JP6453369B2 - 金属ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に装着されて、燃焼ガスのリーク及び冷却水や潤滑油等の液体のリークを防止する金属ガスケットに関し、特に、シリンダボア孔シール用のフルビードと液体孔シール用のハーフビードとを備えたものに関する。

内燃機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に金属ガスケットを装着し、シリンダボア孔からの高圧の燃焼ガスのリークを防止するとともに、冷却水孔（ウォータージャケット）や潤滑油孔等の液体孔からの冷却水や潤滑油（オイル）等の液体のリークを防止するようにしている。このような金属ガスケットとしては、ステンレス材等の弾性金属板を素材とした金属基板に、シリンダボア孔を囲繞するシリンダボア孔シール用のフルビードと、液体孔を囲繞する液体孔シール用のハーフビードとを設けた構成のものが知られている。

近年、内燃機関の高出力化に伴って燃焼ガスも高圧化していることから、金属ガスケットの、特にシリンダボア孔からの燃焼ガスのリークに対するシール性能を高めた金属ガスケットが多く開発されている。

例えば特許文献１には、シリンダボア孔シール用のフルビードと液体孔シール用のハーフビードとを備えた１枚の金属基板を有する金属ガスケットであって、そのシリンダボア孔の側にフルビードに重ねて段差調整板を固定して、フルビード側とハーフビード側での厚みを相違させるようにした金属ガスケットが記載されている。この金属ガスケットによれば、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に金属ガスケットを装着してシリンダヘッドを締付ボルトで締め付けたときに、ハーフビードの側よりも段差調整板が重ねられたフルビードの側により大きな締付け力が加えることができるので、フルビードの面圧をハーフビードの面圧よりも大幅に高めて、フルビードの圧縮効果を促進し、燃焼ガスのリークに対するシール性能を高めることができる。また、金属ガスケットのハーフビード側を金属基板１枚のみの構成とすることができるので、燃焼ガスに対するシール性能を高めつつ、エンジン設計面から要求される計量化、熱伝導性の向上、圧縮比調整及びコストダウン等を図ることができる。

また、上記のような金属ガスケットとして、シリンダブロックやシリンダヘッドに加工時に生じるツールマークを吸収する目的で、金属基板の外表面にＮＢＲ（ニトリルゴム）やＦＫＭ（フッ素ゴム）等のラバーをシール材として所定の膜厚でコーティングした構成のものも知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１４−１１９０７５号公報 特開２０１６−１６９７９７号公報

しかし、特許文献１に記載されるような従来の金属ガスケットでは、フルビードに段差調整板を重ねることによって締付ボルトの締付力の多くをフルビードへ向けるようにしているので、燃焼ガスに対するシール性能を長期的に安定化させることができる反面、冷却水や潤滑油等の液体が流れる液体孔をシールするハーフビード側の締付力が相対的に低下することになる。そのため、ハーフビードの圧縮が不完全となり、ハーフビードの復元力低下によるシール性能の低下、ハーフビードにクラックが生じることによるシール性能の低下、外表面にコーティングされたシール材の膨れ及び剥離によるシール性能の低下という問題点を生じていた。

上記問題点を詳細に検討したところ、その不具合事象の原因は「ヘッドリフト現象」等から説明できることが解った。「ヘッドリフト現象」とは、内燃機関の出力時には毎分数千回転にも達する燃焼サイクルによって、シリンダブロックとシリンダヘッドのデッキ面間隙が数μｍ〜１０数μｍの範囲で開いたり閉じたりする、所謂口開き現象のことである。口開き現象が金属ガスケットの各ハーフビードへ交番荷重となって作用することにより、ハーフビードが上下に振動してヘタリを生じ、その復元力が低下することになる。また、口開き現象による上下振動は各ハーフビードの一部に金属疲労によるクラック（亀裂）を生じさせることになる。ハーフビードの圧縮が完全である場合には口開き現象大きな問題とならなかったが、上記した従来の金属ガスケットでは、燃焼ガスのシール性を安定化させた反面、ハーフビードの圧縮が不完全となるため、口開き現象による上記問題点が生じることになった。

また、金属基板の外表面にラバー等をシール材としてコーティングした構成とした場合には、口開き現象によるハーフビードの上下振動によってシール材に膨れ及び剥離が生じることになるので、この問題もハーフビードに関連する問題点として解決しておく必要があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮が不完全であってもシール機能を維持し得るハーフビードを備えた金属ガスケットを提供することにある。

本発明の金属ガスケットは、外表面にシール材がコーティングされるとともにシリンダボア孔シール用のフルビードと液体孔シール用のハーフビードとを備える少なくとも１枚の金属基板を有し、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着される金属ガスケットであって、前記ハーフビードは、前記金属基板の平坦な基板本体に第１湾曲部を介して連なり該基板本体に対して傾斜する傾斜板部と、前記傾斜板部に第２湾曲部を介して連なり、該傾斜板部に対して傾斜する縁板部とを有し、前記第１湾曲部の凸側表面における半径及び前記第２湾曲部の凹側表面における半径が、２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内で互いに同値であることを特徴とする。

本発明の金属ガスケットは、上記構成において、前記ハーフビードの高さが、０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲内であるのが好ましい。

本発明の金属ガスケットは、上記構成において、前記ハーフビードの幅が、１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲内であるのが好ましい。

本発明によれば、圧縮が不完全であってもシール機能を維持し得るハーフビードを備えた金属ガスケットを提供することができる。

（ａ）は本発明の一実施の形態である金属ガスケットを示す平面図であり、（ｂ）は同図（ａ）における範囲Ａを拡大して示す拡大図である。 図１におけるＹ−Ｙ線に沿う断面図である。 （ａ）は図１におけるＸ−Ｘ線における断面図であり、図３（ｂ）は同図（ａ）に示すハーフビードの上側の表面を、形状測定器の片角スタイラスと呼ばれる測定子を矢印方向に走らせて測定して得たハーフビードの外形形状の作画線である。 本発明の一実施の形態である金属ガスケットのハーフビード部分におけるシール材の状態を示す断面図である。 本発明の一実施の形態である金属ガスケットの金属基板を、ハーフビード金型を用いてプレス加工している様子を模式的に示した図である。 従来の金属ガスケットの一例を示す平面図である。 図６におけるＹ１−Ｙ１線に沿う断面図である。 図６におけるＸ１−Ｘ１線に沿う断面図である。 （ａ）は図８に示すハーフビードの上側の表面を、形状測定器の片角スタイラスと呼ばれる測定子を矢印方向に走らせて測定して得たハーフビードの外形形状の作画線であり、（ｂ）は、同図（ａ）の要部拡大図である。 テストピースの平面図である。 表１に示す試験結果のグラフである。 （ａ）はハーフビードにおけるシール材の表面に生じた「微細なヒビ割れ」の状況を示す断面図であり、（ｂ）はハーフビードにおけるシール材の表面に生じた「スジ状の痕跡」の状況を示す断面図であり、（ｃ）は「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」の発生範囲を示す図である。 テストピースを上型と下型とで構成された従来のハーフビード金型を用いてプレス加工している様子を模式的に示した図である。 テストピースを改良したハーフビード金型を用いてプレス加工している様子を模式的に示した図である。 表２に示す試験結果のグラフである。 表３に示す試験結果のグラフである。 表６に示す試験結果のグラフである。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。

図１に示す本発明の一実施の形態である金属ガスケット１０は、図示しない内燃機関（エンジン）のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に装着されて燃焼ガスのリーク及び冷却水や潤滑油等の液体のリークを防止するためのものであり、１枚の金属基板１１を有している。金属基板１１にはシリンダボア孔１２からの燃焼ガスのリークを防止するためのシリンダボア孔シール用のフルビード１３と、冷却水孔（液体孔）１４や潤滑油孔（液体孔）１５からの冷却水や潤滑油のリークを防止するための液体孔シール用のハーフビード１６とが設けられている。

