金属ガスケット
【課題】安価でかつシール性能の高い金属ガスケットを提供する。
【解決手段】金属ガスケット１は、シリンダー孔６の周りに沿って環状ビード１４を有する少なくとも１枚の金属製のガスケット基板２を具える。環状ビード１４は、ガスケット基板２からそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁２０ａ，２０ｂからなる第１ビード部分２０と、傾斜壁２０ａ，２０ｂの先端部分から該傾斜壁の立ち上がり方向とは逆側に突出する断面谷状の第２ビード部分２１とを有し、第１ビード部分２０の高さをＦｈ１とし、第２ビード部分２１の高さをＦｈ２とし、環状ビード１４の幅の半値をＷ１とし、第２ビード部分２１の幅をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たす。
【解決手段】金属ガスケット１は、シリンダー孔６の周りに沿って環状ビード１４を有する少なくとも１枚の金属製のガスケット基板２を具える。環状ビード１４は、ガスケット基板２からそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁２０ａ，２０ｂからなる第１ビード部分２０と、傾斜壁２０ａ，２０ｂの先端部分から該傾斜壁の立ち上がり方向とは逆側に突出する断面谷状の第２ビード部分２１とを有し、第１ビード部分２０の高さをＦｈ１とし、第２ビード部分２１の高さをＦｈ２とし、環状ビード１４の幅の半値をＷ１とし、第２ビード部分２１の幅をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たす。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を構成するシリンダーヘッドとシリンダーブロックとの接合面に介装して、燃焼ガス、冷却水、潤滑油等の流体のリークを防止する金属ガスケットに関し、特にシリンダー孔周りにおける高圧燃焼ガスのリークを防止するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、金属ガスケットには、シリンダーブロックにシリンダーヘッドを締結するための締付けボルトの締結力により圧縮されて弾性変形し、それらのデッキ面上にシール線を形成してシール作用を奏するビードが形成されており、この種の金属ガスケットとしては従来、シリンダーボア内の高圧燃焼ガスが、隣り合うシリンダー内や冷却水孔内へリークして、エンジン出力が低下したり、オーバーヒート等の不具合が生じたり、不完全燃焼ガスにより排ガス浄化作用の機能が低下したりするのを防止するため、図６および図７に示すように、鋼板(例えばSUS301-H 0.2t)の表面に、0.025mm程度ラバーを片面ないし両面コーティングしたガスケット基板５０に、断面山形形状のフルビード５２をシリンダー孔５４の周囲に各々配置し、冷却水、潤滑油等の流体のリークを防止するために、オイル孔５６の周囲を各々ハーフビード５８で囲繞し、かつ、冷却水孔６０のシール用のハーフビード６２は、オイル孔用のハーフビード５８を囲繞せずに、シリンダー孔５４の周囲に配置された各々のフルビード５２全体を囲繞してなるものが知られている。図８は上記ガスケット基板５０を３枚重ね合わせてなる３層構造の金属ガスケットである。
【０００３】
ガスケット基板内に、フルビードおよびハーフビードをシールの目的別に配置する理由は、フルビードとハーフビードとで締付けボルトによる締結力に対する復元力に違いがあるからであり、すなわち、シリンダー内の高圧燃焼ガスは、その燃焼ガス圧が60〜100kg/cm２に達することから、比較的復元力の大きいフルビードをシリンダー孔の周囲に配置してそのフルビードの復元力で大きな締付圧を得ることにより高圧燃焼ガスをシールし、一方、冷却水、潤滑油等の流体圧は、その圧力が3〜6kg/cm２程度であることから、フルビードより復元力の小さいハーフビードで充分シールすることができるからである。
【０００４】
しかしながら、近時、エンジンの高出力化に伴い燃焼ガスも高圧化していることから、ガスケットのシール性能も、より高いものが要望されており、図６〜８に示したような単なる積層タイプの金属ガスケットでは、高圧化した燃焼ガスシールに対応できないことが多かった。というのは、特に高出力の内燃機関では、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとを締付けボルトで締付けていたとしても、その出力発生時に燃焼ガスの圧力によってシリンダーヘッドが上に浮き上がるヘッドリフト現象が大きくなり、このヘッドリフト現象により、シリンダーヘッドとシリンダーブロック間に介挿されたガスケットの締付圧が低下し、シリンダー内の燃焼ガスに対するシール性が低下するからである。
【０００５】
上述の問題であるエンジン高出力化に伴うガスケットの締付圧不足に対応する金属ガスケットとしては、図９に示すように、前述のガスケット基板の間に、厚板部Ｔ１と薄板部Ｔ２とにより板厚差（段差）が形成された副板６４を、その厚板部Ｔ１にガスケット基板５０のフルビード５２の全体が位置するように介挿し、ガスケット基板５０の各シリンダー孔５４の周囲のフルビード５２の締付圧を上昇させることで、シリンダー内の燃焼ガスに対するシール性能を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
なお、参考として、図６〜８に示した積層タイプの金属ガスケットと、図９に示した対向する２枚のガスケット基板の間に副板を介挿させてなる金属ガスケット（以下、段差式金属ガスケットともいう。）とを試作し、それぞれの金属ガスケットについてシリンダー孔周りの締付圧を測定したのでその結果を図１０に示す。ここに参考例１は２層構造の金属ガスケット（図６および図７参照）であり、参考例２は３層構造の金属ガスケット（図８参照）であり、参考例３〜６は段差式金属ガスケット（図９参照）である。ここに、参考例３における板厚差（厚板部Ｔ１と薄板部Ｔ２の差であり、以下、段差量ともいう。）は0.03mmであり、参考例４における板厚差は0.05mmであり、参考例５における板厚差は0.08mmであり、参考例６における板厚差は0.10mmである。図１０に示す結果から、副板を有していない単なる積層タイプである参考例１、２の金属ガスケットでは、締付けボルトの軸力を高めても高圧燃焼ガスのシールに必要な締付圧Ａ（kg/mm）に到達せず、高圧燃焼ガスに対する十分なシール性能が得られないことが分かる。なお、この試験は、上記ヘッドリフト現象の発生時の締付圧を測定したもので、詳細には、金属ガスケットをエンジンに組み込み、締付けボルトにより規定軸力で締付け、その後、当該エンジンの燃焼時最大ガス圧力(kg/cm２)に相当するＮ２ガスをシリンダー内に充填し、強制的にヘッドリフトを発生させ、そのヘッドリフト発生後のシリンダー孔周りの締付圧を測定してフルビードが保持する締付圧としたものである。
【０００７】
ところで、前記副板６４の段差構造としては従来、例えば図１１（ａ）に示すように、それぞれ金属板からなる２枚のガスケット基板５０の間に介挿される副板６４の、ガスケット基板５０の各シリンダー孔５４の周囲のフルビード５２と重なるシリンダー孔周辺部（厚板部Ｔ１）とそれより外側に位置する外方部（薄板部Ｔ２）とを互いに異なる板厚の薄金属板６４ａ，６４ｂで構成して所要の板厚差となるようにし、それら薄金属板６４ａ，６４ｂ同士をレーザー溶接で接合した段差構造が知られている（特許文献１参照。）。なお、図中符号Ｙｗはレーザー溶接部を示す。
【０００８】
