JPWO2003085294A1 - 金属ガスケット - Google Patents

Abstract

燃焼室孔と外周部との間に基板（１０）を屈曲形成して形成された凸状の金属ビード（１４，１５）を備え、該燃焼室孔の周囲を他の部分より厚い第１の増厚部（１２）として板厚差を設けることにより、シリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面間に介装して締結ボルトで締め付ける際に上記第１の増厚部（１２）に面厚を集中させて上記接合面間をシールするようにした金属ガスケットである。上記締結ボルトで締め付ける際に上記金属ビード（１４，１５）と共働して板厚方向に圧縮変形する弾性シール材（２４）を該金属ビード（１４，１５）の凸部（１４ａ，１５ａ）に固着すると共に、その凸部裏側に位置する凹部（１４ｂ，１５ｂ）に充填してゴムビード（２４）にする。これにより、低コスト化を図ると共に、安定したシール性能を長期に渡って確保する。

Description

技術分野
本発明は、対向する接合面間に介装される金属ガスケットであって、例えば内燃機関を構成する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当該接合面間をシールする金属ガスケットに好適なものである。
背景技術
従来のこの種の金属ガスケットとしては、例えば特開平６−１０１７６１号公報に記載される、図５１に示すようなものがある。すなわち、基板１の燃焼室孔２側の端部および外周縁部を折り返したり、或いはシム板３を取り付けて燃焼室孔２の周囲に第１の増厚部Ｘを形成すると共に、基板１の外周部に第１の増厚部Ｘより薄い第２の増厚部Ｃを形成して板厚差を設け、更に、第１の増厚部Ｘの周囲両面にゴムビード４を固着すると共に、第２の増厚部Ｃの内側両面にゴムビード４より低いゴムビード５を固着したものが知られている。
そして、かかる構成の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接合面間に介装して締結ボルトで締め付けると、各ゴムビード４、５が板厚方向に圧縮変形し、締め付け終了時においては、最も板厚が厚い第１の増厚部Ｘと他の部分との板厚差により該第１の増厚部Ｘに最も面圧が集中して最大荷重が作用する。
これにより、上記第１の増厚部Ｘの面圧とゴムビード４の弾性反発力、および上記第２の増厚部Ｃの面圧とゴムビード５の弾性反発力による４重シールがなされ、また、第１の増厚部Ｘによる増厚部効果によりゴムビード４の全屈が防止されると共に、第２の増厚部Ｃの増厚部効果によりゴムビード５の全屈が防止される。
また、第２の従来の金属ガスケットとしては、例えば実開昭６３−１８０７６９号公報に記載されているものが有る。
この金属ガスケットは、ステンレス鋼板などの剛性ある薄板金属から基板を形成し、該基板に対し燃焼室孔、ボルト孔、オイル孔等の各種の孔を開口し、さらに、シールが必要な孔の周囲をシールラインに沿ってフルビードで囲繞してシールしている。また、エンジンの運転で発生する振動振幅による繰り返し応力が金属ガスケットに入力されるが、当該繰り返し応力によるビードの疲労破壊を防止するために、ビードの板厚方向の変形量を抑える増厚部が燃焼室孔の周縁全周に沿って設けられている。
ここで、エンジンの軽量小型化が進むにつれて、隣り合う燃焼室孔間のクリアランスが小さくなり、当該隣り合う燃焼室孔の間である孔境界部では、ビード及び増厚部を設けることができる範囲が狭くなることから、上記従来技術では、上記孔境界部におけるビードを共通化すると共に、増厚部については、隣接する燃焼室孔間の当該燃焼室孔周縁に沿ったクリアランスに応じて、上記孔境界部の中央位置では、燃焼室孔に沿って最小限の幅の増厚部を設け、且つ上記孔境界部の端部位置には広幅の増厚部を設けるようにしている。
ここで、板厚方向に弾性変形するビードで、シールに必要なシール圧を確保するために、上記従来の基板は、上述のように高剛性の材料を素材としている。
さらに、第３の従来の種の金属ガスケットとしては、例えば特開昭６３−２１０４６５号公報に記載されたものがある。
この金属ガスケットでは、ビードが、基板を屈曲してなる金属ビードで構成される（図５２参照）と共に、図５３及び図５４に示すように、シールライン５０が合流・分岐する合流分岐部Ｍでは、ビード幅が相対的に広くなり、合流後は、再び１本のシールライン５０に統合されて徐々にビード幅は狭くなっている。
また、特開平１−３０００４３号公報に記載された合流分岐部の形状もある。すなわち、図５５に示すように、一方の面側に山形に突出したフルビードから２本のステップ状のハーフビードに分岐し、また、２本のハーフビードが合流してフルビードになる合流分岐部が開示されている。このビードは、基板を屈曲してなる金属ビードのみからなるものである。
さらにまた、第４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５９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。
しかし、上記図５１に示すような第１の従来の金属ガスケットにおいては、基板１の両面にゴムビード４、５を設けているが、例えばゴムビード４の高さは第１の増厚部Ｘの基板１の折り返し部分の板厚をｔ０とすると、ゴムビード４が基板１の両面に設けられていることから、ｔ０／２＋圧縮変形量（（ｔ０／２）×０．４（ｍａｘ４０％））となり、仮にｔ０を０．５ｍｍとした場合にはゴムビード４の高さは上式より０．３５ｍｍとなる。このように、基板の板厚が厚い場合には十分加工精度に見合う圧縮変形量を設定できるものの、基板の板厚が薄い場合には、ゴムビードの圧縮変形量が小さくなり、この結果、ゴムビードの成形加工が難しくなると共に加工精度も厳しくなってコスト高になるという問題がある。
また、ゴムビード４とゴムビード５との間の基板１には、通常、水孔が形成されているため、該ゴムビード４、５が冷却水に直接曝されることになって耐久性が低下するという問題がある。
また、上記第２の従来の金属ガスケットは、ビードの弾性変形による十分なシール圧を確保するために、基板として高剛性の金属薄板が採用され、その高剛性の金属薄板の採用によるビードの疲労破壊を防止するために増厚部構造が採用されているが、エンジンの進化は止まることなく、更なる小型軽量化、高性能化、省燃費化等が図られた結果、燃焼温度は上がり、また振動振幅も増幅化する傾向にある。このため、上記のように増厚部構造を採用してビードの疲労破壊を防止するようにしても、上記従来例の金属ガスケット構造では、予定寿命よりも短い時間でビードに疲労破壊が起こる可能性がある。
また、エンジンは、軽量化と加工の容易さからアルミ化が進んでいるが、アルミ鋳造でシリンダブロックやシリンダヘッドを製造した場合には、鋳造時に鋳巣孔が発生するため、接合面を加工する際に、ビードのシールラインを跨ぐように巣穴と巣穴が繋がって、十分なシールができない箇所が発生することがある。
さらに、エンジンの接合面は平面加工されるが、その加工の際に加工ツールマークが発生する。このツールマークを埋めるために、従来にあっては、ガスケット表面に対し、ツールマーク溝深さの約２倍の膜厚を有する耐熱性ゴムを塗布して基板全面にゴム被膜を形成しているが、加工粗さが粗いとゴムの塗布膜厚を厚くする必要がありトルクダウンに繋がる。
またこのように、ビード表面は薄いゴム被膜で被覆されていると共に、ビードの曲げアール部でシールする構造となるが、ビードは、剛性の高い金属薄板を成形してなるため反発力も大きく、増厚部効果で減免してはいるものの、上記アール部に内部応力が集中するために、疲労破壊に繋がったり、振動振幅で被覆しているゴムが削り取られたとき、ガスケットの曲げアール部の金属が直接エンジンシール面に接触するために、フレッチングが起こり、ガス漏れや疲労破壊に繋がる原因となることがある。
さらに、小型軽量化でエンジンの剛性が低下しており、ボルトによる締付け軸力を低減しないとボア変形が増大してオイル消費やパワーロスの増大に繋がる。このため、従来よりも締付け軸力を低減しても十分なシール性能を有する金属ガスケットの需要が高いものと思われる。
また、第３の従来の金属ガスケットのビードでは、金属ビードによるメタル接触かつ線接触でシールする。このため、基板つまりビードを構成する部材を高硬度材とすることでビードのバネ応力を高めて、要求されるシール圧を確保する必要がある。
すなわち、図５３や図５４のように、シールライン５０の合流分岐部Ｍでは、どうしてもビード幅が部分的に広くなる箇所が発生するが、上述にように金属ビードのバネ力でのみシールする構造であり、ビードの曲げＲの３点（図５２の符号Ａ、Ｂ、及びＣを参照）での線シールとなって、ビード幅が広くなった合流分岐部Ｍの部分では、それだけＡ−Ｂ間のスパンが広くなってバネ力が弱くなり相対的にシール面圧が低くなる。しかしながら、シールライン５０の合流分岐部Ｍの外側ラインＲは大きく出来ない。
そして、シールライン５０の合流分岐部Ｍ周りでは、相対的にビード幅が狭く小さなＲ部を形成するビード部で剛体に近い強いバネ力となり、その強いバネとなるビード部の近くに上述のようなビード幅が広くバネ力が小さいつまりシール面圧が弱い箇所が部分的に出来てしまい、その部分に高圧が掛かると部分的に変形して圧漏れや液漏れに繋がる。
この問題を考慮した金属ガスケットとして、図５６及び図５７に示すようようなものがある。この金属ガスケットのビードでは、合流分岐部Ｍに入ってくるシールライン５０のビード幅を出来るだけ一定に保つようにして合流させている。しかしながら、上述のように、高いバネ力を発生させる為に剛性の高い高硬度材を使用していることから、合流分岐部Ｍビードの外側ラインの合流Ｒが大きく出来なく、小さいＲの為に均一な面圧を得ることが出来ず小さな改良に留まるものである。
また、従来の金属ガスケットとして、実開平５−４２８３０号公報に記載されているような、金属ガスケットもある。この金属ガスケットは、図５８に示すように、合流分岐部Ｍのビードの幅をできるだけ一定にするために、幅広の合流分岐部Ｍの中央部に凹部を形成している。しかしながら、中央部の凹部は狭く繋がっているためにかえってバネ力が増加し、合流分岐部Ｍのバネ力が強過ぎるといった欠点を有している。
以上のように、シールライン５０の合流分岐部Ｍでは、金属ビードのビード幅が局所的に変化してしまい、均一のビード幅にすることが難しいが、上記従来の金属ガスケットでは、ビードのバネ力を大きく設定する必要があることから高硬度材を使用するため、上述のようにビードの幅が異なるとバネ力が大きく異なってしまう。合流分岐部Ｍのように小さなＲ部が避けらず、部分的にバネ力が大きい部分が存在する構造では、アルミ製のエンジンを想定すると、エンジンのシール面を凹まして疵をつける原因となる。エンジンのシール面に部分的な凹み疵が出来ると、ガスケットを取り替えた時に圧漏れする原因になる。仮に、鋳鉄製のエンジンの場合でも、シールライン５０の合流分岐部Ｍでの面圧は、外側ラインの小Ｒ部は高く内側のＲの大きい部分は弱く圧漏れし易い構造となる。