図２に示すように、金属ガスケット１０は、金属基板１１のシリンダボア孔１２の側に、フルビード１３に重ねて段差調整板１７を、冷却水孔１４の部分でかしめ部１７ａにより固定した主構造を有する。このような主構造を有する金属ガスケット１０によれば、シリンダブロックとシリンダヘッドとの間に金属ガスケット１０を装着してシリンダヘッドを締付ボルトで締め付けたときに、ハーフビード１６の側よりも段差調整板１７が重ねられたフルビード１３の側により大きな締付け力が加えられるようにして、フルビード１３の面圧をハーフビード１６の面圧よりも大幅に高めて、フルビード１３の圧縮効果を促進し、燃焼ガスのリークに対するシール性能を高めることができる。また、金属ガスケット１０のハーフビード１６側が金属基板１１が１枚のみの構成となるようにして、燃焼ガスに対するシール性能を高めつつ、エンジン設計面から要求される計量化、熱伝導性の向上、圧縮比調整及びコストダウン等を図ることができる。なお、図１における符号１８はシリンダヘッドをシリンダブロックに固定するためのボルトが挿通されるボルト孔である。

図３（ａ）に示すように、潤滑油孔１５を囲繞して設けられるハーフビード１６は、平坦な基板本体１１ａに対して第１湾曲部１６ａを介して連なり基板本体１１ａに対して下方に傾斜する傾斜板部１６ｂと、傾斜板部１６ｂに第２湾曲部１６ｃを介して連なり、傾斜板部１６ｂに対して上方に傾斜する縁板部１６ｄとを備えた片斜面断面形状となっている。第１湾曲部１６ａの凸側表面は、金属基板１０がシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着されたときにシリンダヘッド又はシリンダブロックの何れか一方のデッキ面に当接してハーフビード１６のシール線を構成する部分であり、第２湾曲部１６ｃの凸側表面は、金属基板１０がシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着されたときにシリンダヘッド又はシリンダブロックの何れか他方のデッキ面に当接してハーフビード１６のシール線を構成する部分である。

金属基板１１の外表面（表裏両面）には、例えばＮＢＲ（ニトリルゴム）やＦＫＭ（フッ素ゴム）等のラバーで構成されたシール材１９が薄い膜状にコーティングされている。金属基板１１の外表面をシール材１９でコーティングすることにより、シリンダブロックやシリンダヘッドにその加工時に生じるツールマークを吸収して、この金属ガスケット１０のシール性能をさらに高めることができる。

ここで、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すハーフビード１６の図３（ａ）中で上側の表面を、形状測定器の片角スタイラスと呼ばれる測定子２０を矢印方向に走らせて測定して得た外形形状の作画線である。測定子２０による走査方向は、金属ガスケット１０の外縁から潤滑油孔１５の中心に向けた方向である。

図３（ａ）に示す片斜面断面形状のハーフビード１６のビード高Ｂｈ及びビード幅Ｂｗは、それぞれ図３（ｂ）に示すように定義される。すなわち、平坦な基板本体１１ａの上側表面Ｓ１から延びる延長線を基板本体ラインＬ１とし、縁板部１６ｄの上側表面Ｓ２から延びる延長線を縁板部ラインＬ２とし、傾斜板部１６ｂの上側表面Ｓ３から延びる延長線を傾斜板部ラインＬ３とし、基板本体ラインＬ１と傾斜板部ラインＬ３との交点を交点Ｐ１とし、縁板部ラインＬ２と傾斜板部ラインＬ３との交点を交点Ｐ２としたときに、ハーフビード１６のビード幅Ｂｗは、交点Ｐ１と交点Ｐ２との間の基板本体ラインＬ１に沿う方向の距離（交点Ｐ１を通り基板本体ラインＬ１と直交する垂直基準ラインＬ４と、交点Ｐ２を通り垂直基準ラインＬ４と平行なラインＬ５との間の距離）であり、ハーフビード１６のビード高Ｂｈは、交点Ｐ１と交点Ｐ２との間の基板本体ラインＬ１に垂直な方向の距離（交点Ｐ２を通り基板本体ラインＬ１と平行なラインＬ６と基板本体ラインＬ１との間の距離）である。

また、図３（ａ）に示す片斜面断面形状のハーフビード１６の第１湾曲部１６ａの凸側表面（外角側の表面）におけるビード半径Ｂｒ及び第２湾曲部１６ｃの凹側表面（内角側の表面）におけるビード半径Ｂｒは、それぞれ図３（ｂ）に示すように定義される。

ここで、本発明の一実施の形態である金属ガスケット１０においては、ハーフビード１６の第１湾曲部１６ａの凸側表面におけるビード半径Ｂｒ及び第２湾曲部１６ｃの凹側表面におけるビード半径Ｂｒは、それぞれ２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に設定されている。このような構成とすることにより、第１湾曲部１６ａ及び第２湾曲部１６ｃの凹側表面におけるシール材１９の表面に「スジ状の痕跡」を生じさせることなく、ハーフビード１６による冷却水孔１４や潤滑油孔１５に対するシール限界値を高めて、ハーフビード１６の圧縮が不完全であっても十分なシール機能を発揮させることができる。

また、本発明の一実施の形態である金属ガスケット１０においては、ハーフビード１６のビード高Ｂｈは、０．３０ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲内に設定されるのが好ましい。このような構成とすることにより、第１湾曲部１６ａ及び第２湾曲部１６ｃの凹側表面におけるシール材１９の表面に「スジ状の痕跡」を生じさせないだけでなく、第１湾曲部１６ａ及び第２湾曲部１６ｃの凸側表面に「微細なヒビ割れ」を生じさせることなく、ハーフビード１６による冷却水孔１４や潤滑油孔１５に対するシール限界値を高めて、ハーフビード１６の圧縮が不完全であっても十分なシール機能を発揮させることができる。

さらに、本発明の一実施の形態である金属ガスケット１０においては、ハーフビード１６のビード幅Ｂｗは、１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲内に設定されるのが好ましい。このような構成とすることにより、第１湾曲部１６ａ及び第２湾曲部１６ｃの凹側表面におけるシール材１９の表面に「スジ状の痕跡」を生じさせず、また、第１湾曲部１６ａ及び第２湾曲部１６ｃの凸側表面に「微細なヒビ割れ」を生じさせることなく、ハーフビード１６による冷却水孔１４や潤滑油孔１５に対するシール限界値をさらに高めることができる。

図４は、本発明の一実施の形態である金属ガスケットのハーフビード部分におけるシール材の状態を示す断面図である。図４から、本発明の一実施の形態である金属ガスケット１０のハーフビード１６の部分におけるシール材１９の表面に、「微細なヒビ割れ」や「スジ状の痕跡」が生じていないことが解る。

図５は、本発明の一実施の形態である金属ガスケットの金属基板を、ハーフビード金型を用いてプレス加工している様子を模式的に示した図である。

本発明の一実施の形態である金属ガスケット１０のハーフビード１６は、例えば図５に示すような構成のハーフビード金型４０を用いて形成することができる。このハーフビード金型４０は上型４０ａと下側４０ｂとを有している。ハーフビード金型４０のハーフビード１６の第１湾曲部１６ａ及び第２湾曲部１６ｃを形成するための一対の面取部４０ｃは、金型設計段階において、第１湾曲部１６ａの凸側表面におけるビード半径Ｂｒ及び第２湾曲部１６ｃの凹側表面におけるビード半径Ｂｒを、それぞれ２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内とするように確実なＲ面取りとして設定されている。このような構成のハーフビード金型４０を用いることで、上記した数値範囲のビード半径Ｂｒを有するハーフビード１６を容易かつ確実に形成することができる。

次に、本発明の一実施の形態である金属ガスケット１０が上記構成（数値範囲）を採用するに至った経緯について説明する。

先ず、本願発明者は、上記した特許文献１に記載されるような段差調整板を備えた構成の従来の金属ガスケットにおけるハーフビードの現状把握を行った。図６は従来の金属ガスケットの一例を示す平面図であり、図７は図６におけるＹ１−Ｙ１線に沿う断面図であり、図８は図６におけるＸ１−Ｘ１線における断面図である。

図６に示すように、従来の金属ガスケット１１０は、金属基板１１１を有し、金属基板１１１にはシリンダボア孔１１２からの燃焼ガスのリークを防止するためのシリンダボア孔シール用のフルビード１１３と、冷却水孔（ウォータージャケット）１１４や潤滑油孔１１５からの冷却水や潤滑油のリークを防止するためのハーフビード１１６が設けられている。また、図７に示すように、金属ガスケット１１０は、金属基板１１１のシリンダボア孔１１２の側に、フルビード１１３に重ねて段差調整板１１７を固定した主構造を有する。段差調整板１１７はフルビード１１３にのみ重ねられ、ハーフビード１１６の側には達していない。なお、図６における符号１１８はシリンダヘッドをシリンダブロックに固定するためのボルトが挿通されるボルト孔である。