また、例えば図１１（ｂ）に示すように、それぞれ金属板からなる２枚のガスケット基板５０の間に介挿される単一板厚の薄金属板からなる副板６４の、ガスケット基板５０の各シリンダー孔５４の周囲のフルビード５２と重なるシリンダー孔周辺部にこれも薄金属板からなるシム板６６を重ねて所要の段差になるようにし、それら副板６４とシム板６６とをレーザー溶接で結合した段差構造も知られている。
【０００９】
さらに、例えば図１１（ｃ）に示すように、それぞれ金属板からなる２枚のガスケット基板５０の間に介挿される単一板厚の金属板からなる副板６４の上記外方部をエッチング加工により薄肉に形成してシリンダー孔周辺部（厚板部Ｔ１）と外方部（薄板部Ｔ２）との間に所要の段差が形成されるようにした段差構造も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２４３５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１１（ａ）に示した従来の段差構造では、厚さの異なる２枚の金属板６４ａ，６４ｂを用いてシリンダー孔周辺部（厚板部Ｔ１）と外方部（薄板部Ｔ２）との間に段差を形成するため、微小な単位（0.01mm単位）で段差を設定することが可能であるものの、厚い金属板６４ａと薄い金属板６４ｂの位置を合わせるための高精度の位置合わせ治具と高価なレーザー溶接機が不可欠となり、また厚い金属板６４ａおよび薄い金属板６４ｂをブランキングするために精密な寸法精度を有するブランキング用金型が別途必要となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【００１２】
また、図１１（ｂ）に示した従来の段差構造では、シム６６板の板厚が段差量となり、工業的に流通している薄鋼板の板厚が現状では0.05mm区切りであるため、0.01mm単位での高精度な段差量の設定ができず、また、0.1mm以下の薄板ではレーザー溶接による歪みや変形、浮きの発生で段差機能の確保が困難となり、しかも、図１１（ａ）で示した段差構造と同様、専用の位置合わせ治具と高精度のレーザー溶接機が不可欠となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【００１３】
そして、図１１（ｃ）に示した段差構造では、金属板にエッチングを施しているので、5μm単位での高精度の段差量の設定は可能であるが、エッチングは化学処理であり、エッチング後の廃液処理にかかる環境負荷、コストが高いという問題があった。
【００１４】
なお、上述した手法の以外にも副板に段差を形成する手法としては、溶射、メッキ、研削、プレス等が挙げられるが、溶射やメッキ、あるいは研削による方法は製造時間、製造工程が煩雑でありコスト上不利なことは否めない。
【００１５】
それゆえ、本発明は、上記課題を解決して安価でかつシール性能の高い金属ガスケットを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の金属ガスケットは、内燃機関のシリンダーブロックのシリンダーボアに対応する位置に形成されたシリンダー孔を開口し、前記シリンダー孔の周りに沿って形成された環状ビードを有する少なくとも１枚の金属製のガスケット基板を具える高圧燃焼ガスシール用の金属ガスケットにおいて、前記環状ビードは、ガスケット基板からそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁からなる第１ビード部分と、前記一対の傾斜壁の先端部分から該傾斜壁の立ち上がり方向とは逆側に突出する断面谷状の第２ビード部分とを有し、前記第１ビード部分の高さをＦｈ１とし、前記第２ビード部分の高さをＦｈ２とし、前記環状ビードの幅の半値をＷ１とし、前記第２ビード部分の幅をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たすことを特徴とするものである。
【００１７】
なお、本発明の金属ガスケットにあっては、前記第１ビード部分と前記第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とすることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の金属ガスケットにあっては、前記ガスケット基板を、それぞれの前記環状ビードの第１ビード部分同士が互いに対向する向きで２枚具えることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の金属ガスケットにあっては、前記ガスケット基板を、隣接するガスケット基板間にてそれぞれの前記環状ビードの第１ビード部分の突出方向が相互に異なる向きで３枚具えることが好ましい。
【００２０】
以下、上記構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。発明者は先ず、段差を持つ副板を使用せずに断面山形形状のフルビードのみで目標とする締付圧を実現可能か否か見極めるために、フルビードのビード幅とビード高さを３段階に変化させて復元特性（復元力）を調査した。具体的には、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ガスケット基板に使用される金属材料と同等のバネ用ステンレス鋼帯（SUS301-H-CSP t0.2）からなり、孔(直径87mm)７０の周りに断面山形形状のフルビードで構成される環状ビード７２が形成されたテストピースＴＰを３種類（ＴＰ１〜ＴＰ３）製作し、各テストピースＴＰ１〜ＴＰ３を押圧治具Ｊに挟み込んで環状ビード７２の復元特性を調査した。なお、テストピースＴＰ１〜ＴＰ３おける環状ビード７２のビード幅Ｈおよびビード高さＷの大きさは、図１３に示すように、テストピースＴＰ１＞テストピースＴＰ２＞テストピース３となるように設定し、かつ、各テストピースＴＰ１〜ＴＰ３におけるビード幅Ｈとビード高さＷの関係Ｈ／Ｗ比はいずれも0.10となるように設定した。その結果、図１４のグラフに示すように、ビード幅Ｗが広いテストピースＴＰ１は、環状ビード７２が圧縮され易く復元力Ｒ１も大きいが、テストピースＴＰ１に比べてビード幅Ｗが狭いテストピースＴＰ２，ＴＰ３は、復元力Ｒ２，Ｒ３が小さいことがわかった。この復元力が小さいということは、エンジン燃焼時のヘッドリフト現象により、環状ビードの締付け圧荷重低下が大きいことを意味し、したがって、テストピースＴＰ２，ＴＰ３の環状ビード７２は、高圧燃焼ガスのシールには不向きであるとの見解になる。
【００２１】
しかしながら発明者は、上記復元力測定試験において、テストピースＴＰ１〜ＴＰ３を押圧治具Ｊに挟む際に、テストピースＴＰ１〜ＴＰ３の内径側に、図１２（ａ），（ｂ）に示すようにヒューズ線Ｆを４箇所配置してから押圧治具Ｊで挟み込み、ビード圧縮時の「環状ビードの未圧縮高さ（量）」も併せて測定したため一つの方向性を見出すことができた。すなわち、ヒューズ線Ｆを用いて測定した「未圧縮高さ（量）」とは、「5000kg荷重時のヒューズ線高さ」から「ガスケット総板厚」を引き算して得られ、5000kg荷重時における環状ビード７２の未圧縮状態を表しているものであるから、この環状ビード７２の未圧縮高さ（量）は、上記段差式金属ガスケットの副板における板厚差（段差）の量に相当すると考えることができる。
【００２２】
各テストピースＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３における環状ビード７２の未圧縮高さＴｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３は図１４に示すとおりであり、環状ビードの未圧縮量の結果から、ビードの圧縮性が良好であるテストピースＴＰ１の環状ビード７２を除き、テストピースＴＰ２，ＴＰ３の環状ビード７２はともに、ガスケット締付時の締付圧の増大に有利に働く効果（段差式金属ガスケットにおける板厚差（段差）の効果に相当する効果であり、以下、単に「締付圧増大効果」ともいう。）を潜在的有していると推測される。
【００２３】
一方、ビード幅の最も大きいテストピースＴＰ１の環状ビード７２は、上述のように復元力が大きいためヘッドリフトに対して締付圧の低下が小さく安定したシール効果が期待できる反面、図１４に示す結果からも明らかなように、ビード未圧縮量Ｔｈ１が小さく締付圧増大効果を期待することはできない。
【００２４】
そこで、発明者は、これらのテストピースＴＰ１〜ＴＰ３を用いた環状ビードの復元力と未圧縮量の測定結果から、復元力が大きくなるビード幅およびビード高さの大きい環状ビードと、ビード未圧縮量が大きくなるビード幅およびビード高さの小さな環状ビードとを組み合わせて１つのビード形状とすれば、ヘッドリフトによって引き起こされる締付圧の低下をビード幅およびビード高さの大きい環状ビードの復元力によって補うと同時に、高圧燃焼ガスに対するシール性をビード幅およびビード高さの小さい環状ビードの締付圧増大効果によって補うことができるとの考察に基づき、ビード幅およびビード高さの大きい第１のビード部分の頂点部に、第１のビード部分に対してビード幅およびビード高さの小さい第２のビード部分を第１のビード部分の立ち上がり方向とは逆方向に突出させたビード構造を想到し本発明に至ったのである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の金属ガスケットにあっては、復元力および未圧縮量の異なる２種のビード部分で環状ビードを構成し、この環状ビードの構造により、金属ガスケットがシリンダーブロックとシリンダーヘットの各デッキ面の間に介挿されて締付けボルトで締め付けられると、ビード幅およびビード高さの大きい第１ビード部分が大きな復元力をもってヘッドリフト現象によって引き起こされる締付圧の低下を補い、ビード幅およびビード高さの小さい第２ビード部分が従来の段差式金属ガスケットにおける段差効果に相当する大きなビード未圧縮量を生じ、この生じたビード未圧縮量分、締付けボルトの軸力がガスケット基板の環状ビードに押圧荷重として集中的に作用し、環状ビードにシリンダーボア内の燃焼ガスに対する高いシール性を生じさせる。
【００２６】
しかも本発明の金属ガスケットにあっては、板厚差（段差）を有する副板が不要なため、環状ビードを含む全てのビードの成形をプレス加工のみで行うことができ、高価なレーザー溶接機や突き合せ溶接用の精密な金型の使用を不要とし、また化学処理によるエッチングにおける煩雑な品質管理や環境対策等の問題も払拭できるため安価に製作でき、しかも生産効率の向上も図ることができる。
【００２７】
なお、本発明の金属ガスケットにおいて、環状ビードの第１ビード部分と第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とした場合には、ヘッドリフト現象に起因したビードクラックの発生を確実に防止することができ、長期的に安定したシール性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にしたがう第１の実施形態の金属ガスケットの平面図である。
【図２】（ａ）は図１中のＸ−Ｘ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）の部分拡大図である。
【図３】本発明を適用した金属ガスケットにおいてボルト締付軸力と締付圧との関係を、参考例とともに表示したグラフである。
【図４】本発明にしたがう第２の実施形態の金属ガスケットを、図２（ａ）と同様の断面で示した断面図である。
【図５】本発明にしたがう金属ガスケットの他の変形例を、図２（ａ）と同様の断面で示した断面図である。
【図６】ガスケット基板を積層してなる積層タイプの金属ガスケットの平面図である。
【図７】図６中のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図８】積層タイプの金属ガスケットの変形例を、図７と同様の断面で示した断面図である。
【図９】２枚のガスケット基板の間に段差を有する副板を介挿してなる段差式の金属ガスケットを、図７と同様の断面で示した断面図である。
【図１０】参考例の金属ガスケットにおいてボルト締付軸力と締付圧との関係を表示したグラフである。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、副板の段差構造の成形手法を説明した断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の研究過程で使用したテストピースの平面図であり、（ｂ）は図１２（ａ）のテストピースの環状ビードの半径方向に沿った断面図である。
【図１３】（ａ）はテストピースＴＰ１の環状ビードを示す断面図であり、（ｂ）はテストピースＴＰ２の環状ビードを示す断面図であり、（ｃ）はテストピースＴＰ３の環状ビードを示す断面図である。
【図１４】テストピースＴＰ１〜ＴＰ３においてテストピース押圧荷重をビード復元力との関係を表示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３０】
図１および図２に示す第１の実施形態の高圧燃焼ガスシール用の金属ガスケット（以下、単に「金属ガスケット」という。）１は、それぞれ外側面（シリンダーブロックおよびシリンダーヘッドに対向する面）の片面または両面に厚さ0.025mmのＮＢＲからなるラバー層が形成された鋼板（例えばSUS301-H-CSP 0.2t）からなり互いに重ね合わされる２枚のガスケット基板２を具えている。２枚のガスケット基板２は、それぞれの後述する環状ビードの第１ビード部分が互いに対向する向きで重ね合わされるとともにかしめ部４を介して互いに接合されている。
【００３１】
２枚のガスケット基板２はそれぞれ、図１に示すように、内燃機関のシリンダーブロックのシリンダーボアにそれぞれ対応して形成された少なくとも１つ（ここでは３つ）のシリンダー孔６と、上記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応してシリンダー孔６の周りに形成された複数の冷却水孔８と、シリンダーブロックにシリンダーヘッドを締結するための締付けボルト（図示省略）を挿通させるボルト孔１０と、潤滑油孔１２とを開口し、さらに、各シリンダー孔６の周りに沿って配置された環状ビード１４と、潤滑油孔１２の周りを囲繞するいわゆるハーフビードで構成される潤滑油孔用ビード１６と、潤滑油用ビード１６を囲繞せずに環状ビード１４および冷却水孔８を全体的に囲繞する位置に形成された外周ビード１８とを有している。
【００３２】
ここで、外周ビード１８は、図２に示すように、一箇所の傾斜部からなるいわゆるハーフビードで構成されている。一方、環状ビード１４は、ガスケット基板２の、シリンダー孔６の半径方向に離間した位置から互いに近づく方向にそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁２０ａ，２０ｂからなる、ガスケット締付け時に圧縮される第１ビード部分２０と、前記傾斜壁２０ａ，２０ｂの先端部分から傾斜壁２０ａ，２０ｂの立ち上がり方向とは逆側に突出する、ガスケット締付け時に第１ビード部分２０とともに圧縮される断面谷状の第２ビード部分２１とを有して構成されている。環状ビード１４はまた、第１ビード部分２０の高さをＦｈ１とし、第２ビード部分２１の高さをＦｈ２とし、環状ビード１４の幅（半径方向に沿って計測した距離）の半値をＷ１とし、第２ビード部分２１の幅（半径方向に沿って計測した距離）をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たす形状に形成されている。
