メタルガスケット
【課題】安価に製作可能で、しかもボアビードの全屈を防止しつつ燃焼室周りのシール性能を十分に確保可能なメタルガスケットを提供する。
【解決手段】エンジンの燃焼室６に対応する位置に開口部１２を形成した単又は複数枚のガスケット構成板１０からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板１０に開口部１２を取り囲むようにボアビード１６を形成したメタルガスケット１において、ガスケット構成板１０における、ボアビード１６の外周縁とエンジンのシリンダブロック２に形成されるウォータジャケット７の内周面７ａ間に対応する部分に、ボアビード１６の全屈を規制するシム板１１を固定した。
【解決手段】エンジンの燃焼室６に対応する位置に開口部１２を形成した単又は複数枚のガスケット構成板１０からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板１０に開口部１２を取り囲むようにボアビード１６を形成したメタルガスケット１において、ガスケット構成板１０における、ボアビード１６の外周縁とエンジンのシリンダブロック２に形成されるウォータジャケット７の内周面７ａ間に対応する部分に、ボアビード１６の全屈を規制するシム板１１を固定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンに好適に利用可能なメタルガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのメタルガスケットとして、単又は複数枚のガスケット構成板からなり、このガスケット構成板に、燃焼室に対応させて開口部を形成するとともに開口部を取り囲むようにボアビードを形成し、更にボアビードの内周側にストッパーを形成して、ボアビードの全屈によるヘタリを防止できるように構成したものが採用されている。
【０００３】
ストッパーとしては、ガスケット構成板の開口部の周縁を折り返して、この折り返し部分をストッパーとて利用したものが提案され実用化されている。しかし、このようにボアビードの内周側にストッパーを形成すると、ボアビードの全屈によるヘタリは防止できるものの、ストッパーに対応する位置における四厘がブロックのデッキ面の面圧が高くなってシリンダ孔の内面が樽形に変形し、シリンダ孔とピストンリング間におけるオイル消費量が増大するという問題がある。特に最近のエンジンにおいては、隣接するシリンダ孔間の距離を極力小さくして、エンジンの小型化を図るため、ボアビードの内周縁とシリンダ孔間の距離が狭くなる傾向にあり、それに応じてストッパーの幅も狭くなることから、シリンダ孔付近の面圧が高くなる傾向にある。
【０００４】
そこで、最近では、シリンダ孔の変形を極力少なくするため、ボアビードの内周側だけでなく、ボアビードの外周側にもストッパーを設けたメタルガスケットも提案されている。例えば、特許文献１記載のように、ガスケット構成板のボアビードの内周側や外周側にコーティング層からなるストッパーをボアビードに沿って形成したものや、特許文献２記載のように、ガスケット構成板のボアビードの内周側や外周側にプレス成形によりボアビードに沿って断面波形状のストッパーを形成したものが提案されている。
【０００５】
一方、ボアビードを有するガスケット構成板（以下、ビード板と称する。）を複数枚重ね合わせて構成したメタルガスケットにおいては、ボアビードの変位量を大きく設定できることから、ヘッドボルトの締め付けトルクをボアビードが全屈するまで高く設定しなくても、燃焼室周りのシール性を十分に確保できる。このため、ガスケット構成板のうちのシリンダライナに対応する位置全体に樹脂層を形成して、燃焼室周りの面圧をシリンダライナの全面で受け止めることで、シリンダ孔の変形を防止するように構成したものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
また、ボアビードを設けた部分を除いてガスケット構成板に面圧調整板を設け、ボアビードの全屈を防止しつつ、シリンダ孔の変形を防止するように構成したものも提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５４７３４３号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７５３６号公報
【特許文献３】特開２００４−２７８７１１号公報
【特許文献４】特開平２−１４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１記載のメタルガスケットでは、コーティング層によりストッパーを形成しているので、経年劣化等によりコーティング層が剥離して、シール性能が低下することが懸念される。また、特許文献２記載のメタルガスケットでは、プレス成形によりストッパーを形成するので、剥離等の問題は発生しないが、微細な凹凸を形成するために、プレス成形型の製作コストが高くなったり、成形型のストッパーを成形する部分が破損し易くなったりするという問題があり、実用化への障害になっている。
【０００９】
特許文献３記載のメタルガスケットでは、ヘッドボルトの締め付けによるシリンダ孔の変形を防止でき、しかも十分なシール性能を確保できるが、ボアビードの全屈によるビードのクラックに伴なうシール性能の低下を防止するため、ビード板を少なくとも２枚必要とし、製作コストが高くなるという致命的な問題がある。
【００１０】
一方、特許文献４記載のメタルガスケットでは、面圧調整板がボアビードの全屈を防止するストッパーとして機能するので、ボアビードの内周側にストッパーを設ける場合と比較して、シリンダライナとの接触面積を大きく設定できることから、シリンダ孔の変形を抑制できるというメリットがある。しかし、面圧調整板がボアビード以外の部分、つまりビード板の外縁部まで形成され、面圧調整板に関しては、燃焼室周りの面圧が他の部分の面圧よりも低くなることから、燃焼室周りのシール性能を十分に確保できないという問題がある。また、面圧調整板が、ビード板と略同じ寸法であることから、結局は２枚構成のメタルガスケットと同等の製作コストが必要になるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、安価に製作可能で、しかもボアビードの全屈を防止しつつ燃焼室周りのシール性能を十分に確保可能なメタルガスケットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、メタルガスケットの燃焼室周りにおける局部的な面圧上昇を抑えて、シリンダ孔の変形を防止しつつ、ボアビードの全屈によるシール性能の低下を防止可能なメタルガスケットについて鋭意検討した結果、ボアビードの外周側にストッパーとして機能するシム板を設けると、シリンダ孔から離れた位置においてシリンダブロックに面圧を作用させることができ、しかもボアビードの内周側よりもシリンダブロックとの接触面積を大きく設定できることに着目するとともに、該シム板をメタルガスケットの外縁部まで設けないで、ボアビードの外周側付近にのみ設けることで、燃焼室周りの面圧を十分に確保してシール性能の低下を防止できるとともに、メタルガスケットの製作コストを低減できることに着目して、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明に係るメタルガスケットは、エンジンの燃焼室に対応する位置に開口部を形成した単又は複数枚のガスケット構成板からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板に開口部を取り囲むようにボアビードを形成したメタルガスケットにおいて、前記ガスケット構成板における、ボアビードの外周縁とエンジンのシリンダブロックに形成されるウォータジャケットの内周面間に対応する部分に、ボアビードの全屈を規制するシム板を固定したものである。
【００１４】
このメタルガスケットでは、ボアビードの外周側にシム板が配置されるので、このシム板がボアビードの全屈を防止するストッパーとして機能し、ボアビードの全屈によるシール性能の低下を効果的に防止することができる。また、シム板は、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間に対応する部分にのみ設けているので、シム板をメタルガスケットの外縁部まで設ける場合と比較して、シム板の製作コストを抑えることができるとともに、燃焼室周りの面圧を外周ビード等に比較して高く設定することができ、燃焼室周りのシール性能を十分に確保することができる。しかも、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間の幅は、ボアビードの内周縁と開口部の口縁間の幅と比較して広く設定できるので、シリンダブロックの燃焼室周りに局部的に大きな面圧が作用することを防止できるとともに、シリンダ孔から離れた位置においてシリンダブロックに面圧を作用させることができるので、シリンダ孔が樽型に変形することを効果的に防止ができる。
【００１５】