図８に示すように、潤滑油孔１１５を囲繞して設けられるハーフビード１１６は、平坦な基板本体１１１ａに対して第１湾曲部１１６ａを介して連なり基板本体１１１ａに対して下方に傾斜する傾斜板部１１６ｂと、傾斜板部１１６ｂに第２湾曲部１１６ｃを介して連なり、傾斜板部１１６ｂに対して上方に傾斜する縁板部１１６ｄとを備えた片斜面断面形状となっている。なお、金属基板１１１の外表面（表裏両面）には、ラバー等のシール材１１９がコーティングしてある。

図９（ａ）は、図８に示すハーフビードの上側の表面を、形状測定器の片角スタイラスと呼ばれる測定子を矢印方向に走らせて測定して得たハーフビードの外形形状の作画線であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）の要部拡大図である。

図８に示す片斜面断面形状のハーフビード１１６のビード高Ｂｈ及びビード幅Ｂｗは、それぞれ図８に示すハーフビードの上側の表面を、形状測定器の片角スタイラスと呼ばれる測定子を矢印方向に走らせて測定して得たハーフビードの外形形状の作画線に基づき、図９（ａ）に示すように定義される。なお、図８における測定子による走査方向は、金属ガスケット１１０の外縁から潤滑油孔１１５の中心に向けた方向である。すなわち、平坦な基板本体１１１ａの上側表面Ｓ１から延びる延長線を基板本体ラインＬ１とし、縁板部１１６ｄの上側表面Ｓ２から延びる延長線を縁板部ラインＬ２とし、傾斜板部１１６ｂの上側表面Ｓ３から延びる延長線を傾斜板部ラインＬ３とし、基板本体ラインＬ１と傾斜板部ラインＬ３との交点を交点Ｐ１とし、縁板部ラインＬ２と傾斜板部ラインＬ３との交点を交点Ｐ２としたときに、ハーフビード１１６のビード幅Ｂｗは、交点Ｐ１と交点Ｐ２との間の基板本体ラインＬ１に沿う方向の距離（交点Ｐ１を通り基板本体ラインＬ１と直交する垂直基準ラインＬ４と、交点Ｐ２を通り垂直基準ラインＬ４と平行なラインＬ５との間の距離）であり、ハーフビード１１６のビード高Ｂｈは、交点Ｐ１と交点Ｐ２との間の基板本体ラインＬ１に垂直な方向の距離（交点Ｐ２を通り基板本体ラインＬ１と平行なラインＬ６と基板本体ラインＬ１との間の距離）である。

次に、従来の金属ガスケット１１０におけるハーフビード１１６のシール限界値に基づいて本願発明の金属ガスケット１０におけるハーフビード１６のシール限界値の目標値を設定するために、図９（ａ）に示すハーフビード１１６の形状を基にしたハーフビード１１６を有する比較例サンプルＣ１〜Ｃ１２を製作した。これらの比較例サンプルＣ１〜Ｃ１２は、何れも、図１０に示す平面形状を有するテストピースＴｐとして製作した。また、比較例サンプルＣ１〜Ｃ１２は、何れも、上記した引用文献１の段落［００２５］で説明される一般的なバネ用ＳＵＳ−３０１鋼板を用いて形成され、その外表面には上記した引用文献２に記載されているＮＢＲを主構成としたシール材がコーティングされたものとした。

比較例サンプルはＧｒ．Ａ、Ｇｒ．Ｂ及びＧｒ．Ｃに分かれており、Ｇｒ．Ａ（比較例サンプルＣ１〜Ｃ５）は、金属基板の基板板厚ｔを０．２０ｍｍ、ビード幅Ｂｗを１．５ｍｍとして、ビード高Ｂｈを０．２５ｍｍ〜０．６５ｍｍまでを変化させたものであり、Ｇｒ．Ｂ（比較例サンプルＣ６〜Ｃ９）は、金属基板の基板板厚ｔを０．２５ｍｍ、ビード幅Ｂｗを１．５ｍｍとして、ビード高Ｂｈを０．２５ｍｍ〜０．５５ｍｍまでを変化させたものであり、Ｇｒ．Ｃ（比較例サンプルＣ１０〜Ｃ１２）は、金属基板の基板板厚ｔを０．２０ｍｍ、ビード幅Ｂｗを１．５ｍｍとするとともに、ビードの形状を比較例Ｃ１〜Ｃ９のハーフビード１１６に替えてシリンダボア孔シール用のビードと同様の山形斜面形状のフルビード１１３に変更し、ビード高Ｂｈを０．２５ｍｍ〜０．４５ｍｍまでを変化させたものである。なお、これらのビード高Ｂｈは、図９（ａ）におけるハーフビード１１６のビード高Ｂｈに対応し、ビード幅Ｂｗは図９（ａ）におけるハーフビード１１６のビード幅Ｂｗに対応している。

上記の比較例サンプルＣ１〜Ｃ１２においては、ビード幅Ｂｗとして、金属ガスケット１１０の基板本体１１１ａの外縁と潤滑油孔１１５の内縁との間の幅Ｋｗ（図６参照）との関連、及び当業者において一般的な１．０ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の中で、特に常用されている１．５ｍｍを採用した。また、予め測定した従来品の金属ガスケットにおけるハーフビードのビード半径Ｂｒが０．３ｍｍ〜０．５ｍｍであったことから、比較例サンプルＣ１〜Ｃ１２の何れにおいても、ビード半径Ｂｒは０．５ｍｍとした。

これらの比較例サンプルＣ１〜Ｃ１２について、シール限界試験装置を用いてヘッドリフト現象（口開き現象）を再現した実験を行い、シール限界値の測定と、ヒビ割れ及びスジ状の痕跡の有無についての評価を行った。

シール限界試験装置としては、詳細は図示しないが、シリンダヘッドに対応する上治具とシリンダブロックに対応する下治具とを有するとともに、ガイドピンによって位置決めされた比較例サンプルを上治具と下治具との間に挟むとともに、万能試験機を用いて規定の荷重で比較例サンプルＣを圧縮することができるものを用いた。また、シール限界試験装置の下治具には、加熱ヒータ、加熱ヒータ用熱電対、ギャップセンサ、油圧調整装置の各種センサ等が取り付けられ、また、比較例サンプルＣの内径に合わせたオイル溜りが凹状に加工されている。オイル溜りには、油圧調整装置から規定の油圧で潤滑油（オイル）を供給することができる構成とした。

ここで、金属ガスケットのシール能力は、内燃機関の出力時に発生するヘッドリフト現象、すなわちシリンダヘッドとシリンダブロックとの間で生じる口開き現象に対応できる能力であることから、口開き現象の再現方法としては、シリンダヘッドに相当する上治具とシリンダブロックに相当する下治具との間に試験用の比較例サンプルを挟み、これを規定の荷重で圧縮することで締め付け、その後、強制的に両治具の間における比較例サンプルの締付け荷重を下げながら両治具と比較例サンプルＣとの間隔を広げて行く方法を採用した。これは、初期圧縮時からの口開き現象の量すなわち口開き量（μｍ）と潤滑油のリーク（流失）の有無との関係を把握することにより、ハーフビードのシール性能の評価が可能であると推考したからである。具体的には、金属ガスケットが実機エンジンに組み込まれ、シリンダヘッドがボルトによってシリンダブロックに締め付けられているときにハーフビードに加わる圧縮荷重を調査してその上限圧縮荷重を１２００ｋｇに設定し、シール限界試験装置に用いた万能試験機の圧縮上限荷重を上記値として比較例サンプルを上治具と下治具との間に挟み込んで圧縮する。そして、万能試験機の押圧荷重が上限圧縮荷重となったときに、左右２個のギャップセンサの出力値をゼロとする。次いで、油圧発生装置の油圧を規定圧力（０．５ＭＰａ）に設定して、比較例サンプルの内部（オイル溜り）に規定圧力に加圧した潤滑油を満たした後、万能試験機の押圧荷重を、上限圧縮荷重から徐々に減圧させる。万能試験機の押圧荷重を徐々に減圧させると、上治具が上昇してハーフビードの面圧が低下し、万能試験機の押圧荷重がある値にまで低下すると、比較例サンプルと下治具との間に隙間が生じて潤滑油がハーフビードの内側から外部に流出する。この潤滑油が流出するときのギャップセンサの出力値から比較例サンプルと下治具との間の隙間（μｍ）を読み取り、その値を「シール限界値」とした。

