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JP2004218526A - Metallic gasket - Google Patents

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JP2004218526A
JP2004218526A JP2003006858A JP2003006858A JP2004218526A JP 2004218526 A JP2004218526 A JP 2004218526A JP 2003006858 A JP2003006858 A JP 2003006858A JP 2003006858 A JP2003006858 A JP 2003006858A JP 2004218526 A JP2004218526 A JP 2004218526A
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JP
Japan
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bead
plate
metal
thickened portion
sub
Prior art date
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Application number
JP2003006858A
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Japanese (ja)
Inventor
Kosaku Ueda
耕作 植田
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Japan Metal Gasket Co Ltd
Original Assignee
Japan Metal Gasket Co Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a metallic gasket capable of securing a stable sealing performance at a low cost and for a long period of time even if a vibration is applied thereto when the engine is working. <P>SOLUTION: A first thickened part 7 and an inner periphery side bead BD1 are formed around each combustion chamber hole 3, an outer periphery side bead BD2 is formed along the outer periphery of a substrate 2, and third thickened parts 10 are formed at the outer periphery side of the outer periphery side bead BD2. In addition, a second thickened part 20 is formed between the inner periphery side beads BD1 and the outer periphery side bead BD2. A spring element is added to each first thickened part 7. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッド間に介挿されてボルト締結されて、燃焼ガス、水圧、及びオイル圧をシールする機能を有する金属ガスケットに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来この種の金属ガスケットとしては例えば、図16、図17に示すような金属ガスケットがある(特許文献1を参照)。
この金属ガスケットは、積層配置される2枚の基板50の間に剛性が高い副板51を介挿し、その副板51の燃焼室側端部を折り返すことで増厚して増厚部52を形成し、金属ガスケットをエンジンに組み付けたときに、当該増厚部52に最大荷重が掛かって、燃焼室内の高圧ガスをシールする。
【0003】
さらに、上記2枚の基板50には、それぞれ燃焼室孔を囲繞する位置に金属ビード53が形成されている。そのビード53は、それぞれ基板50を副板51側に向けて凸状に屈曲形成して形成されている。そして、上記ビード53は、増厚部52の板厚まで変形してメタル接触でシールすると共に、当該増厚部52によって圧縮変形量が規制されて当該ビードの圧縮変形量が規制される結果、エンジン稼働時の振動によるビードの振動振幅を制限して疲労破壊を防止する。
【0004】
【特許文献1】
特開平1−65367号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ビード53は、メタル接触でシール機能を発揮するため、当該ビード53を形成する基板50は高硬度のものとする必要があることから、エンジン運転時に発生する振動振幅によりビードの曲げR部に集中している内部応力が、圧縮、引張りの繰り返しで入力されて疲労破壊に繋がることが有る。
【0006】
また、上記金属ガスケットが使用されるエンジンは、更に軽量化、筒内圧の高騰、燃焼ガス温度の高騰等による、熱変形、振動振幅の増大化の傾向にあるため、上述のように硬度の高い基材では疲労破壊防止に限界があり、基板50の硬度を下げることが望ましい。
しかし、上記従来の金属ガスケットにあっては、基板50の硬度を下げるとビードが発生するバネ力が低下し、更に増厚部でビードの変形を制限している為にシールライン幅も狭いことから、シール面の取り扱い傷や鋳巣穴等に弱い。
本発明は、かかる不都合を解消する為になされたものであり、エンジン稼働時の振動が作用しても、低コストで安定したシール性能を長期間に渡って確保することが出来る金属ガスケットを提供することを課題としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項1に記載した発明は、少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第1増厚部と、その第1増厚部の外周で当該第1増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に配置されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第2増厚部と、を備え、
上記第1増厚部の板厚をH1、第2増厚部の板厚をH2とした場合に、H1>H2の関係に設定し、
上記内周側ビードは、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増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成され、
上記外周側ビードは、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2増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成され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。
【0008】
本発明によれば、各ビードが金属ビードとゴムビードの合成により構成され、且つ軟質な弾性シール材が接合面に接触することで、基板の硬度を下げつつ、ビードによる確実なシールを確保可能となる。
また、エンジンの稼働のよる振動によって、金属ガスケットに板厚方向の脈動的な繰り返し荷重が入力され、内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分が板厚方向に振動するように変形しようとするが、本実施形態では、第2増厚部を設けることで、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分の変形を抑える。
【0009】
ここで、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に位置する基板部分が繰り返し板厚方向に変形(凹む方向に変形)すると、その分金属ビードに繰り返し荷重が負荷されて、金属ビードの寿命に悪影響が発生するばかりか、ビードによるシール圧の変動に繋がる。
また、第2増厚部を形成することで、主として面圧を受ける、増厚部の面積が広くなって、面積も小さくディゼルエンジンのように締め付け荷重の多いエンジンに組み込む場合であっても、第1増厚部面が耐力を超え凹むことが防止できる。その結果、燃焼室孔からのガスの吹き抜けをより有効に防止することができる。
【0010】
次に、請求項2に記載した発明は、請求項1に記載した構成に対し、上記基板に対し、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第3増厚部を備え、その第3増厚部の板厚をH3とした場合に、H1>H3の関係に設定することを特徴とするものである。
次に、請求項3に記載した発明は、請求項1又は請求項2に記載した構成に対し、上記第1増厚部は、燃焼室孔側端部を折り返して形成され、その折返し部内にシムが介挿されることを特徴とするものである。
【0011】
シムを介挿することで、一番面圧が高くなる第1増厚部における周方向に沿った板厚の変更が容易となる。なお、第1増厚部における周方向に沿った板厚に抑揚をつけることで、第1増厚部の周方向に沿ったシール圧を均等化することが好ましい。均等化することで、ボア真円度を向上させることが可能となる。
次に、請求項4に記載した発明は、請求項1〜請求項3のいずれかに記載した構成に対し、上記基板に対しビードの凸部側から対向するように積層配置された副板を有し、その副板における上記第1増厚部と対向する位置には、当該副板を板厚方向に屈曲成形することで板厚方向にばね力を発揮可能なバネ要素が設けられていることを特徴とするものである。
【0012】
第1増厚部の部分にバネ要素が付加されることで、燃焼室孔周囲の面圧が熱変形などでバランスが崩れても、上記バネ要素が変形追従して、第1増厚部における、部分的な面圧低下を補う。
次に、請求項5に記載した発明は、請求項3に記載した構成に対し、上記シムには、板厚方向に屈曲成形されて板厚方向にバネ力を発揮可能なバネ要素を備えることを特徴とする請求項2に記載した金属ガスケット。
【0013】
第1増厚部の部分にバネ要素が付加されることで、燃焼室孔周囲の面圧が熱変形などでバランスが崩れても、上記バネ要素が変形追従して、第1増厚部における、部分的な面圧低下を補う。
次に、請求項6に記載した発明は、請求項5に記載した構成に対し、上記基板に対しビードの凸部側から対向するように積層配置された副板を有することを特徴とするものである。
【0014】
副板によって、凸部側の弾性シール材が保護されると共に、金属ガスケットの厚さが調整される。
次に、請求項7に記載した発明は、請求項1〜請求項6のいずれかに記載した構成に対し、上記基板に積層配置される副板を備え、板厚方向に上記第1増厚部と対向する部分を含む基板における面圧変化が起きやすい部分に対し、副板を板厚方向に屈曲成形してなるバネ要素を設けたことを特徴とするものである。
【0015】
次に、請求項8に記載した発明は、積層配置される2枚の基板と、2枚の基板間に介挿される副板とを備え、上記2枚の基板及び副板は、それぞれ少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなり、
上記2枚の基板及び副板のうちの少なくとも1枚に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚且つ金属性の第1増厚部を形成し、
上記2枚の基板にそれぞれ、上記第1増厚部よりも外周位置で上記燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周端部に沿って延びる外周側ビードとを設け、
上記2枚の基板及び副板の少なくとも1枚に対し、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に形成されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第2増厚部を設け、
上記第1増厚部の板厚をH1、第2増厚部の板厚をH2とした場合に、H1>H2の関係に設定し、
