JPWO2003085292A1 - 金属ガスケット - Google Patents

Abstract

燃焼室孔３の周縁に沿って第１増厚部３を形成し、その外周に第１シールラインＳＬ１及び第２シールラインＳＬ２を設定する。その両シールラインの間には、冷却水孔８以外の開口が無い。上記シールラインＳＬ１、ＳＬ２に沿って形成するビードは、上面に向けてのみ凸の金属ビードと、その金属ビードの凸部及び凹部に固着した弾性シール材からなるゴムビードとから構成される。これにより、金属ビードの加工精度を向上出来ると共に、金属ガスケット自体及び金属ガスケットを介装する接合面への冷却効果を向上することができる。

Description

技術分野
本発明は、金属ガスケットに係り、特に水冷式内燃機関のシリンダーブロックの接合面とシリンダーヘッドの接合面との間の接合部に介挿されて、その接合部とガスケット自体の冷却効果を向上し得る金属ガスケットに関する。
背景技術
金属ガスケットを介装する部分の冷却効果を目的とした従来の金属ガスケットとしては、例えば特開昭６０−３４６５号公報に記載されているものがある。
この金属ガスケットは、図２１及び図２２に示すように、剛性が高く且つ弾力性のある薄肉金属板から基板５０を構成し、各燃焼室孔５１の周縁を囲繞するシールラインＳＬ１に沿って第１の金属ビード５２を形成する。さらに、その第１の金属ビート５２よりも外周側に、冷却水孔５３を包含して囲繞し且つボルト孔５４から離間して該ボルト孔５４を囲繞しないシールラインＳＬ２に沿って第２の金属ビード５５を形成して構成される。なお、符号５６は、オイル孔であり、そのオイル孔５６の周縁を囲繞するようにして第３のシールラインＳＬ３が形成されている。
そして、上記金属ガスケットを、シリンダーブロック６０の接合面とシリンダーヘッド６１の接合面との間の接合部に介挿してボルトで締め付けて取り付けると、当該締付け力に応じて金属ビード５２，５５が弾性変形することで、第１の金属ビード５２で燃焼室孔５１の燃焼ガスが線シールされると共に、２つの金属ビード５２，５５間に、冷却水孔５３だけが開口した微小な高さの隙間空間Ｓが形成され、その隙間空間Ｓに、冷却水孔５３を通じてエンジン運転時に冷却水が圧送されることで当該冷却水が循環し、その冷却水の循環によって、上記接合面と金属ガスケット自体とが冷却される。ここで、燃焼ガスの爆発により発生する振動振輻のポンピング作用によっても、上記隙間空間Ｓへの冷却水の流れは助長される。
ここで、上記隙間空間Ｓの微小な隙間は、エンジンの締め付けボルトの軸力と、その締付けに抗する金属ビード５２，５５の付勢力との均衡によって形成されるが、金属による線シールであるので、目的のシール性を確保するためにはガスケット係数を高めに設定する必要があることから、上記ボルトの軸力を高めに設定せざるを得ず、上記隙間が小さくなりがちである。
さらに、エンジン稼動による熱の発生でエンジン材の体膨張が起こり、締め付け圧が増大して高温になるほど上記隙間は減少する。また、エンジンの小型軽量化、高性能化、省燃費化が進み、エンジンの素材としてアルミニウムが使用されることも多く、材質差による膨張率の増大で更に上記隙間の確保が難しくなる傾向にある。
さらに、上記ガスケットのビード構造では、上述のように、基板５０に成形した金属ビード５２，５５は高い面圧を発生させる必要があることから、高い硬度の材料を採用する必要があり、硬い材料は金属ビード５２，５５の曲げアール部に内部応力が集中してしまい、エンジンの稼動で発生する振動振輻による繰り返し応力によって疲労破壊を発生する要因となるので、その分、寿命が短くなる。
また、エンジンをアルミニウムで製造する場合を考えると、アルミニウムは鋳造技術が難しく鋳造時に鋳巣穴が発生する。このため、上記接合面を加工する際に、当該接合面に位置する隣り合う巣穴が繋がる場合がある。このとき、上記従来のビード５２，５５は線シールであり且つメタル接触となることから、線シールのビードラインを巣穴が跨って連続したり、ガスケットとエンジン材料の膨張差で運転中にシールラインの位置がずれて、巣穴の上にビード５２、５５が位置して、水漏れの原因となるおそもある。また、アルミニウム製のエンジンは、搬送中に疵が発生しやすく。この疵によっても上記現象が発生するおそれがある。
また、上記のように硬度の高い素材から基板５０を形成する必要があるので、その分、当該基板５０を屈曲成形してなる金属ビード５２，５５の加工精度を向上させるのが難しいという課題もある。
また、他の従来の金属ガスケットとしては、例えば特開２００１−１７３７９１号公報に記載されているものがある。
この金属ガスケットは、図２３に示すように、２枚の基板５０から構成されるものである。すなわち、２枚の基板５０のうち、板厚の厚い基板（上側の基板）における燃焼室孔５１側端部に増厚部５２を形成し、また、２枚の基板５０のそれぞれについて、その増厚部５０を囲む位置に凸状の基板ビード５３を、それぞれ増厚部５２の厚さより高く成形し、その２枚の基板５０を、基板ビード５３の凸部側を対向させて積層することで構成される。さらに、外側に向いた各ビード凹部に弾性シール材５４を充填して構成される。
そして、上記金属ガスケットを、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、締結ボルトで締め付けることで、燃焼室孔周縁の増厚部の板厚まで基板ビード５３が圧縮変形すると共に凹部に充填された上記弾性シール材５４も圧縮変形して、当該基板ビード５３のバネ力と弾性シール材５４のバネ力との合成バネによるシール圧で、燃焼ガス、オイル，冷却水圧等をシールする。勿論、凹部内に弾性シール材５３が充填されていない金属ガスケットも有るし、１枚の基板からなる金属ビードもある。