なお、シール限界試験装置としては、ヘッドリフト現象（口開き現象）を再現した実験を行うことができれば、上記構造の装置に限らず、他の装置ないし方法を採用してもよい。

表１に上記試験結果を示すとともに、図１１に当該試験結果をグラフで示す。なお、表１においては、ヒビ割れ、スジ状の痕跡が無い場合に○、有る場合に×の評価とした。

Ｇｒ．Ａの比較例サンプルＣ１、Ｃ２は、現在常用されている、基板板厚ｔが０．２０ｍｍで、ハーフビード１１６のビード高Ｂｈがそれぞれ０．２５ｍｍ、０．３５ｍｍのサンプルである。ここで、これらの比較例サンプルＣ１、Ｃ２が常用されるのは、ハーフビード１１６のビード高Ｂｈを、比較例サンプルＣ３〜Ｃ５のように高い方向に設定すると、ハーフビード１１６の交点Ｐ１、Ｐ２の部分（各湾曲部）におけるシール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」が発生し易くなると推測されてきたからである。上記試験結果からも、常用使用域の比較例サンプルＣ１、Ｃ２及び比較例サンプルＣ３のハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面にはヒビ割れは生じず、シール材１１９の表面には変化はなかったが、常用域から外れてビード高Ｂｈを高くした比較例サンプルＣ４、Ｃ５にはハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」が確認された。特に、ビード高Ｂｈが０．６５ｍｍとなる比較例サンプルＣ５は「微細なヒビ割れ」が明確で、シール限界値も比較例サンプルＣ２よりも低下した。この原因は、金属基板１１１の表面に塗布されているシール材１１９の表面の微細なヒビ割れが原因であると推定される。一方で、ハーフビード１１６のビード高Ｂｈを高くすれば、ハーフビード１１６のシール限界値も高められることが解った。

図１２（ａ）はハーフビードにおけるシール材の表面に生じた「微細なヒビ割れ」の状況を示す断面図であり、符号１３０が当該「微細なヒビ割れ」の発生部分を示している。なお、図１２（ｃ）に示すように、「微細なヒビ割れ」は、ハーフビード１１６の第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの外角側を中心とした範囲に生じている。

また、比較例サンプルＣ１、Ｃ２のハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面には「スジ状の痕跡」が確認されなかったが、比較例サンプルＣ３〜Ｃ５のハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面には「スジ状の痕跡」が確認された。

図１２（ｂ）はハーフビードにおけるシール材の表面に生じた「スジ状の痕跡」の状況を示す断面図であり、符号１３１が当該「スジ状の痕跡」の発生部分を示している。なお、図１２（ｃ）に示すように、「スジ状の痕跡」は、ハーフビード１１６の第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの内角側を中心とした範囲に生じている。

以上から、Ｇｒ．Ａにおいて、ハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」の両方の問題が確認されなかったものは、比較例サンプルＣ１、Ｃ２のみであった。したがって、Ｇｒ．Ａにおけるハーフビード１１６のシール限界値は、比較例サンプルＣ２の「８０μｍ」と判断した。

Ｇｒ．Ｂの比較例サンプルＣ６〜Ｃ９は、金属基板１１１の基板板厚ｔをＧｒ．Ａにおける０．２０ｍｍから０．２５ｍｍへと厚くしたものである。Ｇｒ．Ａにおける０．２０ｍｍのものに対し、Ｇｒ．Ｂの比較例サンプルＣ６〜Ｃ９のシール限界値には５μｍ程度の向上が見られたが、基板板厚ｔの増加によるシール限界値の向上にそう多くは望めないことが分った。その原因としては、基板板厚ｔが厚くなった分、ハーフビード１１６の剛性が高まって圧縮荷重を多く必要とすることになり、その分、ハーフビード１１６の圧縮性が低下して、その復元性を充分に使えなかったと推定される。また、比較例サンプルＣ９には「微細なヒビ割れ」が発生し、比較例サンプルＣ７〜Ｃ９には「スジ状の痕跡」が確認されたことから、Ｇｒ．Ｂにおいて、ハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」の両方の問題が確認されなかったものは、比較例サンプルＣ６のみであった。したがって、Ｇｒ．Ｂにおけるハーフビード１１６のシール限界値は、比較例サンプルＣ６の「７４μｍ」と判断した。なお、Ｇｒ．Ｂにおいても、ハーフビード１１６のビード高Ｂｈを高いほど、ハーフビード１１６のシール限界値も高められることが解る。

Ｇｒ．Ｃの比較例サンプルＣ１０〜Ｃ１２は、ハーフビード１１６に替えてフルビード１１３を有するものであるが、そのシール限界値は常用されている比較例サンプルＣ１、Ｃ２よりも低く、シール限界値を高める効果はなかった。その原因としては、フルビード１１３は、構造上、圧縮荷重が高く、圧縮荷重が高くなった分、フルビード１１３の圧縮性が低下して、その復元性を充分に使えなかったと推定される。比較例サンプルＣ１１、Ｃ１２には「微細なヒビ割れ」と「スジ状の痕跡」が確認されたことから、Ｇｒ．Ｃにおいて、ハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」の両方の問題が確認されなかったものは、比較例サンプルＣ１０のみであった。したがって、Ｇｒ．Ｃにおけるシール限界値は、比較例サンプルＣ１０の「４７μｍ」と判断した。なお、Ｇｒ．Ｃにおいても、ビード高Ｂｈを高くすれば、ハーフビード１１６のシール限界値も高められることが解る。

以上の評価結果に基づき、ハーフビードの改良を成すにあたって、シール材１１９に「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」を生じさせることなく、ハーフビード１１６のシール限界値を、常用の比較例サンプルＣ２の８０μｍ以上の値とすることを目標として設定した。

図１３は、テストピースを上型と下型とで構成された従来のハーフビード金型を用いてプレス加工している様子を模式的に示した図である。シール材１１９に「微細なヒビ割れ」や「スジ状の痕跡」が生じるという問題点を解決するために、本願発明者は、従来の金属ガスケット１１０においてハーフビード１１６を形成するために用いられている「ハーフビード金型」について調査を行った。

上記評価結果から、シール材１１９の「微細なヒビ割れ」は、図９（ａ）の交点Ｐ１、Ｐ２の部分、すなわちハーフビード１１６の第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの部分の外角側（凸側表面）を中心とした範囲に生じていることが解る。この現象は、ビード高Ｂｈを比較例サンプルＣ４、Ｃ５のように高くすることによって、第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの外角側における表面がシール材１１９とともに広がる方向に大きく引き伸ばされ、その結果、シール材１１９の表面の一部が破壊され「微細なヒビ割れ」となったものと推測される。

一方、上記評価結果から、シール材１１９の「スジ状の痕跡」は、図９（ａ）の交点Ｐ１、Ｐ２の部分、すなわちハーフビード１１６の第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの部分の内角側（凹側表面）を中心とした範囲に生じていることが解る。この現象は、ビード高Ｂｈを比較例サンプルＣ３〜Ｃ５のように高くすることによって、第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの内角側における表面がシール材１１９とともに狭められ、その結果、シール材１１９の表面の一部が第１湾曲部１１６ａまたは第２湾曲部１１６ｃに１本のスジ状に食い込んだ痕跡であると考えられる。この痕跡は、上型１４０ａ及び下型１４０ｂの面取部１４０ｃが、シール材１１９に接触した痕と推測され、上記した微細なヒビ割れと同様に、ビード高Ｂｈを高くしたことによって生じたものと思われる。すなわち、ビード高Ｂｈを通常より高くすることにより、第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃは、その内角側においてより強く面取部１４０ｃにより湾曲され、また、必然的に金属基板のバネ応力も加わって、膜厚が２５μｍ程度でコーティングされているシール材１１９にハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃが強く食い込んで当該痕跡が生じるものと推測される。

上記した「微細なヒビ割れ」は、ハーフビード１１６の交点Ｐ１、Ｐ２すなわち第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの外角側の表面つまり凸側表面に生じており、当該凸側表面はハーフビード１１６のシール線を構成する重要な部分であって、直接シール限界値の性能を左右する部分であるから、「微細なヒビ割れ」を解消する必要がある。

