イオンセンサ付ガスケット
【課題】絶縁性が長く持続され且つセンサとしての信頼性が高いイオンセンサ付ガスケットを提供する。
【解決手段】エンジン１のシリンダヘッド３とシリンダブロック２との間に挟装されるイオンセンサ付ガスケット６であって、シリンダボア２ａに対応するボア開口部６ａを備え、中間の導電性金属層６１と、その両面の絶縁層６２と、更にその外側の金属保護層６３とが一体とされた積層シート体６０からなり、上記導電性金属層６１の上記ボア開口部６ａ側周縁部は、エンジン１の燃焼室４内に臨むイオン電流検知電極６１ａとされ、一方導電性金属層６１のエンジン１外側部側は、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極６１ｂとされていることを特徴とする。
【解決手段】エンジン１のシリンダヘッド３とシリンダブロック２との間に挟装されるイオンセンサ付ガスケット６であって、シリンダボア２ａに対応するボア開口部６ａを備え、中間の導電性金属層６１と、その両面の絶縁層６２と、更にその外側の金属保護層６３とが一体とされた積層シート体６０からなり、上記導電性金属層６１の上記ボア開口部６ａ側周縁部は、エンジン１の燃焼室４内に臨むイオン電流検知電極６１ａとされ、一方導電性金属層６１のエンジン１外側部側は、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極６１ｂとされていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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ガスシールするために挟装されるガスケットであって、更に詳しくはエンジンの燃焼室内の燃焼状態を検出するイオンセンサ機能をも備えたシリンダヘッドガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の燃焼室内における火炎伝播状況を直接検出するために、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間をガスシールするために挟装されるガスケットの厚み内に、線状若しくはプローブ状の検知体を絶縁し、内蔵させたものが開発されている（特許文献１参照）。このようなイオンセンサ付ガスケットは、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されて、本来のガスケットとしてのシール機能を奏すると共に、検知体の先端電極部を燃焼室内に臨ませ、その先端電極部と、接地電極としてのシリンダヘッド或いはシリンダブロック等との間に電位をかけて、先端電極部に火炎が到達した瞬間の電流変化を計測することにより燃焼室の燃焼状態を検出する機能も備えたものである。
【０００３】
しかし、上記特許文献１に開示されたシリンダヘッドガスケットにおいては、シリンダヘッドとシリンダグロックとの面圧を高めんとすると、その締結圧により検知体の近傍部にクラック等が発生し易く、これを防止するため検知体を細くすると、先端部が火炎によって溶融したり、熱面着火（プリイグニッション）現象を起こしたりすることがあった。本出願人は、このような問題点を解消する為、特許文献２において、金属薄板の両面に充填材を含むゴム系バインダーで構成される絶縁シートを被着一体としたシリンダヘドガスケットを提案している。
【特許文献１】特開昭６３−６６４３１号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献２に開示されたイオンセンサ付きのシリンダヘッドガスケットは、シリンダヘッドとシリンダブロックとの締結時におけるクラックの発生が防止され、イオンセンサとしての信頼性が高く評価されるに至っている。しかし、シリンダブロック或いはシリンダヘッドに形成された水や油等の冷却媒体の流通孔部においては、上記絶縁シートがこれら冷却媒体に接することになる為、使用を重ねると絶縁シートのミクロポア（ピンホール等）に冷却媒体が浸入し、絶縁性が低下することが知見されるようになった。絶縁シートを絶縁性の樹脂フィルムで構成しても、樹脂フィルムに不可避なピンホールの為に同様の現象が生じることも知見された。
【０００５】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、絶縁性が長く持続され且つセンサとしての信頼性が高いイオンセンサ付ガスケットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されるイオンセンサ付ガスケットであって、シリンダボアに対応するボア開口部を備え、中間の導電性金属層と、その両面の絶縁層と、更にその外側の金属保護層とが一体とされた積層シート体からなり、上記導電性金属層の上記ボア開口部側周縁部は、エンジンの燃焼室内に臨むイオン電流検知電極とされ、一方導電性金属層のエンジン外側部側は、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極とされていることを特徴とする。
【０００７】
上記ボア開口部の周りには、請求項２の発明のように、ビード部が形成されていることが望ましい。また、上記絶縁層は、絶縁性樹脂のフィルム層や絶縁性のゴム層からなるものが望ましく、特に、請求項３の発明のように、ポリイミド樹脂のフィルム層からなるものが望ましく採用される。絶縁性のゴム層の場合は、ゴム材にアルミナやシリカ等の白色充填材を混練してシート状若しくはフィルム状にしたものが採用される。更に、請求項４の発明のように、上記金属保護層の外面に、ゴムコーティング層を形成することもできる。
【０００８】