また、基板上にシール圧が低い合流分岐部Ｍが多く有るほど締め付け力を強くする必要があり、全体の締付け軸力を増加する原因ともなる。
また、基板外周部の剛性が弱い場合、合流分岐部Ｍの応力が大きいために基板外周部の変形を大きくなって圧漏れに繋がることもある。
更に、合流分岐部Ｍに限らず、高硬度材でビード成形している為に曲げＲ部は内部応力が集中しており振動振幅による疲労破壊により寿命が短くなるおそれもある。
また、上記第４の従来の金属ガスケット（図５９参照）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、このような不都合を解消するためになされたものであり、低コスト化を図ることができると共に、安定したシール性能を長期に渡って確保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する。
上記課題を達成するために、請求の範囲第１項に記載の発明は、薄肉金属板からなり且つ１又は２以上の開口を有し該開口の一部がボルト挿通孔である基板に対し、シールラインに沿って形成されたビードと、他の部分よりも増厚の第１の増厚部とを備えて構成され、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、上記第１の増厚部に面圧が集中すると共に上記ビードが板厚方向に変形してシールする金属ガスケットであって、
上記ビードを、上記基板を板厚方向に屈曲して一方の面側に凸状となりその凸部高さが上記第１の増厚部よりも高い金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその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なるゴムビードと、の組合せで構成することを特徴とする。
第１の増厚部によって、ビードの圧縮変形量を適値に、つまりビードの圧縮破壊を確実に防止できる。
また、金属ビードの凸部側の弾性シール材全体の量が多くなって圧縮変形量が大きくなるため、弾性シール材の成形加工がしやすくなると共に、弾性シール材の厚さも厚くできるため、加工公差を大きくとることができ、製作コストの低減を図ることができる。
また、金属ビードの凸部に固着された弾性シール材が冷却水に曝されにくくなると共に、金属ビードの凹部内に充填された弾性シール材については金属ビードで覆われて冷却水に曝されることがないため、弾性シール材の劣化が防止されて長期に渡って安定したシール性能を確保することができる。
更に、金属ビードの反発力と該金属ビードの凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材からなるゴムビードの弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力を得ることができるため、基板材の硬度を低くすることが可能になって基板の金属ビードの疲労破壊を抑えることができ、更に、エンジンの振動振幅を吸収すると共にシール面荒さを吸収して冷却水圧やオイル圧を少ない面圧で良好にシールすることができる。
更に、金属ビードの凸部側の弾性シール材および凹部側の弾性シール材共にシール面積を広くとれるため、接合面の疵や鋳造時に発生する巣穴を低面圧で良好にシールすることができ、しかも、弾性シール材は弾性材（特にゴム系）からなるシール材であるため、ガスケット係数が低く、この結果、限られた軸力荷重を条件の悪い箇所に有効に使用でき、全体の荷重を減少させることができる。
ここで、弾性シール材を上記凹部内だけとすることも想定されるが、基板の硬度を低くした場合に、凹部内の弾性シール材が圧縮変形する際に、金属ビード及び当該金属ビードに連続する基板の平坦部が板厚方向に変形するおそれがあり、当該板厚方向への変形でシール圧が小さくなる。これに対し、本発明では、凸部側にも弾性シール材を設けることで、当該凸部側の弾性シール材によって上記板厚方向への変形を抑えることで、シール圧の低減を抑えている。
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。
次に、請求の範囲第２項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、上記金属ビードは、フルビード又はステップ状のハーフビードであることを特徴とするものである。
基板の基準面に対し、一方の面側に突出することで凸状となり、その凸部表面の上側に必然的に凹部が形成される。なお、上記ハーフビードにあっては、凸部表面の裏側の凹部は、斜面となり、その斜面に続く基板平坦部にも上記弾性シールが固着されても良い。
次に、請求の範囲第３項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、少なくとも当該凸部表面に固着することを特徴とするものである。
金属ビードの凸部つまり傾斜面等の基板平坦面から突出した面に弾性シール材が固着することで、当該弾性シール材の基板からの剥離が起こり難くなる。また、ゴムビードを設けても、ビード幅が、必要以上に広くなることも防止される。
次に、請求の範囲第４項に記載の発明は、請求の範囲第１項に記載した構成に対し、上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを金属ビードの凸部と同一若しくは略同一高さとすることを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第５項に記載の発明は、請求の範囲第４項に記載した構成に対し、上記基板に形成された開口の一部は、燃焼室孔であり、上記第１の増厚部は、上記燃焼室孔全周を無端環状に囲むように形成されることを特徴とするものである。
上記燃焼室孔部に第１の増厚部を設けることで、高圧で燃焼室孔部分をシールすることが可能となる。
次に、請求の範囲第６項に記載の発明は、請求の範囲第５項に記載した構成に対し、上記第１の増厚部は、上記基板の燃焼室孔側の端部を折り返すと共に該折り返し部内にシム板を配置して構成されることを特徴とするものである。
第１の増厚部の総板厚を比較的面圧が高いボルト挿通孔近傍は薄く、比較的面圧が低いボルト挿通孔間は厚くしているので、締結ボルトで締結した際に第１の増厚部に作用する面圧を周方向に均等にしてシリンダボアの真円度を確保することができ、しかも、締結ボルトの軸力も軽減することができるのでエンジンの変形、特に低剛性エンジンの変形を良好に防止することができる。
次に、請求の範囲第７項に記載の発明は、請求の範囲第５項に記載した構成に対し、上記第１の増厚部の総板厚を、上記締結ボルトのボルト挿通孔近傍は薄く、各ボルト挿通孔間は厚くなるように、該燃焼室孔の周方向に沿って変化させることを特徴とするものである。
次に、請求の範囲第８項に記載の発明は、請求の範囲第５項に記載した構成に対し、上記基板の外周部に、上記第１の増厚部よりも薄い第２の増厚部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９項に記載の発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第８項のいずれかの構成に対し、基板の片面又は両面に減摩剤を塗布したことを特徴とするものである。
片面又は両面に減摩剤を塗布することにより、エンジンとガスケットの熱膨張差や振動振幅によるずれや叩かれにより起こるフレッチングを防止することができる。すなわち、接合面と接触する部分に塗布することが好ましい。
次に、請求の範囲第１０項に記載の発明は、複数個の燃焼室孔が隣接して開口した金属薄板を基板とし、上記各燃焼室孔の周縁に沿って囲繞するようにして、他の部分もよりも増厚の増厚部及びシールラインが設けられ、上記シールラインに沿ってビードが設けられた金属ガスケットにおいて、
隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、当該隣接する燃焼室孔に共通したビードを設けると共に各燃焼室孔周縁に設けたビードを相互に接続して一体構成とし、上記孔境界部における燃焼室孔周縁に沿った増厚部の幅を、隣接する燃焼室孔間のクリアランスに応じた幅とし、
上記ビードを、基板の板厚方向に屈曲して上記増厚部厚さより高い凸状に成形した金属ビードと、板厚方向に圧縮変形することでバネ力を発揮可能な弾性シール材を、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填してなるゴムビードとの合成とし、上記凸部側表面の弾性シール材は、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高さと同一若しくは略同一の高さに設定されていることを特徴とするものである。
なお、隣接する燃焼室孔間の孔境界部において、燃焼室孔の周縁に沿ったクリアランスは、通常、その中央部で一番小さいので、当該中央部における増厚部の幅が最小限の幅となり、端部に向かうにつれて幅広となる。
本発明によれば、金属ビードの反発力と金属ビード位置に固着した上記弾性シール材の弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力を発生するので、基板材料の硬度を低くできる。このため、曲げアール部に留まる内部応力の発生が小さく、疲労破壊の心配が無くなり、更に、増厚部の形成などの加工性が向上すると共に、軟質な基板に金属ビードを成形し、金属ビードの上下面に弾力性のある柔軟なゴムビード（弾性シール材）を成形しているために、ビードの変形荷重が激減して締付け軸力の多くは燃焼室孔周りの増厚部増厚部に掛けることができるために、締付け軸力を下げることが可能となる。
また、弾性シール材でシール面積を広く取れる結果、接合面の疵や鋳造時に発生する巣穴を低い面圧で良好にシールすることができる。
また、接合面と基板との間に隙間ができる金属ビード凸部側の基板表面に対し、例えば対向する接合面の外周端部と対向する位置に弾性シール材が固着することで、外部から上記隙間への水などの侵入が防止される。
なお、金属ビードの凸部つまり傾斜面に弾性シール材が固着することで当該弾性シール材の基板からの剥離も起こり難い。
次に、請求の範囲第１１項に記載の発明は、請求の範囲第１０項に記載した構成に対し、上記増厚部は、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、部分的に厚さが変更されていることを特徴とするものである。
例えば、ボルト孔近傍など面圧が高くなると想定される部分の増厚部の厚さを相対的に低く設定する。
本発明によれば、隣接した燃焼室孔間に孔境界部が狭いことから、燃焼室孔周縁に沿った増厚部の幅が異なり、例えば孔境界部中央部で最小幅の増厚部となっても、増厚部の板厚を円周上において抑揚変化させて締付け面圧が円周上において均等化させることで、燃焼室孔間の増厚部幅の狭い部分でも効率よくシール性能を発揮可能としている。
このとき、上述のように基板材料の硬度を下げることが出来る結果、部分的に増厚部高さを変更することが容易となっている。
次に、請求の範囲第１２項に記載の発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項のいずれか１項に記載した構成に対し、シールラインに沿って、金属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、シールライン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１３項に記載の発明は、請求の範囲第１項〜請求の範囲第８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項のいずれか１項に記載した構成に対し、シールラインに沿って、ゴム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、シールライン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１４項に記載の発明は、薄肉金属板からなる基板に、複数本のシールラインが形成され、各シールラインに沿ってビードが形成され、上記複数本のシールラインの少なくとも一部が所定箇所で合流若しくは分岐する合流分岐部が形成される金属ガスケットにおいて、
上記シールラインに沿って構成するビードを、基板を板厚方向に屈曲して一方の面側にのみ凸状となった金属ビードと、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なるゴムビードとの合成で構成し、少なくとも上記合流分岐部では、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たことを特徴とするものである。
本発明によれば、ビードを、金属ビードとゴムビードとの合成構造とすることで、金属ビードつまり基板の硬度を下げることが可能となる。そして、金属ビードの硬度を下げると、その分、金属ビード幅の違いによるシール圧の違いが大幅に小さくなる。
次に、請求の範囲第１５項に記載の発明は、請求の範囲第１４項に記載した構成に対し、基板に板厚方向に増厚した増厚部を形成し、該増厚部の増厚によって上記ビードの圧縮変形量を規制することを特徴とするものである。
合流分岐部に出来る幅広部分では、ビードの凹部に充填される弾性シール材と、凸部側に成形した弾性シール材でシール機能を満足している場合は良いが、硬度の低い基板に金属ビードを成形し該金属ビードの両側に成形した軟質の弾性シール材でバネ荷重を発生していることから、本発明のビードは、高硬度の基板に成形したバネ力より弱くなりやすく、大きな体膨張で過大な荷重が掛かったり、振動振幅が大きい場合等、さらには締め付け軸力が大きい場合等、変形が起こりシール力の低下に繋が恐れがある。
これに対し、請求の範囲第１５項に記載した発明にあっては、これらを防止する方策として、基板に開けられた開口の端部全周を折り返して増厚部を形成したり、又は、外周の一部を折り返し部分的に増厚部を形成したり、更には同時に両方の増厚部を設けることで、当該増厚部が、基板に成形した金属ビードと該金属ビードの表裏に成形したゴムビードの変形量を規制する増厚部となる。すなわち、基板の剛性を小さくしてもビードの最大変形量が所定値に規制されると共に当該増厚部が過大な荷重や振動振幅を押さえて、長期的に安定したシール性を確保可能となる。さらに、安価なガスケット提供のために、基板として軟鋼材を使用しても、目的とするシールを確保可能な金属ガスケットを提供可能となる。
ここで、燃焼室孔周りに増厚部を形成する場合には、その増厚量を円周方向に沿って抑揚変化を付けることで、締付け荷重面圧が円周方向に沿って平均化することが可能である。
次に、請求の範囲第１６項に記載の発明は、請求の範囲第１４項に記載した構成に対し、上記合流分岐部におけるゴムビードの幅を調整することで、当該合流分岐部でのシール圧を、合流分岐部以外のシールライン位置でのシール圧に一致させ若しくは近づけたことを特徴とするものである。
本発明によれば、ビード幅の調整が比較的容易なゴムビードのビード幅を調整することで、合流分岐部のシール圧が他のシールラインと等しい値となるように調整されて、シール漏れを効率良く抑えることができる。
ここで、基板の硬度を低くすることで金属ビードでの変形荷重を極力抑え、合流分岐部等の合流分岐部での荷重も低くしたとき、金属ビードの凹部にのみ弾性シール材を充填した場合を想定すると、基板剛性が低いことから、上記凹部内の弾性シール材の変形によって金属ビードが変形し易くなって（金属ビード両側の基板部分が凸部側に反るように当該金属ビードが変形する。またこのとは基板自体の変形にも繋がる。）、当該変形によって金属ビードのバネが更に弱くなってしまうが、本発明では、金属ビードの凸部側にも弾性シール材を設けて、金属ビードの上記変形によるバネ力の低下を抑えつつ、ゴムビードのばね力を増強している。
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。
また、基板両面に設けた弾性シール材が対向する接合面に面で接触することで面シールとなり、シール面の加工粗さを吸収し、鋳造の欠点である巣穴に対してもビード幅内であれば完全にシールが出来、既存の線シールラインの欠点であった、基板外周側の疵に弱かったシールラインを横切る疵にも柔軟な弾性シール材が馴染むことで完全なシールが可能になる。また、ゴムビードは、ゴムなどの弾性シール材を使用することで、本発明のビードによるガスケット係数は低く、２以上あれば十分にシールが出来る結果、全体の締め付け荷重を減少させることが出来る。さらに、基板として低硬度材が採用可能となって、金属ビードの疲労破壊を抑える作用も発揮可能となる。
次に、請求の範囲第１７項に記載した発明は、請求の範囲第１４項〜請求の範囲第１６項のいずれか１項に記載した構成に対し、金属ビードがフルビードから複数のフルビードに分岐、若しくは、複数のフルビードが合流する合流分岐部において、金属ビード幅に対する金属ビード凸部側のゴムビード幅の比について、上記合流分岐部での比が、他のビード部分での比よりも小さくなるように、ゴムビード幅を調整したことを特徴とするものである。
シールラインがＴ字状、Ｙ字状、Ｘ字状に交差する合流分岐部では、金属ビード幅が幅広となる部分が存在し、当該幅広部では金属ビードの凹部に充填される弾性シール材の量が、一般部のビード部での弾性シール材より多い為に変形荷重が大きくなる。これに対し、本発明によれば、合流分岐部以外のビード部の変形荷重に近付ける為に凸側のゴムビード幅の比を、一般部のビード部での幅より狭く形成することにより合流分岐部の幅広部分でのバネ荷重の増大を抑えて、シールラインに沿ったシール圧が合流分岐部も含めて平均化する。
次に、請求の範囲第１８項に記載した発明は、請求の範囲第１４項に記載した構成に対し、金属ビードが、フルビードから複数のステップ状のハーフビードに分岐若しくは、複数のステップ状のハーフビードが合流してフルビードとなる合流分岐部において、金属ビード幅に対するゴムビード幅の比について、上記合流分岐部での比が、締付けボルト近傍部では、他のビード部分での比よりも大きくなるように、ゴムビード幅を調整したことを特徴とするものである。
金属ビードが山形状の凸となるフルビードでは、凹部に充填された弾性シール材は、板厚方向に変形する際に逃げ場が無いので十分にバネを発揮するが、金属ビードがステップ状のハーフビードの場合には、凹部に充填された弾性シール材は、板厚方向に変形する際に横方向に逃げるように変形することでバネ力が小さくなる。また、合流分岐部では、金属ビード幅も広くなってバネが小さくなる。これに対し、相対的にゴムビードの幅を広くするように調整することで、シールラインに沿ったシール圧が合流分岐部も含めて平均化する。
次に、請求の範囲第１９項に記載した発明は、上記請求の範囲第１項〜第８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項、請求の範囲第１４項〜第１６項、請求の範囲第１８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２０項に記載した発明は、上記請求の範囲第１項〜第８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項、請求の範囲第１４項〜第１６項、請求の範囲第１８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２１項に記載した発明は、請求の範囲第１９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２２項に記載した発明は、請求の範囲第１９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。
なお、面圧の弱い基板のオーバーハング部分では突起を設け、ボルト近傍では突起が無い部分も有り得る。
次に、請求の範囲第２３に記載した発明は、請求の範囲第１９項、第２１項又は第２２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の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の実施の形態の形態の一例である金属ガスケットを説明するための要部平面図、図２は図１および図１３のＢ−Ｂ線断面図、図３は図１のＡ−Ａ線断面図、図４〜図１８は本発明の他の実施の形態である金属ガスケットを説明するための図である。
図１〜図３を参照して、本発明の実施の形態の一例である金属ガスケットを説明すると、この金属ガスケット１０は、例えばステンレス鋼板又は軟鋼板等の金属板からなる基板１１を備えており、該基板１１には複数の燃焼室孔１２がシリンダボア端部に対応して形成されている。
基板１１の燃焼室孔１２側の端部は上方に折り返されて最も厚肉の第１の増厚部Ｘとされており、これにより、他の部分との間に板厚差が設けられている。また、基板１１の外周側の端部も同様に上方に折り返されて第２の増厚部Ｃとされており、該第２の増厚部Ｃは鍛圧成形等によって第１の増厚部Ｘより薄くされている。
基板１１の第１の増厚部Ｘの周囲全周には、シールラインＳＬ１、ＳＬ２に沿ってそれぞれ、図２及び図３に示すように、凸状のフルビード１４（金属ビード）が基板１１を屈曲成形して形成されると共に、基板１の第２の増厚部Ｃの内側にはフルビード１４と同等高さ或いは該フルビード１４より低い凸状のフルビード１５（金属ビード）が基板１１を屈曲成形して形成されている。フルビード１４の凸部１４ａ高さは第１の増厚部Ｘより若干（第１の増厚部Ｘの板厚にもよるが０．０５〜０．２ｍｍ程度）高くされ、フルビード１５の凸部１５ａ高さは第２の増厚部Ｃより若干（第２の増厚部Ｃの板厚にもよるが０．０５〜０．２ｍｍ程度）高くされている。
また、基板１１には締結ボルトのボルト挿通孔１６が燃焼室孔１２の周方向に略等間隔で複数箇所形成され、基板１１のフルビード１４とフルビード１５との間には水孔１７が形成され、基板１１のボルト挿通孔１６と第２の増厚部Ｃとの間には油孔１８が形成されている。基板１１のボルト挿通孔１６の周囲には凸状のフルビード１９が基板１１を屈曲成形して形成されると共に、油孔１８の周囲にも凸状のフルビード２０が基板１１を屈曲成形して形成されている。
更に、基板１１の第１の増厚部Ｘの折り返し部分は、ボルト挿通孔１６近傍が薄肉部２２とされると共に、各ボルト挿通孔１６間は厚肉部２３とされて燃焼室孔１２の周方向に沿って板厚に変化（抑揚）が付けられており、また、第１の増厚部Ｘの薄肉部２２部分の総板厚は上記第２の増厚部Ｃの総板厚より厚くなっている。
ここで、この実施の形態では、フルビード１４、１５の各凸部１４ａ、１５ａおよびフルビード１９、２０の各凸部（図示せず）に例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴム等のゴム材料や樹脂材料等からなる弾性シール材２４を固着すると共に、フルビード１４、１５の各凸部１４ａ、１５ａの裏側の各凹部１４ｂ、１５ｂおよびフルビード１９、２０の各凸部（図示せず）の裏側の各凹部（図示せず）に同様の弾性シール材２４を充填して、ゴムビードが形成されている。
各フルビード１４、１５、１９、２０の凸部側に固着された弾性シール材２４はその幅寸法が該フルビードの幅と略同一とされて上記フルビードの幅方向の両側を覆うように固着され、また、該弾性シール材２４の高さは上記フルビードの凸部高さと略同一とされて上面が基板１１の平坦面と略平行とされている。
一方、各フルビード１４、１５、１９、２０の凹部内に充填される弾性シール材２４の充填量は該凹部内の容積と略同一とされて基板１１の平坦面と略面一になっている。
なお、この実施の形態では、弾性シール材２４をモールド成形によってフルビードの凸部側および凹部側に固着・充填するようにしている。このため、各フルビード１４、１５、１９、２０に成形材料の通過穴２１を形成して凸部側と凹部側との同時成形を可能にしている。
そして、かかる構成の金属ガスケット１０を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と、フルビード１４、フルビード１５、フルビード１９、フルビード２０の各凸部側に固着された弾性シール材２４および各凹部内に充填された弾性シール材２４が各フルビードと共働して板厚方向に圧縮変形し、締め付け終了時においては、最も板厚が厚い基板１１の第１の増厚部Ｘと他の部分との板厚差により該第１の増厚部Ｘに最も面圧が集中して最大荷重が作用する。
これにより、第１の増厚部Ｘの最大面圧、フルビード（凸部および凹部側の弾性シール材２４含む）１４の弾性反発力およびフルビード（凸部および凹部側の弾性シール材２４含む）１５の弾性反発力による３重シールがなされると共に、第１の増厚部Ｘの増厚部効果によりフルビード１４および該フルビード１４の凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材２４の全屈が防止され、また、第２の増厚部Ｃの増厚部効果によりフルビード１５、１９、２０並びにフルビード１５、１９、２０の各凸部側および各凹部側に固着、充填された弾性シール材２４の全屈が防止される。
上記構成の金属ガスケット１０においては、フルビード１４、１５の各凸部１４ａ、１５ａおよびフルビード１９、２０の各凸部（図示せず）に弾性シール材２４を固着すると共に、フルビード１４、１５の各凹部１４ｂ、１５ｂおよびフルビード１９、２０の各凹部（図示せず）に同様の弾性シール材２４を充填しているため、基板１１から板厚方向に突出する弾性シール材２４はフルビードの凸部側のみ、即ち、基板１１の片面のみとなる。
従って、例えばフルビード１４の凸部１４ａに固着された弾性シール材２４の高さは、図２を参照して、第１の増厚部Ｘの基板１１の折り返し部分の板厚をｔ０とすると、ｔ０＋圧縮変形量（ｔ０×０．４（ｍａｘ４０％））となり、仮にｔ０を０．５ｍｍとした場合にはゴムビード４の高さは上式より０．７ｍｍと図１９に示す従来例と比較して２倍となる。
このため、フルビード１４の凸部１４ａ側の弾性シール材２４の量が多くなって圧縮変形量が大きくなり、この結果、弾性シール材２４の成形加工がしやすくなると共に、弾性シール材２４の厚さも厚くできるため、加工公差を大きくとることができ、製作コストの低減を図ることができる。
また、フルビード１４、１５の各凸部１４ａ、１５ａの幅方向の両側に固着された弾性シール材２４は水孔１７側を向く部分のみ冷却水に曝され、フルビード１４、１５の各凹部１４ｂ、１５ｂ内に充填された弾性シール材２４についてはフルビード１４、１５で覆われて冷却水に曝されることがないため、弾性シール材２４の劣化が防止されて長期に渡って安定したシール性能を確保することができる。
更に、フルビード１４、１５、１９、２０の反発力と該フルビード１４、１５、１９、２０の凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材２４の弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力を得るようにしているため、基板材の硬度を低くすることが可能になって基板のビードの疲労破壊の心配をなくすことができ、更に、エンジンの振動振幅を吸収すると共にシール面荒さを吸収して冷却水圧やオイル圧を少ない面圧で良好にシールすることができる。
更に、フルビード１４、１５、１９、２０の凸部側の弾性シール材２４および凹部側の弾性シール材２４共にシール面積を広くとれるため、接合面の疵や鋳造時に発生する巣穴を低面圧で良好にシールすることができ、しかも、弾性シール材２４は弾性材（特にゴム系）からなるシール材であるため、ガスケット係数が低く、この結果、限られた軸力荷重を条件の悪い箇所に有効に使用でき、全体の荷重を減少させることができる。
更に、上記基板１１の第１の増厚部Ｘは、ボルト挿通孔１６近傍が薄肉部２２とされると共に、各ボルト挿通孔１６間が厚肉部２３とされているので、ボルト締結時における上記第１の増厚部Ｘの反発力が締め付け力の大きい締結ボルト近傍では弱く、締め付け力が比較的小さい各締結ボルト間では強くなり、この結果、上記第１の増厚部Ｘに作用する面圧を燃焼室孔１２の周方向に均等にすることができると共に、締結ボルトの軸力も軽減することができるのでエンジンの変形、特に低剛性エンジンの変形を良好に防止することかできる。
なお、本発明の金属ガスケットの各構成は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、第２の増厚部Ｃを基板１１の外周側の端部を折り返した後に鍛圧成形等によって第１の増厚部Ｘより薄くしているが、これに代えて、例えば図４および図７に示すように、基板１１の外周部に該基板１１より薄いシム板３０を溶接等により取り付けて第２の増厚部Ｃとして該第２の増厚部Ｃの鍛圧成形を省略してもよく、また、図６に示すように、第１の増厚部Ｘの折り返し部分にフルビード３１を形成したシム板３２を内包したり、図９に示すように、第１の増厚部Ｘの折り返し部分に平坦なシム板３３を内包して第２の増厚部Ｃの鍛圧成形を省略してもよい。
また、上記実施の形態では、第１の増厚部Ｘを基板１１の燃焼室孔１２側の端部を折り返して形成しているが、これに代えて、図７に示すように、基板１１の燃焼室孔１２の端部に基板１１と略同一厚さのシム板３４を溶接等により取り付けて第１の増厚部Ｘとしてもよく、或いは図１０に示すように、基板１１の燃焼室孔１２の端部にグロメット３５を挟み込んだり、図１１に示すように、基板１１の燃焼室孔１２の端部に弾性板３６を介してグロメット３７を挟み込んだりして上記第１の増厚部Ｘとしてもよく、更には、図１７に示すように、基板１１の燃焼室孔１２の端部にフルビード３１を形成したシム板３２を溶接等により取り付けて上記第１の増厚部Ｘとしてもよい。
更に、上記実施の形態では、基板１１の第１の増厚部Ｘの周囲にフルビード１４を形成すると共に、基板１の第２の増厚部Ｃの内側にフルビード１５を形成してフルビード１４、１５の各凸部１４ａ、１５ａおよび各凹部１４ｂ、１５ｂに弾性シール材２４を固着、充填した場合を例に採ったが、必ずしもこれに限定されず、図５および図８に示すように、基板１の第２の増厚部Ｃの内側に、フルビード１５に代えて、ステップ状のハーフビード４５を基板１１を屈曲成形することにより形成して該ハーフビード４５の凸部４５ａおよび凸部の裏側に存在する凹部４５ｂに弾性シール材２４を固着、充填するようにしてもよく、更には、図８に示すように、基板１の第１の増厚部Ｘの周囲に、フルビード１４に代えて、ステップ状のハーフビード４４を基板１１を屈曲成形することにより形成して該ハーフビード４４の凸部４４ａおよび凹部４４ｂに弾性シール材２４を固着、充填するようにしてもよい。
ここで、ハーフビード４４、４５の凹部４４ｂ、４５ｂに充填された弾性シール材２４は基板１１の平坦面と略面一とされるため冷却水に曝されることはないが、凸部４４ａ、４５ａ側に固着された弾性シール材２４は基板１１の平坦面から板厚方向に突出してるため冷却水に直接曝されることになる。この場合、凸部４４ａ、４５ａ側に固着された弾性シール材２４の幅を広くとることで、弾性シール材２４全体の劣化を回避して良好なシール性能を確保することができる。
更に、図８および図９に示すように、基板１１のハーフビード４４とハーフビード４５との間、或いは基板１１のフルビード１４とフルビード１５との間に基板１１と略同一厚又は基板１１より板厚の薄い面厚板５０を併設して第３の増厚部Ｂを形成し、これにより、ディーゼルエンジンのような全体荷重が大きいエンジンにおいて広い面積で荷重を受けてエンジンの変形を防止するようにしてもよい。この場合、第１の増厚部Ｘの板厚Ｔ１、第３の増厚部Ｂの板厚Ｔ２および第２の増厚部Ｃの板厚Ｔ３の関係はＴ１＞Ｔ２≧Ｔ３とされている。
更に、上記実施の形態では、フルビード１４の凸部１４ａ高さを第１の増厚部Ｘより若干高くして該凸部１４ａ側に固着された弾性シール材２４の高さと略同一高さとすると共に、フルビード１５の凸部１５ａ高さを第２の増厚部Ｃより若干高くしているが、必ずしもこのようにする必要はなく、例えば図１２に示すように、フルビード１４の凸部１４ａ高さを第１の増厚部Ｘより若干低くしてフルビード１４を弾性シール材２４に埋設させるようにしたり、或いは図示は省略するが、フルビードの凸部を弾性シール材２４から突出させてもよい。これらはハーフビードについても同様である。
更に、上記実施の形態では、フルビードやハーフビードの凸部側に固着された弾性シール材２４の上面を基板１１の平坦面と略平行しているが、必ずしもこのようにする必要はなく、ビードと共働して板厚方向に圧縮変形できる限りにおいて、種々の形状を採用することができる。すなわち、圧縮破壊が発生しない圧縮量となるように設定されていれば、形状は色々なものが採用可能である。
更に、上記実施の形態では、フルビードやハーフビードの凹部内に充填された弾性シール材２４を基板１１の平坦面と略面一にしているが、ビードと共働して板厚方向に圧縮変形できる限りにおいて、弾性シール材２４が基板１１の平坦面に対して多少凹凸状になっていてもよい。例えば図１８に示すように、フルビード１４の凹部側に充填された弾性シール材２４に窪み２４ａを設けて該弾性シール材２４の変形を容易にする形状としてもよい。
更に、上記実施の形態では、フルビードの凸部側に固着される弾性シール材２４を凸部の幅方向の両側に配置した場合を例に採ったが、これに限定されず、例えば図１５および図１６に示すように、フルビード１４の凸部側に固着される弾性シール材２４を凸部１４の幅方向の燃焼室孔１２側にのみ配置するようにしてもよい。このようにすると、凸部側の弾性シール材２４（ゴム等）が冷却水や油に接触しないため耐久性の向上を図ることができ、特に、フルビード１４からボルト挿通孔１６や水孔１７までの距離が近い場合に最適な構造となる。また、ビードの幅に周方向に変化を付けて面圧の調整をすることもできる。
更に、図４〜図１２、図１５〜図１８では図示は省略するが、図４〜図１２、図１５〜図１８に示す金属ガスケットの各フルビード１４、１５、１９、２０やハーフビード４４、４５に成形材料の通過穴２１を形成して凸部側と凹部側との同時成形を可能にするようにしてもよいのは勿論である。
更に、上記各実施の形態では、締結ボルトによる締め付け前においてフルビードの凹部内に弾性シール材２４を基板１１の平坦面と略面一になるように充填しているが、これに代えて、フルビードの凹部内に該凹部内の容積と略同等の弾性シール材２４を充填して、締結ボルトによる締め付け時に、凹部内の弾性シール材２４が圧縮変形して基板１１の平坦面と略面一になるようにしてもよい。
更に、図２〜図８、図１０〜図１２、図１５〜図１８では図示は省略するが、基板１１の片面或いは両面に、図９に示すように、エンジンとガスケットの熱膨張差や振動振幅によるずれや叩かれにより起こるフレッチングを防止すべく、シール性と滑り性を兼ね備えた二流化モリブデン等の減摩剤４０を塗布するようにしてもよい。
更に、上記実施の形態では、各燃焼室孔１２毎に第１の増厚部Ｘの周囲全周にはフルビード１４を設けた場合を例に採ったが、これに限定されず、図１３および図１４に示すように、所謂オールアルミ化による軽量化、小型化および高出力化等が進んで気筒間（燃焼室孔間）の間隔が狭くなって燃焼室孔１２間にフルビード１４を配置することができないタイプの金属ガスケットに本発明を適用してもよいのは勿論である。
ここで、上記図１５などのように、増厚部Ｘ側にのみ弾性シール材２４を設けることは、凹部側の弾性シール材のバネ力による基板の変形を抑えるという観点からは、不利である。当該変形を抑えてシール圧の低減を抑えるという観点からは、凸部側の片面側にだけ弾性シール材を配置する場合には、図１９に示すように、増厚部Ｘ、Ｃとは反対側に弾性シール材２４を設定することが好ましい。増厚部Ｘ、Ｃ側は、当該増厚部Ｘ、Ｃによって基板の変形が拘束されるからである。ボルト締結部近傍においても同様である。
また、上記各実施形態では、金属ビード１５の凸部表面の全面若しくは片面全面に弾性シール材２４を設けているが、これに限定されない。図２０のように、金属ビード１５に連続する基板平坦部に弾性シール材２４を設けても良い。但し、この場合には、ビード幅がその分大きくなると共に、凸部表面に固着させない分だけ剥離しやすくなる。
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図２１は、本実施形態の金属ガスケット１を説明するための平面図である。図２２は、図２１のＢ−Ｂ断面図つまり孔境界部Ｘの端部位置における断面図である。図２３は、図２１のＡ−Ａ断面図つまり孔境界部Ｘの中央位置における断面図である。
まず、本実施形態の金属ガスケット１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、多気筒を有する内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの対向する接合面間に介挿される金属ガスケット１の例である。
その金属ガスケット１の基板２の素材としては、例えばステンレス鋼板または軟鋼板、アルミニウム板等の金属薄板を適宜、採用可能であるが、ここでは、安価な金属ガスケット１を提供するために、剛性の低い軟鋼板を使用したことにする。
その基板２の中央部には、図２１に示すように、長手方向に沿って、複数個の燃焼室孔３を形成する大きな開口が配列している。また、基板２の外周側には複数個のボルト孔４が開口している。
また、各燃焼室孔３の開口端部全周は、上方に折り返されて最も肉厚の増厚部６が形成され、これにより、他の部分との間に板厚差が設けられて増厚部を構成する。ここで、隣接する燃焼室孔３間の孔境界部Ｘにあっては、その中央位置の燃焼室孔３間のクリアランスが一番小さいので、当該中央位置における増厚部６Ａの幅が極端に小さく設定されると共に上記孔境界部Ｘの端部側に向かうについて当該増厚部６の幅が広くなるように設定され、孔境界部Ｘの端部では、増厚部６Ｂの幅をその他の部分よりも広くすることで、上記孔境界部Ｘの中央位置の増厚部の補償をする構成となっている。
また、孔境界部Ｘの端部側は、ボルト孔４に近いことを考慮して、上記中央位置よりも孔境界部Ｘの端部の増厚部６の高さを若干低めに調整（図２２中δ分だけ端部側が低い）することで、円周方向（延在方向）に沿った、増厚部６に掛かる面圧が均等化するように設定されている。すなわち、例えば孔境界部Ｘの増厚部６に着目すると、端部側６Ｂの高さよりも中央位置６Ａの高さが相対高くなって、所要のシール圧を幅の狭い増圧部６Ａに発生するようになっている。
ここで、本実施形態では、基板２の材料として軟鋼が採用できる結果、増厚部６を形成するための折り返し加工が容易になると共に、増厚部６の高さの変更も容易である。
さらに、増厚部６の近傍外側において、各燃焼室孔３を囲繞するように、無端環状のビードのシールラインＹが設定され、当該シールラインＹに沿って凸状のフルビード５が基板２を屈曲成形して形成されている。
上記シールラインＹは、隣り合う燃焼室孔３の孔境界部Ｘにおいては、両燃焼室孔３の共用の１本のシールラインＹＡとなっている。
また、上記フルビード５の凸部側の基板２表面に弾性シール材７Ａ、７Ｂが固着すると共に、各凸部側の裏側に位置する凹部内にも同様の弾性シール材８が充填されている。上記弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８は、例えばフッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコンゴムなどのゴム材料や樹脂材料など、耐熱性及び弾性を有する素材からなる。
上記フルビード５の各凸部側に固着された弾性シール材７Ａ、７Ｂは、ビード５の凸部表面の両側を覆うと共に若干凸部に連続する平坦部も覆うように設定されている。すなわち、本実施形態では、凸部側の弾性シール材７Ａ、７Ｂの幅は、ビード幅よりも若干広めに設定されている。もっとも、ビード幅と同等の幅に設計しても良い。また、当該弾性シール材７Ａ、７Ｂの高さは、ビード高さと略々と高さとされている。
ここで、上述のようにビード５の凸部に連続する基板平坦部にも、ビード５高さ相当の弾性シール材７Ａ、７Ｂを設けても良いが、弾性シール材７Ａ、７Ｂからなるゴムビームの幅がビード５の幅の１．５倍程度以下に収まるようにすることが好ましい。また、ビード５及び弾性シール材７Ａ、７Ｂの高さは、増厚部厚さまで圧縮された時に、両面に設けられた弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８の圧縮率が３５％以内に収まるように設定されて、当該弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８が圧縮破壊することを防止する。
ここで、上記弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８からなるゴムビードの役割は、先ず、燃焼室孔３側からの高圧ガスが、増厚部６と対向する接合面部分にあるツールマークの微細な溝を通って漏れてくることがあっても、ビード５のシールラインＹ位置にあっては、弾性シール材７Ａ、７Ｂの弾性変形によって溝が埋まっているので、高圧ガスの漏れを完全に遮断してシールすることができる。
また、ゴムビードの反対側（外周側）から冷却水が侵入して来ても柔軟性の有るゴムビードがツールマークまでも完全に遮断してシールすることが出来る。ここで、凹部に充填されている弾性シール材８は冷却水に直接接触することが無いので変質することが無い。一方、凸部側の弾性シール材７Ａ、７Ｂは、ビード５より冷却水孔に近い部分の端面は冷却水に接触するが、仮に指定した冷却水が使用されないことで当該冷却水と接触した部分が変質して、その部分の弾性シール材７Ａ、７Ｂの性能が低下しても、ビード５より内側部分の弾性シール材７Ａ、７Ｂ部分は、ビード５の凸部によって分離されることで冷却水に直接接触することがないため、長期的に完全シールが保証出来る。なお、上記冷却水の作用は、孔境界部Ｘ以外のシールライン位置での作用である。
さらに、ゴムビード幅について、例えば狭い凹部側の弾性シール材８の幅が２．５ｍｍ前後としても、凸側の幅は更に広く設計出来るため、鋳巣穴がビード幅を超えない限り、シールすることができる。また、搬送中に起こるシール面傷がビード幅を跨ぐように形成されていても、ゴムビードによって面シールすることでシール面疵を塞いで完全にシールすることが可能である。
また、本実施形態では、軟鋼からなるビード５と軟質の弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８からなるゴムビードとの合成のバネによるシールであるため、極端な高面圧は望めないがゴムビード幅を広くしたり、ゴムの硬度を上げることで、ある程度調整が出来る。また、両接触面が軟質の弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８である為にガスケット係数も小さくできる結果、大きな荷重を必要とせず全体の締め付け荷重を低減、つまりボルトの締め付け軸力を低減することができる。
なお、基板２の防錆対策として、基板２の端面や各孔の断面も含めてメッキ仕上げを施す方法や、冷却水に接触する部分全体やビード５より外側で腐食する心配のある部分に対し、極薄のゴム被膜を成形被覆しても良い。
以上のように、本実施形態では、エンジンの小型軽量化で、隣接する燃焼室孔３間のクリアランスがさらに小さくなったり、アルミ化によって接合面に巣穴が存在していても、確実にビード５及び弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８でシールすることが可能になると共に、締付け軸力の低減を図ることが可能となる。また、基板２として剛性の低い軟鋼を採用できるようになったことで、金属ガスケット１の加工性も向上する。
すなわち、軟鋼材の基板２にビード５を成形しビード５の上下両面に弾力性を有る弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８からなるゴムビードを成形しており、その基板ビード５とゴムビードの圧縮変形量でバネ力を発生させている。前記基板ビード５とゴムビードの圧縮変形量は燃焼室孔３の端部を折り返した増厚部６からなる増厚部の板厚で制限している。また、硬度の低い軟鋼材を素材とした基板２の使用でビード加工しても加工硬度は余り上がらず、ビード５の上下に成形したゴムビードがバネ力を発生しているが軟質ゴムのため変形荷重は小さく、荷重の多くは増厚部に掛ける設計となる。この結果、エンジンの稼動時に振動振幅も減少するのでビード５の疲労破壊の心配も無い。また、増厚部高さは燃焼室孔３の周囲に沿ってその一部を抑揚変化をさせており、例えば、ボルト近傍は低く、ボルト間やボア間は高くして燃焼室孔３周囲の締め付け面圧の平均化を計っている。この結果、燃焼室孔３間の狭いエンジンにおいても最小限幅の増厚部幅で高い圧力をシール出来る。高圧のガスシールは増厚部でシールし、圧力の低い冷却水、オイル圧力はゴムビードラインでシールする。ゴムビードラインはエンジン面に馴染みやすくガスケット係数も小さく全体荷重の低減することが出来る。
また、ゴムビードラインは幅が広く幅範囲内の大きさの鋳造時に発生する巣孔をシールすることが出来る。更に、搬送中に発生する、ビード５範囲を跨ぐ傷に対しても撓んだ弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８がその傷にもぐり込みシールすることが出きる。更に、基板２が軟鋼板である為に、ステンレス鋼に比較して安価で高性能なガスケット１を提供することが出来る。
ここで、上記図２２、図２３のように、燃焼室孔３の端部を折り曲げて増厚部である増幅部６を形成した場合には、折り曲げ部のアール分（燃焼室孔３の近傍部分）だけ増厚部幅が小さくなる。これを考慮して、増厚部の幅を稼いで当該増厚部によるシール面積を稼ぐ場合には、図２４に示すように、端部を折り曲げて増厚部を形成する代わりに、別の副板１０を積層するように接合して増厚部６を構成すればよい。この場合には、アールが形成されない分だけ増厚部幅を稼ぐことができる。
また、増厚部を、図２５のように形成しても良い。すなわち、副板１１の端部を折り返して増厚したものである。
また、金属ガスケット１の板厚が要求される場合には、図２６〜図２８のように複数の板を積層して使用すればよい。
図２６のガスケット構成は、上記説明したような、弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８を備えたフルビード５を有する２枚の金属ガスケット１について、ビード５凸側が互いに対向するように配置して、金属ビード５の凹側の平坦な表面をそれぞれ接合面に接触させると共に、当該２枚の金属ガスケット１間に折り返し増厚部を形成した副板１２を介挿させたものである。上記副板１２は、弾性シール材７Ａ、７Ｂと接触する部分全面が折り返し端部を形成した側に突出させることで、一対の各金属ガスケット１における各ビード５の変形量をそれぞれ例えば３５％以内に収まるように調整している。
なお、副板１２も軟鋼で形成することができ、上記折り返し増厚部の厚さを部分的に変更して、ボルト締付け後の面圧の均一化を図る。また、上記副板１２の厚さによって、要求されるガスケット全体の板厚を調整する。
なお、この構成にあっては、燃焼室孔３からの高圧ガス、及び外周側から侵入してきた冷却水は、上記一対の金属ガスケット１間（正確には、各金属ガスケット１と副板１２との間）に侵入する構成となるので、シリンダヘッドなどの接合面に存在する巣穴やツールマークに何ら影響することなく、上述の説明と同様な効果を発揮することができる。また、この場合には、弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８の厚さを稼げるので、その分だけ変形追従性も大きくなる。これらの効果は、下記の図２７や図２８でも同様である。
また、図２７のガスケット構成は、上記説明したような、弾性シール材７Ａ、７Ｂ、８を備えたフルビード５を有する金属ガスケット１のビード５凸部側に、折り返し増厚部を備えた副板１３を対向配置したものである。
また、図２８のガスケット構成は、上記図６と同様な構成であるが、一対の金属ガスケット１の間に２枚の副板１４、１５を介挿させたものである。２枚の副板１４、１５は、１枚の副板１５の両端に段差を付け、もう１枚の副板１４の両端を折り返し、折り返し端部が段差範囲以内にあり、増厚部となる副板の板厚の半分が段差で増厚部を上下均等になるように構成した例である（下側のゴムビードの変形量は、２枚の副板１４、１５間に形成された空隙の潰れによって制限される。）。
なお、上記各例に限らず当該増厚部技術と新ゴムビードの組合せは限りなく展開できる。
また、他の構成や作用・効果については、上記第１実施形態と同様である。
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図２９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３０は図２９のＡ−Ａ断面図、図３１は図２９のＢ−Ｂ断面図である。
まず、本実施形態の金属ガスケット１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、シリンダーヘッドガスケットの一例である。その金属ガスケット１の基板２は、例えば硬度の低いステンレス鋼板又は軟鋼板、アルミニウム板などの薄肉金属板からなる。
その基板２の中央部には、長手方向に沿って並ぶように燃焼室孔３が大きく開口し、上記燃焼室孔３の端部全周は、上側に折り返されることで第１増厚部６を形成している。なお、この第１増厚部６で燃焼室内の高圧ガスをシールする。
その第１増厚部６の外周側には、各燃焼室孔３を囲繞するように、無端環状の第１シールラインＳＬ１が設けられている。隣り合う燃焼室孔３のそれぞれを囲む第１シールラインＳＬ１は、その燃焼室孔３の境界部が狭いことから、当該境界部の出入口部分（左右両端部）で合流若しくは分岐して統合して、境界部では一本のシールラインを共用している。その２本のシールラインが合流・分岐する部分が合流分岐部Ｍを構成する。
また、その第１シールラインＳＬ１の外周側部分の基板２に複数の冷却水孔４が開口し、その複数の冷却水孔４及び上記燃焼室孔３全体を囲繞するように無端環状の第２シールラインＳＬ２が設けられている。その第２シールラインＳＬ２の外側にボルト孔９やオイル孔５が開口し、そのボルト孔９やオイル孔５を囲繞するようにして無端環状の第３シールラインＳＬ３が設けられている。その第２シールラインＳＬ２と第３シールラインＳＬ３についても、近接して配置される部分については、統合されて一本のシールラインとなっている。すなわち、シールラインが一本に統合される部分の合流部若しくは分岐部が合流分岐部Ｍとなっている。
さらに、基板２の外端部の一部には、上側に折り返されて第２増厚部１２が形成されている。該第２増厚部１２の高さは、鍛圧成形等によって、上記第１増厚部６における最小高さよりも若干低い高さに設定してある。
ここで、上記シールラインの合流分岐部Ｍは、シールラインの長さを短く設計しようとしたり、設計上シール幅が取れない場合に多くなる。
また、上記金属ビード７のビード幅は、例えば図４３に示すように、分岐合流部Ｍに向けてできるだけ同寸となるように形成する。勿論、これに限定されない。
上記シールラインを構成するビードは、図３０及び図３１に示すように、金属ビード７とゴムビード８とを合成した構成となっている。
本実施形態の金属ビード７は、基板２の一方の面側（上側）にのみ山形に突出するように当該基板２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６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８は、上記金属ビード７の凸部側の基板２表面に固着した弾性シール材８ｂ、及び金属ビード７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８ａから構成されている。この弾性シール材８ａ、８ｂ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、耐熱・耐食性・耐候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７の凸部側に固着された弾性シール材８ｂは、少なくとも金属ビード７の幅方向両側を覆うように基板２の表面に固着している。また、上記各金属ビード７の凸部側に固着された上記弾性シール材８ｂの高さは、それぞれ金属ビード７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２の平坦面と略平行とされている。なお、上記弾性シール材８ｂの高さを金属ビード７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６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７の凹部内に充填される弾性シール材８ａの充填量は該凹部内の容積と略同一とされて基板２の平坦面と略面一になっている。
上記シールラインに沿った金属ビード７の幅は略一定であるが、一般に、分岐合流分岐部Ｍでは他のビード部分に比べて金属ビード７幅が相対的に広くなる（図３０、図３１参照）。このため、金属ビード７だけでみれば、分岐合流分岐部Ｍでのばね力は相対的に小さくなるものの、図３１に示すように、金属ビード７凹部に充填される弾性シール材８ａ、８ｂが多くなって、分岐合流分岐部Ｍでの変形荷重がが大きくなる。
これに鑑みて、金属ビード７凸部側のゴムビード８に関して、その他の一般のビード部分にあっては、弾性シール材８ａ、８ｂが、金属ビード７凸部傾斜面及びそれに続く基板２平坦部にも設けられているが、合流分岐部Ｍにあっては、金属ビード７の凸部傾斜面にのみ固着するように弾性シール材８ａ、８ｂを設けて変形荷重の軽減を図っている。なお、ゴムビード８の絶対幅においては、図３１に示す合流分岐部Ｍでの方が広くなって、幅広となった金属ビード７のバネ力の低下を補償している。
このように、金属ビード７の幅に対するゴムビード８の幅の比が、その他の部分と合流分岐部Ｍとで変えることで、シールラインに沿ったシール圧が、合流分岐部Ｍを含めて均等化するようにしている。上記例では、合流分岐部Ｍの方が、金属ビード７幅に対する凸部側のゴムビード８幅の比が小さくなるように設定している。
このように、合流分岐部Ｍが多数存在していても、シールラインに沿った金属ビード７の合流分岐形状に特別な配慮をすることなく、幅調整の容易なゴムビード８幅を調整するだけで各シールラインに沿ったシール圧を均等化することが可能となる。
また、金属ビード７の表裏に成形されたゴムビード８は、弾性シール材８ａ、８ｂの硬度にもよるが、硬度の高い基板２ビードよりバネ荷重は小さいが、ビードを金属ビード７とゴムビード８との合成とし、且つ接合面への接触が当該接合面に馴染む弾性シール材８ａ、８ｂによる面シールとなることからガスケット係数を小さく抑えることが可能となり、つまり上述のように、基板２の硬度を低くして金属ビード７自体のバネ力が小さくしても問題がなく、その分、亀裂の心配もない。
上述のように、ガスケット係数が小さくなり、安全率をみてもガスケット係数が２〜４あれば充分となることから、全体の締め付け荷重を低減出来る。
また、上述のように弾性シール材８ａ、８ｂによる面シールとなることから、接合面の加工粗さやビード幅を跨ぐ疵に対しても、更にアルミ鋳造時に発生する巣孔があっても、大きなシール効果を発揮する。
なお、基板２の外周に沿った第３シールラインＳＬ３の金属ビード７については、シール幅が狭い場合には、ステップ状のハーフビードからなる金属ビード１０を採用することが有る。すなわち、図３３のようなフルビードが、合流分岐部で図３４のように幅広になった後に、図３５に示すように、２つのステップ状のハーフビード１０に分岐し、さらに、両ハーフビード１０が合流して１本のフルビードとなっている。
上記のように、フルビードが２本のハーフビード１０に合流・分岐する場合には、圧縮時に弾性シール材が横方向に流れてバネが弱くなることに鑑み、図３３及び図３４に示すように、相対的に合流分岐部におけるゴム幅を広くすることで、圧の均一化を図っている。
このとき、ボルト孔近傍ではゴムビード幅を広くすることが好ましい。
また、本実施形態では、ボルトの締付け荷重のほとんどが増厚部で負担して、燃焼室孔３を囲む第１増厚部６に大きな圧を掛けることで、圧力の高い燃焼ガスを第１増厚部６でシールしつつ上記ビードの変形量を適切な値に抑えて、弾性シール材８ａ、８ｂの圧縮破壊などを防止するとが可能となる。なお、締付け軸力が低い部分に使用される金属ガスケット１にあっては、上記第１及び第２増厚部３、１２は不要である。
なお、第１増厚部６の円周上の板厚を部分的に抑揚変化させることで（図３６参照）、延在方向に沿ったシール圧が均等化するように設計し、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接合面に介挿して締め付けられた時に、エンジンの剛性によりボルト近傍とボルト間において面圧が異なることから発生するボア（燃焼室）の変形を防止して、ボアの真円度が損なわないようにする。ボアの真円度が損なわれるほど、オイル消費の増大、パワーロスに繋がる。
次に、本発明の第４の実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図３７は、本実施形態に係る金属ガスケット１を説明する平面図である。
本願発明の金属ガスケット１は、基板２が例えばステンレス鋼板や軟鋼板等の金属板からなり、そのような１枚の基板２を基本と考え、必要に応じて上記基板２を積層して構成される。
以下に説明する実施形態では、一枚の基板２から構成される金属ガスケット１の場合を例にして説明する。
まず、構成について説明すると、基板２の略中央部に燃焼室孔３が開口すると共にその燃焼室孔３の外周側にボルト孔４やオイル孔５が開口している。また、チェーンチャンバー孔１７も開口している。
上記燃焼室孔３の端部全周は、図３８に示すように、上側に折り返されて、他の部分よりも板厚の増厚部１６が形成されている。なお、本実施形態では、折り返しによって増厚部１６を形成する場合を例示しているが、平板を固着するなどの公知の方法によって増厚部１６を形成しても良い。
また、上記各開口を囲むようにシールラインＳＬ１，ＳＬ２が設定され、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３８及び図３９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の平担面となり、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４０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４１〜図４３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４４〜図４７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４８及び図４９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５０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は上記各実施形態と同様である。
産業上の利用可能性
以上の説明から明らかなように、金属ビードの凸部側の弾性シール材の量が多くなって圧縮変形量が大きくなるため、弾性シール材の成形加工がしやすくなると共に、弾性シール材の厚さも厚くできるため、加工公差を大きくとることができ、製作コストの低減を図ることができるという効果が得られる。
また、金属ビードの凸部に固着された弾性シール材が冷却水に曝されにくくなると共に、金属ビードの凹部内に充填された弾性シール材についてはビードで覆われて冷却水に曝されることがないため、弾性シール材の劣化が防止されて長期に渡って安定したシール性能を確保することができるという効果が得られる。
更に、金属ビードの反発力と該金属ビードの凸部側および凹部側に固着、充填された弾性シール材の弾性反発力とが相乗して必要なシール圧力を得ることができるため、基板材の硬度を低くすることが可能になって基板の金属ビードの疲労破壊の心配をなくすことができ、シール面荒さを吸収して冷却水圧やオイル圧等を少ない面圧で且つビード幅を不用意に広くすることなく、良好にシールすることができるという効果が得られる。
更に、金属ビードの凸部側の弾性シール材および凹部側の弾性シール材共にシール面積を広くとれるため、接合面の疵や鋳造時に発生する巣穴を低面圧で良好にシールすることができ、しかも、弾性シール材は弾性材（特にゴム系）からなるシール材であるため、ガスケット係数が低く、この結果、限られた軸力荷重を条件の悪い箇所に有効に使用でき、全体の荷重を減少させることができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の第１の実施の形態の形態の一例であ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および図１３のＢ−Ｂ線断面図である。
図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
図４は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図５は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図６は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図７は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図８は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図９は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１０は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１１は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１２は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１３は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための要部平面図である。
図１４は、図１３のＡ−Ａ線断面図である。
図１５は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１６は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１７は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１８は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図１９は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図２０は、本発明の第１の実施の形態における他の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図２１は、本発明に基づく第２の実施形態に係る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のＢ−Ｂ断面図である。
図２３は、図２１のＡ−Ａ断面図である。
