金属ガスケット
【課題】低い締め付け力であるにも関わらず十分なシール性能が得られ、シリンダブロックのボア部の変形を起こすことも無く、また、低コストで作製可能な金属ガスケットを提供する。
【解決手段】シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士を対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重なるように積層し、複数箇所で連結した金属ガスケット。
【解決手段】シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士を対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重なるように積層し、複数箇所で連結した金属ガスケット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装される金属ガスケットの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に金属ガスケットを介装して締め付けることにより、シール機能を付与している。特にシリンダブロックのボア部を囲繞する領域でのシールは重要であり、この部分のシールが不十分であると、燃焼室内部の圧力低下およびオーバーヒートとなって現れる。そこで、ボア部に対応する開口を有する金属薄板を、ボア部と同心円状のビードを設けた一対の弾性金属基板で挟持し、全体を締め付けたときに発生するビードの反発力を利用して、ボア部を囲繞する周縁部のシール機能を高めるように構成したガスケットが多用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は特許文献１に記載の金属ガスケットを示す一部破断上面図、図９は図８のＸＸ断面図である。図示されるように、金属ガスケットは、シリンダブロックのボア部に対応する開口１が形成され、略３つのリングを連結した平面形状を有する金属薄板Ｂと、金属薄板Ｂの開口１に対応して設けられた開口１と、開口１の周縁部に円環状で凸形のビード２を形成した一対の弾性金属基板Ａ１、Ａ２とを、金属薄板Ｂの開口１の周囲を弾性金属基板Ａ１，Ａ２のビード２で挟み込むように積層して構成されている。また、金属ガスケットの弾性金属基板Ａ１、Ａ２には、配管用の開口８の周縁部にも同様のビード３が設けられている。尚、図中の符号６は、金属薄板Ｂを弾性金属基板Ａ１、Ａ２に係止する係止爪である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８７１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の金属薄板Ｂを弾性金属基板Ａ１，Ａ２で挟持した構成の金属ガスケットでは、シール性能は、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の各ビード２で金属薄板Ｂを挟む込む挟持力で決まる。しかし、金属ガスケットを締め付ける力は、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の平面部４を通じてビード２に伝達されるため、ビード２による挟持力を高めるためには、より大きな締め付け力が必要となり、通常は、弾性金属基板Ａ１，Ａ２同士が当接するように、かなり過大な締め付け力が加わえられる。そのため、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面が過大な押圧力が加わり、ボア部の変形を起こすことがあり、燃費の低下等を招くおそれがある。
【０００６】
また、弾性金属基板Ａ１，Ａ２はバネ特性の優れたステンレス系の弾性金属板を使用することが多く、しかも、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面全面を覆うだけの面積が必要で、更に上下２枚必要であることから、材料コストが高くなるという問題もある。
【０００７】
また、ビード２の間に金属薄板Ｂを挟む構造を採用するので、ボア穴周りの面圧はこの金属薄板Ｂの厚さに影響されることになる。ボア部周りの面圧が大きとボア穴周辺にかかる面圧が大きくなるため、シリンダブロックとピストンとの間隙が変化する。この変化はシリンダヘッドとピストンとの摩擦を生じ、ひいてはエンジンの燃費を悪くさせることにつながる。そのため、ボア穴周りの面圧にはシリンダブロックとピストンとの間隙が変化しないための最適面圧が存在し、最適面圧になるように金属薄板Ｂの厚さを決定しなければならないが、最適面圧は金属薄板Ｂに対して数μｍ〜数十μｍの差で変わるため、面圧を調整することは非常に細かな調整になる。ところが、市販されている金属薄板は、細かな厚さ別の品揃えに乏しく、０．０５〜０．１ｍｍ単位であるため、細かな面圧の調整ができない状況にある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、低い締め付け力であるにも関わらず十分なシール性能が得られ、シリンダブロックのボア部の変形を起こすことも無く、また、低コストで作製可能な金属ガスケットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は下記に示す金属ガスケットを提供する。
（１）シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士を対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重なるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
