JP4298335B2 - シリンダーヘッド用メタルガスケット - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のシリンダーブロックとシリンダーヘッドとの間に介挿されるシリンダーヘッド用メタルガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のメタルガスケットとしては、例えば、それぞれ金属板からなる二枚の基板と、それらの基板より薄い板厚の金属板からなり、それらの基板間に介挿される副板とを具え、前記各基板が、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔と、各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビードと、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔とを有し、前記副板が、基板と同様のシリンダー穴と冷却水穴とを有するメタルガスケットが知られており、かかるメタルガスケットにおいては、その副板に、基板の各シリンダー孔の周囲の環状ビードと重なるシリンダー孔周辺部をそれより外側の外方部よりも厚くする段差構造を設けて、基板の環状ビードの線圧を上昇させることで、シリンダー内の燃焼ガスに対するシール性能を向上させる場合がある。
【０００３】
上記段差構造としては従来、例えば図１４に示すように、それぞれ鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ 等）からなる二枚の基板２間に介挿される副板３を、基板２の各シリンダー孔２ａの周囲の環状ビード２ｂと重なるシリンダー孔周辺部３ａとそれより外側に位置する外方部３ｂとで互いに異なる板厚の薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ， ０．３ｔ 等）で構成して所要の段差になるようにし、それらシリンダー孔周辺部３ａと外方部３ｂとをレーザー溶接で結合した段差構造Ｓ１が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、図中符号１はメタルガスケット、ＬＷはレーザー溶接部を示す。
【０００４】
また例えば図１５に示すように、それぞれ鋼板からなる二枚の基板２間に介挿される単一板厚の薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．１ｔ 等）からなる副板３の、基板２の各シリンダー孔２ａの周囲の環状ビード２ｂと重なるシリンダー孔周辺部３ａにこれも薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．１ｔ 等）からなるシム板４を重ねて所要の段差になるようにし、それら副板３とシム板４とをレーザー溶接で結合した段差構造Ｓ２も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、例えば図１６に示すように、それぞれ鋼板からなる二枚の基板２間に介挿される単一板厚の薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．０５ｔ等）からなる副板３の、基板２の各シリンダー孔２ａの周囲の環状ビード２ｂと重なるシリンダー孔周辺部３ａに折り返し曲げ加工により折り重ね部３ｃを形成して所要の段差になるようにした段差構造Ｓ３も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２４３５３１号公報、第３図
【特許文献２】
特開平１０−６１７７２号公報
【特許文献３】
特開平８−１２１５９７号公報、第４図
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最初に記した従来の段差構造Ｓ１では、所定のガスケット形状とするためのシリンダー孔周辺部３ａと外方部３ｂとの位置合せが難しいため、ガスケット形状に求められている高い精度を満たすには専用の位置合せ治具と高精度のレーザー溶接装置が不可欠となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【０００８】
また二番目に記した従来の段差構造Ｓ２では、シム板４の板厚が段差量となり、工業的に流通している薄鋼板の板厚が現状では５０μｍ （０．０５ｍｍ） 区切りであるため、１０μｍ （０．０１ｍｍ） 単位での高精度な段差量の設定ができず、また１００ μｍ 以下の薄板ではレーザー溶接による歪みや変形や浮きの発生で段差機能の確保が困難となり、しかも最初の段差構造と同様、専用の位置合せ治具と高精度のレーザー溶接装置が不可欠となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【０００９】
そして三番目に記した従来の段差構造Ｓ３では、単一板厚の薄鋼板を折り返し曲げ加工することから、その薄鋼板の板厚が段差量となるため、二番目の段差構造Ｓ２と同様、１０μｍ （０．０１ｍｍ） 単位での高精度な段差量の設定ができず、しかも折り返し曲げ加工は絞り加工を用いて行うため、折り重ね部３ｃの形状の自由度が低く、割れの発生なしに充分広い半径方向幅の折り重ね部３ｃを形成するのは、特に薄鋼板では困難であるという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は上記課題を有利に解決して安価で段差量の制御の自由度の高い優れたメタルガスケットを提供することを目的とするものであり、請求項１記載のこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットは、それぞれ金属板からなり、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔と、前記各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビードと、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔と、前記環状ビードおよび前記冷却水孔を全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状の外周ビードとを有し、互いに重ね合わされる二枚の基板と、金属板からなり、前記二枚の基板間に介挿される副板と、前記副板の少なくとも片面上に形成されて、前記基板の前記各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するように前記環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、前記基板の前記各シリンダー孔を環状に囲む硬質金属めっき層と、を具えてなるものである。
【００１１】
かかるシリンダーヘッド用メタルガスケットによれば、二枚の基板間に介挿される副板の少なくとも片面上に形成された硬質金属めっき層が、基板の各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するようにその環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板の各シリンダー孔を環状に囲んで段差構造を構成するので、二枚の基板の環状ビードの頂部に加わる線圧が高くなって、シリンダーボア内の燃焼ガス圧に対し高いシール性能を発揮することができる。しかもこのメタルガスケットによれば、硬質金属めっき層が金属からなるので、特に高熱にさらされるシリンダー孔周りの環状ビードのための段差構造として高いシール性能を維持することができ、また硬質金属めっき層がめっき工程により形成されるためその厚さの調節も容易であるので、環状ビードと外周ビードとの締付力のバランスを最適にする段差量を容易に得ることができる。
【００１２】
なお、この発明のメタルガスケットにおいては、請求項２に記載のように、前記副板に、前記基板の前記環状ビードと重なるとともに頂部同士が対向するように山形断面形状の環状ビードが形成されていてもよく、このようにすれば、環状ビードが三段に重なるので、より高いシール性能を得ることができる。
【００１３】
また、請求項３記載のこの発明のメタルガスケットは、それぞれ金属板からなり、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔と、前記各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビードと、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔と、前記環状ビードおよび前記冷却水孔を全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状の外周ビードとを有し、互いに重ね合わされる二枚の基板と、前記二枚の基板の一方もしくは両方の、他方の基板に向く面上に形成されて、前記基板の前記各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するように前記環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、前記基板の前記各シリンダー孔を環状に囲む硬質金属めっき層と、を具えてなるものである。
