JP4852285B2

JP4852285B2 - ガスケット

Info

Publication number: JP4852285B2
Application number: JP2005265465A
Authority: JP
Inventors: 耕作植田
Original assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Current assignee: Japan Metal Gasket Co Ltd
Priority date: 2005-09-13
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: JP2007078046A

Description

本発明はガスケットに関するもので、特にシールラインに沿って形成されるビードの構造に特徴を有するものである。

車両用エンジン等の内燃機関を構成するシリンダブロックの接合面と、シリンダヘッドの接合面と、の間に介装され、燃焼ガス、水圧、及びオイル圧等をシールする機能を有する従来のシリンダヘッドガスケットの例を図５に示す。図５に示すガスケットＧ′は、薄肉金属板からなる基板１に燃焼室孔２が形成されると共に、この燃焼室孔２の外周側に液孔１１、ボルト孔８やチェーンチャンバ孔７が形成される。これら燃焼室孔２や液孔１１などのシールが必要な孔の周囲にはシールラインが設定され、シールラインに沿ってビードＢＤ′１〜ＢＤ′３が形成される。ビードＢＤ′１〜ＢＤ′３は、基板１を板厚方向に屈曲して凸状に成形してなる金属ビードと、金属ビードと共に板厚方向に弾性変形する弾性シール材と、の合成から構成される（図６参照）。また、金属ビードは、アーチ状のフルビード（図６のＧ−Ｇ′線断面参照）やステップ状のハーフビード（図６のＨ−Ｈ′線断面参照）などに成形することができ、金属ビードの形成箇所のスペースや面圧の大きさなどに応じて適宜選択される。なお、このようにビードラインが金属ビードと弾性シール材との合成ビードにより構成されるガスケットの例は特許文献１にも示されている。
国際公開第０３／０８５２９３号パンフレット

近年、エンジンの小型軽量化、小燃費化が進み、エンジンの素材としてアルミニウムが使用されることも多くなってきている。アルミニウムは鋳鉄などと比べ剛性が低いことから、ガスケットが接合面に与える荷重を低減すべく、フルビードよりも変形荷重の小さいハーフビードを主に金属ビードとして形成したガスケットが採用されつつある。特に上記のように合成ビードを採用する場合には、面圧の低いハーフビードでも金属ビードと弾性シール材の弾力により十分なシール性能を確保できることから、シール性能の点からはハーフビードを多用することが可能である。

しかしながら、主としてハーフビードを配置する場合にも、図６に示すようにシールライン同士が交わる部分では、シール隙間の発生を防止するために、ハーフビード同士を重合させなければならず、このためフルビードとなる部分が部分的に発生していた。フルビードはアーチ形状であるためハーフビードに比べて変形荷重が大きく、また合成ビードでは、フルビードの凹部に弾性シール材が充填されることからこの変形荷重差はさらに大きい。このため、フルビードとなった部分には荷重が集中し、接合面に変形をもたらすおそれがある。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、フルビードの部分を極力減らすことで、接合面に与える荷重の小さいガスケットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１によるガスケットは、薄肉金属板からなる基板に複数のシールラインを設定し、前記シールラインに沿って、前記基板を板厚方向に屈曲してなる金属ビードを形成したガスケットにおいて、前記金属ビードはステップ状のハーフビードとし、複数の前記シールラインが交わる部分で、前記複数のシールラインに沿って形成される金属ビード同士の一方を有端線状とし、且つこれら金属ビード同士を非接続とし、当該金属ビードと共に板厚方向に弾性変形する弾性シール材で前記金属ビード同士間を連結したことを特徴とする。

本発明の請求項２によるガスケットは、請求項２において、少なくとも２以上の前記シールラインに沿って、前記金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面及び凸部裏側の凹部に固着して前記金属ビードと共に板厚方向に弾性変形する弾性シール材からなるゴムビードと、からなる合成ビードが形成され、前記合成ビードを構成する弾性シール材で前記金属ビード同士間を連結したことを特徴とする。