【００３３】
なお、この第１実施形態の金属ガスケット１においては例えば、ガスケット基板２は、板厚0.25〜0.20mmのステンレス鋼板（バネ材）にて形成し、環状ビードの幅Ｗ１は1.75〜1.10mmとし、環状ビードの第１ビード部分２０は、ビード高さＦｈ１を0.35〜0.10mmとし、第２ビード部分２１は、ビード高さＦｈ２を0.10〜0・01mm、ビード幅Ｗ２を1.3〜0.6mmとし、また、環状ビード１４の第１ビード部分２０と第２ビード部分２１の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とし、環状ビードの幅の半値Ｗ１と第２ビード部分の幅Ｗ２との比率（Ｗ２／Ｗ１）を0.73〜0.55の範囲内とすることが、ビードクラックを防止しつつも所望の締付圧（シール性能）を実現する上で好ましい。ビードクラックとは、ヘッドリフト現象に起因して発生する環状ビードの繰り返し変形により、環状ビードの応力集中箇所が疲労により破壊する現象である。
【００３４】
かかる第１実施形態の金属ガスケット１にあっては、復元力および未圧縮量の異なる２種のビード部分２０，２１で環状ビード１４を構成し、この環状ビード１４の構造により、金属ガスケット１がシリンダーブロックとシリンダーヘットの各デッキ面の間に介挿されて締付けボルトで締め付けられると、ビード幅およびビード高さの大きい第１ビード部分２０が大きな復元力をもってヘッドリフト現象によって引き起こされる締付圧の低下を補い、ビード幅およびビード高さの小さい第２ビード部分２１が従来の段差式金属ガスケットにおける段差効果に相当する大きなビード未圧縮量を生じ、この生じたビード未圧縮量分、締付けボルトの軸力がガスケット基板２の環状ビード１４に押圧荷重として集中的に作用し、環状ビード１４にシリンダーボア内の燃焼ガスに対する高いシール性を生じさせる。また、締付けボルトの軸力が押圧荷重として外周ビード１８にも作用し、外周ビード１８に冷却水ジャケット内の冷却水に対するシール性を生じさせる。
【００３５】
しかも、この第１実施形態の金属ガスケット１にあっては、板厚差（段差）を有する副板が不要なため、環状ビード１４を含む全てのビード１４，１６，１８の成形をプレス加工のみで行うことができ、高価なレーザー溶接機や突き合せ溶接用の精密な金型の使用を不要とし、また化学処理によるエッチングにおける煩雑な品質管理や環境対策等の問題も払拭できるため安価に製作でき、しかも生産効率の向上も図ることができる。
【００３６】
なお、第１実施形態の金属ガスケット１では、環状ビード１４の第１ビード部分２０と第２ビード部分２１の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とすることで、ヘッドリフト現象に起因したビードクラックの発生を確実に防止することができ、長期的に安定したシール性能を維持することができる。
【００３７】
以下の表１および図３は、例として、上記第１実施形態の金属ガスケット１の構成を有し環状ビード１４における第１ビード部分２０および第２ビード部分２１のビード高さを変化させた種々の金属ガスケット（実施例１〜９の金属ガスケット）について、締付圧およびビードクラックの発生有無を対比して示すものであり、ここにおける締付圧は、各種金属ガスケットを実機エンジンに組み付けて測定し、ビードクラックの発生有無の調査は、振動試験機を用い、振動試験機の最大押圧荷重を5000kg（実機エンジンの締付圧相当）に設定した後、１０７回振動させ、環状ビードへのビードクラックの有無を目視により行う。なお、図３においては比較のため、図１０で示した参考例３〜６の段差式金属ガスケットの締付圧の結果も併せて表示している。
【００３８】
【表１】
【００３９】
この表１および図３からも、本発明の適用により高圧燃焼ガスのシールに必要な高い締付圧（Ａ（kg/mm））が得られ、しかも第１ビード部分と第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とすることでビードクラックの発生を防止することができることが分かる。
【００４０】
図４は、本発明の第２の実施形態の金属ガスケットの、図１と同様の位置での断面図であり、この第２実施形態の金属ガスケットは、図１および図２で示した構成になるガスケット基板２を、隣接するガスケット基板２間にてそれぞれの環状ビード１４の第１ビード部分２０の突出方向が相互に異なる向きで３枚具える点のみが先の第１実施形態と異なっており、それ以外は第１実施形態と同一の構成とされている。すなわち、外側の２枚のガスケット基板２は、環状ビード１４の第１ビード部分２０の突出方向が相互に一致する向きに配置されるとともに、下側（図４において下側）のガスケット基板２と中間に位置するガスケット基板２とは、それぞれの環状ビード１４の第１ビード部分２０が互いに対向する向きで配置されている。この第２実施形態によれば、環状ビード１４が三重となるとで、先の第１実施形態よりも高いシール性能を得ることができる。
【００４１】
以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、ガスケット基板は、図５に示すように１枚のみであってもよく、このような単板構造の金属ガスケットは、発電機や耕運機のような汎用エンジンおよびモーターサイクルエンジンに好適に使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
かくして本発明により、安価でかつシール性能の高い金属ガスケットを提供することが可能となった。
【符号の説明】
【００４３】
１ 金属ガスケット
２ ガスケット基板
６ シリンダー孔
８ 冷却水孔
１４ 環状ビード
１６ 潤滑油孔用ビード
１８ 外周ビード
１８ａ 傾斜部
２０ 第１ビード部分
２０ａ，２０ｂ 傾斜壁
２１ 第２ビード部分
Ｆｈ１ 第１ビード部分の高さ
Ｆｈ２ 第２ビード部分の高さ
Ｗ１ 環状ビードの幅の半値
Ｗ２ 第２ビード部分の幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関を構成するシリンダーヘッドとシリンダーブロックとの接合面に介装して、燃焼ガス、冷却水、潤滑油等の流体のリークを防止する金属ガスケットに関し、特にシリンダー孔周りにおける高圧燃焼ガスのリークを防止するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、金属ガスケットには、シリンダーブロックにシリンダーヘッドを締結するための締付けボルトの締結力により圧縮されて弾性変形し、それらのデッキ面上にシール線を形成してシール作用を奏するビードが形成されており、この種の金属ガスケットとしては従来、シリンダーボア内の高圧燃焼ガスが、隣り合うシリンダー内や冷却水孔内へリークして、エンジン出力が低下したり、オーバーヒート等の不具合が生じたり、不完全燃焼ガスにより排ガス浄化作用の機能が低下したりするのを防止するため、図６および図７に示すように、鋼板(例えばSUS301-H 0.2t)の表面に、0.025mm程度ラバーを片面ないし両面コーティングしたガスケット基板５０に、断面山形形状のフルビード５２をシリンダー孔５４の周囲に各々配置し、冷却水、潤滑油等の流体のリークを防止するために、オイル孔５６の周囲を各々ハーフビード５８で囲繞し、かつ、冷却水孔６０のシール用のハーフビード６２は、オイル孔用のハーフビード５８を囲繞せずに、シリンダー孔５４の周囲に配置された各々のフルビード５２全体を囲繞してなるものが知られている。図８は上記ガスケット基板５０を３枚重ね合わせてなる３層構造の金属ガスケットである。
【０００３】
ガスケット基板内に、フルビードおよびハーフビードをシールの目的別に配置する理由は、フルビードとハーフビードとで締付けボルトによる締結力に対する復元力に違いがあるからであり、すなわち、シリンダー内の高圧燃焼ガスは、その燃焼ガス圧が60〜100kg/cm２に達することから、比較的復元力の大きいフルビードをシリンダー孔の周囲に配置してそのフルビードの復元力で大きな締付圧を得ることにより高圧燃焼ガスをシールし、一方、冷却水、潤滑油等の流体圧は、その圧力が3〜6kg/cm２程度であることから、フルビードより復元力の小さいハーフビードで充分シールすることができるからである。
【０００４】
しかしながら、近時、エンジンの高出力化に伴い燃焼ガスも高圧化していることから、ガスケットのシール性能も、より高いものが要望されており、図６〜８に示したような単なる積層タイプの金属ガスケットでは、高圧化した燃焼ガスシールに対応できないことが多かった。というのは、特に高出力の内燃機関では、シリンダーヘッドとシリンダーブロックとを締付けボルトで締付けていたとしても、その出力発生時に燃焼ガスの圧力によってシリンダーヘッドが上に浮き上がるヘッドリフト現象が大きくなり、このヘッドリフト現象により、シリンダーヘッドとシリンダーブロック間に介挿されたガスケットの締付圧が低下し、シリンダー内の燃焼ガスに対するシール性が低下するからである。
【０００５】
上述の問題であるエンジン高出力化に伴うガスケットの締付圧不足に対応する金属ガスケットとしては、図９に示すように、前述のガスケット基板の間に、厚板部Ｔ１と薄板部Ｔ２とにより板厚差（段差）が形成された副板６４を、その厚板部Ｔ１にガスケット基板５０のフルビード５２の全体が位置するように介挿し、ガスケット基板５０の各シリンダー孔５４の周囲のフルビード５２の締付圧を上昇させることで、シリンダー内の燃焼ガスに対するシール性能を向上させたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
なお、参考として、図６〜８に示した積層タイプの金属ガスケットと、図９に示した対向する２枚のガスケット基板の間に副板を介挿させてなる金属ガスケット（以下、段差式金属ガスケットともいう。）とを試作し、それぞれの金属ガスケットについてシリンダー孔周りの締付圧を測定したのでその結果を図１０に示す。ここに参考例１は２層構造の金属ガスケット（図６および図７参照）であり、参考例２は３層構造の金属ガスケット（図８参照）であり、参考例３〜６は段差式金属ガスケット（図９参照）である。ここに、参考例３における板厚差（厚板部Ｔ１と薄板部Ｔ２の差であり、以下、段差量ともいう。）は0.03mmであり、参考例４における板厚差は0.05mmであり、参考例５における板厚差は0.08mmであり、参考例６における板厚差は0.10mmである。図１０に示す結果から、副板を有していない単なる積層タイプである参考例１、２の金属ガスケットでは、締付けボルトの軸力を高めても高圧燃焼ガスのシールに必要な締付圧Ａ（kg/mm）に到達せず、高圧燃焼ガスに対する十分なシール性能が得られないことが分かる。なお、この試験は、上記ヘッドリフト現象の発生時の締付圧を測定したもので、詳細には、金属ガスケットをエンジンに組み込み、締付けボルトにより規定軸力で締付け、その後、当該エンジンの燃焼時最大ガス圧力(kg/cm２)に相当するＮ２ガスをシリンダー内に充填し、強制的にヘッドリフトを発生させ、そのヘッドリフト発生後のシリンダー孔周りの締付圧を測定してフルビードが保持する締付圧としたものである。
【０００７】
ところで、前記副板６４の段差構造としては従来、例えば図１１（ａ）に示すように、それぞれ金属板からなる２枚のガスケット基板５０の間に介挿される副板６４の、ガスケット基板５０の各シリンダー孔５４の周囲のフルビード５２と重なるシリンダー孔周辺部（厚板部Ｔ１）とそれより外側に位置する外方部（薄板部Ｔ２）とを互いに異なる板厚の薄金属板６４ａ，６４ｂで構成して所要の板厚差となるようにし、それら薄金属板６４ａ，６４ｂ同士をレーザー溶接で接合した段差構造が知られている（特許文献１参照。）。なお、図中符号Ｙｗはレーザー溶接部を示す。
【０００８】
また、例えば図１１（ｂ）に示すように、それぞれ金属板からなる２枚のガスケット基板５０の間に介挿される単一板厚の薄金属板からなる副板６４の、ガスケット基板５０の各シリンダー孔５４の周囲のフルビード５２と重なるシリンダー孔周辺部にこれも薄金属板からなるシム板６６を重ねて所要の段差になるようにし、それら副板６４とシム板６６とをレーザー溶接で結合した段差構造も知られている。
【０００９】
さらに、例えば図１１（ｃ）に示すように、それぞれ金属板からなる２枚のガスケット基板５０の間に介挿される単一板厚の金属板からなる副板６４の上記外方部をエッチング加工により薄肉に形成してシリンダー孔周辺部（厚板部Ｔ１）と外方部（薄板部Ｔ２）との間に所要の段差が形成されるようにした段差構造も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平７−２４３５３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、図１１（ａ）に示した従来の段差構造では、厚さの異なる２枚の金属板６４ａ，６４ｂを用いてシリンダー孔周辺部（厚板部Ｔ１）と外方部（薄板部Ｔ２）との間に段差を形成するため、微小な単位（0.01mm単位）で段差を設定することが可能であるものの、厚い金属板６４ａと薄い金属板６４ｂの位置を合わせるための高精度の位置合わせ治具と高価なレーザー溶接機が不可欠となり、また厚い金属板６４ａおよび薄い金属板６４ｂをブランキングするために精密な寸法精度を有するブランキング用金型が別途必要となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【００１２】
また、図１１（ｂ）に示した従来の段差構造では、シム６６板の板厚が段差量となり、工業的に流通している薄鋼板の板厚が現状では0.05mm区切りであるため、0.01mm単位での高精度な段差量の設定ができず、また、0.1mm以下の薄板ではレーザー溶接による歪みや変形、浮きの発生で段差機能の確保が困難となり、しかも、図１１（ａ）で示した段差構造と同様、専用の位置合わせ治具と高精度のレーザー溶接機が不可欠となり、ガスケットが高価なものになってしまうという問題があった。
【００１３】
そして、図１１（ｃ）に示した段差構造では、金属板にエッチングを施しているので、5μm単位での高精度の段差量の設定は可能であるが、エッチングは化学処理であり、エッチング後の廃液処理にかかる環境負荷、コストが高いという問題があった。
【００１４】
なお、上述した手法の以外にも副板に段差を形成する手法としては、溶射、メッキ、研削、プレス等が挙げられるが、溶射やメッキ、あるいは研削による方法は製造時間、製造工程が煩雑でありコスト上不利なことは否めない。
【００１５】
それゆえ、本発明は、上記課題を解決して安価でかつシール性能の高い金属ガスケットを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の金属ガスケットは、内燃機関のシリンダーブロックのシリンダーボアに対応する位置に形成されたシリンダー孔を開口し、前記シリンダー孔の周りに沿って形成された環状ビードを有する少なくとも１枚の金属製のガスケット基板を具える高圧燃焼ガスシール用の金属ガスケットにおいて、前記環状ビードは、ガスケット基板からそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁からなる第１ビード部分と、前記一対の傾斜壁の先端部分から該傾斜壁の立ち上がり方向とは逆側に突出する断面谷状の第２ビード部分とを有し、前記第１ビード部分の高さをＦｈ１とし、前記第２ビード部分の高さをＦｈ２とし、前記環状ビードの幅の半値をＷ１とし、前記第２ビード部分の幅をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たすことを特徴とするものである。
【００１７】
なお、本発明の金属ガスケットにあっては、前記第１ビード部分と前記第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とすることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の金属ガスケットにあっては、前記ガスケット基板を、それぞれの前記環状ビードの第１ビード部分同士が互いに対向する向きで２枚具えることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明の金属ガスケットにあっては、前記ガスケット基板を、隣接するガスケット基板間にてそれぞれの前記環状ビードの第１ビード部分の突出方向が相互に異なる向きで３枚具えることが好ましい。
【００２０】
以下、上記構成を採用するに至った経緯を作用とともに説明する。発明者は先ず、段差を持つ副板を使用せずに断面山形形状のフルビードのみで目標とする締付圧を実現可能か否か見極めるために、フルビードのビード幅とビード高さを３段階に変化させて復元特性（復元力）を調査した。具体的には、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、ガスケット基板に使用される金属材料と同等のバネ用ステンレス鋼帯（SUS301-H-CSP t0.2）からなり、孔(直径87mm)７０の周りに断面山形形状のフルビードで構成される環状ビード７２が形成されたテストピースＴＰを３種類（ＴＰ１〜ＴＰ３）製作し、各テストピースＴＰ１〜ＴＰ３を押圧治具Ｊに挟み込んで環状ビード７２の復元特性を調査した。なお、テストピースＴＰ１〜ＴＰ３おける環状ビード７２のビード幅Ｈおよびビード高さＷの大きさは、図１３に示すように、テストピースＴＰ１＞テストピースＴＰ２＞テストピース３となるように設定し、かつ、各テストピースＴＰ１〜ＴＰ３におけるビード幅Ｈとビード高さＷの関係Ｈ／Ｗ比はいずれも0.10となるように設定した。その結果、図１４のグラフに示すように、ビード幅Ｗが広いテストピースＴＰ１は、環状ビード７２が圧縮され易く復元力Ｒ１も大きいが、テストピースＴＰ１に比べてビード幅Ｗが狭いテストピースＴＰ２，ＴＰ３は、復元力Ｒ２，Ｒ３が小さいことがわかった。この復元力が小さいということは、エンジン燃焼時のヘッドリフト現象により、環状ビードの締付け圧荷重低下が大きいことを意味し、したがって、テストピースＴＰ２，ＴＰ３の環状ビード７２は、高圧燃焼ガスのシールには不向きであるとの見解になる。
【００２１】
しかしながら発明者は、上記復元力測定試験において、テストピースＴＰ１〜ＴＰ３を押圧治具Ｊに挟む際に、テストピースＴＰ１〜ＴＰ３の内径側に、図１２（ａ），（ｂ）に示すようにヒューズ線Ｆを４箇所配置してから押圧治具Ｊで挟み込み、ビード圧縮時の「環状ビードの未圧縮高さ（量）」も併せて測定したため一つの方向性を見出すことができた。すなわち、ヒューズ線Ｆを用いて測定した「未圧縮高さ（量）」とは、「5000kg荷重時のヒューズ線高さ」から「ガスケット総板厚」を引き算して得られ、5000kg荷重時における環状ビード７２の未圧縮状態を表しているものであるから、この環状ビード７２の未圧縮高さ（量）は、上記段差式金属ガスケットの副板における板厚差（段差）の量に相当すると考えることができる。
【００２２】
各テストピースＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３における環状ビード７２の未圧縮高さＴｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３は図１４に示すとおりであり、環状ビードの未圧縮量の結果から、ビードの圧縮性が良好であるテストピースＴＰ１の環状ビード７２を除き、テストピースＴＰ２，ＴＰ３の環状ビード７２はともに、ガスケット締付時の締付圧の増大に有利に働く効果（段差式金属ガスケットにおける板厚差（段差）の効果に相当する効果であり、以下、単に「締付圧増大効果」ともいう。）を潜在的有していると推測される。
【００２３】
一方、ビード幅の最も大きいテストピースＴＰ１の環状ビード７２は、上述のように復元力が大きいためヘッドリフトに対して締付圧の低下が小さく安定したシール効果が期待できる反面、図１４に示す結果からも明らかなように、ビード未圧縮量Ｔｈ１が小さく締付圧増大効果を期待することはできない。
【００２４】
そこで、発明者は、これらのテストピースＴＰ１〜ＴＰ３を用いた環状ビードの復元力と未圧縮量の測定結果から、復元力が大きくなるビード幅およびビード高さの大きい環状ビードと、ビード未圧縮量が大きくなるビード幅およびビード高さの小さな環状ビードとを組み合わせて１つのビード形状とすれば、ヘッドリフトによって引き起こされる締付圧の低下をビード幅およびビード高さの大きい環状ビードの復元力によって補うと同時に、高圧燃焼ガスに対するシール性をビード幅およびビード高さの小さい環状ビードの締付圧増大効果によって補うことができるとの考察に基づき、ビード幅およびビード高さの大きい第１のビード部分の頂点部に、第１のビード部分に対してビード幅およびビード高さの小さい第２のビード部分を第１のビード部分の立ち上がり方向とは逆方向に突出させたビード構造を想到し本発明に至ったのである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の金属ガスケットにあっては、復元力および未圧縮量の異なる２種のビード部分で環状ビードを構成し、この環状ビードの構造により、金属ガスケットがシリンダーブロックとシリンダーヘットの各デッキ面の間に介挿されて締付けボルトで締め付けられると、ビード幅およびビード高さの大きい第１ビード部分が大きな復元力をもってヘッドリフト現象によって引き起こされる締付圧の低下を補い、ビード幅およびビード高さの小さい第２ビード部分が従来の段差式金属ガスケットにおける段差効果に相当する大きなビード未圧縮量を生じ、この生じたビード未圧縮量分、締付けボルトの軸力がガスケット基板の環状ビードに押圧荷重として集中的に作用し、環状ビードにシリンダーボア内の燃焼ガスに対する高いシール性を生じさせる。
【００２６】
しかも本発明の金属ガスケットにあっては、板厚差（段差）を有する副板が不要なため、環状ビードを含む全てのビードの成形をプレス加工のみで行うことができ、高価なレーザー溶接機や突き合せ溶接用の精密な金型の使用を不要とし、また化学処理によるエッチングにおける煩雑な品質管理や環境対策等の問題も払拭できるため安価に製作でき、しかも生産効率の向上も図ることができる。