【００１４】
このシリンダーヘッド用メタルガスケットによれば、二枚の基板の一方もしくは両方の、他方の基板に向く面上に形成された硬質金属めっき層が、基板の各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するようにその環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板の各シリンダー孔を環状に囲んで段差構造を構成するので、二枚構成のメタルガスケットでも、二枚の基板の環状ビードの頂部に加わる線圧が高くなって、シリンダーボア内の燃焼ガス圧に対し高いシール性能を発揮することができる。しかもこのメタルガスケットによれば、硬質金属めっき層が金属からなるので、特に高熱にさらされるシリンダー孔周りの環状ビードのための段差構造として高いシール性能を維持することができ、また硬質金属めっき層がめっき工程により形成されるためその厚さの調節も容易であるので、環状ビードと外周ビードとの締付力のバランスを最適にする段差量を容易に得ることができる。
【００１５】
さらに請求項１および３記載のこの発明のメタルガスケットは、複数の前記シリンダー孔相互間の前記硬質金属めっき層の段差量の分布が、複数の前記シリンダーボア相互間の前記内燃機関の剛性分布に対応しているものである。このように内燃機関の剛性の低い部分で、剛性の高い部分より段差量を大きくすることにより、シール性能のバランスをとることができる。
【００１６】
なお、この発明においては、前記硬質金属めっき層は、ニッケル、ニッケル・リン、または銅からなり、硬度がＨｖ６０以上のものであると好ましい。二枚の基板の環状ビードの頂部に加わる高い線圧に対し潰れることなく耐えて、シール性能の低下を防止することができるからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第１参考例の全体を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ａ），（ｂ）は、上記第１参考例のメタルガスケットの副板に硬質金属めっき層を設ける方法を示す説明図であり、図中先の図１４〜図１６に示すと同様の部分はそれと同一の符号にて示す。すなわち、符号１はメタルガスケット、２は基板、３は副板をそれぞれ示す。
【００１８】
上記第１参考例のシリンダーヘッド用メタルガスケット１は、それぞれ外側面（シリンダーブロックおよびシリンダーヘッドに対向する面）のみ厚さ２５μｍ のＮＢＲからなるラバー層のラバーコートを施された鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ）からなり互いに重ね合わされる二枚の基板２と、それらの基板２間に介挿されるラバーコートなしの鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ）からなる副板３とを具えている。
【００１９】
ここにおける二枚の基板２はそれぞれ、図１に示すように、内燃機関のシリンダーブロックの四つのシリンダーボアにそれぞれ対応して形成された四つのシリンダー孔２ａ（図１では左のシリンダー孔２ａから順に、＃１，＃２，＃３，＃４シリンダーボアに対応する）と、各シリンダー孔２ａの周囲に形成された山形断面形状（いわゆるフルビード形状）の環状ビード２ｂと、上記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して各環状ビード２ｂの外側周辺部に形成された複数の冷却水孔２ｃと、複数の環状ビード２ｂおよびそれらの周囲に位置する複数の冷却水孔２ｃを全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状（いわゆるハーフビード形状）の外周ビード２ｄとを有している。
【００２０】
またここにおける副板３は、図３（ａ）に示すように、上記基板２の各シリンダー孔２ａに対応するシリンダー孔３ｄと、上記基板２の冷却水孔２ｃのうちの幾つかに対応する冷却水孔３ｅとを有している。
【００２１】
この第１参考例のシリンダーヘッド用メタルガスケット１はさらに、図２に示すように、副板３の両面上に両面分合計厚さ４９〜５１μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えており、この硬質金属めっき層５は、図３（ｂ）に示す如く副板３の両面上の各シリンダー孔３ｄの周辺部に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなるもので、副板３とともに二枚の基板２間に介挿されると、基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともに、その環状ビード２ｂの頂部と対向するように環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、副板３の各シリンダー孔３ｄひいてはそれが対応する基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲むものである。
【００２２】
かかる第１参考例のメタルガスケット１によれば、二枚の基板２間に介挿される副板３の両面上に形成された硬質金属めっき層５が、基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともにその環状ビード２ｂの頂部と対向するようにその環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲んで段差量略５０μｍ の段差構造Ｓ４を構成するので、二枚の基板２の環状ビード２ｂの頂部に加わる線圧が高くなって、後述の如く、シリンダーボア内の燃焼ガス圧に対し高いシール性能を発揮することができる。
【００２３】
しかもこの第１参考例のメタルガスケット１によれば、硬質金属めっき層５がニッケルからなるので、特に高熱にさらされるシリンダー孔２ａ周りの環状ビード２ｂのための段差構造として高いシール性能を維持することができ、また硬質金属めっき層５がめっき工程により形成されるため，その層厚さの調節も容易であるので、環状ビード２ｂと外周ビード２ｄとの締付力のバランスを最適にする段差量を容易に得ることができる。
【００２４】
さらにこの第１参考例のメタルガスケット１によれば、二枚の基板２がそれぞれ鋼板の外側面をラバー層で被覆するラバーコートを施されているので、それらのラバー層がシリンダーブロックおよびシリンダーヘッドのデッキ面の微細な傷や加工痕を埋めてミクロシールの機能を果たすことで、シール性能を高めることができる。
【００２５】
なお、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を四つのシリンダー孔２ａに関して一律に８０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第２参考例とする。この第２参考例によれば、段差量が第１参考例より大きいので、後述の如く、第１参考例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００２６】
また、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ４９μｍ 、８１μｍ 、７９μｍ 、５０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第１実施例とし、さらに、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ４７μｍ 、１０５ μｍ 、１０３ μｍ 、５０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第２実施例とする。これら第１および第２実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の参考例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００２７】
図４は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３参考例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３参考例のメタルガスケット１は、副板３の片面（図では上側の面）上に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなる厚さ４９〜５１μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えて段差量略５０μｍ の段差構造Ｓ５を構成している点のみが先の第１参考例と異なっており、それ以外は第１参考例と同一の構成とされている。この第３参考例によっても、先の第１参考例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
