JP4418657B2 - シリンダヘッドガスケット - Google Patents

Description

本発明は、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットに係り、詳しくは、ゴムに繊維材が混入されたコンパウンド材を、鋼板製芯金の表裏両面にコーティングしてコンパウンド層が形成された複合基材を用いて構成され、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットに関するものである。

この種のガスケットとしては、石綿以外の圧縮性無機繊維等から成る基材繊維、ゴム材、及び無機充填材等を含有したコンパウンド層を、板状の芯金の表面にコーティングして構成されたものがあり、このようなガスケットは、例えば特許文献１と２において開示されている。このものでは、単にゴム材を芯金にコーティングして成るガスケットに比べて、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に締付け装着された場合のトルクダウンが少ない、コーティング層が芯金から剥離し難い、耐熱温度が高い等の利点を有している。

また、シリンダヘッドガスケットにおいて、より優れた気密性を得たい場合には、その対象となる部分（シリンダボア等）の周りに、部分的に肉盛りされた突条（凸条）であるビードを形成するのが有効であることが知られている。このような例としては、特許文献３の第７図や第８図、或いは特許文献４において開示されたものがある。

そこで、芯金とコンパウンド層とを有した複合層構造の前記前者（特許文献１，２）のガスケット、即ちラバーコートメタルガスケットに前記後者（特許文献３，４）の技術を加味したもの、即ち、コンパウンド層にビードが形成されたラバーコートメタルガスケットを作成することにより、前記両従来技術の双方の利点を備えた優れたシリンダヘッドガスケットを実現させることが考えられた。

ところが、繊維入りゴム材は、型成形時の流動性がゴム材だけの場合に比べて明確に劣るため、前記後者の従来技術のように、コンパウンド層と同時にビードを一体形成することが非常に困難であって事実上できないものであった。そこで、ビード付きのラバーコートメタルガスケットとしては、図１１に示すように、芯金３の表裏にコンパウンド層２をコーティングしてガスケット１の形態に加工処理した後に、コンパウンド層２，２を芯金３と共に凸状に屈曲形成することにより、ビード部６を形成させていた。

この後加工によるビード形成手段では、芯金自体を曲げているので、細い凸条のビード等、幅の細いビードは形成できないという大きさの制約を受ける欠点があるとともに、芯金の曲げによる反力が大きく、シリンダブロックとシリンダヘッドとの締結力が小さい小型エンジン等には適用できないといった使用箇所の制約もある等、使い勝手の悪い面があるため、改善の余地が残されているものであった。
特公平０６−０８４７８５号公報 特開昭６３−０９６３５９号公報 実開昭６２−０７７３６６号公報 特開２０００−０５５２０６号公報

そこで、本発明の目的は、繊維材がゴム材に混入されたコンパウンド材が芯金にコーティングされた複合基材で構成されるシリンダヘッドガスケットを、形状や大きさ、並びに使用箇所の制約を受けず、設計自由度の高い状態で形成されたビードを有するものとして実現させる点にある。

請求項１の構成は、ゴムに繊維材が混入されたコンパウンド材を、鋼板製芯金の表裏両面にコーティングしてコンパウンド層が形成された複合基材を用いて構成され、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットであって、
前記複合基材には、シリンダボアの周辺対応位置のコンパウンド層を除去することで環状の溝を形成し、その溝にゴム材料を装入して前記コンパウンド層よりも厚み方向で突出するビードを形成してあり、前記溝の側辺部には、前記複合基材の厚み方向に凹んだ段差が形成され、
前記段差は、前記側辺部のコンパウンド層を成形金型で圧縮させることにより形成されたものであり、前記側辺部のコンパウンド層を成形金型で圧縮させることにより、前記段差が形成された状態でゴム材料を前記溝に射出成形して前記ビードを形成させたことを特徴とする。

