JP3709365B2

JP3709365B2 - メタルガスケット

Info

Publication number: JP3709365B2
Application number: JP2001325063A
Authority: JP
Inventors: 進稲村; 伸一佐藤
Original assignee: 石川ガスケット株式会社
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: EP1306588B1; EP1306588A3; KR100615627B1; KR20030033927A; US20030075874A1; DE60216701T2; EP1306588A2; US6986516B2; JP2003130225A; DE60216701D1

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ヘッドとシリンダブロック等の二つの部材の間に挟持してシールを行うメタルガスケットに関するものである。
【０００２】
より詳細には、一枚また複数枚の金属基板で構成され、この金属基板にコーティングを塗布したメタルガスケットに関する。
【０００３】
【従来の技術】
自動車のエンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）の接合面をシールする場合に、シリンダヘッドガスケットを間に挟持して燃焼ガスや冷却水等をシールしている。
【０００４】
このシリンダヘッドガスケットは、エンジンの軽量化および製造コストの低減等の要請から、多数の金属板を積層した積層タイプから、一枚乃至二枚の金属板で形成する単純な構造のメタルガスケットに移行して来ており、構成板が少なくなるため、使用可能な材料も制限されてきている。
【０００５】
そのため、多数枚の金属板の積層タイプで行われてきた、シール手段として採用できるビードやグロメットやシム等を自由に組み合わせたり、シール手段を二重に設けたりすることは難しく、一枚又は二枚の金属板のタイプでは、シール手段の種類、個数が制限され、単純化したシール手段を使用せざるを得なくなってきている。更に、シール手段に使用できる面積もエンジンの小型化のために減少してきている。
【０００６】
そして、このシリンダヘッドガスケットは、図５に例示するように、シリンダブロック等のエンジン部材の形状に合わせて製造され、シリンダボア用穴２、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴３，４、締結ボルト用のボルト穴５等が形成されており、それぞれのシール対象穴２，３に対してビード１２，１３等のシール手段が設けられている。
【０００７】
このシールは、同じエンジン部材間で同じガスケットで行うシールであっても、対象とするシール穴によって要求されるシール性能には大きな差異があり、シリンダボア用穴２では、シリンダ内の高温で高圧の燃焼ガスをシールする必要があるのに対して、液体穴３では、比較的低温で低圧の液体に対するシールが要求される。
【０００８】
そして、シリンダボア用穴２に対しては、弾力性があり、隙間の変動に対する追従性が良い円弧形状や幅狭のビード１２を設けると共に、シリンダヘッドとシリンダブロックを締結する締結ボルト用のボルト穴５で囲んで、締結による圧着力により、大きな面圧を得てシールしている。
【０００９】
一方、液体穴３に対しては、ビード１３等を設けてシールしているが、エンジンの構造上の理由から、締結ボルト用のボルト穴５で囲まれる領域よりも、外側に液体穴３が形成される場合がある。この場合には、この液体穴３をシールする部分には締結ボルトによる圧着力が片側にしか作用せず、面圧が小さくなってしまうために、ビードの高さを大きくしたり、ビードの幅を狭くしたり、ビードの形状を尖らせる等して対処している。
【００１０】
そして、更に、次に述べるように、このビードと、ガスケットに当接する金属表面との馴染み性を向上させるためのコーティングを組合せて、シール性能の向上を図っている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、実開平２−１６８６１号公報のガスケットでは、ビード条を局部的に設けると共に、金属製基板の両面に弾性被膜を設け、ビード条の突出側にある弾性被膜の厚さを、その裏面側にある弾性被膜よりも厚く設けて、ビード頂部に加わる強締圧をこの厚い弾性被膜で柔軟に吸収し、裏面と同様な締め付け面圧に保つことにより、良好な面圧バランスを保ち高いトルク保持力と耐久性を得るようにしている。
【００１２】
しかしながら、このガスケットにおいては、ビードの頂部に大きなシール面圧が加わるので、ガスケットを長期間使用している間に、この頂部を覆う弾性被膜がはみ出すフローや摩耗が生じ、シール面圧が実質的に減少するトルクダウンが生じるという問題がある。
【００１３】
また、実用新案登録第２６０５６１３号のガスケットでは、金属板材からなる、ビードを形成した補給部材の両面にゴム状弾性材によるコーティングを付すると共に、このコーティングのビードの突出側のゴム硬度を、他の面側のコーティングのゴム硬度よりも高く設定して、ゴム硬度を高くすることによりビードの頂部におけるコーティングのはみ出し（フロー）を抑止し、ゴム硬度を低くすることにより単位面積当たりの面圧を低い値に保つことにより、両方の面におけるシール性能のバランスを保っている。