なお、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ一律に８０μｍ および１００ μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第４参考例および第５参考例とする。これら第４，第５参考例によれば、段差量が第３参考例より大きいので、後述の如く、第３参考例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００２９】
また、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ５０μｍ 、８２μｍ 、８３μｍ 、４９μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３実施例とし、さらに、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ４７μｍ 、１０５ μｍ 、１０３ μｍ 、５０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第４実施例とする。これら第３および第４実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の実施例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００３０】
一方、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ８２μｍ 、４９μｍ 、５１μｍ 、８０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第５実施例とし、さらに、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ１００ μｍ 、５０μｍ 、５０μｍ 、１００ μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第６実施例とする。これら第５および第６実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の実施例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００３１】
また、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ８１μｍ 、４８μｍ 、５０μｍ 、８１μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第７実施例とし、さらに、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ１０３ μｍ 、４９μｍ 、４９μｍ 、１０２ μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第８実施例とする。これら第７および第８実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の実施例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００３２】
さらにここでは、上記第１〜第２および第３〜第８実施例と同様の構成で、硬質金属めっき層５がニッケル・リン（Ｈｖ８６８）からなるものを第９〜第２０実施例とし、また、上記第１〜第２および第３〜第８実施例と同様の構成で、硬質金属めっき層５が銅（Ｈｖ９５）からなるものを第２１〜第３２実施例とする。
【００３３】
図５は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３３実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３３実施例のメタルガスケット１は副板３に、基板２の環状ビード２ｂと重なるとともに下側の基板２の環状ビード２ｂと頂部同士が対向するように山形断面形状の環状ビード３ｆが形成されていて、その副板３の片面（環状ビード３ｆの突出側の面）上に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなる、内燃機関の剛性分布に対応した厚さ４９〜８１μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えて段差構造Ｓ６を構成している点のみが先の第３実施例と異なっており、それ以外は第３実施例と同一の構成とされている。この第３３実施例によれば環状ビード２ｂ，３ｆが三段に重なるので、後述の如く、先の第３実施例よりも高いシール性能を得ることができる。
【００３４】
図６は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３４実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３４実施例のメタルガスケット１は副板３に、基板２の環状ビード２ｂと重なるとともに下側の基板２の環状ビード２ｂと頂部同士が対向するように山形断面形状の環状ビード３ｆが形成されていて、その副板３の両面上に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなる、内燃機関の剛性分布に対応した合計厚さ４７〜８３μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えて段差構造Ｓ７を構成する点のみが先の第１実施例と異なっており、それ以外は第１実施例と同一の構成とされている。この第３４実施例によれば環状ビード２ｂ，３ｆが三段に重なるので、先の第１実施例よりも高いシール性能を得ることができる。
【００３５】
図７は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３５実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３５実施例のメタルガスケット１は二枚の基板２の間に副板３を具えていないが、各基板２自体は先の実施例と同様のものである。そしてこの実施例では、片側（図では上側）の基板２の、他方の基板（図では下側の基板）２に向く面（内側面）上に、内燃機関の剛性分布に対応した厚さ４９〜８２μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えており、この硬質金属めっき層５は、基板２のシリンダー孔２ａの周辺部に電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなるもので、二枚の基板２が重ね合わされると、他方の基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともにその環状ビード２ｂの頂部と対向するように環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲んで段差構造Ｓ８を構成するものである。
【００３６】
かかる第３５実施例のメタルガスケット１によれば、副板３がないのでガスケットを安価に製造でき、しかも後述の如く、先の第１実施例と概ね同等のシール性能を得ることができる。
【００３７】
図８は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３６実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３６実施例のメタルガスケット１は二枚の基板２の間に副板３を具えていないが、各基板２自体は先の実施例と同様のものである。そしてこの実施例では、両方の基板２の他方の基板２に向く面（内側面）上に、内燃機関の剛性分布に対応した合計厚さ５１〜８２μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えており、この硬質金属めっき層５は、基板２のシリンダー孔２ａの周辺部に電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなるもので、二枚の基板２が重ね合わされると、他方の基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともにその環状ビード２ｂの頂部と対向するように環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲んで段差構造Ｓ９を構成するものである。
【００３８】