ここで、前記ボアビードが段差ビードからなることが好ましい実施の形態である。メタルガスケットでは、燃焼室内における燃料の燃焼にともなう、シリンダブロックとシリンダヘッド間の隙間の変動をビードの変位により吸収して、シール性能が確保されるように構成されている。また、ビードとしては、金属板に段差部を形成して、この段差部の上端部と下端部とでシールを行うように構成した段差ビードと、金属板に部分円弧状断面の凸部を形成して、この凸部の両端部と凸部の頂部とでシールを行うように構成した丸ビードとが知られている。ボアビードとしては、一般に丸ビードが広く採用されているが、丸ビードではその幅を大きく設定しないと変位量を十分に確保できない。このため、エンジンの小型化のため、丸ビードの幅を狭く設定する場合には、ヘッドボルトの締め付けトルクを高めて、シリンダブロックとシリンダヘッド間における隙間の変動幅を少なくする必要があり、シリンダ孔の変形が助長される。それに対して段差ビードは、段差を大きく設定することで変位量を大きく設定でき、しかも丸ビードと比較して面圧を小さく設定できるので、本発明のようにボアビードとして段差ビードを採用すると、シール性能を十分に確保しつつ、シリンダブロックに対する面圧を低く設定してシリンダ孔の変形を防止できる。
【００１６】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形することもできる。この場合には、ボアビードの変位量を十分に確保することで、シリンダブロックに対する面圧を低く設定して、シリンダ孔の変形を防止しつつシール性能を十分に確保できることになる。
【００１７】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形した後、段差ビードの加工高さをシム板の板厚以下に設定して素材金属板をフラットニング加工することもできる。この場合には、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍から、シム板の板厚以下にフラットニング加工するので、加工硬化により段差ビードの硬度を高めて、段差ビードにおけるクラックの発生を効果的に防止できる。
【００１８】
前記ガスケット構成板が複数の開口部を有し、前記シム板として、隣接する開口部の接近位置に対応する部分を省略したシム板を用いることができる。このように構成する場合には、隣接するシリンダ孔間の距離を極力小さく設定して、エンジンを小型に構成できる。
【００１９】
前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内まで延設することも好ましい実施の形態である。このように構成すると、シム板を受け止めるシリンダブロックの受圧面を極力大きく設定して、燃焼室周りにおけるメタルガスケットの局部的な面圧上昇をより一層効果的に防止できる。
【００２０】
前記シリンダブロックがオープンデッキタイプのシリンダブロックであり、前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内においてガスケット構成板に固定することもできる。シム板とガスケット構成板との結合は、スポット溶接やリベットやメカニカルクリンチにより行うことになるが、これらの結合部をウォータジャケット内に配置すると、結合部を収容するための凹部等をシリンダブロックやシリンダヘッドに形成する必要がないので好ましい。
【００２１】
前記ガスケット構成板におけるボアビードを含む部分にコーティング層を形成することができる。このようなコーティング層を形成すると、シール性能を一層向上できるので好ましい。
【００２２】
前記シム板又はそれに対応するガスケット構成板の部分におけるヘッドボルトのボルト挿通孔から離間した部分に厚肉部を形成することが好ましい実施の形態である。シリンダブロック及びシリンダヘッドとメタルガスケット間における燃焼室周りの面圧は、ヘッドボルトに近づくにしたがって高くなるので、ヘッドボルトが挿通するボルト挿通孔から離間した部分に厚肉部を形成することで、燃焼室周りの面圧を全周にわたって一様に設定することができ、シール性能を向上できるので好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るメタルガスケットによれば、ボアビードの外周側にシム板が配置されるので、このシム板がボアビードの全屈を防止するストッパーとして機能し、ボアビードの全屈によるシール性能の低下を効果的に防止することができる。また、シム板は、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間に対応する部分にのみ設けているので、シム板をメタルガスケットの外縁部まで設ける場合と比較して、シム板の製作コストを抑えることができるとともに、燃焼室周りの面圧を外周ビード等に比較して高く設定することができ、燃焼室周りのシール性能を十分に確保することができる。しかも、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間の幅は、ボアビードの内周縁と開口部の口縁間の幅と比較して広く設定できるので、シリンダブロックの燃焼室周りに局部的に大きな面圧が作用することを防止できるとともに、シリンダ孔から離れた位置においてシリンダブロックに面圧を作用させることができるので、シリンダ孔が樽型に変形することを効果的に防止ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１〜図４に示すメタルガスケット１は、多気筒直列エンジン用のメタルガスケットで、このメタルガスケット１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３の結合面４、５間に介装されて、燃焼室６やウォータジャケット７や潤滑油通路（図示略）などにおいて両結合面４、５をシールするものである。本発明に係るメタルガスケット１は、鋳鉄製のシリンダブロックを備えたエンジンや、シリンダブロック及びシリンダヘッドをアルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金を主体として構成したエンジンに適用できる。本実施の形態では、ウォータジャケット７の上面を開放させたオープンデッキタイプのシリンダブロック２を備え、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３をアルミニウム合金で構成したエンジンに本発明を適用した場合について説明するが、ウォータジャケットの上面を開放させていないシリンダブロックに対しても同様に適用できる。
【００２５】
メタルガスケット１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との結合面４、５の略全面にわたって介装されるガスケット構成板１０と、ボアビード１６の外周縁とエンジンのシリンダブロック２に形成されるウォータジャケット７の内周面７ａ間において、ガスケット構成板１０に重ね合わせて設けたシム板１１とを備えている。図２に示すメタルガスケット１では、シム板１１側をシリンダブロック２側にして結合面４、５間にメタルガスケット１を介装したが、シム板１１側をシリンダヘッド３側にして結合面４、５間にメタルガスケット１を介装することも可能である。
【００２６】
ガスケット構成板１０は、ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ３０１などのステンレス鋼板、あるいはこれと同等の特性を有する周知の金属材料で構成されている。ガスケット構成板１０の外縁形状はシリンダブロック２の結合面４と略同じ形状に形成されている。ガスケット構成板１０の厚さは、０．１５ｍｍ未満であると後述するビード１６〜１９の剛性が低下して十分な面圧が得られず、０．４ｍｍを越えると加工による材料の変質やヘッドボルト（図示略）の過締結により、ビード１６〜１９にクラックが発生する恐れがあることから、０．１５〜０．４ｍｍ、より好ましくは０．１５〜０．３５ｍｍ、特に好ましくは０．２〜０．２５ｍｍに設定することになる。
【００２７】
ガスケット構成板１０の幅方向の略中央部には長さ方向に間隔をあけて丸孔からなる複数の開口部１２が燃焼室６に対応させて形成され、一側の開口部１２の外側にはウォータジャケット７に対応させて複数の冷却水孔１３ａが所定配列で形成され、隣接する開口部１２間の前後にはウォータジャケット７に対応させて冷却水孔１３ｂが形成されている。ウォータジャケット７の外側に対応する位置にはシリンダヘッド３をシリンダブロック２に固定するためのヘッドボルト（図示略）が挿通する複数のボルト挿通孔１４が開口部１２を取り囲むように略等間隔で形成され、シリンダヘッド３をシリンダブロック２に対してバランスよく締結できるように構成されている。特定のボルト挿通孔１４の外側には潤滑油が流通する油孔１５が形成され、シリンダブロック２からシリンダヘッド３側へ潤滑油を供給して、動弁機構等を潤滑できるように構成されている。
【００２８】
