JP4875356B2 - ガスケット - Google Patents

Description

本発明はガスケットに関するものであり、例えば、オートバイ、自動車、産業機械、船外機等に使用される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対向する接合面間に介装して当該接合面間をシールするためのガスケットに関するものである。

積層型のガスケットとして、例えば、特許文献１に示されるものがある。これは燃焼室孔周縁部に最も板厚が厚い部分を設け高い荷重が負荷されるように設計し、必要なシール性能に応じて板厚を小さくしてシリンダヘッドやシリンダボアの変形を抑制防止する技術である。すなわち、ガスケットの総板厚を燃焼室孔周縁部で最も厚くし、次にそれよりも外側のビード部分、そしてさらに外側のその他の部分では最も薄く設計することで、シール性を高めつつ、燃焼室（ボア）直近の周縁部に過大な面圧が加わらないようにしてシリンダボアの真円度を確保したり、シリンダヘッドの変形を防止することを目的としたものである。さらに、特許文献１では、燃焼室孔周縁部の中でも、その総板厚を周方向に沿って変化させることで、シリンダボア周縁部の面圧を調整したり、シリンダヘッドの擁みを防止したりシリンダボアの真円を確保する技術が開示されている。
特開平１２‐２２７０４７号公報

しかしながら、燃焼室孔周縁部で総板厚を変化させ目的の面圧を得るためには、試行を行い厚さを求める必要があり、繰り返しの調整作業であるため設計効率が悪いという問題がある。また、鍛造加工により副板の厚さを部分的に変化させるが、副板の僅かな厚さの差が面圧に大きな影響を与えるので十分な金型の精度を必要とする。また、多気筒エンジン用ガスケットでは気筒数に応じて加工面積が大きくなり、大きな荷重を必要とするので生産設備が限定されたり、加工が困難になることがある。

本発明は、これらの諸問題に鑑みて開発されたものであり、燃焼室孔周縁部の面圧を安定させ、シール圧を高めながらシリンダボアの真円を確保したりシリンダヘッドの変形を防止したりでき、しかも容易に目的の面圧を設定しうる金属ガスケットを提供することを目的とする。

前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、燃焼室孔が開口すると共にその燃焼室孔を囲むように第１ビードが設けられ、互いに積層配置される一対の基板と、前記一対の基板の間に積層される副板と、前記基板及び副板の間で、かつ前記基板の燃焼室孔の周囲に積層されるシム板と、を備え、前記基板について、前記第１ビードの形成位置を挟み前記燃焼室孔側の平坦部を第１平坦部、及び、前記第１ビードを挟み前記燃焼室孔から離間した側の平坦部を第２平坦部と呼ぶ場合に、前記シム板が、少なくとも前記基板の第１平坦部及び前記第１ビードの形成位置に積層されたガスケットにおいて、前記副板を前記基板よりも硬度の低い材料で形成するとともに、その副板のうちの前記第１平坦部に積層する部分に、その副板を板厚方向にアーチ状に屈曲してなり、板厚方向の荷重により塑性変形する第２ビードを、前記燃焼室孔の周方向に沿って延設したことを特徴とする。

ここで、請求項中、「副板のうちの前記第１平坦部に積層する部分」には、第１平坦部に直接積層する場合のほか、シム板等を介して積層する場合も含む。
本発明の請求項２によるガスケットは、請求項１において、前記第２ビードの幅及び高さのうちの少なくともいずれか一方に、延設方向に沿って変化をもたせ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、前記基板には、締結用のボルトを挿通させるボルト孔が形成され、前記第２ビードは、前記ボルト孔近傍で未形成とし、前記ボルト孔から離間した位置にのみ形成したことを特徴とする。
本発明の請求項４によるガスケットは、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記第２ビードを２条以上形成したことを特徴とする。
本発明の請求項５によるガスケットは、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記シム板が積層される部分については、前記基板の板厚、前記副板の板厚及び前記シム板の板厚を合わせた総板厚が、前記第１平坦部の位置で最も厚くなっていることを特徴とする。