【００１４】
しかしながら、このガスケットにおいては、裏面のゴム硬度の低いコーティングにより全体的にシール面圧を低下させても、ビード頂部側のゴム硬度の高いコーティングにより、ビード頂部のシール面圧がビード周囲に比較して部分的に突出して高くなるので、ビード頂部のコーティングに加わる面圧が大きく、フローや実質的な面圧の低下であるトルクダウンを回避出来ないという問題がある。
【００１５】
そして、特開平１０−１０３５２３号公報のメタルガスケットでは、この金属板のビードの突出側の面にビードの凸状部分を除いて広がる第１被膜層と、その裏面側の第２被膜層を設けて、第１被膜層からビードの凸状部分を除くことにより、ビード頂部における第１被膜層のはみ出し（フロー）や熱膨張と収縮の繰り返しによる摩耗が生じないようにして、このビード部分におけるシール面圧の経時的な減少であるトルクダウンを防止している。
【００１６】
しかしながら、ビードの突出側の面とは反対側の面には、第２被膜層が全面に渡って設けられているために、ビードの頂部の次に大きなシール面圧が発生するビードの裾野部分で、第２被膜層のフローや摩耗が生じ、この部分でトルクダウンが生じるという問題がある。
【００１７】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック等の２部材の接合面を一枚又は複数枚の金属基板で構成されたメタルガスケットでシールする場合に、ビード周辺のコーティングのフローや損耗を回避して、このフロー等に伴って発生するトルクダウンを避けることができるシール性能と耐久性能に優れたメタルガスケットを提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係るメタルガスケットは、つぎのように構成される。
【００１９】
１）一枚の金属基板で構成され、該金属基板のシール対象穴の周囲にビードを設けると共に、該ビードの上下の両面にコーティングを設けて、２部材の間をシールするメタルガスケットにおいて、前記コーティングを、該メタルガスケットの締め付け時に局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分を除いて設ける。
【００２０】
即ち、このメタルガスケットの締め付け時に、シール面圧が局所的に高くなってシールライン部分を形成する部分、即ち、フルビードでは頂部部分と裾野部分を、また、ハーフビードでは肩部部分を、コーティング無しで形成する。
【００２１】
２）あるいは、複数の金属基板で形成され、該金属基板の少なくとも一つのシール対象穴の周囲にビードを設けると共に、該ビードの上下の両面にコーティングを設けて、２部材の間をシールするメタルガスケットにおいて、前記コーティングを、該ガスケットの締め付け時に局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分を除いて設ける。
【００２２】
３）そして、上記のメタルガスケットにおいて、前記コーティングに関し、前記ビードの凹部における前記コーティングの厚さを、他の部分の厚さより厚く形成する。
【００２３】
４）また、前記コーティングに関し、前記ビードの凹部における前記コーティングの厚さを、他の部分の厚さの１．１倍〜３．０倍の範囲内で形成する。
【００２４】
５）また、上記のメタルガスケットにおいて、前記コーティングにＮＢＲ、フッ素ゴム、シリコンゴム等のゴム系コーティング材料を使用することもできるが、前記コーティングを、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミドのいずれか一つ又は幾つかの組合せで形成することが好ましい。
【００２５】
つまり、硬度Ｂ〜５Ｂ程度の柔らかいゴム系の弾性薄膜では無く、硬度２Ｈ〜６Ｈ程度のやや硬い薄膜で形成するのが良い。
【００２６】
６）そして、これらの上記のメタルガスケットは、特に優れたシール性能が要求され、フローやトルクダウンを嫌う、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間をシールするシリンダヘッドガスケットに適用するとより効果的である。
【００２７】
以上の構成によれば、メタルガスケットの金属基板のビード周辺において、ビードの頂部とビードの裾野の部分、即ち、ガスケットを締めつけた時に高い面圧が発生する部分を、コーティングで覆わないように形成することにより、この部分のフローを回避できる。
【００２８】
また、この高いシール面圧が発生する部分では、金属基板が直接エンジン部材と当接するので、滑動し易くなるため、ビード内の大きな応力の発生を避けることができ、また、熱膨張と収縮の繰り返しや振動による摩耗や損耗を回避できる。
【００２９】
従って、これらのフローや損耗に伴うトルクダウンを避けることができる。
【００３０】
また、フルビードの凹部やハーフビードの凹部におけるコーティングの厚さを、他の部分の厚さより厚く形成することにより、ビードを補強できる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
次に、図面を参照して本発明のメタルガスケットの実施の形態について、エンジンに使用されるシリンダヘッドガスケットを例にして説明する。
【００３２】
