金属ガスケット
【課題】コストを抑えつつシンプルな構造によって性能改善を図ることが可能な金属ガスケット１を提供する。
【解決手段】弾力金属板からなる基板２の燃焼室孔４ａ周りにだけ副板３を積層し、当該基板２及び副板３に燃焼室孔４ａを囲む燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂを成型し、基板２の外周端部及びボルト孔６周りに増厚部１０，１２を設け、増厚部１０，１２を設けた位置の総板厚が、上記積層された基板２及び副板３からなる総板厚よりも小さくなるように、当該増厚部の高さを調整した。
【解決手段】弾力金属板からなる基板２の燃焼室孔４ａ周りにだけ副板３を積層し、当該基板２及び副板３に燃焼室孔４ａを囲む燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂを成型し、基板２の外周端部及びボルト孔６周りに増厚部１０，１２を設け、増厚部１０，１２を設けた位置の総板厚が、上記積層された基板２及び副板３からなる総板厚よりも小さくなるように、当該増厚部の高さを調整した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの対向する接合面間に介装されて使用される金属ガスケットであって、上記シリンダブロックとシリンダヘッドとが金属ガスケットを介装した状態でボルト締結されるエンジンで使用される当該金属ガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属ガスケットとしては、例えば特許文献１及び特許文献２に記載される金属ガスケットがある。
特許文献１に記載の金属ガスケットは、弾性金属板からなる２枚の基板を積層し、その各基板に対し、燃焼室孔を開口し、その燃焼室孔の周囲に対し燃焼室ガスをシールするフルビードからなる燃焼室孔側ビードを成型し、その燃焼室側ビードの外周位置に形成した冷却水孔、オイル孔、ボルト孔等のうちシールを必要とする孔の周囲にビードを成型してシールしている。更に、積層した２枚の基板の間に対し、燃焼室孔周囲にだけシム板を挟持させ、そのシム板と基板の結合は、２枚の基板の内どちらか１方の基板で燃焼室ガスをシールするために成型したビードの燃焼室孔側の平坦部に溶接で固着している。
【０００３】
すなわち、燃焼室孔周囲の総板厚を、シム板を配設することにより増厚することで、エンジンに装着しボルトで締結した際に、ボルト孔間の燃焼室孔周囲のみ配置したシム板厚分によってシリンダヘッド（の接合面）を変形させることで、燃焼室孔周囲の面圧が増大して高い燃焼ガス圧をシールすると共に、ビードに対し運転による爆発で繰り返して起こる振動振幅を僅少に抑えて金属ビードの疲労破壊を防止する。
【０００４】
また、特許文献２に記載した金属ガスケットは、弾性金属板からなる１枚の基板に対し、燃焼室孔周囲のみに副板を併設し、基板と副板の両方に燃焼室孔周囲に燃焼ガスをシールするフルビードからなる燃焼室孔側ビードを成型した金属ガスケットである。成型した燃焼室孔側ビードのうちの副板に成型するビードの軌線を、ボルト孔近傍において基板に成型したビード軌線に対し最大ビード幅の４分の１ずらすと共に、ボルト孔間は同一軌線とし、その両者の境界部では徐々に変化させている。これによって、金属ガスケットをエンジンに装着しボルトで締結した時に発生する、ビードの変形応力を部分的に変化させることで、限られたボルト軸力を有効に活用すると共に燃焼室孔周囲で発生するビードの発生面圧の平均化を図っている。
【特許文献１】特許第３３１４３７１号
【特許文献２】特許第３５５３０９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その後、エンジン技術は急速に進化を続け、エンジンの小型軽量化、高性能化、省エネ機構の取り入れで熱負荷の増大やハイメカ技術の導入等により、例えばエンジン剛性は低下する傾向にある。この結果、高温高圧な燃焼ガスと発生するエンジン熱を冷却する冷却水、エンジン回転摺動部を潤滑するオイル等条件の異なる気体や液体を１枚の金属ガスケットでシールする技術には、色々な問題が発生している。
このようなエンジン剛性の低下に対する対応と、インターネットの普及で部品を世界市場から調達する傾向からコスト競争力も強いられる現在にあっては、性能とコスト双方で要求がますます厳しくなっている。
そして、エンジンの進化技術に追随が難しくエンジンの使用条件によっては問題が発生する。
【０００６】
例えば、特許文献１及び特許文献２では、燃焼室孔周囲をシム板で増厚して燃焼ガスを中心にシールしているが、ボルト孔より外側位置に張り出しているオイルリターン孔より外端部の基板外周端部側に着目すると、エンジンの運転初期に起こるシリンダヘッドとシリンダブロックとの対向する接合面と、接合面から離れたエンジン部分との温度上昇の時間差で熱膨張差が発生して、対応する上記両接合面はお互いにそり方向に変形（外周部での隙間が大きくなる方向に変形）する。この変形は、燃焼室孔を挟んだボルト孔間ではボルトの軸力で変形を矯正することは可能であるものの、そのボルト孔間に位置する燃焼室孔周囲に設けたシム板の板厚分だけ、ボルト孔部ではシリンダヘッドを変形させている。勿論、このためにシム板のある燃焼室孔周りの増厚部分では高い面圧を発生している。しかしボルト孔より外側では、上記接合面の変形を矯正するものが無いので、温度差によりオイルリターン孔の外側では対応する接合面間に口開きが起こる。この口開きを繰り返すことで、そのオイルリターン孔を囲むシールの経時的な劣化によって、オイルリターン孔からのオイル漏れの原因となる。
【０００７】
上記口開き現象は運転が継続して稼働してエンジン全体の温度が平準化したら停止するが、運転停止が繰り返されることでガスケットの表面に塗布されたシール材も口開きの繰り返しによって生じる摺動で削られたりシールの耐久性を劣化させたりしてシール力が低下することでオイル漏れが増大するおそれがある。この現象は、寒冷地のように温度差の大きい地域では大きくなる。
そして、この現象によって、特許文献１及び２ともに同一の不具合を発生する場合がある。
本発明は、コストを抑えつつシンプルな構造によって性能改善を図ることが可能な金属ガスケットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、バネを発生可能な弾力金属板からなる基板と、基板の板厚と同じもしくは異なる厚さで且つバネを発生可能な弾力金属板からなり上記基板の一部と厚さ方向で対向配置される副板とを、備え、
上記基板には、燃焼室孔が開口すると共にその燃焼室孔を囲むように当該基板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その燃焼室孔側ビードの外周側に冷却水孔が開口すると共にその冷却水孔の外周を囲むように第２のビードが設けられ、その第２のビードよりも外側にボルト孔が開口しており、
上記副板にも、上記基板の燃焼室孔に対応した燃焼室孔が開口していると共にその燃焼室孔を囲むように当該副板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その副板の外周端位置が、上記基板における燃焼室孔側ビード形成位置よりも外周側かつ上記第２のビード形成位置よりも内周側となるように設定され、
上記第２のビードよりも外側に位置する基板部分に対して増厚部を設け、増厚部を設けた位置の総板厚が、上記積層された基板及び副板からなる総板厚よりも小さくなるように、当該増厚部の高さを調整したことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、金属板の積層部分が燃焼室孔周りだけとなって安価な金属ガスケットとなる。また、当該積層部である燃焼室孔周りの総板厚を一番大きくすることで、ボルト締付け時の面圧を燃焼室孔周りで一番高くして燃焼ガスをシールする。また、基板に対する副板との非積層部である冷却水孔外周の第２のビードよりも外側の基板部分に増厚部を設けることで、ボルト締付け時のシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面の変形を調整出来ることで、上記燃焼室孔周りのシール面圧を調整することが出来る。
【００１０】
即ち、冷却水孔より外側部分は副板の無い分、板厚差分発生している。この板厚差分は、ボルト孔から冷却水孔部位間の距離では、エンジンの剛性にもよるが、大き過ぎるので、この差を調整する目的で、第２のビードよりも外側、例えばボルト孔又はオイルリターン孔外側端部のどちらか更にはボルト孔及びオイルリターン孔外側端部の双方に増厚部を設ける。すなわち、燃焼室孔周囲に最適面圧を発生させるような最適変形量に接合面が変形するように適正な増厚部を設ける。
