JP7446930B2 - ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、ガスケット、特に２部材間を密閉するガスケットに関する。

自動車のエンジン部分、例えばシリンダヘッドとシリンダブロックとの間にはガスケットが装着される。ガスケットは、金属板により形成され、ビード（突起）の高さや金属板の積層枚数により発生させる面圧を調整している。すなわち、エンジンを組み立てる際に、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間にガスケットが装着され、両者をボルトにより締結させてビードを潰して必要な面圧を発生させる構成になっている。

また、必要とされる面圧は、シールする場所により異なる。例えば、シリンダのボア穴をシールするガスシール部、油圧回路をシールする油圧回路シール部、水回りをシールする水シール部の順に必要な面圧は小さくなっている。

ガスケットに関して、特許文献１には、シリンダヘッドとマニホールドの間に装着される吸気ガスケットにおいて、金属薄板に両面にゴム層を形成させた３層構造の中間リブ部材が形成された金属ガスケットが開示されている。中間リブ部材の存在する領域はビード領域を形成する。この構成により、シリンダヘッドからの熱を断つことができ、マニホールドに伝達される熱量を抑え、吸気温度を下げることが可能である。

特許文献２には、シリンダヘッドガスケットにおいて、ビードの少なくとも一部を発泡コーティング層で帯状に塗布した構成が開示されている。この構成により、シール性が良く、しかも、耐熱性及び耐久性に優れたシリンダヘッドガスケットを得ることができる。

特許文献３には、対向面同士の間にシールを作成するためのガスケットであって、互いに間隔を開けて連続して繋げられた複数の個別のカプセルビードと、このカプセルビードを支持するための本体とを有する構成が開示されている。このカプセルビードは、それぞれ液状シーラントが充填されており、対向面同士の間に加えられる圧力の下で互いに独立して破断可能に構成されている。カプセルビード破断後、液状シーラントは放出されて面同士の間を均一に流れ、それらの間に信頼性のあるシールを形成する。

特開２００７－１００９９号公報 特開２００３－２８３００号公報 特表２０１０－５００５１７号公報

特許文献１、２のガスケットは、ビードがあるため、締結時にビードを潰すために高い締め付けトルクが必要になり、組み付けし難いという問題がある。更に、ビードを有するガスケットは、口開き時（実動時に締結しているもの同士が振動などにより互いに離反する方向に動き両者の隙間が空く現象）に圧縮特性が悪化して、シール性が悪くなるという問題もある。さらに、設計値通りのビード高さを実現するために、例えば、金型により試作を繰り返す必要があり、製造コストの増加につながっている。

特許文献３のガスケットのカプセルビードは、締結時に破断して液状シーラントが放出され、シールを形成するが、カプセルビードは数珠状に多くのカプセルを連続して形成するため製造が容易ではないと考えられる。また、シールを形成した後、上述の口開きの問題も存在する。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ビードを必要とせず、口開き時が生じた場合でもシール性が保たれる製作容易なガスケットを提供することにある。

上記目的の達成のため請求項１に記載のガスケットは、
複数の金属板が厚さ方向に重ね合わされ、所定箇所で厚さ方向に固定され、該固定箇所の近傍に面圧発生領域が形成され、対向する２部材間に挟持されて該２部材を密閉するガスケットにおいて、
前記面圧発生領域は、
前記金属板の対向面に設けられ、該金属板が重ね合わされた状態で該金属板を接着するシール部であって、該シール部で囲まれた内側空間を密閉空間とするシール部と、該密閉空間へ未発泡の状態で封入され、前記金属板の前記固定作業時の圧力で発泡を開始する発泡樹脂と、を有することを特徴とする。

この構成により、金属板間に形成された密閉空間に封入された未発泡の樹脂は、両金属板が重ね合わされ、固定されるときに生じる圧力によって、発泡を開始する。したがって、面圧発生領域では、発泡した樹脂の体積膨張により面圧が発生する。金属板は固定部で固定されており、ガスケットは的確にシール性を確保する。すなわち、口開きが発生した状態でも発泡した樹脂の膨張度合いにより、的確にシール性が維持される。この様に、ビード（突起）を作製する必要が無いので金属板への施工が不要となり、また、組み付けの煩雑化も生じない。さらに、従来のように設計値通りのビード高さを実現するための金型による試作等も不要となる。