この従来の金属ガスケットにおいては、基板ビード５３とビード凹部に充填された弾性シール材５４が締め付けによる変形で共働して反発力を発生し所要のシール圧をシールラインに沿って発生している。
しかし、基板ビード５３の疲労破壊防止とコスト低減を目的として、硬度の低い金属板から基板５０を構成した場合には、上記従来の金属ガスケットでは、ボルトを締付け、ビード凹部の弾性シール材５４が圧縮変形することで、基板５０及び基板ビード５３が板厚方向に反るように変形しようとする外力が働くが、上述のように硬度の低い金属から基板５０を構成するとビードの形状保持力が低下していることから、基板５０の変形防止力が弱くシール性がその分だけ劣化する。
また、エンジンの運転・停止の繰り返しによる繰り返し荷重によって、長期的な使用で、締め付けボルトの軸力低下、基板５０に成形した基板ビード５３の経時変化、及びビード凹部の弾性シール材５４の劣化変質などで、シール面圧が低下するおそれもある。特に、締付けボルトよりも外周側に位置するオーバーハングしている部分で、この問題が生じ易い。
さらに、弾性シール材５４を基板凹部に焼付け成形するとき、弾性シール材５４を高温時に凹部に充填して成形させても、その後の冷却開放工程時に熱膨張分だけ体積変化して、上記弾性シール材５４で１番厚さの有る中央部が、熱収縮分だけ凹むこととなるが、このようなことによっても、上述のような面圧が低下した際に更に不利となる。特に、締め付け軸力の弱いエンジンへの組み込みでは、このような現象が起り易いと思われる。
発明の開示
本発明は、上記のような点に着目してなされたもので、金属ビードの加工精度を向上できると共に、金属ガスケット自体及び金属ガスケットを介装する接合面への冷却効果を向上することができる金属ガスケットを提供することを課題としている。
上記課題を解決するために、本発明のうち請求の範囲第１項に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔及び冷却水孔が開口した薄肉金属板を基板として、燃焼室孔の端部を囲むように増厚した金属製の第１増厚部と、上記第１増厚部の外周側で上記燃焼室孔を無端環状に囲繞する第１ビードと、上記第１ビードよりも外周側で上記燃焼室孔及び冷却水孔を無端環状に囲繞する第２ビードと、を備え、上記第１ビードと第２ビードとの間に位置する基板部分には、冷却水孔以外の開口が存在せず、かつ、上記第１ビード及び第２ビードは、それぞれ金属ビードとゴムビードとの合成から構成されてなり、
上記金属ビードは、基板を板厚方向に屈曲して上記第１増厚部より高い凸部を一方の面側にだけ成形して構成され、
上記ゴムビードは、金属ビード凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材から構成され、上記凸部側表面の弾性シール材を、少なくとも金属ビード凸部表面に固着すると共に金属ビードのビード高さと同一若しくは略同一の高さに設定してなることを特徴とする金属ガスケットを提供するものである。
なお、凸部側に設けるゴムビードのビード幅の最大幅は、ボルト締付け部などの圧が大きくなる部分を除いて、金属ビードのビード幅の１．５倍以内に抑えることが好ましい。ゴムビードのビード幅が大きくなるほど、基板への荷重を加える必要があるので、荷重増加を抑えるという観点からは、上述のように弾性シール材のビード幅は、金属ビードのビードのビード幅の１．５倍以内に抑えることが好ましい。ただし、局部的に負担する荷重を増加したい場合は、この限りではない。
本発明によれば、締め付け面圧の殆どは金属製の第１増厚部で受け持ち第１増厚部で圧力の高い燃焼ガスをシールする。第１ビードと第２ビードとの間の隙間空間に冷却水孔を通じて出入りする冷却水については、増厚部厚さより高い、金属ビード、及び該金属ビードの両面に成形されたゴムビードの弾性変形による合成されたバネ力でシールされる。
このとき、ビードの圧縮変形量は、第１増厚部によって規制されることで、従来よりも大きな隙間の隙間空間が第１ビードと第２ビードとの間に形成される結果、金属ガスケット等の冷却効果が向上する。
このとき、本発明のビードは、金属ビードとゴムビードの合成されたバネ力でシールするが、接合面と接触するビードのシール面は弾性シール材であるのでガスケット係数が小さく、低い面圧でシールすることが可能となり、上述のように圧縮変形量を規制しても問題はない。
また、シール面が弾性シール材からなる面シールとなることで、接合面に巣穴などがあっても、十分にシールして水漏れを防止可能となる。
さらに、ゴムビードは軟質でなじみ易く加工粗さや搬送中に発生する傷に対しても十分にシールできる能力をもつ。
また、上述のように、ビードのガスケット係数を小さくできることから、金属ビードを形成する基板の硬度を低く設定することも可能である。例えば、安価にするために、高い硬度のステンレス鋼からメッキ処理軟鋼材を採用しても良い。また、弾性シール材として、シールに必要なビードライン上下のみで使用量が少ない。
なお、金属ビードは増厚部高さより僅かに高ければ良く、ゴムビードは金属ビード高さと同等か僅かに高い設定で金型設定する為に加工精度が安定している。仮に高さが増厚部より３０％高くても弾性シール材のの変形破壊も無く、発生荷重も軟鋼材ビードと軟質なゴムビードの合成力で強くなく、燃焼ガス圧シールに影響するほどの荷重の損失は無い。
次に、請求の範囲第２項に記載した発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、基板の外周端部側に対し、増厚した金属製の第２増厚部を設けることを特徴とするものである。
本発明によれば、締め付け面圧の殆どは金属製の二つの増厚部で受け持つ。また、基板外周側にも増厚部があることから、上記ビードの圧縮変形量を安定して所定の値に設定可能となる。