かかる第３６実施例のメタルガスケット１によれば、副板３がないのでガスケットを安価に製造でき、しかも後述の如く、先の第１実施例と概ね同等のシール性能を得ることができる。
【００３９】
以下の表１〜表５は、上記第１実施例〜第３６実施例のメタルガスケットと、第１参考例から硬質金属めっき層５を除いた比較例１のメタルガスケットと、第１参考例と同一の段差量を図１４の突合せ接合で得た比較例２のメタルガスケットと、第１参考例の硬質金属めっき層５の代わりに錫（Ｈｖ１５）からなる軟質金属めっき層を設けた比較例３のメタルガスケットと、第３３実施例と同様の構成で一律の約５０μｍ の段差量を図１４の突合せ接合で得た比較例４のメタルガスケットと、第３５実施例と同様の構成で一律の約５０μｍ の段差量を図１４の突合せ接合で得た比較例４のメタルガスケットとについて、構成およびシール性能を対比して示すものであり、ここにおけるシール限界圧は、図９に示すように、上記各メタルガスケット１を自動車用エンジンのシリンダーブロックＳＢとシリンダーヘッドＳＨとの間に装着してヘッドボルトＨＢを規定軸力（３４．４ｋＮ／本）にて締付け、シリンダーボア内のピストンと燃焼室のバルブとを密閉処理した供試体につき、室温雰囲気中で点火プラグ孔からシリンダーボア内にエアーを注入してシリンダーボア内を加圧してシール限界圧を測定した結果を示すものである。
【００４０】
これら表１〜表５から、上記各実施例のメタルガスケットのシール性能が同様のビード構造の比較例と比べて大幅に高いことが判る。
【００４１】
【表１】
【００４２】
【表２】
【００４３】
【表３】
【００４４】
【表４】
【００４５】
【表５】
【００４６】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、段差構造を有さない比較例１と、第１，第３および第５参考例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも、参考例と同様に段差構造を有する上記実施例のメタルガスケットは段差構造を有さないものと比較して大幅にシール性は向上することが判る。
【００４７】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、段差構造を有さない比較例１および、軟質金属めっき層を有する比較例３と、第１参考例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも、参考例と同様に硬質メッキ層を有する上記実施例のメタルガスケットは軟質金属めっき層を有するものと比較してシール性は向上することが判る。
【００４８】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、内燃機関の剛性分布が＃１，＃４シリンダーボアに関して＃２，＃３シリンダーボアよりも低い場合に適用した、段差量一律の比較例２と、段差量をそれら＃１，＃４シリンダーボアに対応するシリンダー孔周りで他のシリンダー孔周りよりも大きくした第５，第７および第８実施例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも、上記実施例のメタルガスケットは段差量一律のものと比較して大幅にシール性は向上することが判る。
【００４９】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、内燃機関の剛性分布が＃２，＃３シリンダーボアに関して＃１，＃４シリンダーボアよりも低い場合に適用した、段差量一律の比較例２と、段差量をそれら＃２，＃３シリンダーボアに対応するシリンダー孔周りで他のシリンダー孔周りよりも大きくした第１，第３および第４実施例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも上記実施例のメタルガスケットは段差量一律のものと比較して大幅にシール性は向上することが判る。
【００５０】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、硬質金属めっき層５は、硬度がＨｖ６０以上の鉄からなるものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第１参考例の全体を示す平面図である。
【図２】上記第１参考例のメタルガスケットの、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、上記第１参考例のメタルガスケットの副板に硬質金属めっき層を設ける方法を示す説明図である。
【図４】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３参考例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図５】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３３実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図６】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３４実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図７】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３５実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図８】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３６実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図９】上記参考例、実施例および比較例のメタルガスケット１のシール限界圧の測定方法を示す説明図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、段差構造を有さない比較例とこの発明の参考例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、段差構造を有さない比較例および金属めっき層の材質が異なる比較例とこの発明の参考例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、段差量一律の比較例とこの発明の実施例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、段差量一律の比較例とこの発明の実施例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１４】従来のシリンダーヘッド用メタルガスケットの段差構造の一例を示す、図１と同様の位置での断面図である。
【図１５】従来のシリンダーヘッド用メタルガスケットの段差構造の他の一例を示す、図１と同様の位置での断面図である。
【図１６】従来のシリンダーヘッド用メタルガスケットの段差構造のさらに他の一例を示す、図１と同様の位置での断面図である。
【符号の説明】
１ メタルガスケット
２ 基板
２ａ， ３ｄ シリンダー孔
２ｂ， ３ｆ 環状ビード
２ｃ， ３ｅ 冷却水孔
２ｄ 外周ビード
３ 副板
３ａ シリンダー孔周辺部
３ｂ 外方部
３ｃ 折り重ね部
４ シム板
５ 硬質金属めっき層
ＨＢ ヘッドボルト
ＬＷ レーザー溶接部
Ｓ１〜Ｓ９ 段差構造
ＳＢ シリンダーブロック
ＳＨ シリンダーヘッド
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関のシリンダーブロックとシリンダーヘッドとの間に介挿されるシリンダーヘッド用メタルガスケットに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のメタルガスケットとしては、例えば、それぞれ金属板からなる二枚の基板と、それらの基板より薄い板厚の金属板からなり、それらの基板間に介挿される副板とを具え、前記各基板が、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔と、各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビードと、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔とを有し、前記副板が、基板と同様のシリンダー穴と冷却水穴とを有するメタルガスケットが知られており、かかるメタルガスケットにおいては、その副板に、基板の各シリンダー孔の周囲の環状ビードと重なるシリンダー孔周辺部をそれより外側の外方部よりも厚くする段差構造を設けて、基板の環状ビードの線圧を上昇させることで、シリンダー内の燃焼ガスに対するシール性能を向上させる場合がある。
【０００３】