本発明の請求項３によるガスケットは、請求項１又は２において、交わる２つの前記シールラインに沿って形成されるステップ状の両ハーフビードは、前記シールラインが交わる部分で、互いに沿い、板厚方向の一方が基板の平坦部を介して互いに連結される状態に形成され、前記金属ビード同士を連結する弾性シール材は、少なくとも前記平坦部と前記両ハーフビードとによって囲まれた凹部内に形成されることを特徴とする。

本発明の請求項４によるガスケットは、請求項１〜３のいずれか一項において、交わる２つの前記シールラインに沿う金属ビードのうち有端線状の金属ビードは、シールラインに沿うシール部分本体に連結されて、前記シールラインの交わる部分から当該シール部分本体に向かって略Ｕ字状に折り返すように端部が形成されることを特徴とする

本発明によれば、従来フルビードしか適用できなかった部分にも、ハーフビードを適用できるので、ガスケットが接合面に与える荷重を小さくすることができると共に、シールラインを付設する場所が狭く、かつ、ボルト孔周囲やボルト孔の外側で増厚部を設ける必要がある場合は、場所確保に有効な技術である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１に、本発明の一例として、シリンダブロック及びシリンダヘッド間に装着するガスケットＧを示す。先ず、その構成について説明する。
基板１は、ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板により構成される。
上記基板１の略中央部には、図１に示すように、燃焼室孔２が開口している。その燃焼室孔２の端縁全周には、その端部を上側又は下側に折り返したり、別の金属板を基板１の上面又は下面に固着させたりしてなる硬質の第１増厚部３が形成されている。図１に示す第１増厚部３は端部を上側に折り返して形成した場合を例示している。

その燃焼室孔２及び第１増厚部３の外周を囲むようにして無端環状に第１シールラインが設定され、この第１シールラインに沿って第１ビードＢＤ１が形成される（図中にはビードの中心線を一点鎖線で示す）。
さらに、基板１における第１シールラインよりも外周側に、液孔１１、チェーンチャンバ孔７及びボルト孔８が開口している。液孔１１は、複数が上記燃焼室孔２の周方向に沿って設けられており、その液孔１１の外周側に沿って当該複数の液孔１１を囲む無端環状に第２シールラインが設定され、この第２シールラインに沿って第２ビードＢＤ２が形成されている。

チェーンチャンバ孔７は、その第２シールラインの外周側に設けられる。チェーンチャンバ孔７の外周側に沿ってチェーンチャンバ孔７を囲む第３シールラインが設定され、この第３シールラインに沿って第３ビードＢＤ３が形成されている。第３シールラインは、燃焼室孔２とチェーンチャンバ孔７との間で第２シールラインに合流しており（合流部分を符号Ｘで示す。）、燃焼室孔２（実際には液孔１１）とチェーンチャンバ孔７との間は当該第２シールラインによりシールされる。この合流部分Ｘは、本発明の特徴部分であるので詳細を後述する。

また、前記複数のボルト孔８は、基板１の外周端部近傍に設けられており、その外周側には夫々、シールに寄与しない捨てビード９が形成されている。捨てビード９は、板厚方向の一方に向けて凸状となるように基板１を板厚方向に屈曲してなる金属ビードと、金属ビードの上下両面に形成され、金属ビードと共に板厚方向に弾性変形する弾性シール材からなるゴムビードと、の合成から構成される。捨てビード９を設けることで、ボルト孔より内側にカウンター力が働き第１増厚部３や第１シールラインに沿って形成される第１ビードＢＤ１の面圧を増大させ、より少ない締付け荷重で優れたシール効果を得ることができる。

