JP4875551B2 - メタルラバーガスケット - Google Patents

Description

本発明は内燃機関や産業機械の部品間の接合部位のシールに好適なメタルラバーガスケットに関するものである。

従来、例えば、エンジンのシリンダーブロックとシリンダヘッドの接合面に介装されるガスケットとして、特許文献１に示すようなものが知られている。この特許文献１に示すガスケットは、燃焼室孔、オイル孔、水孔等のシールが必要な孔の周囲に板厚方向に突出したビードを設け、シリンダーブロック及びシリンダヘッドをボルト締結する際にこのビードを板厚方向に圧縮変形させることで、シール面圧を発生する。

図１０に、上記従来のビードの例を示す。
図１０のビードは、金属基板１１０をステップ状又はアーチ状に屈曲させてなる金属ビード（ハーフビード１００Ａ又はフルビード１００Ｂ）の両面に弾性シール材Ｓを付着させてなる合成ビードとして形成されている。また、ビードの近傍には金属基板１１０を折り重ねることで板厚を増した増厚部Ｚが形成されている。ビードは、弾性シール材Ｓが増厚部Ｚよりも２５％前後高く形成され、接合面への介装時にはビードが増厚部Ｚの高さまで圧縮変形することで、シール面圧を発生する。このような合成ビードは、図１１に示すような弾性シール材Ｓのみから構成されるビードと比べ、金属ビードが弾性シール材Ｓの変形を制限するので高いシール面圧を発生できるという利点がある。なお、図１１の例では、増厚部Ｚ１，Ｚ２の高さを金属基板１１０の両面で均等にするために、増厚部Ｚ１，Ｚ２の板厚方向の位置を調整する傾斜部１００Ｃ，１００Ｄが設けられている。
特願２００２−１０２４３７号公報

しかしながら、ハーフビード１００Ａを用いた合成ビードでは、ビード全体が増厚部Ｚの高さまで圧縮変形するときに、構造上、弾性シール材Ｓが過圧縮となる部分が生じていた。具体的には、例えば、ハーフビードの傾斜面のうち、弾性シール材Ｓを成型する基板平坦面から離れる方の端部（以下、頂部Ｄと呼ぶ）近傍では、板厚方向への変形を直接受ける弾性シール材Ｓの成型量が少ないため、圧縮率が例えば４５％を超える場合があった。さらに、エンジンに装着締結されるガスケットは、エンジンの運転、停止の繰り返しで、熱膨張差による変形やシリンダーヘッドとシリンダーブロックから加えられる振動により、スラスト方向に動く。加えて、このような動きに伴って圧縮された弾性シール材Ｓは、逃げ場がハーフビード１００Ａの無い一方向のみであるため（図１０中の矢印Ｒ）、過圧縮になる箇所において剥離や破壊が発生していた。この場合、金属基板１１０の平坦部などに成型した弾性シール材Ｓによりシール性能を確保できるが、長期間使用した場合は動きの多い部分でシール力を損なうおそれがある。
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、弾性シール材の過圧縮を防ぐことで、長期間にわたって安定したシール性能を発揮できるメタルラバーガスケットを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の請求項１によるメタルラバーガスケットは、金属基板に、前記金属基板を板厚方向に屈曲してなるステップ状のハーフビードと、前記ハーフビードの傾斜面から当該傾斜面に連続する平坦面の一部にかけて弾性シール材を固着成型してなるゴムビードと、の合成から構成される合成ビードを、シールすべきシールラインに沿って延設すると共に、前記合成ビードの変形量を規制する増厚部を形成したメタルラバーガスケットにおいて、前記ゴムビードの高さは、前記ハーフビードの傾斜面に成型する部分の少なくとも幅方向一部であって、少なくとも前記平坦面から離れた部分を前記平坦面に成型するゴムビード部分よりも低くし、前記平坦面に成型する部分よりも低いゴムビード部分の高さを、前記増厚部の高さと略同等にしたことを特徴とする。
このように構成することで、例えば、ハーフビードの構成上過圧縮になりやすい部分を低く形成し、圧縮変形量が大きくならないようにすることで、板厚方向の圧縮荷重が繰り返し加わっても、ゴムビードの剥離や弾性シール材の圧縮破壊を防止でき、長期間良好なシール性能を維持できる。

本発明の請求項２によるメタルラバーガスケットは、請求項１において、前記金属基板の前記ゴムビードの成型範囲に複数の貫通孔を形成し、前記貫通孔内にも充填されるように前記弾性シール材を固着成型したことを特徴とする。

本発明によれば、過圧縮となりやすい部分のゴムビードの成型高さを他の部分よりも低くすることで圧縮変形量が大きくならないようにしたので、過圧縮によるゴムビードの剥離や破壊を防止でき、長期間シール性能を維持することができる。