上記段差構造としては従来、例えば図１４に示すように、それぞれ鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ 等）からなる二枚の基板２間に介挿される副板３を、基板２の各シリンダー孔２ａの周囲の環状ビード２ｂと重なるシリンダー孔周辺部３ａとそれより外側に位置する外方部３ｂとで互いに異なる板厚の薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ， ０．３ｔ 等）で構成して所要の段差になるようにし、それらシリンダー孔周辺部３ａと外方部３ｂとをレーザー溶接で結合した段差構造Ｓ１が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、図中符号１はメタルガスケット、ＬＷはレーザー溶接部を示す。
【０００４】
また例えば図１５に示すように、それぞれ鋼板からなる二枚の基板２間に介挿される単一板厚の薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．１ｔ 等）からなる副板３の、基板２の各シリンダー孔２ａの周囲の環状ビード２ｂと重なるシリンダー孔周辺部３ａにこれも薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．１ｔ 等）からなるシム板４を重ねて所要の段差になるようにし、それら副板３とシム板４とをレーザー溶接で結合した段差構造Ｓ２も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、例えば図１６に示すように、それぞれ鋼板からなる二枚の基板２間に介挿される単一板厚の薄鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．０５ｔ等）からなる副板３の、基板２の各シリンダー孔２ａの周囲の環状ビード２ｂと重なるシリンダー孔周辺部３ａに折り返し曲げ加工により折り重ね部３ｃを形成して所要の段差になるようにした段差構造Ｓ３も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２４３５３１号公報、第３図
【特許文献２】
特開平１０−６１７７２号公報
【特許文献３】
特開平８−１２１５９７号公報、第４図
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最初に記した従来の段差構造Ｓ１では、所定のガスケット形状とするためのシリンダー孔周辺部３ａと外方部３ｂとの位置合せが難しいため、ガスケット形状に求められている高い精度を満たすには専用の位置合せ治具と高精度のレーザー溶接装置が不可欠となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【０００８】
また二番目に記した従来の段差構造Ｓ２では、シム板４の板厚が段差量となり、工業的に流通している薄鋼板の板厚が現状では５０μｍ （０．０５ｍｍ） 区切りであるため、１０μｍ （０．０１ｍｍ） 単位での高精度な段差量の設定ができず、また１００ μｍ 以下の薄板ではレーザー溶接による歪みや変形や浮きの発生で段差機能の確保が困難となり、しかも最初の段差構造と同様、専用の位置合せ治具と高精度のレーザー溶接装置が不可欠となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【０００９】
そして三番目に記した従来の段差構造Ｓ３では、単一板厚の薄鋼板を折り返し曲げ加工することから、その薄鋼板の板厚が段差量となるため、二番目の段差構造Ｓ２と同様、１０μｍ （０．０１ｍｍ） 単位での高精度な段差量の設定ができず、しかも折り返し曲げ加工は絞り加工を用いて行うため、折り重ね部３ｃの形状の自由度が低く、割れの発生なしに充分広い半径方向幅の折り重ね部３ｃを形成するのは、特に薄鋼板では困難であるという問題があった。
【００１０】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
この発明は上記課題を有利に解決して安価で段差量の制御の自由度の高い優れたメタルガスケットを提供することを目的とするものであり、請求項１記載のこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットは、それぞれ金属板からなり、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔と、前記各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビードと、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔と、前記環状ビードおよび前記冷却水孔を全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状の外周ビードとを有し、互いに重ね合わされる二枚の基板と、金属板からなり、前記二枚の基板間に介挿される副板と、前記副板の少なくとも片面上に形成されて、前記基板の前記各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するように前記環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、前記基板の前記各シリンダー孔を環状に囲む硬質金属めっき層と、を具えてなるものである。
【００１１】
かかるシリンダーヘッド用メタルガスケットによれば、二枚の基板間に介挿される副板の少なくとも片面上に形成された硬質金属めっき層が、基板の各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するようにその環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板の各シリンダー孔を環状に囲んで段差構造を構成するので、二枚の基板の環状ビードの頂部に加わる線圧が高くなって、シリンダーボア内の燃焼ガス圧に対し高いシール性能を発揮することができる。しかもこのメタルガスケットによれば、硬質金属めっき層が金属からなるので、特に高熱にさらされるシリンダー孔周りの環状ビードのための段差構造として高いシール性能を維持することができ、また硬質金属めっき層がめっき工程により形成されるためその厚さの調節も容易であるので、環状ビードと外周ビードとの締付力のバランスを最適にする段差量を容易に得ることができる。
【００１２】
なお、この発明のメタルガスケットにおいては、請求項２に記載のように、前記副板に、前記基板の前記環状ビードと重なるとともに頂部同士が対向するように山形断面形状の環状ビードが形成されていてもよく、このようにすれば、環状ビードが三段に重なるので、より高いシール性能を得ることができる。
【００１３】
また、請求項３記載のこの発明のメタルガスケットは、それぞれ金属板からなり、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔と、前記各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビードと、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔と、前記環状ビードおよび前記冷却水孔を全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状の外周ビードとを有し、互いに重ね合わされる二枚の基板と、前記二枚の基板の一方もしくは両方の、他方の基板に向く面上に形成されて、前記基板の前記各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するように前記環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、前記基板の前記各シリンダー孔を環状に囲む硬質金属めっき層と、を具えてなるものである。
【００１４】
このシリンダーヘッド用メタルガスケットによれば、二枚の基板の一方もしくは両方の、他方の基板に向く面上に形成された硬質金属めっき層が、基板の各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するようにその環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板の各シリンダー孔を環状に囲んで段差構造を構成するので、二枚構成のメタルガスケットでも、二枚の基板の環状ビードの頂部に加わる線圧が高くなって、シリンダーボア内の燃焼ガス圧に対し高いシール性能を発揮することができる。しかもこのメタルガスケットによれば、硬質金属めっき層が金属からなるので、特に高熱にさらされるシリンダー孔周りの環状ビードのための段差構造として高いシール性能を維持することができ、また硬質金属めっき層がめっき工程により形成されるためその厚さの調節も容易であるので、環状ビードと外周ビードとの締付力のバランスを最適にする段差量を容易に得ることができる。
【００１５】