（２）シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出する平板部と、前記平板部の外方端部から前記凸部から漸次離間するように傾斜する傾斜部と、前記傾斜部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士が反対方向を向くように対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重ねるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
（３）金属薄板の少なくとも開口周縁部、金属弾性基板の保持部の前記金属薄板との接触面の少なくとも一方に、発泡ゴムからなるコーティング層が形成されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の金属ガスケット。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の金属ガスケットは、一対の弾性金属基板に設けた円環状の凸部同士、あるいは凸部の頂点同士が反対方向を向くように対向させた場合には凸部の外方端部同士が、互いに対向するシール部と、弾性金属基板に設けた保持部と金属薄板とが当接して形成されるシール部とが形成されるため、シール性能が高く、締め付け力を軽減することができ、シリンダブロックのボア部の変形を起こすことがなくなる。また、一対の金属弾性基板は、ボア部の周辺部分のみに形成すればよく、材料コストも低減できる。
【００１１】
更に、従来の金属ガスケットでは、一対の弾性金属基板で金属薄板を挟持することでボア穴周辺の面圧を作り出していたので、金属薄板の厚みによっては前記面圧が大きすぎて、そのことが原因でシリンダブロックとピストンとの間で摩擦が生じていたが、本発明の金属ガスケットでは、一対の弾性金属基板で挟持する金属薄板（図８の符号Ｂ）を使用しない構造にすることができ、ボア穴周辺の面圧を小さくすることができるため、前記摩擦を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１３】
本発明の金属ガスケットは、金属薄板を、一対の弾性金属基板で挟持した構成である。
【００１４】
図１は金属薄板を示す上面図、図２は弾性金属基板Ａ１，Ａ２を示す上面図である。また、図３は金属ガスケット全体を示す断面図であるが、図１のＸＸ断面に沿って示してある。
【００１５】
金属薄板Ａは、シリンダブロックのボア部よりも大径の開口２０を有し、その他の部分は、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面に対応した形状を有する。尚、同図は、図７に対応して示しており、配管用の開口８や弾性金属基板Ａ１、Ａ２を係止するための係止部６ａが形成されている。
【００１６】
また、金属薄板Ａには、少なくとも弾性金属基板Ａ１．Ａ２と接触する部分に発泡ゴム層４０，４０が形成されていてもよい。発泡ゴム層４０は、例えば、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、アクリルゴム等に加硫剤、加硫促進剤、加熱分解型の発泡剤を配合してなるゴムコンパウンドを塗布し、発泡剤の発泡温度に加熱することにより形成できる。発泡ゴム層４０を形成することにより、弾性金属基板Ａ１，Ａ２で挟持された部分のシール性能が高まる。
【００１７】
一方、弾性金属基板Ａ１，Ａ２は、ボア部と実質的に同径の開口２１を有し、開口端部３０から所定距離離間した位置に、円環状で断面半円状の凸部３１が形成されており、更に凸部３１の開口端部３０から離れる側の端部（以下、「外方端部」という）から連続して延出する平板状の保持部３２が形成されている。また、上面形状において、金属薄板Ａの開口２０に対応して、３つのリングが連結した形状になっており、保持部３１の適所に、金属薄板Ａの係止部６ａに対応する係止部６ｂが形成されている。
【００１８】
尚、図示は省略するが、保持部３２の金属薄板Ａと接触する面に、上記と同様の発泡ゴム層を形成してもよい。また、保持部３２に発泡ゴム層を形成した場合は、金属薄板Ａには発泡ゴム層を形成しなくてもよい。即ち、発泡ゴム層は、金属薄板Ａと、弾性金属基板Ａ１，Ａ２との少なくとも一方に形成すればよい。
【００１９】
そして、一対の弾性金属基板Ａ１，Ａ２を、それぞれの凸部３１の頂部３１ａ同士を対向させ、かつ、保持部３２と金属薄板Ａとが重なるように積層し、金属薄板Ａの係止部６ａと弾性金属基板Ａ１，Ａ２の係止部６ｂとをハトメやリベットをはじめとする機械的なカシメ等で結合することで本発明の金属ガスケットが完成する。
【００２０】
図４は、上記の金属ガスケットをシリンダブロック１０とシリンダヘッド１１との接合部に装着した状態を示す断面図である。図示されるように、シリンダブロック１０とシリンダヘッド１１とが締め付けられ、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両凸部３１，３１が当接すると、締め付け力は凸部３１の両端３１ｂ、３１ｃへと伝達される、そして、更に締め付けると、凸部３１への応力が凸部３１の両端３１ｂ、３１ｃに集中し、その反力により開口端部３０及び保持部３２の端部３２ａがそれぞれ内方（金属薄板側）に撓み、保持部３２の端部３２ａの近傍部分で金属薄板Ａを押圧する。従って、弾性金属基板Ａ１、Ａ２において、凸部３１の高さ及び保持部３２の長さ（凸部３１の端部３１ｃから端部３２ａまでの距離）は、締め付けたときに保持部３２の端部３２ａが金属薄板Ｂと当接するように調整される。