請求項５の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、シリンダヘッドとシリンダブロックとを締結させる為のボルト孔に対応する開口部及び冷却媒体流通用孔に対応する開口部を備え、これら開口部周辺部分の上下絶縁層が上記導電性金属層を介することなく直接積層一体とされ、該開口部の内周縁部に導電性金属層が露出しないようになされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、イオンセンサの主体となる導電性金属層を介在させた積層シート体で構成されるから、面圧を高める為に、シリンダヘッド及びシリンダブロックを強く締結しても、応力の集中がなくクラックの発生が生じる懸念がない。また、絶縁層は、金属保護層により覆われているから、前記冷却媒体の流通孔部においてもこれら冷却媒体に直接接することがなく、金属保護層により絶縁層のミクロポア内への冷却媒体の浸入が阻止され、導電性金属層の絶縁が確実になされる。
【００１０】
そして、請求項２の発明のように、ボア開口部の周りに、ビード部が形成されている場合、上記締結時の圧縮変形に伴うビード部の復元弾力によりシリンダヘッド及びシリンダブロック間の面圧が高くなり、燃焼室のガスシールが的確になされる。また、請求項３の発明のように、絶縁層をポリイミド樹脂のフィルム層で構成すれば、その優れた絶縁性、耐熱性、靭性及び弾性等により、導電性金属層のイオンセンサとしての機能が遺憾なく発揮されると共にガスケットとしての適性も向上する。更に、請求項４の発明のように、上記金属保護層の外面に、ゴムコーティング層を形成すれば、その弾性によりシール性が一層向上する。
【００１１】
請求項５の発明のように、ボルト孔に対応する開口部及び冷却媒体流通用孔に対応する開口部を備える場合、これら開口部周辺部分の上下絶縁層が上記導電性金属層を介することなく直接積層一体とされ、該開口部の内周縁部に導電性金属層が露出しないようになされていると、導電性金属層がボルトや冷却媒体に接触することがないから、この部分からの電気的漏洩がなく、イオンセンサとしての信頼性が維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明のイオンセンサ付ガスケットを用いて組立てられたエンジンの要部を示す縦断面図、図２は図１におけるＷ部の拡大図、図３は同Ｘ部の拡大図、図４は本発明のイオンセンサ付ガスケットの作成要領を示す図であり（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は得られたイオンセンサ付ガスケットの部分切欠斜視図、図５（ａ）は図４（ｂ）のＹ−Ｙ線拡大断面図、図５（ｂ）はその変形例を示す同様図、図６は図４（ｂ）のＺ−Ｚ線拡大断面図、図７は別実施例の図４と同様図である。
【実施例１】
【００１３】
図１〜図３において、１はエンジンであり、シリンダブロック２の上にイオンセンサ付ガスケット（シリンダヘッドガスケット）６を配し、これを挟装するようにシリンダヘッド３を載置してボルト（不図示）により締付け組立てられる。５はシリンダブロック２のシリンダボア２ａ内を上下往復動するピストンであり、このピストン５の上端とシリンダヘッド３の下面とで形成される空間が燃焼室４である。２ｂ、２ｃはシリンダブロック２に掘設形成された冷却媒体流通孔であり、シリンダブロック２の上端面で開口している。この冷却媒体流通孔２ｂ、２ｃには、水、不凍液、油等が供給され流通される。
【００１４】
３ａ、３ｂは、シリンダヘッド３に形成された冷却媒体流通孔であり、このうち冷却媒体流通孔３ｂは、シリンダブロック２の冷却媒体流通孔２ｃと連通するものであることを示している。このように、シリンダブロック及びシリンダヘッド間で冷却媒体流通孔が互いに連通する場合（Ｘ部）と、互いに独立している場合（Ｗ部）とがあるが、図１では便宜上両者の例を併記している。シリンダブロック及びシリンダヘッド間で冷却媒体流通孔が互いに連通している場合は、冷却媒体がシリンダブロック及びシリンダヘッド間で流通しながら循環する。
【００１５】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との対向面には、イオンセンサ付ガスケット６が挟装され、これにより燃焼室４内の燃焼ガスが外部に漏出しないよう完全にシールされる。イオンセンサ付ガスケット６は、中間の導電性金属層６１と、その両面の絶縁層６２、６２と、更にその外側の金属保護層６３、６３とが一体とされた積層シート体６０よりなる。
【００１６】
この積層シート体６０における、シリンボア２ａに対応する部位にはボア開口部６ａが、後記するボルト孔に対応する部位にはボルト用開口部６ｂ（図４参照）が、また、上記シリンダブロック２の冷却媒体流通孔２ｃとシリンダヘド３の冷却媒体流通孔３ｂとが連通する部位には両冷却媒体流通孔２ｃ及び冷却媒体流通孔３ｂ間で冷却媒体が流通し得るよう冷却媒体用開口部６ｃが、夫々形成されている。これらボルト用開口部６ｂ及び冷却媒体用開口部６ｃでは、その上下絶縁層６２、６２が上記導電性金属層６１を介することなく直接積層一体とされ、該開口部６ｂ、６ｃの内周縁部に導電性金属層６１が露出しないようになされている（図３及び図６参照）。
【００１７】
更に、上記ボア開口部６ａの周りには山形に曲成されたビード部６ｄが、ボルト用開口部６ｂや冷却媒体用開口部６ｃの周り（図３及び図６参照）或いは冷却媒体流通孔２ｂの上端開口部を塞ぐ部位の周辺（図２参照）にはハーフビード６ｅが形成され、積層シート体６０は、後記するように導電性金属層６１に電気的結線がなされてイオンセンサ付ガスケット（シリンダヘッドガスケット）６とされる。
【００１８】
上記導電性金属層６１のボア開口部６ａ側周縁部には、エンジン１の燃焼室４内に臨むイオン電流検知電極６１ａが形成され、一方導電性金属層６１のエンジン１の外側部側には、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極６１ｂが形成されている。導電性金属層６１は、アルミニウムや銅等の導電性金属薄板（フィルム）からなり、その厚みは、イオン電流検知電極６１ａ側が５０〜５００μｍ、望ましくは１００〜２００μｍであり、イオン電流導出電極６１ｂ側は１〜１０００μｍが適正とされる。因みに、燃焼室４内に臨むイオン電流検知電極６１ａ側は高熱に晒され、溶損の恐れがある為、ある程度の厚みが必要とされる。イオン電流検知電極６１ａ側からイオン電流導出電極６１ｂ側にかけて均一厚みであってよく、この場合の厚みは１００〜５００μｍが適性とされる。このように、全体厚みを比較的大きくしておけば、イオンセンサ機能に加えて、好適なガスケット機能上の弾性、面圧が得られる。