さらに請求項１および３記載のこの発明のメタルガスケットは、複数の前記シリンダー孔相互間の前記硬質金属めっき層の段差量の分布が、複数の前記シリンダーボア相互間の前記内燃機関の剛性分布に対応しているものである。このように内燃機関の剛性の低い部分で、剛性の高い部分より段差量を大きくすることにより、シール性能のバランスをとることができる。
【００１６】
なお、この発明においては、前記硬質金属めっき層は、ニッケル、ニッケル・リン、または銅からなり、硬度がＨｖ６０以上のものであると好ましい。二枚の基板の環状ビードの頂部に加わる高い線圧に対し潰れることなく耐えて、シール性能の低下を防止することができるからである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、この発明の実施の形態を実施例によって、図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第１参考例の全体を示す平面図、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図、図３（ａ），（ｂ）は、上記第１参考例のメタルガスケットの副板に硬質金属めっき層を設ける方法を示す説明図であり、図中先の図１４〜図１６に示すと同様の部分はそれと同一の符号にて示す。すなわち、符号１はメタルガスケット、２は基板、３は副板をそれぞれ示す。
【００１８】
上記第１参考例のシリンダーヘッド用メタルガスケット１は、それぞれ外側面（シリンダーブロックおよびシリンダーヘッドに対向する面）のみ厚さ２５μｍ のＮＢＲからなるラバー層のラバーコートを施された鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ）からなり互いに重ね合わされる二枚の基板２と、それらの基板２間に介挿されるラバーコートなしの鋼板（ＳＵＳ ３０１Ｈ ０．２ｔ）からなる副板３とを具えている。
【００１９】
ここにおける二枚の基板２はそれぞれ、図１に示すように、内燃機関のシリンダーブロックの四つのシリンダーボアにそれぞれ対応して形成された四つのシリンダー孔２ａ（図１では左のシリンダー孔２ａから順に、＃１，＃２，＃３，＃４シリンダーボアに対応する）と、各シリンダー孔２ａの周囲に形成された山形断面形状（いわゆるフルビード形状）の環状ビード２ｂと、上記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して各環状ビード２ｂの外側周辺部に形成された複数の冷却水孔２ｃと、複数の環状ビード２ｂおよびそれらの周囲に位置する複数の冷却水孔２ｃを全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状（いわゆるハーフビード形状）の外周ビード２ｄとを有している。
【００２０】
またここにおける副板３は、図３（ａ）に示すように、上記基板２の各シリンダー孔２ａに対応するシリンダー孔３ｄと、上記基板２の冷却水孔２ｃのうちの幾つかに対応する冷却水孔３ｅとを有している。
【００２１】
この第１参考例のシリンダーヘッド用メタルガスケット１はさらに、図２に示すように、副板３の両面上に両面分合計厚さ４９〜５１μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えており、この硬質金属めっき層５は、図３（ｂ）に示す如く副板３の両面上の各シリンダー孔３ｄの周辺部に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなるもので、副板３とともに二枚の基板２間に介挿されると、基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともに、その環状ビード２ｂの頂部と対向するように環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、副板３の各シリンダー孔３ｄひいてはそれが対応する基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲むものである。
【００２２】
かかる第１参考例のメタルガスケット１によれば、二枚の基板２間に介挿される副板３の両面上に形成された硬質金属めっき層５が、基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともにその環状ビード２ｂの頂部と対向するようにその環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲んで段差量略５０μｍ の段差構造Ｓ４を構成するので、二枚の基板２の環状ビード２ｂの頂部に加わる線圧が高くなって、後述の如く、シリンダーボア内の燃焼ガス圧に対し高いシール性能を発揮することができる。
【００２３】
しかもこの第１参考例のメタルガスケット１によれば、硬質金属めっき層５がニッケルからなるので、特に高熱にさらされるシリンダー孔２ａ周りの環状ビード２ｂのための段差構造として高いシール性能を維持することができ、また硬質金属めっき層５がめっき工程により形成されるため，その層厚さの調節も容易であるので、環状ビード２ｂと外周ビード２ｄとの締付力のバランスを最適にする段差量を容易に得ることができる。
【００２４】
さらにこの第１参考例のメタルガスケット１によれば、二枚の基板２がそれぞれ鋼板の外側面をラバー層で被覆するラバーコートを施されているので、それらのラバー層がシリンダーブロックおよびシリンダーヘッドのデッキ面の微細な傷や加工痕を埋めてミクロシールの機能を果たすことで、シール性能を高めることができる。
【００２５】
なお、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を四つのシリンダー孔２ａに関して一律に８０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第２参考例とする。この第２参考例によれば、段差量が第１参考例より大きいので、後述の如く、第１参考例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００２６】
また、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ４９μｍ 、８１μｍ 、７９μｍ 、５０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第１実施例とし、さらに、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ４７μｍ 、１０５ μｍ 、１０３ μｍ 、５０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第２実施例とする。これら第１および第２実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の参考例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００２７】
図４は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３参考例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３参考例のメタルガスケット１は、副板３の片面（図では上側の面）上に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなる厚さ４９〜５１μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えて段差量略５０μｍ の段差構造Ｓ５を構成している点のみが先の第１参考例と異なっており、それ以外は第１参考例と同一の構成とされている。この第３参考例によっても、先の第１参考例と同様の作用効果を得ることができる。
【００２８】
なお、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ一律に８０μｍ および１００ μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第４参考例および第５参考例とする。これら第４，第５参考例によれば、段差量が第３参考例より大きいので、後述の如く、第３参考例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００２９】
また、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ５０μｍ 、８２μｍ 、８３μｍ 、４９μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３実施例とし、さらに、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃２，＃３で＃１，＃４より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ４７μｍ 、１０５ μｍ 、１０３ μｍ 、５０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第４実施例とする。これら第３および第４実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の実施例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００３０】