次に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
［構成］
図１は、本実施形態に係るメタルラバーガスケット１０を一部切り欠いた状態で示す概略平面図である。また、図２は図１のＸ−Ｘ′線断面図、図３は図１のＹ−Ｙ′線断面図である。
本実施形態のメタルラバーガスケット１０は、内燃機関のシリンダヘッドとシリンダブロックとの接合面間に介装されるガスケットの一例である。図１のメタルラバーガスケット１０は、１枚の金属基板１１に複数の燃焼室孔１２、ボルト孔１６、水孔１７及びオイル孔１８を開口して構成されている。これらの各孔はシリンダーヘッド及びシリンダーブロックの接合面の開口に対応して形成される。なお、金属基板１１としては、例えば、薄肉のステンレス鋼板など用いることができる。

また、金属基板１１の燃焼室孔１２の開口端部を折り重ねることで燃焼室孔１２の周囲に板厚を増した第一増厚部Ａを形成すると共に（図２参照）、金属基板１１の外周側端部に部分的にシム板を重ねることで板厚を増した第三増厚部Ｃを複数箇所形成している（図３参照）。同様に、ボルト孔１６の周囲にもシム板を重ねることで板厚を増した第二増厚部Ｂを複数箇所形成している。これらの増厚部Ａ〜Ｃの高さは、シム板の板厚を調整することで下記式（１）に示すような関係としている。
第一増厚部Ａの高さ＞第二増厚部Ｂの高さ≦第三増厚部Ｃの高さ ・・・式（１）

上記式（１）のように、第一増厚部Ａの高さを最も高くすることで、メタルラバーガスケット１０を接合面にボルト締結した際の締め付け荷重を第一増厚部Ａに集中させることができるので、燃焼室での爆発燃焼圧をシールするのに必要な高面圧を発生することができる。また、第三増厚部Ｃを第一増厚部Ａに次ぐ高さとすることで、燃焼室側と外周端部側の温度差による熱膨張差の影響で金属基板の外周側端部が変形するのを抑制し、シール性能の劣化を防止できる。

また、各燃焼室孔１２を囲むようにして燃焼室孔シールライン１４を設定すると共に、各ボルト孔１６を囲むボルト孔シールライン１９、オイル孔１８を囲むオイル孔シールライン２０を設定している。また、燃焼室孔１２より外側にある水孔１７などの孔群全体を囲むようにして外周シールライン１５を設定している。
そして、燃焼室孔シールライン１４に沿って、金属基板１１を板厚方向に突出したステップ状に屈曲させてなるハーフビード１４Ａと、平坦部からハーフビード１４Ａにかけての金属基板１１の両面に弾性シール材を夫々モールド成型してなる１対のゴムビード６，７と、の合成で構成される合成ビードを形成している。このうち、ハーフビード１４Ａのビード高さｈを、近傍の第一増厚部Ａの高さｈ_Aと略同等に形成している。

また、ゴムビード６，７は、幅方向に沿って２段の高さに成型している。本実施形態では、ハーフビード１４Ａの傾斜面のうちの頂部Ｄ近傍表面に形成するゴムビード部分（以下、頂部側段部６−２，７−２）の高さｈ_6-2，ｈ_7-2を、ハーフビード１４Ａの傾斜面の途中から平坦部にかけて形成するゴムビード部分（以下、平坦部側段部６−１，７−１）よりも低くし、第一増厚部Ａの高さｈ_Aと略同等としている。一方、平坦部側段部６−１，７−１の高さｈ_6-1，ｈ_7-1は、第一増厚部Ａの高さｈ_Aまでゴムビードが圧縮すると圧縮率が２５％前後となるような高さに設定されている。なお、ゴムビードを構成する弾性シール材としては、例えば、フッ素ゴム、ＮＢＲ、シリコーンゴム等の弾性を有すると共に耐熱性を有するゴム材料や樹脂材料を用いる。

また、図３に示すように、外周シールライン１５に沿っても同様の合成ビードを形成しており、ハーフビード１５Ａの高さを第三増厚部Ｃの高さと略同等としている。また、ゴムビード８，９の頂部側段部８−２，９−２の高さｈ_8-2，ｈ_9-2は近傍の第三増厚部Ｃと略同等の高さとし、平坦部側段部８−１，９−１の高さｈ_8-1，ｈ_9-1は近傍の第三増厚部Ｃまで圧縮したときの圧縮率が２５％前後となるような高さとしている。
なお、図示しないが、オイル孔シールライン２０やボルト孔シールライン１９に沿って形成する合成ビードも同様である。

［作用効果］
次に、本実施形態に係るメタルラバーガスケット１０を上記構成としたことの作用効果について説明する。
メタルラバーガスケット１０をボルト締結によりエンジンに装着するとき、各シールラインを構成しているハーフビードとゴムビードは、増厚部高さまで圧縮変形することでシール面圧を発生する。このとき、従来のように、ゴムビードの高さを全体で均一にし増厚部高さよりも高くしてしまうと、頂部Ｄ近傍表面に形成されたゴムビードは、増厚部までの変形分を受ける弾性シール材の容積が少なく、かつ変形時の逃げ場がハーフビードによって塞がれるため、過圧縮となりやすく、圧縮限界を超えてもなお圧縮されることで、ハーフビードの傾斜に沿ってフロー又は変形する力を生じ、これがプライマーの接着力を超えて界面剥離に繋がり、又は弾性シール材の破壊を生じる。