なお、ボルト孔及びオイルリターン孔外側端部双方に設ける場合には、オイルリターン孔外側端部に設ける増厚部の板厚は、ボルト孔周囲に設けた増厚板厚と同等か同等以上とすることが好ましい。
【００１１】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記増厚部の少なくとも一部は、上記ボルト孔周囲に設けることを特徴とするものである。
ここで、ボルト孔周囲とは、平面視で少なくとも一部がボルト座面と対向する部分である。
ボルトの締付けによる接合面の変形に直接関与するボルト孔周囲に増厚部を設けることで、効率良く、ボルト締付け時の上記接合面の変形を調整できるようになる。
【００１２】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記増厚部の少なくとも一部は、上記基板の外周端部に設けることを特徴とするものである。
本発明によれば、ボルト締付けによって接合面の外周側における反る方向の変形を、基板外周端部に設けた増厚部による予圧によって付与する。
この作用は次のものである。すなわち、上記課題で説明した、エンジンの運転初期に起こる、熱膨張差を原因とした接合面の反るような変形による接合面間の外周側での口開き現象に対し、本発明では、予め反る方向に変形させる予圧を接合面に初期負荷させることで、接合面外周部での熱膨張差による口開き方向の変形をゼロもしくは小さくする結果、基板外周側のシール劣化を抑える。
【００１３】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記第２のビードを含む、当該第２のビード形成位置よりも外側に形成するビードをそれぞれ、次の（ａ）若しくは（ｂ）のいずれかで構成することを特徴とするものである。
（ａ）ビードを、基板の両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材で構成する。
（ｂ）ビードを、基板自体を板厚方向に加工してなる金属ビードと、その金属ビードの両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材との合成ビードで構成する。
ボルト締付け時に、燃焼室孔周りで荷重が高くなり燃焼室孔側ビードで大きなシール圧を発生する。また、副板との非積層部分の基板に形成したビードでは、燃焼室周りよりも荷重が小さくなるが、本発明のビードを採用することで、接合面との接触部が軟質シール材となることで、面でシールできて相対的に荷重が低くても充分なシールが可能となる。
【００１４】
次に、請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構成に対し、基板及び副板の少なくとも一方に対し、上記燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側の平坦部、及び燃焼室孔側ビードよりも冷却水孔側の平坦部の両平坦部のうち、少なくとも燃焼室孔側の平坦部に、当該平坦部を加工してなる燃焼室孔側ビードよりも低いビードを１条以上成型することで、シールラインを増設することを特徴とするものである。
燃焼室孔周りにだけ副板を設ける事で、ボルト締付け時に燃焼室孔を挟んだボルト孔間では接合面は、燃焼室孔周りで接合面間の距離が大きくなるように変形する。このとき、請求項１に記載のように、基板外周側、特にボルト孔周りに増厚部を設けることで、その接合面の変形は緩和されるものの、やはり燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側で接合面間の隙間が大きくなる傾向に有る。
【００１５】
これに対し、本発明では、燃焼室孔側ビードよりも少なくとも燃焼室側の平坦部に１条以上の補助ビードを成型することで、燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側で接合面間の隙間に対応してシールできて、燃焼ガスのシールがより確実となる。
ここで、基板の厚さに対する副板の厚さは、エンジンの硬さなどにもとづき調整すればよい。すなわち、基板の板厚と副板の板厚に板厚差を設けることで、接合面の変形を更に調整可能となって、金属ガスケットを搭載するエンジンの剛性適合範囲を拡大することが可能となったり、燃焼室孔周囲とボルト孔及びオイルリターン孔外側端部の３部位での変形の調整を可能にしたりすることが出来る。さらに補助ビード幅に変化を付け、円周方向に沿ってボルト近傍は広く、ボルト間は狭くして限られた締付け荷重を有効に使用する技術を用いることも出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃焼室孔周りのシールを確保しつつ、エンジンのシリンダブロック及びシリンダヘッドの接合面の変形を適正な変形に調整することが可能となる結果、コストを抑えつつシンプルな構造によって性能改善を図ることが可能で性能を保持しながら安価な金属ガスケットを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の第１実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る金属ガスケット１を一部切り欠いた状態で示す概要平面図である。図２は、図１のＣ−Ｃ断面図である。
（構成）
まず構成について説明すると、図１及び図２に示すように、鋼材などバネ力を発生可能な弾性金属板からなる基板２及び副板３が対向配置されている。厚さは、例えば基板２と副板３と同一もしくは同等厚としておく。もっとも板厚は異なっていっても構わない。
上記基板２には、図１に示すように、エンジンの燃焼室に対応して設けられた複数の燃焼室孔４ａが、所定方向に並んで開口している。また、基板２には、燃焼室孔４ａを無端状に囲むように燃焼室孔側ビード８ａが成型されている。その燃焼室孔側ビード８ａは、基板２自体を板厚方向に変形加工してなるフルビードである。もっともステップ状のハーフビードであっても良い。
【００１８】
その燃焼室孔側ビード８ａよりも外周側の基板部分には、エンジンの冷却水領域（冷却水が通過する空間）と板厚方向で対向する位置に、複数の冷却水孔５が上記燃焼室孔側ビード８ａに沿って複数形成されている。更に、その複数の冷却水孔５の外周側には、その燃焼室孔側ビード８ａに沿って形成された複数の冷却水孔５を囲むようにして第２のビードである外周側ビード９が形成されている。図２では、外周側ビード９を、基板２を板厚方向に変形加工してなるステップ状のハーフビードで設けた場合を例示している。
【００１９】
また、外周側ビード９よりも外側の基板部分には、ボルト孔６及びオイル孔７が形成され、オイル孔７周りなどシールが必要な部分に別途、第３のビード１１が形成されてシールされている。第３のビード１１は、例えば基板２を板厚方向に変形加工してなるステップ状のハーフビードで構成すればよい。
また、上記のような基板２と板厚方向で対向配置される副板３は、基板２の燃焼室孔４ａ側で当該基板２と積層配置される。即ち、副板３にも、基板２の燃焼室孔４ａと同じ位置に同じ形状の燃焼室孔４ｂが開口することで、副板３の内周側（燃焼室孔４ｂ側）は、基板２の内周側（燃焼室孔４ａ側）と同じ位置もしくは同等の位置に配置される。もっとも、基板２の燃焼室孔４ａの径と副板３の燃焼室孔４ｂの径を若干変えてもよい。
【００２０】
また、副板３の外周側端部は、基板２に形成した燃焼室孔側ビード８ａと外周側ビード９との間に位置するように設定されている。例えば、副板３の外周側は、シリンダブロック５０に形成される冷却水領域内と重なる位置に設定する（図１１参照）。
その副板３にも、燃焼室孔４ｂを無端状に囲む燃焼室孔側ビード８ｂが成型されている。その燃焼室孔側ビード８ｂは、副板３を板厚方向に変形加工して形成されるフルビードで形成されている。もっとも、燃焼室孔側ビード８ｂをステップ状のハーフビードに成型しても良い。なお、基板２の冷却水孔５と対向する部分には冷却水孔を形成しておく。
【００２１】
上記副板３は、シリンダブロック５０の冷却水領域と対向する位置において、基板２に止められている。符号１３がその掛止部である。冷却水領域で基板２と副板３とを連結することで、エンジンに締結された後の運転時の振動に対し、基板２のビードと副板３のビードが自由に変形追随できる構造となる。
ここで、基板２に設けるビードのうち、燃焼室孔４ａ周囲以外の副板３と非対向部位のビードは、副板３の板厚分だけビードの高さを考慮しなければならない。
【００２２】
また、図３に燃焼室孔４ａ間位置の部分の断面図を示す。燃焼室孔４ａでは間隔が狭いので、２つの燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂがそれぞれ合流して１条のビードとなっている。もっとも図４に示すように、燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂをそれぞれハーフビードとして合流させなくても構わない。