ガスケット構成板１０には、図２〜図５に示すように、燃焼室６を取り囲むボアビード１６と、ボルト挿通孔１４を取り囲むボルト孔ビード１７と、ボルト挿通孔１４と油孔１５とを併せて取り囲むボルト油孔ビード１８と、これら複数のボルト孔ビード１７やボルト油孔ビード１８全体を取り囲む外周ビード１９が形成されている。尚、外周ビード１９は、ウォータジャケット７を取り囲むように配置されていれば、ボルト孔ビード１７やボルト油孔ビード１８を取り囲まないように配置することも可能である。また、ビード１６〜１９は、金属板に形成した段差部からなるステップビードで構成されているが、断面形状が部分円弧状の丸ビードで構成することもできるし、段差ビードと丸ビードを任意に組み合わせて構成することもできる。ガスケット構成板１０における、開口部１２や冷却水孔１３ａ、１３ｂやボルト挿通孔１４や油孔１５の形状や個数や配置、ビード１６〜１９の形状や個数や配置はエンジンの構成等に応じて任意に設定することになる。
【００２９】
ボアビード１６を構成する段差ビードは、図６(ａ)に示すように、ガスケット構成板１０をプレス成形するときに、段差ビードの加工高さをガスケット構成板１０の板厚の３〜４倍の加工高さＨ１に設定して素材金属板をプレス成形した後、図６（ｂ）に示すように、段差ビードの加工高さをシム板１１の板厚以下の高さＨ２に設定して素材金属板をフラットニング加工して、図６（ｃ）に示す高さＨに成形されている。そして、このようにガスケット構成板１０の板厚の３〜４倍の高さの段差ビードに成形した後、段差ビードの加工高さをガスケット構成板１０の板厚以下に設定して素材金属板をフラットニング加工して、要求高さＨの段差ビードを形成するので、加工硬化により段差ビードの疲労限が高められ、段差ビードにおけるクラックの発生を効果的に防止できる。要求高さＨは、十分なシール性能が確保されるように、例えばシム板１１の板厚の２〜４倍に設定することになる。但し、フラットニング加工は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。また、ボアビード１６以外のビード１７〜１９に関しても同様に成形することができる。
【００３０】
このガスケット構成板１０は、金属板のみで構成することも可能であるが、メタルガスケット１のシール性を向上するため、ガスケット構成板１０の少なくとも上下面の一方に対してビード１６〜１９に沿ってゴムコーティング層等を形成した金属板を採用することが好ましい。具体的には、図１、図５に示すように、ガスケット構成板１０の上面及び下面に、ボアビード１６及びシム板１１に対応するガスケット構成板１０の部分を覆う第１コーティング層２０と、ボルト孔ビード１７とボルト油孔ビード１８と外周ビード１９を覆う第２コーティング層２１とを設けることになる。
【００３１】
シム板１１は、ガスケット構成板１０と同様に、ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ３０１などのステンレス鋼板、あるいはこれと同等の特性を有する周知の金属材料で構成され、ボアビード１６の外周縁と、エンジンのシリンダブロック２に形成されるウォータジャケット７の内周面７ａ間に対応する領域に配置されている。ただし、ガスケット構成板１０とは異なり、ビード１６〜１９を形成しないので、ガスケット構成板１０よりも安価に入手可能な金属材料で構成することも可能である。シム板１１の板厚は、０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ、好ましくは０．０８ｍｍ〜０．１２ｍｍに設定され、ヘッドボルトを締結した状態で、ボアビード１６付近にシム板１１の板厚に相当する隙間が形成され、ボアビード１６が全屈しないように構成されている。
【００３２】
シム板１１にはボアビード１６の外周縁と同径の丸孔からなる４つの開口部２２が形成されこれら４つの開口部２２の開口縁はボアビード１６の外周縁に沿って配置されている。シム板１１の外縁部は、シム板１１に対応するシリンダブロック２の面圧を極力低く設定するため、ウォータジャケット７の内周面７ａに対応する位置まで設けることになるが、ウォータジャケット７の内周面７ａに対応する位置よりもやや内側に配置させたものも本発明の範疇である。また、ウォータジャケット７の内周面７ａの成形精度は比較的低いので、ウォータジャケット７の内周面７ａに対応する位置まで確実に設けられるようにするため、ウォータジャケット７に対応する領域内まで延設することが好ましい。ただし、シム板１１の外縁部をウォータジャケット７の外周面７ｂよりも外側に延設することも可能ではあるが、シム板１１の製作コストが高くなるので、ウォータジャケット７に対応する領域内で且つウォータジャケット７の内周面７ａの近くに配置されるように構成することが好ましい。
【００３３】
シム板１１の左右両端の開口部２２に対応する前部及び後部にはウォータジャケット７に対応する領域内に突出する固定部２３が一体的に形成され、シム板１１は、これら４つの固定部２３をガスケット構成板１０にスポット溶接やリベットやメカニカルクリンチなどで固定することで、ガスケット構成板１０に固定されている。ガスケット構成板１０における冷却水孔１３ａ、１３ｂに対応する位置においてシム板１１には切欠部２４及び冷却水孔２５が形成され、シム板１１が冷却水の流通を阻害しないように構成されている。
【００３４】
このような構成のメタルガスケット１を組み付けたエンジンにおいては、ボアビード１６の外周側にシム板１１が配置されるので、シム板１１がボアビード１６の全屈を防止するストッパーとして機能し、ボアビード１６の全屈によって、ボアビード１６にクラックが発生することを防止でき、クラックの発生によるシール性能の低下を効果的に防止することができる。また、シム板１１は、ボアビード１６の外周縁とウォータジャケット７の内周面７ａ間に対応する部分にのみ設けているので、シム板１１をメタルガスケット１の外縁部まで設ける場合と比較して、シム板１１の製作コストを抑えることができるとともに、燃焼室６周りのボアビード１６の面圧をビード１７〜１９と比較して高く設定することができ、燃焼室６周りのシール性能を十分に確保することができる。しかも、ボアビード１６の外周縁とウォータジャケット７の内周面７ａ間の幅は、ボアビード１６の内周縁と開口部１２の口縁間の幅と比較して広く設定できるので、シリンダブロック２の燃焼室６周りに局部的に大きな面圧が作用することを防止できるとともに、シリンダ孔２ａから離れた位置においてシリンダブロック２に面圧を作用させることができるので、シリンダ孔２ａの変形を効果的に抑制することができる。
【００３５】
次に、前記メタルガスケット１の構成を部分的に変更した他の実施の形態について説明する。尚、前記実施の形態と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３６】
（１）第１コーティング層２０の形成部位は、任意に設定できる。例えば、図７(ａ)に示すメタルガスケット１Ａの第１コーティング層２０Ａのように、ガスケット構成板１０Ａの開口部１２の口縁からシム板１１の外縁に対応する位置までにおけるガスケット構成板１０Ａの上面（シリンダヘッド３側の面）と、ガスケット構成板１０Ａの開口部１２の口縁からシム板１１の内縁までのガスケット構成板１０Ａの下面（シリンダブロック２側の面）と、固定部２３を除くシム板１１の下面に設け、ガスケット構成板１０Ａとシム板１１間にはコーティング層が形成されないように構成することもできる。
【００３７】
また、図７（ｂ）に示すメタルガスケット１Ｂの第１コーティング層２０Ｂのように、ガスケット構成板１０Ｂの開口部１２の口縁からシム板１１の外縁に対応する位置までにおけるガスケット構成板１０Ｂの上面（シリンダヘッド３側の面）と、ガスケット構成板１０Ｂの開口部１２の口縁からシム板１１の内縁までのガスケット構成板１０Ｂの下面（シリンダブロック２側の面）とに設け、シム板１１の下面やガスケット構成板１０Ｂとシム板１１間にはコーティング層が形成されないように構成することもできる。このように構成すると、面圧が高くなるシム板１１に対応する部分にコーティング層をできるだけ設けないようにして、コーティング層の熱へタリや剥離によるボルト軸力低下を防止して、ボルト軸力低下によるシール性能の低下を効果的に防止できる。
【００３８】
更に、図７(ｃ)に示すメタルガスケット１Ｃの第１コーティング層２０Ｃのように、ガスケット構成板１０Ｃとシム板１１間にのみ配置されるように、ガスケット構成板１０Ｃ又はシム板１１に第１コーティング層２０Ｃを形成することもできる。
【００３９】
（２）図８に示すシム板１１Ｄのように、ボルト挿通孔１４から離間したシム板１１Ｄの上面と下面の少なくとも一方に、第１コーティング層２０Ｄを形成することもできる。つまり、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３とメタルガスケット１間における燃焼室６周りの面圧は、ヘッドボルトから離間するにしたがって低くなるので、ヘッドボルトが挿通するボルト挿通孔１４から離間した部分、即ち隣接するボルト挿通孔１４間の部分に、シム板１１Ｄの厚さを実質的に厚肉に構成する厚肉部２６を第１コーティング層２０Ｄにより形成することで、燃焼室６周りの面圧を全周にわたって一様に設定することができ、シール性能を向上できるので好ましい。第１コーティング層２０Ｄの形成範囲は、例えば第１コーティング層２０Ｄの中央部における接線方向の形成範囲Ｌ１が、隣接するボルト挿通孔１４間の距離Ｌ２の１０〜４０％の範囲になるように設定することになる。また、シム板１１Ｄに第１コーティング層２０Ｄを形成する代わりに、ガスケット構成板１０における第１コーティング層２０Ｄに対応する部分にコーティング層を形成して、燃焼室６周りの面圧を全周にわたって一様に設定することもできる。