次に、第１〜第３ビードＢＤ１，ＢＤ２，ＢＤ３及び前記合流部分Ｘの構成について説明する。
図２は、図１に示す第２及び第３シールラインの合流部分Ｘ周辺を示す図である（第３ビードＢＤ３の図１に示すＰ１位置又はＰ２位置から端部まで、第２ビードＢＤ２の図１に示すＰ３位置からＰ４位置までを示す）。（ａ）はガスケットＧの平面図、（ｂ）〜（ｅ）は（ａ）に示す各位置の断面図である。

第２シールラインに沿って形成される第２ビードＢＤ２は、基板１を板厚方向の一方に向けて凸状になるように板厚方向に屈曲してなるハーフビードである金属ビード２２と、その金属ビード２２の上下両面にモールド成形で形成された弾性シール材２１ａ，２１ｂと、の合成から構成される。図２の金属ビード２２は、燃焼室孔２とチェーンチャンバ孔７との間において、燃焼室孔２が形成された基板１の下側平坦部から板厚方向上側に向けて斜めに立ち上がり、チェーンチャンバ孔７が形成された基板１の上側平坦部に接続するステップ状に形成されている（図２（ｂ）参照）。なお、図２（ａ）中では、基板１の上側平坦部の屈曲線を実線で示し、下側平坦部の屈曲線を破線で示す。このハーフビードのビード高さは、第１増厚部３よりも若干高く設定される。また、金属ビード２２の上面側の弾性シール材２１ａは、金属ビード２２の高さと同等又は若干高い高さに形成され、下面側の弾性シール材２１ｂは、基板１の下側平坦部の下面と略面一となるように充填されている。この上面側の弾性シール材２１ａの高さは、金属ビード２２の高さの０．９〜１．１倍の範囲の高さが好ましい。もっとも、第１増厚部３で規制されるゴムビードの最大圧縮変形量が圧縮破壊を起こす量（例えば４０％以上）よりも小さく且つ目的とするバネ力が発揮可能であれば、上記範囲に限定されない。弾性シール材の形成幅は、金属ビードの形成幅と同等又は若干広い。また、弾性シール材の構成材料としては、例えば、フッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコーンゴム等の弾性を有すると共に、成形工程を考慮すると流動性及び耐熱性を有するゴム材料や樹脂材料を用いることが好ましい。

第３シールラインに沿って形成される第３ビードＢＤ３も、第２ビードＢＤ２と同様に、ハーフビード状の金属ビード３２と、その上下両面に形成された弾性シール材３１ａ，３１ｂとの合成から構成される。図２の金属ビード３２は、基板１の外周端部側から板厚方向上側に向けて斜めに立ち上がり、チェーンチャンバ孔７が形成された基板１の平坦部に接続するステップ状に形成されている（図２（ｃ）参照）。なお、第３ビードＢＤ３の弾性シール材３１ａ，３１ｂの形成状態は、第２ビードの弾性シール材２１ａ，２１ｂの形成状態と略同様であるので説明を省略する。

上述のように構成される第２ビードＢＤ２は、第２シールラインに沿って無端環状に形成される。一方、第３ビードＢＤ３は、有端線状に形成される。具体的には、第３シールラインに沿うシール部分本体Ｓが、合流部分Ｘに近づくほど第２ビードＢＤ２に沿い、これに接近するように形成され、このシール部分本体Ｓに連続する端部Ｕが、合流部分Ｘからシール部分本体Ｓに向かいＵ字状に折り返すように形成されている。

断面を見ると、第２及び第３ビードＢＤ２，ＢＤ３は、合流部分Ｘに近づくに従って互いの間隔が狭まっている（図２（ｄ）参照）。そして、最も接近する合流部分Ｘでは、金属ビード２２，３２とこれらを連結する基板１の上側平坦部の裏面とに囲まれた基板１凹部ＨＬの断面全体に弾性シール材が形成されている（図２（ｅ）参照）。これは、金属ビード２２，３２間の幅が狭くなることで、ハーフビード２２，３２の幅よりも若干広く形成された弾性シール材２１ｂ，３１ｂが繋がって形成されたものである。なお、第３ビードＢＤ３の端部Ｕと第２ビードＢＤ２との間は、合流部分Ｘよりも離れており、両ビードの形成状態は図２（ｄ）に示すものと同様である。
なお、詳細は図示しないが、第１シールラインに沿って形成される第１ビードＢＤ１も、第２及び第３ビードＢＤ２，ＢＤ３と同様に、ハーフビード状の金属ビードと、この金属ビードの上下両面に固着される弾性シール材と、の合成から構成される。

