０ａを一列に複数有しているため、一つのシリンダ用孔１０ａを四方向から取り囲む四つのボルト用孔１０ｃと、隣接する他のシリンダ用孔１０ａを四方向から取り囲む四つのボルト用孔１０ｃとのうち、それら両シリンダ用孔１０ａ間に位置する二つのボルト用孔１０ｃは共通となっている。また、ボルト用孔１０ｃの外側の適所に、油通過孔１０ｄが形成されている。
【００３８】
上述した内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの境目は、少なくともビード１Ａ（図１では頂点の軌跡を示すラインＬ1 のみを表示）が内側部分１０Ａに含まれるように、且つ、内側部分１０Ａの外形線が水孔４ｂの外側ラインＬ3 よりも内側を通るように、決定している。
【００３９】
そして、図１および図３に示すように、内側部分１０Ａのシリンダ用孔１０ａ周りの板幅は、シリンダ用孔１０ａの中心Ｏとボルト孔１０ｃの中心とを通る直線Ｍに近い位置では狭く、そこから周方向に離れるに従って広くなり、直線Ｍから４５度ずれた直線Ｎ近傍で略ラインＬ3 に重なるようになっている。ただし、実際には、水通過孔１０ｂが所々に形成されているため、その水通過孔１０ｂと、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの境界線とが交わる部分では、内側部分１０Ａの外周形状は複雑になっている。同様の理由から、図１および図４に示すように、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの境界線とが交わる部分では、外側部分１０Ｂの内周形状は複雑になっている。
【００４０】
また、内側部分１０Ａの板厚は、直線Ｍに近い部分では薄く、直線Ｎに近い部分では厚くなるように、シリンダ用孔１０ａの周方向に沿って変化している。図５に、シリンダ用孔１０ａ周りの内側部分１０Ａの板厚変化を示す。この図に示すように、内側部分１０Ａの板厚は、直線Ｎの位置で最も厚く、そこから直線Ｍに近づくにつれて徐々に薄くなり、直線Ｍの位置で最も薄くなる。
【００４１】
さらに、内側部分１０Ａの板厚は、図５に示したようにシリンダ用孔１０ａの周方向に沿って抑揚を付けただけではなく、図８に示すように幅方向に沿っても変化させている。
【００４２】
ここで、ボルト締結時のシリンダヘッドの変形について説明する。図１のＡ−Ａ線に沿った位置におけるシリンダヘッド５のデッキ面５Ａに対する変形を、図６に二点鎖線で表す。また、図１のＢ−Ｂ線に沿った位置におけるシリンダヘッド５のデッキ面５Ａに対する変形を、図７に二点鎖線で表す。
【００４３】
図６に示すように、ボルトを締結すると、デッキ面５Ａは、ボルトの締結位置ＢＴに力が掛かってデッキ面４Ａ側に押し付けられる。そして、デッキ面４Ａ及び５Ａ間に金属ガスケット１の基板の内側部分１０Ａが挟み込まれた後にもさらにボルトを締め付けると、内側部分１０Ａと外側部分１０Ｂとの間の段差よりも外側の部分は、さらにデッキ面４Ａ側に近づこうとする。そのため、その段差を支点として、デッキ面５Ａが変形し、図６に示すように、中心Ｏが端部よりも盛り上がったような形状になる。なお、図６（ａ）は、シリンダヘッド５にある程度の剛性がある場合、図６（ｂ）は、シリンダヘッド５の剛性が低い場合を表している。また、図６（ａ）、（ｂ）にハッチングを付けて示している部分は、基板１の内側部分１０Ａの断面である。
【００４４】
一方、ボルトから離れた位置においても、図７に示すように、ボルト締結時には、デッキ面５Ａは、やはり中心Ｏが端部よりも盛り上がったような形状に変形する。しかし、ボルトから遠いため、図６に示したものに比べて、変形量は小さい。なお、図７にハッチングを付けて示している部分は、基板１の内側部分１０Ａの断面である。
【００４５】
従って、ボルト締結時のデッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形の角度は、周方向でボルトに近い位置（直線Ｍに近い位置）で急峻になり、ボルトから遠い位置（直線Ｎに近い位置）で緩くなる傾向がある。
【００４６】
この変形角度の違いが、シリンダ用孔１０ａ周りの面圧分布の不均一性を発生する一つの要因となっている。これを緩和するために、この実施形態では、第一に、内側部分１０Ａのシリンダ用孔１０ａ周りの板幅に広狭を付けている。第二に、内側部分１０Ａの板厚をシリンダ用孔１０ａの周方向に沿って抑揚を付けている。また、上記変形角度によるシール性能の低下を防止するために、内側部分１０Ａの板厚をその内外周間で差を付けている。
【００４７】
