JP3946223B2 - 金属ガスケット - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドやシリンダブロック等の二つのエンジン部材の間に挟持してシールを行う金属ガスケットに関するものである。

自動車のエンジン（内燃機関）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、金属製の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や潤滑オイル等をシールしている。

そして、シリンダボア（燃焼室穴）周りのシールに関しては、高温の燃焼ガスをシール必要があるため、穴の縁部を折り返して折り返し部（グロメット部）を設ける共に、複数のビードを設けて、複数のシールラインでシールすることが行われている。

その一つに、第１プレートに設けた折り返し部と、該折り返し部内で第１プレートに設けた第１フルビードと、該折り返し部の外側において第１プレートに設けたハーフビードと、該ハーフビードの外側において第２プレートに設けた第２フルビードとからなるシリンダヘッドガスケットが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

エンジンの軽量化に伴うエンジン材料のアルミニウム合金化や肉薄化により、シリンダブロックやシリンダヘッド等のエンジン部材の剛性が低下する傾向にあり、エンジンの運転において、これらの部材に変形が生じ易くなっている。

そのため、シール面圧が局部的に高いビードや、エンジンの運転中におけるシリンダヘッドの垂直方向への動きに対して追従性の悪いビードを設けた場合に、シリンダヘッドの動きに対して、ガスケットのビード頂部がシリンダヘッド（又はシリンダブロック）に接触していると、シリンダヘッド（又はシリンダブロック）にブリネリング（凹部）が生じて、シリンダボア周りのシール面圧が不均等になり、シール性能が低下するという問題が発生するようになってきた。

また、一方で、シリンダボア周りのシールビードにスプリング鋼材を用いると、エンジンの運転中におけるシリンダヘッドの垂直方向への動きに対して、ビードの追従性が良くなることが知られているが、高い面圧が要求されている一次シールのビードの部分に用いると、エンジン運転中のシリンダヘッドの垂直方向の繰り返しの動きにより、このビードに亀裂が入るという問題がある。
特開２００１−１７３７８６号公報

本発明はこ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、シリンダボアに対するシール機能を向上すると共に、エンジン運転中のシリンダヘッドの垂直方向の繰り返しの動きによっても、ビードに亀裂が入るのを回避できる金属ガスケットを提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明に係る金属ガスケットは、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間をシールする金属ガスケットにおいて、シリンダボア用穴の周囲に設けた第１金属板の折り返し部と、該折り返し部内に配置された第２金属板の第１フルビードと、前記第１フルビードの外周で前記第１金属板に積層配置された第３金属板に形成された第２フルビードとを備え、前記第２金属板に鈍し鋼材を用いて前記第１金属板よりも薄く形成し、前記第３金属板にスプリング鋼材を用いると共に、前記第２フルビードの二次シール部で発生するシール面圧の大きさを、前記第１フルビードの一次シール部で発生するシール面圧よりも小さくし、一次シール部を面圧強化し、二次シール部で追従性強化をするように構成される。なお、この比較に用いるシール面圧としては、それぞれの円周方向に関しての各断面の最大面圧を円周方向に平均した平均値を用いる。

あるいは、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間をシールする金属ガスケットにおいて、シリンダボア用穴の周囲に設けた第１金属板の折り返し部と、該折り返し部内に配置された第２金属板の第１フルビードと、前記第１フルビードの外周で前記第１金属板に積層配置された第３金属板に形成された第２フルビードとを備え、前記第１フルビードのビード高さよりも前記第２フルビードのビード高さを高くし、前記第２金属板及び前記第３金属板にスプリング鋼材を用いると共に、前記第３金属板よりも前記第２金属板を薄く、かつ、前記第３金属板の硬度を前記第２金属板の硬度より高く形成し、前記第２フルビードの二次シール部で発生するシール面圧の大きさを、前記第１フルビードの一次シール部で発生するシール面圧よりも小さくし、一次シール部を面圧強化し、二次シール部で追従性強化をするように構成される。

つまり、金属積層形ガスケットの燃焼室部折り返しタイプ（ホールドオーバータイプ）構造において、折り返し部内の一次シール部では、鈍し鋼材を用いて第１フルビードを設け、隣接する二次シール部にはスプリング鋼材の第２フルビードを設けて構成し、あるいは、第１フルビードと第２フルビードにスプリング鋼板材を用いると共に、第２フルビード側のスプリング鋼材の硬度を、第１フルビード側のスプリング鋼材の硬度よりも高く形成して構成する。