請求項２の構成は、請求項１の構成において、溝は、その溝底に芯金が露出するように形成されていることを特徴とする。

請求項１の構成によれば、コンパウンド層とビードとの形成は各別のものとなり、実現が困難なコンパウンド層とビードとの同時一体形成を行う必要がないとともに、ビードは、加工時の流動性に優れるゴム材料を用いるので、設定形状を無理無く円滑に成形できるようになる。溝はコンパウンド層を除去するという後加工で形成するものであって、コンパウンド層の成形時には溝を考慮する必要は無いから、コンパウンド材を芯金にコーティングしてのコンパウンド層の形成自体は、特別な処理無く従来通りに行うことができるとともに、溝形状や大きさ等の設計変更が自在に行い易い。これにより、幅が狭いとか枝分かれする等の複雑な形状のビードも形成可能になる。

そして、成形が困難であるコンパウンド材とは別のゴム材料を溝に装入してビードを形成するので、ビードの形状や寸法を自由に設定することができる。また、溝であるが故に、装入されるゴム材料は、溝の底面及び両側面に三次元的に接するので、これら両者を各別のものとしながらも、簡単に剥離することなく強度十分に一体化させることが可能になる。

その結果、コンパウンド層を除去することで複合基材におけるシリンダボアの周辺対応位置に環状の溝を形成し、その溝にゴム材料を装入することでビードを形成させる工夫により、良好なシール作用によって気密性保持に有効なビードを、その形状や寸法設定の自由度が高く設計の融通が効く便利なものとしながら、複合基材との一体化強度も十分となる状態で実現できるシリンダヘッドガスケットを提供することができた。
また請求項１の構成によれば、溝の側辺部には複合基材の厚み方向に凹んだ段差が形成されており、この段差はビードの横側近傍に存在することになる。これにより、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に組み込まれて締付けられた際の締付け力が規定以上である等により、シリンダヘッドガスケットが、即ちビードが過圧縮された場合に、その過圧縮による変形で押し出されたゴム材料の逃げ場として段差が機能するようになる。
そして、請求項１の構成は、ゴムに繊維材が混入されたコンパウンド材の持つ特性、即ち、圧縮形状の保持性が向上している点を活かしたものである。つまり、コンパウンド材は、圧縮によって塑性変形できる性質があるので、コンパウンド層における溝の側辺部を金型で圧縮させることで段差を形成できるとともに、その段差は金型を離型させた後も維持することができる。そして、その側辺部が圧縮された状態で溝にゴム材料を射出すれば、金型とコンパウンド層（側辺部）とが強く圧接されているために、これら両者の間にゴム材料が入り込む（廻り込む）現象（いわゆるゴム廻り）が生じない良好な状態でビードを形成することができる。

請求項２の構成によれば、溝に装入されたゴム材料は直接芯金に接触するので、接着や加硫接着等を用いて直接芯金との結合処理も可能になり、ビードの一体化強度をより向上させることができる。そして、ビード部分のゴム材料の厚みが厚くなるので、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間で締付けられた際の応力上昇を低く抑えて、耐久性向上に寄与できるとか、ビード突出量を大きくして、シール性を向上させるといったことも可能になり、より高機能なシリンダヘッドガスケットを提供することができた。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１、図２には、エンジンにおけるシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装されるシリンダヘッドガスケット１が、そして、図３には複合基材における溝ｍが夫々示されている。このシリンダヘッドガスケット１は、鋼板製の芯金３と、補強材としての繊維材がゴムに混入されたコンパウンド材を芯金３の表裏両面にコーティングして成るコンパウンド層２とで成る複合基材（所謂ラバーコートメタル）から構成されている。

