JP6368835B1 - ガスケット - Google Patents

Abstract

【課題】貫通孔の周縁の面圧が低下する事態が生じてもシール性能を低下させずに、確実に流体の漏れを防止することができるガスケットを提供する。
【解決手段】周縁端２９ａより径方向内側の一次シール構造３１ａと径方向外側の二次シール構造３２ａとが形成されてなり、一次シール構造３１ａは、上層２１に形成された一次上層ビード３３ａと、中間層２２の第二板材２８に形成された一次中間層ビード３４ａと、下層２３に形成された一次下層ビード３５ａとがｘ方向に積層してなり、二次シール構造３２ａは、上層２１に形成された二次上層ビード３６ａと、中間層２２の第二板材２８に形成された二次中間層ビード３７ａと、下層２３に形成された二次下層ビード３８ａとがｘ方向に積層してなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガスケットに関し、より詳細には、シール性能を向上させたガスケットに関する。

シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟持される三層構造のガスケットには、中間層に貫通孔を囲繞する折り返しを形成し、上層及び下層に貫通孔を囲繞して中間層に対して上下対称形状となるシールビードを形成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−１１８０３８号公報

ところで、ガスケットには、シリンダ内のガスの燃焼圧力が上昇してヘッドリフトが生じるとシリンダヘッドとシリンダブロックとの間が上下に広がるという問題や、シリンダブロックやシリンダヘッドにエンジン運転時の冷熱の影響による変形で窪みが生じるとガスケットのシール面が傾くという問題があった。これらの上下の広がりやシール面の傾きなどは貫通孔の周縁の面圧の低下の要因となる。

しかし、特許文献１に記載のガスケットは、これらの問題に対して何ら対策されていない。それ故、このガスケットでは、貫通孔の周縁の面圧が低下する事態が生じると、貫通孔の周縁に形成した折り返し部位で燃焼圧力を十分に減圧することができない。その結果、上層及び下層に形成したシールビードでは、高い燃焼圧力のガスをシールすることができずに、そのガスが漏れ出すおそれがあった。

本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、その課題は、貫通孔の周縁の面圧が低下する事態が生じてもシール性能を低下させずに、確実に流体の漏れを防止することができるガスケットを提供することである。

上記の目的を達成する本発明のガスケットは、上方から下方に向って順に上層、中間層、及び下層の三層が積層してなるガスケットにおいて、前記三層を貫通した貫通孔が形成されていて、前記中間層は、二枚の板材が積層してなり、その板材のうちの一方の板材が、他方の板材の前記貫通孔側の端部を包み込むように折り返してなる折り返し部を有し、前記折り返し部の径方向外側の周縁端より径方向内側で前記貫通孔を囲繞する一次シール構造と前記周縁端より径方向外側で前記一次シール構造を囲繞する二次シール構造とが形成されてなり、前記一次シール構造は、前記上層に形成されて上下方向の一方向に頂部が突出する一次上層ビードと、前記中間層の他方の板材に形成されて前記一方向とは反対側に頂部が突出する一次中間層ビードと、前記下層に形成されて前記一方向に頂部が突出する一次下層ビードとを有し、前記一次上層ビード、前記一次中間層ビード、及び前記一次下層ビードが上下方向に積層してなり、前記二次シール構造は、前記上層に形成されて前記一方向に頂部が突出する二次上層ビードと、前記他方の板材に形成されて前記一方向とは反対側に頂部が突出する二次中間層ビードと、前記下層に形成されて前記一方向に頂部が突出する二次下層ビードとを有し、前記二次上層ビード、前記二次中間層ビード、及び
前記二次下層ビードが上下方向に積層してなることを特徴とする。