【００２１】
このように、本発明の金属ガスケットによれば、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両凸部３１，３１の当接部分と、保持部３２と金属薄板Ａとの押圧部分とでシールすることができ、シール性能がより高まる。そのため、締め付け力がこれまでより少なくて済み、シリンダブロック１０のボア部の変形を抑えることができる。
【００２２】
また、金属薄板Ａはそのままで、弾性金属基板Ａ１、Ａ２を、図５に断面図にて示す形状とすることもできる。即ち、弾性金属基板Ａ１、Ａ２は、ボア部と実質的に同径の開口２１を有し、開口端部３０から所定距離離間した位置に、円環状で断面半円状の凸部３１が形成されており、更に凸部３１の外方端部を起点として水平方向に延出する平板部３３、平板部３３の外方端部を起点にして凸部３１の頂部３１ａから離間するのに従い徐々に上方に向かって傾斜する傾斜部３４、傾斜部３４の外方端部を起点として水平方向に延出する保持部３２が連続して形成されている。また、図示は省略するが。保持部３２の金属薄板Ａと接触する面に発泡ゴム層を形成することで、層間（３２ａ付近）のシール性も向上する。
【００２３】
そして、シリンダヘッド１１側の弾性金属基板Ａ１が、その凸部３１の頂点３１ａがシリンダヘッド１１と対向し、シリンダブロック１０側の弾性金属基板Ａ２が、その凸部３１の頂部３１ａがシリンダブロック１０と対向し、更に、両保持部３２、３２と金属薄板Ａとが重なるように積層し、金属薄板Ａの係止部６ａと弾性金属基板Ａ１，Ａ２の係止部６ｂとをハトメやリベット等で結合することで本発明の金属ガスケットが完成する。
【００２４】
図６に示すように、上記の金属ガスケットをシリンダブロック１０とシリンダヘッド１１との接合部に装着して締め付けると、それぞれの凸部３１の頂部３１ａがシリンダブロック１０またはシリンダヘッド１１と当接するとともに、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両平面部３３，３３が当接し、更に保持部３２の端部３２ａが内方（金属薄板側）に撓み、それにより形成された傾斜部３４と保持部３２との屈曲部３５がシリンダブロック１０またはシリンダヘッド１０と当接し、端部３２ａの近傍部分が金属薄板Ａを押圧する。このように、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両凸部３１の頂部３１ａ、傾斜部３４と保持部３２との屈曲部３５がシリンダブロック１０またはシリンダヘッド１１との間をシールし、保持部３２が金属薄板Ａを挟持するため、シール性能が更に高まる。そのため、弾性金属基板Ａ１，Ａ２において、凸部３１の高さ、並びに平面部３３、傾斜部３４及び保持部３２の各長さは、締め付けたときに保持部３２の端部３２ａが金属薄板Ｂと当接するように調整される。尚、弾性金属基板Ａ１、Ａ２の各開口端部３０，３０は、凸部３１の端部３１ｂへの応力集中により、図示されるように頂部３１ａの方向にそれぞれ撓み、離間する。
【００２５】
尚、弾性金属基板Ａ１、Ａ２の保持部３２と凸部３１の頂部３１ａとを同一高さとすることが好ましいが、保持部３２の方が頂部３１ａよりも高い位置にあってもよい。
【００２６】
また、図７に示す金属ガスケットとすることもできる。図示される金属ガスケットでは、弾性金属基板Ａ１，Ａ２を図５に示した金属ガスケットと同様とし、金属薄板Ａを水穴またはオイル穴（図示せず）の周辺にビードを形成した構成としている。そして、図６に示した締め付け状態となり、シールされる。
【００２７】
上記において、金属薄板Ａ及び弾性金属基板Ａ１．Ａ２は、ステンレス鋼板（例えばＳＵＳ３０１系）製とすることが好ましく、その厚さは０．１〜０．３ｍｍが一般的である。また、金属薄板Ａは、非弾性であることから、非弾性金属板（例えばＳＰＣ材）を用いてもよく、材料コストを低減できる。発泡ゴム層４０の厚さは、金属薄板Ａまたは弾性金属基板Ａ１．Ａ２の一方に形成する場合は５０〜１００μｍとすることが好ましく、金属薄板Ａ及び弾性金属基板Ａ１．Ａ２の両方に形成する場合は、前記の半分とする。
【００２８】
本発明の金属ガスケットは、ボア穴周辺に設けた弾性金属基板Ａ１，Ａ２に形成された保持部３２と金属薄板Ａとの接触によってもシールするものである。また、金属薄板Ａと保持部３２とが接する部分を発泡ゴム層にすることでシールできるため、発泡ゴム層の厚さを変えることでボア穴周辺の面圧を変えることができる。従って、ボア穴周辺の最適面圧は、発泡ゴム層の厚さを調整することで達成することが可能になる。尚、発泡ゴム層の厚さは、発泡ゴム層を形成するときの塗布厚を制御することで調整できる。
【００２９】
加えて、シリンダブロック及びシリンダヘッドは、それぞれボア周りを取り囲む位置にウォータジャケットが形成されており、それぞれに冷却水を流すことでシリンダブロック及びシリンダヘッドを冷却し、適当な温度範囲を維持している。尚、シリンダブロックのウォータジャケットを流れた冷却水は、ウォータポンプによりヘッドガスケットに形成された水孔を介してシリンダヘッドのウォータジャケットに上げてシリンダヘッドを冷却した後、排出される。
【００３０】