次に、請求の範囲第３項に記載した発明は、請求の範囲第２項に記載した構成に対し、上記第１増厚部は、対象とする接合面間に介挿したときに面圧が均等化するように、部分的に高さが変更され、且つ、当該第１増厚部における最低の高さよりも第２増厚部の高さが低いことを特徴とするものである。
本発明によれば、第１増厚部によるシール圧が均等化してボルト締付け力の効率化が図られる。また、燃焼室孔周縁における円周方向に沿った圧が均等化するということは、当該第１増厚部に当接する接合面の燃焼室の開口部周縁への圧も周方向に沿って均等化し、もって当該開口部の開口形状が、第１増厚部のシール圧で変形することが防止される。当該接合面に開口した開口形状が変形すると、パワーロスやオイル消費の増大に繋がる。
また、ボルト締付け力の大部分を受け持つ第１及び第２増厚部において、第２増厚部を相対的に低く設定することで、最大荷重が第１増厚部に負荷されて高いシール圧を発生可能としている。
次に、請求の範囲第４項に記載した発明は、請求の範囲第３項に記載した構成に対し、上記第１増厚部は、燃焼室孔端部を折り返して形成され、その折り返し部内にシムを入れることで、当該第１増厚部の高さ調整することを特徴とするものである。
本発明によれば、上述のように基板の硬度を下げることが可能となるので、折り曲げ加工による第１増厚部の成形がその分、容易となると共に、シムによって第１増厚部の高さ調整を行うことが可能となる。
また、第２増厚部を折り返しで形成した場合には、シムを介装することで第２増厚部に鍛圧加工等を施さなくても、当該第２増厚部の高さを第１増厚部よりも低く設定することが可能となる。
次に、請求の範囲第５項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記第１増厚部は、燃焼室孔端部を折り返して形成され、その折り返し部内に基板板厚方向にバネを発揮する板バネを介挿したことを特徴とするものである。
本発明によれば、第１増厚部の全周若しくは一部が、板バネによって弾性を持つことで、周方向に沿った面圧が均等化しやすくなると共に、第１増厚部がバネを持つことで、エンジン運転時に発生する熱歪変形に追従可能となって、第１増厚部における当該熱歪変形にも追従した面圧の均等化が可能となる。
次に、請求の範囲第６項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記各ビードは、ビード延在方向に沿って、ビードの突出高さ及び幅の少なくとも一方を部分的に変更することで、ビード延在方向に沿ったビードによるシール面圧を均等化することを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第７項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記第１ビードと第２ビードとの間に位置する基板部分であり、且つ上記基板の少なくとも金属ビード凸部側表面に対し、上記弾性シール材よりも薄い耐食性の皮膜を固着することを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第８項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記ゴムビードを構成する、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に対し、１条若しくは２条以上の突起をシールラインに沿って設けたことを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第９項に記載した発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した構成に対し、上記ゴムビードを構成する、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方における、シール面圧が相対的に低い部分に対し、１条若しくは２条以上の突起を設けたことを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第１０項に記載した発明は、請求の範囲第８項に記載した構成に対し、上記各条の突起は、延在方向に沿った突起高さ及び幅の少なくとも一方が、突起形成位置におけるシール面圧に応じて変更され、シール面圧が小さいほど、上記突起高さ及び幅の少なくとも一方の値を大きく設定することを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第１１項に記載した発明は、請求の範囲第８項に記載した構成に対し、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に複数条の突起を設け、その複数条の突起において、突起高さ及び単位長さ当たりの面積の少なくとも一方を、突起形成位置のシール面圧に応じて異ならせることを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第１２項に記載した発明は、請求の範囲第８項、１０項、１１項のいずれか１項に記載した構成に対し、複数枚の基板が積層されて構成されることを特徴とするものである。
発明を実施するための最良の形態
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態の金属ガスケットを説明するための平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図、図３は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