また、本実施形態では、基板２の外周端部における周方向に沿ったボルト孔６間の部分に対して薄板金属板１２ａが溶接で固定されることで増厚されて増厚部１２となっている。
【００２３】
また、ボルト孔６周囲も、図５に示すように、シム板１０ａを折り返し鳩目方式で増厚して増厚部１０としている。ボルト孔６周囲の増厚部１０は、図１のＢ−Ｂ断面である図６に示すように、鳩目の代わりに金属薄板１０ｂをボルト孔６周縁に固着して増厚してもよい。鳩目ではボルト孔６を大きくして鳩目を掛けることになるが、この鳩目では技術的にシム板１０ａの板厚を余り薄く出来ない。また、ボルト孔６の周囲に制約があって余り広く外側に面積が取れない場合がある。この場合に、図６のような構成が採用され、増厚用の金属１０ｂの面積を稼ぐのにボルト孔６ぎりぎりまで詰めて面積を稼ぐ。すなわち、増厚面積がどの程度必要かを考慮する必要がある。例えば、エンジンの材料がアルミ合金になった為に剛性が低くなって、ボルト孔６直下の荷重が大きく且つ面積が小さいとエンジンを陥没させるおそれがある。更に、本実施形態では、面積に不安がある場合には、増厚をボルト５２周縁の増厚部１０と外周端部の増厚部１２の双方に設けることで増厚部の面積を稼ぐことで面圧を下げられることが出来る安価な製品となる。
【００２４】
また、ボルト孔６形成位置よりも外側に、シールすべき孔、例えばオイル孔７が形成され、そのオイル孔７を囲むビード１１が形成されている場合には、図５のように、基板２外周端部の薄板１２ｂを固定して増厚部１２を形成しておく。
ここで、上記増厚部１０，１２の総板厚は、副板３の積層位置の総板厚よりも小さくなるように、増厚の量を調整する。
また、基板２外周端部での増厚部１２の総板厚と、ボルト孔６周囲の増厚部１０の総板厚とは、基板２外周端部側の増厚部１２の総板厚の方が厚いか、基板２外周端部での増厚部の１２総板厚と、ボルト孔６周囲の増厚部１０の総板厚とを同じ厚さに設定する。
【００２５】
（作用効果）
基板２に積層する副板３が燃焼室孔４ａ周りだけとなって安価な金属ガスケット１となる。
また、基板２と副板３とからなる金属ガスケット１をシリンダブロック５０の接合面Ｓとシリンダヘッド５１との間に介挿し、エンジンをボルト５２で締め付けて締結した際、副板３の配置が燃焼室孔４ａ周りであり、その部分の総板厚が一番大きいので、燃焼室孔４ａ周りで面圧を一番高くして燃焼ガスを高いシール圧でシールする。
また、基板２に対する副板３との非積層部である冷却水孔５外周の外周側ビード９よりも外周側の基板部分に増厚部１０，１２を設けることで、ボルト５２締付け時のシリンダヘッド５１及びシリンダブロック５０との接合面Ｓの変形を調整出来ることで、上記燃焼室孔４ａ周りのシール面圧を調整することが出来る。
【００２６】
即ち、冷却水孔５より外側部分は副板３の無い分、板厚差分発生している。この板厚差分は、ボルト孔６から冷却水孔５部位間の距離では、締付け荷重やエンジンの剛性によっては大き過ぎる結果、例えばアルミ合金からなる接合面Ｓに陥没が発生して燃焼室孔４ａ周りの荷重がその分だけ小さくなる場合もある、これに対して、副板３とは非積層部分である外周側ビード９よりも外側の基板部分に増厚部１０，１２を設けることで、副板３の板厚差分による接合面Ｓの変形が緩和されて、即ち、増厚部１０，１２によって、燃焼室孔４ａ周囲に最適面圧を発生させるような最適変形量に接合面Ｓを変形させることが出来る。特に軟質のアルミ合金製のエンジンに好適である。
【００２７】
この場合でも、増厚部１０，１２の総板厚よりも副板３積層位置の総板厚の方を厚くすることで、燃焼室孔４ａ周りの荷重を大きくしている。
またこのとき、ボルト５２の締付けによる変形に直接関与するボルト孔６周囲に増厚部１０を設けることで、効率良く、ボルト５２締付け時の上記接合面Ｓの変形を調整できるようになる。
【００２８】
また、基板２外周端部に増厚部１２（オイル孔７よりも外側部分）を設けると、ボルト孔６よりも外側位置の接合面Ｓに対し、ボルト５２締付けによって接合面Ｓ間が離れる方向に反る変形を与える予圧を付与出来る。即ち、燃焼室孔４ａ周りの総板厚を一番厚くすると、接合面Ｓは、ボルト５２締付けによって、燃焼室孔４ａ側で接合面Ｓ間の間隔が大きく、ボルト孔６位置で接合面Ｓ間の間隔が小さくなるように傾斜する傾向にある。これに対して、本実施形態では、燃焼室孔４ａからの距離で、ボルト孔６位置よりも外周側の基板２に増厚部１２を設けることで、図７に示すように、接合面Ｓの外周部を若干反らせるような予圧を付与することになる。図７中、破線Ｌはシリンダヘッド５１の変形ラインである。また、図８にボルト孔６周りの増厚部１０を省略した場合を示し、その場合の接合面Ｓの変形の模式図を図９に示す。
【００２９】
これによって、前述の課題で説明した、エンジンの運転初期に起こる、熱膨張差を原因とした接合面Ｓの反るような変形による接合面Ｓ間の外周側での口開き現象に対し、予め反る方向に変形させる力を接合面Ｓに初期負荷を掛けているので、接合面Ｓ外周部での熱膨張差による口開き方向の変形をゼロもしくは小さくなる。この結果、基板２外周側のシール劣化を抑える。
【００３０】
また、各増厚部１０，１２は、副板３と非積層位置の基板２に設けたビードの過圧縮を防止する作用も有する。この作用は、後述のような軟質シール材を使用した場合に特に有効である。
これは、ボルト孔６の外側にシールすべきオイル孔７を設けた場合も同様であり、オイル孔７の外周側に増厚部を設けることでも、上記エンジンの運転初期に起こる、熱膨張差を原因とした接合面Ｓの反るような変形による接合面Ｓ間の外周側での口開き現象を抑えて、オイル孔７周囲をシールするビードの経時的劣化を抑えることが可能となる。
【００３１】
（応用）
ここで、上記実施形態では、ボルト孔６周囲と基板２外周端の両方に増厚部１０，１２を設けているが、どちらか一方にだけ増厚部を設けても良い。また、ボルト荷重を余り受けない他の位置に増厚部を設けても良い。上述の図８は、ボルト孔周りの増厚部１０を省略した例である。また、図１０は、ボルト孔６よりも外側の位置する増厚部１２を省略したものである。この場合の接合面Ｓの変形の模式図を図１１に示す。この場合でも周方向に沿ったボルト孔６間に位置する増厚部１２（板１２ａで増厚した部分）は設ける方が好ましい。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
（構成）
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、外周側ビード９及び第３のビード１１を、図１２のように、弾力耐熱性がある軟質シール材１６ａ、１６ｂを固着して形成したものである。
その他の構成は、上記実施形態と同様である。
【００３３】
（作用効果）
この軟質シール材１６ａ、１６ｂは、ゴム、樹脂系のシール材等があり、その高さ、幅、硬度を自由に設計でき、変形追随量も大きく当ガスケット構成のように燃焼室孔４ａ周囲と外部シール部との板厚さの大きいシールには最適である。なお、シール材の過圧縮を防止する為の増厚部は必要である。
そして、ボルト５２締付け時に、燃焼室孔４ａ周りで荷重が高くなり燃焼室孔側ビード８ａで大きなシール圧を発生する。また、副板３との非積層部分の基板２に形成したビード９，１１では、燃焼室孔４ａ周りよりも荷重が小さくなるが、本発明のビードを採用することで、接合面Ｓとの接触部が軟質シール材１６ａ、１６ｂとなることで、面でシールできて相対的に荷重が低くても充分なシールが可能となる。
【００３４】
即ち、耐熱弾力性のある軟質シール材１６ａ、１６ｂからなるビードは、ガスケット係数が小さく大きな発生荷重を与えることが可能である。また、なじみ性も良く、接合面Ｓの加工粗さを吸収出来、アルミ製のエンジンの欠点である鋳造時に発生する鋳巣に対してもビードシール幅を広く抑えることが出来る。更に、変形追従量も大きくエンジンの動きでシール材が削り取られにくいという作用もある。
【００３５】
（応用）
上記弾力耐熱性がある軟質シール材１６ａ、１６ｂだけからビードを形成する代わりに、図１３のようなビード構成としても良い。即ち、基板２を板厚方向に変形加工して金属ビード９ａを形成し、その金属ビード９ａの両面に弾力耐熱性がある軟質シール材１６ａ、１６ｂを成型して、金属ビード９ａとゴムビードとの合成バネによるビード９としても良い。よりシール圧を稼ぐことが可能となる。即ち、金属ビード９ａのバネとシール材１６ａ、１６ｂの弾力性が合成されてシール面圧を発生する。高い内圧に対してもシール材のみのビードと異なり変形も少なく高い内圧シールに適している。また、金属ビードでシール材の変形を制限しているため、高い圧力にもシール材が必要以上に変形することを抑えて長期に亘ってシールを担保可能となる。