【００１９】
絶縁層６２は、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の合成樹脂フィルムからなるが、優れた絶縁性、耐熱性、靭性及び弾性等の観点から、ポリイミド樹脂フィルムが最も望ましく採用される。その厚みは、５〜３０μｍである。金属保護層６３は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０１のように耐水性があり且つばね性のある薄い金属板若しくはアルミニウム、銅、軟鋼等の薄板或いはコーティング膜からなり、その厚みは１０〜１０００μｍ、現実には１００〜５００μｍが採用される。特に、後者の軟らかい金属薄板或いはコーティング膜の場合、エンジン１の締付・組立時に、容易に変形を起こし、相手面と馴染んでシール性を高める効果と、上記冷却媒体のガスケット内への浸透防止効果が向上する。
【００２０】
上記シリンダヘッドガスケット６は、エンジン１の組立の際、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に介装され、図１〜３に示すように、ボルト（不図示）を介した締結によりシリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に挟圧一体とされる。そして、上記イオン電流導出電極６１ｂには、電源７、アンプ８及び信号処理部９が接続される。また、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３は、接地２ｄ、３ｃされるが、この接地はどちらか一方でも良い。
【００２１】
斯くして、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間にシリンダヘッドガスケット６が挟圧された状態においては、ビード部６ｄあるいはハーフビード部６ｅが圧縮され、その復元弾力によりシリンダブロック２とシリンダヘッド３との間の面圧が高く維持され、燃焼室４のガスシール或いは冷却媒体の漏出防止が確実になされる。また、シリンダブロック２における冷却媒体流通用孔２ｂの上端開口部は完全に閉塞されると共に冷却媒体流通用孔２ｂを流通する冷却媒体が金属保護層６３によって遮断され、絶縁層６２に直接接することがないから、絶縁層６２のミクロポア（ピンホール等）に冷却媒体が浸入し、絶縁性が低下するようなことがない。更に、ボルト用開口部６ｂ及び冷却媒体用開口部６ｃの内周縁部には、導電性金属層６１が露出しないようになされているから、導電性金属層６１が冷却媒体やボルトに接することがなく、この部分での電気的絶縁も確実になされる。
【００２２】
そして、上記電源７をして、イオン電流導出電極６１ｂと接地電極としてのシリンダブロック２及びシリンダヘッド３との間に、例えば９０Ｖの電位をかけると、燃焼室４内に臨設された上記イオン電流検知電極６１ａに火炎が到達した瞬間にイオン状態の火炎帯を通じてイオン電流が流れて閉回路が形成されるので、閉回路に設けた検出抵抗Ｒを流れる電流値変化をアンプ８により増幅し信号処理部９で処理することによって、燃焼室４内の燃焼状態が検出される。従って、本発明のイオンセンサ付ガスケット６においては、導電性金属層６１が、ガスケットの芯材として機能すると共に、燃焼室４内の火炎の状態を検出するイオンセンサとしても機能する。
【００２３】
次に、図４、図５及び図６を参照して上記のようなイオンセンサ付ガスケット６の作成要領の１例を説明する。図４は複数気筒のエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとを一括してガスシールするガスケットであることを示す。図４（ａ）において、前記ボア開口部６ａに対応する大孔６３ａと、前記ボルト用開口部６ｂに対応する小孔６３ｂとを打抜き形成した前記金属保護層６３用の薄い金属板６３０上に、同様に大孔６２ａ及び小孔６２ｂを打抜き形成した前記絶縁層６２用の樹脂フィルム６２０を接着一体とする。この樹脂フィルム６２０の上に、周方向に等間隔の４片の舌片状イオン電流検知電極６１ａが形成されるよう内抜き形成された大孔６１ｃと、前記ボルト用開口部６ｂに対応し且つ上記金属板６３０の小孔６３ｂ及び樹脂フィルム６２０の小孔６２ｂより大きく切欠かれたボルト用切欠部６１ｄとを備えた前記導電性金属層６１用の金属フィルム６１０を接着一体とする。
【００２４】
更に、図では省略したが、この金属フィルム６１０の上に、上記と同様の樹脂フィルム６２０及び金属板６３０をこの順序で接着一体とし、積層シート体６０となし、ボア開口部６ａ周り及びボルト用開口部６ｂ周りにビード部６ｄ及びハーフビード部６ｅ（図６参照）をプレス加工により形成し、図４（ｂ）のイオンセンサ付ガスケット６を得る。上記金属板６３０と樹脂フィルム６２０との一体化においては、上記のように双方を所定のパターン形状に打抜いた後に両者を接着一体とする以外に、金属板６３０と樹脂フィルム６２０とを接着一体とした後に所定のパターン形状に打抜く方法、或いは所定のパターン形状に打抜いた金属板６３０を樹脂液に浸漬する方法等が採用可能である。
【００２５】
また、金属フィルム６１０の一体化としては、上記の方法に限らず、例えば、樹脂フィルム６２０の全面に金属フィルム６１０を接着一体とし、エッチングにより所定パターンに形成する方法か、或いは樹脂フィルム６２０上をマスキングしてメッキ加工する方法か、更には、導電性金属粉末を含む溶液によりスクリーン印刷する方法等が採用可能である。図４のイオンセンサ付ガスケット６は、図２に示すような冷却媒体流通用孔２ｂを閉塞するガスケットの例を示すものであるが、図３に示すような冷却媒体用開口部６ｃを備えたものであっても良いことは言うまでもない。また、導電性金属層６１が複数気筒のエンジンに共役する例を示しているが、各気筒毎に分断し、各燃焼室の燃焼状態の情報を個別に取り出すようにした多チャンネル方式とすることも可能である。
