部材間のシール構造及びガスケット
【課題】膨張黒鉛からなるシートのシール部がへたったり、崩れて押出されたりする現象（フロー）を抑制することのできる部材間のシール構造を提供するとともに、そのシール構造に用いられるガスケットを提供する。
【解決手段】締結により相互に連結される２つの部材（エンジンのシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３）間に、膨張黒鉛からなるシート３６，３７を備えるガスケット３２を介装して流体（燃焼ガス）をシールする。このシール構造において、前記シート３６，３７は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間に組付けられた状態で、密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3となるシール部４２を有する。上記シート３６，３７として、エンジンに組付けられる前の状態でシール部４２が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3の密度を有するものを用いる。
【解決手段】締結により相互に連結される２つの部材（エンジンのシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３）間に、膨張黒鉛からなるシート３６，３７を備えるガスケット３２を介装して流体（燃焼ガス）をシールする。このシール構造において、前記シート３６，３７は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間に組付けられた状態で、密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3となるシール部４２を有する。上記シート３６，３７として、エンジンに組付けられる前の状態でシール部４２が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3の密度を有するものを用いる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結により相互に連結される２つの部材間に、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットを介装して高温のガス等の流体をシールするようにした部材間のシール構造、及びそのシール構造に好適に用いられるガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間には、燃焼ガス、冷却水、オイル等の流体をシールするシリンダヘッドガスケット（以下、単にガスケットという）が介装される。このガスケットとしては種々の形態を有するものが従来より提案・実用化されており、その１つに膨張黒鉛からなるシートを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。このガスケットは、ビードを形成した金属板の片面又は両面に、０．１〜０．８ｇ／ｃｍ3 の密度を有する膨張黒鉛製シートを接着し、その後、全体を圧縮してシートの密度を０．８〜１．５ｇ／ｃｍ3 にしたものである。
【特許文献１】特開平８−１０９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記ガスケットはシリンダブロック及びシリンダヘッドの連結に際し、それらの間に配置される。この状態で、シリンダヘッドがシリンダブロックに締結される。この締結によりシリンダブロック及びシリンダヘッド間の隙間が狭まり、ガスケットがシリンダブロック及びシリンダヘッドから圧縮荷重を受けて圧縮される。この際、上記特許文献１に記載されたガスケットでは、圧縮不足に起因してシートのシール部がへたったり、過度な圧縮によりシール部が崩れて押出される現象（フロー）が起こったりするおそれがある。
【０００４】
こうした問題は、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間のシール構造に限らず、膨張黒鉛製シートを用いたガスケットが介装されてシールが行われる部材間のシール構造であれば同様に起こり得る。
【０００５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、膨張黒鉛からなるシートのシール部がへたったり、崩れて押出されたりする現象（フロー）を抑制することのできる部材間のシール構造を提供するとともに、そのシール構造に用いられるガスケットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、締結により相互に連結される２つの部材間に、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットを介装して流体をシールするようにした部材間のシール構造であって、前記シートは、前記両部材間に組付けられた状態で、密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるシール部を有するものであるとする。
【０００７】
上記の構成によれば、２つの部材の連結に際し、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットが両部材間に配置され、この状態で両部材が相互に締結される。この締結により両部材の隙間が狭まり、ガスケットが両部材から圧縮荷重を受けて圧縮される。この圧縮により、シール部を含むシートの密度が圧縮前（締結前）よりも高くなるとともに、同シール部の部材に対する面圧が高くなって流体がシールされる。
【０００８】
上記締結は、シートが両部材間に組付けられた状態でのシール部の密度（組付け時密度）が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるように行われる。組付け時密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 よりも低いと、上記シール部はさらに圧縮し得る余地を多く残している。そのため、例えば熱膨張等により両部材の隙間がさらに狭まるような状況が起こった場合、上記シール部が多く圧縮されてへたるおそれがある。すなわち、上記のようにして一旦狭まった両部材の間隔が元の間隔に戻っても、シール部がこれに追従して元の形態に戻らないおそれがある。一方、組付け時密度が２．００ｇ／ｃｍ3 よりも高いと、シール部が崩れて押出される現象（フロー）が起こるおそれがある。従って、シール部の密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるように両部材の締結が行われることで、上記へたり及びフローの発生をともに抑制することが可能となる。
【０００９】
なお、請求項２に記載の発明によるように、内燃機関の２つの構成部材を前記両部材とし、内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスを前記流体とすることができる。この場合、内燃機関の運転に伴い生じた燃焼ガスの熱により少なくとも一方の構成部材が熱膨張して、両構成部材の隙間がさらに狭まるような状況が起こっても、同シール部の組付け時密度が上記のように１．８５ｇ／ｃｍ3 以上とされることで、同ーシール部の圧縮し得る余地が少なくへたりにくい。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明によるように、シリンダブロック及びシリンダヘッドを内燃機関の構成部材とし、それらのシリンダブロック及びシリンダヘッド間に介装されるシリンダヘッドガスケットを上記ガスケットとすることができる。この場合、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間に介装されたシートのシール部がシリンダブロック又はシリンダヘッドに所定の面圧で接触し、内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスをシールする。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の部材間のシール構造に用いられるガスケットであって、前記シール部は、前記シートの前記両部材間への組付け前の状態で１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の密度を有するものであるとする。
【００１２】
ここで、ガスケットが両部材間に組付けられた状態において、シール部の密度と同シール部の部材に対する面圧との間には相関関係が見られ、同密度が高くなるに従い面圧が高くなる傾向にある。すなわち、ガスケットが両部材間に配置され、両部材の締結が行われていない状態では、シール部に両部材からの圧縮荷重が加わらない。シール部の密度は、ガスケットが両部材間に組付けられる前の密度（初期密度）と同じであり、採り得る最小値となる。このとき、シール部の部材に対する面圧は「０」である。
【００１３】
両部材の締結が進むに従い、シール部が両部材から受ける圧縮荷重が増大する。シール部の圧縮が進んで体積が小さくなって密度が高くなる。これに伴いシール部の部材に対する面圧が高くなる。密度（組付け時密度）は、前記のようにして高くなる過程で上述した範囲（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属する。
【００１４】
従って、シール部の初期密度に応じて、組付け時密度が前記範囲（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属するときの面圧が異なってくる。初期密度が高い場合には、組付け時密度が前記範囲になるときの面圧が低く、初期密度が低くなるに従い同面圧が高くなる。そして、シール部の部材に対する面圧が過度に高くなると、同部材が変形するおそれがある。ただし、初期密度が過度に高いと、組付け時密度が前記範囲になるときの面圧が低く、シールに必要な面圧に満たなくなるおそれがある。
【００１５】
この点、請求項４に記載の発明では、シール部の初期密度が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の範囲に設定されている。この範囲は、組付け時密度の上記範囲（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に比較的近い。従って、組付け時密度が上記範囲となるように両部材を締付けることで、シール部の部材に対する面圧として、シールに必要な面圧を確保したうえで、同部材が変形する不具合を抑制することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記シール部は、前記両部材間へ組付けられる前の状態の前記シートについて、前記部材に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所のみを圧縮させることにより形成されたものであるとする。