なお、面圧の調整はシール材の過圧縮を制限する増厚部は、ボルト孔６周囲か基板２の外周端部に、又はその双方に設け、シール材の幅及び高さ、硬度と共に調整すればよい。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
（構成）
本実施形態の基本構成は、上記第１及び２実施形態と同様であるが、図１４，図１５に示すように、副板３に対して、燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂより低い補助ビード１４，１５を形成した点が異なる。
【００３７】
すなわち、副板３に対し、上記燃焼室孔側ビード８ａよりも燃焼室孔４ａ側の平坦部、及び燃焼室孔側ビード８ａよりも冷却水孔５側の平坦部の両平坦部のうち、少なくとも燃焼室孔４ａ側の平坦部に、当該平坦部を加工してなるビードを１条以上成型することで、シールラインを増設したものである。
図１４は、補助ビードを、燃焼室孔４ａ側の平坦部にステップ状のハーフビード１４で構成した場合の例を示し、冷却水孔５側の平坦部にフルビート１５から構成する例を示している。図１５では、燃焼室孔４ａ側の平坦部にフルビートから構成する補助ビード１４を形成した例を示している。
その他の構成は上記実施形態と同様である。
【００３８】
（作用効果）
燃焼室孔４ａ側平坦部に小さいビードを成型して、燃焼室孔４ａ近くに局部的に面圧の高い部分を形成することで、燃焼室孔４ａ側から来る高温高圧ガスを２重にシールする事が出来る。
より具体的に説明すると、ボルト５２で締結されたガスケットは、燃焼室孔４ａ中心を挟んだボルト孔６間では、冷却水孔５の下側部分でシリンダブロック５０に接触している副板３の最も外側部分と燃焼室孔４ａ周囲のビードシールライン部分が高い面圧を発生してエンジンを湾曲に変形させている。湾曲変形したシリンダヘッド５１の接合面Ｓは、燃焼室孔４ａ中心部の変形が１番大きく、ガスケット部分では燃焼室孔４ａ周囲に成型したビードより燃焼室孔４ａ側の平坦部には僅かな隙間が発生している。また、ビード荷重によっても接合面Ｓの変形を助長している。この僅かな隙間は、エンジンの爆発振動で燃焼ガスや冷却水を吸排する作用が発生するので、長期的にみると弊害となることがある。
【００３９】
これに対し、本願発明では、この僅かな隙間を、本実施形態では、この平坦部に形成したバネ応力の弱い補助ビード１４，１５で補い、燃焼ガスが主要ビードまで浸入することを防止する。
補助ビード１４，１５は、燃焼室孔４ａ周囲に成型した燃焼室孔側ビード８ａより燃焼室孔４ａ側の平坦部又は燃焼室孔側ビード８ａより外側の水孔までの平坦部か、更にはビード内外の双方に設けるかは、エンジンの剛性により判断する。勿論補助ビード１４，１５の形状や大きさもエンジンの剛性により判断して決定するが、補助ビードの幅に変化を設け、限られた締付け荷重を効率的に配分するために、周方向に沿ってボルト近傍は広く、ボルト間は狭くする方法も採用する。
【００４０】
（応用）
上記実施形態では、副板３に補助ビード１４，１５を形成する場合を例示しているが、副板３に替え、もしくは副板３と共に、基板２側に補助ビード１４，１５を形成しても良い。燃焼室孔４ａ間の部分の図である図１０に、補助ビード１６を基板２に形成する場合を例示する。
また、全実施形態は、上記実施形態に構成に限定されるものでは無い。例えば、基板２及び副板３の各両面にシール材を全面、又は部分的に塗布及び貼り付けても良い。
また、エンジンの剛性に応じて基板２と副板３とに板厚差を設けても良い。
ここで、ガスケットの板厚が規定されたとき、副板３の板厚又は基板２の板厚を調整して要求板厚に合わせる。このとき、本発明は、板厚が制限されても、第１実施形態のように、ボルト孔周りや外周端部に設ける増厚部を調整して、燃焼ガス、水、オイルの漏れを防止できる最適バランスを構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に基づく第１実施形態に係る金属ガスケットを示す一部破断した平面図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図の別例である。
【図５】図１のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図１のＤ−Ｄ断面図の別例である。
【図７】接合面Ｓの変形を示す模式図である。
【図８】図１のＤ−Ｄ断面図の別例である。
【図９】接合面Ｓの変形を示す模式図である。
【図１０】図１のＤ−Ｄ断面図の別例である。
【図１１】接合面Ｓの変形を示す模式図である。
【図１２】本発明に基づく第２実施形態に係る金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１３】本発明に基づく第２実施形態に係る別の金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１４】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１５】本発明に基づく第３実施形態に係る別の金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１６】本発明に基づく第３実施形態に係る別の金属ガスケットを説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 金属ガスケット
２ 基板
３ 副板
４ａ 燃焼室孔
４ｂ 燃焼室孔
５ 冷却水孔
７ オイル孔
８ａ 燃焼室孔側ビード
８ｂ 燃焼室孔側ビード
９ 外周側ビード
９ａ 金属ビード
１０ 増厚部
１０ａ シム板
１０ｂ 金属
１１ 第３のビード
１２ 増厚部
１２ａ 薄板金属板
１２ｂ 薄板
１４，１５ 補助ビード
１６ａ、１６ｂ シール材
５０ シリンダブロック
５１ シリンダヘッド
５２ ボルト
Ｓ 接合面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを構成するシリンダブロックとシリンダヘッドとの対向する接合面間に介装されて使用される金属ガスケットであって、上記シリンダブロックとシリンダヘッドとが金属ガスケットを介装した状態でボルト締結されるエンジンで使用される当該金属ガスケットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の金属ガスケットとしては、例えば特許文献１及び特許文献２に記載される金属ガスケットがある。
特許文献１に記載の金属ガスケットは、弾性金属板からなる２枚の基板を積層し、その各基板に対し、燃焼室孔を開口し、その燃焼室孔の周囲に対し燃焼室ガスをシールするフルビードからなる燃焼室孔側ビードを成型し、その燃焼室側ビードの外周位置に形成した冷却水孔、オイル孔、ボルト孔等のうちシールを必要とする孔の周囲にビードを成型してシールしている。更に、積層した２枚の基板の間に対し、燃焼室孔周囲にだけシム板を挟持させ、そのシム板と基板の結合は、２枚の基板の内どちらか１方の基板で燃焼室ガスをシールするために成型したビードの燃焼室孔側の平坦部に溶接で固着している。
【０００３】
すなわち、燃焼室孔周囲の総板厚を、シム板を配設することにより増厚することで、エンジンに装着しボルトで締結した際に、ボルト孔間の燃焼室孔周囲のみ配置したシム板厚分によってシリンダヘッド（の接合面）を変形させることで、燃焼室孔周囲の面圧が増大して高い燃焼ガス圧をシールすると共に、ビードに対し運転による爆発で繰り返して起こる振動振幅を僅少に抑えて金属ビードの疲労破壊を防止する。
【０００４】
また、特許文献２に記載した金属ガスケットは、弾性金属板からなる１枚の基板に対し、燃焼室孔周囲のみに副板を併設し、基板と副板の両方に燃焼室孔周囲に燃焼ガスをシールするフルビードからなる燃焼室孔側ビードを成型した金属ガスケットである。成型した燃焼室孔側ビードのうちの副板に成型するビードの軌線を、ボルト孔近傍において基板に成型したビード軌線に対し最大ビード幅の４分の１ずらすと共に、ボルト孔間は同一軌線とし、その両者の境界部では徐々に変化させている。これによって、金属ガスケットをエンジンに装着しボルトで締結した時に発生する、ビードの変形応力を部分的に変化させることで、限られたボルト軸力を有効に活用すると共に燃焼室孔周囲で発生するビードの発生面圧の平均化を図っている。
【特許文献１】特許第３３１４３７１号
【特許文献２】特許第３５５３０９９号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
その後、エンジン技術は急速に進化を続け、エンジンの小型軽量化、高性能化、省エネ機構の取り入れで熱負荷の増大やハイメカ技術の導入等により、例えばエンジン剛性は低下する傾向にある。この結果、高温高圧な燃焼ガスと発生するエンジン熱を冷却する冷却水、エンジン回転摺動部を潤滑するオイル等条件の異なる気体や液体を１枚の金属ガスケットでシールする技術には、色々な問題が発生している。
