JP6639781B2 - ワイヤ圧縮リミッタを備えた静的ガスケット - Google Patents

Description

発明の背景
１．発明の分野
本発明は、一般に、結合される２つの部材間に気密シールを構築するために用いられるタイプの静的ガスケットに関し、より特定的には、シリンダヘッドガスケットなどの静的ガスケットに関する。

２．関連技術
シリンダヘッドおよびエンジンブロックなどの結合される２つの部材間に気密シールを構築する際には、１つ以上の層を有する静的シリンダヘッドガスケットを用いることが一般的である。一般に、機能層と称されることもある層のうちの少なくとも１つは、液密シールを構築するために圧縮ビードを有している。また、ガスケットは、ストッパに逆負荷をかけて圧縮ビードの圧縮を制限することによって耐疲労性を向上させるように構成され得る少なくとも１つの距離層を含み得る。残念ながら、シリンダヘッドをエンジンブロックに締結している間は、圧縮ビードが過剰に圧縮されて実質的に平坦になる可能性がある。圧縮ビードが過剰に圧縮されると、気密シールを維持する能力が失われることに加えて、当初の結合の間または使用中に圧縮ビードの領域に疲労亀裂が形成される可能性がある。疲労亀裂は、形成されると、気密シールを維持する静的ガスケットの能力を最終的に低下させ、それによってエンジンの寿命および性能を低下させる。

いくつかのガスケット製造業者は、シリンダヘッドとエンジンブロックとの間の圧縮ビードの平坦化を防ぐかまたは少なくとも減少させるための圧縮リミッタを含む多層ガスケットを製造し始めた。しかし、これらの圧縮リミッタは、しばしば、製造するのに費用がかかり、製造に多くの時間と労力を要し、または、圧縮ビードを平坦化から十分に守ることができない恐れがある。

本発明の少なくとも１つの局面は、第１の部材、例えばシリンダヘッドと第２の部材、例えばエンジンブロックとの間にシールを構築するように構成された静的ガスケットを提供する。当該ガスケットは、少なくとも１つの開口と、少なくとも１つの圧縮ビードとを有する少なくとも１つの層を含み、当該少なくとも１つの圧縮ビードは、平面から突き出て、当該少なくとも１つの開口の周りに周方向に延びて、当該少なくとも１つの開口から間隔があいている。金属ワイヤから形成される圧縮リミッタが、当該層の当該開口と当該圧縮ビードとの間に径方向に配設される。当該圧縮リミッタは、当該層に誘導溶接または抵抗溶接される。当該ガスケットは有利である。なぜなら、当該ガスケットは、シリンダボアの周りにより強固で信頼性のあるシールを提供し、それによって例えばターボ過給または過給により燃焼圧を増大させることができ、燃焼効率を向上させることができるからである。本発明のこの局面に係る圧縮リミッタは、他の公知の圧縮リミッタよりも必要な材料が少なく、必要な製造工程が少ないため、当該静的ガスケットは、圧縮リミッタを有する他の公知のガスケットよりも製造コストが安価であり、製造が容易である。

本発明の別の局面によれば、当該ガスケットは、可変のトポグラフィを有する。これは有益である。なぜなら、それは、シリンダボアの周りの可変の封止圧力をガスケットにもたらすからである。したがって、シリンダボア内の燃焼ガスの影響を最も受けやすい特定の領域では封止圧力が増加し得て、危険性の低い領域では封止圧力が減少し得る。

本発明のさらに別の局面によれば、静的ガスケットを形成する方法であって、垂直壁を層に絞り加工するステップと、当該垂直壁の周りにワイヤを挿入するステップと、少なくとも部分的に当該ワイヤを平坦にするために当該層に対して当該ワイヤを圧縮するステップと、当該ワイヤを当該層に抵抗溶接または誘導溶接するステップとを含む、方法を提供する。これらのステップは全て、スタンピングプレス機内で統合可能であり、したがって、ガスケットを非常に迅速に、安価に形成することができる。また、圧縮プロセスは、好ましくは、ワイヤの材料を加工硬化させ、それによって、圧縮リミッタとしてのその強度を向上させる。ワイヤは、圧縮後、好ましくは１ｍｍよりも大きくない幅を有し、したがって、シリンダ間に非常に狭いブリッジを有するエンジンとともに、それらのブリッジ間のガスケットの封止能力を損なうことなく、ガスケットを使用することができる。また、テクスチャ面を有するようにワイヤを圧縮することも可能であり、これにより、ガスケットの性能をさらに向上させることができる。