【００１７】
上記の構成によれば、両部材間へ組付けられる前の状態のシートについて、部材に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所のみが圧縮されて、同箇所がシール部とされている。従って、上記範囲（１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 ）の初期密度を有するシール部の形成に際し、不要な圧縮を行わなくてもすむ。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、前記部材の一方は気筒を有するシリンダブロックであり、前記シール部は、前記シートが前記両部材間に組付けられた状態で前記気筒の開口部を囲繞する箇所に形成されているとする。
【００１９】
上記の構成によれば、ガスケットが両部材間に介装された状態では、シートのシール部がシリンダブロックにおける気筒の開口部を囲繞する。この際、フローにより、シール部の一部が気筒（燃焼室）側へ押出されていると、その分、シール部が燃焼ガスの熱に晒されやすい。シール部の押出された箇所が熱により劣化し、シール性が低下するおそれがある。この点、シール部の組付け時密度が、上記のように１．８５ｇ／ｃｍ3 以上とされることで、シール部のフローが起こりにくく、シール性の低下が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照して説明する。
車両には、その動力源として内燃機関が搭載されている。この内燃機関は、ピストンの往復直線運動をクランク機構によって回転運動に変換して、出力軸であるクランクシャフトを回転させるタイプのエンジン（レシプロエンジン）によって構成されている。
【００２１】
図１に示すように、このエンジン１１は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３を主要な構成部材として備えている。シリンダブロック１２には、複数の気筒（シリンダ）１４が列をなした状態で設けられている。各気筒１４にはピストン１５が往復動可能に収容されている。各気筒１４においてピストン１５よりも上側の空間は、燃料及び空気の混合気を燃焼するための燃焼室１６を構成している。各ピストン１５は、コネクティングロッド１７を介し、クランクシャフト（図示略）に連結されている。そのため、各ピストン１５が往復動すると、その動きはコネクティングロッド１７によって回転運動に変換された後、クランクシャフトに伝達される。この伝達によりクランクシャフトが回転する。
【００２２】
シリンダブロック１２において、各気筒１４の周りには、エンジン冷却水の通路であるウォータジャケット１８が設けられている。さらに、図２に示すように、シリンダブロック１２においてウォータジャケット１８よりも外側の複数箇所には、ヘッドボルト１９の螺入を可能としたボルト穴２１が設けられている。
【００２３】
シリンダヘッド１３はシリンダブロック１２の上側に配置されている。このシリンダヘッド１３において、上記ボルト穴２１に対応する複数箇所にはボルト挿通孔２２が設けられている。そして、シリンダヘッド１３の上方から各ボルト挿通孔２２に挿通されたヘッドボルト１９をボルト穴２１に螺合させることにより、シリンダヘッド１３がシリンダブロック１２に締結されている。
【００２４】
図１に示すように、シリンダヘッド１３には、吸気通路の一部をなし、かつ下流端において燃焼室１６に接続された吸気ポート２３が形成されており、エンジン１１の外部の空気が吸気ポート２３を通過して燃焼室１６に吸入される。また、シリンダヘッド１３には、排気通路の一部をなし、かつ上流端において燃焼室１６に接続された排気ポート２４が形成されており、燃焼室１６で生じた燃焼ガスが同排気ポート２４等を通ってエンジン１１の外部へ排出される。
【００２５】
上記シリンダヘッド１３には、吸気ポート２３を開閉する吸気バルブ２５と、排気ポート２４を開閉する排気バルブ２６とが気筒１４毎に設けられている。吸・排気バルブ２５，２６は、いずれもバルブスプリング２７によって、吸・排気ポート２３，２４を閉鎖する方向（閉弁方向、図１の略上方）へ付勢されている。これらの吸・排気バルブ２５，２６は、吸・排気カムシャフト２８，２９等を構成部品とする動弁機構３１によって、上記バルブスプリング２７等に抗して吸・排気ポート２３，２４を開放させる方向（開弁方向）へ間欠的に押下げられる。この押下げにより、吸・排気ポート２３，２４が開放された状態（開弁状態）になる。
【００２６】
ところで、上記混合気の燃焼に伴い生じた燃焼ガスの熱及び燃焼圧力はシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３に伝達される。また、これらの熱及び燃焼圧力はシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間の隙間Ｇにも作用する。燃焼ガスがこの隙間Ｇを通じて外部へ漏れ出るのを抑制するために、また、ウォータジャケット１８を流れるエンジン冷却水、さらにはエンジンオイルが上記隙間Ｇから漏れ出るのを抑制するために、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間には、シリンダヘッドガスケット（以下、単にガスケットという）３２が介装されている。ガスケット３２は、シリンダブロック１２の上面における各気筒１４の開口部の周囲、及びシリンダヘッド１３の下面における気筒１４の開口部の周囲に対応する箇所を被シール部とし、これらの被シール部に所定の面圧で接触することで、燃焼ガスをシールする。
【００２７】
図３〜図５に示すように、ガスケット３２は、主基板３３と、その上下両側に配置された一対の副基板３４，３５と、各副基板３４，３５にそれぞれ積層された膨張黒鉛からなるシート３６，３７とを備えて構成されている。上記主基板３３及び両副基板３４，３５は、いずれも耐熱性及びばね弾性を有する板材、例えばステンレス鋼板、普通鋼板、アルミニウム板等の金属板によって形成されている。
【００２８】
主基板３３の少なくとも上面及び下面にはフッ素ゴムからなる皮膜３８が形成されている（図５参照）。これは、ガスケット３２がエンジン１１に組み込まれた状態において、フッ素ゴムの被膜により主基板３３と各副基板３４，３５との間の実質的な隙間を小さくし、シール性を高めるためである。
【００２９】
各シート３６，３７は、天然鱗片状黒鉛を膨張させ加圧しながらシート状に成形したものであり、その略全体（正確には後述するシール部４２を除く箇所）が１．０〜１．３ｇ／ｃｍ3 の密度を有している。膨張黒鉛製の各シート３６，３７は、シール性、耐熱性、耐薬品性、熱伝導性に優れる等の種々の特徴を有している。各シート３６，３７は、隣接する副基板３４，３５に対し、接着、貼着等の方法によって固定されている。
【００３０】
上側のシート３６の上面の全体、下側のシート３７の下面の全体には、シリコーン系樹脂からなる皮膜３９がそれぞれ形成されている。これは、シート３６，３７の表面に摩擦係数の低いシリコーン系樹脂の皮膜３９を形成することで、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に対する摩擦を小さくし、熱膨張時等にシート３６，３７が被シール部に付着したまま副基板３４，３５から剥離するのを抑制するためである。
【００３１】
そして、上記主基板３３、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７はかしめ等の方法により相互に連結されて一体となっている。
上記主基板３３、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７において、シリンダブロック１２の各気筒１４に対応する箇所には孔４１が設けられている。主基板３３において、孔４１の内壁部分は下方へ折曲げられ、さらに外側、すなわち孔４１から遠ざかる側へ折り返されている。従って、この折り返された箇所では、主基板３３は他の箇所の約倍の厚みを有していることになる。また、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７について、孔４１の近傍は、主基板３３から上方又は下方へ遠ざかるように曲げ形成されており、他の箇所よりも弾性変形しやすくなっている。このように曲げ形成するのは、ガスケット３２がシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３によって挟み込まれたときに、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に対する面圧を高めて、シールを確実なものとするためである。
【００３２】
両シート３６，３７において、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に対応する箇所、すなわち各気筒１４の開口部を囲繞する円環状の箇所は、それら被シール部に接触して燃焼ガスをシールするシール部４２を構成している。両シート３６，３７においてシール部４２とされる上記箇所は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の被シール部に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所である。各シール部４２は、ガスケット３２がエンジン１１に組付けられる前の状態で、予め圧縮されている。このように各シート３６，３７は、その全体が圧縮されているわけではなく、シール部４２のみ局部的に圧縮されている。なお、図５の二点鎖線はシール部４２の圧縮前の状態を示している。そして、上記圧縮により、シール部４２はシート３６，３７の他の箇所よりも薄く、密度が高くなっている。この状態でのシール部４２の密度は、後述するエンジン１１に組付けられた状態での密度（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）よりも低い必要がある。なお、両密度を区別するために、前者の密度を「初期密度」といい、後者の密度を「組付け時密度」という。本実施形態では、上記要件を満たす好ましい範囲として、シール部４２の初期密度が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の範囲Ｒ１に設定されている。これについては後述する。