本発明の請求項６によるガスケットは、請求項５において、少なくとも前記第１平坦部に前記シム板を複数積層することで、前記総板厚を厚くしたことを特徴とする。
ここで、請求項の記載中、「少なくとも第１平坦部に」とあるのは、第１平坦部にのみシム板を複数積層する場合だけでなく、第１平坦部に加え第１平坦部以外の部分にもシム板を複数積層する場合も含む意味である。
また、シム板を複数積層するには、１枚のシム板を折り返して重ねるような場合を含む。

本発明によれば、燃焼室孔周縁部の面圧を安定させ、シール圧を高めながらシリンダボアの真円を確保したりシリンダヘッドの変形を防止したりでき、しかも容易に目的の面圧を設定しうる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
（構成）
図１及び図２に本実施形態に係るガスケットを示す。図１（ａ）は本実施形態のガスケット１０を示す平面図、（ｂ）は（ａ）に示すガスケットを構成する副板の平面図である。また、図２は、図１（ａ）のＡ−Ａ′線断面図である。

本実施形態のガスケット１０は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面間に介装されるガスケットの一例である。このガスケット１０は、上下に積層される基板１０′，１０′と、この基板１０′，１０′の間に積層される副板１０″と、さらにこの基板１０′，１０′及び副板１０″の間に部分的に積層されるシム板１１と、を備える。以下、各部材の構成について説明する。

基板１０′は、薄肉金属板より形成され、第１ビードＢＤ１（後述する）が弾力によりシールに十分な面圧を発生させることができるように硬度の高い、例えば薄肉のステンレス鋼板などが材料として用いられる。
基板１０′には、燃焼室孔１及びボルト孔２が開口している。
燃焼室孔１は、基板１０′の略中央部に長手方向に複数並んで形成されており、内燃機関の接合面に開口して複数の燃焼ガスを爆発させる燃焼室に対応する位置にそれぞれ形成されている。また、ボルト孔２は、シリンダブロック及びシリンダヘッドにガスケット１０を締結固定するボルトが挿通される位置に対応して形成される。

また、上記燃焼室孔１の周囲には、当該燃焼室孔１及び第１平坦部１０′Ａ（後述する）を無端環状に囲むようにしてシールラインＳＬが設定され、そのシールラインＳＬに沿って第１ビードＢＤ１が形成されている。第１ビードＢＤ１は、本実施形態では、板厚方向の一方に向けて凸状となるように基板１０′を屈曲形成してなる金属ビードである。また、第１ビードＢＤ１の形状は、本発明において限定されず種々の形状を採用しうるが、図２ではアーチ状のフルビードを形成している。第１ビードＢＤ１のビード高さは、シム板１１の増厚部１１Ａ（後述する）と平坦部との板厚差の１／２の大きさよりも高くなるように設定されており、増厚部１１Ａにより形成される板厚方向の隙間高さまで弾性変形することによって必要なシール圧を発生可能となっている。
上記構成の基板１０′，１０′は、一対が上下で対照的に、すなわち第１ビードＢＤ１が副板１０″に向くように配置される。また、基板１０′の第１ビードＢＤ１を挟んで両側は平坦であり、以下第１ビードＢＤ１より燃焼室孔１側の平坦部を第１平坦部１０′Ａ、燃焼室孔１から離れる側を第２平坦部１０′Ｂと呼ぶ。

副板１０″は、接合面間の距離に応じてガスケット１０の板厚を調整する目的等で用いられ、基板１０′と略同形状であり、積層方向で対応する位置に燃焼室孔１やボルト孔２が開口している。また、本実施形態では、副板１０″のうちの、基板１０′の第１平坦部１０′Ａに積層する部分に、第２ビードＢＤ２が燃焼室孔１の周方向に沿って延設されている。この第２ビードＢＤ２は、基板１０′に形成される第１ビードＢＤ１よりビード高さが低く、かつ、板厚方向荷重が加わることでその面圧の大きさに応じて塑性変形する。副板１０″は、第２ビードＢＤ２が塑性変形することができるように、基板１０′よりも硬度の低い軟質な金属、例えば亜鉛メッキを施した鉄板が用いられる。硬度は、ビッカース硬度（ＨＶ）で２００程度以下であることが好ましい。第２ビードＢＤ２は、鍛造加工のほか、エンボス等のプレス加工によっても形成することができる。プレス加工であれば、鍛造加工に比べ低い荷重で行うことができるので加工が容易である。