まず、本実施形態の金属ガスケットの構成について説明する。
本実施形態の金属ガスケット１は、内燃機関用のシリンダーヘッドガスケットの一例である。この金属ガスケット１の基板２０は、例えばステンレス鋼板、軟鋼板、鋼板等の薄肉金属板からなる。ここでは、低コスト品とするために、本実施形態では、基板２０の材料として軟鋼板を使用したとして説明する。
その基板２０には、図１に示すように、長手方向に沿って複数の燃焼室孔２が開口し、各燃焼室孔２の端部全周は、上方に折り返されて第１増厚部３を形成している。その第１増厚部３の高さは、例えばボルト孔６に近い位置では相対的に高さが低くなるように設定するなど、延在方向に沿って面圧が均等化するように、当該第１増厚部３の高さは延在方向に沿って抑揚が付けられている。
その第１増厚部３の外周側位置に、上記燃焼室孔２の周縁に沿って当該燃焼室孔２を無端環状に囲繞するように第１シールラインＳＬ１が設定されている。その第１シールラインＳＬ１の外周側位置に、各燃焼室孔２の周縁に沿って複数の冷却水孔８が配置されている。
その複数の冷却水孔８よりも外周側には、当該複数の冷却水孔８を全部包含するように第１シールラインＳＬ１が設定されている。第１シールラインＳＬ１と第２シールラインＳＬ２との間の基板２０部分には、冷却水孔８以外の開口が無いように、当該第２シールラインＳＬ２を設定する。
その第２シールラインＳＬ２の外側に、ボルト孔６が開口している。符号７は、オイル孔を表している。
また、上記ボルト孔６やオイル孔７を囲むように第３シールラインＳＬ３が設定されている。
なお、上記各シールラインＳＬ１〜ＳＬ３は、隣接する部分については共通化されて１本のシールラインに統合されている。
さらに、基板２０の外端部の一部には、上側に折り返されて第２増厚部９が形成されている。該第２増厚部９の高さは、鍛圧成形によって、上記第１増厚部３における最小高さよりも若干低い高さに設定してある。
そして、上記各シールラインＳＬ１〜ＳＬ３に沿って、図２及び図３のように、ビードＢＤが形成されている。本実施形態のビードＢＤは、図２及び図３に示すように、金属ビード４，５とゴムビードとが合成した構成となっている。
本実施形態の金属ビード４，５は、基板２０の一方の面側（上側）にのみ突出するように当該基板２０を屈曲成形してなるフルビードであって、そのビード高さが、上記第１増厚部３よりも高くなるように設定されることで、板厚方向に弾性変形してシール圧を発生可能となっている。
上記ゴムビードは、上記金属ビード４，５の凸部側の基板２０表面に固着した弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ、及び金属ビード４，５の各凸部の裏側に位置する凹部内に充填された弾性シール材１０，１２から構成されている。この弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ及び１０，１２は、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等の、耐食性かつ弾性を有する素材から構成すれば良い。
各金属ビード４，５の凸部側に固着された弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂは、少なくとも金属ビード４，５の幅方向両側を覆うように基板２０の表面に固着している。また、上記各金属ビード４，５の凸部側に固着された上記弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂの高さは、それぞれ金属ビード４，５の凸部高さと同一若しくは略同一とされ、且つ上面が基板２０の平坦面と略平行とされている。なお、上記弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂの高さを金属ビード４，５の凸部高さよりも若干高めに設定しても良い。但し、第１増厚部３の高さで規制される圧縮変形量が３５％以内（予め素材によって判明している、座屈しない圧縮変形量）に抑えられる高さにする必要がある。
一方、各金属ビード４，５の凹部内に充填される弾性シール材１０，１２の充填量は該凹部内の容積と略同一とされて基板２０の平坦面と略面一になっている。
次に、上記金属ガスケットの作用・効果等について説明する。
上記構成の金属ガスケット１を、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締結ボルトで締め付けると、ゴムビードを構成する弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂおよび弾性シール材１０，１２が、各金属ビード４，５と共働して板厚方向に圧縮変形すると共に、締め付け終了時においては、最も板厚が厚い部分である第１増厚部３と他の部分との板厚差により当該第１増厚部３に最も面圧が集中して最大荷重が作用する。
これによって、接合面において、圧力の高い燃焼ガスを第１増厚部３でシールできると共に、その外周側が第１及び第２シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って形成された各ビードＢＤ（金属ビード４，５とゴムビード）の弾性反発力によって、その間に存在する冷却水の漏出を面シールする。
そして、ビードＢＤの最大圧縮変形量は、第１増厚部３によって規制されることで、従来よりも大きな、すなわち基板２０一枚分相当の隙間を有する隙間空間ＳＰが第１シールラインＳＬ１と第２シールラインＳＬ２との間に形成され、これによって、金属ガスケット１等の冷却効果が向上する。すなわち、上記隙間空間ＳＰに冷却水孔８から冷却水が入り、運転時に発生する高熱と同時に冷却水を圧送するウオータポンプの稼動で、隙間空間ＳＰ内の冷却水が流動してエンジン接触面から熱を奪うと同時にガスケット１も冷却し、ガスケット１に成形しているゴムビードの熱による劣化も防止する。