【００３３】
主基板３３、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７において、各孔４１を取り囲む複数箇所には、前記ヘッドボルト１９が挿通されるボルト孔４３がそれぞれあけられている（図３参照）。そして、シリンダヘッド１３のボルト挿通孔２２に挿通されたヘッドボルト１９が、対応するボルト孔４３を通じてシリンダブロック１２のボルト穴２１に螺入されることで、シリンダヘッド１３及びガスケット３２がともにシリンダヘッド１３に締結されている。この締結によりシート３６，３７の全体が圧縮され、シール部４２の組付け時密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 の範囲Ｒ２に設定されている。
【００３４】
シール部４２の組付け時密度を範囲Ｒ２に設定するのは、シール部４２のへたり及びフローの発生をともに抑制するためである。フローは、シール部４２が崩れて押出される現象である。組付け時密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 よりも低いと、上記シール部４２はさらに圧縮する余地を多く残している。そのため、例えば熱膨張等によりシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の隙間Ｇがさらに狭まるような状況が起こった場合、上記シール部４２が多く圧縮されてへたるおそれがある。すなわち、上記のようにして狭まったシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の間隔が元の間隔に戻っても、シール部４２がこれに追従して元の形態に戻らないおそれがある。一方、組付け時密度が２．００ｇ／ｃｍ3 よりも高いと、上記フローが起こるおそれがある。この現象が起こると、シール部４２の端部が本来の位置よりも燃焼室１６に近づき、燃焼ガスの熱を多く受けるとともに高い燃焼圧力を受ける。その結果、シール部４２の押出された箇所が熱により劣化し、同シール部４２のシリンダブロック１２等の被シール部に対する面圧が本来の値よりも低下し、シール性が低下するおそれがある。
【００３５】
これに対し、本実施形態では、シール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に設定されていて、シール部４２が適度に圧縮されている。そのため、熱膨張等により圧縮荷重が高くなっても圧縮し得る余地が少ない。これに加え、シール部４２ではフローが生じていない。
【００３６】
ところで、上記構成を有するガスケット３２を用いてシリンダヘッド１３をシリンダブロック１２に締結する際には、図６に示すように、各シート３６，３７のシール部４２が各気筒１４の開口部を囲繞するように位置を合わせながら、ガスケット３２をシリンダブロック１２上に載置する。この状態では、各シート３６，３７におけるシール部４２の密度（初期密度）は、前述したように１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の範囲Ｒ１にある。さらに、ガスケット３２の上にシリンダヘッド１３を載置する。そして、シリンダヘッド１３の上方から複数本のヘッドボルト１９を、シリンダヘッド１３のボルト挿通孔２２及びガスケット３２のボルト孔４３にそれぞれ挿通し、シリンダブロック１２のボルト穴２１に螺入する。
【００３７】
各ヘッドボルト１９を締付けることにより、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の隙間Ｇが狭まり、ガスケット３２がそれらシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３から上下方向の圧縮荷重を受ける。この圧縮荷重を受けたガスケット３２は圧縮され、各シート３６，３７のシール部４２の密度が圧縮前（締結前）よりも高くなるとともに、同シール部４２の各被シール部に対する面圧が高くなる。
【００３８】
上記締結は、各シール部４２の組付け時密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるように行われる。具体的には、各シート３６，３７の密度と相関関係のある同シート３６，３７の厚みを測定しながら締結を行う。そのために、シール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）にされたときのガスケット３２の厚みを、目標の厚みとして予め特定しておく。鉛弾等を用い、これの厚みをガスケット３２の厚みの相当値として測定する。そして、鉛弾の厚みを測定しながらヘッドボルト１９を締付けていき、鉛弾の実際の厚みが上記目標の厚みとなったところでこの締付けを終える。この状態では、各シート３６，３７のシール部４２は、シールに最小限必要な面圧（例えば３０ＭＰａ）よりも高い面圧でシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に接触する。
【００３９】
ここで、各シート３６，３７のシール部４２の密度と、同シール部４２の被シール部に対する面圧との間には相関関係が見られ、同密度が高くなるに従い面圧が高くなる傾向にある。すなわち、ヘッドボルト１９が締付けられておらず、シール部４２がシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３からの圧縮荷重を受けていないときには、シール部４２の密度は、ガスケット３２がシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３に組付けられる前の密度（初期密度）と同じであり、採り得る最小値となる。このとき、シール部４２の被シール部に対する面圧は「０」である。
【００４０】
シリンダブロック１２に対するシリンダヘッド１３の締結が進むに従い、シール部４２がそれらシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３から受ける圧縮荷重が増大する。シール部４２の圧縮が進んで体積が小さくなって密度が高くなる。これに伴いシール部４２の被シール部に対する面圧が高くなる。密度は、前記のようにして高くなる過程で上述した範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属する。
【００４１】
従って、シール部４２の初期密度に応じて、組付け時密度が範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属するときの面圧が異なってくる。初期密度が高い場合には、組付け時密度が範囲Ｒ２になるときの面圧が低く、初期密度が低くなるに従い同面圧が高くなる。
【００４２】
図７は、厚みが０．１ｍｍであり、かつ初期密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２について、その密度と面圧との関係を示している。この図７から、ヘッドボルト１９の締付けにより、シール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２の下限値である１．８５ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約１３０ＭＰａとなり、上限値である２．００ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約２００ＭＰａとなる。すなわち、組付け時密度が、へたり及びフローの発生のおそれの少ない安定した範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）にあるときには、面圧は１３０〜２００ＭＰａの範囲の値となる。従って、初期密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２を、ヘッドボルト１９の締付けにより圧縮させ、組付け時密度を１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 にすると、面圧が０ＭＰａから１３０〜２００ＭＰａまで上昇する。シリンダブロック１２の被シール部にこうした高い面圧が加わると、気筒１４が変形するおそれがある。
【００４３】
従って、上記気筒１４の変形を抑制する観点からはシール部４２の初期密度を高くして被シール部に対する面圧を低くすることが望ましい。ただし、初期密度を過度に高くすると、シール部４２の被シール部に対する面圧が低く、シールに最小限必要な面圧に満たなくなるおそれがある。
【００４４】
この点、本実施形態では、シールに必要な面圧を確保しつつ気筒１４の変形を抑制する観点から、シール部４２の初期密度が上述したように１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 に設定されている。設定された範囲Ｒ１は、組付け時密度の範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に比較的近く、また初期密度が０．８０〜１．５０ｇ／ｃｍ3 に設定された背景技術よりも高い。
【００４５】
図８中の特性線Ｌ１は、厚みが０．１ｍｍであり、かつ初期密度が１．５０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２について、その密度と面圧との関係を示している。この１．５０ｇ／ｃｍ3 という値は、初期密度について望ましい範囲Ｒ１の下限値に相当する。この特性線Ｌ１から、ヘッドボルト１９の締付けによりシール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２の下限値である１．８５ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約１０５ＭＰａとなることが判る。従って、初期密度が１．５０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２を、ヘッドボルト１９の締付けにより圧縮させ、組付け時密度を１．８５ｇ／ｃｍ3 にすると、面圧が０ＭＰａから約１０５ＭＰａまで上昇する。このように、初期密度が１．５０ｇ／ｃｍ3 である場合には、同初期密度が上記１．１５ｇ／ｃｍ3 である場合（図７参照）よりも低い面圧（約１０５ＭＰａ）で組付け時密度についての範囲Ｒ２の下限値（１．８５ｇ／ｃｍ3 ）となる。その結果、シリンダブロック１２の被シール部に加わる面圧が低くなり、気筒１４が変形しにくい。なお、この面圧は、シールに最小限必要な面圧（約３０ＭＰａ）よりも十分高い。