次に、上記ガスケットの作用及び効果について説明する。
上記のように形成されたガスケットＧは、シリンダヘッド及びシリンダブロック（図示せず）の接合面に、ボルト孔８を挿通させたボルトによって締結される。ボルトの締付け荷重により、第１〜第３ビードＢＤ１〜ＢＤ３や捨てビード９が板厚方向に圧縮され、そのビード高さが増厚部の高さと略同等になるまで弾性変形する。このとき金属ビード及び弾性シール材に発生する弾力により、第１〜第３ビードＢＤ１〜ＢＤ３で囲われた空間がシールされる。図２（ｅ）に示す合流部分Ｘにおいても、金属ビード２２，３２とこれを連結する弾性シール材２１ｂ，３１ｂが夫々板厚方向に弾性変形し、両金属ビード２２，３２間の隙間をシールする。もし、第２及び第３シールライン合流部分で金属ビード２２，３２を未接続とし、かつ、弾性シール材により連結もしない場合には、図２（ｅ）に示す凹部ＨＬが空隙となるため、当該凹部ＨＬを通って、第２及び第３ビードＢＤ２，ＢＤ３によって囲われる内側部分と外側部分の間にガスや液体が漏出してしまう。この点、本実施形態では、このシール隙間となる凹部ＨＬに弾性シール材を充填しているので、シールを完全に行うことができる。そして、上記のように、金属ビード２２，３２同士を接続しない構成としたので、夫々がハーフビードの状態で変形するため、アーチ状のフルビードに比べて、変形荷重が小さく抑えられる。従来では、ハーフビードとハーフビードが重合して形成されたフルビードが、第２シールラインが共有されるボルト孔８，８間まで延設されていたことから、この低減できる荷重は大きく、フルビードの荷重によって接合面が変形するのを防止できる。また、フルビードとなる部分を低減することができるので全体の締付け荷重も低減できる。

（本発明の変形例）
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。
例えば、前記実施形態で示すシールラインの配置は一例であり、例えば、図３のようにシールラインが配置されるガスケットにも本発明を適用できる。以下、シールラインの配置及びビードの構成を中心に簡単に説明する。

図３のガスケットＧは、略中央部に長手方向に並ぶ複数の燃焼室孔２が開口しており、その端縁全周に形成された第１増厚部３を囲むようにして、第４シールラインＳＬ４が配置される。この第４シールラインＳＬ４よりも外周側には複数の液孔１１、ボルト孔８及びオイル孔１３が開口している。この液孔１１及びボルト孔８を取り囲むようにして複数の第５シールラインが設定され、第５シールラインに沿って第５ビードＢＤ５が形成される。また、基板１の外周端部寄りに点々と配置されたボルト孔８には、増厚部を兼ねた第７シールラインがボルト孔８の全周を囲うようにして設定され、これに沿って第７ビードＢＤ７が形成される。第５シールラインは、隣接するボルト孔８，８同士を繋ぐ有端線状に設定され、ボルト孔８周囲でこの第７シールラインに合流しており、従って第５シールラインと第７シールラインとが複数交互に接続して、液孔１１及びボルト孔８を取り囲むシール空間を形成する。合流側の第５ビードＢＤ５は、第５シールラインに沿って形成されるシール部分本体Ｓと、シール部分本体Ｓに連続して合流部分ＸからＵ字状に折り返す両端部Ｕ，Ｕと、からなる有端線状に形成され、被合流側の第７ビードＢＤ７は無端環状に形成される。