一方、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ８２μｍ 、４９μｍ 、５１μｍ 、８０μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第５実施例とし、さらに、平坦な副板３の両面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第１参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の合計厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ１００ μｍ 、５０μｍ 、５０μｍ 、１００ μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第６実施例とする。これら第５および第６実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の実施例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００３１】
また、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ８１μｍ 、４８μｍ 、５０μｍ 、８１μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第７実施例とし、さらに、平坦な副板３の片面上にニッケルの硬質金属めっき層５を具える第３参考例と同様の構成で、硬質金属めっき層５の厚さ（段差量）を、内燃機関の四つのシリンダーボアに関するその内燃機関の剛性分布が＃１，＃４で＃２，＃３より低い場合に対応させて、図１では左から順に四つのシリンダー孔２ａに関してそれぞれ１０３ μｍ 、４９μｍ 、４９μｍ 、１０２ μｍ としたものをこの発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第８実施例とする。これら第７および第８実施例によれば、段差量が内燃機関の剛性分布に対応しているので、後述の如く、先の実施例よりも高いシール性能を発揮することができる。
【００３２】
さらにここでは、上記第１〜第２および第３〜第８実施例と同様の構成で、硬質金属めっき層５がニッケル・リン（Ｈｖ８６８）からなるものを第９〜第２０実施例とし、また、上記第１〜第２および第３〜第８実施例と同様の構成で、硬質金属めっき層５が銅（Ｈｖ９５）からなるものを第２１〜第３２実施例とする。
【００３３】
図５は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３３実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３３実施例のメタルガスケット１は副板３に、基板２の環状ビード２ｂと重なるとともに下側の基板２の環状ビード２ｂと頂部同士が対向するように山形断面形状の環状ビード３ｆが形成されていて、その副板３の片面（環状ビード３ｆの突出側の面）上に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなる、内燃機関の剛性分布に対応した厚さ４９〜８１μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えて段差構造Ｓ６を構成している点のみが先の第３実施例と異なっており、それ以外は第３実施例と同一の構成とされている。この第３３実施例によれば環状ビード２ｂ，３ｆが三段に重なるので、後述の如く、先の第３実施例よりも高いシール性能を得ることができる。
【００３４】
図６は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３４実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３４実施例のメタルガスケット１は副板３に、基板２の環状ビード２ｂと重なるとともに下側の基板２の環状ビード２ｂと頂部同士が対向するように山形断面形状の環状ビード３ｆが形成されていて、その副板３の両面上に例えば電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなる、内燃機関の剛性分布に対応した合計厚さ４７〜８３μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えて段差構造Ｓ７を構成する点のみが先の第１実施例と異なっており、それ以外は第１実施例と同一の構成とされている。この第３４実施例によれば環状ビード２ｂ，３ｆが三段に重なるので、先の第１実施例よりも高いシール性能を得ることができる。
【００３５】
図７は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３５実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３５実施例のメタルガスケット１は二枚の基板２の間に副板３を具えていないが、各基板２自体は先の実施例と同様のものである。そしてこの実施例では、片側（図では上側）の基板２の、他方の基板（図では下側の基板）２に向く面（内側面）上に、内燃機関の剛性分布に対応した厚さ４９〜８２μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えており、この硬質金属めっき層５は、基板２のシリンダー孔２ａの周辺部に電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなるもので、二枚の基板２が重ね合わされると、他方の基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともにその環状ビード２ｂの頂部と対向するように環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲んで段差構造Ｓ８を構成するものである。
【００３６】
かかる第３５実施例のメタルガスケット１によれば、副板３がないのでガスケットを安価に製造でき、しかも後述の如く、先の第１実施例と概ね同等のシール性能を得ることができる。
【００３７】
図８は、この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３６実施例の、図１と同様の位置での断面図であり、この第３６実施例のメタルガスケット１は二枚の基板２の間に副板３を具えていないが、各基板２自体は先の実施例と同様のものである。そしてこの実施例では、両方の基板２の他方の基板２に向く面（内側面）上に、内燃機関の剛性分布に対応した合計厚さ５１〜８２μｍ （詳細は表１参照）の硬質金属めっき層５を具えており、この硬質金属めっき層５は、基板２のシリンダー孔２ａの周辺部に電気めっき工程や溶融金属めっき工程により形成されたニッケル（硬度Ｈｖ２５５）からなるもので、二枚の基板２が重ね合わされると、他方の基板２の各環状ビード２ｂと重なるとともにその環状ビード２ｂの頂部と対向するように環状ビード２ｂよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、基板２の各シリンダー孔２ａを環状に囲んで段差構造Ｓ９を構成するものである。
【００３８】
かかる第３６実施例のメタルガスケット１によれば、副板３がないのでガスケットを安価に製造でき、しかも後述の如く、先の第１実施例と概ね同等のシール性能を得ることができる。
【００３９】
以下の表１〜表５は、上記第１実施例〜第３６実施例のメタルガスケットと、第１参考例から硬質金属めっき層５を除いた比較例１のメタルガスケットと、第１参考例と同一の段差量を図１４の突合せ接合で得た比較例２のメタルガスケットと、第１参考例の硬質金属めっき層５の代わりに錫（Ｈｖ１５）からなる軟質金属めっき層を設けた比較例３のメタルガスケットと、第３３実施例と同様の構成で一律の約５０μｍ の段差量を図１４の突合せ接合で得た比較例４のメタルガスケットと、第３５実施例と同様の構成で一律の約５０μｍ の段差量を図１４の突合せ接合で得た比較例４のメタルガスケットとについて、構成およびシール性能を対比して示すものであり、ここにおけるシール限界圧は、図９に示すように、上記各メタルガスケット１を自動車用エンジンのシリンダーブロックＳＢとシリンダーヘッドＳＨとの間に装着してヘッドボルトＨＢを規定軸力（３４．４ｋＮ／本）にて締付け、シリンダーボア内のピストンと燃焼室のバルブとを密閉処理した供試体につき、室温雰囲気中で点火プラグ孔からシリンダーボア内にエアーを注入してシリンダーボア内を加圧してシール限界圧を測定した結果を示すものである。