このとき、本発明のビードＢＤは、金属ビード４，５とゴムビードの合成されたバネ力でシールするが、上下の接合面と接触するビードの各シール面は弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ及び１０，１２であるのでガスケット係数を小さく設定でき、且つ低い面圧でシールすることが可能となり、上述のように圧縮変形量を規制して隙間空間ＳＰの隙間量を従来よりも大きくしても問題はない。
また、上下シール面が弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ及び１０，１２からなる面シールとなることで、接合面に巣穴などがあっても、十分にシールして水漏れを防止可能となる。さらに、ゴムビードは加工粗さや搬送中に発生する傷に対しても十分にシールできる能力をもつ。
また、上述のように、ビードＢＤのガスケット係数を小さくできることから、硬度の低い安価な軟鋼板から基板２０を成形しても問題ない。また、弾性シール材１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ及び１０，１２の使用量は、シールに必要なビードライン上下部分だけであるので当該使用量は少なくて済む。
なお、金属ビード４，５は第１増厚部３の高さより僅かに高ければ良く、ゴムビードは金属ビード４，５高さと同等が僅かに高い設定で金型設定する為に加工精度が安定している。仮に高さが第１増厚部３より３０％高くても弾性シール材の変形破壊も無く、発生荷重も軟鋼材からなる金属ビードと軟質なゴムビードの合成力で強くなく、燃焼ガス圧のシールに影響するほどの荷重の損失は無い。
また、第１増厚部３の円周方向に沿って厚さに抑揚変化を付けることによりシール圧が均等化してボルト締付け力の効率化が図られる。さらに、燃焼室孔２の周縁における円周方向に沿った圧が均等化するということは、当該第１増厚部３に当接する接合面の燃焼室（ボア）の開口部周縁への圧も周方向に沿って均等化し、もって当該燃焼室の真円度が、第１増厚部３のシール圧の不均等で損なわれることが防止される。なお、燃焼室（ボア）の真円度が損なわれると、パワーロスやオイル消費の増大に繋がる。なお、ボルト締付け力の大部分を受け持つ第１及び第２増厚部９において、第２増厚部９を相対的に低く設定することで、最大荷重が第１増厚部３に負荷されて高いシール圧を発生可能としている。
また、基板２０は硬度が低い軟鋼板で構成されているので、折り曲げ加工による第１増厚部３や第２増厚部９の成形が容易となっている。
ここで、上記第１増厚部３の周方向に沿った高さの抑揚変化は、鍛圧加工によって調整しても良いが、図４に示すように、折り返し内にシム１４ａを挟み込んで高さ調整を行っても良い。また、第１増厚部３の全周にシム１４ａを挟み込んだ場合には、そのシム１４ａの最小板厚部分が、第１増厚部３の最小板厚となり、第２増厚部９については、上記のような鍛圧成形をすることなく、第１増厚部３よりも高さを低くすることができる。すなわち、第１増厚部３にシム１４ａを挟み込むことで、第２増厚部９について鍛圧成形が不要となる。また、シム１４ａを挟み込むことで、第１増厚部３の高さがその分高くなることから、冷却水が循環する隙間空間ＳＰの隙間がその分広く設定することが可能となり、より冷却効果が向上する。
また、このとき、図５に示すように、板厚方向に弾性変形可能な板バネ１４ｂをシム１４ａとして上記第１増厚部３に挟み込んでも良い。この場合には、上記効果の他に、板バネ１４ｂの弾性力によって、第１増厚部３の周方向に沿った面圧が均等化しやすくなると共に、第１増厚部３がバネを持つことで、エンジン運転時に発生する熱歪変形に追従可能となって、第１増厚部３における当該熱歪変形に追従した面圧の均等化が可能となる。
また、上記実施形態では、金属ビード４，５がフルビードの場合を例示したが、図６に示すように、第２シールラインＳＬ２に沿って形成するビードＢＤについて、その金属ビード５をハーフビードで構成しても良い。すなわち、シール幅が狭くフルビードのシール幅を設けるだけの広さを確保できない部分については、金属ビード５をハーフビードとしてシール幅を狭くすればよい。
また、上記実施形態では、折り返して増厚部を形成する場合を例示しているが、これに限定されない。例えば、図７に示すように、基板２０より板厚の薄い板片３０を溶接で固着して第２増厚部９とし、鍛圧成形を不要としても良い。またはボルト孔端部を折り返して第２増厚部としても良い。
また、金属ビード４，５の延在方向に沿った、ビードの突出高さ及び幅の少なくとも一方を部分的に変更することで、ビード延在方向に沿ったビードによるシール面圧を均等化するようにしても良い。たとえば、相対的にボルト近傍ではビードの突出を低くしたり、ビード幅を小さく設定する。シール圧を均等化することで、より正確にシールすることが可能となる。
また、上記第１ビードと第２ビードとの間に位置する基板部分に対して、耐食性の薄膜皮膜を固着しても良い。これによって、常時、水と接触する基板表面の錆が防止される。
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。
本実施形態の基本構成は、上記実施形態と同様であるが、ビードの構成が若干異なっている。
すなわち、各シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿ってビードが形成されている。
本実施形態のビードＢＤは、図８及び図９に示すように、フルビードからなる基板ビード６とゴムビード８，１０との合成により構成されている。