請求項２に記載のガスケットは、請求項１に記載のガスケットにおいて、
前記シール部は、
接着剤又は溶融蝋材を所定厚さで線状に塗布すること形成したことを特徴とする。

この構成によれば、面圧発生領域の密閉空間を、比較的入手容易な部材の塗布により構成することが可能である。

請求項３に記載のガスケットは、請求項１又は２に記載のガスケットにおいて、
前記未発泡の樹脂は、主剤と硬化剤とから構成され、混合されることで発泡する２液反応型のシリコーンフォームであり、前記主剤又は前記硬化剤は、前記圧力によって破壊されるマイクロカプセルに封入されたことを特徴とする。

この構成により、種々存在する２液反応型シリコーンフォームを適宜選択して使用可能であり、発泡による膨張率の高いものを用いることで、より広範囲に口開きに対応することが可能である。

本発明のガスケットによれば、面圧発生領域に封入された未発泡の樹脂は、重ねられた金属板が固定されるときの圧力により、発泡が開始され、ガスケットには発泡した樹脂の体積膨張による離間力と、固定部による固定状態の維持力によって、的確な面圧が確保される。したがって、口開きが発生した状態でも的確にシール性が維持される。すなわち、金属板へのビード部の作製などの施工から解放され、シール機能の的確性を維持しつつ、ガスケットの構成、設置の容易化が図られる。

本発明のガスケットの概略断面図である。 本発明のガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着し、ヘッドボルトを締めたときの様子を示す概略断面図である。 本発明のガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着し、ヘッドボルトを締めたときの様子を示す概略断面図である。 本発明のガスケットをシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に装着した後の「口開き」について説明する概略断面図である。 本発明のガスケットの圧縮特性についての説明図である。

以下、本発明のガスケットについて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

本実施の形態では、本発明のガスケットは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場合を想定している。すなわち、対向する２部材は、シリンダヘッドとシリンダブロックである。

図１は、ガスケットの概略断面図である。ガスケット１０は、本実施の形態では２枚の金属板１２、１４で構成される。この２枚の金属板１２、１４の対向面に、溶融蝋材を所定厚さで線状に塗布してシール部１６を形成している。このシール部１６で囲まれた空間は密閉空間であり、後述する面圧発生領域１３となる。面圧発生領域１３は、ガスケット１０の平面視では、閉じた領域を形成している。なお、シール部１６は、溶融蝋材に代わって接着剤で構成しても良い。

この閉じた面圧発生領域１３内に、未発泡のシリコーンフォーム１７が封入されている。未発泡のシリコーンフォーム１７は、２液反応型のシリコーンフォームであって、硬化剤１８と、主剤２０を有する。主剤２０は、マイクロカプセルに封入されている。すなわち、未発泡の樹脂は、２液反応型のシリコーンフォームであり、主剤と硬化剤を混合させることで反応（発泡）が生じる。

シール部１６は、シリンダヘッドとシリンダブロックとの締結時には、その厚さが問題とならないような所定の厚さで形成される。

図２は、本発明のガスケット１０がシリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との間に装着され、ヘッドボルト２６、２８を締結したときの様子を示す。シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４の隙間は誇張して示されている。

シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４の締結時に、カプセルが割れて中の主剤２０と周囲の硬化剤１８が混合して反応が起こる。すなわち、金属板１２、１４間に形成された密閉空間に封入された未発泡の樹脂は、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との間に固定されるときに生じる圧力によって、カプセルが割れて発泡を開始する。

図２では、主剤２０が割れたカプセルの中から飛び散っている状態が示されている。なお、カプセルが割れる押圧力は、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４を締結するのに必要な力などを考慮して最適に決定される。すなわち、主剤２０が封入されているカプセルの取り扱いが容易であり、締結作業を開始し始めて十分に締め付けないうちに、すぐに割れることがないように、また、十分に締結しているのに割れないことがないように、カプセルを割るのに必要な押圧力は最適に決定されている。

図３は、未発泡のシリコーンフォーム１７が発泡して、発泡シリコーン３２が形成された様子を示す。ただし、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との隙間は誇張して示している。発泡シリコーン３２の体積の膨張の方向を矢印Ａ、Ａ’で示している。したがって、面圧発生領域１３では、金属板１２、１４はヘッドボルト２６，２８により固定されており、発泡した樹脂の体積膨張により所定の面圧が発生し、ガスケット１０は的確にシール性を確保する。