【００４６】
また、図８中の特性線Ｌ２は、厚みが０．１ｍｍであり、かつ初期密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２について、その密度と面圧との関係を示している。この１．７０ｇ／ｃｍ3 という値は、初期密度について望ましい範囲Ｒ１の上限値に相当する。この特性線Ｌ２から、ヘッドボルト１９の締付けによりシール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２の下限値である１．８５ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約３０ＭＰａとなり、上限値である２．００ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約１６０ＭＰａとなることが判る。従って、初期密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２を、ヘッドボルト１９の締付けにより圧縮させ、組付け時密度を１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 にすると、面圧が０ＭＰａから約３０〜約１６０ＭＰａまで上昇する。このように、初期密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 である場合には、同初期密度が上記１．１５ｇ／ｃｍ3 である場合よりも低い面圧（約３０〜約１６０ＭＰａ）で範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）となる。その結果、シリンダブロック１２の被シール部に加わる面圧が低くなり、気筒１４が変形しにくい。なお、この面圧は、シールに最小限必要な面圧（約３０ＭＰａ）以上である。
【００４７】
上記のようにしてガスケット３２が組付けられたエンジン１１の運転時には、燃焼室１６で空気及び燃料の混合気が燃焼される。これに伴い発生した燃焼ガスの熱が、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３、ガスケット３２等に伝わる。ガスケット３２では、燃焼ガスの熱は、燃焼室１６に近い部位から遠い部位に向けて伝達される。従って、各シート３６，３７では、孔４１の近傍に位置するシール部４２に温度の高い熱が伝達されることになる。この点、本実施形態では、シール部４２の組付け時密度が２．００ｇ／ｃｍ3 以下に設定されていてフローを生じていない。そのため、フローが生じた場合の不具合、すなわち、シール部４２の被シール部に対する面圧が低下し、シール性が低下するおそれがない。
【００４８】
また、燃焼ガスの熱が伝達されたシリンダブロック１２やシリンダヘッド１３が膨張して、両者の隙間Ｇが狭まるような状況が起こった場合、組付け時密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 以上に設定されていてシール部４２の圧縮し得る量が少ないことから、同シール部４２はさほど圧縮されずへたりにくい。そのため、エンジン１１の停止等によりエンジン１１の温度が低下してシリンダブロック１２等が熱膨張前の形態に戻った場合、シール部４２のシリンダブロック１２等に対する面圧低下が少なく、シール性の低下も少ない。
【００４９】
以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）膨張黒鉛からなるシート３６，３７を備えるガスケット３２をエンジン１１のシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間に介装し、ヘッドボルト１９によりシリンダヘッド１３をシリンダブロック１２に締結することにより、各シート３６，３７のシール部４２の密度を１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 に設定している。そのため、各シール部４２がへたったりフローしたりするのを抑制しつつ、エンジン１１の運転に伴い生ずる燃焼ガスを確実にシールすることができる。
【００５０】
（２）上記（１）のシート３６，３７として、シール部４２が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の初期密度を有するものを用いている。この範囲Ｒ１は、組付け時密度の範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に比較的近い。そのため、シールに必要な面圧を確保したうえで、組付け時密度を範囲Ｒ２に設定したときの面圧を背景技術よりも低くして、気筒１４が変形する不具合を抑制することができる。
【００５１】
（３）シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間へ組付けられる前の状態のシート３６，３７について、それらのシリンダブロック１２等の被シール部に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所（気筒１４の開口部の周り）のみを圧縮し、その箇所をシール部４２としている。従って、範囲Ｒ１（１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 ）の初期密度を有するシール部４２の形成に際し、不要な圧縮を行わなくてもすむ。
【００５２】
（４）各シート３６，３７においてシリンダブロック１２の気筒１４の開口部を囲繞する箇所をシール部４２としている。そのため、各シール部４２の組付け時密度を２．００ｇ／ｃｍ3 以下にすることで、シール部４２のフローを抑制し、もってシール性の低下を抑制することができる。
【００５３】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・前記実施形態では、副基板３４，３５の両方にシート３６，３７を貼着したが、同副基板３４，３５の一方についてのシート３６，３７を割愛してもよい。
【００５４】
・本発明は、シリンダヘッドガスケット以外のガスケットにも適用可能である。こうしたガスケットとしては、例えば、シリンダヘッド１３及び排気マニホールドを内燃機関の一対の構成部材とし、それらの間に介装されて燃焼ガスをシールする排気マニホールドガスケットが挙げられる。また、本発明は、内燃機関において燃焼ガス以外の高温の流体をシールするガスケットにも適用可能である。さらに、本発明は、内燃機関以外にも、締結により相互に連結される２つの部材を備え、ガスケットにより流体がシールされるものにも広く適用可能である。この場合、流体は燃焼ガスに限らず、他の気体や液体であってもよい。
【００５５】
・シート３６，３７の全体を圧縮し、シール部４２以外の箇所についても初期密度を１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 にしてもよい。
・「少なくとも膨張黒鉛からなるシートを備え、そのシートのシール部が、１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の初期密度を有する」という条件を満たす範囲内で、ガスケットの形態を適宜変更してもよい。
【００５６】
・シリンダブロック１２にシリンダヘッド１３を締結する構造として、上記ボルト穴２１を貫通孔に変更するとともに、ヘッドボルト１９としてスルーボルトを用いて締結を行ってもよい。この場合には、ヘッドボルト１９をシリンダヘッド１３のボルト挿通孔２２、ガスケット３２のボルト孔４３、及びシリンダブロック１２の貫通孔に挿通し、このヘッドボルト１９にナット（図示略）を螺合させる。
【００５７】
・シール部４２のへたり及びフローを抑制するという効果については、初期密度に拘わらず組付け時密度を範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に設定することによって得ることができる。従って、この効果を得るうえでは初期密度を範囲Ｒ１（１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 ）とは異なる範囲に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を具体化した一実施形態について、シール構造及びガスケットが適用されたエンジンの部分断面図。
【図２】同じくエンジンの部分斜視図。
【図３】ガスケットの部分平面図。
【図４】ガスケットの部分断面図。
【図５】ガスケットの部分拡大断面図。
【図６】図５のガスケットのシリンダブロック及びシリンダヘッドとの関係を示す部分拡大断面図。
【図７】シール部の密度と面圧との関係を示すグラフ。
【図８】同じくシール部の密度と面圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５９】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…シリンダブロック（部材）、１３…シリンダヘッド（部材）、１４…気筒、３２…シリンダヘッドガスケット、３６，３７…シート、４２…シール部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結により相互に連結される２つの部材間に、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットを介装して高温のガス等の流体をシールするようにした部材間のシール構造、及びそのシール構造に好適に用いられるガスケットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間には、燃焼ガス、冷却水、オイル等の流体をシールするシリンダヘッドガスケット（以下、単にガスケットという）が介装される。このガスケットとしては種々の形態を有するものが従来より提案・実用化されており、その１つに膨張黒鉛からなるシートを備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。このガスケットは、ビードを形成した金属板の片面又は両面に、０．１〜０．８ｇ／ｃｍ3 の密度を有する膨張黒鉛製シートを接着し、その後、全体を圧縮してシートの密度を０．８〜１．５ｇ／ｃｍ3 にしたものである。