【００２６】
図５（ａ）は、図４（ｂ）のＹ−Ｙ線断面図であり、図５（ｂ）はその変形例を示すものであるが、図５（ａ）の例は、導電性金属層６１の厚みが均一であることを示し、一方、図５（ｂ）の例は、導電性金属層６１の厚みが、イオン電流検知電極６１ａ側が厚く、イオン電流導出電極６１ｂ側が薄くされていることを示している。前者の場合、導電性金属層６１の厚みを比較的厚くし、金属保護層６３を１０〜２００μｍの前記軟質金属薄膜或いはコーティング層とすることが望ましい。また、後者のように、イオン電流検知電極６１ａ側が厚く、イオン電流導出電極６１ｂ側が薄くされていると、イオンセンサ付ガスケット６の全体厚みが薄いにも拘わらず燃焼室４に臨むイオン電流検知電極６１ａの熱による溶損がなく、加えてビード部６ｄを含むボア周りの厚みがその周辺より厚くなるから、前記ボルトによるシリンダブロック及びシリンダヘッドの締結の際、この部分の面圧が高くなり、燃焼室のガスシールがより確実になされる。
【００２７】
図６は、図４（ａ）のＺ−Ｚ線断面図であるが、更に金属保護層６３、６３の外側に薄いゴムコーティング層６４、６４が形成された例として示すものである。このゴムコーティング層６４、６４を形成する例として、便宜上、図６に示しているが、図５（ａ）（ｂ）の例にも適用され得るものである。ゴムコーティング層６４は、ビード部６ｄ及びハーフビード部６ｅをプレス加工により形成した後、ゴム材を塗布して、加熱処理することにより形成される。このゴムコーティング層６４を積層することにより、イオンセンサ付ガスケット６に弾性が付与され、シール性が更に向上する。
【実施例２】
【００２８】
図７は別実施例の図４と同様図であり、前記の多チャンネル方式のイオンセンサ付ガスケット６の１例を示すものである。即ち、上記同様大孔６２ａ及び小孔６２ｂを含む所定のパターン形状に打抜き形成した前記絶縁層６２用の樹脂フィルム６２０を準備する。この樹脂フィルム６２０の各大孔６２ａ毎に、該大孔６２ａの内周縁部から外側部に至る導電性金属層用の略Ｔ字状に形成された金属薄板片６１０’を接着一体とし、この樹脂フィルム６２０を上記と同様に所定パターンンに形成された金属板６３０上に接着一体とする。この上に、図では省略したが樹脂フィルム６２０及び金属板６３０をこの順序で接着一体とし、積層シート体６０となし、ボア開口部６ａ周り及びボルト用開口部６ｂ周りにビード部６ｄ及びハーフビード部６ｅ（図６参照）をプレス加工により形成し、図７（ｂ）のイオンセンサ付ガスケット６を得る。
【００２９】
これら各層の積層一体化にも、前記した他の方法が採用可能であることは言うまでもない。このように、多チャンネル方式によれば、各燃焼室毎の燃焼状態の情報を個別に得ることができ、この個別の燃焼状態の情報に基づき、エンジンの多様な運転制御を実施することができる。また、全体厚みを薄くすることができ、低コスト化、コンパクト化も図ることができる。尚、前記実施例と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を割愛する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のイオンセンサ付ガスケットを用いて組立てられたエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＷ部の拡大図である。
【図３】同Ｘ部の拡大図である。
【図４】本発明のイオンセンサ付ガスケットの作成要領を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は得られたイオンセンサ付ガスケットの部分切欠斜視図である。
【図５】（ａ）は図４（ｂ）のＹ−Ｙ線拡大断面図、（ｂ）はその変形例を示す同様図である。
【図６】図４（ｂ）のＺ−Ｚ線拡大断面図である。
【図７】別実施例の図４と同様図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ エンジン
２ シリンダブロック
２ａ シリンダボア
２ｂ 冷却媒体流通用孔
２ｃ 冷却媒体流通用孔
３ シリンダヘッド
３ａ 冷却媒体流通用孔
３ｂ 冷却媒体流通用孔
４ 燃焼室
６ イオンセンサ付ガスケット
６ａ ボア開口部
６ｂ 開口部
６ｃ 開口部
６ｄ ビード部
６０ 積層シート体
６１ 導電性金属層
６１ａ イオン電流検知電極
６１ｂ イオン電流導出電極
６２ 絶縁層
６３ 金属保護層
６４ ゴムコーティング層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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ガスシールするために挟装されるガスケットであって、更に詳しくはエンジンの燃焼室内の燃焼状態を検出するイオンセンサ機能をも備えたシリンダヘッドガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジン等の燃焼室内における火炎伝播状況を直接検出するために、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間をガスシールするために挟装されるガスケットの厚み内に、線状若しくはプローブ状の検知体を絶縁し、内蔵させたものが開発されている（特許文献１参照）。このようなイオンセンサ付ガスケットは、シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されて、本来のガスケットとしてのシール機能を奏すると共に、検知体の先端電極部を燃焼室内に臨ませ、その先端電極部と、接地電極としてのシリンダヘッド或いはシリンダブロック等との間に電位をかけて、先端電極部に火炎が到達した瞬間の電流変化を計測することにより燃焼室の燃焼状態を検出する機能も備えたものである。
【０００３】