面圧発生領域１３での所定の面圧は、未発泡のシリコーンフォーム１７の主剤２０と硬化剤１８のそれぞれの量、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との隙間、締結するときの締結力などを考慮して、未発泡のシリコーンフォーム１７の反応により適切となるように設計されている。

本発明のガスケット１０では、ビード（突起）がないので低い締め付けトルクで高い面圧が発生する。したがって、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との組み付けが容易である。また、主剤２０と硬化剤１８の量を調整することにより発泡後の面圧を設定することができる。したがって、従来問題であった金型の試作検討によるコスト増加の問題はない。

図４は、エンジンの実動時に口開きが発生したときの説明図である。発泡シリコーン３２は、ガスケット１０内で膨張が抑えられているので、口開きが発生した場合に膨張して面圧は維持され続ける。すなわち、エンジン実動時に口開きが発生した場合、言い換えればシリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との隙間が増大した場合、膨張が抑えられている発泡シリコーン３２はガスケット１０の厚さが増大する方向に膨張する。その増大する方向をＢ、Ｂ’で示している。したがって、エンジンの実動時に口開きが発生しても、発泡した樹脂の膨張度合いにより、的確にシール性が維持される。

図５は、本発明のガスケットの圧縮特性を示す説明図である。縦軸は面圧（Ｍｐａ）、横軸はガスケットの厚さ（ｍｍ）である。シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との締結時には矢印で示すように所定の厚さＴｓでシール必要面圧Ｐｓ以上の面圧が発生する（発泡作用による面圧増加）。そして、エンジン実動時の口開き発生時には、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４の間隔が開き、それに伴ってガスケット１０は厚さが増大してその隙間を埋めるように作用する。したがって、口開き時にも面圧が急激に下がるのではなく、図示したように緩やかに低下して行くので、許容口開き量は大きい。

本実施の形態によれば、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４との間に挟持され、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２４がヘッドボルト２６，２８により締結されたときに、発泡シリコーン３２の原材料である主剤２０と硬化剤１８との混合が開始され、発泡シリコーン３２が生成される。したがって、ガスケット１０には発泡シリコーンの体積膨張により面圧が発生し、ガスケット１０として良好に作用する。また、口開きが発生しても発泡シリコーン３２が膨張するので口開き時のシール性も良好である。さらに、ビード（突起）を作製する必要が無いので金属板への施工が不要となり、また、組み付けの煩雑化も生じない。具体的には、従来のように設計値通りのビード高さを実現するための金型による試作等が不要である。さらに、ビード（突起）がないので、組み付けが容易である。

なお、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、シール部１６は、２枚の金属板を溶融蝋材により構成したが、接着剤によって構成しても良い。また、２液反応型シリコーンフォームの主剤をマイクロカプセルに封入したが、硬化剤を封入しても良い。

１０ ガスケット
１２、１４ 金属板
１３ 面圧発生領域
１６ シール部
１７ 未発泡のシリコーンフォーム
１８ 硬化剤
２０ 主剤
２２ シリンダヘッド
２４ シリンダブロック
２６、２８ ヘッドボルト
３２ 発泡シリコーン
Ａ、Ａ’ 発泡シリコーンの膨張の方向
Ｂ、Ｂ’ 発泡シリコーンの膨張の方向（口開き時）

Claims (3)

1. 複数の金属板が厚さ方向に重ね合わされ、対向する２部材間に挟持され、該２部材の固定箇所の近傍に面圧発生領域が形成されて該２部材を密閉するガスケットにおいて、
   前記面圧発生領域は、
   前記金属板の対向面に設けられ、該金属板が重ね合わされた状態で該金属板を接着するシール部であって、該シール部で囲まれた内側空間を密閉空間とするシール部と、
   該密閉空間へ未発泡の状態で封入され、前記２部材の固定作業時に生じる圧力で発泡を開始する発泡樹脂と、
   を有することを特徴とするガスケット。
2. 前記シール部は、
   接着剤又は溶融蝋材を所定厚さで線状に塗布することで形成したことを特徴とする請求項１に記載のガスケット。
3. 前記未発泡の樹脂は、
   主剤と硬化剤とから構成され、混合されることで発泡する２液反応型のシリコーンフォームであり、前記主剤又は前記硬化剤は、前記圧力によって破壊されるマイクロカプセルに封入されたことを特徴とする請求項１又は２に記載のガスケット。
   

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