また、第５シールラインの外周側には、オイル孔１３が形成される。さらに、オイル孔１３の基板１外周端部側を囲うようにして第６シールラインが設定され、これに沿って第６ビードＢＤ６が形成される。この第６シールラインは、オイル孔１３と液孔１１との間で第５シールラインに合流している。第６ビードＢＤ６は、第６シールラインに沿って形成されるシール部分本体Ｓが合流部分Ｘに向かうに従って第５ビードＢＤ５に接近し、この合流部分Ｘ近傍から端部Ｕが略Ｕ字状に折り返すように形成される。

そして、これら第５シールラインと第６シールラインの合流部分Ｘ、及び、第５シールラインと第７シールラインの合流部分Ｘは、図２（ｅ）に示す本発明の構成が適用され、ハーフビードとハーフビードが弾性シール材により連結されている。すなわち、両ハーフビードが互いに沿うようにして近接形成すると共に、両ハーフビードとこれらを連結する基板１平坦部に囲まれた凹部に弾性シール材を充填することで両ハーフビードを連結し、シール隙間を埋めている。上記ガスケットＧはシールラインが合流する部分をすべてハーフビードとしているので、ガスケットＧの締付け荷重を低減でき、また接合面の変形を防止できる。なお、図３中、符号４は、基板を折り返して形成した増厚部である。

このように、本発明の適用は、チェーンチャンバ孔７を囲うシールライン及び液孔１１を囲うシールラインの合流部分に限定されず、オイル孔１３を囲うシールラインやボルト孔８を囲うシールラインの合流部分にも適用できる。また、合流するシールラインに沿って形成されるビードのいずれに端部を設けるかは、本発明において特に限定されず、ビードの配置スペースやビードと孔の位置関係等に応じて適宜選択される。例えば、図３の例において、第７ビードＢＤ７を有端線状に形成し、第５ビードＢＤ５を無端環状に形成し、第７シールラインが第５シールラインに合流するようにしてもよい。

また、本発明の適用において、端部の形状は図１や図３に示す形状に限定されない。しかしながら、合流直後にそのまま終端とした場合には、シール部分本体の弾力が不十分になるおそれがあることから、端部は合流部分Ｘから折り返すように形成することが好ましい。スペースに余裕がある場合には、図４（ｃ）に示すようにしてもよい。

図４（ｃ）は、図４（ａ）に示すように２つのシールライン（第８シールラインＳＬ８及び第９シールラインＳＬ９）が合流する場合のビード構成の一例を示す。図４（ｃ）の例では、第８シールラインＳＬ８に沿ってハーフビード状の第８ビードＢＤ８が形成され、第９シールラインに沿ってハーフビード状の第９ビードＢＤ９が形成されている。第９ビードＢＤ９は、第９シールラインＳＬ９に沿って形成され、２箇所の合流部分Ｘ，Ｘの夫々に向かうほど第８ビードＢＤ８に接近するシール部分本体Ｓと、シール部分本体Ｓに連続し、２箇所の合流部分Ｘ，Ｘ重を繋ぐ重複シール部９２と、からなる。合流部分Ｘは、本発明の構成であり、第８及び第９ビードＢＤ８，ＢＤ９間を連結する弾性シール材が充填されている。重複シール部９２は、シール部分本体Ｓから連続するハーフビードが２つの合流部分Ｘ，Ｘを繋ぐように延設されている。また、重複シール部９２は、合流部分Ｘから長さ方向に離れるほど、第８ビードＢＤ８から離れるように形成されている。