本発明は、上層、中間層、及び下層を積層したときに、それぞれで突出した方向が互い違いになる一次上層ビード、一次中間層ビード、及び一次下層ビードからなる一次シール構造と、同様に突出した方向が互い違いになる二次上層ビード、二次中間層ビード、及び二次上層ビードからなる二次シール構造とを貫通孔からその径方向外側に向って順に配置している。それ故、本発明によれば、一次シール構造及び二次シール構造により、貫通孔から径方向外側に向って面圧が高くなる部位を二重にして二段階でシールすることができる。これにより、貫通孔の周縁の面圧が低下する事態が生じて流体が一次シール構造を通り抜けても、一次シール構造で流体の圧力を低減するには有利になり、一次シール構造で圧力が減圧された流体の通過を二次シール構造で確実に防ぐことができる。

本発明のガスケットの実施形態を例示する斜視図である。 図１の矢印Ｉで示す断面図である。 図１の矢印ＩＩで示す断面図である。 ガスの燃焼圧力の変化を例示する断面図であり、図４（ａ）はヘッドリフトが生じていない状態を、図４（ｂ）はヘッドリフトが生じた状態を示している。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図中では、ｘを鉛直方向で、ガスケット２０の厚さ方向（積層方向）とし、ｙ、ｚをｘ方向に直交すると共に互いに直交する方向とする。なお、図１〜図４は、構成が分かり易いように寸法を変化させており、寸法は必ずしも実際に製造するものの比率とは一致させていない。

図１〜４に例示するように、実施形態のガスケット２０は、エンジン１０に組み付けられるものであり、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の間に介在し、ボルト１３により締結されるシリンダヘッドガスケットである。

図１に例示するように、シリンダブロック１１は、シール対象孔として四つのシリンダボア１４と、シリンダボア１４の外周に形成されたウォータジャケット用の水孔や潤滑油用の油孔などの水油孔１５とが形成されている。シリンダボア１４の内部には、図示しないピストンが上下方向に往復自在に組付けられている。シリンダブロック１１は、一つのシリンダボア１４に対して四つのボルト孔１６がシリンダボア１４の外周に形成されている。

シリンダヘッド１２は、図示しないインジェクタや吸排気バルブが組付けられており、シリンダブロック１１のボルト孔１６に対応させたボルト孔１７が貫通している。

ガスケット２０は、ｘ方向下方に向って順に上層２１、中間層２２、及び下層２３の三層が積層して平板状に形成されている。ガスケット２０は、貫通孔２４〜２６が形成されている。貫通孔２４はシリンダボア１４に、貫通孔２５は水油孔１５に、貫通孔２６はボルト孔１６、１７にそれぞれ対応しており、貫通孔２４〜２６は、上層２１、中間層２２、及び下層２３の全ての層を貫通している。

以下、平面視で隣り合う貫通孔を、貫通孔２４ａ、２４ｂとする。

図２に例示するように、上層２１及び下層２３のそれぞれは一枚の金属板で構成されている。上層２１及び下層２３は、それぞれの板厚を異ならせてもよい。上層２１及び下層
２３を構成する金属板としては、ステンレス鋼などからなる弾性金属板が例示される。

中間層２２は、積層断面視で、第一板材２７と第二板材２８との二枚がｘ方向下方に向って順に積層して構成されている。第一板材２７及び第二板材２８を構成する金属板としては、ステンレス鋼や鋼などの鉄合金からなる金属板、それらの金属板をアニール処理したものが例示でき、互いに異なる金属から構成されてもよい。

第一板材２７は、曲げ加工等により第二板材２８の貫通孔２４ａ側の端部を包み込むように折り返されて折り返し部３０ａが形成されている。折り返し部３０ａにおける径方向外側の周縁端２９ａは、折り返された第一板材２７の周縁端である。折り返し部３０ａは、折り返されたその第一板材２７が第二板材２８の貫通孔２４ａ側の周縁端を内包して、グロメット状に形成されている。

ガスケット２０は、貫通孔２４ａからその径方向外側に向って順に、平面視で環状を成す一次シール構造３１ａ及び二次シール構造３２ａを有している。貫通孔２４ａ、一次シール構造３１ａ、及び二次シール構造３２ａは平面視で同心円状に配置されている。