繊維材としては、ガラス繊維、セラミック繊維、岩綿、鉱滓綿、溶解石英繊維、化学処理高シリカ繊維、溶融硅酸アルミナ繊維、アルミナ連続繊維、安定化ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、チタン酸アルカリ繊維、ウィスカー、炭素繊維、金属繊維、ボロン繊維等の無機繊維を用いることができる。また、芳香族ポリアミド繊維、ポリアミド系繊維、ポリオレフィン系繊維、ポリアクリロニトリル系繊維、ポリビニルアルコール系繊維、ポリエステル系繊維、ポリ塩化ビニル系繊維、ポリ尿素系繊維、ポリウレタン系繊維、ポリフルオロカーボン系繊維、フェノール繊維、セルロース系繊維等の有機繊維を用いることもできる。

そして、ゴム（ゴム材料）としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、イソプレンゴム（ＩＲ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、ブタジエンゴム（ＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、エチレン−プロピレンゴム（ＥＰＭ）、フッ素ゴム（ＦＰＭ）、シリコーンゴム（Ｓｉ）、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、エチレン酢ビゴム（ＥＶＡ）、塩化ポリエチレン（ＣＰＥ）、塩化ブチルゴム（ＣＩＲ）、エピクロルヒドリンゴム（ＥＣＯ）、ニトリロイソプレンゴム（ＮＩＲ）、天然ゴム（ＮＲ）等を用いることができる。また、これらのゴム材、例えばＳＢＲにナフテン系のプロセス油が添加された油展ゴムを用いることもできる。

芯金３としては、ＳＰＣＣやＳＰＨＣ等の圧延鋼板、アルミニウム板、ステンレス鋼板等の種々のものが使用できる。

ここで、図１及び図２に示されるシリンダヘッドガスケット１の製造方法について簡単に説明しておく。シリンダヘッドガスケット１の原材となる複合基材ｆは、図９に示すように、上下の回転ロール３１，３２を用いた圧延ロール工法が用いられる。即ち、上下のロール３１，３２間に芯金３を挟み、各ロール３１，３２と芯金３との間に流動状態のコンパウンド材２０を送り込みながら各ロール３１，３２を回転駆動させることにより、各ロール３１，３２の回転方向下手側に、芯金３の両面に所定厚みのコンパウンド材２０が芯金３の両面にコーティングされてコンパウンド層２となる複合基材ｆに成形されて送り出されてくる。

そして、ロール成形された板材状の複合基材ｆを取り出して、板状に伸展させてから、図１０に示すように、打ち抜きプレス成形並びに各孔加工用のプレス成形を行い、所定形状に加工されたシリンダヘッドガスケット１を得るのである。

図１〜図３において、４は燃焼室（シリンダボア）用の大円孔、多数の５は冷却水通過用の冷却用孔であり、特に高い気密性が要求される大円孔４周りの部分については、その大円孔４を囲繞する環状のビード６が、表裏の両コンパウンド層２に形成されている。ビード６は、単一材のゴム材料（無機或いは有機繊維材が混入されたゴム材料でも可能）を、コンパウンド層２に形成されたリング状の溝ｍに装入することにより、コンパウンド層２の外面２ａよりもガスケット厚み方向で突出する状態に形成されている。

次に、ビード６について説明する。ビード６は、溝形成工程と射出工程とによって形成される。溝形成工程は、図３に示すように、複合基材におけるシリンダボア周辺対応位置のコンパウンド層２を除去して溝ｍを形成する工程である。即ち、溝形成工程においては、芯金３の両面にコンパウンド層２がフラットにコーティングされた状態において、サンドブラスト等の手段によって、コンパウンド層を芯金３まで達する状態に削り取り、リング溝ｍを形成する。

コンパウンド層２を除去して溝ｍを形成する加工手段としては、レーザ加工やブラスト等の機械的な剥し、化学的、生物的な侵食作用により形成しても良い。また、コンパウンド材を芯金にコーティングするときに芯金にマスキングしておき、コーティング後にマスキングテープを剥がすことにより、コンパウンド層を除去して環状の溝を形成しても良い。