上記基板ビード６は、基板２を板厚方向に屈曲して成形され、上記増厚部１６側に当該増厚部１６よりも高い凸状の形状となっている。
また、上記ゴムビードは、上記基板ビード６の凹部内に充填された第１の弾性シール材１０と、上記基板ビード６の凸部側に固着した第２の弾性シール材８とから構成されている。
上記第１の弾性シール材１０は、その表面が、基板２下面と略面一の平面となるように設定されているが、そのビード幅方向略中央部には、下側に凸の突起１１がシールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って延びるように形成されている。
また、第２の弾性シール材８は、ビード凸部表面とそれに連続する平坦面部分に、つまり基板ビード６幅よりも僅かに広い幅で第２の弾性シール材８が形成されている。また、第２の弾性シール材８の高さは、基板ビード６の高さとほぼ同じ高さであって、その表面（上面）はほぼ平坦となるように設計されている。
ここで、上記第２の弾性シール材８の幅は、基板ビード６の幅の１．５倍以内が好ましい。余り広くなると荷重が必要以上に増加してしまう。また、第２の弾性シール材８の高さは、基板ビード６の高さの０．９〜１．１倍の範囲の高さが好ましい。
また、基板２に設けたボルト孔４などの開口の数やその種類、シールラインＳＬ１，ＳＬ２の位置などは、金属ガスケット１を介装するシリンダヘッド及びシリンダブロックの種類によって当然に異なる。
そして、上記構成の金属ガスケット１は、エンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面間に介装して締結ボルトで締め付けることが組み付けられ、上記締結ボルトの締付け力によってビードが変形し、シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って所要のシール圧を発生することで、オイルなどのシールを行う。
また、上記締付け時に、燃焼室孔３の端部に設けた増厚部１６によって、ビードの圧縮変形量が制限されると共に、当該増厚部１６に高い面圧が発生し、当該増厚部１６によって、高温、高圧な燃焼ガスをシールしている。
ここで、ガスケット価格を下げるために増厚部１６の面上に何も塗布しない場合には、エンジン加工面（接合面）とガスケット増厚部１６との接触はメタル接触となり、エンジン加工ツールマークによる３〜６ミクロンの凹凸が上記加工面に存在する。そして、エンジンの稼働による爆発圧は常時加圧では無く、脈動加圧であることで、増厚部１６から外周側に向けて若干の圧漏れは有る。しかし、増厚部１６の外周側を囲むビードＢＤによってシールされる。
本実施形態のビードＢＤは、圧縮変形した基板ビード６とゴムビードとの合成バネによって所要のシール圧を発生する構造であるので、基板ビード６を構成する基板２の硬度をその分下げることが可能となっている。また、上下両接合面と接触するビードの部分は、圧縮変形した弾性シール材８，１０の平坦面となり、その軟質な弾性シール材８，１０が、当接した接合面部分にあるエンジンの加工ツールマークを埋めることで、上記のように脈動加圧であっても、増厚部１６から漏れた燃焼ガスを完全にシールすることができる。
ここで、弾性シール材を基板ビード６の凹部内のみに充填した構造の場合には、その弾性シール材１０が圧縮変形することで、基板ビード６及び基板ビード６にに続く両側の平坦部分が上側に反るように変形させる外力が発生する。そして、基板ビード６の疲労破壊を抑え且つ基板２コストを抑える目的で基板２の硬度を下げるほど、上記上側に反るような変形が顕在化するおそれがあるが、本実施形態では、凸部側にも第２の弾性シール材８を配置することにより、当該第２の弾性シール材８の圧縮変形によって、基板ビード６及び基板２の上記変形を防止して、凹部の第１の弾性シール材１０によるシール性能の劣化を防止している。
また、第１の弾性シール材１０を充填成形する際に、高温→冷却開放過程で中央部が僅かに凹むおそれがあるが、本実施形態では、上記中央部に突起１１，９を形成することで、締付け軸力が弱いエンジンに採用しても、低コストで安定したシール性能を燃焼室孔３外周に確保することができる。なお、ボルト締付けによって上記突起１１，９は押しつぶされた状態となって、平坦になっている。
また、ボルト孔４の近傍位置は、締め付け条件が良ければ問題とならない。しかし、オイル孔５やチェーンチャンバー孔１７は締めボルトから遠いために締め付け条件が悪く、また、エンジンは使用回数だけ冷熱サイクルを繰り返しある程度の軸力低下が発生し、さらに、エンジン稼動中の熱で変形して運転中にはシール条件を更に悪くしている。
これらの悪条件下でも完全シールを果たすために、既存技術は基板ビード６の凹面の弾性シール材１０を充填したビード構造は、基板２の硬度を上げればバネ力は発生するが、振動振幅で疲労破壊することがあり、余り硬度を上げることは好ましくなく、一方、硬度を落とすと上述のような変形が発生してバネ力を低下する原因となる。この欠点を補うために、本実施形態では、上述のように、基板ビード６の凹面部に第１の弾性シール材１０を充填することに併せて、反対側の凸部側にビード幅以上の幅で、高さが基板ビード６高さとほぼ同じ高さの第２の弾性シール材８を成形して、基板２及び基板ビード６の変形を防止するしている。
ここで、基板２の硬度を低くすることでバネ力は低下するがビード凹部に充填した第２の弾性シール材８を、ビード凸側に基板ビード６高さと同じ高さで成形したために凹部に充填した弾性シール材１０による変形を規制し、硬度の高い材質で基板２を構成したときと同等かそれ以上のばね力をビードＢＤに持たせることが可能となっている。