尚、ヘッドガスケットはシリンダブロック及びシリンダヘッドの間に設けるものであるため、本発明の金属ガスケットのようにボア部の周りにのみ弾性金属基板Ａ１，Ａ２を設けて金属薄板Ａを別部材とすると、これらの接合部分（図４において符号３２ａと４０とが接する部分、図６において符号３２ａと４０とが接する部分）で水孔以外から水が漏れると、適正な水の流量が維持できず、ヘッドブロックを一定温度に管理することができなくなるので、水漏れ防止が課題となるが、本発明の金属ガスケットでは、弾性金属基板Ａ１，Ａ２に設けた保持部３２が金属薄板Ａに設けた保持部３２に、前記したようにビードに加えられた押力による反力が生じて保持部３２が金属薄板Ａに設けた発泡ゴム層と強固に接し、その結果前記接合部分での水漏れを防止できる。この水漏れ防止の効果は、非発泡ゴム層と保持部３２とが接触するよりも、発泡ゴム層と保持部３２とが接触する方が大きい。これは、保持部３２が発泡ゴム層と接触すると、発泡ゴム層が弾性変形し、保持部３２と発泡ゴム層との接触面積が、発泡ゴム層以外の金属薄板Ａ、あるいは非発泡ゴム層と保持部３２とが接触するときの接触面積より大きくなり、なじみ性が大きくなるからである。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
０．２５ｍｍ厚さの金属基板の両面に、ＮＢＲに硫黄系の架橋剤及び架橋助剤と加熱分解型発泡剤を配合し、トルエンに溶解させたゴムコンパウンドを塗布し、乾燥後の厚みが１５０μｍの発泡ゴム層を形成して金属薄板とした。
【００３３】
また、０．２ｍｍ厚のステンレス鋼板を用い、図３に示す断面形状を有する弾性金属基板を作製した。尚、開口端部３０から凸部３１の端部３１ｂまでの長さを１．０ｍｍ、凸部３１として、３１ｂと３１ｃとの距離を３．０ｍｍ、頂部３１ａの高さを０．１ｍｍとするなめらかなＲで形成し、保持部３２の長さ（端部３１ｃ〜端部３２ａまでの距離）を１０ｍｍとした。
【００３４】
そして、金属薄板を一対の弾性金属基板で挟み込んで金属ガスケットとし、実際のシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着して締め付けたところ、弾性金属基板がほぼ図４に示すような形状に変形していた。水・油シール性を確認したところ、要求される特性値０．６ＭＰａ以上に対して１ＭＰａであった。
【００３５】
（実施例２）
０．１ｍｍ厚のステンレス鋼板を用い、図５に示す断面形状を有する弾性金属基板を作製した。尚、開口端部３０から凸部３１の端部３１ｂまでの長さを１．０ｍｍ、凸部３１として、３１ｂと３１ｃとの距離を１．５ｍｍ、頂部３１ａの高さを０．１ｍｍ、平面部３３の長さを１ｍｍ、傾斜部３４の長さを１．５ｍｍ、保持部３２の長さ（端部３１ｃ〜端部３２ａまでの距離）を１０ｍｍとなるように形成した。また、凸部３１の高さと保持部３２とを同一高さとした。
【００３６】
そして、０．２ｍｍ厚の金属基板に、乾燥後の厚みが１００μｍの発泡ゴム層を形成したものを、作製した一対の弾性金属基板で挟み込んで金属ガスケットとし、実際のシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着したところ、弾性金属基板がほぼ図６に示すような形状に変形していた。水・油シール性については、−４０℃〜１２０℃、３００サイクルで漏れないことを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の金属ガスケットを構成する金属薄板の一例を示す上面図である。
【図２】本発明の金属ガスケットを構成する弾性金属基板の一例を示す上面図である。
【図３】図１に示した金属薄板と図２に示した弾性金属基板とを積層して構成される本発明の金属ガスケットを示す断面図である。
【図４】図３に示した金属ガスケットをシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の金属ガスケットの他の例を示す断面図である。
【図６】図５に示した金属ガスケットをシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着した状態を示す断面図である。
【図７】本発明の金属ガスケットの更に他の例を示す断面図である。
【図８】従来の金属ガスケットを示す上面図である。
【図９】図７のＸＸ断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ１，Ａ２ 弾性金属基板
Ａ 金属薄板
１０ シリンダブロック
１１ シリンダヘッド
２０，２１ 開口
３０ 開口端部
３１ 凸部
３２ 保持部
３３ 平面部
３４ 傾斜部
４０ 発泡ゴム層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダブロックとシリンダヘッドとの間に介装される金属ガスケットの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関では、シリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に金属ガスケットを介装して締め付けることにより、シール機能を付与している。特にシリンダブロックのボア部を囲繞する領域でのシールは重要であり、この部分のシールが不十分であると、燃焼室内部の圧力低下およびオーバーヒートとなって現れる。そこで、ボア部に対応する開口を有する金属薄板を、ボア部と同心円状のビードを設けた一対の弾性金属基板で挟持し、全体を締め付けたときに発生するビードの反発力を利用して、ボア部を囲繞する周縁部のシール機能を高めるように構成したガスケットが多用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図８は特許文献１に記載の金属ガスケットを示す一部破断上面図、図９は図８のＸＸ断面図である。