シム板１１は、部分的に板厚を調整する目的等で用いられ、燃焼室孔１の周囲、本実施形態では、基板１０′の第１平坦部１０′Ａ及び第１ビードＢＤ１の形成位置に積層され、加締めにより部分的に副板１０″に取り付けられている。また、シム板１１は、燃焼室孔１の端縁全周で折返され、他の部分に比べて板厚が厚い増厚部１１Ａが形成されている。したがって、第１平坦部１０′Ａにはシム板１１の増厚部１１Ａと副板１０″の第２ビードＢＤ２形成部分が積層し、第１ビードＢＤ１形成位置にはシム板１１の平坦部と副板１０″が積層し、第２平坦部１０′Ｂには副板１０″のみが積層することとなる。このためガスケット１０の総板厚（図では、基板１０′の板厚＋副板１０″，１０″の板厚＋シム板が積層されている部分ではシム板１１の板厚）は燃焼室孔１周縁で最も厚くなり、そこから外側に向かうに従って段階的に薄くなっている。

（作用効果）
次に、上記構成のガスケット１０作用効果について説明する。
上記構成のガスケット１０を、エンジン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、ボルト孔２を貫通する締付けボルトで締め付けて装着する。
このとき、第１ビードＢＤ１が、シム板１１の増厚部１１Ａと平坦部との板厚差により形成される板厚方向隙間の高さまで圧縮変形し、その弾性反発力によりシール圧を発生して、燃焼室のガス圧をシールする。

これとともに、総板厚が最も厚い燃焼室孔１周縁の第１平坦部１０′Ａでは、ボルトの締め付け荷重を集中して受けることで、燃焼室孔の爆発燃焼圧をシールするのに十分な高面圧を発生する。このとき、総板厚が段階的に薄くなっているため、面圧は第１平坦部１０′Ａ、第１ビードＢＤ１形成位置、第２平坦部１０′Ｂの順に段階的に小さくなるため、極端に燃焼室直近の面圧が大きくなりすぎることによる接合面の変形を避けることができる。

さらに、本実施形態では、締め付け時に基板１０′の第１平坦部１０′Ａに圧縮されることで、第２ビードＢＤ２が締め付け荷重の大きさに応じて塑性変形するので、この分だけ高さが低くなる。このため、燃焼室孔１周縁の中でも、例えばボルト孔２近傍では、ボルト孔２から離れた部分よりも締め付け時において荷重が大きくなるので、第２ビードＢＤ２の変形分だけ高さが低くなる。高さが低くなった部分では締め付け荷重が分散されることから、締め付け後（第２ビードＢＤ２の塑性変形後）には燃焼室孔１周縁の面圧が均一になる。このため、良好なシール機能を実現するとともに、燃焼室の真円度を確保し、接合面の変形を防止することができる。

この点、例えば、第２ビードＢＤ２が塑性変形しない、通常の第１ビードＢＤ１のような弾性変形のみをするビードにしてしまうと仮定すると、締め付け荷重に応じて圧縮変形するものの荷重の大きくかかる部分ほど変形量が大きくなって逆に大きな弾性反発力を生じてしまうため、面圧の均一化の目的を達することができない。
また、上記第２ビードＢＤ２の高さの変化（抑揚）は実際の締め付け荷重に応じて自然に発生するので、予め燃焼室孔１周縁に板厚差を設ける場合に比べると、繰り返しの調整作業が短縮され設計効率が向上する。さらに、第２ビードＢＤ２は、プレス加工により形成させることができるので、鍛造加工に比べると加工も容易であり、適用範囲も広い。また、第２ビードＢＤ２は変形しやすいので、金型の精度もそれほど要求されず、製造設備やコストの面でも有利である。