本発明のこれらのおよび他の特徴および利点は、添付の図面と合わせて考慮するときに以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解されるので、容易に理解されるであろう。

静的ガスケットを介在させた公知のエンジンブロックおよびシリンダヘッドの分解斜視図である。 パイロット穴を有するようにブランキングされた後の例示的な機能層の断面図である。 機能層に垂直壁を設けるための絞り加工ステップ後の図２の機能層の断面図である。 垂直壁の周りにワイヤが設置された後の図３の機能層の断面図である。 ワイヤを平坦にするための第１の圧印動作後の図４の機能層の断面図である。 ワイヤをさらに平坦にするための第２の圧印動作後の図５の機能層の断面図である。 垂直壁を除去するための穴開け動作後の図６の機能層の断面図である。 機能層に圧縮ビードを設けるためのエンボス加工動作後の図７の機能層の断面図である。 静的ガスケットを形成する例示的な方法を示すフローチャートである。 静的ガスケットの別の実施例の断面図である。 ワイヤの例示的なスプールの斜視図である。 閉じた形状に曲げられて端部同士を溶接した後の図１１のワイヤの斜視図である。 ワイヤを圧縮リミッタに成形するための成形型に配設された図１２のワイヤの断面図である。 成形型に成形された後の図１３のワイヤの断面図である。 金属の例示的な連の斜視図である。 複数の開口を有する例示的な機能層の斜視図である。 エンボス加工動作後の図１６の機能層の斜視図である。 圧印動作後の図１７の機能層の立面斜視図である。 図１４の成形ワイヤおよび図１８の機能層の分解斜視図である。 静的ガスケットを形成する別の例示的な方法を示すフローチャートである。 ガスケットのさらに別の実施例の断面図である。 ガスケットのさらに別の実施例の断面図である。

実施可能な実施例の詳細な説明
種々の図にわたって同様の数字が対応する部分を示す図面を参照して、本発明の１つの局面に従って構築され、シリンダヘッド（図示せず）とエンジンブロック（図示せず）との間にシールを構築するように構成されたガスケット２０が、図８に断面図で示されている。ガスケット２０は、当業者によって理解されるように、エンジンブロックにおける少なくとも１つのシリンダボア開口を取囲む少なくとも１つの円形開口２２を含む。ガスケット２０は、弾性変形してシリンダヘッドとエンジンブロックとの間にシールを構築するための、開口２２から径方向に間隔があいた圧縮ビード２６を有する機能層２４を含む。以下にさらに詳細に記載されるように、ガスケット２０は、開口２２と圧縮ビード２６との間に配設されて、圧縮ビード２６がシリンダヘッドとエンジンブロックとの間で完全に平坦になることを防ぐための圧縮リミッタ２８も有する。例示的なガスケット２０は、内燃機関（図示せず）で使用されるように設計されているが、ガスケット２０は、さまざまな自動車用の用途または非自動車用の用途で使用可能であり、すなわち、シリンダヘッドおよびエンジンブロックは任意の望ましい第１および第２の部材であり得る、ということが理解されるべきである。

図９のフローチャートを参照して、スタンピングプレス機においてガスケット２０（例えば図８のガスケット２０）を形成する方法が示されている。当該方法は、パイロット穴３０を機能層２４にブランキングするステップ１００から始まる。機能層２４は、好ましくは、ばね鋼などの弾性材料で形成される。しかし、機能層２４は、任意の望ましい材料からなっていてもよく、任意の望ましい厚みを有していてもよいということが理解されるべきである。ブランキングステップ後の例示的な機能層２４は、図２に概して示されている。