射出工程は、図４に示すように、上下の金型７，８を用いて未加硫のゴム材料を射出成形によって溝ｍに装入させる工程である。即ち、図４（ａ）に示すように、使用する上下の金型（プレス型）７，８は、上下対称の形状であり、上金型７で説明する。図４に示すように、上金型７には、溝ｍに対応させた位置において、環状の内突出型部９、環状の外突出型部１０、及びこれら内外の突出型部９，１０間に位置する環状の凹入型部１１とが形成されている。

各突出型部９，１０は、基準プレス面１２よりも外方（図４では下方）に張り出しており、内外の各突出型部９，１０は、共に断面形状がほぼ矩形状に張り出た形状であり、コンパウンド層２における溝ｍの内及び外側辺部２ｂ，２ｃにまで達する範囲に形成されている。そして、基準プレス面１２よりも内方（図４では上方）に凹入した凹入型部１１は、頂部が円弧状で裾広がりした凹入形状に設定されている。尚、内外の側辺部２ｂ，２ｃの「内外」は、ボアに相当する大円孔４の中心を基準として規定している。

射出工程におけるビード６の形成手順は次のようである。まず、図４（ａ）に示すように、リング溝ｍが形成された未加硫状態のシリンダヘッドガスケット１を、上下の金型７，８間に用意する。次いで、図４（ｂ）に示すように、上下の金型７，８を互いに接近移動させて、それらの基準プレス面１２がコンパウンド層２の外表面２ａに軽く接触する限度位置まで強制移動させる。このとき、内外の突出型部９，１０が溝ｍに位置するとともに内外の側辺部２ｂ，２ｃに食込み、これら内外の側辺部２ｂ，２ｃを上下方向に圧縮する。

そして、溝ｍの位置において上下のプレス型７，８及び芯金３で囲まれた空間部に、図４（ｃ）に示すように、未加硫のゴム材料３０を射出して装入させるのであり、凹入型部１１に入り込んだゴム材料により、ビード６が形成される。このように、コンパウンド層２における溝ｍの両側辺部２ｂ，２ｃを圧縮しながらゴム材料を射出すれば、射出されたゴム材料３０がコンパウンド層２と金型７，８との間に廻り込む現象（いわゆるゴム廻り）を無くせて好都合である。

各側辺部２ｂ，２ｃの圧縮率は３０％以上が望ましく、そうすれば、ビード６の近傍に新たな凹溝（請求項３，４に言う「段差」の一例）ｏｍを明確に形成できるので、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間にてビード６が過圧縮された場合に、押出されたゴム材料３０の逃げ場として凹溝ｏｍが機能する利点がある。尚、凹溝ｏｍは、側片部２ｂ，２ｃの圧縮による部分のみでも良く、また、凹溝ｏｍとなる段差は、コンパウンド層２の形成時に、溝ｍの形成予定箇所の厚みを予め薄く設定しておくことで形成させても良い。

その後、図５（ａ）に示すように、上下のプレス型７，８を離型させ、上下のゴム材料３０に環状のビード６が形成された状態のシリンダヘッドガスケット１を取り出すのである。取出されたシリンダへドガスケット１は、図５（ｂ）に示すように、加硫釜１６に入れる等して加硫処理を行い、ゴム材料３０並びにコンパウンド層２を加硫させて形状及び組成を安定させる。このようにして、コンパウンド層２に後加工によってゴム材料によるビード６が形成されたシリンダヘッドガスケット１［図５（ｃ）及び図１参照］を得るのである。

つまり、この実施形態においては、コンパウンド層２を除去することでシリンダボアの周辺対応位置に環状の溝ｍを形成し、その溝ｍにゴム材料３０を装入してコンパウンド層２よりも厚み方向で突出するビード６を形成するに当り、コンパウンド層２における溝ｍの内側辺部２ｂ及び外側辺部２ｃを、その厚み方向に金型７，８で圧縮させた状態で、溝ｍにゴム材料３０を射出成形によって装入させてビード６を形成するのであり、その後に仕上げの加硫処理を行う、というものである。