図示されるように、金属ガスケットは、シリンダブロックのボア部に対応する開口１が形成され、略３つのリングを連結した平面形状を有する金属薄板Ｂと、金属薄板Ｂの開口１に対応して設けられた開口１と、開口１の周縁部に円環状で凸形のビード２を形成した一対の弾性金属基板Ａ１、Ａ２とを、金属薄板Ｂの開口１の周囲を弾性金属基板Ａ１，Ａ２のビード２で挟み込むように積層して構成されている。また、金属ガスケットの弾性金属基板Ａ１、Ａ２には、配管用の開口８の周縁部にも同様のビード３が設けられている。尚、図中の符号６は、金属薄板Ｂを弾性金属基板Ａ１、Ａ２に係止する係止爪である。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２８７１３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の金属薄板Ｂを弾性金属基板Ａ１，Ａ２で挟持した構成の金属ガスケットでは、シール性能は、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の各ビード２で金属薄板Ｂを挟む込む挟持力で決まる。しかし、金属ガスケットを締め付ける力は、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の平面部４を通じてビード２に伝達されるため、ビード２による挟持力を高めるためには、より大きな締め付け力が必要となり、通常は、弾性金属基板Ａ１，Ａ２同士が当接するように、かなり過大な締め付け力が加わえられる。そのため、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面が過大な押圧力が加わり、ボア部の変形を起こすことがあり、燃費の低下等を招くおそれがある。
【０００６】
また、弾性金属基板Ａ１，Ａ２はバネ特性の優れたステンレス系の弾性金属板を使用することが多く、しかも、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面全面を覆うだけの面積が必要で、更に上下２枚必要であることから、材料コストが高くなるという問題もある。
【０００７】
また、ビード２の間に金属薄板Ｂを挟む構造を採用するので、ボア穴周りの面圧はこの金属薄板Ｂの厚さに影響されることになる。ボア部周りの面圧が大きとボア穴周辺にかかる面圧が大きくなるため、シリンダブロックとピストンとの間隙が変化する。この変化はシリンダヘッドとピストンとの摩擦を生じ、ひいてはエンジンの燃費を悪くさせることにつながる。そのため、ボア穴周りの面圧にはシリンダブロックとピストンとの間隙が変化しないための最適面圧が存在し、最適面圧になるように金属薄板Ｂの厚さを決定しなければならないが、最適面圧は金属薄板Ｂに対して数μｍ〜数十μｍの差で変わるため、面圧を調整することは非常に細かな調整になる。ところが、市販されている金属薄板は、細かな厚さ別の品揃えに乏しく、０．０５〜０．１ｍｍ単位であるため、細かな面圧の調整ができない状況にある。
【０００８】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、低い締め付け力であるにも関わらず十分なシール性能が得られ、シリンダブロックのボア部の変形を起こすことも無く、また、低コストで作製可能な金属ガスケットを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は下記に示す金属ガスケットを提供する。
（１）シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士を対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重なるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
（２）シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出する平板部と、前記平板部の外方端部から前記凸部から漸次離間するように傾斜する傾斜部と、前記傾斜部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士が反対方向を向くように対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重ねるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
（３）金属薄板の少なくとも開口周縁部、金属弾性基板の保持部の前記金属薄板との接触面の少なくとも一方に、発泡ゴムからなるコーティング層が形成されていることを特徴とする上記（１）または（２）記載の金属ガスケット。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の金属ガスケットは、一対の弾性金属基板に設けた円環状の凸部同士、あるいは凸部の頂点同士が反対方向を向くように対向させた場合には凸部の外方端部同士が、互いに対向するシール部と、弾性金属基板に設けた保持部と金属薄板とが当接して形成されるシール部とが形成されるため、シール性能が高く、締め付け力を軽減することができ、シリンダブロックのボア部の変形を起こすことがなくなる。また、一対の金属弾性基板は、ボア部の周辺部分のみに形成すればよく、材料コストも低減できる。
【００１１】
更に、従来の金属ガスケットでは、一対の弾性金属基板で金属薄板を挟持することでボア穴周辺の面圧を作り出していたので、金属薄板の厚みによっては前記面圧が大きすぎて、そのことが原因でシリンダブロックとピストンとの間で摩擦が生じていたが、本発明の金属ガスケットでは、一対の弾性金属基板で挟持する金属薄板（図８の符号Ｂ）を使用しない構造にすることができ、ボア穴周辺の面圧を小さくすることができるため、前記摩擦を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に関して詳細に説明する。