当該方法は、パイロット穴３０において垂直壁３２を機能層２４に絞り加工するステップ１０２に進む。絞り加工ステップ後の例示的な機能層２４は、図３に概して示されている。パイロット穴３０をブランキングするステップおよび垂直壁３２を絞り加工するステップは、「ピンチトリム」動作において同時に行われてもよいということが理解されるべきである。次に、当該方法は、機能層２４の垂直壁３２の周りに、円形または正方形などの閉じた形状を有するワイヤ２８を挿入するステップ１０４に進む。例示的なワイヤ２８は、図４では、機能層２４の垂直壁３２の周りの所定の位置に示されている。ワイヤ２８は、好ましくは０．３〜０．６ｍｍの厚みの亜鉛めっき鋼からなっているが、ワイヤ２８は、さまざまな他の材料からなっていてもよく、任意の望ましい厚みを有していてもよいということが理解されるべきである。ワイヤ２８は、好ましくはスタンピングプレス機の上型（図示せず）内に円形形状に形成されるが、代替的にはスタンピングプレス機に挿入される前に円形形状に予め形成されてもよい。

次いで、当該方法は、機能層２４に対してワイヤ２８を予め定められた厚みに圧縮して平坦にするステップ１０６に進む。圧縮ステップは、好ましくは一対の圧印動作を含み、その各々は、ワイヤを加工硬化して成形する。第１の圧印動作後の例示的なワイヤ２８は図５に示されており、第２の圧印動作後の例示的なワイヤ２８は図６に示されている。しかし、任意の望ましいプロセスによってワイヤ２８を圧縮してもよいということが理解されるべきである。予め定められた厚みは、圧縮ビード２６全体（以下に記載）がシリンダヘッドとエンジンブロックとの間で完全に平坦になることを防ぐように選択される。さらに、当該方法は、これらの構成要素を互いに接合するためにワイヤ２８を機能層２４に抵抗溶接するステップ１０８を含む。

次いで、ワイヤ２８が予め定められた厚みに平坦にされた後、当該方法は、垂直壁３２を除去して、エンジンブロックにおけるシリンダボア開口２２を取囲むように概して円形の開口２２を規定するために、機能層２４に穴をあけるステップ１１０に進む。図７は、垂直壁３２を除去した後のガスケット２０を示す。当該方法は、機能層２４に圧縮ビード２６をエンボス加工するステップ１１２も含む。

ここで図１０を参照して、本発明の代替的な局面に従って構築されたガスケット２２０が径方向断面図で示されている。ガスケット２２０は、一対の機能層２２４，２２５を含み、当該一対の機能層２２４，２２５は、積層されて、例えば溶接、ろう付けまたはリベットによってそれらの最外周縁において互いに留められている。機能層２２４，２２５の各々は、当業者によって理解されるように、開口２２２を規定する内周縁２３４，２３５も有する。

機能層２２４，２２５の各々は、エンジンのシリンダボアの周りの気密シールを促進することによって、燃焼流体または燃焼ガスがシリンダヘッドとエンジンブロックとの間のシリンダボアから漏れることを防ぐために、平面２３６，２３７から外向きに延びる圧縮ビード２２６，２２７を含む。圧縮ビード２２６，２２７は、内周縁２３４，２３５から間隔があいており、各開口２２２を周方向に取囲んでいる。各機能層２２４，２２５は、平面２３６，２３７に沿って延びる概して平面的な本体部２３８，２３９を有し、圧縮ビード２２６，２２７は、予め定められた距離だけ平面２３６，２３７から外向きに延びている。各機能層２２４，２２５は、内周縁２３４，２３５と圧縮ビード２２６，２２７との間に、平面２３６，２３７に沿って延びる内周部２４０，２４１も含む。

上記のガスケット２０と同様に、機能層２２４，２２５は、好ましくはばね鋼などの弾性金属から構築され、任意の望ましい厚みを有し得る。図１０に示されるように、機能層２２４，２２５は、互いに対向する鏡面プロファイルを有し、各々が、互いに対向しかつ互いに接触する上記の圧縮ビード２２６，２２７を有する。