（変形例）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の適用は上記実施形態に限定されず、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、第２ビードＢＤ２は、図２に示す１条のみを形成する場合に限られず、図３に示すように第１平坦部１０′Ａに積層する位置に２条、又はそれ以上の塑性変形可能な第２ビードＢＤ２を形成してもよい。このようにすれば、第１平坦部１０′Ａが幅広な場合にも、幅方向全体にわたって面圧を均一化することができる。この場合には、２条とも同じ幅及び高さとする必要はなく、例えば燃焼室孔１から離れている方のビード高さを低くするなどしてもよい。
また、第２ビードＢＤ２の形状は、上記実施形態のようなアーチ状とし、板厚方向の一方にのみ凸ではなく板厚方向両側に凸となる凹凸状であってもよい。

また、増厚部１１Ａは、シム板１１を折り返して形成する場合に限られず、例えば板厚の異なる又は同じ複数の金属板を溶着や加締め等により重ね合わせて形成してもよい。複数のシム板を用いることで第１平坦部１０′Ａの位置で総板厚を最も厚くした場合の例を図８〜図１０に示す。図８は、形状の異なる２つのシム板１１′，１１″を副板１０″の両面に取り付けた場合を示す。このうち、一方のシム板１１″は第１平坦部１０′Ａ及び第１ビードＢＤ１の形成位置に積層し、他方のシム板１１′は第１平坦部１０′Ａに積層しており、これにより第１平坦部１０′Ａの位置で総板厚が最も厚くなっている。また、本発明はシム板を副板１０″に取り付ける場合に限られず、基板１０′及び副板１０″に取り付けたり（図９）、基板１０′，１０′の互いに向かい合う面に取り付けたりすることで（図１０）、第１平坦部１０′Ａの位置で総板厚が最も厚くなるようにしてもよい。さらに、本発明はシム板を複数枚積層する場合に限られず、図１１に示すように１枚のシム板１１の板厚に変化をつけ第１平坦部１０′Ａの位置で最も厚くなるようにすることで、総板厚を厚くしてもよい。図１１に示すシム板１１は、例えば、第１平坦部１０′Ａに積層する位置に金属を溶射したり、鍛圧により形成することができる。なお、図１１に示すようにシム板の板厚により総板厚を調整するだけでなく、副板や基板自体の板厚を部分的に厚くすることによって、第１平坦部１０′Ａの位置で総板厚を厚くしてもよい。また、図５に示すように、副板１０″の第２ビードＢＤ２を上下から挟み込むようにしてシム板１１を折り返し、増厚部１１Ａを形成してもよい。

また、第２ビードＢＤ２の幅やビード高さは、ビードの延設方向全体にわたって一様としてもよいが、幅の広狭やビード高さを調整することで、第２ビードＢＤ２の剛性に変化をもたせることができる。図６には幅を広くした第２ビードＢＤ２の例を示す。例えば、ボルト孔２近傍の締め付け荷重が大きいところでは、ボルト孔２から離れた部分よりも、ビード幅を広くかつビード高さを低くすることで、当該部分ではビードの剛性が低くなり、塑性変形しやすくなるため、荷重を低減させやすくなる。一方、ボルト孔２から離れた部分では第２ビードＢＤ２がつぶれにくいので、ビード高さが維持されて、締め付け荷重の大きさも維持できるので、面圧が均一になる。

さらに、第２ビードＢＤ２は、上記実施形態に示すように燃焼室孔１の全周に沿って形成する必要はなく、図７に示すように周方向の一部にのみ形成させてもよい。図７は、ガスケット１０の平面図であり、第２ビードＢＤ２の形成位置を説明しやすいように一点鎖線で示している。図７の例では、ボルト孔２から離れた部分にのみ第２ビードＢＤ２を形成し、ボルト孔２近傍には第２ビードＢＤ２を形成せずに副板１０″を平坦のままとし、すなわちボルト孔２近傍では最初から第２ビードＢＤ２が全屈するまで塑性変形させたような状態としている。さらに、図７の例では、第２ビードＢＤ２の中でも、ボルト孔２に近い部分からボルト孔２から離れた部分に向かうに従って（図中の点Ｘから点Ｙで示す部分に向かって）、徐々にビード高さが高くなり、またビード幅が狭くなっている。このようにすることで、より面圧の均一化を図ることができるとともに、締め付け荷重差が大きい場合にも対応できる。