【００４０】
更に、図９、図１０に示すシム板１１Ｅのように、前記シム板１１Ｄにおける第１コーティング層２０Ｄに代えて、シム板１１Ｅの第１コーティング層２０Ｄに対応する部分にプレス加工を施して、断面波形状の厚肉部２６Ｅを設けることもできる。厚肉部２６Ｅの断面形状としては、正弦波状に形成することもできるし、三角波状や矩形波状に形成することもできる。また、図１１、図１２に示すメタルガスケット１Ｆのように、前記厚肉部２６に対応するガスケット構成板１０Ｆの部分にプレス加工を施して、断面波形状の厚肉部２６Ｆを設けることもできる。
【００４１】
（３）前記実施の形態では、ガスケット構成板１０とシム板１１とでメタルガスケット１を構成したが、複数枚のガスケット構成板１０と１乃至複数枚のシム板１１とでメタルガスケットを構成することも可能である。
【００４２】
例えば、図１３（ａ）に示すメタルガスケット１Ｇのように、前記メタルガスケット１の下側に、ビード１６〜１９の段差の方向を逆にした以外は同じ構成のガスケット構成板１０Ｇを重ね合わせて設けることもできる。このような構成のメタルガスケット１Ｇは、２つのビード１６により燃焼室６周りをシールできるので、燃焼圧の高い、ガソリン噴射ターボエンジンやディーゼルエンジンに好適に利用できる。
【００４３】
また、図１３（ｂ）に示すメタルガスケット１Ｈのように、１枚のガスケット構成板１０と２枚のガスケット構成板１０Ｇを重ね合わせて設け、上側のガスケット構成板１０Ｇの上側にシム板１１を固定することもできる。このようなメタルガスケット１Ｈは、上側のガスケット構成板１０Ｇの板厚を例えば０．０５ｍｍ毎に複数種類使いわけることで、該ガスケット構成板１０Ｇを圧縮比調整板として機能させることができ、ガスケットの厚さにバリエーションを持つディーゼルエンジンに好適に利用できる。
【００４４】
更に、図１３（ｃ）に示すメタルガスケット１Ｊのように、ガスケット構成板１０及びガスケット構成板１０Ｇと、ビード１６〜１９を形成していない以外はガスケット構成板１０と同様に構成した平坦な副板３０とを設け、副板３０の上下両側にシム板１１を固定することもできる。
【００４５】
更にまた、図１３（ｄ）に示すメタルガスケット１Ｋのように、メタルガスケット１のガスケット構成板１０の上側に略平坦な副板３０を重ね合わせて設けることもできる。このメタルガスケット１Ｋでは、副板３０により、塗装ダメージを軽減したり、鋳物巣による悪影響を吸収することができる。
【００４６】
また、図１４に示すメタルガスケット１Ｌのように、メタルガスケット１Ｊにおける下側のシム板１１に代えて、外縁部をガスケット構成板１０の外縁部まで延ばしたシム板１１Ｌを設けることも可能である。尚、ガスケット構成板１０を複数枚用いる場合であっても、前記と同様にコーティング層を形成することができる。
【００４７】
（４）前記実施の形態のシム板１１においては、隣接する開口部１２間にもシム板１１を配置させたが、図１５に示すメタルガスケット１Ｍのように、隣接する開口部１２間における部分を省略したシム板１１Ｍを採用することも好ましい実施の形態である。このように構成すると、隣接する開口部１２間においてボアビード１６を極力接近させることができるので、シリンダ孔２ａ間の距離を極力狭く設定してシリンダブロック２を小型に構成できるので好ましい。但し、隣接するシリンダ孔２ａの距離Ｌが８ｍｍを超える部分に関しては、シリンダ孔２ａ間におけるシリンダヘッドの浮き上がりを十分に押さえることができなくなるので、シム板１１Ｍを設けることになり、距離Ｌが８ｍｍ以下になる部分にのみシム板１１Ｍを設けないように構成することになる。尚、このシム板１１Ｍは前述したメタルガスケットに対しても同様に適用できる。
【００４８】
なお、本実施例では、多気筒直列エンジンのシリンダブロック２とシリンダヘッド３に装着されるメタルガスケットに本発明を適用したが、単気筒エンジンやＶ型エンジンに対しても本発明を同様に適用することが可能である。また、エンジン以外のエアポンプなどに対しても本発明を同様に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】メタルガスケットの底面図
【図２】シリンダブロックとシリンダヘッド間へのメタルガスケットの組付時における図１のII-II線での縦断面図
【図３】シリンダブロックとシリンダヘッド間へのメタルガスケットの組付時における図１のIII-III線でのエンジンの縦断面図
【図４】シム板付近におけるメタルガスケットの縦断面図
【図５】コーティング層を省略した状態でのガスケット構成板の平面図
【図６】（ａ）〜（ｃ）はボアビードの成形方法の説明図
【図７】（ａ）〜（ｃ）は他の構成のメタルガスケットのボアビード付近の縦断面図
【図８】他の構成のシム板の平面図
【図９】他の構成のシム板の平面図
【図１０】同シム板のX-X線断面図
【図１１】他の構成のガスケット構成板を備えたメタルガスケットのシム板を省略した状態での底面図
【図１２】同メタルガスケットのXII-XII線断面図
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は複板構成のメタルガスケットの縦断面図
【図１４】他の複板構成のメタルガスケットにおけるシリンダブロックとシリンダヘッド間への組付時における縦断面図
【図１５】他の構成のシム板を組み付けたメタルガスケットの底面図
【符号の説明】
【００５０】
１ メタルガスケット ２ シリンダブロック
２ａ シリンダ孔 ３ シリンダヘッド
４ 結合面 ５ 結合面
６ 燃焼室 ７ ウォータジャケット
７ａ 内周面 ７ｂ 外周面
１０ ガスケット構成板 １１ シム板
１２ 開口部 １３ａ 冷却水孔
１３ｂ 冷却水孔 １４ ボルト挿通孔
１５ 油孔 １６ ボアビード
１７ ボルト孔ビード １８ ボルト油孔ビード
１９ 外周ビード ２０ 第１コーティング層
２１ 第２コーティング層 ２２ 開口部
２３ 固定部 ２４ 切欠部
２５ 冷却水孔
１Ａ メタルガスケット １０Ａ ガスケット構成板
２０Ａ コーティング層
１Ｂ メタルガスケット １０Ｂ ガスケット構成板
２０Ｂ コーティング層
１Ｃ メタルガスケット １０Ｃ ガスケット構成板
２０Ｃ コーティング層
１１Ｄ シム板 ２０Ｄ コーティング層
２６ 厚肉部
１１Ｅ シム板 ２６Ｅ 厚肉部
１Ｆ メタルガスケット １０Ｆ ガスケット構成板
２６Ｆ 厚肉部
１Ｇ メタルガスケット １０Ｇ ガスケット構成板
１Ｈ メタルガスケット
１Ｊ メタルガスケット ３０ 副板
１Ｋ メタルガスケット
１Ｌ メタルガスケット １１Ｌ シム板
１Ｍ メタルガスケット １１Ｍ シム板
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用エンジンに好適に利用可能なメタルガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのメタルガスケットとして、単又は複数枚のガスケット構成板からなり、このガスケット構成板に、燃焼室に対応させて開口部を形成するとともに開口部を取り囲むようにボアビードを形成し、更にボアビードの内周側にストッパーを形成して、ボアビードの全屈によるヘタリを防止できるように構成したものが採用されている。
【０００３】
ストッパーとしては、ガスケット構成板の開口部の周縁を折り返して、この折り返し部分をストッパーとて利用したものが提案され実用化されている。しかし、このようにボアビードの内周側にストッパーを形成すると、ボアビードの全屈によるヘタリは防止できるものの、ストッパーに対応する位置における四厘がブロックのデッキ面の面圧が高くなってシリンダ孔の内面が樽形に変形し、シリンダ孔とピストンリング間におけるオイル消費量が増大するという問題がある。特に最近のエンジンにおいては、隣接するシリンダ孔間の距離を極力小さくして、エンジンの小型化を図るため、ボアビードの内周縁とシリンダ孔間の距離が狭くなる傾向にあり、それに応じてストッパーの幅も狭くなることから、シリンダ孔付近の面圧が高くなる傾向にある。
【０００４】
そこで、最近では、シリンダ孔の変形を極力少なくするため、ボアビードの内周側だけでなく、ボアビードの外周側にもストッパーを設けたメタルガスケットも提案されている。例えば、特許文献１記載のように、ガスケット構成板のボアビードの内周側や外周側にコーティング層からなるストッパーをボアビードに沿って形成したものや、特許文献２記載のように、ガスケット構成板のボアビードの内周側や外周側にプレス成形によりボアビードに沿って断面波形状のストッパーを形成したものが提案されている。
【０００５】