また、上記した「スジ状の痕跡」は、ハーフビード１１６の交点Ｐ１、Ｐ２すなわち第１湾曲部１１６ａ及び第２湾曲部１１６ｃの内角側の表面つまり凹側表面に生じているが、ハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃが強く食い込んで金属基板１１１の表面からシール材１１９の剥離を生じさせることになるから、長期的なシール性能の維持を左右するため、「スジ状の痕跡」も解消する必要がある。

そこで、本願発明者は、上記した従来のハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃは、そのＲ値つまりその半径Ｄｒが金型製作時に生産技術上生じる程度の０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度であったことから、上記従来のハーフビード金型１４０で加工された比較例サンプルＣ１〜Ｃ５等のハーフビード１１６の形状測定を行い、面取部１４０ｃによって加工された同部分のビード半径Ｂｒを調査した。図９（ｂ）は、図９（ａ）の要部を拡大した図であり、図９（ｂ）において、ハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃに相当する部分のビード半径Ｂｒを計測したところ、当該ビード半径Ｂｒは、ハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃの半径Ｄｒの値とほぼ等しい０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の微小な値であった。

従来の金属ガスケット１１０のハーフビード１１６として常用されている様態の比較例サンプルＣ１、Ｃ２は、ビード高Ｂｈが低いことから、ハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃのＲ値が微小であっても、その影響が少なく「微細なヒビ割れ」には至らず、また、面取部１４０ｃのＲ値が微小であってもビード高Ｂｈが低いことから、金属基板のバネ応力の影響も少なく「スジ状の痕跡」が生じるには至らなかったものと考えられる。

上記した「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」の発生は、ハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃのＲ値が微小であることの影響が大きいものと考えられるので、上記の両問題点は、ハーフビード金型１４０の製作時に、その面取部１４０ｃのＲ値をより大きくすることにより解消することができると考えられる。また、上記の通り、従来の金属ガスケット１１０のハーフビード１１６の比較例サンプルを基にして行った表１に示す評価結果から、ビード幅Ｂｗを１．５ｍｍに固定しても、ビード高Ｂｈを高い方向に変化させることにより、より高いシール限界値が得られることは確認できている。したがって、ハーフビード金型１４０の面取部１４０ｃのＲ値を大きくすることでシール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」や「スジ状の痕跡」が発生するという両問題点を解消することができれば、結果的に、ハーフビード１１６の「シール限界値」の改良に繋がると推定される。特に、シール限界値が逆に低下した比較例サンプルＣ５のようにビード高Ｂｈを０．６５ｍｍにまで加工するためには、従来のハーフビード金型１４０で確認される面取部１４０ｃのＲ値では不足であり、面取部１４０ｃのＲ値を金型設計段階において意図的に大きく設定した新規のハーフビード金型の製作が必要である。

そこで、面取部１５０ｃのＲ値（半径Ｄｒ）を従来のものよりも大きくした図１４に示す構成のハーフビード金型１５０を製作し、この改良したハーフビード金型１５０の上型１５０ａ及び下型１５０ｂにそれぞれ設けられた面取部１５０ｃのＲ値を種々変更しつつ上記したのと同様のテストピースＴｐを用いてハーフビード１１６の加工を行うことで、実施例サンプルＪ１〜Ｊ４９を製作した。そして、これらの実施例サンプルＪ１〜Ｊ４９の形状を形状測定器で測定して作画し、当該作画からハーフビード形状のシール線を構成する交点Ｐ１、Ｐ２を形成するビード半径ＢｒのＲ値の最適な数値範囲を確認した。

＜評価試験１＞
ビード半径ＢｒのＲ値の最適範囲の確認は、実施例サンプルＪ１〜Ｊ７を評価する評価試験１により行った。実施例サンプルＪ１〜Ｊ７は、ビード幅Ｂｗを１．５０ｍｍで一定とし、ビード高Ｂｈを０．４５ｍｍで一定とし、ビード半径Ｂｒを１．５ｍｍ〜４．５ｍｍまで０．５ｍｍずつ変化させたものである。また、実施例サンプルＪ１〜Ｊ７は、何れも金属基板１枚で構成され、基板板厚ｔは０．２０ｍｍであり、その両面にＮＢＲを主材としたシール材が２５μｍの厚みでコーティングされたものとした。

実施例サンプルＪ１〜Ｊ７のそれぞれのビード半径Ｂｒに対応するように、ハーフビード金型１５０の上型１５０ａ及び下型１５０ｂの面取部１５０ｃの半径Ｄｒを変化させても、ハーフビード金型１５０を用いてテストピースＴｐをプレス加工する際に、ビード幅Ｂｗが１．５０ｍｍ、ビード高Ｂｈが０．４５ｍｍとの条件が維持されるように、ハーフビード金型１５０に設けられた調整機構により当該条件を適宜調整しながら実施例サンプルＪ１〜Ｊ７の製作を行なった。

これらの実施例サンプルＪ１〜Ｊ７について、上記と同様のシール限界試験装置を用いてヘッドリフト現象（口開き現象）を再現した試験を行い、シール限界値を測定するとともに、ヒビ割れ及びスジ状の痕跡の有無についての評価を行った。評価試験１の試験結果を表２に示すとともに、図１５に当該試験結果をグラフで示す。なお、表２においては、ヒビ割れ、スジ状の痕跡が無い場合及びシール限界値が目標を超えた場合に○、ヒビ割れ、スジ状の痕跡が有る場合及びシール限界値が目標を下回った場合に×の評価とした。また、表２には、表１に記載の比較例サンプルＣ２を、実施例サンプルＪ１〜Ｊ７とシール限界値を比較する対象として記載した。比較例サンプルＣ２は、少なくともハーフビード形状を改良して行く上でのシール限界値として設定した「８０μｍ」の目標値を得た比較例サンプルである。

表２に示すように、実施例サンプルＪ１〜Ｊ７の何れにおいても、シール材の表面に「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」は認められなかった。この結果から、面取部１５０ｃのＲ値を大きくした改良型のハーフビード金型１５０を用いることで、ハーフビード１１６におけるシール材１１９の表面の損傷防止効果があり、少なくともハーフビード１１６のビード半径Ｂｒを１．５ｍｍ以上とすれば、シール材１１９の表面に影響を及ぼすことが少ないことが確認できた。

一方、従来のハーフビード金型１４０による比較例サンプルＣ２のシール限界値は８０μｍであったが、今回のシール限界値の試験においてその目標値を上回ったのは、表２及び図１５に示すように、実施例サンプルＪ２〜Ｊ５であり、そのハーフビード１１６の交点Ｐ１、Ｐ２を構成するビード半径Ｂｒは２．０ｍｍ〜３．５ｍｍであった。なお、実施例サンプルＪ１のシール限界値は、従来の比較例サンプルＣ２のシール限界値と大差なく、ビード半径Ｂｒが１．５ｍｍでは、シール限界値の向上の効果は薄く、また、実施例サンプルＪ６、Ｊ７のようにビード半径Ｂｒが大きくなり過ぎると、シール限界値は逆に減る傾向になることが分った。

上記の試験結果から、ハーフビード１１６の交点Ｐ１、Ｐ２すなわち第１湾曲部１１６ａの凸側表面における半径及び第２湾曲部１１６ｃの凹側表面における半径を構成するビード半径Ｂｒは、それぞれ２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲が有効であることが確認できた。

＜評価試験２＞
次に、評価試験２として、ビード幅Ｂｗとビード高Ｂｈとの関係からシール限界値を評価した。この評価は、実施例サンプルＪ８〜Ｊ２７を用いて行った。

実施例サンプルＪ８〜Ｊ２７は、ビード半径Ｂｒを、評価試験１において確定させたビード半径Ｂｒの最適範囲である２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内のほぼ中央に位置するビード半径Ｂｒ３ｍｍに設定し、ビード幅Ｂｗとビード高Ｂｈと種々変更したものである。ビード幅Ｂｗは１．５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲で変更させ、ビード高Ｂｈは０．２５ｍｍ〜０．９５ｍｍの範囲で変更させた。なお、上記と同様のハーフビード金型１５０の調整機構により、ビード高Ｂｈを変更してもビード幅Ｂｗを一定値に維持することができ、ビード幅Ｂｗを変更してもビード高Ｂｈを一定値に維持することができる設計とした。