【００４０】
これら表１〜表５から、上記各実施例のメタルガスケットのシール性能が同様のビード構造の比較例と比べて大幅に高いことが判る。
【００４１】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
図１０（ａ）〜（ｄ）は、段差構造を有さない比較例１と、第１，第３および第５参考例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも、参考例と同様に段差構造を有する上記実施例のメタルガスケットは段差構造を有さないものと比較して大幅にシール性は向上することが判る。
【００４７】
図１１（ａ）〜（ｃ）は、段差構造を有さない比較例１および、軟質金属めっき層を有する比較例３と、第１参考例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも、参考例と同様に硬質メッキ層を有する上記実施例のメタルガスケットは軟質金属めっき層を有するものと比較してシール性は向上することが判る。
【００４８】
図１２（ａ）〜（ｄ）は、内燃機関の剛性分布が＃１，＃４シリンダーボアに関して＃２，＃３シリンダーボアよりも低い場合に適用した、段差量一律の比較例２と、段差量をそれら＃１，＃４シリンダーボアに対応するシリンダー孔周りで他のシリンダー孔周りよりも大きくした第５，第７および第８実施例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも、上記実施例のメタルガスケットは段差量一律のものと比較して大幅にシール性は向上することが判る。
【００４９】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、内燃機関の剛性分布が＃２，＃３シリンダーボアに関して＃１，＃４シリンダーボアよりも低い場合に適用した、段差量一律の比較例２と、段差量をそれら＃２，＃３シリンダーボアに対応するシリンダー孔周りで他のシリンダー孔周りよりも大きくした第１，第３および第４実施例との気筒（シリンダーボア）別シール限界圧をそれぞれ示す説明図であり、この図からも上記実施例のメタルガスケットは段差量一律のものと比較して大幅にシール性は向上することが判る。
【００５０】
以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば、硬質金属めっき層５は、硬度がＨｖ６０以上の鉄からなるものでも良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第１参考例の全体を示す平面図である。
【図２】上記第１参考例のメタルガスケットの、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は、上記第１参考例のメタルガスケットの副板に硬質金属めっき層を設ける方法を示す説明図である。
【図４】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３参考例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図５】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３３実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図６】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３４実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図７】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３５実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図８】この発明のシリンダーヘッド用メタルガスケットの第３６実施例の、図１と同様の位置での断面図である。
【図９】上記参考例、実施例および比較例のメタルガスケット１のシール限界圧の測定方法を示す説明図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）は、段差構造を有さない比較例とこの発明の参考例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、段差構造を有さない比較例および金属めっき層の材質が異なる比較例とこの発明の参考例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１２】（ａ）〜（ｄ）は、段差量一律の比較例とこの発明の実施例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、段差量一律の比較例とこの発明の実施例とについてのシール性能をそれぞれ示す説明図である。
【図１４】従来のシリンダーヘッド用メタルガスケットの段差構造の一例を示す、図１と同様の位置での断面図である。
【図１５】従来のシリンダーヘッド用メタルガスケットの段差構造の他の一例を示す、図１と同様の位置での断面図である。
【図１６】従来のシリンダーヘッド用メタルガスケットの段差構造のさらに他の一例を示す、図１と同様の位置での断面図である。
【符号の説明】
１ メタルガスケット
２ 基板
２ａ， ３ｄ シリンダー孔
２ｂ， ３ｆ 環状ビード
２ｃ， ３ｅ 冷却水孔
２ｄ 外周ビード
３ 副板
３ａ シリンダー孔周辺部
３ｂ 外方部
３ｃ 折り重ね部
４ シム板
５ 硬質金属めっき層
ＨＢ ヘッドボルト
ＬＷ レーザー溶接部
Ｓ１〜Ｓ９ 段差構造
ＳＢ シリンダーブロック
ＳＨ シリンダーヘッド
Claims (4)
- それぞれ金属板からなり、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔（２ａ）と、前記各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビード（２ｂ）と、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔（２ｃ）と、前記環状ビードおよび前記冷却水孔を全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状の外周ビード（２ｄ）とを有し、互いに重ね合わされる二枚の基板（２）と、
金属板からなり、前記二枚の基板間に介挿される副板（３）と、
前記副板の少なくとも片面上に形成されて、前記基板の前記各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するように前記環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、前記基板の前記各シリンダー孔を環状に囲む硬質金属めっき層（５）と、を具え、
複数の前記シリンダー孔（２ａ）相互間の前記硬質金属めっき層の段差量の分布が、複数の前記シリンダーボア相互間の前記内燃機関の剛性分布に対応してなる、シリンダーヘッド用メタルガスケット。 - 前記副板には、前記基板の前記環状ビードと重なるとともに頂部同士が対向するように山形断面形状の環状ビードが形成されていることを特徴とする、請求項１記載のシリンダーヘッド用メタルガスケット。
- それぞれ金属板からなり、内燃機関のシリンダーブロックの各シリンダーボアに対応して形成されたシリンダー孔（２ａ）と、前記各シリンダー孔の周囲に形成された山形断面形状の環状ビード（２ｂ）と、前記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応して前記各環状ビードの外側周辺部に形成された冷却水孔（２ｃ）と、前記環状ビードおよび前記冷却水孔を全体的に囲繞する位置に形成された片斜面形断面形状の外周ビード（２ｄ）とを有し、互いに重ね合わされる二枚の基板（２）と、
前記二枚の基板の一方もしくは両方の、他方の基板に向く面上に形成されて、前記基板の前記各環状ビードと重なるとともにその環状ビードの頂部と対向するように前記環状ビードよりも半径方向内方の位置から半径方向外方の位置まで延在し、前記基板の前記各シリンダー孔を環状に囲む硬質金属めっき層（５）と、を具え、
複数の前記シリンダー孔（２ａ）相互間の前記硬質金属めっき層の段差量の分布が、複数の前記シリンダーボア相互間の前記内燃機関の剛性分布に対応してなる、シリンダーヘッド用メタルガスケット。 - 前記硬質金属めっき層（５）は、ニッケル、ニッケル・リン、または銅からなり、硬度がＨｖ６０以上のものであることを特徴とする、請求項１から３までの何れか記載のシリンダーヘッド用メタルガスケット。
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