【００２７】
なお、本発明の金属ガスケットにおいて、環状ビードの第１ビード部分と第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とした場合には、ヘッドリフト現象に起因したビードクラックの発生を確実に防止することができ、長期的に安定したシール性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明にしたがう第１の実施形態の金属ガスケットの平面図である。
【図２】（ａ）は図１中のＸ−Ｘ線に沿う断面図であり、（ｂ）は図２（ａ）の部分拡大図である。
【図３】本発明を適用した金属ガスケットにおいてボルト締付軸力と締付圧との関係を、参考例とともに表示したグラフである。
【図４】本発明にしたがう第２の実施形態の金属ガスケットを、図２（ａ）と同様の断面で示した断面図である。
【図５】本発明にしたがう金属ガスケットの他の変形例を、図２（ａ）と同様の断面で示した断面図である。
【図６】ガスケット基板を積層してなる積層タイプの金属ガスケットの平面図である。
【図７】図６中のＹ−Ｙ線に沿う断面図である。
【図８】積層タイプの金属ガスケットの変形例を、図７と同様の断面で示した断面図である。
【図９】２枚のガスケット基板の間に段差を有する副板を介挿してなる段差式の金属ガスケットを、図７と同様の断面で示した断面図である。
【図１０】参考例の金属ガスケットにおいてボルト締付軸力と締付圧との関係を表示したグラフである。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、副板の段差構造の成形手法を説明した断面図である。
【図１２】（ａ）は本発明の研究過程で使用したテストピースの平面図であり、（ｂ）は図１２（ａ）のテストピースの環状ビードの半径方向に沿った断面図である。
【図１３】（ａ）はテストピースＴＰ１の環状ビードを示す断面図であり、（ｂ）はテストピースＴＰ２の環状ビードを示す断面図であり、（ｃ）はテストピースＴＰ３の環状ビードを示す断面図である。
【図１４】テストピースＴＰ１〜ＴＰ３においてテストピース押圧荷重をビード復元力との関係を表示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００３０】
図１および図２に示す第１の実施形態の高圧燃焼ガスシール用の金属ガスケット（以下、単に「金属ガスケット」という。）１は、それぞれ外側面（シリンダーブロックおよびシリンダーヘッドに対向する面）の片面または両面に厚さ0.025mmのＮＢＲからなるラバー層が形成された鋼板（例えばSUS301-H-CSP 0.2t）からなり互いに重ね合わされる２枚のガスケット基板２を具えている。２枚のガスケット基板２は、それぞれの後述する環状ビードの第１ビード部分が互いに対向する向きで重ね合わされるとともにかしめ部４を介して互いに接合されている。
【００３１】
２枚のガスケット基板２はそれぞれ、図１に示すように、内燃機関のシリンダーブロックのシリンダーボアにそれぞれ対応して形成された少なくとも１つ（ここでは３つ）のシリンダー孔６と、上記内燃機関のシリンダーブロックの冷却水ジャケットおよびシリンダーヘッドの冷却水孔に対応してシリンダー孔６の周りに形成された複数の冷却水孔８と、シリンダーブロックにシリンダーヘッドを締結するための締付けボルト（図示省略）を挿通させるボルト孔１０と、潤滑油孔１２とを開口し、さらに、各シリンダー孔６の周りに沿って配置された環状ビード１４と、潤滑油孔１２の周りを囲繞するいわゆるハーフビードで構成される潤滑油孔用ビード１６と、潤滑油用ビード１６を囲繞せずに環状ビード１４および冷却水孔８を全体的に囲繞する位置に形成された外周ビード１８とを有している。
【００３２】
ここで、外周ビード１８は、図２に示すように、一箇所の傾斜部からなるいわゆるハーフビードで構成されている。一方、環状ビード１４は、ガスケット基板２の、シリンダー孔６の半径方向に離間した位置から互いに近づく方向にそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁２０ａ，２０ｂからなる、ガスケット締付け時に圧縮される第１ビード部分２０と、前記傾斜壁２０ａ，２０ｂの先端部分から傾斜壁２０ａ，２０ｂの立ち上がり方向とは逆側に突出する、ガスケット締付け時に第１ビード部分２０とともに圧縮される断面谷状の第２ビード部分２１とを有して構成されている。環状ビード１４はまた、第１ビード部分２０の高さをＦｈ１とし、第２ビード部分２１の高さをＦｈ２とし、環状ビード１４の幅（半径方向に沿って計測した距離）の半値をＷ１とし、第２ビード部分２１の幅（半径方向に沿って計測した距離）をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たす形状に形成されている。
【００３３】
なお、この第１実施形態の金属ガスケット１においては例えば、ガスケット基板２は、板厚0.25〜0.20mmのステンレス鋼板（バネ材）にて形成し、環状ビードの幅Ｗ１は1.75〜1.10mmとし、環状ビードの第１ビード部分２０は、ビード高さＦｈ１を0.35〜0.10mmとし、第２ビード部分２１は、ビード高さＦｈ２を0.10〜0・01mm、ビード幅Ｗ２を1.3〜0.6mmとし、また、環状ビード１４の第１ビード部分２０と第２ビード部分２１の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とし、環状ビードの幅の半値Ｗ１と第２ビード部分の幅Ｗ２との比率（Ｗ２／Ｗ１）を0.73〜0.55の範囲内とすることが、ビードクラックを防止しつつも所望の締付圧（シール性能）を実現する上で好ましい。ビードクラックとは、ヘッドリフト現象に起因して発生する環状ビードの繰り返し変形により、環状ビードの応力集中箇所が疲労により破壊する現象である。
【００３４】
かかる第１実施形態の金属ガスケット１にあっては、復元力および未圧縮量の異なる２種のビード部分２０，２１で環状ビード１４を構成し、この環状ビード１４の構造により、金属ガスケット１がシリンダーブロックとシリンダーヘットの各デッキ面の間に介挿されて締付けボルトで締め付けられると、ビード幅およびビード高さの大きい第１ビード部分２０が大きな復元力をもってヘッドリフト現象によって引き起こされる締付圧の低下を補い、ビード幅およびビード高さの小さい第２ビード部分２１が従来の段差式金属ガスケットにおける段差効果に相当する大きなビード未圧縮量を生じ、この生じたビード未圧縮量分、締付けボルトの軸力がガスケット基板２の環状ビード１４に押圧荷重として集中的に作用し、環状ビード１４にシリンダーボア内の燃焼ガスに対する高いシール性を生じさせる。また、締付けボルトの軸力が押圧荷重として外周ビード１８にも作用し、外周ビード１８に冷却水ジャケット内の冷却水に対するシール性を生じさせる。
【００３５】
しかも、この第１実施形態の金属ガスケット１にあっては、板厚差（段差）を有する副板が不要なため、環状ビード１４を含む全てのビード１４，１６，１８の成形をプレス加工のみで行うことができ、高価なレーザー溶接機や突き合せ溶接用の精密な金型の使用を不要とし、また化学処理によるエッチングにおける煩雑な品質管理や環境対策等の問題も払拭できるため安価に製作でき、しかも生産効率の向上も図ることができる。
【００３６】