このように溝ｍを、溝底に芯金３が露出する深いものに構成すれば、ゴム材料３０が直接芯金３に接するので、その露出された芯金に接着剤を塗布した状態で、ゴム材料３０を溝ｍに装入させることにより、ゴム材料３０の持つ熱によって接着剤が熱せられて硬化が促進され、芯金３とゴム材料３０とが強固に接着一体化される加熱接着（「焼付け接着」と言うこともある）を行うことができる。また、接着剤の種類により、図５（ｂ）に示す加硫処理時の熱によって、芯金３とゴム材料３０とを強固に接着一体化させる加硫接着を行わせることも可能である。

尚、コンパウンド層２やゴム材料３０は、未加硫の状態でビード６を成形後に加硫処理するが、半加硫の状態でビード６を成形させることも可能である。また、コンパウンド層２を加硫処理してから溝ｍを形成し、溝ｍにゴム材料３０を装入してビード６を形成することも可能である。

溝ｍに装入されるゴム材料３０の形状は、図６に示すように、金型の形状設定により、ビード６とその両サイドの凹溝ｏｍとが滑らかな曲線で繋がる構造としても良い。この場合、コンパウンド層２における溝ｍの側辺部２ｂ，２ｃは、厚み方向に圧縮されない状態としてあるが、先の実施形態（図２、図５参照）のように圧縮して段差を生じさせても良い。

また、図７、図８に示すように、大円孔４の外周側に内外２組の環状のビード６ｒ，６ｓを適当な間隔を空けて形成するとともに、これら内ビード６ｒと外ビード６ｓどうしを短絡する横ビード部６ｙを、大円孔４を中心とした放射状に複数形成して、大円孔４の周囲に二重環状の複合ビードが形成されたシリンダヘッドガスケット１でも良い。この複合ビードも射出成形やその他の手段によって形成することができる。尚、図８（ａ）は、図７のイ−イ線断面図、図８（ｂ）は、図７のロ−ロ線断面図である。

このように二重のビード６ｒ，６ｓ及び横ビード６ｙによる複合ビードを形成すれば、鋳巣対策に極めて有効となる。鋳巣とは、鋳鉄製（ダイカストを含む）のシリンダブロックやシリンダヘッドに、その鋳造時に混入した気泡によって鋳物内部に生じた中空部のことであり、その鋳巣がシリンダブロック等の接合面に現れると、そこに穴があいてしまうという不都合が生じる。図７において符号２７〜２９が付されて一点破線で描かれたものが、シリンダブロックやシリンダヘッドの接合面に現れた鋳巣による穴（以下、鋳巣穴と呼ぶ）の平面視形状の例である。

例えば、図７に示すように、内ビード６ｒを内外に跨ぐ鋳巣穴２９が存在する場合には、内ビード６ｒの内外が鋳巣穴２９によって連通されてしまい、内ビード６ｒによるシール機能が損なわれるおそれがあるが、外ビード６ｓや横ビード６ｙによってそれ以上には連通しないように遮断されるので、良好なシール性能を維持できるようになる。また、同様に、外ビード６ｓを内外に跨ぐ鋳巣穴２７が存在する場合でも、内ビード６ｒや横ビード６ｙによって良好なシール性能を維持できるようになる。

また、隣合う一対の横ビード部６ｙと、内外のビード６ｒ，６ｓとで囲まれた部分に鋳巣による穴２８が存在する場合には、その四方が囲まれた部分以外には連通されないので、やはりシリンダヘッドガスケット１による良好なシール性能を維持することができるのである。このように、内外二重のビード６ｒ，６ｓと複数の横ビード６ｙとによる複合ビードを形成すれば、シリンダブロックやシリンダヘッドの鋳巣穴による悪影響を、殆どの場合は阻止できるという利点が得られる。