上記内周側ビードは、基板を板厚方向に屈曲して副板側に凸状となりその凸部高さが上記第1増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成され、上記外周側ビードは、基板を板厚方向に屈曲して副板側に凸状となりその凸部高さが上記第2増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成され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。
【0016】
副板によって凸部側の弾性シール材を保護しつつ、上述の作用を発揮する。
次に、請求項9に記載した発明は、請求項8に記載した構成に対し、上記2枚の基板及び副板のうちの少なくとも1枚に対し、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚且つ金属性の第3増厚部を形成し、その第3増厚部の板厚をH3とした場合に、H1>H3の関係に設定することを特徴とするものである。
【0017】
次に、請求項10に記載した発明は、請求項8又は請求項9に記載した構成に対し、上記第1増厚部位置において、副板及び2枚の基板の少なくとも一箇所に、板厚方向に屈曲成形されて板厚方向にバネ力を発揮可能な金属性のバネ要素を設けたことを特徴とするものである。
【0018】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る第1実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態に係る金属ガスケット1 を示す要部平面図、図2は、図1におけるB−B断面図である。
まず構成について説明する。
【0019】
基板2を、ステンレス鋼板や軟鋼板などの薄肉金属板から構成する。本実施形態では、低価格品を対象として基板2が軟鋼板から構成されているものとする。本実施形態の金属ガスケットでは、後述のように硬度が低い軟鋼板を使用してもビードによる十分なシールが可能となっている。
上記基板2の略中央部には、図1に示すように、複数の燃焼室孔3が開口している。各燃焼室側端部全周は、図2に示すように折り返され、その折り返し部7a内にシム板11が介挿されて、第1増厚部7が形成されている。上記シム板11は、板厚方向に凸状となるように屈曲成形されて金属性のバネ要素11aを備えることで、上記第1増厚部7にバネを付与している。
【0020】
また、各燃焼室孔3及び第1増厚部7を囲繞するように内周側シールラインSL1が設定され、当該内周側シールラインSL1に沿って内周側ビードBD1が形成されている。
その内周側シールラインSL1よりも外周側位置の基板2部分には、ボルト孔4、水孔5、オイル孔6などの各種の孔4、5、6が、接合面(シリンダブロック、シリンダヘッドのシール面)の開口に応じて形成されている。その各種の孔4、5、6よりも外周側位置において、基板2外周部に沿って外周側シールラインSL2が設定され、該外周側シールラインSL2に沿って外周側ビードBD2が形成されている。また、各水孔5を囲繞するように第3シールラインSL3が設定され該第3のビードBD3が形成されている。なお、シールラインが合流する位置では、各種のビードは合流して一つのビードで形成される。
【0021】
また、上記外周側シールラインSL2よりも外周側位置である外端部位置には、基板外端部側を折り返して第3増厚部10が形成されている。その折返し部内には、厚さ調整のためにシム12が介挿されている。
上述の各ビードBD1、BD2は、いずれも、図2に示すように、フルビードからなる金属ビード13、16とゴムビードとの合成によりバネ力を発揮する構成となっている。なお、不図示の第2のビードBD3についても同様な構成からなる。
【0022】
上記金属ビード13、16は、上記第1増厚部7の折返し側(上面側)に凸となるように基板2を板厚方向に屈曲して成形されている。
また、上記ゴムビードは、上記金属ビード13、16の凹部内に充填された第1の弾性シール材14、17と、上記金属ビード13、16の凸部側に固着した第2の弾性シール材15、18とから構成されている。
【0023】
上記第1の弾性シール材14、17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。なお、第1の弾性シール材14、17のビード幅方向略中央部に対し、下側に凸の突起をシールラインに沿って延びるように1条若しくは複数条形成しておくと良い(図2において破線14a、17aにて示すもの)。
【0024】
また、第2の弾性シール材15、18は、金属ビード13、16の凸部表面とそれに連続する基板2の平坦面部分に、つまり金属ビード13、16の幅よりも僅かに広い幅で第2の弾性シール材15、18が形成されている。また、第2の弾性シール材15、18の高さは、金属ビード13、16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。なお、第2の弾性シール材15、18の上面に対しても、上側に凸の突起をシールラインに沿って延びるように1条若しくは複数条形成しても良い。
【0025】
ここで、上記第2の弾性シール材15、18の幅は、金属ビード13、16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15、18の高さは、金属ビード13、16の高さの0.9〜1.1倍の範囲の高さが好ましい。もっとも、各増厚部で規制される最大の圧縮変形量が圧縮破壊を起こす量(例えば40%以上)よりも小さく且つ目的とするバネ力が発揮可能であれば、上記範囲に限定されない。
【0026】
なお、図2に示す本実施形態の金属ガスケットにおいては、内周側ビードBD1について、上記シム11を構成する板材は、基板2の表面(上面)の形状に沿って当該表面に倣うようにして内周側ビードBD1位置を越える位置まで延びている。そして、内周側ビードBD1の金属ビード13に接触する部分11bが、当該金属ビード13に係合する金属ビード状に屈曲成形されることで、内周側ビードBD1の金属ビード13の板厚を増厚し、当該内周側ビードBD1のバネ力を強くしている。このため、上記第2弾性シール材15は、上記部分11bを介して上記金属ビード13の凸部側表面に固定されている。もっとも、上記部分11bによって金属ビード13の増厚を図らなくても良い。
【0027】
また、上記内周側シールラインSL1と、外周側シールラインSL2若しくは第3シールラインSL3との間に位置する基板2の上面(増厚部の増厚側)のほぼ全面に亘って、面厚調整板20aが溶接やかしめなどによって固定されて第2増厚部20が形成されている。上記本実施形態における第2増厚部20を形成するための上記面厚調整板20aの配置位置は、図3における斜線で示す位置であるが、これに限定されず、所定間隔をあけて部分的に基板に固定して第2増厚部20を形成してもよい。
【0028】
ここで、上記第1増厚部7の上記シム11を含む板厚をH1、第2増厚部20の板厚をH2、第3増厚部10部の板厚をH3と定義した場合に、H1>H2、H1>H3となるように、上記シム11、12及び面厚調整板20aの厚さは調整されている。第1増厚部7を一番厚い増厚部分とすることで、当該第1増厚部7に、燃焼室内の高圧ガスを十分シール可能な面圧を発生可能としている。なお、エンジンの剛性などに応じて、上記板厚H1、H2、H3の厚さの関係を調整することで、上記第1増厚部7、第2増厚部20、及び第3増厚部10に発生する、限られた面圧の配分を調整する。
【0029】
また、無負荷時における、内周側ビードBD1の高さは、上記第1増厚部7の高さよりも高く設定されている。外周側ビードBD2及び第3のビードBD3の高さは、第2増厚部20よりも高く設定されている。
このように設定することで、上記構成の金属ガスケット1 を、不図示のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介挿してボルトで締め付けて荷重を負荷すると、一番板厚の第1増厚部7に最大荷重が掛かって、燃焼室内の高圧ガスをシールする。
【0030】
さらに、内周側ビードBD1が第1及び第2増厚部7、20で規制される高さまで圧縮変形して第1増厚部7の外周をシールする結果、シール面にある巣穴などによって第1増厚部7から漏れ出たガスをシールする。このとき、エンジンのシール面に接触するビード部分は、軟質のゴムビード部分であるので、シール面に巣穴やツールマークなどがあっても、確実にシールすることが可能となる。
【0031】
また、各水孔5についても、上記構成の第3のビードBD3でシールされることで、水孔5を流通する水を確実にシールすることができる。
また、基板2外周に沿って形成された上記構成の外周側ビードBD2によって、外部から水などが基板2内に浸入することが防止される。
ここで、第3のビード及び外周側ビードBD2についても、第2増厚部20及び第3増厚部10によってその圧縮変形量が規制される。
【0032】
上記各ビードの圧縮変形量は、使用する弾性シール材の特性などに基づき、例えば最大40%以内に設定するなど圧縮破壊が発生しない値とする。上記弾性シール材は、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。
以上説明した本実施形態のビードBDは、圧縮変形した金属ビード13、16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、金属ビード13、16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(シール面)と接触するビードの部分は、圧縮変形した軟質の弾性シール材の平坦面部分となり、その軟質な弾性シール材が、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、エンジン稼働による脈動加圧であっても、第1増厚部7から漏れた燃焼ガスを完全にシールすることができる。
【0033】
ここで、弾性シール材を金属ビード13、16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14、17が圧縮変形することで、金属ビード13、16及び金属ビード13、16に続く両側の基板2平坦部分を上側に反るように変形させる外力が発生する。そして、金属ビード13、16の疲労破壊を抑え且つ基板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(凸側)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15、18を配置することにより、当該第2の弾性シール材15、18の圧縮変形によって、金属ビード13、16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14、17によるシール性能の劣化を防止している。もっとも、金属ビード13、16の両側近傍にそれぞれ増厚部が配置されている部分にあっては、その増厚部によっても上記変形を抑える働きがあるので、その分、第2の弾性シール材15、18の幅を小さく設定したりしても良い。
【0034】
また、上記第1の弾性シール材14、17は、金属ビード13、16でカバーされて直接ガスや冷却水や潤滑油などに触れる可能性が小さい。また、第2の弾性シール材15、18にあっても、直接ガスや冷却水や潤滑油などに触れる部分は主として側面だけであり、金属ビード13、16の両側に位置する第2弾性シール部分が当該金属ビード13、16で分離されているので、一方の第2弾性シール部分が水などと接触しても他方の第2弾性シールへの影響を抑えることができる。
【0035】
上記のように、本実施形態のビード構造では、確実なシール機能を確保しつつ基板2の硬度を落とすことが可能となって、繰り返し荷重に対しても疲労破壊し難い金属ガスケット構造となる。
また、各ビードの圧縮変形量を規制する増厚部として、第1増厚部7及び第3増厚部10の他に第2増厚部20を設けることで、エンジン稼働による脈動加圧があっても、内周側シールラインSL1と外周側シールラインSL2との間に位置する基板2部分が凹むような変形を発生することを抑えることができると共に、ビード自体の圧縮変形量の変動も抑えられてビードによるシール圧の安定化に繋がる。
【0036】
また、本実施形態では、上記シム11にバネを持たせることで、エンジン稼働時に燃焼室周囲の面圧バランスが崩れても当該シム11のバネ要素11aが追従して第1増厚部7のシール圧を所定の範囲に保持可能であり、その分、第1増厚部7からのガスの漏れを防止することができる。すなわち、エンジン運転中に熱変形で部分的に面圧の低下箇所があっても、その変形に追随して面圧の確保が行われる。