しかし、上記特許文献１に開示されたシリンダヘッドガスケットにおいては、シリンダヘッドとシリンダグロックとの面圧を高めんとすると、その締結圧により検知体の近傍部にクラック等が発生し易く、これを防止するため検知体を細くすると、先端部が火炎によって溶融したり、熱面着火（プリイグニッション）現象を起こしたりすることがあった。本出願人は、このような問題点を解消する為、特許文献２において、金属薄板の両面に充填材を含むゴム系バインダーで構成される絶縁シートを被着一体としたシリンダヘドガスケットを提案している。
【特許文献１】特開昭６３−６６４３１号公報
【特許文献２】特開２００３−１８４６０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献２に開示されたイオンセンサ付きのシリンダヘッドガスケットは、シリンダヘッドとシリンダブロックとの締結時におけるクラックの発生が防止され、イオンセンサとしての信頼性が高く評価されるに至っている。しかし、シリンダブロック或いはシリンダヘッドに形成された水や油等の冷却媒体の流通孔部においては、上記絶縁シートがこれら冷却媒体に接することになる為、使用を重ねると絶縁シートのミクロポア（ピンホール等）に冷却媒体が浸入し、絶縁性が低下することが知見されるようになった。絶縁シートを絶縁性の樹脂フィルムで構成しても、樹脂フィルムに不可避なピンホールの為に同様の現象が生じることも知見された。
【０００５】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、絶縁性が長く持続され且つセンサとしての信頼性が高いイオンセンサ付ガスケットを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、エンジンのシリンダヘッドとシリンダブロックとの間に挟装されるイオンセンサ付ガスケットであって、シリンダボアに対応するボア開口部を備え、中間の導電性金属層と、その両面の絶縁層と、更にその外側の金属保護層とが一体とされた積層シート体からなり、上記導電性金属層の上記ボア開口部側周縁部は、エンジンの燃焼室内に臨むイオン電流検知電極とされ、一方導電性金属層のエンジン外側部側は、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極とされていることを特徴とする。
【０００７】
上記ボア開口部の周りには、請求項２の発明のように、ビード部が形成されていることが望ましい。また、上記絶縁層は、絶縁性樹脂のフィルム層や絶縁性のゴム層からなるものが望ましく、特に、請求項３の発明のように、ポリイミド樹脂のフィルム層からなるものが望ましく採用される。絶縁性のゴム層の場合は、ゴム材にアルミナやシリカ等の白色充填材を混練してシート状若しくはフィルム状にしたものが採用される。更に、請求項４の発明のように、上記金属保護層の外面に、ゴムコーティング層を形成することもできる。
【０００８】
請求項５の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、シリンダヘッドとシリンダブロックとを締結させる為のボルト孔に対応する開口部及び冷却媒体流通用孔に対応する開口部を備え、これら開口部周辺部分の上下絶縁層が上記導電性金属層を介することなく直接積層一体とされ、該開口部の内周縁部に導電性金属層が露出しないようになされていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明に係るイオンセンサ付ガスケットは、イオンセンサの主体となる導電性金属層を介在させた積層シート体で構成されるから、面圧を高める為に、シリンダヘッド及びシリンダブロックを強く締結しても、応力の集中がなくクラックの発生が生じる懸念がない。また、絶縁層は、金属保護層により覆われているから、前記冷却媒体の流通孔部においてもこれら冷却媒体に直接接することがなく、金属保護層により絶縁層のミクロポア内への冷却媒体の浸入が阻止され、導電性金属層の絶縁が確実になされる。
【００１０】
そして、請求項２の発明のように、ボア開口部の周りに、ビード部が形成されている場合、上記締結時の圧縮変形に伴うビード部の復元弾力によりシリンダヘッド及びシリンダブロック間の面圧が高くなり、燃焼室のガスシールが的確になされる。また、請求項３の発明のように、絶縁層をポリイミド樹脂のフィルム層で構成すれば、その優れた絶縁性、耐熱性、靭性及び弾性等により、導電性金属層のイオンセンサとしての機能が遺憾なく発揮されると共にガスケットとしての適性も向上する。更に、請求項４の発明のように、上記金属保護層の外面に、ゴムコーティング層を形成すれば、その弾性によりシール性が一層向上する。
【００１１】
請求項５の発明のように、ボルト孔に対応する開口部及び冷却媒体流通用孔に対応する開口部を備える場合、これら開口部周辺部分の上下絶縁層が上記導電性金属層を介することなく直接積層一体とされ、該開口部の内周縁部に導電性金属層が露出しないようになされていると、導電性金属層がボルトや冷却媒体に接触することがないから、この部分からの電気的漏洩がなく、イオンセンサとしての信頼性が維持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の最良の実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は本発明のイオンセンサ付ガスケットを用いて組立てられたエンジンの要部を示す縦断面図、図２は図１におけるＷ部の拡大図、図３は同Ｘ部の拡大図、図４は本発明のイオンセンサ付ガスケットの作成要領を示す図であり（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は得られたイオンセンサ付ガスケットの部分切欠斜視図、図５（ａ）は図４（ｂ）のＹ−Ｙ線拡大断面図、図５（ｂ）はその変形例を示す同様図、図６は図４（ｂ）のＺ−Ｚ線拡大断面図、図７は別実施例の図４と同様図である。
【実施例１】
【００１３】