図５のシリンダヘッドガスケット１の平面図に示すように、本発明に係る実施の形態のメタルガスケット１は、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロック（シリンダボディ）との間に挟持されるシリンダヘッドガスケットであって、シリンダボアの高温・高圧の燃焼ガス、及び、冷却水通路や冷却オイル通路等の冷却水やオイル等の液体をシールするものである。
【００３３】
なお、図１〜図４は、模式的な説明図であり、メタルガスケットの板厚やビードやシール溝の寸法及び縦横比を実際のものとは異ならせて、シール部分を誇張して示すことにより、より理解し易いようにしている。
【００３４】
図１及び図５に示すように、この本発明の第１実施の形態のシリンダヘッドガスケット（メタルガスケット）１はステンレス焼鈍材（アニール材）、ステンレス調質材（バネ材）、軟鋼板等の一枚の金属基板１０で構成され、この金属基板１０は、シリンダブロック等のエンジン部材の形状に合わせて製造され、シリンダボア用穴２、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴３，４、締結ボルト用のボルト穴５等が形成される。
【００３５】
この金属基板１０では、シリンダボア用穴（シール対象穴）２の周囲にフルビード１２等のシール手段が、冷却水穴やオイル穴等の液体穴（シール対象穴）３に対してはハーフビード１３等のシール手段をそれぞれ形成する。
【００３６】
そして、本発明においては、これらのビード１２，１３の上下の両面にコーティング３０ａ，３０ｂを、図１に示すようにフルビード１２の頂部部分Ａと裾野部分Ｂ，Ｂの部分を除いて形成し、また、図２に示すようにハーフビード１３の肩部部分Ｃ，Ｃも除いて形成する。
【００３７】
このコーティング３０ａ，３０ｂの外側は、ビード１２、１３の外側の裾野部分より外側に所定の幅分広がるように設け、内側であるシリンダボア用穴（シール対象穴）２側は、図１に示すようにシリンダボア用孔２の縁まで設けてもよく、また、図２に示すようにシリンダボア用孔２の縁の手前まで設けて、その内側は設けないように、つまり、ビード１２、１３の内側の裾野部分とシリンダボア用孔２の縁との中間部分まで設けるようにしてもよい。
【００３８】
このコーティング３０ａ，３０ｂは、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミドのいずれか一つ又は幾つかの組合せで、スクリーン印刷等でシリンダヘッドガスケット１の表面のフルビード１２やハーフビード１３に沿ったシール面に塗布して，硬度２Ｈ〜６Ｈ程度のやや硬い薄膜を形成する。
【００３９】
そして、更に、フルビード１２の凹部におけるコーティング３０ｂの厚さｔ２やハーフビード１３の凹部における厚さｔ３を、他の部分の厚さｔ１の１．１倍〜３．０倍（＝ｔ２／ｔ１，ｔ３／ｔ１）の範囲内で他の部分の厚さｔ１より厚く形成する。
【００４０】
また、板厚等の寸法例を示すと、例えば、シリンダボア径が８０ｍｍφの場合で、金属基板１０の厚さｔ０は０．２〜１．０ｍｍ程度、シリンダボア用穴２の周囲のフルビード１２の高さｈ１は０．０５〜０．３ｍｍ程度、液体穴３の周囲のハーフビード１３の高さｈ２は０．２〜０．４ｍｍ程度である。
【００４１】
また、コーティング３０ａ，３０ｂの厚さｔ１，ｔ２，ｔ３に関しては、通常の部分の厚さｔ１は、１５μｍ〜１００μｍ程度であり、フルビード１２の凹部の部分の厚さｔ２とハーフビード１３の凹部の部分の厚さｔ３は２０μｍ〜３００μｍ程度である。
【００４２】
この構成のシリンダヘッドガスケット１によれば，金属基板１０のビード１２，１３の周辺において、シリンダヘッドガスケット１を締めつけた時に比較的大きな面圧Ｐが発生する部分、即ち、フルビード１２の頂部部分Ａと裾野部分Ｂ，Ｂやハーフビード１３の肩部部分Ｃ，Ｃを除外して、コーティング３０ａ，３０ｂを形成しているので、この部分のＡ，Ｂ，Ｂ，Ｃ，Ｃのコーティング３０ａ，３０ｂのフローや損耗の発生を回避して、このフローに伴うトルクダウンを避けることができる。
【００４３】
次に、図３及び図４に示す他の実施の形態について説明する。
【００４４】
図３は、複数の金属基板で形成されるメタルガスケットのフルビード１２の部分に関するものであり、いずれも、フルビード１２の頂部部分Ａと裾野部分Ｂ，Ｂを除外してコーティング３０ａ，３０ｂを設けている。
【００４５】
図３（ａ）は２枚板構成のメタルガスケットの例で、図３（ｂ）は３枚板構成のメタルガスケットの例で、図３（ｃ）はグロメットを有する２枚板構成のメタルガスケットの例である。
【００４６】
また、図４は、複数の金属基板で形成されるメタルガスケットのハーフビード１３部分に関するものであり、いずれも、ハーフビード１３の肩部部分Ｃ，Ｃを除外してコーティング３０ａ，３０ｂを設けている。
【００４７】
図４（ａ）は２枚板構成のメタルガスケットの例で、図４（ｂ）は３枚板構成のメタルガスケットの例である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のメタルガスケットによれば、メタルガスケットの金属基板のビード周辺において、メタルガスケットを締め付けた時に、局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分、即ち、フルビードの頂部部分と裾野部分やハーフビードの肩部部分を除外して、コーティングを設けているので、この強いシール面圧が発生する部分のコーティングのフローや損耗の発生を回避でき、このフローに伴うトルクダウンを避けることができる。