【0037】
なお、第1増厚部7による周方向に沿った面圧が均等化するように、当該第1増厚部7の周方向に沿った高さに抑揚をつけておいても良い。周方向に沿った第1増厚部7の面圧均等化させることは、ボア真円度を図ると共に、パワーロスやオイル消費の低減に貢献する。
なお、本実施形態では、基板2下面及び増厚部上面に対して、シール剤を塗布して、金属面におけるシール性能の補完を図っている。
【0038】
ここで、図4に示すように、上記基板2全面とほぼ対向可能な大きさの副板22を上記基板2の上側に積層するように配置してシール剤の塗布を省略しても良い。副板22は、凸側の弾性シール材15、18を保護したり、ガスケット全体の板厚の調整の役割を持つ。なお、副板22にも、水孔などの開口が形成されている。
【0039】
また、副板22を設ける場合には、図5に示すように、上記バネ要素を備えたシムを省略する代わりに、上記副板22における第1増厚部7と対向する部分を、金属ビードを形成するように板厚方向に屈曲成形してバネ要素22aを形成するようにしても良い。なお、副板22にバネ要素を設ける位置は、第1増厚部7と対向する部分だけに限定されない。基板2における面圧が不安定となりやすい位置と対向する部分にも上記バネ要素を設けても良い。図5では、第3増厚部10を面厚調整板24を固着することで構成している。
【0040】
またこのとき、図6に示すように、第1増厚部7を構成する折返し部分にバネ要素の無い通常のシム23を挟み込むことで、第1増厚部7の周方向に沿った板厚の調整を容易にしても良い。
ここで、上記説明では、第2増厚部20を形成する面厚調整板20aを基板2に固定しているが、副板22側に固定しても良い。
【0041】
また、第1増厚部7位置にバネを持たせるという観点から考えると、図7に示すように、副板22を、金属ビード13の凹部側から対向するようにして、基板2に積層配置しても良い。但し、副板22の第1増厚部7と対向する部分に副板を屈曲成形してなるバネ要素22aを設けておくことが好ましい。
なお、第1増厚部7の形成は、燃焼室孔3側端部の折返しによる形成に限定されず、面圧調整板の固着などで形成しても良い。この場合には、面圧調整板自体を屈曲形成して第1増厚部7にバネを持たせても良い。
【0042】
次に、第2実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、上記実施形態と同様な部材については同一の符号を付して説明する。
本実施形態は、図8に示すように、上記第1実施形態と同様に、第1増厚部7、第2増厚部20、第3増厚部10、内周側ビードBD1、外周側ビードBD2を備え、基板2に対向配置して副板22を設けるものであるが、図4に示すように、第1実施形態で基板2に設けた第1増厚部7及び第3増厚部10を副板22側に設けた点が異なる。
【0043】
さらに、本実施形態では、第2の基板2を副板22を介して上記基板2に積層配置すると共に、当該第2の基板2に対しても内周側シールラインSL1及び外周側シールラインSL2に沿って上述の構成のビード(金属ビード13、16とゴムビードとの合成)を設けている。
すなわち、本実施形態の金属ガスケット1 は、各シールラインに沿って上記内周側ビードBD1、外周側ビードBD2、第3のビードBD3が形成された2枚の基板2を、互いのビード凸部側を対向させて積層配置すると共に、当該2枚のビード間に、第1増厚部7及び第3増厚部10を形成した副板22を介挿して構成されている。
【0044】
また、上側の基板2には第2増厚部20を形成する面厚調整板20aが固定されている。もっとも、上記第1〜第3増厚部7、10、20は、それぞれ2枚の基板2及び副板22のうち少なくとも1枚に形成すればよい。
また、本実施形態では、2枚の基板2に設けたビードの圧縮変形量を所定以内に抑えるために、副板22における面厚調整板20aが当接する部分を反対側(下側)に若干窪ませている。
【0045】
図8に示す例では、副板に設けた第1増厚部7内のシム11にバネ要素11aを設けて、第1増設部7にバネを付与しているが、当該第1増厚部7に対向する基板2部分に金属ビードを形成することで第1増厚部7にバネを付与しても良い。
また、図9に示すように、折返しによって形成した第1増厚部7内に介挿したシム11を外周側にも延ばして面圧が不安定となり易い位置を板厚方向に屈曲成型してバネ要素を形成して面圧を補完するようにしても良い。なお、図9は、副板22に第2増厚部20を構成する面厚調整板20aを配した例である。
【0046】
また、他の実施例を図10〜図14に示す。この実施例は、第1増厚部にバネ要素を付与しない例であるが、第1増厚部位置にバネ要素を付与しても構わない。また、副板は、図10のように、2枚以上積層配置しても構わない。さらに、副板を省略しても構わない。
また、上記全実施形態では、一方の面側に凸状の金属ビードとしてフルビードを採用した場合を例示しているが、図15に示すように、一方の面側に凸状の金属ビードとしてハーフビードを採用しても構わない。図15では、外周側ビードBD2を構成する金属ビード16の全部若しくは一部をハーフビードとし、凸部側に弾性シール材18を固着すると共にその凸部裏側の凹部にも弾性シール材17を充填している。ハーフビードとした場合には、ビード幅を狭くすることが可能である。
【0047】
また、上記全実施形態では、第3増厚部10が有る場合を例示しているが、第3増厚部を省略しても良い。第3増厚部10を省略しても、第2増厚部20で外周側ビードBD2の圧縮変形量が規制することが可能である。
また、第2増厚部20を面厚調整板20aを設けることで構成しているが、副板における第2増厚部位置自体を相対的に増厚して第2増厚部を形成するようにしても良い。
作用や効果については上記第1実施形態と同様である。
【0048】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、燃焼室の高圧ガスをシールする機能と面粗度の悪いシール面を低い面圧で長期間に渡り完全シール性能を確保可能な金属ガスケット1 を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく第1実施形態に係る金属ガスケットを示す平面図である。
【図2】図1におけるB−B断面図である。
【図3】面厚調整板の配置位置を示す図である。
【図4】金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図5】金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図6】金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図7】金属ガスケットの別の構成を示す断面図である。
【図8】本発明に基づく第2実施形態に係る金属ガスケットを示す断面図である。
【図9】本発明に基づく第2実施形態に係る別の金属ガスケットを示す断面図である。
【図10】本発明に基づく第2実施形態に係る別の金属ガスケットを示す断面図である。
【図11】本発明に基づく第2実施形態に係る別の金属ガスケットを示す断面図である。
【図12】本発明に基づく第2実施形態に係る別の金属ガスケットを示す断面図である。
【図13】本発明に基づく第2実施形態に係る別の金属ガスケットを示す断面図である。
【図14】本発明に基づく第2実施形態に係る別の金属ガスケットを示す断面図である。
【図15】外周側ビードの金属ビードをハーフビードで構成する場合の例を示す図である。
【図16】従来例を説明するための断面図である。
【図17】従来例を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1 金属ガスケット
2 基板
3 燃焼室孔
4 ボルト孔
5 水孔
6 オイル孔
7 第1増厚部
10 第3増厚部
11 シム
11a バネ要素
13,16 金属ビード
14,17 第1の弾性シール材(ゴムビード)
15,18 第2の弾性シール材(ゴムビード)
20 第2増厚部
20a 面厚調整板
22 副板
22a バネ要素
BD1 内周側ビード
BD2 外周側ビード
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a metal gasket which is inserted between a cylinder block and a cylinder head of an internal combustion engine and fastened by bolts to seal combustion gas, water pressure and oil pressure.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of metal gasket, for example, there is a metal gasket as shown in FIGS. 16 and 17 (see Patent Document 1).
The metal gasket is thickened by inserting a sub-plate 51 having high rigidity between the two substrates 50 stacked and folding the end of the sub-plate 51 on the combustion chamber side to form the thickened portion 52. When formed and the metal gasket is assembled to the engine, the maximum load is applied to the thickened portion 52 to seal the high-pressure gas in the combustion chamber.
[0003]
Further, metal beads 53 are formed on the two substrates 50 at positions surrounding the combustion chamber holes. The beads 53 are formed by bending the substrate 50 in a convex shape toward the sub-plate 51 side. The bead 53 is deformed up to the thickness of the thickened portion 52 and is sealed by metal contact, and the amount of compressive deformation is regulated by the thickened portion 52 so that the amount of compressive deformation of the bead is regulated. Limits the amplitude of vibration of the bead due to vibration during engine operation to prevent fatigue failure.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-1-65367
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the bead 53 exhibits a sealing function by metal contact, the substrate 50 on which the bead 53 is formed needs to be of high hardness. The internal stress concentrated in the part may be input by repeated compression and tension, leading to fatigue failure.
[0006]
Further, since the engine using the metal gasket tends to further reduce the weight, increase the in-cylinder pressure, increase the combustion gas temperature, and the like, the heat deformation and the vibration amplitude tend to increase, so that the hardness as described above is high. The base material has a limit in preventing fatigue fracture, and it is desirable to lower the hardness of the substrate 50.