【００１３】
本発明の金属ガスケットは、金属薄板を、一対の弾性金属基板で挟持した構成である。
【００１４】
図１は金属薄板を示す上面図、図２は弾性金属基板Ａ１，Ａ２を示す上面図である。また、図３は金属ガスケット全体を示す断面図であるが、図１のＸＸ断面に沿って示してある。
【００１５】
金属薄板Ａは、シリンダブロックのボア部よりも大径の開口２０を有し、その他の部分は、シリンダブロックのシリンダヘッドとの接合面に対応した形状を有する。尚、同図は、図７に対応して示しており、配管用の開口８や弾性金属基板Ａ１、Ａ２を係止するための係止部６ａが形成されている。
【００１６】
また、金属薄板Ａには、少なくとも弾性金属基板Ａ１．Ａ２と接触する部分に発泡ゴム層４０，４０が形成されていてもよい。発泡ゴム層４０は、例えば、ＮＢＲ、ＨＮＢＲ、フッ素ゴム、ＥＰＤＭ、アクリルゴム等に加硫剤、加硫促進剤、加熱分解型の発泡剤を配合してなるゴムコンパウンドを塗布し、発泡剤の発泡温度に加熱することにより形成できる。発泡ゴム層４０を形成することにより、弾性金属基板Ａ１，Ａ２で挟持された部分のシール性能が高まる。
【００１７】
一方、弾性金属基板Ａ１，Ａ２は、ボア部と実質的に同径の開口２１を有し、開口端部３０から所定距離離間した位置に、円環状で断面半円状の凸部３１が形成されており、更に凸部３１の開口端部３０から離れる側の端部（以下、「外方端部」という）から連続して延出する平板状の保持部３２が形成されている。また、上面形状において、金属薄板Ａの開口２０に対応して、３つのリングが連結した形状になっており、保持部３１の適所に、金属薄板Ａの係止部６ａに対応する係止部６ｂが形成されている。
【００１８】
尚、図示は省略するが、保持部３２の金属薄板Ａと接触する面に、上記と同様の発泡ゴム層を形成してもよい。また、保持部３２に発泡ゴム層を形成した場合は、金属薄板Ａには発泡ゴム層を形成しなくてもよい。即ち、発泡ゴム層は、金属薄板Ａと、弾性金属基板Ａ１，Ａ２との少なくとも一方に形成すればよい。
【００１９】
そして、一対の弾性金属基板Ａ１，Ａ２を、それぞれの凸部３１の頂部３１ａ同士を対向させ、かつ、保持部３２と金属薄板Ａとが重なるように積層し、金属薄板Ａの係止部６ａと弾性金属基板Ａ１，Ａ２の係止部６ｂとをハトメやリベットをはじめとする機械的なカシメ等で結合することで本発明の金属ガスケットが完成する。
【００２０】
図４は、上記の金属ガスケットをシリンダブロック１０とシリンダヘッド１１との接合部に装着した状態を示す断面図である。図示されるように、シリンダブロック１０とシリンダヘッド１１とが締め付けられ、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両凸部３１，３１が当接すると、締め付け力は凸部３１の両端３１ｂ、３１ｃへと伝達される、そして、更に締め付けると、凸部３１への応力が凸部３１の両端３１ｂ、３１ｃに集中し、その反力により開口端部３０及び保持部３２の端部３２ａがそれぞれ内方（金属薄板側）に撓み、保持部３２の端部３２ａの近傍部分で金属薄板Ａを押圧する。従って、弾性金属基板Ａ１、Ａ２において、凸部３１の高さ及び保持部３２の長さ（凸部３１の端部３１ｃから端部３２ａまでの距離）は、締め付けたときに保持部３２の端部３２ａが金属薄板Ｂと当接するように調整される。
【００２１】
このように、本発明の金属ガスケットによれば、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両凸部３１，３１の当接部分と、保持部３２と金属薄板Ａとの押圧部分とでシールすることができ、シール性能がより高まる。そのため、締め付け力がこれまでより少なくて済み、シリンダブロック１０のボア部の変形を抑えることができる。
【００２２】
また、金属薄板Ａはそのままで、弾性金属基板Ａ１、Ａ２を、図５に断面図にて示す形状とすることもできる。即ち、弾性金属基板Ａ１、Ａ２は、ボア部と実質的に同径の開口２１を有し、開口端部３０から所定距離離間した位置に、円環状で断面半円状の凸部３１が形成されており、更に凸部３１の外方端部を起点として水平方向に延出する平板部３３、平板部３３の外方端部を起点にして凸部３１の頂部３１ａから離間するのに従い徐々に上方に向かって傾斜する傾斜部３４、傾斜部３４の外方端部を起点として水平方向に延出する保持部３２が連続して形成されている。また、図示は省略するが。保持部３２の金属薄板Ａと接触する面に発泡ゴム層を形成することで、層間（３２ａ付近）のシール性も向上する。
【００２３】
そして、シリンダヘッド１１側の弾性金属基板Ａ１が、その凸部３１の頂点３１ａがシリンダヘッド１１と対向し、シリンダブロック１０側の弾性金属基板Ａ２が、その凸部３１の頂部３１ａがシリンダブロック１０と対向し、更に、両保持部３２、３２と金属薄板Ａとが重なるように積層し、金属薄板Ａの係止部６ａと弾性金属基板Ａ１，Ａ２の係止部６ｂとをハトメやリベット等で結合することで本発明の金属ガスケットが完成する。
【００２４】