一次シール構造３１ａは、第一板材２７の径方向外側の周縁端２９ａより径方向内側に配置されて貫通孔２４ａを囲繞している。一次シール構造３１ａは、積層断面視で、ｘ方向下方に向って、一次上層ビード３３ａ、一次中間層ビード３４ａ、及び一次下層ビード３５ａが積層し、一次中間層ビード３４ａが折り返し部３０ａに内包されている。

一次上層ビード３３ａは上層２１に、一次中間層ビード３４ａは中間層２２の第二板材２８に、一次下層ビード３５ａは下層２３に、それぞれ形成されている。各ビード３３ａ〜３５ａは、平面視で環状を成し、周縁端２９ａより径方向内側に配置されて貫通孔２４ａを囲繞している。

一次上層ビード３３ａ、一次中間層ビード３４ａ、及び一次下層ビード３５ａは、貫通孔２４ａの周方向全周に渡ってフルビードで形成されている。フルビードは、積層断面視で中央部の頂部が両端部よりもｘ方向に出っ張る凸形状を成しているビードをいう。

一次上層ビード３３ａ及び一次下層ビード３５ａのフルビードはｘ方向下方に向って頂部が突出していて、一次中間層ビード３４ａのフルビードはｘ方向上方に向って頂部が突出している。つまり、一次上層ビード３３ａ及び一次中間層ビード３４ａは互いに近接する方向に突出して、一次中間層ビード３４ａ及び一次下層ビード３５ａは互いに離間する方向に突出して、一次上層ビード３３ａ及び一次下層ビード３５ａは同一方向に突出している。

また、一次上層ビード３３ａ、一次中間層ビード３４ａ、及び一次下層ビード３５ａは、ｘ方向一列に整列している。つまり、一次上層ビード３３ａ、一次中間層ビード３４ａ、及び一次下層ビード３５ａは、ビード幅方向であるｙ方向の中心位置が一致している。

この実施形態で、一次上層ビード３３ａ、一次中間層ビード３４ａ、及び一次下層ビード３５ａは、フルビードの形状が積層断面視で等脚台形状を成しており、それぞれの頂部となる面はｘ方向に対向している。なお、フルビードの形状は積層断面視で円弧状や三角形状を成してもよい。

以上のように、一次シール構造３１ａは、一次上層ビード３３ａ、一次中間層ビード３４ａ、及び一次下層ビード３５ａの突出方向がｘ方向上方から下方に向って互い違いになっている。

一次上層ビード３３ａ、一次中間層ビード３４ａ、及び一次下層ビード３５ａのそれぞれのビード形状は積層断面視における頂部の突出する方向以外は同一であることが望ましく、ビード高及びビード幅も同一であることが望ましい。具体的に、一次上層ビード３３ａと一次中間層ビード３４ａとは上下対称形状を成している。一次中間層ビード３４ａと一次下層ビード３５ａとは上下対称形状を成している。一次上層ビード３３ａと一次下層ビード３５ａとは突出方向、幅、高さが同一の形状を成している。

二次シール構造３２ａは、第一板材２７の径方向外側の周縁端２９ａより径方向外側に配置されて一次シール構造３１ａを囲繞している。二次シール構造３２ａは、積層断面視で、ｘ方向下方に向って、二次上層ビード３６ａ、二次中間層ビード３７ａ、及び二次下層ビード３８ａが積層している。

二次上層ビード３６ａは上層２１に、二次中間層ビード３７ａは中間層２２の第二板材２８に、二次下層ビード３８ａは下層２３に、それぞれ形成されている。各ビード３６ａ〜３８ａは平面視で環状を成し、周縁端２９ａより径方向外側に配置されている。二次上層ビード３６ａは一次上層ビード３３ａを、二次中間層ビード３７ａは一次中間層ビード３４ａを、二次下層ビード３８ａは一次下層ビード３５ａを、それぞれ囲繞している。

二次上層ビード３６ａ、二次中間層ビード３７ａ、及び二次下層ビード３８ａは、一次シール構造３１ａの周方向全周に渡ってハーフビードで形成されている。ハーフビードは積層断面視で中央部に径方向に対して傾いた一つの斜面を有してなり、その斜面の径方向外側又は内側に隣接するどちらか一方の端部が他方の端部に対してｘ方向に出っ張る段状を成しているビードをいう。