However, in the above-described conventional metal gasket, when the hardness of the substrate 50 is reduced, the spring force for generating beads is reduced, and further, the deformation of the beads in the thickened portion is limited, so that the seal line width is also narrow. Therefore, it is susceptible to scratches on the sealing surface and cavities.
The present invention has been made in order to solve such inconvenience, and provides a metal gasket that can secure a low-cost and stable sealing performance for a long period of time even when vibrations occur during operation of an engine. The challenge is to do that.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 of the present invention relates to a substrate made of a thin metal plate having at least a combustion chamber hole opened so as to surround the combustion chamber hole in an endless annular shape. A metallic first thickened portion extending along the opening end of the combustion chamber hole and formed thicker than other portions, and the first thickened portion and the combustion at the outer periphery of the first thickened portion An inner peripheral bead surrounding the chamber hole in an endless annular shape; an outer peripheral bead extending along the outer peripheral portion of the substrate; and a thicker than the other portion disposed between the inner peripheral bead and the outer peripheral bead. A second thickened portion made of metal,
When the thickness of the first thickened portion is H1 and the thickness of the second thickened portion is H2, the relationship of H1> H2 is set;
The inner peripheral bead is formed by bending the substrate in the thickness direction to be convex on one surface side, the height of the convex portion being higher than the first thickened portion, and the convex portion side surface of the metal bead. And a rubber bead made of an elastic sealing material that is filled in the concave portion on the back side of the convex portion and is compressed and deformed in the plate thickness direction together with the deformation of the metal bead,
The outer peripheral side bead is formed by bending the substrate in the plate thickness direction to be convex on one surface side, and the convex portion height is higher than the second thickened portion, and the convex portion side surface of the metal bead. A metal gasket comprising a combination of a rubber bead made of an elastic sealing material which is fixed and filled in a concave portion on the back side of the convex portion and is compressed and deformed in the thickness direction together with the deformation of the metal bead. Things.
[0008]
According to the present invention, each bead is formed by synthesizing a metal bead and a rubber bead, and the soft elastic sealing material comes into contact with the joint surface, thereby lowering the hardness of the substrate and ensuring reliable sealing by the bead. Become.
In addition, due to the vibration caused by the operation of the engine, a pulsating repetitive load in the plate thickness direction is input to the metal gasket, and the substrate portion located between the inner bead and the outer bead vibrates in the plate thickness direction. However, in the present embodiment, by providing the second thickened portion, deformation of the substrate portion located between the inner bead and the outer bead is suppressed.
[0009]
Here, when the substrate portion located between the inner peripheral side bead and the outer peripheral side bead is repeatedly deformed in the thickness direction (deformed in the recessed direction), a load is repeatedly applied to the metal bead, and the metal bead is repetitively loaded. Not only adversely affects the service life, but also leads to fluctuations in sealing pressure due to beads.
Further, by forming the second thickened portion, the area of the thickened portion which is mainly subjected to surface pressure is increased, and even when the thickened portion is incorporated into an engine having a large fastening load such as a diesel engine, It is possible to prevent the first thickened portion surface from being dented beyond the proof stress. As a result, blow-through of gas from the combustion chamber holes can be more effectively prevented.
[0010]
Next, according to a second aspect of the present invention, in the configuration described in the first aspect, a metal layer formed on the substrate on the outer peripheral side with respect to the outer peripheral side bead so as to be thicker than other portions. A third thickening portion is provided, wherein the relationship of H1> H3 is set when the plate thickness of the third thickening portion is H3.
Next, according to a third aspect of the present invention, the first thickened portion is formed by folding the end of the combustion chamber hole side, with respect to the configuration described in the first or second aspect. A shim is interposed.
[0011]
By interposing the shim, it becomes easy to change the plate thickness along the circumferential direction in the first thickened portion where the surface pressure becomes highest. In addition, it is preferable to equalize the sealing pressure along the circumferential direction of the first thickened portion by giving the plate thickness along the circumferential direction of the first thickened portion. By equalizing, it is possible to improve the roundness of the bore.
Next, in the invention described in claim 4, the sub-plate stacked and arranged so as to face the substrate from the side of the convex portion of the bead with respect to the configuration described in any one of claims 1 to 3 is provided. A spring element capable of exerting a spring force in the plate thickness direction by bending the sub plate in the plate thickness direction is provided at a position of the sub plate facing the first thickened portion. It is characterized by the following.
[0012]
By adding a spring element to the first thickened portion, even if the surface pressure around the combustion chamber hole is out of balance due to thermal deformation or the like, the spring element follows the deformation, and the first thickened portion has Compensates for a partial decrease in surface pressure.
Next, according to a fifth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the third aspect, the shim includes a spring element that is bent and formed in the plate thickness direction and can exert a spring force in the plate thickness direction. The metal gasket according to claim 2, wherein:
[0013]
By adding a spring element to the first thickened portion, even if the surface pressure around the combustion chamber hole is out of balance due to thermal deformation or the like, the spring element follows the deformation, and the first thickened portion has Compensates for a partial decrease in surface pressure.
Next, the invention described in claim 6 is characterized in that, in addition to the configuration described in claim 5, a sub-plate is arranged so as to be opposed to the substrate from the side of the convex portion of the bead. It is.
[0014]
The sub-plate protects the elastic sealing material on the convex side and adjusts the thickness of the metal gasket.
Next, a seventh aspect of the present invention provides the configuration according to any one of the first to sixth aspects, further comprising a sub-plate laminated on the substrate, and the first thickness increasing in the thickness direction. The present invention is characterized in that a spring element formed by bending and forming a sub-plate in a plate thickness direction is provided for a portion where a surface pressure change is likely to occur in a substrate including a portion opposed to a portion.
[0015]
Next, the invention according to claim 8 includes two substrates stacked and arranged, and a sub-plate interposed between the two substrates, and the two substrates and the sub-plate are each at least burned. It consists of a thin metal plate with an open chamber hole,
At least one of the two substrates and the sub-plate extends along the opening end of the combustion chamber hole so as to surround the combustion chamber hole in an endless annular shape, and is thicker than other portions. Forming a first thickened portion of metal,
Each of the two substrates is provided with an inner peripheral bead surrounding the combustion chamber hole endlessly at an outer peripheral position than the first thickened portion and an outer peripheral bead extending along the outer peripheral end of the substrate. ,
A metallic second thickened portion formed between the inner circumferential bead and the outer circumferential bead and formed thicker than other portions with respect to at least one of the two substrates and the sub plate. And
When the thickness of the first thickened portion is H1 and the thickness of the second thickened portion is H2, the relationship of H1> H2 is set;
The inner peripheral bead is formed by bending the substrate in the plate thickness direction to form a convex shape on the sub-plate side, the height of the convex portion being higher than the first thickened portion, and the convex portion side surface of the metal bead. And a rubber bead made of an elastic sealing material that is fixed and filled in the concave part on the back side of the convex part and is compressed and deformed in the thickness direction together with the deformation of the metal bead. The metal bead is bent in the direction and becomes convex on the sub-plate side, and the height of the convex portion is higher than the second thickened portion. The metal bead is fixed to the convex side surface of the metal bead and is filled in the concave portion on the back side of the convex portion. And a rubber bead made of an elastic sealing material that is compressed and deformed in the thickness direction together with the deformation of the metal bead.
[0016]
The sub-plate exerts the above-described action while protecting the elastic sealing material on the convex portion side.
Next, according to a ninth aspect of the present invention, in addition to the configuration described in the eighth aspect, at least one of the two substrates and the sub-plate is provided on the outer peripheral side with respect to the outer peripheral bead. When a third thickened portion that is thicker and more metallic than the portion is formed and the plate thickness of the third thickened portion is set to H3, the relationship of H1> H3 is set. .
[0017]
Next, a tenth aspect of the present invention is different from the eighth or ninth aspect in that, in the first thickening portion position, at least one of the sub-plate and the two substrates has a plate thickness. A metal spring element which is bent in the direction and can exert a spring force in the plate thickness direction is provided.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a plan view of a main part showing a metal gasket 1 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along line BB in FIG.
First, the configuration will be described.
[0019]
The substrate 2 is made of a thin metal plate such as a stainless steel plate or a mild steel plate. In the present embodiment, it is assumed that the substrate 2 is made of a mild steel plate for low-priced products. In the metal gasket of the present embodiment, even if a mild steel plate having a low hardness is used as described later, a sufficient seal using a bead is possible.
As shown in FIG. 1, a plurality of combustion chamber holes 3 are opened at a substantially central portion of the substrate 2. As shown in FIG. 2, the entire periphery of each combustion chamber side end is folded back, and a shim plate 11 is inserted in the folded-back portion 7 a to form a first thickened portion 7. The shim plate 11 is bent and formed so as to have a convex shape in the plate thickness direction and includes a metallic spring element 11a, thereby providing a spring to the first thickened portion 7.
[0020]
Further, an inner peripheral side seal line SL1 is set so as to surround each combustion chamber hole 3 and the first thickened portion 7, and an inner peripheral side bead BD1 is formed along the inner peripheral side seal line SL1.
Various holes 4, 5, and 6 such as a bolt hole 4, a water hole 5, and an oil hole 6 are formed on a portion of the substrate 2 located on the outer peripheral side of the inner peripheral side seal line SL1 with the joining surface (cylinder block, cylinder head, etc.). (Sealing surface). An outer peripheral seal line SL2 is set along the outer peripheral portion of the substrate 2 at a position on the outer peripheral side of the various holes 4, 5, and 6, and an outer peripheral bead BD2 is formed along the outer peripheral seal line SL2. . Further, a third seal line SL3 is set so as to surround each water hole 5, and the third bead BD3 is formed. In addition, at the position where the seal lines merge, various beads are merged to form one bead.
[0021]
Further, a third thickened portion 10 is formed at an outer end position which is a position on the outer peripheral side of the outer peripheral side seal line SL2 by folding back the outer end side of the substrate. A shim 12 is inserted in the folded portion for thickness adjustment.
As shown in FIG. 2, each of the beads BD1 and BD2 described above is configured to exert a spring force by combining metal beads 13 and 16 made of full beads and rubber beads. The second bead BD3 (not shown) has the same configuration.
[0022]
The metal beads 13 and 16 are formed by bending the substrate 2 in the thickness direction so as to be convex on the folded side (upper surface side) of the first thickened portion 7.
Further, the rubber beads are composed of first elastic sealing materials 14 and 17 filled in the concave portions of the metal beads 13 and 16 and a second elastic sealing material 15 fixed to the convex portions of the metal beads 13 and 16. , And 18.
[0023]
The first elastic sealing members 14 and 17 are set so that the surface thereof is substantially flush with the lower surface of the substrate 2. In addition, it is preferable to form one or a plurality of downwardly projecting protrusions at substantially the center of the first elastic seal members 14 and 17 in the bead width direction so as to extend along the seal line (FIG. 2). In the drawing, indicated by broken lines 14a and 17a).
[0024]
Further, the second elastic seal members 15 and 18 have a width slightly larger than the width of the metal beads 13 and 16 on the convex surface of the metal beads 13 and 16 and the flat surface portion of the substrate 2 continuous therewith. Two elastic sealing members 15 and 18 are formed. The height of the second elastic sealing members 15 and 18 is substantially the same as the height of the metal beads 13 and 16, and the surface (upper surface) is designed to be substantially flat. One or a plurality of upwardly projecting protrusions may be formed on the upper surfaces of the second elastic seal members 15 and 18 so as to extend along the seal line.
[0025]
Here, the width of the second elastic seal members 15 and 18 is preferably within 1.5 times the width of the metal beads 13 and 16. If it is too wide, the load will increase more than necessary. Further, the height of the second elastic seal members 15 and 18 is preferably 0.9 to 1.1 times the height of the metal beads 13 and 16. However, the range is not limited to the above range as long as the maximum amount of compressive deformation regulated by each thickened portion is smaller than the amount that causes compressive failure (for example, 40% or more) and a target spring force can be exhibited.
[0026]
In the metal gasket according to the present embodiment shown in FIG. 2, the plate constituting the shim 11 follows the surface (upper surface) of the substrate 2 in accordance with the shape of the inner bead BD1. It extends to a position beyond the position of the inner circumferential bead BD1. The portion 11b of the inner peripheral bead BD1 that contacts the metal bead 13 is bent and formed into a metal bead that engages with the metal bead 13, thereby reducing the thickness of the metal bead 13 of the inner peripheral bead BD1. The thickness of the inner bead BD1 is increased to increase the spring force. For this reason, the second elastic sealing material 15 is fixed to the convex side surface of the metal bead 13 via the portion 11b. However, the thickness of the metal bead 13 does not have to be increased by the portion 11b.
[0027]
In addition, the surface thickness extends over substantially the entire upper surface (the thickened side of the thickened portion) of the substrate 2 located between the inner circumferential seal line SL1 and the outer circumferential seal line SL2 or the third seal line SL3. The second thickened portion 20 is formed by fixing the adjustment plate 20a by welding, caulking, or the like. An arrangement position of the surface thickness adjusting plate 20a for forming the second thickened portion 20 in the present embodiment is a position indicated by oblique lines in FIG. 3, but is not limited thereto, and is not limited to this. The second thickened portion 20 may be formed by being fixed to the substrate.
[0028]
Here, when the thickness of the first thickened portion 7 including the shim 11 is defined as H1, the thickness of the second thickened portion 20 is defined as H2, and the thickness of the third thickened portion 10 is defined as H3. , H1> H2, and H1> H3, the thicknesses of the shims 11, 12 and the surface thickness adjusting plate 20a are adjusted. By making the first thickened portion 7 the thickest thickened portion, a surface pressure capable of sufficiently sealing the high-pressure gas in the combustion chamber can be generated in the first thickened portion 7. By adjusting the relationship between the plate thicknesses H1, H2, and H3 according to the rigidity of the engine and the like, the first thickened portion 7, the second thickened portion 20, and the third thickened portion are adjusted. The distribution of the limited surface pressure occurring at 10 is adjusted.
[0029]
Further, the height of the inner peripheral side bead BD1 at the time of no load is set higher than the height of the first thickened portion 7. The height of the outer peripheral side bead BD2 and the height of the third bead BD3 are set higher than the second thickened portion 20.
With this setting, when the metal gasket 1 having the above-described configuration is inserted between a cylinder block (not shown) and a cylinder head and tightened with bolts to apply a load, the first thickened portion having the largest thickness is formed. The maximum load is applied to 7 to seal the high-pressure gas in the combustion chamber.
[0030]
Further, the inner peripheral bead BD1 is compressed and deformed to a height regulated by the first and second thickened portions 7 and 20 to seal the outer periphery of the first thickened portion 7, and as a result, a burrow or the like in the sealing surface causes The gas leaked from the first thickening portion 7 is sealed. At this time, since the bead portion in contact with the seal surface of the engine is a soft rubber bead portion, it is possible to reliably seal even if there is a burrow, a tool mark, or the like on the seal surface.
[0031]
In addition, since the water holes 5 are also sealed by the third beads BD3 having the above configuration, the water flowing through the water holes 5 can be reliably sealed.
Further, the outer peripheral bead BD2 formed along the outer periphery of the substrate 2 prevents water or the like from entering the substrate 2 from the outside.
Here, the amount of compressive deformation of the third bead and the outer peripheral side bead BD2 is also regulated by the second thickened portion 20 and the third thickened portion 10.
[0032]
The amount of compressive deformation of each bead is set to a value that does not cause compressive breakage, for example, is set to be within a maximum of 40% based on the characteristics of the elastic sealing material used. The elastic sealing material may be made of a material having corrosion resistance and elasticity, such as a rubber material such as fluoro rubber, NBR, silicon rubber, or a resin material.
The bead BD according to the present embodiment described above has a structure in which a required sealing pressure is generated by a composite spring of the compression-deformed metal beads 13 and 16 and a rubber bead, so that the hardness of the substrate 2 forming the metal beads 13 and 16 is high. Can be reduced accordingly. In addition, the part of the bead that comes into contact with the upper and lower joint surfaces (seal surfaces) becomes a flat surface portion of the soft elastic seal material that has been compressed and deformed, and the soft elastic seal material is located at the contact surface portion of the engine that is in contact with the engine. By burying the processing tool mark, the combustion gas leaked from the first thickened portion 7 can be completely sealed even with pulsation pressurization due to operation of the engine.
[0033]
Here, in the case of a structure in which the elastic sealing material is filled only in the recesses of the metal beads 13 and 16, the metal beads 13 and 16 and the metal beads 13 and 16 are compressed and deformed. Then, an external force is generated which deforms the flat portions of the substrates 2 on both sides so as to warp upward. As the hardness of the substrate 2 is reduced for the purpose of suppressing the fatigue destruction of the metal beads 13 and 16 and the cost of the substrate, there is a possibility that the above-described deformation warping upward (convex side) may become apparent. In the embodiment, the second elastic seal members 15 and 18 are also arranged on the protruding portion side, and the deformation of the metal beads 13 and 16 and the substrate 2 is suppressed by the compression deformation of the second elastic seal members 15 and 18. This prevents the first elastic sealing members 14 and 17 in the recess from deteriorating the sealing performance. However, in the portions where the thickened portions are arranged near both sides of the metal beads 13 and 16, the thickened portions also have the function of suppressing the deformation, and accordingly, the second elastic sealing material is correspondingly used. The width of 15, 18 may be set small.
[0034]
Further, the first elastic sealing members 14 and 17 are covered with the metal beads 13 and 16 and are less likely to directly come into contact with gas, cooling water, lubricating oil and the like. Further, even in the second elastic sealing members 15 and 18, the portion directly in contact with the gas, the cooling water, the lubricating oil, and the like is mainly only on the side surface, and the second elastic sealing portions located on both sides of the metal beads 13 and 16. Are separated by the metal beads 13 and 16, so that even if one of the second elastic seal portions comes into contact with water or the like, the influence on the other second elastic seal can be suppressed.
[0035]
As described above, in the bead structure of the present embodiment, it is possible to reduce the hardness of the substrate 2 while ensuring a reliable sealing function, and a metal gasket structure that is hard to be fatigued even under repeated loads.
Also, by providing the second thickened portion 20 in addition to the first thickened portion 7 and the third thickened portion 10 as a thickened portion for regulating the amount of compressive deformation of each bead, pulsating pressurization due to engine operation can be reduced. Even if there is, it is possible to prevent the substrate 2 located between the inner peripheral seal line SL1 and the outer peripheral seal line SL2 from being deformed such that the substrate 2 is depressed, and the amount of compressive deformation of the bead itself is also changed. It is suppressed and leads to stabilization of sealing pressure by the bead.
[0036]
Further, in this embodiment, by providing the shim 11 with a spring, the spring element 11a of the shim 11 follows the first thickened portion 7 even if the surface pressure balance around the combustion chamber is lost during operation of the engine. The sealing pressure can be maintained in a predetermined range, and the leakage of gas from the first thickened portion 7 can be prevented accordingly. That is, even if there is a portion where the surface pressure is partially reduced due to thermal deformation during operation of the engine, the surface pressure is secured following the deformation.
[0037]
The height of the first thickened portion 7 in the circumferential direction may be varied so that the surface pressure of the first thickened portion 7 in the circumferential direction is equalized. Equalizing the surface pressure of the first thickened portion 7 along the circumferential direction contributes to the reduction of power loss and oil consumption while improving the roundness of the bore.
In the present embodiment, a sealing agent is applied to the lower surface of the substrate 2 and the upper surface of the thickened portion to complement the sealing performance on the metal surface.
[0038]
Here, as shown in FIG. 4, a sub-plate 22 having a size that can be substantially opposed to the entire surface of the substrate 2 may be disposed on the upper side of the substrate 2 so as to omit the application of the sealant. The auxiliary plate 22 has a role of protecting the elastic sealing members 15 and 18 on the convex side and adjusting the thickness of the entire gasket. An opening such as a water hole is also formed in the sub-plate 22.
[0039]
When the sub-plate 22 is provided, as shown in FIG. 5, instead of omitting the shim provided with the spring element, the portion of the sub-plate 22 facing the first thickened portion 7 is replaced with a metal bead. The spring element 22a may be formed by bending and forming in the thickness direction to form the spring element 22a. Note that the position where the spring element is provided on the sub-plate 22 is not limited to only the portion facing the first thickened portion 7. The above-mentioned spring element may be provided also in a portion facing a position on the substrate 2 where the surface pressure is likely to be unstable. In FIG. 5, the third thickened portion 10 is configured by fixing the surface thickness adjusting plate 24.
[0040]
At this time, as shown in FIG. 6, the normal thickness of the first thickened portion 7 along the circumferential direction is obtained by sandwiching the normal shim 23 having no spring element in the folded portion forming the first thickened portion 7. May be easily adjusted.
Here, in the above description, the surface thickness adjusting plate 20a forming the second thickened portion 20 is fixed to the substrate 2, but may be fixed to the sub-plate 22 side.
[0041]
In addition, from the viewpoint of providing a spring at the position of the first thickened portion 7, as shown in FIG. 7, the sub-plate 22 is stacked on the substrate 2 so as to face the concave portion of the metal bead 13. You may. However, it is preferable that a spring element 22a formed by bending the sub-plate is provided in a portion of the sub-plate 22 facing the first thickened portion 7.
The formation of the first thickened portion 7 is not limited to the formation by turning the end of the combustion chamber hole 3 side, but may be formed by fixing a surface pressure adjusting plate. In this case, the surface thickness adjusting plate itself may be bent to provide the first thickened portion 7 with a spring.
[0042]
Next, a second embodiment will be described with reference to the drawings. Note that the same members as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and described.
As shown in FIG. 8, in the present embodiment, similarly to the first embodiment, the first thickened portion 7, the second thickened portion 20, the third thickened portion 10, the inner peripheral side bead BD1, the outer peripheral side A bead BD2 is provided, and a sub-plate 22 is provided so as to be opposed to the substrate 2. As shown in FIG. 4, the first thickened portion 7 and the third thickened portion provided on the substrate 2 in the first embodiment. The difference is that the part 10 is provided on the sub-plate 22 side.
[0043]
Further, in the present embodiment, the second substrate 2 is laminated on the substrate 2 via the sub-plate 22, and the inner peripheral seal line SL1 and the outer peripheral seal line SL2 are also applied to the second substrate 2. Are provided along the line (composition of the metal beads 13, 16 and the rubber beads).
That is, the metal gasket 1 of the present embodiment is configured such that the two substrates 2 on which the inner bead BD1, the outer bead BD2, and the third bead BD3 are formed along each seal line are connected to each other by bead protrusions. The side plates are arranged so as to face each other, and a sub-plate 22 having the first thickened portion 7 and the third thickened portion 10 is interposed between the two beads.
[0044]
Further, a surface thickness adjusting plate 20 a forming the second thickened portion 20 is fixed to the upper substrate 2. However, the first to third thickened portions 7, 10, and 20 may be formed on at least one of the two substrates 2 and the sub-plate 22, respectively.
Further, in the present embodiment, in order to suppress the amount of compressive deformation of the beads provided on the two substrates 2 within a predetermined range, the portion of the sub-plate 22 where the surface thickness adjusting plate 20a abuts slightly on the opposite side (lower side). Depressed.
[0045]
In the example shown in FIG. 8, a spring element 11 a is provided on the shim 11 in the first thickening portion 7 provided on the sub-plate, and a spring is applied to the first thickening portion 7. A spring may be applied to the first thickened portion 7 by forming a metal bead on the portion of the substrate 2 facing the first thickened portion 7.
As shown in FIG. 9, the shim 11 inserted in the first thickened portion 7 formed by folding is also extended to the outer peripheral side, and a position where the surface pressure is likely to be unstable is bent and formed in the thickness direction. A spring element may be formed to supplement the surface pressure. FIG. 9 shows an example in which a surface thickness adjusting plate 20 a constituting the second thickened portion 20 is arranged on the sub plate 22.
[0046]
Another embodiment is shown in FIGS. Although this embodiment is an example in which a spring element is not provided to the first thickened portion, a spring element may be provided to the position of the first thickened portion. Also, as shown in FIG. 10, two or more sub-plates may be stacked and arranged. Further, the auxiliary plate may be omitted.
Further, in all of the above embodiments, the case where a full bead is employed as a convex metal bead on one surface side is illustrated, but as shown in FIG. 15, a half bead is employed as a convex metal bead on one surface side. May be adopted. In FIG. 15, all or a part of the metal bead 16 constituting the outer peripheral side bead BD2 is formed as a half bead, and the elastic sealing material 18 is fixed to the convex portion side, and the elastic sealing material 17 is also filled in the concave portion on the back side of the convex portion. ing. When a half bead is used, the bead width can be reduced.
[0047]
Further, in all of the above embodiments, the case where the third thickened portion 10 is provided is illustrated, but the third thickened portion may be omitted. Even if the third thickened portion 10 is omitted, the amount of compressive deformation of the outer peripheral bead BD2 can be regulated by the second thickened portion 20.
Further, the second thickened portion 20 is configured by providing the surface thickness adjusting plate 20a, but the second thickened portion is formed by relatively thickening the position of the second thickened portion itself on the sub-plate. You may do it.
The functions and effects are the same as in the first embodiment.
[0048]
【The invention's effect】
As described above, when the present invention is adopted, a metal gasket 1 capable of securing the function of sealing high-pressure gas in a combustion chamber and ensuring complete sealing performance over a long period of time at a low surface pressure on a sealing surface with poor surface roughness can be obtained. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a metal gasket according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view taken along line BB in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an arrangement position of a surface thickness adjusting plate.
FIG. 4 is a sectional view showing another configuration of the metal gasket.
FIG. 5 is a sectional view showing another configuration of the metal gasket.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another configuration of the metal gasket.
FIG. 7 is a sectional view showing another configuration of the metal gasket.
FIG. 8 is a sectional view showing a metal gasket according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view showing another metal gasket according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view showing another metal gasket according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a sectional view showing another metal gasket according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a sectional view showing another metal gasket according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view showing another metal gasket according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a sectional view showing another metal gasket according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing an example of a case where a metal bead of an outer peripheral side bead is constituted by a half bead.
FIG. 16 is a cross-sectional view for explaining a conventional example.
FIG. 17 is a cross-sectional view for explaining a conventional example.