溝ｍを、その底が芯金３にまでは達せず、コンパウンド層２の厚みの範囲内に存在する状態に形成して、溝ｍに装入されたゴム材料３０の底面及び両側面がすべてコンパウンド層２に接する構造（図示省略）のシリンダヘッドガスケットでも良い。また、ビード６が、冷却水や冷却油の経路である冷却用孔５の周辺対応位置に形成されたシリンダヘッドガスケットも可能である。

以上説明したように、本発明は、ゴムに繊維材が混入されたコンパウンド材を、鋼板製芯金の表裏両面にコーティングしてコンパウンド層が形成された複合基材を用いて構成され、シリンダブロックとシリンダヘッド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、複合基材には、シリンダボアの周辺対応位置のコンパウンド層を除去することで環状の溝を形成し、その溝にゴム材料を装入してコンパウンド層よりも厚み方向で突出するビードを形成してあることを特徴とする。

その結果、コンパウンド層の形成自体は楽に行えるものとしながら、良好なシール作用によって気密性保持に有効なビードを、その形状や寸法設定の自由度が高く設計の融通が効く便利なものとしながら、コンパウンド層や芯金との一体化強度も十分となる状態で実現できるシリンダヘッドガスケットを提供することができた。また、請求項２のように、溝底に芯金が露出する構成とすれば、ゴム材料と芯金との一体化強度を、焼付け接着や加硫接着によってより高めることができる利点がある。

請求項３のように、溝の側辺部に段差を形成すれば、ビードが過圧縮された場合に押出されたゴム材料の逃げ場になり、良好なシール性が維持できるようになり、請求項４のように、ゴム材料の溝への射出成形において、溝の側辺部のコンパウンド層を成形金型で圧縮させることで段差を形成するようにすれば、射出成形時に金型と側辺部との間にゴム材料が入り込む、ゴム廻り現象が回避できる利点がある。

本発明のシリンダヘッドガスケットの一例を示す部分平面図 図１におけるイ−イ線断面図 コンパウンド層に溝が形成されたシリンダヘッドガスケットの部分断面図 ビード成形の要部を示す図であり、（ａ）は射出成形直前の断面図、（ｂ）は金型がセットされた状態の断面図、（ｃ）は溝にゴム材料が射出された状態の断面図 （ａ）は射出成形終了時の断面図、（ｂ）は加硫工程を示す図、（ｃ）はビードが形成されたシリンダヘッドガスケットの概略の全体斜視図 別形状のビードを示すシリンダヘッドガスケットの部分断面図 複合ビードと鋳巣との関係を示す平面図 （ａ）は図７のイ−イ線断面図、（ｂ）は図７のロ−ロ線断面図 複合基材の製造方法を示す原理図 成形された複合基材からシリンダヘッドガスケット形状を打抜く作用図 従来のシリンダヘッドガスケットの一例を示す部分断面図

符号の説明

１ シリンダヘッドガスケット
２ コンパウンド層
２ｂ、２ｃ 溝の側辺部
３ 芯金
６ ビード
３０ ゴム材料
ｍ 溝
ｏｍ 段差

Claims (2)

1. ゴムに繊維材が混入されたコンパウンド材を、鋼板製芯金の表裏両面にコーティングしてコンパウンド層が形成された複合基材を用いて構成され、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装されるシリンダヘッドガスケットであって、
   前記複合基材には、シリンダボアの周辺対応位置のコンパウンド層を除去することで環状の溝を形成し、その溝にゴム材料を装入して前記コンパウンド層よりも厚み方向で突出するビードを形成してあり、前記溝の側辺部には、前記複合基材の厚み方向に凹んだ段差が形成され、
   前記段差は、前記側辺部のコンパウンド層を成形金型で圧縮させることにより形成されたものであり、前記側辺部のコンパウンド層を成形金型で圧縮させることにより、前記段差が形成された状態でゴム材料を前記溝に射出成形して前記ビードを形成させたことを特徴とするシリンダヘッドガスケット。
2. 請求項１において、
   前記溝は、その溝底に前記芯金が露出するように形成されているシリンダヘッドガスケット。

Images