これらの実施例サンプルＪ８〜Ｊ２７について、上記と同様のシール限界試験装置を用いてヘッドリフト現象（口開き現象）を再現した試験を行い、シール限界値を測定するとともに、ヒビ割れ及びスジ状の痕跡の有無についての評価を行った。評価試験２の試験結果を表３に示すとともに、図１６に当該試験結果をグラフで示す。なお、表３においては、ヒビ割れ、スジ状の痕跡が無い場合及びシール限界値が目標を超えた場合に○、ヒビ割れ、スジ状の痕跡が有る場合及びシール限界値が目標を下回った場合に×の評価とした。また、表３には、表２と同様に、表１に記載の比較例サンプルＣ２を、実施例サンプルＪ８〜Ｊ２７とシール限界値を比較する対象として記載した。

まず、表３に示すビード幅Ｂｗ１．０となる実施例サンプルＪ８は製作不可能であった。これは、ビード幅Ｂｗを１．０ｍｍとしてハーフビード１１６を成形するには、ビード半径Ｂｒを３．０ｍｍとするのは大き過ぎだからである。

表３に示すように、シール材１１９の表面に影響を及ぼしたのは、実施例サンプルＪ２０のみであった。実施例サンプルＪ２０は、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍ、ビード高Ｂｈが０．９５ｍｍのものであり、シール限界値は目標値である８０μｍを超えているが、シール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」が確認された。なお、実施例サンプルＪ２０のシール材１１９の表面に「スジ状の痕跡」は確認されなかった。

表３の試験結果をグラフで表した図１６から、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍの場合を基準としてシール限界値を考察すると、ビード幅Ｂｗが１．２ｍｍの場合は、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍの場合に比べてシール限界値が若干低下するものの、ビード幅Ｂｗ１．５ｍｍとほぼ同程度のシール限界値を示すことが解る。ビード幅Ｂｗが１．８ｍｍの場合も同様に、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍの場合に比べてシール限界値が若干低下するものの、ビード幅Ｂｗ１．５ｍｍとほぼ同程度のシール限界値を示すことが解る。これに対して、ビード幅Ｂｗが２．０ｍｍの場合には、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍの場合に比べてシール限界値が大きく低下しており、本願の求めるハーフビード形状としてはやや不向きであることが解る。また、上記の通り、実施例サンプルＪ２０は、シール限界値は目標値である８０μｍを上回ったが、シール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」が確認され、さらに、成型後の実施例サンプルＪ２０は、その全体に形状の反りが生じて大きく歪んでいた。以上の結果から、ビード高Ｂｈは、実施例サンプルＪ１９の０．８５ｍｍが改良の上限側の臨界点であると判断した。

ここで、シール限界値が目標値である８０μｍに届かなかったのは、実施例サンプルＪ９（ビード幅Ｂｗ１．２ｍｍ、ビード高Ｂｈ０．２５ｍｍ、シール限界値７８μｍ）と実施例サンプルＪ２５（ビード幅Ｂｗ２．０ｍｍ、ビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ、シール限界値７６μｍ）であり、それ以外の実施例サンプルＪは、ビード幅Ｂｗが１．２ｍｍである実施例サンプルＪ１０〜Ｊ１３、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍである実施例サンプルＪ１４〜Ｊ１９、ビード幅Ｂｗが１．８ｍｍである実施例サンプルＪ２１〜Ｊ２４の３種類共に、従来の比較例サンプルＣ２の値つまり目標値である８０μｍを上回る良好なシール限界値を有することが確認された。さらに、これらの実施例サンプルＪのシール材１１９の表面には、「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」の何れも確認されずシール材表面の問題に対しても良好な結果であった。特に、比較例サンプルＣ２のシール限界値が８０μｍのときのビード高Ｂｈは０．３５ｍｍであったのに対して、上記実施例サンプルＪでは、ビード幅Ｂｗ１．２ｍｍ、１．５ｍｍ及び１．８ｍｍの３種類の何れにおいても、比較例サンプルＣ２と同様のビード高０．３５ｍｍでのシール限界値が９０μｍ以上の値となっており、良好なシール限界値向上の効果が確認された。

以上から、ビード半径ＢｒのＲ値を従来の０．５ｍｍからより大きい方向に改良することは、シール材１１９の表面に生じる「微細なヒビ割れ」や「スジ状の痕跡」の解消だけでなく、「シール限界値向上」に大きく寄与する事が確認された。

表３及び図１６に示す評価試験２の試験結果から、ビード半径Ｂｒを一定値（Ｒ３．０ｍｍ）としたとき、ビード幅Ｂｗの一定下で、ビード高Ｂｈを高くすることによりシール限界値を向上させることができ、かつ、シール限界値の向上は、ビード幅Ｂｗを１．２ｍｍ、１．５ｍｍ及び１．８ｍｍとしても大きな変動はなく安定していることから、ビード幅Ｂｗは１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲、ビード高Ｂｈは、０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲とすれば充分に改良の効果が得られると判断した。

＜評価試験３＞
次に、評価試験３として、ビード半径ＢｒのＲ値とシール限界値との関係について評価した。この評価は、実施例サンプルＪ２８〜Ｊ４９に基づいて行った。

本願発明者は、シール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」や「スジ状の痕跡」が生じるとの問題の解消及びシール限界値の向上に関して、評価試験１から、ビード半径ＢｒのＲ値は２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内であれば対策は有効で、評価試験２から、ビード幅Ｂｗは１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲内で、且つ、ビード高Ｂｈは０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲内であれば対策は有効であるとの結果を得た。そこで、更なる評価試験３として、上記評価試験２は、ビード半径Ｂｒが３．０ｍｍの場合において、ビード高Ｂｈ及びビード幅Ｂｗを変化させての評価であったことから、引き続き、ビード半径ＢｒのＲ値が２．０ｍｍの場合、及び３．５ｍｍの場合においても評価試験２と同様の結果が得られるかを判断した。ビード半径Ｂｒ２．５ｍｍについては、ビード半径Ｂｒ２．０ｍｍと３．０ｍｍの中間値であり、今回特別に判断をしなくとも、ビード半径Ｂｒ２．０ｍｍと３．０ｍｍの中間ラインで代用できると考え実施を省略した。また、評価試験２の結果から、ビード幅Ｂｗ１．５ｍｍでビード高Ｂｈ０．９５ｍｍの実施例サンプルＪ２０は試験対象から外した。

実施例サンプルＪ２８〜Ｊ３８は、ビード半径ＢｒのＲ値が２．０ｍｍであって、ビード幅Ｂｗが１．２ｍｍであり且つビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．８５ｍｍ、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍであり且つビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．５５ｍｍ、０．６５ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．８５ｍｍ、ビード幅Ｂｗが１．８ｍｍであり且つビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．８５ｍｍとなるように、各寸法を調整可能なハーフビード金型１５０を用いて製作した。

同様に、実施例サンプルＪ３９〜Ｊ４９は、ビード半径ＢｒのＲ値が３．５ｍｍであって、ビード幅Ｂｗが１．２ｍｍであり且つビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．８５ｍｍ、ビード幅Ｂｗが１．５ｍｍであり且つビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．５５ｍｍ、０．６５ｍｍ、０．７５ｍｍ、０．８５ｍｍ、ビード幅Ｂｗが１．８ｍｍであり且つビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ、０．４５ｍｍ、０．８５ｍｍとなるように、各寸法を調整可能なハーフビード金型１５０を用いて製作した。

これらの実施例サンプルＪ３９〜Ｊ４９について、上記と同様のシール限界試験装置を用いてヘッドリフト現象（口開き現象）を再現した試験を行い、シール限界値を測定するとともに、ヒビ割れ及びスジ状の痕跡の有無についての評価を行った。実施例サンプルＪ２８〜Ｊ３８についての評価試験３の試験結果を表４に示すとともに、実施例サンプルＪ３９〜Ｊ４９についての評価試験３の試験結果を表５に示す。なお、表４、５においては、ヒビ割れ、スジ状の痕跡が無い場合及びシール限界値が目標を超えた場合に○、ヒビ割れ、スジ状の痕跡が有る場合及びシール限界値が目標を下回った場合に×の評価とした。また、表４、５には、表２と同様に、表１に記載の比較例サンプルＣ２を、実施例サンプルＪ２８〜Ｊ４９とシール限界値を比較する対象として記載した。