ワイヤから形成される圧縮リミッタ２２８は、圧縮ビード２２６，２２７がシリンダヘッドとエンジンブロックとの間の平面２３６，２３７内で完全に平坦になることを防ぐように、機能層２２４，２２５の間の内周部２４０，２４１のうちの１つに少なくとも部分的に配設される。特に、ガスケット２２０がシリンダヘッドとエンジンブロックとの間で圧縮される場合には、圧縮リミッタ２２８は、隣接する機能層２２４，２２５の内周部２４０，２４１を離れたままに保持し、それによって、圧縮ビード２２６，２２７のいずれかが平坦状態に圧縮されることを防ぐ。したがって、たとえシリンダヘッドがエンジンブロックに過負荷をかけたとしても、圧縮ビード２２６，２２７は両方とも、平面２３６から外向きに延び、互いに対して弾性的に付勢されたままである。したがって、圧縮ビード２２６，２２７は、互いに対して概して一定の高い封止圧力を維持し、それによってシリンダボアの円周の周りに気密シールを設けて維持することが保証される。シリンダボアの周りに所望の気密シールを維持することに加えて、圧縮ビード２２６，２２７は、過剰に圧縮されて完全に平坦にならないことによって、組立中および使用中に時期尚早の疲労亀裂が形成されないままである。

ここで図２０のフローチャートを参照して、本発明のさらに別の局面は、図１０に示される上記のガスケットなどの多層ガスケット２２０を形成する方法を提供する。当該方法は、図１１に示されるスプール２４２などからの金属のワイヤ２２８を設けるステップ３００から始まる。上記のワイヤ２８と同様に、ワイヤ２２８は、好ましくは０．３〜０．６ｍｍの範囲の直径を有し、好ましくは亜鉛めっき鋼からなっている。しかし、ワイヤ２２８は、さまざまな異なる形成可能な材料からなっていてもよく、任意の望ましい厚みを有していてもよいということが理解されるべきである。当該方法は、ワイヤ２２８を曲げて、図１２に示される円形形状などの予め定められた閉じた形状にするステップ３０２に進む。次に、ワイヤ２２８が閉じた形状である状態で、当該方法は、ワイヤ２２８の端部同士を溶接するステップ３０４に進み得る。ワイヤの端部同士は、好ましくは抵抗溶接される。しかし、例えばガスメタルアーク溶接、誘導溶接、レーザ溶接などを含む任意の望ましいタイプの溶接が利用されてもよい。なお、また、例えばワイヤ２２８が上部成形型に直接送られる場合には、ワイヤ２２８の端部同士の溶接は不要であり得る。

次に、ワイヤ２２８は、図１３および図１４に示される成形型などの成形型２４３に積載され、当該方法は、ワイヤ２２８を概して平坦な上部と概して平坦な底部とを有する圧縮リミッタ２２８に成形するステップ３０６に進む。必要であれば、圧縮リミッタ２２８は、可変トポグラフィを有するように、すなわちその円周に沿って異なる厚みを有するように形成されてもよい（図１９参照）。例示的な実施例では、成形後、圧縮リミッタ２２８は、１ｍｍよりも大きくない幅を有する。図１４に示されるように、成形ステップは、圧縮リミッタ２２８の外面に溝２４４を形成する。以下にさらに詳細に記載されるように、溝２４４により、圧縮リミッタ２２８を機能層２２４に接続することができる。圧縮リミッタ２２８は、必要であれば、さまざまな他の成形プロセスによって成形されてもよいということが理解されるべきである。

図１５〜図１６は、例示的な機能層２２４のうちの１つを形成する際のさまざまなステップを示す。しかし、機能層２２４，２２５は、任意の望ましい形成プロセスによって形成されてもよいということが理解されるべきである。次に、当該方法は、開口２２２の中に径方向に延びるリップ２４６を設けるために開口２２２の各々の円周に沿って機能層２２４のうちの少なくとも１つを圧印するステップ３０８に進む。

次いで、機能層２２４のリップ２４６を圧縮リミッタ２８の溝２４４に係合させるステップ３１０によって、圧縮リミッタ２２８は、機能層２２４のうちの１つに接合される。図１０に戻って、圧縮リミッタ２２８の少なくとも一部は、機能層２２４の内周部２４０の上に、圧縮ビード２２６の方に径方向外向きに延びている。圧縮リミッタ２２８は、例えばスナップフィットによって機能層２２４にしっかりと取付けられることができる。次に、当該方法は、圧縮リミッタ２２８を機能層２２４に誘導溶接するステップ３１２を含む。当該方法は、圧縮リミッタ２２８の一部が機能層２２４，２２５の内周部２４０，２４１の間に配設されるように機能層２２４，２２５を積層するステップ３１４も含む。上記のように、圧縮リミッタ２２８は、圧縮ビード２２６，２２７がシリンダヘッドとエンジンブロックとの間で完全に平坦になることを防ぎ、これにより、ガスケット２２０は気密シールを維持することができる。