【００４９】
また、この高いシール面圧が発生する部分では、金属基板が直接エンジン部材と当接するので、滑動し易くなるため、ビード内の大きな応力の発生を避けることができ、また、熱膨張と収縮の繰り返しや振動による摩耗や損耗を回避できる。
【００５０】
そして、これらのフローや損耗を回避できるので、これらに伴うトルクダウンを避けることができる。
【００５１】
また、フルビードの凹部やハーフビードの凹部におけるコーティングの厚さを、他の部分の厚さより厚く形成することにより、ビードを補強できる。
【００５２】
従って、シール性能が良く、しかも、耐久性に富むメタルガスケットを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のメタルガスケットを示すフルビード部分の断面を含む部分斜視図である。
【図２】本発明に係る第１の実施の形態のメタルガスケットを示すハーフビード部分の断面を含む部分斜視図である。
【図３】本発明に係る他の実施の形態のメタルガスケットをを示すフルビード部分の断面を含む部分斜視図であり、（ａ）は２枚板構成のメタルガスケットの例で、（ｂ）は３枚板構成のメタルガスケットの例で、（ｃ）はグロメットを有する２枚板構成のメタルガスケットの例である。
【図４】本発明に係る他の実施の形態のメタルガスケットを示すハーフビード部分の断面を含む部分斜視図であり、（ａ）は２枚板構成のメタルガスケットの例で、（ｂ）は３枚板構成のメタルガスケットの例である。
【図５】シリンダヘッドガスケットの平面図である。
【符号の説明】
１シリンダヘッドガスケット（ガスケット）
２シリンダボア用穴
３，４液体穴
５ボルト穴
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ金属基板
１２フルビード
１３ハーフビード
３０ａ，３０ｂコーティング
Ａ，Ｂ，Ｃ局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分

Claims

一枚の金属基板で構成され、該金属基板のシール対象穴の周囲にフルビードを設けると共に、該フルビードの上下の両面にコーティングを設けて、２部材の間をシールするメタルガスケットにおいて、前記コーティングを、該メタルガスケットの締め付け時に局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分の頂部部分と裾野部分を除いて設けると共に、前記コーティングに関し、前記フルビードの凹部における前記コーティングの厚さを、他の部分の厚さの１．１倍〜３．０倍の範囲内で厚く形成したことを特徴とするメタルガスケット。
複数の金属基板で構成され、該金属基板の少なくとも一つのシール対象穴の周囲にフルビードを設けると共に、該フルビードの上下の両面にコーティングを設けて、２部材の間をシールするメタルガスケットにおいて、前記コーティングを、該メタルガスケットの締め付け時に局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分の頂部部分と裾野部分を除いて設けると共に、前記コーティングに関し、前記フルビードの凹部における前記コーティングの厚さを、他の部分の厚さの１．１倍〜３．０倍の範囲内で厚く形成したことを特徴とするメタルガスケット。
一枚の金属基板で構成され、該金属基板のシール対象穴の周囲にハーフビードを設けると共に、該ハーフビードの上下の両面にコーティングを設けて、２部材の間をシールするメタルガスケットにおいて、前記コーティングを、該メタルガスケットの締め付け時に局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分の肩部部分を除いて設けると共に、前記コーティングに関し、前記ハーフビードの凹部における前記コーティングの厚さを、他の部分の厚さの１．１倍〜３．０倍の範囲内で厚く形成したことを特徴とするメタルガスケット。
複数の金属基板で構成され、該金属基板の少なくとも一つのシール対象穴の周囲にハーフビードを設けると共に、該ハーフビードの上下の両面にコーティングを設けて、２部材の間をシールするメタルガスケットにおいて、前記コーティングを、該メタルガスケットの締め付け時に局所的に強いシール面圧が発生するシールライン部分の肩部部分を除いて設けると共に、前記コーティングに関し、前記ハーフビードの凹部における前記コーティングの厚さを、他の部分の厚さの１．１倍〜３．０倍の範囲内で厚く形成したことを特徴とするメタルガスケット。
前記コーティングを、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フェノキシ樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミドのいずれか一つ又は幾つかの組合せで形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のメタルガスケット。
前記メタルガスケットが、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックの間をシールするシリンダヘッドガスケットであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のメタルガスケット。