また、上記の金属ガスケットにおいて、前記第３金属板を複数枚設け、前記第２フルビードを複数個重ねて積層して構成する。この構成により、第２フルビード部分の追従性と圧縮性を著しく高めることができる。

これらの構成によれば、第２フルビードあるいは第１及び第２フルビードにスプリング鋼材を用いていると共に、第１フルビードより第２フルビードのシール面圧を小さくしているので、エンジンの運転中におけるシリンダヘッドの垂直方向への動きに対して、ビードの追従性を向上することができる。これにより、第１フルビードの一次シール部では強面圧、第２フルビードの二次シール部では追従性強化と、シール機能を一次シール部と二次シール部に分担させることができるので、ビードの亀裂を回避しながら、一次シール部と二次シール部で効果的にシールすることができる。

つまり、燃焼室穴を折り返したタイプの金属ガスケットにおいて、一次シールの高面圧部を避け比較的面圧の低い二次シール部にスプリング材によるシールビードを配したことにより、ビードの追従性を確保して亀裂からビードを保護することができ、それと共に、シール機能を強面圧の一次シール部と追従性強化の二次シール部に効果的に分担させることにより、高いシール性能を維持できる。

本発明の金属ガスケットによれば、燃焼室穴を折り返したタイプのガスケットにおいて、第２フルビード部分で発生するシール面圧の大きさを、第１フルビードで発生するシール面圧よりも小さくして、シール機能を強面圧の一次シール部と追従性強化の二次シール部に分担させているので、従来の一次シール部より一次シール部の面圧を低くして第１フルビードを亀裂から保護することができる。

また、従来の一次シール部よりも面圧が低いが、従来の二次シール部よりも面圧の高い二次シール部を、スプリング鋼材を用いた第２フルビードで形成しているので、この第２フルビードを亀裂からビードを保護つつ、追従性を確保することができ、この第２フルビードでも高いシール性能を確保することができる。

更に、ビード頂部がエンジン部材に直接接触しないので、ブリネリングが生じ難くなるという利点がある。

従って、シリンダボアに対する高いシール機能を発揮すると共に、エンジン運転中のシリンダヘッドの垂直方向の繰り返しの動きにも十分な追従性を発揮できて、ビードに亀裂が入るのを回避することができる。

次に、図面を参照して本発明に係る金属ガスケットの実施の形態について説明する。なお、図１〜図３は、模式的な説明図であり、構成をより理解し易いように、シリンダボア用穴の大きさやフルビードの大きさや金属板の板厚等の寸法を実際のものとは異ならせて、誇張して示している。

本発明に係る金属ガスケットは、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）のエンジン部材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流体をシールする。

この金属ガスケットは、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（燃焼室用穴）、冷却水やエンジンオイルの循環のための液体穴、締結ヘッドボルト用のヘッドボルト穴等が形成される。

そして、図１に示すように、第１の実施の形態の金属ガスケット１は、第１金属板１０と第２金属板２０と第３金属板３０とから構成される。この第１金属板１０は軟鋼板を、第２金属板２０はステンレス焼鈍材（アニール材）等の鈍し鋼材を、第３金属板３０はステンレス調質材（バネ鋼板）等のスプリング鋼材を、それぞれ用いて構成される。

そして、シール対象穴であるシリンダボア用穴の周囲に、第１金属板１０の折り返し部（グロメット）１１が設けられる。また、第２金属板２０に折り返し部１１側に凸又は凹（図１では凸）となる第１フルビード２１が設けられ、折り返し部１１内に配置される。この第１フルビード２１の周囲にハーフビード２２が設けられ、このハーフビード２２に隣接させて、第３金属板３０に設けた第２フルビード３１が配設される。

これらの第１，第２及び第３金属板１０，２０，３０が積層されて金属ガスケット１が構成される。なお、図１では、第２フルビード３１は、折り返し部１１側に凸となるように設けられているが、折り返し部１１側に凹となるように設けてもよい。