[Explanation of symbols]
1 Metal gasket
2 substrate
3 combustion chamber holes
4 bolt holes
5 water holes
6 Oil hole
7 First thickening part
10 Third thickening part
11 Shim
11a Spring element
13,16 Metal beads
14, 17 First elastic sealing material (rubber bead)
15, 18 Second elastic sealing material (rubber bead)
20 Second thickening part
20a Surface thickness adjustment plate
22 Subboard
22a Spring element
BD1 Inner circumference bead
BD2 Outer side bead

Claims (10)

少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなる基板に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第1増厚部と、その第1増厚部の外周で当該第1増厚部及び燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周部に沿って延びる外周側ビードと、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に配置されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第2増厚部と、を備え、
上記第1増厚部の板厚をH1、第2増厚部の板厚をH2とした場合に、H1>H2の関係に設定し、
上記内周側ビードは、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増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成され、
上記外周側ビードは、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2増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成されることを特徴とする金属ガスケット。
At least with respect to a substrate made of a thin metal plate having an open combustion chamber hole, it extends along the open end of the combustion chamber hole so as to surround the combustion chamber hole in an endless annular shape and is formed thicker than other portions. A first thickened portion made of metal, an inner circumferential bead surrounding the first thickened portion and the combustion chamber hole endlessly around the outer periphery of the first thickened portion, and an outer circumferential portion of the substrate. An outer peripheral bead that extends, and a metallic second thickened portion disposed between the inner peripheral bead and the outer peripheral bead and formed to be thicker than other portions,
When the thickness of the first thickened portion is H1 and the thickness of the second thickened portion is H2, the relationship of H1> H2 is set;
The inner peripheral bead is formed by bending the substrate in the thickness direction to be convex on one surface side, the height of the convex portion being higher than the first thickened portion, and the convex portion side surface of the metal bead. And a rubber bead made of an elastic sealing material that is filled in the concave portion on the back side of the convex portion and is compressed and deformed in the plate thickness direction together with the deformation of the metal bead,
The outer peripheral side bead is formed by bending the substrate in the plate thickness direction to be convex on one surface side, and the convex portion height is higher than the second thickened portion, and the convex portion side surface of the metal bead. A metal gasket comprising a combination of a rubber bead made of an elastic sealing material which is fixed and filled in a concave portion on the back side of the convex portion and is deformed in the thickness direction along with the deformation of the metal bead.
上記基板に対し、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚に形成された金属性の第3増厚部を備え、その第3増厚部の板厚をH3とした場合に、H1>H3の関係に設定することを特徴とする請求項1に記載した金属ガスケット。In the case where the substrate is provided with a metallic third thickened portion formed to be thicker on the outer circumferential side than the outer circumferential bead than other portions, and the plate thickness of the third thickened portion is H3. 2. The metal gasket according to claim 1, wherein a relationship of H1> H3 is set. 上記第1増厚部は、燃焼室孔側端部を折り返して形成され、その折返し部内にシムが介挿されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載した金属ガスケット。The metal gasket according to claim 1 or 2, wherein the first thickened portion is formed by folding an end of the combustion chamber hole side, and a shim is inserted in the folded portion. 上記基板に対しビードの凸部側から対向するように積層配置された副板を有し、その副板における上記第1増厚部と対向する位置には、当該副板を板厚方向に屈曲成形することで板厚方向にばね力を発揮可能なバネ要素が設けられていることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載した金属ガスケット。A sub-plate laminated and arranged so as to face the substrate from the convex portion side of the bead. The sub-plate is bent in the thickness direction at a position of the sub-plate facing the first thickened portion. The metal gasket according to any one of claims 1 to 3, wherein a spring element capable of exerting a spring force in a thickness direction by molding is provided. 上記シムには、板厚方向に屈曲成形されて板厚方向にバネ力を発揮可能なバネ要素を備えることを特徴とする請求項3に記載した金属ガスケット。The metal gasket according to claim 3, wherein the shim includes a spring element that is bent and formed in a thickness direction and can exert a spring force in the thickness direction. 上記基板に対しビードの凸部側から対向するように積層配置された副板を有することを特徴とする請求項5に記載した金属ガスケット。The metal gasket according to claim 5, further comprising a sub-plate stacked and arranged so as to face the substrate from the convex portion side of the bead. 上記基板に積層配置される副板を備え、板厚方向に上記第1増厚部と対向する部分を含む基板における面圧変化が起きやすい部分に対し、副板を板厚方向に屈曲成形してなるバネ要素を設けたことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載した金属ガスケット。A sub-plate is provided on the substrate, and the sub-plate is bent and formed in a thickness direction with respect to a portion of the substrate including a portion facing the first thickened portion in the thickness direction, where a surface pressure change is likely to occur. The metal gasket according to any one of claims 1 to 6, wherein a spring element is provided. 積層配置される2枚の基板と、2枚の基板間に介挿される副板とを備え、上記2枚の基板及び副板は、それぞれ少なくとも燃焼室孔が開口した薄肉金属板からなり、
上記2枚の基板及び副板のうちの少なくとも1枚に対し、上記燃焼室孔を無端環状に囲繞するように当該燃焼室孔の開口端部に沿って延びて他の部分よりも増厚且つ金属性の第1増厚部を形成し、
上記2枚の基板にそれぞれ、上記第1増厚部よりも外周位置で上記燃焼室孔を無端環状に囲繞する内周側ビードと、基板の外周端部に沿って延びる外周側ビードとを設け、
上記2枚の基板及び副板の少なくとも1枚に対し、上記内周側ビードと外周側ビードとの間に形成されて他の部分よりも増厚に形成された金属性の第2増厚部を設け、
上記第1増厚部の板厚をH1、第2増厚部の板厚をH2とした場合に、H1>H2の関係に設定し、
上記内周側ビードは、基板を板厚方向に屈曲して副板側に凸状となりその凸部高さが上記第1増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成され、上記外周側ビードは、基板を板厚方向に屈曲して副板側に凸状となりその凸部高さが上記第2増厚部より高い金属ビードと、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、の組合せで構成されることを特徴とする金属ガスケット。
Comprising two substrates arranged in a stack and a sub-plate interposed between the two substrates, wherein the two substrates and the sub-plate are each made of a thin metal plate having at least a combustion chamber hole opened;
At least one of the two substrates and the sub-plate extends along the opening end of the combustion chamber hole so as to surround the combustion chamber hole in an endless annular shape, and is thicker than other portions. Forming a first thickened portion of metal,
Each of the two substrates is provided with an inner peripheral bead surrounding the combustion chamber hole endlessly at an outer peripheral position than the first thickened portion and an outer peripheral bead extending along the outer peripheral end of the substrate. ,
A metallic second thickened portion formed between the inner circumferential bead and the outer circumferential bead and formed thicker than other portions with respect to at least one of the two substrates and the sub plate. And
When the thickness of the first thickened portion is H1 and the thickness of the second thickened portion is H2, the relationship of H1> H2 is set;
The inner peripheral bead is formed by bending the substrate in the plate thickness direction to form a convex shape on the sub-plate side, the height of the convex portion being higher than the first thickened portion, and the convex portion side surface of the metal bead. And a rubber bead made of an elastic sealing material that is fixed and filled in the concave part on the back side of the convex part and is compressed and deformed in the thickness direction together with the deformation of the metal bead. The metal bead is bent in the direction and becomes convex on the sub-plate side, and the height of the convex portion is higher than the second thickened portion. The metal bead is fixed to the convex side surface of the metal bead and is filled in the concave portion on the back side of the convex portion. A metal gasket comprising a combination of a rubber bead made of an elastic sealing material that is compressed and deformed in the thickness direction together with the deformation of the metal bead.
上記2枚の基板及び副板のうちの少なくとも1枚に対し、上記外周側ビードよりも外周側で他の部分よりも増厚且つ金属性の第3増厚部を形成し、その第3増厚部の板厚をH3とした場合に、H1>H3の関係に設定することを特徴とする請求項8に記載した金属ガスケット。Forming at least one of the two substrates and the sub-plates on the outer peripheral side of the outer peripheral side bead and a third thickened portion made of a metal and having a thickness larger than that of the other part; 9. The metal gasket according to claim 8, wherein, when the thickness of the thick portion is H3, the relationship of H1> H3 is set. 上記第1増厚部位置において、副板及び2枚の基板の少なくとも一箇所に、板厚方向に屈曲成形されて板厚方向にバネ力を発揮可能な金属性のバネ要素を設けたことを特徴とする請求項8又は請求項9に記載した金属ガスケット。At the first thickening portion position, at least one of the sub-plate and the two substrates is provided with a metallic spring element bent and formed in the plate thickness direction and capable of exerting a spring force in the plate thickness direction. The metal gasket according to claim 8, wherein the metal gasket is a metal gasket.
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