このようなエンジン剛性の低下に対する対応と、インターネットの普及で部品を世界市場から調達する傾向からコスト競争力も強いられる現在にあっては、性能とコスト双方で要求がますます厳しくなっている。
そして、エンジンの進化技術に追随が難しくエンジンの使用条件によっては問題が発生する。
【０００６】
例えば、特許文献１及び特許文献２では、燃焼室孔周囲をシム板で増厚して燃焼ガスを中心にシールしているが、ボルト孔より外側位置に張り出しているオイルリターン孔より外端部の基板外周端部側に着目すると、エンジンの運転初期に起こるシリンダヘッドとシリンダブロックとの対向する接合面と、接合面から離れたエンジン部分との温度上昇の時間差で熱膨張差が発生して、対応する上記両接合面はお互いにそり方向に変形（外周部での隙間が大きくなる方向に変形）する。この変形は、燃焼室孔を挟んだボルト孔間ではボルトの軸力で変形を矯正することは可能であるものの、そのボルト孔間に位置する燃焼室孔周囲に設けたシム板の板厚分だけ、ボルト孔部ではシリンダヘッドを変形させている。勿論、このためにシム板のある燃焼室孔周りの増厚部分では高い面圧を発生している。しかしボルト孔より外側では、上記接合面の変形を矯正するものが無いので、温度差によりオイルリターン孔の外側では対応する接合面間に口開きが起こる。この口開きを繰り返すことで、そのオイルリターン孔を囲むシールの経時的な劣化によって、オイルリターン孔からのオイル漏れの原因となる。
【０００７】
上記口開き現象は運転が継続して稼働してエンジン全体の温度が平準化したら停止するが、運転停止が繰り返されることでガスケットの表面に塗布されたシール材も口開きの繰り返しによって生じる摺動で削られたりシールの耐久性を劣化させたりしてシール力が低下することでオイル漏れが増大するおそれがある。この現象は、寒冷地のように温度差の大きい地域では大きくなる。
そして、この現象によって、特許文献１及び２ともに同一の不具合を発生する場合がある。
本発明は、コストを抑えつつシンプルな構造によって性能改善を図ることが可能な金属ガスケットを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、バネを発生可能な弾力金属板からなる基板と、基板の板厚と同じもしくは異なる厚さで且つバネを発生可能な弾力金属板からなり上記基板の一部と厚さ方向で対向配置される副板とを、備え、
上記基板には、燃焼室孔が開口すると共にその燃焼室孔を囲むように当該基板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その燃焼室孔側ビードの外周側に冷却水孔が開口すると共にその冷却水孔の外周を囲むように第２のビードが設けられ、その第２のビードよりも外側にボルト孔が開口しており、
上記副板にも、上記基板の燃焼室孔に対応した燃焼室孔が開口していると共にその燃焼室孔を囲むように当該副板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その副板の外周端位置が、上記基板における燃焼室孔側ビード形成位置よりも外周側かつ上記第２のビード形成位置よりも内周側となるように設定され、
上記第２のビードよりも外側に位置する基板部分に対して増厚部を設け、増厚部を設けた位置の総板厚が、上記積層された基板及び副板からなる総板厚よりも小さくなるように、当該増厚部の高さを調整したことを特徴とする。
【０００９】
本発明では、金属板の積層部分が燃焼室孔周りだけとなって安価な金属ガスケットとなる。また、当該積層部である燃焼室孔周りの総板厚を一番大きくすることで、ボルト締付け時の面圧を燃焼室孔周りで一番高くして燃焼ガスをシールする。また、基板に対する副板との非積層部である冷却水孔外周の第２のビードよりも外側の基板部分に増厚部を設けることで、ボルト締付け時のシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面の変形を調整出来ることで、上記燃焼室孔周りのシール面圧を調整することが出来る。
【００１０】
即ち、冷却水孔より外側部分は副板の無い分、板厚差分発生している。この板厚差分は、ボルト孔から冷却水孔部位間の距離では、エンジンの剛性にもよるが、大き過ぎるので、この差を調整する目的で、第２のビードよりも外側、例えばボルト孔又はオイルリターン孔外側端部のどちらか更にはボルト孔及びオイルリターン孔外側端部の双方に増厚部を設ける。すなわち、燃焼室孔周囲に最適面圧を発生させるような最適変形量に接合面が変形するように適正な増厚部を設ける。
なお、ボルト孔及びオイルリターン孔外側端部双方に設ける場合には、オイルリターン孔外側端部に設ける増厚部の板厚は、ボルト孔周囲に設けた増厚板厚と同等か同等以上とすることが好ましい。
【００１１】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記増厚部の少なくとも一部は、上記ボルト孔周囲に設けることを特徴とするものである。
ここで、ボルト孔周囲とは、平面視で少なくとも一部がボルト座面と対向する部分である。
ボルトの締付けによる接合面の変形に直接関与するボルト孔周囲に増厚部を設けることで、効率良く、ボルト締付け時の上記接合面の変形を調整できるようになる。
【００１２】
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載した構成に対し、上記増厚部の少なくとも一部は、上記基板の外周端部に設けることを特徴とするものである。
本発明によれば、ボルト締付けによって接合面の外周側における反る方向の変形を、基板外周端部に設けた増厚部による予圧によって付与する。
この作用は次のものである。すなわち、上記課題で説明した、エンジンの運転初期に起こる、熱膨張差を原因とした接合面の反るような変形による接合面間の外周側での口開き現象に対し、本発明では、予め反る方向に変形させる予圧を接合面に初期負荷させることで、接合面外周部での熱膨張差による口開き方向の変形をゼロもしくは小さくする結果、基板外周側のシール劣化を抑える。
【００１３】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した構成に対し、上記第２のビードを含む、当該第２のビード形成位置よりも外側に形成するビードをそれぞれ、次の（ａ）若しくは（ｂ）のいずれかで構成することを特徴とするものである。
（ａ）ビードを、基板の両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材で構成する。
（ｂ）ビードを、基板自体を板厚方向に加工してなる金属ビードと、その金属ビードの両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材との合成ビードで構成する。
ボルト締付け時に、燃焼室孔周りで荷重が高くなり燃焼室孔側ビードで大きなシール圧を発生する。また、副板との非積層部分の基板に形成したビードでは、燃焼室周りよりも荷重が小さくなるが、本発明のビードを採用することで、接合面との接触部が軟質シール材となることで、面でシールできて相対的に荷重が低くても充分なシールが可能となる。
【００１４】
次に、請求項５に記載の発明では、請求項１〜４のいずれか１項に記載の構成に対し、基板及び副板の少なくとも一方に対し、上記燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側の平坦部、及び燃焼室孔側ビードよりも冷却水孔側の平坦部の両平坦部のうち、少なくとも燃焼室孔側の平坦部に、当該平坦部を加工してなる燃焼室孔側ビードよりも低いビードを１条以上成型することで、シールラインを増設することを特徴とするものである。
燃焼室孔周りにだけ副板を設ける事で、ボルト締付け時に燃焼室孔を挟んだボルト孔間では接合面は、燃焼室孔周りで接合面間の距離が大きくなるように変形する。このとき、請求項１に記載のように、基板外周側、特にボルト孔周りに増厚部を設けることで、その接合面の変形は緩和されるものの、やはり燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側で接合面間の隙間が大きくなる傾向に有る。
【００１５】
これに対し、本発明では、燃焼室孔側ビードよりも少なくとも燃焼室側の平坦部に１条以上の補助ビードを成型することで、燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側で接合面間の隙間に対応してシールできて、燃焼ガスのシールがより確実となる。
ここで、基板の厚さに対する副板の厚さは、エンジンの硬さなどにもとづき調整すればよい。すなわち、基板の板厚と副板の板厚に板厚差を設けることで、接合面の変形を更に調整可能となって、金属ガスケットを搭載するエンジンの剛性適合範囲を拡大することが可能となったり、燃焼室孔周囲とボルト孔及びオイルリターン孔外側端部の３部位での変形の調整を可能にしたりすることが出来る。さらに補助ビード幅に変化を付け、円周方向に沿ってボルト近傍は広く、ボルト間は狭くして限られた締付け荷重を有効に使用する技術を用いることも出来る。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃焼室孔周りのシールを確保しつつ、エンジンのシリンダブロック及びシリンダヘッドの接合面の変形を適正な変形に調整することが可能となる結果、コストを抑えつつシンプルな構造によって性能改善を図ることが可能で性能を保持しながら安価な金属ガスケットを提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の第１実施形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本実施形態に係る金属ガスケット１を一部切り欠いた状態で示す概要平面図である。図２は、図１のＣ−Ｃ断面図である。
（構成）
まず構成について説明すると、図１及び図２に示すように、鋼材などバネ力を発生可能な弾性金属板からなる基板２及び副板３が対向配置されている。厚さは、例えば基板２と副板３と同一もしくは同等厚としておく。もっとも板厚は異なっていっても構わない。
上記基板２には、図１に示すように、エンジンの燃焼室に対応して設けられた複数の燃焼室孔４ａが、所定方向に並んで開口している。また、基板２には、燃焼室孔４ａを無端状に囲むように燃焼室孔側ビード８ａが成型されている。その燃焼室孔側ビード８ａは、基板２自体を板厚方向に変形加工してなるフルビードである。もっともステップ状のハーフビードであっても良い。
【００１８】
その燃焼室孔側ビード８ａよりも外周側の基板部分には、エンジンの冷却水領域（冷却水が通過する空間）と板厚方向で対向する位置に、複数の冷却水孔５が上記燃焼室孔側ビード８ａに沿って複数形成されている。更に、その複数の冷却水孔５の外周側には、その燃焼室孔側ビード８ａに沿って形成された複数の冷却水孔５を囲むようにして第２のビードである外周側ビード９が形成されている。図２では、外周側ビード９を、基板２を板厚方向に変形加工してなるステップ状のハーフビードで設けた場合を例示している。
【００１９】
また、外周側ビード９よりも外側の基板部分には、ボルト孔６及びオイル孔７が形成され、オイル孔７周りなどシールが必要な部分に別途、第３のビード１１が形成されてシールされている。第３のビード１１は、例えば基板２を板厚方向に変形加工してなるステップ状のハーフビードで構成すればよい。
また、上記のような基板２と板厚方向で対向配置される副板３は、基板２の燃焼室孔４ａ側で当該基板２と積層配置される。即ち、副板３にも、基板２の燃焼室孔４ａと同じ位置に同じ形状の燃焼室孔４ｂが開口することで、副板３の内周側（燃焼室孔４ｂ側）は、基板２の内周側（燃焼室孔４ａ側）と同じ位置もしくは同等の位置に配置される。もっとも、基板２の燃焼室孔４ａの径と副板３の燃焼室孔４ｂの径を若干変えてもよい。
【００２０】
また、副板３の外周側端部は、基板２に形成した燃焼室孔側ビード８ａと外周側ビード９との間に位置するように設定されている。例えば、副板３の外周側は、シリンダブロック５０に形成される冷却水領域内と重なる位置に設定する（図１１参照）。
その副板３にも、燃焼室孔４ｂを無端状に囲む燃焼室孔側ビード８ｂが成型されている。その燃焼室孔側ビード８ｂは、副板３を板厚方向に変形加工して形成されるフルビードで形成されている。もっとも、燃焼室孔側ビード８ｂをステップ状のハーフビードに成型しても良い。なお、基板２の冷却水孔５と対向する部分には冷却水孔を形成しておく。
【００２１】
上記副板３は、シリンダブロック５０の冷却水領域と対向する位置において、基板２に止められている。符号１３がその掛止部である。冷却水領域で基板２と副板３とを連結することで、エンジンに締結された後の運転時の振動に対し、基板２のビードと副板３のビードが自由に変形追随できる構造となる。
ここで、基板２に設けるビードのうち、燃焼室孔４ａ周囲以外の副板３と非対向部位のビードは、副板３の板厚分だけビードの高さを考慮しなければならない。
【００２２】
また、図３に燃焼室孔４ａ間位置の部分の断面図を示す。燃焼室孔４ａでは間隔が狭いので、２つの燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂがそれぞれ合流して１条のビードとなっている。もっとも図４に示すように、燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂをそれぞれハーフビードとして合流させなくても構わない。
また、本実施形態では、基板２の外周端部における周方向に沿ったボルト孔６間の部分に対して薄板金属板１２ａが溶接で固定されることで増厚されて増厚部１２となっている。
【００２３】
また、ボルト孔６周囲も、図５に示すように、シム板１０ａを折り返し鳩目方式で増厚して増厚部１０としている。ボルト孔６周囲の増厚部１０は、図１のＢ−Ｂ断面である図６に示すように、鳩目の代わりに金属薄板１０ｂをボルト孔６周縁に固着して増厚してもよい。鳩目ではボルト孔６を大きくして鳩目を掛けることになるが、この鳩目では技術的にシム板１０ａの板厚を余り薄く出来ない。また、ボルト孔６の周囲に制約があって余り広く外側に面積が取れない場合がある。この場合に、図６のような構成が採用され、増厚用の金属１０ｂの面積を稼ぐのにボルト孔６ぎりぎりまで詰めて面積を稼ぐ。すなわち、増厚面積がどの程度必要かを考慮する必要がある。例えば、エンジンの材料がアルミ合金になった為に剛性が低くなって、ボルト孔６直下の荷重が大きく且つ面積が小さいとエンジンを陥没させるおそれがある。更に、本実施形態では、面積に不安がある場合には、増厚をボルト５２周縁の増厚部１０と外周端部の増厚部１２の双方に設けることで増厚部の面積を稼ぐことで面圧を下げられることが出来る安価な製品となる。
【００２４】
また、ボルト孔６形成位置よりも外側に、シールすべき孔、例えばオイル孔７が形成され、そのオイル孔７を囲むビード１１が形成されている場合には、図５のように、基板２外周端部の薄板１２ｂを固定して増厚部１２を形成しておく。
ここで、上記増厚部１０，１２の総板厚は、副板３の積層位置の総板厚よりも小さくなるように、増厚の量を調整する。
また、基板２外周端部での増厚部１２の総板厚と、ボルト孔６周囲の増厚部１０の総板厚とは、基板２外周端部側の増厚部１２の総板厚の方が厚いか、基板２外周端部での増厚部の１２総板厚と、ボルト孔６周囲の増厚部１０の総板厚とを同じ厚さに設定する。
【００２５】
（作用効果）
基板２に積層する副板３が燃焼室孔４ａ周りだけとなって安価な金属ガスケット１となる。
また、基板２と副板３とからなる金属ガスケット１をシリンダブロック５０の接合面Ｓとシリンダヘッド５１との間に介挿し、エンジンをボルト５２で締め付けて締結した際、副板３の配置が燃焼室孔４ａ周りであり、その部分の総板厚が一番大きいので、燃焼室孔４ａ周りで面圧を一番高くして燃焼ガスを高いシール圧でシールする。
また、基板２に対する副板３との非積層部である冷却水孔５外周の外周側ビード９よりも外周側の基板部分に増厚部１０，１２を設けることで、ボルト５２締付け時のシリンダヘッド５１及びシリンダブロック５０との接合面Ｓの変形を調整出来ることで、上記燃焼室孔４ａ周りのシール面圧を調整することが出来る。
【００２６】
即ち、冷却水孔５より外側部分は副板３の無い分、板厚差分発生している。この板厚差分は、ボルト孔６から冷却水孔５部位間の距離では、締付け荷重やエンジンの剛性によっては大き過ぎる結果、例えばアルミ合金からなる接合面Ｓに陥没が発生して燃焼室孔４ａ周りの荷重がその分だけ小さくなる場合もある、これに対して、副板３とは非積層部分である外周側ビード９よりも外側の基板部分に増厚部１０，１２を設けることで、副板３の板厚差分による接合面Ｓの変形が緩和されて、即ち、増厚部１０，１２によって、燃焼室孔４ａ周囲に最適面圧を発生させるような最適変形量に接合面Ｓを変形させることが出来る。特に軟質のアルミ合金製のエンジンに好適である。
【００２７】
この場合でも、増厚部１０，１２の総板厚よりも副板３積層位置の総板厚の方を厚くすることで、燃焼室孔４ａ周りの荷重を大きくしている。
またこのとき、ボルト５２の締付けによる変形に直接関与するボルト孔６周囲に増厚部１０を設けることで、効率良く、ボルト５２締付け時の上記接合面Ｓの変形を調整できるようになる。
【００２８】
また、基板２外周端部に増厚部１２（オイル孔７よりも外側部分）を設けると、ボルト孔６よりも外側位置の接合面Ｓに対し、ボルト５２締付けによって接合面Ｓ間が離れる方向に反る変形を与える予圧を付与出来る。即ち、燃焼室孔４ａ周りの総板厚を一番厚くすると、接合面Ｓは、ボルト５２締付けによって、燃焼室孔４ａ側で接合面Ｓ間の間隔が大きく、ボルト孔６位置で接合面Ｓ間の間隔が小さくなるように傾斜する傾向にある。これに対して、本実施形態では、燃焼室孔４ａからの距離で、ボルト孔６位置よりも外周側の基板２に増厚部１２を設けることで、図７に示すように、接合面Ｓの外周部を若干反らせるような予圧を付与することになる。図７中、破線Ｌはシリンダヘッド５１の変形ラインである。また、図８にボルト孔６周りの増厚部１０を省略した場合を示し、その場合の接合面Ｓの変形の模式図を図９に示す。
【００２９】
これによって、前述の課題で説明した、エンジンの運転初期に起こる、熱膨張差を原因とした接合面Ｓの反るような変形による接合面Ｓ間の外周側での口開き現象に対し、予め反る方向に変形させる力を接合面Ｓに初期負荷を掛けているので、接合面Ｓ外周部での熱膨張差による口開き方向の変形をゼロもしくは小さくなる。この結果、基板２外周側のシール劣化を抑える。
【００３０】
また、各増厚部１０，１２は、副板３と非積層位置の基板２に設けたビードの過圧縮を防止する作用も有する。この作用は、後述のような軟質シール材を使用した場合に特に有効である。
これは、ボルト孔６の外側にシールすべきオイル孔７を設けた場合も同様であり、オイル孔７の外周側に増厚部を設けることでも、上記エンジンの運転初期に起こる、熱膨張差を原因とした接合面Ｓの反るような変形による接合面Ｓ間の外周側での口開き現象を抑えて、オイル孔７周囲をシールするビードの経時的劣化を抑えることが可能となる。
【００３１】
（応用）
ここで、上記実施形態では、ボルト孔６周囲と基板２外周端の両方に増厚部１０，１２を設けているが、どちらか一方にだけ増厚部を設けても良い。また、ボルト荷重を余り受けない他の位置に増厚部を設けても良い。上述の図８は、ボルト孔周りの増厚部１０を省略した例である。また、図１０は、ボルト孔６よりも外側の位置する増厚部１２を省略したものである。この場合の接合面Ｓの変形の模式図を図１１に示す。この場合でも周方向に沿ったボルト孔６間に位置する増厚部１２（板１２ａで増厚した部分）は設ける方が好ましい。
【００３２】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
（構成）
本実施形態の基本構成は、上記第１実施形態と同様であるが、外周側ビード９及び第３のビード１１を、図１２のように、弾力耐熱性がある軟質シール材１６ａ、１６ｂを固着して形成したものである。
その他の構成は、上記実施形態と同様である。
【００３３】
（作用効果）
この軟質シール材１６ａ、１６ｂは、ゴム、樹脂系のシール材等があり、その高さ、幅、硬度を自由に設計でき、変形追随量も大きく当ガスケット構成のように燃焼室孔４ａ周囲と外部シール部との板厚さの大きいシールには最適である。なお、シール材の過圧縮を防止する為の増厚部は必要である。
そして、ボルト５２締付け時に、燃焼室孔４ａ周りで荷重が高くなり燃焼室孔側ビード８ａで大きなシール圧を発生する。また、副板３との非積層部分の基板２に形成したビード９，１１では、燃焼室孔４ａ周りよりも荷重が小さくなるが、本発明のビードを採用することで、接合面Ｓとの接触部が軟質シール材１６ａ、１６ｂとなることで、面でシールできて相対的に荷重が低くても充分なシールが可能となる。
【００３４】
即ち、耐熱弾力性のある軟質シール材１６ａ、１６ｂからなるビードは、ガスケット係数が小さく大きな発生荷重を与えることが可能である。また、なじみ性も良く、接合面Ｓの加工粗さを吸収出来、アルミ製のエンジンの欠点である鋳造時に発生する鋳巣に対してもビードシール幅を広く抑えることが出来る。更に、変形追従量も大きくエンジンの動きでシール材が削り取られにくいという作用もある。
【００３５】
（応用）
上記弾力耐熱性がある軟質シール材１６ａ、１６ｂだけからビードを形成する代わりに、図１３のようなビード構成としても良い。即ち、基板２を板厚方向に変形加工して金属ビード９ａを形成し、その金属ビード９ａの両面に弾力耐熱性がある軟質シール材１６ａ、１６ｂを成型して、金属ビード９ａとゴムビードとの合成バネによるビード９としても良い。よりシール圧を稼ぐことが可能となる。即ち、金属ビード９ａのバネとシール材１６ａ、１６ｂの弾力性が合成されてシール面圧を発生する。高い内圧に対してもシール材のみのビードと異なり変形も少なく高い内圧シールに適している。また、金属ビードでシール材の変形を制限しているため、高い圧力にもシール材が必要以上に変形することを抑えて長期に亘ってシールを担保可能となる。
なお、面圧の調整はシール材の過圧縮を制限する増厚部は、ボルト孔６周囲か基板２の外周端部に、又はその双方に設け、シール材の幅及び高さ、硬度と共に調整すればよい。
【００３６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照して説明する。なお、上記各実施形態と同様な部品などについては同一の符号を付して説明する。
（構成）
本実施形態の基本構成は、上記第１及び２実施形態と同様であるが、図１４，図１５に示すように、副板３に対して、燃焼室孔側ビード８ａ、８ｂより低い補助ビード１４，１５を形成した点が異なる。
【００３７】
すなわち、副板３に対し、上記燃焼室孔側ビード８ａよりも燃焼室孔４ａ側の平坦部、及び燃焼室孔側ビード８ａよりも冷却水孔５側の平坦部の両平坦部のうち、少なくとも燃焼室孔４ａ側の平坦部に、当該平坦部を加工してなるビードを１条以上成型することで、シールラインを増設したものである。
図１４は、補助ビードを、燃焼室孔４ａ側の平坦部にステップ状のハーフビード１４で構成した場合の例を示し、冷却水孔５側の平坦部にフルビート１５から構成する例を示している。図１５では、燃焼室孔４ａ側の平坦部にフルビートから構成する補助ビード１４を形成した例を示している。
その他の構成は上記実施形態と同様である。
【００３８】
（作用効果）
燃焼室孔４ａ側平坦部に小さいビードを成型して、燃焼室孔４ａ近くに局部的に面圧の高い部分を形成することで、燃焼室孔４ａ側から来る高温高圧ガスを２重にシールする事が出来る。
より具体的に説明すると、ボルト５２で締結されたガスケットは、燃焼室孔４ａ中心を挟んだボルト孔６間では、冷却水孔５の下側部分でシリンダブロック５０に接触している副板３の最も外側部分と燃焼室孔４ａ周囲のビードシールライン部分が高い面圧を発生してエンジンを湾曲に変形させている。湾曲変形したシリンダヘッド５１の接合面Ｓは、燃焼室孔４ａ中心部の変形が１番大きく、ガスケット部分では燃焼室孔４ａ周囲に成型したビードより燃焼室孔４ａ側の平坦部には僅かな隙間が発生している。また、ビード荷重によっても接合面Ｓの変形を助長している。この僅かな隙間は、エンジンの爆発振動で燃焼ガスや冷却水を吸排する作用が発生するので、長期的にみると弊害となることがある。
【００３９】
これに対し、本願発明では、この僅かな隙間を、本実施形態では、この平坦部に形成したバネ応力の弱い補助ビード１４，１５で補い、燃焼ガスが主要ビードまで浸入することを防止する。
補助ビード１４，１５は、燃焼室孔４ａ周囲に成型した燃焼室孔側ビード８ａより燃焼室孔４ａ側の平坦部又は燃焼室孔側ビード８ａより外側の水孔までの平坦部か、更にはビード内外の双方に設けるかは、エンジンの剛性により判断する。勿論補助ビード１４，１５の形状や大きさもエンジンの剛性により判断して決定するが、補助ビードの幅に変化を設け、限られた締付け荷重を効率的に配分するために、周方向に沿ってボルト近傍は広く、ボルト間は狭くする方法も採用する。
【００４０】
（応用）
上記実施形態では、副板３に補助ビード１４，１５を形成する場合を例示しているが、副板３に替え、もしくは副板３と共に、基板２側に補助ビード１４，１５を形成しても良い。燃焼室孔４ａ間の部分の図である図１０に、補助ビード１６を基板２に形成する場合を例示する。
また、全実施形態は、上記実施形態に構成に限定されるものでは無い。例えば、基板２及び副板３の各両面にシール材を全面、又は部分的に塗布及び貼り付けても良い。
また、エンジンの剛性に応じて基板２と副板３とに板厚差を設けても良い。
ここで、ガスケットの板厚が規定されたとき、副板３の板厚又は基板２の板厚を調整して要求板厚に合わせる。このとき、本発明は、板厚が制限されても、第１実施形態のように、ボルト孔周りや外周端部に設ける増厚部を調整して、燃焼ガス、水、オイルの漏れを防止できる最適バランスを構成可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に基づく第１実施形態に係る金属ガスケットを示す一部破断した平面図である。
【図２】図１のＣ−Ｃ断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図４】図１のＡ−Ａ断面図の別例である。
【図５】図１のＤ−Ｄ断面図である。
【図６】図１のＤ−Ｄ断面図の別例である。
【図７】接合面Ｓの変形を示す模式図である。
【図８】図１のＤ−Ｄ断面図の別例である。
【図９】接合面Ｓの変形を示す模式図である。
【図１０】図１のＤ−Ｄ断面図の別例である。
【図１１】接合面Ｓの変形を示す模式図である。
【図１２】本発明に基づく第２実施形態に係る金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１３】本発明に基づく第２実施形態に係る別の金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１４】本発明に基づく第３実施形態に係る金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１５】本発明に基づく第３実施形態に係る別の金属ガスケットを説明する断面図である。
【図１６】本発明に基づく第３実施形態に係る別の金属ガスケットを説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 金属ガスケット
２ 基板
３ 副板
４ａ 燃焼室孔
４ｂ 燃焼室孔
５ 冷却水孔
７ オイル孔
８ａ 燃焼室孔側ビード
８ｂ 燃焼室孔側ビード
９ 外周側ビード
９ａ 金属ビード
１０ 増厚部
１０ａ シム板
１０ｂ 金属
１１ 第３のビード
１２ 増厚部
１２ａ 薄板金属板
１２ｂ 薄板
１４，１５ 補助ビード
１６ａ、１６ｂ シール材
５０ シリンダブロック
５１ シリンダヘッド
５２ ボルト
Ｓ 接合面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バネを発生可能な弾力金属板からなる基板と、基板の板厚と同じもしくは異なる厚さで且つバネを発生可能な弾力金属板からなり上記基板の一部と厚さ方向で対向配置される副板とを、備え、
上記基板には、燃焼室孔が開口すると共にその燃焼室孔を囲むように当該基板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その燃焼室孔側ビードの外周側に冷却水孔が開口すると共にその冷却水孔の外周を囲むように第２のビードが設けられ、その第２のビードよりも外側にボルト孔が開口しており、
上記副板にも、上記基板の燃焼室孔に対応した燃焼室孔が開口していると共にその燃焼室孔を囲むように当該副板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その副板の外周端位置が、上記基板における燃焼室孔側ビード形成位置よりも外周側かつ上記第２のビード形成位置よりも内周側となるように設定され、
上記第２のビードよりも外側に位置する基板部分に対して増厚部を設け、増厚部を設けた位置の総板厚が、上記積層された基板及び副板からなる総板厚よりも小さくなるように、当該増厚部の高さを調整したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
上記増厚部の少なくとも一部は、上記ボルト孔周囲に設けることを特徴とする請求項１に記載した金属ガスケット。
【請求項３】
上記増厚部の少なくとも一部は、上記基板の外周端部に設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した金属ガスケット。
【請求項４】
上記第２のビードを含む、当該第２のビード形成位置よりも外側に形成するビードをそれぞれ、次の（ａ）若しくは（ｂ）のいずれかで構成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
（ａ）ビードを、基板の両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材で構成する。
（ｂ）ビードを、基板自体を板厚方向に加工してなる金属ビードと、その金属ビードの両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材との合成ビードで構成する。
【請求項５】
基板及び副板の少なくとも一方に対し、上記燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側の平坦部、及び燃焼室孔側ビードよりも冷却水孔側の平坦部の両平坦部のうち、少なくとも燃焼室孔側の平坦部に、当該平坦部を加工してなる上記燃焼室孔側ビードよりも低いビードを１条以上成型することで、シールラインを増設することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属ガスケット。
【請求項１】
バネを発生可能な弾力金属板からなる基板と、基板の板厚と同じもしくは異なる厚さで且つバネを発生可能な弾力金属板からなり上記基板の一部と厚さ方向で対向配置される副板とを、備え、
上記基板には、燃焼室孔が開口すると共にその燃焼室孔を囲むように当該基板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その燃焼室孔側ビードの外周側に冷却水孔が開口すると共にその冷却水孔の外周を囲むように第２のビードが設けられ、その第２のビードよりも外側にボルト孔が開口しており、
上記副板にも、上記基板の燃焼室孔に対応した燃焼室孔が開口していると共にその燃焼室孔を囲むように当該副板を板厚方向に加工してなる燃焼室孔側ビードが成型され、その副板の外周端位置が、上記基板における燃焼室孔側ビード形成位置よりも外周側かつ上記第２のビード形成位置よりも内周側となるように設定され、
上記第２のビードよりも外側に位置する基板部分に対して増厚部を設け、増厚部を設けた位置の総板厚が、上記積層された基板及び副板からなる総板厚よりも小さくなるように、当該増厚部の高さを調整したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
上記増厚部の少なくとも一部は、上記ボルト孔周囲に設けることを特徴とする請求項１に記載した金属ガスケット。
【請求項３】
上記増厚部の少なくとも一部は、上記基板の外周端部に設けることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載した金属ガスケット。
【請求項４】
上記第２のビードを含む、当該第２のビード形成位置よりも外側に形成するビードをそれぞれ、次の（ａ）若しくは（ｂ）のいずれかで構成することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載した金属ガスケット。
（ａ）ビードを、基板の両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材で構成する。
（ｂ）ビードを、基板自体を板厚方向に加工してなる金属ビードと、その金属ビードの両面に固定した耐熱弾力性ある軟質シール材との合成ビードで構成する。
【請求項５】
基板及び副板の少なくとも一方に対し、上記燃焼室孔側ビードよりも燃焼室孔側の平坦部、及び燃焼室孔側ビードよりも冷却水孔側の平坦部の両平坦部のうち、少なくとも燃焼室孔側の平坦部に、当該平坦部を加工してなる上記燃焼室孔側ビードよりも低いビードを１条以上成型することで、シールラインを増設することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属ガスケット。
【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１６】
【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１６】
【公開番号】特開２００８−２１５４６７（Ｐ２００８−２１５４６７Ａ）
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５２８２０（Ｐ２００７−５２８２０）
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００２３０２６１）日本メタルガスケット株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１８日（２００８．９．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２日（２００７．３．２）
【出願人】（０００２３０２６１）日本メタルガスケット株式会社 (27)
【Ｆターム（参考）】
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