図４（ｃ）のように構成することで、第８及び第９ビードＢＤ８，ＢＤ９は夫々ハーフビードとして変形するため、ハーフビードを並設しても変形荷重はフルビードに比べて小さい。このように重複シール部９２を設けることで、シールラインが合流した部分では２重にシールがされるので高いシール効果が得られる。なお、図４（ｂ）は、図４（ａ）同じのシールラインの配置において、図１や図３と同様に、合流部分Ｘ近傍に折り返した端部Ｕを設けた場合を示す。図４（ｂ）に示すように、本発明の適用においては、第９ビードＢＤ９の端部を矢印Ｙ１方向及び矢印Ｙ２方向のどちら側に折り返すかは特に限定されず、孔及びビードの位置関係やスペースに応じて適宜選択される。

また、図４（ｃ）に示したように、合流するシールラインに沿って形成されるビードは、金属ビードと弾性シール材との合成からなるものに限定されず、金属ビードのみの場合にも本発明を適用可能である。この場合、ハーフビード同士であれば、少なくとも合流部分の前記凹部ＨＬ（図２（ｃ）参照）に弾性シール材が充填されていればよい。当然、一方が金属ビードのみから構成され、他方が金属ビードと弾性シール材の合成から構成されるビードである場合にも、本発明を適用して弾性シール材により連結してもよい。

図１に示す第２及び第３ビードＢＤ２，ＢＤ３は、弾性シール材がハーフビード２２，３２の幅よりも広く形成されていたが、必ずしも合流部分Ｘで幅広とする必要はない。例えば、金属ビード２２の凸部表面側に形成される弾性シール材２１ａは、金属ビード２２の幅より狭くても、凹部ＨＬに弾性シール材が充填されていればよい。

本実施形態に係るガスケットの平面図である。（ａ）は第２及び第３シールラインの合流部分周辺を示す平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ′線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ′線断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ′線断面図、（ｅ）は（ａ）のＤ−Ｄ′線断面図である。本発明の他の実施形態に係るガスケットの平面図である。（ａ）は第８及び第９シールラインの配置を示す図、（ｂ）は（ａ）のビードを説明する図、（ｃ）は（ａ）のビードの他の例を説明する図である。従来のガスケットを示す平面図である。図６のガスケットのビードを説明する図である。

符号の説明

１基板、２燃焼室孔、３増厚部、７チェーンチャンバ孔、８ボルト孔、１１液孔、１３オイル孔、２１ａ，２１ｂ，３１ａ，３１ｂ弾性シール材、２２，３２金属ビード、Ｓシール部分本体、Ｕ端部、９２重複シール部、Ｇガスケット、ＨＬ凹部、Ｘ合流部分

Claims

薄肉金属板からなる基板に複数のシールラインを設定し、前記シールラインに沿って、前記基板を板厚方向に屈曲してなる金属ビードを形成したガスケットにおいて、前記金属ビードはステップ状のハーフビードとし、複数の前記シールラインが交わる部分で、前記複数のシールラインに沿って形成される金属ビード同士の一方を有端線状とし、且つこれら金属ビード同士を非接続とし、当該金属ビードと共に板厚方向に弾性変形する弾性シール材で前記金属ビード同士間を連結したことを特徴とするガスケット。
少なくとも２以上の前記シールラインに沿って、前記金属ビードと、その金属ビードの凸部側表面及び凸部裏側の凹部に固着して前記金属ビードと共に板厚方向に弾性変形する弾性シール材からなるゴムビードと、からなる合成ビードが形成され、前記合成ビードを構成する弾性シール材で前記金属ビード同士間を連結したことを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
交わる２つの前記シールラインに沿って形成されるステップ状の両ハーフビードは、前記シールラインが交わる部分で、互いに沿い、板厚方向の一方が基板の平坦部を介して互いに連結される状態に形成され、前記金属ビード同士を連結する弾性シール材は、少なくとも前記平坦部と前記両ハーフビードとによって囲まれた凹部内に形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスケット。
交わる２つの前記シールラインに沿う金属ビードのうち有端線状の金属ビードは、シールラインに沿うシール部分本体に連結されて、前記シールラインの交わる部分から当該シール部分本体に向かって略Ｕ字状に折り返すように端部が形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガスケット。