WO2003085292A1

WO2003085292A1 - Joint metallique

Info

Publication number: WO2003085292A1
Application number: PCT/JP2002/011793
Authority: WO
Inventors: Kosaku Ueta; Hideo Watanabe
Original assignee: Japan Metal Gasket Co., Ltd.
Priority date: 2002-04-04
Filing date: 2002-11-12
Publication date: 2003-10-16
Also published as: US20040155412A1; EP1350993B1; WO2003085294A1; JP4156527B2; KR100571631B1; US8459657B2; EP1350992B1; EP1350992A3; WO2003085293A1; KR20030094229A; KR100549913B1; EP1350994A3; US7011313B2; EP1350992A2; BR0208651A; CN1312420C; CN100554737C; US7025358B2; DE60319455D1; AU2002343887A1

Description

明細書金属ガスケット技術分野

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一ブロックの接合面とシリンダーへヅドの接合面との間の接合部に介揷されて、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 6 0 - 3 4 6 5号公報に記載されているものがある。この金属ガスケヅトは、図 2 1及び図 2 2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 5 0を構成し、各燃焼室孔 5 1の周縁を囲繞するシ —ルライン S L 1に沿って第 1の金属ビード 5 2を形成する。さらに、その第 1 の金属ビ一ト 5 2よりも外周側に、冷却水孔 5 3を包含して囲繞し且つボルト孔 5 4から離間して該ボルト孔 5 4を囲繞しないシールライン S L 2に沿って第 2 の金属ビ一ド 5 5を形成して構成される。なお、符号 5 6は、オイル孔であり、そのオイル孔 5 6の周縁を囲繞するようにして第 3のシールライン S L 3が形成されている。

そして、上記金属ガスケットを、シリンダープロヅク 6 0の接合面とシリンダ —へヅド 6 1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一ド 5 2， 5 5が弾性変形することで、第 1の金属ビ一ド 5 2で燃焼室孔 5 1の燃焼ガスが線シールされると共に、 2つの金属ビ一ド 5 2 , 5 5間に、冷却水孔 5 3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 5 3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一ド 5 2 , 5 5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、ェンジン稼動による熱の発生でェ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 5 0に成形した金属ビ一ド 5 2， 5 5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 5 2， 5 5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、アルミニウムは錶造技術が難しく錶造時に錶巣穴が発生する。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、上記従来のピ一ド 5 2， 5 5は線シールであり且つメタル接触となることから、線シ一ルのビ一ドラインを巣穴が跨って連続したり、ガスケヅ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 5 2、 5 5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謝反 5 0を形成する必要があるので、その分、当該基板 5 0を屈曲成形してなる金属ビード 5 2， 5 5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ヅトとしては、例えば特開 2 0 0 1 - 1 7 3 7 9 1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 2 3に示すように、 2枚の基板 5 0から構成されるものである。すなわち、 2枚の基板 5 0のうち、板厚の厚い基板（上側の基板）における燃焼室孔 5 1側端部に増厚部 5 2を形成し、また、 2枚の基板 5 0のそれぞれについて、その増厚部 5 0を囲む位置に凸状の基板ビード 5 3を、それぞれ增厚部 5 2の厚さより高く成形し、その 2枚の基板 5 0を、基板ビ一ド 5 3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 5 4を充填して構成される。

そして、上記金属ガスケットを、シリンダブ口ックとシリンダへ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一ド 5 3が圧縮変形すると共に凹部に充填された上記弾性シ —ル材 5 4も圧縮変形して、当該基板ビード 5 3のパネ力と弾性シール材 5 4のパネ力との合成パ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 5 3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一ドもある。

この従来の金属ガスケヅ卜においては、基板ビ一ド 5 3とビード凹部に充填された弾性シール材 5 4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 5 3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 5 0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 5 4が庄縮変形することで、基板 5 0 及び基板ビ一ド 5 3が板厚方向に反るように変形しょ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 5 0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 5 0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 5 0に成形した基板ビード 5 3の経時変化、及びビ一ド凹部の弾性シール材 5 4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一ハングしている部分で、この問題が生じ易い。

さらに、弾性シ一ル材 5 4を基板凹部に焼付け成形するとき、弾性シール材 5 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 5 4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つても、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、金属ビ一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ビ一ドと、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 ¾反部分には、冷却水孔以外の開口が存在せず、かつ、上記第 1ビ一ド及び第 2ビ一ドは、それぞれ金属ビ一ドとゴムビ一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、

上記ゴムビ一ドは、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一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ヅ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、金属ビードのビ一ド幅の 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 JP02/11793 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、金属ビードのビ一ドのビ一ド幅の 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ビ一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、金属ビ一ド、及び該金属ビードの両面に成形されたゴムビ一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、本発明のビ一ドは、金属ビ一ドとゴムビードの合成されたパネ力でシールするが、接合面と接触するビ一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、シール面が弾性シ一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つても、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、ビ一ドのガスケット係数を小さくできることから、金属ビ一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ツ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、シールに必要なビ一ドライン上下のみで使用量が少ない。

なお、金属ビ一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 3 0 %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、上記ビ一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パネを発揮する板パ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、板パ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増厚部がパネを持つことで、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、ビ一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一ド凸部側表面に対し、上記弾性シ一ル材ょ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。 3 次に、請求の範囲第 1 0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 1 1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 1 2項に記載した発明は、請求の範囲第 8項、 1 0項、 1 1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。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、ビ一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実施形態に係るビ一ドを示す断面図である。図 1 0は、突起形成の別の例である。

図 1 1は、突起形成の別の例である。

図 1 2は、突起形成の別の例である。

図 1 3は、突起形成の別の例である。図 1 4は、突起形成の別の例である。

図 1 5は、突起形成の別の例である。

図 1 6は、突起形成の別の例である。

図 1 7は、突起形成の別の例である。

図 1 8は、基板ビ一ドがハーフビ一ドの例である。

図 1 9は、基板ビ一ドがハーフビ一ドの例である。

図 2 0は、第 2の弾性シール材の変形例である。

図 2 1は、従来の金属ガスケヅトを説明するための平面図である。

図 2 2は、図 2 1における D—！)断面図である。

図 2 3は、従来の金属ビードを説明する図である。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ヅ卜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へヅドガスケヅトの一例である。この金属ガスケット 1の基板 2 0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 2 0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 2 0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つ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シ一ルライン S L 1が設定されている。その第 1シールライン S L 1の外周側位置に、各燃焼室孔 2の周縁に沿って複数の泠去ロ水孔 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 SL 1が設定されている。第 1シールライン SL 1と第 2シールライン S L 2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 SL 2を設定する。

その第 2シールライン SL 2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 S L 3が設定されている。

なお、上記各シールライン SL 1〜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增厚部 9の高さは、鍛圧成形によって、上記第 1增厚部 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 SL 1〜SL3に沿って、図 2及び図 3のように、ビ一ド BDが形成されている。本実施形態のビ一ド BDは、図 2及び図 3に示すように、金属ビ一ド 4, 5とゴムビ一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一ドであって、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一ル圧を発生可能となっている。

上記ゴムビードは、上記金属ビ一ド 4， 5の凸部側の基板 20表面に固着した弾性シール材 l l a、 l lb、 13a、 13b、及び金属ビ一ド 4， 5の各凸部の裏側に位置する凹部内に充填された弹性シール材 10， 12から構成されている。この弾性シール材 11 a、 l lb、 13 a、 13b及び 10， 12は、例えばフヅ素ゴム、 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 11 a、 l lb、 13 a、 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、上記各金属ビ一ド 4 , 5の凸部側に固着された上記弾性シール材 1 1 a、 1 1 b、 1 3 a、 1 3 b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 2 0の平坦面と略平行とされている。なお、上記弾性シール材 1 1 a、 1 1 b、 1 3 a、 1 3 b の高さを金属ビ一ド 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 3 5 %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、各金属ビ一ド 4 , 5の凹部内に充填される弾性シール材 1 0， 1 2の充填量は該凹部内の容積と略同一とされて基板 2 0の平坦面と略面一になつている c 次に、上記金属ガスケヅトの作用 ·効果等について説明する。

上記構成の金属ガスケヅト 1を、シリンダブ口ヅクとシリンダへヅ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 1 1 a、 1 1 b、 1 3 a、 1 3 bおよび弾性シ一ル材 1 0 , 1 2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。

これによつて、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 S L 1 , S L 2に沿って形成された各ビ一ド B D (金属ビ一ド 4 , 5とゴムビード）の弾性反発力によつて、その間に存在する冷却水の漏出を面シールする。

そして、ビ一ド B D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 2 0—枚分相当の隙間を有する隙間空間 S Pが第 1シールライン S L 1と第 2シールライン S L 2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 S P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ォー夕ポンプの稼動で、隙間空間 S P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ヅト 1も冷却し、ガスケヅト 1に成形しているゴムビ一ドの熱による劣化も防止する。

このとき、本発明のビ一ド B D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

—ル材 l l a、 1 1 b_s 1 3 a, 1 3 b及び 1 0 , 1 2であるのでガスケヅ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 S P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一ル材 1 1 a、 l l b、 1 3 a、 1 3 b及び 1 0 _: 1 2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、ゴムビ一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、ビ一ド B D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 2 0を成形しても問題ない。また、弾性シール材 l l a、 1 l b, 1 3 a、 1 3 b及び 1 0 , 1 2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、金属ビ一ド 4 , 5は第 1增厚部 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 3 0 %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、パワー口スゃ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 2 0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、鍛圧加工によつ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 1 4 a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 1 4 aを挟み込んだ場合には、そのシム 1 4 a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 1 4 aを挟み込むことで、第 2增厚部 9について鍛圧成形が不要となる。また、シム 1 4 a 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 S P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パネ 1 4 b をシム 1 4 aとして上記第 1增厚部 3に挟み込んでも良い。この場合には、上記効果の他に、板パネ 1 4 b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がパネを持つことで、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がフルビ一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 S L 2に沿って形成するビ一ド B Dについて、その金属ビ一ド 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一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、金属ビ一ド 5をハーフビ一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 2 0より板厚の薄い板片 3 0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、金属ビ一ド 4 , 5の延在方向に沿った、ビ一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、ビ一ド延在方向に沿ったビードによるシ一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 —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ビ一ドと第 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。これによつて、常時、水と接触する基板表面の錡が防止される。

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、ビ一ドの構成が若干異なっている。

すなわち、各シールライン S L 1 , S L 2に沿ってビ一ドが形成されている。本実施形態のビード B Dは、図 8及び図 9に示すように、フルビ一ドからなる基板ビード 6とゴムビ一ド 8， 1 0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 1 6 側に当該増厚部 1 6よりも高い凸状の形状となっている。

また、上記ゴムビ一ドは、上記基板ビ一ド 6の凹部内に充填された第 1の弾性シール材 1 0と、上記基板ビード 6の凸部側に固着した第 2の弾性シ一ル材 8とから構成されている。

上記第 1の弾性シール材 1 0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 1 1がシールライン S L 1 , S L 2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、基板ビ一ド 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、基板ビ一ド 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の弹性シール材 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 S L 1 , S L 2の位置などは、金属ガスケヅト 1を介装するシリンダへヅド及びシリンダブ口ヅクの種類によつて当然に異なる。そして、上記構成の金属ガスケヅト 1は、エンジンのシリンダブ口ックとシリンダへヅ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一ドが変形し、シールライン S L 1 , S L 2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 1 6によって、ビ一ドの圧縮変形量が制限されると共に、当該増厚部 1 6に高い面圧が発生し、当該増厚部 1 6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增厚部 1 6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 1 6との接触はメタル接触となり、エンジン加工ヅ一ルマークによる 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 1 6から外周側に向けて若干の圧漏れは有る。しかし、増厚部 1 6の外周側を囲むビ一ド B Dによってシールされる。

本実施形態のビード B Dは、圧縮変形した基板ビ一ド 6とゴムビードとの合成パネによって所要のシール圧を発生する構造であるので、基板ビ一ド 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， 1 0の平坦面となり、その軟質な弾性シ一ル材 8 , 1 0が、当接した接合面部分にあるエンジンの加工ヅ一ルマ一クを埋めることで、上記のように脈動加圧であっても、増厚部 1 6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、その弾性シ一ル材 1 0が圧縮変形することで、基板ビ一ド 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、基板ビ一ド 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、基板ビ一ド 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 1 0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 1 0を充填成形する際に、高温"^令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 1 1 , 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 1 1 , 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一孔 1 7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一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、既存技術は基板ビ一ド 6の凹面の弾性シール材 1 0を充填したビード構造は、基板 2の硬度を上げればパネ力は発生するが、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パ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 1 0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及び基板ビ一ド 6の変形を防止するしている _c ここで、基板 2の硬度を低くすることでパネ力は低下するがビ一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一ド 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一ル材 1 0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一ド B D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 1 0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、基板ビ一ド 6の凹部に充填する弾性シール材 1 0 表面の中央部に小さな突起 1 1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の弾性シ一ル材 8表面に形成した突起 1 1が隆起して変形追従する。この突起 1 1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一ド 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 1 0に形成した突起 1 1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、上記ビ一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つて一時的に面圧が低下すると、ビ一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 1 0にあっては、上記クリァランスの拡大に応じて突起 1 1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 1 1による面圧が高くなつ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、経時劣化でパネ力が弱くなつ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 1 1位置に荷重が集中することで（この場合には突起 1 1 , 9は必ずしも隆起しない）、突起 1 1位置での面圧が高くなつて所定のシ一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 1 0 に示すように、基板ビード 6凸部側の弹性シール材にも突起 9を形成しておくと良い。

また、ビ一ド幅方向に並ぶ突起 1 1， 9の数は、 1条に限定されず、図 1 1〜図 1 3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 1 1 , 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 1 1， 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 1 1， 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つ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 S L 1 , SL 2に沿って、シールライン SL 1, SL 2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 SL 1， SL 2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、基板ビ一ド 6は、フルビードの場合で説明しているが、基板ビ一ド 6がステップ状のハーフビ一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一ド 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近傍のビ一ド BDにあっては、図 20に示すように、凸側の第 2弾性シ一ル材について、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、增厚部 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 1 1 , 9の高さは、突起形状を問わず、増厚部 1 6の板厚まで変形した際の変形率が 2 5 %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ヅトの場合であるが、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、金属ビ一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。

Claims

請求の範囲

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增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ビ一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ビ一ドと、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ビ一ド及び第 2ビ一ドは、それぞれ金属ビ一ドとゴムビ一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増厚部より髙ぃ凸部を一方の面側にだけ成形して構成され、

上記ゴムビ一ドは、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一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ヅト。

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パネを発揮する板パ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 . 上記各ビ一ドは、ビ一ド延在方向に沿って、ビ一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つたビ一ドによるシ —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ヅト。

7 . 上記第 1ビ一ドと第 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一ド凸部側表面に対し、上記弾性シール材ょ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ヅト。

8 . 上記ゴムビ一ドを構成する、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。

1 0 . 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一ル面圧に応じて変更され、シ一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。

1 1 . 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弹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。

1 2 . 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、 1 0項、 1 1項のいずれか 1項に記載した金属ガスケヅト。