なお、本発明において第１ビードＢＤ１の形状や構成は特に限定されるものでなく、上記実施形態のようにシールラインＳＬに沿って金属ビードのみが形成される場合に限られず、シールラインＳＬに沿って金属ビードと板厚方向に圧縮変形する弾性シール材とからなる合成ビードを形成する場合にも本発明を適用可能である。

（ａ）は本実施形態のガスケットを示す平面図、（ｂ）はガスケットを構成する副板を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ′線における断面図である。 本発明に係る他のガスケットを示す断面図である（図１のＡ−Ａ′線断面の一部）。 本発明に係る他のガスケットを示す断面図である（図１のＡ−Ａ′線断面の一部）。 本発明に係る他のガスケットを示す断面図である（図１のＡ−Ａ′線断面の一部）。 本発明に係る他の第２ビードの配置例を説明するためのガスケットの平面図である。 本発明に係る他のガスケットを示す断面図である（図１のＡ−Ａ′線断面の一部）。 本発明に係る他のガスケットを示す断面図である（図１のＡ−Ａ′線断面の一部）。 本発明に係る他のガスケットを示す断面図である（図１のＡ−Ａ′線断面の一部）。 本発明に係る他のガスケットを示す断面図である（図１のＡ−Ａ′線断面の一部）。

符号の説明

１ 燃焼室孔、２ ボルト孔、１０ ガスケット、１０′ 基板、１０′Ａ 第１平坦部、１０′Ｂ 第２平坦部、１１，１１′，１１″ シム板、１１Ａ増厚部、ＢＤ１ 第１ビード、ＢＤ２ 第２ビード、ＳＬ シールライン

Claims (6)

1. 燃焼室孔が開口すると共にその燃焼室孔を囲むように第１ビードが設けられ、互いに積層配置される一対の基板と、前記一対の基板の間に積層される副板と、前記基板及び副板の間で、かつ前記基板の燃焼室孔の周囲に積層されるシム板と、を備え、
   前記基板について、前記第１ビードの形成位置を挟み前記燃焼室孔側の平坦部を第１平坦部、及び、前記第１ビードを挟み前記燃焼室孔から離間した側の平坦部を第２平坦部と呼ぶ場合に、
   前記シム板が、少なくとも前記基板の第１平坦部及び前記第１ビードの形成位置に積層されてなり、
   シリンダヘッドとシリンダブロックとの対向する接合面間に介装されシリンダブロックに対してシリンダヘッドがボルトにより締めつけられて前記接合面間をシールするガスケットにおいて、
   前記副板を前記基板よりも硬度の低い材料で形成するとともに、その副板のうちの前記第１平坦部に積層する部分に、その副板を板厚方向にアーチ状に屈曲してなり、前記ボルトの締めつけによる板厚方向の荷重により塑性変形する第２ビードを、前記燃焼室孔の周方向に沿って延設したことを特徴とするガスケット。
2. 前記第２ビードの幅及び高さのうちの少なくともいずれか一方に、延設方向に沿って変化をもたせたことを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記基板には、締結用のボルトを挿通させるボルト孔が形成され、前記第２ビードは、前記ボルト孔近傍で未形成とし、前記ボルト孔から離間した位置にのみ形成したことを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のガスケット。
4. 前記第２ビードを２条以上形成した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。
5. 前記シム板が積層される部分については、前記基板の板厚、前記副板の板厚及び前記シム板の板厚を合わせた総板厚が、前記第１平坦部の位置で最も厚くなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガスケット。
6. 少なくとも前記第１平坦部に前記シム板を複数積層することで、前記総板厚を厚くしたことを特徴とする請求項５に記載のガスケット。

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