二次上層ビード３６ａ及び二次下層ビード３８ａのハーフビードは斜面よりも径方向内側の端部に対して斜面よりも径方向外側の端部がｘ方向下方に向って突出している。二次中間層ビード３７ａのハーフビードは斜面よりも径方向内側の端部に対して斜面よりも径方向外側の端部がｘ方向上方に向って突出している。つまり、二次上層ビード３６ａ及び二次中間層ビード３７ａは互いに近接する方向に突出して、二次中間層ビード３７ａ及び二次下層ビード３８ａは互いに離間する方向に突出して、二次上層ビード３６ａ及び二次下層ビード３８ａは同一方向に突出している。

また、二次上層ビード３６ａ、二次中間層ビード３７ａ、及び二次下層ビード３８ａは、ｘ方向一列に整列している。つまり、二次上層ビード３６ａ、二次中間層ビード３７ａ、及び二次下層ビード３８ａは、ビード幅方向であるｙ方向の中心位置が一致している。

この実施形態で、二次上層ビード３６ａ、二次中間層ビード３７ａ、及び二次下層ビード３８ａは、ハーフビードの形状が積層断面視でクランク型を成し、具体的に、斜面の径方向両側に隣接する端部が平坦に形成された「ｚ」字状を成しており、それぞれの突出した端部となる面はｘ方向に対向している。なお、ハーフビードの形状は積層断面視で斜面の径方向両側に隣接する端部と斜面との角に丸みを設けた「ｓ」字状を成してもよい。

以上のように、二次シール構造３２ａは、二次上層ビード３６ａ、二次中間層ビード３７ａ、及び二次下層ビード３８ａの突出方向がｘ方向上方から下方に向って互い違いになっている。

二次上層ビード３６ａ、二次中間層ビード３７ａ、及び二次下層ビード３８ａのそれぞれのビード形状は積層断面視で頂部の突出する方向以外は同一であることが望ましく、ビード高及びビード幅も同一であることが望ましい。つまり、二次上層ビード３６ａと二次中間層ビード３７ａとは上下対称形状を成している。二次中間層ビード３７ａと二次下層ビード３８ａとは上下対称形状を成している。二次上層ビード３６ａと二次下層ビード３８ａとは突出方向、幅、高さが同一の形状を成している。

図３に例示するように、貫通孔２４ａに隣り合う貫通孔２４ｂを以上する一次シール構造３１ｂも上記の一次シール構造３１ａと同様に構成されて、二次シール構造３２ｂも上記の二次シール構造３２ａと同様に構成される。

隣り合う貫通孔２４ａ、２４ｂどうしの間の領域で、一方の貫通孔２４ａを囲繞する二次上層ビード３６ａの頂部と他方の貫通孔２４ｂを囲繞する二次上層ビード３６ｂの頂部の高さが一致しており、二次上層ビード３６ａと二次上層ビード３６ｂとが会合している。同様に、二次中間層ビード３７ａ、３７ｂどうしが会合し、並びに、二次下層ビード３８ａ、３８ｂどうしが会合している。つまり、隣り合う貫通孔２４ａ、２４ｂどうしの間では、二次シール構造３２ａ、３２ｂが隣接して一つのシール構造として機能しており、一つのシール構造とした場合にそのシール構造には積層断面視で上下方向に並んだ三つのフルビードが形成されている。

二次上層ビード３６ａ、３６ｂの境界、二次中間層ビード３７ａ、３７ｂの境界、及び二次下層ビード３８ａ、３８ｂの境界は、ｘ方向一列に整列している。つまり、二次シール構造３２ａ、３２ｂが隣接して一つのシール構造を成したときに形成される三つのフルビードのｙ方向の中心位置が一致している。この実施形態で、三つのフルビードの形状は積層断面視で等脚台形状を成しており、それぞれの頂部となる面はｘ方向に対向している。なお、二次シール構造３２ａ、３２ｂが会合して形成された三つのフルビードの形状は積層断面視で円弧状や三角形状を成してもよい。