【特許文献１】特開平８−１０９３６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記ガスケットはシリンダブロック及びシリンダヘッドの連結に際し、それらの間に配置される。この状態で、シリンダヘッドがシリンダブロックに締結される。この締結によりシリンダブロック及びシリンダヘッド間の隙間が狭まり、ガスケットがシリンダブロック及びシリンダヘッドから圧縮荷重を受けて圧縮される。この際、上記特許文献１に記載されたガスケットでは、圧縮不足に起因してシートのシール部がへたったり、過度な圧縮によりシール部が崩れて押出される現象（フロー）が起こったりするおそれがある。
【０００４】
こうした問題は、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間のシール構造に限らず、膨張黒鉛製シートを用いたガスケットが介装されてシールが行われる部材間のシール構造であれば同様に起こり得る。
【０００５】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、膨張黒鉛からなるシートのシール部がへたったり、崩れて押出されたりする現象（フロー）を抑制することのできる部材間のシール構造を提供するとともに、そのシール構造に用いられるガスケットを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明では、締結により相互に連結される２つの部材間に、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットを介装して流体をシールするようにした部材間のシール構造であって、前記シートは、前記両部材間に組付けられた状態で、密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるシール部を有するものであるとする。
【０００７】
上記の構成によれば、２つの部材の連結に際し、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットが両部材間に配置され、この状態で両部材が相互に締結される。この締結により両部材の隙間が狭まり、ガスケットが両部材から圧縮荷重を受けて圧縮される。この圧縮により、シール部を含むシートの密度が圧縮前（締結前）よりも高くなるとともに、同シール部の部材に対する面圧が高くなって流体がシールされる。
【０００８】
上記締結は、シートが両部材間に組付けられた状態でのシール部の密度（組付け時密度）が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるように行われる。組付け時密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 よりも低いと、上記シール部はさらに圧縮し得る余地を多く残している。そのため、例えば熱膨張等により両部材の隙間がさらに狭まるような状況が起こった場合、上記シール部が多く圧縮されてへたるおそれがある。すなわち、上記のようにして一旦狭まった両部材の間隔が元の間隔に戻っても、シール部がこれに追従して元の形態に戻らないおそれがある。一方、組付け時密度が２．００ｇ／ｃｍ3 よりも高いと、シール部が崩れて押出される現象（フロー）が起こるおそれがある。従って、シール部の密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるように両部材の締結が行われることで、上記へたり及びフローの発生をともに抑制することが可能となる。
【０００９】
なお、請求項２に記載の発明によるように、内燃機関の２つの構成部材を前記両部材とし、内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスを前記流体とすることができる。この場合、内燃機関の運転に伴い生じた燃焼ガスの熱により少なくとも一方の構成部材が熱膨張して、両構成部材の隙間がさらに狭まるような状況が起こっても、同シール部の組付け時密度が上記のように１．８５ｇ／ｃｍ3 以上とされることで、同ーシール部の圧縮し得る余地が少なくへたりにくい。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明によるように、シリンダブロック及びシリンダヘッドを内燃機関の構成部材とし、それらのシリンダブロック及びシリンダヘッド間に介装されるシリンダヘッドガスケットを上記ガスケットとすることができる。この場合、内燃機関のシリンダブロック及びシリンダヘッド間に介装されたシートのシール部がシリンダブロック又はシリンダヘッドに所定の面圧で接触し、内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスをシールする。
【００１１】
請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれか１つに記載の部材間のシール構造に用いられるガスケットであって、前記シール部は、前記シートの前記両部材間への組付け前の状態で１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の密度を有するものであるとする。
【００１２】
ここで、ガスケットが両部材間に組付けられた状態において、シール部の密度と同シール部の部材に対する面圧との間には相関関係が見られ、同密度が高くなるに従い面圧が高くなる傾向にある。すなわち、ガスケットが両部材間に配置され、両部材の締結が行われていない状態では、シール部に両部材からの圧縮荷重が加わらない。シール部の密度は、ガスケットが両部材間に組付けられる前の密度（初期密度）と同じであり、採り得る最小値となる。このとき、シール部の部材に対する面圧は「０」である。
【００１３】
両部材の締結が進むに従い、シール部が両部材から受ける圧縮荷重が増大する。シール部の圧縮が進んで体積が小さくなって密度が高くなる。これに伴いシール部の部材に対する面圧が高くなる。密度（組付け時密度）は、前記のようにして高くなる過程で上述した範囲（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属する。
【００１４】
従って、シール部の初期密度に応じて、組付け時密度が前記範囲（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属するときの面圧が異なってくる。初期密度が高い場合には、組付け時密度が前記範囲になるときの面圧が低く、初期密度が低くなるに従い同面圧が高くなる。そして、シール部の部材に対する面圧が過度に高くなると、同部材が変形するおそれがある。ただし、初期密度が過度に高いと、組付け時密度が前記範囲になるときの面圧が低く、シールに必要な面圧に満たなくなるおそれがある。
【００１５】
この点、請求項４に記載の発明では、シール部の初期密度が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の範囲に設定されている。この範囲は、組付け時密度の上記範囲（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に比較的近い。従って、組付け時密度が上記範囲となるように両部材を締付けることで、シール部の部材に対する面圧として、シールに必要な面圧を確保したうえで、同部材が変形する不具合を抑制することができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の発明において、前記シール部は、前記両部材間へ組付けられる前の状態の前記シートについて、前記部材に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所のみを圧縮させることにより形成されたものであるとする。
【００１７】
上記の構成によれば、両部材間へ組付けられる前の状態のシートについて、部材に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所のみが圧縮されて、同箇所がシール部とされている。従って、上記範囲（１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 ）の初期密度を有するシール部の形成に際し、不要な圧縮を行わなくてもすむ。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の発明において、前記部材の一方は気筒を有するシリンダブロックであり、前記シール部は、前記シートが前記両部材間に組付けられた状態で前記気筒の開口部を囲繞する箇所に形成されているとする。
【００１９】
上記の構成によれば、ガスケットが両部材間に介装された状態では、シートのシール部がシリンダブロックにおける気筒の開口部を囲繞する。この際、フローにより、シール部の一部が気筒（燃焼室）側へ押出されていると、その分、シール部が燃焼ガスの熱に晒されやすい。シール部の押出された箇所が熱により劣化し、シール性が低下するおそれがある。この点、シール部の組付け時密度が、上記のように１．８５ｇ／ｃｍ3 以上とされることで、シール部のフローが起こりにくく、シール性の低下が抑制される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図面を参照して説明する。
車両には、その動力源として内燃機関が搭載されている。この内燃機関は、ピストンの往復直線運動をクランク機構によって回転運動に変換して、出力軸であるクランクシャフトを回転させるタイプのエンジン（レシプロエンジン）によって構成されている。
【００２１】
図１に示すように、このエンジン１１は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３を主要な構成部材として備えている。シリンダブロック１２には、複数の気筒（シリンダ）１４が列をなした状態で設けられている。各気筒１４にはピストン１５が往復動可能に収容されている。各気筒１４においてピストン１５よりも上側の空間は、燃料及び空気の混合気を燃焼するための燃焼室１６を構成している。各ピストン１５は、コネクティングロッド１７を介し、クランクシャフト（図示略）に連結されている。そのため、各ピストン１５が往復動すると、その動きはコネクティングロッド１７によって回転運動に変換された後、クランクシャフトに伝達される。この伝達によりクランクシャフトが回転する。
【００２２】
シリンダブロック１２において、各気筒１４の周りには、エンジン冷却水の通路であるウォータジャケット１８が設けられている。さらに、図２に示すように、シリンダブロック１２においてウォータジャケット１８よりも外側の複数箇所には、ヘッドボルト１９の螺入を可能としたボルト穴２１が設けられている。