即ち、内側部分１０Ａのシリンダ用孔１０ａ周りの板幅に上述したような広狭を付けると、デッキ面５Ａが変形する際の支点である内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂ間の段差は、面圧が高くなり易い部分（直線Ｍ近傍）ではシリンダ用孔１０ａ側に近づくが、面圧が低くなり易い部分（直線Ｎ近傍）ではシリンダ用孔１０ａから遠いままである。これにより、デッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形の角度の差が緩和されるようになって、面圧の不均一性が低減するようになる。
【００４８】
また、図５に示したように、内側部分１０Ａの板厚をシリンダ用孔１０ａの周方向に沿って変化させると、内側部分１０Ａの各部分のうち、面圧が低くなり易い部分（直線Ｎ近傍）が、面圧が高くなり易い部分（直線Ｍ近傍）よりも先にデッキ面４Ａ及び５Ａ間に挟み込まれるようになるから、これによっても面圧の不均一性が低減するようになる。
【００４９】
さらに、図６（ａ）のＣ1 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ａ）に、図６（ｂ）のＣ2 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ｂ）に、図７のＣ3 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ｃ）にそれぞれ示す。このように内側部分の板厚は、いずれの位置でも、各位置におけるデッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形に整合するように、内周側で厚く、外周側で薄くなっている。そのため、デッキ面５Ａの上記段差を支点とした変形角度が生じたとしても、内周側の面圧が外周側の面圧に比べて低くなる傾向が緩和され、安定したシール性能が得られるようになる。なお、図７のＣ4 で示す内側部分１０Ａの板厚変化を図８（ｄ）に示すが、ここは隣接する二つのシリンダ用孔１０ａの間であるため、厚さは一定となっている。
【００５０】
このように、この実施形態の金属ガスケットは、基板１の内側部分１０Ａの板幅や板厚を適宜変化させているため、シリンダ用孔１０ａ周りの面圧の不均一性を、大幅に緩和することができる。その結果、シリンダ４ａの真円度が大幅に改善されて、シール性能が向上した高性能の金属ガスケットとなる。
【００５１】
なお、内側部分１０Ａの板幅や板厚の最適値は、内側部分１０Ａの板幅や板厚を一定とした基板１からなる金属ガスケットをシリンダブロック４及びシリンダヘッド５間に介装し、その状態でシリンダ４ａ周りの面圧分布測定や鉛弾テストを行い、その結果に基づいて詳細に選定することが望ましい。
【００５２】
次に、基板１の内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの結合構造について説明する。
即ち、図１及び図３に示すように、内側部分１０Ａの外周面のうち、各シリンダ用孔１０ａの中心Ｏ同士を結ぶ線に対して直交する方の直線Ｎと交わる位置には、円形に近い凹部１１が形成されている。これに対し、図１及び図４に示すように、外側部分１０Ｂの内周面には、上記凹部１１に嵌合する凸部１２が形成されている。これら凹部１１及び凸部１２のそれぞれは、この実施形態では、シリンダ用孔１０ａの個数の二倍の数だけ形成されていることになる。
【００５３】
図１のＣ5 部分の拡大図を図９に、図９のＤ−Ｄ線断面図を図１０に、図９のＥ−Ｅ線断面図を図１１にそれぞれ示す。
そして、凹部１１及び凸部１２は、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂを板材から打ち抜いて形成した際には、板材の表面に直交する方向から嵌め合わせることが可能なように、略同一の形状をしている。このため、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂを面に直交する方向から組み合わせて、凹部１１内に凸部１２が嵌まり込むようにすれば、取り敢えずは内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂは一体にはなるが、そのままでは容易に分離してしまう。
【００５４】