さらに、弾性シール材１０をモールド加工する際、基板ビード６の凹部側は、基板２の平面部と面一となるように加工するが、加工中は温度が高く熱膨張しており冷却開放した時にゴム厚の厚い中央部で熱膨張差分だけ収縮して微少に凹み、締め付け条件の悪い、締め付けボルトからオーバハングしている部分で、面圧が低下して圧漏れすることが有る。
これに対し、本願発明では、基板ビード６の凹部に充填する弾性シール材１０表面の中央部に小さな突起１１を形成することで、締め付け荷重を余り増加させることなく変形して、面圧が低下した時に第２の弾性シール材８表面に形成した突起１１が隆起して変形追従する。この突起１１の面積は狭いが、高い面圧を発生してシールを完全にする事が出来る。すなわち、締付けボルトから外周側に離れた位置のために、面圧が相対的に小さくなりがちであるが、通常時は締め付け荷重によるビードの圧縮変形による基板ビード６の両面に設けた弾性シール材が対向する接合面に押し付けられてシールする。このとき、凹部側の弾性シール材１０に形成した突起１１は凹部内に押し込まれた状態に変形して、接合面の平面に追従し、ほぼ基板２の平坦面（下面）と面一の状態となっている。
この定常状態から、振動などで、上記ビード位置における対向する接合面間のクリアランスが大きくなって一時的に面圧が低下すると、ビードの圧縮変形量が小さくなり、シール圧が低下するが、凹部側の弾性シール材１０にあっては、上記クリアランスの拡大に応じて突起１１が自動的に隆起して対向する接合面との間の接触を確保すると共に接触面積が小さくなることで突起１１による面圧が高くなってシール状を保持することができる。また、クリアランスが小さくなるにつれて上記定常状態に復帰する。
なお、上記説明では、対向する接合間のクリアランスの変化による面圧低下を例に説明しているが、対向する接合間のクリアランスが変化しない場合であっても、経時劣化でバネ力が弱くなって面圧が小さくなる場合でも、上記のように、面圧の低下に応じて上記突起１１位置に荷重が集中することで（この場合には突起１１，９は必ずしも隆起しない）、突起１１位置での面圧が高くなって所定のシール圧が確保することができる。
ここで、上記ビード位置における接合面間の変動幅が大きい場合には、図１０に示すように、基板ビード６凸部側の弾性シール材にも突起９を形成しておくと良い。
また、ビード幅方向に並ぶ突起１１，９の数は、１条に限定されず、図１１〜図１３に示すように、２条以上であっても良い。また、２条以上設ける場合には、その突起１１，９高さを異ならしても良いし、その大きさについても異ならしても良い。複数条の突起１１，９を形成すると、面圧の負荷を抑え、且つ面圧低下時には、複数の突起１１，９でラビリンス効果を持たせたり、シールラインＳの事実上の増加によって安定したシール性を長期間に渡って確保出来ると言う効果が得られる。
さらに、複数条の突起１１，９について、図１４〜図１７に示すように、各突起１１，９の大きさや形状（縦断面形状や平面視における単位長さ当たりの面積）を異ならせて突起１１，９の最適化を図ることで上記効果の増大を図ることが出来る。すなわち、ビード幅方向に並んで２条以上設ける場合は、相対的に、面圧が高い側の突起１１，９を低くしたり、単位長さ当たりの面積を小さく設定することが好ましい。
シールラインに沿って延びる１条の突起１１，９においても、突起１１，９形成位置における面圧に応じて、突起１１，９高さや形状を変更するようにしても良い。すなわち、相対的に面圧が小さくなる部分ほど、突起１１，９高さを高くしたり、突起１１，９の幅を広くする。
ここで、上記突起１１，９は、シールラインＳＬ１，ＳＬ２に沿って、シールラインＳＬ１，ＳＬ２の全部に連続して設けても良いし、所定間隔毎に断続的に形成しても良い。
上記突起１１，９を、シールラインＳＬ１，ＳＬ２に対し部分的に形成する場合には、ボルト孔４から離れた相対的に面圧の低い位置や対向する接合面間のクリアランスの変動が相対的に大きい部分（面圧変動の振幅が相対的に大きい部分）に形成することが好ましい。
また、上記実施形態では、基板ビード６は、フルビードの場合で説明しているが、基板ビード６がステップ状のハーフビードであっても適用可能となる。すなわち、図１８及び図１９に示すように、ステップ状の基板ビード６の凸側（基板平坦より凸となる部分）に第２の弾性シール材１２を固着し、その凸の裏側の凹部分に第１の弾性シール材１４を設けると共に肉厚の厚い部分に突起１３，１５を形成する。作用・効果については、上記実施形態と同様である。
ここで、増厚部１６近傍のビードＢＤにあっては、図２０に示すように、凸側の第２弾性シール材について、凸部の斜面の両側に必ずしも設ける必要はない。すなわち、増厚部１６側は、面圧が相対的に高く且つ基板を拘束するが力が強いので、基板の変形が抑止されるためである。締付けボルト近傍についても同様である。
なお、上記突起１１，９の高さは、突起形状を問わず、増厚部１６の板厚まで変形した際の変形率が２５％以下となるように設計することが好ましい。
また、上記例は、基板が一枚からなる金属ガスケットの場合であるが、介装する接合面間に応じて、上記の構成の基板を複数枚積層して金属ガスケットとしても良い。この場合、必ずしも、従来例のように基板ビードの凸部側が対向するように積層する必要はない。
その他の構成や作用効果などについては、上記実施形態と同様である。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明を採用すると、金属ビードの加工精度の向上を図ることが出来ると共に、金属ガスケット自体及び金属ガスケットを介装する接合面への冷却効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に基づく実施形態に係る金属ガスケットを説明するための要部平面図である。