図１〜図３において、１はエンジンであり、シリンダブロック２の上にイオンセンサ付ガスケット（シリンダヘッドガスケット）６を配し、これを挟装するようにシリンダヘッド３を載置してボルト（不図示）により締付け組立てられる。５はシリンダブロック２のシリンダボア２ａ内を上下往復動するピストンであり、このピストン５の上端とシリンダヘッド３の下面とで形成される空間が燃焼室４である。２ｂ、２ｃはシリンダブロック２に掘設形成された冷却媒体流通孔であり、シリンダブロック２の上端面で開口している。この冷却媒体流通孔２ｂ、２ｃには、水、不凍液、油等が供給され流通される。
【００１４】
３ａ、３ｂは、シリンダヘッド３に形成された冷却媒体流通孔であり、このうち冷却媒体流通孔３ｂは、シリンダブロック２の冷却媒体流通孔２ｃと連通するものであることを示している。このように、シリンダブロック及びシリンダヘッド間で冷却媒体流通孔が互いに連通する場合（Ｘ部）と、互いに独立している場合（Ｗ部）とがあるが、図１では便宜上両者の例を併記している。シリンダブロック及びシリンダヘッド間で冷却媒体流通孔が互いに連通している場合は、冷却媒体がシリンダブロック及びシリンダヘッド間で流通しながら循環する。
【００１５】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との対向面には、イオンセンサ付ガスケット６が挟装され、これにより燃焼室４内の燃焼ガスが外部に漏出しないよう完全にシールされる。イオンセンサ付ガスケット６は、中間の導電性金属層６１と、その両面の絶縁層６２、６２と、更にその外側の金属保護層６３、６３とが一体とされた積層シート体６０よりなる。
【００１６】
この積層シート体６０における、シリンボア２ａに対応する部位にはボア開口部６ａが、後記するボルト孔に対応する部位にはボルト用開口部６ｂ（図４参照）が、また、上記シリンダブロック２の冷却媒体流通孔２ｃとシリンダヘド３の冷却媒体流通孔３ｂとが連通する部位には両冷却媒体流通孔２ｃ及び冷却媒体流通孔３ｂ間で冷却媒体が流通し得るよう冷却媒体用開口部６ｃが、夫々形成されている。これらボルト用開口部６ｂ及び冷却媒体用開口部６ｃでは、その上下絶縁層６２、６２が上記導電性金属層６１を介することなく直接積層一体とされ、該開口部６ｂ、６ｃの内周縁部に導電性金属層６１が露出しないようになされている（図３及び図６参照）。
【００１７】
更に、上記ボア開口部６ａの周りには山形に曲成されたビード部６ｄが、ボルト用開口部６ｂや冷却媒体用開口部６ｃの周り（図３及び図６参照）或いは冷却媒体流通孔２ｂの上端開口部を塞ぐ部位の周辺（図２参照）にはハーフビード６ｅが形成され、積層シート体６０は、後記するように導電性金属層６１に電気的結線がなされてイオンセンサ付ガスケット（シリンダヘッドガスケット）６とされる。
【００１８】
上記導電性金属層６１のボア開口部６ａ側周縁部には、エンジン１の燃焼室４内に臨むイオン電流検知電極６１ａが形成され、一方導電性金属層６１のエンジン１の外側部側には、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極６１ｂが形成されている。導電性金属層６１は、アルミニウムや銅等の導電性金属薄板（フィルム）からなり、その厚みは、イオン電流検知電極６１ａ側が５０〜５００μｍ、望ましくは１００〜２００μｍであり、イオン電流導出電極６１ｂ側は１〜１０００μｍが適正とされる。因みに、燃焼室４内に臨むイオン電流検知電極６１ａ側は高熱に晒され、溶損の恐れがある為、ある程度の厚みが必要とされる。イオン電流検知電極６１ａ側からイオン電流導出電極６１ｂ側にかけて均一厚みであってよく、この場合の厚みは１００〜５００μｍが適性とされる。このように、全体厚みを比較的大きくしておけば、イオンセンサ機能に加えて、好適なガスケット機能上の弾性、面圧が得られる。
【００１９】
絶縁層６２は、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等の合成樹脂フィルムからなるが、優れた絶縁性、耐熱性、靭性及び弾性等の観点から、ポリイミド樹脂フィルムが最も望ましく採用される。その厚みは、５〜３０μｍである。金属保護層６３は、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３０１のように耐水性があり且つばね性のある薄い金属板若しくはアルミニウム、銅、軟鋼等の薄板或いはコーティング膜からなり、その厚みは１０〜１０００μｍ、現実には１００〜５００μｍが採用される。特に、後者の軟らかい金属薄板或いはコーティング膜の場合、エンジン１の締付・組立時に、容易に変形を起こし、相手面と馴染んでシール性を高める効果と、上記冷却媒体のガスケット内への浸透防止効果が向上する。
【００２０】
上記シリンダヘッドガスケット６は、エンジン１の組立の際、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に介装され、図１〜３に示すように、ボルト（不図示）を介した締結によりシリンダブロック２とシリンダヘッド３との間に挟圧一体とされる。そして、上記イオン電流導出電極６１ｂには、電源７、アンプ８及び信号処理部９が接続される。また、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３は、接地２ｄ、３ｃされるが、この接地はどちらか一方でも良い。
【００２１】
斯くして、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間にシリンダヘッドガスケット６が挟圧された状態においては、ビード部６ｄあるいはハーフビード部６ｅが圧縮され、その復元弾力によりシリンダブロック２とシリンダヘッド３との間の面圧が高く維持され、燃焼室４のガスシール或いは冷却媒体の漏出防止が確実になされる。また、シリンダブロック２における冷却媒体流通用孔２ｂの上端開口部は完全に閉塞されると共に冷却媒体流通用孔２ｂを流通する冷却媒体が金属保護層６３によって遮断され、絶縁層６２に直接接することがないから、絶縁層６２のミクロポア（ピンホール等）に冷却媒体が浸入し、絶縁性が低下するようなことがない。更に、ボルト用開口部６ｂ及び冷却媒体用開口部６ｃの内周縁部には、導電性金属層６１が露出しないようになされているから、導電性金属層６１が冷却媒体やボルトに接することがなく、この部分での電気的絶縁も確実になされる。