この点、本実施形態では、ゴムビード６〜９の高さを幅方向に沿って変化させている。つまり、変形分を吸収するのに十分な成型量を確保できる平坦部側では、増厚部よりも高く成型することで、圧縮変形時の反発力により必要なシール面圧の発生を可能にしている。このシール圧の大きさは、平坦部側段部６−１，７−１の幅を大きくすることで大きくすることができる。一方で、頂部Ｄ近傍では、ゴムビードの高さを増厚部と略同等にし、過圧縮に至るほど大きく圧縮変形させないようにすることで剥離や破壊を防止し従来の問題点を解決すると共に、ハーフビードの圧縮変形に追従した圧縮変形によりシール圧を発生させ、さらにこの部分に成型することでゴムビード全体の金属基板１１表面との接合面積を大きくできるのでゴムビードと金属基板１１とを強固に接着できる。

［応用例］
なお、本発明の適用は上記のものに限定されない。
例えば、図４に示すように、ハーフビード１４Ａに複数の小孔４を設け、表裏に形成するゴムビード６，７を相互に連結してもよい。これにより、ゴムビード６，７の剥離を防止できる。同様に、図５に示すように、平坦部に複数の小孔５を設けて、ゴムビード６，７の金属基板１１との接合面積を増やすことによっても、接着力の強化、剥離の防止を図ることができる。

さらに、平坦部側段部の形状は表面が平坦なものに限定されず、例えば、図６に示すように平坦部側段部８−１を断面波状の形状として、全体を増厚部より高くしつつも、平坦部側段部８−１の幅方向中央にできた窪みに左右の弾性シール材が圧縮変形時に逃げる空間を確保してもよい。同様に、図７に示すように、平坦部側段部８−１を断面円弧状として幅方向中央で最も高くなるように成型し、両側に弾性シール材の逃げる空間を確保してもよい。また、図８に示すように、ハーフビード１５Ａの傾斜の緩急を調整することもでき、例えば、ハーフビード１５Ａの傾斜をきつくすることで、シール面積の狭い場所でも平坦部側段部８−１，９−１の幅を十分に確保することもできる。
また、頂部側段部の形状や高さも上記に限定されず、例えば、図９に示すように、頂部側段部８−２，９−２の高さを第三増厚部Ｃより低くしてもよい。

メタルラバーガスケットを一部切り欠いた状態で示す概略平面図である。 図１のＸ−Ｘ′線断面図である。 図１のＹ−Ｙ′線断面図である。 図１のＸ−Ｘ′線断面図である。 図１のＹ−Ｙ′線断面図である。 図１のＹ−Ｙ′線断面図である。 図１のＹ−Ｙ′線断面図である。 図１のＹ−Ｙ′線断面図である。 図１のＹ−Ｙ′線断面図である。 従来のガスケットの例を示す図である。 従来のガスケットの例を示す図である。

符号の説明

１０ メタルラバーガスケット
１１ 金属基板
１２ 燃焼室孔
１４Ａ，１５Ａ ハーフビード
１４ 燃焼室孔シールライン
１５ 外周シールライン
１６ ボルト孔
１７ 水孔
１８ オイル孔
１９ ボルト孔シールライン
２０ オイル孔シールライン
４，５ 小孔
６〜９ ゴムビード
Ａ 第一増厚部
Ｂ 第二増厚部
Ｃ 第三増厚部
Ｄ 頂部
Ｓ 弾性シール材
Ｚ，Ｚ１，Ｚ２ 増厚部
１００ 金属基板
１００Ａ ハーフビード
１００Ｂ フルビード
１００Ｃ，１００Ｄ 傾斜部

Claims (2)

1. 金属基板に、前記金属基板を板厚方向に屈曲してなるステップ状のハーフビードと、前記ハーフビードの傾斜面から当該傾斜面に連続する平坦面の一部にかけて弾性シール材を固着成型してなるゴムビードと、の合成から構成される合成ビードを、シールすべきシールラインに沿って延設すると共に、前記合成ビードの変形量を規制する増厚部を形成したメタルラバーガスケットにおいて、
   前記ゴムビードの高さは、前記ハーフビードの傾斜面に成型する部分の少なくとも幅方向一部であって、少なくとも前記平坦面から離れた部分を前記平坦面に成型するゴムビード部分よりも低くし、前記平坦面に成型する部分よりも低いゴムビード部分の高さを、前記増厚部の高さと略同等にしたことを特徴とするメタルラバーガスケット。
2. 前記金属基板の前記ゴムビードの成型範囲に複数の貫通孔を形成し、前記貫通孔内にも充填されるように前記弾性シール材を固着成型したことを特徴とする請求項１に記載のメタルラバーガスケット。

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