【００２３】
シリンダヘッド１３はシリンダブロック１２の上側に配置されている。このシリンダヘッド１３において、上記ボルト穴２１に対応する複数箇所にはボルト挿通孔２２が設けられている。そして、シリンダヘッド１３の上方から各ボルト挿通孔２２に挿通されたヘッドボルト１９をボルト穴２１に螺合させることにより、シリンダヘッド１３がシリンダブロック１２に締結されている。
【００２４】
図１に示すように、シリンダヘッド１３には、吸気通路の一部をなし、かつ下流端において燃焼室１６に接続された吸気ポート２３が形成されており、エンジン１１の外部の空気が吸気ポート２３を通過して燃焼室１６に吸入される。また、シリンダヘッド１３には、排気通路の一部をなし、かつ上流端において燃焼室１６に接続された排気ポート２４が形成されており、燃焼室１６で生じた燃焼ガスが同排気ポート２４等を通ってエンジン１１の外部へ排出される。
【００２５】
上記シリンダヘッド１３には、吸気ポート２３を開閉する吸気バルブ２５と、排気ポート２４を開閉する排気バルブ２６とが気筒１４毎に設けられている。吸・排気バルブ２５，２６は、いずれもバルブスプリング２７によって、吸・排気ポート２３，２４を閉鎖する方向（閉弁方向、図１の略上方）へ付勢されている。これらの吸・排気バルブ２５，２６は、吸・排気カムシャフト２８，２９等を構成部品とする動弁機構３１によって、上記バルブスプリング２７等に抗して吸・排気ポート２３，２４を開放させる方向（開弁方向）へ間欠的に押下げられる。この押下げにより、吸・排気ポート２３，２４が開放された状態（開弁状態）になる。
【００２６】
ところで、上記混合気の燃焼に伴い生じた燃焼ガスの熱及び燃焼圧力はシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３に伝達される。また、これらの熱及び燃焼圧力はシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間の隙間Ｇにも作用する。燃焼ガスがこの隙間Ｇを通じて外部へ漏れ出るのを抑制するために、また、ウォータジャケット１８を流れるエンジン冷却水、さらにはエンジンオイルが上記隙間Ｇから漏れ出るのを抑制するために、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間には、シリンダヘッドガスケット（以下、単にガスケットという）３２が介装されている。ガスケット３２は、シリンダブロック１２の上面における各気筒１４の開口部の周囲、及びシリンダヘッド１３の下面における気筒１４の開口部の周囲に対応する箇所を被シール部とし、これらの被シール部に所定の面圧で接触することで、燃焼ガスをシールする。
【００２７】
図３〜図５に示すように、ガスケット３２は、主基板３３と、その上下両側に配置された一対の副基板３４，３５と、各副基板３４，３５にそれぞれ積層された膨張黒鉛からなるシート３６，３７とを備えて構成されている。上記主基板３３及び両副基板３４，３５は、いずれも耐熱性及びばね弾性を有する板材、例えばステンレス鋼板、普通鋼板、アルミニウム板等の金属板によって形成されている。
【００２８】
主基板３３の少なくとも上面及び下面にはフッ素ゴムからなる皮膜３８が形成されている（図５参照）。これは、ガスケット３２がエンジン１１に組み込まれた状態において、フッ素ゴムの被膜により主基板３３と各副基板３４，３５との間の実質的な隙間を小さくし、シール性を高めるためである。
【００２９】
各シート３６，３７は、天然鱗片状黒鉛を膨張させ加圧しながらシート状に成形したものであり、その略全体（正確には後述するシール部４２を除く箇所）が１．０〜１．３ｇ／ｃｍ3 の密度を有している。膨張黒鉛製の各シート３６，３７は、シール性、耐熱性、耐薬品性、熱伝導性に優れる等の種々の特徴を有している。各シート３６，３７は、隣接する副基板３４，３５に対し、接着、貼着等の方法によって固定されている。
【００３０】
上側のシート３６の上面の全体、下側のシート３７の下面の全体には、シリコーン系樹脂からなる皮膜３９がそれぞれ形成されている。これは、シート３６，３７の表面に摩擦係数の低いシリコーン系樹脂の皮膜３９を形成することで、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に対する摩擦を小さくし、熱膨張時等にシート３６，３７が被シール部に付着したまま副基板３４，３５から剥離するのを抑制するためである。
【００３１】
そして、上記主基板３３、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７はかしめ等の方法により相互に連結されて一体となっている。
上記主基板３３、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７において、シリンダブロック１２の各気筒１４に対応する箇所には孔４１が設けられている。主基板３３において、孔４１の内壁部分は下方へ折曲げられ、さらに外側、すなわち孔４１から遠ざかる側へ折り返されている。従って、この折り返された箇所では、主基板３３は他の箇所の約倍の厚みを有していることになる。また、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７について、孔４１の近傍は、主基板３３から上方又は下方へ遠ざかるように曲げ形成されており、他の箇所よりも弾性変形しやすくなっている。このように曲げ形成するのは、ガスケット３２がシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３によって挟み込まれたときに、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に対する面圧を高めて、シールを確実なものとするためである。
【００３２】
両シート３６，３７において、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に対応する箇所、すなわち各気筒１４の開口部を囲繞する円環状の箇所は、それら被シール部に接触して燃焼ガスをシールするシール部４２を構成している。両シート３６，３７においてシール部４２とされる上記箇所は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の被シール部に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所である。各シール部４２は、ガスケット３２がエンジン１１に組付けられる前の状態で、予め圧縮されている。このように各シート３６，３７は、その全体が圧縮されているわけではなく、シール部４２のみ局部的に圧縮されている。なお、図５の二点鎖線はシール部４２の圧縮前の状態を示している。そして、上記圧縮により、シール部４２はシート３６，３７の他の箇所よりも薄く、密度が高くなっている。この状態でのシール部４２の密度は、後述するエンジン１１に組付けられた状態での密度（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）よりも低い必要がある。なお、両密度を区別するために、前者の密度を「初期密度」といい、後者の密度を「組付け時密度」という。本実施形態では、上記要件を満たす好ましい範囲として、シール部４２の初期密度が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の範囲Ｒ１に設定されている。これについては後述する。
【００３３】
主基板３３、両副基板３４，３５及び両シート３６，３７において、各孔４１を取り囲む複数箇所には、前記ヘッドボルト１９が挿通されるボルト孔４３がそれぞれあけられている（図３参照）。そして、シリンダヘッド１３のボルト挿通孔２２に挿通されたヘッドボルト１９が、対応するボルト孔４３を通じてシリンダブロック１２のボルト穴２１に螺入されることで、シリンダヘッド１３及びガスケット３２がともにシリンダヘッド１３に締結されている。この締結によりシート３６，３７の全体が圧縮され、シール部４２の組付け時密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 の範囲Ｒ２に設定されている。
【００３４】
シール部４２の組付け時密度を範囲Ｒ２に設定するのは、シール部４２のへたり及びフローの発生をともに抑制するためである。フローは、シール部４２が崩れて押出される現象である。組付け時密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 よりも低いと、上記シール部４２はさらに圧縮する余地を多く残している。そのため、例えば熱膨張等によりシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の隙間Ｇがさらに狭まるような状況が起こった場合、上記シール部４２が多く圧縮されてへたるおそれがある。すなわち、上記のようにして狭まったシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の間隔が元の間隔に戻っても、シール部４２がこれに追従して元の形態に戻らないおそれがある。一方、組付け時密度が２．００ｇ／ｃｍ3 よりも高いと、上記フローが起こるおそれがある。この現象が起こると、シール部４２の端部が本来の位置よりも燃焼室１６に近づき、燃焼ガスの熱を多く受けるとともに高い燃焼圧力を受ける。その結果、シール部４２の押出された箇所が熱により劣化し、同シール部４２のシリンダブロック１２等の被シール部に対する面圧が本来の値よりも低下し、シール性が低下するおそれがある。
【００３５】
これに対し、本実施形態では、シール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に設定されていて、シール部４２が適度に圧縮されている。そのため、熱膨張等により圧縮荷重が高くなっても圧縮し得る余地が少ない。これに加え、シール部４２ではフローが生じていない。
【００３６】
ところで、上記構成を有するガスケット３２を用いてシリンダヘッド１３をシリンダブロック１２に締結する際には、図６に示すように、各シート３６，３７のシール部４２が各気筒１４の開口部を囲繞するように位置を合わせながら、ガスケット３２をシリンダブロック１２上に載置する。この状態では、各シート３６，３７におけるシール部４２の密度（初期密度）は、前述したように１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の範囲Ｒ１にある。さらに、ガスケット３２の上にシリンダヘッド１３を載置する。そして、シリンダヘッド１３の上方から複数本のヘッドボルト１９を、シリンダヘッド１３のボルト挿通孔２２及びガスケット３２のボルト孔４３にそれぞれ挿通し、シリンダブロック１２のボルト穴２１に螺入する。