そして、この構成において、更に、第２フルビード３１部分で発生するシール面圧の大きさは、第１フルビード２１部分で発生するシール面圧よりも小さく、一次シール部を面圧強化し、二次シール部で追従性強化を行うように形成される。この比較に用いるシール面圧としては、それぞれの円周方向に関する各断面の最大面圧を円周方向に平均した平均値を用い、計算や実験等に基づいて、第１フルビード２１と第２フルビード３１のビードの幅や高さや形状を選択する。なお、これらのフルビード２１、３１の断面形状は、特に限定されず、円弧状、波形形状、三角形状、台形形状、四角形状等の周知のビードの形状を用いることができる。

また、この第１の実施の形態では、第２フルビード２１にバネ性の大きいスプリング鋼材を用いることで二次シール部による追従性の強化を図るが、それと共に、第２フルビード２１をインサートビードで形成することにより、上板となる第２金属板２０によって、エンジン部材側の接触面に第２フルビード２１が直接触れないようにしている。この構成により、アルミ製のシリンダヘッド等のエンジン部材の接触面を第２フルビード２１の頂点が圧着することによって生じるブリネリングを回避し、エンジン部材側に凹みが発生してシール性能が劣化することを防止することができる。

また、図２に示すように、第２の実施の形態の金属ガスケット１Ａは、第１金属板１０と第２金属板２０Ａと第３金属板３０Ａと第４金属板３０とから構成される。この第１金属板１０と第４金属板４０は軟鋼板を、第２金属板２０Ａは鈍し鋼材を、第３金属板３０Ａはスプリング鋼材を、それぞれ用いて構成される。

そして、シール対象穴であるシリンダボア用穴の周囲に、第１金属板１０の折り返し部１１が設けられる。また、円環状の第２金属板２０Ａに折り返し部１１側に凸又は凹（図２では凸）となる第１フルビード２１Ａが設けられ、折り返し部１１内に配置される。この第１フルビード２１Ａの周囲に、第４金属板４０が配置される。また、折り返し部１１の外側に、第３金属板３０Ａに折り返し部１１側に凹となるように設けた第２フルビード３１Ａが配設される。これらの第１〜第４金属板１０，２０Ａ，３０Ａ，４０が積層されて金属ガスケット１Ａが構成される。

この構成においても、第１の実施の形態と同様に、第２フルビード３１Ａ部分で発生するシール面圧の大きさは、第１フルビード２１Ａ部分で発生するシール面圧よりも小さくして形成される。

この第２の実施の形態では、第２フルビード２１Ａにバネ性の大きいスプリング鋼材を用いることで二次シール部による追従性の強化を図るが、それと共に、第２フルビード２１Ａを折り返し部１１側に凹となるようにビードで形成して、エンジン装着面に第２フルビード２１Ａの凸部の頂点が触れないように構成する。この構成により、アルミ製のエンジン部材の接触面にブリネリング（凹み）が発生するのを回避することができる。

また、図３に示すように、第３の実施の形態の金属ガスケット１Ｂは、第１金属板１０と第２金属板２０Ａと二枚の第３金属板３０，３０Ａとから構成される。この第１金属板１０は軟鋼板を、第２金属板２０Ａは鈍し鋼材を、第３金属板３０，３０Ａはスプリング材を、それぞれ用いて構成される。

そして、シール対象穴であるシリンダボア用穴の周囲に、第１金属板１０の折り返し部１１が設けられる。また、第２金属板２０Ａに折り返し部１１側に凸又は凹（図２では凸）となる第１フルビード２１Ａが設けられ、折り返し部１１内に配置される。この第１フルビード２１Ａの周囲で、折り返し部１１の外側に、二枚の第３金属板３０，３０Ａに互いに凹部が向き合った第２フルビード３１，３１Ａが配設される。これらの第１〜第３金属板１０，２０Ａ，３０，３０Ａを積層して金属ガスケット１Ｂが構成される。

この構成においても、第１及び第２の実施の形態と同様に、第２フルビード３１，３１Ａ部分で発生するシール面圧の大きさは、第１フルビード２１Ａ部分で発生するシール面圧よりも小さくして形成される。

この第３の実施の形態では、第２フルビード３１，３１Ａにバネ性の大きいスプリング鋼材を用いることで二次シールを強化する。この場合には、第２フルビード３１の頂点がエンジン部材の接触面に直接触れることになるが、二次シールビード３１，３１Ａを上下ダブルに配置して、追従性と圧縮性を更に大きくし、シングルビードの場合よりビード部分の圧縮性を大きくしているので、エンジン部材の接触面へのアタックを緩和できる。