そこで、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの厚さ方向の中心が一致するように、凹部１１及び凸部１２を嵌め合わせた状態で、凹部１１及び凸部１２の嵌合部分を、先端面が凹部１１よりも若干大きい円形に形成された治具で表裏面から挟み込んで圧力を加えることにより、凹部１１の内縁部分を変形させて段差部１１ａを形成する。すると、その段差部１１ａが形成された分、凹部１１の内縁部分が凸部１２上に張り出すようになり、その張り出した部分が凸部１２を上下方向から挟み込む結果、それら凹部１１及び凸部１２は表裏面方向にも簡単には分離できないようになり、これにより、内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂが結合されて、基板１が形成される。
【００５５】
このように、凹部１１及び凸部１２を利用して内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂを一体にする構成であれば、ハトメ加工により一体にする場合に比べて、基板の製造にかかる手間が軽減される。
【００５６】
さらに、凹部１１の内縁部分が凸部１２上に張り出す構成であるから、その凹部１１及び凸部１２の結合部分の厚さが増大してしまうようなこともない。そのため、金属ガスケット１の厚さがそこだけ増すようなことがないから、凹部１１及び凸部１２を形成する位置は特に制約を受けないという利点がある。つまり、凹部１１及び凸部１２は、水孔４ｂの位置に合わせて形成しなくてもよい。
【００５７】
また、内側部材１０Ａに凹部１１を形成する構成であれば、その凹部１１を形成したことに起因して、内側部材１０Ａを打ち抜くための元の板材を大きくする必要がないから、材料費に影響することもない。なお、外側部材１０Ｂについては、そもそも元の板材から内側部材１０Ａが嵌まり込む部分を打ち抜いて形成することになるから、凸部１２を形成することは材料費には影響しない。
【００５８】
なお、基板１に形成したビード１Ａや山型突起１Ｂ等によるシール作用は、公知の金属ガスケットと同様である。
また、上記実施形態では、金属ガスケットを１枚の基板１からなる構成としているため、基板と副板とで構成される金属ガスケットと比較して部品点数が少なく、コストが低減される効果があるが、本発明の金属ガスケットはこれに限定されず、副板を有する構成であってもよい。また、本発明の構成を満たす基板が２枚以上積層された構造であってもよいし、本発明の構成を満たす基板と、内側部分と外側部分とが結合されたものではない通常の基板（一枚板からなる基板）とが積層された構造であってもよい。
【００５９】
そして、上記実施形態では、図９乃至図１１を伴って説明したように、凹部１１の内縁を治具で圧することにより変形させているが、これに限定されるものではなく、例えば図１０と同様の断面図である図１２に示すように、凹部１１の内縁に沿って内側部分１０Ａ表面にＶ字形の切り込み１３を形成しつつ、凹部１１の内縁を凸部１２上に張り出させるようにしてもよい。
【００６０】
さらに、上記実施形態では、凹部１１及び凸部１２を略円形としているが、これに限定されるものではなく、例えば図９と同様の拡大図である図１３に示すように、凹部１１を、開口側よりも内側が幅広の台形状とし、凸部１２を、基端側よりも先端側が幅広の同様の台形状としてもよい。この場合、段差部１１ａを形成するための治具の先端部形状は、凹部１１よりも若干大きい長方形とすることが望ましい。
【００６１】
また、この凹部１１及び凸部１２からなる嵌合部は、一つのシリンダ当たり２箇所に限定されるものではなく、その個数は任意である。そして、各嵌合部の形成位置をシリンダ用孔１０ａの中心Ｏ同士を結ぶ線を挟んで対称位置にしない、或いは、その中心Ｏ同士を結ぶ線を挟んで対称位置にある嵌合部の形状と異ならせるようにすれば、基板１の内側部分１０Ａ及び外側部分１０Ｂの組み合わせ方向の間違いを確実に防止できるようになる。
【００６２】
また、上記実施形態では、基板１の内側部分１０Ａの板幅を水孔４ｂの外形よりも内側にしているが、これに限定されるものではなく、面圧分布を均一にするためには、板幅を水孔４ｂよりも外側に広げることは構わない。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１、２、５に係る発明によれば、基板を構成する内側部分の板幅や板厚を適切に選定するようにしたため、シリンダ周りの面圧の不均一性を緩和することができ、シリンダの真円度を大きく改善できるという効果がある。
【００６４】
また、請求項３、６に係る発明によれば、シール性能が向上するという効果がある。
さらに、請求項４、７に係る発明によれば、基板の製造にかかる手間が軽減されるため、製造コストが低減するという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に相当する金属ガスケットをなす基板を示す一部破断平面図である。