図２４は、本発明に基づく第２の実施形態に係る他の構成の増厚部構造を示す断面図である。
図２５は、本発明に基づく第２の実施形態に係る他の構成の増厚部構造を示す断面図である。
図２６は、ガスケットを積層構造で構成した例を示す断面図である。
図２７は、ガスケットを積層構造で構成した例を示す断面図である。
図２８は、ガスケットを積層構造で構成した例を示す断面図である。
図２９は、本発明に基づく第３の実施形態に係る金属ガスケットを説明するための平面図である。
図３０は、図２９のＡ−Ａ断面図である。
図３１は、図２９のＢ−Ｂ断面図である。
図３２は、フルビードからハーフビードに分岐更にフルビードに合流する例を示す図である。
図３３は、図３２における矢視Ｄでの縦断面図である。
図３４は、図３２における矢視Ｅでの縦断面図である。
図３５は、図３２における矢視Ｃ−Ｃでの縦断面図である。
図３６は、増幅部の抑揚を示す参考図である。
図３７は、本発明に基づく第４実施形態に係る金属ガスケットを示す平面図である。
図３８は、図３７におけるＡ−Ａ断面図である。
図３９は、図３７におけるＢ−Ｂ断面図である。
図４０は、突起形成の別の例である。
図４１は、突起形成の別の例である。
図４２は、突起形成の別の例である。
図４３は、突起形成の別の例である。
図４４は、突起形成の別の例である。
図４５は、突起形成の別の例である。
図４６は、突起形成の別の例である。
図４７は、突起形成の別の例である。
図４８は、基板ビードがハーフビードの例である。
図４９は、基板ビードがハーフビードの例である。
図５０は、第２の弾性シール材の変形例である。
図５１は、従来の金属ガスケットを説明するための説明的断面図である。
図５２は、従来のビードを示す断面図である。
図５３は、従来の分岐合流部を示す平面図である。
図５４は、従来の分岐合流部を示す平面図である。
図５５は、従来の分岐合流部を示す平面図である。
図５６は、従来の分岐合流部を示す平面図である。
図５７は、従来の分岐合流部を示す平面図である。
図５８は、従来の分岐合流部を示す平面図である。
図５９は、第４の従来の金属ビードを説明する図である。

Claims (23)

1. 薄肉金属板からなり且つ１又は２以上の開口を有し該開口の一部がボルト挿通孔である基板に対し、
   シールラインに沿って形成されたビードと、他の部分よりも増厚の第１の増厚部とを備えて構成され、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、上記第１の増厚部に面圧が集中すると共に上記ビードが板厚方向に変形してシールする金属ガスケットであって、
   上記ビードを、
   上記基板を板厚方向に屈曲して一方の面側に凸状となりその凸部高さが上記第１の増厚部よりも高い金属ビードと、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共にその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なるゴムビードと、の組合せで構成することを特徴とする金属ガスケット。
2. 上記金属ビードは、フルビード又はステップ状のハーフビードであ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. 上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材は、少なくとも当該凸部表面に固着す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。
4. 上記金属ビードの凸部側表面に固着する弾性シール材の高さを金属ビードの凸部と同一若しくは略同一高さとす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。
5. 上記基板に形成された開口の一部は、燃焼室孔であり、上記第１の増厚部は、上記燃焼室孔全周を無端環状に囲むように形成されることを特徴とする請求の範囲第４項に記載した金属ガスケット。
6. 上記第１の増厚部は、上記基板の燃焼室孔側の端部を折り返すと共に該折り返し部内にシム板を配置して構成されることを特徴とする請求の範囲第５項に記載した金属ガスケット。
7. 上記第１の増厚部の総板厚を、上記締結ボルトのボルト挿通孔近傍は薄く、各ボルト挿通孔間は厚くなるように、該燃焼室孔の周方向に沿って変化させることを特徴とする請求の範囲第５項に記載した金属ガスケット。
8. 上記基板の外周部に、上記第１の増厚部よりも薄い第２の増厚部を設けたことを特徴とする請求の範囲第５項に記載した金属ガスケット。
9. 基板の片面又は両面に減摩剤を塗布したことを特徴とする請求の範囲第１項〜請求の範囲第８項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
10. 複数個の燃焼室孔が隣接して開口した金属薄板を基板とし、上記各燃焼室孔の周縁に沿って囲繞するようにして、他の部分もよりも増厚の増厚部及びシールラインが設けられ、上記シールラインに沿ってビードが設けられた金属ガスケットにおいて、
    隣接する燃焼室孔の間である孔境界部においては、当該隣接する燃焼室孔に共通したビードを設けると共に各燃焼室孔周縁に設けたビードを相互に接続して一体構成とし、上記孔境界部における燃焼室孔周縁に沿った増厚部の幅を、隣接する燃焼室孔間のクリアランスに応じた幅とし、
    上記ビードを、基板の板厚方向に屈曲して上記増厚部厚さより高い凸状に成形した金属ビードと、板厚方向に圧縮変形することでバネ力を発揮可能な弾性シール材を、上記金属ビードの凸部側表面に固着すると共に凸部裏側の凹部に充填してなるゴムビードとの合成とし、上記凸部側表面の弾性シール材は、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高さと同一若しくは略同一の高さに設定されていることを特徴とする金属ガスケット。
11. 上記増厚部は、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、部分的に厚さが変更されていることを特徴とする請求の範囲第１０項に記載した金属ガスケット。
12. シールラインに沿って、金属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、シールライン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８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
13. シールラインに沿って、ゴム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、シールライン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８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
14. 薄肉金属板からなる基板に、複数本のシールラインが形成され、各シールラインに沿ってビードが形成され、上記複数本のシールラインの少なくとも一部が所定箇所で合流若しくは分岐する合流分岐部が形成される金属ガスケットにおいて、
    上記シールラインに沿って構成するビードを、基板を板厚方向に屈曲して一方の面側にのみ凸状となった金属ビードと、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なるゴムビードとの合成で構成し、少なくとも上記合流分岐部では、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たことを特徴とする金属ガスケット。
15. 基板に板厚方向に増厚した増厚部を形成し、該増厚部の増厚によって上記ビードの圧縮変形量を規制することを特徴とする請求の範囲第１４項に記載した金属ガスケット。
16. 上記合流分岐部におけるゴムビードの幅を調整することで、当該合流分岐部でのシール圧を、合流分岐部以外のシールライン位置でのシール圧に一致させ若しくは近づけたことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載した金属ガスケット。
17. 金属ビードがフルビードから複数のフルビードに分岐、若しくは、複数のフルビードが合流する合流分岐部において、金属ビード幅に対する金属ビード凸部側のゴムビード幅の比について、上記合流分岐部での比が、他のビード部分での比よりも小さくなるように、ゴムビード幅を調整したことを特徴とする請求の範囲第１４項〜請求の範囲第１６項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
18. 金属ビードが、フルビードから複数のステップ状のハーフビードに分岐若しくは、複数のステップ状のハーフビードが合流してフルビードとなる合流分岐部において、金属ビード幅に対するゴムビード幅の比について、上記合流分岐部での比が、締付けボルト近傍部では、他のビード部分での比よりも大きくなるように、ゴムビード幅を調整したことを特徴とする請求の範囲第１４項に記載した金属ガスケット。
19. 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、上記請求の範囲第１項〜第８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項、請求の範囲第１４項〜第１６項、請求の範囲第１８項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
20. 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、上記請求の範囲第１項〜第８項、請求の範囲第１０項、請求の範囲第１１項、請求の範囲第１４項〜第１６項、請求の範囲第１８項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
21. 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１９項に記載した金属ガスケット。
22. 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１９項に記載した金属ガスケット。
23. 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１９第２１項、又は第２２項のいずれか１項に記載した金属ガスケット。

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