一方、ボアビードを有するガスケット構成板（以下、ビード板と称する。）を複数枚重ね合わせて構成したメタルガスケットにおいては、ボアビードの変位量を大きく設定できることから、ヘッドボルトの締め付けトルクをボアビードが全屈するまで高く設定しなくても、燃焼室周りのシール性を十分に確保できる。このため、ガスケット構成板のうちのシリンダライナに対応する位置全体に樹脂層を形成して、燃焼室周りの面圧をシリンダライナの全面で受け止めることで、シリンダ孔の変形を防止するように構成したものも提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００６】
また、ボアビードを設けた部分を除いてガスケット構成板に面圧調整板を設け、ボアビードの全屈を防止しつつ、シリンダ孔の変形を防止するように構成したものも提案されている（例えば、特許文献４参照。）。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−５４７３４３号公報
【特許文献２】特開２００５−２０７５３６号公報
【特許文献３】特開２００４−２７８７１１号公報
【特許文献４】特開平２−１４６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１記載のメタルガスケットでは、コーティング層によりストッパーを形成しているので、経年劣化等によりコーティング層が剥離して、シール性能が低下することが懸念される。また、特許文献２記載のメタルガスケットでは、プレス成形によりストッパーを形成するので、剥離等の問題は発生しないが、微細な凹凸を形成するために、プレス成形型の製作コストが高くなったり、成形型のストッパーを成形する部分が破損し易くなったりするという問題があり、実用化への障害になっている。
【０００９】
特許文献３記載のメタルガスケットでは、ヘッドボルトの締め付けによるシリンダ孔の変形を防止でき、しかも十分なシール性能を確保できるが、ボアビードの全屈によるビードのクラックに伴なうシール性能の低下を防止するため、ビード板を少なくとも２枚必要とし、製作コストが高くなるという致命的な問題がある。
【００１０】
一方、特許文献４記載のメタルガスケットでは、面圧調整板がボアビードの全屈を防止するストッパーとして機能するので、ボアビードの内周側にストッパーを設ける場合と比較して、シリンダライナとの接触面積を大きく設定できることから、シリンダ孔の変形を抑制できるというメリットがある。しかし、面圧調整板がボアビード以外の部分、つまりビード板の外縁部まで形成され、面圧調整板に関しては、燃焼室周りの面圧が他の部分の面圧よりも低くなることから、燃焼室周りのシール性能を十分に確保できないという問題がある。また、面圧調整板が、ビード板と略同じ寸法であることから、結局は２枚構成のメタルガスケットと同等の製作コストが必要になるという問題がある。
【００１１】
本発明の目的は、安価に製作可能で、しかもボアビードの全屈を防止しつつ燃焼室周りのシール性能を十分に確保可能なメタルガスケットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、メタルガスケットの燃焼室周りにおける局部的な面圧上昇を抑えて、シリンダ孔の変形を防止しつつ、ボアビードの全屈によるシール性能の低下を防止可能なメタルガスケットについて鋭意検討した結果、ボアビードの外周側にストッパーとして機能するシム板を設けると、シリンダ孔から離れた位置においてシリンダブロックに面圧を作用させることができ、しかもボアビードの内周側よりもシリンダブロックとの接触面積を大きく設定できることに着目するとともに、該シム板をメタルガスケットの外縁部まで設けないで、ボアビードの外周側付近にのみ設けることで、燃焼室周りの面圧を十分に確保してシール性能の低下を防止できるとともに、メタルガスケットの製作コストを低減できることに着目して、本発明を完成するに至った。
【００１３】
本発明に係るメタルガスケットは、エンジンの燃焼室に対応する位置に開口部を形成した単又は複数枚のガスケット構成板からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板に開口部を取り囲むようにボアビードを形成したメタルガスケットにおいて、前記ガスケット構成板における、ボアビードの外周縁とエンジンのシリンダブロックに形成されるウォータジャケットの内周面間に対応する部分に、ボアビードの全屈を規制するシム板を固定したものである。
【００１４】
このメタルガスケットでは、ボアビードの外周側にシム板が配置されるので、このシム板がボアビードの全屈を防止するストッパーとして機能し、ボアビードの全屈によるシール性能の低下を効果的に防止することができる。また、シム板は、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間に対応する部分にのみ設けているので、シム板をメタルガスケットの外縁部まで設ける場合と比較して、シム板の製作コストを抑えることができるとともに、燃焼室周りの面圧を外周ビード等に比較して高く設定することができ、燃焼室周りのシール性能を十分に確保することができる。しかも、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間の幅は、ボアビードの内周縁と開口部の口縁間の幅と比較して広く設定できるので、シリンダブロックの燃焼室周りに局部的に大きな面圧が作用することを防止できるとともに、シリンダ孔から離れた位置においてシリンダブロックに面圧を作用させることができるので、シリンダ孔が樽型に変形することを効果的に防止ができる。
【００１５】
ここで、前記ボアビードが段差ビードからなることが好ましい実施の形態である。メタルガスケットでは、燃焼室内における燃料の燃焼にともなう、シリンダブロックとシリンダヘッド間の隙間の変動をビードの変位により吸収して、シール性能が確保されるように構成されている。また、ビードとしては、金属板に段差部を形成して、この段差部の上端部と下端部とでシールを行うように構成した段差ビードと、金属板に部分円弧状断面の凸部を形成して、この凸部の両端部と凸部の頂部とでシールを行うように構成した丸ビードとが知られている。ボアビードとしては、一般に丸ビードが広く採用されているが、丸ビードではその幅を大きく設定しないと変位量を十分に確保できない。このため、エンジンの小型化のため、丸ビードの幅を狭く設定する場合には、ヘッドボルトの締め付けトルクを高めて、シリンダブロックとシリンダヘッド間における隙間の変動幅を少なくする必要があり、シリンダ孔の変形が助長される。それに対して段差ビードは、段差を大きく設定することで変位量を大きく設定でき、しかも丸ビードと比較して面圧を小さく設定できるので、本発明のようにボアビードとして段差ビードを採用すると、シール性能を十分に確保しつつ、シリンダブロックに対する面圧を低く設定してシリンダ孔の変形を防止できる。
【００１６】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形することもできる。この場合には、ボアビードの変位量を十分に確保することで、シリンダブロックに対する面圧を低く設定して、シリンダ孔の変形を防止しつつシール性能を十分に確保できることになる。
【００１７】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形した後、段差ビードの加工高さをシム板の板厚以下に設定して素材金属板をフラットニング加工することもできる。この場合には、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍から、シム板の板厚以下にフラットニング加工するので、加工硬化により段差ビードの硬度を高めて、段差ビードにおけるクラックの発生を効果的に防止できる。
【００１８】
前記ガスケット構成板が複数の開口部を有し、前記シム板として、隣接する開口部の接近位置に対応する部分を省略したシム板を用いることができる。このように構成する場合には、隣接するシリンダ孔間の距離を極力小さく設定して、エンジンを小型に構成できる。
【００１９】
前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内まで延設することも好ましい実施の形態である。このように構成すると、シム板を受け止めるシリンダブロックの受圧面を極力大きく設定して、燃焼室周りにおけるメタルガスケットの局部的な面圧上昇をより一層効果的に防止できる。
【００２０】
前記シリンダブロックがオープンデッキタイプのシリンダブロックであり、前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内においてガスケット構成板に固定することもできる。シム板とガスケット構成板との結合は、スポット溶接やリベットやメカニカルクリンチにより行うことになるが、これらの結合部をウォータジャケット内に配置すると、結合部を収容するための凹部等をシリンダブロックやシリンダヘッドに形成する必要がないので好ましい。
【００２１】