ここで図２１を参照して、ガスケット４２０の代替的な実施例が概して示されている。上記の構成要素に加えて、このガスケット４２０は、対向する機能層４２４の間に配設された距離層４４８をさらに含む。距離層４４８は、ガスケット４２０がシリンダヘッドとエンジンブロックとの間で圧縮されたときに圧縮ビード４２６が互いに圧縮されるのではなく距離層４４８に対して圧縮されるように、機能層４２４の内周縁４３４に隣接する距離層４４８の内周縁４５０から径方向外向きに圧縮ビード４２６を越えて延びている。この実施例では、圧縮リミッタ４２８は、距離層４４８と係合し、その少なくとも一部が距離層４４８と機能層４２４の各々との間に配設されるように距離層４４８の両側に軸方向に延びている。上記の実施例と同様に、圧縮リミッタ４２８は、たとえシリンダヘッドがエンジンブロックに過負荷をかけたとしても、圧縮ビード４２６が両方とも、平面４３６から外向きに延びて、距離層４４８に対して弾性的に付勢されたままであることを保証する。距離層４４８が含まれる場合、示されるように圧縮リミッタ４４８を１つだけ含むのではなく、各々が距離層４４８と係合し、対向する機能層４２４の間に延びる２つの別個の圧縮リミッタ４４８を含むことが望ましいであろうということが理解されるべきである。距離層４４８は、任意の望ましい厚みを有していてもよく、好ましくは３０１または４３１グレードステンレス鋼などの高降伏強度を有する材料で形成される。距離層４４８は、圧縮ビード４２６を越えて任意の望ましい距離だけ径方向に延び得る。

ここで図２２を参照して、ガスケット５２０のさらに別の実施例が概して示されている。この例示的な実施例は、各々が機能層５２４のうちの１つと係合し、少なくとも部分的にそのそれぞれの機能層５２４と距離層５４８との間に延びる２つの圧縮リミッタ５２８を含む。上記の他の実施例のように、圧縮リミッタ５２８は、圧縮ビード５２６が完全に平坦になることを防ぐ。

ワイヤは、上型に直接送られ、そこで成形され、層のうちの１つに溶接されてもよいということが理解されるべきである。このようなプロセスは、ガスケットの製造コストをさらに削減することができる。

明らかに、上記の教示に鑑みて、本発明の多くの変形例および変更例が可能であり、本発明の多くの変形例および変更例は、添付の特許請求の範囲内で、具体的に記載された態様とは異なる態様で実施可能である。

Claims (20)