図４（ａ）に例示するように、ヘッドリフトが生じていない場合は、周縁端２９ａよりも径方向内側に形成された一次シール構造３１ａの面圧が高い。それ故、シリンダボア１４で生じたガスの燃焼圧力Ｐ１が高くても、そのガスは一次シール構造３１ａにより堰き止められて径方向外側に漏れ出ることがない。

図４（ｂ）に例示するように、ヘッドリフトが生じた場合は、シリンダヘッド１２がｘ方向上方に持ち上がる状態になり、一次シール構造３１ａの面圧が前述の状態に比して低下する。このとき、一次シール構造３１ａでは、三つのフルビードの高さが前述の状態に比して高くなり、一定の面圧を保持する。それ故、燃焼圧力Ｐ１のガスは、一次シール構造３１ａを通過するときに圧力Ｐ２に減圧される。そして、一次シール構造３１ａにより減圧された圧力Ｐ２のガスは、二次シール構造３２ａにより堰き止められて二次シール構造３２ａよりも径方向外側に漏れ出ることがない。

以上のように、ガスケット２０は、フルビードの突出方向が互い違いになる一次シール構造３１ａと、ハーフビードの突出方向が互い違いになる二次シール構造３２ａとを貫通孔２４ａからその径方向外側に向って順に配置している。それ故、一次シール構造３１ａ及び二次シール構造３２ａにより、面圧が高くなる部位を貫通孔２４ａから径方向外側に向って二重にして二段階でシールすることができる。

これにより、ヘッドリフトにより貫通孔２４ａの周縁の面圧が低下する事態が生じてシリンダボア１４で燃焼したガスが一次シール構造３１ａを通り抜けても、一次シール構造３１ａでガスの燃焼圧力Ｐ１を減圧するには有利になり、その圧力が減圧されたガスの通過を二次シール構造３２ａで確実に防ぐことができる。

なお、貫通孔２４ａの周縁の面圧が低下する事態としては、この実施形態で例示したヘ
ッドリフト以外に、運転中の冷熱の影響によるシリンダブロック１１やシリンダヘッド１２の変形が例示される。

一次シール構造３１ａ及び二次シール構造３２ａは、上層２１、中間層２２、及び下層２３のそれぞれに形成された三つのビード３３ａ〜３５ａ、３６ａ〜３８ａの突出方向を互い違いに積層することで、ｘ方向の変形量を大きくすることができる。これにより、ヘッドリフトによるシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２の間の広がりの変化や、歪みによるシール面の傾きの変化などの貫通孔２４ａの周縁の面圧が低下する事態への追従性の確保には有利になる。

一次シール構造３１ａ及び二次シール構造３２ａは、少なくとも三つのビードを有し、それらが突出方向を互い違いに積層されていればよい。例えば、中間層２２を三枚の板材で構成し、折り返しの板材以外の板材のそれぞれにビードを形成して四つのビードの突出方向を互い違いに積層した場合は、上層２１及び下層２３に形成されたビードの突出方向が互いに反対方向になる。

特に、一次シール構造３１ａは、折り返し部３０ａに一次中間層ビード３４ａを内包することで、折り返し部３０ａのｘ方向の高さを維持することができる。これにより、折り返し部３０ａの面圧を高めるには有利になり、貫通孔２４の周縁の面圧が低下する事態が生じたときの一次シール構造３１による面圧の低下を効果的に抑制することができる。

また、貫通孔２４ａ、２４ｂどうしの間で、二次シール構造３２ａ、３２ｂを構成する各ハーフビードを会合させることで、貫通孔２４ａ、２４ｂどうしの間が狭くなったとしても、貫通孔２４ａ、２４ｂのそれぞれに対して二段階でシールすることができる。これにより、貫通孔２４ａ、２４ｂどうしの間でガスが行き来することを回避するには有利になる。