【図２】図１の金属ガスケットの使用状態を説明する部分断面図である。
【図３】図１の基板をなす内側部分の一部破断平面図である。
【図４】図１の基板をなす外側部分の一部破断平面図である。
【図５】図１の基板の内側部分のシリンダ用孔周りにおける板厚変化を示す図である。
【図６】図１のＡ−Ａ線に沿ったシリンダヘッドの変形を説明する図である。
【図７】図１のＢ−Ｂ線に沿ったシリンダヘッドの変形を説明する図である。
【図８】図１の基板の基板の内側部分の板幅方向の板厚変化を示す図である。
【図９】図１のＣ5 部分の拡大図である。
【図１０】図９のＤ−Ｄ線断面図である。
【図１１】図９のＥ−Ｅ線断面図である。
【図１２】基板の内側部分と外側部分との結合部の変形例を示す図である。
【図１３】基板の内側部分と外側部分との結合部の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１ 基板（金属ガスケット）
４ シリンダブロック
５ シリンダヘッド
１０Ａ 内側部分
１０Ｂ 外側部分
１０ａ シリンダ用孔
１０ｃ ボルト孔
１１ 凹部
１２ 凸部
Claims (7)
- シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、
前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、
前記内側部分のシリンダ用孔周りの板幅を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて広くなるように連続的に変化させたことを特徴とする金属ガスケット。 - 前記内側部分の板厚を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、前記直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させたことを特徴とする請求項１記載の金属ガスケット。
- 前記内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の金属ガスケット。
- 前記内側部分を構成する板材の外周部の所定位置に、その板材の内側方向に凹んだ凹部を形成するとともに、前記外側部分の内周部には前記凹部と嵌合する凸部を形成し、前記凹部と凸部とを嵌合させた状態で、前記凹部の内縁部分を前記凸部上に張り出すように変形させることにより、前記内側部分を構成する板材と前記外側部分を構成する板材とを結合したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の金属ガスケット。
- シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、
前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、
前記内側部分の板厚を、ボルト締結時に生じる面圧分布の不均一性が緩和されるように、シリンダ用孔とボルト孔との中心同士を結ぶ直線に近い部分から遠い部分に向かうに連れて厚くなるように連続的に変化させたことを特徴とする金属ガスケット。 - シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、
前記内側部分を構成する板材の外周面と前記外側部分を構成する板材の内周面との突き当てにより、両板材が水平面内で結合され、
前記内側部分の板厚を、前記シリンダ用孔の直径に沿った方向で、前記シリンダ用孔の内周側から外周側に向かうにつれて薄くなるように連続的に変化させたことを特徴とする金属ガスケット。 - シリンダ用孔及びボルト孔を有し且つ前記シリンダ用孔を包囲するように周方向に連続したビードが形成された金属製の基板を備え、この基板は、少なくともビードを含むシリンダ用孔の周辺部分を形成する内側部分と、この内側部分よりも外側の部分を形成する外側部分とを備えるとともに、その内側部分の板厚が外側部分の板厚よりも厚くなるように、板厚の異なる板材を結合して構成されている金属ガスケットにおいて、
前記内側部分を構成する板材の外周部の所定位置に、その板材の内側方向に凹んだ凹部を形成するとともに、前記外側部分の内周部には前記凹部と嵌合する凸部を形成し、前記凹部と凸部とを嵌合させた状態で、前記凹部の内縁部分を前記凸部上に張り出すように変形させることにより、前記内側部分を構成する板材と前記外側部分を構成する板材とを結合したことを特徴とする金属ガスケット。
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