図６に示すように、上記の金属ガスケットをシリンダブロック１０とシリンダヘッド１１との接合部に装着して締め付けると、それぞれの凸部３１の頂部３１ａがシリンダブロック１０またはシリンダヘッド１１と当接するとともに、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両平面部３３，３３が当接し、更に保持部３２の端部３２ａが内方（金属薄板側）に撓み、それにより形成された傾斜部３４と保持部３２との屈曲部３５がシリンダブロック１０またはシリンダヘッド１０と当接し、端部３２ａの近傍部分が金属薄板Ａを押圧する。このように、弾性金属基板Ａ１，Ａ２の両凸部３１の頂部３１ａ、傾斜部３４と保持部３２との屈曲部３５がシリンダブロック１０またはシリンダヘッド１１との間をシールし、保持部３２が金属薄板Ａを挟持するため、シール性能が更に高まる。そのため、弾性金属基板Ａ１，Ａ２において、凸部３１の高さ、並びに平面部３３、傾斜部３４及び保持部３２の各長さは、締め付けたときに保持部３２の端部３２ａが金属薄板Ｂと当接するように調整される。尚、弾性金属基板Ａ１、Ａ２の各開口端部３０，３０は、凸部３１の端部３１ｂへの応力集中により、図示されるように頂部３１ａの方向にそれぞれ撓み、離間する。
【００２５】
尚、弾性金属基板Ａ１、Ａ２の保持部３２と凸部３１の頂部３１ａとを同一高さとすることが好ましいが、保持部３２の方が頂部３１ａよりも高い位置にあってもよい。
【００２６】
また、図７に示す金属ガスケットとすることもできる。図示される金属ガスケットでは、弾性金属基板Ａ１，Ａ２を図５に示した金属ガスケットと同様とし、金属薄板Ａを水穴またはオイル穴（図示せず）の周辺にビードを形成した構成としている。そして、図６に示した締め付け状態となり、シールされる。
【００２７】
上記において、金属薄板Ａ及び弾性金属基板Ａ１．Ａ２は、ステンレス鋼板（例えばＳＵＳ３０１系）製とすることが好ましく、その厚さは０．１〜０．３ｍｍが一般的である。また、金属薄板Ａは、非弾性であることから、非弾性金属板（例えばＳＰＣ材）を用いてもよく、材料コストを低減できる。発泡ゴム層４０の厚さは、金属薄板Ａまたは弾性金属基板Ａ１．Ａ２の一方に形成する場合は５０〜１００μｍとすることが好ましく、金属薄板Ａ及び弾性金属基板Ａ１．Ａ２の両方に形成する場合は、前記の半分とする。
【００２８】
本発明の金属ガスケットは、ボア穴周辺に設けた弾性金属基板Ａ１，Ａ２に形成された保持部３２と金属薄板Ａとの接触によってもシールするものである。また、金属薄板Ａと保持部３２とが接する部分を発泡ゴム層にすることでシールできるため、発泡ゴム層の厚さを変えることでボア穴周辺の面圧を変えることができる。従って、ボア穴周辺の最適面圧は、発泡ゴム層の厚さを調整することで達成することが可能になる。尚、発泡ゴム層の厚さは、発泡ゴム層を形成するときの塗布厚を制御することで調整できる。
【００２９】
加えて、シリンダブロック及びシリンダヘッドは、それぞれボア周りを取り囲む位置にウォータジャケットが形成されており、それぞれに冷却水を流すことでシリンダブロック及びシリンダヘッドを冷却し、適当な温度範囲を維持している。尚、シリンダブロックのウォータジャケットを流れた冷却水は、ウォータポンプによりヘッドガスケットに形成された水孔を介してシリンダヘッドのウォータジャケットに上げてシリンダヘッドを冷却した後、排出される。
【００３０】
尚、ヘッドガスケットはシリンダブロック及びシリンダヘッドの間に設けるものであるため、本発明の金属ガスケットのようにボア部の周りにのみ弾性金属基板Ａ１，Ａ２を設けて金属薄板Ａを別部材とすると、これらの接合部分（図４において符号３２ａと４０とが接する部分、図６において符号３２ａと４０とが接する部分）で水孔以外から水が漏れると、適正な水の流量が維持できず、ヘッドブロックを一定温度に管理することができなくなるので、水漏れ防止が課題となるが、本発明の金属ガスケットでは、弾性金属基板Ａ１，Ａ２に設けた保持部３２が金属薄板Ａに設けた保持部３２に、前記したようにビードに加えられた押力による反力が生じて保持部３２が金属薄板Ａに設けた発泡ゴム層と強固に接し、その結果前記接合部分での水漏れを防止できる。この水漏れ防止の効果は、非発泡ゴム層と保持部３２とが接触するよりも、発泡ゴム層と保持部３２とが接触する方が大きい。これは、保持部３２が発泡ゴム層と接触すると、発泡ゴム層が弾性変形し、保持部３２と発泡ゴム層との接触面積が、発泡ゴム層以外の金属薄板Ａ、あるいは非発泡ゴム層と保持部３２とが接触するときの接触面積より大きくなり、なじみ性が大きくなるからである。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例および比較例を挙げて本発明を更に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されるものではない。
【００３２】
（実施例１）
０．２５ｍｍ厚さの金属基板の両面に、ＮＢＲに硫黄系の架橋剤及び架橋助剤と加熱分解型発泡剤を配合し、トルエンに溶解させたゴムコンパウンドを塗布し、乾燥後の厚みが１５０μｍの発泡ゴム層を形成して金属薄板とした。
【００３３】
また、０．２ｍｍ厚のステンレス鋼板を用い、図３に示す断面形状を有する弾性金属基板を作製した。尚、開口端部３０から凸部３１の端部３１ｂまでの長さを１．０ｍｍ、凸部３１として、３１ｂと３１ｃとの距離を３．０ｍｍ、頂部３１ａの高さを０．１ｍｍとするなめらかなＲで形成し、保持部３２の長さ（端部３１ｃ〜端部３２ａまでの距離）を１０ｍｍとした。
【００３４】
そして、金属薄板を一対の弾性金属基板で挟み込んで金属ガスケットとし、実際のシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着して締め付けたところ、弾性金属基板がほぼ図４に示すような形状に変形していた。水・油シール性を確認したところ、要求される特性値０．６ＭＰａ以上に対して１ＭＰａであった。
【００３５】
（実施例２）