図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
図３は、図１のＢ−Ｂ断面図
図４は、第１増厚部の他の実施形態を説明する断面図である。
図５は、第１増厚部の他の実施形態を説明する断面図である。
図６は、ビードの他の実施形態を説明する図である。
図７は、第１増厚部の他の実施形態を説明する断面図である。
図８は、本発明に基づく第２実施形態に係るビードを示す断面図である。
図９は、本発明に基づく第２実施形態に係るビードを示す断面図である。
図１０は、突起形成の別の例である。
図１１は、突起形成の別の例である。
図１２は、突起形成の別の例である。
図１３は、突起形成の別の例である。
図１４は、突起形成の別の例である。
図１５は、突起形成の別の例である。
図１６は、突起形成の別の例である。
図１７は、突起形成の別の例である。
図１８は、基板ビードがハーフビードの例である。
図１９は、基板ビードがハーフビードの例である。
図２０は、第２の弾性シール材の変形例である。
図２１は、従来の金属ガスケットを説明するための平面図である。
図２２は、図２１におけるＤ−Ｄ断面図である。
図２３は、従来の金属ビードを説明する図である。

Claims (12)

1. 少なくとも燃焼室孔及び冷却水孔が開口した薄肉金属板を基板として、
   燃焼室孔の端部を囲むように増厚した金属製の第１増厚部と、上記第１増厚部の外周側で上記燃焼室孔を無端環状に囲繞する第１ビードと、上記第１ビードよりも外周側で上記燃焼室孔及び冷却水孔を無端環状に囲繞する第２ビードと、を備え、
   上記第１ビードと第２ビードとの間に位置する基板部分には、冷却水孔以外の開口が存在せず、かつ、上記第１ビード及び第２ビードは、それぞれ金属ビードとゴムビードとの合成から構成されてなり、
   上記金属ビードは、基板を板厚方向に屈曲して上記第１増厚部より高い凸部を一方の面側にだけ成形して構成され、
   上記ゴムビードは、金属ビード凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填されて上記金属ビードの変形と共に板厚方向に圧縮変形する弾性シール材から構成され、上記凸部側表面の弾性シール材を、少なくとも金属ビード凸部表面に固着すると共に金属ビードのビード高さと同一若しくは略同一の高さに設定してなることを特徴とする金属ガスケット。
2. 基板の外周端部側に対し、増厚した金属製の第２増厚部を設けることを特徴とする請求の範囲第１項に記載した金属ガスケット。
3. 上記第１増厚部は、対象とする接合面間に介挿したときに面圧が均等化するように、部分的に高さが変更され、且つ、当該第１増厚部における最低の高さよりも第２増厚部の高さが低いことを特徴とする請求の範囲第２項に記載した金属ガスケット。
4. 上記第１増厚部は、燃焼室孔端部を折り返して形成され、その折り返し部内にシムを入れることで、当該第１増厚部の高さ調整することを特徴とする請求の範囲第３項に記載した金属ガスケット。
5. 上記第１増厚部は、燃焼室孔端部を折り返して形成され、その折り返し部内に基板板厚方向にバネを発揮する板バネを介挿したことを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
6. 上記各ビードは、ビード延在方向に沿って、ビードの突出高さ及び幅の少なくとも一方を部分的に変更することで、ビード延在方向に沿ったビードによるシール面圧を均等化することを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
7. 上記第１ビードと第２ビードとの間に位置する基板部分であり、且つ上記基板の少なくとも金属ビード凸部側表面に対し、上記弾性シール材よりも薄い耐食性の皮膜を固着することを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
8. 上記ゴムビードを構成する、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に対し、１条若しくは２条以上の突起をシールラインに沿って設けたことを特徴とする請求の範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
9. 上記ゴムビードを構成する、上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方における、シール面圧が相対的に低い部分に対し、１条若しくは２条以上の突起を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第４項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
10. 上記各条の突起は、延在方向に沿った突起高さ及び幅の少なくとも一方が、突起形成位置におけるシール面圧に応じて変更され、シール面圧が小さいほど、上記突起高さ及び幅の少なくとも一方の値を大きく設定することを特徴とする請求の範囲第８項に記載した金属ガスケット。
11. 上記凸部側表面に固着した弾性シール材表面、及び上記凹部に充填された弾性シール材表面の少なくとも一方に複数条の突起を設け、その複数条の突起において、突起高さ及び単位長さ当たりの面積の少なくとも一方を、突起形成位置のシール面圧に応じて異ならせることを特徴とする請求の範囲第８項に記載した金属ガスケット。
12. 複数枚の基板が積層されて構成されることを特徴とする請求の範囲第８項、１０項、１１項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。

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