【００３７】
各ヘッドボルト１９を締付けることにより、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の隙間Ｇが狭まり、ガスケット３２がそれらシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３から上下方向の圧縮荷重を受ける。この圧縮荷重を受けたガスケット３２は圧縮され、各シート３６，３７のシール部４２の密度が圧縮前（締結前）よりも高くなるとともに、同シール部４２の各被シール部に対する面圧が高くなる。
【００３８】
上記締結は、各シール部４２の組付け時密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるように行われる。具体的には、各シート３６，３７の密度と相関関係のある同シート３６，３７の厚みを測定しながら締結を行う。そのために、シール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）にされたときのガスケット３２の厚みを、目標の厚みとして予め特定しておく。鉛弾等を用い、これの厚みをガスケット３２の厚みの相当値として測定する。そして、鉛弾の厚みを測定しながらヘッドボルト１９を締付けていき、鉛弾の実際の厚みが上記目標の厚みとなったところでこの締付けを終える。この状態では、各シート３６，３７のシール部４２は、シールに最小限必要な面圧（例えば３０ＭＰａ）よりも高い面圧でシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の各被シール部に接触する。
【００３９】
ここで、各シート３６，３７のシール部４２の密度と、同シール部４２の被シール部に対する面圧との間には相関関係が見られ、同密度が高くなるに従い面圧が高くなる傾向にある。すなわち、ヘッドボルト１９が締付けられておらず、シール部４２がシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３からの圧縮荷重を受けていないときには、シール部４２の密度は、ガスケット３２がシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３に組付けられる前の密度（初期密度）と同じであり、採り得る最小値となる。このとき、シール部４２の被シール部に対する面圧は「０」である。
【００４０】
シリンダブロック１２に対するシリンダヘッド１３の締結が進むに従い、シール部４２がそれらシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３から受ける圧縮荷重が増大する。シール部４２の圧縮が進んで体積が小さくなって密度が高くなる。これに伴いシール部４２の被シール部に対する面圧が高くなる。密度は、前記のようにして高くなる過程で上述した範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属する。
【００４１】
従って、シール部４２の初期密度に応じて、組付け時密度が範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に属するときの面圧が異なってくる。初期密度が高い場合には、組付け時密度が範囲Ｒ２になるときの面圧が低く、初期密度が低くなるに従い同面圧が高くなる。
【００４２】
図７は、厚みが０．１ｍｍであり、かつ初期密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２について、その密度と面圧との関係を示している。この図７から、ヘッドボルト１９の締付けにより、シール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２の下限値である１．８５ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約１３０ＭＰａとなり、上限値である２．００ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約２００ＭＰａとなる。すなわち、組付け時密度が、へたり及びフローの発生のおそれの少ない安定した範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）にあるときには、面圧は１３０〜２００ＭＰａの範囲の値となる。従って、初期密度が１．１５ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２を、ヘッドボルト１９の締付けにより圧縮させ、組付け時密度を１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 にすると、面圧が０ＭＰａから１３０〜２００ＭＰａまで上昇する。シリンダブロック１２の被シール部にこうした高い面圧が加わると、気筒１４が変形するおそれがある。
【００４３】
従って、上記気筒１４の変形を抑制する観点からはシール部４２の初期密度を高くして被シール部に対する面圧を低くすることが望ましい。ただし、初期密度を過度に高くすると、シール部４２の被シール部に対する面圧が低く、シールに最小限必要な面圧に満たなくなるおそれがある。
【００４４】
この点、本実施形態では、シールに必要な面圧を確保しつつ気筒１４の変形を抑制する観点から、シール部４２の初期密度が上述したように１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 に設定されている。設定された範囲Ｒ１は、組付け時密度の範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に比較的近く、また初期密度が０．８０〜１．５０ｇ／ｃｍ3 に設定された背景技術よりも高い。
【００４５】
図８中の特性線Ｌ１は、厚みが０．１ｍｍであり、かつ初期密度が１．５０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２について、その密度と面圧との関係を示している。この１．５０ｇ／ｃｍ3 という値は、初期密度について望ましい範囲Ｒ１の下限値に相当する。この特性線Ｌ１から、ヘッドボルト１９の締付けによりシール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２の下限値である１．８５ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約１０５ＭＰａとなることが判る。従って、初期密度が１．５０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２を、ヘッドボルト１９の締付けにより圧縮させ、組付け時密度を１．８５ｇ／ｃｍ3 にすると、面圧が０ＭＰａから約１０５ＭＰａまで上昇する。このように、初期密度が１．５０ｇ／ｃｍ3 である場合には、同初期密度が上記１．１５ｇ／ｃｍ3 である場合（図７参照）よりも低い面圧（約１０５ＭＰａ）で組付け時密度についての範囲Ｒ２の下限値（１．８５ｇ／ｃｍ3 ）となる。その結果、シリンダブロック１２の被シール部に加わる面圧が低くなり、気筒１４が変形しにくい。なお、この面圧は、シールに最小限必要な面圧（約３０ＭＰａ）よりも十分高い。
【００４６】
また、図８中の特性線Ｌ２は、厚みが０．１ｍｍであり、かつ初期密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２について、その密度と面圧との関係を示している。この１．７０ｇ／ｃｍ3 という値は、初期密度について望ましい範囲Ｒ１の上限値に相当する。この特性線Ｌ２から、ヘッドボルト１９の締付けによりシール部４２の組付け時密度が範囲Ｒ２の下限値である１．８５ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約３０ＭＰａとなり、上限値である２．００ｇ／ｃｍ3 となったときには面圧が約１６０ＭＰａとなることが判る。従って、初期密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 であるシール部４２を、ヘッドボルト１９の締付けにより圧縮させ、組付け時密度を１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 にすると、面圧が０ＭＰａから約３０〜約１６０ＭＰａまで上昇する。このように、初期密度が１．７０ｇ／ｃｍ3 である場合には、同初期密度が上記１．１５ｇ／ｃｍ3 である場合よりも低い面圧（約３０〜約１６０ＭＰａ）で範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）となる。その結果、シリンダブロック１２の被シール部に加わる面圧が低くなり、気筒１４が変形しにくい。なお、この面圧は、シールに最小限必要な面圧（約３０ＭＰａ）以上である。
【００４７】
上記のようにしてガスケット３２が組付けられたエンジン１１の運転時には、燃焼室１６で空気及び燃料の混合気が燃焼される。これに伴い発生した燃焼ガスの熱が、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３、ガスケット３２等に伝わる。ガスケット３２では、燃焼ガスの熱は、燃焼室１６に近い部位から遠い部位に向けて伝達される。従って、各シート３６，３７では、孔４１の近傍に位置するシール部４２に温度の高い熱が伝達されることになる。この点、本実施形態では、シール部４２の組付け時密度が２．００ｇ／ｃｍ3 以下に設定されていてフローを生じていない。そのため、フローが生じた場合の不具合、すなわち、シール部４２の被シール部に対する面圧が低下し、シール性が低下するおそれがない。
【００４８】
また、燃焼ガスの熱が伝達されたシリンダブロック１２やシリンダヘッド１３が膨張して、両者の隙間Ｇが狭まるような状況が起こった場合、組付け時密度が１．８５ｇ／ｃｍ3 以上に設定されていてシール部４２の圧縮し得る量が少ないことから、同シール部４２はさほど圧縮されずへたりにくい。そのため、エンジン１１の停止等によりエンジン１１の温度が低下してシリンダブロック１２等が熱膨張前の形態に戻った場合、シール部４２のシリンダブロック１２等に対する面圧低下が少なく、シール性の低下も少ない。