評価試験３において行った全ての実施例サンプルＪ２８〜Ｊ４９、すなわちビード半径Ｂｒ２．０ｍｍ及び３．５ｍｍ、ビード幅Ｂｗ１．２ｍｍ〜１．８ｍｍ及びビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの全ての組み合わせで、シール材１１９の表面に「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」は確認されなかった。また、ビード半径Ｂｒ２．０ｍｍ及び３．５ｍｍ、ビード幅Ｂｗ１．２ｍｍ〜１．８ｍｍ及びビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの全ての組み合わせにおいて、シール限界値は目標値である８０μｍを上回った。

評価試験３の結果から、ビード幅Ｂｗが１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲、ビード高Ｂｈが０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲で、且つ、ビード半径Ｂｒが２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲であれば、本願ガスケットのシール効果は充分満足できる範囲にあることが解った。すなわち、比較例サンプルＣ１〜Ｃ７及び実施例サンプルＪ１〜Ｊ４９についての試験結果から、本願の金属ガスケット１０のハーフビード１６の形態として、ビード幅Ｂｗが１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲、ビード高Ｂｈが０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲で、且つ、ビード半径Ｂｒが２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲のものを採用すれば、本願が求めるシール材１９の表面の「微細なヒビ割れ」及び「スジ状の痕跡」がなく、且つ「シール限界値が８０μｍ」を上回るハーフビード１６が得られることが解った。

本願発明者は、さらに、図１に示す金属ガスケット１０について、エンジン設計面から要求される軽量化、及び熱伝導性の向上、圧縮比調整、コストダウン等への要求を満足しつつ、長期的に安定したシール性能を持つハーフビード１６であるかどうかについて、ビードの復元量、ビードクラックの有無、シール材の表面の剥離の有無について確認試験を行った。

＜確認試験１＞
本願発明者はまず、テストピースＴｐを用いたハーフビード１１６の復元量（残ビード量）についての確認試験を行ない、「ビード復元力の低下によるシール性能の低下」への改良効果を確認することとした。ビードの復元力を知る方法として「残ビード量」の測定を行った。ここで、「残ビード量」とは、上記で行った「シール限界値測定」に使用した実施例サンプルＪを試験装置から取り外した後に、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すのと同様の方法で計測して得られるビード高Ｂｈである。初期ビード高Ｂｈに対する残ビード量Ｂｈの変化量が小さいほど、ビード復元力は多く残留していると考えられる。すなわち、それぞれの実施例サンプルＪと従来の比較例サンプルＣの残ビード量を比較することにより、ハーフビードの改良効果を確認することができる。

残ビード量の測定には、上記と同様のシール限界試験装置を用い、加熱及びオイル負荷は使用せずに、万能試験機でハーフビード１１６を規定押圧荷重（シール限界値試験と同じ１２００ｋｇ）で１０秒間圧縮した後、万能試験機の押圧荷重をゼロにしてハーフビード１１６を解放し、再度前記荷重までハーフビード１１６を圧縮して解放し、この圧縮解放の繰返しサイクルを１００回繰り返した後に治具から取り外して残ビード量Ｂｈを測定した。当該試験で用いた実施例サンプルＪは、ビード幅Ｂｗ１．５ｍｍ、ビード半径Ｂｒ３．０ｍｍであって、ビード高Ｂｈが互いに相違する実施例サンプルＪ４、Ｊ１４、Ｊ１５、Ｊ１６、Ｊ１７、Ｊ１９を用いた。また、比較例として、ビード幅Ｂｗ１．５ｍｍ、ビード半径Ｂｒ０．５ｍｍ、ビード高Ｂｈ０．３５ｍｍの比較例サンプルＣ２を用いた。確認試験１の試験結果を表６及び図１７に示す。

ハーフビード１１６に２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内であるビード半径Ｂｒを設定した実施例サンプルＪの効果は大きく、万能試験機にセットする前の初期高さから試験後の残ビード量への変化率は、従来の比較例サンプルＣ２よりも小さくなっており、ハーフビード１１６のヘタリが少ないことが分った。また、ビード高Ｂｈを高くして行くとハーフビード１１６の変化量も少なく、且つ、残ビード量の絶対値も増え、更に、シール材１１９の表面の問題から、従来ビードである比較例サンプルＣ２のビード高Ｂｈの臨界点が０．３５ｍｍだったことを考慮すれば、実施例サンプルＪのハーフビード１１６は確実に改良されていることが解った。

比較例サンプルＣ２（ビード高Ｂｈ０．３５ｍｍ）と実施例サンプルＪ１９（ビード高Ｂｈ０．８５）は、共に変化量が５０％前後の同レベルだが、残ビード量の絶対値は、比較例サンプルＣ２が残ビード量Ｂｈ０．１７１ｍｍであるのに対して実施例サンプルＪ１９では残ビード量Ｂｈ０．４２５ｍｍと大きな差となっており、このことからも、ビード半径Ｂｒを２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内に設定することで、シール限界値の維持向上及びハーフビード１１６のヘタリ防止に関し大きな効果が得られていることが確認できた。

＜確認試験２＞
次に、本願発明者は、ハーフビードに発生するビードクラックについて、確認試験２として疲労強度試験を行い、「ビードクラック発生によるシール機能低下」を確認した。ビードクラックとは、口開き現象による交番荷重の影響から発生するハーフビードの金属疲労による亀裂である。口開き現象によりシリンダブロックに対してシリンダヘッドが浮き上がる際に、圧縮荷重によってハーフビードに加えられていた締付け荷重が解放されるが、この時、ハーフビードが持つ復元力によってシリンダブロック、シリンダヘッド間は常にハーフビードによりシールされることになるが、圧縮変形と解放が毎秒数μｍ単位で上下に繰り返されるため、金属疲労でハーフビードの一部にクラックが発生することが多かった。クラック発生部はハーフビードの上記した交点Ｐ１、Ｐ２やその反対面に発生することが多く、特に、実施例サンプルＪのようにビード高Ｂｈを従来の比較例サンプルＣよりも高くした場合には発生比率が高くなると考えられることから、クラック強度を確認しておく必要がある。そこで、確認試験２において、今後多用されると考えられる使用域となるビード幅Ｂｗ１．５ｍｍ、ビード半径３．０ｍｍを有するとともに、高さが高い故にビードクラック強度が低いと考えられるビード高Ｂｈ０．６５ｍｍを有する実施例サンプルＪ１７と比較例サンプルＣ２を用いて疲労強度試験を行い、比較例サンプルＣ２に対する実施例サンプルＪの改良の効果を確認した。

疲労強度の測定には、上記と同様のシール限界試験装置を用い、加熱及びオイル負荷は使用せずに、内燃機関の出力時の燃焼サイクルを想定して、万能試験機で毎秒数十回のサイクルで振動を繰り返した後、シール限界試験装置からサンプルを取り外して、クラックの有無を目視及び触手にて確認する手法を用いた。このとき、万能試験機の押圧荷重は、規定荷重（上限荷重）でハーフビード１１６を圧縮し、その圧縮位置でギャップセンサの出力値をゼロとした後、これから確認しようとする口開き量（口開きＶｏｌ）をギャップセンサが示すまで徐々に荷重を解放し、求める口開き量に達した時の荷重を下限荷重とした。そして、当上限荷重、下限荷重、上限荷重の動きを振動回数１回として、振動回数及び下限荷重を変更しながら、口開き量と一定振動回数後のクラック確認を繰り返し、クラックが確認されない振動回数を疲労強度とした。実施例サンプルＪ１７で口開き量１８０μｍの場合の測定手順を例に説明すると、実施例サンプルＪ１７を上下治具間に上限荷重で挟み、徐々にギャップセンサが１８０μｍを示すまで荷重を緩めて下限荷重を設定し、この後、上限荷重と下限荷重間で毎秒数十回のサイクル数で振動させ、振動回数が０．９×１０^４回に達すると治具から実施例サンプルＪ１７を取り外してクラックの有無を目視及び触手で確認した。この時点ではハーフビード１１６にクラックが確認されたので、新しい実施例サンプルＪ１７を用意し、同条件で振動させつつ、今度は１ランク手前の振動回数が０．８×１０^４回に達したときに実施例サンプルＪ１７を取り外してクラックの有無を目視及び触手で確認した。そして、この時点でクラックが確認されなかったので、口開き量１８０μｍ時でのビード疲労強度を０．８×１０^４回と判断した。同様の手順で口開き量が１２０、５０、２０、１５、１０、８、７、６、５μｍの場合で試験を行なった。この確認試験２の試験結果を表７に示す。