前記ガスケット構成板におけるボアビードを含む部分にコーティング層を形成することができる。このようなコーティング層を形成すると、シール性能を一層向上できるので好ましい。
【００２２】
前記シム板又はそれに対応するガスケット構成板の部分におけるヘッドボルトのボルト挿通孔から離間した部分に厚肉部を形成することが好ましい実施の形態である。シリンダブロック及びシリンダヘッドとメタルガスケット間における燃焼室周りの面圧は、ヘッドボルトに近づくにしたがって高くなるので、ヘッドボルトが挿通するボルト挿通孔から離間した部分に厚肉部を形成することで、燃焼室周りの面圧を全周にわたって一様に設定することができ、シール性能を向上できるので好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係るメタルガスケットによれば、ボアビードの外周側にシム板が配置されるので、このシム板がボアビードの全屈を防止するストッパーとして機能し、ボアビードの全屈によるシール性能の低下を効果的に防止することができる。また、シム板は、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間に対応する部分にのみ設けているので、シム板をメタルガスケットの外縁部まで設ける場合と比較して、シム板の製作コストを抑えることができるとともに、燃焼室周りの面圧を外周ビード等に比較して高く設定することができ、燃焼室周りのシール性能を十分に確保することができる。しかも、ボアビードの外周縁とウォータジャケットの内周面間の幅は、ボアビードの内周縁と開口部の口縁間の幅と比較して広く設定できるので、シリンダブロックの燃焼室周りに局部的に大きな面圧が作用することを防止できるとともに、シリンダ孔から離れた位置においてシリンダブロックに面圧を作用させることができるので、シリンダ孔が樽型に変形することを効果的に防止ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１〜図４に示すメタルガスケット１は、多気筒直列エンジン用のメタルガスケットで、このメタルガスケット１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３の結合面４、５間に介装されて、燃焼室６やウォータジャケット７や潤滑油通路（図示略）などにおいて両結合面４、５をシールするものである。本発明に係るメタルガスケット１は、鋳鉄製のシリンダブロックを備えたエンジンや、シリンダブロック及びシリンダヘッドをアルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金を主体として構成したエンジンに適用できる。本実施の形態では、ウォータジャケット７の上面を開放させたオープンデッキタイプのシリンダブロック２を備え、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３をアルミニウム合金で構成したエンジンに本発明を適用した場合について説明するが、ウォータジャケットの上面を開放させていないシリンダブロックに対しても同様に適用できる。
【００２５】
メタルガスケット１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３との結合面４、５の略全面にわたって介装されるガスケット構成板１０と、ボアビード１６の外周縁とエンジンのシリンダブロック２に形成されるウォータジャケット７の内周面７ａ間において、ガスケット構成板１０に重ね合わせて設けたシム板１１とを備えている。図２に示すメタルガスケット１では、シム板１１側をシリンダブロック２側にして結合面４、５間にメタルガスケット１を介装したが、シム板１１側をシリンダヘッド３側にして結合面４、５間にメタルガスケット１を介装することも可能である。
【００２６】
ガスケット構成板１０は、ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ３０１などのステンレス鋼板、あるいはこれと同等の特性を有する周知の金属材料で構成されている。ガスケット構成板１０の外縁形状はシリンダブロック２の結合面４と略同じ形状に形成されている。ガスケット構成板１０の厚さは、０．１５ｍｍ未満であると後述するビード１６〜１９の剛性が低下して十分な面圧が得られず、０．４ｍｍを越えると加工による材料の変質やヘッドボルト（図示略）の過締結により、ビード１６〜１９にクラックが発生する恐れがあることから、０．１５〜０．４ｍｍ、より好ましくは０．１５〜０．３５ｍｍ、特に好ましくは０．２〜０．２５ｍｍに設定することになる。
【００２７】
ガスケット構成板１０の幅方向の略中央部には長さ方向に間隔をあけて丸孔からなる複数の開口部１２が燃焼室６に対応させて形成され、一側の開口部１２の外側にはウォータジャケット７に対応させて複数の冷却水孔１３ａが所定配列で形成され、隣接する開口部１２間の前後にはウォータジャケット７に対応させて冷却水孔１３ｂが形成されている。ウォータジャケット７の外側に対応する位置にはシリンダヘッド３をシリンダブロック２に固定するためのヘッドボルト（図示略）が挿通する複数のボルト挿通孔１４が開口部１２を取り囲むように略等間隔で形成され、シリンダヘッド３をシリンダブロック２に対してバランスよく締結できるように構成されている。特定のボルト挿通孔１４の外側には潤滑油が流通する油孔１５が形成され、シリンダブロック２からシリンダヘッド３側へ潤滑油を供給して、動弁機構等を潤滑できるように構成されている。
【００２８】
ガスケット構成板１０には、図２〜図５に示すように、燃焼室６を取り囲むボアビード１６と、ボルト挿通孔１４を取り囲むボルト孔ビード１７と、ボルト挿通孔１４と油孔１５とを併せて取り囲むボルト油孔ビード１８と、これら複数のボルト孔ビード１７やボルト油孔ビード１８全体を取り囲む外周ビード１９が形成されている。尚、外周ビード１９は、ウォータジャケット７を取り囲むように配置されていれば、ボルト孔ビード１７やボルト油孔ビード１８を取り囲まないように配置することも可能である。また、ビード１６〜１９は、金属板に形成した段差部からなるステップビードで構成されているが、断面形状が部分円弧状の丸ビードで構成することもできるし、段差ビードと丸ビードを任意に組み合わせて構成することもできる。ガスケット構成板１０における、開口部１２や冷却水孔１３ａ、１３ｂやボルト挿通孔１４や油孔１５の形状や個数や配置、ビード１６〜１９の形状や個数や配置はエンジンの構成等に応じて任意に設定することになる。
【００２９】
ボアビード１６を構成する段差ビードは、図６(ａ)に示すように、ガスケット構成板１０をプレス成形するときに、段差ビードの加工高さをガスケット構成板１０の板厚の３〜４倍の加工高さＨ１に設定して素材金属板をプレス成形した後、図６（ｂ）に示すように、段差ビードの加工高さをシム板１１の板厚以下の高さＨ２に設定して素材金属板をフラットニング加工して、図６（ｃ）に示す高さＨに成形されている。そして、このようにガスケット構成板１０の板厚の３〜４倍の高さの段差ビードに成形した後、段差ビードの加工高さをガスケット構成板１０の板厚以下に設定して素材金属板をフラットニング加工して、要求高さＨの段差ビードを形成するので、加工硬化により段差ビードの疲労限が高められ、段差ビードにおけるクラックの発生を効果的に防止できる。要求高さＨは、十分なシール性能が確保されるように、例えばシム板１１の板厚の２〜４倍に設定することになる。但し、フラットニング加工は必ずしも必要ではなく、省略することも可能である。また、ボアビード１６以外のビード１７〜１９に関しても同様に成形することができる。
【００３０】
このガスケット構成板１０は、金属板のみで構成することも可能であるが、メタルガスケット１のシール性を向上するため、ガスケット構成板１０の少なくとも上下面の一方に対してビード１６〜１９に沿ってゴムコーティング層等を形成した金属板を採用することが好ましい。具体的には、図１、図５に示すように、ガスケット構成板１０の上面及び下面に、ボアビード１６及びシム板１１に対応するガスケット構成板１０の部分を覆う第１コーティング層２０と、ボルト孔ビード１７とボルト油孔ビード１８と外周ビード１９を覆う第２コーティング層２１とを設けることになる。
【００３１】
シム板１１は、ガスケット構成板１０と同様に、ＪＩＳ規格におけるＳＵＳ３０１などのステンレス鋼板、あるいはこれと同等の特性を有する周知の金属材料で構成され、ボアビード１６の外周縁と、エンジンのシリンダブロック２に形成されるウォータジャケット７の内周面７ａ間に対応する領域に配置されている。ただし、ガスケット構成板１０とは異なり、ビード１６〜１９を形成しないので、ガスケット構成板１０よりも安価に入手可能な金属材料で構成することも可能である。シム板１１の板厚は、０．０５ｍｍ〜０．１５ｍｍ、好ましくは０．０８ｍｍ〜０．１２ｍｍに設定され、ヘッドボルトを締結した状態で、ボアビード１６付近にシム板１１の板厚に相当する隙間が形成され、ボアビード１６が全屈しないように構成されている。
【００３２】