【００２２】
そして、上記電源７をして、イオン電流導出電極６１ｂと接地電極としてのシリンダブロック２及びシリンダヘッド３との間に、例えば９０Ｖの電位をかけると、燃焼室４内に臨設された上記イオン電流検知電極６１ａに火炎が到達した瞬間にイオン状態の火炎帯を通じてイオン電流が流れて閉回路が形成されるので、閉回路に設けた検出抵抗Ｒを流れる電流値変化をアンプ８により増幅し信号処理部９で処理することによって、燃焼室４内の燃焼状態が検出される。従って、本発明のイオンセンサ付ガスケット６においては、導電性金属層６１が、ガスケットの芯材として機能すると共に、燃焼室４内の火炎の状態を検出するイオンセンサとしても機能する。
【００２３】
次に、図４、図５及び図６を参照して上記のようなイオンセンサ付ガスケット６の作成要領の１例を説明する。図４は複数気筒のエンジンのシリンダブロックとシリンダヘッドとを一括してガスシールするガスケットであることを示す。図４（ａ）において、前記ボア開口部６ａに対応する大孔６３ａと、前記ボルト用開口部６ｂに対応する小孔６３ｂとを打抜き形成した前記金属保護層６３用の薄い金属板６３０上に、同様に大孔６２ａ及び小孔６２ｂを打抜き形成した前記絶縁層６２用の樹脂フィルム６２０を接着一体とする。この樹脂フィルム６２０の上に、周方向に等間隔の４片の舌片状イオン電流検知電極６１ａが形成されるよう内抜き形成された大孔６１ｃと、前記ボルト用開口部６ｂに対応し且つ上記金属板６３０の小孔６３ｂ及び樹脂フィルム６２０の小孔６２ｂより大きく切欠かれたボルト用切欠部６１ｄとを備えた前記導電性金属層６１用の金属フィルム６１０を接着一体とする。
【００２４】
更に、図では省略したが、この金属フィルム６１０の上に、上記と同様の樹脂フィルム６２０及び金属板６３０をこの順序で接着一体とし、積層シート体６０となし、ボア開口部６ａ周り及びボルト用開口部６ｂ周りにビード部６ｄ及びハーフビード部６ｅ（図６参照）をプレス加工により形成し、図４（ｂ）のイオンセンサ付ガスケット６を得る。上記金属板６３０と樹脂フィルム６２０との一体化においては、上記のように双方を所定のパターン形状に打抜いた後に両者を接着一体とする以外に、金属板６３０と樹脂フィルム６２０とを接着一体とした後に所定のパターン形状に打抜く方法、或いは所定のパターン形状に打抜いた金属板６３０を樹脂液に浸漬する方法等が採用可能である。
【００２５】
また、金属フィルム６１０の一体化としては、上記の方法に限らず、例えば、樹脂フィルム６２０の全面に金属フィルム６１０を接着一体とし、エッチングにより所定パターンに形成する方法か、或いは樹脂フィルム６２０上をマスキングしてメッキ加工する方法か、更には、導電性金属粉末を含む溶液によりスクリーン印刷する方法等が採用可能である。図４のイオンセンサ付ガスケット６は、図２に示すような冷却媒体流通用孔２ｂを閉塞するガスケットの例を示すものであるが、図３に示すような冷却媒体用開口部６ｃを備えたものであっても良いことは言うまでもない。また、導電性金属層６１が複数気筒のエンジンに共役する例を示しているが、各気筒毎に分断し、各燃焼室の燃焼状態の情報を個別に取り出すようにした多チャンネル方式とすることも可能である。
【００２６】
図５（ａ）は、図４（ｂ）のＹ−Ｙ線断面図であり、図５（ｂ）はその変形例を示すものであるが、図５（ａ）の例は、導電性金属層６１の厚みが均一であることを示し、一方、図５（ｂ）の例は、導電性金属層６１の厚みが、イオン電流検知電極６１ａ側が厚く、イオン電流導出電極６１ｂ側が薄くされていることを示している。前者の場合、導電性金属層６１の厚みを比較的厚くし、金属保護層６３を１０〜２００μｍの前記軟質金属薄膜或いはコーティング層とすることが望ましい。また、後者のように、イオン電流検知電極６１ａ側が厚く、イオン電流導出電極６１ｂ側が薄くされていると、イオンセンサ付ガスケット６の全体厚みが薄いにも拘わらず燃焼室４に臨むイオン電流検知電極６１ａの熱による溶損がなく、加えてビード部６ｄを含むボア周りの厚みがその周辺より厚くなるから、前記ボルトによるシリンダブロック及びシリンダヘッドの締結の際、この部分の面圧が高くなり、燃焼室のガスシールがより確実になされる。
【００２７】
図６は、図４（ａ）のＺ−Ｚ線断面図であるが、更に金属保護層６３、６３の外側に薄いゴムコーティング層６４、６４が形成された例として示すものである。このゴムコーティング層６４、６４を形成する例として、便宜上、図６に示しているが、図５（ａ）（ｂ）の例にも適用され得るものである。ゴムコーティング層６４は、ビード部６ｄ及びハーフビード部６ｅをプレス加工により形成した後、ゴム材を塗布して、加熱処理することにより形成される。このゴムコーティング層６４を積層することにより、イオンセンサ付ガスケット６に弾性が付与され、シール性が更に向上する。
【実施例２】
【００２８】
図７は別実施例の図４と同様図であり、前記の多チャンネル方式のイオンセンサ付ガスケット６の１例を示すものである。即ち、上記同様大孔６２ａ及び小孔６２ｂを含む所定のパターン形状に打抜き形成した前記絶縁層６２用の樹脂フィルム６２０を準備する。この樹脂フィルム６２０の各大孔６２ａ毎に、該大孔６２ａの内周縁部から外側部に至る導電性金属層用の略Ｔ字状に形成された金属薄板片６１０’を接着一体とし、この樹脂フィルム６２０を上記と同様に所定パターンンに形成された金属板６３０上に接着一体とする。この上に、図では省略したが樹脂フィルム６２０及び金属板６３０をこの順序で接着一体とし、積層シート体６０となし、ボア開口部６ａ周り及びボルト用開口部６ｂ周りにビード部６ｄ及びハーフビード部６ｅ（図６参照）をプレス加工により形成し、図７（ｂ）のイオンセンサ付ガスケット６を得る。
【００２９】