【００４９】
以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）膨張黒鉛からなるシート３６，３７を備えるガスケット３２をエンジン１１のシリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間に介装し、ヘッドボルト１９によりシリンダヘッド１３をシリンダブロック１２に締結することにより、各シート３６，３７のシール部４２の密度を１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 に設定している。そのため、各シール部４２がへたったりフローしたりするのを抑制しつつ、エンジン１１の運転に伴い生ずる燃焼ガスを確実にシールすることができる。
【００５０】
（２）上記（１）のシート３６，３７として、シール部４２が１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の初期密度を有するものを用いている。この範囲Ｒ１は、組付け時密度の範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に比較的近い。そのため、シールに必要な面圧を確保したうえで、組付け時密度を範囲Ｒ２に設定したときの面圧を背景技術よりも低くして、気筒１４が変形する不具合を抑制することができる。
【００５１】
（３）シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３間へ組付けられる前の状態のシート３６，３７について、それらのシリンダブロック１２等の被シール部に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所（気筒１４の開口部の周り）のみを圧縮し、その箇所をシール部４２としている。従って、範囲Ｒ１（１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 ）の初期密度を有するシール部４２の形成に際し、不要な圧縮を行わなくてもすむ。
【００５２】
（４）各シート３６，３７においてシリンダブロック１２の気筒１４の開口部を囲繞する箇所をシール部４２としている。そのため、各シール部４２の組付け時密度を２．００ｇ／ｃｍ3 以下にすることで、シール部４２のフローを抑制し、もってシール性の低下を抑制することができる。
【００５３】
なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・前記実施形態では、副基板３４，３５の両方にシート３６，３７を貼着したが、同副基板３４，３５の一方についてのシート３６，３７を割愛してもよい。
【００５４】
・本発明は、シリンダヘッドガスケット以外のガスケットにも適用可能である。こうしたガスケットとしては、例えば、シリンダヘッド１３及び排気マニホールドを内燃機関の一対の構成部材とし、それらの間に介装されて燃焼ガスをシールする排気マニホールドガスケットが挙げられる。また、本発明は、内燃機関において燃焼ガス以外の高温の流体をシールするガスケットにも適用可能である。さらに、本発明は、内燃機関以外にも、締結により相互に連結される２つの部材を備え、ガスケットにより流体がシールされるものにも広く適用可能である。この場合、流体は燃焼ガスに限らず、他の気体や液体であってもよい。
【００５５】
・シート３６，３７の全体を圧縮し、シール部４２以外の箇所についても初期密度を１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 にしてもよい。
・「少なくとも膨張黒鉛からなるシートを備え、そのシートのシール部が、１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の初期密度を有する」という条件を満たす範囲内で、ガスケットの形態を適宜変更してもよい。
【００５６】
・シリンダブロック１２にシリンダヘッド１３を締結する構造として、上記ボルト穴２１を貫通孔に変更するとともに、ヘッドボルト１９としてスルーボルトを用いて締結を行ってもよい。この場合には、ヘッドボルト１９をシリンダヘッド１３のボルト挿通孔２２、ガスケット３２のボルト孔４３、及びシリンダブロック１２の貫通孔に挿通し、このヘッドボルト１９にナット（図示略）を螺合させる。
【００５７】
・シール部４２のへたり及びフローを抑制するという効果については、初期密度に拘わらず組付け時密度を範囲Ｒ２（１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 ）に設定することによって得ることができる。従って、この効果を得るうえでは初期密度を範囲Ｒ１（１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 ）とは異なる範囲に設定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明を具体化した一実施形態について、シール構造及びガスケットが適用されたエンジンの部分断面図。
【図２】同じくエンジンの部分斜視図。
【図３】ガスケットの部分平面図。
【図４】ガスケットの部分断面図。
【図５】ガスケットの部分拡大断面図。
【図６】図５のガスケットのシリンダブロック及びシリンダヘッドとの関係を示す部分拡大断面図。
【図７】シール部の密度と面圧との関係を示すグラフ。
【図８】同じくシール部の密度と面圧との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５９】
１１…エンジン（内燃機関）、１２…シリンダブロック（部材）、１３…シリンダヘッド（部材）、１４…気筒、３２…シリンダヘッドガスケット、３６，３７…シート、４２…シール部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結により相互に連結される２つの部材間に、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットを介装して流体をシールするようにした部材間のシール構造であって、
前記シートは、前記両部材間に組付けられた状態で、密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるシール部を有することを特徴とする部材間のシール構造。
【請求項２】
前記両部材はともに内燃機関の構成部材であり、前記流体は前記内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスである請求項１に記載の部材間のシール構造。
【請求項３】
前記部材の一方はシリンダブロックであり、他方はシリンダヘッドであり、前記ガスケットは前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッド間に介装されるシリンダヘッドガスケットである請求項２に記載の部材間のシール構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の部材間のシール構造に用いられるガスケットであって、
前記シール部は、前記シートの前記両部材間への組付け前の状態で１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の密度を有することを特徴とするガスケット。
【請求項５】
前記シール部は、前記両部材間へ組付けられる前の状態の前記シートについて、前記部材に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所のみを圧縮させることにより形成されたものである請求項４に記載のガスケット。
【請求項６】
前記部材の一方は気筒を有するシリンダブロックであり、前記シール部は、前記シートが前記両部材間に組付けられた状態で前記気筒の開口部を囲繞する箇所に形成されている請求項５に記載のガスケット。
【請求項１】
締結により相互に連結される２つの部材間に、膨張黒鉛からなるシートを備えるガスケットを介装して流体をシールするようにした部材間のシール構造であって、
前記シートは、前記両部材間に組付けられた状態で、密度が１．８５〜２．００ｇ／ｃｍ3 となるシール部を有することを特徴とする部材間のシール構造。
【請求項２】
前記両部材はともに内燃機関の構成部材であり、前記流体は前記内燃機関の運転に伴い生ずる燃焼ガスである請求項１に記載の部材間のシール構造。
【請求項３】
前記部材の一方はシリンダブロックであり、他方はシリンダヘッドであり、前記ガスケットは前記シリンダブロック及び前記シリンダヘッド間に介装されるシリンダヘッドガスケットである請求項２に記載の部材間のシール構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の部材間のシール構造に用いられるガスケットであって、
前記シール部は、前記シートの前記両部材間への組付け前の状態で１．５０〜１．７０ｇ／ｃｍ3 の密度を有することを特徴とするガスケット。
【請求項５】
前記シール部は、前記両部材間へ組付けられる前の状態の前記シートについて、前記部材に対する面圧として他の箇所よりも高い面圧が要求される箇所のみを圧縮させることにより形成されたものである請求項４に記載のガスケット。
【請求項６】
前記部材の一方は気筒を有するシリンダブロックであり、前記シール部は、前記シートが前記両部材間に組付けられた状態で前記気筒の開口部を囲繞する箇所に形成されている請求項５に記載のガスケット。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００７−１１２９４０（Ｐ２００７−１１２９４０Ａ）
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３０７４７９（Ｐ２００５−３０７４７９）
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２２８３８３）日本ガスケット株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月１０日（２００７．５．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１０月２１日（２００５．１０．２１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００２２８３８３）日本ガスケット株式会社 (43)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]