シム板１１にはボアビード１６の外周縁と同径の丸孔からなる４つの開口部２２が形成されこれら４つの開口部２２の開口縁はボアビード１６の外周縁に沿って配置されている。シム板１１の外縁部は、シム板１１に対応するシリンダブロック２の面圧を極力低く設定するため、ウォータジャケット７の内周面７ａに対応する位置まで設けることになるが、ウォータジャケット７の内周面７ａに対応する位置よりもやや内側に配置させたものも本発明の範疇である。また、ウォータジャケット７の内周面７ａの成形精度は比較的低いので、ウォータジャケット７の内周面７ａに対応する位置まで確実に設けられるようにするため、ウォータジャケット７に対応する領域内まで延設することが好ましい。ただし、シム板１１の外縁部をウォータジャケット７の外周面７ｂよりも外側に延設することも可能ではあるが、シム板１１の製作コストが高くなるので、ウォータジャケット７に対応する領域内で且つウォータジャケット７の内周面７ａの近くに配置されるように構成することが好ましい。
【００３３】
シム板１１の左右両端の開口部２２に対応する前部及び後部にはウォータジャケット７に対応する領域内に突出する固定部２３が一体的に形成され、シム板１１は、これら４つの固定部２３をガスケット構成板１０にスポット溶接やリベットやメカニカルクリンチなどで固定することで、ガスケット構成板１０に固定されている。ガスケット構成板１０における冷却水孔１３ａ、１３ｂに対応する位置においてシム板１１には切欠部２４及び冷却水孔２５が形成され、シム板１１が冷却水の流通を阻害しないように構成されている。
【００３４】
このような構成のメタルガスケット１を組み付けたエンジンにおいては、ボアビード１６の外周側にシム板１１が配置されるので、シム板１１がボアビード１６の全屈を防止するストッパーとして機能し、ボアビード１６の全屈によって、ボアビード１６にクラックが発生することを防止でき、クラックの発生によるシール性能の低下を効果的に防止することができる。また、シム板１１は、ボアビード１６の外周縁とウォータジャケット７の内周面７ａ間に対応する部分にのみ設けているので、シム板１１をメタルガスケット１の外縁部まで設ける場合と比較して、シム板１１の製作コストを抑えることができるとともに、燃焼室６周りのボアビード１６の面圧をビード１７〜１９と比較して高く設定することができ、燃焼室６周りのシール性能を十分に確保することができる。しかも、ボアビード１６の外周縁とウォータジャケット７の内周面７ａ間の幅は、ボアビード１６の内周縁と開口部１２の口縁間の幅と比較して広く設定できるので、シリンダブロック２の燃焼室６周りに局部的に大きな面圧が作用することを防止できるとともに、シリンダ孔２ａから離れた位置においてシリンダブロック２に面圧を作用させることができるので、シリンダ孔２ａの変形を効果的に抑制することができる。
【００３５】
次に、前記メタルガスケット１の構成を部分的に変更した他の実施の形態について説明する。尚、前記実施の形態と同一部材には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３６】
（１）第１コーティング層２０の形成部位は、任意に設定できる。例えば、図７(ａ)に示すメタルガスケット１Ａの第１コーティング層２０Ａのように、ガスケット構成板１０Ａの開口部１２の口縁からシム板１１の外縁に対応する位置までにおけるガスケット構成板１０Ａの上面（シリンダヘッド３側の面）と、ガスケット構成板１０Ａの開口部１２の口縁からシム板１１の内縁までのガスケット構成板１０Ａの下面（シリンダブロック２側の面）と、固定部２３を除くシム板１１の下面に設け、ガスケット構成板１０Ａとシム板１１間にはコーティング層が形成されないように構成することもできる。
【００３７】
また、図７（ｂ）に示すメタルガスケット１Ｂの第１コーティング層２０Ｂのように、ガスケット構成板１０Ｂの開口部１２の口縁からシム板１１の外縁に対応する位置までにおけるガスケット構成板１０Ｂの上面（シリンダヘッド３側の面）と、ガスケット構成板１０Ｂの開口部１２の口縁からシム板１１の内縁までのガスケット構成板１０Ｂの下面（シリンダブロック２側の面）とに設け、シム板１１の下面やガスケット構成板１０Ｂとシム板１１間にはコーティング層が形成されないように構成することもできる。このように構成すると、面圧が高くなるシム板１１に対応する部分にコーティング層をできるだけ設けないようにして、コーティング層の熱へタリや剥離によるボルト軸力低下を防止して、ボルト軸力低下によるシール性能の低下を効果的に防止できる。
【００３８】
更に、図７(ｃ)に示すメタルガスケット１Ｃの第１コーティング層２０Ｃのように、ガスケット構成板１０Ｃとシム板１１間にのみ配置されるように、ガスケット構成板１０Ｃ又はシム板１１に第１コーティング層２０Ｃを形成することもできる。
【００３９】
（２）図８に示すシム板１１Ｄのように、ボルト挿通孔１４から離間したシム板１１Ｄの上面と下面の少なくとも一方に、第１コーティング層２０Ｄを形成することもできる。つまり、シリンダブロック２及びシリンダヘッド３とメタルガスケット１間における燃焼室６周りの面圧は、ヘッドボルトから離間するにしたがって低くなるので、ヘッドボルトが挿通するボルト挿通孔１４から離間した部分、即ち隣接するボルト挿通孔１４間の部分に、シム板１１Ｄの厚さを実質的に厚肉に構成する厚肉部２６を第１コーティング層２０Ｄにより形成することで、燃焼室６周りの面圧を全周にわたって一様に設定することができ、シール性能を向上できるので好ましい。第１コーティング層２０Ｄの形成範囲は、例えば第１コーティング層２０Ｄの中央部における接線方向の形成範囲Ｌ１が、隣接するボルト挿通孔１４間の距離Ｌ２の１０〜４０％の範囲になるように設定することになる。また、シム板１１Ｄに第１コーティング層２０Ｄを形成する代わりに、ガスケット構成板１０における第１コーティング層２０Ｄに対応する部分にコーティング層を形成して、燃焼室６周りの面圧を全周にわたって一様に設定することもできる。
【００４０】
更に、図９、図１０に示すシム板１１Ｅのように、前記シム板１１Ｄにおける第１コーティング層２０Ｄに代えて、シム板１１Ｅの第１コーティング層２０Ｄに対応する部分にプレス加工を施して、断面波形状の厚肉部２６Ｅを設けることもできる。厚肉部２６Ｅの断面形状としては、正弦波状に形成することもできるし、三角波状や矩形波状に形成することもできる。また、図１１、図１２に示すメタルガスケット１Ｆのように、前記厚肉部２６に対応するガスケット構成板１０Ｆの部分にプレス加工を施して、断面波形状の厚肉部２６Ｆを設けることもできる。
【００４１】
（３）前記実施の形態では、ガスケット構成板１０とシム板１１とでメタルガスケット１を構成したが、複数枚のガスケット構成板１０と１乃至複数枚のシム板１１とでメタルガスケットを構成することも可能である。
【００４２】
例えば、図１３（ａ）に示すメタルガスケット１Ｇのように、前記メタルガスケット１の下側に、ビード１６〜１９の段差の方向を逆にした以外は同じ構成のガスケット構成板１０Ｇを重ね合わせて設けることもできる。このような構成のメタルガスケット１Ｇは、２つのビード１６により燃焼室６周りをシールできるので、燃焼圧の高い、ガソリン噴射ターボエンジンやディーゼルエンジンに好適に利用できる。
【００４３】
また、図１３（ｂ）に示すメタルガスケット１Ｈのように、１枚のガスケット構成板１０と２枚のガスケット構成板１０Ｇを重ね合わせて設け、上側のガスケット構成板１０Ｇの上側にシム板１１を固定することもできる。このようなメタルガスケット１Ｈは、上側のガスケット構成板１０Ｇの板厚を例えば０．０５ｍｍ毎に複数種類使いわけることで、該ガスケット構成板１０Ｇを圧縮比調整板として機能させることができ、ガスケットの厚さにバリエーションを持つディーゼルエンジンに好適に利用できる。
【００４４】
更に、図１３（ｃ）に示すメタルガスケット１Ｊのように、ガスケット構成板１０及びガスケット構成板１０Ｇと、ビード１６〜１９を形成していない以外はガスケット構成板１０と同様に構成した平坦な副板３０とを設け、副板３０の上下両側にシム板１１を固定することもできる。
【００４５】
更にまた、図１３（ｄ）に示すメタルガスケット１Ｋのように、メタルガスケット１のガスケット構成板１０の上側に略平坦な副板３０を重ね合わせて設けることもできる。このメタルガスケット１Ｋでは、副板３０により、塗装ダメージを軽減したり、鋳物巣による悪影響を吸収することができる。
【００４６】
また、図１４に示すメタルガスケット１Ｌのように、メタルガスケット１Ｊにおける下側のシム板１１に代えて、外縁部をガスケット構成板１０の外縁部まで延ばしたシム板１１Ｌを設けることも可能である。尚、ガスケット構成板１０を複数枚用いる場合であっても、前記と同様にコーティング層を形成することができる。
【００４７】
（４）前記実施の形態のシム板１１においては、隣接する開口部１２間にもシム板１１を配置させたが、図１５に示すメタルガスケット１Ｍのように、隣接する開口部１２間における部分を省略したシム板１１Ｍを採用することも好ましい実施の形態である。このように構成すると、隣接する開口部１２間においてボアビード１６を極力接近させることができるので、シリンダ孔２ａ間の距離を極力狭く設定してシリンダブロック２を小型に構成できるので好ましい。但し、隣接するシリンダ孔２ａの距離Ｌが８ｍｍを超える部分に関しては、シリンダ孔２ａ間におけるシリンダヘッドの浮き上がりを十分に押さえることができなくなるので、シム板１１Ｍを設けることになり、距離Ｌが８ｍｍ以下になる部分にのみシム板１１Ｍを設けないように構成することになる。尚、このシム板１１Ｍは前述したメタルガスケットに対しても同様に適用できる。