既述した実施形態で、水油孔に対応した貫通孔２５の周縁にも、同様の二重のシール構造を適用してもよい。

既述したガスケット２０は、シリンダヘッドガスケットに限定されずに、例えば、フランジ用ガスケットやエキゾーストマニホールド用のガスケットなど、貫通孔２４を有しているガスケットであれば適用可能である。

既述した実施形態で、中間層２２は、第一板材２７の上下を逆さまにしてもよい。また、一次シール構造３１ａにおいて、一次上層ビード３３ａ及び一次下層ビード３５ａのフルビードをｘ方向上方に向って頂部を突出させて、一次中間層ビード３４ａのフルビードをｘ方向下方に向って頂部を突出させてもよい。その場合は、二次シール構造３２ａにおいて、二次上層ビード３６ａ及び二次下層ビード３８ａのフルビードをｘ方向上方に向って頂部を突出させて、二次中間層ビード３７ａのフルビードをｘ方向下方に向って頂部を突出させるとよい。

各ビード３３ａ〜３８ｂ、３３ｂ〜３８ｂの積層断面視における形状については、特に限定されるものではない。

既述した実施形態で、貫通孔２４ａ、２４ｂどうしの間の狭くなる部位で、二次シール構造３２ａ、３２ｂを構成する各ハーフビードを会合させたが、各ハーフビードを会合させる長さを長くしてもよい。具体的に、貫通孔２４ａ、２４ｂどうしの間の狭くなる部位で、平面視で各ハーフビードを直線状に形成して、会合させる長さを長くしてもよい。

２０ ガスケット
２１ 上層
２２ 中間層
２３ 下層
２４ａ、２４ｂ 貫通孔
２７ 第一板材
２８ 第二板材
２９ａ、２９ｂ 周縁端
３０ａ、３０ｂ 折り返し部
３１ａ、３１ｂ 一次シール構造
３２ａ、３２ｂ 二次シール構造
３３ａ、３３ｂ 一次上層ビード
３４ａ、３４ｂ 一次中間層ビード
３５ａ、３５ｂ 一次下層ビード
３６ａ、３６ｂ 二次上層ビード
３７ａ、３７ｂ 二次中間層ビード
３８ａ、３８ｂ 二次下層ビード

Claims (2)

1. 上方から下方に向って順に上層、中間層、及び下層の三層が積層してなるガスケットにおいて、
   前記三層を貫通した貫通孔が形成されていて、前記中間層は、二枚の板材が積層してなり、その板材のうちの一方の板材が、他方の板材の前記貫通孔側の端部を包み込むように折り返してなる折り返し部を有し、
   前記折り返し部の径方向外側の周縁端より径方向内側で前記貫通孔を囲繞する一次シール構造と前記周縁端より径方向外側で前記一次シール構造を囲繞する二次シール構造とが形成されてなり、
   前記一次シール構造は、前記上層に形成されて上下方向の一方向に頂部が突出する一次上層ビードと、前記中間層の他方の板材に形成されて前記一方向とは反対側に頂部が突出する一次中間層ビードと、前記下層に形成されて前記一方向に頂部が突出する一次下層ビードとを有し、前記一次上層ビード、前記一次中間層ビード、及び前記一次下層ビードが上下方向に積層してなり、
   前記二次シール構造は、前記上層に形成されて前記一方向に頂部が突出する二次上層ビードと、前記他方の板材に形成されて前記一方向とは反対側に頂部が突出する二次中間層ビードと、前記下層に形成されて前記一方向に頂部が突出する二次下層ビードとを有し、前記二次上層ビード、前記二次中間層ビード、及び前記二次下層ビードが上下方向に積層してなることを特徴とするガスケット。
2. 前記二次上層ビード、前記二次中間層ビード、及び前記二次下層ビードが、ハーフビードで構成されていて、隣り合う前記貫通孔どうしの間の領域で、それぞれの貫通孔を囲繞する前記二次上層ビードどうしが会合し、前記二次中間層ビードどうしが会合し、並びに、前記二次下層ビードどうしが会合して、上下方向に並んだ三つのフルビードが形成されている請求項１に記載のガスケット。