０．１ｍｍ厚のステンレス鋼板を用い、図５に示す断面形状を有する弾性金属基板を作製した。尚、開口端部３０から凸部３１の端部３１ｂまでの長さを１．０ｍｍ、凸部３１として、３１ｂと３１ｃとの距離を１．５ｍｍ、頂部３１ａの高さを０．１ｍｍ、平面部３３の長さを１ｍｍ、傾斜部３４の長さを１．５ｍｍ、保持部３２の長さ（端部３１ｃ〜端部３２ａまでの距離）を１０ｍｍとなるように形成した。また、凸部３１の高さと保持部３２とを同一高さとした。
【００３６】
そして、０．２ｍｍ厚の金属基板に、乾燥後の厚みが１００μｍの発泡ゴム層を形成したものを、作製した一対の弾性金属基板で挟み込んで金属ガスケットとし、実際のシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着したところ、弾性金属基板がほぼ図６に示すような形状に変形していた。水・油シール性については、−４０℃〜１２０℃、３００サイクルで漏れないことを確認した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の金属ガスケットを構成する金属薄板の一例を示す上面図である。
【図２】本発明の金属ガスケットを構成する弾性金属基板の一例を示す上面図である。
【図３】図１に示した金属薄板と図２に示した弾性金属基板とを積層して構成される本発明の金属ガスケットを示す断面図である。
【図４】図３に示した金属ガスケットをシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の金属ガスケットの他の例を示す断面図である。
【図６】図５に示した金属ガスケットをシリンダブロックとシリンダヘッドとの接合面に装着した状態を示す断面図である。
【図７】本発明の金属ガスケットの更に他の例を示す断面図である。
【図８】従来の金属ガスケットを示す上面図である。
【図９】図７のＸＸ断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
Ａ１，Ａ２ 弾性金属基板
Ａ 金属薄板
１０ シリンダブロック
１１ シリンダヘッド
２０，２１ 開口
３０ 開口端部
３１ 凸部
３２ 保持部
３３ 平面部
３４ 傾斜部
４０ 発泡ゴム層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士を対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重なるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出する平板部と、前記平板部の外方端部から前記凸部から漸次離間するように傾斜する傾斜部と、前記傾斜部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士が反対方向を向くように対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重ねるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項３】
金属薄板の少なくとも開口周縁部、金属弾性基板の保持部の前記金属薄板との接触面の少なくとも一方に、発泡ゴムからなるコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の金属ガスケット。
【請求項１】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士を対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重なるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
シリンダヘッドとシリンダブロックとの間に介在されて両面間をシールする金属ガスケットにおいて、
シリンダブロックのボア部に対応する位置に、前記ボア部よりも大径の開口が形成された金属薄板と、
シリンダグロックのボア部と実質的に一致する開口と、前記開口の端部から所定距離離間して該開口と同心に設けられる円環状の凸部と、前記凸部の外方端部から水平方向に延出する平板部と、前記平板部の外方端部から前記凸部から漸次離間するように傾斜する傾斜部と、前記傾斜部の外方端部から水平方向に延出し前記金属薄板の開口周縁部を保持するための円環状の保持部とを有する弾性金属基板と、
から構成されるとともに、一対の前記弾性金属基板を、それぞれの前記凸部の頂部同士が反対方向を向くように対向させ、かつ、前記保持部と前記金属薄板とが重ねるように積層し、複数箇所で連結したことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項３】
金属薄板の少なくとも開口周縁部、金属弾性基板の保持部の前記金属薄板との接触面の少なくとも一方に、発泡ゴムからなるコーティング層が形成されていることを特徴とする請求項１または２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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００８−２４８９５２（Ｐ２００８−２４８９５２Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８８５２４（Ｐ２００７−８８５２４）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００１１０８０４）ニチアス株式会社 (432)
【Ｆターム（参考）】
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