【００４８】
なお、本実施例では、多気筒直列エンジンのシリンダブロック２とシリンダヘッド３に装着されるメタルガスケットに本発明を適用したが、単気筒エンジンやＶ型エンジンに対しても本発明を同様に適用することが可能である。また、エンジン以外のエアポンプなどに対しても本発明を同様に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】メタルガスケットの底面図
【図２】シリンダブロックとシリンダヘッド間へのメタルガスケットの組付時における図１のII-II線での縦断面図
【図３】シリンダブロックとシリンダヘッド間へのメタルガスケットの組付時における図１のIII-III線でのエンジンの縦断面図
【図４】シム板付近におけるメタルガスケットの縦断面図
【図５】コーティング層を省略した状態でのガスケット構成板の平面図
【図６】（ａ）〜（ｃ）はボアビードの成形方法の説明図
【図７】（ａ）〜（ｃ）は他の構成のメタルガスケットのボアビード付近の縦断面図
【図８】他の構成のシム板の平面図
【図９】他の構成のシム板の平面図
【図１０】同シム板のX-X線断面図
【図１１】他の構成のガスケット構成板を備えたメタルガスケットのシム板を省略した状態での底面図
【図１２】同メタルガスケットのXII-XII線断面図
【図１３】（ａ）〜（ｄ）は複板構成のメタルガスケットの縦断面図
【図１４】他の複板構成のメタルガスケットにおけるシリンダブロックとシリンダヘッド間への組付時における縦断面図
【図１５】他の構成のシム板を組み付けたメタルガスケットの底面図
【符号の説明】
【００５０】
１ メタルガスケット ２ シリンダブロック
２ａ シリンダ孔 ３ シリンダヘッド
４ 結合面 ５ 結合面
６ 燃焼室 ７ ウォータジャケット
７ａ 内周面 ７ｂ 外周面
１０ ガスケット構成板 １１ シム板
１２ 開口部 １３ａ 冷却水孔
１３ｂ 冷却水孔 １４ ボルト挿通孔
１５ 油孔 １６ ボアビード
１７ ボルト孔ビード １８ ボルト油孔ビード
１９ 外周ビード ２０ 第１コーティング層
２１ 第２コーティング層 ２２ 開口部
２３ 固定部 ２４ 切欠部
２５ 冷却水孔
１Ａ メタルガスケット １０Ａ ガスケット構成板
２０Ａ コーティング層
１Ｂ メタルガスケット １０Ｂ ガスケット構成板
２０Ｂ コーティング層
１Ｃ メタルガスケット １０Ｃ ガスケット構成板
２０Ｃ コーティング層
１１Ｄ シム板 ２０Ｄ コーティング層
２６ 厚肉部
１１Ｅ シム板 ２６Ｅ 厚肉部
１Ｆ メタルガスケット １０Ｆ ガスケット構成板
２６Ｆ 厚肉部
１Ｇ メタルガスケット １０Ｇ ガスケット構成板
１Ｈ メタルガスケット
１Ｊ メタルガスケット ３０ 副板
１Ｋ メタルガスケット
１Ｌ メタルガスケット １１Ｌ シム板
１Ｍ メタルガスケット １１Ｍ シム板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの燃焼室に対応する位置に開口部を形成した単又は複数枚のガスケット構成板からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板に開口部を取り囲むようにボアビードを形成したメタルガスケットにおいて、
前記ガスケット構成板における、ボアビードの外周縁とエンジンのシリンダブロックに形成されるウォータジャケットの内周面間に対応する部分に、ボアビードの全屈を規制するシム板を固定した、
ことを特徴とするメタルガスケット。
【請求項２】
前記ボアビードが段差ビードからなる請求項１記載のメタルガスケット。
【請求項３】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形した請求項２記載のメタルガスケット。
【請求項４】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形した後、段差ビードの加工高さをシム板の板厚以下に設定して素材金属板をフラットニング加工した請求項２記載のメタルガスケット。
【請求項５】
前記ガスケット構成板が複数の開口部を有し、前記シム板として、隣接する開口部の接近位置に対応する部分を省略したシム板を用いた請求項１〜４のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項６】
前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内まで延設した請求項１〜５のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項７】
前記シリンダブロックがオープンデッキタイプのシリンダブロックであり、前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内においてガスケット構成板に固定した請求項１〜６のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項８】
前記ガスケット構成板におけるボアビードを含む部分にコーティング層を形成した請求項１〜７のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項９】
前記シム板又はそれに対応するガスケット構成板の部分におけるヘッドボルトのボルト挿通孔から離間した部分に厚肉部を形成した請求項１〜８のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項１】
エンジンの燃焼室に対応する位置に開口部を形成した単又は複数枚のガスケット構成板からなり、少なくとも１枚のガスケット構成板に開口部を取り囲むようにボアビードを形成したメタルガスケットにおいて、
前記ガスケット構成板における、ボアビードの外周縁とエンジンのシリンダブロックに形成されるウォータジャケットの内周面間に対応する部分に、ボアビードの全屈を規制するシム板を固定した、
ことを特徴とするメタルガスケット。
【請求項２】
前記ボアビードが段差ビードからなる請求項１記載のメタルガスケット。
【請求項３】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形した請求項２記載のメタルガスケット。
【請求項４】
前記段差ビードをプレス成形する当たり、段差ビードの加工高さをガスケット構成板の板厚の３〜４倍に設定して素材金属板をプレス成形した後、段差ビードの加工高さをシム板の板厚以下に設定して素材金属板をフラットニング加工した請求項２記載のメタルガスケット。
【請求項５】
前記ガスケット構成板が複数の開口部を有し、前記シム板として、隣接する開口部の接近位置に対応する部分を省略したシム板を用いた請求項１〜４のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項６】
前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内まで延設した請求項１〜５のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項７】
前記シリンダブロックがオープンデッキタイプのシリンダブロックであり、前記シム板の外縁部をウォータジャケットの形成範囲内においてガスケット構成板に固定した請求項１〜６のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項８】
前記ガスケット構成板におけるボアビードを含む部分にコーティング層を形成した請求項１〜７のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【請求項９】
前記シム板又はそれに対応するガスケット構成板の部分におけるヘッドボルトのボルト挿通孔から離間した部分に厚肉部を形成した請求項１〜８のいずれか１項記載のメタルガスケット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００７−３３３１３２（Ｐ２００７−３３３１３２Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１６７１６１（Ｐ２００６−１６７１６１）
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（３９０００７７７７）国産部品工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月１６日（２００６．６．１６）
【出願人】（３９０００７７７７）国産部品工業株式会社 (6)
【Ｆターム（参考）】
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