表７に示す試験結果から、実施例サンプルＪ１７は、何れの口開き量においても比較例サンプルＣ２よりも、クラック発生までのクラック寿命が長いことが確認できた。また、規定振動回数（１０００×１０^４回）が終了する迄、治具を取り外して確認することなしに試験を終了させ、終了後サンプルを取り外した時点でもクラックが確認されなかった口開き量は、実施例サンプルＪ１７では７μｍであったのに対し比較例サンプルＣ２は５μｍであり、この点からも改良したハーフビードの疲労強度は従来のハーフビードに対して充分な優位性を有していることを確認できた。すなわち、ビード半径Ｂｒを２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内としたハーフビード形状としたことにより、ビード疲労強度が高められていることが確認できた。

＜確認試験３＞
本願発明者は、上記した確認試験１、２に加えてさらに確認試験３を行い、「シール材表面の膨れ及び剥離によるシール性能の低下」について確認した。

内燃機関の燃焼サイクル時、ヘッドリフト現象によって生じた口開きの際、ハーフビードが持つ復元力によってハーフビードは復元しシリンダブロック、シリンダヘッド間は常にシールされるが、燃焼によってオイルが高温に加熱され、また、シリンダブロックとシリンダヘッドの間には交番荷重によって圧縮解放の微振動が数μｍ〜１０数μｍ毎に繰り返されるため、ハーフビードのシール線であるビード交点Ｐ１、Ｐ２の直近にまで高温の潤滑油が侵入することが多く、また、高温下でのシリンダブロックとシリンダヘッドとが微振動することで金属基板の表面にコーティングされているシール材に、特に交点Ｐ１、Ｐ２やその反対面において「剥離や膨れ」が発生する虞があることから、前記の確認試験１、２と同様に当シール材の表面の問題も確認しておく必要があった。

そこで、シール材の膨れ及び剥離の有無を確認するために、上記と同様のシール限界試験装置を用いて「コーティング剥離試験」を行い、金属基板にコーティングされたシール材がハーフビードのシール線の部分（交点Ｐ１、Ｐ２）で膨れや剥離が発生し、その後、金属基板の表面が露出するまでの振動回数について、実施例サンプルＪ１７と比較例サンプルＣ２とで比較した。当該試験では、下治具に設けたオイル溜まりに潤滑油を満たし、加熱ヒータにより潤滑油を実機エンジンに則した加熱状態とし、油圧調整装置で所定の油圧状態として試験を行った。内燃機関の出力時の燃焼サイクルを想定して、万能試験機でサンプルの圧縮、解放を毎秒数十回繰り返した後、万能試験機からサンプルを取り外して、特に交点Ｐ１、Ｐ２やその反対面の部分を目視及び触手にて確認した。このとき、万能試験機の押圧荷重は、規定荷重（上限荷重）でハーフビードを圧縮し、その状態でオイル溜まりに潤滑油を満たすとともに当該潤滑油を加熱ヒータ、熱電対、温度調節機を用いて規定温度（１５０℃）にまで加熱し、規定の上限値と規定の下限値との間で毎秒４０回振動させた。振動回数が５×１０^３回に達すると上下の治具を分離してサンプルを取り外しシール材の剥離、膨れの有無を目視及び触手で確認した。この回数でシール材が膨れていても剥離して金属表面が露出していない場合は、更に同じサンプルで振動試験を続け、その振動回数が再度５×１０^３回に達したときに上記同様にシール材の膨れ、金属表面露出の有無を目視及び触手で確認した。実施例サンプルＪ１７及び比較例サンプルＣ２について、それぞれｎ＝３枚ずつ確認した試験結果を表８に示す。なお、表８においては、シール材の表面に変化がない場合には○、シール材の一部に膨れが生じているが金属基板が露出していない場合には△、シール材が剥離し金属基板が露出している場合には×の評価とした。

表８に示すように、確認試験３の結果から、実施例サンプルＪ１７は、いずれの振動回数においても、従来の比較例サンプルＣ２よりシール材の表面の膨れ及び金属基板の露出までの寿命が長いことが確認できた。また、ハーフビードの形状を変更しても、シール材表面へ悪影響のないことが確認された。

以上の各評価試験及び確認試験の結果から、ハーフビードのビード幅Ｂｗを１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲とし、ビード高Ｂｈを０．３０ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲とし、ビード半径Ｂｒを２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲とすることにより、ハーフビード１６の圧縮が不完全となっても、ハーフビード１６の復元力を維持して金属ガスケット１０のシール限界値を十分に高め、また、ハーフビード１６にクラックが生じることを防止し、さらに、金属基板１１の外表面にコーティングされたシール材１９の膨れ及び剥離を防止して、当該金属ガスケット１０のシール機能を維持し得ることが確認できた。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態においては、１枚の金属基板１１と段差調整板１７で構成された１．５層型の金属ガスケット１０を実施例として記載しているが、これに限らず、２枚の金属基板１１と１枚の段差調整板１７とを備えた２．５層構造のものにも応用することができる。

また、前記実施の形態においては、潤滑油孔１５をシールするハーフビード１６に本発明を適用した場合を示したが、これに限らず、例えば冷却水孔１４やチャンバ孔等の他の孔をシールするためのハーフビードに本発明を適用してもよい。

１０ 金属ガスケット
１１ 金属基板
１１ａ 基板本体
１２ シリンダボア孔
１３ フルビード
１４ 冷却水孔（液体孔）
１５ 潤滑油孔（液体孔）
１６ ハーフビード
１６ａ 第１湾曲部
１６ｂ 傾斜板部
１６ｃ 第２湾曲部
１６ｄ 縁板部
１７ 段差調整板
１７ａ かしめ部
１８ ボルト孔
１９ シール材
２０ 測定子
４０ ハーフビード金型
４０ａ 上型
４０ｂ 下側
４０ｃ 面取部
１１０ 金属ガスケット
１１１ 金属基板
１１１ａ 基板本体
１１２ シリンダボア孔
１１３ フルビード
１１４ 冷却水孔
１１５ 潤滑油孔
１１６ ハーフビード
１１６ａ 第１湾曲部
１１６ｂ 傾斜板部
１１６ｃ 第２湾曲部
１１６ｄ 縁板部
１１７ 段差調整板
１１８ ボルト孔
１１９ シール材
１２０ 測定子
１３０ 微細なヒビ割れ
１３１ スジ状の痕跡
１４０ ハーフビード金型
１４０ａ 上型
１４０ｂ 下型
１４０ｃ 面取部
１５０ ハーフビード金型
１５０ａ 上型
１５０ｂ 下型
１５０ｃ 面取部
Ｓ１ 基板本体の上側表面
Ｌ１ 基板本体ライン
Ｓ２ 縁板部の上側表面
Ｌ２ 縁板部ライン
Ｓ３ 傾斜板部の上側表面
Ｌ３ 傾斜板部ライン
Ｐ１ 交点
Ｐ２ 交点
Ｌ４ 垂直基準ライン
Ｌ５ ライン
Ｌ６ ライン
Ｔｐ テストピース
Ｃ１〜Ｃ１２ 比較例サンプル
ｔ 基板板厚
Ｂｗ ビード幅
Ｂｈ ビード高
Ｂｒ ビード半径
Ｋｗ 幅
Ｄｒ 面取部の半径
Ｊ１〜Ｊ４９ 実施例サンプル

Claims (3)

1. 外表面にシール材がコーティングされるとともにシリンダボア孔シール用のフルビードと液体孔シール用のハーフビードとを備える少なくとも１枚の金属基板を有し、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着される金属ガスケットであって、
   前記ハーフビードは、
   前記金属基板の平坦な基板本体に第１湾曲部を介して連なり該基板本体に対して傾斜する傾斜板部と、
   前記傾斜板部に第２湾曲部を介して連なり、該傾斜板部に対して傾斜する縁板部とを有し、
   前記第１湾曲部の凸側表面における半径及び前記第２湾曲部の凹側表面における半径が、２．０ｍｍ〜３．５ｍｍの範囲内で互いに同値であることを特徴とする金属ガスケット。
2. 前記ハーフビードの高さが、０．３５ｍｍ〜０．８５ｍｍの範囲内である、請求項１に記載の金属ガスケット。
3. 前記ハーフビードの幅が、１．２ｍｍ〜１．８ｍｍの範囲内である、請求項２に記載の金属ガスケット。