1. 第１の部材と第２の部材との間にシールを構築するように構成された静的ガスケットであって、
   少なくとも１つの開口と、少なくとも１つの圧縮ビードとを有する少なくとも１つの層を備え、前記少なくとも１つの圧縮ビードは、平面から突き出て、前記少なくとも１つの開口の周りに周方向に延びて、前記少なくとも１つの開口から間隔があいており、前記静的ガスケットはさらに、
   前記層の前記開口と前記圧縮ビードとの間に内周縁から径方向に配設された圧縮リミッタを備え、前記圧縮リミッタは、前記層のリップに溶接される、静的ガスケット。
2. 前記圧縮リミッタは、その長さに沿って可変の厚みを有する、請求項１に記載の静的ガスケット。
3. 前記少なくとも１つの層は、前記圧縮ビードを有する機能層を含む、請求項１に記載の静的ガスケット。
4. 距離層をさらに含む、請求項３に記載の静的ガスケット。
5. 前記圧縮リミッタは、前記機能層の前記リップに誘導溶接される、請求項４に記載の静的ガスケット。
6. 第１の部材と第２の部材との間にシールを構築するように構成された静的ガスケットであって、
   少なくとも１つの開口と、少なくとも１つの圧縮ビードとを有する少なくとも１つの層を備え、前記少なくとも１つの圧縮ビードは、平面から突き出て、前記少なくとも１つの開口の周りに周方向に延びて、前記少なくとも１つの開口から間隔があいており、
   前記少なくとも１つの層は、前記圧縮ビードを有する機能層を含み、
   前記静的ガスケットはさらに、距離層を含み、前記距離層は径方向に配設された圧縮リミッタを備え、前記圧縮リミッタは、前記距離層のリップに溶接される、静的ガスケット。
7. 結合される２つの部材間に気密シールを構築するように静的ガスケットを形成する方法であって、
   垂直壁を層に絞り加工するステップと、
   前記垂直壁の周りにワイヤを挿入するステップと、
   少なくとも部分的に前記ワイヤを平坦にするために前記層に対して前記ワイヤを圧縮するステップと、
   前記ワイヤを前記層に抵抗溶接または誘導溶接するステップとを備える、方法。
8. 機能層に対して前記ワイヤを圧縮するステップは、少なくとも部分的に前記ワイヤを平坦にするために前記層に対して前記ワイヤを圧印するステップとしてさらに規定される、請求項７に記載の方法。
9. 前記層は機能層であり、圧縮ビードを設けるために前記機能層をエンボス加工するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
10. 前記層から前記垂直壁を除去するステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
11. 結合される２つの部材間に気密シールを構築するように静的ガスケットを形成する方法であって、
    金属のワイヤを設けるステップと、
    前記ワイヤを曲げて閉じた形状にするステップと、
    開口と圧縮ビードとを有する少なくとも１つの機能層を設けるステップと、
    前記ワイヤを圧縮リミッタに形成するステップと、
    前記圧縮リミッタを前記開口の周りで前記少なくとも１つの機能層のリップと係合するステップと、
    前記圧縮ビードが前記２つの部材間で平坦になることを防ぐために、前記開口と前記圧縮ビードとの間の前記機能層の前記リップに前記圧縮リミッタを溶接するステップとを備える、方法。
12. 前記圧縮リミッタを前記機能層の前記リップに溶接するステップは、前記圧縮リミッタを前記機能層の前記リップに誘導溶接または抵抗溶接するステップとしてさらに規定される、請求項１１に記載の方法。
13. 前記圧縮リミッタを前記機能層の前記リップに誘導溶接するステップの前に、概して平坦な上部と概して平坦な底部とを有するように前記ワイヤを成形するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記ワイヤを成形するステップは、前記ワイヤを成形型上に成形するステップとしてさらに規定される、請求項１３に記載の方法。
15. 前記ワイヤを成形するステップは、可変のトポグラフィを有するように前記ワイヤを成形するステップとしてさらに規定される、請求項１３に記載の方法。
16. 結合される２つの部材間に気密シールを構築するように静的ガスケットを形成する方法であって、
    金属のワイヤを設けるステップと、
    前記ワイヤを曲げて閉じた形状にするステップと、
    開口と圧縮ビードとを有する少なくとも１つの機能層を設けるステップと、
    前記ワイヤを前記開口の周りで前記少なくとも１つの機能層と係合するステップと、
    前記圧縮ビードが前記２つの部材間で平坦になることを防ぐために、前記開口と前記圧縮ビードとの間の前記機能層に前記ワイヤを溶接するステップとを備え、
    前記ワイヤを圧縮リミッタに形成するステップをさらに含み、前記圧縮リミッタを前記機能層に溶接するステップは、前記圧縮リミッタを前記機能層に誘導溶接または抵抗溶接するステップとしてさらに規定され、
    前記圧縮リミッタを前記機能層に溶接するステップの前に、概して平坦な上部と概して平坦な底部とを有するように前記ワイヤを成形するステップをさらに含み、
    前記機能層の前記開口の端縁を圧印してリップを設けるステップをさらに含み、前記圧縮リミッタは、少なくとも部分的に前記リップに溶接される、方法。
17. 第２の機能層を設けるステップをさらに含み、前記機能層同士の間に前記圧縮リミッタを挟み込むステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
18. 前記ワイヤを曲げて閉じた形状にするステップは、前記ワイヤを曲げて概して円形の形状にするステップとしてさらに規定される、請求項１１に記載の方法。
19. 前記ワイヤの端部同士を溶接するステップをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
20. 前記機能層における前記開口の各々は、概して円形である、請求項１１に記載の方法。

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