上記の第１〜第３の実施の形態において、第２フルビード３１部分のシール面圧の分担比率を従来の金属ガスケットに比べて大きくすることができるのは、第２フルビード３１，３１Ａ部分にスプリング鋼材を用いることで追従性と圧縮性を高め、大きなシール面圧にしてもエンジン部材の接触面におけるブリネリングの発生を回避できるように構成しているからである。

そして、第４〜第６の実施の形態では、それぞれ、上記の第１〜第３の実施の形態において、第２金属板２０に鈍し鋼材を、第３金属板３０，３０Ａにスプリング鋼材をそれぞれ用いているが、これらの代わりに、第２金属板２０及び第３金属板３０，３０Ａにスプリング鋼材を用いると共に、第３金属板３０，３０Ａよりも第２金属板２０を薄く、かつ、第３金属板３０，３０Ａの硬度を第２金属板２０の硬度より高くして構成される。

また、第４と第５の実施の形態では、第１フルビード２１，２１Ａのビード高さよりも第２フルビード３１，３１Ａのビード高さを高くして、第６の実施の形態では、第１フルビード２１，２１Ａのビード高さよりも、第２フルビード３１のビード高さと第２フルビード３１Ａのビード高さの和を高くして、形成する。

これらの構成により、第１フルビード２１部分における追従性と圧縮性を高めると共に、第２シールビード３１，３１Ａ部分における面圧の上昇を図ることが容易にできるようになるので、これらの構成においても、第２フルビード３１，３１Ａ部分で発生するシール面圧の大きさを、第１フルビード２１部分で発生するシール面圧よりも小さくし、一次シール部を面圧強化し、二次シール部で追従性を強化することが容易に実現できる。また、第１〜第３の実施の形態と同様な効果を奏することができる。

図４に、上記の第１〜第６の実施の形態における金属ガスケットの代表的な圧力分布として、第１の実施の形態における金属ガスケットの圧力分布図を示す。

本発明に係る第１の実施の形態の金属ガスケットを示す部分断面図である。 本発明に係る第２の実施の形態の金属ガスケットを示す部分断面図である。 本発明に係る第３の実施の形態の金属ガスケットを示す部分断面図である。 本発明に係る実施の形態の金属ガスケットの代表的な圧力分布を示す図である。

符号の説明

１〜１Ｂ 金属ガスケット
１０ 第１金属板
１１ 折り返し部
２０ 第２金属板
２１ 第１フルビード
２２ ハーフビード
３０，３０Ａ 第３金属板
３１，３１Ａ 第２フルビード
４０ 第４金属板

Claims (3)

1. エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間をシールする金属ガスケットにおいて、
   シリンダボア用穴の周囲に設けた第１金属板の折り返し部と、該折り返し部内に配置された第２金属板の第１フルビードと、前記第１フルビードの外周で前記第１金属板に積層配置された第３金属板に形成された第２フルビードとを備え、
   前記第２金属板に鈍し鋼材を用いて前記第１金属板よりも薄く形成し、前記第３金属板にスプリング鋼材を用いると共に、
   前記第２フルビードの二次シール部で発生するシール面圧の大きさを、前記第１フルビードの一次シール部で発生するシール面圧よりも小さくし、一次シール部を面圧強化し、二次シール部で追従性強化をすることを特徴とする金属形ガスケット。
2. エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間をシールする金属ガスケットにおいて、
   シリンダボア用穴の周囲に設けた第１金属板の折り返し部と、該折り返し部内に配置された第２金属板の第１フルビードと、前記第１フルビードの外周で前記第１金属板に積層配置された第３金属板に形成された第２フルビードとを備え、
   前記第１フルビードのビード高さよりも前記第２フルビードのビード高さを高くし、
   前記第２金属板及び前記第３金属板にスプリング鋼材を用いると共に、前記第３金属板よりも前記第２金属板を薄く、かつ、前記第３金属板の硬度を前記第２金属板の硬度より高く形成し、
   前記第２フルビードの二次シール部で発生するシール面圧の大きさを、前記第１フルビードの一次シール部で発生するシール面圧よりも小さくし、一次シール部を面圧強化し、二次シール部で追従性強化をすることを特徴とする金属形ガスケット。
3. 前記第３金属板を複数枚設け、前記第２フルビードを複数個重ねて積層したことを特徴とする請求項１又は２に記載の金属形ガスケット。

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