なお、第１実施形態の金属ガスケット１では、環状ビード１４の第１ビード部分２０と第２ビード部分２１の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とすることで、ヘッドリフト現象に起因したビードクラックの発生を確実に防止することができ、長期的に安定したシール性能を維持することができる。
【００３７】
以下の表１および図３は、例として、上記第１実施形態の金属ガスケット１の構成を有し環状ビード１４における第１ビード部分２０および第２ビード部分２１のビード高さを変化させた種々の金属ガスケット（実施例１〜９の金属ガスケット）について、締付圧およびビードクラックの発生有無を対比して示すものであり、ここにおける締付圧は、各種金属ガスケットを実機エンジンに組み付けて測定し、ビードクラックの発生有無の調査は、振動試験機を用い、振動試験機の最大押圧荷重を5000kg（実機エンジンの締付圧相当）に設定した後、１０７回振動させ、環状ビードへのビードクラックの有無を目視により行う。なお、図３においては比較のため、図１０で示した参考例３〜６の段差式金属ガスケットの締付圧の結果も併せて表示している。
【００３８】
【表１】
【００３９】
この表１および図３からも、本発明の適用により高圧燃焼ガスのシールに必要な高い締付圧（Ａ（kg/mm））が得られ、しかも第１ビード部分と第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とすることでビードクラックの発生を防止することができることが分かる。
【００４０】
図４は、本発明の第２の実施形態の金属ガスケットの、図１と同様の位置での断面図であり、この第２実施形態の金属ガスケットは、図１および図２で示した構成になるガスケット基板２を、隣接するガスケット基板２間にてそれぞれの環状ビード１４の第１ビード部分２０の突出方向が相互に異なる向きで３枚具える点のみが先の第１実施形態と異なっており、それ以外は第１実施形態と同一の構成とされている。すなわち、外側の２枚のガスケット基板２は、環状ビード１４の第１ビード部分２０の突出方向が相互に一致する向きに配置されるとともに、下側（図４において下側）のガスケット基板２と中間に位置するガスケット基板２とは、それぞれの環状ビード１４の第１ビード部分２０が互いに対向する向きで配置されている。この第２実施形態によれば、環状ビード１４が三重となるとで、先の第１実施形態よりも高いシール性能を得ることができる。
【００４１】
以上、図示例に基づき説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができるものであり、例えば、ガスケット基板は、図５に示すように１枚のみであってもよく、このような単板構造の金属ガスケットは、発電機や耕運機のような汎用エンジンおよびモーターサイクルエンジンに好適に使用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
かくして本発明により、安価でかつシール性能の高い金属ガスケットを提供することが可能となった。
【符号の説明】
【００４３】
１ 金属ガスケット
２ ガスケット基板
６ シリンダー孔
８ 冷却水孔
１４ 環状ビード
１６ 潤滑油孔用ビード
１８ 外周ビード
１８ａ 傾斜部
２０ 第１ビード部分
２０ａ，２０ｂ 傾斜壁
２１ 第２ビード部分
Ｆｈ１ 第１ビード部分の高さ
Ｆｈ２ 第２ビード部分の高さ
Ｗ１ 環状ビードの幅の半値
Ｗ２ 第２ビード部分の幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダーブロックのシリンダーボアに対応する位置に形成されたシリンダー孔を開口し、前記シリンダー孔の周りに沿って形成された環状ビードを有する少なくとも１枚の金属製のガスケット基板を具える高圧燃焼ガスシール用の金属ガスケットにおいて、
前記環状ビードは、ガスケット基板からそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁からなる第１ビード部分と、前記一対の傾斜壁の先端部分から該傾斜壁の立ち上がり方向とは逆側に突出する断面谷状の第２ビード部分とを有し、
前記第１ビード部分の高さをＦｈ１とし、前記第２ビード部分の高さをＦｈ２とし、前記環状ビードの幅の半値をＷ１とし、前記第２ビード部分の幅をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たすことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
前記第１ビード部分と前記第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とした、請求項１に記載の金属ガスケット。
【請求項３】
前記ガスケット基板を、それぞれの前記環状ビードの第１ビード部分同士が互いに対向する向きで２枚具える、請求項１または２に記載の金属ガスケット。
【請求項４】
前記ガスケット基板を、隣接するガスケット基板間にてそれぞれの前記環状ビードの第１ビード部分の突出方向が相互に異なる向きで３枚具える、請求項１または２に記載の金属ガスケット。
【請求項１】
内燃機関のシリンダーブロックのシリンダーボアに対応する位置に形成されたシリンダー孔を開口し、前記シリンダー孔の周りに沿って形成された環状ビードを有する少なくとも１枚の金属製のガスケット基板を具える高圧燃焼ガスシール用の金属ガスケットにおいて、
前記環状ビードは、ガスケット基板からそれぞれ立ち上がりその先端部分が相互に離間する一対の傾斜壁からなる第１ビード部分と、前記一対の傾斜壁の先端部分から該傾斜壁の立ち上がり方向とは逆側に突出する断面谷状の第２ビード部分とを有し、
前記第１ビード部分の高さをＦｈ１とし、前記第２ビード部分の高さをＦｈ２とし、前記環状ビードの幅の半値をＷ１とし、前記第２ビード部分の幅をＷ２としたとき、Ｆｈ１＞Ｆｈ２、かつ、Ｗ１＞Ｗ２を満たすことを特徴とする金属ガスケット。
【請求項２】
前記第１ビード部分と前記第２ビード部分の高さの比率（Ｆｈ２／Ｆｈ１）を0.037〜0.37の範囲内とした、請求項１に記載の金属ガスケット。
【請求項３】
前記ガスケット基板を、それぞれの前記環状ビードの第１ビード部分同士が互いに対向する向きで２枚具える、請求項１または２に記載の金属ガスケット。
【請求項４】
前記ガスケット基板を、隣接するガスケット基板間にてそれぞれの前記環状ビードの第１ビード部分の突出方向が相互に異なる向きで３枚具える、請求項１または２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】
【公開番号】特開２０１２−２４６９８９（Ｐ２０１２−２４６９８９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１８５０７（Ｐ２０１１−１１８５０７）
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００２３０４２３）日本リークレス工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１３日（２０１２．１２．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２６日（２０１１．５．２６）
【出願人】（０００２３０４２３）日本リークレス工業株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】
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