これら各層の積層一体化にも、前記した他の方法が採用可能であることは言うまでもない。このように、多チャンネル方式によれば、各燃焼室毎の燃焼状態の情報を個別に得ることができ、この個別の燃焼状態の情報に基づき、エンジンの多様な運転制御を実施することができる。また、全体厚みを薄くすることができ、低コスト化、コンパクト化も図ることができる。尚、前記実施例と共通する部分には同一の符号を付し、その説明を割愛する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のイオンセンサ付ガスケットを用いて組立てられたエンジンの要部を示す縦断面図である。
【図２】図１におけるＷ部の拡大図である。
【図３】同Ｘ部の拡大図である。
【図４】本発明のイオンセンサ付ガスケットの作成要領を示す図であり、（ａ）は分解斜視図、（ｂ）は得られたイオンセンサ付ガスケットの部分切欠斜視図である。
【図５】（ａ）は図４（ｂ）のＹ−Ｙ線拡大断面図、（ｂ）はその変形例を示す同様図である。
【図６】図４（ｂ）のＺ−Ｚ線拡大断面図である。
【図７】別実施例の図４と同様図である。
【符号の説明】
【００３１】
１ エンジン
２ シリンダブロック
２ａ シリンダボア
２ｂ 冷却媒体流通用孔
２ｃ 冷却媒体流通用孔
３ シリンダヘッド
３ａ 冷却媒体流通用孔
３ｂ 冷却媒体流通用孔
４ 燃焼室
６ イオンセンサ付ガスケット
６ａ ボア開口部
６ｂ 開口部
６ｃ 開口部
６ｄ ビード部
６０ 積層シート体
６１ 導電性金属層
６１ａ イオン電流検知電極
６１ｂ イオン電流導出電極
６２ 絶縁層
６３ 金属保護層
６４ ゴムコーティング層
【特許請求の範囲】
【請求項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に挟装されるイオンセンサ付ガスケットであって、
シリンダボアに対応するボア開口部を備え、中間の導電性金属層と、その両面の絶縁層と、更にその外側の金属保護層とが一体とされた積層シート体からなり、上記導電性金属層の上記ボア開口部側周縁部は、エンジンの燃焼室内に臨むイオン電流検知電極とされ、一方導電性金属層のエンジン外側部側は、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極とされていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
上記ボア開口部の周りにビード部が形成されていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
上記絶縁層が、ポリイミド樹脂のフィルム層からなることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
上記金属保護層の外面に、更にゴムコーティング層が形成されていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
シリンダヘッドとシリンダブロックとを締結させる為のボルト孔に対応する開口部及び冷却媒体流通用孔に対応する開口部を備え、これら開口部周辺部分の上下絶縁層が上記導電性金属層を介することなく直接積層一体とされ、上記開口部の内周縁部に導電性金属層が露出しないようになされていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項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に挟装されるイオンセンサ付ガスケットであって、
シリンダボアに対応するボア開口部を備え、中間の導電性金属層と、その両面の絶縁層と、更にその外側の金属保護層とが一体とされた積層シート体からなり、上記導電性金属層の上記ボア開口部側周縁部は、エンジンの燃焼室内に臨むイオン電流検知電極とされ、一方導電性金属層のエンジン外側部側は、一部がエンジン外側部より延出するイオン電流導出電極とされていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
上記ボア開口部の周りにビード部が形成されていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項３】
請求項１または２に記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
上記絶縁層が、ポリイミド樹脂のフィルム層からなることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
上記金属保護層の外面に、更にゴムコーティング層が形成されていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のイオンセンサ付ガスケットにおいて、
シリンダヘッドとシリンダブロックとを締結させる為のボルト孔に対応する開口部及び冷却媒体流通用孔に対応する開口部を備え、これら開口部周辺部分の上下絶縁層が上記導電性金属層を介することなく直接積層一体とされ、上記開口部の内周縁部に導電性金属層が露出しないようになされていることを特徴とするイオンセンサ付ガスケット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−１０５０８５（Ｐ２００６−１０５０８５Ａ）
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９５８８５（Ｐ２００４−２９５８８５）
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【出願人】（０００２２５３５９）内山工業株式会社 (204)
【出願人】（５０４１４７２４３）国立大学法人 岡山大学 (444)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２０日（２００６．４．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月８日（２００４．１０．８）
【出願人】（０００２２５３５９）内山工業株式会社 (204)
【出願人】（５０４１４７２４３）国立大学法人 岡山大学 (444)
【Ｆターム（参考）】
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